JP2001337206A - フレネルレンズ - Google Patents
フレネルレンズInfo
- Publication number
- JP2001337206A JP2001337206A JP2000156501A JP2000156501A JP2001337206A JP 2001337206 A JP2001337206 A JP 2001337206A JP 2000156501 A JP2000156501 A JP 2000156501A JP 2000156501 A JP2000156501 A JP 2000156501A JP 2001337206 A JP2001337206 A JP 2001337206A
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- Japan
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- fresnel lens
- reflection
- angle
- lens
- light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、フレネルレンズを構成する反射面で
の反射もしくは全反射を用いてレンズ効果を得る手段に
より、高い透過効率を有する大口径のフレネルレンズを
提供する事を目的とする。 【解決手段】光源やプロジェクタ側に、レンズ部の凹凸
面が向くように配置して使用されるフレネルレンズにお
いて、前記フレネルレンズが、入射する光線を屈折せし
める屈折面と、その屈折面により屈折した光線を反射す
る反射面とを有する事を特徴とするフレネルレンズであ
る。
の反射もしくは全反射を用いてレンズ効果を得る手段に
より、高い透過効率を有する大口径のフレネルレンズを
提供する事を目的とする。 【解決手段】光源やプロジェクタ側に、レンズ部の凹凸
面が向くように配置して使用されるフレネルレンズにお
いて、前記フレネルレンズが、入射する光線を屈折せし
める屈折面と、その屈折面により屈折した光線を反射す
る反射面とを有する事を特徴とするフレネルレンズであ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＯＨＰ、製版用プ
リンター、背面投射型ディスプレイ等の光学製品に適用
されるフレネルレンズに関する。
リンター、背面投射型ディスプレイ等の光学製品に適用
されるフレネルレンズに関する。
【０００２】フレネルレンズは、光学レンズ本体の中で
不要な部分を除去し、前記レンズと同等の光学特性を奏
する様にしたシート状のレンズである。従来のフレネル
レンズは、鋸歯状の凸凹（プリズム）が同心円上に並列
した構成となっており、傾斜を付けたプリズムによる屈
折作用によって入射光を屈折させ、シート全体でレンズ
として作用する様構成される。
不要な部分を除去し、前記レンズと同等の光学特性を奏
する様にしたシート状のレンズである。従来のフレネル
レンズは、鋸歯状の凸凹（プリズム）が同心円上に並列
した構成となっており、傾斜を付けたプリズムによる屈
折作用によって入射光を屈折させ、シート全体でレンズ
として作用する様構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のフレネルレンズ
では、プリズムによる光線の屈折作用を用いる為、特に
大口径レンズを実現するに際して、以下の様な物理的な
制約が生じる。 １）屈折透過率の減少 ２）屈折面への光線入射角度の制限
では、プリズムによる光線の屈折作用を用いる為、特に
大口径レンズを実現するに際して、以下の様な物理的な
制約が生じる。 １）屈折透過率の減少 ２）屈折面への光線入射角度の制限
【０００４】この為、従来のフレネルレンズは、通常の
単レンズより大口径が可能であるという特長を有しなが
らも、その大口径化に限界が有る。プリズムの屈折面の
設置角度を任意に設定可能な場合は、フレネルレンズを
構成する材質の屈折率に依って制限され、例えば屈折率
ｎ＝１．５の場合、概ねＦ／０．５に制限される。現実
には加工上の理由からプリズムの角度範囲も制限を受け
るため、多くの場合これよりも口径が小さくなる事は言
うまでもない。
単レンズより大口径が可能であるという特長を有しなが
らも、その大口径化に限界が有る。プリズムの屈折面の
設置角度を任意に設定可能な場合は、フレネルレンズを
構成する材質の屈折率に依って制限され、例えば屈折率
ｎ＝１．５の場合、概ねＦ／０．５に制限される。現実
には加工上の理由からプリズムの角度範囲も制限を受け
るため、多くの場合これよりも口径が小さくなる事は言
うまでもない。
【０００５】本発明は、上記課題を鑑みてなされたもの
であって、フレネルレンズを構成する反射面での反射も
しくは全反射を用いてレンズ効果を得る手段により、高
い透過効率を有する大口径のフレネルレンズを提供する
事を目的とする。
であって、フレネルレンズを構成する反射面での反射も
しくは全反射を用いてレンズ効果を得る手段により、高
い透過効率を有する大口径のフレネルレンズを提供する
事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、光源やプロジェクタ側に、レン
ズ部の凹凸面が向くように配置して使用されるフレネル
レンズにおいて、前記フレネルレンズが、入射する光線
を屈折せしめる屈折面と、その屈折面により屈折した光
線を反射する反射面とを有する事を特徴とするフレネル
レンズである。
に、請求項１の発明は、光源やプロジェクタ側に、レン
ズ部の凹凸面が向くように配置して使用されるフレネル
レンズにおいて、前記フレネルレンズが、入射する光線
を屈折せしめる屈折面と、その屈折面により屈折した光
線を反射する反射面とを有する事を特徴とするフレネル
レンズである。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１記載のフレネ
ルレンズにおいて、前記反射面の配設角度を、その入射
光に対してを全反射させる角度に設定した事を特徴とす
る。反射面での光線の反射に全反射が起こる角度とし
て、屈折面、反射面の配設角度を調整・配設したもので
ある。
ルレンズにおいて、前記反射面の配設角度を、その入射
光に対してを全反射させる角度に設定した事を特徴とす
る。反射面での光線の反射に全反射が起こる角度とし
て、屈折面、反射面の配設角度を調整・配設したもので
ある。
【０００８】請求項３の発明は、請求項１記載のフレネ
ルレンズにおいて、前記フレネルレンズの中心部と端部
での光線透過率が等しくなる輪帯位置近傍を境界とし、
それよりも内側の中心部では入射光を屈折のみにより射
出させるように、またその外側端部では入射光を屈折し
た後、反射により射出させるように設定した事を特徴と
する。
ルレンズにおいて、前記フレネルレンズの中心部と端部
での光線透過率が等しくなる輪帯位置近傍を境界とし、
それよりも内側の中心部では入射光を屈折のみにより射
出させるように、またその外側端部では入射光を屈折し
た後、反射により射出させるように設定した事を特徴と
する。
【０００９】請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか
１項に記載のフレネルレンズにおいて、前記反射面に、
反射層を設けた事を特徴とする。
１項に記載のフレネルレンズにおいて、前記反射面に、
反射層を設けた事を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一例としての実施
の形態について図に基づいて詳細に説明する。
の形態について図に基づいて詳細に説明する。
【００１１】図１は、本発明のフレネルレンズの要部断
面図である。光軸に対して所定の屈折面角度（２）を持
つ屈折面（１）と、所定の反射面角度（４）を持つ反射
面（３）の２面から構成されるプリズムが、フレネルレ
ンズの一面に配設されている。ここで光源から所定の入
射角度（６）で入射光（５）が入射するとき、屈折面
（１）で反射面（３）方向へ屈折させる。この屈折され
た光線を反射面（３）で射出方向へ反射させる。その際
に反射面角度（４）と、前出の屈折面角度（２）を適切
に設計する事によって、全反射により反射させる事で、
高い反射率を簡単に得ることが出来、効率の向上に有用
である。
面図である。光軸に対して所定の屈折面角度（２）を持
つ屈折面（１）と、所定の反射面角度（４）を持つ反射
面（３）の２面から構成されるプリズムが、フレネルレ
ンズの一面に配設されている。ここで光源から所定の入
射角度（６）で入射光（５）が入射するとき、屈折面
（１）で反射面（３）方向へ屈折させる。この屈折され
た光線を反射面（３）で射出方向へ反射させる。その際
に反射面角度（４）と、前出の屈折面角度（２）を適切
に設計する事によって、全反射により反射させる事で、
高い反射率を簡単に得ることが出来、効率の向上に有用
である。
【００１２】この例では、光軸に対して４５度で入射す
る光線を、０度即ち平行光として射出する構成としてい
る。レンズ材の屈折率は１．５３、屈折面角度は２５．
２２度、反射面角度は２６．００度で、反射面では全反
射としている。
る光線を、０度即ち平行光として射出する構成としてい
る。レンズ材の屈折率は１．５３、屈折面角度は２５．
２２度、反射面角度は２６．００度で、反射面では全反
射としている。
【００１３】また、同様の配置で、屈折面角度４５．０
０度、反射面角度２２．５０度でも、反射面では全反射
となり、同様の効果を得る。前出の構成例と異なるの
は、屈折面を作用させない、即ち屈折を行わない様に配
置している点である。こうする事で、屈折面の角度公差
を緩和する事が出来、形状加工の難易度、すなわち加工
に要するコストを下げる事が可能となる。
０度、反射面角度２２．５０度でも、反射面では全反射
となり、同様の効果を得る。前出の構成例と異なるの
は、屈折面を作用させない、即ち屈折を行わない様に配
置している点である。こうする事で、屈折面の角度公差
を緩和する事が出来、形状加工の難易度、すなわち加工
に要するコストを下げる事が可能となる。
【００１４】また、反射面で反射、射出した光線はフレ
ネルレンズの裏面でもう一度屈折した後に射出する為、
ここでの射出光（７）の射出角度は最後の屈折も考慮し
なければならない事は言うまでもない。
ネルレンズの裏面でもう一度屈折した後に射出する為、
ここでの射出光（７）の射出角度は最後の屈折も考慮し
なければならない事は言うまでもない。
【００１５】このフレネルレンズは、ガラスや透明樹脂
等、光学用部材を用いて構成する事が可能で、生産効率
を考慮した場合、各種成形技術の応用し易い透明合成樹
脂シートが望ましい。
等、光学用部材を用いて構成する事が可能で、生産効率
を考慮した場合、各種成形技術の応用し易い透明合成樹
脂シートが望ましい。
【００１６】透明合成樹脂としてはポリメタクリル酸メ
チル等のアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、アクリ
ル−スチレン共重合体樹脂、スチレン樹脂、ポリ塩化ビ
ニール樹脂等を挙げる事ができる。
チル等のアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、アクリ
ル−スチレン共重合体樹脂、スチレン樹脂、ポリ塩化ビ
ニール樹脂等を挙げる事ができる。
【００１７】図２は、本発明の反射面に反射層を設けた
フレネルレンズの要部断面図である。反射面（３）に、
蒸着、スパッタ、メッキ、塗装、貼合などの手段を用い
て反射層（８）を形成させたプリズムである。こうする
事で、全反射角度から外れても光線の反射率を確保し、
多様な構成を実現出来る。
フレネルレンズの要部断面図である。反射面（３）に、
蒸着、スパッタ、メッキ、塗装、貼合などの手段を用い
て反射層（８）を形成させたプリズムである。こうする
事で、全反射角度から外れても光線の反射率を確保し、
多様な構成を実現出来る。
【００１８】ここで挙げた例はあくまで一例であり、こ
れらの形状を限定するものではない。
れらの形状を限定するものではない。
【００１９】また、フレネルレンズ全体としての光学的
に相当するレンズ形状は球面に限らず、非球面形状を用
いても良い事は言うまでもない。
に相当するレンズ形状は球面に限らず、非球面形状を用
いても良い事は言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】本発明により、光線の入射角度が大きく
なった場合に於いても、屈折面と反射面の角度を適宜設
定する事で、フレネルレンズを構成する事が可能であ
り、従来の屈折型のフレネルレンズと比較して格段に大
きな開口比の実現が可能である。
なった場合に於いても、屈折面と反射面の角度を適宜設
定する事で、フレネルレンズを構成する事が可能であ
り、従来の屈折型のフレネルレンズと比較して格段に大
きな開口比の実現が可能である。
【００２１】加えて、反射面で全反射が起こる様に形状
を設定する事で反射損失を抑えることができ、従来型の
フレネルレンズと遜色無い透過効率を得ることが可能で
ある。
を設定する事で反射損失を抑えることができ、従来型の
フレネルレンズと遜色無い透過効率を得ることが可能で
ある。
【００２２】また、反射面に反射層を設ける事で、プリ
ズムの形状を決める際に全反射を起こす条件から解放さ
れる為、形状の自由度が向上し、フレネルレンズの製造
コストを引き下げる手段として有用である。また、射出
面側は従来と同様平面で良いため、従来の工程での製造
が可能で、後加工などを必要としない。
ズムの形状を決める際に全反射を起こす条件から解放さ
れる為、形状の自由度が向上し、フレネルレンズの製造
コストを引き下げる手段として有用である。また、射出
面側は従来と同様平面で良いため、従来の工程での製造
が可能で、後加工などを必要としない。
【００２３】透過率がほぼ同じ輪帯位置を境として、従
来型のフレネルレンズと混在させる事で、境界部分の不
連続性を目立たせる事無く、フレネルレンズの屈折角が
小さい場合の加工を容易にする事が出来る。
来型のフレネルレンズと混在させる事で、境界部分の不
連続性を目立たせる事無く、フレネルレンズの屈折角が
小さい場合の加工を容易にする事が出来る。
【図１】本発明のフレネルレンズの要部断面図である。
【図２】本発明の反射面に反射層を設けたフレネルレン
ズの要部断面図である。
ズの要部断面図である。
（１）屈折面 （２）屈折面角度 （３）反射面 （４）反射面角度 （５）入射光 （６）入射角度 （７）射出光 （８）反射層
Claims (4)
- 【請求項１】光源又はプロジェクタ側に、レンズ部の凹
凸面が向くように配置して使用されるフレネルレンズに
おいて、 前記フレネルレンズが、入射する光線を屈折せしめる屈
折面と、その屈折面により屈折した光線を反射する反射
面とを有する事を特徴とするフレネルレンズ。 - 【請求項２】前記反射面の配設角度を、その入射光に対
して全反射させる角度に設定した事を特徴とする請求項
１記載のフレネルレンズ。 - 【請求項３】前記フレネルレンズの中心部と端部での光
線透過率が等しくなる輪帯位置近傍を境界とし、それよ
りも内側の中心部では入射光を屈折のみにより射出させ
るように、またその外側端部では入射光を屈折した後、
反射により射出させるように設定した事を特徴とする請
求項１記載のフレネルレンズ。 - 【請求項４】前記反射面に、反射層を設けた事を特徴と
する請求項１〜３の何れか１項に記載のフレネルレン
ズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000156501A JP2001337206A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | フレネルレンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000156501A JP2001337206A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | フレネルレンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001337206A true JP2001337206A (ja) | 2001-12-07 |
Family
ID=18661287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000156501A Pending JP2001337206A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | フレネルレンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001337206A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7242536B2 (en) | 2003-12-17 | 2007-07-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Fresnel optical element and projection display device |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59119340A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-10 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | フレネルレンズ |
| JPS62238501A (ja) * | 1986-04-02 | 1987-10-19 | ミネソタ マイニング アンド マニユフアクチユアリング カンパニ− | 透明材料レンズ |
| JPH05120902A (ja) * | 1991-04-16 | 1993-05-18 | Britax Vega Ltd | 乗物用ランプ |
| JPH05281402A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-29 | Sunx Ltd | 光学装置 |
| JPH08512142A (ja) * | 1993-06-29 | 1996-12-17 | ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニー | 色消しフレネルレンズを有するオーバーヘッドプロジェクタ |
| JPH11133208A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Fuji Kasei Kk | 面光源変換用光学素子 |
| JPH11190876A (ja) * | 1997-09-17 | 1999-07-13 | Eastman Kodak Co | Ｔｉｒ面を有する集光レンズ素子を含むカメラフラッシュユニット |
-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000156501A patent/JP2001337206A/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7242536B2 (en) | 2003-12-17 | 2007-07-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Fresnel optical element and projection display device |
| US7746570B2 (en) | 2003-12-17 | 2010-06-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Fresnel optical element and projection display apparatus |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090929 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100112 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100315 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100406 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100607 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100629 |