JP4802475B2

JP4802475B2 - Fresnel lens sheet, transmissive screen and projection display

Info

Publication number: JP4802475B2
Application number: JP2004300787A
Authority: JP
Inventors: 孝夫友野
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: JP2006113307A

Description

本発明は、フレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイに関する。 The present invention relates to a Fresnel lens sheet, a transmissive screen, and a projection display.

近年、透過型スクリーンと映像光を投射する光源とを有する投射型ディスプレイが種々提案されている。透過型スクリーンとしては、比較的光量損失が少ない全反射型のフレネルシートを用いた構成が知られている。
例えば、特許文献１には、プロジェクションスクリーンであって、同心円状に配置された複数の単位プリズムからなる全反射プリズムレンズを用いた構成が記載されている。この全反射プリズムレンズでは、各単位プリズムの入射面が全反射プリズムレンズの光軸に対して０°以上の抜き勾配を有し、各単位プリズムの入射面と全反射面とがなすプリズム頂角が同心円の中心に近い側から遠い側の方に３０°以上４５°以下で変化する構成とされている。
特開２００４−８６１８７号公報（第８−１７頁、図１、４、５） In recent years, various types of projection displays having a transmission screen and a light source for projecting image light have been proposed. As the transmissive screen, a configuration using a total reflection type Fresnel sheet with relatively little light loss is known.
For example, Patent Document 1 describes a configuration using a total reflection prism lens that is a projection screen and includes a plurality of unit prisms arranged concentrically. In this total reflection prism lens, the incident surface of each unit prism has a draft angle of 0 ° or more with respect to the optical axis of the total reflection prism lens, and the prism apex angle formed by the incident surface of each unit prism and the total reflection surface Is configured to change by 30 ° or more and 45 ° or less toward the side farther from the side closer to the center of the concentric circle.
Japanese Patent Laying-Open No. 2004-86187 (pages 8-17, FIGS. 1, 4, and 5)

しかしながら、上記のような従来のフレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、プリズム頂角を３０°以上４５°以下とするために、単位プリズムで映像光を全反射させる条件から、単位プリズムの入射面を全反射プリズムレンズの光軸に対して、数度程度の浅い角度とする必要がある。そのため、単位プリズムの入射面に対する映像光の入射角はかなり大きくなるものである。このため、入射面での反射光が多く発生し、入射面での光量損失が大きくなるという問題がある。
また、このような入射面での反射光は隣接する単位プリズムとの間で多重反射を繰り返すために、それらの迷光によりスクリーンが白っぽくなるという問題がある。
また、このような全反射プリズムは、プリズム頂角が３０°以上４５°以下と比較的小さいため、金型自体の加工性が非常に悪く、チッピング、スジムラが生じやすく、高精度のプリズム面が得られない問題点がある。さらに、金型でフレネルレンズを成形する場合、フレネルレンズの加工性、離型性が劣り、収率が落ちやすいという問題がある。 However, the conventional Fresnel lens sheet, transmissive screen, and projection display as described above have the following problems.
In the technique described in Patent Document 1, in order to set the prism apex angle to 30 ° or more and 45 ° or less, the incident surface of the unit prism is set to the optical axis of the total reflection prism lens from the condition that the unit prism totally reflects the image light. On the other hand, it is necessary to make the angle as shallow as several degrees. Therefore, the incident angle of the image light with respect to the incident surface of the unit prism is considerably increased. For this reason, there is a problem in that a large amount of reflected light is generated at the incident surface, and the light amount loss at the incident surface is increased.
Further, since the reflected light from such an incident surface repeats multiple reflections between adjacent unit prisms, there is a problem that the screen becomes whitish due to the stray light.
In addition, such a total reflection prism has a prism apex angle of 30 ° to 45 °, which is relatively small, so that the workability of the mold itself is very poor, chipping and unevenness are likely to occur, and a highly accurate prism surface is formed. There are problems that cannot be obtained. Furthermore, when a Fresnel lens is molded with a mold, there is a problem that the processability and releasability of the Fresnel lens are inferior, and the yield tends to decrease.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、映像光の光量損失、多重反射などを抑えることにより高画質の映像を表示することが可能となるとともに、金型の加工性を向上することができ、さらにフレネルレンズの成形性を向上できるフレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can display a high-quality image by suppressing loss of image light, multiple reflection, etc. An object of the present invention is to provide a Fresnel lens sheet, a transmission screen, and a projection display that can improve the moldability and further improve the moldability of the Fresnel lens.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、映像光の入射面および全反射面を有する複数の全反射プリズムが同心円状に配置され、その同心円中心軸から斜め方向に投射された映像光を全反射して略平行光としてレンズ光軸に直交する共通の出射面から出射することが可能なフレネルレンズシートであって、該フレネルレンズシートの略焦点位置から投射された映像光が、前記フレネルレンズシートのうち特定の全反射プリズムへの入射角度を、前記レンズ光軸に対する傾斜角度を用いてレンズ入射角θと表し、前記特定の全反射プリズムにおける入射面と全反射面とのなす角度をプリズム頂角γと表し、前記特定の全反射プリズムの入射面の傾斜を、前記レンズ光軸となす角度を用いて入射面傾斜角βと表すとき、前記レンズ入射角θに応じて、入射面傾斜角βを所定範囲に設定することにより、前記プリズム頂角γが、次式（１）の関係を満足する前記全反射プリズムの配置領域を設け、前記複数の全反射プリズムの各レンズ入射角θが、最小値θ _ｍｉｎから最大値θ _ｍａｘの範囲にあり、その中間の所定値を中間値θ _ｐとするとき、前記各レンズ入射角θに対する前記各全反射プリズムのプリズム頂角γが、θ _ｍｉｎ ≦θ＜θ _ｐにおいて、一定である場合を除く広義の単調増加となり、θ＝θ _ｐにおいて、最大値をとり、θ _ｐ＜θ≦θ _ｍａｘにおいて、広義の単調減少となっている構成とする。
４５°≦γ≦６０° ・・・（１）
なお、広義の単調増加（単調減少）とは、関数ｙ＝ｆ（ｘ）が、定義域のすべてのａ＜ｂに対して、ｆ（ａ）≦ｆ（ｂ）（ｆ（ａ）≧ｆ（ｂ））を満足することを意味する。
この発明によれば、レンズ入射角θに応じて入射面傾斜角βを所定範囲に設定し、プリズム頂角γが式（１）の範囲を満足する全反射プリズムの配置領域を設けるので、入射面傾斜角βを比較的大きな値とすることで、全反射プリズムの入射面に対する映像光の入射角を比較的浅く設定することが可能となる。そのため、入射面における反射光を低減することができる。
また、このようなプリズム頂角γの範囲では、プリズム頂角γがこの範囲より小さい場合に比べて、離型性や樹脂流動性などの成形時、脱型時の加工性を向上することができる。したがって、このような全反射プリズムの配置領域を有することにより、容易に成形でき、高精度なプリズム面を形成することができる。
また、レンズ入射角θがθ _ｍｉｎからθ _ｐまで変化する間は、プリズム頂角γを一定である場合を除く広義の単調増加とすることにより入射面での反射による光量損失を低減し、中間値θ _ｐからθ _ｍａｘまでの範囲では、プリズム頂角γを広義の単調減少とすることにより入射面での反射による光量損失を低減することができる。
プリズム頂角γを単調増加させると所定角度で入射面に垂直入射し（入射角０°）、それを超えると入射面に対する入射角がそれまでと逆側に増加するので、光量損失が増大していく。このような垂直入射の条件は、レンズ入射角θの増大に応じてプリズム頂角γが所定割合で減少する変化により達成される。そのため、中間値θ _ｐは、そのような垂直入射条件の近傍とし、その条件の変化に沿うような単調減少とすることが好ましい。 In order to solve the above-described problems, in the invention described in claim 1, a plurality of total reflection prisms having an incident surface and a total reflection surface for image light are arranged concentrically and projected obliquely from the central axis of the concentric circle. A Fresnel lens sheet that is capable of totally reflecting reflected image light to be emitted as a substantially parallel light from a common exit surface orthogonal to the lens optical axis, and projected from a substantially focal position of the Fresnel lens sheet The incident angle of light to a specific total reflection prism in the Fresnel lens sheet is expressed as a lens incident angle θ using an inclination angle with respect to the lens optical axis, and the incident surface and the total reflection surface in the specific total reflection prism. Is expressed as a prism apex angle γ, and the inclination of the incident surface of the specific total reflection prism is expressed as an incident surface inclination angle β using an angle formed with the lens optical axis. Depending on the elevation angle theta, by setting the β incidence plane inclination angle in a predetermined range, said prism apex angle γ is provided an arrangement region of the total reflection prism that satisfies the following relationship (1), said plurality When each lens incident angle θ of the total reflection prism is in the range from the minimum value θ _min to the maximum value θ _max and the predetermined value in the middle is the intermediate value θ _p , prism apex angle of the reflecting prism γ is, the θ _min ≦ θ <θ _p, becomes broad monotonic increase unless a constant, in theta = theta _p, a maximum value, in θ _{p <θ} ≦ θ _max, The configuration is monotonically decreasing in a broad sense .
45 ° ≦ γ ≦ 60 ° (1)
The monotonic increase (monotonic decrease) in the broad sense means that the function y = f (x) is f (a) ≦ f (b) (f (a) ≧ f for all a <b in the domain. (B)) is satisfied.
According to the present invention, the incident surface inclination angle β is set in a predetermined range according to the lens incident angle θ, and the arrangement area of the total reflection prism in which the prism apex angle γ satisfies the range of the expression (1) is provided. By setting the surface inclination angle β to a relatively large value, the incident angle of the image light with respect to the incident surface of the total reflection prism can be set to be relatively shallow. Therefore, the reflected light on the incident surface can be reduced.
Also, in such a range of the prism apex angle γ, it is possible to improve the workability at the time of molding and demolding such as releasability and resin fluidity compared to the case where the prism apex angle γ is smaller than this range. it can. Therefore, by having such a total reflection prism arrangement region, it is possible to easily mold and form a highly accurate prism surface.
In addition, while the lens incident angle θ changes from θ _min to θ _p , the light intensity loss due to reflection on the incident surface is reduced by increasing the prism apex angle γ in a broad sense except when it is constant. in the range from the value theta _p to theta _max, it is possible to reduce light loss due to reflection at the incident surface by the prism apex angle γ with broad monotonically decreasing.
When the prism apex angle γ is monotonously increased, it enters the incident surface perpendicularly at a predetermined angle (incident angle 0 °), and beyond this, the incident angle with respect to the incident surface increases on the opposite side, thus increasing the light loss. To go. Such a normal incidence condition is achieved by a change in which the prism apex angle γ decreases at a predetermined rate as the lens incident angle θ increases. Therefore, it is preferable that the intermediate value θ _{p be} in the vicinity of such a normal incidence condition and be monotonously decreased along with the change in the condition.

なお、入射面の表面反射をより効率よく低減し、全反射プリズムの成形性をより向上するためには、フレネルレンズシートのすべての全反射プリズムのプリズム頂角γが式（１）を満足することが好ましい。 In order to more efficiently reduce the surface reflection of the incident surface and further improve the moldability of the total reflection prism, the prism apex angle γ of all the total reflection prisms of the Fresnel lens sheet satisfies the formula (1). It is preferable.

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記式（１）の関係を満足する前記全反射プリズムの配置領域内で、前記レンズ入射角θが次式を満足する範囲に設けられた構成とする。
５０°≦θ＜９０° ・・・（２）
この発明によれば、レンズ入射角θが式（２）の範囲を満足するので、比較的広範囲のレンズ入射角θに対して、式（１）を満足するフレネルレンズシートとすることができる。 In the invention according to claim 2, in the Fresnel lens sheet according to claim 1, the lens incident angle θ satisfies the following expression in the arrangement region of the total reflection prism that satisfies the relationship of the expression (1). It is set as the structure provided in the range.
50 ° ≦ θ <90 ° (2)
According to the present invention, since the lens incident angle θ satisfies the range of the formula (2), a Fresnel lens sheet satisfying the formula (1) can be obtained with respect to a relatively wide range of the lens incident angle θ.

請求項３に記載の発明では、請求項１または２にフレネルレンズシートにおいて、前記各全反射プリズムの入射面傾斜角βが、次式をすべて満足する範囲に設定された構成とする。
β≧０．５９４２・θ−２３．７６８（４０°≦θ≦６０°）・・・（３）
β≧−０．３９６１・θ＋３５．６５２（６０°＜θ＜９０°）・・・（４）
β≦１．５・θ−６０（４０°≦θ≦６０°）・・・（５）
β≦−０．３９５８２・θ＋５３．７５（６０°＜θ＜９０°）・・・（６）
ここで、入射面傾斜角βの単位は（°）である。
この発明によれば、入射面傾斜角βが式（３）〜（６）のすべてを満足する範囲に設定するので、プリズム頂角γの範囲が３０°以上４５°以下の範囲を含むとともに、レンズ入射角θが上記式（２）の範囲とすれば、プリズム頂角γが式（１）の範囲を満足する設定とすることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the Fresnel lens sheet according to the first or second aspect, the incident surface inclination angle β of each total reflection prism is set in a range satisfying all the following expressions.
β ≧ 0.5942 · θ-23.768 (40 ° ≦ θ ≦ 60 °) (3)
β ≧ −0.3961 · θ + 35.652 (60 ° <θ <90 °) (4)
β ≦ 1.5 · θ−60 (40 ° ≦ θ ≦ 60 °) (5)
β ≦ −0.39582 · θ + 53.75 (60 ° <θ <90 °) (6)
Here, the unit of the incident surface inclination angle β is (°).
According to the present invention, since the incident surface inclination angle β is set to a range that satisfies all of the expressions (3) to (6), the range of the prism apex angle γ includes a range of 30 ° to 45 °, If the lens incident angle θ is in the range of the above formula ( 2 ) , the prism apex angle γ can be set to satisfy the range of the formula ( 1 ).

なお、フレネルレンズシートのすべての全反射プリズムのプリズム頂角γが式（２）を満足するためには、式（３）〜（６）に加えて、式（４ａ）を満足することが好ましい。
β≧−０．３９６１・θ＋３５．６５２（５０°≦θ＜９０°）・・・（４ａ）
この条件は、式（５）を次式に代えて、入射面傾斜角βが、式（４ａ）、（５ａ）、（６）をすべて満足する範囲と同一である。
β≦１．５・θ−６０（５０°≦θ≦６０°）・・・（５ａ） In order to satisfy the formula (2), the prism apex angle γ of all the total reflection prisms of the Fresnel lens sheet preferably satisfies the formula (4a) in addition to the formulas (3) to (6). .
β ≧ −0.3961 · θ + 35.652 (50 ° ≦ θ <90 °) (4a)
This condition is the same as the range in which the expression (5) is replaced with the following expression and the incident surface inclination angle β satisfies all the expressions (4a), (5a), and (6).
β ≦ 1.5 · θ−60 (50 ° ≦ θ ≦ 60 °) (5a)

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載のフレネルレンズシートにおいて、前記各全反射プリズムのプリズム頂角γが、次式をすべて満足する範囲に設定された構成とする。
γ≧０．７５・θ （４０°≦θ≦６０°）・・・（７）
γ≧４５（６０°＜θ＜９０°）・・・（８）
γ≦１．５・θ−３０（４０°≦θ≦６０°）・・・（９）
γ≦６０（６０°＜θ＜９０°）・・・（１０）
ここで、プリズム頂角γの単位は（°）である。
この発明によれば、プリズム頂角γの範囲が３０°以上４５°以下の範囲を含むとともに、プリズム頂角γが式（１）の範囲を満足する設定とすることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the Fresnel lens sheet according to any one of the first to third aspects, the prism apex angle γ of each of the total reflection prisms is set within a range that satisfies all of the following expressions: To do.
γ ≧ 0.75 · θ (40 ° ≦ θ ≦ 60 °) (7)
γ ≧ 45 (60 ° <θ <90 °) (8)
γ ≦ 1.5 · θ-30 (40 ° ≦ θ ≦ 60 °) (9)
γ ≦ 60 (60 ° <θ <90 °) (10)
Here, the unit of the prism apex angle γ is (°).
According to the present invention, the range of the prism apex angle γ includes a range of 30 ° to 45 °, and the prism apex angle γ can be set to satisfy the range of the formula ( 1 ).

なお、フレネルレンズシートのすべての全反射プリズムのプリズム頂角γが式（１）を満足するためには、式（７）〜（１０）に加えて、式（８ａ）を満足することが好ましい。
γ≧４５（５０°＜θ＜９０°）・・・（８ａ）
この条件は、プリズム頂角γが、式（７）、（８ａ）、（１０）をすべて満足する範囲と同一である。 In order for the prism apex angle γ of all the total reflection prisms of the Fresnel lens sheet to satisfy the formula ( 1 ), it is preferable to satisfy the formula (8a) in addition to the formulas (7) to (10). .
γ ≧ 45 (50 ° <θ <90 °) (8a)
This condition is the same as the range in which the prism apex angle γ satisfies all of the expressions (7), (8a), and (10).

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載のフレネルレンズシートにおいて、式（１）の範囲のプリズム頂角γを有する全反射プリズムに対して、前記映像光が前記入射面に垂直入射するようにした構成とする。
この発明によれば、映像光が入射面に垂直入射するので、入射面の反射光による光量損失を最小化することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the Fresnel lens sheet according to any one of the first to fourth aspects, the video light is applied to the total reflection prism having a prism apex angle γ in the range of the formula (1). The configuration is such that the light is incident perpendicular to the incident surface.
According to the present invention, since the image light is perpendicularly incident on the incident surface, the light amount loss due to the reflected light on the incident surface can be minimized.

請求項６に記載の発明では、透過型スクリーンにおいて、請求項１〜５のいずれかに記載のフレネルレンズシートと、該フレネルレンズシートの出射面側に視野角を広げるための光拡散部材とを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備えるとともに、フレネルレンズシートの出射面側に光拡散部材を設けるので、視野角が大きくて見やすい透過型スクリーンとすることができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the transmissive screen, the Fresnel lens sheet according to any one of the first to fifth aspects, and a light diffusing member for expanding a viewing angle toward the exit surface side of the Fresnel lens sheet. It is set as the structure provided.
According to this invention, since the light diffusing member is provided on the exit surface side of the Fresnel lens sheet, the same transmission effect as that of the invention according to any one of claims 1 to 5 is provided. It can be a screen.

請求項７に記載の発明では、投射型ディスプレイにおいて、請求項６に記載の透過型スクリーンを備える構成とする。
この発明によれば、請求項６に記載の透過型スクリーンを備えるので、請求項７に記載の発明と同様な作用効果を備える。 In a seventh aspect of the present invention, the projection display includes the transmissive screen according to the sixth aspect .
According to this invention, since the transmissive screen according to the sixth aspect is provided, the same effect as the invention according to the seventh aspect is provided.

本発明のフレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイによれば、全反射プリズムのプリズム頂角が式（１）の範囲とされた配置領域を設けることにより、フレネルレンズシート全体として、入射面における反射光が低減されるので、映像光の光量損失、多重反射が抑制され、高画質の映像を表示することが可能となるとともに、プリズム頂角γがこの範囲より小さい場合に比べて、金型の加工性および成形加工時の加工性を向上することができるという効果を奏する。 According to the Fresnel lens sheet, the transmissive screen, and the projection display of the present invention, by providing the arrangement region in which the prism apex angle of the total reflection prism is in the range of the formula (1), As a result, the light quantity loss and multiple reflection of the image light are suppressed, so that a high-quality image can be displayed and the prism apex angle γ is smaller than this range. There is an effect that the processability of the mold and the processability during the molding process can be improved.

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
また以下では、明示的に単位を記載されていなければ、角度の単位は弧度法によるものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.
In the following description, unless the unit is explicitly described, the unit of angle is the arc method.

本発明の実施形態に係るフレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイについて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る投射型ディスプレイについて説明するための投射光学系の光軸を含む模式断面説明図である。図２は、本発明の実施形態に係る透過型スクリーンの概略構成について説明するための断面説明図である。図３は、本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートとプロジェクタとの位置関係について説明するための斜視模式説明図である。 A Fresnel lens sheet, a transmissive screen, and a projection display according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory diagram including an optical axis of a projection optical system for explaining a projection display according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory diagram for explaining a schematic configuration of the transmission screen according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining the positional relationship between the Fresnel lens sheet and the projector according to the embodiment of the present invention.

本実施形態のリアプロジェクションテレビ１０（投射型ディスプレイ）は、図１に示すように、筐体１１と、前面側（図１の左側）を筐体１１の外部へ露出させるとともに背面側（図１の右側）を筐体１１の内部へ露出させた略長方形平板状をなす透過型スクリーン２０と、筐体１１内に配置され、透過型スクリーン２０の背面に対して映像光を投射する光源としてのプロジェクタ１２と、同じく筐体１１内に配置され、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を偏向させる、例えば２枚の反射鏡１３、１４とを備えている。 As shown in FIG. 1, the rear projection television 10 (projection display) of the present embodiment exposes the casing 11 and the front side (left side in FIG. 1) to the outside of the casing 11 and the rear side (FIG. 1). As a light source for projecting image light onto the back surface of the transmissive screen 20. The transmissive screen 20 has a substantially rectangular flat plate shape exposed to the inside of the housing 11. The projector 12 is also provided in the housing 11 and includes, for example, two reflecting mirrors 13 and 14 that deflect the optical path of the image light projected from the projector 12.

ここで、反射鏡１３、１４の偏向がない場合には、プロジェクタ１２の配置位置は、図１における２点鎖線の位置と光学的に等価となっており、以下では、特に断らない限りこのような光学配置に基づいて説明する。
すなわち、後述するフレネルレンズシート３０のレンズ光軸に一致する透過型スクリーン２０の光軸Ｐ１は、透過型スクリーン２０の光学的な有効高さをＨとしたとき、透過型スクリーン２０の中心Ｐ２から下方に（Ｈ／２＋Ｈ_０）だけ平行移動した位置にあり、プロジェクタ１２は、光軸Ｐ１上において透過型スクリーン２０の入射面から背面側（図１の右側）に距離Ｌだけ離して配置されている。
したがって、透過型スクリーン２０の最下端に入射する映像光の投射角度ψ_ｍｉｎ、同じく最上端に入射する映像光の投射角度ψ_ｍａｘは、光軸Ｐ１から測って、それぞれ次式のように表される。
ψ_ｍｉｎ＝ｔａｎ^−１（Ｈ_０／Ｌ）・・・（１４）
ψ_ｍａｘ＝ｔａｎ^−１｛（Ｈ＋Ｈ_０）／Ｌ｝・・・（１５） Here, when there is no deflection of the reflecting mirrors 13 and 14, the position of the projector 12 is optically equivalent to the position of the two-dot chain line in FIG. A description will be given based on an appropriate optical arrangement.
That is, the optical axis P1 of the transmissive screen 20 that coincides with the lens optical axis of the Fresnel lens sheet 30 to be described later is from the center P2 of the transmissive screen 20 when the optical effective height of the transmissive screen 20 is H. The projector 12 is located at a position translated downward (H / 2 + H ₀ ), and the projector 12 is disposed on the optical axis P1 from the incident surface of the transmissive screen 20 on the back side (right side in FIG. 1) by a distance L. Yes.
Accordingly, the projection angle ψ _min of the image light incident on the lowermost end of the transmissive screen 20 and the projection angle ψ _max of the image light incident on the uppermost end are measured from the optical axis P1 and are respectively expressed by the following equations. The
ψ _min = tan ⁻¹ (H ₀ / L) (14)
ψ _max = tan ⁻¹ {(H + H ₀ ) / L} (15)

透過型スクリーン２０は、図２に示すように、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部３３を有するフレネルレンズシート３０と、このフレネルレンズシート３０からの出射光をスクリーンの左右および上下方向（図２の紙面垂直方向）に拡散させる拡散レンズ部４４を有する光学部材、例えばレンチキュラーレンズシート４０（光拡散部材）と、このレンチキュラーレンズシート４０からの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散層５０とを備えている。
これらフレネルレンズシート３０、レンチキュラーレンズシート４０、拡散層５０は、透過型スクリーン２０の背面側（図２の右側）から前面側（図２の左側）にかけて順次配置されているとともに、互いに略平行となるように配置されている。 As shown in FIG. 2, the transmissive screen 20 includes a Fresnel lens sheet 30 having a Fresnel lens portion 33 that adjusts the direction of incident light to be output light, and outputs light from the Fresnel lens sheet 30 to the left and right sides of the screen and An optical member having a diffusion lens portion 44 that diffuses in the vertical direction (perpendicular to the plane of FIG. 2), for example, a lenticular lens sheet 40 (light diffusion member), and light emitted from the lenticular lens sheet 40 in the vertical direction (vertical) of the screen. And a diffusion layer 50 that diffuses in the direction).
The Fresnel lens sheet 30, the lenticular lens sheet 40, and the diffusion layer 50 are sequentially arranged from the back side (right side in FIG. 2) to the front side (left side in FIG. 2) of the transmissive screen 20, and are substantially parallel to each other. It is arranged to be.

フレネルレンズシート３０は、図２に示すように、フレネルレンズ部３３とレンズ基板３２とが接合面３７で接合されてなり、レンズ基板３２がレンチキュラーレンズシート４０の側に向くように配置されている。
フレネルレンズ部３３は、高さＨ、幅Ｗの平板の一方の面をレンズ基板３２との接合面３７とし、他方の面に板厚方向断面において入射面３５、全反射面３６からなる三角形状の複数の凹凸が背面視（図２の右側）同心円状に形成されている。同心円の中心軸は、フレネルレンズシート３０の光軸、すなわち透過型スクリーン２０の光軸Ｐ１となっており、フレネルレンズ部３３の中心位置を通る接合面３７の法線である中心Ｐ２に対して、（Ｈ／２＋Ｈ_０）だけ偏心されている（図３参照）。
入射面３５は、光軸Ｐ１上に配置されて斜めに投射される映像光を入射できるように、光軸Ｐ１側に向けられている。
全反射面３６は、入射面３５から所定角度で入射した映像光を全反射できるような角度で形成されている。 As shown in FIG. 2, the Fresnel lens sheet 30 is formed by bonding a Fresnel lens portion 33 and a lens substrate 32 at a bonding surface 37, and the lens substrate 32 is disposed so as to face the lenticular lens sheet 40. .
The Fresnel lens portion 33 is formed in a triangular shape including one surface of a flat plate having a height H and a width W as a joint surface 37 with the lens substrate 32 and an incident surface 35 and a total reflection surface 36 in the cross section in the thickness direction on the other surface. Are formed concentrically in a rear view (right side in FIG. 2). The central axis of the concentric circle is the optical axis of the Fresnel lens sheet 30, that is, the optical axis P 1 of the transmission screen 20, and the center P 2 that is the normal line of the joint surface 37 passing through the central position of the Fresnel lens portion 33. , (H / 2 + H ₀ ) (see FIG. 3).
The incident surface 35 is directed to the optical axis P1 side so that video light that is disposed on the optical axis P1 and projected obliquely can enter.
The total reflection surface 36 is formed at an angle such that the image light incident at a predetermined angle from the incident surface 35 can be totally reflected.

レンズ基板３２は、フレネルレンズ部３３を支持するための高さＨ、幅Ｗの略長方形の光透過性の平板である。接合面３７の裏面が、全反射面３６で全反射された映像光をレンチキュラーレンズシート４０側に出射する出射面３８となっている。 The lens substrate 32 is a substantially rectangular light-transmitting flat plate having a height H and a width W for supporting the Fresnel lens portion 33. The back surface of the joint surface 37 is an emission surface 38 that emits image light totally reflected by the total reflection surface 36 to the lenticular lens sheet 40 side.

そして、フレネルレンズシート３０は、映像光が光軸Ｐ１上の焦点位置から投射されたときに、映像光がその投射角度に応じた位置の入射面３５に入射し、対応する各全反射面３６により全反射されることにより、共通の出射面３８から略平行光として出射するように構成されている。
したがって、フレネルレンズシート３０は、それぞれの映像光が通る入射面３５、全反射面３６、出射面３８で構成される複数の全反射プリズムの集合体とみなすことができる。 When the image light is projected from the focal position on the optical axis P1, the Fresnel lens sheet 30 is incident on the incident surface 35 at a position corresponding to the projection angle, and each corresponding total reflection surface 36 is provided. By being totally reflected by the light, the light is emitted from the common light exit surface 38 as substantially parallel light.
Therefore, the Fresnel lens sheet 30 can be regarded as an aggregate of a plurality of total reflection prisms constituted by the incident surface 35, the total reflection surface 36, and the output surface 38 through which each image light passes.

プロジェクタ１２からのフレネルレンズシート３０への映像光の入射角度を光軸Ｐ１に対するレンズ入射角θと表すと、図３に示すように、フレネルレンズシート３０上の全反射プリズムの光軸Ｐ１からの距離により変化する。そして、レンズ入射角θの最大値θ_ｍａｘ、最小値θ_ｍｉｎは、それぞれ次式で表される。
θ_ｍａｘ＝ｔａｎ^−１［√｛Ｈ^２＋（Ｗ／２）^２｝／Ｌ｝・・・（１６）
θ_ｍｉｎ＝ψ_ｍｉｎ・・・（１７） When the incident angle of the image light from the projector 12 to the Fresnel lens sheet 30 is expressed as a lens incident angle θ with respect to the optical axis P1, as shown in FIG. 3, the total reflection prism on the Fresnel lens sheet 30 from the optical axis P1. Varies with distance. The maximum value θ _max and the minimum value θ _min of the lens incident angle θ are expressed by the following equations, respectively.
θ _max = tan ⁻¹ [√ {H ² + (W / 2) ² } / L} (16)
θ _min = ψ _min (17)

レンチキュラーレンズシート４０は、図２に示すように、略長方形平板状をなすシート基板４２におけるフレネルレンズシート３０側を向く片面に、拡散レンズ部４４が設けられ、かつ、シート基板４２における拡散層５０側を向く片面に、遮光部４５が設けられることによって構成されている。 As shown in FIG. 2, the lenticular lens sheet 40 is provided with a diffusing lens portion 44 on one side facing the Fresnel lens sheet 30 side of the sheet substrate 42 having a substantially rectangular flat plate shape, and the diffusion layer 50 in the sheet substrate 42. The light shielding part 45 is provided on one side facing the side.

拡散レンズ部４４は、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ４３が互いに略平行となるように配列されてなり、シート本体４１の入射面側に位置させられている。
この拡散レンズ部４４を構成する複数のシリンドリカルレンズ４３は、その長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）に略一致させており、フレネルレンズシート３０から出射される映像光がレンチキュラーレンズシート４０に入射すると、このレンチキュラーレンズシート４０は、入射した映像光をスクリーンの左右方向（水平方向）で集光・拡散してストライプ状の光としてから拡散層５０に向けて出射されるようになっている。
なお、図２においては、説明上分かりやすくするため、シリンドリカルレンズ４３の長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）ではなく左右方向（水平方向）に略一致させて示してある。 The diffusing lens portion 44 is formed by arranging a plurality of cylindrical lenses 43 having a substantially semi-cylindrical shape so as to be substantially parallel to each other, and is positioned on the incident surface side of the sheet main body 41.
The plurality of cylindrical lenses 43 constituting the diffusing lens portion 44 have their length directions substantially coincided with the vertical direction (vertical direction) of the screen, and the image light emitted from the Fresnel lens sheet 30 is lenticular lens sheet 40. When the light enters the lenticular lens sheet 40, the incident image light is condensed and diffused in the horizontal direction (horizontal direction) of the screen to form striped light and then emitted toward the diffusion layer 50. Yes.
In FIG. 2, for ease of explanation, the length direction of the cylindrical lens 43 is shown to substantially coincide with the horizontal direction (horizontal direction) rather than the vertical direction (vertical direction) of the screen.

遮光部（ＢＳ＝ブラック・ストライプ）４５は、複数のシリンドリカルレンズ４３が設けられたシート基板４２の裏面側に、シリンドリカルレンズ４３によるストライプ状の非集光部を遮光する位置に設けられている。すなわち、ストライプ状の遮光部４５の間には、シリンドリカルレンズ４３によって集光した映像光が通過する通過部４６が形成され、拡散層５０に向けて拡散光として出射されるようになっている。 The light shielding portion (BS = black stripe) 45 is provided on the back surface side of the sheet substrate 42 on which the plurality of cylindrical lenses 43 are provided at a position where the stripe-shaped non-light-condensing portions formed by the cylindrical lenses 43 are shielded. That is, a passage portion 46 through which the image light condensed by the cylindrical lens 43 passes is formed between the striped light shielding portions 45 and is emitted as diffusion light toward the diffusion layer 50.

拡散層５０は、略長方形平板状をなす基材中に拡散材が分散配置されることによって構成されており、レンチキュラーレンズシート４０から出射される映像光が拡散層５０に入射すると、この拡散層５０は、入射した映像光をスクリーンの上下方向（垂直方向）へ拡散してから透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射されるようになっている。 The diffusion layer 50 is configured by dispersing and diffusing a diffusing material in a substrate having a substantially rectangular flat plate shape. When image light emitted from the lenticular lens sheet 40 enters the diffusion layer 50, the diffusion layer 50 is formed. Reference numeral 50 denotes an incident video light which is emitted toward the front side of the transmissive screen 20 after being diffused in the vertical direction (vertical direction) of the screen.

次に、フレネルレンズシート３０における全反射プリズムの構成について詳細に説明する。
図４は、本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートのフレネルレンズ部３３の形状を映像光の光路とともに説明する光軸を含む断面における模式光路図である。 Next, the configuration of the total reflection prism in the Fresnel lens sheet 30 will be described in detail.
FIG. 4 is a schematic optical path diagram in a cross section including an optical axis for explaining the shape of the Fresnel lens portion 33 of the Fresnel lens sheet according to the embodiment of the present invention together with the optical path of the image light.

以下では、便宜上、図４に示すように、フレネルレンズ部３３を円弧状に湾曲した三角柱からなる凸部３３ａと、凸部３３ａが隣接して配置される板部３３ｂとに分け、１つの凸部３３ａの断面を△ＡＢＣと表し、それに隣接する光軸Ｐ１側の凸部３３ａの断面を△ＣＪＫと表す。それぞれの入射面、全反射面を入射面３５ａ、３５ｂ、全反射面３６ａ、３６ｂと表す。 Hereinafter, for convenience, as shown in FIG. 4, the Fresnel lens portion 33 is divided into a convex portion 33a made of a triangular prism curved in an arc shape and a plate portion 33b on which the convex portion 33a is disposed adjacent to one convex portion. The cross section of the portion 33a is represented by ΔABC, and the cross section of the convex portion 33a adjacent to the optical axis P1 is represented by ΔCJK. The respective incident surfaces and total reflection surfaces are represented as incidence surfaces 35a and 35b and total reflection surfaces 36a and 36b.

入射面３５ａは、フレネルレンズシート３０の光軸Ｐ１と平行な平板部３３ｂの法線Ｎに対して、入射面傾斜角βで点Ｃから点Ｂに向かうにつれて光軸Ｐ１から遠ざかる方向に傾斜している。
全反射面３６ａは、入射面３５ａに対して、プリズム頂角γだけ傾斜するとともに、平面部３３ｂに対して反射面傾斜角αだけ傾斜している。
ここで、△ＡＢＣの底辺ＣＡの長さはＬ_ｐで各凹部３３ａに共通である。点Ｂから底辺ＣＡに下ろした垂線の足を点Ｐとすると、ＡＰ＝Ｌ_ｐ１ｊ、ＰＣ＝Ｌ_ｐ２ｊとなっている。ここで、添字ｊは、この全反射プリズムの位置に対応して付された記号である。点Ｐの位置は、各凹部３３ａにより異なる。
また各部の屈折率は、映像光１００の入射側（図４の右側）の空気層が屈折率ｎ_１、フレネルレンズ部３３が屈折率ｎ_２、不図示のレンズ基板３２（接合面３７の図示左側）が屈折率ｎ_３であるとする。ただし、以下の説明においては、ｎ_３＝ｎ_２としても一般性は失われない。
フレネルレンズ部３３の空気に対する相対屈折率をｎ（＝ｎ_２／ｎ_１）と表す。 The incident surface 35a is inclined with respect to the normal N of the flat plate portion 33b parallel to the optical axis P1 of the Fresnel lens sheet 30 in the direction away from the optical axis P1 from the point C to the point B at the incident surface inclination angle β. ing.
The total reflection surface 36a is inclined by the prism apex angle γ with respect to the incident surface 35a, and is inclined by the reflection surface inclination angle α with respect to the flat portion 33b.
Here, the length of the base CA of ΔABC is L _p and is common to the respective recesses 33a. _Assuming that a perpendicular line _extending from the point B to the base CA is a point P, AP = L _p1j and PC = L _p2j . Here, the subscript j is a symbol attached corresponding to the position of the total reflection prism. The position of the point P differs depending on each recess 33a.
The refractive index of each part is such that the air layer on the incident side (right side in FIG. 4) of the image light 100 has a refractive index n ₁ , the Fresnel lens part 33 has a refractive index n ₂ , and a lens substrate 32 (not shown). left) and a refractive index n _3. However, in the following description, generality is not lost even if n ₃ = n ₂ .
The relative refractive index with respect to the air of the Fresnel lens part 33 is represented as n (= n ₂ / n ₁ ).

レンズ入射角θで映像光１００が入射すると、入射面３５ａ上に入射角θ_ｎで入射し（点Ｇ）、屈折光と反射光とに分かれる。実際には、入射面３５ａに入射するのは、略レンズ入射角θで入射する入射光束１００Ａであるが、全反射プリズムのピッチＬ_ｐは、映像光全体の投射幅に対して十分小さいので、個々の全反射プリズムに対しては、入射光束１００Ａがレンズ入射角θの平行光と近似できる。 When the image light 100 in the lens incident angle theta is incident at an incident angle theta _n on the incident surface 35a (point G), divided into a refracted light and reflected light. Actually, the incident light beam 100A incident on the incident surface 35a is incident at substantially the lens incident angle θ, but the pitch L _p of the total reflection prism is sufficiently small with respect to the projection width of the entire image light. For each total reflection prism, the incident light beam 100A can be approximated as parallel light having a lens incident angle θ.

入射角θ_ｎは、次式で表される。
θ_ｎ＝π／２−（θ＋β）・・・（２０）
また、屈折の法則により、次式が成り立つ。
ｓｉｎ（θ_ｎ）＝ｎ・ｓｉｎ（θ_ｉ）・・・（２１）
ここで、θ_ｉは、入射面３５ａにおける屈折光の出射角である。
また、△ＡＢＣの幾何学的な関係により、次式が成り立つ。
α＋γ＝β＋π／２・・・（２２） The incident angle θ _n is expressed by the following equation.
θ _n = π / 2− (θ + β) (20)
Further, the following equation holds according to the law of refraction.
sin (θ _n ) = n · sin (θ _i ) (21)
Here, θ _i is an exit angle of the refracted light on the incident surface 35a.
Further, the following equation is established by the geometrical relationship of ΔABC.
α + γ = β + π / 2 (22)

入射面３５ａの屈折光は、全反射面３６に対する入射角（π／２―θ_Ｍ）が臨界角θ_ｃ以上の角度で全反射面３６ａに入射し（点Ｅ）、点Ｑ、Ｆを通過して、平板部３３ｂから出射されるようにする。このとき、出射光を平行光とするためには次式を満足する必要がある。
（π／２−θ_Ｍ）≧θ_ｃ＝ｓｉｎ^−１（ｎ）・・・（２３）
α＋θ_Ｍ＝π／２・・・（２４）
θ_Ｍ＋γ＋θ_ｉ＝π／２・・・（２５）
式（２４）、（２５）より、
α＝（θ_ｉ＋β＋π／２）／２・・・（２６） The refracted light of the incident surface 35a is incident on the total reflection surface 36a at an angle (π / 2−θ _M ) with respect to the total reflection surface 36 that is equal to or greater than the critical angle θ _c (point E) and passes through the points Q and F. Then, the light is emitted from the flat plate portion 33b. At this time, in order to make the emitted light parallel light, it is necessary to satisfy the following equation.
(Π / 2−θ _M ) ≧ θ _c = sin ⁻¹ (n) (23)
α + θ _M = π / 2 (24)
θ _M + γ + θ _i = π / 2 (25)
From equations (24) and (25),
α = (θ _i + β + π / 2) / 2 (26)

また入射光束１００Ａが全反射されずに平板部３３ｂに透過することにより、平行光とならない屈折光が発生して光量損失しないための条件は、入射光束１００Ａが全反射面３６ａですべて反射される条件である。すなわち、点Ｊを通過する光線が全反射面３６ａ上で線分ＢＡ上で反射されることが必要となる。
この条件を表現するために、△ＡＢＣ、△ＣＪＫの形状のパラメータをそれぞれ、添字ｊ、ｊ−１を付して区別する。図４の場合、幾何学的な関係から、点Ｂ、Ｄ、Ｊのそれぞれの三角形の底辺ＡＣ、ＣＫからの高さをｈ_ｊ、ｓｈ_ｊ、ｈ_ｊ−１は、次式で表される。
ｈ_ｊ＝Ｌ_ｐ／｛ｔａｎ（β_ｊ）＋（１／ｔａｎ（α_ｊ））｝・・・（２７）
ｓｈ_ｊ＝Ｌ_ｐ／［ｔａｎ（β_ｊ）＋｛１／ｔａｎ（α_ｊ−θ_Ｍｊ）｝］
・・・（２８）
ｈ_ｊ−１＝Ｌ_ｐ／｛ｔａｎ（β_ｊ−１）＋（１／ｔａｎ（α_ｊ−１））｝
・・・（２９）
すると、点Ｊを通過する光線が、線分ＡＢの範囲に入射する条件は次式を満たすことである。
（ｈ_ｊ−１−ｓｈ_ｊ）・ｔａｎ（θ_ｊ）
≧ｓｈ_ｊ・ｔａｎ（β_ｊ）＋（ｈ_ｊ−１／ｔａｎ（α_ｊ−１））
・・・（３０）
したがって、式（３０）により、α_ｊ−１、ｈ_ｊ−１が与えられたときの拘束条件が導かれ、これを式（２０）〜（２６）と組み合わせることにより、レンズ入射角θに応じた入射面傾斜角β、プリズム頂角γの範囲が導かれる
以上の関係式に基づき、入射面３５に入射した映像光がすべて全反射され出射面３８から略平行光として出射されるような全反射プリズムの形状を決定することができる。 In addition, the condition that the incident light beam 100A is transmitted through the flat plate portion 33b without being totally reflected so that refracted light that does not become parallel light is generated and the light amount is not lost is that the incident light beam 100A is totally reflected by the total reflection surface 36a. It is a condition. That is, the light beam passing through the point J needs to be reflected on the line segment BA on the total reflection surface 36a.
In order to express this condition, the parameters of the shapes of ΔABC and ΔCJK are distinguished by attaching subscripts j and j−1, respectively. In the case of FIG. 4, the heights h _j , sh _j , and h _j−1 from the bases AC and CK of the respective triangles of the points B, D, and J are expressed by the following equations from the geometric relationship. .
h _j = L _p / {tan (β _j ) + (1 / tan (α _j ))} (27)
sh _j = L _p / [tan (β _j ) + {1 / tan (α _j −θ _Mj )}]
... (28)
h _j−1 = L _p / {tan (β _j−1 ) + (1 / tan (α _j−1 ))}
... (29)
Then, the condition for the light ray passing through the point J to enter the range of the line segment AB is to satisfy the following expression.
(H _j-1 −sh _j ) · tan (θ _j )
≧ sh _j · tan (β _j ) + (h _j−1 / tan (α _j−1 ))
... (30)
Therefore, the constraint condition when α _j−1 and h _j−1 are given is derived from the equation (30), and this is combined with the equations (20) to (26), thereby depending on the lens incident angle θ. The range of the incident surface inclination angle β and the prism apex angle γ is derived. Based on the above relational expression, all the image light incident on the incident surface 35 is totally reflected and emitted from the exit surface 38 as substantially parallel light. The shape of the reflecting prism can be determined.

なお、ここでは光路が図４に示すような場合について説明したが、映像光１００が入射面３５に垂直入射する場合や、レンズ入射角θが大きくなって入射角θ_ｎの向きが反対となる場合についても、同様の幾何学的な考察により式（３０）に相当する拘束条件を求めることができる。 The optical path has been described as shown in FIG. 4, and if the image light 100 is perpendicularly incident on the incident surface 35, the orientation of the incident angle theta _n a lens incident angle theta is increased is opposite here Even in the case, the constraint condition corresponding to the expression (30) can be obtained by the same geometrical consideration.

全反射プリズムの形状を具体的に決定するには、まずフレネルレンズシート３０の外形、焦点距離、光軸位置、全反射プリズムの配置ピッチＬ_ｐなどを決定する。レンズ入射角θの最大値θ_ｍａｘ、最小値θ_ｍｉｎが決まり、各全反射プリズムでのレンズ入射角θ_ｊが決まる。
そして、上記関係式のもとに、レンズ入射角θ_ｊに応じて入射面傾斜角β_ｊを適宜選択して、プリズム頂角γ_ｊを設定する。 To specifically determine the shape of the total reflection prism, first, the outer shape of the Fresnel lens sheet 30, the focal length, the optical axis position, the arrangement pitch L _p of the total reflection prism, and the like are determined. The maximum value θ _max and the minimum value θ _min of the lens incident angle θ are determined, and the lens incident angle θ _j at each total reflection prism is determined.
Based on the above relational expression, the incident surface inclination angle β _j is appropriately selected according to the lens incident angle θ _j and the prism apex angle γ _j is set.

レンズ入射角θは、リアプロジェクションテレビ１０のコンパクト化を図るためには、大きな角度の対応する必要がある。また、画面の大型化を図るためには、比較的小さな角度まで対応する必要がある。
一般には、６０°〜８５°程度の範囲とすることができればよいが、例えば、５５°〜８５°、５０°〜８５°のような範囲であればより好ましい。本実施形態では、４０°〜９０°の範囲としている。 The lens incident angle θ needs to correspond to a large angle in order to make the rear projection television 10 compact. In order to increase the size of the screen, it is necessary to deal with a relatively small angle.
In general, it may be in a range of about 60 ° to 85 °, but for example, a range of 55 ° to 85 °, 50 ° to 85 ° is more preferable. In the present embodiment, the range is 40 ° to 90 °.

入射面傾斜角βは、フレネルレンズシート３０を金型で成形する場合には、抜き勾配が必要なので、０°以上とする必要がある。抜き勾配が小さいと、金型を開いたときにフレネルレンズシート３０が剥離しにくくなり、表面の面精度が劣化しやすくなり、製造上の歩留まりが悪化する。
そのため、入射面傾斜角βは、５°以上とすることが好ましく、１０°以上とすることがより好ましい。１５°以上とすれば一層好ましい。
一方、式（２０）から分かるように、入射面傾斜角βが大きくなると、入射角θ_ｎが小さくなり、入射面３５における反射光が低減される。そのため、入射面３５における反射光による光量損失を低減することができる。特に、θ_ｎ＝０°とすれば、光量損失が最小になるので好ましい。 Since the draft angle is necessary when the Fresnel lens sheet 30 is molded with a mold, the incident surface inclination angle β needs to be 0 ° or more. If the draft angle is small, the Fresnel lens sheet 30 is difficult to peel off when the mold is opened, the surface accuracy of the surface tends to deteriorate, and the manufacturing yield deteriorates.
Therefore, the incident surface inclination angle β is preferably 5 ° or more, and more preferably 10 ° or more. More preferably, the angle is 15 ° or more.
On the other hand, as can be seen from the equation (20), when the incident surface inclination angle β increases, the incident angle θ _n decreases and the reflected light on the incident surface 35 is reduced. Therefore, it is possible to reduce the light amount loss due to the reflected light on the incident surface 35. In particular, θ _n = 0 ° is preferable because the light loss is minimized.

プリズム頂角γは、本実施形態では、３０°〜６０°の範囲としている。特に、４５°以上の範囲であれば、フレネルレンズシート３０を金型成形する場合に、金型が切削容易となって金型の加工性が向上できるとともに、フレネルレンズシート３０の成形性、離型性を向上できるという利点がある。
したがって、各全反射プリズムのプリズム頂角γを４５°以上の角度範囲もしくは４５°を超えた角度範囲とすることにより製作が容易で高精度のフレネルレンズシート３０が得られる。
ただし、フレネルレンズシート３０のうちに４５°以上の角度範囲もしくは４５°を超えた角度範囲となる全反射プリズム群が含まれていれば、すべてのプリズム頂角γが４５°より小さい範囲の全反射プリズムからなる場合に比べて、製作が容易となり高精度な成形が可能となる。 In the present embodiment, the prism apex angle γ is in the range of 30 ° to 60 °. In particular, if it is in a range of 45 ° or more, when the Fresnel lens sheet 30 is molded, the mold can be easily cut and the workability of the mold can be improved, and the moldability and separation of the Fresnel lens sheet 30 can be improved. There is an advantage that the moldability can be improved.
Therefore, the prism apex angle γ of each total reflection prism is set to an angle range of 45 ° or more or an angle range exceeding 45 °, whereby the Fresnel lens sheet 30 that is easy to manufacture and highly accurate can be obtained.
However, if the Fresnel lens sheet 30 includes a total reflection prism group having an angle range of 45 ° or more or an angle range exceeding 45 °, all the prism apex angles γ are less than 45 °. Compared to the case of a reflecting prism, it is easy to manufacture and enables highly accurate molding.

従来、レンズ入射角θの範囲を広くするために、入射面傾斜角βを比較的小さい値、例えば５°を超えない値とすることが行われており、このような場合には、プリズム頂角γを４５°以上とすることは困難であった。また、上記のように入射面での反射光による光量損失が大きくなっていた。
発明者は、鋭意検討した結果、入射面傾斜角βを従来より大きい角度範囲とし、しかもレンズ入射角θに応じて変化させることにより、プリズム頂角γを４５°以上に設定できる入射面傾斜角βの範囲が存在することを見出し、本発明に至ったものである。 Conventionally, in order to widen the range of the lens incident angle θ, the incident surface inclination angle β is set to a relatively small value, for example, a value not exceeding 5 °. It was difficult to set the angle γ to 45 ° or more. In addition, as described above, the light amount loss due to the reflected light on the incident surface is large.
As a result of intensive studies, the inventor has made the incident surface inclination angle β larger than the conventional angle range and changes the prism incident angle θ according to the lens incident angle θ, so that the prism apex angle γ can be set to 45 ° or more. The inventors have found that a range of β exists and have arrived at the present invention.

本実施形態の入射面傾斜角β、プリズム頂角γの範囲の具体例について説明する。
図５は、本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートのレンズ入射角θと入射面傾斜角βとの関係を示すグラフである。横軸は、レンズ入射角θ、縦軸は入射面傾斜角βを表す。両軸とも単位は（°）である。図６は、図５の入射面傾斜角βの範囲に対応するレンズ入射角θとプリズム頂角γとの関係を示すグラフである。横軸は、レンズ入射角θ、縦軸はプリズム頂角γを表す。両軸とも単位は（°）である。図７は、映像光の入射面に対する入射方向が逆転した場合について説明するための模式光路図である。
図５、６に示す具体例は、式（２３）〜（３０）を用いて算出したものである。ただし、ｎ＝１．５１、Ｌ_ｐ＝６１．９μｍとしている。 A specific example of the range of the incident surface inclination angle β and the prism apex angle γ of the present embodiment will be described.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the lens incident angle θ and the incident surface inclination angle β of the Fresnel lens sheet according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the lens incident angle θ, and the vertical axis represents the incident surface tilt angle β. The unit for both axes is (°). FIG. 6 is a graph showing the relationship between the lens incident angle θ and the prism apex angle γ corresponding to the range of the incident surface tilt angle β of FIG. The horizontal axis represents the lens incident angle θ, and the vertical axis represents the prism apex angle γ. The unit for both axes is (°). FIG. 7 is a schematic optical path diagram for explaining a case where the incident direction of the image light with respect to the incident surface is reversed.
The specific examples shown in FIGS. 5 and 6 are calculated using the equations (23) to (30). However, n = 1.51 and L _p = 61.9 μm.

入射面傾斜角βとして利用可能な範囲は、図５に示すように、本例では、折れ線ｆｇｈの上側と、折れ線ｆｉｊの下側で囲まれた領域である。これら折れ線を構成する線分ｆｇ、ｆｈ、ｆｉ、ｉｊは、それぞれ、上記の式（３）、（４）、（５）、（６）の等号に対応する。 As shown in FIG. 5, the range that can be used as the incident surface inclination angle β is a region surrounded by the upper side of the broken line fgh and the lower side of the broken line fij in this example. The line segments fg, fh, fi, ij constituting these broken lines correspond to the equal signs of the above equations (3), (4), (5), (6), respectively.

線分ｆｉ上では、レンズ入射角θに応じて入射面傾斜角βが増加するので、入射角θ_ｎが直線的に減少し、点ｉ（６０°，３０°）でθ_ｎ＝０°となる。
点ｉと点ｈ（９０°、０°）を結ぶ線分ｉｈ上では、θ_ｎ＝０°となっている。したがって、△ｆｉｇと△ｉｇｈとの領域では、図４に示すように、入射角θ_ｎが入射面３５ａの法線Ｎ_ＢＣに対して図示反時計回りの角度となっている。
一方、△ｉｊｈの領域では、入射角θ_ｎは、入射面３５ａの法線Ｎ_ＢＣに対して図示時計回りの角度となる（図７参照）。すなわち、この領域では、このような入射方向の違いから、入射面傾斜角βをより大きな角度とすることが可能となっている。したがって、比較的大きなレンズ入射角θの値に対しても入射面傾斜角βを大きく設定することができるという利点がある。 On the line fi, the incident surface inclination angle β increases in accordance with the lens incident angle θ, so the incident angle θ _n decreases linearly, and θ _n = 0 ° at the point i (60 °, 30 °). Become.
On the line segment ih connecting the point i and the point h (90 °, 0 °), θ _n = 0 °. Therefore, in the region of Δfig and Δhigh, as shown in FIG. 4, the incident angle θ _n is a counterclockwise angle shown with respect to the normal line N _BC of the incident surface 35a.
On the other hand, in the region of Δijh, the incident angle θ _n is a clockwise angle with respect to the normal line N _BC of the incident surface 35a (see FIG. 7). That is, in this region, the incident surface inclination angle β can be set to a larger angle due to the difference in the incident direction. Therefore, there is an advantage that the incident surface inclination angle β can be set large even for a relatively large lens incident angle θ.

フレネルレンズシート３０の入射面傾斜角βは、上記の範囲内で、自由に設定することができるが、フレネルレンズシート３０の製作を容易とするためには、隣接する全反射プリズムの形状が徐変されることが好ましい。そのため、（θ_ｊ，β_ｊ）は、図５のグラフにおいて、直線、折れ線または滑らかな曲線として表される変化をさせることが好ましい。
また、利用可能範囲を有効に用いるには、レンズ入射角θに対して、入射面傾斜角βが、広義の単調増加した後、θ＝θ_ｐにおいてピーク値をとり、その後広義の単調減少するような変化をすることが好ましい。例えば、折れ線ｆｉｊ、ｆｉｈ、ｆｇｈなどは、θ_ｐ＝６０°としたときの変化の一例となっている。
また、θ_ｐ＝６５°の例として、図５に示すように、折れ線ｆｎｏｈ、ｆｏｈ、ｎｏｐ、ｎｏｊなどの変化を採用することができる。ここで、点ｎ、ｏ、ｐの座標は、それぞれ、ｎ（５０°，４５°）、ｏ（６５°，２８°）、ｐ（９０°，４５°）である。 The incident surface inclination angle β of the Fresnel lens sheet 30 can be freely set within the above range. However, in order to facilitate the manufacture of the Fresnel lens sheet 30, the shape of the adjacent total reflection prism is gradually increased. Preferably, it is changed. Therefore, it is preferable to change (θ _j , β _j ) as a straight line, a broken line, or a smooth curve in the graph of FIG.
In order to effectively use the available range, the incident surface inclination angle β increases monotonously in a broad sense with respect to the lens incident angle θ, then takes a peak value at θ = θ _p , and then monotonously decreases in a broad sense. It is preferable to make such changes. For example, broken lines fij, fih, fgh, etc. are examples of changes when θ _p = 60 °.
Further, as an example of θ _p = 65 °, changes such as a broken line fnoh, foh, nop, noj can be adopted as shown in FIG. Here, the coordinates of the points n, o, and p are n (50 °, 45 °), o (65 °, 28 °), and p (90 °, 45 °), respectively.

プリズム頂角γとして利用可能な範囲は、図６に示すように、本例では、折れ線ａｂｃの上側と、折れ線ａｄｅの下側で囲まれた領域である。
これら折れ線を構成する線分ａｂ、ｂｃ、ａｄ、ｄｅは、それぞれ、上記の式（７）、（８）、（９）、（１０）の等号に対応する。また、図５との関係においては、それぞれ線分ｆｇ、ｇｈ、ｆｉ、ｉｊの変化に対応する。
線分ｄｃは、図５の線分ｉｈの変化に対応するものである。したがって、レンズ入射角θが入射面３５の反射光による光量損失が最小となる条件において、プリズム頂角γを６０°〜４５°の範囲で変化させることが可能となっている。 As shown in FIG. 6, the range that can be used as the prism apex angle γ is a region surrounded by the upper side of the polygonal line abc and the lower side of the polygonal line ade in this example.
The line segments ab, bc, ad, and de constituting these broken lines correspond to the equal signs of the above equations (7), (8), (9), and (10), respectively. Moreover, in the relationship with FIG. 5, it respond | corresponds to the change of line segment fg, gh, fi, and ij, respectively.
The line segment dc corresponds to the change of the line segment ih in FIG. Therefore, it is possible to change the prism apex angle γ in the range of 60 ° to 45 ° under the condition that the lens incident angle θ is the minimum in the light amount loss due to the reflected light from the incident surface 35.

フレネルレンズシート３０のプリズム頂角γは、上記の範囲内で、自由に設定することができるが、フレネルレンズシート３０の製作を容易とするためには、隣接する全反射プリズムの形状が徐変されることが好ましい。そのため、（θ_ｊ，γ_ｊ）は、図６のグラフにおいて、直線、折れ線または滑らかな曲線として表される変化をさせることが好ましい。
また、利用可能範囲を有効に用いるには、レンズ入射角θに対して、プリズム頂角γが、広義の単調増加した後、θ＝θ_ｐにおいてピーク値をとり、その後一定値をとるか、もしくは広義の単調減少するような変化をすることが好ましい。例えば、折れ線ａｂｃ、ａｄｃ、ａｄｅなどは、θ_ｐ＝６０°としたときの変化の一例となっている。
また、θ_ｐ＝６５°の例として、図５の折れ線ｆｎｏｈ、ｆｏｈ、ｎｏｐに対応して、それぞれ折れ線ａｋｌｃ、ａｌｃ、ｋｌｍなどの変化を採用することができる。ここで、点ｋ、ｌ、ｍの座標は、それぞれ、ｋ（５０°，４５°）、ｌ（６５°，５７．５°）、ｍ（９０°，５７．５°）である。
また、狭義の単調増加する例として、図６の折れ線ｋｌｅのような変化を採用してもよい。 The prism apex angle γ of the Fresnel lens sheet 30 can be freely set within the above range, but in order to facilitate the manufacture of the Fresnel lens sheet 30, the shape of the adjacent total reflection prism gradually changes. It is preferred that Therefore, (θ _j , γ _j ) is preferably changed as a straight line, a broken line, or a smooth curve in the graph of FIG.
In order to effectively use the available range, after the prism apex angle γ increases monotonously in a broad sense with respect to the lens incident angle θ, it takes a peak value at θ = θ _p and then takes a constant value. Alternatively, it is preferable to make a change that monotonously decreases in a broad sense. For example, broken lines abc, adc, ade, etc. are examples of changes when θ _p = 60 °.
Further, as an example of θ _p = 65 °, changes such as broken lines aklc, alc, and klm can be employed corresponding to the broken lines fnoh, foh, and nop in FIG. Here, the coordinates of the points k, l, and m are k (50 °, 45 °), l (65 °, 57.5 °), and m (90 °, 57.5 °), respectively.
Further, as an example of increasing monotonously in a narrow sense, a change like a broken line kle in FIG. 6 may be adopted.

このように、本実施形態によれば、式（３）〜（６）をすべて満足する所定範囲の入射面傾斜角βに対応して、プリズム頂角γが式（７）〜（１０）を満足する範囲を取ることができる。
その結果、フレネルレンズシート３０で使用されるレンズ入射角θの多くの範囲で、光量損失が低減され、全体として成形性に優れたレンズとすることができる。 Thus, according to the present embodiment, the prism apex angle γ corresponds to the expressions (7) to (10) corresponding to the incident surface inclination angle β in a predetermined range that satisfies all the expressions (3) to (6). You can take a satisfactory range.
As a result, the light amount loss is reduced in a large range of the lens incident angle θ used in the Fresnel lens sheet 30, and a lens having excellent moldability as a whole can be obtained.

レンズ入射角θの範囲は、フレネルレンズシート３０の形状や焦点距離などにより、可変することができる。そのため、レンズ入射角θの範囲は、必要に応じて適宜の範囲とすることが好ましい。
例えば、５０°≦θ＜９０°（式（２））とすれば、図６に示すように、４５°≦γ≦６０°（式（１））とすることができる。このような範囲にフレネルレンズシート３０の全反射プリズムを設定すれば、成形性、離型性を格段に向上することができるので、高性能のフレネルレンズシート３０を容易に製造することができるという利点がある。また、金型の切削加工性も向上できるので、金型製造も格段に容易となるという利点がある。 The range of the lens incident angle θ can be varied depending on the shape and focal length of the Fresnel lens sheet 30. Therefore, the range of the lens incident angle θ is preferably set to an appropriate range as necessary.
For example, if 50 ° ≦ θ <90 ° (formula (2)), as shown in FIG. 6, 45 ° ≦ γ ≦ 60 ° (formula (1)) can be obtained. If the total reflection prism of the Fresnel lens sheet 30 is set in such a range, the moldability and releasability can be remarkably improved, so that the high-performance Fresnel lens sheet 30 can be easily manufactured. There are advantages. Moreover, since the moldability of the mold can be improved, there is an advantage that the mold can be manufactured much more easily.

なお、上記の説明では、光拡散部材として、レンチキュラーレンズシート４０を用いた例で説明したが、光拡散部材は、これに限定されるものではない。
光拡散部材として、例えば複数の単位レンズが配列されたレンズアレイからなるレンズ部を有するマイクロレンズシートを備えているようにしてもよい。
また、複数のシリンドリカルレンズが略平行に配列された第１のレンズアレイと複数のシリンドリカルレンズが略平行に配列された第２のレンズアレイとがそれらのシリンドリカルレンズの長さ方向を互いに交差させるように同一平面上に配置されてなるレンズ部を有するクロスレンチレンズシートを備えているようにしてもよい。
また、映像光を反射して拡散させる反射面を有する複数の構造体がシート基板中に配置されてなるプリズムシートおよび拡散層を備えているようにしてもよい。
この場合の拡散層は、例えば略長方形平板状をなす基材中に拡散材が分散配置されることによって構成されており、プリズムシートから出射される映像光が拡散層に入射すると、この拡散層は、入射した映像光をスクリーンの上下方向（垂直方向）へ拡散してから透過型スクリーンの前面側に向けて出射するようになっている。
ただし、プリズムシートの複数の構造体の形状・配列によっては、必ずしもこのような拡散層を必要としない。 In the above description, the example in which the lenticular lens sheet 40 is used as the light diffusing member has been described. However, the light diffusing member is not limited to this.
As the light diffusing member, for example, a microlens sheet having a lens portion including a lens array in which a plurality of unit lenses are arranged may be provided.
In addition, the first lens array in which a plurality of cylindrical lenses are arranged substantially in parallel and the second lens array in which the plurality of cylindrical lenses are arranged in substantially parallel to each other so that the length directions of the cylindrical lenses intersect each other. Further, a cross wrench lens sheet having a lens portion arranged on the same plane may be provided.
In addition, a plurality of structures having a reflection surface that reflects and diffuses image light may be provided with a prism sheet and a diffusion layer arranged in a sheet substrate.
The diffusion layer in this case is configured by, for example, a diffusing material being dispersedly arranged in a base material having a substantially rectangular flat plate shape. When the image light emitted from the prism sheet enters the diffusion layer, the diffusion layer In this case, the incident video light is diffused in the vertical direction (vertical direction) of the screen and then emitted toward the front side of the transmissive screen.
However, such a diffusion layer is not necessarily required depending on the shape and arrangement of the plurality of structures of the prism sheet.

本発明の実施形態に係る投射型ディスプレイについて説明するための投射光学系の光軸を含む模式断面説明図である。It is a schematic cross section explanatory drawing containing the optical axis of the projection optical system for demonstrating the projection type display which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る透過型スクリーンの概略構成について説明するための断面説明図である。It is a section explanatory view for explaining a schematic structure of a transmission type screen concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートとプロジェクタとの位置関係について説明するための斜視模式説明図である。It is a perspective schematic explanatory diagram for explaining a positional relationship between a Fresnel lens sheet and a projector according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートのフレネルレンズ部の形状を映像光の光路とともに説明する光軸を含む断面における模式光路図である。It is a schematic optical path diagram in the cross section containing the optical axis explaining the shape of the Fresnel lens part of the Fresnel lens sheet which concerns on embodiment of this invention with the optical path of image light. 本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートのレンズ入射角θと入射面傾斜角βとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between lens incident angle (theta) and incident surface inclination | tilt angle (beta) of the Fresnel lens sheet which concerns on embodiment of this invention. 図５の入射面傾斜角βの範囲に対応するレンズ入射角θとプリズム頂角γとの関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the lens incident angle θ and the prism apex angle γ corresponding to the range of the incident surface tilt angle β of FIG. 5. 映像光の入射面に対する入射方向が逆転した場合について説明するための模式光路図である。It is a schematic optical path diagram for demonstrating the case where the incident direction with respect to the incident surface of image light is reversed.

Explanation of symbols

い
１０リアプロジェクションテレビ（投射型ディスプレイ）
１２プロジェクタ
２０透過型スクリーン
３０フレネルレンズシート
３２レンズ基板
３３フレネルレンズ部
３５、３５ａ、３５ｂ入射面
３６、３６ａ、３６ｂ全反射面
３７接合面
３８出射面
４０レンチキュラーレンズシート（光拡散部材）
５０拡散層
１００映像光
１００Ａ入射光束
Ｐ１光軸
Ｐ２中心 10 Rear projection television (projection type display)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Projector 20 Transmission type screen 30 Fresnel lens sheet 32 Lens board 33 Fresnel lens part 35, 35a, 35b Incident surface 36, 36a, 36b Total reflection surface 37 Joint surface 38 Outgoing surface 40 Lenticular lens sheet (light diffusion member)
50 Diffusion layer 100 Image light 100A Incident light beam P1 Optical axis P2 Center

Claims

A plurality of total reflection prisms having an incident surface and a total reflection surface for image light are arranged concentrically, and the image light projected obliquely from the central axis of the concentric circle is totally reflected to be substantially parallel light and orthogonal to the lens optical axis. A Fresnel lens sheet capable of emitting from a common exit surface,
The image light projected from the substantially focal position of the Fresnel lens sheet represents an incident angle to a specific total reflection prism of the Fresnel lens sheet as a lens incident angle θ using an inclination angle with respect to the lens optical axis,
The angle formed between the incident surface and the total reflection surface in the specific total reflection prism is expressed as a prism apex angle γ,
When the inclination of the incident surface of the specific total reflection prism is expressed as an incident surface inclination angle β using an angle formed with the lens optical axis,
By setting the incident surface inclination angle β in a predetermined range according to the lens incident angle θ, the prism apex angle γ provides an arrangement region of the total reflection prism that satisfies the relationship of the following formula (1) :
When each lens incident angle θ of the plurality of total reflection prisms is in a range from a minimum value θ _min to a maximum value θ _max and an intermediate predetermined value is an intermediate value θ _p ,
The prism apex angle γ of each total reflection prism with respect to each lens incident angle θ is
In θ _min ≦ θ <θ _p , a monotonic increase in a broad sense except when it is constant,
In θ = θ _p, it takes a maximum value,
A Fresnel lens sheet characterized by a monotonic decrease in a broad sense when θ _p <θ ≦ θ _max .
45 ° ≦ γ ≦ 60 ° (1)

2. The Fresnel lens sheet according to claim 1, wherein the lens incident angle θ is provided in a range that satisfies the following expression within an arrangement region of the total reflection prism that satisfies the relationship of the expression (1). .
50 ° ≦ θ <90 ° (2)

3. The Fresnel lens sheet according to claim 1, wherein an incident surface inclination angle β of each total reflection prism is set in a range satisfying all of the following expressions.
β ≧ 0.5942 · θ-23.768 (40 ° ≦ θ ≦ 60 °) (3)
β ≧ −0.3961 · θ + 35.652 (60 ° <θ <90 °) (4)
β ≦ 1.5 · θ−60 (40 ° ≦ θ ≦ 60 °) (5)
β ≦ −0.39582 · θ + 53.75 (60 ° <θ <90 °) (6)
Here, the unit of the incident surface inclination angle β is (°).

The Fresnel lens sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein a prism apex angle γ of each of the total reflection prisms is set in a range that satisfies all of the following expressions.
γ ≧ 0.75 · θ (40 ° ≦ θ ≦ 60 °) (7)
γ ≧ 45 (60 ° <θ <90 °) (8)
γ ≦ 1.5 · θ-30 (40 ° ≦ θ ≦ 60 °) (9)
γ ≦ 60 (60 ° <θ <90 °) (10)
Here, the unit of the prism apex angle γ is (°).

The total reflection prism having a γ prism apex angle in the range of formula (1), according to any one of claims 1 to 4, wherein the image light, characterized in that it is configured to vertically incident on the incident surface Fresnel lens sheet.

The Fresnel lens sheet according to any one of claims 1 to 5 ,
A transmissive screen comprising: a light diffusing member for widening a viewing angle on an exit surface side of the Fresnel lens sheet.

A projection display comprising the transmission screen according to claim 6 .