JP3002220B2 - Fresnel lens and method of manufacturing the same - Google Patents
Fresnel lens and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、フレネルレンズ及びその製造方法とフレネ
ルレンズを用いたオバーヘッドプロジェクタ及びプロジ
ェクションテレビセットに関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Fresnel lens, a method for manufacturing the same, an overhead projector using the Fresnel lens, and a projection television set.
［従来の技術］ 従来のフレネルレンズの構造を図面を用いて説明す
る。第２図（ａ）は、従来のフレネルレンズの斜視図を
示したものであり、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。[Prior Art] The structure of a conventional Fresnel lens will be described with reference to the drawings. FIG. 2 (a) is a perspective view of a conventional Fresnel lens. The Fresnel lens 1 is made of, for example, an optical plastic material having high light transmittance, and includes a plurality of concentric prisms. Formed on the surface. FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a main part of the Fresnel lens 1 cut in the center direction. As shown in this figure, the surface of the Fresnel lens body 1 has a prism surface 2
And a prism having a flank 3 facing the prism surface and a peak 4 having a mountain-shaped cross section (preferably expressed as a saw-tooth shape) concentrically on the same plane,
Moreover, a plurality of them are formed periodically. The angle θ formed between the prism surface 2 and the horizontal reference surface 5 is called a prism angle or a Fresnel angle, and the angle becomes smaller as it goes toward the center of the lens. This forms a convex lens.
このフレネルレンズ１の成形法は、一般的に、母型と
してフレネルレンズの転写断面形状を有する金型を製作
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。In general, a molding method of the Fresnel lens 1 is to manufacture a mold having a transfer cross-sectional shape of the Fresnel lens as a mother mold, and to pour and mold an optical plastic material into the mold.
This is to duplicate a plurality of Fresnel lenses from one mold.
次にこの金型の製作法について説明する。 Next, a method of manufacturing this mold will be described.
第３図は、フレネルレンズ成形用金型の切削加工方法
を示す部分断面図である。同図において、フレネルレン
ズ金型11は、回転テーブル12の上面に真空吸引などの手
法を用いて保持、回転される。切削工具６の切刃6aをプ
リズム角θの角度となるような姿勢に原点Ｉの水平基準
面を基準に位置決めし、工具切込み原点Ｉ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ｂ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Ｉ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。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a method of cutting a Fresnel lens molding die. In the figure, a Fresnel lens mold 11 is held and rotated on the upper surface of a rotary table 12 by using a technique such as vacuum suction. The cutting edge 6a of the cutting tool 6 is positioned so as to be at the angle of the prism angle θ with reference to the horizontal reference plane of the origin I, and cutting is performed from the tool cutting origin I to a position indicated by a dotted line as indicated by an arrow a. Then, the prism surface 2 is cut. Thereafter, as shown by the arrow b, the tool rises to the tool cutting origin I and stops, and is rotated about the tip of the cutting edge as shown by the arrow c to cut the angle α of the flank 3 facing the prism surface 2 and the cutting of the cutting tool 6. Positioning is performed at the position shown by the one-dot chain line so that the blades 6b coincide. In this state, cutting is performed from the tool cutting origin I to the position shown by the two-dot chain line as shown by the arrow d, and after returning to the tool cutting origin as shown by the arrow e, 1 is moved to the position of the next prism as shown by the arrow f. The cutting tool is moved by the pitch. Here, the angle α of the flank 3 is referred to as a “flank angle α”, and the angle α is vertically lowered from the peak 4 of the prism (corresponding to the valley bottom 4 ′ of a concentric circle in the mold) to the horizontal reference line of the origin I. It is defined by the angle between the reference line and the flank 3.
第２図に示したように、プリズム角θは、フレネルレ
ン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、一般的に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、一
般的に曲率半径は０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。As shown in FIG. 2, the prism angle θ is determined from the optical characteristics required according to the application in which the Fresnel lens is used, but the clearance angle α of the flank 3 relative to the prism surface 2 is Generally, it is 0 °, and the flank 3 is formed perpendicular to the horizontal reference plane 5. In addition, in the cross section of the Fresnel lens 1 in FIG. 2, the peak 4 of the prism generally has a radius of curvature of 0, and corresponds to the groove bottom 4 'of the Fresnel lens molding die 11 shown in FIG. Therefore, the cutting tool 6 has the same shape as the tip of the cutting edge.
なお、この種のフレネルレンズとして関連するものに
は、例えば特開昭58−184939号公報が挙げられる。Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A) No. 58-184939, for example, relates to this type of Fresnel lens.
［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では、フレネルレンズの要求光学特性か
らプリズム角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。[Problems to be Solved by the Invention] In the above-described conventional technology, the prism angle θ is determined from the required optical characteristics of the Fresnel lens, but the clearance angle α and the shape of the prism peak 4 of the Fresnel lens are not considered. . This problem will be described below.
また、プリズム山頂部４の形状が鋭く、曲率半径Ｒ
が、ほぼ０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、逃げ面３の内面、プリズム面２の内面で反
射を繰り返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。Further, the shape of the prism peak 4 is sharp and the radius of curvature R
However, since it is almost 0, there is a problem that a concentric circle line at the peak is conspicuous as an optical characteristic of the lens. This problem will be described in more detail with reference to FIG. The light beam a incident on the prism surface 2 of the Fresnel lens 1 is refracted and emitted in the direction of the arrow, but a part is reflected on the inner surface of the prism surface 2 and the inner surface of the flank surface 3 and the inner surface of the prism surface 2. And reaches the prism peak 4 while repeating reflection. This light has a problem that as the prism peak 4 is sharper and the radius of curvature R is smaller, the light is more conspicuous as a lens, and unnecessary concentric lines are more conspicuous.
フレネルレンズ１のプリズム山頂部４の形状は金型11
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。この切刃先端形状
は、切削工具の寿命に大きな影響を及ぼす。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
削力が集中し、切り刃の欠け、過大な摩耗を生じ易く、
１枚の金形を切削するに要する切削工具寿命を確保でき
ない。The shape of the prism peak 4 of the Fresnel lens 1 is a mold 11
And the shape of the cutting edge of the cutting tool 6 for performing the die machining. The shape of the cutting edge has a great effect on the life of the cutting tool. That is,
When the tip of the cutting edge of the cutting tool 6 has a sharp shape close to the radius of curvature 0, when cutting the mold described in FIG.
Since cutting of the mold is started from the tip of the cutting blade, the cutting force concentrates on the tip of the cutting blade, and the chip is easily chipped and excessively worn.
The life of the cutting tool required for cutting one mold cannot be secured.
また、第３図に示したように、逃げ角αが過小である
場合（α≒０）、及び金型溝底部４′の曲率半径Ｒが、
ほぼ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。Also, as shown in FIG. 3, when the clearance angle α is too small (α ≒ 0) and when the radius of curvature R of the mold groove bottom 4 ′ is
If the value is almost 0, there is a problem in the yield of the molded product, such as difficulty in releasing from the mold and damage to the peak of the prism in the die-cutting step after the optical plastic is poured into the mold and molded.
したがって、本発明の目的は、上記従来の問題点を解
消することにあり、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
はこのフレネルレンズを適応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を、それぞれ提
供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, the first object of which is an optically improved Fresnel lens, and the second object of the present invention is an improved Fresnel lens which improves the yield. The third object of the present invention is to provide an overhead projector and a projection television set to which the Fresnel lens is applied.
［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的は、 （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
円弧形状又は多角形状を有して成るフレネルレンズによ
り、 上記第２の目的は、 （２）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の円弧形状又は多角形
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フレネルレンズの製造方
法により、 上記第３の目的は、 （３）光学系にフレネルレンズを使用したオーバーヘッ
ドプロジェクタ及び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は、断面が山形形状を呈した
複数個の同心円状のプリズムを同一平面上に形成し、前
記各プリズムの山頂部が曲率半径１〜10μｍの円弧形状
又は多角形状であることを特徴とするオーバーヘッドプ
ロジェクタ及びプロジェクションテレビセットにより達
成される。[Means for Solving the Problems] The first object is as follows. (1) In a Fresnel lens in which a plurality of concentric prisms each having a mountain-shaped cross section are formed on the same plane, The Fresnel lens whose top has an arc shape or a polygonal shape having a radius of curvature of 1 to 10 μm has a second object. (2) A cross-sectional shape of a valley bottom of a plurality of concentric grooves provided on the same plane. The third object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Fresnel lens, which comprises a step of injecting an optical plastics material into a mold having an arc shape or a polygon shape having a radius of curvature of 1 to 10 μm to form an optical plastic material. 3) In an overhead projector and a projection television set using a Fresnel lens for an optical system, the Fresnel lens has a plurality of concentric circular cross sections having a mountain shape. Forming a rhythm on the same plane, the summit portion of the each prism is achieved by an overhead projector and a projection television set, which is a circular arc shape or a polygonal shape of a radius of curvature 1 to 10 [mu] m.
［作用］ 断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズム
から構成されるフレネルレンズ１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。[Operation] Each prism peak portion 4 of the Fresnel lens 1 composed of a plurality of concentric prisms having a mountain-shaped cross section.
In order to form the shape of an arc, polygon, or plane,
The structure of the groove bottom of the mold for molding the Fresnel lens 1 may be an arc, a polygon, or a plane. For cutting the die, as a cutting tool, the tip of the cutting edge is formed into an arc shape, a polygonal shape, or a planar shape in the same manner as the groove bottom structure of the die, and used. Chipping and excessive wear can be prevented, and a sufficient tool life can be ensured.
上記効果を得るために、フレネルレンズ１のプリズム
山頂部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、フレネルレンズ１の光学性
能を阻害することがない。さらに、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。In order to obtain the above effect, the angle α of the flank 3 facing the prism surface 2 is set within an angle that cannot prevent light emitted from the prism surface 2 according to the shape of the prism peak 4 of the Fresnel lens 1. Therefore, the optical performance of the Fresnel lens 1 is not hindered. Further, by maximizing the clearance angle α within the above range, the releasability of the optical plastic Fresnel lens molded from the mold can be improved.
また、フレネルレンズ１のプリズム山頂部４の形状が
鋭くないため、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。Further, since the shape of the prism peak 4 of the Fresnel lens 1 is not sharp, the light is repeatedly reflected on the inner surface of the prism surface 2 and the inner surface of the flank 3 and scattered even when the light reaches the prism peak 4, so that unnecessary concentric circles are formed. Lines are less noticeable.
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施例1. 第１図は、本発明の一実施例に係るフレネルレンズの
要部断面拡大図を示したものである。Example 1 FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a Fresnel lens according to an example of the present invention.
フレネルレンズ１の外観形状は、先に従来の技術の項
で説明した第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。The appearance of the Fresnel lens 1 is the same as that shown in FIG. That is, the lens is made of an optical plastic having a high light transmittance, and a plurality of concentric prisms are formed on the same lens substrate surface.
第１図において、山形形状を呈したプリズムは、水平
基準線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。In FIG. 1, a prism having a mountain shape has a prism surface 2 inclined by a prism angle θ (also referred to as a Fresnel angle θ) with respect to a horizontal reference line 5, and a prism perpendicular to the horizontal reference line 5 from a peak 4. It is composed of a flank 3 that is inclined by a “relief angle α” with respect to the lowered vertical reference line.
上記プリズム面２と逃げ面３の交点、すなわちプリズ
ムの山頂部４は、曲率半径Ｒが１〜10μｍの円弧形状に
成形されている。The intersection of the prism surface 2 and the flank 3, that is, the peak 4 of the prism is formed in an arc shape having a radius of curvature R of 1 to 10 μm.
上記フレネル角θは、フレネルレンズ１の仕様、つま
り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。The Fresnel angle θ is uniquely determined from the specifications of the Fresnel lens 1, that is, the required optical performance, but the clearance angle α needs to be determined by the magnitude of the radius of curvature R of the prism peak 4. Hereinafter, this will be described in detail.
第４図はフレネルレンズの使用状況を模式的に示す説
明図である。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のイの部を通過し矢印ｂ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。FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the use situation of the Fresnel lens. Light emitted from point A, which is a light source, in the direction of arrow a passes through portion A of Fresnel lens 1, travels in the direction of arrow b, and reaches point B on the optical axis. The progress of light at the portion A of the Fresnel lens 1 will be described below.
第５図は、第４図のイ部の部分拡大図を示したもので
ある。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点間を通り、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）と直線AD（光線ａ
の光路）の成す角γが光の無出射角となる。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。FIG. 5 is a partially enlarged view of the portion A in FIG. In the figure, a ray a passing through the root of one prism
Passes between the AD points of the prism, and in the area of the virtual prism ABC, the ABD portion does not form an optical path but becomes an unnecessary portion. That is, a straight line AB (corresponding to a vertical reference line) and a straight line AD (light ray a
Is the light non-emission angle. It can also be seen that an arc-shaped portion having a radius of curvature R of the prism peak 4 cannot be used as an optical path.
この部分の角度をβとすれば、各プリズムの逃げ角α
は、次式 α＝γ−β （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。If the angle of this part is β, the clearance angle α of each prism
Is given by the following equation: α = γ−β (1), where α can be used as a draft when the Fresnel lens molded as the maximum clearance angle is released from the mold. The releasability is improved. Therefore, the clearance angle α is a function of the radius of curvature R of the arc shape of the prism peak 4.
第６図には、このプリズム山頂部４の円弧形状の曲率
半径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、及び最大逃け角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
逃け角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。この工具寿命を確
保するには、切刃先端を第７図に示すように、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、充分な工具寿
命を保持し、成形品の離型に悪影響を与えないプリズム
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。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the distance from the center of the Fresnel lens, the prism angle θ, and the maximum clearance angle α, using the radius of curvature R of the arc shape of the prism peak 4 as a parameter. The smaller the radius of curvature R of the prism top 4 is, the larger the maximum clearance angle α can be, and the more easily the Fresnel lens can be released from the mold. However, as mentioned above,
In order to reduce the radius of curvature of the arc shape at the peak of the prism, it is necessary to sharpen the tip of the cutting tool used in mold processing, and a sufficient tool life is obtained due to chipping of the cutting edge and excessive wear. I can't secure it. In order to secure this tool life, the tip of the cutting edge, which is the intersection of the prism face cutting edge 6a and the flank cutting edge 6b, is formed in an arc shape having a radius of curvature R as shown in FIG. It is advantageous to mold it into However, when the radius of curvature R is increased, the clearance angle α is reduced as shown in FIG. 6, and as described above, it is difficult to release (release) the Fresnel lens during molding. From the phenomena opposite to each other, various conditions for the arc-shaped curvature radius R at the peak of the prism that maintain a sufficient tool life and do not adversely affect the mold release of the molded product were examined. As a result, when the radius of curvature of the cutting tool tip is less than 1 μm, chipping is likely to occur, and the radius of curvature of the prism peak is reduced.
If it exceeds 10 μm, as shown in FIG. 6, it is necessary that the clearance angle α is already 0 ° where the clearance angle α is half or more of the inner circumference of the Fresnel lens radius, and it is apparent that it becomes difficult to release the molded Fresnel lens. It became.
このような結果から、フレネルレンズのプリズム山頂
部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１〜10μｍが好ま
しく、さらに好ましくは３〜５μｍである。From these results, the arc-shaped radius of curvature R of the prism peak 4 of the Fresnel lens is preferably 1 to 10 μm, more preferably 3 to 10 μm, from both the cutting tool life and the mold releasability during molding. ５5 μm.
上記切刃先端が曲率半径Ｒを有する円弧形状の切削工
具で切削した金型は第８図に示すように、谷底部の形状
が切削工具切刃先端の円弧形状の曲率半径と同様にな
る。As shown in FIG. 8, in the die whose tip of the cutting edge has been cut with an arc-shaped cutting tool having a radius of curvature R, the shape of the valley bottom is the same as the radius of curvature of the arc shape of the tip of the cutting tool cutting edge.
切削工具先端の曲率半径Ｒが０の場合、切削距離が約
10Km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
の先端率半径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。When the radius of curvature R at the tip of the cutting tool is 0, the cutting distance is about
At the point of 10 km, the tip of the cutting edge wears out and cutting cannot be continued. For this reason, one Fresnel lens molding die cannot be machined with one cutting tool. Therefore, by using the cutting tool having a tip radius R of 1 to 10 μm of the present invention, the above-mentioned drawback of the tool life due to wear, chipping, and the like is eliminated, and one Fresnel lens molding die can be used with one cutting tool. Processing becomes possible. However, if the radius of curvature of the tip of the cutting blade exceeds 10 μm, chatter is likely to occur due to an increase in cutting resistance, depending on the cutting conditions, but is desirably avoided.
また、上記フレネルレンズ成形用金型を用いた成形時
に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＝１μｍ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。Also, when the Fresnel lens is released (molded out) at the time of molding using the Fresnel lens molding die, the radius of curvature R at the tip of the cutting tool is smaller than 1 μm, that is, the valley bottom of the molding die has a curvature. If the radius R is smaller than 1 μm, mold release is impossible. However, in the Fresnel lens molding die using a cutting tool having a radius of curvature of R = 1 to 10 μm according to the present invention, mold release ( Die removal) becomes possible sufficiently.
さらにまた、フレネルレンズ成形品の山頂部の形状が
曲率半径Ｒ＝１〜10μｍ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10μｍ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。Furthermore, since the shape of the peak of the Fresnel lens molded product is not sharp with a radius of curvature R = 1 to 10 μm, light that is repeatedly reflected on the inner surface of the prism surface and the inner surface of the flank scatters even when reaching the peak of the prism. Therefore, unnecessary concentric lines become less noticeable. If the radius of curvature R at the peak is larger than 10 μm, external light is reflected at the peak rather than internally reflected light, which is not preferable.
実施例2. さらに同様の効果を得ることのできる他の実施例につ
いて説明する。Embodiment 2 Another embodiment capable of further obtaining the same effect will be described.
第９図は、切削工具の切刃先端を示した図で、プリズ
ム面切削用切刃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１〜10μｍに相当した多角形状
の切刃6cを設けたものである。この切削工具で切削した
金型の要部断面拡大図を第10図に示す。FIG. 9 is a diagram showing the cutting edge of the cutting tool, and corresponds to a radius of curvature of 1 to 10 μm at the cutting edge 6c which is the intersection of the prism surface cutting edge 6a and the flank surface cutting edge 6b. A polygonal cutting edge 6c is provided. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a die cut by the cutting tool.
これからわかるように、溝底部４′が曲率半径Ｒ＝１
〜10μｍ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。As can be seen, the groove bottom 4 'has a radius of curvature R = 1.
The shaped Fresnel lens has a polygonal shape equivalent to an arc having a radius of curvature of 1 to 10 μm, as shown in the enlarged cross-sectional view of FIG.
なお、この場合のフレネルレンズの光学特性、成形時
の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。In this case, the optical characteristics of the Fresnel lens, the releasability at the time of molding, the life of the cutting tool, and the like are described in Example 1.
The same result as in the case of was obtained.
実施例3. さらに他の実施例について説明する。Third Embodiment Still another embodiment will be described.
第12図は、切削工具の切刃先端を示した部分拡大斜視
図で、プリズム面切削用切刃6aと逃げ面切削用切刃6bの
交点である切刃先端部に、曲率半径１〜10μｍ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13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
１〜10μｍ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。FIG. 12 is a partially enlarged perspective view showing the cutting edge of the cutting tool, and has a radius of curvature of 1 to 10 μm at the cutting edge which is the intersection of the prism surface cutting blade 6a and the flank surface cutting blade 6b. A cutting edge 6d having a planar shape corresponding to the width of the circular arc is provided. The cross section of the die cut by this cutting tool has a plane shape corresponding to the width of an arc having a radius of curvature of 1 to 10 μm, as shown in FIG.
Further, as shown in the enlarged cross-sectional view of FIG. 14, the Fresnel lens formed by this method has a peak 4 of the prism with a radius of curvature of 1.
It has a planar shape corresponding to the width of an arc shape of about 10 μm.
なお、この場合も、フレネルレンズの光学特性、成形
時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。In this case, the same results as in Example 1 were obtained in all of the optical characteristics of the Fresnel lens, the releasability during molding, and the life of the cutting tool.
実施例4. 上記実施例１〜３で成形したフレネルレンズをプロジ
ェ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。Embodiment 4 An application example in which the Fresnel lenses molded in Embodiments 1 to 3 are applied to an optical system of a projection television will be described.
第15図はフレネルレンズを使用したプロジェクション
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101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。FIG. 15 is a schematic explanatory view showing a partially broken projection television using a Fresnel lens, in which red, green, and blue CRTs 22a are respectively arranged from the rear side of a front screen 101 installed on the front of a television main body 21. , 22b,
Light rays A, B, and C emitted from 22 c are reflected by mirror 23 and projected on front screen 101. The above-described Fresnel lens 1 is installed inside a front screen 101.
これにより、従来のフレネルレンズを使用した装置よ
りも、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。As a result, it was possible to obtain a projection television having a characteristic in which unnecessary concentric lines at the top of the prism were less noticeable than an apparatus using a conventional Fresnel lens.
［発明の効果］ 本発明によれば、上述の通り、金型加工用切削工具の
欠け、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。[Effects of the Invention] According to the present invention, as described above, a long-life die cutting tool that prevents the tool life from being shortened due to chipping and excessive wear of the die-cutting cutting tool, and that allows Fresnel to be formed during molding A mold for molding that can easily release the lens, a method for molding an excellent Fresnel lens by using this mold, and a Fresnel lens with inconspicuous unnecessary concentric lines are used. Projection televisions that can be provided.
第１図は、本発明の一実施例に係るフレネルレンズの要
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。FIG. 1 is an enlarged sectional view of a main part of a Fresnel lens according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a perspective view of a conventional Fresnel lens, FIG. 2 (b) is a partially enlarged sectional view thereof, FIG. 2 (c) is an explanatory sectional view of a main part for explaining the light emission state, FIG. 3 is a schematic partial sectional side view showing a method of cutting a Fresnel lens mold, and FIG. 4 is a method of using the Fresnel lens. FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part illustrating a non-emission area of the Fresnel lens, and FIG. 6 is a characteristic showing a relationship between a distance from the center of the Fresnel lens, a prism angle θ, and a maximum clearance angle α. FIG. 7 is a perspective view of the cutting tool and FIG. 7 is an enlarged view of an essential part of the tip of the cutting blade. FIGS. 9 and 12 are enlarged views of an essential part of the tip of the cutting tool according to different embodiments of the present invention. The perspective view, FIG. 8, FIG. 10 and FIG. 13 show components according to different embodiments of the present invention, respectively. Enlarged sectional view of main part of mold for molding
11 and 14 are enlarged cross-sectional views of a main part of a Fresnel lens according to different embodiments of the present invention, and FIG. 15 is a partially cutaway schematic explanatory view of a projection television. << Description of Signs >> 1... Fresnel lens, 2... Prism surface, 3... Flank, 4... Prism top, 4 ′... Die groove bottom, 6... Cutting tool, 6 a. Cutting edge for surface cutting, 6b ... Cutting edge for flank cutting, 11 ... Fresnel lens mold.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 3/08 G03B 21/62 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 3/08 G03B 21/62
Claims (4)
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１〜10
μｍの円弧形状又は多角形状を有して成るフレネルレン
ズ。1. A Fresnel lens comprising a plurality of concentric prisms having a mountain-shaped cross section on the same plane, wherein the peak of each prism has a radius of curvature of 1 to 10.
A Fresnel lens having an arc or polygonal shape of μm.
谷底部の断面形状を曲率半径１〜10μｍの円弧形状又は
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フレネルレンズの
製造方法。2. An optical plastics material is poured into a mold in which a plurality of concentric grooves provided on the same plane are formed into a circular arc shape or a polygonal shape having a cross-sectional shape of a valley bottom having a radius of curvature of 1 to 10 μm. A method for producing a Fresnel lens, comprising the steps of:
ーヘッドプロジェクタにおいて、前記フレネルレンズ
は、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
ムを同一平面上に形成し、前記各プリズムの山頂部が曲
率半径１〜10μｍの円弧形状又は多角形状であることを
特徴とするオーバーヘッドプロジェクタ。3. An overhead projector using a Fresnel lens for an optical system, wherein the Fresnel lens is formed by forming a plurality of concentric prisms having a mountain-shaped cross section on the same plane, and a crest portion of each of the prisms. Is an arc shape or a polygon shape having a radius of curvature of 1 to 10 μm.
ェクションテレビセットにおいて、前記フレネルレンズ
は、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
ムを同一平面上に形成し、前記各プリズムの山頂部が曲
率半径１〜10μｍの円弧形状又は多角形状であることを
特徴とするプロジェクションテレビセット。4. A projection television set using a Fresnel lens for an optical system, wherein the Fresnel lens is formed by forming a plurality of concentric prisms having a mountain-shaped cross section on the same plane, and the peaks of the prisms. A projection television set, wherein the portion has an arc shape or a polygon shape having a curvature radius of 1 to 10 μm.
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