專利名稱：菲涅耳透鏡片、背投型屏幕以及背投型圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于背投型屏幕等光學(xué)制品的菲涅耳透鏡片。
背景技術(shù)：
投影屏幕一般由菲涅耳透鏡片和雙凸透鏡片構(gòu)成，通過來自投影器的影像光使圖像成像在該投影屏幕上，用于得到具有方向性的漫射面。
以往的菲涅耳透鏡是鋸齒狀的凹凸(棱鏡)并列在同心圓上的結(jié)構(gòu)，通過帶有傾斜的棱鏡的折射作用，使入射光發(fā)生折射，以片整體用作透鏡。
圖8示出包含以往的背投型屏幕中標(biāo)準(zhǔn)使用的出射面折射式菲涅耳透鏡片的剖面圖的投影器整體圖。在該圖中，102是投射光源用投影器，113是菲涅耳透鏡片，點(diǎn)劃線表示光軸，并與同心圓狀的菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)的中心一致。
圖9是對(duì)應(yīng)于圖8的以往的菲涅耳透鏡片的立體圖。115是菲涅耳中心，113是長(zhǎng)方形透鏡片部分。
菲涅耳透鏡的制造一般是通過切削刀具對(duì)金屬模進(jìn)行切削，使用該金屬?；?qū)υ摻饘倌＿M(jìn)行轉(zhuǎn)印后的模作為成形模，進(jìn)行沖壓成形、射出成形、紫外線固化樹脂的成形等。
近年來，為了減小投影電視的深度，存在使影像光向菲涅耳透鏡入射的角度(視場(chǎng)角)增大的傾向。此外，進(jìn)而為了使投影電視的深度減小，或者為了使屏幕尺寸大型化，提出了對(duì)屏幕傾斜地投射影像光的方案，并存在其角度也逐年變大的傾向。但是，在以往的利用了折射作用的菲涅耳透鏡中，其折射能力存在限制，不能使入射光線充分偏轉(zhuǎn)。
為了與此對(duì)應(yīng)，專利文獻(xiàn)1公開了在片的入射面?zhèn)仁褂萌瓷湓淼募夹g(shù)。具體地說，按照?qǐng)D5所示，是在入射側(cè)面配置有由入射面與反射面這兩個(gè)面構(gòu)成的棱鏡列的菲涅耳透鏡片。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)影像光向屏幕入射的角度較小時(shí)，由于入射到棱鏡的入射面的光線的一部分(圖5中的虛線)不入射到反射面地通過，所以不僅光的利用效率低，而且未入射到反射面的光成為雜散光，產(chǎn)生了圖像的劣化。
因此，在專利文獻(xiàn)2中公開了如下技術(shù)按照?qǐng)D6所示，配置3面結(jié)構(gòu)的棱鏡列，由對(duì)來自光源的入射光進(jìn)行折射的入射面、對(duì)在該入射面被折射后的光線的至少一部分進(jìn)行全反射的反射面、以及菲涅耳周期結(jié)構(gòu)固有的上升(rise)面構(gòu)成該三面，即使在影像光向屏幕入射的角度較大的情況下，也可提高光的利用效率。該上升面與透鏡片的垂線平行，或者具有大約6度的正向傾斜地形成以使制造成形時(shí)的起模變得容易。在圖5中，正常的入射光是實(shí)線，在入射面被折射，然后在全反射面被反射，作為與目標(biāo)光軸平行的光射出。
但是，在上述結(jié)構(gòu)中入射角較小的情況下，存在如下問題因?yàn)槿肷涔饩€的一部分(圖6的虛線)直接入射到了上升面，所以被折射到與本來不相同的方向上，進(jìn)而在全反射面，被反射到了與本來不相同的方向。
為了減輕該問題，在專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)4中提出了組合全反射式菲涅耳透鏡面和入射面折射式菲涅耳透鏡面作為復(fù)合面來使用的方案。圖7示出該復(fù)合面的剖面圖。在該方式中也存在如下問題以虛線表示的光線直接從上升面入射，使光向與本來不相同的方向輸出了。若光局部射出到與本來不相同的方向，則就會(huì)使映出在屏幕上的圖像的質(zhì)量下降，此外，還存在會(huì)產(chǎn)生多重圖像干擾等的問題。
專利文獻(xiàn)1特開昭61-208041號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開昭61-277935號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3國(guó)際公開WO2002/027399號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開2003-114481號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是改善光的利用效率，并且，減少通過入射到上升面并在反射面反射或者折射到異常方向而產(chǎn)生的雜散光。
為達(dá)到所述目的，本發(fā)明是一種用于背投型屏幕的菲涅耳透鏡片，其特征在于，在該菲涅耳透鏡片的入射側(cè)面配置使入射光偏轉(zhuǎn)向出射側(cè)的棱鏡列，所述棱鏡列的至少一部分具有對(duì)來自光源的入射光進(jìn)行折射的入射面，具有對(duì)在該入射面折射后的光線進(jìn)行全反射的反射面，在該入射面的中心側(cè)終點(diǎn)與該反射面的外周側(cè)終點(diǎn)之間具有上升面，由該反射面、該入射面和該上升面這3個(gè)面構(gòu)成一個(gè)單位的棱鏡，該上升面至少在透鏡片的最內(nèi)周部以該入射面與該上升面的交點(diǎn)為起點(diǎn)向外周側(cè)反傾斜，菲涅耳光軸中心部以離心成在透鏡片的范圍外的方式形成。
此外，本發(fā)明的特征在于，所述菲涅耳透鏡片中的棱鏡列的最內(nèi)周部的間距比最外周的間距小。
此外，本發(fā)明的特征在于，在所述菲涅耳透鏡片中，上升面與菲涅耳透鏡片的垂線之間的反傾角θ為2度以上20度以下。
此外，本發(fā)明的特征在于，在所述菲涅耳透鏡片中，在上升面與反射面之間配置加強(qiáng)部，此外，本發(fā)明的特征在于，所述加強(qiáng)部的寬度為3μm以上20μm以下。
進(jìn)而，本發(fā)明是一種具備所述菲涅耳透鏡片和光漫射片的背投型屏幕，是一種具備該背投型屏幕的背投型圖像顯示裝置。
按照上述的本發(fā)明，與使上升面垂直或者正向傾斜的現(xiàn)有技術(shù)相比，可提高菲涅耳透鏡的光利用效率，降低圖像的局部不均勻，提高圖像質(zhì)量。進(jìn)而，因?yàn)檫€能夠確保加強(qiáng)部的寬度，所以能夠使切削刀具和金屬模的制造變得容易。此外，還可以進(jìn)行成形時(shí)的起模，在生產(chǎn)率上也是優(yōu)良的。


圖1是本發(fā)明的一例菲涅耳透鏡片的局剖圖。
圖2是本發(fā)明的一例菲涅耳透鏡片的局剖圖。
圖3是本發(fā)明的背投型圖像顯示裝置的投射系統(tǒng)側(cè)面圖。
圖4是本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的立體圖。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)的菲涅耳透鏡片的局剖圖。
圖6是現(xiàn)有技術(shù)的菲涅耳透鏡片的局剖圖。
圖7是現(xiàn)有技術(shù)的菲涅耳透鏡片的局剖圖。
圖8是現(xiàn)有技術(shù)的背投型圖像顯示裝置的投射系統(tǒng)側(cè)面圖。
圖9是現(xiàn)有技術(shù)的菲涅耳透鏡片的立體圖。
具體實(shí)施例方式
以下，基于附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖6是現(xiàn)有技術(shù)的一例菲涅耳透鏡片的主要部分剖面概略圖。將由相對(duì)菲涅耳透鏡片光軸具有預(yù)定折射角γ的入射面11、相對(duì)菲涅耳透鏡片光軸具有預(yù)定反射角μ的全反射面12、用于形成菲涅耳結(jié)構(gòu)的上升面13構(gòu)成的棱鏡單位10，配設(shè)在菲涅耳透鏡片的光源一側(cè)。反射面的谷部21和上升面的谷部24一致。
入射到入射面11的光線在界面發(fā)生折射，在反射面12上全反射后，向預(yù)定方向射出。該預(yù)定方向是大致平行于菲涅耳透鏡片的基準(zhǔn)面14的法線方向的方向。另一方面，由于入射到上升面13的光線沒有到達(dá)反射面12或者在反射面12上被反射到預(yù)定方向以外的異常方向，所以不能有效利用。
圖4示出本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的立體圖。在該圖中，115是光軸中心，113所示的長(zhǎng)方形部分是在本發(fā)明中使用的透鏡片部分。與以往使菲涅耳透鏡光軸中心和透鏡片的大致中心一致相比，在本發(fā)明中，使菲涅耳透鏡光軸中心完全向透鏡片的外側(cè)進(jìn)行離心。圖3示出投射系統(tǒng)整體的側(cè)面圖。由該圖也可知，使菲涅耳透鏡光軸中心完全向透鏡片的外側(cè)進(jìn)行離心。
圖1示出本發(fā)明的一例實(shí)施方式的局剖圖。本發(fā)明的棱鏡單位10與圖6所示的現(xiàn)有例相比，以使上升面13相對(duì)菲涅耳透鏡片的基準(zhǔn)面14的法線13’向外周方向傾斜上升角θ的形狀來構(gòu)成棱鏡單位。進(jìn)而，配置與棱鏡單位10相鄰的棱鏡單位10’，以使上升面的谷部24與在透鏡片光軸中心側(cè)相鄰的棱鏡單位10’的反射面的谷部21重合。由此，以比圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)變小的方式來配設(shè)菲涅耳透鏡片中的棱鏡間距。
由于在本發(fā)明中做成了這樣的形狀，所以，與現(xiàn)有例相比，能夠使向單位棱鏡入射的光線內(nèi)入射到上升面13的光的比例減少，因此，可提高光的利用率。同時(shí)，因?yàn)槿肷涞缴仙娴墓鉁p少，所以，可減少畫面的局部不均勻和重影圖像干擾，從而提高圖像質(zhì)量。
因?yàn)樵诜颇哥R片內(nèi)存在菲涅耳透鏡光軸中心的現(xiàn)有技術(shù)中，不能脫模，所以，不能采用如上所述的反傾斜結(jié)構(gòu)，這是常識(shí)。但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在光軸中心位于菲涅耳透鏡片之外的情況下，在對(duì)所成形的菲涅耳透鏡片進(jìn)行脫模時(shí)，通過沿上升面進(jìn)行脫模，就可容易地脫模，以至做出了本發(fā)明。
在本發(fā)明中，將入射面與上升面的交點(diǎn)作為基準(zhǔn)使上升面向外周側(cè)反傾斜是必要條件，而將反傾角θ做成2度以上，這在增大其效果上是理想的。反傾角θ的優(yōu)選上限值為20度。反傾角θ大于20度時(shí)，反射面12與上升面13所成的角過小，在切削成形模的刀具的耐久性和成形模的耐久性上會(huì)產(chǎn)生問題，或者在成形模與成形品的脫模上會(huì)產(chǎn)生問題。
圖2是本發(fā)明的另一例的局剖圖。在圖2中，在棱鏡單位10的上升面的谷部24和相鄰的棱鏡單位10’的反射面的谷部21之間具有設(shè)置了加強(qiáng)部25的結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置加強(qiáng)部25，從而可防止相當(dāng)于鄰接棱鏡相互邊界部的金屬模凸部在制作時(shí)的“歪斜”不良，并且，可得到金屬模壽命提高的效果。此處，優(yōu)選加強(qiáng)部25的寬度為3μm以上20μm以下。加強(qiáng)部25的寬度大于20μm時(shí)，入射到上升面13的光線的比例變大，存在光的利用效率變低的情況。此外，加強(qiáng)部25的寬度小于3μm時(shí)，不能充分得到設(shè)置加強(qiáng)部25的效果。
在本發(fā)明中，可以在菲涅耳透鏡片的整個(gè)面上使用上述結(jié)構(gòu)的棱鏡列，也可以在一部分上使用。以下說明其理由。
如圖3所示，在菲涅耳透鏡片的外周，存在因?yàn)榉颇哥R片的透鏡基準(zhǔn)面14的法線與入射光線100所成的入射角α變大而使入射到上升面的光線的比例變小或者消失的區(qū)域?？紤]了這些因素，通過只在例如菲涅耳透鏡的光軸中心最附近即最內(nèi)周部附近使用本發(fā)明，做成在菲涅耳透鏡外周將入射面和上升面的交點(diǎn)作為起點(diǎn)使上升角13的傾斜向內(nèi)周側(cè)與現(xiàn)有技術(shù)同樣正向傾斜的結(jié)構(gòu)，由此，就可容易地進(jìn)行成形模的切削或者對(duì)成形模和成形品的脫模性進(jìn)行改善。優(yōu)選上升角的大小根據(jù)位置而階梯式或連續(xù)式進(jìn)行改變。
以相同的理由，優(yōu)選加強(qiáng)部的寬度的大小因位置而階梯式或連續(xù)式進(jìn)行改變。通過做成使例如菲涅耳透鏡的光軸中心部分附近的加強(qiáng)部寬度比菲涅耳透鏡外周的加強(qiáng)部寬度小的結(jié)構(gòu)，從而可容易地進(jìn)行成形模的制作，或者可使菲涅耳面整體的透射率變得均一。
進(jìn)而，以相同的理由，優(yōu)選菲涅耳透鏡片中的棱鏡列的光軸最附近的間距比最外周的間距小。這對(duì)容易進(jìn)行成形模的制作或者使菲涅耳面整體的透射率變得均一是很有效的。
對(duì)于本發(fā)明的菲涅耳透鏡片來說，棱鏡列可以是直線形的線性菲涅耳，也可以是同心圓狀的圓形菲涅耳。菲涅耳透鏡片是線性菲涅耳的情況下，菲涅耳透鏡的光軸成為與棱鏡列的長(zhǎng)度方向平行的線形。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片可通過使用紫外線固化樹脂的鑄造法、沖壓成形法等的成形方法進(jìn)行制造，作為其襯底材料，可使用玻璃或者透明樹脂等光學(xué)用材料。在重視制品的輕量化的情況下，優(yōu)選使用透明樹脂部件來構(gòu)成。另一方面，在重視環(huán)境溫度或者濕度的影響引起的菲涅耳透鏡片的翹曲舉動(dòng)的情況下優(yōu)選使用玻璃材料。
實(shí)施例以下，使用實(shí)施例和比較例來展示本發(fā)明的效果。在本實(shí)施例和比較例中，做成出射光線的角度相對(duì)菲涅耳透鏡片的光軸為0度即作為平行光線射出的結(jié)構(gòu)，入射面11和反射面12所成的棱鏡頂角β為50度，入射面11的長(zhǎng)度為0.04mm，透鏡材料的折射率為1.55。
實(shí)施例1將入射角α設(shè)為23度、棱鏡間距設(shè)為0.0525mm、入射面角度設(shè)為31.8度。將反射面角度μ設(shè)為18.2度。將反傾上升角θ設(shè)為5度。射出的光線的比例是63.6％。
比較例1除了將上升角θ設(shè)為0度、棱鏡間距設(shè)為0.060mm以外，均與實(shí)施例1相同地配置棱鏡列。此時(shí)，作為平行光線射出的光線的比例為56.0％。
然后，對(duì)用微小的平坦部對(duì)棱鏡單位之間進(jìn)行接合的實(shí)施例以及比較例進(jìn)行說明。
實(shí)施例2將入射角α設(shè)為23度、入射面角度設(shè)為31.8度。將反射面角度μ設(shè)為18.2度、棱鏡間距設(shè)為0.0526mm、加強(qiáng)部寬度W設(shè)為0.006mm、反傾上升角θ設(shè)為5度。射出的光線的比例是57.0％。
比較例2除了將上升角θ設(shè)為0度、棱鏡間距設(shè)為0.066mm以外，均與實(shí)施例2相同地配置棱鏡列。此時(shí)，作為平行光線射出的光線的比例為50.5％。
在表1和表2中示出包含上述實(shí)施例和比較例地將入射角α設(shè)為23°和46°、使加強(qiáng)部寬度從0變化到15μm、使反傾上升角從0°變化到15°的例子。
表1

表2

例如，在表1中，在加強(qiáng)部寬度為0.000mm時(shí)，與上升角為0度的現(xiàn)有例中透射率是56.0％相比，在反傾上升角為5度、7度、10度的本發(fā)明的例子中，透射率分別為63.6％、67.4％、74.1％，可知透射效率變高了。
此外，在加強(qiáng)部寬度為0.010mm、上升角為7度的本發(fā)明的例子中，透射率為56.0％。因此，是與以往相同的透射效率，但是，因?yàn)槟軐⒓訌?qiáng)部寬度做成0.010mm，所以，成形模制作變得容易，并可改善成形模的耐久性。
此外，在加強(qiáng)部寬度為0.003mm、上升角為7度的本發(fā)明的例子中，透射率是63.6％。因此，是比以往高的透射效率，但是，因?yàn)槟軌虼_保平坦部的長(zhǎng)度，所以，成形模制作變得容易，并可改善成形模的耐久性。
權(quán)利要求
1.一種用于背投型屏幕的菲涅耳透鏡片，其特征在于，在該菲涅耳透鏡片的入射側(cè)面配置使入射光偏轉(zhuǎn)向出射側(cè)的棱鏡列，所述棱鏡列的至少一部分具有對(duì)來自光源的入射光進(jìn)行折射的入射面，具有對(duì)在該入射面折射后的光線進(jìn)行全反射的反射面，在該入射面的中心側(cè)終點(diǎn)與該反射面的外周側(cè)終點(diǎn)之間具有上升面，由該反射面、該入射面和該上升面這3個(gè)面構(gòu)成一個(gè)單位的棱鏡，該上升面至少在透鏡片的最內(nèi)周部以該入射面與該上升面的交點(diǎn)為起點(diǎn)向外周側(cè)反傾斜，菲涅耳光軸中心部以離心成在透鏡片的范圍外的方式形成。
2.如權(quán)利要求1記載的菲涅耳透鏡片，其特征在于，菲涅耳透鏡片中的棱鏡列的最內(nèi)周部的間距比最外周的間距小。
3.如權(quán)利要求1或2記載的菲涅耳透鏡片，其特征在于，該上升面與菲涅耳透鏡片的垂線之間的反傾角θ為2度以上20度以下。
4.如權(quán)利要求1～3的任意一項(xiàng)記載的菲涅耳透鏡片，其特征在于，在該上升面與該反射面之間配置加強(qiáng)部。
5.如權(quán)利要求4記載的菲涅耳透鏡片，其特征在于，該加強(qiáng)部的寬度為3μm以上20μm以下。
6.一種背投型屏幕，其中，具備如權(quán)利要求1～5的任意一項(xiàng)記載的菲涅耳透鏡片和光漫射片。
7.如權(quán)利要求6記載的背投型屏幕，其中，光漫射片由在光入射面排列有半圓錐體狀的縱長(zhǎng)柱面透鏡的雙凸透鏡片構(gòu)成。
8.一種背投型圖像顯示裝置，其中，具備權(quán)利要求6記載的背投型屏幕。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種精密且低價(jià)的樹脂成形品的制造方法，其可改善光的利用效率，并且，能減少通過入射到上升面并在反射面反射或者折射到異常方向而產(chǎn)生的雜散光。其特征在于在菲涅耳透鏡片的入射側(cè)面配置使入射光偏轉(zhuǎn)向出射側(cè)的棱鏡列，所述棱鏡列的至少一部分具有對(duì)來自光源的入射光進(jìn)行折射的入射面，具有對(duì)在該入射面折射后的光線進(jìn)行全反射的反射面，在該入射面的中心側(cè)終點(diǎn)與該反射面的外周側(cè)終點(diǎn)之間具有上升面，由該反射面、該入射面和該上升面這3個(gè)面構(gòu)成一個(gè)單位的棱鏡，該上升面以該入射面與該上升面的交點(diǎn)為起點(diǎn)向外周側(cè)反傾斜，菲涅耳光軸中心部以離心成在透鏡片的范圍外的方式形成。
文檔編號(hào)G02B27/00GK1961257SQ20058001798
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月1日
發(fā)明者熊谷彬泱, 小野陽二, 荻野正規(guī) 申請(qǐng)人:可樂麗股份有限公司