專利名稱：菲涅爾光學(xué)元件及其投影式顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使從投影儀等發(fā)光體照射的光線朝規(guī)定方向反射的 菲涅爾光學(xué)元件和將由該菲涅爾光學(xué)元件所反射的光線成像并進(jìn)行顯 示的投影式顯示裝置。
背景技術(shù)：
菲涅爾光學(xué)元件在基底面上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有折射來(lái)自
的反射面的菲涅爾棱鏡(Fresnel prism )。
在該菲涅爾棱鏡中，根據(jù)菲涅爾反射定律，在面的前后折射率不 同的折射面和面的前后折射率不同的基底的出射面將產(chǎn)生一部分不能 透過(guò)各個(gè)面的光線。雖然不能透過(guò)的光線根據(jù)各個(gè)折射面的折射率而 不同，但會(huì)有約5%左右的光線不能透過(guò)。
例如，在來(lái)自發(fā)光體照射的光線中，不透過(guò)折射面地反射的光線 或者在基底的出射面反射的光線(以下稱之為非有用光或無(wú)用光)有 時(shí)會(huì)通過(guò)在多個(gè)菲涅爾棱鏡邊反復(fù)地折射或反射邊被傳送到不同的場(chǎng) 所，在與菲涅爾棱鏡的反射面反射的光線(以下稱之為信號(hào)光)不同 的位置出射。
在這樣的無(wú)用光出射到觀察者的視場(chǎng)方向時(shí)，由于觀察者將看到 與信號(hào)光同樣圖像的重像(ghostimage:幻像/陰影輪廓像)出現(xiàn)，故 投影式顯示裝置的對(duì)比度之比(反差比)顯著地劣化。
因此，以往的菲涅爾光學(xué)元件通過(guò)將菲涅爾棱鏡的反射面的角度 調(diào)整到適當(dāng)?shù)臈l件，可以控制作為重像之根源的在基底的出射面反射 的光線的角度，使之大于發(fā)光體照射的光線的角度，使無(wú)用光不出射 到觀察者的視場(chǎng)方向(例如參照專利文獻(xiàn)l)。
此外，眾所周知，這樣的菲涅爾光學(xué)元件可以采用對(duì)利用大型車 床加工的金屬模(金屬型)流入樹脂材料的方法進(jìn)行復(fù)制成開
專利文獻(xiàn)1:特開2002 - 196413號(hào)公開專利(段落序號(hào)"0011" 至"0019",圖1)。
由于以往的菲涅爾光學(xué)元件如以上那樣構(gòu)成，故可以回避在基底
但存在著不透過(guò)折射面地反射后的光線會(huì)作為無(wú)用光出射到觀察者的 視場(chǎng)方向等課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為解決上述這樣的課題而完成的，目的是獲得可以回
情況的菲涅爾光學(xué)元件。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是獲得可以防止重像的顯示的投影式 顯示裝置。
本發(fā)明所涉及的菲涅爾光學(xué)元件，使菲涅爾棱鏡的折射面之中、 被其他菲涅爾棱鏡遮斷而不從發(fā)光體直接照射光線的非入射面相對(duì)于 的反射面的角度不同于其折射面和反射面所成的棱鏡頂端角。
利用這樣的菲涅爾光學(xué)元件，就具有能夠回避不透過(guò)折射面地反 射的光線作為無(wú)用光被出射到觀察者的視場(chǎng)方向的狀況等效果。


圖1所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的投影式顯示裝置的構(gòu)成圖 圖2所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的投影式顯示裝置的斜視圖 圖3所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖
圖4所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的菲涅爾光學(xué)元件的原理圖5所示是光線相對(duì)菲涅爾棱鏡12的入射角的說(shuō)明圖6所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的其他投影式顯示裝置的構(gòu)
成圖7所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖8所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖9所示是光線相對(duì)菲涅爾棱鏡12的入射角的說(shuō)明圖10所示是重像降低效果(光線追跡數(shù)值計(jì)算結(jié)果)的說(shuō)明圖11所示是重像降低效果(光線追跡數(shù)值計(jì)算結(jié)果)的說(shuō)明圖12所示是光線光路的說(shuō)明圖13所示是光線光路的說(shuō)明圖14所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖； 圖15所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖； 圖16所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)6的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖； 圖17所示是菲涅爾棱鏡12的棱鏡頂端角的說(shuō)明圖； 圖18所示是重像降低效果(光線追跡數(shù)值計(jì)算結(jié)果)的說(shuō)明圖； 圖19所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)7的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖； 圖20所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)8的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖； 圖21所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)9的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖； 圖22所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)10的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成
圖23所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)11的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成
圖24所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)11的其他菲涅爾光學(xué)元件的
構(gòu)成圖25所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)11的其他菲涅爾光學(xué)元件的
構(gòu)成圖26所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)12的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成
圖； 圖27所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)13的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成
圖28所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)14的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成
圖29所示是相似縮小全反射棱鏡并使非入射面與屏幕平行的例 子的說(shuō)明圖30所示是光線的入射角0o與全反射棱鏡的入射面的角度g的 關(guān)系說(shuō)明圖31所示是光線的入射角0。與臨界棱鏡頂角Tmax的關(guān)系說(shuō)明圖； 圖32所示是光線的入射角eD與全反射棱鏡的效率的關(guān)系說(shuō)明
圖33所示是光線的入射角eo與全反射棱鏡的相似縮小比率i的
關(guān)系說(shuō)明圖34所示是光線的入射角e。與全反射棱鏡的相似縮小比率i的
關(guān)系說(shuō)明圖35所示是觀察結(jié)果等的說(shuō)明圖36所示是自屏幕法線的觀察結(jié)果的說(shuō)明圖37所示是自斜下約60度的觀察結(jié)果的說(shuō)明圖38所示是組合了 (a)和(c)的方策的例子的說(shuō)明圖39所示是組合了 (a)和(c)的方策的例子的說(shuō)明圖40所示是組合了 (a)和(b)的方策的例子的說(shuō)明圖41所示是組合了 (a)和(d)的方策的例子的說(shuō)明圖42所示是入射角eo-75度時(shí)的觀察結(jié)果的說(shuō)明圖43所示是組合了 (a) 、 (c)和(d)的方策的例子的說(shuō)明圖44所示是組合了 (a) 、 (b)和(c)的方策的例子的說(shuō)明圖45所示是組合了 (a) 、 (b) 、 (c) 、 (d)的方策的例子
的說(shuō)明圖46所示是利用折返平面鏡4的折返例的說(shuō)明圖； 圖47所示是利用折返平面鏡4的斜折返例的說(shuō)明圖48所示是成像顯示板3的形成例的說(shuō)明圖； 圖49所示是成像顯示板3的形成例的說(shuō)明圖； 圖50所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)18的投影式顯示裝置的斜視
圖51所示是調(diào)整機(jī)構(gòu)29的斜視圖52所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)18的投影式顯示裝置的光路 的說(shuō)明圖53所示是說(shuō)明屏幕的撓曲和與之相伴的圖像的變化的說(shuō)明圖； 圖54所示是使撓曲的屏幕26，顯示了網(wǎng)格圖案的狀態(tài)的說(shuō)明圖； 圖55所示是通過(guò)加強(qiáng)板加強(qiáng)了屏幕的狀態(tài)的說(shuō)明圖； 圖56所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)20的投影式顯示裝置的斜視
圖57所示是灰塵的影響的說(shuō)明圖58所示是屏幕26經(jīng)由具有內(nèi)部應(yīng)力的部件41安裝在框架27 上的狀態(tài)的說(shuō)明圖59所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)22的投影式顯示裝置的光路 的說(shuō)明圖60所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)23的投影式顯示裝置的內(nèi)部
電路的構(gòu)成圖61所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)24的投影式顯示裝置的斜視
圖62所示是圖61的要部放大圖63所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)24的其他投影式顯示裝置的 斜視圖64所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)24的其他投影式顯示裝置的 斜視圖。
具體實(shí)施例方式
為了更為詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，下面，按照附圖就用于實(shí)施本發(fā)明 的優(yōu)選實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。 實(shí)施形態(tài)1
圖1所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的投影式顯示裝置的構(gòu)成
圖，圖2所示是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的投影式顯示裝置的斜視圖。 圖中，作為發(fā)光體的投影儀1對(duì)菲涅爾光學(xué)元件2照射圖像投影 用的光線。
菲涅爾光學(xué)元件2具有將投影儀1照射的光線導(dǎo)向成像顯示板3 的功能，菲涅爾光學(xué)元件2采用的是在基底面鋸齒狀地配置了多個(gè)具 有折射投影儀1發(fā)出的光線的折射面和反射在該折射面折射的光線的 反射面的菲涅爾棱鏡的構(gòu)成。
成像顯示板3構(gòu)成將在菲涅爾光學(xué)元件2的反射面所反射的光線 進(jìn)行成像的成像手段，成像顯示板3例如由控制在菲涅爾光學(xué)元件2 的反射面所反射的光線的擴(kuò)散(漫射)的雙凸透鏡和使光線散射的透 過(guò)型擴(kuò)散板構(gòu)成。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的菲涅爾光學(xué)元件的構(gòu)成圖，圖中， 基底11是透過(guò)光線的片狀的薄板，在基底11的基底面lla上鋸齒狀 地配置了多個(gè)菲涅爾棱鏡12。
菲涅爾棱鏡12的折射面12a折射從投影儀1照射出來(lái)的光線， 菲涅爾棱鏡12的反射面12b反射在折射面12a折射了的光線。被菲涅 爾棱鏡12的反射面12b反射的光線從基底11的出射面lib出射到成 像顯示板3上。
菲涅爾棱鏡12的非入射面12c是被其他的菲涅爾棱鏡12遮斷而 不從投影儀1直接照射光線的折射面12a的一部分，非入射面12c相 對(duì)于反射面12b的角度不同于折射面12a和反射面12b所成的棱鏡頂 端角 (prism apex angle )。
圖4所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的菲涅爾光學(xué)元件的原理圖。
下面對(duì)其動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
通常，鋸齒形狀棱鏡以周期(間隔)m連續(xù)及并列三角形PEG， 但這里為了便于說(shuō)明，以棱鏡的相似縮小比率為l(這里，1^1)進(jìn)行 說(shuō)明(1 = 1時(shí)，棱鏡為連續(xù)狀地相連)。
如圖4所示的那樣，設(shè)從投影儀l照射出來(lái)的光線L1、 L2從圖 中左側(cè)入射，被反射面12b反射的光線(以下稱之為信號(hào)光)從圖中 右側(cè)出射。這里，光線Ll入射菲涅爾棱鏡12的頂端E,光線L2掠
過(guò)圖中下側(cè)的菲涅爾棱鏡12的頂端E，入射到折射面12a的右端U。
這里，如果設(shè)菲涅爾棱鏡12的棱鏡頂端角PEG為t、反射面12b 的傾角GPE為ot、菲涅爾棱鏡12的內(nèi)部的折射率為ni、菲涅爾棱鏡 12的外部的折射率為no,則可以用下面的關(guān)系式來(lái)表示信號(hào)光的出射
0refi (9o; a， t， n0， ni)
=siiT1 [( n，/no )sin(t - a+ sin_( i^/no )sin( t + a + 00))}j ( 1 )
式(1)中，如果關(guān)于角度a求解，則關(guān)系式如下。
a ( 9。；0refl， T， Il0, lli )
=taiT'[{sin ( 90 + t ) + (i^/iio) sin ( t - sin —1 ( ( n"no) sinOrefl) )} /{ - cos ( 60 + t ) + (i^/iio) cos ( t - sin —1 ( (i^/iio) sin0ref|) ) }(2 ) 菲涅爾棱鏡12的折射面12a的折射率由介質(zhì)決定，由于逐個(gè) 場(chǎng)所地改變介質(zhì)在現(xiàn)實(shí)中是不可能的，故折射率ih應(yīng)取定值。另一方 面，外部的折射率iiq，通常是空氣不用說(shuō)自然是不可能改變它。根據(jù) 據(jù)此，表示反射面12b的傾斜的函數(shù)a為由出射角度e^和頂端角T 兩個(gè)自由度決定函數(shù)形式的入射角的函數(shù)。
但是，如果信號(hào)光的出射角度0refl與屏幕法線方向(觀察者的視
場(chǎng)方向)不一致，則由于觀察者不能看到圖像而失去屏幕的原始功能， 故實(shí)際中幾乎沒(méi)有自由度(自由度最多為數(shù)度)。
同樣地，由于棱鏡頂端角T通常與在作為菲涅爾棱鏡12的母型
(母模型)的金屬模加工中使用的切削用刀具的頂角(point angle) 相等，故在構(gòu)成屏幕的多個(gè)菲涅爾棱鏡中大多是恒定的。
圖5給出3路相對(duì)菲涅爾棱鏡12的光線的入射角，根據(jù)上述理
由，如果設(shè)作為頂端角PEG的T和信號(hào)光的出射角度9ren恒定，則根
據(jù)式(2)，角度a可作為入射角的函數(shù)單值地確定。
根據(jù)上述內(nèi)容，由于可以確定構(gòu)成菲涅爾棱鏡12的三角形的2
個(gè)角度a、 T，故也可以根據(jù)三角形的內(nèi)角之和確定剩余的角度。
因而，可以單一地確定菲涅爾棱鏡12的形狀(除去相似變形的
大小)。綜合上述情況，由于其等價(jià)于表示反射面12b的傾斜的函數(shù)a的 2個(gè)自由度幾乎沒(méi)有，且通常棱鏡頂端角t也是恒定的，故通過(guò)控制"面 的傾斜"來(lái)控制作為重像的起源的無(wú)用光的角度在現(xiàn)實(shí)中是困難的。
在此，如果注意圖3的光路，則可知在構(gòu)成菲涅爾棱鏡12的各 個(gè)面中，從投影儀l出射的光線入射一直到出射，存在對(duì)光路有貢獻(xiàn) 的部分(折射面12a和反射面12b對(duì)光路的貢獻(xiàn))和對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn) 的部分(由于非入射面12c構(gòu)成其他菲涅爾棱鏡12的遮擋，故不能直 接入射來(lái)自投影儀1的光線而對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)。此外，因?yàn)楸环侨肷?面12c折射了的光線也不能照射作為反射面12b的一部分的面VP， 故對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)。)。
如果定義該有貢獻(xiàn)的部分為有效面，沒(méi)有關(guān)系的部分為無(wú)效面， 則有效面部分肯定是必要的，而無(wú)效面部分則可有可無(wú)。
因而，由于在"面的角度"方面幾乎沒(méi)有設(shè)計(jì)上的自由度，故在該 實(shí)施形態(tài)1中，可以通過(guò)對(duì)"棱鏡的形狀"附加自由度來(lái)控制無(wú)用光的 方向。
具體言之，就是不象非入射面12c那樣地形成菲涅爾棱鏡12的 折射面12a的一部分，當(dāng)如圖4的EUG那樣形成了其折射面12a時(shí) (參照?qǐng)D3的虛線)，例如，如果照射到自上開始第2序號(hào)的菲涅爾 棱鏡12的折射面12a的光線的一部分被其折射面12a反射，則作為其 反射光的無(wú)用光邊在下側(cè)的菲涅爾棱鏡12的反射面12b和折射面12a 反復(fù)折射邊進(jìn)行傳播，如有時(shí)會(huì)在從上側(cè)開始笫4序號(hào)的菲涅爾棱鏡 12的折射面12a的虛線部分(面UG)反射出射到觀察者觀看的方向。
但是，在該實(shí)施形態(tài)1中，如果通過(guò)連接菲涅爾棱鏡12的折射 面12a的右端U和作為無(wú)效部分的面V，P，的左端V，，大于棱鏡頂端 角t地形成相對(duì)反射面12b的非入射面12c的角度t，，則由于上述這 樣的無(wú)用光在從上側(cè)開始的第4序號(hào)的菲涅爾棱鏡12處可以不碰到折 射面12a或非入射面12c地、原樣不變地透過(guò)，入射到從上側(cè)開始的 第5序號(hào)的菲涅爾棱鏡12，故可以在從上側(cè)開始的第4序號(hào)的菲涅爾 棱鏡12的折射面12a或非入射面12c處不反射無(wú)用光，無(wú)用光將出射
到觀察者看不到的方向(在圖3的例子中出射到右下方向)。
如通過(guò)上述說(shuō)明可知那樣，在該實(shí)施形態(tài)l中，由于菲涅爾棱鏡 12的折射面12a中，被其他的菲涅爾棱鏡12遮斷而不從投影儀1直 接入射光線的非入射面12c相對(duì)于反射面12b的角度t，不同于棱鏡頂 端角t，故可以達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a地反射了的光線成為非 有用光(無(wú)用光)出射到觀察者視場(chǎng)方向的情況的效果。
因而，在搭載有上述菲涅爾光學(xué)元件2的投影式顯示裝置中，可 以達(dá)成防止顯示重像的效果。
此外，在該實(shí)施形態(tài)l中，給出的是從投影儀l出射的光線入射 到菲涅爾光學(xué)元件2的例子，但為了減小投影式顯示裝置的縱深，也 可以如圖6所示的那樣，搭載反射從投影儀l出射的光線的折返平面 反射鏡4 ，使被折返平面反射鏡4反射的光線入射到菲涅爾光學(xué)元件2 。 此時(shí)，投影儀1和折返平面反射鏡4將構(gòu)成發(fā)光體。
實(shí)施形態(tài)2
在上述實(shí)施形態(tài)l中，給出的是通過(guò)連接菲涅爾棱鏡12的折射 面12a的右端U和作為無(wú)效部分的面V，P，的左端V，，大于棱鏡頂端 角t地形成相對(duì)反射面12b的非入射面12c的角度t，的例子，但也可 以如圖7所示的那樣，與配置了多個(gè)菲涅爾棱鏡12的基底面lla平行 地形成非入射面12c。
當(dāng)不是如非入射面12c那樣形成菲涅爾棱鏡12的折射面12a的 一部分，而是如圖4的EUG那樣形成了該折射面12a時(shí)(參照?qǐng)D7 的虛線)，例如，如果入射到自上開始的第4序號(hào)菲涅爾棱鏡12的折 射面12a的光線的一部分被其折射面12a反射，則作為其反射光的無(wú) 用光邊在下側(cè)的菲涅爾棱鏡12的反射面12b和折射面12a反復(fù)折射邊 進(jìn)行傳播，例如，有時(shí)會(huì)在從上側(cè)開始的笫6序號(hào)菲涅爾棱鏡12的折 射面12a的虛線部分(面UG)反射出射到觀察者觀看的方向。
但是，在該實(shí)施形態(tài)2中，由于通過(guò)與配置多個(gè)菲涅爾棱鏡12 的基底面lla平行地形成非入射面12c，可以形成大于棱鏡頂端角t 的相對(duì)反射面12b的非入射面12c的角度t，，使上述這樣的非有用光
在上數(shù)第6個(gè)菲涅爾棱鏡12處不碰到折射面12a或非入射面12c地原 樣透過(guò)并入射到上數(shù)第7個(gè)菲涅爾棱鏡12,故可以在上數(shù)第6個(gè)菲涅 爾棱鏡12的折射面12a或非入射面12c不反射非有用光地使非有用光 出射到觀察者看不到的方向(在圖7的例子中出射到右下方向)。
如通過(guò)上述說(shuō)明可知那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)2，由于采用了與配 置多個(gè)菲涅爾棱鏡12的基底面lla平行地形成非入射面12c的構(gòu)成， 故可以達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a地反射了的光線成為非有用光出 射到觀察者視場(chǎng)方向的情況的效果。
實(shí)施形態(tài)3
在上述實(shí)施形態(tài)2中，給出的是關(guān)于與配置多個(gè)菲涅爾棱鏡12 的基底面lla平行地形成非入射面12c的構(gòu)成，但也可以如圖8所示 的那樣，通過(guò)不全部作成菲涅爾棱鏡12 (虛線部分)而僅僅作成實(shí)線 部分就能夠形成與圖7的菲涅爾棱鏡12相似的菲涅爾棱鏡12。
圖9給出了 3組不改變多個(gè)菲涅爾棱鏡12的周期(間隔)地相 似縮小(比率1<1) 了棱鏡的比率時(shí)(45度恒定頂端角t, O度恒定 光線出射角0ref,時(shí))的光線的入射角，可知即使是相似地縮小棱鏡的 比率也具有與圖5等價(jià)的國(guó)內(nèi)。
在這里，圖10以及圖U所示是減小重像效果(光線追跡數(shù)值計(jì) 算結(jié)果)的說(shuō)明圖，特別地，圖IO所示是沒(méi)有形成非入射面lh的情 況(如圖8的虛線那樣形成的情況)，圖11所示是形成有非入射面 12c的情況。
重像是出射到觀察者觀測(cè)的方向的非有用光，重像的出射位置大 致由基底11的厚度、背面的折返式平面反射鏡4等(參照?qǐng)D6)、構(gòu) 成光路的介質(zhì)的厚度決定。菲涅爾棱鏡12的信號(hào)光的光路為從IN入 射的光線出射到OUT1所經(jīng)由的光路。
但是，如果光路上不存在吸收體，則根據(jù)能量守恒法則，必定會(huì) 產(chǎn)生不能在出射面透過(guò)的剩余的菲涅爾反射成分或者不能在入射面透 過(guò)的剩余的菲涅爾反射成分。
重像A比例于對(duì)應(yīng)屏幕基底的厚度的厚度A，出射到自離開的位
置(距離A)觀察的方向OUT2 (參照?qǐng)D10)。
此外，重像B比例于直到背面的折返式平面反射鏡4的厚度B, 出射到自離開的位置(距離B)觀察的方向OUT3，(參照?qǐng)D10)。
與此相對(duì)，在形成有非入射面12c時(shí)，如圖11所示的那樣，雖 然信號(hào)光不產(chǎn)生變化地出射到OUTl，但非有用光的出射位置發(fā)生變 化，非有用光將出射到觀察者不觀察的方向OUT4。
具體而言如下面那樣。
入射到相向(面對(duì)面)的平面的光線如圖12所示的那樣，具有 按照斯奈爾定律在介質(zhì)中折射并改變角度，進(jìn)而在出射平面再次折射， 結(jié)果是保存原來(lái)的角度不變地出射之類的特征。
這是因?yàn)榭梢钥紤]入射的光線并行移動(dòng)并出射，故以不能透過(guò)入
出射(相當(dāng)于圖11的OUT4)。
另外，如果考慮不能透過(guò)出射面的剩余的菲涅爾反射成分或不能 透過(guò)入射面的剩余的菲涅爾反射成分傳經(jīng)多個(gè)菲涅爾棱鏡12入射到 屏幕面的情況，則如圖13所示的那樣，在相向的平面滿足了全反射條 件時(shí)，其光束被閉鎖在介質(zhì)內(nèi)(相當(dāng)于圖11的OUT5)。
此外，在因制造公差等原因、面前的棱鏡欠缺的情況下，作為備 用，也可以稍有余量地較大地設(shè)定全反射棱鏡的相似比率I，以便能夠 補(bǔ)救應(yīng)該入射到面前的棱鏡的信號(hào)光。
另外，如果減小全反射棱鏡的相似比率l，由于棱鏡的高度變小， 故可以達(dá)到縮短金屬模加工時(shí)間的效果。
如果減小全反射棱鏡的相似比率1,因棱鏡的高度變小，則作為 菲涅爾棱鏡的母型的金屬模的加工所使用的切削用刀具的頂端部(刀 頭)的磨耗變小，可以達(dá)到提高金屬模的精度的效果。
因制造公差的關(guān)系，加工時(shí)金屬模的峰(棱鏡的谷)部分存在彎 曲。如果存在該彎曲，則會(huì)存在在從金屬模起模(分型)菲涅爾棱鏡 時(shí)產(chǎn)生條狀的不利形狀的情況。
但是，如果減小全反射棱鏡的相似比率1,由于棱鏡與棱鏡平面
相連，故不會(huì)存在金屬模的峰的部分而達(dá)到不產(chǎn)生條狀的不利形狀的 效果。
如果減小全反射棱鏡的相似比率I，則由于棱鏡的高度變小，易 于從金屬模上起模，故可以達(dá)到提高生產(chǎn)率的效果。
由于通過(guò)上述方法可以改善加工時(shí)間、不利形狀和生產(chǎn)率等，故 可以達(dá)到削減成本的效果。
實(shí)施形態(tài)4
在上述實(shí)施形態(tài)l中，通過(guò)連接菲涅爾棱鏡12折射面12a的右 端U和作為無(wú)效部分的面V，P，的左端V，，給出了較棱鏡頂端角t大 地形成相對(duì)反射面12b的非入射面12c的角度t，的例子，但也可以如 圖14所示的那樣，較棱鏡頂端角t小地形成相對(duì)反射面12b的非入射 面12c的角度t，。
具體言之，就是如達(dá)到圖4的面EUT那樣地形成作為菲涅爾棱 鏡12的下面的折射面12a和非入射面12c。
在不象非入射面12c那樣地形成菲涅爾棱鏡12的折射面12a的 一部分地、如圖4的EUG那樣地形成了其折射面12a時(shí)(參照?qǐng)D14 的虛線)，例如，如果照射到上數(shù)第2個(gè)菲涅爾棱鏡12的折射面12a 的光線的一部分被該折射面12a發(fā)射，則作為該反射光的非有用光邊 在下側(cè)的菲涅爾棱鏡12的反射面12b和折射面12a反復(fù)地發(fā)射邊進(jìn)行 傳播，例如，有時(shí)會(huì)在上數(shù)第4個(gè)菲涅爾棱鏡12的折射面12a的虛線 部分(面UG)反射，出射到觀察者觀察的方向。
但是，在該實(shí)施形態(tài)4中，如果通過(guò)象形成圖4的面EUT那樣 地形成菲涅爾棱鏡12的下面，則可以較棱鏡頂端角t小地形成相對(duì)反 射面12b的非入射面12c的角度t，，故上述這樣的非有用光將被上數(shù) 第4個(gè)菲涅爾棱鏡12的非入射面12c反射，出射到觀察者沒(méi)有觀察的 方向(在圖14的例子中出射到右上方向)。因而，在該實(shí)施形態(tài)4 中，相對(duì)反射面12b的非入射面12c的角度t，做得越小，越可以使之 出射到更靠上的方向。
如通過(guò)上述說(shuō)明可知那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)4，由于較棱鏡頂端
角T更小地形成了相對(duì)反射面12b的非入射面12C的角度T，，故可以
達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a地反射了的光線成為非有用光出射到觀 察者視場(chǎng)方向的情況的效果。 實(shí)施形態(tài)5
在上述實(shí)施形態(tài)l中，通過(guò)連接菲涅爾棱鏡12折射面12a的右 端U和作為無(wú)效部分的面V，P，的左端V，，給出了較棱鏡頂端角t更 大地形成相對(duì)反射面12b的非入射面12c的角度t，的例子，但也可以 如圖15所示的那樣，在來(lái)自投影儀1或折返式平面反射鏡4的光線不 直接入射的非入射面形成輔助棱鏡12d。
具體言之，就是在菲涅爾棱鏡12的無(wú)效面部分(圖4的UGP，V，) 不妨礙信號(hào)光E，U地添加新的輔助的棱鏡。在圖15中，給出的是垂 直地峭立于屏幕基底11上的形狀例。
這樣，如果在菲涅爾棱鏡12的無(wú)效面部分添加新的輔助棱鏡 12d，由于可以對(duì)菲涅爾棱鏡12的形狀添加自由度，故例如，即使菲 涅爾棱鏡12的折射面12a的菲涅爾反射成分入射到面前的菲涅爾棱鏡 12的反射面12b,并邊反復(fù)折射邊傳往離開的場(chǎng)所，也可以離開觀察 者觀察的方向。
不過(guò)，為了添加輔助棱鏡12d，需要二次加工金屬模。例如，如 果在形成完了所有的菲涅爾棱鏡12后形成輔助棱鏡12d，則由于制造 公差的原因而容易產(chǎn)生位置偏離，故最好是交互地形成菲涅爾棱鏡12 和輔助棱鏡12d。此外，通過(guò)交互地形成，可以削除在加工菲涅爾棱 鏡12的谷時(shí)產(chǎn)生的毛刺，易于進(jìn)行利用樹脂的金屬模復(fù)制。
如通過(guò)上迷說(shuō)明可知那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)5，由于采用的是在 來(lái)自投影儀1或折返式平面反射鏡4的光線不直接入射的非入射面形 成輔助棱鏡12d的構(gòu)成，故可以達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a地反射 了的光線成為非有用光出射到觀察者視場(chǎng)方向的情況的效果。
實(shí)施形態(tài)6
在上述實(shí)施形態(tài)l中，給出的是較棱鏡頂端角T更大地形成相對(duì) 反射面12b的非入射面12c的角度T，的例子，但也可以如圖16所示的那樣，在基底面lla的區(qū)域l配置棱鏡頂端角為T,的菲涅爾棱鏡12， 在基底面lla的區(qū)域2配置棱鏡頂端角為t2的菲涅爾棱鏡12。
由于棱鏡頂端角t通常由加工作為菲涅爾棱鏡12母型的金屬模 的刀具的頂端角度決定，故大多情況在屏幕全面是恒定的，但通過(guò)改 進(jìn)金屬模的形成方法，例如進(jìn)行2次形成，或者往返地改變刀具的傾 斜進(jìn)行形成，可以逐個(gè)位置地改變棱鏡頂端角t。
圖17是以同樣的入射角.出射角不改變周期地將棱鏡頂端角T做 成45~51度的例子，可知通過(guò)改變頂端角，即便在同樣的入射角下也 可以變化菲涅爾棱鏡12的面的傾斜或大小。
從而，如圖16所示的那樣，如果在基底面lla的區(qū)域1配置棱 鏡頂端角為t，的菲涅爾棱鏡12，在基底面lla的區(qū)域2配置棱鏡頂端 角為t2的菲涅爾棱鏡12，將可以變化非有用光的光路。在圖16中， 通過(guò)將菲涅爾棱鏡12的頂端角改變?yōu)閠 2,非有用光可以被控制在圖左 下的不觀察的方向。
這樣，通過(guò)逐個(gè)位置地將棱鏡頂端角t改變成不同于其他區(qū)域的
角度，由于其可以對(duì)菲涅爾棱鏡12的形狀添加自由度，故可以不對(duì)信 號(hào)光以影響地控制非有用光的方向。
圖18所示是減小重像效果的光線追跡數(shù)值計(jì)算結(jié)果，是一個(gè)將 棱鏡頂端角t變更到了 53度的計(jì)算例。
如圖18所示的那樣，非有用光出射到觀察者不觀察的方向 OUT6。此外，雖然非有用光也從OUT7出射，但該非有用光以較入 射光線更陡的角度返回折返式平面反射鏡4。因而，可以抑制光線的 發(fā)生。
如通過(guò)上述說(shuō)明可知那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)6，由于采用了在基 底面lla混合形成了折射面12a和反射面12b構(gòu)成的棱鏡頂端角t相 互不同的菲涅爾棱鏡12的構(gòu)成，故可以達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a
此外，還可以在如該實(shí)施形態(tài)6這樣使基底面lla混合形成了棱 鏡頂端角t相互不同的菲涅爾棱鏡12的同時(shí)，如上述實(shí)施形態(tài)l那樣，
較棱鏡頂端角t更大地形成相對(duì)反射面12b的非入射面12c的角度熱r’。 實(shí)施形態(tài)7
在上述實(shí)施形態(tài)6中，給出的是在基底面lla混合形成了折射面 12a和反射面12b構(gòu)成的棱鏡頂端角t相互不同的菲涅爾棱鏡12的例 子，但也可以如圖19所示的那樣，在基底面lla上交互地配置缺少頂 端部分(leading end portion)之一部的菲涅爾棱鏡(缺齒的菲涅爾棱 鏡)和不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡12。
在僅全面地配置不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡12時(shí)(參照?qǐng)D19 的虛線)，例如，如果照射在上數(shù)笫3個(gè)菲涅爾棱鏡12的折射面12a 上的光線的一部分被該折射面12a反射，則作為該被反射光的非有用 光將邊在下側(cè)的菲涅爾棱鏡12的反射面12b和折射面12a反復(fù)折射邊 進(jìn)行傳播，如有時(shí)會(huì)在上數(shù)第5個(gè)菲涅爾棱鏡12的折射面12a處反射 出射到觀察者觀察的方向。
但在該實(shí)施形態(tài)7中，由于在基底面lla上交互地配置了缺齒的 菲涅爾棱鏡和不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡12，故上述這樣的非有用 光不能入射到配置在上數(shù)第4位置的缺齒的菲涅爾棱鏡12上，而是原 樣不變地出射到觀察者沒(méi)有觀察的方向(在圖19的例中出射到左下方 向)。
此外，菲涅爾棱鏡12的頂端部分位于信號(hào)光的光路上，由于是 缺齒的，故有時(shí)信號(hào)光不能入射到缺齒的菲涅爾棱鏡12上，但這樣的 信號(hào)光可以入射到上一個(gè)菲涅爾棱鏡12而得到補(bǔ)救。因而，頂端部分 的削除應(yīng)該在能夠補(bǔ)救信號(hào)光的范圍進(jìn)行。
另外，在圖19中，是相隔1個(gè)地形成的缺齒菲涅爾棱鏡12，但 只要是可以補(bǔ)救前述的信號(hào)光的范圍，也可以隔開2個(gè)、3個(gè)或者更 多地形成缺齒的菲涅爾棱鏡12。
如通過(guò)上述說(shuō)明可知那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)7，由于采用了在基 底面lla上混合地形成(混雜)缺少頂端部分之一部的菲涅爾棱鏡(缺 齒的菲涅爾棱鏡)和不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡12的構(gòu)成，故可以 達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a地反射了的光線成為非有用光出射到觀察者視場(chǎng)方向的情況的效果。
實(shí)施形態(tài)8
在上述的實(shí)施形態(tài)7中，給出的是在基底面lla上交互地配置了 缺少頂端部分之一部的缺齒的菲涅爾棱鏡12和不缺少頂端部分的菲 涅爾棱鏡12的構(gòu)成，但也可以如圖20所示的那樣，在基底面lla上 交互地配置缺少全部頂端部分菲涅爾棱鏡12和不缺少頂端部分的菲 涅爾棱鏡12。即，也可以每隔一個(gè)去掉一個(gè)菲涅爾棱鏡12地、跳越 地配置不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡12。
在僅連續(xù)地配置不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡12時(shí)(參照?qǐng)D20 的虛線)，例如，如果入射到上數(shù)第3個(gè)菲涅爾棱鏡12 (包含虛線的 菲涅爾棱鏡12在內(nèi)上數(shù)第3個(gè))的折射面12a的光線的一部分被該折 射面12a反射，則作為該反射光的非有用光將邊在下側(cè)的菲涅爾棱鏡 12的反射面12b和折射面12a反復(fù)折射邊進(jìn)行傳播，如有時(shí)會(huì)在上數(shù) 第5菲涅爾棱鏡12的折射面12a處反射，出射到觀察者觀察的方向。
但在該實(shí)施形態(tài)8中，由于在基底面lla上交互地配置了缺齒的 菲涅爾棱鏡和不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡12,故上述這樣的非有用 光不能入射到配置在上數(shù)第4位置的缺齒的菲涅爾棱鏡12上，而是原 樣不變地出射到觀察者沒(méi)有觀察的方向(在圖20的例中出射到左下方 向)。
此外，菲涅爾棱鏡12的頂端部分位于信號(hào)光的光路上，如果菲 涅爾棱鏡12未相間去除則在棱鏡頂端角T相對(duì)于入射角9足夠小時(shí)， 入射到該菲涅爾棱鏡12的信號(hào)光就可以入射到上一個(gè)菲涅爾棱鏡l2 進(jìn)行補(bǔ)救。因而，頂端部分的削除應(yīng)該在能夠補(bǔ)救信號(hào)光的范圍進(jìn)行。
另外，在圖20中，是相隔1個(gè)地形成的間齒菲涅爾棱鏡12，但 只要是可以補(bǔ)救前述的信號(hào)光的范圍，也可以隔開2個(gè)、3個(gè)或者更 多地形成間齒的菲涅爾棱鏡12。
此外，除去棱鏡的相似倍率(除去周期不同的情況)，圖20的 形狀包含于圖7或圖8的形狀中。
如通過(guò)上述說(shuō)明可知那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)8，由于采用了在基
底面11a上交互地配置缺少全部頂端部分的菲涅爾棱鏡12和不缺少頂 端部分的菲涅爾棱鏡12的構(gòu)成，故可以達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a
實(shí)施形態(tài)9
在上述的實(shí)施形態(tài)7中，給出的是在基底面lla上交互地配置了 缺少頂端部分之一部的缺齒的菲涅爾棱鏡12和不缺少頂端部分的菲 涅爾棱鏡12的構(gòu)成，但也可以如圖21所示的那樣，在基底面lla上 交互地配置相對(duì)基底面lla的棱鏡高度為Hl(第1高度)的菲涅爾棱 鏡12和棱鏡高度為低于H1的H2 (第2高度)的菲涅爾棱鏡12。
在僅連續(xù)地配置棱鏡高度為Hl的菲涅爾棱鏡12時(shí)(參照?qǐng)D21 的虛線)，例如，如果入射到上數(shù)第2菲涅爾棱鏡12的折射面12a 的光線的一部分被該折射面12a反射，則作為該反射光的非有用光將 邊在下側(cè)的菲涅爾棱鏡12的反射面12b和折射面12a反復(fù)折射邊進(jìn)行 傳播，如有時(shí)會(huì)在上數(shù)第4菲涅爾棱鏡12的折射面12a處反射，出射 到觀察者觀察的方向。
但在該實(shí)施形態(tài)9中，由于在基底面lla上交互地配置了棱鏡高 度為Hl的菲涅爾棱鏡12和棱鏡高度為H2的菲涅爾棱鏡12，故上述 這樣的非有用光不能入射到配置在上數(shù)第3位置的棱鏡高度為H2的
菲涅爾棱鏡12上，而是原樣不變地出射到觀察者沒(méi)有觀察的方向(在 圖21的例中出射到左下方向)。
如通過(guò)上述說(shuō)明可知那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)9，由于采用了在基 底面lla上交互地配置棱鏡高度為Hl的菲涅爾棱鏡12和棱鏡高度為 H2的菲涅爾棱鏡12的構(gòu)成，故可以達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a地 反射了的光線成為非有用光出射到觀察者視場(chǎng)方向的情況的效果。
實(shí)施形態(tài)10
在上述的實(shí)施形態(tài)9中，給出的是在基底面lla上交互地配置了 棱鏡高度為Hl的菲涅爾棱鏡12和棱鏡高度為H2的菲涅爾棱鏡12 的構(gòu)成，但也可以如圖22所示的那樣，在基底面lla上混合地形成(混 雜)相對(duì)基底面lla的傾斜相互不同的菲涅爾棱鏡12。
即，信號(hào)光和非有用光如圖10所示的那樣，光線經(jīng)由的介質(zhì)中
的光路長(zhǎng)度不同，與信號(hào)光的光路相比非有用光具有光路較長(zhǎng)的特征。 從而，光路越長(zhǎng)光線越容易受到面的彌散的影響。進(jìn)而，由于反 射相對(duì)于反射面的角度變化Ae具有反射光的方向變化2xAe的關(guān)系， 故非有用光的彌散將受到成倍的影響。與光路長(zhǎng)度短的信號(hào)光相比， 利用該光路長(zhǎng)度差擴(kuò)散光路長(zhǎng)度長(zhǎng)的非有用光的光束，由此只要將非 有用光擴(kuò)散到超過(guò)信號(hào)光的擴(kuò)散就可以提高顯示圖像的反差比。
在圖22的例中，順序地配置了相對(duì)基底面lla的法線的傾斜為(pl 的菲涅爾棱鏡12、傾斜為q)2的菲涅爾棱鏡12和傾斜為cp3的菲涅爾 棱鏡12。在圖22的例子中，cp3〈(pl〈(p2。
在僅連續(xù)地配置傾斜為(pi的菲涅爾棱鏡12時(shí)(參照?qǐng)D22的虛 線)，例如，如果入射到上數(shù)第2菲涅爾棱鏡12的折射面12a的光線 的一部分被該折射面12a反射，則作為該反射光的非有用光將邊在下 側(cè)的菲涅爾棱鏡12的反射面12b和折射面12a反復(fù)折射邊進(jìn)行傳播， 如有時(shí)會(huì)在上數(shù)第4菲涅爾棱鏡12的折射面12a處反射，出射到觀察 者觀察的方向。
但在該實(shí)施形態(tài)10中，由于在基底面lla上混合地配置了傾斜 相互不同的菲涅爾棱鏡12，故即使上述這樣的非有用光在上數(shù)第4菲 涅爾棱鏡12的折射面12a處反射也會(huì)使之出射到觀察者沒(méi)有觀察的方 向(在圖22的例中出射到左下方向)。這里，相對(duì)基底面lla的傾斜 (p3越小，則越可以使之出射到更靠上的方向。
如通過(guò)上述說(shuō)明可知那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)10，由于采用了在基 底面lla上混合地配置傾斜相互不同的菲涅爾棱鏡12的構(gòu)成，故可以 達(dá)到如避免不透過(guò)折射面12a地反射了的光線成為非有用光出射到觀 察者視場(chǎng)方向的情況的效果。
實(shí)施形態(tài)11
在上述實(shí)施形態(tài)l中，示出了在菲涅爾棱鏡12上存在對(duì)光路有 貢獻(xiàn)的有效面部分和對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部分(例如，圖4的面 VP、非入射面12c等)，但也可以如圖23所示的那樣，在對(duì)光路沒(méi)
有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部分或反射面12b上添加吸收光線的光吸收層13。例 如，作為光吸收元件，可以添加、利用黑色的染料(VALIFAST、 BLACK、 3810、連氮系列含金染料)或碳棒等材料構(gòu)成的顏料。
這樣，在對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部分添加了光吸收層13時(shí)， 如圖23所示的那樣，即使非有用光碰到折射面12a也會(huì)被該折射面 12a的光吸收層13吸收，無(wú)法出射到觀察者的觀察方向。
此外，如果透過(guò)光的折射面12a存在光吸收層13，則光強(qiáng)度將減 少，而反射面12b即便是有光吸收層13，但由于反射面12b的全反射 僅依存于界面處的折射率之差，故不存在光吸收的影響，因而，也可 以在反射面12b添加光吸收層13。因此，在非有用光透過(guò)反射面12b 時(shí)，由于因光吸收層13而減少了光強(qiáng)度，故對(duì)重像的抑制有作用。
在此，作為光吸收層13的添加方法，例如，可以在菲涅爾棱鏡 12的斜面整體涂布遇光即干的糊狀體，此后，讓信號(hào)光照射菲涅爾棱 鏡12，使對(duì)光路有貢獻(xiàn)的有效面部分的糊狀體干燥。
然后，通過(guò)涂布光吸收層13，只使糊狀體沒(méi)有干燥的無(wú)效面部分 固定上光吸收層13。
作為其他的光吸收層13的添加方法，例如，根據(jù)可以在菲涅爾 棱鏡12的谷間部分添加光吸收層13的情況，遮光層的形成可以通過(guò) 將菲涅爾棱鏡端部浸漬在光吸收材料中，在利用毛細(xì)管作用進(jìn)行了充 填后，再進(jìn)行干燥.硬化以及制作。
另外，由于只有作為菲涅爾棱鏡12的入射面部分的折射面12a 可以沒(méi)有光吸收層13，故也可以在菲涅爾棱鏡12的斜面整體涂布了 光吸收層13后，用刮刀狀的工具擦刮斜面，擦去光吸收層13。
也可以將該實(shí)施形態(tài)11的添加光吸收層13的技術(shù)適用于上述態(tài) 1~10的任何一個(gè)實(shí)施形態(tài)，以提高重像的抑制效果，圖24所示是將 之適用于了上述實(shí)施形態(tài)1 (圖3)的情況。
在圖24的例子中，通過(guò)對(duì)非入射面12c添加光吸收層13，諸如 被基底11的出射面lib反射的返回光或被反射面12b反射的返回光 等將被非入射面12c的光吸收層13吸收，提高了重像的抑制效果。
另外，圖25給出了將之適用于了上述實(shí)施形態(tài)2、 3(圖7、圖8) 的情況。
在圖25的例子中，通過(guò)對(duì)基底面lla和水平的非入射面12c添 加光吸收層13，諸如被基底11的出射面lib反射的返回光或被折射 面12a反射的光線等將被非入射面12c的光吸收層13吸收，提高了重
像的抑制效果。 實(shí)施形態(tài)12
在上述實(shí)施形態(tài)11中，所示的是在對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部 分添加吸收光線的光吸收層13的例子，但也可以如圖26所示的那樣， 在對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部分(例如圖4的面VP、非入射面12c 等)添加使光線擴(kuò)散(diffusion:漫射)的光擴(kuò)散層14。例如，通過(guò) 利用眾所周知的噴砂法等實(shí)施粗糙表面加工來(lái)添加光擴(kuò)散層l4。
在代替在對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部分添加光吸收層13添加光 擴(kuò)散層14時(shí)，由于通過(guò)光擴(kuò)散層14擴(kuò)散了非有用光，故可降低每單 位方向的光強(qiáng)度(降低觀察者觀察方向的光強(qiáng)度)，提高重像的抑制 效果。
此外，在對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部分添加吸收光線的光吸收層 13的技術(shù)也可以適用于上述實(shí)施形態(tài)1~11的任何一個(gè)形態(tài)。 實(shí)施形態(tài)13
在上述實(shí)施形態(tài)11中，所示的是在對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部 分添加吸收光線的光吸收層13的例子，但也可以如圖27所示的那樣， 在菲涅爾棱鏡12的介質(zhì)中添加吸收光線的光吸收物質(zhì)。例如，使用塑 料等半透明材料形成菲涅爾棱鏡12。
信號(hào)光和非有用光如圖10所示的那樣，光線經(jīng)由的介質(zhì)中的光 路長(zhǎng)度不同，與信號(hào)光的光路相比，非有用光具有光路較長(zhǎng)的特征。
因而，如果在菲涅爾棱鏡12的介質(zhì)中添加吸收光線的光吸收物
質(zhì)，由于可以超過(guò)對(duì)信號(hào)光的強(qiáng)度降低地降低了非有用光的強(qiáng)度，故
可以提高其對(duì)比度之比。
此外，在菲涅爾棱鏡12的介質(zhì)中添加吸收光線的光吸收物質(zhì)的
技術(shù)也可以適用于上述實(shí)施形態(tài)1~12的任何一個(gè)形態(tài)。 實(shí)施形態(tài)14
在上述實(shí)施形態(tài)12中，所示的是在對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部 分添加擴(kuò)散光線的光擴(kuò)散層14的構(gòu)成，但也可以如圖28所示的那樣， 在菲涅爾棱鏡12的介質(zhì)中添加擴(kuò)散光線的光擴(kuò)散物質(zhì)。作為擴(kuò)散材 料，可以如使用聚乙烯滌綸(PET)等聚酯樹脂系列粒子、苯乙烯系 列或者丙烯酸系列交聯(lián)粒子、或者硅樹脂系列粒子等。
信號(hào)光和非有用光如圖10所示的那樣，光線經(jīng)由的介質(zhì)中的光 路長(zhǎng)度不同，與信號(hào)光的光路相比，非有用光具有光路較長(zhǎng)的特征。
從而，如果在菲涅爾棱鏡12的介質(zhì)中添加擴(kuò)散光線的光擴(kuò)散物 質(zhì)，由于可以超過(guò)對(duì)信號(hào)光的擴(kuò)散地?cái)U(kuò)散非有用光的強(qiáng)度，故可以提 高其對(duì)比度之比。
此外，在菲涅爾棱鏡12的介質(zhì)中添加擴(kuò)散光線的光擴(kuò)散物質(zhì)的 技術(shù)也可以適用于上述實(shí)施形態(tài)1 ~ 12的任何一個(gè)形態(tài)。
實(shí)施形態(tài)15
在上述實(shí)施形態(tài)11中，所示的是在對(duì)光路沒(méi)有貢獻(xiàn)的無(wú)效面部
分添加吸收光線的光吸收層13的例子，但也可以對(duì)折射面12a或者出
射面lib的至少一方實(shí)施AR ( Anti - Reflection )鍍層處理。
即，由于光線在入射面和出射面滿足菲涅爾反射定律，故上面談 到了存在一部分不能完全透過(guò)各個(gè)面的光線的情況，但由于該反射光
線構(gòu)成了重像的起源，故可以通過(guò)提高在界面處的透過(guò)率來(lái)提高信號(hào) 光的效率，降低重像。
因此，在該實(shí)施形態(tài)15中，可以通過(guò)對(duì)折射面12a、出射面lib 或者其兩面實(shí)施單層或者多層的AR鍍層處理來(lái)控制光線的位相，減 少反射光線的量，增加透射光線并減小作為重像起源的非有用光。
此外，AR鍍層處理可以以將屏幕浸漬到充滿鍍層溶液的水槽中， 通過(guò)控制上提速度進(jìn)行膜厚控制的液浸式，或者以真空槽進(jìn)行蒸鍍的 方式進(jìn)行。
此外，該實(shí)施形態(tài)15的實(shí)施AR鍍層處理的技術(shù)也可以適用于
上述實(shí)施形態(tài)1 ~ 14的任何一個(gè)形態(tài)。 實(shí)施形態(tài)16
如以上敘述過(guò)的那樣，重像的出射位置成比例于經(jīng)由光路的光學(xué)厚度。
只在屏幕基底的光路中，其比例于屏幕基底的厚度，在經(jīng)由位于 背面的折返式平面反射鏡4的光路中，其比例于屏幕與折返式平面反 射鏡4的距離。
至少在前者中，如果基底11減薄到極限(d—0),則由于出射 位置偏差比例于2d'tane,故出射位置偏差—0。
實(shí)際上，如果能夠使之薄于屏幕上放大了的光閥(像素)的一半 或者更薄，則由于重像將重疊像素顯示，故對(duì)觀察者而言，可以不認(rèn) 知其為重像地作為信號(hào)再利用。
希望，使該實(shí)施形態(tài)16的基底11的厚度達(dá)到像素的一半以下的 技術(shù)也可以適用于上述實(shí)施形態(tài)1 ~ 15的任何一個(gè)形態(tài)。
實(shí)施形態(tài)17
在上述實(shí)施形態(tài)中，所示的都是為降低非有用光而進(jìn)行的努力。 具體言之，通過(guò)實(shí)施下面的(a) 、 (b) 、 (c)或者(d)方策 也可以謀求降低非有用光，但不用說(shuō)，當(dāng)然也可以以方策(a)為基本， 組合(b)、 (c) 、 (d)方策的任何一個(gè)或者全部。
(a) 相似縮小全反射棱鏡，使非入射面12c與屏幕面平行(參 照?qǐng)D29 )。
(b) 使非入射面12c成為粗糙面?；蛘邔?duì)非入射面12c添加光 擴(kuò)散功能。
(c) 使棱鏡頂端角T對(duì)應(yīng)屏幕面上的位置改變。
(d) 使棱鏡的頂端部分缺少一部分。 首先，言及作為組合的基本的(a)方策。
圖30所示是光線的入射角0。和全反射棱鏡的入射面的角度《菲 涅爾棱鏡12的折射面12b的角度g)的關(guān)系的說(shuō)明圖。
即，圖30是出射角度0^ = 0 (屏幕法線方向)，空氣的折射率
n0-1.0，介質(zhì)的折射率n,-l,55時(shí)的計(jì)算例，橫軸表示入射角e。，縱 軸表示入射面的角度g ( -Tt-T-a)。
如由式(2)可知的那樣，全反射菲涅爾棱鏡的自由度僅為棱鏡 頂端角t，在圖30中，給出的是棱鏡頂端角t-38 65度的例子。
由圖30可知，入射面的角度g和入射角eo與棱鏡頂端角t無(wú)關(guān) 地成比例關(guān)系。即在棱鏡頂端角t恒定的條件下，入射面的角度g自 靠近入射角9o小的中心一側(cè)(在圖2的例中為菲涅爾光學(xué)元件2的中 央下側(cè))朝向入射角9o大的較遠(yuǎn)的一側(cè)(在圖2的例中為菲涅爾光學(xué) 元件2的四角側(cè))變大。
此外，為了菲涅爾棱鏡12的制作上的方便，如果菲涅爾棱鏡12 呈回翹的形狀，將不能拔出以紫外線等為代表的光硬化樹脂等流入上
述的金屬模，并經(jīng)紫外線等照射而固化的樹脂。
例如，對(duì)全反射菲涅爾棱鏡的情況，如果入射面的角度；大于；r/2, 則難以從模具中對(duì)已流入金屬模的光硬化樹脂進(jìn)行起模。
一般地，在全反射棱鏡中，因?yàn)槿肷涿娴慕嵌?；比例于入射角e0
(參照?qǐng)D3)，故可以根據(jù)入射角9o的最大值求臨界棱鏡頂角Tmax。
下面的式(3)給出了該條件。在現(xiàn)實(shí)中作為棱鏡可以進(jìn)行起模 的條件，需要滿足式(3)。
Tmax ( 00，^refl )
^sin—1 ( ( n。/iM ) sin0refl) +cos—1 ( ( n0/ni) cos90) ]/2 (3)
圖31所示是光線的入射角0 和臨界棱鏡頂角Tmax的關(guān)系的說(shuō)明圖。
即，圖31是出射角度0ren-O (屏幕法線方向)±5度，空氣的折
射率nQ= l.O，介質(zhì)的折射率n， = 1.55時(shí)的計(jì)算例，橫軸表示入射角e0，
縱軸表示臨界棱鏡頂角Tmax。
例如，在入射角e。為最大60度時(shí)，出射角度erefl = o度且臨界
棱鏡頂角T,-35.6度，在同樣的條件下為70度時(shí)，臨界棱鏡頂角Tmax =38.6度。
圖32所示是光線的入射角00和全反射棱鏡的效率的關(guān)系的說(shuō)明圖。
即，圖32是出射角度e^-0 (屏幕法線方向)，空氣的折射率
n0=1.0，介質(zhì)的折射率n,-1.55時(shí)的計(jì)算例，橫軸表示入射角e。，縱 軸表示全反射菲涅爾棱鏡的理想的效率(出射到相對(duì)入射光能量的屏 幕法線方向的光能量)。
在此情況下，如由式(2)可知的那樣，全反射菲涅爾棱鏡的自 由度僅為棱鏡頂端角t，在圖32中，給出的是棱鏡頂端角t = 38~65 度的例子。
在配置在入射角e。小的位置的菲涅爾棱鏡12中，可知棱鏡頂端
角t越小則效率越好。
另外，在棱鏡頂端角t-38度的例子中，入射角9。 = 68度以上 不滿足作為可以進(jìn)行棱鏡起模條件的式(3)。
即，由于制作方法上的難度高而在現(xiàn)實(shí)中難以制作，故在此硬性 將效率表現(xiàn)為0。
也就是，反之可知，在配置在入射角0。大的位置的菲涅爾棱鏡 12中，棱鏡頂端角t越大則效率越好。
根據(jù)以上說(shuō)明，全反射菲涅爾棱鏡在滿足全反射菲涅爾棱鏡的效 率(圖32)和作為可以進(jìn)行棱鏡起模條件的式(3)的范圍內(nèi)，具有 棱鏡頂端角t的自由度。棱鏡頂端角t相對(duì)于所使用的入射角eo可以 在38~65度的范圍內(nèi)任意進(jìn)行選擇。
如果入射角使用范圍是例如45度<6()<60度，可以選擇棱鏡頂 端角t-38度，如果是60度〈e?！?0度，則可以選擇棱鏡頂端角t-42~65度的任意的值。
通常，多數(shù)情況是恒定不變地加工棱鏡頂端角t，但也可以在上 述的范圍內(nèi)根據(jù)任意的入射角0o改變棱鏡頂端角t。
例如，可以在屏幕下部和屏幕上部改變棱鏡頂端角t,也可以只 在屏幕中間部改變棱鏡頂端角t。
如果全反射棱鏡入射角e。變大，則只使用該棱鏡的頂端部分。 因此，可以考慮只制作使用棱鏡的區(qū)域。
圖33所示是光線的入射角eo和全反射棱鏡的相似縮小比率1的
關(guān)系的說(shuō)明圖。
即，圖"是出射角度e^-0 (屏幕法線方向)，空氣的折射率
n0=1.0，介質(zhì)的折射率n,1.55時(shí)的計(jì)算例，橫軸表示入射角e。，縱 軸表示全反射棱鏡的相似縮小比率1。不過(guò)，雖然都是l的意思，但在 制作全部棱鏡(不進(jìn)行相似縮小)時(shí)，1 = 1.0，在僅制作一半時(shí)，1-0.5。圖33所示是棱鏡頂端角t-38 65度的例子。
根據(jù)圖33，在棱鏡頂端角T-45度、入射角9o-70度時(shí)，全反 射棱鏡的相似縮小比率1-0.4。
入射角eo小的位置的全反射棱鏡的相似縮小比率1變大，入射角
e。大的位置的全反射棱鏡的相似縮小比率i變小。
就是說(shuō)，在棱鏡頂端角T恒定的條件下，可知全反射棱鏡的相似
縮小比率i自接近入射角e。小的中心的一側(cè)(在圖2的例中為菲浬爾
光學(xué)元件2的中央下側(cè))朝向入射角0o大的較遠(yuǎn)的一側(cè)(在圖2的例 中為菲涅爾光學(xué)元件2的四角側(cè))變小。
在實(shí)際中由于因制作方法的限制而不能完全按照設(shè)計(jì)值制作，故 需要加工公差。
因此，應(yīng)對(duì)使用棱鏡的區(qū)域考慮加上包含加工公差程度的余量， 較大地制作全反射棱鏡。
圖34所示是光線的入射角0o和全反射棱鏡的相似縮小比率1的 關(guān)系的說(shuō)明圖。
即，圖34是出射角度e^-0 (屏幕法線方向)，空氣的折射率 n。-1.0，介質(zhì)的折射率ni = 1.55，棱鏡頂端角T-45度時(shí)的計(jì)算例， 橫軸表示入射角eQ,縱軸表示全反射棱鏡的相似縮小比率1。
另外，Ex.O表示無(wú)余量，Ex.l表示余量小，Ex.2表示余量大。
實(shí)際上，入射角e。以大約75度試制了上述全反射菲涅爾棱鏡， 具體地試制了棱鏡的周期(間距m)為112nm和156pm兩種。
由于棱鏡的實(shí)際高度成比例于棱鏡的間距，故以用間距規(guī)范化了 的值(全反射棱鏡比率1)進(jìn)行了表示。本次以1=1.0~2.0的范圍進(jìn)
行了試制。
這里，由于全反射棱鏡在屏幕位置入射角e。不同，故在各位置 棱鏡的角度、全反射棱鏡比率不同。
測(cè)量使用投射光學(xué)系統(tǒng)和全反射菲涅爾棱鏡以及雙凸透鏡屏幕
通過(guò)目視和亮度計(jì)進(jìn)行。圖35所示為其結(jié)果。
在未進(jìn)行相似縮小(1-0)的眾所周知的全反射菲涅爾棱鏡中， 按照來(lái)自法線方向的觀察，在相對(duì)黑背景的白窗顯示中，在像離開屏 幕厚度約2倍的位置出射了非有用光(相當(dāng)于圖10的非有用光 OUT2)。
在沒(méi)有余量(Ex.O)中，由于沒(méi)有充分地制作使用全反射棱鏡的 區(qū)域，故作為全反射菲涅爾棱鏡的功能不夠充分，作為結(jié)果，按照來(lái) 自法線方向的觀察，在全白顯示中可以看見黑白的條紋。
另外，按照來(lái)自法線方向的觀察，在相對(duì)黑背景的白窗顯示中， 入射光的一部分原樣不變地在上部穿過(guò)，產(chǎn)生了可以觀察到的非有用 光(與圖10的非有用光OUT2不同的不利情況)。
在小余量(Ex.l),大余量(Ex.2)中，均觀察不到上述的不利 情況，得到了良好的結(jié)果。
此外，由于用全反射菲涅爾棱鏡的周期m進(jìn)行了規(guī)范化，故全 反射棱鏡的相似縮小比率1的關(guān)系式不依存于棱鏡的周期(間距m)。
在實(shí)際中，按照間距m為m - 112nm和m = 156nm進(jìn)行了試制， 均得到了良好的結(jié)果。
雖然沒(méi)有特別地言及，但不言而喻如果較畫面上的像素進(jìn)一步細(xì) 化菲涅爾棱鏡的間距m，則可以顯示高解像度的圖像。
特別地，我們注重圖10的非有用光OUT2進(jìn)行了測(cè)量(相當(dāng)于 圖35的黑背景、白顯示)，圖36以及圖37給出了入射角e。-75度 的結(jié)果。
圖36是自屏幕法線方向的觀察結(jié)果，圖37是自斜下約60度的 觀察結(jié)果。
在以往例的全反射菲涅爾棱鏡中，可以在大約離菲涅爾光學(xué)元件
2和基底11的總厚度約2倍(圖10的距離A)的位置以對(duì)比度之比 近于155:1的強(qiáng)度看見非有用光(圖10的OUT2)，但通過(guò)較小地制 作(Ex.0~2)全反射棱鏡，如圖11的非有用光OUT4那樣地光路發(fā) 生變化，從正面不能認(rèn)知非有用光(>673: 1 ).
由于光路發(fā)生了變化，故雖然從斜下方向觀察可以認(rèn)知非有用 光，但在自屏幕正面斜下60度方向，由于通常沒(méi)有觀察者而不成為問(wèn) 題。
因?yàn)樵谏厦嬉呀?jīng)對(duì)基本的(a)方策進(jìn)行了說(shuō)明，故下面將談及 (a) ~ U)的方策的組合。
圖38是組合了 (a)和(c)方策的例子，是連續(xù)改變屏幕的位 置，即一邊依照入射角eo連續(xù)改變棱鏡頂端角t, 一邊相似縮小了全 反射棱鏡的例子。
例如，在出射角度0ren = O (屏幕法線方向)，空氣的折射率n0 =1.0，介質(zhì)的折射率m-1.55,入射角e。-70度時(shí)，雖然在棱鏡頂端 角t-45度時(shí)產(chǎn)生了圖10的非有用光OUT2，但通過(guò)將棱鏡頂端角改 變成t-53度，圖10的非有用光OUT2將如圖18的非有用光OUT6 那樣地變化光路。
另一方面，如果減小全反射棱鏡的相似縮小比率l (約1 = 0.4)， 則圖10的非有用光OUT2將如圖11的非有用光OUT4那樣地變化光 路。
例如，在因制作方法上的原因不能充分地減小相似縮小比率1使 之達(dá)到完全除去非有用光的場(chǎng)合，可以通過(guò)這樣的組合進(jìn)行出射到正 面方向的非有用光OUT2的低減。
圖39是組合了 (a)和(c)方策的例子，是連續(xù)改變屏幕的位 置，即對(duì)應(yīng)入射角e。連續(xù)改變棱鏡頂端角t,相似縮小了全反射棱鏡 的例子。
其中，出射角度取為Grefl = 0 (屏幕法線方向)，但也可以根據(jù) 目的在屏幕中心方向進(jìn)行若干傾斜。例如，也可以在靠近光軸的一側(cè)
取出射角度e,〉0，在中心附近出射角度0ref,-O，在較遠(yuǎn)一側(cè)取出射
角度0ren〈0。
在圖39中，光線的出射角度G^的設(shè)定是在屏幕上部略平行向 下，在屏幕下部大致平行向上。
圖40是組合了 (a)和(d)方策的例子，是非入射面12c實(shí)施 了粗糙表面，或者非入射面12c具有光擴(kuò)散功能的例子。
如果相似縮小全反射棱鏡，則圖10的非有用光OUT2將如圖11 的非有用光OUT4那樣，光路變化到觀察者沒(méi)有觀察的方向。
進(jìn)而，由于該非有用光OUT4比例于菲涅爾光學(xué)元件1和基底 ll的總厚度A擴(kuò)散變寬，故可以使非有用光更加不醒目。
實(shí)際上，在出射角度eren = o (屏幕法線方向)，空氣的折射率 n0- l.O,介質(zhì)的折射率n， = 1.53,棱鏡頂端角t-45度，間距m- 112nm 時(shí)試制了對(duì)非入射面12c實(shí)施了粗糙表面的樣本。將之作為Ex.3,其 觀察效果示于圖36以及圖37中。
因?yàn)閷⑷瓷淅忡R制作得較小，故光路向下變化出射非有用光， 因而從屏幕法線方向看不到非有用光(參照?qǐng)D36),但如果從斜下方 看則可以認(rèn)知非有用光(參照?qǐng)D37)。
在自屏幕正面斜下60度方向，通常因沒(méi)有觀察者而不構(gòu)成問(wèn)題， 在將非入射面做成了粗糙表面的例子中(Ex.3),因非有用光被擴(kuò)散 變寬，故即使是從斜下方向觀察也不能認(rèn)知非有用光。
圖41是組合了 (a)和(d)方策的例子，例如，在出射角度e^ -O(屏幕法線方向)、空氣的折射率no - 1.0、介質(zhì)的折射率ni- 1.55、 入射角0。 = 70度、棱鏡頂端角t-45度時(shí)，通過(guò)使全反射棱鏡所相似 縮小比率1具有余量，稍大地(約1 = 0.5)進(jìn)行了設(shè)定，通過(guò)按余量 大小程度將棱鏡的頂端部分以1 = 0.1給予的形狀相應(yīng)進(jìn)行削除，就可 以降低非有用光。
利用頂端削除的信號(hào)光的效率依賴于頂端削除部分12e的角度， 可降低估計(jì)從入射光線看到的頂端削除部分12e的面積程度。
因而，頂端削除如果能使頂端削除部分12e的角度略平行于入射
角eo則更好。
實(shí)際上，如果削除加工金屬模的刀具頂端則可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)頂端
削除部分12e，在屏幕上部以及下部，削除量大多是恒定的。
另外，多數(shù)情況也可以不有意地削除頂端部分，而是摩擦磨耗頂 端部分或者利用制作方法上的便利在樹脂流入金屬模進(jìn)行成形階段使 之變圓。
實(shí)際上，我們?cè)诔錾浣嵌?refl-O (屏幕法線方向)，空氣的折 射率n。-1.0，介質(zhì)的折射率i^-l,53，棱鏡頂端角t-45度，間距m =156nm的情況下試制了削除了全反射棱鏡的頂端的樣本。
其測(cè)量使用投射光學(xué)系統(tǒng)和全反射菲涅爾棱鏡以及雙凸透鏡屏 幕通過(guò)目視和亮度計(jì)進(jìn)行。圖42所示為其觀察結(jié)果。
在全反射棱鏡比率的余量小(Ex.l)的例子中，雖然只按全反射 棱鏡比率1.02 ( =2% )削除了全反射棱鏡的頂端，但已經(jīng)不見對(duì)信號(hào) 光的不良影響，得到了良好的效果。
圖43是組合了 (a) 、 (c)和(d)方策的例子，是連續(xù)改變屏
幕的位置，即對(duì)應(yīng)入射角eo連續(xù)改變棱鏡頂端角t，削除了頂端部分 的例子。
圖44是組合了 (a) 、 (b)和(c)方策的例子，該例中連續(xù)改 變屏幕的位置，即對(duì)應(yīng)入射角e。連續(xù)改變棱鏡頂端角t，并對(duì)非入射 面12c實(shí)施了粗糙表面。
圖45是組合了 (a)、 (b)、 (c)和(d)方策的例子，該例 中連續(xù)改變屏幕的位置，即對(duì)應(yīng)入射角6o連續(xù)改變棱鏡頂端角t，削 除了頂端部分并對(duì)非入射面12c實(shí)施了粗糙表面。
在圖39、圖43~圖45中，在小入射角A的屏幕下部，全反射棱 鏡比率l，相對(duì)地變大，反之，在大入射角92的屏幕上部，全反射棱鏡 比率12則相對(duì)地變小(12〈1,)。
此外，在出射角度以erefl = o (屏幕法線方向)恒定，且棱鏡頂 端角t恒定的條件下，入射面的角度g自靠近小入射角仏的中心的一 側(cè)朝向大入射角92的較遠(yuǎn)一側(cè)變大U2〉^)。
也可以用折返式平面反射鏡4折返圖39、圖43~圖45的中間的光路。
圖46所示為折返了圖45的例子。 通過(guò)這樣彎折光路，可以減小縱深。
在圖46中與屏幕面近似平行地配置了折返式平面反射鏡4,但也 可以傾斜地進(jìn)行折返。
圖47所示為傾斜地進(jìn)行了折返的例子。
在該說(shuō)明書中，給出的是同心圓狀地配置菲涅爾棱鏡2的例子， 但也可以線狀地配置菲涅爾棱鏡2。
此外，同心圓的中心也可以配置在畫面之外。
最好能在全反射菲涅爾棱鏡的觀察面?zhèn)瓤刂仆高^(guò)了全反射菲涅 爾棱鏡的信號(hào)光的配光，具體地就是配備易于讓觀察者觀察的具有擴(kuò) 光功能的成像顯示板3(例如雙凸透鏡屏幕)。
雙凸透鏡屏幕是控制配光的光學(xué)元件，可以是具有擴(kuò)散板、玻璃 珠屏幕、斷面具有半圓、半橢圓或者2次以上非球面形狀的一維方向 長(zhǎng)透鏡，縱橫曲率不同的斷面具有半圓、半橢圓或者2次以上非球面 形狀的二維配置的透鏡，或者斷面配置了多個(gè)臺(tái)形狀的反射型光學(xué)元 件。
另外，也可以利用上述光學(xué)要素的組合，例如光源側(cè)為透鏡、觀 察者側(cè)為擴(kuò)散板之類的形式構(gòu)成雙凸透鏡屏幕。
另外，為了降低外界光的影響，也可以在上述光學(xué)要素的基礎(chǔ)上， 在非透鏡部分形成光吸收層。還有，出于相同目的，也可以在表面配 備降低光的反射的AR ( Anti - Reflection:抗反射)層。
另外，還可以設(shè)置用于抑制觀察者眼睛的炫目的抗炫目光層、或 用于防止靜電導(dǎo)致的灰塵吸附的防帶電層、用于保護(hù)表面的硬鍍層。
此外，為了易于理解全反射菲涅爾棱鏡以及雙凸透鏡屏幕，分別 給出了獨(dú)立的構(gòu)成，但也可以將其作為一個(gè)要素進(jìn)行構(gòu)成。
圖48所示是作為成像顯示板3在光源側(cè)設(shè)置了透鏡3a、在非透 鏡部分形成了光吸收層3b、在觀察者側(cè)設(shè)置了擴(kuò)散板3c的構(gòu)成。在 本構(gòu)成中，由于用虛線表示的非有用光最終被光吸收層3b吸收，故觀
察者不能看見。即，可以說(shuō)能夠顯示沒(méi)有非有用光的優(yōu)良像質(zhì)的圖像。
在圖49中，作為成像顯示板3，設(shè)置了斷面為臺(tái)形狀的反射型光 學(xué)元件3d、光吸收部3e以及擴(kuò)散板3f。本構(gòu)成也可以高效地去除用 虛線給出的非有用光。
除上述以外，還可以使構(gòu)成要素具有框架、保持機(jī)構(gòu)、屏幕加強(qiáng) 器材、空調(diào)、光源、照明光學(xué)系統(tǒng)、投射光學(xué)系統(tǒng)、光路彎折反射鏡、 光學(xué)系統(tǒng)保持-調(diào)整機(jī)構(gòu)、揚(yáng)聲器、電視機(jī)臺(tái)、遙控器、控制電路、電 源、顏色校正、幾何學(xué)校正的任意之一。
實(shí)施形態(tài)18
圖50所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)18的投影式顯示裝置的斜視 圖，圖中，作為光源的燈21出射光線。作為光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)部22 — 體化了將從燈22出射的光均勻化的照明光學(xué)系統(tǒng)、著色被該照明光學(xué) 系統(tǒng)均勻化了的光的彩色轉(zhuǎn)盤(color wheel:色輪)、調(diào)制被該彩色
轉(zhuǎn)盤著色了的光生成圖像的光閥和將由該光岡生成的圖像投影到反射 部23上的透鏡。反射部23反射由光學(xué)部22投影了的圖像。
電路24在根據(jù)系統(tǒng)的控制信息或圖像信息控制光學(xué)部22的光閥 等的同時(shí)，還實(shí)施將聲音信號(hào)輸出到揚(yáng)聲器等的處理。
此外，燈21、光學(xué)部22、反射部23以及電路24構(gòu)成了作為發(fā) 光體的投影儀1。
在本構(gòu)成中，采用單板式光閥進(jìn)行了構(gòu)成，但在使用3板式光閥 時(shí)，也可以代替彩色轉(zhuǎn)盤使用彩色分離合成光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)成。此外， 在本構(gòu)成中光源使用了燈21，但也可以代替燈21將LED或激光器作 為光源使用。
反射鏡25使反射部23反射了的圖像(光線)反射到屏幕26的方向。
屏幕26由菲涅爾光學(xué)元件2(由上述實(shí)施形態(tài)1 ~ 17所示的任意 一種菲涅爾光學(xué)元件)和成像顯示板3構(gòu)成。這里，為了平整度或強(qiáng) 化保護(hù)，屏幕26有時(shí)用加強(qiáng)板進(jìn)行加強(qiáng)。
框架27在固定屏幕26的同時(shí)，還收納由光學(xué)部22等構(gòu)成的投
影儀。這里，由于如果屏幕26沒(méi)有固定成平面圖像會(huì)產(chǎn)生失真，故框 架27采用高精度高剛性的器材進(jìn)行成形。
另外，框架27的內(nèi)部應(yīng)該實(shí)施吸收從燈21、光學(xué)部22以及反射 部23泄漏出來(lái)的光(遺失光)的光吸收材料(黑色涂料等)。特別地， 為了防止衍射光的擴(kuò)散，實(shí)施對(duì)投影儀1整體遮光的外殼會(huì)獲得更好 的效果。
光學(xué)板28在位于屏幕26的下部近似中央部分載置著光學(xué)部22 以及反射部23，燈21載置在位于屏幕26下部的右端。
調(diào)整機(jī)構(gòu)29調(diào)整屏幕26和光學(xué)板28的相對(duì)位置關(guān)系或傾斜關(guān)系。
為了謀求投影式顯示裝置的薄型化，除了光學(xué)系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì) 外，需要適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行電路24或燈21等的配置。
在該實(shí)施形態(tài)18中，如圖50所示的那樣，在屏幕26下部的中 心附近配置了反射部23。
由此，由于被光學(xué)部22投影的圖像被位于中心附近的反射部23 反射，其圖像被反射鏡25反射并取得朝向上方的屏幕2方向的光路， 故在屏幕26下部的左端或右端不存在光路。因而，比較集中的空間存 在于屏幕26下部的左右端附近。
因此，在該實(shí)施形態(tài)18中，通過(guò)從屏幕26的正面看在左端配置 電路24,同時(shí)在右端配置燈21，謀求了裝置的薄型化。
另外，為了顯示沒(méi)有畸變或模糊的圖像，需要極為準(zhǔn)確地設(shè)置燈 21、光學(xué)部22以及反射部23的位置，在光學(xué)部28上固定設(shè)置燈21、 光學(xué)部22以及反射部23。
在該光學(xué)板28上，添加有調(diào)整位置以及傾斜的調(diào)整機(jī)構(gòu)29，調(diào) 整機(jī)構(gòu)29調(diào)整光學(xué)板28和屏幕26的相對(duì)位置關(guān)系或傾斜關(guān)系。
作為調(diào)整機(jī)構(gòu)29，例如由圖51所示那樣的6軸調(diào)整機(jī)構(gòu)組成， 可以調(diào)整光學(xué)板28的X軸以及Y軸方向的移動(dòng)、光學(xué)板28的旋轉(zhuǎn)、 光學(xué)板28的高度。
這里，由于構(gòu)成薄型的投影式顯示裝置，如圖52所示的那樣，
從光學(xué)部22以及反射部23出射的光相對(duì)屏幕26傾斜地以陡哨角度入 射。
圖52中，實(shí)線表示為獲得期望的圖像調(diào)整機(jī)構(gòu)29調(diào)整了光學(xué)板 28的位置或傾斜后的狀態(tài)，虛線表示調(diào)整前的狀態(tài)。
如虛線箭頭所示的光路那樣，在光學(xué)板28的位置或傾斜一點(diǎn)兒 也沒(méi)有調(diào)整的情況下，對(duì)屏幕26的入射角在極端的屏幕26的上部出 射較大的位置偏離。因此，在薄型的投影式顯示裝置中，需要高精度 的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
由以上說(shuō)明可知的那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)18，由于釆用了在屏幕 26的下部略靠中央部分配置光學(xué)部22以及反射部23,在屏幕26下部 的右端以及左端配置燈21以及電路24的構(gòu)成，故可以達(dá)到謀求投影 式顯示裝置的薄型化的效果。
另外，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)18，由于釆用了具有調(diào)整屏幕26的光學(xué) 板28的相對(duì)位置以及角度的調(diào)整機(jī)構(gòu)29,故可以達(dá)到能夠顯示沒(méi)有 畸變或模糊的圖像的效果。
實(shí)施形態(tài)19
在該實(shí)施形態(tài)19中，對(duì)為確保屏幕26的平面度而進(jìn)行的努力這 一點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
圖53是說(shuō)明屏幕26的撓曲和與之相伴的圖像變化的說(shuō)明圖。圖 中26，表示撓曲了的屏幕。
圖53的實(shí)線表示沒(méi)有撓曲的高平面度的屏幕26情況下的光路， 圖53的虛線表示撓曲了屏幕26，情況下的光路。
如由圖可知的那樣，在撓曲了屏幕26，時(shí)，觀察者將在不同于正 常位置的位置處觀看到圖案(此時(shí)為圖中的黑點(diǎn))。
圖54是為便于理解由撓曲了的屏幕26，產(chǎn)生的圖像的畸變狀態(tài)而 采用方格形狀顯示出的撓曲了的屏幕26，的狀態(tài)。
假如屏幕26，撓曲lmm，則在對(duì)屏幕26的入射角為70度時(shí)，畫 面上的偏差將為lmmxtan (70度)=2.74mm，相對(duì)撓曲的靈敏度約 為3倍。
例如，在1個(gè)像素投影為lmm顯示時(shí)，為了將撓曲的影響抑制 在l個(gè)像素以內(nèi)，在靈敏度為3倍時(shí)，需要控制撓曲在0.33mm左右。 為了將大畫面的撓曲控制在上述范圍，可以在玻璃等平面度高的高剛 性的基底11上配置菲涅爾棱鏡12?；蛘?，將玻璃板或者合成樹脂板 作為加強(qiáng)器材，如圖55所示的那樣，沿著屏幕26的菲涅爾棱鏡12 進(jìn)行加強(qiáng)，可以確保平面度。
實(shí)施形態(tài)20
圖56所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)20的投影式顯示裝置的斜視 圖，圖中，因與圖50同樣的符號(hào)表示同一部分或相當(dāng)部分，故略去其說(shuō)明。
與從吸氣口 32向框架27的內(nèi)部吸入空氣的作用相反，換氣扇31 用于排出框架27內(nèi)部的空氣。在吸氣口 32安裝了防塵過(guò)濾器。這里， 由換氣扇31以及吸氣口 32構(gòu)成了換氣結(jié)構(gòu)。
在框架27內(nèi)部的溫度變化或濕度變化激烈時(shí)，屏幕26也伴隨著 溫度變化或濕度變化加大進(jìn)行伸縮的量。
如果溫度或者濕度變高，則屏幕26的伸展顯著，即使框架27高 精度或高剛性也將產(chǎn)生屏幕26的撓曲，進(jìn)而產(chǎn)生先前所述的圖像的畸 變。
因此，在該實(shí)施形態(tài)20中，為了抑制框架27內(nèi)部的溫度變化或 濕度變化，釆用換氣扇31對(duì)框架27的內(nèi)部進(jìn)行換氣。
此外，為了處于更千燥狀態(tài)，也可以插入干燥材料。對(duì)于運(yùn)輸那 樣極度地變化的環(huán)境，如果在運(yùn)輸用外包裝箱和框架間放入干燥材料， 則可以抑制運(yùn)輸后開包時(shí)的撓曲殘余。
另外，為了在運(yùn)輸中不與外部空氣接觸，通過(guò)對(duì)框架實(shí)施取得氣 密的密封罩就能夠抑制撓曲而不用插入干燥材料。
另外，為了在換氣扇31從吸氣口 32吸入空氣時(shí)不吸入細(xì)小的灰 塵，在吸氣口 32上安裝了防塵過(guò)濾器。
由此，就可以防止對(duì)屏幕26的灰塵的粘附，防止因粘附垃圾導(dǎo) 致的圖像的缺失。
如上述這樣，由于對(duì)屏幕26的入射角要求嚴(yán)格，故即便屏幕26 粘附小的灰塵也會(huì)產(chǎn)生較大的放大。
圖57所示是灰塵的影響的說(shuō)明圖，33表示垂直入射屏幕26的光 束，34表示以陡峭角度入射屏幕26的光束。
另外，33s表示光束33因屏幕26粘附了垃圾35所產(chǎn)生的影響， 34s表示光束34因屏幕26粘附了垃圾35所產(chǎn)生的影響。
如由圖可知的那樣，陰影34s較陰影33s大數(shù)倍。這樣，在薄型 的投影式顯示裝置中，為了使屏幕26不粘附垃圾，可以說(shuō)使之具有防 塵功能十分重要。
實(shí)施形態(tài)21
在上述實(shí)施形態(tài)18中，對(duì)框架27采用高精度高剛性的器材成型， 屏幕26安裝在框架27上的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以如圖58所示的 那樣，經(jīng)由具有內(nèi)部應(yīng)力的器材41在框架27上安裝屏幕26。
這樣一來(lái)在經(jīng)由具有內(nèi)部應(yīng)力的器材41在框架27上安裝屏幕26 的情況下，就能夠?qū)ζ聊?6的前面給與張力以抑制撓曲。
作為張力機(jī)構(gòu)，有邊對(duì)固定在屏幕26—端的器材41給與應(yīng)力邊 在框架27上固定屏幕26的方法。
另外，作為器材41，可以通過(guò)使用橡膠等彈性體來(lái)給與張力。
由于在使用張力機(jī)構(gòu)時(shí)，不要求屏幕26單體上為剛體，故還可 以呈薄板狀地構(gòu)成屏幕26。
實(shí)施形態(tài)22
在上述實(shí)施形態(tài)18中，給出了在光學(xué)板28上載置光學(xué)部22以 及反射部23的例子，但也可以如圖59所示的那樣，在光學(xué)部22的旁 邊配置遙控器的受光元件42。
即，如圖中的虛線所示的那樣，由光學(xué)部22投影的圖像(光線) 被反射部23反射了后，被反射鏡25反射到達(dá)屏幕26。
據(jù)此，觀察者可以看見到達(dá)了屏幕26的圖像(光線)，但如果 將由觀察者拿著的遙控器發(fā)出的光(紅外線)朝向屏幕26的方向，則 如圖實(shí)線所示的那樣，其走行的是與到達(dá)了觀察者處的光路完全相反
的光路。
因此，如果在光學(xué)部22的附近配置遙控器的受光元件42，將可 以高靈敏度地接收遙控器發(fā)出的光。 實(shí)施形態(tài)23
圖60所示是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)23的投影式顯示裝置的內(nèi)部電 路的構(gòu)成圖，圖中，因與圖50同樣的符號(hào)表示同一部分或相當(dāng)部分， 故略去其說(shuō)明。
電路24的RF電路50從通過(guò)天線接收到的電波中提取聲音信號(hào) 和視頻信號(hào)。
電路24的聲音信號(hào)處理部51實(shí)施對(duì)應(yīng)從RF電路50提取的聲 音信號(hào)的眾所周知的聲音信號(hào)處理，并使揚(yáng)聲器52輸出聲音。
電路24的視頻信號(hào)處理部53實(shí)施對(duì)應(yīng)從RF電路50提取的視 頻信號(hào)的眾所周知的視頻信號(hào)處理。這里，視頻信號(hào)處理部53具有校 正屏幕26 (成像顯示板3)的成像面的畸變的幾何學(xué)的校正電路(幾 何學(xué)校正裝置)或校正其成像面的顏色的色彩校正電路(色彩校正裝 置)。
燈控制部54在視頻信號(hào)處理部53的指示之下，控制從燈21出 射的光。
色彩控制部55在視頻信號(hào)處理部53的色彩校正電路的指示之下 控制光學(xué)部22的彩色轉(zhuǎn)盤。但在由3板式光閥構(gòu)成的裝置中，因色彩 控制由各光岡進(jìn)行，故不需要彩色轉(zhuǎn)盤。
光閥控制部56在視頻信號(hào)處理部53的幾何學(xué)校正電路的指示之 下控制光學(xué)部22的光閥。
其次對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
從天線或者外部輸入的電波被輸出給RF電路50，RF電路50從 該電波中提取聲音信號(hào)和視頻信號(hào)。
聲音信號(hào)處理部51實(shí)施對(duì)應(yīng)從RF電路50提取的聲音信號(hào)的眾 所周知的聲音信號(hào)處理。
由此，可以從揚(yáng)聲器52輸出聲音，聲音將到達(dá)觀察者的耳中。
視頻信號(hào)處理部53實(shí)施對(duì)應(yīng)從RF電路50提取的視頻信號(hào)的眾 所周知的視頻信號(hào)處理，控制燈控制部54、色彩控制部55以及光閥 控制部56。
燈控制部54在視頻信號(hào)處理部53的指示之下，控制從燈21出 射的光。
從燈21出射的光經(jīng)過(guò)光學(xué)部22的照明光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了均勻化 后，在色彩控制部55的指示之下，根據(jù)需要通過(guò)彩色轉(zhuǎn)盤進(jìn)行著色。 但控制光學(xué)部22的彩色轉(zhuǎn)盤。但在使用3板式光閥時(shí)，可以替代彩色 轉(zhuǎn)盤使用彩色分離光學(xué)系統(tǒng)。
另外，通過(guò)彩色轉(zhuǎn)盤進(jìn)行了著色的光在光閥控制部56的指示之 下，通過(guò)光閥調(diào)制強(qiáng)度生成圖像。
由光閥所生成的圖像被透鏡投影到反射部23。
若反射部23接收到來(lái)自光學(xué)部22的圖像的投影便反射其圖像。
反射鏡25使由反射部23反射的圖像(光線)反射到屏幕26的方向。
由于屏幕26由菲涅爾光學(xué)元件1和成像顯示板3構(gòu)成，故菲涅 爾光學(xué)元件2將從反射鏡25反射來(lái)的光線折曲到法線方向，并使該光 線成像在成像顯示板3上。
由此，圖像將到達(dá)觀察者的眼中。
但是，由于在屏幕26上存在稍許的著色或透過(guò)效率分布等，故 色彩控制部55以及光閥控制部56將在視頻信號(hào)處理部53內(nèi)的色彩校 正電路的指示之下，可以符合標(biāo)準(zhǔn)地、適當(dāng)?shù)貙?shí)施色彩校正，以合適 的色彩均勻地進(jìn)行顯示。
此外，因設(shè)置場(chǎng)所不同而可以想象明亮的場(chǎng)所、黑暗的場(chǎng)所、帶 有彩色照明的場(chǎng)所等各種各樣的條件，故如果能夠通過(guò)遙控器或者操 作按鈕調(diào)節(jié)校正的適度性，則可以實(shí)現(xiàn)能夠?qū)?yīng)各種環(huán)境的高適應(yīng)性 的裝置。
另外，在嚴(yán)酷的溫度.濕度環(huán)境中，也存在屏幕26產(chǎn)生撓曲的可 能性，此時(shí)，光閥控制部56將在視頻信號(hào)處理部53內(nèi)的幾何學(xué)校正
電路的指示之下，以電氣方式來(lái)校正圖像的畸變。
此外，上述的色彩校正或幾何學(xué)校正可以使用諸如下述文獻(xiàn)開示 的眾所周知的校正方法，在此省略去校正方法的具體內(nèi)容。
'色彩校正的校正方法—國(guó)際公開99/55074 .幾何學(xué)校正的校正方法—特開2004 - 153322號(hào)公報(bào) 如通過(guò)以上說(shuō)明可知的那樣，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)23，由于采用了具
有校正屏幕26的成像面的畸變的幾何學(xué)校正電路的構(gòu)成，故可以達(dá)到
消除屏幕26的成像面的畸變的效果。
另外，根據(jù)該實(shí)施形態(tài)23,由于采用了具有校正屏幕26的成像
面的色彩的色彩校正電路的構(gòu)成，故可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)均勻的彩色顯示的效果。
實(shí)施形態(tài)24
在上述實(shí)施形態(tài)18中，給出的是具有調(diào)整相對(duì)屏幕26的光學(xué)板 28的相對(duì)位置以及角度的調(diào)整機(jī)構(gòu)29的例子，但也可以如圖61以及 62所示的那樣，使之具有調(diào)整固定著屏幕26的框架27的角度的調(diào)整 才幾構(gòu)(電動(dòng)搖動(dòng)才幾構(gòu)61、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)62)。
如圖61以及圖62所示的那樣，如果在顯示器的臺(tái)60上設(shè)置電 動(dòng)搖動(dòng)機(jī)構(gòu)61以及電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)62，則可以最大限度地靈活應(yīng)用視 場(chǎng)特性。
即，通常顯示器的亮度是設(shè)計(jì)成是屏幕26的法線方向最亮。因 此，在偏離了法線方向的位置進(jìn)行視聽時(shí)，將以損失了亮度的狀態(tài)進(jìn) 行視聽。特別地，相對(duì)顯示器的上下方向的光的出射角度的光的出射 強(qiáng)度分布(以后稱之為指向性分布) 一般都設(shè)定為窄于左右方向的指 向性分布。
在該實(shí)施形態(tài)24中，由于設(shè)置了電動(dòng)搖動(dòng)機(jī)構(gòu)61，故通過(guò)使用 電動(dòng)搖動(dòng)機(jī)構(gòu)61實(shí)施搖動(dòng)調(diào)節(jié)，可以使在偏離法線方向的位置進(jìn)行視 聽時(shí)也能夠觀看到確保了畫面亮度的圖像。
特別是在接收遙控器的信號(hào)動(dòng)作電動(dòng)搖動(dòng)機(jī)構(gòu)61或電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)62的構(gòu)成中，可以進(jìn)一步提高觀察者的便利性。
在上述實(shí)施形態(tài)18~24中，是對(duì)設(shè)置有反射鏡25的薄型投影式 顯示裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但如圖63以及圖64所示的那樣，本發(fā)明也同 樣地適用于沒(méi)有設(shè)置反射鏡25的薄型投影式顯示裝置。
另外，在上述實(shí)施形態(tài)18~24中，是對(duì)在光學(xué)板28上設(shè)置了反 射部23的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以將反射部23固定在框架27上。 圖63的反射部23也可以同樣地固定在框架27上。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
如以上這樣，涉及本發(fā)明的菲涅爾光學(xué)元件適用于在使從投影儀 等發(fā)光體照射的光線反射到規(guī)定的方向時(shí)，需要防止因光線在折射面 的一部分反射所產(chǎn)生的非有用光出射到觀察者的方向以避免重像的顯 示的投影式顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種菲涅爾光學(xué)元件，在基底面上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有使從發(fā)光體照射的光線折射的折射面和使在上述折射面折射后的光線反射的反射面的菲涅爾棱鏡，其特征在于在上述基底面上混雜有上述折射面和上述反射面所成的棱鏡頂端角相互不同的菲涅爾棱鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲涅 爾棱鏡的折射面之中、被其他的菲浬爾棱鏡遮斷而不從發(fā)光體直接照 射光線的非入射面，使用吸收光線的光吸收器材或者使光線擴(kuò)散的光 擴(kuò)散器材來(lái)形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于在菲 涅爾棱鏡的介質(zhì)中添加有吸收光線的光吸收物質(zhì)或者使光線擴(kuò)散的光 擴(kuò)散物質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲涅 爾棱鏡的折射面、或者出射在反射面反射后的光線的菲涅爾棱鏡的出 射面中的至少一方實(shí)施AR鍍層處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于基底 的厚度小于或等于像素大小的一半。
6. —種菲涅爾光學(xué)元件，在基底面上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有 使從發(fā)光體照射的光線折射的折射面和使在上述折射面折射后的光線 反射的反射面的菲涅爾棱鏡，其特征在于在基底面上混雜有缺少上 述折射面和上述反射面相交而成的頂端部分之一部分或全部的菲涅爾 棱鏡和不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲涅 爾棱鏡的折射面之中、被其他的菲涅爾棱鏡遮斷而不從發(fā)光體直接照 射光線的非入射面，使用吸收光線的光吸收器材或者使光線擴(kuò)散的光 擴(kuò)散器材來(lái)形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于在菲 涅爾棱鏡的介質(zhì)中添加有吸收光線的光吸收物質(zhì)或者使光線擴(kuò)散的光 擴(kuò)散物質(zhì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲涅 爾棱鏡的折射面、或者出射在反射面反射后的光線的菲涅爾棱鏡的出 射面中的至少一方實(shí)施AR鍍層處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于基底 的厚度小于或等于像素大小的一半。
11. 一種菲涅爾光學(xué)元件，在基底面上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有反射的反射面的菲涅爾棱鏡，其特征在于在基底面上交互配置有相 對(duì)于上述基底面的棱鏡高度為笫1高度的菲涅爾棱鏡和棱鏡高度為低 于第1高度的第2高度的菲涅爾棱鏡。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲 涅爾棱鏡的折射面之中、被其他的菲涅爾棱鏡遮斷而不從發(fā)光體直接 照射光線的非入射面，使用吸收光線的光吸收器材或者使光線擴(kuò)散的 光擴(kuò)散器材來(lái)形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于在 菲涅爾棱鏡的介質(zhì)中添加有吸收光線的光吸收物質(zhì)或者使光線擴(kuò)散的 光擴(kuò)散物質(zhì)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲 涅爾棱鏡的折射面、.或者出射在反射面反射后的光線的菲涅爾棱鏡的 出射面中的至少一方實(shí)施AR鍍層處理。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于基 底的厚度小于或等于像素大小的一半。
16. —種菲涅爾光學(xué)元件，在基底面上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有 使從發(fā)光體照射的光線折射的折射面和使在上述折射面折射后的光線 反射的反射面的菲涅爾棱鏡，其特征在于在上述基底面上混雜有相涅爾棱鏡。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲 涅爾棱鏡的折射面之中、被其他的菲涅爾棱鏡遮斷而不從發(fā)光體直接 照射光線的非入射面，使用吸收光線的光吸收器材或者使光線擴(kuò)散的 光擴(kuò)散器材來(lái)形成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于在 菲涅爾棱鏡的介質(zhì)中添加有吸收光線的光吸收物質(zhì)或者使光線擴(kuò)散的 光擴(kuò)散物質(zhì)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲 涅爾棱鏡的折射面、或者出射在反射面反射后的光線的菲涅爾棱鏡的 出射面中的至少一方實(shí)施AR鍍層處理。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于基底的厚度小于或等于像素大小的一半。
21. —種投影式顯示裝置，具備照射光線的發(fā)光體；在基底面 上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有使從上述發(fā)光體照射的光線折射的折射面 并且具有使在該折射面折射后的光線反射的反射面的菲涅爾棱鏡的菲 涅爾光學(xué)元件以及將在上述菲涅爾棱鏡的反射面反射后的光線進(jìn)行成 像的成像裝置，所述投影式顯示裝置的特征在于使用在上述基底面 上混雜有上述折射面和上述反射面所成的棱鏡頂端角相互不同的菲涅 爾棱鏡的菲涅爾光學(xué)元件。
22. —種投影式顯示裝置，具備照射光線的發(fā)光體；在基底面 上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有使從上述發(fā)光體照射的光線折射的折射面 并且具有使在該折射面折射后的光線反射的反射面的菲涅爾棱鏡的菲 涅爾光學(xué)元件以及將在上述菲涅爾棱鏡的反射面反射后的光線進(jìn)行成 像的成像裝置，所述投影式顯示裝置的特征在于使用在基底面上混 雜有缺少上述折射面和上述反射面相交而成的頂端部分之一部分或全 部的菲涅爾棱鏡和不缺少頂端部分的菲涅爾棱鏡的菲涅爾光學(xué)元件。
23. —種投影式顯示裝置，具備照射光線的發(fā)光體；在基底面 上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有使從上述發(fā)光體照射的光線折射的折射面涅爾光學(xué)元件以及將在上述^涅爾i鏡的反射面反射后的^線進(jìn)行成 像的成像裝置，所述投影式顯示裝置的特征在于使用在基底面上交 互配置有相對(duì)于上述基底面的棱鏡高度為第1高度的菲涅爾棱鏡和棱 鏡高度為低于第1高度的第2高度的菲涅爾棱鏡的菲涅爾光學(xué)元件。
24. —種投影式顯示裝置，具備照射光線的發(fā)光體；在基底面 上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有使從上述發(fā)光體照射的光線折射的折射面 并且具有使在該折射面折射后的光線反射的反射面的菲涅爾棱鏡的菲涅爾光學(xué)元件以及將在上述菲涅爾棱鏡的反射面反射后的光線進(jìn)行成像的成像裝置，所述投影式顯示裝置的特征在于使用在上述基底面 上混雜有相對(duì)于上述基底面的上述折射面以及上述反射面的傾斜度相 互不同的菲涅爾棱鏡的菲涅爾光學(xué)元件。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于菲涅 爾棱鏡的棱鏡頂端角在大于等于38度且小于等于65度的范圍。
26. —種菲涅爾光學(xué)元件，在基底面上呈鋸齒狀地配置多個(gè)具有 使從發(fā)光體照射的光線折射的折射面和使在上述折射面折射后的光線 反射的反射面的菲涅爾棱鏡，其特征在于欠缺上述折射面和上述反 射面相交而成的頂端部分之一部分。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的菲涅爾光學(xué)元件，其特征在于頂 端部分之一部分以全反射棱鏡的相似比率在0到0.1的范圍內(nèi)欠缺。
全文摘要
本發(fā)明公開一種菲涅爾光學(xué)元件及其投影式顯示裝置，采用以下構(gòu)成，即，菲涅爾棱鏡(12)的折射面(12a)之中、被其他的菲涅爾棱鏡(12)遮斷而不從投影儀(1)直接照射光線的非入射面(12c)相對(duì)于反射面(12b)的角度(τ’)與棱鏡頂端角(τ)不同。由此，就可以避免例如不透過(guò)折射面(12a)而經(jīng)過(guò)反射后的光線作為無(wú)用光被出射到觀察者的視場(chǎng)方向的狀況。
文檔編號(hào)G02B27/44GK101359062SQ200810145320
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2004年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者寺本浩平, 遠(yuǎn)藤貴雄, 鈴木浩志, 鹿間信介 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社