JP6944093B2 - Optical element and image display device using it - Google Patents
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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 device using the same.
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 proposed in which an object to be projected is arranged on one surface side of a plane body partitioning a certain space, and a mirror image of the object to be projected is imaged at a position symmetrical in the space on the other surface side. .. As this type of optical element, an optical element having a structure in which a plurality of two-sided corner reflectors each composed of two minute mirror surfaces (reflecting surfaces) orthogonal to each other are assembled in a plane is known (for example, Patent Document). 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。
The above-mentioned
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
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, of the projecting
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 problems, and is an optical element capable of smoothly releasing a mold when manufacturing a two-sided reflector array of optical elements, and displaying a clear stereoscopic image with little distortion. And an object of the present invention is to provide 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、3つ以上の側面を有し、且つ前記一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を有し、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、前記一平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、該勾配は、0.1〜3°であり、前記一平面又は前記一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、前記光学調整部材は、前記一平面と平行な底面と、該底面に対して勾配を有する天面と、を有し、前記天面の前記一平面に対する勾配が0.5〜10°であ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 main body formed of a transparent material. death,
The optical panel main body has a base forming a flat surface of the optical panel main body, and a plurality of protruding portions formed integrally with the base so as to project from the base. It has three or more side surfaces, and has a reflecting surface that has an angle with respect to the one plane and reflects light emitted from an object to be observed, and the reflecting surface is two adjacent surfaces of the side surface. It forms a two-sided corner reflector that is substantially orthogonal to each other and reflects light emitted from an object to be observed, and has a predetermined gradient with respect to a plane perpendicular to the one plane, and the gradient is 0.1. Optical adjustment that adjusts the incident angle of the light incident on the optical panel main body or the refraction angle of the light emitted from the optical panel main body on the one plane or the surface opposite to the one plane. A member is provided, and the optical adjusting member has a bottom surface parallel to the one plane and a top surface having a slope with respect to the bottom surface, and the slope of the top surface with respect to the one plane is 0.5 to. It is characterized by being 10 °.
また、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、前記突条は、2つ以上の側面を有し、且つ前記一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を有し、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、前記一平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、該勾配は、0.1〜3°であり、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、前記一平面又は前記一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、前記光学調整部材は、前記一平面と平行な底面と、該底面に対して勾配を有する天面と、を有し、前記天面の前記一平面に対する勾配が0.5〜10°であることを特徴とするものであってもよい。Further, the present invention is an optical element that forms an image of an object to be observed on one surface side in a space on the other surface side, and has an optical panel main body formed of a transparent material. The main body includes a first optical panel and a second optical panel having a base forming one plane of the optical panel main body and a plurality of ridges integrally formed with the base so as to project from the base. The ridge has two or more side surfaces and has a reflecting surface that has an angle with respect to the one plane and reflects light emitted from an object to be observed, and the reflecting surface is one of the side surfaces. It is one surface formed in a band shape, and a plurality of surfaces are arranged at regular intervals to form a slit mirror array, which has a predetermined gradient with respect to the plane perpendicular to the one plane, and the gradient is 0.1 to 1. 3 °, 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, and the one plane or the side opposite to the one plane. An optical adjusting member for adjusting the incident angle of light incident on the optical panel main body or the refraction angle of light emitted from the optical panel main body is provided on the surface of the optical panel, and the optical adjusting member is parallel to the one plane. It may have a bottom surface and a top surface having a slope with respect to the bottom surface, and the slope of the top surface with respect to the one plane may be 0.5 to 10 °.
また、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、前記穴部は、3つ以上の側面を有し、且つ前記一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を有し、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、前記一平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、該勾配は、0.1〜3°であり、前記一平面又は前記一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、前記光学調整部材は、前記一平面と平行な底面と、該底面に対して勾配を有する天面と、を有し、前記天面の前記一平面に対する勾配が0.5〜10°であることを特徴とするものであってもよい。 Further, the present invention is an optical element that forms an image of 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 main body formed of a transparent material. The main body has a base forming one plane of the optical panel main body and a plurality of holes formed so as to be buried from the base, and the holes have three or more side surfaces and are formed. It has a reflective surface that has an angle with respect to the one plane and reflects light emitted from the object to be observed. It forms a two-sided corner reflector that reflects light emitted from, and has a predetermined gradient with respect to a plane perpendicular to the one plane, and the gradient is 0.1 to 3 °, and the one plane or the said one. An optical adjusting member for adjusting the incident angle of the light incident on the optical panel main body or the refraction angle of the light emitted from the optical panel main body is provided on the surface opposite to one plane, and the optical adjusting member is provided with the optical adjusting member. It has a bottom surface parallel to the one plane and a top surface having a slope with respect to the bottom surface, and the slope of the top surface with respect to the one plane is 0.5 to 10 °. There may be.
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, the optical adjusting member is preferably 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 an image 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 having a gradient, smooth mold release is possible when manufacturing the optical panel main body. Further, the reflected light on the reflecting surface is further adjusted in the refraction angle emitted from the optical element by the optical adjusting member having a gradient with respect to the plane of the optical panel main body, so that a clear stereoscopic image with less distortion is displayed. 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。
The optical element according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
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 O to be observed is arranged on one surface side of the
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。
The imaging mode by the two-sided
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
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 projecting
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
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
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。
Further, in the
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 of the protruding
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
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。
Further, the
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
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 adjusting
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。
A transparent material having a light transmittance of 80% or more, a refractive index of 1.3 or more and little deterioration due to heat or humidity is used as the medium of the
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 of manufacturing the
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
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. 5 (b) and 5 (c), the optical adjusting
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
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
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
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
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 adjusting
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。
In the optical adjusting
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 adjusting
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 both the above embodiment and the first modification, the refraction angle of the light emitted from the
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, the optical adjusting
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。
As shown in the reference example of FIG. 8, when the two-sided
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。
The optical element according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
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
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
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
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
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。
The optical element according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
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 this embodiment, since the side surfaces of the
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, the image display device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
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 are possible. In each of the above-described embodiments and modifications, the projecting
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
1
22 Bottom (flat surface)
3 Protruding
30S 2-sided corner reflector array (optical panel body)
31, 32 Reflective surface (side surface)
33, 34 Inclined surface (side surface)
35
Claims (5)
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、3つ以上の側面を有し、且つ前記一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を有し、
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、前記一平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、該勾配は、0.1〜3°であり、
前記一平面又は前記一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、
前記光学調整部材は、前記一平面と平行な底面と、該底面に対して勾配を有する天面と、を有し、前記天面の前記一平面に対する勾配が0.5〜10°であることを特徴とする光学素子。 An optical element that forms a real image of an object to be observed on one surface side in the space on the other surface side.
Has an optical panel body formed of transparent material,
The optical panel main body has a base forming one plane of the optical panel main body, and a plurality of projecting portions integrally formed with the base so as to project from the base.
The protruding portion has three or more side surfaces, and has a reflecting surface that has an angle with respect to the one plane and reflects light emitted from an object to be observed.
The reflecting surfaces are two adjacent surfaces of the side surfaces, which form a two-sided corner reflector that is substantially orthogonal to each other and reflects light emitted from an object to be observed, with respect to a surface perpendicular to the one plane. It has a predetermined gradient, the gradient being 0.1 to 3 °.
An optical adjusting member for adjusting the incident angle of the light incident on the optical panel main body or the refraction angle of the light emitted from the optical panel main body is provided on the one plane or the surface opposite to the one plane.
The optical adjusting member has a bottom surface parallel to the one plane and a top surface having a slope with respect to the bottom surface, and the slope of the top surface with respect to the one plane is 0.5 to 10 °. An optical element characterized by.
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、
前記突条は、2つ以上の側面を有し、且つ前記一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を有し、
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、前記一平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、該勾配は、0.1〜3°であり、
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、
前記一平面又は前記一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、
前記光学調整部材は、前記一平面と平行な底面と、該底面に対して勾配を有する天面と、を有し、前記天面の前記一平面に対する勾配が0.5〜10°であることを特徴とする光学素子。 An optical element that forms a real image of an object to be observed on one surface side in the space on the other surface side.
Has an optical panel body formed of transparent material,
The optical panel main body has a first optical panel and a second optical having a base forming one plane of the optical panel main body and a plurality of ridges integrally formed with the base so as to project from the base. Equipped with a panel
The ridge has two or more side surfaces and a reflective surface that is angled with respect to the plane and reflects light emitted from the object to be observed.
The reflecting surface is one of the side surfaces formed in a band shape, and a plurality of the reflecting surfaces are arranged at regular intervals to form a slit mirror array, and have a predetermined gradient with respect to the surface perpendicular to the one plane. , The gradient is 0.1 to 3 °
The first optical panel and the second optical panel are arranged so as to face each other so that the arrangement directions of the slit mirror arrays are orthogonal to each other.
An optical adjusting member for adjusting the incident angle of the light incident on the optical panel main body or the refraction angle of the light emitted from the optical panel main body is provided on the one plane or the surface opposite to the one plane.
The optical adjusting member has a bottom surface parallel to the one plane and a top surface having a slope with respect to the bottom surface, and the slope of the top surface with respect to the one plane is 0.5 to 10 °. An optical element characterized by.
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、
前記穴部は、3つ以上の側面を有し、且つ前記一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を有し、
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、前記一平面に垂直な面に対して所定の勾配を有し、該勾配は、0.1〜3°であり、
前記一平面又は前記一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、
前記光学調整部材は、前記一平面と平行な底面と、該底面に対して勾配を有する天面と、を有し、前記天面の前記一平面に対する勾配が0.5〜10°であることを特徴とする光学素子。 An optical element that forms a real image of an object to be observed on one surface side in the space on the other surface side.
Has an optical panel body formed of transparent material,
The optical panel main body has a base forming one plane of the optical panel main body and a plurality of holes formed so as to be buried from the base.
The hole portion has three or more side surfaces, and has a reflecting surface that has an angle with respect to the one plane and reflects light emitted from an object to be observed.
The reflecting surfaces are two adjacent surfaces of the side surfaces, which form a two-sided corner reflector that is substantially orthogonal to each other and reflects light emitted from an object to be observed, with respect to a surface perpendicular to the one plane. It has a predetermined gradient, the gradient being 0.1 to 3 °.
An optical adjusting member for adjusting the incident angle of the light incident on the optical panel main body or the refraction angle of the light emitted from the optical panel main body is provided on the one plane or the surface opposite to the one plane.
The optical adjusting member has a bottom surface parallel to the one plane and a top surface having a slope with respect to the bottom surface, and the slope of the top surface with respect to the one plane is 0.5 to 10 °. An optical element characterized by.
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 adjusting member is a Fresnel prism corresponding to the protruding portion.
The optical element according to any one of claims 1 to 3.
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