(57)【要約】【課題】マイクロレンズアレイと元画像の拡大正立実像の結像位置を、元画像とマイクロレンズアレイとの間の距離よりも大きくすることが可能なマイクロレンズアレイを備える光学装置を提供する。【解決手段】第１のマイクロレンズアレイを含み、元画像の縮小倒立実像を結像させる第１のレンズ組と、第２のマイクロレンズアレイと第３のマイクロレンズアレイとを含み、前記第１のレンズ組により結像された前記縮小倒立実像の拡大正立実像を結像させる第２のレンズ組とを備え、前記拡大正立実像と前記平面上の元画像とは同じ大きさであり、かつ、前記第２のレンズ組と前記拡大正立実像の結像位置との間の距離が、前記平面上の元画像と前記第１のレンズ組との間の距離よりも大きい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のマイクロレンズアレイを含み、元画像の縮小倒立実像を結像させる第１のレンズ組と、
第２のマイクロレンズアレイと第３のマイクロレンズアレイとを含み、前記第１のレンズ組により結像された前記縮小倒立実像の拡大正立実像を結像させる第２のレンズ組とを備え、
前記拡大正立実像と前記平面上の元画像とは同じ大きさであり、かつ、前記第２のレンズ組と前記拡大正立実像の結像位置との間の距離が、前記平面上の元画像と前記第１のレンズ組との間の距離よりも大きいことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記第２のマイクロレンズアレイは、可変焦点マイクロレンズアレイであり、
前記第２のマイクロレンズアレイと前記第３のマイクロレンズアレイとの間の距離は、前記第３のマイクロレンズアレイの焦点距離であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記可変焦点マイクロレンズアレイは、二周波液晶を用いた可変焦点マイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとを含み、元画像の縮小倒立実像を結像させる第１のレンズ組と、
第３のマイクロレンズアレイを含み、前記第１のレンズ組により結像された前記縮小倒立実像の拡大正立実像を結像させる第２のレンズ組とを備え、
前記拡大正立実像と前記平面上の元画像とは同じ大きさであり、かつ、前記第２のレンズ組と前記拡大正立実像の結像位置との間の距離が、前記平面上の元画像と前記第１のレンズ組との間の距離よりも大きいことを特徴とする光学装置。
【請求項５】
前記第１ないし第３のマイクロレンズアレイは、フレネルレンズアレイ、あるいは回折レンズアレイであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置に係わり、特に、平面上の元画像を、短い光学距離で結像させることが可能なレンズを備える光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、凸レンズを２枚重ねたレンズを使用することにより、倍率１の正立像で、かつ実像を結像させることが可能である。
しかしながら、図６に示すように、一般的な凸レンズ２０では、凸レンズ２０の曲率により焦点距離が決定されるため、実効上、その最短の焦点距離は、凸レンズ２０の直径（Ｄ）によって決定されるので、平面上の元画像１０と凸レンズ２０との間の距離（Ｒ）を、ある値（一般的には、凸レンズ２０の直径（Ｄ）程度の値）よりも小さくできないという問題があった。
この問題を解消するものとして、図７に示すように、マイクロレンズアレイを２枚重ねたレンズが知られている。
図７に示すレンズでは、マイクロレンズアレイ（２１，２２）を構成する各レンズの直径（Ｄ）を小さくできるので、マイクロレンズアレイ（２１，２２）を構成する各レンズの焦点距離（Ｆ）を小さくでき、その結果として、平面上の元画像１０とマイクロレンズアレイ（２１，２２）との間の距離（Ｒ）を、一般的な凸レンズを２枚使用する場合よりも小さくすることが可能となる。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【非特許文献】
「レーザー＆オプティクスガイドＶ（１）　光学部品」，メレスグリオ株式会社のカタログ，ＭＥＬＬＥＳ　ＧＲＩＯＴ，　ｐ．Ａ３１−Ａ３３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示すレンズでは、マイクロレンズアレイ（２１，２２）と、元画像１０の正立実像１１の結像位置との間の距離（Ｏ）が、平面上の元画像１０とマイクロレンズアレイ（２１，２２）との間の距離（Ｒ）と同じとなり、マイクロレンズアレイ（２１，２２）と元画像１０の実像１１の結像位置との間の距離（Ｏ）を、平面上の元画像１０とマイクロレンズアレイ（２１，２２）との間の距離（Ｒ）よりも大きくすることができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、マイクロレンズアレイを備える光学装置において、マイクロレンズアレイと元画像の拡大正立実像の結像位置を、元画像とマイクロレンズアレイとの間の距離よりも大きくすることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的及び新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、第１のマイクロレンズアレイを含み、元画像の縮小倒立実像を結像させる第１のレンズ組と、第２のマイクロレンズアレイと第３のマイクロレンズアレイとを含み、前記第１のレンズ組により結像された前記縮小倒立実像の拡大正立実像を結像させる第２のレンズ組とを備え、前記拡大正立実像と前記平面上の元画像とは同じ大きさであり、かつ、前記第２のレンズ組と前記拡大正立実像の結像位置との間の距離が、前記平面上の元画像と前記第１のレンズ組との間の距離よりも大きいことを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記第２のマイクロレンズアレイは、可変焦点マイクロレンズアレイであり、前記第２のマイクロレンズアレイと前記第３のマイクロレンズアレイとの間の距離が、前記第３のマイクロレンズアレイの焦点距離であることを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記可変焦点マイクロレンズアレイは、二周波液晶を用いた可変焦点マイクロレンズアレイであることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとを含み、元画像の縮小倒立実像を結像させる第１のレンズ組と、第３のマイクロレンズアレイを含み、前記第１のレンズ組により結像された前記縮小倒立実像の拡大正立実像を結像させる第２のレンズ組とを備え、前記拡大正立実像と前記平面上の元画像とは同じ大きさであり、かつ、前記第２のレンズ組と前記拡大正立実像の結像位置との間の距離が、前記平面上の元画像と前記第１のレンズ組との間の距離よりも大きいことを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記第１ないし第３のマイクロレンズアレイは、フレネルレンズアレイ、あるいは回折レンズアレイであることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の光学装置の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の光学装置は、第１のマイクロレンズアレイ（Ｌ０）を含む第１のレンズ組３０と、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）と第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）とを含む第２のレンズ組３１とを備える。本実施の形態の光学装置では、第１のレンズ組３０により、平面上の元画像１０を縮小して縮小倒立実像１２を結像させ、かつ、この縮小倒立実像１２を第２のレンズ組３１により拡大して、平面上の元画像１０の拡大正立実像１１を結像させる。
ここで、第１のマイクロレンズアレイ（Ｌ０）の焦点距離はｆ０、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）の焦点距離はｆ１、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）の焦点距離はｆ２である。
また、ｍを１以上の正数とするとき、第１のレンズ組３０における、元画像１０の縮小倍率を（１／ｍ）とし、第２のレンズ組３１における、縮小倒立実像１２の拡大倍率をｍとする。即ち、縮小倒立実像１２から見て、第１のレンズ組３０による拡大倍率と、第２のレンズ組３１による拡大倍率とを一致させ、拡大正立実像１１の大きさを、平面上の元画像１０の大きさと同じにする。
ここで、マイクロレンズアレイの各レンズは、ほぼ各レンズの直径に相当する元画像の部分の結像に主に寄与し、かつ、元画像１０とその実像１１が同じ大きさであるため、各レンズのつなぎ目での像のみだれを少なくできる。
【０００８】
図２、図３は、倒立縮小実像１２の縮小倍率が同じ場合に、凸レンズ２０の焦点距離（Ｆ）の違いによる元画像１０と凸レンズ２０との間の距離（Ｒ）の違いを説明するための模式図であり、図２が、焦点距離（Ｆ）が短い場合、図３が焦点距離（Ｆ）が長い場合を示す。
図２、図３に示すように、倒立縮小実像１２の縮小倍率が同じ場合には、焦点距離（Ｆ）が長いほど、元画像１０と凸レンズ２０との間の距離（Ｒ）が大きくなる。
本実施の形態では、第２のレンズ組３１として、凹レンズタイプのマイクロレンズアレイ（Ｌ１）と凸レンズタイプのマイクロレンズアレイ（Ｌ２）とを使用することにより、第２のレンズ組３１の焦点距離（Ｆ）が、第２のレンズ組３１としてマイクロレンズアレイ（Ｌ２）のみを使用する場合（即ち、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）の焦点距離ｆ２）よりも長くなる。
したがって、図４に示すように、第２のレンズ組３１と元画像の正立実像１１の結像位置との間の距離（Ｏ）を、平面上の元画像１０と第１のレンズ組３０との間の距離（Ｒ）よりも長くすることが可能となる。
このように、本実施の形態の光学装置によれば、平面上の元画像１０と第１のレンズ組３０との間の距離（Ｒ）を短くできるとともに、第２のレンズ組３１と元画像１０の正立実像１１の結像位置との間の距離（Ｏ）を、平面上の元画像１０と第１のレンズ組３０との間の距離（Ｒ）よりも大きくすることができる。
【０００９】
［実施の形態２］
本実施の形態の光学装置は、前述の実施の形態の光学装置において、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）として、例えば、二周波液晶を用いた可変焦点マイクロレンズアレイなどの、可変焦点マイクロレンズアレイを使用したものである。
本実施の形態では、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）と第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）との距離を、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）の焦点距離とする。即ち、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）を、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）の焦点位置に配置する。
本実施の形態によれば、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）の焦点距離を変化させることにより、第２のレンズ組３１と元画像１０の正立実像１１の結像位置との間の距離（Ｏ）を移動させることができる。
通常、結像位置が移動すると、像の大きさも変化するが、焦点距離が変化する第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）を、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）の焦点位置に配置することにより、大きさを変化することなく、結像位置を移動することができる。
このように、本実施の形態によれば、元画像１０の正立実像１１の大きさを変化させることなく、元画像１０の正立実像１１の結像位置を可変することが可能となる。
【００１０】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態２の光学装置の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の光学装置は、第１のマイクロレンズアレイ（Ｌ０）と第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）とを含む第１のレンズ組３０と、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）を含む第２のレンズ組３１とを備える。本実施の形態の光学装置では、第１のレンズ組３０により、平面上の元画像１０を縮小して縮小倒立実像１２を結像させ、かつ、この縮小倒立実像１２を第２のレンズ組３１により拡大して、平面上の元画像１０の拡大正立実像１１を結像させる。
ここで、第１のマイクロレンズアレイ（Ｌ０）の焦点距離はｆ０、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）の焦点距離はｆ１、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）の焦点距離はｆ２である。
また、ｍを１以上の正数とするとき、第１のレンズ組３０における、元画像１０の縮小倍率を（１／ｍ）とし、第２のレンズ組３１における、縮小倒立実像１２の拡大倍率をｍとする。即ち、縮小倒立実像１２から見て、第１のレンズ組３０による拡大倍率と、第２のレンズ組３１による拡大倍率とを一致させ、拡大正立実像１１の大きさを、平面上の元画像１０の大きさと同じにする。
【００１１】
前述の図２、図３に示すように、倒立縮小実像１２の縮小倍率が同じ場合には、焦点距離（Ｆ）が短いほど、元画像１０と凸レンズ２０との間の距離（Ｒ）が小さくなる。
本実施の形態では、第１のレンズ組３０として、凸レンズタイプのマイクロレンズアレイ（Ｌ０）と凸レンズタイプのマイクロレンズアレイ（Ｌ１）とを使用することにより、第１のレンズ組３０の焦点距離（Ｆ）が、第１のレンズ組３０としてマイクロレンズアレイ（Ｌ０）のみを使用する場合（即ち、第１のマイクロレンズアレイ（Ｌ０）の焦点距離ｆ０、あるいは、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）の焦点距離ｆ１）よりも短くなる。
したがって、前述の図４に示すように、第２のレンズ組３１と元画像の正立実像１１の結像位置との間の距離（Ｏ）を、平面上の元画像１０と第１のレンズ組３０との間の距離（Ｒ）よりも長くすることが可能となる。
このように、本実施の形態の光学装置によれば、平面上の元画像１０と第１のレンズ組３０との間の距離（Ｒ）を短くできるとともに、第２のレンズ組３１と元画像１０の正立実像１１の結像位置との間の距離（Ｏ）を、平面上の元画像１０と第１のレンズ組３０との間の距離（Ｒ）よりも大きくすることができる。
【００１２】
なお、前述の各実施の形態において、第１のマイクロレンズアレイ（Ｌ０）、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）、および、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）は、拡大正立実像１１の大きさが、平面上の元画像１０の大きさと同じになる位置に配置する。
また、前述の各実施の形態において、第１のマイクロレンズアレイ（Ｌ０）、第２のマイクロレンズアレイ（Ｌ１）、あるいは、第３のマイクロレンズアレイ（Ｌ２）は、フレネルレンズアレイ、あるいはホログラムによるレンズアレイを使用することも可能である。
さらに、第１のレンズ組３０の収差と、第２のレンズ組３１の収差とをできるだけ近づけることにより、色ずれ、歪みなどの少ない拡大正立実像１１を得ることが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、マイクロレンズアレイを備える光学装置において、平面上の元画像と第１のレンズ組との間の距離を短くできるとともに、第２のレンズ組と元画像の正立実像の結像位置との間の距離を、平面上の元画像と第１のレンズ組との間の距離よりも大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の光学装置の概略構成を示す図である。
【図２】倒立縮小実像の縮小倍率が同じ場合に、凸レンズの焦点距離（Ｆ）が短いときの、元画像と凸レンズとの間の距離を説明するための模式図である。
【図３】倒立縮小実像の縮小倍率が同じ場合に、凸レンズの焦点距離（Ｆ）が長いときの、元画像と凸レンズとの間の距離を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１の光学装置の動作を説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２の光学装置の概略構成を示す図である。
【図６】一般的な凸レンズの問題点を説明するための図である。
【図７】従来のマイクロレンズアレイを２枚重ねたレンズを説明するための図である。
【符号の説明】
１０…平面上の元画像、１１…正立実像、１２…倒立実像、２０…凸レンズ、２１，２２，Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２…マイクロレンズアレイ、３０，３１…レンズ組。
【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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