(57)【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、
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、
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、かつ前記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、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を含む範囲に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する屈折面を含み、
前記屈折型プリズム部の屈折面の粗さが、前記全反射型プリズム部の全反射面の粗さよりも粗いことを特徴とするスクリーン。
【請求項２】
前記全反射プリズムの全反射面は、互いに出射角が異なる少なくとも２つの方向に前記入射光を反射することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
【請求項３】
前記全反射プリズムの全反射面は、前記フレネルレンズの光軸に対し、該フレネルレンズの曲率中心に向かう第１の方向と、該フレネルレンズの曲率中心と反対の方向に向かう第２の方向に前記入射光を反射することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
【請求項４】
前記全反射プリズムの全反射面が、鏡面化されることを特徴とする請求項１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、かつ前記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、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を含む範囲に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する屈折面を含み、
前記全反射面は、互いに出射角が異なる少なくとも２つの方向に前記入射光を反射することを特徴とするスクリーン。
【請求項６】
前記全反射型プリズムの全反射面は、前記フレネルレンズの光軸に対し、該フレネルレンズの曲率中心に向かう第１の方向と、該フレネルレンズの曲率中心と反対の方向に向かう第２の方向に前記入射光を反射す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、
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屈折面を含み、
前記屈折面は、互いに出射角が異なる少なくとも２つの方向に前記光を屈折することを特徴とするスクリーン。
【請求項８】
前記屈折面は、前記フレネルレンズの光軸と略平行な第１の方向と、該フレネルレンズの曲率中心に向かう第２の方向に前記入射光を屈折することを特徴とする請求項７に記載のスクリーン。
【請求項９】
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、
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、かつ前記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、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を含む範囲に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する屈折面を含み、
前記全反射面は、前記入射面からの入射光を、少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とするスクリーン。
【請求項１０】
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、
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を含む範囲に形成された屈折面を含み、
前記屈折面は、前記光を少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とするスクリーン。
【請求項１１】
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、かつ前記光が入射される入射面と、該入射面から入射された光を反射して画像観視側へ出射する全反射面とを含み、
前記全反射面は、前記入射面からの入射光を、少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とする請求項１０に記載のスクリーン。
【請求項１２】
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、
前記フレネルレンズシートは、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、かつ前記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、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を含む範囲に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する屈折面を含み、
前記屈折型プリズム部の屈折面の粗さが、前記全反射型プリズム部の全反射面の粗さよりも粗いことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
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、
前記フレネルレンズシートは、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、かつ前記光が入射される入射面と、該入射面から入射された光を反射して画像観視側へ出射する全反射面とを含み、
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、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を含む範囲に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する屈折面を含み、
前記全反射面は、前記入射面からの入射光を、少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１４】
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、
前記フレネルレンズシートは、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屈折型プリズムとを備え、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、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を含む範囲に形成された屈折面を含み、
前記屈折面は、前記光を少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
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、かつ前記光が入射される入射面と、該入射面から入射された光を反射して画像観視側へ出射する全反射面とを含み、
前記全反射面は、前記入射面からの入射光を、少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置。
【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、かつ前記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、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を含む範囲に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する屈折面を含み、
前記屈折型プリズム部の屈折面の粗さが、前記全反射型プリズム部の全反射面の粗さよりも粗いことを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項１７】
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屈折型プリズムとを備え、前記全反射型プリズムは、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、かつ前記光が入射される入射面と、該入射面から入射された光を反射して画像観視側へ出射する全反射面とを含み、
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、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を含む範囲に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する屈折面を含み、
前記全反射面は、前記入射面からの入射光を、少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項１８】
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屈折型プリズムとを備え、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、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を含む範囲に形成された屈折面を含み、
前記屈折面は、前記光を少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項１９】
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、かつ前記光が入射される入射面と、該入射面から入射された光を反射して画像観視側へ出射する全反射面とを含み、
前記全反射面は、前記入射面からの入射光を、少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面若しくは非球面で構成されることを特徴とする請求項１８に記載のフレネルレンズシート。
【請求項２０】
請求項１７乃至１９のいずれかに記載のフレネルレンズシートにおいて、前記屈折型プリズム部を設ける領域は、前記全反射型プリズム部から出射した光線が該屈折型プリズム部の少なくとも１ピッチ以上重なるような領域としたことを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項２１】
請求項１６乃至２０のいずれかに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シートを構成する透明基材に、紫外線硬化樹脂で前記全反射型プリズム及び前記屈折型プリズムを形成し、
前記全反射型プリズムを形成する第１の紫外線硬化樹脂層の透過率を、前記屈折型プリズムを形成する第２の紫外線硬化樹脂層の透過率より低くしたことを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項２２】
請求項１６乃至２１のいずれかに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シートを構成する透明基材に、紫外線硬化樹脂で全反射型プリズム及び屈折型プリズムを形成し、前記屈折型プリズムを形成する紫外線硬化樹脂、及び／または前記全反射型プリズムを形成する紫外線硬化樹脂に拡散材を入れたことを特徴とする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に記載のものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】WO/02/27399
【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１３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１３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）が暗くなるという課題がある。
【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】
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。
【００１０】
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】
【００１１】
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４０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。上記屈折型プリズムは、フレネルレンズシートの画像観視側の、上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を含む範囲に形成され、かつ前記光を屈折して画像観視側へ出射する屈折面を含む。そしてこの屈折面は、該屈折面と対向する入射平面との間で生じる多重反射を防止するために、粗面化されていることを特徴とする。また、上記全反射面は鏡面化することにより反射効率が向上される。
【００１２】
また、本発明では、上記全反射面を、上記入射面からの入射光を全反射現象により少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面、若しくは非球面で構成してもよい。また、上記屈折面を、光を少なくとも２方向以上の出射角の出射光線として出射させる少なくとも２つ以上の面、若しくは球面、若しくは非球面で構成してもよい。これにより、前記鏡面化された全反射面と前記粗面化された屈折面で得られる出射光のフレアの発生量及び発生方向を一致させることができる。
【００１３】
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、画像観視側に屈折型プリズムを形成する場合において、２方向以上の光を射出する構成のプリズムを、全反射型プリズムまたは屈折型プリズムの一方にだけに採用してもよく、またその両方に採用してもよい。両方に採用した場合は、フレアの発生量及び発生方向を同じにすることができるので、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。
【００１４】
更にまた、本発明では、フレネルシートを構成する透明基材に、紫外線硬化樹脂で全反射型プリズム及び屈折型プリズムを形成してもよい。その際、全反射型プリズムを形成する第１の紫外線硬化樹脂層の透過率を、屈折型プリズムを形成する第２の紫外線硬化樹脂層の透過率より低くしてもよい。
【００１５】
更にまた、本発明では、屈折型プリズムを形成する紫外線硬化樹脂、及び／または全反射型プリズムを形成する紫外線硬化樹脂に拡散材を入れてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
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】
【００１７】
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の内部に収納された所定位置に固定される。
【００１８】
図２は本発明によ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に示された本発明に係る透過型スクリーンの実施形態は、前記フレネルレンズシートの画像発生源側に、矢印ｂの方向から投写される拡大投写のフレネルレンズシートへの入射角が少なくとも所定角度以上（ここでは略４０度以上）になる範囲に、全反射型プリズム部１０を設けている。この全反射型プリズム部１０は、入射光線を第１の屈折現象の後全反射現象により、少なくとも２方向以上の入射面出射角を与える少なくとも２面以上の面数若しくは球面若しくは非球面で構成される。一方、フレネルレンズシートの画像観視側の該全反射型プリズム部を設けていない部分に対向する領域を含む範囲に、屈折型プリズム部を設けている。この屈折型プリズム部は、全反射プリズム部１０で全反射された光を含む入射光線を第２の屈折現象により屈折し、所定の出射角の出射光線として出射させる。そして、本実施形態では、上記屈折型プリズム部の屈折面の面粗さを前記全反射型プリズム部１０の全反射面の面粗さより粗くしたことを特徴としている。
【００１９】
前記全反射型プリズムの全反射面が粗面である場合、部分的に光線の入射角が全反射角以下となり、一部の光線が反射せず突き抜けてしまう。この現象を無くし全反射面の反射効率を良くするため、本実施形態では前記全反射型プリズムの全反射面を鏡面化する。
【００２０】
一方、前記屈折型プリズムの屈折面が鏡面に近いと、屈折型プリズム部の対向平面との間で多重反射が発生し、フレネルレンズ中心から周辺部に向かって虹色のコーン状のゴーストが生じる。これを無くすために、本実施形態では、フレネルレンズを製作する金型をサンドブラスト法等により荒らすことにより、成型されたフレネルレンズの屈折面を粗面化してこの多重反射を低減する。すなわち、本実施形態では、屈折型プリズム部の屈折面の粗さが、全反射型プリズム部１０の全反射面の粗さよりも大きく為されている。従って、全反射面は光の反射率が高く、かつ光の拡散作用が弱く、粗面とされた屈折面は、全反射面よりも光の反射率が低く、かつ光の拡散作用が強くなる。
【００２１】
また本実施形態では、全反射型プリズム部１０の形状を、入射光線を第１の屈折現象の後、全反射現象によって少なくとも２方向以上の入射面出射角を与えるために、少なくとも２面以上の面数若しくは球面若しくは非球面で構成している。以下、この理由を図３により説明する。
【００２２】
図３は、フレネルレンズシートにスポット光を入射した時の出射光の光量分布を示した図である。図において横軸は発散角度、縦軸は光束量である。上記全反射型プリズム部１０によって反射され、フレネルレンズシート６に対し略垂直に出射する光は、前記全反射型プリズムの全反射面が平面である場合、図３の破線のようにフレアの少ない指向性の強い光となる。よって、必然的にそのピーク値も高くなる。全反射面が鏡面化されている場合は、上記出射光の指向性はより強くなる。これに対し、上記屈折型プリズム部によって屈折され、フレネルレンズシート６に対し略垂直に出射する光は、前記屈折型プリズムの屈折面が粗面化されているので、該屈折面を通過する光は散乱し図３実線のようにフレアの大きい光となる。よって、必然的にそのピーク値は低くなる。
【００２３】
このように、同じフレネルレンズシート６の全反射型プリズム部と屈折型プリズム部とで出射光の形が異なるということは、観視者にとって見る位置が変わると全反射型プリズム部と屈折型プリズム部に輝度段差が生じるということになる。この輝度段差を無くすために本実施形態では、全反射型プリズム部１０の全反射面の形状を、少なくとも２方向以上の入射面出射角を与える少なくとも２面以上の面数若しくは球面若しくは非球面で構成した。
【００２４】
図４は、上記のような形状とされた本発明に係るフレネルレンズシート６の全反射型プリズム部の縦断面図で、図１の透過型スクリーン３の左（右）上端近傍に位置するものの拡大図である。図中の矢印は光線の方向を表す。図４に示すように、フレネルレンズシート６の映像源側には２つの面（図４では、説明を容易にするために２面としたものを示しているが、３面以上若しくは球面若しくは非球面でもよい）で構成された全反射型プリズム部１０が設けられ、観視側は平面になっている。映像源側から入射してくる光線は、全反射型プリズム部１０のｃ面(入射面)から入射しｄ面及びｅ面(全反射面)で全反射した後、観視側に出射する。この時ｄ面で全反射した光は観視側にフレネルレンズシート６に対し若干下向きに出射するが、ｅ面で全反射した光は観視側にフレネルレンズシート６に対し若干上向きに出射する。この時の光線の出射形状を図５に示す。図５に示すように、全反射型プリズム部１０のｄ面で反射した光はフレネルレンズの曲率中心の方向（図５の角度の正方向）にずれ、全反射型プリズム部１０のｅ面で反射した光は外側フレネルレンズの曲率中心と反対の方向（図５の角度の負方向）にずれる。この２つの光を合成すると図５の一点鎖線のようになり、これは図３の屈折型プリズムから出射した光線の出射形状と近い形状になっている。この形状を更に良く一致させるには、全反射面を２面ではなく３面以上若しくは球面若しくは非球面にすればよい。
【００２５】
次に本発明のその他の実施形態について図６、図７を用い説明する。図６はフレネルレンズシートにスポット光を入射した時の出射光の光量分布を示した図である。上記全反射型プリズム部によって反射され、フレネルレンズシート６に対し略垂直に出射する光は、図３、図５では左右対称の光として取り扱った。しかしながら、全反射型プリズム部は、その形状に起因して、製造過程において先端部に倒れが発生し易く、図６の破線で示すようなフレネルレンズの曲率中心の方向（図６の角度の正方向）に大きなフレアが発生する場合がある。このような場合には、屈折型プリズム部１１の形状を少なくとも２方向以上の出射角を与える少なくとも２面以上の面数若しくは球面若しくは非球面で構成する必要がある。
【００２６】
図７は、図２に示した本発明に係るフレネルレンズシート６の縦断面図で、図４に示した全反射型プリズム部を設けていない部分の拡大図である。図中の矢印は光線の方向を表す。図７に示すように、フレネルレンズシート６の観視側には２つの面（図７では、説明を容易にするために２面としたものを示しているが、３面以上若しくは球面若しくは非球面でもよい）で構成された屈折型プリズム部１１が設けられ、映像源側は平面１２になっている。映像源側から入射してくる光線は、平面１２で第３の屈折現象の後、屈折型プリズム部１１のｆ面及びｇ面(出射面)から第２の屈折現象を伴い観視側に出射する。この時ｆ面で屈折した光は観視側にフレネルレンズシート６に対し略垂直(つまり、フレネルレンズの光軸と略平行な方向)に出射するが、ｇ面で屈折した光は観視側にフレネルレンズの曲率中心の方向に出射する。これにより、図６の実線で示すようにフレネルレンズの曲率中心の方向（図６の角度の正方向）のフレアを作り出すことができるので、フレネルレンズシート６の全反射型プリズム部１０にフレネルレンズの曲率中心の方向に大きなフレアが発生しても、観視側のいずれの方向から見ても輝度段差のない映像を作り出すことができる。上記屈折型プリズム部１１のｆ面及びｇ面は、いずれも粗面とされている。
【００２７】
この実施形態においては、フレネルレンズシート６の画像発生源側に設けられた全反射型プリズム１０と、画像観視側に設けられた屈折型プリズム１１の両方に、２つ以上の方向に光を射出する２面以上もしくは非球面で構成されたプリズムを採用している。これにより、異なる方向に発生するフレアによる、観視角度に依存した明るさの変化を抑制している。しかしながら、全反射型プリズム１０で左右非対称のフレアを発生しない場合には、屈折型プリズム１１にこの様な構成のプリズムを採用しなくてもよい。
【００２８】
また本実施形態では、全反射型プリズム１０部と屈折型プリズム部１１との境界部分において、全反射型プリズム部１０から出射した光線が、少なくとも１ピッチ以上の屈折型プリズム１１を通過するようにしてある。すなわち、フレネルレンズシート６の主平面と直交する方向（光軸方向）において、全反射型プリズム部１０の一部（少なくとも１ピッチ以上）と屈折型プリズム部１１の一部（少なくとも１ピッチ以上）とが互いに重なるように、これらプリズム部が配置されている。この理由について図８を用いて説明する。
【００２９】
図８は本実施形態に係るフレネルレンズシート６の縦断面図で、映像源側に設けられた全反射型プリズム部１０と屈折型プリズム部１１との境界部分の拡大図である。図８に示すように、フレネルレンズシート６の映像源側の所定領域は、全反射型プリズム部１０が設けられていない平らな部分(平面部)１２となっている。この理由は、画像発生源側の前記光学部品から投写された投写映像のフレネルレンズシート６への入射角が小さいと全反射型プリズム部１０を設けることができないためである。従って、投写映像のフレネルレンズシート６への入射角が小さい範囲では通常の出射面フレネルレンズとして、映像源側は平らで観視側に屈折型プリズム部１１を設けることになる。このように本実施形態に係るフレネルレンズシート６では、映像源側が平らの部分から全反射型プリズム部１０を設けた部分に、映像源側の形状が突然変わることになる。フレネルレンズシート６の映像源側と観視側は別の金型で成型されるので、両者の位置合わせや温度差による膨張、収縮により両面を完全に一致させることは困難である。そのため、上記した映像源側が平らの部分から全反射型プリズム部１０を設けた部分に変わっても、この変化が映像に現れないようにする防止手段が必要になる。
【００３０】
図８に示される本実施形態に係るフレネルレンズシート６では、上記境界部分は、全反射型プリズム部から出射した光線が、少なくとも１ピッチ以上の屈折型プリズム１１を通過するようにしてある（すなわち、フレネルレンズシート６の主平面と直交する方向において、全反射型プリズム部１０の一部と屈折型プリズム部１１の一部とが互いに重複する）。全反射型プリズム部１０のｃ面から入射しｄ面及びｅ面で全反射した後、フレネルレンズシート６の観視側が平らであればそのまま出光するが、屈折型プリズム部１１に入射すると図に示すように屈折型プリズム部１１で全反射し、上方若しくは下方に出光し観視側からは見え難くなる。これらの映像光は観視側から見え難いので、映像が若干欠落することになるが、フレネルレンズシート６の映像源側と観視側がずれて映像光がなくなり黒い円弧が現れると言った画像欠陥はなくなる。また、映像が欠落すると言ってもその量は両面のずれ量だけであり、フレネルレンズシート６の製造精度は元々高いので、目立って大きな欠落とはなり得ない。
【００３１】
一般的にフレネルレンズシートの全反射型及び屈折型プリズム部の成型は紫外線硬化樹脂を使って行われる。図９は、全反射型及び屈折型プリズム部を紫外線硬化樹脂で成型した本発明に係るフレネルレンズシート６の一実施形態を示す縦断面図である。フレネルレンズシート６を構成する透明基材１３に、紫外線硬化樹脂で全反射型プリズム１０及び屈折型プリズム１１が形成される。本実施形態では、全反射型プリズム１０を形成する第１の紫外線硬化樹脂の透過率を、屈折型プリズム１１を形成する第２の紫外線硬化樹脂の透過率よりも低く設定したことを特徴としている。第１の紫外線硬化樹脂の透過率を第２の紫外線硬化樹脂の透過率よりも低くするためには、例えば、第１の紫外線硬化樹脂を着色すればよい。第１及び第２の紫外線硬化樹脂の相互間に透過率の差を設ける理由について、図１０を用いて説明する。図１０は、縦軸をプリズム部の透過率とし、横軸をスクリーンへの光線入射角としたときの、全反射／屈折型プリズムの透過率の入射角特性を示す図である。図１０から明らかなように、屈折型プリズム部１１（屈折部）の透過率はスクリーンへの光線入射角が大きくなる（入射角が約４０度を越える）と急激に低下している。これに対して、全反射プリズム部１０（全反射部）の透過率はスクリーンへの光線入射角に拠らず略一定である。また、全反射部はスクリーンへの光線入射角が４０度以下では構成できない。このため、第１の紫外線硬化樹脂（全反射プリズム部１０）の透過率が第２の紫外線硬化樹脂（屈折型プリズム部１１）の透過率と等しい場合、全反射プリズム部１０と屈折型プリズム部１１との境界部分をスクリーンのどの位置（スクリーンへの入射角が４０度以上の任意の位置）としても、全反射プリズム部１０の出射光と屈折型プリズム部１１の出射光との間に、輝度段差が生じることになる。そこで本実施形態では、第１の紫外線硬化樹脂に着色を施して透過率を下げ（図１０の２点鎖線）、上記境界部分での第１及び第２の紫外線硬化樹脂の透過率を互いに一致させることにより、上記輝度段差を低減もしくは無くすようにした。
【００３２】
図１１は、プリズム部を紫外線硬化樹脂で成型した本発明に係るフレネルレンズシート６のその他の実施形態の縦断面図である。図９と同一番号、同一符号は同一部品を表す。図１１が図９と異なる点は、全反射型プリズム１０に拡散材１８が入っている点にある。該拡散材１８は紫外線硬化樹脂に入れるため、全反射型プリズム１０が形成されていない部分の第１の紫外線硬化樹脂層１４にも入るが、厚さが薄く且つ光線が垂直に通過するためその影響は少ない。全反射型プリズム１０に拡散材１８を入れると、フレネルレンズシート６の全反射型プリズム部にスポット光を入射した時の出射光の光量分布が改善される。図１２は、図１１に示されたフレネルレンズシート６にスポット光を入射した時の出射光の光量分布を示した図である。全反射プリズム１０の反射面を２面で構成するとともに全反射型プリズム１０に拡散材１８を入れることにより、全反射プリズム部１０の出射光と屈折型プリズム部１１の出射光の光量分布は、更に良く一致される。但し、拡散材を入れることにより光束量のピーク値が下がるので、全反射型プリズム１０を形成する紫外線硬化樹脂の着色を少なくする必要がある。
【００３３】
また、上記実施形態では、全反射型プリズム及び屈折型プリズムのいずれも、その先端部が尖っているものとしたが、成型上の都合や光の不連続部分の発生を解消するために、全反射型プリズム及び／または屈折型プリズムの先端部に丸み（すなわち曲面）を持たせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明が適用される画像表示装置の一例を示す一部断面斜視図。
【図２】透過型スクリーン３の構造を示す模式図。
【図３】フレネルレンズシート６にスポット光を入射した時の出射光の光量分布を示す図。
【図４】本発明に係るフレネルレンズシート６の一実施形態を示すもので、全反射型プリズム部１０の断面拡大図。
【図５】本発明に係るフレネルレンズシート６の全反射部にスポット光を入射した時の出射光の光量分布を示す図。
【図６】本発明に係るフレネルレンズシート６にスポット光を入射した時の出射光の光量分布を示す図。
【図７】本発明に係るフレネルレンズシート６の一実施形態を示すもので、屈折型プリズム部１１の断面拡大図。
【図８】本発明に係るフレネルレンズシート６の一実施形態を示すもので、全反射型プリズム部１０と屈折型プリズム部１１との境界部分の断面拡大図。
【図９】本発明に係るフレネルレンズシート６の一実施形態を示す図。
【図１０】屈折部及び全反射部の透過率の光線入射角特性図。
【図１１】本発明に係るフレネルレンズシート６の一実施形態を示す図。
【図１２】図１１に示されたフレネルレンズシート６にスポット光を入射した時の出射光の光量分布を示す図。
【図１３】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す図。
【符号の説明】
【００３５】
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、１１…屈折型プリズム部、１２…映像源側の全反射型プリズム部が設けられていない平らな部分、１３…透明基材、１４,１５…透明紫外線硬化樹脂層、１８…拡散材
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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