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JP6001836B2 - Method for manufacturing Fresnel lens and method for manufacturing lighting apparatus - Google Patents

Method for manufacturing Fresnel lens and method for manufacturing lighting apparatus Download PDF

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JP6001836B2 JP2011206575A JP2011206575A JP6001836B2 JP 6001836 B2 JP6001836 B2 JP 6001836B2 JP 2011206575 A JP2011206575 A JP 2011206575A JP 2011206575 A JP2011206575 A JP 2011206575A JP 6001836 B2 JP6001836 B2 JP 6001836B2
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Description

本発明は、フレネルレンズの製造方法およびこの製造方法により製造されたフレネルレンズを用いた照明器具の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a Fresnel lens and a method for manufacturing a lighting fixture using the Fresnel lens manufactured by the manufacturing method .

自動車等の車両の前照灯(ヘッドランプ、フォグランプ等)には、凸レンズであるプロジェクタレンズが使われている(例えば、特許文献1,2参照)。
図15は、この前照灯の主要部の概略を示す断面図である。
前照灯は、従来、レンズ保持部101、光源取付部102、リフレクタ保持部103を備えるベース部104と、プロジェクタレンズとしての非球面レンズ106と、光源107と、リフレクタ108とを備えている。
この前照灯では、光源107からの光が、リフレクタ108で反射され、この反射光がリフレクタ108により主に上下方向に集光された後に拡散する状態で非球面レンズ106に入射し、入射した光が非球面レンズ106で方向を変換されて所定の投光範囲を照らすように出射される。
Projector lenses that are convex lenses are used for headlamps (headlamps, fog lamps, etc.) of vehicles such as automobiles (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the main part of the headlamp.
The headlamp conventionally includes a base portion 104 including a lens holding portion 101, a light source mounting portion 102, and a reflector holding portion 103, an aspherical lens 106 as a projector lens, a light source 107, and a reflector 108.
In this headlamp, the light from the light source 107 is reflected by the reflector 108, and the reflected light is incident on the aspherical lens 106 in a state of being diffused after being mainly focused in the vertical direction by the reflector 108. The light is emitted so that its direction is changed by the aspherical lens 106 and illuminates a predetermined light projection range.

しかし、プロジェクタレンズとして非球面レンズ106を用いると、レンズ中心厚が厚くなるので、この非球面レンズ106を樹脂で射出成形により形成すると、樹脂が固まるのが遅く成形時間が長くなり、またヒケ(成形時の収縮による変形)が大きくなる虞がある。   However, if the aspherical lens 106 is used as a projector lens, the center thickness of the lens becomes thick. Therefore, when the aspherical lens 106 is formed of resin by injection molding, the resin is hardened slowly and the molding time becomes long. There is a risk that deformation due to shrinkage during molding) will increase.

また、基本的に、上述のプロジェクタレンズのような投光を目的とするレンズを含む照明用途のレンズでは、例えば、他の用途の光学素子に比較して径が大きい場合があり、レンズ中心厚が厚いと、体積が大きくなることによって、照明装置の各部材の配置などのスペース状の問題が生じたり、スペース効率が悪かったり、重量が大きくなったり、原材料の使用量が多くなってコストが高くなったり、光の透過率が高くない材料では厚みによる透過光量の減衰が大きかったりするといった問題がある。   Basically, in a lens for illumination including a lens for light projection such as the projector lens described above, for example, the diameter may be larger than the optical element for other applications, and the lens center thickness If the thickness is thicker, the volume becomes larger, resulting in problems such as the placement of each member of the lighting device, space efficiency is poor, the weight is increased, the amount of raw materials used is increased, and the cost is increased. There is a problem that a material whose light transmittance is not high increases or the amount of transmitted light is greatly attenuated by thickness.

そこで、プロジェクタレンズに厚さを薄くできるフレネルレンズを用いて、樹脂で射出成形により形成することが考えられる。このようにすると、成形時間の短縮、ヒケの低減、レンズの軽量化、小型化(薄型化)および光の透過率の向上を図ることができる。   Therefore, it is conceivable to form the projector lens by injection molding with a resin using a Fresnel lens capable of reducing the thickness. By doing so, it is possible to shorten the molding time, reduce sink marks, reduce the weight of the lens, reduce the size (thinner), and improve the light transmittance.

特開2007−207527号公報JP 2007-207527 A 特開2008−47383号公報JP 2008-47383 A

しかし、フレネルレンズは、断面形状が略三角形状に形成された複数個のプリズム(輪帯)を備えているので、合成樹脂を材料として、射出成形等の樹脂成形により製造する場合に、金型に成形品(フレネルレンズ)が食いつきやすく成形品が破損して取出せないなどの問題が生じる場合がある。取出しが可能な場合でも、局所的に金型から剥がれにくい部分があると、取出しにより成形品が変形してしまって所望の光学特性が得られなくなってしまう場合もある。   However, since the Fresnel lens has a plurality of prisms (annular zones) whose cross-sectional shape is formed in a substantially triangular shape, a mold is used when the synthetic resin is used as a material by resin molding such as injection molding. In some cases, the molded product (Fresnel lens) tends to bite and the molded product is damaged and cannot be taken out. Even if it can be taken out, if there is a portion that is difficult to peel off locally from the mold, the molded product may be deformed by the taking out, and desired optical characteristics may not be obtained.

また、断面略三角形状のプリズムの頂点側に向かうほど樹脂の流路は狭くなることとなり、樹脂が頂点まで流入せずに途中で固化してしまうことでプリズム頂点部分が丸みを帯びてしまう、いわゆる転写不足となる場合がある。このような場合、樹脂の特性バラつきによる流動性や、金型の温度、成形機の射出圧力などの微細な変動であっても、前記プリズム頂点部分の丸みの状態は大きく変化して、レンズの光学特性が大きくばらついてしまう。   In addition, the flow path of the resin becomes narrower toward the apex side of the prism having a substantially triangular cross section, and the prism apex portion is rounded because the resin is solidified in the middle without flowing into the apex, In some cases, so-called transfer is insufficient. In such a case, the roundness of the prism apex portion changes greatly even if there are minute fluctuations such as fluidity due to resin characteristic variations, mold temperature, molding machine injection pressure, etc. Optical characteristics vary greatly.

また、このようなフレネルレンズの成形金型を製作する場合において、プリズム頂点部分に対応する断面略三角形状の凹部を鋭角の状態にしようとした場合には、先端部分が鋭角の金型加工工具を用いる必要があるが、このような工具を用いた場合は工具先端が摩耗しやすく、工具の頻繁な交換が必要となったり、加工精度が悪くなったり、面粗度が悪くなるなどの問題が生じる。   Further, when manufacturing such a Fresnel lens molding die, if a concave portion having a substantially triangular cross section corresponding to the apex portion of the prism is to be in an acute angle state, a die processing tool having an acute angle tip portion However, when such a tool is used, the tip of the tool is likely to wear out, and it is necessary to change the tool frequently, the processing accuracy will deteriorate, and the surface roughness will deteriorate. Occurs.

以上のような問題を解消する上で、設計段階において、フレネルレンズのプリズムの頂点部分の断面形状を円弧状とするとともに、それに合わせて金型の凹部の最深部の断面形状を円弧することが考えられるが、上述のようにプリズムの頂点部分の形状が変わると光学特性が変化し、入射光量に対する出射光量が減少する虞がある。特に、照明用途のレンズとしては効率が低下してしまう虞がある。   In solving the above problems, in the design stage, the cross-sectional shape of the apex portion of the prism of the Fresnel lens may be an arc shape, and the cross-sectional shape of the deepest portion of the concave portion of the mold may be arced accordingly. Although it is conceivable, if the shape of the apex portion of the prism changes as described above, the optical characteristics change, and there is a possibility that the emitted light quantity with respect to the incident light quantity decreases. In particular, the efficiency of the lens for illumination use may be reduced.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、入射光量に対する出射光量の比としての射出効率を低下させることなく、金型の製作を容易にできるとともに、射出成形時の変形や転写不足を抑えて、製品良品率の高い樹脂製のフレネルレンズを製造するフレネルレンズの製造方法およびこの製造方法により製造されたフレネルレンズを用いた照明器具の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can easily produce a mold without reducing the injection efficiency as a ratio of the amount of emitted light to the amount of incident light. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a Fresnel lens for manufacturing a resin-made Fresnel lens with a high product yield rate, and a method for manufacturing a lighting fixture using the Fresnel lens manufactured by this manufacturing method.

本発明は、樹脂を射出成形して形成されるフレネルレンズにおいて、各プリズムの配置方法とレンズの有効径とプリズムの数と、各プリズムの高さを底辺の幅で除算したアスペクト比と、断面円弧状にされたプリズム頂点部分の前記円弧の半径とが、フレネルレンズの品質や光学特性に及ぼす影響について検討し、金型製造の容易さについて検討した結果、プリズムの高さをh(mm)、プリズムの頂点部の半径をr(mm)、フレネルレンズのレンズ有効径をD(mm)、レンズ有効径Dの範囲に含まれるプリズムの数をNとした場合に、前記rを以下の式(1)で示すものとし、かつ、前記式(1)におけるkの値を0.04〜0.38とすることにより、フレネルレンズの入射光に対する出射光の比率を示す射出効率を必要十分なものにしつつ、金型の製造が容易で、かつ、成形されたフレネルレンズの離型が容易になり、また成形されたフレネルレンズの品質を安定させることができることを見出したものである。   The present invention relates to a Fresnel lens formed by injection molding of a resin, the arrangement method of each prism, the effective diameter of the lens, the number of prisms, the aspect ratio obtained by dividing the height of each prism by the width of the base, and the cross section The effect of the radius of the arc at the apex of the prism on the arc on the quality and optical characteristics of the Fresnel lens was studied, and the ease of mold manufacture was examined. As a result, the height of the prism was set to h (mm) When the radius of the apex of the prism is r (mm), the effective lens diameter of the Fresnel lens is D (mm), and the number of prisms included in the range of the effective lens diameter D is N, the r is expressed by the following equation: When the value of k in Equation (1) is set to 0.04 to 0.38, the emission efficiency indicating the ratio of the emitted light to the incident light of the Fresnel lens is necessary and sufficient. thing And while, it is easy to manufacture mold and release the molded Fresnel lens becomes easy, and in which the quality of the molded Fresnel lenses found that it is possible to stabilize.

Figure 0006001836
Figure 0006001836

ここで、2Nh/Dはアスペクト比を表しており、プリズムの高さhをD/2Nで示されるプリズムの平均ピッチ(プリズムの幅の平均値)で除算したものである。式(1)は、基本的に円弧状の頂点の半径rをアスペクト比で規定したものであり、アスペクト比が高くなると、樹脂の流路が狭められることとなって金型の成形品への転写性が悪くなるので、半径rを大きくする必要がある。アスペクト比に対応して適切な半径rを設定することにより、光学特性を必要十分なレベルで保持しながら、離型性や品質の向上等を図ることができる。   Here, 2Nh / D represents the aspect ratio, and is obtained by dividing the prism height h by the average prism pitch (average prism width) indicated by D / 2N. Formula (1) basically defines the radius r of the arcuate apex by the aspect ratio. When the aspect ratio increases, the flow path of the resin is narrowed and the molded product of the mold is formed. Since transferability deteriorates, it is necessary to increase the radius r. By setting an appropriate radius r corresponding to the aspect ratio, it is possible to improve mold release and quality while maintaining the optical characteristics at a necessary and sufficient level.

なお、プリズムの高さhは、各プリズムの高さを一定とした場合には全てのプリズムの各高さを示すが、各プリズムで高さが異なる場合は、全てのプリズムの平均の高さとする。また、プリズムの頂点にRをつけた場合に、プリズムの高さが低くなるが、ここでの高さは、プリズム4の頂点部7にRを付けない場合の高さであって、Rを付ける前の設計時のプリズムの高さである。また、製造されたフレネルレンズの場合には、一つのプリズムのプリズム面(光学機能面)と分割面(フレネルの元のレンズ形状の光学機能面を分割している面)との断面を直線状とした場合(曲線の場合は、近似する曲線とした場合)に、プリズム面と分割面の頂点側への延長面どうしが交差する部分の高さ、もしくは複数のプリズムにおける上述の延長面どうしが交差する高さの平均を高さhとしている。   The height h of the prism indicates the height of all the prisms when the height of each prism is constant, but the height of each prism is the same as the average height of all the prisms. To do. In addition, when R is added to the apex of the prism, the height of the prism is reduced. The height here is the height when R is not added to the apex portion 7 of the prism 4, and R is It is the height of the prism at the time of design before attaching. In the case of a manufactured Fresnel lens, the cross section between the prism surface (optical function surface) of one prism and the split surface (the surface that divides the optical function surface of the original lens shape of Fresnel) is linear. (In the case of a curve, an approximate curve), the height of the portion where the prism surface and the extension surface to the apex side of the split surface intersect, or the above-mentioned extension surfaces of a plurality of prisms The average of the intersecting heights is the height h.

このような本発明のフレネルレンズの製造方法は、
光が入射する第1の面と、光が出射する第2の面とを有し、前記第2の面に、複数個のプリズムが形成され、前記プリズムが、プリズム面と、分割面と、これらプリズム面および分割面をつなげる円弧状の頂点部とから断面が略三角形状に形成される樹脂製のフレネルレンズを射出成形により製造するフレネルレンズの製造方法であって、
前記頂点部の円弧の半径をr(mm)、前記プリズムの高さをh(mm)、レンズ有効径をD(mm)、レンズ有効径D(mm)の範囲に含まれるプリズムの数をNとした場合、
前記r(mm)を以下の式(1)で示すものとし、
かつ、前記式(1)におけるk(mm)の値を0.04〜0.38mmにすることを特徴とする。

Figure 0006001836
The manufacturing method of such a Fresnel lens of the present invention is as follows.
A first surface on which light is incident and a second surface from which light is emitted; a plurality of prisms are formed on the second surface; and the prism includes a prism surface, a split surface, A Fresnel lens manufacturing method for manufacturing a resin-made Fresnel lens whose cross section is formed in a substantially triangular shape from an arcuate apex portion connecting the prism surface and the dividing surface,
The radius of the arc at the apex is r (mm), the height of the prism is h (mm), the effective lens diameter is D (mm), and the number of prisms included in the effective lens diameter D (mm) is N. If
Said r (mm) shall be shown by the following formula | equation (1),
And the value of k (mm) in said Formula (1) shall be 0.04-0.38 mm.
Figure 0006001836

本発明においては、円弧状のプリズムの頂点の半径rを上記式(1)、すなわち、アスペクト比に対応して求める。この際に、上記式でアスペクト比に乗算される係数としてのkの値を0.04〜0.38とすることにより、必要な光学特性を確保しながら成形上の問題を解消する。
すなわち、プリズムの断面円弧状の頂点部の半径rの上限を設ける事によって、成形上は十分な生産性が確保できるにも関わらず、過剰に大きいr寸法としてしまうことでのフレネルレンズの光学特性の劣化を防止し、下限を設ける事で転写不足や離型によるレンズの破損や変形を防止する。
In the present invention, the radius r of the apex of the arc-shaped prism is obtained in accordance with the above formula (1), that is, the aspect ratio. At this time, by setting the value of k as a coefficient multiplied by the aspect ratio in the above formula to 0.04 to 0.38, the molding problem is solved while ensuring necessary optical characteristics.
That is, by providing an upper limit of the radius r of the apex portion of the arcuate cross section of the prism, the optical characteristics of the Fresnel lens can be obtained by making the r dimension excessively large even though sufficient productivity can be secured in molding. Deterioration of the lens is prevented, and by setting a lower limit, damage or deformation of the lens due to insufficient transfer or mold release is prevented.

成形の際、金型キャビティ内で樹脂がプリズム頂点側に流れ込む事象を考えた場合、金型に触れた樹脂は冷却されて極薄い冷却固化層、いわゆるスキン層が生じる。樹脂がプリズム頂点側に向かうにつれて樹脂が流れるための流路は狭くなっていき、頂点近傍ではプリズム面と分割面のそれぞれに形成されたスキン層が会合して樹脂がそれ以上流れなくなり転写不足が生じる。樹脂が流動し得る転写可能領域はスキン層の厚み分を差し引いて考える必要があり、この領域はアスペクト比によって関連付けられる。   When considering the phenomenon that the resin flows into the prism apex side in the mold cavity at the time of molding, the resin touching the mold is cooled to form a very thin cooling solidified layer, a so-called skin layer. As the resin moves toward the apex side of the prism, the flow path for the resin to flow becomes narrower, and near the apex, the skin layers formed on the prism surface and the divided surface meet to prevent the resin from flowing any further, resulting in insufficient transfer. Arise. The transferable region where the resin can flow must be considered by subtracting the thickness of the skin layer, and this region is related by the aspect ratio.

図5の様にプリズムの配置方法を変えた場合や、同様の形状でもレンズ径が比例して大きくなる場合において、同じアスペクト比であってもプリズム高さが異なる場合がある。プリズムの高さが低い場合と比較して、プリズムの高さが高い場合は樹脂の熱がより奪われやすく、樹脂温度が下がり流動性が低くなった状態で頂点側に向うことになり、転写不足領域が大きくなることになる。しかし、プリズムの配置方法を変えてプリズムの高さを高くした場合においてはアスペクト比が小さくなり、同様の形状でレンズ径を比例で大きくする場合においてはランナーやゲートも比例させて大きくするので、上記の影響が相殺されるように働く。一方、フレネルレンズに変換される前のレンズから各プリズムに分割する数、すなわち、レンズ有効径内に形成されるプリズムの数を多くした場合、アスペクト比はほとんど変わらないがプリズム高さが減少するため、転写不足が起きにくい傾向となる。   When the prism arrangement method is changed as shown in FIG. 5 or when the lens diameter is increased proportionally even with the same shape, the prism height may be different even with the same aspect ratio. Compared to the low prism height, the higher the prism height, the more easily the heat of the resin is taken away, and the resin temperature drops and the fluidity becomes lower, and it goes to the apex side. The shortage area will increase. However, when the prism arrangement method is changed and the height of the prism is increased, the aspect ratio decreases, and when the lens diameter is increased proportionally with the same shape, the runner and gate are also increased proportionally, It works to offset the above effects. On the other hand, when the number of prisms divided from the lens before being converted to the Fresnel lens, that is, the number of prisms formed within the effective diameter of the lens is increased, the aspect ratio remains almost unchanged but the prism height decreases. Therefore, there is a tendency that transfer shortage hardly occurs.

転写には様々な要素が影響するが、転写不足となる領域の大きさという視点のマクロ的現象を捉える上では、分割数が同じであれば、プリズムの配置方法やレンズ径に依らず、アスペクト比で一義的に関係付けられる。一方で分割数が異なる場合には、分割数が多いほど転写しやすい傾向にあるから、プリズム頂点Rを小さくすることができるので、式1は分割数Nの影響を考慮した式としている。   Various factors affect the transfer, but when capturing the macroscopic phenomenon from the viewpoint of the size of the area where transfer is insufficient, the aspect ratio is independent of the prism arrangement method and lens diameter if the number of divisions is the same. It is uniquely related by the ratio. On the other hand, when the number of divisions is different, the larger the number of divisions, the easier it is to transfer. Therefore, the prism apex R can be made smaller, so Equation 1 takes into account the influence of the number of divisions N.

このようにプリズム頂点部を式1から定義される適切な半径rの円弧とすることにより、転写不足を抑えてプリズム先端部の形状バラつきを抑制し、安定した品質のフレネルレンズを作ることができる。   In this way, by making the prism apex part an arc having an appropriate radius r defined from Equation 1, it is possible to suppress the insufficient transfer and suppress the shape variation of the prism tip part, and to produce a stable quality Fresnel lens. .

上記式(1)においてアスペクト比を、プリズムの平均高さhとレンズ有効径Dとレンズ有効径Dの範囲に含まれるプリズムの数Nで定義しているのは、前記の説明を根拠とするものであって、プリズム個々の高さや幅からプリズム個々にアスペクト比を求めて例えば個々のアスペクト比の平均値を上記式(1)に適用した場合、プリズムの配置方法を変えるとアスペクト比も変化して、前記説明の根拠にそぐわないものとなる。
また、上記式(1)によれば、プリズムの断面円弧状の頂点部の半径rは、プリズム各々に決められるものではなく、プリズム全ての頂点に共通するものとして一つのr寸法が定められる。そのため、金型加工途中で加工工具を交換したり、複雑な加工を行う必要が無いので、容易に精度良く金型加工することができる。
In the above equation (1), the aspect ratio is defined by the average height h of the prisms, the effective lens diameter D, and the number N of prisms included in the range of the effective lens diameter D based on the above description. If the aspect ratio of each prism is obtained from the height and width of each prism and, for example, the average value of the individual aspect ratios is applied to the above equation (1), the aspect ratio changes when the prism arrangement method is changed. Thus, it does not fit the grounds of the above explanation.
Further, according to the above equation (1), the radius r of the apex portion of the prism having the arcuate cross section is not determined for each prism, but one r dimension is determined as being common to all apexes of the prism. For this reason, there is no need to change a processing tool or perform complicated processing in the middle of mold processing, and therefore it is possible to easily perform mold processing with high accuracy.

成形されたレンズを金型から取り出す離型について考えた場合、離型のし易さは製品が金型に食いつく部分の面積と関連付けられる。凸型レンズでは、分割面が金型に食いつく部分となるが、プリズム頂点に断面円弧状のRを付けていない場合は、プリズムの配置方法や分割数を変えた場合でも、この部分の面積はあまり大きく変わらない。またレンズ径が比例して大きくなる場合は金型に食いつく部分の面積も比例して大きくなるが、エジェクタピン等の金型に設ける離型機構部も比例して大きくすることができるので、レンズ径が小さい場合と同程度の離型し易さにすることができる。プリズム頂点部にRを設けた場合、金型に食いつく部分の面積はR寸法の大きさに比例して減少するので、離型が容易になる。その減少率はプリズムの分割数によって異なる。プリズム頂点のR寸法が同じでも、プリズム分割数が多いほど、金型に食いつく部分の面積減少率が大きくなる。従って、プリズム分割数が多いほど、プリズム頂点のR寸法を小さくしても同等の離型し易さとすることができるので、式1には分割数Nが離型に与える影響性を考慮した式としている。   When considering the release of the molded lens from the mold, the ease of release is related to the area of the part where the product bites into the mold. In a convex lens, the dividing surface is a portion that bites into the mold, but if the prism apex is not attached with an arc R in cross section, the area of this portion can be reduced even if the prism arrangement method and the number of divisions are changed. It does n’t change much. If the lens diameter increases proportionally, the area of the part that bites into the mold also increases proportionally, but the release mechanism provided on the mold such as the ejector pin can also be increased proportionally, so the lens It is possible to make the mold release as easy as when the diameter is small. When R is provided at the apex of the prism, the area of the portion that bites into the mold decreases in proportion to the size of the R dimension, so that release is facilitated. The reduction rate varies depending on the number of prism divisions. Even if the R dimension of the prism apex is the same, the greater the number of prism divisions, the greater the area reduction rate of the portion that bites into the mold. Therefore, as the number of prism divisions increases, it is possible to make the mold release easier even if the R dimension of the prism apex is reduced. Therefore, the expression 1 considers the influence of the division number N on the mold release. It is said.

上述の通り、プリズム頂点のR寸法が大きいほど転写不足が起きにくく離型しやすくなる。プリズム頂点のR寸法がある大きさ以上では、成形上の問題は生じず十分な生産性が確保される。それ以上にR寸法を大きくしても生産性は何ら変わらないが、逆にレンズの射出効率が低下したり、配光特性が変化したりといった不具合が生じることになる。
入射光量に対する出射光量の比である射出効率を考えると、分割数を多くすれば、各プリズムのプリズム面の断面を直線としても、フレネル化される前の元のレンズの光学機能面に各プリズムのプリズム面を合わせた形状が元の光学機能面により近似していくことになるので、基本的には、レンズの光学特性が向上するはずであるが、各プリズムが基本的に小さくなる(高さが低くなる)ことから、プリズムの頂点部分を円弧状にする場合に、分割数に関わらず頂点部の円弧の半径rを同じとすると、この半径rのプリズムの高さに対する割合が大きくなり、これにより各プリズム面の光学特性は悪化する。この場合に、分割数を増やすことによるメリットよりも、分割数を増やすことで、円弧状の頂点部分が増えることにより光学特性が悪化するデメリットの方が大きくなる虞がある。これらのことからプリズムの数を増やした場合には、上述の半径rを小さくすることが好ましい。
As described above, the larger the R dimension of the prism apex, the less transfer is less likely to occur and the easier it is to release. When the R dimension of the prism apex is larger than a certain size, there is no molding problem and sufficient productivity is ensured. Increasing the R dimension beyond that does not change the productivity at all, but conversely causes problems such as a decrease in lens emission efficiency and a change in light distribution characteristics.
Considering the emission efficiency, which is the ratio of the emitted light quantity to the incident light quantity, if the number of divisions is increased, each prism is added to the optical functional surface of the original lens before Fresnelization even if the prism surface cross section is a straight line. Therefore, the optical characteristics of the lens should basically be improved, but each prism is basically smaller (higher). Therefore, when the apex portion of the prism is formed in an arc shape, if the radius r of the arc of the apex portion is the same regardless of the number of divisions, the ratio of the radius r to the prism height increases. This deteriorates the optical characteristics of each prism surface. In this case, there is a possibility that the demerit that the optical characteristics deteriorate due to the increase in the number of arcuate apex portions by increasing the number of divisions may be larger than the merit of increasing the number of divisions. Therefore, when the number of prisms is increased, it is preferable to reduce the radius r.

また、フレネルレンズとしたことにより、従来の非球面レンズに対して、軽量化、薄型化、薄型化によるスペース効率の向上、薄型化による原材料の削減によるコストダウン、薄型化による成形時間の短縮、薄型によりひけによる変形量の減少を図ることができる。   In addition, because of the Fresnel lens, compared to conventional aspherical lenses, lighter, thinner, improved space efficiency by thinner, reduced costs by reducing raw materials, thinner molding time, The amount of deformation due to sink marks can be reduced due to the thinness.

上記構成において、kの上限値がk=0.5553e−0.02N (mm)以下であることが好ましい。 In the above structure, it is preferable that the upper limit value of k is equal to or less than k = 0.5553e− 0.02N (mm) .

また、上記構成において、前記各プリズムは、同心円状または同心の楕円状に形成されているようにしてもよい。   In the above configuration, each prism may be formed in a concentric circle shape or a concentric ellipse shape.

また、上記構成において、前記プリズムの前記分割面には、逃げ角が設けられ、
前記分割面の前記逃げ角は、
光源から入射した光のうちの前記隣り合うプリズムの前記プリズム面と前記分割面とから構成される谷の最深部に至る光の方向に、当該谷を構成する当該分割面がほぼ沿うように設定されていてもよい。
In the above configuration, a clearance angle is provided on the split surface of the prism,
The clearance angle of the dividing surface is
Of the light incident from the light source, set so that the split surface constituting the valley substantially follows the direction of the light reaching the deepest part of the valley formed by the prism surface and the split surface of the adjacent prisms. May be.

各プリズムの高さhが、当該高さhの平均に対してプラス・マイナス10%以内に設定されていてもよい。   The height h of each prism may be set within plus or minus 10% with respect to the average of the height h.

また、レンズ径が20mm〜80mmであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that a lens diameter is 20 mm-80 mm.

また、上記構成において、前記プリズムは、前記プリズム面および前記分割面の断面形状が直線または曲線であるようにしてもよい。なお、曲線は凸となるものであり、かつ、分割面の断面形状の曲線とする場合に、分割面の基端部からの離型方向に沿った線分を想定した場合に、凸となる曲線が前記線分から突出しないようになっている必要がある。   In the above configuration, the prism may be configured such that cross-sectional shapes of the prism surface and the dividing surface are straight lines or curved lines. Note that the curve is convex and is convex when assuming a line segment along the release direction from the base end portion of the dividing surface when it is a curve of the sectional shape of the dividing surface. It is necessary that the curve does not protrude from the line segment.

また、上記構成において、前記各プリズムは、高さが略同一であり、前記プリズム面の傾斜角に対応して底面の幅が異なるようにしてもよい。   In the above configuration, the prisms may have substantially the same height, and the bottom surface may have a different width corresponding to the inclination angle of the prism surface.

また、上記構成において、レンズ有効径の範囲内における最大厚みは、0.5〜4mmであるようにしてもよい。   In the above configuration, the maximum thickness within the range of the effective lens diameter may be 0.5 to 4 mm.

前記第1の面および第2の面の少なくともいずれか一方に、反射防止膜を形成する工程を有するようにしてもよい。 An antireflection film may be formed on at least one of the first surface and the second surface.

また、上記のようなフレネルレンズの製造方法により製造されたフレネルレンズを用いて照明器具を製造するようにしてもよい。
このような照明器具には、例えば、車両用前照灯(ヘッドランプ、ホグランプ等)、交通信号灯、スポットライト、ダウンライト、白熱灯、蛍光灯などが含まれる。
Moreover, you may make it manufacture a lighting fixture using the Fresnel lens manufactured by the manufacturing method of the above Fresnel lenses.
Such lighting fixtures include, for example, vehicle headlamps (head lamps, hog lamps, etc.), traffic signal lights, spotlights, downlights, incandescent lamps, fluorescent lamps and the like.

また、上記照明器具の光源がLEDであるようにしてもよい。   Moreover, you may make it the light source of the said lighting fixture be LED.

本発明によれば、フレネルレンズの光学特性を必要十分なだけ保持しつつ、金型の製造を容易とし、成形されたフレネルレンズの離型性の向上によりフレネルレンズの製造を容易とし、さらに離型による変形や転写不足を抑えてフレネルレンズの品質を安定させることができる。   According to the present invention, the mold can be easily manufactured while maintaining the necessary and sufficient optical properties of the Fresnel lens, the manufacture of the Fresnel lens can be facilitated by improving the releasability of the molded Fresnel lens, and the mold can be separated. It is possible to stabilize the quality of the Fresnel lens by suppressing deformation due to the mold and insufficient transfer.

(a)は本発明の第1実施形態に係るフレネルレンズを示す正面図であり(b)はフレネルレンズを示す断面図である。(A) is a front view which shows the Fresnel lens which concerns on 1st Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing which shows a Fresnel lens. 図1(b)の一部の拡大図である。It is a one part enlarged view of FIG.1 (b). 図2の一部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG. 2. 図2の一部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG. 2. フレネルレンズのバリエーションを示す断面図であって、(a)はプリズムの高さが略一定のフレネルレンズを示す断面図であり、(b)はプリズムの幅が略一定のフレネルレンズを示す断面であり、(c)は、プリズムの幅が略一定で、プリズムの頂点位置を合わせたフレネルレンズを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a variation of a Fresnel lens, where (a) is a cross-sectional view showing a Fresnel lens having a substantially constant prism height, and (b) is a cross-section showing a Fresnel lens having a substantially constant prism width. FIG. 6C is a cross-sectional view showing a Fresnel lens in which the prism width is substantially constant and the apex positions of the prisms are matched. プリズム幅が一定のフレネルレンズの離型時の問題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem at the time of mold release of the Fresnel lens with a fixed prism width. フレネルレンズの離型時の固化収縮による問題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem by the solidification shrinkage at the time of mold release of a Fresnel lens. フレネルレンズのプリズムの円弧状の頂点のRによる光学的機能を有するプリズム面の減少を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reduction | decrease of the prism surface which has an optical function by R of the circular-arc-shaped vertex of the prism of a Fresnel lens. 分割面の逃げ角の設定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the setting of the clearance angle of a division surface. 式(2)基づく分割面の逃げ角の設定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the setting of the clearance angle of the division surface based on Formula (2). フレネルレンズを用いた照明器具を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the lighting fixture using a Fresnel lens. フレネルレンズを成形する金型のキャビティ部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cavity part of the metal mold | die which shape | molds a Fresnel lens. 実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of an Example. 実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of an Example. 実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of an Example. 従来の非球面レンズを用いた照明器具を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the lighting fixture using the conventional aspherical lens.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図1から図4に示すように、本発明の実施の形態に係るフレネルレンズ1は、光が入射する第1の面2と、光が出射する第2の面3とを有し、第2の面3に同心円状に複数個のプリズム4を形成したものである。なお、図2は、図1(b)のフレネルレンズ1の中心からレンズ有効径D(光が入射されてレンズとして機能する範囲の径)部分の外縁部分までの拡大図であり、図3は図2の内径側の拡大図であり、図4は図2の外径側の拡大図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1 to FIG. 4, the Fresnel lens 1 according to the embodiment of the present invention has a first surface 2 on which light is incident and a second surface 3 on which light is emitted. A plurality of prisms 4 are formed concentrically on the surface 3. 2 is an enlarged view from the center of the Fresnel lens 1 in FIG. 1B to the outer edge portion of the lens effective diameter D (the diameter of the range in which light enters and functions as a lens). FIG. 4 is an enlarged view of the inner diameter side of FIG. 2, and FIG. 4 is an enlarged view of the outer diameter side of FIG.

各プリズム4は、円板状のベース10の第2の面3に、ベース10の中心を中心として同心円状に複数配置されている。また、図3および図4に示すように、プリズム4は、プリズム面5と、分割面6と、これらプリズム面5と分割面6とが繋がる頂点部7とから断面が略三角形状に形成されている。なお、中心のプリズム4は、断面が二等辺三角形状に形成され、三角形の左右の斜辺を形成する両方の面がプリズム面5とされている。
また、ベース10のプリズム4が形成されていないレンズ有効径Dの外側となる部分がフランジ部11とされ、フレネルレンズ1の取付等に利用される。
A plurality of prisms 4 are concentrically arranged on the second surface 3 of the disk-shaped base 10 with the center of the base 10 as the center. As shown in FIGS. 3 and 4, the prism 4 is formed in a substantially triangular cross section from a prism surface 5, a split surface 6, and a vertex 7 where the prism surface 5 and the split surface 6 are connected. ing. The central prism 4 has an isosceles triangular cross section, and both surfaces forming the left and right hypotenuses of the triangle are prism surfaces 5.
Further, a portion on the outside of the effective lens diameter D where the prism 4 of the base 10 is not formed is a flange portion 11 and is used for mounting the Fresnel lens 1 or the like.

このフレネルレンズ1のプリズム4においては、その断面形状のプリズム面5部分と分割面6とに対応する辺になる部分が直線状とされている。なお、プリズム4が円環状に形成されているので、プリズム面5および分割面6は、円錐台の外周面状の曲面になっている。また、プリズム面5と分割面6とが繋がる頂点部7は、その断面が円弧状に形成されており、その円弧の半径をrとする。また、隣り合うプリズム4どうしの間は、断面が略三角形状の谷(凹部)になるが、谷の最深部も円弧状に形成するものとしてもよい。なお谷の最深部は、成形の際に樹脂が最初に接触する部分であるから円弧状でなくても転写不足となることは無く、また金型製作において、この部分に対応する金型は凸状であるので、加工工具の先端形状が鋭角でなくても金型は容易に角状に形成できるので、円弧状である必然性は無いが、レンズ自体の強度を高める意味では角状でなく微小な円弧状に形成されるのが望ましい。   In the prism 4 of the Fresnel lens 1, a portion that becomes a side corresponding to the prism surface 5 portion and the dividing surface 6 having a cross-sectional shape is linear. In addition, since the prism 4 is formed in an annular shape, the prism surface 5 and the dividing surface 6 are curved surfaces of the outer peripheral surface of the truncated cone. In addition, the apex portion 7 where the prism surface 5 and the dividing surface 6 are connected has an arc-shaped cross section, and the radius of the arc is r. Further, between adjacent prisms 4, valleys (concave portions) having a substantially triangular cross section are formed, but the deepest portion of the valleys may be formed in an arc shape. The deepest part of the valley is the part where the resin first comes into contact during molding, so there is no shortage of transfer even if it is not arcuate, and the mold corresponding to this part is convex in the mold production. Therefore, even if the tip shape of the processing tool is not an acute angle, the mold can be easily formed into a square shape, so it is not necessarily an arc shape. However, in order to increase the strength of the lens itself, it is not a square shape but a minute shape. It is desirable to form a circular arc.

また、このフレネルレンズ1では、各プリズム4のRを付ける前の設計上の高さh(断面が略三角形状のプリズム4の底辺から、プリズム面5と分割面6を頂点側へ延長して定まる交点までの距離)が略一定となるようになっている。なお、プリズム面5の傾斜角度は、レンズとして設定されているとともに、個々のプリズム4毎に異なるものとなっていることから、プリズム4の底辺のフレネルレンズ1の径方向に沿った幅は、個々のプリズム4毎に異なる場合がある。プリズム面の傾斜角度が大きいほど、幅が狭くなる。なお、各プリズム4のRを付ける前の設計上の高さhを精度高く一定にする必要はなく、例えば、各プリズム4のRを付ける前の設計上の高さhの違いを基準となる高さhの10%以内とすることが好ましい。   Further, in this Fresnel lens 1, the prism height 5 and the dividing surface 6 are extended to the apex side from the base height of the prism 4 having a substantially triangular cross section before the R of each prism 4 is attached. The distance to the determined intersection point) is substantially constant. In addition, since the inclination angle of the prism surface 5 is set as a lens and is different for each prism 4, the width along the radial direction of the Fresnel lens 1 at the bottom of the prism 4 is It may be different for each prism 4. The larger the inclination angle of the prism surface, the narrower the width. In addition, it is not necessary to make the design height h before attaching R of each prism 4 highly accurate and constant, for example, the difference in the design height h before attaching R of each prism 4 is used as a reference. It is preferable to be within 10% of the height h.

このように各プリズム4の高さを略一定にすることによって、他のプリズム4に対してかなり高いプリズム4が設けられることがなく、金型の製造が容易になるとともに、離型が容易になり、かつ、ヒケに対して有利な構造になる。フレネルレンズ1が冷えて縮小する際に、厚い部分と、薄い部分とで縮小度合いに差がでることによって、ひけによる変形が生じることになり、各プリズムの高さを略一定とすることによって、ヒケによる変形も抑制することができる。また、フレネルレンズの場所によって大きく厚みが異なる部分がなくなり、厚みが平均化することから、厚みに基づいて光が透過する距離が大きく異なることがないので、光の透過距離に基づく内部透過率の違いにより明暗が生じるのを防止することができる。   By making the heights of the respective prisms 4 substantially constant in this way, the prisms 4 that are considerably higher than the other prisms 4 are not provided, making it easy to manufacture the mold and releasing the molds easily. And an advantageous structure against sink marks. When the Fresnel lens 1 cools and shrinks, a difference in the degree of reduction between the thick part and the thin part causes deformation due to sink marks, and by making the height of each prism substantially constant, Deformation due to sink marks can also be suppressed. In addition, since there is no portion where the thickness varies greatly depending on the location of the Fresnel lens, and the thickness is averaged, the distance through which light is transmitted does not vary greatly based on the thickness, so the internal transmittance based on the light transmission distance It is possible to prevent light and dark due to the difference.

このようなフレネルレンズ1においては、プリズム4のRを付ける前の設計上の高さをh、頂点部7の円弧の半径をr、レンズ有効径をD、レンズ有効径Dの範囲に含まれるプリズムの数をNとした場合に、前記rを以下の式(1)で示すものとし、かつ、前記式(1)におけるkの値を0.04〜0.38になるように設定している。

Figure 0006001836
In such a Fresnel lens 1, the design height before attaching R of the prism 4 is h, the radius of the arc of the apex portion 7 is r, the lens effective diameter is D, and the lens effective diameter D is included in the range. When the number of prisms is N, the r is expressed by the following formula (1), and the value of k in the formula (1) is set to be 0.04 to 0.38. Yes.
Figure 0006001836

ここで、D/2Nは、レンズ有効径Dをプリズムの数の2倍で除算したものであり、プリズム4のフレネルレンズ1の径方向に沿ったピッチを示すものである。したがって、D/2Nは、上述の各プリズム4のフレネルレンズ1の径方向に沿った底辺の幅bの平均値を示すものとなる。
また、上述のように各プリズム4の高さを略一定にした場合は、高さhは各プリズム4で共通になるが、各プリズム4で高さが異なっている場合がある際には、高さhを平均値としてもよい。なお、ここでの高さは、プリズムの頂点にRを付ける前の設計上の高さであり、プリズム4の断面を見た場合に、プリズム面となる辺の延長線と、分割面となる辺の延長線とが交差する交点位置がプリズム4の設計上の仮想の頂点であり、底辺から設計上の仮想の頂点までの距離が高さhである。
Here, D / 2N is obtained by dividing the effective lens diameter D by twice the number of prisms, and indicates the pitch along the radial direction of the Fresnel lens 1 of the prism 4. Therefore, D / 2N indicates an average value of the width b of the base along the radial direction of the Fresnel lens 1 of each prism 4 described above.
In addition, when the height of each prism 4 is made substantially constant as described above, the height h is common to each prism 4, but when the height may be different for each prism 4, The height h may be an average value. Note that the height here is the design height before R is added to the apex of the prism, and when the cross section of the prism 4 is viewed, it becomes the extension line of the side that becomes the prism surface and the dividing surface. The intersection point where the extended line of the side intersects is the design virtual vertex of the prism 4, and the distance from the base to the design virtual vertex is the height h.

また、高さhを幅bで除算したものをアスペクト比とした場合に、2Nh/Dは、平均幅で高さ(平均)を除算した平均アスペクト比になる。この場合に、後述のように、アスペクト比が高くなるほど、すなわち、断面略三角形状のプリズム4の幅bに対して高さhが高くなり、より鋭角な(尖った)三角形になるほど、成形時にプリズム4の頂点付近の変形が起きやすく離型が難しくなるとともに、金型のプリズムに対応する凹部の最深部に樹脂が流入し難くなり、転写性が悪化する。したがって、成形の容易さを考慮した場合に、アスペクト比が小さい方が好ましい。   Further, when the aspect ratio is obtained by dividing the height h by the width b, 2Nh / D is an average aspect ratio obtained by dividing the height (average) by the average width. In this case, as described later, as the aspect ratio increases, that is, the height h increases with respect to the width b of the prism 4 having a substantially triangular cross section, and the sharper (pointed) triangle becomes, Deformation is likely to occur near the apex of the prism 4, making it difficult to release the mold, and it becomes difficult for the resin to flow into the deepest part of the concave portion corresponding to the prism of the mold, thereby deteriorating transferability. Therefore, when the ease of molding is taken into consideration, a smaller aspect ratio is preferable.

また、離型のし易さや、転写性の良さを考慮した場合に、プリズム4の頂点部7の円弧の半径rが大きい方が好ましい。
一方、フレネルレンズの光学特性、特に照明用途に用いた場合に、入射光に対する出射光の割合である射出効率を高くする上では、半径rが小さい方が好ましい。
In consideration of ease of mold release and good transferability, it is preferable that the radius r of the arc of the apex portion 7 of the prism 4 is large.
On the other hand, when the optical characteristics of the Fresnel lens, particularly when used for illumination, the radius r is preferably small in order to increase the emission efficiency, which is the ratio of the emitted light to the incident light.

したがって、成形時の転写性の良さや、離型のし易さを考慮した場合にkの値が0.04以上であることが好ましい。成形上の効果が見込めないにも関わらず必要以上に大きな半径rを設定して光の射出効率が低下してしまうことを防止する上では、kの値が0.38以下であることが好ましい。この場合、選択した分割数とk値の組合せによっては、フレネル形状を設計する上でのベースとなっている元のレンズよりも射出効率が落ちてしまう場合がある。射出効率が最優先される場合には、少ない分割数とするか、小さなk値を選択することで、必要十分な効率が確保できる。   Therefore, it is preferable that the value of k is 0.04 or more in consideration of good transferability at the time of molding and ease of release. The value of k is preferably 0.38 or less in order to prevent the light emission efficiency from being lowered by setting a radius r larger than necessary even though the molding effect cannot be expected. . In this case, depending on the selected combination of the number of divisions and the k value, the emission efficiency may be lower than that of the original lens that is the basis for designing the Fresnel shape. When injection efficiency is given the highest priority, necessary and sufficient efficiency can be secured by selecting a small number of divisions or selecting a small k value.

レンズの見た目が重視されるために、分割数を多くして個々の環状のプリズムを目立たせたくない場合もある。このような場合には、分割数が多くなることで、射出効率が元のレンズよりも悪くなってしまう虞がある。この様な場合には、kの上限値をk=0.5553e-0.02N以下とすることが好ましく、分割数とk値がどのような組合せになっても、もともとのレンズより射出効率を良くすることができる。 Since the appearance of the lens is emphasized, there are cases where it is not desired to increase the number of divisions and make individual annular prisms stand out. In such a case, there is a possibility that the emission efficiency becomes worse than that of the original lens due to an increase in the number of divisions. In such a case, it is preferable to set the upper limit value of k to k = 0.5553e -0.02N or less, so that the emission efficiency is improved over the original lens regardless of the combination of the number of divisions and the k value. be able to.

ここでは、フレネルレンズ1の形状として、元のレンズの光学機能面を分割する際に、プリズム4の高さを略一定としてプリズム底部の幅を可変とした形状ものについて説明したが、図5に示すように、フレネルレンズとしては、フレネルレンズ1以外に、プリズム4の底部幅を略一定としてプリズム4の高さを可変とした形状のフレネルレンズ12や、プリズム4の底部幅を略一定とするとともに、プリズム4の頂点位置が略一定となるようにプリズム4の底部の位置を可変としたフレネルレンズ13などがあり、これらのフレネルレンズ12,13も含めて、上述の式(1)について説明する。   Here, the shape of the Fresnel lens 1 has been described in which the height of the prism 4 is substantially constant and the width of the prism bottom is variable when the optical functional surface of the original lens is divided. As shown, in addition to the Fresnel lens 1, the Fresnel lens 12 having a shape in which the bottom width of the prism 4 is substantially constant and the height of the prism 4 is variable, and the bottom width of the prism 4 is substantially constant. In addition, there is a Fresnel lens 13 in which the position of the bottom of the prism 4 is variable so that the apex position of the prism 4 is substantially constant, and the above formula (1) is also described including these Fresnel lenses 12 and 13. To do.

フレネルレンズ1の形状においては、光軸中心から外周部へ向かうと、プリズム4の高さは同じであるがプリズム4の底部幅が徐々に狭くなっていくようになっている。この場合に、プリズム4の底部幅はプリズム4の頂点方向へ流れる樹脂の流入口であり、狭くなればプリズム4の頂点部へ樹脂が流れ込みにくくなる。そのため、外周側のプリズム4ほどプリズム4の頂点部分まで樹脂が充填されにくく、金型への転写が不十分となって所定形状とならない場合がある。すなわち、金型転写が不十分になり、この場合は、成形上の温度や材料自体の流動性の微小なバラつきも、形状に対しては大きく影響してバラつきが大きくなり、その結果、配光特性などの品質バラつきも大きくなる虞がある。   In the shape of the Fresnel lens 1, the prism 4 has the same height from the center of the optical axis toward the outer periphery, but the bottom width of the prism 4 gradually decreases. In this case, the width of the bottom of the prism 4 is an inflow port of the resin that flows toward the apex of the prism 4, and if the width becomes narrow, the resin hardly flows into the apex of the prism 4. For this reason, the resin on the outer peripheral side of the prism 4 is less likely to be filled up to the apex of the prism 4, and the transfer to the mold is insufficient and the predetermined shape may not be obtained. In other words, the mold transfer becomes insufficient, and in this case, the minute variation in the molding temperature and the fluidity of the material itself also greatly affects the shape, resulting in a large variation. There is a risk that quality variations such as characteristics will increase.

フレネルレンズ12の形状においては、樹脂流入口であるプリズム4の底部幅はどのプリズムでも同じであるが、光軸中心から外周に向かうにつれて、プリズム4の高さが高くなるから、フレネルレンズ1と同様に光軸中心から外周に向うにつれて、プリズム4に樹脂が流れ込みにくい傾向となっていくことになる。   In the shape of the Fresnel lens 12, the bottom width of the prism 4 serving as the resin inlet is the same for any prism, but the height of the prism 4 increases from the center of the optical axis toward the outer periphery. Similarly, the resin tends to hardly flow into the prism 4 from the center of the optical axis toward the outer periphery.

同じ分割数の場合において、フレネルレンズ1とフレネルレンズ12の形状を比較すると、例えば同じ最外周のプリズム4同士を比較した場合、プリズム4の底部幅に対するプリズムの高さの比(アスペクト比)はフレネルレンズ12の方が小さい。この傾向は、外周から2番目のプリズム4どうし、あるいは3番目、4番目、N番目のプリズム4どうしであっても同じ傾向であって、フレネルレンズ12の方が金型形状の転写に有利と考えられる。その反面、フレネルレンズ12のプリズムの高さhは、外周側のおよそ4割のプリズムでフレネルレンズ1のプリズム高さよりも高くなり、その分、樹脂の熱が奪われて流動性が低くなることで、転写しにくいと言える。結果的にはこれらの効果が相殺されることで、ほぼ同程度の転写のしやすさになるものと考えられる。   When comparing the shapes of the Fresnel lens 1 and the Fresnel lens 12 with the same number of divisions, for example, when the same outermost prisms 4 are compared, the ratio of the prism height to the bottom width of the prism 4 (aspect ratio) is The Fresnel lens 12 is smaller. This tendency is the same for the second prism 4 from the outer periphery, or the third, fourth, and Nth prisms 4, and the Fresnel lens 12 is more advantageous for transferring the mold shape. Conceivable. On the other hand, the height h of the prism of the Fresnel lens 12 is higher than the prism height of the Fresnel lens 1 by about 40% of the prisms on the outer peripheral side, and the heat of the resin is deprived and the fluidity is lowered accordingly. It can be said that it is difficult to transfer. As a result, it is considered that these effects are offset, so that the transfer is almost as easy.

プリズム4の分割数(プリズム4の数)で比較すると、フレネルレンズ1およびフレネルレンズ12のどちらの形状の場合でも、分割数が多くなればアスペクト比は極僅か大きくなる傾向はあるものの、ほぼ同程度と考えられる。しかし、プリズムの高さhは分割数が多いほど低くなるので、分割数が多いほど、転写には有利と考えられる。   Comparing the number of divisions of the prism 4 (the number of prisms 4), the aspect ratio tends to become extremely small as the number of divisions increases in both cases of the Fresnel lens 1 and the Fresnel lens 12, but it is almost the same. It is thought to be about. However, since the height h of the prism decreases as the number of divisions increases, it is considered that the larger the number of divisions, the more advantageous for the transfer.

また、金型40(図6に図示)から成形品を取りだす離型の工程を考えた場合、プリズム4の頂点部付近の変形の問題がある。図6に示すように、フレネルレンズ12の形状の場合、特に外周側のプリズム4の頂点7付近の変形が生じやすい。金型40から成形品が徐々に離れていく過程において、まず光軸中心付近のプリズム4が金型40から完全に離れていき、最外周部のプリズム4は最後に金型40から離れることになる。このため、離型時の成形品姿勢が安定に欠け、姿勢が傾くことで金型40と接している部分(外周側のプリズム4の分割面6)に外力が加わりやすい。   Further, when considering a mold release process for taking out a molded product from the mold 40 (shown in FIG. 6), there is a problem of deformation near the apex of the prism 4. As shown in FIG. 6, in the case of the shape of the Fresnel lens 12, deformation near the vertex 7 of the prism 4 on the outer peripheral side is particularly likely to occur. In the process of gradually separating the molded product from the mold 40, first, the prism 4 near the center of the optical axis is completely separated from the mold 40, and the prism 4 at the outermost periphery is finally separated from the mold 40. Become. For this reason, the posture of the molded product at the time of mold release is not stable, and the external force is likely to be applied to the portion in contact with the mold 40 (the dividing surface 6 of the prism 4 on the outer peripheral side) due to the tilted posture.

フレネルレンズ1の形状の場合は、中心側から最外周側のプリズム4まで最終離型部が存在する状態であり、全プリズム4が略同時に離型することになり、成形品姿勢が安定しやすい上、仮に姿勢が傾いた場合にも、外力が全プリズム4で分散されるため、変形を生じにくくなる。また、フレネルレンズ13の場合も、基本的に全プリズム4が略同時に離型することになり、フレネルレンズ1と略同様に変形を生じにくくなる。
どの形状の場合においても、プリズム4の頂点部7は肉薄であるため、少しの外力で変形を起こしやすい。また、アスペクト比が大きいほどプリズム4の先端(頂点部7)は肉薄となり、外力に対してより変形しやすくなる。この変形は、頂点部にRを設けることにより、肉薄部分を減少させ、抑制できる。
また、離型時の成形品姿勢の安定及び内側輪帯と外側輪帯の離型タイミングのずれによる離型の遅れる部分の変形防止のためには、輪帯にRを形成した後の各輪帯の高さが揃っているのが好ましい。成型品の全輪帯の内周側の谷部分の最低高さを基準として、Rが設けられた各輪帯の高さの平均をh’とした場合、Rが設けられた各輪帯の高さはh’の±10%以内であるのが望ましい。
In the case of the shape of the Fresnel lens 1, there is a final release portion from the center side to the outermost peripheral side prism 4, and all the prisms 4 are released almost simultaneously, and the posture of the molded product is easily stabilized. In addition, even if the posture is inclined, the external force is dispersed by all the prisms 4, so that deformation is hardly caused. Also, in the case of the Fresnel lens 13, all the prisms 4 are basically released at substantially the same time, and are hardly deformed as in the case of the Fresnel lens 1.
In any shape, the apex portion 7 of the prism 4 is thin, so that it is easily deformed by a slight external force. Further, the larger the aspect ratio, the thinner the tip (vertex portion 7) of the prism 4, and the more easily deformed with respect to external force. This deformation can be suppressed by reducing the thin portion by providing R at the apex portion.
In addition, in order to stabilize the posture of the molded product at the time of mold release and to prevent the deformation of the part where the mold release is delayed due to the shift of the mold release timing between the inner ring zone and the outer ring zone, each wheel after the R is formed in the ring zone It is preferable that the height of the belt is uniform. Relative to the minimum height of the valley portion on the inner peripheral side of the entire annular zone of the molded product, when h ′ is the average height of each annular zone provided with R, each annular zone provided with R The height is desirably within ± 10% of h ′.

離型時のもう一つの問題として、成形品の全体的な歪みや、クラック、破損などが考えられる。射出成形においては、可動金型と固定金型の二つの金型が用いられ、離型の際は二つの金型を開いて成形品を取りだすが、離型する直前の成形品は、図7に示すように、片側の面が一方の金型40内に収まった状態であり、反対面は先に金型から離れ、金型に拘束されずに空気に接した状態となっている。   Another problem at the time of mold release is the overall distortion, cracks and breakage of the molded product. In injection molding, two molds, a movable mold and a fixed mold, are used, and when releasing, two molds are opened and a molded product is taken out. As shown in FIG. 2, one surface is in a state of being in one mold 40, and the opposite surface is first separated from the mold and is in contact with air without being constrained by the mold.

金型40と接している面は金型40と同じ高温になっており、一方、金型に拘束されていない面は空気によって冷却された状態となっているため、固化収縮によって成形品には常に圧縮の内部応力が働いており、それが金型40に食いつく力となって離型をし難くする。   The surface in contact with the mold 40 is at the same high temperature as the mold 40, while the surface not restrained by the mold is cooled by air. The internal stress of compression always works, and it becomes the force which bites into the metal mold | die 40, and makes it difficult to release.

樹脂材料の種類や金型40の温度等でも収縮の度合いが異なるが、形状的な視点で見れば金型40に食いつく面積が多いほど、離型し難くなる。
図7に示すように元のレンズ形状を分割した垂直面である分割面6に食いつく力が生じるため、これにより離型がし難くなる。フレネルレンズ1とフレネルレンズ12の場合で比較すると、分割面6の面積はほとんど変わらない。分割数で比較した場合、分割数が多い方が分割面6の面積は若干増加する傾向ではあるが、さほど大きな違いは無い。プリズム頂点部にRを設けた場合、金型に食いつく部分の面積はR寸法の大きさに比例して減少するので、離型が容易になるが、その減少率はプリズムの分割数によって異なる。プリズム頂点のR寸法が同じであれば、プリズム分割数が多いほど、金型に食いつく部分の面積減少率が大きくなる。従って、プリズム分割数が多いほど、プリズム頂点のR寸法を小さくしても同等の離型し易さとすることができる。
The degree of shrinkage varies depending on the type of resin material, the temperature of the mold 40, and the like, but from the viewpoint of shape, the more the area that bites into the mold 40, the more difficult it is to release.
As shown in FIG. 7, a biting force is generated on the divided surface 6 which is a vertical surface obtained by dividing the original lens shape, which makes it difficult to release the mold. Compared with the case of the Fresnel lens 1 and the Fresnel lens 12, the area of the dividing surface 6 is hardly changed. When compared in terms of the number of divisions, the area of the dividing surface 6 tends to increase slightly as the number of divisions increases, but there is no significant difference. When R is provided at the apex of the prism, the area of the portion that bites into the mold decreases in proportion to the size of the R dimension, so that mold release is facilitated, but the reduction rate varies depending on the number of prism divisions. If the R dimension of the prism apex is the same, the area reduction rate of the portion that bites into the mold increases as the number of prism divisions increases. Therefore, the larger the number of prism divisions, the easier the mold can be released even if the R dimension of the prism apex is reduced.

なお、分割面6は、後述のように抜き勾配を設けることで、離型方向に沿った垂直面から少し角度が異なるようにされ、分割面6を垂直面とした場合よりも、離型し易い形状とされる。成型品の収縮により離型方向へ応力が発生することにより、さらに離型は容易となる。   The dividing surface 6 is provided with a draft as described later, so that the angle is slightly different from the vertical surface along the releasing direction, and the dividing surface 6 is released from the case where the dividing surface 6 is a vertical surface. Easy shape. Since stress is generated in the mold release direction due to shrinkage of the molded product, mold release is further facilitated.

成形品は一般に成形品周囲に配置されたエジェクタピンで金型から離型されるが、上述の食い付き力が大き過ぎる場合には、成形品が金型から押し出されずエジェクタピンが成形品にめり込んでしまったり、エジェクタピン近傍とエジェクタピンから離れた領域での変形・歪みが生じたり、甚だしい場合は、成形品にクラックや破損が起きる。同じ直径のレンズの場合、フレネルレンズに分割する前の設計上の元のレンズの厚みが厚いほど、分割面6の面積は大きくなるので、金型に食いつく力が大きくなって離型し難くなる。他方、厚みが同じでも、レンズ直径が大きい場合には、例えばエジェクタピンの本数を増やしたり、エジェクタピンの径を大きくすることができるため、離型は容易になる。   In general, the molded product is released from the mold by ejector pins arranged around the molded product. However, if the above-mentioned biting force is too large, the molded product is not pushed out of the mold and the ejector pin is embedded in the molded product. If it is severe, deformation / distortion occurs in the vicinity of the ejector pin and in a region away from the ejector pin, or in a severe case, the molded product is cracked or damaged. In the case of lenses having the same diameter, the thicker the original design lens before dividing into Fresnel lenses, the larger the area of the dividing surface 6, so that the force to bite into the mold increases and it becomes difficult to release. . On the other hand, even if the thickness is the same, when the lens diameter is large, for example, the number of ejector pins can be increased or the diameter of the ejector pins can be increased, so that release is facilitated.

上述の通り、フレネルレンズの成形においては、「転写不足」と「離型によるプリズム4の頂点7付近の変形」と「離型による全体的な歪みや破損」の問題がある。   As described above, in the molding of the Fresnel lens, there are problems such as “insufficient transfer”, “deformation near the apex 7 of the prism 4 due to mold release”, and “total distortion and breakage due to mold release”.

「転写不足」ついては、アスペクト比が大きい程、転写しにくい。レンズ形状の違いによってはさほど大きくは変わらないが、分割数が多いほど転写しやすくなる傾向がある。
「離型によるプリズム4の頂点7付近の変形」については、アスペクト比が大きいほど、先端が薄肉となるから変形しやすい。フレネルレンズの形状についてはフレネルレンズ12の形状では変形が起きやすい。
「離型による全体的な歪みや破損」については、プリズム頂点にRを付けることで金型に食いつく面積が減少して離型し易くなる。金型に食いつく面積はレンズ形状による差はほとんどないが、分割数が多い程、Rを付けたことによる効果が大きくなる。
Regarding “insufficient transfer”, the larger the aspect ratio, the harder it is to transfer. Although it does not change greatly depending on the difference in lens shape, there is a tendency that transfer becomes easier as the number of divisions increases.
As for “deformation near the apex 7 of the prism 4 due to mold release”, the larger the aspect ratio, the easier the deformation because the tip becomes thinner. Regarding the shape of the Fresnel lens, the shape of the Fresnel lens 12 is likely to be deformed.
As for “overall distortion and breakage due to mold release”, adding an R to the prism apex reduces the area that bites into the mold and facilitates mold release. There is almost no difference in the area that bites into the mold depending on the lens shape, but as the number of divisions increases, the effect of adding R increases.

このような成形上の問題を解決するためには、プリズム4の頂点部7にできるだけ大きいrを設けることが望ましい。しかしながら、半径rを大きくすることは、図8に示すように、そもそもの光学機能面としてのプリズム面5を減少させることとなり、所望の配光特性や射出効率が得られなくなってしまう場合がある。また、それぞれのプリズムの個々にr形状を変えることは、金型製作の観点上から望ましくない。   In order to solve such molding problems, it is desirable to provide r as large as possible at the apex portion 7 of the prism 4. However, increasing the radius r reduces the prism surface 5 as an optical function surface in the first place as shown in FIG. 8, and the desired light distribution characteristics and emission efficiency may not be obtained. . Also, changing the r shape of each prism individually is not desirable from the viewpoint of mold fabrication.

例えば、個々にr形状を変えようとした場合、個々のr形状に合った金型加工用バイトを用いて複数工程にまたがって金型加工を行うか、最も小さいr形状に合わせて金型加工用バイトを選定し、バイトの輪郭制御によって大きいR形状を加工することになる。
前者の方法によれば、プリズム4に対応する金型40の凹部のrの違い毎の複数工程(あるいはバイト交換)にまたがるために、輪帯間の位置を精度よく保てなくなる虞がある。
For example, when trying to change the r shape individually, mold processing is performed over a plurality of processes using a tool for die processing suitable for each r shape, or die processing is performed according to the smallest r shape. A cutting tool is selected and a large R shape is machined by contour control of the cutting tool.
According to the former method, since the step spans a plurality of steps (or byte replacement) for each difference in the concave portion r of the mold 40 corresponding to the prism 4, there is a possibility that the position between the annular zones cannot be maintained with high accuracy.

後者の方法の場合は、加工機械制御が複雑化するとともに、加工面の面粗さを十分確保するために加工時間が長くなってしまい、加工環境の温度変化による位置ズレやバイト摩耗によるバイト形状のズレが生じて、やはり位置精度、形状精度を十分に精度よく保てなくなる虞がある。   In the case of the latter method, the machining machine control becomes complicated, and the machining time becomes long to ensure sufficient surface roughness. The tool shape is caused by misalignment due to temperature changes in the machining environment and tool wear. There is a possibility that the positional accuracy and the shape accuracy cannot be kept sufficiently high.

以上のような光学特性上の課題と金型製作上の課題も考慮したうえで、成形不良発生メカニズムとフレネル形状との関連性について検討した。その結果、生産性に優れ且つ光学特性の良いフレネルレンズを実現するために、プリズム4の頂点部7に設けるRの半径rを適切な値とすることを見出し、上述の式(1)において、上述のように、kの範囲を0.04から0.38にするものとした。   In consideration of the above-mentioned problems in optical properties and problems in mold fabrication, the relationship between the molding failure generation mechanism and the Fresnel shape was examined. As a result, in order to realize a Fresnel lens with excellent productivity and good optical characteristics, it has been found that the radius r of R provided at the apex portion 7 of the prism 4 is an appropriate value. As described above, the range of k is assumed to be 0.04 to 0.38.

この実施形態の基本的思想はアスペクト比に係数を掛けて適切なR寸法を算出することにある(プリズム4の断面円弧状頂点部7の半径rを算出することにある)。
また、上述の金型40の製造の問題を考慮して、プリズム4の個々にRの形状(半径r)を変えるので無く、プリズム4の全てを一様なRとするために、アスペクト比は、代表値として平均のアスペクト比を採用する。
The basic idea of this embodiment is to calculate an appropriate R dimension by multiplying the aspect ratio by a factor (to calculate the radius r of the cross-section arcuate vertex 7 of the prism 4).
Further, in consideration of the above-described problem of manufacturing the mold 40, the aspect ratio is set so that all the prisms 4 have a uniform R instead of changing the R shape (radius r) individually. The average aspect ratio is adopted as the representative value.

同じアスペクト比でも高さhが異なると、Rを付けたことによる見掛け上のアスペクト比の減少量が異なってくる。そして高さhは分割数によって変わってくる。
そのためその補正分として分割数Nを式中に取り入れるものとした。検討の結果、(1/√N)とするのが現実に即している。
Even if the height h is different even if the aspect ratio is the same, the amount of decrease in the apparent aspect ratio due to the addition of R is different. The height h varies depending on the number of divisions.
Therefore, the number of divisions N is taken into the equation as the correction. As a result of the study, it is realistic to set (1 / √N).

ここでhはrを含まない設計上のプリズム4の高さであって、成形されたフレネルレンズから設計状の高さを求める場合には、上述のようにプリズム面5と分割面6の2面それぞれの延長面の交点(線)から算出される。   Here, h is the height of the designed prism 4 not including r, and when the height of the designed shape is obtained from the molded Fresnel lens, 2 of the prism surface 5 and the divided surface 6 as described above. It is calculated from the intersection (line) of the extended surfaces of each surface.

この式(1)は、上述のようにフレネルレンズ1の形状に示すプリズム4の高さ一定のフレネル形状だけに適用されるものではない。フレネルレンズ12の様に高さ可変の場合は、全プリズム4の平均高さを高さhとして適用することができる。同様にフレネルレンズ13にも式(1)を適用することができる。   This equation (1) is not applied only to the Fresnel shape with a constant height of the prism 4 shown in the shape of the Fresnel lens 1 as described above. When the height is variable like the Fresnel lens 12, the average height of all the prisms 4 can be applied as the height h. Similarly, the formula (1) can also be applied to the Fresnel lens 13.

なお、全プリズム4の平均高さはフレネルレンズ1の形状でもフレネルレンズ12の形状でも同じになる。基本的にフレネルレンズ13でも、全プリズム4の平均高さがフレネルレンズ1と略同様となる。
断面形状でみてプリズム4の頂点部7に設けられる円弧は真円の円弧に限定されるものではなく、例えば断面形状が円に対する近似多角形も含むものであり、同様の効果が期待できる。
The average height of all the prisms 4 is the same regardless of the shape of the Fresnel lens 1 or the shape of the Fresnel lens 12. Basically, the average height of all the prisms 4 in the Fresnel lens 13 is substantially the same as that of the Fresnel lens 1.
The circular arc provided at the apex portion 7 of the prism 4 in terms of the cross-sectional shape is not limited to a perfect circular arc. For example, the cross-sectional shape includes an approximate polygon with respect to the circle, and the same effect can be expected.

また、レンズの有効径内に設けられたすべてのプリズム4の頂点分7の半径rが上述のkの範囲を満たす値に設定されている必要はなく、フレネルレンズ13の光学特性が許容される範囲に収まるならば、一部のプリズム4の頂点部7における半径rの値が上述のkの範囲から外れる値であってもよい。例えば、プリズム4の頂点部7の半径rは、1個から数個のプリズム4を除いて上述のkの範囲内の所定のkに対応する所定のrに設定されるが、前記1個から数個のプリズム4の頂点部7の半径rが、上述のkの範囲から外れるkの値に対応する値となっていてもよい。   Further, it is not necessary that the radius r of the vertexes 7 of all the prisms 4 provided within the effective diameter of the lens is set to a value satisfying the above range of k, and the optical characteristics of the Fresnel lens 13 are allowed. As long as it falls within the range, the value of the radius r at the apex portion 7 of some of the prisms 4 may be a value out of the range of k described above. For example, the radius r of the apex portion 7 of the prism 4 is set to a predetermined r corresponding to a predetermined k within the range of k described above except for one to several prisms 4. The radius r of the apex portion 7 of several prisms 4 may be a value corresponding to the value of k that is out of the range of k described above.

このような式(1)によりプリズム4の頂点部7の半径rが設定されたフレネルレンズ1,12,13においては、最小rを定義することで、食いつきによる成形品の破損、クラック、歪みを抑制できる。
また、kと平均アスペクト比の積としてrの範囲を定義することで十分生産可能な歩留りとすることができる。kと平均アスペクト比の積として最大rを定義することで、歩留り向上に寄与しない無駄に大きなrを付けることが無く、射出効率も確保できる。
In the Fresnel lenses 1, 12, and 13 in which the radius r of the apex portion 7 of the prism 4 is set by such an expression (1), by defining the minimum r, damage, cracks, and distortion of the molded product due to biting can be prevented. Can be suppressed.
Further, by defining the range of r as the product of k and the average aspect ratio, it is possible to obtain a yield that can be sufficiently produced. By defining the maximum r as the product of k and the average aspect ratio, there is no uselessly large r that does not contribute to yield improvement, and the injection efficiency can be ensured.

また、このフレネルレンズ1,12,13では、例えば、点光源16の拡散光を入射すると、分割面がフレネルレンズ1とされる元のレンズの光軸方向にほぼ沿っている場合に、フレネルレンズ1、12,13から出射した光の一部がプリズム4の分割面6に当たり、隣り合うプリズム4どうしの間で多重反射し、射出効率を低減させる要因になる。
また、成形品としてのフレネルレンズ1,12,13を離型する際には、上述のように固定金型に対して可動金型が移動する。この際に、図7に示すように、他方の金型から離れ、一方の金型40に保持された成形品としてのフレネルレンズ1,12,13の離型方向と上述の可動金型の移動方向とが同じになり、かつ前記光軸方向に沿ったものになる。金型40に対してフレネルレンズ1、12,13の離型方向に分割面6が沿っていると、離型時に分割面6と金型内面とが接触した状態で離型されることになり、プリズム4の先端部分の変形の要因になる。また、上述の食い付きにより離型が難しくなるとともに、フレネルレンズ1,12,13の破損等の要因になる。
Further, in the Fresnel lenses 1, 12, and 13, for example, when the diffused light of the point light source 16 is incident, the Fresnel lens is obtained when the divided surface is substantially along the optical axis direction of the original lens that is the Fresnel lens 1. A part of the light emitted from 1, 12, and 13 hits the split surface 6 of the prism 4 and is subjected to multiple reflections between adjacent prisms 4, which causes a reduction in emission efficiency.
Further, when releasing the Fresnel lenses 1, 12, and 13 as molded products, the movable mold moves with respect to the fixed mold as described above. At this time, as shown in FIG. 7, the mold release direction of the Fresnel lenses 1, 12, 13 as the molded product that is separated from the other mold and is held by the one mold 40 and the movement of the movable mold described above. The direction is the same and is along the optical axis direction. If the split surface 6 is along the mold release direction of the Fresnel lenses 1, 12, and 13 with respect to the mold 40, the mold will be released with the split surface 6 and the inner surface of the mold being in contact with each other at the time of mold release. This causes deformation of the tip portion of the prism 4. In addition, the above-mentioned biting makes it difficult to release the mold and causes damage to the Fresnel lenses 1, 12, and 13.

ここで、離型を容易にするためにプリズム4の分割面6を傾けて上述の逃げ角を設定することが考えられるが、この逃げ角の設定いかんによっては光学機能面としてのプリズム面が減少し、光学特性が劣化する恐れがある。そこで、図9に示すように、フレネルレンズ1の所定位置に点光源(光源)20を設けた場合に、点光源20から入射した光のうちの隣り合うプリズム4のプリズム面5と分割面7とから構成される谷8の最深部9に至る光(L)の方向に、当該谷8を構成する当該分割面7がほぼ沿うように設定する。なお、逃げ角は、上述の金型40に対するフレネルレンズ1の離型方向に対する角度である。   Here, it is conceivable to set the above-mentioned clearance angle by inclining the dividing surface 6 of the prism 4 in order to facilitate mold release. However, depending on the setting of the clearance angle, the prism surface as an optical function surface decreases. In addition, the optical characteristics may be deteriorated. Therefore, as shown in FIG. 9, when a point light source (light source) 20 is provided at a predetermined position of the Fresnel lens 1, the prism surface 5 and the dividing surface 7 of the adjacent prism 4 out of the light incident from the point light source 20. The dividing plane 7 constituting the valley 8 is set substantially along the direction of light (L) reaching the deepest portion 9 of the valley 8 constituted by The clearance angle is an angle with respect to the mold release direction of the Fresnel lens 1 with respect to the mold 40 described above.

これにより、フレネルレンズ1を通過した光が分割面6に当たるのを抑制し、多重反射を抑制することができる。このように分割面6に逃げ角を設けることにより、光の射出効率が低下する虞があるが、上述のように逃げ角を設定することにより、プリズム4で多重反射による射出効率の低下が生じるのを防止することができる。これらのことから逃げ角を設けることにより離型を容易にするとともに、射出効率等の光学特性の劣化を抑制することができる。すなわち、逃げ角により分割面6を傾けることによる光学特性の劣化を、多重反射を防止して光学特性を向上することにより抑制することができる。   Thereby, it can suppress that the light which passed the Fresnel lens 1 hits the division surface 6, and can suppress multiple reflection. By providing the clearance angle on the dividing surface 6 as described above, there is a possibility that the light emission efficiency may be reduced. However, by setting the clearance angle as described above, the emission efficiency is reduced due to multiple reflection at the prism 4. Can be prevented. Accordingly, providing the clearance angle facilitates mold release and suppresses deterioration of optical characteristics such as injection efficiency. That is, the deterioration of the optical characteristics due to the inclination of the dividing surface 6 by the clearance angle can be suppressed by preventing the multiple reflection and improving the optical characteristics.

なお、谷8の最深部9に至る光は、フレネルレンズ1に入射する際に屈折してから最深部9に至ることになり、フレネルレンズ1の屈折率に基づいて決定される。この例では、例えば、自動車の前照灯に用いられるので、基本的に可視光領域で波長に広がりを持つ例えば白色LEDが用いられることになる。したがって、広い範囲の波長が用いられており、屈折率はその中心波長における屈折率を採用する。   The light reaching the deepest portion 9 of the valley 8 is refracted when entering the Fresnel lens 1 and then reaches the deepest portion 9, and is determined based on the refractive index of the Fresnel lens 1. In this example, for example, since it is used for a headlight of an automobile, for example, a white LED having a wavelength spread in the visible light region is used. Therefore, a wide range of wavelengths is used, and the refractive index at the center wavelength is adopted as the refractive index.

分割面6の逃げ角が上記光Lに精度高く沿っている必要はなく、上述谷8の最深部9を通過する光の角度に対してプラス・マイナス3度以内の範囲であればよいが、逃げ角は離型上の観点から逃げ角が最低限0.5度は必要とされる。   The clearance angle of the dividing surface 6 does not need to follow the light L with high accuracy, and may be within a range of plus or minus 3 degrees with respect to the angle of the light passing through the deepest portion 9 of the valley 8. The clearance angle is required to be at least 0.5 degrees from the viewpoint of mold release.

ここで、点光源20から入射した光のうちの隣り合うプリズム4のプリズム面5と分割面7とから構成される谷8の最深部9に至る光(L)の方向に、当該谷8を構成する当該分割面7がほぼ沿うように設定する方法の一例としては、例えば、図10に示すように、フレネルレンズの中心軸から前記プリズム4の頂点までの距離をX、前記レンズ後端面と前記逃げ角に設定されている分割面の延長面との交差位置からフレネルレンズの中心軸までの距離をX、前記プリズムの頂点のレンズ後端面からの高さをH、レンズ後端面から光源20までの距離をB、レンズの屈折率をnとした場合に、下記の式(2)で定義される逃げ角を採用することができる。
=X+(h×tan(sin-1(sin(tan-1(X/B))/n)))・・・(2)
Here, of the light incident from the point light source 20, the valley 8 is set in the direction of the light (L) reaching the deepest portion 9 of the valley 8 constituted by the prism surface 5 and the dividing surface 7 of the adjacent prism 4. For example, as shown in FIG. 10, the distance from the central axis of the Fresnel lens to the apex of the prism 4 is set as X 1 , and the lens rear end surface is set as an example of a method for setting the dividing surface 7 to be configured to be substantially along. X 0 is the distance from the intersection of the split surface set to the clearance angle and the extended surface of the split surface to the center axis of the Fresnel lens, H is the height from the lens rear end surface of the apex of the prism, and When the distance to the light source 20 is B and the refractive index of the lens is n, the clearance angle defined by the following equation (2) can be adopted.
X 1 = X 0 + (h × tan (sin −1 (sin (tan −1 (X 0 / B)) / n))) (2)

また、式(2)は、後述の式(3)、式(4)、式(5)から求められる。     Moreover, Formula (2) is calculated | required from below-mentioned Formula (3), Formula (4), and Formula (5).

Figure 0006001836
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Figure 0006001836
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Figure 0006001836
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式(4)の角度θ0に式(3)を代入した式を、式(5)の角度θ1に代入することで式(2)を求めることができる。 The angle theta 0 in equation obtained by substituting equation (3) in equation (4) can be obtained formula (2) by substituting the angle theta 1 of the formula (5).

レンズ径を20mm〜80mmとすることが好ましい。なお、フレネルレンズ1,12,13のレンズ径を20mmより短くした場合には、上述の金型への食い付きにより、フラネルレンズ1,12,13のエジェクタピンによる離型が難しくなり、エジェクタピンに成形品が押された場合に、変形、クラック、破損等の虞がある。
また、レンズ径を80mmより大きくすると、レンズ中心部からのエジェクタピン距離が長くなり過ぎて、たわみ変形が起きやすくなる。
The lens diameter is preferably 20 mm to 80 mm. When the lens diameter of the Fresnel lenses 1, 12, and 13 is made shorter than 20 mm, it is difficult to release the Fresnel lenses 1, 12, and 13 by the ejector pins due to the biting on the mold. When the molded product is pressed, there is a risk of deformation, cracking, breakage, and the like.
On the other hand, if the lens diameter is larger than 80 mm, the ejector pin distance from the center of the lens becomes too long, and bending deformation tends to occur.

フレネルレンズ1は、そのレンズ有効径Dの範囲内の最大厚みが0.5mm〜4mmであることが好ましい。最大厚を0.5mmより薄くすると、それにともなってフレネルレンズ1の厚みが薄くなり、フレネルレンズ1の形状を保持することが難しくなる。また、最大厚を4mm以下とすることにより、成形時間が長くなるのを防止できる。   The Fresnel lens 1 preferably has a maximum thickness within the range of the lens effective diameter D of 0.5 mm to 4 mm. If the maximum thickness is less than 0.5 mm, the thickness of the Fresnel lens 1 is reduced accordingly, and it becomes difficult to maintain the shape of the Fresnel lens 1. Moreover, it can prevent that shaping | molding time becomes long by making maximum thickness into 4 mm or less.

フレネルレンズ1の光が入射する第1面2および光が出射する第2面3の少なくとも一方にARコート(反射防止膜)を施すことも可能である。   It is also possible to apply an AR coat (antireflection film) to at least one of the first surface 2 on which light from the Fresnel lens 1 enters and the second surface 3 from which light exits.

ARコートとしては、例えば、二酸化ケイ素と、二酸化ジルコニウムからなる4層構造のものが適用できる。例えば、ARコートは、ZrO2−SiO2−ZrO2−SiO2といった構造となっている。
第1面にARコートを設けた場合に、第1面で入射光が反射するのを防止して、光の射出効率を向上することができる。
また、第2面側にARコートを施した場合には、上述の多重反射を防止し、光の射出効率を向上することができる。
上述の4層のARコートを用いた場合には、例えば、ARコートが無い場合の反射率が4%程度だった場合に、3%程度改善して、反射率を1%程度に抑えることが可能になる。これにより、例えば分割数を増やしたい場合、十分な製造マージンを確保しようとすると射出効率が低下してしまうが、ARコートを用いることにより射出効率を改善できる。
また、ARコートには、単一波長用のARコートもあるが、ここでは、上述のように単一波長ではなく、白色光が用いられるので、可視光領域に対応するARコートが用いられることになる。
As the AR coat, for example, a four-layer structure made of silicon dioxide and zirconium dioxide can be applied. For example, the AR coat has a structure of ZrO 2 —SiO 2 —ZrO 2 —SiO 2 .
When the AR coating is provided on the first surface, it is possible to prevent the incident light from being reflected on the first surface and to improve the light emission efficiency.
Further, when the AR coating is applied to the second surface side, the multiple reflection described above can be prevented, and the light emission efficiency can be improved.
When the above-described four-layer AR coating is used, for example, when the reflectance without the AR coating is about 4%, the reflectance is reduced to about 1% by improving about 3%. It becomes possible. As a result, for example, when it is desired to increase the number of divisions, the injection efficiency decreases if an attempt is made to secure a sufficient manufacturing margin, but the injection efficiency can be improved by using the AR coating.
In addition, there is an AR coat for a single wavelength, but here, since the white light is used instead of the single wavelength as described above, the AR coat corresponding to the visible light region is used. become.

なお、上記例では、複数の円環状の径の異なるプリズム4を同心円状に配置したが、プリズム4を円環状ではなく、楕円環状としてもよく、楕円環状のプリズムを同心状に配置してもよい。この場合、長径側と短径側で断面形状が異なるが、式(1)において有効径Dをそれぞれの径として、長径側と短径側でrが同一となるように、それぞれのkを定める。但しkが0.04〜0.38の範囲内となっている必要がある。   In the above example, the plurality of annular prisms 4 having different diameters are concentrically arranged. However, the prism 4 may not be annular, but may be elliptical, or elliptical prisms may be concentrically arranged. Good. In this case, although the cross-sectional shapes are different between the long diameter side and the short diameter side, the effective diameter D is set as the respective diameter in the formula (1), and each k is determined so that r is the same on the long diameter side and the short diameter side. . However, k needs to be in the range of 0.04 to 0.38.

また、プリズム4の断面形状において、プリズム面5となる辺と、分割面6となる辺を円弧状の頂点部7を除いて直線状に形成したが、これら片のどちらか一方または両方を曲線状としてもよい。   Further, in the cross-sectional shape of the prism 4, the side to be the prism surface 5 and the side to be the divided surface 6 are formed in a straight line except for the arcuate apex portion 7, but either or both of these pieces are curved. It is good also as a shape.

なお、フレネルレンズ1のプリズム4が離型できる形状である必要があり、前記各辺を曲線状とする場合に、例えば、凸となる曲線状となる。この場合も離型の邪魔にならない程度に突出する曲線である必要がある。この場合に離型性が向上する可能性がある。
また、プリズム面5を曲線状とする際に、例えば、非球面形状等に対応した曲線とすることにより、光の射出効率を向上することができる。
The prism 4 of the Fresnel lens 1 needs to have a shape that can be released, and when each side is curved, for example, it becomes a convex curved shape. Also in this case, it is necessary that the curve protrudes to the extent that it does not interfere with mold release. In this case, the releasability may be improved.
Further, when the prism surface 5 is curved, for example, by making it a curve corresponding to an aspherical shape or the like, the light emission efficiency can be improved.

このようなフレネルレンズ1においては、例えば、非球面レンズ等の厚いレンズをフレネルレンズ1とすることにより、大幅な軽量化、薄型化を図ることができる。これにより、成形時に速く冷却することから成形時間を大幅に短縮することができる。また、薄型可によりレンズの配置を容易にすることができる。また、成形時間の短縮および薄型化による原材料の低減によりコストダウンを図ることができる。   In such a Fresnel lens 1, for example, by using a thick lens such as an aspheric lens as the Fresnel lens 1, it is possible to achieve a significant reduction in weight and thickness. Thereby, since it cools quickly at the time of shaping | molding, shaping | molding time can be shortened significantly. In addition, the arrangement of the lens can be facilitated due to the thinness. Further, the cost can be reduced by reducing the raw material by shortening the molding time and reducing the thickness.

また、前記kの値を上述のように設定することで、射出効率の低下を抑制しつつ離型し易い構造とするとともに、金型の製造を容易にし、かつ、安定した品質のフレネルレンズ1を提供することができる。   Further, by setting the value of k as described above, it is possible to make the structure easy to release while suppressing the decrease in injection efficiency, to facilitate the manufacture of the mold, and to the stable quality Fresnel lens 1. Can be provided.

次に、このフレネルレンズを用いた照明器具を説明する。照明器具は、例えば、自動車の前照灯であり、その主要部として、図11に示すように、レンズ保持部31、光源取付部32およびリフレクタ保持部33を備えるベース部34と、プロジェクタレンズとしてのフレネルレンズ1と、光源37と、リフレクタ38とを備えている。光源37は、LEDとされている。   Next, a lighting fixture using this Fresnel lens will be described. The luminaire is, for example, a headlight of an automobile, and as a main part thereof, as shown in FIG. 11, a base part 34 including a lens holding part 31, a light source mounting part 32, and a reflector holding part 33, and a projector lens The Fresnel lens 1, the light source 37, and the reflector 38 are provided. The light source 37 is an LED.

ベース部34の光源取付部32に取り付けられた光源37の光は、リフレクタ38で主に上下方向に集光されて、フレネルレンズ1に入射させられる。フレネルレンズ1は、入射した光を所定の投光範囲に投光するように光の方向を変換する。   The light from the light source 37 attached to the light source attachment portion 32 of the base portion 34 is condensed mainly in the vertical direction by the reflector 38 and is incident on the Fresnel lens 1. The Fresnel lens 1 changes the direction of light so as to project incident light into a predetermined light projection range.

この照明器具においては、従来の非球面レンズに代えて投光用のレンズとしてフレネルレンズ1を用いているので、上述のように軽量化および薄型化による効果を得ることができる。特に、薄型化により、前照灯の設置位置におけるスペース効率の向上を図ることができる。また、上述のように高効率で製造が容易でさらに品質が安定したフレネルレンズ1を用いることにより高性能の照明器具を低コストに製造することができる。   In this luminaire, since the Fresnel lens 1 is used as a light projection lens in place of the conventional aspheric lens, the effects of weight reduction and thickness reduction can be obtained as described above. In particular, the space efficiency at the installation position of the headlamp can be improved by reducing the thickness. Moreover, a high-performance lighting fixture can be manufactured at low cost by using the Fresnel lens 1 that is highly efficient, easy to manufacture, and stable in quality as described above.

この照明器具では、光源37としてLEDを用いているので、LED以外の他の光源に比較して発熱量が少なく、フレネルレンズ1に対して大きな熱の影響を与えることがなく、フレネルレンズ1が樹脂製であっても、熱による変形等がおきない。   In this luminaire, since an LED is used as the light source 37, the amount of heat generated is small compared to other light sources other than the LED, and the Fresnel lens 1 is not affected by a large amount of heat. Even if it is made of resin, it is not deformed by heat.

また、LEDは、発光する光の波長が限定されるので、フレネルレンズ1の設計において、波長に対応する屈折率を用いることで、レンズとしての機能の効率化を図ることができる。特に、上述のように逃げ角を決定する際の屈折率を波長に対応したものとすることで、より確実に多重反射を防止して、光の出射の効率を向上することができる。なお、照明器具は、前照灯に限定されるものではなく各種の照明器具に応用可能であるが、特に、フレネルレンズ1を用いて所定範囲に光を投光する照明器具に好適にフレネルレンズ1を用いることができる。   In addition, since the wavelength of light emitted from the LED is limited, the function of the lens can be improved by using a refractive index corresponding to the wavelength in the design of the Fresnel lens 1. In particular, by making the refractive index when determining the clearance angle correspond to the wavelength as described above, multiple reflection can be prevented more reliably and the light emission efficiency can be improved. The lighting fixture is not limited to a headlamp and can be applied to various lighting fixtures. In particular, the Fresnel lens is suitable for a lighting fixture that projects light in a predetermined range using the Fresnel lens 1. 1 can be used.

次に、フレネルレンズの製造に用いられる金型について説明する。
射出成形において、二つの金型によりフレネルレンズ1が成形される。二つの金型の一方が固定金型で、他方が可動金型となっている。離型時には、固定金型に対して可動金型を離れるように移動させることになる。
Next, the metal mold | die used for manufacture of a Fresnel lens is demonstrated.
In the injection molding, the Fresnel lens 1 is molded by two molds. One of the two molds is a fixed mold and the other is a movable mold. At the time of mold release, the movable mold is moved away from the fixed mold.

この可動金型の型面には、フレネルレンズ1の第2面3を成形するための図12に示すキャビティ41が設けられている。キャビティ41には、フレネルレンズ1の第2の面3の複数のプリズム4に対応して溝42が複数形成されている。この溝42の内部空間は、プリズム4の形状に対応する形状となっているとともに、プリズム面5、分割面6および頂点部7の外面それぞれに対応する面が形成されている。   A cavity 41 shown in FIG. 12 for molding the second surface 3 of the Fresnel lens 1 is provided on the mold surface of the movable mold. A plurality of grooves 42 are formed in the cavity 41 corresponding to the plurality of prisms 4 on the second surface 3 of the Fresnel lens 1. The inner space of the groove 42 has a shape corresponding to the shape of the prism 4, and surfaces corresponding to the outer surfaces of the prism surface 5, the dividing surface 6, and the apex portion 7 are formed.

基本的に、各溝42の形状は、フレネルレンズ1の各プリズム4に対応するものとなっているが、金型の溝42に対して成形品であるプリズム4は少しだけ収縮するものとなる。金型のキャビティ寸法は成形に用いられる樹脂の収縮を見込んで、樹脂の成形収縮率から決定される比率で、最終的な製品よりも大きめに設定されている。
キャビティ41の内面を、上述のフレネルレンズ1のプリズム4に対応する形状とすることで、溝42の最深部が尖った形状ではなく、プリズム4の頂点部7の円弧に対応した曲面となることで、金型の製造が容易になっている。また、金型の形状を上述ようにフレネルレンズ1に対応する形状とすることで、フレネルレンズ1の離型が容易になるとともに、フレネルレンズ1の品質を高効率の状態で安定させることができる。
Basically, the shape of each groove 42 corresponds to each prism 4 of the Fresnel lens 1, but the prism 4 which is a molded product contracts slightly with respect to the groove 42 of the mold. . The cavity size of the mold is set to be larger than the final product at a ratio determined from the molding shrinkage rate of the resin in consideration of shrinkage of the resin used for molding.
By making the inner surface of the cavity 41 into a shape corresponding to the prism 4 of the Fresnel lens 1 described above, the groove 42 has a curved surface corresponding to the arc of the apex portion 7 of the prism 4, not the sharpest shape of the groove 42. Thus, the mold can be easily manufactured. Further, by making the mold shape corresponding to the Fresnel lens 1 as described above, the Fresnel lens 1 can be easily released and the quality of the Fresnel lens 1 can be stabilized in a highly efficient state. .

次に、フレネルレンズ1の射出成形方法を説明する。
フレネルレンズ1の射出成形は、上述のキャビティ41を備えた可動金型およびそれに対応する固定金型を用いて行われる。
固定金型および可動金型を閉じた状態で、射出ノズルから射出された樹脂がスプル−、ランナー、ゲートを介してキャビティ41に内に注入される。
Next, an injection molding method for the Fresnel lens 1 will be described.
The injection molding of the Fresnel lens 1 is performed using a movable mold provided with the above-described cavity 41 and a fixed mold corresponding thereto.
With the fixed mold and the movable mold closed, the resin injected from the injection nozzle is injected into the cavity 41 through the sprue, runner and gate.

この状態で所定温度までキャビティ41の温度が低下した際に、固定金型に対して可動金型を移動させて成形されたフレネルレンズ1を取り出す。
この際に、フレネルレンズ1が例えば非球面レンズ等と比較して薄いので、温度の低下が速く、離型までにかかる時間を短縮することができる。
When the temperature of the cavity 41 is lowered to a predetermined temperature in this state, the molded Fresnel lens 1 is taken out by moving the movable mold with respect to the fixed mold.
At this time, since the Fresnel lens 1 is thinner than, for example, an aspherical lens or the like, the temperature is rapidly reduced, and the time required for release can be shortened.

また、成形に際しては、フレネルレンズ1の各プリズム4の頂点部7に対応して、金型のキャビティ41の溝42の最深部の形状が決定される。この際に、上述のkの値の範囲でプリズム4の頂点部7に対応して溝42の最深部が円弧状に形成されることから、離型がし易く、かつ、品質を安定させることができる。   Further, at the time of molding, the shape of the deepest portion of the groove 42 of the cavity 41 of the mold is determined corresponding to the apex portion 7 of each prism 4 of the Fresnel lens 1. At this time, since the deepest portion of the groove 42 is formed in an arc shape corresponding to the apex portion 7 of the prism 4 within the range of the above-described value k, it is easy to release and stabilize the quality. Can do.

以下に、実施例として、フレネルレンズ1を製造し、その際の成形サイクルとレンズ重量、ヒケ量を確認した。また、製造されたフレネルレンズ1の入射光量に対する射出光量の比である射出効率(%)と、製品良品率(%)を求めた。
フレネルレンズ1としては、表1に示すように、プリズム(輪帯)の数Nが21,42,63のものを製造した。
プリズムが形成されるレンズ有効径Dはφ30mm、取付フランジを含むレンズ全体の径はφ37mmとした。
プリズム形状部分を除いたベースの厚みは2mmとした。プリズムは、図5(a)に記載のフレネルレンズ1に示されるような、設計上のプリズムの高さhが一定の形状とするタイプとした。設計上のプリズムの高さは、プリズムの数Nが21のレンズでは0.4mm、Nが42のレンズでは0.2mm、Nが63のレンズでは0.134mmとした。プリズムを含む最大の厚みは、ベースの厚みとプリズムの高さhを足したものとなり、2.4mm〜2.134mmとなる。また、プリズムの分割面には、前述したように谷の最深部9に至る光線の方向に沿うように逃げ角を設定した。
レンズの材料としてはメタクリル樹脂(PMMA、一般にアクリル樹脂とも呼ばれる)を用いた。
それぞれのプリズムの数Nに対して表4から6に示すように、k値を4段階に変えたフレネルレンズを製造した。(実際には金型製作の便宜上から、プリズム頂点部の半径r寸法が0mm、0.01mm、0.03mm、0.05mmとなるように設定した。)
なお、kの値が0のフレネルレンズ1と、非球面レンズのデータは比較例となるものである。製品良品率は、製造されたフレネルレンズ1から不良品を覗いた後の良品の数を、製造されたフレネルレンズ1の全部の数で除算して求めたものである。
Below, the Fresnel lens 1 was manufactured as an Example, and the molding cycle, lens weight, and sink amount at that time were confirmed. Moreover, the emission efficiency (%), which is the ratio of the amount of emitted light to the amount of incident light of the manufactured Fresnel lens 1, and the non-defective product rate (%) were determined.
As the Fresnel lens 1, as shown in Table 1, lenses having the number N of prisms (annular zones) of 21, 42, and 63 were manufactured.
The effective lens diameter D on which the prism is formed is 30 mm, and the entire diameter of the lens including the mounting flange is 37 mm.
The thickness of the base excluding the prism-shaped portion was 2 mm. The prism is a type in which the designed prism height h is constant, as shown in the Fresnel lens 1 shown in FIG. The height of the designed prism was 0.4 mm for a lens with 21 prisms N, 0.2 mm for a 42 N lens, and 0.134 mm for a 63 N lens. The maximum thickness including the prism is the sum of the thickness of the base and the height h of the prism, which is 2.4 mm to 2.134 mm. Further, the clearance angle was set on the splitting surface of the prism so as to be along the direction of the light beam reaching the deepest portion 9 of the valley as described above.
Methacrylic resin (PMMA, also commonly called acrylic resin) was used as the lens material.
As shown in Tables 4 to 6 with respect to the number N of each prism, Fresnel lenses having different k values in four stages were manufactured. (In practice, for the convenience of mold manufacture, the radius r of the prism apex was set to 0 mm, 0.01 mm, 0.03 mm, and 0.05 mm.)
Note that the data of the Fresnel lens 1 having a k value of 0 and the aspherical lens are comparative examples. The product non-defective rate is obtained by dividing the number of non-defective products after looking into defective products from the manufactured Fresnel lens 1 by the total number of manufactured Fresnel lenses 1.

Figure 0006001836
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Figure 0006001836
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成形サイクルとレンズ重量、ヒケ量の測定結果を表1〜表3に示す。プリズム数Nが21、42、63のフレネルレンズではプリズム頂点部の半径r寸法が0.01mmの場合のデータであるが、0.03mm、0.05mmでもほぼ同じ値であった。ただしr寸法が0mmの場合には、成形品が離型できず、完全な状態のサンプルが製作できなかったため、測定ができなかった。
射出効率と、製品良品率の結果を表4〜表6と図13〜図15のグラフに示す。
図13〜図15において、図13のP21がプリズム数Nが21のフレネルレンズ1の射出効率を示し、図14のP42がプリズム数Nが42のフレネルレンズ1の射出効率を示し、図15のP63がプリズム数Nが63のフレネルレンズ1の射出効率を示すものである。また、各図においてUが製品良品率を示すものである。
尚、表4〜表6と図13〜図15の頂点r寸法が0mmの場合の射出効率は、前述の通り成形品が離型出来ず測定が出来なかったため、シミュレーションによる結果を記載してある。頂点r寸法が0.01mm、0.03mm、0.05mmの場合には、シミュレーションの結果と測定の結果は一致しており、測定値を記載している。
Tables 1 to 3 show the measurement results of the molding cycle, lens weight, and sink amount. In the case of a Fresnel lens with a prism number N of 21, 42 and 63, the data is when the radius r of the prism apex is 0.01 mm, but the values are substantially the same at 0.03 mm and 0.05 mm. However, when the r dimension was 0 mm, the molded product could not be released from the mold, and a complete sample could not be produced.
The results of injection efficiency and product yield rate are shown in Tables 4 to 6 and the graphs of FIGS.
13 to 15, P21 in FIG. 13 shows the emission efficiency of the Fresnel lens 1 with 21 prism numbers N, P42 in FIG. 14 shows the emission efficiency of the Fresnel lens 1 with 42 prism numbers N, and FIG. P63 indicates the emission efficiency of the Fresnel lens 1 having a prism number N of 63. In each figure, U indicates the product non-defective rate.
Incidentally, the injection efficiency when the apex r size in Tables 4 to 6 and FIGS. 13 to 15 is 0 mm is described as a result of simulation because the molded product could not be released and measured as described above. . When the apex r dimension is 0.01 mm, 0.03 mm, and 0.05 mm, the simulation result and the measurement result coincide with each other, and the measurement value is described.

また、射出効率のボーダーラインを比較例としての非球面レンズの場合の77%とした。また、製品良品率のボーダーラインは、コスト等を考慮して85%とした。図13に示されるように、製品良品率は、kの値が0.04以上となることでボーダーラインの85%を超えるものとなっている。製品良品率のボーダーライン85%とは、100個成型した場合に、変形や転写不十分の輪帯がなく、製品として成立するものが85個あるという意味である。   Further, the border line of the injection efficiency was 77% of the case of the aspherical lens as a comparative example. In addition, the border line of the non-defective product rate was set to 85% in consideration of costs and the like. As shown in FIG. 13, the non-defective product rate exceeds 85% of the border line when the value of k becomes 0.04 or more. The borderline 85% of the product non-defective rate means that when 100 pieces are molded, there are 85 pieces that are formed as a product without any deformation or insufficient transfer zone.

射出効率については、プリズム数Nが21のフレネルレンズ1において、kの値が0.38以下となる場合にボーダーラインである77%を超えるようになっている。なお、プリズム数Nが42の場合と63の場合は、射出効率がボーダーラインである77%を超えるkの値がさらに小さくなる。したがって、kの値が0.04〜0.38の範囲で十分な射出効率を得るためには、レンズ有効径D内のプリズム数Nを少くする必要がある。   The emission efficiency of the Fresnel lens 1 with 21 prisms N exceeds 77%, which is the borderline when the value of k is 0.38 or less. When the number of prisms N is 42 and 63, the value of k that exceeds 77%, which is the borderline, is even smaller. Therefore, in order to obtain sufficient emission efficiency when the value of k is in the range of 0.04 to 0.38, it is necessary to reduce the number N of prisms within the lens effective diameter D.

ただし、プリズム数Nが多くとも、kの値を小さくすることで、ボーダーラインを超えるものであり、これらについては、kの範囲を狭くすることで、有効に利用可能である。また、目的や用途によっては、射出効率のボーダーラインより下であっても、プリズム数を増やすことによって得られる効果、特に各プリズム(輪帯)4による光の濃淡の影響がわかりづらくなり、フレネルレンズ1であることが分かり難くなることで、プリズム数の多いフレネルレンズを用いるものとしてもよい。   However, even if the number N of prisms is large, the value of k exceeds the borderline by reducing the value of k, and these can be effectively used by narrowing the range of k. Also, depending on the purpose and application, it is difficult to understand the effects obtained by increasing the number of prisms, especially the effect of light intensity due to each prism (ring zone) 4, even if it is below the borderline of the emission efficiency. Since the lens 1 is difficult to understand, a Fresnel lens having a large number of prisms may be used.

1 フレネルレンズ
2 第1の面
3 第2の面
4 プリズム
5 プリズム面
6 分割面
7 頂点部
8 谷
9 最深部
12 フレネルレンズ
13 フレネルレンズ
20 点光源(光源)
h プリズムの高さ
L 谷野最深部に至る光の方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fresnel lens 2 1st surface 3 2nd surface 4 Prism 5 Prism surface 6 Dividing surface 7 Apex part 8 Valley 9 Deepest part 12 Fresnel lens 13 Fresnel lens 20 Point light source (light source)
h Prism height L Direction of light reaching the deepest part of the valley

Claims (12)

光が入射する第1の面と、光が出射する第2の面とを有し、前記第2の面に、複数個のプリズムが形成され、前記プリズムが、プリズム面と、分割面と、これらプリズム面および分割面をつなげる円弧状の頂点部とから断面が略三角形状に形成される樹脂製のフレネルレンズを射出成形により製造するフレネルレンズの製造方法であって、A first surface on which light is incident and a second surface from which light is emitted; a plurality of prisms are formed on the second surface; and the prism includes a prism surface, a split surface, A Fresnel lens manufacturing method for manufacturing a resin-made Fresnel lens whose cross section is formed in a substantially triangular shape from an arcuate apex portion connecting the prism surface and the dividing surface,
前記頂点部の円弧の半径をr(mm)、前記プリズムの高さをh(mm)、レンズ有効径をD(mm)、レンズ有効径D(mm)の範囲に含まれるプリズムの数をNとした場合、The radius of the arc at the apex is r (mm), the height of the prism is h (mm), the effective lens diameter is D (mm), and the number of prisms included in the effective lens diameter D (mm) is N. If
前記r(mm)を以下の式(1)で示すものとし、Said r (mm) shall be shown by the following formula | equation (1),
かつ、前記式(1)におけるk(mm)の値を0.04〜0.38mmにすることを特徴とするフレネルレンズの製造方法。And the value of k (mm) in said Formula (1) is 0.04-0.38 mm, The manufacturing method of the Fresnel lens characterized by the above-mentioned.
Figure 0006001836
Figure 0006001836
kの上限値がk=0.5553e−0.02N (mm)以下であることを特徴とする請求項1に記載のフレネルレンズの製造方法The method for producing a Fresnel lens according to claim 1, wherein an upper limit value of k is k = 0.5553e −0.02 N (mm) or less. 前記各プリズムは、同心円状または同心の楕円状に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフレネルレンズの製造方法The method for manufacturing a Fresnel lens according to claim 1, wherein each of the prisms is formed in a concentric circle shape or a concentric ellipse shape. 前記プリズムの前記分割面には、逃げ角が設けられ、
前記分割面の前記逃げ角は、
光源から入射した光のうちの前記隣り合うプリズムの前記プリズム面と前記分割面とから構成される谷の最深部に至る光の方向に、当該谷を構成する当該分割面がほぼ沿うように設定されていていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のフレネルレンズの製造方法
The split surface of the prism is provided with a clearance angle,
The clearance angle of the dividing surface is
Of the light incident from the light source, set so that the split surface constituting the valley substantially follows the direction of the light reaching the deepest part of the valley formed by the prism surface and the split surface of the adjacent prisms. The method for manufacturing a Fresnel lens according to any one of claims 1 to 3, wherein the Fresnel lens is manufactured .
各プリズムの高さhが、当該高さhの平均に対してプラス・マイナス10%以内に設定されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフレネルレンズの製造方法 5. The Fresnel lens according to claim 1, wherein a height h of each prism is set within plus or minus 10% with respect to an average of the height h. Manufacturing method . レンズ径が20mm〜80mmであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のフレネルレンズの製造方法The method for manufacturing a Fresnel lens according to any one of claims 1 to 5, wherein the lens diameter is 20 mm to 80 mm. 前記プリズムは、前記プリズム面および前記分割面の断面形状が直線または曲線であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のフレネルレンズの製造方法The method for manufacturing a Fresnel lens according to any one of claims 1 to 6, wherein the prism has a cross-sectional shape of the prism surface and the dividing surface that is a straight line or a curved line. 前記各プリズムは、高さが略同一であり、前記プリズム面の傾斜角に対応して底面の幅が異なることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のフレネルレンズの製造方法8. The Fresnel lens according to claim 1, wherein the prisms have substantially the same height and have different bottom surface widths corresponding to the inclination angles of the prism surfaces. 9. Manufacturing method . レンズ有効径の最大厚みは、0.5〜4mmであることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のフレネルレンズの製造方法The method for producing a Fresnel lens according to any one of claims 1 to 8, wherein the maximum thickness of the effective lens diameter is 0.5 to 4 mm. 前記第1の面および第2の面の少なくともいずれか一方に、反射防止膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のフレネルレンズの製造方法10. The manufacture of a Fresnel lens according to claim 1, further comprising a step of forming an antireflection film on at least one of the first surface and the second surface. 11. Way . 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のフレネルレンズの製造方法により製造されたフレネルレンズを用いて照明器具を製造することを特徴とする照明器具の製造方法 Method for producing a lighting fixture, characterized in that to produce a lighting fixture using the Fresnel lens manufactured by the manufacturing method of the Fresnel lens as claimed in any one of claims 10. 光源がLEDであることを特徴とする請求項11に記載の照明器具の製造方法。 The method of manufacturing a lighting fixture according to claim 11, wherein the light source is an LED .
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