KR20080006026A

KR20080006026A - 프레넬 렌즈 및 프레넬 렌즈 제조용 다이

Info

Publication number: KR20080006026A
Application number: KR1020077031047A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 고우노
Original assignee: 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2008-01-15
Also published as: US20040240061A1; KR20030072554A; KR100871335B1; DK176589B1; WO2002046806A2; CN100359342C; DK200300814A; KR100881115B1; US6963450B2; JP4172999B2; WO2002046806A3; JP2004522988A; CN1592856A; TWI235250B; AU2002218477A1

Abstract

본 발명은 광축 및 상기 광축 주위가 다이의 가공 오차에 의하여 영향을 받지 않고 제조된 프레넬 렌즈를 제공한다. 광축 주위에 배치된 두 개의 렌즈면(11, 11)은 광축을 따르는 방향으로 서로 이동하도록 배치되므로, 두 개의 렌즈면(11, 11) 사이의 경계에 위치된 비렌즈면(12)의 광축 방향으로의 높이(Ha)가 이들 렌즈면(11, 11) 각각의 하측 말단(11a, 11a)이 광축(OA)에 대하여 직각으로 광축과 교차하는 동일한 평탄면 상에 배치된 경우의 비렌즈면(12)의 원래의 높이(Ha)보다 더 높다. 또한, 광축 주위에 배치된 적어도 하나의 렌즈면의 렌즈각(Oa)(21)은 렌즈각(21)에 대한 초점 계산에 따라 제공되는 원래의 렌즈각보다 더 크게 설정된다.

광축, 다이, 가공 오차, 프레넬 렌즈, 렌즈면, 비렌즈면, 렌즈각

Description

프레넬 렌즈 및 프레넬 렌즈 제조용 다이 {FRESNEL LENS AND DIE FOR THE SAME}

본 발명은 프레넬 렌즈 및 프레넬 렌즈 제조용 다이에 관한 것이다.

프레넬 렌즈는 미세한 폭을 갖는 렌즈면이 반경방향으로 반복해서 형성되고, 전체 렌즈의 광축이 중심으로 설정되는 렌즈이다. 이러한 렌즈는 다이를 사용하여 제조된다. 다이는 커팅에 의하여 형성된 다수의 프레넬 성형홈을 갖고 각각의 렌즈면 사이에 위치된 각각의 렌즈면 및 비렌즈면을 성형하기 위한 마더 다이, 상기 마더 다이로부터 성형된 마스터 다이, 및 상기 마스터 다이로부터 성형된 스탬퍼를 포함한다. 마스터 다이는 다수의 프레넬 성형홈이 내부에 형성되어 있는 마더 다이면의 프레넬 성형면이 마스터 다이 상으로 전이되도록 형성된다. 스탬퍼는 이렇게 마스터 다이 상으로 전이된 프레넬 성형면이 스탬퍼 상으로 다시 전이되도록 형성된다. 따라서, 스탬퍼면의 프레넬 성형면은 프레넬 렌즈의 렌즈면이 형성되어 있는 프레넬면에 대하여 상보적인 구성을 갖는다. 프레넬 렌즈는 용융 상태의 UV-경화가능 수지를 스탬퍼의 프레넬 렌즈 성형면 상에 소정의 두께까지 붓고, 수지가 경화되도록 수지 상에 적외선을 조사하며, 이렇게 경화된 수지를 스탬퍼로부터 벗 겨내어 형성된다.

프레넬 렌즈의 렌즈각은 렌즈의 광축을 향하여 더 감소되는 반면, 렌즈면의 피치(렌즈를 반경방향으로 바라 보았을 때 렌즈면 사이의 간격)는 일정하다. 따라서, 렌즈면의 레벨 차이(비렌즈면의 높이)는 광축에 더 근접한 존을 향하여 더 감소한다. 한 편, 마더 다이를 제조하는 공정에 있어서, 프레넬 렌즈의 대응하는 렌즈면 및 대응하는 비렌즈면에 해당하는 각각의 프레넬 성형홈은 커팅 공구로 하나씩 커팅된다. 따라서, 커팅 공구의 위치 결정 오차 및 이 공구의 열변형으로 인한 가공 오차가 필연적으로 발생한다. 이 때, 이들 가공 오차 각각의 크기는 렌즈의 반경방향 위치에 상관없이 대략 일정하다. 따라서, 마더 다이를 커팅할 때 생기는 가공 오차의 영향은 광축에 더 근접한 존을 향하여 증가한다. 따라서, 광축 주위에 무시할 수 없는 심각한 영향이 미칠 수 있는 경우가 종종 있다. 예를 들면, 도 9a에 예시된 바와 같이, 마더 다이(1)의 가공 시, 다이의 중심선(CL) 주위에 형성될 하나의 프레넬 성형홈(2)이 가공 오차 때문에 커팅 가공 되지 않아 마더 다이(1)에 따라 최종적으로 얻어진 프레넬 렌즈(3) 내에 비가공부(Y)로서 남는 경우, 도 9b에 도시된 바와 같이, 비가공부(Y)에 대응하는 생략되거나 또는 불완전한 부분(Y')이 생긴다. 따라서, 이른바 "피치 스킵(pitch skip)"이라는 결함이 생기게 되고 원래 두 개의 렌즈면(4, 4)으로 서로 구별되었어야 할 부분이 하나의 연속 렌즈면(4)처럼 보인다.

상기 내용을 고려하여, 본 발명의 목적은 광축 주위에 가공 오차가 거의 발생하지 않는 형상을 갖는 프레넬 렌즈 및 프레넬 렌즈 제조용 다이를 제공하는 것이다.

본 발명은 후술하는 프레넬 렌즈 및 다이로 전술한 과제를 해소한다.

본 발명에 따른 제1 프레넬 렌즈는 두 개의 렌즈면이 렌즈의 광축을 따르는(광축에 평행한) 방향으로 서로에 대해 이동(쉬프트; shift)하도록 두 개의 렌즈면이 배치되고, 이로써 두 개의 렌즈면 사이의 경계에 위치된 비렌즈면의 광축을 따르는 방향으로의 높이가 이들 렌즈면 각각의 일단이 광축에 대하여 직각으로 광축과 교차하는 동일한 평탄면(평면) 상에 위치되는 경우의 비렌즈면의 원래 높이보다 더 높다.

상기 프레넬 렌즈에 있어서, 상기 두 개의 렌즈면 사이의 경계에 위치된 비렌즈면의 높이는 원래의 높이보다 더 증가한다. 따라서, 다이 가공 시, 비렌즈면에 대응하는 프레넬 성형홈을 가공할 시 커팅 공구로 커팅된 량은 증가하고, 가공 오차의 영향은 비교적 감소된다. 따라서, 상기 광축을 광축 주위에 배치된 렌즈면 각각으로 이동시킴으로써, 피치 스킵과 같은 결함 발생이 감소하고, 가공 시의 수율이 향상된다.

*제1 프레넬 렌즈에 있어서, 하나의 렌즈면 또는 하나의 유닛(단위)으로 설정되는 복수의 렌즈면을 가진 중심이 광축과 일치되는 소정의 범위 내에 포함된 복수의 렌즈면이 각 유닛에 대한 광축을 따르는 방향으로 서로에 대해 이동하도록 배치되는 방식으로 배열될 수 있다. 프레넬 렌즈의 설계 시, 각 렌즈면 각각의 일단(일반적으로 외주 말단)이 렌즈면에 대하여 광축에 대하여 직각으로 광축과 교차하는 동일한 평탄면 상에 배치되는 경우, 초점 위치 계산과 같은 광 계산이 실행되어 상세, 즉 각 렌즈면의 렌즈각을 포함하는 항목이 결정된다. 따라서, 렌즈면이 전술한 바와 같이 광축 방향으로 이동하는 경우, 초점이 이동하는 것과 같은 결과가 일어난다. 그러나, 광축 주위에는 충분한 광이 얻어지기 때문에, 각 렌즈면의 초점이 약간 이동하는 경우에도, 그 결과는 미미하여 관찰자가 알아 볼 수 없을 정도이다. 한 편, 전술한 바와 같이, 가공 오차는 광축 주위에서 크고, 렌즈면을 이동시킴으로써 얻어지는 장점이 크다. 이와 같이, 렌즈면을 그 중심이 광축과 일치되는 소정의 범위 내에서 이동시킨 경우, 이로부터 얻어진 편리함보다 훨씬 더 큰 장점이 얻어진다. 따라서, 이와 같은 구성으로 제조하는 것이 바람직하다.

유닛 사이에서의 렌즈면의 이동량은 일정할 수 있다. 이 경우, 렌즈의 설계 시, 각 렌즈면의 이동량을 결정할 때 실행되는 공정이 간단해진다. 따라서, 다이 가공에 사용할 프로그래밍 또한 용이하게 실행될 수 있다. 한 편, 유닛 사이에서의 렌즈면의 이동량은 광축으로부터 측정된 반경방향으로의 거리에 따라 변할 수 있다. 상기와 같이 구성하는 경우, 광축으로부터 측정된 거리에 대응하는 적절한 이동량을 각각의 렌즈면에 응용할 수 있다. 또한, 유닛 사이에서의 렌즈면의 이동 량은 광축으로부터 측정된 반경방향으로의 거리가 감소됨에 따라 증가될 수 있다. 렌즈면으로 이동시키지 않는 경우에도, 광축으로부터의 거리가 증가함에 따라 가공 오차가 감소된다. 따라서, 본 발명에 따른 렌즈면의 이동량을 더 적게하면서 광축으로부터의 거리를 증가시키는 경우에도, 가공 오차는 생기지 않는다. 또한, 광축으로부터의 거리가 증가하면 할수록 광량은 더 감소된다. 따라서, 렌즈면의 이동량을 상기와 같이 더 적게하는 경우, 렌즈면의 이동은 주목할 정도는 아니다.

*본 발명에 따른 제2 프레넬 렌즈에 있어서, 적어도 하나의 렌즈면의 렌즈각은 상기 렌즈면에 대하여 실행될 초점 계산에 따라 제공되는 원래의 렌즈각보다 더 크게 세트된다.

렌즈각을 이와 같은 방식으로 증가시킨 경우, 렌즈면 정점의 높이는 증가하며 일반적으로 이러한 정점을 갖는 비렌즈면의 높이 또한 증가한다. 따라서, 다이를 가공할 때, 비렌즈면에 대응하는 프레넬 성형홈을 가공할 때에 커팅 공구의 커팅량은 증가하고, 가공 오차는 상대적으로 감소된다. 따라서, 이와 같이 광축 주위에 배치된 렌즈면의 렌즈각을 증가시킴으로써, 피치 스킵과 같은 결함이 발생하는 비율이 감소되고, 다이를 가공할 때 수율이 향상된다. 렌즈각은 렌즈면이 광축에 대하여 직각으로 광축과 교차하는 평탄면에 대하여 경사진 각도로 제공된다는 점에 유의해야 한다. 또한, 초점 계산에 따라 제공된 원래의 렌즈각은 각각의 렌즈면에 대응하는 초점 각각이 대체로 프레넬 렌즈의 초점으로 미리 세트된 위치와 일치되도록 각각의 렌즈면에 제공될 필요가 있는 각도이다.

제2 프레넬 렌즈에 있어서, 그 중심이 광축과 일치되는 소정의 범위 내에 포함되는 복수의 렌즈면 각각의 렌즈각은 각각의 렌즈면에 대하여 제공될 원래의 렌즈각보다 더 크게 세트될 수 있다. 프레넬 렌즈에 있어서, 렌즈각이 원래의 렌즈각으로부터 변한 경우, 초점이 이동하는 등의 결과가 발생한다. 그러나, 광축 주위에는 충분한 양의 광이 얻어지기 때문에, 각각의 렌즈면의 초점이 약간 잘못 수렴되더라도, 이 잘못된 수렴의 결과는 작고 관찰자가 잘 알아볼 수 없을 정도이다. 한 편, 전술한 바와 같이 가공 오차는 광축 주위에서 크기 때문에, 렌즈면을 이동시킴으로써 얻어지는 장점이 크다. 이와 같이, 렌즈각은 그 중심이 광축의 중심이되록 렌즈각을 증가시키는 경우, 이렇게 얻어지는 편리함보다 훨씬 더 큰 장점이 얻어진다. 따라서, 상기와 같이 구성되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 복수의 렌즈면 각각의 렌즈각이 증가하는 경우, 렌즈각과 원래의 렌즈각 사이의 차이로서 제공된 보정각은 광축으로부터 측정된 반경방향으로의 거리에 따라 변할 수 있다. 이와 같이 구성되는 경우, 광축으로부터의 거리에 대응하는 적절한 보정각을 각각의 렌즈면에 응용할 수 있다. 특히, 광축으로부터의 반경방향의 거리는 증가하면서 보정각은 감소되는 경우, 보정각이 감소되고 광량의 감소에 따라 렌즈각을 변경시키는 반면, 가공 오차가 확실하거나 명백해지는 것을 방지함으로써 집속 오류 등을 비교적 적게 할 수 있다.

제3 프레넬 렌즈는 다음과 같다. 즉, 제1 소정 범위에 있어서, 렌즈의 중심은 광축과 일치하고, 하나의 피스로 된 렌즈면 또는 복수의 렌즈면이 하나의 유닛으로 설정되는 복수의 렌즈면은 각 유닛마다 광축을 따르는 방향으로 서로 이동하 도록 배치되는 방식으로 배열되고, 이로써 각각의 유닛 사이의 경계 각각에 위치된 비렌즈면의 광축을 따르는 방향으로의 높이가 이들 사이에 경계를 두고 위치된 인접하는 렌즈면 각각의 일단이 광축에 대하여 직각으로 광축과 교차하는 동일한 평탄면 상에 배치되는 경우 비렌즈면의 원래의 높이보다 더 높고, 복수의 렌즈면 각각의 렌즈각은 제2 소정의 범위 내에 포함되고, 광축과 일치되는 그 중심은 각각의 렌즈면에 대한 초점 계산에 따라 제공된 원래의 렌즈각보다 더 크게 설정된다.

상기 프레넬 렌즈에 있어서, 전술한 제1 및 제2 프레넬 렌즈에 관하여 기재된 바와 같은 이유로, 다이의 가공 오차가 광축 주위에 나타나지 않도록 방지하고피치와 같은 결함을 피할 수 있는 백분율을 감소시켜 다이의 가공 시 수율이 향상될 수 있다.

제3 프레넬 렌즈에 있어서, 제1의 소정 범위는 제2의 소정 범위보다 더 좁을 수 있다. 이 경우, 광축으로부터 제1의 소정의 범위를 형성하는 경계까지의 존, 가공 시 다이에 대한 커팅 공구의 커팅량, 각각의 렌즈면 및 비렌즈면에 대응하는 홈은 렌즈면 및 렌즈각을 광축 방향으로의 이동을 증가시킴으로써 피치 스킵을 가능한 많이 방지한다. 경계를 지나서부터 제2의 소정 범위를 형성하는 경계까지의 존에 있어서, 단지 렌즈각만이 증가되어 가공 오차 발생을 억제하는 한편 피치 스킵은 그대로 유지된다. 하나의 렌즈면을 광축 방향으로 이동시킨 경우, 반경방향의 렌즈면으로부터 내측으로 위치된 렌즈면도 또한 마찬가지로 광축 방향으로 이동한다. 따라서, 복수의 렌즈면 각각을 광축 방향으로 이동시킨 경우, 광축 주위에 형성된 렌즈면 각각은, 제1의 소정 범위 외측의 광축에 대하여, 각각의 렌즈면의 이동량 누적값에 의하여 광축 방향으로 이동한다. 이러한 이유로, 제1의 소정 범위에 대하여, 이 범위를 너무 많이 분산시킬 때, 중심부의 렌즈면은 외측의 렌즈면보다 광축 방향으로 훨씬 크게 후퇴한다. 따라서, 다이를 커팅할 때, 상기 구성은 렌즈의 구성과 상보적이고, 이동 누적량에 대응하는 범위까지 다이의 외주쪽을 더 깊이 커팅하는 것이 필요하게 된다. 따라서, 가공 효율이 감소된다. 한 편, 단지 렌즈각을 변경시키는 경우, 렌즈면의 이러한 이동은 발생하지 않고, 다이의 커팅량은 점진적으로 증가하는 것이 불가능하다. 이 때문에, 제3 프레넬 렌즈에 있어서, 렌즈면으로 이동시키는 제1의 소정 범위는 광축 주위로 제한되고, 여기에서 가공 오차는 비교적 큰 반면 제2의 소정 범위는 제1의 소정 범위보다 더 넓게 세트되어 가공 오차 발생을 확실하게 억제한다.

본 발명의 다이는 프레넬 렌즈 성형면을 갖고, 프레넬 렌즈의 구성은 프레넬 렌즈의 렌즈면 각각이 제공된 프레넬 렌즈면의 구성과 동일하거나, 또는 상보적이다.

전술한 구성을 갖는 다이에 있어서, 렌즈면 또는 비렌즈면에 대응하는 홈을 가공할 시 가공 오차의 발생을 억제함으로써 고품질의 프레넬 렌즈를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 다이는 프레넬 성형면의 커팅 가공에 의하여 형성된 전술한 마더 다이의 경우에서와 같은 다이를 포함하고, 그 구성은 프레넬면의 구성은 물론, 전기 주조와 같은 제조 방법을 사용하여 커팅 가공된 다이의 프레넬 성형면에 의하여 얻어진 전술한 마스터 다이 또는 스탬퍼 다이의 경우에서와 똑같은 다이에 상보적이다. 커팅 가공된 다이의 프레넬 성형면은 그 구성이 프레넬 렌즈의 프레 넬면과의 상보적인 구성에만 한정되는 것은 아니고, 프레넬면과 동일한 구성을 가질 수 있다. 이 경우, 프레넬 렌즈는 프레넬 성형면을 복사함으로써 성형될 수 있으므로 구성이 프레넬 성형면의 구성과 상보적인 프레넬 성형면을 갖는 다이를 별개로 성형한다.

전술한 구성을 갖는 다이에 있어서, 렌즈면 또는 비렌즈면에 대응하는 홈을 가공할 시 가공 오차의 발생을 억제함으로써 고품질의 프레넬 렌즈를 제조할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 프레넬 렌즈 실시예를 예시하는 도면으로서, 도 1a는 그 중심이 광축(OA)인 소정의 범위(A) 내에 포함된 모든 렌즈면(11 ... 11)이 광축 방향으로 이동량(δ)만큼 각각 이동한 프레넬 렌즈(10)의 도면이고, 도 1b는 그 중심이 광축(OA)인 소정의 범위(B) 내에 포함된 모든 렌즈면(21 ... 21)의 렌즈각(θa)이 원래의 렌즈각보다 더 증가된 프레넬 렌즈(20)의 도면이다. 도 1a 및 도 1b는 프레넬 렌즈(10 또는 20) 중 하나에 대응하는 광축(OA) 주위의 일부분을 각각 예시하는 도면이라는 점에 유의해야 한다. 대체로, 프레넬 렌즈(10, 20) 각각의 치수는 예시된 치수보다 더 크다. 다음에, 이들 프레넬 렌즈 각각의 특징부에 대하여 설명한다.

도 1a의 프레넬 렌즈(10)에 있어서, 소정의 범위 외측 존에는 각각의 렌즈면(11)의 하측 말단(외주쪽 말단)(11a)이 광축에 대해 직각으로 광축(OA)과 교차하 는 동일한 평탄면(PL)과 정렬된 상태로 배열된다. 여기에서, 각각의 렌즈면(11)의 일단(11a)이 동일한 평탄면(PL) 상에 배치된 상태란 렌즈면(11)이 이동하지 않은 상태, 즉 렌즈면(11)이 광축 방향에 대하여 서로 정렬된 상태를 의미한다. 이와 반대로, 소정의 범위(A) 내에 포함된 렌즈면(11)은 광축 방향으로 서로 이동하여 배치된다. 구체적으로는, 소정의 범위(A)에 있어서, 반경 방향으로 서로 인접한 임의의 두 개의 인접하는 렌즈면(11)을 참조하는 경우, 이들 렌즈면(11)은 내주쪽 상의 렌즈면(11)의 하측 말단(11a)이 외주쪽 상의 렌즈면(11)의 하측 말단(11a)에 대하여 하측으로 이동하는 방식으로 광축 방향으로 서로 이동하도록 배치된다.

도 2는 소정의 범위(A) 내에 포함된 두 개의 렌즈면(11, 11)의 도면이다. 두 개의 렌즈면(11, 11) 중에서, 렌즈면(11) 양자 모두가 내측 상의 렌즈면(11)이 베이스로 설정된 상태로 광축 방향에 대하여 수평으로 정렬된 경우에서의 외측 상의 렌즈면(11)은 2점 쇄선으로 표기된 반면, 렌즈면(11, 11) 양자 모두가 광축 방향으로 이동량(δ)만큼 이동한 경우에서의 외측 상의 렌즈면(11)은 실선으로 표기되어 있다. 두 개의 렌즈면(11) 사이에 위치된 비렌즈면(12)의 높이에 있어서는, 렌즈면(11, 11) 사이에 이동량(δ)을 제공한 경우에서의 높이(Ha)는 렌즈면(11)이 서로 정렬된 경우에서의 원래의 높이(Ht)보다 더 크다. 이와 같이 비렌즈면(12)의 높이를 더 크게 하는 경우, 렌즈면(11) 또는 비렌즈면에 대응하는 홈을 다이에 형성하는 경우 상기 홈의 깊이는 비렌즈면(12)의 높이가 증가되는 만큼 증가한다. 그결과, 상기 홈을 커팅할 때 생기는 가공 오차기 비교적 적어진다. 따라서, 이른바 "피치 스킵"과 같은 결함이 발생할 가능성이 적어진다. 또한, 도 2에 예시된 각각의 렌즈면(11)의 반경방향으로의 피치(P)는 프레넬 렌즈(10)의 광축(OA)으로부터 가장 외측의 외주까지 일정하다. 또한, 렌즈면(11)의 렌즈각(θ)은 광축(OA)을 향하여 점진적으로 감소된다.

각각의 렌즈면(11)의 광축(OA)으로부터의 거리에 상관없이(본 명세서에서는 편의상 렌즈면(11)의 하측 말단(11a)을 베이스로 사용하는 것으로 예시되어 있음), 전술한 이동량(δ)은 소정의 범위(A) 내에 일정하거나 또는 거리(X)에 따라 변할 수 있다. 또한, 도 1a의 예에 있어서, 소정의 범위(A)에 포함된 모든 렌즈면(11)은 광축 방향으로 소정의 이동량(δ)만큼 각각 이동하는 한편, 복수의 렌즈면(11)은 하나의 유닛으로 그룹을 이루고 이들 렌즈면에 상기 유닛 그룹 내의 이동량(δ)이 제공되도록 배열될 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 광축으로부터의 거리(X)와 이동량(δ)과의 관계를 각각 예시하는 여러 가지 세트예의 도면이다. 본 명세서에 인용된 이동량(δ)은 두 개의 인접하는 렌즈면(11, 11) 사이에서의 이동량임에 유의해야 한다. 또한, 도 3c 및 도 3d에 있어서, 렌즈면의 외주 말단의 위치는 쇄선으로 표기되어 있다.

도 3a는 소정의 범위(A) 내에서 이동량(δ)이 거리(X)에 상관없이 일정한 예의 도면이다. 도 3b 및 도 3c는 이동량(δ)이 거리(X)가 증가함에 따라 더 적어지는 예의 도면이다. 그러나, 도 3b에서는 이동량(δ)은 거리(X)에 비례하여 직선으로 감소되고, 도 3c에서는 이동량(δ)은 복수의 렌즈면 유닛으로 계단식으로 감소된다(도 3c에서는 3개의 렌즈면이 하나의 유닛임). 도 3c에서 복수의 렌즈면이 하나의 그룹으로 취급되고 이동량은 그룹 유닛으로 변한다. 따라서, 이동량이 렌즈 면 유닛으로 변하는 경우에 비하여, 광축(OA)으로부터 소정의 범위(A)의 외주까지를 커버하는 이동량(δ)의 누적값은 더 적어진다. 따라서, 광축(OA)으로부터 소정의 범위(A)의 외주까지의 존 내의 렌즈면 사이의 총 레벨 차이가 압축될 수 있다. 또한, 도 3d는 복수의 렌즈면 유닛(도면에서는 3개의 렌즈면이 하나의 유닛임)에 제공된 이동량(δ)의 도면이다. 즉, 도 3d는 복수의 렌즈면(11)이 떨어진 경우의 예를 예시하는 도면이다. 하나의 유닛 내에서, 각각의 렌즈면(11)은 광축 방향으로 서로 정렬된다.

*다음에, 도 1b의 프레넬 렌즈를 도 4 및 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한다. 도 1b에서 명백한 바와 같이, 프레넬 렌즈(20)에 있어서, 각각의 렌즈면(21)은 광축에 대하여 서로 정렬된다. 즉, 각각의 렌즈면(21)의 하측 말단(외주쪽 상의 말단)은 동일한 평탄면(PL) 상에 모두 배치된다. 또한, 도 4에 예시된 렌즈면(21)의 반경방향으로의 피치(P)는 프레넬 렌즈(20)의 광축(OA)으로부터 외주까지 일정하다.

도 4는 도 1b의 프레넬 렌즈(20)의 소정의 범위(B)에 포함된 렌즈면(21)의 일부분의 도면이다. 이 경우, 초점 계산에 따라 제공되어야 할 원래의 각도(θt)가 제공되었을 때의 렌즈면(21)은 2점 쇄선으로 표기되어 있는 반면, 보정각(Φ)이 제공되었을 때의 렌즈면(21)은 실선으로 표기되어 있다. 도 4에서 명백한 바와 같이, 원래의 각도(θt)에 보정각(Φ)을 제공함으로써 실제 렌즈각(θa)이 원래의 렌즈각(θt)보다 더 증가하는 경우, 상기 렌즈면(21)과 결합된 상측 말단(21b)을 일 반적으로 갖는 비렌즈면(22)의 높이(Ha)는 원래의 렌즈각(θt)이 제공되었을 때의 높이(Ht)보다 더 크다. 렌즈면(21) 또는 비렌즈면(22)에 대응하는 홈을 다이에 형성하는 도 1a의 경우에서와 같이 비렌즈면(22)이 상기와 같이 더 큰 경우, 상기 홈의 깊이는 비렌즈면(22)의 높이가 증가하는 크기만큼 증가된다. 그 결과, 상기 홈을 커팅하는 경우의 가공 오차가 비교적 적게 발생한다. 따라서, 이른바 "피치 스킵"과 같은 결함이 발생할 가능성이 적어진다.

도 5a는 도 1b의 프레넬 렌즈(20)의 광축(OA)으로부터 측정된 거리(X)와 각각의 렌즈면(21)의 렌즈각(θa)과의 관계를 예시하는 도면이다. 소정의 범위(B) 외측에 위치된 존에 있어서, 렌즈각(θa)은 거리에 비례하여 변하고, 소정의 범위(B)에서 보정각(φ)이 제공되지 않은 경우의 원래의 렌즈각(θt)은 소정의 범위(B) 외측의 렌즈각(θa)에 따라 거리에 비례하는 값을 갖는다. 즉, 상기 렌즈각(θt)은 광축(OA) 상에 제로가 된다(예를 들면, 거리 = 0). 그러나, 상기 실시예에 있어서, 소정의 범위(B) 내에 보정각(Φ)이 제공된다. 또한, 도 5b에 예시된 바와 같이, 보정각(Φ)은 거리에 따라 직선으로 증가하므로 상기 보정각(Φ)은 거리(X)가 짧아질 때 더 크질 수 있다. 따라서, 소정의 범위(B)에서, 실제 렌즈각(θa)은 광축을 향하여 원래의 렌즈각(θt)보다 더 크다. 그러나, 실제 렌즈각(θa)의 경사도가 플러스인 경우, 두 개의 서로 인접하는 렌즈면(21, 21)의 렌즈각(θa)과 비교할 때, 외측 상의 렌즈면(21)의 렌즈각(θa)은 내측 상의 렌즈면(21)의 렌즈각(θa)보다 더 큰 것이 당연하다.

또한, 거리(X)와 보정각(Φ)과의 관계는 도 5b의 예에만 한정되는 것은 아니 다. 예를 들면, 도 5c에 예시된 바와 같이, 보정각은 거리(X)에 반비례로 증가하는 보정각이거나, 또는 5d에 예시된 바와 같이 거리(X)가 감소될 때 계단식으로 증가하는 보정각(θ)일 수 있다. 그러나, 도 5d의 예에서 복수의 렌즈면이 하나의 렌즈면 그룹에 포함되는 경우, 각각의 렌즈면의 보정각(φ)은 서로 균등하다. 보정각(φ)이 도 5b 내지 도 5d에서와 같이 거리(X)가 감소하면서 더 증가하는 경우, 비렌즈면(22)의 높이가 감소되는 광축 주위에 보정각이 현저하게 나타나도록 제공되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 변형예가 바람직하다.

도 6a 및 도 6b는 각각 도 1a 및 도 1b의 프레넬 렌즈 제조용 다이의 도면이다. 도 6a의 다이(30)는 그 구성이 도 1a의 프레넬 렌즈(10)의 프레넬면(13)과 상보적인 프레넬 렌즈 성형면(31)을 갖는다. 프레넬 렌즈 성형면(31)에는, 다수의 프레넬 성형홈(32 ... 32)이 다이의 중심선(CL) 둘레에 동축으로 커팅된다. 프레넬 성형홈(32)은 렌즈면(11)을 성형하는 제1 벽면(32a) 및 비렌즈면(12)을 성형하는 제2 벽면(32b)을 갖는다. 제1 벽면(32b)의 상측 말단은 전술한 렌즈면(11)의 하측 말단(11a)에 대응한다. 따라서, 중심선(CL)이 중심인 소정의 범위(A)에서, 상측 말단(32c)은 렌즈면(11)의 하측 말단(11a)의 경우에서와 같이 이들 말단이 이동량(δ)만큼 중심선(CL)을 따라 서로 이동하는 방식으로 형성된다. 그 결과, 소정의 범위(A) 내에서, 각각의 프레넬 성형홈(32)의 깊이가 증가하며 가공 오차는 비교적 적게 발생하여 피치 결함 등이 발생하는 비율이 감소된다. 소정의 범위(A) 외측 존에서, 제2 벽면(32b)의 상측 말단(32c)은 서로 정렬된다.

한 편, 도 6b의 다이(40)는 그 구성이 도 1b의 프레넬 렌즈(20)의 프레넬 면(23) 구성과 상보적인 프레넬 성형면(41)을 갖는다. 프레넬 성형면(41)은 다이의 중심선(CL) 둘레에 동축으로 커팅된 다수의 프레넬 성형홈(42 ... 42)을 갖는다. 프레넬 성형홈(42)은 렌즈면(21)을 형성하는 제1 벽면(42a) 및 비렌즈면(22)을 성형하는 제2 벽면(42b)을 갖는다. 각각의 제2 벽면(42b)의 상측 말단(42c)은 전술한 렌즈면(21)의 하측 말단(21a)에 대응한다. 따라서, 각각의 제2 벽면(42b)의 상측 말단(42c)은 중심선(CL)에 대하여 직각으로 교차하는 동일한 평탄면(PL) 상에 정렬된다. 상기 평탄면(PL)에 대한 제1 벽면(42a)의 경사각(θa)은 도 1b의 프레넬 렌즈의 렌즈각(θa)과 동일하다. 중심선(CL)이 중심인 소정의 범위(B)에서, 렌즈각(θa)은 원래의 렌즈각(θa)에 보정각(Φ)을 가산하여 얻어진 값으로 설정된다. 그 결과, 소정의 범위(B)에서, 각각의 프레넬 성형홈(42)의 깊이는 증가하고 가공 오차는 비교적 적게 발생하여 피치 결함 등이 발생하는 비율이 감소된다.

전술한 실시예에 있어서, 렌즈면을 광축 방향으로 이동시키는 수단 및 렌즈각을 원래의 렌즈각보다 더 증가시키는 수단은 각각 별개로 응용되지만, 이들 수단이 함께 응용될 수 있다. 즉, 도 7에 예시된 바와 같이, 비렌즈면(52)의 실제 높이(Ha)는 도 2의 예에서의 이동량과 유사한 광축 방향 이동량(δ) 및 도 4의 예에서의 보정각과 유사한 보정각(Φ)을 동시에 제공함으로써 증가될 수 있다. 또한, 도 7의 예에 있어서, 도 8에 예시된 바와 같이, 이동량(δ)이 렌즈면(51)에 제공된 제1의 소정 범위(A) 및 렌즈각(Φa)이 보정각(Φ)을 제공함으로써 증가된 제2의 소정 범위(B)에 있어서, 범위(A)는 범위(B)보다 더 좁게 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 양 범위(A, B)의 중복되는 부분에서는 이동량(δ) 및 보정각(Φ)은 동시에 제공되고, 범위(A)의 외측 및 범위(B)의 내측인 존에서는 단지 보정각만 제공된다. 도 7의 프레넬 렌즈(50) 성형용 다이는 그 구성이 프레넬면(53)의 구성과 상보적이거나 또는 동일한 프레넬 성형면을 갖고, 다이의 구체적인 구성은 예를 들면 도 6a 및 도 6b에 예시된 다이(30, 40) 중 어느 하나의 프레넬 성형면(31 또는 41)이 베이스로 설정되어 다른 프레넬 성형면(41 또는 31)이 프레넬 성형면(31 또는 41) 상에 겹치도록 설정된 다이일 수 있다. 여기에 관한 예시는 생략한다.

또한, 전술한 실시예를 참조하여 예시된 도면에 있어서, 렌즈면의 이동량, 렌즈각, 보정각 등은 확대 도시되어 있지만, 본 발명의 범위는 도면에 예시된 범위에만 한정되는 것은 아니다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 프레넬 렌즈에 따르면, 렌즈면 사이의 경계에 위치된 비렌즈면의 높이는 종래의 프레넬 렌즈보다 더 증가하기 때문에, 다이의 가공 시, 비렌즈면에 대응하는 프레넬 성형홈의 가공 시 커팅 공구의 커팅량은 증가하고 가공 오차는 비교적 적어진다. 따라서, 피치 스킵과 같은 결함이 발생할 비율이 감소되고 다이의 가공 시 수율이 개선된다.

또한, 본 발명의 다이에 있어서, 렌즈면 또는 비렌즈면에 대응하는 홈의 가공 시 가공 오차의 발생을 억제할 수 있으므로 고품질의 프레넬 렌즈를 제조할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 프레넬 렌즈의 광축 방향을 따라 절취된 단면도이다.

도 2는 광축 주위에 제공된, 도 1a에 예시된 프레넬 렌즈 일부의 렌즈면의 확대도이다.

도 3a 내지 도 3d는 각각 도 2의 프레넬 렌즈의 광축으로부터 측정된 거리와 렌즈면의 광축 방향의 이동량과의 관계를 예시하는 도면이다.

도 4는 광축 주위에 제공된, 도 1b에 예시된 프레넬 렌즈 일부의 렌즈면의 확대도이다.

도 5a 내지 도 5d는 각각 도 4의 프레넬 렌즈의 광축으로부터 측정된 거리와 렌즈면의 이동량과의 관계를 예시하는 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 각각 도 1a 또는 도 1b의 프레넬 렌즈 제조용 다이를 예시하는 도면이다.

도 7은 이동량이 렌즈면 사이에 설정되는 동시에 보정각이 렌즈각에 제공되는 실시예의 도면이다.

도 8은 도 7의 프레넬 렌즈의 이동량의 설정 범위와 보정각이 제공된 범위 와의 관계를 예시하는 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 문제를 예시하는 도면이다.

Claims

프레넬 렌즈에 있어서,

두 개의 렌즈면이 서로에 대해 렌즈의 광축을 따르는 방향으로 쉬프트(shift)되고,

상기 두 개의 렌즈면 사이의 경계에 위치된 비렌즈면의 상기 광축을 따르는 방향의 높이는, 상기 렌즈면 각각의 일단이 상기 광축에 대하여 직각으로 상기 광축과 교차하는 평면과 동일한 평면상에 위치되는 것으로 가정한 경우의 비렌즈면의 높이보다 높은,

프레넬 렌즈.
제1항에 있어서,

소정의 범위 내에 포함되는 복수개의 렌즈면에서, 상기 소정 범위의 중심은 광축과 일치되며, 상기 복수개의 렌즈면은, 하나 또는 복수의 렌즈면을 하나의 단위로 하여, 상기 복수개의 렌즈면이 각각의 단위마다 상기 광축을 따르는 방향으로 쉬프트되도록 배치되는 방식으로 배열되는,

프레넬 렌즈.
제2항에 있어서,

상기 단위 사이의 상기 렌즈면의 쉬프트량이 일정한, 프레넬 렌즈.
제2항에 있어서,

상기 단위 사이의 상기 렌즈면의 쉬프트량은 상기 광축으로부터 측정된 반경 방향으로의 거리에 따라 변하는, 프레넬 렌즈.
제2항에 있어서,

상기 단위 사이의 상기 렌즈면의 쉬프트량은 상기 광축으로부터 측정된 반경 방향으로의 거리가 증가함에 따라 감소하는, 프레넬 렌즈.
프레넬 렌즈에 있어서,

제1의 소정 범위 내에 포함되는 복수개의 렌즈면에서, 상기 제1의 소정 범위의 중심은 광축과 일치되며, 상기 복수개의 렌즈면은, 하나 또는 복수의 렌즈면을 하나의 단위로 하여, 상기 복수개의 렌즈면이 각각의 단위마다 상기 광축을 따르는 방향으로 서로 쉬프트(shift)되도록 배치되는 방식으로 배열되고,

상기 각각의 단위 사이의 각 경계에 위치된 비렌즈면의 상기 광축을 따르는 방향의 높이는, 상기 렌즈면 사이에 경계를 갖고 서로 인접하는 렌즈면 각각의 일단이 상기 광축에 대하여 직각으로 상기 광축과 교차하는 평면과 동일한 평면상에 위치되는 것으로 가정하는 경우에 있어서의 비렌즈면의 높이보다 높으며,

제2의 소정 범위 내에 포함되는 복수개의 렌즈면에서, 상기 제2의 소정 범위의 중심은 광축과 일치되며, 상기 제2의 소정 범위 내에 포함되는 복수개의 렌즈면 각각의 렌즈각은, 각각의 렌즈면에 대하여 실행되는 초점 계산에 따라 부여될 렌즈각보다 크게 설정되는,

프레넬 렌즈.
제6항에 있어서,

상기 제1의 소정 범위는 상기 제2의 소정 범위보다 더 좁은, 프레넬 렌즈.
프레넬 렌즈용 다이에 있어서,

상기 프레넬 렌즈용 다이는, 상기 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기술된 상기 프레넬 렌즈의 각 렌즈면을 구비한 프레넬면의 구성(configuration)과 동일하거나 상보적인 구성의 프레넬 성형면을 갖는,

프레넬 렌즈용 다이.