微透镜阵列及包括微透镜阵列的光学系统技术方案

本发明专利技术提供以减少包括由单一的微透镜的孔径的衍射导致的分布在内的光的强度分布的不均匀的方式，使排列或形状分散的微透镜阵列。本发明专利技术的微透镜阵列是由配置在xy平面上的N个微透镜构成的微透镜阵列。各个微透镜的透镜顶点投影到xy平面的投影点配置于规定的方向的栅格间隔在以M为正的整数时D/M(毫米)的xy平面上的基准栅格结构的栅格点的附近，以微透镜的边界线作为透镜的边，微透镜的相对的两个边的间隔大致等于D，从透镜顶点投影到xy平面的投影点至边投影到xy平面的投影线为止的距离是：D/2+εi，并且，在将各个微透镜的材料的折射率设为n，将中心附近的该规定的方向的曲率半径设为R(毫米)，将焦距设为f(毫米)时，满足： 0.0042 D < D 2 f = D ( n - 1 ) 2 R ]]> 0.0048 f { 1 + ( D / 2 f ) 2 } < σ < 0.014 f { 1 + ( D / 2 f ) 2 } ]]> σ 2 = Σ i = 1 N ( ϵ i - ϵ ‾ ) 2 N ]]> ϵ ‾ = Σ i · = 1 N ϵ i N = 0. ]]>

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微透镜阵列及包括微透镜阵列的光学系统。
技术介绍
在室内灯等的一般照明、工业用途的光传感器的光源系统、图像显示用的屏幕等广泛的用途中需要用于实现被扩散的光的平滑的强度分布的扩散元件。作为用于实现被扩散的光的平滑的强度分布的光学元件，公知有通过使入射的光线折射而实现高斯分布的扩散分布的高斯扩散元件。高斯扩散元件由具备完全随机的高度分布的连续的粗糙面构成。作为高斯扩散元件，公知有如下：将对玻璃等的母材进行抛光而成为粗糙面的部件用作模具，在塑料材料上转印凹凸而成的元件；将对使来自相干光源的光干涉而得到的称为斑纹的随机的光量分布进行曝光来得到的母材用作模具，在塑料材料上转印凹凸而成的元件等。这些高斯扩散元件得到自然且平滑的光的强度分布，而另一方面，其分布大概不会从高斯分布的范围脱离，因此设计的自由度小，并且想要实现较宽的配光角时，透射率下降。另外，在高斯扩散元件中存在表面看起来是有粒状感的不光滑的质感或容易产生斑纹这样的特性，因此不适合用在要求表面的外观、质感平滑的屏幕这样的用途中。对于要求更高的透射率、从高斯分布脱离的分布的用途，代替高斯扩散板，提出了大量的使用微透镜阵列的技术。在微透镜阵列中，能够对通过调整微透镜的形状而发散的光的强度分布进行控制。另外，与粗糙面相比，可得到更高的透射率。但是，在微透镜的间隔小的微透镜阵列中，来自各个微透镜的光的波面发生干涉，其结果出现如下缺点：产生由其排列的周期结构引起的衍射波，在光的强度分布中产生不均匀。另外，如果微透镜的曲率半径变小，则还存在如下问题：由在微透镜的孔径本身中产生的衍射而发散的光的强度分布中产生不均匀。因此，提出了通过使微透镜的排列、面形状、孔径的形状分散而减少由干涉、衍射导致的光的强度分布的不均匀的微透镜阵列。例如，开发了通过使微透镜的排列具备随机性，从而抑制因由微透镜阵列的周期结构产生的衍射导致的扩散亮度的不均匀的照相机的对焦用的焦点板(专利文献1及专利文献2)。另外，开发了使微透镜的排列、面形状、孔径的形状等各种要素具备随机性的微透镜阵列(专利文献3)。但是，在包括上述的专利文献的现有技术中，并未充分公开为了减少光的强度分布的不均匀而如何分散排列及形状。另外，为了用小型的元件来实现发散角大的分布，需要曲率半径小的微透镜，因此并非透镜阵列的周期结构，而是由单一的微透镜的孔径的衍射导致的光的强度分布的不均匀成为问题。但是，并未开发以减少包括由单一的微透镜的孔径的衍射导致的分布在内的光的强度分布的不均匀的方式，使排列或形状分散的微透镜阵列及包括微透镜阵列的光学系统。现有技术文献专利文献专利文献1日本特开昭62-56005号公报(专利2503485)专利文献2日本特开平3-192232号公报(专利2881877)专利文献3日本特表2006-500621号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题因此，具有如下的需求：以减少包括由单一的微透镜的孔径的衍射导致的分布在内的光的强度分布的不均匀的方式，使排列或形状分散的微透镜阵列及包括微透镜阵列的光学系统。解决课题的手段本专利技术的第1方式的微透镜阵列是由配置在xy平面上的N个微透镜构成的微透镜阵列。各个微透镜的透镜顶点投影到xy平面的投影点配置于规定的方向的栅格间隔在以M为正的整数时D/M(毫米)的xy平面上的基准栅格结构的栅格点的附近，以微透镜的边界线作为透镜的边，微透镜的相对的两个边的间隔大致等于D，从透镜顶点投影到xy平面的投影点至边投影到xy平面的投影线为止的距离是：【数学式19】D/2+εi，【数学式20】在将各个微透镜的材料的折射率设为n，将中心附近的该规定的方向的曲率半径设为R(毫米)，将焦距设为f(毫米)时，满足：【数学式21】【数学式22】根据本方式的微透镜阵列，使相当于微透镜的孔径的、构成相对的透镜边界线的两个边的间隔适当分散，从而能够减少包括由单一的微透镜的孔径的衍射引起的分布在内的光的强度分布的不均匀。根据本专利技术的第1方式的第1实施方式的微透镜阵列中，xy平面上的该基准栅格结构是矩形排列或六边形排列。在基准栅格结构为矩形排列的情况下，M＝1，在基准栅格结构为六边形排列的情况下，M＝2。根据本专利技术的第1方式的第2实施方式的微透镜阵列中，透镜顶点位置从栅格点向该规定的方向错开ηi而配置，从而由在相邻的微透镜之间产生的边界形成的微透镜的孔径变化εi，【数学式23】根据本实施方式，相邻的微透镜的边界在微透镜为轴对象的情况下，成为连接相邻的透镜顶点的线段的垂直二等分线，在边界上不产生相邻的透镜面的级差。根据本专利技术的第1方式的第3实施方式的微透镜阵列中，xy平面上的该基准栅格结构为x方向的间隔为Dx、y方向的间隔为Dy的矩形排列，各个微透镜的顶点投影到xy平面的投影点的位置被配置为从对应的栅格位置错开(ηxi，ηyi)。根据本专利技术的第1方式的第4实施方式的微透镜阵列中，xy平面上的该基准栅格结构为x方向及y方向的矩形排列，各个微透镜的中心附近的x方向的曲率半径为Rx(毫米)，y方向的曲率半径为Ry(毫米)。根据本专利技术的第1方式的第5实施方式的微透镜阵列进一步满足：【数学式24】根据本专利技术的第1方式的第6实施方式的微透镜阵列进一步满足：【数学式25】根据本专利技术的第1方式的第7实施方式的微透镜阵列中，微透镜的顶点位置在与xy平面垂直的方向上在0至0.55/(n-1)(微米)的范围内均匀地分散。根据本实施方式，将多个微透镜的顶点位置在xy平面，即与栅格面垂直的方向上相互错开，从而使来自多个微透镜的相位错开，由此能够减少所谓暗斑。根据本专利技术的第1方式的第8实施方式的微透镜阵列中，将εi的绝对值的最大值设为|εi|max时，满足：【数学式26】|εi|max<3σ。根据本专利技术的第2方式的光学系统是构成为包括发出的光的波长的最小值为λ(微米)的光源和微透镜阵列，使来自该光源的光通过该微透镜阵列而发散的光学系统。该微透镜阵列由配置在xy平面上的N个微透镜构成，各个微透镜的透镜顶点投影到xy平面的投影点配置于规定的方向的栅格间隔以M为正的整数时D/M(毫米)的xy平面上的基准栅格结构的栅格点的附近，以微透镜的边界线作为透镜的边，微透镜的相对的两个边的间隔大致等于D，从透镜顶点投影到xy平面的投影点至边投影到xy平面的投影线为止的距离是：【数学式27】D/2+εi，【数学式28】并且，在将各个微透镜的材料的折射率设为n，将中心附近的该规定的方向的曲率半径设为R(毫米)，将焦距设为f(毫米)时，满足：【数学式29】【数学式30】根据本方式的光学系统，使相当于微透镜的孔径的、构成相对的透镜边界线的两个边的间隔适当分散，从而能够减少包括由单一的微透镜的孔径的衍射引起的分布在内的光的强度分布的不均匀。根据本专利技术的第2方式的第1实施方式的光学系统中，该微透镜阵列的微透镜进一步满足：【数学式31】根据本专利技术的第2方式的第2实施方式的光学系统中，该微透镜阵列的微透镜进一步满足：【数学式32】根据本专利技术的第2方式的第3实施方式的光学系统中，微透镜的顶点位置在与xy平面垂直的方向上在0至λ/(n-1)的范围内均匀地分散。根据本实施方式，将多个微透镜的顶点位置在xy平面，即与栅格面垂直的方向上相互错开，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微透镜阵列，其由配置在xy平面上的N个微透镜构成，各个微透镜的透镜顶点投影到xy平面的投影点配置于xy平面上的基准栅格结构的栅格点的附近，该基准栅格结构是规定的方向的栅格间隔为以M为正整数时D/M(毫米)的栅格结构，以微透镜的边界线作为透镜的边，微透镜的相对的两个边的间隔大致等于D，从透镜顶点投影到xy平面的投影点至边投影到xy平面的投影线为止的距离是：【数学式1】D/2+εi，【数学式2】σ2=Σi=1N(ϵi-ϵ‾)2N]]>ϵ‾=Σi=1NϵiN=0,]]>并且，在将各个微透镜的材料的折射率设为n，将中心附近的该规定的方向的曲率半径设为R(毫米)，将焦距设为f(毫米)时，满足：【数学式3】0.0042D<D2f=D(n-1)2R]]>【数学式4】0.0048f{1+(D/2f)2}<σ<0.014f{1+(D/2f)2}.]]>

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.27 US 62/003,1901.一种微透镜阵列，其由配置在xy平面上的N个微透镜构成，各个微透镜的透镜顶点投影到xy平面的投影点配置于xy平面上的基准栅格结构的栅格点的附近，该基准栅格结构是规定的方向的栅格间隔为以M为正整数时D/M(毫米)的栅格结构，以微透镜的边界线作为透镜的边，微透镜的相对的两个边的间隔大致等于D，从透镜顶点投影到xy平面的投影点至边投影到xy平面的投影线为止的距离是：...

【专利技术属性】
技术研发人员：关大介，藤村佳代子，冈野正登，西尾幸畅，桑垣内智仁，
申请(专利权)人：纳卢克斯株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP