(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
起立姿勢で配置された２つの反射面を有する２面コーナーリフレクタを単位光学素子として一つの平面に沿って複数配置した構成を有する２面コーナーリフレクタアレイであって、
前記各２面コーナーリフレクタは、前記２つの反射面同士が互いに垂直をなすように配置され、上下方向に光線が透過し得るように、下端に入射口、上端に出射口が形成されており、
前記各２面コーナーリフレクタにおいて、前記入射口から入射し、前記２つの反射面で各１回、合計２回反射して前記出射口から出射する２回反射光が通過しない領域に遮光マスクを形成し、
前記遮光マスクは、前記各２面コーナーリフレクタの内部であって且つ前記入射口から前記出射口にまで至る領域のうち、前記２回反射光が通過しない領域を遮光する位置に形成されていることを特徴とする２面コーナーリフレクタアレイ。
【請求項２】
前記遮光マスクは、前記各２面コーナーリフレクタの高さ方向中央部に形成されている請求項１に記載の２面コーナーリフレクタアレイ。
【請求項３】
前記遮光マスクは、前記２回反射光が通過しない領域を完全に遮光する位置に形成されている請求項１又は２に記載の２面コーナーリフレクタアレイ。
【請求項４】
前記各２面コーナーリフレクタの前記入射口から前記出射口にまで至る領域において、前記２つの反射面を除く内周面を、非反射面としている請求項１乃至３の何れかに記載の２面コーナーリフレクタアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象の実像を結像させる２面コーナーリフレクタを基本構成要素とし、迷光の軽減が可能な２面コーナーリフレクタアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者はこれまで、観察対象の実像を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系（２面コーナーリフレクタ）を基本構成要素としてアレイ状に配置することで、空中に観察対象の実像を結像させて観察することができるようにした２面コーナーリフレクタアレイを提案し、開発してきている（例えば、特許文献１参照）。２面コーナーリフレクタアレイは、多数の小さい単位光学素子を離散的に配置することで、観察対象から発した光線を細かく分割し、その分割された光線を幾何学的に集めて結像させるものである。２面コーナーリフレクタアレイにより結像される像（空中映像）は、像が観察される距離や方向に関わらず空中に確定した位置に観察され、現実の物体（観察対象）の様な存在感があるものとして見ることができる。
【０００３】
２面コーナーリフレクタアレイは、２つの直交する反射面を基本構成とする単位素子としての２面コーナーリフレクタの集合として構成され、全ての単位素子の反射面と垂直な関係の共通平面を仮想的に素子面としたものである。各２面コーナーリフレクタは、光学的な観点からは、光線が透過する光学的な穴の互いに垂直な関係にある２つの側壁を反射面として構成される。
【０００４】
そして、素子面を挟んで一方の空間に配置した観察対象から発した光線が透過する際に、光学的な穴に入射した光線が各反射面で１回ずつ、合計２回反射し、光学的な穴から出射することで、光線を素子面において面対称変換するようにされている。それぞれの光学的な穴において２回反射して出射した光線を、２面コーナーリフレクタアレイ全体についてみると、観察対象とは素子面を挟んで反対側の空間に結像し、素子面に対して斜め方向から見る観察者には、空間に浮遊するかのような実像の観察が可能となる。観察対象が平面的な物体や映像であれば平面的な実像が観察でき、観察対象が立体的な物体や映像であれば立体的な実像が観察できる点で、特別なメガネ等を着用することなく空中映像の観察が可能な光学装置として、２面コーナーリフレクタアレイは画期的なものである。２面コーナーリフレクタアレイにより結像する実像は、素子面に対して観察対象の面対称位置に鏡映像として結像する。このような２面コーナーリフレクタアレイによれば、反射面による反射を利用した基本的な結像原理を有するために色収差が出ず、また得られる結像が鏡映像であるため固有焦点距離が存在せず、中心となる光軸が存在しないために、任意の位置における観察対象を歪みなく結像できる、という種々の特徴を有している。
【０００５】
２面コーナーリフレクタアレイには上述したような構成上と結像原理上の特徴を有しているが、幾つかの構造が許容される。側壁に互いに垂直な２つの反射面を有する光学的な穴としては、光線が透過しさえすれば、物理的に四角い穴形状の貫通孔や、透明樹脂による四角柱状のブロック体等の構造が許容される。この場合、２つの反射面により形成される側壁だけが垂直の関係を維持していれば、貫通孔やブロック体のその他の部位の形状は問われず、例えば素子面と平行な方向の断面形状が扇形のような形状であってもよい。また、２面コーナーリフレクタを構成する２つの反射面が同じ高さ位置に配置されている構成は必須ではなく、互いに垂直な関係が維持されていれば、２つの反射面を上下に高さ位置を異ならせている構成や（例えば、特許文献２参照。）、これらの中間的な構造、すなわち２つの反射面の一部分だけが同じ高さ位置に存在するような構成も許容される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９００６１８号公報
【特許文献２】特開２００９−２７６６９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような２面コーナーリフレクタアレイにおいては、各２面コーナーリフレクタの２つの反射面で各１回、合計２回反射して透過する光線（２回反射光）が観察対象の結像に寄与しているが、観察対象から発した光線のうち各２面コーナーリフレクタを透過する光線のなかには、どちらか一方の反射面で１回反射しただけで出射していく光線（１回反射光）が存在する。この１回反射光は、反射面の垂線に対する線対称変換を受ける光線であるため、面対称変換光である２回反射光に対しては、異なる特性を持つ迷光となってしまう。また、どちらの反射面でも反射することなく直接出射していく光線（直接透過光）も、２回反射光による結像の観察にとっては妨げになるものである。したがって、１回反射光や直接透過光は、２回反射光によって観察されるべき実像に対する迷光となるため、その低減が望まれる。
【０００８】
本発明は、このような２面コーナーリフレクタアレイが有する問題点に着目し、１回反射光や直接透過光による迷光を極力低減する工夫を施した２面コーナーリフレクタアレイを提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明は、起立姿勢で配置された２つの反射面を有する２面コーナーリフレクタを単位光学素子として一つの平面に沿って複数配置した構成を有する２面コーナーリフレクタアレイであって、各２面コーナーリフレクタは、２つの反射面同士が互いに垂直をなすように配置され、上下方向に光線が透過し得るように、下端に入射口、上端に出射口が形成されており、各２面コーナーリフレクタにおいて、入射口から入射し、２つの反射面で各１回、合計２回反射して出射口から出射する２回反射光が通過しない領域に遮光マスクを形成し、遮光マスクは、各２面コーナーリフレクタの内部であって且つ入射口から出射口にまで至る領域のうち、２回反射光が通過しない領域を遮光する位置に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
２面コーナーリフレクタアレイの基本構成は、単位光学素子である２面コーナーリフレクタの集合であり、２面コーナーリフレクタを一つの平面に沿って多数配置した構成を有している。まず、２面コーナーリフレクタアレイと２面コーナーリフレクタの基本構成並びに結像原理について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１１】
図１に例示する２面コーナーリフレクタアレイ１は、薄肉な平板１０に多数の矩形状の貫通孔を形成したものである。各貫通孔は単位光学素子としての２面コーナーリフレクタ２であり、図２、図３に示すように、各２面コーナーリフレクタ２は、互いに垂直な関係にある２つの内壁を第１反射面２１、第２反射面２２としている。他の２つの内壁２３、２４は光線を反射させない非反射面としている。この例において２面コーナーリフレクタ２は、平板１０の厚み方向を水平に横断する平面１Ｓに沿って、同じ向きで整列して多数形成されており、この構成によって２面コーナーリフレクタアレイ１が形成されている。平面１Ｓは、説明の便宜上、平板１０の厚み方向中央部を横断する平面として図示しており、この平面１Ｓを以降は「素子面」と呼ぶこととする。また、図１を含む各図においては、各２面コーナーリフレクタ２の大きさを２面コーナーリフレクタアレイ１に比して大きく誇張して図示している。
【００１２】
２面コーナーリフレクタアレイ１では、平板１０の斜め下方（各２面コーナーリフレクタ２の第１反射面２１、第２反射面２２がなす内角に向かう平板１０の斜め下方）に観察対象Ｏを配置した場合に、観察対象Ｏから発した光線が２面コーナーリフレクタアレイ１を透過して結像し、平板１０の斜め上方（各２面コーナーリフレクタ２の第１反射面２１、第２反射面２２がなす内角に向かう平板１０の斜め上方）にある観察者の視点Ｖから実像Ｐが観察される。ここでは一例として、観察対象Ｏを、平面的なディスプレイに表示した矢印の図形を採用し、その実像Ｐとして矢印の図形が観察されるものを図１に示している。具体的には、図３に示すように、観察対象Ｏから発した光線が各２面コーナーリフレクタ２の入射口２５から入射し（入射光をＬｉｎとする。）、第１反射面２１と第２反射面２２で各１回ずつ、合計２回反射して、出射口２６から出射する（出射光をＬｏｕとする。）が、このような光線の集合として観察対象Ｏの素子面１Ｓに対する面対称位置に実鏡映像Ｐが結像し、視点Ｖから観察されることとなる。
【００１３】
次に、この２面コーナーリフレクタアレイ１による結像の原理を説明する。図４及び図５（図４（ａ）は側方から第２反射面２２を正対視した模式的な投影図、（ｂ）は上方から出射口２６を正対視した（ａ）に対応する模式的な投影図。図５（ａ）は側方から第１反射面２１を正対視した模式的な投影図、（ｂ）は上方から出射口２６を正対視した（ａ）に対応する模式的な投影図。）に１つの２面コーナーリフレクタ２を抽出して示すように、観察対象Ｏから発した光線は、２面コーナーリフレクタ２の下端に設定される入射口２５から２面コーナーリフレクタ２の内部に入射し、第１反射面２１における点（反射ポイント）ｒ１で１回目の反射をし、第２反射面２２における点（反射ポイント）ｒ２で２回目の反射をし、２面コーナーリフレクタ２の上端に設定される出射口２６から出射する（この光線の光路を１点鎖線で示す。）。あるいは、観察対象Ｏから発した光線は、入射口２５から２面コーナーリフレクタ２の内部に入射し、第２反射面２２における点（反射ポイント）ｒ３で１回目の反射をし、第１反射面２１における点（反射ポイント）ｒ４で２回目の反射をし、２面コーナーリフレクタ２の上端に設定される出射口２６から出射する（この光線の光路を２点鎖線で示す）。図４（ａ）、図５（ａ）から把握されるように、第１反射面２１で１回目の反射、第２反射面２２で２回目の反射をする光線については、点ｒ１、ｒ２を通り紙面に対して垂直な面Ｆ１内で２回反射が起こっていることになり、第２反射面２２で１回目の反射、第１反射面２１で２回目の反射をする光線については、点ｒ３、ｒ４を通り紙面に対して垂直な面Ｆ２内で２回反射が起こっていることになる。このような第１反射面２１、第２反射面２２による光線の２回反射が、各２面コーナーリフレクタ２で起こる結果、２回反射光の集合として、素子面１Ｓに対して観察対象Ｏの面対称位置に、実像Ｐが鏡像（実鏡映像と称する）として結像し、斜め上方の視点Ｖから観察される。すなわち、観察対象Ｏから発した光線は、２面コーナーリフレクタアレイ１内で２回反射して透過することにより、素子面１Ｓで面対称変換されて実鏡映像Ｐとして結像し、観察されることになる。なお、観察対象Ｏから実鏡映像Ｐに至るまでの光線の光路長（結像距離）に対して平板１０の厚さ（例えば５０〜１０００μｍ。本例では３００μｍ程度）は無視できる程度に小さいものとしているため、マクロな観点からは、観察対象Ｏからの光線が素子面Ｓ１で面対称変換されて出射し、結像した実鏡映像Ｐとして視点Ｖから観察されることになるといえる。
【００１４】
ところで、図４及び図５に示すように、入射口２５から２面コーナーリフレクタ２に入射する光線のなかには、第１反射面２１、第２反射面２２の何れか一方で１回のみ反射して出射口２６から出射する１回反射光が存在する。図示例では、１回反射光の光路を破線で示しており、第２反射面２２における反射ポイントを点ｒ５で示し、第１反射面２１における反射ポイントを点ｒ６で示す。このような１回反射光は、迷光となって２回反射光により結像する実鏡映像Ｐの鮮明さや明るさを低減させる要因となるため、可能な限り１回反射光を遮光することが望ましいといえる。
【００１５】
一方、各２面コーナーリフレクタ２についてみれば、図６（（ａ）は側方から第２反射面２２を正対視した模式的な投影図、（ｂ）は側方から第１反射面２１を正対視した模式的な投影図。）に示すように、観察対象Ｏから発して入射口２５に入射し、第１反射面２１、第２反射面２２で１回ずつ、合計２回反射する２回反射光が通過し得ない領域が存在する。同図（ａ）の投影図で説明すると、平面的に投影して長方形で示された２面コーナーリフレクタ２の入射口２５の端縁と出射口２６の端縁を結ぶ２本の対角線ｄ１、ｄ２で区画される領域のうち、同図（ａ）では右側（内壁２３）寄りの二等辺三角形の領域Ｎ１（グレイの網掛けで示す）が、第１反射面２１で反射する光線が通過し得ない領域である。同じく同図（ｂ）の投影図で説明すると、平面的に投影して長方形で示された２面コーナーリフレクタ２の入射口２５の端縁と出射口２６の端縁を結ぶ２本の対角線ｄ３、ｄ４で区画される領域のうち、同図（ｂ）では左側（内壁２４）寄りの二等辺三角形の領域Ｎ２（グレイの網掛けで示す）が、第２反射面２２で反射する光線が通過し得ない領域である。換言すると、２回反射光は第１反射面２１および第２反射面２２の双方で反射することから、２面コーナーリフレクタ２の内部空間のうち、同図（ａ）（ｂ）で網掛けが付された領域Ｎ１及びＮ２の双方を除く領域が、２回反射光が通過可能な領域である。本例の場合、直方体で示される立体としての２面コーナーリフレクタ２で説明すると、入射口２５から入射して第１反射面２１に到達する光線が作る立体と第１反射面２１で反射し出射口２６から出射する光線が作る立体の和集合と、入射口２５から入射して第２反射面２２に到達する光線が作る立体と第２反射面２２で反射し出射口２６から出射する光線が作る立体の和集合との積集合（図１１に示す立体ａｂｃｄｍｏｎｌｅｆｇｈを参照）が、２回反射光が通過し得る領域であり、この積集合を除く領域が、２回反射光が通過し得ない領域である。但し、以上の説明における２回反射光が通過し得ない領域は、全ての２回反射可能な光線を対象にしたものであり、実際は２面コーナーリフレクタ２と観察対象Ｏ及び視点Ｖの配置位置関係によって、この一部の光線のみが観察に利用される。また、２面コーナーリフレクタ２そのものの形状によって、２回反射光が通過し得る領域、通過し得ない領域は異なるが、ここでは説明の便宜上、各２面コーナーリフレクタ２を直方体形状とした場合について例示したものである。
【００１６】
そこで本発明は、２面コーナーリフレクタ２において、２回反射光が通過しない領域Ｎ１、Ｎ２（総称する場合、符号Ｎで示す。）の一部又は全部に光線の通過を遮断するための遮光マスクを形成することとしている。２回反射光が通過しない領域Ｎの一部にでも遮光マスクを形成すれば、各２面コーナーリフレクタ２の入射口２５から入射して第１反射面２１又は第２反射面のどちらかで１回反射して出射口２６から出射する１回反射光や、入射口２５から入射して第１反射面２１と第２反射面２２のどちらでも反射することなく出射口２６から出射する直接透過光のうち、遮光マスクが存在する部位を本来通過する光線を遮光することができるので、その分だけ１回反射光や直接透過光等による迷光を低減することができる。具体的には、領域Ｎ１に遮光マスクを形成した場合、第２反射面２２の点ｒ５で１回だけ反射する光線を遮光することができ、領域Ｎ２に遮光マスクを形成した場合、第１反射面２１の点ｒ６で１回だけ反射する光線を遮光することができる。しかも遮光マスクによっては、２回反射光による結像を阻害することがないので、結像した観察対象Ｏの実鏡映像Ｐには欠損も輝度低下も生じることがなく、１回反射光や直接透過光等の迷光のみを低減することができる。なお、遮光マスクを形成するに際しては、不透光性インクの塗布、エッチング等による部材表面の加工による不透光性領域の形成、不透光性のシートやブロック体の配置など、種々の手段を選択的に用いることができ、そのようにして形成された不透光性の部位を遮光マスクとすることができる。
【００１７】
特に、遮光マスクを、２回反射光が通過しない領域Ｎを完全に遮光する位置に形成した２面コーナーリフレクタアレイ１の場合には、２回反射光を最大限に透過させる条件を満たしながら、１回反射光や直接透過光の透過を最大限に抑制することができるため、最もクリアな実鏡映像Ｐの観察が可能となる。
【００１８】
また、各２面コーナーリフレクタの入射口から出射口にまで至る領域において、２つの反射面を除く内周面を、非反射面とすることで、２回反射光以外の光線による迷光を低減し、観察される実鏡映像Ｐの鮮明さや明るさを向上させることに寄与するものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る２面コーナーリフレクタアレイは、各２面コーナーリフレクタの入射口から入射する光線を、２面コーナーリフレクタが備える互いに垂直な関係の２つの反射面で各１回、合計２回反射させて出射口から出射させ、結果として観察対象から発した光線を面対称変換させることで実鏡映像を結像させ、それを観察可能とするものであるが、各２面コーナーリフレクタに入射する光線のうち、２回反射光が通過しない領域に遮光マスクを形成したものである。この構成により、遮光マスクによって２回反射光の透過が阻害されることなく、遮光マスクが各２面コーナーリフレクタの２つの反射面のうちどちらか一方の反射面でのみ反射して出射する１回反射光や、どちらの反射面でも反射せずに２面コーナーリフレクタを透過する直接透過光の一部を遮断するため、２面コーナーリフレクタを透過する光線に占める２回反射光の比率を相対的に上げることができる結果、遮光マスクのない従来の２面コーナーリフレクタアレイよりも迷光を低減した実鏡映像を観察できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る２面コーナーリフレクタアレイの基本構成例を示す模式的な斜視図。
【図２】同２面コーナーリフレクタアレイの一部を拡大して模式的に示す平面図。
【図３】同２面コーナーリフレクタアレイにおける単一の２面コーナーリフレクタを抽出して光線の２回反射の様子を示す模式的な斜視図。
【図４】（ａ）同２面コーナーリフレクタにおける光線の反射の様子を、側方から第２反射面を正対視して模式的に示す投影図。（ｂ）２面コーナーリフレクタにおける光線の反射の様子を模式的に示す平面図。
【図５】（ａ）同２面コーナーリフレクタにおける光線の反射の様子を、側方から第１反射面を正対視して模式的に示す投影図。（ｂ）同２面コーナーリフレクタにおける光線の反射の様子を模式的に示す平面図。
【図６】（ａ）同２面コーナーリフレクタにおける光線の反射の様子を、２回反射光が通過し得ない領域と共に側方から第２反射面を正対視して模式的に示す投影図。（ｂ）同２面コーナーリフレクタにおける光線の反射の様子を、２回反射光が通過し得ない領域と共に側方から第１反射面を正対視して模式的に示す投影図。
【図７】本発明の一実施形態に係る２面コーナーリフレクタアレイを模式的に示す部分拡大斜視図。
【図８】２面コーナーリフレクタアレイを模式的に示す部分拡大平面図。
【図９】同２面コーナーリフレクタアレイにおける単一の２面コーナーリフレクタを抽出して光線の反射の様子を示す模式的な斜視図。
【図１０】同２面コーナーリフレクタアレイを分解して示す模式的な斜視図。
【図１１】同２面コーナーリフレクタアレイに適用可能な他の単一の２面コーナーリフレクタを示す模式的な斜視図。
【図１２】同実施形態における他の２面コーナーリフレクタアレイを模式的に示す部分拡大斜視図。
【図１３】（ａ）同２面コーナーリフレクタアレイにおける単一の２面コーナーリフレクタを抽出して光線の反射の様子を、側方から第１反射面を正対視して模式的に示す投影図。（ｂ）同２面コーナーリフレクタにおける光線の反射の様子を模式的に示す平面図。
【図１４】（ａ）同２面コーナーリフレクタアレイにおける単一の２面コーナーリフレクタを抽出して光線の反射の様子を、側方から第２反射面を正対視して模式的に示す投影図。（ｂ）同２面コーナーリフレクタにおける光線の反射の様子を模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る２面コーナーリフレクタアレイ１は、図１〜図５に示した基本構成と結像原理を有するものであり、図６に示したとおり、各２面コーナーリフレクタ２において２回反射光が透過しない領域Ｎに遮光マスクＭを形成したものである。本実施形態の２面コーナーリフレクタアレイ１全体から一部の２面コーナーリフレクタ２を抽出して模式化したものを図７（模式的な部分斜視透視図）及び図８（模式的な平面図）に示し、単一の２面コーナーリフレクタ２を抽出して模式化したものを図９に示す。この２面コーナーリフレクタアレイ１における各２面コーナーリフレクタ２は、平板１０の高さ寸法ｈ（本例では３００μｍ）と同じ寸法を一辺とする正方形状の入射口２５及び出射口２６をそれぞれ平板１０の底面と上面に形成した物理的・光学的な立方体状の中空の穴（屈折率１）から構成され、この穴の内壁のうち隣接して互いに垂直な２つの内壁を第１反射面２１、第２反射面２２とし、これら第１反射面２１、第２反射面２２と向き合う２つの内壁２３、２４を非反射面としている。この２面コーナーリフレクタ２を横切る水平面、すなわち第１反射面２１と第２反射面２２に対して垂直に交わる面のうち、高さ方向中央を横切る面（素子面１Ｓと同じ面内）を、２面コーナーリフレクタアレイ１の素子面１Ｓとして設定している。このような穴から構成される２面コーナーリフレクタ２を平板１０に多数形成したものが２面コーナーリフレクタアレイ１となる。
【００２２】
そして、本実施形態では、各２面コーナーリフレクタ２の高さ方向中央部に、第１反射面２１と第２反射面２２とが形成する内隅を避けて平面視Ｌ字形状をなすように遮光マスクＭを水平に形成している。この遮光マスクＭは、内壁２３、２４については幅寸法全体に亘っており、第１反射面２１と第２反射面２２については幅寸法のちょうど半分に亘って形成されている。遮光マスクＭの高さ位置で２面コーナーリフレクタ２を水平に切断して見たとすると、この高さ位置においては２面コーナーリフレクタ２のうち第１反射面２１と第２反射面２２が隣接し合っている内隅だけ正方形状に開口していることになる。このような遮光マスクＭは、図６に示した２回反射光が２面コーナーリフレクタ２を通過しない領域Ｎ（Ｎ１、Ｎ２）の全体を完全に遮光するように、２回反射光が通過しない領域Ｎのうち水平方向の寸法が最大となる２面コーナーリフレクタ２の高さ方向中央に形成したものである。
【００２３】
図９に示すように、２面コーナーリフレクタ２の各頂点にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈの符号を付して説明すると、入射口２５は正方形ａｂｃｄにより形成され、出射口２６は正方形ｅｆｇｈによって形成される。辺ａｅ、ｂｆ、ｃｇ、ｄｈの各中点をｉ、ｊ、ｋ、ｌとし、線分ｉｌの中点をｍ、線分ｋｌの中点をｎ、水平な対角線ｉｋとｊｌの交点をｏとした場合、遮光マスクＭは、点ｉｊｋｎｏｍで囲まれた水平なＬ字形状をなすことになる。入射口２５から２面コーナーリフレクタ２に入る光線（入射光Ｌｉｎ）のうち、第２反射面２２（面内の点ｒ３）で反射し、第１反射面２１（面内の点ｒ４）で反射して出射口２６から出射する光線（出射光Ｌｏｕｔ）は、２面コーナーリフレクタ２を水平に横断する面ｉｊｋｌの面積にして１／４の面ｌｍｏｎを通過することになる。同様に、第１反射面２１で反射し、第２反射面２２で反射して出射口２６から出射する光線についても、必ず面ｌｍｏｎを通過する。以上のことから、遮光マスクＭによる２回反射光の遮光率はゼロである。一方、入射口２５に入射して第１反射面２１又は第２反射面２２の何れか一方で反射して出射光２６から出射する１回反射光や、入射口２５から入射して第１反射面２１でも第２反射面２２でも反射することなく出射光２６から出射する直接透過光の一部分は面ｌｍｏｎを透過するが、１回反射光と直接透過光の一部分は遮光マスクＭにより遮光されるため、１回反射光や直接透過光の透過率は概ね半分程度に低減される。そのため、観察対象Ｏから発した光線が２面コーナーリフレクタアレイ１で面対称変換されて視点Ｖから観察される実鏡映像Ｐを結像する２回反射光の明るさが相対的に高くなることから、実鏡映像Ｐの鮮明さは、遮光マスクＭがない場合と比較すると向上することになる。
【００２４】
このような遮光マスクＭを備えた２面コーナーリフレクタアレイ１は、例えば次のようにして製造される。まず、図８に対応して図１０に示すように、高さ寸法が図１の２面コーナーリフレクタアレイ１の半分である２つの合同な２面コーナーリフレクタアレイ１Ａ、１Ｂを製造する。２面コーナーリフレクタアレイ１に対応して、２面コーナーリフレクタアレイ１Ａは多数の２面コーナーリフレクタ２Ａ（第１反射面２１Ａ、第２反射面２２Ａ）を有しており、２面コーナーリフレクタアレイ１Ｂは、多数の２面コーナーリフレクタ２Ｂ（第１反射面２１Ｂ、第２反射面２２Ｂ）を有しているものとする。２面コーナーリフレクタアレイ１Ａ、１Ｂの製造は、例えば次のような方法を採用することができる。まず、各２面コーナーリフレクタアレイ１Ａ、１Ｂを構成する平板１０Ａ、１０Ｂ（平板１０の厚みが半分のもの）に対応する金属製の金型を作成する。２面コーナーリフレクタアレイ１Ａ、１Ｂは合同であるので、金型は１つで足りる。そして、金型において第１反射面２１Ａ、第２反射面２２Ａ（又は第１反射面２１Ｂ、第２反射面２２Ｂ）を形成すべき面をナノスケールの切削加工処理をすることによって鏡面形成を行い、これらの面粗さを１０ｎｍ以下とし、可視光スペクトル域に対して一様に鏡面となるようにする。具体的に２面コーナーリフレクタ２を構成する第１反射面２１、第２反射面２２は、本実施形態では２面コーナーリフレクタアレイ１Ａ、１Ｂの厚さに対応する高さ１５０μｍ、入射口２５及び出射光２６の一辺に対応する幅３００μｍとしており、先に作成した金型を用いたプレス工法をナノスケールに応用したナノインプリント工法又は電鋳工法により、各平板に所定ピッチで複数形成されることになる。本実施形態では、全ての２面コーナーリフレクタ２Ａ、２Ｂが規則的な格子点上に整列されて同一方向を向くようにしている。なお、隣り合う２面コーナーリフレクタ２Ａ同士、２Ｂ同士の離間寸法を極力小さく設定することで開口率が上がり、光線の透過率を向上させることができる。そして、前記平板のうち、２面コーナーリフレクタ２Ａの第１反射面２１Ａ及び第２反射面２２Ａ、２面コーナーリフレクタ２Ｂの第１反射面２１Ｂ及び第２反射面２２Ｂを形成した部分以外の部位には遮光処理を施す。本実施形態では、このような２面コーナーリフレクタ２Ａ、２Ｂを各平板に数万ないし数十万個設けることで、２面コーナーリフレクタアレイ１Ａ、１Ｂを形成している。なお、電鋳工法によりアルミニウムやニッケル等の金属で平板を形成した場合、各反射面２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂは、金型の面粗さが十分小さければ、それによって自然に鏡面となる。また、ナノインプリント工法を用いて、平板を樹脂製などとした場合には、各反射面２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂを作成するには、スパッタリング等によって、鏡面コーティングを施す必要がある。
【００２５】
そして、このようにして製造した２つの２面コーナーリフレクタアレイ１Ａ、１Ｂを、これらの間に遮光マスクＭを多数形成した薄いフィルムＦを挟み込んで上下に重ね合わせて接着又は圧着することで、図８に示したような２面コーナーリフレクタアレイ１が製造される。薄いフィルムＦは、遮光マスクＭを形成すべき部位に、遮光性のある塗料等で多数のＬ字型形状を所定ピッチで印刷するなどの方法で製造することができる。２面コーナーリフレクタアレイ１Ａ、１Ｂからなる２面コーナーリフレクタアレイ１は、上下に各２面コーナーリフレクタ２Ａ、２Ｂが連続することによって、第１鏡面２１Ａ、２１Ｂにより第１鏡面２１が形成され、第２鏡面２２Ａ、２２Ｂにより第２鏡面２２が形成される。そして、ちょうど素子面１Ｓとなる位置に、各２面コーナーリフレクタ２における遮光マスクＭが形成される。
【００２６】
以上では、内部が中空の２面コーナーリフレクタを有する２面コーナーリフレクタアレイについて説明したが、物理的には穴は空いていないものの光学的な穴からなる２面コーナーリフレクタを有する２面コーナーリフレクタアレイとすることも可能である。この場合、例えば透明な樹脂やガラス等からなる平板の内部に、多数の２面コーナーリフレクタが埋め込まれた構成のものを利用することができる。具体的な製造方法としては、例えば厚さ０．３ｍｍの透明薄板の片面に反射膜を成膜したものを積層接着したのち、積層面に対して垂直方向に厚さ０．４ｍｍ程度にスライスする。このスライスした薄板の両面を鏡面研磨することで、厚さ０．３ｍｍのミラー間ピッチ０．３ｍｍの薄板状鏡が並んだスリットミラーアレイができる。このスリットミラーアレイの片面にさらに反射膜を成膜して向きを揃えて積層接着したのち、積層面およびスリットミラーに対して垂直方向に厚さ０．４ｍｍ程度にスライスする。このスライスした薄板の両面を鏡面研磨することで、厚さ０．３ｍｍの２面コーナーリフレクタアレイが作製できる。このように作製した２面コーナーリフレクタアレイを２つ用意して上下に重ね合わせる際に、上側の２面コーナーリフレクタアレイの底面又は下側の２面コーナーリフレクタアレイの上面の何れかに、エッチングや印刷等のパターン形成技術を利用して遮光マスクを形成して、上下の２面コーナーリフレクタの位置が一致するように位置合せを行って２枚を接着又は圧着すれば、上記と同様の遮光マスクを配置した２面コーナーリフレクタアレイが得られる。例えば平板の素材の屈折率が１．５程度であれば、入射口及び出射光の１辺の長さと厚さが同程度である２面コーナーリフレクタアレイを作製して重ね合わせれば、適切な視域で２回反射光の最大透過率を最大とすることができる。
【００２７】
遮光マスクＭは平面的なものに限らず、立体的なものとすることもできる。例えば図１１に、図９に対応して単一の２面コーナーリフレクタ２（符号は図９と同じものとする）を抽出して示すと、２面コーナーリフレクタ２は、２面コーナーリフレクタ２を形成する立方体ａｂｃｄｅｆｇｈの内部に、入射口２５及び出射光２６から内側に向けて中間開口ｍｏｎｌを残すように突出させた遮光マスクＭを有しているものである。このような形状は、金型を使った転写によって作製することが可能であり、例えば平板１０を形成する金型から、四角錐台ａｂｃｄｍｏｎｌを下方に離型する抜き型と、四角錐台ｅｆｇｈｍｏｎｌを上方に離型する抜き型をそれぞれ抜き出すことによって得られる。面ａｂｏｍ、ｂｃｎｏ、ｅｆｏｍ、ｆｇｎｏは、離型の際の抜きテーパとして有効に利用できる。第１反射面２１および第２反射面２２には、反射膜を成膜することで、反射面として機能させる。また、面ａｂｏｍ、ｂｃｎｏ、ｅｆｏｍ、ｆｇｎｏについては、無反射かつ不透過処理を行うことが望ましい。この場合、これらの面ａｂｏｍ、ｂｃｎｏ、ｅｆｏｍ、ｆｇｎｏが、遮光マスクＭを構成する。このように作製した各２面コーナーリフレクタアレイであっても、各２面コーナーリフレクタ２では、２回反射光は遮光率ゼロで最大限に透過する一方、１回反射光や直接透過光の大半は立体的な遮光マスクＭにより遮光されるため、平面的な遮光マスクＭを有する２面コーナーリフレクタアレイ１と同様に、クリアな実鏡映像Ｐを観察することができるものとなる。
【００２８】
また、２面コーナーリフレクタを構成する第１反射面と第２反射面は、異なる高さ位置に配置されていても構わない。例えば図１２に示す２面コーナーリフレクタアレイ１００は、多数の薄板状の鏡１１０から構成されるものである。鏡１１０は、一つの面を反射面として、それ以外の部位を非反射面としたものであり、反射面を起立させた姿勢で上下に２段積みにすることで、２面コーナーリフレクタアレイ１００を構成している。下段１１０Ａの多数の鏡１１０は、同じ方向に反射面１２１を向けて所定ピッチで鏡１１０を配置しており、上段１１０Ｂの多数の鏡１１０は、下段とは鉛直軸周りに９０度方向を変えて同じ方向に反射面１２２を向けて所定ピッチで鏡１１０を配置している。このように構成したことにより、上下方向に連通する平面視正方形状の空間が多数整列して形成されることになり、この１つ１つの空間が２面コーナーリフレクタ２００を構成している。すなわち、各２面コーナーリフレクタ２００は、図４及び図５に対応させて図１３及び図１４に示すように、下段１１０Ａの鏡１１０の反射面１２１が第１反射面となり、上段１１０Ｂの鏡１１０の反射面１２２が第２反射面となる。各２面コーナーリフレクタ２００における下端の開口が入射口１２５となり、上端の開口が出射口１２６となる（図１３参照）。
【００２９】
ここで、図１３（ａ）は側方から第２反射面１２２を正対視した模式的な投影図、（ｂ）は上方から出射口１２６を正対視した（ａ）に対応する模式的な投影図。図１４（ａ）は側方から第１反射面１２１を正対視した模式的な投影図、（ｂ）は上方から出射口１２６を正対視した（ａ）に対応する模式的な投影図である。観察対象Ｏ（同図では省略）から発した光線は、２面コーナーリフレクタ２００の下端に設定された入射口１２５から２面コーナーリフレクタ２００の内部に入射し、第１反射面１２１における点（反射ポイント）ｒ１０１で１回目の反射をし、第２反射面１２２における点（反射ポイント）ｒ１０２で２回目の反射をし、２面コーナーリフレクタ２００の上端に設定される出射口１２６から出射する（この光線の光路を１点鎖線で示す）。あるいは、観察対象Ｏから発した光線は、入射口１２５から２面コーナーリフレクタ２００の内部に入射し、第１反射面１２１における点（反射ポイント）ｒ１０３で１回目の反射をし、第２反射面１２２における点（反射ポイント）ｒ１０４で２回目の反射をし、出射口１２６から出射する（この光線の光路を２点鎖線で示す）。また、１回反射光の光路を破線で示し、第２反射面１２２における反射ポイントを点ｒ１０５、第１反射面１２１における反射ポイントを点ｒ１０６で示す。図４及び図５に示した２面コーナーリフレクタ２と同様に考えると、上下に高さ位置が異なる第１反射面１２１と第２反射面１２２を有する２面コーナーリフレクタ２００の場合も、２回反射光だけが２面コーナーリフレクタ２００を透過することで面対称変換されることになり、実鏡映像Ｐ（同図では省略）を結像するが、２面コーナーリフレクタ２の内部空間のうち、２回反射光が通過し得ない領域（グレイの網掛けで示すＮ１０１、Ｎ１０２）がやはり存在する。この領域に、２面コーナーリフレクタ２と同様の遮光マスクを形成すること、つまり領域Ｎ１０１に遮光マスクを形成することによって第２反射面１２２で１回反射（点ｒ１０５）するはずの光線を遮光でき、領域Ｎ１０２に遮光マスクを形成することによって第１反射面１２１で１回反射（点ｒ１０６）した光線を遮光することができる。すなわち、２回反射光を遮光することなく１回反射光や直接透過光を低減させることが可能となる。この例の場合、下段１１０Ａと上段１１０Ｂの全ての鏡１１０に同一のものを適用すれば、素子面１００Ｓは下段１１０Ａと上段１１０Ｂの境界を通る水平面として把握すればよい。
【００３０】
その他にも、２面コーナーリフレクタ２と２面コーナーリフレクタ２００との中間的なもの、すなわち、下段の第１反射面と上段の第２反射面とが部分的に同じ高さ位置にあるものの、上下にズレを生じた構成であっても、上記と同様に２面コーナーリフレクタアレイを形成することができる。このような２面コーナーリフレクタの集合である２面コーナーリフレクタアレイでも、それぞれの１回反射光が通過し得ない領域の和集合として、２回反射光が通過し得ない領域が存在し、この２回反射光が通過し得ない領域に適切な遮光マスクを形成すれば、１回反射光や直接透過光を低減させて２回反射光の透過率を高めることができる。
【００３１】
なお、上述したいずれの２面コーナーリフレクタアレイにおいても、１回反射光や直接光がどの程度透過するかは、２面コーナーリフレクタアレイと観察対象及び観察者の視点との位置関係によって変化するため、同一の２面コーナーリフレクタアレイであっても、遮光マスクによる１回反射光や直接透過光に対する遮光率は一定ではない。しかしながら、２面コーナーリフレクタアレイによる実鏡映像の結像が可能な範囲において観察対象を２面コーナーリフレクタアレイに対してどのような位置に配置しても、結像に寄与する２回反射光が通過し得ない領域は、各２面コーナーリフレクタの構成や形状によって一意に定まっているため、遮光マスクを形成することによる２回反射光の相対的な明るさの向上は必ず図られる。したがって、本発明においては、第１反射面と第２反射面とが垂直の関係を維持しており、入射口から入射した光線が２回反射して出射口から出射するという条件を満たしていれば、各反射面の形状を含めて２面コーナーリフレクタの形状や構成、２面コーナーリフレクタアレイの形状や構成は、上述した各例に限定されるものではない。
【００３２】
また、遮光マスクは、２回反射光が通過し得ない領域の全域を遮光するものとしてもよいし、２回反射光が通過し得ない領域を部分的に遮光するものとしても構わないことなど、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、より鮮明でクリアな映像の空中表示が可能なディスプレイ等の表示装置に適用される光学素子として利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１、１００…２面コーナーリフレクタアレイ
１Ｓ、１００Ｓ…素子面
２、２００…２面コーナーリフレクタ
２１、１２１…第１反射面
２２、１２２…第２反射面
２５、１２５…入射口
２６、１２６…出射口
Ｏ…観察対象
Ｐ…像（実鏡映像）
Ｖ…視点
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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