JP2010066518A - Fresnel lens, device for manufacturing fresnel lens and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズに関し、特にフレネルレンズ及びフレネルレンズを製造する装置及び方法に関する。 The present invention relates to lenses, and more particularly to Fresnel lenses and apparatus and methods for manufacturing Fresnel lenses.
図13に示すように、フレネルレンズ(Fresnel Lens)8は、一般のレンズ7の光学機能を有するが、一般のレンズ7に比べ体積及び重量が小さい利点を有し、徐々に一般のレンズ7に取って代わっている。フレネルレンズ8は、主に大きな面積レンズを有する必要があるが、レンズの重量と質材の減少を希望する製品上、例えば、灯台が投射する導航光源、投影フィルム投影機のレンズ、背面投影ディスプレイのスクリーン、軽量型の拡大鏡等に応用される。現在のフレネルレンズ8は、ほとんどが単一のガラス材質またはプラスチック材質によって形成される。 As shown in FIG. 13, the Fresnel lens 8 has the optical function of a general lens 7, but has an advantage of a smaller volume and weight than the general lens 7, and gradually becomes a general lens 7. Has been replaced. The Fresnel lens 8 mainly needs to have a large area lens, but on a product that desires to reduce the weight and material of the lens, for example, a navigation light source projected by a lighthouse, a lens of a projection film projector, a rear projection display It is applied to screens, lightweight type magnifiers, etc. Most of the current Fresnel lens 8 is formed of a single glass material or plastic material.
ガラス材質のフレネルレンズ8とプラスチック材質のフレネルレンズ8は、異なる運用をすることができ、例えば、フレネルレンズ8を介した光線強度が比較的高いか、戸外に置かれ高い耐候特性を必要とする時、通常、安定したガラス材質フレネルレンズ8を使用する。ガラス材質のフレネルレンズ8は、ほとんどが従来の研磨組み立てか、直接加工成形か、鋳造技術を使用して製造され、ガラスの高硬度と高成形温度によって、製造コストが高くなり、製造面積の制限を受け、小型のガラス材質のフレネルレンズ8は、ほとんどが鋳造技術により製成され、大型のガラス材質のフレネルレンズ8は、一般に多数のレンズを併合する方式で製成される。 The Fresnel lens 8 made of glass and the Fresnel lens 8 made of plastic can be operated differently. For example, the light intensity through the Fresnel lens 8 is relatively high or it is placed outdoors and requires high weather resistance. Usually, a stable glass material Fresnel lens 8 is used. Glass-made Fresnel lenses 8 are mostly manufactured using conventional polishing assembly, direct processing molding, or casting techniques, and the high hardness and high molding temperature of glass increase the manufacturing cost and limit the manufacturing area. Accordingly, most of the small glass-made Fresnel lens 8 is manufactured by a casting technique, and the large glass-made Fresnel lens 8 is generally manufactured by a method in which a large number of lenses are combined.
フレネルレンズ8の光線強度が低いか、室内に置かれ、軽薄な体積または低コストを必要とする時、通常、プラスチック材質のフレネルレンズ8が使用される。プラスチック材質のフレネルレンズ8は、ほとんどが射出、直接加工、圧力鋳造、ローラープレス、ダイキャスト注入等の方式で製造を行い、低い製造コストを有する。 When the light intensity of the Fresnel lens 8 is low or placed in a room and requires a light volume or low cost, a Fresnel lens 8 made of plastic is usually used. Most of the plastic Fresnel lens 8 is manufactured by a method such as injection, direct processing, pressure casting, roller press, die casting, etc., and has a low manufacturing cost.
太陽エネルギーの応用の迅速な発展によって、太陽エネルギー集光モジュールが太陽エネルギーの応用中に重要な地位を有する。例えば、太陽エネルギー発電システム中、耐候性を有する大型フレネルレンズ8は、太陽エネルギー集光モジュールが必須とする集光ユニットの1つである。
但し、ガラス材質のフレネルレンズ8は、コストが高いだけでなく、大型の単片フレネルレンズ8は、高い製造難易度を要する。 However, the glass-made Fresnel lens 8 is not only expensive, but the large single-piece Fresnel lens 8 requires high manufacturing difficulty.
また、強光を投影する応用において、フレネルレンズ8を選択する時、太陽エネルギー集光モジュールと同一の要求を有し、強光灯源の投射照明または高光度光源の導光照明の要求の下、ガラス材質のフレネルレンズ8を採用して始めて強光の投影の高強度要求に適合することができる。上記のように、ガラス材質のフレネルレンズ8を採用する時、コストが高いだけではなく、且つ生産技術難易度も高い。 Also, in the application of projecting strong light, when selecting the Fresnel lens 8, it has the same requirements as the solar energy condensing module, under the requirements of projection illumination of intense light source or light guide illumination of high intensity light source. Only when the glass-made Fresnel lens 8 is employed can meet the high-intensity requirements of strong light projection. As described above, when the glass-made Fresnel lens 8 is employed, not only the cost is high, but also the difficulty of production technology is high.
本発明の第1目的は、低コストで高耐候性のフレネルレンズを提供することである。 A first object of the present invention is to provide a Fresnel lens that is low in cost and high in weather resistance.
上記の第1目的に基づき、本発明のフレネルレンズは、基板とフレネル構造を設け、基板はガラス材質から形成され、フレネルレンズ構造は、可塑性材質から該基板上に一体に成形される。従って、該フレネルレンズは、プラスチックレンズの低コストとガラスレンズの高耐候性等の利点を有する。 Based on the above first object, the Fresnel lens of the present invention is provided with a substrate and a Fresnel structure, the substrate is formed of a glass material, and the Fresnel lens structure is integrally formed on the substrate from a plastic material. Therefore, the Fresnel lens has advantages such as low cost of the plastic lens and high weather resistance of the glass lens.
本発明の第2目的は、ガラス材質の基板上にガラス材質のフレネル構造を一体に成形するフレネルレンズの製造方法を提供することである。 A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Fresnel lens, in which a glass Fresnel structure is integrally formed on a glass substrate.
上記第2目的に基づき、本発明のフレネルレンズ製造方法は、以下のステップを含む:
ステップ1:可塑性材料を成形装置中に注入する;
ステップ2:可塑性材料を固化させ、フレネル構造を形成する;
ステップ3:成形装置を分離し、基板上にフレネル構造を一体に成形し、フレネルレンズを成形する。
Based on the second object, the Fresnel lens manufacturing method of the present invention includes the following steps:
Step 1: Inject plastic material into the molding apparatus;
Step 2: solidify the plastic material to form a Fresnel structure;
Step 3: The molding apparatus is separated, the Fresnel structure is integrally molded on the substrate, and the Fresnel lens is molded.
本発明の第3目的は、ガラス材質の基板上にプラスチック材質のフレネル構造を一体に成形することができるフレネルレンズの製造装置を提供することである。 A third object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a Fresnel lens capable of integrally molding a plastic Fresnel structure on a glass substrate.
上記第3目的に基づき、本発明のフレネルレンズ製造装置は、フレネルレンズの基板に接続する成形装置を設け、成形装置は、フレネルレンズのフレネル構造に対応した成形部を設け、成形部は、可塑性材料をフレネル構造に成形することに用いる。 Based on the third object, the Fresnel lens manufacturing apparatus of the present invention is provided with a molding device connected to the substrate of the Fresnel lens, the molding device is provided with a molding part corresponding to the Fresnel structure of the Fresnel lens, and the molding part is plastic. Used to mold material into Fresnel structure.
上記目的の記載から分かるように、本発明のフレネルレンズは、成形装置によってガラス材質の基板上にプラスチック材質のフレネル構造を一体に成形し、フレネルレンズにプラスチックレンズの低コストおよびガラスレンズの高耐候性等の利点を持たせる。 As can be seen from the above description of the object, the Fresnel lens of the present invention is formed by integrally forming a plastic Fresnel structure on a glass substrate by a molding apparatus, and the Fresnel lens has a low cost plastic lens and a high weather resistance of the glass lens. Gives benefits such as sex.
本発明の技術的内容、達成する目的及び効果を詳細に説明する為、以下に実施例を挙げ、図面と併せて詳しく説明する。 In order to describe the technical contents of the present invention, the objects to be achieved, and the effects in detail, examples will be given below and described in detail in conjunction with the drawings.
図1に示すように、本発明のフレネルレンズ1は、基板10とフレネル構造11を設け、基板10はガラス材質から形成され、フレネル構造11は、可塑性材料から形成され、且つ基盤10表面に一体に成形され、実施時、フレネル構造11の厚さは、2.5mmより小さいものであることができる。
As shown in FIG. 1, the Fresnel
本発明のフレネルレンズ1の大部分の主体は、ガラス材質の基板10であり、フレネル構造11だけは、可塑性材料で形成され、これにより、中小面積のフレネルレンズ1を直接製造でき、領域と時間を分割する方式で大面積のフレネルレンズ1を製造することもでき、従って、フレネルレンズ1は、プラスチックレンズの低コストとガラスレンズの高耐候性等の利点を有する。
The main component of the Fresnel
本発明のフレネルレンズ1の基板10は、平面板、台形平板、凸面板、凹面板またはそれらの組み合わせであることができる。フレネル構造11は、熱固化性可塑性材料または光固化性可塑性材料を加え装置内に成形することができ、固化した後、基板10上に一体に成形する。熱固化性可塑性材料は、シリコンであり、光固化性材料は、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂であることができる。
The
図2、図3に示すように、図2は、本発明のフレネルレンズ1の製造方法の第1実施例のステップ説明図であり、図3は、本発明のフレネルレンズ1の製造方法の第1実施例のステップフロー図である。本実施例中、成形装置は、鋳型2であり、成形部は鋳型2のフレネル形キャビティ20であり、フレネルレンズ1の製造方法は、下記のステップを含む:
ステップ1:鋳型2を固定する;
ステップ2:可塑性材料3を鋳型2のフレネル形キャビティ20内に加え、可塑性材料3にフレネル形キャビティ20を充填させる;
ステップ3:基板10をフレネル形キャビティ20上に覆蓋し、基板10を可塑性材料3と相互に貼合させる;
ステップ4:可塑性材料3を固化し、フレネル構造11を形成する;
ステップ5:鋳型2を分離し、基板10上にフレネル構造11が一体に成形され、フレネルレンズ1が形成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, FIG. 2 is a step explanatory view of the first embodiment of the method for manufacturing the Fresnel
Step 1: Fix the
Step 2: Add
Step 3:
Step 4: solidify the
Step 5: The
本実施例中、固化方式は、可塑性材料3の特性に従い、加熱固化または紫外線照射固化であることができる。また、本製造工程は、真空チャンバー内で実施することができ、基板10がフレネル形キャビティ20を覆蓋する時、基板10が可塑性材料3との間で気泡が発生することを回避することができる。
In this embodiment, the solidification method can be solidification by heating or solidification by ultraviolet irradiation according to the characteristics of the
図4、図5に示すように、図4は、本発明のフレネルレンズ1の製造方法の第2実施例のステップ説明図であり、図5は、本発明のフレネルレンズ1の製造方法の第2実施例のステップフロー図である。本実施例中、成形装置が鋳型2と環形スリーブ4であり、成形部が鋳型2のフレネル形キャビティ20であり、フレネルレンズ1の製造方法は、以下のステップを含む:
ステップ1:鋳型2を固定する;
ステップ2:環形スリーブ4を基板10上に設置する;
ステップ3:可塑性材料3を基板10と環形スリーブ4が成形する開放空間内に加える;
ステップ4:鋳型2を環形スリーブ4と相互に接合し、同時に可塑性材料3を基板10と鋳型2のフレネル形キャビティ20が形成する密閉空間に充填する;
ステップ5:可塑性材料3を固化し、フレネル構造11を形成する;
ステップ6:鋳型2と環形スリーブ4を分離し、基板10上にフレネル構造11が一体に成形され、フレネルレンズ1が形成される。
As shown in FIGS. 4 and 5, FIG. 4 is a step explanatory view of the second embodiment of the method for manufacturing the Fresnel
Step 1: Fix the
Step 2: Place the
Step 3: Add the
Step 4: The
Step 5: solidify the
Step 6: The
本実施例中、異なる寸法の環形スリーブ4を選択し、鋳型2と組み合わせ、異なる寸法のフレネルレンズ1を製造することができる。
In this embodiment, an
第1実施例と第2実施例の製造方法中、固化ステップは、可塑性材料3の特性に基づき、加熱固化または紫外線照射固化により達成することができる。また、上記製造フローは、真空チャンバーで実施でき、鋳型2および環形スリーブ4と基板10と相互に接合時、フレネル形キャビティ20と可塑性材料3との間に気泡が発生することを回避する。
In the manufacturing methods of the first embodiment and the second embodiment, the solidification step can be achieved by heat solidification or ultraviolet irradiation solidification based on the characteristics of the
図6〜図8に示すように、図6は、本発明のフレネルレンズ1の製造方法の第3実施例のステップ説明図であり、図7は、本発明のフレネルレンズ1の製造方法の第3実施例のステップフロー図であり、図8は、本実施例の鋳型通路の説明図である。本実施例中、成形装置が鋳型2であり、成形部が鋳型2のフレネル形キャビティ20であり、フレネルレンズ1の製造方法は、以下のステップを含む:
ステップ1:基板10と鋳型2を結合し、基板10と鋳型2のフレネル形キャビティ20に密閉空間を形成させ、鋳型2がフレネル形キャビティ20を貫通する通路21を有するようにする;
ステップ2:通路21により可塑性材料3を加え、可塑性材料3を基板10とフレネル形キャビティ20が形成する密閉空間に充填する;
ステップ3:可塑性材料3を固化し、フレネル構造11を形成する;
ステップ4:鋳型2を分離し、基板10上にフレネル構造11を一体に成形し、フレネルレンズ1を形成する。
As shown in FIGS. 6 to 8, FIG. 6 is a step explanatory view of the third embodiment of the method for manufacturing the Fresnel
Step 1: The
Step 2: Add the
Step 3: solidify the
Step 4: The
本実施例の製造方法中、可塑性材料を加える時、高圧注入または真空吸引の方式で可塑性材料を基板とフレネル形キャビティが形成する密閉空間に充填することができる。 In the manufacturing method of this embodiment, when a plastic material is added, the plastic material can be filled into a sealed space formed by the substrate and the Fresnel cavity by high pressure injection or vacuum suction.
図9〜図12に示すように、図9は、本発明のフレネルレンズ1の製造方法の第4実施例のステップ説明図であり、図10は、本発明のフレネルレンズ1の製造方法の第4実施例のステップフロー図であり、図11は、本実施例中の第1成形板の説明図であり、図12は、本実施例中の第2成形板の説明図である。本実施例中、成形装置が第1成形板5と環形スリーブ4であり、成形部が第1成形板5側面のフレネル形凹溝50であり、フレネルレンズ1の製造方法は、以下のステップを含む:
ステップ1:基板10を固定する;
ステップ2:環形スリーブ4を基板10上に設置する;
ステップ3:可塑性材料3を基板10と環形スリーブ4が形成する開放空間に加える;
ステップ4:可塑性材料3を固化し、可塑性材料3に半固化を形成させる;
ステップ5:第1形成板5側面のフレネル形凹溝50を半固化状の可塑性材料3中に押し込む;
ステップ6:第1成形板5を回転し、半固化状の可塑性材料3を持続して固化させ、フレネル構造11を形成する;
ステップ7:第1成形板5と環形スリーブ4を分離し、基板10上にフレネル構造11を一体に成形し、フレネルレンズ1を形成する。
As shown in FIGS. 9 to 12, FIG. 9 is a step explanatory view of the fourth embodiment of the method for manufacturing the
Step 1: fixing the
Step 2: Place the
Step 3: Add the
Step 4: the
Step 5: Push the Fresnel-shaped
Step 6: The first molded
Step 7: The
本実施例中、第1成形板5の長さがフレネルレンズ1のフレネル構造11の直径の長さであり、第1成形板5のフレネル形凹溝50がフレネルレンズ1のフレネル構造11の全体横切断面の形状に対応し、フレネル形凹溝50の上部は、斜辺51を設ける。第1成形板5が回転する時、フレネル形凹溝50上部の斜辺51が可塑性材料3を押し、可塑性材料3にフレネル構造11を成形させる。
In this embodiment, the length of the first molded
本実施例中、第2成形板6を第1成形板5に置き換えて用い、可塑性材料3にフレネル構造11を成形させ、第2成形板6側面に半フレネル形凹溝60を設け、第2成形板6の長さは、フレネルレンズ1のフレネル構造11の半径の長さであり、第2成形板6の半フレネル形凹溝60は、フレネルレンズ1のフレネル構造11の半分の横切断面の形状に対応し、半フレネル形凹溝60の上部は弧形側辺61を有する。第2成形板6が回転する時、半フレネル形凹溝61上部の弧形側辺61が可塑性材料3を押し、可塑性材料3にフレネル構造11を成形させる。
In this embodiment, the second molded plate 6 is used in place of the first molded
本発明のフレネルレンズ1は、太陽エネルギー集光モジュール中に運用でき、大きな面積のフレネルレズによって入射した太陽光を小さな面積の高変換効率の太陽電池に集中し、太陽電池エネルギーに自身の面積の大きさの数倍の面積の太陽エネルギーを受けさせ、高光電変換効率の太陽電池を組み合わせ、より効率的に電力を発生することができる。
The
本発明のフレネルレンズ1は、吸熱管システム中に運用することもでき、フレネルレンズが太陽光エネルギー量を吸熱管に集め、吸熱管に自身の面積の大きさの数倍の面積の太陽エネルギーを受けさせ、吸熱管内の流体の温度を向上させ、温度が上昇した流体は、熱エネルギー発電、暖房設備、熱水設備等に運用でき、大幅にその性能を増加することができる。
The
本発明のフレネルレンズ1は、成形装置、例えば、鋳型2、環形スリーブ4および第1成形板5によって、基板10からフレネル構造11を一体に成形し、中小面積のフレネルレンズ1を直接製造するか、領域、時間を分割する方式で大きな面積のフレネルレンズ1を製造し、フレネルレンズ1にプラスチックレンズの低コストとガラスレンズの高耐候性等の利点を持たせることができる。
In the
1 フレネルレンズ
10 基板
11 フレネル構造
2 鋳型
20 フレネル形キャビティ
21 通路
3 可塑性材料
4 環形スリーブ
5 第1成形板
50 フレネル形凹溝
51 斜辺
6 第2成形板
60 半フレネル形凹溝
61 弧形側辺
1
Claims (19)
可塑性材質によって該基板上に一体に成形されるフレネル構造と、
を含むフレネルレンズ。 A substrate formed from a glass material;
A Fresnel structure formed integrally on the substrate by a plastic material;
Including Fresnel lens.
次に、該可塑性材料を固化し、フレネル構造を形成し;
最後に、成形装置を分離し、基板上に該フレネル構造を一体に成形し、フレネルレンズを成形することを含むフレネルレンズ製造方法。 First, add plastic material into the molding equipment;
Next, the plastic material is solidified to form a Fresnel structure;
Finally, a Fresnel lens manufacturing method including separating a molding apparatus, integrally molding the Fresnel structure on a substrate, and molding a Fresnel lens.
該可塑性材料をフレネル形キャビティ内に加え、可塑性材料をフレネル形キャビティに充填し;
該基板をフレネル形キャビティ上に覆蓋し、基板と可塑性材料を相互に貼合させることを含む請求項4記載のフレネルレンズ製造方法。 The molding apparatus is a mold, the mold provides a Fresnel cavity, and the step of adding the plastic material comprises:
Adding the plastic material into the Fresnel cavity and filling the Fresnel cavity with the plastic material;
The method for producing a Fresnel lens according to claim 4, comprising covering the substrate on a Fresnel-shaped cavity and bonding the substrate and the plastic material to each other.
該環形スリーブを基板上に設置し;
可塑性材料を基板と環形スリーブが形成する開放空間内に加え;
鋳型と環形スリーブを接合し、可塑性材料に基板とフレネル形キャビティが形成する密閉空間を充填させることを含む請求項4記載のフレネルレンズ製造方法。 The molding apparatus includes a mold and an annular sleeve, the mold is provided with a Fresnel shaped cavity, and the step of adding the plastic material comprises:
Placing the annular sleeve on the substrate;
Adding plastic material into the open space formed by the substrate and the annular sleeve;
The method for manufacturing a Fresnel lens according to claim 4, comprising joining the mold and the ring-shaped sleeve and filling the sealed space formed by the substrate and the Fresnel-shaped cavity with the plastic material.
基板と鋳型を結合し、該基板とフレネル形キャビティが形成する密閉空間を形成させ;
可塑性材料を密閉空間内に加え、可塑性材料に該密閉空間を充填させることを含む請求項4記載のフレネルレンズ製造方法。 The molding apparatus includes a mold, the mold providing a Fresnel shaped cavity, and adding the plastic material comprises:
Bonding the substrate and the mold to form a sealed space formed by the substrate and the Fresnel cavity;
The method for producing a Fresnel lens according to claim 4, further comprising adding a plastic material into the sealed space and filling the sealed space with the plastic material.
環形スリーブを基板上に設置し;
可塑性材料を基板と環形スリーブが形成する開放空間内に加え;
可塑性材料を固化し、半固化状を形成し;
フレネル形凹溝を該半固化状可塑性材料中に押入れ;
成形板を回転し、半固化状可塑性材料の固化を継続し、フレネル構造を形成することを含む請求項4記載のフレネルレンズ製造方法。 The molding apparatus includes an annular sleeve and a molding plate, the step of providing a Fresnel-shaped concave groove on the side of the molding plate, adding the plastic material, and solidifying further,
Installing an annular sleeve on the substrate;
Adding plastic material into the open space formed by the substrate and the annular sleeve;
Solidify the plastic material to form a semi-solidified state;
Pressing a Fresnel-shaped groove into the semi-solidified plastic material;
The method for producing a Fresnel lens according to claim 4, comprising rotating the molding plate and continuing to solidify the semi-solidified plastic material to form a Fresnel structure.
フレネルレンズの基板と相互に接続し、成形部を設け、成形部が可塑性材料を基板上に一体に成形しフレネル構造とすることに用いる成形装置を含むフレネルレンズ製造装置。 Interconnected with the substrate provided by the Fresnel lens, the Fresnel lens manufacturing apparatus,
A Fresnel lens manufacturing apparatus including a molding device that is connected to a Fresnel lens substrate, has a molding part, and the molding part integrally molds a plastic material on the substrate to form a Fresnel structure.
該基板を接続し、可塑性材料の成形範囲を制限することに用いる環形スリーブと、
該環形スリーブと接合し、基板と相対するフレネル形キャビティを設け、該可塑性材料がフレネル構造を成形することに用いる鋳型と、
を含む請求項12のフレネルレンズ製造装置。 The molding apparatus is
An annular sleeve used to connect the substrates and limit the molding range of the plastic material;
A mold that is joined to the annular sleeve, provided with a Fresnel cavity opposite the substrate, and wherein the plastic material is used to mold the Fresnel structure;
The fresnel lens manufacturing apparatus of Claim 12 containing.
該基板上に接続し、可塑性材料の成形範囲を制限することに用いる環形スリーブと、
成形板の側辺にフレネル形凹溝を設け、フレネル形凹溝は、可塑性材料上で回転し、可塑性材料をフレネル構造として成形する成形板と、
を含む請求項12記載のフレネルレンズ製造装置。 The molding apparatus is
An annular sleeve connected to the substrate and used to limit the molding range of the plastic material;
A Fresnel-shaped groove is provided on the side of the molded plate, the Fresnel-shaped groove rotates on the plastic material, and the molded plate molds the plastic material as a Fresnel structure;
The fresnel lens manufacturing apparatus of Claim 12 containing.
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