JPS6230905B2

JPS6230905B2 -

Info

Publication number: JPS6230905B2
Application number: JP55185499A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Takahashi; Akira Izawa
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1980-12-27
Filing date: 1980-12-27
Publication date: 1987-07-06
Also published as: JPS57109618A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はレンズ材の両面にフレネルレンズ面を
形成する両面フレネルレンズの製造方法に関す
る。

（従来の技術）一般に、光学用レンズの大部分はガラスを素材
としており、レンズを大口径とした場合には、製
造技術上の問題から精度の良いレンズを得ること
ができず、ガラスレンズでは大型化及び軽量化等
の問題を解決することができなかつた。

一方、光学用レンズはフレネルレンズ化するこ
とにより、小さなＦ値で、かつ大口径の大型レン
ズを製造することができ、大型化に対する重量の
増加はプラスチツク等の樹脂材料をレンズ素材と
することにより軽減することができる。

また、フレネルレンズはレンズの肉厚を薄くし
てレンズ重量を軽くすることができるので、最近
種々の光学レンズとして広く用いられるようにな
つてきた。特に、フレネルレンズはコリメータ用
として、交通信号のレンズ、フラツシユライトの
カバー、自動車のテールランプ等に、また集光用
としては、カードリーダやPOS（Point of
Sales）のスキヤナー、太陽電池のカバー等に使
用されている。また拡大用として、オーバヘツド
プロジエクト、カメラのビユーフアインダ、マイ
クロフイルムや８mmフイルムのビユアー、LED
（発光ダイオード）やLC（液晶）デイスプレイ、
透過型大型テレビの投写レンズにも使用されてい
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、フレネルレンズではプリズム状
の溝が刻まれているため、一般にガラスレンズに
比べレンズの分解能とコントラストが低い。また
フレネルレンズを大型化し、かつ焦点距離の小さ
なもの、例えばＦ値が１より小さなレンズを設計
する際に、レンズ材質として熱可塑性樹脂材を用
いた場合、その屈曲率はガラスの屈曲率より小さ
いため、外周部のプリズムの角度を鋭角にしなく
てはならなくなる。しかし、プリズム角度を鋭角
にした場合には、金型を切削加工する際、バイト
の刃先の角度の限界を超えてしまうことが多い。

一般に、切削角度が60゜以上になるとバイトで
の切削が困難になる。このため、一般に大型のフ
レネルレンズでＦ値が小さいものは、レンズの中
央部から外周部に向かつて焦点距離が次第に長く
なる傾向にある。このようなフレネルレンズをコ
リメータレンズとして用いる場合、光ビームが平
行光とならないで拡散光となり、レンズ性能を有
効に発揮することができない。

この拡散の問題は熱可塑性樹脂のレンズ材の両
面にフレネルレンズ面を形成し、屈折率をかせぐ
ことによつて解決することができる。しかしなが
ら、フレネルレンズの両面がレンズ中心から相対
的にずれたり、フレネルレンズの溝がずれてしま
うと、モアレ模様が発生し、レンズとして使用す
ることができなくなつてしまうという問題点があ
つた。

本発明は上記に鑑み、輪帯状の溝をレンズ両面
で互いに完全に一致するように位置合せすること
により、レンズ素材の両面を精度の良いフレネル
レンズ面とした両面フレネルレンズの製造方法を
提供することを目的としてなされたものである。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため、原版にフレ
ネルレンズ面相当部と位置決め用凹部とを機械加
工により成形し、この成形された原版に電解メツ
キ等によりメツキ材でマザーを形成し、この形成
されたマザーから前記原版と同形状のフレネルレ
ンズ面相当部と位置決め用凹穴とを有する一対の
成形金型を製造し、この両成形金型を対峙させ位
置決め用凹穴を介して位置合せしてこれらの間に
熱可塑性樹脂材を介在させ、この樹脂材を加圧・
加熱成形して両面フレネルレンズを作るようにし
たものである。

（実施例）図面は本発明の一実施例を示し、第１図及び第
２図は本発明にかかる両面フレネルレンズを製造
するプレス成形装置を示すものである。このプレ
ス成形装置は、基台１０の上面に載置された下部
プレス熱板１１を有し、この下部プレス熱板１１
の上面には成形金型としてのプレート状の下部プ
レス金型（フアーザ）１２が載置されている。こ
の下部プレス金型（成形金型）１２の上面にはフ
レネルレンズ面相当部が形成されているととも
に、この四隅部には位置合せ孔が穿設されてい
る。

一方、下部プレス熱板１１には複数本、例えば
４本のガイドポール１３が植設されており、各ガ
イドポール１３は下部プレス金型１２の位置合せ
孔を貫いて上方に延びている。上記各ガイドポー
ル１３の上方には、成形金型としての上部プレス
金型１４が摺動自在に設けられている。この上部
プレス金型１４の下面にはフレネルレンズ面相当
部が形成されているとともに、上記各ガイドポー
ル１３に案内されて下部プレズ金型１３の方向に
進退自在に構成されている。成形金型としての両
プレス金型１２，１４はガイドポール１３により
位置決めされ、正確に位置合せされる。

両プレス金型１２，１４の間にはレンズの素材
として熱可塑性樹脂材１５が介装される。この熱
可塑性樹脂材１５としては、ポリビニルクロライ
ド、メチルメタアクリレート、ポリカーボネー
ト、セルロースプロピオネイト、セルロースプロ
ピオネイトアセチルブチラート、ABSまたはス
チレン−アクリル共重合体等が使用される。

上記上部プレス金型１４の上方には、上部プレ
ス熱板１６が昇降自在に設けられ、この上部プレ
ス熱板１６により上部プレス金型１４を介して熱
可塑性樹脂１５にプレス成型加工に必要な熱及び
加圧力を伝えるよう構成されている。上部プレス
熱板１６はガイドピン１７により昇降が案内され
る。ガイドピン１７は上部プレス金型１４の両端
部から上方に延びるよう設けられている。

上記成形金型としての両プレス金型１２，１４
の製造は、先ず旋盤等（図示せず）を用いて、真
鍮やアルミニウム板に機械加工（切削加工）を施
し、表面にフレネルレンズ面相当部２０を形成し
た原版（マスタ）２１を作る。このフレネルレン
ズ面相当部２１は第３図に示すような鋸歯状の断
面形状を有し、輪帯状（同心円状あるいは渦巻状
を含む）の溝２２が形成されている。この溝２２
間のピツチＰは0.1〜1.5mm、好ましくは0.3〜0.9
mm程度が良い。この断面形状は第４図に示す両面
フレネルレンズ２３の片面の断面形状に対応した
形状となるよう構成されている。

また、両面フレネルレンズ２３の各プリズムの
アングルαは、第３図及び第５図に示すように表
される。ここに、第５図に示すように、フレネル
レンズ２３の中心をＯ、この中心Ｏからの所望の
プリズム位置までの距離をｒ、フレネルレンズ２
３の焦点距離をｆとして、フレネルレンズ２３の
中心線CLと平行な入射ビームが焦点Ｆを通る
時、このビームが中心線CLとなす角をδとする
と、 tanα＝１／ｄ′（ｆ−ｒ−ｄ′／ｔａｎδ−α／２
）……(1) が成立する。ここに、d′は、 d′＝αｔａｎ（α−β）／１−ｔａｎα・ｔａｎ（α
−β）……(2) を満足する値であり、β及びδは次式で表され
る。

ただし、ｎは熱可塑性樹脂材の屈折率である。

上記の各式から、レンズの半径ｒ＝600mm程度
の大口径フレネルレンズを用いた場合にも、プリ
ズムのアングル角αはせいぜい30゜程度となる。
従つて、旋盤等のヘツドバイトの刃先角は60゜程
度で良く、このヘツドバイトを用いて、60゜程度
で良く、このヘツドバイトを用いて、無理なく充
分に精度の良い切削加工等の機械加工を行うこと
ができる。

原版２１を施盤等で所望半径まで切削加工した
後、原版２１の四隅部（または３ケ所）に第６図
に示す位置決め用凹穴２４をボール盤のドリル等
で穿設する。この位置決め用凹穴２４の形状は、
円柱状か、好ましくは円錐形が良い。この位置決
め用凹穴２４の直径Ｄと高さＨとの関係は、好ま
しくは１／２Ｈ≦Ｄ≦2H程度が良い。

而して、旋盤等で切削加工して原版（マスタ）
２１を製造した後、この原版２１を使用して第７
図に示すようにメツキ材でマザー２６を作る。こ
のマザー２６は原版２１のフレネルレンズ面相当
部２０にニツケルメツキまたはクロムメツキ等の
メツキ材を施し、このメツキ材で板厚数、例えば
２〜３mm程度として製造される。このマザー２６
は原版２１のフレネルレンズ面相当部２０及び位
置決め用凹穴２４に対応した形状及び突起を有す
る。

この場合、ニツケルメツキは、スルフアミン酸
ニツケル浴中に、原版２１と高純度のニツケル板
とを夫々マイナス電極、プラス電極に接続するこ
とによつて行われる。このスルフアミン酸ニツケ
ル浴には、ホウ酸を、例えば40ｇ／、ピツト防
止剤としてラウリル硫酸ナトリウムを、例えば１
〜５ｇ／加えると良い。ニツケルメツキに必要
な直流電流密度は、例えば１〜10A／ｄm²、好ま
しくは3.5〜4.5A／ｄm²程度である。

上記のニツケルメツキ等により、メツキ材でマ
ザー２６を製造した後、同様な手段によつてメツ
キ材で一対の成形金型としてのプレス金型（フア
ーザ）１２，１４を作る。このプレス金型（フア
ーザ）１２，１４には原版（マスク）２１と同じ
サイズの位置決め用凹穴２８及びフレネルレンズ
面相当部２９が形成される。このようにして形成
されたプレス金型（フアーザ）１２，１４に鉄板
や真鍮等の補強板を添設し、ボール盤等を用いて
位置決め用凹穴２８を穴加工し、位置合せ孔３０
を穿設する。

このようにして、マスタとしての原版２１か
ら、ニツケルメツキやクロムメツキ等によりメツ
キ材でマザー２６を作り、このマザー２６から同
様な手段でメツキ材により一対の成形金型として
のプレス金型（フアーザ）１２，１４を作り、こ
れを第１図に示す上部プレス金型１２及び下部プ
レス金型１４として使用する。

上記のようにして製造した成形金型としてのプ
レス金型１２，１４間に熱可塑性樹脂材１５を介
在させ、この状態で上部プレス金型１４を下動さ
せる。この下動によつて熱可塑性樹脂材１５は、
プレス金型１２，１４間で挟持し、加熱させなが
らプレス成形される。このプレス成形時には、両
プレス金型１２，１４の相対的な動きはガイドポ
ール１３に案内されるので、両プレス金型１２，
１４は正確に位置決めされ、精度良く位置合せさ
れる。従つて、両プレス金型１２，１４により成
形される両面フレネルレンズ２３は、第４図に示
すように両面が対称形状をなし、かつ輪帯状の溝
３１が両面で一致するように精度の良いものが製
造される。

なお、上記実施例は、両面フレネルレンズをプ
レス成形する場合について説明したが、必ずしも
これに限定されることなく、例えば他の加圧成形
やインジエクシヨン成形であつても良い。

（発明の効果）本発明は上記のような構成であるので、ほぼ完
全な対称形をしたフレネルレンズ面相当部と位置
決め用凹穴を備えた一対の成形金型を精度よく、
しかも容易に製造し、この一対の成形金型によ
り、両面が対称形状をなし、かつ輪帯状の溝が一
致する両面フレネルレンズを精度よく製造するこ
ができるといつた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る両面フレネルレンズを製
造するプレス成形装置の一例を示す一部断面の正
面図、第２図は第１図の−線に沿う平面図、
第３図は原版（マスタ）のフレネルレンズ面相当
部の拡大断面図、第４図は本発明により製造され
た両面フレネルレンの一実施例を示す断面図、第
５図は両面フレネルレンズの各プリズムの角度関
係を説明に付する説明図、第６図は原版の断面
図、第７図は原版から成形金型としてのプレス金
型を製造するための各製造工程を断面で示す工程
図である。１１，１６……プレス熱板、１２，１４……成
形（プレス）金型（フアーザ）、１３……ガイド
ポール、１５……熱可塑性樹脂材、２０，２９…
…フレネルレンズ面相当部、２１……原版（マス
タ）、２２……溝、２４，２８……位置決め用凹
穴、２６……マザー、３０……位置合せ孔。

Claims

【特許請求の範囲】１原版にフレネルレンズ面相当部と位置決め用
凹穴とを機械加工により成形し、この成形された
原版に電解メツキ等によりメツキ材でマザーを形
成し、この形成されたマザーから前記原版と同形
状のフレネルレンズ面相当部と位置決め用凹穴と
を有する一対の成形金型を製造し、この両成形金
型を対峙させ位置決め用凹穴を介して位置合せし
てこれらの間に熱可塑性樹脂材を介在させ、この
樹脂材を加圧・加熱成形して両面フレネルレンズ
を作ることを特徴とする両面フレネルレンズの製
造方法。２成形されたマザーからニツケルまたはクロム
メツキ等のメツキにより、メツキ材で成形金型を
製造するようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の両面フレネルレンズの製造方
法。３両成形金型に形成される位置決め用凹穴をさ
らに穿設して貫通した位置合せ孔を形成し、一方
の成形金型の位置合せ孔を通すガイドポールを設
け、このガイドポールを他方の成形金型の位置合
せ孔に通して成形金型を案内するようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の両面フ
レネルレンズの製造方法。