JP6465681B2

JP6465681B2 - 光学結像装置

Info

Publication number: JP6465681B2
Application number: JP2015023357A
Authority: JP
Inventors: 誠大坪
Original assignee: Asukanet Co Ltd
Current assignee: Asukanet Co Ltd
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: JP2016145937A

Description

本発明はコーナーキューブを利用した光学結像装置に関する。

従来、立体画像を表示する装置及び方法として、特許文献１記載の立体像の表示装置、及び特許文献２記載の立体像表示装置及びその方法が知られている。特許文献１記載の技術は、多数のコーナーキューブを格子状に並べ、各コーナーキューブの一面で反射した光をコーナーキューブの直交面で反射させて、表示装置の反対側の面に実像として立体像を形成させるものである。

特許文献２記載の立体像表示装置及びその方法は、立方体の角部と同一構造のコーナーキューブを用いて、装置（光学結像装置）の一側にある立体像を装置の他側に形成するものであるが、結像された実像を正面視すると、コーナーキューブに設けた孔から対象物が見えることもあった。更に、微小のコーナーキューブを平面状に並べて形成する必要があるので、製造が困難であるという問題もあった。

また、特許文献３記載の光学結像装置は、表裏面に対して直交する帯状の平面反射部を多数備えた第１、第２の光制御部材を、それぞれの平面反射部が直交するようにして並べ、表裏面の一方側に配置された立体像を他方側に実像として形成するものであった。

特開２００９−３００６２３号公報ＷＯ２０１４／１７４６９３号公報ＷＯ２００９／１３１１２８号公報

しかしながら、特許文献３記載の光学結像装置は、視野が狭く限られた角度範囲しか実像が得られず、更に対向する平面反射部を有しているので、複数回の反射に伴うゴーストが生じ易く、製造コストも高いという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ゴーストが生じにくく、安価に製造できる光学結像装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る光学結像装置は、直角配置された第１、第２の光反射面と、前記第１、第２の光反射面に直交する第３の光反射面とを有するブロックが多数並べて配置され、前記各ブロックには、前記第１〜第３の光反射面を通過して反射された再帰性反射光の光路を変える第４の光反射面が設けられている光学結像装置であって、前記ブロックは波形ブロックと該波形ブロックと一体となる直方体ブロックからなって、前記第１、第２の光反射面は、表側に断面直角三角形状の角部（ブロックが連続すれば波状となる）が形成された前記波形ブロックの表部に、前記第３の光反射面は、前記波状ブロックの一側に設けられた前記直方体ブロックの壁部に形成され、前記第４の光反射面は、前記波状ブロックの他側に設けられた前記直方体ブロックの天井部に形成されている。

また、第２の発明に係る光学結像装置は、直角配置された第１、第２の光反射面と、前記第１、第２の光反射面に直交する第３の光反射面とを有するブロックが多数並べて配置され、前記各ブロックには、前記第１〜第３の光反射面を通過して反射された再帰性反射光の光路を変える第４の光反射面が設けられている光学結像装置であって、前記ブロックは逆Ｖブロックと該逆Ｖブロックと一体となる直方体ブロックからなって、前記第１、第２の光反射面は、裏側に断面直角三角形状の角部（ブロックが連続すれば波状となる）が形成された前記逆Ｖブロックの裏部に、前記第３の光反射面は前記逆Ｖブロックの一側に設けられた前記直方体ブロックの壁部に形成され、前記第４の光反射面は、前記逆Ｖブロックの他側に設けられた前記直方体ブロックの天井部に形成されている。

第１、第２の発明に係る光学結像装置において、前記各ブロックの前記第４の光反射面を水平に保ちながら、前記第１及び第２の光反射面が交差する谷部の稜線を、４０〜６０度の範囲で傾斜配置し、かつ前記第１、第２の光反射面を平面視して前記稜線を基準に対称とすることもできる。

また、第１、第２の発明に係る光学結像装置において、前記各ブロックの前記第１〜第３の光反射面の中心軸が垂直となるように、前記第１〜第３の光反射面の角度を調整することもできる。

第１、第２の発明に係る光学結像装置において、相互に直角配置された第１〜第３の光反射面によって形成される再帰性反射体からの反射光が入射光とずれることを利用し、かつ戻りの反射光を更に第４の光反射面で別位置に出光しているので結像を可能とし、よりゴーストの少ない実像を形成でき、しかも装置全体が単純な構造であるので、安価に製造できる。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係る光学結像装置の正面図、及びＫ−Ｋ’矢視断面図である。（Ａ）は同光学結像装置の平面図、（Ｂ）は同側面図、（Ｃ）は同正面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係る光学結像装置の正面図、及び側面図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の第３の実施の形態に係る光学結像装置の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光学結像装置１０は、直角配置された第１、第２の光反射面１１、１２と、第１、第２の光反射面１１、１２に直交する第３の光反射面１３とを有するブロック１５が多数並べて配置され、各ブロック１５には、第１〜第３の光反射面１１〜１３を通過して反射された再帰性反射光１６の光路を変える第４の光反射面１４が設けられている。

この光学結像装置１０は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ｗ１とｗ２の領域で囲まれた一つのブロック（単位ブロック）１５を多数縦横に連続、かつ一体化して形成されている。
一つのブロック１５は、波形ブロック１７と、波形ブロック１７と一体となる直方体ブロック１８とを有している。この一つのブロック１５にそれぞれ一つの第１〜第４の光反射面１１〜１４を備えている。この実施の形態では、第１、第２の光反射面１１、１２は透明ガラス又は透明プラスチックからなるブロック本体に形成された溝１９の表部を金属蒸着して形成されている。

第３の光反射面１３は、波形ブロック１７の一側に接する直方体ブロック１８の壁部（垂直壁）２１に形成されている。また、第４の光反射面１４は波形ブロック１７の他側に接する直方体ブロック１８の天井部２２に形成されている。溝１９の断面は直角二等辺三角形状となって、角部（波）を形成する山部２３と谷部２４を有している。

従って、連続して配置された波形ブロック１７は山部２３と谷部２４とを交互に有している。この波形ブロック１７は両側の直方体ブロック１８に比べて高さが低いので、適当な透明の充填材からなるカバー部材によって、山部２３と谷部２４を覆い、この光学結像装置１０を平板状とすることもできる。なお、波形ブロック１７の他側に接する直方体ブロック１８の壁部２５は透明となって、第１、第２の光反射面１１、１２で反射された光が、直方体ブロック１８に入り込むようになっている。

ここで、波形ブロック１７の幅ａは、直方体ブロック１８の幅ｂの例えば、０．５〜２倍程度であって、谷部２４から山部２３の高さｃは、直方体ブロック１８の高さｄの０．３〜０．８倍程度、直方体ブロック１８の高さｄは、直方体ブロック１８の幅ｂの０．５〜２倍程度であるのが好ましいが、本発明はこれらの具体的数字には限定されない。

光学結像装置１０は以上に述べたブロック１５が平面状に、例えば１００〜１００，０００個並べて形成される。製造にあっては、波形（角部）が一方向に連続した連続波形ブロックと、これに見合う長さの連続直方体ブロックを用意し、これを複数組み合わせて組合せ型を作り、この組合せ型によって一体構造の成形型を造る。この成形型に例えば透明プラスチックのインジェクション成形を行い、部分マスクを用いて必要部分に各ブロック１５の上から金属蒸着を行って第１〜第４の光反射面１１〜１４を形成する。ここで、第１〜第３の光反射面１１〜１３がコーナーキューブ（即ち、再帰性反射体）を形成している。成形型は直角に交差する平面を利用して製造するので、従来のコーナーキューブの形成より容易となる。

この光学結像装置１０の使用にあっては、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光学結像装置１０の上側に距離を設けて対象物（実物、ディスプレイ）を配置し、対象物からの光線２６が斜めに第３の光反射面１３に入光すると、第３の光反射面１３で反射した光が、第１、第２の光反射面１１、１２で反射する。この場合の反射光が再帰性反射光１６となって、第４の光反射面１４に入光する。このような光は多数あるので、光学結像装置１０を中心にして、対象物と対称位置に実像を形成する。Ｐ〜Ｓは第３、第１、第２、第４の光反射面１３、１１、１２、１４の反射位置を示す。
即ち、この実施の形態に係る光学結像方法は、直角配置された第１〜第３の光反射面１１〜１３を有する再帰性反射体（コーナーキューブ）からの反射光を、入射光を避けて再帰性反射体に隣接配置された第４の光反射面１４で全反射させ、別位置に実像を結像させている。

続いて、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る光学結像装置３０について説明する。なお、光学結像装置１０と共通の構成要素には共通の番号を使用し、詳しい説明を省略する。
この光学結像装置３０は、直角配置された第１、第２の光反射面３１、３２と、第１、第２の光反射面３１、３２に直交する第３の光反射面３３とを有するブロック３５が多数並べて配置され、各ブロック３５には、第１〜第３の光反射面３１〜３３を通過して反射された再帰性反射光３６の光路を変える第４の光反射面３４が設けられている。

ブロック３５は、裏側（底側）に断面直角三角形状の溝３７が形成された逆Ｖブロック３８と逆Ｖブロック３８と一体となる直方体ブロック３９からなっている。直方体ブロック３９は透明樹脂又はガラスを用いて形成され、製造時は、内部が空となって下方に開放し周囲に壁部４０、４０ａを、上部に天井部４１を有し、天井部４１及び逆Ｖブロック３８の一側に接する直方体ブロック３９の壁部４０は鏡面処理がなされて、第４、第３の光反射面３４、３３が形成されている。

従って、この光学結像装置３０においては、第１、第２の光反射面３１、３２は、底側に断面直角三角形状の谷（角部の一例、連続すると波）が形成された逆Ｖブロック３８の裏部に、第３の光反射面３３は逆Ｖブロック３８の一側に設けられた直方体ブロック３９の壁部４０に、第４の光反射面３４は、逆Ｖブロック３８の他側に設けられた直方体ブロック３９の天井部４１に、裏側から金属蒸着して設けられている。なお、図３（Ａ）において、壁部４０ａは透明の状態を保持している。

逆Ｖブロック３８の裏側、直方体ブロック３９の内部空間には透明の樹脂を充填して、複数のブロック３５が並んだ状態で平面状とするのが好ましい。なお、逆Ｖブロック３８の裏側を充填する樹脂は、不透明であってもよい。
各部の寸法ａ〜ｄについては、光学結像装置１０と同一である。光学結像装置３０の表側にある物体（対象物）からの光が第１〜第４の光反射面３１〜３４で反射されて、光学結像装置３０の裏側に結像することも、光学結像装置１０と同一である。

図４（Ａ）〜（Ｃ）には、第１、第２の実施の形態に係る光学結像装置１０、３０において、第１の光反射面１１、３１と第２の光反射面１２、３２が交差する谷部（角部）２４の稜線を水平状態からθ＝４０〜６０度の範囲で傾けた、本発明の第３の実施の形態に係る光学結像装置４３について説明する。この場合各ブロックの第３の光反射面４５は（９０度−θ）傾けたことになり、第１、第２の光反射面４６、４７は平面視して稜線４２を中心にして左右対称となる。第４の光反射面４８は第１、第２の光反射面４６、４７より上位置で水平に設けられている。
この光学結像装置４３においては、光学結像装置４３の一側から入った入射光５０は第３の光反射面４５のＰ’点、第１、第２の光反射面４６、４７のＱ’点、Ｒ’点、第４の光反射面４８のＳ’点を通って出光し、光学結像装置４３の他側に結像する。

光学結像装置１０、３０と同様、この光学結像装置４３においては、隣り合うブロックの第３、第４の光反射面４５、４８が一方向に連続して平面状となり、第１、第２の光反射面４６、４７が断面直角二等辺三角形の波形状を形成して連続するので、製造が容易となり、光学結像装置１０、３０、４３全体を安価に製造できる。

この光学結像装置４３においては、光学結像装置１０と同様、第１〜第４の光反射面４６、４７、４５、４８に蒸着した金属の表面を利用したが、光学結像装置３０のように、金属蒸着をした透明体の裏面（通常の鏡と同様）を利用することもできる。

また、横方向に連続する各ブロックの第３の光反射面４５を共通の鏡面とし、第１、第２の光反射面４６、４７を断面直角二等辺三角形の連続波状に形成し、更に、第１〜第３の光反射面４６、４７、４５の中心線ｍ（図４参照）を同一方向（例えば、垂直）に向けて光学結像装置を形成することもできる。この場合、第４の光反射面４８は水平とすることもできるが、実像の形成位置に合わせて変更することもできる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
以上の光学結像装置１０、３０において、第４の光反射面は直方体ブロックの天井部に水平状態となるようにして配置したが、水平状態から下方傾斜することもでき、この場合は、実像の形成位置が変わる。
また、第１〜第３の光反射面の角度を調整して、その中心線を垂直に保持することもでき、更に、第４の光反射面を水平ではなくて傾斜面とし、特定角度範囲で入光した再帰性反射光のみを反射し、特定位置に実像を形成することも可能である。

１０：光学結像装置、１１：第１の光反射面、１２：第２の光反射面、１３：第３の光反射面、１４：第４の光反射面、１５：ブロック、１６：再帰性反射光、１７：波形ブロック、１８：直方体ブロック、１９：溝、２１：壁部、２２：天井部、２３：山部、２４：谷部、２５：壁部、２６：光線、３０：光学結像装置、３１：第１の光反射面、３２：第２の光反射面、３３：第３の光反射面、３４：第４の光反射面、３５：ブロック、３６：再帰性反射光、３７：溝、３８：逆Ｖブロック、３９：直方体ブロック、４０、４０ａ：壁部、４１：天井部、４２：稜線、４３：光学結像装置、４５：第３の光反射面、４６：第１の光反射面、４７：第２の光反射面、４８：第４の光反射面、５０：入射光

Claims

直角配置された第１、第２の光反射面と、前記第１、第２の光反射面に直交する第３の光反射面とを有するブロックが多数並べて配置され、前記各ブロックには、前記第１〜第３の光反射面を通過して反射された再帰性反射光の光路を変える第４の光反射面が設けられている光学結像装置であって、前記ブロックは波形ブロックと該波形ブロックと一体となる直方体ブロックからなって、前記第１、第２の光反射面は、表側に断面直角三角形状の角部が形成された前記波形ブロックの表部に、前記第３の光反射面は、前記波状ブロックの一側に設けられた前記直方体ブロックの壁部に形成され、前記第４の光反射面は、前記波状ブロックの他側に設けられた前記直方体ブロックの天井部に形成されていることを特徴とする光学結像装置。
直角配置された第１、第２の光反射面と、前記第１、第２の光反射面に直交する第３の光反射面とを有するブロックが多数並べて配置され、前記各ブロックには、前記第１〜第３の光反射面を通過して反射された再帰性反射光の光路を変える第４の光反射面が設けられている光学結像装置であって、前記ブロックは逆Ｖブロックと該逆Ｖブロックと一体となる直方体ブロックからなって、前記第１、第２の光反射面は、裏側に断面直角三角形状の角部が形成された前記逆Ｖブロックの裏部に、前記第３の光反射面は前記逆Ｖブロックの一側に設けられた前記直方体ブロックの壁部に形成され、前記第４の光反射面は、前記逆Ｖブロックの他側に設けられた前記直方体ブロックの天井部に形成されていることを特徴とする光学結像装置。
請求項１又は２記載の光学結像装置において、前記各ブロックの前記第４の光反射面を水平に保ちながら、前記第１及び第２の光反射面が交差する谷部の稜線を、４０〜６０度の範囲で傾斜配置し、かつ前記第１、第２の光反射面を平面視して前記稜線を基準に対称としたことを特徴とする光学結像装置。
請求項１又は２記載の光学結像装置において、前記各ブロックの前記第１〜第３の光反射面の中心軸が垂直となるように、前記第１〜第３の光反射面の角度を調整したことを特徴とする光学結像装置。