JP2005140813A - フレネルレンズシート - Google Patents

Abstract

【課題】単位レンズの配列ピッチの微細化に伴って、輪帯状の単位レンズの凹凸が浅い場合であっても、隣り合う単位レンズの境界（段差）を確実に明確なものとし、レンズの飛びの現象を解消し、最適な設計値通りのレンズ特性を奏するフレネルレンズシートを提供することを目的とする。
【解決手段】同心円状の輪帯からなるレンズ部を有するフレネルレンズシートにおいて、中心部近傍でのレンズ谷部の高さを可変に設定する。レンズ谷部の高さは、基準平面上に単位レンズを配置する際、中心部近傍における単位レンズは、基準平面上に底上げした状態で配置することで実現される。
【選択図】図２

Description

本発明は、同心円状の輪帯からなるレンズ部を有するフレネルレンズシートに関し、特に透過型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートに関する。

リアプロジェクションテレビ（透過型プロジェクションテレビ，背面投射（投写）型テレビ，背面投影式テレビなど、各種の呼び方がされている）は、背面側に配置したプロジェクター内のＣＲＴやＬＣＤ，ＤＬＰなどの画像表示素子により規定された光学像（表示映像）を、プロジェクターの投影レンズにより、スクリーン（リアプロジェクションスクリーン，透過型スクリーンなど、各種の呼び方がされている）に拡大投影して、観察者は、前面側から大画面な表示を視覚可能とした表示装置である。
リアプロジェクションスクリーンは、投影レンズから投射された光を、観察者の方向に集光させて略平行光とするフレネルレンズシートと、フレネルレンズシートから出た光を水平方向および垂直方向に拡散させて視野角を拡大する、レンチキュラーレンズシートと拡散板から構成されているのが一般的である。
フレネルレンズシートは、図１で概念的に示すように、求める光学特性を有する凸レンズ２０（図１（ａ））のレンズ面を同心円状に均等に分割し（図１（ｂ））、図１（ｃ）に示すように、平板上に図１（ｂ）で分割された単位レンズ部３１を配置してなる構成であり、同等の光学特性を有する凸レンズが薄型・軽量化されることになる。
フレネルレンズシートの単位レンズ部３１は、図１（ｃ）に示すように、レンズ機能を奏するフレネル面３３と非レンズ面（ライズ面）３４とからなるが、中心部と周辺部とでは、隣接する単位レンズ間ではライズ面の面積（谷部から山部までの距離）が異なっており、一般的に、周辺部のレンズの高さが大きく、隣接するレンズ部との段差が明確であり、中心部ではレンズは低く、隣接するレンズ部との段差は明確になりづらい。
リアプロジェクションテレビは、画素数の増加による高精細画像化が進む方向にあり、それに伴い、投影画素の周期性とレンズシート（レンチキュラーシートやフレネルレンズシート）の単位レンズの配列周期性との関係に起因するモアレ防止のため、フレネルレンズシートのレンズピッチの微細化が必要となる。このような課題に対する解決策が、特許文献１に示されている。
特許文献１に示されている解決策は、フレネルレンズシートを構成する単位レンズを、隣り合う単位レンズ間での配列ピッチを一定とせず、ランダムで不規則にすることである。
最適ピッチの±１０〜±２０％の範囲でピッチを可変に設定することにより、単位レンズの配列ピッチにおける「周期性」がなくなることで、モアレは解消されるというものである。
一方で、単位レンズの配列ピッチに一層の微細化が要求されてくると、モアレとは別な課題が生じることになる。
すなわち、図１（ｃ）で示したように、中心部では隣接するレンズ部との段差が不明確となる傾向があるため、単位レンズの配列ピッチの微細化に伴って、輪帯状の単位レンズの凹凸が浅くなり、隣り合う単位レンズの境界が不明瞭となりやすく、正確に加工できる限界を超えると、山部／谷部が認識できない平坦な表面となる、いわゆるレンズの飛びの現象が発生し、最適な設計値通りのレンズ特性を奏することができなくなる。

中心部近傍に多い上記課題を「ホワイトスポット」と称して、中心部における単位レンズの配列ピッチを周辺部より大きくする手法が、特許文献２で提案されている。

しかし、配列ピッチを大きくすることは、モアレ解消の点からは、高精細画像化が進む本技術分野の動向に逆行するものであり、必ずしも隣り合う単位レンズの境界が明確になるものでもない。
特開２００２−１９６４２１号公報 特開２０００−１７１６１３号公報

本発明は、単位レンズの配列ピッチの微細化に伴って、輪帯状の単位レンズの凹凸が浅い場合であっても、隣り合う単位レンズの境界（段差）を確実に明確なものとし、レンズの飛びの現象を解消し、最適な設計値通りのレンズ特性を奏するフレネルレンズシートを提供することを目的とする。

本発明の請求項１によるフレネルレンズシートは、
同心円状の輪帯からなるレンズ部を有するフレネルレンズシートにおいて、中心部近傍でのレンズ谷部の高さが可変に設定されてなることを特徴とする。
レンズ谷部の高さの可変量は、隣り合うレンズ谷部の間で均一でもランダムであっても良い。また、前記可変量は、隣り合ったレンズ谷部で、１μｍから１０μｍの範囲が好ましい。
レンズ谷部の高さは、中心部から周辺部にかけて漸次高くなっていることが好ましい。

同心円状に分割された輪帯状の単位レンズ本来の形状を全く損ねることなく、フレネルレンズシートとした場合に、単位レンズの配列ピッチを如何に微細化しても、隣り合う単位レンズの境界（段差）を確実に明確なものとし、レンズの飛びの現象を解消し、最適な設計値通りのレンズ特性を奏するフレネルレンズシートが提供される。

本発明の実施の形態について説明する。
図２（ａ）は、本発明によるフレネルレンズシートの一例を示す断面図である。
図１（ｃ）の場合と比較して、中心部において、単位レンズ間の境界（段差）が明らかであるが、レンズ谷部の高さの位置を変えていることによる。

すなわち、図２（ｂ）に示すように、基準平面６０上に単位レンズ５１，５２，５３，・・・を配置する際、中心部近傍における単位レンズ５１は、基準平面６０上に底上げした状態で配置することにより、斜線で示す底上げ部分６１の高さ分、単位レンズの谷部の位置が盛り上げられる。

隣り合う単位レンズ５２を配置する際には、底上げ部分６２の高さは、６１の高さと同じにしても良いし、異なるようにしても良く、境界（段差）が明らかであれば良い。

底上げ部分は、図２（ｂ）に示すように、階段状に限らず、直線的な勾配を有する形状であっても良い。
最終的に得られるフレネルレンズシートの断面が、中心部から周辺部にかけて漸次高くなっている図２（ａ）に示す構成が、金型の切削工程の上では作業時間の短縮（切削する円周が長い周辺部では、切り込み深さの増加は、切削時間の増加となる）の上で好ましい。
レンズ谷部の高さの可変量としては、隣り合ったレンズ谷部で、１μｍから１０μｍの範囲が好ましい。
単位レンズの配列ピッチを９８μｍに設定した場合、ある目的の設計値では、中心部におけるレンズの中心からの距離と、その距離におけるレンズの高さの差は０．０３４μｍであった。
この条件で、レンズの高さの差が１μｍ以上となるのは、３０輪目のレンズとなり、その間のレンズでは、加工精度上の問題から、飛びが発生しやすい。
そこで、周辺に向かうに従い、単位レンズの谷部の位置を、１．１μｍずつ底上げして高くなるようにすることで、飛びの問題は解決できた。
同じ設計値で、単位レンズの配列ピッチを６１μｍに設定した場合、中心部におけるレンズの中心からの距離と、その距離におけるレンズの高さの差は０．０２１μｍであり、この条件で、レンズの高さの差が１μｍ以上となるのは４８輪目のレンズとなり、
同様に、単位レンズの配列ピッチを４３μｍに設定した場合、レンズの高さの差が１μｍ以上となるのは６８輪目のレンズとなり、
単位レンズの配列ピッチが微細化するほど、隣り合う単位レンズ間の境界（段差）を明確化するのが困難であり、飛びの問題を一層招きやすいが、
上記と同様に、周辺に向かうに従い、単位レンズの谷部の位置を、１．１μｍずつ底上げして高くなるようにすることで、飛びの問題は解決された。

従来技術によるフレネルレンズシートの一例を示す説明図。 本発明によるフレネルレンズシートを示す説明図。

符号の説明

２０・・・凸レンズ
３１，５１，５２，５３・・・単位レンズ部
３３・・・フレネル面
３４・・・ライズ面
６０・・・基準平面
６１，６２・・・底上げ部分

Claims (5)

1. 同心円状の輪帯からなるレンズ部を有するフレネルレンズシートにおいて、中心部近傍でのレンズ谷部の高さが可変に設定されてなることを特徴とするフレネルレンズシート。
2. レンズ谷部の高さの可変量は、隣り合うレンズ谷部の間で均一であることを特徴とする請求項１記載のフレネルレンズシート。
3. レンズ谷部の高さの可変量は、隣り合うレンズ谷部の間でランダムであることを特徴とする請求項１記載のフレネルレンズシート。
4. レンズ谷部の高さは、中心部から周辺部にかけて漸次高くなっていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のフレネルレンズシート。
5. レンズ谷部の高さの可変量は、隣り合ったレンズ谷部で、１μｍから１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のフレネルレンズシート。

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