JP2001221975A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、光学装置に関し、レンズの繋ぎ
目に溝を設けて、隣接レンズから入射する光によるクロ
ストークを低減しかつ良好な結像特性を保つことを課題
とする。 【解決手段】 所定の間隔をあけて配置された複数枚の
レンズ板から構成され、そのうち少なくとも１枚のレン
ズ板がその表面及び裏面の少なくとも一方にレンズアレ
イを備え、前記レンズアレイが密接配列された所定形状
の複数個のレンズからなり、前記レンズアレイの少なく
とも一部の隣接する前記レンズの繋ぎ目に、少なくとも
一列のＶ字型の断面形状を持つ溝を備えたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光学装置に関
し、特に、表面にレンズアレイが形成されたレンズ板か
ら構成される光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から表示装置やスキャナ等におい
て、撮影した像を結像させるために、レンズアレイを表
面に形成したレンズ板からなる光学装置が使われてい
る。レンズアレイは、たとえば、シリンドリカルレンズ
を一定方向に隣接配置させたものであるが、隣接したレ
ンズへの光線のクロストークは、ゴースト像の発生を招
くため、結像特性の劣化原因となっていた。

【０００３】従来から、この隣接レンズへの光線のクロ
ストークを防止する手段が開発されているが、レンズの
繋ぎ目に遮光材料を塗布して遮光パターンを形成した
り、レンズの繋ぎ目に遮光部材を配置することが行われ
ていた。

【０００４】図１４に、従来の光学装置のレンズ板１０
１の断面図を示す。ここでは、隣接レンズへのクロスト
ークを防ぐために、シリンドリカルレンズアレイ１０４
のレンズの繋ぎ目１０６に、黒色塗料を用いて遮光パタ
ーン１０５が形成されている。光源１０２から出た光線
のうち、シリンドリカルレンズアレイ１０４のレンズ部
分に入射した光線１０３はそのまま通過するが、遮光パ
ターン１０５に入射した光線は遮光パターンにさえぎら
れてレンズ板１０１から外（紙面の上方）へ通過しな
い。

【０００５】図１５に、従来の光学装置の断面図を示
す。これは、隣接レンズへのクロストークを防ぐため
に、その表面にシリンドリカルレンズアレイ１０４を持
つ２枚のレンズ板１０１の間に、入射した光線を吸収す
る遮光部材１０７が狭置されている。これらの従来の方
法では、遮光パターン１０５或いは遮光部材１０７に直
接入射した光線だけが遮断される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レンズアレイ
のレンズ繋ぎ目を遮光パターンや遮光部材で覆っても、
隣接レンズにクロストークする光線のうち、直接遮光パ
ターンや遮光部材に入射する光線のみを遮断できるだけ
である。特にレンズのアレイピッチに対して厚いレンズ
板上に形成されたレンズアレイにおいては、レンズ板内
を通過する光の隣接レンズへのクロストークが多く発生
するため、これを防ぐには、レンズ繋ぎ目の遮光パター
ンや遮光部材の幅を太くせざるを得なかった。

【０００７】レンズ繋ぎ目の遮光部材等の幅を太くする
ことは、レンズの有効領域を狭くすることになるので、
このような光学装置ではクロストークの発生を防止でき
るかわりに、光利用効率の低い、暗い光学系となってし
まうという問題点があった。また、遮光パターンや遮光
部材がレンズの繋ぎ目からずれて配置されてしまった場
合には、全くクロストークが防ぐことができなかった。

【０００８】そこで、この発明は、以上のような事情を
考慮してなされたものであり、レンズアレイのレンズの
繋ぎ目に所定形状の溝を形成することにより、隣接レン
ズへのクロストークをより効果的に防止することのでき
る光学装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、所定の間隔
をあけて配置された複数枚のレンズ板から構成され、そ
のうち少なくとも１枚のレンズ板がその表面及び裏面の
少なくとも一方にレンズアレイを備え、前記レンズアレ
イが密接配列された所定形状の複数個のレンズからな
り、前記レンズアレイの少なくとも一部の隣接する前記
レンズの繋ぎ目に、少なくとも一列のＶ字型の断面形状
を持つ溝を備えたことを特徴とする光学装置を提供する
ものである。これにより、隣接レンズから入射する光に
よるクロストークを低減しかつ良好な結像特性を保つこ
とができる。

【００１０】ここで、前記溝は、その溝に入射した光を
結像に寄与しないように屈折あるいは反射させる表面形
状に形成される。また、前記溝は、傾斜角の等しい２つ
の斜面から構成されたＶ字型の断面形状を持つようにし
てもよい。あるいは、傾斜角の異なる２つの斜面から構
成されたＶ字型の断面形状を持つようにしてもよい。さ
らに、前記溝は、１つの溝から構成してもよいが、隣接
配置された複数個の溝から構成してもよい。

【００１１】前記レンズアレイは、複数のシリンドリカ
ルレンズを一定方向に配列したレンズアレイとしてもよ
い。あるいは、所定形状のレンズを２次元配列したレン
ズアレイとしてもよい。また、前記溝は、光を透過させ
ないように遮光処理された部分を備えてもよい。

【００１２】また、この発明は、所定の間隔をあけて配
置された４枚のレンズ板と、各レンズ板の間であってそ
の間隔を保持する遮光部材とから構成され、各レンズ板
が、その表面及び裏面に、互いに配列方向の直交するシ
リンドリカルレンズを密接配列されたレンズアレイを備
え、隣接するシリンドリカルレンズの繋ぎ目に溝を備え
たことを特徴とする光学装置を提供するものである。

【００１３】さらに、この発明は、光源と、光源に近接
配置されたＬＣＤパネルと、結像スクリーンと、ＬＣＤ
パネルと結像スクリーンとの間に配置された前記したよ
うな光学装置とからなり、ＬＣＤパネルに表示された像
を、前記光学装置を通して結像スクリーン上に結像させ
る表示装置を提供するものである。

【００１４】ここで、レンズ板相互間の所定の間隔を保
持するためには、保持部材を配置することが好ましく、
クロストークを防止するためにこの保持部材は遮光性を
有する材料で作られることが好ましい。保持部材は、結
像に寄与しない部分に配置されることが好ましく、レン
ズの繋ぎ目や繋ぎ目に形成された溝と対応する位置に配
置されることが好ましい。レンズ板は、たとえばポリカ
ーボネートやアクリル樹脂により形成できる。保持部材
は、ポリカーボネートやＡＢＳ樹脂により形成できる
が、光の反射を防止するために黒いものを用い、さらに
表面をサンドブラスト等によって粗面化することが好ま
しい。保持部材は、いわゆる遮光部材兼スペーサとして
機能する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発
明が限定されるものではない。図１に、この発明の光学
装置を用いた表示装置の一実施例の概略斜視図を示す。
この表示装置は、投影光学系の正立等倍像を表示するも
のであり、主として、バックライト光源１，液晶（ＬＣ
Ｄ）パネル２，光学装置３及びスクリーン４とから構成
される。

【００１６】バックライト光源１から出た光は、像が作
成されている液晶パネル２を通過して４枚のレンズ板
（３−１，３−２，３−３）からなる光学装置３により
集光されて、スクリーン４上に結像する。この表示装置
はいわゆるＬＣＤマルチパネルディスプレイに利用され
るものであり、光学装置３は、投影光学系の正立等倍結
像機能を果たす部分である。繋ぎ目の目立たないＬＣＤ
マルチパネルディスプレイを実現するためには、外側レ
ンズ板３−３とスクリーン４の間に像拡大用のレンズ等
（例えばフレネル凹レンズ）を挿入して、スクリーン４
上での像を拡大像としてやる必要があるが、この発明の
実施には影響を及ぼさないので省略している。あるい
は、光学装置３自身が像の拡大機能を有する拡大光学系
であってもよい。４枚のレンズ板（３−１，３−２，３
−３）は、それぞれその両表面に、互いに直交するシリ
ンドリカルレンズアレイを持つ。図１において、液晶パ
ネル２と光学装置３との距離Ｌ１＝２５ｍｍ，光学装置
３の幅Ｌ２＝１１．９２ｍｍ，光学装置３とスクリーン
４との距離Ｌ３＝２５ｍｍとするが、これらの数値はこ
れに限定されるものではなく、設計仕様により決定され
る。

【００１７】図１には示していないが、光学装置３の内
側レンズ板３−２と外側レンズ板３−１，３−３の間に
は２次元格子状の遮光部材兼レンズ板間スペーサ（以
下、遮光部材兼スペーサと呼ぶ）が狭置されており、こ
れらのレンズ板間部での隣接レンズへの光線のクロスト
ークを防ぐ構造となっている。

【００１８】隣接レンズへの光線のクロストークは、ゴ
ースト光となってスクリーン上でのディスプレイの画像
品質を著しく劣化させるため、クロストークを防止する
ことは高品質な投影光学系を実現する上で重要である。
バックライト光源１は、無指向性光源を用いてもよい
が、光の利用効率の点で指向性を有するバックライトを
用いることが好ましい。特に、ＬＣＤマルチパネルディ
スプレイ用投影光学系として用いる場合は、指向性光源
を用いることが望ましい。

【００１９】以下の実施例では、バックライト光源１
は、Ｘ方向２０°、Ｙ方向１５°の指向性を持つものを
用いる。光源１から出射した光が液晶パネル２を透過
し、液晶で表示される画像が光学装置３によってスクリ
ーン上に投影される。４枚のレンズ板（３−１，３−
２，３−３）の材質はポリカーボネートを用いるものと
する。

【００２０】図２にこの発明の光学装置のＸ方向および
Ｙ方向の断面略図を示す。光学装置３を構成する内側及
び外側レンズ板（３−１，３−２，３−３）の厚さＷ２
は１．６５５ｍｍ、内側レンズ（３−２）と外側レンズ
（３−１，３−３）間距離Ｗ４は２．６５ｍｍとする。
各レンズ曲面のパラメータは、以下に示す数式で表さ
れ、各レンズのパラメータは表１に示すように決定され
ている。また、図３に、非球面レンズの表面形状の一般
的定義式のグラフを示す。

【００２１】

【数１】

【００２２】

【表１】

【００２３】ここで、Ｚは、各レンズのサグ深さであ
り、ｒはレンズ表面の中点からの長さである。

【００２４】各レンズ板の表面に形成されたシリンドリ
カルレンズアレイのレンズピッチは、図１，図２に示し
たように、Ｘ方向のピッチＷ１＝２．４ｍｍ、Ｙ方向の
ピッチＷ３＝１．６ｍｍである。Ｘ方向及びＹ方向遮光
部材兼スペーサ５，６は厚さを０．５ｍｍとする。ま
た、各レンズ板３はポリカーボネート板を材料に熱プレ
ス法で作製し、遮光部材兼スペーサ５，６はＡＢＳ樹脂
を材料に射出成形法で作製する。

【００２５】図２（ａ），（ｂ）に示すように、バック
ライト光源１上のある点を出た光は、Ｘ方向２０°、Ｙ
方向１５°の指向性を持って液晶パネル２を透過し、光
学装置３の複数のレンズに入射する。入射した光は、図
のように屈折されて４枚のシリンドリカルレンズ板（３
−１，３−２，３−３）を順に透過した後、スクリーン
４上の結像点に集光する。前記指向性を持つ光線の場
合、この実施例の光学装置では、Ｘ方向の５個のレン
ズ、Ｙ方向の７個のレンズに入射及び透過した光線が、
スクリーン４上に結像する。

【００２６】以上が、この発明の光学装置を用いた表示
装置の全体構成及び機能の説明であるが、図１及び図２
に示した光学装置のレンズアレイの各レンズの繋ぎ目の
部分に、所定の形状の溝を備える点が、この発明の特徴
である。

【００２７】図１において、外側レンズ板３−１の表面
に形成されたシリンドリカルレンズアレイのうち、液晶
パネル側に近い方の表面に形成されたシリンドリカルレ
ンズアレイを「Ｘ方向外側レンズアレイ」と呼び、内側
レンズ板３−２に近い方の表面に形成されたシリンドリ
カルレンズアレイを「Ｙ方向外側レンズアレイ」と呼
ぶ。たとえば、「Ｘ方向外側レンズアレイ」とは各レン
ズが、図１のＸ軸方向に配列されていることを意味す
る。

【００２８】また、外側レンズ板３−３については、ス
クリーン４に近い方のシリンドリカルレンズアレイが
「Ｘ方向外側レンズアレイ」であり、内側レンズ板３−
２に近い方のシリンドリカルレンズアレイが「Ｙ方向外
側レンズアレイ」である。

【００２９】内側レンズ板３−２は、２枚のレンズ板が
接するように密着配置されているが、接している表面に
形成されたシリンドリカルレンズアレイを「Ｙ方向内側
レンズアレイ」と呼び、互いに接していない表面であっ
て外側レンズ板（３−１及び３−３）に対向する表面に
形成されたシリンドリカルレンズアレイを「Ｘ方向内側
レンズアレイ」と呼ぶ。したがって、「Ｙ方向外側レン
ズアレイ」と「Ｘ方向内側レンズアレイ」とが、図２に
示した遮光部材兼スペーサ５，６に接している。

【００３０】以下の実施例において、まず「Ｘ方向外側
レンズアレイ」と「Ｙ方向内側レンズアレイ」のレンズ
の繋ぎ目にＶ字型の溝を形成した構成を説明する。従来
のように溝を形成していない場合に隣接レンズへクロス
トークしていた光線を、この溝の斜面で全反射又は屈折
させることにより、クロストーク光を防止する。以下の
実施例で示すパラメータ（溝の深さ，その幅，溝の斜面
の角度）は、レンズ板の屈折率及び光源波長、どの程度
のクロストークを抑制する必要があるかという要求な
ど、種々の光学装置の設計仕様から決定されるものであ
って、一意に定められるものではない。

【００３１】図４に、この発明の光学装置のＸ方向外側
レンズアレイ１６の拡大図を示す。図に示した光線と
は、レンズ繋ぎ目に形成したＶ溝部１１の斜面で全反
射され、隣接レンズへのクロストーク光とはならない。
この実施例では、Ｖ溝部１１に入射する光線が溝の斜面
で全反射を起こすように、Ｖ溝部１１の幅ａ１を０．１
ｍｍ、深さｂ１を０．０８ｍｍ、傾斜の角度θ１を３２
°と設定している。このＶ溝部１１は２つの斜面から構
成されるが、その傾斜角は等しいものとする。また、Ｘ
方向遮光部材兼スペーサ５の厚さＷ５＝０．５ｍｍとす
る。その結果、この溝を有するレンズ板を用いて図１の
表示装置を構成した場合、隣接レンズへクロストークす
る光の強度を、スクリーンに入射するメインピーク強度
の０．００５％と低い値に抑えることができた。

【００３２】また、このようなＶ溝部１１を形成するこ
とによって、Ｘ方向遮光部材兼スペーサ５とＸ方向外側
レンズアレイ１６のＸ方向位置合わせトレランス（隣接
レンズへのクロストーク光強度がメインピーク強度の
０．１％以下を満足する範囲）は±０．１ｍｍとなり、
溝が無い場合（±０．０２５ｍｍ）に比べて大幅に広く
することができた。

【００３３】溝を形成しない場合には、隣接レンズへの
クロストーク光を防いで±０．１ｍｍの位置合わせトレ
ランスを達成するためには、Ｘ方向遮光部材兼スペーサ
５の幅を大きくし、少なくとも０．６ｍｍとする必要が
あった。その場合は、クロストーク光だけでなく多くの
結像に寄与する光線もＸ方向遮光部材兼スペーサ５にカ
ットされてしまうため、メインピーク強度は、図４の溝
を形成した場合に対して８７％となり、光の利用効率の
低い暗い光学系となってしまう。

【００３４】つまり、同じ±０．１ｍｍの位置合わせト
レランスを確保しようとした場合、この発明の図４のよ
うに溝を形成すれば、より明るい光学装置が実現できた
と言える。また、図４と同じ０．５ｍｍ幅の遮光部材を
持つ溝のない光学装置と比較すると、メインピーク強度
の低下は０．５％に抑えられており、溝を形成したこと
による光学系への悪影響は殆ど無いと言える。

【００３５】図４に示した光学装置において、Ｖ溝部１
１に入射する光線の向きはある範囲内に限定されている
ため、光線の全反射条件から溝の角度θ１はある程度限
定されるが、溝の大きさ（深さ，溝）は光学装置として
の必要な特性を満たすように設定できる。レンズ板厚、
Ｘ方向遮光部材兼スペーサ５の厚さ等によって影響を受
けるが、クロストーク光強度、位置合わせトレランス及
びメインピーク強度の低下は、溝の大きさを変更するこ
とによって変化させることができる。

【００３６】例えば上に述べたＸ方向外側レンズアレイ
１６のＶ溝部１１の場合に、溝幅ａ１を０．０７ｍｍ、
深さｂ１を０．０５６ｍｍと溝の大きさを７０％に相似
縮小すると、設計配置での隣接レンズへのクロストーク
光強度はメインピークの０．０３８％と強くなるので、
クロストーク光強度がメインピーク強度の０．１％以下
を満足する遮光部材とＸ方向外側レンズアレイ１６の位
置合わせトレランスは±０．０５ｍｍと狭くなるが、メ
インピーク強度の低下は０．２％と小さくできる。光学
装置として要請されるクロストーク光強度及び位置合わ
せトレランスがこの値で満足されるなら、この大きさの
溝の方がメインピーク強度の低下は抑えられるため望ま
しいと言える。

【００３７】逆に、溝幅ａ１を０．２ｍｍ、深さｂ１を
０．１６ｍｍと溝の大きさを２倍に相似拡大すると、設
計配置での隣接レンズへのクロストーク光強度はメイン
ピークの０．０００１％以下と非常に低い値になるの
で、クロストーク光強度がメインピーク強度の０．１％
以下を満足する遮光部材５とＸ方向外側レンズアレイ１
６の位置合わせトレランスも±０．２５ｍｍと広くなる
が、メインピーク強度の低下は２．２％と大きくなって
しまう。メインピーク強度の低下が容認できる、或いは
クロストーク光強度を抑えたい或いは位置合わせトレラ
ンスを大きくしたい場合には、このように溝を大きくす
る必要がある。

【００３８】つまり、光学系として要請される特性を満
たすように溝の大きさを設定することが重要であり、こ
の図４の実施例の場合には、光学系の満たす特性とし
て、クロストーク光強度がメインピーク強度の０．１％
以下を満足する遮光部材５とＸ方向外側レンズアレイ１
６の位置合わせトレランスは±０．１ｍｍ以上、メイン
ピークへの影響はできるだけ少なくという要求仕様に合
わせて設計した結果を示している。

【００３９】次に、図５に、この発明の光学装置のＹ方
向内側レンズアレイ１７の拡大図を示す。ここでは、ク
ロストークを防ぐために、レンズ繋ぎ目に図に示す幅
（ａ１）０．１ｍｍ、深さ（ｂ２）０．０６ｍｍ、角度
（θ２）３９．８°の溝を形成して、溝に入射する光線
を全反射させている（光線、参照）。また、溝面で
屈折させることによってもクロストーク光となるのを防
いでいる（光線参照）。この結果、隣接レンズへのク
ロストーク光強度はメインピークの０．０２％に抑える
ことができた。また、クロストーク光強度がメインピー
ク強度の０．１％以下を満足するＹ方向内側レンズアレ
イ１７同士の位置合わせトレランスは、±０．０５ｍｍ
を確保することができた。

【００４０】図６に、Ｙ方向内側レンズアレイ１７の繋
ぎ目に溝を形成しない場合の部分拡大図を示す。図６に
示すように、溝がない場合には、多くのクロストーク光
が発生し、結像特性を著しく悪化させていた。図７に、
従来行われていたクロストークの対策方法の一実施例の
説明図を示す。

【００４１】溝を形成していない場合は、図６に示すよ
うにクロストーク光が多く発生してしまうため、結像特
性を著しく悪化させていた。そのため、従来は図７に示
すようにレンズ繋ぎ目に遮光パターン２１を形成する、
レンズ板の間に遮光部材２２を挟む、Ｙ方向遮光部材６
１，６２を厚くする等の対策が行われていた。しかし、
図５のように溝を形成した結果、これらの遮光パターン
或いは遮光部材等の対策が不必要となり、光学系の部品
点数の削減及び組立工程数の減少というコスト低減効果
も得られる。

【００４２】また、図４で述べたＸ方向外側レンズアレ
イと同様に、溝の大きさによって、クロストーク光強度
やＹ方向内側レンズアレイ同士の位置合わせトレランス
を変えることができる。例えば、溝幅ａ２を０．１５ｍ
ｍ、溝深さｂ２を０．０９ｍｍとした場合には、隣接レ
ンズへのクロストーク光強度はメインピークの０．００
６％に抑えることができ、クロストーク光強度がメイン
ピーク強度の０．１％以下を満足するＹ方向内側レンズ
アレイ同士の位置合わせトレランスは±０．１５ｍｍと
広くできる。但し、メインピーク強度は、図５の場合に
比べて約３％低下してしまう。

【００４３】なお、図５の実施例の場合は、クロストー
ク光強度がメインピーク強度の０．１％以下を満足する
Ｙ方向内側レンズアレイ同士の位置合わせトレランス
を、±０．０５ｍｍ以上とすることを要求仕様としてパ
ラメータを決定した。

【００４４】次に、Ｘ方向内側レンズアレイのレンズの
繋ぎ目に、溝を設けた実施例について説明する。図８
に、この発明の光学装置のＸ方向遮光部材兼スペーサ５
に接しているＸ方向内側レンズアレイ１８の拡大図を示
す。さらに、図９に、図８の溝部分の拡大図を示す。図
８において、Ｖ溝部１２は、溝の幅（ａ３）０．２ｍ
ｍ、深さ（ｂ３）０．１ｍｍの２つの非対称形状をした
溝（１２−１，１２−２）を形成している。このＶ溝部
１２により、本来はクロストーク光となる光を全反射或
いは屈折させて隣接レンズへクロストークするのを防い
でいる（図８の光線参照）。ここで、Ｖ溝部１
２を形成する１つの溝の２つの斜面Ａ，Ｂの傾斜角が異
なる。

【００４５】溝（１２−１，１２−２）の斜面Ａの角度
（θ３）２１．８°は、この面に入射する光線を全反射
させられるように決め、斜面Ｂの角度（θ４）５８°
は、この面に入射する光線を遮光部材兼スペーサの方向
へ屈折させるように決めた。また、２本の溝幅に合わせ
て、Ｘ方向遮光部材兼スペーサ５の幅（ａ４）は０．４
ｍｍとする。

【００４６】このＶ溝部１２を形成した結果、隣接レン
ズへのクロストーク光強度はメインピークの０．０００
５％以下とすることができた。また、溝が無い場合はほ
ぼ０であった、クロストーク光強度がメインピーク強度
の０．１％以下を満足するＸ方向内側レンズアレイ同士
の位置合わせトレランスは、±０．０７５ｍｍとするこ
とができた。

【００４７】この溝を形成しない場合は、隣接レンズへ
のクロストークを防ぐため及び位置合わせトレランスを
確保するために、レンズに接して置かれている遮光部材
兼スペーサ５の幅を０．７ｍｍと太くする必要があっ
た。遮光部材兼スペーサ５を太くすると、図４のＸ方向
外側レンズアレイでも述べたように、クロストーク光だ
けでなくメインピークの結像に寄与していた光線も遮光
部材兼スペーサ５でカットされてしまうため、溝を形成
した場合に比べ、約１７％も暗い光学系となっていた。

【００４８】また、このＶ溝部１２を形成したことによ
って、Ｘ方向内側レンズアレイ１８と遮光部材兼スペー
サ５の位置合わせトレランスが大きくなるという利点も
生じている。これは、Ｖ溝部１２を遮光部材兼スペーサ
５で完全に覆わなくても隣接レンズへのクロストークが
起きないことによるもので、溝を形成しない場合に比べ
て±０．０５ｍｍ広い、±０．１ｍｍのトレランスが得
られている。

【００４９】Ｖ溝部１２をＸ方向遮光部材兼スペーサ５
で完全に覆わなくても隣接レンズへのクロストークが起
きないことを利用して、溝部１２の幅よりも遮光部材兼
スペーサ５の幅を小さくすることができる。

【００５０】図１０（ａ）に、Ｘ方向遮光部材兼スペー
サ５−１の幅（ａ５）を、Ｖ溝部１２の幅（ａ４＝０．
４ｍｍ）よりも細くした場合の、この発明の光学装置の
Ｘ方向内側レンズアレイの一実施例の拡大図を示す。

【００５１】また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）と同
様の構成であるが、Ｘ方向遮光部材兼スペーサ５とＸ方
向内側レンズアレイ１８とが位置ずれを起こしている場
合を示している。ここで、左側の太いＸ方向遮光部材兼
スペーサ５−２ではメインピークの結像に寄与する光線
がカットされてしまうが、右側の細い（幅ａ５＝０．３
ｍｍ）Ｘ方向遮光部材兼スペーサ５−１では、Ｘ方向内
側レンズアレイ１８と遮光部材兼スペーサ５−１が位置
ずれを起こした場合にも、メインピークの結像に寄与す
る光線をカットすることが無くなり、結像品質が保たれ
る。

【００５２】図８，図９及び図１０（ａ）に示した遮光
部材兼スペーサ５に接しているＸ方向内側レンズアレイ
でも、Ｘ方向外側レンズアレイ及びＹ方向内側レンズア
レイのＶ溝１１と同様に、１つの溝を形成することによ
って隣接レンズへのクロストークを防ぐことも可能であ
る。しかし、溝部１２に遮光部材兼スペーサ５が近接し
ていることを利用して、溝を２つとすれば、全反射だけ
ではなく、図８の光線からのように溝面１２で屈折
させて遮光部材兼スペーサ５に入射させることによっ
て、クロストーク光となるのを防ぐことができる。

【００５３】言いかえれば図８、図９に示したもので
は、溝を２つに分割したものとなっている。このように
溝を２つにすることの利点は、１つの場合よりそれぞれ
の溝を浅くすることが可能となる点である。溝が浅くな
るとレンズ面の凹凸を小さくすることができ、レンズ板
量産の有力な手段である熱プレス法や射出成形法でレン
ズを作製する場合に、金型形状の転写精度を向上するこ
とができる。その結果、高精度のレンズ面及び溝形状を
実現することができる。

【００５４】図８の実施例のように、Ｖ溝部１２と遮光
部材兼スペーサ５等の光学系構成部材が近接している場
合には、それらの形状を工夫することで、両者の位置合
わせ精度の向上を行うことができる。

【００５５】図１１に、この発明の遮光部材兼スペーサ
５とレンズ板３−１との結合部分の拡大図を示す。図１
１（ａ）は、図８に比べて溝を深くし、遮光部材兼スペ
ーサ５の先端を長くすることによって、両者を嵌め合う
ようにしたものである。図１１（ｂ）は、さらに溝の斜
面と遮光部材兼スペーサ５の先端部の角度を同じ値にす
ることで、嵌め合いの精度を向上させたものである。図
１１（ａ）及び（ｂ）において、パラメータの一例とし
て、ａ７＝０．４ｍｍ，ａ８＝０．０７２ｍｍ，ａ９＝
０．０２ｍｍ，ａ１０＝０．２１６ｍｍ，ｂ４＝０．１
８ｍｍ，ａ１１＝０．３２ｍｍ，ａ１２＝０．３７ｍ
ｍ，θ５＝２１．８°である。

【００５６】また、光学系の組立工程において、従来は
１台ごとに結像状態を測定しながらレンズと遮光部材兼
スペーサの位置合わせの微調整を行う必要があった。し
かし、図１１に示した嵌め合い構造を採り入れること
で、微調整無しで自動的に±１０μｍという高精度の位
置合わせが可能となり、製造コストの大幅な減少を達成
できる。

【００５７】嵌め合い構造の箇所を増やすことによって
位置合わせ精度をより向上させることはできるが、これ
らの嵌め合い構造は、総ての溝に適用する必要はない。
例えば、前述したように、レンズ面及び溝面の面精度を
向上させるために、できるだけレンズ板表面の凹凸を無
くしたいという要求がある場合には、レンズ板中央の溝
でのみ嵌め合い構造となるように、図１１のような溝及
び遮光部材兼スペーサを形成しておき、レンズ板中央以
外の場所では図８や図１０（ａ）のような溝及び遮光部
材兼スペーサを形成してもよい。

【００５８】以上述べたように、ＬＣＤマルチパネルデ
ィスプレイ用結像光学系において、レンズ繋ぎ目に溝を
形成しない従来光学系の場合には、各部材間の位置合わ
せトレランスが殆ど無く、Ｙ方向内側レンズアレイ間に
はクロストークを防ぐための遮光部材が必要であった
が、この発明の実施例に示したようにレンズ繋ぎ目に溝
を形成すれば、±０．０５ｍｍ以上の各部材間の位置合
わせトレランスを確保することができ、Ｙ方向内側レン
ズアレイ間の遮光部材が不必要となり、遮光部材兼スペ
ーサとレンズ板の嵌め合い構造の採用による組立工程の
大幅な簡略化等、光学特性の向上及び製造コストの低下
を同時に実現することができる。

【００５９】また、以上の実施例で示した溝部の形状及
び大きさ等のパラメータは、図示した実施例と同じＬＣ
Ｄマルチパネルディスプレイ用結像光学装置でも、レン
ズ厚さ、レンズ板材料、要求される光学特性等が異なる
場合には、その光学装置における溝部或いは遮光部材兼
スペーサの最適形状及び大きさを選択する必要がある。
また、Ｖ溝部１１，１２の斜面は必ずしも平面である必
要はなく、溝斜面に入射する光線を適切に全反射あるい
は屈折させることができれば、曲面でも構わない。

【００６０】次に、この発明において、２次元レンズア
レイが形成された光学装置の実施例を示す。２次元レン
ズアレイは、たとえば半球状の正方形レンズが２次元ア
レイとなったものであり、各レンズの周りをＶ溝部１３
が囲んでいる。ここで、たとえば、正方形レンズの厚さ
（ｂ２０）は０．５ｍｍである。図１２に、２枚の２次
元レンズ板１４，１５から構成される光学装置の断面図
を示す。レンズ材料はアクリルを用い、レンズパラメー
タは前記した表１に示したものを用いる。

【００６１】また、レンズピッチ（ａ２０）はＸＹ両方
向とも１．０ｍｍである。Ｖ溝部１３は幅（２×ａ２
１）０．１５ｍｍ、深さ（ｂ２１）０．１６ｍｍ、角度
（θ２１）２５．１°とする。前記した実施例と同様
に、このＶ溝部１３により隣接レンズへのクロストーク
が防止される。この実施例では、隣接レンズへのクロス
トーク光強度はメインピークの０．００１％以下とする
ことができた。ここではＸ方向１０°Ｙ方向１０°の指
向性を持った光源を使用した。

【００６２】このようにクロストークが低減できるの
で、隣接レンズへのクロストークを防ぐために従来必要
であったレンズ繋ぎ目の遮光パターンはなくてもよい。
さらに、レンズ板を作製する際の表面と裏面のレンズ位
置合わせ精度に関して、従来は±２０μｍ以内にする必
要があったが、図１２の実施例では±５０μｍ以内と２
倍以上のトレランスを確保することができた。すなわ
ち、製造歩留まりを向上させ、レンズ板のコスト削減を
することができる。

【００６３】ただし、光源の指向性が良い場合は、図１
２に示したＶ溝があれば十分であるが、光源の指向性が
劣る場合には、レンズ板内の上下の溝の間を通ってクロ
ストークする光線が出てくる場合がある。そこでこのク
ロストークを防ぐためには、溝の幅を広げる方が好まし
い。図１３に、溝の幅を広げ、その溝部分に遮光部２０
を形成した実施例を示す。

【００６４】図１３において、溝１９の斜面の角度は図
１２と同じであるが、溝の幅（ａ２２）を０．２ｍｍに
広げ、溝１９の底の幅（ａ２３）を０．０５ｍｍの幅で
平らにしている。遮光部２０は、底面を通り抜けてクロ
ストークする光線を遮光するために、少なくとも溝の底
面に設けられる。図１４の実施例において、Ｘ方向２０
°、Ｙ方向２０°の指向性光源を用いた場合でも、図１
３に示した光学装置とほぼ同様に、隣接レンズへのクロ
ストーク光強度はメインピークの０．００１５％以下と
することができた。

【００６５】以上述べたレンズ繋ぎ目の溝は、レンズを
熱ブレス方や射出成形等の複製法によって作成する場合
には、金型に予めその形状を形成しておくことによっ
て、レンズと一体で同時に作成することができるので、
この２次元レンズアレイは非常に低コストで形成するこ
とができる。また、２次元レンズアレイは、６角形のレ
ンズが最密配置されている場合にも適用できる。

【００６６】付記：この発明は以下の特徴を有する光学
装置である。 （付記１）所定の間隔をあけて配置された複数枚のレン
ズ板から構成され、そのうち少なくとも１枚のレンズ板
がその表面及び裏面の少なくとも一方にレンズアレイを
備え、前記レンズアレイが密接配列された所定形状の複
数個のレンズからなり、前記レンズアレイの少なくとも
一部の隣接する前記レンズの繋ぎ目に、少なくとも一列
のＶ字型の断面形状を持つ溝を備えたことを特徴とする
光学装置。 （付記２）前記溝が、傾斜角の等しい２つの斜面から構
成されたＶ字型の断面形状を持つことを特徴とする付記
１記載の光学装置。 （付記３）前記溝が、傾斜角の異なる２つの斜面から構
成されたＶ字型の断面形状を持つことを特徴とする付記
１記載の光学装置。 （付記４）前記溝が、隣接配置された複数個の溝からな
ることを特徴とする付記２または３記載の光学装置。 （付記５）前記レンズアレイが、複数のシリンドリカル
レンズを一定方向に配列したレンズアレイであることを
特徴とする付記１記載の光学装置。 （付記６）前記レンズアレイが、所定形状のレンズを２
次元配列したレンズアレイであることを特徴とする付記
１記載の光学装置。

【００６７】

【発明の効果】この発明によれば、レンズ板に形成され
たレンズアレイの互いに隣接するレンズの繋ぎ目に溝を
備えているので、隣接レンズから入射する光によるクロ
ストークを低減しかつ良好な結像特性を保つことのでき
る光学装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光学装置を用いた表示装置の一実施
例の概略斜視図である。

【図２】この発明の光学装置のＸ方向およびＹ方向の断
面略図である。

【図３】非球面レンズの表面形状の一般的定義式を示す
グラフである。

【図４】この発明の光学装置のＸ方向外側レンズアレイ
の拡大図である。

【図５】この発明の光学装置のＹ方向内側レンズアレイ
の拡大図である。

【図６】Ｙ方向内側レンズアレイの繋ぎ目に溝を形成し
ない場合の部分拡大図である。

【図７】従来、行われていたクロストークの対策方法の
説明図である。

【図８】この発明の光学装置のＸ方向内側レンズアレイ
の拡大図である。

【図９】図８の溝部分の拡大図である。

【図１０】この発明の光学装置のＸ方向内側レンズアレ
イの拡大図である。

【図１１】この発明の遮光部材兼スペーサとレンズ板の
結合部分の拡大図である。

【図１２】この発明の２次元レンズ板から構成される光
学装置の断面図である。

【図１３】この発明の光学装置において、溝の幅を広
げ、その溝部分に遮光部を形成した実施例の説明図であ
る。

【図１４】従来の光学装置のレンズ板の断面図である。

【図１５】従来の光学装置の断面図である。

【符号の説明】

１ バックライト光源 ２ 液晶（ＬＣＤ）パネル ３ 光学装置（レンズ板） ３−１ 外側レンズ板 ３−２ 内側レンズ板 ３−３ 外側レンズ板 ４ スクリーン ５ Ｘ方向遮光部材兼スペーサ ６ Ｙ方向遮光部材兼スペーサ １１ Ｖ溝部 １２ Ｖ溝部 １３ Ｖ溝部 １４ ２次元レンズ板 １５ ２次元レンズ板 １６ Ｘ方向外側レンズアレイ １７ Ｙ方向内側レンズアレイ １８ Ｘ方向内側レンズアレイ １９ 溝 ２０ 遮光部 ２１ 遮光パターン ２２ 遮光部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐脇 一平 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隔をあけて配置された複数枚の
   レンズ板から構成され、そのうち少なくとも１枚のレン
   ズ板がその表面及び裏面の少なくとも一方にレンズアレ
   イを備え、前記レンズアレイが密接配列された所定形状
   の複数個のレンズからなり、前記レンズアレイの少なく
   とも一部の隣接する前記レンズの繋ぎ目に、少なくとも
   一列のＶ字型の断面形状を持つ溝を備えたことを特徴と
   する光学装置。
2. 【請求項２】 前記溝が、その溝に入射した光を結像に
   寄与しないように屈折あるいは反射させる表面形状に形
   成されたことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
3. 【請求項３】 前記溝が、光を透過させないように遮光
   処理された部分を備えてなることを特徴とする請求項１
   記載の光学装置。
4. 【請求項４】 所定の間隔をあけて配置された４枚のレ
   ンズ板と、各レンズ板の間であってその間隔を保持する
   遮光部材とから構成され、各レンズ板が、その表面及び
   裏面に、互いに配列方向の直交するシリンドリカルレン
   ズを密接配列されたレンズアレイを備え、隣接するシリ
   ンドリカルレンズの繋ぎ目に溝を備えたことを特徴とす
   る光学装置。
5. 【請求項５】 前記溝が、その溝に入射した光を結像に
   寄与しないように屈折あるいは反射させる表面形状に形
   成されたことを特徴とする請求項４記載の光学装置。
6. 【請求項６】 光源と、光源に近接配置された液晶パネ
   ルと、結像スクリーンと、液晶パネルと結像スクリーン
   との間に配置された前記請求項１記載の光学装置とから
   なり、液晶パネルに表示された像を、前記光学装置を通
   して結像スクリーン上に結像させる表示装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の表示装置は像の拡大機能
   を有し、液晶パネルに表示された像を、結像スクリーン
   上に拡大結像させる表示装置。