WO2019065538A1 - 光学装置とその駆動方法 - Google Patents

Abstract

実施例による光学装置は、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は反射率を変化することができる。第１の鏡部材を透明状態となり得るミラーデバイスに置換することもできる。

Description

光学装置とその駆動方法

　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、表示や照明に適した光学装置とその駆動方法に関する。

　合わせ鏡のように、第１と第２の鏡部材を対向配置し、例えば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し、観察者が半透過鏡を介して多重反射光を観察すると、奥行きのある表示／照明が認識できる（例えば（ＪＰ,Ｕ）８１-１３９１９１）。

　図６Ａに示すように、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、円筒型支持材１０４を介して平行に支持し、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の間で種々に多重反射できる。半透過鏡である第１の鏡部材１０２側から観察者１０６が光学部材１０１を観察すると、多重反射する各光ビームを観察できる。

　図６Ｂは、半透過鏡である第１の鏡部材１０２の中央部から観察者が光学部材１０１を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、光源を発した光が反射せずに半透過鏡である第１の鏡部材１０２を透過した像であり、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。中央に向うに従って、多重反射の回数が増加し、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。

　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観察した時の、光学部材１０１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。

　透明状態、反射状態を選択的に実現できる装置として、エレクトロデポジション素子を用いたミラーデバイスが知られている（たとえば特開２０１７－１９１２０２号、特開２０１５－０８２０８２号）。エレクトロデポジション素子は、主に対向配置される一対の電極と、その一対の電極間に挟持され、銀を含有するエレクトロデポジション材料を含む電解質層と、を有する。一対の電極間に直流電圧を印加すると、負極側電極上にＡｇ層を析出して、ミラー層を形成できる。電圧無印加時には、Ａｇ層は溶解し、透明状態となる。

　電圧無印加時にミラーデバイスに入射した光は透過する（透明状態）。電圧を印加し、平滑負極側電極上にＡｇ層を析出させた場合、入射光は反射される（反射状態（鏡状態））。印加電圧値を調整し、Ａｇ析出量を増減させることで反射率を変更することもできる（半透過状態（一部の光を透過し一部の光を反射する状態））。

　表面に微細な凹凸を備える透明電極を形成し、その上にＡｇを析出させ、遮光状態（光吸収状態、黒状態）を実現することも可能である。透明平滑電極間にステップ電圧を印加し、入射光を赤色や青色等に着色して出射することもできる（着色状態）。

　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。

　実施例による光学装置は、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は反射率を変化することができる。「反射率」とは、特に断りのない限り、可視光領域全体の平均反射率をさす。

　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。

　第１及び第２の鏡部材が、反射率を変化させることができる第１及び第２のミラーデバイスで構成されることもある。

　この時、第１及び第２のミラーデバイスの各々は、エレクトロデポジション素子を用いて構成され、各エレクトロデポジション素子は、（ｉ）対向配置された一対の基板、（ｉｉ）前記一対の基板の対向面上に配置された一対の電極、及び、（ｉｉｉ）前記一対の電極間に配置された電解質層を含み、一対の電極の少なくとも一方は、表面が平滑な電極である。

　図１Ａは半透過鏡である第１の鏡部材と第２の鏡部材とを対向配置させ、間に光源を配置し、光源を発光させた時の主たる光ビームの動きを示す断面図、図１Ｂは第２の鏡部材が透明体である場合の主たる光ビームの動きを示す断面図、図１Ｃは第２の鏡部材の反射率を可変にした時の主たる光ビームの動きを示す断面図、図１Ｄはミラーデバイスの反射率を変化させた時の光源の虚像の明るさの変化を示すグラフ、図１Ｅは対向基板間に３重に光源を配置した構成を示す断面図、図１ＦはミラーデバイスをＯＦＦ（反射率ゼロ）とした時の表示を概略的に示す平面図、図１ＧはミラーデバイスをＯＮとした時の表示を概略的に示す平面図である。

　図２Ａは表示／照明に適した光学装置の構成を概略的に示す断面図、図２Ｂは光学装置の構成要素であるミラーデバイスが液相電気光学素子である構成例を概略的に示す断面図である。

　図３Ａは電解液を用いたミラーデバイスの駆動電圧の時間変化の例を反射率の変化と共に概略的に示すグラフ、図３Ｂ、図３Ｃは電解液を用いたミラーデバイスの反射率の変化による虚像の明るさの変化を、リニアスケールおよびセミログスケールで概略的に示すグラフである。

　図４は、曲面で形成された表示面の一部に光源が配置された構成のミラーデバイスを示す平面図である。

　図５Ａ，５Ｂ，５Ｃはミラーデバイスの他の構成例を示す概略断面図である。

　図６Ａは従来技術による、対向基板間の多重反射を利用した表示素子の構成を概略的に示す斜視図、図６Ｂ，６Ｃは表示素子に表示される光源像の例を示す平面図である。

　図７Ａ、図７Ｂは、実施例による光学装置を示す概略的な断面図、平面図であり、図７Ｃ、図７Ｄは、ミラーデバイス１１、１２を示す概略的な断面図である。

　図８は、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１が反射状態、ミラーデバイス１２が半透過状態に制御された状態を示す概略的な断面図である。

　図９は、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１、１２がともに半透過状態に制御された状態を示す概略的な断面図である。

　図１０は、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１が黒状態、ミラーデバイス１２が透明状態に制御された状態を示す概略的な断面図である。

　図１１は、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１、１２がともに透明状態に制御された状態を示す概略的な断面図である。

　図１２は、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１が黒状態、ミラーデバイス１２が着色状態に制御された状態を示す概略的な断面図である。

　図１３は、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１、１２がともに着色状態に制御された状態を示す概略的な断面図である。

　図１４は、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１が反射状態、ミラーデバイス１２が光散乱状態に制御された状態を示す概略的な断面図である。

　図１５Ａは、第１変形例による曲面鏡を含む光学装置を示す概略的な断面図であり、図１５Ｂは、光学装置のミラーデバイス１１を反射状態、ミラーデバイス１２を半透過状態として、光源１３を点灯したときの外観を示す概略図である。図１５Ｃは、観察者側のミラーデバイスを曲面鏡とした構成を示す概略断面図である。

　図１６Ａ、図１６Ｂは、第２変形例による表示装置を備えた光学装置を示す概略的な断面図、平面図であり、図１６Ｃ、図１６Ｄは、表示装置を含む光学装置の他の形態を示す概略的な断面図である。

　図１７Ａは、複数のループ状光源を備えた光学装置を示す概略的な断面図、図１７Ｂは表示面内に２つのミラーデバイスを形成した構成を概略的に示す断面図、図１７Ｃは、図１７Ｂに示す光学装置を駆動した１形態を示す概略図である。

　図１Ａを参照して、対向する第１、第２の鏡部材２,３間の空間乃至その側方に光源５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。

　光源５から観察者６に直接向かう光ビームをｂ_１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ｂ_２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ｂ_３（ｂ_４）とする。光ビームｂ_２、ｂ_３、ｂ_４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。

　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ｂｔ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。

　図１Ｃは、第２の鏡部材３が鏡面形成を制御できるミラーデバイス３ｖｒであり、鏡面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。

　図１Ｄ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。

　図１Ｅ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１Ｅ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。

　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。

　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。

　図２Ｂに示すように、第２の鏡部材３は透明電極１１ｃ、１１ｄを有する一対の透明基板１１ａ、１１ｂを電極を内側にして対向させ、封止材１１ｆで閉じた空間を形成し、閉じた空間内に電解液１１ｅを封じた構成である。電解液１１ｅは、Ａｇを析出するＡｇ塩として２００ｍＭのＡｇＢｒ、支持塩として８００ｍＭのＬｉＢｒ，メディエーターとして３０ｍＭのＴａＣｌ_５、溶媒としてガンマブチルラクトン（ＧＢＬ）を含む。透明電極１１ｃ、１１ｄ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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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、対向する鏡部材間を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。

　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。第１領域の表示面３１ａと第２領域の表示面３１ｂが上下に隣接配置され、第１領域内にターンランプ３２が配置され、第２領域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。

　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。

　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。

　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。

　ここまで波長分散を有さない鏡を用いる場合を主に説明したが、色付き鏡等波長分散を有する鏡を用いることもできる。反射率波長分散が変化すれば、観察者は変化を認識できる。

　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。

　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。

　図７Ａ、図７Ｂは、実施例による光学装置（照明装置）を示す概略的な断面図、平面図である。光学装置は、対向配置されたミラーデバイス１１、１２、及び、ミラーデバイス１１、１２間に配置された光源１３を含んで構成される。ミラーデバイス１１、１２、及び、光源１３は、筐体１４の内側領域に固定されている。

　ミラーデバイス１１、１２の各々は、たとえばエレクトロデポジション素子を用いた光学部材であり、電着する反射鏡厚を制御することにより、透過率（反射率）を変化させることができる。ミラーデバイス１１、１２の各々は、たとえば入射光が透過する状態（透明状態）と入射光を反射する状態（鏡状態）を切り替えることができ、更に、ハーフミラー（半透過）状態（入射光の一部を透過し一部を反射する状態）とすることができる。これらの基本的状態の他、後述する他の光学状態を実現することも可能である。

　光源１３は、たとえば面状発光する導光板であり、白色光を出射する。光源１３は、ミラーデバイス１１、１２間の領域において、ミラーデバイス１２上の周辺領域に沿って帯状に（矩形に沿う帯状に）配置されている（図７Ｂ参照）。光源１３をミラーデバイス１１、１２間の領域の側方領域に配置することも可能である。

　筐体１４は、ミラーデバイス１１、１２の周囲に配置され、光学装置の側面を画定する不透明部材１４ａ、及び、光学装置の底面側（光学装置をシースルーストップランプに使用する場合はシースルーストップランプの車室側）に配置された透明部材１４ｂを含む。ここで「シースルー」とは、セルを透過する光によって向こう側を透視できる状態を指す。

　図７Ｂは、光源１３を可視化した光学装置の平面図である。筐体４の不透明側壁１４ａに囲まれた透明平面部１４ｂの外側境界に沿ってループ状の光源１３が配置されている。

　光学装置は、更に、制御装置２０を備える。制御装置２０は、ミラーデバイス駆動回路２１、２２、光源駆動回路２３、及び、制御回路２４を含む。ミラーデバイス駆動回路２１、２２は、それぞれミラーデバイス１１、１２の電極に電圧を印加する等して、ミラーデバイス１１、１２を駆動する。光源駆動回路２３は、光源１３を駆動する。具体的には、光源１３の点消灯や光源１３から出射される光の輝度の調節等を行う。制御回路２４は、ミラーデバイス駆動回路２１、２２、光源駆動回路２３を介してミラーデバイス１１、１２、光源１３の駆動を制御する。

　図７Ｃ、図７Ｄに、ミラーデバイス１１、１２の概略的な断面図を示す。図７Ｃが、図７Ａの下側に配置されるミラーデバイス１１を示し、図７Ｄが上側に配置されるミラーデバイス１２を示す。

　ミラーデバイス１１（ミラーデバイス１２）は、略平行に離間して対向配置された一対の透明基板１１ａ、１１ｂ（透明基板１２ａ、１２ｂ）、透明基板１１ａ、１１ｂ（透明基板１２ａ、１２ｂ）の対向面上に配置された透明電極１１ｃ、１１ｄ（透明電極１２ｃ、１２ｄ）、透明電極１１ｃ、１１ｄ（透明電極１２ｃ、１２ｄ）間に配置された電解質層（電解液）１１ｅ（電解質層（電解液）１２ｅ）を含む。電解質層１１ｅ（電解質層１２ｅ）は、封止材１１ｆ（封止材１２ｆ）の内側領域に配置される。

　透明基板１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは、たとえばガラスで形成される。透明電極１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄは、たとえばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）で形成される。また、透明電極１１ｃ、１１ｄの少なくとも一方は表面が平滑な電極であり、透明電極１２ｃ、１２ｄの少なくとも一方も表面が平滑な電極である。平滑な電極表面上にＡｇ層を形成すれば、光学的鏡面を形成できる。

　１構成例においては、ミラーデバイス１１，１２の内側基板上に形成される透明電極１１ｃ、１２ｄは表面が平滑な電極であり、ミラーデバイス１１，１２の外側基板上に形成される透明電極１１ｄ、１２ｃは、表面に凹凸を備えた電極（装飾電極）である。外側の透明電極１１ｄの表面凹凸は相対的に小さく、観察者側の透明電極１２ｃの表面凹凸は相対的に大きくすることもできる。たとえば、透明電極１１ｄの表面凹凸は、たとえば０．０２μｍ以上０．１μｍ以下程度であり、その上にＡｇ層を析出すると、遮光性の黒状態の層となる。透明電極１２ｃの表面凹凸は、たとえば表面粗さＲａが０．３μｍ以上程度であり、その上にＡｇ層を析出すると光散乱性の層となる。

　なお、図示の構成においては、Ｚ軸正方向側に透明電極１１ｃ、１２ｃが配置されるように、ミラーデバイス１１、１２が配置されているが、透明電極１１ｄや透明電極１２ｄがＺ軸正方向側に配置されるように、ミラーデバイス１１、１２を配置してもよい。

　電解質層（電解液）１１ｅ、１２ｅは、Ａｇを析出するＡｇ塩として２００ｍＭのＡｇＢｒ、支持塩として８００ｍＭのＬｉＢｒ、メディエーターとして３０ｍＭのＴａＣｌ_５、溶媒としてガンマブチルラクトン（ＧＢＬ）を含む。

　透明電極１１ｃ、１１ｄ（透明電極１２ｃ、１２ｄ）間に直流電圧を印加して電解質層１１ｅ（電解質層１２ｅ）に通電すると、負極側となる透明電極１１ｃ、１１ｄ（透明電極１２ｃ、１２ｄ）上にＡｇが析出する。

　透明電極１１ｃ、１１ｄ（透明電極１２ｃ、１２ｄ）間に閾値電圧以上の電圧を印加しない時（電圧無印加時）、ミラーデバイス１１、１２に入射した光は透過する（透明状態）。たとえば光源１３を点灯せず、ミラーデバイス１１、１２をともに透明状態とした時（光学装置のオフ状態）、光学装置は、向こう側が透けて見える外観（シースルー状態）となる。

　透明電極１１ｃ（透明電極１２ｄ）が負極側となるように透明電極１１ｃ、１１ｄ間（透明電極１２ｃ、１２ｄ間）に直流電圧を印加すると、表面が平滑な透明電極１１ｃ（透明電極１２ｄ）上にＡｇが析出して鏡面として作用し、入射光を反射する反射状態（鏡状態）が実現される。また、印加電圧値を調整し、Ａｇの析出量を増減させることでＡｇ析出面（透明電極１１ｃ、１２ｄ）における反射率を変更することもできる（一部の光を透過し、一部の光を反射する半透過状態）。

　透明電極１１ｄが負極側となるように透明電極１１ｃ、１１ｄ間に直流電圧を印加すると、相対的に小さい表面凹凸を有する透明電極１１ｄ上にＡｇが析出して遮光状態（光吸収状態、黒状態）が実現され得る。

　透明電極１２ｃが負極側となるように透明電極１２ｃ、１２ｄ間に直流電圧を印加すると、相対的に大きい表面凹凸を有する透明電極１２ｃ上にＡｇが析出して光散乱状態が実現され得る。

　透明電極１１ｃ（透明電極１２ｄ）が負極側となるように透明電極１１ｃ、１１ｄ間（透明電極１２ｃ、１２ｄ間）にステップ電圧を印加すると、ミラーデバイス１１、１２から赤色や青色等に着色された光が出射され得る（着色状態）。

　印加電圧の解除または反対極性の電圧の印加を行うと、透明電極１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄ上に析出したＡｇは消失し、元に戻った透明状態となる。

　光学装置は、光源１３非点灯時に、透明状態、反射状態（鏡状態）、半透過状態、黒状態、光散乱状態、カラー透過・反射状態（着色状態）等様々な外観を示し得る。これらの外観は、光学装置の両方向側（Ｚ軸正方向側及びＺ軸負方向側）から観察可能である。

　図８～図１４を参照し、制御装置２０によるミラーデバイス１１、１２、光源１３の制御について説明する。なお、光源１３から出射される光は広く分布するが、以下の説明においては、観察者に観察される光ビームのみを考察する。

　図８は、制御装置２０によって、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１が反射状態、ミラーデバイス１２が半透過状態に制御された状態を示す。

　光源１３を出射した光が、反射されず直接ミラーデバイス１２を透過して、観察者６に観察される光ビームｂ_１を構成し得る。光源１３を出射した光がミラーデバイス１１で反射され、ミラーデバイス１２を透過して、観察者６に観察される光ビームｂ_２を構成し得る。ミラーデバイス１１，１２で多重反射された後、ミラーデバイス１２を透過して光ビームｂ_３、ｂ_４・・・を構成し得る。光ビームｂ_２、ｂ_３、ｂ_４によって観察される光源１３の虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３は、光源１３のＺ軸方向に沿う配置位置を基準として、ミラーデバイス１１、１２間の往復距離の整数倍分遠方に視認される。

　図８に示す状態においては、光源１３とその虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３・・・が奥行き方向に並んだ像空間が、観察者６に視認される。観察者６は、光源１３の虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３・・・を観察することにより、奥行き感の増加された視野感を得ることができる。

　通常反射光の輝度は入射光の輝度より低い。光ビームｂ_１、ｂ_２、ｂ_３、ｂ_４の明るさは、光ビームｂ_１＞光ビームｂ_２＞光ビームｂ_３＞光ビームｂ_４の関係がある。光源１３像、虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３の明るさについては、光源１３像＞虚像１３ｖ_１＞虚像１３ｖ_２＞虚像１３ｖ_３の関係がある。ミラーデバイス１２の透過率を高く（反射率を低く）すると（たとえば透過率５０％、反射率５０％の透過状態から透過率７０％、反射率３０％の透過状態とすると）、虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３・・・の輝度が低くなり、高次の虚像が認識されなくなり、観察者６に視認される虚像の数は少なくなる。ミラーデバイス１２の透過率を高くしたときには、光源１３像（反射されず直接に観察者６に視認される光源１３の像）は明るくなる。

　ミラーデバイス１２の透過率を低く（反射率を高く）すると（たとえば透過率５０％、反射率５０％の透過状態から透過率３０％、反射率７０％の透過状態とすると）、虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３・・・の輝度が高くなり、高次の虚像が認識されやすくなり、観察者６に視認される虚像の数は多くなる。ミラーデバイス１２の透過率を低くした時には、光源１３の像（反射されず直接に観察者６に視認される光源１３像）は暗くなる。

　ミラーデバイス１１が反射状態、ミラーデバイス１２が透明状態または半透過状態である時、ミラーデバイス１２の透過率を低く（反射率を高く）するとともに、光源１３の発光輝度を高くする制御を行うことにより、観察者６に、光学装置から出射される出射光の明るさは変化しないが虚像が多く見える（奥行き感のみが増す）視野感を与えることができる。このように、ミラーデバイス１２の透過率（反射率）に応じて光源１３の発光輝度を変化させる制御を行い、観察者６に与える視野感を変化させることが可能である。

　光学装置をシースルーストップランプに使用する場合には、視野感の変化により、後続車の運転者は先行車の表示を認識しやすくなる。後続車の運転者に、強い注意喚起を促すこともできる。

　なお、ミラーデバイス１２の透過率（反射率）を連続的に変え、奥行き感を連続的に変化させる等して、動きのある照明を行うこともできる。

　図９は、制御装置２０によって、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１、１２がともに半透過状態に制御された状態を示す。

　この状態においては、光源１３を出射した光ビームは、ミラーデバイス１２側外部から観察する観察者６ａだけでなく、ミラーデバイス１１側外部から観察する観察者６ｂからも視認される。

　観察者６ａに視認される光ビームｂ_１、光ビームｂ_２（虚像１３ｖ_１）、光ビームｂ_３（虚像１３ｖ_２）、光ビームｂ_４（虚像１３ｖ_３）と共に、光源１３を出射後、反射されず直接に観察者６ｂに視認される光ビームＢ_１、ミラーデバイス１１で一回、ミラーデバイス１２で一回反射されて観察者６ｂに視認される光ビームＢ_２（虚像１３Ｖ_１）、ミラーデバイス１１で二回、ミラーデバイス１２で二回反射されて観察者６ｂに視認される光ビームＢ_３（虚像１３Ｖ_２）、ミラーデバイス１１で三回、ミラーデバイス１２で三回反射されて観察者６ｂに視認される光ビームＢ_４（虚像１３Ｖ_３）を示す。光ビームＢ_２、Ｂ_３、Ｂ_４によって観察される光源１３の虚像１３Ｖ_１、１３Ｖ_２、１３Ｖ_３（一次、二次、三次の虚像１３Ｖ_１、１３Ｖ_２、１３Ｖ_３）は、観察者６ｂには、光源１３のＺ軸方向に沿う配置位置を基準として、ミラーデバイス１１、１２間の往復距離の整数倍分遠方に視認される。

　図９に示す状態においては、観察者６ａに加え、観察者６ｂも、光源１３とその虚像１３Ｖ_１、１３Ｖ_２、１３Ｖ_３・・・（矩形に沿う帯状の像）が奥行き方向に並んで、面状に発光する像空間を視認することができる。観察者６ｂも、光源１３の虚像１３Ｖ_１、１３Ｖ_２、１３Ｖ_３・・・を観察することにより、奥行き感の増加された視野感を得ることができる。

　図８を参照して説明した理由と同様の理由により、たとえばミラーデバイス１１、１２がともに透明状態または半透過状態であるとき、ミラーデバイス１１、１２の透過率を低く（反射率を高く）するとともに、光源１３の発光輝度を高くする制御を行うことにより、観察者６ａ、６ｂに、光学装置から出射される出射光の明るさは変化しないが虚像が多く見える（奥行き感のみが増す）という視野感を与えることもできる。ミラーデバイス１１、１２の透過率（反射率）に応じて光源１３の発光輝度を変化させる制御を行い、観察者６ａ、６ｂに与える視野感を変化させることが可能である。ミラーデバイス１１、１２の透過率（反射率）を連続的に変え、奥行き感を連続的に変化させる等して、動きのある照明を行うこともできる。

　一対の電極間に電解質層を挟んだミラーデバイスは、電圧印加すると負極表面に金属層を析出することができる。一対の電極のいずれに析出層を形成するかは、印加電圧の極性によって選択できる。印加電圧の極性を反転すれば、金属層が析出する電極が反対側に変化する。一方の電極表面を平坦面として多重反射用の鏡層を形成するとして、他方の電極表面に凹凸を形成し、黒状態、光散乱状態等の機能を果たす析出層を形成することもできる。印加電圧の波形を変化させて着色機能を付与することもできる。

　図１０は、制御装置２０によって、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１が黒状態、ミラーデバイス１２が透明状態に制御された状態を示す。観察者６には、背景が黒い光学装置の額縁領域（ミラーデバイス１２の周辺領域、筐体１４の不透明部材１４ａの内側面近傍）が光る外観が与えられる。観察者６に光源１３の虚像は視認されず、観察者６に奥行き感を与える効果のない照明状態となる。上述のように、ミラーデバイス１１、１２がミラー乃至ハーフミラーを形成するようにすれば、多重反射を生じさせることができる。

　図１１は、制御装置２０によって、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１、１２がともに透明状態に制御された状態を示す。図９に示す状態と同様に、光学装置の両側に光が出射され、観察者６ａ、６ｂに出射光が視認される。しかし、図９に示す状態とは異なり、観察者３１、３２には光源１３の虚像は視認されない。観察者６ａ、６ｂには、光学装置の額縁領域（ミラーデバイス１２の周辺領域、筐体１４の不透明部材１４ａの内側面近傍）が光り、光学装置の向こう側が透けて見える外観（シースルー状態）が与えられる。この場合も、観察者６ａ、６ｂに奥行き感を与える効果はない。

　図１２は、制御装置２０によって、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１が黒状態、ミラーデバイス１２が着色状態に制御された状態を示す。ミラーデバイス１２には、たとえば光源１３で発光された光が赤色に着色して出射されるようなステップ電圧が印加される。

　図１２に示す状態においては、光学装置の片側（観察者６側）のみに光が出射される。観察者６には、背景が黒い光学装置の額縁領域が赤色に光る外観が与えられる。観察者６には光源１３の虚像は視認されない。

　図１３に、制御装置２０によって、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１、１２がともに着色状態に制御された状態を示す。ミラーデバイス１１には、たとえば光源１３で発光された光が青色に着色して出射されるようなステップ電圧が印加され、ミラーデバイス１２には、たとえば光源１３で発光された光が赤色に着色して出射されるようなステップ電圧が印加される。

　図１３に示す状態においては、光学装置の両側に光が出射され、観察者６ａ、６ｂに出射光が視認される。観察者６ａには、光学装置の額縁領域が青色に光り、光学装置の向こう側が紫色を帯びて見える外観が与えられ、観察者６ｂには、光学装置の額縁領域が赤色に光り、光学装置の向こう側が紫色を帯びて見える外観が与えられる。観察者６ａ、６ｂには光源１３の虚像は視認されない。

　図１４は、制御装置２０によって、光源１３が点灯状態、ミラーデバイス１１が反射状態、ミラーデバイス１２が光散乱状態に制御された状態を示す。図１４に示す状態においては、光学装置の片側（観察者６側）のみに光（拡散光）が出射される。観察者６には、ミラーデバイス１２全面が白っぽく光る外観が与えられる。ミラーデバイス１２の周辺領域の輝度はミラーデバイス１２の中央部の輝度よりも高い。

　以上説明した光学装置（照明装置）は、多重反射による奥行き感のある視野を形成可能であり、かつ、様々な表示状態を実現可能である。

　図１５Ａは、第１変形例による光学装置（照明装置）を示す概略的な断面図である。以上説明した光学装置は、ＸＹ面内方向に配置された平板状のミラーデバイス１１、１２（ＸＹ面内方向に配置された平面形状の透明電極１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄを備えるミラーデバイス１１、１２）を有するが、第１変形例においては、平板状ではない形状、具体的には凸形状（凸曲板形状）のミラーデバイス１１（凸曲板形状の透明基板１１ａ、１１ｂ、凸曲面形状の透明電極１１ｃ、１１ｄを備えるミラーデバイス１１）を、凸方向が平板状のミラーデバイス１２側を向くように配置する。

　第１変形例による光学装置においては、平坦面を有する光学装置よりも、虚像が中央部（ミラーデバイス１１、１２の中央部）に集められる（低次の虚像も中央部寄りに視認される）。また、平坦面を有する光学装置よりも、奥行き方向に並ぶ光源１３とその虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３・・・（矩形に沿う帯状の像）間の間隔（光学装置を正面（Ｚ軸正方向側）から観察したときのＸＹ面内方向における間隔）を狭くすることができる。

　図１５Ｂに、第１変形例による光学装置のミラーデバイス１１を反射状態、ミラーデバイス１２を半透過状態として、光源１３を点灯したときの外観を示す。光源１３像及び虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３・・・が重なって面状領域全体が発光する外観を得ることも可能である。

　図１５Ｃに示すように、ミラーデバイス１１を平板状、ミラーデバイス１２を凹形状とした構成としてもよい。同等の効果を得ることができる。

　なお、実施例では平板状のミラーデバイス１１、１２を用い、第１変形例では凸形状もしくは凹形状のミラーデバイスと平板状のミラーデバイスを組み合わせて用いたが、ミラーデバイス１１、１２は光学装置のデザインに合わせて任意の形状の組み合わせとすることができる。

　図１６Ａ、図１６Ｂは、第２変形例による光学装置（照明装置）を示す概略的な断面図、平面図である。第２変形例による光学装置は、ミラーデバイス１１またはミラーデバイス１２の外側に、図示の例ではミラーデバイス１１の外側（筐体１４の透明部材１４ｂの外側面上）に、表示装置１５を備える。制御装置２０は、表示装置１５を駆動する表示装置駆動回路２５を含み、制御回路２４は、ミラーデバイス駆動回路２１、２２、光源駆動回路２３、表示装置駆動回路２５によるミラーデバイス１１、１２、光源１３、表示装置１５の駆動を制御する。

　この光学装置は、たとえば遊技機に用いられる。表示装置１５で表示を行いながら、たとえば図８を参照して説明した制御を行うと、虚像１３ｖ_１、１３ｖ_２、１３ｖ_３・・・による視覚効果を付加することができる。また、たとえば図１０を参照して説明した制御を行うと、黒色で表示装置１５による表示が遮断されるとともに、額縁領域が光る演出を行うことができる。額縁領域の光の色を変更することも可能である（図１２参照）。図１４を参照して説明した制御を行うことにより、白色で表示装置１５による表示を遮断したり、表示をぼかしたりすることができる。他にも、様々な光演出が可能である。

　なお、図１６Ａ、図１６Ｂに示す例においては、表示装置１５は透明部材１４ｂの中央部に配置されているが、図１６Ｃに示すように、透明部材１４ｂの半分領域に配置してもよく、図１６Ｄに示すように、透明部材１４ｂの外側面全面に配置してもよい。

　以上、実施例及び変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

　たとえば、実施例及び変形例においては、光源１３として面状発光する導光板を用いるが、面発光体としてＯＬＥＤ(organic light emitting diode)等を使用することができる。ＬＥＤ(light emitting diode)のような点光源を使用してもよい。レーザ光源を用いることも可能である。図１７Ａには、光源１３としてＬＥＤを用いる例を示した。図１７Ａに示す例においては、複数個のＬＥＤを筐体１４の不透明部材１４ａの内側面（筐体１４の側壁内面）上に配置する。

　また、実施例及び変形例においては、光源１３の形状を矩形に沿う帯状としたが、他の形状にしてもよく、たとえば円形や三角形に沿う帯状とすることができる。光源１３の形状に対応した虚像が形成され、視覚効果が得られる。

　実施例及び変形例においては、図７Ｃ、図７Ｄに示されるように、ベタ電極である透明電極１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄを備えるミラーデバイス（エレクトロデポジション素子）１１、１２を用いたが、様々にパターニングされたパターニング透明電極１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄを備えるミラーデバイス１１、１２を使用可能である。

　図１７Ｂには、透明電極１１ｃ（透明電極１２ｃ）が、相互に電気的に絶縁された透明電極１１ｃ_１、１１ｃ_２（透明電極１２ｃ_１、１２ｃ_２）で構成され、透明電極１１ｄ（透明電極１２ｄ）が、相互に電気的に絶縁された透明電極１１ｄ_１、１１ｄ_２（透明電極１２ｄ_１、１２ｄ_２）で構成されるミラーデバイス１１（ミラーデバイス１２）を示す。本図に示すミラーデバイス１１（ミラーデバイス１２）においては、透明電極１１ｃ_１（透明電極１２ｃ_１）と透明電極１１ｄ_１（透明電極１２ｄ_１）が対向配置され、透明電極１１ｃ_２（透明電極１２ｃ_２）と透明電極１１ｄ_２（透明電極１２ｄ_２）が対向配置される。

　たとえば、ミラーデバイス１１の透明電極１１ｃ_１、１１ｄ_１間には、透明電極（平滑電極）１１ｃ_１が負極側となるように直流電圧を印加して、ミラーデバイス１１の半分領域（Ｘ軸正方向側領域）を反射状態とする。また、ミラーデバイス１１の透明電極１１ｃ_２、１１ｄ_２間は電圧無印加として、ミラーデバイス１１の他の半分領域（Ｘ軸負方向側領域）を透明状態とする。

　ミラーデバイス１２については、透明電極１２ｃ_１、１２ｄ_１間に、透明電極（平滑電極）１２ｄ_１が負極側となるように適切な電圧値の直流電圧を印加して、ミラーデバイス１２の半分領域（Ｘ軸正方向側領域）を半透過状態とする。また、ミラーデバイス１２の透明電極１２ｃ_２、１２ｄ_２間は電圧無印加として、ミラーデバイス１２の他の半分領域（Ｘ軸負方向側領域）を透明状態とする。

　図１７Ｃに、ミラーデバイス１１、１２に対し上述の制御を行うとともに、光源１３を点灯したときの光学装置の外観を示す。図１１Ｂに示すミラーデバイス１１、１２を使用する光学装置を用いてシースルーストップランプを構成する場合には、たとえば半分領域で照明を点灯した状態で、他の半分領域から後方視界を確保することができる。

　パターニング透明電極１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄを備えるミラーデバイス１１、１２を使用することで、観察者に一層多くの視覚効果を与えることが可能である。

　また、実施例及び変形例においては、エレクトロデポジション素子を用いてミラーデバイス１１、１２を構成したが、他の構成を用いることもできる。

　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。例えば種々の変更、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。

Claims (23)

1. 　半透過鏡である第１の鏡部材と、
   　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は反射率を変化させることができる、光学装置。
2. 　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制御装置をさらに含む、請求項１に記載の光学装置。
3. 　前記第２の鏡部材が、反射鏡層を形成／消滅させることのできるミラーデバイスで構成される請求項２に記載の光学装置。
4. 　前記ミラーデバイスは、前記第１の鏡部材と対向配置された透明基板と、前記透明基板と対向配置された対向基板と、前記透明基板、前記対向基板の対向面上に形成された対向透明電極と、前記対向透明電極間の空間に収容され、電気化学的反応により前記対向透明電極の一方の上に反射鏡層を析出／溶解させることのできる電解液と、を含む請求項３に記載の光学装置。
5. 　前記ミラーデバイスは、前記第１の鏡部材と対向配置された透明基板と、前記透明基板と対向配置された対向基板と、前記対向基板の対向面上に形成された対向透明電極と、前記透明基板、前記対向基板間の空間に、電気化学的反応により前記対向透明電極上に反射鏡層を形成／消滅させることのできる反応ガスを供給する部材と、を含む、請求項３に記載の光学装置。
6. 　前記ミラーデバイスは、鏡面と鏡面の前方に配置された透明面と、前記透明面の上に遮光層を形成／消滅できるエレクトロクロミック機構とを含む、請求項３に記載の光学装置。
7. 　前記第１及び第２の鏡部材が、反射率を変化させることができる第１及び第２のミラーデバイスで構成された、請求項３に記載の光学装置。
8. 　前記光学装置が車両用テールランプの少なくとも一部を形成し、前記第２の鏡部材が前記第１の鏡部材の前方に配置される、請求項１に記載の光学装置。
9. 　前記第１の鏡部材と前記第２の鏡部材の間隔が、１ｃｍ～５０ｃｍの範囲内にある請求項８に記載の光学装置。
10. 　前記第１の鏡部材と前記第２の鏡部材の間隔が、２ｃｍ～３０ｃｍの範囲内にある請求項９に記載の光学装置。
11. 　半透過鏡である第１の鏡部材と、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、を含む光学装置を準備し、前記光源を点灯する、光学装置の駆動方法において、
    　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制御装置を設け、
    　前記制御装置により前記一方の反射率を変化させることにより、視野の奥行きを変化させる、光学装置の駆動方法。
12. 　前記一方の反射率は、増加、減少を繰り返す、請求項１１に記載の光学装置の駆動方法。
13. 　対向配置された第１及び第２のミラーデバイスであって、反射率を変化させることができる第１及び第２のミラーデバイスと、
    　前記第１のミラーデバイスと前記第２のミラーデバイスの間、または、前記第１のミラーデバイスと前記第２のミラーデバイスの間の領域の側方領域に配置された光源と
    を有する光学装置。
14. 　前記第１及び第２のミラーデバイスの各々は、エレクトロデポジション素子を用いて構成され、各エレクトロデポジション素子は、（ｉ）対向配置された一対の基板、（ｉｉ）前記一対の基板の対向面上に配置された一対の電極、及び、（ｉｉｉ）前記一対の電極間に配置された電解質層を含み、前記一対の電極の少なくとも一方は、表面が平滑な電極である、
    請求項１３に記載の光学装置。
15. 　さらに、前記第１のミラーデバイス、前記第２のミラーデバイス、及び、前記光源を制御する制御装置を備えた、請求項１４に記載の光学装置。
16. 　前記制御装置は、前記第１のミラーデバイスを反射状態または半透過状態、前記第２のミラーデバイスを半透過状態、前記光源を点灯状態に制御できる
    請求項１５に記載の光学装置。
17. 　前記制御装置は、前記第１、第２のミラーデバイスを透明状態にする、または前記第１、第２のミラーデバイスの少なくとも一方を着色状態にする、ことができる
    請求項１６に記載の光学装置。
18. 　前記第１、第２のミラーデバイスの一方は、表面が平滑な電極に対向する電極は、表面に凹凸を備える電極である、
    請求項１５に記載の光学装置。
19. 　前記制御装置は、前記第１、第２のミラーデバイスの一方を黒状態にも制御できる請求項１８に記載の光学装置。
20. 　前記制御装置は、前記第１、第２のミラーデバイスの一方を光散乱状態にも制御できる請求項１９に記載の光学装置。
21. 　前記制御装置は、前記第１、第２のミラーデバイスの反射率に応じて、前記光源の発光輝度を変化させることもできる請求項１５に記載の光学装置。
22. 　さらに、前記第１または第２のミラーデバイスの外側に、表示装置を備える請求項１５に記載の光学装置。
23. 　前記第１のミラーデバイスは、凸形状もしくは凹形状のミラーデバイスであり、前記第２のミラーデバイスは、平板状のミラーデバイスである請求項１５に記載の光学装置。

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