JPH0580210A - 多面型フレネルレンズシートとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学特性の異なった部分を残すことなく、接
合部材が画質を損なわず、接着剤等の浸透などをなく
す。 【構成】 端部と端部で複数枚のフレネルレンズシート
１１，１２を接合する多面型フレネルレンズシートにお
いて、前記各フレネルレンズシートの入光側の端部近傍
を、接合部材１３によって接着しまたは粘着剤によって
貼り合わせた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数枚のフレネルレン
ズシートを接合した多面型フレネルレンズシートに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、大型の映像表示装置が求められて
おり、映像をスクリーン上に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インチ以上の大型
映像が容易に得られるシステムとして期待されている。

【０００３】また、このプロジェクション映像システム
の内で、投写された映像を透過型スクリーンを通して観
察する透過型プロジェクションシステムは、コントラス
トの高い、視認性のよい映像が得られる。透過型スクリ
ーンには、レンズ素子を多数しかも精度よく配列したレ
ンズシートが不可欠であり、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。

【０００４】このようなレンズシートは、微細なレンズ
が多数しかも精度よく形成されなければならないので、
通常は、金型を用いてアクリル樹脂などの透光性のよい
合成樹脂を熱成形、キャスティング成形などにより製造
されている。この場合に、金型を用いて高い精度で成形
することが要求されるために、１００〜２００インチも
しくはそれ以上の大型のレンズシートを製造すること
は、技術上難しく、コストも高くなるので実用的でな
い。

【０００５】この問題を解決するために、複数の投写光
学系を配置して、大型の映像とするマルチ映像システム
がある。このシステムにおいては、画面の均一性は非常
に重要であり、透過型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である。したがって、マルチ
映像システムのスクリーンには、フレネルレンズシート
を複数配置し接合した多面型フレネルレンズシートが必
要である。

【０００６】従来、フレネルレンズシートを多数枚接合
する方法として、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方法、フレ
ネルレンズシートを透過基板に対し金属製のビス等でと
める方法、フレネルレンズシートを端部と端部で接着
する方法などがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の方法
では、枠によりフレネルレンズシートを保持するので、
枠自体に強度をもたせなければならない。また、温湿度
等の環境変化によってフレネルレンズシートが伸縮した
場合にも、枠からはずれないようにするために、枠にあ
る程度の幅が必要である。このため、枠の幅を数ｍｍ以
下にはできないので、フレネルレンズシートの接合部に
光学特性の異なった部分が帯状にできてしまい画質が損
なわれるという問題があった。

【０００８】また、前記の方法では、ビスが画質を損
なうとともに、フレネルレンズシートの伸縮を吸収する
ために、各シート間にスキ間を設ける必要があるので、
フレネルレンズシートの接合部に光学特性の異なった部
分が数ｍｍ程度できてしまうという問題があった。

【０００９】更に、前記の方法では、接着層はある厚
みが必要である（通常は０．５ｍｍ程度になる。）の
で、その部分は光学特性が異なってしまう。また、フレ
ネルレンズシートの厚みは、実用上２〜１０ｍｍ程度と
薄いうえ、フレネルレンズ面は微小なくさび状になって
いるので、毛細管現像により接着剤がレンズ面に浸透し
やすく、端部同士で接着するのは困難であった。

【００１０】本発明は、このような欠点を解決しようと
するものであり、光学特性の異なった部分を残すことな
く、接合部材が画質を損なわず、接着剤等の浸透などが
ない多面型フレネルレンズシートを提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による多面型フレ
ネルレンズシートの第１の解決手段は、端部と端部で複
数枚のフレネルレンズシートを接合する多面型フレネル
レンズシートにおいて、前記各フレネルレンズシートの
入光側の端部近傍に、接合部材を貼り合わせることによ
り、フレネルレンズシート同士を接合した構成としてあ
る。

【００１２】第２の解決手段は、前記接合されたフレネ
ルレンズシートの入光側に、前記接合部材を介して透明
な部材を貼り合わせることができる。

【００１３】第３の解決手段は、端部と端部で複数枚の
フレネルレンズシートを接合する多面型フレネルレンズ
シートにおいて、前記接合されたフレネルレンズシート
と前記接合部材を介して貼り合わせた透明な部材との間
隙には接着層が形成されている構成とすることができ
る。

【００１４】第４の解決手段は、端部と端部で複数枚の
フレネルレンズシートを接合する多面型フレネルレンズ
シートにおいて、前記各フレネルレンズシートの入光側
の端部近傍を、接着層を介して透明な部材に貼り合わせ
ることにより、フレネルレンズシート同士を接合した構
成としてある。

【００１５】第５の解決手段は、前記接合部材または接
着層は、画像光を妨害しない範囲の大きさである構成と
することができる。

【００１６】一方、本発明による多面型フレネルレンズ
シート製造方法は、端部と端部で複数枚のフレネルレン
ズシートを接合する多面型フレネルレンズシートの製造
方法において、前記各フレネルレンズシートを、それぞ
れの入光側の端部近傍に接合部材を貼り合わせることに
より接合して一体化した後、前記接合されたフレネルレ
ンズシートを前記接合部材を介して透明な部材に貼り合
わせた構成としてある。この場合に、前記接合部材は、
画像光を妨害しない範囲の大きさとしてあることが好ま
しい。

【００１７】また、この場合に、前記接合した各フレネ
ルレンズシートと前記透明な部材との間に、電子線硬化
樹脂層を形成したのち硬化させて接合するか、透明樹脂
の重合溶液層を形成したのち硬化かせて接合するか、接
着剤層を形成したのち硬化させて接合すること特徴とす
ることができる。

【００１８】

【作用】本発明によれば、フレネルレンズシートの端部
と端部を他の部材や接着層によって接合しているので、
画像光の妨害がない。また、接合した各フレネルレンズ
シートの裏面に透明な部材を配置したので、画像光に影
響を与えることなく、十分な強度が得られる。

【００１９】

【実施例】以下、図面等を参照して、実施例につき、本
発明を詳細に説明する。図１，図２は、本発明による多
面型フレネルレンズシートの第１の実施例を示した図で
あって、図１は斜視図、図２は側面図である。

【００２０】この実施例では、フレネルレンズシート１
１，１２が、入光側の端部に接着あるいは粘着剤により
貼り合わされた接合部材１３によって、接合一体化され
ている。フレネルレンズシート１１，１２の入光面はフ
ラットであるので、この部分に接合部材１３を接着する
ことは容易である。そのためには、通常のアクリル系や
エポキシ系の接着剤あるいは種々の粘着剤を用いて貼り
合わせればよい。また、接合部材１３の材質は、金属、
樹脂等を用いることができるが、環境の変化によるシー
トの伸縮を考慮するとシートの材質と同じことが望まし
い。したがって、このようにフレネルレンズシート１
１，１２を接合部材１３と貼り合わす構造により、複数
のフレネルレンズシートを一体化することが容易にでき
る。

【００２１】さて、前述したフレネルレンズシート１１
を１枚用いた投写型表示装置の光学系を例にして、フレ
ネルレンズシート１１の端部に光学的に非有効な部分が
存在することを説明する。図３は、フレネルレンズシー
トを用いた投写光学系を示した図である。図３におい
て、２１が映像を投写する装置、すなわちプロジェクタ
であり、２２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。プロジェクタ２１とフレネルレンズシ
ート１１との距離ｆ1 と、フレネルレンズシート１１と
観察側集光点２２との距離ｆ2 は、フレネルレンズシー
ト１１の焦点距離ｆと関係し、その関係は次式で示され
る。 １／ｆ＝１／f1＋１／f2 …（１）

【００２２】また、フレネルレンズシート１１の半径ｒ
とｆ1 の関係は、プロジェクタ２１の拡大レンズの画角
によって決まるが、拡大レンズの画面をあまり大きくす
ると周辺光量が低下し、フォーカス性能も劣化すること
から３０°程度が望ましい。したがって、ｆ1 は半径ｒ
の２〜１．７倍程度が望ましいとされている。

【００２３】このような光学系において、フレネルレン
ズシート１１の端部近傍の光路を示したのが図４であ
る。図４は、図３においてフレネルレンズシート１１の
中心を通り、フレネルレンズシート１１に対し垂直な面
で切断した場合の断面を示している。プロジェクタ２１
から投写され、フレネルレンズシート１１の端部に入射
する光２３，２４は、フレネルレンズシート１１で２回
屈折され光２５，２６として出射する。

【００２４】この場合に、光２５，２６が、画面の最端
部、すなわちフレネルレンズシート１１の出光側の最端
部から出射するときでも、フレネルレンズシート１１の
裏面の端部を通過せず、端部よりある距離Ｌだけ内側の
ところを通過する。この距離Ｌは、フレネルレンズシー
ト１１の端部から出光する光２５，２６がフレネルレン
ズシート１１の裏面に入光するときに、フレネルレンズ
シート１１となす角、すなわち入射角αのと、フレネル
レンズシート１１の厚みＴ、およびフレネルレンズシー
ト１１の屈折率ｎにより決まる。すなわち、入射角αと
屈折率ｎより、入射角αで入光した光の屈折角Ｂは、 Ｂ＝arcsin〔（sin α）／ｎ〕 …（２） に屈折されるので、フレネルレンズの厚みがＴならば距
離Ｌは Ｌ＝ＴｔａｎＢ …（３） により与えられる。

【００２５】ここで、入射角αは、拡大レンズの画角と
画面のタテ、ヨコ比により決まる。タテ、ヨコ比が４：
３であり、画角が３０°程度である場合には、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、屈折角Ｂは１２．６°程度になり、厚みＴが
８ｍｍであれば、光学的な非有効部分の幅である距離Ｌ
は、１．８ｍｍ程度となる。このことは、フレネルレン
ズシート１１の上下端すべてにおいて成立しているの
で、上下端においてくさび状に光の通過しない部分（光
学的な非有効部分）が存在する。

【００２６】同様にして、左右端にも光の通過しない部
分が存在するが、この部分のフレネルレンズシート１１
の裏面における幅は、画面のタテ、ヨコ比が４：３なの
で上下端における幅Ｌよりも広くなる。その幅は、上記
の条件では、２．４ｍｍ程度となる。このようにして、
フレネルレンズシート１１の上下左右端すべてに光の通
過しない部分がくさび状に存在することがわかる。

【００２７】なお、図３の光学系および上記の計算は、
すべてフレネルレンズシート１１の光軸上にプロジェク
タ２１の光源がある場合であるが、このような投写系に
おいては、フレネルレンズシートの光軸の近傍に光源が
配置されるのが、画質上も望ましいし、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る。

【００２８】フレネルレンズシートの光軸の近傍に光源
が配置されている場合については、上記のことは近似的
に成立していることは明らかである。したがって、通常
の投写光学系においては、フレネルレンズシートの上下
左右端すべてに光の通過しない部分がある。この光の通
過しない部分は、他の部分と光学的性質が異なっていて
も、画像にはまったく影響しない、光が透過しなくても
よいといえる。そこで、この部分のみで、図１，図２の
ように他の部材１３と接合することによって、理論的に
は接合部のまったく見えない、多面型フレネルレンズと
することができる。

【００２９】図５，図６は、本発明による多面型フレネ
ルレンズシートの第２の実施例を示した図であって、図
５は斜視図、図６は側面図である。なお、以下に説明す
る各実施例では、前述した第１の実施例と同様な機能を
はたす部分には、同一の符号を付して重複する説明を省
略する。前述した光の透過しない部分は、フレネルレン
ズシートの厚みの４分の１程度の幅であるから、接合す
るフレネルレンズシートの枚数が多く、全体として大き
なレンズシートなったときには、接合部の強度が不足す
る恐れがある。そのような場合には、図５，図６に示す
ように、フレネルレンズシート１１，１２の入光側に補
強板となる透明基板１５を配置し、この透明基板１５と
フレネルレンズシート１１，１２の周囲を、粘着剤等の
接着層１４によって固定すると、全体の強度を向上させ
ることができる。

【００３０】図７，図８は、本発明による多面型フレネ
ルレンズシートの第３，第４の実施例を示した側面図で
ある。さらに、図７，図８に示すように、複数のプロジ
ェクタからの投写光を干渉しないように、各プロジェク
タ間を仕切る仕切り板（スプリッタ）１６を透明基板１
５に取り付けると、スプリッタ１６の位置と、フレネル
レンズシート１１のつなぎの位置を簡単に合わせること
ができ、投射光学系などのシステム設定を容易に行うこ
とができる。また、フレネルレンズシート１１，１２の
材質を透過基板１５の材質と同じにすれば、環境が変化
してもスプリッタ１６の位置と、つなぎの位置がずれる
ことがなく、安定したシステムとすることができる。第
３の実施例は、透明基板１５でスプリッタ１６を挟み込
んで接着しており、スプリッタの取り付け強度が高いの
で、スクリーンを頻繁に移動させる必要があり、強度が
要求されるような場合に適している。これに対して第４
の実施例では、透明基板１５の入光側にスプリッタを接
着しており、第３の実施例に比べて、スプリッタ１６の
取り付け部とフレネルレンズシートの接合部との間隙が
広いので、スプリッタ自体を厚くすることができ、作製
も容易である。

【００３１】第２〜第４の実施例では、フレネルレンズ
シート１１，１２と透明基板１５を接着層１４によって
直接接着した場合について説明したが、接合部材１３を
介して、接合するようにしてもよい。

【００３２】図９は、本発明による多面型フレネルレン
ズシートの第５の実施例を説明するための斜視図であ
る。第５の実施例は、フレネルレンズシート１１，１２
のそれぞれの入光側の端部に接合部材１３を貼り合わせ
ることにより接合一体化し、さらに接合部材１３と、そ
れ以外の部分では接着層１４によって、透明基板１５と
接合している。透明基板１５とフレネルレンズシート１
１，１２の裏面を接合するには、透明基板１５とフレネ
ルレンズシート１１，１２の裏面の間に、接着層１４を
形成し、接着剤を固める。

【００３３】このとき、接着剤層１４として、電子線硬
化樹脂層を形成し硬化させたり、透明樹脂の重合溶液層
を形成して重合させるなどすればよいが、透明基板１４
とフレネルレンズシート１１，１２を接合するときに、
図１０に示すように、１枚ずつ接合していくと、１枚接
合したときに、接着剤、電子線硬化樹脂、透明樹脂の重
合溶液等が他の部分にはみ出して、その部分の接着層の
厚みが不均一になってしまう。また、つぎの１枚を接合
したときに、フレネルレンズシート１１，１２の継ぎ目
に接着層等が挟まってしまうような不都合が生ずるの
で、端面と端面を突き合わせて、またムラや気泡等のな
い均一な接合面を得るのは難しい。そこで、この実施例
では、図１１に示すように、フレネルレンズシート１
１，１２を、接合部材１３を用いてあらかじめ接合して
から、透明基板１５と接合するようにした。

【００３４】第５の実施例では、接着層の不均一、フレ
ネルレンズシート１１，１２の接合部への接着剤のはみ
出し等のない、良好な多面型フレネルレンズシートが得
られる。

【００３５】これらの実施例では、フレネルレンズシー
ト１１，１２と透明基板１５を接合する接着剤、電子線
硬化樹脂、透明樹脂の重合溶液は、硬化後に透明になる
ものを用いればよいが、フレネルレンズシート１１，１
２との屈折率の同じものを用いることが好ましい。ま
た、フレネルレンズシート１１，１２を端部で接合する
部材も透明でフレネルレンズシート１１，１２と屈折率
の同じものが好ましい。

【００３６】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の多
面型フレネルレンズシートは、フレネルレンズシートを
それぞれ接合部材と端部で接合しているので、容易に接
合できる。このとき、その部材をフレネルレンズシート
の端部の画像光の通過しない部分にすることにより、画
像の妨害をすることがない。

【００３７】また、フレネルレンズシートと透明基板を
裏面で接合しているので、画像妨害がなく、強度を上げ
ることができる。このとき、予めフレネルレンズシート
の端面を接合してから、透明基板に接合するので、作製
が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多面型フレネルレンズシートの第
１の実施例を示した斜視図である。

【図２】本発明による多面型フレネルレンズシートの第
１の実施例を示した側面図である。

【図３】フレネルレンズシートを用いた投写光学系を示
す図である。

【図４】フレネルレンズシートの端部の光路を示す図で
ある。

【図５】本発明による多面型フレネルレンズシートの第
２の実施例を示した斜視図である。

【図６】本発明による多面型フレネルレンズシートの第
２の実施例を示した側面図である。

【図７】本発明による多面型フレネルレンズシートの第
３の実施例を示した側面図である。

【図８】本発明による多面型フレネルレンズシートの第
４の実施例を示した側面図である。

【図９】本発明による多面型フレネルレンズシートの第
５の実施例を示した斜視図である。

【図１０】第５の実施例に係るフレネルレンズシートの
製造方法を説明するための斜視図である。

【図１１】第５の実施例に係るフレネルレンズシートの
製造方法を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１１、１２ フレネルレンズシート １３ 接合部材 ２１ プロジェクタ ２３、２４、２５、２６ 光 １４ 接着層 １５ 透明基板 １６ 仕切り板（スプリッタ） ２２ 観察側集光点

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年９月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部と端部で複数枚のフレネルレンズシ
   ートを接合する多面型フレネルレンズシートにおいて、 前記各フレネルレンズシートの入光側の端部近傍に、接
   合部材を貼り合わせることにより、フレネルレンズシー
   ト同士を接合したことを特徴とする多面型フレネルレン
   ズシート。
2. 【請求項２】 前記接合されたフレネルレンズシートの
   入光側に、前記接合部材を介して透明な部材を貼り合わ
   せたことを特徴とする請求項１記載の多面型フレネルレ
   ンズシート。
3. 【請求項３】 前記接合されたフレネルレンズシートと
   前記接合部材を介して貼り合わされた透明な部材との間
   隙には接着層が形成されていることを特徴とする請求項
   ２記載の多面型フレネルレンズシート。
4. 【請求項４】 端部と端部で複数枚のフレネルレンズシ
   ートを接合する多面型フレネルレンズシートにおいて、 前記各フレネルレンズシートの入光側の端部近傍を、接
   着層を介して透明な部材に貼り合わせることにより、フ
   レネルレンズシート同士を接合したことを特徴とする多
   面型フレネルレンズシート。
5. 【請求項５】 前記接合部材または接着層は、画像光を
   妨害しない範囲の大きさであることを特徴とする請求項
   １〜請求項４記載の多面型フレネルレンズシート。
6. 【請求項６】 端部と端部で複数枚のフレネルレンズシ
   ートを接合する多面型フレネルレンズシートの製造方法
   において、 前記各フレネルレンズシートを、それぞれの入光側の端
   部近傍に接合部材を貼り合わせることにより接合して一
   体化した後、 前記接合されたフレネルレンズシートを前記接合部材を
   介して透明な部材に貼り合わせたことを特徴とする多面
   型フレネルレンズシートの製造方法。
7. 【請求項７】 前記接合部材は、画像光を妨害しない範
   囲の大きさであることを特徴とする請求項６記載の多面
   型フレネルレンズシートの製造方法。
8. 【請求項８】 前記接合した各フレネルレンズシートと
   前記透明な部材との間に、 電子線硬化樹脂層を形成したのち硬化させて接合する
   か、 透明樹脂の重合溶液層を形成したのち硬化させて接合す
   るか、 接着剤層を形成したのち硬化させて接合することを特徴
   とする請求項６〜請求項７記載の多面型フレネルレンズ
   シートの製造方法。