JPWO2016132984A1 - Optical element, reflective aerial imaging element using the same, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
被投影物の実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして大型化できる光学素子を提供することを目的とする。平面視矩形の平板状に形成され、その厚み方向に平行な反射面2を所定周期で平行に配した光学素子1であって、光学素子1は、多角形の平面形状に形成された第1小片部3と、直角二等辺三角形の平面形状に形成され、第1小片部3の四隅に配された複数の第2小片部4と、を備え、第1小片部3はその一辺に平行な反射面2を有し、第2小片部4はその直交する二辺に対して傾斜する反射面2を有し、第1小片部3の反射面2と第2小片部4の反射面2とが互いに平行になるように、第1小片部3の反射面4に垂直な辺31及び第1小片部3の反射面2に平行な辺31に第2小片部4の斜辺41が接合されている。An object of the present invention is to provide an optical element capable of reducing the size of a useless area that is not used for forming a real image of a projection object and increasing the size. An optical element 1 which is formed in a flat plate shape having a rectangular shape in plan view and is arranged in parallel with a reflective surface 2 parallel to the thickness direction at a predetermined period, and the optical element 1 is a first formed in a polygonal planar shape. A small piece portion 3 and a plurality of second small piece portions 4 formed in a planar shape of a right isosceles triangle and arranged at four corners of the first small piece portion 3, the first small piece portion 3 being parallel to one side thereof The second small piece portion 4 has a reflective surface 2 that is inclined with respect to the two orthogonal sides, the reflective surface 2 of the first small piece portion 3 and the reflective surface 2 of the second small piece portion 4. The hypotenuse 41 of the second small piece 4 is joined to the side 31 perpendicular to the reflective surface 4 of the first small piece 3 and the side 31 parallel to the reflective surface 2 of the first small piece 3 so that they are parallel to each other. Yes.
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、反射型空中結像素子に用いられる光学素子及びこれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a reflective aerial imaging element that forms a real image of a projection object in the air, an optical element used for the reflective aerial imaging element, and a method of manufacturing the same.
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。図15は従来の反射型空中結像素子の平面図を示している。反射型空中結像素子10は平面形状が正方形の2枚の平板状の光学素子1を上下に重ねて形成され、各々の光学素子1の内部には光学素子1の一辺及び厚み方向に平行な反射面2が所定周期で平行に配されている。2枚の光学素子1を反射面2が互いに直交するように接合して反射型空中結像素子10が形成される。
A conventional reflective aerial imaging element is disclosed in
上記構成の反射型空中結像素子10において、下方の光学素子1よりも下方に被投影物を配置して被投影物に向けて光を照射すると、被投影物で反射した光の一部は下方の光学素子1に下面の入射面18から入射し、反射面2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2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から出射し、反射型空中結像素子10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。
In the reflective
この時、図15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に対して両光学素子1の反射面2が45゜傾斜すると、空中映像の視認性を最良にできる。
At this time, as shown in FIG. 15, when the
また、特許文献2には、複数の平板状の反射型空中結像素子を端面で接合して大型の平板状の反射型空中結像素子を形成することが記載されている。すなわち、複数の反射型空中結像素子を用いてタイリングすることが記載されている。これにより、大型の映像を空中に浮かんだ状態で表示することができる。
しかしながら、上記特許文献1のように反射面2が光学素子1の一辺に平行に配置されている反射型空中結像素子10によると、空中映像の視認性を最良にするために視線方向ELに対して反射面2を傾斜させて配置する必要があり、空中映像の形成領域が狭くなってしまう。これは、被投影物は使用者に一辺が面した矩形に形成される場合が多いためである。すなわち、反射面2が視線方向ELに対して傾斜すると、反射型空中結像素子10内の使用者に一辺が面した矩形領域30(図中、一点鎖線で示す)が被投影物の実像の結像に使用される。このため、被投影物の実像の結像に使用されない無駄な無効領域40が矩形領域30の外側に形成される。したがって、被投影物の実像の結像に有効な領域を大きくしようとすると、反射型空中結像素子10全体を無効領域40も含めて更に大きくする必要がある。
However, according to the reflective
また、特許文献2のようにタイリングにより反射型空中結像素子を大型化する場合には、被投影物の実像の結像に使用されない無駄な無効領域40が一層大きくなる。
In addition, when the reflective aerial imaging element is enlarged by tiling as in
本発明は、結像に使用されない無駄な領域を小さくして容易に大型化できる光学素子及びそれを用いた反射型空中結像素子を提供することを目的とする。また本発明は、結像に使用されない無駄な領域を小さくして容易に大型化できる光学素子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。 An object of the present invention is to provide an optical element that can be easily enlarged by reducing a useless area that is not used for imaging, and a reflective aerial imaging element using the optical element. It is another object of the present invention to provide an optical element that can reduce a useless area that is not used for imaging and can be easily enlarged, and a method for manufacturing a reflective aerial imaging element.
上記目的を達成するために本発明は、平面視矩形の平板状に形成され、その厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した光学素子であって、
前記光学素子は、
多角形の平面形状に形成された第1小片部と、
直角二等辺三角形の平面形状に形成され、前記第1小片部の四隅に配された複数の第2小片部と、
を備え、
前記第1小片部はその一辺に平行な前記反射面を有し、
前記第2小片部はその直交する二辺に対して傾斜する前記反射面を有し、
前記第1小片部の前記反射面と前記第2小片部の前記反射面とが互いに平行になるように、前記第1小片部の前記反射面に垂直な辺及び前記第1小片部の前記反射面に平行な辺に前記第2小片部の斜辺が接合されていることを特徴としている。In order to achieve the above object, the present invention is an optical element which is formed in a flat plate shape having a rectangular shape in plan view, and has a reflecting surface parallel to the thickness direction arranged in parallel at a predetermined cycle,
The optical element is
A first small piece formed in a polygonal planar shape;
A plurality of second small pieces formed in a planar shape of a right-angled isosceles triangle and arranged at four corners of the first small pieces;
With
The first small piece portion has the reflective surface parallel to one side thereof,
The second small piece portion has the reflective surface inclined with respect to the two orthogonal sides,
The side of the first small piece portion perpendicular to the reflective surface and the reflection of the first small piece portion so that the reflective surface of the first small piece portion and the reflective surface of the second small piece portion are parallel to each other. The oblique side of the second small piece portion is joined to a side parallel to the surface.
また本発明は、厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した平板状の光学素子の製造方法において、
少なくとも一方の面に前記反射面を設けた複数の透明板を積層して前記反射面に垂直な面が正方形である第1積層ブロックを形成する第1積層ブロック形成工程と、
一の前記第1積層ブロックを前記反射面に垂直な正方形の面の両方の対角線で切断し、底面が直角二等辺三角形である三角柱の第2積層ブロックを複数形成する第2積層ブロック形成工程と、
前記第1積層ブロックの前記反射面と複数の前記第2積層ブロックの前記反射面とが互いに平行になるように、前記第1積層ブロックの前記反射面に垂直な対向する二面上及び前記反射面に平行な対向する二面上に前記第2積層ブロックの斜面を接合して接合ブロックを形成する接合ブロック形成工程と、
前記接合ブロックを前記反射面に垂直な方向に沿って所定周期で切断する接合ブロック切断工程と、
を備えることを特徴としている。The present invention also relates to a method for manufacturing a flat optical element in which reflective surfaces parallel to the thickness direction are arranged in parallel at a predetermined period.
A first laminated block forming step of laminating a plurality of transparent plates provided with the reflecting surface on at least one surface to form a first laminated block having a square surface perpendicular to the reflecting surface;
A second laminated block forming step of cutting one of the first laminated blocks along both diagonal lines of a square surface perpendicular to the reflecting surface to form a plurality of triangular laminated second laminated blocks whose bottom faces are right-angled isosceles triangles; ,
On the two opposing surfaces perpendicular to the reflective surface of the first laminated block and the reflective so that the reflective surface of the first laminated block and the reflective surfaces of the plurality of second laminated blocks are parallel to each other A joining block forming step of joining the slope of the second laminated block on two opposing faces parallel to the face to form a joining block;
A joining block cutting step for cutting the joining block at a predetermined cycle along a direction perpendicular to the reflecting surface;
It is characterized by having.
また本発明は、厚み方向に平行な反射面を所定周期で平行に配した平板状の光学素子を厚み方向に2つ並設し、2つの前記光学素子の前記反射面が直交する反射型空中結像素子の製造方法において、
少なくとも一方の面に前記反射面を設けた複数の透明板を積層して前記反射面に垂直な面が正方形である第1積層ブロックを形成する第1積層ブロック形成工程と、
一の前記第1積層ブロックを前記反射面に垂直な正方形の面の両方の対角線で切断し、底面が直角二等辺三角形である三角柱の第2積層ブロックを複数形成する第2積層ブロック形成工程と、
前記第1積層ブロックの前記反射面と複数の前記第2積層ブロックの前記反射面とが互いに平行になるように、前記第1積層ブロックの前記反射面に垂直な対向する二面上及び前記反射面に平行な対向する二面上に前記第2積層ブロックの斜面を接合して接合ブロックを形成する接合ブロック形成工程と、
前記接合ブロックを前記反射面に垂直な方向に沿って所定周期で切断して複数の前記光学素子を形成する接合ブロック切断工程と、
複数の前記光学素子を厚み方向に接合する光学素子接合工程と、
を備えることを特徴としている。The present invention also provides a reflective aerial in which two planar optical elements having reflective surfaces parallel to the thickness direction arranged in parallel at a predetermined period are arranged in parallel in the thickness direction, and the reflective surfaces of the two optical elements are orthogonal to each other. In the manufacturing method of the imaging element,
A first laminated block forming step of laminating a plurality of transparent plates provided with the reflecting surface on at least one surface to form a first laminated block having a square surface perpendicular to the reflecting surface;
A second laminated block forming step of cutting one of the first laminated blocks along both diagonal lines of a square surface perpendicular to the reflecting surface to form a plurality of triangular laminated second laminated blocks whose bottom faces are right-angled isosceles triangles; ,
On the two opposing surfaces perpendicular to the reflective surface of the first laminated block and the reflective so that the reflective surface of the first laminated block and the reflective surfaces of the plurality of second laminated blocks are parallel to each other A joining block forming step of joining the slope of the second laminated block on two opposing faces parallel to the face to form a joining block;
A joining block cutting step of cutting the joining block at a predetermined period along a direction perpendicular to the reflecting surface to form a plurality of the optical elements;
An optical element bonding step of bonding a plurality of the optical elements in the thickness direction;
It is characterized by having.
本発明によると、多角形の平面形状に形成されるとともに反射面が一辺に平行な第1小片部と、直角二等辺三角形の平面形状に形成され直交する二辺に対して反射面が傾斜するとともに四隅に配された複数の第2小片部とを有する。そして、第1小片部の反射面と第2小片部の反射面とが互いに平行になるように第1小片部の反射面に垂直な辺及び反射面に平行な辺に第2小片部の斜辺を接合している。これにより、被投影物の実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして光学素子及び反射型空中結像素子を大型化することができる。 According to the present invention, the reflection surface is inclined with respect to the first small piece portion that is formed in a polygonal planar shape and the reflection surface is parallel to one side, and the two sides that are orthogonal to each other and are formed in a planar shape of a right isosceles triangle. And a plurality of second small pieces arranged at the four corners. And the hypotenuse of the second small piece on the side perpendicular to the reflective surface of the first small piece and the side parallel to the reflective surface so that the reflective surface of the first small piece and the reflective surface of the second small piece are parallel to each other Are joined. As a result, it is possible to increase the size of the optical element and the reflective aerial imaging element by reducing a useless area that is not used for imaging a real image of the projection object.
また本発明によると、第1積層ブロック形成工程、第2積層ブロック形成工程、接合ブロック形成工程及び接合ブロック切断工程を備える。これにより、被投影物の実像の結像に使用されない無駄な領域が小さい光学素子及び反射型空中結像素子の製造効率を向上させることができる。 Moreover, according to this invention, a 1st lamination | stacking block formation process, a 2nd lamination | stacking block formation process, a joining block formation process, and a joining block cutting process are provided. Thereby, it is possible to improve the manufacturing efficiency of the optical element and the reflective aerial imaging element that have a small useless area that is not used for imaging the real image of the projection object.
<第1実施形態>
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。説明の便宜上、前述の図15に示す従来例と同様の部分には同一の符号を付している。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。X方向、Y方向及びZ方向はそれぞれ光学素子1の奥行方向、幅方向及び厚み方向を示している。また、図2において矢印Pは光路を示している。<First Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For convenience of explanation, the same reference numerals are assigned to the same parts as those in the conventional example shown in FIG. FIG. 1 is a perspective view of an aerial image display apparatus provided with the reflective aerial imaging element of the first embodiment. FIG. 2 shows an enlarged perspective view of the main part of FIG. The X direction, the Y direction, and the Z direction indicate the depth direction, the width direction, and the thickness direction of the
空中映像表示装置100は反射型空中結像素子10及び光源20を有する。反射型空中結像素子10は平面形状が正方形の平板状の光学素子1を厚み方向(Z方向)に複数(本実施形態では2枚)並設して形成される。光学素子1は例えばガラスにより形成される。なお、アクリル樹脂等の透明な樹脂により光学素子1を形成してもよい。
The aerial
光学素子1の内部には厚み方向に平行な反射面2(図2参照)が所定周期(例えば、約0.4mm周期)で平行に配されている。すなわち、複数の反射面2は厚み方向に垂直な方向に所定周期で並設される。また、隣接する一対の光学素子1の反射面2は互いに直交している。
Inside the
光学素子1の並設方向(Z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が設けられる。補強板5は光学素子1と同じ材質のガラスにより形成される。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、補強板5の材質は光学素子1の材質と異なってもよい。
A transparent reinforcing plate 5 that covers the
光源20は一方の光学素子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。なお、CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)により光源20を形成してもよい。
The
図3は反射型空中結像素子10の平面図を示し、図4は光学素子1の斜視図を示している。光学素子1及び反射型空中結像素子10の平面形状は一辺の長さが約283mmの正方形に形成される。光学素子1は第1小片部3及び複数の第2小片部4を有する。第1小片部3は正方形の平面形状に形成されるとともに反射面2が一辺31に平行になっている。第2小片部4は直角二等辺三角形の平面形状に形成され、直交する二辺42、43に対して反射面2が傾斜するとともに光学素子1の四隅に配される。この時、第1小片部3の反射面2と第2小片部4の反射面2とが互いに平行になるように、第1小片部3の反射面2に垂直な辺31及び反射面2に平行な辺31に、第2小片部4の斜辺41が接合されている。第2小片部4の斜辺41は第1小片部3の一辺31と同じ長さに形成される。
FIG. 3 is a plan view of the reflective
また、第2小片部4の直交する二辺42、43に対して反射面2は45°傾斜している。一方の光学素子1の反射面2と他方の光学素子1の反射面2とが互いに直交するように一対の光学素子1を互いに接合して反射型空中結像素子10が形成される。
Further, the reflecting
上記構成の空中映像表示装置100において、一方の光学素子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1、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で反射し、矢印P(図2参照)で示すように、反射した光の一部は下方の光学素子1に下面の入射面18から入射し、下方の光学素子1の反射面2で反射した後に上方の光学素子1に入射する。
In the aerial
上方の光学素子1の反射面2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に対して被投影物と面対象の位置の空中で被投影物の実像(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。
The light reflected by the reflecting
この時、第2小片部4の直交する二辺42、43に対して反射面2は45°傾斜している。このため、光学素子1の全ての反射面2が光学素子1の1つの辺に対して45°傾斜している。よって、被投影物が使用者に一辺が面した矩形に形成される場合に反射型空中結像素子10の全域を被投影物OBの実像の結像のために使用することができる。したがって、反射型空中結像素子10において、被投影物OBの実像の結像に使用されない無駄な領域(不使用領域)を小さくすることができ、結像に有効な領域(使用領域)の面積がより大きい反射型空中結像素子10を容易に得ることができる。
At this time, the reflecting
以上のような反射型空中結像素子10を使用して、例えば被投影物OBが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。
Using the reflective
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。
The projection object OB is not limited to a two-dimensional image, and may be a three-dimensional object. The projection object OB may be an image displayed on a display device such as a liquid crystal panel. At this time, the light source incorporated in the display device can be used without the
図5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の製造工程は第1積層ブロック形成工程、第2積層ブロック形成工程、接合ブロック形成工程、接合ブロック切断工程、研磨工程、光学素子接合工程及び補強板接合工程を備えている。また、第1積層ブロック形成工程は反射面形成工程、積層工程、原ブロック材切断工程を有している。
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the reflective
反射面形成工程では図6に示すように、平面形状が矩形のガラスから成る透明板11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2を形成する。本実施形態では反射面2は厚みが100nmのアルミニウムを透明板11上に配して形成される。なお、透明板11の片面のみに反射面2を形成してもよい。
In the reflecting surface forming step, as shown in FIG. 6, the reflecting
透明板11の製造方法に特に限定はないが、例えばフュージョン法を用いることができる。フュージョン法は、上面を開口して断面形状が下端を絞るハート形状の樋に溶けたガラスを入れ、樋の上面から溢れ出たガラスが下方へ流れ出て樋の下方で一体になる方法である。これにより、ガラス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。
Although the manufacturing method of the
本実施形態では透明板11の短手方向の長さ、長手方向の長さ及び厚みはそれぞれ200mm、400mm及び0.4mmになっている。なお、ガラスに替えて、例えばアクリル樹脂等の透明な樹脂により透明板11を形成してもよい。
In the present embodiment, the length in the short direction, the length in the longitudinal direction, and the thickness of the
積層工程では、図7に示すように、エポキシ系等の接着剤を用いて複数の透明板11を接着し、反射面2に垂直な方向に積層する。この時、透明板11間に所定の粒径のスペーサを挟んでもよい。本実施形態では、スペーサとして平均粒径が約10μmのシリカ粒子を用い、480枚の透明板11を積層している。これにより、隣接する透明板11間に厚さ約16.5μmの接着層が形成される。スペーサにより、反射面2同士の平行を維持しながら接着層の厚みを揃えることができる。なお、接着剤はエポキシ系の接着剤に限定されず、例えばアクリル系の接着剤でもよい。
In the laminating step, as shown in FIG. 7, a plurality of
そして、接着剤が硬化するまでの間、図7における最上段の透明板11の反射面2から下方に向けて所定の圧力を加える。
Then, a predetermined pressure is applied downward from the reflecting
これにより、直方体形状の原ブロック材13が形成される。この時、原ブロック材13の反射面2に垂直な方向の長さ(積層方向LMの長さ)は約200mmに形成される。原ブロック材13の積層方向LMの長さD1と透明板11の長辺の長さD2との比は1:2になっている。
Thereby, the rectangular parallelepiped
原ブロック材切断工程では、例えばワイヤーソー(不図示)を用いて原ブロック材13を切断線C1(図7参照)に沿って切断する。ワイヤーソーに替えて、スライサー等を用いて原ブロック材13を切断してもよい。切断線C1は透明板11の長辺の中央を通るように形成される。これにより、透明板11の長辺の中央で積層方向LMに沿って原ブロック材13が切断され、図8に示すように、2つの立方体形状の第1積層ブロック14が形成される。
In the original block material cutting step, the
この時、原ブロック材13の切断面から成る第1積層ブロック14の周面14aは正方形になっており、反射面2及び周面14aに垂直な周面14bも正方形になっている。後述するように、光学素子1の入射面18及び出射面19は周面14aまたは周面14bに平行に形成される。入射面18及び出射面19が周面14aに平行に形成される場合には周面14bが長方形でもよく、周面14bに平行に形成される場合には周面14aが長方形でもよい。
At this time, the
また、原ブロック材13の長さD1、D2(図7参照)の比は1:2に形成されるため、原ブロック材切断工程によって周面14bが正方形の第1積層ブロック14を複数同時に形成できる。
Further, since the ratio of the lengths D1 and D2 (see FIG. 7) of the
第2積層ブロック形成工程では、一方の第1積層ブロック14を反射面2に垂直な周面14bの両方の対角線に沿った切断線C2で切断する。第1積層ブロック14の切断にはワイヤーソーやスライサー等が用いられる。これにより、図9に示すように底面15cが直角二等辺三角形で三角柱形状の複数の第2積層ブロック15a、15bが形成される。ここでは、切断線C2が第1積層ブロック14の周面14bの対角線から成るが周面14aの対角線であってもよい。
In the second laminated block forming step, one first
一対の第2積層ブロック15aは斜面151cと反射面2とが垂直であり、一対の第2積層ブロック15bは斜面151cと反射面2とが平行である。なお、以下の説明において、第2積層ブロック15a、15bを総称して「第2積層ブロック15」という場合がある。
In the pair of second
接合ブロック形成工程では、図10、図11に示すように、第1積層ブロック14の反射面2に平行な対向する二面上に第2積層ブロック15bの斜面151cが接合される。また、第1積層ブロック14の反射面2に垂直な対向する二面(周面14a)上に第2積層ブロック15aの斜面151cが接合される。これにより、第1積層ブロック14の反射面2と第2積層ブロック15の反射面2とが互いに平行であるとともに底面が正方形の四角柱形状の接合ブロック16が形成される。
In the joining block forming step, as shown in FIGS. 10 and 11, the
この時、第1積層ブロック14の反射面2と第2積層ブロック15aの反射面2とが連続するように第1積層ブロック14及び第2積層ブロック15aが接合される。この時、第1積層ブロック14及び第2積層ブロック15aのそれぞれの積層方向LMの一方の端部が原ブロック材13(図7参照)における積層方向LMの同じ端部となるように接合される。
At this time, the first
これにより、第1積層ブロック14及び第2積層ブロック15aは同じ透明板11が接合される。このため、透明板11の厚みばらつきが生じても、第1積層ブロック14の反射面2と第2積層ブロック15aの反射面2とを高精度に連続させることができる。
Thereby, the same
第1積層ブロック14と第2積層ブロック15との接合にはエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の接着剤が用いられる。別途設けた保持部材を用いて第1積層ブロック14に第2積層ブロック15を押圧して接合する場合には接着剤を用いなくてもよい。
An adhesive such as an epoxy resin or an acrylic resin is used for joining the first
本実施形態では、一の原ブロック材13から第1積層ブロック14及び第2積層ブロック15を形成するため、第1積層ブロック14の反射面2の配置周期と第2積層ブロック15の反射面2の配置周期とが略同じになる。このため、接合ブロック16の形成時に、第2積層ブロック15aと第1積層ブロック14との接合箇所において、第2積層ブロック15aの反射面2と第1積層ブロック14の反射面2との積層方向LMでのズレを低減することができる。したがって、反射面2の接合箇所で段差等が生じにくくなり、後述のように接合ブロック16から切り出した光学素子1を使用した場合に空中映像FIの歪みやスジを防止することができる。
In this embodiment, in order to form the first
接合ブロック切断工程では、接合ブロック16を複数の切断線C3(図11参照)に沿って例えばワイヤーソーまたはスライサー等を用いて切断する。切断線C3は反射面2に対して垂直な方向に形成される。これにより、接合ブロック16は反射面2に垂直な方向に沿って所定周期(例えば1.8mm周期)で切断され、光学素子1(図4参照)が複数形成される。
In the joining block cutting step, the joining
研磨工程では、光学素子1を所定の厚さ(例えば1.2mm)に仕上げるために、ラッピング装置を用いて光学素子1の厚み方向の両端面を粗研磨(ラッピング)する。その後に、ポリッシング装置を用いて光学素子1の厚み方向の両端面に対して研磨(ポリッシング)を行い、鏡面仕上げする。
In the polishing step, in order to finish the
光学素子接合工程では、2枚の光学素子1をぞれぞれの反射面2が互いに直交するように接着剤を用いて接合する。これにより、2枚の光学素子1は厚み方向に並設される。接着剤は第1積層ブロック形成工程で使用する接着剤と同じ接着剤を用いる。なお、第1積層ブロック形成工程で使用する接着剤とは異なる接着剤を用いて2枚の光学素子1を接合してもよい。
In the optical element bonding step, the two
補強板接合工程では、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。この時、第1積層ブロック形成工程で使用する接着剤を用いる。なお、第1積層ブロック形成工程で使用する接着剤とは異なる接着剤を用いてもよい。以上により、反射型空中結像素子10が製造される。
In the reinforcing plate joining step, the reinforcing plate 5 is bonded to one end surface of the
図12は本実施形態の他の変形例の光学素子1の形成を説明するための図を示している。二点鎖線200に示すように、第1積層ブロック14と第2積層ブロック15との接合時の公差により生じる接合ブロック16の凹凸を切断や研削によって除去してもよい。この時、第1小片部3の平面形状は八角形になる。また、例えば左方、右方及び下方の二点鎖線200で接合ブロック16に対して切断や研削を行った場合には第1小片部3の平面形状は七角形になる。また、例えば上方及び下方の二点鎖線200で接合ブロック16に対して切断や研削を行った場合には第1小片部3の平面形状は六角形になる。また、例えば上方の二点鎖線200で接合ブロック16に対して切断や研削を行った場合には第1小片部3の平面形状は五角形になる。なお、接合ブロック16の外周部のどの部分を除去するかは、外周部における第1接合ブロック14と第2接合ブロック15との接合状態に応じて決めればよい。
FIG. 12 is a diagram for explaining the formation of the
また、2個の接合ブロック16を用意し、図12において、一方の接合ブロック16を一点鎖線300で切断すると、平面視長方形の光学素子1の第1小片部3の平面形状は五角形になる。また、他方の接合ブロック16から得られる光学素子1が一方の接合ブロック16から得られた光学素子1と同じ大きさになるように、他方の接合ブロック16を一点鎖線300に垂直な切断線(不図示)で切断する。そして、両方の光学素子1を接合することにより、反射型空中結像素子10の平面形状は長方形に形成される。これにより、所望のアスペクト比を有する光学素子1及び反射型空中結像素子10を得ることができる。すなわち、所望の空中映像FIの形状に応じて光学素子1及び反射型空中結像素子10のアスペクト比を最適にすることにより、光学素子1及び反射型空中結像素子10の結像に寄与しない領域を少なくし、使用効率を向上させることができる。
In addition, when two joining
以上のように、本実施形態によると、正方形の平面形状に形成されるとともに反射面2が一辺31に平行な第1小片部3と、直角二等辺三角形の平面形状に形成して直交する二辺42、43に対して反射面2が傾斜するとともに四隅に配された複数の第2小片部4とを有し、第1小片部3の反射面2と第2小片部4の反射面2とが互いに平行になるように第1小片部3の反射面2に垂直な辺31及び反射面2に平行な辺31に第2小片部の斜辺41を接合している。これにより、被投影物OBの実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして光学素子1及び反射型空中結像素子10を大型化することができる。また、面積が同じで平面形状が正方形の第1積層ブロック14を2つ作成し、一方から第1小片部3を形成し、他方から第2小片部4を形成することができる。したがって、平面形状が正方形の光学素子1及び反射型空中結像素子10を容易に製造することができる。
As described above, according to the present embodiment, the rectangular plane shape and the reflecting
また、第2小片部4の直交する二辺42、43に対して反射面2の傾斜角度が45°であるため、被投影物OBの実像の結像に使用されない無駄な領域を容易に小さくして光学素子1及び反射型空中結像素子10を容易に大型化することができる。
In addition, since the angle of inclination of the reflecting
また、上記の光学素子1を厚み方向に2つ並設し、2つの光学素子1の反射面2が直交する。これにより、被投影物OBの実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして反射型空中結像素子10を大型化することができる。
Moreover, two said
また、光学素子1の並設方向の一端面に光学素子1を覆う透明な補強板5を設けているため、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。
In addition, since the transparent reinforcing plate 5 that covers the
また、光学素子1の製造工程は、第1積層ブロック形成工程、第2積層ブロック形成工程、接合ブロック形成工程及び接合ブロック切断工程を備える。これにより、被投影物OBの実像の結像に使用されない無駄な領域を小さくして容易に大型化できる光学素子1及び反射型空中結像素子10の製造効率を向上させることができる。
Moreover, the manufacturing process of the
また、第1積層ブロック形成工程において、スペーサを介して透明板11を接着しているため、反射面2同士の平行を維持しながら接着層の厚みを揃えることができる。
Moreover, in the 1st lamination | stacking block formation process, since the
また、透明板11を積層した一の原ブロック材13を反射面2に垂直な方向に切断して複数の第1積層ブロック14を形成する。これにより、第1積層ブロック14の反射面2の配置周期と第2積層ブロック15の反射面2の配置周期とが略同じになる。このため、接合ブロック16の形成時に、第2積層ブロック15aと第1積層ブロック14との接合箇所において、第2積層ブロック15aの反射面2と第1積層ブロック14の反射面2との積層方向LMでのズレを低減することができる。したがって、反射面2の接合箇所で段差等が生じにくくなり、接合ブロック16から切り出した光学素子1を使用した反射型空中結像素子10において、空中映像FIの歪みやスジを防止することができる。
In addition, one
また、接合ブロック形成工程において、同一の原ブロック材13から形成された第1積層ブロック14及び第2積層ブロック15aが反射面2に垂直な面で接合され、両者の積層方向LMの一端部が原ブロック材13上で積層方向LMの同じ端部に配される。これにより、第1積層ブロック14及び第2積層ブロック15aは同じ透明板11が接合される。このため、透明板11の厚みばらつきが生じても、第1積層ブロック14の反射面2と第2積層ブロック15aの反射面2とを高精度に連続させることができる。
Further, in the joining block forming step, the first
また、同一の原ブロック材13の隣接する第1積層ブロック14の一方と、他方から形成された第2積層ブロック15とを接合する。これにより、第2積層ブロック15の反射面2と第1積層ブロック14の反射面2との積層方向LMでのズレを一層低減することができる。
Further, one of the adjacent first
また、原ブロック材13の積層方向LMの長さD1と透明板11の一辺(長辺)の長さD2との比は1:2であり、透明板11の一辺の中央で積層方向LMに沿って原ブロック材13を切断する。これにより、原ブロック材13を1回切断するのみで、第1積層ブロック14を2個形成することができる。したがって、光学素子1及び反射型空中結像素子10の製造効率を一層向上させることができる。
The ratio of the length D1 of the
なお、補強板接合工程において、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、反射型空中結像素子10から補強板5を省いてもよい。
In the reinforcing plate joining step, the reinforcing plates 5 may be joined to both end faces of the
本実施形態では、透明板11の両方の面が反射面2から成っているが、透明板11の一方の面のみが反射面2から成ってもよい。この場合には、空中映像表示装置100において、光源20から出射された照明光Lが接着層に入射するため、接着剤やスペーサの屈折率は透明板11の屈折率と略同じであると望ましい。
In the present embodiment, both surfaces of the
<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。本実施形態では、原ブロック材13の形成を省いている点で第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。Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the formation of the
図5の反射面形成工程において、平面形状が正方形の透明板11(図8参照)同士を接着剤で接着し、480枚の透明板11を反射面2に垂直な方向に積層する。これにより、立方体形状の第1積層ブロック14(図8参照)が形成される。この時、第1積層ブロック14を複数形成する。なお、第2積層ブロック形成工程以降は第1実施形態と同様である。
In the reflecting surface forming step of FIG. 5, the transparent plates 11 (see FIG. 8) having a square planar shape are bonded to each other with an adhesive, and 480
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。また、原ブロック材13の形成を省いているため、光学素子1及び反射型空中結像素子10の製造効率をより向上させることができる。
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Moreover, since the formation of the
<第3実施形態>
次に本発明の第3実施形態について説明する。図13は第3実施形態の反射型空中結像素子10の製造工程で形成される原ブロック材の平面図を示している。説明の便宜上、図1〜図12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。本実施形態では原ブロック材13の構成が第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。<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 shows a plan view of the original block material formed in the manufacturing process of the reflective
図5の積層工程において、短手方向の長さと長手方向の長さとの比が1:4の矩形形状の透明板11を積層して原ブロック材13が形成される。また、原ブロック材13の積層方向LMの長さD1は透明板11の短手方向の長さと同じに形成される。図5の原ブロック材切断工程において、複数の切断線C1に沿って原ブロック材13を切断する。切断線C1は原ブロック材13の短手方向に平行に形成され、原ブロック材13を長手方向で4等分するように形成される。これにより、同一の原ブロック材13から大きさが略同一の立方体形状の4個の第1積層ブロック14が形成される。
In the laminating process of FIG. 5, the
そして、同一の原ブロック材13の隣接する第1積層ブロック14の一方と、他方から形成された第2積層ブロック15とを接合ブロック形成工程で接合する。これにより、接合ブロック16が形成される。
And one of the adjacent 1st laminated
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。また、同一の原ブロック材13から第1実施形態の場合よりも多い4個の第1積層ブロック14を得ることができる。また、接合ブロック形成工程において、同一の原ブロック材13の隣接する第1積層ブロック14の一方と、他方から形成された第2積層ブロック15とを接合する。これにより、接合ブロック16の形成時に、第2積層ブロック15aと第1積層ブロック14との接合箇所において、第2積層ブロック15aの反射面2と第1積層ブロック14の反射面2との積層方向LMでのズレを一層低減することができる。
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, more four first
なお、本実施形態において、同一の原ブロック材13の隣接しない第1積層ブロック14の一方と、他方から形成された第2積層ブロック15とを接合ブロック形成工程で接合してもよい。
In the present embodiment, one of the non-adjacent first
<第4実施形態>
次に本発明の第4実施形態について説明する。図14は第4実施形態の反射型空中結像素子10の製造工程で形成される原ブロック材13の平面図を示している。説明の便宜上、図1〜図12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。本実施形態では原ブロック材13の構成が第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。<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a plan view of the
図5の積層工程において、短手方向の長さと長手方向の長さとの比が例えば1:2.2の矩形形状の透明板11を積層して原ブロック材13が形成される。また、原ブロック材13の積層方向LMの長さD1は透明板11の短手方向の長さと同じに形成される。図5の原ブロック材切断工程において、まず原ブロック材13の長手方向中央の切断線C1に沿って原ブロック材13を切断する。その後に、原ブロック材13の長手方向の両端部の切断線C1に沿って原ブロック材13を切断する。切断線C1は原ブロック材13の短手方向に平行に形成され、隣接する切断線C1間の距離は原ブロック材13の短手方向の長さと同じに形成される。これにより、同一の原ブロック材13から大きさが略同一の立方体形状の2個の第1積層ブロック14が形成される。
In the laminating process of FIG. 5, the
本実施形態では、原ブロック材13の長手方向の両端部には切断線C1に垂直な方向の長さが原ブロック材13の短手方向の長さに満たない余分な領域17が形成される。これにより、原ブロック材13の長手方向中央の切断線C1よりも左右方向に若干片寄った部分で原ブロック材13を切断した場合でも、原ブロック材13の長手方向端部の切断線C1を左右方向にずらすことができる。したがって、第1積層ブロック14の周面14a、14bの平面形状を確実に正方形にすることができる。
In the present embodiment,
そして、接合ブロック形成工程において、同一の原ブロック材13の隣接する第1積層ブロック14の一方と、他方から形成された第2積層ブロック15とを接合する。これにより、接合ブロック16が形成される。
Then, in the joining block forming step, one of the adjacent first
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。また、原ブロック材13の長手方向の両端部には切断線C1に垂直な方向の長さが原ブロック材13の短手方向の長さに満たない余分な領域17が形成される。これにより、原ブロック材13の長手方向中央の切断線C1よりも左右方向に若干片寄った部分で原ブロック材13を切断した場合でも、原ブロック材13の長手方向端部の切断線C1を左右方向にずらすことができる。したがって、第1積層ブロック14の周面14a、14bを確実に正方形にすることができる。
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, an
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、反射型空中結像素子に用いられる光学素子、及びそれらの製造方法に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a reflective aerial imaging element that forms a real image of a projection object in the air, an optical element used for the reflective aerial imaging element, and a method for manufacturing the same.
1 光学素子
2 反射面
3 第1小片部
4 第2小片部
5 補強板
10 反射型空中結像素子
11 透明板
13 原ブロック材
14 第1積層ブロック
14a、14b 周面
15、15a、15b 第2積層ブロック
15c 底面
16 接合ブロック
18 入射面
19 出射面
20 光源
31、42、43 辺
41 斜辺
100 空中映像表示装置
151c 斜面
OB 被投影物
FI 空中映像
C1、C2、C3 切断線
L 照明光
LM 積層方向DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記光学素子は、
多角形の平面形状に形成された第1小片部と、
直角二等辺三角形の平面形状に形成され、前記第1小片部の四隅に配された複数の第2小片部と、
を備え、
前記第1小片部はその一辺に平行な前記反射面を有し、
前記第2小片部はその直交する二辺に対して傾斜する前記反射面を有し、
前記第1小片部の前記反射面と前記第2小片部の前記反射面とが互いに平行になるように、前記第1小片部の前記反射面に垂直な辺及び前記第1小片部の前記反射面に平行な辺に前記第2小片部の斜辺が接合されていることを特徴とする光学素子。An optical element which is formed in a flat plate shape having a rectangular shape in plan view and has a reflecting surface parallel to the thickness direction arranged in parallel at a predetermined cycle,
The optical element is
A first small piece formed in a polygonal planar shape;
A plurality of second small pieces formed in a planar shape of a right-angled isosceles triangle and arranged at four corners of the first small pieces;
With
The first small piece portion has the reflective surface parallel to one side thereof,
The second small piece portion has the reflective surface inclined with respect to the two orthogonal sides,
The side of the first small piece portion perpendicular to the reflective surface and the reflection of the first small piece portion so that the reflective surface of the first small piece portion and the reflective surface of the second small piece portion are parallel to each other. An optical element, wherein a hypotenuse of the second small piece is bonded to a side parallel to the surface.
少なくとも一方の面に前記反射面を設けた複数の透明板を積層して前記反射面に垂直な面が正方形である第1積層ブロックを形成する第1積層ブロック形成工程と、
一の前記第1積層ブロックを前記反射面に垂直な正方形の面の両方の対角線で切断し、底面が直角二等辺三角形である三角柱の第2積層ブロックを複数形成する第2積層ブロック形成工程と、
前記第1積層ブロックの前記反射面と複数の前記第2積層ブロックの前記反射面とが互いに平行になるように、前記第1積層ブロックの前記反射面に垂直な対向する二面上及び前記反射面に平行な対向する二面上に前記第2積層ブロックの斜面を接合して接合ブロックを形成する接合ブロック形成工程と、
前記接合ブロックを前記反射面に垂直な方向に沿って所定周期で切断する接合ブロック切断工程と、
を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。In the method of manufacturing a flat optical element in which reflective surfaces parallel to the thickness direction are arranged in parallel at a predetermined period,
A first laminated block forming step of laminating a plurality of transparent plates provided with the reflecting surface on at least one surface to form a first laminated block having a square surface perpendicular to the reflecting surface;
A second laminated block forming step of cutting one of the first laminated blocks along both diagonal lines of a square surface perpendicular to the reflecting surface to form a plurality of triangular laminated second laminated blocks whose bottom faces are right-angled isosceles triangles; ,
On the two opposing surfaces perpendicular to the reflective surface of the first laminated block and the reflective so that the reflective surface of the first laminated block and the reflective surfaces of the plurality of second laminated blocks are parallel to each other A joining block forming step of joining the slope of the second laminated block on two opposing faces parallel to the face to form a joining block;
A joining block cutting step for cutting the joining block at a predetermined cycle along a direction perpendicular to the reflecting surface;
An optical element manufacturing method comprising:
少なくとも一方の面に前記反射面を設けた複数の透明板を積層して前記反射面に垂直な面が正方形である第1積層ブロックを形成する第1積層ブロック形成工程と、
一の前記第1積層ブロックを前記反射面に垂直な正方形の面の両方の対角線で切断し、底面が直角二等辺三角形である三角柱の第2積層ブロックを複数形成する第2積層ブロック形成工程と、
前記第1積層ブロックの前記反射面と複数の前記第2積層ブロックの前記反射面とが互いに平行になるように、前記第1積層ブロックの前記反射面に垂直な対向する二面上及び前記反射面に平行な対向する二面上に前記第2積層ブロックの斜面を接合して接合ブロックを形成する接合ブロック形成工程と、
前記接合ブロックを前記反射面に垂直な方向に沿って所定周期で切断して複数の前記光学素子を形成する接合ブロック切断工程と、
複数の前記光学素子を厚み方向に接合する光学素子接合工程と、
を備えることを特徴とする反射型空中結像素子の製造方法。Production of a reflective aerial imaging element in which two planar optical elements having reflective surfaces parallel to the thickness direction arranged in parallel at a predetermined period are arranged in parallel in the thickness direction, and the reflective surfaces of the two optical elements are orthogonal to each other. In the method
A first laminated block forming step of laminating a plurality of transparent plates provided with the reflecting surface on at least one surface to form a first laminated block having a square surface perpendicular to the reflecting surface;
A second laminated block forming step of cutting one of the first laminated blocks along both diagonal lines of a square surface perpendicular to the reflecting surface to form a plurality of triangular laminated second laminated blocks whose bottom faces are right-angled isosceles triangles; ,
On the two opposing surfaces perpendicular to the reflective surface of the first laminated block and the reflective so that the reflective surface of the first laminated block and the reflective surfaces of the plurality of second laminated blocks are parallel to each other A joining block forming step of joining the slope of the second laminated block on two opposing faces parallel to the face to form a joining block;
A joining block cutting step of cutting the joining block at a predetermined period along a direction perpendicular to the reflecting surface to form a plurality of the optical elements;
An optical element bonding step of bonding a plurality of the optical elements in the thickness direction;
A method for manufacturing a reflective aerial imaging element, comprising:
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