JPS59176719A - 光伝送板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、平面的な広がυを有する画像を正立等倍率で
像面へ伝送する光伝送板に関するものでおる。

この様な光学素子は、等倍率の複写機やファクシミリ等
に適用されれば平面上の文字や図形等の全体を像面上へ
一時に伝送することができるので、非常に有用である。

画像を正立等倍率で像面へ伝送する光学素子としては、
屈折率が軸心からの距離の２乗に略比例して減少する円
柱状の屈折率分布型レンズが広く知られている。ところ
が、この屈折率分布型レンズは一般に径が非常に小さい
ので、平面的な広がりを有する広範囲な画像を伝送する
為には、多数の屈折率分布型レンズをそれらの光軸が互
いに平行になる様に２次元状に整列配置し、屈折率分布
型レンズアレイとして使用する必要がある。しかし、多
数の屈折率分布型レンズを２次元状に１つ１つ整列配置
する製作工程は、複雑で且つ非能率的である。

また、２個の凸レンズ或いは球レンズをそれらの光軸が
一致する様に配置することによって正立等倍像そ結ぶレ
ンズ系を形成し、この様なレンズ系の複数個をそれらの
光軸が互いに平行になる様に整列配置した正立等倍率の
画像伝送素子も報告されている。しかしこの場合も、個
々のレンズを個別に整列配置しているので、製作工程が
複雛で且つ非能率的である。

更にまた、板状の透明基材の一方または両方の表面に複
数の凸部を形成してこれらの凸部をレンズ部とし、この
様な透明基材の複数枚を間隔を置いて配置した正立等倍
率の画像伝送素子も報告されている。この場合は、レン
ズ部以外の透明な枠部を光が通過しない様に、これらの
枠部を遮光する為の遮光板が必要であり、この遮光板の
位置を透明基材に対して正確に位置決めした状態で全体
を組み立てなければならない。しかし、透明基材の表面
に形成されているレンズ部が凸状を成しているので、遮
光板をレンズ部に対して高精度に位置決めすることが容
易でなく、枠部を通過する光か必ずしも確実には遮蔽さ
れなくて像のコントラストが低下し、画像伝送素子の解
像力が低下する０本発明は、上述の問題点に鑑み、製作
工程が簡素で且つ能率的であり、しかも高い解像力を得
ることができる光伝送板を提供することを目的としてい
る。

以下、本発明による光伝送板の第１〜第３実施例を第１
図〜第６図を参照しながら説明する。

第１図及び第２図は第１実施例を示している。

これらの第１図及び第２図に示す様に、光伝送板（１）
は、ガラスで略正方形の板状に形成された４枚の透明基
材（２ａ）〜（２ｄ）を有している。

透明基材（２ａ）の一方の表面（６ａ）側の肉厚内には
、略半球状の平凸レンズ部（４ａ）が、その平面側を表
面（６ａ）と一致させた状態で、基材（２ａ）と一体的
に設けられている。この様な平凸レンズ部（４ａ）は、
基材（２ａ）中罠互いに間隔を置いて複数個設けられて
おｐ、更に平凸レンズ部（４ａ）と同様の平凸レンズ部
（４ｂ）〜（４ｄ）が基材（２ｂ）〜（２ｄ）内にも夫
々設けられている。

第３図は、透明基材（２自）に平凸レンズ部（４ａ）を
形成する方法を示している。この第６図に示す様に、基
材（２ａ）の一方の表面（６ａ）の全体にマスク（５）
を施し、このマスク（５）に複数の円形の開口部（６）
を設けた後、これらの開口部（６）を通じて、基材（２
ａ）中のイオンと溶融塩（力中のイオンとを交換するこ
とによって、レンズ部（４ａ）を形成する。

この時、基材（２ａ）に電界を印加すると、イオン交換
の為の時間が短縮される。電界の印加は。

ＫＮＯ３と粘土とから成る導電性のペーストａＩ）ヲ介
して基材（２ａ）の他方の表面に貼付されている電極（
１２ａ）と、溶融塩（力中に配置されている電極（１２
ｂ）とによって行う。

なお、基材（２ａ）の表面が平面であるので、フォトリ
ンクラフイーの技術を用いて開口部（６）を形成するこ
とができる。従って、レンズ部（４ａ）を高精度で位置
決めすることができしかも任意の配置にすることができ
る。

平凸レンズ部（４ａ）〜（４ｄ）の屈折率は、平面側の
中心点上で最大であり、外周へ向かって中心からの距離
の２乗に略比例して減少する様な分布を有している。従
って、これらの平凸レンズ部（４ａ）〜（４ｄ）は、通
常の球面レンズと同等のレンズ作用を有している。

透明基材（２ａ）　〜（２ｄ）は、レンズ部（４ａ）〜
（４ｄ）の夫々の光軸を一致させた状態で、透明な接着
剤（１，１によって互いに接着されている。この状態で
はレンズ部（４ａ）〜（４ｄ）が一群のレンズ系を構成
しておシ、同様のレンズ系が夫々の光軸を互いに平行に
して複数列存在している。

平凸レンズ部（４ａ）〜（４ｄ）から成る一群のレンズ
系について説明すると、基材（２ｂ）（２ｃ）の夫々の
Ｌ／ンズ側表面（３ｂ）（３ｃ）ノ中間面と基材（２ａ
）（２ｄ）の夫々のレンズ側聚面（３ａ）（３ｄ）との
距離ｌルンズ部（４ａ）（４ｄ）の基材（２ａ）（２ｄ
）内での焦点距離ｆａ、レンズ部（４ｂ）及び（４Ｃ）
から成る略球状の両凸レンズ部（４ｅ）ノ基材（２ｂ）
（２ｃ）内での合成焦点距離ｆｂｃが ｌ　＝　２ｆｂｃ＞ｆａ＞ｆｂｃ の関係を満足する場合に、物ｗａｅに対して正立等倍率
の像（Ｉυが形成されるので、この関係を満足する様Ｖ
Ｃ１各基材（２ａ）〜（２ｄ）の厚さを選定してレンズ
部（４ａ）〜（４ｄ）が配置されている。

即ち、レンズ部（４ａ）によって物体Ｉの倒立縮小像が
レンズ部（４ｂ）及び（４Ｃ）の略中間面上に形成され
、レンズ部（４ｂ）（４ｃ）は略球状の１個のリレーレ
ンズとして作用し、レンズ部（４ｄ）によって物本αａ
に対して正立等倍率の像（ｌ最が形成される。

この時、基材（２ａ）の表面（６ａ）と物Ｉｌｌ　（１
４）との距離、或いは基材（２ｄ）の表面（６ｄ）と像
（Ｉ５１との距離ｌＯは、レンズ部（４ａ）（４ｄ）の
光軸上の屈折率をｎｏとすると、で表わされる。

なお、各透明基材（２ａ）〜（２ｄ）内のレンズ部（４
ａ）〜（４ｄ）は、互いに近接するレンズ系の視野の一
部分同士が重なることによって物体面を全て網羅し、且
つそれらのレンズ系による像の一部分同士が重なること
によって連続した像を形成する様に、千鳥格子状に一定
ビツチＰで配置されている。このピッチＰは、レンズ系
の物体面上或いは像面上に於ける視野半径をＲとすると Ｐ≦２Ｊ丁几 と表わされる。

レンズ部（４ａ）〜（４ｄ）の配置は、この様に千鳥格
子状であるのが好ましいが、必ずしも千鳥格子状に限ら
れるものではなく、各レンズ系の視野が物体面を全て網
羅し、且つ像の光量分布が均一に近付いて像が連続する
様な任意の配置であってよい。

透明基材（２ｂ）（２ｃ）の夫々のレンズ側表面（６ｂ
）（６Ｃ）には、カーボンブラックを蒸着して形成した
遮光層（１６ｃ）が設けられておシ、この遮光層（１６
ｃ）には、レンズ部（４ｂ）（４ｃ）の径よりも僅かに
小さい径を有する円形の窓部（１７りが、レンズ部（４
ｂ）（４Ｃ）と同心状に設けられている。従って、窓部
（１７ｃ）の径がレンズ部（４ｂ）（４ｃ）の実効的な
径を決定し、窓部（１７ｃ）以外の部分はレンズ部（４
ｃ）（４ｂ）以外からレンズ部（４ｂ）（４ｃ）へ入射
する光を遮断しているので、遮光層（１６ｃ）は絞シと
して機能している。

なお、窓部（１７ｃ）の径がレンズ部（４ｂ）（４ｃ）
の径よシも僅かに小さいのは、レンズ部（４ｂ　）（４
ｃ　）ノＭ折率の２乗漸減分布からの誤差がその周辺近
傍に於いて比較的大きいので、この周辺近傍をレンズ部
として使用しない為である。

遮光層（１６ｃ）の窓部（１７ｃ）の半径、つま９レン
ズ部（４ｂ）（４ｃ）の実効半径ｆｒとすると、レンズ
部（４ａ）〜（４ｄ）から成るレンズ系の、物体面上或
いは像面上に於ける視野半径Ｒは と表わされ、視野半角θは θ＝ｎｑ−ｒ ｆｂｃ と表わされる。

遮光層（６Ｃ）は、光の透過そ妨は且っ反射率の低いも
のであればよく、必ずしもカーボンブランクの蒸着によ
って形成する必要はない。しかし、基材（２ｂ）（２ｃ
）ノミ面（３ｂ）（３ｃ）が平面であるので、カーボン
ブラックの蒸着を利用すると、窓部（７Ｃ）の形状、大
きさ、配列形態をフォトリソグラフィーの技術を用いて
決定できるので、レンズ部（４ｂ）（４Ｃ）との位置合
わせを高精度に行うことができる。

なお、遮光層（１６ｃ）の蒸着に際しては、蒸着部分を
予めすりガラス状に加工しておくとなおよい。

この様な遮光層としては、上記の遮光層（１６ｃ）の他
に、第２図に示す如く、各基材（２ａ）〜（２ｄ）同士
の対向面及び基材（２ａ）（２ｄ）の外表面であって光
路以外の部分に、遮光層（１６ａＸ１６ｂ）（１６ｄ）
（１６ｅ）を夫々設けてもよい。この場合、遮光層（１
６りの他に、遮光層（１６ａＸ１６ｂＸ１６ｄＸ１６ｅ
）（７）総てが設けられているのが最も好ましいが、特
に、遮光層（１６ａ）（１６ｂ）は、光伝送板（１１の
解像力を向上させる８！υの効果が大きい為に有効であ
る。

なお、基材（２ａ）〜（２ｄ）同士の対向面に設けられ
ている遮光層（１６ｂ）〜（１６ｄ）は、互いに接着さ
れている各基材（２ａ）〜（２ｄ）の一方にのみ設けら
れていてもよく、また、それらの両方に設けられていて
もよい。

また、窓部（１７ａ）〜（１７ｅ）の形状は、必ずしも
円形に限られるものではなく、像の光量分布が均一に近
付く様な任意の形状でよい。

この第１実施例に於いては、基材（２ａ）〜（２ｄ）の
屈折率＝　１．５２、レンズ部（４ａ）　〜（４ｄ）の
直径＝０．５０ｍｍＴｈＰ＝　１．０　（１１ｍｍ、ｆ
ａ　＝　２．５５　ｍｒ＝、ｆｂｃ＝　１．４５籠、Ｒ
，＝１．８１罠、θ＝９°であり、光伝送板（１）（７
）厚す（＝　２１　）　ハ５．８　ｗ　Ｔ、物体（１４
）　、！：　像（１５）との距離は６０問と非常に小型
の光学系を作成することができる。

第４図は本発明の第２実施例を示している。この第４図
に示す様に、光伝送板（２１）は、透明基材（２２ａ）
〜（２２りが６枚で１地中間に配置されている基材（２
２ｂ）に略球状の両凸レンズ部（２４ｂ　）が形成され
ていることを除いて、第１図及び第２図に示した第１実
施例の光伝送板（１）と実質的に同様の構成であってよ
い。

透明基材（２２ｂ）に略球状の両凸１／ンズ部（２４ｂ
）を形成する為には、まず第６図に示した方法によって
、第１災施例と同様なイオン拡散を行い、平面側か基材
（２２ｂ）の一方の表面と一致する平凸レンズ部を形成
する。次いで、第６図に示したマスク（５）を基材（２
２ｂ）の界面から取除いた状態で、平凸レンズ部の屈折
率よυも低い屈折率を有する物質のイオンを含む溶融塩
中で、電界を印加しながら・ｒオン交換を行う。

第５図は、この様に二段イオン交換を行う時に、時間の
経過に伴って、レンズ部の形状が変化する状態を示して
いる。つま凱レンズ部は、第５図ＡＶｃ示す平凸状から
第５図Ｂに示す形状へ徐々に変化し、更に徐々に変化し
て、最終的には第５図０に示す形状になり、外周面が基
材（２２ｂ）の一方の表面に接している略球状の両凸レ
ンズ部（２４ｂ）が形成される。

なお、光伝送板（２１Ｊは透明基材（２２ａ）　〜（２
２ｃ）が６枚であるが、両凸レンズ部（２４りの中心と
平凸レンズ部（４ａ）及び（４ｄ）の夫々の平面側との
同一光軸上に於ける距離は、第１実施例の光伝送板（１
）と同様に、共に等しい値（第４図に於いてはｌ）でお
る。

この様な第２実施例に於いては、透明基材（２２ａ　）
〜（２２ｃ）を６枚しか必要としないので、構成がより
簡単である。

第６図は本発明の第３実施例を示している。この第６図
に示す様に、光伝送板０１）は、同一光軸上に於いて両
端に位置する２個の平凸レンズ部（４ａ）（４ｄ）の夫
々の平面が中央に位置する両凸レンズ部（４ｅ）に対向
していることを除いて、第１図及び第２図に示した第１
実施例の光伝送板ｍと実質的に同様の構成であってよい
。

この様な第３災施例に於いては、適当な照明手段によっ
て物体ａ４を照射すれば、レンズ部（４ａ）（４ｄ）（
４ｅ）の焦点距離及び基材（２ｅ）　〜（２ｄ）の厚さ
を内筒することによって、物体■及び像（１句をこの光
伝送板Ｇ１の両方の板面に接触させることができて、光
学系の全体の大きさをより小型化することができる。

以上、本発明を第１〜第３実施例に基いて説明したが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、各
種の変更か可能である。

例えば、平凸レンズ部（４ａ）〜（４ｄ）は、それらの
屈折率を２乗近似の漸減分布とする以外に、一様な屈折
率としてもよい。この場合は、レンズ部（４ａ）〜（４
ｄ）を形成する位置に半球状の凹部を設け、この凹部内
へＣＶＤ等によって基材（２ａ）〜（２ｄ）よりも高屈
折率を有する物質を堆積させればよい。

また、透明基材（２ａ）〜（２ｄ）としては、ガラス以
外にプラスチックであってもよい。この場合は、レンズ
部（４ａ）〜（４ｄ）を形成する部分のみをマスキング
し、基材（２ａ）〜（２ｄ）よりも低屈折率のモノマー
をマスクの周囲から拡散させ重合反応させることによっ
て、前述したのと同様の漸減屈折率分布を有するレンズ
部（４＆）〜（４ｄ）を形成することができる。

以上に述べた様に、本発明による光伝送板は、単一の透
明基材内に複数のレンズ部を一体的に形成し、複数の透
明基材を積層する様にしたものである。従って、個々の
レンズを個別に整列配置する必要がないので、製作工程
が簡素で且つ能率的である。

また、本発明による光伝送板は、レンズ部が板状の透明
基材の内部に形成されるので、この透明基材の表面は平
面である。従って、レンズ部の配列形態、及び遮光層の
窓部の形状、大きさ、配列形態をフォトリソグラフィー
の技術を用いて決定できるので、レンズ部と遮光層の窓
部との位置合わせを高精度に行うことができ、レンズ部
以外を通過する光が確実に遮蔽されて像のコントラスト
が向上し、高い解像力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略的な斜視図、第
２図は第１図の且−■線に於ける部分的２実施例を示す
概略的な部分断面図、第５図は本発明の第２実施例の製
造過程を示す概略的な部分断面図、第６図は本発明の第
６実施例を示す概略的な部分断面図である。 なお図面に用いられている符号に於いて、（１）シυ０
υ　・　　　光伝送板 である。 代理人　土星　勝 常　　包　　芳　　男 杉浦俊貴 第５図 １４１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　板状を成し夫々が所定の厚さを有する複数の透明
   基材と、これらの透明基材の夫々の内部に複数ずつ一体
   的に形成されているレンズ部とを夫夫具備し、前記複数
   の透明基村内の前記レンズ部の光軸が一致する様にこれ
   らの透明基材を積層して、前記光軸上に位置する複数の
   前記レンズ部によってレンズ系を構成し、互いに近接す
   る前記レンズ系の夫々の視野の一部分同士及びこれらの
   レンズ系による夫々の像の一部分同士を重ねること釦よ
   って、平面的な画像からの光束を平面的な正立等倍央像
   として結像させる様に構成した光伝送板。 ２、前記光軸に略垂直な面内で且つこれらの光軸の近傍
   に位置する光路を除く部分に遮光層を設けたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の光伝送板。