JP3461828B2 - レンズ装置 - Google Patents

レンズ装置

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JP3461828B2 JP52084494A JP52084494A JP3461828B2 JP 3461828 B2 JP3461828 B2 JP 3461828B2 JP 52084494 A JP52084494 A JP 52084494A JP 52084494 A JP52084494 A JP 52084494A JP 3461828 B2 JP3461828 B2 JP 3461828B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレンズ装置に関する。
３−Ｄ集積結像において、視差情報をとらえるために
は大口径のオブジェクティブが要求される。しかしなが
ら、例えば写真撮影に使用するように、特にうまく修正
しなければならない場合は、前記要求を満足させること
は困難である。
本発明は大口径の単一体オブジェクティブを必要とし
ないレンズ装置を提供する。
本発明は入力レンズアレイと、光学的伝送用マイクロ
レンズスクリーンと、出力レンズアレイとを有するレン
ズ装置を備え、前記入力レンズアレイを構成している各
レンズは前記出力レンズアレイを構成している各レンズ
に対応しており、入力レンズアレイの各レンズは出力レ
ンズアレイの各レンズより大きな焦点距離を有する。
単一体のオブジェクティブ（対物レンズ）の大口径は
このような方法で複数個の小型レンズから合成される。
入力レンズアレイと出力レンズアレイはマイクロレン
ズスクリーンから等距離にある。
マイクロレンズスクリーンはオートコリメートスクリ
ーンを包含する。入力および出力レンズアレイの対応す
る各レンズの口径は等しい。レンズ装置は主軸を有し、
出力レンズアレイの各レンズは出力レンズ光軸を有し、
そして入力レンズアレイの各レンズは入力レンズ光軸を
有し、出力レンズアレイの各レンズの光軸は入力レンズ
アレイの対応する各レンズの光軸より前記レンズ装置の
主軸方向へ変位しており、その変位量は入力および出力
レンズアレイの前記対応するレンズの前記装置からの距
離に比例しているのである。
このようなレンズ装置を備えた光学装置は、オブジェ
クティブに近撮影点に対する（出力レンズアレイから
の）バックフォーカルディスタンス（BFDn）と、無限大
における撮影面に対するバックフォーカルディスタンス
（BFD∞）との間に結像領域を画定する。ここで、 レンズ装置の主軸から距離Ｄ離れている出力レンズア
レイのレンズの軸方向の変位ｄは次式で与えられる。
ｄ＝（Ｄ＋ｘ）・u/（BFDn＋Ｕ）−DU/V この重なり点を結像における後方点として選べば、無
限遠の点に対する重なり点までの距離BFD∞は次式によ
り与えられる。
BFD∞＝（Ｄ−ｄ）・f1/d ここで、f1は各入力レンズの焦点距離であり、出力レン
ズアレイの各レンズの焦点距離f2は次式により与えられ
る。
1/f2＝1/BFDn＋1/V ここで、ｖは出力レンズアレイからスクリーンまでの
距離である。
別の実施例では、マイクロレンズスクリーンが長い集
積焦点合わせ効果を発生するピッチの違うアレイを有す
る二重集積マイクロレンズアレイを含んでおり、さらに
前記レンズ装置はマイクロレンズアレイが入力レンズア
レイの縮小した口径イメージを同等に縮小した出力レン
ズアレイの口径上に形成し、かくして縮尺された空中疑
視像を作り出すように配置される。
アレイのレンズは正方形、六角形あるいは円形であ
る。
それらを含むレンズ装置および光学機器の実施例を添
付図面を参照して説明する。
図１ 一実施例の軸方向断面略図である。
図２ 図１の装置の光線線図である。
図３ 図１の装置の出力レンズアレイの平面図であ
る。
図４ 出力レンズアレイの別の実施例の図３と同様な
平面図である。
図５ 出力レンズアレイのさらに別の実施例の図４と
同様な平面図である。
図６ 別の実施例の軸方向断面略図である。
図７ 図６の実施例の入力レンズアレイの平面図であ
る。
図面は、入力レンズアレイ11と、光学的伝送用マイク
ロレンズスクリーン12と、出力レンズアレイ13とを含
み、入力レンズアレイ11の各レンズ11aが出力レンズア
レイ13の各レンズ13aにそれぞれ対応するレンズ装置を
示している。
各実施例において、入力及び出力レンズアレイ11,13
はマイクロレンズスクリーン12から等距離にあり、また
入力レンズ11aは出力レンズ13aよりも大きい焦点距離を
有している。
図１乃至図５に図示される各実施例のマイクロレンズ
スクリーン12は、図１の拡大詳細図に示されるように、
両側のマイクロレンズがそれぞれ一列に並べられている
アフォーカル（無限焦点）配置と言うオートコリメート
スクリーンまたは二重集積マイクロレンズから成る。左
側の拡大詳細図は幾つもの凸レンズ表面が単一面の両側
に形成された二重集積スクリーンの一形態を示してお
り、右側の拡大詳細図は、入念に並べられた隣接する二
列の二重集積アレイを示し、これは口径食及び収差を減
少する。
入力及び出力レンズアレイ11、13の対応する各レンズ
11a、13aはそれぞれのアパーチャ（口径）は等しく、ま
た各入力レンズ11aのアパーチャは出力レンズ13aのアパ
ーチャ上に投影されている。その焦点合わせ効果は、各
レンズ13aの光軸の変位量によって決定される角度によ
って出力レンズ13aが入射光線をそらすことによって達
成される。出力レンズアレイ13の各々のレンズ13aは光
軸Ａ′を有しており、この光軸は入力レンズアレイ11に
おける対応する各レンズ11aの光軸Ａから、レンズ装置
の主軸Ｍの方向に変位しており、その変位量ｄはこのレ
ンズ装置の主軸Ｍから前記対応する各レンズ11a、13aま
での距離Ｄに比例する。
図２に示されるように、上記のようなレンズ装置を含
む光学機器は近物点（BFDn）に対する（出力レンズアレ
イ13からの）バックフォーカルディスタンスと、無限遠
（BFD∞）における撮影面に対するバックフォーカルデ
ィスタンスとの間に結像領域を画定する。図２における
条件下で、出力レンズ13aの必要な変位量ｄは次の関係
式によって得られる。すなわち、 ｄ＝（Ｄ＋Ｘ）・U/（BFDn＋Ｕ）−Ｄ・U/V ここでＸは本題においてＵからの結像点の、入力レンズ
の光軸からの変位量である。Ｕは対象物までの入力レン
ズからの距離であり、Ｖは入力レンズアレイ11のマイク
ロレンズスクリーン12からの距離である。（それは出力
レンズアレイ13のスクリーン12からの距離と全く同じで
ある） 出力レンズアレイの各レンズ13aの焦点距離f2が次式に
よって得られる。
すなわち、 1/f2＝1/BFD∞−1/V 図１に示されるように、それぞれに対応する入力及び
出力レンズ11a、13aの種々の組によって生成する結像視
野は、対象物の位置に対応するバックフォーカルディス
タンスBFDnにおいて共役像として重ね写しされ、それに
よって要求される結像視野の集積体を生ずることにな
る。
それ故に、最終的に集積された結像は出力レンズ13a
によって投影された重ね合わせされた結像視野から形成
されている。
入力レンズの典型的な焦点距離は80mmである。アレイ
とスクリーンとの間の距離は85mmとすることができ、各
出力レンズ13aの各々の焦点距離は典型的な場合54mmで
ある。
図３、４、５は正方形、六角形、円形のレンズ13aを
それぞれ示すと共に、対応する各入力レンズの各々の軸
Ａからの各出力レンズ13aの各々の軸A'の変位ｄを示し
ている。対応する各入力レンズは外観において似ている
が、中央部に光軸を有する。
図６及び７はレンズ装置のもう１つの実施例−集積伝
送縮小レンズ装置−を示している。この実施例において
は、マイクロレンズスクリーン12は、−長い集積焦点合
わせ効果を提供する−集積スーパーレンズまたはISLで
ある−異なるピッチのアレイ12（１）および12（２）を
含む。この装置はマイクロレンズアレイ12が入力レンズ
アレイ11のアパーチャの縮小像を出力レンズアレイ13の
同様に縮小されたアパーチャ上に形成し、それによっ
て、縮尺された空中疑視像が作られるように配置されて
いる。
図６のISL12における各レンズそれぞれの焦点距離は
非常に小さく、直径120ミクロンのレンズは約360ミクロ
ンの焦点距離を有する。不揃いピッチの効果は非常に長
く−典型的には250mm−にもできる集積焦点合わせ効果
をもたらす。
出力レンズアレイ13は、入力レンズアレイ11と同様
に、六角形の平凸レンズ13aが密に充填された（図７参
照）アレイからなる。各入力レンズ11aは出力レンズ13a
より大きな焦点距離を有しており、両者の典型的な焦点
距離はそれぞれ80mm及び54.25mmである。ISLの焦点距離
（集積）を例えば253.54mmのように適宜選択することに
よって、このレンズ装置は、例えば、168.54mmの焦点距
離の集積伝送縮小レンズ装置を構成することができる。
結果として生じる縮小像はＺ方向に反転した、すなわ
ち、疑視像であるところの縮尺空中像である。
出力レンズアレイからの結像面距離DImは、入力レン
ズアレイ11から無限遠離れた物体に対して168.54mmとな
り、1360mm離れた物体に対しては149.95mmとなる。これ
は、このような設計をした伝送縮小レンズを1360mm離れ
た物体と同じ倍率になるモノシリックレンズと比較する
ことによって理解されるように、通常のモノリシックレ
ンズとは異なる。
図６及び７に示される集積伝送縮小レンズ装置は1360
mm離れた物体に対して−9.09倍の最終倍率になる。同じ
倍率となる同等のモノリシックレンズは149.6mmのバッ
クフォーカルディスタンスと133.3mmの焦点距離とにな
るであろう。それ故、この集積伝送縮小レンズ装置は1
8.59mmの像深度を有するが、モノリシックレンズは16.3
mmの像深度を有する。
複合レンズ装置の解像度は該装置の各セグメントの解
像度より大きくなっている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 国際公開91／011745（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/22

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のレンズの整列体である入力レンズア
    レイと、光学的透過性のマイクロレンズスクリーンと、
    複数のレンズの整列体である出力レンズアレイとを備
    え、前記入力レンズアレイの各レンズが前記出力レンズ
    アレイの各レンズに対応しており、前記入力アレイの各
    レンズが対応する出力レンズの各レンズの焦点距離より
    も大きいレンズ装置であって、 前記レンズ装置は主軸を有し、前記出力レンズアレイの
    各レンズは出力レンズ光軸を持ち、入力レンズアレイの
    各レンズは入力レンズ光軸を持ち、前記出力レンズアレ
    イの各レンズの光軸は前記入力レンズアレイの各レンズ
    の光軸より前記主軸の方向に変位しており、その変位量
    は入力レンズおよび出力レンズアレイの前記レンズ装置
    の主軸からの距離に比例した量であることを特徴とする
    レンズ装置。
  2. 【請求項２】前記入力レンズアレイと出力レンズアレイ
    が前記マイクロレンズスクリーンから等距離にある請求
    項１に記載のレンズ装置。
  3. 【請求項３】前記マイクロレンズスクリーンが自動コリ
    メートスクリーンからなる請求項１ないし２のいずれか
    １項に記載のレンズ装置。
  4. 【請求項４】前記入力レンズアレイおよび出力レンズア
    レイの対応する各レンズどうしのアパーチャーが等しい
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
  5. 【請求項５】請求項１に記載のレンズ装置を包含し、１
    つの選択された近撮影点に対する（出力レンズアレイか
    らの）バックフォーカルディスタンス（BFDn）と無限遠
    の距離における撮影面に対するバックフォーカルディス
    タンス（BFD∞）との間に結像領域を画定し、レンズ装
    置の主軸からＤだけ離れた前記出力レンズアレイの１つ
    のレンズの光軸の変位量ｄが次式で与えられる光学機
    械。 ｄ＝（Ｄ＋Ｘ）・U/（BFDn＋Ｕ）−Ｄ・U/V ここでf1は入力レンズの焦点距離、Ｘは入力レンズから
    距離Ｕ離れた対象物の結像点の変位であり、 前記出力レンズアレイのレンズの焦点距離f2は次式で与
    えられる。 1/f2＝1/BFDn＋1/V ここでＶは出力レンズアレイからスクリーンまでの距
    離。
  6. 【請求項６】前記マイクロレンズスクリーンが、長い集
    積焦点合わせ効果を提供するピッチの異なるアレイから
    なる二重集積マイクロレンズアレイからなり、該マイク
    ロレンズアレイが前記入力レンズアレイのアパーチャー
    の縮小像を前記出力レンズアレイの等しく縮小されたア
    パーチャー上に形成し、それによって縮尺された空中擬
    視像が作られるように配置されたことを特徴とする請求
    項１から３のいずれかに記載のレンズ装置。
  7. 【請求項７】アレイのレンズが正方形である請求項１か
    ら６のいずれか１項に記載のレンズ装置または機器。
  8. 【請求項８】アレイのレンズが六角形である請求項１か
    ら６のいずれか１項に記載のレンズ装置または機器。
  9. 【請求項９】アレイのレンズが円形である請求項１から
    ６のいずれか１項に記載のレンズ装置または機器。
  10. 【請求項１０】複数のレンズの整列体である入力レンズ
    アレイと、複数のレンズの整列体であり光学的な透過性
    を有するマイクロレンズスクリーンと、複数のレンズの
    整列体である出力レンズアレイとからなるレンズ装置で
    あって、 前記レンズ装置は主軸を有し、入力レンズアレイのレン
    ズは出力レンズアレイのレンズに対応し、前記出力レン
    ズアレイの各レンズは光軸を持ち、前記光軸は入力レン
    ズアレイの対応する各レンズの光軸より前記レンズ装置
    の主軸の方向に変位しており、その変位量は前記対応す
    るレンズの、前記レンズ装置の主軸からの距離に比例し
    た量であることを特徴とするレンズ装置。
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