JP5846148B2 - レンズアレイ及びレンズアレイ製造方法 - Google Patents
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Description
請求項1の発明は、レンズアレイにおける各レンズの周囲の一部を形成する第1の隔壁の高さと、該各レンズの周囲の他の一部を形成する第2の隔壁の高さを異ならせた基板と、前記基板の前記第1の隔壁と前記第2の隔壁によって囲まれた領域に樹脂が充填されることによって形成された各レンズとを有するレンズアレイであって、該レンズアレイを構成する各レンズの第1の方向における曲率と該第1の方向とは異なる第2の方向における曲率が異なることを特徴とするレンズアレイである。
レンズアレイを用いた表示方法において、従来は、一枚の表示メディアで立体表示(以下、3Dともいう)とチェンジング(Changing)とを混在することができなかった。
なお、3Dもチェンジングも、複数の画像から構成した合成画像をレンズアレイ面に配置した表示メディアである。両メディアの差異は、合成画像を構成する個々の画像を観察者へ提示する条件にある。図2は、3Dとチェンジングの原理を説明する説明図である。図2(a)に例示するように、3Dでは、視差のある2つの画像(図では視差画像220a、視差画像230a)を左右の眼にそれぞれ認識させることで立体感(奥行き感)を表現する。観察角度を変えると、左右の眼にさらに異なる組の視差画像が認識され、運動視差や立体感を表現する。一方、チェンジングでは、図2(b)に例示するように、左右の眼に同一の画像(図では画像220b)を認識させるため立体感は表現できない。しかし、観察角度を変えることで、認識する画像全体を変化させることができる。3Dとチェンジングの、このような差異の主な要因はレンズの焦点距離の差異にある。一般に、3Dでは長焦点距離(レンズ曲率小)、チェンジングでは短焦点距離(レンズ曲率大)のレンズを使用する。焦点距離が長いほど、小さい観察角度で画像が変化することになる。なお、曲率は曲率半径の逆数であり、また、焦点距離は曲率半径に比例する。
レンチキュラー方式では、画像が変化する方向が水平方向あるいは垂直方向の一方向のみのため、チェンジングあるいは3Dの一方しか実現できない。
インテグラルフォトグラフィ方式(IP方式)では、2次元レンズアレイを用いる。各々の要素レンズは1つの焦点距離をもつ。この方式では、水平及び垂直方向の画像を変化させられるが、焦点距離は1つであるため、いずれの方向においても画像が変化する角度が同じである。チェンジングと3Dとでは、画像が変化する角度が異なる必要があるため、IP方式においても、従来は、チェンジングと3Dのうちどちらか一方しか実現できない。
1つのレンズアレイで立体表示及びチェンジング画像の表示を可能にしたレンズアレイとして、レンズアレイを構成する各レンズの第1の方向における曲率とその第1の方向とは異なる第2の方向における曲率が異なるレンズアレイを説明する。ここでの第1の方向と第2の方向は、例えば、互いに直行する方向であり、例えば、レンズを上方向(正面方向)から見た場合において、一方が水平方向であり、他方が垂直方向である。直交の他に45度等の角度を有するものであってもよい。
図1は、垂直方向と水平方向で曲率が異なるレンズの例を示す説明図である。図1(a1)の例は、レンズアレイの切断面(水平方向)を示している。図1(b1)の例は、レンズアレイの切断面(垂直方向)を示している。つまり、1つのレンズアレイの切断面であるが、列(行)に並ぶ要素レンズの中心を通る水平方向と垂直方向とで切断したものを示している。また、図1(a2)の例は、図1(a1)で例示したレンズアレイのうちの1つのレンズ(要素レンズともいう)の切断面(水平方向)を示している。図1(b2)の例は、図1(b1)で例示したレンズアレイのうちの1つの要素レンズの切断面(垂直方向)を示している。このように、要素レンズを水平方向から見た場合の切断面の要素レンズ100aの端の隔壁110aの高さ(ha)と垂直方向から見た場合の切断面の要素レンズ100bの端の隔壁110bの高さ(hb)とは異なっている。これによって、互いに直交する方向において1つのレンズの曲率が異なることとなり、即ち焦点距離が異なる要素レンズとなっている。なお、同じ要素レンズの中心を通っているので、要素レンズの高さhは同じである。この例では、図1(a2)の曲率はチェンジング用(曲率大)、図1(b2)の曲率は3D用(曲率小)である。つまり、少なくとも互いに直交する2つの方向の焦点距離が異なる要素レンズで構成されたレンズアレイとなっている。1枚の表示媒体で、3D及びチェンジング画像を表示することができる。例えば、要素レンズの形状として、矩形レンズ(正方形レンズ)アレイ、楕円レンズアレイ等がある。もちろんのことながら、レンズアレイ内の各要素レンズは同じ形状をしている。
(1)型による製造
例えば、射出成型などの既存技術によって、型を用いた製造を行う。
その型は、例えば、前述した曲率が異なる要素レンズが格子状に配列されたレンズアレイの型である。
隔壁構造を格子状に形成するものである。主に正方形レンズの製造方法について、図3、図4を用いて説明する。図3は、レンズアレイの製造方法の例を示す説明図である。図4は、レンズアレイの製造方法例を示すフローチャートである。
ステップS402では、図3(a)の例に示すような一方向(垂直方向)の隔壁形成を行う。つまり、透明樹脂の基板300に対して、刃(Blade)310によって垂直方向の溝(溝320、330、340等)をつけることによって隔壁(隔壁322、324、332、334、342、344等)を生成する。
なお、基板300と刃(Blade)310は相対的に移動(基板300、刃(Blade)310のいずれか一方、又は両方が移動)すればよい。つまり、隔壁の形成は、基板300上で刃(Blade)310をスライドさせてもよいし、基板300に刃(Blade)310を押し当ててもよい(以下、同様)。
また、水平方向と垂直方向で隔壁の高さは異なるように制御する。つまり、レンズアレイにおける各レンズの周囲の一部を形成する第1の隔壁(ここでは、垂直方向の隔壁)の高さと、その各レンズの周囲の他の一部を形成する第2の隔壁(ここでは、水平方向の隔壁)の高さを異ならせた基板300を製造する。具体的には、隔壁の高さは、基板300への刃(Blade)310の切り込み深さ(刃(Blade)310の圧力)で制御する。
また、もちろんのことながら、この場合、刃の形状として、正方形開口以外に、多角形開口(例えば、長方形(縦と横の長さが異なる四角形)、六角形等)、円開口、楕円開口等を含んでいてもよい。なお、レンズの形状(開口)とは、第1の隔壁と第2の隔壁によって囲まれた領域の形状のことをいう。長方形の場合、隔壁の高さが異なるように、全体の刃を形成している4枚の刃の長さは水平方向と垂直方向とで異なる。六角形の場合も、全体の刃を形成している6枚の刃の長さは、連続する3辺の刃とその他の3辺の刃の高さが異なる。これによって、連続する3辺の隔壁とその他の3辺の隔壁の高さが異なる。円、楕円の場合、図7、8を用いて後述するように、互いに直交する位置での隔壁の高さが異なるようになる刃を用いる。
また、特に、各要素レンズの形状が長方形又は楕円の場合は、図6、8を用いて後述するように、隔壁の高さは同じであってもよいので、それぞれの辺(周囲)に対応する刃の高さは同じであってもよい。
ステップS408では、図3(d)の例に示すようなUV光源398のUV照射による硬化処理を行う。つまり、樹脂の硬化処理を行って、各レンズを形成する。もちろんのことながら、液状高分子樹脂は硬化させた状態で透明である。
なお、同じレンズアレイを量産する場合は、型による製造が適しており、ユーザからの提示条件にあったレンズアレイをオンデマンドで製造する場合は、隔壁ピン止め方式を用いるのが適している。
図6は、長方形状の要素レンズの例を示す説明図である。長方形レンズにおいて、隔壁の高さが垂直方向と水平方向とで異なること、又は、隔壁の高さが垂直方向と水平方向とで同じことを示している。つまり、図6(a)はレンズ上方向(正面方向)から見た形状を示しており、切断面610、切断面620における形状をそれぞれ図6(b)(c)は示している。縦軸、横軸の長さが異なること、そして隔壁の高さが異なるため、切断面610と切断面620における曲率が異なっている。図6(b)(d)は、隔壁の高さが垂直方向と水平方向とで同じものを示しているが、縦軸、横軸の長さが異なるため、切断面610と切断面620における曲率が異なっている。このように、各要素レンズの形状が長方形の場合、隔壁の高さが一定でも垂直方向の曲率と水平方向の曲率は異なる。しかし、その曲率はレンズの縦横比に依存するため、設計の自由度は小さい。そのため、積極的に両曲率を制御するには、隔壁高さを異ならせて、制御することが望ましい。
ここでの隔壁の高さは連続的に異なるようにしてもよい。例えば、切断面710(水平方向)で最も高く、切断面720(垂直方向)で最も低くなるように連続的に変化させればよい。また、円周を4等分して(切断面710を中心にして上下45度に分けて)、隔壁の高さを異ならせてもよい。具体的には、対面する隔壁の高さを同じにして、隣り合う隔壁の高さを異ならせるようにしてもよい。レンズ形状が楕円の場合についても同様である。
チェンジング用のレンズは、短焦点距離(fS)であり、3D用のレンズは、長焦点距離(fL)である。
焦点距離f、曲率半径R、及び屈折率nの関係式は以下のようになる。
f=R/(n−1)
ここで、3D用のレンズの焦点距離(fL)のデフォーカス量は、(fLの)15%以下、及びチェンジング用のレンズの焦点距離(fS)のデフォーカス量は、(fSの)20%以下が望ましい。
さらに望ましくは、3D用のレンズの焦点距離(fL)のデフォーカス量は、(fLの)5%以下、及びチェンジング用のレンズの焦点距離(fS)のデフォーカス量は、(fSの)10%以下が望ましい。
したがって、このようなデフォーカス量になるように、各要素レンズの曲率を決定する。つまり、このようなデフォーカス量になるように、第1の隔壁の高さ、第2の隔壁の高さ、又は各要素レンズの縦と横の長さを決定する。
上述した実施の形態は、本発明の実施の形態の一部である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
310…刃(Blade)
320、330、340、350、360、370、380…溝
322、324、332、334、342、344、352、354、362、364、372、374、382、384…隔壁
326、336、346、356、…樹脂
396…樹脂滴下装置
398…UV光源
Claims (4)
- レンズアレイにおける各レンズの周囲の一部を形成する第1の隔壁の高さと、該各レンズの周囲の他の一部を形成する第2の隔壁の高さを異ならせた基板と、
前記基板の前記第1の隔壁と前記第2の隔壁によって囲まれた領域に樹脂が充填されることによって形成された各レンズと
を有するレンズアレイであって、
該レンズアレイを構成する各レンズの第1の方向における曲率と該第1の方向とは異なる第2の方向における曲率が異なる
ことを特徴とするレンズアレイ。 - 前記第1の方向と前記第2の方向は、互いに直行する方向である
ことを特徴とする請求項1に記載のレンズアレイ。 - レンズアレイにおける各レンズの周囲の一部を形成する第1の隔壁の高さと、該各レンズの周囲の他の一部を形成する第2の隔壁の高さを異ならせた基板を製造し、
前記基板の前記第1の隔壁と前記第2の隔壁によって囲まれた領域に樹脂を充填することによって、各レンズを形成する
ことを特徴とするレンズアレイ製造方法。 - 前記各レンズの形状は多角形、円、又は楕円のいずれか1つである
ことを特徴とする請求項3に記載のレンズアレイ製造方法。
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