[发明专利]菲涅耳透镜、棱镜阵列、背投显示设备和照明设备

说明书

对相关专利申请的交叉参照引用

本发明包含与2006年4月13日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2006-111051有关的主题内容，这里参考引用了该申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及偏转从光源发射的光束的菲涅耳透镜和棱镜阵列，并且涉及使用该菲涅耳透镜或棱镜阵列的背投显示设备和照明设备。

背景技术

人们知道菲涅耳透镜和棱镜阵列是具有偏转从光源发射的光束的功能的光学元件。

例如，背投显示设备使用菲涅耳透镜和棱镜阵列作为透射式屏幕的部件。众所周知，背投显示设备是一种放大从例如CRT，LCD设备，DLP(数字光处理)设备，激光源等等的图像光源发射的图像光并且从后侧将图像光投射到透射式屏幕的图像显示设备，并且从图像显示设备的前侧观看图像。

此外，用光照亮目标以及将光投射到屏幕和墙壁上的照明设备也使用菲涅耳透镜和棱镜阵列来偏转从光源发射的光束。

存在两种菲涅耳透镜和棱镜阵列，一种是折射型的，另一种是反射型的。如图1所示，折射菲涅耳透镜和棱镜阵列包含在光出射侧(与提供光源侧相对)排列(在菲涅耳透镜的情况下同心排列，在棱镜阵列的情况下以矩阵形式排列)的多个微小三角棱镜51，从而利用棱镜51的出射表面51a上的折射来调整光束的角度。另一方面，如图2所示，反射菲涅耳透镜和棱镜阵列包含在入射侧(光源侧)排列的多个微小三角棱镜52，在反射表面52b上反射已经在折射表面52a折射的入射光以将其引向出射侧，从而调整光束的角度。

折射菲涅耳透镜和棱镜阵列具有这样的特征，即光束的大入射角度(图1示出的α)可以提高入射表面上的反射所造成的损耗，从而降低透射率。因此，在光束具有大入射角度的情况下，反射菲涅耳透镜或棱镜阵列被一般性使用。然而如图3所示，折射表面和反射表面上反射的部分光束在反射菲涅耳透镜和棱镜阵列中重复反射和折射，并且导致杂散光，除非最小入射角度大至某种程度。尤其是，难以分离主光线和以接近主光线的角度从菲涅耳透镜和棱镜阵列出射的杂散光，这导致问题。

如上所述，在包含光束入射角度较大的范围的系统中不能使用折射菲涅耳透镜和棱镜阵列，并且在包含光束入射角度较小的范围的系统中不能使用反射菲涅耳透镜和棱镜阵列。因此，可能存在介于两种情况之间的范围，在该范围内折射和反射菲涅耳透镜和棱镜阵列均不能使用，尽管可能需要使用菲涅耳透镜和棱镜阵列。

WO/2002/027399公开了一种混合型菲涅耳透镜，其在入射侧具有折射表面和反射表面，并且能够被用于介于折射型和全反射型菲涅耳透镜之间的入射角度范围。

发明内容

然而，上述专利参考文献中描述的混合型菲涅耳透镜具有这样的问题：

(1)棱镜形状复杂，并且棱镜模具可能难以加工；并且

(2)由于用于该模具的切割工具的尖端的角度较小，当加工棱镜时可能出现破片和其它问题，结果使加工成功率较低。

此外，由于例如入射表面的各个表面上反射的光的方向不被有意调整，这样的反射光可能进一步在菲涅耳透镜内部被反射和折射，并且作为杂散光出射，这在背投显示设备的情况下可能导致鬼影和图像质量的退化。

期望提供一种使用反射菲涅耳透镜和反射棱镜阵列的背投显示设备和照明设备，其中在利用最小入射角度相对较小的光束的情况下能够控制杂散光，并且在利用模具制造菲涅耳透镜和棱镜阵列的情况下能够相对容易地加工模具。

根据本发明的实施例，提供一种菲涅耳透镜，包含在其入射表面侧排列的多个棱镜，所述棱镜折射入射到折射表面的光，并且在反射表面反射在折射表面上折射的光，以将其引向出射表面侧，其中菲涅耳透镜的至少一部分包含间隔调整表面，其被提供用来在相邻棱镜之间分隔折射表面和反射表面的基部。

根据该反射菲涅耳透镜，提供间隔以在相邻棱镜之间分隔折射表面和反射表面的基部，从而控制折射表面上部分反射的光束的方向，并且防止杂散光以接近主光线的角度出射。因此，在入射光束具有相对较小的最小入射角度的情况下，能够控制以接近主光线的角度出射的杂散光。

通过调整间隔调整表面的宽度，能够在某种程度上任意控制折射表面上部分反射的光束的方向。因此，这种对间隔调整表面宽度的调整允许在不改变折射表面和反射表面的角度的情况下修改棱镜的间距和高度。

此外，由于这种对间隔调整表面宽度的调整导致与棱镜间距相关的棱镜高度的降低，当加工棱镜模具时能够降低加工量。因此，能够降低加工设备和切割工具的负载；能够缩短加工时间；并且能够提高制备模具的成功率和模具的最终质量。因此，能够相对容易地加工模具。