专利名称：立体图像形成装置以及立体图像显示单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于形成正像未放大(erect and unmagnified)的立体图像的立体图像形成装置，以及用于显示正像未放大的立体图像的立体图像显示单元。
背景技术：
日本专利第3195249号描述了一种显示单元，其包括具有二维排列的微透镜的正像未放大光学系统。液晶显示器(LCD)设置在正像未放大光学系统的一侧。正像未放大光学系统在其与设置有LCD的一侧相对的一侧形成在LCD上显示的图像的正像未放大立体图像。该正像未放大的立体图像比通过多孔色板(perforated color plate)显示的模糊背景图像更清晰。当观察者通过双眼观看时，可将该正像未放大立体图像看成浮起图像(floating image)。
日本特开昭64-88502号公报描述了一种用在扫描仪或复印机中的传统正像未放大光学系统。如图1所示，该传统正像未放大光学系统包括两个透镜阵列板103。透镜阵列板103中的每一个都具有按其光轴彼此平行的方式排列的多个微透镜103a。一个透镜阵列板103的微透镜103a的光轴与另一透镜阵列板103的微透镜103a的光轴对齐。一个透镜阵列板103的微透镜103a的顶点与另一透镜阵列板103的微透镜103a的顶点相接触。正像未放大光学系统的各个微透镜103a被形成为具有很小球面像差(spherical aberration)，并且产生高分辨率图像。
为了产生高分辨率图像，将传统正像未放大光学系统的微透镜中的每个都形成为具有小球面像差。在传统正像未放大光学系统中，即使物体15(LCD屏幕上的图像)与透镜103a之间的微小距离变化也会导致图像15a严重模糊。因此，传统正像未放大光学系统与物体15之间的位置关系不能变化。
日本专利第3195249号中描述的显示单元的缺陷在于可能产生莫尔条纹(moire)。莫尔条纹是由微透镜与LCD像素之间的干涉而产生的规则的条纹图案，并且与正像未放大图像一起显示。莫尔条纹降低了图像质量。
R.Rorner在“Display 20(1999)”中描述了一种用来显示抑制了莫尔条纹的正像图像的装置。该传统装置将正像图像显示在其上排列有多个柱面透镜的双凸透镜板上。排列在双凸透镜板上的柱面透镜不形成在像素单元中，而形成在子像素单元中以实现高分辨率。每个柱面透镜发射红、绿和蓝之一的单色光。该结构抑制了彩色莫尔条纹。然而，难以制造具有小于像素的尺寸的柱面透镜。具体地，极难制造用于上述双凸透镜板的模具。
日本特开2004-1184140号公报描述了一种用于显示抑制了莫尔条纹的正像图像的装置。该正像图像显示装置包括平面显示器和屏幕。该平面显示器具有各包括三个子像素的多个像素。屏幕通过限制从各子像素发射的光的传播方向来将图像分割为多个不等图像。观察者将这些不等图像看作一幅正像图像。为了抑制莫尔条纹，屏幕包括以像素间距整数倍数和子像素间距整数倍数的总数的间隔排列的屏幕元件。利用该结构，莫尔条纹会小到观察不到。然而，该结构仅当平面显示器与屏幕分开预定距离时才能抑制莫尔条纹。该结构不允许平面显示器与屏幕之间的距离发生改变。
发明内容
本发明的目的是提供一种立体图像形成装置，该立体图像形成装置即使当与物体之间的距离发生改变时也能够形成物体的立体图像。本发明的另一个目的是提供一种立体图像形成装置，该立体图像形成装置即使当与物体之间的距离发生改变时也能够不引起莫尔条纹地形成物体的立体图像。
本发明的一个目的是一种立体图像形成装置，该立体图像形成装置包括至少两个透镜阵列板，各透镜阵列板包括多个微透镜，每个微透镜具有光轴和顶点。所述多个微透镜的光轴彼此平行。该至少两个透镜阵列板中的一个中的微透镜的光轴与该至少两个透镜阵列板中的另一个中的微透镜的光轴对齐。该至少两个透镜阵列板中的一个中的微透镜的顶点与该至少两个微镜阵列板中的另一个中的微透镜的顶点相接触或设置得相接近。各透镜阵列板中的各微透镜具有大于预定最小球面像差的预定球面像差。
本发明的其他方面和优点将从结合附图的以下说明中变得明了，所述附图通过示例对本发明的原理进行图解。
参照下述对当前优选实施例的描述以及附图，可以最佳地理解本发明及其目的和优点。在附图中图1是示出在现有技术中利用正像未放大透镜模块的图像形成的示意图；图2是示出根据本发明第一实施例的正像未放大透镜模块的立体图；图3是图2的正像未放大透镜模块的截面图；图4是示出透镜阵列板的平面图；图5是示出遮光膜的平面图；图6是示出第一实施例中利用透镜模块的图像形成的示意图；图7示出了当前侧工作距离改变时图像形成的改变；图8是示出示例1中正像未放大透镜模块的后侧工作距离与分辨率之间的关系的图；图9是示出现有技术中的正像未放大透镜模块和示例2中的正像未放大透镜模块的厚度与分辨率之间的关系的图；图10是示出示例3和4中正像未放大透镜模块的后侧工作距离与分辨率之间的关系的图表；图11是利用第一实施例的正像未放大透镜模块的立体图像显示装置的示意图；图12是利用第一实施例的正像未放大透镜模块的立体图像显示装置的截面图；图13是根据本发明第二实施例的立体图像形成装置的截面图；图14是示出图13的显示器的分解立体图；图15是示出图14的显示器的放大顶视图；图16是示出图14的透镜阵列板的顶视图；图17是图13中示出的透镜阵列板的截面图；图18是与显示器交叠的正像未放大透镜模块的平面图；图19是示出正像未放大透镜模块与显示器的图像显示屏幕间的距离Lz相对于正像未放大透镜模块的分辨率的图；图20是根据本发明第三实施例的立体图像形成装置的说明图；图21是根据本发明第四实施例的立体图像形成装置的说明图；以及图22至27是示出本发明的变型例的平面图。
具体实施例方式
说明书中使用的术语定义如下。
“减小各微透镜球面像差的设计厚度值”是指透镜模块的厚度，设计该厚度以将设置为距透镜模块预定工作距离的物体15的图像形成为高分辨率立体图像15a，该立体图像15a位于在相对物体15的方向上距离透镜模块预定工作距离的位置处。
单位“Lp/mm”表示线对每毫米，并用于显示每毫米有多少对黑直线和白直线。
下面将说明根据本发明第一实施例的立体图像形成装置。
如图2所示，用作立体图像形成装置的正像未放大透镜模块2形成为单个矩形薄板。如图3所示，通过集成两个透镜阵列板3来形成透镜模块2。例如可以通过将两个透镜阵列板3彼此相粘接或用夹具将板3彼此固定来集成两个透镜阵列板3。
两个透镜阵列板3具有相同的结构。各透镜阵列板3包括基板4和多个微透镜3a。微透镜3a形成在基板4的两个主表面上。微透镜3a具有球状或非球状表面。形成在各透镜阵列板3上的微透镜3a的光轴彼此平行。微透镜3a二维排列在各透镜阵列板3上。图4示出了交错排列的微透镜3a。如图3所示，形成在一个透镜阵列板3的内表面上的微透镜3a的顶点与形成在另一透镜阵列板3的内表面上的微透镜3a的顶点相接触。
排列在各透镜阵列板3上的微透镜3a包括外微透镜，其靠近透镜阵列板3的侧边(边沿)；和内微透镜，其由外微透镜所包围。如图4所示，各内微透镜3a是六边形的。各外微透镜3a在靠近透镜阵列板3的侧边的位置处具有圆形外周3b。各外微透镜3a的圆形外周3b不与任何其他微透镜3a接触。微透镜3a排列为与另一微透镜3a无间隙地接触。
一个透镜阵列板3的微透镜3a的光轴与另一透镜阵列板3的微透镜3a的光轴对齐。一个透镜阵列板3的微透镜3a的顶点与另一透镜阵列板3的微透镜3a的顶点相接触。各透镜阵列板3的微透镜3a具有相同的透镜性能。各微透镜3a具有希望的球面像差。微透镜的球面像差由微透镜表面(透镜表面)的曲率或光轴方向上两透镜阵列板3的总厚度t(参照图3)来确定。
两透镜阵列板3的总厚度t小于减小各微透镜3a的球面像差的设计厚度值(现有技术中的厚度t1(参照图1))。本发明的微透镜3a形成为具有希望球面像差。例如，微透镜3a可以形成为具有相对较大的球面像差。
如图7所示，将物体15设置为面向透镜模块2。来自物体15的光线穿过各微透镜3a的透镜表面。透镜模块2在物体15的对侧形成物体15的图像15a。在图6中，前侧(物侧)工作距离WD1是物体15与透镜模块2之间的距离，而后侧(像侧)工作距离WD2是透镜模块2与图像15a之间的距离。
图7示出了当前侧工作距离WD1很短时以及当前侧距离WD1很长时的两种情况下的光线的光路。当物体15靠近透镜模块2时(当前侧工作距离WD1很短时)，来自物体15的光线在穿过微透镜3a的相对外部后(即，在穿过远离微透镜3a中心线的位置后)聚焦。当物体15远离透镜模块2时(当前侧工作距离WD1很长时)，来自物体15的光线在穿过微透镜3a的相对内部后(即，在穿过靠近微透镜3a中心线的位置后)聚焦。当前侧工作距离WD1改变时，其中光线穿过微透镜3a的透镜表面的位置会发生改变。换言之，来自物体15的光线根据前侧工作距离WD1在微透镜3a的透镜表面的最佳位置处穿过。在微透镜3a的最佳位置处穿过的光线在隔开后侧工作距离WD2的位置处聚焦以形成立体图像15a。
设计透镜模块2以形成清晰得足以通过人眼无模糊地进行观看的图像15a。更具体地，透镜模块2具有下述光学特性。当后侧工作距离WD2处于5到150mm范围内，或者更优选地处于5到100mm范围内时，各透镜阵列板3在1Lp/mm下的分辨率MTF(调制传递函数)为10％或更高，而MTF变化率大于0％/mm且小于或等于2％/mm。当1Lp/mm下的MTF大于约10％时，人眼可以无模糊地观察图像。因此，当后侧工作距离WD2处于上述范围(成像范围)内时人眼可以无模糊地观察图像。优选地，1Lp/mm下的MTF为20％或更大以进一步提高图像15a的清晰度。
将后侧工作距离WD2设定为在5到150mm范围内，这是因为当后侧工作距离WD2超出这个范围时图像15a不能观察为清晰图像。
各透镜阵列板3是由透明树脂制成的。透镜模块2是由树脂制成的。
如图5所示，至少一个透镜阵列板3具有设置为覆盖外微透镜3a的圆形外周3b的遮光膜5。
第一实施例具有下述优点。
各透镜阵列板3的微透镜3a形成为具有希望球面像差。这使得前侧工作距离WD1可以变化。例如，即使当前侧工作距离WD1变化时，透镜模块2在隔开后侧工作距离WD2(在与物体15相对的方向上与前侧工作距离WD1相同)的位置处，将物体15的正像未放大立体图像15a形成为清晰得足以由人眼无模糊地进行观察的图像。通过改变前侧工作距离WD1，可以将正像未放大立体图像看作浮起图像或下沉图像(sinkingimage)。该结构允许透镜模块2与物体15之间的位置关系发生改变。
透镜阵列板3与物体15之间的距离可以随意改变。这使得由透镜模块2形成的立体图像的深度尺寸能够发生改变。
两个透镜阵列板3的微透镜3a都具有相同的透镜性能。因此，透镜模块2具有高性能。
透镜模块2在光轴方向上的厚度t(即两个透镜阵列板3的总厚度t)小于上述设计厚度值。这使得各透镜阵列板3的微透镜3a形成为具有相对较大的球面像差。
透镜模块2形成为矩形薄板。因此，可以容易地控制透镜模块2并容易地将其安装在立体图像显示装置中。
即使前侧工作距离WD1改变，来自物体15的光线所穿过的透镜区域基本均匀，并且光线的透过量基本均匀。这使得即使当前侧工作距离WD1改变时也可以形成有利的立体图像15a。
当后侧工作距离WD2处于5到150mm范围，或者更优选地处于5到100mm范围内时，各透镜阵列板3在1Lp/mm下的分辨率MTF为10％或更高，而透镜模块2的MTF变化率大于0％/mm且小于或等于2％/mm。这使得即使当透镜模块2(透镜阵列板3)与物体15之间的距离WD1改变时，透镜模块2也能够在隔开处于上述范围内的后侧工作距离WD2的位置处无模糊地形成图像15a。该结构允许透镜模块2与物体15之间的位置关系发生改变。
各透镜阵列板3为平板微透镜阵列，其包括排列在基板4的两个主表面上的具有球状或非球状表面的微透镜3a。该结构使得即使当由平板微透镜阵列形成的透镜阵列板3与物体15之间的距离改变时，透镜模块2也能够在隔开处于5到150mm范围内的后侧工作距离WD2的位置处无模糊地形成图像15a。
可低成本地形成由透明树脂制成的各透镜阵列板3。因此，可低成本地形成透镜模块2。
至少一个透镜阵列板3包括覆盖外微透镜3a的圆形外周3b的遮光膜5。该结构防止在透镜阵列板3中产生的杂散光从透镜模块2发射到图像15a。这使得透镜模块2能够形成高对比度的立体图像。
现在参照图8来说明示例1的透镜模块2。图8中的曲线130示出了示例1中透镜模块2的后侧工作距离WD2与分辨率MTF之间的关系。
在示例1中，当后侧工作距离WD2处于10到70mm范围内时，各透镜阵列板3在1Lp/mm下的分辨率MTF为10％或更高，而MTF变化率大于0％/mm且小于或等于2％/mm。各微透镜3a的角孔径(angularaperture)为12度。各微透镜3a的曲率半径为0.567mm。微透镜3a的间距为0.499mm。各透镜阵列板3的厚度(基板4的厚度)为1.63mm。
采用两个模具通过注模形成由透明树脂制成的各透镜阵列板3。各模具具有在排列、曲率和直径上与微透镜3a相对应的多个凹部。通过在两个模具之间注入透明树脂来形成各透镜阵列板3。可以采用具有适于微透镜3a的特性(透明度、长度等)的任何透明树脂。
现在参照图9来说明示例2中的透镜模块2。
在图9中，曲线131示出了用在扫描仪或复印机中的现有技术的正像未放大透镜模块(参照图1)的后侧工作距离WD2与分辨率MTF之间的关系。现有技术示例的正像未放大透镜模块具有各设计为具有小球面像差的多个微透镜。透镜模块的厚度t1(即两个透镜阵列板103的总厚度)为1.69mm。
在图9中，曲线132示出了示例2中透镜模块2的后侧工作距离WD2与分辨率MTF之间的关系。透镜模块2的厚度t(参照图3和7)为1.66mm。示例2中的透镜模块2比现有技术示例的透镜模块要薄30μm。
从图9中的曲线131和132显见，示例2中的透镜模块2具有更低的分辨率，并且在透镜模块2可移动的范围内(即，在后侧工作距离WD2可以改变的范围(25到70mm)内)形成不太可能看起来模糊的图像。换言之，示例2的透镜模块2设计成即使在前侧工作距离WD1较短时也能形成具有相对较低分辨率的图像。因此，当前侧工作距离WD1变化时所导致的图像模糊不太明显。
与现有技术的透镜模块相比，当距离WD(后侧工作距离WD2)较长时，示例2的透镜模块2形成严重模糊的图像。然而，随着曲线131的倾度(MTF/WD)变小，当距离WD改变时所引起的图像模糊不太明显。
现在参照图10说明示例3和4中的透镜模块2。曲线133和134示出了示例3和4中的透镜模块2的后侧工作距离WD2和分辨率MTF之间的关系。
对于示例3中的透镜模块2，当后侧工作距离WD2处于10到160mm范围内时，各透镜阵列板3在1Lp/mm时的分辨率MTF为10％或更高，而MTF变化率大于0％/mm且小于或等于2％/mm。
对于示例3中的透镜模块2，各微透镜3a的曲率半径为0.576mm，透镜模块2的厚度(即两个透镜阵列板3的总厚度t)为1.68mm，微透镜3a的间距为0.499mm，并且各微透镜3a的半径为0.3mm。
对于示例4中的透镜模块2，当后侧工作距离WD2处于10到90mm范围内时，各透镜阵列板3在1Lp/mm下的分辨率MTF为10％或更大，而MTF变化率大于0％/mm且小于或等于2％/mm。
对于示例4中的透镜模块2，各微透镜3a的曲率半径为0.582mm，透镜模块2的厚度(即两个透镜阵列板3的总厚度t)为1.68mm，微透镜3a的间距为0.499mm，并且各微透镜3a的半径为0.3mm。
从图10中的曲线133显见，当后侧工作距离WD2处于10到160mm范围内时，示例3中的透镜模块2在1Lp/mm下具有10％或更高的分辨率MTF而且分辨率MTF适度变化。从图10中的曲线134显见，在后侧工作距离WD2处于10到90mm范围内时，示例4的透镜模块2在1Lp/mm下具有10％或更高的分辨率MTF，而且分辨率MTF比示例3中变化得显著。示例3中的透镜模块2比示例4中的透镜模块2更有利。
图11示出了利用第一实施例的透镜模块2的立体图像显示装置的一个示例。立体图像显示装置包括用于容纳均匀介质40的腔(chamber)和透镜模块2。均匀介质40是透明的。透镜模块2在介质40上形成物体15的图像15a。图像形成距离(后侧工作距离WD2)随介质40的折射率而增长。介质40可以是诸如空气的气体、诸如水的液体、或诸如透明树脂的固体。图像形成距离随介质40的折射率而变化。例如，当介质40为水时的图像形成距离比当介质40为空气时的图像形成距离长1.5倍。当介质40为水时，对物体15、微透镜3a以及图像15a的位置的设计的自由度更大。
现在参照图12来说明利用透镜模块2的立体图像显示装置1。立体图像显示装置1例如用作汽车导航系统的显示单元、蜂窝电话的显示单元、广告介质、或者娱乐活动或娱乐设备。
显示装置1包括透镜模块2、显示器件10(用作显示主体)、底端壳体11、以及远端壳体12。底端壳体11和远端壳体12容纳透镜模块2和显示器件10。显示器件10例如可以是LCD(液晶显示器)。显示器件10通过经由对应开关元件依次将图像信号提供至排列在一个矩阵中的多个像素来在其显示屏幕上显示图像15。如图6所示，透镜模块2在远端壳体12内的空间中形成显示器件10的图像15的立体图像15a。
以可沿光轴方向移动的方式将远端壳体12支承在底端壳体11上。远端壳体12具有窗12a。透过窗12a从壳体12外部可以看到由透镜模块2形成的立体图像15a。例如，在窗12a上安装有透明玻璃板。
以可沿微透镜3a的光轴方向移动的方式将两个透镜阵列板3支承在底端壳体11的内表面上。
显示装置1具有下述优点。
当后侧工作距离WD2处于5到150mm范围内时，各透镜阵列板3在1Lp/mm下的分辨率MTF为10％或更高，而且MTF变化率大于0％/mm且小于或等于2％/mm。即使当透镜阵列板3与显示器件10(物体15)之间的距离改变时，显示装置1在隔开处于5到150mm范围内的后侧工作距离WD2的位置处无模糊地形成图像15a。该结构允许透镜阵列板3与图像15a之间的距离改变。
可以改变透镜阵列板3与图像15a之间的距离来改变立体图像的厚度。例如当透镜阵列板3从显示器件10处移开时，观察者将形成在远端壳体12上的图像15a看作是浮起图像。
可以通过移动显示器件10和透镜阵列板3中的两个或一个来改变透镜阵列板3与显示器件10间的距离。
即使当透镜阵列板3与显示器件10(物体15)之间的距离改变时，显示装置1也可在隔开处于5到150mm范围内的后侧工作距离的位置处无模糊地形成立体图像。
可以低成本地获得由透明树脂制成的透镜阵列板3。从而，可以低成本形成透镜阵列板3。
即使当透镜模块2与显示器件10之间的距离(前侧工作距离WD1)改变时，显示装置1也可无模糊地形成立体图像。因此，显示装置1可以通过改变透镜模块2与图像之间的距离来改变立体图像的深度尺寸。
显示装置1根据提供至显示器件10的图像信号来显示立体图像。
现在说明根据本发明第二实施例的立体图像形成装置50。如图13所示，立体图像形成装置50包括基本为箱状的箱体51。箱体51包括具有窗W的前壁51a。透明玻璃WG放置在窗W上。箱体51容纳显示器件10、玻璃板53、以及正像未放大透镜模块2。
显示器件10固定在箱体51的后壁51b上。显示器件10例如可以是公知的全色LCD。显示器件10包括显示板22、滤色器23以及背光部55。
如图14所示，显示板22包括透光的基板25(例如，玻璃基板)。在玻璃基板25上以固定间隔均匀排列(在一个矩阵中)有多个子像素区26。
各子像素区26包括图中未示出的像素电极和各种电子元件。将来自外部设备(未示出)的数据信号提供给各子像素区26中的像素电极。在玻璃基板25上形成有公共电极。液晶设置在公共电极与子像素区26的像素电极之间。
当将数据信号提供至一个子像素区26中的像素电极时，在像素电极与公共电极之间产生根据该数据信号的电势差。电势差控制设置在子像素区内的液晶的取向。
如图14所示，滤色器23包括红色转换层28R、绿色转换层28G、以及蓝色转换层28B。各子像素区26面向转换层28R、28G以及28B中的一个。如图15所示，转换层28R、28G以及28B以红色转换层28R、绿色转换层28G、蓝色转换层28B、红色转换层28R、绿色转换层28G等的顺序沿X轴方向排列。转换层28R、28G以及28B沿Y轴方向延伸。
如图15所示，三个子像素区26和相对的三个色彩转换层28R、28G以及28B分别形成三个子像素25R、25G以及25B。子像素25R、25G以及25B分别对应于红、绿和蓝三个颜色。在X轴方向上相邻的三个颜色的子像素25R、25G以及25B形成一个像素30。
子像素25R、25G以及25B以固定间距q沿X轴方向排列。像素30以固定间距PD沿X轴方向排列。相同颜色的子像素25R、25G以及25B沿Y轴方向直线排列，从而每条线都由相同颜色的子像素形成。滤色器23具有由相同颜色的子像素25R、25G以及25B的直线形成的垂直条纹。
如图13所示，背光部55向显示板22发射具有预定范围波长的光。背光部55的光穿过形成在显示板22上的子像素区26中的液晶。于是，在滤色器23表面或图像显示屏幕M上形成希望的图像。
玻璃板53固定在箱体51的上壁51c和下壁51d上以面向显示器件10。玻璃板53基本为方形。玻璃板53设置在正像未放大透镜模块2与显示器件10之间。
正像未放大透镜模块2形成物体的正像未放大图像。如图13所示，通过集成两个透镜阵列板3来形成正像未放大模块2。两个透镜阵列板3具有相同的结构。如图16和17所示，各透镜阵列板3包括基板4和多个微透镜3a。微透镜3a具有球面或半球面，并以固定间隔均匀设置在基板4的两个主表面上。微透镜3a具有与第一实施例中相同的形状。
微透镜3a的光轴彼此平行。如图17所示，集成两个透镜阵列板3以使得相对微透镜3a的顶点彼此相接触。以固定间距PL设置微透镜3a。两个透镜阵列板3在光轴方向上具有厚度t。各透镜阵列板3由透明树脂制成。
现在参照图18来说明组合在一起的正像未放大透镜模块2和显示器件10。
显示器件10具有横向(图18中的方向DA)。像素30形成沿DA方向延伸的直线。正像未放大透镜模块2具有横向(图18中的方向DB)。微透镜3a形成沿DB方向以曲折方式延伸的直线。正像未放大透镜模块2和显示器件10以DA方向与DB方向之间的角度θ为零的方式设置。
如图13所示，上、下透镜固定架61分别支承透镜阵列板3的上、下端。上、下移动架65分别固定在箱体51的上壁51c和下壁51d上。上、下移动架65以使得能够在显示器件10与玻璃板53之间移动的方式来支承上、下透镜固定架61。移动架65使得透镜阵列板3与显示器件10之间的距离以及透镜阵列板3与玻璃板53之间的距离能够改变。
直接驱动机构用于透镜固定架61和移动架65。直接驱动机构的示例包括直接驱动螺杆机构。该直接驱动螺杆机构包括螺杆轴(驱动轴)，其与移动架65附接且沿Z轴方向延伸；导向槽，螺杆轴设置在其中；以及与螺杆轴相配合的球状螺母。螺杆轴连接至Z轴电机(如步进电机)。Z轴电机根据与预定步进数相关的驱动信号产生正向或反向转动。透镜固定架61根据由Z轴电机产生的转动在Z轴方向上以预定速度相对移动架65移动预定量。透镜固定架61的移动使得正像未放大透镜模块2和显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离Lz(参照图13)在预定范围内改变。
现在说明正像未放大透镜模块2。透镜阵列板3包括各具有希望的球面像差的微透镜3a。两个透镜阵列板3的总厚度t小于使各微透镜的球面像差最小化的设计厚度值(t1图1)。通过将正像未放大透镜模块2形成得相对薄来将微透镜3a形成为具有希望球面像差。
来自物体15的光线根据距离Lz穿过微透镜3a的透镜表面上的最佳位置(参照图13)。因此，当观察者通过窗W观察箱体51内部时，观察者将显示在显示器件10的图像显示屏幕M上的图像看作由于双目视差而浮起的立体图像。
已经进行实验确认了正像未放大透镜模块2的分辨率(MTF)依赖于正像未放大透镜模块2和显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离Lz。图19示出了正像未放大透镜模块2的分辨率(MTF)与距离Lz之间的关系。
如图19所示，当距离Lz约20mm时，正像未放大透镜模块2的分辨率(MTF)为最高。随着距离Lz从约20mm增加或减小，正向未放大透镜模块2的分辨率逐渐降低。在第二实施例中，正像未放大透镜模块2设定在透镜固定架61上的位置和正像未放大透镜模块2可以移动的可移动范围由以下方式来确定当分辨率(MTF)保持在至少10％的值处并且正像未放大透镜模块2与图像显示屏幕M之间的距离Lz为最小值时，正像未放大透镜模块2的分辨率在可移动范围内为最高。在图19的示例中，透镜固定架61和移动架65的设定位置以及正像未放大透镜模块2的可移动范围按以下方式来确定正像未放大透镜模块2与图像显示屏幕M之间的距离Lz的最小值为20mm。
第二实施例具有下述优点。
(1)正像未放大透镜模块2设置在面向显示器件10的图像显示屏幕M的位置处。当观察者通过窗W观察箱体51内部时，显示在显示器件10的图像显示屏幕M上的图像被看作在箱体51中浮起的立体图像。
(2)正像未放大透镜模块2设置在具有透镜固定架61的移动架65上。该结构使得正像未放大透镜模块2与显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离Lz可以在预定范围内变化。于是，通过改变距离Lz可以令正像未放大透镜模块的分辨率在预定范围内变化。进而，通过改变距离Lz，来改变形成在箱体51中的立体图像的位置。
(3)通过增加正像未放大透镜模块2与显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离Lz可降低正像未放大透镜模块2的分辨率。尽管正像未放大透镜模块2的分辨率降低了，但降低后的分辨率处于使得可通过人眼无模糊地观看到图像的一定水平上。利用该结构，即使产生莫尔条纹，正像未放大透镜模块2的降低后的分辨率也减少了该莫尔条纹。这种浅的莫尔条纹不太明显。于是，显示了其中观察者基本观察不到莫尔条纹的高质量立体图像。
(4)正像未放大透镜模块2以如下方式设置当正像未放大透镜模块2与图像显示屏幕M之间的距离Lz在可移动范围内为最小时，正像未放大透镜模块2的分辨率(MTF)保持在至少10％的值处，并且正像未放大透镜模块2的分辨率在可移动范围内最高。从而，通过改变图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离，可以在1Lp/mm下的分辨率MTF为10％或更高的范围内改变正像未放大透镜模块2的分辨率。于是，允许在正像未放大透镜模块2相对图像显示屏幕移动的整个范围内，将立体图像显示为清晰得足以通过人眼无模糊地进行观看的图像。
(5)显示器件10具有按垂直条纹排列的像素30。正像未放大透镜模块2具有按六边形排列的微透镜3a。具有按六边形排列的微透镜3a的正像未放大透镜模块2形成由具有按垂直条纹排列的像素30的显示器件10显示的图像的立体图像，并且减少了由正像未放大透镜模块2形成的立体图像中产生的莫尔条纹。
(6)各像素30包括在玻璃基板25上按固定间隔排列的三个颜色的子像素25R、25G以及25B。相同颜色的子像素25R、25G以及25B排列在玻璃基板25的垂直方向上以形成直线。该结构使得可以使用公知全色LCD作为显示器件10，并使得可以按低成本来制造立体图像形成装置50。
现在参照图20说明根据本发明第三实施例的立体图像形成装置50。第三实施例不同于第二实施例之处在于包括在立体图像形成装置50上的正像未放大透镜模块2的微透镜3a以校正透镜间距PLo进行排列。
在图19的示例中，当正像未放大透镜模块2与图像显示屏幕M之间的距离Lz在可移动范围内最小时，正像未放大透镜模块2的分辨率(MTF)最高。在这种情况下，产生在立体图像中的莫尔条纹对人眼来说最明显。在第三实施例中，正像未放大透镜模块2具有透镜间距PLo，基于观察者视点与显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离LA和正像未放大透镜模块2与图像显示屏幕M之间的距离Lz的比值，对该透镜间距PLo进行校正。
在图20的示例中，当正像未放大透镜模块2与图像显示屏幕M之间的距离Lz在可移动范围内最小时，校正透镜间距PLo与正像未放大透镜模块2的透镜间距PL的比值(PLo/PD)满足以下表达式(1.20+n*1.50)≤PLo/PD≤(1.70+n*1.50)，其中n＝0，1，2，3，……校正透镜间距PLo由下式表示PLo＝PL/a.
常数a由以下表达式来定义a＝{LA-(L+Z/2)}/{LA-(2L+Z)}。
按以下方式设定校正透镜间距PLo当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz最小时，比值PLo/PD满足上述表达式。如此设定校正透镜间距PLo充分地减小了在立体图像中产生的莫尔条纹的间距。
第三实施例具有下述优点。
基于观察者的视点与显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离LA和正像未放大透镜模块2与图像显示屏幕M之间的距离Lz的比值，对成像未放大透镜模块2的透镜间距PL进行校正。该校正充分地减小了在立体图像中产生的莫尔条纹的间距。这种莫尔条纹不太明显。于是，立体图像形成装置在图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz可变化的整个范围内显示高质量的立体图像。
现在说明第三实施例的示例。
(示例5)表1示出了示例5中的立体图像形成装置50的分辨率和立体图像质量。
表1
在示例5中，具有6.5英寸对角屏幕尺寸和0.321mm*0.321mm像素间距PD(0.321mm*0.107mm子像素间距q)并具有垂直条纹排列(其中相同颜色的像素沿垂直方向连续排列)的全色LCD(99mm*132mm)用作显示器件10。在示例5中，正像未放大透镜模块2具有6.5英寸的对角屏幕尺寸，并且包括具有20mm的焦距、1.66mm的透镜厚度t和0.499mm的透镜间距PL的微透镜3a。各微透镜3a为六边形。微透镜3a处于六边形排列中。
当观察者与显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离LA为500mm且图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz为20mm时，校正透镜间距PLo为0.476mm。在这种情况下，校正透镜间距Plo与显示器件10的像素间距PD的比值为1.48。另外，分辨率为65％。在这种情况下，裸眼观察不到立体图像中的莫尔条纹。
当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz变为45mm时，校正透镜间距PLo为0.448mm。在这种情况下，校正透镜间距Plo与显示器件10的像素间距PD的比值为1.39。另外，分辨率为30％。在这种情况下，裸眼观察不到立体图像中的莫尔条纹。
当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz变为70mm时，校正透镜间距PLo为0.415mm。在这种情况下，校正透镜间距Plo与显示器件10的像素间距PD的比值为1.29。另外，分辨率为12％。在这种情况下，裸眼观察不到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
(比较例)表2示出了在比较例中的立体图像形成装置的分辨率和立体图像质量。
表2
在比较例中，具有15英寸对角屏幕尺寸和0.255mm*0.255mm像素间距PD(0.255mm*0.099mm子像素间距q)并具有垂直条纹排列(其中相同颜色的像素沿垂直方向连续排列)的全色LCD(229mm*305mm)用作显示器件10。在该比较例中，采用示例5中采用的正像未放大透镜模块2。
当观察者与显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离LA为500mm且图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz为20mm时，校正透镜间距PLo为0.476mm。在这种情况下，校正透镜间距Plo与显示器件10的像素间距PD的比值为1.87。另外，分辨率为65％。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz变为40mm时，校正透镜间距Plo变为0.454mm。在这种情况下，校正透镜间距Plo与显示器件10的像素间距PD的比值变为1.68。另外，分辨率变为38％。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz变为60mm时，校正透镜间距Plo变为0.429mm。在这种情况下，校正透镜间距Plo与显示器件10的像素间距PD的比值变为1.68。另外，分辨率变为19％。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
此外，当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz变为80mm时，校正透镜间距PLo变为0.402mm。在这种情况下，校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值变为1.58。另外，分辨率变为11％。在这种情况下，尽管在形成在箱体51中的立体图像中产生莫尔条纹，但莫尔条纹极小从而不能由裸眼观察到。
(示例6)表3示出了示例6中的立体图像形成装置50的分辨率和立体图像质量。
表3
在示例6中，具有20英寸对角屏幕尺寸和0.297mm*0.297mm像素间距PD(0.297mm*0.085mm子像素间距q)并具有垂直条纹排列(其中相同颜色的像素沿垂直方向连续排列)的全色LCD(305mm*407mm)用作显示器件10。在示例6中，采用示例5中采用的正像未放大透镜模块2。
当观察者与显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离LA为500mm且图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz为20mm时，校正透镜间距PLo为0.476mm。在这种情况下，校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值为1.60。另外，分辨率变为65％。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz变为40mm时，校正透镜间距PLo变为0.454mm。在这种情况下，校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值变为1.53。另外，分辨率变为38％。在这种情况下，尽管在形成在箱体51中的立体图像中产生莫尔条纹，但莫尔条纹极小从而无法由裸眼观察到。
当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz变为60mm时，校正透镜间距PLo变为0.429mm。在这种情况下，校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值变为1.44。另外，分辨率变为19％。在这种情况下，裸眼观察不到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
此外，当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz变为80mm时，校正透镜间距PLo变为0.402mm。在这种情况下，校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值变为1.35。另外，分辨率变为11％。在这种情况下，裸眼观察不到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
表4和表5示出了示例7中的立体图像形成装置50的分辨率和立体图像质量。
表4
表5
在示例7中，正像未放大透镜模块2的分辨率(MTF)与距离Lz具有图20中所示的关系。更具体地，当距离Lz为约30mm时，正像未放大透镜模块2的分辨率(MTF)最高，并且随着距离Lz从约30mm增大或减小，分辨率逐渐降低。
如表4和5中所示，当观察者与显示器件10的图像显示屏幕M之间的距离LA为500mm且图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz为30mm时，通过将像素间距PD设定在0.297mm且将透镜间距PL设定在0.38mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在1.19。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
通过将像素间距PD设定在0.297mm且将透镜间距PL设定在0.41mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在1.29。在这种情况下，尽管在形成在箱体51中的立体图像中产生莫尔条纹，但莫尔条纹极小从而无法由裸眼观察到。
通过将像素间距PD设定在0.255mm且将透镜间距PL设定在0.38mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在1.39。在这种情况下，裸眼观察不到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
通过将像素间距PD设定在0.321mm且将透镜间距PL设定在0.499mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在1.45。在这种情况下，裸眼观察不到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
通过将像素间距PD设定在0.255mm且将透镜间距PL设定在0.41mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在1.50。在这种情况下，尽管在形成在箱体51中的立体图像中产生莫尔条纹，但莫尔条纹极小从而无法由裸眼观察到。
通过将像素间距PD设定在0.297mm且将透镜间距PL设定在0.55mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在1.73。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
通过将像素间距PD设定在0.255mm且将透镜间距PL设定在0.499mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在1.82。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
通过将像素间距PD设定在0.255mm且将透镜间距PL设定在0.55mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在2.01。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
通过将像素间距PD设定在0.297mm且将透镜间距PL设定在0.85mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在2.67。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
通过将像素间距PD设定在0.264mm且将透镜间距PL设定在0.8mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在2.83。在这种情况下，尽管在形成在箱体51中的立体图像中产生莫尔条纹，但莫尔条纹极小从而无法由裸眼观察到。
通过将像素间距PD设定在0.264mm且将透镜间距PL设定在0.85mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在3.00。在这种情况下，裸眼观察不到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
通过将像素间距PD设定在0.255mm且将透镜间距PL设定在0.85mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在3.11。在这种情况下，尽管在形成在箱体51中的立体图像中产生莫尔条纹，但莫尔条纹极小从而无法由裸眼观察到。
通过将像素间距PD设定在0.255mm且将透镜间距PL设定在0.9mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在3.29。在这种情况下，尽管在形成在箱体51中的立体图像中产生莫尔条纹，但莫尔条纹极小从而无法由裸眼观察到。
通过将像素间距PD设定在0.255mm且将透镜间距PL设定在0.95mm来将校正透镜间距PLo与显示器件10的像素间距PD的比值设定在3.47。在这种情况下，可清晰地观察到形成在箱体51中的立体图像中的莫尔条纹。
在表1到5中，双环标志表示图像具有最高质量且在图像中不产生莫尔条纹，单环标志表示图像具有高质量且在图像中产生的莫尔条纹极小而裸眼不能观察到，而十字标志表示图像具有低质量并且可清晰地观察到图像中产生的莫尔条纹。
现在参照图22说明根据本发明第四实施例的立体图像形成装置50。第四实施例不同于第二实施例之处仅在于正像未放大透镜模块2的排列和显示器件10。
如图22所示，显示器件10的横向(DA)相对正像未放大透镜模块2的横向(DB)倾斜。箭头DA与DB间的角度θ为90度。
对于成90度的角度θ，显示器件10(LCD)的像素30的排列图案与正像未放大透镜模块2的微透镜3a的排列图案彼此不干涉。
正像未放大透镜模块2的倾角将较大地校正所述校正透镜间距PLo。确定第二校正透镜间距PLoa以满足以下表达式(1.20+n*1.50)≤PLoa/PD≤(1.70+n*1.50)，其中n＝0，1，2，3，……第二校正透镜间距PLoa和校正透镜间距PLo满足以下表达式PLoa(x)＝cosθ*PLo(x)，以及PLoa(y)＝PLo(y)/cosθ。
校正透镜间距PLo(x)是X轴方向上的校正透镜间距，而校正透镜间距PLo(y)为Y轴方向上的校正透镜间距。
当正像未放大透镜模块2具有六边形像素排列时，PLo(x)和PLo(y)满足以下表达式PLo(y)=2*PLo(x)/3,]]>其中-30°≤θ-(60°*n)≤30°；n为整数。
当正像未放大透镜模块2具有方形像素排列时，PLo(x)和PLo(y)满足以下表达式PLo(y)＝PLo(x)，其中-45°≤θ-(90°*n)≤45°；n为整数。
第四实施例具有下述优点。
显示器件10的横向(DA)与正像未放大透镜模块2的横向(DB)之间的角度θ为90度。在这种情况下，微透镜3a的排列图案的边沿没有在与像素30的排列图案的边沿相同的方向上延伸。显示器件10的像素30的排列图案与正像未放大透镜模块2的微透镜3a的排列图案彼此不干涉。该结构更加可靠地减少了莫尔条纹，并且使得能够显示具有更高质量的立体图像。
在第四实施例中，显示器件10的横向(DA)与正像未放大透镜模块2的横向(DB)之间的角度θ可以为非90度的角度。即使在这种情况下，微透镜3a的排列图案的边沿也没有在与像素30的排列图案的边沿相同的方向上延伸。该结构进一步减少了莫尔条纹并且使得能够显示具有更高质量的立体图像。例如，正像未放大透镜模块2可按以下方式相对显示器件10倾斜使显示器件10的像素排列的横向与正像未放大透镜模块2的微透镜排列的横向之间的角度θ为15度。参见图25。
图23到25示出了第四实施例的变型例。在图25的示例中，正像未放大透镜模块2的边沿与显示器件10的边沿之间的角度θ为5度。表6和7示出了图25中所示的示例的分辨率和立体图像质量。
在表6的示例中，具有15英寸对角屏幕尺寸和0.255mm*0.255mm像素间距PD(0.255mm*0.099mm子像素间距q)并具有垂直条纹排列(其中相同颜色的像素沿垂直方向连续排列)的全色LCD(229mm*305mm)用作显示器件10。在表6的示例中，采用示例5中采用的正像未放大透镜模块2。
表6
表7
如表2和6所示，当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz处于20mm到60mm范围内时，在示例6中可清晰地观察到莫尔条纹，然而在表6的示例中，莫尔条纹极小而无法由裸眼观察到。此外，当距离Lz为80mm时，示例6中的莫尔条纹极小而无法由裸眼观察到，然而在表6的示例中不会产生莫尔条纹。
在表7的示例中，具有20英寸对角屏幕尺寸和0.297mm*0.297mm像素间距PD(0.297mm*0.085mm子像素间距q)并具有垂直条纹排列(其中相同颜色的像素沿垂直方向连续排列)的全色LCD(305mm*407mm)用作显示器件10。在表7的示例中，采用示例5中采用的正像未放大透镜模块2。
如表3和7所示，当图像显示屏幕M与正像未放大透镜模块2之间的距离Lz为20mm时，在示例6中可清晰地观察到莫尔条纹，然而在表7的示例中，产生的莫尔条纹极小而无法由裸眼观察到。此外，当距离Lz为40mm时，示例6中的莫尔条纹极小而无法由裸眼观察到，然而在表7的示例中不会产生莫尔条纹。
对于本领域技术人员应当明了，可在不脱离本发明精神或范围的情况下以多种其他具体形式实施本发明。具体地，应当理解本发明可以以下形式实施。
在第二到第四实施例中，用于形成显示器件10的像素30的三个颜色的红、绿和蓝子像素25R、25G以及25B按条形排列，其中相同颜色的子像素25R、25G以及25B沿相同方向排列。然而，本发明应不限于该结构。例如，红、绿和蓝子像素25R、25G以及25B可以按三角形排列，其中三个颜色的红、绿和蓝子像素25R、25G以及25B分别位于三角形的顶点处。
当显示器件10具有三角形像素排列时，正像未放大透镜模块2的微透镜3a可以为方形排列。图26示出了具有方形排列的微透镜3a的正像未放大透镜模块2与显示器件10之间的排列关系。在这种情况下，可获得第二和第三实施例中描述的相同优点。
当正像未放大透镜模块2和显示器件10具有如图26所示的放置关系时，滤色器23的转换层28R、28G以及28B的边沿和按方形排列的微透镜3a的Y轴方向边沿沿相同方向(Y轴方向)延伸。在这种情况下，显示器件10的像素30的排列图案与正像未放大透镜模块2的微透镜3a的排列图案可能彼此干涉。这种干涉可能产生莫尔条纹。
在这种情况下，如图27A、27B以及27C所示，正像未放大透镜模块2和显示器件10需要以如下方式来放置，使得滤色器23的转换层28R、28G以及28B的边沿和按方形排列的微透镜3a的Y轴方向边沿不沿相同方向(Y轴方向)延伸。更具体地，正像未放大透镜模块2和显示器件10按以下方式设置为彼此相对倾斜预定角度，即像素30的排列的横向(图26中的DA方向)与微透镜3a的排列的横向(图26中的DB方向)之间的角度θ为非0度。在这种情况下，像素30的排列图案与正像未放大透镜模块2的微透镜3a的排列图案彼此不干涉。从而，微透镜3a的排列图案的边沿不沿与像素40的排列图案的边沿相同的方向延伸。该结构减少了莫尔条纹并使得能够显示具有更高质量的立体图像。
通过三个或更多透镜阵列板3可以形成透镜模块2.
以相邻微透镜3a之间不形成间隙的方式来确定微透镜3a的形状和排列。例如，各透镜阵列板3可以具有按方形排列的微透镜3a。各微透镜3a可以为方形。然而，优选地，各外微透镜3a具有圆形外周3b。
各透镜阵列板3可以为排列在基板4的一个主表面上的具有球状或非球状表面的微透镜3a的平板微透镜阵列。
在显示装置1中(参照图12和13)，可以在透镜阵列板3的前侧(像侧)设置用来减少反射光的减少反射滤色器(reflection reducing filter)。该减少反射滤色器可以由具有减少反射光的特性的任何材料(诸如彩色玻璃板)制成。
显示器件10应不限于LCD，且可以为其他显示器，例如有机EL(电致发光)显示器或等离子显示器。
如果彼此分开的两个透镜阵列板3具有与彼此接触地设置的两个透镜阵列板3等效的光学性能，则将两个透镜阵列板3彼此分开。
应将现有示例和实施例看作是例示性的而非限制性的，并且本发明不限于在此给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等同范围内进行变型。
权利要求
1.一种立体图像形成装置(2)，包括至少两个透镜阵列板(3)，每个透镜阵列板包括多个微透镜(3a)，每个微透镜具有光轴和顶点，其中微透镜的光轴彼此平行；在所述至少两个透镜阵列板中的一个中的微透镜的光轴与在所述至少两个透镜阵列板中的另一个中的微透镜的光轴对齐；在所述至少两个透镜阵列板中的一个中的微透镜顶点与在所述至少两个透镜阵列板中的另一个中的微透镜的顶点相接触或设置得相接近；以及各透镜阵列板的微透镜中的每一个都具有大于预定最小球面像差的预定球面像差。
2.根据权利要求1所述的立体图像形成装置，其中，所述至少两个透镜阵列板中的微透镜中的每一个都具有相同透镜性能。
3.根据权利要求1所述的立体图像形成装置，其中，所述立体图像形成装置在光轴方向上具有厚度(t)，并且该厚度(t)小于使各微透镜的球面像差最小化的设计厚度值(t1)。
4.根据权利要求1所述的立体图像形成装置，其中，集成所述至少两个透镜阵列板以形成单个正像未放大透镜模块。
5.根据权利要求1所述的立体图像形成装置，其中当所述至少两个透镜阵列板与物体(1)隔开前侧工作距离时，其中，从所述物体提供的光线穿过各微透镜表面上的点；并且当前侧工作距离改变时，光线穿过各微透镜表面的不同点。
6.根据权利要求1所述的立体图像形成装置，其中，各透镜阵列板具有在5到150mm范围内的后侧工作距离，其中，在1线对/mm下分辨率为10％或更高，并且分辨率变化率大于0％/mm且小于或等于2％/mm。
7.根据权利要求1所述的立体图像形成装置，其中，各透镜阵列板包括基板，具有两个主表面；以及多个微透镜，具有球状或非球状表面，排列在所述基板的两个主表面的一个或两个上。
8.根据权利要求1所述的立体图像形成装置，其中，各透镜阵列板是由透明树脂制成的。
9.根据权利要求8所述的立体图像形成装置，其中，各透镜阵列板具有侧边，各透镜阵列板的微透镜在二维区域内彼此相邻排列并包括多个设置在透镜阵列板的侧边附近的外微透镜，而且各外微透镜具有沿靠近透镜阵列板侧边的一侧延伸的圆形外周(3b)，所述立体图像形成装置还包括遮光膜(5)，设置在所述至少两个透镜阵列板上，用来覆盖所述外微透镜的圆形外周。
10.一种立体图像显示装置，包括根据权利要求1所述的立体图像形成装置；显示主体(10)；以及箱体(11，12)，用来容纳所述立体图像形成装置和所述显示主体，其中，该箱体包括用来容纳均匀介质的内腔，所述立体图像形成装置设置在所述内腔与所述显示主体之间以在箱体的内腔中形成所述显示主体的图像。
11.根据权利要求10所述的立体图像显示装置，其中，所述显示主体是用来显示二维图像(15)的显示器件。
12.一种立体图像显示装置(50)，包括正像未放大透镜模块(2)，包括以固定间距(PT)均匀排列的多个微透镜(3a)，并具有焦距；以及显示设备(10)，包括与所述正像未放大透镜模块分开所述焦距的图像显示屏幕，以及以固定间距(PD)均匀排列的多个像素(30)，其中所述图像显示屏幕显示图像(15)，其中所述正像未放大透镜模块采用显示在所述图像显示屏幕上的图像来形成由于双目视差而显现为浮起图像的立体图像；所述正像未放大透镜模块与所述图像显示屏幕之间的距离(Lz)可在预定范围内变化；当距离(Lz)在预定范围内改变时，所述正像未放大透镜模块的分辨率(MTF)改变；并且当所述正像未放大透镜模块与所述图像显示屏幕之间的距离处于预定范围内时，所述正像未放大透镜模块的分辨率大于最大值，在该最大值下模糊对于人眼来说是能被察觉的。
13.根据权利要求12所述的立体图像显示装置，其中，所述正像未放大透镜模块包括至少两个透镜阵列板(3)，各透镜阵列板包括多个微透镜(3a)，各微透镜具有光轴和顶点，其中所述微透镜的光轴彼此平行；在所述至少两个透镜阵列板中的一个中的微透镜的光轴与在所述至少两个透镜阵列板中的另一个中的微透镜的光轴对齐；在所述至少两个透镜阵列板中的一个中的微透镜的顶点与在所述至少两个透镜阵列板中的另一个的微透镜的顶点相接触或设置得相接近；并且各透镜阵列板的微透镜中的每一个都具有大于最小球面像差的预定球面像差。
14.根据权利要求13所述的立体图像显示装置，其中，如果PD表示所述多个像素的像素间距，PL表示以固定间距均匀排列的微透镜的透镜间距，LA表示视点与图像显示屏幕之间的距离，LB表示立体图像与视点之间的距离，Lz表示正像未放大透镜模块与图像显示屏幕之间的距离，而PLo表示通过根据距离LA、LB与Lz对透镜间距PL进行校正而获得的校正透镜间距，并且当距离Lz最小时，所述校正透镜间距PLo满足以下表达式(1.20+n*1.50)≤PLo/PD≤(1.70+n*1.50)，其中n＝0，1，2，3，……。
15.根据权利要求13所述的立体图像显示装置，其中，当所述正像未放大透镜模块与所述图像显示屏幕之间的距离处于预定范围内时，所述透镜模块在1线对/mm下具有10％或更高的分辨率，并且当所述正像未放大透镜模块与所述图像显示屏幕之间的距离为预定范围内的最小值时，所述透镜模块具有最高的分辨率。
16.根据权利要求13所述的立体图像显示装置，其中，所述多个像素按垂直条纹排列，并且所述多个微透镜按六边形排列或按方形排列。
17.根据权利要求13所述的立体图像显示装置，其中，所述多个像素按三角形排列，并且所述多个微透镜按六边形排列或按方形排列。
18.根据权利要求13所述的立体图像显示装置，其中，所述多个像素形成直线，所述多个微透镜形成直线，并且所述像素的直线相对于所述微透镜的直线倾斜。
19.根据权利要求16所述的立体图像显示装置，其中，各像素由以固定间距排列并对应于多个颜色的多个子像素形成，并且所述多个子像素形成垂直条纹排列，其中各相同颜色的子像素沿垂直方向连续排列。
20.根据权利要求16所述的立体图像显示装置，其中，各微透镜为六边形的，并且一些像素形成直线而一些微透镜形成另一直线，并且由像素形成的直线相对于由微透镜形成的直线倾斜90度角。
全文摘要
立体图像形成装置以及立体图像显示单元。一种立体图像形成装置，包括两个透镜阵列板，每一个透镜阵列板都包括具有光轴和顶点的微透镜。微透镜的光轴彼此平行。在透镜阵列板的一个中的微透镜的光轴与在另一透镜阵列板中的微透镜的光轴对齐。在透镜阵列板的一个中的微透镜的顶点与在另一透镜阵列板中的微透镜的顶点相接触或设置得相接近。各透镜阵列板的微透镜中的每一个都具有大于预定最小球面像差的预定球面像差。
文档编号G02B1/04GK1804680SQ20051013562
公开日2006年7月19日 申请日期2005年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者桥本崇宏, 池田诚, 根本浩之 申请人:日本板硝子株式会社