JPH0875906A - Fresnel lens - Google Patents
Fresnel lensInfo
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- JPH0875906A JPH0875906A JP23406094A JP23406094A JPH0875906A JP H0875906 A JPH0875906 A JP H0875906A JP 23406094 A JP23406094 A JP 23406094A JP 23406094 A JP23406094 A JP 23406094A JP H0875906 A JPH0875906 A JP H0875906A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はフレネルレンズに関す
る。This invention relates to Fresnel lenses.
【０００２】[0002]
【従来の技術】フレネルレンズとは、レンズの厚みを減
らすために、レンズ部を複数個の輪帯状レンズ部に分割
したレンズのことである。このフレネルレンズには、図
２に示すように、入射面が平面１に形成され、出射面に
複数個の輪帯状レンズ部（以下、プリズムレンズ部２と
いう）が形成された平凸で正のパワーをもち、主光線が
光軸３上の一点から平面の入射面に入射し、プリズムレ
ンズ部２側の出射面から光軸３に対して平行な光線とし
て出射するようにしたものがある。このようなフレネル
レンズのプリズムレンズ部２は、屈折に関与する傾斜面
であるレンズ面４と、屈折にほとんど関与しない急峻な
段差面である非レンズ面５とからなっている。2. Description of the Related Art A Fresnel lens is a lens in which a lens portion is divided into a plurality of ring-shaped lens portions in order to reduce the thickness of the lens. In this Fresnel lens, as shown in FIG. 2, a plane of incidence is formed on a plane 1, and a plurality of ring-shaped lens portions (hereinafter, referred to as prism lens portions 2) are formed on a plane of emergence. There is one in which a principal ray having power is incident on a plane incident surface from one point on the optical axis 3 and is emitted as a ray parallel to the optical axis 3 from an exit surface on the prism lens portion 2 side. The prism lens portion 2 of such a Fresnel lens is composed of a lens surface 4 that is an inclined surface that participates in refraction and a non-lens surface 5 that is a steep step surface that hardly participates in refraction.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このようなフレネルレ
ンズのプリズムレンズ部２は、その一部を拡大してみる
と、例えば図３または図４に示すような構造になってい
る。すなわち、図３に示されたプリズムレンズ部２は、
その段差面である非レンズ面５の傾斜角が、レンズ外部
に出射した主光線と平行に形成されている。このような
プリズムレンズ部２では、光軸３上の一点から入射面に
入射した主光線は、同図に実線で示すように、すべてプ
リズムレンズ部２から光軸３に平行な光線として出射さ
れる。例えば、プリズムレンズ部２の非レンズ面５の基
端部（同図では左端部）５ａに到達した入射光線ａは、
その先端部（同図では右端部）５ｂから光軸３に平行な
光線として出射される。しかし、光軸３上から少しずれ
た点（例えば図２のＢ点）からの入射光線ｂ、ｃは、同
図に２点鎖線で示すように、光軸３に平行な光線として
出射されずに迷光として出射されることになる。特に、
非レンズ面５の基端部の下側付近に到達した入射光線ｂ
は、プリズムレンズ部２のレンズ面４から出射した後、
隣接するプリズムレンズ部２の非レンズ面５から再度入
射し、そのレンズ面４から光軸３の方向と全く異なる方
向に迷光として出射されることになる。The prism lens portion 2 of such a Fresnel lens has a structure as shown in FIG. 3 or 4, for example, when a part of the prism lens portion 2 is enlarged. That is, the prism lens unit 2 shown in FIG.
The inclination angle of the non-lens surface 5, which is the step surface, is formed parallel to the principal ray emitted to the outside of the lens. In such a prism lens unit 2, all principal rays that have entered the incident surface from one point on the optical axis 3 are emitted from the prism lens unit 2 as rays parallel to the optical axis 3, as shown by the solid line in the figure. It For example, the incident light ray a reaching the base end portion (the left end portion in the figure) 5a of the non-lens surface 5 of the prism lens portion 2 is
The light is emitted from the tip portion (the right end portion in the figure) 5b as a light beam parallel to the optical axis 3. However, incident light rays b and c from a point slightly deviated from the optical axis 3 (for example, point B in FIG. 2) are not emitted as light rays parallel to the optical axis 3 as shown by a chain double-dashed line in FIG. Will be emitted as stray light. In particular,
Incident ray b reaching near the lower side of the base end of the non-lens surface 5
Is emitted from the lens surface 4 of the prism lens unit 2,
The light is again incident from the non-lens surface 5 of the adjacent prism lens portion 2 and is emitted from the lens surface 4 as stray light in a direction completely different from the direction of the optical axis 3.
【０００４】また、図４に示されたプリズムレンズ部２
は、その段差面である非レンズ面５の傾斜角が、レンズ
内部に入射した主光線と平行に形成されている。このよ
うなプリズムレンズ部２では、光軸３上の一点からの光
線は、同図に実線で示すように、すべてプリズムレンズ
部２から光軸３に平行な光線として出射される。例え
ば、プリズムレンズ部２の非レンズ面５の基端部５ａに
到達した入射光線ａは、その基端部５ａおよび先端部５
ｂからそれぞれ光軸３に平行な光線として出射される。
しかし、光軸３上から少しずれた点（例えば図２のＡ
点）からの入射光線ｂ、ｃは、同図に２点鎖線で示すよ
うに、光軸３に平行な光線として出射されずに迷光とし
て出射されることになる。特に、非レンズ面５に到達す
る入射光線ｂは、非レンズ面５で全反射されるため、レ
ンズ面４から光軸３の方向と異なる方向に迷光として出
射されることになる。Further, the prism lens portion 2 shown in FIG.
Is formed such that the inclination angle of the non-lens surface 5, which is the stepped surface, is parallel to the chief ray incident on the inside of the lens. In such a prism lens portion 2, all light rays from one point on the optical axis 3 are emitted from the prism lens portion 2 as light rays parallel to the optical axis 3, as indicated by the solid line in the figure. For example, the incident light ray “a” reaching the proximal end portion 5 a of the non-lens surface 5 of the prism lens portion 2 has its proximal end portion 5 a and distal end portion 5 a.
Each of the light beams is emitted from b as a light beam parallel to the optical axis 3.
However, a point slightly deviated from the optical axis 3 (for example, A in FIG. 2)
The incident rays b and c from the point) are not emitted as rays parallel to the optical axis 3 but are emitted as stray light, as indicated by the chain double-dashed line in the figure. In particular, since the incident light ray b reaching the non-lens surface 5 is totally reflected by the non-lens surface 5, it is emitted as stray light from the lens surface 4 in a direction different from the direction of the optical axis 3.
【０００５】このように、図３および図４のいずれの構
造のフレネルレンズにおいても、プリズムレンズ部２の
非レンズ面５が、レンズ内部に入射した主光線と平行
か、あるいはレンズ外部に出射する主光線と平行に形成
されているため、非レンズ面５に到達した光線が光軸３
の方向と異なる方向に迷光として出射され、光の損失と
なり、全体が暗くなるという問題がある。As described above, in the Fresnel lens having any of the structures shown in FIGS. 3 and 4, the non-lens surface 5 of the prism lens portion 2 is parallel to the principal ray incident on the inside of the lens or is emitted to the outside of the lens. Since it is formed in parallel with the principal ray, the ray that reaches the non-lens surface 5 has the optical axis 3
There is a problem that it is emitted as stray light in a direction different from the direction described above, resulting in a loss of light and making the whole dark.
【０００６】この発明の目的は、迷光が少なく、光の損
失を防ぎ、全体を明るくすることのできるフレネルレン
ズを提供することである。An object of the present invention is to provide a Fresnel lens capable of reducing stray light, preventing light loss, and making the entire image brighter.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、入射面が平面に形成され、出射面にレン
ズ面および非レンズ面を有するプリズムレンズ部が形成
された平凸の正のパワーをもつフレネルレンズにおい
て、プリズムレンズ部の非レンズ面の傾斜角を、レンズ
内部に入射した主光線の向きと、レンズ外部に出射され
た主光線の向きとのなす角の範囲内に設定したことを特
徴とするものである。この場合、請求項２に記載の如
く、プリズムレンズ部の非レンズ面に対するレンズ内部
に入射した光線のなす角θ1と、レンズ外部に出射した
光線のなす角θ2との比率は、レンズ内部の屈折率を
ｎ1、レンズ外部の屈折率をｎ2、プリズムレンズ部のレ
ンズ面での入射角をｉ1、プリズムレンズ部のレンズ面
での出射角をｉ2としたとき、 （１）θ1：θ2＝ｎ2・cos ｉ2：ｎ1・cos ｉ1 または （２）θ1：θ2＝ｎ2：ｎ1 のいずかの条件を満足していることが望ましい。In order to achieve the above object, the present invention has a plano-convex positive surface in which a plane of incidence is formed and a prism lens portion having a lens surface and a non-lens surface is formed on an emission surface. In a Fresnel lens with the power of, the tilt angle of the non-lens surface of the prism lens part is set within the range of the angle formed by the direction of the principal ray incident inside the lens and the direction of the principal ray emitted outside the lens. It is characterized by having done. In this case, as described in claim 2 , the ratio of the angle θ 1 formed by the light ray incident inside the lens to the non-lens surface of the prism lens portion and the angle θ 2 formed by the light ray emitted outside the lens is Where n 1 is the refractive index of the lens, n 2 is the refractive index outside the lens, i 1 is the incident angle on the lens surface of the prism lens part, and i 2 is the exit angle on the lens surface of the prism lens part, (1) It is desirable that either one of θ 1 : θ 2 = n 2 · cos i 2 : n 1 · cos i 1 or (2) θ 1 : θ 2 = n 2 : n 1 is satisfied.
【０００８】[0008]
【作用】この発明によれば、非レンズ面の傾斜角がレン
ズ内部に入射した主光線の向きとレンズ外部に出射され
た主光線の向きとのなす角の範囲内に設定されているか
ら、非レンズ面に対するレンズ内部に入射した光線のな
す角θ1と、レンズ外部に出射した光線のなす角θ2との
余裕が生じ、このため光軸上から少しずれた点からの光
線が非レンズ面に到達しても、ほぼ光軸に沿って射出す
ることができ、非レンズ面による迷光を少なくすること
ができ、これにより光の損失を防ぎ、全体を明るくこと
ができる。According to the present invention, the inclination angle of the non-lens surface is set within the range of the angle formed by the direction of the principal ray incident on the inside of the lens and the direction of the principal ray emitted on the outside of the lens. There is a margin between the angle θ 1 formed by the ray incident inside the lens with respect to the non-lens surface and the angle θ 2 formed by the ray emitted outside the lens, so that the ray from a point slightly deviated from the optical axis is non-lens. Even when it reaches the surface, it can be emitted almost along the optical axis, and stray light due to the non-lens surface can be reduced, whereby light loss can be prevented and the whole can be made bright.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、図１を参照して、この発明のフレネル
レンズの一実施例について説明する。この場合、図２〜
図４に示された従来例と同一部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。図１に示されたフレネルレンズの
プリズムレンズ部２は、屈折に関与する傾斜面であるレ
ンズ面４と、屈折にほとんど関与しない急峻な段差面で
ある非レンズ面５とからなっている。この場合、非レン
ズ面５の傾斜角は、レンズ内部に入射した主光線の向き
と、レンズ外部に出射された主光線の向きとのなす角の
範囲内に設定されている。このようなフレネルレンズで
は、光軸３上の一点から入射面に入射した光線ａ〜ｄは
プリズムレンズ部２からすべて光軸３に平行な光線とし
て出射され、また光軸３上から少しずれた点から入射面
に入射した光線ｅ〜ｈはプリズムレンズ部２からすべて
光軸３にほぼ平行な光線として出射されることになる。
これは、非レンズ面５の傾斜角が、レンズ内部に入射し
た主光線の向きと、レンズ外部に出射された主光線の向
きとのなす角の範囲内に設定されているため、非レンズ
面５に対するレンズ内部に入射した光線のなす角θ
1と、レンズ外部に出射した光線のなす角θ2との余裕が
生じるからである。このように、このフレネルレンズで
は、光軸３上の一点からの主光線以外の光線を光軸３と
ほぼ平行な光線として出射させることができるので、光
軸３の方向と異なる方向に迷光として出射することが少
なくなり、光の損失を防ぎ、全体を明るくすることがで
きる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the Fresnel lens of the present invention will be described below with reference to FIG. In this case,
The same parts as those of the conventional example shown in FIG.
The description is omitted. The prism lens portion 2 of the Fresnel lens shown in FIG. 1 includes a lens surface 4 that is an inclined surface that participates in refraction and a non-lens surface 5 that is a steep step surface that hardly participates in refraction. In this case, the inclination angle of the non-lens surface 5 is set within the range of the angle formed by the direction of the principal ray incident inside the lens and the direction of the principal ray emitted outside the lens. In such a Fresnel lens, the light rays ad incident on the incident surface from one point on the optical axis 3 are all emitted from the prism lens portion 2 as light rays parallel to the optical axis 3 and are slightly deviated from the optical axis 3. The light rays e to h incident on the incident surface from the point are all emitted from the prism lens portion 2 as light rays substantially parallel to the optical axis 3.
This is because the inclination angle of the non-lens surface 5 is set within the range of the angle formed by the direction of the principal ray incident on the inside of the lens and the direction of the principal ray emitted on the outside of the lens. Angle θ of the ray incident on the inside of the lens with respect to 5
This is because there is a margin between 1 and the angle θ 2 formed by the ray emitted to the outside of the lens. In this way, with this Fresnel lens, the rays other than the principal ray from one point on the optical axis 3 can be emitted as the rays substantially parallel to the optical axis 3, and therefore, as stray light in a direction different from the direction of the optical axis 3. The amount of light emitted is reduced, light loss can be prevented, and the whole can be brightened.
【００１０】このようなフレネルレンズでは、プリズム
レンズ部２の非レンズ面５の傾斜角の最適値は以下のよ
うに設定されていることが望ましい。すなわち、光軸３
から少しずれた点からの光線ｅ〜ｈのうち、例えば図２
のＡ点からの光線ｅに対するレンズ内部でのずれ角Δｉ
1と、レンズ外部でのずれ角Δｉ2とを比較すると、 ｎ1・sin ｉ1＝ｎ2・sin ｉ2 より、両辺を微分すると、 ｎ1・cos ｉ1・ｄｉ1＝ｎ2・cos ｉ2・ｄｉ2 となり、ｄｉ1、ｄｉ2にΔｉ1、Δｉ2を代入すると、 ｎ1・cos ｉ1・Δｉ1＝ｎ2・cos ｉ2・Δｉ2 となる。よって、ずれ角は、 Δｉ1：Δｉ2＝ｎ2・cos ｉ2：ｎ1・cos ｉ1 の比率で変化していくことがわかる。よって、非レンズ
面に対するレンズ内部に入射した光線のなす角θ1と、
レンズ外部に出射した光線のなす角θ2との比率は、 θ1：θ2＝ｎ2・cos ｉ2：ｎ1・cos ｉ1 …………（１） に設定することが最も最適である。また、ｉ1≪１、ｉ2
≪１のときには、 θ1：θ2＝ｎ2：ｎ1 …………（２） とみなすことができる。In such a Fresnel lens, it is desirable that the optimum value of the inclination angle of the non-lens surface 5 of the prism lens portion 2 be set as follows. That is, the optical axis 3
Of the rays e to h from a point slightly deviated from
Deviation angle Δi inside the lens with respect to ray e from point A of
Comparing 1 and the deviation angle Δi 2 outside the lens, from n 1 · sin i 1 = n 2 · sin i 2 , differentiating both sides yields n 1 · cos i 1 · di 1 = n 2 · cos i 2 · di 2 , and substituting Δi 1 and Δi 2 for di 1 and di 2 gives n 1 · cos i 1 · Δi 1 = n 2 · cos i 2 · Δi 2 . Therefore, it can be seen that the shift angle changes at a ratio of Δi 1 : Δi 2 = n 2 · cos i 2 : n 1 · cos i 1 . Therefore, the angle θ 1 formed by the ray incident on the inside of the lens with respect to the non-lens surface,
The ratio of the angle of light rays emitted to the outside of the lens to the angle θ 2 is most optimally set to θ 1 : θ 2 = n 2 · cos i 2 : n 1 · cos i 1 ………… (1) is there. In addition, i 1 << 1 , i 2
When << 1 , it can be considered that θ 1 : θ 2 = n 2 : n 1 (2).
【００１１】[0011]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、非レンズ面の傾斜角をレンズ内部に入射した主光線
の向きとレンズ外部に出射された主光線の向きとのなす
角の範囲内に設定することにより、非レンズ面に対する
レンズ内部に入射した光線のなす角θ1と、レンズ外部
に出射した光線のなす角θ2との余裕が生じ、このため
光軸上から少しずれた点からの光線が非レンズ面に到達
しても、ほぼ光軸に沿って射出することができ、これに
より非レンズ面による迷光を少なくすることができ、光
の損失を防ぎ、全体を明るくすることができ、このため
例えば液晶プロジェクタの透過型スクリーンに用いれ
ば、鮮明な画像を得ることができる。As described above, according to the present invention, the angle range between the direction of the principal ray incident on the inside of the lens and the direction of the principal ray emitted to the outside of the lens is the angle of inclination of the non-lens surface. By setting inside, there is a margin between the angle θ 1 formed by the ray incident on the inside of the lens with respect to the non-lens surface and the angle θ 2 formed by the ray emitted outside the lens. Even if a ray from a point reaches the non-lens surface, it can be emitted almost along the optical axis, which can reduce stray light due to the non-lens surface, prevent light loss, and make the whole brighter. Therefore, for example, when it is used for a transmissive screen of a liquid crystal projector, a clear image can be obtained.
【図１】この発明のフレネルレンズの要部拡大断面図。FIG. 1 is an enlarged sectional view of a main part of a Fresnel lens according to the present invention.
【図２】フレネルレンズの全体を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing the entire Fresnel lens.
【図３】従来のプリズムレンズ部の１例を示す要部拡大
断面図。FIG. 3 is an enlarged sectional view of an essential part showing an example of a conventional prism lens part.
【図４】従来のプリズムレンズ部の他の例を示す要部拡
大断面図。FIG. 4 is an enlarged sectional view of an essential part showing another example of a conventional prism lens part.
１ 平面 ２ プリズムレンズ部 ３ 光軸 ４ レンズ面 ５ 非レンズ面 1 plane 2 prism lens part 3 optical axis 4 lens surface 5 non-lens surface
Claims (2)
ズ面および非レンズ面を有するプリズムレンズ部が形成
された平凸の正のパワーをもつフレネルレンズにおい
て、 前記プリズムレンズ部の非レンズ面の傾斜角を、レンズ
内部に入射した主光線の向きと、レンズ外部に出射され
た主光線の向きとのなす角の範囲内に設定したことを特
徴とするフレネルレンズ。1. A Fresnel lens having a plano-convex positive power, wherein an incident surface is formed into a flat surface and a prism lens portion having a lens surface and a non-lens surface is formed on an emission surface. A Fresnel lens characterized in that an inclination angle of the surface is set within a range of an angle formed by a direction of a principal ray incident on the inside of the lens and an direction of a principal ray emitted on the outside of the lens.
する前記レンズ内部に入射した光線のなす角θ1と、前
記レンズ外部に出射した光線のなす角θ2との比率は、
前記レンズ内部の屈折率をｎ1、前記レンズ外部の屈折
率をｎ2、前記プリズムレンズ部のレンズ面での入射角
をｉ1、前記プリズムレンズ部のレンズ面での出射角を
ｉ2としたとき、 （１）θ1：θ2＝ｎ2・cos ｉ2：ｎ1・cos ｉ1 または （２）θ1：θ2＝ｎ2：ｎ1 のいずかの条件を満足することを特徴とする請求項１記
載のフレネルレンズ。 2. A ratio of an angle θ 1 formed by a light ray incident inside the lens to a non-lens surface of the prism lens portion and an angle θ 2 formed by a light ray emitted outside the lens is
The refractive index inside the lens is n 1 , the refractive index outside the lens is n 2 , the incident angle on the lens surface of the prism lens portion is i 1 , and the exit angle on the lens surface of the prism lens portion is i 2 . Then either (1) θ 1 : θ 2 = n 2 · cos i 2 : n 1 · cos i 1 or (2) θ 1 : θ 2 = n 2 : n 1 The Fresnel lens according to claim 1, wherein
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23406094A JPH0875906A (en) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | Fresnel lens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23406094A JPH0875906A (en) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | Fresnel lens |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875906A true JPH0875906A (en) | 1996-03-22 |
Family
ID=16964965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23406094A Pending JPH0875906A (en) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | Fresnel lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0875906A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013137442A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Panasonic Corp | Fresnel lens |
| WO2017125979A1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-07-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Head-up display |
| WO2020246509A1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-12-10 | 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント | Fresnel lens and image observation device |
-
1994
- 1994-09-02 JP JP23406094A patent/JPH0875906A/en active Pending
Cited By (4)
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| WO2017125979A1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-07-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Head-up display |
| JP2017129751A (en) * | 2016-01-20 | 2017-07-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Head-up display |
| WO2020246509A1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-12-10 | 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント | Fresnel lens and image observation device |
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