(57)【要約】【課題】被写体以外の像の混入を起こり難くする空中結像装置を提供する。【解決手段】この空中結像装置１は、透明平板２１、２１’の内部に多数の光反射部２２、２２’がストライプ状に並べて形成されている第１及び第２の光学パネル２、２’を、それぞれの光反射部２２、２２’が互いに垂直になるように重ね合わせて密着させており、第１及び第２の光学パネル２、２’の各々は、光学パネル基準線１ａから離れるに従って厚みＴが減少する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明平板の内部に多数の光反射部がストライプ状に並べて形成されている第１及び第２の光学パネルを、それぞれの前記光反射部が互いに垂直になるように重ね合わせて密着させている空中結像装置において、
前記第１及び第２の光学パネルの各々は、光学パネル基準線から離れるに従って厚みが減少することを特徴とする空中結像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空中結像装置において、
前記光学パネル基準線は、前記第１及び第２の光学パネルの各々の光反射部に対して平面視において４５度の角度を成す線分であることを特徴とする空中結像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空中結像装置において、
前記第１及び第２の光学パネルの各々は、一定の勾配となるように厚みが減少することを特徴とする空中結像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の空中結像装置において、
前記第１及び第２の前記光学パネルの各々は、厚みＴが、定数Ａ、隣合う光反射部の間のピッチＰ、被写体基準点からの光が入射する又は結像基準点に向かって光を出射する厚み方向に対しての角度θ、透明平板の屈折率ｎ、を用いて、
Ｔ＝Ａ・Ｐ／ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ））
から算出されていることを特徴とする空中結像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の空中結像装置において、
前記定数Ａは、√２であることを特徴とする空中結像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中結像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被写体（実際の物体）からの光が一方側から入射されると、他方側に被写体の立体映像を空中に結像させる空中結像装置が提案されている。この空中結像装置は、空中結像用の光学パネルを用いており、この他方側にいる人には、空中結像装置によって結像される立体映像の位置に被写体が有るように見える。
【０００３】
図８に、簡便な構造の空中結像装置１０１を示す。この空中結像装置１０１は、特許文献１及び２に記載されたものの１つと基本的に同様な構造のものである。空中結像装置１０１は、空中結像用の第１及び第２の光学パネル１０２、１０２’を重ね合わせて構成されている。第１の光学パネル１０２は、透明平板１２１（例えば、ガラス製）の内部に、多数の（例えば、５００〜１５００個程度の）薄い（例えば、数千オングストローム程度の）光反射部１２２（例えば、金属膜）が、透明平板１２１の一方側の表面１２１ａから他方側の表面１２１ｂまで渡ってそれらに垂直に形成され、かつ、所定のピッチＰ（例えば、０．２〜３ｍｍ程度で）でストライプ状に並べて形成されている。第２の光学パネル１０２’も、第１の光学パネル１０２の透明平板１２１及び光反射部１２２と同様の透明平板１２１’ 及び光反射部１２２’を有する構造である。空中結像装置１０１は、第１及び第２の光学パネル１０２、１０２’ が、それぞれの光反射部１２２、１２２’が互いに垂直になるように重ね合わせて密着されている。第１及び第２の光学パネル１０２、１０２’の厚みＴは、所定の均一な厚み（例えば、０．５〜１０ｍｍ程度）となっている。この空中結像装置１０１は、第１の光学パネル１０２の一方側に入射された被写体Ｎからの光を光反射部１２２（図８ではａで示す点）で反射し、その反射光を第２の光学パネル１０２’の光反射部１２２’（図８ではａ’で示す点）で再度反射させ、第２の光学パネル１０２’の他方側に出射して立体映像Ｎ’を空中に結像させる。そして、結像した反射光が直進して目に入射することによって、空中の立体映像Ｎ’は人に認識され得る。
【０００４】
このような空中結像装置１０１は、デジタルサイネージなどの広告媒体システムや、タッチパネルの立体映像が空中に浮かび上がる空中タッチパネルなどの応用機器への展開が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７５２９７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２０９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、被写体Ｎから空中結像装置１０１に入射した光の中には、立体映像Ｎ’を結像する光とはならないものも有り得る。
【０００７】
例えば、図９に示すように、立体映像Ｎ’を結像する光（図中、ｑで示す。）は、被写体Ｎから第１の光学パネル１０２に入射し、透明平板１２１の屈折率に応じて屈折し、第１の光学パネル１０２の光反射部１２２で１回反射して第２の光学パネル１０２’に出射し、第２の光学パネル１０２’の光反射部１２２’で１回反射して空中結像装置１０１の外に放出される。これに対して、立体映像Ｎ’を結像しない光（図中、ｒで示す。）は、被写体Ｎから第１の光学パネル１０２に入射し、透明平板１２１の屈折率に応じて屈折し、第１の光学パネル１０２の１つの光反射部１２２で反射し、その反射光が隣接する光反射部１２２で再度反射して、第２の光学パネル１０２’に立体映像Ｎ’を結像する光とは異なる方向で出射し、第２の光学パネル１０２’の光反射部１２２’で反射して空中結像装置１０１の外に放出される。このように、被写体Ｎから第１の光学パネル１０２に入射しても、第１の光学パネル１０２の光反射部１２２、１２２で２回反射した光は、立体映像Ｎ’を結像する光とはならない。
【０００８】
そのため、この立体映像Ｎ’を結像しない光のかわりに、被写体Ｎ以外からの光（図中、ｓで示す。）が立体映像Ｎ’に入って、立体映像Ｎ’中の一部に、被写体Ｎ以外の像が混入することになる。
【０００９】
また、第１の光学パネル１０２の光反射部１２２で１回だけ反射して第２の光学パネル１０２’に入射した光でも、第２の光学パネル１０２’の光反射部１２２’、１２２’で２回反射した光は、第１の光学パネル１０２の光反射部１２２で２回反射した光と同様に、立体映像Ｎ’を結像する光とはならない。このような場合でも、被写体Ｎ以外からの光が立体映像Ｎ’に入って、立体映像Ｎ’中の一部に、被写体Ｎ以外の像が混入することになる。
【００１０】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、被写体以外の像の混入を起こり難くする空中結像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の空中結像装置は、透明平板の内部に多数の光反射部がストライプ状に並べて形成されている第１及び第２の光学パネルを、それぞれの前記光反射部が互いに垂直になるように重ね合わせて密着させている空中結像装置において、前記第１及び第２の光学パネルの各々は、光学パネル基準線から離れるに従って厚みが減少することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の空中結像装置は、請求項１に記載の空中結像装置において、前記光学パネル基準線は、前記第１及び第２の光学パネルの各々の光反射部に対して平面視において４５度の角度を成す線分であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の空中結像装置は、請求項１又は２に記載の空中結像装置において、前記第１及び第２の光学パネルの各々は、一定の勾配となるように厚みが減少することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の空中結像装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空中結像装置において、前記第１及び第２の前記光学パネルの各々は、厚みＴが、定数Ａ、隣合う光反射部の間のピッチＰ、被写体基準点からの光が入射する又は結像基準点に向かって光を出射する厚み方向に対しての角度θ、透明平板の屈折率ｎ、を用いて、Ｔ＝Ａ・Ｐ／ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ））から算出されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の空中結像装置は、請求項４に記載の空中結像装置において、前記定数Ａは、√２であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の空中結像装置によれば、被写体以外の像の混入を起こり難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る空中結像装置における光の反射を説明するために一部を拡大して模式的に示す立体図である。
【図２】同上の空中結像装置を示すものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図３】同上の空中結像装置の最終段階の加工を説明するための平面図である。
【図４】同上の空中結像装置における光の反射を説明するための平面図である。
【図５】同上の空中結像装置における光の反射を説明するための断面図である。
【図６】同上の空中結像装置において光を反射する部分を拡大して示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。
【図７】同上の空中結像装置において光を反射する部分を拡大して示すＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。
【図８】従来の空中結像装置における光の反射を説明するために一部を拡大して模式的に示す立体図である。
【図９】従来の空中結像装置において第１の光学パネルに入射した光の様子を説明ための第１の光学パネルの光反射部に直交する方向で切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態に係る空中結像装置１は、図１に示すように、図８を用いて説明した空中結像装置１０１の場合と同様に、空中結像用の第１及び第２の光学パネル２、２’を重ね合わせて構成されている。第１の光学パネル２は、透明平板２１（例えば、ガラス製）の内部に、多数の（例えば、５００〜１５００個程度の）薄い（例えば、数千オングストローム程度の）光反射部２２（例えば、金属膜）が、透明平板２１の一方側の表面２１ａから他方側の表面２１ｂまで渡ってそれらに垂直に形成され、かつ、所定のピッチＰ（例えば、０．２〜３ｍｍ程度で）でストライプ状に並べて形成されている。第２の光学パネル２’も、第１の光学パネル２の透明平板２１及び光反射部２２と同様の透明平板２１’ 及び光反射部２２’を有する構造である。空中結像装置１は、第１及び第２の光学パネル２、２’が、それぞれの光反射部２２、２２’が互いに垂直になるように重ね合わせて密着されている。この空中結像装置１は、第１の光学パネル２の一方側に入射された被写体Ｎからの光を光反射部２２（図１ではａで示す点）で反射し、その反射光を第２の光学パネル２’の光反射部２２’（図１ではａ’で示す点）で再度反射させ、第２の光学パネル２’の他方側に出射して立体映像Ｎ’を空中に結像させる。そして、結像した反射光が直進して目に入射することによって、空中の立体映像Ｎ’は人に認識され得る。
【００１９】
第１及び第２の光学パネル２、２’はそれぞれ、図２（ａ）に示すように、平面視において四角形である。更に詳細には、四角形の一辺（図２（ａ）においては下辺）は、第１及び第２の光学パネル２、２’の各々の光反射部２２、２２’に対して平面視において４５度の角度を成す線分となっている。この四角形の一辺が、後述する光学パネル基準線１ａとなる。図２（ａ）に示す例では、光学パネル基準線１ａ以外の辺も、第１及び第２の光学パネル２、２’の各々の光反射部２２、２２’に対して平面視において４５度の角度を成すものとなっている。なお、図２（ａ）においては、光反射部２２が右下がり、光反射部２２’が左下がりとなっているが、逆であってもよい。
【００２０】
このような第１及び第２の光学パネル２、２’は、図３に示すような互いに密着された大きな光学パネル２Ａ、２Ａ’において、図中の破線で示す四角形の四辺の部分を切断することによって、四辺が第１及び第２の光学パネル２、２’の各々の光反射部２２、２２’に対して平面視において４５度の角度を成すようにできる。光学パネル２Ａ、２Ａ’までの製造方法については本願の要旨ではないので説明を省略するが、詳細は特許文献２などに記載されている。
【００２１】
第１及び第２の光学パネル２、２’の各々において、厚みＴは、図２（ｂ）に示すように、光学パネル基準線１ａから離れるに従って、一定の勾配となるように減少する。
【００２２】
また、厚みＴは、次に示す式から算出される。
Ｔ＝Ａ・Ｐ／ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ））
ここで、Ａは定数で具体的には√２（２の平方根）、Ｐは隣合う光反射部２２、２２又は２２’、２２’の間のピッチ（中心間の距離）、ｎは透明平板２１、２１’の屈折率（空気に対する屈折率）である。θは第１光学パネル２については被写体基準点１ｂ（被写体Ｎを代表する点）からの光が入射する厚み方向に対しての角度であり、第２の光学パネル２’については結像基準点１ｂ’（被写体基準点１ｂからの光が結像する点）に向かって光を出射する厚み方向に対しての角度である。
【００２３】
第１及び第２の光学パネル２、２’は、厚みＴが上式を満たすことで、図４及び図５に示すように、被写体基準点１ｂから光学パネル基準線１ａに平面視において（平面方向に）垂直に入射した光を原理的には全て反射して、結像基準点１ｂ’に結像させることができる。すなわち、被写体基準点１ｂから、図６（ａ）に示すように、第１の光学パネル２の隣合う光反射部２２ａ、２２ｂの間に、それら（光反射部２２ａ、２２ｂ）に対して平面視において（平面方向に）４５度の角度を成して入射した光を、全て光反射部２２ｂで反射し、その反射光を全て第２の光学パネル２’の光反射部２２ｂ’又は２２ｃ’で再度反射させて、結像基準点１ｂ’に結像させることができる。このことの詳細を以下に示す。
【００２４】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂで示す切断線（平面視における光の入射方向）で切断した断面図である。図７は、Ｃ−Ｃで示す切断線（第１の光学パネル２の光反射部２２に直交する方向）で切断した断面図である。厚み方向に対して角度θで、図６（ｂ）に示すように、第１の光学パネル２の隣合う光反射部２２ａ、２２ｂの間において最も被写体基準点１ｂに近い側（光反射部２２ａに接する側）に入射した光（図中、ｕで示す。）は、φ（＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ））の角度で第１光学パネル２（透明平板２１）内を光反射部２２ｂに向かって進行し、平面方向にＡ・Ｐ（＝√２・Ｐ）、厚み方向にＴ（＝Ａ・Ｐ／ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）））、進行したところで光反射部２２ｂによって反射して、第２の光学パネル２’へ出射する。また、最も被写体基準点１ｂから遠い側（光反射部２２ｂに接する側）に入射した光（図中、ｖで示す。）は、厚み方向に対してφの角度で光反射部２２ｂによって反射し、光学パネル２（透明平板２１）内を進行し（図７参照）、第２の光学パネル２’へ出射する。よって、第１の光学パネル２の隣合う光反射部２２ａ、２２ｂの間に入射した光（図中、ｕ、ｖ、ｑ、ｒで示す。）は全て、光反射部２２ｂによって１回だけ反射し、光反射部２２ａなど他の光反射部２２によっては反射されないことになる。
【００２５】
第１の光学パネル２の隣合う光反射部２２ａ、２２ｂの間から出射した光は、第２の光学パネル２’の隣合う光反射部２２ａ’、２２ｂ’の間又は隣合う光反射部２２ｂ’、２２ｃ’の間に、厚み方向に対してφの角度で入射する。第２の光学パネル２’に入射した光は、第１の光学パネル２と同様にして、光反射部２２ｂ’又は光反射部２２ｃ’によって１回だけ反射し、光学パネル２’の外（空中結像装置１の外）にθの角度で放出される（図６（ｂ）参照）。
【００２６】
このように、空中結像装置１は、被写体基準点１ｂから光学パネル基準線１ａに平面方向で垂直に入射した光を原理的には全て反射して、結像基準点１ｂ’に結像させることができる。それにより、被写体基準点１ｂ及びその近傍に被写体Ｎが有り、光学パネル基準線１ａに対し視線が平面視においてほぼ垂直になるような位置から人が結像基準点１ｂ’及びその近傍の立体映像Ｎ’を見るとき、立体映像Ｎ’の中への被写体Ｎ以外の像の混入は起こり難くなる。
【００２７】
また、定数Ａは、√２以外とすることも可能である。例えば、想定する視線に適合させて、適切な立体映像Ｎ’を得るように定数Ａを設定することが可能である。
【００２８】
また、光学パネル基準線１ａは、第１及び第２の光学パネル２、２’の一辺ではなく、それよりも内側にあってもよい。例えば、図３に示した光学パネル２Ａ、２Ａ’を第１及び第２の光学パネル２、２’として、実質的に使用される図中の破線で示す四角形の下側の一辺を光学パネル基準線１ａとすることができる。この場合、図中の破線で示す四角形の外側は、四角形の内側に合わせた勾配とすればよい。
【００２９】
以上、本発明の実施形態に係る空中結像装置について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、厚みＴが光学パネル基準線１ａから離れるに従って減少する勾配は、上述した式から算出されなくても、それに近似していれば、上述した混入についてある程度の効果を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１    空中結像装置
１ａ  光学パネル基準線
１ｂ  被写体基準点
１ｂ’  結像基準点
２    第１の光学パネル
２’  第２の光学パネル
２１、２１’  透明平板
２２、２２’  光反射部
Ｔ    第１又は第２の光学パネルの厚み
Ｐ    第１又は第２の光学パネルにおける隣合う光反射部の間のピッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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