JP5938259B2

JP5938259B2 - 空中結像用の光学パネルの製造方法

Info

Publication number: JP5938259B2
Application number: JP2012095161A
Authority: JP
Inventors: 康司大西
Original assignee: OPTCERAMICS LIMITED
Current assignee: OPTCERAMICS LIMITED
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: JP2013220981A

Description

本発明は、空中結像用の光学パネルの製造方法に関する。

近年、被写体（実際の物体）からの光が一方側から入射されると、他方側に被写体の立体映像を空中に結像させる空中結像装置が提案されている。この空中結像装置は、空中結像用の光学パネルを用いており、この他方側にいる人達には、空中結像装置によって結像される立体映像の位置に被写体が有るように見える。このような空中結像装置は、デジタルサイネージなどの広告媒体に非常に有用である。また、フォトフレーム、遊技機、カラオケ、モバイル、受付カウンターなどへの展開も可能である。

図５に、簡便な構造の空中結像装置１を示す。この空中結像装置１は、特許文献１に記載されたものの１つと基本的に同様な構造のものである。空中結像装置１は、２個の空中結像用の光学パネル２、２’を重ね合わせて構成されている。光学パネル２は、透明平板２１の内部に、多数の光反射部２２が、透明平板２１の一方側の表面２１ａから他方側の表面２１ｂまで渡ってそれらに垂直に形成され、かつ、所定のピッチでストライプ状に並べて形成されている。光学パネル２’も、光学パネル２の透明平板２１、光反射部２２と同様の透明平板２１’、光反射部２２’を有する構造である。空中結像装置１は、２個の光学パネル２、２’を、それぞれの光反射部２２、２２’が互いに垂直になるように重ね合わせて密着させている。この空中結像装置１は、光学パネル２の一方側に入射された被写体Ｎからの光を光反射部２２（図５ではａで示す点）で反射し、その反射光を光学パネル２’の光反射部２２’（図５ではａ’で示す点）で再度反射させ、他方側に立体映像Ｎ’を空中に結像させる。

特開２０１１−１７５２９７号公報

このような光学パネル２の製造方法の概略は、次の通りである。すなわち、まず、透明基板３１の両面又は一面に金属蒸着などによって光反射層３２を付着させることにより、一定厚みの平板３０を製作する。次に、平板３０を、図６（ａ）に示すように、多数枚積層して接着する。そうすることにより、図６（ｂ）に示すように、積層体３を形成する。次に、図７（ａ）に示すこの積層体３を、図７（ｂ）に示すように、光反射層３２に対して垂直方向に切断し、複数の光学パネル２を切り出し、そして、光学パネル２が所定の均一な厚みになるように、その切り出し面を研磨する。なお、光学パネル２’も同様である。

積層体３の切断方法としては、外周刃切断、内周刃切断、ブレードソー切断、ワイヤーソー切断などを採用することが可能である。すなわち、外周刃切断は、高速回転する薄肉砥石を切断部材とし、その外周で切断する方法である。内周刃切断は、高速回転するドーナッツ状の薄肉砥石を切断部材とし、その内周で切断する方法である。ブレードソー切断は、強く張った薄板（ブレード）を切断部材とし、それを往復運動させながら切断する方法である。ワイヤーソー切断は、ワイヤーを切断部材とし、それを往復運動させながら切断する方法である。

ところで、空中結像装置１をデジタルサイネージなどの広告媒体等に使用する場合には、付近を通過する人達の注意を引き易いように、大型の光学パネル２、２’が求められる。積層体３の上記した切断方法のうち、ワイヤーソー切断は、切断部材及びそれを含む切断装置の全体としての規模が他の方法に比べて大きくならず、また、切断部材が万一破損したときの対策が他の方法に比べて取りやすい、などの点から、光学パネル２、２’の大型化に最も対応し易いと考えられる。

しかし、積層体３をワイヤーソー切断により切断して大型の光学パネル２、２’を切り出す場合、積層体３に押し当てられるワイヤーＷＩの部分が長くなる。そのため、ワイヤーＷＩのテンションを大きくしても、図８に示すように、ワイヤーＷ１が蛇行状になりながら進行し易くなる。このような場合、切断工程に時間がかかり、また、その後の光学パネル２の研磨工程において研磨量が多量になる。また、場合によっては、切り出して光学パネル２になるべき部分が割れたり亀裂が生じたりすることも有り得る。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、透明基板に光反射層を付着させた多数の平板の積層体をワイヤーにより切断するときに、ワイヤーが蛇行状になりながら進行するのを防止することができる空中結像用の光学パネルの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法は、透明基板の内部にレーザーを照射して一定のピッチで複数個の直線状の変質層を複数枚の透明基板の各々の内部のみに形成する変質層形成工程と、前記透明基板の両面又は一面に光反射層を付着させて多数枚の平板を製作する平板製作工程と、前記変質層形成工程と前記平板製作工程を経て得た前記多数枚の平板を積層し接着して積層体を形成する積層体形成工程と、該積層体を、少なくとも両端部の前記透明基板に形成された前記変質層にワイヤーを押し付けて運動をさせ当該変質層に案内させながら、前記光反射層に対して垂直方向に切断して複数の光学パネルを切り出す切り出し工程と、前記光学パネルの切り出し面を所定の厚みになるよう研磨する研磨工程と、を含んでいることを特徴とする。

請求項２に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法は、請求項１に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法において、前記ワイヤーの断面の直径は、前記変質層の断面の直径と同じ又は少し大きいことを特徴とする。

本発明の空中結像用の光学パネルの製造方法によれば、積層体の各透明基板の内部に変質層を形成し、変質層にワイヤーを案内させながら切断するので、ワイヤーが蛇行状になりながら進行するのを防止することができる。

本発明の実施形態に係る空中結像用の光学パネルの製造方法の変質層形成工程の様子を示す模式的な斜視図である。同上の空中結像用の光学パネルの製造方法の切り出し工程の様子を示す模式的な斜視図である。同上の空中結像用の光学パネルの製造方法の切り出し工程で用いることができる装置の例を示す模式図である。同上の空中結像用の光学パネルが適用される空中結像装置と被写体と立体映像の全体の例を示す模式的な斜視図である。同上の空中結像用の光学パネルが適用される空中結像装置を示す立体的な拡大模式図である。同上の空中結像用の光学パネルの製造方法が適用される積層体形成工程の概略を示す説明図である。同上の空中結像用の光学パネルの製造方法が適用される切り出し工程の概略を示す説明図である。空中結像用の光学パネルを積層体から切り出す際の従来の様子を示す模式的な斜視図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態に係る空中結像用の光学パネルの製造方法は、上述した空中結像用の光学パネル２、２’の製造方法であり、以下に図を参照しながら説明する変質層形成工程、平板製作工程、積層体形成工程、切り出し工程、研磨工程、を含んでなるものである。

変質層形成工程は、図１に示すように、透明基板３１の内部にレーザー光を照射して一定のピッチで複数個の直線状の変質層３１ａを形成する工程である。透明基板３１は、通常は、透明のガラス板を用いる。場合によっては、透明のセラミック板なども可能である。透明基板３１は、例えば、約１ｍ四方の大きなサイズで、厚み約０．７ｍｍのものを用いることができる。形成する直線状の変質層３１ａのピッチは、後述する切り出す光学パネル２の厚みに対応する長さである。変質層３１ａの断面の直径は、例えば、０．２〜０．２５ｍｍ程度とすることができる。なお、変質層３１の大きさやピッチが透明基板３１のサイズに比べて非常に小さいので、図１及びその他の図においては、図示し易いように、変質層３１の大きさやピッチ及び透明基板３１の厚みなどを拡大して示し、変質層３１の数及び後述する平板３０の数は少なく示している。

より詳細には、変質層形成工程では、透明基板３１の厚さ方向にレーザー光を照射し、透明基板３１の内部、例えば、真ん中を含む厚みの３分の１程度の範囲にレーザー光を収束させる。そして、そのレーザー光が当たる箇所を、厚さ方向に直交する方向に直線的に移動させる。レーザー光が当たっている箇所は、そのエネルギーによっては、高温となって溶解状態又はそれに近い状態となり、その後レーザー光が移動すると、レーザー光が当たる前の温度に戻る過程で、レーザー光が当たる前の状態から変質し硬度が下がった状態になる。或いは、レーザー光が当たっている箇所は、そのエネルギーによっては、微小なひび割れが生じることにより、レーザー光が当たる前の状態から変質し硬度が下がった状態になる。こうして、変質層３１ａが形成される。なお、図１に示すように、レーザー光を照射する箇所の制御はＸＹＺステージ４１によって、レーザー光の収束の調整は対物レンズ４２によって、変質層３１ａ形成のモニタリングはＣＣＤカメラ４３によって、それぞれ可能である。

例えば、このレーザー光の照射のために、フェムト秒〜ピコ秒のオーダーのパルス幅、０．１μＪ〜１ｍＪのエネルギー、可視光又はその近傍の波長のものが照射可能なフェムト秒レーザー装置を用いることができる。

平板製作工程は、透明基板３１の両面又は一面に光反射層３２を付着し一定厚みの平板３０を多数枚製作する工程である（前述した図６（ａ）参照）。光反射層３２は、金属材（例えば、アルミニウム、銀、銅等）など光を良く反射する材質からなるものであり、スパッタリング、蒸着又はメッキ等により透明基板３１に付着させる。光反射層３２の厚みは、例えば、数千オングストローム程度にすることができる。

なお、この平板製作工程は、透明基板３１に付着する光反射層３２が一面のものならば、レーザー光を他面から照射できるので、この工程を変質層形成工程の前に設けることも場合によっては可能である。

積層体形成工程は、前述した図６（ａ）、（ｂ）に示すように、多数枚の平板３０を積層し接着して積層体３を形成する工程である。例えば、積層する平板３０の数を約１５００個とし、高さを約１ｍとすることができる。なお、透明基板３１に付着させる光反射層３２が一面のものならば、光反射層３２が一方側に位置するようにして多数枚の平板３０を積層することになる。

切り出し工程は、前述した図７（ａ）、（ｂ）に示すように、積層体３を、多数の光反射層３２に対して垂直方向に切断して光学パネル２（又は２’）を切り出す工程である。ここで、切断部材はワイヤーＷＩであり、図２に示すように、透明基板３１の内部に硬度を下げるように形成した変質層３１ａの部分にワイヤーＷＩを押し付けて往復運動をさせ、変質層３１ａに案内させながら切断を行う。ワイヤーＷＩの断面の直径は、ワイヤーＷＩの横方向（往復運動方向と直交方向）の揺れを防止する点において、変質層３１ａの断面の直径と同じ又は少し大きいものであるのが好ましい。ワイヤーＷＩの断面の直径は、例えば、０．２５〜０．３ｍｍ程度とすることができる。

ワイヤーＷＩは、金属線（例えば、ピアノ線など）の周囲に多数の砥粒（例えば、ダイヤモンド粒など）を固着したものを用いることができる。或いは、ワイヤーＷＩに砥粒を固着せずに、切断の際に砥粒を金属線の周囲に流し込むこともできる。

例えば、この切り出し工程のために、図３に示すような切り出し装置を用いることができる。この切り出し装置では、積層体３の変質層３１ａに沿って掛け渡したワイヤーＷＩを複数のプーリー５１、５２、５３、５４、５５とキャプスタン５６とにより適正なテンションで張りながら、キャプスタン５６を回転させてワイヤーＷＩの巻き取り及び繰り出しを行うことにより、ワイヤーＷＩを積層体３の変質層３１ａに適正に押し付けて往復運動させることができる。キャプスタン５６の回転方向に応じて、積層体３を切断するワイヤーＷＩの運動方向が変わる。テンションの調整は、例えば、プーリー５３とキャプスタン５６の横移動によって可能である。また、Ｚステージ５７を上下させることにより、積層体３に隣接するプーリー５１、５２と積層体３の間のワイヤーＷＩの勾配を一定に保って、ワイヤーＷＩを積層体３の変質層３１ａに押し付ける力を一定に保つようにすることができる。

このようなワイヤーＷＩの往復運動による切断のかわりに、ワイヤーＷＩの運動方向を一方向に固定して切断する切り出し装置を用いることも可能である。

また、ワイヤーＷＩは、積層体３を形成する多数の透明基板３１（平板３０）のうち、両端部の透明基板３１に特に強く押し付けられて、両端部の透明基板３１から切削を開始する。そうすると、ワイヤーＷＩの案内に大きく寄与するのは、両端部の透明基板３１或いはその近傍の透明基板３１であるので、両端部の透明基板３１或いは両端部の透明基板３１を含むいくつかの透明基板３１にのみ変質層３１ａを形成することも場合によっては可能である。

研磨工程は、光学パネル２（又は２’）が所定の均一な厚み（例えば、約２ｍｍ）になるように、その切り出し面を研磨する工程である。また、研磨工程後、必要に応じ、光学パネル２（又は２’）の外形を整える等の加工を行うことも可能である。

以上説明した空中結像用の光学パネルの製造方法を用いると、積層体３を形成する透明基板３１の変質層３１ａにワイヤーＷＩを案内させながら切断しているので、ワイヤーＷＩが蛇行状になりながら進行するのを防止することができる。その結果、切断時間が短縮でき、また、その後の光学パネル２（又は２’）の研磨工程における研磨量を極めて少量にすることができる。また、切り出して光学パネル２になるべき部分が割れたり亀裂が生じたりすることも防止される。これらのことは、光学パネル２（又は２’）が大型（例えば、約１ｍ四方、厚み約２ｍｍ）の場合に非常に有用である。

製造された光学パネル２は、上述した図５に示すように、透明平板２１の内部に、多数の光反射部２２が、透明平板２１の一方側の表面２１ａから他方側の表面２１ｂまで渡ってそれらに垂直に形成され、かつ、所定のピッチでストライプ状に並べて形成されたものとなる。製造に用いた多数の透明基板３１の断片が光学パネル２の透明平板２１を構成し、光反射層３２の断片のそれぞれが光反射部２２となる。平板３０の厚みが、光反射部２２同士間の所定のピッチとなる。光学パネル２と同様にして製造された光学パネル２’の透明平板２１’、光反射部２２’についても同様である。

上述した空中結像装置１は、２個の光学パネル２、２’を、それぞれの光反射部２２、２２’が互いに垂直になるように重ね合わせて密着させることにより構成される。光学パネル２と光学パネル２’は、光学用接着剤などにより固定される。

この空中結像装置１は、上述した図５に示すように、光学パネル２の一方側に入射された被写体Ｎからの光を光反射部２２で反射し、その反射光を光学パネル２’の光反射部２２’で再度反射させ、他方側に立体映像Ｎ’を空中に結像させる（図４参照）。なお、透明基板３１に付着する光反射層３２が一面のものを用いて製造した光学パネル２、２’は、光反射部２２、２２’での光の反射が、被写体Ｎの位置によっては、平板３０同士を接着する接着剤の影響を受ける場合も有る。

以上、本発明の実施形態に係る空中結像用の光学パネルの製造方法について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。

１空中結像装置
２光学パネル
２１透明平板
２２光反射部
３積層体
３０平板
３１透明基板
３１ａ変質層
３２光反射層

Claims

透明基板の内部にレーザーを照射して一定のピッチで複数個の直線状の変質層を複数枚の透明基板の各々の内部のみに形成する変質層形成工程と、
前記透明基板の両面又は一面に光反射層を付着させて多数枚の平板を製作する平板製作工程と、
前記変質層形成工程と前記平板製作工程を経て得た前記多数枚の平板を積層し接着して積層体を形成する積層体形成工程と、
該積層体を、少なくとも両端部の前記透明基板に形成された前記変質層にワイヤーを押し付けて運動をさせ当該変質層に案内させながら、前記光反射層に対して垂直方向に切断して複数の光学パネルを切り出す切り出し工程と、
前記光学パネルの切り出し面を所定の厚みになるよう研磨する研磨工程と、
を含んでいることを特徴とする空中結像用の光学パネルの製造方法。
請求項１に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法において、
前記ワイヤーの断面の直径は、前記変質層の断面の直径と同じ又は少し大きいことを特徴とする空中結像用の光学パネルの製造方法。