WO2006011218A1

WO2006011218A1 - フレネル光学素子、表示スクリーン及び投写型表示装置

Info

Publication number: WO2006011218A1
Application number: PCT/JP2004/010850
Authority: WO
Inventors: Takao Endo; Hiroshi Suzuki; Akihisa Miyata; Kohei Teramoto; Shinsuke Shikama
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-02
Also published as: JPWO2006011218A1; JP4149493B2

Abstract

　基盤３の表面１３がフレネル光学素子の反射面１２で反射された光線を反射する光線反射機能を備え、基盤３の表面１３で反射された光線を透過させる透過面１４が各フレネルプリズムの間に形成されている。これにより、光線を斜め照射しても、光線を観測者側に出射させることができる。

Description

明細書

フレネル光学素子、表示スクリーン及び投写型表示装置

技術分野

[0001] この発明は、プロジェクタから照射される光線を観測者に向けて出射させるフレネル光学素子と、そのフレネル光学素子が組み込まれた表示スクリーンと、プロジヱクタなどの発光体と表示スクリーン力なる投写型表示装置とに関するものである。

背景技術

[0002] 従来の表示スクリーンは、観測者側に設置された発光体 (例えば、プロジェクタ）から照射される光線を入射する入射面が屈折面をなしているフレネルプリズムが複数形成されているフレネル光学素子と、その屈折面によって屈折された光線を反射し、その反射光をフレネルプリズムの屈折面を介して、観測者側に出射する反射鏡とから構成されている (例えば、特許文献 1を参照)。

[0003] 特許文献 1 :特開昭 59 - 3425号公報 (第 3頁、第 9図）

[0004] 従来の表示スクリーンは以上のように構成されているので、プロジェクタを観測者側に設置すれば（表示スクリーンのほぼ正面）、フレネルプリズムの入射面で屈折された光線が反射鏡に反射して、観測者側に出射される。しかし、フレネル光学素子を形成しているフレネルプリズムは、プロジェクタから照射される光線と、反射鏡に反射された光線を屈折させるためだけに利用されるものであるため、プロジェクタから照射される光線の入射角度を急峻にして光線を斜め照射すると、光線を観測者側に出射させることができなくなる課題があった。

[0005] この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光線を斜め照射しても、光線を観測者側に出射させることができる表示スクリーン及び投写型表示装置を得ることを目的とする。

また、この発明は、光線を斜め照射しても、光線を観測者側に出射させることができる表示スクリーンに組み込まれるフレネル光学素子を得ることを目的とする。

発明の開示

[0006] この発明に係る表示スクリーンは、基盤の表面がフレネル光学素子の反射面で反射された光線を反射する光線反射機能又はフレネル光学素子の反射面で反射された光線を拡散する光線拡散機能を備え、基盤の表面で反射又は拡散された光線を透過させる透過面が各フレネルプリズムの間に形成されているものである。

[0007] このことによって、光線を斜め照射しても、光線を観測者側に出射させることができるなどの効果がある。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]この発明の実施の形態 1による投写型表示装置を示す概略図である。

[図 2]この発明の実施の形態 1による投写型表示装置を示す斜視図である。

[図 3]この発明の実施の形態 1による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 4]この発明の実施の形態 1による投写型表示装置を示す構成図である。

[図 5]光線透過型のスクリーンを示す構成図である。

[図 6]図 5のスクリーン部分の拡大図である。

[図 7]図 6のプリズム部分の拡大図である。

[図 8]信号光光路に寄与しない部分の面が基盤の光拡散要素と平行に形成されているスクリーンを示す拡大図である。

[図 9]光線透過型のスクリーンを示す構成図である。

[図 10]この発明の実施の形態 2による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 11]この発明の実施の形態 3による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 12]不要光の出射を示す説明図である。

[図 13]この発明の実施の形態 4による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 14]この発明の実施の形態 5による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 15]この発明の実施の形態 6による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 16]この発明の実施の形態 7による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 17]この発明の実施の形態 8による投写型表示装置を示す斜視図である。

[図 18]この発明の実施の形態 9による投写型表示装置を示す構成図である。

[図 19]この発明の実施の形態 9による投写型表示装置を示す構成図である。

[図 20]この発明の実施の形態 9による投写型表示装置を示す構成図である。

[図 21]この発明の実施の形態 9による投写型表示装置を示す構成図である。 [図 22]この発明の実施の形態 9による投写型表示装置を示す構成図である。

[図 23]この発明の実施の形態 10による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 24]この発明の実施の形態 11による表示スクリーンを示す構成図である。

[図 25]この発明の実施の形態 12による投写型表示装置を示す斜視図である。

[図 26]この発明の実施の形態 12による表示スクリーンを示す構成図である。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1.

図 1はこの発明の実施の形態 1による投写型表示装置を示す概略図であり、図 2はこの発明の実施の形態 1による投写型表示装置を示す斜視図である。

[0010] 図において、発光体であるプロジェクタ 1は画像投影用の光線をフレネル光学素子 2に照射する。

フレネル光学素子 2はプロジェクタ 1から照射される光線を屈折させる屈折面と、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズムが複数形成されている。

基盤 3にはフレネル光学素子 2のフレネルプリズムが二次元的に配置されている。

[0011] 図 3はこの発明の実施の形態 1による表示スクリーンを示す構成図である。図において、フレネル光学素子 2を形成しているフレネルプリズムの入射面である屈折面 11 はプロジェクタ 1から照射される光線を屈折させる。

フレネルプリズムの反射面 12は屈折面 11で屈折された光線を反射させる。

[0012] 基盤 3の表面 13はフレネルプリズムの反射面 12で反射された光線を反射する光線反射機能を備えている。

フレネル光学素子 2の透過面 14は各フレネルプリズムの間に形成され、基盤 3の表面 13で反射された光線を透過させる。

[0013] 次に動作について説明する。

この実施の形態 1の表示スクリーンは、光線反射型のスクリーンであるが、光線反射型のスクリーンを説明する前に、光線透過型のスクリーンについて説明する。 [0014] 図 5は光線透過型のスクリーンを示す構成図である。

光線透過型のスクリーンは、プロジェクタ 21から照射される光線を屈折させる屈折面 22を有するとともに、屈折面 22で屈折された光線を反射させる反射面 23を有するフレネルプリズムと、その反射面 23で反射された光線を拡散する光拡散要素 24を有する基盤とから構成されてレヽる。

[0015] 図 6は図 5のスクリーン部分を拡大したものであり、図 7は図 6のプリズム部分を拡大したものである。

例えば、屈折率 nの媒質 (例えば、大気）から、入射角度 Θ で屈折面 22 (図 7では

0 0

、面 ACの中の面 AH :面 HCの部分には、面 FGによって光線が遮断されるため入射されない）に入射した光線は、フレネルプリズムの屈折率 nで屈折し、反射面 23 (図 7

1

では、面 ABの中の面 AI)に入射するように向きを変える。

[0016] このとき、下記の式（1)で表される角度 ζを、全反射条件を満足するように設計すると、光線が面 ΑΙで全反射して、基盤の光拡散要素 24 (図 7では、面 DOの中の面 JE) の部分に入射するように向きを変える。

ζ = ( π /2) - τ

[0017] ここで入射した光線は、屈折率差によって屈折し、 Θ の角度で出射される。

refl

出射角度 Θ は、下記の式（2)で表される。

refl

θ ( Θ ； α ， τ )

refl 0 n

=sm [ (n /n )

[0018] 関係式は以下のようになる。

(3) [0019] 屈折率 n , nは媒質中で変化させることは難しいため、式（3)より、フレネルプリズ

0 1

ムは、出射角度 Θ とプリズムの頂角 τで関数型が決まる入射角度 Θ の関数である

refl 0

ことが分かる。

三角形 ABCを 1プリズム単位として、ピッチを mとすると、三角形 ABCの面 AC、面 ABのうち、幾何学から入射光線に寄与しない部分は面 IBと面 HCである。つまり、フレネルプリズムの根元部分（面 HCK)は信号光光路に寄与しない。

[0020] したがって、フレネルプリズムの根元部分（面 HCK)は形成せず、図 8に示すように、信号光光路に寄与しない部分の面 25を基盤の光拡散要素 24と平行になるように形成してもよい。

図 7との対応で説明すると、屈折面 22が面 AL、反射面 23が面 IA、面 25が面 LK である。

このとき、三角形 ABCと AILは相似であり、フレネルプリズムの相似縮小比率を 1とする。

[0021] これをプロジェクタに応用すると図 9のようになる。

極端な斜入射であり、例えば、表示スクリーンに対して、斜め 70度で入射する場合、頂角 _τ = 45° 、屈折率 η = 1. 55であれば、相似縮小比率は 1 ^ 0. 2となり、平面部の方が大きくなる。

同様の条件で、斜め 50度で入射する場合、 1 0. 8となり、反対に平面部が小さくなる。つまり、図 9にあるように、入射角度の小さい Θ では平面部の比率が小さぐ入射角度の大きい Θ では平面部の比率が大きくなる。

2

[0022] ここまでは、光線透過型のスクリーンについて説明した力図 3に示すように、光拡散要素 24の代わりに、表面 13が光線反射機能を備えてレ、る基盤 3を配置するようにすれば、光線反射型のスクリーンになり、同様の原理の下で動作する。

[0023] 即ち、プロジェクタ 1から照射される光線は、フレネルプリズムの屈折面 1 1で屈折され、屈折面 1 1で屈折された光線は、フレネルプリズムの反射面 12で反射させる。ここまでは、光線透過型のスクリーンと同様である。

反射面 12で反射された光線は、基盤 3の表面 13で反射され、基盤 3の表面 13で反射された光線は、透過面 14を透過して観測者側に出射される。 [0024] これをプロジェクタに応用すると図 4のようになる。

図 4の例では、反射面 12で反射された入射角度 Θ の光線が略水平より上向き、反

1

射面 12で反射された入射角度 Θ の光線が略水平より下向きにして（いずれもスクリ

2

ーンの中心向き）、入射角度 Θ の光線を下部の透過面 14から出射させ、入射角度

1

Θ の光線を上部の透過面 14から出射させている力上下どちらを選ぶかは、設計

2

者の自由でよい。

[0025] 以上で明らかなように、この実施の形態 1によれば、基盤 3の表面 13がフレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線を反射する光線反射機能を備え、基盤 3の表面 13で反射された光線を透過させる透過面 14が各フレネルプリズムの間に形成されているので、光線を斜め照射しても、光線を観測者側に出射させることができる効果を奏する。

なお、この実施の形態 1によれば、光線透過型のスクリーンを光線反射型のスクリーンに転用することも可能となり、部品の共用化によるコストの削減効果も得られる。

[0026] 実施の形態 2.

上記実施の形態 1では、基盤 3の表面 13がフレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線を反射する光線反射機能を備えてレ、るものにっレ、て示したが、図 10に示すように、基盤 3の表面 13がフレネル光学素子の反射面 12で反射された光線を拡散する光線拡散機能を備えるようにしてもょレヽ。

[0027] 即ち、基盤 3の表面 13に光拡散機能を持つ塗料を塗布、あるいは、基盤 3の表面 1 3に粗面加工を施すことにより、基盤 3の表面 13に反射される光線が広がりを有するようにしてもよい。

また、基盤 3の表面 13が光線反射機能と光線拡散機能の双方を備えるようにしてもよい。例えば、基盤 3の表面 13を完全拡散面、ビーズスクリーンなどにすればよい。

[0028] 以上で明らかなように、この実施の形態 2によれば、基盤 3の表面 13がフレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線を拡散する光線拡散機能を備えるように構成したので、観測者が画像を観測できる視野を拡大することができる効果を奏する。

[0029] 実施の形態 3.

上記実施の形態 2では、基盤 3の表面 13がフレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線を拡散する光線拡散機能を備えるものにっレ、て示したが、図 11に示すように、フレネル光学素子 2の透過面 14が光線を拡散する光線拡散機能を備えるようにしてもよい。

[0030] 即ち、フレネル光学素子 2の透過面 14に光拡散機能を持つ塗料を塗布、あるいは

、フレネル光学素子 2の透過面 14に粗面加工を施すことにより、フレネル光学素子 2 の透過面 14を透過する光線が広がりを有するようにしてもよい。

[0031] 以上で明らかなように、この実施の形態 3によれば、フレネル光学素子 2の透過面 1

4が光線を拡散する光線拡散機能を備えるように構成したので、観測者が画像を観測できる視野を拡大することができる効果を奏する。

[0032] 実施の形態 4.

上記実施の形態 1一 3では、特に言及していなレ、が、図 12に示すように、プロジェクタ 1から照射された光線の一部は、屈折面 11で反射されることがある。

屈折面 11で反射された光線は、隣のフレネルプリズムに入射されたのち、他のフレネルプリズムの屈折面 11で反射され、さらに、基盤 3の表面 13で反射されて、不要光として観測者側に出射されることがある。

[0033] この実施の形態 4では、不要光が観測者側に出射されないようにするため、図 13に示すように、フレネルプリズムの屈折面 11のうち、他のフレネルプリズムに遮断されてプロジェクタ 1から光線を直接入射しない非入射面 15 (非入射面は、基盤 3の表面 1

3で反射された光線を透過させる透過面に相当する）の反射面 12に対する角度 γが

、プリズム先端角 τより大きくなるように形成している。

[0034] これにより、屈折面 11で屈折されずに反射された光線力他のフレネルプリズムの屈折面 11で反射されなくなり、その光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

したがって、上記のフレネル光学素子 2を搭載している投写型表示装置では、ゴースト像の表示を防止することができる効果を奏する。

[0035] なお、プロジェクタ 1から光線を直接入射しない非入射面 15が光線を拡散する光線拡散機能を備えるようにしてもよい。

これにより、非入射面 15に外光が入射されても、その外光が拡散されるようになる。その結果、外光が強い場合でも、コントラストの高い画像を表示することができる効果を奏する。

[0036] 実施の形態 5.

図 14はこの発明の実施の形態 5による表示スクリーンを示す構成図である。図において、図 3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

レンズ部 5は基盤 3の表面 13で反射又は拡散された光線の広がりを制御する機能を備えている。

[0037] 次に動作について説明する。

レンズ部 5としては、断面の形状が縦方向もしくは横方向に円、楕円、もしくは非球面である 1次元のレンズ (かまぼこ状のレンズ)や、曲率が縦横で異なるレンズが 2次元に並んでいるマイクロレンズアレーなどを使用する。

具体的には、レンチキュラーレンズなどを使用する。

[0038] 光線の入射位置に応じて光路が異なる力 S、レンズ部 5を基盤 3に配置すると、レンズ部 5を通過することで、光線の傾きが光路毎に変わるため、出射される光線が広がりを有するようになる。

したがって、観測者が画像を観測できる視野を拡大することができる効果を奏する。

[0039] 実施の形態 6.

図 15はこの発明の実施の形態 6による表示スクリーンを示す構成図である。図において、図 14と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

基盤 3の表面 16は、光線の焦点位置 16aでは光線反射機能や光線拡散機能を有するが、光線の焦点位置 16a以外では外光を吸収する外光吸収機能 (例えば、ブラックストライプ)を備えている。

[0040] 次に動作について説明する。

光線の焦点位置 16aにおいては、基盤 3の表面 16が光線反射機能や光線拡散機能を有しているので、上記実施の形態 5と同様に、光線を反射又は拡散する。

[0041] プロジェクタ 1から照射された光線は、レンズ部 5の作用により、焦点位置 16a以外の位置に照射されることはないが、外光などは焦点位置 16a以外の位置に照射されること力 ^sある。しかし、基盤 3の表面 16は、光線の焦点位置 16a以外では外光吸収機能を備えているので、その外光を吸収する。

[0042] 以上で明らかなように、この実施の形態 6によれば、光線の焦点位置 16a以外では外光を吸収する外光吸収機能を備えているので、コントラストを高めることができる効果を奏する。

[0043] なお、この実施の形態 6では、レンズ部 5の焦点近傍のみを光吸収機能を除いた開口部としている力この開口部分の幅を増やし、図 14のレンズ部 5のように、反射面である表面 13とレンズの焦点をずらしてデフォーカスを与えることで、入射位置毎に光線の光路を変えて、出射光線に広がりを持たせるようにしてもよい。

[0044] 実施の形態 7.

上記実施の形態 1一 6では、特に言及していなレ、が、フレネル光学素子 2を形成しているフレネルプリズムの傾き力そのフレネルプリズムが配置されている位置に応じて異なるようにしてもよい。

[0045] 具体的には、図 16に示すように、光線の出射面になる透過面 17の配置位置に応じて、透過面 17の傾きを変えると、出射光線の向きが変化する。

図 7の例では、信号光の光路に依存しない部分は、三角形 HCKで囲まれている部分であり、この部分で自由に面 PK、 LK、 HKなどを形成すれば、透過面 17の傾きを変えることができる。

[0046] 以上で明らかなように、この実施の形態 7によれば、フレネル光学素子 2を形成してレ、るフレネルプリズムの傾き力そのフレネルプリズムが配置されている位置に応じて異なるようにしているので、観測者に向けて出射される光線の光量を増やすことができる効果を奏する。

[0047] 実施の形態 8.

図 17はこの発明の実施の形態 8による投写型表示装置を示す斜視図である。図において、図 2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

[0048] 基盤 3にはフレネル光学素子 2が同心円状に配置されており、フレネル光学素子 2 の外周には縁 6が形成されている。なお、プロジェクタ 1及び表示スクリーンを設置する際、プロジェクタ 1により投射された画像の表示領域 7が縁 6の内側と一致するように設置される。

位置調整手段である上下調整機構 8は表示スクリーンを上下に移動して、フレネノレ光学素子 2に対する光線の照射位置を調整する。

[0049] 次に動作について説明する。

プロジェクタ 1により投射された画像を表示スクリーンに表示するに際しては、プロジェクタ 1と表示スクリーンの相対的な位置関係を調整する必要がある。

[0050] 光学的には、例えば、光軸であるプロジェクタ 1の基準点 Xと表示スクリーンの基準点 Yを揃え、投射距離を所定の間隔に設定する必要がある。

し力、しながら、基準点 X， Yは、実際のプロジェクタ 1では明確に記されていない場合が多い。

[0051] そこで、この実施の形態 8では、フレネル光学素子 2の外周に縁 6を形成するようにしており、プロジェクタ 1により投射された画像の表示領域 7が縁 6の内側と一致するように設置するだけで、プロジェクタ 1と表示スクリーンの相対的な位置関係の調整を完了できるようにしている。

なお、フレネル光学素子 2の外周に縁 6を形成しているので、プロジェクタ 1による画像が歪曲している場合でも、表示領域 7の歪曲が縁 6に隠れるようになり、見栄えが良くなる。

[0052] プロジェクタ 1による光線の入射が極端な斜入射の場合、プロジェクタ 1から表示スクリーンまでの投射距離が敏感になるので、上下調整機構 8を用いて表示スクリーンを上下に移動することにより、フレネル光学素子 2に対する光線の照射位置を調整して、その投射距離の誤差を吸収するようにする。

y = f X tan 0

ただし、 f :投射距離

Θ：入射角度

y :表示スクリーンの高さ

[0053] また、極端な斜入射では、投射距離が僅かに変わると、光線の入射位置が大きく変わるので、表示スクリーンが橈んでいる場合、投射された画像が大きく歪むことになるしたがって、平面度の高い平坦な基盤 3にフレネル光学素子 2を配置する必要性が高レ、。

[0054] なお、この実施の形態 8では、フレネル光学素子 2が同心円状に配置されているものについて示したが、入射角度 Θ に応じて屈折面 11の角度が同心円の中心から近

0

い側よりも遠い側の方が大きくなるようにフレネル光学素子 2が変化しているようにしてもよい。

また、この実施の形態 8では、フレネル光学素子 2が同心円状に配置されているものについて示したが、入射角度 Θ に応じてプリズムの相似縮小比率 1が同心円の中

0

心から近い側より遠い側の方が小さくなるようにフレネル光学素子 2が変化しているようにしてもよい。

さらに、この実施の形態 8では、フレネル光学素子 2が同心円状に配置されているものについて示したが、必ずしも同心円状に配置されている必要はなぐフレネル光学素子 2が直線状に配置されていてもよい。

上記実施の形態 1一 7では、特に言及していないが、フレネル光学素子 2のピッチを画面の画素より細かくすれば、解像度の高い画像を表示することができる。

[0055] 実施の形態 9.

図 18はこの発明の実施の形態 9による投写型表示装置を示す構成図である。図において、図 4と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

基盤 3の表面 18はフレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線を反射又は拡散する光線反射機能又は光線拡散機能を備えるとともに、その光線の一部を透過する光線透過機能を備えてレ、る。

[0056] 次に動作について説明する。

基盤 3の表面 18は、フレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線を反射又は拡散する光線反射機能又は光線拡散機能を備えてレ、るので、フレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線は、基盤 3の表面 18により反射されて、上記実施の形態 1と同様に、図中、右側の観測者に向けて出射される。

[0057] また、基盤 3の表面 18は、フレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線の一部を透過する光線透過機能を備えているので、フレネル光学素子 2の反射面 12で反射された光線は、基盤 3の表面 18を透過して、図中、左側の観測者に向けて出射される。

[0058] 基盤 3の表面 18を例えば半透過の拡散板等を配置することにより、光線拡散機能と光線透過機能を同時に実現することができる。

この拡散板の光透過量を適切に調整することにより、表示スクリーンの右側に出射する光線と、表示スクリーンの左側に出射する光線を同時に生成できるので、両側の観測者がプロジェクタによる画像を観測することが可能となる。

[0059] ただし、図 18の表示スクリーンにおいては、右側の観測者に向けて出射される画像と、左側の観測者に向けて出射される画像とは、左右が反転している。

そこで、図 19に示すように、偏光機能を有する拡散板 (偏光板)を基盤 3として配置することにより、左側の観測者に向けて出射される画像の左右を反転するようにする。

[0060] 具体的には、テレビなどは 1秒間に 30枚の絵を表示する力人間の目は、これを連続と認識する。

そこで、プロジェクタ 1の偏光切替要素 laが偏光を高速に切り替え、この偏光の切り替えに同期して、プロジェクタ 1の画像形成部（図示せず）が画像の左右を反転させることで、右側の観測者と、左側の観測者が見る画像を同じものにする。

[0061] この実施の形態 9では、プロジェクタ 1が表示スクリーンの下側に設置されているものについて示したが、図 20に示すように、プロジェクタ 1が表示スクリーンの上側に設置されているようにしてもよい。

図 20では、例えばガラスのように、平面度が高ぐ光学的に透明な透明部材 19が組み合わされている。

また、レンズ部 5が基盤 3と透明部材 19の間に挿入されている。ただし、レンズ部 5と透明部材 19の間に基盤 3が揷入されてレ、てもよレ、。

[0062] この実施の形態 9では、プロジェクタ 1から照射される光線を直接スクリーンに入射するものについて示した力図 21に示すように、光路の途中に鏡 20を揷入して光路を折り返すようにしてもよい。

図 21では、光路を折り返す鏡 20をスクリーンと略平行に設置している力図 22に示すように、鏡 20を傾けて設置するようにしてもょレ、。また、図 21では、プロジェクタ 1が表示スクリーンより右側に位置している力図 22 に示すように、プロジェクタ 1が表示スクリーンより左側に位置していてもよい。

[0063] 実施の形態 10.

上記実施の形態 1一 9では、屈折面 11と反射面 12からなるフレネルプリズムが複数形成されているフレネル光学素子 2を示した力この場合、フレネルプリズムの先端が尖った形状になるので、金型の加工で不正が生じたり、先端がこすれて削れてしまうこと力 Sfeる。

[0064] そこで、この実施の形態 10では、フレネルプリズムの先端部を図 23のように切り取ることにより、新たな面 31を形成して、フレネルプリズムを台形状に形成する。

この場合、先端がこすれて削れてしまうなどの不具合を防止することができる。

[0065] また、基盤 3の表面 13で反射された光線は、透過面 14から出射されるが、基盤 3の表面 13で反射された光線を新たな面 31から出射させることも可能になる。

透過面 14と新たな面 31は、面の傾きが異なるので、観測者の見る光束の配光特性を広げることができる効果も奏する。

[0066] 実施の形態 11.

上記実施の形態 1一 9では、屈折面 11と反射面 12からなるフレネルプリズムが複数形成されているフレネル光学素子 2を示した力図 24に示すように、フレネルプリズムが形成されている面と反対側の面に、超微細無反射構造 33を付加するようにしてもよい。

[0067] 一般に異なる物質の境界面では、光の屈折'反射作用が生じる。

フレネル反射の法則により、例えば、屈折率が 1と 1. 5の物質では、その屈折率差に比例して、垂直入射で 4%の光線が透過せずに反射して、元の方向に戻ることになる。

[0068] 周期が光の波長（例えば、 0. 5ミクロン）に比べて小さい周期構造 (例えば、 0. 2ミクロン）を有する場合、実効的な屈折率が連続的に変化することが知られている。したがって、フレネルプリズムが形成されている面と反対側の面に、例えば接着剤 3 2で超微細無反射構造 33を付加すると、フレネル光学素子 2から空気への屈折率を連続的に変化させることができるので、反射光を減らすことができる。このようなフレネル光学素子 2を例えば上記実施の形態 9の表示スクリーンに適用すれば、左側の観測者が見る画像の輝度を高めることができる。

[0069] なお、図 24では、フレネルプリズムの周期を約 100ミクロン、信号光の光路となるプリズム部分を約 30ミクロン、超微細無反射構造 33の周期を約 0. 2ミクロンにしているが、これは一例に過ぎず、他の周期に設定してもよいことは言うまでもない。

また、ここでは、接着剤 32を用いて、超微細無反射構造 33を付加している力フレネル光学素子 2と超微細無反射構造 33を一体的に形成してもよい。

[0070] 実施の形態 12.

上記実施の形態 9では、基盤の表面 18が光線透過機能を備えることにより、表示スクリーンの両側で画像を見ることができるものについて示した力基盤の表面 18に画像を表示する液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネルなどの別の画像表示手段を設置するようにしてもょレヽ。

[0071] 例えば、入射角度 Θ 力度に対応するフレネル光学素子 2の場合、相似縮小比

0

率 1が 0. 2であり、残りの 0. 8、つまり 8割が平面部となる。

よって、液晶ディスプレイから出力される光線は、図 26もしくは図 25の右側に示すように、 2割の光線がプロジェクタ 1側に出射される力 S、 8割の光線が正面に抜けるため、 8割の明るさで液晶ディスプレイを見ることができる。

[0072] 一方、液晶ディスプレイの画像表示を消して、プロジェクタ 1の光線を表示スクリーンに照射すると、その光線はフレネル光学素子 2で屈折 ·反射して、液晶ディスプレイが備え付けられている基盤 3の表面で結像する。この光線は正面に抜けるため、図 25 の左側に示すように、画像を見ることができる。

[0073] この実施の形態 12では、画像表示手段として液晶ディスプレイを設置するものについて示した力これに限るものではなぐ例えば、看板などでもよい。

この実施の形態 12によれば、プロジェクタを使わないときはスクリーン裏面の画像表示手段の画像を見ることができ、画像表示手段を使わないときはプロジェクタの画像を見ること力 Sできる。

産業上の利用可能性

[0074] 以上のように、この発明に係るフレネル光学素子は、プロジェクタが表示スクリーンの裏側ではなぐ表示スクリーンの表側 (観測者側）に配置される投写型表示装置などに用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

[1] 発光体から照射される光線を屈折させる屈折面と、上記屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズムが複数形成されているフレネル光学素子において、上記フレネルプリズムが配置される基盤の表面により反射又は拡散された上記反射面の反射光を透過させる透過面が各フレネルプリズムの間に形成されてレ、ることを特徴とするフレネル光学素子。

[2] 透過面が基盤の表面と平行に形成されてレ、ることを特徴とする請求項 1記載のフレネル光学素子。

[3] 透過面が光線を拡散する光線拡散機能を備えていることを特徴とする請求項 1記載のフレネル光学素子。

[4] フレネルプリズムの屈折面のうち、他のフレネルプリズムに遮断されて発光体から光線が直接照射されない非入射面の反射面に対する角度が、上記屈折面と上記反射面のなすプリズム先端角と異なることを特徴とする請求項 1記載のフレネル光学素子

[5] 反射面に対する非入射面の角度がプリズム先端角より大きいことを特徴とする請求項 4記載のフレネル光学素子。

[6] 非入射面が光線を拡散する光線拡散機能を備えてレ、ることを特徴とする請求項 4 記載のフレネル光学素子。

[7] フレネルプリズムの先端が欠けて、フレネルプリズムが台形状に形成されていることを特徴とする請求項 1記載のフレネル光学素子。

[8] フレネルプリズムが形成されている面と反対側の面に超微細無反射構造が付加されていることを特徴とする請求項 1記載のフレネル光学素子。

[9] 発光体力も照射される光線を屈折させる屈折面を有するとともに、上記屈折面で屈折された光線を反射させる反射面を有するフレネルプリズムが複数形成されているフレネル光学素子と、上記フレネル光学素子が二次元的に配置されている基盤とを備えた表示スクリーンにおいて、上記基盤の表面が上記フレネル光学素子の反射面で反射された光線を反射する光線反射機能又は上記フレネル光学素子の反射面で反射された光線を拡散する光線拡散機能を備え、上記基盤の表面で反射又は拡散された光線を透過させる透過面が各フレネルプリズムの間に形成されていることを特徴とする表示スクリーン。

[10] 基盤の表面で反射又は拡散された光線の広がりを制御するレンズが上記基盤に配置されていることを特徴とする請求項 9記載の表示スクリーン。

[11] 基盤の表面が外光を吸収する外光吸収機能を備えていることを特徴とする請求項

9記載の表示スクリーン。

[12] フレネル光学素子を形成しているフレネルプリズムの傾き力そのフレネルプリズムが配置されている位置に応じて異なることを特徴とする請求項 9記載の表示スクリーン。

[13] 二次元的に配置されてレ、るフレネル光学素子の外周に縁が形成されてレ、ることを特徴とする請求項 9記載の表示スクリーン。

[14] 二次元的に配置されているフレネル光学素子に対する光線の照射位置を調整する位置調整手段を備えていることを特徴とする請求項 9記載の表示スクリーン。

[15] フレネル光学素子が同心円状に配置されていることを特徴とする請求項 9記載の表示スクリーン。

[16] 屈折面の角度が同心円の中心から近レ、側よりも遠レ、側の方が大きくなるようにフレネル光学素子が変化していることを特徴とする請求項 15記載の表示スクリーン。

[17] 相似縮小比率が同心円の中心から近い側よりも遠い側の方が小さくなるようにフレネル光学素子が変化していることを特徴とする請求項 15記載の表示スクリーン。

[18] フレネル光学素子のピッチが画面の画素より細かレ、ことを特徴とする請求項 9記載の表示スクリーン。

[19] 基盤の表面がフレネル光学素子の反射面で反射された光線の一部を透過する光線透過機能を備えていることを特徴とする請求項 9記載の表示スクリーン。

[20] 基盤の表面から透過された光線を偏光して、画像の左右を反転する左右反転手段を備えていることを特徴とする請求項 19記載の表示スクリーン。

[21] 基盤の表面に画像を表示する画像表示手段を備えていることを特徴とする請求項 9記載の表示スクリーン。

[22] 光線を照射する発光体と、上記発光体から照射される光線を屈折させる屈折面を有するとともに、上記屈折面で屈折された光線を反射させる反射面を有するフレネルプリズムが複数形成されているフレネル光学素子と、上記フレネル光学素子が二次元的に配置されている基盤とを備えた投写型表示装置において、上記基盤の表面が上記フレネル光学素子の反射面で反射された光線を反射する光線反射機能又は上記フレネル光学素子の反射面で反射された光線を拡散する光線拡散機能を備え、上記基盤の表面で反射又は拡散された光線を透過させる透過面が各フレネルプリズムの間に形成されていることを特徴とする投写型表示装置。

[23] 基盤の表面がフレネル光学素子の反射面で反射された光線の一部を透過する光線透過機能を備えていることを特徴とする請求項 22記載の投写型表示装置。

[24] 基盤の表面から透過された光線を偏光して、画像の左右を反転する左右反転手段を備えていることを特徴とする請求項 23記載の投写型表示装置。

[25] 基盤の表面に画像を表示する画像表示手段を備えていることを特徴とする請求項 22記載の投写型表示装置。