WO2016132985A1 - 光学素子及び結像素子の製造方法 - Google Patents

光学素子及び結像素子の製造方法 Download PDF

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WO2016132985A1
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glass plate
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element according
laminated block
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藤井　雄一
智大 内矢
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コニカミノルタ株式会社
有限会社オプトセラミックス
泉陽光学株式会社
三国製鏡株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F19/00—Advertising or display means not otherwise provided for
    • G09F19/12—Advertising or display means not otherwise provided for using special optical effects
    • G09F19/18—Advertising or display means not otherwise provided for using special optical effects involving the use of optical projection means, e.g. projection of images on clouds

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an imaging element for forming a real image of a projection object in the air, and a method for manufacturing an optical element used for the imaging element.
  • FIG. 11 is a perspective view of a conventional imaging element
  • FIG. 12 is an enlarged perspective view of a main part of FIG.
  • the imaging element 10 is formed by overlapping two planar optical elements 1 having a square planar shape in the thickness direction (Z direction in FIGS. 11 and 12).
  • a reflecting surface 2 is provided inside each optical element 1.
  • the reflecting surface 2 is parallel to the thickness direction of the optical element 1, and a plurality of the reflecting surfaces 2 are arranged in parallel at a predetermined interval. That is, the plurality of reflecting surfaces 2 are arranged in a direction perpendicular to the thickness direction at predetermined intervals.
  • the reflecting surfaces 2 of the two optical elements 1 superimposed are orthogonal to each other.
  • the projection object OB when the projection object OB is disposed further below the lower optical element 1 and light is irradiated toward the projection object OB, the light reflected by the projection object OB is reflected.
  • a part (arrow P) enters the lower optical element 1 from the incident surface 18 which is the lower surface.
  • the light incident on the lower optical element 1 is reflected by the reflecting surface 2 of the lower optical element 1 and then enters the upper optical element 1.
  • the light incident on the upper optical element 1 and reflected by the reflecting surface 2 of the upper optical element 1 is emitted from the emission surface 19 which is the upper surface of the imaging element 10, and is projected onto the imaging element 10 with the projection object OB.
  • An image is formed as a real image (aerial image FI) of the projection object OB in the air at the surface target position. Thereby, the aerial image FI of the projection object OB is displayed in a state of floating in the air.
  • a plurality of transparent plates each provided with a reflective surface 2 on at least one main surface are laminated so that the reflective surfaces 2 face the same direction to form a laminated block.
  • the laminated block is cut in a direction intersecting the reflective surface 2 of the transparent plate, and the flat optical element 1 is formed in which the reflective surfaces 2 parallel to the thickness direction are arranged in parallel at predetermined intervals.
  • the thickness of the adhesive layer varies, resulting in a deterioration in the parallelism of the reflecting surface 2 and greatly affecting imaging performance.
  • the manufacturing method of the imaging element 10 has a problem that the laminated transparent plates are damaged when the laminated block is pressed. About this, it turned out that it breaks by the pressure smaller than an actual theoretical strength resulting from the fine crack formed at the time of plane processing with respect to the main surface of a transparent board.
  • the present invention has been made in view of the above points, and provides a method of manufacturing an imaging element capable of increasing the strength of the transparent plate and suppressing the damage of the transparent plate during pressurization of the laminated block, and the result thereof. It is an object of the present invention to provide a method for producing an optical element used for an image element.
  • an optical element manufacturing method includes stacking a plurality of transparent plates each provided with a reflective surface on at least one main surface in a direction perpendicular to the reflective surface.
  • the method for manufacturing an optical element of the present invention includes a laminating step of laminating a plurality of transparent plates having a reflecting surface on at least one main surface in a direction perpendicular to the reflecting surface to form a laminating block; A pressing step of pressing in a direction perpendicular to the reflective surface of the laminated block; and the reflective surface parallel to the thickness direction by cutting the laminated block after pressurization in a direction intersecting the reflective surface Forming a flat optical element arranged in parallel at a predetermined interval, wherein the transparent plate is a glass plate, and the glass plate is etched.
  • the imaging element manufacturing method of the present invention is configured so that the two reflecting optical elements manufactured by any one of the above-described optical element manufacturing methods are orthogonal to each other. It includes a joining step of arranging and joining.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a glass plate forming step in the method of manufacturing an optical element.
  • FIG. 2 is a plan view of the glass plate and shows a state before the glass plate is cut.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view showing a cut surface of the glass plate.
  • 4 and 5 are perspective views of the glass plate and the laminated block.
  • FIG. 6 is a front view showing a pressurizing process of the laminated block.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a cutting process for forming an optical element from a laminated block.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a joining process in which two optical elements are joined to form an imaging element.
  • a glass plate 3 (see FIGS. 2 and 4) that is a material of the optical element 1 is formed in the forming step shown in FIG.
  • the glass plate 3 which is a transparent plate is formed by, for example, a fusion method, an overflow down draw method or a slot down draw method.
  • FIG. 1 shows a molding process of the fusion method as an example.
  • a ridge 101 having a wedge-shaped vertical cross section that protrudes downward is used.
  • the molten glass 4 is continuously supplied to the bowl 101 from the supply port 101a. Then, the molten glass 4 that has overflowed from the top of the ridge 101 toward the side of the ridge 101 flows down along both side surfaces of the ridge 101, and is integrated at the lowermost tip 101c of the wedge-shaped portion 101b of the ridge 101.
  • the molten glass 4 integrated below the ridge 101 is cooled and solidified in the process of being guided further downward to form a flat glass member 5 having a predetermined width and thickness.
  • the glass member 5 is not in contact with anything other than air and is formed into a flat plate shape only by surface tension.
  • the glass member 5 is cut to a predetermined length in the flow direction of the molten glass 4 as shown in FIGS.
  • Both edges 5a in the direction intersecting the flow direction of the glass member 5 are unstable in thickness and surface quality due to the surface tension of the molten glass 4 and tend to generate large warpage.
  • Such both edge portions 5a of the glass member 5 may cause a shift in the parallelism, spacing, and the like of the plurality of reflecting surfaces 2 and may cause a deterioration in the quality of an image obtained using the optical element 1.
  • 3 is not suitable as a molded product.
  • the glass plate 3 which is a transparent plate is cut out from the area
  • the glass plate 3 has a short side length, a long side length and a thickness of 200 mm, 400 mm and 0.5 mm, respectively.
  • the main surface 3a of the glass plate 3 is a non-planar processed surface and remains in the state of the glass member 5 which is a molded product by the fusion method.
  • the non-planar processed surface (molded surface) is smoother, less defective, and superior in strength compared to a surface subjected to planar processing such as polishing.
  • At least one of the main surfaces 3a that are non-planar processed surfaces of the glass plate 3, that is, the main surface 3a that forms the reflecting surface 2 in a later step, has a surface roughness of Ra 20 nm or less, preferably Ra 4 nm or less, Ra is preferably 1 nm or less. According to the surface roughness of the non-planar processed surface, scattering of the reflected light reflected by the reflecting surface 2 becomes relatively small. Thereby, the image obtained by using the optical element 1 becomes fine, and the quality of the image is improved.
  • the glass plate 3 has a bending strength of 50 MPa or more based on a method for obtaining bending properties according to Japanese Industrial Standards (JIS K 7171).
  • the thickness t of the glass plate 3 is preferably 0.1 mm ⁇ t ⁇ 1.5 mm.
  • chamfering may be applied to the corner 3 c of the cut surface 3 b which is the end surface of the glass plate 3.
  • C0.05 mm chamfering may be performed with a rotating grindstone along the corner 3c of the cut surface 3b.
  • the chamfering process is more preferably an R chamfering, and it is further preferable to process the end face into a semicircular cross section as shown by a two-dot chain line in FIG.
  • the surface roughness of the surface 3d formed by chamfering is preferably Ra 1 ⁇ m or less.
  • the cut surface 3b which is the end surface of the glass plate 3 may be etched.
  • the glass plate 3 may be immersed in a 5% HF (hydrofluoric acid) aqueous solution for 30 minutes to perform etching of about several ⁇ m. Dry etching using HF gas or the like is also applicable. Thereby, the further fine crack which arises in the cut surface 3b is removed, and the intensity
  • the reflecting surface 2 is formed on the glass plate 3 in the reflecting surface forming step shown in FIG.
  • the reflecting surface 2 is provided on at least one main surface 3a of the glass plate 3 by sputtering or vapor deposition of aluminum or silver, for example.
  • the reflecting surface 2 is formed of aluminum having a thickness of 100 nm.
  • a plurality of glass plates 3 are laminated in the lamination step shown in FIG.
  • the main surfaces 3 a of the plurality of glass plates 3 are bonded to each other using, for example, an epoxy-based adhesive, and the glass plates 3 are stacked in a direction perpendicular to the reflecting surface 2.
  • the some glass plate 3 is laminated
  • 392 glass plates 3 are laminated. Thereby, the laminated block 6 of the glass plate 3 is formed.
  • a spacer having a predetermined particle diameter may be sandwiched between adjacent glass plates 3. If the spacer is used, the thickness of the adhesive layer can be made uniform while maintaining the parallelism between the reflecting surfaces 2.
  • the adhesive is not limited to an epoxy adhesive, and may be an acrylic adhesive, for example.
  • a heating correction step of correcting the warpage of the glass plate by applying heat to the glass plate Before the laminating step, it is preferable to provide a heating correction step of correcting the warpage of the glass plate by applying heat to the glass plate.
  • a glass plate In the heating correction process, for example, a glass plate is sandwiched between heating platens (setters), the temperature is raised at a rate of 10 ° C./min, and held for 1 hour under the condition of glass transition temperature Tg ⁇ 10 ° C., 0.5 ° C. / Cool in minutes.
  • a glass plate having a size of 200 mm ⁇ 400 mm ⁇ 0.5 mm has a warp amount of 200 ⁇ m, but it can be improved to a warp amount of 10 ⁇ m by performing a heating correction process.
  • the laminated block 6 is pressurized in the pressing step shown in FIG.
  • pressurization is performed in a direction perpendicular to the reflecting surface 2 of the laminated block 6.
  • a hydraulic die set 110 is used for pressurization of the laminated block 6.
  • the laminated block 6 can be pressurized while holding the die holder 111 and the punch holder 112 in parallel.
  • produce in the glass plate 3 at a formation process is corrected.
  • excess adhesive on the entire laminated block 6 is pushed out of the laminated block 6. And the laminated block 6 in which the several glass plate 3 was arranged in parallel with sufficient precision can be obtained.
  • the pressurizing method is not limited to the method using the hydraulic die set 110, and other methods may be used.
  • the glass plate 3 may be laminated on a surface plate to form the laminated block 6 and a weight may be placed on the uppermost glass plate 3. If the pressure is gradually increased by controlling the hydraulic pressure and the weight by the weight, the excess adhesive in the entire laminated block 6 can be uniformly pushed out. By applying pressure so that the pressure gradually increases in this way, the thickness of the adhesive can be made uniform while preventing the glass plate 3 from being damaged by the pressure.
  • the pressurizing step it is preferable to apply a pressure of 5 kPa or more to the laminated block 6, more preferably a pressure of 50 kPa or more, for example, a pressure of 130 kPa.
  • pressurization with respect to the laminated block 6 is performed until the adhesive is cured. Thereby, the excess adhesive of the whole laminated block 6 can be pushed out of the laminated block 6.
  • a laminated block 6 in which several hundred glass plates 3 are accurately arranged in parallel.
  • a glass plate formed by the fusion method or the like has a large warp, and the warped glass plate has characteristics like a leaf spring. However, the warp of several hundred stacked glass plates is corrected by the applied pressure. be able to.
  • the optical element 1 is formed from the laminated block 6 in the cutting process shown in FIG.
  • a wire saw (not shown) is used for cutting the laminated block 6.
  • the laminated block 6 after pressurization is cut in a direction intersecting the reflecting surface 2 of the glass plate 3.
  • the plate-shaped optical element 1 in which the reflecting surfaces 2 parallel to the thickness direction are arranged in parallel at a predetermined interval is formed.
  • the imaging element 10 is formed using the two optical elements 1 in the joining step shown in FIG.
  • the two optical elements 1 are arranged and bonded so that the reflecting surfaces 2 thereof are orthogonal to each other.
  • a plurality of glass plates 3 each provided with the reflecting surface 2 on at least one main surface 3a are stacked in a direction perpendicular to the reflecting surface 2.
  • a lamination process for forming the laminated block 6, a pressurizing process for pressing in a direction perpendicular to the reflecting surface 2 of the laminated block 6, and the laminated block 6 after being pressed are cut in a direction intersecting the reflecting surface 2.
  • the main surface 3a of the glass plate 3 is a non-planar processed surface, and the glass plate 3 remains as it is molded (that is, the glass member 5 that is a molded product). Therefore, it can be set as the state where the fine crack which may generate
  • the resolution of the aerial image is improved as the thickness of the glass plate 3 is reduced, but the breakage during the manufacturing increases.
  • the main surface 3a of the glass plate 3 a non-planar processed surface, it is possible to improve the resolution of the optical element 1 and to suppress damage during manufacturing.
  • the glass plate 3 is formed by the fusion method, the overflow down draw method or the slot down draw method.
  • the molten glass is floated on a molten metal (tin) and molded.
  • tin molten metal
  • polishing or the like there exists a possibility that a fine crack
  • the overflow downdraw method, or the slot downdraw method the glass plate 3 is not in contact with anything other than air and is formed into a flat plate shape only by surface tension.
  • the main surface 3a of the glass plate 3 is a non-planar processed surface, which is smoother and less defective as compared with a surface subjected to planar processing such as polishing, and can obtain excellent strength.
  • FIG. 9 is a schematic explanatory view showing a glass plate etching step in the method of manufacturing an optical element.
  • FIG. 10 is a perspective view of a glass plate formed by the optical element manufacturing method. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment described above, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. And
  • the glass plate 3 having a short side length, a long side length and a thickness of 200 mm, 400 mm and 0.6 mm, respectively, is used.
  • the molding process of the glass plate 3 is not limited to the fusion method or the like.
  • the main surface 3a of the glass plate 3 is ground to a thickness of 0.52 mm. Further, polishing is performed on one of the main surfaces 3a, and the thickness of the glass plate 3 is formed to 0.5 mm. You may chamfer the corner
  • the glass plate 3 is etched.
  • the etching process is performed, for example, by immersing the entire glass plate 3 in a 5% HF (hydrofluoric acid) aqueous solution M stored in the container V as shown in FIG.
  • the glass plate 3 provided with one main surface 3a which is a ground surface with a surface roughness of Ra 0.16 ⁇ m and the other main surface 3a which is a polished surface with a surface roughness of Ra 0.14 nm is obtained. be able to.
  • the surface roughness of one main surface 3a which is a grinding surface is preferably Ra 20 nm or more and Ra 5 ⁇ m or less
  • the surface roughness of the other main surface 3a which is a polishing surface is preferably Ra 20 nm or less.
  • the other main surface 3 a which is a polished surface is a reflecting surface 2 of the glass plate 3. According to this configuration, scattering of reflected light reflected by the reflecting surface 2 of the glass plate 3 can be made relatively small. Therefore, the video obtained using the optical element 1 becomes finer, and the quality of the video can be improved.
  • the light absorption surface 7 is formed on one main surface 3 a that is the ground surface of the glass plate 3.
  • the light absorbing surface 7 is formed by applying a black resist to the ground surface of the glass plate 3 by spin coating and sintering at 230 ° C. for 30 minutes at a thickness of 1 ⁇ m. Thereby, reflection of the light in the main surface 3a on the opposite side to the reflective surface 2 of the glass plate 3 can be suppressed. Therefore, light scattering in the glass plate 3 is suppressed, and light can be guided efficiently. Since the light absorbing surface 7 does not need to have a surface roughness as small as that of the reflecting surface 2, one main surface 3 a that is a ground surface is used as the light absorbing surface 7. Thereby, it is not necessary to polish both main surfaces 3a of the glass plate 3, and the manufacturing process of the optical element 1 can be simplified.
  • the reflecting surface 2 is formed on the other main surface 3a which is the polished surface of the glass plate 3.
  • the reflecting surface 2 is formed by depositing aluminum with a thickness of 100 nm on the polished surface of the glass plate 3.
  • the optical element 1 is formed by using a plurality of the glass plates 3, and the imaging element 10 is formed by using the two optical elements 1.
  • a plurality of glass plates 3 provided with the reflecting surface 2 on at least one main surface 3a are stacked in a direction perpendicular to the reflecting surface 2.
  • a lamination process for forming the laminated block 6, a pressurizing process for pressing in a direction perpendicular to the reflecting surface 2 of the laminated block 6, and the laminated block 6 after being pressed are cut in a direction intersecting the reflecting surface 2.
  • both the main surfaces 3a of the glass plate 3 that is subjected to the etching process as a whole are planar processed surfaces.
  • a glass plate 3 having a desired thickness can be obtained. Then, since the entire glass plate 3 is etched later, it is possible to remove fine scratches caused by flat processing.
  • this glass plate 3 is 1st Embodiment. You may apply to.
  • the present invention can be used in an imaging element manufacturing method for forming a real image of a projection object in the air and an optical element manufacturing method used for the imaging element.

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Abstract

　光学素子１の製造方法は、少なくとも一方の主面３ａに反射面２を設けた複数の透明板であるガラス板３を反射面２に対して垂直な方向に積層して積層ブロック６を形成する積層工程と、積層ブロック６の反射面２に対して垂直な方向に加圧する加圧工程と、加圧後の積層ブロック６を反射面２に対して交差する方向に切断して厚み方向に平行な反射面２を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子１を形成する切断工程と、を含み、ガラス板３の主面３ａが非平面加工面である。

Description

光学素子及び結像素子の製造方法
　本発明は、被投影物の実像を空中に結像させるための結像素子の製造方法、及び結像素子に用いられる光学素子の製造方法に関する。
　従来の結像素子は特許文献１及び２に開示されている。図１１は従来の結像素子の斜視図であり、図１２は図１１の要部を拡大した斜視図である。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（図１１及び図１２のＺ方向）に２枚重ね合わせて形成される。各々の光学素子１の内部には反射面２が設けられる。反射面２は光学素子１の厚み方向に対して平行をなし、複数が所定間隔で平行に配置される。すなわち、複数の反射面２は厚み方向に対して垂直な方向に所定間隔で並べて設けられる。重ね合せた２枚の光学素子１の反射面２は互いに直交する。
　図１２に示す結像素子１０において、下側の光学素子１よりもさらに下方に被投影物ＯＢを配置して被投影物ＯＢに向けて光を照射すると、被投影物ＯＢで反射した光の一部（矢印Ｐ）が下側の光学素子１に下面である入射面１８から入射する。下側の光学素子１に入射した光は下側の光学素子１の反射面２で反射した後に上側の光学素子１に入射する。上側の光学素子１に入射して上側の光学素子１の反射面２で反射した光は結像素子１０の上面である出射面１９から出射し、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）として結像する。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。
　光学素子１の製造にあたって、少なくとも一方の主面に反射面２を設けた複数の透明板をそれら反射面２が同一方向を向くように積層して積層ブロックが形成される。その積層ブロックを透明板の反射面２に対して交差する方向に切断し、厚み方向に平行な反射面２を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子１が形成される。
特許第４８６５０８８号公報 特開２０１１－８１３００号公報
　多数の透明板を互いに接着剤で接着しつつ積層して積層ブロックを形成する際に、接着層の厚みがばらつく結果、反射面２の平行度が悪化して結像性能に大きな影響を及ぼすことが分かった。そこで、出願人は接着層の厚みを薄くして厚みのばらつきを小さくするために、積層ブロックを透明板の反射面２に対して垂直な方向に加圧して接着層の厚みの影響を排除しようと試みた。しかしながら、上記の結像素子１０の製造方法では積層ブロックに対する加圧時に積層された透明板が破損してしまうといった課題があった。これについては、透明板の主面に対する平面加工時に形成される微細な傷に起因して実際の理論強度よりも小さい圧力によって破損することが分かった。
　本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、透明板の強度を高め、積層ブロックの加圧時における透明板の破損を抑制することが可能な結像素子の製造方法、及びその結像素子に用いられる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するため、本発明の光学素子の製造方法は、少なくとも一方の主面に反射面を設けた複数の透明板を前記反射面に対して垂直な方向に積層して積層ブロックを形成する積層工程と、前記積層ブロックの前記反射面に対して垂直な方向に加圧する加圧工程と、加圧後の前記積層ブロックを前記反射面に対して交差する方向に切断して厚み方向に平行な前記反射面を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子を形成する切断工程と、を含み、前記透明板はガラス板であり、前記ガラス板の前記主面が非平面加工面であることを特徴としている。
　また、本発明の光学素子の製造方法は、少なくとも一方の主面に反射面を設けた複数の透明板を前記反射面に対して垂直な方向に積層して積層ブロックを形成する積層工程と、前記積層ブロックの前記反射面に対して垂直な方向に加圧する加圧工程と、加圧後の前記積層ブロックを前記反射面に対して交差する方向に切断して厚み方向に平行な前記反射面を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子を形成する切断工程と、を含み、前記透明板はガラス板であり、前記ガラス板に対してエッチング処理を施したことを特徴としている。
　また、上記の課題を解決するため、本発明の結像素子の製造方法は、上記いずれかの光学素子の製造方法で製造された２枚の光学素子を互いの前記反射面が直交するように配置して接合する接合工程を含むことを特徴としている。
　本発明によると、透明板の主面には平面加工による微細な傷が形成されていないので、その傷に起因する透明板の破損を防止することができる。したがって、光学素子及び結像素子の製造に係る積層ブロックの加圧時における透明板の破損を抑制することが可能になる。
本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法におけるガラス板の成形工程を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法で形成されるガラス板の平面図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法で形成されるガラス板の切断面を示す部分拡大図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法で形成されるガラス板の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法で形成される積層ブロックの斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法における積層ブロックの加圧工程を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法において積層ブロックから光学素子を形成する切断工程を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る結像素子の製造方法において２枚の光学素子を接合する接合工程を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る光学素子の製造方法におけるガラス板のエッチング工程を示す概略説明図である。 本発明の第２実施形態に係る光学素子の製造方法で形成されるガラス板の斜視図である。 従来の結像素子の斜視図である。 図１１の要部を拡大した斜視図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。説明の便宜上、前述の図１１及び図１２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。
＜第１実施形態＞
　最初に、本発明の第１実施形態に係る光学素子及び結像素子の製造方法について、図１～図８を用いて説明する。図１は光学素子の製造方法におけるガラス板の成形工程を示す斜視図である。図２はガラス板の平面図であって、ガラス板を切り取る前の状態を示すものである。図３はガラス板の切断面を示す部分拡大図である。図４及び図５はガラス板及び積層ブロックの斜視図である。図６は積層ブロックの加圧工程を示す正面図である。図７は積層ブロックから光学素子を形成する切断工程を示す斜視図である。図８は２枚の光学素子を接合して結像素子を形成する接合工程を示す斜視図である。
　最初に、図１に示す成形工程において光学素子１の素材となるガラス板３（図２及び図４参照）が成形される。透明板であるガラス板３は例えばフュージョン法、オーバーフローダウンドロー法またはスロットダウンドロー法で成形される。図１は一例としてフュージョン法の成形工程を示す。
　フュージョン法では下方に向かって凸となるくさび形の垂直断面形状を有する樋１０１が利用される。樋１０１にはその供給口１０１ａから溶融ガラス４が連続的に供給される。そして、樋１０１の上部から樋１０１の側方に向かって溢れた出た溶融ガラス４が樋１０１の両側面に沿って流下し、樋１０１のくさび形部分１０１ｂの最下方の先端部１０１ｃで一体に融合する。樋１０１の下方で一体化した溶融ガラス４はさらに下方へと導かれる過程で冷却、固化され、所定の幅と厚みを有する平板状のガラス部材５が形成される。ガラス部材５は空気以外の物には非接触であり、表面張力のみによって平板状に形成される。
　ガラス部材５は、図１及び図２に示すように溶融ガラス４の流下方向に関して所定長さで切り取られる。ガラス部材５の流下方向に対して交差する方向の両縁部５ａは溶融ガラス４の表面張力等の関係で厚みや表面品質が不安定で、大きな反りが発生する傾向がある。このようなガラス部材５の両縁部５ａは複数の反射面２の平行度や間隔等にずれを生じさせ、光学素子１を用いて得られる映像の品質の低下を招く虞があり、ガラス板３の成形品として適さない。これにより、ガラス部材５の両縁部５ａを除外した領域から透明板であるガラス板３が切り取られる。ガラス板３は例えばその短辺長さ、長辺長さ及び厚さが各々２００ｍｍ、４００ｍｍ及び０．５ｍｍのサイズである。
　ガラス板３はその主面３ａが非平面加工面であり、フュージョン法による成形品であるガラス部材５の状態のままである。非平面加工面（成形面）は研磨加工等の平面加工を施した面と比較して滑らかで欠陥が少なく、強度が優れている。
　ガラス板３の非平面加工面である主面３ａのうち少なくとも一方、すなわち後の工程で反射面２を形成する主面３ａは表面粗さがＲａ２０ｎｍ以下であり、好ましくはＲａ４ｎｍ以下であり、さらに好ましくはＲａ１ｎｍ以下である。この非平面加工面の表面粗さによると、反射面２で反射する反射光の散乱が比較的小さくなる。これにより、光学素子１を用いて得られる映像が精細になり、映像の品質が向上する。
　そして、ガラス板３は日本工業規格による曲げ特性の求め方（ＪＩＳ　Ｋ　７１７１）に基づき、曲げ強さ５０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、ガラス板３の厚さｔは０．１ｍｍ＜ｔ＜１．５ｍｍであることが好ましい。これらの曲げ強度、厚さであれば、ガラス板３が好適な強度を有し、光学素子１を用いて得られる映像の解像度が向上する。光学素子１及び結像素子１０の輸送時や、使用中の温湿度環境や振動に起因する破損が抑制される。
　ここで、図３に示すようにガラス板３の端面である切断面３ｂの角部３ｃに面取り加工を施しても良い。面取り加工では、例えば切断面３ｂの角部３ｃに沿って回転砥石でＣ０．０５ｍｍの面取りを行うと良い。面取り加工はＲ面取りがより好ましく、図３に二点鎖線で示したように端面を断面半円形状に加工することがさらに好ましい。面取り加工で形成される面３ｄの表面粗さはＲａ１μｍ以下が好ましい。このように切り取ったガラス板３の切断面３ｂの角部３ｃに面取り加工を行うことにより、ガラス部材５からガラス板３を切り取る際に切断面３ｂに生じ得る微細なクラックが除去され、ガラス板３の切断面３ｂの強度が向上する。
　また、ガラス板３の端面である切断面３ｂにエッチング処理を施しても良い。このエッチング処理では、例えばガラス板３を５％ＨＦ（フッ酸）水溶液に３０分浸漬させて数μｍ程度のエッチングを施すと良い。ＨＦガスによるドライエッチング等も適用可能である。これにより、切断面３ｂに生じるさらに微細なクラックが除去され、ガラス板３の切断面３ｂの強度がより一層向上する。
　次に、図４に示す反射面形成工程においてガラス板３に反射面２が形成される。反射面２はガラス板３の少なくとも一方の主面３ａに、例えばアルミニウムや銀等のスパッタや蒸着等によって設けられる。ここでは、反射面２が厚さ１００ｎｍのアルミニウムによって形成される。
　次に、図５に示す積層工程において複数のガラス板３が積層される。積層工程では、例えばエポキシ系等の接着剤を用いて複数のガラス板３の主面３ａどうしを接着し、反射面２に対して垂直な方向にガラス板３を積層する。なお、複数のガラス板３は各々の反射面２が同じ方向を向くように積層される。ここでは、例えば３９２枚のガラス板３が積層される。これにより、ガラス板３の積層ブロック６が形成される。
　このとき、隣接するガラス板３の間に所定の粒径のスペーサを挟んでも良い。スペーサを用いると、反射面２どうし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るわけではなく、例えばアクリル系の接着剤でも良い。
　積層工程の前に、ガラス板に熱を加えてガラス板の反りを矯正する加熱矯正工程を備えることが好ましい。加熱矯正工程では、例えば加熱用定盤（セッター）でガラス板を挟み、１０℃／分の割合で昇温してガラス転移温度Ｔｇ±１０℃の条件で１時間保持し、０．５℃／分の割合で冷却を行う。例えば、２００ｍｍ×４００ｍｍ×０．５ｍｍの大きさのガラス板は２００μｍの反り量であったが、加熱矯正工程を行うことで１０μｍの反り量に改善することができた。
　次に、図６に示す加圧工程において積層ブロック６が加圧される。加圧工程では、積層ブロック６の反射面２に対して垂直な方向に加圧する。積層ブロック６の加圧には例えば油圧式のダイセット１１０が用いられる。ダイセット１１０のダイホルダ１１１とパンチホルダ１１２との間に積層ブロック６を挟むと、ダイホルダ１１１とパンチホルダ１１２とを平行に保持したままで積層ブロック６を加圧することができる。これにより、成形工程でガラス板３に発生し得る反りが矯正される。また、積層ブロック６全体の余剰な接着剤が積層ブロック６の外部へと押し出される。そして、複数のガラス板３が精度よく平行に配列された積層ブロック６を得ることができる。
　加圧方式としては油圧式のダイセット１１０を用いた方式に限定されるわけではなく、他の方式であっても良い。例えば、定盤の上にガラス板３を積層して積層ブロック６を形成し、最上層のガラス板３の上に錘を載せる方式でも良い。油圧や錘による加重を制御して徐々に圧力が上昇するようにすると、積層ブロック６全体の余剰な接着剤を均一に押し出すことができる。このように徐々に圧力が上昇するように加圧することにより、加圧によるガラス板３の破損を防ぎつつ、接着剤の厚みを均一にすることができる。
　加圧工程においては、５ｋＰａ以上の圧力を積層ブロック６に加えることが好ましく、５０ｋＰａ以上の圧力を加えることがさらに好ましく、例えば１３０ｋＰａの圧力を加える。なお、積層ブロック６に対する加圧は接着剤が硬化するまで行われる。これにより、積層ブロック６全体の余剰な接着剤を積層ブロック６の外部へと押し出すことができる。その結果、数百枚のガラス板３が精度よく平行に配列された積層ブロック６を得ることができる。また、一般的にフュージョン法等により成形されたガラス板は反りが大きく、反ったガラス板は板バネのような特性を持つが、上記加圧力によって数百枚重ねたガラス板の反りを矯正することができる。
　次に、図７に示す切断加工において積層ブロック６から光学素子１が形成される。積層ブロック６の切断には例えばワイヤーソー（不図示）が用いられる。加圧後の積層ブロック６がガラス板３の反射面２に対して交差する方向に切断される。これにより、厚み方向に平行な反射面２を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子１が形成される。
　次に、図８に示す接合工程において２枚の光学素子１を用いて結像素子１０が形成される。２枚の光学素子１は互いの反射面２が直交するように配置されて接合される。
　上記のように、第１実施形態の光学素子１の製造方法は、少なくとも一方の主面３ａに反射面２を設けた複数のガラス板３を反射面２に対して垂直な方向に積層して積層ブロック６を形成する積層工程と、積層ブロック６の反射面２に対して垂直な方向に加圧する加圧工程と、加圧後の積層ブロック６を反射面２に対して交差する方向に切断して厚み方向に平行な反射面２を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子１を形成する切断工程と、を含み、ガラス板３の主面３ａが非平面加工面である。
　この方法によると、ガラス板３の主面３ａは非平面加工面であり、ガラス板３を成形したままの状態（すなわち成形品であるガラス部材５の状態）となる。そのため、ガラス板３の主面３ａを平面加工することにより発生し得る微細な傷が形成されていない状態とすることができる。したがって、平面加工でガラス板３の主面３ａに発生し得る微細な傷に起因するガラス板３の破損を防止することができ、光学素子１の製造に係る積層ブロック６の加圧時におけるガラス板３の破損を抑制することが可能になる。特に、結像素子１０に用いられる光学素子１を製造する場合においては、ガラス板３の厚みが薄いほど空中映像の解像度が向上するが、製造時の破損が増大する。ガラス板３の主面３ａを非平面加工面とすることで、光学素子１の解像度の向上と製造時の破損抑制が可能となる。
　また、光学素子１の製造方法ではガラス板３がフュージョン法、オーバーフローダウンドロー法またはスロットダウンドロー法で成形される。
　例えば、代表的な板ガラスの製法であるフロート法の場合、溶融ガラスを溶融金属（錫）の上に浮かべて成形する。このとき、ガラス板の一方の主面には錫が付着するので、研磨加工等によってその主面から錫を除去する必要がある。これにより、ガラス板の主面に微細な傷が生じる虞がある。一方、フュージョン法、オーバーフローダウンドロー法またはスロットダウンドロー法の場合、ガラス板３は空気以外の物には非接触であり、表面張力のみによって平板状に形成される。ガラス板３の主面３ａは非平面加工面であり、研磨加工等の平面加工を施した面と比較して滑らかで欠陥が少なく、優れた強度を得ることができる。
＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態に係る光学素子及び結像素子の製造方法について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は光学素子の製造方法におけるガラス板のエッチング工程を示す概略説明図である。図１０は光学素子の製造方法で形成されるガラス板の斜視図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。
　第２実施形態の光学素子１の製造方法では、例えば短辺長さ、長辺長さ及び厚さが各々２００ｍｍ、４００ｍｍ及び０．６ｍｍのサイズのガラス板３が用いられる。このガラス板３の成形工程はフュージョン法などに限定されるわけではない。
　ガラス板３の主面３ａに対して研削加工を行い、厚さが０．５２ｍｍに形成される。さらに、主面３ａのうち一方に対して研磨加工を行い、ガラス板３の厚さが０．５ｍｍに形成される。ガラス板３の端面である切断面３ｂの角部３ｃに面取り加工を施しても良い。
　続いて、ガラス板３にエッチング処理が施される。エッチング処理は、例えば図９に示すようにガラス板３の全体を容器Ｖに貯留された５％ＨＦ（フッ酸）水溶液Ｍに浸漬させて行われる。これにより、表面粗さがＲａ０．１６μｍの研削加工面である一方の主面３ａと、表面粗さがＲａ０．１４ｎｍの研磨加工面である他方の主面３ａと、を備えるガラス板３を得ることができる。なお、研削加工面である一方の主面３ａの表面粗さはＲａ２０ｎｍ以上Ｒａ５μｍ以下であることが好ましく、研磨加工面である他方の主面３ａの表面粗さはＲａ２０ｎｍ以下であることが好ましい。後述するように、研磨加工面である他方の主面３ａをガラス板３の反射面２とする。この構成によると、ガラス板３の反射面２で反射する反射光の散乱を比較的小さくすることができる。したがって、光学素子１を用いて得られる映像が精細になり、映像の品質を向上させることが可能である。
　続いて図１０に示すように、ガラス板３の研削加工面である一方の主面３ａに光吸収面７が形成される。光吸収面７はガラス板３の研削加工面に黒色レジストをスピンコート法で塗布し、２３０℃、３０分、厚さ１μｍで焼結させることによって形成される。これにより、ガラス板３の反射面２に対する反対側の主面３ａにおける光の反射を抑制することができる。したがって、ガラス板３における光の散乱が抑制され、光を効率良く導くことが可能である。光吸収面７は反射面２ほど表面粗さを小さくする必要がないため、研削加工面である一方の主面３ａを光吸収面７とする。これにより、ガラス板３の両方の主面３ａを研磨加工する必要がなく、光学素子１の製造工程を簡略化することができる。
　続いて、ガラス板３の研磨加工面である他方の主面３ａに反射面２が形成される。反射面２はガラス板３の研磨加工面にアルミニウムを厚さ１００ｎｍで蒸着させることによって形成される。
　このようにして、一方の主面３ａに反射面２を備え、他方の主面３ａに光吸収面７を備えるガラス板３を得ることができる。これにより、ガラス板３の反射面２に対する反対側の主面３ａにおける光の反射が抑制される。このガラス板３を複数用いて光学素子１が形成され、さらに２枚の光学素子１を用いて結像素子１０が形成される。
　上記のように、第２実施形態の光学素子１の製造方法は、少なくとも一方の主面３ａに反射面２を設けた複数のガラス板３を反射面２に対して垂直な方向に積層して積層ブロック６を形成する積層工程と、積層ブロック６の反射面２に対して垂直な方向に加圧する加圧工程と、加圧後の積層ブロック６を反射面２に対して交差する方向に切断して厚み方向に平行な反射面２を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子１を形成する切断工程と、を含み、ガラス板３に対してエッチング処理を施している。
　この方法によると、ガラス板３の少なくとも一方の主面３ａに研削加工または研磨加工などの平面加工を施した場合であっても、エッチング処理によって平面加工で生じる微細な傷を除去することができる。したがって、ガラス板３の主面３ａの微細な傷に起因するガラス板３の破損を防止することができる。光学素子１及び結像素子１０の製造に係る積層ブロック６の加圧時におけるガラス板３の破損を抑制することが可能になる。
　また、本実施形態における光学素子１の製造方法では、全体にエッチング処理を施すガラス板３の主面３ａの両方が平面加工面である。
　この方法によると、所望の厚さのガラス板３を得ることができる。そして、後にガラス板３の全体にエッチング処理を施すので、平面加工で生じる微細な傷を除去することが可能である。
　以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
　例えば、上記第２実施形態において、一方の主面３ａに反射面２を備え、他方の主面３ａに光吸収面７を備えるガラス板３を形成したが、このガラス板３を第１実施形態に適用しても良い。
　本発明は、被投影物の実像を空中に結像させるための結像素子の製造方法、及び結像素子に用いられる光学素子の製造方法において利用可能である。
　　　１　　光学素子
　　　２　　反射面
　　　３　　ガラス板
　　　３ａ　　主面
　　　３ｂ　　切断面
　　　３ｃ　　角部
　　　６　　積層ブロック
　　　７　　光吸収面

Claims (21)

  1. 　少なくとも一方の主面に反射面を設けた複数の透明板を前記反射面に対して垂直な方向に積層して積層ブロックを形成する積層工程と、
    　前記積層ブロックの前記反射面に対して垂直な方向に加圧する加圧工程と、
    　加圧後の前記積層ブロックを前記反射面に対して交差する方向に切断して厚み方向に平行な前記反射面を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子を形成する切断工程と、
    を含み、
    　前記透明板はガラス板であり、前記ガラス板の前記主面が非平面加工面であることを特徴とする光学素子の製造方法。
  2. 　前記ガラス板が、フュージョン法、オーバーフローダウンドロー法またはスロットダウンドロー法で成形され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. 　前記ガラス板は、流下する溶融ガラスの流下方向に対して交差する方向の両縁部を除外した領域から切り取られることを特徴とする請求項２に記載の光学素子の製造方法。
  4. 　前記非平面加工面のうち少なくとも一方の表面粗さがＲａ２０ｎｍ以下であ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. 　少なくとも一方の主面に反射面を設けた複数の透明板を前記反射面に対して垂直な方向に積層して積層ブロックを形成する積層工程と、
    　前記積層ブロックの前記反射面に対して垂直な方向に加圧する加圧工程と、
    　加圧後の前記積層ブロックを前記反射面に対して交差する方向に切断して厚み方向に平行な前記反射面を所定間隔で平行に配置した平板状の光学素子を形成する切断工程と、
    を含み、
    　前記透明板はガラス板であり、前記ガラス板に対してエッチング処理を施したことを特徴とする光学素子の製造方法。
  6. 　前記主面のうち少なくとも一方が平面加工面であ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. 　前記平面加工面の一方に研磨加工を施し、その表面粗さがＲａ２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。
  8. 　前記ガラス板の厚さｔが０．１ｍｍ＜ｔ＜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  9. 　前記ガラス板の前記反射面に対する反対側の前記主面の表面粗さがＲａ２０ｎｍ以上Ｒａ５μｍ以下であることを特徴とする請求項１～請求項８のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  10. 　前記ガラス板の前記反射面に対する反対側の前記主面に光吸収面が形成されることを特徴とする請求項９に記載の光学素子の製造方法。
  11. 　前記ガラス板の切断面の角部に面取り加工が施されることを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  12. 　前記面取り加工は前記ガラス板の切断面を断面半円形状に加工することを特徴とする請求項１１に記載の光学素子の製造方法。
  13. 　前記面取り加工で形成される面の表面粗さがＲａ１μｍ以下であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の光学素子の製造方法。
  14. 　前記ガラス板の切断面にエッチング処理が施されることを特徴とする請求項１～請求項１３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  15. 　前記ガラス板は曲げ強さ５０ＭＰａ以上（ＪＩＳ　Ｋ　７１７１）であることを特徴とする請求項１～請求項１４のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  16. 　前記加圧工程において５ｋＰａ以上の圧力を前記積層ブロックに加えることを特徴とする請求項１～請求項１５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  17. 　前記加圧工程において前記積層ブロックを挟んだ一対の加圧部材を平行に保持したままで前記積層ブロックの反射面に対して垂直な方向に加圧することを特徴とする請求項１～請求項１６のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  18. 　前記加圧工程において前記積層ブロックに加える圧力が徐々に上昇することを特徴とする請求項１～請求項１７のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  19. 　前記加圧工程の前に前記ガラス板に熱を加えて前記ガラス板の反りを矯正する加熱矯正工程を含むことを特徴とする請求項１～請求項１８のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  20. 　前記積層工程において隣接する前記ガラス板の間に所定厚さのスペーサを挟んで複数の前記ガラス板の前記主面どうしを接着剤で接着することを特徴とする請求項１～請求項１９のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  21. 　請求項１～請求項２０のいずれかに記載の方法で製造された２枚の光学素子を互いの前記反射面が直交するように配置して接合する接合工程を含むことを特徴とする結像素子の製造方法。
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