CN110312953A - 回归性反射材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可食性且具有高回归性反射性能的回归性反射材料。该回归性反射材料具备具有透光性的反射材料本体10。反射材料本体10由琼脂构成。反射材料本体10的一面侧成为使入射光入射到反射材料本体10内部的入射面20。反射材料本体10的另一面侧形成为使入射到反射材料本体10内部的入射光向与入射方向大致平行的方向反射的回归性反射面30。

Description

回归性反射材料
技术领域
本发明涉及回归性反射材料。
背景技术
近年来，以液体透镜为代表，利用液体的新的光学器件形成技术广受注目(以下非专利文献1～3)。液体大多相对于可见光透明，并且其界面以埃的精度平滑(以下非专利文献4)。因此，如果适当地形成则能够实现高精度的折射面，对于实现光学器件来说是优异的原料。
而且，大多数食品的原料为液体。作为代表性的一种考虑果冻，其为在热水中使高分子的琼脂、增粘多糖类或由蛋白质组成的明胶溶解，使温度下降而凝胶化的食品。果冻的主要成分为水，相对于可见光具有高的透射性。并且，由于也能够放入模具中形成，从原理上对其表面形状进行控制也较为容易。这些性质均为形成光学器件所需的性质，可以说作为光学器件的原料来说是合适的。
这样，某种食品作为光学器件用原料而具有优异的性质，以往有论文等提出通过糖来形成透镜而用于光学教育(以下非专利文献5)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Berge,B.and Peseux,J.Variable focal lens controlled by anexternal voltage:An application of electrowetting.The European PhysicalJournal E,2000,vol.3,p.159-163.
非专利文献2：Kuiper,S.and Hendriks,B.H.W.Variable-focus liquid lensfor miniature cameras.Applied Physics Letters,2004,vol.85,no.7,p.1128-1130.
非专利文献3：Oku,H.and Ishikawa,M.High-speed liquid lens with 2msresponse and 80.3nm root-mean-square wavefront error.Applied PhysicsLetters,2009,vol.94,p.221108.
非专利文献4：Gennes,P.-G.de,Wyart,F.B.-and D.Quere.表面张力的物理学－液滴、泡沫、水珠、水波的世界－.吉冈书店,2004.
非专利文献5：Bunton,P.Edible optics:Using gelatin to demonstrateproperties of light,Phys.Teach,1997,vol.35,p.421.
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的发明人，以利用了食品的光学标记、尤其是回归性反射材料为对象，研究了试制了各种能够食用的(在本说明书中会将其称之为“可食性”)回归性反射材料。
作为可食性回归性反射材料的优点，主要例举出以下两点。
第一点是在人食用的食物等上直接放置光学器件。例如，如果能够在食物上设置，则能够容易地从摄像机识别食物或者在婚礼上的结婚蛋糕上投影等而实现新的节目。但是，现有的光学器件大多通过玻璃或塑料等不能食用的原料制成。因此，在放置在食物上的情况下，在食用之前需要取下，并且存在原料具有毒性的危险性和误饮、误食的危险性。如果是通过食材形成的光学器件，则不存在这些问题，即使放置在食物上也是放心、安全的。
第二点是如果是可食性的回归性反射材料，则适合设置在人体口腔内或消化管表面等的这一点。如果能够在消化管上设置回归性反射材料，则能够作为手术导航的基准点发挥作用，并且也存在应用于光学测量的可能，因此期待其有助于测量的高精度化等。如果是通过食材形成的光学器件，则几乎不存在对人体的毒性和影响，并且即使留置在体内也能够自然消化，因此也存在不需要回收的优点。
本发明的发明人尤其是设想上述第一点所例举的向食物的应用，为了利用身边的食材来实现回归性反射材料而进行了各种实验。最终发现，尤其在使用琼脂的情况下，回归性反射性能高。
本发明是基于上述见解而做出的。本发明的主要目的之一在于提供一种可食性且具有高回归性反射性能的回归性反射材料。本发明的另一目的在于提供一种适合制造这样的回归性反射材料的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
能够解决上述技术问题的技术方案如以下项目所述。
(项目1)
一种回归性反射材料，
具备反射材料本体，该反射材料本体具有透光性，
所述反射材料本体由琼脂构成，
所述反射材料本体的一面侧成为使入射光入射到所述反射材料本体的内部的入射面，
所述反射材料本体的另一面侧形成为使入射到所述反射材料本体的内部的所述入射光向与入射方向大致平行的方向反射的回归性反射面。
(项目2)
在项目1所述的回归性反射材料中，
所述回归性反射面成为直三面角型回归性反射面。
(项目3)
在项目1或2所述的回归性反射材料中，
在构成所述反射材料本体的所述琼脂中添加有提高所述反射材料本体的折射率的折射率调节剂。
(项目4)
一种回归性反射材料的制造方法，具有以下工序：
通过在水中加入琼脂原料而进行加热，从而得到琼脂溶液的工序；
通过使所述琼脂溶液与具有直三面角型的回归性反射面的形状的母材表面接触，从而将所述母材表面的形状转印于所述琼脂溶液的工序；
通过使与所述母材表面接触的状态的所述琼脂溶液凝固，从而形成具有回归性反射面的回归性反射材料的工序。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种可食性且具有高回归性反射性能的回归性反射材料。并且，能够提供一种适用于这样的回归性反射材料的制造的制造方法。
附图说明
图1是本发明一实施方式的回归性反射材料的主要部分剖面图。
图2是表示作为候补研究的使用食材的光透射率的曲线图，横轴为光的波长、纵轴为光透射率。
图3是对制作图1的回归性反射材料的方法的一个例子进行说明的说明图。
图4是对测定实验例1中的反射照度的实验环境进行说明的说明图。
具体实施方式
以下，参照图1对本发明一实施方式的回归性反射材料进行说明。
(回归性反射材料)
该回归性反射材料具备反射材料本体10，该反射材料本体10具有透光性。反射材料本体10由琼脂构成。由此，反射材料本体10的折射率比1大，更优选的是比1.3大。后文将对琼脂的详细的组成的例子进行说明。
反射材料本体10的一面侧(在图1中为上表面)成为使入射光入射到反射材料本体10的内部的入射面20。在该实施方式中，入射面20成为平坦面，但根据用途能够成为各种形状。
反射材料本体10的另一面侧(在图1中为下表面)形成为使入射到反射材料本体10的内部的入射光向与入射方向大致平行的方向反射的回归性反射面30。本例子的回归性反射材料中的入射光和反射光的方向在图1中以点划线表示。
本实施方式的回归性反射面30成为直三面角型回归性反射面。其中，在图1中，为了避免麻烦，描绘的是回归性反射面的二维形状。实际的回归性反射面30由使精密的三个平面分别呈直角地组合而得到顶点的形状构成，成为通过在各个面进行全反射而使光向光源方向反射的构造。
(使用食材的研究)
以下，对构成反射材料本体的使用食材的研究内容进行说明。
(必要条件)
在本实施方式中，研究满足以下条件的食材。
(1)能够食用，并且没有毒性等；
(2)透射率高，并且光的衰减少；
(3)高折射率且光的反射率高；
(4)通过使其具有流动性而能够流入模具，能够通过某种操作而凝固从而精密地形成、维持直三面角形状。
(原料的决定)
为了选出制作能够食用的回归性反射材料的原料，首先，从接近透明这一观点出发将以下五种食材作为候补。还原性异麦芽酮糖、海藻酸钠凝胶、葡甘露聚糖、刺槐豆胶与卡拉胶的混合物(后文称之为卡拉胶混合物)是琼脂的五种。基于上述条件，对候补的原料是否适用于回归性反射材料进行调查。
所研究的各原料的组成如以下表1所示。
[表1]
海藻酸钠凝胶
葡甘露聚糖
葡甘露聚糖 10g
氢氧化钙 0.6g
水 360g
还原性异麦芽酮糖
异麦芽酮糖醇(商品名称) 100g
水 30g
刺槐豆胶·卡拉胶混合物
CoolAgar(商品名称) 15g
水 100g
琼脂
对于条件(1)，所研究的所有原料均满足。
对于条件(2)，使用分光光度计对各个透射率进行了测定。其结果如图2所示。需要说明的是，测定范围为可见光，在PMMA原料的12.5mm厚的比色皿内加入试料而进行了测定。
测定条件如以下表2所示。
[表2]
·使用器材
U-3000型分光光度计
日立制作所(株)制造
·测定条件
·比色皿(一次性)
原料 PMMA(丙烯酸树脂)制
光路宽度(光能够通过的宽度) 10mm
根据其结果可知，卡拉胶混合物和琼脂的透射率较高。然而，除此之外的原料在大多数波长显现出低于70％的透射率，认为其透射率低。
关于条件(3)的折射率，能够通过在原料中加入蔗糖等来调节，对于任一原料，都能够以这种方式使折射率尽可能地提高。也就是说任一原料都满足该要求条件。
关于条件(4)，成形且加工性好的是作为果冻等的凝固材料使用的琼脂和卡拉胶混合物。还原异麦芽酮糖虽然具有流动性也能够加工，但由于熔点高达170℃左右且粘性高因而塑性的难度高。由于高温下的塑性需要模具，因此还原异麦芽酮糖的实用性低。
琼脂和卡拉胶混合物能够流入模具，但能够观察到这两者在制作中性质上的不同。琼脂具有在液体状时粘度低，凝固后能够精确地转印形状的性质。另一方面，卡拉胶混合物在为液体时粘度高，凝固后会固化，但不能准确地转印形状，而且水会附着在表面。由此可知，对于精密地塑性为直三面角形状而进行保持的这一点，琼脂更为优选。
根据以上结果可知，在本实施方式中，使用琼脂作为回归性反射材料的原料。
(本实施方式的回归性反射材料的制作方法)
接着，进一步参照图3对制造本实施方式中的回归性反射材料的步骤的具体例进行说明。
(图3(a))
准备用于形成上述回归性反射面30的母材40。母材40的表面41成为直三面角型回归性反射面30的形状。
另一方面，在水中加入琼脂原料而进行加热。由此，能够得到琼脂溶液50(参照后述图3(b))。琼脂溶液的具体的制作例如后所述。
(图3(b))
接着，使琼脂溶液50朝向母材40的表面41流入，使琼脂溶液50与表面41接触。由此，将母材40的表面41的形状转印于琼脂溶液50。需要说明的是，在图3(b)中以双点划线表示琼脂溶液50的液面。
接着，通过冷却而使与母材40的表面41接触的状态的琼脂溶液50凝固(凝胶化)。由此，能够在与表面41对置的对置面形成具有回归性反射面30的反射材料本体10。
(图3(c))
接着，使通过凝固而得到的反射材料本体10从母材40离开。由此，能够得到具有上述本实施方式的构成的回归性反射材料。
(实验例1)
在这里，作为实验例1，对回归性反射材料的制造方法的更为具体的例子进行说明。
(1)在琼脂原料(琼脂粉)4g中加入250g水而进行加热。
(2)在琼脂原料完全溶解后，加入75g砂糖和20g饴糖，使它们完全溶解。由此得到琼脂溶液。需要说明的是，砂糖和饴糖相当于为使琼脂的折射率提高的折射率调节剂的一个例子。
(3)一边对琼脂溶液进行搅拌一边进行真空除泡。由此，能够使琼脂溶液的透明度提高。
(4)再次对琼脂溶液进行加热，留意不引起沸腾地使溶液的温度均匀。
(5)将直三面角型回归性反射材料(母材)放入培养皿，使琼脂溶液从其上方流入。
(6)对琼脂溶液进行冷却，在其完全凝固后，除去母材。
(性能评价…反射照度)
对于所制作的实验例1的琼脂的回归性反射材料能够以何种程度反射光，使用照度计60(亚速旺LM-331)、光源70(HOYA-SCHOTT MEGALIGHT100)、桌上暗室(亚速旺ADR-D1…未图示)进行测定，作为比较对象，使用在市面上销售的直三面角型回归性反射材料(比较例1)、珠型回归性反射材料(3MScotchlite反光布8965…比较例2)进行测定。该实验环境的构成图如图4所示。需要说明的是，光源与照度计所成的观测角α为1.5度，光源70到台座90上的试料80的距离为660mm。测定结果为，在光源照度为449lx时，直三面角型(比较例1)为32lx、珠型(比较例2)为12.5lx、琼脂(实验例1)为48.3lx、无试料(只有台座90)为6lx。根据结果可知，所制作的琼脂的回归性反射材料反射光源的10％左右的光，在所测定的角度下，具有与在市面上销售的珠型回归性反射材料(比较例2)同等程度或以上的反射强度。在这里，在数值上，与在市面上销售的直三面角型的回归性反射材料(比较例1)相比，所制作的反射材料照度更高的理由在于，在市面上销售的回归性反射材料(比较例1)进行更高精度的回归性反射，分散的光少，向光源方向反射更多的光，因此入射到呈1.5度的角度设置的照度计60的光少。另一方面，认为试制的回归性反射材料与在市面上销售的产品相比向更大的范围反射光，因此通过照度计检测到反射更多的光。
根据上述实验结果能够确认，本实施方式的回归性反射材料以作为食品的琼脂为材料，并且具有接近于现有的珠型回归性反射材料的反射强度，作为摄像机用标记来说是有效的。由此可知，例如通过制作使用了该回归性反射材料的标记，能够期待着能够容易地向食品进行投影等。并且，也期待着适用于留置在胃等消化管的内部而使用的用途。
(实验例2)
作为实验例2，对由琼脂原料的种类(琼脂棒、琼脂丝、琼脂粉)造成的差异进行了确认。需要说明的是，在实验例2中使用的琼脂的制作条件基本上与实验例1相同。其中，在实验例2中，不添加添加物(即砂糖和饴糖)。
结果如下所示。
·折射率
棒：1.3364
丝：1.3431
粉：1.3379
·反射照度(lux)
光源照度：413
棒：20.5
丝：20.2
粉：18.4
在通过上述原料形成的回归性反射材料上对图像进行投影，观察通过摄像机对其反射进行拍摄而得到的图像。在使用任一琼脂原料的情况下，都能够观察到能够足够实用的反射画像。需要说明的是，作为主观观察的结果，琼脂棒比其他的看起来要差一些。
(实验例3)
作为实验例3，对琼脂原料的含有量(4g,2g,1g)所造成的差异进行了确认。需要说明的是，在实验例3中使用的琼脂的制作条件基本上与实验例2相同。其中，在实验例3中，作为琼脂原料使用的是琼脂粉。
·折射率
4g：1.3400
2g：1.3350
1g：1.3336
·反射照度(lux)
光源照度：412
4g：17.4
2g：15.5
1g：不能测量(不能维持形状)
4g(不形成直三面角形状的状态下的琼脂)：12.3
其中，如果使分量比4g少，则回归性反射面的形状的变形变大，难以通过摄像机确认反射图像。
需要说明的是，本发明的内容不限于上述实施方式。本发明在权利要求书所记载的范围内，能够对具体的结构实施各种变更。
例如，在上述实施方式中，作为折射率调节剂使用了砂糖和饴糖，但能够省略其中的任一方。并且，也能够使用它们之外的合适的蔗糖或糖类。另外，作为折射率调节剂，不限于糖类，也可以是其他可食性材料。
并且，在上述实施方式中，作为琼脂原料例示的是琼脂棒、琼脂丝、琼脂粉，但也可以是它们之外的琼脂原料。总之，作为琼脂原料，只要能够制作出发挥所期望的性能(折射率和保形性)的琼脂即可。
附图标记说明
10 反射材料本体；
20 入射面；
30 回归性反射面；
40 母材；
41 表面；
50 琼脂溶液。

Claims (4)

1.一种回归性反射材料，其特征在于，
具备反射材料本体，该反射材料本体具有透光性，
所述反射材料本体由琼脂构成，
所述反射材料本体的一面侧成为使入射光入射到所述反射材料本体的内部的入射面，
所述反射材料本体的另一面侧形成为使入射到所述反射材料本体的内部的所述入射光向与入射方向大致平行的方向反射的回归性反射面。
2.根据权利要求1所述的回归性反射材料，其中，
所述回归性反射面成为直三面角型回归性反射面。
3.根据权利要求1或2所述的回归性反射材料，其中，
在构成所述反射材料本体的所述琼脂中添加有提高所述反射材料本体的折射率的折射率调节剂。
4.一种回归性反射材料的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
通过在水中加入琼脂原料而进行加热，从而得到琼脂溶液的工序；
通过使所述琼脂溶液与具有直三面角型的回归性反射面的形状的母材表面接触，从而将所述母材表面的形状转印于所述琼脂溶液的工序；
通过使与所述母材表面接触的状态的所述琼脂溶液凝固，从而形成具有回归性反射面的回归性反射材料的工序。
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