(57)【要約】【課題】露光光学系に発生する像面湾曲および像のひずみを容易に補正することができるとともに、構造を簡単化することができる露光装置を提供する。【解決手段】複数の露光光を複数の方向から被露光面１３ａに照射可能な照射手段１２であって、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光を、発散させて第１のマイクロレンズアレイ１０に入射させ、被露光面１３ａに照射する照射手段１２を有し、照射手段１２は、発散させる露光光のうちの少なくともいずれか１つの露光光の発散角度を、その他の露光光の発散角度に対して異ならせることで、像面湾曲および像のひずみを解消する。【選択図】　　　図１
2004133127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられる露光光を、複数の結像手段を介して、被露光体の被露光面に結像させて露光するための露光装置において、
光源を含みかつ複数の露光光を複数の方向から被露光面に照射可能な照射手段であって、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光を、発散させて結像手段に入射させ、被露光面に照射する照射手段を有し、
前記照射手段のうち、発散させる露光光のうちの少なくともいずれか１つの露光光の発散角度を、その他の露光光の発散角度に対して異ならせることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
照射手段は、各露光光の被露光面における光強度分布が略均一になるように、複数の露光光を被露光面に照射することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
照射手段は、前記被露光面に照射する露光光の照射角度が被露光面に対して垂直な方向からずれるずれ量が大きくなるほど、露光光の発散角度が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
照射手段は、単一の光源と、
前記光源から発せられる露光光を略平行光に変換する光変換手段と、
略平行光を、それぞれの光強度分布が略均一である複数の露光光に分割するとともに、複数の露光光のうち少なくとも一部の露光光の発散角度をその他の露光光の発散角度に対して異ならせる光分割手段とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項５】
光分割手段は、複数のレンズを含むレンズアレイと、凸レンズとを有し、
レンズアレイの複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることで、少なくとも一部の露光光の発散角度を異ならせることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記複数のレンズは、レンズの並び方向略中間部からレンズの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズの焦点距離が長くなることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
複数のレンズの曲率を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項８】
複数のレンズの材質の屈折率を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項９】
光分割手段は、凸レンズと、凸レンズへの光出射面が拡散面であるとともに、光軸から離れるに従って凸レンズに近づく湾曲形状に形成される透過率変調素子とを有することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項１０】
照射手段は、複数の光源と、これら複数の光源によって複数の方向からそれぞれ発せられる露光光をそれぞれ略平行光に変換可能な複数の光変換手段とを有し、
前記複数の光変換手段のうち複数の焦点距離を、選択的に変えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルなどを含む映像投影装置に用いられるマイクロレンズアレイを作製する露光装置に関するものである。
【０００２】
本発明において、用語「略均一」は「均一」を含む。本発明において、用語「略平行光」は「平行光」を含む。本発明において、用語「並び方向略中間部」は「並び方向中間部」を含む。本発明において、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光とは、２つ以上前記複数未満の露光光と同義である。
【０００３】
【従来の技術】
投影形液晶表示装置において、光の利用効率を向上するために、２層マイクロレンズアレイを用いたカラーフィルタレスの単板式液晶表示装置（たとえば、特許文献１参照）が開示されている。これは、扇形に配置されたダイクロイックミラーによって、白色光源からの白色光を赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各色に分割し、液晶表示素子の光源側に配置されている第１のマイクロレンズアレイにそれぞれ異なった角度で入射するものである。第１のマイクロレンズアレイを通過した各露光光は、第２のマイクロレンズアレイによって、ダイクロイックミラーで分割された赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの主光線がほぼ平行になるように屈折され、それぞれに対応した色信号が独立して印加される信号電極によって駆動される液晶部位に分配されて照射される。
【０００４】
これら第１および第２のマイクロレンズアレイは、熱だれ法、イオン交換法、熱転写法、機械加工法などを用いてそれぞれ製造され、製造された第１および第２のマイクロレンズアレイの光軸を位置合わせしつつ基板に貼付けることによって、２層マイクロレンズアレイが製造される。
【０００５】
２層マイクロレンズアレイを製造する技術も種々提案されている。図８は、従来技術に係り、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状を露光する原理を示す図である。特に本願出願人は、第２のマイクロレンズアレイを第１のマイクロレンズアレイ１の像で露光して形成する技術（たとえば、特許文献２参照）を提案している。前記技術は、第１のマイクロレンズアレイ１に、強度の異なる平行光を複数の方向から入射し、第２のマイクロレンズアレイの形状を露光して形成するものである。この特許文献２に記載の技術によれば、第２のマイクロレンズアレイを形成後に、第１のマイクロレンズアレイ１と第２のマイクロレンズアレイとを位置調整する必要がなくなる。また第１のマイクロレンズアレイ１に入射する複数の平行光の強度を変化させることによって、第１のマイクロレンズアレイ１とは異なった形状で第２のマイクロレンズアレイを作製することができる。
【０００６】
撮像レンズ（第１のマイクロレンズアレイ）の像面湾曲を補正するために、露光面自体を湾曲形状に変形する技術（たとえば、特許文献３参照）も提案されている。また像面湾曲を補正するために新たに光学素子を設けるか、または複数枚のレンズを重ねて配置する技術（たとえば、特許文献４参照）も提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１８１４８７号公報（第７頁、第１図）
【特許文献２】
特願２００２−９３７３７号（段落番号「００６２」−「００６３」、第４図）
【特許文献３】
特開平６−２５０２８２号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献４】
特開平６−２５０２８２号公報（第３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−１８１４８７号公報に記載の従来技術では、第２のマイクロレンズアレイを設けることによって、表示画面を明るくすることが可能になるが、第１および第２のマイクロレンズアレイを基板に貼付けるとき、第１のマイクロレンズアレイの微細なレンズパターンの複数のレンズの中心と、対応する第２のマイクロレンズアレイの複数のレンズの中心とが一致するように位置合わせしなければならない。この第１および第２のマイクロレンズアレイの位置合わせは困難であり、満足する位置合わせ精度を得られない。
【０００９】
図９は、従来技術に係り、第１のマイクロレンズアレイ１によって発生した像面湾曲を示す図である。特願２００２−９３７３７号に記載の従来技術では、第２のマイクロレンズアレイを作製するために、第１のマイクロレンズアレイ１には、複数の方向から平行光を入射させる。これによって、第１のマイクロレンズアレイ１の各レンズによる像面は、焦点距離の違いに起因して平面状にはならず、図９の二点鎖線で表す湾曲状に変形する。この湾曲状に変形した像面は、像面湾曲と呼ばれている。したがって第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状がひずんでしまい転写精度が低下する。換言すれば、所望の形状の第２のマイクロレンズアレイを得られないという問題が発生してしまう。
【００１０】
第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状がひずんでしまう理由をさらに詳細に説明すると、第１のマイクロレンズアレイ１で発生した像面湾曲によって、点ａに集光すると予想される入射角度θｉで入射した露光光は、点ａ´に集光し、本来集光すると予想されていた点ａからずれ量ｔだけずれが生じる。また第１のマイクロレンズアレイ１への入射角度θｉが大きいほど、像面湾曲の量は大きくなる。したがってずれ量ｔはレンズ光軸から遠ざかるにつれ大きくなる。これによって第１のマイクロレンズアレイ１の予想される結像面ｎは、この像面湾曲によってひずんでしまい、第１のマイクロレンズアレイ１の結像面は曲面ｎ´になってしまう。それ故、感光材料から成る被露光体に露光する第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状がひずんでしまう。
【００１１】
特開平６−２５０２８２号公報に記載の従来技術では、第１のマイクロレンズアレイの複数の微細なレンズにそれぞれ対応するように、露光面を湾曲形状に変形することは到底不可能である。特開平６−２５０２８２号公報に記載の従来技術では、新たな光学素子を設けるか、または複数枚のレンズを重ねて配置するので、光学系が複雑になり、調整箇所が増えるなどの各種の問題点が発生してしまう。
【００１２】
したがって本発明の目的は、露光光学系に発生する像面湾曲および像のひずみを容易に解消することができるとともに、構造を簡単化することができる露光装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源から発せられる露光光を、複数の結像手段を介して、被露光体の被露光面に結像させて露光するための露光装置において、
光源を含みかつ複数の露光光を複数の方向から被露光面に照射可能な照射手段であって、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光を、発散させて結像手段に入射させ、被露光面に照射する照射手段を有し、
前記照射手段のうち、発散させる露光光のうちの少なくともいずれか１つの露光光の発散角度を、その他の露光光の発散角度に対して異ならせることを特徴とする露光装置である。
【００１４】
本発明に従えば、照射手段のうちの光源から発せられる露光光を、前記照射手段によって発散させて結像手段に複数の方向から入射させる。このとき照射手段は、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光を、発散させて結像手段に入射させるうえ、照射手段のうち、発散させる露光光のうちの少なくともいずれか１つの露光光の発散角度を、その他の露光光の発散角度に対して異ならせている。これによって結像手段から被露光体の被露光面に至る焦点距離を、所望の値に設定することが可能となる。
【００１５】
つまり特願２００２−９３７３７号に記載の従来技術では、露光光を複数の方向から被露光面に向けて照射させると像面湾曲を生じるが、本発明においては、露光光を発散させるとともに、発散角度を異ならせているので、被露光面への入射角度すなわち入射方向によって異なる焦点距離を任意の値に補正することができる。したがって、複数の方向から発せられる露光光を、被露光面に確実に結像させて露光することができ、像面湾曲および像のひずみを解消することができる。上述したように、露光光を発散させるとともに、発散角度を異ならせるだけの簡単な構成によって、被露光面への入射角度すなわち入射方向によって異なる焦点距離を任意の値に補正することができ、像面湾曲および像のひずみを容易に解消することができる。
【００１６】
また本発明は、照射手段は、各露光光の被露光面における光強度分布が略均一になるように、複数の露光光を被露光面に照射することを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、被露光面における光強度分布が略均一になるように、複数の露光光を被露光面に照射して、被露光体を所望の形状に露光することが可能となる。つまり露光光に強度変調を付与する変調素子を用いることなく、被露光体を所望の形状に露光することが可能となる。換言すれば、たとえば新たな光学素子または複雑な調整箇所を追加することなく像のひずみを補正することができる。したがって露光装置の構造を簡単化することができ、露光装置の製作コストを低減することができる。
【００１８】
また本発明は、照射手段は、前記被露光面に照射する露光光の照射角度が被露光面に対して垂直な方向からずれるずれ量が大きくなるほど、露光光の発散角度が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、被露光面に照射する露光光の照射角度が被露光面に対して垂直な方向からずれるずれ量が大きくなるほど、露光光の発散角度は大きくなる。露光光の発散角度が大きくなるほど、焦点距離を長くすることができるので、前記従来技術の像面湾曲を解消することができる。このような露光装置を容易に実現することができる。
【００２０】
また本発明は、照射手段は、単一の光源と、
前記光源から発せられる露光光を略平行光に変換する光変換手段と、
略平行光を、それぞれの光強度分布が略均一である複数の露光光に分割するとともに、複数の露光光のうち少なくとも一部の露光光の発散角度をその他の露光光の発散角度に対して異ならせる光分割手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、単一の光源から発せられる露光光を、照射手段のうちの光変換手段によって略平行光に変換する。この変換された略平行光を、照射手段のうちの光分割手段によって、それぞれ光強度分布が略均一である複数の露光光に分割するとともに、複数の露光光のうち少なくとも一部の露光光の発散角度をその他の露光光の発散角度に対して異ならせる。したがって複数の露光光を被露光面に精度よく結像させて、所望の形状のものを作製することが可能となる。
【００２２】
また本発明は、光分割手段は、複数のレンズを含むレンズアレイと、凸レンズとを有し、
レンズアレイの複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることで、少なくとも一部の露光光の発散角度を異ならせることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、レンズアレイの複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることで、少なくとも一部の露光光の発散角度を容易に異ならせることができる。したがって像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００２４】
また本発明は、前記複数のレンズは、レンズの並び方向略中間部からレンズの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズの焦点距離が長くなることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、レンズアレイにおいて複数のレンズは、レンズの並び方向略中間部からレンズの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズの焦点距離が長くなる。したがって像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００２６】
また本発明は、複数のレンズの曲率を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、複数のレンズの曲率を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることができる。このように複数のレンズの曲率を選択的に異ならせるだけで、換言すれば、装置の構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００２８】
また本発明は、複数のレンズの材質の屈折率を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、複数のレンズの材質の屈折率を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることができる。このように複数のレンズの材質の屈折率を選択的に異ならせるだけで、換言すれば、装置の構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００３０】
また本発明は、光分割手段は、凸レンズと、凸レンズへの光出射面が拡散面であるとともに、光軸から離れるに従って凸レンズに近づく湾曲形状に形成される透過率変調素子とを有することを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、略平行化された略平行光は、透過率変調素子に入射した後、この透過率変調素子の拡散面から発散光となって出射する。前記発散光は凸レンズに入射し、この凸レンズを出射した複数の露光光は発散光となる。透過率変調素子は、凸レンズへの光出射面が拡散面であるうえ、光軸から離れるに従って凸レンズに近づく湾曲形状に形成されているので、光軸から離れた露光光ほど、凸レンズを出射した後の発散角度は大きくなる。したがって複数の露光光を被露光面に精度よく結像させて、所望の形状のものを作製することが可能となる。このように装置の構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００３２】
また本発明は、照射手段は、複数の光源と、これら複数の光源によって複数の方向からそれぞれ発せられる露光光をそれぞれ略平行光に変換可能な複数の光変換手段とを有し、
前記複数の光変換手段のうち複数の焦点距離を、選択的に変えることを特徴とする。
【００３３】
本発明に従えば、複数の光源によって複数の方向から発せられる露光光は、複数の光変換手段によってそれぞれ略平行光に変換可能になっている。これら複数の光変換手段のうち、複数の焦点距離を選択的に変えているので、複数の露光光を選択的に発散させたうえで、結像手段に入射させることができる。したがって、複数の方向から発せられる露光光を、被露光面に確実に結像させて露光することができ、像面湾曲および像のひずみを解消することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係り、予め形成される第１のマイクロレンズアレイ１０を用いて、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状を露光する露光装置１１を概略示す図である。本実施形態の露光装置１１は、たとえば映像投影装置に用いられるマイクロレンズアレイを作製するための露光装置に適用される。露光装置１１は、主に、照射手段１２と、結像手段としての第１のマイクロレンズアレイ１０と、感光材料から成る被露光体１３とを有する。照射手段１２は、複数の露光光を被露光体１３の被露光面１３ａに照射可能に構成されている。この照射手段１２は、単一の光源１４と光変換手段１５と光分割手段１６とを有し、照射手段１２は、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光を、発散させて第１のマイクロレンズアレイ１０に入射させ、被露光面１３ａに照射するようになっている。光変換手段１５は、光源１４から発せられる露光光を略平行光に変換する。本実施形態において、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光とは、２つ以上前記複数未満の露光光と同義である。本実施形態において、用語「略平行光」は「平行光」を含む。
【００３５】
光分割手段１６は、光変換手段１５によって略平行化された略平行光を、それぞれの光強度分布が略均一である複数の露光光に分割するとともに、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光の発散角度をその他の露光光の発散角度に対して異ならせるようになっている。すなわち光分割手段１６は、被露光面１３ａに照射する露光光の照射角度が被露光面１３ａに対して垂直な方向からずれるずれ量が大きくなるほど、露光光の発散角度が大きくなるように構成されている。
【００３６】
この光分割手段１６は、レンズアレイ１７と、凸レンズとしてのコリメートレンズ１８とで構成され、レンズアレイ１７とコリメートレンズ１８とで協働して、進行方向が異なる複数の露光光に変換されるようになっている。レンズアレイ１７は複数の微小レンズ１７ａを有し、これら複数の微小レンズ１７ａは、前記略平行光の進行方向に垂直な仮想平面に沿って２次元的に配列されている。複数の微小レンズ１７ａのうち、並び方向中間部の微小レンズ１７ａは、露光光学系の光軸に略一致するように配置される。本実施形態において、用語「略一致」は「一致」を含む。微小レンズ１７ａを単にレンズ１７ａという場合もある。
【００３７】
図２は、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状１９を露光する原理を示す図である。図３は、第１のマイクロレンズアレイ１０によって発生し得る像面湾曲を補正する原理を示す図である。なお第１のマイクロレンズアレイ１０は、多数のマイクロレンズ１０を備えているが、図２においては、説明の都合上３つのマイクロレンズ１０ａ，１０ｂ，１０ｃだけを図示する。レンズアレイ１７の複数のレンズ１７ａの焦点距離を選択的に変えることで、一部の露光光の発散角度を上述したように異ならせるようになっている。
【００３８】
レンズアレイ１７の複数のレンズ１７ａの焦点距離を選択的に変えるため、レンズ１７ａの並び方向中間部からレンズ１７ａの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズ１７ａの曲率が次第に小さくなるように構成されている。したがって、レンズアレイ１７の複数のレンズ１７ａは、レンズ１７ａの並び方向中間部からレンズ１７ａの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズ１７ａの焦点距離が長くなる。レンズ１７ａの焦点距離を長くしてやると、第１のマイクロレンズアレイ１０に入射する露光光は、図３の実線Ｌ１で示すようにわずかに発散光となる。これによって第１のマイクロレンズアレイ１０によって結像する像は、点ｂ´ではなく点ｂに移動する。
【００３９】
このように曲面ｎ´に集光する複数の露光光に対して、結像面ｎに集光するように、レンズアレイ１７の焦点距離を調整する。また第１のマイクロレンズアレイ１０へ入射する入射角が大きいほど、結像面ｎからのずれ量が大きくなるので、曲面ｎ´は光軸から遠ざかるにつれ結像面ｎから離れる。そこでレンズアレイ１７において、レンズ１７ａの並び方向中間部からレンズ１７ａの並び方向一方および他方に離れるに従って、第１のマイクロレンズアレイ１０への入射角θｉが大きい露光光を出射することから、レンズアレイ１７の複数のレンズ１７ａが、レンズ１７ａの並び方向中間部から並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズ１７ａの焦点距離が長くなるように変化させれば、像面湾曲をうまく解消することができる。
【００４０】
以上説明した露光装置１１によれば、単一の光源１４から発せられる露光光を、光変換手段１５によって略平行光に変換する。この略平行光を、光分割手段１６であるレンズアレイ１７およびコリメートレンズ１８によって進行方向が異なる複数の露光光に分割するとともに、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光を発散させて第１のマイクロレンズアレイ１０に入射させる。しかも上述したように、露光光の発散角度を選択的に異ならせることによって、図２（ｂ）に示すように、被露光面１３ａの所望の地点で露光光を結像させて、希望する露光量の露光を行うことができる。これによって、所望形状の第２のマイクロレンズアレイの形状１９を正確に作製することができる。この後は、たとえばエッチングにて中間ガラス２０に、第２のマイクロレンズアレイの形状１９を転写する。次に、前記エッチングによって形成された中間ガラス２０の図示外の凹部に、たとえば高屈折率の紫外線硬化樹脂を塗布して紫外線を照射することによって、第２のマイクロレンズアレイ２１（図７参照）を作製する。
【００４１】
このように、第１のマイクロレンズアレイ１０によって結像される像を用いて第２のマイクロレンズアレイ２１を作製すると、第１のマイクロレンズアレイ１０の各レンズ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ付近部で上述した露光が行われるので、形状の揃ったなおかつ第１のマイクロレンズアレイ１０との位置調整が不要な第２のマイクロレンズアレイ２１を形成することができる。
【００４２】
特に、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光を、発散させて第１のマイクロレンズアレイ１０に入射させるうえ、照射手段１２のうち、発散させる露光光のうちの少なくともいずれか１つの露光光の発散角度を、その他の露光光の発散角度に対して異ならせている。これによって第１のマイクロレンズアレイ１０から被露光体１３の被露光面１３ａに至る焦点距離を、所望の値に設定することが可能となる。
【００４３】
つまり特願２００２−９３７３７号に記載の従来技術では、露光光を複数の方向から被露光面に向けて照射させると像面湾曲を生じるが、本発明においては、露光光を発散させるとともに、発散角度を異ならせているので、被露光面１３ａへの入射角度すなわち入射方向によって異なる焦点距離を任意の値に補正することができる。したがって、複数の方向から発せられる露光光を、被露光面１３ａに確実にかつ精度よく結像させて露光することができ、像面湾曲を解消することができる。上述したように、露光光を発散させるとともに、発散角度を異ならせるだけの簡単な構成によって、被露光面１３ａへの入射角度すなわち入射方向によって異なる焦点距離を任意の値に補正することができ、像面湾曲を容易に解消することができる。
【００４４】
照射手段１２は、各露光光の被露光面１３ａにおける光強度分布が略均一になるように、複数の露光光を被露光面１３ａに照射するので、複数の露光光を被露光面１３ａに照射して、被露光体１３を所望の形状に露光することが可能となる。つまり露光光に強度変調を付与する変調素子を用いることなく、被露光体１３を所望の形状に露光することが可能となる。換言すれば、たとえば新たな光学素子または複雑な調整箇所を追加することなく像のひずみを補正することができる。したがって露光装置１１の構造を簡単化することができ、露光装置１１の製作コストを低減することができる。
【００４５】
被露光面１３ａに照射する露光光の照射角度が被露光面１３ａに対して垂直な方向からずれるずれ量が大きくなるほど、露光光の発散角度は大きくなる。露光光の発散角度が大きくなるほど、焦点距離を長くすることができるので、前記従来技術の像面湾曲を容易に解消することができる。またこのような露光装置を容易に実現することができる。レンズアレイ１７の複数のレンズ１７ａの焦点距離を選択的に変えることで、少なくとも一部の露光光の発散角度を容易に異ならせることができる。したがって像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００４６】
前記複数のレンズ１７ａの曲率を選択的に異ならせて、複数のレンズ１７ａの焦点距離を選択的に変えることができる。このように複数のレンズ１７ａの曲率を選択的に異ならせるだけで、換言すれば、露光装置１１の構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００４７】
図４は、本発明の実施形態に係り、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状を露光する他の露光装置１１Ａを概略示す図である。ただし前記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。露光装置１１Ａは、主に、照射手段２２と、結像手段としての第１のマイクロレンズアレイ１０と、感光材料から成る被露光体１３とを有する。照射手段２２は、単一の光源１４と光変換手段１５と光分割手段２３とを有する。
【００４８】
光分割手段２３は、透過率変調素子２４と、凸レンズとしてのコリメートレンズ１８とで構成されている。透過率変調素子２４は、コリメートレンズ１８への光出射面２４ａが拡散面であるとともに、光軸から離れるに従ってコリメートレンズ１８に近づく湾曲形状に形成されている。前記露光装置１１Ａによれば、光源１４から発せられた露光光は、光変換手段１５によって略平行光に変換される。前記略平行光は、透過率変調素子２４に入射した後、この透過率変調素子２４の拡散面から発散光となって出射する。前記発散光はコリメートレンズ１８に入射し、このコリメートレンズ１８を出射した複数の露光光は発散光となる。
【００４９】
特に、透過率変調素子２４は、コリメートレンズ１８への光出射面２４ａが拡散面であるうえ、光軸から離れるに従ってコリメートレンズ１８に近づく湾曲形状に形成されているので、光軸から離れた露光光ほど、コリメートレンズ１８を出射した後の発散角度は大きくなる。したがって複数の露光光を被露光面１３ａに精度よく結像させて、所望の形状のものを作製することが可能となる。このように装置１１Ａの構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。その他前記実施形態と同様の効果を奏する。
【００５０】
図５は、本発明の実施形態に係り、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状を、複数の光源２５を用いて露光する露光装置１１Ｂを概略示す図である。ただし前記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。露光装置１１Ｂは、主に、照射手段２６と、第１のマイクロレンズアレイ１０と、被露光体１３とを有する。照射手段２６は、複数の光源２５と、複数の光変換手段としての複数のコリメートレンズ２７とを有する。複数のコリメートレンズ２７は、複数の光源２５によって複数の方向から発せられる露光光をそれぞれ略平行光に変換可能に構成されている。
【００５１】
特に、複数のコリメートレンズ２７のうち、複数の焦点距離を選択的に変えている。これによって複数の露光光を選択的に発散させたうえで、第１のマイクロレンズアレイ１０に入射させることができる。したがって、複数の方向から発せられる露光光を、被露光体１３の被露光面１３ａに確実にかつ正確に結像させて露光することができ、像面湾曲および像のひずみを解消することができる。その他前記実施形態と同様の効果を奏する。
【００５２】
図６は、２層構造のマイクロレンズアレイを備えた投影形液晶表示装置２８の概略の構成を示す模式図である。上述した露光装置を用いて作製した２層構造のマイクロレンズアレイの応用として以下の例を挙げる。投影形液晶表示装置２８は、白色光源２９と、球面鏡３０と、コンデンサレンズ３１と、３種のダイクロイックミラー３２Ｇ，３２Ｒ，３２Ｂと、液晶表示素子３３と、フィールドレンズ３４と、投影レンズ３５と、スクリーン３６とを有する。
【００５３】
コンデンサレンズ３１からの光の進行方向前方には、ダイクロイックミラー３２Ｇ，３２Ｒ，３２Ｂがそれぞれ異なる角度で配置されている。ダイクロイックミラー３２Ｇ，３２Ｒ，３２Ｂはそれぞれ緑、赤、青の色に対応する各発散域の光を選択的に反射し、他は透過する特性を有し、この順に光軸上に配置されている。以下単に、Ｇ、Ｒ、Ｂはそれぞれ緑、赤、青の各色を表すものとする。
【００５４】
３枚のダイクロイックミラー３２Ｇ，３２Ｒ，３２Ｂのうち、白色光源２９に一番近い場所に設けられたダイクロイックミラー３２Ｇは、白色光源２９からの光が、たとえば３０度前後で入射するように設けられている。その他のダイクロイックミラー３２Ｒ、３２Ｂは、前記ダイクロイックミラー３２Ｇを含む仮想平面に対して、図６の紙面に垂直な方向の軸を回転軸として、角度φずつ順次傾けて配置されている。この相対的な角度φは、液晶表示素子３３の画素配列ピッチＰおよび液晶表示素子３３に設けられた第１のマイクロレンズアレイ１０の焦点距離ｆを用いて、次式Ｐ＝ｆ×ｔａｎφすなわち、画素配列ピッチＰは、第１のマイクロレンズアレイ１０の焦点距離ｆに、角度φの正接値を乗じた値である、という式を満足するように設定される。
【００５５】
このようなダイクロイックミラー３２Ｇ，３２Ｒ，３２Ｂの配置によって、赤波長域の光は、第１のマイクロレンズアレイ１０の複数のマイクロレンズの並び方向に垂直な方向から、第１のマイクロレンズアレイ１０に入射する。緑波長域の光と青波長域の光とは、前記垂直な方向からそれぞれ角度±２φ傾いて入射する。この第１のマイクロレンズアレイ１０からの光は、第２のマイクロレンズアレイ２１を介して、各色に対応する後述する信号電極に集光され、それに対応した映像信号でそれぞれ駆動すると、各色の光はその信号に応じて強度が変調される。変調後の光は、前記フィールドレンズ３４および投影レンズ３５を通過した後、スクリーン３６に投影され、このスクリーン３６においてカラー画像表示が行われる。
【００５６】
図７は、第１および第２のマイクロレンズアレイ１０，２１と、ガラス基板３７とを有する液晶表示素子３３の断面図である。液晶表示素子３３は、ガラス基板３７と、第１のマイクロレンズアレイ１０と、第２のマイクロレンズアレイ２１とを有し、ガラス基板３７と第２のマイクロレンズアレイ２１との間に液晶層３８が封入されている。この液晶層３８に臨むガラス基板３７の一表面部であって、光出射側に位置するガラス基板３７の一表面部には、液晶層３８を相変化させるための信号電極３９が形成されている。光入射側に位置する液晶素子側には、図示外の走査電極が形成されている。これら信号電極３９および走査電極は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）によって形成されている。
【００５７】
１つのマイクロレンズを配置した構成では、光は、液晶表示素子３３を出射した後も、２φの角度を持って伝搬してしまうので、これらを全て捕捉し投影するためには大口径の投影レンズが必要になる。しかし本実施形態においては、出射光の拡がりを小さくしている。つまり図７に示すように、第２のマイクロレンズアレイ２１がＧ、Ｂの主光線とＲの主光線とを略平行化し、出射光の拡がり角を小さく抑えている。したがって、前記大口径の投影レンズよりも小口径の投影レンズ３５を用いた場合でも、全光束を有効に利用することができる。
【００５８】
本実施形態においては、レンズアレイは、レンズの並び方向中間部からレンズの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズの曲率が次第に小さくなるように構成されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。たとえば、レンズの並び方向中間部からレンズの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズの材質の屈折率が次第に小さくなるように構成することも可能である。このようにレンズの材質の屈折率を選択的に変えることによっても、前記実施形態と同様に、装置の構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない、すなわち像面湾曲を解消することができる露光装置を容易に実現することができる。
【００５９】
本実施形態においては、レンズアレイの複数のレンズは、レンズの並び方向中間部からレンズの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズの焦点距離が長くなるように構成されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。たとえば露光光学系には、像面湾曲以外に像のひずみなどのあらゆる収差が発生することが考えられる。その収差を補正するために、前記並び方向に沿って任意の焦点距離分布を有するレンズアレイであってもよい。
【００６０】
本実施形態においては、第１のマイクロレンズアレイで結像される像から第２のマイクロレンズアレイを作製したが、必ずしもこれに限定されものではない。たとえば透過率変調素子を調節することによって、非球面レンズアレイまたは台形状のプリズム群など様々な形状のものを被露光体に露光することが可能である。その他、前記実施形態に、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において種々の部分的変更を行う場合もある。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、照射手段のうちの光源から発せられる露光光を、前記照射手段によって発散させて結像手段に複数の方向から入射させる。このとき照射手段は、複数の露光光のうちの少なくとも一部の露光光を、発散させて結像手段に入射させるうえ、照射手段のうち、発散させる露光光のうちの少なくともいずれか１つの露光光の発散角度を、その他の露光光の発散角度に対して異ならせている。これによって結像手段から被露光体の被露光面に至る焦点距離を、所望の値に設定することが可能となる。
【００６２】
つまり特願２００２−９３７３７号に記載の従来技術では、露光光を複数の方向から被露光面に向けて照射させると像面湾曲を生じるが、本発明においては、露光光を発散させるとともに、発散角度を異ならせているので、被露光面への入射角度すなわち入射方向によって異なる焦点距離を任意の値に補正することができる。したがって、複数の方向から発せられる露光光を、被露光面に確実に結像させて露光することができ、像面湾曲を解消することができる。上述したように、露光光を発散させるとともに、発散角度を異ならせるだけの簡単な構成によって、被露光面への入射角度すなわち入射方向によって異なる焦点距離を任意の値に補正することができ、像面湾曲および像のひずみを容易に解消することができる。
【００６３】
また本発明によれば、被露光面における光強度分布が略均一になるように、複数の露光光を被露光面に照射して、被露光体を所望の形状に露光することが可能となる。つまり露光光に強度変調を付与する変調素子を用いることなく、被露光体を所望の形状に露光することが可能となる。換言すれば、たとえば新たな光学素子または複雑な調整箇所を追加することなく像のひずみを補正することができる。したがって露光装置の構造を簡単化することができ、露光装置の製作コストを低減することができる。
【００６４】
また本発明によれば、被露光面に照射する露光光の照射角度が被露光面に対して垂直な方向からずれるずれ量が大きくなるほど、露光光の発散角度は大きくなる。露光光の発散角度が大きくなるほど、焦点距離を長くすることができるので、前記従来技術の像面湾曲および像のひずみを解消することができる。このような露光装置を容易に実現することができる。
【００６５】
また本発明によれば、単一の光源から発せられる露光光を、照射手段のうちの光変換手段によって略平行光に変換する。この変換された略平行光を、照射手段のうちの光分割手段によって、それぞれ光強度分布が略均一である複数の露光光に分割するとともに、複数の露光光のうち少なくとも一部の露光光の発散角度をその他の露光光の発散角度に対して異ならせる。したがって複数の露光光を被露光面に精度よく結像させて、所望の形状のものを作製することが可能となる。
【００６６】
また本発明によれば、レンズアレイの複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることで、少なくとも一部の露光光の発散角度を容易に異ならせることができる。したがって像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００６７】
また本発明によれば、レンズアレイにおいて複数のレンズは、レンズの並び方向略中間部からレンズの並び方向一方および他方に離れるに従って、レンズの焦点距離が長くなる。したがって像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００６８】
また本発明によれば、複数のレンズの曲率を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることができる。このように複数のレンズの曲率を選択的に異ならせるだけで、換言すれば、装置の構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００６９】
また本発明によれば、複数のレンズの材質の屈折率を選択的に異ならせて、複数のレンズの焦点距離を選択的に変えることができる。このように複数のレンズの材質の屈折率を選択的に異ならせるだけで、換言すれば、装置の構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００７０】
また本発明によれば、略平行化された略平行光は、透過率変調素子に入射した後、この透過率変調素子の拡散面から発散光となって出射する。前記発散光は凸レンズに入射し、この凸レンズを出射した複数の露光光は発散光となる。透過率変調素子は、凸レンズへの光出射面が拡散面であるうえ、光軸から離れるに従って凸レンズに近づく湾曲形状に形成されているので、光軸から離れた露光光ほど、凸レンズを出射した後の発散角度は大きくなる。したがって複数の露光光を被露光面に精度よく結像させて、所望の形状のものを作製することが可能となる。このように装置の構造を複雑化することなく、像にひずみを発生することのない露光光学系を容易に実現することができる。
【００７１】
また本発明によれば、複数の光源によって複数の方向から発せられる露光光は、複数の光変換手段によってそれぞれ略平行光に変換可能になっている。これら複数の光変換手段のうち、複数の焦点距離を選択的に変えているので、複数の露光光を選択的に発散させたうえで、結像手段に入射させることができる。したがって、複数の方向から発せられる露光光を、被露光面に確実に結像させて露光することができ、像面湾曲および像のひずみを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係り、予め形成される第１のマイクロレンズアレイ１０を用いて、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状を露光する露光装置１１を概略示す図である。
【図２】第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状１９を露光する原理を示す図である。
【図３】第１のマイクロレンズアレイ１０によって発生し得る像面湾曲を補正する原理を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係り、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状を露光する他の露光装置１１Ａを概略示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係り、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状を、複数の光源２５を用いて露光する露光装置１１Ｂを概略示す図である。
【図６】２層構造のマイクロレンズアレイを備えた投影形液晶表示装置２８の概略の構成を示す模式図である。
【図７】第１および第２のマイクロレンズアレイ１０，２１と、ガラス基板３７とを有する液晶表示素子３３の断面図である。
【図８】従来技術に係り、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状を露光する原理を示す図である。
【図９】従来技術に係り、第１のマイクロレンズアレイ１によって発生した像面湾曲を示す図である。
【符号の説明】
１０　第１のマイクロレンズアレイ
１１　露光装置
１２　照射手段
１３　被露光体
１３ａ　被露光面
１４　光源
１５　光変換手段
１６　光分割手段
１７　レンズアレイ
１７ａ　微小レンズ
１８　コリメートレンズ
２１　第２のマイクロレンズアレイ
１１Ａ　露光装置
２２　照射手段
２３　光分割手段
２４　透過率変調素子
２４ａ　光出射面
１１Ｂ　露光装置
２５　光源
２６　照射手段
２７　コリメートレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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