JPH08220309A

JPH08220309A - フレネルレンズ

Info

Publication number: JPH08220309A
Application number: JP2378195A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Masumori; 忠昭増森; Shigenobu Sakai; 重信酒井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】いわゆる、斜め投射を行うとき、投射した放
射光を出射方向が投射方向とは異なる方向になるのを防
止して、投射した放射光を投射方向にのみ集中させる機
能を実現するフレネルレンズを提供することを目的とす
る。【構成】投射映像を表示するスクリーンに用いられる
フレネルレンズにおいて、ライズ面２を遮光膜６で覆
い、前記ライズ角ηを斜め投射光の投射角α以上にし、
該ライズ面２のあるレンズ面８を投射光源側に設定した
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放射状の投射映像を表
示するスクリーンに用いられるフレネルレンズに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、投射型表示装置では、ブラウン管
や液晶パネルなどの映像表示体に映像を表示し、その表
示を投射レンズを通してスクリーンに放射状投射光とし
て投影して表示していた。このとき、投射型表示装置
は、投射映像をスクリーンの前方や後方から投射し、ス
クリーンにはこの前方、後方の違いによって反射型のス
クリーンや投射型拡散スクリーンが用いられていた。

【０００３】投射映像光が放射状投影光のためスクリー
ン観察者がスクリーン全面にわたって均一な明るさの映
像を観察できるように、後者のスクリーン後方から投射
するときに用いるスクリーンでは集光用の大型レンズが
用いられていた。この大型レンズとして、主に、軽量で
量産性が高いフレネルレンズが用いられていた。投射型
表示装置から放射状の投射映像光をフレネルレンズを含
むスクリーンに投射するとき、レンズの中心軸上でほぼ
焦点距離付近から投射するため、かかる投射映像光はレ
ンズによって集光され、観察者はスクリーン全面に渡っ
て均一な明るさの映像を観察できた。

【０００４】図３に従来のフレネルレンズを示す。同図
に示すように、フレネルレンズは、放射状投射光を集光
する機能を有するフレネル面１と、レンズが厚くなり過
ぎるのを防ぎ隣接するフレネル面１を接続するライズ面
２との繰り返しにより構成されている。これらフレネル
面１とライズ面２は、レンズ中心軸４に対して同心状に
加工されている。フレネル面１とライズ面２のあるレン
ズ面は投射光源９と反対側に設置されている。

【０００５】フレネル面１のフレネル角ｘ、即ち、レン
ズ中心軸と垂直な面に対する傾斜角は、レンズの焦点距
離に対応して、レンズ中心から周辺に向かって次第に大
きく設定することによって、レンズ中心軸４上の焦点距
離だけ離れた点１００からの放射状投射光を屈折させ
て、レンズ中心軸４に平行な方向へ出射させる集向機能
を実現する。ライズ面２のライズ角η、即ち、レンズ中
心軸４に対する傾斜角は、レンズ中心軸４上の焦点距離
だけ離れた点１００からの放射状投射光がライズ面２に
入射しないように、レンズ中心から周辺に向かって次第
に大きく設定されている。

【０００６】従って、前記の様にレンズ面に垂直なレン
ズ中心軸４上で、且つ、レンズの焦点距離だげ離れた点
１００から放射状投影光をフレネルレンズに投射する
と、ほとんどライズ面２に入射することなく、フレネル
面１を通過して平行光となる。また、フレネル面のフレ
ネル角ｘの度合により、観察者の方向への集向光とする
こともできる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フレネ
ルレンズのレンズ中心軸４上以外の位置から投射する、
いわゆる、斜め投射を行うと、斜め投射光がライズ面２
に入射して屈折し、また、ライズ面２で全反射して投射
方向以外への漏れ光として出射される不都合があった。

【０００８】即ち、図４（ａ）に示すように、放射状投
射光の一部がライズ面２に入射して、このライズ面２で
全反射して投射方向とは反対の方向１０１へ出射し、ま
た、ライズ面２を透過した光が再びレンズに入り隣のフ
レネル面から投射方向とは大きく異なる方向１０２に出
射していた。

【０００９】また、フレネル面１とライズ面２のあるレ
ンズ面を投射光源側に設置した例でも、図４（ｂ）に示
すように、放射状投射光の一部がライズ面２に入射し
て、このライズ面２で全反射して投射方向とは反対の方
向１０１へ出射し、また、ライズ面２を透過した光が全
反射光１０３となっていた。これらの光は映像のダブリ
となり、正常な映像以外に位置のずれた不要な映像とし
て観察されていた。

【００１０】本発明は、上記従来技術に鑑みて成された
ものであり、レンズ面に垂直なレンズ中心軸上以外の位
置から照射する、いわゆる、斜め投射を行うとき、投射
した放射光を出射方向が投射方向とは異なる方向になる
のを防止して、投射した放射光を投射方向にのみ集中さ
せる機能を実現するフレネルレンズ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】斯かる目的を達成する本
発明の構成は、投射映像を表示するスクリーンに用いら
れるフレネルレンズにおいて、ライズ面を遮光膜で覆う
ことを特徴とする。更に、前記ライズ角を斜め投射光の
投射角以上にしたこと、該ライズ面のあるレンズ面を投
射光源側に設定することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明では、ライズ面を遮光膜で覆うため、投
射光はライズ面上の遮光膜で遮光され、ライズ面を透過
又は反射することがない（図１（ａ）参照）。また、い
わゆる、斜め投射を行う場合には、レンズ中心軸を境に
投射光源に遠い側では、ライズ面の遮光膜によって、投
射光がライズ面に入射されるのが防止される（図１
（ｂ）参照）。

【００１３】更に、レンズ中心軸を境に投射光源に近い
側では、ライズ角が投射角と等しいときには、幾何学的
に投影光がライズ面に入射されず、ライズ角が投射角よ
りも少し大きいときには遮光膜によって、投射光がライ
ズ膜に入射されるのが防止される（図１（ｃ）参照）。
この為、本発明のフレネルレンズでは、斜め投射光はラ
イズ面を透過せず、ライズ面で全反射することなく、フ
レネル面に入射することとなり、投射方向以外の異常な
方向への出射が防止され、また、漏れ光が生じない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図１に本発明の一実施例を示
す。本実施例では、フレネル面１とライズ面２のあるレ
ンズ面８を投射光源９の側に設置した例である。

【００１５】即ち、図１（ａ）に示すように、フレネル
レンズは、放射状投射光を集光するフレネル面１と、レ
ンズが厚くなり過ぎるのを防ぎ隣接するフレネル面を接
続するライズ面２との繰り返しにより構成されている。
これらフレネル面１とライズ面２は、レンズ中心に同心
状に加工される。ライズ面２は遮光膜６で覆われてい
る。

【００１６】フレネル面１のフレネル角ｘは、レンズの
焦点距離に対応して、レンズ中心から周辺に向かって次
第に大きく設定することによって、レンズ中心軸４上の
焦点距離だけ離れた点からの放射状投射光を屈折させ
て、レンズ中心軸４に平行な方向へ出射させる集向機能
を実現する。ライズ面２のライズ角ηは、斜め投射時の
放射状投射光の投射角αと等しいか或いはそれよりも少
し大きく設定する。ライズ角ηが大きくなるほど、ライ
ズ面２の占める割合が多くなり、遮光膜６によりカット
される投射光量が大きくなるためである。

【００１７】本実施例のフレネルレンズを用いて、斜め
投射を行うときの放射状投射光の軌跡を図１（ｂ）
（ｃ）に示す。投射光源９は、図１（ａ）において、フ
レネルレンズのレンズ中心軸４の右側に位置する。図１
（ｂ）に示すように、投射光１０，１２がフレネルレン
ズの左側に向かうとき、一部の投射光１０はフレネル面
１に入射して屈折し出射光１１となる一方、他の一部の
投射光１２はライズ面２に向かうが遮光膜６によって遮
断され、レンズ内には入射しない。

【００１８】また、図１（ｃ）に示すように、投射光１
３，１５がフレネルレンズの右側に入射するとき、放射
状投射光の投射角αがライズ角ηより大きく設定されて
いるため、η＝αのときには、投射光１３は幾何学的に
ライズ面２に入射できず、全てフレネル面に入射して屈
折し出射光１４となる一方、η＞αのときは、一部の投
射光１３はフレネル面１に入射して出射光１４となると
共に他の一部の投射光１５はライズ面２に向かうが遮光
膜６によって遮断され、レンズ内には入射できない。

【００１９】放射状投射光を斜め投射するとき、レンズ
の中心から周辺に向かってレンズの投射角αは変化する
ため、これに合わせてライズ角ηを前記条件を満たすよ
うに定める。前述したように、斜め投射のときレンズ中
心軸を境に投射光源に近い側にあるレンズのライズ角η
を投射角αより大きく設定し、レンズ中心から同一距離
の円周位置では同一のライズ角に加工される。従って、
レンズ中心軸を境に投射光源に近い側出はライズ面上の
遮光膜６によって、近い側ではライズ角又はライズ角と
遮光膜６によって投射光がレンズに入射するのが防止さ
れ、斜め投射がレンズ中心軸のどちら側から行われて
も、ライズ面２から入射することはない。

【００２０】本実施例のフレネルレンズを用いて、正面
投射、言い換えると、レンズ中心軸４上の焦点距離だけ
離れた点から放射状投射光を投射した場合を図２に示
す。同図に示すように、斜め投射を考慮してライズ角を
設定しているため、正面投射では、投射光源１６からの
一部の放射状投射光１８₀〜１８₆はライズ面２に向かう
がライズ面２上の遮光膜６によって遮断され、残りの投
射光１７₀〜１７₈は集向機能のあるフレネル面１に入射
してレンズから出射されることになる。

【００２１】尚、図１、図２で図示するフレネル面とラ
イズ面の数及び投射光の光線軌跡数は一例であって特に
限定されない。実際にレンズとしてはフレネル面とライ
ズ面の繰り返しピッチが０．１ｍｍ程度まで微細化して
用いられる。

【００２２】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明のフレネルレンズにおいては、ライズ
面を遮光膜で覆ったため、投射光はライズ面上の遮光膜
で遮光され、ライズ面を透過又は反射することがない。
特に、ライズ角を斜め投射光の投射角以上とし、ライズ
面を含むレンズ面を投射光源側に設定することによっ
て、いわゆる、斜め投射を行う場合であっても、レンズ
中心軸を境に投射光源に遠い側では、ライズ面の遮光膜
によって、近い側では、ライズ角が投射角と等しいとき
には、幾何学的に投影光がライズに入射されず、ライズ
角が投射角よりも少し大きいときには遮光膜によって、
投射光がライズ膜に入射されるのが防止される。この
為、本発明のフレネルレンズでは、斜め投射光はライズ
面を透過せず、ライズ面で全反射することなく、フレネ
ル面に入射することとなり、投射方向以外の異常な方向
への出射が防止され、漏れ光が生じないため、フレネル
レンズにも係わらず斜め投射光にも利用でき、その応用
範囲が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るフレネルレンズに対し
て、いわゆる、斜め投射を行う場合の説明図である。

【図２】本発明の一実施例に係るフレネルレンズに対し
て、いわゆる、正面投射を行う場合の説明図である。

【図３】従来のフレネルレンズの説明図である。

【図４】従来のフレネルレンズに対して、いわゆる、斜
め投射を行う場合の説明図である。

【符号の説明】

１フレネル面２ライズ面４レンズ中心軸６遮光膜８レンズ面９，１６投射光源１０，１２，１３，１５，１７，投射光１１，１４出射光ｘフレネル角 η ライズ角 α 投射角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投射映像を表示するスクリーンに用いら
れるフレネルレンズにおいて、ライズ面を遮光膜で覆う
ことを特徴とするフレネルレンズ。
【請求項２】前記ライズ角を斜め投射光の投射角以上
にしたことを特徴とする請求項１記載のフレネルレン
ズ。
【請求項３】該ライズ面のあるレンズ面を投射光源側
に設定することを特徴とする請求項１又は２記載のフレ
ネルレンズ。