(57)【要約】【課題】  映像光を確実に全反射させ、ゴーストの発生を確実に抑制する。【解決手段】  フレネルレンズ３０が、レンズ本体３１の入射面側に位置させられたフレネルレンズ部３３を備える。フレネルレンズ部３３が、入射光を屈折させて全反射面３６に向けて方向付ける入射面３５と、この入射面３５で屈折させられた入射光を全反射させてその方向を整える全反射面３６とを備える。フレネルレンズ部３３の全反射面３６に、金属層３７を形成する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を全反射面で全反射させることによってこの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であって、
前記全反射面に金属層が形成されている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と、
前記フレネルレンズからの前記出射光を拡散させる拡散レンズシートとを備えていることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項３】
請求項２に記載の透過型スクリーンと、
前記フレネルレンズに映像光を投射する光源とを備えていることを特徴とする背面投射型ディスプレイ装置。
【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背面投射型ディスプレイ装置の透過型スクリーンに用いられるフレネルレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、透過型スクリーンを備えた背面投射型ディスプレイ装置として知られる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、この透過型スクリーンの前面側に位置する観察者が、透過型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たものである。
【０００３】
透過型スクリーンは、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部を有するフレネルレンズと、このフレネルレンズからの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズ部を有するレンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）と、このレンチキュラーレンズシートからの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散層とを備えている。
このような透過型スクリーンの背面に入射する映像光は、まず、フレネルレンズにより略平行光となり、次いで、レンチキュラーレンズシートによりスクリーンの左右方向に拡散するとともに拡散層によりスクリーンの上下方向に拡散する。これにより、スクリーン左右方向及び上下方向の視野角が制御される。
【０００４】
ところで、透過型スクリーンに用いられるフレネルレンズとして、例えば特許文献１に開示されているような、いわゆる全反射型フレネルレンズが知られている。
全反射型フレネルレンズのレンズ本体は、レンズ基板における透過型スクリーンの背面側を向く片面に、同心円状の凹凸からなるフレネルレンズ部がレンズ本体の入射面側に位置するように設けられて構成されている。そして、この全反射型フレネルレンズのフレネルレンズ部は、入射光を全反射することによってこの入射光の方向を整えて出射光とする全反射面を有しており、入射する映像光がフレネルレンズ部の全反射面で全反射させられることにより、その方向が整えられて略平行光として出射されるようになっている。
【特許文献１】特開平４−８０３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような全反射型フレネルレンズでは、レンズ本体に入射する入射光の透過率を低下させることなく、この入射光の入射角度を大きく設定することができるため、リアプロジェクションテレビの薄型化を図る上で非常に有効なものとなっている。
しかしながら、全反射型フレネルレンズにおいて、映像光が全反射角度に近い角度で全反射されるようにフレネルレンズ部が設計されている場合には、光源から投射される映像光のわずかなズレに起因して、全反射面を透過する映像光の透過成分が生じてしまう。この透過成分は、スクリーン上にゴーストを生じさせる原因となり、映像表示上での大きな不具合につながってしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、映像光を確実に全反射させ、ゴーストの発生を確実に抑制することができる全反射型のフレネルレンズ、透過型スクリーン及び背面投射型ディスプレイ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明によるフレネルレンズは、入射光を全反射面で全反射させることによってこの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であって、前記全反射面に金属層が形成されていることを特徴としている。
また、本発明による透過型スクリーンは、本発明のフレネルレンズと、前記フレネルレンズからの前記出射光を拡散させる拡散レンズシートとを備えていることを特徴としている。
また、本発明による背面投射型ディスプレイ装置は、本発明の透過型スクリーンと、前記フレネルレンズに映像光を投射する光源とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、フレネルレンズ部の全反射面に金属層を形成したことにより、この金属層にミラーの役割をもたせることができるので、光源から投射されてフレネルレンズ部に入射した映像光を、ミラーの役割を果たす金属層が形成された全反射面によって確実に全反射させることが可能となる。そのため、映像光が全反射角度に近い角度で全反射されるようにフレネルレンズ部が設計されている場合であったとしても、光源から投射される映像光のわずかなズレに影響を受けることなく、映像光の確実な全反射を行うことができる。つまり、全反射面を透過する映像光の透過成分がなくなり、スクリーン上で観察されるゴーストの発生を確実に抑制することができるのである。
また逆に、光源から投射される映像光のわずかなズレがあっても、全反射面を透過する映像光の透過成分が生じないことから、上記全反射面や映像光が入射する入射面の角度に多少の幅をもたせることができて、フレネルレンズ部の設計に余裕が生じるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態による背面投射型ディスプレイ装置としてのリアプロジェクションテレビ１０は、図１に示すように、筐体１１と、前面側（図１中の右側）を筐体１１の外部へ露出させるとともに背面側（図１中の左側）を筐体１１の内部へ露出させた略長方形平板状をなす透過型スクリーン２０と、筐体１１内に配置され、透過型スクリーン２０の背面に対して映像光を投射する光源としてのプロジェクタ１２と、同じく筐体１１内に配置され、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を偏向させる例えば２枚の反射鏡１３，１４とを備えている。
【００１０】
透過型スクリーン２０は、図２に示すように、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部３３を有するフレネルレンズ３０と、このフレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズ部４４を有するレンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）４０と、このレンチキュラーレンズシート４０からの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散層５０とを備えている。
これらフレネルレンズ３０、レンチキュラーレンズシート４０、拡散層５０は、透過型スクリーン２０の背面側（図２中の左側）から前面側（図２中の右側）にかけて順次配置されているとともに、互いに略平行となるように配置されている。
【００１１】
フレネルレンズ３０のレンズ本体３１は、図２に示すように、略長方形平板状をなすレンズ基板３２における透過型スクリーン２０の背面側を向く片面に、フレネルレンズ部３３が設けられることによって構成されている。このフレネルレンズ部３３は、同心円状の凹凸からなり、レンズ本体３１の入射面側に位置させられている。
本実施形態において、フレネルレンズ部３３の凹凸がなす同心円の中心を通ってレンズ本体３１の法線に沿う方向、つまり、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１は、図２に示すように、レンズ本体３１の中心Ｐ２を通るレンズ本体３１の短辺に沿う方向においてレンズ本体３１の長辺よりも外側でレンズ本体３１から外れた位置を通るように配置されている。
【００１２】
また、レンズ基板３２の片面に設けられた同心円状の凹凸からなるフレネルレンズ部３３は、図３に示すように、入射光を屈折させて後述する全反射面３６に向けて方向付ける入射面３５と、この入射面３５で屈折させられた入射光を全反射させてその方向を整える全反射面３６とを有している。そのため、このフレネルレンズ３０は、いわゆる全反射型フレネルレンズ３０となっている。なお、実際には、入射光が入射面３５に対して略垂直に入射すると考えても差し支えないことから、図３では、入射面３５において入射光が屈折しないものとして記載してある。
そして、本実施形態では、フレネルレンズ部３３の全反射面３６に、例えばアルミなどの金属が蒸着されてなる金属層３７が形成されており、この金属層３７がミラーの役割を果たすようになっている。
【００１３】
ここで、上記のような構成とされたフレネルレンズ３０の製造方法の一例を説明する。
まず、図４に示すように、略円形平板状をなす基板の片面に、この基板の中心を通って基板の法線に沿う方向を中心Ｑ１（フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１に相当）とする同心円状の凹凸からなる金型レンズ部６２が切削機で加工された金型素材６３を用意する。
【００１４】
この金型素材６３から、上記中心Ｑ１が金型本体６１（レンズ本体３１に相当）の長辺（レンズ本体３１の長辺に相当）よりも外側で金型本体６１から外れた位置を通るように、かつ、上記中心Ｑ１及び金型本体６１の中心Ｑ２（レンズ本体３１の中心Ｐ２に相当）を金型本体６１の短辺（レンズ本体３１の短辺に相当）に沿う方向Ｘ上に位置させるように、略長方形平板状の金型本体６１を切り出すことにより、上述したフレネルレンズ部３３を形成するために用いる金型６０を得る。
なお、同心円状の凹凸からなる金型レンズ部６２は、フレネルレンズ部３３における全反射面３６だけを成形し、フレネルレンズ部３３における入射面３５を含む他の面は成形しないような形状となっている。
【００１５】
そして、図５（ａ）に示すように、例えばメチルメタアクリル／スチレン樹脂（ＭＳ樹脂）からなる略長方形平板状をなすレンズ基板３２の片面と、上記金型６０の金型本体６１の片面に加工された金型レンズ部６２との間に、例えば紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）６４を未硬化の状態で流し込み、紫外線を照射することによってこのＵＶ樹脂６４を硬化させる。
これにより、図５（ｂ）に示すように、全反射面３６だけが成形された状態のフレネルレンズ部３３を、レンズ基板３２の片面に設けることができる。
【００１６】
次に、図５（ｃ）に示すように、全反射面３６だけが成形された状態のフレネルレンズ部３３の表面に、例えばアルミなどの金属を蒸着させることによって、このフレネルレンズ部３３の表面全体に金属層３７を形成する。
なお、金属層３７は、映像光を確実に全反射させるミラーの役割を果たせばよいものであるため、その材質はアルミニウム以外に金、銀、クロム等を使用することができ、これらに限定されるものではない。また、その形成方法も蒸着法以外にスパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）法を用いることができ、これらに限定されるものではない。
【００１７】
最後に、図５（ｄ）に示すように、切削機に取り付けられたバイト６５を用いて、フレネルレンズ部３３における全反射面３６を除く他の面を切削することにより、全反射面３６を除く他の面に形成された金属層３７を取り除くとともに入射面３５を形成する。
これにより、図５（ｅ）に示すように、図３で説明したようなフレネルレンズ部３３を有するフレネルレンズ３０を製造することができる。
【００１８】
以上、本実施形態によるフレネルレンズ３０の製造方法の一例を示したが、このような製造方法だけに限定されることはない。
例えば、レンズ基板３２の片面に、あらかじめ全反射面３６及び入射面３５が成形された状態のフレネルレンズ部３３を設け、このフレネルレンズ部３３における全反射面３６を除く他の面にマスキングを施しておく。その後、上記金属層３７をフレネルレンズ部３３の表面に形成してから、マスキングを剥がすことにより、本実施形態によるフレネルレンズ３０を製造することもできる。
【００１９】
上記のような構成とされたフレネルレンズ３０は、その光軸Ｐ１を例えば下方側に位置させるようにして透過型スクリーン２０に備えられている。
そして、プロジェクタ１２から投射される映像光を透過型スクリーン２０の背面に入射させる、つまり、プロジェクタ１２から投射される映像光を透過型スクリーン２０の背面側に位置するフレネルレンズ３０に入射させると、このフレネルレンズ３０は、入射した映像光の方向を整えて略平行光としてからレンチキュラーレンズシート４０に向けて出射する。
【００２０】
ここで、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を反射鏡１３，１４によって偏向させていない状態を考えると、プロジェクタ１２は、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１上に配置されるために、図１中の２点鎖線で示すように透過型スクリーン２０の背面に対向する領域から例えば下方側に外れた領域に配置された状態となっている。
そして、このような配置とされるプロジェクタ１２から投射される映像光の光路を、透過型スクリーン２０の背面に対向配置されるとともに透過型スクリーン２０に対して略平行となるように配置される反射鏡１４とさらにもう一つの反射鏡１３とによって偏向させることにより、プロジェクタ１２が、筐体１１内において透過型スクリーン２０と反射鏡１４との間の領域から例えば下方側に外れた領域に配置されている。
【００２１】
レンチキュラーレンズシート４０のシート本体４１は、図２に示すように、略長方形平板状をなすシート基板４２におけるフレネルレンズ３０側を向く片面（透過型スクリーン２０の背面側を向く片面）に、拡散レンズ部４４が設けられ、かつ、シート基板４２における拡散層５０側を向く片面（透過型スクリーン２０の前面側を向く片面）に、遮光部４５が設けられることによって構成されている。
【００２２】
拡散レンズ部４４は、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）４３が互いに略平行となるように配列されてなり、シート本体４１の入射面側に位置させられている。
この拡散レンズ部４４を構成する複数のシリンドリカルレンズ４３は、その長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）に略一致させており、フレネルレンズ３０から出射される映像光がレンチキュラーレンズシート４０に入射すると、このレンチキュラーレンズシート４０は、入射した映像光をスクリーンの左右方向（水平方向）で集光・拡散してストライプ状の光としてから拡散層５０に向けて出射する。なお、図２においては、説明上分かりやすくするため、シリンドリカルレンズ４３の長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）ではなく左右方向（水平方向）に略一致させて示してある。
【００２３】
遮光部（ＢＳ＝ブラック・ストライプ）４５は、複数のシリンドリカルレンズ４３によるストライプ状の非集光部を遮光するように、シート本体４１の出射面側に位置させられている。
これに対し、複数のシリンドリカルレンズ４３によるストライプ状の集光部に対応する領域は、シート本体４１の出射面側に位置させられた通過部４６とされており、シリンドリカルレンズ４３によって集光した映像光が、この通過部４６を通過するようにして拡散することになる。  
【００２４】
拡散層５０は、略長方形平板状をなす基材中に拡散材が分散配置されることによって構成されており、レンチキュラーレンズシート４０から出射される映像光が拡散層５０に入射すると、この拡散層５０は、入射した映像光をスクリーンの上下方向（垂直方向）へ拡散してから透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射する。
【００２５】
以上のような構成とされた本実施形態によるリアプロジェクションテレビ１０では、透過型スクリーン２０に用いられる全反射型のフレネルレンズ３０において、そのフレネルレンズ部３０の全反射面３６に金属層３７を形成することにより、この金属層３７がミラーの役割を果たすようにしている。
そのため、プロジェクタ１２から投射されてフレネルレンズ部３３の入射面３５に入射してきた映像光は、ミラーの役割を果たす金属層３７が形成された全反射面３６によって確実に全反射されることとなる。
【００２６】
つまり、映像光が全反射角度に近い角度で全反射されるようにフレネルレンズ部３３が設計されたフレネルレンズ３０であっても、プロジェクタ１２から投射される映像光のわずかなズレに影響を受けることがなくなり、この映像光の確実な全反射を行うことができるのである。
このように、映像光の確実な全反射が行われることから、フレネルレンズ部３３の全反射面３６を透過する映像光の透過成分がなくなり、スクリーン上で観察されるゴーストの発生を確実に抑制することが可能となる。また逆に、プロジェクタ１２から投射される映像光のわずかなズレがあったとしても、フレネルレンズ部３３の全反射面３６を透過する映像光の透過成分が生じないことから、全反射面３６や入射面３５の傾斜角度に対して多少の幅をもたせることができ、フレネルレンズ部３３の設計に余裕が生じるという利点もある。
【００２７】
なお、本実施形態においては、フレネルレンズ３０のレンズ本体３１の入射面側に位置するように設けられたフレネルレンズ部３３の全域が、入射光を全反射面３６で全反射させることによってこの入射光の方向を整えて出射する全反射型フレネルレンズ部となっているようにしたが、これに限定されることはない。
例えば、レンズ本体３１に入射する入射光の入射角度が小さくなる一部の領域には、入射光を全反射面（金属層３７が形成されていることが好ましい）で全反射させるとともに屈折面で屈折させることによってこの入射光の方向を整えるハイブリッド型フレネルレンズ部が設けられていてもよいし、レンズ本体３１に入射する入射光の入射角度がより小さくなる一部の領域には、入射光を屈折面で屈折させることによってこの入射光の方向を整える屈折型フレネルレンズ部が設けられていてもよい。
【００２８】
また、本実施形態においては、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向に拡散させる拡散レンズシートとして、複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）４３が略平行に配列されてなる拡散レンズ部４４を有するレンチキュラーレンズシート４０を備え、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの上下方向に拡散させる拡散手段として、拡散層５０を備えているようにしたが、上記のような拡散レンズシートだけに限定されることはない。
【００２９】
例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、複数の単位レンズがマトリックス状に配列されてなる拡散レンズ部を有するマイクロレンズシートを備えているようにしてもよい。また、例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）が略平行に配列された第１のレンズアレイと複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）が略平行に配列された第２のレンズアレイとがそれらのシリンドリカルレンズの長さ方向を互いに交差させるように同一平面上に配置されてなる拡散レンズ部を有するクロスレンチレンズシートを備えているようにしてもよい。なお、これらの場合でも、必要に応じて透過型スクリーン２０が拡散層５０を備えていてもよい。
【００３０】
さらに、例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、映像光を反射して拡散させる複数の単位レンズが配列されてなる拡散レンズ部を有するプリズムレンズシートを備え、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散手段として、拡散層５０を備えているようにしてもよい。なお、プリズムレンズシートにおける複数の単位レンズの形状・配列によっては、必ずしも拡散層５０を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態によるリアプロジェクションテレビの一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態による透過型スクリーンの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるフレネルレンズ（全反射型フレネルレンズ）の一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態によるフレネルレンズ（全反射型フレネルレンズ）の製造方法の一例を説明するための概略説明図である。
【図５】本発明の実施形態によるフレネルレンズ（全反射型フレネルレンズ）の製造方法の一例を説明するための概略説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  リアプロジェクションテレビ（背面投射型ディスプレイ装置）
１２  プロジェクタ（光源）
２０  透過型スクリーン
３０  フレネルレンズ
３１  レンズ本体
３２  レンズ基板
３３  フレネルレンズ部
３５  入射面
３６  全反射面
３７  金属層
４０  レンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）
５０  拡散層
６０  金型
【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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