(57)【要約】【課題】成形型を用いて成形される際に当該成形型から容易に離型することができ、また、使用時に迷光が生じ難いフレネルレンズ等を提供する。【解決手段】入光する光を屈折する屈折面３と屈折面３で屈折した光を全反射する全反射面４とを有する複数のプリズム２を入光面に備えたフレネルレンズ１であり、一のプリズム２Ａの屈折面３と一のプリズム２Ａの屈折面３側に隣接する他のプリズム２Ｂの全反射面４とで形成される谷部５を他のプリズム側２Ｂへ湾曲させて複数のプリズム２を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズであって、
一のプリズムの屈折面と当該一のプリズムの屈折面側に隣接する他のプリズムの全反射面とで形成される谷部を前記他のプリズム側へ湾曲させて前記複数のプリズムを形成したことを特徴とするフレネルレンズ。
【請求項２】
請求項１に記載のフレネルレンズにおいて、
前記谷部を湾曲させる際の、前記プリズムの稜線に垂直となる断面における前記谷部の頂点の移動量を前記プリズムのピッチの２０％以下としたことを特徴とするフレネルレンズ。
【請求項３】
請求項１に記載のフレンルレンズにおいて、
前記谷部を湾曲させる際の、前記プリズムの稜線に垂直となる断面における前記屈折面及び前記全反射面の湾曲する部分の長さをそれぞれの全長の４０％以下としたことを特徴とするフレネルレンズ。
【請求項４】
入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズを成形するための成形型であって、
当該成形型の素材となる型材料を前記フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置する前記プリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置する前記プリズムを成形する成形溝に向かって順に切削して製造されたことを特徴とする成形型。
【請求項５】
入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズを成形するための成形型の原版であるマスター成形型であって、
当該マスター成形型の素材となる型材料を前記フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置する前記プリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置する前記プリズムを成形する成形溝に向かって順に切削して製造されたことを特徴とするマスター成形型。
【請求項６】
入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズの製造方法であって、
前記フレネルレンズを成形するための成形型の素材となる型材料を、前記フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置する前記プリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置する前記プリズムを成形する成形溝に向かって順に切削して前記成形型を製造する成形型製造工程と、
当該成形型に樹脂を充填する樹脂充填工程と、
当該充填した樹脂を前記成形型から離型する離型工程と、
を含むことを特徴とするフレネルレンズの製造方法。
【請求項７】
入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズの製造方法であって、
前記フレネルレンズを成形するたの成形型の原版であるマスター成形型の素材となる型材料を、前記フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置する前記プリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置する前記プリズムを成形する成形溝に向かって順に切削して前記マスター成形型を製造するマスター成形型製造工程と、
前記マスター成形型を用いて前記成形型を複製する成形型複製工程と、
当該成形型に樹脂を充填する樹脂充填工程と、
当該充填した樹脂を前記成形型から離型する離型工程と、
を含むことを特徴とするフレネルレンズの製造方法。
【請求項８】
入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備え、一のプリズムの屈折面と当該一のプリズムの屈折面側に隣接する他のプリズムの全反射面とで形成される谷部を前記他のプリズム側へ湾曲させて前記複数のプリズムを形成したフレネルレンズと、
当該フレネルレンズの出光面側に配置したレンチキュラーレンズと、
を備えたことを特徴とする透過型スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレネルレンズ、フレネルレンズ成形型、フレネルレンズ製造方法及びフレネルレンズを用いた透過型スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面テレビの一つとして背面投射型テレビがある。この背面投射型テレビは、透過型スクリーンの反観察者側に配置した投射装置から、当該透過型スクリーンに対して映像光（投射光）を投射して、観察者に映像を提供するものである。
【０００３】
このような背面投射型テレビは、投射装置から投射光を拡大して投射するため、投射装置と透過型スクリーンの距離をある程度確保する必要があり、それゆえ奥行き方向のスペースが大きくなってしまうという問題が生じる。このため、図１７に示すように、透過型スクリーンＡの面に対して斜め方向に投射装置Ｅを配置し、当該投射装置Ｅから投射光を投射するように背面透過型テレビを構成して、奥行き方向の小スペース化を図っている。
【０００４】
そして、図１７に示すように斜め方向から投射光が投射される透過型スクリーンには、全反射型フレネルレンズが好適に用いられる（特許文献１参照）。この全反射型フレネルレンズは、入光面に複数のプリズムを備えて形成され、投射光を該プリズムの第１面（屈折面）で屈折し、次いで第２面（全反射面）で全反射して出光するものである。
【０００５】
このように、全反射型フレネルレンズは、投射光の光路調整に全反射を利用するので、透過型スクリーン（フレネルレンズ）への入射角が大きくなる投射系においても高い透過率を達成することができる。
【特許文献１】
特開昭６１−２０８０４１号公報（第２−３頁、第６図、第８図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記全反射フレンルレンズ（以下、単にフレネルレンズと称する）は、前述したように斜め方向から投射光が投射されるため、一般に、当該投射光のフレネルレンズへの入射角は約３５〜７５°となる。そして、フレネルレンズの成形材料として、屈折率が約１．４５〜１．６５の樹脂材料が用いられるのが通常であり、この場合、プリズムの先端角αは約３０〜４０°、屈折面角γは約７８〜９０°、全反射面角βは約６５〜５０°となる（なお、α＋β＋γ＝１８０°となる。）。
【０００７】
ここで、このフレネルレンズにおいて、隣接するプリズムにより形成される谷部の角度δはプリズム先端角αと略同一となるため、フレネルレンズの成形型Ｄにおける隣り合う成形溝Ｃにより形成される山部の先端角ωもまたプリズム先端角αと等しく、約３０〜４０°とかなりの鋭角となる（図１８参照）。このため、成形型の山部の先端は曲がり易く、例えば、図１９のように山部の先端が反光源側に曲がった成形型においては次のような問題点が生じていた。
【０００８】
なお、本明細書において、成形型の光源側とは、フレネルレンズを成形する際にフレネルレンズの使用時に光源に近い側の部分を成形する側をいい、成形型の反光源側とは、フレネルレンズを成形する際にフレネルレンズの使用時に光源から遠い側の部分を成形する側をいう。即ち、成形型の光源側とは、当該成形型が成形するプリズムを単体でみたときに、プリズムの屈折面を成形する側をいい、成形型の反光源側とは、プリズムの全反射面を成形する側をいう。従って、図１９において、成形型の成形溝Ｃにおける図の上側に位置する面がプリズムの全反射面を成形し、図の下側に位置する面がプリズムの屈折面を成形するので、図の上側が成形型Ｄの反光源側となる。
【０００９】
１）フレネルレンズ製造上の問題
即ち、図１９に示す成形型を用いてフレネルレンズの成形を行なった場合、成形型に樹脂を充填して硬化させた後、成形型からフレネルレンズ成形体を離型する際に、成形型の山部の先端がフレネルレンズ成形体にくい込むかたちになるため離型が困難となっていた（図２０（Ａ）参照）。また、この状態で無理に離型しようとするとフレネルレンズ成形体が破損してしまうこともあった。
【００１０】
２）フレネルレンズ使用時の問題
また、図１９に示す成形型を用いて成形したフレネルレンズは、成形型の山部の湾曲が転写されるため、図２０（Ｂ）に示すように谷部が湾曲した形状となる。そして、このように谷部が湾曲したフレネルレンズに斜め方向から投射光を投射した場合、全反射面で全反射された光の一部が湾曲した谷部（湾曲した谷部に位置する屈折面）で再び反射されることにより、迷光Ｙが生じていた。なお、この迷光Ｙは、出光面で反射された後、再び屈折面及び全反射面で屈折又は反射され、出光面の正規の出光位置とは異なる位置から遅れて出光されるため、２重像等の原因となっている。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑み為されたもので、その目的とするところは、成形型を用いて成形される際に当該成形型から容易に離型することができ、また、使用時に迷光が生じ難いフレネルレンズ等を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者は、これら課題を解決するため、鋭意研究を行なった結果、成形型の山部の曲がりを制御できることを見出した。そして、当該制御により特定形状を示すようにして製造された成形型を用いれば、上記課題において有利な効果を奏するフレネルレンズを製造することができることを見出した。
【００１３】
即ち、上記の課題を解決するために、本発明のフレネルレンズは、入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズであって、一のプリズムの屈折面と当該一のプリズムの屈折面側に隣接する他のプリズムの全反射面とで形成される谷部を前記他のプリズム側へ湾曲させて複数のプリズムを形成したことを特徴とする（請求項１）。
【００１４】
これによれば、成形型を用いて成形したフレネルレンズ成形体を当該成形型から離型する際に、成形型の山部がフレネルレンズ成形体にくい込んでしまうことがなく、容易に離型することが可能となる。また、谷部を上記他のプリズムの側（全反射面の一部に被さる方向）に湾曲させてプリズムを形成したので、谷部を逆方向、即ち上記他のプリズム側（屈折面に被さる方向）に湾曲させた場合に生じる、高入射角で入射され全反射面で全反射された光の一部が湾曲した谷部と干渉するという事態を回避することができ、迷光の発生を低減することが可能となる。
【００１５】
また、このフレネルレンズにおいて、谷部を湾曲させる際の、プリズムの稜線に垂直となる断面における谷部の頂点の移動量をプリズムのピッチの２０％以下とすることが望ましい（請求項２）。
【００１６】
これによれば、谷部の頂点の移動量をプリズムのピッチの２０％以下としたので、入射角が小さい領域で生じる投射光の光路と湾曲した谷部との干渉を少なくすることができ、迷光の発生量を更に低減することができる。なお、更に望ましくは、プリズムの稜線に垂直となる断面における谷部の頂点の移動量をプリズムのピッチの１５％以下とすることが良い。
【００１７】
また、このフレネルレンズにおいて、谷部を湾曲させる際の、プリズムの稜線に垂直となる断面における屈折面及び全反射面の湾曲する部分の長さをそれぞれの全長の４０％以下とすることが望ましい（請求項３）。
【００１８】
これによれば、屈折面及び全反射面で正規の方向と異なる方向に屈折又は反射される光を低減することができる。なお、更に望ましくは、プリズムの稜線に垂直となる断面における屈折面及び全反射面の湾曲する部分の長さをそれぞれの全長の３０％以下とすることが良い。
【００１９】
また、上記の課題を解決するために、本発明の成形型は、入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズを成形するための成形型であって、当該成形型の素材となる型材料をフレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置するプリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置するプリズムを成形する成形溝に向かって順に切削して製造されたことを特徴とする（請求項４）。
【００２０】
これによれば、フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置するプリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置するプリズムを成形する成形溝に向かって順に切削するので、隣り合う成形溝で形成される山部の先端は光源側に湾曲するため、このように製造された成形型によれば上記のフレネルレンズを成形することができる。従って、当該成形型からフレネルレンズ成形体を離型する際に容易に離型する事ができ、また、当該成形型で成形すれば迷光の発生が少ないフレネルレンズを得ることができる。
【００２１】
また、上記の課題を解決するために、本発明のマスター成形型は、入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズを成形するための成形型の原版であるマスター成形型であって、当該マスター成形型の素材となる型材料をフレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置するプリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置するプリズムを成形する成形溝に向かって順に切削して製造されたことを特徴とする（請求項５）。
【００２２】
これによれば、マスター成形型に用いて成形型を複製することにより切削の手間をかけずに複数の成形型を製造でき、当該成形型を用いてフレネルレンズを成形する際に上記同様容易にフレネルレンズ成形体を離型することができ、また、当該成形型で成形すれば迷光の発生が少ないフレネルレンズを得ることができる。
【００２３】
また、上記の課題を解決するために、本発明のフレネルレンズの製造方法は、入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズの製造方法であって、フレネルレンズを成形するための成形型の素材となる型材料を、フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置するプリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置するプリズムを成形する成形溝に向かって順に切削して成形型を製造する成形型製造工程と、当該成形型に樹脂を充填する樹脂充填工程と、当該充填した樹脂を成形型から離型する離型工程と、を含むことを特徴とする（請求項６）。
【００２４】
これによれば、成形型から樹脂（フレネルレンズ成形体）を容易に離型する事ができるため、効率よくフレネルレンズを製造することができる。また、この製造方法により迷光の発生が少ないフレネルレンズを製造することができる。
【００２５】
また、上記の課題を解決するために、本発明のフレネルレンズの製造方法は、入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備えたフレネルレンズの製造方法であって、フレネルレンズを成形するための成形型の原版であるマスター成形型の素材となる型材料を、フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置するプリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置するプリズムを成形する成形溝に向かって順に切削してマスター成形型を製造するマスター成形型製造工程と、マスター成形型を用いて前記成形型を複製する成形型複製工程と、当該成形型に樹脂を充填する樹脂充填工程と、当該充填した樹脂を成形型から離型する離型工程と、を含むことを特徴とする（請求項７）。
【００２６】
これによれば、成形型から樹脂（フレネルレンズ成形体）を容易に離型する事ができるため、効率よくフレネルレンズを製造することができる。また、この製造方法により迷光の発生が少ないフレネルレンズを製造することができる。更に、切削の手間をかけずに複数の成形型を製造できるので、フレネルレンズの製造が一層容易となる。
【００２７】
また、上記の課題を解決するために、本発明の透過型スクリーンは、入光する光を屈折する屈折面と当該屈折面で屈折した光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズムを入光面に備え、一のプリズムの屈折面と当該一のプリズムの屈折面側に隣接する他のプリズムの全反射面とで形成される谷部を他のプリズム側へ湾曲させて複数のプリズムを形成したフレネルレンズと、当該フレネルレンズの出光面側に配置したレンチキュラーレンズと、を備えたことを特徴とする（請求項８）。
【００２８】
これによれば、フレネルレンズでの迷光の発生を低減するため、迷光に起因して生じる２重像等を防止することができ、良質な映像を提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００３０】
１．第１実施形態
以下、１）フレネルレンズの構成、２）フレネルレンズの製造方法、３）フレネルレンズを用いた透過型スクリーンの順で説明する。
【００３１】
１）フレネルレンズの構成
始めに、本実施形態に係るフレネルレンズの構成について説明する。図１は、本実施形態に係るフレネルレンズ１の全体構成を示す斜視図である。図１に示すように、フレネルレンズ１は、入光面に円弧状に伸びるプリズム２を複数備えて形成される。プリズム２は、フレネルレンズ１の延長面上に位置する点Ｐを中心とした同心円上に配列され、各プリズム２の配列間隔（ピッチ）は、観察者からプリズム２が視認されないよう１．０ｍｍ以下、望ましくは０．１ｍｍ程度に設定される。
【００３２】
図２は、フレネルレンズ１の厚さ方向の断面図である。図２に示すように、プリズム２は、入射光Ｓを屈折する屈折面３と、屈折面３で屈折された光を全反射する全反射面４とを備えて、断面略三角形に形成される。
【００３３】
ここで、フレネルレンズ１に入射される投射光Ｓの入射角は、フレネルレンズ１の各位置で異なるため、それぞれ位置での投射光Ｓの入射角に応じて各プリズムの形状を変化させる必要がある。この場合、プリズムの先端角αを固定して全反射面角β及び屈折面角γを変化させても良いし、又は先端角α、反射面角度β及び屈折面角γの全てを変化させても良い。
【００３４】
また、プリズム２は、一のプリズム２Ａと当該プリズム２Ａの全反射面側の隣に位置する他のプリズム２Ｂとで形成される谷部５がプリズム２Ａの方向に湾曲するように、それぞれ形成される。
【００３５】
ここで、谷部５をプリズム２Ａの方向に湾曲させるようにプリズム２を形成する際に、谷部５の頂点５Ｔの移動量Ｗがプリズム２のピッチＰの２０％以下、望ましくは１５％以下となるようにプリズム２を形成すると良い（図３参照）。
【００３６】
また、谷部５をプリズム２Ａの方向に湾曲させるようにプリズム２を形成する際の、屈折面３及び全反射面４を湾曲させる部分の長さＭ３，Ｍ４をそれぞれの全長Ｌ３，Ｌ４の４０％以下、望ましくは３０％以下となるようにプリズム２を形成すると良い（図４参照）。
【００３７】
このように形成したフレネルレンズ１が示す有利な点について、以下に説明する。
【００３８】
先ず、比較のため、本実施形態のフレネルレンズと逆の方向に谷部を湾曲させたフレネルレンズ１１における投射光の光路について、図５及び図６を用いて説明する。図５はフレネルレンズ１１の投射光の入射角が大きくなる（例えば５０°となる）部分における投射光の光路を示した図であり、また図６はフレネルレンズ１１の投射光の入射角が小さくなる（例えば４５°となる）部分における投射光の光路を示した図である。
【００３９】
図５に示すように、フレネルレンズ１１の投射光の入射角が大きくなる部分においては、屈折面３の中央部及び起端側に入光する投射光Ｓ２及びＳ３は、それぞれ屈折面３で屈折された後、全反射面４で全反射されて出光面Ｅから正規光Ｘとして出光される。しかし、屈折面３の先端側に入光する投射光Ｓ１は、屈折面３で屈折された後、全反射面４で全反射され、更に、湾曲した谷部５に位置する屈折面３で斜め方向に反射されて迷光Ｙとなる。
【００４０】
また、図６に示すように、フレネルレンズ１１の投射光の入射角が小さくなる部分においては、屈折面３の先端部及び中央部に入光する投射光Ｓ１及びＳ２は、それぞれ屈折面３で屈折された後、全反射面４で全反射されて出光面Ｅから正規光Ｘとして出光される。しかし、屈折面３の起端側に入光する投射光Ｓ３は、屈折面３で屈折された後、全反射面４には到達せずに迷光Ｙとなる。
【００４１】
このように、本実施形態のフレネルレンズと逆の方向に谷部を湾曲させたフレネルレンズ１１では、投射光の入射角が小さくなる部分においても、大きくなる部分においても迷光Ｙが生じることとなる。
【００４２】
次に、本実施形態のフレネルレンズ１における投射光の光路について、図７及び図８を用いて説明する。図７はフレネルレンズ１の投射光の入射角が大きくなる（例えば５０°となる）部分における投射光の光路を示した図であり、また図８はフレネルレンズ１の投射光の入射角が小さくなる（例えば４５°となる）部分における投射光の光路を示した図である。
【００４３】
図７に示すように、フレネルレンズ１の投射光の入射角が大きくなる部分においては、屈折面３の先端部、中央部及び起端側に入光する投射光Ｓ１、Ｓ２及びＳ３は、いずれも、それぞれ屈折面３で屈折された後、全反射面４で全反射されて出光面Ｅから正規光Ｘとして出光される。
【００４４】
また、図８に示すように、フレネルレンズ１の投射光の入射角が小さくなる部分においては、屈折面３の先端部及び中央部に入光する投射光Ｓ１及びＳ２は、それぞれ屈折面３で屈折された後、全反射面４で全反射されて出光面Ｅから正規光Ｘとして出光される。そして、屈折面３の起端側に入光する投射光Ｓ３は、屈折面３で屈折された後、全反射面４に達するが、このとき投射光Ｓ３が到達する位置の全反射面４は湾曲しているため光源側に傾いた方向に全反射され、当該傾く角度によって、正規光Ｘ’又は迷光Ｙとなる。
【００４５】
ここで、前述のとおり、谷部５の頂点５Ｔの移動量Ｗをプリズム２のピッチＰの２０％以下、望ましくは１５％以下としたので、投射光Ｓ３が全反射面４で全反射された後、谷部５に干渉されて生ずる迷光Ｙを最小限に抑えることができる。
【００４６】
例えば、投射光Ｓの入射角が４５°となるプリズム２における、移動率（ピッチＰに対する移動量Ｗの割合）に対する迷光Ｙの発生率の関係を図９（Ａ）に示す。図９（Ａ）によると、移動量Ｗが２０％を超えると迷光Ｙの発生率が１０％以上となり、フレネルレンズ１を後述する透過型スクリーンに用いた場合に２重像が鮮明となり映像を極端に劣化させてしまう。しかし、移動量Ｗを２０％以下にすれば、同２重像を映像の観察に影響しない程度まで抑えることができ、更に移動量Ｗを１５％以下にすれば、迷光Ｙの発生率を５％以下にでき、同２重像を殆ど気にならない程度まで抑えることができる。
【００４７】
また、前述のとおり、屈折面２及び全反射面３を湾曲させる部分の長さＭ３，Ｍ４をそれぞれの全長Ｌ３，Ｌ４の４０％以下、望ましくは３０％以下としたので、投射光Ｓ３が到達する全反射面４が湾曲していることにより生ずる迷光Ｙを最小限に抑えることができる。
【００４８】
例えば、投射光Ｓの入射角が４５°となるプリズム２における、湾曲率（全長Ｌに対する湾曲させる部分の長さＭの割合）に対する迷光Ｙの発生率の関係を図９（Ｂ）に示す。図９（Ｂ）によると、湾曲率が４０％を超えると迷光Ｙの発生率が１０％以上となり、フレネルレンズ１を後述する透過型スクリーンに用いた場合に２重像が鮮明となり映像を極端に劣化させてしまう。しかし、湾曲率を４０％以下にすれば、同２重像を映像の観察に影響しない程度まで抑えることができ、更に湾曲率を３０％以下にすれば、迷光Ｙの発生率を５％以下にでき、同２重像を殆ど気にならない程度まで抑えることができる。
【００４９】
このように、本実施形態のフレネルレンズ１では、投射光Ｓの入射角が大きくなる部分において迷光Ｙは生じることがなく、また、投射光Ｓの入射角が小さくなる部分において迷光Ｙが生じることがあるものの、それを最小限に抑えることができる。
【００５０】
以上に説明したように、本発明のフレネルレンズ１は、これとは逆の方向に谷部を湾曲させたフレネルレンズ１１に比べて迷光Ｙの発生を格段に低減できる。
【００５１】
なお、以上では入光面に円弧状に延びるプリズム２を複数備えたフレネルレンズ１について説明したが、図１０に示すような入光面に直線状に延びるプリズム２’を複数備えた、いわゆるリニアフレネルレンズ１’にも本発明は適用可能であり、この場合も前記フレネルレンズ１と同様の作用効果を奏する。
【００５２】
２）フレネルレンズの製造方法
次に、フレネルレンズ１の製造方法について説明する。
【００５３】
Ａ）成形型の製造方法
始めに、フレネルレンズ１の成形に用いる成形型Ｄの製造方法について説明する。
【００５４】
ここでは、先ず、プリズム２の先端角αを固定して全反射面角β及び屈折面角γを変化させて各プリズム２を形成したフレネルレンズ１の製造に用いる成形型Ｄについて説明する。
【００５５】
成形型Ｄは、型材料Ｍをプリズム２に対応する形状に切削して製造される。なお、型材料Ｍとしては、鋼材等の変形し難い材料を用いても良いが、変形し難い材料を用いた場合は後述するバイトＢでの切削時にバイトＢが破損し易く、バイトＢが破損した場合切削を初めからやり直す必要が生じて生産性を著しく低下させてしまうため、アルミニウム、銅、ニッケル等の切削性の良い材料を用いるのが望ましい。
【００５６】
型材料Ｍの切削は、例えば、正面旋盤に板状の型材料Ｍを取り付けて回転させ、バイトＢを型材料Ｍに押し当てて行なわれる。このとき、バイトＢの先端角度τはプリズム２の先端角αと同角度にする。
【００５７】
そして、本実施形態に係る成形型Ｄでは、型材料ＭをバイトＢで切削する場合に、フレネルレンズ１の使用時に光源Ｅに近いプリズム２に対応する成形溝Ｃから順に切削する。この場合の型材料Ｍの切削手順について図１１を用いて説明する。
【００５８】
先ず、フレネルレンズ１の使用時に光源Ｅに近いプリズム２に対応する成形溝Ｃ１を切削するため、型材料Ｍの当該プリズム２に対応する位置にバイトＢを配置する（図１１（Ａ））。このとき、バイトＢは、その切削面が当該プリズム２の全反射面角β及び屈折面角γを示すように配置される。次いで、バイトＢを上記配置角度を保った状態で型材料Ｍに押し込んでいき、型材Ｍを切削していく（図１１（Ｂ））。そして、バイトＢでの切削幅Ｈがプリズム２の幅と等しくなったら、バイトＢの押し込みを止め（図１１（Ｃ））、バイトＢを型材料Ｍから抜き出す（図１１（Ｄ））。このように、光源Ｅに近いプリズム２に対応する成形溝Ｃ１の切削が完了すると、このプリズム２の光源Ｅから遠い側の隣に位置するプリズム２に対応する成形溝Ｃ２を切削する（図１１（Ｅ））。このように、光源Ｅに近いプリズム２に対応する成形溝Ｃから、光源Ｅから遠いプリズム２に対応する成形溝Ｃへと順に切削していき、型材料Ｄを製造する。
【００５９】
このように光源Ｅに近いプリズム２に対応する成形溝Ｃから順に切削して製造された成形型Ｄが示す有利な点について以下に説明する。
【００６０】
即ち、図１２（Ａ）に示すように、光源Ｅに近いプリズム２に対応する成形溝Ｃ１が切削された後、これより光源Ｅから遠いプリズム２に対応する成形溝Ｃ２を切削する際に、バイトＢの切削面に対して垂直方向（図に示すＡの方向）に押し圧力が加わる。そして、この押し圧力により山部Ｑが成形型Ｄの光源Ｅ側に湾曲する（図１２（Ｂ））。なお、前述したように型材料Ｍとしてアルミニウム等の切削性の良い材料が一般に用いられるため、これらの材料は変形し易く、湾曲が生じ易い。従って、図１２（Ｃ）に示すように、各山部Ｑが光源Ｅ側に湾曲するように成形型Ｄを形成することができる。
【００６１】
このように、各山部Ｑが光源Ｅ側に湾曲するように形成された成形型Ｄを用いて、フレネルレンズ１を成形した場合、後述するように、成形型Ｄからフレネルレンズ成形体を容易に離型することができる。また、成形型Ｄを用いて製造されたフレネルレンズ１は前述のように、迷光Ｙの発生を低減できる。
【００６２】
なお、比較のため、これとは逆の順序で型材料Ｍ’を切削した場合を図１３に示した。即ち、光源Ｅから遠いプリズム２に対応する部分が成形溝Ｃ２された後、これより光源Ｅに近いプリズム２に対応する成形溝Ｃ１を切削する際に、バイトＢの切削面に対して垂直方向（図に示すＡ’の方向）に押し圧力が加わり（図１３（Ａ））、この押し圧力により山部Ｑ’が光源Ｅから遠いプリズム２に対応する部分側へ湾曲する（図１３（Ｂ））。従って、成形型Ｄ’の各山部Ｑ’は、図１３（Ｃ）に示すように、光源Ｅと逆側に湾曲することとなる。このように、各山部Ｑ’が光源Ｅと逆側に湾曲するように形成された成形型Ｄ’を用いてフレネルレンズ成形した場合、発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、成形型Ｄ’からのフレネルレンズ成形体の離型が困難となり、また、製造されたフレネルレンズは迷光Ｙを多大に発生させることとなる。
【００６３】
なお、以上では、プリズム２の先端角αを固定して全反射面角β及び屈折面角γを変化させて各プリズム２を形成したフレネルレンズ１の製造に用いる成形型Ｄについて説明したが、プリズム２の先端角α、反射面角度β及び屈折面角γの全てを変化させて各プリズム２を形成したフレネルレンズ１の製造に用いる成形型Ｄの場合も同様である。
【００６４】
この場合は、図１４に示すように、プリズム２の先端角より小さい先端角を有するバイスＢを用いて、屈折面３に対応する部分の切削（図１４（Ａ））、全反射面４に対応する部分の切削（図１４（Ｂ））と順に行なっていけばよい。この場合も、光源Ｅに近いプリズム２に対応する成形溝Ｃ１を切削した後、これより光源Ｅから遠いプリズム２に対応する成形溝Ｃ２を切削する際に、矢印Ａ方向に押し圧力が加わり、山部Ｑが光源Ｅ側に湾曲するように成形型Ｄを形成することができる（図１４（Ｃ））。
【００６５】
また、以上では、入光面に円弧状に延びるプリズム２を複数備えたフレネルレンズ１を成形する成形型Ｄついて説明したが、入光面に直線状に延びるプリズム２’を複数備えた、いわゆるリニアフレネルレンズ１’を成形する成形型Ｄの場合も同様である。
【００６６】
この場合は、例えば、板状の型材料Ｍを支持ロールに巻きつけ、当該支持ロールに巻きつけた板状の型材料Ｍを旋盤に取り付けて回転させ、バイトＢを用いて各プリズム２’に対応する成形溝Ｃを切削するが、この点を除けば上記と同様であり、上記と同様の作用効果を奏することが可能となる。
【００６７】
Ｂ）フレネルレンズの製造方法
次に、紫外線硬化樹脂を用いたフレネルレンズ１の製造方法について、図１５を用いて説明する。図１５はフレネルレンズ１の製造工程を示す図である。
【００６８】
先ず、前述の方法により成形型Ｄを製造する（ステップＳ１：成形型製造工程）。詳細は前述のとおりであるので、繰り返しの説明は省略する。
【００６９】
次に、成形型Ｄに紫外線硬化樹脂を充填する（ステップＳ２：樹脂充填工程）。即ち、ロールコート法、グラビア法、ディスペンサー法、ダイコート法等により、ステップＳ１で製造した成形型Ｄに紫外線硬化型樹脂を充填する。
【００７０】
次に、成形型Ｄに充填した紫外線硬化樹脂上に基板を積層する（ステップＳ３：基盤積層工程）。即ち、ステップＳ２において成形型Ｄに充填した紫外線硬化樹脂の上に紫外線を透過させる材料で形成された基板を積層し、更に加圧ローラで加圧して紫外線硬化型樹脂と基板とを密着させる。
【００７１】
次に、紫外線硬化樹脂を硬化する（ステップＳ４：樹脂硬化工程）。即ち、成形型Ｄに充填した状態の紫外線硬化樹脂に基板の上から紫外線を照射して、当該紫外線硬化樹脂を硬化させる。
【００７２】
最後に、硬化した紫外線硬化樹脂を離型する（ステップＳ５：離型工程）。ここでは、ステップ４で硬化させた紫外線硬化樹脂、即ちフレネルレンズ成形体を成形型Ｄから離型する。このとき、成形型Ｄの山部Ｑは、前述のとおり光源Ｅ側に湾曲しているため、離型が容易となる。
【００７３】
即ち、フレネルレンズ１の屈折面角γは全反射面角βより大きいため、フレネルレンズ成形体を成形型Ｄから離型する際には、全反射面４側（光源Ｅと逆側）から徐々に離型していくが、このとき成形型Ｄの山部Ｑが光源Ｅ側に湾曲しているため、山部Ｑの先端がフレネルレンズ成形体に引っかかることなく、スムーズに離型することが可能となる。
【００７４】
なお、フレネルレンズ１の製造は、上述した紫外線硬化樹脂法に限られることなく、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等の光透過性の樹脂素材を用いて、▲１▼フレネルレンズ１に対応する形状に形成された成形型Ｄに溶融状態の光透過性樹脂素材を充填して硬化させ、その後離型する方法（キャスティング法）、▲２▼同成形型Ｄに加熱した光透過性樹脂素材を充填し加圧して成形した後に離型する方法（熱プレス法）等により製造することができる。これらの製造方法による場合でも、フレネルレンズ成形体を成形型Ｄから容易に離型できる点は、前述の紫外線硬化樹脂法の場合と同様である。
【００７５】
３）フレネルレンズを用いた透過型スクリーン
図１６は、以上に説明したフレネルレンズ１を用いた透過型スクリーンの全体構成を示す斜視図である。
【００７６】
図１６に示すように、透過型スクリーン２１はフレネルレンズ１の出光面側にレンチキュラーレンズ２２を配置して形成される。
【００７７】
レンチキュラーレンズ２２は、入光面に垂直方向に直線状に延びるかまぼこ型レンズ２３を設け、当該かまぼこ型レンズ２３の表面に光吸収層２４を形成し、更に内部に拡散剤２５を分散させて形成される。
【００７８】
この透過型スクリーン２１は、その入光面側の下方に設けた投射装置Ｅから投射された映像光Ｓを投影して、観察者に提供する。このとき、前述のようにフレネルレンズ１は、迷光を生じさせないか又は生じさせたとしてもその量は小さいので、透過型スクリーン２１に映し出される映像は、全体に明るさが均一で、また２重像などの映像劣化を生じることもない。
【００７９】
なお、透過型スクリーン２１には、前述のレンチキュラーレンズ２２以外にも、公知のレンチキュラーレンズを用いることができ、この場合でも同様の効果が得られる。
【００８０】
２．他の実施形態
上記実施形態では、成形型の素材となる型材料を切削して成形型を製造し、当該成形型を用いてフレネルレンズを成形する場合について説明したが、これに限られることはなく、型材料を切削して製造したマスター成形型を用いて複製により成形型を製造し、当該成形型を用いてフレネルレンズを成形するようにしても良い。
【００８１】
この場合、先ず、型材料をフレネルレンズに対応する形状に切削して、マスター成形型を製造する。このとき、マスター成形型の谷部は、第１実施形態の成形型Ｄと同様に、谷部が光源側に湾曲した形状に製造される。
【００８２】
次いで、例えば電鋳法等により、マスター成形型の表面にニッケル等の第１形成層を形成する。そして、第１形成層はマスター成形型から剥離され、マザー成形型となる。次いで、例えば電柱法により、マザー成形型の表面にニッケル等の第２形成層を形成する。そして、第２形成層はマザー成形型から剥離され、必要により裏打ちを施されて成形型となる。
【００８３】
このように形成された成形型は、マスター成形型と同一形状に形成されるため、第１実施形態の成形型Ｄと同様に、谷部が光源側に湾曲した形状に製造される。
【００８４】
従って、当該成形型を用いてフレネルレンズを成形する場合、第１実施形態と同様に、成形型から容易にフレネルレンズ成形体を離型することができる。また、当該成形型により成形されたフレネルレンズは、第１実施形態と同様に、迷光を低減することができる。更に、マスター成形型を用いて成形型を複製するため、複数の型材料を容易に製造することができ、フレネルレンズの製造を容易にすることができる。
【００８５】
また、この成形型により成形されたフレネルレンズを用いて透過型スクリーンを形成することができることは、もちろんであり、この場合も第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００８６】
【実施例】
１）実施例
以下に示すフレネルレンズとレンチキュラーレンズを用いてスクリーンサイズが５０インチの透過型スクリーンを形成し、スクリーンの水平方向の中央で且つスクリーンの下端より３１２ｍｍ下がった点からスクリーンに垂直な方向に４００ｍｍ移動した地点に投射装置（プロジェクタ）を配置して透過型スクリーンに向かって映像光を投射した。
【００８７】
▲１▼フレネルレンズ
入光面に屈折面と全反射面を有して円弧状に延びるプリズムを０．１１ｍｍのピッチで複数形成した。これら複数のプリズムは、スクリーンの水平方向の中央で且つスクリーンの下端より３１２ｍｍ下がった点を中心とする同心円上に配置した。従って、半径が最小となるプリズムの半径は３１２ｍｍとなり、半径が最大となるプリズムの半径は１１８８ｍｍとなる。
【００８８】
また、このフレネルレンズの成形には、型材料を半径３１２ｍｍのプリズムに対応する成形溝から半径１１８８ｍｍのプリズムに対応する成形溝に向けて順に切削して形成した成形型を用いた。従って、成形型の山部は、全体的に光源側に湾曲したが、詳細には、バイトの切れ味が良い段階で切削した成形溝（半径３１２〜５００ｍｍのプリズムに対応する成形溝）の山部は光源側に僅かに湾曲し、その後に切削した成形溝（半径５００〜１１８８ｍｍのプリズムに対応する成形溝）の山部は徐々に大きく湾曲した。そして、この成形型で成形されたフレネルレンズは、成形型の山部の湾曲に対応するように谷部が湾曲されて形成された。
【００８９】
このように、山部が光源側に湾曲した成形型を用いてフレネルレンズを成形したので、スムーズに離型することができた。
【００９０】
▲２▼レンチキュラーレンズ
入光面に垂直方向に直線状に延びるかまぼこ型レンズを０．１４３ｍｍのピッチで形成した。レンチキュラーレンズの厚さは１ｍｍとして、レンチキュラーレンズの水平拡散半値角が２５°、垂直拡散半値角が１０°となるように、内部に拡散剤を分散させた。
【００９１】
また、かまぼこ型レンズの表面に厚さ２０μｍの光吸収層を設けた。光吸収層の吸収率は４０％とした。
【００９２】
以上のように、形成した透過型スクリーンに投射装置から映像光を投射して、透過型スクリーンに映し出された映像を観察したところ、スクリーン全体で明るさが均一で、迷光による２重像等の映像の劣化がなく良好な映像を観察することができた。
【００９３】
２）比較例
以下に示すフレネルレンズとレンチキュラーレンズを用いてスクリーンサイズが５０インチの透過型スクリーンを形成し、実施例と同様の地点に投射装置（プロジェクタ）を配置して透過型スクリーンに向かって映像光を投射した。
【００９４】
▲１▼フレネルレンズ
入光面に屈折面と全反射面を有して円弧状に延びるプリズムを０．１１ｍｍのピッチで複数形成した。これら複数のプリズムは、スクリーンの水平方向の中央で且つスクリーンの下端より３１２ｍｍ下がった点を中心とする同心円上に配置される。従って、半径が最初となるプリズムの半径は３１２ｍｍとなり、半径が最大となるプリズムの半径は１１８８ｍｍとなる。
【００９５】
また、このフレネルレンズの成形には、型材料を、上記実施例とは逆に半径１１８８ｍｍのプリズムに対応する成形溝から半径３１２ｍｍのプリズムに対応する成形溝に向けて順に切削して形成した成形型を用いた。従って、成形型の山部は、全体的に反光源側に湾曲した。そして、この成形型で成形されたフレネルレンズは、成形型の山部の湾曲に対応するように谷部が湾曲されて形成された。
【００９６】
このように、山部が反光源側に湾曲した成形型を用いてフレネルレンズを成形したので、離型が困難であった。また、離型後時に樹脂割れが生じて、一部のプリズムが脱落した。更に、離型後の成形型に曲がりが生じた。
【００９７】
▲２▼レンチキュラーレンズ
実施例と同じレンチキュラーレンズを用いた。
【００９８】
以上のように、形成した透過型スクリーンに投射装置から映像光を投射して、透過型スクリーンに映し出された映像を観察したところ、プリズムが脱落したところで映像不良が生じ、また、迷光による２重像が発生した。
【００９９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のフレネルレンズによれば、成形型を用いて成形したフレネルレンズ成形体を当該成形型から離型する際に、成形型の山部がフレネルレンズ成形体にくい込んでしまうことがなく、容易に離型することが可能となる。また、谷部を上記他のプリズムの側（全反射面の一部に被さる方向）に湾曲させてプリズムを形成したので、谷部を逆方向、即ち上記他のプリズム側（屈折面に被さる方向）に湾曲させた場合に生じる、低入射角で入射され全反射面で全反射された光の一部が湾曲した谷部と干渉するという事態を回避することができ、迷光の発生を低減することが可能となる。
【０１００】
また、本発明のフレネルレンズにおいて、谷部の頂点の移動量をプリズムのピッチの２０％以下とすることにより、入射角が大きくなる領域で生じる投射光の光路と湾曲した谷部との干渉を少なくすることができ、迷光の発生を更に低減することができる。
【０１０１】
また、本発明のフレネルレンズにおいて、屈折面及び全反射面を湾曲させる範囲をそれぞれの全長の４０％以下とすることにより、屈折面及び全反射面で正規の方向と異なる方向に屈折又は反射される光を低減することができ、ひいては迷光の発生を更に低減することができる。
【０１０２】
また、本発明の成形型によれば、フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置するプリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置するプリズムを成形する成形溝に向かって順に切削するので、隣り合う成形溝で形成される山部の先端は光源側に湾曲するため、このように製造された成形型によれば上記のフレネルレンズを成形することができる。従って、成形型からフレネルレンズ成形体を離型する際に容易に離型する事ができ、また、この成形型で成形すれば迷光の発生が少ないフレネルレンズを得ることができる。
【０１０３】
また、本発明のマスター成形型によれば、フレネルレンズの使用時において光源に近い側に位置するプリズムを成形する成形溝から同光源から遠い側に位置するプリズムを成形する成形溝に向かって順に切削するので、隣り合う成形溝で形成される山部の先端は光源側に湾曲するため、このように製造されたマスター成形型を用いて複製された成形型によれば上記のフレネルレンズを成形することができる。従って、成形型からフレネルレンズ成形体を離型する際に容易に離型する事ができ、また、この成形型で成形すれば迷光の発生が少ないフレネルレンズを得ることができる。
【０１０４】
また、本発明のフレネルレンズの製造方法によれば、成形型から樹脂（フレネルレンズ成形体）を容易に離型する事ができるため、効率よくフレネルレンズを製造することができる。また、この製造方法により迷光の発生が少ないフレネルレンズを製造することができる。
【０１０５】
また、本発明の透過型スクリーンによれば、フレネルレンズでの迷光の発生を低減するため、迷光に起因して生じる２重像等を防止することができ、良質な映像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフレネルレンズの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明のフレネルレンズの厚さ方向の断面図である。
【図３】本発明のフレネルレンズの谷部の湾曲量を説明する図である。
【図４】本発明のフレネルレンズの谷部の湾曲範囲を説明する図である。
【図５】本発明との比較に係るフレネルレンズの投射光の入射角が大きくなる部分における投射光の光路を説明する図である。
【図６】本発明との比較に係るフレネルレンズの投射光の入射角が小さくなる部分における投射光の光路を説明する図である。
【図７】本発明のフレネルレンズの投射光の入射角が大きくなる部分における投射光の光路を説明する図である。
【図８】本発明のフレネルレンズの投射光の入射角が小さくなる部分における投射光の光路を説明する図である。
【図９】（Ａ）はプリズムの谷部の移動量Ｗに対する迷光Ｙの発生率の関係を示す図であり、（Ｂ）はプリズムの谷部の湾曲率（全長Ｌに対する湾曲させる部分の長さＭ）に対する迷光Ｙの発生率の関係を示す図である。
【図１０】本発明の別のフレネルレンズの全体構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の成形型の切削手順を示す図である。
【図１２】本発明の成形型が示す有利な点を説明する図である。
【図１３】本発明との比較に係る成形型が示す不利な点を説明する図である。
【図１４】本発明の別の成形型の切削手順を説明する図である。
【図１５】本発明のフレネルレンズの製造工程を示す図である。
【図１６】本発明の透過型スクリーンの構成を示す斜視図である。
【図１７】透過型スクリーンに対して斜め方向からの投射する投射系を示す図である。
【図１８】成形型の山部の先端角を説明する図である。
【図１９】従来の成形型を説明する図である。
【図２０】（Ａ）は従来の成形型を用いてフレネルレンズを成形する際の問題点を説明する図であり、（Ｂ）は従来の成形型を用いて成形したフレネルレンズの使用時における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１  フレネルレンズ
２  プリズム
３  屈折面
４  全反射面
５  谷部
α  先端角
β  全反射面角
γ  屈折面角
Ｄ  成形型
Ｅ  投射装置
Ｓ  映像光（投射光）
Ｘ  正規光
Ｙ  迷光
【図１】
2004212770.tif 000003
【図２】
2004212770.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004212770.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004212770.tif 000009
【図８】
2004212770.tif 000010
【図９】
2004212770.tif 000011
【図１０】
2004212770.tif 000012
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2004212770.tif 000021
【図２０】
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