專利名稱：菲涅耳透鏡片和透過型屏幕的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于投影電視(PTV)等的透過型屏幕中的菲涅耳透鏡片，和使用它的透過型屏幕。更具體地說，本發(fā)明涉及能適用于從背側使光陡然入射的類型的投影電視中的菲涅耳透鏡片，和使用它的透過型屏幕。
背景技術：
例如，在特開昭60-173533號公報和特開昭61-208041號公報中，如圖7所示，公開了這樣構成的菲涅耳透鏡片70，其通過設置平行于入射面71的多個棱鏡組72，同時在構成該棱鏡組72的每個棱鏡73上設置全反射面74，使得入射的光被全反射，出射到觀察者一側。
通過這樣構成菲涅耳透鏡片，能夠?qū)碜栽O置在該菲涅耳透鏡片70的入射面一側的光源的光(像)陡然地投影，結果，能夠使投影電視薄型化。
但是，在這種菲涅耳透鏡片中，存在這種情況，如圖7的箭頭V所示，產(chǎn)生在入射到棱鏡上的光中沒有到達全反射面74、通過菲涅耳透鏡片的出射面全反射的光(在下文中將這種光稱為“雜散光”)。如果產(chǎn)生這種“雜散光”，既重復地看到像(重像)，又降低了對比度。
即，如圖8所示，在光80入射到這種菲涅耳透鏡片70的入射面71的情況下，從菲涅耳透鏡片70的出射面75射出理想的光80A，另一方面，從菲涅耳透鏡片70的出射面75射出產(chǎn)生重像的光80B。
為了解決由這種“雜散光”導致的問題，例如，在特開昭62-113131號公報中，公開了這種發(fā)明，通過使沒有到達棱鏡的全反射面的光，即“雜散光”擴散，從而使其淡化。
但是，在該發(fā)明中，盡管能夠?qū)⑵渥龀杉入y于看見由雜散光產(chǎn)生的重像又很薄，但由于存在著雜散光擴散的情況沒有變化，不能防止對比度的降低。
另外，例如，在特開昭63-139331號公報、特開昭63-30835號公報、特開昭63-32528號公報，以及特開平5-72634號公報等中，公開了這種發(fā)明，通過在不透過由全反射面反射的光(像)的部分設置光吸收層來吸收雜散光。
但是，在該發(fā)明中，必須嚴格地調(diào)整形成每個棱鏡和光吸收層的位置關系。其原因是，如果這些位置偏離，就會產(chǎn)生觀察者應該觀察的像(光)被吸收的情況。因而，實際制造該發(fā)明中所公開的菲涅耳透鏡片是非常困難的。另外，根據(jù)這個發(fā)明，由于產(chǎn)生雜散光本身，其一部分有效光將丟失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮這種情況作出來的，其主要目的是提供一種菲涅耳透鏡片，它不像上述已有菲涅耳透鏡片那樣，而是對應一次產(chǎn)生雜散光的部分，而沒有產(chǎn)生雜散光本身，同時提供使用它的透過型屏幕。
本發(fā)明涉及一種菲涅耳透鏡片，具有光入射面和光射出面，來自光源的光射到光入射面上之后，從射出面射出，其特征在于每個包括具有多個棱鏡的多個棱鏡組，各個棱鏡具有將入射的光全反射，從光射出面射出的全反射面，菲涅耳透鏡片的光入射面被區(qū)分成光源側的規(guī)定區(qū)域和其它區(qū)域，規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的高度比其它區(qū)域的棱鏡的高度高。
對于已有的問題，所謂的“雜散光”是通過入射到棱鏡上的光中某些光沒有到達全反射面而產(chǎn)生的，是由入射到棱鏡的光的入射角和全反射面的位置關系而產(chǎn)生的。因此，盡管在一個菲涅耳透鏡片的光入射面形成的棱鏡組中，在構成該棱鏡組的每個棱鏡的整體中，不產(chǎn)生雜散光，但通過菲涅耳透鏡片和光源的位置關系，即通過各個棱鏡和入射到它上的光的入射角的關系，僅在菲涅耳透鏡片的某個規(guī)定位置產(chǎn)生雜散光。
在這種情況下，按照本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，在產(chǎn)生所述雜散光的規(guī)定區(qū)域設置的棱鏡的高度，比其它區(qū)域的棱鏡的高度要高，從而能夠防止產(chǎn)生雜散光。即考慮在該規(guī)定區(qū)域內(nèi)存在任意棱鏡的情況，如果該棱鏡像現(xiàn)有的菲涅耳透鏡片一樣與其它區(qū)域的棱鏡同樣高，不入射到該棱鏡上，入射到存在于比該棱鏡還深的棱鏡(距離光源比該棱鏡還遠的棱鏡)而變?yōu)殡s散光的光，在本發(fā)明的情況下，由于該棱鏡的高度較高，所以不存在比該棱鏡還深的棱鏡，能夠?qū)⒃摴馊肷涞皆摾忡R上，結果，在該棱鏡上形成的全反射面上能夠全反射。
本發(fā)明還涉及一利菲涅耳透鏡片，其特征在于，在規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡其寬度比其它區(qū)域的棱鏡的寬度窄。
本發(fā)明涉及一種菲涅耳透鏡片，具有光入射面和光射出面，來自光源的光射到光入射面上之后，從光射出面射出，其特征在于每個包括具有多個棱鏡的多個棱鏡組，各個棱鏡具有將入射的光全反射，從光射出面射出的全反射面，菲涅耳透鏡片的光入射面被區(qū)分成光源側的規(guī)定區(qū)域和其它區(qū)域，規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的寬度比其它區(qū)域的棱鏡的寬度窄。
按照本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，在產(chǎn)生所述雜散光的規(guī)定區(qū)域設置的棱鏡的寬度，比其它區(qū)域的棱鏡的寬度要窄，從而能夠防止產(chǎn)生雜散光。即考慮在該規(guī)定區(qū)域內(nèi)存在任意一個棱鏡的情況，如果該棱鏡的寬度象現(xiàn)有的菲涅耳透鏡片一樣與其它區(qū)域的棱鏡的寬度相同，不入射到該棱鏡上，入射到存在于比該棱鏡還深的棱鏡(距離光源比該棱鏡還遠的棱鏡)而變?yōu)殡s散光的光，在本發(fā)明的情況下，由于該棱鏡和存在于深處的棱鏡的寬度窄(即棱鏡間的齒距窄)，所以沒有存在于比該棱鏡還深處的棱鏡，能夠?qū)⒃摴馊肷涞皆摾忡R上，結果，在該棱鏡上形成的全反射面上能夠全反射。
本發(fā)明還涉及一種菲涅耳透鏡片，其特征在于菲涅耳透鏡片的光入射面的規(guī)定區(qū)域是從光源入射到該光入射面的光的角度是35～45°的區(qū)域。
因為入射到菲涅耳透鏡片的光入射面上的光的角度為35～45°的區(qū)域特別容易產(chǎn)生雜散光，所以通過將在該區(qū)域形成的棱鏡形成為比在其它區(qū)域形成的棱鏡高或者窄，能夠有效地防止雜散光的產(chǎn)生。
本發(fā)明還涉及一種菲涅耳透鏡片，其特征在于在規(guī)定區(qū)域的棱鏡的高度向著光源側的方向逐漸變高。
按照本發(fā)明，能更確實地防止雜散光的發(fā)生。
本發(fā)明還涉及一種菲涅耳透鏡片，其特征在于在規(guī)定區(qū)域的棱鏡的寬度向著光源側的方向逐漸變窄。
根據(jù)本發(fā)明，能夠更確實地防止雜散光的產(chǎn)生。
本發(fā)明還涉及一種菲涅耳透鏡片，其特征在于各個棱鏡具有相同的頂角。
本發(fā)明涉及一種具有菲涅耳透鏡片的透過型屏幕，該菲涅耳透鏡片是這樣的菲涅耳透鏡片，具有光入射面和光射出面，來自光源的光入射到光入射面上之后，從射出面射出，在光入射面包括多個棱鏡，其特征在于各個棱鏡具有將入射的光全反射，從光射出面射出的全反射面，菲涅耳透鏡片的光入射面被區(qū)分成光源側的規(guī)定區(qū)域和其它區(qū)域，規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的高度比其它區(qū)域的棱鏡的高度高。
本發(fā)明涉及一種具有菲涅耳透鏡片的透過型屏幕，該菲涅耳透鏡片是這樣的菲涅耳透鏡片，具有光入射面和光射出面，來自光源的光入射到光入射面上之后，從射出面射出，在光入射面包括多個棱鏡，其特征在于各個棱鏡具有將入射的光全反射，從光射出面射出的全反射面，菲涅耳透鏡片的光入射面被區(qū)分成光源側的規(guī)定區(qū)域和其它區(qū)域，規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的寬度比其它區(qū)域的棱鏡的寬度窄。
按照本發(fā)明，由于在構成屏幕的菲涅耳透鏡片中不產(chǎn)生雜散光，所以不產(chǎn)生雙像(重像(ghost))，能夠提供對比度好的屏幕。


圖1是關于本發(fā)明的第1實施形式的菲涅耳透鏡片的厚度方向的截面圖。
圖2是關于本發(fā)明的第2實施形式的菲涅耳透鏡片的厚度方向的截面圖。
圖3是在本發(fā)明的菲涅耳透鏡片中位于規(guī)定區(qū)域的邊界的棱鏡的厚度方向的放大截面圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的規(guī)定區(qū)域的圖。
圖5是表示菲涅耳透鏡片的通常使用狀態(tài)的概略斜視圖。
圖6是本發(fā)明的透過型屏幕的一種形式的截面圖。
圖7是現(xiàn)有的菲涅耳透鏡片的厚度方向的截面圖。
圖8是表示產(chǎn)生雜散光的原理的圖。
圖9是表示本發(fā)明的透過型屏幕的其它形式的圖。
具體實施例方式
下面，利用合適的圖具體地說明本發(fā)明的菲涅耳透鏡片和使用它的透過型屏幕。
圖1是關于本發(fā)明的第1實施形式的菲涅耳透鏡片的厚度方向的截面圖。
圖1所示的本發(fā)明的菲涅耳透鏡片10，具有光入射面11和光射出面15，使得來自光源51的光射到光入射面11上之后，從光射出面15射出。該菲涅耳透鏡片10具有設置在光入射面11一側的多個棱鏡組12。在每個棱鏡13a-13f上，形成用于將入射的光全反射，射到觀察者一側的全反射面14a-14f，而且棱鏡13a-13f具有大致相同的頂角16。而且，本發(fā)明的菲涅耳透鏡片10的特征在于，光入射面11的光源51側的規(guī)定區(qū)域(圖1中符號a表示出的部分)中的棱鏡(在圖1中的13f)的高度，比在其它區(qū)域a’中的棱鏡(在圖1中，13a～13e)的高度高。
這里，在菲涅耳棱鏡片10的厚度方向看每個棱鏡13a-13f時，將從棱鏡13a-13f的頂點17到菲涅耳棱鏡片的光射出面15的距離稱為棱鏡13a-13f的高度(參照圖1)。
而且，在規(guī)定的區(qū)域a用虛線表示的棱鏡(符號13f’)是與在規(guī)定區(qū)域a之外的區(qū)域a’中的棱鏡(在圖1中，13a～13e)高度相同的棱鏡。這是為了容易理解本發(fā)明的特點而輔助表示的，在本發(fā)明的實際菲涅耳透鏡片10中不存在這種棱鏡。
首先，說明根據(jù)本發(fā)明的菲涅耳透鏡片10能夠防止產(chǎn)生雜散光的理由。
考慮在圖1的下方存在光源51的情況。
在這種情況下，在位于距光源51較遠位置的棱鏡(例如棱鏡13b)中，由于光(箭頭W，X)陡然入射到菲涅耳透鏡片10上，所以入射到棱鏡13b上的光(箭頭W，X)全部到達全反射面14b而射出到觀察者側，不產(chǎn)生雜散光。
接著，考慮位于距光源51近的位置的棱鏡。在現(xiàn)有的菲涅耳透鏡片，即構成棱鏡組12的每個棱鏡13a-13f的高度全部相等的情況下，例如，作為存在于距光源51較近位置處的棱鏡，考慮圖1中波狀線表示的13f’的情況，光(箭頭Y，Z)以比較緩和的角度入射到棱鏡13e上。為此，在現(xiàn)在注目的棱鏡13e中，在距光源51近的一側，從距鄰近的棱鏡(在圖1中的13f’)的頂點17較遠處通過的光(箭頭Y)，如果入射到棱鏡13e上，就到達設置在該棱鏡13e上的全反射面14e，向觀察者一側射出。另一方面，在光源51的近側，從鄰近的棱鏡13f’的頂點17附近通過的光(箭頭Z)盡管入射到棱鏡13e上，但不能到達全反射面14e，所以成為雜散光(箭頭Z’)。
在這種情況下，如按照本發(fā)明的菲涅耳透鏡片10，由于在產(chǎn)生所述雜散光的部分，即存在于圖1所示的規(guī)定區(qū)域a中的棱鏡(13f)的高度比其它區(qū)域中的棱鏡(13a～13e)的高度要高，所以按照現(xiàn)有技術應當成為雜散光的光(箭頭Z’)沒有入射到棱鏡13e上，而是入射到存在于光源側的棱鏡13f上。在這種情況下，如Z所示，到達設置在棱鏡13f上的全反射面14f后，射出到觀察者一側。因此，在本發(fā)明的菲涅耳透鏡片10中不產(chǎn)生雜散光。
也就是說，通過提高棱鏡的高度，本發(fā)明的菲涅耳透鏡片10使得將如果按現(xiàn)有技術的菲涅耳透鏡片成為雜散光的光(Z’)入射到比原來入射的棱鏡更靠這邊的棱鏡上(也就是說，更接近光源側的棱鏡)，從而防止了雜散光的產(chǎn)生。
關于本發(fā)明的第1實施形式的菲涅耳透鏡片的規(guī)定區(qū)域a是在哪里，以及在該規(guī)定區(qū)域a中的棱鏡的高度有多高，等等在后面詳細地描述。
圖2是關于本發(fā)明的第2實施形式的菲涅耳透鏡片的厚度方向的截面圖。
圖2所示的本發(fā)明的菲涅耳透鏡片20與前述的圖1所示的菲涅耳透鏡片10相同，具有光入射面21和光射出面25，在光入射面21上形成棱鏡組22。
在構成該棱鏡組22的每個棱鏡23a-23f上，形成用于將入射的光全反射后射出到觀察者一側的全反射面24a-24f。然后，本發(fā)明的菲涅耳透鏡片20，其特征在于，在光入射面21的規(guī)定區(qū)域(圖2中的符號b表示的部分)中的棱鏡(在圖2中的23f)的寬度比其它區(qū)域b’中的棱鏡(在圖2中的23a-23e)的寬度窄。另外，在圖2中的菲涅耳透鏡片20的棱鏡23a-23f具有頂點27和頂角26，各個棱鏡23a-23f的頂角26大致相同。
這里，將從在每個棱鏡23a-23f之間存在的谷部(棱鏡的邊界)28到夾著棱鏡23a-23f的相鄰的谷部28的距離，稱為棱鏡的寬度(參照圖2)。該棱鏡的寬度，基本上對應于棱鏡23a-23f的頂點27之間的距離(齒距)。
而且，在規(guī)定的區(qū)域b用虛線表示的棱鏡(符號23f’)是與在規(guī)定區(qū)域B之外的區(qū)域b’中的棱鏡(在圖2中，23a～23e)寬度相同的棱鏡。這是為了容易理解本發(fā)明的特點而輔助表示的，在本發(fā)明的實際菲涅耳透鏡片20中不存在這種棱鏡。
首先，說明根據(jù)本發(fā)明的菲涅耳透鏡片20能夠防止產(chǎn)生雜散光的理由。
考慮與圖1同樣地在圖2的下方存在光源51的情況。
在這種情況下，在位于距光源51較遠位置的棱鏡(例如棱鏡23b)中，與所述圖1中說明的情況相同，由于光(箭頭W，X)陡然入射，所以由于入射到棱鏡23b上的光(箭頭W，X)全部到達全反射面24b而射出到觀察者側，不產(chǎn)生雜散光。
接著，如考慮存在于距光源51較近位置處的棱鏡，在現(xiàn)有技術的菲涅耳透鏡片中，在所述圖1說明的棱鏡23e中產(chǎn)生雜散光(箭頭Z’)。
在這種情況下，如按照本發(fā)明的菲涅耳透鏡片20，由于在產(chǎn)生所述雜散光的部分，即存在于圖2所示的規(guī)定區(qū)域b中的棱鏡(23f)的寬度比其它區(qū)域b’中的棱鏡(23a～23e)的寬度要窄，所以按照現(xiàn)有技術應當成為雜散光的光(箭頭Z’)入射到棱鏡23f上，如箭頭Z所示，到達設置在棱鏡23f上的全反射面24f后，射出到觀察者一側。因此，在本發(fā)明的菲涅耳透鏡片20中不產(chǎn)生雜散光。
也就是說，通過減小規(guī)定區(qū)域b的棱鏡23f的寬度，即減少每個棱鏡之間的齒距，本發(fā)明的菲涅耳透鏡片20使得將如果按現(xiàn)有技術的菲涅耳透鏡片成為雜散光的光(Z’)入射到比原來入射的棱鏡更靠這邊的棱鏡上(也就是說，更接近光源51側的棱鏡23f)，從而防止了雜散光的產(chǎn)生。
總而言之，正如通過上述第1實施例、第2實施例更清楚本發(fā)明的菲涅耳透鏡片(10，20)那樣，在某個任意的棱鏡(13e)中，在入射到該棱鏡上的光(Y，Z)中，在存在沒有到達全反射面的光的情況下，將比該棱鏡(13e)更接近光源51的鄰近的其它棱鏡(13f)的高度提高為比該棱鏡(13e)的高度還高?；蛘撸瑢⒈仍摾忡R(23e)更接近光源51側的鄰近的其它棱鏡(23f)的齒距減小為比通常部分的棱鏡的齒距還窄，減小該棱鏡(23e)本身的寬度。通過這樣，能將沒有到達所述全反射面的光(Z’)入射到所述其它棱鏡(13f，23f)上，從而到達全反射面(14f，24f)，消除了雜散光的產(chǎn)生。
下面，詳細地說明在這種本發(fā)明的菲涅耳透鏡片中，存在于規(guī)定區(qū)域a，b中的棱鏡的高度以及棱鏡的寬度，即棱鏡的齒距。
圖3是在本發(fā)明的菲涅耳透鏡片中位于規(guī)定區(qū)域a的邊界的棱鏡的厚度方向的放大截面圖。
圖3所示的棱鏡①是存在于規(guī)定區(qū)域之外的棱鏡，棱鏡②是存在于規(guī)定區(qū)域中的棱鏡。在這種情況下，來說明在棱鏡①產(chǎn)生雜散光的情況下，棱鏡②的高度高到什么程度，以及棱鏡②的寬度窄到什么程度。
將從光源向棱鏡①入射的光的角度設為θ1。這樣，圖示的入射光α是能夠利用棱鏡①的全反射面反射的臨界光，從比這個入射光α還靠近棱鏡②側通過的光，即通過圖中的線段HD和線段KD的入射光不能到達棱鏡①的全反射面，成為雜散光。
因此，在本發(fā)明的菲涅耳透鏡片中，如果要使通過線段HD和線段KD的入射光很好地入射到棱鏡②上，從而，(1)僅將存在于比棱鏡①還靠近光源側的棱鏡②的高度增高線段HD的長度，或者，(2)可以僅將棱鏡①的寬度變窄線段KD的長度(也就是說，可以使得棱鏡②的頂點位置移動到點K)。此時，棱鏡①的頂點和棱鏡②的頂點之間的齒距僅變窄線段KD的長度。
另外，在本發(fā)明的菲涅耳透鏡片中，也可以不分別單獨進行所述(1)(2)，可以(3)一邊增高棱鏡②的高度，一邊變窄其寬度。這種情況下，也可以使棱鏡②的頂點位于線段HK上。
各個線段的長度能夠通過下面的公式計算出。
線段HD能夠從線段HI中減去h而求出。h能夠利用下述的(公式1)表達式算出。
h=tanφ·tan(π-φ-δ)tanφ+tan(π-φ-δ)P]]>下面，由于線段HI是線段HG和線段GI的和，所以為了求出線段GI，如果考慮△AFC，則由于∠FAC＝γ+θ2，所以s能夠利用下述的(公式2)表達式算出。
GI=s=tan(π-φ-δ)·tan(γ+θ3)tan(π-φ-δ)+tan(γ+θ3)P]]>下面，如果考慮△HGF，能夠推導出下述的(公式3)表達式。
HG＝FG·tan(γ+θ2)＝(JC+CI)·tan(γ+θ2)這里，線段JC和線段CI能夠分別通過下述的(公式4)和(公式5)表達式求出。
JC=tan(θ3+γ)tan(θ3+γ)+tan(π-φ-δ)P]]> CI=tan(π-φ-δ)tanφ+tan(π-φ-δ)P]]>這里，γ＝θ1-φ-π/2，θ2＝π-θ1-φ-δ，θ3＝arcsin(sinθ2/n)。
因此，通過將上述(公式4)表達式和(公式5)表達式代入(公式3)表達式，能夠計算出線段HG。另外，通過從上述(公式2)表達式和(公式3)表達式的和中減去(公式1)表達式的h，能夠求出線段HD。
HD＝HG+GI-h下面，利用△HGF與△HDK相似，能夠通過下述(公式7)表達式算出線段KD。
KD＝HD FG/HG可是，使用圖3和上述公式說明的本發(fā)明的特點(棱鏡②的高度和寬度)是將存在于規(guī)定區(qū)域a的邊界處的棱鏡①作為基準計算出來的。因此，例如鄰近圖3所示的棱鏡②、存在于更接近光源側的棱鏡(這里稱作棱鏡③)的大小和寬度，能夠以棱鏡②為基準計算出。即，如利用圖3來說明，也可以將棱鏡①的高度和寬度作為基準來計算棱鏡②的高度和寬度，進一步將算出的棱鏡②的高度作為基準來計算出棱鏡③的高度和寬度。這樣，依次，在計算出存在于規(guī)定區(qū)域a的棱鏡的高度和寬度來形成菲涅耳透鏡片的情況下，結果，存在于規(guī)定區(qū)域a內(nèi)的棱鏡逐漸變高，或者寬度逐漸變窄，但這種菲涅耳透鏡片也是本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的一種形式。
下面，說明本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的規(guī)定區(qū)域。將在所述圖1和圖2中說明的能夠產(chǎn)生雜散光的區(qū)域稱為本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的規(guī)定區(qū)域a，b。能夠產(chǎn)生雜散光的區(qū)域是通過光源和菲涅耳透鏡片的位置關系、還有在菲涅耳透鏡片的光入射面上形成的棱鏡的形狀等確定的區(qū)域，但也可以是來自光源的光入射到菲涅耳透鏡片的光入射面的角度比較緩和的區(qū)域。
在該規(guī)定區(qū)域a，b，依靠棱鏡的前端角度和棱鏡的折射率，從而能夠進行光學設計。下面使用圖4說明之。如圖4所示，如果設入射角為θ1，設菲涅耳透鏡的材料的折射率為n，設通過棱鏡的第2面反射后相對于菲涅耳透鏡片的法線的圖像光進入的角度為θ4，設棱鏡的前端角度為δ，則利用下面的表達式(公式8)表示本發(fā)明使用的全反射型菲涅耳透鏡的透鏡角度φ。
tanφ=(n×sin(δ+θ4)+sin(δ+θ1))(n×cos(δ+θ4)-cos(δ+θ1))]]>另外，如果觀察者一側的光射出面46是平坦的表面，在從菲涅耳透鏡片射出的光線的射出角θ5和透鏡片內(nèi)的圖像光的進入角度θ4之間，下述的表達式(公式9)成立。
sinθ4＝sinθ5/n但是，γ＝φ+δ-π/2≥0。γ為負時，棱鏡的第1面44的形狀為倒錐形，菲涅耳透鏡和菲涅耳透鏡的成型型模事實上不能制造。為此，在設計上在γ＜0的部分，將棱鏡的第1面44做成垂直，使棱鏡的前端角δ變化，確定菲涅耳透鏡的角φ。此時菲涅耳透鏡的角度φ能夠通過下面的表達式(公式10)來計算。
φ＝{arcsin(cosθ1/n)+θ4+π/2}/2下面，下面考察在入射光線成為雜散光的部分存在的區(qū)域和不存在雜散光的區(qū)域的邊界位置，從第1面44入射，恰好向棱鏡的谷底A折射的圖像光100。如果將向棱鏡的第1面44的入射角度設為θ2，將棱鏡的第1面的折射角度設為θ3，將菲涅耳透鏡的透鏡齒距(棱鏡的齒距)設為p，將棱鏡的第2面45的能適于用作全反射的部分B-K設為e1，將棱鏡的第2面45的不能進行全反射產(chǎn)生雜散光的部分K-D設為e2，將棱鏡的高度設為h，將棱鏡的第1面的成為雜散光的部分和有效部分的邊界的高度設為s，有效部分e1能通過下面的表達式(公式11)表示。
e1＝(h-s)×(tanγ+tanθ1)＝(h-s)×(tan(φ+δ-π/2)+tanθ1)
這里，棱鏡的高度h，和棱鏡的第1面的成為雜散光的部分和有效部分的邊界的高度s同樣分別由(公式12)(公式13)表達式給出。
h＝p×tan(φ+δ)×tanφ/(tan(φ+δ)-tanφ)[公式13]s＝-p×tan(φ+δ)/(1+tan(φ+δ)×tan(φ+δ+θ3)另外，θ3＝arcsin[sin(θ1+φ+δ)/n]在圖4中，由P＝e1+e2明顯地得出e1≤P。入射角度θ1越大，則有效部分的比e1/P越大，在某個地方變?yōu)閑1＝P。即使入射角度比該e1＝P的入射角度θ1大，從棱鏡的第1面44入射，通過第2面45沒有全反射，從而成為向觀察者側一面成為雜散光的光不存在的區(qū)域。
下面，基于圖4說明存在入射光線成為雜散光的區(qū)域的1個棱鏡內(nèi)的入射光線成為雜散光的部分和成為有效光的部分的邊界位置。如已經(jīng)說明的那樣，圖像光100從第1面44入射后，如果恰好射向棱鏡的谷底A就是折射光。圖像光100C是和圖像光100平行的光線，是通過棱鏡的極限頂點D，從第1面44入射，不能通過第2面45全反射而成為雜散光101的光。因此，第1面B-C中F-T部分是成為雜散光的部分。在第1面B-C中，B-F是成為有效光的部分，而F-T是成為雜散光的部分，而T-C是圖像光不入射的部分。
圖5是表示菲涅耳透鏡片的通常使用狀態(tài)的概略軸側圖。在將光源51(例如是投影機)和菲涅耳透鏡片50布置成如圖5所示的位置關系的情況下，在最接近光源51的部分(參照圖中的符號50A)，由于入射到菲涅耳透鏡片50的光入射面的角度比較緩和，該部分成為本發(fā)明的規(guī)定區(qū)域。通常情況下，在入射到菲涅耳透鏡片的光入射面的光的角度(參照圖3的符號θ1)為35～45°的區(qū)域容易產(chǎn)生雜散光，因此，也可以將該區(qū)域設為本發(fā)明的規(guī)定區(qū)域。
從圖5也可清楚地看出，在通常情況下，在菲涅耳透鏡片50中產(chǎn)生雜散光的部分是非常狹小的區(qū)域，因此，盡管如上述地將該區(qū)域內(nèi)的棱鏡逐漸增高，也不會對菲涅耳透鏡片的整體厚度有大的影響。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的材料和制造方法等不特別地限定，可以通過已有的公知的材料和制造方法來制造。
例如，作為菲涅耳透鏡片的材料，能夠列舉出丙稀酸樹脂、苯乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂，和這些的共聚合樹脂等的透明塑料，作為制造方法，可以列舉出UV成形、壓制成形、熱聚合成形、注射成形等方法。
圖6是使用上述本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的本發(fā)明的透過型屏幕的一種實施形式的截面圖。
如圖6所示，本發(fā)明的透過型屏幕60，能夠使用本發(fā)明的菲涅耳透鏡片61，同時，適當使用具有擴散層62和光吸收層63等的雙面凸的透鏡片64，還有前面板65等來形成。
另外，作為圖9所示的透過型屏幕60，也可以使用具有本發(fā)明的菲涅耳透鏡片61，以及與這種菲涅耳透鏡片61異體設置的雙面凸的透鏡片64的透過型屏幕。在這種透過型屏幕60中，來自光源51的光入射到菲涅耳透鏡片61上。
在圖9中，菲涅耳透鏡片61的射出面不一定是平面，也可以形成V透鏡或棱鏡等。
下面，舉例說明本發(fā)明的菲涅耳透鏡片。
畫面尺寸為55″(16∶9)、投影距離為340mm、光源位置相對屏幕表面存在于距畫面下端280mm的下方的背面投影型電視使用的屏幕是利用下述方法制造的。向該電視機的下端中央入射的入射光的角度為40°，向上端角入射的入射光的角度是73.4°。
通過利用具有38°的前端角的刀具進行切削加工形成全反射型的菲涅耳透鏡用的金屬模。菲涅耳齒距是0.1mm。最小切削半徑是280mm，此時的透鏡角是63.1°，最大切削半徑是1150mm(有效部分1141mm)，此時的透鏡角是49.8°。為了防止在畫面下端附近的雜散光，在產(chǎn)生雜散光的半徑280mm到348mm之間，依次對棱鏡進行深切削，且切削程度大致為菲涅耳透鏡片的中心附近的棱鏡那樣。結果，在為半徑280mm的下端中心部分，與半徑348mm以上的部位相比，深了7.55mm進行切削。
形成重合單元，該重合單元在一個面上，使用所述全反射菲涅耳透鏡型模，在另外一個面上，使用由V形槽和凸曲面狀射出部構成的雙面凸的透鏡型模。向該單元內(nèi)注入使得光擴散性微粒分散的丙稀酸、苯乙烯共聚合作用系統(tǒng)的預聚合體(固化后的折射率為1.57)，通過熱聚合鑄造法形成背面投影型屏幕。在形成的背面投影型屏幕的雙面凸的透鏡側的V形槽中填充使得吸光性微粒分散的低折射率樹脂，作為背面投影型屏幕。
除了在全反射菲涅耳透鏡的半徑280mm到348mm之間具有相同的透鏡高度之外，形成與實施例1相同的背面投影型屏幕。
(實施例1和對比例1的比較)將實施例1和對比例1的背面投影型屏幕安裝到電視機上進行比較評價。在比較例1的背面投影型屏幕上，在畫面下面部分能觀察到重影，但在實施例1的背面投影型屏幕上，觀察不到重影。
畫面尺寸為60″(4∶3)、投影距離為420mm、光源位置相對屏幕表面存在于距畫面下端420mm的下方的背面投影型電視使用的屏幕是利用下述方法制造的。向該電視機的下端中央入射的入射光的角度為45°，向上端角入射的入射光的角度是74°。
通過利用具有38°的前端角的刀具進行切削加工形成全反射型的菲涅耳透鏡用的金屬型模。菲涅耳齒距是0.1mm。為了防止在畫面下端附近的雜散光，在產(chǎn)生雜散光的半徑4200mm到432mm之間，在與向該棱鏡入射的入射光垂直的方向上，依次在變深且齒距變小的方向切削棱鏡。結果，在為半徑4200mm的下端中心部分，齒距變?yōu)?.045mm，與432mm以上的部位相比，深了0.055mm形成。
在所述全反射菲涅耳透鏡型模中，注入固化后折射率是1.55的UV固化型樹脂，覆蓋厚度為1mm的丙稀酸基層材料，照射UV使之固化，形成全反射菲涅耳透鏡片。
另一方面，在0.2mm的PET薄膜的單面上形成截面為梯形的雙面凸的透鏡，在梯形形狀的各個梯形之間的V形槽內(nèi)填充能分散吸光性微粒的低折射率樹脂，成為雙面凸的透鏡薄膜，準備在板厚為1.5mm的丙稀酸基層材料中混入了光擴散性微粒的支持板，將所述全反射菲涅耳透鏡片、雙面凸的透鏡薄膜、支持板順序疊加而形成背面投影型屏幕。

除了在全反射菲涅耳透鏡的半徑420mm到432mm之間具有相同的透鏡高度和相同的透鏡齒距之外，形成與實施例2相同的背面投影型屏幕。
(實施例2和對比例2的比較)將實施例2和對比例2的背面投影型屏幕安裝到電視機上進行比較評價。在比較例2的背面投影型屏幕上，在畫面下面部分能觀察到重影，但在實施例2的背面投影型屏幕上，觀察不到重影。
按照本發(fā)明，在菲涅耳透鏡片中，由于設置在產(chǎn)生雜散光的規(guī)定區(qū)域中的棱鏡的高度形成為比在其它區(qū)域中的棱鏡的高度要高，或者該棱鏡的寬度形成為較窄，所以能夠使本來成為雜散光的入射光到達全反射面，結果，能夠防止產(chǎn)生雜散光。
權利要求
1.一種菲涅耳透鏡片，具有光入射面和光射出面，來自光源的光射到光入射面上之后，從射出面射出，其特征在于每個包括具有多個棱鏡的多個棱鏡組，各個棱鏡具有將入射的光全反射，從光射出面射出的全反射面，菲涅耳透鏡片的光入射面被區(qū)分成光源側的規(guī)定區(qū)域和其它區(qū)域，規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的高度比其它區(qū)域的棱鏡的高度高。
2.根據(jù)權利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于在規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡其寬度比其它區(qū)域的棱鏡的寬度窄。
3.一種菲涅耳透鏡片，具有光入射面和光射出面，來自光源的光射到光入射面上之后，從光射出面射出，其特征在于每個包括具有多個棱鏡的多個棱鏡組，各個棱鏡具有將入射的光全反射，從光射出面射出的全反射面，菲涅耳透鏡片的光入射面被區(qū)分成光源側的規(guī)定區(qū)域和其它區(qū)域，規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的寬度比其它區(qū)域的棱鏡的寬度窄。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于菲涅耳透鏡片的光入射面的規(guī)定區(qū)域是從光源入射到該光入射面的光的角度是35～45°的區(qū)域。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于在規(guī)定區(qū)域的棱鏡的高度向著光源側的方向逐漸變高。
6.根據(jù)權利要求2或3所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于在規(guī)定區(qū)域的棱鏡的寬度向著光源側的方向逐漸變窄。
7.根據(jù)權利要求1或3中任何一個所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于各個棱鏡具有相同的頂角。
8.根據(jù)權利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于各個棱鏡的寬度相同。
9.根據(jù)權利要求3所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于各個棱鏡的高度相同。
10根據(jù)權利要求2所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于在規(guī)定區(qū)域的棱鏡的高度向著光源側的方向逐漸變高，而且，在規(guī)定區(qū)域的棱鏡的寬度向著光源側的方向逐漸變窄。
11.一種透過型屏幕，在具有菲涅耳透鏡片的透過型屏幕中，該菲涅耳透鏡片是這樣的菲涅耳透鏡片，具有光入射面和光射出面，來自光源的光入射到光入射面上之后，從光射出面射出，其特征在于每個包括具有多個棱鏡的多個棱鏡組，各個棱鏡具有將入射的光全反射，從光射出面射出的全反射面，菲涅耳透鏡片的光入射面被區(qū)分成光源側的規(guī)定區(qū)域和其它區(qū)域，規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的高度比其它區(qū)域的棱鏡的高度高。
12.一種透過型屏幕，在具有菲涅耳透鏡片的透過型屏幕中，該菲涅耳透鏡片是這樣的菲涅耳透鏡片，具有光入射面和光射出面，來自光源的光入射到光入射面上之后，從光射出面射出，其特征在于每個包括具有多個棱鏡的多個棱鏡組，各個棱鏡具有將入射的光全反射，從光射出面射出的全反射面，菲涅耳透鏡片的光入射面被區(qū)分成光源側的規(guī)定區(qū)域和其它區(qū)域，規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的寬度比其它區(qū)域的棱鏡的寬度窄。
13.根據(jù)權利要求11所述的透過型屏幕，其特征在于規(guī)定區(qū)域內(nèi)的棱鏡的寬度比其它區(qū)域的棱鏡的寬度窄。
全文摘要
菲涅耳透鏡片具有光入射面和光射出面，在光入射面上形成直線或者圓弧狀延伸的多個棱鏡組。在構成該棱鏡組的每個棱鏡中，形成為了將入射的光全反射后射出到觀察者側的全反射面。在所述菲涅耳透鏡片的光入射面的規(guī)定區(qū)域的棱鏡的高度比在其它區(qū)域的棱鏡的高度要高。
文檔編號G02B5/04GK1495442SQ03160269
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權日2002年8月30日
發(fā)明者渡邊一十六, 本田誠 申請人:大日本印刷株式會社