JP2018097229A - 光学素子の製造方法及び反射型空中結像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを向上できる光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】厚み方向に平行な反射面４を有した複数の透明な基材２５を反射面４に垂直な方向に接着剤３を介して並設される光学素子１の製造方法において、複数の基材２５を反射面４に垂直な方向に接着剤３を介して積み重ねて固着した平板状の素材１´を形成する素材形成工程と、接着剤３のガラス転移点Ｔｇ以上の温度で素材１´を所定時間放置する熱処理工程と、を備えた。【選択図】図１４

Description

本発明は、被投影物の実像を空中に結像させる反射型空中結像素子の製造方法及び反射型空中結像素子に用いられる光学素子の製造方法に関する。

従来の反射型空中結像素子は特許文献１に開示されている。この反射型空中結像素子は２枚の平板状の光学素子を有する。光学素子は厚み方向に平行な反射面を有した複数の透明なガラス等の基材を反射面に垂直な方向に接着剤を介して並設される。反射面は基材上にアルミニウムや銀等の蒸着を行って形成される。２枚の光学素子を反射面が互いに直交するように上下に重ねて接着して反射型空中結像素子が形成される。

上記構成の反射型空中結像素子の下方に被投影物が配置され、被投影物に向けて光が照射される。被投影物で反射した光の一部は下方の光学素子に下面から入射し、反射面で反射した後に上方の光学素子に入射する。上方の光学素子の反射面で反射した光は反射型空中結像素子の上面から出射し、反射型空中結像素子に対して被投影物と面対称の位置の空中で被投影物の実像が結像される。これにより、被投影物の映像が空中に浮かんだ状態で表示される。すなわち、被投影物の空中映像が表示される。

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

特開２０１２−１５５３４５号公報（第６頁、第７頁、第４図、第５図）

しかしながら、上記特許文献１の光学素子の製造方法によると、反射面を有した複数の透明なガラス等の基材が接着剤を介して固着される。このため、接着剤の硬化時の不均一な収縮により、光学素子の基材内部の反射面の近傍領域での屈折率の変化、反射面の変形、光学素子の反り等が生じる場合がある。これにより、空中映像の結像位置にズレが生じ、光学素子の歩留まりが低下する問題があった。

本発明は、歩留まりを向上できる光学素子の製造方法及び反射型空中結像素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、厚み方向に平行な反射面を有した複数の透明な基材を前記反射面に垂直な方向に接着剤を介して並設される光学素子の製造方法において、
前記反射面を設けた複数の前記基材を前記接着剤により固着して平板状の素材を形成する素材形成工程と、
前記接着剤のガラス転移点以上の温度で前記素材を所定時間放置する熱処理工程と、
を備えたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記ガラス転移点よりも５０℃高い温度以下で前記熱処理工程を行うと好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記熱処理工程において、前記素材を前記厚み方向に所定の加圧力で加圧すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記熱処理工程において、前記素材を前記厚み方向に挟む平板を設けると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記熱処理工程において、前記平板を介して複数の前記素材を積み重ねると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記基材をガラスにより形成すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記接着剤はエポキシ系樹脂であると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記素材形成工程は、一の面に前記反射面を形成した透明な複数の基板を前記接着剤を介して積み重ねて固着ブロックを形成する積層固着工程と、前記固着ブロックを前記反射面に垂直な方向に所定周期で切断することにより前記基板を分断した前記基材が並設される前記素材を形成する切断工程とを有すると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記積層固着工程において、シート状の前記接着剤を前記基材間に挟むと好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、複数の前記素材を前記厚み方向に直交する方向に側端面で接合するタイリング工程を備えると好ましい。

また本発明は、上記構成の光学素子の製造方法において、前記熱処理工程後に前記タイリング工程を行うと好ましい。

また本発明の反射型空中結像素子の製造方法は、上記構成の光学素子の製造方法により形成した一対の前記光学素子を前記反射面が直交するように前記厚み方向に重ねて配置する光学素子配置工程を備えたことを特徴としている。

また本発明の反射型空中結像素子の製造方法は、上記構成の光学素子の製造方法により形成した一対の前記光学素子を前記反射面が直交するように前記厚み方向に重ねて光学素子ペアを形成する光学素子配置工程と、複数の前記光学素子ペアを前記厚み方向に直交する方向に側端面で接合するタイリング工程と、を備えたことを特徴としている。

本発明によると、隣接する基材間に配された接着剤のガラス転移点以上の温度で光学素子の素材を所定時間放置する熱処理工程を備えている。このため、熱処理工程において、基材間の接着剤が軟化し、基材と接着剤との間の歪みが取り除かれる。これにより、基材内部の反射面の近傍領域の屈折率の変化、反射面の変形、光学素子の反り等を防止することができる。したがって、光学素子及び反射型空中結像素子の歩留まりを向上させることができる。

本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子を備えた空中映像表示装置を示す斜視図 図１の要部を拡大した斜視図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の分解斜視図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子を示す平面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子を示す側面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の光学素子の基材間の接着部分を拡大した側面断面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の製造工程を示す図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の反射面形成工程を示す斜視図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子のスペーサー形成工程を示す側面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子のスペーサー形成工程完了時の基板を示す斜視図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の積層固着工程を示す斜視図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の積層固着工程完了時の固着ブロックを示す斜視図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の研磨工程後の素材を示す平面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の熱処理工程を示す側面図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の熱処理工程時の保温炉内の温度変化を示す図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の形成に用いる素材の熱処理工程前の３次元形状の一例を示す図 本発明の第１実施形態の反射型空中結像素子の形成に用いる素材の熱処理工程後の３次元形状の一例を示す図 図１６の素材のＡ方向の反り量を示す図 図１７の素材のＡ方向の反り量を示す図 図１６の素材のＢ方向の反り量を示す図 図１７の素材のＢ方向の反り量を示す図 本発明の第２実施形態の反射型空中結像素子の製造工程を示す図 本発明の第２実施形態の反射型空中結像素子のタイリング工程完了時の光学素子を示す平面図 本発明の第２実施形態の反射型空中結像素子のタイリング工程の変形例を示す斜視図

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は第１実施形態の反射型空中結像素子を備えた空中映像表示装置の斜視図を示している。図２は図１の要部を拡大した斜視図を示している。図３〜図５は反射型空中結像素子の分解斜視図、平面図及び側面図をそれぞれ示している。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向はそれぞれ反射型空中結像素子１０の幅方向、奥行方向及び厚み方向を示している。なお、図２及び図４では補強板５の図示を省略している。また、図２において矢印Ｑは光路を示している。

空中映像表示装置１００は光源２０及び反射型空中結像素子１０を有する。反射型空中結像素子１０は平板状の光学素子１（第１光学素子）、平板状の光学素子２（第２光学素子）及び平板状の補強板５を有する。

光学素子１、２の平面形状は一辺の長さが例えば約１６０ｍｍの略正方形に形成される。光学素子１、２はアクリル樹脂等の透明な樹脂やガラスの光透過性材料により形成され、厚み方向（Ｚ方向）に平行な反射面４が所定の周期Ｄｒ（例えば、０．５７ｍｍ）で平行に配される。

光学素子１、２は対向する両面に反射面４を形成した複数の透明な基材２５を反射面４上に配した接着剤３（図６参照）により接着して形成される。すなわち、光学素子１、２は、厚み方向（Ｚ方向）に平行な反射面４を有した複数の透明な基材２５を反射面４に垂直な方向に接着剤３を介して並設される。

基材２５はアクリル樹脂等の透明な樹脂やガラスにより形成される。接着剤３は例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂等から成る主剤と例えばポリアミド樹脂等から成る硬化剤とを混合した二液混合型の接着剤から成る。反射面４は基材２５上に例えばアルミニウムや銀等のスパッタや蒸着を行って形成される。

図６は隣接する基材２５間の接着部分を拡大した側面断面図を示している。隣接する基材２５間には反射面４上にドット状の複数のスペーサー１５が平面視でマトリクス状に配置されている。スペーサー１５は例えば紫外線硬化性樹脂から成り、高さＨ（反射面４に垂直な方向の突出量）が例えば２０μｍ±１μｍの範囲内で形成され、直交する二方向に所定のピッチＥ（本実施形態では１ｍｍ）で配置される。これにより、各接着剤３の層の膜厚を容易に揃えることができ、複数の反射面４を互いに平行に維持することができる。

補強板５の平面形状は一辺の長さが例えば約１７０ｍｍの略正方形に形成される。補強板５はアクリル樹脂等の透明な樹脂やガラス等の光透過性材料により形成される。光学素子１は補強板５上に接着剤６（図３参照）を介して接着される。接着剤６として例えばシリコーン接着剤を用いることができる。

光学素子２は光学素子１上に接着剤７（図３参照）を介して接着される。この時、光学素子１の反射面４と光学素子２の反射面４とが直交するように光学素子１、２は接着される。これにより、光学素子１、２は厚み方向（Ｚ方向）に並設されるとともに補強板５上に配され、補強板５は光学素子１、２を覆う。補強板５により光学素子１、２を補強することができる。接着剤７として例えばシリコーン接着剤を用いることができる。

なお、接着剤６、７はシリコーン接着剤に限定されず、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等の二液硬化型の接着剤でもよい。また、接着剤６、７は互いに異なる材質の接着剤でもよい。

補強板５の下面は光が入射する入射面１８（図１、図３参照）を形成し、光学素子２の上面２ａは光が出射する出射面１９（図１、図３参照）を形成する。

また、補強板５の厚みＴ２（図５参照）は光学素子１、２の厚みＴ１よりも大きくなっている。これにより、光学素子１、２に対する補強効果をより向上できる。なお、補強板５の厚みＴ２を光学素子１、２の厚みＴ１の２倍以上にすると望ましい。これにより、補強板５による補強効果をより一層向上できる。本実施形態では補強板５の厚みＴ２は２．８ｍｍ、光学素子１、２の厚みＴ１は１．３４ｍｍになっている。

補強板５の表面には反射防止処理を施した反射防止部（不図示）が設けられる。反射防止処理として例えばフッ化マグネシウム等のコーティング（光学薄膜処理）や、凹凸の平均周期が可視光波長以下であるミクロの凹凸構造の配置等が挙げられる。

光源２０は下方の光学素子１側（図１において、補強板５よりも下方）に配される。光源２０は例えばＬＥＤから成り、白色の照明光Ｌを出射する。光源２０は被投影物ＯＢの反射光が約４５°の入射角で補強板５の入射面１８に入射するように被投影物ＯＢに対して照明光Ｌを出射する。なお、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）により光源２０を形成してもよい。

上記構成の空中映像表示装置１００において、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で反射する。被投影物ＯＢの反射光の一部は補強板５の入射面１８から補強板５の内部に入射する。

この時、補強板５の表面に反射防止部が設けられるため入射面１８上の入射光の反射を防止でき、補強板５の内部に入射する光量の減少を防止することができる。すなわち、入射面１８での反射による光損失を低減することができる。

入射面１８から補強板５に入射した光は補強板５の内部を透過した後に矢印Ｑ（図２参照）で示すように、光学素子１の下面１ｂから光学素子１に入射し、光学素子１の反射面４で反射した後に下面２ｂ（図３参照）から光学素子２に入射する。

光学素子２の反射面４で反射した光は光学素子２の上面２ａ（出射面１９、図２参照）から上方へ出射される。これにより、反射型空中結像素子１０に対して被投影物ＯＢと面対称の位置の空中で被投影物ＯＢの実像（空中映像ＦＩ）が結像される。すなわち、被投影物ＯＢの空中映像ＦＩが空中に浮かんだ状態で表示される。

この時、図４に示すように、光学素子１の下面１ｂに平行な面に投影して使用者の視線方向ＥＬに対して光学素子１の反射面４が４５゜傾斜すると、空中映像ＦＩの視認性を最良にできる。

また、被投影物ＯＢが例えば商品等に関する情報であれば、空中映像ＦＩにより商品等の広告宣伝を行うことができる。また、医療現場や工事現場等で使用される機器のタッチパネル等を空中映像ＦＩとして表示してもよい。これにより、機器の汚染等を防止することができる。また、反射型空中結像素子１０をゲーム機等に搭載してもよい。

なお、被投影物ＯＢは２次元画像に限定されず、立体物でもよい。また、被投影物ＯＢは液晶パネル等の表示装置に表示された画像でもよい。この時、光源２０を省いて表示装置に内蔵された光源を用いることができる。

図７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の製造工程は素材形成工程、研磨工程、熱処理工程、光学素子配置工程及び補強板取付工程を備えている。素材形成工程は、反射面形成工程、スペーサー形成工程、積層固着工程及び切断工程を有する。

反射面形成工程では図８に示すように、平面形状が略正方形の基板２１の両面にアルミニウムや銀等のスパッタや蒸着等によって反射面４を形成する。基板２１は薄板状のガラス板から成る。ガラス板の材質に特に限定はないが、例えばホウケイ酸ガラスや青板ガラス（ソーダライムガラス）を用いることができる。本実施形態では反射面４は厚み（膜厚）が１００ｎｍのアルミニウムにより形成される。なお、基板２１の片面のみに反射面４を形成してもよい。また、アクリル樹脂等の薄板状の透明樹脂板により基板２１を形成してもよい。

本実施形態の基板２１は１６０ｍｍ×１６０ｍｍの正方形で、板厚が約０．５５ｍｍになっている。基板２１の板厚は０．６ｍｍ以下であると好ましい。これにより、良好な空中映像ＦＩを得ることができる。

基板２１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（溶融ガラス）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。

図９はスペーサー形成工程を示す側面図である。スペーサー形成工程は基板２１の反射面４に略平行な二方向（一方を矢印Ｆで示す）に移動するスペーサー形成部７０により行われる。スペーサー形成部７０はインクジェットヘッド７１、紫外線光源７２及び測距センサ７３を有する。

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

紫外線光源７２は反射面４上に滴下されたインク７１ａに向けて紫外線ＵＶを照射し、インク７１ａを硬化させる。これにより、図１２に示すように基板２１の反射面４上に所定の高さ（本実施形態では２０μｍ）のドット状のスペーサー１５がピッチＥ（本実施形態では１ｍｍ）のマトリクス状に基板２１に固着して形成される。スペーサー１５をインクジェット印刷によりドット状に形成しているため、スペーサー１５を反射面４上に容易に配置することができる。

次に、図１１は積層固着工程を示す斜視図である。積層固着工程ではスペーサー１５が形成された複数（本実施形態では２８０枚）の基板２１を反射面４に垂直な方向（基板２１の板厚方向）に積み重ねて挟持部材（不図示）により挟持する。これにより、隣接する基板２１間に隙間Ｇを有する積層体１１が形成される。

次に、積層方向ＬＭから所定の加圧力を積層体１１に加えて積層体１１を加圧する。これにより、積層体１１の各基板２１の反りが矯正される。

そして、積層体１１への加圧を継続した状態で積層体１１を貯留槽（不図示）内の液状の接着剤３に浸漬する。これにより、隙間Ｇ内に接着剤３が進入して充填される。積層体１１の接着剤３への浸漬を所定時間（例えば１時間）行った後に積層体１１を貯留槽から引き上げて接着剤３を硬化させる。これにより、積層体１１が固着され、図１２に示す固着ブロック１２が形成される。固着ブロック１２の反射面４に垂直な方向の長さ（積層方向ＬＭの長さ）は約１６０ｍｍになっている。

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

なお、スペーサー形成工程を省き、反射面４上に接着剤３を逐一塗布した複数の基板２１を積み重ねて積層体１１を形成してもよい。この場合、積層体１１を貯留槽に浸漬することなく、積層体１１への加圧を継続した状態で接着剤３を硬化させる。また、シート状の接着剤３を基板２１間に挟み、積層体１１を形成してもよい。

次に、切断工程では、図１２の切断線ＫＴで示すように、固着ブロック１２を反射面４に平行な方向に所定周期（例えば２．０ｍｍ）で反射面４に垂直な方向に切断する。これにより、図１３に示すように、分断された基板２１から成る基材２５を並設した光学素子１（図３参照）の素材１´が複数形成される。素材１´は平板状に形成される。なお、光学素子２の構成は光学素子１の構成と同様であり、光学素子２も素材１´から形成される。固着ブロック１２の切断にはワイヤーソーが好適に用いられるが、スライサーを用いてもよい。

研磨工程では光学素子１の素材１´の厚み方向の両面をラッピング装置により所定の厚さ（例えば、１．５ｍｍ）まで研磨する。その後、ポリッシング装置により光学素子１の素材１´の両面を鏡面仕上げする。この時、素材１´の厚みは１．３４ｍｍになっている。

次に、熱処理工程では、図１４に示すように保温炉７０内で複数の素材１´を例えばガラスから成る平板９０を介して積み重ねる。これにより、素材１´は厚み方向から平板で挟まれる。平板９０の平面形状は一辺の長さが例えば約２１０ｍｍの略正方形に形成される。平板９０の面精度はＰＶ（Peak to Valley）値で例えば５〜１０μｍになっている。最上段の平板９０上には重さ約２ｋｇの錘８０が載置される。これにより、厚み方向から素材１´に所定の加圧力（本実施形態では、約４４４Ｐａ）が加えられる。

その後に、ヒータ（不図示）により保温炉７０が加熱される。図１５は保温炉７０の内部の温度チャートを示す図である。縦軸は温度（単位：℃）を示し、横軸は時間（単位：Ｈｒ）を示している。保温炉７０の内部の温度は加熱後１時間で２０℃から７５℃まで上昇する。その後、保温炉７０は７５℃で２時間保温される。この間に、素材１´の接着剤３の温度は約７５℃になる。接着剤３としてエポキシ系樹脂を用いた場合、接着剤３のガラス転移点Ｔｇは約６０℃である。このため、熱処理工程において、素材１´は接着剤３のガラス転移点Ｔｇ以上の温度条件下で約２時間放置される。

保温炉７０の加熱後３時間経過後に保温炉７０を徐冷する。この時、ヒータの通電を制御して、炉冷の場合よりも緩やかに保温炉７０を冷却する。本実施形態では３時間かけて保温炉７０の温度を７５℃から２０℃まで低下させている。これにより、接着剤３の再硬化時の不均一な収縮を低減でき、基材２５と接着剤３との間に歪が生じることを防止できる。

熱処理工程において、素材１´の接着剤３の温度はガラス転移点Ｔｇ以上になるため、接着剤３が軟化する。このため、積層固着工程時に接着剤３の硬化により発生した基材２５と接着剤３との間の応力が解放され、歪みが取り除かれる。これにより、反射面４近傍の基材２５の内部での屈折率の変化、反射面４の変形、素材１´の反り等が防止される。

なお、熱処理工程において、接着剤３のガラス転移点Ｔｇよりも５０℃高い温度以下にすると、より望ましい。これにより、接着剤３の過度の軟化による基材２５のズレを防止することができる。

熱処理工程の完了により、光学素子１、２が形成される。次に、光学素子配置工程では、光学素子１の反射面４と光学素子２の反射面４とが互いに直交するように光学素子１、２を厚み方向（Ｚ方向）に重ねて配置し、接着剤７（図３参照）を介して光学素子１、２を接着する。これにより、光学素子１、２は厚み方向（Ｚ方向）に重ねて組み立てられる。

補強板取付工程では、光学素子１の下面１ｂに接着剤６（図３参照）を介して補強板５を接着する。すなわち、光学素子１、２の並設方向（Ｚ方向）の片面（下面１ｂ）に補強板５を接着剤６で接着する。以上により、図１に示す反射型空中結像素子１０が形成される。

光学素子１の基材２５間の接着剤３に例えば４５°の入射角で入射した光源２０の照明光Ｌは反射面４で数十回反射した後に接着剤３から出射される。これにより、接着剤３に入射した光は大きく減衰して出射されるため、空中映像ＦＩの結像には殆ど寄与しない。したがって、光学素子１の基材２５間の接着剤３にスペーサー１５を配置しても空中映像ＦＩの表示に大きな支障はない。

図１６及び図１７はそれぞれ熱処理工程前及び熱処理工程後の素材１´の３次元形状の一例を示す図である。図１６及び図１７において、素材１´の厚み方向に垂直な面の二辺をそれぞれＡ方向（Ａ軸）、Ｂ方向（Ｂ軸）とし、Ａ方向及びＢ方向の長さはそれぞれ１６０ｍｍである。また、Ａ方向及びＢ方向に直交する方向をＣ方向（Ｃ軸）としている。また、厚み方向の面精度を等高線で示している。

また、図１８及び図１９はそれぞれ図１６及び図１７のＡ方向の反り量を示している。図１８及び図１９において、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれ、Ｂ方向の一端（図１６、図１７の上端）から３０ｍｍ、９０ｍｍ、１４０ｍｍの位置を示している。

図２０及び図２１はそれぞれ図１６及び図１７のＢ方向の反り量を示している。図２０及び図２１において、Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ、Ａ方向の一端（図１６、図１７の左端）から２０ｍｍ、８０ｍｍ、１３０ｍｍの位置を示している。

図１６、図１８、図２０に示すように、熱処理工程前の素材１´は積層方向ＬＭ（Ｂ方向）及び積層方向ＬＭに直交する方向（Ａ方向）に反りやすくなっている。熱処理工程前の素材１´の面精度はＰＶ値で約２６．９μｍになっている。

図１７、図１９、図２１に示すように、熱処理工程後の素材１´は積層方向ＬＭ（Ｂ方向）及び積層方向ＬＭに直交する方向（Ａ方向）の反りが矯正されている。熱処理工程後の素材１´の面精度はＰＶ値で約９．６μｍになっている。

本実施形態によると、隣接する基材２５間に配された接着剤３のガラス転移点Ｔｇ以上の温度で光学素子１の素材１´を所定時間放置する熱処理工程を備えている。このため、熱処理工程において、基材２５間の接着剤３が軟化し、基材２５と接着剤３との間の歪みが取り除かれる。これにより、基材２５内部の反射面４の近傍領域の屈折率の変化、反射面４の変形、光学素子１、２の反り等を防止することができる。したがって、光学素子１、２及び反射型空中結像素子１０の歩留まりを向上させることができる。

また、基材２５内部の反射面４の近傍領域の屈折率の変化、反射面４の変形、光学素子１、２の反り等を防止することができるため、反射型空中結像素子１０の結像性能を向上させることができる。したがって、空中映像ＦＩの画質を向上させることができる。

また、熱処理工程において、接着剤３のガラス転移点Ｔｇ以上の温度で素材１´を放置することにより、積層固着工程時に接着剤３の反応が不完全であった場合でも接着剤３の軟化後に硬化反応を促進させることができる。これにより、光学素子１、２の強度を向上させることができる。

また、ガラス転移点Ｔｇよりも５０℃高い温度以下で熱処理工程を行うと、接着剤３の過度の軟化による基材２５のズレを防止することができる。

また、熱処理工程において、素材１´を厚み方向に所定の加圧力で加圧している。これにより、素材１´の反りや高周波のうねり等を容易に矯正することができる。したがって、光学素子１、２の上面１ａ、２ａ、下面１ｂ、２ｂの面精度を容易に向上させることができる。

また、熱処理工程において、素材１´を厚み方向に挟む平板９０を設けている。これにより、素材１´の反りや高周波のうねり等を一層容易に矯正することができる。

また、熱処理工程において、平板９０を介して複数の素材１´を積み重ねる。これにより、複数の素材１´の反りや高周波のうねり等を同時に矯正することができる。

また、基材２５をガラスにより形成すると、光学素子１、２を容易に形成することができる。

また、接着剤３がエポキシ系樹脂であると、熱処理工程時の温度を容易に設定することができる。

また、素材形成工程は、一の面に反射面４を形成した透明な複数の基板２５を接着剤３を介して積み重ねて固着ブロック１２を形成する積層固着工程と、固着ブロック１２を反射面４に垂直な方向に所定周期で切断することにより基板２１を分断した基材２５が並設される素材１´を形成する切断工程とを有する。これにより、光学素子１、２を容易に大量生産することができる。

なお、本実施形態において、切断工程と研磨工程との間に熱処理工程を行ってもよい。また、補強板取付工程において、反射型空中結像素子１０の厚み方向（Ｚ方向）の両端面（下面１ｂ及び上面２ａ）に補強板５を接着してもよい。また、反射型空中結像素子１０の製造工程から補強板取付工程を省いてもよい。また、熱処理工程において、平板９０及び錘８０を省いてもよい。

また、光学素子配置工程において、重ねた光学素子１、２を透明な樹脂フィルムから成る袋状部材（不図示）に収納し、その後に袋状部材を真空引きしてもよい。また、光学素子１、２を一の額縁部材に嵌め込んで重ねて配置してもよい。これにより、接着剤７（図３参照）を用いずに光学素子１、２を重ねた状態で固定することができる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について説明する。図２２は第２実施形態の反射型空中結像素子１０の製造工程の図を示している。説明の便宜上、図１〜図２１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。本実施形態ではタイリング工程を備えている点で第１実施形態とは異なる。その他の部分は第１実施形態と同様である。

熱処理工程と光学素子配置工程との間にはタイリング工程が設けられる。図２３はタイリング工程完了時の光学素子１の平面図を示している。タイリング工程では、熱処理工程後の複数（本実施形態では４枚）の素材１´の反射面４が互いに平行になるとともに素材１´の側端面１´ｃで各反射面４が連続するように厚み方向に直交する方向で複数の素材１´を側端面１´ｃで接着剤９により接着する。複数の素材１´のタイリングにより、大型の光学素子１を容易に形成することができる。また、大型の光学素子２も大型の光学素子１と同様に複数の素材１´のタイリングにより容易に形成することができる。なお、接着剤９の材質は接着剤３の材質と同じでもよく、異なってもよい。

本実施形態では熱処理工程後にタイリング工程を行っている。このため、反り等の変形が低減された素材１´の側端面１´ｃにおいて各素材１´の反射面４を連続して容易に接合することができる。すなわち、隣接する素材１´間の接合箇所において厚み方向のズレを低減して各素材１´の反射面４を連続して容易に接合することができる。

光学素子配置工程では大型の光学素子１の反射面４と大型の光学素子２の反射面４とが互いに直交するように厚み方向（Ｚ方向）に重ねて接着剤７を介して接着される。補強板取付工程では、大型の光学素子１、２を覆う大きさの補強板５が大型の光学素子１の下面１ｂに接着剤６を介して接着される。これにより、大型の反射型空中結像素子１０が形成される。

本実施形態でも第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、反射型空中結像素子１０の製造工程は複数の素材１´を厚み方向に直交する方向に側端面１´ｃで接合するタイリング工程を備える。これにより、大型の反射型空中結像素子１０を容易に形成することができる。また、熱処理工程後にタイリング工程を行う。これにより、反りが低減された素材１´の側端面１´ｃにおいて各素材１´の反射面４を連続して容易に接合することができる。したがって、隣接する素材１´の接合箇所に起因する空中映像ＦＩのスジ等の発生を低減することができる。また、接合箇所において、反射面４を連続して形成できるため、温度変化により大型の光学素子１、２が伸縮した場合でも反射面４の変動が低減される。なお、タイリング工程後に熱処理工程を行ってもよい。

図２４は本実施形態の反射型空中結像素子１０のタイリング工程の変形例の斜視図を示している。光学素子配置工程において、一対の光学素子１、２を反射面４が互いに直交するように厚み方向（Ｚ方向）に重ねて光学素子ペア５０を形成し、タイリング工程において、複数の光学素子ペア５０を厚み方向に直交する方向（図中、矢印）に側端面５０ａで接合してもよい。この場合でも上記と同様の効果を得ることができる。

本発明は、空中に被投影物の実像を結像させる反射型空中結像素子及び反射型空中結像素子に用いられる光学素子に利用することができる。

１、２ 光学素子
３ 接着剤
４ 反射面
５ 補強板
６ 接着剤
７ 接着剤
９ 接着剤
１０ 反射型空中結像素子
１１ 積層体
１２ 固着ブロック
１５ スペーサー
１８ 入射面
１９ 出射面
２０ 光源
２１ 基板
２５ 基材
５０ 光学素子ペア
７０ 保温炉
９０ 平板
１００ 空中映像表示装置
Ｇ 隙間
ＯＢ 被投影物
ＦＩ 空中映像
Ｌ 照明光
ＬＭ 積層方向

Claims (13)

1. 厚み方向に平行な反射面を有した複数の透明な基材を前記反射面に垂直な方向に接着剤を介して並設される光学素子の製造方法において、
   前記反射面を設けた複数の前記基材を前記接着剤により固着して平板状の素材を形成する素材形成工程と、
   前記接着剤のガラス転移点以上の温度で前記素材を所定時間放置する熱処理工程と、
   を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記ガラス転移点よりも５０℃高い温度以下で前記熱処理工程を行う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. 前記熱処理工程において、前記素材を前記厚み方向に所定の加圧力で加圧したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記熱処理工程において、前記素材を前記厚み方向に挟む平板を設けたことを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記熱処理工程において、前記平板を介して複数の前記素材を積み重ねることを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記基材をガラスにより形成したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
7. 前記接着剤はエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
8. 前記素材形成工程は、一の面に前記反射面を形成した透明な複数の基板を前記接着剤を介して積み重ねて固着ブロックを形成する積層固着工程と、前記固着ブロックを前記反射面に垂直な方向に所定周期で切断することにより前記基板を分断した前記基材が並設される前記素材を形成する切断工程とを有す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. 前記積層固着工程において、シート状の前記接着剤を前記基材間に挟む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。
10. 複数の前記素材を前記厚み方向に直交する方向に側端面で接合するタイリング工程を備えることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
11. 前記熱処理工程後に前記タイリング工程を行うことを特徴とする請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の光学素子の製造方法により形成した一対の前記光学素子を前記反射面が直交するように前記厚み方向に重ねて配置する光学素子配置工程を備えたことを特徴とする反射型空中結像素子の製造方法。
13. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の光学素子の製造方法により形成した一対の前記光学素子を前記反射面が直交するように前記厚み方向に重ねて光学素子ペアを形成する光学素子配置工程と、
    複数の前記光学素子ペアを前記厚み方向に直交する方向に側端面で接合するタイリング工程と、
    を備えたことを特徴とする反射型空中結像素子の製造方法。

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