JPS61184501A - フレネルスクリ−ン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はフレネルスクリーンに係り、特に明るさの向上
を志向したフレネルスクリーンに関するものである。

〔発明の背景〕

グロジエクションテレビやスライド投影器に使用されて
いる透過形スクリーンとしてのフレネルスクリーンには
、（１）入射光を一定方向に集光する機能、（２）拡散
部で映像を結像させる機能、および（８）集光された光
束を適度な視野角をもつように発散させる機能が必要で
あシ、これらの機能をいかにシンプルな構成で達成する
かが課題である。たとえば、特開昭５８−６５４２７号
公報に見られる様に、前述の全ての機能を１枚の透明板
状体にもたせたスクリーンもある。このようなスクリー
ンは最もシンプルな構成でありコスト的には有利である
が、この透明板状体がアクリル（屈折率１．４９）であ
ると、７レネルレンズ面の非レンズ部から入射する光束
は、スクリーンの全面にわたり、全てが反対面（出射面
）で全反射を起こし、したがって観視者側へ有効に出射
できず、明るさの損失をまねく。荷に、スクリーン周辺
部に行く程その損失が多くなる。

このことを、図面を用いて説明する。

第４図は、従来のフレネルスクリーンの要部断面図、第
５図は、第４図に係るフレネルスクリーンの、光軸から
非レンズ部までの距離と、この非レンズ部へ入射した光
束が出射面へ入射する入射角との関係を示すＳｌ−αｌ
線図、第６図は、第４図に係るフレネルスクリーンの、
非レンズ部へ入射した光束の全反射を示す要部断面図、
第７図は、第４図に係るフレネルスクリーン（Ｌ＝１２
００ｍｍの場合）の明るさ損失線図である。

第４図において、１はフレネルスクリーン、２はフレネ
ルレンズ面（又はフレネルとシン−１ｆ−ニラ−の複合
的な面）、３′は、このフレネルレンズ面２の非レンズ
部、２ａはレンズ部、７は出射面である。いま、投写レ
ンズ１０から出射面７までの距離をり１着目する非レン
ズ部３′の光軸６からの距離をＳ＋とすると、非レンズ
部３′への入射光束５の光軸６となす角θ１は で決まる。通常、成形性を考慮して非レンズ部３′が光
軸６と２°程度の傾きをもって作られるぢ ので、入射光鳥ｅフレネルスクリーン１（屈折率１．４
９）内への屈折角をγ１とすれば１．４９ｓｉｎｒ＋＝
１．０ｓｉｎ　（９０’−〇＋２つ・・・・・・・・・
（２） となる。　したがって、出射面７へ入射する角（光束と
、出射面７に立てた法線とのなす角）をα！で表わせば
、（２）式を用いて α１＝９０°−（γ１＋２°） ・・・・・・・・・（３） となる。さらに（１）式から、 ・・・・・・・・・（４） となる。

いま、θ、＝００　となる入射光束、即ち８Ｉ＝０とな
るような光軸６に近い入射光束の場合、（３）式または
（４）式からα１＝４５．８８°となる。屈折率Ｎ＝１
．４９の媒質中から空気中に屈折するような系の臨界角
αｉ′は Ｌ　４９　ｓｉｎα／　＝　１．０ｓｉｎ９０°からα
濁’　＝４２．．１６゜ したがって、スクリーンのどの部分においてもＬに関係
なくα１〉α凰′となり、′入射光束５は出射面７で全
て全反射をおこして、全反射した光束８となることがわ
かる。そして、前記入射角αｉは、（４）式を使用して
数値計算すれば、第５図に示すようになシ、Ｌが短い程
、また光軸６から遠く々る程大きくなシ、ますます不利
になる。

このように、非レンズ部３′へ入射した入射光束５が全
反射を起こしたときの明るさの損失を、第６図を用いて
説明する。明るさの損失はｂ　／　ａで与えられ、次の
（５）式によって計算される。

ｂ　／　ａ　＝ｔａｎ　ａ　（、−ｔａｎθ＋　　　　
　　　”・・・・−（５）ただし、 θ０　＝プリズム角。このプリズム角θＯは、フレネル
レンズ面２のレンズ部２ａへの入射光束が、屈折後に光
軸６と平行に出射する光束９となるように設定されてお
り、ｓｉｎ　（θＯ＋θＩ）　＝Ｎｓｉｎθ０を満足す
るものである。

ａニーの非レンズ部から隣の非レンズ部までに入射する
光束。

ｂニーの非レンズ部に入射する光束。

いま、Ｌ＝１２００閣とすると、前記（５）式を使用し
て数値計算すれば、第７図に示すようになり、スクリー
ン周辺部に行く程その損失が多い（たとえば、５Ｉ＝２
０インチのところで、約３０％の明るさ損失がある）こ
とがわかる。

〔発明の目的〕 本発明は、上記した従来技術の問題点を解決して、明る
さの損失がなく、特に、スクリーン周辺部において明る
い画像を得ることができるフレネルスクリーンの提供を
、その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係るフレネルスクリーンの構成は、ブラウン管
像を投写レンズで拡大して観視するプロジェクションテ
レビに使用され、レンズ部と非レンズ部のあるフレネル
レンズ面を前記投写レンズ−ＩＩＩへ配設したフレネル
スクリーンにおいて、フレネルスクリーンの屈折率をＮ
１光軸から前記フレネルスクリーンの非レンズ部までの
距離を８１、投写レンズから前記フレネルスクリーンの
出射面までの距離をＬ、前記投写レンズから前記非レン
ズ部へ入射する入射光束の前記光軸とのなす角をβ１と
したとき、前記非レンズ部と前記光軸とのなす角β１の
大きさを、ｓｉｎ”　（（１／　Ｎ　）　ｃｏｓ（θｉ
＋β１）ｌ＋β１≧９０°　ｓｉｎ−’　（１／Ｎ　）
およびβ、　（ｔａｎ−１（ｓｉｎθＩ／　（２，０−
ｃｏｓθＩ　））を満足する大きさにしたものである。

〔発明の実施例〕

フレネルレンズ面の非レンズ部からの入射光束が、出射
面において全反射することなく、観視者側へ必ず出射す
るようにできれば、従来技術の問題点の解決がはかれる
。

本発明は、上記観点に立ってなされたものであり、前記
非レンズ部が光軸となす角度を、フレネルスクリーン上
での位置により、それぞれ最適化するようにしたもので
ある。

以下、実施例によって説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るフレネルスクリーン
の要部断面図、第２図は、第４図における■部近傍の拡
大断面図、第３図は、第１図に係るフレネルスクリーン
の非レンズ部における、明るさの得失を説明するための
詳細断面図である。

図において、第４図と同一番号、同一記号を付したもの
は同一部分である。

ＩＡは、光束が入射する側に、レンズ部２ａ。

非レンズ部３のあるフレネルレンズ面２人を有し、この
フレネルレンズ面２人と反対側に出射面７を有する、ス
クリーン厚さｔのフレネルスクリーンである。このフレ
ネルレンズ面２人のレンズ部２ａのプリズム角θ０は、
第４図に係る従来のフレネルスクリーン１と同様に、入
射光束４が屈折後に光軸６とほぼ平行になるように設定
されている。

光軸６からの距離が８１のところに位置する非レンズ部
３の、光軸６とのなす角β１の大きさは、次の（６）、
　（７）式を満足するように設定されている。

すなわち、 ｓｉｎ−’　（（１／Ｎ）ＣＯ３（β１＋β＋））＋β
、≧９Ｑ’−ｓｉｎ−’　（１／　Ｎ　）　　　　　　
　　　　−・・・・・（６）β１　　（ｊａｎ　−！　
（ｓｉｎ　θＩ／　（２，０−ｃｏｓ　θ　＋　）　　
）　　　−−−（７）ただし、 Ｎ：フレネルスクリーンＩＡの屈折率。

Ｓｌ：光軸６から当該非レンズ部３までの距離。

Ｌ　：投写レンズ１０から出射面７までの距離。

θｌ：入射光束５と光軸６とのなす角。

以下、このように設定した理由を述べる。

第２図において、非レンズ部３に入射する入射光束５の
入射角Ｘと屈折角ｙとの間には、次の関係が成シ立つ。

１、０　ｓｉｎ　ｘ　＝　Ｎ　ｓｉｎ　ｙ　　　　　　
　　−−・・（８）また、Ｘ＝９０°−（θ量＋βＩ　
）であるので、これを（８）式に代入すれば、ｙが求ま
る。

Ｙ　＝ｓｉｎ−’　（（１／　Ｎ　）　”Ｓ（θ違＋β
覧））・・・・・・・・・（９） 一方、入射光束５が非レンズ部３で屈折して出射面７へ
入射する入射角むと前記ｙとの間には、次の関係が成り
立つ。

δＩ＝９０°−（ｙ＋β口　　　　・・・・・・・・・
（１０ここで、出射面７で全反射せず、全て出射光束５
′とするためには、δ１≦γとすればよい。このｒは臨
界角であり、γ＝ｓｉｎ−１（１／　Ｎ　）である。

したがって、（９）、α０式を利用して、ｓｉｎ−’　
（（１／Ｎ）　”Ｓ（θ鵞＋βＩ））＋β１≧９０’−
ｓｉｎ　−’　（１／Ｎ　）　　　　　　　　　　−・
”　・・７（６）ただし、θ＋　＝ｔａｎ−’　（Ｓｔ
　／Ｌ　）を満たすようにβ１を決めれば、入射光束５
は、非レンズ部３を通過後金て出射面７から出射光束５
′として観視者側へ出射される。

ところで、前記（６）式を満足しても、β１が大きくな
るほど、第３図中の出射光束９′の畳が減シ（この領域
は光束が来ないで、影になる）、総合的に明るさの損失
をもたらす。そこで、出射光束９′が減少しても、出射
光束５“　（これは、従来のフレネルスクリーン１にお
けるよりも増える光束）が、出射光束９′よシも明るさ
に対して劣ることがなければ、出射光束５“の分だけ明
るさの向上になる。

いま、出射光束９′の明るさに対する寄与率が１．０で
あるのに対して、出射光束５“の寄与率が０．５である
ことを考慮すると、次のような関係になっていれば、総
合的に明るさが向上する。

０、５１ｓｉｎ　（θＩ＋βＩ）−４ｓｉｎβｌ＞　Ｏ
−−−−・−・−αυただし、ｔは、非レンズ部３の寸
法である。

このα９式をβ１について解けば、（７）式となる。

β＋　（ｔａｎ　−ｌ（ｓｉｎθｔ　／　（２，０−ｃ
ｏｓθＩ））　　・・・・・・・・・（７）したがって
、前記（６）、　（７）式を満足するように、非レンズ
部３の、光軸６とのなす角β１を決めれば、該非レンズ
部３からの入射光束５が、出射面７において全反射する
ことなく、観視者側へ必ず出射するようになる。

具体例を示す。

Ｌ＝１２００ｍｍ、ＳＬ　＝２０インチ、Ｎ＝１．４９
とすれば、（６）、　（７）式から、１７°≦βｌ＜１
９．８゜となり、この場合にはβ霊＝１９°に決めれば
よい。

なお、出射光束５′によるスポット径ｒ（第１図）の劣
化は、ｒ　＝　ｔ　ｔａｎδ１で表わされる。たとえば
、前記したＬ＝１２００ｒｐｘｓ、　Ｓｔ　＝２０イン
チ、β１＝１９°を使用して、（９）、（１０式からδ
Ｉを求めるとβ１＝４１°となる。スクリーン厚さｔは
、通常ｔ　＝　３　ｒｍ程度であることを考慮すると、
ｒは高々２．５蓋となり、通常の投写レンズのフォーカ
ス性能から見て、フォーカスをこれにより劣化させるこ
とはないものである。

以上説明した実施例によれば、フレネルレンズ面ｙ　Ｉ
　Ａ　（’）、フレネルレンズ面２人の非レンズ部３が
光軸６となす角βｉを、前記（６）、　（７）式を使用
して決めることにより、フレネルスクリーンＩＡ上での
位置によって最適化するようにしたので、入射光束の全
てを出射面７から出射でき、明るさが向上するという効
果がある。また、角β１が大きくなった（従来２°であ
ったものが、前記具体例では１９°　）ので、スクリー
ン成形後の金型離型性もよくなり、フレネルスクリーン
ＩＡの品質が向上するとともに、生産性が向上するとい
う利点もある。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、明るさの損
失がなく、特に、スクリーン周辺部において明るい画像
を得ることができるフレネルスクリーンを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るフレネルスクリーン
の要部断面図、第２図は、第１図における■部近傍の拡
大断面図、第３図は、第１図に係るフレネルスクリーン
の非レンズ部における、明るさの得失を説明するための
詳細断面図、第４図は、従来のフレネルスクリーンの要
部断面図、第５図は、第４図に係るフレネルスクリーン
の、光軸から非レンズ部までの距離と、この非レンズ部
へ入射した光束が出射面へ入射する入射角との関係を示
すＳＬ−α！線図、第６図は、第４図に係るフレネルス
クリーンの、非レンズ部へ入射した光束の全反射を示す
要部断面図、第７図は、第４図に係るフレネルスクリー
ン（Ｌ＝１２００ｗｎの場合）の明るさ損失線図である
。 ＩＡ・・・フレネルスクリーン、２人・・・フレネルレ
ンズ面、２ａ・・・レンズ部、３・・・非レンズ部、５
・・・非レンズ部への入射光束、６・・・光軸、７・・
・出射面、（ほか１名） 第１図 第４Ｉ２Ｉｌ 第Ｓ図 １１ｈ！ａ　５　ｓの紐萬霞忘（イゾ何第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ブラウン管像を投写レンズで拡大して観視するプロ
   ジエタシヨンテレビに使用され、レンズ部と非レンズ部
   のあるフレネルレンズ面を前記投写レンズ側へ配設した
   フレネルスクリーンにおいて、フレネルスクリーンの屈
   折率をＮ、光軸から前記フレネルスクリーンの非レンズ
   部までの距離をＳ＿１、投写レンズから前記フレネルス
   クリーンの出射面までの距離をＬ、前記投写レンズから
   前記非レンズ部へ入射する入射光束の前記光軸とのなす
   角をθ＿１としたとき、前記非レンズ部と前記光軸との
   なす角β＿１の大きさを、ｓｉｎ＾−＾１｛（１／Ｎ）
   ｃｏｓ（θ＿１＋β＿１）｝＋β＿１≧９０°−ｓｉｎ
   ＾−＾１（１／Ｎ）およびβ＿１＜ｔａｎ＾−＾１｛ｓ
   ｉｎθ＿１／（２．０−ｃｏｓθ＿１）｝を満足する大
   きさにしたことを特徴とするフレネルスクリーン。