光偏转器和背面投射屏 【技术领域】
本发明涉及对从背面投射的光的行进方向进行校正的光偏转器和背面投射屏。
背景技术
[专利文献1]
特开2002-196422号公报(第6页，第2图)
[专利文献2]
特开平7-64189号公报(第11页，第2图)
[专利文献3]
特开昭61-52601号公报(第5页，第4图)
[专利文献4]
特开2002-311211号公报(第9页，第3图)
[专利文献5]
美国专利第5254388号(Sheet 1 of 2，Fig.1)
以往的背面投射屏通过使设置有圆形菲涅尔透镜的菲涅尔透镜片的出射面、以及沿着垂直方向(画面的纵方向)呈直线状设置有圆柱形透镜的双凸透镜片的入射面对置而且接近来构成(例如，专利文献1)。
并且，另一以往的背面投射屏包含以下3枚透镜片，即：在垂直方向呈直线状设置的在入射面和出射面的两面具有圆柱形透镜地双凸透镜片，沿着水平方向(画面的横方向)呈直线状设置的在出射面具有菲涅尔透镜的线性菲涅尔透镜片，以及在出射面具有圆形菲涅尔透镜的圆形菲涅尔透镜片，并且将双凸透镜片、线性菲涅尔透镜片、以及圆形菲涅尔透镜片从观察者侧按该顺序排列来构成(例如，专利文献2)。
并且，另一以往的背面投射屏为了减轻光损失，由使入射到1个透镜面上的光线的一部分在另一透镜面全反射之后出射的棱镜片、以及使入射到透镜面上的光折射和出射的棱镜片的组构成，这2种棱镜片在镜片整体内位置交替地排列(例如，专利文献3)。
并且，另一以往的背面投射屏为了减轻双凸透镜中的光损失，构成为包含透镜片，该透镜片具有：透镜层，在出光部侧沿一维或二维方向配置了多个单位透镜，该单位透镜使入射光的一部分在全反射部全反射后，从出光部出光；以及反射衰减层，是使来自入光部侧的光线反射，并使来自出光部侧的光线衰减的层，设置在前述全反射部上(例如，专利文献4)。
并且，另一以往的背面投射屏形成有遮帘状的光吸收部，该光吸收部具有减轻在投射屏部中倾斜行进的外光和重影光的功能(例如，专利文献5)。
然而，上述背面投射屏中的菲涅尔透镜和圆柱形透镜由于利用折射使光的行进方向偏转，因而发生因构成透镜的材料的折射率、波长分散引起的色象差。因此，当观测者观看通过该背面投射屏投射的图像时，有时发生随着该观测者观看图像的位置(角度)的不同图像色彩不同的问题。
并且，由于在菲涅尔透镜的折射面和圆柱形透镜的折射面中必然发生折射光和反射光，因而透过该背面投射屏的光减少。因此，存在的问题是，由于发生因前述反射光引起的重影、杂散光而使该图像的鲜明度受损，并使所投影的图像变暗。
而且，在菲涅尔透镜由折射棱镜构成的情况下，在光投射单元投射光的方向与跟投射屏的投影面垂直的方向形成的角度(以下称为投射角或投射角度)小于等于40度的情况下，投射光的投射屏透过率可保持大于等于约85％，而在投射角度超过40度的情况下，由于在折射面反射的投射光增加，并且前述投射屏透过率下降，使得透过光线强度减少，因而特别是在画面周边部的图像变暗，并由于在前述折射面反射的杂散光增加，因而使所投影的图像的鲜明度受损。
并且，在菲涅尔透镜由全反射棱镜构成的情况下，虽然在折射面的光损失减少，但是只有在使前述投射角度为大于等于45度那样的陡角度来投射投射光的条件下才能使用。因此，光投射单元的设计是困难的。并且，由于全反射棱镜的棱镜齿入射面是折射面，因而有时在该折射面发生杂散光和重影。
并且，当使用设置在出射面侧的反射棱镜和透明片构成双凸透镜片时，必须使光从出射面不返回到入射面侧。然而，由于为使前述光不返回到入射面侧，可采用的反射棱镜的形状受到限制，因而获得该双凸透镜片所需要的散射特性是困难的。
并且，为了减轻重影，当使用遮帘状的光吸收片时，存在的问题是，由于该光吸收片的厚度影响而发生光损失，整个画面变暗。
【发明内容】
因此，为了解决上述课题，本发明的目的是获得可通过使用简易结构，提高光的利用效率并抑制重影和杂散光的影响，从而能够在整个画面内显示鲜明图像的光偏转器和背面投射屏。
本发明中的光偏转器，其特征在于，在规定方向并排设置有多个反射单元，该反射单元具有：第1反射面，设置在光的入射侧，反射前述光使其聚光；以及第2反射面，设置在前述光的出射侧，反射由前述第1反射面聚光的前述光；由多个前述反射单元中的1个反射单元中的前述第1反射面反射的光由与该1个反射单元相邻的另一反射单元中的前述第2反射面反射。
根据本发明的光偏转器和背面投射屏，与以往的背面投射屏相比，由于反射光的发生大幅度减少，因而可提高光的利用效率，可显示鲜明的图像。
【附图说明】
图1是根据本发明的实施方式1的背面投射屏的侧面图。
图2是用于对从光投射单元侧看根据本发明的实施方式1的背面投射屏的情况进行说明的说明图。
图3是将根据本发明的实施方式1的背面投射屏沿Y轴方向的断面进行放大示出的放大断面图。
图4是用于对根据本发明的实施方式1的背面投射屏中的光偏转器的构成进行详细说明的说明图。
图5是用于对根据本发明的实施方式1的背面投射屏中的光偏转器的制造方法进行说明的说明图。
图6是根据本发明的实施方式2的背面投射屏的侧面图。
图7是用于对构成根据本发明的实施方式2的背面投射屏的第1透镜片和第2透镜片进行说明的说明图。
图8是将构成根据本发明的实施方式2的背面投射屏的第1透镜片的部分断面进行放大示出的放大断面图。
图9是将构成根据本发明的实施方式2的背面投射屏的第2透镜片的部分断面进行放大示出的放大断面图。
图10是根据本发明的实施方式3的背面投射屏的侧面图。
图11是用于对从观察者侧看构成根据本发明的实施方式3的背面投射屏的第1透镜片、第2透镜片、以及菲涅尔透镜片的情况进行说明的说明图。
图12是将根据本发明的实施方式3的背面投射屏的部分断面进行放大示出的放大断面图。
图13是用于对根据本发明的实施方式3的背面投射屏中的入射光的入射位置进行说明的说明图。
图14是用于对在根据本发明的实施方式3的背面投射屏中，在入射光入射的位置，该入射光入射前和入射后的光的行进方向进行说明的说明图。
图15是对在根据本发明的实施方式3的背面投射屏中，入射光的入射角度和入射后的光的行进角度进行说明的说明图。
[符号说明]
1…光投射单元；2、22、23…背面投射屏；3…双凸透镜片；4…光偏转器；5、6、7、8…透镜片；9…菲涅尔透镜片；40…光偏转部；41、51、61、71、81、91…透明片；42、52、52R、62、62R、73、83…反射单元；42A、52A、62A…第1反射面；42B、52B、62B…第2反射面；43、53、63…透明构件；54、54C、55、64、64C、65…黑条；72、82…光散射部；92…菲涅尔透镜部
【具体实施方式】
实施方式1
图1是实施方式1中的背面投射屏2的侧面图。在图1中，从光投射单元1投射的光(以下称为投射光)在沿着该光的行进方向(图1中的L1)扩散的同时，向背面投射屏2行进。这样，由前述光投射单元1投影的图像被放大投影到该背面投射屏2上。该背面投射屏2由光偏转器4和双凸透镜片3构成，从前述光投射单元1投射的光首先入射到前述光偏转器4上。另外，在以下说明中，把入射到构成背面投射屏2的光偏转器4、双凸透镜片3等构成构件上的光称为入射光，把从该构成构件出射的光称为出射光。并且，把前述入射光入射的面称为入射面，把前述出射光出射的面称为出射面。而且，光投射单元1和背面投射屏2是作为在空气中设置的装置进行说明。
光偏转器4校正入射光的行进方向，使与出射面的法线方向大致平行行进的出射光从该出射面出射。然后，从该光偏转器4中的出射面出射的出射光入射到双凸透镜片3上。入射到该双凸透镜片3上的入射光被赋予与投影TV等的各自用途相适应的水平指向性和垂直指向性，并从该双凸透镜片3的出射面作为出射光出射。观察者(未作图示)通过观看从双凸透镜片3的出射面出射的出射光，可以观看由前述光投射单元1投影的图像。
图2是用于对从光投射单元1侧看到的背面投射屏2进行说明的说明图。如图2所示，在从光投射单元1侧看背面投射屏2的情况下，光偏转器4看上去在近前方。在前述光偏转器4中，使入射光偏转的反射单元(后述的反射单元42)沿着图2中的同心圆M1形成。即，前述同心圆M1表示设置在光偏转器4中的圆柱形反射单元的延伸方向。并且，在以下说明中，把图2所示的多个同心圆都称为M1。
并且，使光偏转器4中的前述反射单元42的重复周期，即前述M1的间隔足够小。具体地说，有必要使其比投射屏上的像素尺寸小。例如，在XGA(eXtended Graphics Array；扩展图形阵列)中，由于画面垂直方向的像素数是768个像素，因而在画面垂直方向的长度为1m的情况下，1个像素中的垂直方向的长度约为1.3mm。因此，在此情况下，必须至少使前述间隔小于1.3mm，实际上，最好是使前述M1的间隔为0.05mm至0.5mm左右。
图3是将从X轴方向看光偏转器4沿Y轴方向的断面的情况进行放大示出的放大断面图。图3中，与该图3中的Z轴成规定角度θV并从该Z轴方向入射的入射光在透过了透明片41之后，由反射单元42反射而偏转，通过该光偏转器4。
另外，图3中的L1～L5表示入射光从该光偏转器4作为出射光出射的过程中的光的行进方向。具体地说，L1是投射光(入射光)的行进方向，L2是在透明片41内行进的光的行进方向，L3是由反射单元42反射后的光的行进方向，L4是由前述反射单元42反射的光由相邻的另一反射单元42反射后的光的行进方向，而L5是出射光的行进方向。另外，由于前述L3根据沿着前述L2行进的光在反射单元42上的哪个位置反射而不同，因而实际上存在多个L3，而在该图3中，以前述多个L3中的一个作为一例示出。
此处，对光偏转器4的构成进行说明。光偏转器4在入射面形成有透明片41，在该透明片41上形成有光偏转部40。在光偏转部40内，沿着图3中的Y轴方向并排设置有多个反射单元42，在相邻的反射单元42之间使用透明构件43填充。并且，反射单元42沿着图2中的同心圆M1延伸。
另外，前述透明片41可以是能使入射光透过的透明材料，厚度不作特别限定。例如，当使用厚度100μm至300μm的丙烯或PET(PolyEthyleneTerephtalate：聚乙烯对苯二甲酸酯)薄膜时，由于可获得柔软性高的透明片，因而可获得轻便、用不着担心破裂的安全性高的背面投射屏2。并且，例如，也可以使用厚度为1mm至3mm左右的丙烯片材，在此情况下，由于可提高该光偏转器4的刚性，因而即使不使张力作用，也能获得容易保持平面性的投射屏。如以上所述，该透明片41的厚度可以根据保持背面投射屏2的方法等来适当选定。
另外，由于投射光的行进方向L1与图中的Z轴形成的角度具有由光投射单元1的光学设计所决定的规定范围的扩散，因而入射到该光偏转器4上的入射光的入射角度θV，是根据同心圆M1的半径而不同的值。在图1中，以前述入射角度θV在20度至70度的范围的情况作为一例示出。另外，当投射光的行进方向，即L1的方向不同时，透过了透明片41的光的行进方向L2的方向也不同。
图4将前述图3的放大断面图进一步放大示出，是用于对该光偏转器4的构成进行详细说明的说明图。并且，图4中的(a)和(b)示出入射角度θV不同的情况，即，示出图3中的Y轴方向的、设置在该光偏转器4上的不同位置的反射单元42的各个断面形状。另外，图中的箭头R通过进行光线跟踪，表示该光偏转器4中的光的光路。
图4(a)将在光偏转器4中，在与入射角度θV＝30度对应的入射光入射的位置的该光偏转器4的断面进行放大示出。反射单元42由第1反射面42A和第2反射面42B构成，该反射面42A、42B是以假想的边界线B为边界的不同的反射面。具体地说，前述第1反射面42A设置在假想的边界B的左侧(以下称为光的入射侧或者入射面侧)，其断面形状是以与L2方向大致平行的第1轴为轴的第1抛物线的一部分。另一方面，前述第2反射面42B设置在假想的边界B的右侧(以下称为光的出射侧或者出射面侧)，其断面形状是以与出射面的法线方向大致平行的第2轴为轴的第2抛物线的一部分。而且，与前述第1反射面42A对应的第1抛物线的焦点、以及与前述第2反射面42B对应的第2抛物线的焦点全都位于图4中的F1。另外，在以下说明中，把该F1称为焦点F1。并且，在本实施方式1中，以前述第1反射面42A的断面形状和前述第2反射面42B的断面形状是抛物线的一部分的情况作为一例进行说明，然而各反射面42A、42B的断面形状可以是具有焦点的二次曲线的一部分，除了抛物线以外，还可以是椭圆、双曲线等。并且，与前述第1反射面42A对应的二次曲线和与前述第2反射面42B对应的二次曲线可以不是相同的二次曲线。
另外，由于反射单元42沿着前述同心圆M1延伸形成，因而前述焦点F1是与前述同心圆M1平行的焦线上的点。并且，沿着前述M1延伸的前述第1反射面42A的形状和前述第2反射面42B的形状是具有前述焦线的抛物面的一部分。
在图4(a)中，沿着L1方向入射到该光偏转器4上的入射光，由于入射面的前方是空气，并且光偏转器4的入射面是丙烯等，因而在界面(入射面)的前后，折射率不同，因此在入射到光偏转器4上时，根据斯涅耳定律来折射。因此，入射光的行进方向在入射到光偏转器4上时，从L1变化为L2。
向前述L2方向折射的光从透明片41入射到光偏转部40中的透明构件43上。另外，如上所述，由于透明片41是丙烯、PET等的树脂薄膜，折射率为1.5左右，因而通过使用UV硬化树脂材料等折射率约1.5的透明树脂材料等构成透明构件43，可减小在透明片41和透明构件43之间的界面中的光折射。
这样，从前述透明片41出射的光几乎不折射而入射到透明构件43上。透过透明构件43的光沿着与前述第1轴大致平行的L2方向行进，并由反射单元42中的第1反射面42A反射。由第1反射面42A反射的光，由于到达了该第1反射面42A的光是从与前述第1轴大致平行的L2方向到来的光，并且前述第1反射面42A的断面形状是以前述第1轴为轴的抛物线，因而在向焦点F1聚光的同时行进。然后，通过了前述焦点F1的光由在该光偏转部40中相邻的另一反射单元42中的第2反射面42B反射，并从出射面向与L5方向大致平行的方向出射。
另一方面，图4(b)是将在光偏转器4中，在与入射角度θV＝60度对应的入射光入射的位置的该光偏转器4的断面进行放大示出的放大断面图。该光偏转器4中的反射单元42的倾斜度、形状、间隔等根据前述入射角度θV而变化。具体地说，在使用与图4(a)的情况中的第1抛物线相同的抛物线形成该图4(b)中的第1反射面42A的情况下，该第1反射面42A的形状成为以焦点F1为中心使该第1抛物线逆时针旋转的抛物线的一部分，使得与前述第1抛物线对应的第1轴与图中的Z轴形成的角度为60度。另外，与入射角度θV的大小无关，使第1抛物线的焦点和第2抛物线的焦点位于同一点。
在图4(b)中，与Z轴形成跟入射角度θV大致相同的角度即60度、沿着L1方向入射到光偏转器4上的入射光，与图4(a)所示的情况一样，在入射面折射，并在透明片41和透明构件43的内部沿着L2方向行进。
在透明构件43中行进的光在通过由反射单元42中的第1反射面42A反射而被聚光的同时，到达相邻的另一反射单元42中的第2反射面42B。到达了第2反射面42B的光通过由该第2反射面42B反射，沿着L4方向在透明构件43中行进。然后，沿着前述L4方向在前述透明构件43中行进的光向与前述L4方向大致平行的L5方向，即与该光偏转器4的出射面的法线方向大致相同的方向，从出射面出射。
如以上说明的那样，以不同的入射角度θV入射到光偏转器4上的入射光通过在该光偏转器4的光偏转部40中偏转，向与出射面的法线大致平行的方向从该出射面出射，并入射到双凸透镜片3上。双凸透镜片3使用在以往的背面投射屏中使用的圆柱形透镜等，通过利用折射和散射等改变入射到该双凸透镜片3上的入射光的行进方向，使出射光的指向性在整个画面内向上下左右方向扩散。
在以往的背面投射屏中使用的使用折射棱镜的菲涅尔透镜片中，在入射光以入射角度θV＝60度入射的情况下，前述入射光透过该菲涅尔透镜片的透过率约为70％。并且，在使用全反射棱镜的菲涅尔透镜片中，在入射光以入射角度θV＝30度入射的情况下的透过率约为55％。因此，在上述以往的菲涅尔透镜片中，当进行如入射光以入射角度θV入射那样的斜方向投射时，根据入射光的入射角度θV的变化，光损失增加或减少。因此，使整个画面以均匀亮度显示是困难的。
然而，根据本实施方式1中的光偏转器4，虽然在入射面发生反射，但是由于其他部分没有折射面，因而不会发生多余的折射、反射。因此，与入射角度θV无关，可以使前述透过率约为85％至90％。因此，可在整个画面内以均匀亮度进行图像显示。
另外，入射角度θV可以是0度附近，也可以大于等于60度。即，前述入射角度θV可以根据光投射单元1的光学系统设计、投影TV等装置中的机箱(cabinet)的构成等，在合适范围内自由决定。
并且，在本实施方式1中的光偏转器4中，构成反射单元42的设置有第1反射面42A的构件和设置有第2反射面42B的构件设置成一体，即设置在连续体上，而如果对应的第1抛物线的焦点和第2抛物线的焦点在同一位置，则两反射面42A、42B没有必要设置在连续体上，可以隔着边界B而分离。
并且，反射单元42可以使用例如铝、金、银等的金属薄膜等反射构件来形成。而且，在使用金属薄膜作为前述反射单元42的情况下，该金属薄膜的表里两面作为反射镜行使功能，同时，为使光不会从相邻区域侵入，也作为遮蔽前述光的遮帘行使功能。另外，由于构成反射单元42的金属薄膜的厚度可以是反射率足够高的厚度(具体地说，可以是大于等于50nm且小于等于1μm的厚度)，因而像以往的背面投射屏那样，在光吸收部端面的光损失少。并且，通过使反射单元42的重复间隔比要显示的像素尺寸小，使相邻像素不会被混合显示。
在本发明的光偏转器4中，如上所述，在入射面以外实质上没有折射面。因此，不会像以往的菲涅尔透镜片那样，产生因在折射面发生的反射光行进到相邻区域而引起的重影光。
如上所述，根据本实施方式1中的光偏转器4，实质上，由于在入射面以外没有折射面，因而可大幅度抑制光损失。并且，可使用反射单元42遮蔽从相邻区域侵入的光。因此，不会像以往的菲涅尔透镜片那样，产生因在折射面的反射光行进到相邻区域而引起的重影光，并且，由于也没有被投影图像的模糊等，因而可在整个画面内进行鲜明的图像显示。
图5是用于对实施方式1中的光偏转器4的制造方法的一例进行说明的说明图。并且，图5(a)和图5(b)是对光偏转器4的制造方法的一个过程进行说明的说明图。该光偏转器4的制造是，首先，使用转印模具(未作图示)等把具有图5(a)所示形状的透明构件431形成在透明片41上。
然后，使用加热器H给铝、金、银等金属(未作图示)加热，使金属原子A通过狭缝S选择性地放射到该透明构件431上的面430上，把具有大于等于50nm的厚度的金属薄膜(反射单元)42形成在透明构件431上的面430上。另外，金属薄膜的形成可通过蒸镀、溅镀等进行。
之后，如图5(b)所示，为了把透明构件431和在该透明构件431上的面430上形成的金属薄膜42之间填埋，使UV硬化树脂等透明材料流入，使前述透明材料硬化，以形成与入射面大致平行的出射面，形成透明构件432。另外，通过使透明构件431的折射率和透明构件432的折射率为大致相同的值，并在制造工序中使前述透明构件431的表面(界面)保持洁净，实际上可排除图中虚线部的影响，可形成包含反射单元42的一体透明构件43。并且，在使用金属薄膜形成了反射单元42的情况下，通过使用透明构件43覆盖前述反射单元42的表面，可防止因该金属薄膜的损伤、氧化引起的反射率变化。
实施方式2
图6是实施方式2中的背面投射屏22的侧面图。在图6中，从光投射单元1投射的投射光在沿着该光的行进方向(图6中的L1)扩散的同时，行进到背面投射屏22。另外，在本实施方式中，关于与在前述实施方式1中说明的构成相同的构成，附上相同符号，省略说明。
本实施方式2中的该背面投射屏22通过使第1透镜片5和第2透镜片6接近并使用投射屏保持框(未作图示)等保持来构成。
从前述光投射单元1投射的光首先入射到前述第2透镜片6上。背面投射屏22对从前述光投射单元1投射到该背面投射屏22上的投射光赋予在整个画面内均匀的指向性，并作为出射光出射。
图7是用于对构成背面投射屏22的第1透镜片5和第2透镜片6进行说明的说明图。并且，图7(a)是对从图中的Z轴方向，即观察者侧看第1透镜片5的情况进行说明的说明图，图7(b)是对从观察者侧看第2透镜片6的情况进行说明的说明图，图7(c)是对第1透镜片5在水平方向(X轴方向)的中心线和第2透镜片6在垂直方向(Y方向)的中心线进行说明的说明图。
在图7(a)所示的第1透镜片5中，与X轴方向平行的多条线M2是表示在第1透镜片5中设置的圆柱形反射单元(后述的反射单元52)的长度方向(延伸方向)的线。同样，在图7(b)中，与Y轴方向平行的多条线M3是表示在第2透镜片6中设置的圆柱形反射单元(后述的反射单元62)的长度方向(延伸方向)的线。另外，M2和M3的间隔，与前述实施方式1中的光偏转器4一样，可以比投射屏上的像素尺寸小。
图8是将分别从X轴方向看图7(a)所示的第1透镜片5上的位置P3和位置P4的与Y轴方向平行的断面的情况进行放大示出的放大断面图。而且，图8(a)示出位置P3的与Y轴方向平行的断面，图8(b)示出位置P4的与Y轴方向平行的断面。并且，在图8中，入射光从与图中Z轴方向相反的方向，即左方向入射并向Z轴方向(右方向)出射。
在前述位置P3，如图8(a)所示，入射光与Z轴形成30度的角度入射到该第1透镜片5上。另外，该图8(a)示出了下述情况：通过光线跟踪设定了该第1透镜片5内的反射单元52的形状，使得从该第1透镜片5出射的出射光的扩散角ΦV为大致40度。
从被接近配置的第2透镜片6出射的光作为入射光沿着L51方向入射到第1透镜片5上。另外，前述入射光是从光投射单元1投射的投射光在第2透镜片6中仅向水平方向(X轴方向)散射后的光，不向垂直方向(Y轴方向)散射。
前述入射光在入射到透明片51上时折射，在该透明片51中向L61方向行进。向L61方向行进的光，与在前述实施方式1中说明的一样，通过使透明片51的折射率和透明构件53的折射率大致相同，在界面不折射，而是在透明构件53中行进，并由反射单元52中的第1反射面52A反射。由该第1反射面52A反射的光在向焦点F1聚光的同时，沿着L71方向行进，到达相邻的另一反射单元52中的第2反射面52B。到达了第2反射面52B的光由该第2反射面52B反射，并从设置在出射面上的黑条54之间出射。另外，由前述第1反射面52A反射的光的行进方向L71由于根据在该第1反射面52A上的哪个位置反射了前述光而不同，因而实际上存在多个L71，而在图8(a)中，作为其一例示出L71_1和L71_2。并且，前述黑条54是光吸收体。
反射单元52由第1反射面52A和第2反射面52B构成，该反射面52A、52B是以假想的边界线B为边界的不同的反射面。具体地说，前述第1反射面52A设置在入射面侧，其断面形状是与跟L51方向大致平行的轴对应的抛物线的一部分。另一方面，前述第2反射面52B设置在出射面侧，其形状是形成可获得与跟出射光的主轴大致平行的方向L91平行行进的光所需要的垂直指向性那样的特性的曲面或平面。另外，该第2反射面52B的形状在出射光的指向性是必要充分的情况下，也可以是平面反射镜、抛物面。并且，在想要进一步扩散出射光的指向性的情况下，在由前述第1反射面52A反射的光正在收敛的情况下，可以把第2反射面52B作为凹面反射镜，使沿着前述L71行进的光反射，另一方面，在由前述第1反射面52A反射的光正在扩散的情况下，也可以把该第2反射面52B作为凸面反射镜，使沿着L71行进的光反射。
另一方面，在前述位置P4，如图8(b)所示，入射光与Z轴大致平行，即以入射角度θV＝0度附近入射到该第1透镜片5上。另外，在该图8(b)中，与前述图8(a)一样，示出了下述情况：通过光线跟踪设定了该第1透镜片5内的反射单元52的形状，使得从该第1透镜片5出射的出射光的扩散角ΦV为大致40度。并且，在图8(b)所示的情况下，即使把反射单元52的断面形状整体作成抛物面，也能获得出射光所需要的指向性。
在第1透镜片5的中央(与图7(c)中的CH对应的位置)，反射单元52和反射单元52R针对图8(b)中示出的镜片中心线，设置成对称的断面形状。另外，前述反射单元52R的下侧(与Y轴方向相反的方向)相当于该第1透镜片5的下侧。在该第1透镜片5中，在反射单元52和反射单元52R相邻的部位，即该第1透镜片5的中央部，一部分的入射光，例如沿着R43方向入射的入射光不从出射面出射，而被反射到入射面侧。
这样，由设置在第1透镜片5的中央的反射单元52、52R反射的反射光由黑条54C、55吸收，使其不会变成成为杂散光和重影原因的妨碍光。另外，通过使第1透镜片5中相邻的反射单元52的间隔为投射屏上的像素尺寸的数分之一，可抑制由从该第1透镜片5的中央部不出射出射光而引起的像质劣化。并且，在以上说明中，以入射到第1透镜片5上的入射光与Z轴形成的角度θV是0度和30度的情况为一例作了说明，也可以是前述入射角度θV是0度至30度之间，或者更广的入射角度的情况，通过适当选择反射单元52的形状，可使具有与出射面垂直的光轴而且指向性是全角40度的出射光出射。
图9是将分别从Y轴方向看前述图7(b)所示的第2透镜片6上的位置P5和位置P6的与X轴方向平行的断面的情况进行放大示出的放大断面图，图9(a)示出位置P5的断面，图9(b)示出位置P6的断面。并且，在图9中，入射光也从与Z轴方向相反的方向(左方向)入射到第2透镜片6的入射面上，并从该第2透镜片6的出射面向Z轴方向(右方向)出射。
在前述位置P5，如图9(a)所示，入射光以与Z轴成45度的入射角度θH入射到该第2透镜片6上。另外，该图9(a)示出了如下情况：通过光线跟踪设定了该第2透镜片6内的反射单元62的形状，使得从该第2透镜片6出射的出射光的扩散角ΦH为大致全角80度。
前述入射光在入射到透明片61上时折射，在该透明片61中向L21方向行进。向L21方向行进的光，通过使透明片61的折射率和透明构件63的折射率大致相同，在界面不折射，而是在透明构件63中向与前述L21方向大致相同的方向行进，并由反射单元62中的第1反射面62A反射。由该第1反射面62A反射的光在向焦点F1聚光的同时，行进并到达相邻的另一反射单元62中的第2反射面62B。到达了第2反射面62B的光由该第2反射面62B反射，并从设置在出射面上的黑条64之间出射。另外，由前述第1反射面62A反射的光的行进方向L31由于根据在该第2反射面62A上的哪个位置反射了前述光而不同，因而在图9(a)中，作为其一例示出L31_1和L31_2。
反射单元62与前述第1透镜片5中的反射单元52一样，由第1反射面62A和第2反射面62B构成，该反射面62A、62B是以假想的边界线B3为边界的形状不同的反射面。即，前述第1反射面62A设置在入射面侧，其断面形状是与跟L21方向大致平行的轴对应的抛物线的一部分。另一方面，前述第2反射面62B设置在出射面侧，其形状是形成可获得与跟出射光的主轴大致平行的方向L51平行行进的光所需要的水平指向性那样的特性的曲面或平面。另外，该第2反射面62B的形状在出射光的指向性是必要充分的情况下，也可以是平面反射镜、抛物面。并且，在想要进一步扩散出射光的指向性的情况下，在由第1反射面62A反射的光正在收敛的情况下，可以把第2反射面62B作为凹面反射镜，使沿着前述L31方向行进的光反射，另一方面，在由第1反射面62A反射的光正在扩散的情况下，可以把该第2反射面62B作为凸面反射镜，使沿着前述L31方向行进的光反射。
另一方面，在前述位置P6，如图9(b)所示，入射光与Z轴大致平行，即以入射角度θH＝0度附近入射到该第2透镜片6上。另外，在该图9(b)中，与前述图9(a)一样，示出了下述情况：通过光线跟踪设定了该第2透镜片6内的反射单元62的形状，使得从该第2透镜片6出射的出射光的扩散角ΦH为大致80度。并且，在图9(b)所示的情况下，与前述图8(b)所示一样，即使把反射单元62的断面形状整体作为抛物面，也能获得出射光所需要的指向性。
在第2透镜片6的中央(与图7(c)中的CV对应的位置)，与前述第1透镜片5一样，反射单元62和反射单元62R针对图9(b)中示出的镜片中心线，设置成相互对称的断面形状，在该第2透镜片6中，在反射单元62和反射单元62R相邻的部位，即第2透镜片6的中央部，一部分的入射光，例如沿着R63方向入射的入射光不从出射面出射，而是反射到入射面侧。另外，在第2透镜片6中，从观察者看，在该第2透镜片6的左侧设置有反射单元62，另一方面，在右侧设置有前述反射单元62R。即，第2透镜片6关于镜片中心是左右对称的形状。
如上所述，由在第2透镜片6的中央部的反射单元62、62R反射的反射光由黑条64C、65吸收，使其不会变成成为杂散光和重影原因的妨碍光。另外，与前述第1透镜片5一样，通过使在第2透镜片6中并排设置的反射单元62的间隔为投射屏上的像素尺寸的数分之一，可抑制因从该第2透镜片6的中央部不出射出射光而引起的像质劣化。并且，在以上说明中，以入射到第2透镜片6上的入射光与Z轴形成的角度θH是0度和45度的情况为一例作了说明，然而也可以是前述入射角度θH是0度至45度之间，或者更广的入射角度的情况，通过适当选择反射单元62的形状，可以出射具有与出射面垂直的光轴而且指向性是全角80度的出射光。
如以上说明的那样，在本实施方式2中的背面投射屏22中，从光投射单元1投射、并向上下左右方向扩散行进的投射光首先通过第2透镜片6，被赋予在整个画面内相对水平方向(X轴方向)为全角80度的水平指向性。然后，从前述第2透镜片6出射的出射光通过第1透镜片5，被赋予在整个画面内相对垂直方向(Y轴方向)为全角40度的垂直指向性。因此，最终，从背面投射屏22出射在整个画面内成为均匀亮度的出射光。
因此，根据本实施方式2中的背面投射屏22，由于不使用折射棱镜而由使用反射单元52、62的各透镜片5、6构成该背面投射屏22，因而不会像以往的背面投射屏那样，发生因线性菲涅尔透镜中的反射等引起的画面周边的光轴倾斜。因此，从光投射单元1投影的图像可在整个画面内鲜明且以良好的像质显示。
另外，由各透镜片5、6赋给光的水平指向性和垂直指向性并不限于上述角度，而是可根据规格任意决定。而且，可以采用使散射材料(陶瓷粉末、树脂粉末等)与透明构件53、63等混合等的方法，根据装入背面投射屏22的装置所需要的指向性适当进行前述指向性的调整。
并且，通过设置黑条54、64，可防止第1透镜片5和第2透镜片6各自的出射面中的反射光在该透镜片的内部多重反射，并可防止外部光入射到透镜片5、6的内部。因此，被投影的图像在整个画面内是鲜明的，并且即使在明亮的室内也能获得高对比度。
而且，在构成本实施方式2中的背面投射屏22的第1透镜片5和第2透镜片6中，在入射面和出射面以外实质上没有折射面。因此，可防止在使用具有圆柱形透镜的双凸透镜片的以往的背面投射屏中存在的问题，即：因折射率的波长分散引起的着色现象、因界面反射引起的重影光的发生。并且，可进行鲜明的图像显示，而没有图像的着色和模糊。
而且，背面投射屏22也可以使用粘接剂(未作图示)等使第1透镜片5和第2透镜片6粘接来构成，在此情况下，由于界面减少，因而可减少约8％的光学损失。
并且，可以在第2透镜片6的入射面或第1透镜片5的出射面的任何一方或双方设置反射减少单元。例如，可以设置根据光学薄膜的设计方法所设计的一层或二层光学薄膜，在此情况下，可使前述入射面或反射面中的反射损失小于等于50％。并且，也可以施加无反射涂层。
并且，第1透镜片5或第2透镜片6可以使用粘接剂(未作图示)等与另一透明的平面构件(未作图示)粘接。例如，通过在背面投射屏22中的观察者侧的面设置透明的保护板，使第1透镜片5与该保护板粘接，并使第2透镜片6与该第1透镜片5粘接，作为背面投射屏22整体可保持高的平面度，并可防止透镜片5、6的破损。
并且，第1透镜片5和第2透镜片6可通过使用与各透镜片5、6的断面形状对应的模具(未作图示)，采用连续压出制法等制造。包含铝蒸镀工序的连续生产方法例如在专利文献4(图6，页6)中作了记载，通过进行这种连续生产，可提高生产效率，并可改善成品率，可获得廉价的透镜片。
实施方式3
图10是从X轴方向看实施方式3中的背面投射屏23的情况的侧面图。在该图中，从光投射单元1投射的投射光在沿着该光的行进方向L1扩散的同时，行进到背面投射屏23。然后，前述投射光到达背面投射屏23，这样，由前述光投射单元1投影的图像被放大投影到背面投射屏23上。本实施方式中的背面投射屏23构成为使第1透镜片7、第2透镜片8、以及菲涅尔透镜片9相互接近而一体保持。另外，前述菲涅尔透镜片9是聚光能力为0(零)的透镜片，设置在该背面投射屏23的入射面上。
图11是用于对构成该背面投射屏23的3个透镜片进行说明的说明图。图11(a)是从观察者侧看第1透镜片7的情况的主视图，在该第1透镜片7中，反射单元(后述的反射单元73)沿着图中的X轴方向即M2延伸，并在Y轴方向并排设置。图11(b)是从观察者侧看第2透镜片8的情况的主视图，在该第2透镜片8中，反射单元(后述的反射单元83)沿着图中的Y轴方向即M3延伸，并在X轴方向并排设置。并且，图11(c)是从观察者侧看菲涅尔透镜片9的情况的主视图，在该菲涅尔透镜片9中，菲涅尔透镜齿沿着图中的同心圆FL1延伸。
另外，M2、M3、以及FL1的间隔，与在前述实施方式1或2中说明的光偏转器4和透镜片5、6一样，可以比在背面投射屏23上显示的图像中的像素尺寸小，例如，设定为50μm～500μm。并且，各透镜片7、8中的各反射单元的配置间隔和菲涅尔透镜齿的配置间隔之比不为整数倍，以避免波纹。
图12是将图11中的位置P7的背面投射屏23的断面进行放大示出的放大断面图，图12(a)是将从X轴方向看位置P7的沿着Y轴方向的断面的情况进行放大示出的放大图，图12(b)是将从Y轴方向看前述位置P7的沿着X轴方向的断面的情况进行放大示出的放大图。另外，实际上，分别在Y轴方向、X轴方向并排设置多个图12(a)和图12(b)所示的使入射到第1透镜片7上的光向图中的Y轴方向散射的垂直散射部72中的反射单元73、以及使入射到第2透镜片8上的光向图中的X轴方向散射的水平散射部82中的反射单元83，而在该图12中仅示出在以下说明中使用的主要部分。并且，前述反射单元73和前述反射单元83可以根据入射角度、ΦV和ΦH，采用与前述实施方式2中的设置在第1透镜片5和第2透镜片6中的反射单元相同的构成。
在图12(a)中，从光投射单元1投射的投射光沿着图中的L1方向行进，并入射到菲涅尔透镜片9中的菲涅尔透镜部92(菲涅尔透镜齿)上。菲涅尔透镜部92的入射面与入射光的行进方向L1大致正交。因此，入射光的行进方向不是根据折射等而变化，而是向与前述L1方向大致相同的方向即L22方向行进。而且，前述入射光沿着L22方向直进，通过透明片91，入射到第2透镜片8上。
入射到第2透镜片8上的入射光即使在该第2透镜片8的内部也是沿着与方向L22大致相同的方向L32行进，通过构成第2透镜片8的透明片81和水平散射部82，从该第2透镜片8出射。
从前述第2透镜片8出射的光作为入射光入射到第1透镜片7上，通过透明片71，入射到垂直散射部72上。然后，前述入射光由设置在该垂直散射部72内的反射单元73中的第1反射面反射，在向焦点F2聚光的同时，由相邻的另一反射单元73中的第2反射面反射，沿着与该第1透镜片7的出射面的法线方向大致相同的方向即L52方向，以扩散成半值全角ΦV的指向性而从出射面出射，向观察者所在的方向行进。另外，ΦV为大致20度至40度。并且，关于反射单元73的形状和成形方法，由于除了入射光的入射角度与前述实施方式2中的反射单元52的情况不同以外是相同的，因而省略说明。
另一方面，在图12(b)中，从光投射单元1投射的投射光，与前述图12(a)的情况一样，沿着图中的L1方向行进，入射到菲涅尔透镜部92。透过了菲涅尔透镜片9的光由设置在第2透镜片8的水平散射部82内的反射单元83中的第1反射面反射，在向焦点F3聚光的同时，由相邻的另一反射单元73中的第2反射面反射，在该水平散射部82内沿着L32方向行进。
然后，沿着L32方向行进的光以与该第2透镜片8的出射面的法线方向大致相同的方向即L42方向为主轴，以扩散成半值全角ΦH的指向性从第2透镜片8的出射面出射。然后，从该第2透镜片8出射的光透过第1透镜片7，向观察者所在的方向行进。另外，ΦH为大致40度至90度。并且，反射单元83的形状和成形方法，由于除了入射光的入射角度与前述实施方式2中的反射单元62的情况不同以外都是相同的，因而省略说明。并且，L32、L42、L52具有某一程度的角度范围，而在图12中示出该角度范围的代表方向。
此处，对前述菲涅尔透镜片9进行详细说明。在上述图12(a)中，对垂直方向的像高大、水平方向的像高小、入射到图11中的位置P7的入射光作了说明，然而在使用该菲涅尔透镜片9的情况下，例如，也能使垂直方向和水平方向两个方向的像高大、入射到图11中的位置P8的光向与前述位置P7的光的行进方向L22相同的方向行进。
因此，通过仅使透过了菲涅尔透镜片9的光入射到第2透镜片8和第1透镜片7上，与画面像高没有关系，在保持入射光的光轴的同时，可校正光的行进路线，且可赋予必要的指向性。因此，可在整个画面内赋予相同的散射指向性。
另外，如上所述，聚光能力为0的菲涅尔透镜片9由于可去除入射面中的折射影响，因而在入射光的入射角度大的情况下尤其有效。即，如果使用该菲涅尔透镜片9，则可使光投射单元1和背面投射屏23接近配置，因而可大幅度削减设置空间。并且，可提高从光投射单元1投射的光入射到第2透镜片8上的效率。
图13是从光投射单元1侧看到的背面投射屏23的主视图。在图13中，作为一例示出入射到位置P7和位置P8的入射光的光路。并且，θD是将与投射光平行的线段投影到XY平面上所得的线段与X轴形成的角度。即，与向背面投射屏23的中央上部的位置P7行进的投射光对应的θD为90度，另一方面，与向接近于背面投射屏23的角部的位置P8行进的投射光对应的θD具有规定角度。另外，在以下说明中，对与入射到位置P8的入射光对应的θD是45度的情况进行说明。
图14是示出在入射光入射到背面投射屏23上的入射位置，在该入射光入射前和入射后的光的行进路线的图。另外，在图14中，θin是入射光的行进方向L1与Z轴形成的角度，θH是把前述入射光的行进方向L1投影到XZ平面上的方向与Z轴形成的角度，θV是把前述投射光的行进方向L1投影到YZ平面上的方向与Z轴形成的角度。
并且，θSC是光在背面投射屏23内部行进的方向L2与Z轴形成的角度，θHSC是把前述入射光的行进方向L2投影到XZ平面上的方向与Z轴形成的角度，θVSC是把前述方向L2投影到YZ平面上的方向与Z轴形成的角度。并且，在Z轴方向，Z＜0的范围与背面投射屏23外部(光投射单元1侧)的空间对应，Z＞0的范围与背面投射屏23内部对应，Z＝0的位置与背面投射屏23的入射面对应。另外，在图14中，为了便于说明，省略该背面投射屏23的详细结构等。
此处，涉及到折射定律的上述θin和上述θSC是根据局部的投射屏入射面的倾斜度(菲涅尔透镜片9中的菲涅尔透镜部92的倾斜度)，是以局部的面法线(前述菲涅尔透镜部92的面法线)为基准而决定的，其他角度是以与背面投射屏23的入射面的法线相同的方向即Z轴为基准而决定的。
并且，假设光投射单元1和背面投射屏23的相对位置关系是固定的。因此，通过把画面上的位置P7或位置P8等的任意位置作为坐标轴原点P，唯一决定入射光线的入射角度θin。
图15示出位置P7和位置P8的θD、θH、θV、θin、θSC、θHSC和θVSC。并且，图15中的141列针对本实施方式3的背面投射屏23中的位置P7和位置P8，分别示出θD、θH、θV、θin、θSC、θHSC和θVSC，并且，142列针对未设置本实施方式3的背面投射屏23中的菲涅尔透镜片9的情况，即背面投射屏仅由第1透镜片7和第2透镜片8构成的情况，示出θD、θH、θV、θin、θSC、θHSC和θVSC。
此处，假设空气的折射率为N1，形成背面投射屏的材料的折射率为N2，则根据斯涅尔定律，为N1×SIN(θin)＝N2×SIN(θSC)。在本实施方式3中的背面投射屏23的入射面设置有菲涅尔透镜片9，局部观看时，入射面与入射光的行进方向垂直。因此，在图15的141列中，θin和θSC为0。这意味着，在入射光入射到菲涅尔透镜片9上的情况下，该入射光向菲涅尔透镜9的内部直行。而且，在此情况下，θHSC和θVSC是分别与θH和θV相同的值。结果，在位置P7和位置P8，垂直方向的行进角度θVSC都一致为45度。
另一方面，在未设有菲涅尔透镜片9的背面投射屏的情况下，由于入射面是平面(XY平面)，因而如图15中的142列所示，根据几何计算，位置P7的θin为45度，另一方面，位置P8的θin为54.7度。结果，根据基于前述斯涅尔定律的关系式，θSC在位置P7为28.1度，在位置P8为33.0度。
并且，根据几何计算，背面投射屏内部的θVSC在位置P7为28.1度，在位置P8为24.6度，在位置P7和位置P8产生3.5度的差异。该角度差异是由于以下情况而发生，即：随着入射光入射到该背面投射屏上时的入射角度增大，发生因折射性质引起的非线性光路的弯曲，因而出射光的光轴根据画面像高的差而变化。而且，这样当在背面投射屏内部的光的行进角度θVSC不同时，在画面的各位置，出射光的指向性的中心不同，因而整个画面看上去不均匀。
然而，如以上说明的那样，根据本实施方式3中的背面投射屏23，由于在该背面投射屏23中的第1透镜片7的出射面以外没有光的折射，因而即使在投射光的入射角度大的情况下，也能在整个画面内获得均匀的指向性。因此，由光投射单元1投影的图像整体能以均匀的亮度且良好的像质显示。
而且，根据实施方式3中的背面投射屏23，由于菲涅尔透镜片9使投射光选择性透过，因而可减轻由入射光在背面投射屏的入射面反射而引起的光损失。因此，由于可在整个画面内使亮度均匀，因而即使在明亮环境下，也能进行对比度良好且易见的图像显示。
另外，在本实施方式3中的背面投射屏23中，可把反射单元73和反射单元83的形状、倾斜度、间隔设定成使通过了该背面投射屏23的光的指向性在整个画面内相等，即ΦV和ΦH的值相等。并且，为了达到所需要的ΦV，即使变更反射单元73的形状、倾斜度、间隔，对ΦH也没有影响，并且，为了达到所需要的ΦH，即使变更反射单元83的形状、倾斜度、间隔，ΦV也不受影响。并且，菲涅尔透镜片9由于入射面(菲涅尔透镜部92)与投射光的行进方向L1大致正交，因而折射影响少。因此，即使画面像高变化，入射到内部的光线的行进方向也不变化。
并且，也可以在实施方式3中的背面投射屏23中，在第1透镜片8和第2透镜片9的出射面设置黑条，在此情况下，由于可吸收外部光和杂散光，因而可更清晰地显示对比度高的图像。
并且，通过把本实施方式3中的菲涅尔透镜片9设置在前述实施方式1中说明的光偏转器4的入射面侧，也能构成背面投射屏。
并且，在前述实施方式1至3中，对反射单元42、52、62的断面形状是抛物线(面)的情况作了说明，然而该反射单元42、52、62的断面形状也可以是椭圆(面)、双曲线(面)等的一部分。