JP6230973B2 - 光学素子と光学素子を備えた拡張光学素子およびランプハウス - Google Patents

Description

本発明は、物体を透明に見せる技術に関するものであり、特には、物体を透明に見せるために使用可能な光学素子に関するものである。また、その光学素子を備えた拡張光学素子およびランプハウスに関するものである。

物体の表面に画像を投影することにより、拡張現実感（ＡＲ、Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）又は複合現実感（ＭＲ、Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）を提供する技術がある。また、これらの技術には、物体の後方の画像（以下、「背景画像」という。）を物体の表面に提示することにより、物体の存在を認識されにくくすることができるものがある。具体的には、これらの技術では、物体の周囲における環境（外部環境）に対して違和感が少ない背景画像を物体の表面に提示（投影など）する。これにより、物体を外部環境に埋没させることができる。その結果、物体の存在感を希薄にする（認知的に透明化する）ことができる。

特許文献１では、複数の背景画像を物体の表面に投影することによって、認知的に物体を透明化する技術が開示されている。

他方、非特許文献１には、三角柱プリズムを８つ組合せた構造による全反射型の光学迷彩技術が公開されている。

特開２０１３−１０９１９６号公報

Skulls in the Stars, "Physics demonstrations :cloaking device?" Posted on April 25, 2013 by skullsinthestars [2014年3月17日検索]、インターネット ＜URL：http://skullsinthestars.com/2013/04/25/physics-demonstrations-cloaking-device/＞

図２３、図２４は、非特許文献１に公開されている光学迷彩構造物１００を示す平面図および斜視図である。ここでは８つの三角柱プリズム１０１ａ〜１０１ｈを組合せ、中央に正方形の開口を有する柱状空間を設けた構成であり、プリズム１０１ｈ、１０１ｇの一面から入射した光Ｌinが、プリズム内で全反射を繰返し、プリズム１０１ｃ、１０１ｄの一面から出力される構成となっている。光出射面側から構造１００を見たとき、構造物１００の中心の空間内に挿入されている物体（図中においては花１１５）の空間内に存在する部分（花１１５の茎）は透明化され、構造物１００の光入射面側に置かれている鉛筆１１６が出射面から見える。

しかしながら、非特許文献１に公開されている光学迷彩構造物１００は、８つの三角柱プリズムを組合せて構成されているものであるため、取り扱い性が非常に悪い。プリズム１０１ｈと１０１ｇ、およびプリズム１０１ｃと１０１ｄとはそれぞれ角を突き合わせて配置させており、組み合わせた状態で保持したり、設置場所を移動したりするなどが困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、保持、設置が容易な取り扱い性の高い、物質を透明化することができる光学素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記光学素子を備えたランプハウスを提供することを目的とする。

本発明の第１の光学素子は、平面視において正方形状開口を有する角柱状の空間を取り囲む４つの内壁面と、それら内壁面とそれぞれ平行な４つの外壁面と、正方形状開口の１つの対角線に垂直な、互いに対向する２つの外壁面とを有する多角柱状の透明体であって、対角線よりも互いに対向する２つの外壁面間の距離が大きい透明体からなり、互いに対向する２つの外壁面のうちの一方の外壁面に対して垂直に入射した光が、内壁面および外壁面において全反射を繰返し、最終的には互いに対向する２つの外壁面のうちの他方の外壁面から入射した光の光軸とほぼ同じ軸上に出射するものである。

なお、ここで、透明体とは、光の透過率が９０％以上である透明のみならず、透過率が２０％程度の半透明も含み、他方の外壁面から素子を見たときに、一方の外壁面側の景色を目視できる程度の光透過率を有するものであればよい。特定波長に対して吸収や反射を有していたとしても、可視域トータルの光透過率が２０％となっていれば良い。

本発明の第１の光学素子は、一体構造であってもよいし、分離可能な複数の部材から構成されていてもよい。

本発明の第２の光学素子は、４５°と１３５°の内角を有する平行四辺形状底面を有する２つの角柱体が、それぞれの前記平行四辺形状底面の４５°の内角同士および１３５°の内角同士が隣接するように、２つの角柱体のそれぞれの一側面を接続面として接続されてなる本体部と、本体部の接続面に対向する面から外側に突出し、対向する面に平行な面を有する突出部を少なくとも１つ有するものである。なお、本明細書において、４５°、１３５°の内角には±５°の誤差を有していてもよい。下記第３の光学素子についても同様である。

本発明の第２の光学素子において、２つの角柱体が同一形状であることが好ましい。

本発明の第１の光学素子は、突出部が直方体である本発明の第２の光学素子を２つ、その突出部同士を隣接させ、対称に配置組み合わせることによっても構成することができる。

本発明の第３の光学素子は、４５°と１３５°の内角を有する平行四辺形状底面を有する２つの角柱体が、平面視において２つの角柱体のそれぞれの４５°の内角を構成する２つの辺のうちの一辺同士が９０°の角をなすように接触させて配置され、２つの角柱体の一側面同士を面一として、平行平板の一面に接続されてなるものである。

本発明の第３の光学素子において、２つの角柱体が同一形状であることが好ましい。

本発明の第１の光学素子は、本発明の第３の光学素子を２つ、角柱体の一側面に対向する他側面同士が向い合うように、対称配置されて構成してもよい。

本発明の第１〜第３の光学素子は、屈折率１．４１以上であることが好ましい。

透明体の材質は、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィン系樹脂およびガラスのいずれか１つ、もしくはこれらの材質のうちの２つ以上の混合物であることが好ましい。

本発明の光学素子は、互いに対向する２つの外壁面以外の側面を覆う遮蔽物を備えていてもよい。

本発明の拡張光学素子は、本発明の第１の光学素子に、２つの角柱体が同一形状である上記第２の光学素子を１つ以上組み合わせて、互いに対向する２つの外壁面のうちの一方の外壁面および他方の外壁面が拡張されてなる。

本発明ランプハウスは、本発明の光学素子と、光学素子の４つの内壁に囲まれた角柱状の空間に配置されたランプとを備えている。

本発明のランプハウスにおいては、光学素子の角柱状の空間に、ランプからの光を反射する、断面弧状の反射板が備えられていてもよい。

また、光学素子の４つの外壁面の少なくとも一部を覆う反射板および／または拡散板が備えられていてもよい。

また、光学素子の上面を覆う反射板が備えられていてもよい。

本発明の第１の光学素子は、平面視において正方形状開口を有する角柱状の空間を取り囲む４つの内壁面と、それらの内壁面とそれぞれ平行な４つの外壁面と、正方形状開口の１つの対角線に垂直な、互いに対向する２つの外壁面とを有する多角柱状の透明体であって、対角線よりも互いに対向する２つの外壁面間の距離が大きい透明体からなり、互いに対向する２つの外壁面間の距離が正方形状開口の対角線よりも長くなっているので、従来の三角柱プリズム８つを組合せ構成されて光の入出射面の両方にそれぞれプリズム同士の角を突き合わせて接触した部分を備えた光学迷彩構造物と比較して格段に取り扱い性が良い。

なお、透明体が１つの部材から構成されていれば、組立不要であり、さらに取り扱い性は向上する。複数の部材からなる場合であっても、互いに対向する２つの外壁面間の距離が正方形状開口の対角線よりも長くなっているので、部材間は必ず一部は面で接触させて組み立てる構成となるため、構造安定性に優れる。

本発明の光学素子は、互いに対向する２つの外壁面のうちの一方の外壁面に対して垂直に入射した光が、内壁面および外壁面において全反射を繰返し、最終的には互いに対向する２つの外壁面のうちの他方の外壁面から入射した光の光軸とほぼ同じ軸上に出射するものであるので、他方の外壁面から一方の外壁面側の風景、すなわち素子後方の背景画像を見ることができる。

本発明の光学素子の第１の実施形態の斜視図である。 図１に示す光学素子の平面図である。 第１の実施形態の設計変更例１の光学素子の平面図である。 第１の実施形態の設計変更例２の光学素子の平面図である。 第１の実施形態の設計変更例３の光学素子の平面図である。 第１の実施形態の設計変更例４の光学素子の平面図である。 第１の実施形態の設計変更例５の光学素子の平面図である。 ２つのパーツからなる光学素子を説明するための平面図である。 本発明の光学素子の第２の実施形態の斜視図である。 図９Ａに示す光学素子の平面図である。 第２の実施形態の設計変更例１の光学素子の平面図である。 第２の実施形態の設計変更例２の光学素子の平面図である。 第２の実施形態の設計変更例３の光学素子の平面図である。 第３の実施形態の光学素子を示す斜視図である。 第３の実施形態の光学素子の使用方法の一例を示す平面図である。 第３の実施形態の光学素子の使用方法の他の例を示す平面図である。 第３の実施形態の光学素子の設計変更例１を示す平面図である。 第３の実施形態の光学素子の設計変更例２を示す平面図である。 第３の実施形態の光学素子を２つ組み合わせて構成された光学素子の平面図である。 図１４に示す光学素子の使用形態を説明するための平面図である。 本発明の光学素子の第４の実施形態の平面図である。 本発明の光学素子の第５の実施形態の平面図である。 本発明のランプハウスの第１の実施形態を示す平面図である。 本発明のランプハウスの第２の実施形態を示す平面図および正面図である。 本発明のランプハウスの第３の実施形態を示す平面図である。 図２０に示すランプハウスの斜視図である。 本発明のランプハウスの第４の実施形態を示す平面図である。 従来技術の光学迷彩構造を模式的に示す平面図である。 従来技術の光学迷彩構造を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態の光学素子１の斜視図であり、図２は図１に示す光学素子１の平面図である。

図１、２に示すように、光学素子１は、平面視において正方形状開口を有する角柱状の空間１１を取り囲む４つの内壁面１２ａ〜１２ｄと、内壁面１２ａ〜１２ｄとそれぞれ平行な４つの外壁面１３ａ〜１３ｄと、正方形状開口の１つの対角線に垂直な、互いに対向する２つの外壁面１３ｅ、１３ｆとを有する多角柱状の透明体であって、正方形状開口の１つの対角線の長さＡよりも互いに対向する２つの外壁面１３ｅ、１３ｆ間の距離Ｂが大きい透明体からなる。

互いに対向する２つの外壁面１３ｅ、１３ｆのうちの一方の外壁面１３ｅに対して垂直に入射した光Ｌinが、内壁面１２ａ〜１２ｄおよび外壁面１３ａ〜１３ｄにおいて全反射を繰返し、最終的には他方の外壁面１３ｆから出射される。より詳細には、外壁面１３ｅから入射した光は、この外壁面１３ｅに対して４５°傾いて形成されている内壁面１２ａ、１２ｄにより全反射されて、光路が９０°変更される。その後、光は、内壁面１２ａ、１２ｄに平行な外壁面１３ａ、１３ｄに４５°の角度で入射し、外壁面１３ａ、１３ｄにて全反射されて光路が９０°変更される。光は、さらに外壁面１３ｂ、１３ｃに対して４５°の角度で入射し、外壁面１３ｂ、１３ｃで全反射され、さらに光路が９０°変更される。その後、光は外壁面１３ｂ、１３ｃと平行な内壁面１２ｂ、１２ｃに４５°の角度で入射して全反射され、光路が９０°変更されて、外壁面１３ｆから出射される。このとき、出射光Ｌoutは、一方の外壁面１３ｅに入射した光Ｌinの光軸とほぼ同じ軸上で出力される。

上記のように外壁面１３ｅから入射した光が外壁面１３ｆから出射される構成であることから、この光学素子１の外壁面１３ｆ側から光学素子１を直視すると、角柱状空間１１内に配置された物体は、外壁面１３ｆ側から見えず（透明化し）、この光学素子１の外壁面１３ｄ側の風景(背景）が外壁面１３ｆから見える。したがって、本光学素子１は光学迷彩素子として用いることができる。

ここでは、互いに対向する２つの外壁面１３ｅ、１３ｆのうちの一方の外壁面１３ｅを光の入射面、他方の外壁面１３ｆを出射面とし、外壁面１３ｆ側から光学素子１を見た場合について述べたが、一方の外壁面１３ｅ側から光学素子１を見た場合には、同様の原理により他方の外壁面１３ｆ側の風景が見える。

なお、入射光が全反射する内壁面１２ａ〜１２ｄおよび外壁面１３ａ〜１３ｄの面精度は入射光波長λ以下であることが好ましい。ここで、入射光としては可視光を想定しており、面精度は概ね０．４μｍ以下であることが好ましい。面精度が入射光波長よりも大きくなると、光が入射した際に散乱光等が生じ反射率が低下し、素子としての透過性が低下する。

本実施形態の光学素子１は、１つの透明体で一体的に構成されたものであり、例えば、押出成形、射出成型などにより作製することができる。透明、半透明体となる材料で空気の屈折率よりも大きい屈折率を有するものであればよいが、特には、屈折率１．４１以上であることが好ましい。例えば、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィン系樹脂およびガラスのいずれか、もしくはこれらの２つ以上の材料の混合物により構成されていることが好ましい。樹脂材料であれば安価であり、形成も容易である。

本実施形態の光学素子１は、従来の三角柱プリズムを８つ組み合わせて構成される光学迷彩構造物と比較して、取り扱い性が非常に良い。８つの三角柱プリズムを組み合わせた構成では、取扱い性が悪く、設置の自由度が低かった。また、一部にプリズムの角同士を突き当てて接続された（線で接続された）部分があるために安定性に問題があった。これに対し、本実施形態の光学素子１は、一体的に構成されているものであるため、そのような問題が生じない。また、図２の平面図において、透明光学素子の斜線で示した部分１５は、正方形状開口の対角線よりも外壁面１３ｅ、１３ｆ間の距離を大きくしていることにより存在する部分であり光の全反射による進路変更に寄与するものではないが、このような外壁面１３ｅを含む直方体部分、あるいは外壁面１３ｆを含む直方体部分を備えたことにより、取り扱い時の持ち手部として利用することができ、素子を保持、取り扱いを容易なものとすることがきる。

図３〜図７に設計変更例１〜５の光学素子の平面図を示す。各図において、上記実施形態の光学素子１と同等の要素については同一の符号を付し詳細な説明を省略する。

図３に示す設計変更例１の光学素子２は、図１の光学素子１と比べて対向する外壁面１３ｅ、１３ｆ間の距離が短くなっており、外壁面１３ｆ側は、内壁面１２ｂ、１２ｃが平面視において点接触して（実際には線接触して）いる形状である。
この光学素子２においても、外壁面１３ｅから入射した光Ｌinは、内部で全反射を繰返して外壁面１３ｆから出射する。本例の素子２で出射光Ｌoutが出射される外壁面１３ｆ側には光学素子１における直方体部分１５が存在していない。しかし、一つの部材（パーツ）により構成されており、また、一方の外壁面１３ｄ側には直方体部分が備えられており、持ち手部として利用することもできるので、取り扱い性は、光学素子１と同様である。

図４に示す設計変更例２の光学素子３のように、内壁面１２ａ〜１２ｄと外壁面１３ａ〜１３ｄの厚みを厚くして、入出射面となる外壁面１３ｅ、１３ｆの横幅を広く形成してもよい。また、内部での全反射とは無関係な部分１５の厚みは構造を維持できる程度の厚みがあればよく、また、実施形態の光学素子１では直方体形状であったが、ここでは、台形柱状である。直方体形状であれば、使用者が側面を持つのに持ちやすくより好ましい。

本光学素子３のように、内部の角柱状空間１１の対角線よりも、入出射面となる外壁面１３ｅ、１３ｆの横幅が広い場合、外壁面１３ｅからの入射光は、その直進進路上に内壁面が存在しない場合は、そのまま光学素子３中を透過して他方の外壁面１３ｆから出射され、内壁面が存在する場合には、内壁面および内壁面に平行な外壁面で全反射を繰返し、最終的には、入射光と同軸上で外壁面１３ｆから出射される。

図５に示す設計変更例３の光学素子４は、中央に設けられている角柱状空間１１に比して内壁面１２ａ〜１２ｄと外壁面１３ａ〜１３ｄとの間の厚みが薄く形成されている。第１の実施形態の光学素子１においては、対向する２つの外壁面１３ｅ、１３ｆのうちの一方の外壁面１３ｅから入射した光は、各内壁面、外壁面において、１回ずつ全反射を行い他方の外壁面１３ｆから出射する構成となっていたが、本光学素子４では、入射光が各内壁面および外壁面で複数回の反射を繰り返して出射する構成となっている。このように、複数回の反射を繰り返しても、入射光と出射光の光軸はほぼ同軸となっている。

図６に示す設計変更例４の光学素子５は、中央に設けられている角柱状空間１１の２つの正方形状開口の対角線のそれぞれに垂直に交わる互いに対向する外壁面１３ｅと１３ｆ、１６ａと１６ｂを備えている。

入出射面となる外壁面１３ｅ、１３ｆの横幅が狭い場合、内壁面１２ａ、１２ｄで反射した光は外壁面１３ａ、１３ｂに入射するが、この光の入射範囲に光の進行方向に対して４５°で傾いた外壁面１３ａ、１３ｂが存在していればよく、内壁面に平行な外壁面における入射光の反射に不要な部分の形状は特に制限はないが、本例では、もう一つの互いに対向する２つの外壁面１６ａと１６ｂを備えた構造を有している。
本光学素子５は、平面視における素子５の中心点に位置する中心軸に対して４回転対称の形状を有しており、互いに対向する外壁面１６ａ、１６ｂの関係は、外壁面１３ｅ、１３ｆの関係と同一であり、一方から入射した光が素子内部で前半差を繰返し他方から出射する。

図７に示す設計変更例５の光学素子６は、中央に設けられている角柱状空間１１の開口形状が正方形ではなく、正方形の１対の対向する２つの角が欠けた六角形となっている。外壁面１３ｅから入射した光を反射する部分に、外壁面１３ｅに対して４５°傾いた内壁面１２ａ、１２ｄを備えて、この内壁面にて、入射光の頃を９０°変化させているが、光が入射する外壁面１３ｅの幅に内壁面１２ａ、１２ｄが存在していればよく、外壁面１３ｅの幅より外側となる部分の形状は光の光路を妨げない形状となっていればよく、本例では、外壁面１３ｅに対して垂直な面１７ａ、１７ｂが形成されている。従って、本発明において、光学素子は、平面視において正方形状開口を有する角柱状の空間を取り囲む４つの内壁面を有するが、本願のように開口の形状が反射に無関係な部分で正方形を一部切欠いた形状となっている場合を含むものである。

上記の第１の実施形態の光学素子１およびその設計変更例１〜５の光学素子２〜６は、透明な１つパーツ（部材）から構成されているものとしたが、上記光学素子１〜６は、透明な２つのパーツから構成されていてもよい。さらには、光学素子は、３つもしくは４つなど２つより多い複数の部材から構成されていてもよい。ただし、数が多くなるほど取扱い性が低下するため２つ以下の部材から構成されていることが特に好ましい。

図８は、第１の実施形態の光学素子１と同一形状の光学素子７〜１０の平面図であるが、ここでは、光学素子７〜１０はそれぞれ２つのパーツから構成されている。

光学素子７は、Ｌ字状の平面形状を有する柱状体の端部に平行平板が組み合わされた第１のパーツ２１と、Ｌ字状の平面形状を有する柱状体である第２のパーツ２２により構成されている。
光学素子８は、３つの内壁面およびそれらに平行な外壁面を含む第１のパーツ２３と、１つの内壁面およびそれに平行な外壁面を含む第２のパーツ２４とから構成されている。

光学素子９は、２つの同一形状のパーツ３０が対称に配置され、同様に、光学素子１０は、２つの同一形状のパーツ４０が対称に配置されて構成されている。

いずれの光学素子７〜１０も、２つのパーツ（部材）から構成されており、いずれもパーツ同士は必ず面同士が接触されて配置される。光学素子７は第１のパーツ２１と第２のパーツ２２が面７ａ、７ｂで接続され、光学素子８は第１のパーツ２３と第２のパーツ２４が面８ａ、８ｂで接続されている。同様に、光学素子９は同型の２つのパーツ３０が面９ａ、９ｂで接続され、光学素子１０は同型の２つのパーツ４０が面１０ａ、１０ｂで接続されている。いずれも２つのパーツを、面で接触して組合せているので、安定的に構造を形成することができ、また、パーツ数が２つであれば、１つの場合と比較しても取り扱い性に劣るものではない。また、角柱状空間１１に視線から遮蔽したい物体を挿入する際に、２つのパーツにより物体を挟むようにして設置することができるので、設置の自由度が向上し実用性が増す。例えば、柱などの固定構造物であっても、２つのパーツから構成された光学素子であれば、角柱状空間に柱を挟むようにして配置することができ、柱の透明化を図ることができる。光学素子が複数の分離可能な部材から構成されている場合には、図８の光学素子８〜１０のように、各パーツが持ち手となる直方体部分１５（図１参照）を一部に含むものであれば、取扱い性が高く好ましい。

なお、第１の実施形態の設計変更例１〜５のような形状の透明体についても、一体構造ではなく、２つあるいは３つ以上のパーツから構成してもよい。

２つあるいは３つ以上のパーツから１つの光学素子を構成する場合には、すべてのパーツが同一材料からなるものであれば光マッチング性が高く好ましい。また、図７の素子９、１０のように、同一の形状のパーツを組み合わせて構成するものであれば、１つの形状のパーツのみを作製すればよく、作製に用いられる押出し成型あるいは射出成形の型も１つのパーツ用のみで足りることから、生産性が高い。

次に、第２の実施形態の光学素子について、図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明する。
図９Ａは第２の実施形態の光学素子３０の斜視図であり、図９Ｂは図９Ａに示す光学素子３０の平面図である。この光学素子３０は、図８で示した光学素子９を構成するための１つのパーツでもある。

図９Ａ、図９Ｂに示す光学素子３０は、４５°と１３５°の内角を有する平行四辺形状底面を有する同一形状の２つの角柱体３１、３２が、４５°の内角同士、１３５°の内角同士が隣接するように、２つの角柱体３１、３２のそれぞれの一側面を接続面３３として接続されてなる本体部と、本体部の接続面３３に対向する面３４ａ、３４ｂから外側に突出し、その対向する面３４ａ、３４ｂに平行な面３５ａ、３５ｂを有する突出部３５を有するものである。
なお、２つの角柱体３１、３２の４５°、１３５°の内角には±５°の誤差を有していてもよい、すなわち、２つの角柱体３１、３２は４５°±５°と１３５°±５°の内角を有する平行四辺形状の底面を有するものであればよい。

この光学素子３０は、図９Ｂに示すように、外壁面３５ａから入射した光が、２つの角柱体３１、３２が接続されてなる本体部内において、全反射を繰り返し、外壁面３５ｂから出射される構成である。これにより、第１の実施形態の場合と同様の原理で、外壁面３５ｂから素子３０を直視すると、外壁面３５ａの風景を見ることになる。したがって、外壁面３５ｂから素子３０を見たとき、Ｌ字状の壁面内側に配置されている物体２９は、透明化されて見えない。したがって、光学迷彩素子として用いることができる。なお、角柱体３１、３２の内角が４５°、１３５°からずれると、一方の外壁面から見える他方の該壁面側の像が歪むこととなるが、±５°程度のずれであれば、支障なく用いることができる。

本実施形態の光学素子３０は、単体でも用いることができるが、既述の通り、２つ組み合わせ、突出部３５同士を隣接させ、対称に配置することにより、図８の光学素子９を構成することができる。

また、図１０に第２の実施形態の設計変更例１の光学素子３６として示すように、遮蔽板３７と組み合わせて光学素子３０のＬ字の内側に遮蔽したい物体２９を配置可能な構成としてもよい。なお、遮蔽板３７の代わりに、建物、建造物等の壁面を利用してもよい。

さらに、図１１に第２の実施形態の設計変更例２の光学素子３８として示すように、設計変更例１にさらにＬ字の外側を覆う遮蔽板３９を配置した構成としてもよい。
図１０、１１の光学素子３６、３８において模式的に示すように、ここでも一方の壁面３５ａの外部にある物体を、他方の壁面３５ｂ側から見ることでき、Ｌ字状壁面の内側に配置されている物体２９を実質的に透明化することができる。

図１２は、第２の実施形態の設計変更例３の光学素子１３０を示す平面図である。図９〜図１１に示した光学素子３０は、同一形状の２つの角柱体が接続された本体部を備えるものであるが、図１２の光学素子１３０は、角柱体１３１、１３２の形状が同一でない例である。ここでは、２つの角柱体１３１、１３２の接続面１３３となるそれぞれの一側面同士は同一形状である。光学素子１３０は、この２つの角柱体１３１、１３２からなる本体部と本体部の接続面１３３に対向する一方の面１３４ａから外側に突出し、その対向する面１３４ａに平行な面１３５ａを有する突出部１３５を備えている。

この光学素子１３０においても、図１２に示すように、外壁面１３５ａから入射した光が、２つの角柱体１３１、１３２が接続されてなる本体部内において、全反射を繰り返し、外壁面１３４ｂから出射される構成である。本例では、角柱体１３１、１３２が同一形状でない、すなわち対称でないことから、壁面１３５aの像と他方の壁面１３５ｂから見える像が異なっている、図１２に示すように、壁面１３５a側では、丸（○）、バツ（×）三角（△）の順に並んでいた像が、壁面１３５ｂ側では×、△、○の順に見えることとなる。
しかしこのような構成であっても、Ｌ字状壁面の内側に配置されている物体２９を実質的に透明化することができ、光学迷彩素子として用いることができる。

次に、第３の実施形態の光学素子について、図１３Ａ〜Ｅおよび図１４を参照して説明する。
図１３Ａは、第３の実施形態の光学素子４８の斜視図であり、図１３Ｂおよび図１３Ｃは図１３Ａに示す光学素子の使用例を説明するための平面図である。なお、この光学素子４０は、図８で示した光学素子１０を構成するための１つのパーツでもある。

光学部材４０は、４５°と１３５°の内角を有する平行四辺形状底面を有する同一形状の２つの角柱体４１、４２が、平面視においてそれぞれの４５°の内角同士を９０°の角度で接触させて、すなわち、４５°の内角を構成する２つの辺の一辺同士が９０°の角をなすように接触させて配置され、それぞれの一側面４３ａ、４３ｂを面一として、平行平板４５の一面に接続されてなる透明部材である。
なお、２つの角柱体４１、４２の４５°、１３５°の内角には±５°の誤差を有していてもよい、すなわち、２つの角柱体４１、４２は４５°±５°と１３５°±５°の内角を有する平行四辺形状の底面を有するものであればよい。

図１３Ｂは、光学素子４０の角柱体４１、４２の一側面４３ａ、４３ｂに対向する他側面４７ａ、４７ｂを壁２７にくっ付けるようにして配置した状態を示している。壁２７と光学素子４０のＬ字を構成する壁面との間に物体２９を配置すれば、図１３Ｂ中矢印Ｈから平行平板４５の他面４６を見たとき、側面４７ａ、４７ｂが接している壁２７の模様が見え、物体２９は矢印Ｈからは見えず、透明化されている。壁２７の模様が横縞（図中左右に延びるストライプ）など、光学素子４０の側面４７ａ、４７ｂが接している面の模様が連続していれば矢印Ｈから見た場合に違和感が生じない。したがって光学迷彩素子として用いることができる。
なお、角柱体４１、４２の内角が４５°、１３５°からずれると、一方の外壁面から見える他方の該壁面側の像が歪むこととなるが、±５°程度のずれであれば支障なく用いることができる。

図１３Ｃは、光学部材４０を矢印Ｈから、すなわち側面４７ａ、４７ｂを見た場合について模式的に示している。光学部材４０の面４６側に配置された２つの花４４が、矢印Ｈから見るとブロック内での全反射の結果、その像４４ａが４７ａ、４７ｂの面に見える。したがって、この形態においても光学迷彩として用いることが可能となる。

図１３Ｄ、第３の実施形態の設計変更例１の光学素子１４０を示す平面図であり、図１３Ｅは、第３の実施形態の設計変更例２の光学素子２４０を示す平面図である。
図１３Ａに示した光学素子４０は、同一形状の２つの角柱体が、線対称に配置された形状の本体部を備えるものであるが、図１３Ｄの光学素子１４０は、角柱体１４１、１４２の形状が同一でない例である。ここでは２つの角柱体１４１、１４２の側面１４３ａ、１４３ｂが面一となり平行平板１４５の一面に接続された形状を有している。角柱体１４１、１４２の底面の平行四辺形の一組の辺（平行平板と接続する辺と異なる辺）の長さが異なり、角柱体１４１の側面１４７ａが、角柱体１４２の側面１４７ｂよりも平行平板１４５の他面１４６から離れた位置となっている。このように２つの角柱体の形状が異なる本光学素子１４０の場合にも、平行平板１４５の他面１４６から、角柱体の側面１４７ａ、１４７ｂ側の像を観察することができ、光学部材のＬ字状を構成する壁面の内側に物体が配置された場合に透明化することができる。したがって、図１３Ａに示す光学素子４０と同様に光学迷彩素子として用いることが可能である。

同様に、図１３Ｅの光学素子２４０は、角柱体２４１、２４２の形状が同一でない例である。ここでは２つの角柱体２４１、２４２の側面２４３ａ、２４３ｂが面一となり平行平板２４５の一面に接続された形状を有している。角柱体２４１、２４２の底面の平行四辺形の一組の辺の長さ（平行平板２４５の一面と接続する辺の長さ）が異なる。このように２つの角柱体の形状が異なる本光学素子２４０の場合にも、平行平板２４５の他面２４６から、角柱体の側面２４７ａ、２４７ｂ側の像を観察することができ、光学部材のＬ字状を構成する壁面の内側に物体が配置された場合に透明化することができる。したがって、図１３Ａに示す光学素子４０と同様に光学迷彩素子として用いることが可能である。

図１４は、図１３Ａに示す光学素子４０が２つ組み合わせて構成される光学素子４８の平面図である。
光学素子４８は、光学素子４０をパーツとして、角柱体の一側面４３ａ、４３ｂに対向する他側面４７ａ、４７ｂ同士が向かい合うように２つ対称配置することにより構成されている。
なお、本パーツ４０を２つ、他側面４７ａ、４７ａ同士、４７ｂ、４７ｂ同士を接触接続した構成が、図８の光学素子１０である。

本光学素子４８は、他側面４７ａ同士の間、もう一つの他側面４７ｂ同士の間に隙間が設けられている。このように２つのパーツ４０、４０間に隙間が存在していても両者の対向する面４７ａ、４７ａ、あるいは面４７ｂ、４７ｂが光路に対して垂直に配置されていれば、光学迷彩の効果に影響を及ぼさない。
本光学素子４８のパーツ４０、４０同士の隙間には、シャッターを設置したり、半透明体を挿入したりすることができる。シャッターを設けることにより、視界のＯＮ/ＯＦＦが可能となる。

また、図１５に上記光学素子４０の設計変更例の光学素子５０を示すようにパーツ４０、４０間の１つの隙間、面４７ａ、４７ａ間に、半透明体５２を挿入することにより、透過画像に半透明体４２の透過像を重ねることが可能となる。例えば、透明体５２として、蝶５５の模様（絵）が一部に入っているガラス板を挿入した場合、一方のパーツ４０の面４９ａ外部に置かれている花５４と、ガラス板の蝶５５が重なった像５４ａ、５５ａを他方のパーツ４０の面４９ｂ側から見ることができる。

図１６は、本発明の第４の実施形態の光学素子６０を示す平面図である。
本光学素子６０は、第１の実施形態の光学素子１（以下において、第１の素子１とする。）と第２の実施形態の光学素子３０（以下において、第２の素子３０とする。）との組み合わせにより構成されている。中心に第１の素子１を配置し、その両脇に第２の素子３０を複数組み合わせていくことにより、もともとの入出射面の幅Ｆ１を所望の幅Ｆ２まで拡大することができる。本素子６０は、拡張光学素子の実施形態である。ここで、第１の素子１とその入出射面の拡大方向に配置される第２の素子３０、および第２の素子３０同士を、１〜２μｍ程度のわずかな隙間を空けて配置すれば、隙間部分が縞状に観察されるが入射面６２の広い範囲を出射面６４から見ることができる。この場合、入射面６２側から各素子に入射した光は、いずれも各素子内部で全反射を繰り返し、各素子から出射される。

第１の素子１と第２の素子３０が同一材料から構成されている場合、第１の素子１と第２の素子３０との間、第２の素子３０同士の間に隙間を設けず、面接触させて配置してもよい。この場合、入射面６２側から入射した光は、第１の素子１の内壁面により反射される部分を除き、直進して出射面６４から出射される。

図１７は、本発明の第５の実施形態の光学素子６２の平面図である。
本光学素子６２は、第１の実施形態の光学素子１の外壁面１３ａ、１３ｂを覆う遮蔽板６３、外壁面１３ｃ、１３ｄを覆う遮蔽板６４を備えている。この遮蔽板６３、６４を備えて、光学素子１の端部を遮蔽することにより、外壁面１３ｅから光学素子１を見た際の内部に配置された物体２９を透明化する視覚効果をより高めることができる。

以下、本発明のランプハウスの実施形態について説明する。本発明のランプハウスは、上述の光学素子を備えたものである。
図１８に第１の実施形態のランプハウスの平面図を示す。ランプハウス７０は、光学素子１と、その中心の角柱状空間１１に配置されたランプ７２とから構成される。光学素子１の内部に配置されたランプ７２からの光は図１８中に示すように、光学素子１の左右方向に出力される。光学素子１の外壁面１３ｆ側からは、外壁面１３ｅ側の景色が見え、内部に配置されているランプ７２は見えない。

ランプ７２としては、蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤなどを用いることができ、特に制限はない。
ランプハウス７０は、外壁面１３ｆを建築物の壁などに接触させて固定して、間接照明として利用してもよい。

図１９は、本発明の第２の実施形態のランプハウス７５の平面図および正面図である。本実施形態のランプハウス７５は、光学素子１と、その中心の角柱状空間１１に配置されたランプ７２に加え、ランプ７２の光の発散方向となる光学素子１の両脇に拡散板７６が配置され、さらに、光学素子１の上面を覆うように反射板７８が備えられている。
拡散板７６、および反射板７８を備えることにより、光学素子１から出力される光の指向性を高めることができる。

図２０は、本発明の第３の実施形態のランプハウス８０の平面図であり、図２１は、ランプハウス８０の斜視図である。本実施形態のランプハウス８０は、光学素子１と、その中心の角柱状空間１１に配置されたランプ７２とに加え、ランプ７２の光発散方向となる光学素子１の一方の側面側を拡散板７６で覆い、他方の側面側を反射板８２で覆った構成を構造を有している。このように光学素子１の内部に配置されたランプ７２からの光の発散方向を反射板８２および拡散板７６を備えることにより制御したものであり、拡散板７６側にのみ光が発散するように構成されている。

図２２は、本発明の第４の実施形態のランプハウス８５の平面図である。本実施形態のランプハウス８５は、光学素子１と、その中心の角柱状空間１１にランプ７２と、ランプからの光を反射する断面弧状の反射板８６とを備えている。角柱状空間１１に反射板８６を挿入することにより、光学素子１から生じる発散光の指向性を高めることができる。この場合も光学素子１の外壁面１３ｆからは、外壁面１３ｅ側の景色が見え、内部に配置されているランプ７２および反射板８６は透明化されて見えない。

上記各ランプハウスについては、１つの部材により一体的に構成されている光学素子１を備えた例を挙げたが、ランプハウスにおいても、図８に示したような２つのパーツから構成された光学素子を備えてもよい。また、光学素子の形状も光学素子１の形状に限らない。例えば、図１２、図１３に示した第２の実施形態の光学素子の設計変更例において、透明化したい物体２９の代わりに、ランプを配置することにより、ランプハウスとして用いることもできる。

１〜１０、３０、３６、３８、４８、５０、６０、６２ 光学素子
１１ 角柱状空間
１２ａ〜１２ｄ 内壁
１３ａ〜１３ｄ 外壁
１５ 部分
３０ 光学迷彩素子
４０ 光学迷彩素子（パーツ）
７０、７５、８０、８５ ランプハウス
７２ ランプ

Claims (13)

1. 平面視において正方形状開口を有する角柱状の空間を取り囲む４つの内壁面と、該内壁面とそれぞれ平行な４つの外壁面と、前記正方形状開口の１つの対角線に垂直な、互いに対向する２つの外壁面と、該２つの外壁面のうちの少なくとも１つと垂直に接続し、かつ前記４つの外壁面のうちの１つと接続する２つの側壁面とを有する多角柱状の透明体であって、前記対角線よりも前記互いに対向する２つの外壁面間の距離が大きい透明体からなり、前記互いに対向する２つの外壁面のうちの一方の外壁面に対して垂直に入射した光が、前記内壁面および前記外壁面において全反射を繰返し、最終的には前記互いに対向する２つの外壁面のうちの他方の外壁面から前記入射した光の光軸とほぼ同じ軸上に出射される光学素子。
2. ４５°と１３５°の内角を有する平行四辺形状底面を有する２つの角柱体が、それぞれの前記平行四辺形状底面の４５°の内角同士および１３５°の内角同士が隣接するように、該２つの角柱体のそれぞれの一側面を接続面として接続されて一体化されてなる本体部と、
   該本体部の前記接続面に対向する面から外側に突出し、該対向する面に平行な面を有する直方体形状の突出部を少なくとも１つ有する光学素子。
3. 前記２つの角柱体が同一形状である請求項２記載の光学素子。
4. 請求項３記載の光学素子を２つ、前記突出部同士を隣接させ、対称に配置組み合わせて構成された請求項１記載の光学素子。
5. ４５°と１３５°の内角を有する平行四辺形状底面を有する２つの角柱体が、平面視において該２つの角柱体のそれぞれの４５°の内角を構成する２つの辺のうちの一辺同士が９０°の角をなすように接触させて配置され、前記２つの角柱体の一側面同士を面一として、平行平板の一面に接続されて一体化されてなり、
   前記２つの角柱体が同一形状である光学素子を２つ、
   前記角柱体の前記一側面に対向する他側面同士が向い合うように、対称配置されて構成された請求項１記載の光学素子。
6. 屈折率１．４１以上である請求項１から５いずれか１項記載の光学素子。
7. アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィン系樹脂およびガラスのいずれか１つ、もしくは２つ以上の混合物からなるものである請求項１から６いずれか１項記載の光学素子。
8. 前記互いに対向する２つの外壁面以外の側面を覆う遮蔽物を備えてなる請求項１、４および５いずれか１項記載の光学素子。
9. 請求項１、４および５いずれか１項記載の光学素子に、１つ以上の請求項３記載の光学素子を組み合わせて、前記互いに対向する２つの外壁面のうちの一方の外壁面および他方の外壁面が拡張されてなる拡張光学素子。
10. 請求項１、４および５いずれか１項記載の光学素子と、
    該光学素子の前記４つの内壁に囲まれた前記角柱状の空間に配置されたランプとを備えたランプハウス。
11. 前記光学素子の前記角柱状の空間に、前記ランプからの光を反射する、断面弧状の反射板が備えられている請求項１０記載のランプハウス。
12. 前記光学素子の前記４つの外壁面の少なくとも一部を覆う反射板および／または拡散板が備えられている請求項１０または１１記載のランプハウス。
13. 前記光学素子の上面を覆う反射板が備えられている請求項１０から１２いずれか１項記載のランプハウス。