JP2901727B2 - フレネルレンズ - Google Patents

フレネルレンズ

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JP2901727B2
JP2901727B2 JP2247092A JP24709290A JP2901727B2 JP 2901727 B2 JP2901727 B2 JP 2901727B2 JP 2247092 A JP2247092 A JP 2247092A JP 24709290 A JP24709290 A JP 24709290A JP 2901727 B2 JP2901727 B2 JP 2901727B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フレネルレンズに係り、特に不要光線をな
くし鮮明な画像を得るためのフレネルレンズに関するも
のである。
〔従来の技術〕
従来のフレネルレンズ図面を用いて説明する。第2図
は、従来のフレネルレンズを示す部分断面図である。こ
の図に示されるように、フレネルレンズ本体1の表面に
レンズ面2aと、該レンズ面と相対する非レンズ面3aとか
ら構成される断面が山形形状のプリズムが複数個形成さ
れている。レンズ面2aと基準面のなす角θ(以下プリズ
ム角と言う)は、中心に向かっていくに従い、連続的に
角度が小さく(又は大きくなっており、レンズ面2aのみ
を全数連続すると、1つの凸レンズ(または凹レンズ)
を形成するものである。以下本発明では凸レンズについ
て説明する。該フレネルレンズの成形法は、一般的にフ
レネルレンズの転写断面形状を有する金型を製作し、透
明プラスチックシートを軟化点温度以上に加熱して金型
ではさみ圧縮成形するか、透明プラスチックと金型の間
に紫外線硬化樹脂を流し込み紫外線を照射することによ
り固化させ金型の形状を転写させ複数枚のフレネルレン
ズを1枚の金型より複製するものである。
ここで、第3図にフレネルレンズへの入射光と出射光
の光線を示す。A点から出射された光aはフレネルレン
ズ1により屈折し点Bに向かう出射光bとなる。ここで
第3図のイ部の詳細を第4図に示す。今1つのプリズム
CDEについて光線追跡をしてみる。第3図のA点から出
射された光(フレネルレンズ1としては入射光)は通常
フレネルレンズ1の面FGで屈折し、レンズ面HEでさらに
屈折され、出射光J(正常光)となる。光は屈折率の異
なる物質への入射時、屈折率差及び入射角による反射を
伴う。上記光線において、レンズ面CEで1部反射され
る。レンズ面KEで反射された光を追跡すると、面LMで再
度反射され、非レンズ面POより出射され、さらにOQで反
射し正常光とは全く違う方向に異常光Rとして出射され
ることになる。同様にして異常光Sも説明される。この
他にも複雑な反射を繰り返し、異常光が出射される。こ
の異常光は、強い光では数%にもなり画質の低下の原因
となっていることが知られている。そこでこの対策とし
て、非レンズ面3に拡散層を形成し、表面を粗面化する
ことが提案されている。この粗面化の方法には、光拡散
性インキ、または塗料のコーティング、またはフレネル
レンズ金型の対応する部分をサンドブラスト、エッチン
グ等により粗面化し、レプリカをとる方法が提案されて
いる。また別な方法としては非レンズ面3に非透明膜を
形成することも提案されている。
この種の対策方法の関連するものとしては例えば、実
用新案出願公開昭63−187139、公開実用昭58−18201、
特許出願公開昭61−130903号が挙げられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、非レンズ面の粗面化にあたり下記の
問題点があった。
(1)非レンズ面を粗面化することにより、金型からの
離型時、アンダーカット部が生じ、離型が困難となる。
(2)粗面化する程度について配慮されておらず、光を
散乱する効果が少ない。
(3)プロジェクションテレビ用のフレネルレンズのよ
うにプリズムのピッチが0.1mm程度と非常に細かなもの
については、レンズ面のマスキングが必要となり生産の
面で配慮がされておらず、量産の面で問題があった。
本発明では、成形時離型がし易く、且つ光の散乱効果
の充分な粗面形状を得ることを目的としており、さらに
生産性に富む加工方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、断面が山形形状を呈した
複数個の同心円状のプリズムから構成されるフレネルレ
ンズにおいて、各プリズム部のレンズ面でない非レンズ
面に、1μmRmax以上の面粗さを持つ微小凹凸形状を有
し、前記微小凹凸形状は、各々すべての凸部傾斜の角度
とフレネルレンズのシート面方向との角度を90゜以下に
し、散乱効果を高め、かつアンダーカットをなくし、離
型を容易にしたものである。
〔作用〕
光の散乱は、その表面粗さが1μmRmax以上で急に大
きくなることが実験から求められた。したがって、断面
が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズムから構
成されるフレネルレンズにおいて非レンズ面の面粗さを
1μmRmax以上とすることにより不要光線を散乱する効
果が大きい。さらに微小凹凸の形状を、各々すべての凸
部斜面の角度とフレネルレンズ平面とのなす角度が90゜
を越えないようにしたので、アンダーカットがなくなり
離型が容易になる。
また該非レンズ面の微小凹凸を形成するために、非レ
ンズ面の金型を切削する際、バイトを切り込み方向と半
径方向の同時制御し形成することにより後工程で微小凹
凸をつける必要もなく生産性良く微小凹凸をつけること
ができる。また、微小凹凸を形成したバイトを使用する
ことによりさらに効率よく微小凹凸をつけることがで
き、目的の不要光線を散乱させ、鮮明な画像を得ること
ができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を背面投射形プロジェクション
テレビのスクリーンとして使用するフレネルレンズを成
形する場合を例として第1図及び第5図〜第11図により
説明する。第5図は背面投射形プロジェクションテレビ
101の構造の1例を示す説明図である。図において画像
投影装置102a,102b,103cから出た赤緑青の投影光は、そ
れぞれミラー103によって反射され、その反射光は透過
形投影スクリーン4上で色合成され、該スクリーンの反
射側から観察される。この透過形投影スクリーン4は、
一般にフレネルレンズ4aとレンチキュラーレンズシート
4bとから構成されている。第6図はこのフレネルレンズ
4aの詳細を示したもので、同図(a)は正面図、(b)
は側面図である。この大きさは、背面投射形プロジェク
ションテレビ101の大きさによるが、46インチ形で約950
mm×750mm、厚さ約3mmのものである。構成は、製造法法
によって異なるが、紫外線硬化性樹脂を用いたもので
は、基体薄板5と紫外線硬化性樹脂からなるプリズム部
6とを一体に重合接着してなるものである。このプリズ
ム部6は、高さhが外周部で約60゜、中心部で0゜であ
る。
次に、このフレネルレンズを成形する成形装置の概要
を第7図を用いて説明する。この成形装置7は、紫外線
を透過する基体薄板5と、キャビティ面9を所定の形状
(この場合はフレネルレンズ面と反対の形状)に彫刻し
てなるフレネル金型入れ駒10の該キャビティ面9とによ
って形成されるキャビティ11内へ、前記フレネル金型入
れ駒10を装着している下型12に設けられたゲート13から
紫外線硬化性樹脂を充填し、この樹脂に対し基板薄板5
側から紫外線を照射して該樹脂を硬化させることによ
り、この硬化したプリズム部と前記基体薄板5とが一体
となって所望の成形品を成形するものである。その後こ
の成形品を前記下型12に装着したエジェクタピン14によ
って離型しフレネルレンズを得るものである。
従来技術の項で記したように出射光の不要光を低減す
る1つの方法として、プリズム部の非レンズ面を荒らし
非レンズ面を通過する光を散乱させる方法がある。そこ
で、表面粗さと光の散乱の関係を表面粗さと出射光量及
び光線透過率で実験した。実験は透明アクリル板の片面
をサンドペーパー等にて表面を荒らし、光の透過した光
量及び光線透過率を測定したものである。第9図にその
結果を示す。図からわかるように、表面粗さ約1μmRma
xを境に最大出射光量、光線透過率とも急に低下してい
ることがわかる。つまり光の散乱が大きくなっている。
逆に言えば表面粗さが1μmRmax以下では光の散乱の効
果が少ないことがわかる。従って、非レンズ面の表面粗
さは1μmRmax以上がよいことがわかる。
以上述べた本実施例のフレネルレンズを第1図に示
す。第1図(a)は、本実施例のフレネルレンズ全体を
示す見取りず、同図(b)は、同フレネルレンズの部分
断面の拡大図である。図において、1はフレネルレン
ズ、2はプリズム部のレンズ面、3は同部の逃げ面、θ
は同プリズム角、αは同逃げ角、βは凸部斜面の角度と
フレネルレンズ平面とのなす角度を示す。本フレネルレ
ンズは、プリズム部逃げ面3に面粗さ1μmRmax以上の
微小凹凸を、凸部斜面の角度とフレネルレンズ平面との
なす角βを90゜以下にし、中心から外周までつけた例で
ある。本実施例のフレネルレンズを得るためのフレネル
金型入れ駒の切削方法を第8図を用いて説明する。第8
図は、フレネルレンズ金型入れ駒の切削加工方法を示す
部分断面図である。フレネルレンズ金型入れ駒10は、回
転テーブル15の上面に真空吸引などの手法を用いて保持
回転される。切削工具16の切刃16aをプリズム角θの角
度となるような姿勢に位置決めし、工具切り込み原点I
より矢印aのように点線で示した位置まで切り込みを行
い、レンズ面2を切削する。その後、矢印bのように工
具切り込み原点Iまで上昇して停止し、矢印cのように
切れ刃先端を中心として回転させ、レンズ面2に相対し
た非レンズ面3の角度αと切削工具16の切れ刃16bが一
致し、且つ非レンズ面の角度αの上方より内側(一点鎖
線で示した位置)に位置決めを行う。この状態で工具切
り込み原点Iより矢印dのように切り込み方向と回転半
径方向を同時制御し、切り込みを行う。その後再度工具
切り込み原点Iまで上昇した後、矢印fのように次のプ
リズム位置まで1ピッチ分切削工具が移動される。ここ
で非レンズ面の表面粗さは、矢印dの方向に切り込みを
行うとき、切り込み速度と回転テーブル15の回転数の関
係で決まる。本実施例で行った非レンズ面切削方法例を
第10図で説明する。本実施例では切削工具16に、頂角40
゜先端半径5μmのダイヤモンドバイトを使用した。第
10図は、フレネルレンズ1の中心から半径約350mm付近
(プリズム角θ=45゜、逃げ角α=3゜)を示す模式図
である。切削工具16の非レンズ面切削切れ刃16bを逃げ
角αより小さく(但し0を越える角度)設定し(実施例
では0.5゜)フレネル金型入れ駒10を回転させながらd
方向に切り込む。切り込み量は、フレネル金型入れ駒10
の1回転あたり、切り込み方向にP1(約0.3mm)、回転
方向にP2(約1.2μm)である。この切削条件で切削す
ると約4回転で非レンズ面3の加工が終了する。またこ
の時の面粗さは、約1.2μmRmaxであった。なおこの面粗
さは切削工具16の切り込み方向と回転半径方向の速度を
変えることにより自由にコントロールできる。こうし
て、中心から最外周部までアンダーカット部のない非レ
ンズ面の荒れたフレネル金型入れ駒を得ることができ
る。
更に本発明に係る他の実施例を以下に示す。
あらかじめ切削工具の切れ刃の非レンズ面3にあたる
部分に微小凹凸を設けた切削工具161で切削した例を第1
1図に示す。この実施例では、非レンズ面3の逃げ角α
を合わせておけば、切削方向は回転方向に制御する必要
はなく、逃げ面3形状も中心から外周部まで均一な面粗
さを得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、フレネルレンズから出射される画質
をそこなう不要光を散乱させる効果があるので、全視野
領域で良好な画質を得ることができる。また、散乱させ
るための微小凹凸が、アンダーカットになっていないた
め、成形時、容易に離型できる。さらに微小凹凸の形成
は、別工程で行うのではなく、金型切削時に同時に形成
できるので、生産性もよい。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明に係るフレネルレンズの全体を示
す斜視図、第1図(b)はフレネルレンズの部分断面を
示す拡大図、第2図は従来のフレネルレンズを示す部分
断面図、第3図はフレネルレンズへの入射光と出射光を
示す断面図、第4図は第3図に示したフレネルレンズの
部分拡大図、第5図は背面投射形プロジェクションテレ
ビの構造を示す外観図、第6図はフレネルレンズの詳細
を示す正面図及び断面図、第7図はフレネルレンズ成形
装置の断面図、第8図はフレネル金型入駒の切削方法を
示す側面図、第9図は表面粗さと光線透過率の関係を示
す図、第10図はフレネルレンズ金型入駒の切削方法を示
す側面図、第11図は他の実施例に係るフレネルレンズ金
型入駒の切削方法を示す側面図である。 1……フレネルレンズ、2……レンズ面、3……非レン
ズ面、3……背面投射形プロジェクションテレビ、4a…
…フレネルレンズ、16……切削工具、161……微小凹凸
を設けた切削工具。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹栖 慶治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 芝 正孝 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−130903(JP,A) 実開 昭64−40835(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03B 21/62 G02B 3/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】断面が山形形状を呈した複数個の同心円状
    のプリズムから構成されるフレネルレンズにおいて、 各プリズム部のレンズ面でない非レンズ面に、1μmRma
    x以上の面粗さを持つ微小凹凸形状を有し、 前記微小凹凸形状は、各々すべての凸部傾斜の角度とフ
    レネルレンズのシート面方向との角度を90゜以下にする
    ことを特徴とするフレネルレンズ。
JP2247092A 1990-09-19 1990-09-19 フレネルレンズ Expired - Lifetime JP2901727B2 (ja)

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