JP2002048903A

JP2002048903A - マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた表示装置

Info

Publication number: JP2002048903A
Application number: JP2000162231A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Egawa; 寛江川
Original assignee: Comoc Kk
Current assignee: Comoc Kk
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】微小レンズを多数配列したマイクロレンズア
レイを介して二次元表示画像を立体感のある画像として
表示する表示装置において、微小レンズの境界での像の
不連続性に起因して生じる画質の劣化が課題である。【解決手段】凹レンズの特性を有する微小レンズと凸
レンズの特性を有する微小レンズとを互いに接するよう
に配列することにより、表示像の連続性を確保できるマ
イクロレンズアレイを提供すると共に、このマクロレン
ズアレイを２次元表示画像に対面して配置することによ
り、表示品質良く立体的に表示する表示装置を提供す
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、屋内あるいは屋外
に置かれる看板、案内板、表示塔、およびＴＶ受像機な
どの表示装置に関し、特に、２次元画像を遠近感のある
立体的な像として表示せしめる表示装置に関する。ま
た、この表示装置に用いる微小レンズから構成されるマ
イクロレンズアレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】写真、印刷物などの２次元画像を立体的
な画像として見る方法としてすでに幾つかの方法が周知
で、大越孝敬著「三次元画像工学」に整理して提示され
ている。代表的な例としては、対象とする物体を異なる
２方向から撮影した写真( あるいは描画像) をそれぞれ
個別に左眼と右眼でみるもので、両眼視差により立体感
を感じ取るものである。この方法では左右の眼でそれぞ
れ別の画像が見て取れるように作られた装置を覗き込む
か、メガネを用いる等の必要があり、通常の看板、案内
板としては適性に欠けている。

【０００３】また、別の例として、かまぼこ状の縦長の
レンズを横方向に多数配列し、このレンズ曲面の反対側
に当たる裏側面を焦点面とするレンティキュラ板を用い
た三次元画像がある。これは、レンティキュラ板の焦点
面である裏面に複数の異なる方向から見た画像を短冊状
に切って並べて配置した不連続な図柄の表示画面を、レ
ンチキュラ板のレンズにより、右眼と左眼の各々が異な
る方向から見た画像を見えるようにして、三次元の像と
して認識する方法である。

【０００４】この方法ではレンティキュラ板を構成する
円筒レンズの一つの配列間隔の間に複数の位置から見た
表示画像を短冊状に並べる必要があるなど表示画像が複
雑で、しかも焦点位置に正しく配置するなど表示装置が
高価になる等の欠点がある。メガネによる方法、レンチ
キュラ板による方法に変わる第三の手段として、通常の
手段で撮られた写真、あるいは通常の方法で描かれた絵
などの連続した図柄からなる二次元表示画像を立体的に
表示することのできる表示装置が日本国特許として特願
平１１−２１８３１３号、特願平１１−３１９１７６号
および特願２０００−５３９５号で本出願人により出願
されている。

【０００５】上記出願中の特許で提示されている表示装
置は、２次元表示画像に対向して表示有効領域の一辺の
長さより充分小さい配列ピッチで配列された微小なレン
ズ曲面からなるマイクロレンズアレイを配置し、表示画
像を拡大も縮小もすることなく、像を表示画像のある位
置から離れた位置に形成することにより、目の錯覚によ
って奥行き感のある立体的な表示を行う。

【０００６】上記の出願中の特許では、マイクロレンズ
アレイと表示画像あるいは画像支持体とからなる立体的
な表示をする表示装置の提示を始め、この表示装置の適
用に優れたマイクロレンズアレイが提示されている。す
なわち、焦点距離が比較的短く、焦点面が裏面にあるレ
ンチキュラ板をそのまま用いるのは好ましくないことか
ら、比較的焦点距離の長いマイクロレンズアレイを得る
ために、屈折率の小さい空気との境界面をレンズ曲面と
するのではなく、屈折率が比較的近い値を呈する固体と
固体、あるいは固体と液体の境界面をレンズ曲面とする
マイクロレンズアレイを提示している。

【０００７】さらに、遠い位置あるいは近い位置から眺
めるなどの多様な要求に応じて焦点距離を比較的容易に
変えられやすくするために、充分短い配列ピッチで配列
された微小なレンズ曲面の集まりからなる第１種のレン
ズ曲面と、微小なレンズ曲面の曲率半径より充分大きい
曲率半径を有するレンズ曲面からなる第２種のレンズ曲
面とを複合させることでマイクロレンズの等価的な焦点
距離を比較的容易に制御することを提示している。

【０００８】これら出願中の特許で提示しているマイク
ロレンズアレイは充分短い配列ピッチで配列された微小
なレンズ曲面の集まりからなるレンズ曲面を有してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は特願平１１−
２１８３１３号、特願平１１−３１９１７６号および特
願２０００−５３９５号で出願中のマイクロレンズアレ
イに関連し、レンズアレイの改良とその製造方法を提供
すると共に、新たに改良されたレンズアレイの表示装置
への応用に係わる。

【００１０】説明の都合上、以下の説明では特願平１１
−２１８３１３号、特願平１１−３１９１７６号および
特願２０００−５３９５号で提示した内容を先願発明と
呼称する。先願発明で提示されたマイクロレンズアレイ
は比較的小さな微小レンズを多数配列し、その微小レン
ズの形成する像が全体像の新たな画素となるために、表
示画像の精細度を高めるためには微小レンズの大きさを
小さくする必要があり、そのレンズ特性を良好に保持し
て微小レンズの大きさを小さくすることが難しくなって
くる。またレンズ特性を乱す微小レンズの境界部分の占
める割合が大きくなり、マイクロレンズアレイの特性が
劣化してくる。

【００１１】マイクロレンズアレイを構成する微小レン
ズは凸レンズであれ、凹レンズであれ立体感が現れるこ
とは先願発明において提示されている。本発明の第１の
目的は、マイクロレンズアレイの複数の微小レンズから
なるレンズ曲面を滑らかにすることにより、より優れた
表示特性を得ることのできるマイクロレンズアレイを提
供すると共にその製造方法を提供することにある。

【００１２】本発明の第２の目的は、上記目的をもって
得られたマイクロレンズアレイを適用した立体的に表示
できる表示装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１の発明
は、有効領域の一辺の長さに対して充分短い配列ピッチ
で配列された、凹レンズの特性を呈する第１の微小レン
ズと凸レンズの特性を呈する第２の微小レンズとからな
る集まりで、反対のレンズ特性を呈する上記第１の微小
レンズと上記第２の微小レンズとが互いに接し、かつ上
記第１の微小レンズと上記第２の微小レンズとの境界で
レンズ曲面が滑らかに連続することを特徴とするマイク
ロレンズアレイである。

【００１４】請求項１の発明によれば、凹レンズの特性
を呈する第１の微小レンズの作る縮尺像と凸レンズの特
性を呈する第２の微小レンズの作る拡大像とで整合がと
れ、隣り合う第１および第２の微小レンズの像を合成す
るとき、欠落部分も多重になる部分も無く、しかもレン
ズ曲面が滑らかに変化するのでマイクロレンズアレイの
作る全体像が急激に変化することも無い。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１記載のマイク
ロレンズアレイであって、上記第１および／または第２
の微小レンズをランダムに配置してなることを特徴とす
るマイクロレンズアレイである。請求項２の発明によれ
ば、表示画素が規則的に配列されて構成される電子ディ
スプレイなどに適用すると、モアレ縞の発生を抑えるこ
とができ、さらに微小レンズのひずみなどの特異状態が
線状に並ぶことが無く分散できる。

【００１６】請求項３の発明は、柔軟性を有する第１の
シートと塑性変形性を有する第２のシートとを積層して
積層材を形成し、該積層した積層材を弾性変形性ローラ
によって加圧することによりマイクロレンズアレイを製
造するマイクロレンズアレイの製造方法である。

【００１７】請求項３の発明によれば、ローラの適切な
加圧条件のもとで塑性変形性ローラが変形とその開放と
の両作用を繰り返す。その結果、第２のシートに凹凸の
曲面を形成する。請求項４の発明は、請求項３記載のマ
イクロレンズアレイの製造方法であって、上記第２のシ
ートを加熱することを特徴とするマイクロレンズアレイ
の製造方法である。

【００１８】請求項４の発明によれば、塑性変形性を有
する第２のシートの変形の度合いを温度により変えるこ
とができる。請求項５の発明は、請求項３または４記載
のマイクロレンズアレイの製造方法であって、上記第２
のシートは、不均一な厚みのシートであることを特徴と
するマイクロレンズアレイの製造方法である。

【００１９】請求項５の発明によれば、単純にローラの
間を通すだけで多数の微小レンズが容易に形成でき、し
かもレンズ曲面を滑らかな連続する曲面とすることがで
きる。また、厚みの不均一性（厚さむらの形状、大き
さ）を制御することにより、微小レンズのレンズ特性を
制御することもできる。

【００２０】請求項６の発明は、請求項１または２記載
のマイクロレンズアレイと、上記マイクロレンズアレイ
の上記第１または第２の微小レンズに対面して配置され
た連続した図柄からなる２次元表示画像、該２次元表示
画像を支持するための画像支持体のうち、少なくとも一
方あるいは両方と、を具備することを特徴とする表示装
置である。

【００２１】請求項６の発明によれば、マイクロレンズ
アレイの作る像の大部分は表示画像の位置からずれた位
置にできる。しかもその像は連続しており、表示画像の
一部が欠落したり表示画像の一部が複数の微小レンズの
像となって多重に表示されたりする事が無い。

【００２２】請求項７の発明は、請求項１または２記載
のマイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイの
上記第１または第２の微小レンズに対面し、該第１また
は第２の微小レンズの焦点よりも該第１または第２の微
小レンズのレンズ曲面に近い位置に、該第１の微小レン
ズまたは該第２の微小レンズのレンズ曲面の側近位置を
避けて配置された連続した図柄からなる２次元表示画像
と、該マイクロレンズアレイの上記第１または第２の微
小レンズに対面し、該第１または第２の微小レンズの焦
点よりも該上記第１または第２の微小レンズのレンズ曲
面に近い位置に、該第１の微小レンズまたは該第２の微
小レンズのレンズ曲面の側近位置を避けて配置される連
続した図柄からなる２次元表示画像を支持するための画
像支持体のうち、少なくとも一方あるいは両方と、を具
備することを特徴とする表示装置である。

【００２３】請求項７の発明によれば、請求項６の発明
と同じく、マイクロレンズアレイの作る像は連続してお
り、表示画像の一部が欠落したり表示画像の一部が複数
の微小レンズの像となって表示されたりする事が無い。
また、表示画像が焦点よりはレンズ曲面に近い位置で、
かつレンズ曲面の側近位置を避けて置かれるために微小
レンズの作る像の縮小あるいは拡大の度合いが制限さ
れ、極端に縮小されることも拡大されることも無く、ま
た縮小あるいは拡大の度合いか極端に小さくなることも
無い。

【００２４】請求項８の発明は、有効領域の一辺の長さ
に対して充分短い配列ピッチで配列された微小レンズの
集まりからなるマイクロレンズアレイと、該マイクロレ
ンズアレイの微小レンズに対面し、該微小レンズの焦点
よりも該微小レンズのレンズ曲面に近い位置に、該微小
レンズのレンズ曲面の側近位置を避けて配置された連続
した図柄からなる２次元表示画像と、該マイクロレンズ
アレイの該微小レンズに対面し、該微小レンズの焦点よ
りも該微小レンズのレンズ曲面に近い位置に、該微小レ
ンズのレンズ曲面の側近位置を避けて配置された連続し
た図柄からなる２次元表示画像を支持するための画像支
持体のうち、少なくとも一方あるいは両方と、を具備す
ることを特徴とする表示装置である。

【００２５】請求項８の発明によれば、表示画像が焦点
よりはレンズ曲面に近い位置で、かつレンズ曲面の側近
位置を避けて置かれるために微小レンズの作る像の縮小
あるいは拡大の度合いが制限され、極端に縮小されるこ
とも拡大されることも無く、また縮小あるいは拡大の度
合いか極端に小さくなることも無い。したがって、マイ
クロレンズアレイの作る全体像が表示画像から極端に離
れたり近過ぎたりすることなく立体感を呈する適切な位
置に作られるようにすることができる。

【００２６】請求項９の発明は、請求項６乃至８の何れ
か１項記載の表示装置において、前記２次元表示画像の
形成される面が、表示の基本構成要素となる表示画素を
多数配列してなる表示画素配列面であることを特徴とす
る表示装置である。請求項９の発明によれば、表示画像
が焦点よりはレンズ曲面に近い位置で、かつレンズ曲面
の側近位置を避けて置かれるために、微小レンズの作る
像の縮小あるいは拡大の度合いが制限され、極端に縮小
されることも拡大されることも無く、また縮小あるいは
拡大の度合いか極端に小さくなることも無い。マイクロ
レンズアレイの作る全体像が表示画像から極端に遠くな
ることも、近くなることもない。また、凹レンズの特性
を呈する微小レンズと凸レンズの特性を呈する微小レン
ズが互いに接してレンズ曲面が滑らかに変化するマイク
ロレンズアレイの場合にあっては微小レンズの作る像が
その境界で急激に変化することも無い。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明
の第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイの断
面図である。

【００２８】マイクロレンズアレイ１は、太線で示す凸
レンズの部分２と、細線で示す凹レンズの部分３を有す
る。これらの凸レンズの部分２と凹レンズの部分３はそ
れぞれマイクロレンズアレイ１を構成する微小レンズで
ある。これらをそれぞれ凸の微小レンズ２、凹の微小レ
ンズ３と呼称する。

【００２９】Ａ点は凸の微小レンズ２と凸の微小レンズ
３の接合部を代表的に示すもので、レンズ曲面の接平面
を表す線ｂはこのＡ点でも連続で滑らかに繋がってい
る。マイクロレンズアレイ１を構成する凸の微小レンズ
２と凹の微小レンズ３は互いに境界を接しており、一部
の欠陥を含む場合を除き、凸と凸の微小レンズ２あるい
は凹と凹の微小レンズ３が、その接平面が急激に変化す
るような状態で隣接しあうことは無い。なお、凸と凸の
微小レンズ２あるいは凹と凹の微小レンズ３がそのレン
ズ曲面を滑らかに接する場合は、改めて一つの凸または
凹の微小レンズとみなすことになる。

【００３０】凸の微小レンズ２または凹の微小レンズ３
のレンズ曲面は曲率半径が場所によって変わっていても
よい。当然、凸の微小レンズ２または凹の微小レンズ３
の全領域で曲率半径が等しく、光軸を一つとするレンズ
であっても良い。なお、レンズ曲面を凸か凹の曲面に２
分する関係から平面となる部分は凸の微小レンズ２ある
いは凹の微小レンズ３のいずれかに属すものとする。

【００３１】凸の微小レンズ２だけ、あるいは凹の微小
レンズ３だけでマイクロレンズアレイ１を構成すると、
微小レンズ２、３の境界でレンズ曲面が不連続になり、
表示画像が不連続になる。凸の微小レンズ２で作られる
像は拡大像であり、凸の微小レンズ２に対応する表示画
像部分の一部しか凸の微小レンズ２を介して表示するす
ることができない。このため、凸の微小レンズ２が互い
に接する場合では、凸の微小レンズ２の境界部分に対応
する表示画像の一部が欠落して表示され、表示画像の連
続性が損なわれる。

【００３２】一方、凹の微小レンズ３で作られる像は縮
尺像で、表示画像の凹の微小レンズ３に対応する部分を
超えて隣の凹の微小レンズ３の対応する部分の一部まで
を像として表示してしまう。このため、凹の微小レンズ
３が互いに接する場合では、凹の微小レンズ３の境界部
分に対応する表示画像の一部が互いに両方の凹の微小レ
ンズ３の像として表示され、この場合も表示画像の連続
性が失われる。

【００３３】このように、多数の凸または凹の微小レン
ズ２、３からなるマイクロレンズアレイ１でレンズ曲面
が不連続にならないためには、凸レンズの曲面と凹レン
ズの曲面が必ず必要で、この凸レンズの曲面と凹レンズ
の曲面が交互に接する状態が必要である。

【００３４】第１の実施の形態でのマイクロレンズアレ
イ１は、凸の微小レンズ２と凹の微小レンズ３とが互い
に接している。さらに、凹凸の両微小レンズ２、３の境
界での接平面が一致し、レンズ曲面が連続的に滑らかに
繋がっている。このため、凸の微小レンズ２により像と
して欠落した表示画像の部分を隣の凹の微小レンズ３に
よる像が補って、この両微小レンズ２、３のトータルと
して作る像は表示画像の欠落、重複が無く、連続的に表
示できる。

【００３５】凹の微小レンズ３のレンズ曲面と凸の微小
レンズ２のレンズ曲面のいずれか一方を微小レンズのレ
ンズ曲面と見なすと、他方は微小レンズ相互を繋ぐ境界
部分と見なすことができる。微小レンズ（例えば、凹の
微小レンズ３）は、逆のレンズ特性である境界部分（凸
の微小レンズ２）を介して接続されたものと考えること
ができる。この微小レンズのレンズ曲面は連続的に滑ら
かな曲面となっている。

【００３６】次に図２により第２の実施の形態について
詳しく説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態で
あるマイクロレンズアレイの断面図である。マイクロレ
ンズアレイは、第１の最外層１０と、第２の最外層２０
と、第１の最外層１０および第２の最外層２０で挟まれ
た内側層３０により構成され、内側層３０は第１および
第２の最外層１０、２０より熱軟化点が低い材質であ
る。この第２の実施の形態におけるマイクロレンズアレ
イは第１の最外層１０の空気に接する最外面が主たるレ
ンズ曲面で、太線で示す部分の１０atは凸レンズの部分
を示し、細線で示す部分の１０aoは凹レンズの部分を示
す。これらの凸レンズの部分１０atと凹レンズの部分１
０aoはそれぞれマイクロレンズアレイを構成する微小レ
ンズである。これらはそれぞれ凸の微小レンズ、凹の微
小レンズである。

【００３７】凸の微小レンズの隣には必ず凹の微小レン
ズが存在し、凸の微小レンズの隣には必ず凹の微小レン
ズが存在することは第１の実施の形態の場合と同様であ
る。また、その接合部の関係も第１の実施の形態の場合
と同様であるので、改めての説明は省略する。

【００３８】第１の最外層１０と内側層３０の屈折率が
異なる場合は、これら二つの境界層もレンズ曲面とな
る。この場合は第１の最外層１０の空気と接する面をレ
ンズ曲面とするレンズが複合したレンズとみなすことに
なる。ここでは第１の最外層１０と内側層３０の屈折率
が同程度でレンズ曲面としては無視できるものとし、第
１の最外層１０の空気と接する面だけをレンズ曲面して
説明をする。

【００３９】なお、内側層３０と第２の最外層２０との
境界面および第２の最外層２０の空気と接する面は平面
でレンズ曲面ではない。以上の説明から明らかなように
この第２の実施の形態であるマイクロレンズアレイも第
１の実施の形態であるマイクロレンズアレイと類似の構
成と働きをなすことは明白である。

【００４０】第２の実施の形態であるマイクロレンズア
レイの製造方法については後に詳しく説明する。次に、
第１と第２の実施の形態として説明をしたマイクロレン
ズアレイを表示画面の前に置くことを特徴とする表示装
置について説明する。

【００４１】マイクロレンズアレイが凸の微小レンズあ
るいは凹の微小レンズだけで構成されている場合につい
ては先願発明で詳しく説明しているので詳細は省略する
が、微小レンズの作る像が表示画像の位置からずれるこ
とによって、２次元の表示画像が奥行き感のある立体的
な画像となって見える。これは一種の脳の錯覚であり、
常態と異なる条件を作り出すことによって脳が立体的に
見てとる現象がある。

【００４２】マイクロレンズアレイが凸の微小レンズあ
るいは凹の微小レンズだけで構成されている場合ではレ
ンズとレンズの境界面でレンズ曲面が急激に変化し、全
体像に大きな乱れをもたらす。特に高精細な表示を行う
べく、微小レンズの配列ピッチが細かくなればなるほど
境界部分の割合が増えて表示される画像の品質が劣化す
る。

【００４３】また、凸レンズだけで構成したマイクロレ
ンズアレイの場合は、微小レンズの像は拡大像のために
微小レンズに正対する表示画像の対応部分の一部分だけ
しか表示できず、表示画像を連続的に表示できず、画像
の品質が劣化する。凹レンズだけで構成したマイクロレ
ンズアレイの場合は、微小レンズの像は縮尺像のため隣
の微小レンズに正対する表示画像の部分までも当該微小
レンズの像として表示する。この結果は全体像のボケと
なり、レンズの配列ピッチを小さくすればするほどこの
ボケの度合いは強くり、この場合も品質が劣化する。

【００４４】レンズ曲面が滑らかに連続する本発明の場
合、凸の微小レンズが表示できない表示画像の部分を隣
の凹の微小レンズが補って表示し、しかも、凸の微小レ
ンズと凹の微小レンズとの境界においてもレンズ曲面が
滑らかに連続するので、表示画像の一部が欠落すると
か、表示画像の一部を多重に表示するなどの表示画質を
低下することが無く表示画像を連続的に表示できる。

【００４５】凸の微小レンズと凹の微小レンズの混在す
る状態で、一方を微小レンズとみなし、他方を境界部分
とみなして、この境界部分の領域の面積を狭めると、面
積の狭い区間で急激にレンズ曲面が変化する傾向がある
ことは周知でる。あまりにも狭くて急激にレンズ曲面が
曲がると、焦点距離が小さくなって、画像を連続的に繋
ぐよりは乱れとなって見えるようになる。このことは結
果的に同一のレンズ特性を有する微小レンズだけを配列
した場合と同様になる。すなわち、他方の微小レンズが
存在しない場合と同じように、見える表示像を乱すこと
になる。

【００４６】必要に応じて、凹と凸の微小レンズの面積
比率、レンズ曲面の曲率などを調整して適正化すること
により、品質の劣化を抑えて立体視可能なフィルタとし
てのマクロレンズアレイを得ることができる。微小レン
ズの作る像の拡大、あるいは縮小の度合いが大きくなる
と、隣り合う微小レンズの作る像が連続であっても、表
示装置としての画像の品質を劣化させる要因になる。こ
のため、表示画像を焦点位置から離れて、よりレンズ曲
面に近い位置に置くことにより、微小レンズの作る像の
拡大、あるいは縮小の度合いを低減でき、画像の品質を
より良くすることができる。この場合、立体感の現れる
度合いが少なくなるが、画像の乱れなどを含めて総合的
な品質として適切な条件で使用することになる。

【００４７】また、当然のことながら、表示画像が微小
レンズのレンズ曲面のあまりにも近い位置に置かれる
と、微小レンズによって作られる像は表示画像の位置か
らのずれが少なく、立体感の現れる度合いが小さくな
る。このためレンズ曲面の側近位置を避けて表示画像を
置く必要がある。このことは、凸の微小レンズと凹の微
小レンズが混在するマイクロレンズアレイの場合に限ら
ず有効領域の一辺の長さに対して充分短い配列ピッチで
配列された微小レンズの集まりからなるマイクロレンズ
アレイを連続した図柄からなる二次元表示画像に対面し
て配置して奥行き感のある立体的な表示を行う表示装置
について広く一般に当てはまる。

【００４８】次に、マイクロレンズアレイを介して電子
ディスプレイの表示画像を見る場合について説明する。
この場合、２次元の表示画像の面は表示の基本構成要素
となる表示画素が規則的に多数配列された表示画素配列
面である。表示画素と表示画素の間にはデッドゾーンが
存在する。このようにデッドゾーンを間に挟んで表示画
素が規則的に配列された表示画素配列面を、規則的に凸
の微小レンズだけを配列したマイクロレンズアレイを介
してみると、微小レンズの作る像が互いに不連続になる
ため、モアレ縞が現れる。しかし本発明のように微小レ
ンズおよび境界部分と見なせるレンズ部分の作る像が連
続するとモアレ縞は目立たなくなる。さらに微小レンズ
をランダムに配列すると、微小レンズのひずみなど特異
状態が線状に並ぶことがなく、分散されるため、表示像
にモアレ縞などの目立つ線状のひずみが現れにくくな
る。

【００４９】次に、第２の実施の形態であるマイクロレ
ンズアレイの製造方法について詳しく説明する。図２を
用いて説明したマイクロレンズアレイは、第１の最外層
１０となるシートと第２の最外層２０となるシートとの
間に、内側層３０となるシートを挟んだ積層材を、二つ
のローラで構成されるレンズ面形成装置を通過させるこ
とにより微小レンズが形成される。

【００５０】内側層３０は熱軟化性の比較的低い材料
で、厚さが不均一で一様ではなく、小さな起伏が一面に
存在する。この起伏は内側層３０を形成する作業行程中
に自然に発生することも多く、この場合は一種のむらで
もある。第１の最外層１０は比較的柔軟性があり、内側
層３０の厚さに応じて形状を変えることができる。これ
に対して第２の最外層２０は比較的硬く、内側層３０の
厚さに応じて形状を変えるだけの柔軟性は無い。

【００５１】図３はマイクロレンズアレイの製造方法を
説明するための図である。マイクロレンズアレイを製造
するレンズ面形成装置は、二つのローラ１００、１１０
から構成されている。そして、第１の最外層２００と第
２の最外層２１０と熱軟化点の低い内側層２２０とから
なる積層材と上記レンズ面形成装置とが相対的に移動す
ることにより、上記積層材が二つのローラ１００、１１
０の間に形成される間隙を通過する。ローラ１００と１
１０は共に円筒状である。ローラ１１０は軸受けを介し
てフレームに固定され、自由に回転する事ができる。ロ
ーラ１００は上下方向に動く事のできる軸受けによりフ
レームに取りつけられ、自由に回転されると共に上下方
向にも動く事ができる。ローラ１００は芯部分にロッド
状のヒータを内蔵しており、外部から供給される電力量
を制御する事でローラ１００表面の温度を制御する事が
できる。また、ローラ１００はローラ１１０の方向に加
圧され、その加圧量も変える事ができる構造になってい
る。なお、フレーム、軸受け、ヒータは図では省略して
いる。またローラ１００とローラ１１０の表面は平滑で
ある。

【００５２】図に示すように、ローラ１００とローラ１
１０の作る間隙を、第１の最外層２００と第２の最外層
２１０と熱軟化点の低い内側層２２０からなる積層材を
通過させる。このレンズ面形成装置の基本構造は先願発
明の一つである特願２０００−５３９５号に提示するレ
ンズ面形成装置と、ローラ１００の表面が異なる以外、
基本構造を同じくしている。したがってここではこれ以
上の詳細な説明は省略する。

【００５３】ローラ１００に対応する先願発明に関わる
ローラの表面は溝を必要とするが、本発明のローラ１０
０は滑らかで良く、必ずしも溝を必要としない。また、
柔軟性のある第１の最外層２００に直接接するローラ１
００は、弾性変形をする柔軟性があり、例えばシリコン
ゴムの巻かれたゴムローラである。

【００５４】ローラ１００、１１０の間隙を通過中に、
ローラ１００、１１０により加熱・加圧され、熱軟化点
の低い内側層２２０は、柔らかくなり、同時に加圧され
る結果、内側層２２０の厚さむらである起伏がローラ１
００、１１０によってならされて、急激な変化ではな
く、連続的に滑らかに変化する起伏になり、内側層２２
０が凸部分から凹部分を経て凸部分にといった凹凸が交
互に連なるような層が形成され、この凹凸に呼応して第
１の最外層２００も変形して、レンズ曲面となる第１の
最外層２００の空気に接する面も凹凸が交互に連なるよ
うな面となる。

【００５５】当然のことながら、内側層２２０の材料に
応じて、加熱温度、加圧力は適切な範囲内に設定するこ
とはもちろんである。当然、第１の最外層２００の材
質、積層材を走行させる速度によっても加熱温度、加圧
力は影響を受ける。先願発明の特願２０００−５３９５
号でも例の一つとして取り上げた紙などを被うためのラ
ミネート・シートで本発明に係わるマイクロレンズアレ
イを作ることができる。

【００５６】このラミネート・シートは多層構造になっ
ており、数十ミクロンから百数十ミクロンの厚さのプラ
スッチクシートの層と熱軟化点の低い材料の薄い層（熱
軟化層と呼称する）からなる２層構造をしている。さら
にプラスッチクシートと熱軟化点の低い材料の層を互い
に接着するための接着層を設けた３層構造のものもあ
る。例えば、プラスティックの層にポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）を用い、また熱軟化層にポリエチレ
ンを用い、この両者を接着する接着層を設けたラミネー
トシートがある。この接着層も熱軟化性があり、ポリエ
チレンの層と合わせて熱軟化層を形成する。

【００５７】この市販のラミネート・シートの多くに
は、接着層ののりむら、あるいは熱軟化層のむらによ
り、多数の小さな起伏がある。ＰＥＴなどの耐熱性が高
く、比較的硬くて狭い範囲では変形のし難いシートを第
２の最外層として、このラミネート・シートを熱軟化層
を内側にして向かい合う状態で重ね、前記レンズ面形成
装置を通過させることによりマイクロレンズアレイを形
成する。すなわちラミネート・シートのプラスチックシ
ートが柔軟性のある第１の最外層となり、内側層は熱軟
化層および接着層の複合された層になる。

【００５８】上の例はラミネート・シートと他のＰＥＴ
シートの組み合わせであるが、ラミネート・シート２枚
を、それぞれ熱軟化層を内側にして向かい合う状態で重
ねて作りこともできる。最外層、内側層が分離された素
材を組み合わせる必要は必ずしも無く、全ての層が予め
積み重ねられた積層材を使用しても良い。今後益々薄い
層を積層した複合シートは各社から多様なものが出てく
る情勢にあり、素材のいかんを問うまでも無く、適切な
材料を選ぶ事により所望のマイクロレンズアレイを得る
ことができる。また、所望のレンズ特性を得るために内
側層となる層などに積極的に所望の形状、大きさで起伏
を設けることもできる。また、積層材は予め全ての層が
積み重ねられた状態であってもよい。

【００５９】内側層を熱軟化性の材料として、ローラを
過熱することで内側層を加熱したが必ずしも熱を掛けな
くても、内側層に一定の圧力を加えると塑性変形する塑
性変形性材料を用いて、本発明に係わるマイクロレンズ
アレイを作ることができる。たとえば、３Ｍ社の透明粘
着シート９４８３を内側層として、厚さの厚いＰＥＴシ
ートと柔軟性の確保できる程度の比較的厚さの薄いＰＥ
Ｔシートの間に挟み、これを積層材として、前記レンズ
面形成装置のローラ間隙の間を通す。その際、ローラの
加圧力を適切に設定すると、積層材上をゴムローラの表
面のゴムが転がらなくなり、ローラのゴムと内側層が変
形を受け、ローラのゴムの変形が一定の範囲を超えると
反発してローラのゴムが元に戻り、ローラは積層材の他
の位置に接触して、再び内側層を加圧し始める。このこ
との繰り返しで、内側層の厚さが次々と同じように変形
し、所望の凹と凸の微小レンズの繰り返しが形成され
る。

【００６０】以上の説明から判るように、微小レンズの
形状は積層材の走行する方向に直行する方向に線状に長
いレンズである。以上の例は３Ｍ社の特定の両面粘着材
を用い、過熱しない場合で説明したが、内側層を含む積
層材は加圧に対してある程度の反発力があれば、圧力、
あるいは走行速度などを適切に選ぶことにより、所望の
マイクロレンズアレイが形成できる。さらには反発力な
どを制御するために加熱しても良いことは明らかであ
る。

【００６１】以上の説明では、積層材として、内側層を
第１と第２の二つの最外層で挟む三層構造の場合で説明
したが、積層材は、上記第１の最外層と内側層との２層
により構成される２層構造であっても良い。また、以上
の説明では、レンズ面形成装置は２つのローラをもって
構成しているが、図３で説明したローラ１１０の代わり
に平滑版を用いても良い。すなわち、平滑版の上に、柔
軟性を有する第１のシート（上記第１の最外層に相当）
と熱軟化性を有する第２のシート（上記内側層に相当）
とを積層し、第２のシートを必要に応じて加熱しなが
ら、ローラを転がすことによって、積層した積層材を、
第１のシートの積層面でない方の面から加圧しても良
い。

【００６２】

【発明の効果】以上説明してきたように，本発明には、
以下のような効果がある。請求項１の発明は、微小レン
ズの作る像の合成像は一部が欠落したり、多重像になる
ことも無く、しかも滑らかな連続した像となる。この結
果、品質の高い合成像が得られる。

【００６３】請求項２の発明は、レンズの特異状態が線
状に並ぶことがなくなり、分散化されるので、表示装置
に適用した際に表示画像の品質が向上する。また電子デ
ィスプレイと共に用いるとモアレ縞の発生を抑えること
ができ、きれいな立体像としてみることができる。

【００６４】請求項３の発明は、第２のシートに容易に
凹凸のレンズ曲面を形成でき、マイクロレンズアレイを
容易に製作できる。請求項４の発明は、温度によりレン
ズ曲面を形成する第２のシートの変形の度合いを温度に
より制御できるために使用する材料の範囲が広がり、さ
らにはより細かい制御も可能になる。

【００６５】請求項５の発明は、レンズ曲面を滑らかな
連続する曲面をレンズ曲面とするマイクロレンズアレイ
を比較的容易に作ることができる。請求項６の発明は、
２次元表示画像を、欠落の無い像あるいは多重表示の無
い連続的な表示像として形成し、しかもその表示像の大
部分は２次元表示画像から離れた位置にできるので、表
示品質に優れた立体感のある表示ができる。

【００６６】請求項７の発明は、表示画像を欠落の無い
あるいは多重表示の無い連続的な表示像として見ること
ができ、しかも微小レンズの像の縮小、拡大の度合いが
極端に小さくも無く、大きくも無い状態に制限すること
ができ、表示品質のより優れた表示装置となる。

【００６７】請求項８の発明は、微小レンズの作る像の
縮小あるいは拡大の度合いが制限され、極端に縮小され
ることも拡大されることも無く、また縮小あるいは拡大
の度合いか極端に小さくなることもなく、これに応じて
マイクロレンズアレイの作る表示画像の全体像が表示画
像から極端に遠くにできることも無く、極端に近くにで
きることが避けられて、画像品質に優れた立体的な表示
ができる。

【００６８】請求項９の発明は、マイクロレンズアレイ
の作る全体像が表示画像から極端に離れたり近過ぎたり
することなく立体感を呈する適切な位置に作られるよう
にすることができ、立体感のある表示ができる。また、
凹レンズの特性を呈する微小レンズと凸レンズの特性を
呈する微小レンズが互いに接してレンズ曲面が滑らかに
変化するマイクロレンズアレイの場合にあっては像が連
続像であるため、不連続的な表示画素の並びとして表示
される表示画像に対してもモアレ縞の発生を抑えること
ができる。さらに微小レンズがランダムに配列される場
合にはモアレ縞の発生をさらに抑圧できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態であるマイクロレンズアレイ
の断面図である。

【図２】第２の実施の形態であるマイクロレンズアレイ
の断面図である。

【図３】図２に示す第２の実施の形態であるマイクロレ
ンズアレイの製造方法を説明する図で、マイクロレンズ
アレイの微小レンズを形成するためのレンズ面形成装置
の構成を含む図である。

【符号の説明】

１マイクロレンズアレイ２凸の微小レンズ（凸レンズの部分）３凹の微小レンズ（凹レンズの部分）１０第１の最外層２０第２の最外層３０内側層１０at 凸の微小レンズ（凸レンズの部分）１０ao 凹の微小レンズ（凹レンズの部分）１００ローラ１１０ローラ２００第１の最外層２１０第２の最外層２２０内側層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04 // Ｂ２９Ｋ 105:20 Ｂ２９Ｋ 105:20 Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｆターム(参考） 4F209 AC03 AD05 AD08 AG03 AG05 AH74 AK07 PA04 PB02 PB11 PB13 PC05 PG02 PG05 PG14 PH01 PH02 PH06 PJ01 PJ05 PN03 PN06 PQ02 5C061 AA06 AA21 AB16 5G435 AA01 AA17 GG02 GG06 HH02 HH18 KK07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有効領域の一辺の長さに対して充分短い
配列ピッチで配列された、凹レンズの特性を呈する第１
の微小レンズと凸レンズの特性を呈する第２の微小レン
ズとからなる集まりで、反対のレンズ特性を呈する前記
第１の微小レンズと前記第２の微小レンズとが互いに接
し、かつ前記第１の微小レンズと前記第２の微小レンズ
との境界でレンズ曲面が滑らかに連続することを特徴と
するマイクロレンズアレイ。
【請求項２】請求項１記載のマイクロレンズアレイで
あって、前記第１の微小レンズおよび／または前記第２
の微小レンズをランダムに配置してなることを特徴とす
るマイクロレンズアレイ。
【請求項３】柔軟性を有する第１のシートと塑性変形
性を有する第２のシートとを積層して積層材を形成し、
該積層した積層材を弾性変形性ローラによって加圧する
ことによりマイクロレンズアレイを製造するマイクロレ
ンズアレイの製造方法。
【請求項４】請求項３記載のマイクロレンズアレイの
製造方法であって、前記第２のシートを加熱することを
特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】請求項３または４項記載のマイクロレン
ズアレイの製造方法であって、前記第２のシートは、不
均一な厚みのシートであることを特徴とするマイクロレ
ンズアレイの製造方法。
【請求項６】請求項１または２記載のマイクロレンズ
アレイと、該マイクロレンズアレイの前記第１の微小レンズまたは
前記第２の微小レンズに対面して配置された連続した図
柄からなる２次元表示画像と、該２次元表示画像を支持
するための画像支持体のうち、少なくとも一方あるいは
両方と、を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項７】請求項１または２記載のマイクロレンズ
アレイと、該マイクロレンズアレイの前記第１の微小レンズまたは
前記第２の微小レンズに対面し、該第１の微小レンズま
たは該第２の微小レンズの焦点よりも該第１の微小レン
ズまたは該第２の微小レンズのレンズ曲面に近い位置
に、該第１の微小レンズまたは該第２の微小レンズのレ
ンズ曲面の側近位置を避けて配置された連続した図柄か
らなる２次元表示画像と、該マイクロレンズアレイの該
第１の微小レンズまたは該第２の微小レンズに対面し、
該第１の微小レンズまたは該第２の微小レンズの焦点よ
りも該第１の微小レンズまたは該第２の微小レンズのレ
ンズ曲面に近い位置に、該第１の微小レンズまたは該第
２の微小レンズのレンズ曲面の側近位置を避けて配置さ
れた連続した図柄からなる２次元表示画像を支持するた
めの画像支持体のうち、少なくとも一方あるいは両方
と、を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項８】有効領域の一辺の長さに対して充分短い
配列ピッチで配列された微小レンズの集まりからなるマ
イクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイの微小レンズに対面し、該微小
レンズの焦点よりも該微小レンズのレンズ曲面に近い位
置に、該微小レンズのレンズ曲面の側近位置を避けて配
置された連続した図柄からなる２次元表示画像と、該マイクロレンズアレイの該微小レンズに対面し、該微
小レンズの焦点よりも該微小レンズのレンズ曲面に近い
位置に、該微小レンズのレンズ曲面の側近位置を避けて
配置された連続した図柄からなる２次元表示画像を支持
するための画像支持体のうち、少なくとも一方あるいは
両方と、を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項９】請求項６乃至８の何れか１項記載の表示
装置において、前記２次元表示画像の形成される面が、
表示の基本構成要素となる表示画素を多数配列してなる
表示画素配列面であることを特徴とする表示装置。