JP6648481B2 - 光学素子、光学素子デバイス及び光学素子制御システム - Google Patents
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Description
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、外部から透過して見える情報とこれとは別の情報を同時に提供可能な光学素子、光学素子デバイス及び光学素子制御システムを提供することを目的とする。
本発明に係る光学素子デバイスは、前記光学素子に相当する第1光学素子と第2光学素子、つまり複数の光学素子を備える。
本発明に係る光学素子制御システムは、前記光学素子と、前記光学素子を搬送させる搬送機構と、前記第1面による映像に同期させて、前記搬送機構による前記光学素子の搬送を制御する制御部とを備える。
第1の実施形態について説明する。
図1は、光学素子1の斜視図である。
光学素子1は、基材2と、複数の情報形成部3を備えている。
基材2は、第1平面21と、第1平面21とは反対側の第2平面22を備えている。第1平面21及び第2平面22は矩形である。なお、基材2の形状は矩形以外の形状であってもよい。
観察者がz軸に沿って基材2の第1平面21側から光学素子1を見ているとする。基材2の第2平面22側には、外部のオブジェクト4がある。光学素子1は、基材2の第1平面21のうち情報形成部3と対向する領域以外の領域においてz軸方向に透過性を有している。そのため、光学素子1は観察者の視界を遮蔽することはなく、観察者は光学素子1を介して反対側のオブジェクト4を見ることができる。しかしながら、観察者は、複数の情報形成部3が形成する情報を全くまたはほとんど見ることはできない。
上述のように、光学素子1が形成する情報は潜像といえる。そのため、第1の実施形態は、カードの偽造防止のセキュリティ技術にも適用できる。
図2は、情報形成部3の構成を示す図である。図2の(a)は、情報形成部3の斜視図である。図2の(b)は、z軸に沿って見た情報形成部3の平面図である。図2の(c)は、情報形成部3を展開した斜視図である。なお、図2の(c)は、説明の都合上、後述の金属膜36を除いた情報形成部3を示している。
上述のように、第1〜第4側面部材32〜35それぞれが備えている内面は、互いに異なる方向を向いている。
図3は、z軸に沿って見た光学素子1の平面図である。ここでは、複数の情報形成部3にA1、A2、A3、A4、A5、B1、B2、B3、B4、B5、C1、C2、C3、C4、C5、C1、C2、C3、C4及びC5の参照符号を付している。
図4の(a)は、複数の情報形成部3によって形成される第1情報の要素群を示す。
第1情報は、複数の情報形成部3それぞれが備える第1側面部材32の内面321によって形成される要素の集合である。情報形成部3は、第1側面部材32の内面321によって第1情報の一部となる要素を形成する。例えば、第1情報は複数の情報形成部3によって形成される画像である。情報形成部3は、第1側面部材32の内面321によって、第1情報である画像の一部となる画像を形成する。
第2情報は、複数の情報形成部3それぞれが備える第2側面部材33の内面331によって形成される要素の集合である。情報形成部3は、第2側面部材33の内面331によって第2情報の一部となる要素を形成する。
第3情報は、複数の情報形成部3それぞれが備える第3側面部材34の内面341によって形成される要素の集合である。情報形成部3は、第3側面部材34の内面341によって第3情報の一部となる要素を形成する。
第4情報は、複数の情報形成部3それぞれが備える第4側面部材35の内面351によって形成される要素の集合である。情報形成部3は、第4側面部材35の内面351によって第4情報の一部となる要素を形成する。
なお、第1〜第4情報は、それぞれが独立していても、互いに関連性を有していてもよい。
図5の(a)は、情報形成部A1の各内面が形成する要素を示している。第1側面部材32の内面321には、要素lA1となる画像が印刷されている。第2側面部材33の内面331には、要素rA1となる画像が印刷されている。第3側面部材34の内面341には、要素bA1となる画像が印刷されている。第4側面部材35の内面351は、要素tA1となる画像が印刷されている。情報形成部A2、A3、A4及びA5にも、上述の情報形成部A1と同様に画像が印刷されている。
図6は、z軸に沿って見た光学素子1の平面図である。
観察者による第1情報の視認について説明する。観察者は、z軸に対して傾きを有し、かつ、第1側面部材32の外面322、内面321の順で交わる方向に沿って基材2の第1平面21側から光学素子1を見る。図6の(a)に示すように、観察者は、第1側面部材32の外面322を介して内面321に印刷されている画像を見ることができる。観察者は、複数の情報形成部3それぞれの第1側面部材32の内面321に印刷された画像を見ることで、第1情報としての纏まりのある画像を見ることができる。
変形例として、情報形成部3は、光学素子1が提供する情報の数に応じて、z軸と平行な面を少なくとも1面備えていてもよい。図7は、z軸と平行であって、異なる方向を向く2つの面を備えている情報形成部3を示している。図7の(a)は、情報形成部3の斜視図である。図7の(b)は、z軸に沿って見た情報形成部3の平面図である。情報形成部3は、底面部材31、第1側面部材32、第2側面部材33及び金属膜36を備えているが、上述の第3側面部材34及び第4側面部材35を備えていない。
図9の(a)に示すように、複数の情報形成部3は互いに接していてもよい。
図9の(b)に示すように、複数の情報形成部3は、それぞれ、z軸と平行であって、情報の要素を形成する円筒面を備えていてもよい。
図9の(d)に示すように、複数の情報形成部3それぞれの隣り合う間隔は、均一でなくてもよい。
図9の(e)に示すように、複数の情報形成部3は、図柄を構成するように基材2上に配置されていてもよい。例えば、複数の情報形成部3は、アルファベットのAを構成している。
次に、第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態は、第1の実施形態と以下の点で異なっている。
情報形成部3は、印刷された画像の代わりに、第1〜第4側面部材32〜35に回折格子を備えている。
第1側面部材32の内面321には、第1情報の要素を形成するための回折格子3211が設けられている。第2側面部材33の内面331には、第2情報の要素を形成するための回折格子3311が設けられている。第3側面部材34の内面341には、第3情報の要素を形成するための回折格子3411が設けられている。第4側面部材35の内面351には、第4情報の要素を形成するための回折格子3511が設けられている。
次に、第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態は、第1の実施形態と以下の点で異なっている。
情報形成部3は、印刷された画像の代わりに、光を拡散させる構造(以下、光拡散構造という)を備えている。
図11に基づいて、情報形成部3の構成について説明する。第1側面部材32の内面321には、第1情報の要素を形成するための光拡散構造3212が設けられている。第2側面部材33の内面331には、第2情報の要素を形成するための光拡散構造3312が設けられている。第3側面部材34の内面341には、第3情報の要素を形成するための拡散構造体が設けられている。第4側面部材35の内面351には、第4情報の要素を形成するための拡散構造体が設けられている。
投影デバイス5は、上述のように構成されている情報形成部3に映像を投影する。例えば、投影デバイス5はプロジェクタである。
次に、第4の実施形態について説明する。
第4の実施形態は、第1の実施形態と以下の点で異なっている。
情報形成部3は、印刷された画像の代わりに、ディスプレイを備えている。
図12に基づいて、情報形成部3の構成について説明する。第1側面部材32の内面321には、第1情報の要素を形成するためのディスプレイ3213が設けられている。ディスプレイ3213は、例えば、液晶ディスプレイ、有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ、またはLED(発光ダイオード)などの発光素子などである。第2側面部材33の内面331には、第2情報の要素を形成するためのディスプレイ3313が設けられている。第3側面部材34の内面341には、第3情報の要素を形成するためのディスプレイ3213と同様のディスプレイが設けられている。第4側面部材35の内面351には、第4情報の要素を形成するためのディスプレイ3213と同様のディスプレイが設けられている。
なお、上記のディスプレイは、立体視のための動画像を時分割方式で表示してもよい。これにより、観察者は、動画像を立体的に見ることができる。
次に、第5の実施形態について説明する。
第5の実施形態は、第1の実施形態と以下の点で異なっている。
情報形成部3は、印刷された画像の代わりに、光の振幅あるいは位相を制御する構造を備えている。
情報形成部3の構成について説明する。第1側面部材32の内面321には、第1情報の要素を形成するための光の振幅あるいは位相を制御する構造3214が設けられている。第2側面部材33の内面331には、第2情報の要素を形成するための構造3214と同様の構造3314が設けられている。第3側面部材34の内面341にも第3情報の要素を形成するための構造3214と同様の構造が設けられている。第4側面部材35の内面351にも第4情報の要素を形成するための構造3214と同様の構造が設けられている。
光源6は、複数の情報形成部3に光を照射する。
次に、第6の実施形態について説明する。
第6の実施形態は、第1の実施形態と以下の点で異なっている。
情報形成部3は、印刷された画像の代わりに、受像素子を備えている。
図14の(a)に基づいて、情報形成部3の構成について説明する。第1側面部材32の内面321には、第1情報の要素を形成するための1以上の受像素子3215が設けられている。第2側面部材33の内面331には、第2情報の要素を形成するための1以上の受像素子3315が設けられている。第3側面部材34の内面341には、第3情報の要素を形成するための受像素子3215と同様の受像素子が設けられている。第4側面部材35の内面351には、第4情報の要素を形成するための受像素子3215と同様の受像素子が設けられている。
光学素子1は、光学素子11とは異なり、オブジェクト4と対向する基材2と垂直な面に受像素子を備えている。光学素子1は、高角度のオブジェクト4の像を取り込む場合であっても、光学素子11と比較して全体のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、光学素子1は、光学素子11とは異なり、光学素子1から見てオブジェクト4の手前の像だけでなく、オブジェクト4の奥行きの像も取り込むことができる。そのため、光学素子1は、光学素子11と比較して立体的に見える像を得ることができる。
光学素子1は、受像素子を備える面の面積が光学素子11よりも大きい。そのため、光学素子1は、光学素子11と比較して取り込む像の解像度を上げることができる。
次に、第7の実施形態について説明する。
第7の実施形態は、光学素子1の使用態様に関する。
図15は、円筒形状に形成された光学素子1の平面図である。光学素子1は、光学素子1の基材2の第2平面22でオブジェクト4を囲むように配置されている。このように、光学素子1は、例えば柱等の円柱状の面に沿って配置することができる。なお、光学素子1は、他の形状に湾曲した状態で保たれていてもよい。
次に、第8の実施形態について説明する。
第8の実施形態は、光学素子デバイスに関する。
図16は、光学素子デバイスを説明する図である。
光学素子デバイスは、上述の第1の実施形態で説明した光学素子に相当する第1光学素子1−1と第2光学素子1−2を備えている。図16の(c)に示すように、第1光学素子1−1は、z軸に沿って第2光学素子1−2と対向している。
なお、光学素子デバイスは、上述の第2〜第7の実施形態で説明した光学素子を用いてもよい。
次に、第9の実施形態について説明する。
第9の実施形態は、光学素子制御システムに関する。
図17は、光学素子制御システムを示す図である。光学素子制御システムは、上述の第3の実施形態に係る光学素子1と、搬送装置8と、制御装置9を備えている。
なお、制御装置9は、通信部93を介して、上記プログラム、データ及びコンテンツを外部から入手してもよい。なお、光学素子制御システムは、光学素子1、搬送装置8及び制御装置9がそれぞれ別体で設けられていても、一体で設けられていてもよい。
制御部91は、通信部93を介して、投影デバイス5へコンテンツを送信する。これにより、投影デバイス5は、コンテンツの映像を光学素子1に投影する。
制御部91は、光学素子1に投影されている映像に同期させて、搬送機構83による光学素子1の搬送を制御するための信号を通信部93を介して搬送装置8へ送信する。制御部91は、記憶部92に記憶されているプログラムに基づいて搬送装置8を制御することができる。例えば、このプログラムは、コンテンツのシーンに応じた光学素子1とオブジェクト4との位置関係を規定している。搬送装置8は、制御装置9の制御に基づいて、光学素子1を搬送する。
図18の(a)は、光学素子1とオブジェクト4との間隔が狭い場合に観察者が得られる情報を示している。観察者は、光学素子1から得られるアルファベットのAの文字の情報をオブジェクト4に近い位置で見ることができる。
第10の実施形態は、上述の第1〜第9の実施形態で適用される光学素子1の製造方法に関する。ここでは、図7に示す情報形成部3を備える光学素子1の製造方法を説明する。
図19は、光学素子1の製造過程における平面図である。
製造方法は、透過性を有している材料で構成された基材2の第1平面21上に、透過性を有している材料で構成された透明体30を形成する工程を備えている。透明体30は、情報形成部3を形成するためのものである。
次に、製造方法は、基材2の第1平面21上の透明体30及び金属膜360をカットする工程を備えている。第2領域302は、第1領域301との境界部分を除いた周囲をカットされる。透明体30及び金属膜360は、例えばレーザマーカーによってカットされる。
次に、製造方法は、第2領域302を第1領域301に対して垂直にする工程を備えている。第2領域302は、外力によって第1領域301に対して垂直になる。
第10の実施形態によれば、光学素子1の製造方法は、レーザ加工によって正確かつ容易に基材2と垂直な面を備える光学素子1を製造することができる。
図20は、図2に示す情報形成部3を備える光学素子1の製造過程における平面図である。
透明体30において、第1領域301は正方形であり、4つの第2領域302と隣接する。第2領域302は、第1領域301を2等分した矩形状である。4つの第2領域302は、情報形成部3の第1〜第4側面部材32〜35に相当する。第1領域301及び4つの第2領域302を合わせた領域は、十字形状である。この十字形状となる領域は、透明体30において敷き詰められている。複数の第1領域301は、Y軸に沿って1列に並べられている。第1列に並べられている複数の第1領域301は、それぞれ、第1列の隣の第2列に並べられている複数の第1領域301とX軸に沿って対向しない。第1列に並べられている複数の第1領域301は、第2列を挟んで第1列とは反対側の第3列に並べられている複数の第1領域301とX軸に沿って対向する。
第11の実施形態は、第10の実施形態とは異なる上述の第1〜第9の実施形態で適用される光学素子1の製造方法に関する。ここでは、図2に示す情報形成部3を備える光学素子1の製造方法を説明する。
はじめに、図21の(a)及び図22の(a)に示すように、製造方法は、透過性を有している材料で構成された基材2の第1平面21上に、金属膜201を部分的に形成する工程を備えている。第1平面21において金属膜201が形成されている領域は、後述する透明体300において、情報を形成するための構造3001を設ける領域と対向する。4つの金属膜201は、第1平面21において金属膜201が形成されていない矩形の領域2001と隣接している。
次に、製造方法は、図21の(e)及び図22の(e)に示すように、基材2の第1平面21上の透明体300及び金属膜361をカットする工程である。第2領域304は、第1領域303との境界部分を除いた周囲をカットされる。透明体300及び金属膜361は、透明体300上までハーフカットされる。
次に、製造方法は、図23に示すように、第2領域304を第1領域303に対して垂直にする工程を備えている。第2領域304は、磁石100によって磁界がかけられる。第2領域304は、磁界により配向され、第1領域303に対して垂直になる。
第11の実施形態によれば、光学素子1の製造方法は、正確かつ容易に基材2と垂直な面を備える光学素子1を製造することができる。
上述の第10の実施形態で説明した製造方法の一例を、図19を参照して説明する。
はじめに、基材2となるPET基材上に、透明体30となるUV硬化性樹脂を形成した。UV硬化性樹脂上において、凹凸形状(回折格子)を形成した。図19に示す第1領域301の一方に隣接する第2領域302には、400nmピッチの凹凸形状を形成した。400nmピッチの凹凸形状は、第1情報を形成する。第1領域301の他方に隣接する第2領域302には、600nmピッチの凹凸形状を形成した。600nmピッチの凹凸形状は、第2情報を形成する。なお、凹凸形状は、電子線描画装置にてレジスト上に描画したものを現像し、その表面にNiのスパッタを施し、Ni電鋳を行った。Ni電鋳した平板をシリンダーに巻きつけ、ロールtoロールにてUV硬化性樹脂上に凹凸形状を形成した。
次に、PET基材、UV硬化性樹脂及びアルミニウムの積層体を100mm角にカットし、キーエンス社製のレーザマーカーにて、図19に示すようにPET基材上のUV硬化性樹脂及びアルミニウムをカットした。第2領域302の各辺は、p1=1mmとした。
次に、凹凸形状が形成されている2つの第2領域302それぞれを第1領域301に対して垂直になるように折り曲げた。
次に、折り曲げた部分に約1mmの厚みの樹脂を形成した。
観察者は、光学素子を見る角度または方向を変えることで、光学素子を透過した外部の情報を視認しながら、第1情報または第2情報を確認することができた。
上述の第11の実施形態で説明した製造方法の一例を、図21、22及び23を参照して説明する。
はじめに、図21の(a)及び図22の(a)に示すように、基材2となるPET基材上に金属膜201となるアルミニウムを部分的に形成した。アルミニウムの厚さは100nmとした。
次に、図21の(c)及び図22の(c)に示すように、UV硬化性樹脂上に、凹凸形状を形成した。
次に、図21の(c)及び図22の(c)に示すように、UV硬化性樹脂上に、蒸着にて厚さ200nmのニッケルを形成した。
次に、図21の(e)及び図22の(e)に示すように、水酸化ナトリウム5%にてアルミニウムを溶解した。その後、表面にUV樹脂を塗工した。
観察者は、光学素子を見る角度または方向を変えることで、光学素子を透過した外部の情報を視認しながら、第1情報、第2情報、第3情報または第4情報の何れかを確認することができた。
上述の第11の実施形態で説明した製造方法に従って光学素子1を作製した。
実施例3では、実施例2と異なり、UV硬化性樹脂上に絵柄を印刷した。図21に示す4つの第2領域304には、それぞれ異なる絵柄を印刷した。これ以外の工程は、実施例2と同様である。
観察者は、光学素子を見る角度または方向を変えることで、光学素子を透過した外部の情報を視認しながら、絵柄となる第1情報、第2情報、第3情報または第4情報の何れかを確認することができた。
上述の第11の実施形態で説明した製造方法に従って光学素子1を作製した。
実施例4は、実施例2と凹凸形状の形成手法が異なる。これ以外の工程は、実施例2と同様である。凹凸形状は、計算機合成ホログラム(以下、CGHという)を事前に計算しておき、電子線描画装置にてレジスト上に描画したものを現像し、その表面にNiのスパッタを施し、Ni電鋳を行った。CGHの計算は、図21に示す第2領域304が第1領域303に対して垂直に立った状態で再生像を再生するように事前に行った。Ni電鋳した平板をシリンダーに巻きつけ、ロールtoロールにて凹凸形状を形成した。
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
Claims (9)
- 第1方向に透過性を有している光学素子において、
第1情報の要素を形成する第1面をそれぞれが有している複数の第1部材を備え、
前記第1情報は、前記第1面に設けられている回折格子によって形成され、
前記第1面は、前記第1方向と直交する第2方向を向いている、
透過型光学素子。 - 第1方向に透過性を有している光学素子において、
第1情報の要素を形成する第1面をそれぞれが有している複数の第1部材を備え、
前記第1情報は、前記第1面に設けられている光を拡散させる構造によって形成され、
前記第1面は、前記第1方向と直交する第2方向を向いている、
透過型光学素子。 - 第1方向に透過性を有している光学素子において、
第1情報の要素を形成する第1面をそれぞれが有している複数の第1部材を備え、
前記第1情報は、前記第1面に設けられているディスプレイによって形成され、
前記第1面は、前記第1方向と直交する第2方向を向いている、
透過型光学素子。 - 第1方向に透過性を有している光学素子において、
第1情報の要素を形成する第1面をそれぞれが有している複数の第1部材を備え、
前記第1情報は、前記第1面に設けられている光の振幅あるいは位相を制御する構造によって形成され、
前記第1面は、前記第1方向と直交する第2方向を向いている、
透過型光学素子。 - 第1方向に透過性を有している光学素子において、
第1情報の要素を形成する第1面をそれぞれが有している複数の第1部材を備え、
前記第1情報は、前記第1面に設けられている受像素子によって形成され、
前記第1面は、前記第1方向と直交する第2方向を向いている、
透過型光学素子。 - 第2情報の要素を形成する第2面をそれぞれが有している複数の第2部材を備え、
前記第2面は、前記第1方向と直交する方向であって、前記第2方向とは異なる第3の方向を向いている、
請求項1から5の何れか1項に記載の光学素子。 - 前記光学素子は湾曲可能である、請求項1から請求項6の何れか1項に記載の光学素子。
- 請求項1から7の何れか1項に記載の前記光学素子に相当する第1光学素子と第2光学素子を備える光学素子デバイス。
- 請求項2または3に記載の前記光学素子と、
前記光学素子を搬送させる搬送機構と、
前記第1面による映像に同期させて、前記搬送機構による前記光学素子の搬送を制御する制御部と、
を備える、光学素子制御システム。
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