JPH04127101A - フレネルレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フレネルレンズに係り、特に不要光線を無く
し鮮明な画像を得る為のフレネルレンズ及びその製造方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のフレネルレンズ図面を用いて説明する。

第２図は、従来のフレネルレンズを示す部分断面図であ
る。この図に示されるように、フレネルレンズ本体１の
表面にレンズ面２ａと、該レンズ面と相対する非レンズ
面３ａとから構成される断面が山形形状のプリズムが複
数個形成されている。

レンズ面２ａと基準面のなす角θ（以下プリズム角と言
う）は、中心に向かっていくに従い、連続的に角度が小
さく（又は大きくなっており、レンズ面２ａのみを全数
連続すると、１つの凸レンズ（または凹レンズ）を形成
するものである。以下本説明では凸レンズについて説明
する。該フレネルレンズの成形法は、一般的にフレネル
レンズの転写断面形状を有する金型を制作し、透明プラ
スチックシートを軟化点温度以上に加熱して金型ではさ
み圧縮成形するか、透明プラスチックと金型の間に紫外
線硬化樹脂を流し込み紫外線を照射することにより固化
させ金型の形状を転写させ複数枚のフレネルレンズを１
枚の金型より複製するものである。

ここで、第３図にフレネルレンズへの入射光と出射光の
光線を示す、Ａ点から出射された光ａはフレネルレンズ
１により屈折し点Ｂに向かう出射光すとなる。ここで第
３図のイ部の詳細を第４図に示す、今１つのプリズムＣ
ＤＨについて光線追跡をしてみる。第３図のＡ点から出
射された光（フレネルレンズ１としては入射光）は通常
フレネルレンズ１の面ＦＧで屈折し、レンズ面ＨＥでさ
らに屈折され、出射光Ｊ（正常光）となる、光は屈折率
の異なる物質への入射時、屈折率差及び入射角による反
射を伴う。上記光線において、レンズ面ＣＥで１部反射
される。レンズ面ＫＥで反射された光を追跡すると、面
ＬＭで再度反射され、非レンズ面Ｐｏより出射され、さ
らにＯＱで反射し正常光とは全く違う方向に異常光Ｒと
して出射されることになる。同様にして異常光Ｓも説明
される。この他にも複雑な反射を繰り返し、異常光が出
射される。この異常光は１強い光では数％にもなり画質
の低下の原因となっていることが知られている。そこで
この対策として、非レンズ面３に拡散層を形成し、表面
を粗面化することが提案されている。この粗面化の方法
には、光拡散性インキ、または塗料のコーティング、ま
たはフレネルレンズ金型の対応する部分をサンドブラス
ト、エツチング等により粗面化し、レプリカをとる方法
が提案されている。また別な方法としては非レンズ面３
に非透明膜を形成することも提案されている。

この種の対策方法の関連するものとしては例えば、実用
新案呂願公開昭６３−１８７１３９、公開実用昭５８−
１８２０１、特許出願公開昭６１−１３０９０３等が挙
げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、非レンズ面の粗面化にあたり下記の問
題点があった。

（１）非レンズ面を粗面化することにより、金型からの
離型時、アンダーカット部が生じ、離型が困難となる。

（２）粗面化する程度について配慮されておらず、光を
散乱する効果が少ない。

（３）プロジェクションテレビ用のフレネルレンズのよ
うにプリズムのピッチが０．１閣程度と非常に細かなも
のについては、レンズ面のマスキングが必要となり生産
の面で配慮がされておらず、量産の面で問題があった。

本発明では、成形特離型がし易く、且つ光の散乱効果の
充分な粗面形状を得ることを目的としており、さらに生
産性に富む加工方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、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
ズにおいて、非プリズム面の表面粗さを実験結果から１
μｍＲ＠Ｈ以上とし、散乱効果を高めたものである。さ
らに微小凹凸の形状を、各々すべての凸部斜面の角度と
フレネルレンズ平面とのなす角度が９０°を越えないよ
うにし、アンダーカットをなくし離型を容易にしたもの
である。また該微小凹凸をフレネルレンズ全体につけ不
要光の散乱効果をフレネルレンズ全体にもたせたもので
ある。さらに該非レンズ面の微小凹凸を得るために非レ
ンズの金型に対する部分の切削方法において、バイトを
切り込み方向と半径方向で同時制御し、金型切削時に微
小凹凸を形成し、金型製作の生産性を上げるようにした
ものである。

またさらに該バイトの非レンズ面を切削する部分に微小
凹凸をつけ切削することにより上記目的のｔＭｔｌＪＸ
凹凸をさらに生産性良く形成させるようにしたものであ
る。

〔作用〕

光の散乱は、その表面粗さが１μｍＲｍａｘ以上で急に
大きくなることが実験から求められた。

したがって、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において非レ
ンズ面の面粗さを１μｍＲ＋ｍａｘ以上とすることによ
り不要光線を散乱する効果が大きい。さらに微小凹凸の
形状を、各々すべての凸部斜面の角度とフレネルレンズ
平面とのなす角度が９０′を越えないようにしたので、
アンダーカットがなくなり離型が容易になる。

また該非レンズ面の微小凹凸を形成するために、非レン
ズ面の金型を切削する際、バイトを切り込み方向と半径
方向の同時制御し形成することにより後工程で微小凹凸
をつける必要もなく生産性良く微小凹凸をつけることが
できる。さらに、微小凹凸を形成したバイトを使用する
ことによりさらに効率よく微小凹凸をつけることができ
、目的の不要光線を散乱させ、鮮明な画像を得ることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を背面投射形プロジェクションテ
レビのスクリーンとして使用するフレネルレンズを成形
する場合を例として第１図及び第５図〜第１１図により
説明する。第５図は背面投射形プロジェクシミンテレビ
１０１の構造の１例を示す説明図である。図において画
像投影装置１０２ａ　、　１０２ｂ　、　１０３ｃから
出た赤緑青の投影光は、それぞれミラー１０３によって
反射され、その反射光は透過形投影スクリーン４上で色
合成され、該スクリーンの反対側から観察される。この
透過形投影スクリーン４は、一般にフレネルレンズ４ａ
とレンチキュラーレンズシート４ｂとから構成されてい
る。第６図はこのフレネルレンズ４ａの詳細を示したも
ので、同図（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。こ
の大きさは、背面授射形プロジェクションテレビ１０１
の大きさによるが、４６インチ形で約９５０ｍｍ　Ｘ　
７５０脂麿、厚さ約３ｍｍのものである。構成は、製造
法法によって異なるが、紫外線硬化性樹脂を用いたもの
では、基体薄板５と紫外線硬化性樹脂からなるプリズム
部６とを一体に重合接着してなるものである。このプリ
ズム部６は、高さｈが外周部で約６ｏ°、中心部でｏ″
である。

次に、このフレネルレンズを成形する成形装置の概要を
第７図を用いて説明する。この成形装置７は、紫外線を
透過する基体薄板５と、キャビテイ面９を所定の形状（
この場合はフレネルレンズ面と反対の形状）に彫刻して
なるフレネル金型入れ駒１０の該キャビテイ面９とによ
って形成されるキャビティ１１内へ、前記フレネル金型
入れ駒１ｏを装着している下型１２に設けられたゲート
１３から紫外線硬化性樹脂を充填し、この樹脂に対し基
板薄板５側から紫外線を照射して該樹脂を硬化させるこ
とにより、この硬化したプリズム部と前記基体薄板５と
が一体となって所望の成形品を成形するものである。そ
の後この成形品を前記下型１２に装着したエジェクタピ
ン１４によって離型しフレネルレンズを得るものである
。

従来技術の項で記したように出射光の不要光を低減する
１つの方法として、プリズム部の非レンズ面を荒らし非
レンズ面を通過する光を散乱させる方法がある。そこで
、表面粗さと光の散乱の関係を表面粗さと出射光量及び
光線透過率で実験した。実験は透明アクリル板の片面を
サンドペーパ等にて表面を荒らし、光の透過した光量及
び光線透過率を測定したものである。第９図にその結果
を示す。図かられかるように１表面粗さ約１μｍＲｍａ
ｘを境に最大出射光量、光線透過率とも急に低下してい
ることがわかる。つまり光の散乱が大きくなっている。

逆に言えば表面粗さが１μｍＲｍａｘ以下では光の散乱
の効果が少ないことがわかる。従って、非レンズ面の表
面粗さは１μｍＲｍａｘ以上がよいことがわかる。

以上述べた本実施例のフレネルレンズを第１図に示す。

第１図（、）は、本実施例のフレネルレンズ全体を示す
見取りず、同図（ｂ）は、同フレネルレンズの部分断面
の拡大図である。図において、１はフレネルレンズ、２
はプリズム部のレンズ面、３は回部の逃げ面、θは同プ
リズム角、αは同逃げ角、βは凸部斜面の角度とフレネ
ルレンズ平面とのなす角度を示す。本フレネルレンズは
、プリズム部逃げ面３に面粗さ１μｍＲｍａｘ以上の微
小凹凸を、凸部斜面の角度とフレネルレンズ平面とのな
す角βを９０°以下にし、中心から外周までつけた例で
ある。本実施例のフレネルレンズを得るためのフレネル
金型入れ駒の切削方法を第８図を用いて説明する。第８
図は、フレネルレンズ金型入れ駒の切削加工方法を示す
部分断面図である６フレネルレンズ金型入れ駒１ｏは１
回転テーブル１５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１６の切刃１６ａをプリズム
角θの角度となるような姿勢に位置決めし、工具切り込
み原点工より矢印ａのように点線で示した位置まで切り
込みを行い、レンズ面２を切削する。

その後、矢印すのように工具切り込み原点■まで上昇し
て停止し、矢印Ｃのように切れ刃先端を中心として回転
させ、レンズ面２に相対した非レンズ面３の角度αと切
削工具】６の切れ刃１６ｂが一致し、且つ非レンズ面の
角度αの上方より内側（−点鎖線で示した位Ｗ）に位置
決めを行う。この状態で工具切り込み原点工より矢印ｄ
のように切り込み方向と回転半径方向を同時制御し、切
り込みを行う。その後再度工具切り込み原点工まで上昇
した後、矢印ｆのように次のプリズム位置まで１ピッチ
分切削工具が移動される。ここで非レンズ面の表面粗さ
は、矢印ｄの方向に切り込みを行うとき、切り込み速度
と回転テーブル１５の回転数の関係で決まる。本実施例
で行った非レンズ面切削方法例を第１０図で説明する。

本実施例では切削工具１６に、頂角４０８先端半径５μ
ｍのダイヤモンドバイトを使用した。第１０図は、フレ
ネルレンズｌの中心から半径約３５０１付近（プリズム
角θ＝４５゜逃げ角α＝３°）を示す模式図である。切
削工具１６の非レンズ面切削切れ刃１６ｂを逃げ角αよ
り小さく（但しＯを越える角度）設定しく実施例では０
．５°）フレネル金型入れ駒１０を回転させなからｄ方
向に切り込む。切り込み量は、フレネル金型入れ駒１０
の１回転あたり、切り込み方向にＰｌ（約０．３＋＋＋
ｍ）、回転方向にＰ２（約１．２．ｕ＋ａ）である。

この切削条件で切削すると約４回転で非レンズ面３の加
工が終了する。またこの時の面粗さは、約１．２μｍＲ
ｍａスであった。なおこの面粗さは切削工具１６の切り
込み方向と回転半径方向の速度を変えることにより自由
にコントロールできる。こうして、中心から最外周部ま
でアンダーカット部のない非レンズ面の荒れたフレネル
金型入れ駒を得ることができる。

更に本発明に係る他の実施例を以下に示す。

あらかじめ切削工具の切れ刃の非レンズ面３にあたる部
分に微小凹凸を設けた切削工具１６１で切削した例を第
１１図に示す。この実施例では、非レンズ面３の逃げ角
αを合わせておけば、切削方向は回転方向に制御する必
要はなく、逃げ面３形状も中心から外周部まで均一な面
粗さを得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フレネルレンズから出射される画質を
そこなう不要光を散乱させる効果があるので、全視野領
域で良好な画質を得ることができる。また、散乱させる
ための微小凹凸が、アンプ・−カットになっていないた
め、成形時、容易に離型できる。さらに微小凹凸の形成
は、別工程で行うのではなく、金型切削時に同時に形成
できるので、生産性もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係るフレネルレンズの全体を示
す斜視図、第１図（ｂ）はフレネルレンズの部分断面を
示す拡大図、第２図は従来のフレネルレンズを示す部分
断面図、第３図はフレネルレンズへの入射光と出射光を
示す断面図、第４図は第３図に示したフレネルレンズの
部分拡大図、第５図は背面投射形プロジェクションテレ
ビの構造を示す外観図、第６図はフレネルレンズの詳細
を示す正面図及び断面図、第７図はフレネルレンズ成形
装置の断面図、第８図はフレネル金型入駒の切削方法を
示す側面図、第９図は表面粗さと光線透過率の関係を示
す図、第１Ｏ図はフレネルレンズ金型入駒の切削方法を
示す側面図、第１１図は他の実施例に係るフレネルレン
ズ金型入駒の切削方法を示す側面図である。 １・・・フレネルレンズ、２・・レンズ面、３・・・非
レンズ面、３・・背面投射形プロジェクションテレビ、
４ａ・・・フレネルレンズ、１６・・・切削工具、１６
１・・・微小凹凸を設けた切削工具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
   ムから構成されるフレネルレンズにおいて、各プリズム
   部のレンズ面でない面（非レンズ面）に、１μｍＲｍａ
   ｘ以上の面粗さを持つ微小凹凸形状を有することを特徴
   としたフレネルレンズ。 ２、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
   ムから構成されるフレネルレンズにおいて、各プリズム
   部のレンズ面でない面（非レンズ面）の微小凹凸形状は
   、各々すべての凸部傾斜の角度とフレネルレンズ平面と
   のなす角度が９０゜を越えないことを特徴とする請求項
   １記載のフレネルレンズ。 ３、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
   ムから構成されるフレネルレンズの成形用金型において
   、中心から外周まですべてのプリズム部の非レンズ面に
   微小凹凸形状を有することを特徴とした請求項１記載の
   フレネルレンズ。 ４、断面が山形形状を呈した複数個の同心円状のプリズ
   ムから構成されるフレネルレンズ成形用金型において、
   各プリズム部の非レンズ面の表面粗さが、１μｍＲｍａ
   ｘ以上であることを特徴とするフレネルレンズ成形用金
   型。 ５、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の成形用金型において
   、各プリズム部のレンズ面でない面（非レンズ面）の微
   小凹凸形状は、各々すべての凹部傾斜の角度とフレネル
   レンズ平面とのなす角度が９０゜を越えないことを特徴
   とする請求項４記載のフレネルレンズ成形用金型。 ６、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成形用金型において、
   中心から外周まですべてのプリズム部の非レンズ面に微
   小凹凸形状を有することを特徴とした請求項４記載のフ
   レネルレンズ金型。 ７、フレネルレンズの最小頂角（非レンズ面とレンズ面
   のなす角）より小さい頂角をもつ切削工具を用い、非レ
   ンズ面のなす角度と切削工具の非レンズ面形成切れ刃の
   角度を一致させ且つ切削工具切れ刃先端の移動軌跡をフ
   レネルレンズ平面と非レンズ面のなす角度より小さくな
   るような２軸同時制御を行い非レンズ面を形成すること
   を特徴とするフレネルレンズ成形用金型の切削方法。 ８、切れ刃の片面に粗さ１μｍＲｍａｘ以上の微小凹凸
   を設けた切削工具を用い、フレネルレンズの非レンズ面
   及びレンズ面を同時に形成することを特徴とするフレネ
   ルレンズ成形用金型の切削方法。 ９、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、各プリズム部の非レンズ面に微小凹凸
   形状を有するフレネルレンズの成形用金型を加工するた
   めの切削工具において、切れ刃の片面に粗さ１μｍＲｍ
   ａｘ以上の微小凹凸を設けたことを特徴とするフレネル
   レンズ成形用菊型の切削工具。 １０、請求項１に記載のフレネルレンズを使用した画像
   表示装置。