JPH03249602A - フレネルレンズ及びその製造方法 - Google Patents
フレネルレンズ及びその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
する金型及びその切削工具とフレネルレンズを用いたプ
ロジェクションテレビセットに関する。
たものであり、フレネルレンズ1は、光の透過度が高い
例えば光学プラスチックス材で構成され、同心円状の複
数個のプリズムが表面上に形成されている。第2図(b
)は、このフレネルレンズ1を中心方向に切断した要部
断面拡大図を示したものである。この図に示すように、
フレネルレンズ本体1の表面には、プリズム面2と、こ
のプリズム面と相対する逃げ面3と、山頂部4とから構
成される断面が山形形状(むしろ鋸歯状と表現した方が
適切)のプリズムが、同一平面上に同心円状に、しかも
周期的に複数個形成されている。プリズム面2と水平基
準面5の成す角θは、プリズム角もしくはフレネル角と
よばれ、レンズの中心に向かって行くに従い、角度が小
さくなっており、プリズム面2のみを全数連続すると、
一つの凸レンズを形成するものである。
を製作し、光学プラスチックス材を金型に流し込んで成
形し、1枚の金型より複数枚のフレネルレンズを複製す
るものである。
示す部分断面図である。同図において。
真空吸引などの手法を用いて保持、回転される。
な姿勢に原点工の水平基準面を基準に位置決めし、工具
切込み原点工より矢印aのように点線で示した位置まで
切込みを行い、プリズム面2を切削する。その後、矢印
すのように工具切込み原点Iまで上昇して停止し、矢印
Cのように切刃先端を中心として回転させ、プリズム面
2と相対した逃げ面3の角度αと切削工具6の切刃6b
が一致するよう一点鎖線で示した位置に位置決めを行な
う。この状態で工具切込み原点Iより矢印dのように二
点鎖線で示した位置まで切込みを行い、矢印eのように
工具切込み原点にもどった後、矢印fのように次のプリ
ズムの位置まで1ピッチ分切削工具が移動される。なお
、逃げ面3の角度αをここでは「逃げ角度α」と称し、
プリズムの山頂部4(金型における同心円の谷底部4′
に相当)から原点工の水平基準線に垂直に下した垂直基
準線と逃げ面3とのなす角度をもって定義する。
ズが使用される用途に応じて要求される光学特性から決
定されるが、プリズム面2に相対する逃げ面3の逃げ角
度αは、−船釣に0°であり、逃げ面3は水平基準面5
に対し垂直に構成されている。また、第2図のフレネル
レンズ1の断面における、プリズムの山頂部4は、−船
釣に曲率半径はOであり、第3図に示すフレネルレンズ
成形用金型11の溝底部4′に対応するため、切削工具
6の刃先先端の形状と同一となる。
、例えば特開昭58−184939号公報が挙げられる
。
プリズム角θを決定しているが、逃げ角αとフレネルレ
ンズのプリズム山頂部4の形状については配慮されてい
ない。この問題点について以下説明する。
はぼOであるため、レンズの光学特性として山頂部の同
心円線が目立つという問題があった。この問題について
、第2図(C)を用いてさらに詳述する。フレネルレン
ズ1のプリズム面2に入射した光線aは、屈折して矢印
の方向に出射していくが、一部はプリズム面2の内面で
反射し。
ながらプリズム山頂部4に達する。この光は、プリズム
山頂部4の形状が鋭く曲率半径Rが小さいほどレンズと
して目立ち、不要な同心円線が目立つという問題があっ
た。
の溝底部4′の形状に相当し、金型加工を行うための切
削工具6の切刃先端形状に依存する。
ぼす。すなわち、切削工具6の切刃先端が曲率半径0に
近い鋭利な形状を有している場合、第3図にて説明した
金型の切削時に、切刃先端から金型の切削を開始するた
め、切刃先端に切−剛力が集中し、切り刃の欠け、過大
な摩耗を生じ易く、1枚の全形を切削するに要する切削
工具寿命を確保できない。
合(α″:0)、及び金型溝底部4′の曲率半径Rが、
はぼ0であると光学プラスチックを金型に流し込み成形
した後の型抜き工程において、離形し難く、プリズムの
山頂部に損傷を与えるなど成形品の歩留まりの上でも問
題があった。
することにあり、その第1の目的は光学的に改良された
フレネルレンズを、第2の目的は歩留まりを向上させる
改良されたフレネルレンズの成形方法を、第3の目的は
その成形に好適な改良された成形用金型を、第4の目的
はこの金型加工用の切削工具を、そして第5の目的はこ
のフレネルレンズを適応したオーバーへッドプロジェク
タ、プロジェクションテレビセットを、それぞれ提供す
ることにある。
ズムが同一平面上に形成されて成るフレネルレンズにお
いて、前記各プリズムの山頂部が曲率半径1〜10μm
の円弧形状を有して成るフレネルレンズにより。
ズムが同一平面上に形成されて成るフレネルレンズにお
いて、前記各プリズムの山頂部が曲率半径1〜lOμ朧
の円弧形状に相当した多角形形状を有して成るフレネル
レンズにより。
ズムが同一平面上に形成されて成るフレネルレンズにお
いて、前記各プリズムの山頂部が長さ1〜10μ層の平
面形状を有して成るフレネルレンズにより、そして、 (4)断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリ
ズムが同一平面上に形成されて成るフレネルレンズにお
いて、前記各プリズムの山頂部における面とり部分が、
前記プリズムから光が出射されない無出射領域内に位置
するように構成して成るフレネルレンズにより、達成さ
れる。
の断面形状を曲率半径1〜lOμ扉の円弧形状に形成し
た金型に、光学プラスチックス材を流入せしめて成形す
る工程を有して成る上記(1)記載のフレネルレンズの
成形方法により、(6)同一平面に設けられた複数個の
同心円溝の谷底部の断面形状を曲率半径1〜10μmの
円弧形状に相当した多角形状に形成した金型に、光学プ
ラスチックス材を流入せしめて成形する工程を有して成
る上記(2)記載のフレネルレンズの成形方法により、
そして、 (7)同一平面に設けられた複数個の同心円溝の谷底部
の断面形状を長さ1〜10μmの平面形状に形成した金
型に、光学プラスチックス材を流入せしめて成形する工
程を有して成る上記(3)記載のフレネルレンズの成形
方法により、達成される。
の断面形状を曲率半径1〜10μmの円弧形状に形成し
て成る上記(5)記載のフレネルレンズ成形用金型によ
り、 (9)同一平面に設けられた複数個の同心円溝の谷底部
の断面形状を曲率半径1〜10μmの円弧形状に相当し
た多角形状に形成して成る上記(6)記載のフレネルレ
ンズ成形用金型により、そして、(10)同一平面に設
けられた複数個の同心円溝の谷底部の断面形状を長さ1
〜10μmの平面形状に形成して成る上記(7)記載の
フレネルレンズ成形用金型により、達成される。
半径1〜10μ腫の円弧形状に成形されて成る上記(8
)記載のフレネルレンズ成形用金型の切削工具により、 (12)金型加工用の切削工具として、刃先先端が、曲
率半径1〜lOμmの円弧形状に相当した多角形状に形
成されて成る上記(9)記載のフレネルレンズ成形用金
型の切削工具により、そして、(13)金型加工用の切
削工具として、刃先先端が、長さ 1〜10μ富 の平
面形状に形成して成る上記(10)記載のフレネルレン
ズ成形用金型の切削工具により、達成される。
ーへッドプロジェクタ、プロジェクションテレビセット
において、前記フレネルレンズを上記(1)乃至(4)
の何れか記載のフレネルレンズで構成して成るオーバー
ヘッドプロジェクタ、プロジェクションテレビセットに
より、達成される。
ら構成されるフレネルレンズlの各プリズム山頂部4を
円弧形状、多角形状、平面形状に成形するためには、こ
のフレネルレンズ1を成形する金型の溝底部の構造を円
弧形状、多角形状もしくは平面形状にすれば良い。上記
金型を切削加工するための、切削工具としては、切刃先
端を前記金型の溝底部の構造と同様に円弧形状、多角形
状もしくは平面形状に成形して使用するため、切刃先端
の欠け、過大摩耗を防止でき、充分な工具寿命を確保す
ることができる。
頂部4の形状に応じて、プリズム面2と相対する逃げ面
3の角度αを、プリズム面2から出射される光を防げな
い角度内に設置しており。
らに、逃げ角αを上記角度内で最大にすることにより、
金型から成形した光学プラスチック製フレネルレンズの
離形性を向上させることができる。
くないため、プリズム面2の内面及び逃げ面3の内面で
反射を繰返し光がプリズム山頂部4に到達しても散乱す
るため、不要な同心円線が目立ちにくくなる。
ついてここに記載を追加下さい。
部断面拡大図を示したものである。
説明した第2図(a)と同様の形状であるためここでは
省略した。つまり、レンズを構成する材料としては光の
透過度が高い光学プラスチックスで構成され、同心円状
の複数個のプリズムが同一レンズ基板表面上に形成され
ている。
準線5に対してプリズム角θ(フレネル角θとも称する
)だけ傾斜したプリズム面2と、山頂部4からこの水平
基準線5に垂直に下した垂直基準線に対して「逃げ角α
」だけ傾斜した逃げ面3から構成されている。
の山頂部4は、曲率半径Rが1〜10μ鳳の円弧形状に
成形されている。
要求される光学性能から一義的に決定されるが、逃げ角
αはプリズム山頂部4の曲率半径Rの大きさによって定
める必要がある。以下、これについて詳細に説明する。
図である。光源である点Aから矢印aの方向に発せられ
た光は、フレネルレンズ1のイ部を通過し矢印すの方向
に進行して光軸上の点Bに到達する。上記フレネルレン
ズ1のイ部の光の進行について以下に説明する。
る。同図において一つのプリズムの根本を通る光線aは
、プリズムのAD点点間通り、仮想プリズムABCの領
域のうち、ABD部は光路にはならず、不要部分となる
。すなわち、直線AB(垂直基準線に相当)と直、i!
AD (光線aの光路)の成す角γが光の無出射角とな
る6また、プリズム山頂部4の曲率半径Rの円弧形状部
分も光路として使用できないことがわかる。
、次式 %式%(1) となり、このαは最大逃げ角として成形したフレネルレ
ンズを金型から離型するときの抜き勾配として使用でき
、逃げ角αが大きくなるほど型抜き時の離型性が良くな
ることになる。したがって、この逃げ角αは、プリズム
山頂部4の円弧形状の曲率半径Rの大きさの関数となる
。
径Rをパラメータとし、フレネルレンズ中心からの距離
とプリズム角θ、及び最大逃げ角αの関係のグラフを示
す。プリズム山頂部4の曲率半径Rが小さいほど最大逃
げ角αを大きくすることができ、フレネルレンズの金型
からの離型性が向上する。しかし、前述したように、プ
リズム山頂部における円弧形状の曲率半径を小さくする
ことは、金型加工時に使用する切削工具切刃先端を鋭利
にする必要があり、切刃先端の欠け、過大な摩耗により
、充分な工具寿命を確保できない。
ように、プリズム面切削切刃6aと逃げ面切削切刃6b
の交点である切刃先端部を、曲率半径Rの円弧形状に成
形することが有利である。しかし、この曲率半径Rを大
きくすると、第6図に示したように逃げ角αが小さくな
り、上記したように成形時におけるフレネルレンズの離
型(型抜き)が困難となる。このように両者相反した現
象から。
ないプリズム山頂部の円弧形状曲率半径Rの条件につき
種々検討した。その結果、切削工具切刃先端は曲率半径
1μm未満であると欠けが生じ易く、プリズム山頂部の
曲率半径が10μmを超えると、第6図に示すように、
逃げ角αがフレネルレンズ半径の内周半分以上のところ
ですでに0度とする必要が生じ、成形したフレネルレン
ズの離型が困難となることが明らかとなった。
4の円弧形状曲率半径Rは、これら金型加工の切削工具
寿命と成形時の離型性との両者から1〜10μ腸が好ま
しく、さらに好ましくは3〜5μ膳である。
で切削した金型は第8図に示すように。
と同様になる。
0Kmの時点で、切刃先端の摩耗が生じ切削続行不可能
となる。このため、フレネルレンズ成形用金型1枚を1
本の切削工具で加工することができない。そこで、本発
明の先端車半径R=1〜10μmの切削工具を用いるこ
とにより、摩耗、欠損等による上記工具寿命の欠点をな
くし、1枚のフレネルレンズ成形用金型を1本の切削工
具で加工することが可能となる。しかし、切刃先端の曲
率半径が10μmを超えると、切削条件にもよるが、切
削抵抗の増大によってビビリが生じ易くなるため避ける
ことが望ましい。
おけるフレネルレンズの離型(型抜き)は、切削工具先
端の曲率半径Rが1μmよりも小さい場合、すなわち、
成形用金型の谷底が曲率半径R=1μlよりも小さいと
、離型が不可能であるが、本発明の切刃先端の曲率半径
がR=1〜10μmの切削工具を用いたフレネルレンズ
成形用金型では、離型(型抜き)が充分に可能となる。
率半径R=1〜IOμ重と鋭くないため、プリズム面内
面及び逃げ面内面で反射を繰り返した光がプリズム山頂
部に到達してもて散乱するため、不要な同心円線が目立
ちにくくなる。山頂部の曲率半径RがlOμ真よりも大
きくなると、内部反射光よりも、外部の光が山頂部で反
射するため好ましくなく、避けることが望ましい。
て説明する。
面切削用切刃6aと逃げ面切削用切刃6bの交点である
切刃先端部6cに、曲率半径1〜10μ―に相当した多
角形状の切刃6cを設けたものである。
図に示す。
10μ朧の円弧に相等しい多角形状となり、成形したフ
レネルレンズは第11図の断面拡大図に示すように、プ
リズムの山頂部4が曲率半径1〜10μmの円弧形状に
相当した多角形状となる。
離型性及び切削用工具の寿命等については、実施例1の
場合と同様の結果が得られた。
図で、プリズム面切削用切刃6aと逃げ面切削用切刃6
bの交点である切刃先端部に、曲率半径1〜10μ腸の
円弧形状の幅に相当した平面形状の切刃6dを設けたも
のである。この切削工具で切削した金型の断面は、第1
3図にその要部断面拡大図を示すように、溝底部4′が
曲率半径1〜10μ冨の円弧形状の幅に相当した平面形
状となる。また、これにて成形したフレネルレンズは第
14図の断面拡大図に示すように、プリズムの山頂部4
が曲率半径1〜10μmの円弧形状の幅に相当した平面
形状となる。
の離型性及び切削用工具の寿命ともに、実施例1の場合
と同様の結果が得られた。
クションテレビの光学系に適用した応用例について説明
する。
テレビの一部破断概略説明図を示したものであり、テレ
ビ本体21の前面に設置されたフロントスクリーン10
1の裏側から赤、緑、青のそれぞれのブラウン管22a
、22b、22cより出射された光線A、B、Cがミラ
ー23で反射され、フロントスクリーン101に投影さ
れる。フロントスクリーン101の内側に上述したフレ
ネルレンズ1を設置したものである。
も、プリズム山頂部の不要な同心円線の目立たない特性
を有するプロジェクションテレビを得ることができた。
け、過大摩耗による工具寿命低下を防止した長寿命の金
型切削用工具を、また、これにより成形時にフレネルレ
ンズを容易に離型することができる成形用金型を、さら
にまた、この金型を用いることにより優れたフレネルレ
ンズの成形方法を、また、不要な同心円線の目立たない
フレネルレンズとそれを用いたプロジェクションテレビ
を、それぞれ提供することができるようになった。
部拡大断面図、第2図(a)は従来のフレネルレンズの
斜視図、第2図(b)はその部分拡大断面図、第2図(
c)はその光出射状況を説明する要部断面説明図、第3
図はフレネルレンズ金型の切削加工方法を示す一部断面
側面模式図、第4図はフレネルレンズの使用法を示す断
面模式図、第5図はフレネルレンズの無出射領域を説明
する要部断面説明図、第6図はフレネルレンズ中心から
の距離とプリズム角θ、最大逃げ角αの関係を示した特
性曲線図、第7図は、切削工具の斜視図およびその切刃
先端の要部拡大図、第9図および第12図はそれぞれ本
発明の異なる実施例に係る切削工具切刃先端の要部拡大
斜視図、第8図、第10図および第13図はそれぞれ本
発明の異なる実施例に係る成形用金型の要部拡大断面図
、第11図および第14図はそれぞれ本発明の異なる実
施例に係るフレネルレンズの要部拡大断面図、そして第
15図はプロジェクションテレビの一部破断概略説明図
である。 (符号の説明) 1・・・フレネルレンズ、 2・・・プリズム面、
3・・・逃げ面、 4・・・プリズム山頂
部、4′・・・金型の溝底部、 6・・・切削工具。 6a・・・プリズム面切削用切刃、 6b・・・逃げ面切削用切刃、 11・・・フレネルレ
ンズ金型。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
ムが同一平面上に形成されて成るフレネルレンズにおい
て、前記各プリズムの山頂部が曲率半径1〜10μmの
円弧形状を有して成るフレネルレンズ。 2、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
ムが同一平面上に形成されて成るフレネルレンズにおい
て、前記各プリズムの山頂部が曲率半径1〜10μmの
円弧形状に相当した多角形形状を有して成るフレネルレ
ンズ。 3、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
ムが同一平面上に形成されて成るフレネルレンズにおい
て、前記各プリズムの山頂部が長さ1〜10μmの平面
形状を有して成るフレネルレンズ。 4、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
ムが同一平面上に形成されて成るフレネルレンズにおい
て、前記各プリズムの山頂部における面とり部分が、前
記プリズムから光が出射されない無出射領域内に位置す
るように構成して成るフレネルレンズ。 5、同一平面に設けられた複数個の同心円溝の谷底部の
断面形状を曲率半径1〜10μmの円弧形状に形成した
金型に、光学プラスチックス材を流入せしめて成形する
工程を有して成る請求項1記載のフレネルレンズの成形
方法。 6、同一平面に設けられた複数個の同心円溝の谷底部の
断面形状を曲率半径1〜10μmの円弧形状に相当した
多角形状に形成した金型に、光学プラスチックス材を流
入せしめて成形する工程を有して成る請求項2記載のフ
レネルレンズの成形方法。 7、同一平面に設けられた複数個の同心円溝の谷底部の
断面形状を長さ1〜10μmの平面形状に形成した金型
に、光学プラスチックス材を流入せしめて成形する工程
を有して成る請求項3記載のフレネルレンズの成形方法
。 8、同一平面に設けられた複数個の同心円溝の谷底部の
断面形状を曲率半径1〜10μmの円弧形状に形成して
成る請求項5記載のフレネルレンズ成形用金型。 9、同一平面に設けられた複数個の同心円溝の谷底部の
断面形状を曲率半径1〜10μmの円弧形状に相当した
多角形状に形成して成る請求項6記載のフレネルレンズ
成形用金型。 10、同一平面に設けられた複数個の同心円溝の谷底部
の断面形状を長さ1〜10μmの平面形状に形成して成
る請求項7記載のフレネルレンズ成形用金型。 11、金型加工用の切削工具として、刃先先端が曲率半
径1〜10μmの円弧形状に成形されて成る請求項8記
載のフレネルレンズ成形用金型の切削工具。 12、金型加工用の切削工具として、刃先先端が、曲率
半径1〜10μmの円弧形状に相当した多角形状に形成
されて成る請求項9記載のフレネルレンズ成形用金型の
切削工具。 13、金型加工用の切削工具として、刃先先端が、長さ
1〜10μmの平面形状に形成して成る請求項10記載
のフレネルレンズ成形用金型の切削工具。 14、光学系としてフレネルレンズを使用したオーバー
ヘッドプロジェクタ、プロジェクションテレビセットに
おいて、前記フレネルレンズを請求項1乃至4の何れか
記載のフレネルレンズで構成して成るオーバーヘッドプ
ロジェクタ、プロジェクションテレビセット。
Priority Applications (1)
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JP2045974A JP3002220B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | フレネルレンズ及びその製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2045974A JP3002220B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | フレネルレンズ及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03249602A true JPH03249602A (ja) | 1991-11-07 |
JP3002220B2 JP3002220B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=12734187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2045974A Expired - Lifetime JP3002220B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | フレネルレンズ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3002220B2 (ja) |
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