(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射光を偏向して出光するフレネルレンズシートにおいて、
最も入光側に設けられ、前記投射光を略正面方向に偏向する入光面と、非有効面とを有するフレネルレンズ形状が形成されたレンズ層と、
前記レンズ層よりも出光側に設けられた基材層と、
前記入光面よりも出光側にあって、前記非有効面に入光した前記投射光を全反射する全反射面と、
最も出光側に設けられた平坦な出光面と、
を備える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に記載のフレネルレンズシートにおいて、
所定の屈折率を有する高屈折率層と、
前記高屈折率層の出光側に接し前記高屈折率層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、
を備え、
前記全反射面は、前記低屈折率層と前記高屈折率層との接触面であること、
を特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項３】
請求項２に記載のフレネルレンズシートにおいて、
前記低屈折率層は、前記基材層であり、
前記高屈折率層は、前記レンズ層であること、
を特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
前記全反射面から前記入光面までの距離は、前記全反射面から前記出光面までの距離よりも短いこと、
を特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
前記全反射面は、微細な凹凸形状からなる拡散形状を有すること、
を特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートに加えて、
拡散材を内部に添加する、前記出光面を粗面とするのいずれかの手法により形成した拡散手段を有した透過型投影スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレネルレンズシート及びこれを利用した透過型投影スクリーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のフレネルレンズシート及び透過型投影スクリーンは、入光面から入光した投射光を偏向して出光面から所望の角度で出光することを目的として使用されている。
しかし、投射光の一部は、出光面で反射されてしまい、本来出光する位置から少しずれた位置に出光し、いわゆる二重像を形成してしまう。
図６は、従来のフレネルレンズシート１００における入射光の光路を示す図である。
フレネルレンズシート１００の入光面１００ａに入射した入射光ＬＡｉｎは、出光面１００Ｃから出光して、正規の出射光ＬＡｏｕｔ１００となる。しかし、非有効面１００ｂに入射した入射光ＬＢｉｎは、出光面１００Ｃで反射して戻され、内面反射を行い迷光ＬＢｏｕｔ１００となる。この迷光ＬＢｏｕｔ１００は、出射光ＬＡｏｕｔ１００から離れた位置から出光するので、観察される映像は、二重像となってしまう。
【０００３】
そこで、従来は、この二重像を軽減するためにフレネルレンズシート１００の厚さを薄くすることにより、出光面１００ｃで反射して戻された光線の光路長を短くして、出射光ＬＡｏｕｔ１００と迷光ＬＢｏｕｔ１００の出光する位置を近づけ、二重像が目立たないようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のフレネルレンズシートは、厚さを薄くしていたので、大型のスクリーンに使用する場合には、自立性が悪く、保持が困難であるという問題があった。
薄いフレネルレンズシートを保持する方法として、フレネルレンズシートに張力を与えたりする方法もあるが、そのための部品が必要であり、背面投射型スクリーンの画面以外の部分が大型化したり、コストアップにつながるという問題があった。
また、フレネルレンズシートを保持する保持枠の幅が数十ｍｍ必要となるという問題があった。特に、複数の背面投射型スクリーンを積み重ねて多画面化（大画面化）するマルチディスプレイ装置では、保持枠の幅を薄くすることができないことにより、画面間に映像表示できないつなぎ目が、数十ｍｍ生じてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、保持が簡単で、二重像が目立たないフレネルレンズシート及び透過型投影スクリーンを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項１の発明は、投射光を偏向して出光するフレネルレンズシートにおいて、最も入光側に設けられ、前記投射光を略正面方向に偏向する入光面と、非有効面とを有するフレネルレンズ形状が形成されたレンズ層（１１，２１）と、前記レンズ層よりも出光側に設けられた基材層（１２，２２）と、前記入光面（１１ａ，２１ａ）よりも出光側にあって、前記非有効面に入光した前記投射光を全反射する全反射面（１０ａ，２０ａ）と、最も出光側に設けられた平坦な出光面と、を備えることを特徴とするフレネルレンズシート（１０，２０）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、所定の屈折率を有する高屈折率層（１１，２１）と、前記高屈折率層の出光側に接し前記高屈折率層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層（１２，２３）と、を備え、前記全反射面（１０ａ，２０ａ）は、前記低屈折率層と前記高屈折率層との接触面であること、を特徴とするフレネルレンズシート（１０，２０）である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記低屈折率層は、前記基材層（１２）であり、前記高屈折率層は、前記レンズ層（１１）であること、を特徴とするフレネルレンズシート（１０，２０）である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記全反射面（１０ａ，２０ａ）から前記入光面（１１ａ，２１ａ）までの距離は、前記全反射面から前記出光面までの距離よりも短いこと、を特徴とするフレネルレンズシート（１０，２０）である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記全反射面は、微細な凹凸形状からなる拡散形状を有すること、を特徴とするフレネルレンズシート（２０−２）である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートに加えて、拡散材を内部に添加する、前記出光面を粗面とするのいずれかの手法により形成した拡散手段を有した透過型投影スクリーンである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるフレネルレンズシートの第１実施形態を説明する図である。
本実施形態におけるフレネルレンズシート１０は、レンズ層１１と、基材層１２とを備え、対角５０インチサイズ（アスペクト比４：３）で、焦点距離７００ｍｍのフレネルレンズシートである。
このフレネルレンズシート１０には、フレネルレンズシート１０の光軸上であって、投射距離７００ｍｍの位置から、液晶やＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等を用いたプロジェクターにより映像光が垂直に投射され、不図示の拡散手段とともに透過型投影スクリーンを形成する。
フレネルレンズシート１０は、レンズ層１１と基材層１２との境界面に全反射面１０ａを有している。
【００１３】
レンズ層１１は、出光側にピッチＰ＝０．１ｍｍのフレネルレンズ形状が形成され、屈折率ｎ１１＝１．６６の高屈折率層であり、フレネルレンズの谷からの厚さｔ１１＝０．１ｍｍとなっている。
【００１４】
基材層１２は、板厚ｔ１２＝２ｍｍの平行平板であり、屈折率ｎ１２＝１．３５のフッ素系樹脂の低屈折率層である。なお、図１では、レンズ層１１と基材層１２の板厚等は、説明のため比率を適宜拡大縮小して示している（以下、他の図においても同様）。
【００１５】
本実施形態のフレネルレンズシート１０と同様な形態をした従来のフレネルレンズシートでは、投射距離７００ｍｍからプロジェクターにより映像光を投射すると、中心から半径４５０ｍｍ付近において特に二重像が目立つ。ここでは、この位置における入射光の光路を図１及び図２に示し、本実施形態のフレネルレンズシート１０における入射光の光路について説明する。
図２は、図１の要部を拡大した図である。
投射距離７００ｍｍで、中心から半径４５０ｍｍ付近では、入射光ＬＡｉｎ，ＬＢｉｎは、入光角α＝３２．７３５度で入射する。この位置におけるレンズ角β＝３３．４４１度である。
この位置に入射する入射光の内、入光面１１ａに入射する入射光ＬＡｉｎは、本来の狙いとする屈折を行い、ほぼ正面に向けて出光する出射光ＬＡｏｕｔ１０となる。
一方、非有効面１１ｂに入射する入射光ＬＢｉｎは、非有効面１１ｂに入射したときに屈折した後、全反射面１０ａに対して入射角γ＝５９．５５３度で入射する。ここで、全反射面１０ａの臨界角は、５４．４１５度であるので、入射光ＬＢｉｎは、全反射面１０ａにより全反射し、その後、数回の屈折及び反射をして迷光ＬＢｏｕｔ１０として出光する。
【００１６】
出射光ＬＡｏｕｔと迷光ＬＢｏｕｔ１０との出光位置のズレは、３ピッチ程度（０．３ｍｍ）であり、二重像は、殆ど目立たない。しかし、フレネルレンズシート１０は、十分な板厚（ｔ１１＋ｔ１２＝２．１ｍｍ）を確保しているので、フレネルレンズシート１０を保持することは、容易である。
【００１７】
本実施形態によれば、レンズ層１１を層厚の薄い高屈折率層とし、基材層１２は、層厚の厚い低屈折率層としたので、強度が高く保持が容易で、二重像が目立たないフレネルレンズシートとすることができる。
【００１８】
（第２実施形態）
図３は、本発明によるフレネルレンズシートの第２実施形態を説明する図である。
本実施形態におけるフレネルレンズシート２０は、レンズ層２１と基材層２２との間に、第３の層２３を備え、対角５０インチサイズ（アスペクト比４：３）で、焦点距離７００ｍｍのフレネルレンズシートである。
【００１９】
レンズ層２１は、出光側にピッチＰ＝０．１ｍｍのフレネルレンズ形状が形成され、屈折率ｎ２１＝１．６の層であり、フレネルレンズの谷からの厚さｔ２１＝０．１ｍｍとなっている。
【００２０】
基材層２２は、板厚ｔ２２＝２ｍｍの平行平板であり、屈折率ｎ２２＝１．４９のアクリル樹脂製の層である。
【００２１】
第３の層２３は、レンズ層２１と基材層２２との間に設けられ、屈折率ｎ２２＝１．２５，層厚ｔ２３＝０．０１ｍｍの低屈折率層である。
レンズ層２１と第３の層２３とが接する面には、全反射面２０ａが形成されており、この全反射面２０ａの臨界角は、５１．３７５度である。
【００２２】
第１実施形態と同様に、ここでは、特に二重像が目立つ中心から半径４５０ｍｍ位置における入射光の光路を図３及び図４に示し、本実施形態のフレネルレンズシート２０における入射光の光路について説明する。
図４は、図３の要部を拡大した図である。
投射距離７００ｍｍで、中心から半径４５０ｍｍ付近では、入射光ＬＡｉｎ，ＬＢｉｎは、入光角α＝３２．７３５度で入射する。この位置におけるレンズ角β＝３５．４７５度である。
この位置に入射する入射光の内、入光面２１ａに入射する入射光ＬＡｉｎは、本来の狙いとする屈折を行い、ほぼ正面に向けて出光する出射光ＬＡｏｕｔ２０となる。
一方、非有効面２１ｂに入射する入射光ＬＢｉｎは、非有効面２１ｂに入射したときに屈折した後、全反射面２０ａに対して入射角γ＝５８．２８２度で入射する。ここで、全反射面２０ａの臨界角は、５１．３７５度であるので、入射光ＬＢｉｎは、全反射面２０ａにより全反射し、その後、数回の屈折及び反射をして迷光ＬＢｏｕｔ２０として出光する。
【００２３】
出射光ＬＡｏｕｔと迷光ＬＢｏｕｔ２０との出光位置のズレは、３ピッチ程度（０．３ｍｍ）であり、二重像は、殆ど目立たない。しかし、フレネルレンズシート２０は、十分な板厚（ｔ２１＋ｔ２２＋ｔ２３＝２．１１ｍｍ）を確保しているので、フレネルレンズシート２０を保持することは、容易である。
【００２４】
本実施形態によれば、レンズ層２１と基材層２２との間に、第３の層２３を備え、これを低屈折率層として、全反射面２０ａを設けたので、レンズ層２１と基材層２２の屈折率によらず、全反射層を形成することができる。従って、例えば、第３の層２３をコーティングにより形成することができ、材料の選択の幅を広げることができる。
また、例えば、あらかじめ０．１ｍｍ程度の厚みのポリエステルフィルム（屈折率＝１．５９）の上に第３の層２３に相当する低屈折率層（屈折率＝１．２５）を０．０１ｍｍの厚みでコーティングして、この低屈折率層の上にフレネルレンズ（屈折率＝１．６）を形成し、その後、３ｍｍ程度の厚さのアクリル樹脂製の基材層（屈折率＝１．４９）に張り合わせるようにして作製すれば、低屈折率層及びフレネルレンズの形成を、ウェブの形態で連続的に行うことができ、生産性をよくすることができる。
【００２５】
（第２実施形態の変形形態）
図５は、第２実施形態の変形形態を示す図である。図５に示すフレネルレンズシート２０−２は、レンズ層２１−２と第３の層２３−２との境界面に微細な凹凸形状を形成し拡散形状とすることにより、二重像となる光を拡散させて、二重像を更に目立たなくする形態である。
このような形態にすることにより、二重像を更に軽減することが可能である。
【００２６】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
例えば、各実施形態に示した層構成は、一例であって、出光面よりも入光側に全反射面が形成されていればよく、４層以上の層構成としてもよい。
また、各実施形態において、フレネルレンズシートは、不図示の拡散手段とともに透過型投影スクリーンを形成する例を示したが、これに限らず、例えば、フレネルレンズシートに対して、拡散材を内部に添加する、出光面を粗面とする、出光面にレンチキュラーレンズ形状を形成するのいずれかの手法により拡散手段を形成して、単体で透過型投影スクリーンとしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、請求項１の発明によれば、入光面よりも出光側にあって、非有効面に入光した投射光を全反射する全反射面を備えるので、レンズ層の厚さによらず、二重像を軽減することができ、保持が容易で二重像の目立たないフレネルレンズシートとすることができる。
【００２８】
請求項２の発明によれば、全反射面は、低屈折率層と高屈折率層との接触面であるので、全反射面を容易に作成することができる。
【００２９】
請求項３の発明によれば、低屈折率層は、基材層であり、高屈折率層は、レンズ層であるので、簡単な構成で本発明を実施することができる。
【００３０】
請求項４の発明によれば、全反射面から入光面までの距離は、全反射面から出光面までの距離よりも短いので、強度を確保しつつ二重像を効果的に軽減することができる。
【００３１】
請求項５の発明によれば、全反射面は、微細な凹凸形状からなる拡散形状を有するので、二重像を更に軽減することができる。
【００３２】
請求項６の発明によれば、拡散材を内部に添加する、出光面を粗面とするのいずれかの手法による拡散手段を用いるので、簡単に透過型投影スクリーンとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフレネルレンズシートの第１実施形態を説明する図である。
【図２】図１の要部を拡大した図である。
【図３】本発明によるフレネルレンズシートの第２実施形態を説明する図である。
【図４】図３の要部を拡大した図である。
【図５】第２実施形態の変形形態を示す図である。
【図６】従来のフレネルレンズシート１００における入射光の光路を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０，２０−２  フレネルレンズシート
１１，２１，２１−２  レンズ層
１０ａ，２０ａ  全反射面
１２，２２，２２−２  基材層
２３，２３−２  第３の層
【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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