WO2022138725A1 - 拡散板、発光デバイス及びセンサモジュール - Google Patents

Abstract

拡散板は、複数の単レンズを有するレンズアレイを備え、単レンズは、コーニック定数を含む非球面レンズの式（１）、単レンズの曲率半径ｒ及びピッチＤの比率ｒ／Ｄとコーニック定数ｋとの関係を規定する式（３）とを満たし、かつ、単レンズの光軸に平行に入射された光線が、単レンズの縁部に当たらない。

Description

拡散板、発光デバイス及びセンサモジュール

　本開示は、拡散板、発光デバイス及びセンサモジュールに関する。

　以前より、レンズアレイによって入射光を拡散する拡散板がある（例えば特開２０１７－０２６６６２号公報を参照）。

　本開示の拡散板の一態様は、
　複数の単レンズを有するレンズアレイを備え、
　前記単レンズは、後述する式（１）、式（２）、式（３）を満たす。

　本開示の拡散板のもう一つの態様は、
　複数の単レンズを有するレンズアレイを備え、
　前記単レンズは、後述の式（１）、式（３）を満たし、かつ、前記単レンズの光軸に平行に入射された光線が、当該単レンズの縁部に当たらない拡散板である。

　本開示の発光デバイスは、
　発光素子と、
　前記発光素子が出射する光の経路上に位置する上記の拡散板と、
　を備える。

　本開示のセンサモジュールは、
　上記の発光デバイスと、
　前記発光デバイスが出射した光を受光可能な受光デバイスと、
　を備える。

本開示の実施形態に係る拡散板を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る拡散板を示す平面図である。 実施形態に係る拡散板の光路図である。 不要な反射の発生と非発生とを分ける単レンズのパラメータの境界値を示すグラフである。 実施形態の単レンズに適用されるパラメータ値の一例を示すグラフである。 実施形態の拡散板の配光の一例を示す角度分布グラフである。 実施形態の拡散板の配光の一例を示す照度分布グラフである。 実施形態に係る拡散板の製造方法の一例を説明する図である。 本開示の実施形態に係る発光デバイス及びセンサモジュールを示す図である。

　以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

　図１Ａは、本開示の実施形態に係る拡散板を示す断面図である。図１Ｂは、実施形態に係る拡散板を示す平面図である。図１Ａは、図１ＢのＡ－Ａ線における断面を示す。図２は、実施形態に係る拡散板の光路図を示す。図１Ａ、図１Ｂ及び図２において、Ｘ－Ｙ方向は透明基板２の基板面に沿った方向（互いに直交する２方向）を示し、Ｚ方向は基板面に垂直な方向を示す。Ｚ方向は光の入射方向に相当する。

　本実施形態に係る拡散板１は、図１Ａに示すように、ガラス基板などの透明基板２と、透明基板２の基板面上に位置するレンズアレイ３とを備える。レンズアレイ３は、Ｚ方向から見て、Ｘ－Ｙの二次元方向に配列された複数の単レンズ１０を有する。図１Ａ及び図１Ｂでは、複数の単レンズ１０が、同一ピッチＤで行方向ｍ１及び列方向ｍ２のマトリックス状に配列された例を示す。複数の単レンズ１０は、各凸面を光の入射側に向けて配列される。複数の単レンズ１０の光軸Ｏ１は互いに平行であってもよい。複数の単レンズ１０の凸面形状の輪郭は隣り合う単レンズ１０との境界まで連続する。

　＜単レンズの凸面形状＞
　単レンズ１０は、非球面レンズであり、式（１）、式（２）、式（３）を満たす。

　但し、ｚはサグ、ｈは光軸Ｏ１からの距離、ｒは曲率半径、ｋはコーニック定数、Ｄはピッチ、ｎは屈折率である。

　式（１）は、光軸Ｏ１の位置における曲率半径がｒでかつ非球面であるレンズ面を表わす。コーニック定数ｋを変化させることによって光軸Ｏ１から離れた位置のサグが変化し、曲面の形状が楕円面、放物面又は双曲面に近づく。コーニック定数ｋが－１以上では、レンズ面は楕円となる。コーニック定数ｋが－０．８８より大きくなると、レンズアレイ３に含まれる単レンズ１０のレンズ形状を維持しにくくなるため、コーニック定数ｋは、実質－０．８８以下の値が採用される。

　なお、単レンズ１０が、式（１）を満たすとは、厳密なレベルで単レンズ１０の凸面形状が式（１）に従っていることに限定されず、単レンズ１０の大きさに対して標準的な公差程度の差異が含まれる場合も、式（１）を満たすものとする。

　式（２）は、図２に示すように、単レンズ１０に入射した平行光（光軸Ｏ１と平行な光）が、屈折した後に、光軸Ｏ１を挟んで反対側の単レンズ１０の縁部Ｅ１に当たらないという条件を表わす。図２の単レンズ１０よりも縦寸が大きく、かつ、光の屈折量が大きくなると、屈折した光が縁部Ｅ１に当たって不要な反射が生じ、拡散光の放射パターンを乱す。式（２）は当該不要な反射を低減するという条件（以下、「反射の低減条件」とも言う）を表わす。

　式（３）は、単レンズ１０のアスペクト比（＝最大縦寸Ｈｍａｘ／Ｗｍａｘ、図１Ａを参照）を１以上とする条件を表わす。アスペクト比が１以上であることで、入射光とレンズ面の法線との成す角度が大きい領域を大きくし、拡散光の広角な特性を実現できる。したがって、式（３）は拡散光を広角にする条件（以下「広角特性条件」とも言う）を表わす。

　式（１）及び式（３）の条件、並びに、式（１）及び式（２）の条件が満たされることで、拡散光の広角な特性を実現しつつ、不要な反射が生じることを低減できる。すなわち拡散光の広角な特性を実現しつつ、拡散光の放射パターンが乱れてしまうことを低減できる。

　＜反射の低減条件＞
　続いて、式（２）が反射の低減条件に合致することを、式（２）の導出例を説明することで示す。図３は、不要な反射の発生と非発生とを分ける単レンズのパラメータの境界値を示すグラフである。

　図３のグラフは、単レンズ１０の縁部Ｅ１と、光軸Ｏ１を挟んで縁部Ｅ１の反対側のレンズ面を介して入射された光束の端との距離Ｌ（図２）がゼロとなる単レンズ１０のパラメータ値を、シミュレーションから求めたものである。具体的には、屈折率ｎとコーニック定数ｋとに固定値を当てはめ、シミュレーションにおいて、上記の距離Ｌがゼロとなる比率ｒ／Ｄ（レンズ面の曲率半径ｒとピッチＤの比率）を求め、当該比率ｒ／Ｄを上記固定値の屈折率ｎ及びコーニック定数ｋのときの反射の低減条件の境界値とする。そして、このような計算を、複数の屈折率ｎと複数のコーニック定数ｋとのそれぞれについて行うことで、図３のグラフが得られる。したがって、例えば、ｎ＝１．５、ｋ＝－１．０の単レンズ１０であれば、比率ｒ／Ｄが、ｎ＝１．５、ｋ＝－１．０のプロット点が示す比率の値（＝０．１２）よりも小さければ不要な反射が発生する。一方、比率ｒ／Ｄが、上記プロット点が示す比率の値（＝０．１２）よりも大きければ不要な反射が低減される。

　上記シミュレーションにおいて曲率半径ｒとピッチＤとを独立したパラメータとして扱わずに、比率ｒ／Ｄを１つのパラメータとして扱うのは、次の理由による。すなわち、式（１）で表わされるレンズ面は、コーニック定数ｋが一定で、かつ、曲率半径ｒとピッチＤとの比率ｒ／Ｄが一定であるとき、相似な曲面となる。よって、屈折率ｎが同一であれば、１つのレンズに入射する光束の径及び出射される拡散光の光量に違いが生じるだけで、入射光を拡散する角度及び配光等の特性に違いは生じない。したがって、任意の曲率半径ｒ、任意のピッチＤ、任意のコーニック定数ｋ、任意の屈折率ｎ、を有する単レンズ１０に、光を入射してレンズの縁部Ｅ１に透過光が当たるのであれば、互いの比率を変えずにピッチＤと曲率半径ｒとを変えた場合にも、同様に、単レンズ１０の縁部Ｅ１に透過光が当たる。逆に、縁部Ｅ１に透過光が当たらない場合、互いの比率を変えずにピッチＤと曲率半径ｒとを変えた場合にも、同様に、単レンズ１０の縁部Ｅ１に透過光は当たらない。このような理由から、上記のシミュレーションでは、曲率半径ｒとピッチＤとの比率ｒ／Ｄを１つのパラメータとして扱っている。

　図３のグラフにおいて１つのプロットは（ｔ／Ｄ、ｎ、ｋ）の３変数の値を示し、それゆえ、１つのプロットは、３変数で表わされる三次元グラフ上の１点を表わすものと解釈できる。式（２）を導出するため、次に、上記の三次元グラフにおいて、各プロットが表わす各点を通る曲面、又は当該曲面の近似曲面の式を求める。図３のグラフに示すように、屈折率ｎとコーニック定数ｋとに応じてプロットの位置がなだらかに変化するような場合、比較的に小さな次数を有する曲面の式を用いて、上記の各プロットに対応する上記の三次元グラフ上の各点を通る曲面又は当該曲面の近似曲面を求めることができる。したがって、本実施形態では、式（４）の曲面を採用する。ｄ１～ｄ３、ｅ１～ｅ３、ｆ１～ｆ３は係数である。

　式（４）の各係数ｄ１～ｄ３、ｅ１～ｅ３、ｆ１～ｆ３は、次のように求められる。すなわち、図３のグラフから、まず、ｋ＝－１．１の複数のプロット値を抽出する。図３のグラフ例では、ｋ＝－１．１のプロットが１１個あるので、１個目から１１個目までの各プロットの値を（ｒ／Ｄ，ｎ）_１～（ｒ／Ｄ，ｎ）_１１と記す。そして、式（４）の第１式（上から１つ目の式）が、上記１１個のプロット値を通る曲線に近似するように、第１式の係数（ａ、ｂ、ｃ）を最小二乗法等により求める。求められた係数（ａ、ｂ、ｃ）を、ｋ＝－１．１についての係数（ａ、ｂ、ｃ）_{ｋ＝－１．１}と記す。このような計算を、ｋ＝－１．１～－０．８８の全てで行うことで、各ｋ値についての係数（ａ、ｂ、ｃ）のセットＳｅｔ＝｛（ａ、ｂ、ｃ）_{ｋ＝－１．１}～（ａ、ｂ、ｃ）_{ｋ＝－０．８８}｝が求められる。続いて、上記セットＳｅｔのうち、ａについての係数のセットＳｅｔ＿ａ＝｛ａ_{ｋ＝－１．１}～ａ_{ｋ＝－０．８８}｝を抽出する。係数ａのセットＳｅｔ＿ａにより、例えば縦軸がａ、横軸がｋのグラフに、（ｋ＝－１．１、ａ＝ａ_{ｋ＝－１．１}）～（ｋ＝－０．８８、ａ＝ａ_{ｋ＝－０．８８}）の複数（例えば１２個）のプロットを描くことができる。そして、式（４）の第２式（上から２つ目の式）が、上記複数（１２個）のプロットを通る曲線に近似するように、第２式の係数（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を、最小二乗法等により求める。同様に、上記の係数セットＳｅｔ＝｛（ａ、ｂ、ｃ）_{ｋ＝－１．１}～（ａ、ｂ、ｃ）_{ｋ＝－０．８８}｝のうち、ｂについての係数のセットＳｅｔ＿ｂを用いて同様の計算を行うことで、式（４）の第３式（上から３つ目の式）の係数（ｅ１、ｅ２、ｅ３）を求めることができる。また、上記の係数セットＳｅｔ＝｛（ａ、ｂ、ｃ）_{ｋ＝－１．１}～（ａ、ｂ、ｃ）_{ｋ＝－０．８８}｝のうち、ｃについての係数のセットＳｅｔ＿ｃを用いて同様の計算を行うことで、式（４）の第４式（上から４つ目の式）の係数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を求めることができる。係数ｄ１～ｄ３、ｅ１～ｅ３、ｆ１～ｆ３が決まることで、式（４）は３変数（ｒ／Ｄ、ｎ、ｋ）を３軸変数とした三次元グラフ上の曲面の式となる。式（２）の第２行～第４行の係数値は、上記のように計算された係数ｄ１～ｄ３、ｅ１～ｅ３、ｆ１～ｆ３の値に相当する。

　式（４）は、不要な反射が生じるか否かの境界を示す一方、前述した式（２）の条件は、不要な反射が生じないという条件に相当する。したがって、式（４）の第１式（上から１つ目の式）の等号を、反射が生じない方の条件を表わす不等号に変更することで、式（２）が導出される。

　式（２）は、上記のように導出されるので、単レンズ１０に入射した平行光（光軸Ｏ１と平行な光）が、屈折した後に、光軸Ｏ１を挟んで反対側のレンズ面の縁部Ｅ１に当たらないという条件を表わす。

　＜広角特性条件＞
　次に、式（３）が上述した広角特性条件に合致することを、式（３）の導出例を説明することで示す。単レンズ１０は、図１Ａの断面に示すように、最大縦寸Ｈｍａｘと最大幅Ｗｍａｘとを有する。単レンズ１０の縦寸及び幅と言ったときには、単レンズ１０の凸面部の縦寸及び幅を意味する。

　単レンズ１０の縦寸及び幅は、Ｘ－Ｙ平面に沿った方向のうち、単レンズ１０をいずれの方向から見るかによって異なる。単レンズ１０のレンズ面（凸面）は、隣接する単レンズ１０との境界まで連続するので、Ｚ方向に最も深くなる点Ｐ１は、行方向ｍ１及び列方向ｍ２に対して斜め方向（Ｘ方向又はＹ方向）に隣接する２つの単レンズ１０の境界にある。したがって、単レンズ１０の最大縦寸Ｈｍａｘは、マトリックスの斜め方向（Ｘ方向又はＹ方向）から見たときの点Ｐ１からレンズ面の頂点までの高さ距離である。

　さらに、単レンズ１０の最大幅Ｗｍａｘは、行方向ｍ１及び列方向ｍ２に対して斜め方向（Ｘ方向又はＹ方向）から見たときの幅であり、ピッチＤを用いて表せば、次式（５）が得られる。

　さらに、単レンズ１０の最大縦寸Ｈｍａｘは、光軸Ｏ１からの距離ｈが最大幅Ｗｍａｘ／２の位置におけるサグｚに相当するので、レンズ面のサグｚを表わす式（１）に、ｈ＝｛√（２）・Ｄ｝／２を代入して、式（６）が得られる。

　広角特性条件は、単レンズ１０のアスペクト比を１以上にすることで十分に得られる。アスペクト比が１以上という条件は、すなわち、単レンズ１０の最大縦寸と最大幅との比率Ｈｍａｘ／Ｗｍａｘ≧ １、すなわち、Ｈｍａｘ≧ Ｗｍａｘを意味する。したがって、式（５）と式（６）とから、次式（７）が導かれる。

　式（７）を整理すると、前述の式（３）となる。しかして、式（３）は、単レンズ１０のアスペクト比を１以上とし、拡散光を広角にするという条件を表わす。

　＜単レンズのパラメータ範囲＞
　図４は、実施形態の単レンズに適用されるパラメータ値の一例を示すグラフである。続いて、前述した式（１）及び式（２）の条件と式（１）及び式（３）の条件とを共に満たすパラメータが存在することを示す。

　図４に示すように、前述した式（１）及び式（２）の条件を満たすパラメータ値の範囲と、式（１）及び式（３）の条件を満たすパラメータ値の範囲とは、互いに重なる領域を有する。例えば、コーニック定数ｋ＝－０．８８であれば、アスペクト比１以上を表わす式（３）を満たす比率ｒ／Ｄは、０．２６２以下の範囲（ラインｕ１以下の範囲）に相当する。一方、反射の低減条件に相当する式（２）に合致する比率ｒ／Ｄは、ラインｕ２（ｋ＝－０．８８のプロットに沿ったライン）以上の範囲に相当する。したがって、コーニック定数ｋ＝－０．８８であれば、両方の範囲が重なった領域Ｑ１の屈折率ｎ、並びに、ピッチと曲率半径との比率ｒ／Ｄを適用することで、式（１）、式（２）、式（３）を満たした単レンズ１０を実現できる。

　また、コーニック定数ｋ＝－１．１であれば、アスペクト比１以上を表わす式（３）を満たす比率ｒ／Ｄは０．１０６以下の範囲（ラインｕ３以下の範囲）に相当する。一方、不要な反射を低減する条件を表わす式（２）に合致する比率ｒ／Ｄは、ラインｕ４（ｋ＝－１．１のプロットに沿ったライン）以上の範囲に相当する。したがって、コーニック定数ｋ＝－１．００であれば、両方の範囲が重なった領域Ｑ２の屈折率ｎ、並びに、ピッチと曲率半径との比率ｒ／Ｄを適用することで、式（１）、式（２）、式（３）を満たした単レンズ１０を実現できる。

　他のコーニック定数ｋ＝－１．０８～－０．９のときにも、同様に、式（１）、式（２）、式（３）を満たすパラメータが存在し、当該パラメータを採用することで、式（１）、式（２）、式（３）を満たした単レンズ１０を実現できる。

　＜コーニック定数＞
　本実施形態の拡散板１及び単レンズ１０は、さらに、コーニック定数に応じて配光（照射光の強度分布）を調整できる。本実施形態の第１態様の拡散板１は、各単レンズ１０のコーニック定数ｋが、式（８ａ）あるいは式（８ｂ）の値に設定されている。式（８ｂ）の上限値ｋ＝－０．８８は、レンズ形状を維持するために設けられている。ｋ値が当該上限値よりも大きいとレンズ形状を維持しにくくなる。
　　ｋ≧－０．９６　　・・・（８ａ）
　　－０．８８≧ｋ≧－０．９６　　・・・（８ｂ）
　本実施形態の第２態様の拡散板１は、複数の単レンズ１０のコーニック定数ｋが、式（９）の値に設定されている。
　　－０．９６＞ｋ≧－１．０２　　・・・（９）

　図５は、実施形態の拡散板の配光の一例を示す角度分布グラフである。図６は、実施形態の拡散板の配光の一例を示す照度分布グラフである。図５の横軸は拡散板１を中心とした角度を示す。図６は、拡散板１から光軸Ｏ１方向に１０ｍｍ離れた測定平面に拡散板１を介して光を照射したときの照度分布を示しており、図６の横軸は拡散板１の光軸Ｏ１と測定平面とが重なった位置を原点とした測定平面上の位置を示す。単レンズ１０のピッチＤは、例えば１０μｍ～１００μｍなどである。

　図５に示すように、コーニック定数ｋが－０．９６以上であることで、－４５°～４５°の広い角度範囲で角度毎の配光がほぼ一様となる。したがつて、本実施形態の上記第１態様の拡散板１によれば、広い範囲において拡散光の角度分布が一様な配光特性が得られる。

　また、図６に示すように、コーニック定数ｋが－０．９６≧ｋ≧－１の条件であることで、拡散光を平面（光軸Ｏ１に垂直な平面）に照射した場合の照度分布が一様となる。したがって、本実施形態の上記第２態様の拡散板１によれば、拡散光の平面方向の照度分布が一様な配光特性を得ることができる。コーニック定数ｋが－０．９８≧ｋ≧－１．０のときには、平面方向の照度分布がより一様な配光特性が得られる。

　＜レンズアレイの屈折率と拡散板の応力耐性＞
　レンズアレイ３は樹脂材料から構成され、透明基板２に面接触により結合されている。したがって、レンズアレイ３と透明基板２とが熱膨張すると、互いの熱膨張率の差によってレンズアレイ３と透明基板２との境界面に応力が生じる。

　本実施形態のレンズアレイ３は、１．４≦屈折率ｎ≦１．６の樹脂材料から構成されてもよい。この場合、単レンズ１０の各パラメータは、図４の領域Ｑ３に重なる範囲の値が適用される。レンズアレイ３に幾つかの樹脂材料を適用し、拡散板１の応力耐性試験を行ったところ、１．４≦屈折率ｎ≦１．６である樹脂を適用した場合に、顕著に高い応力耐性が得られるという結果が得られた。一部の例外的な樹脂材質を除けば、樹脂の屈折率ｎは、樹脂の熱膨張率及び強度と相関があり、多くの場合に上記屈折率の樹脂材料をレンズアレイ３に適用することで、拡散板１の高い応力耐性が得られる。

　さらには、レンズアレイ３は、引っ張り強度が６．０ＭＰａ以下であり、破壊時伸び率が５０％以上の樹脂材料から構成されてもよい。このような樹脂材料を適用することで、拡散板１の高い応力耐性が得られる。さらには、レンズアレイ３は、シリコーン樹脂により構成されてもよい。上記の屈折率及び上記の応力耐性は、例えばシリコーン樹脂により容易に実現できる。

　＜製造方法＞
　図７は、実施形態に係る拡散板の製造方法の一例を説明する図である。拡散板１の製造工程は、レンズアレイ３のマスター型を作製するマスター型作製工程（Ｊ１～Ｊ３）と、電鋳型を作製する電鋳型作製工程（Ｊ４～Ｊ６）と、二次型を作製する二次型作製工程（Ｊ７、Ｊ８）と、ガラス基板上の樹脂を成形するインプリント工程（Ｊ９～Ｊ１１）とを含む。

　マスター型作製工程では、転写基板８０にレジスト樹脂８１を塗布及び前処理（ベーク等）を行い（工程Ｊ１）、その後、レーザーリソグラフィによりレジスト樹脂をグレースケール露光する（工程Ｊ２）。そして、露光後に現像処理を行う（工程Ｊ３）ことで、マスター型８２が作製される。このような工程により、上述した単レンズ１０のレンズ面が複数配列された型形状を有するマスター型８２が得られる。

　電鋳型作製工程では、スパッタ等によりマスター型８２の表面に導電膜８３を形成し（工程Ｊ４）、電解めっきによりマスター型８２を転写したＮｉ（ニッケル）等の導体８４を形成し（工程Ｊ５）、当該導体８４を離型及び研磨することで（工程Ｊ６）、電鋳型８５が作製される。

　二次型作製工程では、電鋳型８５により熱可塑性を有する樹脂フィルム８６に熱インプリントを行い（工程Ｊ７）、電鋳型８５から樹脂フィルム８６を剥離することで（工程Ｊ８）、樹脂材料から構成される二次型８７が作製される。

　インプリント工程では、ガラス基板８８に例えば紫外線硬化型の透明樹脂８９を塗布し（工程Ｊ９）、ガラス基板８８上の透明樹脂８９に二次型８７を当て、かつ、紫外線照射等により透明樹脂８９を硬化させる（工程Ｊ１０）。そして、硬化した透明樹脂８９を離型することで（工程Ｊ１１）、拡散板１の中間製品９０が得られる。その後、中間製品９０の特性評価、ダイシング、外観検査等を経て拡散板１が得られる。

　上記の製造方法により、例えばピッチ１００μｍ以下、曲率２０μｍ以下のような微細なレンズアレイ３を高い成形精度で製造することができる。

　以上のように、本実施形態の拡散板１によれば、複数の単レンズ１０を有するレンズアレイ３を備え、複数の単レンズ１０の各レンズ面が、上記の式（１）～（３）を満たす。したがって、放射パターンの乱れが少なく、かつ、広角に光を拡散できる拡散板１を提供できる。

　なお、式（２）は、図２の距離Ｌがゼロとなるパラメータ値をシミュレーションにより求め、当該パラメータ値を或る関数モデルに当てはめることで導出されている。したがって、式（２）の条件を僅かに外れていても、光軸Ｏ１に平行に入射された光が単レンズ１０の縁部Ｅ１に当たらず、放射パターンの乱れが生じないパラメータ値も存在する。したがって、本実施形態の拡散板１の条件として、式（２）の条件の代わりに、光軸Ｏ１に平行に入射された光線が、単レンズ１０の縁部に当たらないという条件が適用されてもよい。本条件を満たすことで、放射パターンの乱れが少なく、かつ、広角に光を拡散できる拡散板１を実現できる。

　さらに、本実施形態の拡散板１によれば、前述の式（８ａ）又は（８ｂ）のコーニック定数ｋが適用されることで、拡散光が照射される範囲において、拡散光の角度分布を均等化できる。当該配光により、拡散板１から等距離な位置に照射される光の強度を均等化することが要求される用途に、拡散板１を良好に適用することができる。

　さらに、本実施形態の拡散板１によれば、前述の式（９）のコーニック定数ｋが適用されることで、光軸に垂直な平面に照射される拡散光の照度分布を均等化できる。当該配光の特性により、このような配光が要求される用途に拡散板１を良好に適用することができる。

　さらに、本実施形態の拡散板１によれば、レンズアレイ３が接合される透明基板２を備え、単レンズ１０の屈折率ｎが、１．４≦ｎ≦１．６であることで、透明基板２とレンズアレイ３との境界面における高い応力耐性が実現する。当該応力耐性により、多様な熱環境下での使用に対する拡散板１の高い信頼性が得られる。さらに、レンズアレイ３の材質としてシリコーン樹脂が適用されることで、上記の応力耐性をより向上でき、多様な熱環境下での使用に対する信頼性をより向上できる。

　＜発光デバイス及びセンサモジュール＞
　図８は、本開示の実施形態に係る発光デバイス及びセンサモジュールを示す図である。本実施形態の発光デバイス５０は、発光素子５１と、発光素子５１が照射する光の経路上に位置する拡散板１とを備える。拡散板１のレンズ面（レンズアレイ３）は発光素子５１側を向いていてもよい。発光素子５１はレーザー光を出力するが、非レーザー光を照射する構成であってもよい。発光素子５１は、キャビティ構造を有するパッケージ５２に収容され、拡散板１はパッケージ５２に接合されていてもよい。拡散板１は、パッケージ５２のリッドを兼ねてもよい。

　図８では、実施形態の発光デバイス５０が、センサモジュール１００に適用された例を示すが、本実施形態の発光デバイス５０は、センシング以外の用途で拡散光を出力する構成であってもよい。

　本実施形態の発光デバイス５０は、実施形態の拡散板１を有することで、広角な拡散光を出力することができる。さらに、発光デバイス５０によれば、拡散板１の熱応力耐性が高い場合に、多様な熱環境下での使用に耐える高い信頼性が得られる。

　本実施形態のセンサモジュール１００は、図８に示すように、拡散光を出力する発光デバイス５０と、発光デバイス５０が出射した光を受光可能な受光デバイス６０とを備える。受光デバイス６０は、発光デバイス５０が出射した光を直接に又は当該光を反射した光を受光すればよい。センサモジュール１００は、ＬｉＤＡＲ（light detection and ranging）、あるいは、光の経路上に物体が有るか否かを検出する光電センサなど、どのような検出を行う構成であってもよい。発光デバイス５０と受光デバイス６０は、１つのモジュール用基板７０に搭載されていてもよいし、別々のモジュール用基板に搭載されていてもよい。

　受光デバイス６０は、フォトダイオードなどの受光素子６１を備える。受光デバイス６０は、入射光を受光素子６１へ集めるレンズ６２、並びに、入射光の波長を絞るフィルタ素子６３を有していてもよい。受光素子６１はパッケージ６４に収容され、レンズ６２及びフィルタ素子６３はパッケージ６４に支持されていてもよい。

　本実施形態のセンサモジュール１００は、実施形態の拡散板１を有することで、広角な拡散光を用いた広角なセンシングが可能である。さらに、センサモジュール１００によれば、拡散板１の応力耐性が高い場合に、多様な熱環境下での使用に耐える高い信頼性が得られる。

　以上、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示の拡散板、発光デバイス及びセンサモジュールは、上記実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態では、複数の単レンズ１０が同一の高さ及び同一の形状である例を示したが、異なる高さ又は異なる形状の単レンズが混在されていてもよい。また、複数の単レンズから拡散された光が干渉し難くするために、拡散板には高さがランダムに異なる複数の単レンズが配列されていてもよい。また、複数の単レンズから拡散された光が干渉し難くするために、複数の単レンズが配列されるピッチＤとして、固定値Ｄ１にランダムなシフト量εを加えて、複数の単レンズがランダムに異なるピッチＤ＝Ｄ１＋εで配列されてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

　本開示は、拡散板、発光デバイス及びセンサモジュールに利用できる。

　１　拡散板
　２　透明基板
　３　レンズアレイ
　１０　単レンズ
　Ｄ　ピッチ
　Ｏ１　光軸
　Ｈｍａｘ　最大縦寸
　Ｗｍａｘ　最大幅
　Ｅ１　縁部
　５０　発光デバイス
　５１　発光素子
　５２　パッケージ
　６０　受光デバイス
　６１　受光素子
　７０　モジュール用基板
　１００　センサモジュール

Claims (8)

1. 　複数の単レンズを有するレンズアレイを備え、
   　前記単レンズは、式（１）、式（２）、式（３）を満たす拡散板。
   

   

   　但し、ｚはサグ、ｈは前記単レンズの光軸からの距離、ｒは曲率半径、ｋはコーニック定数、Ｄはピッチ、ｎは屈折率である。
2. 　複数の単レンズを有するレンズアレイを備え、
   　前記単レンズは、式（１）、式（３）を満たし、かつ、前記単レンズの光軸に平行に入射された光線が、当該単レンズの縁部に当たらない拡散板。
   

   

   　但し、ｚはサグ、ｈは前記単レンズの光軸からの距離、ｒは曲率半径、ｋはコーニック定数、Ｄはピッチである。
3. 　ｋ≧－０．９６である、請求項１又は請求項２に記載の拡散板。
4. 　－０．９６≧ｋ≧－１である、請求項１又は請求項２に記載の拡散板。
5. 　前記レンズアレイが接合される透明基板を更に備え、
   　前記単レンズの屈折率ｎは、１．４≦ｎ≦１．６である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の拡散板。
6. 　前記レンズアレイはシリコーン樹脂から構成される、請求項５記載の拡散板。
7. 　発光素子と、
   　前記発光素子が出射する光の経路上に位置する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の拡散板と、
   　を備える発光デバイス。
8. 　請求項７記載の発光デバイスと、
   　前記発光デバイスの出射した光を受光可能な受光デバイスと、
   　を備えるセンサモジュール。

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