JP2017219558A - 光学素子の製造方法及び反射型空中結像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを向上できる光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】厚み方向に平行な反射面４を所定周期で平行に配した光透過性の光学素子１の製造方法において、板厚方向に垂直な一面に反射面４を形成した薄板状の透明な複数の基板２１を板厚方向に積層して積層体１１を形成する積層工程と、積層体１１を板厚方向から加圧して固着する固着工程と、固着された積層体１１を板厚方向に所定周期で切断して複数の光学素子１を形成する切断工程と、を備え、積層工程において、反りによる凹面２１ａを対向配置するように組み合わせた一対の基板２１から成る基板ペア２９を積層体１１に複数設けた。【選択図】図１４

Description

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の製造方法及び反射型空中結像素子に用いられる光学素子の製造方法に関する。

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。この反射型空中結像素子は２枚の平板状の光学素子を上下に重ねて形成され、光学素子は透明な複数の基材を接着剤により接着して形成される。基材は接着剤との境界面上にアルミニウム等を蒸着して反射面が形成される。反射面は光学素子の厚み方向に平行に形成され、厚み方向に垂直な方向に所定周期で配されている。２枚の光学素子を反射面が互いに直交するように接着して反射型空中結像素子が形成される。

上記構成の反射型空中結像素子の下方に被投影物が配置され、被投影物に向けて光が照射される。被投影物で反射した光の一部は下方の光学素子に下面から入射し、反射面で反射した後に上方の光学素子に入射する。上方の光学素子の反射面で反射した光は反射型空中結像素子の上面から出射し、反射型空中結像素子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。

上記構成の光学素子の製造工程は、反射面形成工程、積層工程、固着工程及び切断工程を有する。反射面形成工程では、薄板状の透明なガラス板から成る基板の板厚方向の一の面にアルミニウムの蒸着により反射面を形成する。積層工程では反射面の中央部上に接着剤を適量塗布し、複数の基板を板厚方向に積層して積層体を形成する。固着工程では例えば積層体の積層方向から加圧することにより基板間に接着剤を広げ、接着剤が硬化することにより固着された積層体が形成される。切断工程では固着された積層体を反射面に垂直な方向に所定周期で切断する。これにより、光学素子が形成される。

特許文献２には特許文献１と同様の光学素子の製造方法が開示される。この光学素子の製造方法は積層体を形成するガラス板から成る基板が板引き成形により形成される。例えば、基板は溶融ガラスをＶ字状断面の樋状部材の両側から溢れさせ、溢れた溶融ガラスを樋状部材の下端で合流させながら下方（引出方向）に引き出して形成される。そして、積層体が隣接する基板の引出方向が直交するように基板を積層して形成される。これにより、積層体における偏肉の累積を防止し、反射面同士を平行にすることができる。

特開２０１２−１５５３４５号公報（第６頁、第７頁、第４図、第５図） 特開２０１５−９０３８７号公報（第１０頁〜第１２頁、第１図〜第４図）

上記特許文献１、２の光学素子の製造方法において、基板には反りによって凹面が形成されていることが多い。このため、一般的には積層体に対して積層方向から加圧することにより、積層体内の基板の反りを矯正している。しかしながら、基板の反りを矯正するために積層体に対して大きな力を加えると、基板の反射面上に細かな高周波の凹凸が形成される。このため、積層体から形成された光学素子を用いて空中映像を結像させると高周波の画像ムラが生じて空中映像の画質が低下する。したがって、光学素子の歩留まりが低下する問題があった。

本発明は、歩留まりを向上できる光学素子の製造方法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。

上記目的を達成するために本発明は、厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した光透過性の光学素子の製造方法において、
板厚方向に垂直な一面に前記反射面を形成した薄板状の透明な複数の基板を前記板厚方向に積層して積層体を形成する積層工程と、
前記積層体を前記板厚方向から加圧して固着する固着工程と、
固着された前記積層体を前記板厚方向に所定周期で切断して複数の前記光学素子を形成する切断工程と、
を備え、前記積層工程において、反りによる凹面を対向配置するように組み合わせた一対の前記基板から成る基板ペアを前記積層体に複数設けたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記積層体を構成する前記基板の総数の５７％以上の前記基板により前記基板ペアを形成すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記積層体を構成する前記基板の総数の７１％以上の前記基板により前記基板ペアを形成すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記基板が矩形に形成され、前記積層工程において、前記基板ペアを形成する一対の前記基板を、直交する二辺に平行な二方向における反り量の大きい方の第１方向を同じ方向に向けて積層すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記積層工程において、全ての前記基板ペアを前記第１方向を同じ方向に向けて配置すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記切断工程において、固着された前記積層体を前記第１方向に直交する方向に切断すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記積層工程において、前記基板ペアの一方の前記基板の前記第１方向の両端のうち厚みが薄い一端と、他方の前記基板の前記第１方向の両端のうち厚みが厚い一端とを対向させると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記基板は、溶融したガラスを所定の引出方向に引き出すことにより板状に成形されたガラス板であり、前記積層工程において、前記基板ペアを形成する一方の前記基板を他方に対して前記引出方向を軸に１８０°回転して積層すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記切断工程において、固着された前記積層体を前記引出方向に切断すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法により製造される前記光学素子を一対備えた反射型空中結像素子の製造方法において、前記反射面が直交するように一対の前記光学素子を厚み方向に重ねて配置する光学素子配置工程を備えたことを特徴としている。

本発明によると、積層工程において、反りによる凹面を対向配置するように組み合わせた一対の基板から成る基板ペアを積層体に複数設けている。これにより、固着工程において小さい加圧力で基板の反りを矯正することができる。したがって、反射面上の高周波の凹凸による空中映像の画質の低下を抑制し、光学素子及び反射型空中結像素子の歩留まりを向上させることができる。

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１の要部を拡大した斜視図 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 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 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の光学素子の基材間の接着部分を拡大した側面図 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 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の反射面形成工程を示す斜視図 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用いられる基板の形成方法の一例を示す斜視図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の形成に用いる基板の３次元形状の一例を示す図 図９の基板のＡ方向の反り量を示す図 図９の基板のＢ方向の反り量を示す図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子のスペーサー形成工程を示す側面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子のスペーサー形成工程完了時の基板を示す斜視図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の積層工程を示す側面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の固着工程を示す正面断面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の固着工程完了時の固着ブロックを示す斜視図 本発明の第２実施形態の積層工程における基板ペアの形成を説明するための斜視図 実施例１の光学素子の積層体の構成を示す概略側面図 実施例２の光学素子の積層体の構成を示す概略側面図 実施例３の光学素子の積層体の構成を示す概略側面図 実施例５の光学素子の積層体の構成を示す概略側面図 実施例６の光学素子の積層体の構成を示す概略側面図 比較例１の光学素子の積層体の構成を示す概略側面図 比較例１の光学素子のチャート画像による画質評価結果を示す図 比較例２の光学素子のチャート画像による画質評価結果を示す図

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。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。図３は反射型空中結像素子の平面図を示している。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向はそれぞれ反射型空中結像素子１０の幅方向、厚み方向及び奥行方向を示している。また、図２において矢印Ｑは光路を示している。

空中映像表示装置１００は光源２０及び反射型空中結像素子１０を有する。反射型空中結像素子１０は２枚の平板状の光学素子１を厚み方向（Ｙ方向）に並設して形成される。光学素子１の平面形状は一辺の長さが例えば約２００ｍｍの略正方形に形成される。光学素子１は光透過性材料により形成され、厚み方向（Ｙ方向）に平行な反射面４が所定周期Ｔ（例えば、０．５３ｍｍ）で平行に配される。

光源２０は下方の光学素子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。光源２０は被投影物ＯＢの反射光が約４５°の入射角で入射面１８に入射するように被投影物ＯＢに対して照明光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。

図４は光学素子１の斜視図を示している。光学素子１は両面に反射面４を形成した透明な複数の基材２を反射面４上に配した接着剤３（図５参照）により接着して形成される。基材２はアクリル樹脂等の透明な樹脂やガラスにより形成される。接着剤３は例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂等から成る主剤と例えばポリアミド樹脂等から成る硬化剤とを混合した二液混合型の接着剤から成る。

反射面４は基材２上に例えばアルミニウムや銀等のスパッタや蒸着を行って形成される。

図５は隣接する基材２間の接着部分を拡大した側面図を示している。隣接する基材２間には反射面４上にドット状の複数のスペーサー１５が平面視でマトリクス状に配置されている。スペーサー１５は例えば紫外線硬化性樹脂から成り、高さＥ（反射面４に垂直な方向の突出量）が２０μｍ±１μｍの範囲内で形成され、直交する二方向に所定のピッチＰ（本実施形態では１ｍｍ）で配置される。これにより、各接着剤３の層の膜厚を揃えることができ、複数の反射面４を互いに平行に維持することができる。

反射型空中結像素子１０は下方の光学素子１の反射面４が延びる方向と上方の光学素子１の反射面４が延びる方向とが互いに直交するように２枚の光学素子１を厚み方向（Ｙ方向）に重ねて形成される。下方の光学素子１の下面は光が入射する入射面１８（図２参照）になるとともに、上方の光学素子１の上面は光が出射する出射面１９（図２参照）になる。

光学素子１の並設方向（Ｙ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（図１参照）が設けられる。補強板５は基材２と同じ材質のガラス等により形成される。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、反射型空中結像素子１０から補強板５を省いてもよい。

上記構成の空中映像表示装置１００において、下方の光学素子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で反射する。被投影物ＯＢの反射光の一部は矢印Ｑ（図２参照）で示すように、下方の光学素子１に入射面１８から入射し、下方の光学素子１の反射面４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４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ＯＢと面対象の位置の空中で被投影物ＯＢ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。

この時、図３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に対して光学素子１の反射面４が４５゜傾斜すると、空中映像ＦＩの視認性を最良にできる。

また、被投影物ＯＢが例えば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。

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。

図６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の製造工程は反射面形成工程、スペーサー形成工程、積層工程、固着工程、切断工程、研磨工程、光学素子配置工程及び補強板取付工程を備えている。

反射面形成工程では図７に示すように、平面形状が略正方形の基板２１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４を形成する。基板２１は薄板状のガラス板から成る。ガラス板の材質に特に限定はないが、例えばホウケイ酸ガラスを用いることができる。本実施形態では反射面４は厚み（膜厚）が２００ｎｍのアルミニウムにより形成される。なお、基板２１の片面のみに反射面４を形成してもよい。

本実施形態の基板２１は２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形で、板厚が約０．５３ｍｍになっている。基板２１の板厚は０．６ｍｍ以下であると好ましい。これにより、良好な空中映像ＦＩを得ることができる。

図８は基板２１の形成方法の一例を示す図である。ガラス板から成る基板２１は例えば、オーバーフローダウンドロー法等の板引き成形により形成される。オーバーフローダウンドロー法は、上面５０ａを開口して下部がＶ字状の断面を有する略楔形状の樋状部材５０にパイプ５１を介して溶融ガラスＭＧ（ガラス融液）が注入される。

次に、樋状部材５０の上面５０ａの両側から溶融ガラスＭＧを溢れさせる。溶融ガラスＭＧは樋状部材５０の下端で合流し、下方（引出方向ＤＦ）に延伸されて板状に形成される。この時、ガラスの表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。

次に、下方へ流れ出て板状になったガラスを徐冷した後に所定の切断線ＣＴで切断する。これにより基板２１が得られる。なお、板引き成形以外の形成方法（例えば、フロート法やロールアウト法等）により基板２１を形成してもよい。

基板２１は薄板状（例えば、厚み０．５３ｍｍ）であるため、反りが発生する。また、基板２１の板厚方向に対向する二面の平行度の精度により、対向する二辺上の厚みが異なる場合がある。後述する積層工程では基板２１の反り及び厚みを反り量測定装置及び板厚測定装置（いずれも不図示）により測定し、基板２１のペアリングを行っている。

図９は板引き成形により形成したガラスから成る基板２１の３次元形状の一例を示す図である。同図において、基板２１の直交する二辺に平行な二方向をＡ方向及びＢ方向として直交するＡ軸及びＢ軸に平行に配置している。なお、基板２１は２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形であり、引出方向ＤＦをＢ方向としている。Ａ軸及びＢ軸の単位はｍｍであり、Ａ軸及びＢ軸に直交するＣ軸の単位はμｍである。

また、図１０は図９のＡ−Ｃ面に平行な断面の反り量（Ａ方向の反り量）を示している。図中、Ｂ０はＢ方向の中心（Ｂ＝０）、Ｂ１はＢ方向の中心から一方に７０ｍｍ（Ｂ＝−７０）、Ｂ２はＢ方向の中心から他方に７０ｍｍ（Ｂ＝７０）の断面である。

図１１は図９のＢ−Ｃ面に平行な断面の反り量（Ｂ方向の反り量）を示している。図中、Ａ０はＡ方向の中心（Ａ＝０）、Ａ１はＡ方向の中心から一方に７０ｍｍ（Ａ＝−７０）、Ａ２はＡ方向の中心から他方に７０ｍｍ（Ａ＝７０）の断面である。

図９〜図１１に示すように、板引き成形により形成された基板２１は引出方向ＤＦ（Ｂ方向）に反りにくく、引出方向ＤＦに直交する方向（Ａ方向）に反りやすくなっている。

本実施形態では基板２１のＢ方向の中心位置（Ｂ＝０）の反り量をＡ方向の反り量Ｗａとし、Ａ方向の中心位置（Ａ＝０）の反り量をＢ方向の反り量Ｗｂとしている。基板２１のＢ方向の複数位置の各反り量の最大値をＡ方向の反り量とし、Ａ方向の複数位置の各反り量の最大値をＢ方向の反り量としてもよい。また、基板２１のＢ方向の複数位置の各反り量の平均値をＡ方向の反り量とし、Ａ方向の複数位置の各反り量の平均値をＢ方向の反り量としてもよい。

また、基板２１のＡ方向及びＢ方向の反りは通常板厚方向の一方の同じ面が凸になる。このため、図７に示すように、基板２１には反りによる凹面２１ａ及び凸面２１ｂが形成される。なお、基板２１が鞍形に反る場合は、基板２１の板厚方向の一面がＡ方向で凸になり、Ｂ方向で凹になる。このため、Ａ方向の反り量とＢ方向の反り量の絶対値の大きい方に基づいて、凹面２１ａ及び凸面２１ｂが決められる。

図１２はスペーサー形成工程を示す側面図である。スペーサー形成工程は基板２１の反射面４に略平行な二方向（一方を矢印Ｆで示す）に移動するスペーサー形成部７０により行われる。スペーサー形成部７０はインクジェットヘッド７１、紫外線光源７２及び測距センサ７３を有している。

測距センサ７３は反射面４までの距離を測定する。インクジェットヘッド７１は紫外線硬化性樹脂から成るインク７１ａを基板２１に向けて吐出する。インクジェットヘッド７１の吐出前に、測距センサ７３によって測定開始位置（例えば、基板２１の端部）で反射面４までの距離を測定し、この距離を基準距離とする。そして、反射面４上のインク７１ａの滴下予定位置と測距センサ７３との間の距離と基準距離とを比較し、インクジェットヘッド７１のインク７１ａの吐出量を可変する。これにより、スペーサー１５の高さを均一にすることができる。

紫外線光源７２は反射面４上に滴下されたインク７１ａに向けて紫外線ＵＶを照射し、インク７１ａを硬化させる。これにより、図１３に示すように基板２１の反射面４上に所定の高さ（本実施形態では２０μｍ）のドット状のスペーサー１５がピッチＰ（本実施形態では１ｍｍ）のマトリクス状に基板２１に固着して形成される。スペーサー１５をインクジェット印刷によりドット状に形成しているため、スペーサー１５を反射面４上に容易に配置することができる。

次に、図１４は積層工程を示す側面図である。積層工程ではスペーサー１５が形成された複数の基板２１を反射面４に垂直な方向（基板２１の板厚方向）に積み重ねて挟持部材（不図示）により挟持する。これにより、隣接する基板２１間に隙間Ｇ（図１５参照）を有する積層体１１が形成される。積層体１１には反りに応じて一対の基板２１をペアリングした基板ペア２９が複数設けられる。基板ペア２９は、一方の基板２１と他方の基板２１のそれぞれの凹面２１ａが対向するように組み合わされている。本実施形態では積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔを３６４枚にしており、総数Ｎｔの５０％を超える数の基板２１によって基板ペア２９を形成している。

以下、基板２１のＡ方向の反り量ＷａがＢ方向の反り量Ｗｂよりも大きい場合を例に説明を行う。基板ペア２９は凹面２１ａが互いに対向するように組み合わされて、一対の基板２１が積層される。この時、基板ペア２９の一対の基板２１は反り量の大きいＡ方向を同じ方向に向けられる。また、全ての基板ペア２９は反り量の大きいＡ方向を同じ方向に向けて配置される。

また、各基板ペア２９は一方の基板２１の反り量の大きいＡ方向の両端のうち板厚（厚み）が薄い一端２１ｃと、他方の基板２１の反り量の大きいＡ方向の両端のうち板厚が厚い一端２１ｄとを対向して配置される。これにより、積層体１１において偏肉（板厚の偏り）の累積を防止することができる。

なお、積層体１１を形成する全ての基板２１により基板ペア２９を形成してもよいが、一部の基板２１により基板ペア２９を形成してもよい。すなわち、積層体１１を形成する基板２１の総数Ｎｔの５０％を超える所定の比率の基板２１により複数の基板ペア２９を形成し、残りの基板２１を無作為に配置してもよい。

図１５は固着工程を示す側面断面図である。積層工程後の固着工程では、積層方向ＬＭから所定の加圧力Ｆｐを積層体１１に加えて積層体１１を加圧する。これにより、積層体１１の各基板２１の反りが矯正される。

そして、積層体１１への加圧を継続した状態で積層体１１を貯留槽４０内の液状の接着剤３に浸漬する。これにより、隙間Ｇ内に接着剤３が進入して充填される。積層体１１の接着剤３への浸漬を所定時間（例えば１時間）行った後に積層体１１を貯留槽４０から引き上げて接着剤３を硬化させる。これにより、積層体１１が固着され、図１６に示す固着ブロック１２が形成される。固着ブロック１２の反射面４に垂直な方向の長さ（積層方向ＬＭの長さ）は約２００ｍｍになっている。

基板ペア２９は基板２１の凹面２１ａを対向配置するため、凸面２１ｂと凹面２１ａとを対向配置した場合に比して基板２１間の接触面積を小さくすることができる。このため、基板２１の反りを矯正する加圧力Ｆｐを小さくすることができる。これにより、反射面４上の細かい高周波の凹凸を低減し、空中映像ＦＩの画質の低下を抑制することができる。

なお、積層体１１の基板２１の総数Ｎｔの５７％以上の基板２１により基板ペア２９を形成すると加圧力Ｆｐをより小さくできるためより望ましい。また、積層体１１の基板２１の総数Ｎｔの７１％以上の基板２１により基板ペア２９を形成すると更に望ましい。

また、隣接する基板２１間に隙間Ｇを確保するスペーサー１５が配されるため、基板２１間の接着剤３の膜厚を揃えて各反射面４の平行を維持することができる。隙間Ｇが大きくなると光学素子１の接着剤３の膜厚が大きくなるため、空中映像ＦＩの像が粗くなる。このため、隙間Ｇを５０μｍ以下にすると望ましい。一方、隙間Ｇを小さくすると、空中映像ＦＩを良好に結像させることができるが、液状の接着剤３の充填が困難になる。このため、隙間Ｇを１０μｍ以上にすると望ましい。

次に、切断工程では、図１６の切断線ＫＴで示すように、固着ブロック１２を反射面４に平行な方向に所定周期（例えば１．８ｍｍ）で反射面４に垂直な方向に切断する。これにより、光学素子１（図４参照）の素材１´が複数形成される。固着ブロック１２の切断にはワイヤーソーが好適に用いられるが、スライサーを用いてもよい。

この時、基板ペア２９を形成する基板２１の反り量の大きいＡ方向に直交する方向に固着ブロック１２が切断される。これにより、光学素子１の素材１´の厚み方向に直交する反射面４の大きな湾曲を防止することができる。

研磨工程では光学素子１の素材１´の両面をラッピング装置により所定の厚さ（例えば、１．２ｍｍ）まで研磨する。その後、ポリッシング装置により光学素子１の素材１´の両面を鏡面仕上げする。これにより、図４に示す光学素子１が得られる。

光学素子配置工程では、反射面４の延びる方向が互いに直交するように２枚の光学素子１を重ねて配置し、接着剤（不図示）を介して２枚の光学素子１を接着する。これにより、２枚の光学素子１は厚み方向（Ｙ方向）に並設される。光学素子１を接着する接着剤は固着工程で用いた接着剤３と同じでもよく、異なっていてもよい。

なお、光学素子配置工程において、重ねた２枚の光学素子１を透明な樹脂フィルムから成る袋状部材（不図示）に収納し、その後に袋状部材を真空引きしてもよい。また、２枚の光学素子１を一の額縁部材に嵌め込んで重ねて配置してもよい。これにより、接着剤を用いずに２枚の光学素子を重ねた状態で固定することができる。

補強板取付工程では、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。補強板５を接着する接着剤は固着工程で用いた接着剤３と同じでもよく、異なっていてもよい。以上により、図１に示す反射型空中結像素子１０が形成される。

なお、補強板取付工程において、２枚の光学素子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、補強板取付工程を省いてもよい。

なお、光学素子１の基材２間の接着剤３に例えば４５°の入射角で入射した光源２０の照明光Ｌは反射面４で数十回反射した後に接着剤３から出射される。これにより、接着剤３に入射した光は大きく減衰して出射されるため、空中映像ＦＩの結像には殆ど寄与しない。したがって、光学素子１の基材２間の接着剤３にスペーサー１５を配置しても大きな支障はない。

本実施形態によると、積層工程において、反りによる凹面２１ａを対向配置した一対の基板２１から成る基板ペア２９を積層体１１に複数設けている。これにより、固着工程において隣接する基板２１間の摩擦力を低減し、小さい加圧力Ｆｐで基板２１の反りを矯正することができる。したがって、反射面４上の高周波の凹凸による空中映像ＦＩの画質の低下を抑制し、光学素子１及び反射型空中結像素子１０の歩留まりを向上させることができる。

また、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの５７％以上の基板２１により基板ペア２９を形成すると、空中映像ＦＩの画質低下を確実に抑制することができる。

また、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの７１％以上の数の基板２１により基板ペア２９を形成すると、空中映像ＦＩの画質低下をより確実に抑制することができる。

また、基板２１が矩形に形成され、積層工程において、基板ペア２９を形成する一対の基板２１が直交する二辺に平行な二方向（Ａ方向、Ｂ方向）における反り量の大きい方の方向（第１方向）を同じ方向に向けて積層される。反り量の大きい方向を直交するように一対の基板２１を積層してもよいが、本実施形態のように同じ方向に向けて積層するとより望ましい。これにより、固着工程で一対の基板２１が同じ方向に延びて矯正されるため基板２１間の摩擦力がより低減される。したがって、加圧力Ｆｐをより小さくすることができる。

また、積層工程において、全ての基板ペア２９を反り量の大きいＡ方向を同じ方向に向けて配置している。各基板ペア２９の反り量の大きい方向を異なる方向に積層してもよいが、本実施形態のように同じ方向に向けて積層するとより望ましい。これにより、固着工程で各基板ペア２９の基板２１が同じ方向に延びて矯正されるため、隣接する基板ペア２９間の摩擦力がより低減される。したがって、加圧力Ｆｐをより小さくすることができる。

また、切断工程において、固着された固着ブロック１２（積層体）を反り量の大きい方向（Ａ方向）に直交する方向（Ｂ方向）に切断している。これにより、光学素子１の反射面４の大きい湾曲を容易に防止できる。したがって、空中映像ＦＩの画質の低下を一層抑制することができる。

また、積層工程において、基板ペア２９の一方の基板２１の反り量の大きいＡ方向の両端のうち厚みが薄い一端２１ｃと、他方の基板２１のＡ方向の両端のうち厚みが厚い一端２１ｄとを対向させている。これにより、積層体１１における偏肉の累積を防止し、反射面４の平行度を良好に確保することができる。

また、隣接する一対の光学素子１の反射面４が直交するように二つの光学素子１を厚み方向に重ねて配置する光学素子配置工程を備えている。これにより、空中映像ＦＩの画質低下を低減した反射型空中結像素子１０を容易に得ることができる。

本実施形態において、積層工程において各基板２１上に接着剤３を塗布して積層体１１を形成し、固着工程において積層体１１を加圧して接着剤３を硬化させることにより固着ブロック１２を形成してもよい。

＜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。図１７は本実施形態の基板ペア２９の形成を説明するための斜視図である。説明の便宜上、図１〜図１６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。本実施形態では基板ペア２９のペアリングの方法が第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。

前述したように、基板２１をオーバーフローダウンドロー法等の板引き成形により形成した場合（図８参照）に、基板２１の引出方向ＤＦの反り量よりも引出方向ＤＦに直交する方向の反り量が大きくなりやすい。

また、基板２１の引出方向ＤＦに直交する方向の偏肉の状態がほぼ一定になる。すなわち、板引きにより連続して形成される基板２１は引出方向ＤＦに直交する方向の両端部のうち、同じ端部が薄くなりやすい。

このため、積層工程において、基板ペア２９を形成する一方の基板２１ｓを他方の基板２１ｔに対して引出方向ＤＦを軸に矢印ＲＴに示すように１８０°回転させた状態（２１ｓ’）で積層する。これにより、基板２１ｓ及び基板２１ｔの凹面２１ａが対向し、反り量の大きい方向（引出方向ＤＦに直交する方向）が同じ向きに配される可能性が高い。また、基板２１ｓの厚みが薄い端部と基板２１ｔの厚みが厚い端部とが対向して配置される可能性が高い。

これにより、積層体１１の基板２１の総数Ｎｔに対して５０％を超える所定の比率の基板２１によって基板ペア２９を形成することができる。

また、切断工程では、固着工程で固着された固着ブロック１２（積層体１１）を引出方向ＤＦに切断する。これにより、第１実施形態と同様に、光学素子１の反射面４の大きい湾曲を容易に防止できる。

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。加えて、基板２１が、溶融したガラスを引出方向ＤＦに引き出すことにより板状に成形されたガラス板により形成される。また、積層工程において、基板ペア２９を形成する一方の基板２１ｓが他方の基板２１ｔに対して引出方向ＤＦを軸に１８０°回転して積層される。これにより、基板２１の反り量及び板厚を測定することなく、基板ペア２９を形成することができる。したがって、光学素子１の製造工数を削減することができる。

また、切断工程において、固着された積層体１１を引出方向ＤＦに切断する。これにより、光学素子１の反射面４の大きい湾曲を容易に防止できる。

次に、本発明の実施例について説明する。

図１８は実施例１の光学素子１の製造時の積層体１１を示す概略側面図である。各基板２１はホウケイ酸ガラスから成るガラス板から成り、２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形で板厚を０．５３ｍｍに形成した。基板２１の屈折率は１．５２にしている。また、厚みが２００ｎｍのアルミニウムにより反射面４を基板２１の両面に形成した。

積層体１１の基板２１の総数Ｎｔは３６４枚であり、固着工程の基板２１間の接着剤３として屈折率が１．５１のエポキシ系の接着剤を用いて接着剤３の膜厚を２０μｍにした。また、固着工程で基板２１のＡ方向及びＢ方向の反り量を３０μｍ以下に矯正するように加圧し、この時の加圧力Ｆｐが５８８Ｎであった。

同図において、階層部Ｈは凹面２１ａを上にして複数の基板２１を積層した部分を示している。階層部Ｋは複数の基板ペア２９を積層した部分を示している。実施例１では下から順に階層部Ｈ、階層部Ｋ、階層部Ｈを配置した。上方の階層部Ｈを構成する基板２１は５２枚、下方の階層部Ｈを構成する基板２１は１０４枚、階層部Ｋを構成する基板２１は２０８枚である。これにより、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの５７％の基板２１により基板ペア２９が形成される。

図１９は実施例２の光学素子１の製造時の積層体１１を示す概略側面図である。実施例２では下から順に階層部Ｋ、階層部Ｈ、階層部Ｋ、階層部Ｈ、階層部Ｋ、階層部Ｈ、階層部Ｋの順で配置した。各階層部Ｈ及び各階層部Ｋはそれぞれ５２枚の基板２１により構成した。これにより、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの５７％の基板２１により基板ペア２９が形成される。また、固着工程における基板２１の反りを矯正する加圧力Ｆｐは５８８Ｎであった。その他の構成は実施例１と同様である。

図２０は実施例３の光学素子１の製造時の積層体１１を示す概略側面図である。実施例３では７枚の基板２１から成る階層部Ｍを５２段積層している。階層部Ｍは下から順に２組の基板ペア２９、凹面２１ａを上にした３枚の基板２１を積層している。これにより、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの５７％の基板２１により基板ペア２９が形成される。また、固着工程における基板２１の反りを矯正する加圧力Ｆｐは５８８Ｎであった。その他の構成は実施例１と同様である。

実施例４は前述の図１８に示す実施例１と同様に、下から順に階層部Ｈ、階層部Ｋ、階層部Ｈを配置した。上下の階層部Ｈを構成する基板２１は５２枚、階層部Ｋを構成する基板２１は２６０枚である。これにより、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの７１％の基板２１により基板ペア２９が形成される。また、固着工程における基板２１の反りを矯正する加圧力Ｆｐは３９２Ｎであった。その他の構成は実施例１と同様である。

図２１は実施例５の光学素子１の製造時の積層体１１を示す概略側面図である。実施例５では下から順に階層部Ｋ、階層部Ｈを配置した。階層部Ｋを構成する基板２１は３１２枚、階層部Ｈを構成する基板２１は５２枚である。これにより、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの８６％の基板２１により基板ペア２９が形成される。また、固着工程における基板２１の反りを矯正する加圧力Ｆｐは２４５Ｎであった。その他の構成は実施例１と同様である。

図２２は実施例６の光学素子１の製造時の積層体１１を示す概略側面図である。実施例６では３６４枚の基板２１によって階層部Ｋのみを配置した。これにより、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの１００％の基板２１により基板ペア２９が形成される。また、固着工程における基板２１の反りを矯正する加圧力Ｆｐは１４７Ｎであった。その他の構成は実施例１と同様である。

［比較例１］
図２３は比較例１の光学素子１の製造時の積層体１１を示す概略側面図である。比較例１では３６４枚の基板２１によって階層部Ｈのみを配置した。これにより、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔに対して基板ペア２９を形成する基板２１は０％である。また、固着工程における基板２１の反りを矯正する加圧力Ｆｐは４９０４Ｎであった。その他の構成は実施例１と同様である。

［比較例２］
比較例２の積層体を図２３に示す比較例１と同様に構成した。また、固着工程における加圧力Ｆｐを実施例５と同様に２４５Ｎにした。この時、基板２１の反りが矯正されていなかった。その他の構成は実施例１と同様である。

表１は各実施例及び各比較例の光学素子１について画像評価を行った結果を示している。プロジェクターから正方形の格子のチャート画像を光学素子１の入射面１８に対して斜め方向に射出し、反射面４上で反射してスクリーン上に投影された映像を目視して画像評価を行った。

表１において、画像歪みは格子の歪みが確認された場合を×、確認されなかった場合を○で示している。また、画像ムラは高周波の画像ムラが殆ど発生しない場合を５として多い場合を１とし、５段階で評価している。

表１によると、実施例１〜実施例６は基板ペア２９の比率の増加（５７％、７１％、８６％、１００％）に伴って加圧力Ｆｐが小さくなるため高周波の画像ムラの抑制効果が向上した。また、比較例２は実施例５と同程度まで高周波の画像ムラが抑制された。これに対し、比較例１では図２４のスクリーン映像に示すように、矯正に必要な加圧力Ｆｐを加えると高周波の画像ムラが多く発生した。

また、実施例１〜実施例６及び比較例１ではいずれも画像歪みは確認されなかった。これに対し、比較例２では図２５のスクリーン映像に示すように、正方形の格子画像が形成されず、画像歪みが確認された。

したがって、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの５７％以上の基板２１により基板ペア２９を形成すると、画像歪み及び画像ムラを抑制することができる。これにより、空中映像ＦＩの画質を確実に向上させることができる。また、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの７１％以上の基板２１により基板ペア２９を形成すると、画像ムラをより抑制することができる。また、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの８６％以上の基板２１により基板ペア２９を形成すると、画像ムラを更に抑制することができる。

なお、積層体１１を構成する基板２１の総数Ｎｔの５０％を超える数の基板２１により基板ペア２９を形成することにより、５０％以下の場合よりも画像歪み及び画像ムラを抑制することができる。

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及び反射型空中結像素子に用いられる光学素子に利用することができる。

１ 光学素子
２ 基材
３ 接着剤
４ 反射面
５ 補強板
１０ 反射型空中結像素子
１１ 積層体
１２ 固着ブロック
１５ スペーサー
１８ 入射面
１９ 出射面
２０ 光源
２１ 基板
２１ａ 凹面
２１ｂ 凸面
２９ 基板ペア
４０ 貯留槽
５０ 樋状部材
１００ 空中映像表示装置
ＤＦ 引出方向
Ｇ 隙間
ＯＢ 被投影物
ＦＩ 空中映像
Ｌ 照明光
ＬＭ 積層方向
Ｋ、Ｈ、Ｍ 階層部

Claims (10)

1. 厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した光透過性の光学素子の製造方法において、
   板厚方向に垂直な一面に前記反射面を形成した薄板状の透明な複数の基板を前記板厚方向に積層して積層体を形成する積層工程と、
   前記積層体を前記板厚方向から加圧して固着する固着工程と、
   固着された前記積層体を前記板厚方向に所定周期で切断して複数の前記光学素子を形成する切断工程と、
   を備え、前記積層工程において、反りによる凹面を対向配置するように組み合わせた一対の前記基板から成る基板ペアを前記積層体に複数設けたことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記積層体を構成する前記基板の総数の５７％以上の前記基板により前記基板ペアを形成することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記積層体を構成する前記基板の総数の７１％以上の前記基板により前記基板ペアを形成することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記基板が矩形により形成され、前記積層工程において、前記基板ペアを形成する一対の前記基板を、直交する二辺に平行な二方向における反り量の大きい方の第１方向を同じ方向に向けて積層す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の製造方法。
5. 前記積層工程において、全ての前記基板ペアを前記第１方向を同じ方向に向けて配置することを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記切断工程において、固着された前記積層体を前記第１方向に直交する方向に切断することを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。
7. 前記積層工程において、前記基板ペアの一方の前記基板の前記第１方向の両端のうち厚みが薄い一端と、他方の前記基板の前記第１方向の両端のうち厚みが厚い一端とを対向させることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
8. 前記基板は、溶融したガラスを所定の引出方向に引き出すことにより板状に成形されたガラス板であり、
   前記積層工程において、前記基板ペアを形成する一方の前記基板を他方に対して前記引出方向を軸に１８０°回転して積層す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の製造方法。
9. 前記切断工程において、固着された前記積層体を前記引出方向に切断することを特徴とする請求項８に記載の光学素子の製造方法。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の光学素子の製造方法により製造される前記光学素子を一対備えた反射型空中結像素子の製造方法において、
    前記反射面が直交するように一対の前記光学素子を厚み方向に重ねて配置する光学素子配置工程を備えたことを特徴とする反射型空中結像素子の製造方法。