(57)【要約】【課題】  レンズプレートと画像の位置を自由に変化させることができる空間像形成装置、およびそれを用いた表示装置を提供すること。【解決手段】  空間像形成装置としての正立等倍レンズアレイ２は、多数の微小レンズ体３ａを各微小レンズ体３ａの光軸が互いに平行になるように配列した２つのレンズプレート３，３を備え、各レンズプレート３は、１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上となる後側作動距離が５〜１５０ｍｍの範囲内に有り、その範囲内におけるＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にある。レンズプレート３，３とディスプレイ間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離の位置に画像をぼやけずに結ぶことができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の微小レンズ体を各微小レンズ体の光軸が互いに平行になるように配列した少なくとも２つのレンズプレートを備え、
前記少なくとも２つのレンズプレートは、該各レンズプレートの前記多数の微小レンズ体の各光軸が一致し、かつ、前記多数の微小レンズ体の各頂点同士が接触或いは近接するように配置され、
前記各レンズプレートの前記多数の微小レンズ体はそれぞれ所望の球面収差を有することを特徴とする空間像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空間像形成装置において、
前記多数の微小レンズ体個々のレンズ性能は全て同じであることを特徴とする空間像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空間像形成装置において、
前記少なくとも２つのレンズプレート全体の光軸方向における厚さを、前記微小レンズ体個々の球面収差が小さくなるように設計したときの設計値よりも薄くしたことを特徴とする空間像形成装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、
前記少なくとも２つのレンズプレートは、該各レンズプレートの前記多数の微小レンズ体の各光軸が一致し、かつ、前記多数の微小レンズ体の各頂点同士が接触するように一体化されて、１枚のプレートを構成していることを特徴とする空間像形成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、
前記少なくとも２つのレンズプレートは、物体からの光線が前記各微小レンズ体のレンズ面を通過するときに、前側作動距離の変化に応じて前記レンズ面の異なる部分を通過するように構成されていることを特徴とする空間像形成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、
前記少なくとも２つのレンズプレートは、１Ｌｐでの解像度が１０％以上となる後側作動距離が５〜１５０ｍｍの範囲内に有り、前記範囲内における解像度変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする空間像形成装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、
前記レンズプレートは、基板の片面或いは両面に球面または非球面の微小レンズ体を多数配列した平板マイクロレンズアレイで構成されることを特徴とする空間像形成装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、
前記レンズプレートは透明な樹脂で作製されていることを特徴とする空間像形成装置。
【請求項９】
請求項８に記載の空間像形成装置において、
前記各レンズプレートの前記多数の微小レンズ体は二次元に配置されており、前記多数の微小レンズ体のうち外側に配置される微小レンズ体は、隣接する微小レンズ体と接触しない個所が円形になっており、前記少なくとも２つのレンズプレートには、前記外側に配置される微小レンズ体の円形部分を覆う遮光膜が設けられていることを特徴とする空間像形成装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の空間像形成装置と、表示対象物と、前記空間像形成装置と前記表示対象物を収容する筐体と、を備え、前記表示対象物を前記空間像形成装置
により前記筐体内の空間或いは均質の媒質中に結像させるように構成したことを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の表示装置において、
前記表示対象物は画像を表示するディスプレイであることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正立等倍の空間像を形成する空間像形成装置、およびそれを用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表示装置として、液晶ディスプレイ等の画像表示装置で表示される画像を微小レンズ体を２次元に配列したレンズプレートからなる正立等倍実像光学系により空間像として形成し、その空間像を観察者が両目で見ることで、その空間像が浮き上がって見えるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された正立等倍実像光学系は、物側焦点面位置に液晶表示面が置かれている画像表示装置による画像を、像側焦点面位置に正立等倍の空間像を結ぶ。特に、この表示装置では、正立等倍実像光学系による空間像が、背景均一化手段（穴開きカラー板）によるぼやけた背景に対して強調され浮き上がって見える。
【０００３】
また、スキャナーやコピー機などに用いられる正立等倍レンズアレイとして、図１２に示すものが知られている（特許文献２参照）。この正立等倍レンズアレイは、多数の微小レンズ体１０３ａを各微小レンズ体１０３ａの光軸が互いに平行になるように配列した２つのレンズプレート１０３を備える。２つのレンズプレート１０３は、各レンズプレートの多数の微小レンズ体１０３ａの各光軸が一致し、かつ、多数の微小レンズ体１０３ａの各頂点同士が接触するように配置される。このような正立等倍レンズアレイは、個々の微小レンズ体１０３ａは球面収差が小さくなるように設計され、高精細な結像を実現している。
【特許文献１】特許３１９５２４９号公報
【特許文献２】特開昭６４−８８５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の正立等倍実像光学系や図１２に示す従来の正立等倍レンズアレイは、個々の微小レンズ体１０３ａの球面収差が小さくなるように設計され、高精細な結像を実現するように作製されている。このような従来の正立等倍実像光学系や正立等倍レンズアレイでは、個々の微小レンズ体１０３ａの球面収差が小さいため、物体と微小レンズ体との間の距離（物体位置）が少しでもずれると像がぼやけてしまい、画像の位置を自由に変化させることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものである。その目的は、画像の位置を自由に変化させることができる空間像形成装置、およびそれを用いた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、多数の微小レンズ体を各微小レンズ体の光軸が互いに平行になるように配列した少なくとも２つのレンズプレートを備え、前記少なくとも２つのレンズプレートは、該各レンズプレートの前記多数の微小レンズ体の各光軸が一致し、かつ、前記多数の微小レンズ体の各頂点同士が接触或いは近接するように配置され、前記各レンズプレートの前記多数の微小レンズ体はそれぞれ所望の球面収差を有することを要旨とする。
【０００７】
これによれば、各レンズプレートの多数の微小レンズ体はそれぞれ所望の球面収差を有
するため、前側作動距離の変化に応じて、その前側作動距離と同じ距離の後側作動距離の位置に正立等倍の空間像をぼやけずに結ぶことができる。これにより、前側作動距離を変化させることにより、正立等倍の画像が浮いて見えたり、沈んで見えたりする。したがって、画像の位置を自由に変化させることができる。
【０００８】
本発明に係る空間像形成装置は、高精細な結像を要するスキャナーやコピー機等の用途ではなく、表示装置や、公告媒体、アミューズメント機器等の様々な用途に用いられる。このため、人の目で認識して画像のぼけが分からない程度の精度で結像できれば十分である。
【０００９】
なお、ここにいう「前側作動距離」は、物体と空間像形成装置間の距離をいう。また、「後側作動距離」は、空間像形成装置と像間の距離をいう。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空間像形成装置において、前記多数の微小レンズ体個々のレンズ性能は全て同じであることを要旨とする。これにより、性能の高い空間像形成装置を実現することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の空間像形成装置において、前記少なくとも２つのレンズプレート全体の光軸方向における厚さを、前記微小レンズ体個々の球面収差が小さくなるように設計したときの設計値よりも薄くしたことを要旨とする。
【００１１】
レンズの球面収差は、各微小レンズ体のレンズ面の曲率だけでなく、少なくとも２つのレンズプレート全体の光軸方向における厚さ（レンズの厚さ）にも依存する。
これによれば、少なくとも２つのレンズプレート全体の光軸方向における厚さを、上記設計値よりも薄くしたことで、各レンズプレートの微小レンズ体にそれぞれ所望の球面収差を持たせることができる。なお、ここにいう「微小レンズ体個々の球面収差が小さくなるように設計したときの設計値」とは、少なくとも２つのレンズプレートを、一定の前側作動距離の位置に配置した物体の高精細な空間像を一定の後側作動距離の位置に結ぶように設計したときの値をいう。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、前記少なくとも２つのレンズプレートは、該各レンズプレートの前記多数の微小レンズ体の各光軸が一致し、かつ、前記多数の微小レンズ体の各頂点同士が接触するように一体化されて、１枚のプレートを構成していることを要旨とする。これによれば、空間像形成装置が１枚のプレートの形態となっているので、空間像形成装置の取り扱いが容易で、表示装置等への組み付けが容易になる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、前記少なくとも２つのレンズプレートは、物体からの光線が前記各微小レンズ体のレンズ面を通過するときに、前側作動距離の変化に応じて前記レンズ面の異なる部分を通過するように構成されていることを要旨とする。
【００１４】
ある作動距離に対して、それに対応する最も適したレンズ面の光線通過位置が存在し、その位置を通過した光線によって空間像を結ぶ。これによれば、それぞれの作動距離に対応するレンズ領域を等しくすることができる。つまり、それぞれの作動距離に対して、物体からの光線が各微小レンズ体のレンズ面を通過する際の通過光量を等しくすることができる。このため、それぞれの作動距離に対して良好な空間像を得ることができる。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、前記少なくとも２つのレンズプレートは、１Ｌｐでの解像度が１０％以上となる後側作動距離が５〜１５０ｍｍの範囲内に有り、前記範囲内における解像度変化率が０％／１ｍ
ｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にあることを要旨とする。
【００１６】
これによれば、レンズプレートと物体間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離の位置に画像をぼやけずに結ぶことができる。したがって、レンズプレートと画像の位置を自由に変化させることができる。結像範囲を５〜１５０ｍｍの範囲内としたのは、それ以外の範囲では、人の目がくっきりとした表示として認識できないからである。また、後側作動距離の範囲を１Ｌｐでの解像度が１０％以上となる範囲としたのは、人の目は解像度が１０％以上でぼけを認識できなくなるからである。なお、ここにいう「Ｌｐ」は、ｌｐ／ｍｍを意味し、黒白の直線の１組（ｌｐ：ｌｉｎｅ  ｐａｉｒ）が１ｍｍ中に何組あるかを示す単位である。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、前記レンズプレートは、基板の片面或いは両面に球面または非球面の微小レンズ体を多数配列した平板マイクロレンズアレイで構成されることを要旨とする。これによれば、平板マイクロレンズアレイで構成されるレンズプレートと物体間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離の位置に画像をぼやけずに結ぶことができる。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の空間像形成装置において、前記レンズプレートは透明な樹脂で作製されていることを要旨とする。これによれば、レンズプレートを安価に作製することができ、低コストの空間像形成装置を実現することができる。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の空間像形成装置において、前記各レンズプレートの前記多数の微小レンズ体は二次元に配置されており、前記多数の微小レンズ体のうち外側に配置される微小レンズ体は、隣接する微小レンズ体と接触しない個所が円形になっており、前記少なくとも２つのレンズプレートには、前記外側に配置される微小レンズ体の円形部分を覆う遮光膜が設けられていることを要旨とする。これによれば、少なくとも２つのレンズプレート内部で発生する迷光が像側へ出射するのを遮光膜により抑制することができ、コントラストの高い空間像が得られる。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、請求項１〜９のいずれか１つに記載の空間像形成装置と、表示対象物と、前記空間像形成装置と前記表示対象物を収容する筐体と、を備え、前記表示対象物を前記空間像形成装置により前記筐体内の空間或いは透明な均質の媒質中に結像させるように構成したことを要旨とする。
【００２１】
これによれば、前側作動距離（空間像形成装置と表示対象物間の距離）を変化させても、画像をぼやけずに結ぶことができるので、空間像形成装置と像の距離を自由に変化させて、画像の奥行きを変えることのできる表示装置を実現できる。また、表示対象物を空間像形成装置により透明な均質の媒質中に結像させることにより、その媒質の屈折率に応じて結像距離（後側作動距離）を伸ばすことができる。例えば、その媒質が水の場合には、表示対象物を空間像形成装置により筐体内の空間に結像させる場合よりも、結像距離を１．５倍に伸ばすことができるため、物体位置、レンズ、像位置について設計の自由度が上がる。
【００２２】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の表示装置において、前記表示対象物は画像を表示するディスプレイであることを要旨とする。これによれば、表示対象物として画像を表示するディスプレイを用いているので、ディスプレイに入力する画像データを適宜変えることで、用途に応じた画像を表示させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、画像の位置を自由に変化させることができる空間像形成装置、およびそれを用いた表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
（空間像形成装置）
まず、一実施形態に係る空間像形成装置としての正立等倍レンズアレイ２を説明する。
【００２５】
この正立等倍レンズアレイ２は、図１に示すように、矩形の形状を有する薄い１枚のプレートの形態となっている。
また、正立等倍レンズアレイ２は、図１および図２に示すように、２つのレンズプレート３，３を一体化して構成されている。各レンズプレート３，３は、同じ構成であり、それぞれ多数の球面または非球面の微小レンズ体３ａを両面に有する平板マイクロレンズアレイで構成されている。各微小レンズ体３ａは、各レンズプレート３の基板４の両面に、各々の光軸が互いに平行になるように配列されている。多数の微小レンズ体３ａは千鳥配列で２次元に配置されている。２つのレンズプレート３，３は、多数の各微小レンズ体３ａの各頂点同士が接触するように一体化されている（図２参照）。一体化は、例えば接着により２つのレンズプレート３を固定する方法や、接着せずに２つのレンズプレート３を治具で固定する方法がある。
【００２６】
各微小レンズ体３ａの形状は、図３に示すように６角形である。ただし、多数の微小レンズ体３ａのうち、外側に配置される微小レンズ体３ａについては、隣接する微小レンズ体３ａと接触しない個所は円形になっている（図３の円形部分３ｂ参照）。このような形状を有する多数の微小レンズ体３ａが、隣接する微小レンズ体３ａとの間に隙間ができないように配列されている。
【００２７】
正立等倍レンズアレイ２の特徴は、２つのレンズプレート３，３が、多数の微小レンズ体３ａの各光軸が一致し、かつ、多数の微小レンズ体３ａの各頂点同士が接触するように配置され、各レンズプレートの微小レンズ体３ａはそれぞれ所望の球面収差を有する点にある。また、各微小レンズ体３ａの球面収差等のレンズ性能は全て同じである。
【００２８】
正立等倍レンズアレイ２にあっては、２つのレンズプレート３，３全体の光軸方向における厚さｔ（図２および図６参照）を、微小レンズ体個々の球面収差が小さくなるように設計したときの設計値よりも薄くしたことで、各レンズプレートの微小レンズ体にそれぞれ所望の球面収差を持たせている。
【００２９】
また、各レンズプレート３は、物体からの光線が各微小レンズ体３ａのレンズ面を通過するときに、前側作動距離ＷＤ１（図５参照）の変化に応じてレンズ面の異なる部分を通過するように構成されている。例えば、図６の上側で示すように、物体位置が近く前側作動距離が小さいときには、物体からの光線は各微小レンズ体３ａのレンズ面の外側を使って結像される。逆に、図６の下側で示すように、物体位置が遠く前側作動距離が大きいときには、物体からの光線は各微小レンズ体３ａの内側を使って結像される。
【００３０】
また、各レンズプレート３は、１Ｌｐでの解像度（ＭＴＦ）が１０％以上となる後側作動距離ＷＤ２が５〜１５０ｍｍの範囲内、好ましくは５〜１００ｍｍの範囲内に有り、その範囲内におけるＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にある点にある。後側作動距離ＷＤ２の範囲（結像範囲）を、「１ＬｐでのＭＴＦが１０％以上となる範囲」としたのは、人の目は１ＬｐでのＭＴＦが約１０％以上で、ぼけを認識しなくなるためである。像がより鮮明に認識されるためには、１ＬｐでのＭＴＦが２０％以上が好ましい。
【００３１】
また、後側作動距離ＷＤ２の範囲を５〜１５０ｍｍとしたのは、これ以外の範囲では、人の目がくっきりとした表示として認識できないからである。
各レンズプレート３は、図２および図３に示すように、基板の両面に球面または非球面の微小レンズ体３ａを多数配列した平板マイクロレンズアレイで構成される。
【００３２】
また、各レンズプレート３は透明な樹脂で作製されている。これにより、１枚のプレートに構成された正立等倍レンズアレイ２全体が樹脂で作られている。
さらに、２つのレンズプレート３の各々或いはいずれか一方には、図４に示すように、外側に配置される微小レンズ体３ａの円形部分３ｂを覆う遮光膜５が設けられている。
【００３３】
以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○各レンズプレート３の多数の微小レンズ体３ａはそれぞれ所望の球面収差を有するため、図５および図６に示すように、前側作動距離ＷＤ１の変化に応じて、その前側作動距離ＷＤ１と同じ距離の後側作動距離ＷＤ２の位置に正立等倍の空間像をぼやけずに結ぶことができる。これにより、前側作動距離ＷＤ１を変化させることにより、正立等倍の画像が浮いて見えたり、沈んで見えたりする。したがって、画像の位置を自由に変化させることができる。
【００３４】
○レンズプレート３，３と像の距離を自由に変化させることができるため、画像の奥行きを動かすことができる。
○正立等倍レンズアレイ２では、２つのレンズプレート３の各々における、多数の微小レンズ体３ａ個々のレンズ性能は全て同じであるので、性能の高い正立等倍レンズアレイ２を実現することができる。
【００３５】
○２つのレンズプレート３全体の光軸方向における厚さｔを、上記設計値よりも薄くしたことで、各レンズプレート３の微小レンズ体３ａにそれぞれ所望の球面収差を持たせることができる。
【００３６】
○正立等倍レンズアレイ２が矩形の形状を有する薄い１枚のプレートの形態となっているので、正立等倍レンズアレイ２の取り扱いが容易で、表示装置等への組み付けが容易になる。
【００３７】
○各レンズプレート３は、図６に示すように、物体からの光線が各微小レンズ体３ａのレンズ面を通過するときに、前側作動距離ＷＤ１（図５参照）の変化に応じてレンズ面の異なる部分を通過するように構成されている。これにより、それぞれの前側作動距離ＷＤ１に対応するレンズ領域を等しくすることができる。つまり、それぞれの前側作動距離ＷＤ１に対して、物体からの光線が各微小レンズ体３ａのレンズ面を通過する際の通過光量を等しくすることができる。このため、それぞれの前側作動距離ＷＤ１に対して良好な空間像を得ることができる。
【００３８】
○各レンズプレート３は、１Ｌｐでの解像度（ＭＴＦ）が１０％以上となる後側作動距離ＷＤ２が５〜１５０ｍｍの範囲内、好ましくは５〜１００ｍｍの範囲内に有り、その範囲内におけるＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にある。これにより、正立等倍レンズアレイ２（レンズプレート３）と物体間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離ＷＤ２の位置に画像をぼやけずに結ぶことができる。したがって、正立等倍レンズアレイ２と画像の位置を自由に変化させることができる。結像範囲を５〜１５０ｍｍの範囲内としたのは、それ以外の範囲では、人の目がくっきりとした表示として認識できないからである。また、後側作動距離ＷＤ２の範囲を１Ｌｐでの解像度が１０％以上となる範囲としたのは、人の目は解像度が１０％以上でぼけ
を認識できなくなるからである。
【００３９】
○各レンズプレート３は、基板４の両面に球面または非球面の微小レンズ体３ａを多数配列した平板マイクロレンズアレイで構成される。これにより、平板マイクロレンズアレイで構成される各レンズプレート３と物体間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離の位置に画像をぼやけずに結ぶことができる。
【００４０】
○各レンズプレート３は透明な樹脂で作製されているので、各レンズプレートを安価に作製することができ、低コストの正立等倍レンズアレイ２を実現することができる。
○２つのレンズプレート３の各々或いはいずれか一方には、図４に示すように、外側に配置される微小レンズ体３ａの円形部分３ｂを覆う遮光膜５が設けられている。これにより、正立等倍レンズアレイ２の内部、つまり２つのレンズプレート３内部で発生する迷光が像側へ出射するのを遮光膜５により抑制することができ、コントラストの高い空間像が得られる。
【００４１】
（実施例１）
図７の曲線３０は、実施例１に係る正立等倍レンズアレイ２における、後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示している。
【００４２】
本実施例では、正立等倍レンズアレイ２の各レンズプレート３は、１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上となる後側作動距離ＷＤ２が１０〜７０ｍｍの範囲内に有り、その後側作動距離範囲内におけるＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にある。ここで、各微小レンズ体３ａの開口角は１２度である。
【００４３】
各微小レンズ体３ａの曲率半径は０．５６７ｍｍである。
微小レンズ体３ａのピッチは０．４９９ｍｍである。
各レンズプレート３の厚み（基板４の厚み）は１．６３ｍｍである。
【００４４】
各レンズプレート３は、射出成型により透明な樹脂で作製されている。すなわち、各レンズプレート３は、作製しようとするレンズプレートの各微小レンズ体３ａと同じ配列、同じ曲率、同じ径の多数の凹部を有する金型２枚を、向かい合わせて配置し、その間に透明な樹脂を流し込んで成型される。その透明な樹脂は、微小レンズ体３ａに適した性質（透明性、強度など）を有する樹脂であれば、どのような樹脂を用いても良い。
【００４５】
（実施例２）
図８の曲線３１は、スキャナーやコピー機などに用いられる図１２に示すような通常品（従来）の正立等倍レンズアレイにおける後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示している。この通常品の正立等倍レンズアレイは、個々の微小レンズ体は球面収差が小さくなるように設計されており、２つのレンズプレート１０３，１０３全体の光軸方向における厚さｔ１（図１２参照）は、１．６９ｍｍである。
【００４６】
図８の曲線３２は、実施例２に係る正立等倍レンズアレイ２における後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示している。この正立等倍レンズアレイ２は、２つのレンズプレート３，３全体の光軸方向における厚さｔ（図２および図６参照）は１．６６ｍｍである。つまり、この厚さｔは、上記通常品の厚さｔ１よりも３０μｍ薄くなっている。
【００４７】
図８の曲線３１，３２から明らかなように、実施例２に係る正立等倍レンズアレイ２は、上記通常品に比べて、使用可動範囲である後側作動距離ＷＤ２（ＷＤ２＝２５〜７０ｍｍ）での解像度が低く、像のぼけが認識されにくい。つまり、本実施例では、最初から像を少しぼかしているので、前側作動距離ＷＤ１を変化させた場合による像のぼけが気にな
らない。また、実施例２に係る正立等倍レンズアレイ２は、上記通常品に比べて、ぼけが大きくなるＷＤ（ＷＤ２）大の領域における曲線３１の傾き（ＭＴＦ／ＷＤ）が小さいため、ＷＤが変化しても像のぼけが認識されにくい。
【００４８】
（実施例３）
図９の曲線３３は、実施例３に係る正立等倍レンズアレイ２における、後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示している。
【００４９】
本実施例では、正立等倍レンズアレイ２の各レンズプレート３は、１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上となる後側作動距離ＷＤ２が１０〜１６０ｍｍの範囲内に有り、その後側作動距離範囲内におけるＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にある。
【００５０】
本実施例に係る正立等倍レンズアレイ２では、各レンズプレート３の微小レンズ体３ａの曲率半径は０．５７６ｍｍである。
２つのレンズプレート３，３全体の光軸方向における厚さｔは１．６８ｍｍである。
【００５１】
各微小レンズ体３ａのピッチは、０．４９９ｍｍである。
また、各微小レンズ体３ａの半径は、０．３ｍｍである。
（実施例４）
図９の曲線３４は、実施例４に係る正立等倍レンズアレイ２における、後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示している。
【００５２】
本実施例では、正立等倍レンズアレイ２の各レンズプレート３は、１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上となる後側作動距離ＷＤ２が１０〜９０ｍｍの範囲内に有り、その後側作動距離範囲内におけるＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にある。
【００５３】
本実施例に係る正立等倍レンズアレイ２では、各レンズプレート３の微小レンズ体３ａの曲率半径は０．５８２ｍｍである。
２つのレンズプレート３，３全体の光軸方向における厚さｔは１．６８ｍｍである。
【００５４】
各微小レンズ体３ａのピッチは、０．４９９ｍｍである。
また、各微小レンズ体３ａの半径は、０．３ｍｍである。
図９から明らかなように、曲線３３で示す実施例３では、１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上となる後側作動距離ＷＤ２が１０〜１６０ｍｍの範囲内におけるＭＴＦ変化率がゆるやかである。これに対して、曲線３４で示す実施例４では、１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上となる後側作動距離ＷＤ２が１０〜９０ｍｍの範囲内におけるＭＴＦ変化率が、実施例３よりも急である。このことから、実施例３の方が実施例４よりも好ましい。
【００５５】
図１０は、上記一実施形態に係る正立等倍レンズアレイ２により、物体の像を透明な均質の媒質４０中に結像させる場合の使用例を示している。
このような使用例では、その媒質４０の屈折率に応じて結像距離（後側作動距離）を伸ばすことができる。例えば、その媒質４０が水の場合には、物体の物を正立等倍レンズアレイ２により空間に結像させる場合よりも、結像距離を１．５倍に伸ばすことができるため、物体位置、レンズ、像位置について設計の自由度が上がる。
【００５６】
（表示装置）
次に、上記一実施例に係る正立等倍レンズアレイ２を備えた表示装置１を図１１および図５に基づいて説明する。この表示装置１は、カーナビゲーションシステムの表示部、携
帯電話の表示部、公告媒体、アミューズメント機器等に用いられる。
【００５７】
表示装置１は、上記正立等倍レンズアレイ２と、表示対象物であるディスプレイ１０と、正立等倍レンズアレイ２およびディスプレイ１０を収容する筐体１１、１２とを備える。ディスプレイ１０は、例えば液晶ディスプレイである。このディスプレイ１０は、マトリクス状に配置された複数の画素の各スイッチング素子を介して、各画素に画像データに応じたデータ信号を順に書き込んで画像を表示するようになっている。
【００５８】
ディスプレイ１０で表示される画像が、正立等倍レンズアレイ２を構成する２つのレンズプレート３，３により、図５に示すように、筐体１２内の空間に結像されるようになっている。
【００５９】
筐体１２は、筐体１１に摺動可能に嵌合している。筐体１２には、レンズプレート３，３により空間に結像される像を外から見るための窓１２ａが設けられている。この窓１２ａには、例えば透明なガラスがはめ込まれている。
【００６０】
また、２つのレンズプレート３，３は、各微小レンズ体３ａの光軸方向（図１１の左右方向）に位置を変えられるように筐体１１の内周面に嵌合している。
以上のように構成された表示装置１によれば、以下の作用効果を奏する。
【００６１】
○正立等倍レンズアレイ２の各レンズプレート３，３は、１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上となる後側作動距離ＷＤ２が５〜１５０ｍｍの範囲内に有り、その範囲内におけるＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にある。このため、レンズプレート３，３とディスプレイ１０（物体）間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離ＷＤ２の位置に画像をぼやけずに結ぶことができる。したがって、レンズプレート３，３と、正立等倍レンズアレイ２により空間に結像される画像の位置を自由に変化させることができる。
【００６２】
○レンズプレート３，３と像の距離を自由に変化させることができるため、画像の奥行きを動かすことができる。
例えば、ディスプレイ１０の位置は固定しておいて、レンズプレート３，３を図１で右側へ移動させると、窓１２ａを通して筐体１２内の画像を見たとき、画像が浮き出て見えるような浮き出し効果を発揮できる。
【００６３】
なお、レンズプレート３，３とディスプレイ１０間の距離を変化させるために、ディスプレイ１０の位置またはレンズプレート３，３の位置のどちらを変えても良い。
○平板マイクロレンズアレイで構成されるレンズプレート３，３とディスプレイ１０（物体）間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離の位置に画像をぼやけずに結ぶことができる。
【００６４】
○レンズプレート３，３は透明な樹脂で作製されているので、各レンズプレート３，３を安価に作製することができる。
○正立等倍レンズアレイ２と表示対象物としてのディスプレイ１０間の距離（前側作動距離ＷＤ１）を変化させても、画像をぼやけずに結ぶことができるので、正立等倍レンズアレイ２と像の距離を自由に変化させて、画像の奥行きを変えることのできる表示装置１を実現できる。
【００６５】
○表示対象物として画像を表示するディスプレイ１０を用いているので、ディスプレイ１０に入力する画像データを適宜変えることで、用途に応じた画像を表示させることができる。
【００６６】
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記一実施形態では、正立等倍レンズアレイ２を２つのレンズプレート３，３で構成したが、３つ以上のレンズプレート３を用いて正立等倍レンズアレイ２を構成することもできる。
【００６７】
・上記一実施形態では、各レンズプレート３，３の多数の微小レンズ体３ａを千鳥配列で２次元に配置したが、多数の微小レンズ体３ａを正方配列で２次元に配置しても良い。つまり、各微小レンズ体３ａの形状は正方形であっても良い。ただし、多数の微小レンズ体３ａのうち、外側に配置される微小レンズ体３ａについては、隣接する微小レンズ体と接触しない個所は円形にするのが好ましい。要するに、多数の微小レンズ体３ａは、隣接する微小レンズ体３ａとの間に隙間ができないような形状および配列であれば、多数の微小レンズ体３ａを千鳥配列や正方配列以外の配列方法で配置しても良い。
【００６８】
・上記一実施形態では、レンズプレート３は、基板４の両面に球面または非球面の微小レンズ体３ａを多数配列した平板マイクロレンズアレイで構成されているが、レンズプレート３は、基板４の片面に球面または非球面の微小レンズ体３ａを多数配列した平板マイクロレンズアレイで構成しても良い。
【００６９】
・上記一実施形態では、ディスプレイ１０で表示される画像が正立等倍レンズアレイ２により、筐体１２内の空間に結像されるようにしているが、その画像が正立等倍レンズアレイ２により、筐体１２内の均質な媒質中或いは透明体内に結像されるように構成した表示装置にも本発明は適用可能である。ここで「透明体」とは、例えば樹脂などである。このように、像が表示される表示面を液体等の均質な媒質中或いは透明体内に設けると、物質の屈折率に応じて結像距離を変えることができる。
【００７０】
・上記表示装置１（図１１参照）において、レンズプレート３の前方（像側）に、反射光を低減するためのフィルタを設けてもよい。このフィルタとしては、例えば色付きガラスなど、反射光を減少することができる物であればどのような物を用いてもよい。
【００７１】
・上記一実施形態では、ディスプレイ１０として液晶ディスプレイを用いているが、ディスプレイ１０として有機ＥＬ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなど、他のディスプレイを用いる構成にも本発明は適用可能である。
【００７２】
・上記一実施形態で説明した正立等倍レンズアレイ２では、図２および図６に示すように２つのレンズプレート３は接触しているが、接触させた場合と同等の光学性能が得られる限りは、２つのレンズプレート３を離して用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】一実施形態に係る正立等倍レンズアレイを示す斜視図。
【図２】図１の正立等倍レンズアレイを一部破断して示した断面図。
【図３】同レンズアレイの１枚のレンズプレートを示す平面図。
【図４】同レンズアレイに設けた遮光膜を示す平面図。
【図５】同レンズアレイによる結像を示す説明図。
【図６】同レンズアレイによる結像を示す図で、前側作動距離を変えた二通りの場合の結像を示す説明図。
【図７】実施例１に係る正立等倍レンズアレイの後側作動距離と解像度の関係を示すグラフ。
【図８】通常の正立等倍レンズアレイと実施例２に係る正立等倍レンズアレイの厚みの違いによる解像度カーブの差を示すグラフ。
【図９】実施例３と実施例４についての図７と同様のグラフ。
【図１０】一実施形態に係る正立等倍レンズアレイの使用例を示す説明図図。
【図１１】正立等倍レンズアレイを用いた表示装置の概略構成を示す断面図。
【図１２】通常の正立等倍レンズアレイによる結像を示す説明図。
【符号の説明】
【００７４】
ｔ…厚さ、ＭＴＦ…解像度、ＷＤ１…前側作動距離、ＷＤ２…後側作動距離、１…表示装置、２…正立等倍レンズアレイ（空間像形成装置）、３…レンズプレート、３ａ…微小レンズ体、３ｂ…円形部分、４…基板、５…遮光膜、１０…ディスプレイ、１１，１２…筐体、１２ａ…窓、４０…媒質。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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