专利名称：视频显示装置、其中使用的背面投影型屏幕、菲涅尔透镜片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种放大投影视频发生源的视频后显示在背面投影型屏幕上的视频显示装置、该视频显示装置中使用的背面投影型屏幕、菲涅尔透镜片和其制造方法。
背景技术：
用投影透镜等扩大显示在作为小型视频发生源的投影型布朗管或液晶显示装置等中的视频并投影到背面投影型屏幕上的视频显示装置，近年来画质的提高明显，渐渐普及到家庭用、业务用。
在这种视频显示装置中，通过利用反射来自投影透镜的扩大视频后导入背面投影型屏幕的反射镜，降低视频显示装置的进深。作为其中使用的背面投影型屏幕，通常具备将放大投影视频变换为大致平行光或稍向内侧的光的菲涅尔透镜片、和用于向画面水平方向扩散视频光的双凸透镜片。在这种屏幕中，就用于对应于视频显示装置的进一步薄型化的结构而言，已知例如WO/02/27399(专利文献1)中记载的结构。
参照图8和图9来说明本发明的课题。视频显示装置若画面尺寸相同，则进深越薄，重量、成本、设置空间上越有利。为了降低视频显示装置的进深，设置反射镜54，但作为进一步降低进深的方法，有广角化投影透镜52的方法。但是，透镜的广角化是有限的，例如在纵横比为16∶9、对角65英寸的情况下，若将投影距离设为700mm以下，则视频发生源51或投影透镜52与投影光干涉，在背面投影型屏幕53中出现影子。因此，若仅通过投影透镜52的广角化来实现薄型化，则如图8所示，在纵横比为16∶9、对角65英寸的情况下，光学系统的进深限制为400mm(视频显示装置的进深限制为450mm)。图8中，投影透镜52的光轴中心与背面投影型屏幕53的中心一致且垂直设定光轴与屏幕，但通过将投影透镜52的光轴中心设定在背面投影型屏幕53的下端附近，即使投影距离设为700mm以下，视频发生源51或投影透镜52也不与投影光干涉。图9与图8相同，是纵横比为16∶9、对角65英寸的屏幕尺寸，但在使投影透镜52的光轴中心与背面投影型屏幕53的下端一致的同时、将投影距离设为500mm的情况下，可以实现光学系统的进深为300mm(视频显示装置的进深为350mm)的进一步薄型化。
如上所述，在缩短投影透镜52的投影距离的同时，通过在背面投影型屏幕53的下端附近设定投影透镜52的光轴中心，可薄型化视频显示装置。但是，此时产生如下的新课题。
图9中，因为屏幕尺寸是纵横比为16∶9、对角为65英寸，所以若将投影透镜52的光轴中心设为背面投影型屏幕53的下端中心，则从投影透镜52入射到背面投影型屏幕53的左右上端的视频光的屏幕入射角度变为65.2度。图10是表示一般的射出面菲涅尔透镜的向屏幕的光线放射角度与反射损失的关系图。从图中可知，在光线入射角为65.2度的情况下，屏幕的反射损失大到36％。若进一步薄型化视频显示装置，则该损失急剧增大，产生形成屏幕左右上端暗的视频显示装置的课题。
另外，上述专利文献1作为对应于视频显示装置薄型化的背面投影型屏幕，公开了在菲涅尔透镜的光入射面中交互设置折射型棱镜与全反射型棱镜，同时将光射出面设为平面。但是，在该专利文献1中记载的结构由于在菲涅尔透镜的光入射面中设置折射型棱镜，所以效率低下，尤其是存在作为视频的重要中域视频(屏幕上的圆环状范围)变暗等课题。
发明内容
本发明鉴于上述问题作出，其目的在于提供一种适于缩短视频显示装置进深的技术。另外，提供一种适于不太损害屏幕上的显示视频的画质(亮度)地缩短视频显示装置进深的技术。
为了实现上述目的，本发明的特征在于在构成背面投影型屏幕的菲涅尔透镜片的视频发生源侧，在从光学部件投影的投影视频向菲涅尔透镜片的入射角至少为规定角度(例如约为40度)以上的范围内，设置在第1折射现象之后通过全反射现象、使入射光线作为规定射出角的射出光线射出的全反射型棱镜部，在与菲涅尔透镜片的视频观看侧的未设置该全反射型棱镜部的部分相对的范围内，设置通过第2折射现象、作为规定射出角的射出光线射出的折射型棱镜部。
另外，在本发明中，设置折射棱镜部的区域为从所述全反射型棱镜部射出的光线重合折射型棱镜部的至少一个间距以上的区域。
另外，在本发明中，将设置在构成背面投影型屏幕的菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射型棱镜部的全反射面设为凹向视频发生源侧的形状。
另外，根据本发明的菲涅尔透镜片制造方法的特征在于通过两面同时热压缩成形聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯的共聚体等的透明基材，形成折射型棱镜部和全反射型棱镜部。另外，也可在通过热压缩成形形成视频观看侧的折射型棱镜部后，在相反侧用紫外线固化树脂形成全反射型棱镜部。另外，也可在与形成折射型棱镜部的面相反的面中，用粘接层粘接固定形成具有全反射型棱镜部的透明紫外线固化树脂层的透明基材。
另外，本发明也可在设置有全反射型棱镜部的菲涅尔透镜片的视频观看侧的整个面中设置上述折射型棱镜部。上述折射型棱镜部的棱镜角随着在菲涅尔透镜片的视频发生源侧为平板的范围中从所述光学部件投影的投影视频到菲涅尔透镜片的入射角变大而变大。另一方面，从投影视频通过设置在视频发生源侧的全反射型棱镜部的位置到上下端部，使上述折射型棱镜部的棱镜角恒定，或随着入射角变大而减少。
另外，在上述全反射型棱镜部开始点通过第1折射现象和全反射现象得到的规定的入射面射出角、同与该所述菲涅尔透镜片的该全反射型棱镜部开始点邻接的没有全反射型棱镜部的部分通过第3折射现象得到的规定的入射面射出角大致相等。
另外，使上述全反射棱镜部的材质的折射率比构成菲涅尔透镜片的基材的材质的折射率大。另外，使上述全反射型棱镜部的入射面倾斜与该全反射型棱镜部的全反射面同向。
另外，根据本发明的菲涅尔透镜片制造方法的特征在于通过热压缩成形聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯的共聚体等的透明基材，形成视频观看侧的折射型棱镜部，之后，在相反侧用紫外线固化树脂形成全反射型棱镜部。另外，在与形成折射型棱镜部的面相反的面中，用粘接层粘接固定形成具有全反射型棱镜部的透明紫外线固化树脂层的透明基材。
根据本发明，可薄型化视频显示装置。尤其是可不太损害显示在屏幕上的视频的画质、例如亮度来薄型化视频显示装置。
图1是表示本发明的视频显示装置一实施例的局部截面立体图。
图2是表示根据本发明实施方式1的背面投影型屏幕3的结构模式图。
图3是根据图2所示的实施方式1的菲涅尔透镜片6的纵向截面图。
图4是实施方式1的菲涅尔透镜片6的纵向截面图，是设置有配置在视频源侧的全反射型棱镜部11的交界部分。
图5是实施方式1的设置有全反射型棱镜部的交界部分的纵向截面图，和实施方式1的另一实例的设置有全反射型棱镜部的交界部分的纵向截面图。
图6是说明实施方式1的菲涅尔透镜片的制造方法的图。
图7是说明实施方式1的菲涅尔透镜片的制造方法的另一例的图。
图8是表示投影透镜52的广角化引起的光学系统的薄型化的界限图。
图9是表示以投影透镜52的光轴中心为背面投影型屏幕53的下端中心时的光学系统的薄型化的图。
图10是表示向一般的射出面菲涅尔透镜的屏幕的光线入射角度与反射损失的关系图。
图11是表示根据本发明实施方式2的结构的背面投影型屏幕3的模式图。
图12是图11所示实施方式2的菲涅尔透镜片6的纵向截面图。
图13是实施方式2的菲涅尔透镜片6的纵向截面图，是设置有配置在视频源侧的全反射型棱镜部11的交界部分。
图14是表示根据实施方式2的菲涅尔透镜片6的观看侧设置的折射型棱镜部11的棱镜角与该菲涅尔透镜片6的反射等造成的光损失的图。
图15表示根据实施方式2的另一例的菲涅尔透镜片6的观看侧设置的折射型棱镜部11的棱镜角与该菲涅尔透镜片6的反射等造成的光损失。
图16是表示全反射型棱镜部10的折射率与向屏幕的光线入射角的关系图。
图17是表示全反射型棱镜部10的入射面(c面)的倾斜与向屏幕的光线入射角的关系图。
图18是实施方式2的设置有菲涅尔透镜片6的全反射型棱镜部11的交界部分的纵向截面图，和实施方式2的另一实例的设置有菲涅尔透镜片的全反射型棱镜部的交界部分的纵向截面图。
图19是说明实施方式2的菲涅尔透镜片的制造方法的图。
图20是说明实施方式2的菲涅尔透镜片的制造方法的另一例的图。
图21是说明实施方式2的菲涅尔透镜片的制造方法的再一例的图。
具体实施例方式
实施方式1下面参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是本发明的视频显示装置的局部截面斜视图。视频发生源1由投影型布朗管或反射型、透过型液晶面板、具备多个微小反射镜的显示元件等视频调制元件等构成，显示小型视频。投影透镜2将所述视频投影到背面投影型屏幕3上，但因为投影距离一般较长，所以为了降低视频显示装置的进深，将反射镜4设置在光路的中途。这些要素被固定在容纳于壳体5的内部的规定位置上。
图2是表示本发明实施方式1的背面投影型屏幕3的结构的模式图。从箭头b的方向投影的放大投影视频(未图示)被变换为与菲涅尔透镜片6大致平行的光或稍靠内侧的光，入射到双凸透镜片7。双凸透镜片7如图所示，为沿屏幕画面水平方向排列多个以屏幕画面垂直方向设为长方向的双凸透镜的形状，进行将所述视频光扩散到屏幕画面水平方向的动作。另外，在双凸透镜片7的射出面中形成沿画面垂直方向延伸的黑条8，吸收从屏幕射出侧入射的外来光。另外，扩散材料9加入双凸透镜片7中，进行向屏幕画面水平和垂直方向扩散所述视频光的动作。图2所示的实施方式1在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧面上，在从箭头b的方向投影的放大投影光线的向菲涅尔透镜片的入射角至少为规定角度以上、例如约40度以上的范围(第1区域)中，设置在第1折射现象后、通过全反射现象使入射光线射出以作为规定射出角的射出光线的全反射型棱镜部10(第1棱镜)。另外，将所述菲涅尔透镜片的视频发生侧面的、在不足所述规定角度以前入射投影视频的光线的范围(第2区域)设为不设置所述全反射型棱镜部的平面部。另外，在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧面中与所述第2区域相对的范围中，设置通过第2折射现象作为规定射出角的射出光线射出的折射型棱镜部(第2棱镜)11。上述全反射型棱镜部10凸向(突出到)视频发生源侧，上述折射型棱镜部11凸向(突出到)视频观看侧。
用图3来说明该全反射型棱镜部10的作用。图3是根据图2所示实施方式1的菲涅尔透镜片6的纵向截面图，扩大图1的背面投影型屏幕3的左(右)上端附近的部分。图中的箭头表示光线的方向。如图3所示，在菲涅尔透镜片6的视频发生源侧设置全反射型棱镜部10，观看侧为平面状。从视频发生源侧入射的光线从全反射型棱镜部10的c面(入射面)入射，后由d面(全反射面)全反射后，大致水平地射出到观看侧。图3是观看侧为平板的部分的纵向截面图，但在与未设置全反射型棱镜部的部分的范围内设置折射型棱镜部。这两者的交界部分中，从全反射型棱镜部射出的光线重叠该折射型棱镜部的至少1间距以上。理由如图4说明。
图4是实施方式1的菲涅尔透镜片6的纵向截面图，扩大视频发生源侧的全反射型棱镜部10与视频观看侧的折射型棱镜部11的交界部分。如图4所示，菲涅尔透镜片6视频源侧的以规定入射角度(40度)以下入射视频光的区域(第2区域)为未设置全反射型棱镜部10的平的部分(平面部)12。若视频发生源侧从所述光学部件投影的投影视频至菲涅尔透镜片6的入射角小，则不能设置全反射型棱镜部10。因此，在投影视频至菲涅尔透镜片6的入射角小的范围内，作为通常的射出面菲涅尔透镜，视频源侧平坦，在观看侧设置折射型棱镜部11。这样，在本发明的菲涅尔透镜片6中，视频源侧从平坦的部分突然变化到设置反射型棱镜部10的部分。因为用不同的模具来成型菲涅尔透镜片6的视频源侧与观看侧，所以由于二者的位置一致或温度差引起的膨胀、收缩，难以使两个面完全一致。所以，即使上述视频发生源侧从平坦的部分变化为设置全反射型棱镜部10的部分，也必需使该变化不呈现在视频中的防止部件。在图4所示的实施方式1的菲涅尔透镜片6中，交界部分中从全反射型棱镜部10射出的光线重叠该折射型棱镜部11的至少1个间距以上。即，菲涅尔透镜片6的视频观看侧面中与上述第1区域相对的区域的大部分为平面状，但该视频观看侧面的区域的一部分(与位于上述第1区域和平面状的第2区域的交界附近的全反射型棱镜10)相对的部分设置1-数间距、或数十间距或以上的折射型棱镜11。即，全反射型棱镜部10的一部分与折射型棱镜11的一部分在菲涅尔透镜片6的厚度方向上重复。
在从全反射型棱镜部10的c面入射并在d面全反射后，若菲涅尔透镜片6的观看侧平坦，则原样射出，但若入射到折射型棱镜部11，则如图所示，由折射型棱镜部11全反射，射向上方，从观看侧看不到。因为这些视频光从观看侧看不到，所以视频缺少，但不是所谓的菲涅尔透镜片6的视频源侧与观看侧错位后没有视频光而出现黑的圆弧的视频缺陷。另外，即使认为是视频缺少，但其大小仅为两面的错位量，由于以比以前高的精度地制造，所以缺少得不太明显。
下面，用图5(a)、(b)来说明本发明实施方式1的另一实例。图5(a)是本发明的菲涅尔透镜片6一实施例的设置有全反射型棱镜部10的部分的纵向截面图，与图4所示部分相同，但是为投影视频至菲涅尔透镜片6的入射角大的部分。图中仅向光线通过部分施加阴影。与图4相同的序号、相同符号表示相同部件、相同部分。在图4的投影视频至菲涅尔透镜片6的入射角小的部分中来自菲涅尔透镜片6的射出光基本上看不到分开，相反，在图5的投影视频至菲涅尔透镜片6的入射角大的部分中，来自菲涅尔透镜片6的射出光完全分成射出光部与非射出光部。该无光的部分的存在导致背面投影型屏幕3与双凸透镜7或视频源的象素之间产生波纹，所以必需某种防止部件。图5(b)是根据实施方式1的另一实例的菲涅尔透镜片的、设置有全反射型棱镜部14的部分的纵向截面图。图中仅对光线通过部分施加阴影。图5(b)中，14是设置在菲涅尔透镜片13的视频源侧的全反射型棱镜部。图5(b)所示的本发明的菲涅尔透镜片13中，光线从全反射型棱镜部14的e面入射，并在f面全反射，但因为f面成型为凹向视频发生源侧的形状，所以反射光宽，结果，观看侧看不到视频光分离。由此，在视频源侧的全反射型棱镜部14与背面投影型屏幕3的双凸透镜7或视频源的象素之间不会产生波纹。
通常菲涅尔透镜片的棱镜部的成型是使用紫外线固化树脂来进行，但在如本发明的菲涅尔透镜片那样在两面设置棱镜的情况下，因为紫外线固化树脂不通过紫外线，所以只在单面成型。因此，本发明的菲涅尔透镜片可通过实施如下所示的制造方法来制造。
首先，第一制造方法用折射型棱镜部和全反射型棱镜部的两个相对模具两面同时热压缩成型聚甲基丙烯酸甲酯至甲基丙烯酸甲酯苯乙烯的共聚体等透明基材。因为本方式不使用紫外线固化树脂，所以也可容易制造本发明的在两个面具有棱镜部的菲涅尔透镜片。
图6是说明实施方式1的菲涅尔透镜片的制造方法的图。在构成菲涅尔片6的透明基材15中，成型折射型棱镜11。在粘接在该透明基材15的未形成折射型棱镜11的面的透明紫外线固化树脂层16中，成型全反射型棱镜10。具体而言，在通过热压缩成型聚甲基丙烯酸甲酯至甲基丙烯酸甲酯苯乙烯的共聚体等透明基材15来形成视频观看侧的折射型棱镜部11后，在其相反侧用紫外线固化树脂形成全反射型棱镜部10。在图6所示实例中，紫外线固化树脂不仅附着在该全反射型棱镜部10上，还附着在平面部中，形成透明紫外线固化树脂层16。
图7是说明实施方式1的菲涅尔透镜片的制造方法的另一例的图。在粘接在构成菲涅尔透镜片17的第1透明基材18上的第1透明紫外线固化树脂层19中，形成折射型棱镜部20。在该第1透明基材18的未形成折射型棱镜部20的面中，设置第2透明紫外线固化树脂层21，在其中形成全反射型棱镜部22。形成该全反射型棱镜部22的第2透明紫外线固化树脂层21在由紫外线固化法形成于第2透明基材23上后，由粘接层24粘接固定在所述第1透明基材18上。
在构成菲涅尔透镜片17的第1透明基材18中，可使用例如聚甲基丙烯酸甲酯至甲基丙烯酸甲酯苯乙烯的共聚体等。另外，在形成全反射型棱镜部22的第2透明紫外线固化树脂层21的第2透明基材23中，可使用实施了使紫外线固化树脂粘接变容易的表面处理的聚甲基丙烯酸甲酯，在粘接层24中使用透明度高的丙烯基类粘接剂。以上说明中，虽用粘接层24粘接形成全反射型棱镜部22的第2透明紫外线固化树脂层21，但即使用粘接层24粘接形成折射型棱镜部20的第1透明紫外线固化树脂层19，效果也相同。
根据上述说明的本发明的实施方式1，即使为了降低视频显示装置的进深，将投影透镜的光轴中心设定在背面投影型屏幕的下端附近，入射到背面投影型屏幕的左右上端的视频光的屏幕入射角度过大，也可抑制屏幕的反射损失。另外，可降低菲涅尔透镜片产生的波纹现象。由此，根据本发明，可得到直至屏幕左右上端都亮的视频显示装置。
实施方式2下面参照附图来说明本发明的实施方式2。
图11是表示本发明实施方式2的背面投影型屏幕3的结构的模式图。从箭头b的方向投影的放大投影视频(未图示)被变换为与菲涅尔透镜片6大致平行的光或稍靠内侧的光，入射到双凸透镜片7。双凸透镜片7如图所示，为沿屏幕画面水平方向排列多个以屏幕画面垂直方向设为长方向的双凸透镜的形状，进行将所述视频光扩散到屏幕画面水平方向的动作。另外，在双凸透镜片7的射出面中形成沿画面垂直方向延伸的黑条，吸收从屏幕射出侧入射的外来光。另外，扩散材料9加入双凸透镜片7中，进行向屏幕画面水平和垂直方向扩散所述视频光的动作。图11所示的实施方式2的特征在于，在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧面上，在从箭头b的方向投影的放大投影的向菲涅尔透镜片的入射角至少为约40度以上的范围中，设置在第1折射现象后、通过全反射现象向入射光线施加规定入射面射出角的全反射型棱镜部10。另外，特征在于在菲涅尔透镜片的视频观看侧的整个面中设置折射型棱镜部11。
用图12来说明该全反射型棱镜部10的作用。图12是根据图11所示实施方式2的菲涅尔透镜片6的纵向截面图，扩大图11的背面投影型屏幕3的左(右)上端部附近。图中的箭头表示光线的方向。如图12所示，在菲涅尔透镜片6的视频源侧设置全反射型棱镜部19，观看侧设置折射型棱镜部11。从视频源侧入射的光线从全反射型棱镜部10的c面(入射面)入射，由d面(全反射面)全反射后，由折射型棱镜部11折射后，大致水平地射出到观看侧。虽然可通过增大d面的角度来使全反射后的光线角度大致水平，但在本发明中，减小d面的角度后，由将全反射后的光线角度保持在大的状态的射出面的折射型棱镜部11折射，大致水平地射出到观看侧。其理由用图13来说明。
图13是根据实施方式2的菲涅尔透镜片6的纵向截面图。如图13所示，菲涅尔透镜片6视频源侧的规定区域(以规定入射角度(40度)以下入射视频光的区域)为未设置全反射型棱镜部10的平坦部分(平面部)。若视频发生源侧从所述光学部件投影的投影视频至菲涅尔透镜片6的入射角小，则不能设置全反射型棱镜部10。因此，在投影视频至菲涅尔透镜片6的入射角小的范围内，作为通常的射出面菲涅尔透镜，视频源侧平坦，在观看侧设置折射型棱镜部。这样，在本发明的菲涅尔透镜片6中，视频源侧从平坦的部分突然变化到设置有反射型棱镜部10的部分。通常，因为分别成型菲涅尔透镜片6的视频源侧与观看侧，所以必需使该突然变化不呈现在视频中。在图13所示的本发明的菲涅尔透镜片6中，从全反射型棱镜部10的c面入射并在d面全反射后、入射到折射型棱镜部11的光线角度α与从平坦部分12入射并折射后、入射到折射型棱镜部11的光线角度β设定得大致相等。由此，即使菲涅尔透镜片6的视频源侧与观看侧稍错位，也因为折射型棱镜部11的角度基本相同，所以将从菲涅尔透镜片6射出的光线角度保持在恒定。
下面，用图14(a)和(b)、图15(a)和(b)来说明根据实施方式2的菲涅尔透镜片6的观看侧设置的折射型棱镜部11的棱镜角。图14(a)是根据实施方式2的菲涅尔透镜片6的观看侧设置的折射型棱镜部11的棱镜角，图14(b)是该菲涅尔透镜片6的反射等造成的光损失，两个图的横轴都是向屏幕的光线入射角。如图14(a)所示，因为至屏幕的光线入射角为67度，所以折射型棱镜部11的棱镜角为76度恒定。这可通过从该点起在入射面中设置全反射型棱镜部10来实现。本实施例的菲涅尔透镜片6的光损失如图14(b)所示大致恒定，所以不会象上述现有技术的菲涅尔透镜片的反射损失那样急剧变大。图15(a)是根据实施方式2的另一例的菲涅尔透镜片6的折射型棱镜部11的棱镜角，图15(b)是该菲涅尔透镜片6的反射等造成的光损失，两个图的横轴都是向屏幕的光线入射角。如图15(a)所示，因为至屏幕的光线入射角为67度，所以折射型棱镜部11的棱镜角慢慢变小。这可通过从图5时慢慢增大从该点起在入射面中设置的全反射型棱镜部10的d面角度来实现。此时，菲涅尔透镜片6的光损失如图15(b)所示，全反射型棱镜部10的开始点在峰值处慢慢变小。通常图5的实施例就行了，但在周围特别暗的视频显示装置中，通过采用图15的实施例，可照亮周围部。在本发明中，菲涅尔透镜片6的观看侧设置的折射型棱镜部11的棱镜角在图14、15的范围内自由设定，所以可进行符合视频显示装置特性的设计。
在上述图14、15中，设置全反射型棱镜部10的位置在至屏幕的光线入射角为67度以上时大，光损失也大至35％。用图16、图17来说明减小这些值的方法。图16是表示全反射型棱镜部10的折射率与向屏幕的光线入射角的关系图。从图16可知，为了减小至屏幕的光线入射角，只要增大全反射型棱镜部10的折射率即可。最好将全反射型棱镜部10的折射率设为至少比构成菲涅尔透镜片的基材的材质的折射率大。图17是表示全反射型棱镜部10的入射面(c面)的倾斜与向屏幕的光线入射角的关系图。全反射型棱镜部10的入射面(c面)的倾斜用负号表示与全反射面(d面)相同的方向。从图16可知，为了减小至屏幕的光线入射角，只要将全反射型棱镜部10的入射面(c面)的倾斜变为负方向即可。但是，通常若全反射型棱镜部10的入射面(c面)的倾斜变为负，则制造极困难。其制造方法如后所述。
下面，用图18(a)、(b)来说明实施方式2的其它实例。图18(a)是根据实施方式2的菲涅尔透镜片6的全反射型棱镜部11的纵向截面图，与图13所示相同。图中仅向光线通过部分施加阴影。与图13相同的序号、相同符号表示相同部件、相同部分。从图中可知，从视频源侧未设置全反射型棱镜部10的平坦部分12入射的光线对设置在观看侧的折射型棱镜部11看不到分开地入射，但从视频源侧的全反射型棱镜部10入射的光线对设置在观看侧的折射型棱镜部11存在没有光的部分。该无光部分的存在只要视频源侧的全反射型棱镜部10与设置在观看侧的折射型棱镜部11不以完全相同的间距错位配置则完全不成为问题，但哪怕稍错位都会导致产生波纹。图18(b)是根据实施方式2的另一实例的全反射型棱镜部的纵向截面图。图中仅对光线通过部分施加阴影。图18(b)中，14是设置在菲涅尔透镜片13的视频源侧的全反射型棱镜部，15是设置在观看侧的折射型棱镜部，16是视频源侧未设置全反射型棱镜部14的平坦部分。图9(b)所示的本发明的菲涅尔透镜片13中，光线从全反射型棱镜部14的e面入射，并在f面全反射。这里，因为f面成型为凹向视频发生源侧，所以反射光宽，结果，对观看侧设置的折射型棱镜部15看不到分开地入射。由此，即使视频源侧的全反射型棱镜部14与设置在观看侧的折射型棱镜部15稍错位配置也不会产生波纹。
通常菲涅尔透镜片的棱镜部的成型使用紫外线固化树脂来进行，但在如本发明的菲涅尔透镜片那样在两面设置棱镜的情况下，因为紫外线固化树脂不通过紫外线，所以只在单面成型。因此，本发明的菲涅尔透镜片可通过实施如下所示的制造方法来制造。
图19是说明实施方式2的菲涅尔透镜片的制造方法的图。在构成菲涅尔片6的透明基材17中，成型折射型棱镜11。在粘接在该透明基材17的未形成折射型棱镜11的面的透明紫外线固化树脂层12中，成型全反射型棱镜10。具体而言，在通过热压缩成型聚甲基丙烯酸甲酯至甲基丙烯酸甲酯苯乙烯的共聚体等透明基材17来形成视频观看侧的折射型棱镜部11后，在其相反侧用紫外线固化树脂形成全反射型棱镜部10。在图10所示实例中，紫外线固化树脂不仅附着在该全反射型棱镜部10上，还附着在平面部中，形成透明紫外线固化树脂层18。
图20是说明实施方式2的菲涅尔透镜片的制造方法的另一例的图。在粘接在构成菲涅尔透镜片19的第1透明基材20上的第1透明紫外线固化树脂层21中，形成折射型棱镜部22。在该第1透明基材的未形成折射型棱镜部22的面中，设置第2透明紫外线固化树脂层23，在其中形成全反射型棱镜部24。形成该全反射型棱镜部24的第2透明紫外线固化树脂层23在由紫外线固化法形成于第2透明基材25上后，由粘接层26粘接固定在所述第1透明基材20上。
在构成菲涅尔透镜片19的第1透明基材20中，可使用例如聚甲基丙烯酸甲酯至甲基丙烯酸甲酯苯乙烯的共聚体等。另外，在形成全反射型棱镜部24的第2透明紫外线固化树脂层23的第2透明基材25中，可使用实施了使紫外线固化树脂粘接变容易的表面处理的聚甲基丙烯酸甲酯，在粘接层26中使用透明度高的丙烯基类粘接剂。以上说明中，虽用粘接层26粘接形成全反射型棱镜部24的第2透明紫外线固化树脂层23，但即使用粘接层26粘接形成折射型棱镜部22的第1透明紫外线固化树脂层21，效果也相同。
图12是说明实施方式2的菲涅尔透镜片的制造方法的再一例的图。在构成菲涅尔透镜片27的第1透明基材28中，粘接形成折射型棱镜部30的第1透明紫外线固化树脂层29。在与形成折射型棱镜部30的面相反的面中，设置形成全反射型棱镜部32的第2透明紫外线固化树脂层31。形成该全反射型棱镜部32的第2透明紫外线固化树脂层31在通过紫外线固化法形成于第2透明基材33上后，用粘接层34粘接固定在所述第1透明基材28上。在图12的实施例中，4分割形成全反射型棱镜部32的第2透明紫外线固化树脂层31。另外，省略未形成全反射型棱镜部32的部分的第2透明紫外线固化树脂层31、第2透明基材33、粘接层34。该实施例在设置全反射型棱镜部32的部分仅为菲涅尔透镜片27的角部的情况下有效。另外，形成粘接的全反射型棱镜部32的第2透明紫外线固化树脂层31最好在4个部位都相同，必要时可加以修整。另外，在本实施例中，在4个角上全部粘接形成有全反射型棱镜部32的第2透明紫外线固化树脂层31，但根据光学系统的要求，也可以是上部、下部、右部、左部各两个部位至任意的1个角部位。如图12所示，若将形成全反射型棱镜部32的第2透明紫外线固化树脂层31设为分割式，则如上所述，即使将全反射型棱镜部10的入射面(c面)的倾斜设定成负号，也可比较容易地制造。当从模型脱模时，最好向菲涅尔的曲率中心方向移动，尽管全反射型棱镜10部的入射面(c面)的倾斜稍向负号方向变大，只要用易弯曲材料形成第2透明紫外线固化树脂层31和第2透明基材33，也可从模型脱模。
因此，根据实施方式2，即使为了降低视频显示装置的进深，将投影透镜的光轴中心设定在背面投影型屏幕的下端附近，入射到背面投影型屏幕的左右上端的视频光的屏幕入射角度过大，也可抑制屏幕的反射损失。另外，可降低菲涅尔透镜片产生的波纹现象。由此，根据本发明，可得到直至屏幕左右上端都亮的视频显示装置。
权利要求
1.一种投影来自视频发生源的视频的背面投影型屏幕，包括至少配置在视频发生源侧的菲涅尔透镜片；和配置在视频观看侧、使视频光扩散到视频观看侧的扩散片，所述菲涅尔透镜片包含凸向视频发生源侧的第1棱镜、和凸向视频观看侧的第2棱镜，其中，所述第1棱镜设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧面的、以规定入射角以上的角度入射所述投影视频的光线的第1区域中，包含全反射向该第1区域的入射光线后导向所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的全反射面，将所述菲涅尔透镜片的、以不足规定入射角的角度入射所述投影视频的光线的第2区域设为平面状，所述第2棱镜设置在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧面的、与所述第2区域相对的区域中，并且折射入射到该第2区域并透过该菲涅尔透镜片的光线后射出。
2.根据权利要求1所述的背面投影型屏幕，其特征在于所述规定入射角为约40度。
3.根据权利要求1所述的背面投影型屏幕，其特征在于所述菲涅尔透镜片的视频观看侧面的、与所述第1区域相对的区域为平面状。
4.根据权利要求4所述的背面投影型屏幕，其特征在于在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧面的与所述第1区域相对的区域的一部分中设置所述第2棱镜，以与位于所述第1区域和所述第2区域的交界附近的第1棱镜相对。
5.一种视频显示装置，包括视频发生源；放大投影所述视频发生源的视频的光学部件；和映出从所述光学部件投影的投影视频的背面投影型屏幕，所述背面投影型屏幕包括配置在视频发生源侧的菲涅尔透镜片；使视频光扩散到视频观看侧的扩散片；设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射型棱镜，该全反射型棱镜设置在从所述光学部件投影的投影视频向菲涅尔透镜片的入射角至少约为40度以上的范围内，同时，在第1折射现象之后，通过全反射现象，使入射光线作为规定射出角的射出光线射出；设置在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的折射型棱镜，该折射型棱镜设置在与未设置所述全反射型棱镜部的部分相对的范围内，并且通过第2折射现象，射出具有规定射出角的光线。
6.根据权利要求5所述的视频显示装置，其特征在于设置该折射型棱镜部的区域为从所述全反射型棱镜部射出的光线重合该折射型棱镜部的至少一个间距以上的区域。
7.根据权利要求5所述的视频显示装置，其特征在于将设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射型棱镜部的全反射面设为凹向视频发生源侧的形状。
8.一种菲涅尔透镜片，用于映出从光学部件投影的投影视频的背面投影型屏幕的视频发生源侧，包括在从视频发生源侧的所述光学部件投影的投影视频向菲涅尔透镜片的入射角至少约为40度以上的范围内设置的全反射型棱镜，该全反射型棱镜在第1折射现象之后，通过全反射现象，使入射光线作为规定射出角的射出光线射出；和折射型棱镜，该折射型棱镜在与未设置所述全反射型棱镜部的部分相对的范围内，通过第2折射现象，射出具有规定射出角的光线。
9.根据权利要求8所述的菲涅尔透镜片，其特征在于设置所述折射型棱镜部的区域为从所述全反射型棱镜部射出的光线重合该折射型棱镜部的至少一个间距以上的区域。
10.根据权利要求8所述的菲涅尔透镜片，其特征在于将设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射型棱镜部的全反射面设为凹向视频发生源侧的形状。
11.一种菲涅尔透镜片的制造方法，该菲涅尔透镜片用于映出从光学部件投影的投影视频的背面投影型屏幕中，包含全反射型棱镜部，在从视频发生源侧的所述光学部件投影的投影视频向菲涅尔透镜片的入射角至少约为40度以上的范围内，在第1折射现象之后，通过全反射现象，使入射光线作为规定射出角的射出光线射出；和折射型棱镜部，在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的与未设置该全反射型棱镜部的部分相对的范围内，通过第2折射现象，射出具有规定射出角的光线，其中，用两个相对的模具，两面同时热压缩成形聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯的共聚体等的透明基材，形成所述折射型棱镜部和全反射型棱镜部。
12.一种菲涅尔透镜片的制造方法，该菲涅尔透镜片用于映出从光学部件投影的投影视频的背面投影型屏幕中，包含全反射型棱镜部，在从视频发生源侧的所述光学部件投影的投影视频向菲涅尔透镜片的入射角至少约为40度以上的范围内，在第1折射现象之后，通过全反射现象，使入射光线作为规定射出角的射出光线射出；和折射型棱镜部，在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的与未设置该全反射型棱镜部的部分相对的范围内，通过第2折射现象，射出具有规定射出角的光线，其中，通过热压缩成形聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯的共聚体等的透明基材，在形成视频观看侧的折射型棱镜部后，在相反侧用紫外线固化树脂形成全反射型棱镜部。
13.一种菲涅尔透镜片的制造方法，该菲涅尔透镜片用于映出从光学部件投影的投影视频的背面投影型屏幕中，包含全反射型棱镜部，在从视频发生源侧的所述光学部件投影的投影视频向菲涅尔透镜片的入射角至少约为40度以上的范围内，在第1折射现象之后，通过全反射现象，使入射光线作为规定射出角的射出光线射出；和折射型棱镜部，在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的与未设置该全反射型棱镜部的部分相对的范围内，通过第2折射现象，射出具有规定射出角的光线，其中，在透明基材上形成具有折射型棱镜部的透明紫外线固化树脂层的同时，在与形成折射型棱镜部的面相反的面上，用粘接层粘接固定形成有具有全反射型棱镜部的透明紫外线固化树脂层的透明基材。
14.一种投影来自视频发生源的光的透射型屏幕，包括菲涅尔透镜片，具有形成于视频发生源侧的第1棱镜和形成于视频观看侧的第2棱镜；和配置在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的双凸透镜片，其中，所述第1棱镜形成于所述菲涅尔透镜片的视频观看侧面的、以规定入射角以上的角度入射所述光的区域中，且包含入射所述光的入射面、和全反射从该入射面入射的光后导向所述第2棱镜的全反射面。
15.一种视频显示装置，包括视频发生源；放大投影所述视频发生源的视频的光学部件；映出从所述光学部件投影的投影视频的背面投影型屏幕；至少包含配置在视频发生源侧的菲涅尔透镜片和使视频光向视频观看侧扩散的扩散片的背面投影型屏幕，所述菲涅尔透镜片包括设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射棱镜部，该全反射棱镜部设置在从所述光学部件投影的投影视频向菲涅尔透镜片的入射角至少约为40度以上的范围内，并且，在第1折射现象之后，通过全反射现象，对入射光线提供规定的入射面射出角；设置在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的折射型棱镜，该折射型棱镜通过第2折射现象，射出具有规定射出角的光线。
16.根据权利要求15所述的视频显示装置，其特征在于设置在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的折射型棱镜部的棱镜角随着在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧为平板的范围内从所述光学部件投影的投影视频到菲涅尔透镜片的入射角变大而变大，但从所述投影视频通过设置在视频发生源侧的全反射型棱镜部的位置到上下端部保持恒定或减少。
17.根据权利要求15所述的视频显示装置，其特征在于设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射型棱镜部开始点通过第1折射现象和全反射现象得到的规定的入射面射出角、同与所述菲涅尔透镜片的该全反射型棱镜部开始点邻接的没有全反射型棱镜部的部分通过第3折射现象得到的规定的入射面射出角大致相等。
18.根据权利要求15所述的视频显示装置，其特征在于将设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射型棱镜部的全反射面设为凹向视频发生源侧的形状。
19.根据权利要求15所述的视频显示装置，其特征在于使设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射棱镜部的材质的折射率比构成所述菲涅尔透镜片的基材的材质的折射率大。
20.根据权利要求15所述的视频显示装置，其特征在于使设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射型棱镜部的入射面的倾斜与该全反射型棱镜部的全反射面同向。
21.一种菲涅尔透镜片，用于映出从光学部件投影的投影视频的背面投影型屏幕中，包括设置在所述菲涅尔透镜片的视频发生源侧的全反射棱镜，该全反射棱镜设置在从所述光学部件投影的投影视频向菲涅尔透镜片的入射角至少约为40度以上的范围内，并且，在第1折射现象之后，通过全反射现象，对入射光线提供规定的入射面射出角；设置在所述菲涅尔透镜片的视频观看侧的折射型棱镜，该折射型棱镜通过第2折射现象，射出具有规定射出角的光线。
22.根据权利要求21所述的菲涅尔透镜片，其特征在于设置在视频观看侧的折射型棱镜部的棱镜角随着在视频发生源侧为平板的范围内从所述光学部件投影的投影视频到菲涅尔透镜片的入射角变大而变大，但从所述投影视频通过设置在视频发生源侧的全反射型棱镜部的位置到上下端部保持恒定或减少。
23.根据权利要求21所述的菲涅尔透镜片，其特征在于设置在视频发生源侧的全反射型棱镜部开始点通过第1折射现象和全反射现象得到的规定的入射面射出角、同与该全反射型棱镜部开始点邻接的没有全反射型棱镜部的部分通过第3折射现象得到的规定的入射面射出角大致相等。
24.根据权利要求21所述的菲涅尔透镜片，其特征在于将设置在视频发生源侧的全反射型棱镜部的全反射面设为凹向视频发生源侧的形状。
25.根据权利要求21所述的菲涅尔透镜片，其特征在于使设置在视频发生源侧的全反射棱镜部的材质的折射率比构成该菲涅尔透镜片的基材的材质的折射率大。
26.根据权利要求21所述的菲涅尔透镜片，其特征在于使设置在视频发生源侧的全反射型棱镜部的入射面的倾斜与该全反射型棱镜部的全反射面同向。
全文摘要
本发明在构成背面投影型屏幕的菲涅尔透镜片(6)的视频发生源侧设置全反射型棱镜部(10)。该全反射型棱镜部(10)被设置在从光学部件投影的投影视频至菲涅尔透镜片的入射角至少为约40度以上的范围内。并且，具有在第1折射现象后通过全反射现象使入射光线射出以作为规定射出角的射出光线的功能。另外，本发明在菲涅尔透镜片的视频观看侧设置折射型棱镜部(11)。该折射型棱镜部(11)设置在与未设置上述全反射型棱镜部的部分相对的范围内。另外，折射型棱镜部(11)具有通过第2折射现象射出以作为规定射出角的射出光线的功能。
文档编号G02B3/08GK1598688SQ20041004269
公开日2005年3月23日 申请日期2004年5月31日 优先权日2003年9月1日
发明者吉川博树, 大石哲, 平田浩二, 今福大辅 申请人:株式会社日立制作所