光学元件和菲涅耳透镜片制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种光学元件，其即使在射出角度的波长依赖性较低、用于菲涅耳透镜的情况下，仍难于产生着色现象。在一个面上形成使入射光发生衍射的衍射光栅（４），在与该衍射光栅面相对的面上形成使该衍射光以折射方式射出的折射部件［比如菲涅耳透镜（３）］，该衍射光栅（４）中的主衍射光的衍射角度的波长依赖性、以及该菲涅耳透镜（３）中的折射角度的波长依赖性处于相互补偿的关系，即两个波长依赖性处于相反而相互抵消的关系。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学元件和采用该光学元件的菲涅耳透镜片。附图说明图10表示背投型显示器的示意性结构图。一般，背投型显示器包括投射光像的投射管11、对从投射管11投射的光像进行放大的投射透镜12、把由投射透镜12放大的光像成像的背投屏幕13，观看者P观看在背投屏幕13上放大投射的光像。在这里，作为背投屏幕13的结构，多数采用双片式结构，其由菲涅耳透镜层14和双凸透镜状透镜片15构成，该菲涅耳透镜层14沿观看者方向会聚由投射管11投射的光束，该双凸透镜状透镜片15将由该菲涅耳透镜层14射出的光沿画面水平方向(屏幕的横向方向)和垂直方向(屏幕方向的高度方向)的规定角度、以适当比例分散，而把视角扩大到规定的范围。近年来，在具有背投屏幕的背投电视机中，为了将电视机的厚度减薄，要求按照投射透镜12和背投屏幕13之间的距离缩短方式进行设置。另外，还要求提高屏幕外周部的亮度。为了适应这些要求，必须增加菲涅耳透镜层14的外周部的菲涅耳角度。一般，由于形成菲涅耳透镜层中的菲涅耳透镜面的材料的折射率具有波长依赖性，这样从菲涅耳透镜射出的光的角度随光的波长而不同。由于随着菲涅耳角度的增加，因光的波长不同而造成的射出角度的差值加大，这样在屏幕上会产生着色现象，使图象质量降低。因此，通过增加菲涅耳透镜层的外周部的菲涅尔角度，来实现背投电视机的厚度的减薄是困难的。本专利技术是针对上述问题而提出的，本专利技术的目的在于提供一种光学元件，其即使在射出角度的波长依赖性较低、用于菲涅耳透镜的情况下，仍难于产生着色现象。解决上述问题的本专利技术的光学元件是这样的，在一个面上形成使入射光发生衍射的衍射光栅，在与该衍射光栅面相对的面上形成使该衍射光以折射方式射出的折射部件，该衍射光栅中的主衍射光的衍射角度的波长依赖性、以及该折射部件中的折射角度的波长依赖性处于相互补偿的关系，即两个波长依赖性处于相反而相互抵消的关系。解决上述问题的本专利技术的另一光学元件是这样的，在一个面上形成使入射光折射的折射部件，在与该折射部件面相对的面上形成使该折射光以衍射方式射出的衍射光栅，该衍射光栅中的主衍射光的衍射角度的波长依赖性、以及该折射部件中的折射角度的波长依赖性处于相互补偿的关系。通过采用菲涅耳透镜构成上述各光学元件中的折射部件，便获得菲涅耳透镜片。在本专利技术中，也可在折射部件面上形成衍射光栅，即本专利技术的光学元件是这样的，在一个面上形成使入射光以折射方式射出的折射部件，在该折射部件面上形成衍射光栅，该衍射光栅中的主衍射光的衍射角度的波长依赖性、以及该折射部件中的折射角度的波长依赖性处于相互补偿的关系。通过采用菲涅耳透镜构成该光学元件中的折射部件，便获得菲涅耳透镜片。另外，在本专利技术中，也可分别在各自的片上形成衍射光栅和菲涅耳透镜。即，可将形成有使入射光发生衍射的衍射光栅的衍射光栅片与下述菲涅耳透镜片相组合，该菲涅耳透镜片具有折射角度的波长依赖性与衍射光栅中的主衍射光的衍射角度波长依赖性处于相互补偿的关系，该菲涅耳透镜片上设置有使衍射光以折射方式射出的菲涅耳透镜。在空气与物体的界面使光发生折射的场合，如果光的入射角度由θin表示、光的射出角度由θout表示、空气的折射率由1表示、构成物体的材料的折射率由n表示，一般下述的关系式成立。sin(θout)＝n·sin(θin) …(1)在这里，相对从光源射出的红色光(R)、绿色光(G)和兰色光的，形成菲涅耳透镜的材料的折射率分别由nR、nG、nB表示，来自菲涅耳透镜的红色光、绿色光和兰色光的射出角度分别由θR、θG、θB表示。对于一般的材料，nR＜nG＜nB …(2)根据(1)式，则θR＜θG＜θB…(3)因此，如图9(a)的模型所示，来自菲涅耳透镜片的射出光的射出角度产生波长依赖性。由于该波长依赖性，画面着色并被观察到，图像的质量大大降低。然而在衍射光栅的周期由P表示、入射光的波长由λ表示、光的入射角度由φin表示、衍射次数由m表示的场合，一般下式成立。sin(φout)＝sin(φin)+mλ/P …(4)如果红色光、绿色光和兰色光的波长分别由λR、λG和λB表示，各光线射入衍射光栅时的红色光、绿色光和兰色光的衍射角分别由φR、φG和φB表示，则由于λR＞λG＞λB …(5)这样按照m＞0的衍射次数，下述关系成立φR＞φG＞φB …(6)因此，如图9(b)所示，在与菲涅耳透镜面相对的面(内面)上形成衍射光栅的场合，衍射光栅的衍射角度的波长依赖性，以及菲涅耳透镜的折射角的波长依赖性按照相互抵消的方式作用。由此，可通过使来自菲涅耳透镜片的射出光的射出角度具有波长依赖性，来减小图象的着色现象。图1为采用本专利技术的菲涅耳透镜片的背投屏幕的一个实例的示意性透视图；图2为本专利技术的菲涅耳透镜片的一个实例的示意性透视图；图3为本专利技术的菲涅耳透镜片中的光栅周期和光栅深度的说明图；图4为表示本专利技术的菲涅耳透镜片中的光栅周期和光栅深度的一个例子的图；图5为本专利技术的菲涅耳透镜片的另一实例的示意性透视图；图6为本专利技术的菲涅耳透镜片的另一实例的示意性剖面图；图7为本专利技术的菲涅耳透镜片的又一实例的示意性透视图；图8为本专利技术的菲涅耳透镜片的又一实例的示意性剖面图；图9为本专利技术的菲涅耳透镜片的性能的说明图；图10为已有的背投型显示器的示意性结构图。图1为采用本专利技术的菲涅耳透镜片的背投屏幕的示意性透视图。在该背面屏幕中，在观看侧设置有双凸透镜状透镜片1，在投射管(图中未示出)侧设置有菲涅耳透镜片2。如图2所示的透视图所示，在菲涅耳透镜片2的投射管侧的面上形成有衍射光栅4，在射出侧形成有菲涅耳透镜3。在这里，如图2的透视图所示，该衍射光栅中的光栅可按照菲涅耳透镜与中心保持一致的同心圆状的方式形成，但是衍射光栅的中心与菲涅耳透镜的中心不必保持一致，根据所需的聚光特性，上述两个中心也可错开。在衍射光栅中的光栅按照菲涅耳透镜与中心保持一致的同心圆状的方式形成的场合，从投射管射出而射入衍射光栅的入射光按照朝向中心方向的方式发生衍射。由于按照上述方式构成，可以二维方式会聚光，这样可使屏幕的亮度提高。上述的菲涅耳透镜片是这样制造的，即通过在比如作为基板的透明塑料层中的一侧面上通过加压法形成衍射光栅面，接着在上述透明塑料层中的另一侧面采用紫外线硬化树脂、通过2P法形成菲涅耳透镜。在用作凸透镜的菲涅耳透镜中，菲涅耳透镜片的中间部和外周部使光折射的大小是不同的，一般外周部使光折射的大小大于中间部。具体来说，按照在菲涅耳透镜的折射角较大的周边部附近菲涅耳透镜的高度较大的方式来确定菲涅耳透镜的形状。另外，对应于该情况，最好在菲涅耳透镜片的中间部与周边部使衍射光栅中光栅的周期不同。由于入射光较大地折射，这样菲涅耳透镜片中的折射造成的波长分散在上述透镜片周边部比在其中间部附近显著产生。由于衍射光栅中的光栅周期在菲涅耳透镜的折射角较大的周边部较短，这样可增加衍射角的波长依赖性，消除折射造成的波长分散。在菲涅耳透镜片的中间部与周边部、衍射光栅中光栅的周期不同时，最好上述衍射光栅的周期在5～1000μm的范围内。其原因是，在衍射作用不太强、观察图象的场合，不会形成歪扭的图象，另外越是不能获得充分的特性，衍射作用越不能太小。在背投屏幕中的菲涅耳透镜片中，由于在外周部来自投射管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件，其特征在于，在一个面上形成使入射光发生衍射的衍射光栅，在与该衍射光栅面相对的面上形成使该衍射光以折射方式射出的折射部件，该衍射光栅中的主衍射光的衍射角度的波长依赖性、以及该折射部件中的折射角度的波长依赖性处于相互补偿的关系。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大西伊久雄，松崎一朗，熊谷杉泱，
申请(专利权)人：可乐丽股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]