CN1495442A - 菲涅耳透镜片和透过型屏幕 - Google Patents

Abstract

菲涅耳透镜片具有光入射面和光射出面，在光入射面上形成直线或者圆弧状延伸的多个棱镜组。在构成该棱镜组的每个棱镜中，形成为了将入射的光全反射后射出到观察者侧的全反射面。在所述菲涅耳透镜片的光入射面的规定区域的棱镜的高度比在其它区域的棱镜的高度要高。

Description

菲涅耳透镜片和透过型屏幕

技术领域

本发明涉及一种用于投影电视(PTV)等的透过型屏幕中的菲涅耳透镜片，和使用它的透过型屏幕。更具体地说，本发明涉及能适用于从背侧使光陡然入射的类型的投影电视中的菲涅耳透镜片，和使用它的透过型屏幕。

背景技术

例如，在特开昭60-173533号公报和特开昭61-208041号公报中，如图7所示，公开了这样构成的菲涅耳透镜片70，其通过设置平行于入射面71的多个棱镜组72，同时在构成该棱镜组72的每个棱镜73上设置全反射面74，使得入射的光被全反射，出射到观察者一侧。

通过这样构成菲涅耳透镜片，能够将来自设置在该菲涅耳透镜片70的入射面一侧的光源的光(像)陡然地投影，结果，能够使投影电视薄型化。

但是，在这种菲涅耳透镜片中，存在这种情况，如图7的箭头V所示，产生在入射到棱镜上的光中没有到达全反射面74、通过菲涅耳透镜片的出射面全反射的光(在下文中将这种光称为“杂散光”)。如果产生这种“杂散光”，既重复地看到像(重像)，又降低了对比度。

即，如图8所示，在光80入射到这种菲涅耳透镜片70的入射面71的情况下，从菲涅耳透镜片70的出射面75射出理想的光80A，另一方面，从菲涅耳透镜片70的出射面75射出产生重像的光80B。

为了解决由这种“杂散光”导致的问题，例如，在特开昭62-113131号公报中，公开了这种发明，通过使没有到达棱镜的全反射面的光，即“杂散光”扩散，从而使其淡化。

但是，在该发明中，尽管能够将其做成既难于看见由杂散光产生的重像又很薄，但由于存在着杂散光扩散的情况没有变化，不能防止对比度的降低。

另外，例如，在特开昭63-139331号公报、特开昭63-30835号公报、特开昭63-32528号公报，以及特开平5-72634号公报等中，公开了这种发明，通过在不透过由全反射面反射的光(像)的部分设置光吸收层来吸收杂散光。

但是，在该发明中，必须严格地调整形成每个棱镜和光吸收层的位置关系。其原因是，如果这些位置偏离，就会产生观察者应该观察的像(光)被吸收的情况。因而，实际制造该发明中所公开的菲涅耳透镜片是非常困难的。另外，根据这个发明，由于产生杂散光本身，其一部分有效光将丢失。

发明内容

本发明是考虑这种情况作出来的，其主要目的是提供一种菲涅耳透镜片，它不像上述已有菲涅耳透镜片那样，而是对应一次产生杂散光的部分，而没有产生杂散光本身，同时提供使用它的透过型屏幕。

本发明涉及一种菲涅耳透镜片，具有光入射面和光射出面，来自光源的光射到光入射面上之后，从射出面射出，其特征在于：每个包括具有多个棱镜的多个棱镜组，各个棱镜具有将入射的光全反射，从光射出面射出的全反射面，菲涅耳透镜片的光入射面被区分成光源侧的规定区域和其它区域，规定区域内的棱镜的高度比其它区域的棱镜的高度高。

对于已有的问题，所谓的“杂散光”是通过入射到棱镜上的光中某些光没有到达全反射面而产生的，是由入射到棱镜的光的入射角和全反射面的位置关系而产生的。因此，尽管在一个菲涅耳透镜片的光入射面形成的棱镜组中，在构成该棱镜组的每个棱镜的整体中，不产生杂散光，但通过菲涅耳透镜片和光源的位置关系，即通过各个棱镜和入射到它上的光的入射角的关系，仅在菲涅耳透镜片的某个规定位置产生杂散光。

在这种情况下，按照本发明的菲涅耳透镜片，在产生所述杂散光的规定区域设置的棱镜的高度，比其它区域的棱镜的高度要高，从而能够防止产生杂散光。即考虑在该规定区域内存在任意棱镜的情况，如果该棱镜像现有的菲涅耳透镜片一样与其它区域的棱镜同样高，不入射到该棱镜上，入射到存在于比该棱镜还深的棱镜(距离光源比该棱镜还远的棱镜)而变为杂散光的光，在本发明的情况下，由于该棱镜的高度较高，所以不存在比该棱镜还深的棱镜，能够将该光入射到该棱镜上，结果，在该棱镜上形成的全反射面上能够全反射。

本发明还涉及一利菲涅耳透镜片，其特征在于，在规定区域内的棱镜其宽度比其它区域的棱镜的宽度窄。

本发明涉及一种菲涅耳透镜片，具有光入射面和光射出面，来自光源的光射到光入射面上之后，从光射出面射出，其特征在于：每个包括具有多个棱镜的多个棱镜组，各个棱镜具有将入射的光全反射，从光射出面射出的全反射面，菲涅耳透镜片的光入射面被区分成光源侧的规定区域和其它区域，规定区域内的棱镜的宽度比其它区域的棱镜的宽度窄。

按照本发明的菲涅耳透镜片，在产生所述杂散光的规定区域设置的棱镜的宽度，比其它区域的棱镜的宽度要窄，从而能够防止产生杂散光。即考虑在该规定区域内存在任意一个棱镜的情况，如果该棱镜的宽度象现有的菲涅耳透镜片一样与其它区域的棱镜的宽度相同，不入射到该棱镜上，入射到存在于比该棱镜还深的棱镜(距离光源比该棱镜还远的棱镜)而变为杂散光的光，在本发明的情况下，由于该棱镜和存在于深处的棱镜的宽度窄(即棱镜间的齿距窄)，所以没有存在于比该棱镜还深处的棱镜，能够将该光入射到该棱镜上，结果，在该棱镜上形成的全反射面上能够全反射。

本发明还涉及一种菲涅耳透镜片，其特征在于：菲涅耳透镜片的光入射面的规定区域是从光源入射到该光入射面的光的角度是35～45°的区域。

因为入射到菲涅耳透镜片的光入射面上的光的角度为35～45°的区域特别容易产生杂散光，所以通过将在该区域形成的棱镜形成为比在其它区域形成的棱镜高或者窄，能够有效地防止杂散光的产生。

本发明还涉及一种菲涅耳透镜片，其特征在于：在规定区域的棱镜的高度向着光源侧的方向逐渐变高。

按照本发明，能更确实地防止杂散光的发生。

本发明还涉及一种菲涅耳透镜片，其特征在于：在规定区域的棱镜的宽度向着光源侧的方向逐渐变窄。

根据本发明，能够更确实地防止杂散光的产生。

本发明还涉及一种菲涅耳透镜片，其特征在于：各个棱镜具有相同的顶角。

本发明涉及一种具有菲涅耳透镜片的透过型屏幕，该菲涅耳透镜片是这样的菲涅耳透镜片，具有光入射面和光射出面，来自光源的光入射到光入射面上之后，从射出面射出，在光入射面包括多个棱镜，其特征在于：各个棱镜具有将入射的光全反射，从光射出面射出的全反射面，菲涅耳透镜片的光入射面被区分成光源侧的规定区域和其它区域，规定区域内的棱镜的高度比其它区域的棱镜的高度高。

本发明涉及一种具有菲涅耳透镜片的透过型屏幕，该菲涅耳透镜片是这样的菲涅耳透镜片，具有光入射面和光射出面，来自光源的光入射到光入射面上之后，从射出面射出，在光入射面包括多个棱镜，其特征在于：各个棱镜具有将入射的光全反射，从光射出面射出的全反射面，菲涅耳透镜片的光入射面被区分成光源侧的规定区域和其它区域，规定区域内的棱镜的宽度比其它区域的棱镜的宽度窄。

按照本发明，由于在构成屏幕的菲涅耳透镜片中不产生杂散光，所以不产生双像(重像(ghost))，能够提供对比度好的屏幕。

附图说明

图1是关于本发明的第1实施形式的菲涅耳透镜片的厚度方向的截面图。

图2是关于本发明的第2实施形式的菲涅耳透镜片的厚度方向的截面图。

图3是在本发明的菲涅耳透镜片中位于规定区域的边界的棱镜的厚度方向的放大截面图。

图4是用于说明本发明的菲涅耳透镜片的规定区域的图。

图5是表示菲涅耳透镜片的通常使用状态的概略斜视图。

图6是本发明的透过型屏幕的一种形式的截面图。

图7是现有的菲涅耳透镜片的厚度方向的截面图。

图8是表示产生杂散光的原理的图。

图9是表示本发明的透过型屏幕的其它形式的图。

具体实施方式

下面，利用合适的图具体地说明本发明的菲涅耳透镜片和使用它的透过型屏幕。

图1是关于本发明的第1实施形式的菲涅耳透镜片的厚度方向的截面图。

图1所示的本发明的菲涅耳透镜片10，具有光入射面11和光射出面15，使得来自光源51的光射到光入射面11上之后，从光射出面15射出。该菲涅耳透镜片10具有设置在光入射面11一侧的多个棱镜组12。在每个棱镜13a-13f上，形成用于将入射的光全反射，射到观察者一侧的全反射面14a-14f，而且棱镜13a-13f具有大致相同的顶角16。而且，本发明的菲涅耳透镜片10的特征在于，光入射面11的光源51侧的规定区域(图1中符号a表示出的部分)中的棱镜(在图1中的13f)的高度，比在其它区域a’中的棱镜(在图1中，13a～13e)的高度高。

这里，在菲涅耳棱镜片10的厚度方向看每个棱镜13a-13f时，将从棱镜13a-13f的顶点17到菲涅耳棱镜片的光射出面15的距离称为棱镜13a-13f的高度(参照图1)。

而且，在规定的区域a用虚线表示的棱镜(符号13f’)是与在规定区域a之外的区域a’中的棱镜(在图1中，13a～13e)高度相同的棱镜。这是为了容易理解本发明的特点而辅助表示的，在本发明的实际菲涅耳透镜片10中不存在这种棱镜。

首先，说明根据本发明的菲涅耳透镜片10能够防止产生杂散光的理由。

考虑在图1的下方存在光源51的情况。

在这种情况下，在位于距光源51较远位置的棱镜(例如棱镜13b)中，由于光(箭头W，X)陡然入射到菲涅耳透镜片10上，所以入射到棱镜13b上的光(箭头W，X)全部到达全反射面14b而射出到观察者侧，不产生杂散光。

接着，考虑位于距光源51近的位置的棱镜。在现有的菲涅耳透镜片，即构成棱镜组12的每个棱镜13a-13f的高度全部相等的情况下，例如，作为存在于距光源51较近位置处的棱镜，考虑图1中波状线表示的13f’的情况，光(箭头Y，Z)以比较缓和的角度入射到棱镜13e上。为此，在现在注目的棱镜13e中，在距光源51近的一侧，从距邻近的棱镜(在图1中的13f’)的顶点17较远处通过的光(箭头Y)，如果入射到棱镜13e上，就到达设置在该棱镜13e上的全反射面14e，向观察者一侧射出。另一方面，在光源51的近侧，从邻近的棱镜13f’的顶点17附近通过的光(箭头Z)尽管入射到棱镜13e上，但不能到达全反射面14e，所以成为杂散光(箭头Z’)。

在这种情况下，如按照本发明的菲涅耳透镜片10，由于在产生所述杂散光的部分，即存在于图1所示的规定区域a中的棱镜(13f)的高度比其它区域中的棱镜(13a～13e)的高度要高，所以按照现有技术应当成为杂散光的光(箭头Z’)没有入射到棱镜13e上，而是入射到存在于光源侧的棱镜13f上。在这种情况下，如Z所示，到达设置在棱镜13f上的全反射面14f后，射出到观察者一侧。因此，在本发明的菲涅耳透镜片10中不产生杂散光。

也就是说，通过提高棱镜的高度，本发明的菲涅耳透镜片10使得将如果按现有技术的菲涅耳透镜片成为杂散光的光(Z’)入射到比原来入射的棱镜更靠这边的棱镜上(也就是说，更接近光源侧的棱镜)，从而防止了杂散光的产生。

关于本发明的第1实施形式的菲涅耳透镜片的规定区域a是在哪里，以及在该规定区域a中的棱镜的高度有多高，等等在后面详细地描述。

图2是关于本发明的第2实施形式的菲涅耳透镜片的厚度方向的截面图。

图2所示的本发明的菲涅耳透镜片20与前述的图1所示的菲涅耳透镜片10相同，具有光入射面21和光射出面25，在光入射面21上形成棱镜组22。

在构成该棱镜组22的每个棱镜23a-23f上，形成用于将入射的光全反射后射出到观察者一侧的全反射面24a-24f。然后，本发明的菲涅耳透镜片20，其特征在于，在光入射面21的规定区域(图2中的符号b表示的部分)中的棱镜(在图2中的23f)的宽度比其它区域b’中的棱镜(在图2中的23a-23e)的宽度窄。另外，在图2中的菲涅耳透镜片20的棱镜23a-23f具有顶点27和顶角26，各个棱镜23a-23f的顶角26大致相同。

这里，将从在每个棱镜23a-23f之间存在的谷部(棱镜的边界)28到夹着棱镜23a-23f的相邻的谷部28的距离，称为棱镜的宽度(参照图2)。该棱镜的宽度，基本上对应于棱镜23a-23f的顶点27之间的距离(齿距)。

而且，在规定的区域b用虚线表示的棱镜(符号23f’)是与在规定区域B之外的区域b’中的棱镜(在图2中，23a～23e)宽度相同的棱镜。这是为了容易理解本发明的特点而辅助表示的，在本发明的实际菲涅耳透镜片20中不存在这种棱镜。

首先，说明根据本发明的菲涅耳透镜片20能够防止产生杂散光的理由。

考虑与图1同样地在图2的下方存在光源51的情况。

在这种情况下，在位于距光源51较远位置的棱镜(例如棱镜23b)中，与所述图1中说明的情况相同，由于光(箭头W，X)陡然入射，所以由于入射到棱镜23b上的光(箭头W，X)全部到达全反射面24b而射出到观察者侧，不产生杂散光。

接着，如考虑存在于距光源51较近位置处的棱镜，在现有技术的菲涅耳透镜片中，在所述图1说明的棱镜23e中产生杂散光(箭头Z’)。

在这种情况下，如按照本发明的菲涅耳透镜片20，由于在产生所述杂散光的部分，即存在于图2所示的规定区域b中的棱镜(23f)的宽度比其它区域b’中的棱镜(23a～23e)的宽度要窄，所以按照现有技术应当成为杂散光的光(箭头Z’)入射到棱镜23f上，如箭头Z所示，到达设置在棱镜23f上的全反射面24f后，射出到观察者一侧。因此，在本发明的菲涅耳透镜片20中不产生杂散光。

也就是说，通过减小规定区域b的棱镜23f的宽度，即减少每个棱镜之间的齿距，本发明的菲涅耳透镜片20使得将如果按现有技术的菲涅耳透镜片成为杂散光的光(Z’)入射到比原来入射的棱镜更靠这边的棱镜上(也就是说，更接近光源51侧的棱镜23f)，从而防止了杂散光的产生。

总而言之，正如通过上述第1实施例、第2实施例更清楚本发明的菲涅耳透镜片(10，20)那样，在某个任意的棱镜(13e)中，在入射到该棱镜上的光(Y，Z)中，在存在没有到达全反射面的光的情况下，将比该棱镜(13e)更接近光源51的邻近的其它棱镜(13f)的高度提高为比该棱镜(13e)的高度还高。或者，将比该棱镜(23e)更接近光源51侧的邻近的其它棱镜(23f)的齿距减小为比通常部分的棱镜的齿距还窄，减小该棱镜(23e)本身的宽度。通过这样，能将没有到达所述全反射面的光(Z’)入射到所述其它棱镜(13f，23f)上，从而到达全反射面(14f，24f)，消除了杂散光的产生。

下面，详细地说明在这种本发明的菲涅耳透镜片中，存在于规定区域a，b中的棱镜的高度以及棱镜的宽度，即棱镜的齿距。

图3是在本发明的菲涅耳透镜片中位于规定区域a的边界的棱镜的厚度方向的放大截面图。

图3所示的棱镜①是存在于规定区域之外的棱镜，棱镜②是存在于规定区域中的棱镜。在这种情况下，来说明在棱镜①产生杂散光的情况下，棱镜②的高度高到什么程度，以及棱镜②的宽度窄到什么程度。

将从光源向棱镜①入射的光的角度设为θ₁。这样，图示的入射光α是能够利用棱镜①的全反射面反射的临界光，从比这个入射光α还靠近棱镜②侧通过的光，即通过图中的线段HD和线段KD的入射光不能到达棱镜①的全反射面，成为杂散光。

因此，在本发明的菲涅耳透镜片中，如果要使通过线段HD和线段KD的入射光很好地入射到棱镜②上，从而，(1)仅将存在于比棱镜①还靠近光源侧的棱镜②的高度增高线段HD的长度，或者，(2)可以仅将棱镜①的宽度变窄线段KD的长度(也就是说，可以使得棱镜②的顶点位置移动到点K)。此时，棱镜①的顶点和棱镜②的顶点之间的齿距仅变窄线段KD的长度。

另外，在本发明的菲涅耳透镜片中，也可以不分别单独进行所述(1)(2)，可以(3)一边增高棱镜②的高度，一边变窄其宽度。这种情况下，也可以使棱镜②的顶点位于线段HK上。

各个线段的长度能够通过下面的公式计算出。

线段HD能够从线段HI中减去h而求出。h能够利用下述的(公式1)表达式算出。

[公式1]

$h=\frac{\tan \mathrm{\φ}\·\tan (\mathrm{\π}-\mathrm{\φ}-\mathrm{\δ})}{\tan \mathrm{\φ}+\tan (\mathrm{\π}-\mathrm{\φ}-\mathrm{\δ})}P$

下面，由于线段HI是线段HG和线段GI的和，所以为了求出线段GI，如果考虑△AFC，则由于∠FAC＝γ+θ₂，所以s能够利用下述的(公式2)表达式算出。

[公式2]

$\mathrm{GI}=s=\frac{\tan (\mathrm{\π}-\mathrm{\φ}-\mathrm{\δ})\·\tan (\mathrm{\γ}+{\mathrm{\θ}}_3)}{\tan (\mathrm{\π}-\mathrm{\φ}-\mathrm{\δ})+\tan (\mathrm{\γ}+{\mathrm{\θ}}_3)}P$

下面，如果考虑△HGF，能够推导出下述的(公式3)表达式。

[公式3]

HG＝FG·tan(γ+θ₂)＝(JC+CI)·tan(γ+θ₂)

这里，线段JC和线段CI能够分别通过下述的(公式4)和(公式5)表达式求出。

[公式4]

$\mathrm{JC}=\frac{\tan ({\mathrm{\θ}}_3+\mathrm{\γ})}{\tan ({\mathrm{\θ}}_3+\mathrm{\γ})+\tan (\mathrm{\π}-\mathrm{\φ}-\mathrm{\δ})}P$

[公式5]

$\mathrm{CI}=\frac{\tan (\mathrm{\π}-\mathrm{\φ}-\mathrm{\δ})}{\tan \mathrm{\φ}+\tan (\mathrm{\π}-\mathrm{\φ}-\mathrm{\δ})}P$

这里，γ＝θ₁-φ-π/2，θ₂＝π-θ₁-φ-δ，θ₃＝arcsin(sinθ₂/n)。

因此，通过将上述(公式4)表达式和(公式5)表达式代入(公式3)表达式，能够计算出线段HG。另外，通过从上述(公式2)表达式和(公式3)表达式的和中减去(公式1)表达式的h，能够求出线段HD。

[公式6]

HD＝HG+GI-h

下面，利用△HGF与△HDK相似，能够通过下述(公式7)表达式算出线段KD。

[公式7]

KD＝HD FG/HG

可是，使用图3和上述公式说明的本发明的特点(棱镜②的高度和宽度)是将存在于规定区域a的边界处的棱镜①作为基准计算出来的。因此，例如邻近图3所示的棱镜②、存在于更接近光源侧的棱镜(这里称作棱镜③)的大小和宽度，能够以棱镜②为基准计算出。即，如利用图3来说明，也可以将棱镜①的高度和宽度作为基准来计算棱镜②的高度和宽度，进一步将算出的棱镜②的高度作为基准来计算出棱镜③的高度和宽度。这样，依次，在计算出存在于规定区域a的棱镜的高度和宽度来形成菲涅耳透镜片的情况下，结果，存在于规定区域a内的棱镜逐渐变高，或者宽度逐渐变窄，但这种菲涅耳透镜片也是本发明的菲涅耳透镜片的一种形式。

下面，说明本发明的菲涅耳透镜片的规定区域。将在所述图1和图2中说明的能够产生杂散光的区域称为本发明的菲涅耳透镜片的规定区域a，b。能够产生杂散光的区域是通过光源和菲涅耳透镜片的位置关系、还有在菲涅耳透镜片的光入射面上形成的棱镜的形状等确定的区域，但也可以是来自光源的光入射到菲涅耳透镜片的光入射面的角度比较缓和的区域。

在该规定区域a，b，依靠棱镜的前端角度和棱镜的折射率，从而能够进行光学设计。下面使用图4说明之。如图4所示，如果设入射角为θ₁，设菲涅耳透镜的材料的折射率为n，设通过棱镜的第2面反射后相对于菲涅耳透镜片的法线的图像光进入的角度为θ₄，设棱镜的前端角度为δ，则利用下面的表达式(公式8)表示本发明使用的全反射型菲涅耳透镜的透镜角度φ。

[公式8]

$\tan \mathrm{\φ}=\frac{(n\×\sin (\mathrm{\δ}+{\mathrm{\θ}}_4)+\sin (\mathrm{\δ}+{\mathrm{\θ}}_1))}{(n\×\cos (\mathrm{\δ}+{\mathrm{\θ}}_4)-\cos (\mathrm{\δ}+{\mathrm{\θ}}_1))}$

另外，如果观察者一侧的光射出面46是平坦的表面，在从菲涅耳透镜片射出的光线的射出角θ₅和透镜片内的图像光的进入角度θ₄之间，下述的表达式(公式9)成立。

[公式9]

sinθ₄＝sinθ₅/n

但是，γ＝φ+δ-π/2≥0。γ为负时，棱镜的第1面44的形状为倒锥形，菲涅耳透镜和菲涅耳透镜的成型型模事实上不能制造。为此，在设计上在γ＜0的部分，将棱镜的第1面44做成垂直，使棱镜的前端角δ变化，确定菲涅耳透镜的角φ。此时菲涅耳透镜的角度φ能够通过下面的表达式(公式10)来计算。

[公式10]

φ＝{arcsin(cosθ₁/n)+θ₄+π/2}/2

下面，下面考察在入射光线成为杂散光的部分存在的区域和不存在杂散光的区域的边界位置，从第1面44入射，恰好向棱镜的谷底A折射的图像光100。如果将向棱镜的第1面44的入射角度设为θ₂，将棱镜的第1面的折射角度设为θ₃，将菲涅耳透镜的透镜齿距(棱镜的齿距)设为p，将棱镜的第2面45的能适于用作全反射的部分B-K设为e₁，将棱镜的第2面45的不能进行全反射产生杂散光的部分K-D设为e₂，将棱镜的高度设为h，将棱镜的第1面的成为杂散光的部分和有效部分的边界的高度设为s，有效部分e₁能通过下面的表达式(公式11)表示。

[公式11]

e₁＝(h-s)×(tanγ+tanθ₁)

＝(h-s)×(tan(φ+δ-π/2)+tanθ₁)

这里，棱镜的高度h，和棱镜的第1面的成为杂散光的部分和有效部分的边界的高度s同样分别由(公式12)(公式13)表达式给出。

[公式12]

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]

在图4中，由P＝e₁+e₂明显地得出e₁≤P。入射角度θ₁越大，则有效部分的比e₁/P越大，在某个地方变为e₁＝P。即使入射角度比该e₁＝P的入射角度θ₁大，从棱镜的第1面44入射，通过第2面45没有全反射，从而成为向观察者侧一面成为杂散光的光不存在的区域。

下面，基于图4说明存在入射光线成为杂散光的区域的1个棱镜内的入射光线成为杂散光的部分和成为有效光的部分的边界位置。如已经说明的那样，图像光100从第1面44入射后，如果恰好射向棱镜的谷底A就是折射光。图像光100C是和图像光100平行的光线，是通过棱镜的极限顶点D，从第1面44入射，不能通过第2面45全反射而成为杂散光101的光。因此，第1面B-C中F-T部分是成为杂散光的部分。在第1面B-C中，B-F是成为有效光的部分，而F-T是成为杂散光的部分，而T-C是图像光不入射的部分。

图5是表示菲涅耳透镜片的通常使用状态的概略轴侧图。在将光源51(例如是投影机)和菲涅耳透镜片50布置成如图5所示的位置关系的情况下，在最接近光源51的部分(参照图中的符号50A)，由于入射到菲涅耳透镜片50的光入射面的角度比较缓和，该部分成为本发明的规定区域。通常情况下，在入射到菲涅耳透镜片的光入射面的光的角度(参照图3的符号θ₁)为35～45°的区域容易产生杂散光，因此，也可以将该区域设为本发明的规定区域。

从图5也可清楚地看出，在通常情况下，在菲涅耳透镜片50中产生杂散光的部分是非常狭小的区域，因此，尽管如上述地将该区域内的棱镜逐渐增高，也不会对菲涅耳透镜片的整体厚度有大的影响。

本发明的菲涅耳透镜片的材料和制造方法等不特别地限定，可以通过已有的公知的材料和制造方法来制造。

例如，作为菲涅耳透镜片的材料，能够列举出丙稀酸树脂、苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、氨基甲酸乙酯树脂，和这些的共聚合树脂等的透明塑料，作为制造方法，可以列举出UV成形、压制成形、热聚合成形、注射成形等方法。

图6是使用上述本发明的菲涅耳透镜片的本发明的透过型屏幕的一种实施形式的截面图。

如图6所示，本发明的透过型屏幕60，能够使用本发明的菲涅耳透镜片61，同时，适当使用具有扩散层62和光吸收层63等的双面凸的透镜片64，还有前面板65等来形成。

另外，作为图9所示的透过型屏幕60，也可以使用具有本发明的菲涅耳透镜片61，以及与这种菲涅耳透镜片61异体设置的双面凸的透镜片64的透过型屏幕。在这种透过型屏幕60中，来自光源51的光入射到菲涅耳透镜片61上。

在图9中，菲涅耳透镜片61的射出面不一定是平面，也可以形成V透镜或棱镜等。

下面，举例说明本发明的菲涅耳透镜片。

[实施例1]

画面尺寸为55″(16∶9)、投影距离为340mm、光源位置相对屏幕表面存在于距画面下端280mm的下方的背面投影型电视使用的屏幕是利用下述方法制造的。向该电视机的下端中央入射的入射光的角度为40°，向上端角入射的入射光的角度是73.4°。

通过利用具有38°的前端角的刀具进行切削加工形成全反射型的菲涅耳透镜用的金属模。菲涅耳齿距是0.1mm。最小切削半径是280mm，此时的透镜角是63.1°，最大切削半径是1150mm(有效部分1141mm)，此时的透镜角是49.8°。为了防止在画面下端附近的杂散光，在产生杂散光的半径280mm到348mm之间，依次对棱镜进行深切削，且切削程度大致为菲涅耳透镜片的中心附近的棱镜那样。结果，在为半径280mm的下端中心部分，与半径348mm以上的部位相比，深了7.55mm进行切削。

形成重合单元，该重合单元在一个面上，使用所述全反射菲涅耳透镜型模，在另外一个面上，使用由V形槽和凸曲面状射出部构成的双面凸的透镜型模。向该单元内注入使得光扩散性微粒分散的丙稀酸、苯乙烯共聚合作用系统的预聚合体(固化后的折射率为1.57)，通过热聚合铸造法形成背面投影型屏幕。在形成的背面投影型屏幕的双面凸的透镜侧的V形槽中填充使得吸光性微粒分散的低折射率树脂，作为背面投影型屏幕。

[对比例1]

除了在全反射菲涅耳透镜的半径280mm到348mm之间具有相同的透镜高度之外，形成与实施例1相同的背面投影型屏幕。

(实施例1和对比例1的比较)

将实施例1和对比例1的背面投影型屏幕安装到电视机上进行比较评价。在比较例1的背面投影型屏幕上，在画面下面部分能观察到重影，但在实施例1的背面投影型屏幕上，观察不到重影。

[实施例2]

画面尺寸为60″(4∶3)、投影距离为420mm、光源位置相对屏幕表面存在于距画面下端420mm的下方的背面投影型电视使用的屏幕是利用下述方法制造的。向该电视机的下端中央入射的入射光的角度为45°，向上端角入射的入射光的角度是74°。

通过利用具有38°的前端角的刀具进行切削加工形成全反射型的菲涅耳透镜用的金属型模。菲涅耳齿距是0.1mm。为了防止在画面下端附近的杂散光，在产生杂散光的半径4200mm到432mm之间，在与向该棱镜入射的入射光垂直的方向上，依次在变深且齿距变小的方向切削棱镜。结果，在为半径4200mm的下端中心部分，齿距变为0.045mm，与432mm以上的部位相比，深了0.055mm形成。

在所述全反射菲涅耳透镜型模中，注入固化后折射率是1.55的UV固化型树脂，覆盖厚度为1mm的丙稀酸基层材料，照射UV使之固化，形成全反射菲涅耳透镜片。

另一方面，在0.2mm的PET薄膜的单面上形成截面为梯形的双面凸的透镜，在梯形形状的各个梯形之间的V形槽内填充能分散吸光性微粒的低折射率树脂，成为双面凸的透镜薄膜，准备在板厚为1.5mm的丙稀酸基层材料中混入了光扩散性微粒的支持板，将所述全反射菲涅耳透镜片、双面凸的透镜薄膜、支持板顺序叠加而形成背面投影型屏幕。

[对比例2]

除了在全反射菲涅耳透镜的半径420mm到432mm之间具有相同的透镜高度和相同的透镜齿距之外，形成与实施例2相同的背面投影型屏幕。

(实施例2和对比例2的比较)

将实施例2和对比例2的背面投影型屏幕安装到电视机上进行比较评价。在比较例2的背面投影型屏幕上，在画面下面部分能观察到重影，但在实施例2的背面投影型屏幕上，观察不到重影。

按照本发明，在菲涅耳透镜片中，由于设置在产生杂散光的规定区域中的棱镜的高度形成为比在其它区域中的棱镜的高度要高，或者该棱镜的宽度形成为较窄，所以能够使本来成为杂散光的入射光到达全反射面，结果，能够防止产生杂散光。

Claims (13)

1.一种菲涅耳透镜片，具有光入射面和光射出面，来自光源的光射到光入射面上之后，从射出面射出，

其特征在于：

每个包括具有多个棱镜的多个棱镜组，

各个棱镜具有将入射的光全反射，从光射出面射出的全反射面，菲涅耳透镜片的光入射面被区分成光源侧的规定区域和其它区域，规定区域内的棱镜的高度比其它区域的棱镜的高度高。

2.根据权利要求1所述的菲涅耳透镜片，其特征在于：

在规定区域内的棱镜其宽度比其它区域的棱镜的宽度窄。

3.一种菲涅耳透镜片，具有光入射面和光射出面，来自光源的光射到光入射面上之后，从光射出面射出，

其特征在于：

每个包括具有多个棱镜的多个棱镜组，

各个棱镜具有将入射的光全反射，从光射出面射出的全反射面，菲涅耳透镜片的光入射面被区分成光源侧的规定区域和其它区域，规定区域内的棱镜的宽度比其它区域的棱镜的宽度窄。

4.根据权利要求1或3所述的菲涅耳透镜片，其特征在于：菲涅耳透镜片的光入射面的规定区域是从光源入射到该光入射面的光的角度是35～45°的区域。

5.根据权利要求1或2所述的菲涅耳透镜片，其特征在于：在规定区域的棱镜的高度向着光源侧的方向逐渐变高。

6.根据权利要求2或3所述的菲涅耳透镜片，其特征在于：在规定区域的棱镜的宽度向着光源侧的方向逐渐变窄。

7.根据权利要求1或3中任何一个所述的菲涅耳透镜片，其特征在于：各个棱镜具有相同的顶角。

8.根据权利要求1所述的菲涅耳透镜片，其特征在于：各个棱镜的宽度相同。

9.根据权利要求3所述的菲涅耳透镜片，其特征在于：各个棱镜的高度相同。

10根据权利要求2所述的菲涅耳透镜片，其特征在于：在规定区域的棱镜的高度向着光源侧的方向逐渐变高，而且，在规定区域的棱镜的宽度向着光源侧的方向逐渐变窄。

11.一种透过型屏幕，在具有菲涅耳透镜片的透过型屏幕中，该菲涅耳透镜片是这样的菲涅耳透镜片，具有光入射面和光射出面，来自光源的光入射到光入射面上之后，从光射出面射出，

其特征在于：

每个包括具有多个棱镜的多个棱镜组，

各个棱镜具有将入射的光全反射，从光射出面射出的全反射面，菲涅耳透镜片的光入射面被区分成光源侧的规定区域和其它区域，规定区域内的棱镜的高度比其它区域的棱镜的高度高。

12.一种透过型屏幕，在具有菲涅耳透镜片的透过型屏幕中，该菲涅耳透镜片是这样的菲涅耳透镜片，具有光入射面和光射出面，来自光源的光入射到光入射面上之后，从光射出面射出，

其特征在于：

每个包括具有多个棱镜的多个棱镜组，

各个棱镜具有将入射的光全反射，从光射出面射出的全反射面，菲涅耳透镜片的光入射面被区分成光源侧的规定区域和其它区域，规定区域内的棱镜的宽度比其它区域的棱镜的宽度窄。

13.根据权利要求11所述的透过型屏幕，其特征在于：规定区域内的棱镜的宽度比其它区域的棱镜的宽度窄。

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