(57)【要約】  本発明は、フレネルレンズに関する。そのレンズの各々の屈折性の構造は、二つの表面によって定義されるが、第二の表面は、入射面（Ｐ）と法線と第二の角度（β）を作り出す。少なくとも二つの屈折性の構造の領域が、提供されるが、ここで、第二の角度（β）は、ビームの導入角（θｉｎｔ）に等しい。各々の第一の表面は、問題の領域に従って、そのレンズの軸に平行である又はそのレンズの軸に平行なものではない方向に従って光を屈折させる。また、本発明は、折り曲げミラー及びフレネルレンズを含む系にも関するが、ここで、第二の角度は、フレネルレンズにおける及びその後にそのミラーにおける反射によって得られた近軸光線の導入角に等しい。さらに、本発明は、スクリーンに、及び、対応する頭上投射デバイスにも関する。
2007504515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレネルレンズであって、
平面（Ｐ）に存在する第一の面（ｆ１）、並びに
この面と反対の、該第一の面に平行な及び円形の同心の屈折性の構造を含む第二の面
を含み、
各々の屈折性の構造は、
屈折のジオプターを形成することが意図された且つ前記平面（Ｐ）と第一の角度（α）をなす第一の表面（ｂ）、及び
光学的な目的無しの且つ前記平面（Ｐ）に対する法線と第二の角度（β）をなす第二の表面
によって定義され、
各々の前記構造は、前記平面（Ｐ）に対する法線と零度と異なる導入角（θｉｎｔ）をなすビームによって照明されることが意図されたものである、フレネルレンズにおいて、
該第二の面は、該同心の屈折性の構造の中心と該フレネルレンズの周囲との間に分布させられた、屈折性の構造の少なくとも二つの帯域、
該中心に近い第一の帯域、
第二の帯域
を有し、
該第一の帯域において、
各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、ある定義された方向（ＸＸ’）に対して零の角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って前記ビームを屈折させるようなものであり、且つ
各々の第二の表面の第二の角度（β）は、前記導入角（θｉｎｔ）に等しく、
該第二の帯域において、
各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、該定義された方向（ＸＸ’）に対して最大値（θｍａｘ）よりも小さい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って前記ビームを屈折させるようなものであり、且つ
各々の第二の表面の第二の角度（β）は、前記導入角（θｉｎｔ）に等しい
ことを特徴とする、フレネルレンズ。
【請求項２】
それは、また、該第二の帯域と当該レンズの周囲との間に位置させられた少なくとも第三の帯域を含み、
該第三の帯域において、
各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、該定義された方向（ＸＸ’）に対して前記最大値（θｍａｘ）に等しい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って該光を屈折させるようなものであり、且つ
各々の第二の表面の第二の角度（β）は、前記導入角（θｉｎｔ）を超える
ことを特徴とする、請求項１に記載のフレネルレンズ。
【請求項３】
各々の第一の表面は、各々の隣接した第二の表面とエッチングの角度（ζ）をなし、
この角度は、該第二の帯域及び該第三の帯域の両方において指定された値（ζｌｉｍ）を有すると共に該第一の帯域においてこの指定された値を超える値を有する
ことを特徴とする、請求項２に記載のフレネルレンズ。
【請求項４】
該エッチングの角度（ζ）の前記指定された値（ζｌｉｍ）は、７０°未満である
ことを特徴とする、請求項３に記載のフレネルレンズ。
【請求項５】
該第一の面は、平面である
ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフレネルレンズ。
【請求項６】
該第一の面は、入射ビームの高い入射角について最適化された反射防止処理を受ける
ことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のフレネルレンズ。
【請求項７】
高々、当該レンズにおけるある点と関連した焦点距離の、当該レンズの軸からのこの点の距離に対する、比の二倍に等しい開口数（又はｆ数）は、０．５５以下である
ことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフレネルレンズ。
【請求項８】
入射面及び観察者に向かって方向付けられる射出面を含む、像逆投射スクリーンにおいて、
それは、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のフレネルレンズを含むこと、及び
このフレネルレンズは、当該スクリーンの該入射面に沿って置かれると共に、当該レンズのその面は、当該スクリーンの該射出面に向かって方向付けられた該屈折性の構造を持つこと
を特徴とする、像逆投射スクリーン。
【請求項９】
像の投射用に設計された系であって、
結像ビームを発生させる源、
フレネルレンズ、及び
前記結像ビームを前記フレネルレンズに逆戻りに送るように設計された、結像ビーム偏向ミラー
を含み、
該フレネルレンズは、
平面（Ｐ）に存在する第一の面（ｆ１）、及び
この面と反対の、該第一の面に平行な且つ円形の同心の屈折性の構造を有する第二の面
を有し、
各々の屈折性の構造は、屈折のジオプターを形成することが意図された、且つ、前記平面（Ｐ）と第一の角度（α）をなす、第一の表面（ｂ）、及び、光学的な目的無しの且つ前記平面（Ｐ）に対する法線と第二の角度（β）をなす、第二の表面によって境界を付けられる、像の投射用に設計された系において、
構造の第一の組みを形成する、前記構造の少なくとも一つの部分が、
直接的なビームと呼ばれる、第一のビーム、及び
寄生のビームと呼ばれる、第二のビーム
によって照明されることが意図されたものであり、
該第一のビームは、前記結像ビームから発すると共に前記第一の面によって反射されてきておらず、前記直接的なビームは、前記フレネルレンズを通じて透過させられる前記の直接的なビームによって、第一の入射ビームを形成し、
該第二のビームは、前記結像ビームから発すると共に前記第一の面によって、そして前記偏向ミラーによって、反射されてきたものであり、前記寄生のビームは、前記フレネルレンズを通じて透過させられる前記寄生のビームによって、第二の入射ビームを形成し、
前記第二の入射ビームは、前記平面（Ｐ）に対する法線と零度と異なる導入角（θ’ｉｎｔ）をなし、
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）は、１０度よりも少ない前記第二の入射ビームの前記導入角（θ’ｉｎｔ）よりも大きく、且つ
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）は、２度を加えた前記第二の入射ビームの前記導入角（θ’ｉｎｔ）に等しい上限よりも小さい
ことを特徴とする、系。
【請求項１０】
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）は、５度よりも大きい
ことを特徴とする、請求項９に記載の系。
【請求項１１】
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）は、前記第二の入射ビームの前記導入角（θ’ｉｎｔ）に等しい
ことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の系。
【請求項１２】
前記フレネルレンズは、
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）が、前記第二の入射ビームの前記導入角（θ’ｉｎｔ）に等しい、第一の部分、及び
構造の第二の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）が、前記第一の入射ビームの前記導入角（θｉｎｔ）に等しい、第二の部分
を含む、少なくとも二つの部分を含む
ことを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の系。
【請求項１３】
該第二の面は、該同心の屈折性の構造の中心と該フレネルレンズの周囲との間に分布させられた屈折性の構造の少なくとも二つの帯域、
該中心に近い第一の帯域、及び
第二の帯域
を含み、
該第一の帯域においては、各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、ある定義された方向（ＸＸ’）に対して零の角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って該第一の入射ビームを屈折させるようなものであり、
該第二の帯域においては、各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、該定義された方向（ＸＸ’）に対して最大値（θｍａｘ）よりも小さい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って該第一の入射ビームを屈折させるようなものである
ことを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の系。
【請求項１４】
それは、前記フレネルレンズによって屈折させられた該第一の入射光線について透明であると共に前記フレネルレンズによって屈折させられた該第二の入射光線をフィルター処理するフィルター処理する手段を含むレンチキュラースクリーンをさらに含み、
前記フィルター処理する手段は、前記フレネルレンズと並置させられる
ことを特徴とする、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の系。
【請求項１５】
それは、入射面及び観察者に向かって方向付けられる射出面を含む像逆投射スクリーンを含み、
前記スクリーンは、前記フレネルレンズを含み、
このフレネルレンズは、該スクリーンの該入射面に沿って置かれると共に、該レンズのその面は、該スクリーンの該射出面に向かって方向付けられた該屈折性の構造を持つ
ことを特徴とする、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の系。
【請求項１６】
高々、該レンズにおけるある点と関連した焦点距離の、前記フレネルレンズの軸からのこの点の距離に対する、比の二倍に等しい開口数（又はｆ数）は、０．５５以下である
ことを特徴とする、請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の系。
【請求項１７】
それは、
請求項８に記載の逆投射スクリーン又は請求項９乃至１６のいずれか一項に記載の系、及び
前記スクリーンの又は前記系の該フレネルレンズに向かって光のビームを放出する投射器（ＰＲ）
を含むことを特徴とする、逆投射ユニット。
【請求項１８】
該投射器は、該フレネルレンズの軸上に置かれると共にそれの軸の一方の側に位置させられた該フレネルレンズの一つの部分のみへ像を投射する
ことを特徴とする、請求項１７に記載の逆投射ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆投射系において使用されるように設計されたフレネルレンズの分野に当てはまる。また、それは、逆投射スクリーンに、逆投射ユニットに、及び対応する系にも当てはまる。
【背景技術】
【０００２】
逆投射スクリーンは、主として、二つの構成部品を、すなわち、光を集束させる又は平行化するフレネルレンズ及び光を観察者に届けるレンズの配列を含む。
【０００３】
標準的な構成において、投射器は、そのスクリーンの軸上に置かれる。フレネルレンズの開口数は、約０．６に限定される。この限定についての主要な理由は、高い入射角におけるそのフレネルレンズの隆起した特徴の喪失及び形状である。
【０００４】
さらには、小型の逆投射系を得るために、その投射器とその逆投射スクリーンとの間におけるビームを折り曲げるための偏向ミラー（図１）の系が、提供される。このような投射器の厚さ又は深さを、そのスクリーンの対角線の三分の一まで減少させることができる。例えば、１６／９形式においては、１７インチの厚さを、５０インチの対角線のスクリーン用に得ることができる。
【０００５】
我々が、テレビジョンの逆投射ユニットの厚さをさらに減少させることを願うとすれば、例えば、その逆投射スクリーンの後側の面上への軸外の投射を提供することは、可能である。この方式では、スクリーンの対角線の五分の一までそのユニットの厚さを減少させることは、可能である。図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、軸上の逆投射ユニット及び軸外の逆投射ユニットを示す。
【０００６】
軸外の構成において、又は、そのスクリーン上に投射される像が投射器の対物の軸に対して偏心である構成において、解決される主要な問題の一つは、そのスクリーン上に投射された全ての光が、観察者まで透過させられること、及び、その放出が可能な最も均一なものであることを、どのように保証するかということである。特に、これは、フレネルレンズの喪失を減少させることを伴うものであり、それら喪失は、フレネルレンズ上における照明する光の入射角が、増加するとき、増加する傾向がある。
【０００７】
様々なフレネルレンズの構造が、この問題を解決するために提案されてきたが、しかし、それら知られた構造は、一般に、そのフレネルレンズのための複雑な浮き彫りの特徴を有すると共に、生産することが相対的に困難であると共に従って高価であるレンズに帰着する。
【０００８】
特許文献１は、フレネルレンズを開示するが、そのフレネルレンズを構成するプリズムの面が、そのレンズの成形品が、それが成形によって製造されるとき、容易に取り出されることを可能にするために十分に大きい角度をなす。より精確には、上記の文献においては、そのレンズの各々の構造の面の一つは、入射光の光線に平行である。しかしながら、このようなレンズの動作は、それが、高い入射角で照明されるとき、及び、これらの角度が、角度の広い範囲内で変動するとき、限定される。
【特許文献１】特開昭５９−０００１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明は、単純であると共に工業的規模で生産することが容易である、且つ、大きい入射角での動作を許容する、構造を有するフレネルレンズに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従って、本発明は、
−  平面に存在する第一の面、並びに
−  この面と反対の、その第一の面に平行な及び円形の同心の屈折性の構造を含む第二の面
を含む、フレネルレンズに関する。
【００１１】
各々の屈折性の構造は、
・  屈折のジオプターを形成することが意図された且つ前記の平面（Ｐ）と第一の角度（α）をなす第一の表面、及び
・  光学的な目的無しの且つ前記の平面に対する法線と第二の角度（β）をなす第二の表面
によって定義され、
各々の前記の構造は、前記の平面に対する法線と零度と異なる導入角（θｉｎｔ）をなすビームによって照明されることが意図されたものである。
【００１２】
第二の面は、それら同心の屈折性の構造の中心とそのフレネルレンズの周囲との間に分布させられた、屈折性の構造の幾つかの帯域を、例えば少なくとも二つの帯域、
−  その中心に近い第一の帯域、
−  第二の帯域
を有し、
その第一の帯域において、
○  各々の第一の表面の第一の角度（α）は、それら屈折性の構造が、ある定義された方向に対して零の角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿ってビームを屈折させるようなものであり、且つ
○  各々の第二の表面の第二の角度（β）は、前記の導入角（θｉｎｔ）に等しく、
その第二の帯域において、
○  各々の第一の表面の第一の角度（α）は、それら屈折性の構造が、その定義された方向に対して最大値（θｍａｘ）よりも小さい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿ってビームを屈折させるようなものであり、且つ
○  各々の第二の表面の第二の角度（β）は、前記の導入角（θｉｎｔ）に等しい。
【００１３】
代替の実施形態に従って、そのレンズは、第二の帯域とそのフレネルレンズの周囲との間に位置させられた第三の帯域を含み、その第三の帯域において、
●  各々の第一の表面の第一の角度（α）は、それら屈折性の構造が、その定義された方向に対して最大値（θｍａｘ）に等しい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って光を屈折させるようなものであり、且つ
●  各々の第二の表面の第二の角度（β）は、その導入角（θｉｎｔ）を超える。
【００１４】
好適な実施形態に従って、各々の第一の表面は、各々の隣接した第二の表面とエッチングの角度（ζ）をなし、この角度は、第二の帯域及び第三の帯域の両方において指定された値を有すると共に第一の帯域においてこの指定された値を超える値を有する。
【００１５】
以下の式
ζ＝β＋π／２−α
は、上に与えられた角度α、β及びζの定義から直接的に導出される。第一の帯域において、本発明は、αが、この帯域において相対的に小さいままであるので、完全な平行（θｏｕｔ＝０）をなお維持する一方で、製造の要件を満たす最も高い可能なエッチングの角度を提供する。この帯域において、そのエッチングの角度は、その指定された値よりも大きいままである。実際には、この角度は、一般に、７０°未満である。また、それは、一般に、４０°よりも大きいものであてもよい。本発明の一つの特定の特徴的な特徴、小型の投射器に特に良好に適合したものに従って、それは、３０°と４０°との間にある。
【００１６】
第二の帯域において、完全な平行を得るために必要とされるであろう角度よりもわずかに小さい角度αは、エッチングの角度ζが、その指定された値よりも大きい又は好ましくはその指定された値に等しいままであるように、許容される（零でないものであるが、しかしθｍａｘ未満のθｏｕｔは、許容される）。第三の帯域において、角度αは、θｍａｘに等しい出力の角度θｏｕｔに対応する最大値との完全な平行を得るために必要とされるであろう角度からはずれるが、その導入角に対する角度βにおける差は、しかしながら、許容されるが、しかし、なお、エッチングの角度ζが、再度、その指定された値よりも大きい又は好ましくはその指定された値に等しいままであるように許容される。このように、本発明は、それの屈折性の構造の高いエッチングの角度のおかげで、光学的性能の最も高い水準と製造費用の最も低い水準との間の最も良好な妥協を提示するフレネルレンズを提供することを、可能にする。
【００１７】
第二の帯域、及び、適切なものであるとすれば、第三の帯域は、各々、少なくとも一つの屈折させる構造を有する。
【００１８】
本発明の第一の実施形態に従って、そのフレネルレンズの第一の面は、好ましくは、平面である。また、この第一の面は、好ましくは、高い入射角について、特に４２°以上について最適化された反射防止膜で覆われる。
【００１９】
それら屈折性の構造は、好ましくは、円形又はほとんど円形である。用途の一つの方法において、そのレンズを照明するビームは、発散性であると共に、そのレンズの軸上に又はおおよそこの軸上に、位置させられた、（光学的収差を欠く場合には）点から、又は、（光学的収差が存在する場合には、）ほとんど点様の帯域から、来る。
【００２０】
好ましくは、そのエッチングの角度（ζ）の前記の指定された値は、７０°未満である。好ましくは、そのエッチングの角度（ζ）は、おおよそ、３０°と５０°との間にある。一つの実施形態に従って、それは、６０°に等しい又は５５°と６５°との間にある。
【００２１】
本発明の好適な特徴的な特徴に従って、そのフレネルレンズは、高々、そのレンズにおけるある点と関連した焦点距離の、そのレンズの軸からのこの点の距離に対する、比の二倍に等しい開口数（又はｆ数）が、０．５５以下であるという点で、注目すべきものである。このように、（例えば、０．５５以下の開口数について４２°以上である）有用な結像する光学ビームの相対的に高い最大の入射角を、得てもよい。これは、相対的に平坦な逆投影ユニットが、製造されることを可能にする。
【００２２】
本発明は、入射面及び観察者に向かって方向付けられる射出面を含む像逆投射スクリーンに適用可能である。上に定義されるようなフレネルレンズは、そのスクリーンの入射面に沿って置かれ、そのスクリーンは、その射出面に向かって方向付けられた回折構造を持つそのレンズのその面を備えたものである。
【００２３】
また、本発明は、
−  結像ビームを発生させる源、
−  フレネルレンズ、及び
−  前記の結像ビームを前記のフレネルレンズに逆戻りに送るように設計された、結像ビーム偏向ミラー
を含む、像の投射用に設計された系にも関する。
【００２４】
そのフレネルレンズは、
−  平面（Ｐ）に存在する第一の面（ｆ１）、及び
−  この面と反対の、第一の面に平行な且つ円形の同心の屈折性の構造を有する第二の面
を有する。
【００２５】
各々の屈折性の構造は、屈折のジオプターを形成することが意図された、且つ、前記の平面（Ｐ）と第一の角度（α）をなす、第一の表面（ｂ）、及び、光学的な目的無しの且つ前記の平面（Ｐ）に対する法線と第二の角度（β）をなす、第二の表面によって境界を付けられる。
【００２６】
その系は、構造の第一の組みを形成する、前記の構造の少なくとも一つの部分が、
●  直接的なビームと呼ばれる、第一のビーム、及び
●  寄生のビームと呼ばれる、第二のビーム
によって照明されることが意図されたものであり、
その第一のビームは、結像ビームから発すると共に第一の面によって反射されてきておらず、その直接的なビームは、そのフレネルレンズを通じて透過させられる前記の直接的なビームによって、第一の入射ビームを形成し、
その第二のビームは、結像ビームから発すると共に第一の面によって、そしてその偏向ミラーによって、反射されてきたものであり、その寄生のビームは、そのフレネルレンズを通じて透過させられるその寄生のビームによって、第二の入射ビームを形成するという点で、注目すべきものである。
【００２７】
第二の入射ビームは、前記の平面（Ｐ）に対する法線と零度と異なる導入角（θ’ｉｎｔ）をなす。
【００２８】
好ましくは、その第一の組みの各々の構造の第二の面の第二の角度（β）は、１０度よりも少ない第二の入射光線の導入角（θ’ｉｎｔ）よりも大きい。さらに、第一の組みの各々の構造の第二の面の第二の角度（β）は、２度を加えた第二の入射光線の導入角（θ’ｉｎｔ）に等しい上限よりも小さい。
【００２９】
このように、本発明は、投射された像の質を損なうこと無く、折り曲げミラー及びフレネルレンズの共同使用を可能にする。
【００３０】
加えて、第一の入射ビーム、及び第二の入射ビームの大部分は、直接的に、屈折性の構造の第二の表面に当たらず、むしろ、それらは、第一の表面に当たる。同様に、第一の入射ビームは、潜在的な観察者に向かって優先的な方向に沿って屈折させられる。しかしながら、第一の入射ビームと異なる入射角で第一の表面に当たる寄生のビームに対応する、第二の入射ビームは、別の方向に屈折させられると共に、観察者は、一般に、それを見ないことになる。このように、その像の質は、そのフレネルレンズの容易な製造をなお許容する一方で、特に、そのレンズの第一の面における、そしてその折り曲げミラーにおける、有用な結像ビームの反射によって得られた寄生の光線から起こる幻の像を除去すること又は大いに減少させることによって改善される。
【００３１】
さらに、そのレンズの機械加工（そのために工具を増加させる）は、このように、それら寄生の光線を除去する一方で、容易にさせられる。
【００３２】
本発明の一つの特定の特徴的な特徴に従って、第一の組みの各々の構造の第二の面の第二の角度（β）は、５度よりも大きい。好ましくは、第一の組みの各々の構造の第二の面の第二の角度（β）は、十度よりも大きい。
【００３３】
優先的な特徴に従って、第一の組みの各々の構造の第二の面の第二の角度（β）は、第二の入射光線の導入角（θ’ｉｎｔ）に等しい。
【００３４】
好ましくは、そのフレネルレンズは、
−  第一の組みの各々の構造の第二の面の第二の角度（β）が、第二の入射光線の導入角（θｉｎｔ）以下である、第一の部分、及び
−  それら構造の第二の組みの各々の構造の第二の面の第二の角度（β）が、第一の入射光線の導入角（θｉｎｔ）に等しい、第二の部分
を含む、少なくとも二つの部分を含む。
【００３５】
本発明の代替の実施形態に従って、第二の部分は、そのレンズの第一の面における、そしてその折り曲げミラーにおける、入射光線の反射によって得られた寄生の光線によって当てられない二つの部分に、
−  下側の入射ビームに対応する最も低い反射させられた光線より下に（結像ビームが下部から上方へ方向付けられる構成で）位置させられたそのレンズの軸に近い帯域、及び
−  その折り曲げミラーによって反射させられた最後の光線より上に位置させられたそのレンズの周囲の帯域に、
分割されるが、
その周囲の帯域の大きさは、好ましくは、その結像ビームを折り曲げることに有用な部分によって限定される。
【００３６】
本発明の別の代替の実施形態に従って、第二の部分は、全て、一つの区画にあると共に周囲の帯域のみを含む。そして、そのレンズは、例えば、そのレンズの軸に近い帯域を含むが、そのレンズの、それら構造の第二の組みの各々の構造の第二の面の第二の角度（β）は、予め指定された値以下である、又は、仮にその源を起源とする結像ビームが、そのフレネルレンズの下方への拡張、またその折り曲げミラーの下方への拡張によって反射させられてしまったとすれば、発生させておいたであろう第二の入射光線の導入角（θｉｎｔ）以下である。
【００３７】
本発明の一つの特定の特徴的な特徴に従って、第二の面は、それら同心の屈折性の構造の中心とそのフレネルレンズの周囲との間に分布させられた屈折性の構造の少なくとも二つの帯域、
−  その中心に近い第一の帯域、及び
−  第二の帯域
を含み、
その第一の帯域においては、各々の第一の表面の第一の角度（α）は、それら屈折性の構造が、ある定義された方向（ＸＸ’）に対して零の角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って第一の入射ビームを屈折させるようなものであり、
その第二の帯域においては、各々の第一の表面の第一の角度（α）は、それら屈折性の構造が、その定義された方向（ＸＸ’）に対して最大値（θｍａｘ）よりも小さい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って第一の入射ビームを屈折させるようなものである。
【００３８】
好ましくは、その系は、それ自体、そのフレネルレンズによって屈折させられた第一の入射光線について透明であると共にそのフレネルレンズによって屈折させられた第二の入射光線をフィルター処理するフィルター処理する手段を含むレンチキュラースクリーンをさらに含み、そのフィルター処理する手段は、そのフレネルレンズと並置させられる。このように、それら射出する寄生光線の大部分は、特に第一の表面を介して入射する第二の光線の透過に対応する光線は、除去される。
【００３９】
本発明の好適な実施形態に従って、その系は、入射面及び観察者に向かって方向付けられる射出面を含む像逆投射スクリーンを含み、そのスクリーンは、フレネルレンズを含み、このフレネルレンズは、そのスクリーンの入射面に沿って置かれ、そのスクリーンは、そのスクリーンの射出面に向かって方向付けられた屈折性の構造を持つそのレンズのその面を備えたものである。
【００４０】
本発明の一つの実施形態に従って、高々、そのレンズにおけるある点と関連した焦点距離の、前記のフレネルレンズの軸からのこの点の距離に対する、比の二倍に等しい開口数（又はｆ数）は、０．５５以下である。
【００４１】
このように、本発明は、薄い投射器に特に良好に適合させられる。
【００４２】
また、本発明は、このような逆投射スクリーン又はこのような投射系及びその入射面に向かって光ビームを放出する投射器を含む逆投射ユニットに適用可能である。その投射器は、好ましくは、そのフレネルレンズの軸上に置かれると共に、それの軸の一方の側に位置させられたそのフレネルレンズの一つの部分のみへ像を投射する。
【００４３】
一つの実施形態に従って、その投射器の対物の瞳は、おおよそ、そのフレネルレンズの軸上に存在すると共に、この対物の光軸は、そのフレネルレンズの軸の一方の側に位置させられたそのフレネルレンズのある利用された部分に向かって方向付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の様々な態様及び特徴的な特徴は、以下の記載において、及び、添付した図において、より明確に明らかになると思われる。
【００４５】
今、本発明に従ったフレネルレンズを記載することにする。
【００４６】
図３Ａは、同心のプリズムの形状の屈折性の構造を含むフレネルレンズＦＬを示す。この図に見られるように、そのレンズの円形の平面の一つの部分のみが、典型的には二分の一未満が、利用される。図３Ｂは、このレンスＦＬが、ある平面に存在する平面の第一の面、及び、この面と反対の、第一の面に平行な且つ円形の同心の屈折性の構造を含む第二の面を含むことを示す。第一の面は、そのレンズの光軸ＸＸ’上に位置させられた源ＰＲによって、照明されるが、しかし、そのレンズの、この源の側方の場の一つの部分のみが、そのレンズを照明する。図３Ｂにおいて、この源ＰＲは、そのレンズＦＬの軸ＸＸ’上に位置させられると共に、ＸＸ’軸より上に存在するこのレンズの一つの部分のみを照明する。それは、そのレンズに関して斜め入射でそのレンズを照明する。その照明するビームの下側の光の光線３０は、そのビームの上側の光線３１が、より高い入射角θｅｘｔをなすのに対して、そのフレネルレンズ上で相対的に小さい入射角θｅｘｔをなす。
【００４７】
図４Ａ及び４Ｂに示されるように、各々の屈折性の構造の素子は、この構造の屈折のジオプターを構成する表面ｂ（又は面ｂ）及び図４Ａ及び４Ｂの枠内で光学的に利用されない表面ｃ（又は面ｃ）によって境界を付けられる。この実施形態に従って、そのフレネルレンズは、基準平面Ｐに平行な入射面又は入射の平面として役に立つ平面の面ａによって、及び、そのレンズの右に位置させられた面によって、境界を付けられ、且つ、面ｂ及びｃによって各々が境界を付けられた屈折性の構造を持っている。
【００４８】
記述の残りにおいて、
−  αは、そのフレネルレンズの入射の平面との面ｂの角度を表示する、
−  βは、その入射の平面に対する法線との面ｃの角度を表示する、
−  θｅｘｔは、そのフレネルレンズの平面の入射面における光の光線の入射の角度を表示する、
−  θｉｎｔは、そのフレネルレンズの平面の入射面ａを通じた屈折後の、その入射の平面（又はそのフレネルレンズの入射面）に対する法線との光の光線の入射の角度を表示する、
−  ζは、機械加工の角度又は製造の角度と呼ばれることもある、二つの面ｂ及びｃの間の角度を表示する、並びに
−  ｈは、それら屈折性の構造の高さを表示する。
【００４９】
図４における点線によって示された、従来の構造において、ｃのような面は、入射の平面Ｐに対する法線と約３°の角度βをなす。このような構造は、大きな高さｈ及び低い角度ζを備えた狭いプリズムの屈折素子を有すると共に、従って、数多くそれを生産することは、困難である。
【００５０】
一般に、本発明は、従って、各々の屈折性の構造について、面ｃが、その屈折性の構造が受ける光の光線に平行であるように、角度βの値を与えることを目的とする。図４Ａに示されるように、それら屈折性の構造の高さは、高さｈ’まで減少させられると共に、角度ζは、実質的には、より大きい。そして、それらプリズムの素子は、生産することが、より容易である。
【００５１】
さらには、図３Ｂに示されるような一つの用途の構成において、源ＰＲによって放出された発散性のビームを使用する、そのフレネルレンズからの出力として、平行化されたビームを、例えば、ある方向ＸＸ’に沿って平行化されたものを、得ることが、望まれるとすれば、各々の屈折性の構造の面ｂは、それが受ける光の光線の角度θｉｎｔの関数である角度αをなさなければならない。
【００５２】
このような結果を得るために、それら屈折性の構造の各々の面ｂは、
α＝ａｒｃｓｉｎ｛（ｎｓｉｎθｉｎｔ）／［（１−ｎｃｏｓθｉｎｔ）２＋（ｎｓｉｎθｉｎｔ）２］１／２｝
のように、角度αの値と関連させられる。
【００５３】
それらプリズムの屈折性の構造の面ｂ及びｃの間の角度ζは、製造の極限値ζｌｉｍ以上の値を有し（図５Ａ）、その値より下では、それらプリズムの素子が、経済的に製造されることは、特に困難なものになるであろう。この製造の極限値ζｌｉｍは、特に、使用された製造の工程に、及び、そのレンズの大きさに、依存する。
【００５４】
しかしながら、θｉｎｔは、大き過ぎになるとき、角度ζの値は、値ζｌｉｍよりも小さくなる危険性を冒す。この極限値より下に届まらないために、それら屈折性の構造の各々の面ｂの角度αは、それらが受ける光線の角度θｉｎｔが増加するときでさえも、調節されなければならない。そのとき、屈折された光は、もはやＸＸ’の方向に平行ではない。図５Ｂに示されたような動作が、得られる。
【００５５】
しかしながら、出力としてこのように得られた発散は、透過させられたビームの質が劣化しないために、ある許容可能な限界内に維持されなければならない。より大きい入射角θｉｎｔについて、従って、入射角θｉｎｔに依存すると共に出力のビームの発散の角度θｍａｘを限定する角度αを受容することは、必要である。しかしながら、角度ζをそれの製造の極限値ζｌｉｍに保つために、各々の面ｃが、角度αの関数である入射の平面に対する法線と角度βをなすことになることは、受容される必要がある。これは、β＝ζｌｉｍ−９０＋αであることを意味する（図５Ｃ）。
【００５６】
図５Ｄは、図５Ａから５Ｃまでの三つの構造を組み込むフレネルレンズを示す。
【００５７】
そのフレネルレンズの光学的な中心付近に位置させられた第一の帯域Ｚ１において、源ＰＲから来る光の入射角が、最も小さい場合、図５Ａに示されたタイプの構造が、提供される。次に、中間の帯域Ｚ２においては、図５Ｂにおけるもののような構造が、提供される。最後に、そのレンズの光学的な中心から離れた最も遠い帯域においては、ＰＲからの光の入射角が、最も大きいものである場合、図５Ｃに示したタイプの構造が、提供される。
【００５８】
従って、そのフレネルレンズの第二の面における光の入射角θｉｎｔの関数としての角度α、β、及びζの値は、以下のもの
帯域Ｚ１：
α＝ａｒｃｓｉｎ｛（ｎｓｉｎθｉｎｔ）／［（１−ｎｃｏｓθｉｎｔ）２＋（ｎｓｉｎθｉｎｔ）２］１／２｝、
β＝θｉｎｔ、
ζ＝９０−α＋β、及び
ζ≧ζｌｉｍ
である。
【００５９】
この帯域Ｚ１において、出力のビームは、ＸＸ’軸に平行である。そのビームの出力の角度θｏｕｔは、平面Ｐに対する法線に対して零、すなわち、θｏｕｔ＝０°である。角度ζは、極限値ζｌｉｍよりも小さい。
【００６０】
帯域Ｚ２：
α＝９０−ζｌｉｍ＋β、
β＝θｉｎｔ、
ζ＝ζｌｉｍ
である。
【００６１】
この帯域Ｚ２において、出力のビームは、あらかじめ設定された最大値θｍａｘよりも小さい発散の角度θｏｕｔで、ＸＸ’軸の方向に対して、わずかに発散性である。また、角度ζは、極限値ζｌｉｍに等しい。
【００６２】
帯域Ｚ３：
α＝ａｒｃｔａｎ［（ｎｓｉｎθｉｎｔ−ｎｓｉｎθｍａｘ）／（ｎｃｏｓθｉｎｔ−ｎｃｏｓθｍａｘ）］
であり、ここで、θｍａｘは、その出力のビームの発散の角度の最大の許容可能な値である。
【００６３】
β＝ζ−９０＋α、
ζ＝ζｌｉｍ
である。
【００６４】
この帯域Ｚ３において、そのビームは、あらかじめ設定された最大の発散の値θｍａｘに等しい発散の角度θｏｕｔで（θｏｕｔ＝θｍａｘ）、ＸＸ’軸の方向に対して、わずかに発散性である。また、角度ζは、その機械加工の（又は工具の）極限値ζｌｉｍに等しい。
【００６５】
この最後の帯域Ｚ３において、それら屈折性の構造の面ｃにおけるその光のわずかな部分の反射のおかげで、わずかな損失があることは、留意されるべきである。
【００６６】
ある実施形態の例として、直径が１．８１メートルの且つ４６２ｍｍの焦点距離を備えたある“レンズ”（の型）で生産された１１０７ｍｍ掛ける６２２ｍｍの寸法を有すると共に４１０ｍｍだけそのスクリーンの軸から外れたその照明の源ＰＲを備えた１６／９の形式のフレネルレンズについて、１２°と６３°との間で変動する外の入射角θｅｘｔを有することは、可能である。
【００６７】
図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃは、角度θｅｘｔの関数として、それぞれ、角度ζ、α、及びβの値を提供する曲線６０４、６１４、及び６２４を、連続的な線として、示す。これらの曲線は、θｍａｘ＝５°未満のθｏｕｔの値について、及び、６０°に等しいζｌｉｍの値について、与えられてきた。もちろん、ζｌｉｍは、本発明の様々な実施形態に依存して、他の値を、例えば３０°と５０°との間を、とってもよい。入射角θｅｘｔの値は、ｘ軸（軸６００）上にプロットされる。角度ζ、α、及びβの値は、それぞれのｙ軸（それぞれ、軸６０１、６１１、及び６２１）上にプロットされる。
【００６８】
平行線を引いた線として示されるのは、それぞれζにおける及びβにおける曲線についての点線６０３及び６２３として示されるのが、変動の曲線の切り捨てられた部分である一方で、従来のフレネルレンズに対応する変動の曲線６０２、６１２、及び６２２である。
【００６９】
これらの曲線に見られるように、０°＜θｅｘｔ＜２８°の帯域は、上述した帯域Ｚ１に対応する。
【００７０】
θｅｘｔが２８°と３５°との間にある帯域は、帯域Ｚ２に対応する。
【００７１】
θｅｘｔが３５°と６３°との間にある帯域は、帯域Ｚ３に対応する。
【００７２】
図７は、本発明に従ったフレネルレンズによるｐ及びｓ偏光の透過の効率を図解する曲線を提供する。
【００７３】
ｘ軸（軸７０）上にプロットされるのは、入射角θｉｎｔであると共に、ｙ軸（軸７１）上にプロットされるのは、その透過の効率である。
【００７４】
上側の二つの曲線７３及び７５は、ｐ偏光の透過を示す。点線７３は、標準的なレンズとの透過を示すと共に、平行線を引いた曲線７５は、本発明に従ったレンズを通じた透過を示す。θｅｘｔ＝４０°まで、それら効率は、同じであることが、及び、これらが、許容可能な割合内であるが、本発明に従ったレンズと共に、わずかに劣化することが、見られる。
【００７５】
下側の二つの曲線７２及び７４は、ｓ偏光の透過を示す。連続的な線の曲線７２は、標準的なレンズに関係すると共に、円によって囲まれた曲線７４は、本発明に従ったレンズに関係する。３０°まで、それら効率は、同じであることが、見られる。３０°と４５°との間で、本発明に従ったレンズの効率は、より良好なものである。４５°より上では、それら効率は、同じである。
【００７６】
全般的に、本発明に従ったレンズの効率は、従来のレンズと同程度に良好である。しかしながら、本発明に従ったフレネルレンズは、高い入射角での照明の下で動作すると共に、それの製造は、相対的に高い（およそ６０°）角度ζのため、扱いにくい問題を提起しない。
【００７７】
そのフレネルレンズは、より詳しくは、逆投射スクリーンに適用可能である。図８は、逆投射ユニットを示す。平面Ｐに平行に置かれた、本発明に従ったフレネルレンズＦＬは、そのスクリーンに面して置かれた屈折性の構造を持つ面を備えた逆投射スクリーンＢＳと並置される。レンズＦＬの平面の面は、投射器ＰＲによって照明されるが、その照明器は、そのレンズの光軸ＸＸ’に沿って及び後者より下に位置させられ、そのレンズの有用な部分のみを、換言すれば、相対的に高い入射角でそのレンズを照明する投射器ＰＲによって照明された部分が、示されてきた。
【００７８】
本発明の一つの実施形態に従って、その対物の光軸は、そのレンズの軸ＸＸ’と同一線上のものである。
【００７９】
本発明の代替の実施形態に従って、対物の瞳は、そのフレネルレンズの軸ＸＸ’上に位置させられる。しかしながら、その対物の軸は、そのフレネルレンズの軸ＸＸ’上と同一直線上のものではない。例えば、その対物を、それの軸が、そのフレネルレンズの利用される部分の中心を通じて、換言すれば、そのスクリーンの中心を通じて、通過するように、位置付けてもよい。もちろん、そのレンズは、その対物によって提供された像に、及び、この像の平面に、位置させられる。この構成は、例えば、図８によって図解される。
【００８０】
図９は、寄生の光線が、フレネルレンズ５４の平面の面における、そして、折り曲げミラー５３における、反射によって発生させられるとき、可視であることもある、寄生の像を除去することに特に適切なものである本発明の一つの実施形態に従った逆投射ユニット５を図解する。また、本発明のこの代替の実施形態は、特に、高品質の像を提供する小型の逆投射ユニットを生産することに、また、生産することが容易である対応するフレネルレンズに、非常に適切なものである。
【００８１】
より精確には、逆投射ユニット５は、結像する源ＰＲ（瞳の中心）から、第一の折り曲げミラー５２に向かって、そして、（ユニット５を小型なものにするために）第二の折り曲げミラー５３及びフレネルレンズ５４に向かって、結像ビームを放出する対物５１を含む、結像させる手段５０を含む。ユニット５のスクリーンは、フレネルレンズ５４、（寄生の光線をフィルターで除去するための手段を形成する）黒色のマトリックス５８、及び拡散体５９を含む。
【００８２】
結像ビームは、その投射スクリーンに調和させられた長方形の断面を有すると共に、その対物５１の光軸に対して軸外にある、光線５２の軸のまわりの、光線５７によってそれの底の部分で、及び、光線５６によってそれの頂上の部分で、限定される。記載された実施形態に従って、その結像ビームの入射角が、特に高いことは、留意されるべきである。
【００８３】
図１０は、その結像ビームのある一定の光線の伝播経路を詳細に説明する。このように、二つの入射光線は、すなわち、
−  実線によって示された、その結像ビームの部分を形成する直接的な入射光線６２、及び
−  点線によって示された、ある寄生のビームに属する寄生の入射光線６０
は、フレネルレンズ５４上の点Ｎに到達する。
【００８４】
直接的な入射光線６２は、それぞれ、折り曲げミラー５２及び５３における、二つの連続する反射の後で、対物５１を介して源ＰＲから来る。寄生の入射光線６０は、点Ｎ’でのフレネルレンズ５４の平面の面における、そして、点Ｎ’’での折り曲げミラー５３における、直接的な入射光線６１の反射によって、得られる。
【００８５】
図１１は、フレネルレンズ５４の一つの帯域の詳細を示す。この図においては、面ａ、ｂ、及びｃについての、また、角度α、β、ζ、ζｌｉｍについての、表記は、図４Ｂに関して示されたものと同じである。
【００８６】
フレネルレンズ５４の実施形態に依存して、そのフレネルレンズの第一の帯域においては、この帯域の屈折のジオプターの面ｃは、フレネルレンズ５４の平面の面１１０における寄生の入射光線１１２の反射によって得られた寄生の入射光線１１２０の入射ビームに平行である。このように、角度βは、寄生の入射光線１１２０の導入角θｉｎｔに等しい。
【００８７】
問題の帯域においては、結像する入射光線１１３は、平面の面１１０に入射することによって、二つの光線に、すなわち、平面の面１１０における光線１１３の反射によって得られた結像する入射光線１１３０及び平面の面１１０における反射によって得られた寄生の光線１１３２に、分割される。入射光線１１３及び寄生の光線１１３２は、平面の面１１０に対する法線と角度θｅｘｔ１をなす。入射光線１１２は、θｅｘｔ１よりも小さい角度θ’ｅｘｔ１をなす。
【００８８】
結像する入射光線１１３０は、θ’ｉｎｔよりも大きい導入角θｉｎｔをなす（θｉｎｔ及びθ’ｉｎｔは、そのフレネルレンズに使用された材料の屈折率の関数として角度θｅｘｔ１及びθ’ｅｘｔ１に直接的に依存する）。従って、それは、問題の屈折のジオプターの面ｂに当たると共に面ｂによって屈折させられ、ＸＸ’軸に平行な出力の光線１１３１を形成する（出力の角度θｏｕｔは、零である）。
【００８９】
記載した実施形態に従って、面ｃが、寄生の入射光線１１２０に平行であるので、後者は、また、問題の屈折のジオプターの面ｂに当たると共に面ｂによって屈折させられ、ＸＸ’軸に平行ではない出力の光線１１２１を形成する（出力の角度θ’ｏｕｔは、零ではない）。
【００９０】
本発明の代替の実施形態に従って、角度βは、１０°を減じたθ’ｉｎｔに等しい下限と２°を加えたθ’ｉｎｔに等しい上限との間に存在する。このように、１０°の公差は、ビームの開口に提供される。また、約２°の寄生のビームにおける公差が、許容される。角度βが、２°を加えた導入角θ’ｉｎｔよりも小さいので、それら寄生の光線の大部分は、除去される。本発明の他の実施形態に従って、より厳しい公差及び５°を減じたθ’ｉｎｔに等しい下限が、考慮される。βが大きければ大きいほど、その機械加工は、より容易である。βが小さければ小さいほど、それら寄生の光線は、より多く除去される。さらに、（ある具体的な下限に対応する上記の実施形態と組み合わせてもよい）さらなる他の実施形態に従って、その上限は、折り曲げミラー５３における反射によって得られた全ての寄生の光線を取り除くために、導入角θ’ｉｎｔに等しい。
【００９１】
本発明のさらなる他の実施形態に従って、角度βが、５°を超える、好ましくは１０°を超える。このように、それら寄生の光線の適度の又は高い入射角度について、それら寄生の光線は、考慮に入れられる。
【００９２】
図１５は、黒色のマトリックス５８及び拡散体５９の詳細の上面図における屈折させられた光線１１２１及び１１３１の経路を図解する。
【００９３】
その黒色のマトリックスは、
−  透明な帯によって分離された、鉛直の黒色の帯又は吸収性の帯１１６、並びに、
−  透明な帯上へその結像ビームの光線１１７を、及び、黒色の帯１１６上へそれら寄生の光線１１８の大部分を、集束させる鉛直の円柱レンズ１１５
を含む。
【００９４】
このように、それら寄生の光線の大部分が、除去されるのに対して、その結像ビームは、拡散体５９によって観察者に向かって拡散させられる。特に、その拡散体は、ある一定の寄生の光線を、それらを下方へ又は上方へ拡散させることによって、それらが、その投射器に面する観察者によって見られないように、除去する。
【００９５】
本発明の代替の実施形態に従って、それら寄生の光線をフィルター処理するための手段は、黒色のマトリクス５８に加えて、又は、黒色のマトリクス５８の代わりに、透明な帯域によって分離された同心の円形の黒色の帯を含むフィルターを含む。このフィルターは、レンズ５４と黒色のマトリックス５８との間に、又は、（黒色のマトリックス５８の無い）レンズ５４と拡散体５９との間に、置かれる。透明な帯域は、そのフレネルレンズによって屈折させられるその結像ビームのそれらの光線を通らせるために、屈折のジオプターの各々の面ｂに面して、置かれる。吸収性の帯又は黒色の帯は、この帯域の中へ透過させることができるであろう（光線１１８又は１１２１のような）寄生の光線を除去するために、二つの透明な帯域の間に置かれる。
【００９６】
角度ζを、それの製造の極限値ζｌｉｍに保つために、レンズ５４は、図５Ａから５Ｄまでに関して記載されたものに類似する、角度α及びβに依存する三つの帯域を含む。しかしながら、角度βの値が、寄生の入射光線の導入角に依存すると共に直接的な入射光線の導入角に依存しないことは、留意されるべきである。このように、以下の帯域が提供される。
【００９７】
−  そのフレネルレンズの光学的な中心に最も近くに位置させられる第一の帯域Ｚ１が提供され、その中心において、そのレンズの平面の面における、そして、その折り曲げミラーにおける、源ＰＲから来る光の反射によって得られた寄生の光線の入射角が、より小さい、その帯域において、出力のビームが、ＸＸ’軸に平行である構造が、提供され、そのビームの出力の角度θｏｕｔは、平面Ｐに対する法線に対して零である（θｏｕｔ＝０°）。角度ζは、極限値ζｌｉｍよりも小さい。従って、それら入射角θｉｎｔ及びθ’ｉｎｔに依存する、角度α、β、及びζの値は、以下のもの
−  α＝ａｒｃｓｉｎ｛（ｎｓｉｎθｉｎｔ）／［（１−ｎｃｏｓθｉｎｔ）２＋（ｎｓｉｎθｉｎｔ）２］１／２｝、
−  β＝θｉｎｔ、
−  ζ＝９０−α＋β、及び
−  ζ≧ζｌｉｍ
である。
【００９８】
−  中間の帯域Ｚ２が提供され、その帯域においては、出力のビームは、所定の最大値θｍａｘよりも小さい発散の角度θｏｕｔで、ＸＸ’軸の方向に対して、わずかに発散性である。角度ζは、極限値ζｌｉｍに等しい。従って、この帯域においては、角度α、β、及びζの値は、以下のもの
−  α＝９０−ζｌｉｍ＋β、
−  β＝θｉｎｔ、
−  ζ＝ζｌｉｍ
である。
【００９９】
−  そのレンズの光学的な中心から最も遠い帯域Ｚ３が提供され、その帯域においては、ＰＲからの光の入射角は、最も高いと共に、そのビームは、所定の最大の発散の値θｍａｘに等しい発散の角度θｏｕｔ（θｏｕｔ＝θｍａｘ）で、ＸＸ’軸の方向に対して、わずかに発散性である。角度ζは、極限値ζｌｉｍに等しい。従って、この帯域においては、角度α、β、及びζの値は、以下のもの
−  α＝ａｒｃｔａｎ［（ｎｓｉｎθｉｎｔ−ｎｓｉｎθｍａｘ）／（ｎｃｏｓθｉｎｔ−ｎｃｏｓθｍａｘ）］
−  β＝ζ−９０＋α、
−  ζ＝ζｌｉｍ
である。
【０１００】
ある実施形態の例として、４１０ｍｍだけそのスクリーンの軸に関して軸外の照明の源ＰＲを備えた、１．８１メートルの直径及び４６２ｍｍの焦点距離を有する“レンズ”（の型）で生産された１１０７ｍｍ掛ける６２２ｍｍの寸法を備えた１６／９の形式のフレネルレンズについて、１２°と６３°との間で変動する入射角θｅｘｔを有することは、可能である。
【０１０１】
図１３及び１４は、それぞれ、本発明の一つの特定の実施形態における逆投射ユニット５の一つのバージョンに従ったフレネルレンズ５４の及び折り曲げミラー５３の側面図及び正面図を図解する。このバージョンに従って、フレネルレンズ５４の帯域Ｚ１は、三つの部分に、下側の部分５４２及び上側の部分５４０並びに中間の部分５４１に、分割される。
【０１０２】
−  下側の部分５４２及び上側の部分５４０において、各々の屈折のジオプターの面ｃは、直接的な入射光線に平行である。角度βは、角度θｉｎｔに等しい。従って、部分５４０又は５４２に属する屈折のジオプターは、図４Ｂに関して示されたようなものである。
【０１０３】
−  中間の部分５４１において、各々の屈折のジオプターの面ｃは、フレネルレンズ５４の平面の面における、そして、折り曲げミラー５３における、直接的な入射光線の反射によって得られた寄生の入射光線に平行である。角度βは、角度θ’ｉｎｔに等しい。従って、部分５４１に属する屈折のジオプターは、図１１に関して示されたようなものである。
【０１０４】
中間の部分５４１は、上で定義されるように、寄生の入射光線を受けることが可能なフレネルレンズ５４の部分に対応する。このように、その底の部分は、点Ｇが存在する円形の弧によって定義される。点Ｇは、フレネルレンズ５４の下限（点Ｆ）における、そして、折り曲げミラー５３における、直接的な入射光線５７の反射によって得られた寄生の光線１３０の、フレネルレンズ５４における衝突の点である。
【０１０５】
同様に、中間の帯域５４１の頂上の部分は、点Ｄ及びＤ’’が存在する円形の弧によって定義される。点Ｄ（それぞれＤ’’）は、点Ｂでの（それぞれ点Ｂ’’での）フレネルレンズ５４における、そして、点Ｃ（それぞれＣ’’）での折り曲げミラー５３における上側の角度における、直接的な入射光線１４１の反射によって得られた寄生の光線１４１の、フレネルレンズ５４における衝突の点である。
【０１０６】
フレネルレンズ５４に垂直な対称の平面に存在する寄生の入射光線１３２は、フレネルレンズ５４における点Ｂ’での、そして、折り曲げミラー５３の上限における点Ｃ’での、直接的な入射光線１３１の反射の後に、点Ｄ’で中央の上側の部分においてフレネルレンズ５４に当たる。機械加工又は成形の容易さの理由のために、点Ｄ’は、部分５４１の上限に印をつける点Ｅ’より下の部分５４１内に位置させられる。点Ｅ’は、点Ｄ及びＤ’’と同じ円形の屈折のジオプターに位置させられる。折り曲げミラー５３が、長方形であるので、点Ｄ’は、従って、帯域５４０の限界に位置させられない。
【０１０７】
本発明の一つの実施形態に従って、中間の部分５４１は、寄生の光線の可能な目標の帯域を越えて延びる。特に、それは、レンズ５４の下側の部分の全体を覆うと共に上で定義された部分５４２及び／又は５４０の並びに部分５４１の等価なものを含むこともある。そして、角度βは、フレネルレンズ５４の平面の面が存在する平面における、そして、折り曲げミラー５３が存在する平面における、照明する源ＰＲから来るビームの反射によって得られた入射光線の角度θ’ｉｎｔに等しい。これは、帰するところ、それら寄生の光線を発生させる反射の表面を広げることになる。
【０１０８】
図１２は、距離がミリメートルで表現される軸１２０に沿った、その円形の屈折性の構造の半径ｒの関数としての屈折のジオプターの（軸１２１に沿った度で表現された）代表的な角度を図解する。
【０１０９】
曲線１２６及び１２４は、それぞれ、α及びθｉｎｔの値を表す。
【０１１０】
このように、７５ｍｍ未満の距離ｒについて、
−  曲線１２３によって表されたβは、θｉｎｔ（部分５４１）よりも小さいθ’ｉｎｔと一致し、そして、βは、θｉｎｔと一致すると共に、
−  曲線１２５によって表されたζは、ζ＝β＋９０−αの式に従ってα及びβの関数として変動する。
【０１１１】
帯域Ｚ１に対応する、表された帯域において、曲線１２２によって表された、結像ビームの出力の角度θｏｕｔは、零である。
【０１１２】
その系は、好ましくは、軸外にあるので、投射される対象及び投射された像は、その軸上にはないことは、留意されるべきである。従って、それら曲線は、半径ｒの厳密に正の値について、定義される。
【０１１３】
もちろん、本発明は、上述した実施形態には限定されない。
【０１１４】
当業者は、特に、異なる構造を所持する逆投射ユニットに、特に、必ずしも平面ではない折り曲げミラーを、特に非球面のミラーを有するユニットに、本発明を適合させてもよい。結像させる源を含む系において、フレネルレンズ及び少なくとも一つの反射のミラーは、本発明の一つの実施形態に従って、そのフレネルレンズは、（屈折のジオプターの光学的に有用でない面ｃが、入射の平面に対する法線となす）角度βが、そのフレネルレンズにおける、そして、最後の反射のミラーにおける、反射によって得られた寄生の光線の導入角に等しい少なくとも一つの部分を含む。従って、これらの寄生の光線の導入角は、入ってくる結像ビーム、そのフレネルレンズに関する最後の折り曲げミラーの位置、及び、その最後の折り曲げミラーの形状の関数として明白に定義される。
【０１１５】
さらに、この実施形態において、その折り曲げミラーが、平面であるとき、それは、そのフレネルレンズに対して必ずしも平行ではない。
【０１１６】
また、本発明のこの実施形態に従って、そのフレネルレンズは、それら屈折のジオプターの最大の工具の角度ζｌｉｍに依存して、上述したような帯域Ｚ１、Ｚ２、及びＺ３の組み合わせ若しくは帯域Ｚ１及びＺ２の組み合わせのいずれかを、又は、好ましくは、その工具の極限値が、帯域Ｚ１が数個の部分に分割されることが可能である（それら部分の各々が、入射光線の、直接的なもの又は寄生のもののいずれかの、導入角の関数として角度βの一つの値に対応する）ことを、許容するとき、帯域Ｚ１のみを、含む。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】先行技術で知られた及び既に上述した逆投射系の例を示す図である。
【図２Ａ】先行技術で知られた及び既に上述した逆投射系の例を示す図である。
【図２Ｂ】先行技術で知られた及び既に上述した逆投射系の例を示す図である。
【図３Ａ】本発明が当てはまるフレネルレンズの例を示す図である。
【図３Ｂ】本発明が当てはまるフレネルレンズの例を示す図である。
【図４Ａ】本発明を説明するための図である。
【図４Ｂ】本発明を説明するための図である。
【図５Ａ】本発明に従って生産されたフレネルレンズの例を示す図である。
【図５Ｂ】本発明に従って生産されたフレネルレンズの例を示す図である。
【図５Ｃ】本発明に従って生産されたフレネルレンズの例を示す図である。
【図５Ｄ】本発明に従って生産されたフレネルレンズの例を示す図である。
【図６Ａ】本発明に従ったフレネルレンズを特徴付ける角度の値を図解する曲線を示す図である。
【図６Ｂ】本発明に従ったフレネルレンズを特徴付ける角度の値を図解する曲線を示す図である。
【図６Ｃ】本発明に従ったフレネルレンズを特徴付ける角度の値を図解する曲線を示す図である。
【図７】本発明に従ったフレネルレンズによってｐ偏光及びｓ偏光の透過を図解する曲線を示す図である。
【図８】逆投射ユニットに適用された本発明に従ったフレネルレンズの例を示す図である。
【図９】本発明の一つの特定の実施形態に従った逆投射ユニットを示す図である。
【図１０】本発明の一つの特定の実施形態に従った逆投射ユニットを示す図である。
【図１１】図９及び１０のユニットに使用されたスクリーンの詳細を示す図である。
【図１２】図１３及び１４のユニットにおけるフレネルレンズを特徴付ける角度の値を図解する曲線を示す図である。
【図１３】本発明のある実施形態に従った逆投射ユニットを示す図である。
【図１４】本発明のある実施形態に従った逆投射ユニットを示す図である。
【図１５】図９及び１０のユニットに使用されたスクリーンの詳細を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2007504515.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2007504515.tif 000007
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2007504515.tif 000009
【図５ａ】
2007504515.tif 000010
【図５ｂ】
2007504515.tif 000011
【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2007504515.tif 000015
【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月13日(2005.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレネルレンズであって、
平面（Ｐ）に存在する第一の面（ｆ１）、並びに
この面と反対の、該第一の面に平行な及び円形の同心の屈折性の構造を含む第二の面
を含み、
各々の屈折性の構造は、
屈折のジオプターを形成することが意図された且つ前記平面（Ｐ）と第一の角度（α）をなす第一の表面（ｂ）、及び
光学的な目的無しの且つ前記平面（Ｐ）に対する法線と第二の角度（β）をなす第二の表面
によって定義され、
各々の前記構造は、前記平面（Ｐ）に対する法線と零度と異なる導入角（θｉｎｔ）をなすビームによって照明されることが意図されたものであり、
前記ビームの及び前記法線の方向は、実質的に異なる、フレネルレンズにおいて、
該第二の面は、該同心の屈折性の構造の中心と該フレネルレンズの周囲との間に分布させられた、屈折性の構造の少なくとも二つの帯域、
該中心に近い第一の帯域、
第二の帯域
を有し、
該第一の帯域において、
各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、当該レンズの光軸（ＸＸ’）に対して零の角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って前記ビームを屈折させるようなものであり、且つ
各々の第二の表面の第二の角度（β）は、前記導入角（θｉｎｔ）に等しく、
該第二の帯域において、
各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、該光軸（ＸＸ’）に対して最大値（θｍａｘ）よりも小さい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って前記ビームを屈折させるようなものであり、且つ
各々の第二の表面の第二の角度（β）は、前記導入角（θｉｎｔ）に等しい
ことを特徴とする、フレネルレンズ。
【請求項２】
それは、また、該第二の帯域と当該レンズの周囲との間に位置させられた少なくとも第三の帯域を含み、
該第三の帯域において、
各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、該光軸（ＸＸ’）に対して前記最大値（θｍａｘ）に等しい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って該光を屈折させるようなものであり、且つ
各々の第二の表面の第二の角度（β）は、前記導入角（θｉｎｔ）を超える
ことを特徴とする、請求項１に記載のフレネルレンズ。
【請求項３】
各々の第一の表面は、各々の隣接した第二の表面とエッチングの角度（ζ）をなし、
この角度は、該第二の帯域及び該第三の帯域の両方において指定された値（ζｌｉｍ）を有すると共に該第一の帯域においてこの指定された値を超える値を有する
ことを特徴とする、請求項２に記載のフレネルレンズ。
【請求項４】
該エッチングの角度（ζ）の前記指定された値（ζｌｉｍ）は、７０°未満である
ことを特徴とする、請求項３に記載のフレネルレンズ。
【請求項５】
該第一の面は、平面である
ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフレネルレンズ。
【請求項６】
該第一の面は、入射ビームの高い入射角について最適化された反射防止処理を受ける
ことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のフレネルレンズ。
【請求項７】
高々、当該レンズにおけるある点と関連した焦点距離の、当該レンズの軸からのこの点の距離に対する、比の半分に等しい開口数（又はｆ数）は、０．５５以下である
ことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフレネルレンズ。
【請求項８】
入射面及び観察者に向かって方向付けられる射出面を含む、像逆投射スクリーンにおいて、
それは、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のフレネルレンズを含むこと、及び
このフレネルレンズは、当該スクリーンの該入射面に沿って置かれると共に、当該レンズのその面は、当該スクリーンの該射出面に向かって方向付けられた該屈折性の構造を持つこと
を特徴とする、像逆投射スクリーン。
【請求項９】
像の投射用に設計された系であって、
結像ビームを発生させる源、
フレネルレンズ、及び
前記結像ビームを前記フレネルレンズに逆戻りに送るように設計された、結像ビーム偏向ミラー
を含み、
該フレネルレンズは、
平面（Ｐ）に存在する第一の面（ｆ１）、及び
この面と反対の、該第一の面に平行な且つ円形の同心の屈折性の構造を有する第二の面
を有し、
各々の屈折性の構造は、屈折のジオプターを形成することが意図された、且つ、前記平面（Ｐ）と第一の角度（α）をなす、第一の表面（ｂ）、及び、光学的な目的無しの且つ前記平面（Ｐ）に対する法線と第二の角度（β）をなす、第二の表面によって境界を付けられる、像の投射用に設計された系において、
構造の第一の組みを形成する、前記構造の少なくとも一つの部分が、
直接的なビームと呼ばれる、第一のビーム、及び
寄生のビームと呼ばれる、第二のビーム
によって照明されることが意図されたものであり、
該第一のビームは、前記結像ビームから発すると共に前記第一の面によって反射されてきておらず、前記直接的なビームは、前記フレネルレンズを通じて透過させられる前記の直接的なビームによって、第一の入射ビームを形成し、
該第二のビームは、前記結像ビームから発すると共に前記第一の面によって、そして前記偏向ミラーによって、反射されてきたものであり、前記寄生のビームは、前記フレネルレンズを通じて透過させられる前記寄生のビームによって、第二の入射ビームを形成し、
前記第二の入射ビームは、前記平面（Ｐ）に対する法線と零度と異なる導入角（θ’ｉｎｔ）をなし、
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）は、１０度よりも少ない前記第二の入射ビームの前記導入角（θ’ｉｎｔ）よりも大きく、且つ
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）は、２度を加えた前記第二の入射ビームの前記導入角（θ’ｉｎｔ）に等しい上限よりも小さく、その結果、
前記第一の及び第二の入射ビームは、屈折のジオプターの該第一の表面に当たると共に二つの別個の方向に透過させられ、且つ、当該系は、該フレネルレンズによって透過させられた前記第二の入射ビームによって当てられる吸収する帯域、及び透明な帯域を含むフィルター処理をする手段を含み、
該フレネルレンズによって透過させられた該第一のビームは、透明な帯域を通じて進む
ことを特徴とする、系。
【請求項１０】
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）は、５度よりも大きい
ことを特徴とする、請求項９に記載の系。
【請求項１１】
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）は、前記第二の入射ビームの前記導入角（θ’ｉｎｔ）に等しい
ことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の系。
【請求項１２】
前記フレネルレンズは、
前記第一の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）が、前記第二の入射ビームの前記導入角（θ’ｉｎｔ）に等しい、第一の部分、及び
構造の第二の組みの各々の構造の該第二の面の第二の角度（β）が、前記第一の入射ビームの前記導入角（θｉｎｔ）に等しい、第二の部分
を含む、少なくとも二つの部分を含む
ことを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の系。
【請求項１３】
該第二の面は、該同心の屈折性の構造の中心と該フレネルレンズの周囲との間に分布させられた屈折性の構造の少なくとも二つの帯域、
該中心に近い第一の帯域、及び
第二の帯域
を含み、
該第一の帯域においては、各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、当該レンズの光軸（ＸＸ’）に対して零の角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って該第一の入射ビームを屈折させるようなものであり、
該第二の帯域においては、各々の第一の表面の第一の角度（α）は、該屈折性の構造が、該光軸（ＸＸ’）に対して最大値（θｍａｘ）よりも小さい零でない角度（θｏｕｔ）をなす方向に沿って該第一の入射ビームを屈折させるようなものである
ことを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の系。
【請求項１４】
それは、前記フレネルレンズによって屈折させられた該第一の入射光線について透明であると共に前記フレネルレンズによって屈折させられた該第二の入射光線をフィルター処理するフィルター処理する手段を含むレンチキュラースクリーンをさらに含み、
前記フィルター処理する手段は、前記フレネルレンズと並置させられる
ことを特徴とする、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の系。
【請求項１５】
それは、入射面及び観察者に向かって方向付けられる射出面を含む像逆投射スクリーンを含み、
前記スクリーンは、前記フレネルレンズを含み、
このフレネルレンズは、該スクリーンの該入射面に沿って置かれると共に、該レンズのその面は、該スクリーンの該射出面に向かって方向付けられた該屈折性の構造を持つ
ことを特徴とする、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の系。
【請求項１６】
高々、該レンズにおけるある点と関連した焦点距離の、前記フレネルレンズの軸からのこの点の距離に対する、比の半分に等しい開口数（又はｆ数）は、０．５５以下である
ことを特徴とする、請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の系。
【請求項１７】
それは、
請求項８に記載の逆投射スクリーン又は請求項９乃至１６のいずれか一項に記載の系、及び
前記スクリーンの又は前記系の該フレネルレンズに向かって光のビームを放出する投射器（ＰＲ）
を含むことを特徴とする、逆投射ユニット。
【請求項１８】
該投射器は、該フレネルレンズの軸上に置かれると共にそれの軸の一方の側に位置させられた該フレネルレンズの一つの部分のみへ像を投射する
ことを特徴とする、請求項１７に記載の逆投射ユニット。
【国際調査報告】
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