(57)【要約】【課題】簡便な方法で製造でき、かつ、結像に寄与しない領域が小さい反射型結像素子を提供する。【解決手段】本発明による反射型結像素子１００Ａは、第１反射型素子１０ａと、第１反射型素子１０ａ上に配置された第２反射型素子１０ｂとを有する。第１反射型素子１０ａは複数の第１単位反射型素子１１ａ〜１１ｃを有し、第２反射型素子１０ｂは複数の第２単位反射型素子１１ｄ〜１１ｆを有する。複数の第１および第２単位反射型素子１１ａ〜１１ｆは、三角形の単位反射型素子および平行四辺形の単位反射型素子の少なくともいずれか一方を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反射型素子と、前記第１反射型素子上に配置された第２反射型素子とを有し、
前記第１反射型素子は複数の第１単位反射型素子を有し、前記第２反射型素子は複数の第２単位反射型素子を有し、
前記複数の第１および第２単位反射型素子は、三角形の単位反射型素子および平行四辺形の単位反射型素子の少なくともいずれか一方を有する、反射型結像素子。
【請求項２】
前記複数の第１および第２単位反射型素子のそれぞれの形状は、三角形または平行四辺形である、請求項１に記載の反射型結像素子。
【請求項３】
前記複数の第１単位反射型素子のそれぞれは、複数の第１鏡面要素と、複数の第１透光要素とを有し、前記複数の第１透光要素のそれぞれは前記複数の第１鏡面要素の内の隣接する２つの第１鏡面要素の間に設けられており、前記複数の第１鏡面要素および前記複数の第１透光要素は第１の方向に延設されており、
前記複数の第２単位反射型素子のそれぞれは、複数の第２鏡面要素と、複数の第２透光要素とを有し、前記複数の第２透光要素のそれぞれは前記複数の第２鏡面要素の内の隣接する２つの第２鏡面要素の間に設けられており、前記複数の第２鏡面要素および前記複数の第２透光要素は前記第１の方向に直交する第２の方向に延設されている、請求項１または２に記載の反射型結像素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の反射型結像素子と、
前記反射型結像素子の光入射側に配置された表示パネルとを有し、
前記表示パネルの表示面に表示される映像を、前記反射型結像素子を対称面とする面対称な位置に結像する、光学システム。
【請求項５】
鏡面要素がそれぞれの表面上に形成された複数の透明基板を用意する工程（Ａ）と、
前記鏡面要素が形成された前記複数の透明基板を互いに重畳させ、積層構造体を形成する工程（Ｂ）と、
前記積層構造体を切断して三角形の単位反射型素子および平行四辺形の単位反射型素子を形成した後、前記三角形の単位反射型素子と前記平行四辺形の単位反射型素子とを組み合わせて反射型素子を形成する工程（Ｃ）とを包含する、反射型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、空間に被投影物の像を結像させることができる反射型結像素子、その反射型結像素子の製造方法、およびその反射型結像素子を有する光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、反射型結像素子を用いて空間に被投影物を結像させる光学システムが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。光学システムは反射型結像素子と被投影物とを有し、空間に表示される像（以下、「空中映像」という。）は、反射型結像素子を対称面とする面対称な位置に、被投影物の像が結像したものである。この光学システムは、反射型結像素子の鏡面反射を利用しており、原理上、被投影物の像と空間に映し出される像との大きさの比は、１：１である。
【０００３】
反射型結像素子としては、平板状の基板の厚さ方向に貫通させた穴を備え、各穴の内壁に直交する２つの鏡面要素から構成される光学素子（「単位結像素子」ともいう。）を有するもの（例えば、特許文献１の図４参照）、あるいは基板の厚さ方向に突出させた複数の透明な筒状体を備え、各筒状体の内壁面に直交する２つの鏡面要素から構成される光学素子を有するものが開示されている（例えば、特許文献１の図７参照）。
【０００４】
特許文献１および２に開示されている反射型結像素子は、厚さが５０μｍ〜２００μｍの基板に、一辺が約５０μｍ〜２００μｍの正方形の穴が数万から数十万個形成されており、各穴の内面には、電鋳法、ナノプリント法やスパッタ法によって鏡面コーティングが施されている。特に、特許文献２は、空中映像を多人数で様々な方向から観察できる反射型結像素子を開示している。
【０００５】
参考のために、特許文献１から３の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【０００６】
一方、上述の反射型結像素子を用いて、被投影物を空間に結像したときに得られる空中映像の大きさは、被投影物の大きさと同じである。従って、大きな空中映像を得たいときは、被投影物を大きくし、さらに反射型結像素子のも大きくしなければならない。
【０００７】
特許文献４には、小型の反射型結像素子（「反射型素子」という場合がある）を高精度で単純かつ効率的に製造することができる製造方法が開示されている。特許文献４では、２つのミラーシート（単位反射型素子という場合がある）を重ねて反射型素子を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１５８１１４号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１１１４２６号
【特許文献３】国際公開第２００９／１３６５７８号
【特許文献４】特開２０１１−８１３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図５（ａ）は、特許文献４に開示されている、単位反射型素子９０を複数枚配置して形成された大型の反射型結像素子９００および表示パネル７０を有する光学システムの模式的な平面図であり、図５（ｂ）は、単位反射型素子９０の模式的な平面図である。図５（ａ）の破線９０Ｚで囲んだ領域は、被投影物（例えば、液晶表示パネル）７０からの光を主に受ける領域である。
【００１０】
図５（ａ）に示すように、反射型結像素子９００を有する光学システムにおいて、被投影物としてよく用いられるものとして、液晶表示パネルなどの表示パネル７０がある。表示パネル７０は一般的に長方形であり、この表示パネル７０と反射型結像素子９００とを用いた光学システムでは、時計回りを正の方向、反時計回りを負の方向としたとき、反射型結像素子９００の光学特性上、表示パネル７０の長辺に対して垂直な線と反射型結像素子９００が有する２つの鏡面要素１４とのなす角がそれぞれ４５°および−４５°となるように反射型結像素子９００を表示パネル
７０の上方に配置（図５のように配置）しなければ、所望の空中映像８０が得られない。
【００１１】
反射型結像素子９００を用いて長方形の表示パネル７０の映像を空中に結像させたとき、反射型結像素子９００には結像に寄与しない無駄な領域（図５の線９０Ｚで囲んだ領域以外の領域）が生じる。これは、図５（ｂ）に示すように、単位結像素子９０が有する複数の鏡面要素１４の延設方向（長手方向）（図５（ｂ）の方向Ｔ１に平行な方向）が、正面視において反射型結像素子９００の外縁を規定する辺９０ａまたは９０ｂと平行であるので、図５（ａ）に示したような配置をしなければならないからである。一方、反射型結像素子９００の結像に寄与しない無駄な領域を切断等すると、製造コストが増大する。
【００１２】
本発明は、上記問題を鑑みたものであり、その主な目的は、簡便な方法で製造でき、かつ、結像に寄与しない領域が小さい反射型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】
【００１３】
本発明による実施形態における反射型結像素子は、第１反射型素子と、前記第１反射型素子上に配置された第２反射型素子とを有し、前記第１反射型素子は複数の第１単位反射型素子を有し、前記第２反射型素子は複数の第２単位反射型素子を有し、前記複数の第１および第２単位反射型素子は、三角形の単位反射型素子および平行四辺形の単位反射型素子の少なくともいずれか一方を有する。
【００１４】
ある実施形態において、前記複数の第１および第２単位反射型素子のそれぞれの形状は、三角形または平行四辺形である。
【００１５】
ある実施形態において、前記複数の第１単位反射型素子のそれぞれは、複数の第１鏡面要素と、複数の第１透光要素とを有し、前記複数の第１透光要素のそれぞれは前記複数の第１鏡面要素の内の隣接する２つの第１鏡面要素の間に設けられており、前記複数の第１鏡面要素および前記複数の第１透光要素は第１の方向に延設されており、前記複数の第２単位反射型素子のそれぞれは、複数の第２鏡面要素と、複数の第２透光要素とを有し、前記複数の第２透光要素のそれぞれは前記複数の第２鏡面要素の内の隣接する２つの第２鏡面要素の間に設けられており、前記複数の第２鏡面要素および前記複数の第２透光要素は前記第１の方向に直交する第２の方向に延設されている。
【００１６】
本発明による実施形態における光学システムは、上述の反射型結像素子と、前記反射型結像素子の光入射側に配置された表示パネルとを有し、前記表示パネルの表示面に表示される映像を、前記反射型結像素子を対称面とする面対称な位置に結像する。
【００１７】
本発明による実施形態における反射型結像素子の製造方法は、鏡面要素がそれぞれの表面上に形成された複数の透明基板を用意する工程（Ａ）と、前記鏡面要素が形成された前記複数の透明基板を互いに重畳させ、積層構造体を形成する工程（Ｂ）と、前記積層構造体を切断して三角形の単位反射型素子および平行四辺形の単位反射型素子を形成した後、前記三角形の単位反射型素子と前記平行四辺形の単位反射型素子とを組み合わせて反射型素子を形成する工程（Ｃ）とを包含する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、簡便な方法で製造でき、かつ、結像に寄与しない領域が小さい反射型結像素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は、本発明による実施形態における反射型結像素子１００Ａの模式的な斜視図であり、（ｂ）は、反射型素子１０ａの模式的な斜視図であり、（ｃ）は、反射型素子１０ｂの模式的な斜視図であり、（ｄ）は、反射型素子１０ａおよび１０ｂの模式的な分解斜視図であり、（ｅ）は、鏡面要素１４と透光要素１５とを説明する模式的な斜視図である。
【図２】（ａ）は、反射型素子10ａおよび１０ｂの模式的な分解斜視図であり、（ｂ）は、本発明による他の実施形態における反射型結像素子１００Ｂの模式的な斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、単位反射型素子５８の製造方法を説明する模式的な斜視図であり、（ｄ）〜（ｆ）は、単位反射型素子６８の製造方法を説明する模式的な斜視図である。
【図４】（ａ）は、本発明による実施形態における光学システム１０００を説明する模式的な斜視図であり、（ｂ）は、光学システム１０００の模式的な平面図である。
【図５】（ａ）は、正方形の反射型結像素子９００を有する光学システムの模式的な平面図であり、（ｂ）は、反射型結像素子９００が有する単位反射型素子９０の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明は例示する実施形態に限定されない。
【００２１】
図１および図２を参照して、本発明による実施形態における反射型結像素子１００Ａを説明する。図１（ａ）は、反射型結像素子１００Ａの模式的な斜視図であり、図１（ｂ）は、第１反射型素子１０ａの模式的な斜視図であり、図１（ｃ）は、第２反射型素子１０ｂの模式的な斜視図であり、図１（ｄ）は、第１および第２反射型素子１０ａおよび１０ｂの模式的な分解斜視図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、超大型の反射型結像素子１００Ｂを説明する模式的な斜視図である。
【００２２】
図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、反射型結像素子１００Ａは、第１反射型素子１０ａと、第１反射型素子１０ａ上に配置された第２反射型素子１０ｂとを有する。第１反射型素子１０ａは、複数の単位反射型素子１１ａ〜１１ｃを有し、第２反射型素子１０ｂは単位反射型素子１１ｄ〜１１ｆを有する。
【００２３】
複数の単位反射型素子１１ａ〜１１ｃのそれぞれは、複数の鏡面要素１４と、複数の透光要素１５とを有する。複数の透光要素１５のそれぞれは複数の鏡面要素１４の内の隣接する２つの鏡面要素１４の間に設けられている。複数の鏡面要素１４および複数の透光要素１５は第１の方向Ｌ１に延設されている。なお、第１の方向Ｌ１は、正面視において反射型結像素子１００Ａの外縁を規定する辺Ｚ１およびＺ２のいずれとも平行ではない。
【００２４】
複数の単位反射型素子１１ｄ〜１１ｆのそれぞれは、複数の鏡面要素１４と、複数の透光要素とを有する。複数の透光要素１５のそれぞれは複数の鏡面要素１４の内の隣接する２つの鏡面要素１４の間に設けられている。複数の鏡面要素１４および複数の透光要素１５は第１の方向Ｌ１に直交する第２の方向Ｌ２に延設されている。なお、第２の方向L2は、正面視において反射型結像素子１００Ａの外縁を規定する辺Ｚ１およびＺ２のいずれとも平行ではない。
【００２５】
複数の単位反射型素子１１ａ〜１１ｆは、三角形の単位反射型素子および平行四辺形の単位反射型素子の少なくともいずれか一方を有する。複数の単位反射型素子１１ａ〜１１ｆのそれぞれの形状は、三角形または平行四辺形であることが好ましい。なお、ここでいう平行四辺形は、正方形や長方形のような４つの内角がすべて等しい矩形を除いた平行四辺形である。例えば、図１（ｄ）に示すように、第１および第２反射型素子１０ａおよび１０ｂは、それぞれ、２つの三角形の単位反射型素子１１ａ、１１ｃ、１１ｄおよび１１ｆと、１つの平行四辺形の単位反射型素子１１ｂおよび１１ｅとを組み合わせて（「タイリング」という場合がある）長方形となるように形成されている。第１反射型素子１０ａの上に第２反射型素子１０ｂを上述した関係を有するように配置して、図１（ａ）に示した反射型結像素子１００Ａは製造される。
【００２６】
次に、図１（ｅ）を参照しながら鏡面要素１４と透光要素１５とを説明する。
【００２７】
図１（ｅ）に示すように、複数の透光要素１５のそれぞれは、例えば直方体形状を有し、例えばガラス材料から形成されている。それぞれの複数の透光要素１５の１面に鏡面要素１４が形成されている。鏡面要素１４は、例えばＡｌ（アルミニウム）から形成されている。図１（ｂ）に示したように、反射型素子１０ａおよび１０ｂにおいて、鏡面要素１４と透光要素１５とは交互にストライプ状に配列されている。
【００２８】
各透光要素１５は、幅ａ、厚さｂ、および長さＸを有する。幅ａは、例えば５０μｍ以上１０００μｍ以下である。幅ａが小さくなるほど空中映像が高精細化する。厚さｂは、例えば１００μｍ以上１００００μｍ以下である。厚さｂは後述する光量割合に影響を与え、高い光量割合が得られるように設定することが好ましい。なお、幅ａおよび厚さｂは、ｂ＞ａの関係を満たす。長さＸは、使用目的により適宜決めればよい。反射型結像素子１００Ａにおいて、幅ａは1００μｍであり、全ての透光要素１５の屈折率ｎは例えば１．５である。厚さｂは、例えば3００μｍである。なお、厚さｂは、各反射型素子１０ａおよび１０ｂの厚さでもあり、これにより、反射型素子１００Ａの厚さは２ｂとなる。
【００２９】
さらに、図２（ａ）に示すように、２以上の三角形の単位反射型素子１１ａ、１１ｃ、１１ｄおよび１１ｆや、２以上の平行四辺形の単位反射型素子１１ｂおよび１１ｅを用いれば、図２（ｂ）に示す超大型（例えば、６０インチ）の反射型結像素子１００Ｂも形成し得る。
【００３０】
さらに、三角形の単位反射型素子１１ａ、１１ｃ、１１ｄおよび１１ｆ、や平行四辺形の単位反射型素子１１ｂおよび１１ｅの他に、正方形または長方形の単位反射型素子やその他の形の単位反射型素子を組み合わせて、大型の反射型結像素子１００Ａまたは１００Ｂを形成してもよい。
【００３１】
このように、単位反射型素子１１ａ〜１１ｆの形状が三角形または平行四辺形であると、長方形状の反射型結像素子１００Ａを製造し得、結像に寄与しない領域を小さくし得る。
【００３２】
次に、図３を参照しながら三角形または平行四辺形の単位反射型素子５８、６８の製造方法を説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）は、単位反射型素子５８、６８の製造方法を説明する模式的な斜視図である。
【００３３】
まず、透光性の基板（例えば、ガラス基板）２６上に金属薄膜（例えば、Ａｌ（アルミニウム））をスパッタ法などにより形成する。金属薄膜により上述の鏡面要素１４が形成され、透光性の基板２６により上述の透光要素１５が形成される。
【００３４】
次に、図３（ａ）に示すように、金属薄膜が形成された基板（「金属薄膜基板」という場合がある）２６を、金属薄膜同士が対面すること無く金属薄膜が基板２６に挟まれるように、金属薄膜基板２６を複数枚重ねて、積層構造体５６を形成する。
【００３５】
次に、ワイヤーソーなどを用いて、図３（ａ）に示した破線Ｚ１に沿って、積層構造体５６を切断し、図３（ｂ）に示す三角構造体５７を形成する。また、２つの三角構造体５７を図３（ｄ）に示す破線Ｚ２に沿って、2つの三角構造体５７を接着させて平行四辺形構造体６７を形成する。2つの三角構造体５７を接着させる際には、透明な接着剤（例えば、アクリル系の接着剤）を用いることが好ましい。
【００３６】
再び、図３（ｂ）にもどる。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示す破線Ｚ３およびＺ４に沿って、三角構造体５７を切断する。破線Ｚ４に沿った切断は、単位反射型素子の厚さを決める。この切断により、図３（ｃ）に示す三角形の単位反射型素子５８が形成される。
【００３８】
一方、図３（ｅ）に示す、破線Ｚ５に沿って平行四辺形構造体６７を切断する。破線Ｚ５に沿った切断は、単位反射型素子の厚さを決める。この切断により、図３（ｆ）に示す、平行四辺形の単位反射型素子６８が形成される。
【００３９】
次に、図４を参照しながら反射型結像素子１００Ａまたは１００Ｂを用いた光学システム１０００を説明する。図４（ａ）は、光学システム１０００の模式的な斜視図であり、図４（ｂ）は、光学システム１０００の模式的な平面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）には、結像された空中映像８０を示し、図４（ａ）には、観察者Ｅを示す。
【００４０】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示す光学システム１０００は、反射型結像素子１００Ａ（または１００Ｂ）と、反射型結像素子１００Ａ（または１００Ｂ）の光入射側に配置された表示パネル７０とを有し、表示パネル７０の表示面に表示される映像を、反射型結像素子１００Ａ（または１００Ｂ）を対称面とする面対称な位置に結像する。反射型結像素子１００Ａ（または１００Ｂ）の大きさは、表示パネル７０の大きさに対応して決定され得る。
【００４１】
反射型結像素子１００Ａおよび１００Ｂは、三角形または平行四辺形の単位反射型素子１１ａ〜１１ｆをタイリングして形成されているので、表示パネル７０の形状と同じ長方形状にできる。そのため、図５（ａ）に示した正方形の反射型結像素子９００とは異なり、表示に寄与しない領域の切断が不要となり、製造コストが削減されうる。
【００４２】
以上、反射型結像素子１００Ａおよび１００Ｂは、簡便な方法で製造でき、かつ、結像に寄与しない領域が小さい反射型結像素子である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、空間に被投影物の像を結像させることができる反射型結像素子と、表示パネルとを有する光学システムに、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ      単位反射型素子
１５      透光要素
１４      鏡面要素
１０ａ、１０ｂ      反射型素子
１００Ａ      反射型結像素子
Ｌ１、Ｌ２      方向
ａ      長さ
ｂ      厚さ
Ｘ      幅
【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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