JP2002221605A - Fresnel lens, illumination device and display device which use the same, method for designing fresnel lens and designing device therefor - Google Patents
Fresnel lens, illumination device and display device which use the same, method for designing fresnel lens and designing device thereforInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、フレネルレンズ、
およびこれを利用した照明装置、表示装置に関するもの
である。[0001] The present invention relates to a Fresnel lens,
And a lighting device and a display device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のフレネルレンズを図14に示す。
図14の(a)は、フレネルレンズ140の平面図であ
り、図14の(b)は、フレネルレンズ140の断面図
を示している。従来のフレネルレンズ140は、屈折面
141が連続した球面ではなく、階段状に傾斜した屈折
面141が形成された平面レンズであり、レンズの曲率
をプリズム143に変換して平面上に配列したプリズム
アレイである。2. Description of the Related Art FIG. 14 shows a conventional Fresnel lens.
FIG. 14A is a plan view of the Fresnel lens 140, and FIG. 14B is a cross-sectional view of the Fresnel lens 140. The conventional Fresnel lens 140 is a flat lens in which the refracting surface 141 is not a continuous spherical surface but a refracting surface 141 inclined in a stepwise manner, and the prism of which the curvature of the lens is converted into a prism 143 and arranged on a plane. An array.
【0003】フレネルレンズ140に形成されるプリズ
ム143は、一般に、傾斜面を備えており、傾斜面で光
を屈折して光の進行方向を曲げる作用を有している。フ
レネルレンズは、平面レンズであり、一般にアクリル樹
脂、ポリカーボネート樹脂などの透明樹脂で成形するた
め、レンズを薄型化、軽量化するという利点があり、照
明装置、表示装置及び受光装置に広く用いられている。The prism 143 formed on the Fresnel lens 140 generally has an inclined surface, and has a function of refracting light on the inclined surface to bend the traveling direction of light. Fresnel lenses are flat lenses, and are generally formed of a transparent resin such as an acrylic resin or a polycarbonate resin, which has the advantage of making the lens thinner and lighter, and is widely used in lighting devices, display devices, and light receiving devices. I have.
【0004】液晶表示装置の照明装置として用いられる
一例について、図15を用いて説明する。図15におい
て、液晶表示装置150は、光源151、フレネルレン
ズ152、球面鏡153からなるバックライト154、
液晶表示素子155、液晶表示素子155の両端に1対
の偏光板157、観察者側に光拡散層156が配置され
た構成となっている。また、バックライト154におい
て、光源151はフレネルレンズ152の焦点近傍に配
置され、光源151からの光158がフレネルレンズ1
52に形成されたプリズムによって屈折されて略平行な
照明光159として出射する。球面鏡153は、フレネ
ルレンズ152と対向して配置され、光源151からの
光158をフレネルレンズ152に向かって反射させる
ことで光の利用効率を向上させる。なお、本発明におけ
る図中の矢印は、光の進行方向を示している。液晶表示
素子155はバックライト154からの略平行な照明光
159を受け、画素ごとにその透過率が制御され、光拡
散層156によって視角依存性が改善される。An example used as a lighting device of a liquid crystal display device will be described with reference to FIG. In FIG. 15, a liquid crystal display device 150 includes a backlight 154 including a light source 151, a Fresnel lens 152, and a spherical mirror 153;
The liquid crystal display element 155 has a configuration in which a pair of polarizing plates 157 are disposed at both ends of the liquid crystal display element 155, and a light diffusion layer 156 is disposed on the viewer side. In the backlight 154, the light source 151 is disposed near the focal point of the Fresnel lens 152, and the light 158 from the light source 151
The illumination light 159 is refracted by the prism formed at 52 and emitted as substantially parallel illumination light 159. The spherical mirror 153 is disposed so as to face the Fresnel lens 152, and reflects light 158 from the light source 151 toward the Fresnel lens 152 to improve light use efficiency. The arrows in the drawings in the present invention indicate the traveling directions of light. The liquid crystal display element 155 receives substantially parallel illumination light 159 from the backlight 154, the transmittance thereof is controlled for each pixel, and the viewing angle dependency is improved by the light diffusion layer 156.
【0005】他に光拡散層としてレンズアレイシートを
使用した構成も報告されている。[0005] In addition, a configuration using a lens array sheet as a light diffusion layer has been reported.
【0006】一方、Total Internal Reflectionレンズ
(以下TIRレンズと記載する)及びそれを用いた応用例に
関する技術が特表平11-504124号公報に記載されてい
る。TIRレンズは、レンズ全体の形状がドーム状であ
り、その表面上にプリズムが形成されている。このTIR
レンズは、従来のフレネルレンズと異なって、レンズと
光源の距離に制限を受けずに均一な光量でかつ平行度の
高い照明光を出射することができる。On the other hand, a Total Internal Reflection lens
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-504124 discloses a technique (hereinafter referred to as a TIR lens) and an application example using the same. The TIR lens has a dome shape as a whole lens, and a prism is formed on the surface thereof. This TIR
Unlike a conventional Fresnel lens, a lens can emit illumination light with a uniform light amount and high parallelism without being restricted by the distance between the lens and the light source.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フレネルレンズやTIRレンズには以下のような課題が
あった。However, conventional Fresnel lenses and TIR lenses have the following problems.
【0008】従来のフレネルレンズからなる照明装置を
液晶表示装置に用いた場合、フレネルレンズの光軸から
の位置によって、フレネルレンズを通過する光量に差が
生じていた。これは、照明光量の不均一性が導かれ、液
晶表示装置の表示品位に大きく影響した。この理由を図
16、図17を用いて説明する。図16において、光源
161は、フレネルレンズの焦点距離f近傍に配置され
ている。この条件のもとで、フレネルレンズ162の任
意の点を通過した出射光164の強度を測定した。その
結果を図17に示す。図17の横軸は、光軸163から
の距離を示し、縦軸は、出射光の強度であり、光軸16
3における出射光の強度を1とした時の強度を相対比で
示している。図17は、光軸163からのそれぞれの位
置での出射光164の強度を示していることから、光軸
163からの距離が大きくなるに従って出射光164の
強度は減少することが分かる。これは、フレネルレンズ
の焦点近傍に光源161を配置した場合、フレネルレン
ズの光軸近傍においては、入射光をほとんど屈折する必
要がないため、光のフレネルレンズに対する入射角は小
さく、透過率が高いが、光軸から遠い位置となるにした
がって、入射光のフレネルレンズに対する入射角は大き
くなり、フレネルレンズの表面上で反射する光が増加し
て透過率が低下する。このように、従来のフレネルレン
ズでは、フレネルレンズの光軸163に対して略平行な
出射光を出射することが出来るが、光軸163から周辺
部に向かって、出射光の強度が減少するという問題点が
あった。[0008] When a conventional illuminating device including a Fresnel lens is used for a liquid crystal display device, the amount of light passing through the Fresnel lens varies depending on the position of the Fresnel lens from the optical axis. This led to non-uniformity in the amount of illumination light, which greatly affected the display quality of the liquid crystal display device. The reason will be described with reference to FIGS. In FIG. 16, the light source 161 is arranged near the focal length f of the Fresnel lens. Under these conditions, the intensity of the outgoing light 164 passing through an arbitrary point of the Fresnel lens 162 was measured. The result is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 17 indicates the distance from the optical axis 163, and the vertical axis indicates the intensity of the emitted light.
The intensity when the intensity of the outgoing light in No. 3 is 1 is shown as a relative ratio. FIG. 17 shows the intensity of the outgoing light 164 at each position from the optical axis 163, and it can be seen that the intensity of the outgoing light 164 decreases as the distance from the optical axis 163 increases. This is because, when the light source 161 is arranged near the focal point of the Fresnel lens, almost no incident light needs to be refracted near the optical axis of the Fresnel lens, so that the incident angle of the light to the Fresnel lens is small and the transmittance is high. However, as the position becomes farther from the optical axis, the angle of incidence of the incident light on the Fresnel lens increases, the light reflected on the surface of the Fresnel lens increases, and the transmittance decreases. As described above, in the conventional Fresnel lens, the emitted light can be emitted substantially parallel to the optical axis 163 of the Fresnel lens, but the intensity of the emitted light decreases from the optical axis 163 toward the periphery. There was a problem.
【0009】また、このように従来のフレネルレンズ
を、図15に示す液晶表示装置150のバックライト1
54に使用した場合、以下のような問題があった。Further, the conventional Fresnel lens is used as a backlight 1 of a liquid crystal display device 150 shown in FIG.
When used for No. 54, there were the following problems.
【0010】この方式では、液晶表示素子155に光を
入射させる時、表示特性(輝度・コントラスト・色調な
ど)の良い方向(通常は、正面方向)に入射光を集中さ
せ、液晶表示素子155を通過した後、光拡散層156
で、出射方向を広げることで、広い視野角領域にわたっ
て、すぐれた表示特性を実現する技術が利用されてい
る。言い換えれば、液晶表示素子155を照射する光
に、表示特性の悪い視野角方向の光が多く含まれている
場合や、液晶表示素子155を照射する光の正面方向の
強度が、場所によって大きくばらつく場合は、優れた表
示特性が実現できない。In this method, when light is incident on the liquid crystal display element 155, the incident light is concentrated in a direction in which display characteristics (brightness, contrast, color tone, etc.) are good (usually in the front direction), and the liquid crystal display element 155 After passing through, the light diffusion layer 156
Therefore, a technique of realizing excellent display characteristics over a wide viewing angle region by expanding the emission direction is used. In other words, the light illuminating the liquid crystal display element 155 includes a large amount of light in the viewing angle direction with poor display characteristics, or the intensity of the light illuminating the liquid crystal display element 155 in the front direction greatly varies depending on the location. In such a case, excellent display characteristics cannot be realized.
【0011】したがって、従来のバックライト154で
は、正面方向における出射光の強度が非常に不均一であ
ったため、優れた表示特性が実現できなかった。均一な
照射強度は、光軸付近の限られた小さな面積に限定され
るので、バックライトの配置数が多くなり、ひいては、
液晶表示装置の大型化を招くことになる。Therefore, in the conventional backlight 154, since the intensity of the emitted light in the front direction is very uneven, excellent display characteristics cannot be realized. Since the uniform irradiation intensity is limited to a limited small area near the optical axis, the number of backlights to be arranged increases, and as a result,
This will increase the size of the liquid crystal display device.
【0012】一方、特表平11-504124号公報に開示され
ているTIRレンズは、設計に必要なパラメータが多い
ために、レンズを設計することが困難であった。プリズ
ムの形状の他に、プリズムが配列するドーム状の曲線、
および、プリズムが形成されていない面の形状などを総
合的に設計しなければならず、レンズ設計に非常に大き
な手間と労力を必要とした。On the other hand, the TIR lens disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 11-504124 has a large number of parameters required for designing, so that it is difficult to design the lens. In addition to the shape of the prism, a dome-shaped curve where the prisms are arranged,
In addition, it is necessary to comprehensively design the shape of the surface on which the prism is not formed, and the lens design requires a great deal of labor and labor.
【0013】さらに、TIRレンズは全体の形状がドー
ム状であり、その上にプリズムが形成されているため、
プリズムを精度良く形成することも困難であった。Further, since the TIR lens has a dome-shaped overall shape and a prism formed thereon,
It was also difficult to form a prism with high accuracy.
【0014】本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、特に、液晶表示装置の照明装
置として好適に用いられるフレネルレンズ、及びそのよ
うなフレネルレンズを備えた照明装置と表示装置を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide, in particular, a Fresnel lens suitably used as a lighting device of a liquid crystal display device, and a lighting device having such a Fresnel lens. A device and a display device are provided.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明のフレネルレンズ
では、複数個のプリズムを備えたフレネルレンズであっ
て、前記複数個のプリズムは前記フレネルレンズの光軸
に対して傾斜する傾斜面を備え、前記フレネルレンズの
焦点距離がf、任意の位置における光軸からの距離がx
である時、x<fを満たす少なくとも一部の領域には、
前記傾斜面で屈折作用を有する屈折プリズムが形成さ
れ、x>fを満たす少なくとも一部の領域には、前記傾
斜面で反射作用を有する反射プリズムが形成される。そ
のことによって上記目的を達成することができる。According to a Fresnel lens of the present invention, the Fresnel lens includes a plurality of prisms, and the plurality of prisms include an inclined surface inclined with respect to an optical axis of the Fresnel lens. The focal length of the Fresnel lens is f, and the distance from the optical axis at any position is x
When at least some regions satisfying x <f,
A refraction prism having a refraction function is formed on the inclined surface, and a reflection prism having a reflection function on the inclined surface is formed in at least a part of the region satisfying x> f. Thereby, the above object can be achieved.
【0016】また、前記フレネルレンズでは、光軸から
の距離をxとする任意の位置において、前記屈折プリズ
ムの出射光強度と前記反射プリズムの出射光強度のう
ち、大きい方の出射光強度を呈するプリズムが配置され
る。そのことによって上記目的を達成することができ
る。Further, in the Fresnel lens, at an arbitrary position where the distance from the optical axis is x, the larger of the outgoing light intensity of the refracting prism and the outgoing light intensity of the reflecting prism is exhibited. A prism is arranged. Thereby, the above object can be achieved.
【0017】また、前記フレネルレンズの一方の面のみ
に前記複数個のプリズムが形成され、かつ、前記任意の
位置における反射プリズムの頂角θ1が(式1)を満た
す。そのことによって上記目的を達成することができ
る。Further, the plurality of prisms are formed only on one surface of the Fresnel lens, and the vertex angle θ 1 of the reflecting prism at the arbitrary position satisfies (Equation 1). Thereby, the above object can be achieved.
【0018】また、前記フレネルレンズの一方の面のみ
に前記複数個のプリズムが形成され、かつ、任意の位置
における屈折プリズムの頂角θ2が(式2)を満たす。
そのことによって上記目的を達成することができる。Further, the plurality of prisms are formed only on one surface of the Fresnel lens, and the apex angle θ 2 of the refractive prism at an arbitrary position satisfies (Equation 2).
Thereby, the above object can be achieved.
【0019】また、前記複数個のプリズムは、さらに、
前記フレネルレンズの光軸に対して略平行な面を備えて
いる。そのことによって上記目的を達成することができ
る。The plurality of prisms may further include:
The Fresnel lens has a surface substantially parallel to the optical axis. Thereby, the above object can be achieved.
【0020】また、順に、前記フレネルレンズと、光源
と、前記光源からの光を反射する反射体とを配置し、か
つ、前記フレネルレンズのプリズムは光源と対向する面
に配置される。そのことによって上記目的を達成するこ
とができる。Further, the Fresnel lens, a light source, and a reflector for reflecting light from the light source are arranged in this order, and the prism of the Fresnel lens is arranged on a surface facing the light source. Thereby, the above object can be achieved.
【0021】また、少なくとも光変調層を含む受光型表
示素子と、前記照明装置から表示装置を構成する。その
ことによって上記目的を達成することができる。Further, a display device is constituted by a light receiving type display element including at least a light modulation layer and the illumination device. Thereby, the above object can be achieved.
【0022】また、前記表示装置では、前記光変調層が
液晶層であり、かつ、前記液晶層から出射した光を拡散
する光拡散層を液晶層の観察者側に備えている。そのこ
とによって上記目的を達成することができる。In the display device, the light modulation layer is a liquid crystal layer, and a light diffusion layer for diffusing light emitted from the liquid crystal layer is provided on the viewer side of the liquid crystal layer. Thereby, the above object can be achieved.
【0023】また、前記フレネルレンズでは、アクリル
樹脂からなり、前記光軸からの距離がx2である任意の
位置には、前記屈折プリズムが形成され、また、光軸か
らの距離がx1である任意の位置では、前記反射プリズ
ムを形成している時、前記光軸からの距離x1、x2がそ
れぞれ、0≦x2≦0.5f、0.5f≦x1≦1.1fの
範囲を満たす。そのことによって上記目的を達成するこ
とができる。Further, the Fresnel lens is made of acrylic resin, in any position distance of x 2 from the optical axis, the refractive prism is formed, also, the distance from the optical axis in x 1 At an arbitrary position, when the reflection prism is formed, distances x 1 and x 2 from the optical axis are 0 ≦ x 2 ≦ 0.5f and 0.5f ≦ x 1 ≦ 1.1f, respectively. Meet the range. Thereby, the above object can be achieved.
【0024】また、前記フレネルレンズでは、ポリカー
ボネート樹脂からなり、光軸からの距離がx2である任
意の位置には、前記屈折プリズムが形成され、また、光
軸からの距離がx1である任意の位置には、前記反射プ
リズムを形成している時、前記光軸からの距離x1、x2
がそれぞれ、0≦x2≦0.55f 、0.55f≦x1≦
1.1fの範囲を満たす。そのことによって上記目的を
達成することができる。Moreover, the Fresnel lens is made of polycarbonate resin, in any position distance of x 2 from the optical axis, the refractive prism is formed, also, the distance from the optical axis is x 1 When the reflecting prism is formed at an arbitrary position, distances x 1 and x 2 from the optical axis are formed.
Are respectively 0 ≦ x 2 ≦ 0.55f and 0.55f ≦ x 1 ≦
Satisfies the range of 1.1f. Thereby, the above object can be achieved.
【0025】また、複数個のプリズムを備えたフレネル
レンズにおいて、前記複数個のプリズムは前記フレネル
レンズの光軸に対して傾斜する傾斜面を備えているフレ
ネルレンズの設計方法において、前記フレネルレンズの
屈折率nと、焦点距離fを設定する第1条件設定工程
と、(式2)の関係式から屈折プリズムの頂角θ2を求
める第2条件設定工程と、前記第2条件設定工程によっ
て決定された前記屈折プリズムに基づき、出射光強度を
求める第3条件設定工程と、(式1)の関係式から反射
プリズムの頂角θ1を求める第4条件設定工程と、前記
第4条件設定工程によって決定された前記反射プリズム
を用いて、出射光強度を求める第5条件設定工程と、前
記第3条件設定工程で算出された出射光強度と前記第5
の条件設定工程で算出された出射光強度を比較する比較
工程と、前記比較工程において大きい方の出射光強度を
呈する前記プリズムを光軸からの距離がxである位置に
配置させる設定工程を含んでいる。そのことによって上
記目的を達成することができる。In a Fresnel lens having a plurality of prisms, the plurality of prisms may have an inclined surface inclined with respect to the optical axis of the Fresnel lens. Determined by the first condition setting step of setting the refractive index n and the focal length f, the second condition setting step of obtaining the apex angle θ 2 of the refractive prism from the relational expression of (Equation 2), and the second condition setting step A third condition setting step for obtaining the intensity of the emitted light based on the obtained refraction prism, a fourth condition setting step for obtaining the vertex angle θ 1 of the reflection prism from the relational expression of (Equation 1), and the fourth condition setting step A fifth condition setting step of obtaining the output light intensity using the reflection prism determined by the step (a), and the output light intensity calculated in the third condition setting step and the fifth condition setting step.
A comparing step of comparing the emitted light intensity calculated in the condition setting step, and a setting step of arranging the prism exhibiting the larger emitted light intensity in the comparing step at a position where the distance from the optical axis is x. In. Thereby, the above object can be achieved.
【0026】また、複数個のプリズムを備えたフレネル
レンズにおいて、前記複数個のプリズムは前記フレネル
レンズの光軸に対して傾斜する傾斜面を備えているフレ
ネルレンズの設計装置において、前記フレネルレンズの
屈折率nと、焦点距離fを設定する条件入力手段と、
(式2)の関係式から屈折プリズムの頂角θ2を、(式
1)の関係式から反射プリズムの頂角θ1を求めるプリ
ズム頂角計算手段と、前記プリズム頂角計算手段で算出
された頂角を有する前記屈折プリズム及び反射プリズム
に基づいて、出射光強度を求めるシミュレーション手段
と、前記シミュレーション手段によって算出された出射
光強度が、所望の表示品位を満たすか否か判断する評価
手段を備えている。そのことによって上記目的を達成す
ることができる。In a Fresnel lens having a plurality of prisms, the plurality of prisms has an inclined surface inclined with respect to the optical axis of the Fresnel lens. Condition input means for setting a refractive index n and a focal length f;
The prism apex angle calculating means for obtaining the apex angle θ 2 of the refractive prism from the relational expression of (Equation 2) and the apex angle θ 1 of the reflecting prism from the relational expression of (Equation 1), and the prism apex angle calculating means. Simulation means for obtaining the output light intensity based on the refractive prism and the reflection prism having the apex angle, and evaluation means for determining whether or not the output light intensity calculated by the simulation means satisfies a desired display quality. Have. Thereby, the above object can be achieved.
【0027】以下、本発明の作用を説明する。The operation of the present invention will be described below.
【0028】本発明のフレネルレンズは、光軸に対して
傾斜する傾斜面から構成されているプリズムを有してお
り、この傾斜面で光の進行方向を変化させて、プリズム
が形成された面に対向する出射面から光を出射する。フ
レネルレンズの光軸から周辺部に向かって、焦点距離よ
り小さな領域の少なくとも一部には、屈折作用を有する
屈折プリズムを、また、焦点距離より大きな領域の少な
くとも一部には、反射作用を有する反射プリズムが形成
されている。このように屈折プリズムと反射プリズムの
どちらかを光軸からの距離に応じて、最適に配置させる
ことによって、焦点距離より大きな直径を有するフレネ
ルレンズを形成し、しかもフレネルレンズ全面に渡っ
て、均一に光を出射されることができる。さらに、前記
プリズムは、傾斜面と平行面で構成されているので、光
軸に対して略平行な光を出射する領域が増加するので、
光を効率よく利用することができる。各々のプリズムの
頂角は、フレネルレンズの光軸からの距離に対して設計
されて、屈折プリズム或いは、反射プリズムが配置され
ているので光を均一に出射し、効率的に出射させること
ができる。The Fresnel lens of the present invention has a prism composed of an inclined surface that is inclined with respect to the optical axis, and the direction in which light travels is changed by this inclined surface to form a prism-formed surface. The light exits from the exit surface facing the. From the optical axis of the Fresnel lens toward the periphery, at least a part of the area smaller than the focal length has a refractive prism having a refracting action, and at least a part of the area larger than the focal length has a reflecting action. A reflecting prism is formed. By arranging either the refraction prism or the reflection prism optimally according to the distance from the optical axis in this way, a Fresnel lens having a diameter larger than the focal length is formed, and evenly over the entire Fresnel lens. Light can be emitted. Further, since the prism is formed of an inclined surface and a parallel surface, a region for emitting light substantially parallel to the optical axis increases,
Light can be used efficiently. The apex angle of each prism is designed with respect to the distance from the optical axis of the Fresnel lens, and since the refraction prism or the reflection prism is arranged, the light can be uniformly emitted and efficiently emitted. .
【0029】本発明の照明装置は、前述のフレネルレン
ズとから構成され、光源と対向光源と対向するフレネル
レンズの面にプリズムが配置されているので、光源から
の光は、前述のようなプリズムに入射し、前述の出射面
より出射し、被照射物を均一に照射することができる。
本発明の表示装置は、前述のような照明装置を備えてい
るため、輝度特性が均一な表示を提供することができ
る。特に、拡散層と液晶表示素子とを併用することで、
液晶表示素子の表示特性の優れた方向に、均一性の高い
光を入射させることができ、さらに、拡散層でその領域
を拡大させ、優れた表示特性を有する液晶表示装置を実
現することができる。The illuminating device of the present invention comprises the above-mentioned Fresnel lens, and the prism is arranged on the surface of the Fresnel lens facing the light source and the opposing light source. And the light exits from the above-mentioned exit surface, thereby uniformly irradiating the object to be irradiated.
Since the display device of the present invention includes the above-described lighting device, it is possible to provide a display with uniform luminance characteristics. In particular, by using a diffusion layer and a liquid crystal display element together,
Light with high uniformity can be made incident in the direction in which the display characteristics of the liquid crystal display element are excellent, and furthermore, the region can be enlarged by the diffusion layer, and a liquid crystal display device having excellent display characteristics can be realized. .
【0030】さらに、フレネルレンズがアクリル樹脂で
ある場合は、0≦x2≦0.5f、0.5f≦x1≦1.1
fを、ポリカードネイト樹脂である場合は、0≦x2≦
0.55f、0.55f≦x1≦1.1fをそれぞれ満足す
ることで、均一性に優れた表示特性を実現ことができ
る。Further, when the Fresnel lens is an acrylic resin, 0 ≦ x 2 ≦ 0.5f, 0.5f ≦ x 1 ≦ 1.1
When f is a polycardnate resin, 0 ≦ x 2 ≦
By satisfying 0.55f and 0.55f ≦ x 1 ≦ 1.1f, display characteristics with excellent uniformity can be realized.
【0031】また、本発明のフレネルレンズの設計方法
やフレネルレンズの設計装置は、フレネルレンズを設計
するにあたり、フレネルレンズの機能として最も支配的
であるプリズムのみをパラメータとして設定し、それら
を簡単な演算のみで構成しているため、比較的少ない手
間で、フレネルレンズの設計をすることができる。In the Fresnel lens design method and Fresnel lens design apparatus of the present invention, when designing a Fresnel lens, only the prism which is the most dominant function of the Fresnel lens is set as a parameter, and these are simply set. Since it is composed only of calculations, the Fresnel lens can be designed with relatively little effort.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明のフレネルレンズ、
それを用いた照明装置、表示装置、受光装置、ズームス
トロボの実施形態を図面を用いて説明する。以下の実施
形態では、フレネルレンズとそれを用いた液晶表示装置
の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。以下の実施形態の説明で用いられる図面で
は、同じ部材を示すものには同じ符号を付している。 (実施形態1)実施形態1の透過型液晶表示装置1の断
面図を図1に示す。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the Fresnel lens of the present invention,
Embodiments of a lighting device, a display device, a light receiving device, and a zoom strobe using the same will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, embodiments of a Fresnel lens and a liquid crystal display device using the same will be described, but the present invention is not limited thereto. In the drawings used in the description of the following embodiments, the same members are denoted by the same reference numerals. (Embodiment 1) A cross-sectional view of a transmission type liquid crystal display device 1 of Embodiment 1 is shown in FIG.
【0033】液晶表示装置1は、透過型液晶パネル6と
観察者の反対側に照明装置(バックライト)10とを有
している。The liquid crystal display device 1 has a transmissive liquid crystal panel 6 and an illuminating device (backlight) 10 on the opposite side of the viewer.
【0034】透過型液晶パネル6は、公知の方法によっ
て製造された透過型液晶パネルであり、一般的には、観
察者側から順に光拡散層2、偏光板3、透過型液晶セル
4、及び偏光板5を有している。透過型液晶セル4は、
1対の基板(図示せず)間に液晶層、液晶層に電圧を印
加する電極(図示せず)を有している。ここでは、90
度のねじれを有する液晶表示素子を用いた。バックライ
ト10は、液晶パネル6から順にフレネルレンズ7a、
線状光源8、反射体9から構成されており、液晶パネル
6を照射するように観察者の反対側に配置されている。
各々のフレネルレンズ7aの屈折プリズム及び反射プリ
ズムは、線状光源8と平行な方向に直線状に形成されて
いる。つまり、同じ大きさの頂角のプリズムが線状光源
8と平行に直線状に配置されている。このフレネルレン
ズ7aの構成概略図を図2(a)に示す。図2(a)と
図2(b)において、方向dは、線状光源8と平行な方
向であり、フレネルレンズ7aのプリズム23は、この
方向dと平行して形成されている。なお、プリズム23
の頂角25は、光軸24からの距離によって、異なって
いる。そして、このフレネルレンズ7aと、一つの線状
光源8と反射体9の一部から、バックライトユニット1
3が構成されている。さらに、このバックライトユニッ
トが複数個配置されてバックライト10が構成されてい
る。ここでフネルレンズ7aの具体的なプリズムの構成
について、以下に説明する。The transmission type liquid crystal panel 6 is a transmission type liquid crystal panel manufactured by a known method. Generally, the light diffusion layer 2, the polarizing plate 3, the transmission type liquid crystal cell 4, and the transmission type liquid crystal panel 4 are arranged in this order from the observer side. It has a polarizing plate 5. The transmission type liquid crystal cell 4
A liquid crystal layer and an electrode (not shown) for applying a voltage to the liquid crystal layer are provided between a pair of substrates (not shown). Here, 90
A liquid crystal display element having a degree of twist was used. The backlight 10 includes, in order from the liquid crystal panel 6, a Fresnel lens 7a,
It comprises a linear light source 8 and a reflector 9 and is arranged on the opposite side of the viewer so as to irradiate the liquid crystal panel 6.
The refraction prism and the reflection prism of each Fresnel lens 7 a are formed linearly in a direction parallel to the linear light source 8. That is, prisms having the same size and apical angles are arranged linearly in parallel with the linear light source 8. FIG. 2A is a schematic view of the configuration of the Fresnel lens 7a. 2A and 2B, the direction d is a direction parallel to the linear light source 8, and the prism 23 of the Fresnel lens 7a is formed parallel to the direction d. The prism 23
Is different depending on the distance from the optical axis 24. Then, the back light unit 1 is obtained from the Fresnel lens 7a, one linear light source 8 and a part of the reflector 9.
3 are configured. Further, the backlight 10 is configured by arranging a plurality of the backlight units. Here, a specific configuration of the prism of the funnel lens 7a will be described below.
【0035】図2(b)に示すように、フレネルレンズ
を構成するプリズムは、光軸に対して略平行な平行面2
1と、光軸に対して傾斜する傾斜面22を有している。
傾斜面だけでプリズム23を構成してもよいが、光を効
率よく利用する点では、平行面と傾斜面からプリズム2
3を構成した方が望ましい。この理由を図3(a)と図
3(b)を用いて説明する。As shown in FIG. 2B, the prism forming the Fresnel lens has a parallel surface 2 substantially parallel to the optical axis.
1 and an inclined surface 22 inclined with respect to the optical axis.
The prism 23 may be constituted only by the inclined surface, but in terms of efficient use of light, the prism 2 is formed by the parallel surface and the inclined surface.
It is more desirable to configure 3. The reason will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
【0036】図3は、フレネルレンズにおける屈折プリ
ズムのプリズム33の拡大図であり、そのプリズム33
を通過して光の進行方向が変化する状態を示した模式図
である。図3(a)は、屈折プリズムが、平行面21と
傾斜面22から形成されている場合を示し、また、図3
(b)は、屈折プリズムが、傾斜面22と傾斜面22a
で形成されている場合を示している。傾斜面22に入射
した光は、屈折され、光軸に対して略平行な出射光31
となる。この出射光31は、優れた表示特性を実現する
出射光である。一方、平行面21又は、傾斜面22aに
入射した光は、屈折され、光軸に対して斜め方向の出射
光32となる。この出射光32は、被照射体(本実施例
では、液晶表示素子である)へ入射する時に表面反射さ
れやすい。或いは、表示特性のよくない方向に入射す
る。さらに、図3(a)と図3(b)における斜線部L
1は、傾斜面22の面積を示している。また、斜線部L
2は、平行面21または、傾斜面22aの面積を示して
いる。それぞれの面に入射する光の量は、対応する面の
面積が大きくなる程、多くなる。すなわち、斜線部L1
の面積をできるだけ大きくした方が、光軸に略平行な出
射光31を多く出射する。そこで、図3(a)と図3
(b)を比較すると、図3(a)の方が、斜線部L2に
対する斜線部L1の比率が大きく、光の利用効率が向上
する。したがって、屈折プリズムは、平行面と傾斜面か
ら形成されている方が望ましい。FIG. 3 is an enlarged view of the prism 33 of the refractive prism in the Fresnel lens.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the traveling direction of light changes after passing through the optical path. FIG. 3A shows a case where the refraction prism is formed of a parallel surface 21 and an inclined surface 22, and FIG.
(B) shows that the refraction prism is composed of the inclined surface 22 and the inclined surface 22a.
It shows the case where it is formed by. The light incident on the inclined surface 22 is refracted and emitted light 31 substantially parallel to the optical axis.
Becomes The outgoing light 31 is an outgoing light that realizes excellent display characteristics. On the other hand, the light incident on the parallel surface 21 or the inclined surface 22a is refracted, and becomes the outgoing light 32 oblique to the optical axis. The outgoing light 32 is likely to be surface-reflected when entering the object to be irradiated (a liquid crystal display element in this embodiment). Alternatively, the light is incident in a direction with poor display characteristics. Further, the hatched portion L in FIGS. 3A and 3B
1 indicates the area of the inclined surface 22. Also, the shaded portion L
2 indicates the area of the parallel plane 21 or the inclined plane 22a. The amount of light incident on each surface increases as the area of the corresponding surface increases. That is, the shaded portion L1
When the area of the light-emitting device is made as large as possible, more outgoing light 31 substantially parallel to the optical axis is emitted. Therefore, FIG. 3A and FIG.
3B, the ratio of the hatched portion L1 to the hatched portion L2 is larger in FIG. 3A, and the light use efficiency is improved. Therefore, it is desirable that the refraction prism be formed of a parallel surface and an inclined surface.
【0037】図4は、フレネルレンズにおける反射プリ
ズムのプリズム43の拡大図であり、そのプリズム43
を通過して光の進行方向が変化する状態を示した模式図
である。図4(a)は、反射プリズムが、平行面21と
傾斜面22から形成されている場合を示し、また、図4
(b)は、反射プリズムが、傾斜面22と傾斜面22b
で形成されている場合を示している。FIG. 4 is an enlarged view of the prism 43 of the reflection prism in the Fresnel lens.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the traveling direction of light changes after passing through the optical path. FIG. 4A shows a case where the reflecting prism is formed by a parallel surface 21 and an inclined surface 22.
(B), the reflecting prism is composed of the inclined surface 22 and the inclined surface 22b.
It shows the case where it is formed by.
【0038】平行面21または、傾斜面22bに入射し
た光が屈折され、さらに傾斜面22で反射される場合
は、光軸に対して略平行な出射光41となる。この出射
光41は、優れた表示特性を実現する出射光である。一
方、平行面21又は、傾斜面22bに入射した光が屈折
作用のみを受ける場合は、光軸に対して斜め方向の出射
光42となる。この出射光42は、被照射体(本実施例
では、液晶表示素子である)へ入射する時に表面反射さ
れやすい方向や表示特性のよくない方向に入射する。さ
らに、図4(a)と図4(b)における斜線部L3は、
傾斜面22の面積を示している。また、斜線部L4は、
平行面21または、傾斜面22bの面積を示している。
それぞれの面に入射する光の量は、対応する面の面積が
大きくなる程、多くなる。すなわち、斜線部L3の面積
をできるだけ大きくした方が、光軸に略平行な出射光4
1を多く出射する。そこで、図4(a)と図4(b)を
比較すると、図4(a)の方が、斜線部L4に対する斜
線部L3の比率が大きく、光の利用効率が向上する。し
たがって、屈折プリズムは、平行面と傾斜面から形成さ
れている方が望ましい。When the light incident on the parallel surface 21 or the inclined surface 22b is refracted and further reflected on the inclined surface 22, the emitted light 41 becomes substantially parallel to the optical axis. The outgoing light 41 is an outgoing light that realizes excellent display characteristics. On the other hand, when the light incident on the parallel surface 21 or the inclined surface 22b undergoes only a refraction function, the light is emitted in a direction oblique to the optical axis. The outgoing light 42 is incident on a body to be irradiated (which is a liquid crystal display element in this embodiment) in a direction in which the surface is easily reflected or a direction in which display characteristics are not good. Further, the hatched portion L3 in FIG. 4A and FIG.
The area of the inclined surface 22 is shown. The hatched portion L4 is
The area of the parallel surface 21 or the inclined surface 22b is shown.
The amount of light incident on each surface increases as the area of the corresponding surface increases. That is, it is better to increase the area of the hatched portion L3 as much as possible.
1 is emitted more. Thus, comparing FIG. 4A and FIG. 4B, FIG. 4A shows that the ratio of the oblique line portion L3 to the oblique line portion L4 is larger and the light use efficiency is improved. Therefore, it is desirable that the refraction prism be formed of a parallel surface and an inclined surface.
【0039】以上のことから、屈折プリズム、反射プリ
ズム共に、光軸に対して平行面と傾斜面から形成されて
いる方が、優れた表示特性が得られることが出来る。な
お、平行面は、光軸に対して2°程度、傾斜していても
よい。As described above, when both the refracting prism and the reflecting prism are formed from a plane parallel to the optical axis and an inclined plane, excellent display characteristics can be obtained. The parallel plane may be inclined by about 2 ° with respect to the optical axis.
【0040】次に、図2(b)において、線状光源8を
フレネルレンズの焦点距離f近傍に配置し、任意の位置
で出射光14の強度を測定した。その結果を図5、図6
に示す。なお、図5、図6の横軸は、測定点の光軸24
からの距離を表し、縦軸は、光軸24における出射光の
強度を1とし、任意の位置における出射光14の強度を
相対比で表している。図5は、フレネルレンズの材質が
アクリル樹脂(屈折率1.49)の場合であり、図6はポリ
カーボネート樹脂(屈折率1.59)の場合を示している。
なお、反射プリズム及び屈折プリズムそれぞれのプリズ
ムの頂角θ1、θ2は、前述した式(式1)及び、(式
2)によって設計され、その結果を表1に示した。表1
(a)は、フレネルレンズがアクリル樹脂の場合であ
り、表1(b)は、ポリカーボネート樹脂の場合であ
る。Next, in FIG. 2B, the linear light source 8 was arranged near the focal length f of the Fresnel lens, and the intensity of the emitted light 14 was measured at an arbitrary position. 5 and 6 show the results.
Shown in 5 and 6, the horizontal axis is the optical axis 24 of the measurement point.
The vertical axis represents the intensity of the emitted light 14 at the optical axis 24 and the intensity of the emitted light 14 at an arbitrary position as a relative ratio. FIG. 5 shows the case where the material of the Fresnel lens is an acrylic resin (refractive index 1.49), and FIG. 6 shows the case where the material is a polycarbonate resin (refractive index 1.59).
The vertex angles θ1 and θ2 of the reflecting prism and the refracting prism were designed by the above-described equations (Equation 1) and (Equation 2), and the results are shown in Table 1. Table 1
(A) shows the case where the Fresnel lens is made of an acrylic resin, and Table 1 (b) shows the case where the Fresnel lens is made of a polycarbonate resin.
【0041】[0041]
【表1】 [Table 1]
【0042】図5、図6において、屈折プリズムで屈折
された出射光は、光軸近傍ではその強度が大きいが、概
ね、光軸から遠ざかるにしたがって出射光の強度が低下
する。これに対して反射プリズムで屈折及び反射された
出射光は、光軸近傍ではその強度は小さいが、概ね、光
軸から遠ざかると出射光の強度が増加する傾向がある。
従って、光軸からフレネルレンズ周辺部に向かって、焦
点距離より小さな領域の少なくとも一部には、屈折作用
を有する屈折プリズムを、また、焦点距離より大きな領
域の少なくとも一部には、反射作用を有する反射プリズ
ムを形成することで、出射光強度の著しい低下を抑制
し、ほぼ均一な出射光強度を得ることが出来る。In FIGS. 5 and 6, the intensity of the outgoing light refracted by the refraction prism is large near the optical axis, but the intensity of the outgoing light generally decreases as the distance from the optical axis increases. On the other hand, the intensity of the emitted light refracted and reflected by the reflection prism is small near the optical axis, but generally, the intensity of the emitted light tends to increase as the distance from the optical axis increases.
Therefore, from the optical axis toward the Fresnel lens periphery, at least a part of the region smaller than the focal length has a refractive prism having a refraction effect, and at least a part of the region larger than the focal length has a reflection function. By forming a reflecting prism having the same, it is possible to suppress a remarkable decrease in the intensity of the emitted light and to obtain a substantially uniform intensity of the emitted light.
【0043】特に、液晶表示装置としての表示機能を十
分発揮するためには、出射光の強度が0.5(au)以
上必要となる。そこで、出射光強度が0.5(au)以
上なるように屈折プリズムと反射プリズムの配置領域を
決定する。まず、図5に示したアクリル樹脂製のフレネ
ルレンズにおいて説明する。屈折プリズムによる出射光
強度と反射プリズムによる出射光強度とが同じくらいに
なるのは、0.5f付近であり、そこを境界に、屈折プ
リズムによる出射光強度と反射プリズムによる出射光強
度は、その強度が逆転している。したがって、図5で示
したアクリル樹脂製フレネルレンズでは、光軸からの距
離が、0以上0.5f以下の領域に屈折プリズムを配置
し、その時、それぞれの光軸からの位置に対応して、屈
折プリズムの頂角を、90°以上64°以下の範囲で形
成する。また、0.5f以上1.1f以下の領域に反射プリ
ズムを配置し、その時、それぞれの光軸からの位置に対
応して、反射プリズムの頂角を、27°以上32°以下
の範囲で形成する。こうすることによって、アクリル樹
脂製のフレネルレンズは、光軸からの距離が1.1f、す
なわちレンズ幅が2.2fの大きさのレンズを構成するこ
とができるので、従来に比べ、焦点距離が同じでより広
い範囲で均一な出射光を得ることができる。さらに、照
明装置として、光源と本実施例のフレネルレンズを組み
合わせた照明装置は、同じ照射面積で比較した場合、出
射光強度が均一で、かつ、焦点距離を短くすることがで
き、照明装置の薄型化が可能とる。In particular, in order to sufficiently exhibit the display function as a liquid crystal display device, the intensity of the emitted light needs to be 0.5 (au) or more. Therefore, the arrangement area of the refraction prism and the reflection prism is determined so that the output light intensity becomes 0.5 (au) or more. First, the acrylic resin Fresnel lens shown in FIG. 5 will be described. It is around 0.5f that the light intensity emitted by the refracting prism and the light intensity emitted by the reflecting prism are about the same, and at that boundary, the light intensity emitted by the refractive prism and the light intensity emitted by the reflecting prism are The intensity is reversed. Therefore, in the Fresnel lens made of acrylic resin shown in FIG. 5, the refractive prism is arranged in a region where the distance from the optical axis is 0 or more and 0.5f or less, and at that time, corresponding to the position from each optical axis, The apex angle of the refracting prism is formed in a range from 90 ° to 64 °. In addition, a reflecting prism is arranged in an area of 0.5f or more and 1.1f or less, and a vertex angle of the reflecting prism is formed in a range of 27 ° or more and 32 ° or less corresponding to a position from each optical axis. I do. By doing so, the Fresnel lens made of acrylic resin can form a lens having a distance of 1.1f from the optical axis, that is, a lens width of 2.2f. Thus, uniform outgoing light can be obtained in a wider range. Further, as the lighting device, the lighting device in which the light source and the Fresnel lens of this embodiment are combined has a uniform outgoing light intensity and a short focal length when compared with the same irradiation area. Thinning is possible.
【0044】次に、図6に示したポリカーボネート樹脂
のフレネルレンズにおいて、説明する。屈折プリズムに
よる出射光強度と反射プリズムによる出射光強度とが同
じくらいになるのは、0.55f付近であり、そこを境
界に、屈折プリズムによる出射光強度と反射プリズムに
よる出射光強度は、その強度が逆転している。したがっ
て、図6で示したポリカーボネート樹脂では、光軸から
の距離が0以上0.55f以下の領域に屈折プリズムを配
置し、その時、それぞれの光軸からの位置に対応して、
屈折プリズムの頂角を90°以上56°以下の範囲で形
成する。また、0.55f以上1.1f以下の領域に反射プ
リズムを配置し、その時、それぞれの光軸からの位置に
対応して、反射プリズムの頂角を28°以上33°以下
の範囲で形成することで、液晶表示装置として機能し得
る出射光強度を得ることができる。なお、フレネルレン
ズがアクリル樹脂の場合と同様の効果を得る。上述のア
クリル樹脂のフレネルレンズを用いた対角が20(inc
h)である液晶表示装置の具体的な説明を図1を用いて
以下に行う。光源8には、冷陰極管を用い、フレネルレ
ンズ7aには、焦点距離が17.3(mm)のアクリル
樹脂のフレネルレンズを用いた。フレネルレンズ7a
は、図5より、光軸からの距離が0以上0.5f以下の
領域、つまり、光軸から8.65(mm)までの領域
に、屈折プリズムが形成されている。また、図6より光
軸からの距離が0.5f以上1.1fまでの領域、つま
り、光軸からの距離が、8.65(mm)以上19(m
m)の領域に反射プリズムが形成される。したがって、
レンズ幅が2.2fに相当する38(mm)の範囲で所
望の出射光強度0.5(au)以上を実現させることが
できる。20(inch)の液晶表示装置の場合、バックラ
イトユニット13を8個、配置させることが必要とな
る。一方、従来のフレネルレンズでは、同じ焦点距離の
場合、図17より、所望の出射光強度0.5(au)以
上得るためには、光軸からの距離が0.55fの領域し
か用いることができないフレネルレンズとなる。つま
り、光軸からの距離が9.51(mm)の領域にプリズ
ムを形成し、レンズ幅は、19(mm)となる。したが
って、本実施形態のフレネルレンズのレンズ幅が38
(mm)に対して、従来のフレネルレンズのレンズ幅
は、19(mm)となり、焦点距離が同じ場合、2倍の
広い範囲で均一な出射光を得ることができる。言い換え
ると、同じ面積を照射する場合、本実施形態のフレネル
レンズと光源の距離は、従来のフレネルレンズと光源の
距離と比較すると、1/2以下とすることができるの
で、照明装置として、光源とフレネルレンズを組み合わ
せた場合、照明装置の薄型化が可能となる。Next, the polycarbonate resin Fresnel lens shown in FIG. 6 will be described. It is around 0.55f that the light intensity emitted by the refracting prism and the light intensity emitted by the reflecting prism are approximately the same, and at that boundary, the light intensity emitted by the refractive prism and the light intensity emitted by the reflecting prism are equal to each other. The intensity is reversed. Therefore, in the polycarbonate resin shown in FIG. 6, the refraction prism is arranged in a region where the distance from the optical axis is 0 or more and 0.55f or less, and at that time, corresponding to the position from each optical axis,
The apex angle of the refracting prism is formed in a range from 90 ° to 56 °. Further, a reflecting prism is arranged in an area of 0.55f or more and 1.1f or less, and at this time, the apex angle of the reflecting prism is formed in a range of 28 ° or more and 33 ° or less corresponding to a position from each optical axis. This makes it possible to obtain an emitted light intensity that can function as a liquid crystal display device. Note that the same effect as when the Fresnel lens is made of acrylic resin is obtained. The diagonal using the above-mentioned acrylic resin Fresnel lens is 20 (inc
h) is specifically described below with reference to FIG. As the light source 8, a cold cathode tube was used, and as the Fresnel lens 7a, an acrylic resin Fresnel lens having a focal length of 17.3 (mm) was used. Fresnel lens 7a
In FIG. 5, the refraction prism is formed in a region where the distance from the optical axis is 0 or more and 0.5f or less, that is, in a region from the optical axis to 8.65 (mm). 6, the distance from the optical axis is 0.5f to 1.1f, that is, the distance from the optical axis is 8.65 (mm) to 19 (m).
A reflecting prism is formed in the area of m). Therefore,
A desired emission light intensity of 0.5 (au) or more can be realized in a range of 38 (mm) corresponding to a lens width of 2.2 f. In the case of a 20 (inch) liquid crystal display device, it is necessary to arrange eight backlight units 13. On the other hand, in the case of the conventional Fresnel lens, in the case of the same focal length, as shown in FIG. 17, in order to obtain a desired emission light intensity of 0.5 (au) or more, only the region whose distance from the optical axis is 0.55 f is used. It becomes a Fresnel lens that cannot be done. That is, a prism is formed in a region where the distance from the optical axis is 9.51 (mm), and the lens width is 19 (mm). Therefore, the lens width of the Fresnel lens of the present embodiment is 38
(Mm), the lens width of the conventional Fresnel lens is 19 (mm), and when the focal length is the same, uniform outgoing light can be obtained in twice as large a range. In other words, when irradiating the same area, the distance between the Fresnel lens and the light source according to the present embodiment can be reduced to 以下 or less as compared with the conventional distance between the Fresnel lens and the light source. In the case where the lens and the Fresnel lens are combined, it is possible to reduce the thickness of the lighting device.
【0045】さらに図1に示す液晶表示装置の視角特性
を図7に示す。図7において、横軸は、正面方向の角度
を0とした場合の観察方向(視角)の角度、縦軸は、コ
ントラストを示す。図7によると、コントラストの変化
の仕方が正方向と負方向とで対称的であり、コントラス
ト100以上の視角範囲は、従来が−35°〜+35°
に対して、本実施例では−42°〜+42°というよう
にコントラスト良好な範囲が拡大していることがわか
る。つまり、本実施形態の液晶表示装置は、広い範囲で
良好なコントラストの表示品位を得ることができる。FIG. 7 shows viewing angle characteristics of the liquid crystal display device shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis represents the angle in the observation direction (viewing angle) when the angle in the front direction is set to 0, and the vertical axis represents the contrast. According to FIG. 7, the way of changing the contrast is symmetrical in the positive direction and the negative direction, and the viewing angle range where the contrast is 100 or more is −35 ° to + 35 ° in the related art.
On the other hand, in the present embodiment, it can be seen that the range with good contrast is expanded to -42 ° to + 42 °. That is, the liquid crystal display device of the present embodiment can obtain a display quality with good contrast over a wide range.
【0046】また、本発明の実施形態で説明した照明装
置は、光源として線状光源を用いたが、LEDなどの点
光源を用いてもよい。その場合は、フレネルレンズは、
点状光源に対して光軸を中心に同心円状に配置された構
造となる。Although the illumination device described in the embodiment of the present invention uses a linear light source as a light source, a point light source such as an LED may be used. In that case, the Fresnel lens
The point light source has a structure arranged concentrically with respect to the optical axis.
【0047】また、本発明の実施形態では、光拡散層と
してレンチキュラーレンズフィルムを用いたが、所望の
光学特性に合わせた光学フィルムや、内部に散乱粒子が
混入した散乱フィルムなどを配置してもよい。In the embodiment of the present invention, a lenticular lens film is used as the light diffusion layer. However, an optical film adapted to desired optical characteristics, a scattering film mixed with scattering particles inside, or the like may be arranged. Good.
【0048】また、本発明の実施の形態では、光変調層
として液晶について説明したが、光変調するものであれ
ばよい。In the embodiment of the present invention, the liquid crystal is described as the light modulating layer, but any material that modulates light may be used.
【0049】また、本発明の実施形態のフレネルレンズ
では、前述したアクリル樹脂或いは、ポリカーボネート
に限らず、他の透明樹脂でもよく、フレネルレンズの製
造方法としては、圧縮成形、射出成形、熱プレス成形な
どによる成形の他、透明平板上に別に硬化樹脂によるプ
リズムを成形する方法、透明平板上にプリズムが形成さ
れたプリズムシートを貼り合わせる方法などが挙げら
れ、この場合は、プリズムが形成されている材質によっ
て屈折率nは決定される。以上のように作製されたフレ
ネルレンズは、安価に大量に製造することができる。The Fresnel lens according to the embodiment of the present invention is not limited to the acrylic resin or polycarbonate described above, but may be another transparent resin. The method of manufacturing the Fresnel lens includes compression molding, injection molding, and hot press molding. In addition to molding by, for example, a method of separately forming a prism with a cured resin on a transparent flat plate, a method of bonding a prism sheet having a prism formed on a transparent flat plate, and the like, and in this case, the prism is formed The refractive index n is determined by the material. The Fresnel lens manufactured as described above can be mass-produced at low cost.
【0050】また、反射体9については、本実施の形態
では平面であるが、図8(a)のように平面の反射体が
光源を覆うように配置した構造の反射体9aや、図8
(b)のように曲面の反射体が光源を覆うように配置し
た構造の反射体9bとしてもよい。The reflector 9 is a plane in the present embodiment. However, as shown in FIG. 8A, the reflector 9a has a structure in which a planar reflector is arranged so as to cover the light source.
The reflector 9b may have a structure in which a curved reflector covers the light source as shown in FIG.
【0051】また、本発明の照明装置は、単独の照明装
置として用いることができ、被照射物は、表示装置に限
定されるものではなく、印刷された表示媒体を均一に照
明する照明装置として利用してもよい。The illumination device of the present invention can be used as a single illumination device, and the object to be illuminated is not limited to a display device, but can be used as an illumination device for uniformly illuminating a printed display medium. May be used.
【0052】次に図9、図10を用いながら、本発明の
実施形態で使用したフレネルレンズの設計方法及び設計
装置について説明する。図9の設計装置90は、フレネ
ルレンズの屈折率と焦点距離を入力する条件入力部91
と、前述した(式1)と、(式2)に基づいて、光軸か
らの距離に対応するプリズムの頂角を算出するプリズム
頂角設計部92と、プリズムの出射光の強度をシミュレ
ーションするシミュレーション処理部93と、シミュレ
ーションによって導出されたフレネルレンズの特性を評
価する評価部94と、評価基準を満たした設計条件をパ
ラメータ記憶部95とから構成されている。また評価基
準を満たさない場合は、屈折率や焦点距離などの設計条
件を変更、入力してシミュレーションをやり直す。上記
部材91から95は、例えば、CPUなどの演算部がR
OMやRAMなどの記憶部に格納されたプログラムを実
行することで実現される。Next, a method and an apparatus for designing a Fresnel lens used in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The design device 90 of FIG. 9 includes a condition input unit 91 for inputting the refractive index and the focal length of the Fresnel lens.
And a prism vertex angle design unit 92 that calculates the vertex angle of the prism corresponding to the distance from the optical axis based on (Equation 1) and (Equation 2) described above, and simulates the intensity of light emitted from the prism. The simulation unit 93 includes a simulation processing unit 93, an evaluation unit 94 that evaluates the characteristics of the Fresnel lens derived by the simulation, and a parameter storage unit 95 that stores design conditions that satisfy the evaluation criteria. If the evaluation criteria are not satisfied, design conditions such as a refractive index and a focal length are changed and input, and the simulation is repeated. For the members 91 to 95, for example, an arithmetic unit such as a CPU
This is realized by executing a program stored in a storage unit such as an OM or a RAM.
【0053】次に、上記設計装置90では、条件入力部
91において、図10に示すステップ1(以下、S1の
ように略称する)が実行される。S1では、使用者の指
示等に基づいて、設計に必要な条件を条件入力部91に
入力する。ここでは、設計に必要な条件として、プリズ
ムの屈折率及び焦点距離の入力を行う。上記S1にて、
条件が入力されると、プリズム頂角計算部92におい
て、S2及びS3が実行されて、光軸からの距離に対応
する屈折プリズムの頂角θ2と光軸からの距離に対応す
る反射プリズムの頂角θ1の頂角が計算され、各々の屈
折プリズム及び反射プリズムが設計される。その後、シ
ミュレーション処理部93において、S4及びS5が実
行されて、屈折プリズム及び反射プリズムの出射光の強
度をシミュレーションによって求める。その後、評価部
94において、S4及びS5が実行され、シミュレーシ
ョンされた屈折プリズム及び反射プリズムの出射光の強
度が所望の表示品位を満たすかどうか評価する。その
後、S6が実行され、所望の表示品位を満たす場合は、
表示品位を満たす範囲に屈折プリズムと反射プリズムを
配置し、S1からS6までのデータをパラメータ記憶部
95に記憶させる。上記設計装置90のパラメータ記憶
部95から自由にデータを取り出せる構成となってい
る。一方、評価部94で所望の表示品位を満たさない場
合は、再度、S1に戻り条件設定を行い、S1からS6
までを繰り返す。Next, in the design device 90, the condition input unit 91 executes step 1 (hereinafter abbreviated as S1) shown in FIG. In S1, conditions necessary for design are input to the condition input unit 91 based on a user's instruction or the like. Here, the refractive index and the focal length of the prism are input as conditions necessary for the design. In the above S1,
When the conditions are input, S2 and S3 are executed in the prism vertex angle calculator 92, and the vertex angle θ2 corresponding to the distance from the optical axis and the vertex angle of the reflective prism corresponding to the distance from the optical axis. The vertex angle of the angle θ1 is calculated, and each refractive prism and reflective prism are designed. After that, in the simulation processing section 93, S4 and S5 are executed, and the intensities of the light emitted from the refraction prism and the reflection prism are obtained by simulation. After that, in the evaluation unit 94, S4 and S5 are executed to evaluate whether or not the simulated intensity of the light emitted from the refraction prism and the reflection prism satisfies a desired display quality. Thereafter, S6 is executed, and if the desired display quality is satisfied,
The refraction prism and the reflection prism are arranged in a range satisfying the display quality, and the data from S1 to S6 is stored in the parameter storage unit 95. The configuration is such that data can be freely extracted from the parameter storage unit 95 of the design device 90. On the other hand, if the evaluation unit 94 does not satisfy the desired display quality, the process returns to S1 to set the conditions again, and S1 to S6
Repeat until
【0054】なお、上記設計装置90では、光軸におけ
る出射光の強度を1とした時、光軸から周辺部に向かう
各々の距離に対応する出射光の強度が0.5(au)以
上であるように屈折プリズムと反射プリズムの配置範囲
を決めており、上記設計装置90では、所望の表示品位
を得るフレネルレンズの形状を煩雑な作業を必要としな
いで簡単に設計することができる。In the design device 90, when the intensity of the outgoing light on the optical axis is 1, the intensity of the outgoing light corresponding to each distance from the optical axis toward the peripheral portion is 0.5 (au) or more. Since the arrangement range of the refraction prism and the reflection prism is determined as described above, the design device 90 can easily design the shape of the Fresnel lens to obtain a desired display quality without requiring a complicated operation.
【0055】(実施形態2)実施形態2では、フレネル
レンズを利用した受光装置を図11を用いて説明する。
なお、実施形態2の説明で用いる図面では、同じ部材を
示すものには同じ符号を付している。Embodiment 2 In Embodiment 2, a light receiving device using a Fresnel lens will be described with reference to FIG.
In the drawings used in the description of the second embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals.
【0056】図11において、受光装置110には受光
素子116、同心円状にプリズムが形成されたフレネル
レンズ7b、赤外カットフィルター114、光拡散板1
13がケース115に収められている。このフレネルレ
ンズ7bは、受光素子116と対向する面にプリズム2
3が形成されているように配置されている。なお、本実
施形態では、同じ大きさの頂角のプリズムが、光軸を中
心に同心円状に配置されたフレネルレンズである点が実
施形態1と異なり、プリズムの詳細は、実施形態1と同
じである。本発明の受光装置における受光素子116
は、フレネルレンズ7bの焦点近傍に配置されており、
外部から入射して、光拡散板113と赤外線カットフィ
ルター114を通過した光は、フレネルレンズ7bに形
成されたプリズムによって進行方向が曲げられ、受光素
子116に集光される。In FIG. 11, the light receiving device 110 includes a light receiving element 116, a Fresnel lens 7b having a concentric prism, an infrared cut filter 114, and a light diffusing plate 1.
13 is housed in the case 115. The Fresnel lens 7b has a prism 2 on the surface facing the light receiving element 116.
3 are formed. Note that the present embodiment is different from the first embodiment in that prisms having the same size and apical angles are Fresnel lenses arranged concentrically around the optical axis, and details of the prisms are the same as those in the first embodiment. It is. Light receiving element 116 in light receiving device of the present invention
Is disposed near the focal point of the Fresnel lens 7b,
The light incident from the outside and passing through the light diffusion plate 113 and the infrared cut filter 114 has its traveling direction bent by a prism formed on the Fresnel lens 7b, and is collected on the light receiving element 116.
【0057】本実施形態の受光装置は、従来の受光装置
に比べ、焦点距離が同じでより広い範囲の光を受光する
ことができるので、受光できる光量を多くすることがで
きる。言い換えると、受光素子とフレネルレンズの距離
に制限を受けることがなく、従来の受光装置が集光可能
な範囲を同じにした場合、装置の薄型化を図ることがで
きる。The light receiving device of the present embodiment can receive a wider range of light with the same focal length than the conventional light receiving device, so that the amount of light that can be received can be increased. In other words, the distance between the light receiving element and the Fresnel lens is not limited, and the thickness of the conventional light receiving device can be reduced when the light collecting range is the same.
【0058】(実施形態3)実施形態3におけるズーム
ストロボの立体図を図12に示す。また、このズームス
トロボの原理を図13を用いて説明する。図13の
(a)、(b)、(c)は、光源からフレネルレンズの
距離とフレネルレンズまでの焦点距離の関係による出射
光の状態の変化を示しており、図13(a)は、光源1
34が、フレネルレンズの焦点距離fより小さい位置に
配置された場合であり、出射光131の方向は、光軸と
平行な方向やそれとは異なった方向となり、広い範囲を
照明する。また、図13(b)は、光源134が焦点距
離f近傍に配置された場合であり、出射光132の方向
は、光軸に対して平行となり、フレネルレンズの直径と
同じ範囲を均一に照明することが出来る。また、図13
(c)は、光源134がフレネルレンズの焦点距離fよ
り大きい位置に配置された場合であり、出射光133の
方向は、光軸と平行な方向やそれとは異なった方向にと
なり、広い範囲を照明することが出来る。(Embodiment 3) FIG. 12 shows a three-dimensional view of a zoom strobe in Embodiment 3. The principle of the zoom strobe will be described with reference to FIG. FIGS. 13A, 13B, and 13C show changes in the state of the emitted light depending on the relationship between the distance from the light source to the Fresnel lens and the focal length from the Fresnel lens. FIG. Light source 1
34 is disposed at a position smaller than the focal length f of the Fresnel lens, and the direction of the emitted light 131 is a direction parallel to the optical axis or a direction different therefrom, and illuminates a wide range. FIG. 13B shows a case where the light source 134 is disposed near the focal length f, and the direction of the emitted light 132 is parallel to the optical axis, and uniformly illuminates the same range as the diameter of the Fresnel lens. You can do it. FIG.
(C) is a case where the light source 134 is arranged at a position larger than the focal length f of the Fresnel lens, and the direction of the emitted light 133 is in a direction parallel to the optical axis or in a direction different from that, and Can be illuminated.
【0059】このように光源とフレネルレンズとの距離
を変化させることで所望の照明条件を得ることを実現し
たのが、図12に示しているズームストロボ120であ
る。図12において、ズームストロボ120は光源12
1と、光源121に対向する面にプリズムが形成されて
いるフレネルレンズ7と、光源121を挟んでフレネル
レンズ7の対向側に反射傘123が配置された構成とな
っている。この反射傘123は、光源121からの光を
フレネルレンズ7に向かって反射することで光の利用効
率を向上させる。さらに、光源121からのフレネルレ
ンズ7の距離を光軸方向に変化させる可動装置124が
備えられている。この可動装置124は、光源121と
フレネルレンズ7の距離を光軸方向で変化するが、これ
によって、フレネルレンズ7から出射する出射光の平行
度が変化するため、上述したとおり、照明範囲を制御で
きる。また、フレネレンズの直径より大きな範囲を均一
に照明することができ、ズームストロボの薄型化と光の
利用効率の向上を図ることができる。The zoom strobe 120 shown in FIG. 12 achieves a desired illumination condition by changing the distance between the light source and the Fresnel lens. In FIG. 12, the zoom strobe 120 is the light source 12
1, a Fresnel lens 7 having a prism formed on a surface facing the light source 121, and a reflector 123 disposed on the side opposite to the Fresnel lens 7 with the light source 121 interposed therebetween. The reflector 123 reflects the light from the light source 121 toward the Fresnel lens 7 to improve the light use efficiency. Further, a movable device 124 for changing the distance of the Fresnel lens 7 from the light source 121 in the optical axis direction is provided. The movable device 124 changes the distance between the light source 121 and the Fresnel lens 7 in the optical axis direction. This changes the parallelism of the light emitted from the Fresnel lens 7, and thus controls the illumination range as described above. it can. In addition, a range larger than the diameter of the Fresnel lens can be uniformly illuminated, so that the zoom strobe can be made thinner and the light use efficiency can be improved.
【0060】本実施形態のズームストロボは、照明範囲
を制御するばかりではなく、焦点距離f近傍に光源を配
置することで、フレネルレンズの直径と同じ範囲を均一
に照明するので、従来のズームストロボより広い範囲を
均一に照明することができる。言い換えれば、従来の焦
点距離が同じフレネルレンズを用いたズームストロボと
同じ範囲を照射する場合、光源からフレネルレンズの距
離を短くすることができるので、従来より薄型のズーム
ストロボが可能となる。The zoom strobe of the present embodiment not only controls the illumination range but also arranges a light source near the focal length f to uniformly illuminate the same range as the diameter of the Fresnel lens. A wider area can be uniformly illuminated. In other words, when irradiating the same range as a conventional zoom strobe using a Fresnel lens having the same focal length, the distance from the light source to the Fresnel lens can be shortened, so that a thinner zoom strobe than before can be provided.
【0061】[0061]
【発明の効果】本発明によると、光軸に対して略平行な
平行面と傾斜した傾斜面を有し、傾斜面に入射した光を
屈折する屈折プリズムと、傾斜面に入射した光を反射す
る反射プリズムとが混在させることによって、従来の屈
折プリズムによるフレネルレンズの光学性能に反射プリ
ズムの作用による光学性能が付加され、薄型化すること
ができる。本発明のフレネルレンズを用いた表示装置で
は、従来よりも光の利用効率が高いため、高い表示品位
を得ることができるとともに、薄型化が可能である。ま
た、設計方法が簡便なフレネルレンズを提供できる。According to the present invention, a refracting prism having a parallel surface substantially parallel to the optical axis and an inclined surface, and refracting light incident on the inclined surface, and reflecting light incident on the inclined surface. When the reflection prism is mixed, the optical performance by the action of the reflection prism is added to the optical performance of the Fresnel lens by the conventional refraction prism, and the thickness can be reduced. Since the display device using the Fresnel lens of the present invention has higher light use efficiency than the conventional one, high display quality can be obtained and the display device can be made thin. Further, a Fresnel lens whose design method is simple can be provided.
【0062】同様に、本発明のフレネルレンズを用いた
応用として、薄型化が可能となった照明装置、ズームス
トロボ、受光装置が提供される。Similarly, as an application using the Fresnel lens of the present invention, an illuminating device, a zoom strobe, and a light receiving device which can be reduced in thickness are provided.
【図1】本発明による実施形態1の透過型液晶表示装置
1の断面図である。FIG. 1 is a transmission type liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
1 is a sectional view of FIG.
【図2】(a)は、本発明による実施形態1のフレネル
レンズの斜図であり、(b)は断面図において、光軸か
ら周辺部に向かう位置による出射光を説明する図であ
る。FIG. 2A is a perspective view of a Fresnel lens according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating emitted light at a position from an optical axis toward a peripheral portion.
【図3】(a)は、屈折プリズムが傾斜面と平行面から
形成されている場合であり、(b)は、屈折プリズムが
傾斜面だけで形成されている場合である。FIG. 3A shows a case where the refraction prism is formed from a slope and a parallel surface, and FIG. 3B shows a case where the refraction prism is formed only by a slope.
【図4】(a)は、反射プリズムが傾斜面と平行面から
形成されている場合であり、(b)は、反射プリズムが
傾斜面だけで形成されている場合である。FIG. 4 (a) shows a case where the reflecting prism is formed from an inclined surface and a parallel surface, and FIG. 4 (b) shows a case where the reflecting prism is formed only from the inclined surface.
【図5】フレネルレンズのプリズムの材質がアクリル樹
脂(屈折率1.49)の場合の屈折プリズム及び反射プリズ
ムにおける光軸からの距離に対する出射光強度を示すグ
ラフである。FIG. 5 is a graph showing the intensity of emitted light with respect to the distance from the optical axis in the refractive prism and the reflective prism when the material of the prism of the Fresnel lens is acrylic resin (refractive index: 1.49).
【図6】フレネルレンズのプリズムの材質がポリカーボ
ネート樹脂屈折率(1.59)の場合の屈折プリズム及び反
射プリズムにおける光軸からの距離に対する出射光強度
を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the intensity of emitted light with respect to the distance from the optical axis in the refractive prism and the reflective prism when the material of the prism of the Fresnel lens is a polycarbonate resin refractive index (1.59).
【図7】本発明による実施形態1の透過型液晶表示装置
1と従来の透過型液晶表示装置の視角によるコントラス
ト変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a change in contrast depending on the viewing angle of the transmissive liquid crystal display device 1 according to the first embodiment of the present invention and a conventional transmissive liquid crystal display device.
【図8】(a)、(b)は、本発明による実施形態1の
反射体の応用例である。8A and 8B are application examples of the reflector according to the first embodiment of the present invention.
【図9】本発明による実施形態1の設計装置90の設計
フロー図である。FIG. 9 is a design flowchart of the design device 90 according to the first embodiment of the present invention.
【図10】本発明による実施形態1のシミュレーション
フロー図である。FIG. 10 is a simulation flowchart of the first embodiment according to the present invention.
【図11】本発明による実施形態2の受光装置の断面図
である。FIG. 11 is a sectional view of a light receiving device according to a second embodiment of the present invention.
【図12】本発明による実施形態3のズームストロボの
概略図である。FIG. 12 is a schematic diagram of a zoom strobe according to a third embodiment of the present invention.
【図13】本発明による実施形態3のズームストロボに
おける光源からフレネルレンズの距離と焦点距離の関係
についての説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a distance from a light source to a Fresnel lens and a focal length in a zoom strobe according to a third embodiment of the present invention.
【図14】(a)は、従来のフレネルレンズの平面図、
(b)は、従来のフレネルレンズの断面図である。FIG. 14A is a plan view of a conventional Fresnel lens,
(B) is a sectional view of a conventional Fresnel lens.
【図15】従来の透過型液晶表示装置の断面図である。FIG. 15 is a sectional view of a conventional transmission type liquid crystal display device.
【図16】従来のフレネルレンズの断面図において、光
軸から周辺部に向かう距離による出射光を説明する模式
図である。FIG. 16 is a schematic diagram for explaining outgoing light depending on a distance from an optical axis to a peripheral portion in a cross-sectional view of a conventional Fresnel lens.
【図17】従来のフレネルレンズにおける光軸から周辺
部に向かう距離による出射光の強度を示したグラフであ
る。FIG. 17 is a graph showing the intensity of emitted light with respect to a distance from an optical axis to a peripheral portion in a conventional Fresnel lens.
1 透過型液晶表示装置 2 光拡散層 3 偏光板 4 透過型液晶セル 5 偏光板 6 透過型液晶パネル 7 フレネルレンズ 8 線状光源 9 反射体 10 バックライト 13 バックライトユニット 14 出射光 21 プリズムの平行面 22 プリズムの傾斜面 23 プリズム 31 出射光 32 出射光 33 屈折プリズム 80、81 反射体 91 設計装置の条件入力部 92 プリズム頂角計算部 93 シミュレーション処理部 94 評価部 95 パラメータ記憶部 110 受光装置 113 光拡散板 114 赤外線カットフィルター 115 ケース 116 受光素子 120 ズームストロボ 121 光源 123 反射傘 124 可動装置 131、132、133 出射光 134 光源 140 従来のフレネルレンズ 141 屈折面 142 同心円 143 プリズム 150 従来の透過型液晶表示装置 151 光源 152 従来のフレネルレンズ 153 反射体 154 バックライト 155 液晶表示素子 156 光拡散層 157 偏光板 158 光源からの光 159 照明光 161 光源 162 フレネルレンズ 163 光軸 164 出射光 REFERENCE SIGNS LIST 1 transmission liquid crystal display device 2 light diffusion layer 3 polarizing plate 4 transmission liquid crystal cell 5 polarizing plate 6 transmission liquid crystal panel 7 Fresnel lens 8 linear light source 9 reflector 10 backlight 13 backlight unit 14 outgoing light 21 prism parallel Surface 22 Inclined surface of prism 23 Prism 31 Outgoing light 32 Outgoing light 33 Refracting prism 80, 81 Reflector 91 Design condition input unit 92 Prism vertex angle calculation unit 93 Simulation processing unit 94 Evaluation unit 95 Parameter storage unit 110 Light receiving device 113 Light diffusing plate 114 Infrared cut filter 115 Case 116 Light receiving element 120 Zoom strobe 121 Light source 123 Reflector 124 Moving device 131, 132, 133 Emitted light 134 Light source 140 Conventional Fresnel lens 141 Refracted surface 142 Concentric circle 143 Prism 15 Conventional transmission type liquid crystal display device 151 a light source 152 conventional Fresnel lens 153 reflector 154 backlight 155 liquid crystal display device 156 the light diffusion layer 157 light 159 illumination light 161 source from the polarizer 158 light source 162 a Fresnel lens 163 optical axis 164 light emitted
Claims (12)
ズにおいて、前記複数個のプリズムは前記フレネルレン
ズの光軸に対して傾斜する傾斜面を備え、前記フレネル
レンズの焦点距離がf、任意の位置における光軸からの
距離がxである時、x<fを満たす少なくとも一部の領
域には、前記傾斜面で屈折作用を有する屈折プリズムが
形成され、x>fを満たす少なくとも一部の領域には、
前記傾斜面で反射作用を有する反射プリズムが形成され
たことを特徴とするフレネルレンズ。1. A Fresnel lens having a plurality of prisms, wherein the plurality of prisms has an inclined surface inclined with respect to an optical axis of the Fresnel lens, and the focal length of the Fresnel lens is f, and an arbitrary position. When the distance from the optical axis at x is x, a refraction prism having a refraction function on the inclined surface is formed in at least a part of the area satisfying x <f, and is formed in at least a part of the area satisfying x> f. Is
A Fresnel lens, wherein a reflection prism having a reflection function is formed on the inclined surface.
の位置において、前記屈折プリズムの出射光強度と前記
反射プリズムの出射光強度のうち、大きい方の出射光強
度を呈するプリズムが配置されたことを特徴とする請求
項1記載のフレネルレンズ。2. A prism which presents a larger one of the intensity of light emitted from the refracting prism and the intensity of light emitted from the reflecting prism at an arbitrary position when the distance from the optical axis is x. The Fresnel lens according to claim 1, wherein the Fresnel lens is arranged.
記複数個のプリズムが形成され、任意の位置における反
射プリズムの頂角θ1が(式1)を満たすことを特徴と
する請求項1、2または、3に記載のいずれかのフレネ
ルレンズ。 【数1】 3. The method according to claim 1, wherein the plurality of prisms are formed only on one surface of the Fresnel lens, and a vertex angle θ 1 of the reflecting prism at an arbitrary position satisfies (Equation 1). 4. The Fresnel lens according to 2 or 3. (Equation 1)
記複数個のプリズムが形成され、任意の位置における屈
折プリズムの頂角θ2が(式2)を満たすことを特徴と
する請求項1、2、または、3に記載のいずれかのフレ
ネルレンズ。 【数2】 4. The method according to claim 1, wherein the plurality of prisms are formed only on one surface of the Fresnel lens, and the apex angle θ 2 of the refractive prism at an arbitrary position satisfies (Equation 2). 4. The Fresnel lens according to any one of items 2 and 3. (Equation 2)
フレネルレンズの光軸に対して略平行な面を備えている
ことを特徴とする請求項1、2、3、または4に記載の
フレネルレンズ。5. The Fresnel according to claim 1, wherein the plurality of prisms further include a surface substantially parallel to an optical axis of the Fresnel lens. lens.
ルレンズと、光源と、前記光源からの光を反射する反射
体とを配置し、かつ、前記フレネルレンズのプリズムは
光源と対向する面に配置されていることを特徴とした照
明装置。6. The Fresnel lens according to claim 1, a light source, and a reflector that reflects light from the light source, and a prism of the Fresnel lens faces the light source. A lighting device characterized by being arranged in a lighting device.
子と、請求項6記載の照明装置からなる表示装置。7. A display device comprising: a light-receiving display element including at least a light modulation layer; and the lighting device according to claim 6.
記液晶層から出射した光を拡散する光拡散層を液晶層の
観察者側に備えている請求項7記載の表示装置。8. The display device according to claim 7, wherein the light modulation layer is a liquid crystal layer, and a light diffusion layer for diffusing light emitted from the liquid crystal layer is provided on a viewer side of the liquid crystal layer.
なり、前記光軸からの距離がx2である位置には、前記
屈折プリズムを形成が形成され、また、光軸からの距離
がx1である位置には、前記反射プリズムを形成してい
る時、前記光軸からの距離x1、x2がそれぞれ、 0≦x2≦0.5f、0.5f≦x1≦1.1fの範囲を満
たすことを特徴とする請求項7、8いずれか記載の表示
装置。9. becomes the Fresnel lens is an acrylic resin, a position distance of x 2 from the optical axis, the refractive prisms formed is formed, also, the distance from the optical axis is x 1 When the reflective prism is formed at the position, distances x 1 and x 2 from the optical axis are in the ranges of 0 ≦ x 2 ≦ 0.5f and 0.5f ≦ x 1 ≦ 1.1f, respectively. 9. The display device according to claim 7, wherein the display device is satisfied.
ト樹脂からなり、前記光軸からの距離がx2である位置
には、前記屈折プリズムを形成され、また、光軸からの
距離がx1である任意の位置では、前記反射プリズムを
形成されている時、前記光軸からの距離x1、x2がそれ
ぞれ、 0≦x2≦0.55f 、0.55f≦x1≦1.1fの範
囲を満たすことを特徴とする請求項から請求項7、8い
ずれか記載の表示装置。Wherein said Fresnel lens is made of polycarbonate resin, a position distance is x 2 from the optical axis, is formed the refraction prism, also, the distance from the optical axis any is x 1 In the position, when the reflecting prism is formed, the distances x 1 and x 2 from the optical axis satisfy the ranges of 0 ≦ x 2 ≦ 0.55f and 0.55f ≦ x 1 ≦ 1.1f, respectively. The display device according to any one of claims 7 to 8, wherein:
ンズであって、前記複数個のプリズムは前記フレネルレ
ンズの光軸に対して傾斜する傾斜面を備えているフレネ
ルレンズの設計方法において、 前記フレネルレンズの屈折率nと、焦点距離fを設定す
る第1条件設定工程と、(式2)の関係式から屈折プリ
ズムの頂角θ2を求める第2条件設定工程と、前記第2
条件設定工程によって決定された前記屈折プリズムに基
づき、出射光強度を求める第3条件設定工程と、(式
1)の関係式から反射プリズムの頂角θ1を求める第4
条件設定工程と、前記第4条件設定工程によって決定さ
れた前記反射プリズムを用いて、出射光強度を求める第
5条件設定工程と、 前記第3条件設定工程で算出された出射光強度と前記第
5の条件設定工程で算出された出射光強度を比較する比
較工程と、前記比較工程において大きい方の出射光強度
を呈する前記プリズムを光軸からの距離がxである位置
に配置させる設定工程を含んでいることを特徴とするフ
レネルレンズの設計方法。11. A Fresnel lens comprising a plurality of prisms, wherein each of the plurality of prisms has an inclined surface inclined with respect to an optical axis of the Fresnel lens. A first condition setting step for setting the refractive index n of the lens and the focal length f; a second condition setting step for obtaining the apex angle θ 2 of the refractive prism from the relational expression of (Equation 2);
A third condition setting step for obtaining the output light intensity based on the refraction prism determined in the condition setting step, and a fourth angle obtaining the apex angle θ 1 of the reflection prism from the relational expression of (Equation 1)
A condition setting step, a fifth condition setting step of obtaining an output light intensity using the reflection prism determined in the fourth condition setting step, and an output light intensity calculated in the third condition setting step and the fifth A comparing step of comparing the outgoing light intensities calculated in the condition setting step of 5, and a setting step of disposing the prism exhibiting the larger outgoing light intensity in the comparing step at a position where the distance from the optical axis is x. A method for designing a Fresnel lens, comprising:
ンズであって、前記複数個のプリズムは前記フレネルレ
ンズの光軸に対して傾斜する傾斜面を備えているフレネ
ルレンズの設計装置において、前記フレネルレンズの屈
折率nと、焦点距離fを設定する条件入力手段と、(式
2)の関係式から屈折プリズムの頂角θ2を、(式1)
の関係式から反射プリズムの頂角θ1を求めるプリズム
頂角計算手段と、 前記プリズム頂角計算手段で算出された頂角を有する前
記屈折プリズム及び反射プリズムに基づいて、出射光強
度を求めるシミュレーション手段と、 前記シミュレーション手段によって算出された出射光強
度が、所望の表示品位を満たすか否か判断する評価手段
を備えていることを特徴とするフレネルレンズの設計装
置。12. The Fresnel lens designing apparatus according to claim 1, wherein the Fresnel lens includes a plurality of prisms, and the plurality of prisms includes an inclined surface inclined with respect to an optical axis of the Fresnel lens. The condition input means for setting the refractive index n of the lens and the focal length f, and the apex angle θ 2 of the refracting prism from the relational expression of (Equation 2) are expressed by (Expression 1)
A prism apex angle calculating means for calculating the apex angle θ 1 of the reflecting prism from the relational expression; A Fresnel lens design device, comprising: means for evaluating whether the intensity of the emitted light calculated by the simulation means satisfies a desired display quality.
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