(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が照射されることによって視認し得る画像が回転軸に対して垂直な平面状に形成された回転体であって、互いに平行な複数の溝からなる反射型格子が形成された反射板と、前記画像に応じた領域が透過する透過板とを有し、前記透過板は、前記反射板の上に、別体として交換可能に積層して使用されることを特徴とする回転体。
【請求項２】
光が照射されることによって視認し得る画像が回転軸に対して垂直な平面上に形成された回転体であって、情報が記録された光ディスクと、互いに平行な複数の溝からなる反射型格子が形成された反射板と、前記画像に応じた領域が透過する透過板とを有し、前記透過板は前記反射板の上に積層され、前記反射板は前記光ディスクの上に積層して使用されることを特徴とする回転体。
【請求項３】
前記光ディスクは、CD（コンパクトディスク）であることを特徴とする請求項２に記載の回転体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクのような回転体の表面に描かれた画像を、当該回転体の回転態様、すなわち、停止状態並びに回転動作状態に拘らずに視認することが可能となる回転体に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えばＣＤ（Compact Disk）の表面には印刷により当該ＣＤに記録された情報の内容に関連したラベル（画像）が形成される。このラベルは、プレーヤで再生する前に、つまり、ＣＤの回転が停止した状態で視認することはできるが、回転動作中においては、回転動作に同期してスポット的に照明の照射を行うことが可能となる特別な照明装置を用いないかぎり、視認することができない。
【０００３】
一方、回転動作状態において上述した特別な表示装置を用いることなしに画像を形成する技術が、ＵＳＰ5155605 号公報に開示されている。ＵＳＰ5155605 号は、回転体であるディスクの表面をホログラフィックプレートとして、かかるホログラフィックプレートを、画像となる対象物を照射する光と所定の入射角度を有するコヒーレント（可干渉）な参照光との干渉縞で露光することによってホログラムを形成し、かかるホログラムが形成された回転体を回転することにより上記ホログラムと観測者との間に特別な光学的手段を配することなく画像を視認可能とする技術を開示するものである。
【０００４】
ホログラムは、照射光が上記参照光と同じ入射角度で入射されたときのみ、その反射光が結像する。照射光が固定されていれば、ディスクの回転に伴って上記ホログラフィックプレート上に形成されたホログラムへの照射光の入射角度がディスクの回転位置に応じて相対的に変化することになるから、ディスクが１回転する間に、照射光の上記ホログラムへの入射角度が上記所定の入射角度となるときのみ、ディスクからの反射光が結像することになる。つまり、ディスクの回転に伴って一回転に一度、照射光の入射角度が上記所定の角度となるときだけ結像するのであるから、ディスクの回転に同期してスポット的に像が形成されることになり、観測者の残像現象も作用して画像を視認することができるのである。
【０００５】
なお、ＵＳＰ5155605 号では照射光として太陽光を用いている。つまり、広帯域の拡散光源である太陽光には参照光成分も含まれており、太陽光に含まれるかかる参照光成分が上記所定の入射角度の照射光として働くのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＵＳＰ5155605 号に開示されたホログラムを用いた方法では、ディスクが停止した状態では照射光の入射角度を上述した所定の角度に調整しないかぎり像が視認できないという問題があった。また、新たな像を形成したいときには新たなホログラムの形成を行うと共に回転体上での形成位置の調整を行う必要があり煩雑であるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の如き問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成で、かつ、回転体の動作態様（停止状態並びに回転動作状態）に拘らずに何等調整を施すことなく回転体に形成された像の視認が可能となる回転体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、光が照射されることによって視認し得る画像が回転軸に対して垂直な平面上に形成された回転体であって、互いに平行な複数の溝からなる反射型格子が形成された反射板と前記画像に応じた領域が透過する透過板とを有し、前記透過板は、前記反射板の上に、別体として交換可能に積層して使用される。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、上記反射板に形成された反射型格子のうち、上記透過板によって、画像に応じた領域の反射型格子のみが、光の照射を受けることになる。したがって、例えば、人工的な白色光又は自然光が照射された回転体が回転することにより、観察者の観察位置が照射光の上記反射型格子による回折位置に一致したときのみ、画像に応じた領域を視認できる。また、回転体が停止した状態では、透過板により、画像に応じた領域のみ反射型格子が露出するから、回折格子が露出しない領域、すなわち、照射光が透過板によって透過されずに遮られる領域との、反射率の差に基づくコントラストが明瞭になり、回転体が停止状態であっても画像の視認が容易となる。
【００１０】
上記課題を解決するために請求項２に記載の発明は、光が照射されることによって視認し得る画像が回転軸に対して垂直な平面上に形成された回転体であって、情報が記録された光ディスクと、互いに平行な複数の溝からなる反射型格子が形成された反射板と、前記画像に応じた領域が透過する透過板とを有し、前記反射板は前記光ディスクの上に、前記透過板は前記反射板の上に積層して使用される。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、上記光ディスク上に積層されている上記反射板に形成された回折格子のうち、上記透過板によって、画像に応じた領域の回折格子のみが、光の照射を受けることになる。したがって、例えば、人工的な白色光又は自然光が照射された回転体が回転することにより、観察者の観察位置が照射光の上記反射型格子による回折位置に一致したときのみ、画像に応じた領域を視認できる。また、回転体が停止した状態では、透過板により、画像に応じた領域のみ反射型格子が露出するから、反射型格子が露出しない領域、すなわち、照射光が透過板によって透過されずに遮られる領域との、反射率の差に基づくコントラストが明瞭になり、回転体が停止状態であっても画像の視認が容易となる。
【００１２】
上記課題を解決するために請求項３に記載の発明は、光が照射されることによって視認し得る画像が回転軸に対して垂直な平面上に形成された回転体であって、情報が記録されたCD（コンパクトディスク）と、互いに平行な複数の溝からなる反射型格子が形成された反射板と、前記画像に応じた領域が透過する透過板とを有し、前記反射板は前記CDの上に、前記透過板は前記反射板の上に積層して使用される。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、上記CD（コンパクトディスク）上に積層されている上記反射板に形成された回折格子のうち、上記透過板によって、画像に応じた領域の回折格子のみが、光の照射を受けることになる。したがって、例えば、人工的な白色光又は自然光が照射された回転体が回転することにより、観察者の観察位置が照射光の上記反射型格子による回折位置と一致したときのみ、画像に応じた領域を視認することができる。また、回転体が停止した状態では、透過板により、画像に応じた領域のみ反射型格子が露出するから、反射型格子が露出しない領域、すなわち、照射光が透過板によって透過されずに遮られる領域との、反射率の差に基づくコントラストが明瞭になり、回転体が停止状態であっても画像の視認が容易となる。
【００１４】
上記課題を解決するために請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の回転体において、前記溝を矩形状溝とすると共に、前記画像を前記回転体の回転中心に対して点対称となるように形成する。
【００１５】
請求項４に記載の発明の作用によれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用に加えて、反射型格子を形成する互いに平行な溝が矩形状溝であることにより、かかる溝の溝面の法線に対して対称となる入射角度で入射した光に対する反射光は、対称となる回折角度で反射することになる。つまり、ある固定位置で観測する場合、回転体が１回転する毎に２回、すなわち、１８０度回転する毎に１回、回折光が観察できる。この際、画像を回転体の回転軸に対して点対称となるように形成すれば１回転あたり２回同じ画像を観察できることになるから静止画として観察できる画像のちらつきを低減できる。
【００１６】
上記課題を解決するために請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の回転体において、前記溝はブレーズ溝からなる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用に加えて、反射型格子を形成する互いに平行な溝がブレーズ溝であることにより、回折光を生ぜしめる照射光の入射角度が一に抑制されるので、観察者の観察位置と照射光の回折格子による回折位置とが一致する回数を、回転体が１回転する毎に１回に制限することができる。したがって、回転体に形成するべき画像の自由度を向上できる（回転軸に対する対称性の制限を除去できる）。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の好ましい実施の形態（以下、実施形態と称する。）について説明する。
【００１９】
始めに、本発明の回転体の一実施形態の全体の構成例を、図１を用いて説明する。
図１に示される通り、この実施形態における回転体１０は、回転体１０の基板となるＣＤ１と、当該ＣＤ１のラベル面側（画像を視認するために照射される照射光の照射面側）に、回折格子が形成された反射板である反射シート２と、画像となるデザインに応じた印刷が施された透過板である透過シート３とが積層配置されている。
【００２０】
反射シート２は、ＣＤ１と略同じ直径の円盤状に成型されたアルミニウム等の金属の鏡面に回折格子が刻まれた、いわゆる反射型格子であって、この反射型格子には、図２に示される通り、回転中心Ｏを通る線分ｍ−ｍと平行となる矩形溝ｎｒがその全面に刻まれている。なお、図２において（ａ）は反射シート２の照射面側からみた平面図であり、（ｂ）は反射シート２の線分ｐ−ｐにおける断面図、（ｃ）は回折格子を形成する溝の断面を拡大したものである。
【００２１】
透過シート３は、ＣＤ１と略同じ直径の円盤状に成型された透明フィルム等の透明板に、画像となるデザインを印刷したものであり、この印刷により、画像となるデザインに応じて照射光が透過して反射シート２による回折光が生じる領域と、照射光が透過しない、すなわち、反射シート２による回折光が生じない遮光領域とが形成されることになる。図３に透過シートのデザインパターンの例を示す。図３においては、白抜きされた領域が画像としての透過領域４である。
【００２２】
なお、この実施形態では上記画像となるデザインパターンは、図３に示される通り、回転中心Ｏに対して点対象性を有している。
【００２３】
次に、この実施形態における回転体１０を回転した場合における上記画像の見え方について図４乃至図５を用いて説明する。なお、この実施形態では、照射光として、例えば、好ましくは蛍光灯等から発生する白色光や自然光である太陽光等の広帯域の拡散光源から照射される拡散光を採用する。また、観測者は回転体１０が回転動作する際の回転中心に対して固定の位置で画像を観測するものとする。
【００２４】
まず、本発明における回折光の態様について、図４を用いて説明する。
上述したとおり、本発明における反射シート２は、その全面に互いに平行な溝を形成した回折格子である。したがって、透過シート３によって照射光が透過される領域４では、図４に示すとおり、この回折格子の働きによって、かかる回折格子が形成された方向（図２における線分ｍ−ｍと平行な方向）を法線方向とする平面Ｓ内において、回折格子に対してある所定の入射角度を持って入射した光Ｉｎは、反射シート２上に形成された回折格子のピッチによって決定される回折角度で反射する回折光Ｒｎを生じる。したがって、上記回折光Ｒｎが生じる方向に観測位置があれば、回折光を観測することができる。
【００２５】
なお、この実施形態では回折格子の溝は矩形状に形成されているので、溝形状は溝面の法線に対して対称である。したがって、回転体１０が半回転、すなわち、１８０度回転した状態において、上記回折格子に対して上述した如き所定の入射角度で入射した光は、上述した回折角度で反射する回折光を生じる。つまり、矩形溝ｎｒの溝面の法線に対して対称となる入射角度で入射した光に対する反射回折光は、矩形溝ｎｒの溝面の法線に対して対称となる回折角度で反射することになる。したがって、照射光が固定され、かつ観測位置が固定である場合、回転体が１回転する毎に２回、すなわち、１８０度回転する毎に１回、回折光が観察できるのである。
【００２６】
次に、回転体１０が回転動作を行っている場合における回折光の態様について図５を用いて説明する。
いま、回転体１０が図示しないＣＤプレーヤのスピンドルモータ等によって回転駆動された状態にあるものとする。時点ｔ１において照射光が回転体１０に照射されると、照射光は拡散光であるから、かかる拡散光のうちの、上記回転体１０の反射シート２に形成された回折格子との間に上記所定の入射角度となる光成分によって、所定の回折角度で反射する回折光Ｒｔ１が生じる。回転体１０が回転動作を続けることによって回折格子の形成された方向、すなわち線分ｍ−ｍと平行な方向も回転するため、上記光成分は、次の時点ｔ２における平面Ｓ内には最早存在しない。したがって、時点ｔ１における上記光成分によって発生した回折光Ｒｔ１は、回転体１０の回転位置が変化した瞬間には消滅する。しかしながら、入射光である拡散光には、回転体１０のあらゆる回転位置に対して、反射シート２に形成された回折格子との間に上記所定の入射角度となる光成分が存在するから、時点ｔ２における回転体１０の回転位置で、回折格子との間に上記所定の入射角度となる光成分による回折光Ｒｔ２が、平面Ｓと平行な面内に発生する。つまり、図５に示すとおり、回転体１０の回転動作に同期して反射回折光の発生位置も回転するのである。したがって、時点ｔ２における平面Ｓに含まれる位置に観測点があれば、回折光Ｒｔ２を観測できることになり画像を視認できる。つまり、回転体１０の回転動作により、観測者の観測位置に上記平面Ｓが到来したとき、観測者は反射回折光、すなわち上記画像パターンを視認できるのである。
【００２７】
このように、回転体１０が回転動作を行うと、反射型回折格子の矩形状溝ｎｒの作用により回転動作に同期して断続的に、より具体的には、回転体が１８０度回転する毎に１回の割合で、画像パターンを観測することができる。この際、画像パターンが図３に示すごとく回転中心Ｏに対して点対称性を有していれば、観測できる画像は常に同じパターンとなるから、人間の目の残像現象の作用により、画像パターンを静止画として視認することができるのである。また、一回転あたり２回画像パターンを観測できるので、例えば、従来の如き回転体の回転に同期して一回転あたり一回スポット照射を行う方法に比べて静止画のちらつきを低減できる。さらに、回転体１０と観測者との間には何等特別な光学的手段を必要としない。
【００２８】
次に、本発明の回転体の他の実施形態を図６に示す。本発明の一実施形態にて採用した反射シート２に形成される上記反射型回折格子の溝形状は、矩形状溝ｎｒに限定されるものではない。例えば、図６に示すブレーズ溝ｎｂを形成した反射シート２０を採用することも可能である。なお、この実施形態の反射シ−ト２０以外の構成は、上述した一実施形態と同じ構成を採用している。ブレーズ溝ｎｂは、図６の（ｃ）に示される通り、その溝面の法線方向が回折格子の照射面の法線に対して所定の角度（ブレーズ角）の傾斜となる鋸歯状の溝形状を有している。このブレーズ角を調整することによって、１次回折光の回折効率を向上することができる。つまり、ブレーズ溝ｎｂを用いた反射型格子を用いれば、溝の傾斜形状を適宜設計することにより、照射された光の回折光として１次光のみを所定の回折角度で反射することができるのである。
【００２９】
このように、ブレーズ溝ｎｂの断面形状は反射シート２０の照射面の法線に対して線対称にはないから、上述した矩形状溝ｎｒを採用する場合とは異なり、１の観測点で観測できる回折光は、１回転で１回だけである。つまり、回転体１０が１８０度回転すると、同一位置から照射された照射光に対する鋸歯状溝の傾斜方向が異なることになるから、かかる照射光の回折格子への入射角度は、１８０度回転する前における入射角度とは異なったものとなり、回折光の回折角度も異なるのである。したがって、照射光が固定され、かつ観測位置が固定である場合い、回折光が観測できるタイミングを回転体が１回転する毎に１回だけに制限できるのである。よって、透過シート３に描かれる画像に対しては、回折格子に矩形状溝ｎｒを採用する場合に必要とされる回転中心Ｏに対する画像の点対称性という制限は必要ない。かかる点対称性という制限が無くなることにより、回転体の全面に任意の画像パターンを採用することができるようになる。
【００３０】
また、上記他の実施形態では、反射型格子として鋸歯状溝（ブレーズ溝）ｎｂの回折格子を用い、かかる回折格子から発生する回折光によって画像パターンを観測する例を述べたが、例えば図６の鋸歯状溝ｎｂの格子間隔を照射光の波長に対して充分大きく（数十倍乃至数百倍程度）形成したものを反射型格子として用いることも可能である。この場合、鋸歯状の反射面がミラ−として作用することになり鋸歯状溝の傾斜角度で規定される方向に反射する直接反射光が得られるようになる。かかる直接反射光は、波長依存性を小さくできるので、図３に示す透過シート３にカラー印刷により画像パターンを形成することが可能となる。つまり、上記反射面によって発生する直接反射光の反射効率は入射光の波長によらず一定であるので、入射光として白色光を用いれば、かかる入射光の内、鋸歯状溝の傾斜角度で規定される入射角度を有する入射光に対して、カラ−印刷された透過シートがカラーフィルタとして作用して、各色に対応した波長の光が透過／反射されることになり、カラー印刷したとおりの自然な色の再現が可能となるのである。
【００３１】
また、上記２つの実施形態では、全面に回折格子を形成した反射シート２と画像を印刷した透過シート３とを積層する例を述べたが、透過シート３を用いずに、反射シート２に直接画像を印刷したり、あるいは反射シート２を画像の形状に切り抜いてＣＤ１上に積層するようにしてもよい。要するに画像に応じて回折光が生じる領域と生じない（或いは、回折光は生じるがその光量が少ない）領域とが形成されれば良いのである。
【００３２】
また、ＣＤ１のラベル面上に反射シート２を積層する代わりに、ＣＤ１のラベル面上に反射型格子を直接熱転写等により形成することも可能である。
【００３３】
また、上記２つの実施形態では、全面に互いに平行な格子パタ−ンとなる回折格子を形成した反射シートを用いた例を述べたが、回転体の回転中心Ｏに対して所定の扇角毎に互いに平行な格子パターンとなる回折格子、すなわち、各扇角の領域では互いに平行な格子パターンであるが隣接する扇角の領域とは平行では無い格子パターンとなる回折格子を形成したものを反射シートとして用いてもよい。かかる反射シートを用いることにより、上記扇角の各領域毎に異なる画像パターンを形成すれば、観測する位置に応じて視認できる画像パターンを変化させることができる。つまり、上記扇角の各領域毎に格子パターンの形成方向が異なるから、かかる格子パターンによる回折光の回折方向も異なり、観測位置によって視認できる画像パターンも異なることになるのである。
【００３４】
さらに、上記扇角の各領域の互いに平行な格子パターンの形成方向として、回転体の回転中心Ｏから上記扇角の各領域毎に１本放射状に延伸された線分を、上記平行な格子パターンの法線とする方向に形成したものを用いてもよい。この格子パターンが形成された反射シートに描かれる画像として、例えば、回転体の同一円周上に、互いにわずかに異なった部分を有する画像を上記扇角の領域毎に配置することにより、回転体１０の回転に同期して所定の動作パターンを繰り返す簡単な動画を提供することができるようになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、透過板により、画像に応じた領域のみ反射型格子が露出しており、回転体が回転することにより、観察者の観察位置が照射光の上記反射型格子による回折位置に一致したときのみ、画像に応じた領域が視認できる。したがって、観察位置を固定することにより、回転体の回転に同期して周期的に同一画像パターンが現出するように観えるので、回転体が回転動作中であっても、回転体に描かれた画像を容易に観察することが可能となる。また、回転体が停止した状態では、透過板により反射型格子が露出した画像に応じた領域と、反射型格子が露出しない、すなわち、照射光が透過板によって透過されない領域との、反射率の差に基づくコントラストが明瞭になり、回転体が停止状態であっても画像の視認が容易となる。
さらに、反射板と透過板とを別体に構成するので、表示するべき画像を変えたい場合には、表示したい画像が施された透過板のみを取り換えればよく、効率的である。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、光ディスクの上に反射板、反射板の上に透過板が積層された回転体が回転することにより、観察者の観察位置が照射光の反射型格子による回折位置に一致したときのみ、画像が現出するように観えるので、回転体が回転動作中であっても、回転体に描かれた画像を容易に観察することができる。また、回転体が停止した状態では、透過板により、画像に応じた領域のみ反射型格子が露出するから、反射型格子が露出しない領域、すなわち、照射光が透過板によって透過されずに遮られる領域との反射率の差に基づくコントラストが明瞭になり画像の視認が容易となる。
【００３７】
請求項３に記載の発明によれば、CD（コンパクトディスク）の上に反射板、反射板の上に透過板が積層された回転体が回転することにより、観察者の観察位置が照射光の上記反射型格子による回折位置と一致したときのみ、画像が現出するように観えるので、回転体が回転動作中であっても、回転体に描かれた画像を容易に観察することができる。
また、回転体が停止した状態では、透過板により、画像に応じた領域のみ反射型格子が露出するから、反射型格子が露出しない領域、すなわち、照射光が透過板によって透過されずに遮られる領域との反射率の差に基づくコントラストが明瞭になり画像の視認が容易となる。
【００３８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３に記載の発明の効果に加えて、反射型格子を形成する互いに平行な溝が矩形状溝であることにより、固定位置で観測する場合、回転体が１回転する毎に２回、すなわち、１８０度回転する毎に１回、回折光が観察できる。この際、画像を回転体の回転軸に対して点対称となるように形成したので、１回転あたり２回同じ画像を観察できることになるから静止画として観察できる画像のちらつきを低減できる。
【００３９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至３に記載の発明の効果に加えて、反射型格子を形成する互いに平行な溝がブレーズ溝であることにより、回折光を生ぜしめる照射光の入射角度が一に抑制されるので、観察者の観察位置と照射光の回折格子による回折位置とが一致する回数を、回転体が１回転する毎に１回に制限することができる。したがって、回転体に描かれる画像の自由度を向上できる。また、反射型格子を形成する格子間隔を入射光の波長に対して十分大きくすることにより、直接反射光を生ぜしめることができるので、画像パタ−ンをカラ−印刷することにより、回転動作中に視認し得る画像パタ−ンのカラ−化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である回転体の構成を示す図である。
【図２】  本発明の実施形態である回転体の反射シート２の具体的構成を示す図である。
【図３】  本発明の実施形態である回転体の透過シート３の具体的構成を示す図である。
【図４】  本発明の実施形態の反射型格子上での入射光と回折光（反射光）の関係を説明する図である。
【図５】  本発明の実施形態の反射型格子が回転動作する際の入射光と回折光の関係を示す図である。
【図６】  本発明の他の実施形態である反射シートの具体的構成を示す図である。
【符号の説明】
１        ・・・  ＣＤ
２、２１  ・・・  反射板である反射シート
３        ・・・  透過板である透過シート
４        ・・・  画像に相当する透過領域
１０        ・・・  回転体
【図１】
0003684294.tif 000002
【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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