JPH10253920A

JPH10253920A - 光学装置

Info

Publication number: JPH10253920A
Application number: JP5806697A
Authority: JP
Inventors: Ippei Sawaki; 一平佐脇; Takashi Katsuki; 隆史勝木; Fumitaka Abe; 文隆安部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、光学装置に関し、軽量・安価
で、結像の照度が均一となる光学装置を提供することを
課題とする。【解決手段】複数のレンズアレイからなる第１のレン
ズアレイと、第１のレンズアレイの各レンズと対応する
位置に各レンズを有する第２のレンズアレイ及び第３の
レンズアレイを具備し、第３のレンズアレイは、第１の
レンズアレイで形成される倒立像の結像位置であって、
かつ第２のレンズアレイに対して正立像を結像させうる
位置に配置され、前記第１のレンズアレイと前記第３の
レンズアレイとの間、または前記第２のレンズアレイと
前記第３のレンズアレイとの間に、各レンズに対応する
位置に開口スリットを有する中間絞りアレイを介在させ
てなることを特徴とする。

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、画像形成のため
の光学装置に関し、特に、大画面に拡大画像を形成する
のに適切な光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年軽量、薄型の平面ディスプレイが開
発され、さらに画面の大型化，画像の高精細化が要望さ
れている。しかし、平面ディスプレイの製造に用いられ
ている微細加工プロセスをそのまま大型の平面ディスプ
レイの製造に適用するのは、歩留りの点で好ましくな
い。そこで、小型のディスプレイ基板を複数個隙間なく
貼り合わせて大画面化することも考えられるが、各基板
の位置合わせ精度及び配線の複雑さなど、多くの解決す
べき問題がある。

【０００３】一方、複数の平面ディスプレイを複数個配
置し、それぞれの平面ディスプレイに表示される画像を
拡大光学系装置によって拡大し、拡大されたそれぞれの
画像をスクリーン上で連結するようにして大画面化を図
る表示装置（マルチパネルディスプレイと呼ぶ）が提案
されている。たとえば特開平５−１８８３４０号公報に
示される投写型表示装置である。このような拡大光学系
装置は、複数の円筒形のロッドレンズアレイと、フレネ
ルレンズを組合せて形成される。

【０００４】また、画像の入力装置に関しても、高精細
化が期待されているが、画像を分割し、複数の撮像素子
に入力する装置は実現されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の拡大光学系装置
で用いられるロッドレンズアレイは、ガラスで作られた
多数の円筒形レンズを使用して構成されるため、高価で
あり、かつ重い。また、拡大像を得るために大口径のフ
レネルレンズが必要であり、マルチパネルディスプレイ
を構成するために製造の容易さ及び重量・小型化の点で
問題があった。さらに、拡大光学系装置を逆向きに配置
することにより、画像の縮小光学系装置を構成できる
が、同様に小型化の点で問題があった。

【０００６】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、形成された合成画像の照
度を均一化し、さらに軽量化及び低価格化を図ることの
できる拡大光学系又は縮小光学系の光学装置を提供する
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数のレン
ズからなる第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイ
の各レンズと対応する位置にレンズを有する第２のレン
ズアレイ及び第３のレンズアレイを具備し、第２のレン
ズアレイは、第１のレンズアレイで形成された倒立像を
正立像に戻し、連続像として像面に結像させうる位置に
配置され、第３のレンズアレイは、第１のレンズアレイ
で形成される倒立像の結像位置であって、かつ第１のレ
ンズアレイと第２のレンズアレイとが物体と像の位置関
係となるように配置され、前記第１のレンズアレイと前
記第３のレンズアレイとの間、または前記第２のレンズ
アレイと前記第３のレンズアレイとの間に、各レンズに
対応する位置に開口スリットを有する中間絞りアレイを
介在させてなることを特徴とする光学装置を提供するも
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】このような光学装置において、各
レンズアレイを構成する複数のレンズは、一定間隔をあ
けて縦及び横方向に配列されることが好ましい。また、
この発明において、中間絞りアレイは、前記第２のレン
ズアレイによって得られた正立像の照度が全体的に均一
となるような位置に配置されることが好ましい。また、
中間絞りアレイは、結像の照度が均一となるように、前
記中間絞りアレイの開口スリットのうち、レンズアレイ
の最外周のレンズに対応する開口スリットの開口を他の
開口スリットよりも広く形成してもよい。これにより、
レンズアレイの最外周における照度の低下を補償するこ
とができる。

【０００９】また、前記第２のレンズアレイの各レンズ
の配列ピッチを、前記第１のレンズアレイの各レンズの
配列ピッチよりも大きくしてもよい。これにより、拡大
された正立像を形成することができ、拡大系の光学装置
が容易に得られる。さらに、前記第２のレンズアレイの
各レンズの配列ピッチを、前記第１のレンズアレイの各
レンズの配列ピッチよりも小さくしてもよい。これによ
り、縮小された正立像を形成することができ、縮小系の
光学装置が容易に得られる。

【００１０】前記の拡大系の光学装置と平面ディスプレ
イパネルとを複数個組合わせれば拡大画像を形成する表
示装置を提供することができ、前記した縮小系の光学装
置と撮像デバイスとを複数個組合わせれば縮小画像を形
成する画像入力装置を提供することもできる。また、前
記第１、第２及び第３のレンズアレイが、各レンズ以外
の部分に光の通過を阻止する遮光部材を備えてもよい。
ここで、前記遮光部材が、薄板状の遮光板又は筒状の遮
光体としてもよい。各レンズアレイは、アクリル樹脂、
ポリカーボネイト（ＰＣ）、ＰＭＭＡ等を用いることが
好ましい。これらの樹脂はガラスの半分以下の比重（約
１．２）であるため、レンズアレイにガラスを用いた時
に比べて、光学装置の重量は約１／２にすることができ
る。また、中間絞りアレイと遮光部材は黒い塗料を混合
した樹脂を用いることができる。たとえばＡＢＳ樹脂が
用いられる。

【００１１】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の第
１実施例の概略構成図を示す。この発明の光学装置は、
表示しようとする物体側に位置する第１のレンズアレイ
ＬＡ１と、拡大された正立像の側に位置する第２のレン
ズアレイＬＡ２と、この第１及び第２のレンズアレイと
の間に位置する第３のレンズアレイＬＡ３と、第２及び
第３のレンズアレイとの間に位置する中間絞りアレイＡ
０とから構成される。

【００１２】この実施例においては、第１のレンズアレ
イＬＡ１は、開口が３．８mm角、焦点距離が９．４９mm
の凸レンズを、ピッチ５．７７mmで、縦及び横の方向に
整列させたものである。同様に、第２のレンズアレイＬ
Ａ２は、開口３．８mm角、焦点距離９．４９mm、及びピ
ッチ６．０８mmであり、第３のレンズアレイＬＡ３は、
開口３．８mm角、焦点距離７．３５５mm、及びピッチ
５．９３mmである。

【００１３】また、中間絞りアレイＡ０は、開口幅２．
８３mm角、ピッチ５．９５mmの矩形形状の開口を縦及び
横方向に整列させたものである。ただし、各数値は一例
であって、光学装置の規模，拡大率等によって変わる。

【００１４】３つのレンズアレイＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ
３は、いずれも、アクリル樹脂等の樹脂の一体成形によ
り形成した５個×５個程度のレンズからなるサブレンズ
アレイ基板を、それぞれのレンズに対応する開口を設け
た二枚ずつのアパーチャプレートの間に、所定の数だけ
挟み込んで構成される。中間絞りアレイＡ０及びアパー
チャプレートには薄い金属板を用いることができる。

【００１５】図２は、図１に示したこの発明の光学装置
の一部の断面図である。ここで、物体面から第１のレン
ズアレイＬＡ１までの距離ａ＝２５．５mm，第１のレン
ズアレイＬＡ１と第３のレンズアレイＬＡ３との距離ｂ
＝１５．１mm，第３のレンズアレイＬＡ３と第２のレン
ズアレイＬＡ２との距離ｃ＝１４．３mm，第２のレンズ
アレイＬＡ２から像面までの距離ｄ＝２８．１mm，第３
のレンズアレイＬＡ３と中間絞りアレイＡ０との距離ｘ
＝１．８８mmである。この数値も一例であり、これに限
定するものではない。

【００１６】物体面から出た光は第１のレンズアレイＬ
Ａ１の各レンズに入射すると、第３のレンズアレイＬＡ
３の各レンズの位置にそれぞれ倒立像が形成される。第
３のレンズアレイＬＡ３の各レンズでは、この倒立像の
形成に寄与した光が対応する第２のレンズアレイＬＡ２
の各レンズ方向に出射される。このとき、第３のレンズ
アレイＬＡ３の位置に形成された倒立像に寄与した光の
うち一部分の光が中間絞りアレイＡ０によってさえぎら
れる。この中間絞りアレイＡ０は、像面の照度を一定に
するために必要なものである。

【００１７】第２のレンズアレイＬＡ２の各レンズは、
倒立像の形成に寄与した光を透過させて、像面に正立の
拡大像を形成する。像面全体には、第２のレンズアレイ
ＬＡ２の各レンズによって形成された正立の拡大像が合
成されて、物体面にある像の拡大像が結像される。

【００１８】ここで第３のレンズアレイＡ３は、第１の
レンズアレイＬＡ１の各レンズによって形成された倒立
像の形成に寄与した光をすべて第２のレンズアレイの対
応する各レンズに入射させるためのものである。この第
３のレンズアレイがなければ、第１のレンズアレイの各
レンズを通過して前記倒立像の形成に寄与した光は、第
２のレンズアレイの対応するレンズの外側に広がってし
まい像面での結像に寄与しない。すなわち各レンズの中
心部分以外の部分では結像される実像は暗くなってしま
う。

【００１９】したがって、結像される像の照度をできる
だけ大きくするためには、第１のレンズアレイと第２の
レンズアレイとが物体と像の位置関係となるように、第
３のレンズアレイを第１及び第２のレンズアレイ間に配
置する必要がある。このような配置をとることにより第
１のレンズアレイの各レンズを通過して倒立像の形成に
寄与した光をすべて第２のレンズアレイの対応する各レ
ンズに導くことが可能となる。

【００２０】図３に、この発明において、合成された拡
大像が像面に形成されることを説明する図を示す。図３
には、図２のうち、第３のレンズアレイＬＡ３と中間絞
りアレイＡ０，第２のレンズアレイＬＡ２と像面の一部
分のみを示している。また、像面の右側の部分には、像
面に照射される光線の合成照度を示している。

【００２１】同図によると、レンズアレイＬＡ２のある
一つのレンズに対して光軸の中央部分は、中間絞りアレ
イＡ０によって光路がさえぎられないため、最も高い一
定の照度（図３のｅ）を示すが、その外側の部分は、中
間絞りアレイＡ０によって光路がさえぎられるため、一
定の割合で照度が減少することになる（図３のｆ）。

【００２２】一方、像面において結像される像は、前記
したように第２のレンズアレイＬＡ２の各レンズによっ
て形成される拡大合成画像であり、隣接するレンズによ
って一部分が重ね合わさって形成される。したがって、
照度が減少する部分の像を隣接するレンズごとに適度に
重ね合わせることによって、像面全体にわたって一定の
照度（図３のｅ）の画像を得ることができる。

【００２３】図２のように各レンズアレイ，中間絞りア
レイを配置した場合には、像面には、原稿の約１．１６
倍の一定照度の画像が形成される。また、３つのレンズ
アレイの対応する各レンズは、それぞれ、原稿の５．５
mm間隔の像を、像面において６．３８mm間隔に拡大して
形成することになる。

【００２４】原稿面からの光の指向性が高い場合は、ク
ロストークが少ないため、図２の構成で十分であるが、
クロストークが問題となる場合には、次に示すようなア
パーチャを設けることが好ましい。図４に、２つのアパ
ーチャを設けた実施例の断面図を示す。ここで、第１の
レンズアレイＬＡ１と第３のレンズアレイＬＡ３との間
のほぼ中間の位置にアパーチャＡ１、第２のレンズアレ
イＬＡ２と第３のレンズアレイＬＡ３との間のほぼ中間
の位置にアパーチャＡ２を配置する点が図２と異なる。

【００２５】アパーチャＡ１，Ａ２は、Ａ０と同じ構
成，材料で形成すればよい。ただし、アパーチャＡ１，
Ａ２は、レンズ間の光路を遮断することがないように、
各開口は４．０mm角程度とすることが好ましい。このよ
うに、アパーチャＡ１，Ａ２を配置すれば、各レンズア
レイの隣接するレンズからのクロストーク光が除去する
ことができ、コントラストを向上できる。

【００２６】また、原稿面からの光の指向性が低い場合
には、アパーチャをレンズアレイ間にさらに追加しても
よい。なお、図２及び図４において、各レンズアレイ、
中間絞りアレイ，アパーチャ等の相互間を所定の距離に
保つために、スペーサ板が各レンズアレイ間等に挿入さ
れ、一体化されて一つの光学装置として形成することが
好ましい。

【００２７】また、図２において、レンズアレイ間の距
離，開口幅等の間には、一般的に、次の関係が成立す
る。第３のレンズアレイＬＡ３と中間絞りＡ０との距離
をｘ、中間絞りの開口幅をｈとすると、ｘ＝（ｗ３−ｒＰ０）ｃ／（ｗ３＋ｗ２’−ｒＰ０）ｈ＝ｗ２’ｒＰ０／（ｗ３＋ｗ２’−ｒＰ０）

【００２８】ここで、ｗ３：第３のレンズアレイＬＡ
３の各レンズの開口幅ｗ２’：第２のレンズアレイの位置における第１のレン
ズアレイの各レンズの像高（ｗ１２）と、第２のレンズ
アレイの開口幅（ｗ２）のいずれか小さい方の値ｒ：中間像の倍率（＝ｂ／ａ）Ｐ０：レンズアレイの各レンズが作る像の原稿面での
間隔ｒ＝ｂ／ａ，ｗ１２＝ｃ／ｂ

【００２９】この実施例では、ｒ＝１５．１／２５．５
＝０．５９２となり、ｗ３＝３．８、ｗ２’＝ｗ１２＝
ｗ１×１４．３／１５．１＝３．６０、およびＰ０＝
５．５、ｃ＝１４．３である。したがって上式より、ｘ
＝１．８８、ｈ＝２．８３が得られる。

【００３０】なお、中間絞りアレイＡ０を第１のレンズ
アレイＬＡ１と第３のレンズアレイＬＡ３との間に配置
しても同等の光学系が構築できるが、この場合はレンズ
のパラメータと中間絞りアレイＡ０の位置関係は次式で
表わされる。第３のレンズアレイＬＡ３と中間絞りアレ
イとの距離をｘ、中間絞りの開口幅をｈとすると、ｘ＝（ｗ３−ｒＰ０）ｂ／（ｗ３＋ｗ１’−ｒＰ０）ｈ＝ｗ１’ｒＰ０／（ｗ３＋ｗ１’−ｒｐ０）

【００３１】ここで、ｗ３：第３のレンズアレイＬＡ
３の各レンズの開口幅ｗ１’：第１のレンズアレイの位置における第２のレン
ズアレイの各レンズの像高（ｗ２１）と、第１のレンズ
アレイの開口幅（ｗ１）のいずれか小さい方の値ｒ：中間像の倍率Ｐ０：レンズアレイの各レンズが作る像の原稿面での
間隔ｒ＝０．５９２、ｗ３＝３．８、ｗ１’＝ｗ１＝３．８
０、およびＰ０＝５．５、ｂ＝１５．１であるので、ｘ
＝１．８９、ｈ＝２．８５となる。

【００３２】このように、樹脂で作成されたレンズアレ
イと中間絞りアレイを組合せて所定の位置に配置すれ
ば、軽量かつ安価で、結像の照度が均一な拡大系の光学
装置を形成することができる。

【００３３】図５に、この発明の第２実施例の断面図を
示す。同図において、最も外側の中間絞りＡ０の開口長
を、他の開口よりも少し広げたことを特徴とする。第１
実施例では隣接レンズの像との重なり合いにより合成照
度は均一となるが、レンズアレイの各レンズの作る像は
周辺部の照度が低下する。そのためレンズアレイの最外
周部では合成像の照度も低下する。

【００３４】この照度低下を防ぐために、最外周のレン
ズに対応する中間絞りアレイＡ０の開口を、レンズの外
周側のみ広げて光路を遮らないようにする必要がある。
第１実施例では、中間絞りアレイＡ０の開口は２．８３
×２．８３ｍｍであったが、この第２実施例では、最外
周の開口の大きさを外側に１．０ｍｍ程度広げる。すな
わち、中間絞りアレイＡ０の最外周の開口について、四
隅の開口は３．８３×３．８３ｍｍ、その他は縦２．８
３×横３．８３ｍｍ、又は縦３．８３×横２．８３ｍｍ
とする。このように中間絞りアレイの最外周の開口を少
し広げることによって、レンズアレイの最外周部におい
ても合成照度を均一にすることができる。

【００３５】図２又は図４に示した拡大系光学装置を複
数組み合わせ、それぞれの光学装置の原稿面に対応する
部分に液晶ディスプレイ、像面に散乱プレートを置くこ
とにより大型の高精細ディスプレイが構成できる。

【００３６】図６は４面の液晶ディスプレイを用いた実
施例を示す。散乱プレートには透明は樹脂基板の表面を
粗面加工したもの等が用いられる。レンズの位置による
光軸の傾きの違いを補正するため、それぞれの光学系に
よる像毎に像面にフレネルレンズを配置してもよい。

【００３７】フレネルレンズの焦点距離Ｆは像の倍率Ｒ
と像面から結像面までの距離Ｌにより以下のように定ま
る。Ｆ＝ＬＲ／（Ｒ−１）第１実施例の光学装置を用いる場合は、Ｌ＝２５．５＋
１５．１＋１４．３＋２８．１＝８３．０，Ｒ＝１．１
６よりＦ＝６０２mmとなる。

【００３８】図７に、この発明の光学装置を画像入力装
置に応用した実施例の概略図を示す。前述の第１実施例
等の拡大系の光学装置を逆向きに用いることにより、容
易に縮小系の光学装置も構成できる。撮像デバイスのイ
メージセンサの部分に複数の縮小系光学装置を置き、形
成される複数の縮小像の位置に、それぞれ小型のイメー
ジセンサを置くことにより、高価な高解像度イメージセ
ンサを用いることなく、容易に高解像度の画像入力装置
が形成できる。

【００３９】さらに、上記の高精細ディスプレイ（図
６）と高解像度の撮像デバイス（図７）を組み合わせる
ことにより、分割した画像信号のそれぞれを、そのまま
並列伝送して再生すると、図８に示すような画像入力表
示システムが構築できる。このような構成にすれば、画
像分割／合成等の特殊な画像処理回路が不要となる。

【００４０】

【発明の効果】この発明によれば、軽量かつ安価で、か
つ結像の照度が均一な光学装置を提供することができ
る。また、各レンズアレイの配列ピッチを調整すること
により、拡大系又は縮小系の光学装置が容易に形成でき
る。さらに、この光学装置を拡大系として利用すること
により、安価な高精細のディスプレイを実現することが
できる。この光学装置を縮小系として利用することによ
り、安価な高解像度の画像入力装置を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の構成図である。

【図２】この発明の第１実施例の一部分の断面図であ
る。

【図３】この発明において像面に拡大像が形成されるこ
とを示した説明図である。

【図４】この発明において、アパーチャを設けた実施例
の断面図である。

【図５】この発明の第２実施例の断面図である。

【図６】この発明の拡大系の光学装置を利用した高精細
ディスプレイの斜視図である。

【図７】この発明の縮小系の光学装置を利用した高解像
度の画像入力装置の斜視図である。

【図８】この発明の光学装置を利用した画像入力表示シ
ステムである。

【符号の説明】

ＬＡ１第１のレンズアレイＬＡ２第２のレンズアレイＬＡ３第３のレンズアレイＡ０中間絞りアレイＡ１アパーチャＡ２アパーチャ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレンズからなる第１のレンズアレ
イと、第１のレンズアレイの各レンズと対応する位置にレンズ
を有する第２のレンズアレイ及び第３のレンズアレイを
具備し、第２のレンズアレイは、第１のレンズアレイで形成され
た倒立像を正立像に戻し、連続像として像面に結像させ
うる位置に配置され、第３のレンズアレイは、第１のレンズアレイで形成され
る倒立像の結像位置であって、かつ第１のレンズアレイ
と第２のレンズアレイとが物体と像の位置関係となるよ
うに配置され、前記第１のレンズアレイと前記第３のレンズアレイとの
間、または前記第２のレンズアレイと前記第３のレンズ
アレイとの間に、各レンズに対応する位置に開口スリッ
トを有する中間絞りアレイを介在させてなることを特徴
とする光学装置。
【請求項２】前記中間絞りアレイが、前記第２のレン
ズアレイによって得られた正立像の照度が全体的に均一
となるような位置に配置されたことを特徴とする請求項
１記載の光学装置。
【請求項３】前記中間絞りアレイは、最外周に位置す
る開口スリットの幅を、他の開口スリットの幅よりも広
くして形成されていることを特徴とする請求項２記載の
光学装置。
【請求項４】前記第１、第２及び第３のレンズアレイ
が、各レンズ以外の部分に光の通過を阻止する遮光部材
を備えてなることを特徴とする請求項１，２又は３のい
ずれかに記載した光学装置。
【請求項５】前記第２のレンズアレイが、その各レン
ズの配列ピッチを、前記第１のレンズアレイの各レンズ
の配列ピッチよりも大きくして形成されることを特徴と
する請求項１，２，３又は４のいずれかに記載した拡大
系の光学装置。
【請求項６】前記第２のレンズアレイが、その各レン
ズの配列ピッチを、前記第１のレンズアレイの各レンズ
の配列ピッチよりも小さくして形成されることを特徴と
する請求項１，２，３又は４のいずれかに記載した縮小
系の光学装置。
【請求項７】前記請求項５に記載した光学装置と平面
ディスプレイパネルとを複数個組合せて拡大画像を形成
する表示装置。
【請求項８】前記請求項６に記載した光学装置と撮像
デバイスとを複数個組合わせて縮小画像を形成する画像
入力装置。