JPH10500231A - 方向性反射光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 透明な本体（１１）と、その上に形成された２つのプリズム表面（１６，１８）とを備える光学装置である。この複合構造により、入射ビーム（１２）と出射ビーム（１４）の間の角度関係か、２つの直角な軸の回りの装置（１１）の少しの移動に対しては、固定されて維持される２軸安定を示す。

Description

【発明の詳細な説明】 方向性反射光学装置 発明の分野 本発明は、入射光の方向を変える光学装置である。特に、本発明は、入射光の 方向を固定された角度で変える構造化された光学シートに関する。この特性は、 ある範囲においては、シート面の方向とは独立である。 背 景 米国特許第4,799,137 号に開示されているような反射の構造化光学シートは、 入射光を遮断して方向を変えるのに使用することができる。この文献においては 、光は反射鏡コーティングと組み合わせた屈折性の光学要素により、設計角度（ ９０度）で方向が変えられる。これは所定の方向に反射させる光学装置の一例で ある。複合構造に反射鏡を含むことは、透明プラスチックフィルム上又は装置の 本体部への金属層の蒸着コーティングを必要とする。このような金属層は、光学 的には効率的でなく、適用するには高価であり、特に環境条件による劣化という 問題がある。 この形式の装置は、いわゆる「単一軸安定」を示す。入射光ビームと出力は、 たとえ装置が１つの軸の回りを少し回転しても、固定の角度関係を示す。この特 性は、いくつかの応用で利用されている。 概 要 本発明は、透明な本体の対向する側に形成された２つの光学的な 構造化表面を有する。この装置は、いわゆる「２軸安定」を示す。作用において は、大きな入射角で第１の表面、すなわち「上側」の表面に入る入射光線は、上 側表面に形成されたプリズム列により、装置本体内に屈折される。これらの「捕 捉された」光線は、全内反射により、透明材料の第２の表面、すなわち「下側」 の表面に向けられる。下側の構造化表面も捕捉した光線を第１すなわち上側表面 に戻すプリズム列を有しており、光線は第１の表面すなわち上側表面で「最初」 の入射光線に垂直な方向に再び屈折される。２つの構造化表面は、共同して入射 光ビームを捕捉してある角度に方向を変え、例えば図では９０度で示されるある 角度だけ方向を変える。このプロセスは、ある範囲内であれば、３軸のうちの２ 軸の回りの光学装置の方向に対してある程度独立である。このように、この装置 は、「２軸安定」を示す。 図面の簡単な説明 図面は、本発明の例を示し、そこでは同一の参照番号は同一の構造要素を示す 。 第１図は、本発明の平面形状の装置の斜視図を示す。 第２図は、本発明の装置の断面図を示す。 第３図は、本発明の装置の断面図を示す。 第４図は、本発明の弧状の（曲がった）装置の斜視図を示す。 詳細な説明 従来のコーナーキューブ反射体を、逆方向（レトロ）反射ということにする。 これは反射された光線が、入射光線と同じ光路に沿って戻るように進行するから である。この特性は、３つの軸すべての回りをある範囲内で回転しても維持され る。このように、コーナー キューブは、「３軸安定」を有するといえる。コーナーキューブは、入射角が反 射角に一致する平面反射鏡と比較されるべきである。この光学装置では、角度が ゼロの時のみ反射光は入射光に従って進む。この狭い条件では、平面反射鏡はレ トロ反射であり、この特性は反射鏡がレトロ反射光線により形成されたこの単一 軸の回りを回転する時に維持されるので、「単一軸安定」を有するともいえる。 以下に詳しく説明する本発明は、第１図に示すように、Ｘ軸とＹ軸の回りの２軸 安定を有する。この意味で、平面反射鏡とコーナーキューブの間に位置するとい える。 第１図は、平面形状の光学装置１０の斜視図である。一般に、本体１１は透明 材料で作られ、構造化上側表面１６と構造化下側表面１８とを有する。上側表面 １６は、プリズム２４、２６、２８等で示される線形（リニア）プリズム列であ る。作用においては、中央入射光線１２の切片（ａｂ）は、プリズム２４の第１ の切子面（ファセット：ｆａｃｅｔ）２３でプリズム２４に入射し、そこで本体 １１に入る。最終的には、中央出射光線１４の切片（ｆｇ）がプリズム２６の切 子面３０から出射される。 出射光線１４を有する垂直平面は、出射光線１２を含む垂直平面から変位して いるが、平行である。第１図においては、出射光線１４は、図示のように、隣接 するプリズム２６から出射される。もし本体の厚みがＺ方向に十分に大きくなる と、出射光線は「次の」すなわち２番目の隣接するプリズム２８から出射される ことになる。プリズムの幾何構造と本体１１の厚みＴの間には、どのプリズムが 出射光線を出射するかを制御するのに必要な関係がある。一般に、光学装置１０ の効率は、出射光線が隣接するプリズム２６から出射されるように厚み選択する ことにより最大になる。 第２図は、光学装置１０をＹ軸にそって切断した時の断面図であ る。この図において、図示の入射光線１２の切片（ａｂ）は、プリズム３６の頂 点をちょうどかすめる。この入射光線１２の切片（ａｂ）は、プリズム２４の表 面２３の点（ｂ）で屈折され、光線の切片（ｂｃ）はプリズム２４の第２の表面 ３２の点（ｃ）で全内反射する。そして光線（ｃｄ）は光学装置１０の本体１１ を通過して下側表面１８のリニアプリズムに向けられ、そこで第３図を参照して 説明されるように反射される。 屈折率が１．４５から１．６の間の大部分の一般の光学プラスチック材料を使 用して、規則的な直角プリズムとすれば、光学装置に備わる受容角は、約１３度 になる。 第３図は、Ｘ軸に沿って切断した時の光学装置１０の断面図である。この図が 、下側表面１８における光線の切片（ｃｄ）の反射をもっともよく示している。 下側表面１８は、プリズム４０を有するプリズム列を有する。内部の光線の切片 （ｃｄ）は、プリズム４０の第１の表面４２の点（ｄ）で全内反射されてＸ−Ｚ 平面で角度方向が９０度変えられ、プリズム４０の第２の表面４４に向けられる 。プリズム４０の第２の表面４４は、更に点（ｅ）における光線（ｄｅ）の方向 をＹ−Ｚ平面において９０度方向変え、上側表面１６に向けて戻す。入射光線１ ３と出射光線１５は、光学装置１０の１軸安定を示し、第１図に示すように、そ れは装置１０がＸ軸の回りを少し回転していると考えられる。この説明で、切片 （ｊｋ）は反射されて点（１）の方に向けられる。（１）における全内反射は、 切片（１ｍ）に平行な切片（ｊｋ）になる。しかし、切片（ｈｊ）と（ｍｎ）の 間の光路の差は、光線１５にまったく平行というわけではない。しかし、下側の 表面が反射鏡であるのに比べて、光線は同じ方向になる傾向である。 これまでの説明では、入射光線がどのようにして第１のプリズム に入り、異なるプリズムを通して光学装置から出る変位した出射光線を形成する ように９０度の角度方向を変えるかについて説明した。この例示した実施例（例 １）では、上側表面Ｐ１と下側表面ｐ２のプリズムピッチは同一であった。すな わち、上側表面と下側表面の両方で、プリズムの頂点間の距離は同一である。こ の例示した実施例（例１）では、上側表面と下側表面のプリズムは、同一の幾何 構造を有し、第１と第２の切子面が直角の頂角で交わる規則的な直角プリズムで ある。更に、例示した実施例では、上側表面のプリズムは下側表面のプリズムに 直角である。平板形状における第１図の構造は、次の通りである。 例１ 光学構造の厚み T=.021 上側表面(16)のピッチ(P1) P1=P2=.014 上側表面プリズム(36,26)は、規則的な直角プリズムである。 下側表面(18)のピッチ(P2) P1=P2=.014 下側表面プリズム(40)は、規則的な直角プリズムである。 P1の溝はP2の溝に対して９０度である。 本発明のいくつかの変形例が同様に可能である。例えば、下側表面のピッチＰ ２は、上側表面のピッチＰ１より小さくでき、光学装置１０の厚みＴは同様に変 えることができる。更に、上側表面のプリズム角を変えて、出射光線を９０度よ り小さいか又は大きな角度で方向を変える構造にすることも可能である。例えば 、８０度から１１０度の間の角度にすると有用である。 本発明の平面型の形状の例についてこれまで説明してきたが、装置は第４図に 示すように曲げたすなわち弧状の形状に製作して使用することもできる。第４図 は、Ｙ軸に沿って正のＺ方向に曲げた本 発明の装置を示している。装置は、Ｙ軸に沿って負のＺ方向に曲げることも、Ｘ 軸に沿って正負のＺ方向に曲げることもできる。複合した曲げにすることもでき る。いずれの曲げ形状であっても、第１図から第３図に示した平面形状と同様に 、Ｘ軸とＹ軸の両方の回りに２軸安定が維持される。 第４図に示す曲がった形状の作用は、すべての点において、第１図から第３図 に示した平面形状についての上記の説明と同じである。入射光線１２の切片（ａ ｂ）はプリズム２４の第１の切子面２３で本体１１内に入る。最終的に、出射光 線１４の切片（ｆｇ）は、第１図から第３図に示した平面形状についての上記の 説明と同じように、プリズム２６の切子面３０から出射される。 本発明の構造の特別な例について説明したが、本発明の範囲を逸脱せずに、構 造に対する多数の変形例が可能であることが明らかである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年５月８日 【補正内容】 請求の範囲 １．透明体で構成され、該透明体の対向する側に形成された第１と第２の構造 化表面を有する反射物であって、 前記第１の構造化表面は、第１の方向に整列した第１のプリズム列を有し、 前記第２の構造化表面は、前記第１の方向と異なる第２の方向に整列した第２ のプリズム列を有し、 ある入射角度で前記第１の構造化表面に入射した光線は、前記第２の構造化表 面で反射されて、ある出射角度で前記第１の構造化表面から出射し、前記出射角 度は前記入射角度に対して規定される反射物。 ２．請求項１に記載の反射物であって、 前記第１のプリズム列における各プリズムは、頂角を規定するプリズム角で交 わる第１と第２の切子面を有する反射物。 ３．請求項２に記載の反射物であって、 前記第１のプリズム列における前記プリズムの少なくとも１つの頂角は、約９ ０度である反射物。 ４．請求項２に記載の反射物であって、 前記第１のプリズム列における前記プリズムの少なくとも１つの頂角は、８０ 度と１１０度の間である反射物。 ５．請求項１に記載の反射物であって、 前記第２のプリズム列における各プリズムは、頂角を規定するプリズム角で交 わる第１と第２の切子面を有する反射物。 ６．請求項５に記載の反射物であって、 前記第２のブリズム列における前記プリズムの少なくとも１つの頂角は、約９ ０度である反射物。 ７．請求項５に記載の反射物であって、 前記第２のプリズム列における前記プリズムの少なくとも１つの頂角は、８０ 度と１１０度の間である反射物。 ８．請求項１に記載の反射物であって、 前記第１の方向は、前記第２の方向にほぼ直角である反射物。 ９．請求項１に記載の反射物であって、 前記出射角度で前記第１の構造化表面の第１のプリズムに入射した光線は、前 記第２の構造化表面で反射され、前記出射角度で前記第１の構造化表面の第２の プリズムから出射される反射物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アホー，ケネス エー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427 （番地なし) (72)発明者 ドレーヤー，ジョン エフ．ジュニア アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427 （番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１と第２の構造化表面を有する反射物であって、 前記第１の構造化表面は、第１の方向に整列した第１のプリズム列を有し、 前記第２の構造化表面は、前記第１の方向と異なる第２の方位に整列した第２ のプリズム列を有し、 ある入射角度で前記第１の構造化表面に入射した光線は、前記第２の構造化表 面で反射されて、ある出射角度で前記第１の構造化表面から出射し、前記出射角 度は前記入射角度に対して規定される反射物。 ２．請求項７に記載の反射物であって、 前記第１のプリズム列における各プリズムは、頂角を規定するプリズム角で交 わる第１と第２の切子面を有する反射物。 ３．請求項８に記載の反射物であって、 前記第１のプリズム列における前記プリズムの少なくとも１つの頂角は、約９ ０度である反射物。 ４．請求項８に記載の反射物であって、 前記第１のプリズム列における前記プリズムの少なくとも１つの頂角は、８０ 度と１１０度の間である反射物。 ５．請求項７に記載の反射物であって、 前記第２のプリズム列における各プリズムは、頂角を規定するプリズム角で交 わる第１と第２の切子面を有する反射物。 ６．請求項１１に記載の反射物であって、 前記第２のプリズム列における前記プリズムの少なくとも１つの頂角は、約９ ０度である反射物。 ７．請求項１１に記載の反射物であって、 前記第２のプリズム列における前記プリズムの少なくとも１つの頂角は、８０ 度と１１０度の間である反射物。 ８．請求項７に記載の反射物であって、 前記第１の方向は、前記第２の方向にほぼ直角である反射物。 ９．請求項７に記載の反射物であって、 前記入射角度は、０度から１３度の範囲である反射物。 １０．請求項７に記載の反射物であって、 前記出射角度は約９０度である反射物。 １１．請求項７に記載の反射物であって、 前記出射角度で前記第１の構造化表面の第１のプリズムに入射した光線は、前 記第２の構造化表面で反射され、前記出射角度で前記第１の構造化表面の第２の プリズムから出射される反射物。 １２．請求項１７に記載の反射物であって、 前記出射角度は、約９０度である反射物。