透鏡部件及圖像顯示裝置製造方法
2023-09-22 13:58:40 2
透鏡部件及圖像顯示裝置製造方法
【專利摘要】透鏡部件（10）包含K個單位透鏡（11），該K個單位透鏡（11）分別沿X方向延伸且具有相同的結構，並在Y方向上以最小周期PL並列配置。各單位透鏡（11）包含在Y方向的最小周期PL內被劃分的兩個部分透鏡（121、122），而且還包含設置在該部分透鏡（121、122）之間的平坦部（13）。部分透鏡（121、122）分別具有與Z方向平行且彼此不同的光軸，使物面上的公共點成像在像面（A）上彼此不同的位置。
【專利說明】透鏡部件及圖像顯示裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及能夠分別向多個視點顯示圖像的圖像顯示裝置以及該圖像顯示裝置中所包含的透鏡部件。
【背景技術】
[0002]能夠分別向多個視點顯示圖像的圖像顯示裝置，例如能夠在汽車導航系統(CarNavigation System)中對分別乘坐在駕駛席及副駕駛席的人顯示彼此不同的圖像。另外，圖像顯示裝置還可通過對同一個人的右眼及左眼分別顯示彼此不同的圖像而使人識別到立體圖像等。
[0003]作為這樣的圖像顯示裝置，公知有具備顯示面板和柱狀透鏡(LenticularLens)的圖像顯示裝置，該顯示面板使用了液晶等，該柱狀透鏡並列配置有柱面透鏡(Cylindrical Lens)。在使用液晶顯示面板作為顯示面板時，用被稱為黑矩陣(blackmatrix)的遮蔽區域包圍各個像素。通過在顯示面板的像素間設有遮蔽區域，從而在圖像顯示裝置顯示圖像的像面上，產生與遮蔽區域對應的黑色區域。
[0004]該黑色區域根據像面上的位置被識別，因而在圖像內被觀察為黑色條紋，導致畫質下降。因此，專利文獻I公開的發明，通過在液晶顯示面板與柱狀透鏡之間設置各向異性散射片來實現避免因像素間的遮蔽區域所導致的畫質下降。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2008-134617號公報
【發明內容】
[0008]發明要解決的課題
[0009]然而，在專利文獻I所公開的發明中，由於形成圖像所需的光也通過各向異性散射片進行散射，因此也導致了畫質下降。為了避免這樣的畫質下降，也曾考慮過使用具有特殊形狀的透鏡部件來代替柱狀透鏡。但是，特殊形狀的透鏡部件的製造比較複雜。
[0010]本發明是為了解決上述問題而做出的，其目的在於提供一種能夠分別向多個視點顯示高品質圖像的圖像顯示裝置、以及非常適合於該圖像顯示裝置且能夠很容易地製造的透鏡部件。
[0011]用於解決課題的手段
[0012]本發明相關的透鏡部件是使物面上的圖像成像在像面上的透鏡部件。(I)透鏡部件具備K個單位透鏡，該K個單位透鏡分別沿第I方向延伸且具有相同的結構，並在與第I方向垂直的第2方向上以最小周期^並列配置。(2) K個單位透鏡分別包含在第2方向的最小周期內被劃分的M個部分透鏡、及設置在該M個部分透鏡之間的平坦部。(3)各單位透鏡所包含的M個部分透鏡分別具有與第3方向平行且彼此不同的光軸，使物面上的公 共點成像在像面上彼此不同的位置，該第3方向與第I方向及第2方向的雙方都垂直。K、M為2以上的整數。
[0013]在本發明相關的透鏡部件中，在各單位透鏡中，平坦部在第2方向的寬度也可以與上述M個部分透鏡各自的光軸的間隔相等，或比上述M個部分透鏡各自的光軸的間隔大。另外，在本發明相關的透鏡部件中，各單位透鏡的平坦部在第2方向的寬度也可小於該單位透鏡在第2方向的寬度的1/2。另外，在本發明的透鏡部件中，各單位透鏡所包含的M個部分透鏡也可以分別具有彼此相等的焦距。
[0014]本發明相關的圖像顯示裝置具有(I)顯示面板，在與相互垂直的第I方向和第2方向的雙方都平行的面上二維地排列有多個單位像素組，多個單位像素組分別包含沿第2方向排列的N個部分像素；以及(2)上述本發明的透鏡部件，將顯示面板作為物面，使該物面上的圖像成像在像面上，且在第2方向上與單位像素組對應地設置有單位透鏡。N為2以上的整數。
[0015]在本發明相關的圖像顯示裝置中，在顯示面板的多個單位像素組的各個中沿著第2方向在N個部分像素的相互之間存在遮蔽區域。遮蔽區域在第2方向上的寬度與透鏡部件的各單位透鏡所包含的M個部分透鏡各自的光軸在第2方向上的間隔相比相等或比該間隔小。
[0016]在本發明相關的圖像顯示裝置中，也可以是M值為2，且透鏡部件的K個單位透鏡中在第2方向上位於中央附近的任一單位透鏡所包含的兩個部分透鏡各自的光軸在第2方向上的中間位置、與顯示面板的多個單位像素組中在第2方向上位於中央附近的任一單位像素組的中央位置彼此相同。在本發明相關的圖像顯示裝置中，透鏡部件及顯示面板也可以分別具有用於組裝兩者時的位置對準的標記。
[0017]發明效果
[0018]根據本發明，圖像顯示裝置能夠向多個視點分別顯示圖像，且能夠抑制該圖像的畫質的劣化，另外，還能夠很容易地製造。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是示意地表示第I比較例的圖像顯示裝置I的圖像顯示原理的圖。
[0020]圖2是說明第I比較例的圖像顯示裝置I顯示圖像過程中顯示面板20的像素與像面A上的像之間的關係的圖。
[0021]圖3是說明第I比較例的圖像顯示裝置I顯示圖像過程中顯示面板20的像素與像面A上的像之間的關係的圖。
[0022]圖4是說明參考方式的圖像顯示裝置的透鏡部件10的圖。
[0023]圖5是表示使透鏡相對於第I比較例中的顯示面板20向-Y方向偏移時來自部分像素22κ的光線的軌跡的圖。
[0024]圖6是表示使透鏡相對於第I比較例的顯示面板20向-Y方向偏移時像面A上的光強度分布的圖。
[0025]圖7是表示使透鏡相對於第I比較例的顯示面板20向+Y方向偏移時來自部分像素22κ的光線的軌跡的圖。
[0026]圖8是表示使透鏡相對於第I比較例的顯示面板20向+Y方向偏移時像面A上的光強度分布的圖。[0027]圖9是表示參考方式中的來自部分像素22κ的光線的軌跡的圖。
[0028]圖10是表示參考方式中的像面A上的光強度分布的圖。
[0029]圖11是表示第I比較例的計算條件的圖。
[0030]圖12是表示第I比較例的計算結果的圖。
[0031]圖13是表示第I參考例的計算條件的圖。
[0032]圖14是表示第I參考例的計算結果的圖。
[0033]圖15是表示第2參考例的計算條件的圖。
[0034]圖16是表示第2參考例的計算結果的圖。
[0035]圖17是表示第3參考例的計算條件的圖。
[0036]圖18是表示第3參考例的計算結果的圖。
[0037]圖19是示意地表示第2比較例的圖像顯示裝置2的圖像顯示原理的圖。
[0038]圖20是表示第2比較例的計算條件的圖。
[0039]圖21是表示第2比較例的計算結果的圖。
[0040]圖22是表示第4參考例的計算條件的圖。
[0041]圖23是表示第4參考例的計算結果的圖。
[0042]圖24是表示非球面透鏡的剖面形狀的圖。
[0043]圖25是表示非球面透鏡的最優化條件的圖。
[0044]圖26是表示第5參考例的計算條件的圖。
[0045]圖27是表示第5參考例的計算結果的圖。
[0046]圖28是本實施方式的透鏡部件10的剖視圖。
[0047]圖29是說明本實施方式的透鏡部件10的成像的圖。
[0048]圖30是說明本實施方式的透鏡部件10的形狀的剖視圖。
[0049]圖31是表示第3比較例的計算條件的圖。
[0050]圖32是表示第3比較例的計算結果的圖。
[0051]圖33是表示第I實施例的計算條件的圖。
[0052]圖34是表示第I實施例的計算結果的圖。
[0053]圖35是表示從第I實施例的結構中去除平坦部13時的計算結果的圖。
[0054]圖36是表示第2實施例的計算條件的圖。
[0055]圖37是表示第2實施例的計算結果的圖。
[0056]圖38是表示第3實施例的計算條件的圖。
[0057]圖39是表示第3實施例的計算結果的圖。
[0058]圖40是說明本實施方式的透鏡部件10的其它形狀例的剖視圖。
[0059]圖41是示意地說明模具的製作方法的圖。
[0060]圖42是說明模具製作時所使用的車刀的形狀的圖。
[0061]圖43是表示在本實施方式的圖像顯示裝置的中央單位透鏡與單位像素組的位置關係的圖。
[0062]圖44是說明在透鏡部件10和顯示面板20組裝時用於位置對準的標記的圖。【具體實施方式】[0063]以下，參照附圖，對用於實施本發明的方式進行詳細的說明。在附圖的說明中，對同一或等同的要素標註相同的標號，並省略其說明。首先，對比較例及參考方式的圖像顯示裝置進行說明。其次，對實施方式的圖像顯示裝置進行說明。參考方式用於說明本發明實施方式的結構的前提事項。為便於說明，在附圖中顯示了 XYZ正交坐標系。
[0064]圖1是示意地表示第I比較例的圖像顯示裝置I的圖像顯示原理的圖。圖像顯示裝置I包含透鏡部件10及顯示面板20。圖像顯示裝置I將顯示面板20作為物面並通過透鏡部件10使該物面上的圖像在像面A上成像。
[0065]透鏡部件10是將分別沿X方向延伸且具有相同的結構的柱面透鏡為單位透鏡以固定周期在Y方向上並列配置的柱狀透鏡。K為2以上的整數。柱面透鏡II1-1Ik各自的光軸與Z方向平行。透鏡部件10大致為平板形狀，且與顯示面板20相相對的面為平面，與像面A相相對的面為凸面。在圖1中，表示了透鏡部件10的凸面的形狀。
[0066]顯示面板20在XY平面上二維地排列有多個單位像素組21k。各單位像素組21k包含沿Y方向排列的兩個部分像素2\、22κ。左眼用部分像素2?與右眼用部分像素22κ在Y方向上交替地配置。被稱為黑矩陣的遮蔽區域23設置在左眼用部分像素2?與右眼用部分像素22κ之間。
[0067]如果單位像素組21k與柱面透鏡IIk相對應，則自單位像素組21k的左眼用部分像素22^發出的光經過柱面透鏡IIk在像面A上形成左眼用像Iy自單位像素組21k的右眼用部分像素22κ發出的光經過柱面透鏡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範圍內的左眼^的視網膜上成像左眼用圖像。在像面A上的右眼用像Ik的形成範圍內的右眼Ek的視網膜上成像右眼用圖像。因此，通過對各單位像素組21k的左眼用部分像素2?及右眼用部分像素22κ分別賦予適當的圖像數據，在左眼El及右眼Ek能夠識別到立體圖像。
[0068]然而，在像面A上，在左眼用像Il與右眼用像Ik之間，產生與遮蔽區域23對應的黑色區域ΙΒ。根據像面A上的位置識別該黑色區域ΙΒ，因在立體圖像內觀察到黑色條紋，導致畫質下降。
[0069]圖2和圖3是分別說明第I比較例的圖像顯示裝置I顯示圖像過程中顯示面板20的像素與像面A上的像之間的關係的圖。將單位像素組21k所包含的部分像素2\、22κ各自在Y方向的寬度設為WP。將單位像素組21k所包含的部分像素22^與部分像素22,之間的遮蔽區域23在Y方向的寬度設為Wb。將單位像素組2Ik在Y方向的寬度設為P (=2 (ffP+ffB))。將透鏡部件10的出射側的主平面與像面A之間的距離設為U。將透鏡部件10的入射側的主平面與顯示面板20之間的距離設為L2。
[0070]將部分像素22卩22,在Y方向的寬度設為底邊且將距離匕設為高度的三角形、與將像面A的像Ip Ik在Y方向的寬度設為底邊且將距離L1設為高度的三角形存在相似關係。嚴格而言，有時在透鏡部件10與顯示面板20之間存在其它部件(玻璃、偏光板、粘合劑等)的情況。在近軸計算中，假設透鏡厚度與位置無關均為至透鏡前端的厚度，距離L2為用各層的厚度除以各層的折射率所得的結果之和。L1、L2根據各部件的厚度及折射率或所設定的像面A的位置(觀察位置)通過出光線矩陣而求出。
[0071]在圖2(a)中，單位像素組21k在Y方向的中心、以及與單位像素組21k對應的柱面透鏡11!(在￥方向的中心均位於Y=0。此時，如圖2(b)所示，在像面A上，與左眼用部分像素2?對應的左眼用像k形成在由下述公式(I)表示的Y方向的範圍內，與右眼用部分像素22!^^應的右眼用像Ik形成在由下述公式(2)表示的Y方向的範圍內。與遮蔽區域23對應的黑色區域Ib形成在由下述公式(3)表示的Y方向的範圍內。α為透鏡倍率，且由a =L1A2的公式表示。
[0072][數I]
【權利要求】
1.一種透鏡部件，使物面上的圖像在像面上成像， 該透鏡部件具備K個單位透鏡，該K個單位透鏡分別沿第I方向延伸且具有相同的結構，並在與上述第I方向垂直的第2方向上以最小周期匕並列配置， 上述K個單位透鏡分別包含在上述第2方向的最小周期匕內被劃分的M個部分透鏡、及設置在該M個部分透鏡之間的平坦部， 各單位透鏡所包含的上述M個部分透鏡分別具有與第3方向平行且彼此不同的光軸，使上述物面上的公共點在上述像面上彼此不同的位置成像，該第3方向與上述第I方向及上述第2方向的雙方都垂直，其中，K、M為2以上的整數。
2.根據權利要求1所述的透鏡部件，其中， 在各單位透鏡中，上述平坦部在第2方向的寬度與上述M個部分透鏡各自的光軸的間隔相等，或比上述M個部分透鏡各自的光軸的間隔大。
3.根據權利要求1所述的透鏡部件，其中， 在各單位透鏡中，上述平坦部在第2方向的寬度小於該單位透鏡在第2方向的寬度的1/2。
4.根據權利要求1所述的透鏡部件，其中， 各單位透鏡所包含的上述M個部分透鏡分別具有彼此相等的焦距。
5.一種圖像顯示裝置，具有: 顯示面板，在與相互垂直的第I方向和第2方向的雙方都平行的面上二維地排列有多個單位像素組，上述多個單位像素組分別包含沿上述第2方向排列的N個部分像素；以及 權利要求1至4中任一項所述的透鏡部件，將上述顯示面板作為物面，使該物面上的圖像在像面上成像，且在上述第2方向上與上述單位像素組對應地設置有上述單位透鏡，其中，N為2以上的整數。
6.根據權利要求5所述的圖像顯示裝置，其中， 在上述顯示面板的上述多個單位像素組的每一個中，沿著上述第2方向在上述N個部分像素的相互之間存在遮蔽區域， 上述遮蔽區域在上述第2方向上的寬度與上述透鏡部件的各單位透鏡所包含的上述M個部分透鏡各自的光軸在上述第2方向上的間隔相等，或者比該間隔小。
7.根據權利要求5所述的圖像顯示裝置，其中， M值為2， 上述透鏡部件的上述K個單位透鏡中在上述第2方向上位於中央附近的任一單位透鏡所包含的兩個部分透鏡各自的光軸在上述第2方向上的中間位置、與上述顯示面板的上述多個單位像素組中在上述第2方向上位於中央附近的任一單位像素組的中央位置彼此相同。
8.根據權利要求5所述的圖像顯示裝置，其中， 上述透鏡部件及上述顯示面板分別具有用於組裝兩者時的位置對準的標記。
【文檔編號】G02B3/06GK103534621SQ201280023209
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年5月17日 優先權日:2011年5月19日
【發明者】多久島道子, 佐野知巳, 依田潤, 西雅也 申請人:住友電氣工業株式會社, 住友電工超效能高分子股份有限公司