JP3420753B2 - Fresnel lens manufacturing mold - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、透過形スクリーンに適
用されるフレネルレンズ、特に光源光の不要な反射に起
因して発生する色むらが改善されたフレネルレンズの製
造用型に関する。 【０００２】 【従来の技術】透過形スクリーンは、例えばプロジェク
ション（投射）形テレビジョン用のスクリーンとして用
いられており、通常レンチキュラーレンズシート等とフ
レネルレンズとを組合せて形成される。 【０００３】上記フレネルレンズは、図２に中心部の断
面図で示すように、透明樹脂製の平板又はシートの一面
（図では上面）にレンズ部を形成したものである。この
レンズ部は、図３に一部を拡大して示すように、レンズ
中心から所定のピッチで同心円状に配されたプリズム部
Ｐで形成されている。各プリズム部Ｐは、レンズ面Ｌと
非レンズ面Ｎとで構成され、該レンズ面Ｌはレンズ主面
（レンズ裏面Ｒに平行）とプリズム角Ａを成し、又非レ
ンズ面Ｎはレンズ主面の法線と非レンズ面角Ｂを成して
いる。 【０００４】上記フレネルレンズでは、所定の光学的特
性を与えるために、レンズ中心から外周方向に向ってプ
リズム角Ａが順次増大するように各プリズム部Ｐが形成
されている。 【０００５】上述のフレネルレンズ１０は、通常レンズ
形状の逆形状を有する金型等の型により熱可塑性樹脂の
シートをプレスする熱プレス法、熱重合するモノマーシ
ロップを周辺をシールした型中に流し込んで、この状態
でオーブン中で加熱して重合反応を進めるキャスティン
グ法、紫外線硬化樹脂を型上に塗布して、その上に透明
なフィルムあるいはシートを重ね、紫外線硬化樹脂を型
とフィルムあるいはシート間に挾持しながら紫外線を照
射して硬化させる紫外線硬化樹脂法で製造される。従っ
て、上記のいずれの方法を採用する場合においても、金
型あるいは樹脂型を必要とする。 【０００６】このような、例えば金型は、黄銅等の金属
からなるワークを回転させながら楔状のダイヤモンドバ
イト（切削刃：刃先角θは４５°程度）を使用して切削
される。前述のように、フレネルレンズは半径方向にプ
リズム角が変化していくので、切削を行うにはバイトが
ワークの半径方向の移動、切り込み方向（ワーク面に対
して垂直方向）の移動、ワーク面に対する角度を変化さ
せる回転の３種類の移動が可能な旋盤が使用される。 【０００７】金型の切削形成は、従来、図８〜図１０に
模式的に示したような方法で行っている。なお、図で
は、バイト１２を便宜上小さく示してある。実際には、
金型１４の型プリズム部Ｐm（フレネルレンズのプリズ
ム部Ｐに実質的に対応する。以下、金型におけるフレネ
ルレンズ対応部にはmの添字を付記する。）よりバイト
の方が大きく、従って、先端部が図示したものと同形状
のバイトで切削を行う。 【０００８】図８は、型中心に近い位置のレンズ面Ｌm
をバイト１２の斜面１２Ａで切削している状態を示し、
この状態では型プリズム角Ａmとバイト１２の刃先角θ
との和、即ち（Ａm＋θ）は９０°未満である。 【０００９】従って、金型１４の型非レンズ面Ｎmは、
上方から順次下方に移動するバイト１２の先端により、
金型裏面（主面）Ｒmに垂直に切削されるため、該型非
レンズ面Ｎmの表面には切削時のバイト先端の送り跡が
残った状態、即ち、非鏡面になっている。 【００１０】図９は、上記図８よりも外周方向に移動し
た位置の型レンズ面Ｌmを切削している状態を示してお
り、この位置では、上記バイト１２の刃先角とプリズム
角の和、（Ａm＋θ）は略９０°になっている。従っ
て、型非レンズ面Ｎmは、バイト１２の背面１２Ｂで切
削され始めるため、該型非レンス面Ｎmは略鏡面になっ
ている。 【００１１】図１０は、上記図９よりも更に外周方向に
移動した位置の型レンズ面Ｌmを切削している状態を示
しており、この位置では型レンズ面Ｌmを切削すると同
時に型非レンズ面Ｎmがバイト１２の背面１２Ｂで切削
形成されるため、該型非レンズ面Ｌmは完全な鏡面状態
になっている。 【００１２】上述した方法で形成された従来の金型を用
いて製造したフレネルレンズを適用したスクリーンは、
図４に示すように、スクリーンＳの後方に配置したＲ
（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各ＣＲＴ（陰極線
管）からレンズ（図示せず）を通して光を投映し、スク
リーンＳの前方から該スクリーンＳを観察するのが一般
的であり、この場合、上記フレネルレンズは通常スクリ
ーンＳのＣＲＴ側、即ち入光側に配されている。 【００１３】このように、フレネルレンズがＣＲＴ側に
配されたスクリーンＳに対して、後方にあるＲ、Ｇ、Ｂ
の各ＣＲＴから光が投映されると、中心のＧ光には問題
が少ないが、軸外光となるＲ光、Ｂ光には、スクリーン
中心に対してある集中角をもって該スクリーンＳ内に入
光されるため、次のような問題がある。 【００１４】今、図５の平面図で示したスクリーンＳの
○印で示した位置を観察する場合を考えると、この観察
ポイントに近いＣＲＴ（Ｒ）からは近軸光（入射角度の
小さい光）が入光し、逆に遠いＣＲＴ（Ｂ）からは遠軸
光（入射角度の大きい光）が入光する（図４）。 【００１５】近軸光がフレネルレンズ１０に入光される
と、図６の部分断面図に示すように、該近軸光の一部は
レンズ面Ｌで内部反射されるため損失となり、又、遠軸
光が入光されると、該光はレンズ面Ｌから出光された
後、隣接するプリズム部Ｐ′の非レンズ面Ｎ′で反射さ
れるため、同様に損失となる。又、後に図１を用いて説
明するが、その反射光はレンズ中心側に向うので、スク
リーンを立てた状態で観察すると、スクリーン下側の両
隅に色むらが視認されることにもなる。 【００１６】又、図７に示すように、サーキュラーフレ
ネルレンズにおいては、フレネルレンズ１０に入光した
光の一部がレンズ面Ｌで内部反射し、この反射光が更に
レンズ裏面Ｒで反射されて迷光となり、この迷光が入光
したプリズム部Ｐから離れた位置のプリズム部Ｐaの非
レンズ面Ｎaから出光すると、虹状の色むら（いわゆる
レインボー）として視認されることになる。 【００１７】上記のような光の反射損失やレインボー等
の色むらの発生は、いずれもスクリーンＳの画質を低下
させる原因となる。 【００１８】スクリーンＳの画質を向上させる方法とし
ては、フレネルレンズを屈折率の高い材料で形成し、プ
リズム角を小さくすることが考えられるが、この方法で
は近軸光の反射損失を減少させることは可能であるが、
依然として遠軸光によるレインボー発生の問題は残る。 【００１９】又、スクリーンの画質を向上させる他の方
法としては、特開昭６２−１７５０８７号公報に、非レ
ンズ面角（非レンズ面とレンズ主面の法線との成す角）
をレンズ中心から外周方向に向って線形的に増大させた
フレネルレンズが開示されている。 【００２０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−１７５０８７号公報に開示されている、レンズの
中心から外周方向に向って徐々に非レンズ面角を変化増
大させたフレネルレンズには、次のような問題がある。 【００２１】前述の従来の切削方法により形成された金
型等の型を用いて製造したフレネルレンズの場合には、
金型の（Ａm＋θ）が９０°未満の型非レンズ面Ｎmは垂
直に形成されているため、これに対応するフレネルレン
ズの非レンズ面Ｎも垂直面で形成されている。これに対
し、上記公報記載のフレネルレンズでは、上記非レンズ
面Ｎが垂直面で形成されている位置を含む全体におい
て、非レンズ面と主面とのなす角が鈍角となっている。 【００２２】非レンズ面が鈍角となった状態を、前記図
７の一部を拡大した図１１に破線で示した。このよう
に、鈍角で形成された非レンズ面Ｎbに迷光が入射する
場合のλ光角（非レンズ面の法線と迷光軸とのなす角）
が、レンズ主面に垂直な非レンズ面Ｎaに対する入光角
より小さくなるため、鈍角の非レンズ面Ｎbの方が迷光
の出光量（図では斜面出光と表示）が多くなり、色むら
が発生し易くなる（入光角が０°に近い程外側に出光さ
れ易い）。 【００２３】又、上記公報記載のフレネルレンズは、外
周方向に向って非レンズ面角Ｂが徐々に増大していくた
め、該フレネルレンズを製造するための型を形成するこ
とが難しく、その上に型形成時の切削量が多いため、切
削時間の増加、切削刃物（バイト）の耐久時間上の問題
もある。 【００２４】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、従来の切削方法で形成した型を用い
て製造すると、必然的に発生する迷光の斜面出光（図１
１）の増加を防止すると共に、出光した遠軸光の非レン
ズ面での反射光（図６）を減少させることにより、色む
ら等の発生を防止し、スクリーンの画質を向上させるこ
とができるフレネルレンズの製造用型を提供することを
課題とする。 【００２５】 【課題を達成するための手段】本発明は、交差する型レ
ンズ面と型非レンズ面とを有し、且つ同心円状に配置さ
れたプリズム部が刃先斜面と背面とが所定の刃先角で交
差した切削刃で切削され、型レンズ面と型レンズ主面と
の成す型プリズム角Ａｍが外周方向に順次増大するよう
に形成されたフレネルレンズの製造用型において、上記
型レンズ面は、型の中心から上記刃先斜面で順次切削し
て形成されると共に、対応するフレネルレンズにおけ
る、レンズ主面の法線と非レンズ面とのなす角を非レン
ズ面角Ｂとしたとき、上記型非レンズ面は、型プリズム
角Ａｍと切削刃のバイト刃先角θとの和が略９０°にな
り、切削刃の背面により実質的に鏡面形成される位置よ
り、型プリズム角Ａｍと切削刃のバイト刃先角θとの和
が、前記フレネルレンズにおいて、出射した遠軸光が反
射されなくなる非レンズ面角Ｂ＋９０°に等しくなる位
置までの所定範囲に亘って、上記型レンズ面が上記刃先
斜面で切削されてから、少なくとも４°傾くように切削
刃の刃先を斜めに送り、該切削刃の背面により、型主面
に対して９０°を少なくとも４°超える角度に切削され
てなることを特徴とするフレネルレンズ製造用型によ
り、前記課題を達成したものである。 【００２６】 【作用】以下、図面を参照しながら本発明について説明
する。なお、本発明は以下の具体例に限定されるもので
ないことはいうまでもない。 【００２７】本発明の製造用型により製造されるフレネ
ルレンズは、内周側の領域である内周部に位置するレン
ズ主面に対して垂直な非鏡面からなる非レンズ面と、そ
れより外周側の領域である外周部に位置するレンズ主面
に対して（９０°＋非レンズ面角Ｂ）の鈍角の鏡面から
なる非レンズ面とを有している。 【００２８】従って、前記図８〜図１０に示した従来の
切削方法で形成した型を用いて製造したフレネルレンズ
のようなレンズ主面に対して略垂直な鏡面からなる非レ
ンズ面が存在しない特徴を有している。 【００２９】図１（Ｂ）は、上記従来の型で製造したフ
レネルレンズ（以下、従来レンズともいう）では、レン
ズ主面に対して略垂直な鏡面からなる非レンズ面が形成
されていた位置に当たる本発明のフレネルレンズの一部
を拡大して示した断面図である。 【００３０】このように、本発明のフレネルレンズ１０
では、従来レンズでは略垂直な鏡面であった位置の非レ
ンズ面Ｎが、非レンズ面角Ｂの鏡面で形成されている。 【００３１】この非レンズ面角Ｂは、プリズム部Ｐbの
領域に入光した遠軸光が、出光後も隣接するプリズム部
Ｐの非レンズ面Ｎで反射されないような角度に設定され
る。 【００３２】又、この非レンズ面角Ｂは、前記図１１に
示したような迷光が非レンズ面Ｎから出光され難い角度
に設定される。 【００３３】このような非レンズ面角Ｂとしては、少な
くとも４°で、前記図１（Ｂ）の位置より外周側では、
非レンズ面Ｎが、上記角度より大きな非レンズ面角で、
しかも鏡面で形成されている。 【００３４】上述した本発明のフレネルレンズ１０は、
前記図１（Ｂ）の位置より内周側の領域である内周部で
は、非レンズ面Ｎがレンズ主面に対して垂直であるが、
非鏡面であるため、光が該非レンズ面Ｎから出射する場
合、又は該非レンズ面で反射される場合のいずれの場合
も光は散乱される。従って、特定の方向に強い光が反射
されたり、迷光が出光したりする影響が少ないため、色
むらは発生し難く、又、モアレの劣化も最少限にとどめ
ることができる。 【００３５】又、前記図１（Ｂ）の位置では、プリズム
部Ｐbに、前記図６と同様の遠軸光が入射されると、該
遠軸光はレンズ面Ｌbから出光されるが、その出光角α
（レンズ主面の法線となす角）が、隣接するプリズム部
Ｐの非レンズ面Ｎの非レンズ面角Ｂより小さいため、図
６の場合のように出光した遠軸光が隣接するプリズム部
の非レンズ面で反射されることが防止され、上記遠軸光
の損失を防止できる。 【００３６】又、本発明者が検討した結果、前記図６に
示したように、非レンズ面Ｎ′で反射された遠軸光はレ
ンズ中心側に進むために色むらの原因となるが、この反
射遠軸光の方が前記図７に示した迷光より、強く且つ視
認され易い虹状色むらを発生させる原因となることが明
らかとなった。従って、本発明のフレネルレンズによれ
ば、上記のように遠軸光の反射を防止できるため、従来
のフレネルレンズで認められた、遠軸光の反射に起因す
る色むら（レインボー）の発生を防止できる。 【００３７】又、図１（Ｂ）に示した位置では、非レン
ズ面角Ｂが僅かであるため、前記図１１に示したような
迷光の斜面出光に起因する色むらの発生も防止できる。 【００３８】なお、上記の位置の非レンズ面角Ｂは、フ
レネルレンズ１０に入射した遠軸光の出光角αより僅か
に大きいか、ほぼ等しい角度にすることが重要であり、
例えば、０＜Ｂ−α＜４°を好適な範囲として挙げるこ
とができる。 【００３９】更に、前記図１（Ｂ）の位置より外周側で
は、非レンズ面角が大きいため、出射光の反射は完全に
防止されるので、画質低下が抑制される。 【００４０】従って、本発明の型で製造されるフレネル
レンズでは、その中心から外周に至る迄の全領域に亘っ
て優れた画質が得られる。 【００４１】上述したフレネルレンズは、例えば、次に
説明する本発明の型を用いることにより、熱プレス法等
で容易に製造することができる。 【００４２】本発明のフレネルレンズ製造に用いる型
は、ワーク（材料）を従来方法に従ってバイト（切削
刃）で切削形成すると共に、従来方法では型のプリズム
角とバイトの刃先角との和が略９０°となり、型非レン
ズ面がバイト背面で切削され始めるために略鏡面形成さ
れる位置及びこれより外周側の領域である外周部での型
プリズム部を形成するに際し、型非レンズ面を型レンズ
主面となす角度がプリズム角＋刃先角を超える角度にな
るように、該型非レンズ面をバイト背面で積極的に切削
して形成される。 【００４３】従来の切削法で形成した型であれば、型非
レンズ面が鏡面形成され始める位置に相当する本発明の
型の一部断面を示したのが図１（Ａ）であり、この図１
（Ａ）に示した型部分は前記図１（Ｂ）に示したフレネ
ルレンズ部分に対応している。 【００４４】図１（Ａ）に示すように、例えば型プリズ
ム角Ａmとバイト１２の刃先角θの和（Ａm＋θ）が略９
０°の位置の型レンズ面を切削する場合は、前記図９で
示したと同様にバイト１２の背面で垂直面を同時切削し
た後、バイト１２を図中右方向に傾けて更にその背面で
切削し、型非レンズ面角Ｂmが所定の角度となるように
型非レンズ面Ｎmを形成する。同様にして、上記外周部
における型非レンズ面Ｎmを、（Ａm＋θ）を超える角度
に切削して形成する。 【００４５】上述の如く形成した型は、型プリズム角Ａ
mが小さい内周側の領域である内周部には型主面に対し
て略垂直で非鏡面の型非レンズ面Ｎmが形成され、型プ
リズム角Ａmと刃先角θとの和が略９０°となる位置を
含むその外周側の外周部にはには型非レンズ面角Ｂmが
少なくとも４°を超える、即ち型主面に対して９０°を
少なくとも４°超える型非レンズ面Ｎmが形成されてお
り、従って型主面に対して略垂直で且つ鏡面の型非レン
ズ面が存在しないという特徴を有している。 【００４６】図１（Ａ）に示した型部分における型非レ
ンズ面Ｎm、型非レンズ面角Ｂm等は、図１（Ｂ）に示し
たフレネルレンズ部における非レンズ面Ｎ、非レンズ面
角Ｂ等にそれぞれ実質的に対応している。 【００４７】本発明について更に詳述すると、本発明の
型１４において、型レンズ面Ｌmを切削した後にバイト
１２の背面で型非レンズ面角Ｂmをなす傾斜した型非レ
ンズ面Ｎmを積極的に切削形成する範囲の始点は、前述
した通り、型１４の型プリズム角Ａm（フレネルレンズ
のプリズム角Ａに実質上等しい）とバイト刃先角θとの
和が略９０°になり、前記図８〜図１０に示した方法で
形成する場合は型非レンズ面Ｎmが鏡面形成され始める
位置である。この位置は、製造されるフレネルレンズ１
０でも、レンズ主面に対して略垂直で、しかも非レンズ
面Ｎが外周方向に向かって鏡面状になり始める位置に対
応し、この近傍の鏡面状の非レンズ面Ｎでは前記図６に
示したような遠軸光が最も反射され易い。 【００４８】又、型非レンズ面Ｎmを積極的に切削形成
する範囲の終点は、上記始点より外周方向で、フレネル
レンズに入射した前記図６の遠軸光が出光後に反射され
なくなる非レンズ面Ｎに対応する、型１４の型非レンズ
面Ｎmが、バイト１２で型 レンズ面Ｌmを切削すると必
然的に該バイト１２の背面で切削され始める位置、 即
ち（Ａm＋θ）が、対応するフレネルレンズ１０におい
て出光後の遠軸光を反 射しなくなる非レンズ面角Ｂ
（型１４ではＢm）＋９０°に等しくなる位置で ある。 【００４９】上述した型非レンズ面を積極的に切削する
範囲（始点〜終点）は、フレネルレンズの設計、該フレ
ネルレンズのセット設計、型を切削する刃先角等によっ
て異なるため、具体的位置として規定することはできな
いが、例えば、従来法で型を切削形成する場合に、プリ
ズム角＋刃先角＝８５°〜９５°となる範囲を挙げるこ
とができる（なお、使用する切削刃の刃先角は、特に限
定されないが、通常４０°〜５０°程度である）。 【００５０】上記型は、型プリズム角＋刃先角（Ａm＋
θ）が９０°近傍の型非レンズ面のみを、従来より僅か
に余分に切削するだけで形成できるため、該型も従来と
殆ど同様の作業で形成することができる。その際、フレ
ネルレンズと同様に０＜Ｂm−α＜４°となるようにプ
リズム部を切削することが好適である。 【００５１】又、上記の傾斜した型非レンズ面Ｎmを積
極形成する範囲の始点より内周側では、前記図８で説明
したように、型非レンズＬmは垂直形成されるが鏡面で
はない。 【００５２】又、上記範囲の終点より外周側では、型レ
ンズ面Ｌmの型プリズム角Ａmが更に大きくなっていくた
め、該型レンズ面Ｌmを切削することにより必然的にバ
イト背面で切削される型非レンズ面Ｎmの傾斜、即ち型
非レンズ面角Ｂmも大きくなるので、型非レンズ面Ｎmを
積極的に切削する必要はない。 【００５３】以上、詳述した型を用いることにより、前
記本発明のフレネルレンズを容易に製造することができ
る。 【００５４】又、同様に詳述した本発明のフレネルレン
ズでは、従来大きな色むらの原因となっていた、非レン
ズ面からの迷光の出光が低減されると共に、該非レンズ
面による出光後の遠軸光の反射が防止されるため、フレ
ネルレンズ全体の光学的特性を向上させることが可能と
なった。 【００５５】従って、本発明のフレネルレンズは、投射
型プロジェクタ等のスクリーンに適用することにより、
観察者に高品位な大画面の画像を提供することが可能と
なる。 【００５６】又、本発明のフレネルレンズは、小型化に
伴って、投射距離の短縮、ＲＧＢの３つのブラウン管の
集中角の増大、及びフレネルレンズの高屈折率化により
軸外光による不要反射光の増大が問題となるプロジェク
ションＴＶセットにも好適なスクリーンとして提供する
ことができる。 【００５７】 【実施例】次に、具体例を示し、本発明の効果を明らか
にする。 【００５８】真鍮製の型材料（ワーク）を、刃先角４５
°のダイヤモンド刃物（バイト）で切削し、サイズ４５
インチ、ピッチ０．１５mm、焦点距離７５０mmのフレネ
ルレンズを製造するための金型を形成した。その際、型
プリズム角＋刃先角が略９０°となる半径３８０mmＲか
ら４８０mmＲの間（プリズム角が４４°〜４８°に相当
する）のみ、型レンズ面を切削した後に約５°傾くよう
にバイト刃先を斜めに送り、該バイトの背面で型非レン
ズ面を切削形成した。 【００５９】上記のように、所定範囲のプリズム部を、
型非レンズ面角が約５°の型非レンズ面で形成した金型
を用い、２mmのアクリル板をプレス成形してフレネルレ
ンズを製造した。 【００６０】このフレネルレンズを投射型プロジェクタ
のスクリーンに適用したところ、半径３８０mmＲ〜４８
０mmＲの間も、バイトで型レンズ面を切削すると同時に
その背面で型非レンズ面を切削する従来の切削方法で形
成した金型を用いて製造したフレネルレンズに比較し
て、円弧状の虹色むら（レインボー）が改善された高品
質の画像が得られた。 【００６１】以上、本発明を具体的に説明したが、本発
明は前記したものに限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 【００６２】 【発明の効果】上述した通り、本発明によれば、従来の
切削方法によって形成した型で製造したフレネルレンズ
に比べて、大幅に色むらが改善されたフレネルレンズを
提供することが可能となった。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Fresnel lens applied to a transmissive screen, and more particularly to an improvement in color unevenness caused by unnecessary reflection of light from a light source. Made of Fresnel lens
It relates to a molding die . 2. Description of the Related Art A transmission type screen is used, for example, as a screen for a projection (projection) type television, and is usually formed by combining a lenticular lens sheet or the like with a Fresnel lens. The Fresnel lens has a lens portion formed on one surface (the upper surface in the figure) of a flat plate or sheet made of a transparent resin, as shown in a sectional view of a central portion in FIG. As shown in a partially enlarged manner in FIG. 3, the lens portion is formed of a prism portion P concentrically arranged at a predetermined pitch from the lens center. Each prism portion P is composed of a lens surface L and a non-lens surface N. The lens surface L forms a prism angle A with a lens main surface (parallel to the lens back surface R), and the non-lens surface N is a lens main surface. It forms a non-lens surface angle B with the surface normal. In the Fresnel lens, each prism portion P is formed such that the prism angle A increases gradually from the center of the lens toward the outer periphery in order to provide predetermined optical characteristics. The above-mentioned Fresnel lens 10 is a hot press method in which a sheet of thermoplastic resin is pressed by a mold such as a mold having an inverse shape of the lens shape, and a monomer syrup to be thermally polymerized is poured into a mold in which the periphery is sealed. In this state, the casting method in which the polymerization reaction is carried out by heating in an oven to apply the UV-curable resin to the mold, a transparent film or sheet is stacked on the mold, and the UV-curable resin is applied between the mold and the film or sheet. It is manufactured by an ultraviolet curable resin method of irradiating and curing ultraviolet rays while sandwiching the resin. Therefore, any of the above methods requires a mold or a resin mold. [0006] For example, such a die is cut using a wedge-shaped diamond tool (cutting blade: cutting edge angle θ is about 45 °) while rotating a work made of metal such as brass. As described above, the prism angle of the Fresnel lens changes in the radial direction. Therefore, in order to perform cutting, the cutting tool moves in the radial direction of the work, moves in the cutting direction (perpendicular to the work surface), and moves the work surface. A lathe capable of three kinds of movements of rotation for changing the angle with respect to is used. Conventionally, cutting of a mold is performed by a method schematically shown in FIGS. In the figure, the byte 12 is shown small for convenience. actually,
The tool bit is larger than the mold prism portion Pm of the mold 14 (substantially corresponding to the prism portion P of the Fresnel lens. Hereinafter, the subscript of m is added to the Fresnel lens corresponding portion in the mold). Cutting is performed with a cutting tool having the same shape as that shown in the figure at the tip. FIG. 8 shows a lens surface Lm near the center of the mold.
Shows a state where is cut by the slope 12A of the cutting tool 12,
In this state, the mold prism angle Am and the cutting edge angle θ of the cutting tool 12 are set.
, That is, (Am + θ) is less than 90 °. Therefore, the mold non-lens surface Nm of the mold 14 is
With the tip of the cutting tool 12 that moves sequentially downward from above,
Since it is cut perpendicularly to the mold back surface (main surface) Rm, the surface of the mold non-lens surface Nm has a trace of the tip of the cutting tool at the time of cutting, that is, a non-mirror surface. FIG. 9 shows a state in which the mold lens surface Lm at a position moved further in the outer peripheral direction than that of FIG. 8 is cut. At this position, the sum of the cutting edge angle and the prism angle of the cutting tool 12 is obtained. (Am + θ) is approximately 90 °. Accordingly, since the mold non-lens surface Nm starts to be cut at the back surface 12B of the cutting tool 12, the mold non-lens surface Nm is substantially a mirror surface. FIG. 10 shows a state in which the mold lens surface Lm at a position further moved in the outer peripheral direction than that of FIG. 9 is cut. In this position, the mold lens surface Lm is cut and the mold non-lens surface is simultaneously cut. Since Nm is cut and formed on the back surface 12B of the cutting tool 12, the mold non-lens surface Lm is in a perfect mirror state. A screen to which a Fresnel lens manufactured using a conventional mold formed by the method described above is applied,
As shown in FIG.
In general, light is projected from a CRT (cathode ray tube) of each of (red), G (green), and B (blue) through a lens (not shown), and the screen S is observed from the front of the screen S. In this case, the Fresnel lens is usually arranged on the CRT side of the screen S, that is, on the light incident side. As described above, the R, G, B at the rear with respect to the screen S on which the Fresnel lens is disposed on the CRT side.
When the light is projected from each of the CRTs, there is little problem with the central G light, but the R light and B light that are off-axis light enter the screen S at a certain concentration angle with respect to the screen center. Since light is emitted, there are the following problems. Considering now a case where the position indicated by a circle on the screen S shown in the plan view of FIG. 5 is observed, paraxial light (light having a small incident angle) is emitted from the CRT (R) near this observation point. ) Enters, and conversely, far-axis light (light having a large incident angle) enters from a distant CRT (B) (FIG. 4). When the paraxial light enters the Fresnel lens 10, a part of the paraxial light is internally reflected by the lens surface L as shown in the partial sectional view of FIG. When the far-axis light is incident, the light is emitted from the lens surface L and then reflected by the non-lens surface N 'of the adjacent prism portion P', which also causes a loss. As will be described later with reference to FIG. 1, since the reflected light is directed toward the center of the lens, when observed with the screen standing, color unevenness may be visually recognized at both lower corners of the screen. As shown in FIG. 7, in the circular Fresnel lens, a part of the light entering the Fresnel lens 10 is internally reflected by the lens surface L, and this reflected light is further reflected by the lens back surface R. The light becomes stray light, and when the stray light exits from the non-lens surface Na of the prism portion Pa at a position distant from the prism portion P where the light enters, the stray light is visually recognized as rainbow-like color unevenness (so-called rainbow). The above-described loss of light reflection and the occurrence of color unevenness such as rainbow cause deterioration of the image quality of the screen S. As a method of improving the image quality of the screen S, it is conceivable to form a Fresnel lens with a material having a high refractive index to reduce the prism angle. In this method, however, it is necessary to reduce the reflection loss of paraxial light. Is possible, but
The problem of rainbow generation due to far-axis light still remains. Another method for improving the image quality of a screen is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 62-175087, the non-lens surface angle (the angle formed by the non-lens surface and the normal to the principal surface of the lens).
Is linearly increased from the center of the lens toward the outer periphery. However, a Fresnel lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-175087 has a non-lens surface angle gradually increased from the center of the lens toward the outer periphery. Has the following problems. In the case of a Fresnel lens manufactured using a mold such as a mold formed by the above-mentioned conventional cutting method,
Since the non-lens surface Nm of the mold where (Am + θ) is less than 90 ° is formed vertically, the corresponding non-lens surface N of the Fresnel lens is also formed as a vertical surface. On the other hand, in the Fresnel lens described in the above publication, the angle between the non-lens surface and the main surface is obtuse throughout the position including the position where the non-lens surface N is formed as a vertical surface. The state in which the non-lens surface has an obtuse angle is shown by a broken line in FIG. As described above, the λ light angle when stray light is incident on the non-lens surface Nb formed at an obtuse angle (the angle between the normal to the non-lens surface and the stray light axis)
However, since the incident angle with respect to the non-lens surface Na perpendicular to the lens main surface is smaller than the non-lens surface Nb at an obtuse angle, the amount of stray light output (shown as inclined light output in the figure) increases in the obtuse non-lens surface Nb and color unevenness occurs (Light is more likely to be emitted outward when the light incident angle is closer to 0 °). In the Fresnel lens described in the above publication, since the non-lens surface angle B gradually increases in the outer peripheral direction, it is difficult to form a mold for manufacturing the Fresnel lens. In addition, since the amount of cutting at the time of forming a mold is large, there are also problems of an increase in cutting time and durability of a cutting tool (bite). The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems. When the manufacturing is performed using a mold formed by a conventional cutting method, the stray light which is necessarily generated on the inclined surface (FIG. 1).
By preventing the increase in 1) and reducing the reflected light (FIG. 6) of the emitted far-axis light on the non-lens surface, it is possible to prevent the occurrence of color unevenness or the like and improve the image quality of the screen. It is an object to provide a mold for manufacturing a Fresnel lens. According to the present invention, a prism portion having an intersecting mold lens surface and a mold non-lens surface and having concentrically arranged prism portions is provided such that a slope of a cutting edge and a back surface have a predetermined cutting edge. In a mold for manufacturing a Fresnel lens, which is cut by a cutting blade intersecting at an angle and formed so that the mold prism angle Am formed by the mold lens surface and the mold lens main surface sequentially increases in the outer peripheral direction, the mold lens surface is When the angle formed between the normal line of the main lens surface and the non-lens surface in the corresponding Fresnel lens in the corresponding Fresnel lens is defined as a non-lens surface angle B, For the non-lens surface, the sum of the mold prism angle Am and the cutting edge angle θ of the cutting blade becomes substantially 90 °, and the mold prism angle Am and the cutting blade The sum with the cutting edge angle θ In the Fresnel lens, the mold lens surface is provided with the cutting edge over a predetermined range up to a position equal to the non-lens surface angle B + 90 ° at which the emitted far-axis light is not reflected.
Cut at an angle of at least 4 ° after cutting on a slope
The object is achieved by a mold for producing a Fresnel lens, characterized in that the cutting edge of the blade is sent obliquely and cut by the back surface of the cutting blade at an angle of at least 4 ° greater than 90 ° with respect to the main surface of the mold. It was done. The present invention will be described below with reference to the drawings. It goes without saying that the present invention is not limited to the following specific examples. The Fresnel lens manufactured by the manufacturing mold of the present invention has a non-lens surface composed of a non-mirror surface perpendicular to the lens main surface located on the inner peripheral portion which is an inner peripheral region. And a non-lens surface made of a mirror surface having an obtuse angle of (90 ° + non-lens surface angle B) with respect to the lens main surface located on the outer peripheral portion which is an outer peripheral region therefrom. Accordingly, there is no non-lens surface having a mirror surface substantially perpendicular to the main lens surface, such as a Fresnel lens manufactured using the mold formed by the conventional cutting method shown in FIGS. Has features. FIG. 1B shows a position where a non-lens surface consisting of a mirror surface substantially perpendicular to the principal surface of the lens is formed in the Fresnel lens (hereinafter also referred to as a conventional lens) manufactured by the above conventional mold. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the Fresnel lens of the present invention corresponding to FIG. As described above, the Fresnel lens 10 of the present invention
In the above, the non-lens surface N at a position which is a substantially perpendicular mirror surface in the conventional lens is formed by a mirror surface having a non-lens surface angle B. The non-lens surface angle B is set at such an angle that the far-axis light entering the area of the prism portion Pb is not reflected by the non-lens surface N of the adjacent prism portion P after the light is emitted. The non-lens surface angle B is set to such an angle that stray light as shown in FIG. The non-lens surface angle B is at least 4 °, and on the outer peripheral side from the position shown in FIG.
The non-lens surface N is a non-lens surface angle larger than the above angle,
Moreover, it is formed with a mirror surface. The Fresnel lens 10 of the present invention described above
In the inner peripheral portion which is a region on the inner peripheral side from the position shown in FIG. 1B, the non-lens surface N is perpendicular to the lens main surface.
Because of the non-mirror surface, the light is scattered either when the light exits the non-lens surface N or when the light is reflected from the non-lens surface. Therefore, since there is little influence of strong light being reflected in a specific direction or stray light being emitted, color unevenness hardly occurs, and deterioration of moiré can be minimized. At the position shown in FIG. 1B, when far-axis light similar to that shown in FIG. 6 is incident on the prism portion Pb, the far-axis light is emitted from the lens surface Lb. Light emission angle α
Since the (angle formed by the normal to the principal surface of the lens) is smaller than the non-lens surface angle B of the non-lens surface N of the adjacent prism portion P, the far-axis light emitted as shown in FIG. Of the far-axis light can be prevented. As a result of the study by the present inventor, as shown in FIG. 6, the far-axis light reflected by the non-lens surface N 'travels toward the center of the lens, causing color unevenness. It has been clarified that the reflected far-axis light causes stronger and more visible rainbow-like color unevenness than the stray light shown in FIG. Therefore, according to the Fresnel lens of the present invention, since the reflection of the far-axis light can be prevented as described above, the occurrence of color unevenness (rainbow) caused by the reflection of the far-axis light, which has been observed in the conventional Fresnel lens, can be prevented. Can be prevented. At the position shown in FIG. 1B, since the non-lens surface angle B is small, it is possible to prevent the occurrence of color unevenness due to the stray light emitted from the slope as shown in FIG. It is important that the non-lens surface angle B at the above position is slightly larger than or substantially equal to the light exit angle α of the far-axis light incident on the Fresnel lens 10.
For example, 0 <B-α <4 ° can be mentioned as a suitable range. Further, on the outer peripheral side from the position shown in FIG. 1B, since the non-lens surface angle is large, the reflection of the emitted light is completely prevented, so that the deterioration of the image quality is suppressed. Therefore, in the Fresnel lens manufactured by the mold of the present invention, excellent image quality can be obtained over the entire region from the center to the outer periphery. The full Renerurenzu described above, for example, by using a mold of the present invention described below, it can be easily produced by a heat pressing method or the like. In the mold used for manufacturing the Fresnel lens of the present invention, a work (material) is formed by cutting with a cutting tool (cutting blade) according to a conventional method, and in the conventional method, the sum of the prism angle of the mold and the cutting edge angle of the cutting tool is substantially equal. In order to form the mold non-lens surface at the position where the mold non-lens surface starts to be cut at the back surface of the cutting tool and at the outer peripheral portion which is a region on the outer peripheral side from the mirror surface, the mold non-lens surface is molded. The mold non-lens surface is formed by actively cutting the tool non-lens surface on the back surface of the cutting tool so that the angle formed with the lens main surface exceeds the prism angle + the cutting edge angle. FIG. 1A shows a partial cross section of the mold of the present invention corresponding to a position where the non-lens surface of the mold is formed into a mirror surface when the mold is formed by a conventional cutting method. FIG.
The mold portion shown in FIG. 1A corresponds to the Fresnel lens portion shown in FIG. As shown in FIG. 1A, for example, the sum (Am + θ) of the mold prism angle Am and the cutting edge angle θ of the cutting tool 12 is approximately 9
When cutting the mold lens surface at a position of 0 °, the vertical surface is simultaneously cut on the back surface of the cutting tool 12 in the same manner as shown in FIG. 9, and then the cutting tool 12 is tilted rightward in the drawing and further cut on the back surface. Then, the mold non-lens surface Nm is formed so that the mold non-lens surface angle Bm becomes a predetermined angle. Similarly, the mold non-lens surface Nm in the outer peripheral portion is formed by cutting at an angle exceeding (Am + θ). The mold formed as described above has a mold prism angle A
A non-mirror mold non-lens surface Nm, which is substantially perpendicular to the mold main surface and is non-mirror, is formed in the inner peripheral portion, which is an inner peripheral region where m is small. The mold non-lens surface angle Bm exceeds at least 4 °, that is, the mold non-lens surface Nm exceeds 90 ° with respect to the mold main surface at least 4 ° at the outer peripheral portion including the position at which the mold becomes non-lens. Therefore, it is characterized by being substantially perpendicular to the main surface of the mold and having no mirror non-lens surface. The mold non-lens surface Nm, mold non-lens surface angle Bm, etc. in the mold portion shown in FIG. 1A are the non-lens surface N, non-lens surface angle in the Fresnel lens portion shown in FIG. 1B. B, etc., respectively. The present invention will be described in more detail. In the mold 14 of the present invention, after the mold lens surface Lm is cut, the inclined mold non-lens surface Nm forming the mold non-lens surface angle Bm on the back surface of the cutting tool 12 is positively moved. As described above, the starting point of the range to be formed by cutting is the sum of the mold prism angle Am of the mold 14 (substantially equal to the prism angle A of the Fresnel lens) and the cutting edge angle θ being approximately 90 °, and the aforementioned FIGS. In the case where the mold non-lens surface Nm is formed by the method shown in FIG. This position corresponds to the Fresnel lens 1 to be manufactured.
Even at 0, it corresponds to a position that is substantially perpendicular to the main lens surface and at which the non-lens surface N starts to be mirror-shaped toward the outer peripheral direction. Such far-axis light is most easily reflected. [0048] Also, the mold end point of the non-lens surface Nm aggressively range to cut formation, in the outer circumferential direction from the starting point, fin lens to the far-axis light of FIG. 6 incident on the Fresnel lens is no longer reflected after Idemitsu The position where the mold non-lens surface Nm of the mold 14 corresponding to the surface N starts cutting on the back surface of the mold lens surface Lm when the mold lens surface Lm is cut by the cutting tool 12, ie, (Am + θ) is the corresponding Fresnel lens. longer morphism anti far axis light after exiting at 10 fin lens surface angle B
(Bm for mold 14) + 90 °. The range in which the mold non-lens surface is positively cut (start point to end point) differs depending on the design of the Fresnel lens, the set design of the Fresnel lens, the cutting edge angle for cutting the mold, and the like. Although it cannot be specified, for example, when a mold is cut and formed by a conventional method, a range of prism angle + cutting edge angle = 85 ° to 95 ° can be given (the cutting angle of the cutting blade to be used is Although not particularly limited, it is usually about 40 ° to 50 °). The above mold has a mold prism angle + a blade angle (Am +
Since only the non-lens surface of the mold whose θ) is about 90 ° can be formed by slightly extra cutting than the conventional one, the mold can be formed by almost the same operation as the conventional one. At this time, it is preferable to cut the prism portion so that 0 <Bm−α <4 °, similarly to the Fresnel lens. On the inner peripheral side from the starting point of the range where the above-mentioned inclined mold non-lens surface Nm is positively formed, as described in FIG. 8, the mold non-lens Lm is formed vertically but is not a mirror surface. Further, on the outer peripheral side from the end point of the above range, since the mold prism angle Am of the mold lens surface Lm further increases, the mold lens surface Lm is necessarily cut on the back surface of the cutting tool by cutting the mold lens surface Lm. Since the inclination of the mold non-lens surface Nm, that is, the mold non-lens surface angle Bm also increases, it is not necessary to actively cut the mold non-lens surface Nm. By using the mold described in detail above, the Fresnel lens of the present invention can be easily manufactured. Further, in the Fresnel lens of the present invention described in detail in the same manner, stray light emitted from the non-lens surface, which has conventionally caused large color unevenness, is reduced, and the far-field light emitted from the non-lens surface is reduced. Since the reflection of axial light is prevented, the optical characteristics of the entire Fresnel lens can be improved. Therefore, the Fresnel lens of the present invention is applied to a screen of a projection type projector or the like,
It is possible to provide a high-quality large-screen image to the observer. In the Fresnel lens of the present invention, unnecessary reflection light due to off-axis light is reduced by reducing the projection distance, increasing the concentration angle of the three CRTs of RGB, and increasing the refractive index of the Fresnel lens as the size is reduced. This can be provided as a screen suitable for a projection TV set in which the increase in image quality is a problem. Next, specific examples will be shown to clarify the effects of the present invention. A mold material (work) made of brass is supplied with a cutting edge angle of 45.
With a 45 ° diamond tool (bite), size 45
A mold for manufacturing a Fresnel lens having inches, a pitch of 0.15 mm and a focal length of 750 mm was formed. At this time, the cutting tool is inclined at about 5 ° after cutting the mold lens surface only between the radius of 380 mmR and 480 mmR (the prism angle is equivalent to 44 ° to 48 °) where the mold prism angle + the cutting edge angle is approximately 90 °. The cutting edge was sent obliquely, and the mold non-lens surface was cut and formed on the back surface of the cutting tool. As described above, the prism portion in the predetermined range is
Using a mold formed with a mold non-lens surface having a mold non-lens surface angle of about 5 °, a 2 mm acrylic plate was press-molded to produce a Fresnel lens. When this Fresnel lens was applied to the screen of a projection type projector, the radius was 380 mmR-48.
Even during 0 mmR, compared to a Fresnel lens manufactured using a mold formed by a conventional cutting method in which the mold lens surface is cut with a cutting tool and the back of the mold non-lens surface at the same time, an arc-shaped iridescent color is obtained. High quality images with improved rainbow were obtained. Although the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described one, and can be variously modified without departing from the gist thereof. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a Fresnel lens in which color unevenness is significantly improved as compared with a Fresnel lens manufactured by a mold formed by a conventional cutting method. It has become possible.

【図面の簡単な説明】 【図１】図１（Ａ）は、本発明のフレネルレンズ製造用
型の要部断面を概略的に示す説明図、図１（Ｂ）は、上
記型で製造される本発明のフレネルレンズの要部断面を
概略的に示す説明図である。 【図２】図２は、フレネルレンズの全体を概略的に示す
断面図である。 【図３】図３は、上記フレネルレンズの一部を拡大して
示す部分断面図である。 【図４】図４は、フレネルレンズが適用されたスクリー
ンと光源との関係を概略的に示す説明図である。 【図５】図５は、スクリーンの観察位置を示す説明図で
ある。 【図６】図６は、従来のフレネルレンズの問題点を示す
概略説明図である。 【図７】図７は、従来のフレネルレンズの他の問題点を
示す概略説明図である。 【図８】図８は、プリズム角＋刃先角＜９０°の型レン
ズ面を切削する方法を示す概略説明図である。 【図９】図９は、プリズム角＋刃先角が略９０°の型レ
ンズ面を切削する方法を示す概略説明図である。 【図１０】図１０は、プリズム角＋刃先角＞９０°の型
レンズ面を切削する方法を示す概略説明図である。 【図１１】図１１は、フレネルレンズの非レンズ面が鈍
角の斜面である場合の問題点を示す概略説明図である。 【符号の説明】 １０…フレネルレンズ １２…バイト １４…型 Ａ…プリズム角 Ａｍ…型プリズム角 Ｂ…非レンズ面角 Ｂｍ…型非レンズ面角 Ｌ…レンズ面 Ｌｍ…型レンズ面 Ｎ…非レンズ面 Ｎｍ…型非レンズ面 Ｐ…プリズム部 Ｐｍ…型プリズム部 θ…刃先角BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 1 (A) is an explanatory view schematically showing a major section of Fureneruren's Manufacturing for <br/> type of the present invention, FIG. 1 (B), It is explanatory drawing which shows roughly the principal part cross section of the Fresnel lens of this invention manufactured by the said type | mold. FIG. 2 is a sectional view schematically showing the entire Fresnel lens. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a part of the Fresnel lens in an enlarged manner. FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a relationship between a screen to which a Fresnel lens is applied and a light source. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an observation position of a screen. FIG. 6 is a schematic explanatory view showing a problem of a conventional Fresnel lens. FIG. 7 is a schematic explanatory view showing another problem of the conventional Fresnel lens. FIG. 8 is a schematic explanatory view showing a method of cutting a mold lens surface having a prism angle + a blade angle <90 °. FIG. 9 is a schematic explanatory view showing a method of cutting a mold lens surface having a prism angle + a blade angle of approximately 90 °. FIG. 10 is a schematic explanatory view showing a method of cutting a mold lens surface having a prism angle + a blade angle> 90 °. FIG. 11 is a schematic explanatory view showing a problem when the non-lens surface of the Fresnel lens is an obtuse slope. [Description of Signs] 10 ... Fresnel lens 12 ... Tool 14 ... Mold A ... Prism angle Am ... Mold prism angle B ... Non-lens surface angle Bm ... Mold non-lens surface angle L ... Lens surface Lm ... Mold lens surface N ... Non-lens Surface Nm: mold non-lens surface P: prism part Pm: mold prism part θ: cutting edge angle

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】交差する型レンズ面と型非レンズ面とを有
し、且つ同心円状に配置されたプリズム部が刃先斜面と
背面とが所定の刃先角で交差した切削刃で切削され、型
レンズ面と型レンズ主面との成す型プリズム角Ａｍが外
周方向に順次増大するように形成されたフレネルレンズ
の製造用型において、 上記型レンズ面は、型の中心から上記刃先斜面で順次切
削して形成されると共に、 対応するフレネルレンズにおけるレンズ主面の法線と非
レンズ面とのなす角を非レンズ面角Ｂとしたとき、上記
型非レンズ面は、型プリズム角Ａｍと切削刃のバイト刃
先角θとの和が略９０°になり、切削刃の背面により実
質的に鏡面形成される位置より、型プリズム角Ａｍと切
削刃のバイト刃先角θとの和が、前記フレネルレンズに
おいて、出射した遠軸光が反射されなくなる非レンズ面
角Ｂ＋９０°に等しくなる位置までの所定範囲に亘っ
て、上記型レンズ面が上記刃先斜面で切削されてから、
少なくとも４°傾くように切削刃の刃先を斜めに送り、
該切削刃の背面により、型主面に対して９０°を少なく
とも４°超える角度に切削されてなることを特徴とする
フレネルレンズ製造用型。(57) [Claim 1] A prism portion having a crossed mold lens surface and a mold non-lens surface, and arranged concentrically, is such that a bevel edge and a back surface have a predetermined bevel angle. In a mold for manufacturing a Fresnel lens, which is cut by an intersecting cutting blade and is formed so that a mold prism angle Am formed by a mold lens surface and a mold lens main surface sequentially increases in an outer peripheral direction, the mold lens surface is a mold. When the angle between the normal line of the lens principal surface and the non-lens surface of the corresponding Fresnel lens in the corresponding Fresnel lens is a non-lens surface angle B, the mold non-lens surface The sum of the mold prism angle Am and the cutting edge angle θ of the cutting blade becomes approximately 90 °, and the position of the mold prism angle Am and the cutting edge angle of the cutting edge of the cutting blade becomes substantially equal to the mirror surface formed by the back surface of the cutting blade. θ and the sum of the The mold lens surface is cut by the cutting edge slope over a predetermined range up to a position equal to the non-lens surface angle B + 90 ° at which the emitted far-axis light is no longer reflected .
Send the cutting edge of the cutting blade diagonally so as to tilt at least 4 °,
A mold for producing a Fresnel lens, characterized in that the back surface of the cutting blade is cut at an angle of at least 4 ° greater than 90 ° with respect to the main surface of the mold.