JP7381544B2 - マイクロレンズアレイ及び投影型画像表示装置 - Google Patents
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Description
マイクロレンズアレイに入射した光は、表面の凹凸で屈折し、拡散する。
上記態様にかかる投影型画像表示装置によれば、光の利用効率を高めることができる。
上記態様にかかるマイクロレンズアレイの設計方法及び製造方法によれば、拡散光の拡散強度のバラつきが小さいマイクロレンズアレイを得ることができる。
図1は、第1実施形態に係る投影型画像表示装置PJの模式図である。投影型画像表示装置PJは、例えば、プロジェクタである。投影型画像表示装置PJは、例えば、光源Lsと拡散板Dp1、Dp2、インテグレータレンズIR及びスクリーンScを有する。
図2は、第1実施形態に係るマイクロレンズアレイ100の平面図である。また図3は、第1実施形態に係るマイクロレンズアレイ100の断面図である。図3は、図2におけるA-A線に沿ってマイクロレンズアレイ100を切断した断面である。例えば、複数のマイクロレンズアレイ100を規則的に配列することで、上述の拡散板Dp1、Dp2となる。
図6は、第1実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法を説明するための図である。マイクロレンズアレイの製造方法は、レジスト塗布工程と、露光・現像工程と、エッチング工程とを有する。
マイクロレンズアレイの設計方法は、第1工程と第2工程と第3工程とに分けられる。
第1工程は、基本パターンを設定する工程である。第2工程は、基本パターンに対して種々の条件をばらつかせたパターンを設定する工程である。第3工程は、エッチングの条件を選択する工程である。以下、各工程について、図7及び図8を用いて説明する。図7及び図8は、第1実施形態に係るマイクロレンズアレイの設計方法を説明するための図である。
θd=2sin-1{(p(n-1)/2R)
上記式において、pは、隣接する列仮想線CLの間隔Gx又は隣接する行仮想線RLの間隔Gyである。nは、基板Sの屈折率である。
Gx’=Gx±Gx×gx
Gy’=Gy±Gy×gy
シミュレーションは、Zemax社のOpticStudioを用いて行った。拡散特性は、作製されたマイクロレンズアレイの中心に、強度1W、スポット径0.6mmの入射光を入れ、200mm離れた位置に設置した1辺が150mmのディテクターにおける拡散光の強度分布である。入射光は、波長450nmのコヒーレントの平行光とした。拡散特性は、図9に示すように、x方向とxy方向のそれぞれで求めた。xy方向は、x方向及びy方向のそれぞれに対して45°傾いた方向である。図9は、実施例1~実施例6及び比較例1に係るマイクロレンズアレイの評価方法を説明するための模式図である。
比較例1は、基本パターンのマイクロレンズアレイを設計した。一つのマイクロレンズは、1辺が80μmの正方形の凹レンズとした。マイクロレンズの曲率半径は150μmとし、基板の450nmの波長の光に対する屈折率を1.47とした。このマイクロレンズをx方向及びy方向に10個ずつ並べ、行列配置のマイクロレンズアレイを作製した。
実施例1~6は、基本パターンを基準に、行仮想線RL及び列仮想線CLの間隔、それぞれのマイクロレンズの頂点の位置、それぞれのマイクロレンズの曲率半径をすべてばらつかせた。基板の450nmの波長の光に対する屈折率は、比較例1と同様に、1.47とした。実施例1~6は、バラつきの程度がそれぞれ異なる。実施例1~6のマイクロレンズはいずれも、平面視で、4つの主辺と副辺とからなる多角形であった。
比較例2は、マイクロレンズを配列させずにランダムにした点が比較例1と異なる。隣接するマイクロレンズの頂点間隔の平均は80μm、マイクロレンズの曲率半径の平均は150μmとした。基板の450nmの波長の光に対する屈折率は、比較例1と同様に、1.47とした。マイクロレンズを配列していないため、拡散光は円形であった。
拡散強度の標準偏差σは0.031W/cm2であった。またx方向の10%角度幅は、22.5°であり、xy方向の10%角度幅は22.4°であった。xy方向の10%角度幅に対するx方向の10%角度幅の比は、1.00であった。
実施例6は、拡散光の形状が円形に近づいているが、強度の標準偏差が比較例2より小さく、拡散光の強度の均一性が高まっていると言える。
10a 湾曲面
10c、c 中心
10v 頂点
11、12 反射防止膜
100、101 マイクロレンズアレイ
CL 列仮想線
RL 行仮想線
m1、m2、m3、m4 主辺
s 副辺
PJ 投影型画像表示装置
Claims (5)
- 平面視で複数のマイクロレンズが行列状に配列したマイクロレンズアレイであって、
前記複数のマイクロレンズのそれぞれは、平面視で、4つの主辺、又は、前記4つの主辺及び前記4つの主辺のうち2つの主辺の間を繋ぐ1つ以上の副辺からなり、
前記4つの主辺のうちの少なくとも一つは、行方向と平行な行仮想線または列方向と平行な列仮想線に対して傾斜しており、
前記4つの主辺のうち、一つ、又は、二つ、又は、三つの主辺(前記4つの主辺のうち、四つの主辺を除く)は、行仮想線又は列仮想線に対して傾斜角θを有し、当該傾斜角θの角度範囲の分布が-2.5°≦θ≦2.5°から-27.7°≦θ≦27.7°である、マイクロレンズアレイ。 - 前記4つの主辺のうち、行方向に延びる2つの主辺の長さは前記行仮想線の間隔の50%以上150%以下であり、列方向に延びる2つの主辺の長さは前記列仮想線の間隔の50%以上150%以下である、請求項1に記載のマイクロレンズアレイ。
- 拡散光の光強度において、xy方向の10%角度幅(°)に対するx方向の10%角度幅の比が0.70以上0.88以下の範囲である、請求項1または2のいずれかに記載のマイクロレンズアレイ。
- 前記傾斜角θの角度範囲の分布が-3.7°≦θ≦3.7°から-27.7°≦θ≦27.7°である、請求項1から3のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイを有する、投影型画像表示装置。
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