JP3313569B2 - 集光レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集光レンズに関
し、特に、集光性能がより向上し、及び／または、成形
時に、ひけやそり等が生じ難いように改良された、集光
レンズに関する。に関する。

【０００２】

【従来の技術】人体を赤外線の変化量で検出する赤外線
式人体検知センサは、安価で小型なことから、防犯用途
をはじめ、照明制御用途等に幅広く使用されている。こ
のような赤外線式人体検知センサは、一般に、検知視野
を限定し、人体の移動による赤外線の変化を確実にとら
えるとともに、検知エリアを設定するために設けられる
光学系手段と、検出した赤外線を電気信号に変換する赤
外線検出素子（一般的には、焦電素子が用いられる）
と、赤外線検出素子に発生した微少な電気信号を増幅す
る増幅手段と、増幅された電気信号が所定のレベルかど
うかを判定し、所定の出力信号を発生する信号処理部と
を備える。

【０００３】光学系手段としては、複数のミラーにより
構成されるマルチミラー、及び／または、レンズ等が用
いられている。そして、光学系手段として使用されレン
ズを成形する成形材料としては、一般に、ポリエチレン
が用いられている。これは、ポリエチレンは、材料コス
トが安く、しかも、レンズ形状に成形し易いなどの利点
があるからである。

【０００４】ところで、ポリエチレンは、赤外線を透過
する材料ではあるが、例えば、１ｍｍのシートでは、透
過率が５０％以下と低いため、レンズ形状にして、且
つ、赤外線の透過率を高めるためには、レンズの肉厚を
薄くする必要があるが、ポリエチレンは、収縮率が２％
と、アクリル樹脂といった可視光用成形材料に比べて高
いため、肉厚さの大きいレンズに成形するとひけや、そ
りが発生したりするため、一般には、レンズの肉厚を薄
くし、且つ、ひけや、そりの発生を防止するため等の理
由から、フレネルレンズに成形される。

【０００５】図４は、従来のフレネルレンズを概略的に
示す図であり、図４（ａ）は、フレネルレンズの正面図
を、図４（ｂ）は、フレネルレンズの側面図を、図４
（ｃ）は、フレネルレンズの元となるレンズを模式的に
示す側面図である。フレネルレンズは、図４（ａ）に示
すようなフレネル環Ｇを輪帯状に有するレンズであり、
図４（ｃ）に示すような球面状または非球面状のレンズ
面を有する一枚のレンズを分割し、図４（ｂ）に示すよ
うにレンズの肉厚が薄くなるように、ほぼ同一平面上に
各部分レンズを輪帯状に配置して形成される。

【０００６】一般には、図４（ｃ）に示すように元とな
る凸レンズは、レンズ面と光軸とが交差する部分近傍の
極率が、周辺部のレンズ面の極率に比べ、ゆるやかであ
るため、フレネルレンズは、図４（ｂ）に示すように中
央に設けられる部分レンズ１０１の肉厚Ｌ１は、その周
囲に輪帯状に設けられる複数の部分レンズ１２１、１２
２、・・・の各々の肉厚Ｌ１２１、Ｌ１２２、・・・よ
り薄いかまたは高々同じ程度の構造となる。

【０００７】尚、図中、一点鎖線Ｊは、光軸を示してい
る（他の図面において同じ）。また、フレネルレンズに
は、図５に示すようなフレネル輪帯を同じピッチにした
形状のフレネルレンズＤと、図６に示すような部分レン
ズのフレネル面を同じ高さにしたフレネルレンズＥとの
２種類のものが知られている。フレネルレンズＤのよう
なフレネル輪帯のピッチＷを同じ幅にした形状のレンズ
は、一般的に、解像度を上げるためにピッチを細かくし
たり、用途や目的に応じて、部分レンズの上面（レンズ
面とエッジ面）をまっすぐ（ストレート）にしたり、最
小肉厚部Ｌ３を一定にしたり、各フレネル面の中央を同
一平面上に配置するといった形状設計がなされている。
尚、フレネルレンズＤのようなレンズでは、各面は、い
わゆるプリズムの集合体と考えることもできるため、ス
ネルの法則を用いて設計されている。

【０００８】また、フレネルレンズＥのようにフレネル
面の高さＨを同じ高さにしたものは、成形条件などか
ら、比較的高さが高く形成されており、中央に設けられ
る部分レンズ１０１や、中央にに設けられる部分レンズ
１０１の外周に輪帯状に設けられる複数の部分レンズ１
２１、１２２のレンズ面は、球面状または非球面状のフ
レネルレンズの元となるレンズの一部であるため、解像
度が、比較的に高い。但し、フレネルレンズＥは、その
周辺部にいくほど、フレネル面のピッチＷが小さくな
り、加工上の制約を受ける構造となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来のフレネルレンズには、以下のような問題がある。即
ち、フレネルレンズには、加工上の制約から、図７に示
すように中央に設けられる部分レンズ（図４〜図６に示
す部分レンズ１０１）の外周側に輪帯状に設けられる複
数の部分レンズ１２１、１２２、・・・各々の先端Ｅ１
２１、Ｅ１２２もしくは複数の部分レンズ１２１、１２
２、・・・の各々の間に形成される溝部Ｖ１２１、Ｖ１
２２の最深部ＴＶ１２１、ＴＶ１２２、・・・に丸みを
持ったコーナーＲが生じ易い。

【００１０】また、図８に示すように、複数の部分レン
ズ１２１、１２２、・・・のレンズ面１２１ａ、１２２
ａ、・・・でないエッジ面１２１ｂ、１２２ｂ、・・・
には、成形加工時に金型と離れ易いように、抜き勾配θ
をつける必要が生じる。このように、丸みを持ったコー
ナーＲができたり、エッジ面１２１ｂ、１２２ｂ、・・
・に抜き勾配θをつけたりすれば、レンズとして機能す
るレンズ面１２１ａ、１２２ａの面積が相対的に小さく
なり、結果的に、レンズの集光性能が低下するという問
題を生じる。

【００１１】更には、光軸外からの斜めの入射光を考え
た場合には、図９に示すように、部分レンズ１２１、１
２２、・・・のレンズ面（フレネル面）１２１ａ、１２
２ａ、・・・でないエッジ面１２１ｂ、１２２ｂ、・・
・で、光線束がけられ、このように光線束がけられるこ
とも、集光性能の低下の原因となる。また、一般的に
は、赤外線等の光の受光面は、光軸上に配置されるが、
受光面は、所定の面積を有するため、光軸外への入射光
も発生し、このことも、集光性能の低下の原因となる。

【００１２】また、集光度が向上し得える形状を設計で
きても、フレネルレンズの成形時にひけや、そりが発生
するようなものでは、実施の可能性がきわめて低い。本
発明の目的は、以上のような問題を解決するためになさ
れたものであって、特に、集光性能に優れ、及び／また
は、成形時にひけやそり等が生じ難いように改良され、
赤外線式人体検知センサ等の光学系手段のレンズ部等と
して好適に用いることのできる、集光レンズを提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】 請求項１に記載の集光
レンズは、中央に設けられる連続したレンズ面を有する
凸レンズ体と、凸レンズ体の外周側に輪帯状に設けられ
た複数の部分レンズとを備え、凸レンズ体と、凸レンズ
体の外周に輪帯状に設ける複数の部分レンズの各々と
は、同一の焦点を有し、且つ、中央に設けられる凸レン
ズ体の肉厚が、凸レンズ体の外周に輪帯状に設ける複数
の部分レンズの各々より肉厚より厚く形成されている、
集光レンズであって、集光レンズの材料が、ポリエチレ
ンであることを特徴とし、複数の部分レンズの各々の間
に形成される溝部の最深部を、複数の部分レンズが設け
られた面に対向する面から一定の距離にすることにより
一定の厚さを有するベース部を形成し、且つ、中央に設
けられる部分レンズの表面からベース部の複数の部分レ
ンズの各々の間に形成される溝部の最深部により形成さ
れるベース部の表面までの距離の最大値が、ベース部の
厚さの２倍以下とされていることを特徴とする。

【００１４】請求項１に記載の集光レンズでは、中央に
設けられる凸レンズ体として、この凸レンズ体の外周に
輪帯状に設ける複数の部分レンズの各々と同一の焦点を
有し、且つ、複数の部分レンズより肉厚のレンズを用い
ている。請求項１に記載の集光レンズでは、従来のフレ
ネルレンズと異なり、中央に設けられる凸レンズ体を一
番肉厚とすることで、中央に設けられる凸レンズ体の球
面状または非球面状のレンズ面積を大きくとるようにし
たので、集光レンズに占める輪帯状に設けられる複数の
部分レンズの面積比率が小さくなる。このため、集光性
能の低下の原因となる、輪帯状に設けられる複数の部分
レンズの丸みを持ったコーナや、エッジ部の面積が相対
的に小さくなるので、請求項１に記載の集光レンズは、
集光性能が向上する。また、この集光レンズは、集光レ
ンズの材料が、ポリエチレンであることを特徴とする。
この集光レンズは、赤外線式人体検知センサの光学系手
段等の赤外線を高い集光性能でする集光することができ
る。また、この集光レンズは、複数の部分レンズの各々
の間に形成される溝部の最深部を、複数の部分レンズが
設けられた面に対向する面から一定の距離にすることに
より一定の厚さを有するベース部を形成し、且つ、中央
に設けられる部分レンズの表面からベース部の複数の部
分レンズの各々の間に形成される溝部の最深部により形
成されるベース部の表面までの距離が、ベース部の厚さ
の２倍以下とされていることを特徴とする。この集光レ
ンズは、赤外線の集光性能が優れるとともに、ひけや、
そりを生じることがない、集光レンズを規定するもの
で、本発明者等が実験に基づいて知見したものである。

【００１５】請求項２に記載の集光レンズは、請求項１
に記載の集光レンズの中央に設けられる凸レンズ体の外
周に輪帯状に設けられる複数の部分レンズの各々のレン
ズ面が、同一の凸レンズの一部を輪体状に配置したフレ
ネル面である、フレネル面である。ここで、本明細書で
用いる用語「フレネル面」とは、球面状または非球面状
のレンズを分割し、レンズの肉厚が薄くなるように、ほ
ぼ同一平面上に各部分レンズを輪帯状に配置した際の、
中央に設けられる部分レンズのレンズ面、及び、中央に
設けられる部分レンズの外周に輪帯状に設けられる部分
レンズのレンズ面であって、中央に設けられる部分レン
ズのレンズ面、及び、中央に設けられる部分レンズの外
周に輪帯状に設けられる部分レンズのレンズ面を各々順
番につなぎ合わせて行くと、分割される前の一枚のレン
ズのレンズ面と概ね同じ形状のレンズ面を形成すること
のできる関係にある、各部分レンズのレンズ面を意味す
る。

【００１６】請求項３に記載の集光レンズは、請求項１
に記載の集光レンズの中央に設けられる凸レンズ体の外
周に輪帯状に設ける複数の部分レンズの各々が、同軸上
に配列され、且つ、中央に設けられる凸レンズ体から外
周側になるほど、口径が大きい複数の異なるレンズから
切り取られて形成されている。請求項４に記載の集光レ
ンズは、中央に設けられる凸レンズ体と、凸レンズ体の
外周側に輪帯状に設けられた複数の部分レンズとを備
え、中央に設けられる凸レンズ体と、凸レンズ体の外周
に輪帯状に設ける複数の部分レンズの各々とは、同一の
焦点を有し、同軸上に配列され、且つ、中央に設けられ
る凸レンズ体の外周に輪帯状に設ける複数の部分レンズ
の各々が、中央に設けられる凸レンズ体から外周側にな
るほど、口径が大きい複数の異なるレンズから切り取ら
れて形成されている。

【００１７】請求項３または４に記載の集光レンズで
は、輪帯状に設けられる複数の部分レンズとして、同一
の焦点を有し、同軸上に配列された複数の異なるレンズ
から切り取られたレンズを用いている。即ち、請求項３
に記載の集光レンズは、中央に設けられる凸レンズ体の
外周に輪帯状に設けられる複数の部分レンズの各々は、
切り取られて部分レンズとされる前の元のレンズ形状
が、同一の焦点を有する複数の異なるレンズであるの
で、球面収差の全くないレンズとなる。

【００１８】ここで、本明細書において用いる用語「同
軸上」は、同じ光軸上を意味する。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら本発
明の好ましい具体例について説明する。 （発明の実施の形態１）図１は、本発明に係る集光レン
ズの一例を概略的に示す断面図ある。この集光レンズＡ
は、ポリエチレンを射出成形法等により成形して製造さ
れており、中央に設けられる部分レンズ１と、部分レン
ズ１の外周側に輪帯状に設けられた複数の部分レンズ２
１、２１、２３、２４とを備える。

【００２２】中央に設けられる部分レンズ１は、連続し
たレンズ面１ａを有する凸レンズ体である。ここで、部
分レンズ１、及び、複数の部分レンズ２１、２２、２
３、２４の各々は、同一の焦点を有している。尚、この
集光レンズＡでは、複数の部分レンズ２１、２２、２
３、２４の肉厚は、同じ肉厚にされている（Ｌ２１＝Ｌ
２２＝Ｌ２３＝Ｌ２４＝Ｌ２）。

【００２３】この集光レンズＡでは、部分レンズ１およ
び複数の部分レンズ２１、２２、２３、２４が設けられ
た面ＳＡａに対向する面ＳＡｂは、平面とされている。
ここで、部分レンズ１のレンズ面１ａは、球面状であっ
ても非球面状であってもよく、複数の部分レンズ２１、
２２、２３、２４のレンズ面２１ａ、２２ａ、２３ａ、
２４ａの各々も、球面状であっても非球面状であっても
よい。

【００２４】この集光レンズＡでは、複数の部分レンズ
２１、２２、２３、２４のレンズ面２１ａ、２２ａ、２
３ａ、２４ａの各々はフレネル面とされているこの集光
レンズＡは、中央に設けられる部分レンズ１の肉厚（光
軸Ｊと部分レンズ１のレンズ面１ａとの交点から面ＳＡ
ｂ迄の距離）Ｌ１は、図示するように、部分レンズ１の
外周側に輪帯状に設けられた複数の部分レンズ２１、２
２、２３、２４の肉厚Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４
より肉厚に形成されている。

【００２５】また、この集光レンズＡでは、複数の部分
レンズ２１、２２、２３、２４の各々の間に形成される
溝部Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４の各々の最深部Ｔ
Ｖ２１、ＴＶ２２、ＴＶ２３、ＴＶ２４の各々は、複数
の部分レンズ２１、２２、２３、２４が設けられた面Ｓ
Ａａに対向する面ＳＡｂから一定の距離に設けられてお
り、これにより、一定の厚さ（以下、最小肉厚という）
Ｌ３を有するベース部３が形成されている。

【００２６】この例では、最小肉厚Ｌ３は、ポリエチレ
ンの成形性や機械的強度等をを考慮すれば、０．３ｍｍ
以上は必要であること、及び、赤外線の透過率による減
衰を考慮して、０．４ｍｍとしてある。これに対し、複
数の部分レンズ２１、２２、２３、２４は、周辺部にい
くにつれ、フレネル輪帯幅、即ち、ピッチ幅Ｗ２１、Ｗ
２２、Ｗ２３、Ｗ２４が小さく形成されている（Ｗ２１
＞Ｗ２２＞Ｗ２３＞Ｗ２４）。

【００２７】実験の結果、このように、周辺部にいくに
つれ、フレネル輪帯幅、即ち、ピッチ幅Ｗ２１、Ｗ２
２、Ｗ２３、Ｗ２４が小さく形成されている場合には、
周辺部に行くにつれ凹凸が激しくなるため、集光レンズ
Ａを成形する際のひけや、そりを防止するためには、複
数の部分レンズ２１、２２、２３、２４の先端Ｅ２１、
Ｅ２２、Ｅ２３、Ｅ２４から面ＳＡｂ迄の複数の部分レ
ンズ２１、２２、２３、２４の最大肉厚Ｌ２１、Ｌ２
２、Ｌ２３、Ｌ２４は、ベース部３の厚さ（最小肉厚）
Ｌ３の２倍以下とする必要が有ることが判った。

【００２８】換言すれば、複数の部分レンズ２１、２
２、２３、２４の先端Ｅ２１、Ｅ２２、Ｅ２３、Ｅ２４
からベース部の表面Ｓ３までの高さＨ２１、Ｈ２２、Ｈ
２３、Ｈ２４は、ベース部３の厚さ（最小肉厚）Ｌ３と
同程度の厚さ以下にするのが成形加工性から好ましいこ
とが判った。尚、この集光レンズＡでは、複数の部分レ
ンズ２１、２２、２３、２４の先端Ｅ２１、Ｅ２２、Ｅ
２３、Ｅ２４からベース部３の表面Ｓ３までの高さＨ２
１、Ｈ２２、Ｈ２３、Ｈ２４を必要以上に小さくする
と、ピッチ幅は、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４が小
さくなり、加工上の容易性および集光性能の低下防止の
観点から、いずれも、０．３ｍｍとした。

【００２９】一方、中央部に設けられる球面状または非
球面状の部分レンズ１のレンズ肉厚は、複数の部分レン
ズ２１、２２、２３、２４のレンズ面２１ａ、２２ａ、
２３ａ、２４ａに比べ、図示するように、比較的なだら
かに変化しているため、最大肉厚Ｌ１と最小肉厚Ｌ３と
の比を、複数の部分レンズ２１、２２、２３、２４のレ
ンズ面２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａの頂点Ｅ２１、
Ｅ２２、Ｅ２３、Ｅ２４から面Ｓ３の距離Ｈ２１、Ｈ２
２、Ｈ２３、Ｈ２４迄に比べ、大きくとれ、最大肉厚Ｌ
１は、ベース部３の厚さ（最小肉厚）Ｌ３の最大３倍ま
でであれば、レンズを成形する際のひけや、そりを防止
できることが実験により明らかになった。

【００３０】換言すれば、この集光レンズＡでは、部分
レンズ１の表面Ｓ１からベース部３の複数の部分レンズ
２１、２２、２３、２４の各々の間に形成される溝部Ｖ
２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４の最深部ＴＶ２１、ＴＶ
２２、ＴＶ２３、ＴＶ２４により形成されるベース部の
表面（図１中、想像線で示す表面Ｓ３）までの距離Ｈ１
の最大値Ｍａｘ（Ｈ１）（光軸Ｊと部分レンズ１のレン
ズ面１ａとの交点Ｐから表面Ｓ３までの距離）が、ベー
ス部３の厚さＬ３の２倍以下とするのが成形加工時のひ
けや、そりを防止できる点から好ましいことが判った。

【００３１】この例では、最大肉厚Ｌ１は、０．９ｍｍ
とした。この集光レンズＡは、中央に設けられる部分レ
ンズ１と、部分レンズ１の外周側に輪帯状に設けられる
複数の部分レンズとして、同一の焦点を有し、且つ、中
央に設けられる部分レンズの肉厚が、中央に設けられる
部分レンズの外周に輪帯状に設ける複数の部分レンズの
各々より肉厚より厚く形成されるようにしている。

【００３２】この集光レンズＡでは、従来のフレネルレ
ンズＤ、Ｅと異なり、中央に設けられる部分レンズ１を
一番肉厚とすることで、中央に設けられる部分レンズ１
の球面状または非球面状のレンズ面積を大きくとるよう
にしたので、集光レンズＡに占める輪帯状に設けられる
複数の部分レンズ２１、２２、２３、２４の面積比率が
小さくなるので、集光性能の低下の原因となる、輪帯状
に設けられる複数の部分レンズの丸みを持ったコーナＲ
や、エッジ面２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂの面積が
相対的に小さくなる。このため、この集光レンズＡは、
集光性能が向上する。 （発明の実施の形態２）図２は、本発明に係る集光レン
ズの他の例を概略的に示す図である。

【００３３】なお、この集光レンズＢは、以下の点を除
けば、図１に示す集光レンズと同様であるので相当する
部材については、相当する参照符号を付して、その説明
を省略する。従来のフレネルレンズは、図４〜図６に示
すように中央に設けられる部分レンズから外周側の周辺
部にいくほど、レンズ面（屈折曲面）の曲率を大きくし
なければならないが、従来のフレネルレンズは、いづれ
も、一枚の球面状または非球面状のレンズを分割し、ほ
ぼ同一平面上した形状であるため、元の一枚のレンズが
収差が除去されたレンズ面（屈折曲面）であっても、同
一平面上に配置させる際に誤差を生じ、フレネルレンズ
においては、完全に収差を除去するのは、極めて、困難
である。

【００３４】図２に示す集光レンズＢは、かかる問題を
解決するためになされたものである。即ち、この集光レ
ンズＢでは、中央に設けられる部分レンズ１の外周に輪
帯状に設ける複数の部分レンズ２１、２２の各々が、中
央に設けられる部分レンズ１から同一の焦点を有し、同
軸上（同じ光軸上）に配列され、且つ、外周側になる
程、口径の大きい複数の２Ａ、２Ｂ（元のレンズを、各
々、想像線で示す）のレンズから切り取られて形成され
たレンズで構成されている。

【００３５】このように、中央に設けられる部分レンズ
１の外周に輪帯状に設けられる複数の部分レンズ２１、
２２として、同一の焦点を有し、同軸上に配列され、且
つ、外周側になる程、口径の大きい複数のレンズ２Ａ、
２Ｂから切り取ったレンズを用いれば、収差の全く無い
集光レンズを作製することができる。また、光軸Ｊと部
分レンズ１、２Ａ、２Ｂのレンズ面１ａ、２Ａａ、２Ｂ
ａとの交点Ｐ１、Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂから焦点Ｆ迄の距離を
各々の部分レンズ１、２Ａ、２Ｂの疑似焦点距離Ｆ１、
Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂと考えた場合には、中央に設けられる部
分レンズ１から外周に向かうにつれ、疑似焦点距離の短
いレンズが配列される関係にある（Ｆ２Ｂ＜Ｆ２Ａ＜Ｆ
１）。

【００３６】尚、この集光レンズＢにおいても、発明の
実施の形態１に示す集光レンズＡと同様、中央に設けら
れる部分レンズ１の肉厚Ｌ１を一番肉厚とすることで、
中央に設けられる部分レンズ１の球面状または非球面状
のレンズ面積を大きくとるようにし、集光レンズＢに占
める輪帯状に設けられる複数の部分レンズ２１、２２の
面積比率を相対的に小さし、集光性能の低下の原因とな
る、輪帯状に設けられる複数の部分レンズ２１、２２の
丸みを持ったコーナＲや、エッジ面２１ｂ、２２ｂの面
積が相対的に小さくすることが、この集光レンズＢの集
光性能を向上させるという点からは好ましいことを付記
しておく。

【００３７】また、この集光レンズＢにおいても、ポリ
エチレンを用いて成形により作製する場合は、成形時の
ひけや、そりの発生防止のためには、発明の実施の形態
１で示す集光レンズＡと同様、部分レンズ１の表面Ｓ１
と光軸とが交差する場所Ｐからベース部３の複数の部分
レンズ２１、２２、２３、２４の各々の間に形成される
溝部Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４の最深部ＴＶ２
１、ＴＶ２２、ＴＶ２３、ＴＶ２４により形成されるベ
ース部３の表面（図１中、想像線で示す表面Ｓ３）まで
の距離Ｈ１の最大値Ｍａｘ（Ｈ１）が、ベース部３の厚
さＬ３の２倍以下とするのが好ましく、また、複数の部
分レンズ２１、２２、２３、２４の先端Ｅ２１、Ｅ２
２、Ｅ２３、Ｅ２４からベース部３の表面Ｓ３までの高
さＨ２１、Ｈ２２、Ｈ２３、Ｈ２４は、ベース部３の厚
さ（最小肉厚）Ｌ３と同程度の厚さ以下にするのが成形
加工性から好ましいことを付記しておく。 （発明の実施の形態３）図３は、本発明に係る集光レン
ズの他の例を概略的に示す図である。

【００３８】この集光レンズＣは、ベース部３が球面状
に湾曲している。より詳しくは、ベース部３の内周面Ｓ
３ａの所定の位置に、中央に設けられる部分レンズ１
と、部分レンズ１の外周側に輪帯状に設けられた複数の
部分レンズ２１、２２、２３、２４とを備える。ベース
部３の内周面Ｓ３ａに対向する外周面Ｓ３ｂは、曲率半
径がＲａとされれている。

【００３９】また、この集光レンズＣでは、複数の部分
レンズ２１、２２、２３、２４の各々の間に形成される
溝部Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４の各々の最深部Ｔ
Ｖ２１、ＴＶ２２、ＴＶ２３、ＴＶ２４の各々は、複数
の部分レンズ２１、２２、２３、２４が設けられた内周
面Ｓ３ａに対向する面Ｓ３ｂから一定の距離に設けられ
ており、これにより、一定の厚さ（以下、最小肉厚とい
う）Ｌ３を有するベース部３が形成されている。

【００４０】そして、複数の部分レンズ２１、２２、２
３、２４の各々の間に形成される溝部Ｖ２１、Ｖ２２、
Ｖ２３、Ｖ２４の最深部ＴＶ２１、ＴＶ２２、ＴＶ２
３、ＴＶ２４により形成されるベース部３の表面（本明
細書においては、最小肉厚面と称する）（図３中、想像
線で示す表面Ｓ３）を外周面Ｓ３ｂの曲率中心に一致さ
せた球面（曲率半径Ｒｂ）上に配置している。

【００４１】また、複数の部分レンズ２１、２２、２
３、２４の各々の先端Ｅ２１、Ｅ２２、Ｅ２３、Ｅ２４
により形成される面（本明細書においては最大肉厚面と
称する）も、外周面Ｓ３ｂの曲率中心に一致させた球面
（曲率半径Ｒｃ）上に配置している。この集光レンズＣ
では、ベース部３の肉厚は、曲率半径Ｒａと曲率半径Ｒ
ｂとの差（Ｒａ−Ｒｂ）、複数の部分レンズ２１、２
２、２３、２４の各々の間に形成される溝部Ｖ２１、Ｖ
２２、Ｖ２３、Ｖ２４の最深部ＴＶ２１、ＴＶ２２、Ｔ
Ｖ２３、ＴＶ２４の深さ（本明細書では、レンズ面深さ
と称する）は、曲率半径Ｒｃと曲率半径Ｒｂとの差（Ｒ
ｃ−Ｒｂ）と考えることができる。

【００４２】また、中央に設けられる部分レンズ１の肉
厚Ｌ１とすると、部分レンズ１の表面からベース部３の
表面までの深さＨ１は、Ｈ１＝Ｌ１−（Ｒｂ−Ｒａ）と
考えることができる。この集光レンズＣでは、ベース部
の肉厚（最小肉厚）を０．４ｍｍとし、レンズ面深さ
（Ｒｃ−Ｒｂ）を０．３ｍｍとし、また、中央に設けら
れる部分レンズ１の肉厚Ｈ１とすると、部分レンズ１の
表面からベース部の表面までの深さ最大径Ｈ１は、０．
６ｍｍとした。

【００４３】この集光レンズＣの焦点位置は、バックフ
ォーカス２５ｍｍであり、外周面の半径Ｒａは、２６ｍ
ｍ、曲率半径Ｒｂは、２５．６ｍｍ、また、曲率半径Ｒ
ｃは、２５．３ｍｍであった。また、この集光レンズＣ
では、複数の部分レンズ２１、２２、２３、２４の各々
のレンズ面としては、発明の実施の形態２に示す集光レ
ンズＢと同様、同一の焦点を有し、同軸上に配列さ
れ、、且つ、外周側になる程、口径の大きい複数の相似
形のレンズから切り取ったレンズを用いることにより、
収差のない集光レンズを作製することができる。

【００４４】この集光レンズＣを適当に分割し、マルチ
レンズの構成とすることで、集光性能の高いマルチレン
ズを作製できる。尚、この例では、内周面の所定の位置
に、中央に設けられる部分レンズと、その外周に輪帯状
に設けられる複数の部分レンズとを設けた例について説
明したが、これとは逆に、内周面の所定の位置に、中央
に設けられる部分レンズと、その外周に輪帯状に設けら
れる複数の部分レンズとを設けても、集光性能の高い集
光レンズを作製できることは言うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】請求項１または２に記載の集光レンズで
は、中央に設けられる部分レンズとして、中央に設けら
れる部分レンズの外周に輪帯状に設ける複数の部分レン
ズの各々と同一の焦点を有し、且つ、中央に設けられる
部分レンズの外周に輪帯状に設けられる複数の部分レン
ズより肉厚のレンズを用いている。中央に設けられる部
分レンズを一番肉厚とすることで、中央に設けられる部
分レンズの球面状または非球面状のレンズ面積を大きく
とるようにしたので、集光レンズに占める輪帯状に設け
られる複数の部分レンズの面積比率が小さくなるので、
集光性能の低下の原因となる、輪帯状に設けられる複数
の部分レンズの丸みを持ったコーナや、エッジ部の面積
が相対的に小さくなる。このため、請求項１または２に
記載の集光レンズは、集光性能が向上する。尚、この集
光レンズは、本発明に係る集光レンズを赤外線用の集光
レンズとして用いる際の好ましい材料を規定するもので
あり、この集光レンズは、赤外線の集光性能が優れると
ともに、ひけや、そりを生じることがない、集光レンズ
を規定するもので、本発明者等が実験に基づいて知見し
たものである。

【００４６】請求項３または４に記載の集光レンズは、
中央に設けられる部分レンズの外周に輪帯状に設けられ
る複数の部分レンズの各々は、切り取られて部分レンズ
とされる前の元のレンズとして、同一の焦点を有し、同
軸上に配列され、中央に設けられる凸レンズ体から外周
側の周辺に向かうにつれ、口径の大きい複数の異なるレ
ンズから切り取られた部分レンズを輪体状に配列するこ
とで、球面収差の全くないレンズを作製できる。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る集光レンズの一例を概略的に示す
図である。

【図２】本発明に係る集光レンズの他の例を概略的に示
す図である。

【図３】本発明に係る集光レンズの他の例を概略的に示
す図である。

【図４】従来のフレネルレンズを概略的に示す図であ
り、図４（ａ）は、フレネルレンズの正面図を、図４
（ｂ）は、フレネルレンズの断面図を、図４（ｃ）は、
フレネルレンズの元となるレンズのレンズ面を模式的に
示す側面図である。

【図５】従来のフレネルレンズを概略的に示す断面図で
ある。

【図６】従来のフレネルレンズを概略的に示す断面図で
ある。

【図７】従来のフレネルレンズの中央に設けられる部分
レンズの外周側に輪帯状に設けられる複数の部分レンズ
の各々を概略的に示す断面図である。

【図８】従来のフレネルレンズの中央に設けられる部分
レンズの外周側に輪帯状に設けられる複数の部分レンズ
の各々のエッジ面を概略的に示す断面図である。

【図９】従来のフレネルレンズの複数の部分レンズのエ
ッジ面で生じる光線束のけられを模式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ、Ｃ 本発明に係る集光レンズ １ 中央に設けられる部分レンズ ２１、２２、２３、２４ 輪帯状に設けられる複数の
部分レンズ ３ ベース部 Ｌ１ 中央に設けられる部分レンズの肉厚 Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４ 輪帯状に設けられる
複数の部分レンズの肉厚 Ｌ３ ベース部の肉厚 Ｈ１ 中央に設けられる部分レンズのベース部からの高
さ Ｅ２１、Ｅ２２、Ｅ２３、Ｅ２４ 輪帯状に設けられる
複数の部分レンズの先端 １ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ レンズ面 Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４ 部分レンズの各々の
間に形成される溝部 ＴＶ２１、ＴＶ２２、ＴＶ２３、ＴＶ２４ 溝部の最深
部 Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４ ピッチ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−100105（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−27105（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−47302（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 3/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央に設けられる連続したレンズ面を有す
   る凸レンズ体と、前記凸レンズ体の外周側に輪帯状に設
   けられた複数の部分レンズとを備え、 前記凸レンズ体と、前記凸レンズ体の外周に輪帯状に設
   ける複数の部分レンズの各々とは、同一の焦点を有し、
   且つ、 前記中央に設けられる凸レンズ体の肉厚が、前記凸レン
   ズ体の外周に輪帯状に設ける複数の部分レンズの各々よ
   り肉厚より厚く形成されている、集光レンズであって、 前記集光レンズの材料が、ポリエチレンであることを特
   徴とし、 前記複数の部分レンズの各々の間に形成される溝部の最
   深部を、前記複数の部分レンズが設けられた面に対向す
   る面から一定の距離にすることにより一定の厚さを有す
   るベース部を形成し、且つ、 前記中央に設けられる部分レンズの表面から前記ベース
   部の複数の部分レンズの各々の間に形成される溝部の最
   深部により形成されるベース部の表面までの距離の最大
   値が、前記ベース部の厚さの２倍以下とされていること
   を特徴とする、 集光レンズ。
2. 【請求項２】前記中央に設けられる凸レンズ体の外周に
   輪帯状に設けられる複数の部分レンズの各々のレンズ面
   が、同一の凸レンズの一部を輪体状に配置したフレネル
   面である、請求項１に記載の集光レンズ。
3. 【請求項３】前記中央に設けられる凸レンズ体の外周に
   輪帯状に設ける複数の部分レンズの各々が、同軸上に配
   列され、且つ、前記中央に設けられる凸レンズ体から外
   周側になるほど、口径が大きい複数の異なるレンズから
   切り取られて形成されている、請求項１に記載の集光レ
   ンズ。
4. 【請求項４】中央に設けられる凸レンズ体と、前記凸レ
   ンズ体の外周側に輪帯状に設けられた複数の部分レンズ
   とを備え、 前記中央に設けられる凸レンズ体と、前記凸レンズ体の
   外周に輪帯状に設ける複数の部分レンズの各々とは、同
   一の焦点を有し、同軸上に配列され、且つ、前記中央に
   設けられる凸レンズ体の外周に輪帯状に設ける複数の部
   分レンズの各々が、中央に設けられる凸レンズ体から外
   周側になるほど、口径が大きい復数の異なるレンズから
   切り取られて形成されている、集光レンズであって、 前記集光レンズの材料が、ポリエチレンであることを特
   徴とし、 前記複数の部分レンズの各々の間に形成される溝部の最
   深部を、前記複数の部分レンズが設けられた面に対向す
   る面から一定の距離にすることにより一定の厚さを有す
   るベース部を形成し、且つ、 前記中央に設けられる部分レンズの表面から前記ベース
   部の複数の部分レンズの各々の間に形成される溝部の最
   深部により形成されるベース部の表面までの距離の最大
   値が、前記ベース部の厚さの２倍以下とされていること
   を特徴とする、 集光レンズ。