專利名稱：菲涅耳透鏡及透射式屏幕及應(yīng)用它們的后投影式顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透射式屏幕所使用的菲涅耳透鏡片及透射式屏幕，以及應(yīng)用這些的后投影式顯示裝置。
本申請對2003年10月14日申請的特愿2003-353272號主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容引用到這里。
背景技術(shù)：
歷來，后投影屏幕作為投影屏幕的一種，普遍被使用。使用該后投影屏幕的電視構(gòu)成如下，通常，從具備光源、圖像顯示體、投影透鏡的投影器投影的圖像光，通過具有菲涅耳透鏡的菲涅耳透鏡片、及具有雙凸透鏡的雙凸透鏡片，傳達給觀察者。
投影電視用屏幕，由于普遍追求在水平方向上廣泛漫射，向垂直方向，比水平方向狹窄地漫射的光學(xué)功能，所以水平方向的漫射多采用雙凸透鏡，而垂直方向的漫射多采用分布有光漫射劑的光漫射板或光漫射片。
在背面投影電視作為代表的后投影式顯示裝置中，投影器多使用CRT(陰極射線管)或液晶投影器，進而最近開發(fā)了投影器用的數(shù)字鏡面裝置(DMD)等許多新裝置。
尤其，利用該液晶或DMD的投影器，由于相比利用了CRT的3個投影系統(tǒng)(三管式)，只需要一個投影系統(tǒng)即可，所以裝置內(nèi)的配置空間小，另外重量也輕，進而由于光學(xué)系統(tǒng)變得簡單，所以還有利于高清晰圖像化，因此逐漸被廣泛使用。
最近的后投影式顯示裝置，多要求大畫面化且高清晰的圖像，或可在較寬的范圍內(nèi)觀察同色度的明亮圖像的光漫射性屏幕，另外還追求具備這些的裝置的薄型化。
尤其，以往，由于根據(jù)后投影式顯示裝置所使用的菲涅耳透鏡片的特性，決定屏幕和投影器之間的距離，所以后投影式顯示裝置的深度比現(xiàn)行的其他方式，例如液晶顯示電視或等離子顯示電視要長，因此進一步薄型化的要求逐漸增加。
以往，對后投影式顯示裝置，嘗試薄型化的手法如以下幾個所述。
該薄型化的方式為，在形成有菲涅耳透鏡的菲涅耳透鏡片的背面，設(shè)置棱鏡結(jié)構(gòu)，用設(shè)置為比通常間隔窄的主反射鏡反射其反射光，使光線再次入射菲涅耳透鏡，向觀察者側(cè)傳達光線，由此，使后投影式顯示裝置整體變薄(參照例如，下述的專利文獻1、2)。
該方式，可通過巧妙利用光的偏振光或全反射，保持光利用效率，但由于構(gòu)成的屏幕增加了，所以容易產(chǎn)生雜散光，另外，在成本方面也不利。
另外，通過在投影光學(xué)系統(tǒng)和反射鏡之間配置平面/球面/非球面的反射鏡，縮短投影距離的方式是公知的，但構(gòu)成后投影式顯示裝置的部件增加，且具有要求的裝配精度按指數(shù)函數(shù)增加的難度(參照例如，下述的專利文獻3、4)。
另外，通過組合多個(包括線型)菲涅耳透鏡，或?qū)⒎颇哥R的外圍部切成矩形來作為屏幕，將光軸從畫面中心錯開的方式，由于屏幕的構(gòu)成片數(shù)增多(參照例如，下述專利文獻5)，或需要大口徑比(小F/No.)的菲涅耳透鏡(參照例如，下述專利文獻6)，因此，不便于實用。
還建議使用具有全反射結(jié)構(gòu)的菲涅耳透鏡(參照例如，下述的專利文獻7、8、9、10)。
在這些方法中，不僅表面的物理的形狀變得復(fù)雜，還存在由于使用反射而需要嚴格的角度公差的情況，且加工性·生產(chǎn)性變差，顯然難以獲得與現(xiàn)有的菲涅耳透鏡同等的生產(chǎn)性。
專利文獻1特開平8-336091號公報專利文獻2特開平8-339033號公報專利文獻3特開2002-57963號公報專利文獻4特開平9-281904號公報專利文獻5特開平11-160790號公報專利文獻6特開2001-108937號公報專利文獻7特開2001-337206號公報專利文獻8特開2002-90888號公報專利文獻9特開2003-114481號公報專利文獻10特開2003-149744號公報現(xiàn)有的后投影式顯示裝置，需要提高作為具有光學(xué)性能的裝置的性能的同時，逐漸追求避免追加復(fù)雜的構(gòu)造或結(jié)構(gòu)，而是盡可能地通過簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)薄型化和高性能化，進而實現(xiàn)低成本化，如上所述，尤其薄型化存在落后。
作為阻礙該后投影式顯示裝置的薄型化的主要原因之一，存在難以縮小構(gòu)成屏幕的菲涅耳透鏡的投影距離的問題。
在菲涅耳透鏡的制造方法中，通過制作金屬模具，并通過裝模制造透鏡，但很大程度上受到該金屬模具制作所使用的切削用刀刃的形狀、切削條件等的限制。其結(jié)果，光線折射所用的菲涅耳面的偏斜角度(菲涅耳角)，相對屏幕面成大約60°左右為目前的極限。
本發(fā)明人著眼于此，發(fā)現(xiàn)為了縮短投影距離，增大該角度是有效的事實。
作為另一主要原因，在后投影式顯示裝置的結(jié)構(gòu)上，配置有為了將來自投影器的投影光反射到屏幕上進行投映而必不可缺的主反射鏡。尤其，還取決于投影器的位置，但需要使該主反射鏡具有偏斜角，且最大可達45度左右，因此，這樣該偏斜的空間就直接造成后投影式顯示裝置厚度的增加。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，為解決上述的課題，目的在于提供，能夠縮短成為阻礙后投影式顯示裝置薄型化的主要原因的、菲涅耳透鏡片和投影器之間的距離的菲涅耳透鏡的形狀、及由單個實現(xiàn)菲涅耳透鏡片的偏心，進而能夠消除從投影器投影的圖像光通過菲涅耳透鏡或光漫射板的反射返回到投影器附近的返回光在透射式屏幕上產(chǎn)生的雜散光的菲涅耳透鏡及透射式屏幕、以及采用這些的后投影式顯示裝置。
本發(fā)明人從金屬模具的制作方法和透鏡的成型方法兩方面重新分析，獲得了具有大菲涅耳角的菲涅耳透鏡片。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，具有成為光線透射面的菲涅耳面和成為光線非透射面的上升面的透鏡圖案形成為同心圓狀而構(gòu)成，其中，作為所述透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸被配置在所述菲涅耳透鏡片的外側(cè)，所述菲涅耳面相對與所述光軸垂直相交的平面的偏斜角度從所述光軸向外圍逐漸增大，所述菲涅耳透鏡片具有所述菲涅耳面的偏斜角度為77度以上的區(qū)域。
本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，其中，希望設(shè)低折射率層于所述菲涅耳透鏡的入射面?zhèn)燃?或出射面?zhèn)取?br> 本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，其中，希望防靜電層至少設(shè)置在所述菲涅耳透鏡的入射面?zhèn)取?br> 本發(fā)明的菲涅耳透鏡片，希望疊層兩層以上硬度及脆度不同的材料而構(gòu)成。
本發(fā)明的透射式屏幕，具備菲涅耳透鏡片；光漫射板，其中，在所述菲涅耳透鏡片上，具有成為光線透射面的菲涅耳面、和成為光線非透射面的上升面的透鏡圖案形成為同心圓狀，作為所述透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸被配置在所述菲涅耳透鏡片的外側(cè)，所述菲涅耳面相對與所述光軸垂直相交的平面的偏斜角度從所述光軸向外圍逐漸增大，所述菲涅耳透鏡片具有所述菲涅耳面的偏斜角度為77度以上的區(qū)域。
在本發(fā)明的透射式屏幕中，所述光漫射板為含有磨砂玻璃、填料、光漫射微粒等的漫射板、多個凸圓柱透鏡向規(guī)定的一個方向排列的雙凸透鏡片、多個凸圓柱透鏡排列于同一面上以向規(guī)定的兩個方向交叉的交叉凸透鏡片(cross lenticular lens sheet)、具有棱鏡陣列透鏡片、具有單個透鏡二維排列的顯微透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡片中的任一種。
在本發(fā)明的透射式屏幕中，希望低折射率層設(shè)置在所述菲涅耳透鏡的入射面?zhèn)燃?或出射面?zhèn)取?br> 在本發(fā)明的透射式屏幕中，希望防靜電層至少設(shè)置在所述菲涅耳透鏡片的入射面?zhèn)取?br> 在本發(fā)明的透射式屏幕中，希望所述菲涅耳透鏡片疊層兩層以上硬度及脆度不同的材料而構(gòu)成。
本發(fā)明的后投影式顯示裝置，具備透射式屏幕，其具有菲涅耳透鏡片和光漫射板；投影器，其可向所述透射式屏幕投影圖像；反射鏡，其設(shè)置在所述投影器和所述透射式屏幕之間，其中，在所述菲涅耳透鏡片上，具有成為光線透射面的菲涅耳面和成為光線非透射面的上升面的透鏡圖案形成為同心圓狀，作為所述透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸被配置在所述菲涅耳透鏡片的外側(cè)，所述反射鏡被設(shè)置在所述投影器和所述透射式屏幕的大致中間位置。
在本發(fā)明的后投影式顯示裝置中，希望所述反射鏡相對所述透射式屏幕的設(shè)置角度為5度以上。
本發(fā)明的后投影式顯示裝置，希望所述投影器配置為相對所述透射式屏幕偏斜地投影圖像。
在本發(fā)明的后投影式顯示裝置中，希望所述光漫射板為含有磨砂玻璃、填料、光漫射微粒等的漫射板、多個凸圓柱透鏡向規(guī)定的一個方向排列的雙凸透鏡片、多個凸圓柱透鏡排列于同一面上以向規(guī)定的兩個方向交叉的交叉凸透鏡片、具有棱鏡陣列透鏡片、具有單個透鏡二維排列的顯微透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡片中的任一種。
在本發(fā)明的后投影式顯示裝置中，希望所述反射鏡的反射面為非球面及/或非對稱的曲面。
在本發(fā)明的后投影式顯示裝置中，希望低折射率層設(shè)置在所述菲涅耳透鏡的入射面?zhèn)燃?或出射面?zhèn)取?br> 在本發(fā)明的后投影式顯示裝置中，希望防靜電層至少設(shè)置在所述菲涅耳透鏡片的入射面?zhèn)取?br> 在本發(fā)明的后投影式顯示裝置中，希望所述菲涅耳透鏡片疊層兩層以上硬度及脆度不同的材料而構(gòu)成。
(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可知，菲涅耳透鏡的光軸，作為形成為同心圓狀的菲涅耳透鏡圖案的中心，位于菲涅耳透鏡片的外側(cè)，菲涅耳面相對與菲涅耳透鏡的光軸垂直相交的平面的偏斜角度從菲涅耳透鏡的光軸向外圍逐漸增大，菲涅耳透鏡片，具有菲涅耳面的偏斜角度為77度以上的區(qū)域，由此，可縮短菲涅耳透鏡片和投影器之間的投影距離，即與主反射鏡的平面反射鏡之間的距離，另外在投影器的配置上，可利用后投影式顯示裝置屏幕下部的空間，進而可對通過透鏡成型形成為同心圓狀的圓形菲涅耳透鏡片基片切出矩形的菲涅耳透鏡片，進行兩面倒角。
另外，通過將設(shè)于投影器與透射式屏幕之間大約中間位置的平面反射鏡的設(shè)置角度設(shè)為相對透射式屏幕偏斜5度以上，可以防止投影屏幕的投影圖像返回投影器附近的返回光而引起屏幕上的雜散光，還可避免追加部件或工時，另外，可在不犧牲薄型化的優(yōu)點的前提下獲得能夠顯示高質(zhì)量的投影圖像的后投影式顯示裝置。


圖1是表示使用本發(fā)明的透射式屏幕的后投影式顯示裝置的一結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是以示意性表示本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的局部剖面的剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的透鏡面的部分放大剖面圖。
圖4是概略表示本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的平面圖。
圖5是表示本發(fā)明的后投影式顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示試算后投影式顯示裝置的深度尺寸時，投向規(guī)定的菲涅耳透鏡的入射光線及出射光線的角度的剖面圖。
圖7是表示將菲涅耳透鏡片的折射率設(shè)為1.53時的、菲涅耳角和50英寸式后投影式顯示裝置的深度尺寸之間關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示將菲涅耳透鏡片的折射率設(shè)為1.55時的、菲涅耳角和50英寸式后投影式顯示裝置的深度尺寸之間關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示將菲涅耳透鏡片的折射率設(shè)為1.53時的、菲涅耳角和60英寸式后投影式顯示裝置的深度尺寸之間關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示將菲涅耳透鏡片的折射率設(shè)為1.55時的、菲涅耳角和60英寸式后投影式顯示裝置的深度尺寸之間關(guān)系的曲線圖。
圖11是表示將菲涅耳透鏡片的折射率設(shè)為1.53時的、菲涅耳角和70英寸式后投影式顯示裝置的深度尺寸之間關(guān)系的曲線圖。
圖12是表示將菲涅耳透鏡片的折射率設(shè)為1.55時的、菲涅耳角和70英寸式后投影式顯示裝置的深度尺寸之間關(guān)系的曲線圖。
圖中，1，11透射式屏幕、2，12菲涅耳透鏡片、2a玻璃基板、2b菲涅耳透鏡、3，13光漫射板、4，14平面反射鏡、5，5’、15，15’投影器、6，16菲涅耳角、7菲涅耳透鏡的同心圓結(jié)構(gòu)的中心。
具體實施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明。
(第一實施方式)在圖1中，表示使用本發(fā)明的透射式屏幕1的后投影式顯示裝置10的一結(jié)構(gòu)例。后投影式顯示裝置10，具有透射式屏幕1，其光學(xué)系統(tǒng)主要由菲涅耳透鏡片2和光漫射板3組成；投影器5，其向透射式屏幕1投影圖像；平面反射鏡4，其配置于透射式屏幕1和投影器5的大約中間位置，該后投影式顯示裝置10，可使從投影器5投影的圖像光，通過平面反射鏡4(主反射鏡)向透射式屏幕1反射，并投影在透射式屏幕上，從而使位于對面的觀察者觀察到圖像。
投影器5，被配置為可相對透射式屏幕1偏斜地投影圖像。若這樣配置投影器5，則投影在透射式屏幕1上圖像變形為梯形，但在投影器5上配備了使圖像不變?yōu)樘菪蔚难a正功能。
另外，圖中通過虛線表示的投影器5’及光線，表示在不設(shè)置平面反射鏡4的條件下，直接向透射式屏幕1投影圖像的情況下的配置例。
下面，對構(gòu)成該透射式屏幕1的菲涅耳透鏡片2進行說明。
圖2是以示意性表示菲涅耳透鏡片2的局部剖面的圖。菲涅耳透鏡片2，具有兩層結(jié)構(gòu)，包括玻璃基板2a，其為堿石灰玻璃或浮法玻璃等；菲涅耳透鏡2b，其為形成于該玻璃基板2a上，由甲基丙烯酸苯乙烯(MS)樹脂或聚碳酸酯(PC)樹脂制成。玻璃基板2a和菲涅耳透鏡2b，由于材質(zhì)的差異，硬度或脆度不同，所以菲涅耳透鏡片2的剛性由玻璃基板2a來承擔(dān)，而菲涅耳透鏡2b起到防止屏幕破損時玻璃基板2a飛散的作用。
菲涅耳透鏡2b具有成為光線透射面的菲涅耳面2c、和成為光線非透射面的上升面2d交替形成為同心圓狀透鏡圖案。在本發(fā)明中，在此表示的同心圓狀棱鏡的角度(所述菲涅耳面相對與所述光軸垂直相交的平面的角度，即菲涅耳角)6，成為確定投向透射式屏幕1的投影距離的重要因素。
現(xiàn)在受到菲涅耳透鏡加工機械的機構(gòu)上的限制、或成品率等菲涅耳透鏡片的批量成型上的限制，所以增大菲涅耳角存在限度，特別是，由于最大形成到60度左右，所以逐漸障礙了使用后投影屏幕的背面透射式顯示裝置的薄型化，該情況還未被獲知。
因此，在本發(fā)明中，通過重新分析菲涅耳透鏡的加工條件，發(fā)現(xiàn)能夠制造增大菲涅耳角的菲涅耳透鏡2b，進而在使該菲涅耳角形成為77度以上時，可使投影圖像光以相對透射式屏幕1非常淺的角度入射。即，可避免使基于菲涅耳透鏡片2光軸的偏移配置產(chǎn)生的淺的角度的投影圖像光入射到上升面2d，而入射到菲涅耳面2c上，從而可以在透射式屏幕1上獲得高質(zhì)量的圖像。
下述的表，是表示本發(fā)明的菲涅耳透鏡片中的菲涅耳透鏡的菲涅耳角6的表。
環(huán)帶位置以百分比表示距離菲涅耳透鏡片2的光學(xué)中心的半徑，并表示該位置上的菲涅耳角。在下述的表中，最外周為達到80度的形狀。


*單位度圖3是本發(fā)明的菲涅耳透鏡片的透鏡面的剖面圖。右側(cè)是菲涅耳透鏡片的中心側(cè)，左側(cè)是外周側(cè)。投影圖像光從該圖3的右下側(cè)入射，入射光在菲涅耳面(圖中棱鏡左邊的面)經(jīng)過折射，向圖3的上方射出光線。
通過使用該菲涅耳透鏡片與光漫射板配合，構(gòu)成透射式屏幕，進行各種透射試驗結(jié)果，可以確認能夠使投影圖像光以相對透射式屏幕1非常淺的角度入射等效果。
另外，光漫射板3為摻合了磨砂玻璃、填料、光漫射微粒等的透明合成樹脂的漫射板、將半圓柱狀的凸圓柱透鏡向規(guī)定的一個方向以規(guī)定的間隔排列的雙凸透鏡片、將同上半圓柱狀的凸圓柱透鏡向規(guī)定的兩個方向交叉，且在兩個方向上都以規(guī)定的間隔排列于同一面上的交叉凸透鏡片、棱鏡陣列、具有顯微透鏡結(jié)構(gòu)的可使用于屏幕的單個透鏡形狀的透鏡片的任一種，可根據(jù)透射式屏幕的用途適當(dāng)選擇。尤其，若光漫射板3采用交叉凸透鏡片，則能夠縮短后投影式顯示裝置10的深度尺寸，并且能夠擴大畫面的縱向視野。另外，若采用具有顯微透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡片，則在能夠縮短后投影式顯示裝置10的深度尺寸的基礎(chǔ)上，還能夠擴大全方位的視野。
由于透鏡片由光學(xué)用透明樹脂構(gòu)成，所以可作為透鏡、或棱鏡起作用。對于該光學(xué)用透明樹脂，希望的是，在光學(xué)生產(chǎn)上，易于應(yīng)用各種成形技術(shù)的透明合成樹脂片。
作為透明合成樹脂，包括聚甲基丙烯酸甲酯等的丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂、丙烯-苯乙烯共聚物樹脂、苯乙烯樹脂、聚氯化乙烯樹脂等。
另外，光漫射微粒子，尤其優(yōu)選的是，正球狀，可以使用丙烯酸類樹脂、聚氨酯類樹脂、聚酰胺類樹脂等有機高分子、或二氧化硅等無機化合物。
對作為解決本發(fā)明的課題的又一要素的、菲涅耳透鏡片2的形成為同心圓狀的菲涅耳透鏡中心即菲涅耳透鏡片的光軸的偏移配置進行說明。
如圖4所示，通過在使用于后投影式顯示裝置10的透射式屏幕1上的圖像投影區(qū)域外配置菲涅耳透鏡的光軸(即同心圓結(jié)構(gòu)的中心7)，使得將由于菲涅耳角接近0度而難以進行菲涅耳透鏡的加工的同心圓結(jié)構(gòu)的中心處在圖像投影區(qū)域的外側(cè)，故在透射式屏幕上不使用該部分，且不要求不使用區(qū)域的菲涅耳透鏡加工的精度，所以不需要意識菲涅耳透鏡加工上的不均勻，其結(jié)果，加工變得容易。
另外，由于在現(xiàn)有的菲涅耳透鏡片中，光軸存在于透射式屏幕所使用的區(qū)域，所以不可能從一片菲涅耳透鏡片的基片獲得兩面，但通過切割不含菲涅耳透鏡片中心7的菲涅耳透鏡片，可對從一片菲涅耳透鏡片的基片獲得的矩形的菲涅耳透鏡片進行兩面倒角，因此提高菲涅耳透鏡片的制造效率。
這樣，對于偏移菲涅耳透鏡同心圓結(jié)構(gòu)的中心7，且由77度以上菲涅耳角的菲涅耳透鏡構(gòu)成的透射式屏幕，相應(yīng)配置平面反射片4，由此可將投影器配置于屏幕的下部，還可以對后投影式顯示裝置的薄型化進行非常有效的配置。
還有，還可以在菲涅耳透鏡片2的菲涅耳透鏡2b的入射面?zhèn)仍O(shè)置低折射率層。在本實施方式的菲涅耳透鏡片2中，由于在菲涅耳透鏡2b的入射面?zhèn)仍O(shè)有基板2a，所以低折射率層設(shè)在基板2a的入射面。通過設(shè)置低折射率層，可防止向不希望的方向漫反射，并提高透射效率。另外，低折射率層，既可以設(shè)在菲涅耳透鏡2b的出射面?zhèn)?，也可以設(shè)在入射面?zhèn)?、出射面?zhèn)葍煞健?br> 另外，也可以在菲涅耳透鏡片2的菲涅耳透鏡2b的入射面?zhèn)仍O(shè)置防靜電層。另外，在本實施方式的菲涅耳透鏡片2中，由于在菲涅耳透鏡2b的入射面?zhèn)仍O(shè)有基板2a，所以防靜電層設(shè)置在基板2a的入射面。通過設(shè)置防靜電層，可對顯示裝置內(nèi)部防塵，并提高圖像質(zhì)量。另外，防靜電層，設(shè)于菲涅耳透鏡2b的入射面?zhèn)取⒊錾涿鎮(zhèn)葍煞骄伞?br> 另外，在本實施方式中，菲涅耳透鏡片2，具有兩層結(jié)構(gòu)，包括玻璃基板2a，其為堿石灰玻璃或浮法玻璃等；菲涅耳透鏡2b，其由甲基丙烯酸苯乙烯(MS)樹脂或聚碳酸酯(PC)樹脂制成，但也可以由硬度及脆度不同的不同材料疊層3層或更多，來構(gòu)成菲涅耳透鏡片。
進而，也可以代替平面反射鏡4，使用反射面不是平面而是非球狀的曲面的反射鏡。通過使用這樣的反射鏡，以使圖像相對透射式屏幕1偏斜地投影圖像的方式配置投影器5情況下，即使不使用投影器5的補正功能，也能夠進行補正圖像，使之不變形為梯形。進而，通過并用投影器5的補正功能和非球面的反射鏡，可使投影器5相對透射式屏幕5的投影角度比以往的淺(減小角度)，由此，可實現(xiàn)顯示裝置的薄型化。另外，反射鏡，即可以是非球面且對稱，也可以是非球面且非對稱。
(第二實施方式)圖5是表示使用本發(fā)明的透射式屏幕1的后投影式顯示裝置20的另一結(jié)構(gòu)例。后投影式顯示裝置10由以下所述的物體構(gòu)成，且表示帶有傾角地設(shè)置的情況的示意圖，即透射式屏幕11，其光學(xué)系統(tǒng)主要由菲涅耳透鏡片12和光漫射板13組成；投影器15，其向透射式屏幕11投影圖像；平面反射鏡14，其配置于透射式屏幕11和投影器15之間的大致中間位置，表示在平面反射板14設(shè)置傾斜角的情況的示意圖。
在這里，圖中通過虛線表示的投影器15’及光線，表示在不設(shè)置平面反射鏡14的條件下，直接向透射式屏幕11投影圖像時的配置。
在圖1中，在將投影器5的位置從透射式屏幕1的中心位置偏移，從投影器5對透射式屏幕1的垂線被設(shè)置于透射式屏幕1的面外的情況下，由于使投影器5和透射式屏幕1的位置互不干擾，因此，與透射式屏幕1平行地設(shè)置平面反射板4的情況居多。這還有利于后投影式顯示裝置10的薄型化，但從投影器5投影圖像光時，由于從菲涅耳透鏡2或漫射板3的反射等引起的投向投影器5附近的返回光，有時會在透射式屏幕1上產(chǎn)生雜散光。
這是由于漫射板的反射光是主要原因，由現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成，難以輕易地去除。因此，為了避免受到該雜散光的影響，通過將平面反射板14的設(shè)置角度16設(shè)為相對透射式屏幕11成5度以上，可根據(jù)投影器5的投影距離而增大投影器5的光軸和菲涅耳透鏡2的光軸之間的間隔。例如，在屏幕的對角長度為50英寸的透射式屏幕1中，若比較設(shè)置角度16為0度的情況和設(shè)置角度16為5度的情況，則間隔僅增大18.7毫米，同樣在70英寸的透射式屏幕1中，若比較設(shè)置角度16為0度的情況和設(shè)置角度16為5度的情況，則間隔僅增大33.3毫米。這樣，若增大投影器5和平面反射板14之間的間隔，則可明確對于上述問題的抑制效果顯著的事實。
尤其，對使所述的菲涅耳透鏡的同心圓結(jié)構(gòu)從屏幕上偏移，作為其中心的光軸不在屏幕上的區(qū)域，且由形成77度以上菲涅耳角的菲涅耳透鏡片構(gòu)成的透射式屏幕11，將平面反射板14的設(shè)置角度16形成為5度以上，由此，可避免由于從投影器15投影的圖像光在從菲涅耳透鏡12或漫射板13的反射等導(dǎo)致返回投影器15附近的返回光，而在透射式屏幕1上產(chǎn)生雜散光，并可以通過透射式屏幕1觀察到更加高質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明通過將作為形成為同心圓狀的菲涅耳透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸，置于菲涅耳透鏡片的外側(cè)，且具有從菲涅耳透鏡的光軸向外圍逐漸增大的透鏡圖案的菲涅耳面的菲涅耳角相對光軸為77度以上的區(qū)域，可縮短菲涅耳透鏡片和投影器之間的投影距離，即與作為主反射鏡的平面反射鏡之間的距離，由此，可實現(xiàn)后投影式顯示裝置的深度的薄型化。
進而由于菲涅耳透鏡的光軸位于菲涅耳透鏡片的外側(cè)，可對從圓形的菲涅耳透鏡片基片切出的矩形的菲涅耳透鏡片進行兩面倒角，從而提高生產(chǎn)效率。
另外，由于使設(shè)置于投影器和透視式屏幕之間的大約中間位置的平面反射的設(shè)置角度，相對透射式屏幕偏斜5度以上，可防止由于投向屏幕的投影圖像返回投影器附近的返回光而產(chǎn)生在屏幕上的雜散光，所以能夠獲得可顯示高質(zhì)量的投影圖像的后投影式顯示裝置。
(實施例)在本發(fā)明中實施的后投影式顯示裝置10的深度尺寸(厚度)的估算進行說明。當(dāng)進行該估算時，如圖6所示，將菲涅耳角設(shè)為φ，將菲涅耳透鏡片2平坦面的法線(與光軸平行)和入射在平坦面的光線構(gòu)成的角度設(shè)為θ1(已知)，將菲涅耳透鏡片2平坦面的法線和從平坦面射出的光線構(gòu)成的角度設(shè)為θ2(已知)，菲涅耳透鏡片2平坦面的法線和從菲涅耳面射出的光線構(gòu)成的角度設(shè)為θ3(已知)。另外，將菲涅耳透鏡片2的折射率設(shè)為n，將透射式屏幕1的縱向長度設(shè)為h，將后投影式顯示裝置10的深度尺寸設(shè)為W。
另外，將深度尺寸W設(shè)為投影器15投影距離的1/2，將從菲涅耳透鏡2b射出的光線設(shè)為與光軸平行(即θ3＝0)，將菲涅耳透鏡片2的光學(xué)中心，設(shè)在從菲涅耳透鏡片2的下緣突出透射式屏幕1的縱向長度的10％長度的位置。
在上述條件下，通過進行以下的計算，算出后投影式顯示裝置10的深度尺寸W。
首先，適當(dāng)確定n、h、φ的值，然后，將各值代入下述的公式，算出θ1。
θ2=sin-1(sinθ1n)]]>[式2]
θ3＝sin-1(n·sin(φ-θ2))-φ并且，將θ1的值代入下述的公式，算出W。
W=1.1×h2·tan(θ1)]]>在圖7中，表示在將透射式屏幕1的對角長度設(shè)為50英寸，將菲涅耳透鏡片2的折射率n設(shè)為1.53的條件下，變化菲涅耳角φ，估算后投影式顯示裝置10的深度尺寸W的變化的結(jié)果。另外，透射式屏幕1的縱向長度h，基于透射式屏幕1的縱橫比(已知)來決定。另外，在圖8中，表示在將菲涅耳透鏡片2的折射率n為1.55的條件下，進行同樣的估算的結(jié)果。
在圖9中，表示在將透射式屏幕1的對角長度設(shè)為60英寸，將菲涅耳透鏡片2的折射率n設(shè)為1.53的條件下，變化菲涅耳角φ，估算后投影式顯示裝置10的深度尺寸W是如何變化的，并表示其結(jié)果。另外，在圖10中，使同樣的估算在菲涅耳透鏡片2的折射率n為1.55的基礎(chǔ)上進行，并表示其結(jié)果。
在圖11中，在使透射式屏幕1的對角長度為70英寸，菲涅耳透鏡片2的折射率n為1.53的基礎(chǔ)上，通過變化菲涅耳角φ，估算后投影式顯示裝置10的深度尺寸W的變化的結(jié)果。另外，在圖12中，表示在將菲涅耳透鏡片2的折射率n設(shè)為1.55的條件下，進行同樣的估算的結(jié)果。
從圖7、圖8的表格可知，在菲涅耳角φ為77度時，50英寸大小的后投影式顯示裝置10的深度尺寸W在n＝1.53時為135毫米，n＝1.55時為106毫米。
從圖9、圖10的表格可知，在菲涅耳角φ為77度時，60英寸大小的后投影式顯示裝置10的深度尺寸W在n＝1.53時為162毫米，n＝1.55時為126毫米。
從圖11、圖12的表格可知，在菲涅耳角φ為77度時，70英寸大小的后投影式顯示裝置10的深度尺寸W在n＝1.53時為189毫米，n＝1.55時為148毫米。
無論上述哪種情況，在菲涅耳角φ小于77度時，深度尺寸W只表示一次函數(shù)的變化，但若菲涅耳角φ達到77度以上，則深度尺寸W表示二次函數(shù)的變化，并顯著地變短。
以上，對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行了說明，但本發(fā)明不限于述實施方式的限制。在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，可進行結(jié)構(gòu)的添加、省略、置換、及其他變更。本發(fā)明限于所述說明，只限于請求范圍的限制。
本發(fā)明涉及后投影式顯示裝置，該后投影式顯示裝置，具備透射式屏幕，其具有菲涅耳透鏡片和光漫射板，所述菲涅耳透鏡片的具有成為光線透射面的菲涅耳面和成為光線非透射面的上升面的透鏡圖案形成為同心圓狀，作為所述透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸位于所述菲涅耳透鏡片的外側(cè)；投影器，其可向所述透射式屏幕投影圖像；反射鏡，其設(shè)置在所述投影器和所述透射式屏幕之間，所述反射鏡被設(shè)置在所述投影器和所述透射式屏幕的大致中間位置。
根據(jù)本發(fā)明的后投影式顯示裝置，能夠防止由于投向屏幕的投影圖像返回投影器附近的返回光而在屏幕上產(chǎn)生雜散光，無需補償部件或工時，另外，在不犧牲薄型化的優(yōu)點的前提下，可獲得顯示高質(zhì)量的投影圖像的后投影式顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種菲涅耳透鏡片，具有成為光線透射面的菲涅耳面和成為光線非透射面的上升面的透鏡圖案形成為同心圓狀而構(gòu)成，其中，作為所述透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸被配置在所述菲涅耳透鏡片的外側(cè)，所述菲涅耳面相對與所述光軸垂直相交的平面的偏斜角度從所述光軸向外圍逐漸增大，所述菲涅耳透鏡片具有所述菲涅耳面的偏斜角度為77度以上的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其中，低折射率層設(shè)置在所述菲涅耳透鏡的入射面?zhèn)燃?或出射面?zhèn)取?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其中，防靜電層至少設(shè)置在所述菲涅耳透鏡的入射面?zhèn)取?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅耳透鏡片，其中，疊層兩層以上硬度及脆度不同的材料而構(gòu)成。
5.一種透射式屏幕，具備菲涅耳透鏡片；光漫射板，其中，在所述菲涅耳透鏡片上，具有成為光線透射面的菲涅耳面、和成為光線非透射面的上升面的透鏡圖案形成為同心圓狀，作為所述透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸被配置在所述菲涅耳透鏡片的外側(cè)，所述菲涅耳面相對與所述光軸垂直相交的平面的偏斜角度從所述光軸向外圍逐漸增大，所述菲涅耳透鏡片具有所述菲涅耳面的偏斜角度為77度以上的區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透射式屏幕，其中，所述光漫射板為含有磨砂玻璃、填料、光漫射微粒等的漫射板、多個凸圓柱透鏡向規(guī)定的一個方向排列的雙凸透鏡片、多個凸圓柱透鏡排列于同一面上以向規(guī)定的兩個方向交叉的交叉凸透鏡片、具有棱鏡陣列透鏡片、具有單個透鏡二維排列的顯微透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡片中的任一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透射式屏幕，其中，低折射率層設(shè)置在所述菲涅耳透鏡的入射面?zhèn)燃?或出射面?zhèn)取?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透射式屏幕，其中，防靜電層至少設(shè)置在所述菲涅耳透鏡片的入射面?zhèn)取?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透射式屏幕，其中，所述菲涅耳透鏡片疊層兩層以上硬度及脆度不同的材料而構(gòu)成。
10.一種后投影式顯示裝置，具備透射式屏幕，其具有菲涅耳透鏡片和光漫射板；投影器，其可向所述透射式屏幕投影圖像；反射鏡，其設(shè)置在所述投影器和所述透射式屏幕之間，其中，在所述菲涅耳透鏡片上，具有成為光線透射面的菲涅耳面和成為光線非透射面的上升面的透鏡圖案形成為同心圓狀，作為所述透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸被配置在所述菲涅耳透鏡片的外側(cè)，所述反射鏡被設(shè)置在所述投影器和所述透射式屏幕的大致中間位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的后投影式顯示裝置，其中，所述反射鏡相對所述透射式屏幕的設(shè)置角度為5度以上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的后投影式顯示裝置，其中，所述投影器被配置為相對所述透射式屏幕偏斜地投影圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的后投影式顯示裝置，其中，所述光漫射板為含有磨砂玻璃、填料、光漫射微粒等的漫射板、多個凸圓柱透鏡向規(guī)定的一個方向排列的雙凸透鏡片、多個凸圓柱透鏡排列于同一面上以向規(guī)定的兩個方向交叉的交叉凸透鏡片、具有棱鏡陣列透鏡片、具有單個透鏡二維排列的顯微透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡片中的任一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的后投影式顯示裝置，其中，所述反射鏡的反射面為非球面及/或非對稱的曲面。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的后投影式顯示裝置，其中，低折射率層設(shè)置在所述菲涅耳透鏡的入射面?zhèn)燃?或出射面?zhèn)取?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的后投影式顯示裝置，其中，防靜電層至少設(shè)置在所述菲涅耳透鏡片的入射面?zhèn)取?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的后投影式顯示裝置，其中，所述菲涅耳透鏡片疊層兩層以上硬度及脆度不同的材料而構(gòu)成。
全文摘要
一種后投影式顯示裝置，具備透射式屏幕，其具有菲涅耳透鏡片和光漫射板，所述菲涅耳透鏡片的具有成為光線透射面的菲涅耳面和成為光線非透射面的上升面的透鏡圖案形成為同心圓狀，作為所述透鏡圖案的中心的菲涅耳透鏡的光軸位于所述菲涅耳透鏡片的外側(cè)；投影器，其可向所述透射式屏幕投影圖像；反射鏡，其設(shè)置在所述投影器和所述透射式屏幕之間，所述反射鏡被設(shè)置在所述投影器和所述透射式屏幕的大致中間位置。
文檔編號G02B3/08GK1867864SQ20048002993
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者海老名一義, 阿部崇, 高橋進, 友野孝夫 申請人:凸版印刷株式會社