專利名稱：菲涅耳透鏡片及采用它的透光型屏幕和背面透光型顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影電視(PTV)等中采用的透光型屏幕中的菲涅耳透鏡片及采用其的透光型屏幕和背面透光型顯示裝置。更詳細(xì)地說(shuō)，涉及光從背面?zhèn)纫凿J角入射型的透光型屏幕中適用的菲涅耳透鏡片及采用其的透光型屏幕和背面透光型顯示裝置。
如

圖16所示，傳統(tǒng)的菲涅耳透鏡片71構(gòu)造成在入射面?zhèn)染邆渚哂姓凵涿?3和全反射面74的多個(gè)棱鏡72(例如，日本特開(kāi)昭61-208041號(hào)公報(bào)(第2～第5頁(yè)，第8圖)。圖17A、圖17B是圖16中的A、B部的部分放大圖。如圖17A、圖17B所示，該菲涅耳透鏡片71中，從背面?zhèn)扰渲玫耐队把b置M以銳角入射的光X在折射面73折射并透過(guò)后，在全反射面74全反射，以相對(duì)于菲涅耳透鏡片面垂直的方向出射。
該菲涅耳透鏡片71中，如上所述地從投影裝置M以銳角入射光X，因而與入射靠近投影裝置M的棱鏡P1的光X1的入射角θB相比，入射遠(yuǎn)離投影裝置M的棱鏡P2的光X2的入射角θA相當(dāng)大。從而，全部的棱鏡72中，為了使入射光X以相對(duì)于菲涅耳透鏡片面垂直的方向反射，必須將全反射面74和菲涅耳透鏡片面形成的角度β設(shè)定成隨著從靠近投影裝置M的棱鏡到遠(yuǎn)離的棱鏡，β逐漸減小。另一方面，相反地，隨著從靠近投影裝置M的棱鏡到遠(yuǎn)離的棱鏡，折射面73和菲涅耳透鏡片面形成的角度δ逐漸增大。
通過(guò)用這樣形成的菲涅耳透鏡片71構(gòu)成透光型屏幕、將該透光型屏幕用于背面透光型顯示裝置中，可銳角投射來(lái)自投影裝置M的光，結(jié)果，可使背面透光型顯示裝置薄型化。
但是，該傳統(tǒng)的菲涅耳透鏡片71中，產(chǎn)生1)菲涅耳透鏡片制造上的問(wèn)題及2)所謂雜散光形成重影的問(wèn)題。
1)制造上的問(wèn)題菲涅耳透鏡片71一般采用紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂法，或熱壓法成形。紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂法是向形成菲涅耳透鏡的模具填充紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂后，用紫外線/放射線照射該樹(shù)脂使其硬化后從模具取出而形成菲涅耳透鏡片71的方法。另外，熱壓法是對(duì)形成菲涅耳透鏡的模具填充加熱樹(shù)脂，加壓后從模具取出而成形菲涅耳透鏡片的方法。
用于這些成形方法的模具用車刀等切削模具用材料(例如，鋁、黃銅、銅、鋼等)來(lái)制作。此時(shí)，如上所述，折射面73及全反射面74與菲涅耳透鏡片面形成的角在各棱鏡間不同，因而模具的切削非常煩雜。
另外，成形后的樹(shù)脂必須從模具取出，棱鏡72的角度導(dǎo)致難以從模具的取出。即，當(dāng)折射面73與菲涅耳透鏡片面形成的角超過(guò)90度時(shí)，棱鏡起到楔的作用，因而難以從模具的取出。即使從模具取出樹(shù)脂也可能損壞。
2)雜散光形成的重影問(wèn)題另外，上述的菲涅耳透鏡片71中，如圖17B及圖18所示，來(lái)自投影裝置(未圖示)的入射光的一部分被折射面73折射后不是到達(dá)全反射面74而是到達(dá)出射面，被該出射面反射且被折射面73及全反射面74折射或反射后，從出射面出射。若產(chǎn)生該所謂雜散光Y，則該雜散光Y形成的圖象與正規(guī)圖象重疊，產(chǎn)生重影的問(wèn)題。特別地，該雜散光導(dǎo)致的重影問(wèn)題在對(duì)菲涅耳透鏡片71的入射角度θ小、且靠近投影裝置的棱鏡72中尤為顯著。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而提出，其目的在于提供可確保成形性且雜散光生成比例小、透光率高的菲涅耳透鏡片，及采用其的透光型屏幕及背面透光型顯示裝置。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角。
通過(guò)這樣的構(gòu)成，折射面和全反射面形成的角度在全部的棱鏡中實(shí)質(zhì)上相同，因而，該菲涅耳透鏡片的成形用模具在成形時(shí)不必使用多個(gè)車刀進(jìn)行切削或者通過(guò)多路徑來(lái)切削同一個(gè)棱鏡部，可以進(jìn)行高效的模具加工。另外，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡中的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度設(shè)為大致直角，因而從模具取出成形品的菲涅耳透鏡片時(shí)，菲涅耳透鏡片不會(huì)與模具咬合而取不出，也不會(huì)并損傷菲涅耳透鏡片。而且，如上所述，在不對(duì)菲涅耳透鏡片的制造形成障礙的范圍內(nèi)，由于折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度達(dá)到最大(90度)，因而可減小雜散光生成比例。
本發(fā)明的特征在于至少離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡中，全反射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度設(shè)定成使全反射面反射的光以從與菲涅耳透鏡片面垂直的方向傾斜向光源側(cè)的方向上反射。
通過(guò)這樣的構(gòu)成，可進(jìn)一步減少雜散光生成的比例。
這里，光被全反射面反射的方向，最好為從相對(duì)于菲涅耳透鏡片面垂直的方向向光源側(cè)傾斜若干的方向，具體地，在離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡中最好向光源側(cè)傾斜3～15度，而且最好在離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡中向光源側(cè)傾斜5～10度。該傾斜角度若過(guò)大，則被該部分反射到達(dá)觀察者的光量降低，該部分投射的圖象暗淡。另外，傾斜角度若過(guò)小，則不能充分獲得上述反射角度傾斜形成的效果。
另外，可設(shè)定全反射面的角度，使得至少離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡中的反射角度傾斜，但是，也可這樣設(shè)定全反射面的角度，例如，使從離光源最遠(yuǎn)位置的棱鏡開(kāi)始600mm左右的范圍的棱鏡的反射角度傾斜。該場(chǎng)合，可以使該范圍的棱鏡的傾斜角度一定，但是最好設(shè)定成使傾斜角度在離光源最遠(yuǎn)位置的棱鏡中最大，隨著靠近光源，傾斜角度變小。這樣，由于傾斜角度逐漸變小，不會(huì)使觀察者產(chǎn)生不和諧感。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，其特征在于在入射面的表面形成低折射率的材料組成的低折射率層。
通過(guò)這樣的構(gòu)成，可減少?gòu)耐队把b置入射的圖象光的反射，提供對(duì)比度高的圖象。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，其特征在于還具備擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件或吸收光的光吸收部件中的至少任何一個(gè)。
傳統(tǒng)的菲涅耳透鏡片中，雜散光產(chǎn)生時(shí)，該雜散光被出射面、折射面及全反射面反射及折射并在菲涅耳透鏡片內(nèi)(部分在菲涅耳透鏡片外)行進(jìn)后，一部分從出射面?zhèn)瘸錾渑c正規(guī)的圖象重疊，產(chǎn)生所謂重影的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明，雜散光在菲涅耳透鏡片內(nèi)行進(jìn)時(shí)，雜散光被光擴(kuò)散部件擴(kuò)散或者被光吸收部件吸收，因而可消除或減輕上述的重影問(wèn)題。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，其特征在于光擴(kuò)散部件由使擴(kuò)散半值角為10度以下地發(fā)散的擴(kuò)散材料組成。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，其特征在于光擴(kuò)散部件由使擴(kuò)散半值角10度以下的出射面上形成的水平雙凸透鏡透鏡組成。
根據(jù)本發(fā)明，可解決上述雜散光導(dǎo)致的重影問(wèn)題。另外，由于擴(kuò)散半值角為10度以下，不會(huì)有擴(kuò)散過(guò)大導(dǎo)致不能作為菲涅耳透鏡片使用的情況。另外，擴(kuò)散半值角可在10度以下，最好在5度以下，更好為2度左右。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，其特征在于光吸收部件由添加成光吸收率50％以下的著色成分組成。
通過(guò)這樣的構(gòu)成，可解決上述雜散光導(dǎo)致的重影問(wèn)題。另外，由于光吸收率在50％以下，正規(guī)出射的光不會(huì)被吸收過(guò)多。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，其特征在于光吸收部件由對(duì)菲涅耳透鏡片面垂直配置的光吸收層組成。
通過(guò)這樣的構(gòu)成，可解決上述雜散光導(dǎo)致的重影問(wèn)題。另外，由于垂直配置光吸收層，正規(guī)出射的光不被吸收。
本發(fā)明是一種透光型屏幕，由菲涅耳透鏡片構(gòu)成，所述菲涅耳透鏡片是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角；該菲涅耳透鏡片中一體設(shè)置有擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件。
通過(guò)這樣的構(gòu)成，可提供雜散光產(chǎn)生比例小且透光率高的透光型屏幕。
另外，作為光擴(kuò)散部件，可以是在菲涅耳透鏡片中發(fā)散的擴(kuò)散材料、在菲涅耳透鏡片的出射面形成的雙凸透鏡等。這里，對(duì)于透光型屏幕，最好擴(kuò)散材料或雙凸透鏡等的光擴(kuò)散部件形成為擴(kuò)散半值角在10度以上，最好20度以上。
本發(fā)明是一種透光型屏幕，其特征在于具備菲涅耳透鏡片，所述菲涅耳透鏡片是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角；在菲涅耳透鏡片的出射面?zhèn)仍O(shè)置的擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件。
通過(guò)這樣的構(gòu)成，可提供雜散光產(chǎn)生比例小且透光率高的透光型屏幕。
本發(fā)明是一種背面透光型顯示裝置，其特征在于具備形成包裝的箱體；安裝在箱體前面設(shè)置的窗部的透光型屏幕，由菲涅耳透鏡片構(gòu)成，所述菲涅耳透鏡片是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角；該菲涅耳透鏡片中一體設(shè)置有擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件；投影裝置，配置在箱體中部，從透光型屏幕的背面以銳角投射圖象光。
本發(fā)明是一種背面透光型顯示裝置，其特征在于具備形成包裝的箱體；安裝在箱體前面設(shè)置的窗部的透光型屏幕，其特征在于具備菲涅耳透鏡片和在菲涅耳透鏡片的出射面?zhèn)仍O(shè)置的擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件，其中，所述菲涅耳透鏡片是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角；投影裝置，配置在箱體中部，從透光型屏幕的背面以銳角投射圖象光。
通過(guò)這樣的構(gòu)成，可提供雜散光產(chǎn)生比例小且透光率高的背面透光型顯示裝置。
圖面的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的一例截面圖。
圖2A是圖1的菲涅耳透鏡片的部分放大圖。
圖2B是圖1的菲涅耳透鏡片的部分放大圖。
圖3是說(shuō)明本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的制造方法的一例的制造工序圖。
圖4A是本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的成形模具的切削方法說(shuō)明圖。
圖4B是本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的成形模具的切削方法說(shuō)明圖。
圖5是本發(fā)明的第1實(shí)施例的透光型屏幕的一例透視圖。
圖6是本發(fā)明的第1實(shí)施例的透光型屏幕的其他一例透視圖。
圖7是本發(fā)明的第1實(shí)施例的透光型屏幕的其他一例透視圖。
圖8是本發(fā)明的第1實(shí)施例的透光型屏幕的其他一例透視圖。
圖9是本發(fā)明的第1實(shí)施例的透光型屏幕的其他一例透視圖。
圖10是本發(fā)明的第1實(shí)施例的背面透光型顯示裝置的一例截面圖。
圖11A是本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的透光率的說(shuō)明圖。
圖11B是本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的透光率的說(shuō)明圖。
圖12A是本發(fā)明的第2實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的一例部分放大圖。
圖12B是本發(fā)明的第2實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的一例部分放大圖。
圖13是本發(fā)明的第3實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的一例截面圖。
圖14是本發(fā)明的第3實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的其他一例截面圖。
圖15是本發(fā)明的第3實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的其他一例截面圖。
圖16是傳統(tǒng)的菲涅耳透鏡片的截面圖。
圖17A是圖16的菲涅耳透鏡片的部分放大圖。
圖17B是圖16的菲涅耳透鏡片的部分放大圖。
圖18是菲涅耳透鏡片中的雜散光的示意圖。
發(fā)明的最佳實(shí)施例以下，參照適宜添附圖面說(shuō)明本發(fā)明的菲涅耳透鏡片及采用其的透光型屏幕及背面透光型顯示裝置的實(shí)施例。
(菲涅耳透鏡片)首先，說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的構(gòu)成。圖1是第1實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的厚度方向的截面圖，圖2A、圖2B是圖1中的A、B部的部分放大圖。
圖1及圖2A、圖2B所示菲涅耳透鏡片1具備入射面1a和出射面1b，是將由光源M投射的光從入射面1a入射并從出射面1b出射的全反射型的菲涅耳透鏡片。在菲涅耳透鏡片1的入射面1a側(cè)形成多個(gè)棱鏡2，該棱鏡2具備使入射菲涅耳透鏡片1的光X折射并透過(guò)的折射面3以及將折射面3折射的光向觀察者側(cè)全反射的全反射面4。
這里，折射面3和全反射面4相交形成角度α，該形成的角α在全部的棱鏡2中設(shè)定成同一角度。另外，折射面3及全反射面4分別與菲涅耳透鏡片面(菲涅耳透鏡片1的基準(zhǔn)面)1c形成角δ、角β。該形成的角β設(shè)定成使經(jīng)由折射面3入射全反射面4的光以與菲涅耳透鏡片面1c垂直的方向反射(全反射)的角度。這里，作為光源的投影裝置M投射的光入射菲涅耳透鏡片1的入射角(菲涅耳透鏡菲涅耳透鏡片面的法線1d和入射光形成的角度)在離投影裝置M最近的棱鏡P1中最小，隨著遠(yuǎn)離投影裝置M而逐漸增大，因而，形成的角β設(shè)定成在離投影裝置M最近的棱鏡P1中最大，隨著遠(yuǎn)離投影裝置M逐漸減小。另外，由于如前述形成的角α一定，因而角δ在離投影裝置M最近的棱鏡P1中最小，隨著遠(yuǎn)離投影裝置M而逐漸增大。因而，本發(fā)明的菲涅耳透鏡片中，將離投影裝置M最遠(yuǎn)的棱鏡P2中的形成的角δ設(shè)定成大致直角(90度)。
(菲涅耳透鏡片的制造方法)接著，說(shuō)明該菲涅耳透鏡片1的制造方法。菲涅耳透鏡片1，例如采用紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂法成形。以下，說(shuō)明紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂法形成菲涅耳透鏡片的制造方法。圖3是菲涅耳透鏡片的制造工序圖。
首先，進(jìn)行菲涅耳透鏡片1的制造準(zhǔn)備工序，即模具制造工序10。如圖4所示，模具制造工序中，將鋁、黃銅、銅、鋼等的模具用材料11雕刻成與菲涅耳透鏡片1對(duì)應(yīng)的形狀，制造菲涅耳透鏡片成形用的模具。該模具用材料11的雕刻用車刀12進(jìn)行。該車刀12的刃尖角度實(shí)質(zhì)上與上述的菲涅耳透鏡片1的棱鏡2中的折射面3和全反射面4交差形成的角α相同。采用該車刀12切削離投影裝置M最遠(yuǎn)的棱鏡部時(shí)，令車刀12與模具用材料11的面垂直，用車刀12的傾斜斜面12a切削全反射面部，并用車刀12的直立面12b切削折射面部(參照?qǐng)D4A)。接著，加工位于該棱鏡部的投影裝置側(cè)鄰的棱鏡部時(shí)，將車刀12向其背面的方向(圖4B所示箭頭的方向)傾斜90度減去該棱鏡2中的折射面3的形成的角δ后的角度，進(jìn)行切削(參照?qǐng)D4B)。這樣，切削越靠近投影裝置M側(cè)的棱鏡部，則車刀12向其背面的方向傾斜越大地進(jìn)行切削。從而，切削本發(fā)明的菲涅耳透鏡1成形用的模具時(shí)，不必使用多個(gè)車刀12進(jìn)行切削以及以多次來(lái)回來(lái)切削一個(gè)棱鏡部，可以進(jìn)行高效的模具加工。
另外，為了確保高精度加工面，可能需要多次來(lái)回進(jìn)行切削，該場(chǎng)合，以比傳統(tǒng)獲得同等的加工面精度的來(lái)回次數(shù)少的來(lái)回次數(shù)，可獲得高精度的加工面。
接著，進(jìn)行樹(shù)脂涂敷工序。樹(shù)脂涂敷工序中，在上述的成形用模具涂敷紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂，也可通過(guò)旋涂法、凹版印刷法、濺射法、幕式淋涂法、金屬型涂法等進(jìn)行。
接著，進(jìn)行基板層壓工序?；鍖訅汗ば蛑校跇?shù)脂涂敷工序涂敷的紫外線/放射線硬化樹(shù)脂上，層壓使紫外線/放射線透過(guò)的實(shí)質(zhì)上透明的基板，并用加壓羅拉加壓，使紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂和基板緊密連接。
接著，進(jìn)行樹(shù)脂硬化工序。樹(shù)脂硬化工序中，從層壓的基板上向紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂照射紫外線/放射線，使該紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂硬化。
最后，進(jìn)行脫模工序。脫模工序中，雖然是從模具脫出硬化的紫外線/放射線硬化樹(shù)脂，但是此時(shí)如上所述，由于菲涅耳透鏡片1的棱鏡2的折射面3和菲涅耳透鏡片面1c形成的角度δ設(shè)定成不超過(guò)90度的角度，因而，樹(shù)脂和模具不會(huì)有嚙合無(wú)法分離的情況，另外，不會(huì)損傷樹(shù)脂(菲涅耳透鏡片1)。
另外，以上說(shuō)明了用紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂法制造菲涅耳透鏡片1，但是制造方法不限于此，例如，也可以采用熱壓法制造。用熱壓法制造時(shí)，也可以在模具制造工序中進(jìn)行高效的模具加工，另外，脫模工序中，可以容易且安全地脫模，與上述的紫外線/放射線硬化型樹(shù)脂法的場(chǎng)合相同。
(透光型屏幕)接著，說(shuō)明采用菲涅耳透鏡片1的透光型屏幕。
圖5是第1實(shí)施例的透光型屏幕的厚度方向的透視圖。
圖5所示透光型屏幕21是在上述菲涅耳透鏡片1的出射面1b側(cè)配置作為光擴(kuò)散部件的雙凸透鏡透鏡片22而形成。
雙凸透鏡透鏡片22在其入射面22a側(cè)及出射面22b側(cè)的各垂直方向延伸配置半柱面形的透鏡23a、23b。另外，在出射面22b側(cè)形成的透鏡23b間，具備著黑色的光吸收層24。這樣形成的雙凸透鏡透鏡片22具備以下功能從投影裝置入射、在菲涅耳透鏡片1中調(diào)節(jié)成對(duì)菲涅耳透鏡片面大致垂直的光通過(guò)透鏡23a、23b向水平方向擴(kuò)散，提供水平方向上具有寬視野角的圖象，以及將從出射面?zhèn)热肷涞耐夤庥霉馕諏?4吸收，提供高對(duì)比度的圖象。另外，雙凸透鏡透鏡片22的水平方向擴(kuò)散半值角形成為10度以上，最好為20度以上。這里，水平方向擴(kuò)散半值角是指測(cè)定透光型屏幕的水平方向的亮度(輝度)分布時(shí)，相對(duì)于最明亮處(通常是雙凸透鏡透鏡片的垂直方向(正面))測(cè)定的輝度，亮度(輝度)成為一半的水平方向的角度。
另外，也可以用圖6所示雙凸透鏡透鏡片26取代上述的雙凸透鏡透鏡片22形成透光型屏幕25。如圖6所示，雙凸透鏡透鏡片26僅僅在其入射面26a側(cè)配置垂直方向上延伸的半柱面形的透鏡27。而且在該透鏡27的表面形成光吸收層28。這樣形成的雙凸透鏡透鏡片26具備以下功能從投影裝置M入射、在菲涅耳透鏡片1中調(diào)節(jié)成對(duì)菲涅耳透鏡片面1c大致垂直的光通過(guò)透鏡27向水平方向擴(kuò)散，提供水平方向上具有寬視野角的圖象，以及將從出射面26b側(cè)入射的外光用光吸收層28吸收，提供高對(duì)比度的圖象。即，從出射面26b側(cè)入射的外光在入射光吸收層28后被其內(nèi)表面反射、沿光吸收層28行進(jìn)到其內(nèi)部，因而其大部分被光吸收層28吸收，從入射面26a側(cè)入射的光由于在其厚度方向上通過(guò)光吸收層28，因而幾乎未被光吸收層28吸收，從而可提供高對(duì)比度的圖象。
而且，也可在菲涅耳透鏡片1的內(nèi)部具備光擴(kuò)散部件來(lái)形成透光型屏幕。該場(chǎng)合，作為光擴(kuò)散部件，可考慮圖7所示菲涅耳透鏡片1內(nèi)發(fā)散的擴(kuò)散材料29、圖8所示菲涅耳透鏡片1的出射面1b側(cè)沿垂直方向延伸的半柱面形的雙凸透鏡透鏡30、圖9所示菲涅耳透鏡片1的出射面1b側(cè)沿垂直方向延伸的截面梯形形狀的雙凸透鏡透鏡31等。該場(chǎng)合，圖8或圖9所示擴(kuò)散材料29和半柱面形的雙凸透鏡透鏡30或截面梯形形狀的雙凸透鏡透鏡31可以并用，也可分別單獨(dú)使用。
(背面透光型顯示裝置)圖10是第1實(shí)施例的背面透光型顯示裝置的側(cè)面截面圖。圖10所示背面透光型顯示裝置41主要由構(gòu)成包裝的箱體42、箱體42的前面上方配置的透光型屏幕21、箱體42內(nèi)設(shè)置的從透光型屏幕21的后方的斜下方投影圖象的投影裝置43構(gòu)成。
箱體42例如用樹(shù)脂、金屬等形成，在前面上方具備用于設(shè)置透光型屏幕21的窗部42a。另外，為了提高設(shè)計(jì)性，根據(jù)需要在外面執(zhí)行著色等的裝飾處理。
透光型屏幕21如上述形成，形成通常寬高比3∶4(標(biāo)準(zhǔn)型)和9∶16(寬屏型)等的橫向長(zhǎng)方形。透光型屏幕21安裝到箱體42的窗部42a，使其表面?zhèn)?出射面?zhèn)?趨向箱體42的外側(cè)。
投影裝置43由CRT和LCD等的光學(xué)裝置和對(duì)由它們形成的光學(xué)像進(jìn)行放大的投影透鏡組成，是從透光型屏幕21后方放大投影圖象的裝置。投影裝置43設(shè)置成從其投射的圖象光在透光型屏幕21的菲涅耳透鏡片1的全反射面4以與菲涅耳透鏡片面垂直的方向反射。換言之，設(shè)定與上述菲涅耳透鏡片1的全反射面4形成的角β，使得從投影裝置33的設(shè)置位置投射的圖象光以與菲涅耳透鏡片1的菲涅耳透鏡片面垂直的方向反射。
這樣構(gòu)成的背面透光型顯示裝置41中，投影裝置43投射的圖象光以銳角入射透光型屏幕21，首先在菲涅耳透鏡片1的折射面3折射并透過(guò)，接著在全反射面4全反射，調(diào)節(jié)成與菲涅耳透鏡片面垂直的光，而且通過(guò)雙凸透鏡透鏡片22向水平方向擴(kuò)散，向觀察者側(cè)出射圖象光。
此時(shí)，投影裝置43投射圖象光的一部分在靠近菲涅耳透鏡片1特別是投影裝置43的棱鏡2中不到達(dá)全反射面4而成為雜散光，但是如上所述，本發(fā)明的菲涅耳透鏡片1中，離投影裝置43最遠(yuǎn)的棱鏡P2中的折射面3和菲涅耳透鏡片面1c形成的角度δ設(shè)為大致直角(90度)，使得對(duì)菲涅耳透鏡片1的制造不造成障礙的范圍最大，因而，靠近投影裝置43的棱鏡2中，形成的角δ也變大，生成雜散光的比例減小。
即，如圖11A、圖11B所示，折射面3和菲涅耳透鏡片面1c形成的角度δ最大為90度的本發(fā)明的菲涅耳透鏡片1的棱鏡2中，形成雜散光的比例(圖11A)，與折射面3和菲涅耳透鏡片面1c形成的角度δ最大達(dá)不到90度的傳統(tǒng)菲涅耳透鏡片1的棱鏡2中形成雜散光的比例(圖11B)相比少。這是因?yàn)楸景l(fā)明中離投影裝置M最遠(yuǎn)的棱鏡P2中的角δ成為90度，而離投影裝置M近的棱鏡P1中的角δ也比較大。因而可獲得透光率高的菲涅耳透鏡片1，從而形成可提供高對(duì)比度圖象的背面透光型投影裝置41。
另外，雖然采用以上圖5所示透光型屏幕21進(jìn)行了說(shuō)明，但是不限于此，例如也可用圖6～9所示任一種的透光型屏幕。
第2實(shí)施例采用這樣的菲涅耳透鏡片，它使得遠(yuǎn)離投影裝置的棱鏡中的出射方向成為從相對(duì)于菲涅耳透鏡片面垂直的方向向投影裝置側(cè)若干傾斜后的方向。
除了形成該出射方向?yàn)橄蛲队把b置側(cè)若干傾斜后的方向以外，具備與第1實(shí)施例的菲涅耳透鏡片同樣的構(gòu)成及作用效果。另外，該菲涅耳透鏡片的制造方法、用該菲涅耳透鏡片形成透光型屏幕及背面透光型投影裝置的情況也與第1實(shí)施例相同。從而，以下僅僅說(shuō)明第2實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的構(gòu)成。
(菲涅耳透鏡片)圖12A、12B是第2實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的厚度方向的截面圖。另外，圖12A、圖12B中與第1實(shí)施例的圖1所述的菲涅耳透鏡片1具備相同構(gòu)成的部分采用相同符號(hào)，該部分相關(guān)的說(shuō)明省略。
如圖12A、圖12B所示，菲涅耳透鏡片51具備入射面51a和出射面51b，至少將離投影裝置M最遠(yuǎn)的棱鏡P2中全反射面4和菲涅耳透鏡片面51c形成的角度β設(shè)定成使由全反射面4反射并出射的光的出射方向成為，從相對(duì)于菲涅耳透鏡片面51c垂直的方向向投影裝置M側(cè)若干傾斜(角度γ)后的方向。這樣，反射方向若傾向投影裝置側(cè)，與反射方向?yàn)榇怪狈较虻膱?chǎng)合相比形成的角β變大，從而可減小折射面3和全反射面4形成的角度α。若可減小形成的角α，則可以減少雜散光生成的比例。另外，棱鏡P2中的折射面3和菲涅耳透鏡片面51c形成的角度δ成為90度。
另外，可以僅在離投影裝置M最遠(yuǎn)的棱鏡P2中使反射方向向投影裝置側(cè)傾斜，但是，最好設(shè)定角β，使得從離投影裝置最遠(yuǎn)位置開(kāi)始的一定距離，例如600mm左右范圍的棱鏡2中的反射方向向投影裝置側(cè)傾斜。若這樣設(shè)定，則可容易地將該區(qū)域的棱鏡2的形成角δ設(shè)為90度以下。棱鏡P1中，光的出射方向趨向與菲涅耳透鏡片面51c垂直的方向。
第3實(shí)施例采用在第1實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的表面形成涂層且在菲涅耳透鏡片內(nèi)使擴(kuò)散材料發(fā)散而形成的菲涅耳透鏡片。
除了涂層的形成和擴(kuò)散材料的發(fā)散外，具備與第1實(shí)施例的菲涅耳透鏡片同樣的構(gòu)成及作用效果，另外，該菲涅耳透鏡片的制造方法，用該菲涅耳透鏡片形成透光型屏幕及背面透光型投影裝置的情況也與第1實(shí)施例同樣。從而，以下僅說(shuō)明第3實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的構(gòu)成。
(菲涅耳透鏡片)圖13是第3實(shí)施例的菲涅耳透鏡片的厚度方向的截面圖。另外，圖13中，與第1實(shí)施例的圖1所述的菲涅耳透鏡片具有相同構(gòu)成的部分采用同一符號(hào)，省略該部分的說(shuō)明。
如圖13所示，菲涅耳透鏡片61具備入射面61a和出射面61b，在其入射面61a側(cè)的表面形成涂層62。該涂層62由與形成棱鏡2的材料相比折射率小的實(shí)質(zhì)透明的材料形成。這樣形成的涂層62使從投影裝置M入射的圖象光的反射減少。形成涂層62的樹(shù)脂可采用例如氟系樹(shù)脂、硅系樹(shù)脂等。
而且，菲涅耳透鏡片61具備使作為光擴(kuò)散部件的擴(kuò)散材料63發(fā)散的擴(kuò)散層64。該擴(kuò)散層64防止被折射面3折射后未到達(dá)全反射面4的光(雜散光)Y產(chǎn)生重影。即，傳統(tǒng)中有以下問(wèn)題，例如，雜散光Y由折射面3折射后被出射面61b反射，再次到達(dá)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，從出射面61b出射而產(chǎn)生重影。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)具備使上述的擴(kuò)散材料63發(fā)散的擴(kuò)散層64，雜散光Y在折射面3及全反射面4和出射面之間來(lái)回時(shí)被擴(kuò)散層64中的擴(kuò)散材料63擴(kuò)散，可使最終從出射面出射的雜散光Y的強(qiáng)度減弱，因而可以減輕上述的重影問(wèn)題。該擴(kuò)散材料63是用例如丙烯酸(類)樹(shù)脂、聚苯乙烯樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂等的有機(jī)材料，或玻璃類、氧化鈦、被覆云母、Zn等的無(wú)機(jī)材料形成。另外，調(diào)節(jié)擴(kuò)散材料63的發(fā)散量，使擴(kuò)散半值角在10度以下，最好5度以下，更好為2度左右。
另外，替代擴(kuò)散層64，如圖14所示，也可以在出射面61b配置作為光擴(kuò)散部件的水平雙凸透鏡透鏡65。該場(chǎng)合，雜散光Y被出射面61b反射或折射時(shí)由于被水平雙凸透鏡透鏡65擴(kuò)散，因而可減弱最終從出射面出射的雜散光Y的強(qiáng)度，減輕重影的問(wèn)題。
另外，替代擴(kuò)散層64，如圖15所示，也可配置與出射面61b垂直的作為光吸收部件的光吸收板(光吸收層)66。該場(chǎng)合，正規(guī)光(雜散光以外的入射光)X與出射面成垂直方向行進(jìn)，不入射光吸收板66，而雜散光Y相對(duì)于出射面61b斜方向行進(jìn)，入射光吸收板66并被吸收，因而，可減少?gòu)某錾涿?1b出射的雜散光Y的量，解決重影的問(wèn)題。該光吸收板66可以僅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，替代擴(kuò)散層64，也可以在構(gòu)成菲涅耳透鏡片61的材料中添加作為光吸收部件的著色成分。該場(chǎng)合，如上所述，由于雜散光Y比正規(guī)光X在菲涅耳透鏡片內(nèi)的行進(jìn)距離長(zhǎng)，因而被上述著色成分吸收的比例大，可降低重影的發(fā)生。著色成分可考慮黑色顏料等。另外，由于著色成分也吸收正規(guī)光，因而希望調(diào)節(jié)著色成分，使其吸收率在50％以下。
實(shí)施例以下，比較本發(fā)明的實(shí)施例和比較例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
將以下的實(shí)施例1、2及比較例1、2所示菲涅耳透鏡片成形，評(píng)價(jià)其成形性。另外，直立配置這些菲涅耳透鏡片，從距離其下端往下200mm的高度且距離其背面285mm的位置配置的投影裝置投射光，評(píng)價(jià)離投影裝置最近位置的棱鏡(以下本實(shí)施例中稱為最內(nèi)棱鏡)中的透光率(全反射面反射并從該片透過(guò)的光量對(duì)入射光量的比例)。
具體地，如下求出透光率
①激光以規(guī)定的角度入射菲涅耳透鏡片。
②用光量計(jì)測(cè)定激光的入射光量(功率)A。
③用光量計(jì)測(cè)定以規(guī)定角度出射的激光的光量(功率)B。
④通過(guò)B/A求出透光率。
(實(shí)施例1)令菲涅耳透鏡片的大小為縱762mm，橫1016mm(50英寸、寬高比3∶4)，形成其的樹(shù)脂的折射率為1.55。設(shè)定全反射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度β，使得全反射面的反射方向相對(duì)于菲涅耳透鏡片面為垂直方向。棱鏡的間距(相鄰棱鏡的凸棱間的距離)為0.11mm，離投影裝置最遠(yuǎn)的棱鏡(以下本實(shí)施例中稱為最外棱鏡)中的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度δ設(shè)定成90度。
(實(shí)施例2)令菲涅耳透鏡片的大小為縱762mm、橫1016mm，形成其的樹(shù)脂的折射率為1.55。設(shè)定全反射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度β，使在最外棱鏡中的全反射面的反射方向相對(duì)于菲涅耳透鏡片面成垂直方向偏下5度，并使越靠近投影裝置的棱鏡中的反射方向的偏下的角度越小，在從最外棱鏡到投影裝置相距588mm的位置的棱鏡中，反射方向的偏下角度為零，對(duì)于其下(靠近投影裝置側(cè))的棱鏡，全部反射方向的偏下角度都為零。棱鏡的間距(鄰接棱鏡的凸棱間的距離)設(shè)為0.11mm，最外棱鏡中的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度δ設(shè)定成90度。
(比較例1)令菲涅耳透鏡片的大小為縱762mm，橫1016mm(50英寸、寬高比3∶4)，形成其的樹(shù)脂的折射率為1.55。設(shè)定全反射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度β，使在全反射面的反射方向相對(duì)于菲涅耳透鏡片面成垂直方向。棱鏡的間距(鄰接棱鏡的凸棱間的距離)設(shè)為0.11mm，最外棱鏡中的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度δ設(shè)定成61.6度。
(比較例2)令菲涅耳透鏡片的大小為縱762mm，橫1016mm(50英寸、寬高比3∶4)，形成其的樹(shù)脂的折射率為1.55。設(shè)定全反射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度β，使在全反射面的反射方向相對(duì)于菲涅耳透鏡片面成垂直方向。棱鏡的間距(鄰接棱鏡的凸棱間的距離)設(shè)為0.086mm，最內(nèi)棱鏡中的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度δ設(shè)定成100.3度。
(評(píng)價(jià)結(jié)果)實(shí)施例1中，全部的棱鏡中折射面的形成角δ、全反射面的形成角β都在90度以下，因而成形時(shí)可容易地將菲涅耳透鏡片從模具取出，成形性良好。另外，最內(nèi)棱鏡中的透光率為64.8％，比重視傳統(tǒng)的成形性的菲涅耳透鏡片(例如，比較例1)中的透光率相比好得多。
實(shí)施例2中，全部的棱鏡中折射面的形成角δ、全反射面的形成角β都在90度以下，因而成形時(shí)可容易地將菲涅耳透鏡片從模具取出，成形性良好。另外，最內(nèi)棱鏡中的透光率成為63.2％，比實(shí)施例1提高約4％，獲得更佳值。
比較例1中，全部的棱鏡中折射面的形成角δ、全反射面的形成角β都在90度以下，因而成形時(shí)可容易地將菲涅耳透鏡片從模具取出，成形性良好。但是，最內(nèi)棱鏡中的透光率為44.9％，透光率遠(yuǎn)低于50％，成為不良。
比較例2中，最外棱鏡中折射面的形成的角δ為100.3度，成形時(shí)難以從模具取出菲涅耳透鏡片，取出后的菲涅耳透鏡片的棱鏡會(huì)產(chǎn)生缺陷。另外，最內(nèi)棱鏡中的透光率為71.3％，為良好。
如上所述，實(shí)施例1及實(shí)施例2的菲涅耳透鏡片可同時(shí)達(dá)到良好的成形性和透光率。
如上說(shuō)明，本發(fā)明的菲涅耳透鏡片如上構(gòu)成，可確保成形性并可獲得維持雜散光生成比例小且透光率高的效果。另外，由于用該菲涅耳透鏡片形成透光型屏幕及背面透光型顯示裝置，因而可容易地制造并獲得透光率高的透光型屏幕或薄型且可提供高對(duì)比度圖象的背面透光型顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種菲涅耳透鏡片，是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角。
2.權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于至少離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡中，全反射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度設(shè)定成使全反射面反射的光以從與菲涅耳透鏡片面垂直的方向傾斜向光源側(cè)的方向上反射。
3.權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于在入射面的表面形成低折射率的材料組成的低折射率層。
4.權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于還具備擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件或吸收光的光吸收部件中的至少任何一個(gè)。
5.權(quán)利要求4所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于光擴(kuò)散部件由使擴(kuò)散半值角為10度以下地發(fā)散的擴(kuò)散材料組成。
6.權(quán)利要求4所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于光擴(kuò)散部件由使擴(kuò)散半值角10度以下的出射面上形成的水平雙凸透鏡透鏡組成。
7.權(quán)利要求4所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于光吸收部件由添加成光吸收率50％以下的著色成分組成。
8.權(quán)利要求4所述的菲涅耳透鏡片，其特征在于光吸收部件由對(duì)菲涅耳透鏡片面垂直配置的光吸收層組成。
9.一種透光型屏幕，由菲涅耳透鏡片構(gòu)成，所述菲涅耳透鏡片是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角；該菲涅耳透鏡片中一體設(shè)置有擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件。
10.一種透光型屏幕，其特征在于具備菲涅耳透鏡片，所述菲涅耳透鏡片是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角；在菲涅耳透鏡片的出射面?zhèn)仍O(shè)置的擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件。
11.一種背面透光型顯示裝置，其特征在于具備形成包裝的箱體；安裝在箱體前面設(shè)置的窗部的透光型屏幕，由菲涅耳透鏡片構(gòu)成，所述菲涅耳透鏡片是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角；該菲涅耳透鏡片中一體設(shè)置有擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件；投影裝置，配置在箱體中部，從透光型屏幕的背面以銳角投射圖象光。
12.一種背面透光型顯示裝置，其特征在于具備形成包裝的箱體；安裝在箱體前面設(shè)置的窗部的透光型屏幕，其特征在于具備菲涅耳透鏡片和在菲涅耳透鏡片的出射面?zhèn)仍O(shè)置的擴(kuò)散光的光擴(kuò)散部件，其中，所述菲涅耳透鏡片是具備入射面和出射面、使由光源投射的光從入射面入射并從出射面出射的全反射型的菲涅耳透鏡片，其特征在于具備設(shè)置在入射面、具有折射面和全反射面的多個(gè)棱鏡，將來(lái)自光源的光用折射面折射后用全反射面全反射，各棱鏡中的折射面和全反射面形成的角度大致相同，離光源最遠(yuǎn)的位置的棱鏡的折射面和菲涅耳透鏡片面形成的角度為大致直角；投影裝置，配置在箱體中部，從透光型屏幕的背面以銳角投射圖象光。
全文摘要
菲涅耳透鏡片具備入射面1a和出射面1b，在入射面1a設(shè)有具備折射面3和全反射面4的多個(gè)棱鏡2。從入射面1a側(cè)的斜折射面?zhèn)鹊墓庠碝投射的光被折射面3折射后由全反射面4全反射，調(diào)節(jié)成對(duì)菲涅耳透鏡片面1c大致垂直的光。全部的棱鏡2中的折射面3和全反射面4形成的角度α實(shí)質(zhì)上相同。另外，離光源M最遠(yuǎn)位置的棱鏡P2中的折射面3和菲涅耳透鏡片面1c形成的角度δ為大致直角。
文檔編號(hào)G02B5/02GK1666116SQ03815378
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
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