JP2603098B2 - フレネルステップの加工方法 - Google Patents

フレネルステップの加工方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非平面板に対して屈折系プリズムと反射系
プリズムから成るフレネルステップを廉価に形成するた
めの加工設計技術によるフレネルステップの加工方法に
関するものである。
〔従来の技術〕
従来よりフレネルレンズのレンズ板材に形成されてい
る屈折系プリズムと反射系プリズムから成るフレネルス
テップは、そのレンズ板材が第1図に示すように平面図
であるか、又は曲面であっても球面であることが多く、
しかも該レンズ板材が平板の場合(a),或は曲率を有
する球面板の場合(b)に示すように、何れの場合も面
の中心Cと直交する回転軸CLがレンズの光軸Lと一致し
ており、これを回転の中心とした回転形を成すものに限
られている。こうした構造のものでは各フレネルステッ
プは回転軸CLを中心軸とした同芯円状の構造を成してい
るため、金型の製造に際して一般に旋盤によって被切削
部材側を旋回すると共に、バイトを設計した切削角度に
固定して加工を行っていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし近年、自動車の尾灯その他の車輌灯等のレンズ
では車体外形の空力抵抗を減少させる目的で、その外形
に沿った複雑な形状を持ったものが使用されており、二
方向に異なった曲率を有する(回転軸を持たない)二次
曲面等に曲成したレンズが要望されている。この種の回
転軸を持たないレンズがフレネルステップを成形する場
合には前記旋盤加工が不能であるため、回転軸を持つ部
分と持たない部分に分けて製作し、回転軸を持たない部
分は、第2図に示すように、格子状フレネルステップ
(角型直射ステップ)を用いて対応し、これを中子とし
て組み込む製造方法が利用されていたが、この三次元フ
レネルステップの加工方法では加工工数が増大してそれ
が直接コストアップになり、経済的不利益を有するばか
りでなく、フライス盤加工のためフレネルステップのピ
ッチが大きくなると共に、そのまま金型とした場合に中
子構造に起因して型冷却性が悪く、成型不良が出易いと
いった問題を有していた。
本発明は、上記問題に鑑みて創案されたものであり、
車輌灯具用レンズのように二方向に異なった曲率を有す
る二次曲面に曲成して成るレンズ面に対して、三次元方
向に形成されるフレネルステップを低コストで刻設する
ことができるフレネルステップの加工方法を提唱するこ
とを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係るフレネルス
テップの加工方法は、曲成されたレンズ部材1上に適宜
ピッチPによって同芯円状のピッチ基線Cを描き、該ピ
ッチ基線Cの中心を通る多数の放射区画線で該ピッチ基
線Cを横断して該レンズ部材1面を円弧状フレネルステ
ップ設計区画2に区画すると共に、上記レンズ部材1の
裏面側焦点からの透過光が、屈折系プリズム又は反射系
プリズムを経て、略平行光束を構成するように、各フレ
ネルステップ設計区画2にこれらの屈折系プリズムと反
射系プリズムそれぞれの内側斜面4両端の正投影線に対
する傾斜角度α1,α2と、外側斜面5両端の正投影線に
対する傾斜角度β1,β2が各フレネルステップ3の頂角
γ1,γ2と、γ1=α1+β1,γ2=α2+β2の関係
になるように、各フレネルステップ3を、多軸フライス
盤に取り付けた先端角度(2×δ)が鋭角なバイト10に
よって切削形成して、山形のフレネルステップ3を有す
るフレネルレンズを加工する方法において、上記円弧状
フレネルステップ設計区画2の一区画において、上記バ
イト10の支持角度θ,θ′をフレネルステップ3の傾倒
角度の変化量α1,β1に応じてθ1からθ2、又はθ′
1からθ′2に徐々に変更するように、該バイト10の支
持角度θ,θ′を、α=δ+θ,β=δ+θ′と成るよ
うに制御することによって、先ずフレネルステップ3の
内側斜面4を、上記バイト10の切っ先をその円周方向に
移動させて往復切削し、次に該バイト10を稜線6に沿っ
て移動させると共に、同様に該フレネルステップ3の外
側斜面5も円周方向に移動させて往復切削し、次々と隣
接する他の円弧状フレネルステップ設計区画2について
も上記と略同様なフレネルステップ3の内側斜面4及び
外側斜面5を上記バイト10で往復切削することにより、
各円弧状フレネルステップ設計区画2,2……毎に所定の
山角度と傾斜面4,5を徐々に変更して削り出すことを要
旨とするものである。
また、曲成されたレンズ部材1上に適宜ピッチPによ
って同芯円状のピッチ基線Cを描き、該ピッチ基線Cの
中心を通る多数の放射区画線で該ピッチ基線Cを横断し
て該レンズ部材1面を多数の円弧状フレネルステップ設
計区画2に区画すると共に、上記レンズ部材1の裏面側
焦点からの透過光が、屈折系プリズム又は反射系プリズ
ムを経て、略平行光束を構成するように、各フレネルス
テップ設計区画2にこれらの屈折系プリズムと反射系プ
リズムそれぞれの内側斜面4の正投影線に対する傾斜角
度αと、外側斜面5の正投影線に対する傾斜角度βが該
フレネルステップ3の頂角γとγ=α+βの関係になる
と共に、この頂角γを保った状態で、ピッチ基線C方向
の接線面SC内で、透過光線l2が光軸Lと平行になるよう
に、各フレネルステップを、多軸フライス盤に取り付け
た先端角度(2×δ)が鋭角なバイト10によって切削形
成して、山形のフレネルステップ3を有するフレネルス
テップを加工する方法において、先ずフレネルステップ
3の内側斜面4の傾斜角度αに対して、α=δ+θ1と
成るように、バイト10の支持角度を傾斜θ1させ、該バ
イト10の切っ先を稜線6に沿って円弧状フレネルステッ
プ設計区画2内で移動させて往復切削し、次に該フレネ
ルステップ3の外側斜面5の傾斜角度βに対しても、β
=δ+θ2と成るように、バイト10の支持角度を傾斜θ
させ、該バイト10の切っ先を稜線6に沿って円弧状フ
レネルステップ設計区画2内で移動させて往復切削し、
而して隣接する他の円弧状フレネルステップ設計区画2
についても上記と略同様な方法でフレネルステップ3の
内側斜面4及び外側斜面5を上記バイト10で次々と往復
切削することにより、各円弧状フレネルステップ設計区
画2,2…毎に所定の山角度と傾斜面4,5を削り出すという
手段を講ずることも可能である。
〔作用〕
本発明は、上述のようにバイト10の回転と支持角度
θ,θ′を制御し得る多軸フライス盤によって、個別に
設計した各円弧状フレネルステップ設計区画2を同芯円
状のピッチ基線Cに沿って削り出すものであり、バイト
10の切っ先を、各フレネルステップ3の内側斜面4及び
外側斜面5に沿って該円弧状フレネルステップ設計区画
2毎に往復切削し、このときのバイト10の支持角度θ,
θ′を徐々に変更することによって形成される切削角度
によってフレネルステップ3の傾斜面4,5を削り出すも
のであるため、各傾斜面4,5はバイト10によって面切削
されるようになり、面の切削荒さを小さくして高精度の
フレネルステップ3をもったレンズ1を構成することが
できる。
以下、本発明の具体的な実施例をフレネルステップの
設計に従って説明する。
〔実施例1〕 本実施例に係るフレネルレンズは、第3図及び第4図
に示すように、二次曲面上に面と直交する回転軸レンズ
の光軸と一致する回転形を成すような基本フレネルレン
ズパターンから、光軸Lを一致して該フレネルステップ
3を二次曲面を持ったレンズ部材1に正投影して構成す
るものである。該フレネルステップ3は、適宜ピッチP
の同芯円線C1,C2……(中心O)と、該中心Oを通る周
方向に等分割した複数の放射線R1,R2…とによって構成
してあり、各同芯円線C1,C2…と放射線R1,R2…で囲まれ
た区画が各円弧状フレネルステップ設計区画2を構成す
る。各円弧状フレネルステップ設計区画2において、レ
ンズ部材1の光軸L上にある焦点Fからの光線l1とl2
が、上記フレネルステップ3の両端を経由して光軸Lと
平行な光線となるように制御する屈折系プリズムと反射
系プリズムを構成すべく、それぞれの内側斜面4の両端
を傾斜角度α1,α2と、外側斜面5の両端の傾斜角度β
1,β2を設計して各フレネルステップ3の頂角γ1,γ2
を決定する。
上記傾斜角度α1,α2及びβ1,β2は、正投影線に対
する傾倒角度であるため、頂角γ1,γ2は、それぞれ γ1=α1+β1 γ2=α2+β2 である。
したがって、上記各円弧状フレネルステップ設計区画
2のフレネルステップ3を多軸フライス盤によって切削
する場合は、第5図及び第6図に示すように、各円弧状
フレネルステップ設計区画2において、該フレネルステ
ップ3の長さ方向(円周方向)に先端が鋭角なバイト10
を移動させて往復切削するものであり、稜線6に沿って
先端角度(2×δ)が鋭角なバイト10の切っ先を移動さ
せると共に、バイト10の支持角度θ,θ′をフレネルス
テップ3の傾倒角度の変化量α1からα2、又はβ1か
らβ2に応じてθ1からθ2、又はθ′1からθ′2に
徐々に変更することによって削り出すことができる。こ
の時バイト10の先端角度はバイト10の中心軸からの傾斜
角δで常時一定であるため、 α=δ+θ, β=δ+θ′ と成るようにバイト10の支持角度θ,θ′を制御する。
〔実施例2〕 本実施例に係るフレネルレンズは、第7図及び第8図
に示すような構造を持つものであり、一方向の曲率がr
1,それと直行する方向の曲率がr2である二次曲面から成
るレンズ部材1に構成するものであり、先ず第9図
(a)及び(b)に示すように、上記レンズ部材1の光
軸L上にある焦点Fからの光線l1が、該フレネルステッ
プ3の中央部を経由透過して、放射断面SR内において光
軸Lと平行な光線l2となるように制御する屈折系プリズ
ムと反射系プリズムを構成するように、それぞれの内側
斜面4の傾斜角度αと、外側斜面5の傾斜角度βを設計
して該フレネルステップ3の頂角rを決定すると共に、
次に第10図(a)及び(b)に示すように、この頂角γ
を保った状態で、ピッチ基線C方向の接線面SC内で、透
過光線l2が光軸Lと平行になるように、頂部稜線6をレ
ンズ部材1に対する傾斜角度θを設定したものである。
このとき上記外側斜面5の谷位置で構成される外側谷
線7によって、上記ピッチ基線C2との間に平面レンズ部
8が設計される。
上記傾斜角度α及びβは、正投影線に対する傾斜角度
であるため、頂角γは γ=α+β であり、α,β及びγは固定している。
上記設計したフレネルレンズは、各円弧状フレネルス
テップ設計区画2毎に多軸フライス盤によって前記実施
例1と同様に内側斜面4と外側斜面5をバイト10の切削
面で面切削すると共に、平面レンズ部8を該バイト10の
切っ先で走査切削する。
第11図乃至第13図に示すように、多軸フライス盤を使
用して、各円弧状フレネルステップ設計区画2のフレネ
ルステップ3を順次切削するに際して、先ず、内側斜面
4の傾斜角度αに対して α=δ+θ1 となるようにバイト10の支持角度を傾斜θ1させ、該バ
イト10の切っ先を稜線6に沿って円弧状フレネルステッ
プ設計区画2内で移動させる。
次に外側斜面5の傾斜角度βに対して β=δ+θ2 となるように、バイト10の支持角度を傾斜θ2させ、該
バイト10の切っ先を稜線6に沿って円弧状フレネルステ
ップ設計区画2内で移動させる。
この移動によって両斜面4,5はバイト10の切削面によ
って切削される。
而る後、平面レンズ部8は該バイト10の傾きθを0に
して、切っ先で該面に沿って走査し、削り出しを行う。
〔発明の効果〕
本発明に係るフレネルステップの加工方法は、以上の
ように構成したから、レンズ部材が二方向に曲率を異に
する曲面であっても多軸フライス盤によって容易に三次
元構造のフレネルステップを切削することができるため
加工コストを低減することができると共に、該切削面が
バイトの面による切削になるため高精度の加工面を得る
ことができる。
また、切削したフレネルステップを、そのままレンズ
製造用の金型とする場合にも成型性に優れた構造を得る
ことができるという特徴を有するものであり、本発明実
施後の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は回転形を成すフレネルレンズを示すものてあ
り、 (a)はレンズ部材が平板の場合の説明図、 (b)はレンズ部材が球面板の場合の説明図、 第2図は格子状フレネルステップを示す要部斜視図、 第3図は本発明に係るフレネルステップの第一の設計例
を示すレンズ部材の一部切欠した正面拡大図、 第4図は同フレネルステップを示す拡大斜視図、 第5図及び第6図はフレネルステップとバイトの関係を
示す説明図、 第7図は他のフレネルステップ構造を示すレンズ部材の
一部切欠した正面拡大図、 第8図は同フレネルステップを示す拡大斜視図、 第9図はフレネルステップの第二の設計例を示すもので
あり、 (a)は説明図、 (b)は要部断面図、 第10図は同フレネルステップの第二の設計例を示すもの
であり、 (a)は説明図、 (b)は要部断面図、 第11図乃至第13図はフレネルステップとバイトの関係を
示す説明図である。 1……レンズ部材、2……円弧状フレネルステップ設計
区画、3……フレネルステップ、4……内側斜面、5…
…外側斜面、6……稜線、7……外側谷線、8……平面
レンズ部、10……バイト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 成治 静岡県清水市北脇500番地 株式会社小 糸製作所静岡工場内 (72)発明者 榊原 公一 静岡県清水市北脇500番地 株式会社小 糸製作所静岡工場内 (56)参考文献 特開 昭58−181512(JP,A) 特開 昭62−176709(JP,A) 特開 平1−257504(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】曲成されたレンズ部材1上に適宜ピッチP
    によって同芯円状のピッチ基線Cを描き、該ピッチ基線
    Cの中心を通る多数の放射区画線で該ピッチ基線Cを横
    断して該レンズ部材1面を多数の円弧状フレネルステッ
    プ設計区画2に区画すると共に、 上記レンズ部材1の裏面側焦点からの透過光が、屈折系
    プリズム又は反射系プリズムを経て、略平行光束を構成
    するように、各フレネルステップ設計区画2にこれらの
    屈折系プリズムと反射系プリズムそれぞれの内側斜面4
    両端の正投影線に対する傾斜角度α1,α2と、外側斜面
    5両端の正投影線に対する傾斜角度β1,β2が各フレネ
    ルステップ3の頂角γ1,γ2と γ1=α1+β1, γ2=α2+β2 の関係になるように、各フレネルステップ3を、多軸フ
    ライス盤に取り付けた先端角度(2×δ)が鋭角なバイ
    ト10によって切削形成して、山形のフレネルステップ3
    を有するフレネルレンズを加工する方法において、 上記円弧状フレネルステップ設計区画2の一区画におい
    て、上記バイト10の支持角度θ,θ′をフレネルステッ
    プ3の傾倒角度の変化量α1,β1に応じてθ1からθ
    2、又はθ′1からθ′2に徐々に変更するように、 該バイト10の支持角度θ,θ′を α=δ+θ, β=δ+θ′ と成るように制御することによって、 先ずフレネルステップ3の内側斜面4を、上記バイト10
    の切っ先をその円周方向に移動させて往復切削し、次に
    該バイト10を稜線6に沿って移動させると共に、同様に
    該フレネルステップ3の外側斜面5も円周方向に移動さ
    せて往復切削し、 次々と隣接する他の円弧状フレネルステップ設計区画2
    についても上記と略同様な方法でフレネルステップ3の
    内側斜面4及び外側斜面5を上記バイト10で往復切削す
    ることにより、各円弧状フレネルステップ設計区画2,2
    ……毎に所定の山角度と傾斜面4,5を徐々に変更して削
    り出すことを特徴とするフレネルステップの加工方法。
  2. 【請求項2】曲成されたレンズ部材1上に適宜ピッチP
    によって同芯円状のピッチ基線Cを描き、該ピッチ基線
    Cの中心を通る多数の放射区画線で該ピッチ基線Cを横
    断して該レンズ部材1面を多数の円弧状フレネルステッ
    プ設計区画2に区画すると共に、 上記レンズ部材1の裏面側焦点からの透過光が、屈折系
    プリズム又は反射系プリズムを経て、略平行光束を構成
    するように、各フレネルステップ設計区画2にこれらの
    屈折系プリズムと反射系プリズムそれぞれの内側斜面4
    の正投影線に対する傾斜角度αと、外側斜面5の正投影
    線に対する傾斜角度βが該フレネルステップ3の頂角γ
    と γ=α+βの関係になると共に、この頂角γを保った状
    態で、ピッチ基線C方向の接線面SC内で、透過光線l2が
    光軸Lと平行になるように、各フレネルステップを、多
    軸フライス盤に取り付けた先端角度(2×δ)が鋭角な
    バイト10によって切削形成して、山形のフレネルステッ
    プ3を有するフレネルレンズを加工する方法において、 先ずフレネルステップ3の内側斜面4の傾斜角度αに対
    して、 α=δ+θ1と成るように、バイト10の支持角度を傾斜
    θ1させ、該バイト10の切っ先を稜線6に沿って円弧状
    フレネルステップ設計区画2内で移動させて往復切削
    し、 次に該フレネルステップ3の外側斜面5の傾斜角度βに
    対しても、 β=δ+θ2と成るように、バイト10の支持角度を傾斜
    θさせ、該バイト10の切っ先を稜線6に沿って円弧状
    フレネルステップ設計区画2内で移動させて往復切削
    し、 而して隣接する他の円弧状フレネルステップ設計区画2
    についても上記と略同様な方法でフレネルステップ3の
    内側斜面4及び外側斜面5を上記バイト10で次々と往復
    切削することにより、各円弧フレネルステップ設計区画
    2,2…毎に所定の山角度と傾斜面4,5を削り出すことを特
    徴とするフレネルステップの加工方法。
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