JP2019139023A - Optical element and video display device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an optical element that forms a real image of an object to be observed on one surface side in a space on the other surface side, and an image display apparatus using the optical element.
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）。 An optical element has been devised in which a projection object is arranged on one surface side of a plane body that partitions a certain space, and a mirror image of the projection object is formed at a position that is plane-symmetric in the space on the other surface side. . As this type of optical element, there is known an optical element having a structure in which a plurality of two-surface corner reflectors each composed of two minute mirror surfaces (reflection surfaces) perpendicular to each other are assembled in a plane (for example, Patent Documents). 1).
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。 Patent Document 1 discloses an optical element having a two-surface corner reflector array in which a plurality of two-surface corner reflectors are arranged in a grid on one plane. In this optical element, each mirror surface forming a dihedral corner reflector is arranged perpendicular to the element surface of the optical element. Therefore, the light emitted from the observation object arranged on one surface side of the element surface is reflected and bent twice by the two-surface corner reflector when passing through the optical element, and the other surface without the observation object. A real image is formed in the side space. Thereby, the real image is formed so that the object to be observed exists at a symmetrical position with respect to the element surface of the optical element.
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、垂直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。 In the optical element described in Patent Document 1, a plurality of cube-shaped protrusions (two-surface corner reflectors) protruding from the surface of the substrate are arranged, and the inner wall of the protrusions perpendicular to the substrate is mirrored. A real mirror image is formed using total reflection of light on the inner wall. An optical element having such a two-sided corner reflector is generally manufactured by injection-molding a medium made of a translucent resin using a mold such as a stamper. However, when removing the manufactured optical element from the mold, the vertical surface of the cube-shaped projecting portion is in close contact with the mold in the mold drawing direction, so the friction is large and the mold release is difficult. It becomes.
図１２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、離型が可能となる。しかしながら、基盤１０２に対して垂直な反射面１３１は、依然として金型Ｍと抜き方向で密着しているので、スムーズな離型の妨げとなる。２面コーナーリフレクタは、μｍオーダーの微細構造なので、スムーズに離型できないと、突状部１０３が変形する等により所望の機能を発揮できなくなる虞がある。 As shown in FIG. 12, the surface of the projecting portion 103 of the optical element 101 that does not contribute to the image formation of the real mirror image is an inclined surface 133 provided with a gradient, so that the mold can be released. However, since the reflecting surface 131 perpendicular to the base 102 is still in close contact with the mold M in the drawing direction, it prevents smooth mold release. Since the double-sided corner reflector has a fine structure on the order of μm, if it cannot be released smoothly, the projection 103 may be unable to perform its desired function due to deformation or the like.
本発明は、上記課題を解決するものであり、光学素子の２面リフレクタアレイを作製する際にスムーズな離型が可能であり、且つ歪みが少な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。 The present invention solves the above-described problems, and can provide a smooth release when producing a two-surface reflector array of optical elements, and can display a clear stereoscopic image with little distortion. And an image display device using the same.
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る光学パネル本体を有し、前記光学パネル本体は、該光学パネル本体の一面を成す平面と、該平面に対して角度を持ち被観察物から発せられる光を反射する反射面と、を有し、前記反射面は、前記平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、前記平面又は前記平面とは反対側の面には、前記光学パネル本体に入射する光の入射角又は前記光学パネル本体から出射する光の屈折角を調整する光学調整部材が設けられることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is an optical element that forms a real image of an object to be observed on one surface side in a space on the other surface side, and has an optical panel body formed of a transparent material. The optical panel body has a plane that forms one surface of the optical panel body, and a reflection surface that has an angle with respect to the plane and reflects light emitted from the object to be observed. An incident angle of light incident on the optical panel main body or light emitted from the optical panel main body has a predetermined gradient with respect to a plane perpendicular to the plane, and the flat surface or a surface opposite to the flat surface. An optical adjusting member that adjusts the refraction angle of the lens is provided.
上記光学素子において、前記２面コーナーリフレクタを成す２面の、前記基盤に垂直な面に対する勾配が、０．１〜３°であることが好ましい。 In the optical element, it is preferable that a gradient of two surfaces constituting the two-surface corner reflector with respect to a surface perpendicular to the base is 0.1 to 3 °.
上記光学素子において、前記光学調整部材は、前記頭頂面又は前記基盤の底面に対する勾配が０．５〜１０°であることが好ましい。 In the optical element, it is preferable that the optical adjustment member has a gradient of 0.5 to 10 ° with respect to the top surface or the bottom surface of the base.
上記光学素子において、前記光学パネル本体は、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、前記側面は、前記突状部を構成する３つ以上の側面であり、前記反射面は、前記側面のうちの隣り合う２面であり、互いに略直交し、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していることが好ましい。 In the optical element, the optical panel body includes a base that forms a flat surface, and a plurality of protrusions that are integrally formed with the base so as to protrude from the base, and the side surface includes the side surface, Two or more side surfaces constituting a projecting portion, and the reflection surface is two adjacent surfaces of the side surfaces, and is a two-surface corner reflector that is substantially orthogonal to each other and reflects light emitted from an object to be observed It is preferable that
上記光学素子において、前記光学パネル本体は、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条と、を有する第１光学パネル及び第２光学パネルを備え、前記側面は、前記突条を構成する２つ以上の側面であり、前記反射面は、前記側面のうち帯状に形成される１面であり、複数、定間隔で配列されてスリットミラーアレイを成し、前記第１光学パネル及び前記第２光学パネルが、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ていることが好ましい。 In the optical element, the optical panel body includes a first optical panel and a second optical panel having a base that forms a flat surface and a plurality of protrusions that are integrally formed with the base so as to protrude from the base. A panel, wherein the side surface is two or more side surfaces constituting the ridge, and the reflection surface is one surface formed in a band shape among the side surfaces, and a plurality of slits arranged at regular intervals It is preferable that a mirror array is formed, and the first optical panel and the second optical panel are arranged to face each other so that the arrangement directions of the slit mirror arrays are orthogonal to each other.
上記光学素子において、前記光学パネル本体は、一平面を成す基盤と、前記基盤から埋没するように形成された複数の穴部と、を有し、前記側面は、前記穴部を構成する３つ以上の側面であり、前記反射面は、前記側面のうちの隣り合う２面であり、互いに略直交し、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していることが好ましい。 In the optical element, the optical panel body includes a base that forms a flat surface and a plurality of holes that are formed so as to be buried in the base, and the side surface includes three holes that form the hole. It is the above-mentioned side surface, and the reflection surface is preferably two adjacent surfaces among the side surfaces, and is a two-surface corner reflector that is substantially orthogonal to each other and reflects light emitted from the object to be observed. .
上記光学素子において、前記光学調整部材は、前記突状部に対応したフレネルプリズムであることが好ましい。 In the optical element, it is preferable that the optical adjustment member is a Fresnel prism corresponding to the protruding portion.
上記光学素子は、映像表示装置に用いられることが好ましい。 The optical element is preferably used in a video display device.
本発明の光学素子によれば、反射面が勾配を有するテーパ形状になっているので、光学パネル本体を作製する際にスムーズな離型が可能となる。また、反射面での反射光は、光学パネル本体の平面に対して勾配を有する光学調整部材により、光学素子から出射される更に屈折角が調整されるので、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。 According to the optical element of the present invention, since the reflecting surface has a tapered shape with a gradient, it is possible to perform a smooth release when manufacturing the optical panel body. In addition, the reflected light from the reflecting surface is further refracted by the optical adjustment member that has a gradient with respect to the plane of the optical panel body, and the refraction angle is adjusted from the optical element. can do.
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（光学パネル本体）を成す。 An optical element according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the optical element 1 of the present embodiment has a two-surface corner reflector 30 composed of mirror surfaces (reflecting surfaces 31, 32) that are perpendicular to the base 2 that forms one plane and are substantially orthogonal to each other. The plurality of two-surface corner reflectors 30 are arranged in a grid pattern on the substrate 2 to form a two-surface corner reflector array 30S (optical panel body).
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と概ね直交する（ここでは後述する勾配ｔ１を考慮しない）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。 When the object to be observed O is disposed on one surface side of the optical element 1, the real image (real mirror image P) of the object to be observed O is placed in the space on the other surface side of the element surface 1S of the optical element 1. Make an image. In other words, the optical element 1 forms an image of the real mirror image P of the observation object O at a plane-symmetrical position with the element surface 1S as a symmetry plane. Here, the element surface 1S refers to a virtual plane that is substantially orthogonal to the two reflecting surfaces 31 and 32 constituting the two-surface corner reflector 30 (here, a gradient t1 described later is not considered). Note that the dihedral corner reflector 30 is as fine as μm in comparison with the total size of the optical element 1 being in the order of cm or m, and in FIG. It is shown conceptually in a letter shape.
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を構成する一方の鏡面（反射面３１）で反射して、他方の鏡面（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を通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。 An imaging mode by the two-surface corner reflector array 30S will be described with reference to FIGS. In FIG. 2A, light emitted from a point light source o as a projection object is assumed to travel three-dimensionally from the back side to the front side of the page. When light (solid arrow) emitted from the point light source o passes through the optical element 1 (not shown in FIG. 2A), it is reflected by one mirror surface (reflecting surface 31) constituting the two-surface corner reflector 30. Then, after being reflected by the other mirror surface (reflecting surface 32), it passes through the element surface 1S (see FIG. 2B). In this way, the light emitted from the optical element 1 (dashed line arrow) passes through the plane symmetric position p of the point light source o with respect to the element surface 1S and spreads. As a result, the transmitted light of the optical element 1 is focused on a plane symmetry position p with respect to the element surface 1S of the point light source o, and forms an image as a real mirror image P (see FIG. 1).
図３及び図４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。 3 and 4 show a specific configuration of the optical element 1 of the present embodiment. The base 2 is formed of a transparent material and forms a plane. The optical element 1 has a plurality of protruding portions 3 formed so as to protrude from the base 2. The plurality of protrusions 3 are integrally formed with the base 2 by the same transparent material as the base 2.
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、略角錐台形状であり、２面コーナーリフレクタ３０を構成する反射面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、上面視で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。なお、図例では、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを模式的に示し、２面ある反射面３１、３２のうち一方の反射面３１側を、２面ある傾斜面３３、３４のうち一方の傾斜面３３側を例示する断面を示している。 The protruding portion 3 has three or more side surfaces having an angle with respect to the base 2. The protruding portion 3 of the present embodiment has a substantially truncated pyramid shape, and includes 4 reflecting surfaces 31 and 32 constituting the two-surface corner reflector 30 and two surfaces inclined with respect to the substrate 2 (inclined surfaces 33 and 34). It has a top surface 35 that forms a side surface of the surface and a surface parallel to the base 2. Among the side surfaces, two surfaces of the reflecting surfaces 31 and 32 are adjacent to each other, and two surfaces of the inclined surfaces 33 and 34 are adjacent to each other. The reflecting surfaces 31 and 32 are arranged so as to be substantially orthogonal to each other when viewed from above. The light R1 incident on the protruding portion 3 from the base 2 is totally reflected twice by the inner wall surfaces of the reflecting surfaces 31 and 32 and is emitted from the top surface 35 of the protruding portion 3. In the illustrated example, the two-surface corner reflector array 30S is schematically shown, and one of the two reflecting surfaces 31 and 32 is defined as one reflecting surface 31 side, and one of the two inclined surfaces 33 and 34 is inclined. The cross section which illustrates the 33 side is shown.
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との稜線を一方の斜辺、隣り合う反射面３２（３１）との稜線を他方の斜辺とする台形である。 The top surface 35 is defined by the respective ridgelines of the reflecting surfaces 31 and 32 and the inclined surfaces 33 and 34, and the lengths thereof are substantially equal, and are substantially square when viewed from above. In the side view, the reflecting surface 31 (32) has a boundary line with the base 2 (dotted line in FIG. 4A) as a lower base, a ridge line with the top surface 35 as an upper base, and a ridge line with the inclined surfaces 33 and 34. One trapezoid is a trapezoid whose ridge line with the adjacent reflecting surface 32 (31) is the other hypotenuse.
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２１が形成されている。 On the surface of the optical element 1, a plurality of protrusions 3 having the above-mentioned shape are arranged in a grid. Adjacent protrusions 3 have one reflecting surface 31 and the other inclined surface 33 facing each other, and one reflecting surface 32 and the other inclined surface 34 facing each other. In other words, the plurality of protruding portions 3 are formed with lattice-like grooves 21 between the reflecting surfaces 31 and 32 and the inclined surfaces 33 and 34 facing each other.
また、光学素子１は、複数の突状部３間の溝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。 In the optical element 1, the low refractive index portion 4 made of a medium having a refractive index lower than that of the transparent material forming the protruding portion 3 is disposed in the groove 21 between the plurality of protruding portions 3. The low refractive index portion 4 is in contact with the reflecting surface 31 (32) that forms at least a two-surface corner reflector.
溝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）の幅は２００μｍ、溝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２１の底面２２）から突状部３の高さＨ（溝２１の深さ）は、ピッチ幅Ｗの１〜３倍に設定される。 The width W of one side in the top view of one pitch of the protruding portion 3 including the groove 21 is, for example, 100 to 1000 μm. Note that the pitch width W is set according to the pop-out distance of the real mirror image P (see FIG. 1). For example, when the pop-out distance is 10 cm, the pitch width W is about 300 μm. Among these, the width of the reflective surface 31 (two-surface corner reflector) is set to 200 μm, and the width of the groove 21 is set to 100 μm. The plate thickness of the optical element 1 including the base 2 and the protruding portion 3 is generally 1 to 3 mm. The height H (depth of the groove 21) of the protruding portion 3 from the base 2 (the bottom surface 22 of the groove 21) is set to 1 to 3 times the pitch width W.
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。また、２面コーナーリフレクタ３０を成す反射面３１（３２）は、基盤２に垂直な面に対して所定の勾配ｔ１を有する。勾配ｔ１は、例えば、０．１〜３°であり、好ましくは０．８〜１．２°である。傾斜面３３に傾斜角θ、及び反射面３１に勾配ｔ１を夫々設けることで、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。ただし、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。 The inclination angle θ of the inclined surface 33 with respect to the normal line of the base 2 is at least 1 °, preferably 5 ° or more. Further, the reflection surface 31 (32) forming the two-surface corner reflector 30 has a predetermined gradient t 1 with respect to a surface perpendicular to the base 2. The gradient t1 is, for example, 0.1 to 3 °, and preferably 0.8 to 1.2 °. By providing the inclination angle θ on the inclined surface 33 and the gradient t1 on the reflecting surface 31, respectively, as will be described later, a necessary draft taper is secured, and removal from the mold is easy when the two-surface corner reflector array 30S is manufactured. Can be. However, the numerical values shown here are representative values shown as an example of the present embodiment, and the present invention is not limited to these numerical values.
また、光学素子１は、突状部３の頭頂面３５には、この頭頂面３５出射する光の出射角を調整する光学調整部材５が設けられている。なお、図３では、光学素子１の構造を説明するために、光学調整部材５を頭頂面３５から離した状態で示しており、図４では、光学調整部材５が頂頭面３５と接している。なお、これらは必ずしも接している必要はなく、頂頭面からの出射角や光学調整部材５への入射角を考慮した上で光学調整部材５の勾配ｔ２を画定させれば、それらを離間して配置することもできる。 In the optical element 1, an optical adjustment member 5 that adjusts an emission angle of light emitted from the top surface 35 is provided on the top surface 35 of the protruding portion 3. In FIG. 3, the optical adjustment member 5 is shown separated from the top surface 35 in order to explain the structure of the optical element 1, and in FIG. 4, the optical adjustment member 5 is in contact with the top surface 35. . Note that these do not necessarily have to be in contact with each other. If the gradient t2 of the optical adjustment member 5 is defined in consideration of the emission angle from the top surface and the incident angle to the optical adjustment member 5, they are separated from each other. It can also be arranged.
光学調整部材５は、基盤２と平行な底面５１と、底面５１に対して勾配ｔ２を有する天面５２と、４つの側面５３〜５６と、を有する６面体である（図３参照）。光学調整部材５は、基盤２及び突状部３と略同一かそれらよりも高い屈折率を有する媒質により形成されていることが望ましい。光学調整部材５を構成する媒質は、屈折率が高い方が、光学調整部材５の厚みを抑制する上では有利であり、例えば、屈折率１．３〜１．７とされる。底面５１及び天面５２は矩形面であり、互いの一角が近接している。この近接する一角を挟む側面５３、５４は、底面５１に対して垂直な三角形面であり、他の２側面５５、５６は、底面に対して垂直な台形面である。光学調整部材５の勾配ｔ２は、天面５２の表面位置が、突状部３の傾斜面３３（３４）側から反射面３１（３２）側へ向かうほど高くなるように、設けられている。そのため、光学調整部材５の厚みは、傾斜面３３、３４の成す角辺側で最も薄く、反射面３１、３２の成す角辺側で最も厚くなる。 The optical adjustment member 5 is a hexahedron having a bottom surface 51 parallel to the base 2, a top surface 52 having a gradient t2 with respect to the bottom surface 51, and four side surfaces 53 to 56 (see FIG. 3). The optical adjustment member 5 is preferably formed of a medium having a refractive index substantially the same as or higher than that of the base 2 and the projecting portion 3. The medium constituting the optical adjustment member 5 has a higher refractive index, which is advantageous for suppressing the thickness of the optical adjustment member 5, and has a refractive index of 1.3 to 1.7, for example. The bottom surface 51 and the top surface 52 are rectangular surfaces, and one corner is close to each other. The side surfaces 53 and 54 sandwiching the adjacent corner are triangular surfaces perpendicular to the bottom surface 51, and the other two side surfaces 55 and 56 are trapezoidal surfaces perpendicular to the bottom surface. The gradient t2 of the optical adjustment member 5 is provided so that the surface position of the top surface 52 becomes higher as it goes from the inclined surface 33 (34) side of the protruding portion 3 toward the reflecting surface 31 (32) side. Therefore, the thickness of the optical adjustment member 5 is the thinnest on the corner side formed by the inclined surfaces 33 and 34 and the thickest on the corner side formed by the reflection surfaces 31 and 32.
光学調整部材５は、頭頂面３５に対する勾配ｔ２は、反射面３１に勾配ｔ１に応じて画定され、勾配ｔ１が０．１〜３°であれば、勾配ｔ２は０．５〜１０°となる。例えば、反射面３１の勾配ｔ１が１°であれば、光学調整部材５の勾配ｔ２は２．４°となる。これらの数値は、突状部３及び光学調整部材５を構成する媒質の屈折率に基づいて反射角及び屈折角を考慮して画定される。 In the optical adjustment member 5, the gradient t2 with respect to the parietal surface 35 is defined on the reflection surface 31 according to the gradient t1, and if the gradient t1 is 0.1 to 3 °, the gradient t2 is 0.5 to 10 °. . For example, if the gradient t1 of the reflecting surface 31 is 1 °, the gradient t2 of the optical adjustment member 5 is 2.4 °. These numerical values are defined in consideration of the reflection angle and the refraction angle based on the refractive index of the medium constituting the protrusion 3 and the optical adjustment member 5.
光学素子１を構成する基盤２、突状部３及び光学調整部材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。媒質としては、樹脂材料に限らず、空気層であってもよい。樹脂材料としては、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。 As the medium of the substrate 2, the protrusions 3, and the optical adjustment member 5 constituting the optical element 1, a transparent material that has a light transmittance of 80% or more and a refractive index of 1.3 or more and is hardly deteriorated by heat or humidity is used. . Examples of such a transparent material include acrylic resin and glass. In the optical element 1 of the present embodiment, it is particularly preferable to use a cycloolefin polymer (COP) which is a hydrocarbon polymer having a low water absorption property, an amorphous structure and an alicyclic structure. Examples of the cycloolefin polymer include trade name: ZEONOR (registered trademark) (grade: 1020R, light transmittance: 92%, refractive index: 1.53) manufactured by ZEON Corporation. The low refractive index portion 4 desirably has a refractive index of 1.4 or less in order to reduce the critical angle at the reflecting surfaces 31 and 32 and easily cause total reflection. The medium is not limited to a resin material, and may be an air layer. Examples of the resin material include a fluorine coating agent and the like, and hollow silica particles or mesoporous silica particles may be appropriately applied.
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。図５（ａ）に示すように、まず、上記低屈折率部４及び光学調整部材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２１を作製することができる。 Next, a method for producing the optical element 1 of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 5A, first, a portion excluding the low refractive index portion 4 and the optical adjustment member 5, that is, a two-surface corner reflector array 30S composed of the base 2 and the plurality of protruding portions 3 is manufactured. In the example shown in the drawing, the two-surface corner reflector array 30S is schematically shown in a cross section orthogonal to the reflecting surface 31 and the inclined surface 33. Examples of a method for producing the two-sided corner reflector array 30S include a method of injection molding a translucent resin, a nanoimprint, or a hot press molding method using a mold M such as a stamper. The mold M is manufactured by, for example, a method in which a shape corresponding to the shape of the protruding portion 3 and the groove 21 described above is formed on a metal master plate by nano-processing, and then reversed. Further, for example, by using an X-ray lithography method, it is possible to produce the protruding portion 3 and the groove 21 having four side surfaces directly on the base 2 made of a transparent material.
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）であり、反射面３１、３２も基盤２に垂直な面に対して勾配を有している。すなわち、突状部３は、４側面がテーパ状の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。 As described above, in the optical element 1 of the present embodiment, two of the four surfaces forming the protruding portion 3 are the inclined surfaces 33 and 34 (see also FIG. 3), and the reflecting surfaces 31 and 32 are also the substrate 2. And has a slope with respect to a plane perpendicular to. That is, the protrusion 3 has a truncated pyramid shape with four side surfaces tapered. In this way, when the two-surface corner reflector array 30S is formed by die molding by adding a so-called “drawer taper” to the protruding portion 3 which is a fine structure of μm order, the two-surface corner reflector array is formed. 30S can be easily removed from the mold M such as a stamper.
上記にようにして突状部３が作製された２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓに、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、光学調整部材５が載置されることで、光学素子１が作製される。なお、光学調整部材５及び２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓは、透光性接着剤により接着されていてもよい。突状部３間の溝２１に、何も充填しない状態で光学調整部材５を載置させれば、溝２１と光学調整部材５間で囲まれた空間が、空気層となり、低屈折率部４として機能する。また、この溝に２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓよりも屈折率が低い透光性樹脂材料を充填し、この透光性樹脂材料により、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓと光学調整部材５とを接着してもよい。このようにして、光学調整部材５を有する光学素子１を作製することができる。 As shown in FIGS. 5B and 5C, the optical adjustment member 5 is placed on the two-surface corner reflector array 30 </ b> S in which the protruding portions 3 are manufactured as described above, so that the optical element 1 is Produced. The optical adjustment member 5 and the two-surface corner reflector array 30S may be bonded with a translucent adhesive. If the optical adjustment member 5 is placed in a state where nothing is filled in the groove 21 between the protrusions 3, the space surrounded by the groove 21 and the optical adjustment member 5 becomes an air layer, and the low refractive index portion. 4 functions. Further, the groove is filled with a translucent resin material having a refractive index lower than that of the two-surface corner reflector array 30S, and the two-surface corner reflector array 30S and the optical adjustment member 5 are bonded by the translucent resin material. Also good. In this manner, the optical element 1 having the optical adjustment member 5 can be manufactured.
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（図５（ｃ）参照）。反射面３１で全反射した光は、反射面が基盤２に対して垂直である場合（例えば、図９の反射面１３１参照）に比べて、反射面３１に対する入射角が小さくなるので、反射角も小さくなる。なお、反射面３１で全反射された光は、実際には反射面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。 In the optical element 1 of the present embodiment, light that has entered the medium of the optical element 1 from the bottom surface of the substrate 2 from the object to be observed is totally reflected by the inner surface of the reflecting surface 31 adjacent to the low refractive index portion 4 (see FIG. 5 (c)). The light totally reflected by the reflecting surface 31 has a smaller incident angle with respect to the reflecting surface 31 than when the reflecting surface is perpendicular to the substrate 2 (see, for example, the reflecting surface 131 in FIG. 9). Becomes smaller. The light totally reflected by the reflecting surface 31 is actually totally reflected again by the reflecting surface 32 and then three-dimensionally reflected toward the top surface 35, but is not shown in the figure.
反射面３１で全反射された光は、基盤２と平行な頭頂面３５に対して斜め方向から入射する。すなわち、反射面３１が垂直である場合に比べて、頭頂面３５に対する入射角が大きくなる。ここで、仮に、光学調整部材５が設けられていない場合を想定する。この場合、頭頂面３５への入射角が大きくなると、頭頂面３５から出射されるときの屈折角も大きくなる。結果として、被観察物から光学素子１に入射した光の入射角よりも、大きな屈折角で出射する。光学調整部材５が無い場合の出射光Ｒ２を点線矢印で示す。特に、被観察物から遠く、反射面３１に対する入射角が小さい光ほど、頭頂面３５から出射される光の屈折角が大きくなる。そのため、図６（ａ）で示したように、光学調整部材５を用いない光学素子１０１ａでは、点光源ｏの素子面１Ｓに対する面対称位置ｐに、光学素子１０１ａの透過光が集束せず、実鏡映像Ｐ（図１参照）が歪み、不鮮明となる。 The light totally reflected by the reflecting surface 31 is incident on the top surface 35 parallel to the substrate 2 from an oblique direction. That is, the incident angle with respect to the top surface 35 is larger than when the reflecting surface 31 is vertical. Here, it is assumed that the optical adjustment member 5 is not provided. In this case, when the incident angle to the parietal surface 35 increases, the refraction angle when emitted from the parietal surface 35 also increases. As a result, the light is emitted at a refraction angle larger than the incident angle of the light incident on the optical element 1 from the observation object. The outgoing light R2 when there is no optical adjustment member 5 is indicated by a dotted arrow. In particular, the refraction angle of the light emitted from the top surface 35 increases as the light is farther from the object to be observed and has a smaller incident angle with respect to the reflecting surface 31. Therefore, as shown in FIG. 6A, in the optical element 101a that does not use the optical adjustment member 5, the transmitted light of the optical element 101a is not focused on the plane symmetrical position p with respect to the element surface 1S of the point light source o. The real mirror image P (see FIG. 1) is distorted and unclear.
これに対して、本実施形態の光学素子１では、勾配ｔ２を有する反射面３１で全反射されて頭頂面３５から出射した光Ｒ１は、光学調整部材５の底面５１に入射する。光学調整部材５は、突状部３と略同一の屈折率を有する媒質により形成されている場合、光学調整部材５に入射した光Ｒ１は、反射面３１で全反射された方向に直進し、光学調整部材５の天面５２に入射する。光学調整部材５の天面５２は、底面５１に対して勾配ｔ２を有しているので、天面５２への入射角が小さくなり、天面５２から出射する光の屈折角も小さく抑制される。このようにして、反射面３１が勾配ｔ１を有していても、光学調整部材５の勾配ｔ２により、光学素子１から出射される光の屈折角が調整される。そのため、図６（ｂ）で示したように、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の透過光が集束して、鮮明な実鏡映像Ｐ（図１参照）を結像させることができる。 On the other hand, in the optical element 1 of the present embodiment, the light R1 totally reflected by the reflecting surface 31 having the gradient t2 and emitted from the top surface 35 enters the bottom surface 51 of the optical adjustment member 5. When the optical adjustment member 5 is formed of a medium having substantially the same refractive index as that of the protruding portion 3, the light R1 incident on the optical adjustment member 5 goes straight in the direction totally reflected by the reflecting surface 31, The light enters the top surface 52 of the optical adjustment member 5. Since the top surface 52 of the optical adjustment member 5 has a gradient t2 with respect to the bottom surface 51, the incident angle to the top surface 52 is reduced, and the refraction angle of light emitted from the top surface 52 is also suppressed to be small. . In this way, even if the reflecting surface 31 has the gradient t1, the refraction angle of the light emitted from the optical element 1 is adjusted by the gradient t2 of the optical adjustment member 5. For this reason, as shown in FIG. 6B, the transmitted light of the optical element 1 is focused on the plane symmetrical position p with respect to the element surface 1S of the point light source o, and a clear real mirror image P (see FIG. 1) is obtained. An image can be formed.
すなわち、本実施形態の光学素子１では、突状部３の側面がいずれも傾斜、勾配を有するテーパ形状になっているので、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓ（光学パネル本体）を作製する際にスムーズな離型が可能であり、しかも、勾配ｔ１を有する反射面３１（３２）で反射した光を、勾配ｔ２を有する光学調整部材５で、出射光の屈折角を調整するので、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。 That is, in the optical element 1 according to the present embodiment, the side surfaces of the protrusions 3 are all tapered and have a tapered shape. Therefore, the two-surface corner reflector array 30S (optical panel body) can be smoothly manufactured. In addition, the light reflected by the reflecting surface 31 (32) having the gradient t1 is adjusted by the optical adjustment member 5 having the gradient t2, and the refraction angle of the emitted light is adjusted. 3D images can be displayed.
光学素子１における光学調整部材５の構成や配置は、上記で説明したものに限られない。以下、光学素子１の変形例について説明する。第１の変形例は、図７（ａ）に示すように、光学調整部材５を、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓの突状部３に対応したフレネルプリズム５Ａとしたものである。このフレネルプリズム５Ａも、個々の光出射面が突状部３の頭頂面３５に対して勾配ｔ２を有している。従って、上記実施形態の光学素子１と同様に、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。なお、図例では、１つの突状部３に対して１つのプリズムが対応するように構成されたフレネルプリズムを示しているが、１つのプリズムが複数の突状部３に対応していてもよい。 The configuration and arrangement of the optical adjustment member 5 in the optical element 1 are not limited to those described above. Hereinafter, modified examples of the optical element 1 will be described. In the first modification, as shown in FIG. 7A, the optical adjustment member 5 is a Fresnel prism 5A corresponding to the protruding portion 3 of the two-surface corner reflector array 30S. Also in this Fresnel prism 5A, each light emitting surface has a gradient t2 with respect to the top surface 35 of the protrusion 3. Therefore, like the optical element 1 of the above embodiment, a clear stereoscopic image with little distortion can be displayed. In the illustrated example, a Fresnel prism configured so that one prism corresponds to one projecting portion 3 is shown, but one prism may correspond to a plurality of projecting portions 3. Good.
上記実施形態のように、複数の突状部３を一括するように覆う光学調整部材５では、勾配ｔ２によっては、反射面３１、３２の成す角辺側の光学調整部材５の厚みが、端部側に向かうほど厚くなる。一方、本変形例のように、突状部３に対応したフレネルプリズム５Ａを用いた場合、上記実施形態の光学調整部材５に出射光の屈折角を調整しつつ、光学調整部材５の厚みを抑制することができる。従って、この光学素子１を、後述するような映像表示装置に組み込んだ際にも、光の出射面が平坦となり、装置の外観に影響し難くすることができる。 As in the above embodiment, in the optical adjustment member 5 that covers the plurality of protruding portions 3 in a lump, depending on the gradient t2, the thickness of the optical adjustment member 5 on the corner side formed by the reflecting surfaces 31 and 32 is the end. It gets thicker toward the club side. On the other hand, when the Fresnel prism 5A corresponding to the protruding portion 3 is used as in this modification, the thickness of the optical adjustment member 5 is adjusted while adjusting the refraction angle of the emitted light to the optical adjustment member 5 of the above embodiment. Can be suppressed. Therefore, even when the optical element 1 is incorporated in an image display apparatus as will be described later, the light emission surface becomes flat, and the appearance of the apparatus can be hardly affected.
図７（ｂ）に示すように、第２の変形例は、光学調整部材５が、基盤２の底面に設けられ、被観察物から基盤２の底面に入射する光の入射角を調整するものである。図例では、光学調整部材５として、突状部３毎に対応したフレネルプリズム５Ｂを用いた構成を示すが、基盤２の底面を一括して覆う構成であってもよい。 As shown in FIG. 7B, in the second modification, the optical adjustment member 5 is provided on the bottom surface of the base 2 and adjusts the incident angle of light incident on the bottom surface of the base 2 from the object to be observed. It is. In the example shown in the figure, a configuration using the Fresnel prism 5B corresponding to each protrusion 3 as the optical adjustment member 5 is shown, but a configuration in which the bottom surface of the substrate 2 is collectively covered may be used.
上記実施形態や第１変形例では、いずれも突状部３の頭頂面３５から出射する光の屈折角を調整したが、本変形例では、光学素子１（基盤２の底面）に入射する光の入射角を調整する。フレネルプリズム５Ｂの入射面は、入射角が大きくなるように勾配ｔ３が設けられている。この場合、フレネルプリズム５Ｂに入射した光は、入射面の界面で屈折し、基盤２を直進して導波され、反射面３１に対する入射角が大きくなるので、反射面３１での反射角も大きくなる。反射面３１で全反射された光は、基盤２に垂直な反射面１３１（図１０参照）で全反射した光と同様の方向に向かう。その結果、上記実施形態や第１の変形例の光学素子１と同様に、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。 In the above embodiment and the first modification, the refraction angle of the light emitted from the top surface 35 of the projecting portion 3 is adjusted, but in this modification, the light incident on the optical element 1 (the bottom surface of the base 2). Adjust the incident angle. The incident surface of the Fresnel prism 5B is provided with a gradient t3 so that the incident angle becomes large. In this case, the light incident on the Fresnel prism 5B is refracted at the interface of the incident surface, travels straight through the substrate 2 and is guided, and the incident angle with respect to the reflecting surface 31 increases, so the reflection angle at the reflecting surface 31 also increases. Become. The light totally reflected by the reflecting surface 31 travels in the same direction as the light totally reflected by the reflecting surface 131 (see FIG. 10) perpendicular to the substrate 2. As a result, similar to the optical element 1 of the above-described embodiment and the first modified example, it is possible to display a clear stereoscopic image with little distortion.
図７（ｃ）に示すように、第３の変形例は、基盤２に対して勾配ｔ４を有する光学調整部材５Ｃが、基盤２の底面に設けられ、基盤２に対して勾配ｔ５を有する光学調整部材５Ｄが、突状部３の頭頂面３５に設けられているものである。本変形例では、被観察物から光学素子１に入射する光の入射角を調整し、且つ出射光の屈折角を調整するので、上記実施形態の光学調整部材５に比べて、各光学調整部材５Ｃ、５Ｄの厚みを抑制することができる。特に、外部に露出する光出射面側の光学調整部材５Ｃの厚みを抑制するので、本変形例の光学素子１を、後述するような映像表示装置に組み込んだ際にも、装置の外観に影響し難くすることができる。 As shown in FIG. 7C, in the third modification, an optical adjustment member 5C having a gradient t4 with respect to the base 2 is provided on the bottom surface of the base 2, and the optical having the gradient t5 with respect to the base 2 is provided. The adjustment member 5D is provided on the top surface 35 of the protrusion 3. In this modification, since the incident angle of light incident on the optical element 1 from the object to be observed is adjusted and the refraction angle of the emitted light is adjusted, each optical adjusting member is compared with the optical adjusting member 5 of the above embodiment. The thickness of 5C and 5D can be suppressed. In particular, since the thickness of the optical adjustment member 5C on the light emitting surface side exposed to the outside is suppressed, the appearance of the apparatus is affected even when the optical element 1 of this modification is incorporated in a video display apparatus as described later. Can be difficult.
なお、図８の参考例に示すように、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓを作製する際に、金型の設計により、突状部３の頭頂面３５に勾配を設けることも可能である。しかしながら、突状部３の頭頂面３５は、屈折角を安定化させて、鮮明な実鏡映像を得るため、一般的に研磨による鏡面加工が成される。ところが、突状部３の頭頂面３５に勾配を設けると、鏡面加工が困難になるので、本参考例よりも、上記実施形態及び変形例で示した構成が現実的である。 In addition, as shown in the reference example of FIG. 8, when producing the two-surface corner reflector array 30S, it is possible to provide a gradient on the top surface 35 of the protruding portion 3 by designing the mold. However, the top surface 35 of the protrusion 3 is generally mirror-finished by polishing in order to stabilize the refraction angle and obtain a clear real mirror image. However, if a gradient is provided on the top surface 35 of the protrusion 3, mirror finishing becomes difficult, and the configurations shown in the above embodiment and the modified example are more realistic than this reference example.
本発明の第２の実施形態に係る光学素子について、図９を参照して説明する。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。本実施形態では、第１光学パネル１Ａ及び第２光学パネル１Ｂを合せて光学パネル本体とする。本実施形態では、光学パネル本体の出射面となる第２光学パネル１Ｂの底面２２に、光学調整部材５が設けられている。 An optical element according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical element 1 of the present embodiment includes a first optical panel 1A and a second optical panel 1B formed of a transparent material. The first optical panel 1A and the second optical panel 1B include slit mirror arrays 30A and 30B in which a plurality of strip-like reflecting surfaces 31 and 32 perpendicular to the bases 2A and 2B forming one plane are arranged at regular intervals, respectively. Have. In the present embodiment, the first optical panel 1A and the second optical panel 1B are combined to form an optical panel body. In the present embodiment, the optical adjustment member 5 is provided on the bottom surface 22 of the second optical panel 1 </ b> B that serves as the emission surface of the optical panel body.
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９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、第２光学パネル１Ｂ及び光学調整部材５が夫々離れた状態で示している。なお、これらは接していることが好ましいが、光学調整部材５の勾配を適宜に設定すれば、それらを離間して配置することもできる。 The first optical panel 1A and the second optical panel 1B have a plurality of protrusions 3A and 3B formed so as to protrude from the bases 2A and 2B. The plurality of protrusions 3A and 3B are integrally formed with the bases 2A and 2B using the same transparent material as the bases 2A and 2B. In FIG. 9, in order to explain the structure of the optical element 1, the first optical panel 1A, the second optical panel 1B, and the optical adjustment member 5 are shown separated from each other. These are preferably in contact with each other. However, if the gradient of the optical adjustment member 5 is appropriately set, they can be arranged apart from each other.
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（平面）に垂直な面に対して勾配を有する反射面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に垂直な面に対して勾配を有する反射面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。また、反射面３２には、低屈折率部４が設けられている。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から出射し、光学調整部材５に入射する。 The protrusion 3A of the first optical panel 1A has two surfaces having an angle with respect to the base 2A. The protrusion 3A of the present embodiment has a trapezoidal cross section, a reflecting surface 31 having a gradient with respect to a plane perpendicular to the substrate 2A (plane), an inclined surface 33 inclined with respect to the substrate 2A, and the substrate 2A. And a top surface 35 that forms a plane parallel to the head. Similarly, the protrusion 3B of the second optical panel 1B also includes a reflecting surface 32 having a gradient with respect to a surface perpendicular to the substrate 2B, an inclined surface 34 inclined with respect to the substrate 2B, and a surface parallel to the substrate 2B. And a top surface 36 formed. Further, the low refractive index portion 4 is provided on the reflection surface 32. The first optical panel 1A and the second optical panel 1B are arranged to face each other so that the arrangement directions of the slit mirror arrays 30A and 30B are orthogonal to each other. The light incident on the protrusion 3A from the base 2A of the first optical panel 1A is totally reflected by the inner wall surface of the reflecting surface 31 and is emitted from the top surface 35 of the protrusion 3A. The light emitted from the first optical panel 1A is totally reflected again by the inner wall surface of the reflecting surface 32 of the second optical panel 1B, is emitted from the bottom surface 22 of the substrate 2B, and enters the optical adjustment member 5.
本実施形態においても、突条３Ａ、３Ｂの側面がいずれも傾斜、勾配を有するテーパ形状になっているので、スリットミラーアレイ３０Ａ、３０Ｂ（第１光学パネル１Ａ、第２光学パネル１Ｂ）を作製する際にスムーズな離型が可能であり、しかも、勾配を有する反射面３１（３２）で反射した光を、勾配を有する光学調整部材５で、出射光の屈折角を調整するので、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。 Also in this embodiment, since the side surfaces of the protrusions 3A and 3B are both tapered and inclined, the slit mirror arrays 30A and 30B (first optical panel 1A and second optical panel 1B) are produced. In this case, a smooth mold release is possible, and the light reflected by the reflecting surface 31 (32) having the gradient is adjusted by the optical adjustment member 5 having the gradient, so that the refraction angle of the emitted light is adjusted. A few clear stereoscopic images can be displayed.
なお、光学調整部材５は、第２光学パネル１Ａの基盤２Ｂと一体形成されていてもよい。また、上記実施形態の変形例と同様、光学調整部材５が、第１光学パネル１Ａの基盤２Ａ側に設けられてもよく、フレネルプリズムが用いられてもよい。後述する実施形態でも同様である。 The optical adjustment member 5 may be integrally formed with the base 2B of the second optical panel 1A. As in the modification of the above embodiment, the optical adjustment member 5 may be provided on the base 2A side of the first optical panel 1A, or a Fresnel prism may be used. The same applies to the embodiments described later.
本発明の第３の実施形態に係る光学素子について、図１０を参照して説明する。本実施形態の光学素子１は、光学パネル本体として、一平面を成す基盤２Ｃと、基盤２Ｃから埋没するように形成された複数の穴部３Ｃと、を有する。穴部３Ｃは、３つ以上の側面（本例では４面の内壁面）、ここでは、基盤２Ｃに垂直な面に対して勾配を有する反射面３１、３２と、基盤２Ｃに対して傾斜した傾斜面３３、３４と、から構成される。反射面３１、３２は、互いに隣り合う２面であり、互いに略直交し、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３０を成す。２面コーナーリフレクタ３０を有する穴部３Ｃが複数、格子状に配置されることで、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓが構成される。 An optical element according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical element 1 according to the present embodiment includes a base 2C that forms a single plane and a plurality of holes 3C that are formed so as to be buried from the base 2C as an optical panel body. The hole 3C has three or more side surfaces (four inner wall surfaces in this example), here, the reflecting surfaces 31 and 32 having a gradient with respect to a plane perpendicular to the base 2C, and the base 2C. And inclined surfaces 33 and 34. The reflecting surfaces 31 and 32 are two surfaces that are adjacent to each other, are substantially perpendicular to each other, and form a two-surface corner reflector 30 that reflects light emitted from the object to be observed. A plurality of hole portions 3C each having the two-surface corner reflector 30 are arranged in a lattice shape, thereby forming a two-surface corner reflector array 30S.
本実施形態においても、穴部３Ｃの側面がいずれも傾斜、勾配を有するテーパ形状になっているので、２面コーナーリフレクタアレイ３０Ｓ（光学パネル本体）を作製する際にスムーズな離型が可能であり、しかも、勾配を有する反射面３１（３２）で反射した光を、勾配を有する光学調整部材５で、出射光の屈折角を調整するので、歪みが少なく鮮明な立体映像を表示することができる。 Also in the present embodiment, since the side surfaces of the hole 3C are all tapered and sloped, a smooth mold release is possible when producing the two-surface corner reflector array 30S (optical panel body). In addition, since the light reflected by the reflecting surface 31 (32) having a gradient is adjusted by the optical adjustment member 5 having a gradient, the refraction angle of the emitted light is adjusted, so that a clear stereoscopic image with little distortion can be displayed. it can.
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１１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。 Next, a video display apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The video display device 10 is a specific application of the optical element 1 described above, and includes a box 12 having an opening 11 on an upper surface, and a video display unit 13 provided on an inner surface of the box 12. Prepare. The optical element 1 is attached to the opening 11 of the box 12. In the illustrated example, the video display unit 13 uses, for example, a liquid crystal display device, and in the illustrated example, the image “A” is displayed in an inverted posture in which the character “A” is inverted upside down. The light emitted from the image display unit 13 is bent and reflected by the optical element 1 to form a real mirror image of the letter “A”. The observer can view the real mirror image of the letter “A” as an aerial image when looking into the optical element 1 with the viewpoint Ep placed obliquely above the image display device 10.
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、光学調整部材５は、反射面３１の勾配ｔ２に対応して、光学素子１からの出射光の屈折角、又は光学素子１への入射光の入射角を調整するように構成されたものであれば、必ずしも上述した構成例に限られない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment and various modifications, and various modifications can be made. In the above embodiment and the modification, the protrusion 3 has a pyramidal shape or a cubic shape having four side surfaces, but has two reflecting surfaces and a top surface that emits light. For example, a triangular frustum shape or a pentagonal pyramid shape or more may be used. The optical adjustment member 5 is configured to adjust the refraction angle of the outgoing light from the optical element 1 or the incident angle of the incident light to the optical element 1 in accordance with the gradient t2 of the reflecting surface 31. If it is, it will not necessarily be restricted to the structural example mentioned above.
１ 光学素子
１０ 映像表示装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 基盤（平面）
２２ 底面（平面）
３ 突状部
３Ａ、３Ｂ 突条
３Ｃ 穴部
３０ ２面コーナーリフレクタ
３０Ａ、３０Ｂ スリットミラーアレイ（光学パネル本体）
３０Ｓ ２面コーナーリフレクタアレイ（光学パネル本体）
３１、３２ 反射面（側面）
３３、３４ 傾斜面（側面）
３５ 頭頂面
５、５Ｃ、５Ｄ 光学調整部材
５Ａ、５Ｂ フレネルプリズム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element 10 Image | video display apparatus 2, 2A, 2B, 2C A base (plane)
22 Bottom (plane)
3 Projection 3A, 3B Projection 3C Hole 30 Dihedral corner reflector 30A, 30B Slit mirror array (optical panel body)
30S 2-sided corner reflector array (optical panel body)
31, 32 Reflective surface (side surface)
33, 34 Inclined surface (side surface)
35 head top surface 5, 5C, 5D optical adjustment member 5A, 5B Fresnel prism
Claims (8)
透明材料により形成される光学パネル本体を有し、
前記光学パネル本体は、該光学パネル本体の一面を成す平面と、該平面に対して角度を持ち被観察物から発せられる光を反射する反射面と、を有し、
前記反射面は、前記平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、
前記平面又は前記平面とは反対側の面には、前記光学パネル本体に入射する光の入射角又は前記光学パネル本体から出射する光の屈折角を調整する光学調整部材が設けられることを特徴とする光学素子。 An optical element that forms a real image of an observation object on one surface side in a space on the other surface side,
An optical panel body formed of a transparent material;
The optical panel main body has a plane that forms one surface of the optical panel main body, and a reflective surface that has an angle with respect to the plane and reflects light emitted from the object to be observed.
The reflecting surface has a predetermined gradient with respect to a surface perpendicular to the plane;
An optical adjustment member that adjusts an incident angle of light incident on the optical panel body or a refraction angle of light emitted from the optical panel body is provided on the plane or a surface opposite to the plane. Optical element.
前記側面は、前記突状部を構成する３つ以上の側面であり、
前記反射面は、前記側面のうちの隣り合う２面であり、互いに略直交し、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してい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。 The optical panel body includes a base that forms a flat surface, and a plurality of protrusions that are formed integrally with the base so as to protrude from the base.
The side surfaces are three or more side surfaces constituting the protruding portion,
The reflective surface is two adjacent surfaces of the side surfaces, and is a two-surface corner reflector that is substantially orthogonal to each other and reflects light emitted from an object to be observed. The optical element according to claim 3.
前記側面は、前記突条を構成する２つ以上の側面であり、
前記反射面は、前記側面のうち帯状に形成される１面であり、複数、定間隔で配列されてスリットミラーアレイを成し、
前記第１光学パネル及び前記第２光学パネルが、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てい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。 The optical panel main body includes a first optical panel and a second optical panel having a base that forms a flat surface, and a plurality of protrusions that are integrally formed with the base so as to protrude from the base.
The side surface is two or more side surfaces constituting the ridge,
The reflective surface is one surface formed in a band shape among the side surfaces, and a plurality of the reflective surfaces are arranged at regular intervals to form a slit mirror array,
The said 1st optical panel and the said 2nd optical panel are arrange | positioned facing each other so that the arrangement direction of each said slit mirror array may orthogonally cross. The optical element according to one item.
前記側面は、前記穴部を構成する３つ以上の側面であり、
前記反射面は、前記側面のうちの隣り合う２面であり、互いに略直交し、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してい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。 The optical panel body has a base that forms a flat surface, and a plurality of holes that are formed so as to be buried from the base,
The side surfaces are three or more side surfaces constituting the hole,
The reflective surface is two adjacent surfaces of the side surfaces, and is a two-surface corner reflector that is substantially orthogonal to each other and reflects light emitted from an object to be observed. The optical element according to claim 3.
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光学素子。 The optical element according to claim 1, wherein the optical adjustment member is a Fresnel prism corresponding to the protruding portion.
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