JP2003302705A6 - フレネルレンズシート - Google Patents

Abstract

【課題】中心部に発生する迷光を低減させ、ヘソ，カラーコーン、レインボーの発生を防止することを可能とする。
【解決手段】フレネルレンズシート１０は、隣り合ったｎ個（ｎは自然数）のフレネルレンズ部１１のレンズ高さｈを、任意の位置Ｄから中心Ｃまで、光学設計上のレンズ高さよりも高くするようにしてもよいし、隣り合ったｎ個のレンズ高さｈを、通常のレンズ高さよりも連続的に高くなるようにしてもよい。そして、隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、２個のフレネルレンズ部群で構成することが好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射型映像表示装置などに用いられるフレネルレンズシートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来のフレネルレンズシートの製造方法を説明する図である。従来のフレネルレンズシートは、図８（Ａ）に示すように、金属板を旋盤などの切削工具７０によって切削した金型８１を使用して製造していた。また、金型８１は、図８（Ｂ）に示すように、２Ｐ（ｐｈｏｔｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ）法やプレス法、鍍金法などにより複製８２を作製して使用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、金型８１を切削する場合には、切削工具７０の磨耗や金属板の切削性から、レンズ各部の形状が微小領域で変形する場合がある。例えば、図８（Ａ）に示すように、新品の切削工具７０を用いて、金型８１の外周部を切削した切削開始時には、正確なレンズ型形状を作製できたとしても、金型８１の中心部を切削する切削終了時には、切削工具７０が摩耗して、レンズ型形状が変形してしまうことがあった。
【０００４】
また、図８（Ｂ）に示すように、金型８１から複製８２を作製して使用する場合に、金型形状を正確に転写できないことがあった。
【０００５】
従って、従来のフレネルレンズシートは、上記いずれの場合であっても、製作されたレンズ形状が設計値通りの形状とは微妙に異なった形状となることがあった。このようなフレネルレンズシートは、レンズ形状の微妙な変化によって設計とは異なる方向へ出射する迷光と呼ばれる光線が発生してしまう。さらに、フレネルレンズシートは、凸レンズを同心円状に輪切りにした形状であるためにレンズ面８１ａと非レンズ面８１ｂが存在するので、フレネルレンズシート内部で乱反射した光線が、非レンズ面８１ｂを通過して、設計とは異なる方向へ出射する迷光が発生してしまう。この迷光は、フレネルレンズシートの中心部で発生すると、観察者に不快な明るさムラとなって見えることとなり、外周部で発生すると、色ムラになって見えることとなる。
【０００６】
図９は、従来のフレネルレンズシートを組み込んだ透過型プロジェクションテレビ（ＰＴＶ）とその課題を示す図である。透過型ＰＴＶ９０は、上述したフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートを組み合わせたスクリーン９１に、光源からの映像を投射するが背面投射型映像表示装置である。この透過型ＰＴＶ９０は、例えば、図９（Ａ）に示すように、全白色信号を入力した状態で画面中央に対して、３０°〜４０°上方からスクリーン中心部を観察した場合に、０〜３００ｍｍの位置に、図９（Ｂ）に示すような扇状の色付部（カラーコーン）Ｂが観察される。特に、その中心（０〜２０ｍｍ）の位置には、貝殻状の白濁部（ヘソ）Ａが強く観察されることがあった。さらに、下方の３００〜４００ｍｍ付近にも、扇状の色付部（レインボー）Ｃが観察されることがあった。
【０００７】
近年、透過型ＰＴＶ９０は、ハイビジョン映像等の高画質の映像に対応するために、スクリーン９１をファインピッチとすることが主流となってきており、フレネルレンズシートにおける同心円状のレンズピッチの微細化を行うと、単位長さ当たりのレンズ本数が増加するために、上述したヘソＡ，カラーコーンＢ，レインボーＣの原因となる迷光を発生させる原因が増えることとなった。従って、フレネルレンズシートのファインピッチ化が進むにつれて、ヘソＡ，カラーコーンＢ，レインボーＣの問題がますます重要となってきた。
【０００８】
また、特開２０００−１７１６１３号は、中心部（２０ｍｍ未満の領域）でフレネルレンズのピッチを大きくすることによって、上記ヘソ（特開２０００−１７１６１３号内では、ホワイトスポットと称している）の問題への対応を行っているが、その他の問題であるカラーコーンやレインボーの解消は、されていない状況である。
【０００９】
本発明の課題は、フレネルレンズ部内で発生する迷光を低滅させ、ヘソ，カラーコーン及びレインボーの発生を解消させることができるフレネルレンズシートを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、背面投射型映像表示装置のスクリーンに用いられ、複数のフレネルレンズ部を有するフレネルレンズシートであって、隣り合ったｎ個（ｎは自然数）のフレネルレンズ部群は、中心部に近い（ｎ−１）個のうち、少なくとも１個のフレネルレンズ部の高さを、光学設計上のレンズ高さよりも高くすることを特徴とするフレネルレンズシートである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、中心部に近い（ｎ−１）個のうち、少なくとも１個のレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高さに対して、一定に高くすることを特徴とするフレネルレンズシートである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、中心部に近い（ｎ−１）個のうち、少なくとも１個のレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高さに対して、連続的に高くすることを特徴とするフレネルレンズシートである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、中心部に近い（ｎ−１）個のうち、少なくとも１個のレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高さに対して、一定に高くする部分と連続的に高くする部分とを組み合わせていることを特徴とするフレネルレンズシートである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、２個のフレネルレンズ部群で構成されることを特徴とするフレネルレンズシートである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記隣り合った２個のフレネルレンズ部群は、中心部に近いレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高に対して、１．１倍〜１．９倍の範囲で一定に高くすることを特徴とするフレネルレンズシートである。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項５に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記隣り合った２個のフレネルレンズ部群は、中心部に近いレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高に対して、１．１倍〜１．９倍の範囲で連続的に高くすることを特徴とするフレネルレンズシートである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記フレネルレンズ部は、同心円状に配置されていることを特徴とするフレネルレンズシートである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面などを参照しながら、実施の形態をあげ、本発明をさらに詳細に説明する。図１〜図４は、本発明によるフレネルレンズシートの一実施形態を示す図である。この実施形態のフレネルレンズシート１０は、透過型ＰＴＶ９０のスクリーン９１（図９参照）に用いられる複数のフレネルレンズ部１１が同心円状に形成されたサーキュラーフレネルレンズシートであって、そのフレネルレンズ部１１は、フレネルレンズとしての光学特性を示すフレネルレンズ面１２と、光学特性に関係ない非レンズ面１３とから構成されている。このフレネルレンズシート１０は、図１に示すように、外周部１０Ａでは、フレネルレンズ部１１のレンズ高さｈが、ピッチＰと投射系の設計から与えられるレンズ角θとから一義的に決定されている。
【００１９】
本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、位置Ｄから中心Ｃまでの部分１０Ｂで、レンズ高さｈを通常の高さよりも高く設定するようにしたものである。例えば、隣り合ったｎ個（ｎは自然数）のフレネルレンズ部１１のレンズ高さｈを、位置Ｄから中心Ｃまで、通常の（光学設計上の）レンズ高さｈ１よりも高い高さｈ２とするようにしてもよいし、また、隣り合ったｎ個のレンズ高さｈを、通常のレンズ高さｈ１よりも連続的に高くなるようにしてもよい。さらに、上記レンズ高さｈの設定を、適宜組み合わせて使用してもよい。
【００２０】
特に、フレネルレンズシート１０は、図４（Ａ）に示すように、隣あった２個のフレネルレンズ部群で構成されることが効果的である。この理由は、図４（Ｂ）に示すように、フレネルレンズ部群が２個以上であると、レンチキュラーレンズ５０との接触箇所が減少し、スクリーンとしてセッティングした場合に、レンチキュラーレンズ５０の荷重をうけるフレネルレンズ部１１が少なくなり、レンズ山頂部１４への荷重が大きくなるため、図４（Ｂ）のＧで示す位置のレンチキュラーレンズがつぶれやすくなる。そして、レンズ山頂部での荷重が大きいことから、大きな力でこすれられるために、コスレやすい。このため、フレネルレンズ部群の数は、２個が望ましい。
【００２１】
また、レンズ高さを２倍としない理由は以下の通りである。図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、レンズ高さを２倍にすると、ピッチも２倍のフレネルレンズができてしまう。しかし、図５（Ｃ）に示すように、モアレを回避するためにファインピッチとしているのに、（Ｄ）に示すように、倍ピッチとなってしまうので、モアレに対して有効ではなくなる。このために、図５（Ｅ）に示すように、非レンズ面を若干残して、明暗稿を存在させる必要があるからである。
【００２２】
この実施形態では、フレネルレンズシート１０の中心部１０Ｂとは、レンズ中心Ｃから２０ｍｍ未満の位置Ｄまでの領域をいい、外周部１０Ａは、中心部１０Ｂよりも外側の領域をいう。
【００２３】
フレネルレンズシート１０において、レンズ形状の微妙な変化と非レンズ面によって出射される迷光が発生すると、観察者に不快な明るさムラとなって見える原因は、以下の通りである。フレネルレンズシート１０の外周部１０Ａに入射した光線の経路を図３（Ａ）に、フレネルレンズシート１０の中心部１０Ｂに入射した光線の経路を図２（Ａ）にそれぞれ示す。なお、従来のフレネルレンズシート１０’の外周部１０Ａに入射した光線の経路を図３（Ｂ）に、中心部１０Ｂに入射した光線の経路を図２（Ｂ）にそれぞれ示してある。
【００２４】
図３（Ｂ）に示す通り、フレネルレンズシート１０の外周部１０Ａでは、フレネルレンズ部１１への入射角度が大きく、レンズ山頂部１４への光線の経路は存在しないし、内部反射した光線は、非レンズ面１３で全反射して、光源方向へ通過し（光線Ｈ）、観察者方向には出射しない。しかし、フレネルレンズシート１０の中心部１０Ｂでは、フレネルレンズ部１１への入射角度は、ほぼ０°であり、従来のフレネルレンズシート１０’は、図２（Ｂ）に示す通り、非レンズ面１３と呼ばれる光学設計には関係のない面に光線が入射して全反射し、フレネルレンズ面１２を透過して、観察者側へ出光する。このときに、切削工具の磨耗、金型形状の変化などによるレンズ山頂部１４の変形部分を通過することによって、予期しない方向へ不要光線Ｌが出光してしまうため、ヘソの原因となる。
【００２５】
また、図３（Ｂ）に示すように、フレネルレンズシート１０の外周部においては、非レンズ面１３が存在していることにより、フレネルレンズ面１２での内部反射光がフレネルレンズシート１０内で全反射を繰り返し、非レンズ面１３やフレネルレンズ面１２から出射する光が存在する。そして、フレネルレンズ面１２から出射する迷光がカラーコーン、非レンズ面１３から出射する迷光がレインボーの原因となる。
【００２６】
この現象は、従来のフレネルレンズシート１０’においても、考えられる現象であったが、レンズピッチＰ＝０．１ｍｍ以上であれば問題のないレベルであった。しかし、本実施形態のフレネルレンズシート１０などのように、ファインピッチ化によりレンズピッチＰ＝０．１ｍｍ未満となることによって、不要光線Ｌの光線密度が大きくなり、顕著に認識されるようになってきた。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態では、フレネルレンズシート１０の中心部１０Ｂにおける同心円状のフレネルレンズ部１１のレンズ高さｈを高く設定したので、例えば、図２（Ａ）に示すように、中心部１０Ｂで中心に向かうに従って、隣合ったフレネルレンズ部１１のレンズ高さｈを、同心円半径方向の位置Ｄから中心Ｃまでに通常のレンズ高さｈ１よりも高い高さｈ２とすることによって、不要光線Ｌの発生の基である非レンズ面１３の間隔を広くすることにより、中心部１０Ｂ（＝０〜２０ｍｍ）の領域に発生するヘソの発生を防止することが可能となる。同様に、図３（Ａ）に示すように、外周部に発生するカラーコーン，レインボーの発生を低減することが可能となる。本実施形態のフレネルレンズシート１０は、レンズピッチＰ＝０．１ｍｍ以下である場合に、特に有効である。
【００２８】
【実施例】
以下、具体的な実施例をあげて、本発明をさらに具体的に説明する。図６は、本発明によるフレネルレンズシートの実施例１〜３及び比較例を示す図である。なお、以下に示す各実施例では、同様な機能を果たす部分には、末尾に共通した符号を付して説明する。
【００２９】
（実施例１）実施例１のフレネルレンズシート１０は、中心部１０Ｂの隣合ったｎ個（ｎ＝３）のフレネルレンズ部１１のレンズ高さｈを、通常（破線Ｆ参照）のレンズ高さよりも、連続的に高くなるように設定したものである。具体的には、このフレネルレンズシート５０は、図６（Ａ）に示すように、外周部Ｄ（中心Ｃからの距離が４００ｍｍの位置Ｄから最外周部Ｅまで）では、レンズ高さｈは、光学設計によって算出したレンズ高さとした。そして、中心Ｃからの距離が４００ｍｍ未満の位置Ｄで隣合った３個のフレネルレンズ部１１（ｉ），１１（ｉ＋１），１１（ｉ＋２）のレンズ高さを、通常（破線Ｆ参照）のレンズ高さよりも連続的に高くし、中心Ｃから２０ｍｍの位置Ｄ１から中心Ｃに向かい隣合ったレンズ高さｈを、通常のレンズ高さの約２倍、約３倍とした、ピッチ０．０５ｍｍのレンズシートである。
【００３０】
（実施例２）実施例２のフレネルレンズシート２０は、隣合ったフレネルレンズ部２１のレンズ高さｈを、通常（破線Ｆ参照）のレンズ高さよりも高くなるように設定したものである。具体的には、このフレネルレンズシート２０は、図６（Ｂ）に示すように、フレネルレンズ最外周部Ｅから隣合うフレネルレンズ部２１（ｉ）に対して、フレネルレンズ部２１（ｉ＋１）のレンズ高さｈを、０．５μｍ高くした、ピッチ０．０５ｍｍのレンズシートである。
【００３１】
（実施例３）実施例３のフレネルレンズシート３０は、中心部３０Ｂの隣合ったフレネルレンズ部のレンズ高さｈを、通常の（光学設計上の）レンズ高さＦよりも連続的に高くなるように設定したものである。具体的には、このフレネルレンズシート３０は、図６（Ｃ）に示すように、外周部３０Ａ（中心Ｃからの距離が４００ｍｍまでの位置Ｄから最外周部Ｅまで）では、レンズ高さｈは、光学設計によって算出したレンズ高さとした。そして、中心部３０Ｃでは、中心Ｃからの距離が４００ｍｍ未満の位置Ｄまでを、隣合ったレンズ高さｈを通常のレンズ高さ（破線Ｆ参照）よりも連続的に高くし、中心Ｃから２０ｍｍの位置Ｄ３から中心Ｃに向かい隣合ったレンズ高さｈを通常（破線Ｆ参照）の約２倍とした、ピッチ０．０５ｍｍのレンズシートである。
【００３２】
（比較例）比較例のフレネルレンズシート４０は、図６（Ｄ）に示すように、フレネルレンズシート全面で、レンズ高さｈは、光学設計によって算出したレンズ高さとした、ピッチ０．０５ｍｍのレンズシートを用いた。
【００３３】
図４は、本発明によるフレネルレンズシートの実施例１〜３及び比較例の評価結果を示す図である。図４に示すように、比較例では、フレネルレンズシートの中心部（８ｍｍ程度の領域）で、ヘソが観察されたが、実施例１〜３では、ヘソが観察されなかった。また、カラーコーン，レインボーも比較例に対して、良化することが確認された。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、フレネルレンズ部の隣合うｎ個のフレネルレンズ部群のレンズ高さを高く設定するようにしたので、不要光線の発生の基である非レンズ面の間隔を広くすることにより、中心部に発生するヘソの発生を防止することができると共に、カラーコーン，レインボーの発生を低減させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフレネルレンズシートの実施形態を示す図である。
【図２】本発明によるフレネルレンズシートの実施形態を示す図である。
【図３】本発明によるフレネルレンズシートの実施形態を示す図である。
【図４】本実施形態のフレネルレンズシートのフレネルレンズ部群の好適な数を説明する図である。
【図５】本実施形態のフレネルレンズシートのフレネルレンズ部群の好適なピッチを説明する図である。
【図６】本発明によるフレネルレンズシートの実施例１〜３、及び、比較例を示す図である。
【図７】本発明によるフレネルレンズシートの実施例１〜３、及び、比較例の評価結果を示す図である。
【図８】従来のフレネルレンズシートの製造方法を説明する図である。
【図９】従来のフレネルレンズシートを組み込んだ透過型プロジェクションテレビ（ＰＴＶ）とその課題を示す図である。
【符号の説明】
１０〜３０ フレネルレンズシート
１１ フレネルレンズ部
１２ フレネルレンズ面
１３ 非レンズ面
１４ 山頂部

Claims (8)

1. 背面投射型映像表示装置のスクリーンに用いられ、複数のフレネルレンズ部を有するフレネルレンズシートであって、
   隣り合ったｎ個（ｎは自然数）のフレネルレンズ部群は、中心部に近い（ｎ−１）個のうち、少なくとも１個のフレネルレンズ部の高さを、光学設計上のレンズ高さよりも高くすることを特徴とするフレネルレンズシート。
2. 請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、中心部に近い（ｎ−１）個のうち、少なくとも１個のレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高さに対して、一定に高くすることを特徴とするフレネルレンズシート。
3. 請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、中心部に近い（ｎ−１）個のうち、少なくとも１個のレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高さに対して、連続的に高くすることを特徴とするフレネルレンズシート。
4. 請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、中心部に近い（ｎ−１）個のうち、少なくとも１個のレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高さに対して、一定に高くする部分と連続的に高くする部分とを組み合わせていることを特徴とするフレネルレンズシート。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記隣り合ったｎ個のフレネルレンズ部群は、２個のフレネルレンズ部群で構成されることを特徴とするフレネルレンズシート。
6. 請求項５に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記隣り合った２個のフレネルレンズ部群は、中心部に近いレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高に対して、１．１倍〜１．９倍の範囲で一定に高くすることを特徴とするフレネルレンズシート。
7. 請求項５に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記隣り合った２個のフレネルレンズ部群は、中心部に近いレンズ高さを、中心部に向かうに従って、光学設計上のレンズ高に対して、１．１倍〜１．９倍の範囲で連続的に高くすることを特徴とするフレネルレンズシート。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記フレネルレンズ部は、同心円状に配置されていることを特徴とするフレネルレンズシート。

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