(57)【要約】【課題】ノイズ光を押さえることが可能なフレネルレンズシート及びこれを用いた透過型スクリーン並びに透過型スクリーンを用いた投射型映像表示装置を提供する。【解決手段】透過型スクリーン用フレネルレンズシート２０１のフレネルレンズ部２０１Ｂは、断面形状が三角形の多数の単位レンズ２０３を一定のピッチで同心状に配列してなり、各単位レンズ２０３は、その頂角部分を切除することで、断面形状が截頭三角形を呈する形状に成形され、これにより、各単位レンズ２０３の頂角部分に、フレネルレンズ部２０１Ｂに対して斜め方向から投射される入射光線Ｌ１１のうち全反射面２０３ａへの入射光線Ｌ１１が隣接する単位レンズ２０３の頂角部分で遮られる光のケラレ量を低減する先端部２０３ｃを設ける構成にした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基材と、前記基材の一方の面に断面形状が三角形を呈する複数の単位レンズを一定のピッチで同心状に多数配列してなり、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部を備えるフレネルレンズシートであって、
前記単位レンズの三角形の頂角を形成する相対向する一方の面を光入射面とし、他方の面を前記光入射面から入射した光線を全反射させる全反射面とし、
前記各単位レンズの前記頂角部分が切除してあり、前記フレネルレンズ部に対して斜め方向から投射される入射光線のうち前記全反射面への入射光線が隣接する単位レンズの前記頂角部分で遮られる光のケラレ量を低減する先端部を前記頂角部分に設けた、
ことを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項２】
前記先端部は、該先端部への前記入射光線の指向性が小さくなるように丸みを帯びた形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のフレネルレンズシート。
【請求項３】
前記各単位レンズの前記先端部は、前記単位レンズが配列される方向に沿った一定の幅を有し、前記幅は、０．０１μｍ以上乃至２μｍ以下であることを特徴とする請求項１また２記載のフレネルレンズシート。
【請求項４】
前記基材は前記一方の面と反対の面に光出射面を有し、前記先端部は前記光出射面に平行する頂面を含んで構成され、前記頂面は、前記先端部を構成する面の面積の５０％以下であることを特徴とする請求項１また２記載のフレネルレンズシート。
【請求項５】
前記基材は前記一方の面と反対の面に光出射面を有し、前記先端部は前記光出射面に平行する頂面を含んで構成され、前記頂面の幅をＴ、前記単位レンズのピッチをＰとした時、前記頂面の幅ＴがＰ×０．００５≦Ｔ≦Ｐ×０．０４の範囲にあることを特徴とする請求項１または２記載のフレネルレンズシート。
【請求項６】
互いに隣接する前記単位レンズの間に位置する谷部は円弧状もしくは多角形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のフレネルレンズシート。
【請求項７】
前記基材は前記一方の面と反対の面に光出射面を有し、前記先端部は前記光出射面に平行する頂面を含んで構成され、前記頂面の幅をＴ、前記円弧状もしくは多角形状に形成された谷部の幅をＢとした時、Ｔ＜Ｂを満たすことを特徴とする請求項１または６記載のフレネルレンズシート。
【請求項８】
前記頂面は、前記光入射面と直角な直線面であることを特徴とする請求項４，５または７の何れか１項に記載のフレネルレンズシート。
【請求項９】
前記フレネルレンズ部に対して斜め方向から投射される光線の入射角度をθとし、前記入射角度θで光線が入射する前記フレネルレンズ部の箇所における前記単位レンズの高さをＨ、前記単位レンズのピッチをＰとしたとき、Ｐ÷ｔａｎ（θ）＜Ｈの関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のフレネルレンズシート。
【請求項１０】
前記フレネルレンズ部のヘイズ値が１０％以上であることを特徴とする請求項１記載のフレネルレンズシート。
【請求項１１】
前記フレネルレンズ部と前記基材を含む全体の厚みが２ｍｍ以上乃至２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のフレネルレンズシート。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか１項記載のフレネルレンズシートと、前記フレネルレンズシートからの出射光を拡散させる拡散レンズシートとを備える、
ことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項１３】
前記拡散レンズシートは、透明な基材と、前記基材の前記フレネルレンズシートと対向する面に形成された微小レンズもしくは微小プリズムとを有することを特徴とする請求項１２記載の透過型スクリーン。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の透過型スクリーンと、前記透過型スクリーンを構成する前記フレネルレンズシートの単位レンズ側に配置され、前記フレネルレンズシートに対して斜め下方向もしくは斜め上方向から映像光を投射する投影光学系とを備える、
ことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１５】
前記投影光学系はプロジェクタであることを特徴とする請求項１４記載の投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリアプロジェクションテレビなどの投射型映像表示装置などに用いられるフレネルレンズシート及びこれを用いた透過型スクリーン並びに投射型映像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、透過型スクリーンを備えた投射型ディスプレイ装置（投射型映像表示装置）として、例えばリアプロジェクションテレビが知られている。
この種のリアプロジェクションテレビは、光源としてのプロジェクタから投射される映像光を、反射鏡によって反射させて略長方形平板状をなす透過型スクリーンの背面に入射させることにより、このスクリーンの前面側に位置する観察者が、スクリーンを透過して出射する映像光を観察することができるように構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
透過型スクリーンは、例えば入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部を有するフレネルレンズシートと、このフレネルレンズシートからの出射光を透過型スクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させるレンチキュラーレンズシートのような微小レンズ部を有する拡散レンズシート（レンチキュラーレンズシートなど）と、この拡散レンズシートからの出射光を透過型スクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散板などからなる基材を備えている。
また、プロジェクションテレビを薄型化するために、フレネルレンズシートの光軸（Ｐ１：図１参照）とフレネルレンズシートの画面上の中心（Ｐ２：図１参照）を外し、斜め方向からフレネルレンズシートに投射した光を略平行に射出させることによって、テレビの薄型化を図ることが試みられている。
【０００４】
しかしながら、フレネルレンズシート２０の入射面での反射による光の反射ロスを完全にはなくすことができない。また、反射ロスを減らそうとすると、複雑な構造になりコストアップの原因となっていた。
【特許文献１】特開２００６−０１８０７２号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６９１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これに対して最近では、投射光が急角度で入射され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を用いたフレネルレンズシートが知られている。
例えば、特許文献２には、透過型スクリーンであって、一定のピッチで同心円状に配置された断面形状が三角形の複数の単位プリズムからなる全反射型のフレネルレンズシートを用いた構造のものが開示されている。
全反射型フレネルレンズシートの単位プリズムのように頂角が尖った形状の金型加工において、金型切削用のバイトの先の欠けが生じるなどの問題を回避するため、図５に示すように金型切削用のバイトの刃先を直線的に落とすことによって丸め処理を行うことが一般的であった。
【０００６】
しかしながら、従来の射出面にフレネルレンズ部をもつ屈折型のフレネルレンズに対し、入射面にフレネルレンズ部をもつ全反射フレネルレンズでは、丸められたプリズム頂角によって屈折、反射、散乱などが生じた光によってノイズ光が強く生じるなどの問題があった。特に、斜め方向から投射される投射光学系によって、斜め投射の方向（一般的には上下方向が多い）に、ハッキリとした２重像やゴースト像が生じる。これらは、ノイズ光による画像のコントラスト低下のみならず、細かな文字のにじみ、２重の輪郭などの悪影響を生じさせ画質を著しく劣化させる。また、切削加工時に生じる同心円状のムラ、スジなどが目視される大きな原因であった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたのもで、製造コストを抑え、生産の安定性があるフレネルレンズ及びこれを用いたスクリーンの製造が可能でありながら、ノイズ光を押さえることが可能なフレネルレンズシート及びこれを用いた透過型スクリーン並びに透過型スクリーンを用いた投射型映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、透明な基材と、前記基材の一方の面に断面形状が三角形を呈する複数の単位レンズを一定のピッチで同心状に多数配列してなり、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部を備えるフレネルレンズシートであって、前記単位レンズの三角形の頂角を形成する相対向する一方の面を光入射面とし、他方の面を前記光入射面から入射した光線を全反射させる全反射面とし、前記各単位レンズの前記頂角部分が切除してあり、前記フレネルレンズ部に対して斜め方向から投射される入射光線のうち前記全反射面への入射光線が隣接する単位レンズの前記頂角部分で遮られる光のケラレ量を低減する先端部を前記頂角部分に設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載のフレネルレンズシートにおいて、前記先端部は、該先端部への前記入射光線の指向性が小さくなるように丸みを帯びた形状に形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１また２記載のフレネルレンズシートにおいて、前記各単位レンズの前記先端部は、前記単位レンズが配列される方向に沿った一定の幅を有し、前記幅は、０．０１μｍ以上乃至２μｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１また２記載のフレネルレンズシートにおいて、前記基材は前記一方の面と反対の面に光出射面を有し、前記先端部は前記光出射面に平行する頂面を含んで構成され、前記頂面は、前記先端部を構成する面の面積の５０％以下であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１または２記載のフレネルレンズシートにおいて、前記基材は前記一方の面と反対の面に光出射面を有し、前記先端部は前記光出射面に平行する頂面を含んで構成され、前記頂面の幅をＴ、前記単位レンズのピッチをＰとした時、前記頂面の幅ＴがＰ×０．００５≦Ｔ≦Ｐ×０．０４の範囲にあることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１記載のフレネルレンズシートにおいて、互いに隣接する前記単位レンズの間に位置する谷部は円弧状もしくは多角形状に形成されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１または６記載のフレネルレンズシートにおいて、前記基材は前記一方の面と反対の面に光出射面を有し、前記先端部は前記光出射面に平行する頂面を含んで構成され、前記頂面の幅をＴ、前記円弧状もしくは多角形状に形成された谷部の幅をＢとした時、Ｔ＜Ｂを満たすことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項４，５または７の何れか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記頂面は、前記光入射面と直角な直線面であることを特徴とする。
【００１２】
請求項９の発明は、請求項１記載のフレネルレンズシートにおいて、前記フレネルレンズ部に対して斜め方向から投射される光線の入射角度をθとし、前記入射角度θで光線が入射する前記フレネルレンズ部の箇所における前記単位レンズの高さをＨ、前記単位レンズのピッチをＰとしたとき、Ｐ÷ｔａｎ（θ）＜Ｈの関係を満たすことを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１記載のフレネルレンズシートにおいて、前記フレネルレンズ部のヘイズ値が１０％以上であることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項１記載のフレネルレンズシートにおいて、前記フレネルレンズ部と前記基材を含む全体の厚みが２ｍｍ以上乃至２０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１２の発明は、透過型スクリーンであって、請求項１〜１１の何れか１項記載のフレネルレンズシートと、前記フレネルレンズシートからの出射光を拡散させる拡散レンズシートとを備えることを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１２記載の透過型スクリーンにおいて、前記拡散レンズシートは、透明な基材と、前記基材の前記フレネルレンズシートと対向する面に形成された微小レンズもしくは微小プリズムとを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項１４の発明は、投射型映像表示装置であって、請求項１２または１３に記載の透過型スクリーンと、前記透過型スクリーンを構成する前記フレネルレンズシートの単位レンズ側に配置され、前記フレネルレンズシートに対して斜め下方向もしくは斜め上方向から映像光を投射する投影光学系とを備えることを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１４記載の投射型映像表示装置において、前記投影光学系はプロジェクタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフレネルレンズシート及びこれを用いた透過型スクリーン並びに投射型映像表示装置においては、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部が光線の入射面側に設けられ、少なくとも光線が入射する光入射面と、この光入射面で入射した光線を全反射させる全反射面を持つ全反射型のフレネルレンズシートの場合、単位レンズの頂角に対応する先端部近傍にしか入射光線が入射しない場合が多く、単位レンズの先端部が同じ丸みを帯びた形状であっても従来の射出面側に屈折を利用したフレネルレンズ部をもつフレネルレンズシートより、先端部の丸め加工による影響が大きく出てしまう。このため、本発明では、各単位レンズの頂角部分を切除し、フレネルレンズ部に対して斜め方向から投射される入射光線のうち全反射面への入射光線が隣接する単位レンズの頂角部分で遮られる光のケラレ量を低減する先端部を頂角部分に設け、そして、各単位レンズの先端部は、単位レンズが配列される方向に沿った一定の幅を有し、この幅を０．０１μｍ以上乃至２μｍ以下とすることによって、ノイズ光成分を減らすとともに、ノイズ光を適度に発散させることによって二重像やゴースト像を低減することが可能になる。単位レンズ先端部の幅が０．０１μｍより小さいと、切削時のバイトの欠けが頻繁に生じるとともに、輸送時に単位レンズの先端部に欠けなどが生じ品質を劣化することが実際の実験によって確認された。また、単位レンズ先端部の幅が２μｍを越えると、ノイズ光の量が増えることが確認された。
【００１６】
また、本発明においては、単位レンズの先端部が、基材の光出射面に平行する頂面を含んで構成され、そして、この頂面は、単位レンズの先端部を構成する面の面積の５０％以下であることで、ノイズ光が射出面から出てくる量を減らすことができる。これは、基材の光射出面と頂面の入射面が平行であると、そこでの多重反射成分が強調される傾向にあるが、上記頂面が単位レンズの先端部を構成する面の面積の５０％以下であれば、多重反射成分の影響が低減することがわかった。さらに、３０％以下であれば、スクリーンとして使用した場合、ノイズの影響を殆ど認識されないレベルまで減らせることがわかった。
また、本発明においては、単位面積当りの単位レンズ先端部の頂面の幅は、フレネルレンズ部の単位レンズピッチによって変化する。単位レンズピッチが大きければ入射面の単位面積当りの単位レンズ先端部の頂面の幅は減ることになり、単位レンズ先端部の丸め加工量を大きくしても、ノイズの発生を抑えることができる。逆に、モアレの低減などを目的として単位レンズピッチを細かくした場合、単位レンズ先端部の丸め加工量が少ないことが望まれる。
【００１７】
様々な実験の結果、単位レンズピッチと単位レンズ先端部の頂面の幅との関係を割り出し、単位レンズ先端部の頂面の幅をＴ、単位レンズピッチをＰとした場合、Ｐ×０．００５≦Ｔ≦Ｐ×０．０４とすることで、単位面積当りのノイズ光の量を実用上問題のないレベルに減らすことが可能になる。
なお、Ｔ≦Ｐ×０．０２であれば、ノイズ光の影響はほとんど生じなくなる。
【００１８】
また、本発明においては、単位レンズの先端部を円弧状もしくは２辺以上の多角形状に丸め加工することは、ノイズ低減の上では効果が高いが、バイトによる切削加工が困難になる。そこで、簡便に直線的に単位レンズの先端部を丸め加工する場合でも、その直線が単位レンズの光記入射面に対して略垂直とすることで入射光があたる頂面の面積を減らすことができるため、ノイズ光成分を減らすことが可能である。ここでは、簡便な方法として前記入射面に対して略垂直に単位レンズ先端部の頂面を直線的に丸め加工したが、入射光と略平行に単位レンズ頂面を直線的に丸め加工するとさらに効果が高い。なお、これらの効果は、±３度以内であることが望ましく、±１度以内であればさらに効果が高まる。
【００１９】
また、本発明においては、フレネルレンズ部の谷部が略円弧状もしくは略多角形状に丸め加工され形状にすることで、フレネルレンズ部の成形用金型の切削の安定性を増すとともに、切削時のバリを減らすことでノイズ光の発生を防ぎ、また、バリが減ることで量産時の金型から製品の剥離がスムーズになり量産性も向上する。
さらに、全反射を利用したフレネルレンズシートでは、入射光が単位レンズの先端部に集中して入射するため、丸め加工の影響は単位レンズの谷部より先端部で強く生じる。そこで単位レンズ先端部の頂面の幅をＴ、単位レンズの谷部の幅をＢとした場合、Ｔ＜Ｂとすることで、生産の安定性とノイズ光の発生の低減を両立することが可能になる。
また、フレネルレンズ部に入射する入射角度をθとし、この入射角度で光線が入射する部分の単位レンズの高さをＨ、単位レンズピッチをＰとした場合、Ｐ÷ｔａｎ（θ）＜Ｈの関係を満たすことで、谷部の丸め加工部分への光の入射を防ぐことが可能になり、谷部の丸め加工によるノイズ光の発生を防ぐことが可能になる。
【００２０】
また、本発明においては、フレネルレンズ部のヘイズ値が１０％以上とすることでノイズ光を発散させ、２重像やゴースト像の発生をさらに防ぐことが可能になる。
また、フレネルレンズシートの厚みＤｆが、２ｍｍ以上乃至２０ｍｍ以下とすることで、よりノイズ光の方向性を減らすことで、２重像やゴースト像の発生をさらに防ぐことが可能になる。
また、本発明においては、フレネルレンズシートと、このフレネルレンズシートからの出射光を拡散させる拡散レンズシートを備えた透過型スクリーンによって、ノイズの少ないコントラストの高いスクリーンが実現で出来る。
さらに、拡散レンズシートのレンズ構造が、微小レンズもしくは微小プリズムを観察者に対して水平に配置することで、フレネルレンズシートのノイズ低減効果を有効に利用することができる。
【００２１】
また、本発明においては、上述する透過型スクリーンを搭載した投射型映像表示装置を利用すれば薄くて高画質な投射型像表示装置が実現できる。
さらに、プロジェクションテレビにおいて、プロジェクションテレビの投影光学系が斜め下方向もしくは斜め上方向から投射する軸外し投射系であることでフレネルレンズシートのノイズ低減効果を有効に利用するができ、より薄くて高画質な投射型像表示装置が実現できる。
【００２２】
本発明のフレネルレンズシートでは、その単位レンズの頂角部分や谷部で生じるノイズ光を極力押さえながら、生産性を保つことが可能になる。このフレネルレンズシートをプロジェクションディスプレイ用のスクリーンに応用すると、フレネルレンズ部の光軸がレンズ本体の中心から外れるように配置されていることから、このスクリーンを用いて投射型映像表示装置を構成したときには、スクリーンの背面に対向配置される反射鏡の傾斜を緩やかにして、投射型映像表示装置をより薄型化を図ることが可能となっている。
ここで、上記のように光軸が偏心し全反射を利用するフレネルレンズシートを用いたことにより、このフレネルレンズ部の単位レンズの頂角部分や谷部で散乱し、出射される映像光に略平行光ではない散乱成分が多く含まれてしまう。
【００２３】
しかしながら、本発明のフレネルレンズシートにおいては、単位レンズ先端部の頂面の幅を上述する値の範囲に設定したことから、このフレネルレンズシートによるノイズ光を低減することができ、不要な角度に射出する迷光をなくすことができる。また、投射ディスプレイのスクリーンに用いた場合、迷光による二重像やゴースト像を低減することが可能になる。また、ＦＰＤの照明装置などに利用した場合でも、必要な方向のみに光が射出するので、ムラなく、効率よく、光を利用することができる。また、太陽電池などの光の集光用途に用いた場合も、光の利用効率をより向上させることができる。さらに、照明装置の光の均一性、効率向上にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明にかかる透過型スクリーンを用いた投射型映像表示装置の構成を示す概略側面図、図２は本発明の実施の形態における透過型スクリーンの要部に拡大断面図、図３は本発明の実施の形態における全反射型フレネルレンズシートの要部の拡大図、図４は本発明の実施の形態における全反射型フレネルレンズシートの入射光線の説明図、図５は屈折型フレネルレンズシートの入射光線の説明図である。
【００２５】
図１において、投射型映像表示装置１０は、ハウジング１１と、このハウジング１１内の前部に装着された透過型スクリーン２０と、ハウジング１１内の後部に装着された光源としてのプロジェクタ１２とを備えており、プロジェクタ１２から投射される映像光は、ハウジング１１内に配設された反射鏡１３，１４によって反射されて透過型スクリーン２０の背面に入射させることにより、この透過型スクリーン２０の前面側に位置する観察者が透過型スクリーン２０を透過して出射する映像光を観察することができるように構成されている。
【００２６】
上記プロジェクタ１２のハウジング１１内での配置場所は、図１に示すように、フレネルレンズ部の光軸Ｐ１上にあり、この光軸Ｐ１は透過型スクリーン２０の中心Ｐ２と平行で、かつ透過型スクリーン２０の領域から外れた透過型スクリーン２０の下方にある。したがって、プロジェクタ１２がハウジング１１内の光軸Ｐ１上に配置された場合、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路は、２枚の反射鏡１３，１４により偏向され、その映像光は透過型スクリーン２０の背面に対して、その後方下部から斜め上方に向け投射されるように構成されている。また、図１に示すθｍａｘは透過型スクリーン２０に入射する映像光の最大入射角度を表している。
【００２７】
上記透過型スクリーン２０は、図２に示すように、入射光を平行な光に変換して平行光として出射する全反射型のフレネルレンズシート２０１と、このフレネルレンズシート２０１の光出射側に対向して配置され平行光を所定のアスペクト比に拡散して出射する拡散レンズシート（レンチキュラーレンズシート）２０２とを備える。
【００２８】
フレネルレンズシート２０１は、図２に示すように、透明な基材２０１Ａと、この基材２０１Ａの光入射側と対向する面に多数の単位レンズ２０３を一定のピッチで同心状に配列してなるフレネルレンズ部２０１Ｂとから構成され、単位レンズ２０３は断面形状が三角形状を呈し、この三角形の頂角部分がプロジェクタ１２からの光入射側へ突出するように基材２０１Ａに一体に形成される。
上記単位レンズ２０３は、図２〜図４に示すように、三角形の頂角を形成する相対向する一方の面を光入射面２０３ａとし、他方の面を光入射面２０３ａから入射した光線Ｌ１１を全反射させ出射光線Ｌ１２として出射するための全反射面２０３ｂとする構成になっている。
【００２９】
また、各単位レンズ２０３は、図２〜図４に示すように、その頂角部分を切除することで、断面形状が截頭三角形を呈する形状に成形され、これにより、各単位レンズ２０３の頂角部分には、フレネルレンズ部２０１Ｂに対して斜め方向から投射される入射光線Ｌ１１のうち全反射面２０３ａへの入射光線Ｌ１１が隣接する単位レンズ２０３の頂角部分で遮られる光のケラレ量を低減する先端部２０３ｃが設けられている。この先端部２０３ｃは、基材２０１Ａの単位レンズ２０３と反対の面に有する光出射面２０１ａに平行する一定幅Ｔの頂面２０３ｄを含んで構成される。
【００３０】
また、拡散レンズシート２０２は、図２に示すように、光拡散層２０２Ａと、この光拡散層２０２Ａの光入射側の面に光マスク２０２Ｂを介して積層された微小レンズ部２０２Ｃとから構成されている。
上記微小レンズ部２０２Ｃは、例えば断面形状が半円柱形を呈する多数のシリンドリカルレンズを、図２に矢印で示す観察者の垂直方向と直交する方向に一定のピッチで平行に配列することにより構成される。また、上記光マスク２０２Ｂは、微小レンズ部２０２Ｃの射出面側に設けられ、シリンドリカルレンズによるストライブ状の非集光部を遮光する周知の遮光部（図示省略）と、微小レンズ部２０２Ｃの射出面側に設けられ、シリンドリカルレンズにより集光した映像光が透過する周知の光透過部（図示省略）とから構成されており、この光マスク２０２Ｂの光透過部を透過した映像光は光拡散層２０２Ａにより上下方向または水平方向に拡散されてから透過型スクリーン２０の前面に向けて出射される構成になっている。
【００３１】
屈折型のフレネルレンズシート４１は、図５に示すように、フレネルレンズシート４１に入射した光Ｌ１は、フレネルレンズ４１ａの出射面Ｗｆ１を使って光を屈折させることにより、投射光を略平行な光線Ｌ２として射出している。
これに対し、全反射型のフレネルレンズシート２０１では、図４に示すように、フレネルレンズ部に入射する光線Ｌ１１の角度が急であると、この入射光線Ｌ１１が隣の単位レンズ２０３の先端部２０３ｃによって遮られるため、単位レンズ２０３の全反射面２０３ｂがＷｆ２に相当する幅を有するにもかかわらず、実際に光が入射する部分はＷｆ２の２分の１以下のＷｉ２の幅に過ぎない。
【００３２】
また、一般に単位レンズ２０３の先端部２０３ｃは、図４及び図５に示すように、その切削時のバイトの欠けや、輸送時の単位レンズへの傷の防止、単位レンズの欠けによる異物の低減などを目的として、単位レンズ２０３における先端部２０３ｃの頂面２０３ｄの幅Ｔが１０μｍ程度になるように、単位レンズ先端部２０３ｃの頂面２０３ｄが平面となるように丸め加工することが多い。ここで、単位レンズ先端部２０３ｃの頂面２０３ｄの幅をＴとすると、従来のフレネルレンズシートでは、フレネルレンズの出射面Ｗｆ１の全面を使って光を屈折させているため、入射光に対して、レンズの丸め加工による影響が生じる比率は比較的小さくなる。これに対して、全反射型のフレネルレンズシート２０１では、実際に入射光が利用する単位レンズ２０３の全反射面２０３ｂの有効反射面はＷｉ２であるため、単位レンズ先端部２０３ｃの丸め加工による影響が大きくなってしまい、より単位レンズ先端部２０３ｃの丸め加工によるノイズ光の発生が問題になる。また、全反射型のフレネルレンズシート２０１では、その光入射面にフレネルレンズ部２０１Ｂが成形されているため、フレネルレンズシート２０１の基材２０１Ａによる光の散乱の影響を受けていない光が単位レンズ先端部２０３ｃの頂面２０３ｄに入射するため、ノイズ光の指向性が強くなってしまう。
【００３３】
ここで、全反射型フレネルレンズシート２０１における単位レンズ先端部２０３ｃでのノイズ光の発生について更に詳細に述べる。
図６に示すように、直線状に丸め加工された単位レンズ頂面２０３ｄでは、入射光線Ｌ１１が屈折、反射（反射は図示されていない）が生じる。屈折した光Ｌ１３は、強い指向性をもって単位レンズ内に入射し、迷光の原因となる。単位レンズ頂面２０３ｄの幅Ｔが小さければ、ノイズ光の発生が抑制されるが、単位レンズ２０３の頂角が尖っているため、切削時のバイトの欠けや、傷、異物などの問題が生じていた。
【００３４】
そこで、様々なサイズのフレネルレンズシートを試作し実験することで、単位レンズ頂面２０３ｄの幅Ｔを０．０１μｍ以上乃至２μｍ以下とすることで、ノイズ光と生産の安定性を両立する全反射型のフレネルレンズシートを実現することが可能になった。また、単位レンズ頂面２０３ｄの幅Ｔを１μｍ以下とすれば、スクリーンとして利用した場合、殆どノイズ光が認識できないレベルまで性能が向上することがわかった。
また、単位レンズ２０３のピッチＰを大きくすれば、相対的に単位レンズ２０３の先端部２０３ｃによるノイズの影響を減らすことが可能になる。そこで、単位レンズ２０３のピッチＰと単位レンズ頂面２０３ｄの幅Ｔとの関係を実験によって求め、Ｐ×０．００５≦Ｔ≦Ｐ×０．０４を満たせば、ノイズ光と生産の安定性を両立する全反射型のフレネルレンズシートを実現することがわかった。
【００３５】
また、単位レンズ２０３のピッチＰを大きくすると、ノイズが低減する傾向にあるが、画素とのモアレなどの原因となる可能性がある。そこで、拡散レンズシート２０２のレンズピッチと、フレネルレンズシート２０１の単位レンズピッチを略等しくすることで、モアレとノイズの両立を図ることが可能になる。これは、全反射型フレネルレンズシート２０１が、主に垂直方向の周波数成分をもっており、拡散レンズシート２０２が主に、水平方向の拡散成分をもっているため、双方のモアレが生じにくく、さらに画素は、垂直・水平ともほぼ同じ周波数成分をもつことが多いことによる。
例えば、フレネルレンズシート２０１と拡散レンズシート２０２のレンズピッチを９８μｍとし、フレネルレンズ部の単位レンズ頂面２０３ｄの幅を２μｍとした全反射型フレネルレンズシートによって、スクリーンを構成したプロジェクションテレビでは良好な像が得られたが、拡散レンズシート２０２のレンズピッチを９８μｍ、フレネルレンズ部の単位レンズピッチを６０μｍ、単位レンズ頂面の幅を３μｍとしたプロジェクションテレビでは、強いノイズ光が観察された。
【００３６】
ノイズ光による画像の劣化として、２重像、ゴースト像と呼ばれるものがある。これは、指向性の高いノイズ光が、偽の像を作り出すもので、著しく画質を劣化させる。
図６に示すように、単位レンズ２０３の頂面２０３ｄが直線状に丸め加工された場合、屈折や反射によるノイズ光は、強い指向性をもつ。特に単位レンズ２０３の頂面２０３ｄがフレネルレンズシート２０１の光射出面２０１ａと平行な場合、この光射出面２０１ａとの間で反復反射が生じ易く、２重像の大きな原因となることがわかった。
そこで、図７に示すように、単位レンズ２０３における先端部２０３ｃの頂面の幅をＴとし、フレネルレンズシート２０１の光射出面２０１ａと平行な面２０３ｄ´の幅をＴｐとした時、幅寸法比（または先端部２０３ｃを構成する面の面積と頂面との面積比）でＴｐがＴの５０％以下であると、ノイズ光の指向性を大幅に低減できることがわかった。
【００３７】
しかしながら、非常に硬いバイトの刃先を微小に多角形にカットしたり、円弧状に丸め加工することは困難であり、高価なものになってしまう。
そこで、図８に示すように、単位レンズ先端部２０３ｃの頂面２０３ｄの丸め加工を、単位レンズ２０３の光入射面２０３ａに対して直角に形成する。すると、入射光Ｌ１１に対する頂面２０３ｄの入射面積を減らすことが可能になり、ノイズ光の発生を減らすことができる。その際、形成された頂面２０３ｄは、鏡面でない荒れた面であることが望ましい。
さらに、単位レンズ２０３を成形する際、単位レンズ２０３の頂面２０３ｄと谷部２０３ｅの双方が尖っていると、成形時の金型と製品の剥離の際、金型と製品が引っかかってしまい量産の効率が低下する問題が生じる。全反射型フレネルレンズシートの場合、丸め加工によるノイズ光の影響はレンズ谷部２０３ｅより単位レンズ２０３の頂面２０３ｄで強く発生するため、図１に示すように、単位レンズ頂面２０３ｄの幅をＴ、円弧状もしくは多角形状に形成されたレンズ谷部２０３ｅの丸め加工幅をＢとしたとき、Ｔ＜Ｂとすることで、量産効率とノイズの低減を両立することが可能になる。
【００３８】
また、図１に示すように、フレネルレンズ部２０１Ｂに対して角度θで入射した光は、単位レンズ２０３のピッチをＰとすると、Ｐ÷ｔａｎ（θ）の深さだけ単位レンズ２０３に入射する。そこで、単位レンズ２０３の深さＨを、Ｐ÷ｔａｎ（θ）より大きくすることで、レンズ谷部２０３ｅの丸め加工部分に直接入射する光をなくし、レンズ谷部２０３ｅによるノイズ光を減らすことが可能になる。
また、指向性の高いノイズ光は、フレネルレンズ部のヘイズ値を１０％以上、もしくは、または、かつ単位レンズ２０３の厚みを２ｍｍ以上乃至２０ｍｍ以下とすることで低減されることが実験によって確認された。
【００３９】
ここでの実施例では、断面形状が三角形状を呈する単位レンズ２０３を一定のピッチで同心円状に配列してなる全反射型のフレネルレンズシートとしたが、平行なプリズムの集まりによるリニアフレネルであってもよい。
また、断面形状が三角状を呈する単位レンズの頂角が一定である場合、切削バイトの刃先の形状を丸めの形状とすれば良く、より作業性が向上する。
また、本発明のフレネルレンズシートの用途として、透過型スクリーンや、それを用いたリアプロジェクションテレビをとしたが、反射型スクリーンなどに利用してもよいし、液晶ディスプレイなどのＦＰＤのバックライト用の光学部材や、観察面側の指向性コントロール部材として利用してもよい。また、太陽電池などの効率向上などにも利用可能である。さらに、太陽光や照明光源のコントロール用としても有効である。
また、拡散レンズシートとして、レンチキュラーレンズを用いたものを示したが、プリズムによる反射をつかった反射レンズをもちいたもの、マイクロレンズを用いたもの、凹凸によるマット面による散乱効果を用いたものなどを利用してもよい。
【００４０】
さらに、本実施例のフレネルレンズシートでは、その単位レンズ２０３の光入射面２０３ａと全反射面２０３ｂが、直線で構成されている例を示したが、それに限定されるものではなく、曲線で構成されていてもよい。
また、本実施例におけるフレネルレンズシートのフレネルレンズ部や、射出面の一方もしくは両方を、粘着層や接着層を介して貼り合わせることで、他部材、例えば拡散レンズシートやバックライト用導光板、ＬＣＤなどのディスプレイパネル、偏光板、窓ガラス、太陽電池パネル、保護パネルなど、主に光を透過する機能をもつ部材と一体にすることで、強度の向上、組み立て作業やメンテナンス性の向上、光の利用効率の向上を図ることができる。また、上記一体化の際に、スペーサ間に挟むことで一体化することで、空気など異なる屈折率の媒体との界面による光学作用を付加することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明にかかる透過型スクリーンを用いた背面投射型映像表示装置の構成を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態における透過型スクリーンの要部に拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における全反射型フレネルレンズシートの要部の拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態における全反射型フレネルレンズシートの入射光線の説明図である。
【図５】屈折型フレネルレンズシートの入射光線の説明図である。
【図６】従来の全反射フレネルレンズシートにおけるノイズ光の発生概念を示す説明図である。
【図７】本発明のフレネルレンズシートにおける単位レンズの拡大断面図である。
【図８】本発明のフレネルレンズシートにおける単位レンズの拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０……投射型映像表示装置、１１……ハウジング、１２……プロジェクタ、１３，１４……反射鏡、２０……透過型スクリーン、２０１……フレネルレンズシート、２０１Ａ……基材、２０１Ｂ……フレネルレンズ部、２０２……拡散レンズシート、２０２Ａ……光拡散層、２０２Ｂ……光マスク、２０２Ｃ……微小レンズ部、２０３……単位レンズ、２０３ａ……光入射面，２０３ｂ……全反射面、２０３ｃ……先端部、２０３ｄ……頂面、２０３ｅ……谷部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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