JP2015135457A - 透過型ホログラムビュアー - Google Patents

Abstract

【課題】既存の透過型ホログラムにあっては鑑賞に耐えうる大きさの光学像を得るためには参照光である点光源をホログラムから約６０センチ以上は離す必要がある。本発明では既存の透過型ホログラムを使用し、奥行き１０ｃｍ以下の薄型の筐体あるいは空間にあっても鑑賞に耐える大きさの光学像を得ることを可能にし、その応用範囲を従来のホログラムメガネだけの市場からパチンコなど薄型の遊戯機や広告器材などにも広げることを目的とする。
【解決手段】本発明では点光源と透過型ホログラムの間に１枚または複数枚の平面反射鏡を設置し、点光源から発した光をそれらの鏡面を順に反射させることによって点光源から透過型ホログラムまでの光路長を物理的に延長し、その結果、限られた奥行の空間にあっても十分鑑賞に耐えうる大きさのホログラム光学像を得ることを可能にした。
【選択図】図２

Description

本発明は、点光源の位置近傍に所定の図像又は文字が再生されて鑑賞可能な透過型ホログラムを通し、奥行のサイズに制限がある比較的薄型の筐体または狭い空間内にそのホログラムの光学像（ホログラムパターン）を得るための透過型ホログラムビュアーに関するものである。

透過型ホログラムとその応用製品の一部は、特許文献１および２によって提案されている。このホログラムは、所定の２次元画像をフーリエ変換して得られる回折光学素子であって、概略以下のプロセスによって製作される（特許文献３）。
ステップ（１）原画像Ａを制作する。
ステップ（２）原画像Ａを計算機を用いてフーリエ変換し、フーリエ変換像Ｂを得る。
ステップ（３）フーリエ変換像Ｂを二値以上に多値化してフーリエ変換像Ｃを得る。
ステップ（４）多値化したフーリエ変換像Ｃに逆フーリエ変換を施し、再生像Ｄを得て再生像のシミュレーションを行う。
ステップ（５）多値化したフーリエ変換像Ｃを所定の範囲まで配列する。
ステップ（６）配列したフーリエ変換像Ｃの複製用原版を例えば半導体プロセス（フォトリソグラフィとエッチング）を用いて作成する。
ステップ（７）その複製用原版の凹凸レリーフパターンを例えば紫外線硬化樹脂等に複製して透過型ホログラムを得る。

上記のような透過型ホログラムは、既にホログラムメガネのレンズとして応用され、点光源の位置近傍にたとえばサンタクロースやハート形のホログラムパターンを生成するメガネが製品として市販されている。

そこで既存の透過型ホログラムによって得られるホログラムパターンの見かけの大きさをＤ、点光源から透過型ホログラムまでの光路長をＬ、透過型ホログラムから観察者の視点までの距離をＥとすると、ＤはＬとＥよって決定され、Ｅ＝０、０＜Ｌ＜１００ｃｍの場合はおよそ、Ｄ＝０．０３２・Ｌの式で与えられることが実験で確認されている。すなわち透過型ホログラムの場合、鑑賞に耐え得るホログラムパターンの直径を１０ｍｍとすれば、光路長は約３０センチメートル以上はとる必要があることになる。すなわち、透過型ホログラムから３０センチ以内の距離にある点光源を見ても、そこで得られるホログラムパターンは視野角が極めて狭く、見かけの大きさが小さすぎて鑑賞に耐えない（図１）。そのために透過型ホログラムの応用範囲は少なくとも３０センチ以上先の比較的遠くの点光源の周りにホログラムパターンを見て楽しむホログラムメガネなどに限定されている。

米国特許第５，５４６，１９８号 明細書 米国特許第６，４５２，６９９号 明細書 特開平１０−１５３９４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、既存の透過型ホログラムを使用し、奥行き１０ｃｍ以下の薄型の筐体あるいは空間にあっても鑑賞に耐えうる大きさのホログラムパターンを得ることを可能にし、透過型ホログラムの応用範囲を例えばパチンコやスロットマシーン、ピンボールなど一般に普及している薄型の遊戯機、あるいは販売促進を目的とした薄型の広告宣伝機材、ショーウインドウなどに広げることを目的とする。

本発明では透過型ホログラムと点光源の間の光路に１枚または複数枚の平面反射鏡を設置し、点光源から発した光がそれぞれの鏡面を反射して最後に透過型ホログラムをその面に対して垂直に通過するように鏡面の角度を設定することにより、点光源から透過型ホログラムまでの光路長を物理的に延長し、結果的に限られた奥行の空間にあっても鑑賞に耐えうる大きさのホログラムパターンが得られる構造を特徴とする。図２は、点光源１と透過型ホログラム５の間に平面反射鏡を４枚（３−１、３−２、３−３、３−４）を設置した場合の光路を示す概念図であるが、この場合、得られる光路の全長をＬとすると、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５ で与えられることになる。

本発明では透過型ホログラムの手前の平面反射鏡としてハーフミラーを使用することにより、限られた奥行の空間にあって鑑賞に耐え得る大きさのホログラムパターンをハーフミラーの裏側にあらかじめ設定した背景と合成して得られることも特徴とする（図３）。

本発明では参照光である点光源から透過型ホログラムまでの光路が１回または複数回の鏡面反射によって物理的に延長されるため、実際に得られるホログラムパターンの見かけの大きさは点光源がその光路長だけ透過型ホログラムの先にある場合と同等となる。すなわち、本発明により、理論的には奥行を無限に狭めた超薄型の透過型ホログラムビュアーの製造が可能になり、透過型ホログラムの応用範囲が飛躍的に拡大する。

本発明の効果としては、点光源と平面鏡、ハーフミラーによって透過型ホログラムの鑑賞手段が一定の筐体あるいは空間によって装置化されるため、特に点光源についてはその色、数とその組み合わせ、形状、動きなどに工夫の余地が生まれ、単なるホログラムパターンの観察装置の域を超えたより創造的なホログラム映像空間の演出が可能となる。

実施形態１（最も基本的な実施形態）
図４は平面反射鏡１枚を用いた最も基本的な構造の透過型ホログラムビュアーの概念図を示す。本図に示すように本発明による透過型ホログラムビュアーの基本構成は、主として参照光を発生する点光源１と、点光源から発せられた光を反射させる平面反射鏡３と、ホログラムパターンを生成する透過型ホログラム５から構成される。

点光源１として、ここでは直径約１ｍｍの高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる。この場合、点光源が複数個あればその数だけ所定のホログラムパターンが得られる。点光源を点滅させれば点滅したホログラムパターン、動きをつければ動きのあるホログラムパターンが得られる。

平面反射鏡３は、点光源１から発する光を反射して透過型ホログラムの面に垂直に入射する角度に設置する。図４は平面反射鏡３がその中心と点光源１とを結ぶ直線がなす角度αが４５度の場合で、光源１から透過型ホログラム３までの光路長ＬはＬ１＋Ｌ２となる。透過型ホログラムビュアーの筐体の奥行はＬ２によって決まり、αが４５度の場合、ホログラムの高さの１／２以上となる。鑑賞に値する直径２０ｍｍ以上のホログラムパターンを得るためには光路長Ｌは６０ｃｍ以上が望ましいことが実験で確認されている。ただし、ホログラムパターンの見かけの大きさは光路長の延長に伴って無限に拡大されるわけではなく、３ｍを超えたあたりでほぼ一定の大きさになることも実験で確認されている。

平面反射鏡がその中心と点光源とを結ぶ直線がなす角度αが４５度の場合、ホログラムが筐体の高さ方向となす角度βは０、すなわち筐体の高さ方向と平行になるが、αを変化させることによりβを変化させることができ、β＝９０°−２・α で与えられる。また、平面鏡の中心からホログラムまでの距離Ｌ２は、ａ・ｃｏｓα／２となり、ホログラムの必要な高さｂはａ・ｓｉｎα、得られるホログラムパターンの直径Ｄはおよそ、０．０３２・（Ｌ１＋Ｌ２）となる（図５）。

以上、本発明の最も基本的な実施形態について説明したが、本発明の適用はこの実施形態に限らず、点光源から透過型ホログラムまでの光路を平面反射鏡あるいはハーフミラーによって延長し、もって限られた奥行きの筐体や空間にあっても鑑賞に耐えうる大きさのホログラムパターンを得るという基本的な方法は、単に透過型ホログラムビュアーのみならず、薄型の遊戯機、広告宣伝機器など他にも様々に適用されうるものである。

点光源から透過型ホログラムまでの光路長とホログラムパターンの見かけの大きさの関係を示す概念図である。 平面反射鏡を４枚使用した場合の透過型ホログラムビュアーの概念図である。 ハーフミラー１枚を使用した場合の透過型ホログラムビュアーの概念図である。 本発明の最も基本的な実施形態である透過型ホログラムビュアーの概念図である。 本発明の実施形態である平面鏡とホログラムの設置角度に関する概念図である。

１ 点光源
２ 透過型ホログラムパターンの光学像
３、３−１、３−２、３−３、３−４ 平面反射鏡
４ 観察者の視点
５ 透過型ホログラム
６ 背景
７−１、７−２ ハーフミラーを通して見える背景像
８ 透過型ホログラムの筐体
α 平面反射鏡と入射光のなす角度
β 透過型ホログラムと平面反射鏡への入射光となす角度
ａ 平面反射鏡の高さ
ｂ 透過型ホログラムの高さ
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ 光路長

Claims (3)

1. １個または複数個の点光源と透過型ホログラムの間に１枚または複数枚の平面反射鏡を設置し、点光源から透過型ホログラムまでの光路長を拡大する構造を有する透過型ホログラムビュアー。
2. １個または複数個の点光源と透過型ホログラムの間に１枚または複数枚の平面反射鏡を設置し、これらによって点光源から透過型ホログラムまでの光路長を拡大し、更に透過型ホログラムの手前にハーフミラーを設置し、ハーフミラーの裏側に設置した映像、画像、物体などの背景とホログラムパターンを合成して鑑賞可能な構造を有する透過型ホログラムビュアー。
3. 上記透過型ホログラムビュアーが組み込まれた遊技機、映像表示装置、広告宣伝機器、ショーウインドゥなど全ての機器ならびに空間。

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