JP2019133109A - 光学素子及びそれを用いた映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子において、実鏡映像の結像に寄与しない光も利用できるようにし、明るく鮮明な立体映像を表示することができるようにする。【解決手段】光学素子１は、透明材料により形成されて一平面を成す基盤２と、基盤２から突出するよう一体形成された複数の突状部３と、を有する。突状部３を構成する側面のうちの隣り合う反射面３１、３２は、互いに略直交した２面コーナーリフレクタ３０を成す。突状部３の少なくとも１面は、反射面３１、３２に対して傾斜した傾斜面３３である。複数の突状部３間には、突状部３を成す透明材料の屈折率と略等しい屈折率の媒質から成る溝埋部５が配置されている。この構成によれば、突状部３の傾斜面３３から溝埋部５に光が導波する際には屈折することなく、溝埋部５の表面５１から外部に出射され、この表面５１から出射した光は、頭頂面３５から出射した光と同様に、実鏡映像を結像する。【選択図】図３

Description

本発明は、一方の面側にある被観察物の実像を他方の面側の空間に結像させる光学素子及びそれを用いた映像表示装置に関する。

ある空間を仕切る平面体の一方の面側に被投影物を配置し、他方の一面側の空間において面対称となる位置に、被投影物の鏡映像を結像させる光学素子が発案されている。この種のものとして、各々が互いに直交する２つの微小な鏡面（反射面）から成る２面コーナーリフレクタを複数、平面的に集合させた構造を有する光学素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１は、複数の２面コーナーリフレクタが一平面上に格子状に整列配置されて成る２面コーナーリフレクタアレイを有する光学素子を開示している。この光学素子では、２面コーナーリフレクタを成す各鏡面が、光学素子の素子面に対して垂直に配置されている。そのため、素子面の一方の面側に配置した被観察物から発せられた光は、光学素子を通過する際に２面コーナーリフレクタで２回反射されて屈曲し、被観察物がない他方の一面側の空間に実像として結像する。これにより、被観察物が、光学素子の素子面に対して対称位置に存在するように、その実像が結像される。

特開２０１１−１９１４０４号公報

上記特許文献１に記載の光学素子では、基盤の表面から突出した立方体形状の突状部（２面コーナーリフレクタ）が複数、配置されており、基盤に対して垂直な突状部の内壁を鏡面とし、当該内壁での光の全反射を利用して実鏡映像を結像している。このような２面コーナーリフレクタを有する光学素子は、一般的に、スタンパ等の金型を用いて、透光性樹脂から成る媒質を射出成形することにより作製される。しかしながら、作製された光学素子を金型から取り外す際には、立方体形状の突状部では、反射面が金型の抜き方向に金型と密着しているので、摩擦が大きく、離型が困難となる。

そこで、図１３に示すように、光学素子１０１の突状部１０３のうち、実鏡映像の結像に寄与しない面を、勾配を設けた傾斜面１３３とすることで、当該面が垂直である場合に比べて、離型が容易となる。しかしながら、この場合、被観察物から光学素子１０１に入射して反射面１３１で全反射された光のうち、頭頂面１３５から出射した光Ｒ１は、実鏡映像を結像する一方で、傾斜面１３３から出射した光Ｒ２は、結像に寄与せず、有効光として利用することができない。その結果、被観察物から光学素子１０１に入射した光の一部しか有効光として利用できず、結像される立体映像が暗く不鮮明になる。

本発明は、上記課題を解決するものであり、従来構造では実鏡映像の結像に寄与しない光も有効光として利用することができ、明るく鮮明な立体映像を表示することができる光学素子及びそれを用いた映像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、一方の面側にある被観察物の実像を他方の面側の空間に結像させる光学素子であって、透明材料により形成されて一平面を成す基盤と、前記基盤から突出するように該基盤と一体的に形成された複数の突状部と、を有し、前記突状部は、前記基盤に対して角度を持つ３つ以上の側面と、前記基盤とは反対側の面を成し前記基盤と平行な頭頂面と、を有し、前記側面のうちの隣り合う２面は、前記基盤に対して垂直で且つ互いに略直交しており、被観察物から発せられる光を反射する２面コーナーリフレクタを成す反射面であり、前記側面のうち前記反射面以外の少なくとも１面は、前記反射面に対して傾斜した傾斜面であり、前記反射面及び前記傾斜面間の溝部には、前記突状部を成す透明材料の屈折率と略等しい屈折率の媒質から成る溝埋部が配置されており、前記溝埋部は、前記傾斜面と接しており、前記基盤とは反対側の面が前記頭頂面と平行であることを特徴とする。

また、一方の面側にある被観察物の実像を他方の面側の空間に結像させる光学素子であって、透明材料により形成されて一平面を成す基盤に対して垂直な帯状の反射面を複数、定間隔で配列させたスリットミラーアレイを有する第１光学パネル及び第２光学パネルを備え、前記第１光学パネル及び前記第２光学パネルは、夫々の前記スリットミラーアレイの配列方向が直交するように互いに向かい合わせて配置され、前記第１光学パネル及び前記第２光学パネルは、前記基盤とは反対側の面を成し前記基盤と平行な出射面と、前記反射面に対して傾斜するように設けられた傾斜面と、を更に有し、前記反射面及び前記傾斜面間の溝部には、前記突状部を成す透明材料の屈折率と略等しい屈折率の媒質から成る溝埋部が配置されており、前記溝埋部は、前記傾斜面と接しており、前記基盤とは反対側の面が前記頭頂面と平行であることを特徴とする。

上記光学素子において、前記溝埋部は、前記頭頂面を被覆していることが好ましい。

上記光学素子において、前記溝部には、前記突状部を成す透明材料の屈折率よりも屈折率の低い媒質から成る低屈折率部が配置されており、前記低屈折率部は、前記反射面と接することが好ましい。

上記光学素子において、前記溝部には、前記突状部を成す透明材料の屈折率よりも屈折率の低い媒質から成る低屈折率部が配置されており、前記低屈折率部は、前記反射面と接することが好ましい。

上記光学素子において、前記溝部には、金属反射膜が配置されており、前記金属反射膜は、前記反射面と接することが好ましい。

上記光学素子は、映像表示記装置に用いられることが好ましい。

本発明の光学素子によれば、溝埋部は、突状部を成す透明材料と略等しい屈折率の媒質で形成されているので、突状部の傾斜面から溝埋部に光が導波する際には屈折することなく、溝埋部の表面から外部に出射され、この表面から出射した光は、頭頂面から出射した光と同様に、実鏡映像を結像する。従って、光学素子の光出射面が、突状部の頭頂面だけでなく、溝埋部の表面にも実質的に拡大され、従来構成では頭頂面から出射せずに結像に寄与しない光も、有効光として利用することができ、明るく鮮明な立体映像を表示することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成例を概念的に示す概略斜視図。 （ａ）（ｂ）は上記光学素子による結像様式を模式的に示す図。 上記光学素子の一部を拡大した斜視図。 （ａ）は上記光学素子の側面図、（ｂ）は平面図。 （ａ）乃至（ｃ）は上記光学素子の作製方法を説明するための側面図、（ｄ）は上記光学素子の作用を説明するための側面図。 （ａ）（ｂ）は上記光学素子の第１の変形例に係る構成及びその形成方法を説明するための側面図。 （ａ）（ｂ）は上記光学素子の第２の変形例に係る構成及びその形成方法を説明するための側面図。 （ａ）乃至（ｃ）は上記光学素子の第３の変形例に係る構成及びその形成方法を説明するための側面図。 （ａ）乃至（ｄ）は上記光学素子の第４の変形例に係る構成及びその形成方法を説明するための側面図。 本発明の第２の実施形態に係る光学素子の構成例の斜視図。 上記光学素子の側面図。 上記光学素子を備えた映像表示装置の構成例を概念的に示す斜視図。 従来構成の光学素子の側面図。

本発明の第１の実施形態に係る光学素子について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の光学素子１は、一平面を成す基盤２に対して垂直で且つ互いに略直交した鏡面（反射面３１、３２）から成る２面コーナーリフレクタ３０を有する。複数の２面コーナーリフレクタ３０は、基盤２上に格子状に整列配置されて２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを成す。

光学素子１は、その一方の面側に被観察物Ｏが配置されたとき、被観察物Ｏの実像（実鏡映像Ｐ）を、光学素子１の素子面１Ｓの他方の面側の空間に結像させる。すなわち、光学素子１は、その素子面１Ｓを対称面とする面対称位置に、被観察物Ｏの実鏡映像Ｐを結像させる。ここで、素子面１Ｓとは、２面コーナーリフレクタ３０を構成する２つの反射面３１、３２と直交する仮想的な平面を言う。なお、光学素子１の全体の大きさがｃｍ又はｍオーダーであるのに比べて、２面コーナーリフレクタ３０はμｍオーダーと微細であり、図１では、２面コーナーリフレクタ３０の集合体を、Ｖ字形状で概念的に示している。

２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓによる結像様式について、図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、図２（ａ）では、被投影物として点光源ｏから発せられた光は、３次元的には紙面奥側から紙面手前側へ進行するものとする。点光源ｏから発せられた光（実線矢印）は、光学素子１（図２（ａ）では省略）を通過する際に、２面コーナーリフレクタ３０を構成する一方の反射面３１で反射して、更に他方の反射面３２で反射した後、素子面１Ｓ（図２（ｂ）参照）を透過する。このようにして光学素子１から出射された光（一点鎖線矢印）は、素子面１Ｓに対して点光源ｏの面対称位置ｐを透過して広がっていく。その結果、点光源ｏの素子面１Ｓに対する面対称位置ｐに、光学素子１の透過光が集束し、実鏡映像Ｐ（図１参照）として結像する。

図３及び図４（ａ）（ｂ）は、本実施形態の光学素子１の具体構成を示す。基盤２は、透明材料により形成されて一平面を成している。光学素子１は、この基盤２から突出するように形成された複数の突状部３を有する。複数の突状部３は、基盤２と同じ透明材料によって基盤２と一体的に形成されている。

突状部３は、基盤２に対して角度を持つ３つ以上の側面を有する。本実施形態の突状部３は、角錐台形状であり、基盤２に対して垂直な２面（反射面３１、３２）及び基盤２に対して傾斜した２面（傾斜面３３、３４）から成る４面の側面と、基盤２と平行な面を成す頭頂面３５を有する。上記側面のうち、反射面３１、３２の２面が隣り合い、傾斜面３３、３４の２面が隣り合っている。また、反射面３１、３２は、互いに略直交するように配置されている。基盤２から突状部３に入射した光Ｒ１は、反射面３１、３２の内壁面で２回全反射され、突状部３の頭頂面３５から出射する。

頭頂面３５は、反射面３１、３２及び傾斜面３３、３４との各稜線によって画定され、それらの長さは略等しく、上面視（図３も参照）において、略正方形である。反射面３１（３２）は、側面視において、基盤２との境界線（図４（ａ）の点線）を下底辺、頭頂面３５との稜線を上底辺、傾斜面３３、３４との稜線を斜辺、隣り合う反射面３２（３１）との稜線を垂直辺とする台形である。

光学素子１の表面には、上記形状の突状部３が、複数、格子状に整列配置されている。隣り合う突状部３は、一方の反射面３１と他方の傾斜面３３とが対峙し、一方の反射面３２と他方の傾斜面３４が対峙する。言い換えると、複数の突状部３は、対峙する反射面３１、３２及び傾斜面３３、３４の夫々の間に、格子状の溝部２１が形成されている。

また、光学素子１は、複数の突状部３間の溝部２１に、突状部３を成す透明材料の屈折率よりも屈折率の低い媒質から成る低屈折率部４と、突状部３を成す透明材料の屈折率と略等しい屈折率の媒質から成る溝埋部５と、が配置されている。低屈折率部４は、少なくとも２面コーナーリフレクタを成す反射面３１（３２）と接している。溝埋部５は、傾斜面３３（３４）及び低屈折率部４の夫々に接しており、基盤２とは反対側の面、すなわち、溝埋部５の表面５１は、頭頂面３５と平行である。好ましくは、この溝埋部５の表面５１は、突状部３の頭頂面３５と滑らかに連続した平面を成す。

溝部２１を含む突状部３の１ピッチの上面視における一辺の幅Ｗは、例えば、１００〜１０００μｍとされる。なお、ピッチ幅Ｗは、実鏡映像Ｐの飛び出し距離（図１参照）に応じて設定される。例えば、飛び出し距離が１０ｃｍである場合には、ピッチ幅Ｗは約３００μｍとされる。このうち、反射面３１（２面コーナリフレクタ）の上辺の幅Ｌは２００μｍ（図４（ｂ）参照）、溝部２１の幅が１００μｍに設定される。基盤２及び突状部３を含む光学素子１の板厚は、一般的には１〜３ｍｍである。基盤２（溝部２１の底面２２）から突状部３の高さＨ（溝部２１の深さ）は、ピッチ幅Ｗの１〜３倍に設定される。

傾斜面３３の基盤２の法線に対する傾斜角θは、少なくとも１°以上であり、５°以上であることが好ましい。この傾斜角θを設けることで、後述するように、必要な抜きテーパを確保し、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓの作製時に金型からの取り外しを容易にすることができる。なお、ここで示す数値は、本実施形態の一例として示す代表値であり、本発明は、これらの数値に限定されない。

光学素子１を構成する基盤２、突状部３及び溝埋部５の媒質には、光透過率８０％以上、屈折率１．３以上で、熱や湿度による変質の少ない透明材料が用いられる。このような透明材料としては、例えば、アクリル樹脂やガラスが挙げられる。本実施形態の光学素子１では、特に、低吸水性・非晶質で脂環構造を持つ炭化水素系ポリマーであるシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を用いることが好ましい。シクロオレフィンポリマーとしては、例えば、日本ゼオン社製の商品名：ＺＥＯＮＯＲ（登録商標）（グレード：１０２０Ｒ、光透過率９２％、屈折率１．５３）が挙げられる。また、低屈折率部４は、反射面３１（３２）における臨界角を小さくして全反射を生じやすくするために、その媒質の屈折率は１．４以下であることが望ましい。このような媒質としては、例えば、フッ素コート剤等が挙げられ、その他、中空シリカ粒子、又はメソポーラスシリカ粒子等が適宜に適用されてもよい。また、低屈折率部４の媒質は、樹脂材料に限らず、後述する変形例で示すような空気層であってもよい。

次に、本実施形態の光学素子１の作製方法について説明する。光学素子１の作製方法は、光学素子１の構成に応じて複数の方法が挙げられるが、低屈折率部４が空気ではない媒質である構成の作製方法を、図５（ａ）乃至（ｄ）を参照して説明する。

図５（ａ）に示すように、まず、低屈折率部４及び溝埋部５を除く部分、すなわち基盤２及び複数の突状部３から成る２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓが作製される。なお、図例では、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを、反射面３１及び傾斜面３３と直交する断面において、模式的に示している。２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓの作製方法としては、例えば、スタンパ等の金型Ｍを用いて、透光性樹脂を射出成形する方法、ナノインプリント又は熱プレス成形方法が挙げられる。金型Ｍは、例えば、ナノ加工により金属製マスター板に上述した突状部３及び溝部２１の形状に対応した形状を作製した後、電珠反転する方法により作製される。また、例えば、Ｘ線リソグラフィ法を用いることにより、透明材料から成る基盤２に直接的に４つの側面を有する突状部３及び溝部２１を作製することができる。

上述したように、本実施形態の光学素子１は、突状部３を成す４面のうちの２面が傾斜面３３、３４（図３も参照）である。すなわち、突状部３は角錐台形状とされている。このように、μｍオーダーの微細な構造体である突状部３に、いわゆる「抜きテーパ」を付けることで、金型成形で２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを作成した際に、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓをスタンパ等の金型Ｍからの取り外しを容易にすることができる。

次に、上記にようにして突状部３が作成された２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓに、低屈折率部４が形成される。低屈折率部４は、突状部３の反射面３１と接するように形成される。低屈折率部４の形成方法としては、例えば、図５（ｂ）に示すように、フッ素コート剤といった低屈折率材料の溶液４０に、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを浸漬するディップコート法が用いられる。

反射面３１が上方に向く配置で２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを溶液４０に浸漬し、その後、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを上方に引き抜けば、主に反射面３１に溶液４０が付着する。この反射面３１に付着した溶液４０を硬化させることで、低屈折率部４を形成することができる。なお、ディップコート法では、反射面３１以外の他の面にも溶液４０が付着するので、外面については溶液４０が硬化する前に拭き取る等により除去される。また、溶液４０に比較的粘性の低いものを使用すれば、傾斜面３３に付着する溶液４０の厚みを、実質的に無視できる程度に薄くすることができる。

低屈折率部４は、２面コーナーリフレクタを成す反射面３１の表面から１μｍ以上の厚みを成していることが好ましい。なお、低屈折率部４は、２面コーナーリフレクタを成す反射面３１の表面から１μｍ以上の厚みを有する部分が、反射面３１の全面積の５０％以上となるように形成されていればよい。２面コーナーリフレクタ３０を成す反射面３１で光を全反射させる際に、反射面３１の外側に、光の波長程度の間隔を置いて屈折率の高い媒質があると、エバネッセント波を介して光が透過してしまい、反射面３１の内壁面での全反射が抑制されることがある。そこで、反射面３１の外側において、少なくともエバネッセント波がしみ出し得る領域に、１μｍ以上の厚さの低屈折率部４を、反射面３１の全面積の５０％以上に配置することで、全反射効率の低下を抑制し、実鏡映像Ｐの輝度低下を防ぐことができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、基盤２や突状部３と略等しい屈折率の樹脂材料５０を、突状部３上に塗布して、スキージングにより溝部２１に樹脂材料５０を充填する。そして、樹脂材料５０を硬化させることで、図５（ｄ）に示すように、溝埋部５が形成される。なお、樹脂材料５０は、硬化の際に僅かに収縮するので、突状部３間の溝部２１内だけに充填した場合、溝埋部５の表面５１が僅かに凹むことがある。そのため、突状部３の頭頂面３５と溝埋部５の表面５１が滑らかに連続する面となるように、研磨による鏡面加工が施されることが好ましい。このようにして、溝埋部５を有する光学素子１を作製することができる。

本実施形態の光学素子１では、被観察物から基盤２の底面から光学素子１の媒質内に入射した光は、低屈折率部４と隣接する反射面３１の内面で全反射される。なお、反射面３１で全反射された光は、実際には隣り合う反射面３２で再び全反射されてから頭頂面３５へ向かう３次元的な反射をするが、図例では省略する。

反射面３１で全反射した光のうち、頭頂面３５から出射した光Ｒ１は、実鏡映像を結像する。一方、傾斜面３３から出射した光Ｒ２は、溝埋部５に入射する。溝埋部５は、突状部３を成す透明材料と略等しい屈折率の媒質で形成されているので、突状部３の傾斜面３３から溝埋部５に光が導波する際には屈折することなく、溝埋部５の表面５１から外部に出射される。溝埋部５の表面５１は、突状部３の頭頂面３５と平行なので、溝埋部５の表面５１から出射した光Ｒ２は、頭頂面３５から出射した光Ｒ１と同様に、実鏡映像を結像する。

すなわち、本実施形態の光学素子１では、光学素子１の光出射面が、突状部３の頭頂面３５だけでなく、溝埋部５の表面５１にも実質的に拡大され、従来構成では頭頂面から出射せずに結像に寄与しない光も、有効光として利用することができ、明るく鮮明な立体映像を表示することができる。

低屈折率部４及び溝埋部５の構成、並びにそれらの形成方法は、上記で説明したものに限られない。以下、低屈折率部４及び溝埋部５の構成に係る変形例、並びにそれらの形成方法について説明する。

第１の変形例は、図６に示すように、溝埋部５が、突状部３間の溝部２１内に限らず、突状部３の頭頂面３５を被覆しているものである。本変形例では、基盤２や突状部３と略等しい屈折率の樹脂材料５０を、上記実施形態よりも多めに突状部３上に塗布して、図６（ａ）に示すように、平滑なガラス板Ｇ等で押さえつける。これにより、図６（ｂ）に示すように、樹脂材料５０の表面を平面化することができる。

突状部３の頭頂面３５にも被覆された溝埋部５は、突状部３と略等しい屈折率なので、それらの界面で光は屈折せず、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例では、鏡面加工を施さなくても、光学素子１の光出射面を容易に平滑化することができる。

第２の変形例は、低屈折率部を空気層４１としたものである。この第２の変形例における光学素子１の作製方法について、ここでは図７及び図８に示す２例の方法を挙げる。まず、上記実施形態と同様の手順で、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを作製する。そして、図７（ａ）に示すように、基盤２や突状部３と略等しい屈折率の樹脂材料５０を、突状部３上に塗布して、スキージングにより溝部２１に樹脂材料５０を充填し、樹脂材料５０を硬化させることで、溝埋部５が形成される。その後、図７（ｂ）に示すように、レーザ等により、反射面３１に接触している材料を除去することで、溝埋部５と反射面３１との間に１〜１０μｍの隙間（空気層４１）が設けられる。

また、図８（ａ）に示すように、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓの反射面３１にネガ型フォトレジスト６を膜厚１〜１０μｍで予め塗布しておく。なお、フォトレジスト６は、後の工程で除去されるので、その一部が頭頂面３５にはみ出していてもよい。そして、図８（ｂ）に示すように、基盤２や突状部３と略等しい屈折率の樹脂材料５０を、突状部３上に塗布して、スキージングにより溝部２１に樹脂材料５０を充填し、樹脂材料５０を硬化させることで、溝埋部５が形成される。その後、図８（ｃ）に示すように、レーザ等により、フォトレジストを除去することで、溝埋部５と反射面３１との間に１〜１０μｍの隙間（空気層４１）が設けられる。このようにして設けられた空気層４１が、本変形例における低屈折率部となる。

本変形例のように、低屈折率部４が空気層であると、突状部３（反射面３１）と空気層との屈折率差が大きくなるので、界面における臨界角が小さくなり、全反射を生じやすくなる。そのため、被観察物から光学素子１に入射した光のうち、反射面３１に対する入射角が小さい光も全反射して、実鏡映像として結像する有効光を増やすことができる。

第３の変形例は、突状部３間の溝部２１に、金属反射膜７が配置されており、金属反射膜７が、反射面３１に接しているものである。まず、上記実施形態と同様の手順で、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを作製する。そして、図９（ａ）に示すように、例えば、斜め方向のスパッタリング等により、反射面３１に選択的に金属反射膜７を成膜する。次に、図９（ｂ）に示すように、頭頂面３５に付着した金属反射膜を、表面切削等により除去する。そして、図９（ｃ）に示すように、基盤２や突状部３と略等しい屈折率の樹脂材料５０を、突状部３上に塗布して、スキージングにより溝部２１に樹脂材料５０を充填し、樹脂材料５０を硬化させる。これにより、図９（ｄ）に示すように、溝埋部５を有する光学素子１を作製することができる。

低屈折率部４を用いた構成では、反射面３１に対して臨界角よりも小さい入射角で入射した光は全反射されないが、本変形例のように、反射面３１に金属反射膜７を持ちれば、そのような入射角が小さい光も反射させることができる。従って、より多くの光を有効光として利用することができ、明るく鮮明な立体映像を表示することができる。

本発明の第２実施形態に係る光学素子について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０に示すように、本実施形態の光学素子１は、透明材料により形成された第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂを備える。第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂは、一平面を成す基盤２Ａ、２Ｂに対して垂直な帯状の反射面３１、３２を複数、定間隔で配列させたスリットミラーアレイ３０Ａ、３０Ｂを夫々有する。

盤２Ａ、２Ｂは、いずれも透明材料により形成されて一平面を成している。第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂは、基盤２Ａ、２Ｂから突出するように形成された複数の突条３Ａ、３Ｂを有する。複数の突状部（突条３Ａ、３Ｂ）は、基盤２Ａ、２Ｂと同じ透明材料によって基盤２Ａ、２Ｂと一体的に形成されている。なお、図１０では、光学素子１の構造を説明するために、第１光学パネル１Ａと第２光学パネル１Ｂとが離れた状態で示しているが、実際には、それらは接している、又はスリットミラーアレイのピッチ幅と同程度、離れていてもよい。また、図１１では、第１光学パネル１Ａのみを図示しているが、第２光学パネル１Ｂは同形状であり、以下、第１光学パネル１Ａに基づいて説明する。

第１光学パネル１Ａの突条３Ａは、基盤２Ａに対して角度を持つ２面を有する。本実施形態の突条３Ａは、断面が台形形状であり、基盤２Ａに対して垂直な反射面３１と、基盤２Ａに対して傾斜した傾斜面３３と、基盤２Ａと平行な面を成す頭頂面３５と、を有する。同様に、第２光学パネル１Ｂの突条３Ｂも、基盤２Ｂに対して垂直な反射面３２と、基盤２Ｂに対して傾斜した傾斜面３４と、基盤２Ｂと平行な面を成す頭頂面３６と、を有する。第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂは、夫々のスリットミラーアレイ３０Ａ、３０Ｂの配列方向が直交するように互いに向かい合わせて配置されている。第１光学パネル１Ａの基盤２Ａから突条３Ａに入射した光（図１１の実線矢印）は、反射面３１の内壁面で全反射され、突条３Ａの頭頂面３５から出射する。第１光学パネル１Ａを出射した光は、第２光学パネル１Ｂの反射面３２の内壁面で再び全反射され、基盤２Ｂの底面２２から出射する。

頭頂面３５は、反射面３１及び傾斜面３３の各稜線によって画定され、上面視（不図示）で帯長形状である。第１光学パネル１Ａの表面には、上記形状の突条３Ａが、複数、定間隔で整列配置されている。隣り合う突条３Ａは、一方の反射面３１と他方の傾斜面３３とが対峙している。言い換えると、複数の突条３Ａは、対峙する反射面３１及び傾斜面３３の夫々の間に、一方向に伸びる溝部２１が形成されている。

また、第１光学パネル１Ａは、複数の突条３Ａ間の溝部２１に、突条３Ａを成す透明材料の屈折率よりも屈折率の低い媒質から成る低屈折率部４と、突条３Ａを成す透明材料の屈折率と略等しい屈折率の媒質から成る溝埋部５と、が配置されている。低屈折率部４は、反射面３１と接している。溝埋部５は、傾斜面３３と接しており、基盤２とは反対側の面が頭頂面３５と平行である。第２光学パネル１Ｂにも、上記と同様に、低屈折率部４及び溝埋部５が設けられている。

本実施形態においても、第１光学パネル１Ａの光出射面が、突条３Ａの頭頂面３５だけでなく、溝埋部５の表面にも実質的に拡大される。また、第２光学パネル１Ｂの光入射面も、同様に拡大される。その結果、従来構成では各頭頂面から出射及び入射せずに結像に寄与しない光も、有効光として利用することができ、明るく鮮明な立体映像を表示することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る映像表示装置について、図１２を参照して説明する。映像表示装置１０は、上述した光学素子１を具体的に適用したものであり、上面に開口部１１を有する箱体１２と、箱体１２の内側面に設けられた映像表示部１３と、を備える。光学素子１は、箱体１２の開口部１１に取り付けられている。図例では、映像表示部１３は、例えば、液晶ディスプレイ装置が用いられ、図例では、文字「Ａ」を上下反転させた倒立姿勢で表示している。映像表示部１３から出射された光は、光学素子１により屈曲反射され、文字「Ａ」の実鏡映像を結像させる。観察者は、映像表示装置１０の斜め上方位置に視点Ｅｐを置いて光学素子１を覗き込んだ際に、文字「Ａ」の実鏡映像を空中映像として視認することができる。

本発明は、上記実施形態及び各種変形例に限られず、種々変形が可能である。上記実施形態及び変形例では、いずれも突状部３が、４面の側面を有する角錐台形状又は立方体形状のものを挙げたが、２面の反射面と光を出射する頭頂面を有していればよく、例えば、三角錐台形状、又は五角以上の角錐台形状形であってもよい。また、溝埋部５は、反射面３１、３２との間に低屈折率部４又は金属反射膜７が形成されるように、複数の突状部３間に存在していれば、必ずしも上述した構成例に限られない。

１ 光学素子
１０ 映像表示装置
２ 基盤
２１ 溝部
３ 突状部
３Ａ、３Ｂ 突条
３０ ２面コーナーリフレクタ
３１、３２ 反射面（側面）
３３、３４ 傾斜面（側面）
４ 低屈折率部
５ 溝埋部
７ 金属反射膜

Claims (6)

1. 一方の面側にある被観察物の実像を他方の面側の空間に結像させる光学素子であって、
   透明材料により形成されて一平面を成す基盤と、前記基盤から突出するように該基盤と一体的に形成された複数の突状部と、を有し、
   前記突状部は、前記基盤に対して角度を持つ３つ以上の側面と、前記基盤とは反対側の面を成し前記基盤と平行な頭頂面と、を有し、
   前記側面のうちの隣り合う２面は、前記基盤に対して垂直で且つ互いに略直交しており、被観察物から発せられる光を反射する２面コーナーリフレクタを成す反射面であり、
   前記側面のうち前記反射面以外の少なくとも１面は、前記反射面に対して傾斜した傾斜面であり、
   前記反射面及び前記傾斜面間の溝部には、前記突状部を成す透明材料の屈折率と略等しい屈折率の媒質から成る溝埋部が配置されており、
   前記溝埋部は、前記傾斜面と接しており、前記基盤とは反対側の面が前記頭頂面と平行であることを特徴とする光学素子。
2. 一方の面側にある被観察物の実像を他方の面側の空間に結像させる光学素子であって、
   透明材料により形成されて一平面を成す基盤に対して垂直な帯状の反射面を有する突条を複数、定間隔で配列させたスリットミラーアレイを有する第１光学パネル及び第２光学パネルを備え、
   前記第１光学パネル及び前記第２光学パネルは、夫々の前記スリットミラーアレイの配列方向が直交するように互いに向かい合わせて配置され、
   前記第１光学パネル及び前記第２光学パネルは、前記基盤とは反対側の面を成し前記基盤と平行な出射面と、前記反射面に対して傾斜するように設けられた傾斜面と、を更に有し、
   前記反射面及び前記傾斜面間の溝部には、前記突条を成す透明材料の屈折率と略等しい屈折率の媒質から成る溝埋部が配置されており、
   前記溝埋部は、前記傾斜面と接しており、前記基盤とは反対側の面が前記頭頂面と平行であることを特徴とする光学素子。
3. 前記溝埋部は、前記頭頂面を被覆していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学素子。
4. 前記溝部には、前記突状部を成す透明材料の屈折率よりも屈折率の低い媒質から成る低屈折率部が配置されており、
   前記低屈折率部は、前記反射面と接することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記溝部には、金属反射膜が配置されており、
   前記金属反射膜は、前記反射面と接することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された光学素子を用いた映像表示装置。