JPWO2017138480A1

JPWO2017138480A1 - フレネルレンズ及びフレネルレンズの製造方法

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Publication number: JPWO2017138480A1
Application number: JP2017566929A
Authority: JP
Inventors: 正太郎只; 学石岡; 俊宏楠
Original assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Current assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2037-02-06
Also published as: US10641931B2; JP6483290B2; EP3418779B1; US20180372925A1; WO2017138480A1; EP3418779A4; EP3418779A1

Abstract

フレネルレンズを介して視認される画像に発生する、レンズの中心に向かって伸びるフレアを抑制できるフレネルレンズ及びフレネルレンズの製造方法を提供する。各レンズ部（２２）には、レンズ面（２４）及び非レンズ面（２６）が形成されている。非レンズ面（２６）は、ライズ面（２６ａ）及び連結面（２６ｂ）を含む。ライズ面（２６ａ）は、フレネルレンズ（１）の光軸に沿った面である。連結面（２６ｂ）は、レンズ部（２２）の頂部（２２ａ）に形成されている、当該レンズ部（２２）のレンズ面（２４）と当該レンズ部（２２）のライズ面（２６ａ）とを連結する、フレネルレンズ（１）の径方向に広がる幅を有する面である。連結面（２６ｂ）を通る、フレネルレンズ（１）の光軸に沿った位置に光吸収部（１２）が設けられている。

Description

本発明は、フレネルレンズ及びフレネルレンズの製造方法に関する。

複数の凸状のレンズ部が同心状に連続的に形成されているフレネルレンズを介して視認される画像の画質の向上に関する技術が知られている。例えば特許文献１〜７には、フレネルレンズのライズ面上に光吸収部を設けることで、フレネルレンズを介して視認される画像の画質を向上させる技術が記載されている。なおフレネルレンズではなく回折格子レンズに関する技術の一例ではあるが、特許文献８には、輪体の幅方向の端部近傍における透過率を、幅方向の中央部近傍における透過率よりも小さくすることで、縞状フレア光の発生を抑制する技術が記載されている。

特開２０１５−５９９５９号公報特開２００６−３９１４６号公報特開２００２−２７７６１４号公報特開２００２−１８２０１２号公報特開平８−１３６７０７号公報特開平７−３０６３０７号公報特開平６−２５０００３号公報国際公開第１１／８６６５４号

例えば射出成形などによりフレネルレンズを成形する場合には、レンズ部の頂部の表面は湾曲する。そしてこのような頂部を光が透過することで、フレネルレンズを介して視認される画像にレンズの中心に向かって伸びるフレアが発生することがある。

フレネルレンズを介して視認される画像の画質の向上のためにはこのようなフレアの発生は抑制できることが望ましい。しかし上記特許文献１〜８に記載されている技術では、レンズ部の頂部によって発生する上述のフレアの抑制は行われていなかった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、フレネルレンズを介して視認される画像に発生する、レンズの中心に向かって伸びるフレアを抑制できるフレネルレンズ及びフレネルレンズの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るフレネルレンズは、複数の凸状のレンズ部が同心状に連続的に形成されているフレネルレンズであって、前記各レンズ部には、レンズ面及び非レンズ面が形成されており、前記非レンズ面は、ライズ面及び連結面を含み、前記ライズ面は、前記フレネルレンズの光軸に沿った面であり、前記連結面は、前記レンズ部の頂部に形成されている、当該レンズ部の前記レンズ面と当該レンズ部の前記ライズ面とを連結する、前記フレネルレンズの径方向に広がる幅を有する面であり、前記連結面を通る、前記フレネルレンズの光軸に沿った位置に光吸収部が設けられている。

本発明の一態様では、前記光吸収部は、前記連結面上に形成されている。

この態様では、前記連結面は、前記フレネルレンズの光軸に垂直な平坦面であってもよい。

また本発明の一態様では、前記光吸収部は、前記レンズ部の内部に形成されている。

また、本発明に係るフレネルレンズの製造方法は、複数の凸状のレンズ部が同心状に連続的に形成されている本体部を形成する工程と、前記レンズ部の表面をマスクで覆う工程と、前記マスクから前記レンズ部の頂部を露出させる工程と、前記マスク及び露出された前記頂部の上に、光吸収部を形成する工程と、前記頂部の上に形成された前記光吸収部を残しつつ、前記マスクを除去する工程と、を含む。

本発明の一態様では、前記頂部を露出させる工程では、前記マスク及び前記頂部を研磨して、湾曲形状である前記頂部を平坦化させる。

また本発明に係る別のフレネルレンズの製造方法は、複数の凸状のレンズ部が同心状に連続的に形成されているフレネルレンズの製造方法であって、透明な基体上に同心状に光を吸収する材料を配置する工程と、前記材料を透明材で覆う工程と、前記透明材を前記レンズ部に成形する工程と、を含み、前記成形する工程では、前記レンズ部の頂部を通る、前記フレネルレンズの光軸に沿った位置に前記材料が配置されるよう、前記透明材を前記レンズ部に成形する。

本発明の一実施形態に係るフレネルレンズの一例を模式的に示す平面図である。図１に例示するフレネルレンズのII−II線断面図である。図１及び図２に例示するフレネルレンズの部分拡大断面図である。本発明の一実施形態に係るフレネルレンズの製造方法の一例を模式的に示す工程図である。本発明の一実施形態に係るフレネルレンズの製造方法の一例を模式的に示す工程図である。本発明の一実施形態に係るフレネルレンズの製造方法の一例を模式的に示す工程図である。本発明の一実施形態に係るフレネルレンズの製造方法の一例を模式的に示す工程図である。本発明の一実施形態に係るフレネルレンズの使用態様の一例を模式的に示す説明図である。本発明の別の一実施形態に係るフレネルレンズの一例を示す部分拡大断面図である。本発明の別の一実施形態に係るフレネルレンズの製造方法の一例を模式的に示す工程図である。本発明の別の一実施形態に係るフレネルレンズの製造方法の一例を模式的に示す工程図である。本発明の別の一実施形態に係るフレネルレンズの製造方法の一例を模式的に示す工程図である。本発明のさらに別の一実施形態に係るフレネルレンズの一例を示す部分拡大断面図である。本発明のさらに別の一実施形態に係るフレネルレンズの一例を示す部分拡大断面図である。本発明のさらに別の一実施形態に係るフレネルレンズの一例を示す部分拡大断面図である。本発明のさらに別の一実施形態に係るフレネルレンズの一例を示す部分拡大断面図である。本発明のさらに別の一実施形態に係るフレネルレンズの一例を示す部分拡大断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るフレネルレンズ１の一例を模式的に示す平面図である。図２は、図１に例示するフレネルレンズ１のII−II線断面図である。図３は、図１及び図２に例示するフレネルレンズ１の部分拡大断面図である。

本実施形態に係るフレネルレンズ１は、本体部１０と、光吸収部１２と、を含んでいる。本体部１０は、透明の樹脂製であり、例えば、アクリル、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、プリカーボネートなどを含んで構成されている。なお本体部１０は透明であればよく、例えばガラス製であってもよい。

本体部１０には、基体２０、及び、複数の凸状のレンズ部２２が含まれる。そして複数の凸状のレンズ部２２は、基体２０上に、同心状に（ここでは例えば同心円状に）且つ径方向に連続的に形成されている。また本体部１０の断面は全体として鋸歯状となっている。

各レンズ部２２には、フレネルレンズ１において凸レンズとして機能するレンズ面２４（有効面）と、凸レンズとして機能しない非レンズ面２６（無効面）と、が形成されている。レンズ面２４は、フレネルレンズ１に相当する凸レンズの表面の一部に対応付けられる面である。非レンズ面２６は、フレネルレンズ１に相当する凸レンズの表面の一部には対応付けられない面である。また非レンズ面２６は、フレネルレンズ１の光軸に沿って立ち上がる面であるライズ面２６ａと、レンズ面２４とライズ面２６ａとを連結する連結面２６ｂと、を含んでいる。図３に示すように本実施形態に係る連結面２６ｂは、レンズ部２２の頂部２２ａに形成されている、フレネルレンズ１の光軸に対して垂直な平坦面となっている。

そして本実施形態では、連結面２６ｂ上に光吸収部１２が形成されている。本実施形態に係る光吸収部１２は、例えば、カーボンブラックなどの塗料、微小なカーボンナノチューブなどといった、光を吸収する材料を含んで構成されている。なお光吸収部１２は、光を透過も反射もしない部材であれば、例えば金属などであっても構わない。

本実施形態に係るフレネルレンズ１は、図３に示すように、連結面２６ｂを通る、フレネルレンズ１の光軸に沿った位置に光吸収部１２が設けられている。そのためフレネルレンズ１の光軸に沿って頂部２２ａに向かう光は、光吸収部１２で吸収され、遮光されることとなる。そのため本実施形態に係るフレネルレンズ１によれば、頂部２２ａを光が透過することで発生する、フレネルレンズ１を介して視認される画像においてレンズの中心に向かって伸びるフレアを抑制できることとなる。例えば射出成形などによりフレネルレンズ１を成形する場合には、成形品における材料の充填不足などにより頂部２２ａが丸く湾曲し、いわゆる頂点だれが発生する。本実施形態に係るフレネルレンズ１によれば、このような頂部２２ａの湾曲によって発生する、フレネルレンズ１を介して視認される画像においてレンズの中心に向かって伸びるフレアを抑制できることとなる。

以下、図４Ａ〜図４Ｄを参照しながら、本実施形態に係るフレネルレンズ１の製造工程の一例について説明する。

まず、射出成形やプレス成形などにより、図４Ａに示すような、複数の凸状のレンズ部２２が同心状に連続的に形成されている、基体２０とレンズ部２２とを含む本体部１０が形成される。なお図４Ａに示すレンズ部２２の頂部２２ａは、上が凸の湾曲形状となっている。なお本体部１０の成型方法は特に問わない。

そして、レンズ部２２の表面が、図４Ｂに示すように樹脂等のマスク３０で覆われる。

そして、マスク３０及びレンズ部２２の頂部２２ａを研磨することなどにより、図４Ｃに示すように、頂部２２ａがマスク３０から露出される。なおここで例えばマスク３０及び頂部２２ａを切断することで、頂部２２ａがマスク３０から露出されるようにしてもよい。また本実施形態では、この工程において、上が凸の湾曲形状であった頂部２２ａが平坦化されることとなる。

そして、図４Ｄに示すように、マスク３０及び露出された頂部２２ａの上に光吸収部１２が形成される。ここでは例えばカーボンブラックなどの黒色塗料が塗布される。

そして、頂部２２ａの上に形成された光吸収部１２を残しつつ、マスク３０が除去されることで、図３に示すフレネルレンズ１が製造されることとなる。

なお上述の製造工程において、熱を加えると自己剥離するような特性を持つ樹脂をマスク３０として用いてもよい。この場合には、熱を加えることで光吸収部１２が形成されたマスク３０が本体部１０から除去（剥離）されることとなる。

また上述の製造工程において、化学的に溶剤に溶けるような特性を持つ樹脂をマスク３０として用いてもよい。この場合には、図４Ｄに示すものを当該溶剤に浸すことで光吸収部１２が形成されたマスク３０が本体部１０から除去（剥離）されることとなる。

また上述の製造工程において、テープではがれる樹脂をマスク３０として用いてもよい。この場合には、上面からテープを貼り付けて当該テープをはがすことで光吸収部１２が形成されたマスク３０が本体部１０から除去（剥離）されることとなる。

なお、頂部２２ａが露出された際に、露出された頂部２２ａ上に、例えばモスアイ構造などといった微細なパターンがエッチング処理などにより形成されてもよい。あるいは、例えば露出された頂部２２ａに、切削加工目の形成、やすりがけ、サンドブラストなどが行われることで、微細な凹凸面が形成されていてもよい。こうすればアンカー効果により、マスク３０の除去において、頂部２２ａに形成された光吸収部１２がマスク３０と併せて剥離されるおそれが低減されることとなる。また連結面２６ｂで反射する光の光量を抑えられることとなる。

図５は、本実施形態に係るフレネルレンズ１の使用態様の一例を模式的に示す説明図である。図３に示すように、本実施形態に係るフレネルレンズ１には、同心状に（ここでは例えば同心円状に）、光吸収部１２が形成される。ここで例えば図５に示すように、本実施形態に係るフレネルレンズ１をヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）における、表示部４０に表示される映像を拡大する用途で使用することとする。この場合は図５に示すように、フレネルレンズ１と表示部４０との間の距離に比べて、ユーザの視点４２とフレネルレンズ１との間の距離は短い。そのためユーザは本実施形態に係るフレネルレンズ１を介して表示部４０に表示される映像を視認しても、光吸収部１２の存在は気にならないこととなる。

以下、本発明の別の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図６は、本発明の別の一実施形態に係るフレネルレンズ１０１の一例を示す部分拡大断面図である。図６に示すフレネルレンズ１０１は、本体部１１０と、光吸収部１１２と、を含んでいる。本実施形態に係る本体部１１０は、透明な平板である基体１２０と、複数の凸状のレンズ部１２２と、から構成されている。本体部１１０は、図３に示す本体部１０と同様、透明の樹脂製である。本体部１１０には、複数の凸状のレンズ部１２２が同心状に（ここでは例えば同心円状に）連続的に形成されており、本体部１１０の断面は全体として鋸歯状となっている。

それぞれのレンズ部１２２には、図３に示すレンズ面２４と同様のレンズ面１２４と、図３に示す非レンズ面２６と同様の非レンズ面１２６と、が形成されている。また非レンズ面１２６は、フレネルレンズ１０１の光軸に沿った面であるライズ面１２６ａと、レンズ面１２４とライズ面１２６ａとを連結する連結面１２６ｂと、を含んでいる。図６に示すように本実施形態に係る連結面１２６ｂは、レンズ部１２２の頂部１２２ａに形成されており、上が凸の湾曲形状となっている。

そして本実施形態では、連結面１２６ｂを通る、フレネルレンズ１０１の光軸に沿った位置に光吸収部１１２が設けられている。また本実施形態に係る光吸収部１１２は、図６に示すように、ライズ面１２６ａの径方向内側近傍である、レンズ部１２２の内部に、同心筒状に（ここでは例えば同心円筒状に）配置されている。光吸収部１１２は、光を吸収する材料を含んで構成されており、例えば、カーボンナノチューブ、カーボン粒子などである。また光吸収部１１２は、可視光を吸収し、紫外線を透過する材料を含んで構成されていてもよい。

本実施形態に係るフレネルレンズ１０１は、連結面１２６ｂを通る、フレネルレンズ１０１の光軸に沿った位置に光吸収部１１２が設けられている。そのためフレネルレンズ１０１の光軸に沿って頂部１２２ａに向かう光は、光吸収部１１２で吸収され、遮光されることとなる。そのため本実施形態に係るフレネルレンズ１０１によれば、頂部１２２ａを光が透過することで発生する、フレネルレンズ１０１を介して視認される画像においてレンズの中心に向かって伸びるフレアを抑制できることとなる。

また本実施形態に係るフレネルレンズ１０１は、レンズ部１２２のレンズ面１２４及び非レンズ面１２６側の表面に、外部からレンズ部１２２に入射する光の反射を抑制する反射防止膜１５０が形成されている。

なお本実施形態では、基体１２０、レンズ部１２２、及び、光吸収部１１２の屈折率は同じであることが望ましい。こうすれば、光吸収部１１２に入射する光の反射が抑制されることとなる。

以下、図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら、本実施形態に係るフレネルレンズ１０１の製造工程の一例について説明する。

まず、図７Ａに示すように、透明な基体１２０上に、ナノインプリント技術等により、同心状に（ここでは例えば同心円状に）、光を吸収する材料である光吸収部１１２が配置される。なお光吸収部１１２の幅は例えば２０μｍであり、光吸収部１１２の高さは例えば２５０μｍである。

そして、図７Ｂに示すように、透明の樹脂製である透明材１５２で光吸収部１１２が覆われる。

そして、図７Ｂに示すように、型（ここでは例えば金型１５４）の位置決めが行われる。ここでは例えば、フレネルレンズ１０１の光軸に沿った位置（例えばフレネルレンズ１０１の光軸に沿った上方）に、金型１５４において頂部１２２ａを形成する部分（例えば凹部１５６）が配置されるよう金型が位置決めされる。

そしてフレネルレンズ１０１の光軸に沿って、型（ここでは例えば金型１５４）を下方に動かして、透明材１５２がプレスされることで、図７Ｃに示すように、透明材１５２がレンズ部１２２に成形される。この工程では、レンズ部１２２の頂部１２２ａを通る、フレネルレンズ１の光軸に沿った位置に光吸収部１１２が配置されるよう、透明材１５２がレンズ部１２２に成形される。

そして、レンズ部１２２のレンズ面１２４及び非レンズ面１２６側の表面に、外部からレンズ部１２２に入射する光の反射を抑制する反射防止膜１５０が塗布されて、図６に示すフレネルレンズ１０１が製造されることとなる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、図８に例示するフレネルレンズ２０１のように、レンズ面２２４とライズ面２２６ａとを連結する、上が凸の湾曲形状である連結面２２６ｂ上に、光吸収部２１２が形成されていてもよい。

また例えば、図９に例示するフレネルレンズ３０１のように、連結面３２６ｂを通る、フレネルレンズ３０１の光軸に沿った、基体３２０上の位置に、遮光パターンである光吸収部３１２が印刷されるようにしてもよい。

また例えば、図１０に例示するフレネルレンズ４０１のように光吸収部４１２が配置されていてもよい。光吸収部４１２は、レンズ部４２２の連結面４２６ｂを通る、フレネルレンズ４０１の光軸に沿った位置から、隣のレンズ部４２２のレンズ面４２４を通る、フレネルレンズ４０１の光軸に沿った位置にまで連続して配置されている。こうすれば例えばライズ面４２６ａで反射する光が光吸収部４１２で吸収されることとなる。

また例えば、図１１に例示するフレネルレンズ５０１のように、光吸収部５１２の断面がＴ字形状であっても構わない。また例えば、図１２に例示するフレネルレンズ６０１のように、光吸収部６１２の断面がＬ字形状であっても構わない。図１１に示す光吸収部５１２も図１２に示す光吸収部６１２も、フレネルレンズの光軸に沿った位置から、隣のレンズ部のレンズ面を通る、フレネルレンズの光軸に沿った位置にまで連続して配置されている。

また以上で説明した実施形態を適宜自由に組み合わせても構わない。例えば、光吸収部１２、光吸収部１１２、光吸収部２１２、光吸収部３１２、光吸収部４１２、光吸収部５１２、光吸収部６１２、のうちの互いに異なる複数を備えたフレネルレンズを構成してもよい。

また本実施形態に係るフレネルレンズは、上述のように円形である必要はなく、例えば方形であっても構わない。

また、上記の具体的な文字列や数値及び図面中の具体的な文字列や数値は例示であり、これらの文字列や数値には限定されない。

Claims

複数の凸状のレンズ部が同心状に連続的に形成されているフレネルレンズであって、
前記各レンズ部には、レンズ面及び非レンズ面が形成されており、
前記非レンズ面は、ライズ面及び連結面を含み、
前記ライズ面は、前記フレネルレンズの光軸に沿った面であり、
前記連結面は、前記レンズ部の頂部に形成されている、当該レンズ部の前記レンズ面と当該レンズ部の前記ライズ面とを連結する、前記フレネルレンズの径方向に広がる幅を有する面であり、
前記連結面を通る、前記フレネルレンズの光軸に沿った位置に光吸収部が設けられている、
ことを特徴とするフレネルレンズ。
前記光吸収部は、前記連結面上に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のフレネルレンズ。
前記連結面は、前記フレネルレンズの光軸に垂直な平坦面である、
ことを特徴とする請求項２に記載のフレネルレンズ。
前記光吸収部は、前記レンズ部の内部に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のフレネルレンズ。
複数の凸状のレンズ部が同心状に連続的に形成されている本体部を形成する工程と、
前記レンズ部の表面をマスクで覆う工程と、
前記マスクから前記レンズ部の頂部を露出させる工程と、
前記マスク及び露出された前記頂部の上に、光吸収部を形成する工程と、
前記頂部の上に形成された前記光吸収部を残しつつ、前記マスクを除去する工程と、
を含むことを特徴とするフレネルレンズの製造方法。
前記頂部を露出させる工程では、前記マスク及び前記頂部を研磨して、湾曲形状である前記頂部を平坦化させる、
ことを特徴とする請求項５に記載のフレネルレンズの製造方法。
複数の凸状のレンズ部が同心状に連続的に形成されているフレネルレンズの製造方法であって、
透明な基体上に同心状に光を吸収する材料を配置する工程と、
前記材料を透明材で覆う工程と、
前記透明材を前記レンズ部に成形する工程と、を含み、
前記成形する工程では、前記レンズ部の頂部を通る、前記フレネルレンズの光軸に沿った位置に前記材料が配置されるよう、前記透明材を前記レンズ部に成形する、
ことを特徴とするフレネルレンズの製造方法。