JP6155002B2 - フレネルレンズの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フレネルレンズの製造方法に関するものである。

従来、フレネルレンズは、その性質として凸型フレネルレンズでは入射光をほぼ平行な光にして出射する特性を有し、凹型フレネルレンズは入射光を拡散して出射する特性を有していることで知られている。また、レンズをシート状に薄くそして、軽く形成することが出来ることから、灯台の光、拡大鏡、プロジェクタ、LED照明の拡散レンズ等の光学部
品や、防犯用の後方確認ミラー、人感センサの検知領域調整用として用いられている。

ところが、フレネルレンズは、図３に示すように、ライズ面１の角度（フレネルレンズ３の水平方向の基準線Ｘとライズ面１との成す角度、ライズ面が曲面である場合にはその接線と基準線Ｘが成す角度。以下、同じ）が大きくなると（例えば９５度以上）、レンズ面２を見たときにライズ面１の面積が大きくなることから筋として見えてしまうという問題がある。

そこで、通常、図４に示したようにレンズ面２に対してライズ面１を垂直（９０度）または垂直に近い角度に形成することにしている。

しかしながら、一般的にフレネルレンズはレンズ面とライズ面の表面がいずれも鏡面に形成されていることから図５に示すように、レンズ面２の表面において反射した光の一部がライズ面１に当たって再反射することから回析による虹状の干渉縞が発生して視認性が悪くなるという問題がある。

そこで、図１に示すように、ライズ面１の表面に光拡散層を形成するか、或いは光吸収層を形成するように加工することが行われており、特公昭５０−１２３４４８号公報に微粒子を付着させたものが、特開２００２−２７７６１４号公報には感光性レジストによる層を形成したものが知られている。

ところが、前記公報に提示されているような従来の乱反射層や吸光層を形成するものはレンズ面を鏡面にしたままでライズ面だけに施工する必要があり、特に、レンズ面とライズ面とは微細な構造であることから施工において特殊な設備と技術が要求され、また、耐久性にも問題があるばかりか、例えばカーボンブラックや黒色の塗料のような物の場合には外観が美麗でなく、また光学的にも支障が生じる心配がある。

特公昭５０−１２３４４８号公報 特開２００２−２７７６１４号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためなされたものであり、前記筋や干渉縞を軽減して視認性を高めた耐久性のあるフレネルレンズを容易且つ安価に製造可能な製造方法を提供するものである。

前記課題を解決するためになされた本発明であるフレネルレンズの製造方法は、フレネルレンズ形成体にレンズ面とライズ面をそれぞれバイトにより切削、形成する際に前記レンズ面とライズ面とを特性の異なるバイトを使用して切削を行うことによりライズ面の粗度を粗く形成することを特徴とする。

また、別のフレネルレンズの製造方法として、フレネルレンズ形成体のレンズ面に仕上げ代を残した状態でライズ面のみを仕上げ加工し、次いで前記レンズ面とライズ面の面粗度を粗面形成手段を用いて粗くするとともに粗くなった前記レンズ面をバイトにより仕上げ加工を行う方法により製造することも可能である。

また、金型を用いてフレネルレンズを製造する場合には、その金型製作において、フレネルレンズ加工側の金型のレンズ面に仕上げ代を残した状態でライズ面のみを仕上げ加工し、次いで前記レンズ面とライズ面の面粗度を粗面形成手段を用いて粗くするとともに粗くなった前記レンズ面をバイトにより仕上げ加工を行うこと、レンズ面形成部位に仕上げ代を残した状態でライズ面形成部位のみを仕上げ加工し、次いで前記レンズ面形成部位とライズ面形成部位の面粗度を粗面形成手段を用いて粗くするとともに粗くなった前記レンズ形成部位をバイトにより仕上げ加工を行って形成した金型を用いて製造することも可能である。

加えて、本発明は、前記粗面形成手段としてはブラスト或いは化学的手段であることが好ましく、また、前記ライズ面の角度および金型におけるライズ面形成部位の角度としては、ライズ面が９０±５度の範囲とすることを特徴としている。

さらに、本発明においては、バイト又は前記粗面形成手段を用いて製造されるフレネルレンズのライズ面の面粗度がRa0.1μmからRa3μmの範囲内であることを特徴とする。

本発明によれば、筋や干渉縞を軽減して視認性を高めた耐久性のあるフレネルレンズを容易且つ安価に製造することができる。

本発明により製造されるフレネルレンズの断面模式図。 本発明により製造されるフレネルレンズを製造するための金型の断面模式図。 従来の方法により製造されるフレネルレンズの断面模式図。 従来の方法により製造されるフレネルレンズの断面模式図。 従来の方法により製造されるフレネルレンズの断面模式図。

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態により製造されたフレネルレンズの一部を拡大した断面図を示すものであり、フレネルレンズ３は一般的な例えば硝子や透明樹脂のような従来から用いられている周知のフレネルレンズ材料により形成されたシート状フレネルレンズ形成体５の少なくとも一側表面に、レンズ面２とライズ面１が交互に形成された一般的なフレネルレンズであって、レンズ面２の表面が通常のフレネルレンズと同様に鏡面に形成されるとともに、ライズ面１の表面が粗面に形成されており、ライズ面１の表面に前記粗面による光拡散層４が形成されている。

このようなフレネルレンズ３は、フレネルレンズ形成体５を、レンズ面２を例えば単結
晶ダイヤモンドバイト（鏡面仕上げ用バイト）により切削して鏡面に形成し、ライズ面１を粗面形成及び被削材に適した材種、例えばＣｂｎや超硬等の前記バイトとは異なるバイト
（粗面仕上げ用バイト）により切削することにより粗面による光拡散層４を形成するものである。

従って、フレネルレンズ形成体５を、レンズ面２を鏡面仕上げ用バイトにより切削して鏡面に形成することによりフレネルレンズ３としての光学的な拡大視認機能を損なうことがなく、ライズ面１を粗面仕上げ用バイトにより切削することによりライズ面１に光拡散層４を形成して従来のライズ面１により生じる光学的に悪影響を及ぼす光の筋や回析縞などの発生を有効に防止することができるものである。

特に、本製造方法によれば、切削面の粗さが異なる２種類のバイトを用いるだけで特殊な切削技術や機器を用いることなく製造できるのできわめて有効であり、経済的にも優れている。

また、図１に示したようなフレネルレンズ３を製造する本発明の異なる実施の形態としては、フレネルレンズ形成体５のレンズ面２に仕上げ代を残した状態でライズ面１のみを仕上げ加工し、次いでレンズ面２とライズ面１の面粗度を例えばブラストや化学品などの粗面形成手段を用いて粗くするとともに粗くなったレンズ面２をバイトにより仕上げ加工を行うことによりレンズ面２を鏡面としてライズ面１を均一な粗面にするという製造方法により製造することができる。

ここで、前記フレネルレンズの粗面形成に使用されるブラスト処理としては、通常行われているブラスト処理が適用でき、その条件についても限定されない。

使用する微粒子としては、例えば、鉄、銅、ニッケル、コバルト等の金属粒子、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物粒子、二酸化ケイ素、アルミナ、硫酸バリウム、炭素、砂、ガラス等の粒子を使用することができると考えられる。

前記微粒子の大きさは、そのブラスト処理の方法および選択される微粒子の材料また、製造するフレネルレンズのピッチ等により適宜選択される。

一方、前記フレネルレンズの粗面形成に使用される化学処理としては、通常行われている化学処理が適用でき、その条件についても限定するものではないが、例えば、光吸収層を形成する方法が考えられる。

光吸収性物質としては、可視光に対する光吸収性を有するものであって、カーボンブラック、有機顔料等が考えられ、また近赤外光（波長領域７００〜２０００ｎｍ）を吸収するものとしては、銅、鉄を含有する化合物、カーボンブラック、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、クロム等が考えられる。

本実施の形態によると、ライズ面１を一旦仕上げ加工して後に粗面形成手段を用いて粗面にするので粗面が均一に形成できることからライズ面１に形成される光拡散層４の粗さが均一で邪魔な回析縞などの発生による影響を確実に回避することができる。

更に、図２は本発明の異なる実施の形態を示す説明図である。

本実施の形態であるフレネルレンズ製造方法は、フレネルレンズとしては周知である透明樹脂を原料として金型６，７により射出成型するものであり、金型６，７により成型する手段については従来の方法と同様にして実施される。

しかし、凹状の金型７に形成される溝状のフレネルレンズ形成面のレンズ面形成部位８とライズ面形成部位９をそれぞれ特性の異なるバイトを使用して切削を行うことにより金型７を形成してある。

この結果、前記金型７により製造されるフレネルレンズは前記図１に示したものと同様の形態に形成され、加えて、金型７により形成するため、毎回の切削作業を必要とせずに製造できる点で極めて効率が良く、多量生産に適している。

また、別の金型成型方法としては、（１）一般的な金型材料に、（２）図２に示す金型７に形成される環状、または直線上の溝を付け、ライズ面形成部位９及びレンズ面形成部位８を形成する。このとき、レンズ面形成部位８について仕上げ代を残した状態でレンズ面形成部位８及びライズ面形成部位９をバイトにより加工を行った後、（３）前記金型表面に対し粗面形成処理をブラストまたは、化学的手段を用いて行う。（４）最後に粗くなったレンズ面形成部位８の仕上げ代をバイトにより、鏡面仕上げ加工を行うことにより、本発明のフレネルレンズ用の金型７を作製することも可能である。前記手段により作成した金型７も（００２２）の方法により作製した金型と同様に、簡易にフレネルレンズを製造することができるばかりか図１に示すように、製造されたフレネルレンズのライズ面１には更に均一な粗面による光拡散層４が形成することを可能とする。

上記の２つの製造法を用いて、フレネルレンズを製造することにより、スジの見えづらいフレネルレンズを製造することを可能とする。

本実施の形態としては、発明者は何度も実験を重ねた結果、ライズ面の角度としては、９０±５度の範囲であることがもっともよく、また、ライズ面の面粗度については、Ra0.1μmからRa3μmの範囲内で上記製法により製造されたフレネルレンズがスジの発生がなく良好であった。

１ ライズ面、２ レンズ面、３ フレネルレンズ、４ 光拡散層、５ フレネルレンズ形成体、６，７ 金型、８ レンズ形成部位、９ ライズ面形成部位

Claims (2)

1. フレネルレンズ形成体のレンズ面に仕上げ代を残した状態でライズ面のみを仕上げ加工し、次いで前記レンズ面とライズ面の面粗度を粗面形成手段を用いて面粗度がＲａ０．１μｍからＲａ３μｍの範囲内に粗くするとともに粗くなった前記レンズ面をバイトにより仕上げ加工を行うことを特徴とするフレネルレンズの製造方法。
2. レンズ面形成部位に仕上げ代を残した状態でライズ面形成部位のみを仕上げ加工し、次いで前記レンズ面形成部位とライズ面形成部位の面粗度を粗面形成手段を用いて面粗度がＲａ０．１μｍからＲａ３μｍの範囲内に粗くするとともに粗くなった前記レンズ形成部位をバイトにより仕上げ加工を行って形成した金型を用いて製造することを特徴とするフレネルレンズの製造方法。