立体图像显示装置的制作方法

专利名称：立体图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够显示高品质、大视野的图像的立体图像显示装置。
背景技术：
通常，显示器或印刷物由配置在平面上的多个像素构成，通过进行精 心设计，能够作为立体的信息(立体图像)使观察者识别，由此能够提高 临场感及识别精度。观察者根据在右眼和左眼中可看到的图像的差异识别 处于较近的地方的物体的立体感。将该在右眼和左眼中可看到的图像的差 异称作立体视差。以往以来，利用该特性，提出了通过将视点不同的两个 图像(有立体视差的图像)分别投影在右眼及左眼中、使观察者识别为立 体图像的各种立体图像显示装置。
但是，为了使立体图像显示装置普及，要求在观赏时没有不便，即使 长时间观看也不疲劳。因而，使用眼镜等的特殊的器具的方法除了特殊用 途以外难以采用。为了不使用这些器具而显示立体图像，需要进行精心设 计以使右眼及左眼看到不同的图像。
图10是说明图像与观察者的位置关系的立体图。80是立体图像的显示 画面，它处于YZ平面上。观察者从沿X轴方向离开的观赏位置81观看显 示画面80。 81a、 81b分别表示观察者的右眼及左眼的位置，它们处于XY 平面上。在右眼81a和左眼81b中，观看显示画面80的角度(视线角度) 不同。因而，如果能够利用该视线角度的差异对右眼81a及左眼81b显示 不同的图像，则观察者能够将显示在显示画面80上的图像识别为立体图像。
图11是说明视差屏障方式的立体图像显示的原理的图。在画面91的 前方配置有沿垂直于左右眼81a、 81b的配置方向(与Y轴平行的方向)的 方向(与Z轴平行的方向)延伸而形成的多个较细的缝隙(间隙)的遮光 屏障90。经由遮光屏障90的缝隙，左眼81a仅观察画面91的条纹R，左 眼81b仅观察图像91的条纹L。所以，如果将由右眼看到的图像分割为条
3纹状而配置到条纹R中、将由左眼看到的图像分割为条纹状而配置到条纹 L中，则能够使左右眼81a、 81b看到有立体视差的图像。该方式具有通过 遮光屏障90使图像变暗的问题。
作为消除该问题的方式，提出了使用柱状透镜阵列的方式，利用图12 对其说明。将多个圆筒状的透镜(柱状透镜)与Z轴平行排列的柱状透镜 阵列100配置在画面101的前方。如果通过沿与Y轴方向平行的方向配置 的左右眼经由柱状透镜阵列100观察画面101，则左右眼观察画面101上的 不同的位置。因而，如果将由右眼看到的图像分割为条纹状而配置到右眼 观看的位置上、将由左眼看到的图像分割为条纹状而配置到左眼观看的位 置上，则能够使左右眼看到有立体视差的图像。
在视差屏障方式及柱状透镜阵列方式中，有Y轴方向的观察位置被限 制的问题，但通过对于遮光屏障90的1个缝隙或1个柱状透镜配置多个视 点的图像、对应于多个视线角度，能够缓和该问题。例如，如图12所示， 如果对于1个柱状透镜将3个视点的图像分割为条纹状而配置，则眼球102a 仅观察画面101的条纹A，眼球102b仅观察画面101的条纹B，眼球102c 仅观察画面101的条纹C。
使用该多个视点的图像的方法能够对应左右眼相对于画面沿水平方向 (Y轴方向)移动的情况，但不能对应左右眼相对于画面绕X轴旋转的情
况而不能显示立体图像。
作为即使在左右眼相对于图像旋转的情况下也能够观察立体图像的方 法，已知有积分照相术方式。在该方式中，使用沿纵横方向排列有图13所 示那样的微小透镜(微透镜)110的微透镜阵列。作为微透镜IIO而使用在 所有方向上具有聚光效果的圆形透镜或复眼透镜等，所以构成为在所有方 向上，如果视线角度不同则可看到不同的图像。通过使用这样的微透镜阵 列，能够进行光线的再现，以使得宛如对象物在空间上存在，并且即使在 视线旋转的情况下也能够显示立体图像。这样，积分照相术方式能够改善 对于立体图像的观赏位置的制约。
在专利文献1中，公开了在这样的积分照相术方式的立体图像显示装 置中使用的透镜阵列。具体而言，公开了通过将构成透镜阵列的各透镜形 状做成非球迷而降低球面像差、通过增大各透镜的F值且减小透镜周边的
4光线的折射角而减小透镜像差、结果能够抑制立体图像的析像度劣化的技 术。
另一方面，在专利文献2中，公开了通过将柱状透镜阵列与液晶等的 具有电光学效果的材料组合、能够进行2维图像与立体图像的切换的显示 装置。图14是表示该显示装置的柱状透镜阵列的一部分的概略构造的剖视 图。将透明聚合物材料成形而形成为相互平行的多个圆筒凹面的柱状透镜 阵列120，和透明的板123对置配置。在柱状透镜阵列120的板123侧的面 (形成有多个圆筒凹面的面)上形成有透明电极层121a，在板123的柱状 透镜阵列120侧的面上形成有透明电极层121b。并且，柱状透镜阵列120 与板123之间的空间被液晶材料122充满。通过将施加在透明电极121a、 121b之间的电位差切换为开启/关闭，能够切换柱状透镜阵列120的透镜作 用。例如，选择柱状透镜阵列120的材料和液晶材料56，以使得液晶材料 122的折射率与柱状透镜阵列120的折射率在"关闭"模式时相同、在"开 启"模式时不同。在此情况下，在"关闭"模式中，柱状透镜阵列120的 透镜作用被去除，柱状透镜阵列120及液晶材料122的部分作为单纯的透 明片发挥功能，所以能够进行通常的2维图像显示。另一方面，在"开启" 模式中，在液晶材料122与柱状透镜阵列120之间折射率产生差异，产生 透镜作用。因而，来自相邻于柱状透镜的像素(未图示)的光被指向到规 定的方向，所以能够进行立体图像显示。
通常，在使用柱状透镜阵列的立体图像显示装置中，如果显示2维图 像，则其析像度劣化。但是，在使用图14的柱状透镜阵列的显示装置中， 在显示2维图像时没有柱状透镜阵列带来的析像度的降低。此外，能够将 显示画面分割为多个区域而将2维图像和立体图像同时投射到不同的区域 中。
专利文献1:日本特开2005-182073号公报 专利文献2:日本特表2000-503424号公报
但是，在专利文献1中公开的微透镜阵列及专利文献2中公开的柱状 透镜阵列中，由于利用构成透镜的两种材料的折射率的差带来的光的折射 效果，所以发生起因于材料的折射率的波长依存性的色像差。能够实用的 树脂材料的阿贝数即使是较大的也是50 60左右，所以仅通过1片折射透
5镜不能消除色像差。因而，在红、绿、蓝的各颜色的光线的轨道中发生偏 差，在上述哪种显示方式中显示的立体图像中都不能避免伴随着颜色偏差 的析像度的劣化。
此外，在这样的1片折射透镜中，存在相对于平行于透镜的光轴而进 入的光线的成像位置、倾斜地进入的光线的成像位置成为接近于透镜的位
置的现象、即所谓的像面弯曲像差。在图12中，如果着眼于相对于画面101 的正面靠左的眼球102c，则连结眼球102c和画面101的最右侧的部分的光 线103R相对于该光线103R通过的柱状透镜104R的光轴成很大的角度。 因而，该光线103R的成像位置偏差到比条纹C的表面更接近于柱状透镜 104R的位置。g卩，在画面IOI的右侧部分发生图像的模糊。
在专利文献1中，通过增大透镜的F值、减小透镜周边的光线的折射 角，进行球面像差、非点像差、彗形像差等的降低。但是，如果增大F值， 则必然发生显示图像变暗的问题。此外，通过减小透镜周边的光线的折射 角，发生能够良好地观赏立体图像的角度范围、即所谓的视野角变窄的问 题。
以上，在以往的立体图像显示装置中，通过起因于透镜的问题，难以 同时满足图像的析像度、图像的视野角、图像的亮度。

发明内容
本发明的目的是提供一种具备图像的析像度、图像的视野角、图像的 亮度的立体图像显示装置。
本发明的立体图像显示装置具备将视点不同的多个原图像合成而构成 的合成图像、透镜阵列、和与上述透镜阵列间距相同的衍射元件阵列。其 特征在于，上述衍射元件阵列具有由第1材料构成的层和由第2材料构成 的层，包括由上述第1材料构成的层和由上述第2材料构成的层的界面上 所形成的台阶d的炫耀衍射光栅形状。在将上述第1材料的折射率及上述 第2材料的折射率作为可视光区域的任意的波长A的函数而分别用nl( A ) 及n2 (A)显示时，上述台阶d与A/lnl (A) -n2 (入)|大致相同。
发明效果
本发明的立体图像显示装置由于伴随着色像差的图像的颜色偏差较
6少，所以能够显示高析像度、视野角较大、并且明亮的图像。


图1是表示本发明的实施方式1的立体图像显示装置的概略结构的立 体图。
图2是本发明的实施方式1的立体图像显示装置的部分放大剖视图。 图3是炫耀衍射光栅形状被覆盖层覆盖的衍射元件的部分放大剖视图。 图4是对以柱状透镜为代表的折射透镜的成像进行说明的图。 图5是本发明的实施方式2的立体图像显示装置的部分放大剖视图。 图6是表示构成本发明的实施方式2的立体图像显示装置的复合元件
的制造的一个工序的部分放大剖视图。
图7是构成本发明的实施方式3的立体图像显示装置的电压可变透镜
阵列的部分放大剖视图。
图8A是表示构成本发明的实施方式3的立体图像显示装置的电压可变
透镜阵列的制造方法的一个工序的剖视图。
图8B是表示构成本发明的实施方式3的立体图像显示装置的电压可变
透镜阵列的制造方法的一个工序的剖视图。
图8C是表示构成本发明的实施方式3的立体图像显示装置的电压可变
透镜阵列的制造方法的一个工序的剖视图。
图8D是表示构成本发明的实施方式3的立体图像显示装置的电压可变
透镜阵列的制造方法的一个工序的剖视图。
图9是表示构成本发明的实施方式3的立体图像显示装置的另一电压
可变透镜阵列的部分放大剖视图。
图10是说明以往的立体图像显示的图像与观察者的位置关系的立体图。
图11是说明以往的视差屏障方式的立体图像显示的图。 图12是说明以往的柱状透镜阵列方式的立体图像显示的图。 图13是表示在以往的积分照相术方式中使用的微透镜阵列的立体图。 图14是表示以往的使用液晶的柱状透镜阵列的概略构造的部分放大剖 视图。
具体实施例方式
在上述本发明的立体图像显示装置中，上述第1材料以及上述第2材 料都包含树脂，上述第2材料由包含树脂和无机粒子的复合材料构成，优 选满足nl ( A ) 〈n2 ( A )。通过第1材料及第2材料包含树脂、第2材料 由复合材料构成，能够提高立体图像显示装置的加工性和生产性。另外， 提供弯曲和挠曲较强的挠性立体图像装置。
优选上述第2材料包含具有粘结性的紫外线硬化树脂。由此，衍射元 件阵列的形成、立体图像显示装置的组装变容易。
优选在构成上述第1材料的层的一个面上形成上述透镜阵列，在另一 个面上形成上述炫耀衍射光栅形状。由此，能够削减立体图像显示装置的 零件个数和组装工序数。
优选上述第1材料构成的层由热可塑性材料或紫外线硬化材料构成， 使用金属模成形。由此，可提高构成透镜阵列的透镜和炫耀衍射光栅形状 的位置精度，提高组装精度。
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。 (实施方式l)
在图1中表示有关本实施方式1涉及的立体图像显示装置的概略结构。 IO是将视点不同的多个原图像合成的图像显示部，ll是衍射元件阵列，12 是柱状透镜(lenticular lens array)阵列。在图1中将各元件分离而记载， 但它们的一部分或全部也可以密接，或者也可以以规定的间隔离开。只要 根据各元件的配置使柱状透镜阵列12的形状及衍射元件阵列11的形状适 当化就可以。如图所示，将平行于图像显示部的铅直方向轴及水平方向轴 分别设为Z轴及Y轴，将正交于Z轴及X轴的轴设为X轴。在图1中， 记载在衍射元件阵列11上的与Z轴平行的多条纵线简略化表示炫耀衍射光 栅形状的台阶(depth)存在的位置。
图2是本实施方式1的立体图像显示装置的沿着与XY面平行的面的 部分放大剖视图。在图2中，表示图像显示部IO、衍射元件阵列ll、柱状 透镜阵列12密接的立体图像显示装置的剖视图。实施方式1的立体图像显 示装置在Z轴方向的哪个位置都具有同样的截面构造。
8在图像显示部IO上，依次配置有衍射元件阵列11及柱状透镜阵列12。 在柱状透镜阵列12的与衍射元件阵列11相反侧的面上，沿Y轴方向
相互密接而形成有由其长度方向与Z轴平行的大致圆筒凸面构成的柱状透
镜12a。
衍射元件阵列11由图像显示部IO侧的基材lla和柱状透镜阵列12侧 的覆盖层lib构成。基材lla由第1材料构成，在其柱状透镜阵列12侧的 表面上形成有台阶d的炫耀衍射光栅形状。覆盖层lib由第2材料构成， 密接在基材lla上，以使其覆盖基材lla的炫耀衍射光栅形状。衍射元件 阵列11的图像显示部IO侧的面和柱状透镜阵列12侧的面都是平面，并且 相互平行。
设在基材lla与覆盖层lib的界面上的炫耀衍射光栅形状包括在Y轴 方向上重复的衍射光栅单位。衍射光栅单位以与柱状透镜12a的Y轴方向 的配置间距相同的间距在Y轴方向上重复配置，以使其与柱状透镜阵列12 的柱状透镜12a对置。在1个衍射光栅单位内，衍射光栅的台阶的Y轴方 向的配置间隔在柱状透镜12a的光轴19的附近较大，随着远离光轴19而 变窄。衍射光栅的台阶(深度)不论Y轴方向的位置如何都为d是一定的。 以下，利用附图对衍射元件阵列11的作用详细地说明。 图3是形成有覆盖层132以使其覆盖形成在基材130的表面上的炫耀 衍射光栅形状131的衍射元件的剖视图。设基材130的折射率为nl'(入)、 覆盖层132的折射率为n2' ( A )。这里，A是波长，nl' (A)、n2'(入)
表示折射率是波长入的函数。
在通过衍射现象将光弯曲聚光而成像的情况下，加工的可靠性较高， 使用以衍射效率为代表的各特性的波长依存性较小的1次衍射光的情况较 多。如果设炫耀衍射光栅形状131的台阶为d，则1次衍射效率对于波长入 在理论上为100%的条件用下式(1)表示。
d"/|nl'(入)画n2'(入)| ……(1)
如果式(1)的右边为在某个波段中为一定值d，则该波段中的l次衍 射效率不论波长如何都为100%。如果从该条件较大地偏离，则产生1次衍 射光以外的不需要的衍射光，图像的对比度及析像度劣化。例如，在图3 中没有覆盖层132的情况下n2'(入)=1，所以式(1)的右边如果波长
9入变化则不为一定。通常的光学材料是高折射率且高分散材料、或者低折
射率且低分散材料。如果将这样的材料在基材130及覆盖层132中使用， 则1次衍射效率不论台阶d如何都降低很多。因而，如果将用不满足式(1) 的条件的覆盖层132覆盖了基材130的炫耀衍射光栅形状131的衍射元件 作为图1及图2的衍射光栅阵列11使用，则在进行全彩色的立体图像显示 的情况下，通过0次衍射光及2次衍射光等的不需要的衍射光反而使图像 的析像度劣化。重要的是使用大致满足式(1)的衍射元件阵列。为此，只 要将高折射率且低分散材料与低折射率且高分散材料组合而构成衍射元件 阵列11、以使得在整个可视区域中式(1)大致成立就可以。在整个可视区 域中式(1)成立是理想性的，但只要式(1)大致成立，在实用性上就没
有问题。具体而言，在可视光区域的整个区域中，优选地使a/ (入/| nr
(入)-n2'(入)I)为0.8以上1.2以下、更优选为0.9以上1.1以下。
将球面形状或非球面形状的折射透镜与这样的衍射元件组合的益处之 一是能够降低色像差。
如图3所示，当波长A的光与衍射元件的法线平行地入射到衍射光栅 的台阶的间距为P的衍射元件中时，如果满足式(2)，则射出光都成为衍 射角9的1次衍射光。
sin0"/P ...... (2)
但是，图3图示了n2'(入)〉nl'(入)的情况，在n2'(入)<nl '(入)的情况下衍射方向左右颠倒。图2也需要根据基材lla及覆盖层 lib的折射率的大小关系使炫耀衍射光栅形状的倾斜方向颠倒。
由式(2)可知，波长A越长，衍射角e越大。由此，在通过炫耀衍射 光栅进行聚光的情况下，波长入越长则聚光位置越接近于炫耀衍射光栅。
另一方面，波长越长则材料的折射率越低，所以在通过折射透镜进行 聚光的情况下波长越长，聚光位置越远离折射透镜。因此，如果同时使用 折射透镜和炫耀衍射光栅，则聚光位置相对于波长的差异的变化被抵消， 能够降低色像差。
将球面形状或非球面形状的折射透镜与图3那样的衍射元件组合的另 一个益处是能够实现广角化。
图4是对作为折射透镜之一的柱状透镜阵列140的成像进行说明的图。
10相对于平行于透镜140的光轴141而入射到透镜140中的平行光线142的 聚光位置，相对于透镜140的光轴141以角度co入射到透镜140中的平行 光线143的聚光位置沿光轴141方向向透镜140侧偏移S 。如果入射角G) 变化，则聚光位置沿着成像面145变化。这并不限于柱状透镜，是在一般 的折射透镜中发生的现象，称作像面弯曲。越是聚光性较强的透镜，像面 弯曲越有变大的倾向。如果使用具备具有这样的特性的柱状透镜的柱状透 镜阵列进行图12所示的立体图像显示，则发生模糊而图像的析像度下降。 特别在从斜向观察扩大了视野角的画面的情况下，显示图像的劣化程度变 得显著。
但是，在将具有聚光性的衍射元件组合到衍射透镜中的情况下，能够 使衍射元件承担需要的聚光功能的一部分，所以与折射透镜单体的情况相 比，对折射透镜要求的聚光功能较低就足够。因而，能够减小图4的聚光 位置的偏差量S。即能够降低像面弯曲。由此，即使不增大F值也能够实 现低像差的光学系统，所以能够实现明亮的图像显示装置。
这样，本实施方式1的立体图像显示装置由于具备上述衍射元件阵列 11和柱状透镜阵列12，所以能够显示高析像度、视野角较大、并且明亮的 图像。
以下表示对应于本实施方式1的具体的实施例。 (实施例1)
使用与Z轴平行地配置有多个圆筒状柱状透镜的丙烯制的柱状透镜阵 列12。柱状透镜的Y轴方向的配置间距是2.54mm (1A0英寸)，焦点距离 是4mm。通过将CCD照相机沿Y轴方向以24mm间隔排列10个，取入从 IO个视点的位置观察的图像，合成而得到2维图像。将该2维图像用喷墨 打印机印刷，做成图像显示部10。并且，正确地配置衍射元件阵列11和柱 状透镜阵列12以使得没有位置偏差，制作出立体图像显示装置。
衍射元件阵列11通过将在单面上形成有台阶d为15 li m的炫耀衍射光 栅形状的玻璃制基材lla (材料名住田光学玻璃K-PSK100， d线折射率 1.592，阿贝数60.5)上层叠由尿烷丙烯酸酯类紫外线硬化树脂(硬化后的 d线折射率1.555，阿贝数38)构成的覆盖层llb而制作的。在本实施例l 的衍射元件阵列11中，作为基材lla的材料(第1材料)的玻璃是高折射
ii率、低分散材料，作为覆盖层llb的材料(第2材料)的紫外线硬化树脂 是低折射率、高分散材料，在可视光区域中大致满足上述式(1)。在可视 光整个区域(波长400 700nm)中1次衍射效率为96%以上。
紫外线硬化树脂具有粘结性。因而，在紫外线硬化树脂硬化之前将柱 状透镜阵列12与玻璃制基材lla经由紫外线硬化树脂贴合、定位后，使紫 外线硬化树脂硬化。由此，在与硬化同时还进行柱状透镜阵列12与衍射元 件阵列11的粘结。
即使相对于这样制作的立体图像显示装置沿Y轴方向使视线较大地移 动，也能够总是观赏鲜明的立体图像。 (实施例2)
使用与Z轴平行地配置有多个圆筒状柱状透镜的环烯烃(日本if才y 制ZEONEX480R)制的柱状透镜阵列12。柱状透镜的Y轴方向的配置间 距是2.54mm (1/10英寸)，焦点距离是4mm。通过将CCD照相机沿Y轴 方向以24mm间隔排列10个，取入从10个视点的位置观察的图像，合成 而得到2维图像。将该2维图像用喷墨打印机印刷，做成图像显示部IO。 并且，正确地配置衍射元件阵列11和柱状透镜阵列12以使得没有位置偏 差，制作出立体图像显示装置。
作为衍射元件阵列11的基材lla的材料(第1材料)，使用包含以聚 碳酸酯为主要成份的树脂和氧化锌的复合材料(d线折射率1.683，阿贝数 18.9，复合材料中的氧化锌的含量为体积百分比30%，氧化锌的平均粒径 10nm)，在单面上形成台阶5.2um的炫耀衍射光栅形状。
上述"以聚碳酸酯为主要成分的树脂"中的聚碳酸酯的含量是重量百 分比97%。但是，本发明并不限于此，优选地含有重量百分比95%以上、 更优选地含有重量百分比98%以上的聚碳酸酯。此外，作为作为主要成分 含有的树脂，在本实施例2中使用了聚碳酸酯，但只要具有希望的折射率 就可以，并不限于此。例如也可以使用聚乙烯、聚苯乙烯等。此外，在本 实施例2中使用氧化锌作为无机粒子，但只要是具有希望的折射率的物质 就可以，并不限于此。例如，可以使用氧化钛、氧化钽、氧化锆、氧化铝、 氧化钇、氧化硅、氧化铌、氧化铈、氧化铟、氧化锡、氧化铪等的金属氧 化物。
12作为衍射元件阵列11的覆盖层lib的材料(第2材料)，使用包含以 环烯烃类树脂为主要成分的树脂和氧化锆的复合材料(d线折射率1.796， 阿贝数41.9，复合材料中的氧化锆的含量为体积百分比50%，氧化锆的平 均粒径10nm)。将该材料通过钢条涂层(barcoating)涂布在基材lla的形 成有炫耀衍射光栅形状的面上，形成覆盖层llb。
上述"以环烯烃类树脂为主要成分的树脂"中的环烯烃类树脂的含量 是重量百分比92%。但是，本发明并不限于此，优选地含有重量百分比90 %以上、更优选地含有重量百分比95%以上的环烯烃类树脂。此外，作为 作为主成分含有的树脂，在本实施例2中使用环烯烃类树脂，但只要具有 希望的折射率就可以，并不限于此。例如可以使用聚乙烯、聚苯乙烯等。
在本实施例2的衍射元件阵列11中，构成基材lla的复合材料是低折 射率、高分散材料，构成薄膜层llb的复合材料是高折射率、低分散材料， 在可视光区域中大致满足上述式(1)。
柱状透镜阵列12和衍射元件阵列11经由规定厚度的紫外线硬化树脂 贴合。
对于这样制作的立体图像显示装置，即使使视线沿Y轴方向较大地变 动，也能够总是观赏鲜明的立体图像。
在本实施例2中，衍射元件阵列11及柱状透镜阵列12都由以树脂为 主要成分的材料构成，所以加工性良好、能够提高生产性。此外，能够实 现对于弯曲及挠曲承受力较强的挠性立体图像显示装置。 (实施方式2)
图5是本实施方式2的立体图像显示装置的沿着与XY面平行的面的 部分放大剖视图。在本实施方式2中，在一个面上形成有柱状透镜阵列、 在另一个面上形成有炫耀衍射光栅形状的复合元件31和图像显示部10经 由薄膜层32密接一体化。本实施方式2的立体图像显示装置具有在Z轴方 向的任意位置都相同的截面构造。
在形成于复合元件31的上述一个面上的柱状透镜阵列中，沿着Y轴方 向相互密接而形成有由其长度方向与Z轴平行的大致圆筒凸面构成的柱状 透镜31a。
形成在复合元件31的上述另一个面(即图像显示部IO侧的面)上的
13炫耀衍射光栅形状由沿Y轴方向重复的衍射光栅单位构成。衍射光栅单位 以与柱状透镜31a的Y轴方向的配置间距相同的间距沿Y轴方向重复而配 置，以使其与柱状透镜阵列的柱状透镜31a相对置。在l个衍射光栅单位 内，衍射光栅的台阶的Y轴方向的配置间隔在柱状透镜31a的光轴39的附 近较大，随着从光轴39离开而变窄。衍射光栅的台阶(深度)不论Y轴方 向的位置如何都为d是一定的。
薄膜层32密接在复合元件31上，以使其覆盖复合元件31的炫耀衍射 光栅形状。复合元件31由第1材料构成，薄膜层32由第2材料构成。在 可视光区域中，第1材料和第2材料大致满足上述式(1)。因而，形成在 复合元件31和薄膜层32的界面上的衍射元件阵列具有与在实施方式1中 说明的衍射元件阵列同样的功能。
图6是表示复合元件31的制造中的一个工序的部分放大剖视图。在图 6中，41、 42是构成在注射成形时使用的树脂金属模的上模及下模。作为 构成复合元件31的第1材料而使用热塑性树脂，在将其以高温熔融而成为 液状后，注射到合模的上模41及下模42之间。通过比树脂温度低的上模 41及下模42将树脂成形为复合元件31的形状并稳定化，在冷却后从金属 模取出。这样的注射成形作为透镜制造方法而通用，生产性最高，能够确 保高精度的形状。在上述中，作为构成复合元件31的第1材料也可以使用 紫外线硬化树脂。在此情况下，只要利用由使紫外线透过的材料构成的上 模41及下模42使紫外线硬化树脂硬化就可以。但是，复合元件31的制造 方法并不限于此，也可以采用例如利用辊将希望的形状转印到行进的长条 的材料的表面上的方法(辊成形)、或将对上下的金属模赋予的形状转印到 材料上的方法(压力成形)等。
在本实施方式2中，柱状透镜和炫耀衍射光栅形状分别形成在复合元 件31的表背面上。因而，与实施方式1那样将柱状透镜和炫耀衍射光栅形 状形成在其他部件上的情况相比，能够削减部件件数及组装工序数。此外， 柱状透镜与炫耀衍射光栅形状的相对的定位较容易，组装精度提高。特别 是，如果在图6中将上模41及下模42在框模(未图示)之中定位并注射 成形，则能够以几um以下的误差确保一个面的柱状透镜与另一个面的炫 耀衍射光栅形状的相对位置精度。因而，能够将柱状透镜和炫耀衍射光栅
14形状高精度地定位。
本实施方式2的立体图像显示装置能够得到与上述实施方式1完全相
同的效果，能够降低在以往的具备柱状透镜阵列的立体图像显示装置中成 为问题的色像差和像面弯曲，能够显示高析像度、视野角较大、并且明亮 的图像。
以下表示对应于本实施方式2的具体的实施例。 (实施例3)
使用在一个面上与Z轴平行地配置有多个圆筒状柱状透镜、在另一个 面上形成有炫耀衍射光栅的由聚碳酸酯(d线折射率1.585，阿贝数28)构 成的复合元件31。柱状透镜的Y轴方向的配置间距是2.54mm(1/10英寸)， 焦点距离是4mm。炫耀衍射元件的台阶d是15 u m。复合元件31通过将 加热到约29(TC的聚碳酸酯树脂注射到温度ll(TC的金属模内成形而制作。 金属模通过刀具的切削加工而制作。
通过将CCD照相机沿Y轴方向以24mm间隔排列10个，取入从10 个视点的位置观察的图像，合成而得到2维图像。将该2维图像用喷墨打 印机印刷，做成图像显示部IO。在图像显示部10上，作为薄膜层32的材 料而使用分散有氧化锆的纳米粒子的紫外线硬化树脂(硬化后的d线折射 率1.623，阿贝数40)，在其上正确地配置复合元件31以使其相对于图像显 示部10没有位置偏差，使紫外线硬化树脂硬化而制作出立体图像显示装置。 在本实施例3中，构成复合元件31的第1材料是低折射率、高分散材料， 构成薄膜层32的第2材料是高折射率、低分散材料，在可视光区域中大致 满足上述式(1)。在可视光整个区域(波长400 700nm)中，1次衍射效 率是96%以上。
对于这样制作的立体图像显示装置，即使使视线沿Y轴方向较大地变 动，也能够总是作为立体图像鲜明地观赏。 (实施方式3)
图7是构成本实施方式3的立体图像显示装置的电压可变透镜阵列的 部分放大剖视图。在第1透明基板50上层叠有复合部件53。复合部件53 包括由透明的第1材料构成的第1部件51、和由与第1材料不同的第2材 料构成的第2部件52。在第1部件51的与第1透明基板50相反侧的面上，
15形成有沿着Y轴方向相互密接而形成有柱状透镜的柱状透镜阵列，该柱状 透镜由沿与Z轴平行的方向延伸的大致圆筒凹面构成。在各个柱状透镜的 表面上形成有炫耀衍射光栅形状。炫耀衍射光栅形状的槽被由第2材料构 成的第2部件52填埋。在1个柱状透镜中，衍射光栅的台阶的Y轴方向的 配置间隔在柱状透镜的光轴59的附近较大，随着远离光轴59而变窄。衍 射光栅的台阶(深度)不论Y轴方向的位置如何都为d是一定的。
在第1透明基板50的与复合部件53相反侧，配置有进行规定的显示 的显示元件(未图示)。
在可视光区域中，第1材料和第2材料大致满足上述式(1)。因而， 形成在第1部件51和第2部件52的界面上的衍射元件阵列具有与在实施 方式1中说明的衍射元件阵列同样的功能。
例如，作为第1材料而使用d线折射率1.585、阿贝数28的聚碳酸酯， 作为第2材料而使用分散有氧化锆的纳米粒子的紫外线硬化树脂(硬化后 的d线折射率是1.623，阿贝数40)，在设炫耀衍射光栅的深度d为15um 时，在可视光整个区域(波长400 700nm)中，1次衍射效率是96%以上。
第2透明基板54对置于复合部件53的与第1透明基板50相反侧的面。 在复合部件53及第2透明基板54的相互对置的一侧的面上，分别形成有 透明电极层55a、 55b。透明电极层55a与透明电极层55b之间的空间被液 晶材料56充满。通过控制透明电极层55a与透明电极层55b之间的电位差， 能够切换柱状透镜的透镜作用。
作为液晶材料56，可以优选地使用例如在对透明电极层55a与透明电 极层55b之间施加电位差的情况下(以下将该状态称作"开启"模式)d 线折射率是1.7、在使透明电极层55a与透明电极层55b为相同电位的情况 下(以下将该状态称作"关闭"模式)d线折射率是1.5的向列型液晶。
在作为液晶材料56而使用上述向列型液晶、作为第1部件51的材料 而使用d线折射率1.585、阿贝数28的聚碳酸酯的情况下，在"关闭"模 式下，由液晶材料56和第1部件5i形成的折射透镜具有负的聚光能力(即， 使平行光发散)。另一方面，形成在第1部件51与第2部件52的界面上的 炫耀衍射光栅的衍射透镜具有正的聚光能力(即，使平行光聚焦)。因而， 图7的电压可变透镜阵列整体作为单纯的透明的平行平板发挥功能，观察
16者可以原样观察配设在透明基板50的下侧的显示元件的显示。由此，在"关 闭"模式下，通过使显示元件显示2维图像，本实施方式的图像显示装置 作为通常的2维图像显示装置发挥功能。
另一方面，在"开启"模式下，液晶材料56与第1部件51的折射率 的大小关系与上述"关闭"模式颠倒，由液晶材料56和第1部件51形成 的折射透镜具有正的聚光能力。对其叠加形成在第1部件51和第2部件52 的界面上的炫耀衍射光栅带来的衍射透镜的正的聚光能力。因而，图7的 电压可变透镜阵列整体作为具有正的聚光能力的透镜阵列发挥功能。由此， 在"开启"模式下，通过将视点不同的多个原图像合成而形成的合成图像 显示在配设在透明基板50的下侧的显示元件上，本实施方式的图像显示装 置作为立体图像显示装置发挥功能。
本实施方式3的立体图像显示装置能够得到与上述实施方式1、 2同样 的效果，能够降低在以往的使用液晶透镜的立体图像显示装置中成为问题 的色像差和像面弯曲，能够提供高析像度、视野角较大、并且明亮的图像。
图8A 图8D是以工序顺序表示如图7所示在内部中具备衍射元件阵 列的电压可变透镜阵列的制造方法的部分放大剖视图。利用图8A 图8D 说明电压可变透镜阵列的制造方法。
首先，如图8A所示，在第1透明基板50上设置第1部件51。例如， 将未硬化的第1材料添加到第1透明基板50上，推压金属模而将柱状透镜 形状(大致圆筒凹面)与炫耀衍射光栅形状槽转印到第1材料的表面上， 然后使第1材料硬化。
接着，如图8B所示，将作为第2部件52的第2材料填充(埋入)到 第1部件51的炫耀衍射光栅形状槽中。作为填充方法，例如能够使用在将 未硬化的第2材料涂布在第1部件51上之后、通过橡皮滚将剩余的第2材 料除去、然后使第2材料硬化的方法。这样，在第1透明基板50上形成复 合部件53。
作为第1材料及第2材料，例如可以使用聚碳酸酯等的热塑性树脂、 丙烯类、环氧类、或者硅类等的紫外线硬化树脂、或者使无机材料分散到 它们之中的复合材料等。第1材料及第2材料只要进行选择以使其在可视 光区域中大致满足上述式(1)就可以。
17接着，如图8C所示，在复合部件53上形成透明电极层55a，再涂布 液晶材料56。作为透明电极层55a，可以使用例如以ITO为主成分的材料。 通过在涂布液晶材料56之前对透明电极层55a进行摩擦(rubbing)处理， 控制液晶材料56的取向方向。.
最后，如图8D所示，将在单面上形成有透明电极层55b的第2透明基 板54使透明电极层55b处于液晶材料56侧而层叠，将液晶材料56封固。 作为透明电极层55b，可以使用例如以ITO为主成分的材料。这样，图7 所示的电压可变透镜阵列完成。
这样，构成本实施方式3的立体图像显示装置的电压可变透镜阵列具 备由弦耀衍射光栅构成的衍射元件阵列，但可以通过与以往的电压可变阵 列几乎同样的制造方法制作。
如图9所示，也可以在液晶材料56与第2透明基板54之间设置形成 有衍射元件阵列的第2复合部件70。第2复合部件70包括由透明的第1 材料构成的第1部件71、和由与第1材料不同的第2材料构成的第2部件 72。在第1部件71的与第2透明基板54相反侧的面上形成有炫耀衍射光 栅形状。炫耀衍射光栅形状的槽被由第2材料构成的第2部件72填埋。在 对应于1个柱状透镜的区域中，形成在第2复合部件70上的衍射光栅的台 阶的Y轴方向的配置间隔在柱状透镜的光轴59的附近较大，随着远离光轴 59而变窄。透明电极层55b设在第2复合部件70上。这样，通过沿X轴 方向配置两层衍射元件阵列，能够进行更好的立体图像显示。第1部件71 及第2部件72的材料及第2复合部件70的制造方法可以与复合部件53的 情况同样。
在图9中，表示了沿X轴方向配置两层衍射元件阵列的例子，但也可 以沿X轴方向配置3层以上的衍射元件阵列。
此外，在图9中，也可以不在第1部件51上形成炫耀衍射光栅形状， 而使用仅在第2复合部件70上设有衍射元件阵列的电压可变透镜阵列。在 此情况下，由于具备1层衍射元件阵列，所以发挥与图7所示的电压可变 透镜阵列同样的效果。
以上说明的实施方式都不过是想要使本发明的技术内容变得清楚，本 发明并不被这样的具体例限定地解释，在不脱离本发明的主旨和权利要求
18书中记载的范围内能够进行各种变更而实施，应该广义地解释本发明。 产业上的可利用性
本发明的立体图像显示装置由于伴随着色像差的图像的颜色偏差较 少，所以能够显示高析像度、视野角较大、并且明亮的图像。因此，能够 在从较小的画面的便携电话等的便携设备用途到大画面的电视用途、需要 立体图像显示的各种显示装置中广泛地使用。此外，不仅是运动图像用途， 在要求立体图像显示的印刷物等的静止图像用途中也能够使用。
权利要求
1、一种立体图像显示装置，具备将视点不同的多个原图像合成而构成的合成图像；透镜阵列；以及，与上述透镜阵列间距相同的衍射元件阵列；其特征在于，上述衍射元件阵列具有由第1材料构成的层和由第2材料构成的层，包括由上述第1材料构成的层和由上述第2材料构成的层的界面上所形成的台阶d的炫耀衍射光栅形状；在将上述第1材料的折射率及上述第2材料的折射率作为可视光区域的任意的波长λ的函数而分别用n1(λ)及n2(λ)显示时，上述台阶d与λ/|n1(λ)-n2(λ)|大致相同。
2、 如权利要求1所述的立体图像显示装置，其特征在于，上述第1材 料及上述第2材料都包含树脂，上述第2材料由包含树脂和无机粒子的复 合材料构成，满足nl ( A ) <n2 (入)。
3、 如权利要求2所述的立体图像显示装置，其特征在于，上述第2材 料包含^有粘结性的紫外线硬化树脂。
4、 如权利要求1所述的立体图像显示装置，其特征在于，在由上述第 l材料构成的层的一个面上形成有上述透镜阵列，在另一个面上形成有上述 炫耀衍射光栅形状。
5、 如权利要求4所述的立体图像显示装置，其特征在于，由上述第l 材料构成的层由热塑性材料或者紫外线硬化材料构成，使用金属模成形。
全文摘要
本发明提供一种立体图像显示装置，具备将视点不同的多个原图像合成而构成的合成图像(10)；透镜阵列(12)；以及，与透镜阵列相同间距的衍射元件阵列(11)。衍射元件阵列具有由第1材料构成的层(11a)和由第2材料构成的层(11b)，包括由第1材料构成的层和由第2材料构成的层的界面上形成的台阶d的炫耀衍射光栅形状。在将第1材料的折射率及第2材料的折射率作为可视光区域的任意的波长λ的函数而分别用n1(λ)及n2(λ)显示时，台阶d与λ/|n1(λ)-n2(λ)|大致相同。由此，伴随着色像差的图像的颜色偏差较少，所以能够显示高析像度、视野角较大、并且明亮的图像。
文档编号G02B27/22GK101542357SQ20088000049
公开日2009年9月23日 申请日期2008年5月12日 优先权日2007年5月18日
发明者是永继博 申请人:松下电器产业株式会社