JP2013167670A - Reflection type imaging element, manufacturing method of reflection type imaging element, and optical system - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a reflective imaging element capable of forming an image of a projection object in a space, a method for manufacturing the reflective imaging element, and an optical system having the reflective imaging element.
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。
Recently, an optical system that forms an image of a projection object in a space using a reflective imaging element has been proposed (for example,
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)。 The reflective imaging element includes an optical element (also referred to as a “unit imaging element”) that includes a hole penetrating in the thickness direction of a flat substrate and is composed of two mirror elements perpendicular to the inner wall of each hole. .) (For example, see FIG. 4 of Patent Document 1), or two mirror surfaces orthogonal to the inner wall surface of each cylindrical body, including a plurality of transparent cylindrical bodies protruding in the thickness direction of the substrate An apparatus having an optical element composed of elements is disclosed (for example, see FIG. 7 of Patent Document 1).
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。
In the reflective imaging elements disclosed in
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。
For reference, the entire disclosure of
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。 On the other hand, the size of the aerial image obtained when the projection object is imaged in space using the above-described reflective imaging element is the same as the size of the projection object. Therefore, when a large aerial image is desired, the object to be projected must be enlarged, and the reflective imaging element must be enlarged.
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。 Patent Document 4 discloses a manufacturing method capable of manufacturing a small reflective imaging element (sometimes referred to as “reflective element”) simply and efficiently with high accuracy. In Patent Document 4, a reflective element is manufactured by stacking two mirror sheets (sometimes referred to as a unit reflective element).
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。
FIG. 5A is a schematic diagram of an optical system having a large
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。
As shown in FIG. 5A, in an optical system having a
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。
When the image of the
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object thereof is to provide a reflective imaging element that can be manufactured by a simple method and has a small area that does not contribute to imaging.
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。 A reflective imaging element according to an embodiment of the present invention includes a first reflective element and a second reflective element disposed on the first reflective element, and the first reflective element includes a plurality of reflective elements. A first unit reflection type element, the second reflection type element has a plurality of second unit reflection type elements, and the plurality of first and second unit reflection type elements are triangular unit reflection type elements and It has at least one of the parallelogram unit reflection type elements.
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。 In one embodiment, each of the plurality of first and second unit reflective elements is a triangle or a parallelogram.
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。 In one embodiment, each of the plurality of first unit reflective elements includes a plurality of first mirror elements and a plurality of first light-transmitting elements, and each of the plurality of first light-transmitting elements is the The plurality of first specular elements are provided between two adjacent first specular elements, and the plurality of first specular elements and the plurality of first light-transmitting elements extend in a first direction. Each of the plurality of second unit reflective elements has a plurality of second mirror elements and a plurality of second light transmissive elements, and each of the plurality of second light transmissive elements includes the plurality of second light transmissive elements. The second mirror surface element is provided between two adjacent second mirror surface elements, and the plurality of second mirror surface elements and the plurality of second light transmissive elements are second orthogonal to the first direction. It extends in the direction of.
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。 An optical system according to an embodiment of the present invention includes the above reflective imaging element and a display panel disposed on the light incident side of the reflective imaging element, and is displayed on the display surface of the display panel. An image is formed at a plane-symmetric position with the reflective imaging element as a symmetry plane.
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。 The method of manufacturing a reflective imaging element according to an embodiment of the present invention includes a step (A) of preparing a plurality of transparent substrates each having a mirror surface element formed on each surface, and the plurality of the plurality of mirror surface elements formed on the surface. (B) forming a laminated structure by superimposing transparent substrates on each other, and cutting the laminated structure to form a triangular unit reflective element and a parallelogram unit reflective element; A step (C) of forming a reflective element by combining the unit reflective element and the parallelogram unit reflective element.
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。 According to the present invention, a reflective imaging element that can be manufactured by a simple method and has a small area that does not contribute to imaging is provided.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the illustrated embodiments.
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。
With reference to FIGS. 1 and 2, a
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。
As shown in FIGS. 1A to 1D, the
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。
Each of the plurality of
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。
Each of the plurality of
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。
The plurality of unit
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。
Next, the
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。
As shown in FIG.1 (e), each of the some
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。
Each
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。
Further, as shown in FIG. 2A, if two or more triangular unit
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。
Furthermore, in addition to the triangular unit
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。
As described above, when the shape of the unit
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。
Next, a method of manufacturing the triangular or parallelogram unit
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。
First, a metal thin film (for example, Al (aluminum)) is formed on a translucent substrate (for example, a glass substrate) 26 by a sputtering method or the like. The
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。
Next, as shown in FIG. 3A, the metal thin film is sandwiched between the substrates 26 (which may be referred to as “metal thin film substrates”) 26 without the metal thin films facing each other. As described above, a plurality of metal
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。
Next, using a wire saw or the like, the
再び、図3(b)にもどる。 Again, it returns to FIG.3 (b).
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。
Next, the
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。
On the other hand, the
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。
Next, an
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。
The
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。
Since the
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。
As described above, the
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。 The present invention can be widely applied to an optical system having a reflective imaging element capable of forming an image of a projection object in space and a display panel.
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
11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f Unit
Claims (5)
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。 A first reflective element and a second reflective element disposed on the first reflective element;
The first reflective element has a plurality of first unit reflective elements, the second reflective element has a plurality of second unit reflective elements,
The plurality of first and second unit reflective elements include a reflective imaging element having at least one of a triangular unit reflective element and a parallelogram unit reflective element.
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。 Each of the plurality of first unit reflection type elements includes a plurality of first mirror surface elements and a plurality of first light transmission elements, and each of the plurality of first light transmission elements is the plurality of first mirror surfaces. Provided between two adjacent first specular elements of the elements, wherein the plurality of first specular elements and the plurality of first light-transmitting elements extend in a first direction;
Each of the plurality of second unit reflective elements has a plurality of second mirror elements and a plurality of second light-transmitting elements, and each of the plurality of second light-transmitting elements is the plurality of second mirror surfaces. Provided between two adjacent second specular elements of the elements, wherein the plurality of second specular elements and the plurality of second light transmissive elements are in a second direction orthogonal to the first direction. The reflective imaging element according to claim 1, wherein the reflective imaging element is extended.
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。 A reflective imaging element according to any one of claims 1 to 3,
A display panel disposed on the light incident side of the reflective imaging element;
An optical system for imaging an image displayed on a display surface of the display panel at a plane-symmetrical position with the reflective imaging element as a symmetry plane.
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。 A step (A) of preparing a plurality of transparent substrates each having a mirror element formed on each surface;
A step (B) of forming a laminated structure by superimposing the plurality of transparent substrates on which the mirror surface elements are formed;
The laminated structure is cut to form a triangular unit reflective element and a parallelogram unit reflective element, and then the triangular unit reflective element and the parallelogram unit reflective element are combined for reflection. A process for producing a reflective imaging element, comprising the step (C) of forming a mold element.
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