JPH03181935A - フレネルレンズシートの接合構造と接合方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数枚のフレネルレンズシートを面方向に配
列し、それぞれの端部を接合して多面形フレネルレンズ
シートを作製するときのフレネルレンズシートの接合構
造とそのプロジェクタに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、大形の映像表示装置が求められており、映像をス
クリーン上番こ拡大投写して観察するプロジェクション
映像システムは、１００インチ以上の大形映像を容易に
得ることができるシステムとして期待されている。

このプロジェクション映像システムのうちで、背面から
投写した映像を透過形スクリーンを通して観察する、い
わゆる透過形プロジェクションシステムは、コントラス
トが高く、視認性のよい映像を得ることができる。

透過形スクリーンには、微細なレンズ部を多数しかも精
度よく形成したレンズシートを用いることが不可欠であ
る。また、画面全体の明るさを均一にするためのフィー
ルドレンズとしてフレネルレンズシートを用いる必要が
ある。

この透過形スクリーンは、微細なレンズ部を多数かつ精
度よく形成するために、アクリル樹脂等の透光性のよい
合成樹脂を材料として、金型を用いて熱成形法、キャス
ティング成形法等により成形されている。

この場合に、１００〜２００インチまたはそれ以上の大
形スクリーンを成形することは、金型を用いたり、高い
精度が要求されたりするので、製造が難しく、製造コス
トも高くなり、実用的でないという問題があった。

この問題を解決するために、複数の投写システムを配列
して、大形の映像とするマルチ映像システムが提案され
ている。このシステムでは、画面の明るさの均一性は非
常に重要なので、透過形スクリーンの構成要素として、
フレネルレンズシートは不可欠となっている。このため
、マルチ映像システムでは、複数のフレネルレンズシー
トを面方向に配列して接合し大形化した、多面形フレネ
ルレンズシートが必要である。

第１１図は、従来のフレネルレンズシートの接合構造を
示した斜視図である。

従来、多面形フレネルレンズシートを作製する場合には
、厚さ２〜１０ｍｍ程度のフレネルレンズシート１２．
１３を上下または左右の面方向に配列して、それらの端
部同士を接着層１４により接合していた。この接着層１
４の厚さは、通常、１〜５ｍｍ程度のものが多い。

また、他の接合構造としては、合成樹脂等で格子状の枠
を作り、その枠の中にフレネルレンズシートを入れるも
のや、フレネルレンズシートを透明基板に金属製のビス
等で止めるもの等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述した従来の接合構造では、接着層１４によ
り接合する場合に、フレネルレンズシー）　１２．’　
１３の基材の弾性率よりも接着層１４の弾性率の方が小
さいことが多い。

このため、フレネルレンズシート１２，１３をレンズ面
に対して垂直に変形させ湾曲させた場合には、接着層１
４に曲げ応力が集中するので、レンズシー）１２．１３
が接着層１４を境にして割れるという問題があった。

十分な曲げ強度を持たせるには、接着層１４を１ｍｍ以
上の厚さにしたり、曲げに強い接着、例えば、重合接着
することが考えられる。

この重合接着は、レンズシートの基材と同じ材質のもの
を使うので、弾性率の差がなく、その部分に応力が集中
して割れることがない。

しかし、重合接着は、体積収縮があるので、接着層に重
合の溶液を充填したのちに、さらに収縮分の溶液を加え
る必要がある。この収縮分の溶液が接着層に流れて重合
するので、接着層にある程度の幅がないと、溶液が流れ
にくく均一に接着できない。したがって、接着層の幅を
広くする必要がある。

このため、接着層を１ｍｍ以上の厚さにしたときや、接
着層が厚い重合接着にしたときには、レンズ部と光学特
性の異なる接着部分が画面上に目立つので、画質が損な
われるという別の問題が発生してしまう。

格子状の枠にフレネルレンズシートを入れる場合には、
その枠によりレンズシートを保持するので、枠自体に強
度が要求されている。また、温度湿度等の環境変化によ
り、レンズシートが伸縮した場合にも、レンズシートが
枠から外れないようにする必要がある。このため、枠に
ある程度の幅をもたせていたので、画面上に枠が黒く目
立つという問題があった。

フレネルレンズシートを透明基板にビス等で止める場合
は、各レンズシート間に隙間を設けて、レンズシートの
伸縮を吸収するようにしている。

この場合でも、隙間の部分が、他の部分と光学特性が異
なり画面上で目立つので、画質が劣化するという問題が
あった。

本発明の目的は、前述した課題を解決して、多面形フレ
ネルレンズシートを作製する際に、十分な曲げ強度をも
って面方向に接合することができ、しかも、接合部が目
立たず、画質を劣化させることのないフレネルレンズシ
ートの接合構造とプロジェクタを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するために、本発明によるフレネルレン
ズシートの接合構造は、複数のプロジェクタに対応して
、複数のフレネルレンズシートを面方向に配列し、前記
各フレネルレンズシートの端部の厚み部分で接合するフ
レネルレンズシートの接合構造において、前記各フレネ
ルレンズシートを面方向に配列し、前記各フレネルレン
ズシートのフレネルレンズシートを透過して出射する光
線の内で、出射側の最端部から出射する光線の軌跡によ
り形成される角錐台よりも外側の光学的な非有効部分で
接合した構成としである。

この場合に、前記光学的な非有効部分は、出射面の最端
部から入射面に下ろした垂線の足から面方向へ内側に下
記の（１）式で定められる距離ｌの位置に入射した光線
の軌跡よりも外側であることから容易に求めることがで
きる。

之＝Ｔｔａｎ　β　　　　　・・・・・・（１）ｓｉｎ
　　α β＝ａｒｃｓｉｎ（）　　・・・・・・（２）ただし、 α；光源光の入射角 β；光源光の屈折角 ｎ；フレネルレンズシートの屈折率 Ｔ；フレネルレンズシートの厚さ また、前記各フレネルレンズシートは、出射面側であっ
てその出射面に垂直な面で各フレネルレンズシートが当
接される第１の接合端面と、前記第１の接合端面よりも
入射面側であって前記光学的な非有効部分内に形成され
前記第１の端面と平行に非有効部分内に形成され前記第
１の接合端面とをもつようにすることができる。

この際に、前記光学的な非有効部分は、その非有効部分
（４）前記光学的な非有効部分の入射側表面、または、
その非有効部分のある遮光部を形成した構成とすること
ができる。

一方、本発明によるフレネルレンズシートの接０ 合方法は、複数のプロジェクタに対応して、複数のフレ
ネルレンズシートを面方向に配列し、前記各フレネルレ
ンズシートの端部の厚み部分で接合するフレネルレンズ
シートのプロジェクタにおいて、前記各フレネルレンズ
シートを面方向に配列し、前記各フレネルレンズシート
のフレネルレンズシートを透過して出射する光線の内で
、出射側の最端部から出射する光線の軌跡により形成さ
れる角錐台よりも外側の光学的な非有効部分で接合する
際に、出射面側であってその出射面に垂直な面で各フレ
ネルレンズシートが当接される第１の接合端面と平行に
または傾斜して接合したのち、前記第１の接合端面より
も入射面側であって前記光学的な非有効部分内に形成さ
れ前記第１の端面と平行に非有効部分内に形成され前記
第１の接合端面と平行にまたは傾斜して接合するように
構成されている。

（実施例〕 以下、図面等を参照して、実施例につき、本発明の詳細
な説明する。

第１図、第２図は、本発明によるフレネルレンズシート
の接合構造の第１の実施例を示した図であって、第１図
は斜視図、第２図は側面図である。

この実施例では、フレネルレンズパターンが形成された
アクリル樹脂製のレンズシート１２として、それぞれサ
イズが５０インチ（アスペクト比４：３１寸法１０１６
ｍｍｘ７６１０ｌ６、厚さ６ｍｍのものを用いている。

このレンズシート１．２は、それぞれの長手方向の端部
で接合部３によって接合されている。

この接合部３は、断面がくさび形状の三角柱状であり、
光源側の幅が２ｍｍで観察側に向かって細くしである。

この接合部３は、レンズシート１，２の端部を機械加工
により、接合端面を斜めに切削して、レンズシート１．
２同士をつきあわせてから、重合接着しである。この例
では、重合接着は、レンズシート１．２がアクリル樹脂
製なので、アクリルのシラツブ（モノマーを少し重合さ
せたもの）を用いている。

このような接合部３により、レンズシート１゜２を接合
しであるので、観察側からレンズシート１．２の接合部
３が見えることはないので、画質が劣化することはない
。

また、接合部３は、光源側に向かって幅が広くなるよう
番こしであるので、レンズシート１，２を湾曲させた場
合にも、十分な曲げ強度を有し、従来のように接合部分
から割れることはない。

つぎに、接合部３を前述したくさび形状にした理由につ
いて説明する。

第３図は、フレネルレンズシートを用いた投写形の映像
表示装置の光学系を模式的に示した図、第４図は、第３
図で示した光学系のレンズシート端部における光線の軌
跡を示した図である。

なお、前述した実施例と同様な機能を果たす部分には、
同一の符号を付して説明する。

第３図において、■はフレネルレンズパターンが観察側
に形成されたレンズシート、４は映像を投写するプロジ
ェクタ、５はプロジェクタからの光が集光される観察側
集光点である。

ここで、プロジェクタ４からレンズシート１ま　３− での距離をｆｌ、レンズシート１から観察側集光点５ま
での距離をｆ２、レンズシート１の焦点距離をｆとすれ
ば、ｆ、ｆ＋、ｆｚの間には、次式で示す関係がある。

この場合に、ｒ＝ｒ、ならばｆ２は無限大になり、レン
ズシート１から出射する光は、すべてレンズシート１に
対して垂直になる。

ところで、レンズシート１の機能は、フィールドレンズ
として画面の明るさを均一にすることである。このため
、ｆ２の値としては、無限大またはそれよりもやや集光
される１０ｍ程度が望ましい。観察範囲がかなり狭い範
囲に限定されるような特殊な場合には、その観察範囲に
対して集光するのが望ましいが、ｆ２をあまり短くする
とレンズシート１の周辺部でレンズシートでの反射が増
４ 加して、周辺部の出射光量が減少する。したがって、４
０〜１００インチの画面サイズでは、ｆ２は短くても数
ｍ程度、レンズシートｌの半径ｒの１００倍程に設定さ
れるのが望ましい。

一方、レンズシート１の半径ｒとｆ、の関係は、プロジ
ェクタ４の拡大レンズの画角によって決まる。拡大レン
ズの画角は、あまり大きくすると、周辺光景が低下し、
また、フォーカス性能も劣化するので、３０°程度が望
ましい。したがって、ｆｌはｒの１．７倍程度になる。

以」二のことから、距ｍｒ２は無限大から半径ｒの１０
０倍程が望ましく、距離ｆ１は半径ｒの２〜１．７倍程
度が望ましい。

つぎに、前述したレンズシート１の端部を通過する投写
光について説明する。

プロジェクタ４から投写されて、レンズシートｌの端部
に入射する光４Ｌ４２は、レンズシート１で２回屈折さ
れ、光４３．４４として出射する。このとき、光４３．
４４がレンズシート１の最端部（画面の最も外側の端）
から出射する場合でも、入射光である光４１．４２は、
レンズシートｌの裏面の最端部を通過せずに、最端部か
らある距離ｉだ＋ｊ内側の部分を通過する。

この距離℃は、レンズシート１の最端部から出射する光
４３．４４が、レンズシート１の裏面に入光したときに
レンズシート１となす角度、すなわち入射角αと、レン
ズシート１の厚さＴ、レンズシート１の屈折率ｎにより
決定することができる。

つまり、屈折率ｎのレンズシート１に、入射角αで入射
した光４１．４２は、屈折角β、すなわち、 Ｓｌｎ　α β＝ａｒｃｓｉｎ　（）　　　　　　　　　　・・・・
・・（４）に屈折されるので、レンズシート１の厚さが
Ｔならば、距離Ｃは、 ｆｆ＝Ｔｔａｎ　β　　　　　　　　　　　　・・・・
・・（５）により与えられる。

ここで、入射角αは、プロジェクタ４の拡大レンズの画
角とレンズシート１のアスペクト比より決まるが、画角
を３０°程度、アスペクト比を４：３とすると、入射角
αは１９°程度になる。

したがって、屈折率ｎが１．４９であれば、β−１２，
６°程度になり、厚さＴが８ｍｍであれば乏は１、８　
ｍ　ｍ程度となる。

このことば、レンズシート１の上下端すべてにおいて成
立しているので、レンズシート１の上下端には、それぞ
れくさび状に投写光の通過しない光学的な非有効部分３
ａ、３ａが存在する。これと同様に、レンズシー１−１
の左右端にも光の通過しない光学的な非有効部分が存在
するが、この部分のレンズシート１の裏面における最端
部からの距離は、画面のアスペクト比が４：３なので、
上下端における距離ｌよりも長くなる。前述したような
条件の下では、その距離は２．４　ｍ　ｍ程度となる。

このように、レンズシート１の上下左右の端部ずべてに
投写光の通過しない光学的な非有効部分がくさび状に存
在することがわかる。

７ ここで、第３図に示した光学系および前述の計算は、ず
べてレンズシート１の光軸上にプロジェクタ４の光源が
ある場合を前提にしているが、前述した投写系において
は、レンズシート１の光軸上に光源が配置されることが
画質上も望ましく、また、光源側の設計、製造も容易で
あるので、通常そのように配置されている。レンズシー
ト１の光軸の近傍に光源が配置されている場合について
も、上記のことは近似的に成立していることが明らかで
あり、通常の投写系においては、レンズシート１の上下
左右の端部に光の通過しない光学的な非有効部分３ａが
あることになる。

この光の通過しない光学的な非有効部分３ａは、他の部
分と光学的性質が異なっていても画像には全く影響しな
いので、光が透過しなくてもよいといえる。

したがって、第１図、第２図に示したように、複数のレ
ンズシートを面方向に配列したときに、光の通過しない
光学的な非有効部分を接合部３とすることにより、理論
的には接合部３が観察側か８ ら全く見えない。また、光源側を厚くすることができる
ので、十分な曲げ強度を持たせることができる。

第５図は、本発明によるフレネルレンズシートの接合構
造の第２の実施例の一部を示した側断面図である。

第２の実施例では、レンズシート１．２の接合部分を２
つに分けてあり、出射面に近い部分を入射面に垂直な厚
さの薄い第１の接合部６により接合して、入射面に近い
部分を厚さの厚く、出射側から入射側に向かって徐々に
厚くなる第２の接合部７により接合しである。

第１の接合部６は、長さを２ｍｍ、厚さを０．１〜０．
３ｍｍ程度にしである。この第１の接合部６は、粘度の
高い接着剤を用いている。第１の接合部６の材質として
は、レンズシートｌ、２の基材を接着しやすいものが使
用され、基材の材質に合わせて適宜選択できる。例えば
、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤等があげられる
。

第２の接合部７は、粘度の低い液体を用いた重合接着を
してあり、光源側の幅は２ｍｍにしである。

この実施例では、第１の接合部６にある程度の長さをと
るようにしであるので、レンズシート１゜２が端部で突
き合わされ、レンズシート１．２を簡単に接合すること
ができる。

また、第１の接合部６を形成することにより、微細なレ
ンズ部が形成されたレンズシー）１　２の出射面に、重
合接着に用いる粘度の低い液体が漏れないので、より確
実にレンズシート１．２を接合できる。

第６図は、本発明によるフレネルレンズシートの接合構
造の第３の実施例を部分的に示した側断面図である。

第３の実施例は、レンズシート１．２を第１の接合部６
と第２の接合部８により接合している。

レンズシート１，２および第１の接合部６は、第２の実
施例と同様にしである。

第２の接合部８は、レンズシート１，２の入射面側に形
成され、断面が矩形の角柱状にしである。

この第２の接合部８もまた、重合接着により形成すれば
よい。

この実施例では、第２の接合部８を角柱状に形成したの
で、レンズシート１．２を容易につき合わせることがで
き、接合の作業が簡単になる。

第７図は、本発明によるフレネルレンズシートの接合構
造の第４の実施例を示した側断面図である。

第４の実施例では、第２の実施例と同様レンズシート１
．２を第１の接合部６と第２の接合部７により接合して
いるが、第２の接合部７を投写光が透過しない光吸収性
のある遮光部９としである。

このようにした理由は、複数のレンズシート１２を接合
した多面形フレネルレンズシートと、複数のプロジェク
タ４Ａ、４Ｂ・・・を用いて投写系を構成した場合に、
第７図に示すように、プロジェクタ４Ａ、４Ｂからの迷
光４５，４６が接合部７に入光することがある。この迷
光４５，４６を遮光部９により吸収させるようにして、
迷光４５゜４６が他の画像を干渉して画質の劣化を生し
きせ２す ることを防止している。

この遮光部９は、第１の接合部７を形成する際に用いる
シラツブの中に、黒色の染料等を混入することにより得
られる。

第８図〜第１０図は、本発明によるフレネルレンズシー
トの接合構造の第４の実施例の変形例を部分的に示した
側断面図である。

迷光を吸収する遮光部９は、前述した例に限られず、種
々の形態にすることができる。

例えば、第８図のように、第１の接合部６で接合してか
ら第２の接合部１０Ａで接合したのち、第２の接合部１
０Ａの外側に遮光部９Ａを設けてもよい。

また、第９図に示すように、第２の接合部１０を、出射
面側の接合部１０Ｂと入射面側の接合部１０Ｃに分け、
その間に遮光部９Ｂを形成するようにしてもよい。

さらに、第１０図に示すように、第２の接合部１０Ｄの
表面に、黒色の′テープを貼付したり、黒色の塗料をコ
ーティングしたりして遮光部１１を　２− 設けるようにしてもよい。

以上説明した実施例に限られずに、種々の変形を施すこ
とができる。

レンズシー１〜は、サーキュラ−フレネルレンズシート
に限らず、リニアフレネルレンズシート等であってもよ
い。

第１．第２の接合部は、光学的な非有効部分内であれば
、前述した形状に限らず他の形状であってもよい。例え
ば、接合部の端面に微細な凹凸を形成するようにすれば
、より確実に接合することができる。

（発門の効果〕 以上詳しく説明したように、請求項（１）によれば、光
学的な非有効部分で接合しであるので、観察側から接合
部が見えず、画質が劣化することがない。

また、この光学的な非有効部分は、光源側に向かって徐
々に幅が広くなるので、この部分で接合すれば、レンズ
シートを湾曲させた場合でも十分な曲げ強度を持たせる
ことができる。

請求項（２）によれば、前述した光学的な非有効部分を
容易に見つけることができ、レンズシートの接合端面の
構造を簡単に決定することができる。

請求項（３）によれば、第１．第２の接合端面を持つよ
うにしたので、レンズシート同士を容易にかつ確実に接
合することができる。

請求項（４）によれば、投写表示装置からの迷光を遮光
部により吸収さセるので、迷光による画質の劣化を防止
できる。

一方、請求項（５）のプロジェクタによれば、出射面に
垂直な接合端面でまず接合したのち、厚い接合部で接合
するようにしたので、接合が容易にかつ確実にできるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明によるフレネルレンズシーｌ
−の接合構造の第１の実施例を示した図であって、第１
図は斜視図、第２図は側面図である。 第３図は、フレネルレンズシートを用いた投写形の映像
表示装置の光学系を模式的に示した図、第４図は、第３
図で示した光学系のレンズシート端部における光線の軌
跡を示した図である。 第５図は、本発明によるフレネルレンズシートの接合構
造の第２の実施例の一部を示した側断面図である。 第６図は、本発明によるフレネルレンズシートの接合構
造の第３の実施例の一部を示した側断面図である。 第７図は、本発明によるフレネルレンズシートの接合構
造の第４の実施例を示した側断面図である。 第８図〜第１０図は、本発明によるフレネルレンズシー
トの接合構造の第４の実施例の変形例を示した側断面図
である。 第１１図は、従来のフレネルレンズシートの接合構造を
示した斜視図である。 １２・・・レンズシート ３・・・接合部　　　　　４・・・プロジェクタ５・・
・観察側集光点　　６・・・接合部７．８．１０・・・
接合部 ９．１１・・・光吸収部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のプロジェクタに対応して、複数のフレネル
   レンズシートを面方向に配列し、前記各フレネルレンズ
   シートの端部の厚み部分で接合するフレネルレンズシー
   トの接合構造において、前記各フレネルレンズシートは
   、前記プロジェクタから投射されそのフレネルレンズシ
   ートを透過して出射する光線の内で、出射側の最端部か
   ら出射する光線の軌跡により形成される角錐台よりも外
   側の光学的な非有効部分で接合したことを特徴とするフ
   レネルレンズシートの接合構造。
2. （２）前記光学的な非有効部分は、出射面の最端部から
   入射面に下ろした垂線の足から面方向へ内側に下記の式
   で定められる距離ｌの位置に入射した光線の軌跡よりも
   外側であることを特徴とする請求項（１）記載のフレネ
   ルレンズシートの接合構造。 記 ｌ＝Ｔｔａｎβ β＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎα／ｎ） ただし、 α；光源光の入射角 β；光源光の屈折角 ｎ；フレネルレンズシートの屈折率 Ｔ；フレネルレンズシートの厚さ
3. （３）前記各フレネルレンズシートは、出射面側であっ
   てその出射面に垂直な面で各フレネルレンズシートが当
   接される第１の接合端面と、前記第１の接合端面よりも
   入射面側であって前記光学的な非有効部分内に形成され
   前記第１の端面と平行にまたは傾斜して設けられた第２
   の接合端面とをもつことを特徴とする請求項（１）また
   は（２）記載のフレネルレンズシートの接合構造。
4. （４）前記光学的な非有効部分は、その非有効部分の入
   射側表面、または、その非有効部分の全部もしくは一部
   に、光吸収性のある遮光部を形成したことを特徴とする
   請求項（１）〜（３）記載のフレネルレンズシートの接
   合構造。
5. （５）複数のプロジェクタに対応して、複数のフレネル
   レンズシートを面方向に配列し、前記各フレネルレンズ
   シートの端部の厚み部分で接合するフレネルレンズシー
   トの接合方法において、前記各フレネルレンズシートは
   、前記プロジェクタから投射されそのフレネルレンズシ
   ートを透過して出射する光線の内で、出射側の最端部か
   ら出射する光線の軌跡により形成される角錐台よりも外
   側の光学的な非有効部分で接合する際に、出射面側であ
   ってその出射面に垂直な面で各フレネルレンズシートが
   当接される第１の接合端面間に接着剤を塗布して接合し
   たのち、前記第１の接合端面よりも入射面側であって前
   記光学的な非有効部分内に形成され前記第１の端面と平
   行にまたは傾斜して設けられた第２の接合端面間に接着
   剤を塗布して接合するように構成したことを特徴とする
   フレネルレンズシートの接合方法。