特許 5966725 投影装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5966725

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】投影装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20160728BHJP

   G02B 27/18 20060101ALI20160728BHJP

   G02B 27/48 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/01

   G02B27/18 A

   G02B27/48

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-165827(P2012-165827)

(22)【出願日】2012年7月26日

(65)【公開番号】特開2014-26088(P2014-26088A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2015年3月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】旭硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】宮坂 浩司

(72)【発明者】

【氏名】大井 好晴

【審査官】 右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１９３２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４１１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６６７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６０９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４７９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００１２６８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１４５７４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１ − ２７／０２

Ｇ０２Ｂ ２７／１８

Ｇ０２Ｂ ２７／４８

Ｂ６０Ｋ ３５／００ − ３７／０４

Ｇ０３Ｂ ２１／００ − ２１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出射する光源と、光学素子と、を有し、前記光源より出射されたレーザ光は前記光学素子を介し、部分反射板において反射され、前記部分反射板において反射された画像を視認する投影装置において、
前記光学素子は、
マイクロレンズが２次元的に配置され、
前記マイクロレンズ間における境界領域の幅は、２μｍ以下であり、
前記マイクロレンズにおけるリタデーションは、入射するレーザ光の波長に対し、０．０９８倍以下であることを特徴とする投影装置。

【請求項2】

前記光学素子は、透明基材と、前記透明基材上に備えられた緩衝層と、を有し、
前記マイクロレンズは前記緩衝層上に備えられた凸レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。

【請求項3】

前記緩衝層と前記マイクロレンズは同一の樹脂材料により形成されており、
前記マイクロレンズの厚さをｔ１とし、前記緩衝層の厚さをｔ２とした場合に、ｔ１≦ｔ２であることを特徴とする請求項２に記載の投影装置。

【請求項4】

前記透明基材はガラスであることを特徴とする請求項２または３に記載の投影装置。

【請求項5】

前記マイクロレンズは、一方の面に備えられた凸レンズからなる第１のマイクロレンズアレイと、他方の面に備えられた凸レンズからなる第２のマイクロレンズアレイと、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投影装置。

【請求項6】

前記マイクロレンズは、一方の面に備えられた凸レンズからなる第１のマイクロレンズアレイと、他方の面に備えられた凹レンズからなる第２のマイクロレンズアレイと、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投影装置。

【請求項7】

前記マイクロレンズは、一方の面に備えられた凹レンズからなる第１のマイクロレンズアレイと、他方の面に備えられた凹レンズからなる第２のマイクロレンズアレイと、を有することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。

【請求項8】

前記光源は複数であって、
前記光源より出射されるレーザ光の波長は、前記複数の光源のうち最も短波長の光を出射する光源より出射されるレーザ光の波長であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の投影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、投影装置及び光学素子に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車のフロントガラス等に画像や情報等を表示させる投影装置としてヘッドアップディスプレイがある。ヘッドアップディスプレイには、様々な種類のものがあるが、光源としてレーザ光源を用いたものには、マイクロレンズアレイを用いたものがある。光源としてレーザ光源を用いたヘッドアップディスプレイでは、拡散板に比べてマイクロレンズアレイを用いることにより、レーザ光によるスペックルノイズが抑制されるという利点を有している。

【0003】

特許文献１においては、マイクロレンズアレイと光学系拡大素子と光学系補正素子とを備えた画像形成装置が開示されており、特許文献２においては、２つのマイクロレンズアレイを用いたヘッドアップディスプレイが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１４５７４５号公報

【特許文献2】特許第４７６９９１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ヘッドアップディスプレイは、一般的に、光の進行方向を偏向するための反射部材により反射させ、この反射された光により形成された画像を視認するものであるが、通常、このような反射部材は偏光依存性を有している。従って、マイクロレンズアレイが複屈折を有している場合、反射部材における偏光依存性によって、表示される画像におけるコントラストが変化し、表示される画像の品質が低下してしまう。特に、マイクロレンズアレイを透明な樹脂材料を用いて、射出成形により形成する場合においては、射出成形する際に樹脂材料が流動して、マイクロレンズアレイが形成される。したがって、複屈折の面内分布等が不均一となりやすく、上述した傾向が顕著なものとなる。

【0006】

本発明は、上述のような課題を鑑みてなされたものであり、高品質な画像を表示することのできる投影装置及び光学素子の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施の形態の他の一観点によれば、レーザ光を出射する光源と、光学素子と、を有し、前記光源より出射されたレーザ光は前記光学素子を介し、部分反射板において反射され、前記部分反射板において反射された画像を視認する投影装置において、前記光学素子は、マイクロレンズが２次元的に配置され、前記マイクロレンズ間における境界領域の幅は、２μｍ以下であり、前記マイクロレンズにおけるリタデーションは、入射するレーザ光の波長に対し、０．０９８倍以下であることを特徴とする。

【0008】

また、本実施の形態の他の一観点によれば、マイクロレンズを２次元的に配置することによりレンズアレイが形成されている光学素子と、前記光学素子に照射されるレーザ光を出射する光源と、を有し、前記光学素子に照射されたレーザ光は前記光学素子を介し、部分反射板において反射され、前記部分反射板において反射された画像を視認する投影装置において、前記光学素子におけるリタデーションは、前記光源より出射されるレーザ光の波長に対し、０．０９８倍以下であることを特徴とする。

【0009】

また、本実施の形態の他の一観点によれば、マイクロレンズを２次元的に配置することによりレンズアレイが形成されている光学素子と、前記光学素子に照射されるレーザ光を出射する光源と、を有し、前記光学素子に照射されたレーザ光は前記光学素子を介し、部分反射板において反射され、前記部分反射板において反射された画像を視認する投影装置において、前記マイクロレンズは凸レンズであって、前記光学素子は、透明基材と、前記透明基材に上に形成された緩衝層と、を有し、前記マイクロレンズは前記緩衝層の上に形成されているものであって、前記緩衝層と前記マイクロレンズは同一の樹脂材料により形成されており、前記マイクロレンズの厚さをｔ１とし、前記緩衝層の厚さをｔ２とした場合に、ｔ１≦ｔ２であることを特徴とする。

【0010】

また、本実施の形態の他の一観点によれば、マイクロレンズが２次元的に配置され、前記マイクロレンズ間における境界領域の幅は、２μｍ以下であり、前記マイクロレンズにおけるリタデーションは、入射するレーザ光の波長に対し、０．０９８倍以下であることを特徴とする。

【0011】

また、本実施の形態の他の一観点によれば、マイクロレンズを２次元的に配置することによりレンズアレイが形成されている光学素子であって、前記光学素子に照射されるレーザ光を出射する光源を有し、前記光学素子に照射されたレーザ光は前記光学素子を介し、部分反射板において反射され、前記部分反射板において反射された画像を視認する投影装置に用いられるものであって、前記マイクロレンズにおけるリタデーションは、前記光源の波長に対し、０．０９８倍以下であることを特徴とする。

【0012】

また、本実施の形態の他の一観点によれば、マイクロレンズを２次元的に配置することによりレンズアレイが形成されている光学素子において、前記マイクロレンズは凸レンズであって、前記光学素子は、透明基材と、前記透明基材に上に形成された緩衝層と、を有し、前記マイクロレンズは前記緩衝層の上に形成されているものであって、前記緩衝層と前記マイクロレンズは同一の樹脂材料により形成されており、前記マイクロレンズの厚さをｔ１とし、前記緩衝層の厚さをｔ２とした場合に、ｔ１≦ｔ２であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明により、高品質な画像を表示することのできる投影装置及び光学素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施の形態における投影装置の構造図

【図2】本実施の形態における投影装置の投影部の説明図

【図3】本実施の形態における光学素子の構造図

【図4】本実施の形態における光学素子の製造方法の説明図

【図5】本実施の形態における光学素子の説明図（１）

【図6】部分反射板における入射角と反射率との相関図

【図7】リタデーションＲｄと偏光強度、偏光強度比との相関図

【図8】本実施の形態における光学素子の説明図（２）

【図9】本実施の形態における他の光学素子の構造図

【発明を実施するための形態】

【0015】

発明を実施するための形態について、以下に説明する。なお、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0016】

（投影装置）
本実施の形態における投影装置について基づき説明する。図１は、本実施の形態における投影装置であるヘッドアップディスプレイの構造を示す。本実施の形態における投影装置１０であるヘッドアップディスプレイは、表示される画像の光が出射される投影部２０と、投影部２０から出射された光により視認者の目に像を結像させるための光学部材４０と、を有している。光学部材４０は、例えば、凹面ミラー等であって、投影部２０から入射した光を反射させる。凹面ミラー等の光学部材４０において反射された光は、更に、ガラス等により形成された部分反射板５０において反射され、視認者の目に入射する。これにより、視認者は、ガラス等により形成された部分反射板５０において反射された画像を認識する。なお、投影装置には、自動車のフロントガラス等と部分反射板５０に画像を投影する構造のものと、投影装置に備えられている部分反射板５０に画像を投影する構造のものとがある。

【0017】

次に、図２に基づき投影部２０について説明する。投影部２０は、第１の光源２１、第２の光源２２、第３の光源２３、第１のダイクロイックプリズム２４、第２のダイクロイックプリズム２５、コリメータレンズ２６、投影ミラー２７、光学素子３０等を有している。

【0018】

第１の光源２１、第２の光源２２及び第３の光源２３は相互に異なる波長の光を出射するものであって、第１の光源２１からは第１の波長の光、第２の光源２２からは第２の波長の光、第３の光源２３からは第３の波長の光が出射される。本実施の形態においては、第１の光源２１から出射される第１の波長の光を青色の光、第２の光源２２から出射される第２の波長の光を緑色の光、第３の光源２３から出射される第３の波長の光を赤色の光として説明する場合がある。

【0019】

本実施の形態においては、第１の光源２１より出射された第１の波長の光と第２の光源２２より出射された第２の波長の光は、第１のダイクロイックプリズム２４の異なる面に各々入射し、第３の光源２３より出射された第３の波長の光は、第２のダイクロイックプリズム２５に入射するように配置されている。

【0020】

第１のダイクロイックプリズム２４においては、第１の光源２１より出射された第１の波長の光は透過し、第２の光源２２より出射された第２の波長の光は反射される。これにより、第１の波長の光と第２の波長の光が合波される。このように合波された第１の波長の光と第２の波長の光は、第２のダイクロイックプリズム２５に入射する。第２のダイクロイックプリズム２５においては、第１の光源２１より出射された第１の波長の光及び第２の光源２２より出射された第２の波長の光は透過し、第３の光源２３より出射された第３の波長の光は反射される。これにより、第１の波長の光、第２の波長の光、第３の波長の光が合波される。

【0021】

このように、第２のダイクロイックプリズム２５において合波された第１の波長の光、第２の波長の光及び第３の波長の光は、コリメータレンズ２６を介し、投影ミラー２７において反射され、光学素子３０に入射する。投影ミラー２７は、２次元的に角度を変えることのできる機能を有しており、これにより、入射した光を２次元的にスキャンニングすることができ、所望の投影像が形成される。

【0022】

（光学素子）
次に、図３に基づき光学素子３０について説明する。なお、図３（ａ）は、光学素子３０の上面図であり、図３（ｂ）は断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）において一点鎖線３Ａにより囲まれた領域の拡大図である。光学素子３０は、複数の凸レンズからなるマイクロレンズ３１が２次元的に配列されているマイクロレンズアレイ等のレンズアレイにより形成されており、入射した光束の出射角度を広げる機能を有している。このように、光学素子３０により出射角度が広げられることにより、視野角の広い投影装置を得ることができる。

【0023】

本実施の形態においては、各々のマイクロレンズ３１は略六角形の形状により形成されており、マイクロレンズ３１間において隙間が生じることなく２次元的に配列されている。なお、マイクロレンズ３１の形状は、隙間が生じることなく形成される形状であればよく、例えば、三角形、四角形により形成されるものであってもよい。

【0024】

ところで、このように複数のマイクロレンズ３１により形成された光学素子３０においては、マイクロレンズ３１に平坦な部分があると、平坦な部分においては所望とする光学的な作用が生じない。具体的には、平坦な部分における面積が広いと、効率が低下し、更には、ゴースト等の迷光の発生の原因となるため、好ましくない。従って、図３（ｃ）に示されるように、マイクロレンズ３１間における境界領域３１ａの幅ｄは、できるだけ狭く形成されていることが好ましい。なお、本実施の形態においては、マイクロレンズ３１間において、隣接する一方のマイクロレンズ３１の表面における変曲点３１ｂと、他方のマイクロレンズ３１の表面における変曲点３１ｂとの間の領域を境界領域３１ａとし、この境界領域３１ａの幅をｄとする。

【0025】

このような境界領域３１ａの幅ｄは、上述した観点に基づくならば、２μｍ以下であることが好ましく、更には、１μｍ以下であることがより好ましい。このように、境界領域３１ａの幅ｄを狭くすることにより、ゴースト等の迷光の発生をできるだけ防ぐことができ、また、光学素子３０及び投影装置の効率を向上させることができる。

【0026】

また、図３（ｂ）に示されるように、本実施の形態において用いられる光学素子３０は、ガラス等の透明基材３３の上に形成された緩衝層３２の上に、マイクロレンズ３１が形成された構造のものである。なお、本実施の形態においては、便宜上、マイクロレンズ３１の高さはｔ１であり、緩衝層３２の厚さはｔ２であり、透明基材３３の厚さはｔ３であるものとする。また、本実施の形態においては、緩衝層３２とマイクロレンズ３１とは、同一の樹脂材料、例えば、同一の紫外線硬化樹脂等により形成されている。

【0027】

（光学素子の製造方法）
次に、光学素子３０の製造方法について図４に基づき説明する。

【0028】

最初に、図４（ａ）に示すように、マイクロレンズ３１の凸状の形状に対応した凹状のパターン６１ａが表面に形成されている型６１を用意する。この型６１は、紫外線を透過するガラス等の基材により形成されており、ガラス等の基材の表面をフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する工程と、ドライエッチングまたはウェットエッチング等のエッチングを行う工程とを組み合わせて行うことにより、凹状のパターン６１ａが形成される。

【0029】

次に、図４（ｂ）に示すように、型６１において凹状のパターン６１ａが形成されている面に、モノマー等の紫外線硬化樹脂材料３４を適量滴下させた後、透明基材３３を載置する。

【0030】

次に、図４（ｃ）に示すように、紫外線硬化樹脂材料３４に、紫外線ランプ６２を用いて紫外線照射する。これにより、紫外線硬化樹脂材料３４が硬化し、緩衝層３２及びマイクロレンズ３１が形成される。この際、型６１が設けられている側に紫外線ランプ６２を設置し、型６１が設けられている側より、型６１を介して紫外線硬化樹脂材料３４に向けて紫外線を照射することが好ましい。これにより、マイクロレンズ３１の表面の形状が所望の形状に形成される。即ち、転写により形成されるマイクロレンズ３１の表面の形状の劣化が抑制される。

【0031】

次に、図４（ｄ）に示すように、型６１を離型する。これにより、透明基材３３の表面に緩衝層３２及びマイクロレンズ３１が形成された光学素子３０が形成される。

【0032】

なお、緩衝層３２とマイクロレンズ３１を形成するための樹脂材料は紫外線硬化樹脂以外にも、熱硬化樹脂等を用いてもよく、この場合には、熱を加えることにより硬化させる。しかしながら、紫外線硬化樹脂等の光照射により硬化する樹脂材料の方が、樹脂材料を瞬時に硬化させることができ、また、熱膨張等の影響を考慮する必要もないため、より好ましい。

【0033】

また、紫外線硬化樹脂材料３４が硬化する際、マイクロレンズ３１が形成される部分において重合収縮が生じ、マイクロレンズ３１の表面の形状が劣化する場合がある。このことを抑制するためには、マイクロレンズ３１の高さｔ１は、緩衝層３２の厚さｔ２以下であること、即ち、ｔ１≦ｔ２であることが好ましい。ｔ１×２≦ｔ２であることがより好ましく、ｔ１×５≦ｔ２であることが特に好ましく、更には、ｔ１×１０≦ｔ２であることがより一層好ましい。

【0034】

次に、紫外線硬化樹脂材料３４が硬化する際に、上述した条件において、マイクロレンズ３１が形成される部分における重合収縮が抑制される理由について、図５に基づき説明する。

【0035】

図５（ａ）に示されるように、緩衝層３２の厚さｔ２がマイクロレンズ３１の高さｔ１よりも薄い場合、即ち、ｔ１＞ｔ２である場合では、紫外線硬化樹脂材料３４の重心Ｇａは、マイクロレンズ３１が形成される領域内にあり、紫外線硬化樹脂材料３４が硬化する際に、マイクロレンズ３１の外側である境界領域３１ａより先に硬化しやすく、よって、各々のマイクロレンズ３１が独立した状態で硬化する。この場合、紫外線硬化樹脂材料３４は、紫外線硬化樹脂材料３４の重心Ｇａに向かって硬化収縮するため、特に、境界領域３１における形状が所望の形状とは異なる形状となり、所望とする光学特性を得ることができなくなってしまう。

【0036】

これに対して、図５（ｂ）に示されるように、緩衝層３２の厚さｔ２がマイクロレンズ３１の高さｔ１以上である場合、即ち、ｔ１≦ｔ２である場合では、紫外線硬化樹脂材料３４の重心Ｇｂは緩衝層３２が形成される領域内にあり、紫外線硬化樹脂材料３４が硬化する際に、マイクロレンズ３１の外側の境界領域３１ａより先に硬化し、各々のマイクロレンズ３１が独立した状態で硬化するのではなく、緩衝層３２側に収縮するように硬化する。具体的には、紫外線硬化樹脂材料３４の重心Ｇｂに向かって硬化収縮するため、境界領域３１における形状を所望の形状に近い形状となるように形成される。

【0037】

なお、紫外線硬化樹脂材料３４は、様々な種類のものがあり、また、硬化条件によって、硬化収縮の状態は異なるが、上記の条件により、紫外線硬化樹脂材料３４の硬化収縮による境界領域３１ａにおける表面の形状の変化が可能な限り抑制される。

【0038】

次に、光学素子３０が複屈折を有している場合における影響について説明する。本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイは、部分反射板５０において一部反射された反射光を視認することにより、視認者が画像を認識するものであるが、一般的に、部分反射板５０等における光の反射は偏光方向に対して依存性を有している。例えば、部分反射板５０よりも光源側、即ち、部分反射板５０よりも第１の光源２１、第２の光源２２及び第３の光源２３が設けられている側において、偏光状態を変化させるような光学部材が設置されていると、部分反射板５０に入射する光束の偏光状態によって像の明るさ等が変化してしまう。このため、部分反射板５０よりも光源側に設置される光学素子３０においては、複屈折の値が小さいものが用いられることが好ましい。

【0039】

ここで、部分反射板５０が屈折率１．５の透明な基板等により形成されている場合について説明する。図６には、屈折率が１．５の部材に光が入射した場合において、ｐ偏光における反射率（Ｒｐ）及びｓ偏光における反射率（Ｒｓ）を示す。図６に示されるように、入射角度が５６．３°の場合に、ｐ偏光の光の反射率（Ｒｐ）が０となるブリュースター角となる。ここでは、部分反射板１３にブリュースター角で光が入射する場合について説明する。

【0040】

次に、光学軸がｓ偏光の光に対して４５°の方向に傾いており、リタデーションＲｄを有する複屈折を有する部材に、波長λのｓ偏光の光束を入射させた場合における出射光の偏光強度を図７（ａ）に示し、偏光強度比を図７（ｂ）に示す。なお、投影部２０において複数の波長の光が用いられている場合には、波長λは最も波長の短い光の波長であるものとする。また、偏光強度比は、ｐ偏光成分／ｓ偏光成分を意味するものとする。

【0041】

図７（ｂ）に基づくならば、ｓ偏光に対するｐ偏光の偏光強度比を１０％以下にするためには、リタデーションＲｄは波長λの０．０９８倍以下する必要がある。また、ｓ偏光に対するｐ偏光の偏光強度比を５％以下にするためには、リタデーションＲｄは波長λの０．０７１倍以下する必要がある。また、ｓ偏光に対するｐ偏光の偏光強度比を３％以下にするためには、リタデーションＲｄは波長λの０．０５５倍以下する必要がある。また、ｓ偏光に対するｐ偏光の偏光強度比を１％以下にするためには、リタデーションＲｄは波長λの０．０３２倍以下する必要がある。なお、部分反射板５０に入射する光束がブリュースター角となるように配置した場合には、ｐ偏光の光は像の結像には寄与しない。

【0042】

従って、本実施の形態においては、光学素子３０におけるリタデーションＲｄは、入射する光の波長の０．０９８倍以下であることが好ましく、０．０７１倍以下であることがより好ましく、０．０５５倍以下であることが特に好ましく、更には０．０３２倍以下であることがより一層好ましい。

【0043】

なお、光学部材３０において、リタデーションＲｄが均一に発生している場合は、光学素子３０の取り付け位置を調整等することにより、像の明るさ等が変化してしまうことが抑制される。しかしながら、そもそも光学素子３０にリタデーションＲｄが発生していなければ、取り付け位置の調整等をする必要がないため、製造工程の単純化が可能となるため好ましい。

【0044】

次に、光学素子３０の形状等について説明する。光学素子３０としては、図３及び図８（ａ）に示されるように、マイクロレンズ３１は凸レンズにより形成されたものに限定されるものではなく、図８（ｂ）に示されるように、透明基材３３の表面に凹レンズからなるマイクロレンズ１３１が複数形成されているものであってもよい。このような凹レンズからなるマイクロレンズ１３１が複数形成されているものであっても、図８（ａ）に示される凸レンズからなるマイクロレンズ３１が複数形成されたものと同様に、入射する光束を広げることが可能である。

【0045】

なお、図８（ｂ）に示されるような凹レンズからなるマイクロレンズ１３１が形成されている光学素子は、複屈折を有しないガラス等の透明基材３３の表面を直接凹状に加工することにより形成可能である。即ち、図８（ａ）等に示されるような、表面に凸レンズからなるマイクロレンズ３１が複数形成されている光学素子を直接加工により形成する場合においては、境界領域３１ａを狭くすることには一定の限界があるのに対し、図８（ｂ）に示されるような、表面に凹レンズからなるマイクロレンズ１３１が複数形成されている光学素子１３０においては、直接加工においても凹レンズ間の境界部分１３１ａを狭く形成可能である。

【0046】

具体的には、図８（ａ）に示される光学素子３０におけるマイクロレンズ３１では、切削加工により表面に凸レンズを形成しようとしても、切削加工を行うための切削工具の先端形状を小さくすることは困難であり、また、凸レンズと凸レンズの境界領域３１ａを形成する際に、形成されている凸レンズと切削工具とが干渉してしまうため、境界領域３１ａを所望の形状で形成することは困難である。

【0047】

これに対し、図８（ｂ）に示される光学素子１３０におけるマイクロレンズ１３１では、切削加工を行うための切削工具の先端形状を小さくすることなく、凹レンズを形成することは可能であり、境界領域１３１ａにおける切削工具との干渉もないため、所望の形状のものを容易に形成可能である。なお、光学素子１３０等を直接加工により作製する方法としては、切削や研削等の機械加工の他、ウェットエッチング、ドライエッチング等のエッチングにより形成してもよい。

【0048】

次に、本実施の形態における光学素子の各種構成について説明する。具体的には、図９（ａ）に示されるように、光学素子１３０ａは、一方の面に凸レンズからなるマイクロレンズ３１が形成されている光学素子３０（図８に示される光学素子３０）が２枚用いられており、マイクロレンズ３１が形成されている面同士が向かい合うように配置した構造のものであってもよい。この場合、各々のマイクロレンズ３１を形成している凸レンズの頂の位置が同じ光路上に位置するように配置してもよく、また、ずれた位置に配置してもよい。また、２つの光学素子３０の距離は、マイクロレンズ３１の焦点距離と一致するように配置してもよく、また、焦点距離よりも長くなるように配置してもよい。

【0049】

また、図９（ｂ）に示されるように、光学素子１３０ｂは、透明基材３３の両面に各々凸レンズからなるマイクロレンズ３１を形成した構造のものであってもよい。

【0050】

また、図９（ｃ）に示されるように、光学素子１３０ｃは、透明基材３３の一方の面に凸レンズからなるマイクロレンズ３１を形成し、他方の面に凹レンズからなるマイクロレンズ１３１を形成した構造のものであってもよい。

【0051】

また、図９（ｄ）に示されるように、光学素子１３０ｄは、透明基材３３の両面に各々凹レンズからなるマイクロレンズ１３１を形成した構造のものであってもよい
以上のように、光学素子１３０ａ〜１３０ｄについても、光学素子３０及び１３０と同様の効果を得ることができる。なお、レンズアレイは周期性を有しているため、光学素子３０等におけるマイクロレンズ３１等の形状が小さい場合には、マイクロレンズ３１等からの出射光に回折が生じ、出射光の角度依存性に明暗が生じる場合がある。このような場合には、光学素子３０等に集光光または発散光を入射させてもよい。これにより、回折により生じる明暗の程度が低減される。

【実施例】

【0052】

（実施例１）
本実施の形態における実施例１として、図３に示される凸レンズからなるマイクロレンズ３１が形成されている光学素子３０を用いた投影装置について説明する。具体的には、透明基材３３となる大きさが１００ｍｍ×４０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍのガラス基板の表面に、曲率半径が２５μｍのマイクロレンズ３１を複数形成することによりレンズアレイを形成する。なお、形成されるマイクロレンズ３１間のピッチは２０μｍである。この光学素子３０の製造方法は、透明基材３３の表面に紫外線硬化樹脂を滴下し、型と透明基材３３により紫外線硬化樹脂を挟み込み紫外線を照射する。これにより、硬化した紫外線硬化樹脂により緩衝層３２及びマイクロレンズ３１を形成する。この際、形成される緩衝層３２の厚さｔ２は約２０μｍであり、マイクロレンズ３１の高さｔ１は約２．１μｍである。この後、型を離型する。このように形成された光学素子３０におけるリタデーションＲｄは１０ｎｍ以下であり、後述する第１の光源２１における第１の波長の４５０ｎｍに対して、約０．０２２以下となる。

【0053】

このように作製された本実施例における光学素子３０を図１に示される本実施の形態における投影装置に設置する。この投影装置では、第１の光源２１として波長４５０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ光源、第２の光源２２として波長５２０ｎｍのレーザ光を出射するＳＨＧ（Second harmonic generation）等の固体レーザ光源、第３の光源２３として波長６３０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ光源が用いられており、投影ミラー２７としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーが用いられている。

【0054】

（実施例２）
本実施の形態における実施例２として、図９（ｃ）に示される一方の面に凸レンズからなるマイクロレンズ３１が形成されており、他方の面に凹レンズからなるマイクロレンズ１３１が形成されている光学素子１３０ｃを用いた投影装置について説明する。光学素子１３０ｃの製造方法は、透明基材３３となる大きさが１００ｍｍ×４０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍのガラス基板の一方の面に曲率半径が２５μｍの凹レンズからなるマイクロレンズ１３１を複数形成することによりレンズアレイを形成する。なお、形成されるマイクロレンズ１３１間のピッチは２０μｍである。具体的には、透明基材３３の表面の一部をエッチングにより除去することにより、凹レンズからなるマイクロレンズ１３１を複数形成しレンズアレイを形成する。次に、透明基材３３となるガラス基板の他方の面に、曲率半径が２５μｍのマイクロレンズ３１を複数形成することによりレンズアレイを形成する。なお、形成されるマイクロレンズ３１間のピッチは２０μｍである。具体的には、透明基材３３の表面に紫外線硬化樹脂を滴下し、型と透明基材３３により紫外線硬化樹脂を挟み込み紫外線を照射する。これにより、硬化した紫外線硬化樹脂により緩衝層３２及びマイクロレンズ３１を形成する。この際、形成される緩衝層３２の厚さｔ２は約２０μｍであり、マイクロレンズ３１の高さｔ１は約２．１μｍである。この後、型を離型する。このように形成された光学素子におけるリタデーションＲｄは１０ｎｍ以下であり、後述する第１の光源２１における第１の波長の４５０ｎｍに対して、約０．０２２以下となる。

【0055】

このように形成された本実施例における光学素子を図１に示される本実施の形態における投影装置に設置する。この投影装置では、第１の光源２１として波長４５０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ光源、第２の光源２２として波長５２０ｎｍのレーザ光を出射するＳＨＧ等の固体レーザ光源、第３の光源２３として波長６３０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ光源が用いられており、投影ミラー２７としてＭＥＭＳミラーが用いられている。

【0056】

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態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範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明は、ヘッドアップディスプレイなどの、レーザ光源を用いた投影装置のノイズ低減に有用である。

【符号の説明】

【0058】

１０ 投影装置
２０ 投影部
２１ 第１の光源
２２ 第２の光源
２３ 第３の光源
２４ 第１のダイクロイックプリズム
２５ 第２のダイクロイックプリズム
２６ コリメータレンズ
２７ 投影ミラー
３０ 光学素子
３１ マイクロレンズ（凸レンズ）
３１ａ 境界領域
３１ｂ 変曲点
３２ 緩衝層
３３ 透明基材
３４ 紫外線硬化樹脂
４０ 光学部材
５０ 部分反射板
６１ 型
６２ 紫外線ランプ
１３１ マイクロレンズ（凹レンズ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】