JP7109367B2 - 拡散板、投写式画像表示装置、及び拡散板の設計方法 - Google Patents
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Description
出射光の光軸が入射光の光軸に対して傾いており、その出射光が所定の拡散範囲において拡散し、その輝度が均一となることが要求されている。また、入射光が拡散板に対して傾いて入射する場合においても、その輝度が均一となることが要求されている。さらに、この要求された出射光を出射するマイクロレンズを備える拡散板が望まれている。
投射光学系で使用される拡散板であって、
投射光を投射される投射側主面(例えば、主面1a)と、
出射光を出射させる出射側主面(例えば、主面1b)と、
前記投射側主面、及び前記出射側主面の少なくとも一方に、レンズ機能を有する微細構造体と、を備え、
前記投射光の開口数NAが、0を超過し、0.140以下であり、
前記微細構造体は、マイクロレンズ状の形状を有するマイクロレンズ形状部を複数備え、
前記マイクロレンズ形状部における前記投射光の光軸と、前記投射側主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度~50度の範囲内であり、
前記マイクロレンズ形状部の複数のうち少なくとも一つは、前記マイクロレンズ形状部における前記出射光の光軸と、前記投射側主面の法線とが交差してなす出射角度θoで、前記出射光を出射させ、
出射角度θoは、前記入射角度θiと異なり、
前記出射光は、所望の拡散角度の範囲内において、実質的に均一な輝度を有し、
前記マイクロレンズ形状部のマイクロレンズ基準面に実質的に垂直な断面における、前記マイクロレンズ形状部の断面形状は、前記投射光の光軸周りに非対称な断面形状を持つ。
投射光学系で使用される拡散板であって、
投射光を投射される投射側主面と、
出射光を出射させる出射側主面と、
前記投射側主面、及び前記出射側主面の少なくとも一方に、レンズ機能を有する微細構造体と、を備え、
前記投射光の開口数NAが、0を超過し、0.140以下であり、
前記微細構造体は、マイクロレンズ状の形状を有するマイクロレンズ形状部を複数備え、
前記マイクロレンズ形状部における前記投射光の光軸と、前記投射側主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度を超過し、50度以下であり、
前記マイクロレンズ形状部の複数のうち少なくとも一つは、前記マイクロレンズ形状部における前記出射光の光軸と、前記投射側主面の法線とが交差してなす出射角度θoで、前記出射光を出射させ、
前記出射角度θoは、前記入射角度θiと同じであり、
前記出射光は、所望の拡散角度の範囲内において、実質的に均一な輝度を有し、
前記マイクロレンズ形状部のマイクロレンズ基準面に実質的に垂直な断面における、前記マイクロレンズ形状部の断面形状は、前記投射光の光軸周りに非対称な断面形状を持つ。
また、前記マイクロレンズ形状部の底面形状は、長方形であり、前記マイクロレンズ形状部は、格子状に周期的に配列されている、ことを特徴としてもよい。
また、前記マイクロレンズ形状部の最深部から最頂部までの高さH1[μm]は、0<H1≦75を満たす、ことを特徴としてもよい。
投射光を投射される投射側主面と、出射光を出射させる出射側主面と、を備える拡散板の光拡散パターンを設計する拡散板の設計方法であって、
前記拡散板の前記投射側主面に垂直に光を投射させることを仮定したときにおいて所望の光拡散特性を有するように、基準マイクロレンズを準備する基準マイクロレンズ設計工程と、
前記拡散板の前記投射側主面の各位置における前記投射光の光軸の傾きと、前記拡散板の前記投射側主面の各位置における前記投射光の光軸の傾きと、前記出射光の配光特性とに基づいて、前記基準マイクロレンズの形状に対して、前記投射光の光軸の傾きと前記出射光の光軸の傾きとに対応するための傾斜対応レンズ設計工程と、を備え、
前記傾斜対応レンズ設計工程では、
レンズ設計パラメータは、レンズの中心位置をずらす中心位置ずらし量を含む。
また、前記傾斜対応レンズ設計工程では、前記レンズ設計パラメータは、さらに、レンズの曲率半径を拡大させる、又は、縮小するレンズ曲率半径の変化量を含む、ことを特徴としてもよい。
また、前記傾斜対応レンズ設計工程では、前記レンズ設計パラメータは、さらに、三次関数またはそれに類する関数でレンズ形状を調整する調整量を含む、ことを特徴としてもよい。
また、前記基準マイクロレンズが、前記投射側主面または前記出射側主面の法線方向を含み、異なる2つの断面において、2つの断面形状をそれぞれ制御するレンズ形状を有し、
前記基準マイクロレンズの前記2つの断面形状について、レンズ設計をする、ことを特徴としてもよい。
また、前記基準マイクロレンズが、トロイダル形状を有する、又はバイコーニック面を有する、ことを特徴としてもよい。
投射光を投射されて、反射光を反射する主面と、
前記主面にミラー機能を有する微細構造体と、を備え、
前記投射光の開口数NAが、0を超過し、0.140以下であり、
前記微細構造体は、マイクロレンズ状の形状を有するマイクロレンズ形状ミラー部を複数備え、
前記マイクロレンズ形状ミラー部における前記投射光の光軸と、前記主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度~50度の範囲内であり、
前記マイクロレンズ形状ミラー部の複数のうち少なくとも一つは、前記マイクロレンズ形状ミラー部における前記反射光の光軸と、前記主面の法線とが交差してなす反射角度で、前記反射光を反射し、
前記反射光は、前記入射角度θiと異なり、
前記反射光は、所望の拡散角度の範囲内において、実質的に均一な輝度を有し、
前記マイクロレンズ形状ミラー部のマイクロレンズ基準面に実質的に垂直な断面における、前記マイクロレンズ形状ミラー部の断面形状は、前記投射光の光軸周りに非対称な断面形状を持つ。
ところで、本発明にかかる拡散板は、
投射光を投射されて、反射光を反射する主面と、
前記主面にミラー機能を有する微細構造体と、を備え、
前記投射光の開口数NAが、0を超過し、0.140以下であり、
前記微細構造体は、マイクロレンズ状の形状を有するマイクロレンズ形状ミラー部を複数備え、
前記マイクロレンズ形状ミラー部における前記投射光の光軸と、前記主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度を超過し、50度以下であり、
前記マイクロレンズ形状ミラー部の複数のうち少なくとも一つは、前記マイクロレンズ形状ミラー部における前記反射光の光軸と、前記主面の法線とが交差してなす反射角度で、前記反射光を反射し、
前記反射光は、前記入射角度θiと同じであり、
前記反射光は、所望の拡散角度の範囲内において、実質的に均一な輝度を有し、
前記マイクロレンズ形状ミラー部のマイクロレンズ基準面に実質的に垂直な断面における、前記マイクロレンズ形状ミラー部の断面形状は、前記投射光の光軸周りに非対称な断面形状を持つ。
図1~図3を参照して、実施の形態1に係る拡散板について説明する。図1は、実施の形態1に係る拡散板の構成を示す模式上面図である。図2は、実施の形態1に係る投写式画像装置を示す模式図である。図3は、実施の形態1に係る拡散板の一具体例から出射された出射光の拡散角度に対する輝度を示すグラフである。なお、図1では、拡散板の主面を原点とするxy座標系を規定した。図2では、右手系xyz座標系を規定したが、見易さのため、拡散板10の主面1aから、離れた箇所に記載した。
0<H1≦75
を満たすと好ましい。投射式画像表示装置に用いられる拡散板においては、マイクロレンズ形状部の高さH1が重要である。高さH1が75μm以下であるとき、個々のマイクロレンズが視認されにくくなる。そのため、投射式画像表示装置により表示される画像において粒状感が生じにくくなる。したがって、マイクロレンズ形状部の高さH1は、75μm以下であると好ましい。なお、高さH1は、0μmより大きいとよい。
また、マイクロレンズ形状部のマイクロレンズ基準面(図示略)に実質的に垂直な断面における、マイクロレンズ形状部の断面形状は、投射光L1の光軸A1周りに非対称な断面形状を持つとよい。ここで、マイクロレンズ基準面は、マイクロレンズ2の底面に相当する。
投射光L1は拡散板10に入射した後、拡散板10を透過し、拡散板10の主面1bから出射光L2として出射する。出射光L2は、拡散範囲Rd内に拡散しつつ、光軸A2に沿って進む。ここで、投射装置20から拡散板10に投射された投射光L1の、光軸A1に対する最大角度をθnaとすると、投射光L1の開口数NAは、下記の式1で表現される。
ここで、図3及び図16を参照して、出射光L2の光軸A2の定義の一具体例について説明する。図3は、実施の形態1に係る拡散板の一具体例から出射された出射光の拡散角度に対する輝度を示すグラフである。図16は、拡散板から出射された出射光の拡散角度に対する輝度を示すグラフである。図3及び図16に示すように、評価したい測定断面における、配光特性において、左側から積算していったときに全輝度の積算値の半分となる角度を出射光の光軸と定義する。具体的には、拡散角度の所定範囲に対する測定輝度分布において、出射光の光軸の位置に相当する拡散角度を、光軸拡散角度θaとする。拡散角度の所定範囲における最小角度θminから光軸拡散角度θaまでの測定輝度の積算値Toが、拡散角度の全範囲における測定輝度の積算値Taの50%であると、定義する。
拡散板10全体の軸A0と、出射光L2の光軸A2とのなす角度が、出射光L2の拡散板10への出射角度θoである。出射角度θoは、入射角度θiと異なり、言い換えると、大きいか又は小さい。出射光L2の光軸A2は、投射光L1の光軸A1に対して、所定の角度で傾いている。つまり、光軸A2は、光軸A1と同じ方向に延びておらず、平行でもない。出射光L2の光軸A2は、投射光L1の光軸A1に対して、光軸ズレ角度θvで曲がることになる。言い換えると、光軸A2と、光軸A1とのなす角度は、光軸ズレ角度θvである。また、出射角度θoと入射角度θiとの差分の絶対値が光軸ズレ角度θvであり、光軸ズレ角度θvが0~40度以内であると好ましい。光軸ズレ角度θvが大きくなるほど微細凹凸の斜面角度が大きくなる傾向にある。光軸ズレ角度θvが40度以下であるとき、投射板に入射した光が、内部で全反射し難くなる。そのため、この入射した光が、安定して投射板から出射し、画像における輝度が安定する等の良好な影響が多くなる。このため、光軸ズレ角度θvは40度以下にすることが好ましい。
図4及び図5を参照して、実施の形態1に係る拡散板の製造方法について説明する。図4は拡散板の製造方法の手順を示すフローチャートである。図5は、実施の形態1に係るマイクロレンズアレイの設計工程を示すフローチャートである。
以下、各工程を順に説明する。
次に、図6及び図17を用いて、出射光の拡散特性の均一性を定量的に評価する方法について説明する。図6及び図17は、出射光の拡散特性の均一性の評価方法を説明するための図である。
具体的には、拡散範囲θs+θbの広さに応じて、均一性評価指標Ts/Tbの許容範囲D~1/Dは変化する。これは、均一性評価指標Ts/Tbが同じ値であっても、拡散範囲θs+θbが狭い場合、出射光の拡散特性の均一性が低いと視認される傾向にあるのに対して、拡散範囲θs+θbが広い場合、均一性が高いと視認される傾向が有る。これを元に以下のように拡散範囲θs+θbに応じて均一性評価指標の許容範囲D~1/Dを決定する。均一性の許容範囲の下限値Dは、以下の式で表される。
D = 0.63*exp( 0.45*( (90 - (θs+θb))/90)^2 )
均一性の許容範囲の下限値Dと、その上限値1/Dを用いて、均一性評価指標Ts/Tbの範囲は以下の範囲にあれば、出射光の拡散特性の均一性は良好と判断されて、良い。
D <Ts/Tb< 1/D
具体的には、拡散範囲θs+θbが10度であれば、均一性の許容範囲の下限値Dが0.90であり、その上限値1/Dが1.11である。均一性評価指標Ts/Tbが、均一性の許容範囲の下限値D0.90を超えて、且つ、その上限値1/D1.11未満であれば、拡散板は、出射光を均一な拡散分布で拡散させるため、好ましい。拡散範囲θs+θbが20度であれば、均一性評価指標Ts/Tbが、均一性の許容範囲の下限値D0.83を超えて、且つ、その上限値1/D1.21未満であれば、拡散板は、出射光を均一な拡散分布で拡散させるため、好ましい。
具体的には、図6に示す例では、拡散範囲θs+θbが10度であり、均一性評価指標Ts/Tbは、0.99であるため、均一性の許容範囲の下限値D0.9から上限値1/D1.11までの範囲内にある。すなわち、図6に示す例では、出射光の拡散特性は均一であると認定される。
一方、図17に示す例では、拡散範囲θs+θbが10度であり、均一性評価指標Ts/Tbは、約0.86であるため、均一性の許容範囲の下限値D0.9を下回る。すなわち、図17に示す例では、出射光の拡散特性は均一でないと認定される。
本発明に係る拡散板及び投写式画像表示装置によれば、入射光によらず出射光の拡散特性を均一にできることから映像を隅まで明るく視認できたり、高品位な映像を提供したりすることができる。また、出射光の光軸を入射光の光軸に対して曲げることで、拡散板に映像範囲の拡大などの機能を持たせた拡散板を提供することができ、装置の小型化や、映像表示装置の設計自由度を向上させることができる。
まず、基準マイクロレンズ設計工程ST120では、具体的に、基準マイクロレンズの形状について説明をする。基準マイクロレンズのレンズ形状は、一般的な回転対称形状を用いてもよく、その場合、基準マイクロレンズの断面形状、具体的には、基準マイクロレンズの中心とレンズ面との交点を基準としたサグ量z[μm]は、下記の式2で表される。ここで、Cは曲率[1/μm]であり、Kは円錐係数、rは中心からの距離[μm]である。曲率Cは、曲率半径R[μm]を用いて、C=1/Rと表される。
続いて、実施例1~4のインプット事項とその共通設計事項について説明する。拡散板のパターン部分の屈折率は1.52とし、拡散板の基材としてポリカーボネートを用いて、基材の屈折率は1.59とする。拡散板から出射される出射光の拡散特性では、拡散形状は長方形とする。さらに、水平方向H、(例えば、図1に示す拡散板10の長辺側の外縁に沿う方向)において、出射光の拡散角度は全角で20度とし、垂直方向V(例えば、図1に示す拡散板10の短辺側の外縁に沿う方向)において、出射光の拡散角度は全角で10度とする。
また、各方向での配光形状はトップハットに近い形状とした。投射装置からの映像は、拡散板の微細凹凸面(パターン面、具体的には、マイクロレンズアレイ、より具体的には、図2に示すマイクロレンズ2)に入射され、基材面の平坦面(例えば、図2に示す主面1b)から映像光が拡散するとともに出射される。
前述の共通設計事項を基に、拡散板の出射光について、条件を決める。拡散板の出射光が各入射光の光軸に対して、垂直方向Vにおいて、全て-2度光軸を傾けるものとする(ここで、Dθov=-2deg)。その他の拡散特性は同一のものとする。
Ay=0.02/(15^3)×(Y/15)
αy=1-0.01×(Y/15)
これにより拡散板内のY座標における任意の位置において上記設計を適用することで、所望の出射光特性を得ることができる。
前述の共通設計事項を基に、拡散板の出射光について、条件を加える。拡散板の出射光の光軸が各入射光の光軸に対して、水平方向Hにおいて、全て-3deg傾くように設定した(ここで、Dθoh=-3deg)。その他の拡散特性は、実施例1と同一の条件に設定した。X座標の各位置における各パラメータ、レンズ中心位置のずらし量Dhと、レンズ曲率半径係数αxと、3次関数による補正係数Axとは、下記の式で表現される。
Dh=-4.45-0.1×(X/30)
αx=1-0.02×|(X/30)| (X>=0)
αx=1+0.05×|(X/30)| (X<0)
Ax=0.15/(15^3)×(X/30)
また均一性評価指標Ts/TbはX=-30mmの位置で1.03、X=+30mmの位置で1.00であり、均一である。
これにより拡散板内のX座標における任意の位置において上記設計を適用することで、所望の出射光の配光特性を得ることができる。
実施例1と実施例2との設計を同時にそれぞれの垂直方向V、又は水平方向Hに沿う断面形状について適用すると、出射光の光軸を入射光の光軸に対して、垂直方向Vに-2[deg]、水平方向Hに-3[deg]同時に曲げることができる。このように出射光の光軸を2次元方向に曲げる設計をも行うことができる。
実施例1では、出射光の光軸を入射光の光軸に対して一定の変化を与えたが、実施例4では、垂直方向Vについて拡散板面内におけるY座標の位置-15mmから+15mmまで範囲において、入射光の入射角度θivが-5degから+5degまで変化する条件で、Yの各位置で、出射光の光軸を、入射光の光軸に対してY方向における出射角度Dθov[deg]だけ変化させる。つまりY方向に沿って連続的な光軸変化を可変させる。入射光軸の変化は最大2degとし、Dθov= 2*Y/15 [deg]
とした。
Y方向における出射角度θov[deg]を定義すれば、各Y位置における出射角度θovは以下の式となる。
θov=θiv+Dθov
実施例1と同様に、実施例4に係る拡散板の3点で設計を行ったところ次のパラメータにより目標の特性を得られる。レンズ中心のずらし量Dvと、3次関数補正量Ayとを以下の式で表現されるよう、設定した。
Dv=-6.0*Y/15
Ay= -0.02/15^3(=5.926E-06)*Y/15
αx=1+0.02×|(Y/15)|
また均一性評価指標Ts/TbはY=-15mmの位置で0.98、Y=+15mmの位置で0.98であり、均一である。これにより各位置で光軸を変化させつつ、配光特性の幅はほぼ固定でき、強度分布もフラットとなり配光特性の断面形状を維持できる。
次に、比較例1及び2について説明する。
比較例1では、実施例1で用いた拡散板のマイクロレンズアレイの基準マイクロレンズと同一構成の基準マイクロレンズを有する拡散板を用いた。この拡散板に、5度に傾けた光を入射させた場合の配光特性を図17に示す。出射光の光軸θaは5degであり、拡散範囲θs+θbは10degであり、均一性評価指標Ts/Tbの許容範囲D~1/Dは、0.90を超過し、1.11未満である。しかし、均一性評価指標Ts/Tbは0.86であり、許容範囲D~1/Dに含まれないため、均一性が良好でないと判断した。このように従来のマイクロレンズアレイを有する拡散板では、斜めに光を入射させると、光軸は入射光とほとんど変わらずに、配光分布が傾いており輝度ムラが生じることがわかる。
この拡散板を傾け、垂直に光を入射させると出射光の光軸が曲げることができるが、出射光の配光分布が傾いており輝度ムラが生じてしまうことがわかる。
また、上記した反射型の拡散板では、マイクロレンズ形状ミラー部における投射光の光軸と、主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度を超過し、50度以下であり、反射光が入射角度θiと同じであってもよい。
なお、マイクロレンズ形状ミラー部は、上記した拡散板10の設計方法を用いて設計されてもよい。
1 基板 1a、1b 主面
2 マイクロレンズ
100 投写式画像表示装置
20 投射装置
A0 軸 A1、A2 光軸
Ax 3次関数による補正係数
Dh、Dv レンズ中心位置のずらし量
H 水平方向
L1 投射光 L2 出射光
Lb、Ls 輝度 Lo 光軸輝度
Rd 拡散範囲 Ro 中心位置
Ta、Tb、To、Ts 積算値
V 垂直方向
V1-V3 位置
αx、αy レンズ曲率半径係数 θb、θs 拡散角度
θi 入射角度 θa 光軸拡散角度
θo、θoy 出射角度 θv 光軸ズレ角度
Claims (13)
- 投射光学系で使用される拡散板であって、
投射光を投射される投射側主面と、
出射光を出射させる出射側主面と、
前記投射側主面、及び前記出射側主面の少なくとも一方に、レンズ機能を有する微細構造体と、を備え、
前記投射光の開口数NAが、0を超過し、0.140以下であり、
前記微細構造体は、マイクロレンズ状の形状を有するマイクロレンズ形状部を複数備え、
前記マイクロレンズ形状部における前記投射光の光軸と、前記投射側主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度~50度の範囲内であり、
前記マイクロレンズ形状部の複数のうち少なくとも一つは、前記マイクロレンズ形状部における前記出射光の光軸と、前記投射側主面の法線とが交差してなす出射角度θoで、前記出射光を出射させ、
出射角度θoは、前記入射角度θiと異なり、
前記出射光は、所望の拡散角度の範囲内において、実質的に均一な輝度を有し、
前記マイクロレンズ形状部のマイクロレンズ基準面に実質的に垂直な断面における、前記マイクロレンズ形状部の断面形状は、前記投射光の光軸周りに非対称な断面形状を持っており、
前記投射光の光軸と前記出射光の光軸とが交差してなす角度の差分の絶対値が、0~40度以内で変化しており、
拡散角度に対する測定輝度分布において、
前記出射光の光軸の位置に相当する拡散角度を、光軸拡散角度θaとすると、
前記拡散角度の所定範囲における最小角度θminから前記光軸拡散角度θaまでの測定輝度の積算値Toが、拡散角度の全範囲における測定輝度の積算値Taの50%であり、
所定の拡散角度θsにおける輝度Lsと、前記所定の拡散角度θbにおける輝度Lbとが、いずれも前記出射光の光軸での光軸輝度Loの70%に相当し、
前記所定の拡散角度θsが、前記光軸拡散角度θaよりも小さく、
前記所定の拡散角度θbが、前記光軸拡散角度θaよりも大きいとき、
前記拡散角度θsから前記光軸拡散角度θaまでの各輝度からLo*0.7を減算した輝度の積算値Tsと、前記光軸拡散角度θaから前記所定の拡散角度θbまでの輝度の積算値Tbとの比である均一性評価指標Ts/Tbは、
D <Ts/Tb< 1/D
を満たし、
均一性評価指標Ts/Tbの許容範囲の下限値Dは、
D=0.63*exp(0.45*((90-(θs+θb))/90)^2)
を満たす、
ことを特徴とする拡散板。 - 投射光学系で使用される拡散板であって、
投射光を投射される投射側主面と、
出射光を出射させる出射側主面と、
前記投射側主面、及び前記出射側主面の少なくとも一方に、レンズ機能を有する微細構造体と、を備え、
前記投射光の開口数NAが、0を超過し、0.140以下であり、
前記微細構造体は、マイクロレンズ状の形状を有するマイクロレンズ形状部を複数備え、
前記マイクロレンズ形状部における前記投射光の光軸と、前記投射側主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度を超過し、50度以下であり、
前記マイクロレンズ形状部の複数のうち少なくとも一つは、前記マイクロレンズ形状部における前記出射光の光軸と、前記投射側主面の法線とが交差してなす出射角度θoで、前記出射光を出射させ、
前記出射角度θoは、前記入射角度θiと同じであり、
前記出射光は、所望の拡散角度の範囲内において、実質的に均一な輝度を有し、
前記マイクロレンズ形状部のマイクロレンズ基準面に実質的に垂直な断面における、前記マイクロレンズ形状部の断面形状は、前記投射光の光軸周りに非対称な断面形状を持っており、
前記投射光の光軸と前記出射光の光軸とが交差してなす角度の差分の絶対値が、0~40度以内で変化しており、
拡散角度に対する測定輝度分布において、
前記出射光の光軸の位置に相当する拡散角度を、光軸拡散角度θaとすると、
前記拡散角度の所定範囲における最小角度θminから前記光軸拡散角度θaまでの測定輝度の積算値Toが、拡散角度の全範囲における測定輝度の積算値Taの50%であり、
所定の拡散角度θsにおける輝度Lsと、前記所定の拡散角度θbにおける輝度Lbとが、いずれも前記出射光の光軸での光軸輝度Loの70%に相当し、
前記所定の拡散角度θsが、前記光軸拡散角度θaよりも小さく、
前記所定の拡散角度θbが、前記光軸拡散角度θaよりも大きいとき、
前記拡散角度θsから前記光軸拡散角度θaまでの各輝度からLo*0.7を減算した輝度の積算値Tsと、前記光軸拡散角度θaから前記所定の拡散角度θbまでの輝度の積算値Tbとの比である均一性評価指標Ts/Tbは、
D <Ts/Tb< 1/D
を満たし、
均一性評価指標Ts/Tbの許容範囲の下限値Dは、
D=0.63*exp(0.45*((90-(θs+θb))/90)^2)
を満たす、
ことを特徴とする拡散板。 - 請求項1又は2に記載の拡散板であって、
前記マイクロレンズ形状部の底面形状は、長方形であり、
前記マイクロレンズ形状部は、格子状に周期的に配列されている、
ことを特徴とする拡散板。 - 請求項3に記載の拡散板であって、
前記マイクロレンズ形状部の最深部から最頂部までの高さH1[μm]は、
0<H1≦75
を満たす、
ことを特徴とする拡散板。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載された拡散板と、
前記投射光を前記拡散板に投射する投射装置と、を備える投写式画像表示装置。 - 投射光を投射される投射側主面と、出射光を出射させる出射側主面と、を備える拡散板の光拡散パターンを設計する拡散板の設計方法であって、
前記拡散板の前記投射側主面に垂直に光を投射させることを仮定したときにおいて所望の光拡散特性を有するように、基準マイクロレンズを準備する基準マイクロレンズ設計工程と、
前記拡散板の前記投射側主面の各位置における前記投射光の光軸の傾きと、前記拡散板の前記出射側主面の各位置における前記出射光の光軸の傾きと、前記出射光の配光特性とに基づいて、前記基準マイクロレンズの形状に対して、前記投射光の光軸の傾きと前記出射光の光軸の傾きとに対応するための傾斜対応レンズ設計工程と、を備え、
前記傾斜対応レンズ設計工程では、
レンズ設計パラメータは、レンズの中心位置をずらす中心位置ずらし量を含み、
前記投射光の光軸と前記出射光の光軸とが交差してなす角度の差分の絶対値が、0~40度以内で変化しており、
拡散角度に対する測定輝度分布において、
前記出射光の光軸の位置に相当する拡散角度を、光軸拡散角度θaとすると、
前記拡散角度の所定範囲における最小角度θminから前記光軸拡散角度θaまでの測定輝度の積算値Toが、拡散角度の全範囲における測定輝度の積算値Taの50%であり、
所定の拡散角度θsにおける輝度Lsと、前記所定の拡散角度θbにおける輝度Lbとが、いずれも前記出射光の光軸での光軸輝度Loの70%に相当し、
前記所定の拡散角度θsが、前記光軸拡散角度θaよりも小さく、
前記所定の拡散角度θbが、前記光軸拡散角度θaよりも大きいとき、
前記拡散角度θsから前記光軸拡散角度θaまでの各輝度からLo*0.7を減算した輝度の積算値Tsと、前記光軸拡散角度θaから前記所定の拡散角度θbまでの輝度の積算値Tbとの比である均一性評価指標Ts/Tbは、
D <Ts/Tb< 1/D
を満たし、
均一性評価指標Ts/Tbの許容範囲の下限値Dは、
D=0.63*exp(0.45*((90-(θs+θb))/90)^2)
を満たす、
拡散板の設計方法。 - 前記傾斜対応レンズ設計工程では、前記レンズ設計パラメータは、さらに、レンズの傾き量を含む、
ことを特徴とする請求項6に記載の拡散板の設計方法。 - 前記傾斜対応レンズ設計工程では、前記レンズ設計パラメータは、さらに、レンズの曲率半径を拡大させる、又は、縮小するレンズ曲率半径の変化量を含む、
ことを特徴とする請求項6又は7に記載の拡散板の設計方法。 - 前記傾斜対応レンズ設計工程では、前記レンズ設計パラメータは、さらに、三次関数またはそれに類する関数でレンズ形状を調整する調整量を含む、
ことを特徴とする請求項6~8のいずれか1項に記載の拡散板の設計方法。 - 前記基準マイクロレンズが、前記投射側主面または前記出射側主面の法線方向を含み、異なる2つの断面において、2つの断面形状をそれぞれ制御するレンズ形状を有し、
前記基準マイクロレンズの前記2つの断面形状について、レンズ設計をする、
ことを特徴とする請求項6~9のいずれか1項に記載の拡散板の設計方法。 - 前記基準マイクロレンズが、トロイダル形状を有する、又はバイコーニック面を有する、
ことを特徴とする請求項10に記載の拡散板の設計方法。 - 投射光を投射されて、反射光を反射する主面と、
前記主面にミラー機能を有する微細構造体と、を備え、
前記投射光の開口数NAが、0を超過し、0.140以下であり、
前記微細構造体は、マイクロレンズ状の形状を有するマイクロレンズ形状ミラー部を複数備え、
前記マイクロレンズ形状ミラー部における前記投射光の光軸と、前記主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度~50度の範囲内であり、
前記マイクロレンズ形状ミラー部の複数のうち少なくとも一つは、前記マイクロレンズ形状ミラー部における前記反射光の光軸と、前記主面の法線とが交差してなす反射角度で、前記反射光を反射し、
前記反射光は、前記入射角度θiと異なり、
前記反射光は、所望の拡散角度の範囲内において、実質的に均一な輝度を有し、
前記マイクロレンズ形状ミラー部のマイクロレンズ基準面に実質的に垂直な断面における、前記マイクロレンズ形状ミラー部の断面形状は、前記投射光の光軸周りに非対称な断面形状を持っており、
前記投射光の光軸と前記反射光の光軸とが交差してなす角度の差分の絶対値が、0~40度以内で変化しており、
拡散角度に対する測定輝度分布において、
前記反射光の光軸の位置に相当する拡散角度を、光軸拡散角度θaとすると、
前記拡散角度の所定範囲における最小角度θminから前記光軸拡散角度θaまでの測定輝度の積算値Toが、拡散角度の全範囲における測定輝度の積算値Taの50%であり、
所定の拡散角度θsにおける輝度Lsと、前記所定の拡散角度θbにおける輝度Lbとが、いずれも前記反射光の光軸での光軸輝度Loの70%に相当し、
前記所定の拡散角度θsが、前記光軸拡散角度θaよりも小さく、
前記所定の拡散角度θbが、前記光軸拡散角度θaよりも大きいとき、
前記拡散角度θsから前記光軸拡散角度θaまでの各輝度からLo*0.7を減算した輝度の積算値Tsと、前記光軸拡散角度θaから前記所定の拡散角度θbまでの輝度の積算値Tbとの比である均一性評価指標Ts/Tbは、
D <Ts/Tb< 1/D
を満たし、
均一性評価指標Ts/Tbの許容範囲の下限値Dは、
D=0.63*exp(0.45*((90-(θs+θb))/90)^2)
を満たす、
拡散板。 - 投射光を投射されて、反射光を反射する主面と、
前記主面にミラー機能を有する微細構造体と、を備え、
前記投射光の開口数NAが、0を超過し、0.140以下であり、
前記微細構造体は、マイクロレンズ状の形状を有するマイクロレンズ形状ミラー部を複数備え、
前記マイクロレンズ形状ミラー部における前記投射光の光軸と、前記主面の法線とが交差してなす入射角度θiは、0度を超過し、50度以下であり、
前記マイクロレンズ形状ミラー部の複数のうち少なくとも一つは、前記マイクロレンズ形状ミラー部における前記反射光の光軸と、前記主面の法線とが交差してなす反射角度で、前記反射光を反射し、
前記反射光は、前記入射角度θiと同じであり、
前記反射光は、所望の拡散角度の範囲内において、実質的に均一な輝度を有し、
前記マイクロレンズ形状ミラー部のマイクロレンズ基準面に実質的に垂直な断面における、前記マイクロレンズ形状ミラー部の断面形状は、前記投射光の光軸周りに非対称な断面形状を持っており、
前記投射光の光軸と前記反射光の光軸とが交差してなす角度の差分の絶対値が、0~40度以内で変化しており、
拡散角度に対する測定輝度分布において、
前記反射光の光軸の位置に相当する拡散角度を、光軸拡散角度θaとすると、
前記拡散角度の所定範囲における最小角度θminから前記光軸拡散角度θaまでの測定輝度の積算値Toが、拡散角度の全範囲における測定輝度の積算値Taの50%であり、
所定の拡散角度θsにおける輝度Lsと、前記所定の拡散角度θbにおける輝度Lbとが、いずれも前記反射光の光軸での光軸輝度Loの70%に相当し、
前記所定の拡散角度θsが、前記光軸拡散角度θaよりも小さく、
前記所定の拡散角度θbが、前記光軸拡散角度θaよりも大きいとき、
前記拡散角度θsから前記光軸拡散角度θaまでの各輝度からLo*0.7を減算した輝度の積算値Tsと、前記光軸拡散角度θaから前記所定の拡散角度θbまでの輝度の積算値Tbとの比である均一性評価指標Ts/Tbは、
D <Ts/Tb< 1/D
を満たし、
均一性評価指標Ts/Tbの許容範囲の下限値Dは、
D=0.63*exp(0.45*((90-(θs+θb))/90)^2)
を満たす、
拡散板。
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