光学元件、投影装置和光学元件的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光学元件、投影装置和光学元件的制造方法。
【背景技术】
[0002] 在W激光器为光源的投影装置的情况下，为了校正由激光器照射的光束的强度分 布，有时使用专利文献1所公开的那样的散射板。然而，散射板利用其表面的无规则的凹凸 使光扩散，因此通常光的利用效率较差，优选如微透镜阵列那样利用折射作用使光的扩散 位于预定的范围内。
[0003] 然而，在使用激光器那样的相干性较高的光源的情况下，在排列规则的微透镜的 情况下，按照排列的规则性仅沿预定的方向产生衍射光，有时光束的强度分布的校正不十 分。作为降低该样的衍射作用的方法，具有对微透镜阵列导入不规则性的方法，特别是已知 有通过在被控制的范围导入不规则性而使光在预定的角度范围内扩散的方法。在专利文献 2中公开了一种沿深度方向导入不规则性的微构造体，并示出了深度方向上的分布范围为 10ymW上的微构造体的例子。
[0004] 此外，在W激光器为光源的投影装置的情况下，为了校正由激光器照射的光束的 强度分布，有时使用专利文献1那样的散射板。然而，散射板利用其表面的无规则的凹凸使 光扩散，因此通常光的利用效率较差，优选如微透镜阵列那样利用折射作用使光的扩散位 于预定的范围内。在专利文献3中公开了在投影装置内使用微透镜阵列的例子。
[0005] 现有技术文献 [000引专利文献
[0007] 专利文献1 ;日本特开2007 - 233371号公报
[0008] 专利文献2 ;美国发明申请第7033736号说明书
[0009] 专利文献3 ;日本特开2012 - 145804号公报
【发明内容】
[0010] 发巧要解决的间願
[0011] 对于该样的光学元件，谋求一种能够利用湿蚀刻进行加工并且光的利用效率较高 的作为扩散板的光学元件。
[0012] 此外，对于W激光器为光源且使用微透镜阵列的投影装置，谋求一种明亮度、颜色 等均匀的投影装置。
[001引 用于解决间願的方秦
[0014] 根据本实施方式的一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凹部，所述 凹部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凹部形成为；所述凹部的底部的位置在深度方向 上为两个W上的不同的位置，在将所述基材的折射率设为nl、将所述基材的周围的介质的 折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为A并且将多个所述凹部的底部的深 度方向上的范围设为Ad的情况下，
[00巧]2/7《I(nl-蝴XAd|/A《10。
[0016] 另外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凸 部，所述凸部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凸部形成为；所述凸部的顶峰部的位置在 高度方向上为两个W上的不同的位置，在将所述基材的折射率设为nl、将所述基材的周围 的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为A并且将多个所述凸部的 顶峰部的高度方向上的范围设为Ad的情况下，
[0017] 2/7《I(nl-蝴XAd|/A《10。
[0018] 此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凹 部，所述凹部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凹部形成为；所述凹部的底部的位置在深 度方向上为两个W上的不同的位置，在将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所 述基材入射的光束的波长设为A并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设为 Ad的情况下，
[001 引 2/7《|2Xn2XAd|/A《10。
[0020] 此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凸 部，所述凸部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凸部形成为；所述凸部的顶峰部的位置在 高度方向上为两个W上的不同的位置，在将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向 所述基材入射的光束的波长设为A并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设 为Ad的情况下，
[0021] 2/7《|2Xn2XAd|/A《10。
[0022] 此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，具有在基材的表面形成具有 多个开口部的掩模的工序W及通过对形成有所述掩模的基材进行湿蚀刻而在所述基材的 表面形成多个凹部的工序，所述多个开口部是两个W上的大小不同的开口部，在多个所述 凹部中，所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个W上的不同的位置。
[0023] 此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，具有在基材的表面形成具有 多个开口部的掩模的工序W及通过对形成有所述掩模的基材进行湿蚀刻而在所述基材的 表面形成多个凹部的工序，在所述基材的形成有所述开口部的区域形成有两个W上的不同 深度的沉孔部。
[0024] 此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凹 部，所述凹部具有由曲面形成的曲面部，所述基材的表面被分割为多个区域，所述多个区域 中的一个区域的至少一部分是使所述多个区域中的另一区域的至少一部分W所述基材的 表面的法线为轴线旋转而得到的形状。
[0025] 此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凸 部，所述凸部具有由曲面形成的曲面部，所述基材的表面被分割为多个区域，所述多个区域 中的一个区域的至少一部分是使所述多个区域中的另一区域的至少一部分W所述基材的 表面的法线为轴线旋转而得到的形状。
[0026] 此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凹 部，所述凹部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凹部的底部不规则地形成，所述基材的表 面被分割为多个区域，在由二等分线包围的部分内存在有一个所述底部，该二等分线是所 述底部按预定的周期排列的情况下的、相邻的点之间的二等分线，所述多个区域中的各区 域的所述预定的周期的排列方向互不相同。
[0027] 此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凸 部，所述凸部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凸部的顶峰部不规则地形成，所述基材的 表面被分割为多个区域，所述顶峰部不规则地形成，在由二等分线包围的部分内存在有一 个所述顶峰部，该二等分线是所述顶峰部按预定的周期排列的情况下的、相邻的点之间的 二等分线，所述多个区域中的各区域的所述预定的周期的排列方向互不相同。
[0028] 此外，本实施方式的另一技术方案是一种投影装置，该投影装置具有；光源，其用 于射出波长为A的激光；微透镜阵列，在其供所述激光入射的表面形成有多个透镜部；空 间调制器，透射所述微透镜阵列后的光束照射于该空间调制器；W及投影光学系统，其用于 对通过所述空间调制器后的光束进行投影，该投影装置的特征在于，在将向所述微透镜阵 列入射的激光的光束的直径设为D、将所述微透镜阵列的发散角度设为5并且将所述微透 镜阵列中的相邻的透镜部的间隔设为P的情况下，满足sin5 > 2A/P> 6A/D。
[0029] 此外，本实施方式的另一技术方案是一种投影装置，该投影装置具有；光源，其用 于射出波长为A的激光；微透镜阵列，在其供所述激光入射的表面形成有多个透镜部；空 间调制器，透射所述微透镜阵列后的光束照射于该空间调制器；W及投影光学系统，其用于 对通过所述空间调制器后的光束进行投影，该投影装置的特征在于，在所述微透镜阵列的 彼此相邻的透镜部中，所述透镜部的开口的大小、曲率半径、透镜间隔该=者中的一者或两 者W上不同。
[0030] 发巧的效果
[0031] 采用本发明能够提供一种光的利用效率较高的光学元件。或者，采用本发明能够 得到一种明亮度、颜色等均匀的投影装置。
【附图说明】
[0032] 图1是第1实施方式的光学元件的构造图。
[0033] 图2是第1实施方式的光学元件的说明图（1)。
[0034] 图3是第1实施方式的光学元件的说明图（2)。
[0035] 图4是第1实施方式的光学元件的制造方法1的工序图。
[0036] 图5是第1实施方式的光学元件的制造方法2的工序图。
[0037] 图6是第1实施方式的光学元件的制造方法3的工序图。
[003引图7是第1实施方式的光学元件的制造方法4的工序图。
[0039] 图8是第1实施方式的另一光学元件的构造图（1)。
[0040] 图9是第1实施方式的另一光学元件的构造图（2)。
[0041] 图10是第1实施方式的投影装置的构造图。
[0042] 图11是第1实施方式的另一投影装置的构造图。
[0043] 图12是巧光轮的构造图。
[0044] 图13是例1的光学元件的说明图。
[0045] 图14是例2的光学元件的说明图。
[0046] 图15是例3的光学元件的说明图。
[0047] 图16是例4的光学元件的说明图。
[0048] 图17是例5的光学元件的说明图。
[0049] 图18是例6的光学元件的说明图。
[0050] 图19是例7的光学元件的说明图。
[0051] 图20是例8的光学元件的说明图。
[0052] 图21是例9的光学元件的说明图。
[0053] 图22是例10的光学元件的说明图。
[0054] 图23是例11的光学元件的说明图。
[00巧]图24是例12的光学元件的说明图。
[0056] 图25是例13的光学元件的说明图。
[0057] 图26是例14的光学元件的说明图。
[005引图27是例14的光学元件的凹部的面积比与凹部的底面的高度方向上的相对位置 之间的相关图。
[0059] 图28是第2实施方式的光学元件的构造图。
[0060] 图29是第2实施方式的光学元件的说明图（1)。
[0061] 图30是第2实施方式的光学元件的说明图（2)。
[0062] 图31是第2实施方式的光学元件的制造方法的说明图。
[0063] 图32是例15的光学元件的说明图。
[0064] 图33是例16的光学元件的说明图。
[0065] 图34是例17的光学元件的说明图。
[0066] 图35是例18的光学元件的说明图。
[0067] 图36是例19的光学元件的说明图。
[0068] 图37是例20的光学元件的说明图。
[0069] 图38是例21的光学元件的说明图。
[0070] 图39是例22的光学元件的说明图。
[0071] 图40是例23的光学元件的说明图。
[0072] 图41是例24的光学元件的说明图。
[0073] 图42是例25的光学元件的说明图。
[0074] 图43是例22~例25的光学元件的说明图。
[00巧]图44是例26的光学元件的说明图。
[0076] 图45是例27的光学元件的说明图。
[0077] 图46是例28的光学元件的说明图。
[0078] 图47是第3实施方式的投影装置的结构图。
[0079] 图48是第3实施方式的微透镜阵列的放大图。
[0080] 图49是微透镜阵列的说明图（1)。
[0081] 图50是微透镜阵列的说明图（2)。
[0082] 图51是微透镜阵列的说明图（3)。
[0083] 图52是第3实施方式的微透镜阵列的构造图（1)。
[0084] 图53是第3实施方式的微透镜阵列的构造图（2)。
[0085] 图54是第3实施方式的微透镜阵列的构造图（3)。
[0086] 图55是第4实施方式的投影装置的结构图。
[0087] 图56是第4实施方式的投影装置所使用的巧光轮的说明图。
[0088] 图57是第5实施方式的微透镜阵列的构造图。
【具体实施方式】
[0089]W下说明用于实施发明的方式。另外，对相同的构件等标注相同的附图标记并省 略说明。
[0090]〔第1实施方式）
[0091] 另外，专利文献2的微构造体在深度方向上具有较大的分布，因此在发散光等光 倾斜地入射的情况下，有可能产生不需要的散射光。
[0092] 此外，在入射激光的情况下，有时要求耐光性，作为所使用的基材，优选由玻璃等 具有耐光性的材料形成。作为将玻璃等的表面加工成凹凸形状的方法，具有利用湿蚀刻进 行加工的方法，但通常能够利用湿蚀刻进行加工的形状存在限制，如专利文献2所记载的 那样，在W较深且不同的深度形成凹凸形状的情况下，难W加工成期望的形状。
[0093] 另一方面，作为将玻璃等的表面加工成凹凸形状的方法，还具有基于干蚀刻、冲压 成形的加工方法，但在较深地形成凹凸形状的情况下，存在干蚀刻的加工时间变长该样的 问题，此外，在冲压成形的情况下，也存在冲压成形时进入空气而导致进入空气的部分成为 缺陷等问题。
[0094] 因此，谋求一种能够利用湿蚀刻进行加工并且光的利用效率较高的作为扩散板的 光学元件。
[0095] 采用本实施方式能够提供一种能够利用湿蚀刻进行加工并且光的利用效率较高 的作为扩散板的光学元件。
[009引（光学元件）
[0097] 基于图1说明第1实施方式的光学元件。另外，图1的（a)是本实施方式的光学 元件的俯视图，图1的化）示意性地表示在图1的（a)中的单点划线1A-1B处剖切而得 到的剖视图。
[0098] 本实施方式的光学元件10为在基材11的表面形成有多个凹部12的构造。另外， 在本实施方式的说明中，对在基材11的表面形成有多个凹部12的情况进行说明，但本实施 方式的光学元件也可W是在基材11的表面形成有多个凸部的光学元件。
[0099] 在图1所示的本实施方式的光学元件中，凹部12的最深的部分为底部13,凹部12 的底部13的深度方向上的位置并不相同，凹部12的底部13的深度方向上的位置为两个深 度值W上的位置，在多个凹部12的底部13中，最深的底部13的深度位置与最浅的底部13 的深度位置之差、即底部13的高低差形成为Ad。
[0100] 接着，说明底部13的平面位置。在图2的（a)中，底部13的位置由"?"表示。底 部13的位置既可W是规则的排列、即按预定的周期排列的，也可W是不规则的排列的。在 底部13的位置为不规则的排列的情况下，在将规则的排列的间距设为P时，优选底部13形 成为；存在于W呈规则排列的情况下的底部的中屯、点（呈规则排列的点）为基准、半径为 0. 5XP的圆的范围内，而且更优选形成为存在于半径为0. 25XP的圆的范围内。另外，在 图2的（a)中，呈规则排列的点的位置由"X"表示。在图2的（a)中，该规则的排列为该 样的排列；连结呈规则排列的最近的点彼此而得到的形状为=角形。
[0101] 此外，也可在某一第1方向上的底部的平均间隔为Pi的方式排列底部。此时， 也可W将与第1方向正交的方向作为第2方向而W沿第1方向形成的底部的列的、各底部 的位置的重屯、的间隔为P2的方式配置。该样的排列原本就不是规则的排列，因此能够更加 降低规则排列的周期性的影响。图3示出了该样的排列的例子。在图3中，底部的位置由 "?"表示。在图3中，沿第1方向配置有多个底部的列，该多个底部的列中的一部分底部的 列的在第2方向上的重屯、位置由虚线51a、虚线5化、虚线51c、虚线51d表示。在重屯、位置 为虚线51a的底部的列中，在第1方向上的底部的间隔分别为Pu、P。、…、Pi7,它们的平均 值为Pi。此外，W在第2方向上的重屯、位置、即虚线51a、虚线5化、虚线51c、虚线51d彼此 之间的间隔分别为P2的方式使各底部的列中的底部的位置在第2方向上呈不规则状。在 图3中，W该样的方式配置，即；自附图的下方起为奇数列的底部的列的左端的底部的在第 1方向上的重屯、位置（虚线53)与自附图的下方起为偶数列的底部52的列的左端的底部 的在第1方向上的重屯、位置（虚线54)之间的间隔为Pi/2,满足沪5/2XPi=P2。优选底 部的列中的底部的在第1方向上的间隔为（1 + 0. 25)Pi，更优选为（1 + 0. 15)Pi。此外，相对 于底部的列的在第2方向上的重屯、位置而言，优选该底部的列中的底部的位置为重屯、位置 ±0. 25P2,更优选为重屯、位置±0. 15P2。
[0102] 此外，在底部的排列具有不规则性的情况下，也可W包括在区域内的局部范围内 底部的排列呈点对称或线对称的配置。通过该样，在某一方向的正方向和负方向上不易出 现非对称性。
[0103] 对于本实施方式的光学元件，通过像该样形成，从而如后述那样能够使光在预定 的角度范围高效地扩散。此外，于在每个方向上规则的排列的间距不同的情况下，也可W根 据该情况的比率而将本实施方式中的底部13所处的范围做成楠圆。此外，也可W形成为： 本实施方式的底部13位于由相邻的呈规则排列的点之间的二等分线包围的区域内。此外， 更优选形成为：本实施方式的底部13位于由如下垂线包围的区域内，该垂线是呈规则排列 的点与相邻的呈规则排列的点之间的距离的1/4的位置处的垂线。在此，垂线是将呈规则 排列的点与相邻的呈规则排列的点连结起来的线段的垂线。
[0104] 另外，在图2的（a)中示出了底部13"?"位于呈；角的规则排列的点的位置"X" 的间距的1/4内的区域的情况。此外，图2的化）示出了在图2的（a)中的将凹部12a的 底部13a与凹部1化的底部13b连结起来的单点划线2A- 2B处剖切而得到的剖视图。
[0105] 如图2的化）所示，凹部12a的底部13a与凹部12b的底部13b在深度方向上的 位置不同，在形成凹部12a的面和形成凹部1化的面具有相同的曲率的情况下，凹部12a与 凹部1化之间的边界点14不位于底部13a与底部13b之间的二等分线上。另外，相邻的底 部在深度方向上的位置一致的情况由虚线表示，在该情况下，边界点15位于底部13a与底 部13bi之间的二等分线上。
[0106] 通常，在通过对玻璃等基材进行湿蚀刻而形成凹部的情况下，相邻的凹部的表面 的曲率为同等程度。因此，在凹部的底部的深度方向上的位置差异较大时，边界点14的位 置自位于二等分线上的位置较大地偏离。
[0107]另外，在凹部在边界点15的位置处相邻的情况下，相邻的凹部的表面的倾斜角度 相同，能够使凹部的在边界点15处的倾斜角度为预定的扩散角度，能够使光高效地在预定 的扩散角度范围内扩散。另一方面，在凹部在边界点14的位置处相邻的情况下，相邻的凹 部的表面的倾斜角度不同，相对于预定的扩散角度而言，一个凹部的倾斜角度较小，另一个 凹部的倾斜角度较大。在该情况下，光扩散到预定的扩散角度范围外的量增加。
[010引根据W上，在凹部12的底部13的深度方向上的位置较大地不同的情况下，容易产 生预定的扩散角度范围外的光，因此优选凹部12的底部13的深度方向上的位置差异较小。 然而，在凹部12的底部13的深度方向上的位置全部相同的情况下，直行透射的光的成分增 多。因此，为了减少直行透射的光的成分，具有使直行透射的光的成分发生衍射现象而进行 扩散的方法。
[0109]为了发生衍射现象，优选因底部13的深度方向上的位置而产生的光程差为2/7波 长W上。此外，为了最高效地发生衍射现象，优选因底部13的深度方向上的位置而产生的 光程差为波长左右，只要在衍射现象中考虑光程差的波长的剩余即可，并且若考虑到加工 的控制性，则优选因底部13的深度方向上的位置而产生的光程差为波长的10倍W下。
[0110]W上，说明了光学元件为透射型的光学元件的情况，但在将形成有凹部12的基材11的折射率设为nl、将凹部12的周围的介质的折射率设为n2并且将入射的光束的波长设 为入的情况下，所述内容能够通过下述的（1)所示的式表示。
[0…]2/7《I (nl _ n。XAd|/A《10 ? ? ? ? (1)
[0112] 另外，对于本实施方式的光学元件，更优选为下述的（2)所示的条件