JP7063565B2 - Optical devices suitable for display / lighting and their driving methods - Google Patents
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Description
本発明は、光学装置とその駆動方法に関し、特に奥行きのある像空間を形成することのできる、表示/照明に適した光学装置とその駆動方法に関する。 The present invention relates to an optical device and a driving method thereof, and to an optical device suitable for display / illumination and a driving method thereof, which can form a particularly deep image space.
合わせ鏡のように、第1と第2の鏡部材を対向配置し、両者の間に配置した光源を点灯すると、光源から発した光線は第1、第2の鏡部材の間で多重反射する。対向する鏡部材の少なくとも一方を半透過鏡とすれば、半透過鏡を介して多重反射光を観察でき、観察者の注意を引ける奥行きのある表示/照明を行うことができる(例えば特許文献1)。 When the first and second mirror members are arranged facing each other and the light source arranged between them is turned on like a mirror, the light rays emitted from the light source are reflected multiple times between the first and second mirror members. .. If at least one of the facing mirror members is a semi-transmissive mirror, multiple reflected light can be observed through the semi-transmissive mirror, and display / illumination with a depth that attracts the attention of the observer can be performed (for example, Patent Document 1). ).
図6Aに示すように、円筒型支持材104を介して、半透過鏡である第1の鏡部材102と全反射鏡である第2の鏡部材103とを平行に支持し、それらの間に複数の光源105を配置した光学部材101を形成する。光源105から発した光ビームは、第1、第2の鏡部材102,103の間で多重反射することができる。観察者106は、半透過鏡である第1の鏡部材102側から光学部材101を観察すると、多重反射する各光ビームを観察できる。
As shown in FIG. 6A, the
図6Bは光学部材101を半透過鏡である第1の鏡部材102の中央部から観察した時の光源像の見え方を示す平面図である。実際に光源が配置された位置から中央に向かって複数の光源像105gが観察される。最も外側の光源像は光源を発した後反射せずに半透過鏡である第1の鏡部材102を透過した光ビームであり、光源そのものの像である。第1の反射部材と第2の反射部材による多重反射を経て出射する光ビームは、虚像である光源像を形成する。多重反射の回数に応じて、中央に向うに従って虚像である光源像までの距離が増大し、その径が小さくなっている。中央部には光源像が存在しない暗黒部が存在する。
FIG. 6B is a plan view showing how the light source image looks when the
図6Cは、観察者が第1の鏡部材の中央から外れた位置から光学部材101の第1の鏡部材102を観察した時の平面図である。観察者の位置に対応して、光源像、暗黒部の位置が変化している。
FIG. 6C is a plan view when the observer observes the
図7A,7B,7Cは、第1、第2の鏡部材102,103の少なくとも一方を対向する鏡部材の方向に突出する曲面形状とした構成を示す。図7Aでは、半透過鏡である第1の鏡部材102が第2の鏡部材103に向って突出する曲面を形成している。図7Bでは、全反射鏡である第2の鏡部材103が第1の鏡部材102に向って突出する曲面を形成している。図7Cでは、第1の鏡部材102、第2の鏡部材103が互いに他方に向って突出する曲面を形成している。
7A, 7B, and 7C show a configuration in which at least one of the first and
図7Dは、図7A,7B,7Cの場合、第1の鏡部材中央部から観察した光源像を示す平面図である。各光源から中央に向って光源像が配列され、中央の暗黒部107の大きさが縮小している。
FIG. 7D is a plan view showing a light source image observed from the central portion of the first mirror member in the case of FIGS. 7A, 7B, and 7C. The light source images are arranged from each light source toward the center, and the size of the
少なくとも一方が半透過鏡である第1、第2の鏡部材を対向配置し、その間に光源を配置し、半透過鏡である鏡部材側から光源を観察すると、多重反射により奥行き方向に配列した複数の光源像を観察することができる。多重反射により奥行きのある視野を提供することができる。複数の光源像は、多重反射する次数に応じて固定された像である。奥行き方向の距離、例えば奥行き方向に配列される光源像の数、を変化させることができれば、動きのある視野を提供でき、さらに観察者の注意を引くことができる。 When the first and second mirror members, one of which is a semi-transmissive mirror, are arranged facing each other, the light source is arranged between them, and the light source is observed from the mirror member side which is a semi-transmissive mirror, they are arranged in the depth direction by multiple reflection. Multiple light source images can be observed. Multiple reflections can provide a deep field of view. The plurality of light source images are fixed images according to the order of multiple reflections. If the distance in the depth direction, for example, the number of light source images arranged in the depth direction, can be changed, a moving field of view can be provided and the observer's attention can be further drawn.
実施例による表示/照明装置は、半透過鏡である第1の鏡部材と、第1の鏡部材と対向配置された第2の鏡部材と、第1の鏡部材と第2の鏡部材の間の空間乃至その側方に配置された光源と、を含み、第1の鏡部材と第2の鏡部材との少なくとも一方の反射率を変化させることができる制御装置を備え、観察者は対向配置された第1、第2の鏡部材の第1の鏡部材側から観察し、光源から直接向かう光ビームによる像、および第1、第2の鏡部材で反射した後、向かう光ビームによる虚像を観察する。
The display / illumination device according to the embodiment includes a first mirror member which is a semi-transmissive mirror, a second mirror member arranged to face the first mirror member, a first mirror member, and a second mirror. The observer includes a space between the members or a light source arranged on the side thereof, and is equipped with a control device capable of changing the reflectance of at least one of the first mirror member and the second mirror member. Observes from the side of the first mirror member of the first and second mirror members arranged so as to face each other, an image of a light beam directly directed from the light source, and a light beam reflected by the first and second mirror members and then headed. Observe the imaginary image by .
第1の鏡部材と第2の鏡部材との合成反射率を変化させると、観察者が第1の鏡部材側から観察した時の視野の奥行きを変化させることができる。 By changing the combined reflectance of the first mirror member and the second mirror member, the depth of the visual field when the observer observes from the first mirror member side can be changed.
1,101 光学装置、 2,102 (半透過鏡である)第1の鏡部材、
3,103 (可変反射率を有する)第2の鏡部材、 5,105 光源、
6,106 観察者、 8 反射防止膜、 9 制御装置。
1,101 optics, 2,102 (semi-transmissive mirror) first mirror member,
3,103 Second mirror member (with variable reflectance), 5,105 light source,
6,106 Observer, 8 Anti-reflective coating, 9 Control device.
図1Aを参照して、対向する第1、第2の鏡部材間空間乃至その側方に光源を配置した構成における、多重反射光ビームの挙動を考察する。一部の光を反射し、一部の光を透過する半透過鏡(ハーフミラー)2と全反射鏡3を対向させ、側方に光源5を配置する。簡略化のため、光源5は全反射鏡3端部表面上の位置に配置するとする。一部の光が透過する半透過鏡2の前方から観察者6が観察する。光源5から発する光は、広く分布するが、観察者6に観察される光ビームのみを考察する。
With reference to FIG. 1A, the behavior of the multiple reflected light beam in the configuration in which the light sources are arranged in the space between the first and second mirror members facing each other or on the side thereof will be considered. A semi-transmissive mirror (half mirror) 2 that reflects a part of the light and transmits a part of the light and a
光源5から観察者6に直接向かう光ビームをb1とし、第1の鏡部材2、第2の鏡部材3でそれぞれ1回反射した後、観察者6に向う光ビームをb2とし、第1の鏡部材2、第2の鏡部材3でそれぞれ2回(3回)反射した後、観察者6に向う光ビームをb3(b4)とする。光ビームb2、b3、b4によって観察される光源5の虚像5-1,5-2,5-3は、第2の鏡部材3の後方、対向基板間往復距離、及びその2倍、3倍の位置に配置される。観察者は、光源の虚像を観察することにより、奥行きを増加した視野を感じる。
The light beam directly directed from the
図1Bは、第2の鏡部材が透明体3tである場合を示す。光源から第2の鏡部材に向って進行した光ビームは、第2の鏡部材で反射することなく、第2の鏡部材を透過する透過光3tとなる。多重反射は生じず、視野(像空間)の奥行きは増加しない。
FIG. 1B shows a case where the second mirror member is a
図1Cは、第2の鏡部材3の反射率が変化する場合を示す。第2の鏡部材3の下方に示したグラフのように、第2の鏡部材の反射率は徐々に増大する。ここで、反射率が増加するとともに、増加の割合である増加率は徐々に減少する。第2の鏡部材の反射率がゼロから増加すると、図1Bの動作から図1Aの動作への変化が生じる。第2の鏡部材の反射率が増加するにつれ、光源5の虚像が次第に増加する。虚像5-1,5-2,5-3,5-4を図示したが、例えば10次の虚像くらいまで観察可能となる。10次の虚像は、第2の鏡部材3の後方、対向基板間距離の10倍の位置に認識され、深い視野を提供することになる。
FIG. 1C shows a case where the reflectance of the
図1Eは、ミラーデバイス(第2の鏡部材)の反射率をパラメータとして、シミュレーションにより、光源の虚像の明るさを多重反射の次数の関数として示したグラフである。なお、多重反射の次数は、対向鏡部材間1往復を次数1とする。反射率がゼロであれば、虚像は生じない。反射率が20%、40%、60%と増加すると、例えば、3次、5次、7次虚像が認められるようになり、反射率が80%の時には10次虚像も認められる。
FIG. 1E is a graph showing the brightness of the virtual image of the light source as a function of the order of multiple reflections by simulation with the reflectance of the mirror device (second mirror member) as a parameter. As for the order of multiple reflections, one round trip between facing mirror members is set to
図1Dは対向する第1、第2の鏡部材2,3間に3重に光源を配置した構成を示す断面図である。図1Cでは、対向鏡部材2,3間に1つの光源を配置する例を示したが、奥行き方向を増加した視野の効果を明確にするには虚像の位置も増加する方が効果的になる。図1Dの構成では、対向する第1、第2の鏡部材2,3間の光軸方向に3つの光源を重ねて配置している。対向基板間の距離、対向基板間の距離内に重ねて配置する光源の数は種々変更可能である。
FIG. 1D is a cross-sectional view showing a configuration in which three light sources are arranged between the first and
図1Fは、対向基板間に3重に光源を配置し、ミラーデバイスをOFF(反射率ゼロ)とした場合の半透過鏡側から観察した視野画像であり、図1GはミラーデバイスをONとして第2の鏡部材を実効的な反射鏡とし、多重反射を生じさせた場合の半透過鏡側から観察した視野画像を示す。多重反射を利用することにより、視野の奥行きを深めることが可能となる。 FIG. 1F is a field image observed from the semi-transmissive mirror side when the light sources are triple-arranged between the facing substrates and the mirror device is turned off (reflectance is zero), and FIG. 1G shows a field image observed with the mirror device turned on. The field image observed from the semitransparent mirror side when multiple reflections are generated is shown by using the mirror member of No. 2 as an effective reflecting mirror. By using multiple reflections, it is possible to deepen the depth of the field of view.
図2Aは、表示/照明に適した光学装置1の構成を概略的に示す断面図である。半透過鏡である第1の鏡部材2と反射率を変化できる第2の鏡部材3の間に発光ダイオード(IED)で形成された複数の光源5が配置される。第2の鏡部材の両面には、反射防止膜8が配置されている。第2の鏡部材3はAg等の鏡面を形成可能な電気化学素子であり、制御装置9から供給される電圧が印加される。観察者6は、半透過鏡である第1の鏡部材2側から光学装置を観察する。
FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
図2Bに示すように、第2の鏡部材3は透明電極23,24を有する一対の透明基板21,22を電極を内側にして対向させ、封止材25で閉じた空間を形成し、閉じた空間内に電解液26を封じた構成である。電解液26は、Agを析出するAg塩として200mMのAgBr、支持塩として800mMのLiBr,メディエータとして800mMのTaCl5、溶媒としてガンマブチルラクトン(GBL)を含む。透明電極23,24間に直流電圧を印加すると、負局側の透明電極上にAg層が析出する。
As shown in FIG. 2B, in the
図3Aは、上述の光学装置1の駆動例における印加電圧波形を示すグラフである。ON期間には正極性の電圧Vonが印加され、OFF期間の主期間には負極性の電圧Voffが印加され、OFF期間の接地期間には接地電圧が印加される。On期間に負電極側の透明電極上にAg層が析出し、OFF期間には印加電圧反転により析出層が溶解する。
FIG. 3A is a graph showing an applied voltage waveform in the driving example of the above-mentioned
図3Bは、第2の鏡部材3の反射率をパラメータとした、光源の虚像次数に対する明るさを示すグラフである。反射率がゼロの場合は虚像が発生しない。反射率が20%、40%、60%、80%の場合、次数の増加に従って明るさが減少する虚像が形成される。反射率20%では3次の虚像まで認識でき、反射率40%では5次の虚像まで認識でき、反射率60%では7次虚像まで認識できる。反射率80%では10次の虚像も認識できる。
FIG. 3B is a graph showing the brightness with respect to the virtual image order of the light source, with the reflectance of the
図3Cは、図3Bのグラフをセミログスケールで示す。内容は同じである。低輝度領域での変化が、リニアスケールの場合より明確に表れている。 FIG. 3C shows the graph of FIG. 3B on a semi-log scale. The content is the same. The change in the low-luminance region is more pronounced than in the linear scale.
なお、多重反射の強度は対向する第1、第2の鏡部材全体としての反射率に依存する。第2の鏡部材の反射率を固定反射率とし、第1の鏡部材の反射率を変化させても多重反射の次数は変化する。すなわち、第1、第2の鏡部材の少なくとも一方の反射率を可変とすることにより、多重反射の次数を変化することが可能である。 The intensity of multiple reflections depends on the reflectance of the opposing first and second mirror members as a whole. Even if the reflectance of the second mirror member is fixed and the reflectance of the first mirror member is changed, the order of multiple reflections changes. That is, it is possible to change the order of multiple reflections by making the reflectance of at least one of the first and second mirror members variable.
第1の鏡部材2と第2の鏡部材3との間で多重反射を生じさせる場合、対向鏡部材間を1往復することにより多重反射の次数が1増加する。第1の鏡部材2と第2の鏡部材3との間の距離をgとすれば、多重反射の次数が1増加することは、像空間の奥行きが(2g)増加することを意味する。n次までの多重反射を生じさせると、像空間の奥行きは2(ng)となり、実際の鏡部材間極gの2n倍となる。車両用テールランプの場合、対向する鏡部材間の距離は、1cm~50cmとすることが好ましいであろう。他の要件なども考慮すると、対向する鏡部材間の距離は、2cm~30cmとすることがより好ましいであろう。
When multiple reflections are generated between the
図4は、表示面が曲面の光学装置30の例を示す。前述の例同様、半透過鏡の下側に反射率を変化できる鏡部材が配置された構成を有する。領域1の表示面31aと領域2の表示面31bが上下に隣接配置され、領域1内にターンランプ32が配置され、領域2内にブレーキランプ33が配置される。反射率を増加することにより、明るさの増加と共に多重反射次数が増加し、像空間の奥行きが深くなる。続いて反射率を減少させると、明るさが減少し、多重反射次数が減少し、像空間の奥行きが浅くなる。多重反射により、ターンランプ乃至ブレーキランプの内側にサイズを縮小した虚像が形成される。虚像の変化により、後続車の運転者は先行車の表示を認識し易くなり、安全運転に寄与する。
FIG. 4 shows an example of an
反射率を変化することができるミラーデバイスとして、上述した電解液を用いてAg等の鏡層を析出/溶解できる可変ミラーに換えて、以下に記載するような構成を用いることもできる。 As a mirror device capable of changing the reflectance, a configuration as described below can be used instead of a variable mirror capable of precipitating / dissolving a mirror layer such as Ag using the above-mentioned electrolytic solution.
図5Aは、液晶素子35の前側に通常の偏光子P1,液晶素子の後ろ側に反射型の偏光子P2が配置され、制御装置9によって制御された液晶素子35の状態に応じて入射光が反射、遮光される構成を示す。液晶素子の状態によって反射率を変化することができる。なお、前側の偏光子P1も反射型の偏光子としてもよい。
In FIG. 5A, a normal polarizing element P1 is arranged on the front side of the
図5Bは、基板37表面にマグネシウム/イットリウム合金の鏡層38が形成されており、鏡層38を水素ガス流39に曝すことができる構成である。合金層と水素との結合状態に応じて、透明状態/鏡状態が変化する。水素の結合状態によって、反射率を変化することができる。
In FIG. 5B, a magnesium / yttrium
図5Cは、基板41上に形成した全反射鏡42の前にエレクトロクロミックセル43を配置した構成を示す。エレクトロクロミックセル43内でクロミック層44が形成されると、全反射鏡42を含む全体の反射率が低下する。クロミック層の遮光程度に応じて、全体としての反射率を変化することができる。
FIG. 5C shows a configuration in which the
これらの構成を用い、入射光に対する反射率を変化させ、多重反射の次数を変化させることにより視野(像空間)の奥行きを変化させる表示を行うことも可能であろう。 Using these configurations, it would be possible to display the depth of the visual field (image space) by changing the reflectance with respect to the incident light and changing the order of multiple reflections.
以上実施例に沿って説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば種々の偏光、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。 Although described above with reference to Examples, the present invention is not limited thereto. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various polarizations, improvements, combinations, etc. are possible.
Claims (11)
前記第1の鏡部材と対向配置された第2の鏡部材と、
前記第1の鏡部材と前記第2の鏡部材の間の空間乃至その側方に配置された光源と、
を含み、
前記第1の鏡部材と前記第2の鏡部材との少なくとも一方の反射率を変化させることができる制御装置を備え、
観察者は対向配置された前記第1、第2の鏡部材の前記第1の鏡部材側から観察し、前記光源から直接向かう光ビームによる像、および前記第1、第2の鏡部材で反射した後、向かう光ビームによる虚像を観察する、
表示/照明装置。 The first mirror member, which is a semi-transmissive mirror,
A second mirror member arranged to face the first mirror member,
A space between the first mirror member and the second mirror member or a light source arranged on the side thereof,
Including
A control device capable of changing the reflectance of at least one of the first mirror member and the second mirror member is provided.
The observer observes from the first mirror member side of the first and second mirror members arranged to face each other, and is reflected by the image of the light beam directly directed from the light source and the first and second mirror members. After that, observe the virtual image by the heading light beam,
Display / lighting equipment .
前記制御装置は、前記第2の鏡部材の反射率を変化させることができる、請求項1に記載の表示/照明装置。 The first mirror member has a fixed reflectance and has a fixed reflectance.
The display / lighting device according to claim 1 , wherein the control device can change the reflectance of the second mirror member .
前記光源を点灯し、
前記制御装置により前記第2の鏡部材の反射率を変化させ、
観察者は対向配置された前記第1、第2の鏡部材の前記第1の鏡部材側から観察し、前記光源から直接向かう光ビームによる像、および前記第1、第2の鏡部材で反射した後、向かう光ビームによる虚像を観察することにより、視野の奥行きを変化させる、
ことを特徴とする表示/照明装置の駆動方法。 A first mirror member which is a semi-transmissive mirror, a second mirror member arranged to face the first mirror member, and a space or a side thereof between the first mirror member and the second mirror member. A display / lighting device including a light source arranged in the direction and a control device for changing the reflectance of at least one of the first mirror member and the second mirror member is prepared.
Turn on the light source
The reflectance of the second mirror member is changed by the control device, and the reflectance is changed.
The observer observes from the first mirror member side of the first and second mirror members arranged to face each other, and is reflected by the image of the light beam directly directed from the light source and the first and second mirror members. After that, the depth of the field of view is changed by observing the virtual image of the heading light beam .
A method of driving a display / lighting device , characterized in that.
The method for driving a display / lighting device according to claim 10 , wherein the reflectance of the second mirror member repeatedly increases and decreases.
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