JP6400453B2

JP6400453B2 - 空中結像用の光学パネルの製造方法

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Publication number: JP6400453B2
Application number: JP2014247476A
Authority: JP
Inventors: 康司大西
Original assignee: OPTCERAMICS LIMITED
Current assignee: OPTCERAMICS LIMITED
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: JP2016109878A

Description

本発明は、空中結像用の光学パネルの製造方法に関する。

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達には、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。このような空中結像装置は、デジタルサイネージなどの広告媒体や、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。

図９に、簡便な構造の空中結像装置１を示す。この空中結像装置１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１は、２個の空中結像用の光学パネル２、２’を重ね合わせて構成されている。光学パネル２は、透明平板２１の内部に、多数の光反射部２２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、所定のピッチでストライプ状に並べて形成されている。光学パネル２’も、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、２個の光学パネル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いる。この空中結像装置１は、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９ではａで示す点）で反射し、その反射光を光学パネル２’の光反射部２２’（図９ではａ’で示す点）で再度反射させ、他方側に立体映像Ｎ’を空中に結像させる。

このような光学パネル２の製造方法の概略は、次の通りである。すなわち、まず、透明基板３１の両面又は一面に金属蒸着などによって光反射層３２を付着させることにより、薄く（例えば、０．２〜３ｍｍ程度で）一定の厚みで所定のサイズ（例えば、２５〜１００ｃｍ四方程度）の平板３０を製作する。次に、平板３０を、図１０（ａ）に示すように、多数枚（例えば、５００〜１５００枚程度）積層して接着する。そうすることにより、図１０（ｂ）に示すように、積層体３を形成する。次に、図１１（ａ）に示すこの積層体３を、図１１（ｂ）に示すように、光反射層３２に対して垂直方向に切断し、複数の光学パネル２を切り出し、そして、光学パネル２が所定の均一な厚み（例えば、０．５〜１０ｍｍ程度）になるように、その切り出し面を研磨する。なお、光学パネル２’も同様である。

特開２０１１−１７５２９７号公報特開２０１３−２２０９８１号公報

ところで、空中結像装置１の光学パネル２（及び２’）における積層体３は、平板３０、３０同士を接着する接着層４の厚みを、非常に薄く（例えば、５μｍ程度に）し、かつ、積層体３の一端に位置する平板３０から他端に位置する平板３０まで、精度良く一定に保つようにする必要がある。そのための方式としては、先ず、積層体形成用容器の中に、平板３０、３０同士の間に間隔を置いて多数枚の平板３０を配列しておき、次に、流動する接着剤を積層体形成用容器に流入させて多数枚の平板３０を浸し、一端及び／又は他端に位置する平板３０の端面を徐々にプレスして余分な接着剤を排除し、所望の厚みにして接着剤を硬化させるものが考えられる。

しかし、平板３０は、薄く、また、光反射層３２を付着させているので、プレスの過程において平板３０の割れ又は光反射層３２の損傷が起こることも有り得る。

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、平板を多数枚積層して接着するときに、平板の割れ又は光反射層の損傷を起こり難くする空中結像用の光学パネルの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法は、透明基板の両面又は一面に光反射層を付着させて多数枚の平板を製作する平板製作工程と、前記多数枚の平板を積層し接着して積層体を形成する積層体形成工程と、該積層体を前記光反射層に対して垂直方向に切断して複数の光学パネルを切り出す切り出し工程と、前記光学パネルの切り出し面を所定の厚みになるよう研磨する研磨工程と、を含んでなり、前記積層体形成工程は、前記平板同士の間に柔軟な細線を介在させ、多数枚の前記平板を配列して平板集合体を形成する平板配列処理と、流動する接着剤を積層体形成用容器に流入させて前記平板集合体を浸す平板浸漬処理と、前記細線を前記平板集合体の上方に抜き出す細線抜出処理と、前記平板集合体の一端面又は両端面をプレスするプレス処理と、前記接着剤を硬化させて前記平板集合体を前記積層体にする接着剤硬化処理と、を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法は、請求項１に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法において、前記平板配列処理では、２個のポール間に前記平板を載置し、連続した１本の前記細線を、該２個のポールで折り返すことによって、前記平板集合体の一端に位置する前記平板から他端に位置する前記平板まで、配置し、その後、一方のポール側の折り返し部分を切断するか、或いは、一方のポールを抜き取ることを特徴とする。

請求項３に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法は、請求項２に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法において、前記細線抜出処理では、他方のポールを引き上げることにより、前記平板集合体の中の前記細線の全てを一挙に抜き出すことを特徴とする。

請求項４に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法において、前記平板浸漬処理では、前記平板集合体における前記平板の配列の方向は水平方向又は斜め方向になっていることを特徴とする。

本発明の空中結像用の光学パネルの製造方法によれば、平板を多数枚積層して接着するときに、平板の割れ又は光反射層の損傷を起こり難くすることができる。

本発明の実施形態に係る空中結像用の光学パネルの製造方法の積層体形成工程で用いることができる積層体形成容器を示すものであって、（ａ）が左側面図、（ｂ）が正面図である（ともに紙面手前に位置する筐体構成板は取り除いて見たものである）。同上の積層体形成工程における平板配列処理を示す模式的な斜視図であって、（ａ）は１つの状態、（ｂ）はその次の状態を示す。同上の積層体形成工程における平板配列処理を示す模式的な斜視図であって、（ａ）は図２（ｂ）の次の状態、（ｂ）は最終状態を示す。同上の積層体形成工程における平板配列処理の変形例を示す模式的な斜視図であって、（ａ）は１つの状態、（ｂ）はその次の状態を示す。同上の積層体形成工程における平板浸漬処理を示す正面図である。同上の積層体形成工程における細線抜出処理を示す正面図である。同上の積層体形成工程におけるプレス処理を示す正面図である。同上の空中結像用の光学パネルが適用される空中結像装置と被写体と立体映像の全体の例を示す模式的な斜視図である。同上の空中結像用の光学パネルが適用される空中結像装置を示す立体的な拡大模式図である。同上の空中結像用の光学パネルの製造方法が適用される積層体形成工程の概略を示す説明図である。同上の空中結像用の光学パネルの製造方法が適用される切り出し工程の概略を示す説明図である。

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用の光学パネルの製造方法は、上述した空中結像用の光学パネル２、２’の製造方法であり、以下に図を参照しながら説明する平板製作工程、積層体形成工程、切り出し工程、研磨工程、を含んでなるものである。

平板製作工程は、透明基板３１の両面又は一面に光反射層３２を付着し一定厚みの平板３０を多数枚製作する工程である（前述した図１０（ａ）参照）。透明基板３１は、通常は、透明のガラス板を用いる。場合によっては、透明のセラミック板なども可能である。透明基板３１は、例えば、２５〜１００ｃｍ四方程度のサイズで、０．２〜３ｍｍ程度の厚みのものを用いることができる。光反射層３２は、金属材（例えば、アルミニウム、銀、銅等）など光を良く反射する材質からなるものであり、スパッタリング、蒸着又はメッキ等により透明基板３１に付着させる。光反射層３２の厚みは、例えば、数千オングストローム程度にすることができる。

積層体形成工程は、前述した図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、多数枚の平板３０を積層し接着して積層体３を形成する工程である。例えば、積層する平板３０の数を５００〜１５００枚程度とし、高さを２５〜１００ｃｍ程度とすることができる。なお、透明基板３１に付着させる光反射層３２が一面のものならば、光反射層３２が一方側に位置するようにして多数枚の平板３０を積層することになる。

積層体形成工程は、詳細には、後述する平板配列処理、平板浸漬処理、細線抜出処理、プレス処理、接着剤硬化処理、を行うものである。なお、当然ではあるが、それ以外の処理を含んでもよい。

積層体形成工程は、具体的には、図１（ａ）、（ｂ）に示すような積層体形成用容器５を用いて行うことができる。この積層体形成用容器５は、６個の筐体構成板５１〜５６（例えば、ステンレス鋼製）によって筐体を構成している。この筐体は、適宜分解して用いる。筐体構成板５１には、対を成すポール５７、５７’を複数対（図１（ａ）、（ｂ）においては２対）、立設することができる。ポール５７、５７’間の距離は、平板３０のサイズと同じか或いは少し大きくなっている。筐体構成板５１に相対する筐体構成板５２の内側には、プレス用板５８（例えば、ステンレス鋼製）を設けることができ、それを移動させるプレス用板操作具５８Ａを設けることができる。また、後述する接着剤４ａを流し出すことが可能な接着剤流出路５９を設けることができる。

平板配列処理では、平板３０、３０同士の間に柔軟な細線６を介在させ、多数枚の平板３０を配列する。細線６は、通常は、平板３０が傾かないように、互いが大体平行になるようにして、平板３０、３０同士の間の１つの空間において複数箇所（図２等においては２箇所）配置する。また、各々の細線６は、平板３０、３０同士の間を通過し、通常は、平板３０の外にはみ出るように配置する。こうして配列した多数枚の平板３０は、平板集合体３’を構成することになる。

この配列は、上記の積層体形成用容器５を用いて以下のように行うことができる。先ず、筐体構成板５１を底面にして、ポール５７、５７’が直立した状態にする（図１（ａ）、（ｂ）参照）。その他の筐体構成板５２〜５６は、通常、組み立てられていない。以下、図２及び図３に基づいて説明する。これらの図では、筐体構成板５１の図示は省略している。また、図２、図３及びその他の図においては、図示し易いように、平板３０の厚みや細線６の直径などは拡大して示し、多数枚の平板３０の枚数は少なく示している。

そして、保護板体５０が設けられた平板３０をポール５７、５７’間に載置する。次に、図２（ａ）に示すように、一端がポール５７に固定（例えば、テープなどにより固定）された細線６を平板３０上を横断させる。続けて、次の平板３０（保護板体５０が設けられていない通常の平板３０）を載置し、図２（ｂ）に示すように、細線６を、ポール５７’で折り返して、その平板３０上を横断させる。続けて、次の平板３０を載置し、図３（ａ）に示すように、細線６を、ポール５７で折り返して、その平板３０上を横断させる。この作業を繰り返す。そして、最後に、図３（ｂ）に示すように、保護板体５０が設けられた平板３０を載置する。細線６のポール５７における折り返し部分は、テープなどにより固定しておくのが好ましい。こうして、平板集合体３’を構成することができる。なお、保護板体５０は、平板３０の端面に密着してその端面を保護するものあり、端面に密着する部分は例えば、アルミナなどのセラミック製の板を用いることができる。

また、配列の方法を次のように変形することも可能である。すなわち、保護板体５０が設けられた平板３０を載置した後、図４（ａ）に示すように、細線６に平板３０上を横断させてポール５７’で折り返し、再度平板３０上を横断させる。続けて、次の平板３０を載置し、図４（ｂ）に示すように、細線６を、ポール５７で折り返して、その平板３０上を横断させてポール５７’で折り返し、再度平板３０上を横断させる。この作業を繰り返す。そして、最後に、保護板体５０が設けられた平板３０を載置する。

このように、ポール５７、５７’で折り返すことによって、平板集合体３’の一端に位置する平板３０から他端に位置する平板３０まで、連続した１本の細線６を配置することができる。この場合、後に詳述する細線抜出処理においてポール５７側から細線６を抜き出すために、平板集合体３’を形成した後、ポール５７’側の折り返し部分を切断することによって、ポール５７’によって細線６の移動が制限されないようにする。図４（ａ）、（ｂ）に示したような場合には、ポール５７’を抜き取ることも可能である。

なお、平板集合体３’は、その他の筐体構成板５２〜５５を組み立ててから、プレス用板操作器具５８Ａを操作してプレス用板５８を平板集合体３’の保護板体５０に接触させ、位置固定することができる。また、この平板配列処理の例では、平板３０を上方に向かって配列しているが、配列の方向は、後に詳述する平板浸漬処理までは特に限定はされない。

細線６は、柔軟性と強度（特に、後に詳述する細線抜出処理の際の引っ張りに対する柔軟性と強度）などを考慮して、細い（例えば、直径０．０１〜１ｍｍ程度の）合成繊維（例えば、ナイロン製又はポリエチレン製など）とするのが好ましい。

平板浸漬処理は、流動する接着剤４ａを積層体形成用容器５に流入させて、平板集合体３’を浸す処理である。それにより、平板３０、３０同士の間に接着剤４ａが流入する。接着剤４ａは、例えば、２０〜２４時間程度で硬化するエポキシ樹脂系接着剤を用いることができる。平板浸漬処理では、平板集合体３’における平板３０の配列の方向は、水平方向にしておくのが好ましい（図５参照）。そうすると、接着剤４ａを積層体形成用容器５に流入させたときに発生する気泡は、平板３０、３０同士の間に有っても、少し時間が経つと上方に移動し大気中に放出される。平板３０の配列の方向は、斜め方向（水平方向から少し傾けた方向）でもよい。

上記の積層体形成用容器５を用いる平板浸漬処理は、先ず、図５に示すように、筐体構成板５１〜５５を組み立てた状態で、筐体構成板５５を底面にして積層体形成用容器５を設置し直す。筐体構成板５６は、組み立てない。そうすると、積層体形成用容器５の上面に開口部ができる。そして、上方からから接着剤４ａを流入させる。

細線抜出処理は、細線６を平板集合体３’の上方に抜き出す処理である。この処理は、接着剤４ａが流動可能な状態のうちに行う。細線６は、上方から引っ張られると、それの両側の平板３０、３０との間に摩擦抵抗があっても、柔軟であるので、上方に多少伸びて多少太さが縮む。それにより、細線６を、平板３０（特に、光反射層３２）が傷つくことなく、抜き出すことが可能になる。細線６を抜き出すと、接着剤４ａが流動し、平板３０、３０同士の間は接着剤４ａのみで充たされることになる。

上記の積層体形成用容器５を用いる細線抜出処理は、図６に示すように、ポール５７を引き上げることにより、細線６を平板集合体３’の上方に抜き出す。上述したように、このとき、細線６におけるポール５７’側の折り返し部分は、ポール５７’によって移動が制限されることはない。従って、ポール５７を引き上げることにより、平板集合体３’の中の細線６の全てを、抵抗なく、平板集合体３’から一挙に抜き出すことができる。

プレス処理は、平板集合体３’の一端面又は両端面（通常は、一端面）を徐々にプレスする処理である。それにより、平板３０、３０同士の間は狭まり、そこを充たしていた接着剤４ａのうち余分なものは、平板集合体３’の外に徐々に排出されて行く。そして、平板３０、３０同士の間を所望の非常に薄い厚み（例えば、５μｍ程度）にする。

ここで、平板集合体３’は、平板配列処理において平板３０、３０同士の間の隙間がすでに狭い状態にすることができているので、各々の平板３０の移動距離は短い。従って、移動に伴う平板３０の割れ又は光反射層３２の損傷が起こり難くなる。

上記の積層体形成用容器５を用いるプレス処理は、図７に示すように、筐体構成板５１〜５６を組み立てた状態で、プレス用板操作器具５８Ａを操作してプレス用板５８を移動させ、保護板体５０を介して平板集合体３’をプレスする。積層体形成用容器５の中の接着剤４ａは、接着剤流出路５９を開放して流し出すことができる。このプレス処理は、図７に示すように、平板集合体３’ を直立させる、すなわち平板集合体３’の配列の方向を直立方向にさせるのが好ましい。この場合、保護板体３０は、上側及び下側に来る。平板集合体３’ を直立させるのは、プレス処理の途中で平板３０、３０同士の間がある程度短くなったころでもよい。上記の平板浸漬処理からプレス処理完了までは、接着剤４ａが流動可能な状態を保つことができる時間（例えば、１２時間以内程度）で行う。

接着剤硬化処理は、接着剤４ａを硬化させる処理である。通常は、平板集合体３’ を直立させて長時間（例えば、２０〜２４時間程度）放置することを行う。それにより、接着剤４ａは接着層４となり、平板集合体３’は積層体３となる。接着剤４ａが硬化した後は、積層された積層体３の側面の表面近傍を僅かに切除する処理を行う。それにより、積層体３の側面に付着し硬化した接着剤４ａも切除される。また、積層体３の両側に設けられていた保護板体５０、５０を取り外す。

切り出し工程は、前述した図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、積層体３を、多数の光反射層３２に対して垂直方向に切断して光学パネル２（又は２’）を切り出す工程である。切断方法としては、外周刃切断、内周刃切断、ブレードソー切断、ワイヤーソー切断などを採用することが可能である。外周刃切断は、高速回転する薄肉砥石を切断部材とし、その外周で切断する方法である。内周刃切断は、高速回転するドーナッツ状の薄肉砥石を切断部材とし、その内周で切断する方法である。ブレードソー切断は、強く張った薄板（ブレード）を切断部材とし、それを往復運動させながら切断する方法である。ワイヤーソー切断は、ワイヤーを切断部材とし、それを往復運動させながら切断する方法である。

研磨工程は、光学パネル２（又は２’）が所定の均一な厚み（例えば、０．５〜１０ｍｍ程度）になるように、その切り出し面を研磨する工程である。また、研磨工程後、必要に応じ、光学パネル２（又は２’）の外形を整える等の加工を行うことも可能である。

製造された光学パネル２は、上述した図９に示すように、透明平板２１の内部に、多数の光反射部２２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、所定のピッチでストライプ状に並べて形成されたものとなる。製造に用いた多数の透明基板３１の断片が光学パネル２の透明平板２１を構成し、光反射層３２の断片のそれぞれが光反射部２２となる。平板３０の厚みが、光反射部２２同士間の所定のピッチとなる。光学パネル２と同様にして製造された光学パネル２’の透明平板２１’、光反射部２２’についても同様である。

上述した空中結像装置１は、２個の光学パネル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ることにより構成される。光学パネル２と光学パネル２’は、光学用接着剤などにより固定される。その後、カットして、さまざまな平面的形状にすることも可能である。

この空中結像装置１は、上述した図９に示すように、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で反射し、その反射光を光学パネル２’の光反射部２２’で再度反射させ、他方側に立体映像Ｎ’を空中に結像させる（図８参照）。

上述したようにして平板３０の割れ又は光反射層３２の損傷をなくすようにし、また、接着剤４ａ、すなわち接着層４に気泡が残らないようにした光学パネル２、２’は、結像の特性の劣化や物理的強度の経時劣化などを抑止することができる。

以上、本発明の実施形態に係る空中結像用の光学パネルの製造方法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、平板３０のサイズ、厚み、積層する枚数などは、応用機器に合わせて適宜決めることが可能である。

１空中結像装置
２光学パネル
２１透明平板
２２光反射部
３積層体
３’ 平板集合体
３０平板
３１透明基板
３２光反射層
４接着層
４ａ接着剤
５積層体形成用容器
５０保護板体
５１〜５６筐体構成板
５７、５７’ ポール
５８プレス用板
５８Ａプレス用板操作具
６細線

Claims

透明基板の両面又は一面に光反射層を付着させて多数枚の平板を製作する平板製作工程と、
前記多数枚の平板を積層し接着して積層体を形成する積層体形成工程と、
該積層体を前記光反射層に対して垂直方向に切断して複数の光学パネルを切り出す切り出し工程と、
前記光学パネルの切り出し面を所定の厚みになるよう研磨する研磨工程と、を含んでなり、
前記積層体形成工程は、
前記平板同士の間に柔軟な細線を介在させ、多数枚の前記平板を配列して平板集合体を形成する平板配列処理と、
流動する接着剤を積層体形成用容器に流入させて前記平板集合体を浸す平板浸漬処理と、
前記細線を前記平板集合体の上方に抜き出す細線抜出処理と、
前記平板集合体の一端面又は両端面をプレスするプレス処理と、
前記接着剤を硬化させて前記平板集合体を前記積層体にする接着剤硬化処理と、
を行うことを特徴とする空中結像用の光学パネルの製造方法。
請求項１に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法において、
前記平板配列処理では、２個のポール間に前記平板を載置し、連続した１本の前記細線を、該２個のポールで折り返すことによって、前記平板集合体の一端に位置する前記平板から他端に位置する前記平板まで、配置し、その後、一方のポール側の折り返し部分を切断するか、或いは、一方のポールを抜き取ることを特徴とする空中結像用の光学パネルの製造方法。
請求項２に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法において、
前記細線抜出処理では、他方のポールを引き上げることにより、前記平板集合体の中の前記細線の全てを一挙に抜き出すことを特徴とする空中結像用の光学パネルの製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の空中結像用の光学パネルの製造方法において、
前記平板浸漬処理では、前記平板集合体における前記平板の配列の方向は水平方向又は斜め方向になっていることを特徴とする空中結像用の光学パネルの製造方法。