(57)【要約】【課題】遮蔽物によって損なわれる視界を回復する光学素子を提供する。【解決手段】本発明による光学素子（１０１，１１１，１２１）は、光を遮蔽する遮蔽物（２０１）を挟持するように、一方の側面に凹部を有する一対の光学部材（１０３および１０５，１１３および１１５，１２３および１２５）より構成され、前記光学部材の各々に入射した光が、前記一対の光学部材に挟持された前記遮蔽物を回避して進行し、前記入射した光と同一方向に前記光学部材の各々から射出するように構成されたことを特徴とする。【選択図】図２
2008191402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を遮蔽する遮蔽物を挟持するように、一方の側面に凹部を有する一対の光学部材より構成され、
前記光学部材の各々に入射した光が、前記一対の光学部材に挟持された前記遮蔽物を回避して進行し、前記入射した光と同一方向に前記光学部材の各々から射出するように構成されたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記一対の光学部材の各々が、前記光学素子に入射する光の進行方向を変化させるように配置された第１の光路偏向面と、
前記光学素子に入射して、前記第１の光路偏向面によって進行方向を変えられた光が反射する側面と、
前記側面で反射した光の進行方向を変化させるように配置された第２の光路偏向面と、を備え、
前記光学素子の入射面から前記光学素子に入射し、前記第１の光路偏向面、前記側面、前記第２の光路偏向面により前記遮蔽物を回避して前記光学素子から射出する光が、前記光学素子に入射する方向と同じ方向に進むように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記側面の数が偶数個であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記側面において光が全反射するように構成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記光学素子に入射する光の進行方向を含む断面において、前記遮蔽物が、Ｏ（０，０）、Ａ１（Ｌ２，Ｈ１）、Ｂ（２Ｌ２，０）、Ａ２（Ｌ２，−Ｈ１）およびＯを順次接続した領域内において、前記一対の光学部材の一方を第１の部分、他方を第２の部分としたとき、前記第１の部分および前記第２の部分によって挟持されるように、前記光学素子に入射する光の進行方向をＸ軸としたＸＹ直交座標系を定めた場合に、前記第１の部分の前記入射面はＧ１（−Ｌ１，Ｈ１）およびＯを接続した部分であり、前記第１の部分の前記側面は、Ｅ１（３Ｌ２，Ｈ１＋Ｈ２）およびＦ１（−Ｌ１，Ｈ１＋Ｈ２）を接続した部分の少なくとも一部である第１の側面ならびにＢおよびＣ（３Ｌ２＋Ｌ１，０）を接続した部分である第２の側面からなり、前記第１の部分の前記射出面は、ＣおよびＤ１（３Ｌ２，Ｈ１）を接続した部分であり、前記第２の部分の前記入射面はＧ２（−Ｌ１，−Ｈ１）およびＯを接続した部分であり、前記第２の部分の前記側面は、Ｅ２（３Ｌ２，−Ｈ１−Ｈ２）およびＦ２（−Ｌ１，−Ｈ１−Ｈ２）を接続した部分の少なくとも一部である第１の側面ならびにＢおよびＣを接続した部分である第２の側面からなり、前記第２の部分の前記射出面は、ＣおよびＤ２（３Ｌ２，−Ｈ１）を接続した部分であり、前記第１の部分の前記第２の側面および前記第２の部分の前記第２の側面は、それぞれの側面において反射が起こるようにわずかに離れており、
前記第１の部分の前記入射面および前記第２の部分の前記入射面に対する入射角を
【数１】
2008191402.tif 000028
屈折角を
【数２】
2008191402.tif 000029
とし、前記遮蔽物を内部に含む円の半径を        
【数３】
2008191402.tif 000030
とした場合に、Ｏ、Ａ１、Ｂ、Ａ２およびＯを順次接続した四角形が、前記円に外接し、
【数４】
2008191402.tif 000031
の関係を満たし、
前記第１の部分および前記第２の部分において、前記入射面から前記光学素子に入射した平行光束が、前記第１の側面および前記第２の側面で全反射し、前記射出面に入射角
【数５】
2008191402.tif 000032
で入射し、屈折角
【数６】
2008191402.tif 000033
で屈折して、前記光学素子に入射する方向と同じ方向に進むように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮蔽物によって損なわれる視界を回復する光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、自動車などの車両のフロントガラスの支柱によって、運転者の視界が損なわれ、車両の安全性を向上する上で支障がある。また、建造物の窓などの支柱や枠によって観察者の視界が損なわれ、快適性を向上する上で支障がある。他方、ガラスなどの透明な素材からなる支柱によって、車両や建造物などの構造体の強度を確保するのは困難である。
【０００３】
遮蔽物によって損なわれる視界を回復する可能性については、学問的な研究が行われている（たとえば、非特許文献１）。しかし、遮蔽物によって損なわれる視界を回復する実用的な光学素子は開発されていない。
【非特許文献１】豊蔵信夫,“ナノテク最新情報”,〔on Line〕,２００６年６月１日,ナノテクノロジー総合支援プロジェクトセンター,〔平成１９年２月５日検索〕，インターネット＜http://www.nanonet.go.jp/japanese/column/2006/414.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の背景の下に、遮蔽物によって損なわれる視界を回復する光学素子に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による光学素子は、光を遮蔽する遮蔽物を挟持するように、一方の側面に凹部を有する一対の光学部材より構成され、前記光学部材の各々に入射した光が、前記一対の光学部材に挟持された前記遮蔽物を回避して進行し、前記入射した光と同一方向に前記光学部材の各々から射出するように構成されたことを特徴とする。
【０００６】
本発明による光学素子において、入射した光が、遮蔽物を回避して進行し、入射した光と同一方向に射出するように構成されているので、射出面の下流側の光の経路上において、遮蔽物によって視界が損なわれることはない。すなわち、遮蔽物によって損なわれる視界を回復する光学素子が得られる。
【０００７】
本発明の一実施形態による光学素子においては、前記一対の光学部材の各々が、前記光学素子に入射する光の進行方向を変化させるように配置された第１の光路偏向面と、前記光学素子に入射して、前記第１の光路偏向面によって進行方向を変えられた光が反射する側面と、前記側面で反射した光の進行方向を変化させるように配置された第２の光路偏向面と、を備える。本実施形態は、前記光学素子の入射面から前記光学素子に入射し、前記第１の光路偏向面、前記側面、前記第２の光路偏向面により前記遮蔽物を回避して前記光学素子から射出する光が、前記光学素子に入射する方向と同じ方向に進むように構成されたことを特徴とする。
【０００８】
本実施形態によれば、入射面から光学素子に入射し、第１の光路偏向面、側面、第２の光路偏向面により遮蔽物を回避して光学素子から射出する光が、光学素子に入射する方向と同じ方向に進むように構成されているので、射出面の下流側の光の経路上において、遮蔽物によって視界が損なわれることはない。
【０００９】
本発明の他の実施形態による光学素子は、前記側面の数が偶数個であることを特徴とする。
【００１０】
本実施形態による光学素子によれば、側面の反射回数が偶数回であるので、像は反転しない。
【００１１】
本発明の他の実施形態による光学素子は、前記側面において光が全反射するように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本実施形態による光学素子によれば、側面において光が全反射するので、明るい像が得られる。
【００１３】
本発明の他の実施形態による光学素子は、前記光学素子に入射する光の進行方向を含む断面において、前記遮蔽物が、Ｏ（０，０）、Ａ１（Ｌ２，Ｈ１）、Ｂ（２Ｌ２，０）、Ａ２（Ｌ２，−Ｈ１）およびＯを順次接続した領域内において、前記一対の光学部材の一方を第１の部分、他方を第２の部分としたとき、前記第１の部分および前記第２の部分によって挟持されるように、前記光学素子に入射する光の進行方向をＸ軸としたＸＹ直交座標系を定めている。前記第１の部分の前記入射面はＧ１（−Ｌ１，Ｈ１）およびＯを接続した部分である。前記第１の部分の前記側面は、Ｅ１（３Ｌ２，Ｈ１＋Ｈ２）およびＦ１（−Ｌ１，Ｈ１＋Ｈ２）を接続した部分の少なくとも一部である第１の側面ならびにＢおよびＣ（３Ｌ２＋Ｌ１，０）を接続した部分である第２の側面からなり。前記第１の部分の前記射出面は、ＣおよびＤ１（３Ｌ２，Ｈ１）を接続した部分である。前記第２の部分の前記入射面はＧ２（−Ｌ１，−Ｈ１）およびＯを接続した部分であり。前記第２の部分の前記側面は、Ｅ２（３Ｌ２，−Ｈ１−Ｈ２）およびＦ２（−Ｌ１，−Ｈ１−Ｈ２）を接続した部分の少なくとも一部である第１の側面ならびにＢおよびＣを接続した部分である第２の側面からなる。前記第２の部分の前記射出面は、ＣおよびＤ２（３Ｌ２，−Ｈ１）を接続した部分である。前記第１の部分の前記第２の側面および前記第２の部分の前記第２の側面は、それぞれの側面において反射が起こるようにわずかに離れている。
【００１４】
前記第１の部分の前記入射面および前記第２の部分の前記入射面に対する入射角を
【数１】
2008191402.tif 000003
屈折角を
【数２】
2008191402.tif 000004
とし、前記遮蔽物を内部に含む円の半径を
【数３】
2008191402.tif 000005
とした場合に、Ｏ、Ａ１、Ｂ、Ａ２およびＯを順次接続した領域が、前記円に外接し、
【数４】
2008191402.tif 000006
の関係を満たす。
【００１５】
前記第１の部分および前記第２の部分において、前記入射面から前記光学素子に入射した平行光束が、前記第１の側面および前記第２の側面で全反射し、前記射出面に入射角
【数５】
2008191402.tif 000007
で入射し、屈折角
【数６】
2008191402.tif 000008
で屈折して、前記光学素子に入射する方向と同じ方向に進むように構成されたことを特徴とする。
【００１６】
本実施形態による光学素子によれば、入射面に入射した平行光束が、２個の側面で２回全反射し、入射前と同じ方向に進む。したがって、射出面の下流側の平行光束の経路上において、遮蔽物によって視界が損なわれることはない。すなわち、遮蔽物によって損なわれる視界を回復する光学素子が得られる。また、反転しない明るい像が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、遮蔽物によって損なわれる視界を回復する光学素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、車両において使用される本発明の一実施形態による光学素子１０１の構成を示す図である。支柱（遮蔽物）２０１は、運転者４０１の視界を遮る。光学素子１０１は、車両のフロントガラス３０１の支柱２０１を囲んで設置され、支柱２０１によって損なわれる運転者４０１の視界を回復する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態による光学素子１０１の、光学素子１０１に入射する光の進行方向を含む断面を示す図である。光学素子１０１は、プリズムであってもよい。光学素子１０１は、第１の部分１０３および第２の部分１０５からなり、第１の部分１０３および第２の部分１０５が遮蔽物２０１を挟持するように構成される。図２において、遮蔽物２０１の断面を半径ｒの円形で表している。遮蔽物２０１の断面が円形でない場合には、遮蔽物の断面をその中に含む円形を２０１で表す。
【００２０】
図２において、点Ｏを原点とし、光の進行方向、すなわち図２における水平方向をＸ軸とするＸＹ直交座標系を定める。第１の部分１０３の断面は、Ｏ（０，０）、Ａ１（Ｌ２，Ｈ１）、Ｂ（２Ｌ２，０）、Ｃ（３Ｌ２＋Ｌ１，０）、Ｄ１（３Ｌ２，Ｈ１）、Ｅ１（３Ｌ２，Ｈ１＋Ｈ２）、Ｆ１（−Ｌ１，Ｈ１＋Ｈ２）、Ｇ１（−Ｌ１，Ｈ１）およびＯを順次接続した領域である。第２の部分１０５の断面は、Ｏ、Ａ２（Ｌ２，−Ｈ１）、Ｂ（２Ｌ２，０）、Ｃ（３Ｌ２＋Ｌ１，０）、Ｄ２（３Ｌ２，−Ｈ１）、Ｅ２（３Ｌ２，−Ｈ１−Ｈ２）、Ｆ２（−Ｌ１，−Ｈ１−Ｈ２）、Ｇ２（−Ｌ１，−Ｈ１）およびＯを順次接続した領域である。第１の部分１０３の断面形状と第２の部分１０５の断面形状は、Ｘ軸に関して線対称である。
【００２１】
図２において、光の経路を一点鎖線で表す。光学素子１０１に入射する光は、平行光束であるとする。第１の部分１０３について、光は空中をＸ軸方向に進行し、入射面（Ｇ１およびＯを接続した部分）から入射角
【数７】
2008191402.tif 000009
で第１の部分１０３に入り、屈折角
【数８】
2008191402.tif 000010
で屈折して第１の部分１０３中を進行する。その後、第１の側面（Ｅ１およびＦ１を接続した部分の少なくとも一部）および第２の側面（ＢおよびＣを接続した部分）で全反射し、角度
【数９】
2008191402.tif 000011
で射出面（ＣおよびＤ１を接続した部分）に至り、屈折角
【数１０】
2008191402.tif 000012
で屈折して再び空中をＸ軸方向に進行する。したがって、第１の部分１０３に入射する光の進行方向と第１の部分１０３から射出する光の進行方向は変わらない。
【００２２】
第２の部分１０５について、光は空中をＸ軸方向に進行し、入射面（Ｇ２およびＯを接続した部分）から入射角
【数１１】
2008191402.tif 000013
で第２の部分１０５に入り、屈折角
【数１２】
2008191402.tif 000014
で屈折して第２の部分１０５中を進行する。その後、第１の側面（Ｅ２およびＦ２を接続した部分の少なくとも一部）および第２の側面（ＢおよびＣを接続した部分）で全反射し、角度
【数１３】
2008191402.tif 000015
で射出面（ＣおよびＤ１を接続した部分）に至り、屈折角
【数１４】
2008191402.tif 000016
【００２３】
で屈折して再び空中をＸ軸方向に進行する。したがって、第２の部分１０５に入射する光の進行方向と第２の部分１０５から射出する光の進行方向は変わらない。
【００２４】
図３は、図２と同様に、本実施形態による光学素子１０１の、光学素子１０１に入射する光の進行方向を含む断面を示す図である。図３にしたがって、第１の部分１０３および第２の部分１０５の形状について以下に説明する。上記のように第１の部分１０３の断面形状と第２の部分１０５の断面形状は、Ｘ軸に関して線対称であるであるので、以下において、第２の部分１０５について説明する。図３における座標および角度の定義は、図２における座標および角度の定義と同じである。図３において、Ｏ、Ａ２、Ｆ２およびＧ２をａ、ｂ、ｆおよびｅによっても表す。また、円形２０１の中心をｃで表す。ｂおよびｅの、Ｅ２およびＦ２を接続する部分に関して対称な点をｈおよびｅ’ によって表す。ｃから線分ａｂに下した垂線の足をｄ で表す。線分ｂｅ’とＥ２およびＦ２を接続する部分との交点をｇ によって表す。
【００２５】
Ｘ軸に平行に空中を進行し、入射面（Ｇ２およびＯを接続した部分）から第２の部分１０５に入った平行光束の全てが、第１の側面（Ｅ２およびＦ２を接続した部分の少なくとも一部）および第２の側面（ＢおよびＣを接続した部分）で全反射し、射出面（ＣおよびＤ２を接続した部分）から空中に出て、再びＸ軸に平行に空中を進行するための条件について検討する。このような条件を満たせば、射出面の下流側の平行光束の経路上において、遮蔽物２０１によって視界が遮られることはない。
【００２６】
本実施形態においてＯとＡ２とを接続する部分は、第１の側面（Ｅ２およびＦ２を接続した部分の少なくとも一部）に進む光の方向に平行であり、Ａ２とＢとを接続する部分は、第１の側面（Ｅ２およびＦ２を接続した部分の少なくとも一部）に全反射した後の光の方向に平行である。
【００２７】
入射面（Ｇ２およびＯを接続した部分）から第２の部分１０５に入った光は、第１の側面（Ｅ２およびＦ２を接続した部分の少なくとも一部）に角度（ラジアン）
【数１５】
2008191402.tif 000017
で入射する。第１の側面（Ｅ２およびＦ２を接続した部分の少なくとも一部）で全反射するには、以下の条件を満足する必要がある。
【数１６】
2008191402.tif 000018
ここで、
【数１７】
2008191402.tif 000019
【００２８】
は反射面で全反射が生じる臨界角である。式（１）の条件が満たされれば、第２の側面（ＢおよびＣを接続した部分）においても全反射が生じる。
【００２９】
光は第１の側面および第２の側面で２回全反射する。したがって、図３の太い矢印で示したように、光学素子１０１に入射する前と光学素子１０１から射出した後で、平行光束を集光した場合の像の向きは変わらない。
【００３０】
Ｌ２について、三角形ａｄｃにおける関係から
【数１８】
2008191402.tif 000020
である。
【００３１】
Ｈ１について、三角形ｂｃｄにおける関係から
【数１９】
2008191402.tif 000021
である。
【００３２】
Ｌ１について、三角形ａｅｉにおける関係から
【数２０】
2008191402.tif 000022
である。
【００３３】
Ｈ２について、三角形ｂｅ’ｈにおける関係から
【数２１】
2008191402.tif 000023
である。
【００３４】
より一般的に、Ｌ１、Ｌ２、Ｈ１およびＨ２は、以下の条件を満足すればよい。
【数２２】
2008191402.tif 000024
【００３５】
本実施形態による光学素子の具体的な設計例を以下の表１に示す。遮蔽物２０１の断面の半径ｒは、５．０ミリメータである。光学素子の材質は一般的なガラスである。
【表１】
2008191402.tif 000025
【００３６】
図４は、本発明の一実施形態による光学素子の設計手順を示す図である。
【００３７】
図４のステップＳ４０１０において、観察位置と遮蔽物とを結ぶ線分の方向を光の進行方向と定める。一例として、図１において、観察者４０１の観察位置を含む水平面において観察位置と支柱（遮蔽物）２０１とを結ぶ線分の方向を光の進行方向と定める。
【００３８】
図４のステップＳ４０２０において、光の進行方向を含む所定の断面を定める。該所定の断面は、観察位置、観察対象物の位置および遮蔽物の位置を考慮して定める。一例として、図１において、観察者４０１の観察位置を含む水平面を所定の断面と定める。
【００３９】
図４のステップＳ４０３０において、該所定の断面内において遮蔽物を含む円形を定める。該所定の断面内において遮蔽物が円形でない場合には、遮蔽物を内に含む最小の円形を定める。
【００４０】
図４のステップＳ４０４０において、断面内において、第１の部分および第２の部分の形状を定める。具体的に、式（１）を満足するように、角度
【数２３】
2008191402.tif 000026
および
【数２４】
2008191402.tif 000027
を定める。つぎに、Ｌ１、Ｌ２、Ｈ１およびＨ２が式（２）乃至（５）を満足するようにＬ１、Ｌ２、Ｈ１およびＨ２を定める。
【００４１】
図４のステップＳ４０５０において、ステップＳ４０４０において定めた断面を備える第１の部分および第２の部分の全体の形状を定める。
【００４２】
図５は、本発明の他の実施形態による光学素子１１１の、光学素子１１１に入射する光の進行方向を含む断面を示す図である。光学素子１１１は、遮蔽物２０１を挟持する一対の光学部材１１３および１１５を備える。一対の光学部材１１３および１１５は、それぞれ２個のミラー１１７ａ、１１７ｂおよび１１７ｃ、１１７ｄを備える。一例として、光学部材１１３に入射した光は、ミラー１１７ａの面で偏向し、光学部材１１３の側面で反射し、ミラー１１７ｂの面で偏向した後、入射した方向と同じ方向に光学部材１１３から射出される。像の反転を防ぐには、鏡面にパワーを持たせて、側面上で結像するようにしてもよい。図５において、図形２０１の形状は、実際の遮蔽物をその中に含む円形または楕円などとしてもよい。
【００４３】
図６は、本発明のさらに他の実施形態による光学素子１２１の、光学素子１２１に入射する光の進行方向を含む断面を示す図である。一対の光学部材１２３および１２５は、それぞれ２個のグリンレンズ（勾配屈折率レンズ）１２７ａ、１２７ｂおよび１２７ｃ、１２７ｄを備える。一例として、光学部材１２３に入射した光は、グリンレンズ１２７ａで偏向し、光学部材１２３の側面で反射し、グリンレンズ１２７ｂで偏向した後、入射した方向と同じ方向に光学部材１２３から射出される。図６において、図形２０１の形状は、実際の遮蔽物をその中に含む円形または楕円などとしてもよい。
【００４４】
本発明によれば、射出面の下流側の平行光束の経路上において、遮蔽物によって視界が損なわれることはない。すなわち、遮蔽物によって損なわれる視界を回復する光学素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】車両において使用される本発明の一実施形態による光学素子の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による光学素子の、光学素子に入射する光の進行方向を含む断面を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による光学素子の、光学素子に入射する光の進行方向を含む断面を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による光学素子の設計手順を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態による光学素子の、光学素子に入射する光の進行方向を含む断面を示す図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態による光学素子の、光学素子に入射する光の進行方向を含む断面を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０１，１１１，１２１…光学素子、１０３，１１３，１２３…第１の部分、１０５，１１５，１２５…第２の部分、２０１…遮蔽物
【図１】
2008191402.tif 000034
【図２】
2008191402.tif 000035
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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