(57)【要約】      （修正有）【課題】    奥行き方向の距離を変化させることができる表示／照明に適した光学装置を提供する。【解決手段】    実施例による表示／照明に適した光学装置は、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。【選択図】  図１−１
2019066647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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することができる、表示／照明に適した光学装置。
【請求項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に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項３】
前記第２の鏡部材が、反射鏡層を析出／溶解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１または２に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項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に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項５】
前記ミラーデバイスの動作を制御できる制御装置をさらに含む、請求項４に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項６】
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析出／溶解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に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項７】
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析出／溶解できる機構とを含む、請求項３に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項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１〜７のいずれか１項に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項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に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項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に記載の表示／照明に適した光学装置。
【請求項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、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含む光学装置を準備し、
前記光源を点灯し、
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、
ことを特徴とする表示／照明に適した光学装置の駆動方法。
【請求項１２】
前記一方の反射率は、増加、減少を繰り返す、請求項１１に記載の表示／照明に適した光学装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭５６−１３９１９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施例による表示／照明に適した光学装置は、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。
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１−１】および、
【図１−２】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１Ｅ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１ＦはミラーデバイスをＯＦＦ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２】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３】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】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５】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６】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７】図７Ａ，７Ｂ，７Ｃは対向基板に曲面を採用した構成を示す概略断面図、図７Ｄは図７Ａ，７Ｂ，７Ｃの構成により分布を変化させた光源像を示す平面図である。
【符号の説明】
【００１３】
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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。  
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【図１−１】
2019066647.tif 000003
【図１−２】
2019066647.tif 000004
【図２】
2019066647.tif 000005
【図３】
2019066647.tif 000006
【図４】
2019066647.tif 000007
【図５】
2019066647.tif 000008
【図６】
2019066647.tif 000009
【図７】
2019066647.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月11日(2017.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１−１】
2019066647.tif 000011
【図１−２】
2019066647.tif 000012
【図２】
2019066647.tif 000013
【図３】
2019066647.tif 000014
【図４】
2019066647.tif 000015
【図５】
2019066647.tif 000016
【図６】
2019066647.tif 000017
【図７】
2019066647.tif 000018