JP7313346B2 - 信号検出システム - Google Patents
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Description
特許文献1および特許文献2等に示されるように、これらのシステムでは、一例として、被検体にマーカーと呼ばれる反射体を貼着して、光源から測定光を被写体に照射し、カメラで被写体を撮影する。被写体に照射した測定光は、マーカーによって反射されるので、カメラで撮影した画像情報より、マーカーの動きを三角測量の原理で計測し、3次元のデータを生成することで、被写体の動きおよび被写体までの距離を測定する。
また、マーカーとしては、光を再帰反射する反射部材が広く用いられている。
例えば、信号検出システムを屋外で用いる場合、太陽光に含まれる近赤外光がマーカー以外の場所で散乱され、散乱された近赤外光がカメラで測定されて、ノイズが増加してしまう。また、被写体の近くに金属表面および光反射性の平滑面等が有る場合には、これらの面で鏡面反射された測定光がカメラで測定され、ノイズとなる場合もある。
[1] 測定光として偏光を出射する出射部と、出射部が出射した測定光を再帰反射する再帰反射部材と、再帰反射部材が反射した測定光を測光する検出部と、を有し、
再帰反射部材において、第1の偏光の反射率が、第1の偏光と逆の性質の偏光である第2の偏光の反射率よりも高く、かつ、
出射部が出射する測定光において、第1の偏光の強度が第2の偏光の強度よりも高い第1条件、および、検出部において、第1の偏光の検出感度が第2の偏光の検出感度よりも高い第2条件の、少なくとも一方の条件を満たすことを特徴とする信号検出システム。
[2] 第1条件と第2条件とを満たす、[1]に記載の信号検出システム。
[3] 第1の偏光が円偏光で、第2の偏光が第1の偏光と旋回方向が逆の円偏光である、[1]または[2]に記載の信号検出システム。
[4] 出射部が出射する光が、波長700~2000nmの光を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の信号検出システム。
[5] 再帰反射部材が、コレステリック液晶相を固定してなる反射体を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の信号検出システム。
[6] 再帰反射部材が、球状構造の反射体を有する、[1]~[5]のいずれかに記載の信号検出システム。
[7] 複数の再帰反射部材が、互いに離間して配置される、[1]~[6]のいずれかに記載の信号検出システム。
[8] 出射部が、光源と、偏光フィルタと、を有する、[1]~[7]のいずれかに記載の信号検出システム。
[9] 偏光フィルタが、反射型の偏光フィルタである、[8]に記載の信号検出システム。
[10] 反射型の偏光フィルタが、コレステリック液晶相を固定してなる反射層を有する反射型の円偏光フィルタである、[9]に記載の信号検出システム。
[11] 検出部が、検出器と、偏光フィルタと、を有する、[1]~[10]のいずれかに記載の信号検出システム。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、再帰反射(再帰性反射)は、入射した光が入射方向に反射される反射を意味する。
半値透過率を求める式: T1/2=100-(100-Tmin)÷2
図1に示す信号検出システム10は、出射部12と、検出部14と、マーカー16と、を有する。
図示例の信号検出システム10において、マーカー16は、本発明における再帰反射部材である。図1に示す信号検出システム10は、離間して配置される2つのマーカー16を有するが、本発明において、マーカー16は、1つでもよく、または、離間して配置される3以上を有してもよい。なお、マーカー16は、移動する被写体のみに貼着してもよい。または、マーカ16は、移動しない被写体のみに貼着してもよい。または、マーカー16は、移動する被写体と、移動しない被写体との両者に貼着してもよい。
本発明の信号検出システム10では、粘着剤等を用いる方法等の公知の方法で、被写体(測定対象)にマーカー16を貼着する。その上で、出射部12から被写体に測定光を照射して、検出部14によって撮影を行う。さらに、撮影した画像、すなわち、被写体に貼着したマーカー16によって再帰反射された測定光の測定結果から、三角測量の原理を用いて三次元のデータを生成する。本発明の信号検出システム10は、一例として、このようにして生成した三次元データから、マーカー16すなわち被写体の動きおよび被写体までの距離等を計測する。
従って、光源20は、700~2000nmの波長域に中心波長を有する光源が、好適に利用される。光源20の中心波長とは、例えば、出射光強度のピーク波長である。
本発明において、第2の偏光とは、第1の偏光とは逆の性質の偏光である。逆の性質の偏光とは、具体的には、ある偏光に対して、ポアンカレ球の裏側に位置する偏光である。言い換えると、第1の偏光と第2の偏光との関係は、ポアンカレ球面上のある偏光状態の第1の点と、ポアンカレ球の中心を挟んで、第1の点と対向する位置にあるポアンカレ球面上のある偏光状態の第2の点との関係に該当する。すなわち、逆の性質の偏光とは、円偏光であれば、右円偏光と左円偏光である。また、逆の性質の偏光とは、直線偏光であれば、互いに直交する直線偏光であり、例えば、垂直直線偏光と水平直線偏光、および、45°直線偏光と-45°直線偏光等である。
しかしながら、後述するノイズの除去を効率よく好適に行うことができる、システム設置時のアライメントが簡便である等の点で、測定光としては円偏光が好適に利用される。
図示例の信号検出システム10において、出射部12は、このような円偏光フィルタ24を設け、光源20が出射する光から、左円偏光を円偏光フィルタ24で遮蔽する。信号検出システム10の出射部12は、これにより、出射する測定光において、第1の偏光である右円偏光の強度(光量)を、第2の偏光である左円偏光の強度よりも高くしている。すなわち、信号検出システム10は、出射部12が出射する測定光が、第1の偏光の強度の方が第2の偏光の強度よりも高いという、本発明における第1条件を満たしている。
一例として、光源20に応じて、偏光子(直線偏光子)、λ/4板(λ/4位相差板)、および、コレステリック液晶層を、適宜、選択して組み合わせた円偏光フィルタが例示される。なお、コレステリック液晶層とは、コレステリック液晶相を固定してなる層である。コレステリック液晶相については、後に詳述する。
例えば、光源20が、LED等の非偏光を出射する光源である場合には、直線偏光子とλ/4板と組み合わせた円偏光フィルタ24が例示される。他方、光源20が、LD等の直線偏光を出射する光源である場合には、円偏光フィルタ24としてλ/4板が例示される。また、円偏光フィルタとしては、特定波長域の左円偏光(または右円偏光)を反射して、それ以外の光を透過する、コレステリック液晶層を有する円偏光フィルタ24も、好適に利用可能である。
直線偏光子としては、非偏光を直線偏光に変換する機能を有する直線偏光子を含む直線偏光子を用いればよい。なかでも、直線偏光子は、赤外線波長域の非偏光を直線偏光に変換する機能を有することが好ましい。
直線偏光子は、反射型直線偏光子と吸収型直線偏光子がある。
反射型直線偏光子としては、例えば、(i)多層構造の直線偏光反射板、(ii)複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子、(iii)ワイヤーグリッド型偏光子、(iv)偏光プリズム、(v)散乱異方性型偏光子、などが挙げられる。
積層数は、2~20層が好ましく、2~12層がより好ましく、4~10層が更に好ましく、6~8層が特に好ましい。積層数が20層を超えると、多層蒸着により生産効率性が低下することがある。
なお、誘電体薄膜の材料においては、原子比についても特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、成膜時に雰囲気ガス濃度を変えることにより、原子比を調整することができる。
スパッタリング法としては、成膜レートの高いDC(Direct Current)スパッタリング法が好ましい。なお、DCスパッタリング法においては、導電性が高い材料を用いることが好ましい。
また、スパッタリング法により多層成膜する方法としては、例えば、(1)1つのチャンバで複数のターゲットから交互または順番に成膜する1チャンバ法、および、(2)複数のチャンバで連続的に成膜するマルチチャンバ法がある。これらの中でも、生産性および材料コンタミネーションを防ぐ観点から、マルチチャンバ法が特に好ましい。
誘電体薄膜の膜厚には制限はないが、光学波長オーダーで、λ/16~λの膜厚が好ましく、λ/8~3λ/4がより好ましく、λ/6~3λ/8がさらに好ましい。
具体的には、屈折率関係を得るために選ばれた条件下で加工すると、広く様々な材料を用いて、偏光子を形成できる。一般に、第一の材料の一つが、選ばれた方向において、第二の材料とは異なる屈折率を有することが必要である。この屈折率の違いは、フィルムの形成中、またはフィルムの形成後の延伸、押出成形、或いはコーティングを含む様々な方法で達成できる。さらに、2つの材料が同時押出することができるように、類似のレオロジー特性(例えば、溶融粘度)を有することが好ましい。
複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子としては、市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、3M社製の商品名:DBEF等が例示される。
ワイヤーグリッド偏光子は、金属ワイヤーを周期的に配列したもので、テラヘルツ波帯域で主に偏光子として用いられる。ワイヤーグリッドが偏光子として機能するためには,ワイヤー間隔が入射電磁波の波長よりも十分小さいことが必要となる。
ワイヤーグリッド偏光子では、金属ワイヤーが等間隔に配列されている。金属ワイヤーの長手方向と平行な偏光方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光子において反射され、垂直な偏光方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光子を透過する。
ワイヤーグリッド型偏光子としては、市販品を用いることができる。ワイヤーグリッド型偏光子の市販品としては、例えば、エドモンドオプティクス社製のワイヤーグリッド偏光フィルタ50×50、および、NT46-636等が例示される。
(i)形状異方性のある金属ナノ粒子を配列固定した偏光子は、アスペクト比が大きなハロゲン化銀粒子、または、銀粒子を配向しそれを固定したものである。この偏光子は粒子の配列方向に電界振動面を有する光を吸収し、それに直交する方向の光を透過する吸収型の直線偏光子である。これに属するものとして特開昭59-83951号公報、特開平2-248341号公報、および、特開2003-139951号公報等に記載されるものを用いることができる。
これは、PVAのフィルムをヨウ素/ヨウ化物などの染色性組成物槽中に通してPVA層の染色を行ったのち4~6倍の倍率で延伸することによって二色性色素の配向を得ることができる。PVAのポリビニレンへの変換は米国特許第2.445,555号明細書に記載されているような塩酸蒸気法で行うことができる。またこの偏光用材料の安定性を改善するために、ホウ酸とボラツクスを含有する水性ボレート化浴を使用してボレート化することも行われる。市販のエドモンド・オプティクス・ジャパン社製の近赤外用直線偏光フィルムを、これに相当するものとして例示できる。
λ/4板の正面位相差は、赤外線波長域の1/4の長さ、または「中心波長*n±中心波長の1/4(nは整数)」であればよい。特に反射フィルムの反射波長、または光源の発光波長の中心波長の1/4の長さなどであればよい。例えば、光源の発光中心波長が1000nmであれば、250nm、750nm、1250nm、1750nmなどの位相差であることが好ましい。また位相差の光入射角度の依存性は小さいほど好ましく、中心波長の1/4の長さの位相差を持つ位相差板がこの点において最も好ましい。
なお、正面位相差はKOBRA 21ADHまたはWR(王子計測機器社製)において赤外線波長域内の波長の光をフィルム法線方向に入射させて測定することができる。測定波長の選択にあたっては、波長選択フィルターをマニュアルで交換するか、または測定値をプログラム等で変換して測定することができる。
また、λ/4板としては、例えば、(1)特開平5-27118号公報および特開平5-27119号公報に記載された、レターデーションが大きい複屈折性フィルムと、レターデーションが小さい複屈折性フィルムとを、それらの光軸が直交するように積層させた位相差板、(2)特開平10-68816号公報に記載された、特定波長においてλ/4波長となっているポリマーフィルムと、それと同一材料からなり同じ波長においてλ/2波長となっているポリマーフィルムとを積層させて、広い波長領域でλ/4波長が得られる位相差板、(3)特開平10-90521号公報に記載された、二枚のポリマーフィルムを積層することにより広い波長領域でλ/4波長を達成できる位相差板、(4)国際公開第00/26705号パンフレットに記載された変性ポリカーボネートフィルムを用いた広い波長領域でλ/4波長を達成できる位相差板、ならびに、(5)国際公開第00/65384号に記載されたセルロースアセテートフィルムを用いた広い波長領域でλ/4波長を達成できる位相差板、等が例示される。
このようなλ/4板としては、市販品を用いてもよい。λ/4板の市販品としては、例えば商品名:ピュアエース WR(帝人社製)等が例示される。
なお、円偏光フィルタ24が偏光子とλ/4板とを有する場合には、偏光子を光源側にして、偏光子とλ/4板とを配置する。
反射型の円偏光フィルタ24を用いることにより、例えば、円偏光フィルタ24と共に光源20を挟んで、反射板を配置して、円偏光フィルタ24によって反射された左円偏光を反射板で反射することで、旋回方向が逆の右円偏光に変換して、円偏光フィルタ24を透過させることができる。すなわち、出射部12に円偏光フィルタ24を用いることにより、光源20が出射した光を、無駄なく効率よく使用でき、出射部12が出射する測定光の光量を向上できる。
後述するノイズ除去の効果が大きくなる点で、出射部12が出射する測定光は、右円偏光と左円偏光との強度の差は、大きいほど好ましい。
すなわち、本発明の信号検出システム10において、出射部12が出射する測定光は、一例として、『(右円偏光の強度-左円偏光の強度)/(右円偏光の強度+左円偏光の強度)』で示す偏光強度比が、『0』超であればよい。しかしながら、この偏光強度比は、大きいほど好ましく、偏光強度比が『1』であるのが最も好ましい。
検出部14は、検出器26と、好ましい態様として設けられる円偏光フィルタ28とを有する。
前述のように、本発明の信号検出システム10では、好ましくは、出射部12が700~2000nmの波長域(近赤外光)を含む測定光を出射する。従って、検出器26は、700~2000nmの波長域の光に感度を有するものが好適に用いられる。
検出器26としては、一例として、CCDカメラ(CCDセンサ)、および、CMOS(Complementary Metal-oxide-semiconductor)カメラ(CMOSセンサ)等が例示される。
図示例の信号検出システム10において、検出部14は、このような円偏光フィルタ28を設け、検出器26に入射しようとする左円偏光を円偏光フィルタ28によって遮蔽することにより、右円偏光の検出感度を、左円偏光の検出感度よりも高くしている。すなわち、信号検出システム10は、検出部14において、第1の偏光の検出感度が第2の偏光の検出感度よりも高いという、本発明における第2条件を満たしている。
すなわち、図示例の信号検出システム10は、好ましい態様として、本発明における第1条件および第2条件を、共に、満たしている。
後述するノイズ除去の効果が大きくなる点で、検出部14における右円偏光の検出感度と左円偏光の検出感度との差は、大きいほど好ましい。
すなわち、本発明の信号検出システム10においては、検出部14における検出感度は、一例として、『(右円偏光の検出感度-左円偏光の検出感度)/(右円偏光の検出感度+左円偏光の検出感度)』で示す偏光の検出感度比が、『0』超であればよい。しかしながら、偏光の検出感度比は、大きいほど好ましく、偏光の検出感度比が『1』であるのが最も好ましい。
ここで、本発明において、マーカー16は、右円偏光(第1の偏光)の反射率が、左円偏光(第2の偏光)の反射率よりも高い。
本発明の信号検出システム10は、このようなマーカー16(再帰反射部材)を用いると共に、出射部12が出射する測定光において、右円偏光の強度が左円偏光の強度よりも高いという第1の条件、および、検出部14において、右円偏光の検出感度が左円偏光の検出感度よりも高いという第2の条件の、少なくとも一方の条件を満たす。本発明の信号検出システム10は、この構成により、モーションキャプチャーおよび測距システム等に用いられる信号検出システムにおいて、太陽光等を散乱した散乱光、および、マーカー16以外で鏡面反射した測定光等に起因するノイズを除去することができ、正確な信号検出を可能にしている。この点に関しては、後に詳述する。
後述するノイズ除去の効果が大きくなる点で、マーカー16による右円偏光の反射率と左円偏光の反射率との差は、大きいほど好ましい。
すなわち、本発明の信号検出システム10において、マーカーによる反射率は、一例として、『(右円偏光の反射率-左円偏光の反射率)/(右円偏光の反射率+左円偏光の反射率)』で示す偏光の反射率比が、『0』超であればよい。しかしながら、偏光の検出感度比は大きいほど好ましく、偏光の検出感度比が『1』であるのが最も好ましい。
このようなマーカー16としては、一例として、図2に概念的に示すような、支持体32の表面に、コレステリック液晶相を固定してなる球状構造の反射体34を、支持体の表面に、規則的または不規則に二次元的に配列してなるマーカーが例示される。
なお、以下の説明では、コレステリック液晶相を固定してなる球状構造の反射体34を、『コレステリック粒子34』とも言う。
また、支持体32へのコレステリック粒子34の固定は、接着剤を用いる方法、粘着材を用いる方法、および、粘着テープを用いる方法等の公知の方法で行えばよい。
周知のように、コレステリック液晶相は、特定の波長において選択的に反射性を示す波長選択反射性を有する。また、コレステリック液晶相は、選択的な反射波長域の右円偏光または左円偏光のみを反射し、それ以外の光は透過する。
また、選択反射を示す選択反射帯域(円偏光反射帯域)の半値幅Δλ(nm)は、コレステリック液晶相の屈折率異方性Δnと螺旋のピッチPとに依存し、Δλ=Δn×Pの関係に従う。そのため、選択反射帯域の幅の制御は、コレステリック液晶相の屈折率異方性Δnを調節して行うことができる。屈折率異方性Δnは、コレステリック粒子34を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版2007年出版、46頁、および「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 196頁に記載の方法を用いることができる。
前述のように、本発明の信号検出システム10においては、マーカー16は、第1の偏光である右円偏光の反射率が、第2の円偏光である左円偏光の反射率よりも低い。従って、コレステリック粒子34は、右捩れのコレステリック液晶相によって形成される。本発明における第1の偏光が左円偏光である場合には、マーカー16を構成するコレステリック粒子34を、左捩れのコレステリック液晶相によって形成すればよい。
コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック粒子34を形成する液晶化合物の種類、および/または、添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線(UV(Ultra Violet))照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い反射体を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造であればよい。
なお、コレステリック液晶相を固定したコレステリック粒子34においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、液晶化合物は、液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
コレステリック粒子の形成に用いる液晶化合物を含む液晶組成物は、さらに界面活性剤を含むのが好ましい。また、コレステリック粒子34の形成に用いる液晶組成物は、さらにキラル剤、重合開始剤および配向剤等を含んでいてもよい。
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であるのが好ましい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。重合性液晶化合物は、低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
すなわち、右円偏光を反射するコレステリック粒子34を形成する際には、右捩れを誘起するキラル剤を用い、左円偏光を反射するコレステリック粒子34を形成する際には、左捩れを誘起するキラル剤を用いればよい。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、液晶組成物は重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号および同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報および米国特許第4239850号明細書記載)ならびにオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物の含有量に対して0.1~20質量%であるのが好ましく、0.5~12質量%であるのがさらに好ましい。
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋には制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2-ビスヒドロキシメチルブタノール-トリス[3-(1-アジリジニル)プロピオネート]、4,4-ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いるのができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、3~20質量%が好ましく、5~15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が上述の範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
液晶組成物は、保存性の向上を目的として、重合禁止剤を含有してもよい。
重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、フェノチアジン、ベンゾキノン、ヒンダードアミン(HALS)、および、これらの誘導体等が挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
重合禁止剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、0~10質量%が好ましく、0~5質量%がより好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンおよびシクロペンタノン等のケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。上述の単官能重合性モノマーなどの上述の成分が溶媒として機能していてもよい。
一例として、コレステリック粒子34は、特開2002-201222号公報に記載されるように、上述した液晶組成物を、乳化重合、懸濁または分散重合することで形成できる。重合方法および反応条件に関しては、S.R.SandlerおよびW.KaroによるPolymer Synthesis、第1巻、第2版、1992年刊に記載されている。
具体的な一例として、特開2005-112945号公報に記載されるように、上述した液晶組成物を非相溶の溶媒中に分散して、エマルション化した後、エマルションを冷却または加熱することで、液晶化合物をコレステリック液晶相の螺旋構造に配向させ、その後、紫外線照射による光重合等によって、液晶化合物を重合することで、コレステリック粒子34を形成する方法が例示される。
そのため、球状構造を有するコレステリック粒子34に、入射位置の接線と直交する方向、すなわち、法線方向から光が入射した場合には、コレステリック粒子34は、入射光を再帰反射する。従って、支持体32の表面にコレステリック粒子34を二次元的に配列してなるマーカー16は、入射した測定光の多くを再帰反射する。
一方で、コレステリック液晶相は、斜めから光が入射した場合には、いわゆるブルーシフトによって、反射波長域が短波長側に移動する。そのため、コレステリック粒子34に、法線に対して斜めに測定光が入射しても、測定光は反射されることはなく、法線方向から光が入射した測定光のみを、再帰反射する。
前述のように、本発明の信号検出システム10は、出射部12が出射する測定光は、好ましくは、700~2000nmの波長域の光を含む。従って、コレステリック粒子34を形成するコレステリック液晶相は、700~2000nmの波長域に、選択反射中心波長を有するのが好ましい。
コレステリック粒子34の粒径(最大長)は、1~100μmが好ましく、2~50μmがより好ましく、4~30μmがさらに好ましい。
なお、以下の説明では、説明を簡潔にするために、円偏光フィルタ24および円偏光フィルタ28は、右円偏光のみを透過して左円偏光は遮蔽し、さらに、マーカー16は、右円偏光のみを反射して左円偏光は透過する、と想定する。
しかしながら、信号検出システム10では、円偏光フィルタ24および円偏光フィルタ28の透過光、および、マーカー16の反射光に、左円偏光の成分が含まれていてもよい。すなわち、信号検出システム10では、測定光における強度(円偏光フィルタ24の透過率)、マーカー16による反射率、および、検出部14における検出感度(円偏光フィルタ28の透過率)が、左円偏光よりも右円偏光の方が高い、という条件を満たせば良い。信号検出システム10では、この条件が満たされれば、同様の作用効果によって、検出する信号すなわち検出部14が測光する測定光から、ノイズを軽減できる。
また、測定光が円偏光以外の、直線偏光および楕円偏光等の偏光である場合にも、同様の作用効果で、ノイズを軽減できる。
さらに、一例として、マーカー16は、図2に示すような、支持体32の表面にコレステリック粒子34を二次元的に配列したものであり、コレステリック粒子34を形成するコレステリック液晶相の垂直入射における選択反射中心波長は850nmとする。
光源20が出射した光は、円偏光フィルタ24を透過することで、右円偏光の測定光となる。
右円偏光の測定光は、マーカー16に入射する。上述のように、マーカー16は、垂直入射における選択反射中心波長が850nmで、右円偏光を反射するコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック粒子34を配列したものであるので、マーカー16は、コレステリック粒子34に垂直入射した測定光を再帰反射する。
上述のように、測定光は右円偏光であるので、測定光は、右円偏光のみを透過する円偏光フィルタ28を透過して、検出器26に入射して、測光される。信号検出システム10では、一例として、検出器26が撮影した画像中のマーカー16から、図示しない画像処理手段が画像解析を行い、三角測量の原理を用いる公知の方法で三次元のデータを生成する。信号検出システム10では、生成した三次元のデータから、マーカー16すなわち被写体の動き、および、被写体までの距離等を計測する。
しかしながら、本発明の信号検出システム10では、検出部14が右円偏光のみを透過する円偏光フィルタ28を有する。すなわち、検出部14は、右円偏光のみを測定する。そのため、右円偏光を一点鎖線で、左円偏光を破線で、それぞれ表す、図3に概念的に示すように、光散乱体40で散乱され、検出部14に入射した散乱光のうち、左円偏光の成分は円偏光フィルタ28によって遮蔽され、右円偏光の成分のみが円偏光フィルタ28を透過して検出器26に入射する。従って、本発明の信号検出システム10によれば、検出器26に入射してノイズとなる散乱光は、右円偏光の成分のみとなり、散乱ノイズを半減できる。
ここで、出射部12が出射する測定光は右円偏光であり、マーカー16以外の反射体で鏡面反射された測定光は円偏光の旋回方向が逆転して、左円偏光となる。また、上述したように、検出部14は、右円偏光のみを透過する円偏光フィルタ28を有する。従って、図3に示すように、マーカー16以外の反射体42で反射され左円偏光となった測定光は、円偏光フィルタ28によって除去され、検出器26には入射しないので、鏡面反射ノイズを除去できる。
すなわち、信号検出システム10では、マーカー16による反射と、出射部12が出射する測定光および検出部14が検出する測定光との偏光を揃えることで、図3に示すように、信号強度すなわち測定光の強度を一定に保った状態で、ノイズのみを低減して、正確な測定すなわち信号検出を可能にしている。
そのため、測定光として近赤外光を用いることで、マーカー16を透明(半透明)にでき、被写体にマーカー16を貼着した際に、マーカー16を目立たなくできる。
しかしながら、本発明の信号検出システムは、これに制限はされず、第1条件および第2条件の、いずれか一方のみを満たすものでもよい。後に実施例で示すが、第1条件および第2条件の、いずれか一方のみを満たす場合でも、十分、好適に検出する信号からノイズを軽減できる。
ただし、より好適にノイズを軽減して、正確な測定が可能である点で、本発明の信号検出システムは、第1条件と第2条件との両方を満たすのが好ましい。
また、図示例の信号検出システム0では、光源20と検出器26とで、別々に、円偏光フィルタ24と円偏光フィルタ28とを設けているが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、本発明の信号検出システムは、光源20および検出器26の両方に対応して、円偏光フィルタを、1枚のみ、設けた構成であってもよい。
以下の成分を混合して、重合性液晶組成物A-1を調製した。
下記の化合物M-1 84質量部
下記の化合物M-2 15質量部
下記の化合物M-3 1質量部
キラル剤LC-756(BASF社製) 5.2質量部
下記の空気界面配向剤M-4 0.2質量部
重合開始剤Irg819(BASF社製) 3質量部
酢酸エチル 900質量部
以下の成分を混合して、重合性液晶組成物A-2を調製した。
下記の化合物M-1 84質量部
下記の化合物M-2 15質量部
下記の化合物M-3 1質量部
キラル剤LC-756(BASF社製) 3質量部
下記の空気界面配向剤M-4 0.2質量部
重合開始剤Irg819(BASF社製) 3質量部
酢酸エチル 900質量部
一面のみに易接着処理を施した厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA-4100)の、易接着処理していない面にラビング処理を施した。
ポリエチレンテレフタレートフィルムのラビング処理面に、乾燥後の乾膜の厚さが3.5μmとなるように、重合性液晶組成物A-1を室温にて塗布した。
塗布層を室温で60秒乾燥した後、85℃の雰囲気で2分間加熱した。その後、フュージョン社製のDバルブ(ランプ90mW/cm)を用い、出力60%、30℃で、6~12秒間、紫外線を照射し、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を得た。
得られたコレステリック液晶層の反射特性を分光測定装置(島津製作所社製、UV-3100PC)によって確認した。その結果、重合性液晶A-1からなるコレステリック液晶層の垂直入射光に対する選択反射中心波長は、540nmであった。垂直入射光とは、表面に垂直に入射(法線方向から入射)した光である。
その結果、重合性液晶組成物A-2からなるコレステリック液晶層の垂直入射光に対する選択反射中心波長は、850nmであった。
濃度1質量%のポリビニルアルコール(クラレ社製、クラレポバールPVA203)水溶液を、100mL(リットル)、ホモミキサーに投入した。
ポリビニルアルコール水溶液を回転数1500rpmで攪拌しつつ、10mLの重合性液晶組成物A-1を添加し、5分間撹拌を継続し、エマルションを調製した。このエマルションを80℃で3分放置した。なお、ここまでの操作はすべて黄色灯下で実施した。
次に、このエマルションに、3000Wの高圧水銀ランプにより、照射距離15cmで紫外線照射を60秒行った。
この溶液の一部をスライドガラス上に展開し、偏光顕微鏡で観察した。その結果、粒径20μm以下の球形の微粒子A-1が作製できていることを確認した。
また、微粒子A-1は、入射光の方向を変化させた場合、常に、入射光と同じ方向での反射光が強くなることも確認した。これにより、微粒子A-1は、再帰反射性を有することも確認された。
作製した微粒子A-1をFUJIXEROX社製のコピー用紙上に展開したサンプルを作製した。このサンプルを、カメラ付きの偏光顕微鏡で画像撮影を行うことにより、可視光による信号検出試験を行った。
顕微鏡の光源は落射モードとした。また、光源および検出器に対して、右円偏光を透過し、左円偏光を遮蔽する円偏光フィルタを配置した。すなわち、本例では、微粒子A-1を1個のマーカーと見なすと、図1に示すような信号検出システムが構成される。
その結果、微粒子A-1に対応する信号が43個、微粒子A-1以外のノイズに対応する信号が4個で、『微粒子/ノイズ』の比は10.7であった。
実施例1において、光源に対して配置した円偏光フィルタおよび検出器に対して配置した円偏光フィルタの少なくとも一方を、適宜、取り外して、実施例1と同様に信号検出試験を行い、微粒子A-1に対応する信号、および、微粒子A-1以外のノイズに対応する信号の数を計数し、比を算出した。
微粒子A-1に変えて、一般的な再帰反射板に用いられる、偏光特性を有さない一般的なガラスビーズ(ユニチカ社製、UB-052NH、粒径25~45μm)を用いた以外は、実施例1と同様に信号検出試験を行い、ガラスビーズに対応する信号、および、ガラスビーズ以外のノイズに対応する信号の数を計数し、比を算出した。
結果を下記の表に示す。なお、表には、実施例1の結果も表記する。
これに対し、円偏光フィルタを設けない比較例1は、マーカーであるコレステリック粒子は適正に検出できるが、ノイズも多い。さらに、マーカーとして、偏光特性を有さない一般的なガラスビーズを用いた比較例2は、ガラスビーズによる再帰反射の際に、反射光の偏光が左円偏光になってしまうため、マーカーの検出数が少ない。
重合性液晶組成物A-1に変えて、重合性液晶組成物A-2を用いた以外は、微粒子A-1と同様にして、微粒子A-2を作製した。
重合性液晶組成物A-2は、キラル剤の配合量が異なる以外は、同じ組成を有するものである。また、上述のように、重合性液晶組成物A-2を用いて形成したコレステリック液晶層は、垂直入射光に対する選択反射中心波長が850nmである。
従って、この微粒子A-2は、近赤外光に選択的な反射特性を有し、かつ、右円偏光を反射する、再帰反射性を有するコレステリック粒子である。
FUJIZEROX社製のコピー用紙上に、作製した微粒子A-2によって、『F』の字を描いた。
光源として、中心波長が850nmのLED光源を用い、検出器として、850nmに感度を有する一般的なCCDカメラを用いた。光源およびカメラの前には、特開2014-219278号公報の実施例に記載される円偏光分離フィルムCを配置した。この円偏光分離フィルムは、右円偏光を透過し、左円偏光を遮蔽する円偏光フィルタである。すなわち、実施例1等と同様、『F』の字を描いた微粒子をマーカーと見なすと、本例も、図1に示すような信号検出システムが構成されている。
このような光学系を用い、コピー用紙に対して45°の方向から光源によって光を照射し、同じ方向からCCBカメラによって撮影を行った。
その結果、可視光下では認識できなかった『F』の文字が、撮影した画像では認識できた。すなわち、本発明によれば、ノイズを低減して、マーカで再帰反射された測定光を信号として好適に検出できる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
12 出射部
14 検出部
16 マーカー
20 光源
24,28 円偏光フィルタ
26 検出器
32 支持体
34 コレステリック粒子
40 光散乱体
42 反射体
Claims (10)
- 測定光として偏光を出射する出射部と、前記出射部が出射した測定光を再帰反射する再帰反射部材と、前記再帰反射部材が反射した測定光を測光する検出部と、を有し、
前記再帰反射部材において、第1の偏光の反射率が、前記第1の偏光と逆の性質の偏光である第2の偏光の反射率よりも高く、かつ、
前記出射部が出射する測定光において、前記第1の偏光の強度が前記第2の偏光の強度よりも高い第1条件、および、前記検出部において、前記第1の偏光の検出感度が前記第2の偏光の検出感度よりも高い第2条件の、少なくとも一方の条件を満たし、
前記第1の偏光が円偏光で、前記第2の偏光が前記第1の偏光と旋回方向が逆の円偏光であり、さらに、
前記再帰反射部材が、コレステリック液晶相を固定してなる球状構造の反射体を有することを特徴とする信号検出システム。 - 前記第1条件と前記第2条件とを満たす、請求項1に記載の信号検出システム。
- 前記出射部が出射する光が、波長700~2000nmの光を含む、請求項1または2に記載の信号検出システム。
- 前記再帰反射部材が、支持体と、前記支持体に二次元的に配列される前記コレステリック液晶相を固定してなる球状構造の反射体と、を有するものであり、
複数の前記再帰反射部材が、互いに離間して配置される、請求項1~3のいずれか1項に記載の信号検出システム。 - 前記出射部が、光源と、偏光フィルタと、を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の信号検出システム。
- 前記偏光フィルタが、反射型の偏光フィルタである、請求項5に記載の信号検出システム。
- 前記反射型の偏光フィルタが、コレステリック液晶相を固定してなる反射層を有する反射型の円偏光フィルタである、請求項6に記載の信号検出システム。
- 前記検出部が、検出器と、偏光フィルタと、を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の信号検出システム。
- 前記検出部を、1つのみ有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の信号検出システム。
- 前記再帰反射部材が被写体に貼着される、請求項1~9のいずれか1項に記載の信号検出システム。
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