(57)【要約】【課題】全反射フレネルレンズを用いた透過型スクリーンにおいて、フレネル中心に近い側で発生する第１のプリズム群４３の第１の面４４から入射した光の一部が、第２の面（全反射面）４５で全反射せずに、迷光となる光１０１が原因で生じる、二重像（ゴースト）などの障害が発生しない全反射タイプのフレネルレンズを開発し、良好な映像を観察者へ提供することである。【解決手段】第１の面より入射し、第２の面で全反射しないで観察側の面に向かう迷光となる光が、観察側の面に形成した第２のプリズム群により、前記迷光をフレネルレンズシートの観察側の面の法線に対して、高角度で出射するようにした。【選択図】　　　　　　　　図１
2004077535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像光が後方より斜めに投射される背面投射型テレビに使用するフレネルレンズシートであって、光源側に断面が三角形の第１のプリズム群が配列され、前記プリズムの第１の面は投射された映像光を屈折入射し、第２の面はその光を観察方向に全反射してフレネルレンズシートの観察側の面で出射するフレネルレンズシートにおいて、前記第１の面より入射し、第２の面で全反射しないで観察側の面に向かう迷光となる光が、観察側の面に形成した第２のプリズム群により、フレネルレンズシートの観察側の面の法線に対して、高角度で出射するようにしたことを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項２】
請求項１記載のフレネルレンズシートであって、光源側の面に設けられた第１のプリズム群は同心円状に形成され、前記同心円の中心が、フレネルレンズシートの外部に存在することを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項３】
請求項２記載のフレネルレンズシートであって、観察側の面に形成した第２のプリズム群が、光源側の第１のプリズム群と中心が同一である同心円状に形成されていることを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載のフレネルレンズシートであって、観察側の面に形成された第２のプリズム群が、直線状に形成されていることを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載のフレネルレンズシートであって、観察側の面に形成された第２のプリズム群が、フレネルレンズシートの幾何中心を中心とする同心円状に形成されていることを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項６】
フレネルレンズシートの最も光源に近い辺の中央部に入射する映像光の入射角度が３０°〜４５°であり、最も光源から遠い辺の隅に入射する映像光の入射角度が７０°〜８０°であることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか記載のフレネルレンズシート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射型テレビの表示部に使用される透過型スクリーンを構成するフレネルレンズにおいて、図２のように光源１２からの映像光１０を斜めより透過型スクリーン３へ拡大投影することでテレビセットの大幅な薄型化を実現した薄型背面投射型テレビ１１に使用されるフレネルレンズシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
背面投射型テレビには、映像光源より発した映像光を拡大投影するため、表示部に透過型スクリーンが設けられている。一般に、この透過型スクリーンは、光源より拡大投射される映像光を観察者側へ略平行光に屈折させるフレネルレンズ要素と映像光を散乱させて広い範囲の観察者へ提供するレンチキュラーレンズなどの拡散要素とを組み合わせて使用される。従来、このような背面投射型テレビの映像源としては、三原色が別々のＣＲＴから投射されるものが一般的であったが、ＬＣＤやＤＬＰを用いた単レンズ方式の映像源も使用されるようになってきた。このような、ＬＣＤやＤＬＰなどを用いた単レンズ方式の背面投射型テレビにおいても、図９に示したように透過型スクリーン３の中央に対して、略垂直に映像光１０を入射させる方式が一般的であった為、ＣＲＴを用いた背面投射型テレビとほぼ同等の奥行きを必要としていた。
それに対して、図２に示されるように、光源１２から透過型スクリーン３に映像光１０を斜めに投射することで、従来に比べて大幅な薄型化をはかった薄型背面投射型テレビ１１が提案されている。このタイプの薄型背面投射型テレビ１１は、ＬＣＤやＤＬＰなどの映像源と、その映像源を照明するランプ、映像光を拡大投射するための投射レンズ等からなる光源１２から映像光１０を投射し、光路を折り返して奥行きを薄くするため、透過型スクリーン３と略平行に配置されたミラー１３を経て、投射された映像を映し出すための透過型スクリーン３を通して映像を観察者へ提供するものである。
【０００３】
このようなタイプの薄型背面投射型テレビ１１用の透過型スクリーン３は、図３に示すように、光源側に全反射タイプの第１のプリズム群が形成されたフレネルレンズシート１とレンチキュラーレンズ等の形成された光拡散シート２の組み合わせから構成されるか、または、図示しないが、光源側に全反射タイプの第１のプリズム群が形成され、観察側にレンチキュラーレンズ等の形成された１枚シートの透過型スクリーンで構成されている。この場合、フレネルレンズシート１の光源側の面４に形成された第１のプリズム群のフレネル中心（同心円の中心）９４はスクリーンの内部にはなく、最もフレネル中心に近い位置９５での映像光１０の入射角度が３０〜４５°となる。逆に最もフレネル中心から遠い位置９６では、入射角度が７０〜８０°となる。フレネルレンズのフレネル中心に近い側と遠い側の入射角度の差が、これより小さい場合には、斜め投射といえども透過型スクリーンの中心と光源との距離が長くなり、図９に示した映像光１０が透過型スクリーン３へ略垂直入射する従来タイプの背面投射型テレビ８１にくらべて奥行きを薄くするという目的を達成できない。逆に、フレネルレンズのフレネル中心に近い側と遠い側の入射角度の差が、これより大きい場合には、光源の投射レンズや台形ひずみの補正回路が高価になり、好ましくない。
【０００４】
このような全反射フレネルレンズを用いたフレネルレンズシート１の場合、図６（ａ）に示したように、光源から離れた、すなわち、フレネル中心から遠い側では、第１のプリズム群４３の第１の面４４から入射した光の全てが、第２の面（全反射面）４５で全反射する。しかし、図６（ｂ）に示したように、光源に近い、つまりフレネル中心に近い側では、第１のプリズム群４３の第１の面４４から入射した光の一部が、第２の面（全反射面）４５で全反射せずに、抜けて、迷光１０１となる。図７にその光線追跡図を示した。全反射フレネルレンズの第１の面４４から入射し、第２の面４５で全反射されることなく観察側の面４８に進む光は、観察側の面４８で全反射し、第１のプリズム群４３で入射と出射を繰り返した後、再び、観察側の面４８から正面に近い方向に出射する。このため、この迷光１０１が全反射フレネルレンズの第１のプリズム群で好適に全反射し通過した映像光１００とほぼ同じ方向に出射することが原因で、二重像（ゴースト）などの障害を引き起こしていた。
【０００５】
この迷光による二重像（ゴースト）などの障害の改善方法としては、特開昭６２−１１３１３１、特開昭６１−２５４９４１、特開昭６３−１３９３３１、特開昭６３−３０８３５、特開昭６３−３７３３６、特開昭６３−３７３３７、特開昭６３−３２５２８、特開平５−７２６３４が知られている。しかしこれらの改善方法は、不十分であり、以下の課題を有している。光拡散層をフレネルレンズのプリズムの谷部分に埋め込む方法では、光拡散層の形成がフレネルレンズ毎に後工程で行うため、製造が煩雑で、また、その光拡散量のコントロールが難しいという課題を有している。また、光拡散層をフレネルレンズのプリズムよりも観察側に１層追加形成するものは、迷光だけでなく映像光も拡散させて映像もぼかしてしまうというデメリットも有している。フレネルレンズのプリズム部分の映像光の非透過部分に光吸収層を形成するものは、プリズムと光吸収層の位置関係をあわせるのが困難である。また、プリズムの一部に光吸収層を形成する方法も、光吸収層を全面に設けるのではないため、やはりプリズムの一部分だけに形成する必要があり、形成が困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のごとく、全反射フレネルレンズを用いた透過型スクリーンにおいて、フレネル中心に近い側で発生する第１のプリズム群４３の第１の面４４から入射した光の一部が、第２の面（全反射面）４５で全反射せずに、迷光となる光１０１が原因で生じる、二重像（ゴースト）などの障害が発生しない全反射タイプのフレネルレンズを開発し、良好な映像を観察者へ提供することである。
【０００７】
【課題を解決する手段】
第１の発明は、映像光が後方より斜めに投射される背面投射型テレビに使用するフレネルレンズシートであって、光源側に断面が三角形の第１のプリズム群が配列され、前記プリズムの第１の面は投射された映像光を屈折入射し、第２の面はその光を観察方向に全反射してフレネルレンズシートの観察側の面で出射するフレネルレンズシートにおいて、前記第１の面より入射し、第２の面で全反射しないで観察側の面に向かう迷光となる光が、観察側の面に形成した第２のプリズム群により、前記迷光をフレネルレンズシートの観察側の面の法線に対して、高角度で出射するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、請求項１記載のフレネルレンズシートであって、光源側の面に設けられた第１のプリズム群は同心円状に形成され、前記同心円の中心が、フレネルレンズシートの外部に存在することを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、請求項２記載のフレネルレンズシートであって、観察側の面に形成した第２のプリズム群が、光源側の第１のプリズム群と中心が同一である同心円状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、請求項１または請求項２いずれか記載のフレネルレンズシートであって、観察側の面に形成された第２のプリズム群が、直線状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、請求項１または請求項２記載のフレネルレンズシートであって、観察側の面に形成された第２のプリズム群が、フレネルレンズシートの幾何中心を中心とする同心円状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、請求項１乃至請求項５いずれか記載のフレネルレンズシートであって、フレネルレンズシートの最も光源に近い辺の中央部に入射する映像光の入射角度が３０°〜４５°であり、最も光源から遠い辺の隅に入射する映像光の入射角度が７０°〜８０°であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の説明を行う。図７の光線追跡図に示すように全反射フレネルレンズシートにおいて、観察側の面が平坦面４８の場合、迷光１０１が生じ、二重像（ゴースト）の問題が発生する。図１に示すように本発明は、全反射フレネルレンズシート１の観察側の面５に形成した第２のプリズム群により、前記迷光１０１を、フレネルレンズシートの観察側の面５の法線に対して、背面投射型テレビ１１の観察者が通常利用しない方向へ高角度に出射させることで、迷光１０１によって生じる二重像（ゴースト）を観察されなくしたものである。
【００１４】
本発明のフレネルレンズシート１の観察側の面５に形成した第２のプリズムの説明の前に、一般的な全反射フレネルレンズについての説明を行う。全反射フレネルレンズにおいては、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、光源からの映像光１０は、フレネルレンズ１の位置によって異なった入射角度θ１でフレネルレンズシート１の第１のプリズム群４３の第１の面４４に入射する。図６（ｂ）に示すように、フレネルレンズシート１のフレネル中心に近い場所では、プリズムの頂点４１付近から第１の面４４に入射した映像光１０Ａは、第１の面４４に入射した後、第２の面４５で全反射して、ほぼ垂直に観察側の面４８へ進行するが、プリズムの底部４２付近から入射した映像光１０Ｂは、第１の面４４に入射した後、第２の面４５で全反射せず、迷光１０１となる。他方、図６（ａ）に示すように、フレネル中心から遠い場所では、映像光１０は、すべてプリズム頂点４１付近のみから第１の面４４に入射し、第２の面４５で全反射し好適に通過した映像光１００となる。
【００１５】
フレネルレンズの第１のプリズム群のフレネルレンズ角度φ等の光学設計について、図８に基づいて、詳細に説明する。図８では、幾何学の慣例に従い、プリズムの各部分を表すのに他の図のような数符号を用いず、英符号を用いて説明する。本発明で使用する全反射タイプのフレネルレンズのフレネルレンズ角度φは、入射角度をθ１、フレネルレンズの材料の屈折率をｎ、プリズムの第２の面で全反射後のフレネルレンズシートの法線に対する映像光が進む角度をθ４、プリズムの先端角度をδとすると、次式で表される。
ｔａｎφ＝（ｎ×ｓｉｎ（δ＋θ４）＋ｓｉｎ（δ＋θ１））
／（ｎ×ｃｏｓ（δ＋θ４）−ｃｏｓ（δ＋θ１））
ここで、観察側の面５が平坦面の場合には、フレネルレンズシートから出射する光線の出射角θ５とシート内での映像光の進む角度θ４との間には、下記式が成立する。
ｓｉｎθ４＝ｓｉｎθ５／ｎ
また、プリズムの第１面の角度γは、γ＝φ＋δ−π／２≧０である。γが負の時は、プリズムの第１の面ＢＣの形状が逆テーパーになってフレネルレンズおよびフレネルレンズ成形型が事実上製造できなくなるからである。そのため、設計上γ＜０となる部分では、プリズムの第１面ＢＣを垂直とし、プリズム先端角δを変化させて、フレネルレンズ角φを決定する。この時のフレネルレンズ角度φは次式により計算することができる。
φ＝｛ａｒｃｓｉｎ（ｃｏｓθ１／ｎ）＋θ４＋π／２｝／２
【００１６】
次に、入射光線が迷光となる部分が存在する領域と迷光が存在しない領域との境界の位置について、第１の面ＢＣから入射して、丁度プリズムの谷部Ａへと屈折する映像光１０について考察する。なお、隣接するプリズムのプリズム角度φは、ほぼ等しいものとする。プリズムの第１の面ＢＣへの入射角度をθ２、プリズムの第１の面の屈折角度をθ３、フレネルレンズのレンズピッチ（プリズムのピッチ）をｐ、プリズムの第２の面ＢＡで全反射し好適に利用できる部分ＢＫをｅ１、プリズムの第２の面５で全反射できずに迷光になる部分ＫＤをｅ２、プリズムの高さＢＨをｈ、プリズムの第１の面の迷光となる部分と有効な部分の境界の高さＦＧをｓとすると、有効な部分ｅ１は、以下の式で表される。
2004077535.tif 000003
ここで、プリズムの高さｈと、プリズムの第１の面の迷光となる部分と有効な部分の境界の高さｓは、それぞれ、
ｈ＝ｐ×ｔａｎ（φ＋δ）×ｔａｎφ／（ｔａｎ（φ＋δ）−ｔａｎφ）
ｓ＝−ｐ×ｔａｎ（φ＋δ）／（１＋ｔａｎ（φ＋δ）×ｔａｎ（φ＋δ＋θ３））
である。また、θ３＝ａｒｃｓｉｎ｛ｓｉｎ（θ１＋φ＋δ）／ｎ｝である。
図８において、ｐ＝ｅ１＋ｅ２で、明らかにｅ１≦ｐである。有効部の比ｅ１／ｐは入射角度θ１が大きい程大きくなり、あるところでｅ１＝ｐとなる。このｅ１＝ｐとなる入射角度θ１より入射角度が大きいところは、プリズムの第１の面ＢＣより入射し、第２の面ＢＡで全反射しないで観察側の面に向かう迷光となる光が存在しない領域である。
【００１７】
上記計算式をもとに、フレネルレンズ（プリズム）の材料の屈折率ｎが１．４９、１．５５及び１．５９で、観察側の面５を平面とした時に垂直出射（出射角度θ５＝０）となる時の、プリズム先端角δ毎の、迷光の生じる領域と迷光の生じない領域の境界位置（ｅ１＝ｐ）における、入射角度θ１とその時のフレネルレンズ角度φの計算結果を表１に示す。
【００１８】
2004077535.tif 000004
2004077535.tif 000005
2004077535.tif 000006
【００１９】
次に、同様に上記計算式を用いて、入射角度θ１において、シート内での映像光の進む角度θ４を変えたときに、フレネルレンズ角度φと迷光になる部分の比ｅ２／ｐを計算した結果を表２に示す。表２は、後述の実施例と同様に屈折率ｎ＝１．５５、プリズム先端角δ＝４０°で計算を行った。表２より明らかに、第１面より入射した映像光が第２面で全反射した後、全反射フレネルの光軸側（同心円の中心側）へ進むようにすることで、迷光になる光の通過する範囲を少なくすることができることが解る。
【００２０】
表２
2004077535.tif 000007
【００２１】
次に、本発明のフレネルレンズシートの特徴である、観察側の面に形成した第２のプリズム群が迷光を観察者から視認されにくい方向へ出射させる働きについて説明する。一般的に、背面投射型テレビは、光源より投射された映像光を有効に観察者に提供する為に、好適に映像を観察できる範囲を、水平方向は±４０〜６０°程度、垂直方向は±５〜２０°程度と想定している。従って、上記範囲外に不要な迷光などの光が出射されても観察者が好適な映像を受容する為には障害にならない。具体的には、通常、観察者がいないと想定される、画面の、すなわち、透過型スクリーンの法線に対して、６０°以上、より好ましくは、７０°以上の角度に、迷光１０１を出射させることができれば、迷光１０１によって生じる二重像（ゴースト）は観察されなくなり、薄型背面投写型テレビの画質が大幅に改善されることになる。
【００２２】
全反射フレネルレンズの中心に近い側で生じる迷光を、観察者がいないと想定される６０°以上の高角度で出射させる為には、図１に示したように観察側の面５に第２のプリズム群を形成することにより行うことができる。第２のプリズム群の向きは、スクリーン面に垂直に進む光が第２のプリズム群から出射する時フレネルの外周側へ屈折される向きである。観察側の第２のプリズムが迷光を観察者のいないところへ出射させる仕組みは、図４（ａ）〜（ｃ）に示した３つの段階と、図４（ｄ）に示した１つの場合により達成される。それぞれの段階について、観察側の面に第２のプリズムを形成した場合と形成しない場合を対比しながら以下に詳細に説明する。
【００２３】
図４（ａ）は、全反射フレネルレンズの第１面１４０から入射した映像光１０が全反射面１５０によって全反射することなく、観察側の面に進行した光１０１が、観察側の面で全反射する様子を示している。観察側の面に第２のプリズムを形成した場合、プリズム面１６１により映像光１０１は全反射して光線１１１に示した方向に進む。この光線１１１の進行方向は、プリズムがない場合の全反射光１２１に対して、プリズム角度ωの２倍の角度だけフレネルレンズシートの法線に対して大きく傾き、フレネルレンズシート面に対して平行に近い角度で光源側の面に進む。
【００２４】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の次の段階で、図４（ａ）で全反射した迷光１１１及び迷光１２１とが、他の場所の第１のプリズム群（全反射プリズム）の第２の面１５１からフレネルレンズシート外へ出射し、さらに、その隣接する第１のプリズム群の第１面１４２に入射する様子を示している。観察側が平坦面である場合の迷光１２１は、第１のプリズム群の第２の面１５１の法線に対して観察側から入射する。そのため、第２の面１５１から出射した光は、隣接する第１のプリズムの先端側に曲げられ、隣接する第１のプリズムの第１面１４２の中腹部から再入射して迷光１２２となる。それに対して、観察側の面に第２のプリズム群を形成した場合には、図４（ａ）で説明したように、迷光１１１は迷光１２１にくらべてフレネルレンズシート面に平行に近い角度で進む為、第１のプリズムの第２面１５１の法線に近い角度、もしくは、法線より光源側から第２面１５１に入射する。そのため、第２の面１５１から出射した光は、隣接する第１のプリズムの底部付近から再入射して迷光１１２となる。第１のプリズム群は、断面が三角形をしている為、隣接する第１のプリズムの第１面１４２より再入射した光１１２及び１２２は、必ず観察側に曲げられる。従って、何度か第１のプリズム群を入出射した後、再び観察側の面に進む。
【００２５】
図４（ｃ）は、図４（ｂ）の次の段階で、図４（ｂ）で第１のプリズム群を入出射した迷光１１２及び迷光１２２が、再び、観察側の面に進む様子を示している。観察側の面が平坦面である場合には、迷光１２２は、図４（ｂ）で説明したように、第１のプリズムの底部から出射した後に、隣接する第１のプリズムの中腹部から先端部を順次回って、再び底部に帰ってくる。従って、その光路を円で近似した際の曲率半径が小さくなる。その為、第１のプリズムの底部付近に来たときに、第１のプリズムの第２面１５４に対して、臨界角以上の角度で入射し、第２の面１５４で全反射する。その為、第２の面１５４で全反射した迷光１２３は、フレネルレンズシートの観察側の面１８２に映像光に近い角度で入射して、観察側に出射する。一方、観察側の面に第２のプリズム群を形成した場合には、迷光１１２は、第１のプリズムの底部から出射した後に、隣接する第１のプリズムのやはり底部に入射し、中腹部や先端部を通ることはない。従って、その光路を円で近似した際の曲率半径は大きくなる。その為、観察側の面が平坦面である場合の迷光１２２から１２３のように全反射することはなく、観察側の面に形成された第２のプリズムのプリズム面１６２で全反射してさらにフレネルレンズシート面に平行な迷光１１４となるか、第２のプリズムのライズ面１７３から観察側へ出射する光１１４Ｂとなる。このようにして出射した迷光１１４Ｂは、フレネルレンズシート面に平行に近い角度で進んでいた光が、フレネルレンズシート面に略垂直に形成された第２のプリズムのライズ面１７３より出射するので、フレネルレンズシート面の法線に対して６０°以上の高角度での出射となり、適視範囲で薄型背面投射型テレビを視聴する観察者の目にほとんど入ることはない。
【００２６】
本発明の説明図である図１には、もう１種類の迷光が示されている。その迷光を図４（ｄ）により説明する。全反射フレネルレンズの第１のプリズムの第１の面１４０から入射した映像光１０が第２の面（全反射面）１５０によって全反射することなく、観察側の面に進行した光１０１が、観察側の面に形成された第２のプリズムのプリズム面１６１ではなく、第２のプリズムのライズ面１７１に入射し、ライズ面１７１で全反射して、プリズム面１６１から１１４Ｃとしてフレネル中心方向へ出射する。この場合も、もともと迷光１０１が、観察側の面が平坦であった場合に全反射する様な角度である為、ライズ面１７１で全反射した後も、フレネルレンズシート面に対して臨界角（約４２°）以上の角度であったものが、プリズム面１６１で屈折して、フレネルレンズシート面の法線方向に対してさらに高角度で出射する為、その出射角度は６０°以上となり、やはり、適視範囲で視聴する観察者の目に入ることはない。
【００２７】
観察側の面に形成する第２のプリズム群は、迷光による二重像（ゴースト）の防止の為だけであれば、前記、全反射フレネルレンズの第１のプリズムの第１の面から入射して、第２の面で全反射しないで迷光となる光が存在する領域に対応する観察側の面のみに形成すれば良い。しかしながら、観察側の面の一部のみに第２のプリズム群が形成され、その他の部分が平坦面であれば、その境界が観察され好ましくない。従って、プリズム群は観察側の面全体に形成されるのが好ましい。第２のプリズム群を構成するプリズムの角度ωは、観察側の面全体で同一の角度としても良いし、フレネルレンズのプリズムのように、１ピッチ毎に連続的にプリズム角度ωが変化するようにしても良い。また、第２のプリズム群を構成するプリズムの角度ωは、前記迷光の生じる入射角度３０°〜４５°の領域において、３°〜２０°が好ましく、より好ましくは、５°〜１５°である。これよりプリズム角度ωが小さいときは、平坦面との差がなくプリズムを形成した効果が現れない。逆に、これよりプリズム角度ωが大きいときは、前記図４（ａ）で示した迷光１１１がライズ面１７１から出射して観察側の面が平坦面である場合の迷光１２１に近い角度で隣接するプリズム面から再入射したり、図４（ｄ）で示した１１４Ｃが隣接するライズ面から再入射してプリズム面で全反射するなど、予測の困難な光路をとるようになる。
【００２８】
前述のように、フレネルレンズシートの光源側に形成した全反射フレネルの第１のプリズム群のフレネルレンズ角度φは、フレネルレンズシート内部での映像光の光路の角度θ４を略平行光とするよりも、フレネル中心側に傾けることで、迷光を減らすことができる。一方、観察側の面５に形成した第２のプリズム群は、前記、フレネルレンズシート内部での映像光の光路をフレネル外周側へと屈折させる。したがって、光源側の全反射フレネルレンズ（第１のプリズム群）と観察側の第２のプリズム群によりフレネルレンズシートから出射する映像光を略平行光化することができる。
【００２９】
また、観察側の面に形成する第２のプリズム群は、図５（ａ）に示したように、光源側の全反射フレネルレンズの同心円と中心を等しくする同心円状に形成しても良いし、図５（ｂ）に示したように、稜線が水平方向に伸びる直線状に形成しても良いし、図５（ｃ）に示したように、フレネルレンズシートの幾何中心を中心とする同心円状に形成しても良い。図５（ａ）に示したように、観察側の第２のプリズム群を光源側の全反射フレネルレンズの同心円と中心を等しくする同心円状に形成した場合には、映像光および迷光の光路がすべてフレネルレンズの中心を中心とした回転対称となるので、迷光の解析が容易になりレンズ設計がしやすい。
【００３０】
図５（ｂ）に示したように、観察側の第２のプリズム群を稜線が水平方向に伸びる直線状に形成した場合には、フレネルレンズシート成形時に表裏２枚の成形用型の位置決めが、同心円の中心をあわせる程の位置精度が要求されない為、製造が容易になる。また、光源側の面と観察側の面に形成されるのが、同心円と平行直線である為、それらの組み合わせによって発生するモアレパターンは、従来型の透過型スクリーンにおいて過去に十分研究されており、モアレ回避が容易である。
【００３１】
図５（ｃ）に示したように、観察側の第２のプリズム群をフレネルレンズシートの幾何中心を中心とする同心円状に形成した場合には、光源側の全反射フレネルレンズにより略平行光、または、同心円の中心側を弱集光とし外周側を弱発散とするスクリーンとしての発散系としたものを、観察側の同心円プリズム（フレネルレンズ）により集光させることで、従来型の背面投射型テレビと同様の、観察側に集光する光学系とすることで、画面の明るさの均一性を向上させることができる。
【００３２】
また、図４（ｃ）及び図４（ｄ）で説明したように、迷光１０１が観察側に出射するのは、観察側の面に形成した第２のプリズムのライズ面１７３から、または、ライズ面１７１で全反射した後であるので、このライズ面に光吸収層を形成したり、拡散層を形成したり、マット化処理を施すことで、迷光による二重像を更に低減することができる。
【００３３】
本発明の光源側の第１のプリズム群は、サーキュラーフレネルタイプのもので説明を行ってきたが、リニアフレネルタイプとしても良い。また、本発明が対象としている薄型背面投射型テレビとして、下方より斜めに投射されるものについて説明を行ってきたが、上方より斜めに投射されるものでも同等である。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例により本発明のフレネルレンズシートをより詳細に説明する。
【００３５】
【実施例１】
画面サイズ５５”（１６：９）、投射距離３４０ｍｍ、透過型スクリーンに対して光源の位置が画面下端より２００ｍｍ下方に存在している薄型背面投射型テレビ用の透過型スクリーンを下記のようにして作成した。このテレビセットの下端中央部９５への入射光の角度θ１は３０°、上端隅９６への入射光の角度θ１は、７２．４°である。
本発明のフレネルレンズシートの光源側の面を構成する全反射タイプのフレネルレンズ用の金型を４０°の先端角を有する切削バイトにより切削加工して作成した。フレネルピッチは０．１ｍｍで、フレネル同心円の中心は金型面の外部に存在している。最小切削半径が２００ｍｍで、その時のフレネルレンズ角度φが７０．４°、最大切削半径が１１００ｍｍ（有効部１０７４ｍｍ）で、その時のフレネルレンズ角度が５０．６°とした。このフレネルレンズ金型のフレネルレンズ角度φは、屈折率が１．５５の材料でフレネルレンズシートを作成した場合に、観察側の面が平面の場合に、最小切削半径付近で、映像光が、約１０°下方向に出射し、最外周部では、ほぼ垂直に出射する条件である。
【００３６】
画面下端付近での迷光を防止するため、本発明のフレネルレンズシートの観察側の面を構成する第２のプリズム群用に、ピッチ０．０７１４ｍｍのサーキュラータイプの凹フレネルレンズの金型を用意した。第２のプリズムのプリズム角ωは、半径２００ｍｍでプリズム角１０°で、半径３６０ｍｍでプリズム角０．３°になるまで、外側にいくほどプリズム角度ωは徐々に小さくなり、それより外周部では０．３°で一定とした。
【００３７】
一方の面に、前記、全反射フレネルレンズ型を、他方の面に前記凹フレネルレンズ型を用い、両者の同心円の中心が一致するように重合セルを形成し、セル内にアクリル・スチレン共重合体系のプレポリマー（硬化後の屈折率１．５５）を注入し、図５（ａ）の構成のフレネルレンズシート１を形成した。
【００３８】
【実施例２】
実施例１と同一の薄型背面投射型テレビセット用に、フレネルレンズシートの光源側の面を構成する全反射タイプのフレネルレンズ用の金型を４０°の先端角を有する切削バイトで切削加工した。実施例１との相違点は、切削領域全体において、観察側の面が平面としたときの映像光の出射角をほぼ垂直としたことである。このため、最小切削半径付近でフレネルレンズ角度φは、６６．３°となっている。
【００３９】
本発明のフレネルレンズシート１の観察側の面を構成する為に、一方の面に硬化後の屈折率が１．５５の紫外線硬化樹脂によりピッチ０．１４ｍｍの稜線が水平方向に伸びるリニアフレネルレンズを形成したアクリル・スチレン共重合体系の透明樹脂基板（基材の屈折率１．５３）を用意した。このリニアフレネルレンズは、フレネルレンズシートの下端部のプリズム角度ωが１２°で、上部へ向かい順次小さくなり上端部では０°になるものとした。
【００４０】
前記、全反射フレネルレンズの金型に硬化後の屈折率が１．５５の紫外線硬化樹脂を塗工し、前記、透明樹脂基板のプリズム群を形成しない側の面を下にして、プリズム角度ωの大きい方の端が、全反射フレネルレンズの型の下端側にくるようにして、紫外線硬化樹脂を塗工した全反射フレネル型の上から被せ、紫外線を照射して図５（ｂ）の構成のフレネルレンズシートを形成した。このため、実施例２のフレネルレンズシートは、シートの下端付近からは、投射光が１８．５°上向きに出射し、上端部ではほぼ垂直に出射する。
【００４１】
【実施例３】
本発明のフレネルレンズシート１の観察側の面を構成する為に、フレネル同心円の中心がスクリーンの幾何中心に存在しており、ピッチが０．０７１４ｍｍで、外にいくほどレンズ角度が大きくなっているフレネルレンズの金型を用意した。このフレネルレンズの金型は、屈折率を１．５５の樹脂で、出光屈折フレネルレンズを成形したときに、焦点距離が２６００ｍｍの凸フレネルレンズとなるものである。この金型は、スクリーンの上端及び下端の中央部となる半径３４２ｍｍのところのレンズ角度が１３．５°となっており、最外部（四隅）の半径７００ｍｍのところのレンズ角度が２６．２°になっている。
【００４２】
実施例１で使用した観察側の面を構成する全反射フレネルレンズ用の金型と、前記、屈折フレネルレンズ用の金型を対向配置し、その間に屈折率１．５５の透明プラスチックシートを挟み込んで、加熱圧縮成形（プレス成形）により図５（ｃ）の構成のフレネルレンズシート１を成形した。
【００４３】
【比較例１】
実施例２で使用した光源側の面を構成する全反射フレネルレンズの金型に硬化後の屈折率が１．５５の紫外線硬化樹脂を塗工し、両面が平坦面の透明樹脂基板（屈折率が１．５３）を、前記、紫外線硬化樹脂を塗工した全反射フレネルレンズ型の上から被せ、紫外線を照射してフレネルレンズシートを作成した。この結果、比較例１のフレネルレンズシートは映像光をほぼ垂直に出射する。
【００４４】
実施例１、実施例２、実施例３と比較例１のフレネルレンズシートをレンチキュラーレンズシートと組み合わせて透過型スクリーンを構成し、前記、画面サイズ５５”（アスペクト比は１６：９）、投射距離３４０ｍｍ、透過型スクリーンに対して光源の位置が画面下端より２００ｍｍ下方に存在している薄型背面投射型テレビセットに実装して比較評価した。比較例１の透過型スクリーンでは、画面下部に二重像（ゴースト）が観察されたが、実施例１〜３の透過型スクリーンではそれが観察されなかった。
【００４５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、映像光が後方より斜めに投射される背面投射型テレビに使用するフレネルレンズシートであって、光源側の面に全反射フレネルレンズを用いたフレネルレンズシートを有する透過型スクリーンにおいて、フレネル中心に近い側の第１のプリズム群の第１の面２４から入射し、第２の面（全反射面）２５で全反射せずに、迷光となる光１０１を、観察者のいない透過型スクリーンの法線に対して６０°以上の高角度に出射させることで、二重像（ゴースト）などの画像障害が発生しない透過型スクリーンを提供することができる。
第２の発明によれば、第１の発明において、光源側の面に形成した全反射フレネルレンズを、フレネル中心が透過型スクリーンの外部に存在する同心円状としたので、フレネルレンズの光軸上に光源を配置することができ、スクリーン画面の輝度を均一にすることができる。
第３の発明によれば、観察側の第２のプリズム群を光源側の全反射フレネルレンズの同心円と中心を等しくする同心円状に形成したので、映像光および迷光の光路がすべてフレネルレンズの中心を中心とした回転対称となり、迷光の解析が容易になりレンズ設計がし易くなり、性能の良いレンズ設計を実施することができる。
第４の発明によれば、観察側の第２のプリズム群を稜線が水平方向に伸びる直線状に形成したので、フレネルレンズシート成形時に表裏２枚の成形用型の位置決めが、同心円の中心をあわせる程の位置精度が要求されず製造が容易になる。また、光源側の面と観察側の面に形成されるのが、同心円と平行直線である為、それらの組み合わせによって発生するモアレパターンは、従来型の透過型スクリーンにおいて過去に十分研究されておりが容易にモアレを回避することができる。
第５の発明によれば、観察側の第２のプリズム群をフレネルレンズシートの幾何中心を中心とする同心円状に形成したので、光源側の全反射フレネルレンズにより略平行光、または、同心円の中心側を弱集光とし外周側を弱発散とするスクリーンとしての発散系としたものを、観察側の第２のプリズム群を同心円プリズム（凸フレネルレンズ）にすることにより集光させることで、従来型の背面投射型テレビと同様の、観察側に集光する光学系とすることで、観察者から見たスクリーン画面全体の明るさの均一性を向上させることができる。
第６の発明によれば、従来タイプの背面投射型テレビよりも奥行きを薄くした薄型背面投射型テレビを構成するのに最適なフレネルレンズシートを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフレネルレンズシートの説明図である。
【図２】薄型背面投射型テレビの説明図である。
【図３】本発明のフレネルレンズシートを使用した透過型スクリーンの説明図である。
【図４】本発明の観察側のプリズムが二重像を低減する作用の説明図である。
【図５】本発明の観察側のプリズムの構成の説明図である。
【図６】従来技術のフレネルレンズの説明図である。
【図７】従来技術のフレネルレンズシートの光線追跡図である。
【図８】本発明の光学設計条件の説明図である。
【図９】従来タイプの背面投射型テレビの説明図である。
【符号の説明】
θ１　フレネルレンズシートへの入射光角度
θ４　フレネルレンズシート内部において第２面で全反射した光の法線に対する角度
θ５　フレネルレンズシートからの出射光角度
φ　　第１のプリズム群のフレネルレンズ角度
γ　　　　第１のプリズム群のフレネルレンズのライズ面の角度
ω　　フレネルレンズシートの観察側の第２のプリズム群のプリズム角度
１　　フレネルレンズシート
２　　光拡散シート
３　　　　透過型スクリーン
４　　フレネルレンズシートの光源側の面
５　　　　フレネルレンズシートの観察側の面
１０　光源からの映像光
１１　薄型背面投射型テレビ
１２　　光源
１３　ミラー
２４　　本発明のフレネルレンズシートの第１のプリズムの第１面（入射面）
２５　　本発明のフレネルレンズシートの第１のプリズムの第２面（全反射面）
２６　　本発明のフレネルレンズシートの第２のプリズムの第１面（プリズム面）（出射面）
２７　　本発明のフレネルレンズシートの第２のプリズムの第２面（ライズ面）
４１　全反射フレネルレンズシートの第１のプリズムの頂点
４２　全反射フレネルレンズシートの第１のプリズムの底部
４３　全反射フレネルレンズシートの第１のプリズム群
４４　従来の全反射フレネルレンズシートの第１のプリズムの第１面（入射面）
４５　従来の全反射フレネルレンズシートの第１のプリズムの第２面（全反射面）
４８　　従来の全反射フレネルレンズシートの観察（出射）側の平坦面
８１　従来タイプの背面投射型テレビ
９４　フレネルレンズシートの第１のプリズム群のフレネル中心
９５　フレネル中心に一番近いフレネルレンズの位置
９６　フレネル中心に一番遠いフレネルレンズの位置
１００　第１のプリズムの第２の面で全反射した好適な映像光
１０１　第１のプリズムの第２の面で全反射せずに迷光となった光
１１１〜１１４　　本発明のフレネルレンズシートにおける迷光の光路
１２１〜１２４　　従来の全反射フレネルレンズシートにおける迷光の光路
１４０〜１４２　　全反射フレネルレンズの入射面
１５０〜１５４　　全反射フレネルレンズの全反射面
１６１、１６２　　本発明のフレネルレンズシートの第２のプリズム群のプリズム面（出射面）
１７１、１７３　　本発明のフレネルレンズシートの第２のプリズム群のライズ面
１８１、１８２　　従来の全反射フレネルレンズシートの観察側の平坦面
【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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【図９】
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