CN101646971B - 传送光学系统 - Google Patents

Abstract

一种传送光学系统，在光透射构成一个平面的对称面时使光线产生弯曲，相对于该对称面使前后关系反转而成像，其中，排列多个成像光学系统并使它们相互离开地配置，该成像光学系统能够使配置在上述对称面的一侧的被投影物的像在该对称面的相反侧成像为实像，最靠近被投影物的成像光学系统使该被投影物透射该对称面地成像而投影，其他成像光学系统使由与被投影物侧邻接的成像光学系统成像而投影的像在对称面的相反侧成像而投影，从而被投影物的像依次透射各成像光学系统而成像，从而可以观察到将三维对象作为三维像、将二维对象作为二维像而传送到空间上离开的位置而形成的像。

Description

传送光学系统

技术领域

本发明涉及可以通过成像光学系统将被投影物传送到其他场所而成像，并且可以使三维物体或三维影像产生向纵深方向的反转、或者不产生反转而成像为实像的传送光学系统。

背景技术

作为利用以往的成像光学系统(例如凸透镜)投影物体的像，并将该像进而传送到其他离开的场所而成像的光学系统，例如可以举出中继透镜系统作为代表例(例如参照非专利文献1)。在中继透镜系统中，一般构成为除了与成为投影对象的物体(被投影物)相面对的物镜以外还配置多个透镜，并使被投影物的像多次成像，从而可以在离开被投影物以及物镜的场所观察像，有时作为硬性镜也用于内窥镜等(例如参照非专利文献2)。

另外，提出了一种成像光学系统，该成像光学系统是在光透射构成一个平面的对称面(元件面)时使光线产生弯曲的光学元件，且以相对于上述对称面使前后关系反转的成像为特征。在这样的成像光学系统中，已知在适当地设定了光学系统时，可以将镜影像成像为实像，在该情况下，具有如下特征：不仅是二维像，而且还可以无失真地进行三维像的成像。这样的成像光学系统之一是利用光的折射作用，并且将焦距无限大的无焦光学系统作为单位光学元件的无焦透镜阵列(参照专利文献2)。

另一成像光学系统是利用本发明的发明人提出的利用镜面的光的反射作用，并且配置有多个通过以与上述元件面垂直或接近垂直的角度配置的一个以上的镜面来反射光的单位光学元件的成像光学元件(双面角形反射器阵列(dihedral corner reflector array))(参照专利文献1)。该双面角形反射器阵列具备如下成像方式：使从配置在其元件面的一侧的被投影物(包括具有实体的物体、影像)发出的光由单位光学元件内的镜面分别反射，并且透射双面角形反射器阵列，从而在元件面的另一侧的空间中形成该被投影物的实像。

进而，本发明的发明人提出的另一成像光学系统利用具备递归反射(recursive reflection)功能的后向反射器(retroreflector)阵列和半透半反镜(参照专利文献3)。该成像光学系统使从被观察物发出并由半透半反镜反射的光由后向反射器阵列递归反射进而透射半透半反镜、或者使从被观察物发出并透射半透半反镜的光由后向反射器阵列递归反射进而由半透半反镜反射，从而将半透半反镜面作为对称面，将被观察物的镜影像作为实像而在面对称位置上无失真地成像，与双面角形反射器阵列同样地，可以从相对半透半反镜面倾斜的方向观察被观察物的实镜影像，如果是二维的被观察物则可以观察二维的实像，如果被观察物是三维的则可以观察三维的实像。

专利文献1：WO2007/116639国际公开公报

专利文献2：日本特开2005-10755号公报

专利文献3：日本特愿2007-163323申请说明书参照

非专利文献1：“Colum-5リレ一レンズ”、永田信一著、図解レンズがゎかる本、株式会社日本実業出版社、2002年11月20日発行、p.118

非专利文献2：“IV.光学機器”、最新光学技術ハンドブック、株式会社朝倉書店、2002年9月20日発行、p.830-831。

在上述中继透镜系统中，经由多个透镜传送由物镜形成的像，可以通过相反侧的透镜(例如目镜)作为光学像而观察到最终形成的像，所以得到例如比光纤内窥镜更优良的画质。但是，中继透镜系统以使光轴成为一条直线的方式配置所有透镜从而可以传送像，所以具有如下问题：与通过使由物镜形成的像在多个光纤内全反射而传送到比较自由的位置的光纤内窥镜等相比，像的观察位置物理上被制约。另外，在这样的中继透镜系统中，即使被投影物是三维物体，也存在像差的问题而实用上仅能够观察为二维图像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备新的成像方式的传送光学系统，其中，利用在光透射构成一个平面的对称面时使光线产生弯曲，并且以相对该对称面使前后关系反转的成像为特征的成像光学系统，从而可以将被投影物的实像投影在远离的位置上，还可以比较随意地变更该投影位置，而且还可以得到三维的被投影物的实像。

即，本发明的传送光学系统在光透射构成一个平面的对称面时使光线产生弯曲，相对该对称面使前后关系反转而成像，其特征在于，排列多个成像光学系统并使它们相互离开地配置，该成像光学系统能够使配置在上述对称面的一侧的被投影物的像在该对称面的相反侧成像为实像，在上述多个成像光学系统中，最靠近上述被投影物的成像光学系统使该被投影物透射该对称面地成像而投影，其他成像光学系统使由与上述被投影物侧邻接的成像光学系统成像并投影的像在对称面的相反侧成像而投影。

在这样的结构的传送光学系统中，通过各成像光学系统，来自被投影物(由配置在传送光学系统的一方的物体或显示装置放映的影像构成的被投影物，既可以是二维也可以是三维)的光线在透射其对称面时弯曲而成像于对称面的相反侧。即，通过使用本发明的传送光学系统，通过最靠近被投影物地相面对配置的成像光学系统而使像形成在相对于该对称面而与被投影物相反的一侧，进而将该像作为下一被投影物而通过相邻的成像光学系统使像形成在该对称面的相反侧，通过重复这样的成像方式，可以对应于成像光学系统的总数，传送到远离原来的被投影物和与其相面对的成像光学系统的位置，而投影被投影物的像。

作为构成本发明的传送光学系统的成像光学系统，还可以采用配置有多个利用以与成为对称面的元件面垂直或接近垂直的角度配置的一个以上的镜面来反射光的单位光学元件的成像光学系统。在该情况下，可以通过镜面反射使光线在元件面上大幅弯曲，可以相对元件面附加较大的角度而成像。特别是，还可以使单位光学元件作为成为正交的两个镜面的双面角形反射器发挥功能，并使成像光学系统是具备多个该双面角形反射器的双面角形反射器阵列。在该情况下，成为如下的实镜影像成像光学系统的一种：在各成像光学元件中，来自被投影物(或由邻接的成像光学元件形成的实像)的光线由构成双面角形反射器的两个镜面各反射一次而共反射两次，从而被投影物在相对元件面的面对称位置上成像为实像。在该情况下，虽然纵深反转，但可以无失真地成像三维物体。

另外，作为构成本发明的传送光学系统的成像光学系统，还可以采用如下的实镜影像成像光学系统，该实镜影像成像光学系统具备：具有成为对称面的半透半反镜面的半透半反镜；和配置在使来自该半透半反镜的透射光或反射光递归反射的位置上的单位递归反射元件的集合、即递归反射元件。递归反射元件既可以相对半透半反镜面配置在被投影物侧，也可以相对半透半反镜面配置在相反侧，也可以配置在其两侧。在将递归反射元件相对半透半反镜面配置在被投影物侧的情况下，从被投影物发出并由半透半反镜面反射的光由递归反射元件递归反射，进而透射半透半反镜而成像。另一方面，在将递归反射元件相对半透半反镜面配置在与被投影物相反的一侧的情况下，从被投影物发出并透射了半透半反镜面的光由递归反射元件递归反射，进而由半透半反镜反射而成像。

在这样的本发明的传送光学系统中，在多个成像光学系统中既可以全部应用同一种类的系统，也可以混合存在上述种类的成像光学系统。

在本发明的传送光学系统中，在以使它们所有的对称面平行的方式排列了上述多个成像光学系统的情况下，可以在所有成像光学系统的对称面共有的垂线上，投影被投影物的最终观察到的像。因此，这样的结构在直线地传送被投影物的像的情况下发挥作用。

另一方面，在以使至少邻接的一对对称面能够形成平行以外的角度的方式排列了多个成像光学系统的情况下，由于所有成像光学系统的对称面不共用垂线，所以在非直线地在空间上错开来投影被投影物的像时是有效的。

进而，如果将多个成像光学系统中的至少一个成像光学系统配置成其对称面能够相对于邻接的成像光学系统的对称面变更角度，则可以例如象光纤内窥镜那样以比较高的自由度变更像的投影位置。

特别是，如果使构成传送光学系统的成像光学系统的数量为偶数，则可以使通过配置在最远离被投影物的位置上的成像光学系统成像并观察的像，纵深不反转而投影为与被投影物相同形态的像。而如果使构成传送光学系统的成像光学系统的数量为奇数，则通过配置在最远离被投影物的位置上的成像光学系统成像并观察的像被投影成与被投影物相比纵深反转的像。

根据本发明的传送光学系统，可以通过多个成像光学系统依次传送被投影物的像，所以不论被投影物是二维还是三维都可以将被投影物的像无失真地投影在远离的位置上而进行观察。另外，通过多个成像光学系统的配置姿势的设定，还可以比较自由地变更最终观察到的实像的投影位置。进而，如果使多个成像光学系统的数量为奇数，则得到与被投影物相比纵深反转的实像，但如果为偶数，则得到纵深未反转的实像，通过选择成像光学系统的数量的奇偶，可以改变所观察的像的观看方式。另外，在使成像光学系统为实镜影像成像光学系统的情况下，不论利用哪一个都可以无失真地传送三维物体的像。于是，这样的本发明的传送光学系统提供可以仅使用无源光学元件来实现三维物体的远距离观察的实像的新的观察方法，例如可以应用于立体内窥镜等以供实际应用。

附图说明

图1是将本发明的第一实施方式的传送光学系统的基本形态作为立体图而示出的原理图。

图2是示出作为该实施方式中应用的成像元件的一种的双面角形反射器的俯视图。

图3是放大示出该双面角形反射器的一部分的立体图。

图4是示意地示出该双面角形反射器的成像方式的俯视图。

图5是示意地示出该双面角形反射器的成像方式的侧面图。

图6是示意地示出该双面角形反射器的成像方式的立体图。

图7是将该实施方式的变形例的传送光学系统作为侧面图而示出的原理图。

图8是将本发明的第二实施方式的传送光学系统作为侧面图而示出的原理图。

图9是示出该实施方式中可以应用的双面角形反射器的其他例子的立体图。

图10是将本发明的第三实施方式的传送光学系统作为侧面图而示出的原理图。

图11是示意地示出该传送光学系统中应用的实镜影像成像光学系统中的后向反射器阵列的一个例子的图。

图12是示意地示出该传送光学系统中应用的实镜影像成像光学系统中的后向反射器阵列的其他例子的图。

图13是示意地示出该实镜影像成像光学系统的成像方式的原理图。

图14是将应用了多种成像光学系统的传送光学系统的一个例子作为侧面图而示出的示意图。

图15是示出在本发明的第一实施方式的传送光学系统中作为虚像而传送的方式的概要的侧面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1所示的第一实施方式是本发明的传送光学系统的基本形态之一。即，本实施方式的传送光学系统1A通过使用两个(附图标记3-1、3-2)具备多个双面角形反射器2的实镜影像成像光学系统(以下称为“双面角形反射器阵列”)3，而形成具有与被投影物O相同的纵深形态(凹凸)的实像P2。这两个双面角形反射器阵列3-1、3-2实质上等同。如该图所示，在该传送光学系统1A中，配置两个双面角形反射器阵列3，使它们的元件面S、S相互平行。另外，由于双面角形反射器2与双面角形反射器阵列3相比非常微小，所以在该图中用灰色来表示双面角形反射器2的集合整体，用V字形状夸张地放大表示其内角的朝向，并且用箭头表示实像P的观察方向。

被投影物O可以采用例如在纸上描绘的图形那样的二维物体、具有三维形状的物体、二维或三维的影像中的任意一个。在采用物体作为被投影物O的情况下，在该物体不是自身发光的物体的情况下，可以适当配置对物体投光的照明器具(省略图示)。另外，在将影像用作被投影物O的情况下，可以在显示该投影物O的位置上根据需要连接将影像放映在屏幕、显示器上的放映装置、计算机等。在图示例子中，采用比半球稍小的部分球体状的三维物体作为被投影物O。

首先，双面角形反射器阵列3如图2所示在平板状的底座31中，形成有多个相对于平坦的底座表面垂直地贯通厚度的孔32，为了将各孔32的内壁面用作双面角形反射器2，而在孔32的内壁面中的正交的两个内壁面上分别形成镜面要素21、22。

底座31是厚度尺寸例如为50～200μm、在本实施方式中为100μm的薄板状的底座，在本实施方式中，应用一边分别是大约5cm的俯视时为正方形形状的底座，但底座31的厚度、平面尺寸不限于此而可以适当设定。放大图2的A部而如图3所示，各双面角形反射器2是利用为了使光透射而形成在底座31中的物理/光学孔32而形成的。在本实施方式中，首先在底座31中形成多个俯视时大致为矩形形状(具体而言在本实施方式中为正方形形状)的孔32，在各孔32中的邻接并正交的两个内壁面上实施平滑镜面处理而作为镜面要素21、22，使这些镜面要素21、22成为作为反射面发挥功能的双面角形反射器2。另外，优选在孔32的内壁面中的双面角形反射器2以外的部分上不实施镜面处理而成为不能反射光的面、或者通过附加角度等而抑制多重反射光。各双面角形反射器2形成为在底座31上镜面要素21、22所成的内角全部成为相同的朝向。以下，有时将该镜面要素21、22的内角的朝向称为双面角形反射器2的朝向(方向)。在形成镜面要素21、22时，在本实施方式中，首先制作金属制的模具，通过对应形成镜面要素21、22的内壁面进行纳米级的切削加工处理而形成镜面，将它们的面粗糙度设为10nm以下，成为对于可视光谱域均匀的镜面。

具体而言，构成各双面角形反射器2的镜面要素21、22的一边例如是50～200μm，在本实施方式中是与底座31的厚度对应的100μm，通过将使用了之前制作的模具的冲压工艺应用于纳米级的纳米压印工艺或电铸工艺，在一个底座31中以规定间距形成多个镜面要素21、22。在本实施方式中，在具有多个各双面角形反射器2的双面角形反射器阵列3的元件面S上，使形成V字形状的各边相对底座31的宽度方向或纵深方向倾斜45度，并且使所有的双面角形反射器2排列于在元件面S上假想的规则的格子点上并朝向同一方向。另外，通过将相邻的双面角形反射器2彼此的离开尺寸设定得极小，可以提高透射率。然后，对上述底座31中的形成了双面角形反射器2的部分以外的部位实施遮光处理，在底座31的上表面以及下表面设置未图示的形成薄板状的透明的加强件。在本实施方式中，采用在底座31中设置有几万至几十万个这样的双面角形反射器2的双面角形反射器阵列3。

另外，在通过电铸工艺用铝、镍等金属形成了底座31的情况下，如果模具的面粗糙度充分小，则由此镜面要素21、22自然成为镜面。另外，在使用纳米压印工艺，使底座31成为树脂制等的情况下，为了制作镜面要素21、22，需要通过溅射等，实施镜面涂层。

这样形成在底座31中的双面角形反射器2具有使从底座31的下表面侧(或上表面侧)进入孔32的光由一个镜面要素(21或22)反射、进而使其反射光由另一个镜面要素(22或21)反射而向底座31的上表面侧(或下表面侧)通过的功能，在从侧方观察该光的路径时，光的进入路径与出射路径夹着底座31(元件面S)形成面对称，所以通过如上所述在底座31上形成多个双面角形反射器2，作为双面角形反射器阵列3发挥功能。即，这样的双面角形反射器阵列3的元件面S(假设通过底座31的厚度的中央部而与各镜面要素正交的面，在图中用细点划线来表示)成为使位于底座31的一侧的被投影物O的实像(参照图1)在另一侧的面对称位置上成像的面。

此处，与从被投影物O发出的光的路径一起说明本实施方式中使用的双面角形反射器阵列3的成像方式。如图4的俯视示意图和图5的从侧面观察的示意图所示，从被投影物O(在图中用点表示)发出的光(箭头方向，用实线表示。三维地从纸面里侧向纸面外侧行进)在通过双面角形反射器阵列3的在底座31中形成的孔32时，由构成双面角形反射器2的一个镜面要素21(或22)反射，进而由另一个镜面要素22(或21)反射(用虚线表示透射光的光线)，从而相对于双面角形反射器阵列3的元件面S，在被投影物O的面对称位置上，作为实像P1成像。另外，在图4中表示成入射光与反射光平行，这是因为在该图中相对于被投影物O将双面角形反射器2夸张地放大示出，实际上各双面角形反射器2极其微小，所以在如该图所示从上方观察双面角形反射器阵列3的情况下，入射光与反射光看起来几乎重叠。即，结果是，透射光集中于被投影物O的相对元件面S的面对称位置上，在图5中在P1的位置上成像为实镜影像。如图6示意性示出的那样，从可以看到该双面角形反射器阵列3的双面角形反射器2的镜面要素21、22的位置、即底座31的斜上方(图中的箭头方向)观察，可以辨认该实像P1。详细而言，在光相对相互正交的镜面要素21、22反射两次时，光的分量中的与底座31的面方向平行的分量(换言之与元件面S平行的分量)向入射方向返回，而对于与镜面要素21、22的面方向平行的分量(换言之相对元件面S垂直的分量)，则保存该分量。其结果，透射了双面角形反射器阵列3的两次反射光必定通过相对于元件面S的面对称的点。另外，从作为光源的被投影物O输出所有方向的光，所以这些光在透射双面角形反射器阵列3时由各双面角形反射器2反射两次，全部集中于同一点而结成焦点。这样，透射了双面角形反射器阵列3的两次反射光向面对称位置会聚，所以可以相对深度方向(相对元件面S垂直的方向)在宽的范围内结成焦点。另外，在底座31的下表面侧的空间中作为被投影物O配置三维物体或三维影像的情况下，在底座31的上表面侧浮现实像P1，但该实像P1与被投影物O相比纵深方向、即凹凸反转。在该图中，利用由于被投影物O以及实像P1的光线的朝向而引起的明暗(颜色的浓淡)的差异，示出实像P1的凹凸与被投影物O相比反转的状态(对于图1也同样)。

在本实施方式的传送光学系统1A中，如上所述以使元件面S彼此平行的方式离开地配置了两个双面角形反射器阵列3-1、3-2(图1)。其中，将两个双面角形反射器阵列3-1、3-2配置成使得从上方观察时，双面角形反射器阵列3-1的双面角形反射器2的内角与双面角形反射器阵列3-2的双面角形反射器2的内角相互相对。首先，从被投影物O发出的光在透射靠近该被投影物O的双面角形反射器阵列(第一双面角形反射器阵列)3-1时，由该双面角形反射器2共反射两次，而成像于相对元件面S的面对称位置上(实像P1)。如上所述，该实像P1的凹凸与被投影物O的凹凸相比反转。另外，设定两个双面角形反射器阵列3-1、3-2间的距离，以使该实像P1的成像位置在第一双面角形反射器阵列3-1与下一个双面角形反射器阵列(第二双面角形反射器阵列)3-2之间。接下来，从该实像P1发出的光在透射第二双面角形反射器阵列3-2时，由该双面角形反射器2共反射两次，而成像于相对元件面S的面对称位置上(实像P2)。该实像P2的凹凸与实像P1的凹凸反转，所以与被投影物O的凹凸相同。即，观察到凹凸并未从被投影物O反转的实像P2。

另外，作为上述传送光学系统1A的变形例，对如图7的侧面图所示，平行地配置了三个双面角形反射器阵列3的传送光学系统1B的情况进行说明。即，如果在第二双面角形反射器阵列3-2的与被投影物O相反的一侧，配置第三双面角形反射器阵列3-3，使双面角形反射器2朝向与第一实镜影像成像光学系统3-1相同的一侧，则在实像P2的相对于第三双面角形反射器阵列3-3的元件面S的面对称位置上，形成与被投影物O相比凹凸反转(即凹凸与实像P1相同)的实像P3而可以进行观察。同样地，在如第四、第五...那样平行地增加配置双面角形反射器阵列3的情况下，可以使被投影物O的实像P依次在空间中直线地平行移动，但如果双面角形反射器阵列3的个数是偶数，则观察到的实像P的凹凸与被投影物O的凹凸相同，如果是奇数，则观察到的实像P的凹凸与被投影物O的凹凸相比反转。

(第二实施方式)

在图8中作为侧面图示出的本发明的第二实施方式的传送光学系统1C中，配置多个与实施方式1中使用的双面角形反射器阵列3等同的双面角形反射器阵列3，并且邻接的双面角形反射器阵列3的元件面S、S彼此不平行。具体而言，在图示例的传送光学系统1C中，从被投影物O侧按顺序依次离开配置有四个双面角形反射器阵列3-1、3-2、3-3、3-4，第一双面角形反射器阵列3-1与第二双面角形反射器阵列3-2、第二双面角形反射器阵列3-2与第三双面角形反射器阵列3-3、第三双面角形反射器阵列3-3与第四双面角形反射器阵列3-4分别以使元件面S、S彼此相互倾斜的姿势配置。另外，各双面角形反射器阵列3中的成像方式与第一实施方式中所说明的相同。

在这样的传送光学系统3C的情况下，首先，从被投影物O发出的光通过第一双面角形反射器阵列3-1而成像于相对该元件面S的面对称位置上，从而产生凹凸反转的实像P1。接下来，该实像P1通过第二双面角形反射器阵列3-2而成像于相对该元件面S的面对称位置上，从而产生凹凸进一步反转而具有与被投影物O相同的凹凸的实像P2。接下来，该实像P2通过第三双面角形反射器阵列3-3而成像于相对该元件面S的面对称位置上，从而产生凹凸仍然反转的实像P3。最后，实像P3通过第四双面角形反射器阵列3-4而成像于相对该元件面S的面对称位置上，从而产生凹凸进一步反转而具有与被投影物O相同的凹凸的实像P4，而观察到该实像P4。

从该图可知，被投影物O、实像P1、P2、P3、P4依次成为非线性的配置。这意味着，通过适当地变更各双面角形反射器阵列3(的元件面S)相对于邻接的双面角形反射器阵列3(的元件面S)的角度，可以以比较高的自由度观察到实像P4。特别是，如果设置用于变更各双面角形反射器阵列3的姿势、即相对于相邻的双面角形反射器阵列的角度的角度变更机构，则可以在更随意的位置上投影实像P4。在该情况下，存在相邻的双面角形反射器阵列彼此相互平行的可能性，在偶然或有意识地使所有的双面角形反射器阵列3平行的情况下，构成第一实施方式那样的形态的传送光学系统。

另外，在本实施方式中，只要双面角形反射器阵列3的个数是两个以上，就也可以适当变更。特别是，双面角形反射器阵列3的数量越多，就可以越随意地设定最终能够观察的实像的位置。另外，如果双面角形反射器阵列3的数量是偶数，则观察到的实像的凹凸与被投影物O的凹凸相同，如果是奇数，则观察到的实像的凹凸与被投影物O相比反转，这与实施方式1所述相同。

因此，包括上述各实施方式的本发明的传送光学系统利用可以使三维对象保持三维像的状态而成像于在空间上离开的位置这一特征，而可以应用于内窥镜等光学设备中。

另外，上述各实施方式不限于上述结构。作为构成双面角形反射器阵列3的双面角形反射器2，存在简单正交的两个反射面即可，作为该反射面，可以利用对光进行反射的物质的具有镜面精度的平坦度的端面或膜的反射、以及折射率不同的透明介质之间的具有镜面精度的平坦度的边界上的全反射等现象。更具体而言，在上述实施方式中，示出了在双面角形反射器阵列3中，作为光学孔而在薄板状的底座31中形成正方形形状的孔，并将该孔的内周壁中的邻接的两个作为镜面21、22而形成了双面角形反射器2的例子，但例如也可以是改变这样的结构而如图9所示利用在底座31’的厚度方向上突出的透明的筒状体来构成单位光学元件2’，并以棋盘格状形成了多个这样的筒状体的双面角形反射器阵列3’。在该情况下，可以将各筒状体32’的内壁面中的正交的第一内壁面以及第二内壁面作为镜面21’、22’而构成双面角形反射器2’。该情况下，与上述实施方式同样地，由双面角形反射器2’反射两次的光通过相对底座31’的面方向、即元件面S’面对称的点，从而在规定的空间中不仅形成二维像而且还可以形成三维像。另外，通过不使筒状体的镜面21’、22’以外的壁面23’、24’成为镜面、或者附加相对元件面S’垂直以外的角度，可以消除多余的反射而得到更清晰的像。另外，构成双面角形反射器2’的两个镜面21’、22’既可以利用全反射，也可以利用反射膜的反射。特别是，在利用镜面21’、22’的全反射的情况下，由于在全反射中存在临界角，所以可以期待不易引起多重反射。进而，还可以对应形成镜面的筒状体的两个面附加金属反射膜，并将筒状体彼此粘接。在该情况下，虽然需要对镜面以外的面实施非镜面化等多重反射对策，但可以得到开口率高、透射率高的双面角形反射器阵列。

另外，只要可以形成正交的两个反射面，则也可以不相互接触而相互隔开间隔地配置构成双面角形反射器阵列的两个镜面，进而对在上述的孔、筒状体中作为构成双面角形反射器的镜面发挥功能的两个面与其他面之间的角度也没有特别制约。作为单位光学元件，也可以应用平面形状是矩形形状以外的多角形形状的元件、三角形的元件、或者连接两个镜面的反交点侧的端部彼此的面在俯视时是大致部分圆弧状的元件。另外，在使单位光学元件的平面形状为直角三角形的情况下，意味着将直角棱镜用作单位光学元件。

(第三实施方式)

在图10中作为侧面图而示出的传送光学系统1D中，作为成像光学系统，使用两个(附图标记4-1、4-2)具备半透半反镜41和递归反射元件(以下称为“后向反射器阵列”)42的实镜影像成像光学系统4，从而使具有与被投影物O相同的纵深形态(凹凸)的实像P2成像。另外，对于被投影物O与实像P(P1、P2)，使用与上述各实施方式相同的标记来进行说明。

半透半反镜41例如可以利用在透明树脂、玻璃等透明薄板的一个面上涂抹了薄的反射膜的半透半反镜。在半透半反镜41中使光透射并且反射的面、即半透半反镜面S”作为本实施方式的传送光学系统1D中的对称面发挥功能。通过对该透明薄板的相反侧的面实施无反射处理(AR涂层)，可以防止所形成的实像P成为双重。

另一方面，在后向反射器阵列42中，只要使入射光严格地逆反射，则可以应用任意种类的部件，还考虑向原材料表面实施递归反射膜、递归反射涂料的涂层等。在本实施方式中将平面形状的部件用作了后向反射器阵列42，但也可以使其形状为曲面。例如，在图11(a)中将正视图的一部分放大示出的后向反射器阵列42是利用立方体内角的一个角的隅角立方镜(conner cube)的集合、即隅角立方镜阵列。在各个后向反射器42A中，使三个相同形状相同大小的形成直角二等边三角形的镜面42Aa、42Ab、42Ac集合在一点，在正面观察的情况下形成正三角形，这三个镜面42Aa、42Ab、42Ac相互正交而构成隅角立方镜。另外，在图12(a)中将正视图的一部分放大而示出的后向反射器阵列42也是利用立方体内角的一个角的隅角立方镜的集合、即隅角立方镜阵列。在各个后向反射器42B中，使三个相同形状相同大小的形成正方形的镜面42Ba、42Bb、42Bc集合在一点，在正面观察的情况下形成正六角形，这三个镜面42Ba、42Bb、42Bc相互正交。在该后向反射器阵列42中，仅形状与图11(a)的后向反射器阵列42不同，而递归反射的原理相同。在图11(b)以及图12(b)中，如果以图11(a)以及图12(a)中分别示出的后向反射器阵列42为例进行说明，则入射到各后向反射器42A、42B的镜面中的一个(例如42Aa、42Ba)的光在其他镜面(42Ab、42Bb)、进而在其他镜面(42Ac、42Bc)依次反射，从而向光入射到后向反射器42A、42B的原来的方向反射。另外，对于后向反射器阵列42的入射光和出射光的路径虽然严格地说不重叠而平行，但在后向反射器42A、42B与后向反射器阵列42相比充分小的情况下，也可以视为入射光与出射光成像光学系统4-1、4-2间的距离，以使该实像P1的成像位置位于第一实镜影像成像光学系统4-1的半透半反镜面S”与第二实镜影像成像光学系统4-2的半透半反镜面S”之间。接下来，将该实像P1作为被投影物而发出的光由第二实镜影像成像光学系统4-2中的半透半反镜面S”反射，并由半透半反镜面S”的下表面侧的后向反射器阵列42递归反射，进而透射半透半反镜面S”，在实像P1的相对半透半反镜面S”的面对称位置上成像为实像P2。该实像P2的凹凸由于与实像P1的凹凸相比反转，所以与被投影物O的凹凸相同。即，观察到凹凸未从被投影物O反转的实像P2。

这样，即使在作为成像光学系统组合了多个具备半透半反镜41和后向反射器阵列42的实镜影像成像光学系统4的传送光学系统1D中，也可以与作为成像光学系统应用了多个双面角形反射器阵列3的传送光学系统1A同样地，在空间上离开的位置上投影被投影物O的实像P。另外，在构成利用了三个以上的实镜影像成像光学系统4的传送光学系统的情况下，也与第一实施方式等同样地，如果实镜影像成像光学系统4的数量是偶数，则观察到的实像P的凹凸与被投影物O的凹凸相同，如果是奇数，则观察到的实像P的凹凸与被投影物O的凹凸相比反转。进而，即便使作为邻接的对称面的半透半反镜面S”彼此的角度成为平行以外的角度而倾斜，也得到与第二实施方式同样的结果。

另外，在本发明的传送光学系统中，作为成像光学系统，例如可以组合第一实施方式的双面角形反射器阵列3与第三实施方式的实镜影像成像光学系统4。例如，图14所示的传送光学系统1E在靠近被投影物O的第一成像光学系统中应用了双面角形反射器阵列3，在靠近观察侧的第二成像光学系统中应用了实镜影像成像光学系统4。在这样的情况下，首先，从被投影物O发出的光由双面角形反射器阵列3的各双面角形反射器2的各镜面要素21、22各反射一次，共反射两次而弯曲并同时透射元件面S，从而在被投影物O的相对元件面S的面对称位置上形成实像P1。接下来，从该实像P1发出的光由实镜影像成像光学系统4的半透半反镜41反射并由后向反射器阵列42递归反射，进而直线地透射半透半反镜面42，与此同时透射半透半反镜41并由后向反射器阵列42递归反射，进而由半透半反镜42反射，从而在被投影物O的相对半透半反镜面S”的面对称位置上形成实像P2。这样，即使是具备多种成像光学系统的传送光学系统，也可以与上述各实施方式同样地在相对各对称面(元件面S、半透半反镜面S”)的面对称位置上依次形成被投影物O的实像。即使将一个传送光学系统中的成像光学系统的数量增加至三个以上，或使邻接的对称面彼此的角度倾斜，也同样如此。

进而，在传送光学系统中的成像光学系统中，在成像光学系统不是实镜影像成像光学系统的情况下，虽然在三维物体中产生失真，但还可以用于其不会成为问题的用途中。另外，在上述实施方式中示出了在成像光学系统之间必定形成实像的方式，但如图15中将双面角形反射器阵列用作成像光学系统的情况那样，使两个邻接的成像光学系统3-1、3-2彼此的间隙更窄，并在实像P1的成像距离之前配置成像光学系统3-2，也仅作为被投影物O(在图示例子中用“F”的文字表示)的虚像P’传送，即使在进行了多级构成的中间级中采用了这样的方式也不会对最终的传送本身带来影响。这样的作用在应用了由半透半反镜与后向反射器阵列构成的成像光学系统的情况下也同样。另外，各部分的具体结构也不限于上述实施方式，而可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变更。

产业上的可利用性

本发明的传送光学系统不论二维还是三维都通过使被投影物的实像经由多个成像光学系统而相对各成像光学系统具有的对称面依次成像于面对称位置，从而最终可以在空间上远离被投影物的位置上使被投影物的实像成像，所以可以用作例如立体内窥镜、新的显示器装置等图像(影像)投影装置、观察装置。

成像光学系统4-1、4-2间的距离，以使该实像P1的成像位置位于第一实镜影像成像光学系统4-1的半透半反镜面S”与第二实镜影像成像光学系统4-2的半透半反镜面S”之间。接下来，将该实像P1作为被投影物而发出的光由第二实镜影像成像光学系统4-2中的半透半反镜面S”反射，并由半透半反镜面S”的下表面侧的后向反射器阵列42递归反射，进而透射半透半反镜面S”，在实像P1的相对半透半反镜面S”的面对称位置上成像为实像P2。该实像P2的凹凸由于与实像P1的凹凸相比反转，所以与被投影物O的凹凸相同。即，观察到凹凸未从被投影物O反转的实像P2。

这样，即使在作为成像光学系统组合了多个具备半透半反镜41和后向反射器阵列42的实镜影像成像光学系统4的传送光学系统1D中，也可以与作为成像光学系统应用了多个双面角形反射器阵列3的传送光学系统1A同样地，在空间上离开的位置上投影被投影物O的实像P。另外，在构成利用了三个以上的实镜影像成像光学系统4的传送光学系统的情况下，也与第一实施方式等同样地，如果实镜影像成像光学系统4的数量是偶数，则观察到的实像P的凹凸与被投影物O的凹凸相同，如果是奇数，则观察到的实像P的凹凸与被投影物O的凹凸相比反转。进而，即便使作为邻接的对称面的半透半反镜面S”彼此的角度成为平行以外的角度而倾斜，也得到与第二实施方式同样的结果。

另外，在本发明的传送光学系统中，作为成像光学系统，例如可以组合第一实施方式的双面角形反射器阵列3与第三实施方式的实镜影像成像光学系统4。例如，图14所示的传送光学系统1E在靠近被投影物O的第一成像光学系统中应用了双面角形反射器阵列3，在靠近观察侧的第二成像光学系统中应用了实镜影像成像光学系统4。在这样的情况下，首先，从被投影物O发出的光由双面角形反射器阵列3的各双面角形反射器2的各镜面要素21、22各反射一次，共反射两次而弯曲并同时透射元件面S，从而在被投影物O的相对元件面S的面对称位置上形成实像P1。接下来，从该实像P1发出的光由实镜影像成像光学系统4的半透半反镜41反射并由后向反射器阵列42递归反射，进而直线地透射半透半反镜面42，与此同时透射半透半反镜41并由后向反射器阵列42递归反射，进而由半透半反镜42反射，从而在被投影物O的相对半透半反镜面S”的面对称位置上形成实像P2。这样，即使是具备多种成像光学系统的传送光学系统，也可以与上述各实施方式同样地在相对各对称面(元件面S、半透半反镜面S”)的面对称位置上依次形成被投影物O的实像。即使将一个传送光学系统中的成像光学系统的数量增加至三个以上，或使邻接的对称面彼此的角度倾斜，也同样如此。

进而，在传送光学系统中的成像光学系统中，在成像光学系统不是实镜影像成像光学系统的情况下，虽然在三维物体中产生失真，但还可以用于其不会成为问题的用途中。另外，在上述实施方式中示出了在成像光学系统之间必定形成实像的方式，但如图15中将双面角形反射器阵列用作成像光学系统的情况那样，使两个邻接的成像光学系统3-1、3-2彼此的间隙更窄，并在实像P1的成像距离之前配置成像光学系统3-2，也仅作为被投影物O(在图示例子中用“F”的文字表示)的虚像P’传送，即使在进行了多级构成的中间级中采用了这样的方式也不会对最终的传送本身带来影响。这样的作用在应用了由半透半反镜与后向反射器阵列构成的成像光学系统的情况下也同样。另外，各部分的具体结构也不限于上述实施方式，而可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变更。

产业上的可利用性

本发明的传送光学系统不论二维还是三维都通过使被投影物的实像经由多个成像光学系统而相对各成像光学系统具有的对称面依次成像于面对称位置，从而最终可以在空间上远离被投影物的位置上使被投影物的实像成像，所以可以用作例如立体内窥镜、新的显示器装置等图像(影像)投影装置、观察装置。

Claims (9)

1.一种传送光学系统，利用了镜面反射，在光透射由一个平面构成的对称面时使光线产生偏折，相对该对称面使前后关系反转而成像，其特征在于，

排列多个利用了两次以上的镜面反射的成像光学系统并使它们相互离开地配置，该成像光学系统能够使配置在上述对称面的一侧的被投影物的像在该对称面的相反侧成像为实像，

在上述多个成像光学系统中，最靠近上述被投影物的成像光学系统使该被投影物透射该对称面地成像而投影，

其他成像光学系统使由与上述被投影物侧邻接的成像光学系统成像并投影的像在对称面的相反侧成像而投影。

2.根据权利要求1所述的传送光学系统，其特征在于，

使上述成像光学系统中的至少一个配置有多个利用以与成为上述对称面的元件面垂直或接近垂直的角度配置的一个以上的镜面来反射光的单位光学元件。

3.根据权利要求2所述的传送光学系统，其特征在于，

使上述单位光学元件具备正交的两个镜面并作为双面角形反射器发挥功能，并且使上述成像光学系统是具备多个该双面角形反射器的双面角形反射器阵列。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的传送光学系统，其特征在于，

使上述成像光学系统中的至少一个是实镜影像成像光学系统，该实镜影像成像光学系统具备：具有成为上述对称面的半透半反镜面的半透半反镜；和递归反射元件，该递归反射元件是配置在使来自该半透半反镜的透射光或反射光递归反射的位置上的单位递归反射元件的集合。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的传送光学系统，其特征在于，

将上述多个成像光学系统排列成使它们所有的对称面平行。

6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的传送光学系统，其特征在于，

将上述多个成像光学系统排列成使至少邻接的一对对称面能够形成平行以外的角度。

7.根据权利要求1～4中的任意一项所述的传送光学系统，其特征在于，

将上述多个成像光学系统中的至少一个成像光学系统配置成其对称面能够相对于邻接的成像光学系统的对称面变更角度。

8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的传送光学系统，其特征在于，

使上述成像光学系统的数量为偶数。

9.根据权利要求1～7中的任意一项所述的传送光学系统，其特征在于，

使上述成像光学系统的数量为奇数。

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