JPH0355501A - レンズアレイ板 - Google Patents

レンズアレイ板

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JPH0355501A
JPH0355501A JP1192160A JP19216089A JPH0355501A JP H0355501 A JPH0355501 A JP H0355501A JP 1192160 A JP1192160 A JP 1192160A JP 19216089 A JP19216089 A JP 19216089A JP H0355501 A JPH0355501 A JP H0355501A
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JP
Japan
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lens array
array plate
mask
dimensionally
focal lengths
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JP1192160A
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English (en)
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Kenjiro Hamanaka
賢二郎 浜中
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラス、プラスチックなどからなる一枚の透
明基板上に、多数の微小レンズを１次元又は２次元に配
列させたレンズアレイ板に関するものである。
〔従来の技術〕
従来この種のレンズ板としては第５図に示すものがあっ
た。図中１１はガラス基板、１２は屈折率分布型の微小
レンズである。ガラス基板表面付近に屈折率が中心から
外側に向って徐々に減少するような略半球状の屈折率の
分布領域を形成し、この屈折率勾配によって光線１３を
曲げて凸レンズ効果を持たせている。このような微小レ
ンズ１２の製法を以下に述べる。まず、ガラス基板上に
金属マスクをコーティングし、微小レンズ１２を配置す
べき位置にフォトリソグラフィ技術を用いてマスク開口
を設ける事により、開口が多数個配列した金属マスク付
ガラス基板を作製する。これを、相対的に屈折率を上げ
る働きをするイオンを含む溶融塩中に高温下で所定の時
間浸す事によって、ガラス基板内部のイオンと溶融塩中
のイオンとの熱拡散によるイオン交換を行い、ガラス基
板内部に溶融塩中からとり込まれたイオンの濃度分布を
つくり上記略半球状の屈折率分布をつくる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような微小レンズ１２を多数個配列させたレンズ板
は、例えばＬＥＤアレイと光ファイバアレイとのカンプ
リングレンズアレイをはじめ様々な用途への可能性を持
っているが、上記従来のレンズ板は、各微小レンズ１２
の焦点距離がすべて等し《なるように作製されていたた
め、用途がある程度限定されてしまうという問題点があ
った。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、上記従来の問題点を解決するため本発明は、透
明部材から或る共通の平面基板上に、焦点距離の異なる
少くとも２種類以上の微小レンズを１次元又は２次元的
に多数個配列させてレンズアレイ板を形成した。
〔作用〕
本発明のレンズアレイ板を用いる事によって、従来のレ
ンズアレイ板では実現が極めて困難であった様々な用途
が、極めて容易に精度良く実現する事が出来る。
〔実施例〕
以下、本発明のレンズアレイ板を用いてはじめて実現可
能となった用途を２例について順に述べる。
用途例１．：文字認識等に有効な複製結像光学系文字認
識、パターン認識を光学的に行う場合、入力パターンの
複製画像を多数個同時に形成し、各複製画像に対し、別
個の比較参照パターンを重ね合せて、光学的に両画像の
相関をとる事によって、瞬時に、多数の参照パターンと
の比較を行うという方法が考えられている。このような
方法でパターンＭ！２識を行う場合、照明としてコヒー
レント光を用い、入力パターンの実像とフーリエ変換像
を同時に多数個形成し、これら双方に対して、別個の処
理を行う事によって、パターンのｖｌ識精度や認識の自
由度が向上する。
第３図は、このようなコヒーレント照明下で入力パター
ンの実像とフーリエ変換像を同時に多数個形成する光学
系の一例である。図中、ｌが本発明のレンズアレイ板で
ある。レンズアレイ板１は互いに焦点距離の異なる微小
レンズＩＡ．ＩＢ（焦点距離ｔ，．ｆ，’）を同一基板
１０上に形或してある。以下、２は第１のレンズ（焦点
距離ｒｚ）、４は透過物体から或る入力パターン、５は
第２のレンズ（焦点距離ｆｉ）、６は出力面、７は第２
のレンズアレイ板レンズ部の（焦点距離ｒ４）である。
各部品の間隔は、図で示されている様に、ｆ．ｆ，，ｆ
，，ｆ４で規定された値になっている。第２のレンズア
レイ板７は、微小レンズＩＡを通った光ｖＡ３Ａが入射
する位置にのみ第２の微小レンズ７Ａを持ち、微小レン
ズＩＢを通った光１３Ｂが入射する位置はレンズを設け
ず素通しの透明ガラス板になっている。
各部品をこのように配置して光学系を構或すると、出力
面６の光線３Ａに対応する位置に入力パターンの実像が
形戒され、出力面６の光線３Ｂに対応する位置に入力パ
ターンのフーリエ変換パターンが形戒される。即ち、コ
ンパクトな単一の光学系において同一平面上に入力パタ
ーンの実像とフーリエ変換パターンが同時に多数個得ら
れるわけである。
このような光学系を構或するためには、焦点距離の異な
る微小レンズを同一基板上に同時に有する本発明のレン
ズアレイ板が必須である．例えば、本光学系の実現のた
め、焦点距離の異なる２種類のレンズを一平面上に並べ
て固定し、同様の効果をねらう事が考えられるが、組立
工数、位置精度の面から実現は極めて困難と言わざるを
得ない。
用途例２：平面の位置・傾きセンサ光学系鏡面、或いは
拡散面から威る平面の位置と傾きを非接触、高精度に検
出できるセンサ光学系が本発明のレンズアレイ板を用い
て構戒できる。第４図Ａに一実施例の光学系の模式図を
示す。半導体レーザ２１から射出したレーザ光はコリメ
ートレンズ２２で平行光となり、本発明のレンズアレイ
板１に入射する。レンズアレイＦｉ１には、２ケ所に各
々焦点距離の異なる微小レンズＩＣ．ＩＤ（それぞれ焦
点距離ｆ，，ｆ，’とする）を近接して配置している。
被験面２６はＩＣ，ＩＤの焦点距離の近くに位置してい
る。被験面２６から反射又は散乱された光は再び微小レ
ンズＩＣ．ＩＤを通り、ビームスプリッタ２３で反射し
て結像レンズ２５を介して光センサ２４Ａ−Ｄに各微小
レンズごとに各々入射する。図の様に配置すると、光セ
ンサ２４から出力される光強度に比例した信号強度は、
被験面２６が各微小レンズの焦点位置にある時最大とな
り、そこからずれるに従って減少する様になる。ここで
、被験面２６がｆ１の位置にある時を面２６Ａで、Ｌ　
′の位置にある時を面２６Ｃ，その中間にある時を面２
６Ｂで表すと、センサ２４Ａ，２４Ｂから出力される信
号２７Ａ，２７Ｂは、面位置２６Ａ〜２６Ｃに対し、概
略第４図Ｂに示される様に変化する。従って、オペアン
プ等で、差信号２７Ａ−２７Ｂを得れば、図に示される
ごとく、被験面の位置情報を得る事ができる。同様に面
の傾きに対する信号は、２４Ｃの信号を２７Ｃ，２４Ｄ
の信号を２７Ｄとすれば傾き信号＝　（２７Ａ−２７Ｂ
）−　（２７Ｃ−２７Ｄ）の演算によって得る事が出来
る。
以上の様な簡便な、非接触・高精度の面位置・傾き検出
光学系を実現するためには、焦点距離の異なる微小レン
ズを同一基板上に同時に有する本発明のレンズアレイ板
が必須である。例えば、本光学系の実現のため、焦点距
離の異なる２種類のレンズを一平面上に並べて固定し、
同様の効果をねらう事が考えられるが、組立工数、位置
精度の面から実現は極めて困難と言わざるを得ない。
焦点距離の異なる微小レンズを同一基板上に同時に有す
る本発明のレンズアレイ板を作製する方法の例を示す。
製法の基本は先に述べた従来のイオン交換法と同じであ
る。異なる点は、第１図に示すように、イオン交換を阻
止する金属マスク３０において、開口直径の異なるマス
ク間口３１Ａ，３１Ｂを同時に作製しておく事である。
イオン交換による略半球状の屈折率分布領域３２の形状
はごく大ざっぱには、マスク開口径に対し、相似に比例
して大きくなるため（第２図Ａ）、光′ＩＩＡ３も、第
２図Ｂに示される様に、ほぼ相似的に屈折を受け、従っ
て焦点距離３４Ａ，３４Ｂをマスク開口径に応じて異っ
た値に作製する事ができる。
〔発明の効果〕
本発明によるレンズアレイ板を用いれば、従来極めて実
現が困難であった前述用途例１，２の光学系を高精度に
簡便に実現できる。本明細書では２件のみを例示してい
るが、この他にも従来不可能だった様々な用途が本発明
のレンズアレイ板によって実現可能になる。
なお、実施例では、レンズアレイ板をイオン交換法で作
製したが、別製法例えば、プラスチソクモールド、フレ
ネルレンズ作製法等を用いてレンズアレイ板を作製して
もよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のレンズアレイ板を作製するためのイオ
ン交換阻止のための金属マスクとマスク開口部を示す平
面図、第２図Ａは本発明のレンズアレイ板のイオン変換
終了後の断面図、第２図Ｂは本発明のレンズアレイ板に
おける光線の屈折の様子を表わした断面図、第３図は本
発明のレンズアレイ板の用途例１の光学系の模式図、第
４図Ａは同用途例２の光学系の模式図、第４図Ｂは同用
途例２の光学系の光センサから出力される信号の概念図
、第５図は従来のレンズアレイ板の斜視図である。 １：レンズアレイ板、２：第１のレンズ、３：光線、４
：透過物体から或る入力パターン、５：第２のレンズ、
６：出力面、７：第２のレンズアレイ板、２ｌ：半導体
レーザ、２２；コリメートレンズ、２３：ビームスプリ
ツタ、２４：光｛！ンサ、２５：結像レンズ、２６：被
験面、２７：センサ信号、３０：イオン交換を阻止する
金属マスク、３１：マスク開口、３２：屈折率分布領域
第 １ 図 第 ２ 図Ａ 第 ２図Ｂ 第４図Ａ 第４図Ｂ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　透明部材から成る共通の平面基板に、焦点距離の異な
    る２種以上の微小レンズを１次元又は２次元的に配列形
    成したことを特徴とするレンズアレイ板。
JP1192160A 1989-07-25 1989-07-25 レンズアレイ板 Pending JPH0355501A (ja)

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US5074649A (en) 1991-12-24

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