(57)【要約】【課題】高画質な画像を得つつ画像表示装置の奥行を短縮するのに好適な技術を提供する。【解決手段】フレネルレンズシート(6)画像発生源側に、全反射型プリズム(10)を設ける。この全反射型プリズム部は、入射光をフレネルレンズシートの光軸中心に向かう方向に反射して出射するため。一方、フレネルレンズシートの画像観視側には、所定入射角以下の光を屈折してフレネルレンズシートの光軸方向に出射するための第１屈折型プリズム(15)と、フレネルレンズシートの光軸中心に向かう方向に反射された光を、上記光軸方向に変換するための第２屈折型プリズム(14,21)とを設けた。【選択図】  図１０
2006171483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像発生源からの光が投写されるスクリーンにおいて、
フレネルレンズシートと、該フレネルレンズシートの画像観視側に配置され、少なくとも画面水平方向に映像光を拡散させる拡散シートと、を備え、
前記フレネルレンズシートの画像発生源側には、第１入射角範囲で入射される光を前記フレネルレンズシート面に対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、前記第１入射角範囲よりも小さい第２入射角範囲で入射される光を前記フレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムとが設けられ、
前記フレネルレンズシートの画像観視側には、少なくとも、前記第２の入射角範囲よりも小さい入射角の光を屈折して前記第１方向に出射するための第１屈折型プリズムと、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折型プリズムとが設けられることを特徴とするスクリーン。
【請求項２】
画像発生源からの光が投写されるスクリーンにおいて、
画像発生源側に形成された全反射型プリズムと、画像観視側に形成された屈折型プリズムとを有するフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの画像観視側に配置され、少なくとも画面水平方向に映像光を拡散させる拡散シートと、を備え
前記全反射型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度以上で前記光が入射される領域に形成され、かつ少なくとも前記光を前記フレネルレンズシートに対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、前記光をフレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムとを含み、
前記屈折型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像観視側の、少なくとも前記全反射型プリズムが形成されていない領域と対向する領域に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する第１屈折面を持つ第１屈折型プリズムと、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折面を持つ第２屈折型プリズムとを含むことを特徴とするスクリーン。
【請求項３】
前記第１屈折型プリズムと前記第２屈折型プリズムが互いに隣接して設けられ、
所定の範囲にある前記第２屈折型プリズムの前記第２屈折面とは異なる面の内、少なくとも１つの面のプリズム角を、該第２屈折型プリズムに隣接する前記第１屈折型プリズムのプリズム角と略同一にしたことを特徴とする請求項２に記載のスクリーン。
【請求項４】
前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度未満で前記光が入射される領域は平坦部であり、
前記所定の範囲が、前記全反射プリズム部と前記平坦部との境界部を含む範囲に対向する範囲であることを特徴とする請求項３に記載のスクリーン。
【請求項５】
画像発生源からの光が投写されるスクリーンにおいて、
画像発生源側に形成された全反射型プリズムと、画像観視側に形成された第１の屈折型プリズムとを有するフレネルレンズシートと、
該フレネルレンズシートの画像観視側に配置され、少なくとも画面水平方向に映像光を拡散させる拡散シートと、を備え、
前記全反射型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度以上で前記光が入射される領域に形成され、
前記第１の屈折型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像観視側の、前記全反射型プリズムが形成されていない領域と対向する領域に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する第１屈折面を含み、
前記全反射型プリズム部は、少なくとも前記光を前記フレネルレンズシートに対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、前記フレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムとを含み、
前記フレネルレンズシートの画像観視側に、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折面を含む第２屈折型プリズムが設けられ、
前記第２屈折型プリズムと前記第１屈折型プリズムの間に、少なくとも該第２屈折型プリズムと略等しいプリズム角を持つ面と、前記第１屈折型プリズムと略等しいプリズム角を持つ面とを備えた第３の屈折型プリズムが設けられることを特徴とするスクリーン。
【請求項６】
前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度未満で前記光が入射される領域は平坦部であり、
前記第３屈折型プリズムが、前記全反射プリズム部と前記平坦部との境界部を含む範囲と対向する範囲に設けられることを特徴とする請求項５に記載のスクリーン。
【請求項７】
画像表示装置において、
画像発生源と、前記画像発生源の映像を拡大投写する光学部品と、前記光学部品から投写された投写映像を映出する透過型スクリーンとを備え、
前記透過型スクリーンは、フレネルレンズシートと、該フレネルレンズシートの画像観視側に配置され、少なくとも画面水平方向に映像光を拡散させる拡散シートと、を備え、
前記フレネルレンズシートの画像発生源側には、第１入射角範囲で入射される光を前記フレネルレンズシート面に対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、前記第１入射角範囲よりも小さい第２入射角範囲で入射される光を前記フレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムとが設けられ、
前記フレネルレンズシートの画像観視側には、少なくとも、前記第２の入射角範囲よりも小さい入射角の光を屈折して前記第１方向に出射するための第１屈折型プリズムと、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折型プリズムとが設けられることを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
画像表示装置において、
画像発生源と、前記画像発生源の映像を拡大投写する光学部品と、前記光学部品から投写された投写映像を映出する透過型スクリーンとを備え、
前記透過型スクリーンは、画像発生源側に形成された全反射型プリズムと、画像観視側に形成された第１屈折型プリズムとを有するフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの画像観視側に配置され、少なくとも画面水平方向に映像光を拡散させる拡散シートと、を備え、
前記全反射型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度以上で前記光が入射される領域に形成されており、かつ少なくとも前記光を前記フレネルレンズシートに対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、前記光をフレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムとを含み、
前記屈折型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像観視側の、少なくとも前記全反射型プリズムが形成されていない領域と対向する領域に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する第１屈折面を持つ第１屈折型プリズムと、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折面を持つ第２屈折型プリズムとを含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
前記第１屈折型プリズムと前記第２屈折型プリズムが互いに隣接して設けられ、
所定の範囲にある前記第２屈折型プリズムの前記第２屈折面とは異なる面の内、少なくとも１つの面のプリズム角を、該第２屈折型プリズムに隣接する前記第１屈折型プリズムのプリズム角と略同一にしたことを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度未満で前記光が入射される領域は平坦部であり、
前記所定の範囲が、前記全反射プリズム部と前記平坦部との境界部を含む範囲に対向する範囲であることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
画像表示装置において、
画像発生源と、前記画像発生源の映像を拡大投写する光学部品と、前記光学部品から投写された投写映像を映出する透過型スクリーンとを備え、
前記透過型スクリーンは、少なくとも、画像発生源側に配置されたフレネルレンズシートと、画像観視側に配置され、少なくとも画面水平方向に映像光を拡散させる拡散シートとを含み、
前記全反射型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度以上で前記光が入射される領域に形成され、
前記第１の屈折型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像観視側の、前記全反射型プリズムが形成されていない領域と対向する領域に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する第１屈折面を含み、
前記全反射型プリズム部は、少なくとも前記光を前記フレネルレンズシートに対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、前記フレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムとを含み、
前記フレネルレンズシートの画像観視側に、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折面を含む第２屈折型プリズムが設けられ、
前記第２屈折型プリズムと前記第１屈折型プリズムの間に、少なくとも該第２屈折型プリズムと略等しいプリズム角を持つ面と、前記第１屈折型プリズムと略等しいプリズム角を持つ面とを備えた第３の屈折型プリズムが設けられることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度未満で前記光が入射される領域は平坦部であり、
前記第３屈折型プリズムが、前記全反射プリズム部と前記平坦部との境界部を含む範囲に対向する範囲に設けられることを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
画像発生源からの光が投写される透過型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートにおいて、
前記フレネルレンズシートの画像発生源側に設けられ、第１入射角範囲で入射される光を前記フレネルレンズシート面に対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、
前記フレネルレンズシートの画像発生源側に設けられ、前記第１入射角範囲よりも小さい第２入射角範囲で入射される光を前記フレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムと、
前記フレネルレンズシートの画像観視側に設けられ、前記第２の入射角範囲よりも小さい入射角の光を屈折して前記第１方向に出射するための第１屈折型プリズムと、
前記フレネルレンズシートの画像観視側に設けられ、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折型プリズムと、を備えることを特徴とするスレネルレンズシート。
【請求項１４】
画像発生源からの光が投写される透過型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートにおいて、
前記フレネルレンズシートの画像発生源側に形成された前記全反射型プリズム部と、
前記フレネルレンズシートの画像観視側に形成された屈折型プリズム部と、を備え、
前記全反射型プリズム部は、前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度以上で前記光が入射される領域に形成され、かつ少なくとも前記光を前記フレネルレンズシートに対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、前記光をフレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムとを含み、
前記屈折型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像観視側の、少なくとも前記全反射型プリズムが形成されていない領域と対向する領域に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する第１屈折面を持つ第１屈折型プリズムと、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折面を持つ第２屈折型プリズムとを含むことを特徴とするスクリーン。
【請求項１５】
前記第１屈折型プリズムと前記第２屈折型プリズムが互いに隣接して設けられ、
所定の範囲にある前記第２屈折型プリズムの前記第２屈折面とは異なる面の内、少なくとも１つの面のプリズム角を、該第２屈折型プリズムに隣接する前記第１屈折型プリズムのプリズム角と略同一にしたことを特徴とする請求項１４に記載のフレネルレンズシート。
【請求項１６】
画像発生源からの光が投写される透過型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートにおいて、
画像発生源側に形成された全反射型プリズムと、画像観視側に形成された第１の屈折型プリズムとを備え、
前記全反射型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度以上で前記光が入射される領域に形成され、
前記第１の屈折型プリズムは、前記フレネルレンズシートの画像観視側の、前記全反射型プリズムが形成されていない領域と対向する領域に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する第１屈折面を含み、
前記全反射型プリズム部は、少なくとも前記光を前記フレネルレンズシートに対し略垂直な第１方向に反射して出射するための第１全反射型プリズムと、前記フレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射するための第２全反射型プリズムとを含み、
前記フレネルレンズシートの画像観視側に、前記第２反射型プリズムから出射された前記第２方向に向かう光を前記第１方向に屈折して出射するための第２屈折面を含む第２屈折型プリズムが設けられ、
前記第２屈折型プリズムと前記第１屈折型プリズムの間に、少なくとも該第２屈折型プリズムと略等しいプリズム角を持つ面と、前記第１屈折型プリズムと略等しいプリズム角を持つ面とを備えた第３の屈折型プリズムが設けられることを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項１７】
前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度未満で前記光が入射される領域は平坦部であり、
前記第３屈折型プリズムが、前記全反射プリズム部と前記平坦部との境界部を含む範囲に対向する範囲に設けられることを特徴とする請求項１６に記載のフレネルレンズシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像発生源の映像を拡大投写して透過型スクリーンに表示する画像表示装置、及びこの画像表示装置に用いられるスクリーン、フレネルレンズシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
投写型の画像表示装置（以下、「セット」と呼ぶ場合もある）は、小型画像発生源としての投写型ブラウン管や液晶表示装置などに表示された画像を投写レンズ等により拡大して透過型スクリーンに投写することにより、透過型スクリーン上に画像を形成する。
【０００３】
このような画像表示装置においては、軽量化、並びにコストと設置スペースの低減のために、薄型化(セットの奥行寸法の低減)が要求される。薄型化されたセットに対応するための透過型スクリーンの構成は、例えば下記特許文献１または２に記載のものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】WO/02/27399
【特許文献２】特開2004-170862
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セットの薄型化(奥行寸法を低減)は、投写レンズを広角化して投写距離を短縮し、更に投写レンズの光軸中心を透過型スクリーンの中心より下方にずらす(例えば投写レンズの光軸中心を透過型スクリーンの下端中心に合わせる)ことにより可能となる。
【０００６】
しかしながら、この様な構成において、例えば、スクリーン（アスペクト比１６：９）のサイズを対角６５インチ、投写レンズの投写距離を５００ｍｍ、セットの奥行を３５０ｍｍとした場合、投写レンズから透過型スクリーンの左右上端部に入射する映像光の入射角度は、６５．２度と大きくなる。図１２は、一般的な出射面フレネルレンズにおける、スクリーンへの光線入射角度と反射損失の関係を示した図である。図１２から、光線入射角が６５．２度の場合、スクリーンの反射損失は３６％と大きなものとなっていることが分かる。画像表示装置の薄型化を更に進めるとこの損失は急激に大きくなり、スクリーン左右上端部が暗くなる問題が生じる。
【０００７】
上記特許文献１は、このようなセットの薄型化に対応する透過型スクリーンとして、フレネルレンズシートの光入射面に屈折型プリズムと全反射型プリズムとを交互に設けるとともに、光出射面を平面とすることが開示されている。しかしながら、この特許文献１に記載の構成は、フレネルレンズシートの光入射面に屈折型プリズムを設ける構成としているため効率が低下し、特に映像として重要な中域映像（スクリーン上ではドーナツ状の範囲）が暗くなる場合がある。
【０００８】
また、フレネルレンズシートに屈折型プリズムと全反射型プリズムとを設ける構成の場合、屈折型プリズムと全反射型プリズムとの境界部分において屈折型プリズムと全反射型プリズムの透過率の違いから光の不連続が生じる場合がある。光の不連続が生じると、正面から見た画像に不連続部分が生じ、画質劣化の要因となる。
【０００９】
上記特許文献２は、セットの薄型化に対応する透過型スクリーンとして、フレネルレンズシートの光入射面に全反射型プリズムのみを設けるとともに、フレネルレンズシートの光出射面に前記全反射型プリズムの出射光をフレネルレンズシート面に垂直な方向の光に導く第２のプリズムを設けることが開示されている。しかしながら、この特許文献２に記載の構成は、使用できる光線入射角の範囲に制限があり、上記特許文献２によると入射角度３５°の場合では下向き１０°としても２０％の光束が迷光になる。従って特許文献２のフレネルレンズシートは、光線入射角３５°以下では効率が低下し、映像が暗くなる場合がある。
【００１０】
この様に、画像表示装置の薄型化に対応する透過型スクリーンでは、スクリーンの入射面における光の反射損失を低減するとともに光の利用効率を向上させて、画像を明るくする(すなわち画像の明るさ低減を抑制する)ことが重要な課題である。また、光の不連続を抑制することもまた、重要な課題の一つである。
【００１１】
本発明は、上記のような課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、高画質な画像を得つつ画像表示装置の奥行を短縮するのに好適な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、フレネルレンズシートの画像発生源側(光入射面)の、所定の入射角度(例えば略３６度)以上で光が入射される領域に全反射型プリズムを形成し、かつ画像観視側(光出射面)に第１の屈折型プリズムを形成した。上記全反射型プリズムは、光が入射される入射面と、該入射面からの入射光を反射して画像観視側へ出射する全反射面とを含んでおり、この全反射型プリズム部は、少なくとも光線をフレネルレンズシートに対し略垂直な第１方向に反射して出射する第１全反射型プリズムと、上記光を前記フレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射する第２全反射型プリズムとを含む。そして、第２全反射型プリズムから出射された上記第２方向に向かう光を、上記第１方向に屈折して出射する第２の屈折型プリズムを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記第１屈折型プリズムと前記第２屈折型プリズムとを互いに隣接して設け、所定の範囲にある前記第２屈折型プリズムの前記第２屈折面とは異なる面の内、少なくとも１つの面のプリズム角を、該第２屈折型プリズムに隣接する前記第１屈折型プリズムのプリズム角と略同一にしてもよい。
【００１４】
また、上記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度未満で前記光が入射される領域は平坦部であり、上記所定の範囲が、前記全反射プリズム部と前記平坦部との境界部を含む範囲に対向する範囲である。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明では、フレネルレンズシートの画像発生源側(光入射面)の、所定の入射角度(例えば略３６度)以上で光が入射される領域に全反射型プリズムを形成し、かつ画像観視側(光出射面)に第１屈折型プリズムを形成した。上記全反射型プリズムは、光が入射される入射面と、該入射面からの入射光を反射して画像観視側へ出射する全反射面とを含んでいる。この全反射型プリズム部は、光を前記フレネルレンズシートに対し略垂直な第１方向に反射して出射する第１全反射型プリズムと、前記フレネルレンズシートの光軸中心に向かう第２方向に反射して出射する第２全反射型プリズムとを含む。更に、上記第２全反射型プリズムからの第２方向に出射される光を上記第１方向に屈折して出射する第２の屈折型プリズムを設ける。そして、前記第２の屈折型プリズムと前記第１の屈折型プリズムの間に、少なくとも第２屈折型プリズムのプリズム角を持つ面と第１の屈折型プリズムのプリズム角を持つ面を備えた第３の屈折型プリズムを設けたことを特徴とする。
【００１６】
前記フレネルレンズシートの画像発生源側の、所定の入射角度未満で前記光が入射される領域は平坦部であり、前記第３屈折型プリズムを、前記全反射プリズム部と前記平坦部との境界部を含む範囲と対向する範囲に設けてもよい。
【００１７】
上記のようにフレネルレンズシートの画像発生源側に全反射型プリズムを形成し、画像観視側に第１の屈折型プリズムを形成する場合において、光線入射角が所定の角度以下で用いる全反射型プリズム部の対向面に第２の屈折型プリズムを設ける。これにより、全反射型プリズムを用いる範囲が拡大でき、第１の屈折型プリズムとの接続部における全反射型プリズムと第１の屈折型プリズムの透過率を略等しくできる。従って、観視角度による明るさの変化を極めてよく抑制することができる。
【００１８】
また、前記第２屈折型プリズムと前記第１屈折型プリズムの間に、少なくとも第２屈折型プリズムのプリズム角を持つ面と第１屈折型プリズムのプリズム角を持つ面を備えた第３屈折型プリズムを設けている。これにより、製造上の誤差で、画像発生源側の全反射型プリズムと画像観視側の第１屈折型プリズムとの位置合わせがずれた場合でも、画質劣化を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高画質化しつつ画像表示装置の薄型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明による画像表示装置の一部断面斜視図である。画像発生源１は投写型ブラウン管や反射型や透過型の液晶パネル、微小なミラーを複数備えた表示素子等の画像変調素子などから構成され小型の画像を表示する。投写レンズ２は前記画像を透過型スクリーン３に投写するが、一般に投写距離が長いことから、画像表示装置の奥行を低減するために反射ミラー４がその光路の途中に設けられている。これらの要素は、筐体５の内部に収納され、そして所定位置に固定される。
【００２１】
図２は本発明の実施例に係る透過型スクリーン３の構造を示す模式図である。矢印ｂの方向から投写される拡大投写映像（図示せず）は、フレネルレンズシート６で略平行光ないし若干内側を向く光に変換されレンチキュラーレンズシート７に入射する。レンチキュラーレンズシート７は図のようにスクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズをスクリーン画面水平方向に複数配列された形状になっており、前記映像光をスクリーン画面水平方向に拡散する働きをする。また、レンチキュラーレンズシート７の出射面には、画面垂直方向に延びるブラックストライプ８が形成されており、スクリーン出射側から入射される外光を吸収する。また、レンチキュラーレンズシート７には拡散材９が練り込まれており、前記映像光をスクリーン画面水平及び垂直方向に拡散する働きをする。図２の本発明による透過型スクリーンの実施例は、前記フレネルレンズシート６の画像発生源側に全反射型プリズム部１０を設ける。この全反射型プリズム部１０は、第１全反射型プリズム部と第２全反射型プリズム部とを含む。第１全反射型プリズム部は、フレネルレンズシート６を構成する材質の屈折率が略１．５５の場合には、矢印ｂの方向から投写される拡大投写映像光のフレネルレンズシート６への入射角が、少なくとも略４６度以上になる範囲に設けられている。また、この第１全反射型プリズム部は、入射光線を第１の屈折現象の後に全反射して、少なくともフレネルレンズシート６に対し略垂直な第１方向に光を出射する。また第２全反射型プリズム部は、上記入射角が少なくとも略４６度から３６度の範囲に設けられている。そして、第２全反射型プリズム部は、入射光線を第１の屈折現象の後に全反射して、上記第１方向よりもフレネルレンズシート６の光軸中心向いた第２方向に出射する。一方、フレネルレンズシート６の画像観視側には、屈折型プリズム部３０が設けられている。この屈折型プリズム部３０は、第１屈折型プリズム部、第２屈折型プリズム部、及び第３屈折型プリズム部を含んでいる。第１屈折型プリズム部は、上記全反射型プリズム部を設けていない部分と対向する範囲に設けられ、第２の屈折現象により所定の出射角を持つ光線として出射させる働きを有する。また、第２屈折型プリズムは、フレネルレンズシート６の画像観視側であって、上記第２全反射型プリズム部に対向する範囲に設けられている。そして、第２屈折型プリズムは、第３の屈折現象によって、上記第２反射型プリズム部から出射された第２方向を向く光を、所定の出射角を持つ光線として出射させる働きを有する。更にまた、第３屈折型プリズム部は、前記第１屈折型プリズム部と前記第２屈折型プリズム部との境界近傍に設けられている。そして第３屈折型プリズムは、上記第１及び第２屈折型プリズムの機能を同時に行い得るように構成されている。
【００２２】
以下、本実施例の詳細について、図３から図７を用いて説明する。図３は、フレネルレンズシート６の入射面に設けた全反射型プリズム部１０に、入射角が５５度で光線が入射した場合の光線追跡図である。すなわち、図３は、第１全反射プリズムの構成を示している。斜め下方から入射した光束Ａは、全反射型プリズム部１０の入射面１１から入射し、全反射面１２で全反射してフレネルレンズシート６の出射面１３から光束Ｂとして出射する。フレネルレンズシート６を構成する材質の屈折率が略１．５５の場合には光線入射角が略４６度以上であればこの関係が成立する。しかしながら、光線入射角が４６度未満になると以下の課題が発生する。図４は、フレネルレンズシート６の入射面に設けた全反射型プリズム部１０に、入射角が４６度未満で光線が入射した場合の光線追跡図である。斜め下方から入射した光束Ｃは、全反射型プリズム部１０の入射面１１から入射し、その大部分は全反射面１２で全反射してフレネルシート６の出射面１３から光束Ｄとして出射する。しかしながら、光線入射角が４６度未満であると、入射した光線の一部が全反射面１２で全反射できず、直接出射面１３に向かう光束になる。この光束は該出射面１３で全反射して再度入射面１１と全反射面１２で構成される全反射プリズム部に戻る。この全反射フレネル部は入射面１１と全反射面１２で構成された三角プリズムであるため、これらの光束は図に示すごとくＵターンして再度出射面１３に向かう。今度は、これらの光束は全反射角より小さい角度で再び出射面１３に入射する。この再び出射面１３に入射された光は、迷光Ｅとしてフレネルレンズシート６から出射する。これらの迷光Ｅは、フレネルレンズシート６の透過効率をＣ／Ａだけ劣化させるだけでなく二重像として観視者側に現れるため画質劣化の原因となる。
【００２３】
図５は、本実施例によるフレネルレンズシート６の入射面に設けた全反射型プリズム部１０に入射角が４５度で光線が入射した場合の光線追跡図である。すなわち、図５は、第２全反射型プリズム及び第２屈折型プリズムの構成を表している。斜め下方から入射した光束Ｆは、全反射型プリズム部１０の入射面１１から入射し、全反射面１２で全反射してフレネルレンズシート６の出射面から光束Ｇとして出射する。前述のように、フレネルレンズシート６を構成する材質の屈折率が略１．５５の場合には、光線入射角が略４６度以上でなければ、図４で説明したような迷光が発生する。しかしながら、図５に示すように第２膳反射型プリズムの全反射面１２で全反射した光線をフレネルレンズシート６に対し略垂直の第１方向ではなく、フレネルレンズシート６の光軸中心を向く第２方向（図５では下向き）の光束とすれば、図４で説明したような迷光は発生しない。この場合、フレネルレンズシート６の出射面には、上記第２方向の光を、第３の屈折現象によって上記第１方向に向くの光として出射させる第２屈折型プリズム部１４を設ける必要がある。第２の屈折型プリズム部１４のプリズム角は、フレネルレンズシート６への光線入射角が小さくなるほど大きくなる。図６は本実施例によるフレネルレンズシート６の入射面に設けた全反射型プリズム部１０に、入射角が３７度で光線が入射した場合の光線追跡図である。すなわち、図６も、第２全反射型プリズム及び第２屈折型プリズムの構成を表している。斜め下方から入射した光束Ｈは、全反射型プリズム部１０の入射面１１から入射し、全反射面１２で全反射してフレネルレンズシート６の出射面から光束Ｊとして出射する。このとき、第２全反射型プリズムの全反射面１２で全反射された第２方向の光を第１方向の光に変換するための第２屈折型プリズム部１４には、図５の入射角が４５度の場合と比べて大きなプリズム角を持たせなければならない。
【００２４】
図７（ａ）から（ｃ）は、本実施例による全反射型プリズム部１０と第１屈折型プリズム部１５の境界部に、入射角が３６度で光線が入射した場合の光線追跡図である。図７（ａ）から（ｃ）は、説明を簡単にするため分けて示しただけで、図７（ａ）から（ｃ）の作用は同時に行なわれる。図７（ａ）は、第１屈折型プリズムに関する光線追跡図である。フレネルレンズシート６の入射面の平面部１６から入射した映像光は、前記第１の屈折型プリズム部１５の出射面１７から該フレネルレンズシート６に略垂直な第１方向に出射する。図７（ｂ）は、図６で説明した本実施例による全反射型プリズム部１０に、入射角が３７度で光線が入射した場合の光線追跡図と殆ど同じである。図７（ｂ）では、入射角が３７度から３６度になったことから第２屈折型プリズム部１４に更に大きなプリズム角を持たせている。この時、図７（ａ）の第１屈折型プリズム部１５と図７（ｂ）の第２屈折型プリズム部１４は同じもので、プリズムの上下２つの面がそれぞれ別々の屈折型プリズムとして働くように構成されている。従って、屈折型プリズムの２つの面の角度は一意的に決まる。このため、図７（ｂ）の第２屈折型プリズム部１４の出射面１８を接続する繋ぎ面１９（図７（ａ）の第１屈折型プリズム部１５の出射面１７と同じ面）に、全反射型プリズム部１０の全反射面１２で全反射した光線の一部が掛かり、該繋ぎ面１９で全反射した後、出射面１８から迷光Ｋとして下向きに出射する。この迷光Ｋは画質を劣化させるが、量が少ないことと、図６の入射角３７度では発生しないことから範囲も非常に狭いので特に問題はない。図７（ｃ）は、図７（ａ）と図７（ｂ）の間の繋ぎ部の光線を追跡した図である。全反射型プリズム部１０と平面部１６の繋ぎ部２０から入射する光束Ｌは、該全反射型プリズム部１０の全反射面１２に入射しないため、直接第２屈折型プリズム部１４に入射して迷光Ｍ、Ｎ、Ｐとなる。しかしながら、これらの迷光も量が少ないので画質劣化には繋がらない。本実施例によるフレネルレンズシート６の、図７に示された屈折型プリズム部と全反射型プリズム部との境界部（フレネルレンズシート６の面と直交する方向において、両者が重複もしくは近接する部分）の範囲は、フレネルレンズシートの製造技術で決まる。即ち、フレネルレンズシート６の入射面と出射面の位置合わせが極めて精度良くできる場合はこの接続部の範囲を狭くできるが、位置合わせの精度が余り良くない場合はこの接続部の範囲を広く取らなければならない。但し、この接続部の範囲を広く取ったとしても、図７（ｂ）の迷光Ｋの発生するエリアが若干増加するだけであるので大きな問題にはならない。
【００２５】
以上、図３から図７により説明した本発明によるフレネルレンズシート６では、屈折型プリズム部と全反射型プリズム部とを、迷光を殆ど発生させることなく繋ぎ合せる事ができる。また、フレネルレンズシートの入射面と出射面の位置合わせの精度が余り良くない場合でも、迷光の発生を最少に抑えることができる。
【００２６】
図８は、図７により説明した本発明によるフレネルレンズシート６の透過率を示す図である。図において横軸はフレネルレンズシート６への光線入射角であり、破線が全反射型プリズム部（図９では、出射面全反射型フレネルレンズ部と称している）の透過率を示す。また、実線は屈折型プリズム部（図９では、出射面屈折型フレネルレンズ部と称している）の透過率を示す。屈折型プリズム部と全反射型プリズム部との境界部は３６度であるが、３６度では入射面全反射型フレネルレンズ部の透過率が急激に低下し、輝度の不連続が生じる。輝度落差が１０％程度と小さく、また上記迷光が発生するエリアは狭い範囲であるので大きな問題ではないが、このような不連続点は無い事が望ましい。図９は屈折型プリズム部と全反射型プリズム部との接続点を３８度にした場合の、本発明のその他の実施例によるフレネルレンズシート６の透過率を示す図である。この場合は、輝度落差が３％程度と小さくなり、透過率的には全く問題がなくなる。図１０は、屈折型プリズム部と全反射型プリズム部との境界部を３８度にした場合の、本発明のその他の実施例を示すものであり、上記境界部に入射角が３８度で光線が入射した場合の光線追跡図を示している。図７の実施例では、全反射プリズム部１０で全反射した光線が通過する第２屈折型プリズム部１４と、平面部１６から入射した光線が通過する第１の屈折型プリズム部１５の形状が同じ（光線の通過する面が異なる）であった。一方、図１０の実施例では、全反射プリズム部１０で全反射した光線が通過する第２屈折型プリズム部１４と、平面部１６から入射した光線が通過する第１屈折型プリズム部１５の形状が異なっており、更にこの両者の間に第３の屈折型プリズム部２１が設けてある。この第３の屈折型プリズム部２１のプリズム角は、第２屈折型プリズム部１４の光線が通過する面のプリズム角と第１屈折型プリズム部１５の光線が通過する面のプリズム角と略等しくしている。
【００２７】
屈折型プリズム部に関する光線追跡は、上述したものと同様である。すなわち、平面部１６から入射した映像光は、前記第１屈折型プリズム部１５の出射面１７から該フレネルレンズシート６に略垂直な方向に出射する。また、全反射型プリズム部に関する光線追跡は、図６で説明したもの（すなわち全反射型プリズム部１０に入射角が３７度で光線が入射した場合の光線追跡図）と殆ど同じである。第３屈折型プリズム部２１は、屈折型プリズム部と全反射型プリズム部との間に設けてあり、両方に光線が入射する。平面部１６から入射した光線が第３屈折型プリズム部２１に入射すると、フレネルレンズシート６に略垂直の正規映像光以外に迷光Ｑが生じる。また、全反射型プリズム部１０から入射した光線が第３屈折型プリズム部２１に入射すると、フレネルレンズシート６に略垂直の正規映像光以外に迷光Ｒが生じる。これらの迷光Ｑ、Ｒは二重像として画質劣化の原因になる。しかしながら、第３の屈折型プリズム部２１が設けてある範囲は、屈折型プリズム部と全反射型プリズム部との間の境界部の限られたエリアであり、問題の無いレベルである。
【００２８】
かかる実施例のフレネルレンズシート６を、金型を使って成形で製造する場合、全反射型プリズム部の透過率の劣化が大きくなる場合がある。これは、金型の表面が荒れていると全反射が完全には行なわれず一部の光線が全反射面を透過してしまうためである。このような場合には、屈折型プリズム部と全反射型プリズム部との境界部を更に高い位置に設定すると良い。
【００２９】
図１１は、屈折型プリズム部と全反射型プリズム部との境界部を４２度にした場合の、本発明のその他の実施例を示すものであり、上記境界部に入射角が４２度で光線が入射した場合の光線追跡図である。この実施例における光線の経路は図１０に示した場合と殆ど同じである。しかしながら、この実施例は、図１０のものと比べ、全反射プリズム１０で全反射した光線が通過する第２屈折型プリズム部１４と、平面部１６から入射した光線が通過する第１屈折型プリズム部１５の間に設けた第３の屈折型プリズム部２２の形状が異なっている。この第３屈折型プリズム部２２のプリズム角は、第２の屈折型プリズム部１４の光線が通過する面のプリズム角と第１の屈折型プリズム部１５の光線が通過する面のプリズム角から構成される点は、図１０に示した実施例と同じである。しかしながら、図１０に示した実施例に比べ、第２屈折型プリズム部１４の光線が通過する面のプリズム角が小さいため段差２３が生じている。また、同じ理由で第３の屈折型プリズム部２２頂角θが略９０度であるため、全反射角に近い角度で入射した光線は、２つのプリズム面で全反射を繰り返し、大まか、もと来た方向に戻る。平面部１６から入射した光線の内、第３屈折型プリズム部２２の下側に入射した光線がこれに相当し、迷光Ｓとして映像源側に戻るため画質劣化に繋がらないと言う特徴がある。全反射型プリズム部１０から入射した光線が第３屈折型プリズム部２２に入射し、フレネルレンズシート６に略垂直の正規映像光以外に迷光Ｔが生じるのは、図１０に示した実施例とおなじである。本実施例では、画質劣化の原因になる迷光の量が図１０に示した実施例の半分であるので、図１０に示した実施例より高画質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による画像表示装置の一実施例を示す一部断面斜視図。
【図２】図１に示す画像表示装置の透過型スクリーン３の構造を示す模式図。
【図３】全反射型プリズム部に入射角が５５度で光線が入射した場合の光線追跡図。
【図４】迷光の発生メカニズムを示す図。
【図５】全反射型プリズム部に入射角が４５度で光線が入射した場合の光線追跡図。
【図６】全反射型プリズム部に入射角が３７度で光線が入射した場合の光線追跡図。
【図７（ａ）】屈折型プリズム部に関する光線追跡図。
【図７（ｂ）】全反射型プリズム部に関する光線追跡図。
【図７（ｃ）】図７（ａ）と図７（ｂ）との間の繋ぎ部における光線追跡図。
【図８】本発明によるフレネルレンズシートの一実施例の透過率を示す図。
【図９】本発明によるフレネルレンズシートのその他の実施例の透過率を示す図。
【図１０】全反射型プリズム部と屈折型プリズム部との境界部を３８度にした場合の光線追跡図で、本発明のその他の実施例を示す図。
【図１１】全反射型プリズム部と屈折型プリズム部との境界部を４２度にした場合の光線追跡図で、本発明のその他の実施例を示す図。
【図１２】一般的な出射面フレネルレンズのスクリーンへの光線入射角度と反射損失の関係を示した図。
【符号の説明】
【００３１】
１…画像発生源、２…投写レンズ、３…透過型スクリーン、４…反射ミラー、５…筐体、６…フレネルレンズシート、７…拡散シート、１０…全反射型プリズム部、１４…第２屈折型プリズム部、１５…第１屈折型プリズム部、１６…平面部、２２…第３屈折型プリズム部
【図１】
2006171483.tif 000003
【図２】
2006171483.tif 000004
【図３】
2006171483.tif 000005
【図４】
2006171483.tif 000006
【図５】
2006171483.tif 000007
【図６】
2006171483.tif 000008
【図７（ａ）】
2006171483.tif 000009
【図７（ｂ）】
2006171483.tif 000010
【図７（ｃ）】
2006171483.tif 000011
【図８】
2006171483.tif 000012
【図９】
2006171483.tif 000013
【図１０】
2006171483.tif 000014
【図１１】
2006171483.tif 000015
【図１２】
2006171483.tif 000016