(57)【要約】  被投影物の実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして大型化できる光学素子を提供することを目的とする。平面視矩形の平板状に形成され、その厚み方向に平行な反射面２を所定周期で平行に配した光学素子１であって、光学素子１は、多角形の平面形状に形成された第１小片部３と、直角二等辺三角形の平面形状に形成され、第１小片部３の四隅に配された複数の第２小片部４と、を備え、第１小片部３はその一辺に平行な反射面２を有し、第２小片部４はその直交する二辺に対して傾斜する反射面２を有し、第１小片部３の反射面２と第２小片部４の反射面２とが互いに平行になるように、第１小片部３の反射面４に垂直な辺３１及び第１小片部３の反射面２に平行な辺３１に第２小片部４の斜辺４１が接合されている。
2016132984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視矩形の平板状に形成され、その厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した光学素子であって、
前記光学素子は、
多角形の平面形状に形成された第１小片部と、
直角二等辺三角形の平面形状に形成され、前記第１小片部の四隅に配された複数の第２小片部と、
を備え、
前記第１小片部はその一辺に平行な前記反射面を有し、
前記第２小片部はその直交する二辺に対して傾斜する前記反射面を有し、
前記第１小片部の前記反射面と前記第２小片部の前記反射面とが互いに平行になるように、前記第１小片部の前記反射面に垂直な辺及び前記第１小片部の前記反射面に平行な辺に前記第２小片部の斜辺が接合されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１小片部の平面形状が正方形に形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１小片部の平面形状が五角形、六角形、七角形、八角形のいずれかに形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第２小片部の直交する二辺に対して前記反射面の傾斜角度が４５°であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光学素子を厚み方向に２つ並設し、２つの前記光学素子の前記反射面が直交することを特徴とする反射型空中結像素子。
【請求項６】
前記光学素子の並設方向の一端面または両端面に前記光学素子を覆う透明な補強板を設けたことを特徴とする請求項５に記載の反射型空中結像素子。
【請求項７】
厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した平板状の光学素子の製造方法において、
少なくとも一方の面に前記反射面を設けた複数の透明板を積層して前記反射面に垂直な面が正方形である第１積層ブロックを形成する第１積層ブロック形成工程と、
一の前記第１積層ブロックを前記反射面に垂直な正方形の面の両方の対角線で切断し、底面が直角二等辺三角形である三角柱の第２積層ブロックを複数形成する第２積層ブロック形成工程と、
前記第１積層ブロックの前記反射面と複数の前記第２積層ブロックの前記反射面とが互いに平行になるように、前記第１積層ブロックの前記反射面に垂直な対向する二面上及び前記反射面に平行な対向する二面上に前記第２積層ブロックの斜面を接合して接合ブロックを形成する接合ブロック形成工程と、
前記接合ブロックを前記反射面に垂直な方向に沿って所定周期で切断する接合ブロック切断工程と、
を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１積層ブロック形成工程において、スペーサを介して複数の前記透明板を接着することを特徴とする請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１積層ブロック形成工程において、複数の前記透明板を積層した原ブロック材を前記反射面に垂直な方向に切断して複数の前記第１積層ブロックを形成することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記接合ブロック形成工程において、同一の前記原ブロック材から形成された前記第１積層ブロック及び前記第２積層ブロックが前記反射面に垂直な面で接合され、両者の積層方向の一端部は、前記原ブロック材における積層方向の同じ端部であることを特徴とする請求項９に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記接合ブロック形成工程において、同一の前記原ブロック材の隣接する前記第１積層ブロックの一方と、他方から形成された前記第２積層ブロックとを接合することを特徴とする請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記原ブロック材の積層方向の長さと前記透明板の一辺の長さとの比は１：２であり、前記第１積層ブロック形成工程において、前記透明板の一辺の中央で積層方向に沿って一の前記原ブロック材を切断して複数の前記第１積層ブロックを形成することを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項１３】
厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した平板状の光学素子を厚み方向に２つ並設し、２つの前記光学素子の前記反射面が直交する反射型空中結像素子の製造方法において、
少なくとも一方の面に前記反射面を設けた複数の透明板を積層して前記反射面に垂直な面が正方形である第１積層ブロックを形成する第１積層ブロック形成工程と、
一の前記第１積層ブロックを前記反射面に垂直な正方形の面の両方の対角線で切断し、底面が直角二等辺三角形である三角柱の第２積層ブロックを複数形成する第２積層ブロック形成工程と、
前記第１積層ブロックの前記反射面と複数の前記第２積層ブロックの前記反射面とが互いに平行になるように、前記第１積層ブロックの前記反射面に垂直な対向する二面上及び前記反射面に平行な対向する二面上に前記第２積層ブロックの斜面を接合して接合ブロックを形成する接合ブロック形成工程と、
前記接合ブロックを前記反射面に垂直な方向に沿って所定周期で切断して複数の前記光学素子を形成する接合ブロック切断工程と、
複数の前記光学素子を厚み方向に接合する光学素子接合工程と、
を備えることを特徴とする反射型空中結像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１積層ブロック形成工程において、前記透明板を積層した原ブロック材を前記反射面に垂直な方向に切断して複数の前記第１積層ブロックを形成することを特徴とする請求項１３に記載の反射型空中結像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記接合ブロック形成工程において、同一の前記原ブロック材から形成された前記第１積層ブロック及び前記第２積層ブロックが前記反射面に垂直な面で接合され、両者の積層方向の一端部は、前記原ブロック材における積層方向の同じ端部であることを特徴とする請求項１４に記載の反射型空中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、被投影物の実像を空中に結像させる反射型空中結像素子、反射型空中結像素子に用いられる光学素子及びこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射型空中結像素子は特許文献１に開示されている。図１５は従来の反射型空中結像素子の平面図を示している。反射型空中結像素子１０は平面形状が正方形の２枚の平板状の光学素子１を上下に重ねて形成され、各々の光学素子１の内部には光学素子１の一辺及び厚み方向に平行な反射面２が所定周期で平行に配されている。２枚の光学素子１を反射面２が互いに直交するように接合して反射型空中結像素子１０が形成される。【０００３】
上記構成の反射型空中結像素子１０において、下方の光学素子１よりも下方に被投影物を配置して被投影物に向けて光を照射すると、被投影物で反射した光の一部は下方の光学素子１に下面の入射面１８から入射し、反射面２で反射した後に上方の光学素子１に入射する。上方の光学素子１の反射面２で反射した光は反射型空中結像素子１０の上面の出射面１９から出射し、反射型空中結像素子１０に対して被投影物と面対象の位置の空中で被投影物の実像が結像される。これにより、被投影物の映像が空中に浮かんだ状態で表示される。すなわち、被投影物の空中映像が表示される。【０００４】
この時、図１５に示すように、入射面１８に平行な面に投影して使用者の視線方向ＥＬに対して両光学素子１の反射面２が４５゜傾斜すると、空中映像の視認性を最良にできる。【０００５】
また、特許文献２には、複数の平板状の反射型空中結像素子を端面で接合して大型の平板状の反射型空中結像素子を形成することが記載されている。すなわち、複数の反射型空中結像素子を用いてタイリングすることが記載されている。これにより、大型の映像を空中に浮かんだ状態で表示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８１３００号公報（第６頁、第４図〜第６図）
【特許文献２】特開２０１３−１０１２３０号公報（第６頁、第７頁、第６図、第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のように反射面２が光学素子１の一辺に平行に配置されている反射型空中結像素子１０によると、空中映像の視認性を最良にするために視線方向ＥＬに対して反射面２を傾斜させて配置する必要があり、空中映像の形成領域が狭くなってしまう。これは、被投影物は使用者に一辺が面した矩形に形成される場合が多いためである。すなわち、反射面２が視線方向ＥＬに対して傾斜すると、反射型空中結像素子１０内の使用者に一辺が面した矩形領域３０（図中、一点鎖線で示す）が被投影物の実像の結像に使用される。このため、被投影物の実像の結像に使用されない無駄な無効領域４０が矩形領域３０の外側に形成される。したがって、被投影物の実像の結像に有効な領域を大きくしようとすると、反射型空中結像素子１０全体を無効領域４０も含めて更に大きくする必要がある。【０００８】
また、特許文献２のようにタイリングにより反射型空中結像素子を大型化する場合には、被投影物の実像の結像に使用されない無駄な無効領域４０が一層大きくなる。【０００９】
本発明は、結像に使用されない無駄な領域を小さくして容易に大型化できる光学素子及びそれを用いた反射型空中結像素子を提供することを目的とする。また本発明は、結像に使用されない無駄な領域を小さくして容易に大型化できる光学素子及び反射型空中結像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、平面視矩形の平板状に形成され、その厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した光学素子であって、
前記光学素子は、
多角形の平面形状に形成された第１小片部と、
直角二等辺三角形の平面形状に形成され、前記第１小片部の四隅に配された複数の第２小片部と、
を備え、
前記第１小片部はその一辺に平行な前記反射面を有し、
前記第２小片部はその直交する二辺に対して傾斜する前記反射面を有し、
前記第１小片部の前記反射面と前記第２小片部の前記反射面とが互いに平行になるように、前記第１小片部の前記反射面に垂直な辺及び前記第１小片部の前記反射面に平行な辺に前記第２小片部の斜辺が接合されていることを特徴としている。【００１１】
また本発明は、厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した平板状の光学素子の製造方法において、
少なくとも一方の面に前記反射面を設けた複数の透明板を積層して前記反射面に垂直な面が正方形である第１積層ブロックを形成する第１積層ブロック形成工程と、
一の前記第１積層ブロックを前記反射面に垂直な正方形の面の両方の対角線で切断し、底面が直角二等辺三角形である三角柱の第２積層ブロックを複数形成する第２積層ブロック形成工程と、
前記第１積層ブロックの前記反射面と複数の前記第２積層ブロックの前記反射面とが互いに平行になるように、前記第１積層ブロックの前記反射面に垂直な対向する二面上及び前記反射面に平行な対向する二面上に前記第２積層ブロックの斜面を接合して接合ブロックを形成する接合ブロック形成工程と、
前記接合ブロックを前記反射面に垂直な方向に沿って所定周期で切断する接合ブロック切断工程と、
を備えることを特徴としている。【００１２】
また本発明は、厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した平板状の光学素子を厚み方向に２つ並設し、２つの前記光学素子の前記反射面が直交する反射型空中結像素子の製造方法において、
少なくとも一方の面に前記反射面を設けた複数の透明板を積層して前記反射面に垂直な面が正方形である第１積層ブロックを形成する第１積層ブロック形成工程と、
一の前記第１積層ブロックを前記反射面に垂直な正方形の面の両方の対角線で切断し、底面が直角二等辺三角形である三角柱の第２積層ブロックを複数形成する第２積層ブロック形成工程と、
前記第１積層ブロックの前記反射面と複数の前記第２積層ブロックの前記反射面とが互いに平行になるように、前記第１積層ブロックの前記反射面に垂直な対向する二面上及び前記反射面に平行な対向する二面上に前記第２積層ブロックの斜面を接合して接合ブロックを形成する接合ブロック形成工程と、
前記接合ブロックを前記反射面に垂直な方向に沿って所定周期で切断して複数の前記光学素子を形成する接合ブロック切断工程と、
複数の前記光学素子を厚み方向に接合する光学素子接合工程と、
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、多角形の平面形状に形成されるとともに反射面が一辺に平行な第１小片部と、直角二等辺三角形の平面形状に形成され直交する二辺に対して反射面が傾斜するとともに四隅に配された複数の第２小片部とを有する。そして、第１小片部の反射面と第２小片部の反射面とが互いに平行になるように第１小片部の反射面に垂直な辺及び反射面に平行な辺に第２小片部の斜辺を接合している。これにより、被投影物の実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして光学素子及び反射型空中結像素子を大型化することができる。【００１４】
また本発明によると、第１積層ブロック形成工程、第２積層ブロック形成工程、接合ブロック形成工程及び接合ブロック切断工程を備える。これにより、被投影物の実像の結像に使用されない無駄な領域が小さい光学素子及び反射型空中結像素子の製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子を備えた空中映像表示装置を示す斜視図
【図２】図１の要部を拡大した斜視図
【図３】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子を示す平面図
【図４】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子に用いる光学素子を示す斜視図
【図５】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の製造工程を示す図
【図６】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の透明板を示す斜視図
【図７】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の製造工程で形成される原ブロック材を示す斜視図
【図８】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の製造工程で形成される第１積層ブロックを示す斜視図
【図９】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の製造工程で形成される第２積層ブロックを示す斜視図
【図１０】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の製造工程における第１積層ブロックと第２積層ブロックとの接合を説明するための図
【図１１】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の製造工程で形成される接合ブロックを示す斜視図
【図１２】本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の製造工程で形成される接合ブロックを示す正面図であり、第１実施形態の他の変形例の光学素子の形成を説明するための図
【図１３】本発明の第３実施形態の反射型空中結像素子の製造工程で形成される原ブロック材を示す平面図
【図１４】本発明の第４実施形態の反射型空中結像素子の製造工程で形成される原ブロック材を示す平面図
【図１５】従来の反射型空中結像素子を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。説明の便宜上、前述の図１５に示す従来例と同様の部分には同一の符号を付している。図１は第１実施形態の反射型空中結像素子を備えた空中映像表示装置の斜視図を示している。図２は図１の要部を拡大した斜視図を示している。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向はそれぞれ光学素子１の奥行方向、幅方向及び厚み方向を示している。また、図２において矢印Ｐは光路を示している。
【００１７】
空中映像表示装置１００は反射型空中結像素子１０及び光源２０を有する。反射型空中結像素子１０は平面形状が正方形の平板状の光学素子１を厚み方向（Ｚ方向）に複数（本実施形態では２枚）並設して形成される。光学素子１は例えばガラスにより形成される。なお、アクリル樹脂等の透明な樹脂により光学素子１を形成してもよい。
【００１８】
光学素子１の内部には厚み方向に平行な反射面２（図２参照）が所定周期（例えば、約０．４ｍｍ周期）で平行に配されている。すなわち、複数の反射面２は厚み方向に垂直な方向に所定周期で並設される。また、隣接する一対の光学素子１の反射面２は互いに直交している。
【００１９】
光学素子１の並設方向（Ｚ方向）の一端面（図１において下端面）には光学素子１を覆う透明な補強板５が設けられる。補強板５は光学素子１と同じ材質のガラスにより形成される。補強板５により反射型空中結像素子１０の強度を向上させることができる。なお、補強板５を光学素子１の並設方向の両端面（図１において上端面及び下端面）に設けてもよい。また、補強板５の材質は光学素子１の材質と異なってもよい。
【００２０】
光源２０は一方の光学素子１側（図１において、補強板５よりも下方）に配される。光源２０は例えばＬＥＤから成り、白色の照明光Ｌを出射する。なお、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）により光源２０を形成してもよい。
【００２１】
図３は反射型空中結像素子１０の平面図を示し、図４は光学素子１の斜視図を示している。光学素子１及び反射型空中結像素子１０の平面形状は一辺の長さが約２８３ｍｍの正方形に形成される。光学素子１は第１小片部３及び複数の第２小片部４を有する。第１小片部３は正方形の平面形状に形成されるとともに反射面２が一辺３１に平行になっている。第２小片部４は直角二等辺三角形の平面形状に形成され、直交する二辺４２、４３に対して反射面２が傾斜するとともに光学素子１の四隅に配される。この時、第１小片部３の反射面２と第２小片部４の反射面２とが互いに平行になるように、第１小片部３の反射面２に垂直な辺３１及び反射面２に平行な辺３１に、第２小片部４の斜辺４１が接合されている。第２小片部４の斜辺４１は第１小片部３の一辺３１と同じ長さに形成される。
【００２２】
また、第２小片部４の直交する二辺４２、４３に対して反射面２は４５°傾斜している。一方の光学素子１の反射面２と他方の光学素子１の反射面２とが互いに直交するように一対の光学素子１を互いに接合して反射型空中結像素子１０が形成される。
【００２３】
上記構成の空中映像表示装置１００において、一方の光学素子１側（図１において、補強板５よりも下方）に２次元画像の被投影物ＯＢ（図１、図２参照）を配置し、光源２０を点灯する。光源２０から出射された照明光Ｌは被投影物ＯＢで反射し、矢印Ｐ（図２参照）で示すように、反射した光の一部は下方の光学素子１に下面の入射面１８から入射し、下方の光学素子１の反射面２で反射した後に上方の光学素子１に入射する。
【００２４】
上方の光学素子１の反射面２で反射した光は反射型空中結像素子１０の上面の出射面１９から上方へ出射され、反射型空中結像素子１０に対して被投影物と面対象の位置の空中で被投影物の実像（空中映像ＦＩ）が結像される。これにより、被投影物ＯＢの空中映像ＦＩが空中に浮かんだ状態で表示される。
【００２５】
この時、第２小片部４の直交する二辺４２、４３に対して反射面２は４５°傾斜している。このため、光学素子１の全ての反射面２が光学素子１の１つの辺に対して４５°傾斜している。よって、被投影物が使用者に一辺が面した矩形に形成される場合に反射型空中結像素子１０の全域を被投影物ＯＢの実像の結像のために使用することができる。したがって、反射型空中結像素子１０において、被投影物ＯＢの実像の結像に使用されない無駄な領域（不使用領域）を小さくすることができ、結像に有効な領域（使用領域）の面積がより大きい反射型空中結像素子１０を容易に得ることができる。
【００２６】
以上のような反射型空中結像素子１０を使用して、例えば被投影物ＯＢが商品等に関する情報であれば、空中映像ＦＩにより商品等の広告宣伝を行うことができる。また、医療現場や工事現場等で使用される機器のタッチパネル等を空中映像ＦＩとして表示してもよい。これにより、機器の汚染等を防止することができる。また、反射型空中結像素子１０をゲーム機等に搭載してもよい。
【００２７】
なお、被投影物ＯＢは２次元画像に限定されず、立体物でもよい。また、被投影物ＯＢは液晶パネル等の表示装置に表示された画像でもよい。この時、光源２０を省いて表示装置に内蔵された光源を用いることができる。
【００２８】
図５は反射型空中結像素子１０の製造工程を示す図である。反射型空中結像素子１０の製造工程は第１積層ブロック形成工程、第２積層ブロック形成工程、接合ブロック形成工程、接合ブロック切断工程、研磨工程、光学素子接合工程及び補強板接合工程を備えている。また、第１積層ブロック形成工程は反射面形成工程、積層工程、原ブロック材切断工程を有している。
【００２９】
反射面形成工程では図６に示すように、平面形状が矩形のガラスから成る透明板１１の両面にアルミニウムや銀等のスパッタや蒸着等によって反射面２を形成する。本実施形態では反射面２は厚みが１００ｎｍのアルミニウムを透明板１１上に配して形成される。なお、透明板１１の片面のみに反射面２を形成してもよい。
【００３０】
透明板１１の製造方法に特に限定はないが、例えばフュージョン法を用いることができる。フュージョン法は、上面を開口して断面形状が下端を絞るハート形状の樋に溶けたガラスを入れ、樋の上面から溢れ出たガラスが下方へ流れ出て樋の下方で一体になる方法である。これにより、ガラス面は空気以外には非接触で表面張力のみによって形成されるため、平滑な面を得ることができる。
【００３１】
本実施形態では透明板１１の短手方向の長さ、長手方向の長さ及び厚みはそれぞれ２００ｍｍ、４００ｍｍ及び０．４ｍｍになっている。なお、ガラスに替えて、例えばアクリル樹脂等の透明な樹脂により透明板１１を形成してもよい。
【００３２】
積層工程では、図７に示すように、エポキシ系等の接着剤を用いて複数の透明板１１を接着し、反射面２に垂直な方向に積層する。この時、透明板１１間に所定の粒径のスペーサを挟んでもよい。本実施形態では、スペーサとして平均粒径が約１０μｍのシリカ粒子を用い、４８０枚の透明板１１を積層している。これにより、隣接する透明板１１間に厚さ約１６．５μｍの接着層が形成される。スペーサにより、反射面２同士の平行を維持しながら接着層の厚みを揃えることができる。なお、接着剤はエポキシ系の接着剤に限定されず、例えばアクリル系の接着剤でもよい。
【００３３】
そして、接着剤が硬化するまでの間、図７における最上段の透明板１１の反射面２から下方に向けて所定の圧力を加える。
【００３４】
これにより、直方体形状の原ブロック材１３が形成される。この時、原ブロック材１３の反射面２に垂直な方向の長さ（積層方向ＬＭの長さ）は約２００ｍｍに形成される。原ブロック材１３の積層方向ＬＭの長さＤ１と透明板１１の長辺の長さＤ２との比は１：２になっている。
【００３５】
原ブロック材切断工程では、例えばワイヤーソー（不図示）を用いて原ブロック材１３を切断線Ｃ１（図７参照）に沿って切断する。ワイヤーソーに替えて、スライサー等を用いて原ブロック材１３を切断してもよい。切断線Ｃ１は透明板１１の長辺の中央を通るように形成される。これにより、透明板１１の長辺の中央で積層方向ＬＭに沿って原ブロック材１３が切断され、図８に示すように、２つの立方体形状の第１積層ブロック１４が形成される。
【００３６】
この時、原ブロック材１３の切断面から成る第１積層ブロック１４の周面１４ａは正方形になっており、反射面２及び周面１４ａに垂直な周面１４ｂも正方形になっている。後述するように、光学素子１の入射面１８及び出射面１９は周面１４ａまたは周面１４ｂに平行に形成される。入射面１８及び出射面１９が周面１４ａに平行に形成される場合には周面１４ｂが長方形でもよく、周面１４ｂに平行に形成される場合には周面１４ａが長方形でもよい。
【００３７】
また、原ブロック材１３の長さＤ１、Ｄ２（図７参照）の比は１：２に形成されるため、原ブロック材切断工程によって周面１４ｂが正方形の第１積層ブロック１４を複数同時に形成できる。
【００３８】
第２積層ブロック形成工程では、一方の第１積層ブロック１４を反射面２に垂直な周面１４ｂの両方の対角線に沿った切断線Ｃ２で切断する。第１積層ブロック１４の切断にはワイヤーソーやスライサー等が用いられる。これにより、図９に示すように底面１５ｃが直角二等辺三角形で三角柱形状の複数の第２積層ブロック１５ａ、１５ｂが形成される。ここでは、切断線Ｃ２が第１積層ブロック１４の周面１４ｂの対角線から成るが周面１４ａの対角線であってもよい。
【００３９】
一対の第２積層ブロック１５ａは斜面１５１ｃと反射面２とが垂直であり、一対の第２積層ブロック１５ｂは斜面１５１ｃと反射面２とが平行である。なお、以下の説明において、第２積層ブロック１５ａ、１５ｂを総称して「第２積層ブロック１５」という場合がある。
【００４０】
接合ブロック形成工程では、図１０、図１１に示すように、第１積層ブロック１４の反射面２に平行な対向する二面上に第２積層ブロック１５ｂの斜面１５１ｃが接合される。また、第１積層ブロック１４の反射面２に垂直な対向する二面（周面１４ａ）上に第２積層ブロック１５ａの斜面１５１ｃが接合される。これにより、第１積層ブロック１４の反射面２と第２積層ブロック１５の反射面２とが互いに平行であるとともに底面が正方形の四角柱形状の接合ブロック１６が形成される。
【００４１】
この時、第１積層ブロック１４の反射面２と第２積層ブロック１５ａの反射面２とが連続するように第１積層ブロック１４及び第２積層ブロック１５ａが接合される。この時、第１積層ブロック１４及び第２積層ブロック１５ａのそれぞれの積層方向ＬＭの一方の端部が原ブロック材１３（図７参照）における積層方向ＬＭの同じ端部となるように接合される。
【００４２】
これにより、第１積層ブロック１４及び第２積層ブロック１５ａは同じ透明板１１が接合される。このため、透明板１１の厚みばらつきが生じても、第１積層ブロック１４の反射面２と第２積層ブロック１５ａの反射面２とを高精度に連続させることができる。
【００４３】
第１積層ブロック１４と第２積層ブロック１５との接合にはエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の接着剤が用いられる。別途設けた保持部材を用いて第１積層ブロック１４に第２積層ブロック１５を押圧して接合する場合には接着剤を用いなくてもよい。
【００４４】
本実施形態では、一の原ブロック材１３から第１積層ブロック１４及び第２積層ブロック１５を形成するため、第１積層ブロック１４の反射面２の配置周期と第２積層ブロック１５の反射面２の配置周期とが略同じになる。このため、接合ブロック１６の形成時に、第２積層ブロック１５ａと第１積層ブロック１４との接合箇所において、第２積層ブロック１５ａの反射面２と第１積層ブロック１４の反射面２との積層方向ＬＭでのズレを低減することができる。したがって、反射面２の接合箇所で段差等が生じにくくなり、後述のように接合ブロック１６から切り出した光学素子１を使用した場合に空中映像ＦＩの歪みやスジを防止することができる。
【００４５】
接合ブロック切断工程では、接合ブロック１６を複数の切断線Ｃ３（図１１参照）に沿って例えばワイヤーソーまたはスライサー等を用いて切断する。切断線Ｃ３は反射面２に対して垂直な方向に形成される。これにより、接合ブロック１６は反射面２に垂直な方向に沿って所定周期（例えば１．８ｍｍ周期）で切断され、光学素子１（図４参照）が複数形成される。
【００４６】
研磨工程では、光学素子１を所定の厚さ（例えば１．２ｍｍ）に仕上げるために、ラッピング装置を用いて光学素子１の厚み方向の両端面を粗研磨（ラッピング）する。その後に、ポリッシング装置を用いて光学素子１の厚み方向の両端面に対して研磨（ポリッシング）を行い、鏡面仕上げする。
【００４７】
光学素子接合工程では、２枚の光学素子１をぞれぞれの反射面２が互いに直交するように接着剤を用いて接合する。これにより、２枚の光学素子１は厚み方向に並設される。接着剤は第１積層ブロック形成工程で使用する接着剤と同じ接着剤を用いる。なお、第１積層ブロック形成工程で使用する接着剤とは異なる接着剤を用いて２枚の光学素子１を接合してもよい。
【００４８】
補強板接合工程では、光学素子１の並設方向の一端面に補強板５を接着剤で接着する。この時、第１積層ブロック形成工程で使用する接着剤を用いる。なお、第１積層ブロック形成工程で使用する接着剤とは異なる接着剤を用いてもよい。以上により、反射型空中結像素子１０が製造される。
【００４９】
図１２は本実施形態の他の変形例の光学素子１の形成を説明するための図を示している。二点鎖線２００に示すように、第１積層ブロック１４と第２積層ブロック１５との接合時の公差により生じる接合ブロック１６の凹凸を切断や研削によって除去してもよい。この時、第１小片部３の平面形状は八角形になる。また、例えば左方、右方及び下方の二点鎖線２００で接合ブロック１６に対して切断や研削を行った場合には第１小片部３の平面形状は七角形になる。また、例えば上方及び下方の二点鎖線２００で接合ブロック１６に対して切断や研削を行った場合には第１小片部３の平面形状は六角形になる。また、例えば上方の二点鎖線２００で接合ブロック１６に対して切断や研削を行った場合には第１小片部３の平面形状は五角形になる。なお、接合ブロック１６の外周部のどの部分を除去するかは、外周部における第１接合ブロック１４と第２接合ブロック１５との接合状態に応じて決めればよい。
【００５０】
また、２個の接合ブロック１６を用意し、図１２において、一方の接合ブロック１６を一点鎖線３００で切断すると、平面視長方形の光学素子１の第１小片部３の平面形状は五角形になる。また、他方の接合ブロック１６から得られる光学素子１が一方の接合ブロック１６から得られた光学素子１と同じ大きさになるように、他方の接合ブロック１６を一点鎖線３００に垂直な切断線（不図示）で切断する。そして、両方の光学素子１を接合することにより、反射型空中結像素子１０の平面形状は長方形に形成される。これにより、所望のアスペクト比を有する光学素子１及び反射型空中結像素子１０を得ることができる。すなわち、所望の空中映像ＦＩの形状に応じて光学素子１及び反射型空中結像素子１０のアスペクト比を最適にすることにより、光学素子１及び反射型空中結像素子１０の結像に寄与しない領域を少なくし、使用効率を向上させることができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態によると、正方形の平面形状に形成されるとともに反射面２が一辺３１に平行な第１小片部３と、直角二等辺三角形の平面形状に形成して直交する二辺４２、４３に対して反射面２が傾斜するとともに四隅に配された複数の第２小片部４とを有し、第１小片部３の反射面２と第２小片部４の反射面２とが互いに平行になるように第１小片部３の反射面２に垂直な辺３１及び反射面２に平行な辺３１に第２小片部の斜辺４１を接合している。これにより、被投影物ＯＢの実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして光学素子１及び反射型空中結像素子１０を大型化することができる。また、面積が同じで平面形状が正方形の第１積層ブロック１４を２つ作成し、一方から第１小片部３を形成し、他方から第２小片部４を形成することができる。したがって、平面形状が正方形の光学素子１及び反射型空中結像素子１０を容易に製造することができる。
【００５２】
また、第２小片部４の直交する二辺４２、４３に対して反射面２の傾斜角度が４５°であるため、被投影物ＯＢの実像の結像に使用されない無駄な領域を容易に小さくして光学素子１及び反射型空中結像素子１０を容易に大型化することができる。
【００５３】
また、上記の光学素子１を厚み方向に２つ並設し、２つの光学素子１の反射面２が直交する。これにより、被投影物ＯＢの実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして反射型空中結像素子１０を大型化することができる。
【００５４】
また、光学素子１の並設方向の一端面に光学素子１を覆う透明な補強板５を設けているため、反射型空中結像素子１０の強度を向上させることができる。
【００５５】
また、光学素子１の製造工程は、第１積層ブロック形成工程、第２積層ブロック形成工程、接合ブロック形成工程及び接合ブロック切断工程を備える。これにより、被投影物ＯＢの実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして容易に大型化できる光学素子１及び反射型空中結像素子１０の製造効率を向上させることができる。
【００５６】
また、第１積層ブロック形成工程において、スペーサを介して透明板１１を接着しているため、反射面２同士の平行を維持しながら接着層の厚みを揃えることができる。
【００５７】
また、透明板１１を積層した一の原ブロック材１３を反射面２に垂直な方向に切断して複数の第１積層ブロック１４を形成する。これにより、第１積層ブロック１４の反射面２の配置周期と第２積層ブロック１５の反射面２の配置周期とが略同じになる。このため、接合ブロック１６の形成時に、第２積層ブロック１５ａと第１積層ブロック１４との接合箇所において、第２積層ブロック１５ａの反射面２と第１積層ブロック１４の反射面２との積層方向ＬＭでのズレを低減することができる。したがって、反射面２の接合箇所で段差等が生じにくくなり、接合ブロック１６から切り出した光学素子１を使用した反射型空中結像素子１０において、空中映像ＦＩの歪みやスジを防止することができる。
【００５８】
また、接合ブロック形成工程において、同一の原ブロック材１３から形成された第１積層ブロック１４及び第２積層ブロック１５ａが反射面２に垂直な面で接合され、両者の積層方向ＬＭの一端部が原ブロック材１３上で積層方向ＬＭの同じ端部に配される。これにより、第１積層ブロック１４及び第２積層ブロック１５ａは同じ透明板１１が接合される。このため、透明板１１の厚みばらつきが生じても、第１積層ブロック１４の反射面２と第２積層ブロック１５ａの反射面２とを高精度に連続させることができる。
【００５９】
また、同一の原ブロック材１３の隣接する第１積層ブロック１４の一方と、他方から形成された第２積層ブロック１５とを接合する。これにより、第２積層ブロック１５の反射面２と第１積層ブロック１４の反射面２との積層方向ＬＭでのズレを一層低減することができる。
【００６０】
また、原ブロック材１３の積層方向ＬＭの長さＤ１と透明板１１の一辺（長辺）の長さＤ２との比は１：２であり、透明板１１の一辺の中央で積層方向ＬＭに沿って原ブロック材１３を切断する。これにより、原ブロック材１３を１回切断するのみで、第１積層ブロック１４を２個形成することができる。したがって、光学素子１及び反射型空中結像素子１０の製造効率を一層向上させることができる。
【００６１】
なお、補強板接合工程において、光学素子１の並設方向の両端面に補強板５を接合してもよい。これにより、反射型空中結像素子１０の強度を一層向上させることができる。また、反射型空中結像素子１０から補強板５を省いてもよい。
【００６２】
本実施形態では、透明板１１の両方の面が反射面２から成っているが、透明板１１の一方の面のみが反射面２から成ってもよい。この場合には、空中映像表示装置１００において、光源２０から出射された照明光Ｌが接着層に入射するため、接着剤やスペーサの屈折率は透明板１１の屈折率と略同じであると望ましい。
【００６３】
＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、原ブロック材１３の形成を省いている点で第１実施形態とは異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００６４】
図５の反射面形成工程において、平面形状が正方形の透明板１１（図８参照）同士を接着剤で接着し、４８０枚の透明板１１を反射面２に垂直な方向に積層する。これにより、立方体形状の第１積層ブロック１４（図８参照）が形成される。この時、第１積層ブロック１４を複数形成する。なお、第２積層ブロック形成工程以降は第１実施形態と同様である。
【００６５】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、原ブロック材１３の形成を省いているため、光学素子１及び反射型空中結像素子１０の製造効率をより向上させることができる。
【００６６】
＜第３実施形態＞
次に本発明の第３実施形態について説明する。図１３は第３実施形態の反射型空中結像素子１０の製造工程で形成される原ブロック材の平面図を示している。説明の便宜上、図１〜図１２に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態では原ブロック材１３の構成が第１実施形態とは異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００６７】
図５の積層工程において、短手方向の長さと長手方向の長さとの比が１：４の矩形形状の透明板１１を積層して原ブロック材１３が形成される。また、原ブロック材１３の積層方向ＬＭの長さＤ１は透明板１１の短手方向の長さと同じに形成される。図５の原ブロック材切断工程において、複数の切断線Ｃ１に沿って原ブロック材１３を切断する。切断線Ｃ１は原ブロック材１３の短手方向に平行に形成され、原ブロック材１３を長手方向で４等分するように形成される。これにより、同一の原ブロック材１３から大きさが略同一の立方体形状の４個の第１積層ブロック１４が形成される。
【００６８】
そして、同一の原ブロック材１３の隣接する第１積層ブロック１４の一方と、他方から形成された第２積層ブロック１５とを接合ブロック形成工程で接合する。これにより、接合ブロック１６が形成される。
【００６９】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、同一の原ブロック材１３から第１実施形態の場合よりも多い４個の第１積層ブロック１４を得ることができる。また、接合ブロック形成工程において、同一の原ブロック材１３の隣接する第１積層ブロック１４の一方と、他方から形成された第２積層ブロック１５とを接合する。これにより、接合ブロック１６の形成時に、第２積層ブロック１５ａと第１積層ブロック１４との接合箇所において、第２積層ブロック１５ａの反射面２と第１積層ブロック１４の反射面２との積層方向ＬＭでのズレを一層低減することができる。
【００７０】
なお、本実施形態において、同一の原ブロック材１３の隣接しない第１積層ブロック１４の一方と、他方から形成された第２積層ブロック１５とを接合ブロック形成工程で接合してもよい。
【００７１】
＜第４実施形態＞
次に本発明の第４実施形態について説明する。図１４は第４実施形態の反射型空中結像素子１０の製造工程で形成される原ブロック材１３の平面図を示している。説明の便宜上、図１〜図１２に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態では原ブロック材１３の構成が第１実施形態とは異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００７２】
図５の積層工程において、短手方向の長さと長手方向の長さとの比が例えば１：２．２の矩形形状の透明板１１を積層して原ブロック材１３が形成される。また、原ブロック材１３の積層方向ＬＭの長さＤ１は透明板１１の短手方向の長さと同じに形成される。図５の原ブロック材切断工程において、まず原ブロック材１３の長手方向中央の切断線Ｃ１に沿って原ブロック材１３を切断する。その後に、原ブロック材１３の長手方向の両端部の切断線Ｃ１に沿って原ブロック材１３を切断する。切断線Ｃ１は原ブロック材１３の短手方向に平行に形成され、隣接する切断線Ｃ１間の距離は原ブロック材１３の短手方向の長さと同じに形成される。これにより、同一の原ブロック材１３から大きさが略同一の立方体形状の２個の第１積層ブロック１４が形成される。
【００７３】
本実施形態では、原ブロック材１３の長手方向の両端部には切断線Ｃ１に垂直な方向の長さが原ブロック材１３の短手方向の長さに満たない余分な領域１７が形成される。これにより、原ブロック材１３の長手方向中央の切断線Ｃ１よりも左右方向に若干片寄った部分で原ブロック材１３を切断した場合でも、原ブロック材１３の長手方向端部の切断線Ｃ１を左右方向にずらすことができる。したがって、第１積層ブロック１４の周面１４ａ、１４ｂの平面形状を確実に正方形にすることができる。
【００７４】
そして、接合ブロック形成工程において、同一の原ブロック材１３の隣接する第１積層ブロック１４の一方と、他方から形成された第２積層ブロック１５とを接合する。これにより、接合ブロック１６が形成される。
【００７５】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、原ブロック材１３の長手方向の両端部には切断線Ｃ１に垂直な方向の長さが原ブロック材１３の短手方向の長さに満たない余分な領域１７が形成される。これにより、原ブロック材１３の長手方向中央の切断線Ｃ１よりも左右方向に若干片寄った部分で原ブロック材１３を切断した場合でも、原ブロック材１３の長手方向端部の切断線Ｃ１を左右方向にずらすことができる。したがって、第１積層ブロック１４の周面１４ａ、１４ｂを確実に正方形にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、空中に被投影物の実像を結像させる反射型空中結像素子、反射型空中結像素子に用いられる光学素子、及びそれらの製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  光学素子
２  反射面
３  第１小片部
４  第２小片部
５  補強板
１０  反射型空中結像素子
１１  透明板
１３  原ブロック材
１４  第１積層ブロック
１４ａ、１４ｂ  周面
１５、１５ａ、１５ｂ  第２積層ブロック
１５ｃ  底面
１６  接合ブロック
１８  入射面
１９  出射面
２０  光源
３１、４２、４３  辺
４１  斜辺
１００  空中映像表示装置
１５１ｃ  斜面
ＯＢ  被投影物
ＦＩ  空中映像
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  切断線
Ｌ  照明光
ＬＭ  積層方向
【図１】
2016132984.tif 000003
【図２】
2016132984.tif 000004
【図３】
2016132984.tif 000005
【図４】
2016132984.tif 000006
【図５】
2016132984.tif 000007
【図６】
2016132984.tif 000008
【図７】
2016132984.tif 000009
【図８】
2016132984.tif 000010
【図９】
2016132984.tif 000011
【図１０】
2016132984.tif 000012
【図１１】
2016132984.tif 000013
【図１２】
2016132984.tif 000014
【図１３】
2016132984.tif 000015
【図１４】
2016132984.tif 000016
【図１５】
2016132984.tif 000017
【国際調査報告】
2016132984.tif 000018
2016132984.tif 000019
2016132984.tif 000020