(57)【要約】【課題】高輝度なゴーストが発生し難い光学結像素子を提供する。【解決手段】光学結像素子１は、一主面が光入射面１ａを構成しており、他主面が光出射面１ｂを構成している平板状の光学結像素子である。光学結像素子１は、四角柱状の複数の透光部材１０と、反射膜２０とを備える。複数の透光部材１０は、第１及び第２の方向に沿ってマトリクス状に配されている。複数の透光部材１０は、光入射面１ａ側から光出射面１ｂ側に向かって延びている。反射膜２０は、隣り合う透光部材１０間に配されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面が光入射面を構成しており、他主面が光出射面を構成している平板状の光学結像素子であって、
第１及び第２の方向に沿ってマトリクス状に配されており、前記光入射面側から前記光出射面側に向かって延びる四角柱状の複数の透光部材と、
隣り合う前記透光部材間に配された反射膜と、
を備える、光学結像素子。
【請求項２】
前記反射膜が前記透光部材の上に形成されている、請求項１に記載の光学結像素子。
【請求項３】
前記透光部材の側面のＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の光学結像素子。
【請求項４】
前記透光部材がガラス製である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学結像素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学結像素子の製造方法であって、
前記透光部材の少なくとも２つの側面の上に前記反射膜を形成する反射膜形成工程と、  前記反射膜が形成された透光部材をマトリクス状に整列させて固定する工程と、
を備える、光学結像素子の製造方法。
【請求項６】
前記反射膜形成工程において、前記透光部材の隣り合う２つの側面の上に前記反射膜を形成する、請求項５に記載の光学結像素子の製造方法。
【請求項７】
前記反射膜形成工程において、前記透光部材の４つの側面の全ての上に前記反射膜を形成する、請求項５に記載の光学結像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学結像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体の表面から発せられる散乱光を用いて空間像を形成する光学結像素子が知られている。例えば特許文献１には、第１の光制御パネルと、第２の光制御パネルとを有する光学結像素子が開示されている。この光学結像素子では、第１の光制御パネルと第２の光制御パネルが透明平板により構成されている。第１及び第２の光制御パネルのそれぞれには、面方向に対して垂直に延びる複数の平面反射部が設けられている。第１及び第２の光制御パネルの複数の平面反射部は、それぞれ、一の方向に沿って延びており、一の方向に対して垂直な他の方向に沿って配列されている。第１の光制御パネルと第２の光制御パネルとは、それぞれの平面反射部の延びる方向が直交するように向かい合わせられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光学結像素子では、高輝度なゴースト（不所望な空間像）が形成されやすいという問題がある。
【０００５】
本発明の主な目的は、高輝度なゴーストが発生し難い光学結像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光学結像素子は、一主面が光入射面を構成しており、他主面が光出射面を構成している平板状の光学結像素子である。本発明に係る光学結像素子は、四角柱状の複数の透光部材と、反射膜とを備える。複数の透光部材は、第１及び第２の方向に沿ってマトリクス状に配されている。複数の透光部材は、光入射面側から光出射面側に向かって延びている。反射膜は、隣り合う透光部材間に配されている。
【０００７】
本発明に係る光学結像素子は、反射膜が透光部材の上に形成されていることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る光学結像素子は、透光部材の側面のＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１ｎｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る光学結像素子は、透光部材がガラス製であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る光学結像素子の製造方法は、本発明に係る光学結像素子を製造する方法に関する。本発明に係る光学結像素子の製造方法では、透光部材の少なくとも２つの側面の上に反射膜を形成する反射膜形成工程を行う。反射膜が形成された透光部材をマトリクス状に整列させて固定する。
【００１１】
本発明に係る光学結像素子の製造方法は、反射膜形成工程において、透光部材の隣り合う２つの側面の上に反射膜を形成してもよい。
【００１２】
本発明に係る光学結像素子の製造方法は、反射膜形成工程において、透光部材の４つの側面の全ての上に反射膜を形成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高輝度なゴーストが発生し難い光学結像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る光学結像素子の使用状態を表す模式的側面図である。
【図２】第１の実施形態に係る光学結像素子の模式的斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る光学結像素子の模式的断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る光学結像素子の一部分の模式的分解斜視図である。
【図５】参考例に係る光学結像素子の模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る光学結像素子の模式的断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る光学結像素子の一部分の模式的分解斜視図である。
【図８】第３の実施形態に係る光学結像素子の一部分の模式的分解斜視図である。
【図９】第４の実施形態に係る光学結像素子の模式的斜視図である。
【図１０】第４の実施形態に係る光学結像素子の製造工程を説明するための模式的側面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る光学結像素子の製造工程を説明するための模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１６】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学結像素子の使用状態を表す模式的側面図である。図１に示される光学結像素子１は、発散光を生じる物体Ｏを、空間に結像させる素子である。光学結像素子１は、通常、物体Ｏに対して傾けて配される。物体Ｏから出射した発散光は、光学結像素子１により空間に結像し、像面（空間像）Ｆが形成される。
【００１８】
図２は、第１の実施形態に係る光学結像素子の模式的斜視図である。図３は、第１の実施形態に係る光学結像素子の模式的断面図である。図４は、第１の実施形態に係る光学結像素子の一部分の模式的分解斜視図である。図１〜図３に示すように、光学結像素子１は、平板状である。具体的には、光学結像素子１は、矩形板状である。光学結像素子１は、物体Ｏ側の一の主面により構成された光入射面１ａと、像面Ｆ側の他の主面により構成された光出射面１ｂとを有する。
【００１９】
図２〜図４に示すように、光学結像素子１は、複数の透光部材１０を備えている。複数の透光部材１０のそれぞれは、四角柱状である。より具体的には、本実施形態では、各透光部材１０は、底面が正方形である四角柱（正方柱）である。
【００２０】
なお、本発明において、「四角柱」には、稜線部や角部が面取り状であるもの、稜線部や角部が丸められた形状を有するものが含まれるものとする。
【００２１】
透光部材１０の材質は、可視光を有するものであれば、特に限定されない。透光部材１０は、例えば、ガラス、樹脂、セラミック等により構成することができる。
【００２２】
それぞれの透光部材１０は、第１の端面１０ａと、第２の端面１０ｂと、第１の側面１０ｃと、第２の側面１０ｄと、第３の側面１０ｅと、第４の側面１０ｆとを有する。
【００２３】
第１の端面１０ａは、光入射面１ａを構成している。第１の端面１０ａは、ｘ軸方向（第１の方向）と、ｙ軸方向（第２の方向）とに沿って延びている。ｘ軸方向とｙ軸方向とは、互いに直交している。第２の端面１０ｂは、光出射面１ｂを構成している。第２の端面１０ｂも、ｘ軸方向と、ｙ軸方向とに沿って延びている。従って、第１の端面１０ａと第２の端面１０ｂは平行であり、透光部材１０は、光入射面１ａ側から光出射面１ｂ側に向かって延びている。
【００２４】
第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄは、それぞれ、ｘ軸方向と、ｚ軸方向とに沿って延びている。第１の側面１０ｃと第２の側面１０ｄとは、ｙ軸方向において対向している。なお、ｚ軸方向は、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれに対して直交している。
【００２５】
第３及び第４の側面１０ｅ、１０ｆは、それぞれ、ｙ軸方向と、ｚ軸方向とに沿って延びている。第３の側面１０ｅと第４の側面１０ｆとは、ｘ軸方向において対向している。
【００２６】
透光部材１０のアスペクト比（透光部材１０のｚ軸方向に沿った寸法（高さ）に対する、透光部材１０のｘ軸方向またはｙ軸方向に沿った寸法（幅）の比（幅／高さ））は、０．１〜１であることが好ましく、０．２〜０．５であることがより好ましい。
【００２７】
複数の透光部材１０は、第１の方向であるｘ軸方向と、第２の方向であるｙ軸方向とに沿ってマトリクス状に配されている。
【００２８】
ｘ軸方向において隣り合う透光部材１０の間、及びｙ軸方向において隣り合う透光部材１０の間のぞれぞれには、反射膜２０が設けられている。反射膜２０は、光学結像素子１の光入射面１ａと光出射面１ｂとに跨がって設けられている。このため、隣り合う透光部材１０は、反射膜２０によって隔離されている。透光部材１０に入射し、その透光部材１０と隣り合う透光部材１０に向かおうとする光は、反射膜２０により反射される。このため、透光部材１０に入射した光は、その透光部材１０と隣り合う透光部材１０に実質的に入射しない。
【００２９】
本実施形態では、反射膜２０は、透光部材１０の側面１０ｃ〜１０ｆの上に形成されている。より具体的には、反射膜２０は、透光部材１０の第１の側面１０ｃの上と、第３の側面１０ｅの上とに形成されている。第２の側面１０ｄは、ｙ軸方向において隣り合う透光部材１０の第１の側面１０ｃの上に形成された反射膜２０により覆われている。第４の側面１０ｆは、ｘ軸方向において隣り合う透光部材１０の第３の側面１０ｅの上に形成された反射膜２０により覆われている。
【００３０】
反射膜２０の材質は、特に限定されない。反射膜２０は、例えば、アルミニウム、銀等の金属からなる金属膜や、相対的に高い屈折率を有する高屈折率膜と、相対的に低い屈折率を有する低屈折率膜とが交互に積層された多層膜等により構成されていてもよい。
【００３１】
なお、光学結像素子１の光入射面１ａ及び光出射面１ｂのそれぞれの上には、例えば反射防止膜や、波長選択膜等の光学膜などが形成されていてもよい。
【００３２】
光学結像素子１の製造方法は、特に限定されない。光学結像素子１は、例えば以下の要領で製造することができる。
【００３３】
まず、透光部材１０の互いに隣り合っている第１及び第３の側面１０ｃ、１０ｅの上に反射膜２０を形成する（反射膜形成工程）。反射膜２０は、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法や化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法等により形成することができる。
【００３４】
次に、反射膜２０が側面１０ｃ、１０ｅ上に形成された透光部材１０を、ｘ軸方向及びｙ軸方向に沿ってマトリクス状に整列させて固定することにより光学結像素子１を完成させることができる。
【００３５】
複数の透光部材１０の固定方法は、特に限定されない。例えば、隣り合う透光部材１０間に接着層を設けることにより複数の透光部材１０を固定してもよい。また、例えば、枠体に複数の透光部材１０を嵌め込むことにより複数の透光部材１０を固定してもよい。
【００３６】
物体Ｏの各部から出射された発散光は、光学結像素子１を構成する複数の透光部材１０に、光入射面１ａを構成する第１の端面１０ａから入射する。その入射光のうち、ｘ軸方向及びｚ軸方向に沿って延びる第１または第２の側面１０ｃ、１０ｄにおいて１回と、ｙ軸方向及びｚ軸方向に沿って延びる第３又は第４の側面１０ｅ、１０ｆにおいて１回との合計２回反射した後に光出射面１ｂを構成する第２の端面１０ｂから出射した光（以下、「２次反射光」と呼ぶ。）が結像し、像面Ｆが形成される。光入射面１ａから入射した光のうち、側面１０ｃ〜１０ｆで反射せずに光出射面１ｂから出射する光や、側面１０ｃ〜１０ｆで１回のみ反射して光出射面１ｂから出射する光（以下、「１次反射光」とする。）は、像面Ｆの形成に寄与しない。また、光入射面１ａから入射した光のうち、側面１０ｃ〜１０ｆで３回以上反射したのちに光出射面１ｂから出射する光（以下、「高次反射光」と呼ぶ。）のうち、奇数回反射する高次反射光は像面Ｆの形成に寄与せず、偶数回反射する高次反射光は像面Ｆの形成に寄与するものの、反射膜の吸収により減衰することになり像の輝度を低下さすことになる。像面Ｆの形成に寄与しない高次反射光、１次反射光及び直接出射光のうちの少なくとも一部は、像面Ｆとは異なる位置に結像する。これによりゴーストが形成される。高次反射光の透光部材１０中における光路長は相対的に長い。このため、高次反射光により形成されるゴーストは、相対的に低輝度である。それに対して、１次反射光の透光部材１０中における光路長は相対的に短い。このため、１次反射光により形成されるゴーストは、相対的に高輝度である。従って、高輝度なゴーストが形成されることを抑制する観点からは、１次反射光が光出射面１ｂから出射することを抑制することが重要となる。
【００３７】
ここで、図５に示すように、光入射面１０１側に配されており、ｘ軸方向に沿って延び、ｙ軸方向に沿って配列された複数の平面反射部を有する第１の光制御パネル１０２と、光出射面１０３側に配されており、ｙ軸方向に沿って延び、ｘ軸方向に沿って配列された複数の平面反射部１０４を有する第２の光制御パネル１０５とを有する光学結像素子１００を想定する。光学結像素子１００では、第１の光制御パネル１０２が、ｙ軸方向に沿って延びる平面反射部を有していない。このため、物体からの光が第１の光制御パネル１０２において反射されずに第２の光制御パネル１０５に入射しやすい。よって、平面反射部１０４のみにより反射された１次反射光が光出射面１０３から出射されやすい。従って、１次反射光により、高輝度なゴーストが形成されやすい。
【００３８】
それに対して、図６に示すように、本実施形態に係る光学結像素子１では、各透光部材１０は、反射膜２０により包囲されている。このため、反射膜２０の光出射面１ｂ側の部分に光が直接入射しにくい。多くの入射光は、光入射面１ａ側の部分において、反射膜２０により反射される。よって、１次反射光が光出射面１ｂから出射しにくい。従って、１次反射光に起因する高輝度なゴーストの形成が効果的に抑制される。
【００３９】
また、光学結像素子１では、１次反射光の発生が抑制される分、像面Ｆの結像に寄与する２次反射光が多くなりやすい。従って、像面Ｆの輝度を高めることができる。すなわち、高輝度な空間像を形成することができる。
【００４０】
図５に示す光学結像素子１００では、光出射面１０３側の第２の光制御パネル１０５には、ｘ軸方向に延びる平面反射部が設けられていない。このため、第１の光制御パネル１０２の平面反射部により反射された後に第２の光制御パネル１０５に入射し、平面反射部１０４により反射された光のｙ軸方向への進行が妨げられない。従って、光学結像素子１００の一つのセグメント（光学結像素子１の透光部材１０が設けられた部分に相当する部分）から出射する光束の幅が広い。
【００４１】
また、光学結像素子１００では、光入射面１０１側の第１の光制御パネル１０２には、ｙ軸方向に延びる平面反射部が設けられておらず、光出射面１０３側の第２の光制御パネル１０５には、ｙ軸方向に延びる平面反射部が設けられている。そのため、光の入射位置と出射位置のズレが大きくなりやすい。
【００４２】
それに対して光学結像素子１では、光入射面１ａから光出射面１ｂに跨がって、透光部材１０を包囲するように設けられている。このため、２次反射光のｘ軸方向への進行とｙ軸方向への進行との両方が反射膜２０により妨げられやすい。従って、各透光部材１０から出射される２次反射光の光束幅が狭い。従って、高い解像度で結像することができる。
【００４３】
より高い解像度を実現する観点からは、側面１０ｃ〜１０ｆの表面粗さが、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１ｎｍ以下であることが好ましい。側面１０ｃ〜１０ｆにおいて拡散反射しにくく、反射光の直進性が保持されやすいためである。
【００４４】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００４５】
図７は、第２の実施形態に係る光学結像素子の一部分の模式的分解斜視図である。図８は、第３の実施形態に係る光学結像素子の一部分の模式的分解斜視図である。
【００４６】
第１の実施形態では、透光部材１０の第１及び第３の側面１０ｃ、１０ｅの上に反射膜２０を形成する例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。また、例えば、図７に示す光学結像素子のように、複数の透光部材１０のそれぞれの第１〜第４の側面１０ｃ〜１０ｆのそれぞれの上に反射膜２０を設けてもよい。例えば、図８に示す光学結像素子のように、第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄの上に反射膜２０が形成された透光部材１０と、第３及び第４の側面１０ｅ、１０ｆの上に反射膜２０が形成された透光部材１０とを、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれに沿って交互に設けてもよい。
【００４７】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る光学結像素子２の模式的斜視図である。光学結像素子１は、マトリクス状に配列された複数の透光部材１０を包囲する枠体３０を備えている。この枠体３０により光学結像素子２の剛性が高められている。
【００４８】
なお、本実施形態では、枠体３０は、第１〜第４の枠体片３１〜３４を有している。但し、本発明は、この構成に限定されない。枠体３０は、一体に設けられていてもよい。
【００４９】
枠体３０は、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチック等により構成することができる。
【００５０】
（光学結像素子２の製造方法）
図１０は、第４の実施形態に係る光学結像素子の製造工程を説明するための模式的側面図である。図１１は、第４の実施形態に係る光学結像素子の製造工程を説明するための模式的斜視図である。
【００５１】
光学結像素子１の製造方法は、特に限定されず、例えば、以下の要領で製造することができる。
【００５２】
まず、図１０に示すように、第１の枠体片３１を構成するための第１の板体３１ａと、第２の枠体片３２を構成するための第２の板体３２ａとを固定する。固定の方法は、特に限定されない。例えば、接着剤を用いて第１の板体３１ａと第２の板体３２ａとを固定してもよい。
【００５３】
次に、第１及び第２の板体３１ａ、３２ａの上に、透光部材１０を配列していく。透光部材１０に接着剤を塗布しておき、透光部材１０を板体３１ａ、３２ａや既に配置された透光部材１０に接着することが好ましい。
【００５４】
透光部材１０を配列した後に、第３の枠体片３３を構成するための第３の板体３３ａと、第４の枠体片３４を構成するための第４の板体３４ａとを固定する。以上の工程により図１１に示すブロック３を作製する。
【００５５】
次に、ブロック３をカットラインＣＬに沿って切断する。その後、切断面を鏡面研磨することにより光学結像素子１を完成させることができる。ブロック３の切断は、例えばワイヤーソーを用いて行ってもよいし、ダイシングソーを用いて行ってもよいし、レーザー切断により行ってもよい。
【００５６】
以上の製造方法によれば、複数の光学結像素子１を高い製造効率で製造することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１：光学結像素子
１ａ：光入射面
１ｂ：光出射面
３：ブロック
１０：透光部材
１０ａ：第１の端面
１０ｂ：第２の端面
１０ｃ：第１の側面
１０ｄ：第２の側面
１０ｅ：第３の側面
１０ｆ：第４の側面
２０：反射膜
３０：枠体
３１〜３４：枠体片
【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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【図１０】
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【図１１】
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