JPH10186107A

JPH10186107A - 小型レンズアレイシステム

Info

Publication number: JPH10186107A
Application number: JP9351477A
Authority: JP
Inventors: Mark Marshall Meyers; マーシャルメイヤーズマーク
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1998-07-14
Also published as: DE19755565A1; US5822125A

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな視界にわたり優れた像品質を持つ、コ
ンパクトで容易に製造可能なレンズアレイアセンブリを
提供する。【解決手段】システム100,200,300,400 は、視界制限
マスク40,162と焦平面Fを持つ第１の小型レンズアレイ1
10 とを含む第１アセンブリと、そこからの光を受ける
第２小型レンズアレイ120 とを含む。第１小型レンズア
レイ110 は対象物の複数の像セクション135 を中間像平
面136 上に形成する。第１小型レンズアレイ110 は複数
の正パワー小型レンズ130 を含み、対象の全視界の１つ
のユニークなセグメントを受け入れる。第２小型レンズ
アレイ120 は複数の正パワー小型レンズ140 を備え、中
間像平面136 に配置された像セクション135 の１つを再
結像して最終像表面上に対象物の像Ｉを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の小型レンズア
レイを含むコンパクトで短焦点距離のレンズシステムに
関する。限定はされないが、本発明は写真又はディジタ
ルカメラおよびディジタルカムコーダにおける使用に特
に最適である。

【０００２】

【従来の技術】極めてコンパクトなカメラを製造するこ
とが望まれる。コンパクトなカメラを製造するために
は、極めてコンパクトな撮影用レンズシステム（対物レ
ンズともいう）を製造する必要がある。レンズシステム
のコンパクトさはその全長により、即ち、レンズシステ
ムの最前面レンズ表面の前面頂点からレンズシステムの
像平面までの距離がどれだけ短いかによって規定され
る。即ち、レンズシステムの焦点距離が短くなるほど、
レンズシステムはよりコンパクトになる。しかしなが
ら、従来のレンズシステムにおいては、結像(image for
mat)の大きさは、レンズシステムの焦点距離ＦＬと視界
角θとの２つのパラメータのみにより決定される。これ
を図１に示す。これらの２つのパラメータは以下の式に
より関係付けられる。

【０００３】

【数１】

【０００４】ここで、ｈは要求されたフォーマットの半
ダイアゴナル（像の高さともいう）であり、θ／２は半
視界角である。こうして、同一の結像を維持するために
は（即ち、所与の像高さｈを維持するためには）、レン
ズシステムの焦点距離が減少した場合でもそのレンズシ
ステムはより大きい視界を処理する必要がある。しかし
ながら、視界が大きくなると、かなりのレンズ収差は修
正が困難になる。例えば、半視界θ／２が３０〜３５度
より大きくなると、コマ収差、非点収差および像面湾曲
は顕著な収差となり像品質に悪影響を与える。従来のレ
ンズシステムはコンパクトさを達成できず、受入れ可能
な画像の品質を提供できず、短焦点距離を持つことがで
きず、大きな視界を取り込むことができない。焦点距離
を短くしたいという要求と視界を大きくしたいという要
求とは相いれない。

【０００５】小型レンズアレイは自然界において知られ
ている。例えば、蠅の眼はミニレンズ要素（小型レンズ
ともいう）のアレイを含んでいる。蠅の眼のレンズの配
置はフォトエッチングのためのマスクを生成するために
使用される。これはJohn Wiley and Sons により刊行さ
れた"SPIE HANDBOOK OF PHOTOGRAPHIC SCIENCE" の第12
36頁のセクション21に記載されている。

【０００６】小型レンズアレイはまた、他の目的のため
に使用されてきた。米国特許第5,351,151 号は空間的お
よびスペクトル的なフィルタリングの結合された応用の
デュアル小型レンズアレイトランスフレクタ（transfle
ctor) を開示している。このトランスフレクタにおいて
は、２つのアレイの焦平面は一致している。したがっ
て、第１のレンズアレイに入射したコリメートされたビ
ームは、やはりコリメートされた光ビームとして第２の
小型レンズアレイから出ていき、したがって像を形成し
ないであろう。同様に、ほぼコリメートされた入射ビー
ムはほぼコリメートされたビームとして第２の小型レン
ズアレイからでていくであろう。さらに、この特許（コ
ラム７）は第２のアレイから出た光ビームは互いにスク
ランブルされ、アンスクランブルのための追加の光学系
を必要とすることを教示している。最後に、この特許
は、遠く離れて配置された対象物に対しては、実最終像
は形成されておらず、最終像は虚像である（コラム５、
第６７行）。即ち、出射光線は収束しないで発散する。
したがって、感光媒体が第２のアレイの後ろに配置され
ると、その感光媒体上には像は形成されないであろう。

【０００７】米国特許第4,739,416 号および米国特許第
4,632,522 号は写真コピー機に使用するレンズアセンブ
リを記載している。米国特許第4,632,522 号に開示され
たレンズアセンブリは、接近して配置された対象物を関
連する像平面( スクリーンと称する) 上に再度結像する
ように形成された２個の小型レンズアレイを備えてい
る。第１の小型レンズアレイの焦平面は、第１の小型レ
ンズアレイと像セクションの中間像平面との間のおよそ
中間に配置されている（３２０，３１０，３００）。第
２の小型レンズアレイは上記の中間像平面に横たわる対
象物を再度結像するように形成されているので、第１の
アレイの焦平面の近傍に配置されたものは第２の小型レ
ンズアレイによって適切に再度の結像はされないであろ
う。こうして、この小型レンズアセンブリは最終像平面
（即ちスクリーン４）上に離れた対象物を結像すること
ができない。さらに、隣接する小型レンズは同一の視界
の部分を見るであろう。これは、一部が重なっている複
数のオフセットをもたらす。これはカメラの応用におい
ては全く不適切である。

【０００８】２つの小型レンズアレイのアセンブリはビ
ームステアリング光学系において使用されてきた。その
ようなアセンブリは米国特許第5,059,008 号および第5,
015,080 号に記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらのアレイの小型
レンズは１つの視界の異なる部分を見るようには設計さ
れていない。むしろ、小型レンズアセンブリは様々な出
射角で光学システムから出射するコリメートされた光ビ
ームを生成するように形成されている。これらの小型レ
ンズアレイアセンブリは像を形成せず、したがって像形
成システムにおける使用に適していない。

【００１０】本発明の目的は、大きな視界にわたってす
ぐれた像品質を持つ、極めてコンパクトで、容易に製造
可能な、短焦点距離のレンズアレイアセンブリを提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様により提供されるものは、最終
像表面上に関連する対象物を結像する小型レンズアレイ
システムであって、小型レンズアレイシステムは、視界
制限マスクと、関連する焦平面を有する第１の小型レン
ズアレイとを有する第１のアセンブリとその第１のアセ
ンブリからの光を受け入れる第２の小型レンズアレイと
を備え、第１の小型レンズアレイは、全視界を受入れ、
中間像平面の関連する対象物の複数の像セクションを形
成するものであり、第１の小型レンズアレイは複数の正
パワーの小型レンズを含み、複数の小型レンズの各々は
第１の焦点距離を有し、関連する対象物に向かい合う全
視界の一つのユニークなセグメントを受入れ、全視界の
これらのセグメントは合わせて全視界を構成し、第１の
小型レンズの各々は全視界のそのセグメントに対応する
１つの像セクションを形成するものであり、第２の小型
レンズアレイは複数の正のパワーの小型レンズを有し、
第２の小型レンズアレイの小型レンズの各々は第２の焦
点距離を有し、中間像平面の近傍に配置された凸状の対
象物側表面を有し、中間像平面に配置された像セクショ
ンの１つを再結像し、最終像平面上に像セクションの反
転像を生成する凸状の像側表面を有し、そして第２の小
型レンズアレイの他の小型レンズと共に関連する対象物
の連続像（Ｉ）を生成するものである、小型レンズアレ
イシステムである。

【００１２】本発明の他の態様によれば、上記小型レン
ズアレイシステムにおいて、凸状対象物側表面は中間像
平面の１ｍｍ内に配置されており、第２の焦点距離は第
１の焦点距離より短い。本発明のさらに他の態様によれ
ば、最終像表面上に関連する対象物を結像する小型レン
ズアレイシステムであって、小型レンズアレイシステム
は、隔壁構造と関連する焦平面を持つ第１の小型レンズ
アレイとを含む第１のアセンブリと第２の小型レンズア
レイを含む第２のアセンブリとを備え、第１の小型レン
ズアレイは関連する対象物に向かい合う全視界を受入れ
て中間平面において関連する対象物の複数の像セクショ
ンを形成するものであり、第１の小型レンズアレイは複
数の正パワーの小型レンズを含み、複数の小型レンズの
各々は第１の焦点距離を有し、関連する対象物に向かい
合う全視界の一つのユニークなセグメントを受入れ、全
視界のこれらセグメントは全視界を構成し、小型レンズ
の各々は全視界のそのセグメントに対応する１つの像セ
クションを形成するものであり、隔壁は、多数の開口を
有する隔壁板を含み、開口の各々は第１の小型レンズア
レイの小型レンズにそれぞれ整列されているものと、不
透明エリアと複数の開口とを有する視界制限板であっ
て、視界制限板は中間像板に配置されているものと、小
型レンズと視界制限板との間に延びている複数の隔壁の
壁と、を含んでおり、第２の小型レンズアレイは複数の
正パワーの小型レンズを有し、第２の小型レンズアレイ
の正パワーの小型レンズの各々は中間像平面に配置され
た像セクションの１つを再結像し且つ最終像表面上の像
セクションの反転像を生成し、第２の小型レンズのアレ
イの他の小型レンズとともに、関連する対象物の像を生
成するものと、を備える小型レンズアレイシステムが提
供される。

【００１３】上記小型レンズアレイシステムにおいて、
中間像平面に隣接して配置されたシャッタをさらに備
え、シャッタは閉状態と開状態とを有し、シャッタは複
数の穴を有し、穴は閉状態内にあり、穴はシャッタが開
状態にあるときに視界制限板の開口に整列している。本
発明の好ましい実施例によれば、焦点距離ｆ₂は焦点距
離ｆ₁より短く且つ単一の像は連続の像である。

【００１４】本発明の好ましい実施例によればまた、第
１の小型レンズアレイと第２の小型レンズアレイとの組
合せにより１７ミリメートルより短い全長を持つ小型レ
ンズアレイシステムを提供する。本発明によればまた、
小型レンズアレイシステムは１．０＜ｆ₁／ｆ₂＜７．
０の比を満足する。

【００１５】好ましい実施例によればまた、第２の小型
レンズアレイは中間像平面から１．２ｆ₂以上の距離に
配置されている。小型レンズアレイシステムはコンパク
トで、短い焦点距離を持ち、大きな視界にわたって結像
可能であるということが本発明の利益である。

【００１６】

【発明の実施の形態】新規な小型レンズアレイ／ＣＣＤ
アレイの組合せを用いるディジタルカメラにおける新し
い有望なプローチは関連する米国特許出願のシリアル番
号第08/652,735号および08/663,887号に記載されてい
る。これらの小型レンズアレイは拡大された対象物Ｏの
多数の像セクションを生成する。これらの像セクション
は互いに適正に方向付けられていない。即ち、所与の小
型レンズアレイの複数の小型レンズは全体の像を生成
し、その全体像は、それらの像セクションの頂部と底部
とが互いに対応しないように、不連続で「スクランブ
ル」されている（図２参照）。像セクションはＣＣＤア
レイを含む平面に配置されている。これらの像セクショ
ンにより代表される像情報はＣＣＤアレイにより受け取
られ、処理されて、表示のための最終的な「アンスクラ
ンブル」された像Ｉを生成する。ＣＣＤアレイを含む平
面上に生成された全体の像はスクランブルされているの
で、直接的な観測のために或いはフィルム写真のために
は適していない。これは特別のＣＣＤアレイなしに及び
／又はさらなる処理をすることなしにディジタルカメラ
において使用されないであろう。

【００１７】本発明の小型レンズアレイシステム１は拡
大された対象物Ｏの像Ｉを生成する。この小型レンズア
レイシステム１は広い視界（少なくとも±３０度そして
好ましくは±３５度以上）を受け入れることができる。
しかしながら、この小型レンズアレイシステムは±１０
度（又はそれ以上）の視界を受け入れるシステムにおけ
る使用のために有利であろう。小型レンズアレイシステ
ム１は実施例１００、２００、３００、４００としてよ
り詳細に記載されている。小型レンズアレイシステム１
は、図３に示される視界制限構造と２個以上の小型レン
ズアレイ１０とを備えている。

【００１８】小型レンズアレイ１０の１つは結像レンズ
として機能し、結像小型レンズアレイと称される。他方
の小型レンズアレイ１０はリレーレンズ（即ち再結像レ
ンズ）として機能し、再結像レンズと称される。各小型
レンズアレイ１０は複数の（４より多い）小型レンズ要
素１２（やはり以下では小型レンズという）を備えてい
る。各小型レンズアレイ１０は数十、数百、数千、又は
数百万個の小型レンズ１２を含み得る。

【００１９】小型レンズアレイシステム１の全長は最前
面レンズアレイ表面から最終像平面までで測定される。
小型レンズアレイシステムの全長は１７ｍｍより短く、
好ましくは１２ｍｍより短いことが好ましい。より好ま
しくは、８ｍｍより短く、最も望ましくは５ｍｍより短
い。これにより、極めてコンパクトな写真およびディジ
タルカメラ、およびビデオカムコーダの製造が可能にな
る。

【００２０】小型レンズアレイ１０の小型レンズ１２の
光学的パワーは、小型レンズアレイシステムは１５ｍｍ
より短い焦点距離、好ましくは０．５と１５ミリメート
ルの間の焦点距離を持つようなものである。小型レンズ
１２は、典型的には約１〜２ミリメートルのクリア開口
直径を持つ。しかしながら、アレイ上の小型レンズの数
が少ないほど、それらの小型レンズのクリア開口は大き
い。こうして、個々の小型レンズのクリア開口は２ｍｍ
を越える。小型レンズアレイシステム１の視界が非常に
大きい場合は、それらの小型レンズアレイは多数の小型
レンズを含む傾向にある。アレイ内の小型レンズの数が
大きいと、小型レンズの焦点距離は短くできる。したが
って、多数の小型レンズを持つアレイは、より小さい、
よりコンパクトなパッケージに適合できる。

【００２１】小型レンズ１２は共通基板１３上に配置さ
れている。この基板は約０．５から３．５ｍｍの厚さで
あることが好ましい。この基板はより厚くてもよいが、
さらに厚くすると全体の小型レンズアレイシステムがコ
ンパクトにならないので望ましくない。この基板を薄く
しすぎると、脆くなる。したがって、基板の厚さは１〜
２ｍｍであることが最も好ましい。例示的な小型レンズ
の特定パラメータは本明細書の「レンズ・コンポーネン
トの記載」で与えられる。１．第１の実施例第１の実施例によれば、小型レンズアレイシステム１０
０は複数の小型レンズアレイ１０を備えており、その小
型レンズアレイ１０は図４に示すように第１の小型レン
ズアレイ１１０と第２の小型レンズアレイ１２０とを含
んでいる。第１の小型レンズアレイ１１０は結像用レン
ズとして機能し、第２の小型レンズアレイ１２０はリレ
ーレンズとして機能する。各小型レンズ１１０，１２０
は複数の小型レンズ１２を備えている。小型レンズアレ
イ１１０及び１２０は数千個の小型レンズ１２を含むこ
とが意図されている。

【００２２】本実施例においては、第１の小型レンズア
レイ１１０の小型レンズ１２は小型レンズ１３０と呼
ぶ。各小型レンズ１３０は正の光パワーを持っている。
それは焦点距離ｆ₁が３．０ｍｍでＦナンバーがＦ／２
である。各小型レンズ１３０は別々の結像レンズとして
機能する。各小型レンズ１３０は視界のユニークなセグ
メントを受入れてこの視界のセグメントに対応する反転
された像セクションを生成するように形状が定められて
いる。即ち、各小型レンズ１３０は全体の像の小さく、
離散的で、反転したセクション１３５を生成する。多数
の重像セクションは連続的ではなく、直視又はフィルム
写真を可能にするようには互いに適正に方向付けられて
はいない（図４参照）。第２の小型レンズアレイ１２０
は、第１の小型レンズアレイ１１０により生成された
（中間像平面１３６に配置されている）多数の像セクシ
ョン１３５を再結像して、これらの多数の像セクション
１３５から単一の、連続的な、正しく方向付けられた像
Ｉを生成する必要がある。より特定的には、第２の小型
レンズアレイ１２０の小型レンズ１２は小型レンズ１４
０と呼ばれる。これらの小型レンズ１４０は正の光パワ
ーと、０．５ｍｍの焦点距離ｆ₂と、Ｆ／２のＦナンバ
ーを有する。各小型レンズ１４０は第１の小型レンズア
レイ１１０上の複数の小型レンズ１３０の１つに対応し
ている。各小型レンズ１４０はリレーレンズとして機能
する。即ち、第２の小型レンズアレイ１２０の各小型レ
ンズ１４０は、第１の小型レンズアレイ１１０の対応す
る小型レンズ１３０により生成された像セクション１３
５を再結像し再度反転する。像Ｉは、写真フィルム、紙
又はＣＣＤアレイを含む任意の感光表面上に形成され
る。

【００２３】いくつかのディジタルカメラの応用におい
ては、それらのピクセルは実質的に互いに隣接して配置
されないことにより、センシングアレイの感光性ピクセ
ル上に生成された像Ｉは不連続であることが好ましい。
この場合、小型レンズ１４０は、複数の「スクランブ
ル」された像セクション１３５を複数の最終像セクショ
ンに再結像し、この最終像セクションは対象物Ｏの全体
の、正しく方向付けられた、不連続の像Ｉを形成する。

【００２４】小型レンズ１３０の焦点距離ｆ₁は比較的
短く、好ましくは、１５ミリメートルより短く、より好
ましくは１２ミリメートルより短く、一層好ましくは１
０ミリメートルより短い。最も好ましくは、２から７ｍ
ｍの範囲にある。上記のように、本実施例においてはそ
れは３ｍｍである。それは１ｍｍ又は０．５ｍｍのよう
に短くてもよい。焦点距離ｆ₁が短い程、小型レンズア
レイシステムの全長はよりコンパクトになる。しかしな
がら、焦点距離ｆ₁（小型レンズ１２０の各々に対して
与えられた特定の視界）が短い程、中間像セクション１
３５の大きさは小さくなる。こうして、ｆ₁が１ｍｍか
ら０．５ｍｍ（又はより短い）の範囲にある場合は、像
セクション１３５の大きさはフィルム上に適切な再結像
のためには小さくなりすぎる。感光媒体としてフィルム
が使用される場合は、フィルム粒子の寸法は像セクショ
ン１３５の最小の可能な寸法を決定する主要な要因の１
つとなる。これに替えて、ディジタルカメラの応用にお
いては、焦点距離ｆ₁の長さは感光ピクセルの大きさに
より限定されるであろう。したがって、ｆ₁は０．５ｍ
ｍより長いこと、好ましくは１．０ｍｍより長いことが
好ましい。

【００２５】図４は第１の小型レンズアレイ１１０が、
中央小型レンズ１３０の前面頂点から対象物距離ｄ₁の
位置に配置された対象物Ｏの像セクション１３５を（中
間像平面１３６上に）形成していることを示している。
対象物距離ｄ₁は小型レンズ１３０の焦点距離ｆ₁の２
０倍以上（即ち、ｄ₁はｆ₁の２０倍より大きい、ただ
しｆ₁は１５ｍｍより短い）であることが好ましい。次
いで、カメラタイプの応用のための典型的な視界距離
（即ち、カメラの前３００ｍｍ以上）に配置された任意
の対象物は第１の小型レンズアレイ１１０に対しては事
実上無限遠点である対象物距離に配置されていることに
なる。中間像平面１３６は小型レンズアレイ１２０に対
しては対象物平面として働き、第１のアレイの焦平面Ｆ
の後ろの距離ｄ₂に配置されるべきである。ここで、距
離ｄ₂はｆ₁の５％より短かい。したがって、この小型
レンズアレイシステムの実施例は対象物の位置における
変化に対して不感応である。これは概略的に図５に示さ
れており、そこではｄ₂は大きく誇張されて示されてい
る。

【００２６】妥当な後側焦点距離を与えるためには、ｆ
₂に対するｆ₁の比は１と１０の間であることが好まし
い。ここで、ｆ₁は前方の小型レンズアレイ１１０の焦
点距離であり、ｆ₂は後方の小型レンズアレイ１２０の
焦点距離である。この比は１と７の間であることが好ま
しく、１と５の間であることが最も好ましい。ｆ₂が短
い程、全体の小型レンズアレイシステムはよりコンパク
トになる。２つの焦点距離の比ｆ₁／ｆ₂が２０を越え
ると、リレー小型レンズ１４０の視界は大きくなり、小
型レンズアレイシステムの収差は修正が困難になり、像
の質が損なわれる。上記したように、本実施例において
は、ｆ₁は３．０ｍｍであり、ｆ₂は０．５ｍｍであ
る。比ｆ₁／ｆ₂の値は６．０である。第２のアレイ
（リレーアレイ）と中間像平面１３６との間の間隔も、
妥当な全長を持つためにおよそ１．２×ｆ₂かそれ以上
であるべきである。像セクション１３５を最終像平面上
に１：１の拡大率で再結像することを望む場合は、小型
レンズ１４０は中間像平面から２×ｆ₂に等しい距離ｄ
₃だけ離されるべきである（図５参照）。次いで、最終
像平面は第２の小型レンズアレイの後ろから距離ｄ
₄（ここでｄ₄はｆ₂の２倍であり、ｆ₂は小型レンズ
１４０の焦点距離である）だけ離れて配置されるであろ
う。１：１の拡大率より大きい拡大率が小型レンズ１４
０に望まれる場合は、小型レンズアレイシステムの後側
焦点は２×ｆ₂より大きくなってもよい。小型レンズア
レイシステム１００は約１．７ｍｍの後側焦点距離を持
っている。小型レンズアレイシステム１００の全長Ｔは
約５．２ｍｍである。小型レンズシステム１００に関連
する隔壁システム多数の開口１５５を有する不透明な隔
壁板１５０が第１の小型レンズアレイ１１０の前に配置
されている（図６及び図７）。これは開口絞りアレイと
しての役割を果たす。平面１５０の開口１５５は個々の
小型レンズ１３０に整列して適正な光ビームが小型レン
ズアレイシステムを通過することを可能にする。小型レ
ンズ１３０の大きさ及び形状は開口１５５の大きさ及び
形状に一致している。平面１５０の不透明部は、光線が
レンズ要素間を通過すること、不所望な光（迷光ともい
う）として小型レンズアレイシステム内に伝播するこ
と、及び像の質を劣化させることを防止する。小型レン
ズ１３０により専有されないすべての領域で小型レンズ
アレイ１１０の構造を光に対して不透明にすることによ
り、隔壁平面１５０の機能もやはり小型レンズアレイ１
１０の構造に取り込まれ得る。

【００２７】第１の小型レンズアレイ１１０の視界は不
透明な隔壁構造１６０（図８）により制限される。この
隔壁構造１６０は、複数の開口１６５を有する視界制限
不透明平面１６２と複数の隔壁１６７とを含んでいる。
これらの隔壁１６７は小型レンズ１３０から出射した迷
光光線（Ａ）を吸収し、したがって、迷光光線（Ａ）を
他の（不適切な）像セグメント１３５に向けて伝播する
エーテルから守るか、壁から反射されて特定のレンズ要
素１３０に関連する像セグメントに向けて伝播すること
を防止する。隔壁１６７は第１の小型レンズアレイ１１
０と中間像平面との間のスペーサの役割を果たす。複数
の開口１６５を持つ不透明な平面１６２は視界絞りとし
ての機能を果たす。より特定的には、不透明板１６２は
中間像平面１３６に又はその近くに配置されている。各
開口１６５は小型レンズ１３０の１つにより作られた小
さい像セクション１３５をフレーム化し、この開口を囲
む平面１６２の不透明セクションと組み合わせてこの小
型レンズの視界絞りの役割を果たす。平面１６２の不透
明セクションは又、望まない視界光線Ｂをブロックしこ
れらの光線がリレー小型レンズアレイ１２０に向けて伝
播するのを防止する。平面１６２の近傍にシャッタ１７
０が配置されている。これは不透明なシャッタ平面１７
２内の一連の穴１７５で構成されている。シャッタ１７
０の例は図９から図１１に概略的に図示されている。シ
ャッタ１７０は中間像平面の前又は後ろに配置される。
シャッタ１７０の穴１７５は、視界制限平面１６２の不
透明領域に整列されるが、感光媒体を所望の時間だけ露
光するために、例えば、スプリング駆動の機構Ｍによ
り、穴１６５（図８）に整列するように変位できる。こ
のタイプのシャッタ機構が差動するために、結像小型レ
ンズ１３０の焦平面に又はその近くに配置された中間像
セクションは小型レンズ１３０（の中心）間の間隔ｄ’
の１／２に等しいかそれより小さくなければならない。
異なるシャッタ配置も又利用可能であることに着目すべ
きである。例えば、焦平面シャッタのような従来のシャ
ッタや、小型レンズアレイシステムの前に配置されたア
イリスシャッタを使用して感光領域が露出されるのを防
止することができる。従来のシャッタが使用される場合
は、像セクション１３５間の間隔は小型レンズの中心間
の間隔の１／２より小さいか大きい。２．第２の実施例本発明の第２の実施例の小型レンズアレイシステム２０
０は図１２及び図１３に概略的に図示されている。小型
レンズアレイシステム２００は３個の小型レンズアレイ
１１０、１１５、及び１２０を備えている。第２の実施
例の小型レンズアレイ１１０及び１２０は第１の実施例
の小型レンズアレイ１１０及び１２０と同一の機能を果
たす。小型レンズ１１０は結像小型レンズアレイであ
り、小型レンズアレイ１２０はリレーアレイである。小
型レンズアレイ１２０は複数の小型レンズ１４０を備え
ている。小型レンズアレイ１１５は視界レンズの機能を
果たす。それは中間像平面に又はその近くに配置されて
おり、視界光線を個々の小型レンズの光軸に向けて曲
げ、小型レンズ１４０の各々に入射するレンズ束を小さ
くする。視界小型レンズアレイ１１５は、小型レンズア
レイ１２０に向けてより多くの光線を送り、したがっ
て、小型レンズアレイ１２０内でより小さい寸法の小型
レンズ１４０を可能にするので、大きな視界を持つ小型
レンズアレイシステムで特に有用である。このシステム
においては、視界平面１６２及びシャッタ１７０は視界
レンズアレイ１１５の前又は後ろのいずれかに配置され
る。図１３は視界平面及びシャッタの前に配置された視
界レンズアレイ１１５を示しており、図１４は視界平面
及びシャッタの後ろに配置された視界レンズアレイ１１
５を示している。上記のように、シャッタ１７０の穴１
７５は視界制限用平面１６２の不透明領域に整列されて
いるが、感光媒体を所望の時間だけ露光するために、例
えば、スプリング駆動の機構Ｍにより、穴１６５に整列
するように変位できる。図１２において、シャッタは閉
じた位置にあるが、図１３ではシャッタは開いた位置で
示されている。前述の実施例におけるように、中間像平
面１３６は小型レンズアレイ１２０に対しては対象物平
面として働き、第１のアレイの焦平面Ｆの後ろの距離ｄ
₂の位置に配置されるべきである。ここで、距離ｄ₂は
ｆ₁の５％より短い。したがって、この小型レンズアレ
イシステムの実施例は対象物の位置における変化に対し
て不感応である。３．第３の実施例本発明の第３の実施例の小型レンズアレイシステム３０
０が図１４に概略的に示されている。小型レンズアレイ
システム３００は２つの小型レンズアレイ１１０及び１
２０を備えている。小型レンズアレイシステム３００の
小型レンズアレイ１１０及び１２０は第１の実施例の小
型レンズアレイ１１０及び１２０と同一の機能を果た
す。より特定的には、小型レンズアレイ１１０は結像小
型レンズアレイである。これは複数の小型レンズ１３０
でできている。小型レンズアレイシステム３００におい
て、中央の小型レンズを除くすべての小型レンズ１３０
は偏心した小型レンズである。即ち、それらの個々の光
軸１８とシンメトリ１４のユニットセル軸とは重ならな
い。これは図１５に示されている。シンメトリのユニッ
トセル軸は個々の小型レンズにより専有されている空間
の対称軸として定義される。例示的な小型レンズ１１０
のパラメータは本明細書の「レンズ・コンポーネンの記
述」に詳細に記載されている。小型レンズアレイ１１０
上の小型レンズのこの配置により、個々の像セグメント
１３５の各々が対応する小型レンズ１３０のユニットセ
ル軸１４上に中心を置くことが可能になる。これによ
り、第２の小型レンズアレイ１２０の対応する小型レン
ズ１４０をその対応する小型レンズ１３０の後ろに正し
く配置できるようになる。第２の小型レンズアレイ１２
０の光軸１８’は次いで第１の小型レンズアレイ１１０
のユニットセル軸１４と同一線上になる。これにより極
めてコンパクトな小型レンズアレイシステムが可能にな
る。

【００２８】上記のように、小型レンズアレイ１２０は
リレー（又は再結像）小型レンズアレイである。小型レ
ンズアレイ１２０は中間像平面に配置された多数の反転
像セグメント１３５を、最終像平面で連続的な、正しく
方向付けられた像に再結像する。さらに、小型レンズア
レイ１２０は視界レンズとしての機能を果たす。即ち、
本実施例の小型レンズアレイ１２０は視界レンズアレイ
である。より特定的には、小型レンズ１４０の前面（対
象物に面する面）Ｓ₃は中間像平面１３６に又はその近
傍に配置されこの小型レンズの光軸１８’に向けて視界
光線Ｃを曲げる。表面Ｓ₃は中間像平面から若干離れ
て、表面Ｓ₃に存在する埃粒子又はスクラッチが最終像
平面上に再結像されないようにすることが好ましい。小
型レンズ１４０の後方表面Ｓ₄（即ち、最終像平面に面
する表面）は再結像機能を提供する。像の最終的な大き
さは小型レンズアレイ１２０の大きさにほぼ等しい。小
型レンズアレイシステム３００に採用された隔壁システ
ムは小型レンズアレイシステム１００及び２００に採用
されたものと類似しており、図１４にやはり示されてい
る。それは多数の透過セクション即ち開口１５５ととも
に不透明な隔壁層１５０と、小型レンズアレイシステム
１００の隔壁構造１６０と類似の隔壁構造１６０とを含
んでいる。シャッタ１７０に類似のシャッタが隔壁平面
１６２の後ろに配置されている。シャッタが働くために
は、中間像平面１３６に配置された像セクション１３５
の寸法は小型レンズセルの中心間の間隔ｄ’の１／２よ
り小さくなければならない。しかしながら、異なるシャ
ッタの配置が利用される場合は、像セクション１３５の
寸法はより大きくてもよい。４．第４の実施例本発明の第４の実施例による小型レンズアレイ４００は
図１６に概略的に示されている。小型レンズアレイ４０
０は２つの小型レンズアレイ１１０，１２０を備えてい
る。小型レンズアレイ１１０及び１２０は第３の実施例
の小型レンズアレイ１１０及び１２０と同じ機能を果た
す。より特定的には、小型レンズアレイ１１０は結像小
型レンズアレイである。それは複数の小型レンズ１３０
からなる。小型レンズ１３０のすべては、中央の小型レ
ンズを除き、「傾斜した（tilted) 」小型レンズであ
る。即ち、それらの視界の中心光線は中間像平面１３６
に垂直ではない。この配置は本明細書の「小型レンズコ
ンポーネントの記載」に詳細に記載されている。小型レ
ンズ１２０はリレーレンズアレイ（又は再結像レンズア
レイ）であり、複数の小型レンズ１４０を備えている。
さらに、小型レンズアレイ１２０は又、視界レンズアレ
イとして働くように設計されている。こうして、小型レ
ンズ１４０の前面は凸になっている。小型レンズアレイ
１２０の前面（対象物に面する面）は中間像平面に又は
その近傍に配置されており、第２の小型レンズアレイ１
２０の小型レンズ１４０の光軸１８’に向かって視界光
線を曲げる。小型レンズアレイ１２０の後方小型レンズ
表面Ｓ₄（即ち、最終像平面に面する表面）は再結像機
能を果たす。小型レンズアレイ１２０は、中間像平面に
配置された多数の反転した像セグメントを、最終像平面
に配置された正しく方向付けられた像に再結像する。こ
の像は小型レンズアレイシステムがフィルム上に結像す
る場合は連続である。ＣＣＤ又は類似のアレイが感光表
面として使用される場合は連続又は不連続である。

【００２９】理解できるように、小型レンズ１３０の中
心は対応する小型レンズ１４０の中心に対して変位して
いる。小型レンズアレイシステム４００は小型レンズア
レイシステム３００ほどコンパクトではない。これは、
小型レンズアレイシステム３００により達成されるよう
に、同じ最終像の大きさを達成するためには、小型レン
ズアレイシステム４００の小型レンズアレイ１１０は小
型レンズアレイ１２０より大きくなければならないから
である。 II．レンズ・コンポーネントの記載１．結像小型レンズアレイ例１図１７において、小型レンズアレイ１０は、色消しされ
た(achromatized)屈折/ 回折小型レンズ１２又は屈折小
型レンズのアレイと共に形成されている。そのようなア
レイは第１、第２又は第３の小型レンズアレイシステム
の実施例でそれぞれ使用できる。これらの実施例は本願
の「小型レンズアレイシステムの記載」で記載されてい
る。この図において観察すべきことは、各小型レンズ１
２の光軸１８の中心が、中央の小型レンズの光軸からの
半径方向距離の関数としてのユニットセルの距離Ｘに対
して固定ユニットセルに関して距離ｄだけ変位している
ことである。各小型レンズ１２の光軸１８のまわりにあ
る線１５は小型レンズの表面の高さの変化を示すトポロ
ジカルな線である。不透明マスク１６は小型レンズ１２
の間の領域を満たして迷光が光システム内にさらに伝播
することを防止している。図１８に描かれたアレイは実
際のカメラで使用されるアレイの小部分のみを表してい
る。実際の例では、さらに多くの小型レンズがアレイを
形成するために使用される。本発明から逸脱することな
く、各小型レンズの外側周辺を正方形や、六角形や、円
形として形成するといった小型レンズ１２の他の形態も
使用できる。

【００３０】小型レンズアレイ１０が異なる視界を見る
ために、小型レンズアレイ内の小型レンズ１２の光軸１
８は、小型レンズアレイのユニットセルの中心間の距離
より次第に大きくなる距離に配置されている。上記のよ
うに、小型レンズの光軸の偏位ｄはアレイの中心から半
径方向に増大する。小型レンズの偏心により、軸から離
れた視界角度から中間像平面に垂直に入射するように光
線が曲がる。アレイの中心からの距離を増大させながら
小型レンズの光軸１８をさらに半径方向外側に移動する
ことにより、所与の小型レンズに対する視界の中心にお
ける対象物の角度位置は全視界の増大しつつあるオフ軸
セグメントから始まる（図１８参照）。

【００３１】例えば、光線を所望の視界角度からアレイ
要素の視界絞りの中心まで偏向させるために必要な焦点
距離ＦＬ_iの小型レンズ１２に対して要求される偏心
は、近軸光線トレーシング方程式から決定される。近軸
方程式は、

【００３２】

【数２】

【００３３】したがって、屈折後に中心光線を所与の入
射角ｕ₀から所望の角度ｕ’まで曲げるために必要な、
パワーφ＝（１／ＦＬ_i）の所与の小型レンズに対する
偏位は、次に式により与えられる。

【００３４】

【数３】

【００３５】本発明は、小型レンズの光軸の局部的偏位
が、小型レンズアレイシステムの光軸の中心に対して半
径方向位置の関数として変化する小型レンズのアレイを
利用するので、第１のオーダに対して

【００３６】

【数４】

【００３７】である。本発明は小型レンズの偏心を調整
することからなるので、所与の小型レンズの視界内で中
心光線に対してｕ’（ｒ）＝０である（図１８参照）。
この場合、所与の要素に必要な偏心ｄは、システムの光
軸からの要素の半径方向距離のほぼ線形関数である。

【００３８】図１８において、小型レンズアレイ１０は
中間像平面にわたって配置されて複数の像セグメント１
３５を生成する。シャッタが中間像平面１３６に隣接し
て配置されてもよい。レンズアレイ１０は、やはり隔壁
の機能を果たすスペーサ２２によりシャッタからある距
離だけ離れて維持される。図１８から分かるように、小
型レンズアレイ１０上の不透明な隔壁１６は視界絞り
（開口板４０）と組み合わされて任意の特定のフォトセ
ンサの視界を制限してその視界が隣接する視界と大きく
重ならないようにすることができる。開口板４０は小型
レンズアレイ１０の表面からおよそ０．２ｍｍから２ｍ
ｍに好適に配置されている。各個々の小型レンズ１２に
より見られる視界をさらに規定するために、開口板４０
はその表面の１つの上に形成された色素フォトレジスト
マスクパターンを持つクリアガラスの層でもよい。開口
板４０内の開口中心は対応する小型レンズの視界の中心
（ＣＦＤＶ）に整列されている。板４０内の開口の中心
間の間隔は、各小型レンズの半径位置の関数として、ア
レイの中心から半径方向に増大し、開口板を関連するレ
ンズアレイより若干大きくする。不透明領域１６と開口
板４０及び／又は視界制限板１６２との組合せ、及び所
与の小型レンズの焦点距離は小型レンズアレイ上の特定
の小型レンズの視界を決定する。小型レンズアレイ１０
はフォトセンシティブパターンをエッチングして水晶に
することにより形成され、又は水晶基板上のエポキシレ
プリカとして又はガラス基板上のフォトレジスト表面レ
リーフ部として形成され、又はプラスティック部として
注入モールドされ得る。

【００３９】小型レンズ１２は、適当な（開口板４０の
ような）視界絞り、及び／又は視界制限不透明板１６２
と組み合わせて、中間像平面１３６上の視界の小さなセ
グメントの像を形成する。小型レンズアレイを横切って
放射状に増大する光軸１８の偏心ｄを持つ小型レンズ１
２を形成することにより、任意の小型レンズ１２に入射
する光線ビームの角度はアレイ上のこの小型レンズの半
径方向位置の関数として増大するであろう。したがっ
て、各小型レンズの偏心を適当に調整することにより、
各像セクションはシーンのユニークな又は異なるセグメ
ントに対応する。

【００４０】小型レンズアレイ１０は、小型レンズアレ
イシステムの性能を改良するために非球面小型レンズで
よい。しかしながら、非球面小型レンズでも、それら小
型レンズが単一の屈折材料から形成される場合は、波長
の関数として焦点距離の変化を修正はしない。即ち、像
平面におけるスポットサイズは色の関数として変化す
る。色収差を修正するために、純粋に屈折型の小型レン
ズのアレイの替わりに、回折／屈折ハイブリッド小型レ
ンズのアレイを含む改良された小型レンズアレイシステ
ムが使用される。回折光学系の像形成の性質は波長依存
性が強い。回折光学系をモールドする場合に、この現象
が、等価屈折率ｎ（λ）の波長（λ）に関する直接依存
性として表わされる。

【００４１】

【数５】

【００４２】回折要素は極めて薄い層内で曲がる波面の
全てを与える。これは極めて高屈折率の材料（ｎ_c＝１
０，０００）で各表面上の極めて低い曲率（表面）とし
て回折をモデル化することによりスイートモデルにおい
て説明される。対応する焦点距離（λ）は次の式から決
定できる。

【００４３】

【数６】

【００４４】回折要素の結果的な分散Ｖ_diffは:

【００４５】

【数７】

【００４６】λ_c＝５８７ｎｍ，λ_s＝４８６ｎｍ，λ
_L＝６５６ｎｍの設計に対して、Ｖ _diffは−３．５であ
る。興味のある他の波長帯域に対しては適当なＶ_diffお
よび要素のパワー分布が計算できる。波長に対する等価
な屈折率の直接的依存性は第１のオーダ（ｍ＝１）の回
折光学的要素に関連した小さくて負のＶ_diffと高レベル
の波長分散に導く。

【００４７】屈折率が波長とともに変化するので、単一
のレンズは焦点距離が波長とともに変化する。異なる分
散を持つ２つの材料を使用して、２つの波長で同一の焦
点距離を持つダブレットレンズを形成できる。これを達
成するために要求される焦点パワーの相対的分布は次の
式で与えられる。

【００４８】

【数８】

【００４９】回折表面の負のＶ_diffは、正の焦点距離の
回折及び屈折コンポーネントを使用する単一の要素の屈
折／回折レンズの色消しを可能にする。それは、ダブレ
ット・コンポーネント・レンズに要求される焦点距離と
Ｆ／＃を減少させる。屈折ダブレットは、ダブレット焦
点距離を正しい値にまで増大させ、正のレンズの分散を
補償する単一の負のフリント要素に要求されるよりも短
い焦点距離と小さいＦ／＃の正のクラウン（低分散）レ
ンズからなるからである。この効果はまた、ハイブリッ
ド屈折／回折要素の正の要求の寸法及び重量を減少させ
る。

【００５０】ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）プ
ラスチックレンズを持つ視覚的レジメ（ｄ−ｅ−ｆライ
ン）における伝統的な色消しに対しては、屈折及び回折
部におけるパワーの成分（fraction) は

【００５１】

【数９】

【００５２】である。水晶やＢＫ７といった光学的ガラ
スのような基板を利用できること、又はガラス基板上の
エポキシレプリカを利用できることは当業者に自明であ
る。回折／屈折ハイブリッド色消しの使用は、より長い
焦点距離と高いＦナンバーを持つ回折表面の使用を可能
にする。高いＦナンバーは大きいゾーン間隔の故に回折
要素の製造を容易にする。例えば、Ｆ／＃＝３．０及び
Ｆ／＃＝２．０の小型レンズに対して、屈折及び回折部
の最初のオーダは、焦点距離及びＦナンバー（Ｆ＃）と
して以下のものを与える。

【００５３】

【数１０】

【００５４】これは、小型レンズの回折部が第１オーダ
の色消し修正のために純粋に使用されたことを仮定す
る。回折小型レンズ１２は図１９、図２２及び図２５
に、オンアクシス、１６度、及び完全視界について示さ
れている。これらの図を比較して着目すべき点は、光軸
１８が視界角の関数として外側に半径方向に移動してい
ることである。不透明隔壁１６がシステムの開口絞りと
して作用し所与の小型レンズ１２の視界を制限している
ことに着目される。

【００５５】図２０、図２１、図２３、図２４、図２
６、図２７はそれぞれの小型レンズの接線及びサジタル
光線収差曲線を示している。色収差を含む全体のスポッ
トサイズはおよそ３０ミクロンであるということに着目
すべきである。実線は５４６．１ｎｍの波長を表し、破
線は６５６．１ｎｍの波長を表し、一点破線は４６０．
９ｎｍの波長を表しており、それらはそれぞれグリー
ン、レッド、及びブルーの波長を表している。

【００５６】以下のテーブルは０，１６，及び２４度に
おける３つのアレイ要素の光学的設計パラメータをリス
トしている。中間視界角度におけるアレイ要素はこれら
の値から補間され得る。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】

【表３】

【００６０】

【数１１】

【００６１】

【数１２】

【００６２】例２図２８及び図２９において、第１の小型レンズ１２、１
３０は多数の小型レンズで形成されている第１の小型レ
ンズアレイ１１０の１つの要素である。そのようなアレ
イは第１、第２、又は第４のそれぞれの小型レンズアレ
イシステムの実施例における第１の小型レンズアレイと
して使用できる。各小型レンズ（１２，１３０）は屈折
面Ｓ₁上に形成された異なるパターンＳ’で形成されて
いる。面Ｓ₁の反対側は第２の面Ｓ₂である。面Ｓ₂は
非球面である。回折パターンＳ’の小面を刻まれた面は
図３０の断面においてより明瞭にわかる。半径Ｒ₁にお
いて、第２の面Ｓ₂は凸であり半径Ｒ₂で凹面に変わる
（ただしＲ₂はＲ₁より大きい）。第２の面Ｓ₂は、半
径Ｒ₃において屈曲する多面非球面により境界が定めら
れている（ただしＲ₃はＲ₂より大きい）。第１及び第
２の面はともに小型レンズ１２の光軸１８に垂直であ
る。小型レンズ１２はガラス基板上の水晶又はフォトレ
ジストマスクを使用してエポキシレプリカとして形成さ
れるか、又はプラスチック部として注入モールドされ
る。

【００６３】図３０において、入射光３０は開口絞りア
レイ４０を通過して小型レンズ１２，１３０により焦平
面（Ｆ₁５０）上に焦点化される。Ｓ₁及びＳ’からな
る回折／屈折面は色収差を修正して、非球面Ｓ₂がペッ
ツヴァル湾曲、非点収差、及びコマ収差のような視界に
依存する収差の修正をしながら、フォーカシング・パワ
ーの大部分を与える。レンズは２．０のＦ＃と３ｍｍの
ＦＬとを有するが、一般には１ｍｍから５．０ｍｍでよ
い。

【００６４】図３１及び図３２において、図３０、図３
１及び図３２の個々の小型レンズ１２はセグメント化さ
れて小型レンズアレイ１０に形成されている。図３１及
び図３２において観察すべきことは、各小型レンズ１２
の光軸１８の中心は、図３２においては各小型レンズ１
２の光軸１８が内側に変位しているが、図３１において
は中央の小型レンズの光軸からその半径方向距離の関数
として外側に変位していることである。各小型レンズ１
２の光軸１８のまわりに現れている線１５は、小型レン
ズの表面の高さの変化を概略的に示すトポロジカルな線
である。やはり開口絞りとして働く不透明な隔壁１６の
アレイは、小型レンズ１２間のエリアを満たして迷光が
小型レンズアレイシステム内のさらに到達することを防
いでいる。図３１及び図３２に示されるアレイは実際の
カメラで使用されるアレイの小部分のみを現している。
各小型レンズの光軸と、翻ってその小型レンズ自体と
は、その対応する像セクションにわたって直接的に整列
されていない。その代わり、小型レンズは変位して中間
像平面１３６上に規則正しく間隔をおいて像セクション
１３５を形成している。本発明から逸脱することなく、
各小型レンズの外側周辺を正方形や、六角形や、円とし
て形成するといったように、小型レンズの他の形態も使
用できる。

【００６５】本発明が小型レンズの一部のみを使用する
理由は、小型レンズの断片のみが関連する像セクション
の特定の角度視界のために使用されるからである。図３
３及び図３４は図３１及び図３２における切断線４−４
に沿って切断した断面を示し、中間像平面にわたって配
置されて数が少なくともアレイ１０，１１０を形成して
いる小型レンズの数に対応する多数の像セクション１３
５を形成している小型レンズアレイ１０，１１０を示し
ている。小型レンズアレイ１０，１１０は、やはり隔壁
の機能を果たすスペーサ１６７により中間像平面からあ
る距離だけ離されて維持されている。隔壁１６７及び視
界絞りアレイ４２との組合せにおける開口絞りアレイ４
０は、特定の像セクションに関連した視界を制限し、そ
の視界がその隣の視界と大きく重ならないようにしてい
る。視界絞りアレイ４２は小型レンズアレイ１０の表面
からおよそ０．５ｍｍから２ｍｍに配置されている。

【００６６】開口絞りアレイ４０及び視界絞りアレイ４
２内の開口の中心は対応する小型レンズの視界の中心に
整列している。中心の間隔はアレイの中心からの各小型
レンズの視界角の関数として増大し、開口絞りアレイを
関連する小型レンズアレイより若干大きくしている。開
口絞りアレイ４０と視界絞りアレイ４２及び所与の小型
レンズ焦点距離は小型レンズの各々の視界と中間像平面
上の像セクションの位置を決定している。

【００６７】上記のように、回折／屈折ハイブリッド小
型レンズを含む改良された小型レンズアレイが、単一の
屈折材料の使用による色収差の修正のために使用され
る。回折小型レンズ１２は、軸上、１４度、及び全視界
について図３５、図３８、及び図４１に示されている。
これらの図を比較して着目すべきはことは、ユニットセ
ル１４が中間像平面１３６の平面に垂直に入射していな
がら、光軸１８は視界角の関数として半径方向外側に移
動していることである。不透明マスク１６は所与の小型
レンズの視界を制限すると共にシステムの開口絞りとし
て働く。

【００６８】図３６、図３７、図３９、図４０、図４
２、及び図４３はそれぞれの小型レンズの接線及びサジ
タル光線収差曲線を示している。色収差を含む全体のス
ポットサイズはおよそ３０ミクロンであるということに
着目すべきである。実線は５４６．１ｎｍの波長を表
し、破線は６５６．１ｎｍの波長を表し、一点破線は４
６０．９ｎｍの波長を表しており、それらはそれぞれグ
リーン、レッド、及びブルーの波長を表している。

【００６９】以下のテーブルは中央に配置された小型レ
ンズの光学的設計パラメータをリストしている。ＥＦＬ＝０．５ｍｍＦ＃＝２．０

【００７０】

【表４】

【００７１】上記のように非球面プロファイルは次の式
により規定される。

【００７２】

【数１３】

【００７３】回折位相プロファイルは回転対象であり次
の式で規定される。

【００７４】

【数１４】

【００７５】２．リレー小型レンズアレイ図３及び図４において、リレー小型レンズアレイ１０は
屈折小型レンズ１２を有して形成されている。このよう
なアレイは第２の（再結像）小型レンズアレイ１２０と
して使用できる。これらは０．５ｍｍの有効焦点距離を
持つ。以下のテーブルはアレイ１２０を備える中央に配
置された小型レンズにたいする光学的設計パラメータを
リストしている。この小型レンズは図４４に示されてい
る。

【００７６】

【表５】

【００７７】３．インテグラル視界レンズ／再結像アレ
イを含む小型レンズアレイ図１４及び図１６に示される小型レンズアレイシステム
３００のような小型レンズアレイシステムは複数の小型
レンズ１３０を有する第１の結像用小型レンズアレイ１
１０と複数の小型レンズ１４０を有する第２の小型レン
ズアレイ１２０とを含んでいる。第３の小型レンズアレ
イシステムの実施例３００の第２の小型レンズアレイ１
２０はインテグラル視界レンズ／再結像アレイである。
このアレイ１２０は色消しされた屈折／回折小型レンズ
１２，１４０又は屈折小型レンズで形成できる。小型レ
ンズアレイシステム３００は本願の「小型レンズアレイ
システムの記載」において記載されている。図（図２
９）から分かるように、インテグラル視界レンズ／再結
像小型レンズアレイ１２０の小型レンズ１２の前面Ｓ₃
（対象物側）は凸であり中間像平面１３６に接近して配
置されている。表面Ｓ₃は視界レンズとしての機能を果
たす。表面Ｓ₃にある埃粒又は表面スクラッチが最終像
平面１３６上に再結像しないように、これらの小型レン
ズの前面Ｓ₃は中間像平面から若干（約１ｍｍ以下）離
れていることが好ましい。本例においては、第２の小型
レンズアレイの再結像用小型レンズ１２の前面Ｓ₃は中
間像平面から９．１９ｍｍ離れて配置されている。小型
レンズの表面Ｓ₄はリレー機能を果たす。即ち、それは
正の光学パワーを有し、最終像平面１３６上に像セクシ
ョン１３５を再結像するために使用される。以下のテー
ブルは図４５に示される小型レンズについての光学設計
パラメータをリストしている。第２の小型レンズアレイ
の小型レンズ１２は互いに隣接する必要がないことに着
目される。

【００７８】

【表６】

【００７９】本発明を好ましい実施例を参照して記載し
てきた。しかしながら、本発明の範囲から逸脱すること
なく様々な変形が可能であることは当業者に明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光学システムを示す図である。

【図２】関連する出願に開示された光学システムの概略
を示す図である。

【図３】本発明の小型レンズアレイシステムの概略を典
型的に示す図である。

【図４】本発明の第１の好ましい実施例の小型レンズア
レイシステム１００の概略断面図である。

【図５】レンズアレイシステム１００の小型レンズ１３
０および１４０の互いに対するおよび中間像平面にたい
する配置を示す図である。

【図６】第１の小型レンズアリ１１０のバッフル平面１
５０および小型レンズアレイ１１０の上面図である。

【図７】バッフル平面１５０および小型レンズアレイ１
１０の側面図である。

【図８】バッフル構造１６０を示す図である。

【図９】シャッタ平面１７０の１つの可能な形態を示す
図である。

【図１０】シャッタ平面１７０の他の１つの可能な形態
を示す図である。

【図１１】シャッタ平面１７０のさらに他の１つの可能
な形態を示す図である。

【図１２】本発明の小型レンズアレイシステムの第２の
実施例を示す図である。

【図１３】本発明の小型レンズアレイシステムの第２の
実施例を示す図である。

【図１４】本発明の小型レンズアレイシステムのさらに
他の実施例を示す図である。

【図１５】図１４に示した実施例の上面図である。

【図１６】本発明の小型レンズアレイシステムのさらに
他の実施例を示す図である。

【図１７】本発明のレンズアレイ１０のためのレンズコ
ンチャと隔壁の上面図である。

【図１８】図１７のレンズアレイの切断線２−２に沿う
断面図である。

【図１９】第１の小型レンズアレイ１０，１１０の中央
の小型レンズ１２の断面図である。

【図２０】図１９に示した小型レンズの接線光線収差曲
線を示す図である。

【図２１】図１９に示した小型レンズのサジタル光線収
差曲線を示す図である。

【図２２】１６度の視界角度での第１の小型レンズアレ
イ１０、１１０の断面における小型レンズを示す図であ
る。

【図２３】図２２に示した小型レンズの接線光線収差曲
線を示す図である。

【図２４】図２２に示した小型レンズのサジタル光線収
差曲線を示す図である。

【図２５】２４度の視界角度での第１の小型レンズアレ
イ１０、１１０の断面における小型レンズを示す図であ
る。

【図２６】図２５に示した小型レンズの接線光線収差曲
線を示す図である。

【図２７】図２５に示した小型レンズのサジタル光線収
差曲線を示す図である。

【図２８】小型レンズ１２の前面斜視図である。

【図２９】小型レンズ１２の後面斜視図である。

【図３０】図２９の小型レンズ１２の断面図である。

【図３１】小型レンズの物理的中心が像セクション１３
５の中心に関して発散するトポロジカルラインで規定さ
れる各小型レンズの球表面で小型レンズアレイ上に配置
された開口アレイを示す図である。

【図３２】小型レンズの物理的中心が像セクション１３
５の中心に関して収束するトポロジカルラインで規定さ
れる各小型レンズの球表面で小型レンズアレイ上に配置
された開口アレイを示す図である。

【図３３】第１の小型レンズアレイの前に配置されたフ
ィールドストップのアレイと開口ストップのアレイを持
つ第１の小型レンズアレイ１１０の断面図である。

【図３４】第１の小型レンズアレイの前に配置されたフ
ィールドストップのアレイと小型レンズアレイ１１０と
中間像平面１３６との間に配置された開口ストップのア
レイを持つ第１の小型レンズアレイ１１０の断面図であ
る。

【図３５】０度の視界角に関する小型レンズ１０、１３
０の部分の断面図である。

【図３６】図３５に示した小型レンズの接線光線収差曲
線を示す図である。

【図３７】図３５に示した小型レンズのサジタル光線収
差曲線を示す図である。

【図３８】１４度視界角に関する小型レンズ１０、１３
０の部分の断面図である。

【図３９】図３８に示した小型レンズの接線光線収差曲
線を示す図である。

【図４０】図３８に示した小型レンズのサジタル光線収
差曲線を示す図である。

【図４１】２０度の視界角に関する小型レンズ１０、１
３０の部分の断面図である。

【図４２】図４１に示した小型レンズの接線光線収差曲
線を示す図である。

【図４３】図４１に示した小型レンズのサジタル光線収
差曲線を示す図である。

【図４４】残りの小型レンズアレイで使用される中央に
配置された小型レンズ１０、１４０の断面図である。

【図４５】インテグラル視界レンズ再結像アレイを含む
小型レンズアレイシステムの小部分を示す図である。

【符号の説明】

１２，１３０，１４０…正パワーの小型レンズ４０，４２，１６２…視界制限マスク１１０…第１の小型レンズアレイ１２０…第２の小型レンズアレイ１３５…像セクション１３６…中間像平面１４０…正パワーの小型レンズ１５０…隔壁板１６０…隔壁構造１６５…開口１６７…隔壁の壁１７０…シャッタ１７５…穴３００，４００…小型レンズアレイシステム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最終像表面上に関連する対象物を結像す
る小型レンズアレイシステム（３００，４００）であっ
て、前記小型レンズアレイシステムは、視界制限マスク（４０，４２，１６２）と、関連する焦
平面（Ｆ）を有する第１の小型レンズアレイ（１１０）
とを有する第１のアセンブリと前記第１のアセンブリか
らの光を受け入れる第２の小型レンズアレイ（１２０）
とを備え、（ｉ）前記第１の小型レンズアレイ（１１０）は、全視
界を受入れ、中間像平面（１３６）の関連する対象物の
複数の像セクション（１３５）を形成するものであり、前記第１の小型レンズアレイ（１１０）は複数の正パワ
ーの小型レンズ（１２，１３０）を含み、前記複数の小
型レンズ（１２，１３０）の各々は第１の焦点距離（ｆ
₁）を有し、関連する対象物に向かい合う全視界の一つ
のユニークなセグメントを受入れ、全視界のこれらのセ
グメントは合わせて全視界を構成し、前記第１の小型レ
ンズ（１２，１３０）の各々は全視界のそのセグメント
に対応する１つの像セクション（１３５）を形成しする
ものであり、（ii）前記第２の小型レンズアレイは複数の正のパワー
の小型レンズ（１２，１４０）を有し、前記第２の小型
レンズアレイの前記小型レンズの各々は（ａ）第２の焦
点距離（ｆ₂）を有し、（ｂ）前記中間像平面（１３
６）の近傍に配置された凸状の対象物側表面（Ｓ₃）を
有し、（ｃ）前記中間像平面（１３６）に配置された前
記像セクション（１３５）の１つを再結像し、最終像平
面上に前記像セクションの反転像を生成する凸状の像側
表面を有し、そして（ｄ）前記第２の小型レンズアレイ
の他の小型レンズと共に関連する対象物の連続像（Ｉ）
を生成するものである、小型レンズアレイシステム。
【請求項２】前記凸状対象物側表面（Ｓ₃）は前記中
間像平面（１３６）の１ｍｍ内に配置されており、前記
第２の焦点距離（ｆ₂）は前記第１の焦点距離（ｆ₁）
より短い、請求項１に記載の小型レンズアレイシステ
ム。
【請求項３】最終像表面上に関連する対象物を結像す
る小型レンズアレイシステムであって、前記小型レンズ
アレイシステムは、（ｉ）（ａ）隔壁構造（１６０）と（ｂ）関連する焦平
面Ｆを持つ第１の小型レンズアレイ（１１０）とを含む
第１のアセンブリと第２の小型レンズアレイ（１２０）
を含む第２のアセンブリとを備え、前記第１の小型レン
ズアレイ（１１０）は関連する対象物に向かい合う全視
界を受入れて中間平面（１３６）において関連する対象
物の複数の像セクション（１３５）を形成するものであ
り、前記第１の小型レンズアレイ（１１０）は複数の正パワ
ーの小型レンズ（１３０）を含み、前記複数の小型レン
ズ（１３０）の各々は第１の焦点距離（ｆ₁）を有し、
関連する対象物に向かい合う全視界の一つのユニークな
セグメントを受入れ、全視界のこれらセグメントは全視
界を構成し、前記小型レンズ（１３０）の各々は全視界
のそのセグメントに対応する１つの像セクション（１３
５）を形成するものであり、前記隔壁（１６０）は、（１）多数の開口（１５５）を
有する隔壁板（１５０）を含み、前記開口の各々は前記
第１の小型レンズアレイ（１１０）の前記小型レンズ
（１３０）にそれぞれ整列されているものと、（２）不
透明エリアと複数の開口（１６５）とを有する視界制限
板（１６２）であって、前記視界制限板（１６２）は中
間像板（１３６）に配置されているものと、（３）前記
小型レンズ（１３０）と前記視界制限板（１６２）との
間に延びている複数の隔壁の壁（１６７）と、を含んで
おり、（ii）前記第２の小型レンズアレイ（１２０）は複数の
正パワーの小型レンズ（１４０）を有し、前記第２の小
型レンズアレイ（１２０）の前記正パワーの小型レンズ
（１４０）の各々は（ａ）前記中間像平面（１３６）に
配置された前記像セクション（１３５）の１つを再結像
し且つ最終像表面上の前記像セクションの反転像を生成
し、（ｃ）前記第２の小型レンズ（１３０）のアレイの
他の前記小型レンズ（１４０）とともに、関連する対象
物の像（Ｉ）を生成する、小型レンズアレイシステム。
【請求項４】前記中間像平面（１３６）に隣接して配
置されたシャッタ（１７０）をさらに備え、前記シャッ
タ（１７０）は閉状態と開状態とを有し、前記シャッタ
（１７０）は複数の穴（１７５）を有し、前記穴（１７
５）は前記閉状態内にあり、前記穴（１７５）は前記シ
ャッタ（１７０）が前記開状態にあるときに前記視界制
限板（１６２）の前記開口（１６５）に整列している、
請求項３に記載の小型レンズアレイシステム。