JP6654279B2

JP6654279B2 - 光学素子及び表示装置

Info

Publication number: JP6654279B2
Application number: JP2015117555A
Authority: JP
Inventors: 住吉　研; 研住吉
Original assignee: 天馬微電子有限公司
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: JP2017003766A; CN106249394B; CN106249394A; US20160363744A1; US9791681B2

Description

本発明は、光学素子、具体的にはマイクロミラーアレイ素子に関する。また本発明は、光学素子を備えた表示装置に関する。

直交した２枚のマイクロミラー素子を多数配列したマイクロミラーアレイ素子を用いて、立体の実像を結像させる光学素子が近年開発されるようになった。
古くよりロブスター光学系として、エビ等の目が、側面がミラー面である四角柱の反射光学素子を球面上に多数配置した結像素子であることが知られている。ロブスター光学系は反射を用いるので、所望の屈折率を有する材料が得難いまたは高価であり、Ｘ線や赤外光等の波長帯域の領域で主に研究開発されていた。

上述の反射光学素子を、球面上の代わりに平面上に多数配置することによって立体の実像を結像させることが指摘されていた。これについて、図１３を用いて説明する。図１３は、従来の反射光学素子の構造を説明するための模式図である。図１３Ａは反射光学素子の斜視図であり、図１３Ｂは反射光学素子の平面図である。なお以下では、空間座標軸をＸＹＺ軸として説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する。図１３に示すように、四角柱形状の反射光学素子１が、ＸＹ面上に多数（図１３では３つ）配置されている。各反射光学素子１の底面は正方形であり、底面の各辺がＸ軸方向及びＹ軸方向に一致するように、各反射光学素子１はＸＹ面上に配置されている。一方、各反射光学素子１の高さ方向（軸方向）はＺ軸方向に揃えて配置されている。各反射光学素子１の上面Ａ′及び下面（底面）Ａは透明であり、光が入射及び出射できるようになっている。他方、各反射光学素子１の側面Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′は、少なくとも隣接する２つの側面がミラー面であり、光を反射することができる。

次に、図１３に示す反射光学素子１において、入射光線が底面に入射した場合の反射光学素子１内での様子について、図１４を用いて説明する。図１４は、従来の反射光学素子１の光線反射を説明するための模式図である。図１４Ａは反射光学素子１をＸ軸方向から見た場合の光線の状態を示し、図１４Ｂは反射光学素子１をＺ軸方向から見た場合の光線の状態を示す。図１４に示す例では、入射光線は、下面Ａの点ａから入射し、その後、直進して側面Ｃ′の点ｂに到達して反射する。側面Ｃ′で反射した光線は、さらに、側面Ｂの点ｃで再び反射し、上面Ａ′の点ｄから出射する。図１４Ａに示すように、反射光学素子１へ入射角θ₁で入射した光線は、出射角θ₁で出射することが分かる。また、図１４Ｂに示すように、入射光線の下面Ａ（ＸＹ面）への射影は、出射光線の上面Ａ′（ＸＹ面）への射影と大きさが一致する。すなわち、図１４Ｂでは、入射光線の下面Ａへの射影は出射光線の上面Ａ′への射影と反平行状態にある。

以上をもとに、多数の反射光学素子１が配列された場合の結像のしくみについて、図１５を用いて説明する。図１５は、従来の反射光学素子１での２回反射及び結像を説明するための模式図である。図１５Ａは反射光学素子１，２をＸ軸方向から見た状態を示し、図１５Ｂは反射光学素子１，２をＺ軸方向から見た状態を示す。図１５に示す例では、点光源２０からの光線が、反射光学素子１及び２の下面Ａにそれぞれ入射する。反射光学素子１の下面Ａには点光源２０からの光線が入射角θ₁で入射する。この入射光線は既に説明したように、出射角θ₁で反射光学素子１の上面Ａ′から出射する。またこの際、図１５Ｂに示すように、出射光線の上面Ａ′（ＸＹ面）での方位は入射光線の下面Ａ（ＸＹ面）での方位を逆進している。また、反射光学素子２の下面Ａには点光源２０からの光線が入射角θ₂で入射し、反射光学素子２においても、出射角θ₂で反射光学素子２の上面Ａ′から出射する。以上のことから、２つの反射光学素子１，２からの出射光線は再び交差することとなる。
以上のように、点光源２０からの光線が反射光学素子１，２を経て再び集光し、２回反射像２１を作ることが分かる。図１５Ａに示すように、点光源２０と反射光学素子１，２の配列面（下面Ａ）との距離をＬとすると、距離Ｌは、像（ここでは、２回反射像２１）と反射光学素子１，２の配列面（上面Ａ′）との距離Ｌ′に等しく、像の位置は、反射光学素子１，２の配列面（厳密には、下面Ａ及び上面Ａ′の間の中央を通る面）に関して点光源２０の対称の位置となることが分かる。

以上の説明のように、像は、それぞれの反射光学素子１，２内で２回反射した光線（２回反射光線）から作られる。ところが、複数の反射光学素子１，２内で１回反射した光線（１回反射光線）によって１回反射像が作られることも知られている。これについて、図１６を用いて説明する。図１６は、従来の反射光学素子１，２での１回反射及び結像を説明するための模式図である。図１６Ａは反射光学素子１，２をＸ軸方向から見た状態を示し、図１６Ｂは反射光学素子１，２をＺ軸方向から見た状態を示す。図１６に示す例では、点光源２０からの光線が、反射光学素子１及び２の下面Ａにそれぞれ入射し、反射光学素子１，２の側面Ｃの点Ｐ，Ｑでそれぞれ１回反射した後、反射光学素子１，２の上面Ａ′から出射し、再び集光して像（１回反射像２２）を形成する。以上から分かるように、１回反射像２２は、反射光源素子１，２の下面Ａの辺に平行な方向（図１６ではＹ軸方向）から観察した際に顕著になる。
一方、２回反射像２１は、図１４，１５の説明から分かるように、反射光学素子１，２の下面Ａの対角線方向に強くなる。以上のように、２回反射像２１及び１回反射像２２はＸＹ面上で観察できる方向が異なるので、観察する方位を、反射光学素子１，２の底面Ａの対角線方向に設定することによって、２回反射像２１のみを見ることができる。

２回反射像２１の解像度は、反射光学素子１，２の大きさで決まる。このため、実用的には、底面Ａの１辺が０．５ｍｍ以下である反射光学素子１，２が求められる。一方、反射光学素子１，２の厚さ（Ｚ軸方向の高さ）が厚ければ、像の明るさが明るくなることが分かっている。従って、反射光学素子１，２は、小さな底面Ａと大きな厚さ（高さ）を有する高アスペクトな形状が求められる。他方、大きな立体像を得るためには、多数の反射光学素子１，２が配列された大きな面積（サイズ）を有する反射光学素子配列を作成する必要がある。

ところが、高アスペクトな微細形状の反射光学素子１，２を多数有する大きな面積の反射光学素子配列を一括で作成することは、製造方法上困難である。そこで、比較的小面積の小面積片を作成し、複数の小面積片を平面上で繋ぎ合わせて大面積化する方法が検討されている（例えば特許文献１参照）。これをタイリングと呼び、各小面積片をタイルと呼ぶ。
図１７及び図１８は、従来の反射光学素子のタイリング構成を説明するための模式図である。図１７ＡはタイルをＸ軸方向から見た状態を示し、図１７Ｂ及び図１８はタイルをＺ軸方向から見た状態を示す。特許文献１では、図１７に示すように、複数の反射光学素子１がＸＹ面上に配置された正方形のタイル３を作成し、このタイル３をＸＹ面上に複数配置して、より大きな面積の反射光学素子配列を得ることが提案されている。また、特許文献１では、図１８に示すように、複数の反射光学素子１が扇状に配置された扇状タイル４を作成し、扇状タイル４を複数組み合わせることで、ほぼ円形の反射光学素子配列を得ることが提案されている。ここで、タイル３，４の端部は反射板である側面が破断されており、そのままでは余計なノイズとなる反射光が生じ、本来の反射方向とは異なる方向へ乱反射する。これを防ぐため、特許文献１に、タイル３，４の端部に遮光処理を施して遮光部５を設け、余分な反射を抑えることが述べられている。

国際公開第２０１３／０６１６１９号

ところが、上述したタイリングで構成した反射光学素子配列には、反射像の輝度変動という問題が生じる。これについて、図１９及び図２０を用いて説明する。図１９及び図２０は、従来のタイリング構成での課題を説明するための模式図である。図１９Ａ及び図２０Ａは反射光学素子配列の斜視図であり、図１９Ｂ及び図２０ＢはＺ軸方向から見た反射光学素子配列の平面図である。図１９に示す反射光学素子配列１１ａは、図１７Ｂに示した正方形のタイル３を繋ぎあわせたものであり、図２０に示す反射光学素子配列１１ｂは、図１８に示した扇状タイル４を繋ぎあわせたものである。大面積（大サイズ）の立体像を結像する場合、元の物体は点光源２０の集まりと考えることができる。この際に、各タイル３，４の境界部分の直下に位置する点光源２０についても必ず考慮しなければならない。

図１９Ｂは、タイル３の境界部分の直下に点光源２０が位置する状況を示している。図１９に示す例では、点光源２０からの光線は、反射光学素子配列１１ａを通過した後、再び集光して像２１を作る。例えば、点光源２０からの光線ａ，ｂ，ｃは、反射光学素子配列１１ａの下面に入射し、反射光学素子配列１１ａ内の点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにて反射した後、反射光学素子配列１１ａの上面から出射し、集光して像２１を作る。また、光線ａ，ｂ，ｃは、像２１を作った後、ＸＹ面方位に関して図１９Ｂに示すように再び発散していく。このような反射光学素子配列１１ａにおいて、観察者は、Ｚ軸の周りを回るように、図１９Ｂ中の点Ａ，Ｂ，Ｃと移動すれば、光線ａ，ｂ，ｃを観察することができる。

図１９に示す例では、点光源２０がタイル３の境界部分の直下にあるので、光線ｂはこの境界部分からの反射光線であることが分かる。タイル３の境界部分はタイル３とタイル３との接合部であるので、ここでの反射率は、本来のタイル３（反射光学素子１）による反射率よりも低下する。すなわち、タイル３の境界部分では反射光学素子１が切断されているため、この切断面により本来とは異なる方向へ光線が散乱される。あるいは、タイル３の端部（端面）が遮光処理されているため、本来の反射率よりも低下する。このため、光線ｂの明るさは光線ａ，ｃと比べて暗い。従って、Ｚ軸の周りを移動しつつ点光源２０を観察した場合、像２１の輝度変動が生じる。

図２０に示すように、扇状タイル４にて構成された反射光学素子配列１１ｂにおいても、点光源２０からの光線ａ，ｂ，ｃは、反射光学素子配列１１ｂの下面に入射し、点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにて反射した後、上面から出射し、集光して像２１を作る。このような反射光学素子配列１１ｂにおいても、点光源２０からの光線ｂが反射する点Ｐｂが扇状タイル４の境界部分にあるので、光線ｂの輝度が低下する。よって、図２０に示す反射光学素子配列１１ｂにおいても、図１９に示す反射光学素子配列１１ａと同様に、Ｚ軸の周りを移動しつつ点光源２０を観察した場合、像２１の輝度変動が生じる。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものである。そして、その目的とするところは、タイリングにて構成した場合に生じる像の輝度変動を解消した光学素子及び表示装置を提供することにある。

本発明に係る光学素子は、平板状に形成された複数のタイルをそれぞれの一面を揃えて並べて構成された光学素子であって、前記タイルのそれぞれは、底面が正方形の四角柱形状を有する多数の反射光学素子をそれぞれの軸を前記タイルの厚み方向に揃えて配置して構成されており、前記反射光学素子の少なくとも２つの隣接する側面は反射面であり、前記タイルのそれぞれは前記一面の外形が三角形であり、前記タイルの外形の三角形は少なくとも２つ以上の相異なる三角形を含み、前記タイルの端面にはそれぞれ遮光部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、タイリングにて構成した光学素子において、視点を移動させた場合に生じる像の輝度変動を抑制することができる。

実施形態１の光学素子の斜視図である。実施形態１の光学素子の斜視図である。実施形態１の光学素子の作用を説明するための模式図である。実施形態１の光学素子の製造工程を示す模式図である。実施形態２の光学素子の斜視図である。実施形態２の光学素子の斜視図である。実施形態２の光学素子の作用を説明するための模式図である。実施形態３のタイルの斜視図である。実施形態３の光学素子の製造工程を示す模式図である。実施形態４のタイルの斜視図である。実施形態４のタイルの斜視図である。実施形態５の表示装置の斜視図である。従来の反射光学素子の構造を説明するための模式図である。従来の反射光学素子の光線反射を説明するための模式図である。従来の反射光学素子での２回反射及び結像を説明するための模式図である。従来の反射光学素子での１回反射及び結像を説明するための模式図である。従来の反射光学素子のタイリング構成を説明するための模式図である。従来の反射光学素子のタイリング構成を説明するための模式図である。従来のタイリング構成での課題を説明するための模式図である。従来のタイリング構成での課題を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
本発明の実施形態１の構成について説明する。図１及び図２は、実施形態１の光学素子の斜視図である。図１及び図２に示すように、実施形態１の反射光学素子配列１１は矩形平板状をなす。以下では、空間座標軸をＸＹＺ軸とし、反射光学素子配列１１の平面に沿った方向をＸＹ平面方向とし、反射光学素子配列１１の厚み方向をＺ軸方向として説明する。

実施形態１の反射光学素子配列（光学素子）１１は、複数のタイル６，７，８，９，１０をＸＹ平面上に並べて構成されている。各タイル６〜１０は、同じ厚さを有する平板状に形成されている。また、各タイル６〜１０の外形は、ＸＹ平面上で三角形をなしており、タイル６〜１０は、少なくとも２つ以上の異なる三角形に形成されている。また、各タイル６〜１０の端面（側面）には遮光処理が施された遮光部５が形成してあり、隣り合うタイル６〜１０の間は遮光部５で区切られている。さらに各タイル６〜１０は、複数の反射光学素子１から構成されている。反射光学素子１は、底面（下面）が正方形である四角柱形状を有し、底面をＸＹ平面上に配置し、軸（高さ方向）をＺ軸方向に一致させて配列されている。また、反射光学素子１の４つの側面のうちの少なくとも２つの隣接する側面は反射面となっている。反射光学素子１は、側面がＸＹ平面上のどの方向を向いていてもよい。例えば、図１に示すように、同一タイル６〜１０内で、全ての反射光学素子１が同じ方向を向いていてもよい。また、図２に示すように、反射光学素子１は、同一タイル６〜１０内で互いにＸＹ平面上の異なる方向を向いていてもよい。これは、２回反射像が、１つの反射光学素子１内で２回反射した反射光線によって生じるからである。各タイル６〜１０の外形は、例えばドロネー三角形を基に決めることができる。ＸＹ平面上にランダムに複数の点を配置し、これらを互いに結ぶことによってＸＹ平面を複数の三角形で分割できることが、ドロネー三角形分割として知られている。この手順を用いることにより、ＸＹ平面を複数の三角形のタイル６〜１０に分割することができる。

図３は、実施形態１の光学素子の作用を説明するための模式図である。図３Ａは反射光学素子配列１１の斜視図であり、図３Ｂは反射光学素子配列１１をＺ軸方向から見た平面図である。図３に示す反射光学素子配列１１は、ＸＹ平面上の外形がそれぞれドロネー三角形である複数のタイルで構成されている。ランダムな点をもとに複数のタイルに分割しているので、各タイルは形状の異なる三角形状を有する。さらに各タイルの境界部分には遮光処理を施した遮光部５が存在する。各タイルが不規則な三角形状であるので各遮光部５も不規則に配列されている。このため、反射光学素子配列１１の各点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃでそれぞれ反射した点光源２０からの光線ａ，ｂ，ｃは、どれも一様に遮光部５の影響を受ける。従って、遮光部５の影響が平均化されるので、視点がＺ軸の周りを点Ａ，Ｂ，Ｃと移動しても、像２１の輝度変動が生じない。なお、図３に示す反射光学素子配列１１では、各タイルは全て異なる形状のため、あらかじめ各形状を設計して全種類のタイルを作る必要がある。

次に、実施形態１の反射光学素子配列１１の製造方法について説明する。図４は、実施形態１の光学素子の製造工程を示す模式図である。図４中のＡ〜Ｅは製造工程の各プロセスでの反射光学素子配列１１の状態を示しており、それぞれの左側には各プロセスでの断面構造を示し、それぞれの右側には各プロセスでの外観を示す。実施形態１においては、ＬＩＧＡ（Lithographie Galvanoformung Abformung）プロセスを用いて反射光学素子配列１１を作成する。ＬＩＧＡプロセスは、Ｘ線露光を含むリソグラフィ、電鋳、成形（モールディング）を組み合わせた複合プロセスであり、高アスペクト比を持つ微細構造を製造するためのプロセスとして知られている。

まず、重金属パターンをマスクとするＸ線露光用マスクを作成する。そして、基板１９の一面に塗布されたＸ線感光レジスト２９に、Ｘ線露光用マスクを介してＸ線を照射し、図４Ａに示すようなパターンを形成する。Ｘ線感光レジスト２９には例えばＰＭＭＡ（polymenthyl methacrylate）が使用され、Ｘ線感光レジスト２９の厚さは数百μｍ程度とされる。Ｘ露光によってパターンが形成されるので、高アスペクト比のレジストパターンを形成することができる。
次に、図４Ａに示すパターンが形成されたＸ線感光レジスト２９の表面に電鋳を施すことにより、図４Ｂに示すような電鋳金型２３を作成する。電鋳金型２３の金属材にはニッケル等が用いられる。
次に、ホットエンボス処理によって樹脂表面を加熱しつつ電鋳金型２３を加圧することにより、図４Ｃに示すような成型樹脂２４を作成する。樹脂としては例えば、熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂等を用いることができる。
次に、図４Ｄに示すように、成型樹脂２４の表面に高反射金属層２５を形成する。高反射金属層２５としては、アルミニウムや銀等を用いることができる。高反射金属層２５は例えば、スパッタ法や真空蒸着法により成型樹脂２４の表面にコーティングすることができる。

この後、あらかじめ設計しておいたドロネー三角形の各形状に切削加工し、それぞれの三角形状を有するタイル６〜１０を作成する。図３に示す反射光学素子配列１１を製造する場合、１１種類の異なる三角形状のタイルを作成する必要がある。さらに、作成された各タイル６〜１０において、成型樹脂２４の裏面側を切削加工あるいは研磨加工して、高反射金属層２５が裏面側から見える状態にする。これにより、図４Ｅに示すように、複数の反射光学素子１が配列されたタイル６〜１０が完成する。なお、図４Ｅはタイル６のみを示す。
さらに、各タイル６〜１０の側面に黒色塗料をコートして遮光処理を行い、遮光部５を形成する。例えば、遮光処理は、成型樹脂２４の表面及び裏面（上面及び下面）をマスキングして黒色塗装することによって行われる。
このようにして作成されたタイル６〜１０を、例えば図３のレイアウトに従って組み合わせることにより、反射光学素子配列１１が完成する。これにより、視点が移動した際に輝度変動が少なく、大きな面積（サイズ）を有する反射光学素子配列１１を得ることができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２の構成について説明する。図５及び図６は、実施形態２の光学素子の斜視図であり、図７は、実施形態２の光学素子の作用を説明するための模式図である。図７Ａは実施形態２の反射光学素子配列１１の斜視図であり、図７Ｂは実施形態２の反射光学素子配列１１をＺ軸方向から見た平面図である。実施形態２の反射光学素子配列１１は、各タイル６〜１０の形状が、実施形態１の反射光学素子配列１１と異なる。その他の構成については上述の実施形態１と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

実施形態２の反射光学素子配列１１では、各タイル６〜１０は、ＸＹ平面上の外形が２種類以上の幾何形状をなすように形成されている。例えば、図５及び図６に示す反射光学素子配列１１は、矩形のタイル６と三角形のタイル７〜１０とで構成されている。また、平面を２種類以上の幾何形状に分割する場合に、幾何形状の組み合わせを選べば、非周期的に配置された各幾何形状に分割できることが知られている。このことから、図７に示す反射光学素子配列１１は、ペンタローズタイルと呼ばれるもので、ダーツとカイトと呼ばれる２種類の幾何形状の基本単位１７，１８に分割されている。すなわち、図７に示す反射光学素子配列１１は、基本単位１７，１８の形状にそれぞれ形成された複数のタイルが非周期的に配置されることによって構成されている。なお、図７に示す配置以外でも、平面を構成する各幾何形状の非周期的な配置が多数知られている。

実施形態２の反射光学素子配列１１においても、各タイル６〜１０は、複数の反射光学素子１から構成されている。また、反射光学素子１は、図５に示すように、同一タイル６〜１０内で全て同じ方向を向いていてもよいし、図６に示すように、同一タイル６〜１０内で互いにＸＹ平面上の異なる方向を向いていてもよい。さらに、各タイル６〜１０の端面（側面）には遮光部５が設けられている。

図７に示す反射光学素子配列１１は、ＸＹ平面上の外形が２種類の幾何形状（基本単位１７，１８）である複数のタイルを非周期的に配置して構成されている。各タイルが非周期的に配置されるので、各タイルの境界部分の形状が複雑になり、各タイルの境界部分に位置する遮光部５も不規則な配置となる。このため、実施形態１と同様に、実施形態２の反射光学素子配列１１における各点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃでそれぞれ反射した点光源２０からの光線ａ，ｂ，ｃは、どれも一様に遮光部５の影響を受ける。従って、遮光部５の影響が平均化されるので、視点がＺ軸の周りを点Ａ，Ｂ，Ｃと移動した場合に生じる各光線ａ，ｂ，ｃの輝度変動が抑制される。なお、実施形態２の反射光学素子配列１１では、少ない種類のタイルによる構成が可能であり、作成するタイルの種類を少数で済ますことができる。例えば、図７に示す反射光学素子配列１１では、２種類の幾何形状のタイルを作成すればよい。よって、実施形態２では、より簡単な設計によって、視点がＺ軸の周りを移動した場合に生じる像２１の輝度変動を抑制することができる。

次に、実施形態２の反射光学素子配列１１の製造方法について説明する。実施形態２の反射光学素子配列１１は、上述の実施形態１と同様にＬＩＧＡプロセスにて作成できる。ただし、実施形態１では、図３に示す反射光学素子配列１１を製造する場合、１１種類のタイルを作成する必要があった。一方、実施形態２では、図７に示す反射光学素子配列１１を製造する場合、基本単位１７，１８の形状を有する２種類のタイルを作成するだけでよい。すなわち、実施形態２では、図４Ｄに示した表面に高反射金属層２５が形成された成型樹脂２４を、基本単位１７，１８の各形状に切削加工し、各形状を有する２種類のタイルを作成する。なお、作成された各タイルに対して、成型樹脂２４の裏面側を切削加工あるいは研磨加工し、さらに、各タイルの側面に遮光部５を形成する。
このようにして作成された２種類のタイルを、例えば図７のレイアウトに従って組み合わせることにより、視点が移動した際に輝度変動が少なく、大きな面積（サイズ）を有する反射光学素子配列１１を得ることができる。

（実施形態３）
本発明の実施形態３の構成について説明する。実施形態３は、実施形態１の変形例であり、各タイルの構成が、実施形態１とは異なる。その他の構成については実施形態１と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態３の反射光学素子配列１１は、実施形態１と同様に、複数のタイルから構成されており、各タイルの外形は、ＸＹ平面上で三角形をなしており、各タイルの端面（側面）には遮光部５が形成してある。

図８は、実施形態３のタイルの斜視図である。実施形態３の反射光学素子配列１１では、各タイルは、Ｚ軸方向に積層された上部タイル１２及び下部タイル１３から構成されている。なお、図８の左側にはタイル６を示し、右側には上部タイル１２と下部タイル１３とを分離した状態を示す。図８に示すタイル６では、上部タイル１２はＸ軸方向に延伸する複数のミラー（反射光学素子）１４を有し、下部タイル１３はＹ軸方向に延伸する複数のミラー（反射光学素子）１４を有する。上部タイル１２のミラー１４は、それぞれの反射面をＸＹ平面に直交させて、Ｘ軸に平行に配置してあり、下部タイル１３のミラー１４は、それぞれの反射面をＸＹ平面に直交させて、Ｙ軸に平行に配置してある。ここで、上部タイル１２のミラー１４の延伸方向と下部タイル１３のミラー１４の延伸方向とは、互いに直交していればよく、任意の延伸方向を選択することができる。

実施形態３のタイル６では、上部タイル１２及び下部タイル１３がＺ軸方向に積層されているため、タイル６の下面から入射した点光源からの光線は、下部タイル１３のミラー１４の反射面で１回反射し、その後、上部タイル１２のミラー１４の反射面でさらに反射する。これにより、実施形態３のタイル６においても、図１５で説明した２回反射像２１を得ることができる。
また、実施形態３の各タイルは、実施形態１と同様にドロネー三角形分割によって、ＸＹ平面上の外形がそれぞれ異なる三角形状に形成されているので、各タイルの境界部分に位置する各遮光部５も不規則に配列されている。従って、実施形態１と同様に、視点がＺ軸の周りを移動した際に生じる像の輝度変動が抑制される。

次に、実施形態３の反射光学素子配列１１の製造方法について説明する。図９は、実施形態３の光学素子の製造工程を示す模式図である。図９中のＡ〜Ｅは製造工程の各プロセスでの反射光学素子配列１１の外観を示す。実施形態３では、はじめに透明基板２６上に高反射金属層２５を形成し、一面に高反射金属層２５が形成された透明基板２６を複数作成する。そして、高反射金属層２５が形成された複数の透明基板２６を高反射金属層２５の向きを揃えて接着させ、図９Ａに示すような積層体２７を作成する。
次に、例えば、図９Ａに破線で示すような切断線Ｘ−Ｘ′及びＹ−Ｙ′に沿って積層体２７を切断して積層体２７の薄片を生成し、生成した薄片の一方の切断面を研磨する。
次に、薄片の研磨した切断面に透明基板２６を貼りつけて、薄片の他方の切断面を研磨する。これにより、図９Ｂに示す薄片化積層体２８を得ることができる。
次に、薄片化積層体２８を２つ用意し、それぞれの高反射金属層２５の延伸方向（長手方向）が互いに直交する状態で、高反射金属層２５同士を貼り合わせる。この時、２つの薄片化積層体２８は、光硬化接着剤等を用いて接合することができる。このようにして、図９Ｃに示す構成を得ることができる。なお、２つの薄片化積層体２８の一方が上部タイル１２を構成し、他方が下部タイル１３を構成する。

この後、あらかじめ設計しておいたドロネー三角形の各形状に切削加工し、それぞれの三角形状を有するタイル６〜１０を作成する。例えば、図３に示す反射光学素子配列１１を製造する場合、１１種類の異なる三角形状のタイルを作成する。なお、図９Ｄはタイル６のみを示す。また、作成された各タイル６〜１０において、上部タイル１２及び下部タイル１３（薄片化積層体２８）における高反射金属層２５が、図８に示した上部タイル１２及び下部タイル１３のミラー１４となる。
さらに、それぞれ作成した各タイルの側面を黒色樹脂で塗装し、遮光部５を形成する。例えば、遮光処理は、タイルの上面及び下面をマスキングして黒色塗装することによって行われる。これにより、図９Ｅに示すタイル６を得ることができる。
このようにして作成されたタイル６〜１０を、例えば図３のレイアウトに従って組み合わせることにより、大きな面積（サイズ）を有する反射光学素子配列１１を得ることができる。また、得られた反射光学素子配列１１は、視点の移動に伴う輝度変動が少ないものである。

（実施形態４）
本発明の実施形態４の構成について説明する。実施形態４は、実施形態２の変形例であり、各タイルの構成が、実施形態２とは異なり、実施形態３と同様である。その他の構成については実施形態２と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１０及び図１１は、実施形態４のタイルの斜視図であり、それぞれの左側にはタイル６を示し、それぞれの右側には上部タイル１２と下部タイル１３とを分離した状態を示す。

実施形態４の各タイル６〜１０は、実施形態２と同様に、ＸＹ平面上の外形が２種類以上の幾何形状（基本単位１７，１８）をなすように形成されている。例えば、図１０に示すタイル６は、図７に示した基本単位１７の形状に形成されており、図１１に示すタイル６は、図７に示した基本単位１８の形状に形成されている。また、実施形態４の反射光学素子配列１１は、実施形態２と同様に、各タイル６〜１０が非周期的に配置されることによって構成されている。実施形態４の各タイル６〜１０は、実施形態３と同様に、Ｚ軸方向に積層された上部タイル１２及び下部タイル１３を有し、上部タイル１２及び下部タイル１３はそれぞれＸ軸方向、またはＹ軸方向に延伸する複数のミラー１４を有する。なお、実施形態４においても、上部タイル１２のミラー１４の延伸方向と下部タイル１３のミラー１４の延伸方向とは互いに直交していればよく、適宜の延伸方向を選択することができる。

上述した構成により、実施形態４の各タイル６〜１０においても、図１５で説明した２回反射像２１を得ることができる。
また、実施形態４においても、各タイル６〜１０が非周期的に配置されるので、実施形態２と同様に、各タイル６〜１０の境界部分に位置する各遮光部５も不規則に配列されている。従って、視点がＺ軸の周りを移動した際に生じる像の輝度変動が抑制される。なお、実施形態４の反射光学素子配列１１においても、少ない種類のタイルによる構成が可能であり、作成するタイルの種類を少数で済ますことができる。

次に、実施形態４の反射光学素子配列１１の製造方法について説明する。実施形態４の反射光学素子配列１１は、上述の実施形態３と同様の製造工程にて作成できる。ただし、実施形態４では、図９Ｃに示した接合された２つの薄片化積層体２８を、基本単位１７，１８の各形状に切削加工し、各形状を有する２種類のタイルを作成する。よって、実施形態４では、基本単位１７，１８の形状を有する２種類のタイルを作成するだけでよい。なお、作成された各タイルの側面に遮光部５を形成する。
このようにして作成された２種類のタイルを、例えば図７のレイアウトに従って組み合わせることにより、大きな面積（サイズ）を有する反射光学素子配列１１を得ることができる。また、得られた反射光学素子配列１１は、視点の移動に伴う輝度変動が少ないものである。

（実施形態５）
本発明の実施形態５の構成について説明する。実施形態５では、本発明に係る表示装置について説明する。図１２は、実施形態５の表示装置の斜視図である。実施形態５の表示装置は、上述の実施形態１〜４のいずれかの反射光学素子配列１１と、表示素子１５とを備える。図１２に示す表示装置では、反射光学素子配列１１の下部に表示素子１５が配置されている。表示素子１５としては、液晶表示パネルや有機ＥＬ（electroluminescence ）パネル等を用いることができる。

表示素子１５のそれぞれの点から発せられた光線は、図１２に示すように、反射光学素子配列１１にて反射した後、表示素子像１６を作る。表示素子１５にて表示される内容を変更することにより、表示素子像１６の内容を変えることができる。
上述した実施形態１〜４の反射光学素子配列１１では、Ｚ軸を中心とした視点の移動に伴う輝度変動が少ないので、反射光学素子配列１１の下部に表示素子１５を配置して、表示素子像１６を観察した場合、視点を動かした場合であっても、表示素子像１６の輝度変動は観察できなかった。
以上のように、実施形態５の表示装置では、輝度変動が抑制された表示素子像１６を得ることができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１反射光学素子
５遮光部
６〜１０タイル
１１反射光学素子配列（光学素子）
１２上部タイル
１３下部タイル
１４ミラー
１５表示素子

Claims

平板状に形成された複数のタイルをそれぞれの一面を揃えて並べて構成された光学素子であって、
前記タイルのそれぞれは、底面が正方形の四角柱形状を有する多数の反射光学素子をそれぞれの軸を前記タイルの厚み方向に揃えて配置して構成されており、
前記反射光学素子の少なくとも２つの隣接する側面は反射面であり、
前記タイルのそれぞれは前記一面の外形が三角形であり、前記タイルの外形の三角形は少なくとも２つ以上の相異なる三角形を含み、
前記タイルの端面にはそれぞれ遮光部が設けられている
ことを特徴とする光学素子。
平板状に形成された複数のタイルをそれぞれの一面を揃えて並べて構成された光学素子であって、
前記タイルのそれぞれは、前記タイルの厚み方向に積層された上部タイル及び下部タイルを有し、
前記上部タイルは、ミラーで構成された多数の反射光学素子をそれぞれの反射面を前記タイルの厚み方向で揃えて、前記厚み方向に垂直な一方向に平行に配置して構成されており、
前記下部タイルは、ミラーで構成された多数の反射光学素子をそれぞれの反射面を前記タイルの厚み方向で揃えて、前記厚み方向及び前記一方向に直交する方向に平行に配置して構成されており、
前記タイルのそれぞれは前記一面の外形が三角形であり、前記タイルの外形の三角形は少なくとも２つ以上の相異なる三角形を含み、
前記タイルの端面にはそれぞれ遮光部が設けられている
ことを特徴とする光学素子。
平板状に形成された複数のタイルをそれぞれの一面を揃えて並べて構成された光学素子であって、
前記タイルのそれぞれは、底面が正方形の四角柱形状を有する多数の反射光学素子をそれぞれの軸を前記タイルの厚み方向に揃えて配置して構成されており、
前記反射光学素子の少なくとも２つの隣接する側面は反射面であり、
前記タイルのそれぞれは、前記一面の外形が２種類以上の幾何形状に形成してあり、それぞれの前記一面を揃えて非周期的に配置してあり、
前記タイルの端面にはそれぞれ遮光部が設けられている
ことを特徴とする光学素子。
平板状に形成された複数のタイルをそれぞれの一面を揃えて並べて構成された光学素子であって、
前記タイルのそれぞれは、前記タイルの厚み方向に積層された上部タイル及び下部タイルを有し、
前記上部タイルは、ミラーで構成された多数の反射光学素子をそれぞれの反射面を前記タイルの厚み方向で揃えて、前記厚み方向に垂直な一方向に平行に配置して構成されており、
前記下部タイルは、ミラーで構成された多数の反射光学素子をそれぞれの反射面を前記タイルの厚み方向で揃えて、前記厚み方向及び前記一方向に直交する方向に平行に配置して構成されており、
前記タイルのそれぞれは、前記一面の外形が２種類以上の幾何形状に形成してあり、それぞれの前記一面を揃えて非周期的に配置してあり、
前記タイルの端面にはそれぞれ遮光部が設けられている
ことを特徴とする光学素子。
請求項１から４までのいずれかひとつに記載の光学素子と、
表示素子とを備えることを特徴とする表示装置。