(57)【要約】      （修正有）【課題】光積分器の内部において、光学特性へ悪影響を与える散乱粒子の凝集、並びに、異物及び気泡等の混入を効率的に検査する検査方法を提供する。【解決手段】光を入射する入射面００２と、光を出射する出射面００３と、入射面と出射面とをつなぐ側面００４〜００７とを備え、内部が屈折率ａの材質である導光部材で充填されており、導光部材には、屈折率ｂ（但し、ｂ≠ａ）の材質である散乱粒子００８が散在している光積分器００１の検査方法であって、光積分器のいずれかの側面に検査光源からの検査光を入力する工程Ａ、光積分器を透過して別の側面から出力した検査光の輝度及び形状の少なくとも一方を検出器で検出する工程Ｂ、検査光の輝度及び形状の少なくとも一方から不具合点の有無及び位置を把握し、光積分器の合否を判定する工程Ｃを有する光積分器の検査方法。【選択図】図１
2018072116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を入射する入射面と、前記光を出射する出射面と、前記入射面と前記出射面とをつなぐ側面とを備え、内部が屈折率ａの材質である導光部材で充填されており、前記導光部材には、屈折率ｂ（但し、ｂ≠ａ）の材質である散乱粒子が散在している光積分器の検査方法であって、
前記光積分器のいずれかの側面に検査光源からの検査光を入力する工程Ａ、
前記光積分器を透過して別の側面から出力した前記検査光の輝度及び形状の少なくとも一方を検出器で検出する工程Ｂ、
前記検査光の輝度及び形状の少なくとも一方から不具合点の有無及び位置を把握し、前記光積分器の合否を判定する工程Ｃを有する光積分器の検査方法。
【請求項２】
前記入射面と前記出射面間の距離が、前記検査光を入力する側面と前記検査光を検出する側面間の距離よりも長い光積分器である請求項１に記載の光積分器の検査方法。
【請求項３】
前記工程Ｃにおいて、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離を計測し、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離が０．１ｍｍ以上であり、前記別の側面に投影された前記不具合点の最大幅が前記出射面の幅に対して１／２０以下の場合を合格と判定し、１／２０より大きい場合を不合格と判定する請求項１又は２に記載の光積分器の検査方法。
【請求項４】
前記工程Ｃにおいて、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離を計測し、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離が０．１ｍｍ以上であり、前記別の側面に投影された前記不具合点の最大幅が前記出射面の幅に対して１／２０以下、かつ、前記不具合点が２つ以上検出された場合に不合格と判定する請求項１又は２に記載の光積分器の検査方法。
【請求項５】
前記工程Ｃにおいて、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離を計測し、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離が０．１ｍｍ未満であり、前記別の側面に投影された前記不具合点の最大幅が前記出射面の幅に対して１／２００以下の場合を合格と判定し、１／２００より大きい場合を不合格と判定する請求項１又は２に記載の光積分器の検査方法。
【請求項６】
前記光積分器が透明基板上に複数配置されており、前記工程Ａにおいて少なくとも２つ以上の前記光積分器に前記検査光源からの検査光を同時に照射し、前記工程Ｂにおいて、前記２つ以上の光積分器から出力した前記検査光を同時に前記検出器で検出する請求項１〜５のいずれかに記載の光積分器の検査方法。
【請求項７】
前記光積分器が透明基板上に複数配置されており、前記透明基板と、前記検査光源及び前記検出器とを相対的に移動させ、移動する毎に前記工程Ａ及び前記工程Ｂを行う請求項１〜６のいずれかに記載の光積分器の検査方法。
【請求項８】
前記透明基板が前記検査光源と前記検出器を結ぶ直線に対して垂直な平面上に配置されている請求項６又は７に記載の光積分器の検査方法。
【請求項９】
前記光積分器が前記透明基板と剥離性を有する接着層を介して接着されている請求項６又は７に記載の光積分器の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を均一に混色する光積分器の検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ等の表示装置用の映像投射装置では、赤、緑、青の３色の光源を時間分割しカラー化する光学系が一般的である。このカラー化技術は、通常フィールドシーケンシャルカラー（以下、ＦＳＣ）と呼ばれる手法である。
ＦＳＣを用いるには、混色性と均質性の高い３色の光線を、映像投射装置内に搭載されたＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）及びＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の映像生成装置に照射しなければならない。
透明ロッドを用いた映像投射装置が、特許文献１、２等に開示されている。複数光源からの光線の混色性と均質性に関して、特許文献１では、複数の光源からの光線をレンズでロッドに導光する方法が記載されている。特許文献２では、複数の光源からの光線をダイクロイックミラーで合成したあと、ロッドに導光する方法が記載されている。
【０００３】
近年、ヘッドマウントディスプレイに代表されるウエアラブル表示装置の開発が進められている。ウエアラブル表示装置用の映像投射装置は、体に装着するため、省電力で明るく小型であることが求められている。
映像投射装置を小型化するために、複数の光源を１個の筐体に搭載したマルチチップ光源を用いることが考えられる。マルチチップ光源を用いる場合、特許文献１、２で提案されているロッドでは、混色性と均質性を満足するためには、光積分器としての機能を十分に発現させる必要があり、長いロッドの光積分器が必要になるので小型化には向かない。
【０００４】
また、混色性と均質性を高め、小型の光積分器とする方法としては、ロッド内に散乱粒子を分散させた光積分器とする方法が考えられる。
しかし、散乱粒子を分散させた光積分器において、その内部に散乱粒子の凝集、並びに、異物及び気泡等の混入が生じると、光積分器から出射される光の平均輝度の低下及び輝度ムラ等の光学特性の不良が発生し、投影された映像に欠損が生じる不具合を発生することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３４０８３号公報
【特許文献２】特開２０００−１３１６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記問題を解決し、光積分器の内部において、光学特性へ悪影響を与える散乱粒子の凝集、並びに、異物及び気泡等の混入を効率的に検査する検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のものに関する。
（１）光を入射する入射面と、前記光を出射する出射面と、前記入射面と前記出射面とをつなぐ側面とを備え、内部が屈折率ａの材質である導光部材で充填されており、前記導光部材には、屈折率ｂ（但し、ｂ≠ａ）の材質である散乱粒子が散在している光積分器の検査方法であって、
前記光積分器のいずれかの側面に検査光源からの検査光を入力する工程Ａ、
前記光積分器を透過して別の側面から出力した前記検査光の輝度及び形状の少なくとも一方を検出器で検出する工程Ｂ、
前記検査光の輝度及び形状の少なくとも一方から不具合点の有無及び位置を把握し、前記光積分器の合否を判定する工程Ｃを有する光積分器の検査方法。
（２）前記入射面と前記出射面間の距離が、前記検査光を入力する側面と前記検査光を検出する側面間の距離よりも長い光積分器である（１）に記載の光積分器の検査方法。
（３）前記工程Ｃにおいて、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離を計測し、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離が０．１ｍｍ以上であり、前記別の側面に投影された前記不具合点の最大幅が前記出射面の幅に対して１／２０以下の場合を合格と判定し、１／２０より大きい場合を不合格と判定する（１）又は（２）に記載の光積分器の検査方法。
（４）前記工程Ｃにおいて、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離を計測し、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離が０．１ｍｍ以上であり、前記別の側面に投影された前記不具合点の最大幅が前記出射面の幅に対して１／２０以下、かつ、前記不具合点が２つ以上検出された場合に不合格と判定する（１）又は（２）に記載の光積分器の検査方法。
（５）前記工程Ｃにおいて、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離を計測し、前記出射面から前記不具合点の位置までの距離が０．１ｍｍ未満であり、前記別の側面に投影された前記不具合点の最大幅が前記出射面の幅に対して１／２００以下の場合を合格と判定し、１／２００より大きい場合を不合格と判定する（１）又は（２）に記載の光積分器の検査方法。
（６）前記光積分器が透明基板上に複数配置されており、前記工程Ａにおいて少なくとも２つ以上の前記光積分器に前記検査光源からの検査光を同時に照射し、前記工程Ｂにおいて、前記２つ以上の光積分器から出力した前記検査光を同時に前記検出器で検出する（１）〜（５）のいずれかに記載の光積分器の検査方法。
（７）前記光積分器が透明基板上に複数配置されており、前記透明基板と、前記検査光源及び前記検出器とを相対的に移動させ、移動する毎に前記工程Ａ及び前記工程Ｂを行う（１）〜（６）のいずれかに記載の光積分器の検査方法。
（８）前記透明基板が前記検査光源と前記検出器を結ぶ直線に対して垂直な平面上に配置されている（６）又は（７）に記載の光積分器の検査方法。
（９）前記光積分器が前記透明基板と剥離性を有する接着層を介して接着されている（６）又は（７）に記載の光積分器の検査方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光積分器の内部において、光学特性へ悪影響を与える散乱粒子の凝集、並びに、異物及び気泡等の混入を効率的に検査する検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の光積分器の態様を説明するための斜視図である。
【図２】本発明の光積分器の検査方法の態様を説明するための平面図である。
【図３】本発明の光積分器の検査方法を説明するための光積分器の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の検査方法で検査する光積分器００１は、図１に示すように、光を入射する入射面００２と、光を出射する出射面００３と、入射面００２と出射面００３とをつなぐ側面００４〜００７とを備える。光積分器００１の内部は、屈折率ａの材質である導光部材で充填されており、導光部材には、屈折率ａとは異なる屈折率ｂの材質である散乱粒子００８が散在している。
光積分器００１に入射した光は、入射面００２側から出射面００３方向へ伝播すると共に、伝播する光の一部が側面で反射し、出射面００３へと導光される。光積分器００１の入射面００２に２つ以上の発光点を有する光源からの光が入射されると、光が散乱しながら出射面００３方向へ伝播することになるので、導光部材の内部で光が広がり混色性と均質性の高い光が出射面００３から出射される。なお、３つ以上の発光点を有する光源からの光が入射されてもよい。
【００１１】
光積分器００１の内部に、散乱粒子００８の凝集、並びに、異物及び気泡等の混入が生じると、不具合点０１２が発生することがある。不具合点０１２は、平均輝度の低下及び輝度ムラが生じる要因となる。特に、出射面００３近傍に不具合点０１２が発生すると平均輝度の低下及び輝度ムラが顕著に現れる。
図２に光積分器００１のいずれかの側面から検査光を透過して別の側面に投影された不具合点０１２の一例を示す。本例示は、投影された側面００７に焦点を合わせたときの画像模式図である。不具合点０１２が存在すると、検査光を遮光したり散乱したりするため、不具合点０１２のない部位から出力する検査光と比べて輝度が低下する。散乱粒子の凝集体及び異物がある場合、検査光は主に遮光され、気泡がある場合、検査光は主に散乱又は反射によって輝度低下が引き起こされる。
本実施形態においては、検査光が出力する側面において周辺輝度よりも８０％以下になっている箇所を不具合点０１２とする。
また、本実施形態においては、検査光が出力する側面において検査光の形状が周辺の形状よりも出射面と平行方向の幅が出射面幅の１／２０以上欠損している箇所を不具合点０１２とする。なお、欠損とは周辺輝度よりも８０％以下になっている部分をいう。
【００１２】
不具合点０１２が光積分器００１の表面近傍に発生した場合は、不具合点０１２を視認することが容易であり、不具合点０１２の有無の検査における光積分器００１の合否判定が可能となる。しかし、内部に散乱粒子００８を有する光積分器００１では、不具合点０１２が光積分器００１の内部に発生した場合、不具合点０１２を視認することが困難であり、不具合点０１２の有無の検査における光積分器００１の合否判定が困難となる。
そこで、不具合点０１２の有無の検査を行う方法として、実使用条件に即して入射面００２から検査光を入力し、出射面００３から出力する検査光の輝度等を観測して合否判定する方法がある。しかし、個々の光積分器００１に対して上記方法を適用すると、光積分器００１をピックアップする作業等が煩雑となり、検査効率が悪い。
【００１３】
本発明の光積分器の検査方法は、図３を参照して説明すると、光積分器００１のいずれかの側面００４〜００７に検査光源０１０からの検査光を入力する工程Ａと、光積分器を透過して別の側面（例えば、検査光を入力した側面と対向する側面）から出力した検査光の輝度及び形状の少なくとも一方を検出器０１１で検出する工程Ｂと、検査光の輝度及び形状の少なくとも一方から不具合点０１２の有無及び位置を把握し、光積分器００１の合否を判定する工程Ｃとを有するものである。
【００１４】
本発明のように、工程Ａとして光積分器００１のいずれかの側面００４〜００７に検査光源０１０からの検査光を入力し、工程Ｂとして光積分器００１を透過して別の側面から出力した検査光の輝度及び形状の少なくとも一方を検出器０１１で検出することで、通常視認困難である光積分器００１の内部に生じた不具合点０１２を検出器０１１側に投影することができる。特に検出器０１１側の側面（検査光を入力した側面と別の側面）に投影させることで、光積分器００１の不具合点０１２が内部の位置（Ｚ方向）に寄らず、同一面に投影されるため、検査が容易となる。
本発明の検査方法は、入射面００２から検査光を入力するより不具合点０１２を容易に検知することができ、より効果的に検査が行えるという観点から、入射面００２と出射面００３間の距離が、検査光を入力する側面と検査光を検出する側面間の距離よりも長い光積分器であることが好ましい。
【００１５】
さらに工程Ｃとして検査光の輝度及び形状の少なくとも一方から不具合点０１２の有無及び位置を把握し、光積分器００１の合否を判定する。
工程Ｃでは、側面に投影される不具合点０１２がある場合であっても、その大きさ、形状、位置によっては光積分器００１としての光学特性に影響が少ないことがある場合があり、それらを総合的に判断することによって的確な合否判定が行われる。合否が判断される不具合点０１２の大きさ、形状、位置のしきい値は、光積分器００１の大きさ、形状、必要とする光学特性によって適宜選択される。例えば、同じ大きさの不具合点０１２であっても出射面００３の近傍に発生している場合、輝度ムラに大きく影響して不合格定となる場合がある。一方、同じ大きさの不具合点０１２であっても出射面００３の近傍に発生していない場合、輝度ムラには大きく影響せず合格判定となる場合がある。これは、不具合点０１２が出射面００３近傍ではない箇所に発生した場合、光が散乱しながら出射面００３方向へ伝播することになるので、導光部材の内部で光が広がり、輝度ムラが解消されることに起因する。
したがって、工程Ｃにおいて、出射面００３からの不具合点０１２の位置までの距離を計測し、所定の距離以上であれば合格と判定することができる。合否の判定基準として具体的には、出射面００３からの不具合点０１２の位置までの距離が、０．１ｍｍ以上である場合を合格と判定することが好ましく、０．０８ｍｍ以上である場合を合格と判定することがより好ましく、０．０６ｍｍ以上である場合を合格と判定することがさらに好ましい。
なお、工程Ｃは、工程Ａ及び工程Ｂを実施すると共に行ってもよく、工程Ｂにおいて画像データ等を取得しておき、後に当該画像データを用いて工程Ｃを行ってもよい。
【００１６】
以下に、出射面００３からの不具合点０１２の位置までの距離に基づく、合否の判定基準の具体例を示す。
出射面００３から不具合点０１２の位置までの距離が０．１ｍｍ以上の場合は、側面に投影された不具合点０１２の最大幅（大きさ）が出射面００３の幅に対して１／２０以下を合格、１／２０より大きい不具合点０１２を含むものを不合格、１／２０以下の不具合点０１２が２つ以上検出された場合に不合格と判定することができる。
出射面００３から不具合点０１２の位置までの距離が０．１ｍｍ未満の場合は、側面に投影された不具合点０１２の最大幅（大きさ）が出射面００３の幅に対して１／２００以下を合格、１／２００より大きい不具合点０１２を含むものを不合格と判定する。
上記の判定基準は、検査に先立ち実際に光積分器００１として使用する場合に、問題になる不具合点０１２と問題にならない不具合点０１２をあらかじめ確認し、適時設定を変更することが可能であることができる。
【００１７】
以下に、本実施形態に記載の光積分器００１の検査に用いる検査装置の構成を、図３を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態の光積分器の検査方法で使用する検査装置は、検査光源０１０と、検出器０１１と、可動ステージ０１６とを備える。検査光源０１０及び検出器０１１は、検査する光積分器００１に対して対向する位置に配置される。
検査光源０１０には、例えば、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、自然放射増幅光（ＡＳＥ）、発行ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を用いることができる。
検出器０１１には、例えば、ＣＣＤ等の画像撮影装置を用いることができる。
可動ステージ０１６は、光積分器をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に移動可能である。これにより、光積分器をＸ方向やＹ方向にピッチ送りすることができる。ステージコントローラを用いて可動ステージ０１６を制御してもよい。
なお、図３に示すように、２箇所以上で透明基板０１３を保持する場合には、それぞれの可動ステージ０１６が同期して移動できる機構を有することが好ましい。
【００１９】
検査光の波長は、検出器０１１で検出可能であれば特に限定されないが、赤外光、可視光、紫外光が好適に挙げられる。検査光の波長は、単一の波長であってもよく、複数の波長を含むものであってもよい。検査光の波長としては、実際に光積分器００１で使用する光の波長を含むことがより好ましい。本実施形態においては、実際に光積分器００１で使用する光の波長帯である４３０ｎｍ〜６７０ｎｍの波長を含むＬＥＤを検査光源０１０として用いた。
【００２０】
照射する検査光の角度は、投影される不具合点が明確となる観点から、検査する光積分器００１の側面の法線に対して、０°以上〜８０°以下であることが好ましく、０°以上〜６０°以下であることがより好ましく、０°以上〜４５°以下であることがさらに好ましい。
検査光の角度は、検査光源０１０の出力する角度によっても調整できるが、検査光源０１０の発光部の大きさ、及び発光部からの光積分器００１までの距離によっても調整できる。
【００２１】
本実施形態の光積分器の検査方法は、光積分器００１を単体で検査してもよいが、複数の光積分器００１を検査することもできる。複数の光積分器００１を検査する場合は、図３に示すように、透明基板０１３上に配置することで検査光を照射することが容易になるため好ましく、透明基板０１３上に所定の間隔で配置することで可動ステージ０１６を移動させて効率的に順次検査が行えるためより好ましい。
【００２２】
透明基板０１３の材質としては、検査に支障の出ない程度に検査光を透過する材質であれば特に限定されないが、ガラス基板、プラスチック基板等が好適である。
透明基板０１３としては、可動ステージ０１６等によって保持されることが可能となるという観点から、非可撓性の固い材質のものであることが好ましい。但し、透明基板０１３が、可撓性があるフレキシブルなものであっても、図３のように、反り及びたわみを抑制する枠冶具０１５等で補強することで使用することができる。
透明基板０１３の厚さは、検査光の透過性に影響のない範囲であれば特に限定されないが、光積分器００１を配置するための強度維持の観点から、５μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、５μｍ〜２５０μｍであることがより好ましい。
【００２３】
光積分器００１は、透明基板０１３と剥離性を有する接着層０１４を介して接着されていることが好ましい。光積分器００１が透明基板０１３と接着されていることにより、可動ステージ０１６を移動させた場合であっても、光積分器００１が透明基板０１３に対して移動することを抑制できるため、検査が容易となる。また、光積分器００１が透明基板０１３と接着されていることにより、複数の光積分器００１を任意のピッチで配列させた状態を保持することができるため、効率的に検査が行える。
接着層０１４の材質としては、検査に支障の出ない程度に検査光を透過する材質であることが好ましい。
【００２４】
透明基板０１３は、検査光源０１０と検出器０１１を結ぶ直線に対して垂直な平面上に配置されていることが好ましい。これにより、可動ステージをＸ方向、Ｙ方向に移動させても検査光源０１０と透明基板０１３上の光積分器００１、及び検出器０１１と透明基板０１３上の光積分器００１の距離を保持一定にすることができるため、一定の検査光の照射条件、一定の検出条件で検査でき、検査の誤認を抑制するとともに効率的に検査ができる。
【００２５】
以下に、透明基板０１３上に複数の光積分器００１を配置した場合の光積分器００１の検査方法について詳細に説明する。
【００２６】
第１の方法としては、光積分器００１が透明基板０１３上に複数配置されている場合、工程Ａにおいて、２つ以上の光積分器００１に検査光源０１０からの検査光を同時に照射し、工程Ｂにおいて、照射した２つ以上の光積分器００１から出力した検査光を同時に検出器０１１で検出することが好ましい。これにより、２つ以上の光積分器００１をまとめて検査することができるためより効率的に検査できる。この場合、検査光源０１０から出力される検査光は、光積分器００１の配列面において、複数の光積分器００１を内包する大きさのスポット径を有するとよく、検出器０１１は複数の光積分器００１から出力される検査光を検出できる機構を有するとよい。
【００２７】
第２の方法としては、光積分器００１が透明基板０１３上に複数配置されている場合、透明基板０１３と、検査光源０１０及び検出器０１１とを相対的に移動させ、移動する毎に工程Ａ及び工程Ｂを行うことが好ましい。これにより、複数の光積分器００１の検査を効率的に行うことができる。
相対的に移動させる方法として、図３では、検査光源０１０と検出器０１１を固定し可動ステージ０１６で透明基板０１３上の光積分器００１をＸ方向及びＹ方向に移動させる方法を記載しているが、透明基板０１３を固定し、検査光源０１０と検出器０１１とを移動させる方法を採用してもよい。この場合、可動ステージ０１６は、検査光源０１０と検出器０１１とを移動させられるように設置される。
本方法は、相対的に移動させながら工程Ａ及び工程Ｂを行ってもよく、移動を間欠的に行い、停止時に工程Ａ及び工程Ｂを行ってもよい。
【００２８】
複数の光積分器００１を検査する方法は、上述の複数の光積分器００１をまとめて検査する方法（第１の方法）と移動させる毎に検査する方法（第２の方法）とを組み合わせて行ってもよい。複数の光積分器００１を検査する方法は、光積分器００１を透明基板０１３上に配置させられれば、効率的に検査が可能である利点を有するため、入射面００２側から検査光を入力し、出射面００３から検査光を出力する方法を採用してもよい。
【００２９】
図３では光積分器００１がＸ方向に２つ、Ｙ方向に４つ配列した検査方法を図示しているが、この配列に限られず、いずれかの方向の配列が１つであってもよく、いずれかの方向の配列が２つ、４つ以外の複数であってもよい。
【００３０】
以下に、本実施形態の光積分器の検査方法に用いた光積分器についてさらに詳細に説明する。
光積分器００１は、図１に示すように、長さＬ、高さＨ、幅Ｗの四角柱の形状をしており、その内部は所定の透明度の高い屈折率ａの媒質Ａである導光部材で充填されている。また、光積分器００１は、入射面００２と出射面００３と、側面００４〜００７がある。
入射面００２は光が入射する面であり、出射面００３は光が出射する面である。
【００３１】
スネルの法則より、臨界角より大きい入射角を持つ光線は屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質へ進行できず、内面反射（Total Internal Reflection  以下ＴＩＲと記す）することが知られている。このため、本実施形態の光積分器００１では、入射面００２から入射した光に対して、側面００４〜００７の全てが内面反射する面として機能する。
【００３２】
光積分器００１の内部には、媒質Ａとは異なる屈折率ｂの透明度の高い媒質Ｂで満たされた散乱粒子００８がランダムに散在している。光線は、スネルの法則に従い、屈折率の異なる媒質を通過するときに、入射する角度とは異なる角度で出射するので、媒質Ａである導光部材とは屈折率の異なる媒質Ｂで満たされた散乱粒子００８は、進行する光線の角度を変更させ、散乱させる機能を有する。
屈折率ａと屈折率ｂの差を大きくするに従い、スネルの法則により、より大きな散乱機能が得られる。屈折率ａと屈折率ｂの差は、０．０５以上であることが好ましく、０．０６以上であることがより好ましく、０．０７以上であることがさらに好ましい。
散乱粒子００８は、球状、又はその他の形状でも構わないが、入手が容易である観点から、球状が好ましい。
【００３３】
散乱粒子００８を球状とした場合は、その粒径（粒子の直径）が小さいほど光線を曲げる角度が大きくなり、高い散乱性能が得られる。散乱粒子００８の粒径は、入射する光線の波長より大きく、その波長の１０倍以下にすることが好ましい。散乱粒子００８の直径が波長より小さいと、大きな散乱が得られる。しかし、散乱粒子００８に光線が当たる確立が小さくなるため、均質性を確保するため、散乱粒子００８の充填率を増やすことになるが、効率の低下が問題となる。逆に、散乱粒子００８の粒径が波長の１０倍以上になると、進行する光線の角度を変更できる角度が小さくなり、所望の混色性と均質性を得るため光積分器００１を長くすることになるが、目的とする小型化に寄与できなくなる。
散乱粒子００８を球状以外であっても、表面に凹凸が無い場合は、概ね上記と同じことがいえる。
もちろん、散乱粒子００８の表面に波長オーダーの微細構造を設けてもよい。この場合は、形状を任意にして、散乱粒子００８の粒径を大きくしても、大きな散乱効果が得られることが期待できる。
以上の観点を考慮し、散乱粒子００８の形状、大きさ、体積比率を適宜調整すればよい。
本実施形態の光積分器００１が、例えば、幅Ｗを１．０５ｍｍ、高さＨを１．０５ｍｍ、長さＬを４．１５ｍｍ、散乱粒子００８の粒径を約２μｍ、屈折率ａを１．４８、屈折率ｂを１．５８とした場合、媒質Ａの総体積に対する散乱粒子００８の媒質Ｂの総体積を０．５％以上１．０％以下の範囲に設定するとよい。
また、入射面００２と出射面００３とは、略平行にすることが望ましい。垂直に入射する光の平均角度を保ったまま光の入出射が可能となり、効率面で望ましい。
また、入射面００２と出射面００３とは、同じ形状にすることが望ましい。側面００４〜００７での光の漏れを低減すると共に、側面００４〜００７での効率のよい反射を行うことができ、ロスを低減できる。
【００３４】
上述した光積分器００１の材料及び作製方法は特に限定はないが、以下に説明する材料及び作製方法を用いることによって容易に得ることができる。
【００３５】
＜媒質Ａ＞
まず、媒質Ａの材質として、光を伝播する観点から透明性の高い材料が選択される。媒質Ａの材質としては、透明度の高い材料であれば特に限定はなく、例えば、ウレタンアクリレート系、アクリル系等の光硬化樹脂、エポキシ系等の熱硬化性樹脂、アクリル系、ポリカーボネイト系等の熱可塑性樹脂、及びガラス等を使用することができる。
光硬化性樹脂は、固形の媒質Ｂを使用する際に該媒質Ｂとの混合が容易である観点、硬化後に冷却又は乾燥等の工程を必要としないため作業効率が向上する観点、所定の形状の光積分器を得られやすい観点から好ましい。アクリル系の光硬化性樹脂は、透過率が高く、光の利用効率を高めることが可能となる観点からより好ましい。
【００３６】
＜媒質Ｂ＞
媒質Ｂの材質として、媒質Ａと異なる屈折率を有する透明性の高い材料が選択される。媒質Ｂの材質としては、透明度の高い材料であれば特に限定はなく、例えば、架橋ポリスチレン等のプラスチック粒子、ガラス粒子等を使用することができる。
媒質Ｂは、光を散乱させるために媒質Ａと屈折率差があることが重要であるため、媒質Ａと媒質Ｂとの間で屈折率差は０．００５以上あることが好ましい。屈折率差が０．００５以上０．０１５以下であると、媒質Ａと媒質Ｂの比重を近接させやすくなり媒質Ｂを媒質Ａに混合させるのが容易である観点、及び効率の低下を抑えたうえで、散乱の効果も得られやすいという観点からより好ましい。ここで、媒質Ａと媒質Ｂの屈折率を比較したときに、どちらの屈折率が大きくてもよい。
なお、本発明における屈折率差とは、媒質Ａ又は媒質Ｂのうち、高屈折率である媒質Ａ又は媒質Ｂの屈折率と、低屈折率である媒質Ｂ又は媒質Ａの屈折率の差分から算出される値とする。
【００３７】
＜粒径＞
媒質Ｂの平均粒径は、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。これは、前述のように、粒径が小さいと光が散乱しすぎて光の取り出し効率が低下してしまい、粒径が大きいと光が散乱しにくいためである。また、粒径は略均一である方が望ましいが、９０％以上の粒子が上記平均粒径範囲内に含まれていれば効果は得られるため問題ない。
なお、平均粒径とは、マイクロトラックＵＰＡ（粒度分析計、Ｌｅｅｄｓ  ＆  Ｎｏｒｔｈｒｕｐ社製、「ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ」及び「ＵＰＡ」は登録商標）を用いて、レーザ光法（ダイナミックレーザ光散乱）によって測定され得る体積平均粒径（ｄ５０値）を意味する。
【００３８】
＜作製方法＞
導光部材（媒質Ａ）に散乱粒子（媒質Ｂ）を散在させる工法としては、例えば、液状の媒質Ａを用意し、次いで媒質Ａと媒質Ｂを混合させ、それを所定の形状に光硬化させて製作する方法がある。ここでは、光硬化させて作成する方法に限られず、熱プレス、射出成形、削り出し等、他の工法でも製作可能である。中でも液状の媒質Ａを用いると、媒質Ｂを容易に混合させることができるため、より好ましく、媒質Ａに媒質Ｂを混合させた状態も液状であると、所定の形状に加工しやすいためさらに好ましい。
製品形状作製時には、製品の高さの板を製作後に外周を切断して製品サイズにしてもよいし、製品サイズの空間を持つ型を製作して、型に樹脂を流し込んで硬化させて製作してもよい。
【００３９】
なお、本実施形態における光積分器００１は、正方形柱の形状を例示するが、これに限定されるものではない。例えば、入射面及び／又は出射面の形状が、長方形、円、楕円、三角形、ｎ角形（ｎ＞５）であってもよく、側面が曲面であってもよく、入射面と出射面の形状が異なっていてもよい。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
【００４１】
実施例１
［光積分器の作製］
光積分器００１は、長さＬが４．１５ｍｍ、高さＨが１．０５ｍｍ、幅Ｗが１．０５ｍｍの四角柱の形状である。光積分器００１の内部は、透明度の高い屈折率１．４９の媒質Ａで充填されている。また、光積分器００１の内部には、透明度の高い屈折率１．５９の媒質Ｂの散乱粒子００８がランダムに散在している。散乱粒子００８の体積は、光積分器００１の体積に対して０．５％である。
媒質Ａとして、日立化成株式会社製ヒタロイド９５０１（商品名、「ヒタロイド」は登録商標。）を使用する。これは、ウレタンアクリレート系の光硬化樹脂である。
媒質Ｂとして、積水化成品工業株式会社製テクポリマーＳＳＸ−３０２ＡＢＥ（商品名、「テクポリマー」は登録商標。）を使用する。これは、架橋ポリスチレン樹脂でできた微粒子であり、形状は球形、平均粒径は２μｍで、全体の略９５％の粒子が平均粒径と０．５μｍ以内の差である単分散粒子である。
【００４２】
光積分器００１の作製方法について以下に示す。
まず、光硬化樹脂である媒質Ａの中に、全体の体積の０．５％の微粒子（媒質Ｂ）を入れ、攪拌棒にて約１０分間攪拌する。攪拌後４時間以上の自然放置により、十分に脱泡する。底面及び側面を金属板で囲むことにより、長さ５０ｍｍ、幅７ｍｍ、深さ１．０５ｍｍの空隙を作り、そこに樹脂を流し込み、上からガラス板を被せる。このとき、内部に空気が入らないようにする。
その後、ガラス板越しにＵＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）ランプを照射させ、光硬化樹脂である媒質Ａを十分に硬化させる。
その後、硬化した製品を取り出して、接着層付き透明基板（接着材厚み；３０μｍ、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、フィルム厚み；１００μｍの積層体）に貼り付け、リング状のＳＵＳ４０３からなる枠冶具を貼り付けた後、ダイサー（ＤＡＣ５５２、株式会社ディスコ製）にて幅１．０５ｍｍ、長さ４．１５ｍに切り出した。ダイサーで側面を加工するときには、長さ方向に平行に刃を送り加工する。側面は、粒径；＃５０００のダイシングブレードを用い、回転数；３０，０００ｒｐｍ（３０，０００ｍｉｎ−１）、切削速度；０．５ｍｍ／ｓの条件で加工し、光入出力面は、粒径；＃３０００のダイシングブレードを用い、回転数；３０，０００ｒｐｍ（３０，０００ｍｉｎ−１）、切削速度；０．５ｍｍ／ｓの条件で加工した。
【００４３】
［光積分器の検査］
上記で得られた光積分器００１は、図３に示すように、透明基板０１３の接着層０１４上に、Ｘ方向に２つ、Ｙ方向に４つ配列し、枠冶具０１５を用いて２つの可動ステージ０１６に固定した。図３では右方向が光出射面００３となるように全ての光積分器が配置されている。
透明基板０１３の下方には、１ｃｍ×１ｃｍのＬＥＤ発光面を有する検査光源０１０を光積分器００１から５ｃｍ離れた位置に配置した。透明基板０１３の上方には、検出器０１１として光積分器００１の上面（側面）に焦点を合わせた画像取得装置（画像取得用カメラ）を配置した。検査光源０１０及び検出器０１１は可動ステージ０１６をＸＹ方向に移動させても透明基板０１３との距離が変わらないように、可動ステージ０１６とは独立して固定されている。
次に、検査光源０１０から検査光（４３０ｎｍ〜６７０ｎｍの波長）を光積分器方向に照射し、透明基板０１３及び接着層０１４を介して、光積分器００１の側面に検査光を入力した。可動ステージ０１６をＸ方向、Ｙ方向に移動させながらそれぞれの光積分器００１を介して側面から出力された検査光を検出器０１１で撮影した（８画像）。
撮影した画像を基に特性に影響のある不具合点の有無及び位置を把握し、合否を判定した。出射面から０．５ｍｍの位置にφ０．２５ｍｍの黒点（不具合点０１２）を発見した１つの光積分器００１は、不合格と判断した。他の光積分器００１は合格と判断した。
本実施例の光積分器の検査は、光積分器を個別にハンドリングする必要がなく容易に行えたため、３０秒で行えた。
【００４４】
実施例２
実施例１において、検査光現０１０からの検査光がＹ方向に配列した２つの光積分器００１に照射させ、可動ステージ０１６をＸ方向、Ｙ方向に移動させながら２つの光積分器を同一視野に入るように検出器（画像取得用カメラ）０１１で撮影した（４画像）。
撮影した画像を基に特性に影響のある不具合点の有無及び位置を把握し、合否を判定した。
本実施例の光積分器００１の検査は、光積分器００１を個別にハンドリングする必要がなく容易に行えたため、２０秒で行えた。
【００４５】
評価１
［光積分器の光特性評価］
作製した光積分器００１の中で合格と判定した光積分器００１の一つをダイサーテープから取り外し、光の特性を測定した。入射する光源として、オスラム社製のＬＥＤ（型番「ＬＴＲＢ  Ｒ８ＳＦ」）を使用した。使用した光源は、１つのＬＥＤに赤、緑、青の３チップが搭載されたものであり、白色ＬＥＤと比較すると色再現性の向上が見込めるものである。光源を光積分器００１の入射面００２の中心位置に密着させて配置し、アノードを共通にして、グランドと赤チップの間には１ｋΩ、青チップには１５０Ωの抵抗を挟みＬＥＤに電圧２．７Ｖ印加して発光させた。そして、光積分器００１の出射面００３の正面輝度、均斉度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）及び混色性を評価した。輝度計はコニカミノルタ株式会社製ＣＡ−１５００（商品名）を使用した。出射面００３について、幅方向１１分割、高さ方向１１分割の１２１分割で輝度、色度ｘ及び色度ｙのデータを測定し、以下により平均輝度、均斉度及び混色性を算出した。
平均輝度：測定１２１点の正面輝度の平均値
均斉度:測定１２１点の正面輝度の最小値／最大値
混色性：測定１２１点の色度の最大値−最小値
測定の結果、平均輝度３４，４００ｃｄ／ｍ２、均斉度９０．７％、色度ｘの混色性０．０２０、色度ｙの混色性０．０２４であり、十分な明るさを確保したうえで光の均一化を得た。（平均輝度＞３０，０００ｃｄ／ｍ２、均斉度＞８５．０％が支障なく使用できる特性範囲（仕様値））
その他の６つの合格と判断した光積分器００１に関しても同様の方法で測定したところ、仕様値を満足していた。
【００４６】
作製した光積分器の中で不合格と判定した光積分器を上記と同様に輝度を測定したところ、平均輝度２３，２００ｃｄ／ｍ２、均斉度４０．３％と、輝度も均斉度も良品よりも劣っていることを確認した。
【００４７】
比較評価１
上記で不合格と判断された光積分器００１を透明基板０１３からはずし、落射照明を実体顕微鏡で検査したところ、散乱粒子００８によって内部が見えにくく、不具合点０１２は観察できなかった。
【００４８】
比較評価２
実施例１で作製した８つの光積分器００１を比較例１と同様の方法で透明基板０１３からはずして検査したとこと、検査に５分要した。
【００４９】
評価２
上記で得られた不合格と判断された光積分器００１の不具合点０１２が観察された部分を上記のダイシングソーで切断したところ、上面から０．６ｍｍの深さの位置に気泡が確認された。
【００５０】
実施例３
実施例１と同様の方法で、別の光積分器００１を作製した。
実施例１と同様に検査を行い、出射面から１．５ｍｍの位置にφ２００μｍの円状の黒点（不具合点０１２）か観測された不良品と、出射面から０．２ｍｍの位置にφ２００の円状の黒点（不具合点０１２）か観測された不良品があった。それぞれ実験例１と同様に輝度を測定したところ平均輝度、均斉度ともに仕様値を満足していなかった。それぞれの光積分器００１の不具合点の位置で上記のダイシングソーで切断したところ、粒子の凝集体、異物がそれぞれ確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、光積分器において、光学特性へ悪影響を与える光積分器内部の散乱粒子の凝集、異物、気泡等を効率的に検査する検査方法であり、これを採用した光積分器は、光源ユニット、照明、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、ビューファインダー、画像投影装置、各種光学装置などの幅広い分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
００１．光積分器
００２．入射面
００３．出射面
００４〜００７．側面
００８．散乱粒子
００９．接着材
０１０．検査光源
０１１．検出器
０１２．不具合点
０１３．透明基板
０１４．接着層
０１５．枠冶具
０１６．可動ステージ
【図１】
2018072116.tif 000003
【図２】
2018072116.tif 000004
【図３】
2018072116.tif 000005