JP2005062314A - 再帰性光学スクリーン及びそれを用いた観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 再帰性光学スクリーンの角度依存性を低減することにより効率が良く明るい再帰性光学スクリーンとそれを用いた観察装置。
【解決手段】 輪帯Ｖ溝状の反射面が面内に略同心に複数配置されて再帰反射作用を有する再帰性光学スクリーン１０であって、輪帯Ｖ溝状の反射面の各々は、そのＶ溝の稜線に直交する断面内において、相互に直交する２つの円錐面２、３からなり、輪帯Ｖ溝状の反射面の各々のその断面内における２つの円錐面２、３のなす角の二等分線５がその位置への光線の入射方向に向くように、輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面２、３が配置されている再帰性光学スクリーン。
【選択図】 図５

Description

本発明は、再帰性光学スクリーン及びそれを用いた観察装置に関し、特に、角度依存性が少なく効率の良い明るい再帰性光学スクリーンとそれを用いた観察装置に関するものである。

従来、特許文献１、特許文献２等において再帰性光学スクリーン及びそれを用いた表示装置が提案されている。
特公平４−１１００２号公報 特開２０００−１２２１７６号公報

ガラスビーズを使った再帰性光学スクリーンは、ガラスビーズ内での光損失と、ガラスビーズ間での損失が多く、比較的暗いものである。また、コナーキューブ型の構成では、斜めから光線が入射した場合に再帰性が得られなくなる（角度依存性）問題がある。

本発明従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、再帰性光学スクリーンの角度依存性を低減することにより効率が良く明るい再帰性光学スクリーンとそれを用いた観察装置を提供することである。

本発明の再帰性光学スクリーンは、輪帯Ｖ溝状の反射面が面内に略同心に複数配置されて再帰反射作用を有する再帰性光学スクリーンであって、
前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々は、そのＶ溝の稜線に直交する断面内において、相互に直交する２つの円錐面からなり、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々のその断面内における前記２つの円錐面のなす角の二等分線がその位置への光線の入射方向に向くように、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面が配置されていることを特徴とするものである。

本発明のもう１つの再帰性光学スクリーンは、輪帯Ｖ溝状の反射面が面内に略同心に複数配置されて再帰反射作用を有する再帰性光学スクリーンであって、
前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々は、そのＶ溝の稜線に直交する断面内において、相互に直交する２つの円錐面からなり、かつ、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々のスクリーン面に対する光線の入射角をαとするとき、その断面内における前記２つの円錐面のなす角の二等分線のスクリーン面に対する入射角がα／２となるように、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面が配置されていることを特徴とするものである。

本発明は、映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系により投影された投影像近傍に配置された光学スクリーンとからなる観察装置において、前記光学スクリーンが以上の何れかの再帰性光学スクリーンからなることを特徴とする観察装置を含むものである。

本発明の上記何れの構成においても、スクリーン上に映像を投影する投影光は、スクリーン上の各位置で角度依存性なく効率良く再帰反射され、明るい投影映像が観察可能になる。

本発明は、再帰性光学スクリーンとして、輪帯Ｖ溝状の反射面が面内に略同心に複数配置されてなり、その輪帯Ｖ溝状の反射面の各々は、そのＶ溝の稜線に直交する断面内において、相互に直交する２つの円錐面からなる再帰性光学スクリーンである。

このような同心状の複数の輪帯Ｖ溝状の反射面からなる再帰性光学スクリーン１０は、図１に平面図を示すように、中心Ｏに対して同心の多数の輪帯Ｖ溝状の反射面１、１、・・・が配置されてなり、各輪帯Ｖ溝状の反射面１は、光の入射側から見て底の円状の谷を構成する稜線４を形成するように交差している内側の円錐反射面２と外側の円錐反射面３とからなり、この稜線４に直交する断面（中心Ｏを通る。）の何れにおいても、円錐反射面２と外側の円錐反射面３とは相互に直交するようになっている。

ここで、このような再帰性光学スクリーン１０の断面の例として、図１の垂直断面Ａ−Ａ’を図２に示す。この例の場合は、再帰性光学スクリーン１０として、透明基板１１を用い、その裏面に全反射による円錐反射面２と３を形成するものとしている。この例において、例えばその中心Ｏを通りスクリーン面に垂直な軸上にある投影装置の射出瞳Ｐ近傍から出てスクリーン１０の中心Ｏ近傍に入射する光線ａ、ｂ、ｃは円錐反射面２と３の間で２回反射されて射出瞳Ｐ近傍へ再帰反射されて戻るが、スクリーン１０の中心Ｏからある程度離れた位置に入射する一部の光線ｄは円錐反射面２と３の一方で反射され他方の反射面には入射できないので、射出瞳Ｐ近傍へ再帰反射されずに光線ｅとして射出瞳Ｐから離れた方向へ反射されてしまう。また、スクリーン１０の中心Ｏからある程度離れた位置に入射する一部の光線ｆは円錐反射面２と３の一方に透明基板１１の臨界角以下の入射角で入射して透明基板１１を光線ｆ’として透過してしまい、何れもスクリーン１０の効率を落として暗い像しか観察できなくする。

この点を図３を用いて説明すると、稜線４に直交する断面内で、１つの輪帯Ｖ溝状の反射面１の円錐反射面２と３のなす角の二等分線５、あるいは、スクリーン１０の面１０’の法線に対して角度αをなして入射する平行光束６のこの断面内の幅をＤとするとき、角度αが０でない限り、上記のような再帰反射されない光線ｅが存在する。入射光束６の幅Ｄ中の再帰反射される成分の幅をＤ₁ 、光線ｅのように再帰反射されない成分の幅をＤ₂ とするとき、簡単な幾何学から、角度αが大きくなる程Ｄ₂ の割合は増加することになる。また、角度αがある程度以上になると、円錐反射面２と３の一方に透明基板１１の臨界角（透明基板１１の屈折率をｎとすると、臨界角θ_c ＝ｓｉｎ^-1（１／ｎ））以下の入射角で入射するようになり、透過光ｆ’として透過してしまい、ほとんど再帰反射されない。

そこで、本発明の第１の実施例においては、図４（ａ）に示すように、再帰性光学スクリーン１０の形状を、投影装置の射出瞳Ｐ近傍の点を中心とする球面状とし、かつ、そのスクリーン１０の中心Ｏに同心に配置される輪帯Ｖ溝状の反射面１、１、・・・を構成する円錐反射面２と３の稜線４に直交する断面内での、円錐反射面２と３のなす角の二等分線５を何れも投影装置の射出瞳Ｐ近傍に向かうように、各輪帯Ｖ溝状の反射面１の円錐反射面２と３を配置する。

このような構成にすると、図４（ｂ）に示すように、投影装置２０の射出瞳Ｐを経てこの実施例の再帰性光学スクリーン１０上に映像を投影する投影光は、スクリーン１０上に投影映像を結像すると共に、その投影光線はスクリーン１０上の各位置で効率良く再帰反射され、投影装置２０の射出瞳Ｐの近傍に位置する観察者の瞳Ｅに入射し、明るい投影映像が観察可能になる。この場合には、上記の光線ｅやｆ’に相当する光は発生しない。しかも、再帰性光学スクリーン１０の裏面の円錐反射面２、３上に金属反射層等の反射膜を設けなくとも効率的な反射型光学スクリーンを構成することができる。

また、本発明の第２の実施例の再帰性光学スクリーン１０は、第１の実施例の形態を平面型にしたものであり、同様に再帰性光学スクリーン１０の裏面の円錐反射面２、３上に金属反射層等の反射膜を設けなくとも効率的な反射型光学スクリーンを構成することができるものである。その構成は、図５（ａ）に示すように、再帰性光学スクリーン１０を平面形状とし、かつ、そのスクリーン１０の中心Ｏに同心に配置される輪帯Ｖ溝状の反射面１、１、・・・を構成する円錐反射面２と３の稜線４に直交する断面内での、円錐反射面２と３のなす角の二等分線５が何れの位置においても投影装置の射出瞳Ｐ近傍に向かうように、各輪帯Ｖ溝状の反射面１の円錐反射面２と３を配置する。

このような構成にすると、図５（ｂ）に示すように、投影装置２０の射出瞳Ｐを経てこの実施例の再帰性光学スクリーン１０上に映像を投影する投影光は、スクリーン１０上に投影映像を結像すると共に、その投影光線はスクリーン１０上の各位置で効率良く再帰反射され、投影装置２０の射出瞳Ｐ近傍に位置する観察者の瞳Ｅに入射し、明るい投影映像が観察可能になる。この場合には、上記の透過光線ｆ’に相当する光は発生しない。しかも、再帰性光学スクリーン１０の裏面の円錐反射面２、３上に金属反射層等の反射膜を設けなくとも効率的な反射型光学スクリーンを構成することができる。

次に、本発明の第３の実施例の再帰性光学スクリーン１０について説明する。図３で説明したように、スクリーン１０の面１０’の法線に対して角度αをなして入射する光束６中に再帰反射されないで離れた方向へ反射される成分ｅが発生する理由を探ると、輪帯Ｖ溝状の反射面１の一方の円錐反射面２又は３で反射された光がスクリーン面１０’に対して平行でなく角度をなして反射されるからであることが分かる。この点を図６を参照にして説明する。図６は、再帰性光学スクリーン１０のスクリーン面１０’が平面に構成されている場合の、輪帯Ｖ溝状の反射面１の稜線４に直交する断面図であり、何れもスクリーン１０に入射する光線６’はスクリーン面１０’の法線に対して角度αをなして（入射角αで）入射しており、図６（ａ）は、円錐反射面２と３のなす角の二等分線５がスクリーン面１０’に垂直に配置されている場合（図１の場合に対応する。）、図６（ｂ）は、その二等分線５がスクリーン面１０’の法線に対して角度α／２をなして（入射角α／２で）あり、図６（ｃ）は、その二等分線５が入射する光線６’の方向にある（入射角αの）場合（図５の場合に対応する。）を示している。簡単な幾何光学から、図６（ａ）においては、円錐反射面２で反射された光はその反射点より奥側に反射されて円錐反射面３のより奥側の点で反射される。図６（ｂ）においては、円錐反射面２で反射された光はその反射点と同じ奥行方向の点で円錐反射面３により反射される。図６（ｃ）においては、円錐反射面２で反射された光はその反射点より手前側に反射されて円錐反射面３のより手前側の点で反射されることが分かる。

この結果から、図６（ｂ）の配置をとることにより、再帰反射されないで離れた方向へ反射される成分がなくなり、円錐反射面２と３で反射する限りは最も効率的となることが分かる。したがって、スクリーン面１０’の法線に対して角度αをなして光が入射するとき、再帰反射されない成分が発生しないようにするには、再帰性光学スクリーン１０を構成する輪帯Ｖ溝状の反射面１、１、・・・の二等分線５がスクリーン面１０’の法線に対して角度α／２をなすように配置することが望ましい。この条件を満足する本発明の第３の実施例においては、図７（ａ）に示すように、再帰性光学スクリーン１０を平面形状とし、かつ、そのスクリーン１０の中心Ｏに同心に配置される輪帯Ｖ溝状の反射面１、１、・・・を構成する円錐反射面２と３の稜線４に直交する断面内での、円錐反射面２と３のなす角の二等分線５の方向が、スクリーン１０上の何れに位置においても以下のように設定することが重要である。スクリーン１０上のある位置に入射する光線６’をスクリーン面１０’へ入射角をαとすると、αの２分の１になるように、各輪帯Ｖ溝状の反射面１、１、・・・の円錐反射面２と３の配置角度を設定する。

このような構成にすると、図７（ｂ）に示すように、スクリーン１０の中心Ｏを通りスクリーン面１０’に垂直な軸上に配置された投影装置２０の射出瞳Ｐを経てこの実施例の再帰性光学スクリーン１０上に映像を投影する投影光は、スクリーン１０上に投影映像と結像すると共に、その投影光線はスクリーン１０上の各位置で効率良く再帰反射され、投影装置２０の射出瞳Ｐの近傍に位置する観察者の瞳Ｅに入射し、明るい投影映像が観察可能になる。ただし、この配置の場合は、スクリーン１０の周辺部において、輪帯Ｖ溝状の反射面１の円錐反射面２と３の一方に透明基板１１の臨界角以下の入射角で入射するようになり、再帰反射しないで透明基板１１を透過する成分が増加するので、円錐反射面２、３の裏面上に金属反射層等の反射膜を設けることが望ましい。

なお、ここで、図１のように同心円状に多数の輪帯Ｖ溝状の反射面１、１、・・・が配置されてなる平面型の再帰性光学スクリーン１０において、図８に示すように、スクリーン面１０’の法線に対する入射光線６’の入射角αと、輪帯Ｖ溝状の反射面１の円錐反射面２と３のなす角の二等分線５のスクリーン面１０’の法線に対する角度βとの関係を検討しておく。この角度比β／αが、
０＜β／α＜２ ・・・（１）
なる条件式を満足することが好ましい。

この条件式（１）の下限の０を越えると、光線が斜めに入射したときの円錐反射面２又は３でのケラレが大きくなり、投影された映像を明るく観察することができなくなる。その上限の２を越えると、二等分線５の傾きが大きくなりすぎ、今度はそのケラレの補正が過剰となり、同様に明るい映像をを観察することができなくなる。

さらに好ましくは、反射面２、３を金属反射層等の反射膜でコーティングする場合には、
０．１＜β／α＜１ ・・・（１−１）
なる条件を満足することが好ましい。この条件式（１−１）の下限の０．１を越えても、上限の１を越えても、反射面２、３でのケラレが大きく発生して、明るい映像をを観察することが不可能となる。

また、反射面２、３での反射を全反射により反射させる場合には、
０．５＜β／α＜２ ・・・（１−２）
なる条件を満足することが好ましい。この場合は、条件式（１−２）の上下限の０．５、２を越えると、全反射しなくなり、明るい映像をを観察することができなくなる。

さらに、投影光学系がスクリーン１０の中心の垂線上にない偏心配置をとっている光学系の場合は、上記条件式のそれぞれにおいて、
０．３＜β／α＜０．７ ・・・（１−１’） ０．７＜β／α＜１．３ ・・・（１−２’）なる条件を満足することが望ましい。

ところで、以上の図４、図５、図７の実施例において、投影装置２０の射出瞳Ｐの近傍に観察者の瞳Ｅを持ってこないと、明るい投影映像が観察できない。しかも、そのような明るい投影映像を観察できる範囲（観察視域）は投影装置２０の射出瞳Ｐの直径程度しかなく、その範囲外になると投影映像は観察できない。このような２つの問題を解決するために、本発明においては、光路屈曲作用と光指向拡散性とを持つ透過型ホログラム拡散板を再帰性光学スクリーン１０の入射側に密着あるいは近接して配置することが望ましい。以後、このような光路屈曲作用と光指向拡散性とを持つ透過型ホログラム拡散板を単にホログラム拡散板と呼ぶ。

図９（ａ）に、以上のような本発明に基づく再帰性光学スクリーン１０の入射側にホログラム拡散板３０を配置した場合に、投影装置２０から投影光をスクリーン１０上に投影した場合の作用の概念図を示す。ホログラム拡散板３０が配置されていない場合は、例えば斜め上方に配置された投影装置２０の射出瞳Ｐを出た投影光２１（中心光線のみを示す。）は、スクリーン１０の再帰反射性によりその射出瞳Ｐの位置に戻るが、ホログラム拡散板３０の光路屈曲作用により、スクリーン１０の正面に配置された射出瞳Ｐと同じ大きさの瞳Ｐ’中に反射されることになる。ただし、ホログラム拡散板３０は指向性のある拡散特性（光指向拡散性）を有しているので、屈曲された反射光は、実際にはその瞳Ｐ’より大きくそれを含む範囲の拡大瞳Ｐ”中に反射されることになり、図９（ｂ）に示すように、観察者の瞳Ｅの位置が瞳Ｐ’の位置から多少ずれても、拡大瞳Ｐ”の範囲にある限り投影像を観察することが可能になり、観察しやすい観察装置が得られる。

ここで、ホログラム拡散板３０は再帰性光学スクリーン１０の入射側に配置されているため、投影装置２０の射出瞳Ｐから拡大瞳Ｐ”に至る光線は、ホログラム拡散板３０を往復で計２回透過することになる。このため、光はホログラム拡散板３０で２度回折される可能性があるが、１回目（スクリーン１０に入射する前）のホログラム拡散板３０を透過する角度と、２回目（スクリーン１０に入射して再帰反射された後）のホログラム拡散板３０を透過する角度とを積極的に異ならせて（そのために、投影装置２０の位置と観察者の瞳Ｅの位置を異ならせているとも言える。）、そのホログラムの角度選択性により何れか一方での回折を避けて直通するようにしている。

図１０（ａ）は１回目のみに回折するようにホログラム拡散板３０の構成を選んだ場合の投影光２１（中心光線のみを示す。）の概略の光路を示す図であり、図１０（ｂ）は２回目のみに回折するようにホログラム拡散板３０の構成を選んだ場合の投影光２１（中心光線のみを示す。）の概略の光路を示す図である。図１０（ａ）の場合は、斜め上方に配置された投影装置２０の射出瞳Ｐからの投影光２１がホログラム拡散板３０を通ることにより、スクリーン１０の中心Ｏの正面に位置する瞳Ｐ’から出た光線の方向に回折され、その光線はスクリーン１０で再帰反射され、その再帰反射光は今度はホログラム拡散板３０を回折されずに透過し、瞳Ｐ’に入射する（ホログラム拡散板３０の拡散特性により、実際は拡大瞳Ｐ”中に入射する。）。図１０（ｂ）の場合は、スクリーン１０の中心Ｏの正面であってスクリーン１０の斜め上方に配置された投影装置２０の射出瞳Ｐからの投影光２１は、まずホログラム拡散板３０を回折されずに透過し、その光線はスクリーン１０で再帰反射され、その再帰反射光は今度はホログラム拡散板３０を通ることにより、スクリーン１０の中心Ｏから外れた正面に位置する瞳Ｐ’に入射する方向に回折され、瞳Ｐ’に入射する（ホログラム拡散板３０の拡散特性により、実際は拡大瞳Ｐ”中に入射する。）。図１０（ａ）、（ｂ）の何れの構成を採用しても、スクリーン１０の入射側斜め上方に配置された投影装置２０の射出瞳Ｐから出た投影光２１は、スクリーン１０の正面に配置された瞳Ｐ’へ反射されることになり、投影装置２０の射出瞳Ｐと観察者の瞳Ｅを位置させるべき瞳Ｐ’とを分離することができる。

このような光路屈曲作用と光指向拡散性を持つホログラム拡散板３０を作成するには、図１１に示すように、ホログラム拡散板３０を作成するためのホログラム感光材料３０’に対して、投影装置２０の射出瞳Ｐの相対位置に点光源Ｓ₁ を配置し、また、瞳Ｐ’の相対位置に拡大瞳Ｐ”と略同じ大きさであって光源Ｓ₁ と可干渉な拡散面光源Ｓ₂ を配置し、両光源Ｓ₁ とＳ₂ からの光をホログラム感光材料３０’中で干渉させてホログラム記録すればよい。なお、ホログラム拡散板３０を白色光でも使用可能にするには、両光源Ｓ₁ とＳ₂ からの光としてＲＧＢ３色の単色光を用い、これらの単色光を順次あるいは同時に露光させて干渉させるようにすればよい。

さて、前記したように、特に、図４や図５のように、円錐反射面２と３のなす角の二等分線５を投影装置の射出瞳Ｐ近傍に向かうようにした再帰性光学スクリーン１０においては、スクリーンを構成する透明基板１１の裏面の断面Ｖ字状の円錐反射面２、３に金属反射層等の反射膜を設けなくとも、その全反射（臨界角以上の入射角での１００％反射）により明るい反射型光学スクリーンを構成することができる。その場合に、その円錐反射面２、３の全反射条件を崩すようにすることにより、スクリーンの裏面側を見ることができる透明板にしたり、再帰性光学スクリーンにしたりすることができるスイッチング特性を有するものとすることができる。以下に、そのような構成の実施例を説明する。

図１２、図１３は、図５の場合を例にとって、再帰性光学スクリーン１０の中心Ｏを通る断面図であり、それぞれの図の（ａ）は円錐反射面２、３が全反射面として作用し、再帰性光学スクリーンとして使用される場合を示し、それぞれの図の（ｂ）は円錐反射面２、３の全反射条件が崩され、透明板となる場合を示す。なお、透明基板１１の裏面の断面Ｖ字状の円錐反射面２、３はスクリーン面内では位置に応じてスクリーン面に対する角度が変化するが（図５参照）、図１２、図１３においては、簡単のために何れの位置においても同じ角度に図示してある。

図１２の場合は、再帰性光学スクリーン１０の透明基板１１の裏面の断面Ｖ字状の円錐反射面２、３に面して、透明基板１１と略同じ屈折率の透明基板４１からなり、円錐反射面２、３と相補的な形状で断面Ｖ字状の多数の面２’、３’からなるの表面と平面の裏面とを持つ透明板４０を、間に間隔４２を挟んで再帰性光学スクリーン１０の裏面に配置して構成する。

また、図１３の場合は、再帰性光学スクリーン１０の透明基板１１の裏面の断面Ｖ字状の円錐反射面２、３に面して、透明基板１１と略同じ屈折率の透明板４４を、間に間隔４５を挟んで再帰性光学スクリーン１０の裏面に配置して構成する。

何れの場合も、それぞれの図の（ａ）に示すように、再帰性光学スクリーン１０と透明板４０又は４４の間の間隔４２又は４５が空気で満たされている場合は、円錐反射面２、３は全反射面として作用し、円錐反射面２と３は再帰反射面となり、図中に矢印で示すように、入射光を再帰反射させ、再帰性光学スクリーンとして使用される。他方、それぞれの図の（ｂ）に示すように、再帰性光学スクリーン１０と透明板４０又は４４の間の間隔４２又は４５中に、透明基板１１、４１、透明板４４の屈折率と等しいか屈折率差の小さい例えば屈折率１．３以上の透明液体４３を充填すると、円錐反射面２、３は最早全反射面ではなくなり、図中に矢印で示す入射光は円錐反射面２、３（最早反射面ではない。）を透過し、透明液体４３と透明板４０又は４４を透過してしまう。この場合は、透明基板１１と透明板４０又は４４の組み合わせ体は、通常の透明板となってしまう。

したがって、間隔４２、４５中ヘの透明液体４３の充填と排除を制御することにより、再帰反射スクリーンと透明板の間のスイッチング動作を行わせることができ、例えば窓ガラスに使用し、通常の状態では透明ガラスとなり、映像を観察するときのみに再帰反射スクリーンに変化させることができるものを構成することができる。

なお、間隔４２、４５に面する円錐反射面２と３は、透明液体４３が水を含む場合は、撥水処理をしておくと、透明液体４３を排除した場合にその面が素早く全反射面になるので好ましい。また、透明液体４３が油を含む場合は、親水処理をしておくことが同様の理由で好ましい。

さて、以上のような本発明の再帰性光学スクリーンは、投影観察装置に用いることができる。その配置例を図１４に示す。この場合に、投影装置２０に内蔵された映像を表示する表示素子からの投影光、又は、投影光が一旦光学系により結像された中間像からの投影光は、投影装置２０に内蔵された投影光学系で拡大投影される。この例では、ホログラム拡散板３０と再帰性光学スクリーン１０とからなる本発明のスクリーン１００近傍にその投影像が結像される。スクリーン１００からの指向性のある拡散反射光は、スクリーン正面の拡大瞳Ｐ”中に反射され、拡大瞳Ｐ”中に位置する観察者Ｍの瞳Ｅによってスクリーン１００上の投影像が観察できる。この場合に、前記したように、観察者Ｍの瞳Ｅの位置が多少ずれても、拡大瞳Ｐ”の範囲にある限り投影像を観察することが可能になり、観察しやすい投影観察装置が得られる。

さて、このような本発明の投影観察装置は、図１５に示すように、例えば手術用立体観察システムに用いることができる。図１５は、この手術用立体観察システムの１実施例を示す説明図であり、本実施例の製品は、キャスター１０５ａ付き支持部本体１０５に、自在アーム１１０が接続されている。そして、自在アーム１１０を介して、支持アーム１０４が取り付けられている。この支持アーム１０４は、３次元方向に移動自在で、３６０°回転自在になっている。また、その支持アーム１０４には、連結部１０４ｄを介して保持部材１０３が取り付けられている。この保持部材１０３も、移動自在、回転自在になっている。そして、保持部材１０３には、投影装置２０と本発明のスクリーン１００とが取り付けられている。

一方、支持アーム１０４先端には、手術用顕微鏡の画像入力部１０９が取り付けられている。画像入力部１０９にはカメラが内蔵され、患者Ｐａの患部を撮影する。撮影された画像は、入力画像として投影観察装置に送られる。より詳しくは、投影装置２０に送られるように構成されている。

このように構成することで、図１５の装置では、手術用顕微鏡で患者Ｐａの患部の映像を観察しながら手術を行うことができるようになっている。

また、本発明の投影観察装置は、パソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等の情報処理装置に用いることができる。そのような投影観察装置としての例を図１６、図１７に示す。図１６、図１７は携帯電話の例である。

この携帯電話１３８には、マイク部１３９と、スピーカ部１４０と、アンテナ１４１と、１４２と、本発明の投影観察装置とが設けられている。ここで、マイク部１３９は、操作者の声を情報として入力する。スピーカ部１４０は、通話相手の声を出力する。アンテナ１４１は、通信電波の送信と受信を行う。操作ボタン１４２は、操作者が情報を入力するのに使われる。

本発明の投影観察装置は、操作者自身や通話相手等の撮影像と、電話番号等の情報を投影表示するために用いられる。ここでは、投影装置２０と本発明のスクリーン１００を設けて、その射出瞳Ｐ”の位置でその表示映像を無理なく観察できるようにしている。

図１６の携帯電話は、スクリーン１００を携帯電話１３８に対して開閉する機構を持っている。よって、携帯時は折り畳んでポケット等に収納することが可能となる。また、図１７の携帯電話は、スクリーン１００は携帯電話１３８の本体内部に固定されている。よって、折り畳まずにそのままポケット等に収納するものである。

また、本発明の投影観察装置は、以上のような携帯型の使用形態に限らず、図１８に示すような手持ちビュワータイプの形態にも適用可能であり、この構成の場合、投影観察装置の本体５０に折り畳み可能に設けた投影装置２０の支持部材５１を、本体５０に設けた本発明のスクリーン１００の保護カバーの役目を兼用するようにすることにより、携帯時の防塵性を向上させることが可能となる。

以上、本発明の再帰性光学スクリーン及びそれを用いた観察装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の再帰性光学スクリーン及びそれを用いた観察装置は例えば次のように構成することができる。

〔１〕 輪帯Ｖ溝状の反射面が面内に略同心に複数配置されて再帰反射作用を有する再帰性光学スクリーンであって、
前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々は、そのＶ溝の稜線に直交する断面内において、相互に直交する２つの円錐面からなり、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々のその断面内における前記２つの円錐面のなす角の二等分線がその位置への光線の入射方向に向くように、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面が配置されていることを特徴とする再帰性光学スクリーン。

〔２〕 輪帯Ｖ溝状の反射面が面内に略同心に複数配置されて再帰反射作用を有する再帰性光学スクリーンであって、
前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々は、そのＶ溝の稜線に直交する断面内において、相互に直交する２つの円錐面からなり、かつ、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々のスクリーン面に対する光線の入射角をαとするとき、その断面内における前記２つの円錐面のなす角の二等分線のスクリーン面に対する入射角がα／２となるように、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面が配置されていることを特徴とする再帰性光学スクリーン。

〔３〕 前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々を構成する２つの円錐面は、透明基板の裏面に断面Ｖ字状の面として構成されていることを特徴とする上記１又は２記載の再帰性光学スクリーン。

〔４〕 前記透明基板の裏面の断面Ｖ字状の面は全反射面として構成されていることを特徴とする上記３記載の再帰性光学スクリーン。

〔５〕 前記透明基板の裏面の断面Ｖ字状の面の各々に反射膜が設けられていることを特徴とする上記３記載の再帰性光学スクリーン。

〔６〕 前記円錐面各々は、前記の複数の輪帯Ｖ溝状の反射面が略同心に配置された中心を通りスクリーン面に垂直な軸の周りで回転対称な面からなることを特徴とする上記１又は２記載の再帰性光学スクリーン。

〔７〕 スクリーン面が光線入射側に対して凹面形状の球面からなり、前記二等分線がその球面の略中心を通るように、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面が配置されていることを特徴とする上記１から６の何れか１項記載の再帰性光学スクリーン。

〔８〕 スクリーン面が平面からなり、スクリーン面の光線入射側であって前記の複数の輪帯Ｖ溝状の反射面が略同心に配置された中心を通りスクリーン面に垂直な軸上の有限距離位置から発散する光線の入射方向に、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の前記二等分線が向くように、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面が配置されていることを特徴とする上記１記載の再帰性光学スクリーン。

〔９〕 スクリーン面が平面からなり、スクリーン面の光線入射側であって前記の複数の輪帯Ｖ溝状の反射面が略同心に配置された中心を通りスクリーン面に垂直な軸上の有限距離位置から発散する光に対して前記入射角αが設定されていることを特徴とする上記２記載の再帰性光学スクリーン。

〔１０〕 スクリーン面の入射側にホログラム拡散板が配置されていることを特徴とする上記１から９の何れか１項記載の再帰性光学スクリーン。

〔１１〕 前記ホログラム拡散板は、光路屈曲作用と光指向拡散性とを持つホログラムからなることを特徴とする上記１０記載の再帰性光学スクリーン。

〔１２〕 前記透明基板の裏面に断面Ｖ字状の面として構成されている前記円錐面に面して間隔を置いて透明板が配置され、その間隔内に透明液体を導入したり排除できるように構成されていることを特徴とする上記４記載の再帰性光学スクリーン。

〔１３〕 前記透明液体が屈折率１．３以上であることを特徴とする上記１２記載の再帰性光学スクリーン。

〔１４〕 前記透明液体が水を含み、前記前記円錐面が撥水処理をされていることを特徴とする上記１２又は１３記載の再帰性光学スクリーン。

〔１５〕 前記透明液体が油を含み、前記前記円錐面が親水処理をされていることを特徴とする上記１２又は１３記載の再帰性光学スクリーン。

〔１６〕 映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系により投影された投影像近傍に配置された光学スクリーンとからなる観察装置において、
前記光学スクリーンが上記１から１５の何れか１項記載の再帰性光学スクリーンからなることを特徴とする観察装置。

本発明による再帰性光学スクリーンの平面図である。 図１の垂直断面図であり、本発明の構成を採用しない場合の問題点を説明するための図である。 図２の問題点をさらに説明するための図である。 本発明の第１の実施例の再帰性光学スクリーンの構成と作用を説明するための図である。 本発明の第２の実施例の再帰性光学スクリーンの構成と作用を説明するための図である。 再帰性光学スクリーンの２つの円錐反射面のなす角の二等分線が異なる方向に向いている場合の輪帯Ｖ溝状の反射面の稜線に直交する断面図である。 本発明の第３の実施例の再帰性光学スクリーンの構成と作用を説明するための図である。 スクリーン面の法線に対する入射光線の入射角αと円錐反射面相互のなす角の二等分線のスクリーン面の法線に対する角度βとの関係を検討するための図である。 本発明に基づく再帰性光学スクリーンの入射側にホログラム拡散板を配置した場合の作用を説明するための図である。 １回目のみあるいは２回目のみに回折するようにホログラム拡散板の構成を選んだ場合の投影光の概略の光路を示す図である。 ホログラム拡散板を作成するための光学配置を示す図である。 スイッチング機能を持つ本発明の再帰性光学スクリーンの１つの実施例の構成と作用を示す図である。 スイッチング機能を持つ本発明の再帰性光学スクリーンの別の実施例の構成と作用を示す図である。 本発明の再帰性光学スクリーンを用いた投影観察装置の１つの配置例を示す図である。 本発明の再帰性光学スクリーンを用いた手術用立体観察システムの例を示す図である。 本発明の観察装置である携帯電話の例を示す図である。 本発明の観察装置である携帯電話の別の例を示す図である。 本発明の観察装置である手持ちビュワータイプの例を示す図である。

符号の説明

Ｏ …中心
Ｐ …投影装置の射出瞳
Ｐ’…瞳（射出瞳Ｐの像）
Ｐ”…拡大瞳
Ｅ …観察者の瞳
Ｍ …観察者
Ｓ₁ …点光源
Ｓ₂ …拡散面光源
Ｐａ…患者
１…輪帯Ｖ溝状の反射面
２…内側の円錐反射面
３…外側の円錐反射面
２’、３’…円錐反射面と相補的な形状で断面Ｖ字状の面
４…稜線
５…２つの円錐反射面のなす角の二等分線
６…平行光束
６’…入射光線
１０…再帰性光学スクリーン
１０’…スクリーン面
１１…透明基板
２０…投影装置
２１…投影光（中心光線）
３０…ホログラム拡散板
３０’…ホログラム感光材料
４０…透明板
４１…透明基板
４２…間隔
４３…透明液体
４４…透明板
４５…間隔
５０…投影観察装置の本体
５１…支持部材
１００…スクリーン
１０３…保持部材
１０４…支持アーム
１０４ｄ…連結部
１０５…支持部本体
１０５ａ…キャスター
１１０…自在アーム
１０９…画像入力部
１３８…携帯電話
１３９…マイク部
１４０…スピーカ部
１４１…アンテナ
１４２…操作ボタン

Claims (3)

1. 輪帯Ｖ溝状の反射面が面内に略同心に複数配置されて再帰反射作用を有する再帰性光学スクリーンであって、
   前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々は、そのＶ溝の稜線に直交する断面内において、相互に直交する２つの円錐面からなり、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々のその断面内における前記２つの円錐面のなす角の二等分線がその位置への光線の入射方向に向くように、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面が配置されていることを特徴とする再帰性光学スクリーン。
2. 輪帯Ｖ溝状の反射面が面内に略同心に複数配置されて再帰反射作用を有する再帰性光学スクリーンであって、
   前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々は、そのＶ溝の稜線に直交する断面内において、相互に直交する２つの円錐面からなり、かつ、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々のスクリーン面に対する光線の入射角をαとするとき、その断面内における前記２つの円錐面のなす角の二等分線のスクリーン面に対する入射角がα／２となるように、前記輪帯Ｖ溝状の反射面の各々の円錐面が配置されていることを特徴とする再帰性光学スクリーン。
3. 映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系により投影された投影像近傍に配置された光学スクリーンとからなる観察装置において、
   前記光学スクリーンが請求項１又は２記載の再帰性光学スクリーンからなることを特徴とする観察装置。

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