以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
図1は、本発明の実施の形態における結像素子の模式平面図である。図2は、図1に示す結像素子の図1中に示すII−II線に沿った模式断面図であり、図3は、図1に示す結像素子の図1中に示すIII−III線に沿った模式断面図である。まず、これら図1ないし図3を参照して、本実施の形態における結像素子1の概略的な構成について説明する。
図1ないし図3に示すように、結像素子(一般に「2面コーナーリフレクタアレイ素子」または「マイクロミラーアレイ素子」と称される)1は、全体として略平板状の形状を有しており、第1反射素子10と、第2反射素子20と、透光性接着層30とを備えている。
第1反射素子10は、厚み方向において相対して位置する外側主面10aおよび内側主面10bを有する平板状の部材からなり、厚み方向に沿って見た場合に正方形形状を有している。
第1反射素子10は、複数の単位反射素子を繋ぎ合わせた複合反射素子にて構成されており、本実施の形態においては、厚みを除いて同一寸法の9つの単位反射素子10A〜10Iを含んでいる。単位反射素子10A〜10Iの各々は、いずれも略平板状の形状を有しており、厚み方向に沿って見た場合に正方形形状を有している。なお、図2および図3においては、作図の都合上、単位反射素子10A〜10D,10Gの厚みを同等に記載している。
より具体的には、第1反射素子10は、面状に3行3列に配置された上記9つの単位反射素子10A〜10Iと、これら9つの単位反射素子10A〜10Iの間に位置する平面視格子状の継ぎ目部としての接着層13とを有しており、9つの単位反射素子10A〜10Iのうちの隣り合う単位反射素子同士の端部が上記接着層13によって接合されることにより、全体として大型化された複合反射素子として形成されている。
第1反射素子10を構成する単位反射素子10A〜10Iの各々は、複数の第1反射体11と複数の第1透明体12とによって構成されている。単位反射素子10A〜10Iの各々を構成するこれら複数の第1反射体11と複数の第1透明体12とは、上記厚み方向に直交する第1方向(図1において左右方向)において交互に積層されている。
すなわち、単位反射素子10A〜10Iにおける複数の第1反射体11と複数の第1透明体12との積層方向は、第1反射素子10において第1反射体11および第1透明体12が全体として連続性を有することとなるように、いずれも同一の方向を向くように配置されている。これにより、第1反射素子10においては、その全域において、複数の第1反射体11と複数の第1透明体12とが、上記第1方向において交互に積層されて位置することになる。なお、図1においては、第1反射体11を破線にて示している。
単位反射素子10A〜10Iの各々の内部に位置する第1反射体11は、一対の反射膜11a(図5参照)と、これら一対の反射膜11aの間に位置する接着層11b(図5参照)とを含んでいる。一対の反射膜11aと接着層11bとは、上記第1方向に沿って並んで配置されており、一対の反射膜11aは、接着層11bの両側面に直接接することで接合されている。
一方、単位反射素子10A〜10Iの継ぎ目部のうち、上記第1方向において単位反射素子によって挟み込まれた部分に位置する継ぎ目部においては、第1反射体11が、一対の反射膜11a(図5参照)と、これら一対の反射膜11aの間に位置する接着層13(図5参照)とによって構成されることになる。一対の反射膜11aと接着層13とは、上記第1方向に沿って並んで配置されており、一対の反射膜11aは、接着層13の両側面に直接接することで接合されている。
複数の第1反射体11は、互いに平行に配置されており、その各々は、上記厚み方向および上記第1方向の双方に直交する第2方向(図1において上下方向)に沿って延在している。複数の第1透明体12は、隣り合う第1反射体11間を充填するように互いに平行に配置されており、その各々は、上記第2方向に沿って延在している。
一対の反射膜11aは、たとえばアルミニウムまたは銀等の金属にて構成されており、接着層11bおよび接着層13は、たとえばエポキシ系の接着剤の硬化物にて構成されている。また、第1透明体12は、たとえばガラスまたは透明樹脂にて構成されている。
個々の反射膜11aの上記第1方向における大きさである幅は、たとえば50[nm]以上200[nm]以下程度であり、個々の接着層11bおよび個々の接着層13の上記第1方向における大きさである幅は、たとえば5[μm]以上30[μm]以下程度である。したがって、個々の第1反射体11の上記第1方向における大きさである幅は、おおよそ個々の接着層11bの幅および個々の接着層13の幅と同じになる。また、個々の第1透明体12の上記第1方向における大きさである幅は、たとえば300[μm]以上2000[μm]以下程度である。
ここで、複数の第1反射体11の各々および複数の第1透明体12の各々の延在方向(すなわち上記第2方向)に直交する断面形状は、矩形状である。これにより、複数の第1反射体11および複数の第1透明体12が、上記第1方向において互いに密着して配置されることにより、第1反射素子10は、上述したような平板状の形状を有している。
なお、第1反射素子10の厚みは、たとえば900[μm]以上6000[μm]以下程度である。また、単位反射素子10A〜10Iの各々の厚み方向と直交する一辺の長さは、10[cm]以上50[cm]以下程度である。そのため、9つの単位反射素子10A〜10Iがタイリングされてなる本実施の形態における第1反射素子10の厚み方向と直交する一辺の長さは、たとえば30[cm]以上150[cm]以下程度である。
上記構成を有することにより、第1反射素子10は、その内部に複数の反射面を有することになる。当該複数の反射面の各々は、隣接する第1透明体12に面する部分の第1反射体11の表面(すなわち、上述した反射膜11aの第1透明体12に面する部分の表面)にて構成されており、これにより個々の第1反射体11につき、互いに反対方向を向く2つの反射面が形成されることになる。
第2反射素子20は、厚み方向において相対して位置する外側主面20aおよび内側主面20bを有する平板状の部材からなり、第1反射素子10とほぼ同じ厚みでかつ厚み方向に沿って見た場合に第1反射素子10と同じ大きさの正方形形状を有している。
第2反射素子20は、複数の単位反射素子を繋ぎ合わせた複合反射素子にて構成されており、本実施の形態においては、厚みを除いて同一寸法の9つの単位反射素子20A〜20Iを含んでいる。単位反射素子20A〜20Iの各々は、いずれも略平板状の形状を有しており、厚み方向に沿って見た場合に上述した単位反射素子10A〜10Iと同じ大きさの正方形形状を有している。なお、図2および図3においては、作図の都合上、単位反射素子20A〜20D,20Gの厚みを同等に記載している。
より具体的には、第2反射素子20は、面状に3行3列に配置された上記9つの単位反射素子20A〜20Iと、これら9つの単位反射素子20A〜20Iの間に位置する平面視格子状の継ぎ目部としての接着層23とを有しており、9つの単位反射素子10A〜10Iのうちの隣り合う単位反射素子同士の端部が上記接着層23によって接合されることにより、全体として大型化された複合反射素子として形成されている。
第2反射素子20を構成する単位反射素子20A〜20Iの各々は、複数の第2反射体21と複数の第2透明体22とによって構成されている。単位反射素子20A〜20Iの各々を構成するこれら複数の第2反射体21と複数の第2透明体22とは、上記第2方向(図1において上下方向)において交互に積層されている。
すなわち、単位反射素子20A〜20Iにおける複数の第2反射体21と複数の第2透明体22との積層方向は、第2反射素子20において第2反射体21および第2透明体22が全体として連続性を有することとなるように、いずれも同一の方向を向くように配置されている。これにより、第2反射素子20においては、その全域において、複数の第2反射体21と複数の第2透明体22とが、上記第2方向において交互に積層されて位置することになる。
単位反射素子20A〜20Iの各々の内部に位置する第2反射体21は、一対の反射膜21a(図6参照)と、これら一対の反射膜21aの間に位置する接着層21b(図6参照)とを含んでいる。一対の反射膜21aと接着層21bとは、上記第2方向に沿って並んで配置されており、一対の反射膜21aは、接着層21bの両側面に直接接することで接合されている。
一方、単位反射素子20A〜20Iの継ぎ目部のうち、上記第2方向(図1において上下方向)において単位反射素子によって挟み込まれた部分に位置する継ぎ目部においては、第2反射体21が、一対の反射膜21a(図6参照)と、これら一対の反射膜21aの間に位置する接着層23(図6参照)とによって構成されることになる。一対の反射膜21aと接着層23とは、上記第2方向に沿って並んで配置されており、一対の反射膜21aは、接着層23の両側面に直接接することで接合されている。
複数の第2反射体21は、互いに平行に配置されており、その各々は、上記第1方向に沿って延在している。複数の第2透明体22は、隣り合う第2反射体21間を充填するように互いに平行に配置されており、その各々は、上記第1方向に沿って延在している。
一対の反射膜21aは、たとえばアルミニウムまたは銀等の金属にて構成されており、接着層21bおよび接着層23は、たとえばエポキシ系の接着剤の硬化物にて構成されている。また、第2透明体22は、たとえばガラスまたは透明樹脂にて構成されている。
個々の反射膜21aの上記第2方向における大きさである幅は、たとえば50[nm]以上200[nm]以下程度であり、個々の接着層21bおよび個々の接着層23の上記第2方向における大きさである幅は、たとえば5[μm]以上30[μm]以下程度である。したがって、個々の第2反射体21の上記第2方向における大きさである幅は、おおよそ個々の接着層21bの幅および個々の接着層23の幅と同じになる。また、個々の第2透明体22の上記第2方向における大きさである幅は、たとえば300[μm]以上2000[μm]以下程度である。
ここで、複数の第2反射体21の各々および複数の第2透明体22の各々の延在方向(すなわち上記第1方向)に直交する断面形状は、矩形状である。これにより、複数の第2反射体21および複数の第2透明体22が、上記第2方向において互いに密着して配置されることにより、第2反射素子20は、上述したような平板状の形状を有している。
上記構成を有することにより、第2反射素子20は、その内部に複数の反射面を有することになる。当該複数の反射面の各々は、隣接する第2透明体22に面する部分の第2反射体21の表面(すなわち、上述した反射膜21aの第2透明体22に面する部分の表面)にて構成されており、これにより個々の第2反射体21につき、互いに反対方向を向く2つの反射面が形成されることになる。
以上において説明した構成の複合反射素子からなる第1反射素子10および第2反射素子20は、たとえば以下の方法によって形成することができる。
まず、平板状の透明部材が複数準備され、それらの両主面にコーティング層が形成される。ここで、透明部材は、上述した第1透明体12または第2透明体22となるものであり、たとえばガラスまたは透明樹脂が好適に利用できる。また、コーティング層は、上述した第1反射体11の一対の反射膜11aまたは第2反射体21の一対の反射膜21aとなるものであり、たとえばアルミニウム膜または銀膜等にて構成される。当該コーティング膜は、たとえばスパッタリング等によって成膜可能である。
次に、コーティング層によって両主面が覆われてなる透明部材の一方の露出表面(すなわち一方のコーティング層の表面)にたとえばエポキシ系の接着剤が塗布され、当該接着剤が塗布された透明部材に他の透明部材が重ね合わされて接着剤が硬化させられる。これにより、重ね合わされた2枚の透明部材が、貼り合わされることになる。ここで、硬化後の接着剤は、上述した第1反射体11の接着層11bまたは第2反射体21の接着層21bとなるものである。
この貼り合わせ作業が必要回数分だけ繰り返されることにより、コーティング層によって両主面が覆われた複数の透明部材が接着剤を介して積層されてなる積層体ブロックが形成されることになる。
次に、積層体ブロックが、透明部材の積層方向と直交する方向に沿って複数回にわたって順次切断される。その際、積層体ブロックから切り出される部材の外形が平板状となるように薄く切断される。なお、積層体ブロックの切断には、たとえばワイヤーカットが利用できる。
次に、切断後において切り出された各部材の切断面が研磨される。これにより、研磨後の各部材が、単位反射素子10A〜10I,20A〜20Iとなる。
ここで、この研磨作業においては、研磨後の単位反射素子10A〜10I,20A〜20Iの表面が可能な限り高い平面度を有することとなるように個々の部材の切断面の状況に応じた研磨がなされる。そのため、単位反射素子10A〜10I,20A〜20Iは、それぞれ異なる厚みを有することになる。
次に、上記の工程を経て製作された単位反射素子10A〜10Iが、所定のルールに従って平面状に並べて配置され、さらにこれらの端部同士が繋ぎ合わされる。より具体的には、平面状に並べて配置された単位反射素子10A〜10Iの端部同士が、たとえばエポキシ系の接着剤によって接合される。ここで、硬化後の接着剤は、上述した接着層13となるものである。
また、上記の工程を経て製作された単位反射素子20A〜20Iが、所定のルールに従って平面状に並べて配置され、さらにこれらの端部同士が繋ぎ合わされる。より具体的には、平面状に並べて配置された単位反射素子20A〜20Iの端部同士が、たとえばエポキシ系の接着剤によって接合される。ここで、硬化後の接着剤は、上述した接着層23となるものである。
なお、本実施の形態における結像素子1の製造に際しては、これら単位反射素子10A〜10I,20A〜20Iの繋ぎ合わせ工程において、第1反射素子10の外側主面10aおよび第2反射素子20の外側主面20aに可能な限り段差が形成されることがないよう、その平面度を高めるための工夫が施されることになるが、その詳細については後述することとする。
以上により、上述した構成の複合反射素子からなる第1反射素子10および第2反射素子20が形成されることになる。なお、第1反射素子10と第2反射素子20とは、結像素子1として組付けられた後において向きこそ違うものの、その構造自体は同じである。
図2および図3に示すように、第1反射素子10および第2反射素子20は、互いの内側主面10b,20bが対向するように配置されており、これによって厚み方向において重ね合わされている。その結果、第1反射素子10の外側主面10aによって結像素子1の第1主面1aが構成されるとともに、第2反射素子20の外側主面20aによって結像素子1の第2主面1bが構成されることになる。
ここで、第1反射素子10と第2反射素子20とは、各々に含まれる第1反射体11と第2反射体21とが互いに直交するように重ね合わされて対向配置されている。これにより、結像素子1の内部において、多数の微小なコーナーリフレクタがアレイ状に配置されることになる。
第1反射素子10と第2反射素子20とは、厚み方向において距離をもって配置されており、これら第1反射素子10と第2反射素子20との間の空間は、透光性接着層30によって充填されている。この透光性接着層30は、上述した空間を充填することにより、第1反射素子10と第2反射素子20とを接合することで固定している。
ここで、透光性接着層30としては、透光性を有するものであればどのような種類の接着剤を用いることもできるが、たとえばエポキシ系の接着剤を利用することができる。好ましくは、透光性接着層30としては、第1反射素子10を構成する第1透明体12の屈折率および第2反射素子20を構成する第2透明体22の屈折率との間の屈折率差が0.02以下となる接着剤を用いる。このようにすれば、透光性接着層30と第1透明体12および第2透明体22との界面において、不要な反射や屈折、散乱等が生じることを抑制することができる。
また、上述した単位反射素子10A〜10I,20A〜20Iの繋ぎ合わせ工程において使用する接着剤としては、その硬化後の屈折率が、透光性接着層30の屈折率との間で0.02以下の差となるものを用いることが好ましい。このようにすれば、単位反射素子10A〜10I,20A〜20Iの継ぎ目部を構成する接着層13,23と、透光性接着層30との界面において、不要な反射や屈折、散乱等が生じることが抑制できる。そのため、特に接着層13,23の幅を接着層11b,21bよりも大きく構成する場合等において、当該接着層13,23を通過する光に対する光の乱れを効果的に抑制できることになる。
図4は、図1に示す結像素子を用いることで空中映像が表示される仕組みを示す概念図である。次に、この図4を参照して、本実施の形態における結像素子1を用いることで空中映像が表示可能になる仕組みについて説明する。
図4に示すように、本実施の形態における結像素子1を用いて空中映像を表示させるためには、結像素子1の第1主面1a側の空間位置に被投影物としての物体100が配置される。
物体100から異なる方向に出た光は、結像素子1の第1主面1a(第1反射素子10の外側主面10a)を介して第1反射素子10の内部に侵入し、当該光の進行方向に位置する第1反射体11の反射面によって反射され、第1反射素子10の内側主面10bを介して透光性接着層30に達する。
透光性接着層30を通過した光は、第2反射素子20の内側主面20bを介して第2反射素子20の内部に侵入し、当該光の進行方向に位置する第2反射体21の反射面によって反射され、結像素子1の第2主面1b(第2反射素子20の外側主面20a)を介して結像素子1の外部へと至る。
結像素子1の外部へと出た光は、上述した第1反射素子10および第2反射素子20における再帰反射により、結像素子1が配置された平面を基準とした物体100の対称位置に集光することになり、これによって物体100の実像200が、結像素子1の第2主面1b側の空間位置において結像されることになる。
なお、物体100としてたとえば液晶ディスプレイを配置した場合には、当該液晶ディスプレイに表示される画像が、空中映像として表示されることになる。物体100としては、液晶ディスプレイに当然に限られるものではなく、2次元および3次元の種別を問わず、どのようなものが配置されてもよい。
図5は、図1に示す結像素子の図2中に示す領域Vの拡大断面図であり、図6は、図1に示す結像素子の図3中に示す領域VIの拡大断面図である。次に、これら図5および図6を参照して、本実施の形態における結像素子1の第1反射素子10および第2反射素子20の継ぎ目部近傍の形状について詳細に説明する。
第1反射素子10においては、上述した単位反射素子10A〜10Iの厚みの相違に基づき、これら単位反射素子10A〜10Iの継ぎ目部において段差が生じている。たとえば、図5に示すように、単位反射素子10Aと単位反射素子10Bとの継ぎ目部においては、単位反射素子10Aの厚みT10Aと、単位反射素子10Bの厚みT10Bとが異なることにより、当該部分において段差が生じている。
この段差は、第1反射素子10の外側主面10a側において、厚み方向における単位反射素子10Aの外側主面と単位反射素子10Bの外側主面との位置差G10aとなって現われるとともに、第1反射素子10の内側主面10b側において、厚み方向における単位反射素子10Aの内側主面と単位反射素子10Bの内側主面との位置差G10bとなって現われる。
なお、ここでは、その図示は省略するが、第1反射素子10に含まれる他の継ぎ目部においても、隣り合う単位反射素子の外側主面同士および内側主面同士に上述した厚み方向における位置差が現われている。そのため、第1反射素子10の外側主面10aおよび内側主面10bは、微視的に見た場合に完全な平面とは言えず、微小な凹凸を有することになる。
ここで、本実施の形態における結像素子1においては、複合反射素子からなる第1反射素子10の外側主面10aの平面度が、内側主面10bの平面度よりも高くなっている。すなわち、第1反射素子10を構成する単位反射素子10A〜10Iの外側主面同士の上述した厚み方向における位置差が、内側主面同士の上述した厚み方向における位置差よりも小さくなっている。
これは、上述した単位反射素子10A〜10Iの厚みの違いを第1反射素子10の内側主面10b側において主として吸収することによって実現できるものである。その結果、第1反射素子10の外側主面10aの平面度をより高くすることが可能になり、これによって結像素子1の第1主面1aに大きな段差が生じなくなる。また、場合によっては、理想的に当該段差がなくなることもあり得る。
一方、第2反射素子20においても、上述した単位反射素子20A〜20Iの厚みの相違に基づき、これら単位反射素子20A〜20Iの継ぎ目部において段差が生じている。たとえば、図6に示すように、単位反射素子20Aと単位反射素子20Dとの継ぎ目部においては、単位反射素子20Aの厚みT20Aと、単位反射素子20Dの厚みT20Dとが異なることにより、当該部分において段差が生じている。
この段差は、第2反射素子20の外側主面20a側において、厚み方向における単位反射素子20Aの外側主面と単位反射素子20Dの外側主面との位置差G20aとなって現われるとともに、第2反射素子20の内側主面20b側において、厚み方向における単位反射素子20Aの内側主面と単位反射素子20Bの内側主面との位置差G20bとなって現われる。
なお、ここでは、その図示は省略するが、第2反射素子20に含まれる他の継ぎ目部においても、隣り合う単位反射素子の外側主面同士および内側主面同士に上述した厚み方向における位置差が現われている。そのため、第2反射素子20の外側主面20aおよび内側主面20bは、微視的に見た場合に完全な平面とは言えず、微小な凹凸を有することになる。
ここで、本実施の形態における結像素子1においては、複合反射素子からなる第2反射素子20の外側主面20aの平面度が、内側主面20bの平面度よりも高くなっている。すなわち、第2反射素子20を構成する単位反射素子20A〜20Iの外側主面同士の上述した厚み方向における位置差が、内側主面同士の上述した厚み方向における位置差よりも小さくなっている。
これは、上述した単位反射素子20A〜20Iの厚みの違いを第2反射素子20の内側主面20b側において主として吸収することによって実現できるものである。その結果、第2反射素子20の外側主面20aの平面度をより高くすることが可能になり、これによって結像素子1の第2主面1bに大きな段差が生じなくなる。また、場合によっては、理想的に当該段差がなくなることもあり得る。
このように、本実施の形態における結像素子1においては、透光性接着層30が位置する第1反射素子10の内側主面10b側および第2反射素子20の内側主面20b側において、単位反射素子10A〜10Iの厚みの違いおよび単位反射素子20A〜20Iの厚みの違いを吸収することで、結像素子1の第1主面1aおよび第2主面1bの平滑化が図られているため、当該第1主面1aおよび第2主面1bに大きな段差が生じていない。
そのため、上記構成を採用することにより、表示される空中映像にスジ状の欠陥が生じることが抑制または防止することが可能になり、高品位の空中映像を表示することができる結像素子とすることができる。
加えて、上記構成を採用することにより、上述した段差部に起因した割れや欠けの発生を抑制または防止することができるとともに、ハンドリング時における手指の怪我も防止することができる。したがって、破損防止や安全性の面においても優れた結像素子とすることができる。
なお、結像素子1の第1主面1aおよび第2主面1b(すなわち第1反射素子10の外側主面10aおよび第2反射素子20の外側主面20a)に段差が生じている場合であっても、当該段差の大きさ(すなわち、隣り合う単位反射素子の外側主面の厚み方向における位置差)は、5[μm]以下とされていることが好ましい。この範囲の段差であれば、表示される空中映像に大きな劣化は生じず、また破損防止の観点や安全性の観点からも許容できるものとなる。
一方で、結果的に第1反射素子10の内側主面10bおよび第2反射素子の内側主面20bに生じる段差は、総じて第1反射素子10の外側主面10aおよび第2反射素子20の外側主面20aに生じる段差よりも大きいことにはなるが、上述したようにこれら段差を覆うように透光性接着層30が位置することにより、当該段差において不要な反射や屈折、散乱等が生じることが抑制できるため、表示される空中映像に大きな劣化は生じない。
なお、好ましくは、第1反射素子10の内側主面10bおよび第2反射素子20の内側主面20bに生じる段差の大きさ(すなわち、隣り合う単位反射素子の内側主面の厚み方向における位置差)は、30[μm]以下とされる。これは、通常、透光性接着層30の厚みが100[μm]程度とされるためであり、上記段差の大きさが30[μm]を超えた場合には、第1反射素子10と第2反射素子20との間の距離を十分に小さくするための障害となるためである。
図7ないし図9は、本実施の形態における結像素子1の製造方法を説明するための図である。図7(A)は、第1反射素子の形成工程を示す模式的な斜視図であり、図7(B)は、図7(A)中に示すVIIB−VIIB線に沿った模式断面図である。図8(A)は、第2反射素子の形成工程を示す模式的な斜視図であり、図8(B)は、図8(A)中に示すVIIIB−VIIIB線に沿った模式断面図である。また、図9(A)は、第1反射素子と第2反射素子との接合工程を示す模式的な斜視図であり、図9(B)は、接合後の模式断面図である。次に、これら図7ないし図9を参照して、本実施の形態における結像素子1の製造方法について説明する。なお、図7(B)、図8(B)および図9(B)においては、理解を容易とするために、単位反射素子の厚みの違いを大幅に誇張して図示している。
図7に示すように、本実施の形態における結像素子1を製造するに際しては、上述した単位反射素子10A〜10Iを繋ぎ合せて第1反射素子10を形成する工程において、定盤1000が用いられる。定盤1000は、高い平面度を有する基準平面1001を有している。
まず、9つの単位反射素子10A〜10Iが、定盤1000の基準平面1001上に3行3列にわたって並べて配置される。その際、単位反射素子10A〜10Iの各々の複数の第1反射体11と複数の第1透明体12との積層方向がいずれも同一方向を向くように、これら単位反射素子10A〜10Iが配置されるとともに、隣り合う単位反射素子間に所定の間隔の隙間が設けられるようにする。
次に、この状態を維持しつつ、隣り合う単位反射素子間に上述した隙間(図7(B)において矢印P1にて示す隙間)に沿ってたとえばエポキシ系の接着剤が流し込まれ、その後当該接着剤が硬化される。これにより、隣り合う単位反射素子間には、平面視格子状の継ぎ目部としての接着層13が形成されることになり、これによって隣り合う単位反射素子の端部同士が接合される。以上により、9つの単位反射素子10A〜10Iが一体化されて複合反射素子としての単一の第1反射素子10が形成される。
ここで、当該接合に際しては、定盤1000の基準平面1001に9つの単位反射素子10A〜10Iの下面が接触した状態が維持されることから、9つの単位反射素子10A〜10Iの下面が、この基準平面1001に倣って高い平面度を有するように維持された状態のまま、これら9つの単位反射素子10A〜10Iが接合される。これにより、定盤1000に接する第1反射素子10の下面の平面度が、定盤1000に接しない当該第1反射素子10の上面の平面度よりも高くなる。
一方、図8に示すように、単位反射素子20A〜20Iを繋ぎ合せて第2反射素子20を形成する工程においても、定盤1000が用いられる。
具体的には、9つの単位反射素子20A〜20Iが、定盤1000の基準平面1001上に3行3列にわたって並べて配置される。その際、単位反射素子20A〜20Iの各々の複数の第2反射体21と複数の第2透明体22との積層方向がいずれも同一方向を向くように、これら単位反射素子20A〜20Iが配置されるとともに、隣り合う単位反射素子間に所定の間隔の隙間が設けられるようにする。
次に、この状態を維持しつつ、隣り合う単位反射素子間に上述した隙間(図8(B)において矢印P2にて示す隙間)に沿ってたとえばエポキシ系の接着剤が流し込まれ、その後当該接着剤が硬化される。これにより、隣り合う単位反射素子間には、平面視格子状の継ぎ目部としての接着層23が形成されることになり、これによって隣り合う単位反射素子の端部同士が接合される。以上により、9つの単位反射素子20A〜20Iが一体化されて複合反射素子としての単一の第2反射素子20が形成される。
ここで、当該接合に際しては、定盤1000の基準平面1001に9つの単位反射素子20A〜20Iの下面が接触した状態が維持されることから、9つの単位反射素子20A〜20Iの下面が、この基準平面1001に倣って高い平面度を有するように維持された状態のまま、これら9つの単位反射素子20A〜20Iが接合される。これにより、定盤1000に接する第2反射素子20の下面の平面度が、定盤1000に接しない当該第2反射素子20の上面の平面度よりも高くなる。
次に、図9(A)に示すように、第2反射素子20の上下が反転され、反転後の第2反射素子20の下面(すなわち、上述した接合時において定盤1000に接していなかった方の面)が、第1反射素子10の上面(すなわち、上述した接合時において定盤1000に接していなかった方の面)に対向するとともに、これら反転後の第2反射素子20の下面と第1反射素子10の上面との間に所定の大きさの隙間が形成された状態とし、この状態を維持しつつ、上記隙間にたとえばエポキシ系の接着剤を流し込んでこれを硬化させることで、第1反射素子10と第2反射素子20とを接合する。ここで、硬化後の当該接着剤は、透光性接着層30となる。
すなわち、本実施の形態における結像素子1の製造方法においては、第1反射素子10を形成する工程において定盤1000に接触配置された側の主面が第1反射素子10の外側主面10aとなるとともに、第2反射素子20を形成する工程において定盤1000に接触配置された側の主面が第2反射素子20の外側主面20aとなるように、第1反射素子10と第2反射素子20とが重ね合わされて固定される。
以上により、図9(B)に示すように、第1反射素子10の外側主面10aにて構成される第1主面1aおよび第2反射素子20の外側主面20aにて構成される第2主面1bが、いずれも高い平面度を有するように構成された結像素子1が製造されることになる。
ここで、本発明者らは、上述した製造方法に従って結像素子を製造した場合に、製造後の結像素子において第1主面および第2主面にそれぞれどの程度の段差が生じるかを、実際に試作を行なうことによって確認した。
当該製造に際しては、第1透明体および第2透明体としてホウケイ酸ガラス(屈折率1.52)を用い、第1反射体および第2反射体を構成する反射膜としてアルミニウム膜を用いた。単位反射素子としては、厚みの狙い値が1.5[mm]で、大きさが150[mm]角のものを製作することとし、反射面のピッチは、狙い値で500[μm]とした。なお、反射膜の幅は、おおよそ100[nm]程度である。また、単位反射素子同士を接合する継ぎ目部としての接着層の幅は、20[μm]とした。
反射膜同士を接合する接着剤、単位反射素子同士を接合する接着剤、および、第1反射素子と第2反射素子とを接合する接着剤には、エポキシ系の接着剤(屈折率1.51)を用いた。なお、第1反射素子と第2反射素子とを接合する接着剤の厚み(すなわち、透光性接着層の厚み)は、その狙い値が100[μm]である。
上記条件に基づいて、第1反射素子を構成することとなる9つの単位反射素子を製作し、その各々の中心部での厚みを測定したところ、最大のものでその厚みが1.522[mm]であり、最小のものでその厚みが1.491[mm]であった。一方で、第2反射素子を構成することとなる9つの単位反射素子を製作し、その各々の中心部での厚みを測定したところ、最大のものでその厚みが1.519[mm]であり、最小のものでその厚みが1.489[mm]であった。
これらを用いて、上述した定盤を使用しての第1反射素子の形成および第2反射素子の形成を行ない、その後、当該第1反射素子と第2反射素子の接合をさらに行なった。
このようにして製造された結像素子の第1主面(すなわち、第1反射素子の外側主面)に形成された段差の最大部分の大きさ(高さ)を測定したところ、結像素子の厚み方向において、これが1[μm]であった。一方、このようにして製造された結像素子の第2主面(すなわち、第2反射素子の外側主面)に形成された段差の最大部分の大きさ(高さ)を測定したところ、結像素子の厚み方向において、これが3[μm]であった。
なお、これら結像素子の第1主面および第2主面に僅かに段差が生じている理由は、研磨後の単位結像素子において、僅かに反りが発生していることが影響しているものと考察される。
以上の結果より、上述した本実施の形態における結像素子1の製造方法を適用することにより、結像素子1の第1主面1aおよび第2主面1bを非常に高い平面度とすることができることが、実験的にも確認されたと言える。
ここで、上述した本発明の実施の形態において開示した特徴的な構成を要約すると、以下のとおりとなる。
結像素子は、厚み方向において相対して位置する第1主面および第2主面を有し、上記第1主面側の空間位置に配置される物体の実像を上記第2主面側の空間位置において結像させるものであって、上記第1主面側に配置された平板状の第1反射素子と、上記第2主面側に配置された平板状の第2反射素子とを備えている。上記第1反射素子は、上記厚み方向に直交する第1方向に沿って並ぶように互いに平行に配置された複数の第1反射体と、上記複数の第1反射体のうちの隣り合う第1反射体間を充填する複数の第1透明体とを含んでいる。上記第2反射素子は、上記厚み方向および上記第1方向の双方に直交する第2方向に沿って並ぶように互いに平行に配置された複数の第2反射体と、上記複数の第2反射体のうちの隣り合う第2反射体間を充填する複数の第2透明体とを含んでいる。上記第1反射素子は、上記第2反射素子に対向する内側主面と、当該内側主面と相対して位置しかつ上記第1主面を規定する外側主面とを有している。上記第2反射素子は、上記第1反射素子に対向する内側主面と、当該内側主面と相対して位置しかつ上記第2主面を規定する外側主面とを有している。上記第2反射素子は、面状に並べて配置された平板状の複数の単位反射素子と、当該複数の単位反射素子の端部同士を繋ぎ合わせる継ぎ目部とを含む複合反射素子にて構成されている。上記複合反射素子からなる上記第2反射素子の上記外側主面の平面度は、上記複合反射素子からなる上記第2反射素子の上記内側主面の平面度よりも高い。
上記結像素子にあっては、上記第2反射素子に含まれる上記複数の単位反射素子のうち、隣り合う単位反射素子の上記継ぎ目部における上記厚み方向に沿った段差の大きさが、上記第2反射素子の上記外側主面側において5[μm]以下であることが好ましい。
上記結像素子にあっては、上記第2反射素子に含まれる上記複数の単位反射素子のうち、隣り合う単位反射素子の上記継ぎ目部における上記厚み方向に沿った段差の大きさが、上記第2反射素子の上記内側主面側において30[μm]以下であることが好ましい。
上記結像素子にあっては、上記第1反射素子と上記第2反射素子とが、透光性の接着層を介して接合されていることが好ましい。
上記結像素子にあっては、上記第1反射素子と上記第2反射素子とを接合する上記接着層の屈折率と、上記第2透明体の屈折率との差が、0.02以下であることが好ましい。
上記結像素子にあっては、上記第2反射素子に含まれる上記継ぎ目部が、透光性の接着層にて構成されていてもよく、その場合には、上記第1反射素子と上記第2反射素子とを接合する上記接着層の屈折率と、上記第2反射素子に含まれる上記継ぎ目部を構成する上記接着層の屈折率との差が、0.02以下であることが好ましい。
上記結像素子にあっては、上記第1反射素子が、面状に並べて配置された平板状の複数の単位反射素子と、当該複数の単位反射素子の端部同士を繋ぎ合わせる継ぎ目部とを含む複合反射素子にて構成されていてもよく、その場合には、上記複合反射素子からなる上記第1反射素子の上記外側主面の平面度が、上記複合反射素子からなる上記第1反射素子の上記内側主面の平面度よりも高いことが好ましい。
上記結像素子において、上記第2反射素子に加えて上記第1反射素子が複合反射素子にて構成されている場合には、上記第1反射素子に含まれる上記複数の単位反射素子のうち、隣り合う単位反射素子の上記継ぎ目部における上記厚み方向に沿った段差の大きさが、上記第1反射素子の上記外側主面側において5[μm]以下であることが好ましい。
上記結像素子において、上記第2反射素子に加えて上記第1反射素子が複合反射素子にて構成されている場合には、上記第1反射素子に含まれる上記複数の単位反射素子のうち、隣り合う単位反射素子の上記継ぎ目部における上記厚み方向に沿った段差の大きさが、上記第1反射素子の上記内側主面側において30[μm]以下であることが好ましい。
上記結像素子において、上記第2反射素子に加えて上記第1反射素子が複合反射素子にて構成されている場合には、上記第1反射素子と上記第2反射素子とが、透光性の接着層を介して接合されていることが好ましい。
上記結像素子において、上記第2反射素子に加えて上記第1反射素子が複合反射素子にて構成されている場合には、上記第1反射素子と上記第2反射素子とを接合する上記接着層の屈折率と、上記第1透明体の屈折率との差が、0.02以下であるとともに、上記第1反射素子と上記第2反射素子とを接合する上記接着層の屈折率と、上記第2透明体の屈折率との差が、0.02以下であることが好ましい。
上記結像素子において、上記第2反射素子に加えて上記第1反射素子が複合反射素子にて構成されている場合には、上記第1反射素子に含まれる上記継ぎ目部および上記第2反射素子に含まれる上記継ぎ目部が、いずれも透光性の接着層にて構成されていてもよく、その場合には、上記第1反射素子と上記第2反射素子とを接合する上記接着層の屈折率と、上記第1反射素子に含まれる上記継ぎ目部を構成する上記接着層の屈折率との差が、0.02以下であるとともに、上記第1反射素子と上記第2反射素子とを接合する上記接着層の屈折率と、上記第2反射素子に含まれる上記継ぎ目部を構成する上記接着層の屈折率との差が、0.02以下であることが好ましい。
第1の局面に基づく結像素子の製造方法は、上述した結像素子を製造するための製造方法であって、上記第1反射素子を形成する工程と、上記第2反射素子となる上記複数の単位反射素子を定盤上において面状に並べて配置した状態で当該複数の単位反射素子の端部同士を繋ぎ合わせることにより、上記第2反射素子を形成する工程と、上記第2反射素子を形成する工程において上記定盤に接触配置された側の主面が上記第2反射素子の上記外側主面となるように、上記第1反射素子と上記第2反射素子とを重ね合わせて固定する工程とを備える。
第2の局面に基づく結像素子の製造方法は、上述した結像素子を製造するための製造方法であって、上記第1反射素子となる上記複数の単位反射素子を定盤上において面状に並べて配置した状態で当該複数の単位反射素子の端部同士を繋ぎ合わせることにより、上記第1反射素子を形成する工程と、上記第2反射素子となる上記複数の単位反射素子を定盤上において面状に並べて配置した状態で当該複数の単位反射素子の端部同士を繋ぎ合わせることにより、上記第2反射素子を形成する工程と、上記第1反射素子を形成する工程において上記定盤に接触配置された側の主面が上記第1反射素子の上記外側主面となるとともに、上記第2反射素子を形成する工程において上記定盤に接触配置された側の主面が上記第2反射素子の上記外側主面となるように、上記第1反射素子と上記第2反射素子とを重ね合わせて固定する工程とを備える。
なお、上述した本発明の実施の形態においては、被投影物としての物体が配置される側の主面である第1主面と、当該物体の実像が結像される側の主面である第2主面との双方が、高い平面度を有するように構成されてなる結像素子を例示して説明を行なったが、必ずしもこのように構成する必要はなく、少なくともこのうちの第2主面が高い平面度を有するように構成されていればよい。このように構成すれば、表示される空中映像にスジ状の欠陥が生じることが抑制または防止可能になり、高品位の空中映像を表示することができる結像素子とできる。
このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。