专利名称：菲涅耳透镜片及采用它的透光型屏幕和背面透光型显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影电视(PTV)等中采用的透光型屏幕中的菲涅耳透镜片及采用其的透光型屏幕和背面透光型显示装置。更详细地说，涉及光从背面侧以锐角入射型的透光型屏幕中适用的菲涅耳透镜片及采用其的透光型屏幕和背面透光型显示装置。
如
图16所示，传统的菲涅耳透镜片71构造成在入射面侧具备具有折射面73和全反射面74的多个棱镜72(例如，日本特开昭61-208041号公报(第2～第5页，第8图)。图17A、图17B是图16中的A、B部的部分放大图。如图17A、图17B所示，该菲涅耳透镜片71中，从背面侧配置的投影装置M以锐角入射的光X在折射面73折射并透过后，在全反射面74全反射，以相对于菲涅耳透镜片面垂直的方向出射。
该菲涅耳透镜片71中，如上所述地从投影装置M以锐角入射光X，因而与入射靠近投影装置M的棱镜P1的光X1的入射角θB相比，入射远离投影装置M的棱镜P2的光X2的入射角θA相当大。从而，全部的棱镜72中，为了使入射光X以相对于菲涅耳透镜片面垂直的方向反射，必须将全反射面74和菲涅耳透镜片面形成的角度β设定成随着从靠近投影装置M的棱镜到远离的棱镜，β逐渐减小。另一方面，相反地，随着从靠近投影装置M的棱镜到远离的棱镜，折射面73和菲涅耳透镜片面形成的角度δ逐渐增大。
通过用这样形成的菲涅耳透镜片71构成透光型屏幕、将该透光型屏幕用于背面透光型显示装置中，可锐角投射来自投影装置M的光，结果，可使背面透光型显示装置薄型化。
但是，该传统的菲涅耳透镜片71中，产生1)菲涅耳透镜片制造上的问题及2)所谓杂散光形成重影的问题。
1)制造上的问题菲涅耳透镜片71一般采用紫外线/放射线硬化型树脂法，或热压法成形。紫外线/放射线硬化型树脂法是向形成菲涅耳透镜的模具填充紫外线/放射线硬化型树脂后，用紫外线/放射线照射该树脂使其硬化后从模具取出而形成菲涅耳透镜片71的方法。另外，热压法是对形成菲涅耳透镜的模具填充加热树脂，加压后从模具取出而成形菲涅耳透镜片的方法。
用于这些成形方法的模具用车刀等切削模具用材料(例如，铝、黄铜、铜、钢等)来制作。此时，如上所述，折射面73及全反射面74与菲涅耳透镜片面形成的角在各棱镜间不同，因而模具的切削非常烦杂。
另外，成形后的树脂必须从模具取出，棱镜72的角度导致难以从模具的取出。即，当折射面73与菲涅耳透镜片面形成的角超过90度时，棱镜起到楔的作用，因而难以从模具的取出。即使从模具取出树脂也可能损坏。
2)杂散光形成的重影问题另外，上述的菲涅耳透镜片71中，如图17B及图18所示，来自投影装置(未图示)的入射光的一部分被折射面73折射后不是到达全反射面74而是到达出射面，被该出射面反射且被折射面73及全反射面74折射或反射后，从出射面出射。若产生该所谓杂散光Y，则该杂散光Y形成的图象与正规图象重叠，产生重影的问题。特别地，该杂散光导致的重影问题在对菲涅耳透镜片71的入射角度θ小、且靠近投影装置的棱镜72中尤为显著。
发明的公开本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供可确保成形性且杂散光生成比例小、透光率高的菲涅耳透镜片，及采用其的透光型屏幕及背面透光型显示装置。
为了达成上述目的，本发明的菲涅耳透镜片，是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角。
通过这样的构成，折射面和全反射面形成的角度在全部的棱镜中实质上相同，因而，该菲涅耳透镜片的成形用模具在成形时不必使用多个车刀进行切削或者通过多路径来切削同一个棱镜部，可以进行高效的模具加工。另外，离光源最远的位置的棱镜中的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度设为大致直角，因而从模具取出成形品的菲涅耳透镜片时，菲涅耳透镜片不会与模具咬合而取不出，也不会并损伤菲涅耳透镜片。而且，如上所述，在不对菲涅耳透镜片的制造形成障碍的范围内，由于折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度达到最大(90度)，因而可减小杂散光生成比例。
本发明的特征在于至少离光源最远的位置的棱镜中，全反射面和菲涅耳透镜片面形成的角度设定成使全反射面反射的光以从与菲涅耳透镜片面垂直的方向倾斜向光源侧的方向上反射。
通过这样的构成，可进一步减少杂散光生成的比例。
这里，光被全反射面反射的方向，最好为从相对于菲涅耳透镜片面垂直的方向向光源侧倾斜若干的方向，具体地，在离光源最远的位置的棱镜中最好向光源侧倾斜3～15度，而且最好在离光源最远的位置的棱镜中向光源侧倾斜5～10度。该倾斜角度若过大，则被该部分反射到达观察者的光量降低，该部分投射的图象暗淡。另外，倾斜角度若过小，则不能充分获得上述反射角度倾斜形成的效果。
另外，可设定全反射面的角度，使得至少离光源最远的位置的棱镜中的反射角度倾斜，但是，也可这样设定全反射面的角度，例如，使从离光源最远位置的棱镜开始600mm左右的范围的棱镜的反射角度倾斜。该场合，可以使该范围的棱镜的倾斜角度一定，但是最好设定成使倾斜角度在离光源最远位置的棱镜中最大，随着靠近光源，倾斜角度变小。这样，由于倾斜角度逐渐变小，不会使观察者产生不和谐感。
本发明的菲涅耳透镜片，其特征在于在入射面的表面形成低折射率的材料组成的低折射率层。
通过这样的构成，可减少从投影装置入射的图象光的反射，提供对比度高的图象。
本发明的菲涅耳透镜片，其特征在于还具备扩散光的光扩散部件或吸收光的光吸收部件中的至少任何一个。
传统的菲涅耳透镜片中，杂散光产生时，该杂散光被出射面、折射面及全反射面反射及折射并在菲涅耳透镜片内(部分在菲涅耳透镜片外)行进后，一部分从出射面侧出射与正规的图象重叠，产生所谓重影的问题。根据本发明，杂散光在菲涅耳透镜片内行进时，杂散光被光扩散部件扩散或者被光吸收部件吸收，因而可消除或减轻上述的重影问题。
本发明的菲涅耳透镜片，其特征在于光扩散部件由使扩散半值角为10度以下地发散的扩散材料组成。
本发明的菲涅耳透镜片，其特征在于光扩散部件由使扩散半值角10度以下的出射面上形成的水平双凸透镜透镜组成。
根据本发明，可解决上述杂散光导致的重影问题。另外，由于扩散半值角为10度以下，不会有扩散过大导致不能作为菲涅耳透镜片使用的情况。另外，扩散半值角可在10度以下，最好在5度以下，更好为2度左右。
本发明的菲涅耳透镜片，其特征在于光吸收部件由添加成光吸收率50％以下的着色成分组成。
通过这样的构成，可解决上述杂散光导致的重影问题。另外，由于光吸收率在50％以下，正规出射的光不会被吸收过多。
本发明的菲涅耳透镜片，其特征在于光吸收部件由对菲涅耳透镜片面垂直配置的光吸收层组成。
通过这样的构成，可解决上述杂散光导致的重影问题。另外，由于垂直配置光吸收层，正规出射的光不被吸收。
本发明是一种透光型屏幕，由菲涅耳透镜片构成，所述菲涅耳透镜片是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角；该菲涅耳透镜片中一体设置有扩散光的光扩散部件。
通过这样的构成，可提供杂散光产生比例小且透光率高的透光型屏幕。
另外，作为光扩散部件，可以是在菲涅耳透镜片中发散的扩散材料、在菲涅耳透镜片的出射面形成的双凸透镜等。这里，对于透光型屏幕，最好扩散材料或双凸透镜等的光扩散部件形成为扩散半值角在10度以上，最好20度以上。
本发明是一种透光型屏幕，其特征在于具备菲涅耳透镜片，所述菲涅耳透镜片是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角；在菲涅耳透镜片的出射面侧设置的扩散光的光扩散部件。
通过这样的构成，可提供杂散光产生比例小且透光率高的透光型屏幕。
本发明是一种背面透光型显示装置，其特征在于具备形成包装的箱体；安装在箱体前面设置的窗部的透光型屏幕，由菲涅耳透镜片构成，所述菲涅耳透镜片是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角；该菲涅耳透镜片中一体设置有扩散光的光扩散部件；投影装置，配置在箱体中部，从透光型屏幕的背面以锐角投射图象光。
本发明是一种背面透光型显示装置，其特征在于具备形成包装的箱体；安装在箱体前面设置的窗部的透光型屏幕，其特征在于具备菲涅耳透镜片和在菲涅耳透镜片的出射面侧设置的扩散光的光扩散部件，其中，所述菲涅耳透镜片是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角；投影装置，配置在箱体中部，从透光型屏幕的背面以锐角投射图象光。
通过这样的构成，可提供杂散光产生比例小且透光率高的背面透光型显示装置。
图面的简单说明图1是本发明的第1实施例的菲涅耳透镜片的一例截面图。
图2A是图1的菲涅耳透镜片的部分放大图。
图2B是图1的菲涅耳透镜片的部分放大图。
图3是说明本发明的菲涅耳透镜片的制造方法的一例的制造工序图。
图4A是本发明的菲涅耳透镜片的成形模具的切削方法说明图。
图4B是本发明的菲涅耳透镜片的成形模具的切削方法说明图。
图5是本发明的第1实施例的透光型屏幕的一例透视图。
图6是本发明的第1实施例的透光型屏幕的其他一例透视图。
图7是本发明的第1实施例的透光型屏幕的其他一例透视图。
图8是本发明的第1实施例的透光型屏幕的其他一例透视图。
图9是本发明的第1实施例的透光型屏幕的其他一例透视图。
图10是本发明的第1实施例的背面透光型显示装置的一例截面图。
图11A是本发明的菲涅耳透镜片的透光率的说明图。
图11B是本发明的菲涅耳透镜片的透光率的说明图。
图12A是本发明的第2实施例的菲涅耳透镜片的一例部分放大图。
图12B是本发明的第2实施例的菲涅耳透镜片的一例部分放大图。
图13是本发明的第3实施例的菲涅耳透镜片的一例截面图。
图14是本发明的第3实施例的菲涅耳透镜片的其他一例截面图。
图15是本发明的第3实施例的菲涅耳透镜片的其他一例截面图。
图16是传统的菲涅耳透镜片的截面图。
图17A是图16的菲涅耳透镜片的部分放大图。
图17B是图16的菲涅耳透镜片的部分放大图。
图18是菲涅耳透镜片中的杂散光的示意图。
发明的最佳实施例以下，参照适宜添附图面说明本发明的菲涅耳透镜片及采用其的透光型屏幕及背面透光型显示装置的实施例。
(菲涅耳透镜片)首先，说明本发明的第1实施例的菲涅耳透镜片的构成。图1是第1实施例的菲涅耳透镜片的厚度方向的截面图，图2A、图2B是图1中的A、B部的部分放大图。
图1及图2A、图2B所示菲涅耳透镜片1具备入射面1a和出射面1b，是将由光源M投射的光从入射面1a入射并从出射面1b出射的全反射型的菲涅耳透镜片。在菲涅耳透镜片1的入射面1a侧形成多个棱镜2，该棱镜2具备使入射菲涅耳透镜片1的光X折射并透过的折射面3以及将折射面3折射的光向观察者侧全反射的全反射面4。
这里，折射面3和全反射面4相交形成角度α，该形成的角α在全部的棱镜2中设定成同一角度。另外，折射面3及全反射面4分别与菲涅耳透镜片面(菲涅耳透镜片1的基准面)1c形成角δ、角β。该形成的角β设定成使经由折射面3入射全反射面4的光以与菲涅耳透镜片面1c垂直的方向反射(全反射)的角度。这里，作为光源的投影装置M投射的光入射菲涅耳透镜片1的入射角(菲涅耳透镜菲涅耳透镜片面的法线1d和入射光形成的角度)在离投影装置M最近的棱镜P1中最小，随着远离投影装置M而逐渐增大，因而，形成的角β设定成在离投影装置M最近的棱镜P1中最大，随着远离投影装置M逐渐减小。另外，由于如前述形成的角α一定，因而角δ在离投影装置M最近的棱镜P1中最小，随着远离投影装置M而逐渐增大。因而，本发明的菲涅耳透镜片中，将离投影装置M最远的棱镜P2中的形成的角δ设定成大致直角(90度)。
(菲涅耳透镜片的制造方法)接着，说明该菲涅耳透镜片1的制造方法。菲涅耳透镜片1，例如采用紫外线/放射线硬化型树脂法成形。以下，说明紫外线/放射线硬化型树脂法形成菲涅耳透镜片的制造方法。图3是菲涅耳透镜片的制造工序图。
首先，进行菲涅耳透镜片1的制造准备工序，即模具制造工序10。如图4所示，模具制造工序中，将铝、黄铜、铜、钢等的模具用材料11雕刻成与菲涅耳透镜片1对应的形状，制造菲涅耳透镜片成形用的模具。该模具用材料11的雕刻用车刀12进行。该车刀12的刃尖角度实质上与上述的菲涅耳透镜片1的棱镜2中的折射面3和全反射面4交差形成的角α相同。采用该车刀12切削离投影装置M最远的棱镜部时，令车刀12与模具用材料11的面垂直，用车刀12的倾斜斜面12a切削全反射面部，并用车刀12的直立面12b切削折射面部(参照图4A)。接着，加工位于该棱镜部的投影装置侧邻的棱镜部时，将车刀12向其背面的方向(图4B所示箭头的方向)倾斜90度减去该棱镜2中的折射面3的形成的角δ后的角度，进行切削(参照图4B)。这样，切削越靠近投影装置M侧的棱镜部，则车刀12向其背面的方向倾斜越大地进行切削。从而，切削本发明的菲涅耳透镜1成形用的模具时，不必使用多个车刀12进行切削以及以多次来回来切削一个棱镜部，可以进行高效的模具加工。
另外，为了确保高精度加工面，可能需要多次来回进行切削，该场合，以比传统获得同等的加工面精度的来回次数少的来回次数，可获得高精度的加工面。
接着，进行树脂涂敷工序。树脂涂敷工序中，在上述的成形用模具涂敷紫外线/放射线硬化型树脂，也可通过旋涂法、凹版印刷法、溅射法、幕式淋涂法、金属型涂法等进行。
接着，进行基板层压工序。基板层压工序中，在树脂涂敷工序涂敷的紫外线/放射线硬化树脂上，层压使紫外线/放射线透过的实质上透明的基板，并用加压罗拉加压，使紫外线/放射线硬化型树脂和基板紧密连接。
接着，进行树脂硬化工序。树脂硬化工序中，从层压的基板上向紫外线/放射线硬化型树脂照射紫外线/放射线，使该紫外线/放射线硬化型树脂硬化。
最后，进行脱模工序。脱模工序中，虽然是从模具脱出硬化的紫外线/放射线硬化树脂，但是此时如上所述，由于菲涅耳透镜片1的棱镜2的折射面3和菲涅耳透镜片面1c形成的角度δ设定成不超过90度的角度，因而，树脂和模具不会有啮合无法分离的情况，另外，不会损伤树脂(菲涅耳透镜片1)。
另外，以上说明了用紫外线/放射线硬化型树脂法制造菲涅耳透镜片1，但是制造方法不限于此，例如，也可以采用热压法制造。用热压法制造时，也可以在模具制造工序中进行高效的模具加工，另外，脱模工序中，可以容易且安全地脱模，与上述的紫外线/放射线硬化型树脂法的场合相同。
(透光型屏幕)接着，说明采用菲涅耳透镜片1的透光型屏幕。
图5是第1实施例的透光型屏幕的厚度方向的透视图。
图5所示透光型屏幕21是在上述菲涅耳透镜片1的出射面1b侧配置作为光扩散部件的双凸透镜透镜片22而形成。
双凸透镜透镜片22在其入射面22a侧及出射面22b侧的各垂直方向延伸配置半柱面形的透镜23a、23b。另外，在出射面22b侧形成的透镜23b间，具备着黑色的光吸收层24。这样形成的双凸透镜透镜片22具备以下功能从投影装置入射、在菲涅耳透镜片1中调节成对菲涅耳透镜片面大致垂直的光通过透镜23a、23b向水平方向扩散，提供水平方向上具有宽视野角的图象，以及将从出射面侧入射的外光用光吸收层24吸收，提供高对比度的图象。另外，双凸透镜透镜片22的水平方向扩散半值角形成为10度以上，最好为20度以上。这里，水平方向扩散半值角是指测定透光型屏幕的水平方向的亮度(辉度)分布时，相对于最明亮处(通常是双凸透镜透镜片的垂直方向(正面))测定的辉度，亮度(辉度)成为一半的水平方向的角度。
另外，也可以用图6所示双凸透镜透镜片26取代上述的双凸透镜透镜片22形成透光型屏幕25。如图6所示，双凸透镜透镜片26仅仅在其入射面26a侧配置垂直方向上延伸的半柱面形的透镜27。而且在该透镜27的表面形成光吸收层28。这样形成的双凸透镜透镜片26具备以下功能从投影装置M入射、在菲涅耳透镜片1中调节成对菲涅耳透镜片面1c大致垂直的光通过透镜27向水平方向扩散，提供水平方向上具有宽视野角的图象，以及将从出射面26b侧入射的外光用光吸收层28吸收，提供高对比度的图象。即，从出射面26b侧入射的外光在入射光吸收层28后被其内表面反射、沿光吸收层28行进到其内部，因而其大部分被光吸收层28吸收，从入射面26a侧入射的光由于在其厚度方向上通过光吸收层28，因而几乎未被光吸收层28吸收，从而可提供高对比度的图象。
而且，也可在菲涅耳透镜片1的内部具备光扩散部件来形成透光型屏幕。该场合，作为光扩散部件，可考虑图7所示菲涅耳透镜片1内发散的扩散材料29、图8所示菲涅耳透镜片1的出射面1b侧沿垂直方向延伸的半柱面形的双凸透镜透镜30、图9所示菲涅耳透镜片1的出射面1b侧沿垂直方向延伸的截面梯形形状的双凸透镜透镜31等。该场合，图8或图9所示扩散材料29和半柱面形的双凸透镜透镜30或截面梯形形状的双凸透镜透镜31可以并用，也可分别单独使用。
(背面透光型显示装置)图10是第1实施例的背面透光型显示装置的侧面截面图。图10所示背面透光型显示装置41主要由构成包装的箱体42、箱体42的前面上方配置的透光型屏幕21、箱体42内设置的从透光型屏幕21的后方的斜下方投影图象的投影装置43构成。
箱体42例如用树脂、金属等形成，在前面上方具备用于设置透光型屏幕21的窗部42a。另外，为了提高设计性，根据需要在外面执行着色等的装饰处理。
透光型屏幕21如上述形成，形成通常宽高比3∶4(标准型)和9∶16(宽屏型)等的横向长方形。透光型屏幕21安装到箱体42的窗部42a，使其表面侧(出射面侧)趋向箱体42的外侧。
投影装置43由CRT和LCD等的光学装置和对由它们形成的光学像进行放大的投影透镜组成，是从透光型屏幕21后方放大投影图象的装置。投影装置43设置成从其投射的图象光在透光型屏幕21的菲涅耳透镜片1的全反射面4以与菲涅耳透镜片面垂直的方向反射。换言之，设定与上述菲涅耳透镜片1的全反射面4形成的角β，使得从投影装置33的设置位置投射的图象光以与菲涅耳透镜片1的菲涅耳透镜片面垂直的方向反射。
这样构成的背面透光型显示装置41中，投影装置43投射的图象光以锐角入射透光型屏幕21，首先在菲涅耳透镜片1的折射面3折射并透过，接着在全反射面4全反射，调节成与菲涅耳透镜片面垂直的光，而且通过双凸透镜透镜片22向水平方向扩散，向观察者侧出射图象光。
此时，投影装置43投射图象光的一部分在靠近菲涅耳透镜片1特别是投影装置43的棱镜2中不到达全反射面4而成为杂散光，但是如上所述，本发明的菲涅耳透镜片1中，离投影装置43最远的棱镜P2中的折射面3和菲涅耳透镜片面1c形成的角度δ设为大致直角(90度)，使得对菲涅耳透镜片1的制造不造成障碍的范围最大，因而，靠近投影装置43的棱镜2中，形成的角δ也变大，生成杂散光的比例减小。
即，如图11A、图11B所示，折射面3和菲涅耳透镜片面1c形成的角度δ最大为90度的本发明的菲涅耳透镜片1的棱镜2中，形成杂散光的比例(图11A)，与折射面3和菲涅耳透镜片面1c形成的角度δ最大达不到90度的传统菲涅耳透镜片1的棱镜2中形成杂散光的比例(图11B)相比少。这是因为本发明中离投影装置M最远的棱镜P2中的角δ成为90度，而离投影装置M近的棱镜P1中的角δ也比较大。因而可获得透光率高的菲涅耳透镜片1，从而形成可提供高对比度图象的背面透光型投影装置41。
另外，虽然采用以上图5所示透光型屏幕21进行了说明，但是不限于此，例如也可用图6～9所示任一种的透光型屏幕。
第2实施例采用这样的菲涅耳透镜片，它使得远离投影装置的棱镜中的出射方向成为从相对于菲涅耳透镜片面垂直的方向向投影装置侧若干倾斜后的方向。
除了形成该出射方向为向投影装置侧若干倾斜后的方向以外，具备与第1实施例的菲涅耳透镜片同样的构成及作用效果。另外，该菲涅耳透镜片的制造方法、用该菲涅耳透镜片形成透光型屏幕及背面透光型投影装置的情况也与第1实施例相同。从而，以下仅仅说明第2实施例的菲涅耳透镜片的构成。
(菲涅耳透镜片)图12A、12B是第2实施例的菲涅耳透镜片的厚度方向的截面图。另外，图12A、图12B中与第1实施例的图1所述的菲涅耳透镜片1具备相同构成的部分采用相同符号，该部分相关的说明省略。
如图12A、图12B所示，菲涅耳透镜片51具备入射面51a和出射面51b，至少将离投影装置M最远的棱镜P2中全反射面4和菲涅耳透镜片面51c形成的角度β设定成使由全反射面4反射并出射的光的出射方向成为，从相对于菲涅耳透镜片面51c垂直的方向向投影装置M侧若干倾斜(角度γ)后的方向。这样，反射方向若倾向投影装置侧，与反射方向为垂直方向的场合相比形成的角β变大，从而可减小折射面3和全反射面4形成的角度α。若可减小形成的角α，则可以减少杂散光生成的比例。另外，棱镜P2中的折射面3和菲涅耳透镜片面51c形成的角度δ成为90度。
另外，可以仅在离投影装置M最远的棱镜P2中使反射方向向投影装置侧倾斜，但是，最好设定角β，使得从离投影装置最远位置开始的一定距离，例如600mm左右范围的棱镜2中的反射方向向投影装置侧倾斜。若这样设定，则可容易地将该区域的棱镜2的形成角δ设为90度以下。棱镜P1中，光的出射方向趋向与菲涅耳透镜片面51c垂直的方向。
第3实施例采用在第1实施例的菲涅耳透镜片的表面形成涂层且在菲涅耳透镜片内使扩散材料发散而形成的菲涅耳透镜片。
除了涂层的形成和扩散材料的发散外，具备与第1实施例的菲涅耳透镜片同样的构成及作用效果，另外，该菲涅耳透镜片的制造方法，用该菲涅耳透镜片形成透光型屏幕及背面透光型投影装置的情况也与第1实施例同样。从而，以下仅说明第3实施例的菲涅耳透镜片的构成。
(菲涅耳透镜片)图13是第3实施例的菲涅耳透镜片的厚度方向的截面图。另外，图13中，与第1实施例的图1所述的菲涅耳透镜片具有相同构成的部分采用同一符号，省略该部分的说明。
如图13所示，菲涅耳透镜片61具备入射面61a和出射面61b，在其入射面61a侧的表面形成涂层62。该涂层62由与形成棱镜2的材料相比折射率小的实质透明的材料形成。这样形成的涂层62使从投影装置M入射的图象光的反射减少。形成涂层62的树脂可采用例如氟系树脂、硅系树脂等。
而且，菲涅耳透镜片61具备使作为光扩散部件的扩散材料63发散的扩散层64。该扩散层64防止被折射面3折射后未到达全反射面4的光(杂散光)Y产生重影。即，传统中有以下问题，例如，杂散光Y由折射面3折射后被出射面61b反射，再次到达折射面3及全反射面4，然后被折射面3及全反射面4折射或反射，从出射面61b出射而产生重影。根据本发明，通过具备使上述的扩散材料63发散的扩散层64，杂散光Y在折射面3及全反射面4和出射面之间来回时被扩散层64中的扩散材料63扩散，可使最终从出射面出射的杂散光Y的强度减弱，因而可以减轻上述的重影问题。该扩散材料63是用例如丙烯酸(类)树脂、聚苯乙烯树脂、三聚氰胺甲醛树脂等的有机材料，或玻璃类、氧化钛、被覆云母、Zn等的无机材料形成。另外，调节扩散材料63的发散量，使扩散半值角在10度以下，最好5度以下，更好为2度左右。
另外，替代扩散层64，如图14所示，也可以在出射面61b配置作为光扩散部件的水平双凸透镜透镜65。该场合，杂散光Y被出射面61b反射或折射时由于被水平双凸透镜透镜65扩散，因而可减弱最终从出射面出射的杂散光Y的强度，减轻重影的问题。
另外，替代扩散层64，如图15所示，也可配置与出射面61b垂直的作为光吸收部件的光吸收板(光吸收层)66。该场合，正规光(杂散光以外的入射光)X与出射面成垂直方向行进，不入射光吸收板66，而杂散光Y相对于出射面61b斜方向行进，入射光吸收板66并被吸收，因而，可减少从出射面61b出射的杂散光Y的量，解决重影的问题。该光吸收板66可以仅由碳黑等的光吸收性材料形成，另外，也可以由表面涂敷碳黑等的光吸收性材料的板材形成。
而且，替代扩散层64，也可以在构成菲涅耳透镜片61的材料中添加作为光吸收部件的着色成分。该场合，如上所述，由于杂散光Y比正规光X在菲涅耳透镜片内的行进距离长，因而被上述着色成分吸收的比例大，可降低重影的发生。着色成分可考虑黑色颜料等。另外，由于着色成分也吸收正规光，因而希望调节着色成分，使其吸收率在50％以下。
实施例以下，比较本发明的实施例和比较例，对本发明进行说明。
将以下的实施例1、2及比较例1、2所示菲涅耳透镜片成形，评价其成形性。另外，直立配置这些菲涅耳透镜片，从距离其下端往下200mm的高度且距离其背面285mm的位置配置的投影装置投射光，评价离投影装置最近位置的棱镜(以下本实施例中称为最内棱镜)中的透光率(全反射面反射并从该片透过的光量对入射光量的比例)。
具体地，如下求出透光率
①激光以规定的角度入射菲涅耳透镜片。
②用光量计测定激光的入射光量(功率)A。
③用光量计测定以规定角度出射的激光的光量(功率)B。
④通过B/A求出透光率。
(实施例1)令菲涅耳透镜片的大小为纵762mm，横1016mm(50英寸、宽高比3∶4)，形成其的树脂的折射率为1.55。设定全反射面和菲涅耳透镜片面形成的角度β，使得全反射面的反射方向相对于菲涅耳透镜片面为垂直方向。棱镜的间距(相邻棱镜的凸棱间的距离)为0.11mm，离投影装置最远的棱镜(以下本实施例中称为最外棱镜)中的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度δ设定成90度。
(实施例2)令菲涅耳透镜片的大小为纵762mm、横1016mm，形成其的树脂的折射率为1.55。设定全反射面和菲涅耳透镜片面形成的角度β，使在最外棱镜中的全反射面的反射方向相对于菲涅耳透镜片面成垂直方向偏下5度，并使越靠近投影装置的棱镜中的反射方向的偏下的角度越小，在从最外棱镜到投影装置相距588mm的位置的棱镜中，反射方向的偏下角度为零，对于其下(靠近投影装置侧)的棱镜，全部反射方向的偏下角度都为零。棱镜的间距(邻接棱镜的凸棱间的距离)设为0.11mm，最外棱镜中的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度δ设定成90度。
(比较例1)令菲涅耳透镜片的大小为纵762mm，横1016mm(50英寸、宽高比3∶4)，形成其的树脂的折射率为1.55。设定全反射面和菲涅耳透镜片面形成的角度β，使在全反射面的反射方向相对于菲涅耳透镜片面成垂直方向。棱镜的间距(邻接棱镜的凸棱间的距离)设为0.11mm，最外棱镜中的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度δ设定成61.6度。
(比较例2)令菲涅耳透镜片的大小为纵762mm，横1016mm(50英寸、宽高比3∶4)，形成其的树脂的折射率为1.55。设定全反射面和菲涅耳透镜片面形成的角度β，使在全反射面的反射方向相对于菲涅耳透镜片面成垂直方向。棱镜的间距(邻接棱镜的凸棱间的距离)设为0.086mm，最内棱镜中的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度δ设定成100.3度。
(评价结果)实施例1中，全部的棱镜中折射面的形成角δ、全反射面的形成角β都在90度以下，因而成形时可容易地将菲涅耳透镜片从模具取出，成形性良好。另外，最内棱镜中的透光率为64.8％，比重视传统的成形性的菲涅耳透镜片(例如，比较例1)中的透光率相比好得多。
实施例2中，全部的棱镜中折射面的形成角δ、全反射面的形成角β都在90度以下，因而成形时可容易地将菲涅耳透镜片从模具取出，成形性良好。另外，最内棱镜中的透光率成为63.2％，比实施例1提高约4％，获得更佳值。
比较例1中，全部的棱镜中折射面的形成角δ、全反射面的形成角β都在90度以下，因而成形时可容易地将菲涅耳透镜片从模具取出，成形性良好。但是，最内棱镜中的透光率为44.9％，透光率远低于50％，成为不良。
比较例2中，最外棱镜中折射面的形成的角δ为100.3度，成形时难以从模具取出菲涅耳透镜片，取出后的菲涅耳透镜片的棱镜会产生缺陷。另外，最内棱镜中的透光率为71.3％，为良好。
如上所述，实施例1及实施例2的菲涅耳透镜片可同时达到良好的成形性和透光率。
如上说明，本发明的菲涅耳透镜片如上构成，可确保成形性并可获得维持杂散光生成比例小且透光率高的效果。另外，由于用该菲涅耳透镜片形成透光型屏幕及背面透光型显示装置，因而可容易地制造并获得透光率高的透光型屏幕或薄型且可提供高对比度图象的背面透光型显示装置。
权利要求
1.一种菲涅耳透镜片，是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角。
2.权利要求1所述的菲涅耳透镜片，其特征在于至少离光源最远的位置的棱镜中，全反射面和菲涅耳透镜片面形成的角度设定成使全反射面反射的光以从与菲涅耳透镜片面垂直的方向倾斜向光源侧的方向上反射。
3.权利要求1所述的菲涅耳透镜片，其特征在于在入射面的表面形成低折射率的材料组成的低折射率层。
4.权利要求1所述的菲涅耳透镜片，其特征在于还具备扩散光的光扩散部件或吸收光的光吸收部件中的至少任何一个。
5.权利要求4所述的菲涅耳透镜片，其特征在于光扩散部件由使扩散半值角为10度以下地发散的扩散材料组成。
6.权利要求4所述的菲涅耳透镜片，其特征在于光扩散部件由使扩散半值角10度以下的出射面上形成的水平双凸透镜透镜组成。
7.权利要求4所述的菲涅耳透镜片，其特征在于光吸收部件由添加成光吸收率50％以下的着色成分组成。
8.权利要求4所述的菲涅耳透镜片，其特征在于光吸收部件由对菲涅耳透镜片面垂直配置的光吸收层组成。
9.一种透光型屏幕，由菲涅耳透镜片构成，所述菲涅耳透镜片是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角；该菲涅耳透镜片中一体设置有扩散光的光扩散部件。
10.一种透光型屏幕，其特征在于具备菲涅耳透镜片，所述菲涅耳透镜片是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角；在菲涅耳透镜片的出射面侧设置的扩散光的光扩散部件。
11.一种背面透光型显示装置，其特征在于具备形成包装的箱体；安装在箱体前面设置的窗部的透光型屏幕，由菲涅耳透镜片构成，所述菲涅耳透镜片是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角；该菲涅耳透镜片中一体设置有扩散光的光扩散部件；投影装置，配置在箱体中部，从透光型屏幕的背面以锐角投射图象光。
12.一种背面透光型显示装置，其特征在于具备形成包装的箱体；安装在箱体前面设置的窗部的透光型屏幕，其特征在于具备菲涅耳透镜片和在菲涅耳透镜片的出射面侧设置的扩散光的光扩散部件，其中，所述菲涅耳透镜片是具备入射面和出射面、使由光源投射的光从入射面入射并从出射面出射的全反射型的菲涅耳透镜片，其特征在于具备设置在入射面、具有折射面和全反射面的多个棱镜，将来自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱镜中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，离光源最远的位置的棱镜的折射面和菲涅耳透镜片面形成的角度为大致直角；投影装置，配置在箱体中部，从透光型屏幕的背面以锐角投射图象光。
全文摘要
菲涅耳透镜片具备入射面1a和出射面1b，在入射面1a设有具备折射面3和全反射面4的多个棱镜2。从入射面1a侧的斜折射面侧的光源M投射的光被折射面3折射后由全反射面4全反射，调节成对菲涅耳透镜片面1c大致垂直的光。全部的棱镜2中的折射面3和全反射面4形成的角度α实质上相同。另外，离光源M最远位置的棱镜P2中的折射面3和菲涅耳透镜片面1c形成的角度δ为大致直角。
文档编号G02B5/02GK1666116SQ03815378
公开日2005年9月7日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年9月24日
发明者关口博 申请人:大日本印刷株式会社