リフレクタアレイ光学装置およびそれを用いた表示装置
【課題】
一方の主面側にある被観察物の実像を他方の主面側の空間に結像させ空中像の明るさを向上させるリフレクタアレイ光学装置を提供する。
【解決手段】リフレクタアレイ光学装置は、それぞれが透明材料からなる基盤と一体的に形成され且つ基盤の表面から突出した複数の筒状体を有する２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を有する。複数の筒状体の各々は、基盤に垂直で且つ互いに直交する少なくとも２つの直交側面を有し、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は、２つの直交側面の各々が同一平面にあるように筒状体の各々の上面同士にて重ね合わせられている。
一方の主面側にある被観察物の実像を他方の主面側の空間に結像させ空中像の明るさを向上させるリフレクタアレイ光学装置を提供する。
【解決手段】リフレクタアレイ光学装置は、それぞれが透明材料からなる基盤と一体的に形成され且つ基盤の表面から突出した複数の筒状体を有する２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を有する。複数の筒状体の各々は、基盤に垂直で且つ互いに直交する少なくとも２つの直交側面を有し、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は、２つの直交側面の各々が同一平面にあるように筒状体の各々の上面同士にて重ね合わせられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被観察物の実像（実鏡映像）を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学素子とそれを用いた表示装置および光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
実鏡映像結像光学素子を利用して、空中に被観察物の実像（実鏡映像）を結像させて、それを観察者が見ることができるようにした表示装置が提案されている（特許文献１、参照）。
【０００３】
かかる実鏡映像結像光学素子を利用した表示装置は、被観察物の実像（実鏡映像）を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系と、当該実鏡映像結像光学系の該観察者側とは反対側の空間に配置される該実像（実鏡映像）を形成するための被観察物とを備えた表示装置であり、被観察物の実像（実鏡映像）を実鏡映像結像光学系の対称面に対して対称位置に結像させることができるものである。
【０００４】
特許文献１では、実鏡映像結像光学系として、互いに直交する２つの鏡面（反射面）からなる単位光学素子（２面コーナーリフレクタと称する）が提案されている。特許文献１は、複数の２面コーナーリフレクタを１つの平面を構成する素子面にアレイ状にすなわち整列配置した実鏡映像結像光学素子（２面コーナーリフレクタアレイ光学素子と称する）を開示している。２面コーナーリフレクタアレイ光学素子では、碁盤目状に多数の２面コーナーリフレクタとして、素子面を貫通する方向に想定される光学的な貫通穴の内壁を鏡面として利用するものや、基盤の表面から突出した透明な筒状体の内壁を鏡面として利用するものがある。
【０００５】
２面コーナーリフレクタアレイ光学素子においては、複数の整列された２面コーナーリフレクタの各鏡面が素子面にほぼ垂直に直立配置されているので、該素子面の一方側に配置した被観察物からの光は、該素子面を通過する際に２面コーナーリフレクタに２回反射して、光線が屈曲して素子面を通過して、被観察物のない該素子面の他方の主面側の空間に実像として結像する。すなわち、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は、被観察物が２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の素子面（対称面とも称する）に対して対称位置に存在するように、その実像を結像させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００７−１１６６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
２面コーナーリフレクタアレイ光学素子では、アクリル等など透明材料からなる筒状体を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の場合と、立方体形状の貫通穴を用いた筒状体の場合とでは、透明材料と空気の屈折率が異なるので、観察した空中像を最も明るくするための観察の条件がいろいろ変わってくる。
【０００８】
高さの低い筒状体を用いた２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の場合、背景光から区別できる十分な明るさの空中像を結像させることができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、空中像の明るさを向上できるリフレクタアレイ光学装置およびそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるリフレクタアレイ光学装置は、一方の主面側にある被観察物の実像を他方の主面側の空間に結像させるリフレクタアレイ光学装置であって、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を有しており、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子のそれぞれが透明材料からなる基盤と一体的に形成され且つ基盤の表面から突出した複数の筒状体を有している。そして、本発明によるリフレクタアレイ光学装置において、複数の筒状体の各々は基盤に垂直で且つ互いに直交する少なくとも２つの直交側面を有しており、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は、２つの直交側面の各々が同一平面にあるように筒状体の各々の上面同士にて重ね合わせられている、ことを特徴とする。かかるリフレクタアレイ光学装置を用いることにより、高さの高い筒状体を得ることができ、明るい空中像を得ることができる。単独の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子で筒状体の高さを高くすることが難しい時に、高さの高い筒状体を得るために、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を重ね合わせることは有効である。
【００１１】
さらに、本発明によるリフレクタアレイ光学装置においては、前記筒状体は、前記基盤に垂直で且つ互いに直交する２つの直交側面と、傾斜する側面と、前記上面の面積より大なる面積の底面とを有する角錐台形状を有することとすることができる。換言すれば、かかる本発明のリフレクタアレイ光学装置は、被観察物の実像（実鏡映像）を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系であり、それぞれが複数の角錐台（２面コーナーリフレクタを含む）を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の２枚を、角錐台上面側を向い合わせ、且つ、垂直な平面（２面コーナーリフレクタ）が連続するように重ね合わせた構造を有する。２枚の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の各々は、透明材料から一体成形された基盤の表面から突出した角錐台を複数有し、それぞれの該角錐台の４つある側面のうちの直交する２面が２面コーナーリフレクタとして機能する基盤と垂直な平面として形成され、且つ、前記２面以外の面が、角錐台の基盤面側の平面（底面）より、基盤側とは反対側の平面（上面）の方が小さくなるような傾斜をつけた平面として形成された構造を有する。これにより、樹脂成型により作製可能な２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を用いたリフレクタアレイ光学装置における上記空中像がより明るくなる。
【００１２】
前記リフレクタアレイ光学装置を形成する各々の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の基盤に垂直な面（法線）からの前記傾斜角度は５度以上２５度以下であることが好ましい。この傾斜角度（基盤法線からの角度）はスタンパからの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の取り外しを考えると大きい方が良いが、大き過ぎると２面コーナーリフレクタで反射した光の出射面である上記角錐台の上面の面積が小さくなることにより被観察物の実像（実鏡映像）が暗くなってしまう。また、上記上面面積を確保した場合には上記角錐台の底面の面積が大きくなり単位面積当りの２面コーナーリフレクタの数が減少してしまうため、やはり被観察物の実像（実鏡映像）が暗くなってしまう。これら相反する現象に対して様々な傾斜角度のスタンパを用いて成型実験を行った結果、上記傾斜角度は５度以上２５度以下にすることが好適であることが分かった。
【００１３】
前記リフレクタアレイ光学装置を形成する各々の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の２面コーナーリフレクタとして機能する基盤と垂直な平面に金属膜による反射面をさらに付けることが好ましい。
【００１４】
前記リフレクタアレイ光学装置を形成する各々の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は樹脂成型法により作製されていることが好ましい。
【００１５】
上記角錐台において、２面コーナーリフレクタを形成する２面以外の側面（上面と底面除く）は２面存在することになり、その両面に上記傾斜を付けることになるが、それら両面の傾斜角度は等しくても良いし、等しくなくても良い。ただし電鋳加工等の反転工法で金型を作製する場合にはそれら両面の角度が等しい方が切削工具（バイト）を１種類だけ作製すれば良いので都合が良い。
【００１６】
リフレクタアレイ光学装置によれば、被観察物の明るい実像（実鏡映像）を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系を利用した表示装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のリフレクタアレイ光学装置によれば、高さの低い筒状体を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の２枚を用い重ね合わせることにより、高さの高い筒状体を得ることができ、明るい空中像表示を得ることができる。また、筒状体を角錐台形状とすることにより、樹脂成型で作製可能な２面コーナーリフレクタアレイ光学素子をリフレクタアレイ光学装置に利用できるようになる。さらに副次的な効果として、観察者側への多重反射の透過光を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による実施形態のリフレクタアレイ光学装置の具体的構成例を模式的に示す概略部分切欠斜視図である。
【図２】本発明による更なる実施形態のリフレクタアレイ光学装置の具体的構成例を模式的に示す概略部分切欠斜視図である。
【図３】本発明による実施形態のリフレクタアレイ光学装置の一方の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を模式的に示す概略部分切欠斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面における断面図（ａ）およびＢ−Ｂ断面における断面図（ｂ）である。
【図５】本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の角錐台を模式的に示す斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を射出成型法により作製する場合の手順を説明するための概略断面図である。
【図７】本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を作製するためのスタンパ作製時に使用するダイヤバイトの形状を説明するための概略断面図である。
【図８】本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を作製するためのスタンパ作製時に使用する銅マスター板の概略平面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ断面における部分拡大断面図である。
【図１０】電鋳反転加工で得られた本発明による実施形態で使用するスタンパの部分拡大断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を熱プレス成型法により作製する場合の手順を説明するための概略断面図である。
【図１２】本発明による実施形態の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の具体的構成例を模式的に示す概略平面図（ａ）および部分切欠斜視図（ｂ）である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）本発明による実施形態にかかる２枚の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の貼り合わせる場合の手順を説明するための２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を模式的に示す斜視図である。
【図１４】同実施形態のリフレクタアレイ光学装置の角錐台形状の突出部が接合した様子を模式的に示す概略部分断面図である。
【図１５】本発明による実施形態の表示装置に適用される２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の結像様式を模式的に示す概略斜視図である。
【図１６】本発明による実施形態の表示装置に適用される２面コーナーリフレクタアレイ光学素子による結像様式を模式的に示す概略平面図である。
【図１７】本発明による実施形態の表示装置に適用される２面コーナーリフレクタアレイ光学素子による結像様式を模式的に示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明による一実施形態の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子および表示装置について、図面を用いて説明する。
【００２０】
図１に、本発明が適用された実施形態のリフレクタアレイ光学装置の拡大部分斜視図を示す。図２において、６，６ａは２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を示し、５０，５０ａは筒状体を示し、６０，６０ａは基盤を示す。２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａそれぞれは、透明材料からなる基盤６０，６０ａとその上に一体的に成型された複数の筒状体５０，５０ａとを有する。リフレクタアレイ光学装置は、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａの筒状体５０，５０ａ同士がそれぞれ対向するように重ね合わせられて構成されている。
【００２１】
２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａは、筒状体５０，５０ａの各々の上面同士が接着され且つ２つの直交側面（鏡面６１ａ，６１ｂ）の各々が同一平面上に存在するように重ね合わせられている。かかるリフレクタアレイ光学装置は、立方体形状の突出部を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子２枚を、基盤側とは反対側、すなわち、立方体形状の突出部の上面側を向い合わせ、且つ、基盤に垂直な平面にて直交側面が１つの連続する平面となるように重ね合わせ作製されている。
【００２２】
図１に示す突出した筒状体５０を有する２面コーナーリフレクタ光学素子６，６ａの作製方法としては、アクリル等の樹脂の射出成型および熱プレス成型による方法がある。これによれば、高さの低い直方体の筒状体５０を有する２面コーナーリフレクタ光学素子６，６ａの作製が可能である。突出した筒状体５０の４つの面が基盤６０に対して垂直面となっているので、筒状体の高さが高くなるほど成型後に光学素子をスタンパから外すこと（離型）が困難となるので、他の２面コーナーリフレクタ光学素子の作製方法として、例えば、直接Ｘ線リソグラフィ法などを用いることにより、樹脂基盤に直接、４面垂直側壁を持った直方体や立方体を作製することができる。
【００２３】
アクリル等からなる筒状体を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の場合と、立方体形状の貫通穴を用いたものの場合とでは、観察した空中像を最も明るくするための観察の角度条件が変わってくる。すなわち、光が空気より屈折率の大きな樹脂内を通るために、立方体形状の貫通穴を用いた２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の場合では３５度方向から観察した空中像を最も明るくするが、アクリル樹脂の屈折率を１．５としてシミュレーションを行うと、立方体形状筒状体の高さを正方形底面の一辺の長さの約２倍程度と高くし長方体とした場合が、３５度方向から観察した空中像をより明るくすることができることが判った。しかし、樹脂成型で作製する場合は、上記の突出した長方体形状の高さが高いほど、つまり、成型体表面に作製する凸形状の高さが高いほど、成型時の離型の難易度が高くなる。
【００２４】
また、成型体表面に作製する凸形状に傾斜いわゆる「抜きテーパー」を付けることにより、スタンパからの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の取り外しを容易にすることができる。しかし、筒状体形状の突出部に樹脂成型時の抜きテーパーを設けた場合、２面コーナーリフレクタを有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の光の利用効率が低下する。たとえば、傾斜面を持つ略長方体形状の突出部を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子で、突出部の高さをその底面の一辺の長さの２倍とした場合、略長方体の基盤側とは反対側の平面（上面）の一辺の長さは底面の３分の１になることもあり、上面を通る光の量もそれにつれて少なくなってしまう。
【００２５】
これらのことを考慮すると、樹脂成型時の抜きテーパーを考慮した傾斜面を持つ突出部を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子では、作製面からも、光学面からも、突出部の高さを高くすることに限界があるということになる。
【００２６】
図２は、かかる限界を解消する本発明の更なる実施形態のリフレクタアレイ光学装置の拡大部分斜視図を示す。図２において、６，６ａは２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を示し、５１，５１ａは角錐台を示し、６０，６０ａは基盤を示す。２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａそれぞれは、透明材料からなる基盤６０，６０ａとその上に一体的に成型された複数の角錐台５１，５１ａとを有する。リフレクタアレイ光学装置は、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａの角錐台５１，５１ａ同士がそれぞれ対向するように重ね合わせられて構成されている。
【００２７】
２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａは、角錐台５１，５１ａの各々の上面同士が接着され且つ２つの直交側面（鏡面６１ａ，６１ｂ）の各々が同一平面上に存在するように重ね合わせられている。かかるリフレクタアレイ光学装置は、角錐台形状の突出部を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子２枚を、基盤側とは反対側、すなわち、角錐台形状の突出部の上面側を向い合わせ、且つ、基盤に垂直な平面にて直交側面が１つの連続する平面となるように重ね合わせ作製されている。貼り合わせに、樹脂の屈折率にマッチングした光学接着剤を使用することにより、貼り合わせ面での光の反射を防止することができる。
【００２８】
２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａは同様な構成なので、角錐台形状の突出部を有する一方の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６について述べる。図３に、リフレクタアレイ光学装置の半体である、突出した角錐台５１を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６の実施形態の拡大部分斜視図を示す。また、図４に図３のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ断面における拡大部分断面図を示す。図５に２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の１つの角錐台５１を模式的に示す斜視図を示す。
【００２９】
図３に示す２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６は、透明材料で一体的に成型された平板状の基盤６０の表面から突出した角錐台５１の複数を有する。角錐台５１の各々には２面コーナーリフレクタ６１として２つの直交する側面（鏡面６１ａ、６１ｂ）が形成され、２面コーナーリフレクタを形成する上面と底面除く２鏡面以外の側面６２ａ（図３では角錐台５１の奥側で見えていない面）、６２ｂが基盤６０主面の法線から一定の角度（傾斜面）を持っている。図４には角錐台５１の寸法Ｈ、Ｌ、Ｄおよび角度θが記載してあるが、これらの値は、高さＨ＝１７０μｍ、正方形上面一辺Ｌ＝１５０μｍ、間隔Ｄ＝１０μｍ、テーパー角度θ＝１０８°である。角錐台５１は樹脂成型時の抜きテーパーを考慮した傾斜面（基盤に垂直な面からの角度１８度）を持つが、これは代表値であり、本発明はこれに限定されるものではない。このように、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６は、透明材料で一体的に成型され且つ基盤から突出した複数の角錐台を含み、複数の角錐台の各々には２面コーナーリフレクタとして機能する該基盤に垂直で且つ互いに直交する２つの直交側面が形成されている。
【００３０】
図５に示すように、角錐台５１の２面コーナーリフレクタ以外の側面６２ａ、６２ｂは、角錐台の基盤側の底面５２の面積より角錐台の基盤側とは反対側の端面５３（上面）の面積の方が小となるように、角錐台５１のテーパー構造を画定する。２面コーナーリフレクタ以外の側面６２ａ、６２ｂはテーパー面となる。
【００３１】
具体的に、角錐台５１は、図５に示すように、２面コーナーリフレクタとした直交側面６１ａ、６１ｂを含む立方体形状部Ｃと立方体形状部Ｃと一体となった２面コーナーリフレクタ以外の側面６２ａ、６２ｂを平面として含むテーパー部Ｔとからなる。このように、角錐台５１は、２つの直交側面以外の側面がテーパーとして形成され且つ基盤側の底面の面積より上面の面積の方が小となるテーパー構造を有する。
【００３２】
２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は基盤および角錐台が樹脂成型法により作製できるので、その一例を説明する。図６は射出成型法により作製する場合を示すものであり、以下の手順で作製される。
【００３３】
まず、図６（ａ）に示すように、所定のスタンパ１０１と平坦な金型１０２を密着させた状態で、樹脂の軟化温度以上（アクリル樹脂を使用する場合は例えば２００℃）に加熱しておく。
【００３４】
次に、図６（ｂ）に示すように、金型ゲート部１０３より溶融した樹脂１０４を金型１０２内に高圧にて充填する。
【００３５】
次に、図６（ｃ）に示すように、樹脂１０４充填終了後にスタンパ１０１と金型１０２を密着させたまま樹脂１０４の軟化温度以下（アクリル樹脂を使用する場合は例えば８０℃）まで冷却する。
【００３６】
次に、図６（ｄ）に示すように、金型１０２をスタンパ１０１から離す。この時、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子が金型１０２とともにスタンパ１０１から離すことができるようにすることが好ましい。
【００３７】
最後に、図６（ｅ）に示すように、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６を金型１０２から外す。２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の金型側の面は平面であるため比較的簡単に取り外すことができる。ゲート部により形成された樹脂部分を切り落とせば２面コーナーリフレクタアレイ光学素子が完成する。
【００３８】
上記所定スタンパ１０１は、ダイヤバイトによる切削加工と電鋳反転加工により作製できる。以下にその手順を示す。
【００３９】
まず、図７に示すように、片側は垂直面に対応して、もう片側は本発明の特徴である傾斜面に対応した角度を有するダイヤバイト（切削のための刃）を準備する。
【００４０】
次に、図８に示すように、銅マスター板１５０に図７のダイヤバイトにより２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の反転パターンになるように切削加工を施す。具体的には、図８に示すように平行な水平溝を所定のピッチで複数順番に切削して行き、次に、先に切削した溝に対して直角方向に、所定ピッチで複数の垂直溝を順番に切削して行く。図４に示す角錐台の断面形状を作製するのに、１本の溝に対して１回当たり５μｍずつの切削を繰り返すことにより１７０μｍの深さに達するまで切削後、次の溝の位置まで所定ピッチでダイヤバイトを移動させる動作を繰り返した。切削加工後の図８のＡ−Ａ断面における部分拡大断面図は図９のようになる（図４に示す角錐台の断面形状と同等）。
【００４１】
次に、切削加工後の銅マスター板１５０を用いてニッケルの電鋳反転加工により、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子と同じ複数の角錐台を有する銅マスター板１５０の反転パターンを有する成型用のスタンパ１０１を作製できる。図１０に電鋳反転加工で得られたスタンパ１０１の部分拡大断面図を示す。
【００４２】
上記所定スタンパ１０１を用いれば、熱プレス成型によっても２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を作製することができる。
【００４３】
熱プレス成型により２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を作製する時の手順を以下に示す。
【００４４】
まず、図１１（ａ）に示すように、スタンパ１０１と金型２０２をそれぞれ使用する樹脂１０４の軟化温度以上（アクリル樹脂を使用する場合は例えば２００℃）に加熱しておく。
【００４５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、金型２０２上に使用する樹脂１０４でできたシートを載せる。
【００４６】
次に、図１１（ｃ）に示すように、スタンパ１０１と金型２０２でシートを加圧（プレス）する。そのまま、スタンパ１０１と金型２０２でシートを加圧したまま樹脂１０４の軟化温度以下（アクリル樹脂を使用する場合は例えば８０℃）まで冷却する。
【００４７】
次に、図１１（ｄ）に示すように、スタンパ１０１を金型２０２から離す。この時、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６と金型２０２を真空を利用して吸着しておく等の方法で、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子が金型２０２とともにスタンパ１０１から離すことができるようにすることが好ましい。
【００４８】
次に、図１１（ｅ）に示すように、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６を金型２０２から外す。２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の金型側の面は平面であるため比較的簡単に取り外すことができる。
【００４９】
上記の例では樹脂シートを用いたが、加熱した金型２０２上に樹脂１０４を載せ溶融させてシート状にしてから加圧しても良い。
【００５０】
以上ようにしてテーパー構造の角錐台５１のアレイを有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６であれば、比較的簡単に樹脂成型が可能である。
【００５１】
上記の樹脂成型法又は熱プレス成型によれば、図１２（ａ）に示すように、薄い平板状の基盤６０に、平面視でほぼ角錐台（例えば正方形底面）であって、その底面乃至上面の間を光線が屈曲して通過する透明な角錐台５１（一辺が例えば５０〜２００μｍ）を多数形成でき、各角錐台５１のうち隣接して直交する２つの内壁面６１ａ，６１ｂを２面コーナーリフレクタ６１とする２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６を得ることができる。なお、図１２に示したものと同様に２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６ａも作製することができる。２面コーナーリフレクタ６１を構成しないテーパー部分には、つや消しなど反射不能な面とすることができる。また、各２面コーナーリフレクタ６１は、基盤６０上において鏡面６１ａ，６１ｂがなす内角が全て同じ向きとなるように、規則的な格子点上に整列させて形成することが好ましい。なお、図１２（ｂ）に示すように、各２面コーナーリフレクタでは、２つの直交する鏡面の交線ＣＬが素子面６Ｓに直交することが好ましい。この鏡面６１ａ，６１ｂの内角の向きを、２面コーナーリフレクタ６１の向き（方向）と称する。
【００５２】
次に、２枚の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の貼り合わせる時の手順を図１３を参照しながら以下に示す。
【００５３】
図１３（ａ）に示すように、ガラス基板３０１のような平板上に紫外線硬化型の光学接着剤３０２を、バーコーターなどを用いて薄く広げる。光学接着剤としては例えば、スリーボンド社製のＴＢ３０４２Ｂが使用できる。
【００５４】
図１３（ｂ）に示すように、１枚の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６ａの角錐台５１の上面を、ガラス基板３０１上に載せ、突出部の上面部分にのみ光学接着剤３０２を転写する。
【００５５】
図１３（ｃ）に示すように、もう一枚の同一形状の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６の上へ、先の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６ａを、お互いの角錐台５１の上面側が向い合うように、且つ、基盤６０，６０ａに垂直な直交側面（鏡面６１ａ，６１ｂ）同士が、すなわち、２面コーナーリフレクタとして働く面が連続するように、位置を合わせながら光学接着剤を介して重ね合わせる。このようにして、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６０，６０ａは、直交側面の各々が同一平面にあるように重ね合わせられ、角錐台５１，５１ａの各々の上面同士にて接着される。
【００５６】
図１３（ｄ）に示すように、どちらかの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の基盤６０側から、紫外光ＵＶを照射して光学接着剤を硬化させる。
【００５７】
図１４は、このようにして作製したリフレクタアレイ光学装置６６の、接着された角錐台５１の部分断面図を示す。基盤に垂直な平面、すなわち、２面コーナーリフレクタとして働く面が連続するように重ね合わせてあるので、素子の厚さ方向に細長い２面コーナーリフレクタの各リフレクタ面６１ｃが形成されている。突出した角錐台の高さが底面を形成する正方形の一辺の長さと同じ高さである２面コーナーリフレクタアレイ光学素子同士を重ね合わせているため、出来上がったリフレクタアレイ光学装置の各リフレクタ面６１ｃの高さが底辺の２倍（Ｈ２＝３４０μｍ）になり、前記のシミュレーション結果より３５度方向から観察した空中像を最も明るくすることができる条件に当てはまるリフレクタアレイ光学装置を得ることができる。
【００５８】
金属反射膜を付けた時には、重ね合わせ時の接着剤のはみ出しによる影響がなくなるという利点を有する。極端な場合として、空間の全てを接着剤で埋めた時には、筒状体間の空間が存在しなくなる、つまり筒状体を隙間無く並べたのと同じことになるので、より明るい表示が得られる。
【００５９】
上記実施例では光学接着剤を用いて２面コーナーリフレクタアレイ光学素子同士を貼り合わせたが、光学粘着材（例えば、積水化学工業（株）製セキスイ高透明両面テープ＃５５１１）を用いて貼り合わせてもよい。
【００６０】
また、上記光学接着剤や光学粘着剤（接着テープ）を用いて貼り合わせる以外にも、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子同士を重ね合わせてネジ止め、クリップ止め等クランプしただけでも良く、（熱）溶接によって重ね合わせても良く、いずれの場合も空中像ができることが確認できた。
【００６１】
リフレクタアレイ光学装置の２面あるリフレクタ面以外の面は中央で折れ曲がった形状をしている、つまり、これらの４面と両側の基盤面で形成される構造体は高さ方向の中央部が凹んだ形状をしているが２面コーナーリフレクタの各リフレクタで１回ずつ反射する光は、この凹んだ部分を通過する時は細長いリフレクタ面６１ｃ（垂直面）の近傍を通過するため、この凹み部分は空中像の明るさに対して影響を与えない。
【００６２】
本発明の表示装置は、図１５に模式的に示すように、リフレクタアレイ光学装置６６の一方の主面側にある被観察物４とを含み、被観察物の実像５（実鏡映像）を基盤の他方の主面側の空間に結像させる。リフレクタアレイ光学装置６６は、２つの相互に直交する鏡面６１ａ，６１ｂ（細長いリフレクタ面６１ｃに属する）から構成される２面コーナーリフレクタ６１の多数の集合であり、全２面コーナーリフレクタ６１を構成するそれぞれ２つの鏡面６１ａ，６１ｂに対してほぼ垂直な平面を素子面６Ｓ（接着された両２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の角錐台の上面に属する）とし、この素子面６Ｓを対称面とする面対称位置に被観察物４の実鏡映像５を結像させることができるものである。なお、本実施形態において２面コーナーリフレクタ６１はリフレクタアレイ光学装置６６の全体の大きさ（ｃｍオーダ）と比べて非常に微小（μｍオーダ）であるので、図１５では２面コーナーリフレクタ６１の集合全体をグレーで表し、その内角の向きをＶ字形状で表してある。
【００６３】
本発明ではリフレクタアレイ光学装置６６は、突出した角錐台の側面のうち本発明の特徴である傾斜した面以外の基盤に垂直な面として設けられている（図１５の６１ａ，６１ｂ）。
【００６４】
そして、リフレクタアレイ光学装置６６では、各２面コーナーリフレクタ６１は、その裏面側（被観察物４）から、突出した角錐台に入った光を一方の鏡面６１ａ（または６１ｂ）で反射させ、さらにその反射光を他方の鏡面６１ｂ（または６１ａ）で反射させて表面側へと通過させる機能を有し、この光の進入経路と射出経路とが素子面６Ｓを挟んで面対称をなすこととなる。すなわち、リフレクタアレイ光学装置６６の素子面６Ｓは、被観察物４の実像（実鏡映像）を、面対称位置に空中像（実鏡映像）５として結像させる対称面となる。
【００６５】
ここで、リフレクタアレイ光学装置６６による結像様式について、被観察物として点光源ｏから発せられた光の経路とともに簡単に説明する。図１６に平面的な模式図で、図１７に模式的な側面図でそれぞれ示すように、点光源ｏから発せられる光（一点鎖線矢印で示す。図１６において３次元的には紙面奥側から紙面手前側へ進行する）は、リフレクタアレイ光学装置６６を通過する際に、２面コーナーリフレクタ６１を構成する一方の鏡面６１ａ（または６１ｂ）で反射して更に他方の鏡面６１ｂ（または６１ａ）で反射した後に素子面６Ｓを通過し、リフレクタアレイ光学装置６６の素子面６Ｓに対して点光源ｏの面対称位置を広がりながら通過する。図１６では入射光と反射光とが平行をなすように表されているが、これは同図では点光源ｏに対して２面コーナーリフレクタ６１を誇張して大きく記載しているためであり、実際には各２面コーナーリフレクタ６１は極めて微小なものであるため、同図のようにリフレクタアレイ光学装置６６を上方から見た場合には、入射光と反射光とは殆ど重なってみえる（図１６では２面コーナーリフレクタ６１の２つの鏡面（６１ａ，６１ｂ）それぞれに最初に当たる光の経路、つまり２本の経路を描いて説明しているが、図１７では煩雑さを避けるためにどちらか一方の鏡面に最初に当たる光のみを描いている）。すなわち、結局は点光源ｏの素子面６Ｓに対する面対称位置に透過光が集まり、図１６、図１７においてｐの位置に実鏡映像として結像することになる。
【００６６】
このように２面コーナーリフレクタは反射鏡として働くため、樹脂成型品の突出した角錐台の側面のうちの２面コーナーリフレクタとして働く基盤に垂直な面には、例えば金属膜などの反射面を付けることが好ましいが、発明者は樹脂成型品だけ、つまり反射面を追加加工しなくても、樹脂と空気界面の屈折率差によって十分な反射が得られるため実用上問題ない明るさの実鏡映像を空中に結像させることができることを発見した。
【００６７】
反射面を設けることなく樹脂成型品のみの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を利用して、空中に被観察物の実像（実鏡映像）を結像させて見ることができるので低コストで表示装置を作製することができる。また、金属膜を付ける場合は、リフレクタアレイ光学装置を形成する各々の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の状態で金属膜を付けた物を重ね合わせても良いし、リフレクタアレイ光学装置を形成した後に金属膜を付けても良い。
【符号の説明】
【００６８】
４ 被観察物
５ 空中映像（実鏡映像）
６ ２面コーナーリフレクタアレイ光学素子
６Ｓ 素子面（対称面）
５１ 角錐台
５２ 底面
５３ 端面（上面）
６０ 基盤
６１ ２面コーナーリフレクタ
６１ａ、６１ｂ 鏡面（直交側面）
６２ａ、６２ｂ ２面コーナーリフレクタ以外の側面（テーパー面）
６６ リフレクタアレイ光学装置
１０１、２０１ スタンパ
１０２、２０２ 金型
１０３ 金型ゲート部
１０４ 樹脂
１５０、２５０ 銅マスター板
ＣＬ 鏡面の交線
Ｃ 立方体形状部
Ｔ テーパー部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被観察物の実像（実鏡映像）を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学素子とそれを用いた表示装置および光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
実鏡映像結像光学素子を利用して、空中に被観察物の実像（実鏡映像）を結像させて、それを観察者が見ることができるようにした表示装置が提案されている（特許文献１、参照）。
【０００３】
かかる実鏡映像結像光学素子を利用した表示装置は、被観察物の実像（実鏡映像）を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系と、当該実鏡映像結像光学系の該観察者側とは反対側の空間に配置される該実像（実鏡映像）を形成するための被観察物とを備えた表示装置であり、被観察物の実像（実鏡映像）を実鏡映像結像光学系の対称面に対して対称位置に結像させることができるものである。
【０００４】
特許文献１では、実鏡映像結像光学系として、互いに直交する２つの鏡面（反射面）からなる単位光学素子（２面コーナーリフレクタと称する）が提案されている。特許文献１は、複数の２面コーナーリフレクタを１つの平面を構成する素子面にアレイ状にすなわち整列配置した実鏡映像結像光学素子（２面コーナーリフレクタアレイ光学素子と称する）を開示している。２面コーナーリフレクタアレイ光学素子では、碁盤目状に多数の２面コーナーリフレクタとして、素子面を貫通する方向に想定される光学的な貫通穴の内壁を鏡面として利用するものや、基盤の表面から突出した透明な筒状体の内壁を鏡面として利用するものがある。
【０００５】
２面コーナーリフレクタアレイ光学素子においては、複数の整列された２面コーナーリフレクタの各鏡面が素子面にほぼ垂直に直立配置されているので、該素子面の一方側に配置した被観察物からの光は、該素子面を通過する際に２面コーナーリフレクタに２回反射して、光線が屈曲して素子面を通過して、被観察物のない該素子面の他方の主面側の空間に実像として結像する。すなわち、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は、被観察物が２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の素子面（対称面とも称する）に対して対称位置に存在するように、その実像を結像させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００７−１１６６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
２面コーナーリフレクタアレイ光学素子では、アクリル等など透明材料からなる筒状体を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の場合と、立方体形状の貫通穴を用いた筒状体の場合とでは、透明材料と空気の屈折率が異なるので、観察した空中像を最も明るくするための観察の条件がいろいろ変わってくる。
【０００８】
高さの低い筒状体を用いた２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の場合、背景光から区別できる十分な明るさの空中像を結像させることができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、空中像の明るさを向上できるリフレクタアレイ光学装置およびそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるリフレクタアレイ光学装置は、一方の主面側にある被観察物の実像を他方の主面側の空間に結像させるリフレクタアレイ光学装置であって、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を有しており、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子のそれぞれが透明材料からなる基盤と一体的に形成され且つ基盤の表面から突出した複数の筒状体を有している。そして、本発明によるリフレクタアレイ光学装置において、複数の筒状体の各々は基盤に垂直で且つ互いに直交する少なくとも２つの直交側面を有しており、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は、２つの直交側面の各々が同一平面にあるように筒状体の各々の上面同士にて重ね合わせられている、ことを特徴とする。かかるリフレクタアレイ光学装置を用いることにより、高さの高い筒状体を得ることができ、明るい空中像を得ることができる。単独の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子で筒状体の高さを高くすることが難しい時に、高さの高い筒状体を得るために、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を重ね合わせることは有効である。
【００１１】
さらに、本発明によるリフレクタアレイ光学装置においては、前記筒状体は、前記基盤に垂直で且つ互いに直交する２つの直交側面と、傾斜する側面と、前記上面の面積より大なる面積の底面とを有する角錐台形状を有することとすることができる。換言すれば、かかる本発明のリフレクタアレイ光学装置は、被観察物の実像（実鏡映像）を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系であり、それぞれが複数の角錐台（２面コーナーリフレクタを含む）を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の２枚を、角錐台上面側を向い合わせ、且つ、垂直な平面（２面コーナーリフレクタ）が連続するように重ね合わせた構造を有する。２枚の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の各々は、透明材料から一体成形された基盤の表面から突出した角錐台を複数有し、それぞれの該角錐台の４つある側面のうちの直交する２面が２面コーナーリフレクタとして機能する基盤と垂直な平面として形成され、且つ、前記２面以外の面が、角錐台の基盤面側の平面（底面）より、基盤側とは反対側の平面（上面）の方が小さくなるような傾斜をつけた平面として形成された構造を有する。これにより、樹脂成型により作製可能な２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を用いたリフレクタアレイ光学装置における上記空中像がより明るくなる。
【００１２】
前記リフレクタアレイ光学装置を形成する各々の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の基盤に垂直な面（法線）からの前記傾斜角度は５度以上２５度以下であることが好ましい。この傾斜角度（基盤法線からの角度）はスタンパからの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の取り外しを考えると大きい方が良いが、大き過ぎると２面コーナーリフレクタで反射した光の出射面である上記角錐台の上面の面積が小さくなることにより被観察物の実像（実鏡映像）が暗くなってしまう。また、上記上面面積を確保した場合には上記角錐台の底面の面積が大きくなり単位面積当りの２面コーナーリフレクタの数が減少してしまうため、やはり被観察物の実像（実鏡映像）が暗くなってしまう。これら相反する現象に対して様々な傾斜角度のスタンパを用いて成型実験を行った結果、上記傾斜角度は５度以上２５度以下にすることが好適であることが分かった。
【００１３】
前記リフレクタアレイ光学装置を形成する各々の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の２面コーナーリフレクタとして機能する基盤と垂直な平面に金属膜による反射面をさらに付けることが好ましい。
【００１４】
前記リフレクタアレイ光学装置を形成する各々の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は樹脂成型法により作製されていることが好ましい。
【００１５】
上記角錐台において、２面コーナーリフレクタを形成する２面以外の側面（上面と底面除く）は２面存在することになり、その両面に上記傾斜を付けることになるが、それら両面の傾斜角度は等しくても良いし、等しくなくても良い。ただし電鋳加工等の反転工法で金型を作製する場合にはそれら両面の角度が等しい方が切削工具（バイト）を１種類だけ作製すれば良いので都合が良い。
【００１６】
リフレクタアレイ光学装置によれば、被観察物の明るい実像（実鏡映像）を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系を利用した表示装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のリフレクタアレイ光学装置によれば、高さの低い筒状体を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の２枚を用い重ね合わせることにより、高さの高い筒状体を得ることができ、明るい空中像表示を得ることができる。また、筒状体を角錐台形状とすることにより、樹脂成型で作製可能な２面コーナーリフレクタアレイ光学素子をリフレクタアレイ光学装置に利用できるようになる。さらに副次的な効果として、観察者側への多重反射の透過光を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による実施形態のリフレクタアレイ光学装置の具体的構成例を模式的に示す概略部分切欠斜視図である。
【図２】本発明による更なる実施形態のリフレクタアレイ光学装置の具体的構成例を模式的に示す概略部分切欠斜視図である。
【図３】本発明による実施形態のリフレクタアレイ光学装置の一方の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を模式的に示す概略部分切欠斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面における断面図（ａ）およびＢ−Ｂ断面における断面図（ｂ）である。
【図５】本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の角錐台を模式的に示す斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を射出成型法により作製する場合の手順を説明するための概略断面図である。
【図７】本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を作製するためのスタンパ作製時に使用するダイヤバイトの形状を説明するための概略断面図である。
【図８】本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を作製するためのスタンパ作製時に使用する銅マスター板の概略平面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ断面における部分拡大断面図である。
【図１０】電鋳反転加工で得られた本発明による実施形態で使用するスタンパの部分拡大断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）本発明による実施形態にかかる２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を熱プレス成型法により作製する場合の手順を説明するための概略断面図である。
【図１２】本発明による実施形態の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の具体的構成例を模式的に示す概略平面図（ａ）および部分切欠斜視図（ｂ）である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）本発明による実施形態にかかる２枚の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の貼り合わせる場合の手順を説明するための２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を模式的に示す斜視図である。
【図１４】同実施形態のリフレクタアレイ光学装置の角錐台形状の突出部が接合した様子を模式的に示す概略部分断面図である。
【図１５】本発明による実施形態の表示装置に適用される２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の結像様式を模式的に示す概略斜視図である。
【図１６】本発明による実施形態の表示装置に適用される２面コーナーリフレクタアレイ光学素子による結像様式を模式的に示す概略平面図である。
【図１７】本発明による実施形態の表示装置に適用される２面コーナーリフレクタアレイ光学素子による結像様式を模式的に示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明による一実施形態の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子および表示装置について、図面を用いて説明する。
【００２０】
図１に、本発明が適用された実施形態のリフレクタアレイ光学装置の拡大部分斜視図を示す。図２において、６，６ａは２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を示し、５０，５０ａは筒状体を示し、６０，６０ａは基盤を示す。２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａそれぞれは、透明材料からなる基盤６０，６０ａとその上に一体的に成型された複数の筒状体５０，５０ａとを有する。リフレクタアレイ光学装置は、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａの筒状体５０，５０ａ同士がそれぞれ対向するように重ね合わせられて構成されている。
【００２１】
２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａは、筒状体５０，５０ａの各々の上面同士が接着され且つ２つの直交側面（鏡面６１ａ，６１ｂ）の各々が同一平面上に存在するように重ね合わせられている。かかるリフレクタアレイ光学装置は、立方体形状の突出部を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子２枚を、基盤側とは反対側、すなわち、立方体形状の突出部の上面側を向い合わせ、且つ、基盤に垂直な平面にて直交側面が１つの連続する平面となるように重ね合わせ作製されている。
【００２２】
図１に示す突出した筒状体５０を有する２面コーナーリフレクタ光学素子６，６ａの作製方法としては、アクリル等の樹脂の射出成型および熱プレス成型による方法がある。これによれば、高さの低い直方体の筒状体５０を有する２面コーナーリフレクタ光学素子６，６ａの作製が可能である。突出した筒状体５０の４つの面が基盤６０に対して垂直面となっているので、筒状体の高さが高くなるほど成型後に光学素子をスタンパから外すこと（離型）が困難となるので、他の２面コーナーリフレクタ光学素子の作製方法として、例えば、直接Ｘ線リソグラフィ法などを用いることにより、樹脂基盤に直接、４面垂直側壁を持った直方体や立方体を作製することができる。
【００２３】
アクリル等からなる筒状体を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の場合と、立方体形状の貫通穴を用いたものの場合とでは、観察した空中像を最も明るくするための観察の角度条件が変わってくる。すなわち、光が空気より屈折率の大きな樹脂内を通るために、立方体形状の貫通穴を用いた２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の場合では３５度方向から観察した空中像を最も明るくするが、アクリル樹脂の屈折率を１．５としてシミュレーションを行うと、立方体形状筒状体の高さを正方形底面の一辺の長さの約２倍程度と高くし長方体とした場合が、３５度方向から観察した空中像をより明るくすることができることが判った。しかし、樹脂成型で作製する場合は、上記の突出した長方体形状の高さが高いほど、つまり、成型体表面に作製する凸形状の高さが高いほど、成型時の離型の難易度が高くなる。
【００２４】
また、成型体表面に作製する凸形状に傾斜いわゆる「抜きテーパー」を付けることにより、スタンパからの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の取り外しを容易にすることができる。しかし、筒状体形状の突出部に樹脂成型時の抜きテーパーを設けた場合、２面コーナーリフレクタを有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の光の利用効率が低下する。たとえば、傾斜面を持つ略長方体形状の突出部を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子で、突出部の高さをその底面の一辺の長さの２倍とした場合、略長方体の基盤側とは反対側の平面（上面）の一辺の長さは底面の３分の１になることもあり、上面を通る光の量もそれにつれて少なくなってしまう。
【００２５】
これらのことを考慮すると、樹脂成型時の抜きテーパーを考慮した傾斜面を持つ突出部を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子では、作製面からも、光学面からも、突出部の高さを高くすることに限界があるということになる。
【００２６】
図２は、かかる限界を解消する本発明の更なる実施形態のリフレクタアレイ光学装置の拡大部分斜視図を示す。図２において、６，６ａは２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を示し、５１，５１ａは角錐台を示し、６０，６０ａは基盤を示す。２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａそれぞれは、透明材料からなる基盤６０，６０ａとその上に一体的に成型された複数の角錐台５１，５１ａとを有する。リフレクタアレイ光学装置は、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａの角錐台５１，５１ａ同士がそれぞれ対向するように重ね合わせられて構成されている。
【００２７】
２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａは、角錐台５１，５１ａの各々の上面同士が接着され且つ２つの直交側面（鏡面６１ａ，６１ｂ）の各々が同一平面上に存在するように重ね合わせられている。かかるリフレクタアレイ光学装置は、角錐台形状の突出部を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子２枚を、基盤側とは反対側、すなわち、角錐台形状の突出部の上面側を向い合わせ、且つ、基盤に垂直な平面にて直交側面が１つの連続する平面となるように重ね合わせ作製されている。貼り合わせに、樹脂の屈折率にマッチングした光学接着剤を使用することにより、貼り合わせ面での光の反射を防止することができる。
【００２８】
２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６，６ａは同様な構成なので、角錐台形状の突出部を有する一方の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６について述べる。図３に、リフレクタアレイ光学装置の半体である、突出した角錐台５１を有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６の実施形態の拡大部分斜視図を示す。また、図４に図３のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ断面における拡大部分断面図を示す。図５に２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の１つの角錐台５１を模式的に示す斜視図を示す。
【００２９】
図３に示す２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６は、透明材料で一体的に成型された平板状の基盤６０の表面から突出した角錐台５１の複数を有する。角錐台５１の各々には２面コーナーリフレクタ６１として２つの直交する側面（鏡面６１ａ、６１ｂ）が形成され、２面コーナーリフレクタを形成する上面と底面除く２鏡面以外の側面６２ａ（図３では角錐台５１の奥側で見えていない面）、６２ｂが基盤６０主面の法線から一定の角度（傾斜面）を持っている。図４には角錐台５１の寸法Ｈ、Ｌ、Ｄおよび角度θが記載してあるが、これらの値は、高さＨ＝１７０μｍ、正方形上面一辺Ｌ＝１５０μｍ、間隔Ｄ＝１０μｍ、テーパー角度θ＝１０８°である。角錐台５１は樹脂成型時の抜きテーパーを考慮した傾斜面（基盤に垂直な面からの角度１８度）を持つが、これは代表値であり、本発明はこれに限定されるものではない。このように、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６は、透明材料で一体的に成型され且つ基盤から突出した複数の角錐台を含み、複数の角錐台の各々には２面コーナーリフレクタとして機能する該基盤に垂直で且つ互いに直交する２つの直交側面が形成されている。
【００３０】
図５に示すように、角錐台５１の２面コーナーリフレクタ以外の側面６２ａ、６２ｂは、角錐台の基盤側の底面５２の面積より角錐台の基盤側とは反対側の端面５３（上面）の面積の方が小となるように、角錐台５１のテーパー構造を画定する。２面コーナーリフレクタ以外の側面６２ａ、６２ｂはテーパー面となる。
【００３１】
具体的に、角錐台５１は、図５に示すように、２面コーナーリフレクタとした直交側面６１ａ、６１ｂを含む立方体形状部Ｃと立方体形状部Ｃと一体となった２面コーナーリフレクタ以外の側面６２ａ、６２ｂを平面として含むテーパー部Ｔとからなる。このように、角錐台５１は、２つの直交側面以外の側面がテーパーとして形成され且つ基盤側の底面の面積より上面の面積の方が小となるテーパー構造を有する。
【００３２】
２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は基盤および角錐台が樹脂成型法により作製できるので、その一例を説明する。図６は射出成型法により作製する場合を示すものであり、以下の手順で作製される。
【００３３】
まず、図６（ａ）に示すように、所定のスタンパ１０１と平坦な金型１０２を密着させた状態で、樹脂の軟化温度以上（アクリル樹脂を使用する場合は例えば２００℃）に加熱しておく。
【００３４】
次に、図６（ｂ）に示すように、金型ゲート部１０３より溶融した樹脂１０４を金型１０２内に高圧にて充填する。
【００３５】
次に、図６（ｃ）に示すように、樹脂１０４充填終了後にスタンパ１０１と金型１０２を密着させたまま樹脂１０４の軟化温度以下（アクリル樹脂を使用する場合は例えば８０℃）まで冷却する。
【００３６】
次に、図６（ｄ）に示すように、金型１０２をスタンパ１０１から離す。この時、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子が金型１０２とともにスタンパ１０１から離すことができるようにすることが好ましい。
【００３７】
最後に、図６（ｅ）に示すように、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６を金型１０２から外す。２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の金型側の面は平面であるため比較的簡単に取り外すことができる。ゲート部により形成された樹脂部分を切り落とせば２面コーナーリフレクタアレイ光学素子が完成する。
【００３８】
上記所定スタンパ１０１は、ダイヤバイトによる切削加工と電鋳反転加工により作製できる。以下にその手順を示す。
【００３９】
まず、図７に示すように、片側は垂直面に対応して、もう片側は本発明の特徴である傾斜面に対応した角度を有するダイヤバイト（切削のための刃）を準備する。
【００４０】
次に、図８に示すように、銅マスター板１５０に図７のダイヤバイトにより２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の反転パターンになるように切削加工を施す。具体的には、図８に示すように平行な水平溝を所定のピッチで複数順番に切削して行き、次に、先に切削した溝に対して直角方向に、所定ピッチで複数の垂直溝を順番に切削して行く。図４に示す角錐台の断面形状を作製するのに、１本の溝に対して１回当たり５μｍずつの切削を繰り返すことにより１７０μｍの深さに達するまで切削後、次の溝の位置まで所定ピッチでダイヤバイトを移動させる動作を繰り返した。切削加工後の図８のＡ−Ａ断面における部分拡大断面図は図９のようになる（図４に示す角錐台の断面形状と同等）。
【００４１】
次に、切削加工後の銅マスター板１５０を用いてニッケルの電鋳反転加工により、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子と同じ複数の角錐台を有する銅マスター板１５０の反転パターンを有する成型用のスタンパ１０１を作製できる。図１０に電鋳反転加工で得られたスタンパ１０１の部分拡大断面図を示す。
【００４２】
上記所定スタンパ１０１を用いれば、熱プレス成型によっても２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を作製することができる。
【００４３】
熱プレス成型により２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を作製する時の手順を以下に示す。
【００４４】
まず、図１１（ａ）に示すように、スタンパ１０１と金型２０２をそれぞれ使用する樹脂１０４の軟化温度以上（アクリル樹脂を使用する場合は例えば２００℃）に加熱しておく。
【００４５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、金型２０２上に使用する樹脂１０４でできたシートを載せる。
【００４６】
次に、図１１（ｃ）に示すように、スタンパ１０１と金型２０２でシートを加圧（プレス）する。そのまま、スタンパ１０１と金型２０２でシートを加圧したまま樹脂１０４の軟化温度以下（アクリル樹脂を使用する場合は例えば８０℃）まで冷却する。
【００４７】
次に、図１１（ｄ）に示すように、スタンパ１０１を金型２０２から離す。この時、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６と金型２０２を真空を利用して吸着しておく等の方法で、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子が金型２０２とともにスタンパ１０１から離すことができるようにすることが好ましい。
【００４８】
次に、図１１（ｅ）に示すように、成型された２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６を金型２０２から外す。２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の金型側の面は平面であるため比較的簡単に取り外すことができる。
【００４９】
上記の例では樹脂シートを用いたが、加熱した金型２０２上に樹脂１０４を載せ溶融させてシート状にしてから加圧しても良い。
【００５０】
以上ようにしてテーパー構造の角錐台５１のアレイを有する２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６であれば、比較的簡単に樹脂成型が可能である。
【００５１】
上記の樹脂成型法又は熱プレス成型によれば、図１２（ａ）に示すように、薄い平板状の基盤６０に、平面視でほぼ角錐台（例えば正方形底面）であって、その底面乃至上面の間を光線が屈曲して通過する透明な角錐台５１（一辺が例えば５０〜２００μｍ）を多数形成でき、各角錐台５１のうち隣接して直交する２つの内壁面６１ａ，６１ｂを２面コーナーリフレクタ６１とする２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６を得ることができる。なお、図１２に示したものと同様に２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６ａも作製することができる。２面コーナーリフレクタ６１を構成しないテーパー部分には、つや消しなど反射不能な面とすることができる。また、各２面コーナーリフレクタ６１は、基盤６０上において鏡面６１ａ，６１ｂがなす内角が全て同じ向きとなるように、規則的な格子点上に整列させて形成することが好ましい。なお、図１２（ｂ）に示すように、各２面コーナーリフレクタでは、２つの直交する鏡面の交線ＣＬが素子面６Ｓに直交することが好ましい。この鏡面６１ａ，６１ｂの内角の向きを、２面コーナーリフレクタ６１の向き（方向）と称する。
【００５２】
次に、２枚の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の貼り合わせる時の手順を図１３を参照しながら以下に示す。
【００５３】
図１３（ａ）に示すように、ガラス基板３０１のような平板上に紫外線硬化型の光学接着剤３０２を、バーコーターなどを用いて薄く広げる。光学接着剤としては例えば、スリーボンド社製のＴＢ３０４２Ｂが使用できる。
【００５４】
図１３（ｂ）に示すように、１枚の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６ａの角錐台５１の上面を、ガラス基板３０１上に載せ、突出部の上面部分にのみ光学接着剤３０２を転写する。
【００５５】
図１３（ｃ）に示すように、もう一枚の同一形状の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６の上へ、先の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６ａを、お互いの角錐台５１の上面側が向い合うように、且つ、基盤６０，６０ａに垂直な直交側面（鏡面６１ａ，６１ｂ）同士が、すなわち、２面コーナーリフレクタとして働く面が連続するように、位置を合わせながら光学接着剤を介して重ね合わせる。このようにして、２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子６０，６０ａは、直交側面の各々が同一平面にあるように重ね合わせられ、角錐台５１，５１ａの各々の上面同士にて接着される。
【００５６】
図１３（ｄ）に示すように、どちらかの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の基盤６０側から、紫外光ＵＶを照射して光学接着剤を硬化させる。
【００５７】
図１４は、このようにして作製したリフレクタアレイ光学装置６６の、接着された角錐台５１の部分断面図を示す。基盤に垂直な平面、すなわち、２面コーナーリフレクタとして働く面が連続するように重ね合わせてあるので、素子の厚さ方向に細長い２面コーナーリフレクタの各リフレクタ面６１ｃが形成されている。突出した角錐台の高さが底面を形成する正方形の一辺の長さと同じ高さである２面コーナーリフレクタアレイ光学素子同士を重ね合わせているため、出来上がったリフレクタアレイ光学装置の各リフレクタ面６１ｃの高さが底辺の２倍（Ｈ２＝３４０μｍ）になり、前記のシミュレーション結果より３５度方向から観察した空中像を最も明るくすることができる条件に当てはまるリフレクタアレイ光学装置を得ることができる。
【００５８】
金属反射膜を付けた時には、重ね合わせ時の接着剤のはみ出しによる影響がなくなるという利点を有する。極端な場合として、空間の全てを接着剤で埋めた時には、筒状体間の空間が存在しなくなる、つまり筒状体を隙間無く並べたのと同じことになるので、より明るい表示が得られる。
【００５９】
上記実施例では光学接着剤を用いて２面コーナーリフレクタアレイ光学素子同士を貼り合わせたが、光学粘着材（例えば、積水化学工業（株）製セキスイ高透明両面テープ＃５５１１）を用いて貼り合わせてもよい。
【００６０】
また、上記光学接着剤や光学粘着剤（接着テープ）を用いて貼り合わせる以外にも、２面コーナーリフレクタアレイ光学素子同士を重ね合わせてネジ止め、クリップ止め等クランプしただけでも良く、（熱）溶接によって重ね合わせても良く、いずれの場合も空中像ができることが確認できた。
【００６１】
リフレクタアレイ光学装置の２面あるリフレクタ面以外の面は中央で折れ曲がった形状をしている、つまり、これらの４面と両側の基盤面で形成される構造体は高さ方向の中央部が凹んだ形状をしているが２面コーナーリフレクタの各リフレクタで１回ずつ反射する光は、この凹んだ部分を通過する時は細長いリフレクタ面６１ｃ（垂直面）の近傍を通過するため、この凹み部分は空中像の明るさに対して影響を与えない。
【００６２】
本発明の表示装置は、図１５に模式的に示すように、リフレクタアレイ光学装置６６の一方の主面側にある被観察物４とを含み、被観察物の実像５（実鏡映像）を基盤の他方の主面側の空間に結像させる。リフレクタアレイ光学装置６６は、２つの相互に直交する鏡面６１ａ，６１ｂ（細長いリフレクタ面６１ｃに属する）から構成される２面コーナーリフレクタ６１の多数の集合であり、全２面コーナーリフレクタ６１を構成するそれぞれ２つの鏡面６１ａ，６１ｂに対してほぼ垂直な平面を素子面６Ｓ（接着された両２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の角錐台の上面に属する）とし、この素子面６Ｓを対称面とする面対称位置に被観察物４の実鏡映像５を結像させることができるものである。なお、本実施形態において２面コーナーリフレクタ６１はリフレクタアレイ光学装置６６の全体の大きさ（ｃｍオーダ）と比べて非常に微小（μｍオーダ）であるので、図１５では２面コーナーリフレクタ６１の集合全体をグレーで表し、その内角の向きをＶ字形状で表してある。
【００６３】
本発明ではリフレクタアレイ光学装置６６は、突出した角錐台の側面のうち本発明の特徴である傾斜した面以外の基盤に垂直な面として設けられている（図１５の６１ａ，６１ｂ）。
【００６４】
そして、リフレクタアレイ光学装置６６では、各２面コーナーリフレクタ６１は、その裏面側（被観察物４）から、突出した角錐台に入った光を一方の鏡面６１ａ（または６１ｂ）で反射させ、さらにその反射光を他方の鏡面６１ｂ（または６１ａ）で反射させて表面側へと通過させる機能を有し、この光の進入経路と射出経路とが素子面６Ｓを挟んで面対称をなすこととなる。すなわち、リフレクタアレイ光学装置６６の素子面６Ｓは、被観察物４の実像（実鏡映像）を、面対称位置に空中像（実鏡映像）５として結像させる対称面となる。
【００６５】
ここで、リフレクタアレイ光学装置６６による結像様式について、被観察物として点光源ｏから発せられた光の経路とともに簡単に説明する。図１６に平面的な模式図で、図１７に模式的な側面図でそれぞれ示すように、点光源ｏから発せられる光（一点鎖線矢印で示す。図１６において３次元的には紙面奥側から紙面手前側へ進行する）は、リフレクタアレイ光学装置６６を通過する際に、２面コーナーリフレクタ６１を構成する一方の鏡面６１ａ（または６１ｂ）で反射して更に他方の鏡面６１ｂ（または６１ａ）で反射した後に素子面６Ｓを通過し、リフレクタアレイ光学装置６６の素子面６Ｓに対して点光源ｏの面対称位置を広がりながら通過する。図１６では入射光と反射光とが平行をなすように表されているが、これは同図では点光源ｏに対して２面コーナーリフレクタ６１を誇張して大きく記載しているためであり、実際には各２面コーナーリフレクタ６１は極めて微小なものであるため、同図のようにリフレクタアレイ光学装置６６を上方から見た場合には、入射光と反射光とは殆ど重なってみえる（図１６では２面コーナーリフレクタ６１の２つの鏡面（６１ａ，６１ｂ）それぞれに最初に当たる光の経路、つまり２本の経路を描いて説明しているが、図１７では煩雑さを避けるためにどちらか一方の鏡面に最初に当たる光のみを描いている）。すなわち、結局は点光源ｏの素子面６Ｓに対する面対称位置に透過光が集まり、図１６、図１７においてｐの位置に実鏡映像として結像することになる。
【００６６】
このように２面コーナーリフレクタは反射鏡として働くため、樹脂成型品の突出した角錐台の側面のうちの２面コーナーリフレクタとして働く基盤に垂直な面には、例えば金属膜などの反射面を付けることが好ましいが、発明者は樹脂成型品だけ、つまり反射面を追加加工しなくても、樹脂と空気界面の屈折率差によって十分な反射が得られるため実用上問題ない明るさの実鏡映像を空中に結像させることができることを発見した。
【００６７】
反射面を設けることなく樹脂成型品のみの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を利用して、空中に被観察物の実像（実鏡映像）を結像させて見ることができるので低コストで表示装置を作製することができる。また、金属膜を付ける場合は、リフレクタアレイ光学装置を形成する各々の２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の状態で金属膜を付けた物を重ね合わせても良いし、リフレクタアレイ光学装置を形成した後に金属膜を付けても良い。
【符号の説明】
【００６８】
４ 被観察物
５ 空中映像（実鏡映像）
６ ２面コーナーリフレクタアレイ光学素子
６Ｓ 素子面（対称面）
５１ 角錐台
５２ 底面
５３ 端面（上面）
６０ 基盤
６１ ２面コーナーリフレクタ
６１ａ、６１ｂ 鏡面（直交側面）
６２ａ、６２ｂ ２面コーナーリフレクタ以外の側面（テーパー面）
６６ リフレクタアレイ光学装置
１０１、２０１ スタンパ
１０２、２０２ 金型
１０３ 金型ゲート部
１０４ 樹脂
１５０、２５０ 銅マスター板
ＣＬ 鏡面の交線
Ｃ 立方体形状部
Ｔ テーパー部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面側にある被観察物の実像を他方の主面側の空間に結像させるリフレクタアレイ光学装置であって、
それぞれが透明材料からなる基盤と一体的に形成され且つ前記基盤の表面から突出した複数の筒状体を有する２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を有し、
前記複数の筒状体の各々は、前記基盤に垂直で且つ互いに直交する少なくとも２つの直交側面を有し、
前記２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は、前記２つの直交側面の各々が同一平面にあるように前記筒状体の各々の上面同士にて重ね合わせられている、ことを特徴とするリフレクタアレイ光学装置。
【請求項２】
前記筒状体は、前記基盤に垂直で且つ互いに直交する２つの直交側面と、傾斜する側面と、前記上面の面積より大なる面積の底面とを有する角錐台形状を有することを特徴とする請求項１に記載のリフレクタアレイ光学装置。
【請求項３】
前記基盤の法線から傾斜する前記２つの直交側面以外の側面の傾斜角度が５度以上２５度以下であることを特徴とする請求項２に記載のリフレクタアレイ光学装置。
【請求項４】
前記筒状体の前記２つの直交側面に金属反射膜を付けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１に記載のリフレクタアレイ光学装置。
【請求項５】
前記２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の各々が樹脂成型法により作製されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１に記載のリフレクタアレイ光学装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のリフレクタアレイ光学装置と前記リフレクタアレイ光学装置の一方の主面側にある被観察物とを含み、前記被観察物の実像を前記リフレクタアレイ光学装置の他方の主面側の空間に結像させることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
一方の主面側にある被観察物の実像を他方の主面側の空間に結像させるリフレクタアレイ光学装置であって、
それぞれが透明材料からなる基盤と一体的に形成され且つ前記基盤の表面から突出した複数の筒状体を有する２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子を有し、
前記複数の筒状体の各々は、前記基盤に垂直で且つ互いに直交する少なくとも２つの直交側面を有し、
前記２つの２面コーナーリフレクタアレイ光学素子は、前記２つの直交側面の各々が同一平面にあるように前記筒状体の各々の上面同士にて重ね合わせられている、ことを特徴とするリフレクタアレイ光学装置。
【請求項２】
前記筒状体は、前記基盤に垂直で且つ互いに直交する２つの直交側面と、傾斜する側面と、前記上面の面積より大なる面積の底面とを有する角錐台形状を有することを特徴とする請求項１に記載のリフレクタアレイ光学装置。
【請求項３】
前記基盤の法線から傾斜する前記２つの直交側面以外の側面の傾斜角度が５度以上２５度以下であることを特徴とする請求項２に記載のリフレクタアレイ光学装置。
【請求項４】
前記筒状体の前記２つの直交側面に金属反射膜を付けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１に記載のリフレクタアレイ光学装置。
【請求項５】
前記２面コーナーリフレクタアレイ光学素子の各々が樹脂成型法により作製されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１に記載のリフレクタアレイ光学装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のリフレクタアレイ光学装置と前記リフレクタアレイ光学装置の一方の主面側にある被観察物とを含み、前記被観察物の実像を前記リフレクタアレイ光学装置の他方の主面側の空間に結像させることを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−２４７４５９（Ｐ２０１２−２４７４５９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６４５１（Ｐ２０１１−１１６４５１）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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