JP6917810B2 - Diffusion unit - Google Patents
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Description
この発明は、拡散ユニットに関する。 The present invention relates to a diffusion unit.
一方から入射する光を拡散し、他方から拡散光として射出させる拡散板あるいは拡散板を備えた拡散ユニットが、一眼レフカメラを初めとする各種の光学機器に用いられている。 A diffusing plate or a diffusing unit provided with a diffusing plate that diffuses light incident from one side and emits it as diffused light from the other side is used in various optical devices such as a single-lens reflex camera.
このような拡散板の一つとして、微小レンズを平面状に多数並べたマイクロレンズアレイを用いたものが知られている。
このように微小レンズを用いた拡散板は、微小レンズの光学特性を変更することで、発散角を制御することが比較的容易である。
As one of such diffusers, one using a microlens array in which a large number of microlenses are arranged in a plane is known.
In the diffuser plate using the microlens as described above, it is relatively easy to control the divergence angle by changing the optical characteristics of the microlens.
しかしながら、微小レンズの特性上、摺りガラスのようなランダムな表面をもつ拡散板に比べて出射光の回折や干渉が生じやすく、拡散範囲内に拡散される光強度の均一化と、発散角の制御とを同時に満たすことは困難であった。 However, due to the characteristics of a microlens, diffraction and interference of emitted light are more likely to occur than a diffuser plate having a random surface such as frosted glass, and the light intensity diffused within the diffusion range is made uniform and the divergence angle is increased. It was difficult to meet control at the same time.
本発明は、かかる問題を解決すべく、光強度の均一化と発散角の制御とを両立する新規な拡散ユニットの実現を課題とする。 An object of the present invention is to realize a novel diffusion unit that achieves both uniform light intensity and control of divergence angle in order to solve such a problem.
この発明の拡散ユニットは、複数の微小レンズ面が配列された拡散面を光束の入射方向に沿って少なくとも2つ有し、前記拡散面は、前記入射方向側からみたとき、互いに前記微小レンズ面を構成する一辺が重複しないように、かつ互いに非平行になるように配置され、前記微小レンズ面の中心位置が互いにずれて配置され、前記微小レンズ面を前記入射方向側からみたとき、当該微小レンズ面を構成する前記開口形状が正三角形である。 The diffusion unit of the present invention has at least two diffusion surfaces in which a plurality of minute lens surfaces are arranged along the incident direction of the light beam, and the diffusion surfaces are the minute lens surfaces of each other when viewed from the incident direction side. Are arranged so that one side constituting the lens does not overlap and is non-parallel to each other, and the center positions of the minute lens surfaces are arranged so as to be offset from each other. The aperture shape that constitutes the lens surface is an equilateral triangle .
この発明によれば、光強度の均一化と発散角の制御とを両立する新規な拡散ユニットを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a novel diffusion unit that achieves both uniform light intensity and control of divergence angle.
図1に、本発明の実施形態の一例として、拡散面を備える光拡散手段たる拡散ユニット10を用いた光学装置100について説明する。
光学装置100は、光源20と、光源20から出射された投射光Lを平行光束とするためのコリメートレンズ5と、平行光となった投射光Lを拡散して所定の拡散角2θで拡散させるための拡散ユニット10と、を有している。
FIG. 1 describes an
The
光源20は、本実施形態では半導体レーザ光源である。
光源20は、かかる構成に限定されるものではなく、その他のレーザ光源や、白色光源等であっても良い。
ただし、拡散ユニット10は、レーザー光源等のコヒーレンスの高い光源を用いたとき、結像時に生じる干渉縞やスペックルの低減を図るものであるので、コヒーレンスが高い光源であることが望ましい。
The
The
However, since the
拡散ユニット10は、図2に示すように、微小レンズ11が複数、平面状に並べられたMLA(マイクロレンズアレイ)である拡散板12a、12bを有している。
本実施形態では、図1に示したように2枚1組のMLAを投射光Lの入射方向であるA方向に沿って配置している。
図2においては、かかる拡散ユニット10をA方向側から見たときの模式図を、光源20側にあるMLAを特に第1拡散板12aとして実線で、出射側にあるMLAを特に第2拡散板12bとして一点鎖線で記載し説明する。
As shown in FIG. 2, the
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a set of two MLAs is arranged along the A direction, which is the incident direction of the projected light L.
In FIG. 2, a schematic view of the
第1拡散板12aと、第2拡散板12bとは何れも同一形状の板状部材であり、表面に正六角形の開口形状を持つ微小レンズ11が六方最密構造の配列パターンを構成するように並べられている。
それぞれの微小レンズ11は、図3に示すように、断面が片側に突出した凸面形状を有する拡散面である微小レンズ面14を形成する。
かかる構成により、第1拡散板12aと、第2拡散板12bとは、それぞれが図3に示すように、入射した投射光Lを発散角2θで発散する拡散板としての機能を有している。
本実施形態においては、微小レンズ11を投射光Lの入射方向側から見たときの形状すなわち微小レンズ面14を構成する曲線と底面とが形成する辺で囲まれる領域の形状を開口形状と表現している。
The
As shown in FIG. 3, each
With this configuration, the
In the present embodiment, the shape of the
微小レンズ11は、本実施形態では、投射光Lの入射方向から見たときに正六角形の形状をしているが、かかる構成に限定されるものではなく、図4に変形例として示すように、正方形であっても良いし、その他正多角形であっても良い。
また、本実施形態では、第1拡散板12aと第2拡散板12bとを同一の微小レンズ11を備え、配列パターンも同一であるとしているが、かかる構成に限定されるものではない。
具体的には、図5に変形例として示すように、第1拡散板12aに配列される微小レンズ11aの開口形状が正方形、第2拡散板12bに配列される微小レンズ11bの開口形状が正六角形、等の構成でも良い。
In the present embodiment, the
Further, in the present embodiment, the
Specifically, as shown as a modification in FIG. 5, the opening shape of the microlens 11a arranged on the
微小レンズ11は、正六角形を構成する1辺(例えば図2における辺13a、13b)が、互いに非平行、すなわち平行にならないようにずらして配置されている。
このとき、『非平行』とは2面のパターンの一辺が平行でないことを示している。また『ずらして』とは投射光Lの入射方向からみたときに重複しないように形成された態様を示している。最も好ましくは、互いに平行な状態から次に平行になる回転角βの半分の角度だけ辺13aと辺13bとが傾斜して配置される。
言い換えると、微小レンズ面14が構成する配列パターンの最も基準となるような位置に引いた線を基準線としたときに、第1拡散板12aの基準線Baと、第2拡散板12bの基準線Bbとは所定の角度αだけ回転した態様で配置される。
The
At this time, "non-parallel" means that one side of the two-sided pattern is not parallel. Further, "shifted" indicates a mode formed so as not to overlap when viewed from the incident direction of the projected light L. Most preferably, the
In other words, when the line drawn at the most reference position of the arrangement pattern formed by the
例えば、本実施形態のように正六角形であれば、1辺の中心角が60度なので、30度(または90度、150度、210度、270度、330度でも同じ)互いに傾斜された状態が最も望ましい。
また、図4に示したような正方形の場合には、中心角は90度なので、45度互いに傾斜された状態が最も望ましい。
かかる構成により、第1拡散板12aと、第2拡散板12bとを透過した投射光Lが、回折光を薄くすることができる。
For example, in the case of a regular hexagon as in the present embodiment, since the central angle of one side is 60 degrees, it is in a state of being inclined to each other by 30 degrees (or 90 degrees, 150 degrees, 210 degrees, 270 degrees, and 330 degrees). Is the most desirable.
Further, in the case of a square as shown in FIG. 4, since the central angle is 90 degrees, it is most desirable that the square is inclined to each other by 45 degrees.
With such a configuration, the projected light L transmitted through the
なお、回転角βと、基準線同士のなす角αとは、既に述べたように、α=β/2が最も望ましいが、数式(1)の範囲内であれば良い。
かかる構成により、第1拡散板12aと、第2拡散板12bとを透過した投射光Lは、それぞれの拡散面において拡散され方が異なり、光強度を均一にすることができる。
As already described, the rotation angle β and the angle α formed by the reference lines are most preferably α = β / 2, but they may be within the range of the mathematical formula (1).
With such a configuration, the projected light L transmitted through the
さらに、第1拡散板12aに形成された微小レンズ11と、第2拡散板12bに形成された微小レンズ11とでは、その中心位置が所定距離zだけ互いにずれるように配置される。
かかる構成により、第1拡散板12aと、第2拡散板12bとを透過した投射光Lの回折光を薄くするとともに、輝度ムラを低減することができる。
なお、ここで所定距離zは、微小レンズ11の形状に合わせて適宜設定されてよいが、対角線あるいは直径よりも小さい値であることが望ましい。
Further, the
With such a configuration, the diffracted light of the projected light L transmitted through the
Here, the predetermined distance z may be appropriately set according to the shape of the
なお、図11に変形例として示すように、かかる所定距離z=0として、第1拡散板12aと第2拡散板12bとの中心位置が揃った状態で、基準線同士のなす角α≠0であるように配列パターンを回転させた構成であっても良い。
As shown in FIG. 11 as a modified example, the angle α ≠ 0 formed by the reference lines in a state where the center positions of the
本実施形態では、かかる拡散ユニット10を用いて、投射光Lの拡散を行う。
拡散ユニット10を投射光Lが透過することで、微小レンズ11により所定の拡散角で拡散され、図7に示すように、照射される面内における光強度が単に微小レンズを用いた拡散板を単数用いた従来例である図6よりも均一化される。
かかる構成により、光強度の均一化と発散角の制御とを両立する。
In the present embodiment, the projected light L is diffused by using the
When the projected light L is transmitted through the
With such a configuration, both uniform light intensity and control of divergence angle are achieved.
また、本実施形態では、拡散ユニット10は、複数の微小レンズ面14が配列された第1拡散板12aと、第2拡散板12bとを有している。
第1拡散板12aと第2拡散板12bとは、それぞれ投射光Lの入射方向A側からみたとき、互いに微小レンズ面を構成する一辺である辺13a、13bが重複しないように、かつ互いに非平行になるように配置される。
かかる構成により、光強度の均一化と発散角の制御とを両立する。
Further, in the present embodiment, the
When the
With such a configuration, both uniform light intensity and control of divergence angle are achieved.
また、本実施形態では、微小レンズ面14の中心位置が互いにずれて配置される。
かかる構成により、図8に示すように、光強度の均一化と発散角の制御とが両立される。
Further, in the present embodiment, the center positions of the minute lens surfaces 14 are arranged so as to be offset from each other.
With such a configuration, as shown in FIG. 8, uniform light intensity and control of divergence angle are compatible.
本実施形態では、微小レンズ面を構成する一辺13a、13bのなす角αが、互いに平行になる位置から次に平行になるまでの回転角βとしたとき、以下の計算式(1)β/4≦α≦3β/4を満たす。かかる構成により、光強度の均一化と発散角の制御とが両立される。 In the present embodiment, the following calculation formula (1) β / Satisfy 4 ≦ α ≦ 3β / 4. With such a configuration, uniform light intensity and control of divergence angle are compatible.
本実施形態では、微小レンズ面を構成する一辺13a、13bのなす角αが、互いに平行になる位置から次に平行になるまでの回転角βの半分となる。
かかる構成により、単に数式(1)を満たすよりもさらに光強度の均一化と発散角の制御とが両立される。
In the present embodiment, the angle α formed by the
With such a configuration, uniform light intensity and control of the divergence angle are more compatible than simply satisfying the mathematical formula (1).
本発明の他の実施形態として、図8に示すような拡散ユニット30について説明する。なお、簡便のため、既に述べた実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
As another embodiment of the present invention, the
拡散ユニット30は、第1拡散板12aと、第2拡散板12bとを有し、第1拡散板12aと第2拡散板12bとを相対的に移動させるための駆動部31を有している。
駆動部31は、図9に示すように、投射光Lの入射方向から見たときに、第2拡散板12bを揺動、本実施形態においては特にCで示した方向に回転運動させるように駆動する。
The
As shown in FIG. 9, the
かかる構成により、第1拡散板12aと第2拡散板12bとにそれぞれ形成された配列パターンの相対位置が時間により変化するため、投射光Lの拡散具合が変動することになるため、コヒーレンスの高い光であっても光強度の均一化と発散角の制御とが両立される。
With this configuration, the relative positions of the arrangement patterns formed on the
なお、本実施形態では、駆動部31は、回転運動させるように揺動させるとしたが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば往復運動させても良いし、図10に示すように、2つの第1拡散板12aと第2拡散板12bとを独立して動かしても良い。
なお、図10においては、移動している様をわかりやすく表示するために、移動距離については誇張して記載しているが、微小レンズ11のサイズ程度、例えば数μmの距離を移動させれば十分であり、かかる構成に限定されるものではない。
In the present embodiment, the
In FIG. 10, the moving distance is exaggerated in order to display the moving state in an easy-to-understand manner, but if the moving distance is about the size of the
かかる構成により、第1拡散板12aと第2拡散板12bとにそれぞれ形成された配列パターンの相対位置が時間により変化するため、さらに光強度の均一化と発散角の制御とが両立される。
With this configuration, the relative positions of the arrangement patterns formed on the
また、上述の実施形態においては、何れも1枚の拡散板が1つの拡散面である微小レンズ面を有する場合についてのみ述べたが、例えば図12(a)、(b)にそれぞれ示すように、単一のレンズ拡散板12’が複数の拡散面を備える構成を用いても良い。
図12(a)、(b)から明らかなように、レンズ拡散板12’は、互いに配列パターンの異なる複数の拡散面として、第1拡散面14aと第2拡散面14bを有している。
Further, in the above-described embodiment, only the case where one diffusion plate has a minute lens surface which is one diffusion surface has been described, but as shown in FIGS. 12A and 12B, for example. , A configuration in which a single lens diffuser 12'provides a plurality of diffusion surfaces may be used.
As is clear from FIGS. 12A and 12B, the lens diffuser 12'has a
複数の拡散面14a、14bはそれぞれ、入射方向側からみたとき、互いに微小レンズ面を構成する一辺が重複しないように、かつ互いに非平行になるように配置される。
The plurality of
このとき、図12(a)に示すように、第1拡散面14aと第2拡散面14bとは、互いに同一の方向に凸の形状として形成されるとしても良い。
また図12(b)に示すように、第1拡散面14aと第2拡散面14bとが互いに逆向きに凸の形状として形成されても良い。
At this time, as shown in FIG. 12A, the
Further, as shown in FIG. 12B, the
かかる構成により、投射光Lが第1拡散面14aと第2拡散面14bとで拡散されるから、光強度の均一化と発散角の制御とが両立される。
With this configuration, the projected light L is diffused on the
また、他の実施形態として、図13に示すように、第1拡散板12aと、第2拡散板12bとに配列される微小レンズ11aの開口形状が正三角形である構成としても良い。
この場合には、第1拡散板12aの基準線Baと、第2拡散板12bの基準線Bbとは所定の角度αだけ回転した態様で配置され、角度αは、0°≦α≦30°を満たすことが望ましく、図13においては特にα=30°である。
このように、第1拡散板12aと第2拡散板12bとの形状を正三角形とすることにより、単位面積当たりの拡散に寄与する微小レンズの数量が最大化されて、拡散効果が増大する。
Further, as another embodiment, as shown in FIG. 13, the aperture shape of the microlenses 11a arranged on the
In this case, the reference line Ba of the
By making the shapes of the
また、図14に示すように、第1拡散板12aと、第2拡散板12bとに配列される微小レンズ11aの開口形状が任意の角度をもった三角形であっても良い。かかる開口形状が三角形の微小レンズ11aを稠密配置するときには、平行四辺形のような四辺形を構成するとしても良い。かかる場合には、第1拡散面14aと第2拡散面14bとは入射方向側から見たとき互いに微小レンズ11aを構成する一辺が重複しないように、かつ互いに非平行になるように配置されることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 14, the aperture shape of the microlenses 11a arranged on the
この発明によれば、新規な拡散ユニットと、これを用いる光学装置を実現できる。 According to the present invention, a novel diffusion unit and an optical device using the new diffusion unit can be realized.
以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、この発明は上述した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において種々の構成をとることが可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described configuration, and various configurations may be adopted within the scope of the invention described in the claims. It is possible.
この発明の実施形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は、「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。 The effects described in the embodiments of the present invention merely list suitable effects arising from the invention, and the effects according to the invention are not limited to those described in the embodiments.
10 拡散ユニット
11 微小レンズ
12a 拡散板(第1拡散板)
12b 拡散板(第2拡散板)
13a 辺(開口形状を構成する一辺)
13b 辺(開口形状を構成する一辺)
14 微小レンズ面(拡散面)
14a、14b 拡散面
20 光源
30 拡散ユニット
31 駆動部
10
12b Diffusion plate (second diffusion plate)
13a side (one side that constitutes the opening shape)
13b side (one side that constitutes the opening shape)
14 Micro lens surface (diffusion surface)
14a,
Claims (3)
前記拡散面は、前記入射方向側からみたとき、互いに前記微小レンズ面の開口形状を構成する一辺が重複しないように、かつ互いに非平行になるように配置され、
前記微小レンズ面の中心位置が互いにずれて配置され、
前記微小レンズ面を前記入射方向側からみたとき、当該微小レンズ面を構成する前記開口形状が正三角形であることを特徴とする拡散ユニット。 It has at least two diffusion surfaces in which a plurality of minute lens surfaces are arranged along the incident direction of the luminous flux.
The diffusion surfaces are arranged so that when viewed from the incident direction side, one side forming the aperture shape of the minute lens surface does not overlap with each other and is non-parallel to each other .
The center positions of the microlens surfaces are offset from each other,
A diffusion unit characterized in that the aperture shape constituting the microlens surface is an equilateral triangle when the microlens surface is viewed from the incident direction side.
前記微小レンズ面の開口形状を構成する一辺同士のなす角αが、互いに平行になる位置から次に平行になるまでの回転角βとしたとき、以下の計算式
(1)β/4≦α≦3β/4
を満たすことを特徴とする拡散ユニット。 The diffusion unit according to claim 1.
When the angle α formed by one side forming the aperture shape of the minute lens surface is the rotation angle β from the position parallel to each other to the next parallel, the following calculation formula is used.
(1) β / 4 ≤ α ≤ 3 β / 4
A diffusion unit characterized by satisfying.
前記拡散面を相対的に移動させる駆動部を有することを特徴とする拡散ユニット。 The diffusion unit according to claim 1 or 2.
A diffusion unit characterized by having a driving unit that relatively moves the diffusion surface.
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