JPH0553174A

JPH0553174A - 焦点板

Info

Publication number: JPH0553174A
Application number: JP3215179A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tsukada; 信一塚田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-08-27
Filing date: 1991-08-27
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、１眼レフカメラ，８mmあるいは１
６mmムービーカメラ等に使用される焦点板に関し、光の
波長による拡散の違いが少なく、また、拡散に落ち込み
等のむらがないマイクロレンズを有する焦点板を提供す
ることを目的とする。【構成】可視光を拡散するためのマイクロレンズを、
所定ピッチで多数配列してなる焦点板において、マイク
ロレンズの曲面形状を、マイクロレンズの開口半径Ｒ_a
と、マイクロレンズを構成する物質の主波長に対する屈
折率Ｎ₀とから決定される中心曲率半径Ｒ_kおよび非球
面係数Ａ_i（ｉ＝１〜ｎ）を用いて表される非球面形状
として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１眼レフカメラ，８mm
あるいは１６mmムービーカメラ等に使用される焦点板に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、１眼レフカメラ，８mmあるいは
１６mmムービーカメラ等では、例えば、図２３に示すよ
うに、可視光を拡散するためのマイクロレンズ１１を、
所定ピッチで多数配列した焦点板１３が使用されてい
る。そして、このような焦点板１３のマイクロレンズ１
１では、光の波長による拡散の違いが少ないこと、およ
び、拡散に落ち込み等のむらがないことが、特に要求さ
れている。

【０００３】すなわち、光の波長による拡散に違いがあ
ると、白色光の拡散であっても、ある方向から見ると色
付いて見えることがあり、また、拡散に落ち込み等のむ
らがあると、非常に見苦しいため、拡散は、拡散角が大
きくなるに従って自然に弱くなっていくのが望ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
焦点板では、上述した２つの条件をすべて満たすことが
非常に困難であるという問題があった。すなわち、図２
４は、従来多用されている球面形状のマイクロレンズを
示すもので、このマイクロレンズ１５は、曲率半径が４
０μｍ、開口半径が１０μｍ、厚みが１．２７μｍとさ
れている。

【０００５】図２５は、このマイクロレンズ１５の拡散
特性を示すもので、横軸に拡散角が、縦軸に拡散量がと
られており、曲線Ｂがブルー系の波長λＢ＝０．４８μ
ｍの光の拡散を、曲線Ｇがグリーン系の波長λＧ＝０．
５５μｍの光の拡散を、曲線Ｒがレッド系の波長λＲ＝
０．６０μｍの光の拡散を示している。このマイクロレ
ンズ１５の拡散では、拡散角が０°付近では、Ｂが強い
ため、拡散光が青色付いてしまい、また、Ｂ，Ｇ，Ｒト
ータルの拡散は、４°付近でピークとなり、この部の拡
散が０°付近より大きいため、拡散がドーナツ型になっ
ている。

【０００６】このような現象は、曲率半径を変えても解
決することが困難である。すなわち、図２６は、曲率半
径が３４μｍ、開口半径が１０μｍ、厚みが１．５０μ
ｍのマイクロレンズを示しており、このマイクロレンズ
１７の拡散では、図２７に示すように、１．５°付近に
中落ちが形成されている。また、図２８は、曲率半径が
２８μｍ、開口半径が１０μｍ、厚みが１．８５μｍの
マイクロレンズを示しており、このマイクロレンズ１９
の拡散では、図２９に示すように、０°付近においてＢ
とＲとの拡散量の差が大きく、また、２．５°付近に中
落ちが形成されている。

【０００７】本発明は、上記のような問題を解決したも
ので、光の波長による拡散の違いが少なく、また、拡散
に落ち込み等のむらがないマイクロレンズを有する焦点
板を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の焦点板は、可
視光を拡散するためのマイクロレンズを、所定ピッチで
多数配列してなる焦点板において、前記マイクロレンズ
の曲面形状を、マイクロレンズの開口半径Ｒ_aと、マイ
クロレンズを構成する物質の主波長に対する屈折率Ｎ₀
とから決定される中心曲率半径Ｒ_kおよび非球面係数Ａ
_i（ｉ＝１〜ｎ）を用いて表される非球面形状としてな
るものである。

【０００９】請求項２の焦点板は、請求項１において、
マイクロレンズの中心から距離ｒ離れた位置の曲面高さ
ｚ（ｒ）は、ｚ（ｒ）＝ｆ（Ｒ_a）−ｆ（ｒ）またはｚ
（ｒ）＝ｆ（ｒ）−ｆ（Ｒ_a）であり、前記関数ｆ
（ｒ）は、

【００１０】

【数２】

【００１１】であるものである。

【００１２】

【作用】本発明の焦点板では、各マイクロレンズの拡散
量が、拡散角０°付近においてほぼ最大になり、拡散角
が増大するに従って徐々に減少していく。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は図２のマイクロレンズを拡大して示してお
り、図２は本発明の焦点板の第１の実施例を示してい
る。図２において、焦点板本体２１には、可視光を拡散
するためのマイクロレンズ２３が、所定ピッチで多数一
体形成されている。

【００１４】マイクロレンズ２３の曲面形状は、図１に
示すように、マイクロレンズ２３の開口半径Ｒ_aと、マ
イクロレンズ２３を構成する物質の主波長に対する屈折
率Ｎ ₀とから決定される中心曲率半径Ｒ_kおよび非球面
係数Ａ_i（ｉ＝１〜ｎ）を用いて表される非球面形状と
されている。そして、この実施例のマイクロレンズ２３
では、マイクロレンズ２３の中心Ｏから距離ｒ離れた位
置の曲面高さｚ（ｒ）は、ｚ（ｒ）＝ｆ（Ｒ_a）−ｆ（ｒ）であり、関数ｆ（ｒ）は、

【００１５】

【数３】

【００１６】とされている。すなわち、中心曲率半径Ｒ
_kは、Ｒ_k＝Ｃ・Ｒ_a ² （１）である。ここに、パラメーターＣの中心値Ｃ₀は、マイ
クロレンズを構成する物質の主波長に対する屈折率Ｎ₀
を用いてＣ₀＝Ｎ₀−１（２）であり、変動幅ｄＣを −０．２・Ｃ₀≦ｄＣ≦０．２・Ｃ₀ （３）とすると、Ｃ＝Ｃ₀＋ｄＣ（４）である。

【００１７】なお、ここで、変動幅ｄＣを、−０．２・
Ｃ₀≦ｄＣ≦０．２・Ｃ₀としたのは、変動幅ｄＣが、
−０．２・Ｃ₀より小さい時には、拡散特性において、
中落ち等のむらが目立ち易くなり、一方、変動幅ｄＣ
が、０．２・Ｃ₀を越える時には、０°近辺に拡散され
る光量が多くなり過ぎて素通し感が強くなり、焦点板と
しては不向きになるとの理由による。

【００１８】次に、ｎ個の非球面係数Ａ_iであるが、先
ずｎは、ｎ＝１〜６（５）である。なお、ここで、ｎを６以下に限定したのは、ｎ
が６より大きくなると、拡散特性において、波長（Ｂ，
Ｇ，Ｒ）による拡散特性の違いが大きくなって、色づき
が目立ってしまうとの理由による。

【００１９】そして、Ａ_i≧０（ｉ＝１〜ｎ）（６）であり、

【００２０】

【数４】

【００２１】（７）である。ここに、Ｒ₀＝Ｃ₀・Ｒ_a ² （８）であり、パラメーターＫの中心値Ｋ₀は、マイクロレン
ズを構成する物質の主波長に対する屈折率Ｎ₀を用いてＫ₀＝２−Ｎ₀ （９）であり、変動幅ｄＫを −０．２・Ｋ₀≦ｄＫ≦０．２・Ｋ₀ （１０）とすると、Ｋ＝Ｋ₀＋ｄＫ（１１）である。

【００２２】なお、ここで、変動幅ｄＫを、−０．２・
Ｋ₀≦ｄＫ≦０．２・Ｋ₀としたのは、変動幅ｄＫが、
−０．２・Ｋ₀より小さい時、あるいは、０．２・Ｋ₀
を越える時には、波長（Ｂ，Ｇ，Ｒ）による拡散特性の
違いが大きくなって、色づきが目立ってしまうとの理由
による。そして、上述した中心曲率半径Ｒ_kと非球面係
数Ａ_iを用いて関数ｆ（ｒ）が、

【００２３】

【数５】

【００２４】（１２）のように定義される。そして、この関数ｆ（ｒ）を用い
ると、マイクロレンズ２３の中心から距離ｒ離れた位置
の曲面高さｚ（ｒ）が、ｚ（ｒ）＝ｆ（Ｒ_a）−ｆ（ｒ）（１３）となる。

【００２５】図３は、本発明のより具体的な実施例であ
る第２の実施例を示すもので、この実施例では、焦点板
本体２５およびマイクロレンズ２７が、アクリル系プラ
スチックからなり、開口半径が１０μｍ、厚みが１．５
３μｍとされている。そして、ブルー系の波長λＢ，グ
リーン系の波長λＧ（主波長）およびレッド系の波長λ
Ｒに対する屈折率が、それぞれ、１．４９８、１．４９
３、１．４９１とされている。

【００２６】すなわち、開口半径Ｒ_aが１０μｍ、屈折
率Ｎ₀が１．４９３の場合である。この時、上述した
（２），（３），（９），（１０）式より、Ｃ₀＝０．４９３ −０．０９８６≦ｄＣ≦０．０９８６Ｋ₀＝０．５０７ −０．１０１４≦ｄＫ≦０．１０１４であるが、この実施例では、ｄＣ＝ｄＫ＝０とされる。

【００２７】すなわち、Ｃ＝Ｃ₀＋ｄＣ＝０．４９３Ｋ＝Ｋ₀＋ｄＫ＝０．５０７である。上述した（１）式より、中心曲率半径Ｒ_kは、Ｒ_k＝Ｃ・Ｒ_a ²＝４９．３である。

【００２８】そして、非球面係数Ａ_iであるが、まず非
球面係数Ａ_iの個数は、６個（ｎ＝６）とする。ｄＣ＝
０であるから、上述した（１），（８）式より、中心曲
率半径Ｒ_k＝Ｒ ₀であり、従って、（７）式より、

【００２９】

【数６】

【００３０】である。ここでは、Ａ_i＝０．５０７／６（ｉ＝１〜ｎ）とする。このようにして中心曲率半径Ｒ_kおよび非球面
係数Ａ_iを決定すると、上述した（１２），（１３）式
から、マイクロレンズ２７の非球面形状は、非球面係数
Ａ_iがすべて０以上であるため、周辺にいくほど曲率が
きつくなり、図３に示したような形状になる。

【００３１】図４は、このマイクロレンズ２７の拡散特
性を示すもので、横軸に拡散角が、縦軸に拡散量がとら
れており、曲線Ｂがブルー系の波長λＢ＝０．４８μｍ
の光の拡散を、曲線Ｇがグリーン系の波長λＧ＝０．５
５μｍの光の拡散を、曲線Ｒがレッド系の波長λＲ＝
０．６０μｍの光の拡散を示している。このマイクロレ
ンズ２７の拡散では、拡散量が、拡散角０°付近におい
て最大になり、拡散角が増大するに従って徐々に減少し
ている。

【００３２】そして、Ｂ，Ｇ，Ｒともほぼ等しい拡散と
なり、また、Ｂ，Ｇ，Ｒトータルの拡散は、拡散角が大
きくなるにつれて緩やかに弱くなり、途中に中落ちが発
生することもない。なお、上述した第２の実施例におい
て、非球面係数Ａ_iを、Ａ₁＝Ａ₂＝Ａ₃＝Ａ₅＝Ａ₆＝０，Ａ₄＝０．５０７とした場合には、マイクロレンズの形状は、図５に示す
ようになるが、図６に示すように、マイクロレンズ２９
の拡散特性は、図４に比較して大きく変化しない。

【００３３】また、上述した第２の実施例において、パ
ラメーターＣを変動すると以下のようになる。先ず、ｄ
Ｃ＝−０．０７とすると、Ｒ_k＝４２．３Ａ₁＝Ａ₂＝Ａ₃＝Ａ₅＝Ａ₆＝０，Ａ₄＝０．３３３となり、マイクロレンズの形状は、図７に示すようにな
り、マイクロレンズ３１の拡散特性は、図８に示すよう
になる。

【００３４】一方、ｄＣ＝０．０７とすると、Ｒ_k＝５６．３Ａ₁＝Ａ₂＝Ａ₃＝Ａ₅＝Ａ₆＝０，Ａ₄＝０．６３７となり、マイクロレンズの形状は、図９に示すようにな
り、マイクロレンズ３３の拡散特性は、図１０に示すよ
うになる。

【００３５】ここで、図６，図８，図１０を比較する
と、パラメーターＣを変動することにより、０°近辺に
拡散される光量である狭角拡散光量を調節することがで
きることがわかる。すなわち、パラメーターＣをマイナ
ス側に変動すれば、狭角拡散光量は少なくなり、逆に、
プラス側に変動すれば狭角拡散光量が多くなる。

【００３６】次に、上述した第２の実施例において、パ
ラメーターＫを変動すると以下のようになる。先ず、ｄ
Ｋ＝−０．０８とすると、Ｒ_k＝４９．３Ａ₁＝Ａ₂＝Ａ₃＝Ａ₅＝Ａ₆＝０，Ａ₄＝０．４２７となり、マイクロレンズの形状は、図１１に示すように
なり、マイクロレンズ３５の拡散特性は、図１２に示す
ようになる。

【００３７】一方、ｄＫ＝０．０８とすると、Ｒ_k＝４９．３Ａ₁＝Ａ₂＝Ａ₃＝Ａ₅＝Ａ₆＝０，Ａ₄＝０．５８７となり、マイクロレンズの形状は、図１３に示すように
なり、マイクロレンズ３７の拡散特性は、図１４に示す
ようになる。

【００３８】ここで、図６，図１２，図１４を比較する
と、パラメーターＫを変動することにより、狭角拡散光
量が多くなるといった全体的な拡散特性を変えるという
ことなしに、各波長（Ｂ，Ｇ，Ｒ）の拡散特性を相対的
に変えること（色づきを調節すること）が可能なことが
わかる。さらに、上述した第２の実施例において、開口
半径Ｒ_aを変動すると以下のようになる。

【００３９】先ず、開口半径Ｒ_a＝７μｍとすると、Ｒ_k＝２４．２Ａ₁＝Ａ₂＝Ａ₃＝Ａ₅＝Ａ₆＝０，Ａ₄＝０．５０７となり、マイクロレンズの形状は、図１５に示すように
なり、マイクロレンズ３９の拡散特性は、図１６に示す
ようになる。

【００４０】また、開口半径Ｒ_a＝１３μｍとすると、Ｒ_k＝８３．３Ａ₁＝Ａ₂＝Ａ₃＝Ａ₅＝Ａ₆＝０，Ａ₄＝０．５０７となり、マイクロレンズの形状は、図１７に示すように
なり、マイクロレンズ４１の拡散特性は、図１８に示す
ようになる。

【００４１】図１６，図１８から明らかなように、開口
半径Ｒ_aを変化させても、Ｂ，Ｇ，Ｒともほぼ等しい拡
散となり、また、Ｂ，Ｇ，Ｒのトータルの拡散は、拡散
角が大きくなるにつれて緩やかに弱くなり、途中に中落
ちなどはない。すなわち、開口半径Ｒ_aを変化しても、
良好な拡散を得ることができ、開口半径Ｒ_aを変化する
ことにより、拡散の広がりが変化し、開口半径Ｒ_aが大
きくなるに従い拡散の広がりが小さくなる。

【００４２】図１９は、本発明の第３の実施例を示すも
ので、この実施例では、焦点板本体４３およびマイクロ
レンズ４５が、光学ガラスからなり、開口半径が１０μ
ｍ、厚みが１．６８μｍとされている。そして、ブルー
系の波長λＢ，グリーン系の波長λＧ（主波長）および
レッド系の波長λＲに対する屈折率が、それぞれ、１．
４５１、１．４４８、１．４４６とされている。

【００４３】すなわち、開口半径Ｒ_aが１０μｍ、屈折
率Ｎ₀が１．４４８の場合である。ｄＣ＝ｄＫ＝０とす
ると、Ｒ_k＝４４．８Ａ_i＝０．５５２／６（ｉ＝１〜６）となり、マイクロレンズの形状は、図１９に示すように
なり、マイクロレンズ４５の拡散特性は、図２０に示す
ようになる。

【００４４】図２１は、本発明の第４の実施例を示すも
ので、この実施例では、焦点板本体４７およびマイクロ
レンズ４９が、光学ガラスからなり、開口半径が１０μ
ｍ、厚みが１．３１μｍとされている。そして、ブルー
系の波長λＢ，グリーン系の波長λＧ（主波長）および
レッド系の波長λＲに対する屈折率が、それぞれ、１．
５７５、１．５７１、１．５６８とされている。

【００４５】すなわち、開口半径Ｒ_aが１０μｍ、屈折
率Ｎ₀が１．５７１の場合である。ｄＣ＝ｄＫ＝０とす
ると、Ｒ_k＝５７．１Ａ_i＝０．４２９／６（ｉ＝１〜６）となり、マイクロレンズの形状は、図２１に示すように
なり、マイクロレンズ４９の拡散特性は、図２２に示す
ようになる。

【００４６】図２０，図２２から明らかなように、屈折
率Ｎ₀を変化させても、Ｂ，Ｇ，Ｒともほぼ等しい拡散
となり、また、Ｂ，Ｇ，Ｒのトータルの拡散は、拡散角
が大きくなるにつれて緩やかに弱くなり、途中に中落ち
などはない。すなわち、マイクロレンズの材質が変化
し、主波長に対する屈折率Ｎ₀が変化した時にも、良好
な拡散を得ることができる。

【００４７】しかして、上述した焦点板では、マイクロ
レンズ２３，２７，２９，３１，３３，３５，３７，３
９，４１，４５，４９の曲面形状を、マイクロレンズの
開口半径Ｒ_aと、マイクロレンズを構成する物質の主波
長に対する屈折率Ｎ₀とから決定される中心曲率半径Ｒ
_kおよび非球面係数Ａ_i（ｉ＝１〜ｎ）を用いて表され
る非球面形状としたので、光の波長による拡散の違いが
少なく、また、拡散に落ち込み等のむらがないマイクロ
レンズを有する焦点板を提供することができる。

【００４８】また、マイクロレンズ２３，２７，２９，
３１，３３，３５，３７，３９，４１，４５，４９の中
心から距離ｒ離れた位置の曲面高さｚ（ｒ）をｚ（ｒ）＝ｆ（Ｒ_a）−ｆ（ｒ）とし、関数ｆ（ｒ）を、

【００４９】

【数７】

【００５０】としたので、光の波長による拡散の違いが
少なく、また、拡散に落ち込み等のむらがないマイクロ
レンズの曲面形状を容易に求めることが可能となる。な
お、以上述べた実施例では、マイクロレンズ２３，２
７，２９，３１，３３，３５，３７，３９，４１，４
５，４９を凸面形状とした例について説明したが、本発
明はかかる実施例に限定されるものではなく、マイクロ
レンズを凹面形状としても良く、この場合には、マイク
ロレンズの中心から距離ｒ離れた位置の曲面高さｚ
（ｒ）は、ｚ（ｒ）＝ｆ（ｒ）−ｆ（Ｒ_a）となる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の焦点板で
は、マイクロレンズの曲面形状を、マイクロレンズの開
口半径Ｒ_aと、マイクロレンズを構成する物質の主波長
に対する屈折率Ｎ₀とから決定される中心曲率半径Ｒ_k
および非球面係数Ａ_i（ｉ＝１〜ｎ）を用いて表される
非球面形状としたので、光の波長による拡散の違いが少
なく、また、拡散に落ち込み等のむらがないマイクロレ
ンズを有する焦点板を提供することができるという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２のマイクロレンズを拡大して示す断面図で
ある。

【図２】本発明の焦点板の第１の実施例を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の焦点板の第２の実施例を示す断面図で
ある。

【図４】図３のマイクロレンズの拡散特性を示すグラフ
である。

【図５】第２の実施例において非球面係数Ａ_iを変化し
たマイクロレンズを示す断面図である。

【図６】図５のマイクロレンズの拡散特性を示すグラフ
である。

【図７】第２の実施例においてパラメーターＣをマイナ
ス側にとったマイクロレンズを示す断面図である。

【図８】図７のマイクロレンズの拡散特性を示すグラフ
である。

【図９】第２の実施例においてパラメーターＣをプラス
側にとったマイクロレンズを示す断面図である。

【図１０】図９のマイクロレンズの拡散特性を示すグラ
フである。

【図１１】第２の実施例においてパラメーターＫをマイ
ナス側にとったマイクロレンズを示す断面図である。

【図１２】図１１のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【図１３】第２の実施例においてパラメーターＫをプラ
ス側にとったマイクロレンズを示す断面図である。

【図１４】図１３のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【図１５】第２の実施例において開口半径Ｒ_aを小さく
したマイクロレンズを示す断面図である。

【図１６】図１５のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【図１７】第２の実施例において開口半径Ｒ_aを大きく
したマイクロレンズを示す断面図である。

【図１８】図１７のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【図１９】本発明の焦点板の第３の実施例のマイクロレ
ンズを示す断面図である。

【図２０】図１９のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【図２１】第３の実施例において屈折率Ｎ₀を大きくし
たマイクロレンズを示す断面図である。

【図２２】図２１のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【図２３】従来の焦点板を示す断面図である。

【図２４】図２３のマイクロレンズを示す断面図であ
る。

【図２５】図２４のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【図２６】従来のマイクロレンズの他の例を示す断面図
である。

【図２７】図２６のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【図２８】従来のマイクロレンズのさらに他の例を示す
断面図である。

【図２９】図２８のマイクロレンズの拡散特性を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

２１焦点板本体２３，２７，２９，３１，３３，３５，３７，３９，４
１，４５，４９マイクロレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可視光を拡散するためのマイクロレンズ
を、所定ピッチで多数配列してなる焦点板において、前
記マイクロレンズの曲面形状を、マイクロレンズの開口
半径Ｒ_aと、マイクロレンズを構成する物質の主波長に
対する屈折率Ｎ₀とから決定される中心曲率半径Ｒ_kお
よび非球面係数Ａ_i（ｉ＝１〜ｎ）を用いて表される非
球面形状としてなることを特徴とする焦点板。
【請求項２】マイクロレンズの中心から距離ｒ離れた
位置の曲面高さｚ（ｒ）は、ｚ（ｒ）＝ｆ（Ｒ_a）−ｆ
（ｒ）またはｚ（ｒ）＝ｆ（ｒ）−ｆ（Ｒ_a）であり、
前記関数ｆ（ｒ）は、【数１】であることを特徴とする請求項１記載の焦点板。