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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JP
Japan
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prism
light
lens
lens surface
fresnel lens
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JP57227909A
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JPS59119340A (ja
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Yukio Yada
Masao Inoe
Shingo Suzuki
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62—Translucent screens
    • G03B21/625—Lenticular translucent screens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
仮に(e1)+(e2)+(e3)=1とすれば、有効光
線率はe1=1−(e2+e3)となる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 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。
JP57227909A 1982-12-27 1982-12-27 フレネルレンズ Granted JPS59119340A (ja)

Priority Applications (1)

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JP57227909A JPS59119340A (ja) 1982-12-27 1982-12-27 フレネルレンズ

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JP57227909A JPS59119340A (ja) 1982-12-27 1982-12-27 フレネルレンズ

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JPS59119340A JPS59119340A (ja) 1984-07-10
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