專(zhuān)利名稱(chēng)：菲涅爾透鏡及其模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及菲涅爾透鏡及制造菲涅爾透鏡的模具。
背景技術(shù)：
菲涅爾透鏡是這樣的一種透鏡具有微細(xì)寬度的透鏡表面沿徑向重復(fù)形成，且整個(gè)透鏡的光軸設(shè)置為中心。這樣的菲涅爾透鏡使用模具制造。模具包括具有多個(gè)菲涅爾模塑凹槽的母體模具，其中通過(guò)切割形成所述的多個(gè)菲涅爾模塑凹槽，所述菲涅爾模塑凹槽用來(lái)模塑每個(gè)透鏡表面和位于各個(gè)透鏡表面之間的非透鏡表面；由母體模具模塑成的母模；及由母模模塑成的壓模。母模以這樣的方式形成母體模具表面的菲涅爾模塑表面?zhèn)鬟f到母模上，其中所述母體模具表面上形成有多個(gè)菲涅爾模塑凹槽。壓模以這樣的方式形成傳遞到母模上的菲涅爾模塑表面再次傳遞到壓模上。由此，壓模的菲涅爾模塑表面具有與菲涅爾表面互補(bǔ)的構(gòu)造，其中所述菲涅爾表面具有形成在其上的菲涅爾透鏡的透鏡表面。經(jīng)過(guò)以下步驟形成菲涅爾透鏡將熔化狀態(tài)的紫外線可固化的樹(shù)脂倒入壓模的菲涅爾透鏡模塑表面并且達(dá)到規(guī)定的厚度，將紫外線輻射到所述樹(shù)脂上以固化所述樹(shù)脂，然后將固化的樹(shù)脂從壓模上剝離。
菲涅爾透鏡的透鏡角向著透鏡的光軸減小的較多，另一方面，透鏡表面的間距(沿著透鏡的徑向方向看時(shí)透鏡表面間的間隔)是常數(shù)。由此，透鏡表面間的水平位置差(非透鏡表面的高度)向著靠近光軸的區(qū)域減小的較多。另一方面，在制造母體模具的過(guò)程中，用切削工具在依次的基底上切削菲涅爾模塑凹槽，其中每個(gè)所述菲涅爾模塑凹槽與菲涅爾透鏡的相應(yīng)透鏡表面及它的相應(yīng)非透鏡表面相對(duì)應(yīng)。因此不可避免地產(chǎn)生由切削工具的定位誤差或者切削工具的熱變形而引起的加工誤差。這時(shí)，不考慮沿透鏡徑向的位置，每個(gè)加工誤差的大小近似固定。由此，切削母體模具時(shí)產(chǎn)生的工作誤差的影響向著光軸附近的區(qū)域相對(duì)地增加。因此，有時(shí)在光軸附近可能產(chǎn)生不可忽略的嚴(yán)重的影響。例如，如圖9A所述，在加工母體模具1時(shí)，由于加工誤差，形成在模具中心線CL附近的菲涅爾模塑凹槽2的一個(gè)菲涅爾模塑凹槽沒(méi)有被切割加工，從而存留下未加工部分Y，在根據(jù)母體模具1最終獲得的菲涅爾透鏡3中，如圖9B所示，對(duì)應(yīng)未加工部分Y產(chǎn)生忽略或者欠缺的部分Y′。結(jié)果，產(chǎn)生所謂的“間距跳過(guò)”的缺陷，其中原本應(yīng)該制成彼此截然不同的兩個(gè)透鏡表面4，4的部分看上去象透鏡表面4的一個(gè)連續(xù)表面。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上所述，本發(fā)明的目的是提供一種菲涅爾透鏡，該透鏡具有使加工誤差的影響很難在該透鏡的光軸附近發(fā)生的形狀，及提供一種用于制造所述菲涅爾透鏡的模具。
本發(fā)明使用將在以下描述的菲涅爾透鏡和模具解決上述問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的第一菲涅爾透鏡的兩個(gè)透鏡表面以這樣的方式設(shè)置在假設(shè)這些透鏡表面中的每個(gè)透鏡表面的一個(gè)末端均處在相對(duì)光軸以直角橫截光軸的同一平面中的情況下，兩個(gè)透鏡表面在沿著透鏡光軸的方向上彼此偏移，使得非透鏡表面在沿著光軸的方向上的高度大于非透鏡表面的原始高度，其中所述非透鏡表面處于兩個(gè)透鏡表面之間的邊界上。
根據(jù)所述菲涅爾透鏡，處于兩個(gè)透鏡表面之間的邊界上的非透鏡表面的高度比所述非透鏡表面的原始高度增加的多。因此，在加工模具時(shí)，當(dāng)加工對(duì)應(yīng)非透鏡表面的菲涅爾模塑凹槽時(shí)，切削工具的切入量增加，結(jié)果加工誤差的影響相對(duì)減小。由此，通過(guò)對(duì)設(shè)置在光軸附近的每個(gè)透鏡表面引入所述的光軸偏移，發(fā)生諸如間距跳過(guò)等缺陷的百分率降低，從而在加工模具時(shí)改善了成品率。
在第一菲涅爾透鏡中，包括在特定范圍中的多個(gè)透鏡表面以這樣的方式設(shè)置對(duì)于每個(gè)單元在沿著光軸的方向上偏移設(shè)置透鏡表面，其中所述特定范圍的中心與光軸一致，并且將一個(gè)透鏡表面或者多個(gè)透鏡表面設(shè)置為一個(gè)單元。在菲涅爾透鏡的設(shè)計(jì)中，在每個(gè)透鏡表面的一個(gè)末端(通常是外周邊末端)處在同一平面中的前提下，其中所述平面與相對(duì)光軸以直角橫截光軸的平面相同，實(shí)施諸如焦點(diǎn)位置計(jì)算等光學(xué)計(jì)算，從而確定規(guī)格及包括各個(gè)透鏡表面的透鏡角在內(nèi)的數(shù)據(jù)項(xiàng)。由此，在如上所述的沿光軸方向偏移透鏡表面的情況中，諸如焦點(diǎn)偏移等產(chǎn)生的影響會(huì)發(fā)生。然而，由于在光軸附近，可以獲得充足的光，即使當(dāng)每個(gè)透鏡表面的焦點(diǎn)稍微有些偏移，其影響較小且處于觀察者不能察覺(jué)的范圍。另一方面，如上所述，由于加工誤差的影響在光軸附近很大，所以通過(guò)偏移透鏡表面所獲得的優(yōu)點(diǎn)很顯著。這樣，在其中心與光軸一致的特定范圍內(nèi)具有偏移的透鏡表面的情況中，所獲得的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)不止從所述情況中獲得便利這一點(diǎn)。因此，優(yōu)選制造同樣的所述構(gòu)造。
單元間的透鏡表面偏移量可以是常數(shù)。在這種情況下，在設(shè)計(jì)透鏡時(shí)，在確定每個(gè)透鏡表面的偏移量時(shí)所執(zhí)行的過(guò)程被簡(jiǎn)化。結(jié)果，用于模具加工的程序設(shè)計(jì)也可以容易地實(shí)施。另一方面，單元間的透鏡表面的偏移量可以根據(jù)沿徑向方向且從光軸測(cè)量起的距離而變化。如果構(gòu)造制造成這樣，可以為每個(gè)透鏡表面引入適當(dāng)?shù)呐c從光軸測(cè)量起的距離對(duì)應(yīng)的偏移量。此外，當(dāng)沿徑向且自光軸起的距離增加時(shí)，單元間的透鏡表面的偏移量可以減少。即使在不對(duì)透鏡表面引入偏移的情況中，當(dāng)自光軸起的距離增加時(shí)，加工誤差的影響也減小。因此，即使在隨著自光軸起的距離的增加將根據(jù)本發(fā)明的透鏡表面的偏移量變小時(shí)，加工誤差的影響也不會(huì)出現(xiàn)。此外，自光軸起的距離增加的越多，光的量減少的越多。因此，如果與所述實(shí)事相一致將透鏡表面的偏移量變小，透鏡表面的偏移會(huì)變得不太顯著。
在根據(jù)本發(fā)明的第二菲涅爾透鏡中，透鏡表面中至少一個(gè)透鏡表面的透鏡角設(shè)置的大于原始透鏡角，其中所述原始透鏡角是根據(jù)針對(duì)該透鏡表面實(shí)施的焦點(diǎn)計(jì)算而給定的。
這樣，在具有增加的透鏡角的情況中，透鏡表面的頂點(diǎn)的高度增加，結(jié)果共同具有該頂點(diǎn)的非透鏡表面的高度也增加了。由于此原因，當(dāng)加工模具時(shí)，在加工與所述非透鏡表面對(duì)應(yīng)的菲涅爾模塑凹槽時(shí)，切削工具的切入量增加，結(jié)果加工誤差的影響變得相對(duì)地小。由此，這樣通過(guò)增加設(shè)置在光軸附近的透鏡表面的透鏡角，降低產(chǎn)生諸如間距跳過(guò)等缺陷的百分率，結(jié)果在加工模具時(shí)成品率提高了。請(qǐng)注意，所述透鏡角作為相對(duì)平表面傾斜于透鏡表面的角給出，其中所述平表面相對(duì)光軸以直角橫截光軸。根據(jù)焦點(diǎn)計(jì)算給出的原始透鏡角是指為了使每個(gè)與各個(gè)透鏡表面逐個(gè)對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)與預(yù)定作為菲涅爾透鏡的焦點(diǎn)的位置在總體上相一致而需要供給到每個(gè)透鏡表面上的角。
在第二菲涅爾透鏡中，包括在特定范圍中的多個(gè)透鏡表面中的每個(gè)透鏡表面的透鏡角可以設(shè)置的比相對(duì)每個(gè)透鏡表面而給定的原始透鏡角大，其中所述特定范圍的中心與光軸一致。在所述菲涅爾透鏡中，在從原始透鏡角起改變透鏡角的情況中，焦點(diǎn)偏移的影響會(huì)發(fā)生。然而，由于在光軸附近可以獲得充足的光，即使在各個(gè)透鏡表面的焦點(diǎn)稍微偏離會(huì)聚點(diǎn)時(shí)，這種偏離會(huì)聚點(diǎn)的影響會(huì)小且在觀察者不能察覺(jué)的范圍中。另一方面，如上所述，由于加工誤差的影響在光軸附近很大，所以通過(guò)偏移透鏡表面所獲得的優(yōu)點(diǎn)很顯著。這樣，在其中心與光軸一致的特定范圍內(nèi)具有增加透鏡角的情況中，所獲得的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)不止從所述情況中獲得便利這一點(diǎn)。因此，優(yōu)選制造同樣的所述構(gòu)造。
如上所述，在多個(gè)透鏡表面中的每個(gè)透鏡表面的透鏡角增加的情況下，作為透鏡角和原始透鏡角之間的差而給定的校正角可以根據(jù)沿徑向從光軸測(cè)量起的距離而變化。如果結(jié)構(gòu)制造成這樣，可以為每個(gè)透鏡表面引入與自光軸起的距離相對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)男Ｕ?。特別地，在隨著沿徑向方向自光軸起的距離的增加而減小校正角的情況中，由于具有減小的校正角和變化的透鏡角，可以使偏離聚焦等的影響相對(duì)的小，其中所述的減小的校正角和變化的透鏡角與在防止加工誤差的影響顯現(xiàn)時(shí)光的量的減小相適應(yīng)。
以下是第三菲涅爾透鏡。即在第一特定范圍中，多個(gè)透鏡表面以這樣的方式設(shè)置對(duì)于每個(gè)單元在沿著光軸的方向上偏移設(shè)置透鏡表面，從而在假設(shè)這些相鄰且彼此之間具有邊界的透鏡表面中的每個(gè)透鏡表面的一個(gè)末端均處于相對(duì)光軸以直角橫截光軸的平面中的情況下，使非透鏡表面在沿著光軸的方向上的高度比非透鏡表面的原始高度高，其中所述第一特定范圍的中心與光軸一致，并且將一個(gè)透鏡表面或者多個(gè)透鏡表面設(shè)置為一個(gè)單元，而所述非透鏡表面處于各個(gè)單元之間的每個(gè)邊界上；包括在第二特定范圍中的多個(gè)透鏡表面中的每個(gè)透鏡表面的透鏡角設(shè)置的大于原始透鏡角，其中所述第二特定范圍的中心與光軸一致，所述原始透鏡角度是根據(jù)相對(duì)每個(gè)透鏡表面實(shí)施的焦點(diǎn)計(jì)算而給定的。
根據(jù)該菲涅爾透鏡，由于與上述第一和第二菲涅爾透鏡中相同的原因，可以防止模具加工誤差的影響在光軸附近出現(xiàn)，且可以降低諸如間距跳過(guò)等缺陷所占的百分率，從而在加工模具時(shí)改善了成品率。
在第三菲涅爾透鏡中，第一特定范圍可以比第二特定范圍窄。在這種情況下，在從光軸直到限定第一特定范圍的邊界的區(qū)域中，當(dāng)加工與每個(gè)透鏡表面或者非透鏡表面對(duì)應(yīng)的模具的凹槽時(shí)，通過(guò)沿光軸方向增加透鏡表面和透鏡角的偏移來(lái)增加切削工具的切入量，從而盡可能的防止間距跳過(guò)等的影響。在從所述邊界之外到限定第二特定范圍的邊界的區(qū)域中，僅僅增加透鏡角，從而在保持對(duì)間距跳過(guò)等的影響的預(yù)防的同時(shí)抑制加工誤差的影響。在透鏡表面中的一個(gè)透鏡表面沿光軸方向偏移的情況下，沿徑向自所述透鏡表面向內(nèi)的透鏡表面同樣也沿光軸方向偏移。因此，在多個(gè)透鏡表面中的每個(gè)透鏡表面沿光軸方向偏移的情況下，形成在光軸附近的每個(gè)透鏡相對(duì)第一特定范圍之外的透鏡表面沿光軸方向偏移各個(gè)透鏡表面的偏移量的累積值。為了該原因，對(duì)于第一特定范圍，當(dāng)所述第一特定范圍擴(kuò)展太多時(shí)，在中心部分的透鏡表面沿光軸方向的回退比在外側(cè)上的透鏡表面的回退多很多。結(jié)果，當(dāng)切削模具時(shí)，如模具的構(gòu)造要與透鏡的構(gòu)造互補(bǔ)，就需要更深地切入模具的外周邊一側(cè)，切入程度與偏移累積量相對(duì)應(yīng)。結(jié)果，加工效率降低。另一方面，如果僅改變透鏡角，透鏡表面的這種偏移不會(huì)發(fā)生，結(jié)果模具的切入量不會(huì)累積增加。由于這個(gè)原因，在所述的第三菲涅爾透鏡中，將偏移引入透鏡表面的第一特定范圍限定在光軸附近，在光軸附近加工誤差的影響相對(duì)大，第二特定范圍設(shè)置的比第一特定范圍寬，從而可靠地抑制加工誤差的影響。
本發(fā)明的模具具有菲涅爾透鏡模塑表面，所述菲涅爾透鏡模塑表面的構(gòu)造與設(shè)有菲涅爾透鏡的每個(gè)透鏡表面的菲涅爾透鏡表面的構(gòu)造相同或者互補(bǔ)。
根據(jù)具有上述構(gòu)造的模具，在加工與透鏡表面或者非透鏡表面對(duì)應(yīng)的凹槽時(shí)，可以抑制加工誤差的影響，從而制造高質(zhì)量的菲涅爾透鏡。附帶地，本發(fā)明的模具包括與上述的母體模具相同的模具，其中通過(guò)切削加工菲涅爾模塑表面使所述母體模具形成在所述模具上，所述模具的構(gòu)造與菲涅爾表面的構(gòu)造互補(bǔ)，本發(fā)明的模具還包括與上述的母模或者壓模相同的模具，使用諸如電鑄等制造方法通過(guò)復(fù)制模具的菲涅爾模塑表面獲得所述模具，其中所述模具切削加工而成。切削加工的模具的菲涅爾模塑表面不局限于所述的菲涅爾模塑表面，菲涅爾模塑表面的構(gòu)造與菲涅爾透鏡的菲涅爾表面的構(gòu)造互補(bǔ)，也可以與菲涅爾表面的構(gòu)造相同。在這種情況下，僅需要通過(guò)復(fù)制菲涅爾模塑表面來(lái)模塑菲涅爾透鏡，從而分別地模塑具有菲涅爾模塑表面的模具，其中所述菲涅爾透鏡的構(gòu)造與所述菲涅爾模塑表面的構(gòu)造互補(bǔ)。


圖1A和1B均是沿根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的菲涅爾透鏡的光軸方向看去的剖視圖；圖2示出了放大比例的透鏡表面部分，其中所述透鏡表面部分為在圖1A所示的菲涅爾透鏡的光軸附近的透鏡表面部分；圖3A到3D均解釋了自圖2的菲涅爾透鏡的光軸起測(cè)量的距離與透鏡表面沿光軸方向上的偏移量之間的關(guān)系；視圖4示出了放大比例的透鏡表面部分，其中所述透鏡表面部分為在圖1B所示的菲涅爾透鏡的光軸附近的透鏡表面部分；圖5A到5D均解釋了自圖4的菲涅爾透鏡的光軸起測(cè)量的距離與透鏡表面的偏移角之間的關(guān)系；圖6A和6B示出了用于制造圖1A或者1B的菲涅爾透鏡的模具；視圖7示出實(shí)施例，其中偏移量設(shè)置在透鏡表面之間，同時(shí)為透鏡角供給校正角；視圖8示出圖7的菲涅爾透鏡的偏移量的設(shè)置范圍與供給的校正角的范圍之間的關(guān)系；及圖9A和9B示出本發(fā)明要解決的問(wèn)題。
具體實(shí)施例方式
圖1A和1B均示出本發(fā)明的菲涅爾透鏡的實(shí)施例，圖1A示出菲涅爾透鏡10，其中包括在特定范圍A中的所有透鏡表面11...11均沿光軸的方向偏移δ的量，其中所述特定范圍A的中心是光軸OA，圖1B示出菲涅爾透鏡20，其中包括在特定范圍B中的所有透鏡表面21...21的透鏡角θa比它們最初的透鏡角有所增加，其中所述特定的范圍B的中心是光軸OA。請(qǐng)注意，圖1A和1B均示出菲涅爾透鏡10或者20中對(duì)應(yīng)的一個(gè)透鏡的光軸OA附近部分?？傮w上菲涅爾透鏡10和20在尺寸上均比圖示的透鏡大很多。以下將順序地解釋菲涅爾透鏡10和20的特征部分。
在圖1A的菲涅爾透鏡10中，在特定范圍A之外的區(qū)域中，各個(gè)透鏡表面11的下端(在外圍一側(cè)的末端)11a對(duì)準(zhǔn)在相對(duì)光軸OA以直角橫截光軸的同一平面PL中。這里，各個(gè)透鏡表面11的一個(gè)末端11a處在同一平面PL中的狀態(tài)定義為透鏡表面11未偏移狀態(tài)，換句話說(shuō)就是透鏡表面11相對(duì)光軸方向彼此對(duì)準(zhǔn)的狀態(tài)。與此相反，包括在特定范圍A中的透鏡表面11沿光軸方向彼此相對(duì)偏移設(shè)置。具體地，在特定范圍A中，在具有沿徑向彼此相鄰的任何給定的兩個(gè)相鄰的透鏡表面11的情況中，設(shè)置所述透鏡表面11，使得它們以這樣的方式沿光軸方向彼此偏移在內(nèi)周邊一側(cè)上的透鏡表面11的下端11a相對(duì)在外周邊一側(cè)上的透鏡表面11的下端11a向下偏移。
圖2示出包括在特定范圍A中的兩個(gè)透鏡表面11、11。對(duì)于兩個(gè)透鏡表面11、11，在假設(shè)兩個(gè)透鏡表面11相對(duì)光軸方向水平對(duì)準(zhǔn)且在內(nèi)側(cè)上的透鏡表面11設(shè)為基線的情況中，在外側(cè)上的透鏡表面11用點(diǎn)畫(huà)線示出，而在兩個(gè)透鏡表面11、11沿光軸方向偏移δ量的情況下，在外側(cè)上的透鏡表面11由實(shí)線示出。至于處于兩個(gè)透鏡表面11之間的非透鏡表面12的高度，在透鏡表面11、11之間具有給定偏移量δ的情況下的高度Ha比在透鏡表面11彼此對(duì)準(zhǔn)的情況下的原始高度Ht大。如果以這種方法增大非透鏡表面12的高度，在模具中形成對(duì)應(yīng)透鏡表面11或者非透鏡表面的凹槽的情況中，非透鏡表面12的高度增加使得所述凹槽的深度增加。結(jié)果，在切削所述凹槽時(shí)，加工誤差的影響變得相對(duì)較小。由此，諸如所謂的“間距跳過(guò)”等缺陷發(fā)生的可能性變小。附帶地，圖2中示出的每個(gè)透鏡表面11的關(guān)于徑向上的間距P固定為從光軸OA起直到菲涅爾透鏡10的最外圍。透鏡表面11的透鏡角θ向著光軸OA逐漸減小。
不考慮從光軸OA到每個(gè)透鏡表面11(這里為了方便起見(jiàn)，由用作基線的透鏡表面11的下端11a表示)的距離X，上述的偏移量δ可以固定在特定范圍A中，或者可以根據(jù)距離X而變化。在圖1A的例子中，包括在特定范圍A中的所有透鏡表面11沿光軸的方向均偏移規(guī)定的量δ，可以將多個(gè)透鏡表面11設(shè)置成群組，并以群組為單位為所述的透鏡表面供給偏移量δ。
圖3A到圖3D解釋了數(shù)個(gè)設(shè)置例，每個(gè)均關(guān)于自光軸起的距離X與偏移量δ之間的關(guān)系。請(qǐng)注意，這里所指偏移量δ是兩個(gè)相鄰的透鏡表面11、11之間的一個(gè)偏移量。在圖3C和3D中，透鏡表面的外周邊末端的位置由虛線示出。
圖3A示出實(shí)例，其中在特定范圍A中，偏移量δ固定且與距離X無(wú)關(guān)。圖3B和3C示出實(shí)例，其中偏移量δ隨著距離X的增加而減小。然而，在圖3B中，偏移量δ與距離X成比例的線性減小，在圖3C中，以多個(gè)透鏡表面為單位(圖3C中，三個(gè)透鏡表面為一個(gè)單位)偏移量δ階梯式減小。
在圖3C中，多個(gè)透鏡表面作為一個(gè)群組處理，偏移量以群組為單位變化。因此，與偏移量以一個(gè)透鏡表面為單位變化的情況相比，覆蓋從光軸OA到特定范圍A的外周邊的偏移量δ的累積值變小。因而，在從光軸OA直到特定范圍A的外周邊的區(qū)域中的透鏡表面間的總的水平位置差可以壓縮。此外，圖3D示出以多個(gè)透鏡表面為單元(圖中三個(gè)透鏡表面為一個(gè)單元)供給的偏移量δ。即圖3D示出實(shí)例，其中多個(gè)透鏡表面11偏移。在一個(gè)單元中，各個(gè)透鏡表面沿光軸方向彼此對(duì)準(zhǔn)。
其次，將參考圖4和圖5A到5D解釋圖1B的菲涅爾透鏡20。從圖1B可以看出，在菲涅爾透鏡20中，各個(gè)透鏡表面相對(duì)光軸彼此對(duì)準(zhǔn)。即各個(gè)透鏡表面21的下端(在外周邊上的末端)均處在同一個(gè)平面PL中。沿圖4中示出的透鏡表面21的徑向方向的間距1P固定為從光軸OA直到菲涅爾透鏡20的外周邊。
圖4示出包括在圖1B的菲涅爾透鏡20的特定范圍B中的透鏡表面21的一部分。在此情況中，在為透鏡表面21提供應(yīng)根據(jù)焦點(diǎn)計(jì)算而給定的原始角度θt時(shí)，透鏡表面21由點(diǎn)畫(huà)線示出，而在透鏡表面21具有校正角Φ時(shí)，透鏡表面21由實(shí)線示出。從圖4中可以看出，在透鏡表面21具有給定原始角θt和校正角Φ、從而具有比原始透鏡角θt大的實(shí)際透鏡角θa的情況中，共同具有上端21b且與透鏡表面21連接的非透鏡表面22的高度Ha比給定原始透鏡表面θt時(shí)的高度Ht高。如果非透鏡表面22以該種方式增大，與圖1A的情況一樣，在模具中形成與透鏡表面21或者非透鏡表面22相對(duì)應(yīng)的凹槽的情況下，增加的非透鏡表面的高度使所述凹槽的深度增加。結(jié)果，在切削所述凹槽的情況中，加工誤差的影響變得相對(duì)較小。因此，諸如所謂的“間距跳過(guò)”等缺陷發(fā)生的可能性變得小了。
圖5A示出從圖1B的菲涅爾透鏡20的光軸OA測(cè)量起的距離X與每個(gè)透鏡表面21的透鏡角θa之間的關(guān)系。在位于特定范圍B之外的區(qū)域中，透鏡角度θa與距離成比例的變化，在特定范圍B中不給出校正角Φ的情況中，原始的透鏡角θt具有根據(jù)特定范圍B外的透鏡角度θa與距離X成比例變化的值。即在光軸OA上透鏡角θt變?yōu)榱?即距離＝0)。然而，在該實(shí)施例中，在特定范圍B中，給定校正角Φ。另外，如圖5B所示，校正角Φ對(duì)應(yīng)距離X線性增加，使得校正角Φ可以在距離X變小時(shí)變大。由此，在特定范圍B中，實(shí)際的透鏡角度θa向著光軸大于原始透鏡角θt。然而，假如實(shí)際透鏡角θa的傾斜為正，結(jié)果是當(dāng)比較兩個(gè)彼此鄰近的透鏡表面21、21的透鏡角θa時(shí)，在外側(cè)上的透鏡表面21的透鏡角θa必定大于在內(nèi)側(cè)上的透鏡表面21的透鏡角θa。
附帶地，距離X和校正角Φ之間的關(guān)系不局限于圖5B的實(shí)例。例如，如圖5C中所示，校正角可以是與距離X成反比例地增加，或者如圖5D所示，在距離X減小時(shí)校正角Φ階梯式地增加。然而，假如在圖5D的實(shí)例中多個(gè)透鏡表面包括在一個(gè)透鏡表面群組中，其中在所述群組中各個(gè)透鏡表面的校正角Φ彼此相等?？傊?，如圖5B到5D所示，在隨著距離X減小而校正角Φ變大的情況中，優(yōu)選地，在光軸附近非透鏡表面22的高度減小，給定的校正角Φ的影響變得非常顯著。因此，該修改更好。
圖6A和圖6B示出制造圖1A和圖1B的菲涅爾透鏡的模具。圖6A的模具30具有菲涅爾模塑表面31，所述模塑表面31的構(gòu)造與圖1A的菲涅爾透鏡10的菲涅爾表面13的構(gòu)造互補(bǔ)。在菲涅爾模塑表面31中，圍繞模具的中心線CL共軸地切削多個(gè)菲涅爾模塑凹槽32...32。菲涅爾模塑凹槽32具有用來(lái)模塑透鏡表面11的第一墻表面32a和用來(lái)模塑非透鏡表面12的第二墻表面32b。第二墻表面32b的上端32c對(duì)應(yīng)上述透鏡表面11的下端11a。由此，中心是中心線CL的特定范圍A中，與透鏡表面11的下端11a相同，上端32c以這樣的方式形成它們沿中心線CL彼此偏移偏移量δ。結(jié)果，在特定范圍A中，每個(gè)菲涅爾模塑凹槽32的深度增加，結(jié)果加工誤差的影響變得相對(duì)地小，從而間距缺陷等的發(fā)生百分率降低。在特定范圍A外的區(qū)域中，第二墻表面32b的上端32c彼此對(duì)準(zhǔn)。
另一方面，圖6B的模具40具有菲涅爾模塑表面41，所述模塑表面41的構(gòu)造與圖1B的菲涅爾透鏡20的菲涅爾表面23的構(gòu)造互補(bǔ)。圍繞模具的中心線CL共軸地切削多個(gè)菲涅爾模塑凹槽42...42。菲涅爾模塑凹槽42具有用來(lái)形成透鏡表面21的第一墻表面42a和用來(lái)模塑非透鏡表面22的第二墻表面42b。每個(gè)第二墻表面42b的上端42c對(duì)應(yīng)上述的透鏡表面21的下端21a。由此，各個(gè)第二墻表面42b的上端42c對(duì)準(zhǔn)在相對(duì)中心線CL以直角橫截中心線CL的同一平面PL中對(duì)準(zhǔn)。第一墻表面42a相對(duì)平面PL的傾斜角θa與圖1B的菲涅爾透鏡20的透鏡角θa相同。在中心是中心線CL的特定范圍B中，透鏡角θa設(shè)置在通過(guò)將校正角Φ加到原始透鏡角θt上獲得的值。結(jié)果，在特定范圍B中，每個(gè)菲涅爾模塑凹槽42的深度增加，結(jié)果加工誤差的影響變得相對(duì)的小，從而間距缺陷等產(chǎn)生的百分率降低。
在上述的實(shí)施例中，沿軸向偏移透鏡表面的裝置和將透鏡角增加的比原始透鏡角大的裝置分別獨(dú)立地提供，但這些裝置可以一起提供。即如圖7所示，可以通過(guò)同時(shí)提供與圖2的實(shí)例中類(lèi)似的軸向偏移量δ和與圖4的實(shí)例中類(lèi)似的校正角Φ來(lái)增加非透鏡表面52的實(shí)際高度Ha。附加地，在圖7的實(shí)例中，如圖8所示，對(duì)于其中偏移量δ供給到透鏡表面51的第一特定范圍A和其中通過(guò)提供校正角Φ來(lái)增加透鏡角θa的第二特定范圍B，優(yōu)選范圍A設(shè)置的比范圍B小。在這種情況中，在兩個(gè)范圍A和B的重疊部分中，同時(shí)提供偏移量δ和校正角Φ，在范圍A之外且在范圍B之內(nèi)的區(qū)域中，僅提供校正角。在用于模塑圖7的菲涅爾透鏡50的模具具有菲涅爾模塑表面時(shí)，其中所述菲涅爾模塑表面的構(gòu)造與菲涅爾表面53的構(gòu)造互補(bǔ)或者相同，所述菲涅爾模塑表面的具體結(jié)構(gòu)可以是以這種方式設(shè)置的結(jié)構(gòu)例如圖6A和6B示出的模具30和40中的任一模具的菲涅爾模塑表面31或者41設(shè)置為基礎(chǔ)，由此另一個(gè)菲涅爾模塑表面41或者31重疊在菲涅爾模塑表面上。與此有關(guān)的解釋忽略。
附帶地，參照附圖描述了上述的實(shí)施例，雖然透鏡表面的偏移量、透鏡表面的透鏡角、對(duì)透鏡表面的校正角等以放大的比例畫(huà)出，但本發(fā)明的范圍不局限于附圖所示的范圍。
工業(yè)適用性如上所解釋的，根據(jù)本發(fā)明的菲涅爾透鏡，由于位于邊界且在透鏡表面之間的非透鏡表面的高度比傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡增加的多，當(dāng)加工模具時(shí)，在加工對(duì)應(yīng)非透鏡表面的菲涅爾模塑凹槽時(shí)，切削工具的切入量增加，結(jié)果加工誤差的影響相對(duì)地變小。結(jié)果，諸如間距跳過(guò)等缺陷的發(fā)生百分率降低，從而在加工模具時(shí)成品率提高了。
根據(jù)本發(fā)明的模具，當(dāng)加工與透鏡表面或者非透鏡表面對(duì)應(yīng)的凹槽時(shí)，可以抑制加工誤差的影響，從而制造高質(zhì)量的菲涅爾透鏡。
權(quán)利要求
1.一種菲涅爾透鏡，其中兩個(gè)透鏡表面以這樣的方式設(shè)置在假設(shè)所述這些透鏡表面中每個(gè)透鏡表面的一個(gè)末端均處在相對(duì)光軸以直角橫截所述光軸的同一平面中的情況下，所述兩個(gè)透鏡表面在沿著所述透鏡光軸的方向上彼此偏移，使得非透鏡表面在沿著所述光軸的方向上的高度大于所述非透鏡表面的原始高度，其中所述非透鏡表面處于所述兩個(gè)透鏡表面之間的邊界上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅爾透鏡，其中包括在特定范圍中的多個(gè)透鏡表面以這樣的方式設(shè)置對(duì)于每個(gè)單元在沿著所述光軸的方向上偏移設(shè)置所述透鏡表面，其中所述特定范圍的中心與所述光軸一致，并且將所述透鏡表面中的一個(gè)透鏡表面或者多個(gè)所述透鏡表面設(shè)為一個(gè)單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的菲涅爾透鏡，其中在所述單元之間的所述透鏡表面的位移量是常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的菲涅爾透鏡，其中在所述單元之間的所述透鏡表面的偏移量根據(jù)沿徑向方向且從所述光軸測(cè)量起的距離變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的菲涅爾透鏡，其中當(dāng)沿徑向且從所述光軸測(cè)量起的所述距離增加時(shí)，所述單元之間的所述透鏡表面的偏移量減小。
6.一種菲涅爾透鏡，其中透鏡表面中至少一個(gè)透鏡表面的透鏡角設(shè)置的比原始透鏡角大，其中所述原始透鏡角是根據(jù)相對(duì)該透鏡表面實(shí)施的焦點(diǎn)計(jì)算而給定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的菲涅爾透鏡，其中包括在特定范圍中的多個(gè)透鏡表面中每個(gè)透鏡表面的所述透鏡角設(shè)置的比所述原始透鏡角大，其中所述特定范圍的中心與所述光軸一致，所述原始透鏡角是相對(duì)每個(gè)透鏡角而給定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的菲涅爾透鏡，其中作為所述透鏡角和所述原始透鏡角之間的差而給定的校正角根據(jù)沿徑向且從光軸測(cè)量起的所述距離而變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的菲涅爾透鏡，其中當(dāng)沿徑向且從所述光軸測(cè)量起的所述距離增加時(shí)，所述校正角減小。
10.一種菲涅爾透鏡，其中包括在第一特定范圍中的多個(gè)透鏡表面以這樣的方式設(shè)置對(duì)于每個(gè)單元在沿著所述光軸的方向上偏移設(shè)置所述透鏡表面，從而在假設(shè)所述這些相鄰且彼此之間具有邊界的透鏡表面中的每個(gè)透鏡表面的一個(gè)末端均處在相對(duì)所述光軸以直角橫截所述光軸的同一平面中的情況下，使所述非透鏡表面在沿著所述光軸的方向上的高度比所述非透鏡表面的原始高度高，其中所述第一特定范圍的中心與所述光軸一致，并且將所述透鏡中的一個(gè)透鏡表面或者多個(gè)透鏡表面設(shè)置為一個(gè)單元，而所述非透鏡表面處于所述各個(gè)單元之間的每個(gè)邊界上；及包括在第二特定范圍中的多個(gè)所述透鏡表面中的每個(gè)透鏡表面的所述透鏡角設(shè)置的大于原始透鏡角度，其中所述第二特定范圍的中心與所述光軸一致，而所述原始透鏡角度是根據(jù)相對(duì)每個(gè)透鏡表面實(shí)施的焦點(diǎn)計(jì)算而給定的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的菲涅爾透鏡，其中所述第一特定范圍比所述第二特定范圍窄。
12.一種用于菲涅爾透鏡的模具，其中所述模具具有菲涅爾模塑表面，所述模具的構(gòu)造與所述菲涅爾表面的構(gòu)造相同或者互補(bǔ)，其中所述菲涅爾表面設(shè)有權(quán)利要求1到11中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的菲涅爾透鏡的每個(gè)所述透鏡表面。
全文摘要
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種菲涅爾透鏡，在光軸和光軸附近所述菲涅爾透鏡不可能被加工誤差影響。設(shè)在光軸附近的兩個(gè)透鏡表面11、11以這樣的方式設(shè)置它們?cè)谘刂廨S的方向上彼此偏移，從而在假設(shè)這些透鏡表面11、11中每個(gè)透鏡表面的下端11a、11a均處在相對(duì)光軸OA以直角橫截所述光軸的同一平面中的情況下，使非透鏡表面12在沿光軸的方向上的高度Ha大于非透鏡表面12的原始高度Ha，其中所述非透鏡表面12處在兩個(gè)透鏡表面11、11之間的邊界上。設(shè)在光軸附近的透鏡表面21中至少一個(gè)透鏡表面的透鏡角θa設(shè)置的比原始透鏡角大，其中所述原始透鏡角應(yīng)該根據(jù)相對(duì)透鏡角21的焦點(diǎn)計(jì)算而給定。
文檔編號(hào)G02B3/08GK1592856SQ01820040
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月6日
發(fā)明者河野義浩 申請(qǐng)人:大日本印刷株式會(huì)社