專利名稱：生產平面透鏡的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生產平面透鏡的方法，具體地說，生產適宜于背投式投影儀的屏幕使用的平面透鏡的方法。
近幾年，作為高清晰度電視或影劇院用的大屏幕顯示器，采用液晶燈泡或CRT的背投式投影儀得到了積極的發(fā)展。
圖30示出了一種現有的背投式投影儀的示意圖。
參見圖30，示出了一種箱型投影儀，其中，由一反射鏡102將從一圖像投影單元101投射的圖像光L反射，以將圖像光引導至一透射屏幕105。透射屏幕105由一通常與一個豎直伸延的雙凸透鏡104相結合的菲涅耳透鏡103組成。入射到透射屏幕105的背面的圖像光L通過菲涅耳透鏡103實際上被變成與軸向平行，并且，圖像光L的平行射線通過雙凸透鏡104時主要在水平方向上散射。
如圖31A和31B所示，雙凸透鏡104的背面(光射出面)具有一些豎直延伸的凸條104a，在這些凸條上設有黑色條104b，以便吸收外部光線，從而改善屏幕的對比度。例如，將丙烯酸樹脂擠壓模制成包括凸條104a在內的雙凸透鏡104的形狀，然后，僅將凸條104a用黑色顏料印成黑色，以形成黑色條104b。
如圖31B所示，每一個黑色條104b的寬度“w”通常設定為雙凸透鏡104的凸條104a的一個排列節(jié)距“p”的0.3-0.4倍。
采用了上述雙凸透鏡的透射屏幕的一個缺點在于，它使光線在水平方向上能在一寬的范圍內散射，導致在水平方向上有一個寬的視角；然而，它使光線在豎直方向上僅在一窄的范圍內散射，導致豎直方向上視角狹窄。為了解決這一缺點，已知有這樣一種結構，即豎直伸延的雙凸透鏡與水平伸延的雙凸透鏡相結合。然而，這種結構存在的問題是，零部件數量的增加提高了零部件的成本和生產成本，屏幕的雙凸透鏡疊放層數的增加加大了屏幕的厚度，并且，雙凸透鏡層之間的多重反射的影響變大。
采用了雙凸透鏡的透射屏幕還具有另外一個缺點。如上所述，為了提供改善對比度所需的黑色條，供印刷黑色顏料用的凸條必須形成在雙凸透鏡的光射出側，在這種情況下，各個凸條的寬度就必須設定為這樣一個值，即不影響射出光的光線。因此，由黑色條組成的外部光吸收單元的面積比率通常設定為約30-40％，所以，對比度的改善效果比較差。
為了克服上述缺陷，已經對采用具有二維地布置的微小透明球的、代替上述雙凸透鏡的平面透鏡的透射屏幕給予了關注(例如，披露于美國專利No.2,378,252和3,552,822以及日本實用新型登記號No.2513508中的透射屏幕)。已經對這種采用平面透鏡的透射屏幕進行了研究，以便實際應用于高清晰度大屏幕顯示器。
下面將參照圖32-34描述上述的采用平面透鏡的透射屏幕的結構，這種結構已由本申請人披露于日本公開特許公報平9-100590號(申請日1997年4月17日)。
圖32示出了一種開放式的背投式投影儀的主要結構，其中，從一圖像投影單元21投射出的圖像光L的光線通過由菲涅耳透鏡22和平面透鏡23組成的透射屏幕10而向前散射。如圖中所示，平面透鏡23是這樣構造的，即把微小透明球2按緊密填充的陣列二維地布置。因此，僅僅一層微小透明球便使圖像光L的光線在水平和豎直兩個方向上都能在一個寬的范圍內散射。
圖33示出了一種箱式的背投式投影儀，其中，從一布置在殼體25內的圖像投影單元21投射出的圖像光L先由一反射鏡24反射，然后通過具有菲涅耳透鏡22和由微小透明球2組成的平面透鏡23的透射屏幕10向前散射。
圖34示出了上述平面透鏡23的結構的一個例子。
平面透鏡23是這樣構造的，即把許多微小透明球2比如玻璃球以各個微小透明球2的直徑的約50％埋入一透明粘接劑層5內的方式保持在該透明粘接劑層5上，該透明粘接劑層5形成在一塊位于光射入側的透明基板4上。按照把微由碳調色劑構成一個吸光層(有色層)3，該光吸收層3把微小透明球2的各個相鄰球之間的空隙填充，并且，各個微小透明球2的頂部和其周圍在光射出側從吸光層3露出。在位于光射出側的微小透明球2上經一透明粘接劑層6粘接一塊透明基板1，以防止微小透明球2和吸光層3暴露于外部。
如圖34所示，已經通過菲涅耳透鏡(未示出)入射到平面透鏡23上的射入光Lin的光線穿過位于光射入側的透明基板4和透明粘接劑層5，并通過各個微小透明球2會聚起來；會聚光線穿過各個微小透明球2的在光射出側的頂部和其周圍，而且還穿過位于光射出側的透明粘接劑層6和透明基板1，作為射出光Lout的散射光線從平面透鏡23射出。另一方面，已通過透明基板1入射到平面透鏡23的外部光Lex的光線幾乎全部被吸光層3吸收，因此，減弱了因外部光Lex的光線的反射面造成的對比度的降低。
此時，在平面透鏡23上，在光射出側的吸光層3的面積比率能夠設定為約80％或者更高，因此，因外部光Lex的反射而造成的對比度的降低能夠大大地減弱。于是，能夠獲得一種具有高的對比度的、外部光的影響較小的屏幕。
這種平面透鏡23是按，例如，下面的方法生產的。
在位于光射入側的透明基板4上形成透明粘接劑層5并將大量的微小透明球2散布在該透明粘接劑層5上。把這些微小透明球2向下壓，以使各個微小透明球2的直徑的大約一半埋入透明粘接劑層5。將粉狀的吸光材料比如碳調色劑散布在微小透明球的表面上，并通過，例如，壓輥碾壓粉狀吸光材料，以便填充微小透明球2的各個相鄰球之間的空隙，形成一個吸光層3。然后，將在光射出側的微小透明球2的頂部和它們的周圍存留的那部分吸光材料掃掉，以形成微小透明球2的光射出部分。此后，經一透明粘接劑層6把一透明基板1疊加在光射出側。
然而，上述生產方法有一個缺點。由于在微小透明球2的直徑和埋入深度方面可能存在輕微的不可避免的偏差，因此，難以精確地除去在微小透明球2的光射出側的那部分吸光材料。結果，采用了現有技術的平面透鏡23的透射屏幕10的亮度和對比度的不均勻性比較大。
現有技術方法的另一個缺點是，需要大量的勞力和工作時間來除掉吸光材料。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠簡單地、精確地除去處于各個微小透明球的光射出部分范圍內的那部分吸光材料的生產平面透鏡的方法。
為了實現上述目的，根據本發(fā)明的第一個方面，提供一種生產平面透鏡的方法，其包括的步驟是在一透明基板上形成一透明粘接劑層；將許多微小透明球提供到該透明粘接劑層上并將這些微小透明球埋入透明粘接劑層達一特定的深度；形成一個吸光層，一直到足以填滿所說的多個微小透明球的從透明粘接劑層露出的那些部分的各個相鄰部分之間的空隙并進一步覆蓋這些微小透明球的厚度；以及，從透明基板側照射平行的光線，以便除去吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那部分。
上述除去一部分吸光層的步驟可包括的步驟有利用由微小透明球會聚的光線的能量將吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那部分融化；和通過使融化了的部分粘附在一片材上而將吸光層的融化部分除去。
上述方法還可進一步包括在除去一部分吸光層的步驟之后通過一個第二透明粘接劑層把第二透明基板疊加在吸光層上的步驟。
上述除去一部分吸光層的步驟可包括的步驟有通過由微小透明球會聚的光線的能量所引起的燃燒、升華或者消融(ablation)而將吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那部分除去。
在上述方法中，吸光層可由含有碳黑和硝化纖維的樹脂組合物制成。
根據本發(fā)明的第二個方面，提供一種生產平面透鏡的方法，其包括的步驟是在一透明基板上形成第一透明粘接劑層；將許多微小透明球提供到該第一透明粘接劑層上并將這些微小透明球埋入第一透明粘接劑層達一特定的深度；形成一個第二透明粘接劑層，該第二透明粘接劑層的厚度足以填滿所說的多個微小透明球的從第一透明粘接劑層露出的那些部分的各個相鄰部分之間的空隙并進一步覆蓋這些微小透明球，該第二透明粘接劑層當暴光時失去其粘性；從透明基板側照射平行的光線，以使第二透明粘接劑層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那一部分暴露于由微小透明球會聚的光線；以及，在第二透明粘接劑層的未暴光部分形成一吸光層。
在上述的方法中，可把紫外線用作使第二透明粘接劑層的一部分暴光的光線。
上述方法可進一步包括的步驟是在形成吸光層的步驟之后，利用第三透明粘接劑層把第二透明基板疊加到吸光層上。
根據本發(fā)明的第三個方面，提供一種生產平面透鏡的方法，其包括的步驟是在一透明基板上形成一透明粘接劑層；將許多微小透明球提供到該透明粘接劑層上并將這些微小透明球埋入透明粘接劑層達一特定的深度；形成一個吸光層，該吸光層的厚度足以填滿所說的多個微小透明球的從透明粘接劑層露出的那些部分的各個相鄰部分之間的空隙并進一步覆蓋這些微小透明球，該吸光層當暴光時能夠溶解在特定的溶劑里；從透明基板側照射平行的光線，以使吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那一部分暴露于由微小透明球會聚的光線；以及，通過用溶劑溶解吸光層的暴了光的部分而將它們除去。
在上述的方法中，可把紫外線用作使一部分吸光層暴光的光線。
上述方法可進一步包括的步驟是在除去吸光層的暴了光的部分的步驟之后，利用第二透明粘接劑層把第二透明基板粘接到吸光層上。
如上所述，根據本發(fā)明，在包含有許多個微小透明球的平面透鏡的生產當中，允許光線沿著與平面透鏡的實際光路大致相同的光路穿過微小透明球，因此，有選擇地僅僅使處于各個微小透明球的光射出部分范圍內的那一部分吸光層暴光，以便將之除去，從而僅在各個微小透明球的光射出部分的范圍內形成一個吸光層的孔。
因此，即便微小透明球的直徑方面存在些微的偏差，仍能夠精確地、簡單地僅在微小透明球的光射出部分的范圍內形成吸光層的孔。結果是，如此按照本發(fā)明的方法生產的平面透鏡得到所制造的一種優(yōu)質的透射屏幕，其亮度和對比度的不均勻性很小。
與通過清掃把在微小透明球的光射出部分范圍內的那部分吸光層除去的方法相比，本發(fā)明的生產方法大大地減少了勞力和縮短了工時。


圖1A和1B分別是表示根據本發(fā)明第一實施例的生產平面透鏡的方法的示意性剖視圖和平面圖；圖2是表示根據本發(fā)明第一實施例生產的平面透鏡的光線軌跡模擬結果的代表性視圖；圖3A-3C是按照生產步驟的順序表示根據本發(fā)明第一實施例的生產平面透鏡的方法的示意圖；圖4A-4D是從圖3A-3C接續(xù)下來的、按照生產步驟的順序表示根據本發(fā)明第一實施例的生產平面透鏡的方法的示意圖；圖5A-5C是從圖4A-4D接續(xù)下來的、按照生產步驟的順序表示根據本發(fā)明第一實施例的生產平面透鏡的方法的示意圖；圖6A-6C是從圖5A-5C接續(xù)下來的、按照生產步驟的順序表示根據本發(fā)明第一實施例的生產平面透鏡的方法的示意圖；圖7A和7B是按照生產步驟的順序表示根據本發(fā)明第二實施例的生產平面透鏡的方法的示意圖；圖8A-8D是按照生產步驟的順序表示根據本發(fā)明第三實施例的生產平面透鏡的方法的示意圖；圖9A-9C是按照生產步驟的順序表示根據本發(fā)明第四實施例的生產平面透鏡的方法的示意圖；圖10-15是表示按照本發(fā)明的方法生產的平面透鏡的幾個例子的示意性剖視圖；圖16-19是表示采用了按照本發(fā)明的方法生產的平面透鏡的背投式投影儀屏幕的幾個例子的示意性剖視圖；圖20-25是表示按照本發(fā)明的方法生產的平面透鏡的幾個例子的示意性剖視圖；圖26-29是表示采用了按照本發(fā)明的方法生產的平面透鏡的背投式投影儀屏幕的幾個例子的示意性剖視圖；圖30是表示現有技術的背投式投影儀的示意圖；圖31A和31B分別是表示用于現有技術的背投式投影儀的雙凸透鏡的構造的示意圖和剖視圖；圖32是表示采用了由微小透明球組成的平面透鏡的開放式背投式投影儀的示意圖；圖33是表示采用了由微小透明球組成的平面透鏡的箱式背投式投影儀的示意圖；圖34是表示由微小透明球組成的平面透鏡結構的示意性剖視圖。
以下將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
在下面的實施例中，與圖32-34所示的那些零件對應的零件用與圖32-34的相同的參考數字表示。[實施例1]下面將參照圖3A-3C、圖4A-4D、圖5A-5C和圖6A-6C描述根據本發(fā)明第一實施例的生產平面透鏡的方法。
在圖3A所示的步驟，在位于光射入側的一塊透明基板4上形成一個透明粘接劑層5。例如，將一帶有保護膜5a的紫外線(UV)固化型丙烯酸類樹脂片5粘附在由丙烯酸類樹脂譬如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的透明基板4上。參考數字4a表示一個用以保護透明基板4的背面的保護膜。
基板4和粘接劑層5都不必透明到使大多數的特定光線都通過的程度，因此，本說明書中的術語“透明”是指包括所謂的半透明在內的廣義上的透明。
雖然在上述例子中透明基板4由丙烯酸類樹脂譬如PMMA制成，但是，它也可以由剛性玻璃基板或剛性塑料基板或柔性塑料基板構成。除上述丙烯酸類樹脂之外的塑料材料的特定例子包括聚碳酸酯樹脂、聚烯烴樹脂、氯乙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚乙烯樹脂、環(huán)氧樹脂、多芳基化合物樹脂、聚醚砜樹脂、硅氧烷樹脂和聚對苯二甲酸乙酯樹脂。
要求透明粘接劑層5能許可大量的微小透明球埋入其內并且還要求其穩(wěn)定地固定和保持埋入其內的球。因此，透明粘接劑層5最好由UV固化型丙烯酸類樹脂制成，該丙烯酸類樹脂應當在樹脂光固化之前具有足夠的柔軟性，以便微小透明球易于埋入，并且，它還應當在樹脂光固化之后具有足夠的硬度，以便可靠地固定并保持埋進樹脂內的球。但是，層5也可以由從其它類型的丙烯酸類樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚烯烴樹脂、氯乙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚乙烯樹脂、環(huán)氧樹脂、多芳基化合物樹脂、聚醚砜樹脂、硅氧烷樹脂和聚對苯二甲酸乙酯樹脂當中選擇的材料制成。
然后，在圖3B所示的步驟，在用消除電荷的吹風41中和靜電電荷以及吸走塵埃的同時將保護膜5a從透明粘接劑層5上剝掉。
在圖3C所示的步驟，將大量的微小透明球2、一般是玻璃球從一漏斗42供應到透明粘接劑層5上。
除了上述的玻璃之外，微小透明球2還可以由塑料材料譬如丙烯酸類樹脂或聚苯乙烯樹脂制成。
每一個微小透明球的折射率設定為這樣一個值，即至少大于在光入射側與微小透明球2相接觸的透明粘接劑層5的折射率，例如，為1.4或1.4以上。
每一個微小透明球2的直徑“d”設定在50-100μm的范圍。如果直徑“d”過大，則微小透明球2的相鄰球之間的各個空隙會變得過大。這樣可能降低用具有這些微小透明球2的平面透鏡生產的背投式投影儀的屏幕的分辨率。
微小透明球2直徑方面的誤差設定在占這些球的平均直徑的10％或10％以下的范圍。如果誤差過大，則可能難以均勻地排列這些微小透明球2。
生產過程繼續(xù)進行到圖4A所示的步驟，此時，通過用一刮刀39擠壓而使堆放的微小透明球2的高度相等。
在圖4B所示的步驟，用一個由硅橡膠制成的壓輥31將微小透明球2向下壓，以便將處在最下層的微小透明球埋進透明粘接劑層5。
每個埋進透明粘接劑層5的微小透明球2的埋進深度設定在占微小透明球2的平均直徑的30％或30％以上的范圍，最好是約50％。通過這樣布置，可由透明粘接劑層5穩(wěn)定地固定并保持每一個微小透明球2，并且，入射到每一個微小透明球2的光線的量增加，而光量的增加，例如，可導致采用了包含有微小透明球2的平面透鏡的背投式投影儀的屏幕的亮度提高。
在圖4C所示的步驟，利用一個抽吸裝置43將沒有埋進透明粘接劑層5且沒有被透明粘接劑層5保持的不必要的微小透明球2吸走并除去。
然后，在圖4D所示的步驟，用一攝像機44對微小透明球2的充滿狀態(tài)進行檢查，此后，通過紫外線照射45使得由紫外線固化型樹脂制成的透明粘接劑層5固化，以便將每個微小透明球2固定在透明粘接劑層5上。
生產過程繼續(xù)進行到圖5A所示的步驟，此時，形成一個由與電子照相術等所用的相同的黑色調色劑構成的吸光層3，其厚度足以充滿微小透明球2的各個相鄰球之間的空隙并進一步實際上完全覆蓋微小透明球2。然后，將平行光線(或與平行光線相當的光線)61沿箭頭所示的方向，也就是說，自透明基板4這一側，從一鹵素燈、氙電子閃光燈或者激光器發(fā)射到吸光層3上。
此時，如圖1A中放大了比例所示的，平行的光線61被各個微小透明球2的透鏡作用會聚，并且，在微小透明球2的光射出側，光線61實際上只在吸光層3的處在微小透明球2的光射出部分的范圍內的一個特定部分3b聚焦。因此，只有吸光層3的3b部分被聚焦的光線的能量局部加熱并熔融。
然后，在圖5B所示的步驟，在光線61照射之后立即或者在照射過程中便將一調色劑吸附片、比如紙片62用壓輥63壓貼到吸光層3上。在圖5C所示的步驟，將墨粉吸附片62剝離，因此，只有吸光層3的熔融了的部分3b被調色劑吸附片62吸附并除去。此外，也可以在調色劑吸附片62已經預先壓在吸光層3上的狀態(tài)下照射所說的平行光線61。
按此方式，如圖1B的平面圖所示，能夠獲得一個吸光層3，其中，只在微小透明球2的光射出部分的范圍內形成孔3a。此外，字母“s”代表孔3a的直徑。
下面參照圖2描述在一個微小透明球2和其周圍的光線軌跡模擬結果。
例如，假定已經穿過了空氣和折射率n=1.5的透明粘接劑層5的平行光線61入射到一個由直徑d=50μm且折光率n=1.9的玻璃球構成的微小透明球2上。需要指出的是，在這里，實際上處于透明粘接劑層5和空氣之間的透明基板4被忽略，這是因為透明基板4通常是用折射率與透明粘接劑層5的折射率幾乎相等的材料制造的。
當具有相當于微小透明球2的直徑d=50μm的光通量的平行光線61作為有效光線入射到微小透明球2上時，該光線61在微小透明球2的對側(即光射出側)會聚在孔3a的直徑“s”(≈20μm)的范圍內，并散射。直徑“s”≈20μm對應于一厚度“t”≈2μm，該厚度以微小透明球2的在光射出側的頂部為基準。
此時，在微小透明球2的光射入側的光通量和在微小透明球2的光射出側的光通量之間的面積比率變?yōu)?d=50)2∶(s=20)2=25∶4，也就是說，約為6.1。因此，假定A[J/m2]是進入微小透明球2的平行光線61的每單位面積的能量，那么，能量強度約為射入側的6倍、亦即6AJ/m2的光線61從微小透明球2射出。即使光射入側的有效光線的光通量的直徑是40μm，而光射出側的有效光線的光通量的直徑是20μm，也將有能量強度為射入側的4倍、亦即4AJ/m2的光線從微小透明球2射出。
結果是，通過選擇吸光層3的材料以及設定平行光線61的照射能量和照射時間，以使吸光層3在能量強度為AJ/m2時一點也不融化，但在能量強度為A-6AJ/m2時融化，則能夠只將吸光層3的處在微小透明球2的光射出部分的范圍內的那部分融化，而對吸光層3的其它部分一點也不產生影響。
即便微小透明球2的直徑和埋入深度方面存在些微的誤差，上述形成吸光層3的方法也能夠精確地、簡單地在微小透明球2的實際射出部分的范圍內形成孔3a。因此，按照本發(fā)明的方法生產的平面透鏡的應用，能獲得一種亮度和對比度的不均勻性較小的優(yōu)良的透射屏幕。
生產過程繼續(xù)進行到圖6A所示的步驟，此時，用一攝像機(未示出)對吸光層3的成型狀態(tài)進行檢查，將保護膜6a從在光射出側的透明基板1上形成的透明粘接劑層6上剝掉，并將透明基板1疊放到吸光層3上。參考數字1a表示設在透明基板1的背面的保護膜。
光射出側的透明基板1和透明粘接劑層6可以用與在光射入側的透明基板4和透明粘接劑層5的材料分別相同的材料制造。例如，透明基板1可以用上述的丙烯酸類樹脂片制成，而透明粘接劑層6可以用上述的UV固化型丙烯酸類樹脂制成。
在圖6B所示的步驟，利用壓輥37碾壓透明基板1，以便借助于透明粘接劑層6將其粘接在微小透明球2和形成在透明基板4上的吸光層3上。
然后，在圖6C所示的步驟，利用紫外線51使透明粘接劑層6固化，以增加透明粘接劑層6的粘接強度。
需要指出的是，如果光射入側的透明粘接劑層5是由在其UV固化之前就能夠充分地固定和保持微小透明球的材料制成的話，那么，透明粘接劑層5的最終UV固化可以和透明粘接劑層6的UV固化在圖6C所示的這一步一起進行。
然后，將保護膜1a和4a剝掉，于是，制得一平面透鏡。
在如此生產的平面透鏡中，設在吸光層3的處于微小透明球2的光射出部分的范圍內的那些部分的各個孔3a制成有一深度的孔，如圖1A和1B所示。
圖7A和7B示出了根據本發(fā)明第二實施例的生產平面透鏡的方法。
在第二實施例中，是通過重復第一實施例的圖3A-圖4D所示的步驟而將微小透明球2埋進并固定在透明粘接劑層5的，并且，如圖7A所示，形成一個吸光層3，其厚度足以實際上完全覆蓋微小透明球2。
然后，在圖7B所示的步驟，從透明基板4這側照射平行光線(或與之相當的光的射線)64，通過燃燒、升華或消融而除去吸光層3的在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那一部分，從而形成一孔3a，所說的燃燒、升華或消融是由于通過微小透明球2會聚在吸光層3的上述部分的光線的能量造成的。
在主要通過燃燒而形成孔3a的情況下，通過涂覆的辦法形成一個主要含有碳(碳黑)和硝化纖維的黑色樹脂層作為吸光層3，并用由激元激光器、半導體激光器或類似裝置產生的平行光線(或與之相當的光線)64照射該黑色樹脂層。此時，由于上述硝化纖維的燃燒極其迅速地發(fā)生，因此，一點也不留下燃燒殘渣。在使用其它燃燒助劑的情況下，如果留下燃燒殘渣，可通過清掃或類似措施將其除去。
在主要通過升華而形成孔3a的情況下，通過壓實-填充或涂覆的辦法形成一個由可升華的調色劑或可升華的油墨構成的吸光層3，并用由氙電子閃光燈產生的平行光線(或與之相當的光線)64對吸光層3進行照射。此時，希望通過使升華了的調色劑或油墨吸附在與吸光層3相對布置的一印刷紙片或類似物品上而將其可靠地除去。
消融是通過突然的體積膨脹而使溶化了的液體以粒子的形式極迅消散的一種現象。這種現象可以與上述燃燒或升華同時發(fā)生。此外，上述燃燒和升華也可能同時發(fā)生。
總之，在本實施例中，吸光層3的用會聚了的光線照射的部分可通過因燃燒導致的蒸發(fā)或升華或因消融導致的消散而除去，因此，對于將吸光層3的一部分除去的主要現象究竟什么是并不重要。
在這里，將對主要通過燃燒形成孔3a的情況下的光線的能量予以研究。
在用激光束對含有約10％重量份的碳黑、約20％重量份的硝化纖維和約70％重量份的樹脂成分的黑色片材進行照射的情況下，當能量強度在0-2mJ/m2(該能量大概是僅僅用來使硝化纖維或類似物的熱產生)的范圍內時，留下的燃燒深度為0μm；從一個接近2mJ/m2的臨界值起，隨著能量強度的增加，燃燒深度成正比地增大，例如，5mJ/m2時約1μm,10mJ/m2時約3μm,20mJ/m2時約7μm。
考慮到參照圖2所描述的事實——在微小透明球2的光射出部分的范圍內的小孔3a的直徑“s”≈20μm對應的厚度“t”≈2μm，該厚度是以微小透明球2的在光射出側的頂部為基準的，因此，光線的能量強度A可以設定為這樣，即當能量強度為A時燃燒深度為0μm，而當能量強度為6A時燃燒深度變?yōu)?μm或更多。為了滿足上述條件，光線的能量強度A可以在1.25-2mJ/m2的范圍內。
但是，實際上，考慮到微小透明球2上的吸光層3的厚度稍微大于上述值，而且，即使吸光層3的在微小透明球2的相鄰球之間的那部分被稍微燒一點，對于實際使用來說沒有問題，這是因為吸光層3形成得厚且進一步適應各個微小透明球2的埋入深度和直徑方面的誤差，因此，可以用能量強度比上述范圍內的值稍大的光線照射吸光層3的在各個微小透明球2的光射出部分范圍內的那部分，以便可靠地除去該部分。
在如上述那樣在吸光層3上形成孔3a之后，重復第一實施例中圖6A-6C所示的步驟，以便生產平面透鏡。
第二實施例的生產平面透鏡的方法也能夠精確地、簡單地在微小透明球2的實際的光射出部分的范圍內形成孔3a?？?a制成圖7B所示那樣有一深度的孔。[實施例3]圖8A-8D示出了根據本發(fā)明第三實施例的生產平面透鏡的方法。
在第三實施例中，通過重復第一實施例中圖3A所示的步驟-圖4D所示的步驟而將微小透明球2埋進并固定在透明粘接劑層5內，并且，如圖8A所示，形成-透明粘接劑層8，其厚度足以實際上完全覆蓋微小透明球2。透明粘接劑層8由當暴露于紫外線下時失去粘性的UV敏感樹脂(光聚合物)制成。UV敏感樹脂主要含有環(huán)氧丙烯酸酯和光聚合反應引發(fā)劑，比如適當地混合-敏化劑、熱聚合反應引發(fā)劑或類似物的α,α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮。
然后，在圖8B所示的步驟，從透明基板4側照射平行的紫外光線(或與之相當的光線)65，因此，使透明粘接劑層8的處于各個微小透明球2的光射出部分的范圍內的那部分8a暴露于由微小透明球2會聚的光線下，以便使該部分8a失去粘性。此時，由于透明粘接劑層8的除8a部分之外的其余部分一點也沒有用紫外線照射(或者它們雖然被紫外線照射了，但紫外線非常弱)，所以，其余部分仍保持粘性。
在圖8C所示的步驟，使調色劑粉或油墨片與透明粘接劑層8接觸，以便形成一個由調色劑粉或油墨制成的吸光層3。調色劑粉或油墨輕微地粘附在沒有了粘性的部分8a上，而比較牢固地粘附在具有粘性的其余部分上。
因此，如圖8D所示，通過清掃或類似措施，能夠只將粘附在透明粘接劑層8的8a部分上的那部分吸光層3輕易地除去，從而只在粘附在透明粘接劑層8的8a部分上的那部分吸光層3上形成吸光層3的小孔3a，也就是說，只在微小透明球2的光射出部分的范圍內形成孔3a。
此后，重復第一實施例中圖6A-6C所示的步驟，以生產平面透鏡。
第三實施例的生產平面透鏡的方法也能夠精確地、簡單地只在微小透明球2的實際的光射出部分的范圍內形成吸光層3的孔3a?？?a制成圖8D所示那樣的有一定深度的孔。[實施例4]圖9A-9C示出了根據本發(fā)明第四實施例的生產平面透鏡的方法。
在第四實施例中，通過重復第一實施例中圖3A所示的步驟-圖4D所示的步驟而將微小透明球2埋進并固定在透明粘接劑層5內，并且，如圖9A所示，形成一個由著色樹脂成分制成的吸光層3，其厚度足以實際上完全覆蓋微小透明球2。該著色樹脂成分主要由在紫外線下暴光之后能夠溶解于特定溶劑的UV敏感性樹脂(光聚合物)組成，該樹脂通過添加碳(碳黑)而著色。具有代表性的UV敏感性樹脂是具有兩組分，例如酚醛清漆樹脂和o-萘醌二疊氮基磺酸酯(o-naphtoquinonediazido)的正型感光樹脂。
然后，在圖9B所示的步驟，從透明基板4側照射平行的紫外線(或與之相當的光線)66，因此，只使吸光層3的在各個微小透明球2的光射出部分的范圍內的那部分3c暴露于通過微小透明球2會聚的紫外線下。在此情況下，可在吸光層3形成之前先在微小透明球2的各個相鄰球之間的空隙薄薄地形成一個調色劑層，以使吸光層3的處于微小透明球2之間的空隙的那些部分不被紫外線照射。
然后，如圖9C所示，讓一種溶劑67與吸光層3接觸，以便只將吸光層3的暴了光的部分3c洗去，從而在吸光層3上形成孔3a。
此后，重復第一實施例中圖6A-6C所示的步驟，從而生產平面透鏡。
第四實施例的生產平面透鏡的方法也使得能夠精確地、簡單地只在微小透明球2的實際的光射出部分的范圍內形成孔3a。孔3a制成如圖9C所示那樣有一定深度的孔。
圖10-29示出了用本發(fā)明方法生產的平面透鏡23的各種結構。
圖10示出了平面透鏡23的一個例子，該平面透鏡23具有由在光射入側的透明基板4和透明粘接劑層5、微小透明球2以及吸光層3構成的最基本的結構。這種平面透鏡23能夠滿足光射出側的微小透明球2和吸光層3不特別要求加以保護的情況下的應用。
圖11示出了一個由圖10所示的最基本的結構改進而來的例子，其改進點在于，在光射出側設置了一個透明粘接劑層6，以保護光射出側的微小透明球2和吸光層3。
圖12示出了一個由圖10所示的最基本的結構改進而來的例子，其改進點在于，在光射出側設置了一個透明基板1，以強制保護光射出側的微小透明球2和吸光層3。該結構能夠應用于吸光層3由具有粘接功能的材料制成的情況下。
圖13示出了一個由圖10所示的最基本的結構改進而來的例子，其改進點在于，在光射出側，借助于透明粘接劑層6設置了一個透明基板1。該結構是通過，例如圖3A-3C、圖4A-4D、圖5A-5C和6A-6C所示的步驟生產的。
圖14示出了一個由圖12所示的結構改進而來的例子，其改進點在于，省去了光射入側的透明基板4。這種結構可通過用一可剝離的基板代替光射入側的透明基板4而制備如圖12所示的結構并在合適的時候將可剝離的基板剝離來生產。
圖15示出了由圖13所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，省去了在光射入側的透明基板4。
圖16示出了一個例子，其中，先生產出圖14所示的結構，然后，將菲涅耳透鏡22接合在平面透鏡23的光射入側，以獲得一種整體型的透射屏幕10。
圖17示出了一個例子，其中，先生產出圖15所示的結構，然后，將菲涅耳透鏡22接合在平面透鏡23的光射入側，以獲得一種整體型的透射屏幕10。
圖18示出了一個例子，其中，用一可剝離的基板代替透明基板4生產出圖10所示的結構，以獲得一平面透鏡23，將可剝離的基板剝離，然后，將菲涅耳透鏡22接合在平面透鏡23的光射入側，以獲得一種整體型的透射屏幕10。按這種方式，通過把菲涅耳透鏡22接合在平面透鏡23上，無需任何基板的保障便能夠確保平面透鏡23的形狀穩(wěn)定性。
圖19示出了一個例子，其中，用一可剝離的基板代替透明基板4生產出圖11所示的結構，以獲得一平面透鏡23，將可剝離的基板剝離，然后，將菲涅耳透鏡22接合在平面透鏡23的光射入側，以獲得一種整體型的透射屏幕10。
圖20示出了由圖14所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在平面透鏡23的光射入側和光射出側各設有一個由二氧化硅(SiO2)或類似物質制成的反射防護膜7。
圖21示出了由圖15所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在平面透鏡23的光射入側和光射出側各設有一個反射防護膜7。
圖22示出了由圖10所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在平面透鏡23的光射入側和光射出側各設有一個反射防護膜7。
圖23示出了由圖11所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在平面透鏡23的光射入側和光射出側各設有一個反射防護膜7。
圖24示出了由圖12所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在平面透鏡23的光射入側和光射出側各設有一個反射防護膜7。
圖25示出了由圖13所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在平面透鏡23的光射入側和光射出側各設有一個反射防護膜7。
圖26示出了由圖16所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在菲涅耳透鏡22的光射入側和平面透鏡23的光射出側各設有一個反射防護膜7。
圖27示出了由圖17所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在菲涅耳透鏡22的光射入側和平面透鏡23的光射出側各設有一個反射防護膜7。
圖28示出了由圖18所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在菲涅耳透鏡22的光射入側和平面透鏡23的光射出側各設有一個反射防護膜7。
圖29示出了由圖19所示的結構改進而來的一個例子，其改進點在于，在菲涅耳透鏡22的光射入側和平面透鏡23的光射出側各設有一個反射防護膜7。
上述的各種平面透鏡23特別適用于圖32或圖33所示的背投式投影儀的透射屏幕10。
在上述實施例中，微小透明球2是布置在一個平面內的；但是，它們也可以沿著一個稍微彎曲的透明基板而布置在一個曲面內。
雖然用特定的術語對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了說明，但這些說明僅僅是為例證之目的，應當理解的是，在不脫離以下權利要求的精神或范圍的情況下，可以做出各種改型和變化。
權利要求
1．一種生產平面透鏡的方法，包括的步驟是在一透明基板上形成一透明粘接劑層；將許多微小透明球提供到該透明粘接劑層上并將這些微小透明球埋入透明粘接劑層達一特定的深度；形成一個吸光層，一直到該吸光層厚度足以填滿所說的多個微小透明球的從透明粘接劑層露出的那些部分的各個相鄰部分之間的空隙并進一步覆蓋這些微小透明球；以及從透明基板側照射平行的光線，以便除去吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那部分。
2．根據權利要求1所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，所說的除去一部分吸光層的步驟包括的步驟是利用由微小透明球會聚的光線的能量將吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那部分融化；和通過使融化了的部分粘附在一片材上而將吸光層的融化部分除去。
3．根據權利要求1所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，該方法進一步包括的步驟是在上述的除去一部分吸光層的步驟之后，通過一個第二透明粘接劑層把第二透明基板疊加在吸光層上。
4．根據權利要求1所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，所說的除去一部分吸光層的步驟包括的步驟是利用穿過該微小透明球被會聚的光線的能量所引起的燃燒而將吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那部分除去。
5．根據權利要求1所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，所說的除去一部分吸光層的步驟包括的步驟是利用穿過該微小透明球被會聚的光線的能量所引起的升華而將吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那部分除去。
6．根據權利要求1所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，所說的除去一部分吸光層的步驟包括的步驟是利用穿過該微小透明球被會聚的光線的能量所引起的消融而將吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那部分除去。
7．根據權利要求1所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，所說的吸光層由含有碳黑和硝化纖維的樹脂成分制成。
8．一種生產平面透鏡的方法，包括的步驟是在一透明基板上形成第一透明粘接劑層；將許多微小透明球提供到該第一透明粘接劑層上并將這些微小透明球埋入第一透明粘接劑層達一特定的深度；形成一個第二透明粘接劑層，一直到該第二透明粘接劑層的厚度足以填滿所說的多個微小透明球的從第一透明粘接劑層露出的那些部分的各個相鄰部分之間的空隙并進一步覆蓋這些微小透明球，該第二透明粘接劑層當暴光時失去其粘性；從透明基板側照射平行的光線，以使第二透明粘接劑層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那一部分暴露于由微小透明球會聚的光線；以及在第二透明粘接劑層的未暴光部分形成一吸光層。
9．根據權利要求8所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，把紫外線用作使第二透明粘接劑層的一部分暴光的光線。
10．根據權利要求8所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，該方法進一步包括的步驟是在形成所述的吸光層的步驟之后，經一個第三透明粘接劑層把一個第二透明基板疊加到該吸光層上。
11．一種生產平面透鏡的方法，包括的步驟是在一透明基板上形成一透明粘接劑層；將許多微小透明球提供到該透明粘接劑層上并將這些微小透明球埋入透明粘接劑層達一特定的深度；形成一個吸光層，一直到該吸光層厚度足以填滿所說的多個微小透明球的從透明粘接劑層露出的那些部分的各個相鄰部分之間的空隙并進一步覆蓋這些微小透明球，該吸光層當暴光時能夠溶解在特定的溶劑里；從透明基板側照射平行的光線，以使吸光層的處在各個微小透明球的光射出部分的范圍內的那一部分暴露于由微小透明球會聚的光線；以及通過用所說的溶劑溶解吸光層的暴了光的部分而將它們除去。
12．根據權利要求11所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，把紫外線用作使該吸光層的一部分暴光的光線。
13．根據權利要求11所述的生產平面透鏡的方法，其特征是，該方法進一步包括的步驟是在除去該吸光層的暴了光的部分的步驟之后，經一個第二透明粘接劑層把一個第二透明基板粘接到該吸光層上。
全文摘要
本申請披露了一種精確地、簡單地形成一個吸光層的方法,該吸光層用以改善含有二維布置的微小玻璃球的透射屏幕的對比度。在保持在透明粘接劑層內的玻璃球上形成一個由調色劑構成的吸光層,直至其達到足以覆蓋玻璃球的厚度。從透明基板側用平行光線對吸光層進行照射,以便利用由玻璃球會聚的光線的能量只將吸光層的處在各個玻璃球的光射出部分范圍內的那部分熔化并除去。通過適當地選擇吸光層的材料,能夠利用因會聚的光線的能量所引起的燃燒、升華或消融在吸光層上形成小孔。此外,只在各個玻璃球的光射出部分范圍內具有各個孔的吸光層可以用光敏材料形成。
文檔編號G02B3/00GK1224170SQ9811988
公開日1999年7月28日 申請日期1998年9月12日 優(yōu)先權日1997年9月12日
發(fā)明者伊藤寬隆, 渡邊英俊 申請人:索尼公司