JP2019139023A - 光学素子及びそれを用いた映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子において、光学素子の２面リフレクタアレイを作製する際にスムーズな離型が可能であり、且つ歪みが少なく鮮明な立体映像を表示する。【解決手段】光学素子１は、透明材料により形成されて一平面を成す基盤２（平面）と、基盤２から突出するよう一体形成された複数の突状部３と、を有する。突状部３を構成する側面のうちの隣り合う反射面３１、３２は、互いに略直交した２面コーナーリフレクタ３０（光学パネル本体）を成し、基盤２とは反対側の面は、基盤２と平行な頭頂面３５を成す。２面コーナーリフレクタを成す反射面３１は、基盤２に垂直な面に対して所定の勾配ｔ１を有する。頭頂面３５には、頭頂面３５から出射する光の屈折角を調整する光学調整部材５が設けられる。【選択図】図３

Description

本発明は、一方の面側にある被観察物の実像を他方の面側の空間に結像させる光学素子及びそれを用いた映像表示装置に関する。

ある空間を仕切る平面体の一方の面側に被投影物を配置し、他方の一面側の空間において面対称となる位置に、被投影物の鏡映像を結像させる光学素子が発案されている。この種のものとして、各々が互いに直交する２つの微小な鏡面（反射面）から成る２面コーナーリフレクタを複数、平面的に集合させた構造を有する光学素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１は、複数の２面コーナーリフレクタが一平面上に格子状に整列配置されて成る２面コーナーリフレクタアレイを有する光学素子を開示している。この光学素子では、２面コーナーリフレクタを成す各鏡面が、光学素子の素子面に対して垂直に配置されている。そのため、素子面の一方の面側に配置した被観察物から発せられた光は、光学素子を通過する際に２面コーナーリフレクタで２回反射されて屈曲し、被観察物がない他方の一面側の空間に実像として結像する。これにより、被観察物が、光学素子の素子面に対して対称位置に存在するように、その実像が結像される。

特開２０１１−１９１４０４号公報

上記特許文献１に記載の光学素子では、基盤の表面から突出した立方体形状の突状部（２面コーナーリフレクタ）が複数、配置されており、基盤に対して垂直な突状部の内壁を鏡面とし、当該内壁での光の全反射を利用して実鏡映像を結像している。このような２面コーナーリフレクタを有する光学素子は、一般的に、スタンパ等の金型を用いて、透光性樹脂から成る媒質を射出成形することにより作製される。しかしながら、作製された光学素子を金型から取り外す際には、立方体形状の突状部では、垂直面が金型の抜き方向に金型と密着しているので、摩擦が大きく、離型が困難となる。

図１２に示すように、光学素子１０１の突状部１０３のうち、実鏡映像の結像に寄与しない面を、勾配を設けた傾斜面１３３とすることで、離型が可能となる。しかしながら、基盤１０２に対して垂直な反射面１３１は、依然として金型Ｍと抜き方向で密着しているので、スムーズな離型の妨げとなる。２面コーナーリフレクタは、μｍオーダーの微細構造なので、スムーズに離型できないと、突状部１０３が変形する等により所望の機能を発揮できなくなる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、光学素子の２面リフレクタアレイを作製する際にスムーズな離型が可能であり、且つ歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる光学素子及びそれを用いた映像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、一方の面側にある被観察物の実像を他方の面側の空間に結像させる光学素子であって、透明材料により形成される光学パネル本体を有し、前記光学パネル本体は、該光学パネル本体の一面を成す平面と、該平面に対して角度を持ち被観察物から発せられる光を反射する反射面と、を有し、前記反射面は、前記平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、前記平面又は前記平面とは反対側の面には、前記光学パネル本体に入射する光の入射角又は前記光学パネル本体から出射する光の屈折角を調整する光学調整部材が設けられることを特徴とする。

上記光学素子において、前記２面コーナーリフレクタを成す２面の、前記基盤に垂直な面に対する勾配が、０．１〜３°であることが好ましい。

上記光学素子において、前記光学調整部材は、前記頭頂面又は前記基盤の底面に対する勾配が０．５〜１０°であることが好ましい。

上記光学素子において、前記光学パネル本体は、一平面を成す基盤と、前記基盤から突出するように該基盤と一体的に形成された複数の突状部と、を有し、前記側面は、前記突状部を構成する３つ以上の側面であり、前記反射面は、前記側面のうちの隣り合う２面であり、互いに略直交し、被観察物から発せられる光を反射する２面コーナーリフレクタを成していることが好ましい。

上記光学素子において、前記光学パネル本体は、一平面を成す基盤と、前記基盤から突出するように該基盤と一体的に形成された複数の突条と、を有する第１光学パネル及び第２光学パネルを備え、前記側面は、前記突条を構成する２つ以上の側面であり、前記反射面は、前記側面のうち帯状に形成される１面であり、複数、定間隔で配列されてスリットミラーアレイを成し、前記第１光学パネル及び前記第２光学パネルが、夫々の前記スリットミラーアレイの配列方向が直交するように互いに向かい合わせて配置されていることが好ましい。

上記光学素子において、前記光学パネル本体は、一平面を成す基盤と、前記基盤から埋没するように形成された複数の穴部と、を有し、前記側面は、前記穴部を構成する３つ以上の側面であり、前記反射面は、前記側面のうちの隣り合う２面であり、互いに略直交し、被観察物から発せられる光を反射する２面コーナーリフレクタを成していることが好ましい。

上記光学素子において、前記光学調整部材は、前記突状部に対応したフレネルプリズムであることが好ましい。

上記光学素子は、映像表示装置に用いられることが好ましい。

本発明の光学素子によれば、反射面が勾配を有するテーパ形状になっているので、光学パネル本体を作製する際にスムーズな離型が可能となる。また、反射面での反射光は、光学パネル本体の平面に対して勾配を有する光学調整部材により、光学素子から出射される更に屈折角が調整されるので、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成例を概念的に示す概略斜視図。 （ａ）（ｂ）は上記光学素子による結像様式を模式的に示す図。 上記光学素子の一部を拡大した斜視図。 上記光学素子の側面図。 （ａ）乃至（ｃ）は上記光学素子の作製方法を説明するための側面図。 （ａ）は光学調整部材を用いない上記光学素子を用いた際の光路のシミュレーション結果を示す側面図、（ｂ）は光学調整部材を用いた場合における光路のシミュレーション結果を示す側面図。 （ａ）は上記光学素子の第１の変形例に係る構成を示す側面図、（ｂ）は上記光学素子の第２の変形例に係る構成を示す側面図、（ｃ）は上記光学素子の第３の変形例に係る構成を示す側面図。 上記光学素子の参考例に係る構成を示す側面図。 本発明の第２の実施形態に係る光学素子の一部を拡大した斜視図。 本発明の第３の実施形態に係る光学素子の一部を拡大した斜視図。 上記光学素子を備えた映像表示装置の構成例を概念的に示す斜視図。 従来構成の光学素子の側面図。

本発明の第１の実施形態に係る光学素子について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の光学素子１は、一平面を成す基盤２に対して垂直で且つ互いに略直交した鏡面（反射面３１、３２）から成る２面コーナーリフレクタ３０を有する。複数の２面コーナーリフレクタ３０は、基盤２上に格子状に整列配置されて２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓ（光学パネル本体）を成す。

光学素子１は、その一方の面側に被観察物Ｏが配置されたとき、被観察物Ｏの実像（実鏡映像Ｐ）を、光学素子１の素子面１Ｓの他方の面側の空間に結像させる。すなわち、光学素子１は、その素子面１Ｓを対称面とする面対称位置に、被観察物Ｏの実鏡映像Ｐを結像させる。ここで、素子面１Ｓとは、２面コーナーリフレクタ３０を構成する２つの反射面３１、３２と概ね直交する（ここでは後述する勾配ｔ１を考慮しない）仮想的な平面を言う。なお、光学素子１の全体の大きさがｃｍ又はｍオーダーであるのに比べて、２面コーナーリフレクタ３０はμｍオーダーと微細であり、図１では、２面コーナーリフレクタ３０の集合体を、Ｖ字形状で概念的に示している。

２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓによる結像様式について、図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、図２（ａ）では、被投影物として点光源ｏから発せられた光は、３次元的には紙面奥側から紙面手前側へ進行するものとする。点光源ｏから発せられた光（実線矢印）は、光学素子１（図２（ａ）では省略）を通過する際に、２面コーナーリフレクタ３０を構成する一方の鏡面（反射面３１）で反射して、他方の鏡面（反射面３２）で反射した後、素子面１Ｓ（図２（ｂ）参照）を透過する。このようにして光学素子１から出射された光（一点鎖線矢印）は、素子面１Ｓに対して点光源ｏの面対称位置ｐを通過して広がっていく。その結果、点光源ｏの素子面１Ｓに対する面対称位置ｐに、光学素子１の透過光が集束し、実鏡映像Ｐ（図１参照）として結像する。

図３及び図４は、本実施形態の光学素子１の具体構成を示す。基盤２は、透明材料により形成されて一平面を成している。光学素子１は、この基盤２から突出するように形成された複数の突状部３を有する。複数の突状部３は、基盤２と同じ透明材料によって基盤２と一体的に形成されている。

突状部３は、基盤２に対して角度を持つ３つ以上の側面を有する。本実施形態の突状部３は、略角錐台形状であり、２面コーナーリフレクタ３０を構成する反射面３１、３２及び基盤２に対して傾斜した２面（傾斜面３３、３４）から成る４面の側面と、基盤２と平行な面を成す頭頂面３５を有する。上記側面のうち、反射面３１、３２の２面が隣り合い、傾斜面３３、３４の２面が隣り合っている。また、反射面３１、３２は、上面視で互いに略直交するように配置されている。基盤２から突状部３に入射した光Ｒ１は、反射面３１、３２の内壁面で２回全反射され、突状部３の頭頂面３５から出射する。なお、図例では、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを模式的に示し、２面ある反射面３１、３２のうち一方の反射面３１側を、２面ある傾斜面３３、３４のうち一方の傾斜面３３側を例示する断面を示している。

頭頂面３５は、反射面３１、３２及び傾斜面３３、３４との各稜線によって画定され、それらの長さは略等しく、上面視において、略正方形である。反射面３１（３２）は、側面視において、基盤２との境界線（図４（ａ）の点線）を下底辺、頭頂面３５との稜線を上底辺、傾斜面３３、３４との稜線を一方の斜辺、隣り合う反射面３２（３１）との稜線を他方の斜辺とする台形である。

光学素子１の表面には、上記形状の突状部３が、複数、格子状に整列配置されている。隣り合う突状部３は、一方の反射面３１と他方の傾斜面３３とが対峙し、一方の反射面３２と他方の傾斜面３４が対峙する。言い換えると、複数の突状部３は、対峙する反射面３１、３２及び傾斜面３３、３４の夫々の間に、格子状の溝２１が形成されている。

また、光学素子１は、複数の突状部３間の溝２１に、突状部３を成す透明材料の屈折率よりも屈折率の低い媒質から成る低屈折率部４が配置されている。低屈折率部４は、少なくとも２面コーナーリフレクタを成す反射面３１（３２）と接している。

溝２１を含む突状部３の１ピッチの上面視における一辺の幅Ｗは、例えば、１００〜１０００μｍとされる。なお、ピッチ幅Ｗは、実鏡映像Ｐの飛び出し距離（図１参照）に応じて設定される。例えば、飛び出し距離が１０ｃｍである場合には、ピッチ幅Ｗは約３００μｍとされる。このうち、反射面３１（２面コーナリフレクタ）の幅は２００μｍ、溝２１の幅が１００μｍに設定される。基盤２及び突状部３を含む光学素子１の板厚は、一般的には１〜３ｍｍである。基盤２（溝２１の底面２２）から突状部３の高さＨ（溝２１の深さ）は、ピッチ幅Ｗの１〜３倍に設定される。

傾斜面３３の基盤２の法線に対する傾斜角θは、少なくとも１°以上であり、５°以上であることが好ましい。また、２面コーナーリフレクタ３０を成す反射面３１（３２）は、基盤２に垂直な面に対して所定の勾配ｔ１を有する。勾配ｔ１は、例えば、０．１〜３°であり、好ましくは０．８〜１．２°である。傾斜面３３に傾斜角θ、及び反射面３１に勾配ｔ１を夫々設けることで、後述するように、必要な抜きテーパを確保し、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓの作製時に金型からの取り外しを容易にすることができる。ただし、ここで示す数値は、本実施形態の一例として示す代表値であり、本発明は、これらの数値に限定されない。

また、光学素子１は、突状部３の頭頂面３５には、この頭頂面３５出射する光の出射角を調整する光学調整部材５が設けられている。なお、図３では、光学素子１の構造を説明するために、光学調整部材５を頭頂面３５から離した状態で示しており、図４では、光学調整部材５が頂頭面３５と接している。なお、これらは必ずしも接している必要はなく、頂頭面からの出射角や光学調整部材５への入射角を考慮した上で光学調整部材５の勾配ｔ２を画定させれば、それらを離間して配置することもできる。

光学調整部材５は、基盤２と平行な底面５１と、底面５１に対して勾配ｔ２を有する天面５２と、４つの側面５３〜５６と、を有する６面体である（図３参照）。光学調整部材５は、基盤２及び突状部３と略同一かそれらよりも高い屈折率を有する媒質により形成されていることが望ましい。光学調整部材５を構成する媒質は、屈折率が高い方が、光学調整部材５の厚みを抑制する上では有利であり、例えば、屈折率１．３〜１．７とされる。底面５１及び天面５２は矩形面であり、互いの一角が近接している。この近接する一角を挟む側面５３、５４は、底面５１に対して垂直な三角形面であり、他の２側面５５、５６は、底面に対して垂直な台形面である。光学調整部材５の勾配ｔ２は、天面５２の表面位置が、突状部３の傾斜面３３（３４）側から反射面３１（３２）側へ向かうほど高くなるように、設けられている。そのため、光学調整部材５の厚みは、傾斜面３３、３４の成す角辺側で最も薄く、反射面３１、３２の成す角辺側で最も厚くなる。

光学調整部材５は、頭頂面３５に対する勾配ｔ２は、反射面３１に勾配ｔ１に応じて画定され、勾配ｔ１が０．１〜３°であれば、勾配ｔ２は０．５〜１０°となる。例えば、反射面３１の勾配ｔ１が１°であれば、光学調整部材５の勾配ｔ２は２．４°となる。これらの数値は、突状部３及び光学調整部材５を構成する媒質の屈折率に基づいて反射角及び屈折角を考慮して画定される。

光学素子１を構成する基盤２、突状部３及び光学調整部材５の媒質には、光透過率８０％以上、屈折率１．３以上で、熱や湿度による変質の少ない透明材料が用いられる。このような透明材料としては、例えば、アクリル樹脂やガラスが挙げられる。本実施形態の光学素子１では、特に、低吸水性・非晶質で脂環構造を持つ炭化水素系ポリマーであるシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を用いることが好ましい。シクロオレフィンポリマーとしては、例えば、日本ゼオン社製の商品名：ＺＥＯＮＯＲ（登録商標）（グレード：１０２０Ｒ、光透過率９２％、屈折率１．５３）が挙げられる。また、低屈折率部４は、反射面３１、３２における臨界角を小さくして全反射を生じやすくするために、その媒質の屈折率は１．４以下であることが望ましい。媒質としては、樹脂材料に限らず、空気層であってもよい。樹脂材料としては、例えば、フッ素コート剤等が挙げられ、その他、中空シリカ粒子、又はメソポーラスシリカ粒子等が適宜に適用されてもよい。

次に、本実施形態の光学素子１の作製方法について説明する。図５（ａ）に示すように、まず、上記低屈折率部４及び光学調整部材５を除く部分、すなわち基盤２及び複数の突状部３から成る２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓが作製される。なお、図例では、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを、反射面３１及び傾斜面３３と直交する断面において、模式的に示している。２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓの作製方法としては、例えば、スタンパ等の金型Ｍを用いて、透光性樹脂を射出成形する方法、ナノインプリント又は熱プレス成形方法が挙げられる。金型Ｍは、例えば、ナノ加工により金属製マスター板に上述した突状部３及び溝２１の形状に対応した形状を作製した後、電珠反転する方法により作製される。また、例えば、Ｘ線リソグラフィ法を用いることにより、透明材料から成る基盤２に直接的に４つの側面を有する突状部３及び溝２１を作製することができる。

上述したように、本実施形態の光学素子１は、突状部３を成す４面のうちの２面が傾斜面３３、３４（図３も参照）であり、反射面３１、３２も基盤２に垂直な面に対して勾配を有している。すなわち、突状部３は、４側面がテーパ状の角錐台形状とされている。このように、μｍオーダーの微細な構造体である突状部３に、いわゆる「抜きテーパ」を付けることで、金型成形で２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを作成した際に、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓをスタンパ等の金型Ｍからの取り外しを容易にすることができる。

上記にようにして突状部３が作製された２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓに、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、光学調整部材５が載置されることで、光学素子１が作製される。なお、光学調整部材５及び２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓは、透光性接着剤により接着されていてもよい。突状部３間の溝２１に、何も充填しない状態で光学調整部材５を載置させれば、溝２１と光学調整部材５間で囲まれた空間が、空気層となり、低屈折率部４として機能する。また、この溝に２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓよりも屈折率が低い透光性樹脂材料を充填し、この透光性樹脂材料により、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓと光学調整部材５とを接着してもよい。このようにして、光学調整部材５を有する光学素子１を作製することができる。

本実施形態の光学素子１では、被観察物から基盤２の底面から光学素子１の媒質内に入射した光は、低屈折率部４と隣接する反射面３１の内面で全反射される（図５（ｃ）参照）。反射面３１で全反射した光は、反射面が基盤２に対して垂直である場合（例えば、図９の反射面１３１参照）に比べて、反射面３１に対する入射角が小さくなるので、反射角も小さくなる。なお、反射面３１で全反射された光は、実際には反射面３２で再び全反射されてから頭頂面３５へ向かう３次元的な反射をするが、図例では省略する。

反射面３１で全反射された光は、基盤２と平行な頭頂面３５に対して斜め方向から入射する。すなわち、反射面３１が垂直である場合に比べて、頭頂面３５に対する入射角が大きくなる。ここで、仮に、光学調整部材５が設けられていない場合を想定する。この場合、頭頂面３５への入射角が大きくなると、頭頂面３５から出射されるときの屈折角も大きくなる。結果として、被観察物から光学素子１に入射した光の入射角よりも、大きな屈折角で出射する。光学調整部材５が無い場合の出射光Ｒ２を点線矢印で示す。特に、被観察物から遠く、反射面３１に対する入射角が小さい光ほど、頭頂面３５から出射される光の屈折角が大きくなる。そのため、図６（ａ）で示したように、光学調整部材５を用いない光学素子１０１ａでは、点光源ｏの素子面１Ｓに対する面対称位置ｐに、光学素子１０１ａの透過光が集束せず、実鏡映像Ｐ（図１参照）が歪み、不鮮明となる。

これに対して、本実施形態の光学素子１では、勾配ｔ２を有する反射面３１で全反射されて頭頂面３５から出射した光Ｒ１は、光学調整部材５の底面５１に入射する。光学調整部材５は、突状部３と略同一の屈折率を有する媒質により形成されている場合、光学調整部材５に入射した光Ｒ１は、反射面３１で全反射された方向に直進し、光学調整部材５の天面５２に入射する。光学調整部材５の天面５２は、底面５１に対して勾配ｔ２を有しているので、天面５２への入射角が小さくなり、天面５２から出射する光の屈折角も小さく抑制される。このようにして、反射面３１が勾配ｔ１を有していても、光学調整部材５の勾配ｔ２により、光学素子１から出射される光の屈折角が調整される。そのため、図６（ｂ）で示したように、点光源ｏの素子面１Ｓに対する面対称位置ｐに、光学素子１の透過光が集束して、鮮明な実鏡映像Ｐ（図１参照）を結像させることができる。

すなわち、本実施形態の光学素子１では、突状部３の側面がいずれも傾斜、勾配を有するテーパ形状になっているので、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓ（光学パネル本体）を作製する際にスムーズな離型が可能であり、しかも、勾配ｔ１を有する反射面３１（３２）で反射した光を、勾配ｔ２を有する光学調整部材５で、出射光の屈折角を調整するので、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。

光学素子１における光学調整部材５の構成や配置は、上記で説明したものに限られない。以下、光学素子１の変形例について説明する。第１の変形例は、図７（ａ）に示すように、光学調整部材５を、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓの突状部３に対応したフレネルプリズム５Ａとしたものである。このフレネルプリズム５Ａも、個々の光出射面が突状部３の頭頂面３５に対して勾配ｔ２を有している。従って、上記実施形態の光学素子１と同様に、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。なお、図例では、１つの突状部３に対して１つのプリズムが対応するように構成されたフレネルプリズムを示しているが、１つのプリズムが複数の突状部３に対応していてもよい。

上記実施形態のように、複数の突状部３を一括するように覆う光学調整部材５では、勾配ｔ２によっては、反射面３１、３２の成す角辺側の光学調整部材５の厚みが、端部側に向かうほど厚くなる。一方、本変形例のように、突状部３に対応したフレネルプリズム５Ａを用いた場合、上記実施形態の光学調整部材５に出射光の屈折角を調整しつつ、光学調整部材５の厚みを抑制することができる。従って、この光学素子１を、後述するような映像表示装置に組み込んだ際にも、光の出射面が平坦となり、装置の外観に影響し難くすることができる。

図７（ｂ）に示すように、第２の変形例は、光学調整部材５が、基盤２の底面に設けられ、被観察物から基盤２の底面に入射する光の入射角を調整するものである。図例では、光学調整部材５として、突状部３毎に対応したフレネルプリズム５Ｂを用いた構成を示すが、基盤２の底面を一括して覆う構成であってもよい。

上記実施形態や第１変形例では、いずれも突状部３の頭頂面３５から出射する光の屈折角を調整したが、本変形例では、光学素子１（基盤２の底面）に入射する光の入射角を調整する。フレネルプリズム５Ｂの入射面は、入射角が大きくなるように勾配ｔ３が設けられている。この場合、フレネルプリズム５Ｂに入射した光は、入射面の界面で屈折し、基盤２を直進して導波され、反射面３１に対する入射角が大きくなるので、反射面３１での反射角も大きくなる。反射面３１で全反射された光は、基盤２に垂直な反射面１３１（図１０参照）で全反射した光と同様の方向に向かう。その結果、上記実施形態や第１の変形例の光学素子１と同様に、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。

図７（ｃ）に示すように、第３の変形例は、基盤２に対して勾配ｔ４を有する光学調整部材５Ｃが、基盤２の底面に設けられ、基盤２に対して勾配ｔ５を有する光学調整部材５Ｄが、突状部３の頭頂面３５に設けられているものである。本変形例では、被観察物から光学素子１に入射する光の入射角を調整し、且つ出射光の屈折角を調整するので、上記実施形態の光学調整部材５に比べて、各光学調整部材５Ｃ、５Ｄの厚みを抑制することができる。特に、外部に露出する光出射面側の光学調整部材５Ｃの厚みを抑制するので、本変形例の光学素子１を、後述するような映像表示装置に組み込んだ際にも、装置の外観に影響し難くすることができる。

なお、図８の参考例に示すように、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを作製する際に、金型の設計により、突状部３の頭頂面３５に勾配を設けることも可能である。しかしながら、突状部３の頭頂面３５は、屈折角を安定化させて、鮮明な実鏡映像を得るため、一般的に研磨による鏡面加工が成される。ところが、突状部３の頭頂面３５に勾配を設けると、鏡面加工が困難になるので、本参考例よりも、上記実施形態及び変形例で示した構成が現実的である。

本発明の第２の実施形態に係る光学素子について、図９を参照して説明する。本実施形態の光学素子１は、透明材料により形成された第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂを備える。第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂは、一平面を成す基盤２Ａ、２Ｂに対して垂直な帯状の反射面３１、３２を複数、定間隔で配列させたスリットミラーアレイ３０Ａ、３０Ｂを夫々有する。本実施形態では、第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂを合せて光学パネル本体とする。本実施形態では、光学パネル本体の出射面となる第２光学パネル１Ｂの底面２２に、光学調整部材５が設けられている。

第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂは、基盤２Ａ、２Ｂから突出するように形成された複数の突条３Ａ、３Ｂを有する。複数の突条３Ａ、３Ｂは、基盤２Ａ、２Ｂと同じ透明材料によって基盤２Ａ、２Ｂと一体的に形成されている。なお、図９では、光学素子１の構造を説明するために、第１光学パネル１Ａ、第２光学パネル１Ｂ及び光学調整部材５が夫々離れた状態で示している。なお、これらは接していることが好ましいが、光学調整部材５の勾配を適宜に設定すれば、それらを離間して配置することもできる。

第１光学パネル１Ａの突条３Ａは、基盤２Ａに対して角度を持つ２面を有する。本実施形態の突条３Ａは、断面が台形形状であり、基盤２Ａ（平面）に垂直な面に対して勾配を有する反射面３１と、基盤２Ａに対して傾斜した傾斜面３３と、基盤２Ａと平行な面を成す頭頂面３５と、を有する。同様に、第２光学パネル１Ｂの突条３Ｂも、基盤２Ｂに垂直な面に対して勾配を有する反射面３２と、基盤２Ｂに対して傾斜した傾斜面３４と、基盤２Ｂと平行な面を成す頭頂面３６と、を有する。また、反射面３２には、低屈折率部４が設けられている。第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂは、夫々のスリットミラーアレイ３０Ａ、３０Ｂの配列方向が直交するように互いに向かい合わせて配置されている。第１光学パネル１Ａの基盤２Ａから突条３Ａに入射した光は、反射面３１の内壁面で全反射され、突条３Ａの頭頂面３５から出射する。第１光学パネル１Ａを出射した光は、第２光学パネル１Ｂの反射面３２の内壁面で再び全反射され、基盤２Ｂの底面２２から出射し、光学調整部材５に入射する。

本実施形態においても、突条３Ａ、３Ｂの側面がいずれも傾斜、勾配を有するテーパ形状になっているので、スリットミラーアレイ３０Ａ、３０Ｂ（第１光学パネル１Ａ、第２光学パネル１Ｂ）を作製する際にスムーズな離型が可能であり、しかも、勾配を有する反射面３１（３２）で反射した光を、勾配を有する光学調整部材５で、出射光の屈折角を調整するので、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。

なお、光学調整部材５は、第２光学パネル１Ａの基盤２Ｂと一体形成されていてもよい。また、上記実施形態の変形例と同様、光学調整部材５が、第１光学パネル１Ａの基盤２Ａ側に設けられてもよく、フレネルプリズムが用いられてもよい。後述する実施形態でも同様である。

本発明の第３の実施形態に係る光学素子について、図１０を参照して説明する。本実施形態の光学素子１は、光学パネル本体として、一平面を成す基盤２Ｃと、基盤２Ｃから埋没するように形成された複数の穴部３Ｃと、を有する。穴部３Ｃは、３つ以上の側面（本例では４面の内壁面）、ここでは、基盤２Ｃに垂直な面に対して勾配を有する反射面３１、３２と、基盤２Ｃに対して傾斜した傾斜面３３、３４と、から構成される。反射面３１、３２は、互いに隣り合う２面であり、互いに略直交し、被観察物から発せられる光を反射する２面コーナーリフレクタ３０を成す。２面コーナーリフレクタ３０を有する穴部３Ｃが複数、格子状に配置されることで、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓが構成される。

本実施形態においても、穴部３Ｃの側面がいずれも傾斜、勾配を有するテーパ形状になっているので、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓ（光学パネル本体）を作製する際にスムーズな離型が可能であり、しかも、勾配を有する反射面３１（３２）で反射した光を、勾配を有する光学調整部材５で、出射光の屈折角を調整するので、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る映像表示装置について、図１１を参照して説明する。映像表示装置１０は、上述した光学素子１を具体的に適用したものであり、上面に開口部１１を有する箱体１２と、箱体１２の内側面に設けられた映像表示部１３と、を備える。光学素子１は、箱体１２の開口部１１に取り付けられている。図例では、映像表示部１３は、例えば、液晶ディスプレイ装置が用いられ、図例では、文字「Ａ」を上下反転させた倒立姿勢で表示している。映像表示部１３から出射された光は、光学素子１により屈曲反射され、文字「Ａ」の実鏡映像を結像させる。観察者は、映像表示装置１０の斜め上方位置に視点Ｅｐを置いて光学素子１を覗き込んだ際に、文字「Ａ」の実鏡映像を空中映像として視認することができる。

本発明は、上記実施形態及び各種変形例に限られず、種々変形が可能である。上記実施形態及び変形例では、いずれも突状部３が、４面の側面を有する角錐台形状又は立方体形状のものを挙げたが、２面の反射面と光を出射する頭頂面を有していればよく、例えば、三角錐台形状、又は五角以上の角錐台形状形であってもよい。また、光学調整部材５は、反射面３１の勾配ｔ２に対応して、光学素子１からの出射光の屈折角、又は光学素子１への入射光の入射角を調整するように構成されたものであれば、必ずしも上述した構成例に限られない。

１ 光学素子
１０ 映像表示装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 基盤（平面）
２２ 底面（平面）
３ 突状部
３Ａ、３Ｂ 突条
３Ｃ 穴部
３０ ２面コーナーリフレクタ
３０Ａ、３０Ｂ スリットミラーアレイ（光学パネル本体）
３０Ｓ ２面コーナーリフレクタアレイ（光学パネル本体）
３１、３２ 反射面（側面）
３３、３４ 傾斜面（側面）
３５ 頭頂面
５、５Ｃ、５Ｄ 光学調整部材
５Ａ、５Ｂ フレネルプリズム

Claims (8)

1. 一方の面側にある被観察物の実像を他方の面側の空間に結像させる光学素子であって、
   透明材料により形成される光学パネル本体を有し、
   前記光学パネル本体は、該光学パネル本体の一面を成す平面と、該平面に対して角度を持ち被観察物から発せられる光を反射する反射面と、を有し、
   前記反射面は、前記平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、
   前記平面又は前記平面とは反対側の面には、前記光学パネル本体に入射する光の入射角又は前記光学パネル本体から出射する光の屈折角を調整する光学調整部材が設けられることを特徴とする光学素子。
2. 前記反射面の、前記平面に垂直な面に対する勾配が、０．１〜３°であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記光学調整部材は、前記平面に対する勾配が０．５〜１０°であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学素子。
4. 前記光学パネル本体は、一平面を成す基盤と、前記基盤から突出するように該基盤と一体的に形成された複数の突状部と、を有し、
   前記側面は、前記突状部を構成する３つ以上の側面であり、
   前記反射面は、前記側面のうちの隣り合う２面であり、互いに略直交し、被観察物から発せられる光を反射する２面コーナーリフレクタを成していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記光学パネル本体は、一平面を成す基盤と、前記基盤から突出するように該基盤と一体的に形成された複数の突条と、を有する第１光学パネル及び第２光学パネルを備え、
   前記側面は、前記突条を構成する２つ以上の側面であり、
   前記反射面は、前記側面のうち帯状に形成される１面であり、複数、定間隔で配列されてスリットミラーアレイを成し、
   前記第１光学パネル及び前記第２光学パネルが、夫々の前記スリットミラーアレイの配列方向が直交するように互いに向かい合わせて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記光学パネル本体は、一平面を成す基盤と、前記基盤から埋没するように形成された複数の穴部と、を有し、
   前記側面は、前記穴部を構成する３つ以上の側面であり、
   前記反射面は、前記側面のうちの隣り合う２面であり、互いに略直交し、被観察物から発せられる光を反射する２面コーナーリフレクタを成していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 前記光学調整部材は、前記突状部に対応したフレネルプリズムであることを特徴とする
   請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載された光学素子を用いた映像表示装置。