JPH0216898B2 - - Google Patents
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- JPH0216898B2 JPH0216898B2 JP57227909A JP22790982A JPH0216898B2 JP H0216898 B2 JPH0216898 B2 JP H0216898B2 JP 57227909 A JP57227909 A JP 57227909A JP 22790982 A JP22790982 A JP 22790982A JP H0216898 B2 JPH0216898 B2 JP H0216898B2
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- G03B21/54—Accessories
- G03B21/56—Projection screens
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- G03B21/62—Translucent screens
- G03B21/625—Lenticular translucent screens
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
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- G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、背面投影スクリーン等として用いら
れるフレネルレンズに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a Fresnel lens used as a rear projection screen or the like.
背面投影スクリーンは、ビデオプロジエクタや
マイクロフイルムリーダ等のスクリーンとして使
用されているが、集光効果をもたせるためしばし
ばフレネルレンズが用いられる。ところでこのよ
うなフレネルレンズは、例えば第１図に示すよう
な透過特性を備えている。すなわちこのようなフ
レネルレンズは、断面３角形状のプリズム１が多
数配列するように構成されており、このプリズム
１はレンズ面１１と非レンズ面１２とからなつて
いる。いまこのフレネルレンズのフレネルレンズ
面を入射面Ａにして用いると、入射光は図のよう
に出射面Ｂに出射する。このときレンズ面１１に
入射する光Ｌは、有効な光として出射面Ｂ側に出
射するが、非レンズ面１２に入射した光L′は集光
効果に寄与しないこととなる。この傾向は、光源
から離れた箇所あるいは同一箇所でも光源がスク
リーンに近接したときほど激しくなるが、このよ
うな場合はプリズム１の非レンズ面１２に入射す
る光量が増大するためである。またこのような場
合プリズム１に入射する光線の入射角が大きくな
るので、表面反射による透過光量の減少も発生し
益々有効な光量が期待できなくなる。 Rear projection screens are used as screens for video projectors, microfilm readers, etc., and Fresnel lenses are often used to provide a light condensing effect. By the way, such a Fresnel lens has transmission characteristics as shown in FIG. 1, for example. That is, such a Fresnel lens is configured such that a large number of prisms 1 having a triangular cross section are arranged, and this prism 1 is composed of a lens surface 11 and a non-lens surface 12. If the Fresnel lens surface of this Fresnel lens is used as the incident surface A, the incident light will be emitted to the exit surface B as shown in the figure. At this time, the light L incident on the lens surface 11 is emitted as effective light to the exit surface B side, but the light L' incident on the non-lens surface 12 does not contribute to the light condensing effect. This tendency becomes more severe as the light source approaches the screen at a location further away from the light source or even at the same location, and in such a case, the amount of light incident on the non-lens surface 12 of the prism 1 increases. Furthermore, in such a case, since the angle of incidence of the light beam entering the prism 1 increases, the amount of transmitted light also decreases due to surface reflection, making it increasingly difficult to expect an effective amount of light.
この表面反射率は、フレネルの式によつて求め
ることができるが、これを示したのが次の式で
ある。 This surface reflectance can be determined using Fresnel's equation, which is expressed by the following equation.
表面反射率（Ｒ）＝1/2｛tan2（ｉ−ｒ）／tan2（ｉ
＋ｒ）
＋sin2（ｉ−ｒ）／sin2（ｉ＋ｒ）｝……
なお、ここでｉは入射角、ｒは屈折角である。
例えばフレネルレンズの素材がアクリル樹脂（屈
折率ｎ＝1.49）である場合について試算すると、
次のが成立ち
sin ｉ／sin ｒ＝ｎ ……
ただしｎは屈折率。 Surface reflectance (R) = 1/2 {tan 2 (ir)/tan 2 (i
+r) +sin 2 (ir)/sin 2 (i+r)}... Here, i is the incident angle and r is the refraction angle.
For example, if the material of the Fresnel lens is acrylic resin (refractive index n = 1.49), the calculation is as follows:
The following holds: sin i/sin r=n...where n is the refractive index.
上記，式より表面反射率が求められる。例
えば入射角70゜のときの表面反射率は15％、入射
角が80゜のときは40％となり、表面反射だけでこ
れだけのロスが生じてしまう。そして、この試算
をもとにして、光源からの距離を1100mm、フレネ
ルレンズの焦点距離をｆ＝1000mmと想定すると、
フレネルレンズの中心から500mm以上離れた箇所
では、入射光量の大部分がロスになつてしまうこ
とが分る。 The surface reflectance can be calculated from the above formula. For example, when the angle of incidence is 70°, the surface reflectance is 15%, and when the angle of incidence is 80°, it is 40%, and this amount of loss is caused by surface reflection alone. Based on this calculation, assuming that the distance from the light source is 1100mm and the focal length of the Fresnel lens is f = 1000mm,
It can be seen that at locations more than 500 mm away from the center of the Fresnel lens, most of the incident light is lost.
最近ではこの種スクリーンをさらに大型化する
動きもあり、また装置の奥行きを小さくする機運
もあることから、上述した光量ロスが問題視され
るに至つている。 Recently, there has been a movement to make this type of screen even larger, and there is also an opportunity to reduce the depth of the device, so the above-mentioned loss of light amount has come to be seen as a problem.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもの
で、その要旨とするところは、フレネルレンズ面
を入射面として用いるフレネルレンズであつて、
それぞれレンズ面と非レンズ面を有する２種のプ
リズムからレンズ群が構成されており、第１のプ
リズムは中心から大部分を占めていて、レンズ面
から入射した光を屈折して出射面へ出射する形状
となつており、第２のプリズムは第１のプリズム
の周辺にあつて上記第１のプリズムによる出射光
の透過効率が低下する領域に配されていて、レン
ズ面から入射した光の一部が全反射して出射する
角度となつている非レンズ面を備えた形状になつ
ていることを特徴とするフレネルレンズにある。 The present invention was made in view of this situation, and its gist is a Fresnel lens that uses a Fresnel lens surface as an incident surface,
The lens group is made up of two types of prisms, each having a lens surface and a non-lens surface.The first prism occupies most of the area from the center and refracts the light that enters from the lens surface and outputs it to the exit surface. The second prism is disposed around the first prism in an area where the transmission efficiency of the light emitted by the first prism is reduced, and the second prism is arranged in a region where the transmission efficiency of the light emitted by the first prism is reduced, and the second prism is arranged in a region where the transmission efficiency of the light emitted by the first prism is reduced, and the second prism is arranged in a region where the transmission efficiency of the light emitted by the first prism decreases. A Fresnel lens is characterized in that it has a shape including a non-lens surface that is angled to completely reflect and emit light.
以下、本発明を実施例の図面に従つてさらに詳
細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to drawings of embodiments.
第２図は本発明のフレネルレンズの中心で半截
したものの断面を示している。この例では同心円
状のフレネルレンズを示しているが、本発明では
直線平行状のフレネルレンズにも適用できる。図
中２が本発明で特徴とする形状の第２のプリズム
を示しており、１が従来の形状の第１のプリズム
を示している。そして、このうちの第１のプリズ
ム１は中心から大部分を占めて配されており、こ
の第１のプリズム１は第１図に示すようにレンズ
面１１から入射した光を屈折して出射面へ出射す
るようになつている。 FIG. 2 shows a cross section of the Fresnel lens of the present invention, half cut at the center. Although this example shows a concentric Fresnel lens, the present invention can also be applied to a straight parallel Fresnel lens. In the figure, numeral 2 indicates a second prism having a shape characterized by the present invention, and numeral 1 indicates a first prism having a conventional shape. Of these, the first prism 1 occupies most of the area from the center, and as shown in FIG. It is starting to emit light to
本発明ではこのように中心から一定の距離まで
を第１のプリズム１群で構成し、これより周辺に
あつて、上記第１のプリズム１による出射光の透
過効率が低下する領域に、第２のプリズム２を配
して構成している。第３図はこの第２のプリズム
２における透過特性を示している。すなわち第２
のプリズム２は、レンズ面２１と非レンズ面２２
とから構成されているが、レンズ面２１に入射し
た光の一部が全反射して出射する角度となつた非
レンズ面２２を備えた形状になつている。いま
L′1として入射した光は、非レンズ面２２に到達
せずに直進してしまうが、このような第２のプリ
ズム２の場合は、レンズ面２１に入射する光のう
ち、L′に相当する部分の光のロスが第１図の場合
と比較して少なく、有効な光Ｌの光量が多いこと
となる。このレンズ面２１および非レンズ面２２
は、フレネルレンズの焦点距離に応じて調節され
るが、L′1の如き光線を考慮すると、フレネルレ
ンズ平面に対して垂直であることが望ましい。勿
論、非レンズ面２２で全反射させるためには、非
レンズ面２２に入射する入射角が臨界角以上でな
ければならない。本発明では、第３図に示す如き
第２のプリズム２を周辺に用いているため、レン
ズ面２１に入射する光の入射角が大きくなるほ
ど、非レンズ面２２で全反射する確率が高くな
り、また光源がスクリーンに近づけば近づくほ
ど、あるいはスクリーンの寸法が大きくなればな
るほどL′1の如き光線が少なくなる。したがつて、
第２図の如き構成のフレネルレンズにすることに
より、透過光量を有効に活用できることとなる。 In the present invention, the area up to a certain distance from the center is constituted by the first group of prisms, and the second prism is formed in the area around this point where the transmission efficiency of the light emitted by the first prism 1 decreases. It is constructed by arranging prisms 2. FIG. 3 shows the transmission characteristics of this second prism 2. That is, the second
The prism 2 has a lens surface 21 and a non-lens surface 22.
However, it has a shape including a non-lens surface 22 at an angle such that a part of the light incident on the lens surface 21 is totally reflected and emitted. now
The light incident as L′ 1 travels straight without reaching the non-lens surface 22, but in the case of such a second prism 2, of the light incident on the lens surface 21, the light corresponding to L′ The loss of light in the portion where the light is lost is smaller than in the case of FIG. 1, and the amount of effective light L is large. This lens surface 21 and non-lens surface 22
is adjusted according to the focal length of the Fresnel lens, but considering a ray such as L' 1 , it is desirable that it be perpendicular to the Fresnel lens plane. Of course, in order to cause total reflection at the non-lens surface 22, the angle of incidence on the non-lens surface 22 must be greater than or equal to the critical angle. In the present invention, since the second prism 2 as shown in FIG. 3 is used in the periphery, the greater the angle of incidence of light incident on the lens surface 21, the higher the probability of total reflection on the non-lens surface 22. Also, the closer the light source is to the screen, or the larger the size of the screen, the fewer rays such as L' 1 will be produced. Therefore,
By using a Fresnel lens configured as shown in FIG. 2, the amount of transmitted light can be effectively utilized.
本発明を第４図および第５図に基づいてさらに
詳細に説明する。 The present invention will be explained in more detail based on FIGS. 4 and 5.
第４図は一般のフレネルレンズにおけるプリズ
ムに相当する第１のプリズム１を示し、第５図は
非レンズ面で全反射する第２のプリズム２を示し
ている。このようなフレネルレンズの光量損失に
ついて考えるに、このようなフレネルレンズは、
光源からフレネルレンズまでの距離に比べ、フレ
ネルレンズのプリズムのピツチはきわめて小さい
ので、プリズム１山に入射する光線は、平行光と
して近似する。このような前提で、第４図のフレ
ネルレンズの光量損失を求めるが、図中e1が有効
光線であり、（e2＋e3）が光量損失となる。また
レンズ面１１の傾き角をとし、非レンズ面１２
は、板平面に垂直であるとする。さらにレンズ面
１１の入射角をi1、屈折角をr1とし、また光源か
らの光線の板平面への入射角をθとする。そして
はフレネルレンズの焦点距離とレンズの中心か
らの距離によつて、またθは光源からフレネルレ
ンズまでの距離とレンズの中心からの距離によつ
て決まる。 FIG. 4 shows a first prism 1 that corresponds to a prism in a general Fresnel lens, and FIG. 5 shows a second prism 2 that causes total reflection on a non-lens surface. Considering the light loss of such a Fresnel lens, such a Fresnel lens:
Since the pitch of the prisms of the Fresnel lens is extremely small compared to the distance from the light source to the Fresnel lens, a ray of light incident on one prism is approximated as parallel light. Based on this assumption, the light loss of the Fresnel lens shown in FIG. 4 is determined. In the figure, e 1 is the effective ray, and (e 2 +e 3 ) is the light loss. Also, the inclination angle of the lens surface 11 is set, and the non-lens surface 12 is
is perpendicular to the plate plane. Further, let the incident angle of the lens surface 11 be i 1 , the refraction angle be r 1 , and the incident angle of the light ray from the light source to the plate plane be θ. and is determined by the focal length of the Fresnel lens and the distance from the center of the lens, and θ is determined by the distance from the light source to the Fresnel lens and the distance from the center of the lens.
仮に（e1）＋（e2）＋（e3）＝１とすれば、有効光
線率はe1＝１−（e2＋e3）となる。 If (e 1 )+(e 2 )+(e 3 )=1, the effective light rate becomes e 1 =1−(e 2 +e 3 ).
そこで、
e2＝tan・sin（−r1）／cosθ・cos r1 ……
（i1＝＋θ、sinr1＝sin i1／ｎ）
e3＝tan・tanθ ……
が成立ち、上記，式より、e1が求められる。
また、このi1，r1を、前述の式に代入し、表面
反射率Ｒを求め、先のe1に透過率Ｔ＝１−Ｒを乗
することにより、トータルの有効光線率が算出さ
れる。 Therefore, e 2 = tan・sin(−r 1 )/cosθ・cos r 1 ... (i 1 = +θ, sinr 1 = sin i 1 /n) e 3 = tan・tanθ ... holds, and the above, From the formula, e 1 can be found.
Also, by substituting these i 1 and r 1 into the above equation to find the surface reflectance R, and multiplying the above e 1 by the transmittance T = 1 - R, the total effective light rate is calculated. Ru.
次に同様にして第５図の第２のプリズム２の光
量損失を求める。 Next, the light amount loss of the second prism 2 shown in FIG. 5 is determined in the same manner.
第５図においてe1が有効光線となり、e2が光量
損失となる。ここで第２のプリズム２のピツチＰ
を一定とし、計算すべきプリズムの山の高さを
ｇ、これより１つ内側の山の高さをg′、ロスがな
いと仮定した場合の１つ内側の山の高さをg″とす
る。また、非レンズ面２２での反射角をφとする
と、
ｇ＝tan／Ｐ ……
g″＝｛ｇ sin（＋φ）・sin／sinφ｝
・（tanθ＋tan） ……
となるがg′は、１つ内側の山のを上記式に代
入して算出でき、ピツチＰが１mm以下で極めて小
さい場合は、g′＝ｇとしても差しつかえない。 In FIG. 5, e 1 is the effective ray and e 2 is the light amount loss. Here, the pitch P of the second prism 2 is
Assuming that is constant, the height of the peak of the prism to be calculated is g, the height of the peak one step inside from this is g′, and the height of the peak one step inside assuming there is no loss is g″. Also, if the reflection angle at the non-lens surface 22 is φ, then g=tan/P... g''={g sin(+φ)・sin/sinφ}・(tanθ+tan)... However, g' is , can be calculated by substituting the one inner peak into the above equation, and if the pitch P is extremely small, 1 mm or less, it is acceptable to set g'=g.
したがつて、
e1＝（ｇ−g″＋ｐ／tanθ）・sinθ ……
e2＝（g″−g′）・sinθ ……
となり、，式を、，式に代入することに
より、e1，e2を算出することができる。そして、
第５図の場合のプリズムのトータルの有効光線率
は、e1／e1＋e2を式に代入することにより算出
され、e1にＴ＝１−Ｒを乗することにより算出さ
れる。 Therefore, e 1 = (g-g''+p/tanθ)・sinθ …… e 2 = (g″−g′)・sinθ … By substituting the expression into the expression, e 1 , e 2 can be calculated. and,
The total effective light rate of the prism in the case of FIG. 5 is calculated by substituting e 1 /e 1 +e 2 into the equation, and is calculated by multiplying e 1 by T=1-R.
以上の式により求めた一例を例示するが、ここ
では光源からフレネルレンズまでの距離を1100
mm、フレネルレンズの焦点距離をｆ＝1000mmとす
る。なお材質は屈折率1.49のアクリル樹脂として
いる。この結果、フレネルレンズの中心からの距
離と有効光線率との関係は第６図のようになつ
た。すなわち第４図の第１のプリズム１では中心
から遠くなるにしたがつて光量ロスが大きくな
り、600mm以上でほぼ透過量は０となる。また第
２のプリズム２では、中心から遠くなるに従つて
ロスが小さくなる。この２つの曲線の交点が500
mm付近であるから、中心から大部分の領域では第
４図の如き第１のプリズム１を配置し、これより
周辺で中心より500mm以上の部分に第２のプリズ
ム２を配置すればよいことが分る。 An example of the calculation using the above formula is shown below. Here, the distance from the light source to the Fresnel lens is 1100
mm, and the focal length of the Fresnel lens is f=1000 mm. The material is acrylic resin with a refractive index of 1.49. As a result, the relationship between the distance from the center of the Fresnel lens and the effective light rate is as shown in FIG. That is, in the first prism 1 shown in FIG. 4, the loss in the amount of light increases as the distance from the center increases, and the amount of transmission becomes almost 0 above 600 mm. Further, in the second prism 2, the loss becomes smaller as the distance from the center increases. The intersection of these two curves is 500
Since it is around mm, it is sufficient to arrange the first prism 1 as shown in Fig. 4 in most of the area from the center, and to arrange the second prism 2 in the area around 500 mm or more from the center. I understand.
このように２種のプリズム１，２の交換部で
は、プリズム面が全く変わるため、画像を観察し
た場合、変換部を境界としてスクリーン上の明る
さが変化し、しかも光源が２つ以上である程度離
れた位置にある場合等では、この変換部が目立つ
現象が生じる。これを緩和するため、この変換部
では、第１のプリズム１と第２のプリズム２とを
交互に配置する等すると有効である。 In this way, when the two types of prisms 1 and 2 are exchanged, the prism surface changes completely, so when observing an image, the brightness on the screen changes with the conversion section as the boundary. In cases where the converter is located far away, a phenomenon occurs in which the converter becomes conspicuous. In order to alleviate this problem, it is effective to alternately arrange the first prism 1 and the second prism 2 in this conversion section.
本発明のフレネルレンズの素材としては、上述
したアクリル樹脂以外に、ポリカーボネート樹
脂、ポリスチレン樹脂等の合成樹脂材料が適して
おり、これらの合成樹脂材料を用いるときには、
加熱プレス法、射出成形法あるいは鋳込み重合法
等によつて製作することができる。 In addition to the above-mentioned acrylic resin, synthetic resin materials such as polycarbonate resin and polystyrene resin are suitable as materials for the Fresnel lens of the present invention, and when these synthetic resin materials are used,
It can be manufactured by a hot press method, an injection molding method, a cast polymerization method, or the like.
なお、本発明のフレネルレンズは、そのフレネ
ルレンズ面を光源側すなわち入射面として用いる
ものであれば、反射側の出射面は平坦であつて
も、適宜なレンズ面を形成してもよい。特に本発
明のフレネルレンズを背面投影スクリーンとして
用いるときは、出射面にレンチキユラーレンズ面
を形成するとよい。 In addition, in the Fresnel lens of the present invention, as long as the Fresnel lens surface is used as a light source side, that is, as an incident surface, even if the output surface on the reflection side is flat, an appropriate lens surface may be formed. Particularly when the Fresnel lens of the present invention is used as a rear projection screen, it is preferable to form a lenticular lens surface on the exit surface.
本発明は以上詳述した如き構成からなるもので
あるから、入射光量のロスを可及的に減少させ
て、有効な光量の増加を図り、均一で明るいフレ
ネルレンズを提供しうる利点がある。 Since the present invention has the configuration as described in detail above, it has the advantage of reducing the loss of the amount of incident light as much as possible, increasing the effective amount of light, and providing a uniform and bright Fresnel lens.
第１図は一般のフレネルレンズにおけるプリズ
ムの透過特性を示す説明図、第２図は本発明のフ
レネルレンズを半截した状態の断面図、第３図は
非レンズ面で全反射を起すプリズムの透過特性を
示す説明図、第４図は第１図の拡大図、第５図は
第３図の拡大図、第６図は実施例の結果を示すグ
ラフである。
１……第１のプリズム、１１……レンズ面、１
２……非レンズ面、２……第２のプリズム、２１
……レンズ面、２２……非レンズ面、Ａ……入射
面、Ｂ……出射面。
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the transmission characteristics of a prism in a general Fresnel lens, Fig. 2 is a cross-sectional view of the Fresnel lens of the present invention in a half-cut state, and Fig. 3 is a transmission diagram of a prism that causes total reflection on a non-lens surface. FIG. 4 is an enlarged view of FIG. 1, FIG. 5 is an enlarged view of FIG. 3, and FIG. 6 is a graph showing the results of the example. 1...First prism, 11...Lens surface, 1
2... Non-lens surface, 2... Second prism, 21
... Lens surface, 22 ... Non-lens surface, A ... Incident surface, B ... Output surface.
Claims (1)
ネルレンズであつて、それぞれレンズ面と非レン
ズ面を有する２種のプリズムからレンズ群が構成
されており、第１のプリズムは中心から大部分を
占めていて、レンズ面から入射した光を屈折して
出射面へ出射する形状となつており、第２のプリ
ズムは第１のプリズムの周辺にあつて上記第１の
プリズムによる出射光の透過効率が低下する領域
に配されていて、レンズ面から入射した光の一部
が全反射して出射する角度となつている非レンズ
面を備えた形状になつていることを特徴とするフ
レネルレンズ。1 It is a Fresnel lens that uses a Fresnel lens surface as an entrance surface, and the lens group is composed of two types of prisms each having a lens surface and a non-lens surface, and the first prism occupies most of the prism from the center. The second prism is located around the first prism, and the transmission efficiency of the light emitted by the first prism decreases. 1. A Fresnel lens characterized by having a shape including a non-lens surface arranged in a region at an angle such that a portion of light incident from the lens surface is totally reflected and emitted.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57227909A JPS59119340A (en) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | Fresnel lens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57227909A JPS59119340A (en) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | Fresnel lens |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59119340A JPS59119340A (en) | 1984-07-10 |
| JPH0216898B2 true JPH0216898B2 (en) | 1990-04-18 |
Family
ID=16868196
Family Applications (1)
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1982
- 1982-12-27 JP JP57227909A patent/JPS59119340A/en active Granted
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