透镜部件及图像显示装置制造方法
【专利摘要】透镜部件（10）包含K个单位透镜（11），该K个单位透镜（11）分别沿X方向延伸且具有相同的结构，并在Y方向上以最小周期PL并列配置。各单位透镜（11）包含在Y方向的最小周期PL内被划分的两个部分透镜（121、122），而且还包含设置在该部分透镜（121、122）之间的平坦部（13）。部分透镜（121、122）分别具有与Z方向平行且彼此不同的光轴，使物面上的公共点成像在像面（A）上彼此不同的位置。
【专利说明】透镜部件及图像显示装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够分别向多个视点显示图像的图像显示装置以及该图像显示装置中所包含的透镜部件。
【背景技术】
[0002]能够分别向多个视点显示图像的图像显示装置，例如能够在汽车导航系统(CarNavigation System)中对分别乘坐在驾驶席及副驾驶席的人显示彼此不同的图像。另外，图像显示装置还可通过对同一个人的右眼及左眼分别显示彼此不同的图像而使人识别到立体图像等。
[0003]作为这样的图像显示装置，公知有具备显示面板和柱状透镜(LenticularLens)的图像显示装置，该显示面板使用了液晶等，该柱状透镜并列配置有柱面透镜(Cylindrical Lens)。在使用液晶显示面板作为显示面板时，用被称为黑矩阵(blackmatrix)的遮蔽区域包围各个像素。通过在显示面板的像素间设有遮蔽区域，从而在图像显示装置显示图像的像面上，产生与遮蔽区域对应的黑色区域。
[0004]该黑色区域根据像面上的位置被识别，因而在图像内被观察为黑色条纹，导致画质下降。因此，专利文献I公开的发明，通过在液晶显示面板与柱状透镜之间设置各向异性散射片来实现避免因像素间的遮蔽区域所导致的画质下降。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2008-134617号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]然而，在专利文献I所公开的发明中，由于形成图像所需的光也通过各向异性散射片进行散射，因此也导致了画质下降。为了避免这样的画质下降，也曾考虑过使用具有特殊形状的透镜部件来代替柱状透镜。但是，特殊形状的透镜部件的制造比较复杂。
[0010]本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够分别向多个视点显示高品质图像的图像显示装置、以及非常适合于该图像显示装置且能够很容易地制造的透镜部件。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]本发明相关的透镜部件是使物面上的图像成像在像面上的透镜部件。(I)透镜部件具备K个单位透镜，该K个单位透镜分别沿第I方向延伸且具有相同的结构，并在与第I方向垂直的第2方向上以最小周期^并列配置。(2) K个单位透镜分别包含在第2方向的最小周期内被划分的M个部分透镜、及设置在该M个部分透镜之间的平坦部。(3)各单位透镜所包含的M个部分透镜分别具有与第3方向平行且彼此不同的光轴，使物面上的公 共点成像在像面上彼此不同的位置，该第3方向与第I方向及第2方向的双方都垂直。K、M为2以上的整数。
[0013]在本发明相关的透镜部件中，在各单位透镜中，平坦部在第2方向的宽度也可以与上述M个部分透镜各自的光轴的间隔相等，或比上述M个部分透镜各自的光轴的间隔大。另外，在本发明相关的透镜部件中，各单位透镜的平坦部在第2方向的宽度也可小于该单位透镜在第2方向的宽度的1/2。另外，在本发明的透镜部件中，各单位透镜所包含的M个部分透镜也可以分别具有彼此相等的焦距。
[0014]本发明相关的图像显示装置具有(I)显示面板，在与相互垂直的第I方向和第2方向的双方都平行的面上二维地排列有多个单位像素组，多个单位像素组分别包含沿第2方向排列的N个部分像素；以及(2)上述本发明的透镜部件，将显示面板作为物面，使该物面上的图像成像在像面上，且在第2方向上与单位像素组对应地设置有单位透镜。N为2以上的整数。
[0015]在本发明相关的图像显示装置中，在显示面板的多个单位像素组的各个中沿着第2方向在N个部分像素的相互之间存在遮蔽区域。遮蔽区域在第2方向上的宽度与透镜部件的各单位透镜所包含的M个部分透镜各自的光轴在第2方向上的间隔相比相等或比该间隔小。
[0016]在本发明相关的图像显示装置中，也可以是M值为2，且透镜部件的K个单位透镜中在第2方向上位于中央附近的任一单位透镜所包含的两个部分透镜各自的光轴在第2方向上的中间位置、与显示面板的多个单位像素组中在第2方向上位于中央附近的任一单位像素组的中央位置彼此相同。在本发明相关的图像显示装置中，透镜部件及显示面板也可以分别具有用于组装两者时的位置对准的标记。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，图像显示装置能够向多个视点分别显示图像，且能够抑制该图像的画质的劣化，另外，还能够很容易地制造。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是示意地表示第I比较例的图像显示装置I的图像显示原理的图。
[0020]图2是说明第I比较例的图像显示装置I显示图像过程中显示面板20的像素与像面A上的像之间的关系的图。
[0021]图3是说明第I比较例的图像显示装置I显示图像过程中显示面板20的像素与像面A上的像之间的关系的图。
[0022]图4是说明参考方式的图像显示装置的透镜部件10的图。
[0023]图5是表示使透镜相对于第I比较例中的显示面板20向-Y方向偏移时来自部分像素22κ的光线的轨迹的图。
[0024]图6是表示使透镜相对于第I比较例的显示面板20向-Y方向偏移时像面A上的光强度分布的图。
[0025]图7是表示使透镜相对于第I比较例的显示面板20向+Y方向偏移时来自部分像素22κ的光线的轨迹的图。
[0026]图8是表示使透镜相对于第I比较例的显示面板20向+Y方向偏移时像面A上的光强度分布的图。[0027]图9是表示参考方式中的来自部分像素22κ的光线的轨迹的图。
[0028]图10是表示参考方式中的像面A上的光强度分布的图。
[0029]图11是表示第I比较例的计算条件的图。
[0030]图12是表示第I比较例的计算结果的图。
[0031]图13是表示第I参考例的计算条件的图。
[0032]图14是表示第I参考例的计算结果的图。
[0033]图15是表示第2参考例的计算条件的图。
[0034]图16是表示第2参考例的计算结果的图。
[0035]图17是表示第3参考例的计算条件的图。
[0036]图18是表示第3参考例的计算结果的图。
[0037]图19是示意地表示第2比较例的图像显示装置2的图像显示原理的图。
[0038]图20是表示第2比较例的计算条件的图。
[0039]图21是表示第2比较例的计算结果的图。
[0040]图22是表示第4参考例的计算条件的图。
[0041]图23是表示第4参考例的计算结果的图。
[0042]图24是表示非球面透镜的剖面形状的图。
[0043]图25是表示非球面透镜的最优化条件的图。
[0044]图26是表示第5参考例的计算条件的图。
[0045]图27是表示第5参考例的计算结果的图。
[0046]图28是本实施方式的透镜部件10的剖视图。
[0047]图29是说明本实施方式的透镜部件10的成像的图。
[0048]图30是说明本实施方式的透镜部件10的形状的剖视图。
[0049]图31是表示第3比较例的计算条件的图。
[0050]图32是表示第3比较例的计算结果的图。
[0051]图33是表示第I实施例的计算条件的图。
[0052]图34是表示第I实施例的计算结果的图。
[0053]图35是表示从第I实施例的结构中去除平坦部13时的计算结果的图。
[0054]图36是表示第2实施例的计算条件的图。
[0055]图37是表示第2实施例的计算结果的图。
[0056]图38是表示第3实施例的计算条件的图。
[0057]图39是表示第3实施例的计算结果的图。
[0058]图40是说明本实施方式的透镜部件10的其它形状例的剖视图。
[0059]图41是示意地说明模具的制作方法的图。
[0060]图42是说明模具制作时所使用的车刀的形状的图。
[0061]图43是表示在本实施方式的图像显示装置的中央单位透镜与单位像素组的位置关系的图。
[0062]图44是说明在透镜部件10和显示面板20组装时用于位置对准的标记的图。【具体实施方式】[0063]以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行详细的说明。在附图的说明中，对同一或等同的要素标注相同的标号，并省略其说明。首先，对比较例及参考方式的图像显示装置进行说明。其次，对实施方式的图像显示装置进行说明。参考方式用于说明本发明实施方式的结构的前提事项。为便于说明，在附图中显示了 XYZ正交坐标系。
[0064]图1是示意地表示第I比较例的图像显示装置I的图像显示原理的图。图像显示装置I包含透镜部件10及显示面板20。图像显示装置I将显示面板20作为物面并通过透镜部件10使该物面上的图像在像面A上成像。
[0065]透镜部件10是将分别沿X方向延伸且具有相同的结构的柱面透镜为单位透镜以固定周期在Y方向上并列配置的柱状透镜。K为2以上的整数。柱面透镜II1-1Ik各自的光轴与Z方向平行。透镜部件10大致为平板形状，且与显示面板20相相对的面为平面，与像面A相相对的面为凸面。在图1中，表示了透镜部件10的凸面的形状。
[0066]显示面板20在XY平面上二维地排列有多个单位像素组21k。各单位像素组21k包含沿Y方向排列的两个部分像素2\、22κ。左眼用部分像素2?与右眼用部分像素22κ在Y方向上交替地配置。被称为黑矩阵的遮蔽区域23设置在左眼用部分像素2?与右眼用部分像素22κ之间。
[0067]如果单位像素组21k与柱面透镜IIk相对应，则自单位像素组21k的左眼用部分像素22^发出的光经过柱面透镜IIk在像面A上形成左眼用像Iy自单位像素组21k的右眼用部分像素22κ发出的光经过柱面透镜IIk在像面A上形成右眼用像Ικ。在像面A上的左眼用像込的形成范围内的左眼^的视网膜上成像左眼用图像。在像面A上的右眼用像Ik的形成范围内的右眼Ek的视网膜上成像右眼用图像。因此，通过对各单位像素组21k的左眼用部分像素2?及右眼用部分像素22κ分别赋予适当的图像数据，在左眼El及右眼Ek能够识别到立体图像。
[0068]然而，在像面A上，在左眼用像Il与右眼用像Ik之间，产生与遮蔽区域23对应的黑色区域ΙΒ。根据像面A上的位置识别该黑色区域ΙΒ，因在立体图像内观察到黑色条纹，导致画质下降。
[0069]图2和图3是分别说明第I比较例的图像显示装置I显示图像过程中显示面板20的像素与像面A上的像之间的关系的图。将单位像素组21k所包含的部分像素2\、22κ各自在Y方向的宽度设为WP。将单位像素组21k所包含的部分像素22^与部分像素22,之间的遮蔽区域23在Y方向的宽度设为Wb。将单位像素组2Ik在Y方向的宽度设为P (=2 (ffP+ffB))。将透镜部件10的出射侧的主平面与像面A之间的距离设为U。将透镜部件10的入射侧的主平面与显示面板20之间的距离设为L2。
[0070]将部分像素22卩22,在Y方向的宽度设为底边且将距离匕设为高度的三角形、与将像面A的像Ip Ik在Y方向的宽度设为底边且将距离L1设为高度的三角形存在相似关系。严格而言，有时在透镜部件10与显示面板20之间存在其它部件(玻璃、偏光板、粘合剂等)的情况。在近轴计算中，假设透镜厚度与位置无关均为至透镜前端的厚度，距离L2为用各层的厚度除以各层的折射率所得的结果之和。L1、L2根据各部件的厚度及折射率或所设定的像面A的位置(观察位置)通过出光线矩阵而求出。
[0071]在图2(a)中，单位像素组21k在Y方向的中心、以及与单位像素组21k对应的柱面透镜11!(在￥方向的中心均位于Y=0。此时，如图2(b)所示，在像面A上，与左眼用部分像素2?对应的左眼用像k形成在由下述公式(I)表示的Y方向的范围内，与右眼用部分像素22!^^应的右眼用像Ik形成在由下述公式(2)表示的Y方向的范围内。与遮蔽区域23对应的黑色区域Ib形成在由下述公式(3)表示的Y方向的范围内。α为透镜倍率，且由a =L1A2的公式表示。
[0072][数I]
【权利要求】
1.一种透镜部件，使物面上的图像在像面上成像， 该透镜部件具备K个单位透镜，该K个单位透镜分别沿第I方向延伸且具有相同的结构，并在与上述第I方向垂直的第2方向上以最小周期匕并列配置， 上述K个单位透镜分别包含在上述第2方向的最小周期匕内被划分的M个部分透镜、及设置在该M个部分透镜之间的平坦部， 各单位透镜所包含的上述M个部分透镜分别具有与第3方向平行且彼此不同的光轴，使上述物面上的公共点在上述像面上彼此不同的位置成像，该第3方向与上述第I方向及上述第2方向的双方都垂直，其中，K、M为2以上的整数。
2.根据权利要求1所述的透镜部件，其中， 在各单位透镜中，上述平坦部在第2方向的宽度与上述M个部分透镜各自的光轴的间隔相等，或比上述M个部分透镜各自的光轴的间隔大。
3.根据权利要求1所述的透镜部件，其中， 在各单位透镜中，上述平坦部在第2方向的宽度小于该单位透镜在第2方向的宽度的1/2。
4.根据权利要求1所述的透镜部件，其中， 各单位透镜所包含的上述M个部分透镜分别具有彼此相等的焦距。
5.一种图像显示装置，具有: 显示面板，在与相互垂直的第I方向和第2方向的双方都平行的面上二维地排列有多个单位像素组，上述多个单位像素组分别包含沿上述第2方向排列的N个部分像素；以及 权利要求1至4中任一项所述的透镜部件，将上述显示面板作为物面，使该物面上的图像在像面上成像，且在上述第2方向上与上述单位像素组对应地设置有上述单位透镜，其中，N为2以上的整数。
6.根据权利要求5所述的图像显示装置，其中， 在上述显示面板的上述多个单位像素组的每一个中，沿着上述第2方向在上述N个部分像素的相互之间存在遮蔽区域， 上述遮蔽区域在上述第2方向上的宽度与上述透镜部件的各单位透镜所包含的上述M个部分透镜各自的光轴在上述第2方向上的间隔相等，或者比该间隔小。
7.根据权利要求5所述的图像显示装置，其中， M值为2， 上述透镜部件的上述K个单位透镜中在上述第2方向上位于中央附近的任一单位透镜所包含的两个部分透镜各自的光轴在上述第2方向上的中间位置、与上述显示面板的上述多个单位像素组中在上述第2方向上位于中央附近的任一单位像素组的中央位置彼此相同。
8.根据权利要求5所述的图像显示装置，其中， 上述透镜部件及上述显示面板分别具有用于组装两者时的位置对准的标记。
【文档编号】G02B3/06GK103534621SQ201280023209
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年5月17日 优先权日:2011年5月19日
【发明者】多久岛道子, 佐野知巳, 依田润, 西雅也 申请人:住友电气工业株式会社, 住友电工超效能高分子股份有限公司