CN101680976A - 实镜影像成像光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实镜影像成像光学系统，由半透半反镜、和配置在使来自该半透半反镜的透射光或反射光回归反射的位置的回归反射元件构成实镜影像成像光学系统，使从配置在半透半反镜的背面侧的被投影物中发出的光经由第一光路和第二光路中的某一个或两个光路而使被投影物的实镜影像成像于相对半透半反镜的面对称的位置，该第一光路基于半透半反镜的透射、回归反射元件中的回归反射、以及半透半反镜中的反射，该第二光路基于半透半反镜中的反射、回归反射元件中的回归反射、以及半透半反镜的透射。

Description

实镜影像成像光学系统

技术领域

[0001]本发明涉及作为实像而可以得到成为被投影物的物体或影像的镜影像的光学系统。

背景技术

[0002]此前，本发明者提出了如下实镜影像成像元件：利用具备多个由两个正交的镜面构成的双面角型反射器的双面角型反射器阵列，可以在空中作为实镜影像而观察作为二维或三维的被投影物的物体或影像(例如参照专利文献1)。其具有如下作用：使相对元件面大致垂直的两个镜面正交而作为双面角型反射器，使从配置在元件的一面侧的被投影物中发出的光通过该双面角型反射器的两个镜面分别反射一次而透射该元件，从而在相对元件面的面对称的位置将被投影物的镜影像成像成实像(实镜影像)。

[0003]专利文献1：日本特开2006-080009申请说明书

[0004]这样的具有双面角型反射器的实镜影像成像元件将二维的被投影物作为二维的实镜影像，将三维的被投影物作为三维的实镜影像，而可以得到没有失真的像，并且还可以实现元件自身的小型化、薄型化，所以结构新且有用。但是，如果举出上述实镜影像成像元件的课题，则由于需要形成相对元件面垂直的镜面，所以必需选择高精度且低成本的制造方法，并且视角狭窄。

发明内容

[0005]本发明是鉴于这样的课题而完成的，其目的在于提供一种新的光学系统，通过利用更易于制造且可以任意配置的光学元件，可以得到被投影物的实镜影像。

[0006]即本发明提供一种实镜影像成像光学系统，其特征在于包括：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回归反射的位置的单位回归反射元件的集合即回归反射元件，使来自配置在上述半透半反镜的背面侧的被投影物所发出的光经由第一光路和第二光路中的某一个或两个光路而使上述被投影物的实镜影像成像于相对该半透半反镜的面对称的位置，在该第一光路中，使来自配置在上述半透半反镜的背面侧的被投影物所发出的光透射该半透半反镜，并且在配置于表面侧的上述各单位回归反射元件回归反射，进而在该半透半反镜的表面侧反射，在该第二光路中，使来自上述被投影物所发出的光在该半透半反镜的背面侧反射，并且在配置于背面侧的上述各单位回归反射元件回归反射，进而透射该半透半反镜。

[0007]在本发明中，“回归反射”是指，使反射光向入射光入射来的方向反射(逆反射)的现象，入射光与反射光平行且成为相反方向。在单位回归反射元件充分小的情况下，可以视为入射光与反射光的路径重叠。将这样的单位回归反射元件的集合在本发明中称为回归反射元件，但在该回归反射元件中各单位回归反射元件无需存在于同一面上，各单位回归反射元件也可以三维地分散。另外，本发明中的“半透半反镜”是指，具备使光线透射的功能和反射的功能这两个的部件，优选透射率与反射率成为大致1∶1。

[0008]根据这样的本发明的实镜影像成像光学系统，不论使从被投影物中发出的光通过半透半反镜的透射、各单位回归反射元件中的回归反射、以及半透半反镜中的反射这样的第一光路、和半透半反镜中的反射、各单位回归反射元件中的回归反射、以及半透半反镜的透射这样的第二光路中的哪一个光路，都可以成像于相对半透半反镜的面对称的位置而作为实镜影像。在成像中，既可以利用第一光路和第二光路这两个，也可以仅利用一个，但在仅利用一个光路的情况下，与利用两个光路的情况相比，实镜影像的明亮度(规定成透射率)成为大致一半。

[0009]另外，回归反射元件由于起到使入射的光逆反射的功能，所以各单位回归反射元件的配置不限于上述构成第一光路或第二光路的结构，而是任意的，也可以如上所述三维地分散。但是，在该情况下，为了使来自各个方向的光可靠地回归反射，需要非常多的单位回归反射元件，所以从回归反射元件的制造的难易度的观点出发，优选将各单位回归反射元件设定在共同的曲面上或平面上。

[0010]特别在将回归反射元件设为曲面的情况下，由于在任意场所都可以使入射射出光角度相对元件的反射面接近垂直，所以可以良好地维持元件中的反射率。在回归反射元件中，具有在光线从相对元件的反射面倾斜的方向入射时，反射率降低这样的特征，例如在回归反射元件是平面的情况下，在元件的上部成为来自斜向的入射，所以观察的像变暗。另外，通过将回归反射元件设为曲面并以包围所成像的实镜影像的形式配置元件，可以确保非常宽的视角。另外，即使将回归反射元件设为曲面，只要构成的各单位回归反射元件可以正确地进行回归反射，则像质不会特别恶化，而可以自由地设计该曲面。

[0011]另外，只要如上所述利用第一光路或第二光路中的至少一个，则可以向相对半透半反镜的面对称的位置成像被投影物的实镜影像，所以将回归反射元件仅配置在半透半反镜的表面侧与背面侧中的某一个即可，在将回归反射元件配置于半透半反镜的表面侧的情况下，利用第一光路来成像，在配置于背面侧的情况下利用第二光路来成像。在希望利用两个光路来得到更明了的实镜影像的情况下，配置在半透半反镜的表面侧和背面侧这两个中即可。进而，在半透半反镜的表面侧和背面侧这两个中配置回归反射元件的情况下，将它们配置在同一面上即可，其中该面既可以是曲面也可以是平面，例如在将各回归反射元件分别设为在共同的平面上配置了单位回归反射元件的方式的情况下，还可以将两个回归反射元件设为相对半透半反镜侧附加了小于180度的角度的弯曲姿势。

[0012]为了防止从观察者通过半透半反镜直接视认被投影物，优选在半透半反镜中，设置用于对与第一光路以及第二光路相比更接近相对实镜影像的观察侧的区域进行遮光的遮光单元。作为遮光单元，在最简易的结构中，在半透半反镜的表面侧，在从观察者经过半透半反镜可以直接看到被投影物的位置，配置不使光通过的遮光板等部件。

[0013]同时为了可以从各个视点观察被投影物的实镜影像，优选将回归反射元件配置成至少在上述半透半反镜的背面侧中与该半透半反镜一起三维地包围被投影物。这样，在实现实镜影像成像光学系统的多视点化的情况下，如上所述被投影物成为被半透半反镜和其背面侧的回归反射元件包围的状态，所以如果从被投影物中发出的光通过半透半反镜反射，则只要不被被投影物自身阻碍，则一定通过回归反射元件进行回归反射，进而透射半透半反镜，而成像在被投影物相对半透半反镜的面对称位置。即，通过至少利用了第二光路的成像，可以从半透半反镜的表面侧的大致所有方位观察实镜影像。另外，由于从被投影物中输出并通过半透半反镜反射的光不会到达被投影物的正下方的位置，所以也可以不配置回归反射元件。进而，虽然视点的位置的一部分被限制，但通过在半透半反镜的表面侧的空间的一部分中也配置回归反射元件，并利用经过第一光路的成像，也可以提高实镜影像的明亮度。

[0014]另外，除了上述遮光单元以外，为了防止通过半透半反镜直接视认被投影物，在半透半反镜的表面侧，还设置有仅使特定方向的光线透射、遮断或漫射的光学性的视线控制单元，通过该视线控制单元，对从观察半透半反镜的表面侧的空间中的上述实镜影像的视点通过该半透半反镜直接视认被投影物的方向的光线进行遮断。由此，观察者不会直接看到半透半反镜的下侧的被投影物，而可以仅观察作为空中影像的实镜影像。另外，作为视线控制单元的具体例，可以使用仅使特定方向的光线漫射的视野控制膜(例如“RUMISTY(商品名、住友化学株式会社制)”)、仅遮断特定方向的光线的视角调整膜(例如“Light Control Film”(商品名、住友化学株式会社制))等光学膜等。特别，在可以从多视点观察实镜影像的上述实镜影像成像光学系统的情况下，由于无法应用上述遮光单元，所以适合使用这样的视线控制单元。

[0015]作为易于制造的回归反射元件，可以举出由三个邻接的镜面构成单位回归反射元件的元件(广义上可以称为“角反射镜”)。在该情况下，构成各单位回归反射元件的各镜面由于带有角度，所以可以回避在上述双面角型反射器中产生的制作垂直的镜面这样的制造上的困难，可以实现制造的低成本化。例如，在通过电铸或树脂成形来制造构成这样的单位回归反射元件的三个面的情况下，由于三个面具有角度，所以可以通过模具容易地生产，可以极其容易地制造元件。

[0016]更具体而言，在这样的单位回归反射元件中，可以采用由三个相互邻接并正交的镜面构成的角锥棱镜(corner cube)。此处，角锥棱镜是指，利用了立方体内面的一个角的形状且将包围该角的三个面视为镜面的部件可以作为逆反射器(后向反射镜)而发挥功能。

[0017]进而，除了角锥棱镜以外，在单位回归反射元件中，还可以采用三个邻接的镜面所成的角度中的两个是90度、且另一个角度成为90/N度(其中N为整数)的元件，或者采用三个镜面所成的角度成为90度、60度以及45度的锐角后向反射镜。

[0018]另外，当构成各单位回归反射元件的三个镜面在各个单位回归反射元件彼此中朝向同一方向的情况下，有可能出现通过一次反射、二次反射产生的成像，但通过将构成后向反射镜的三个镜面设为维持该单位回归反射元件内的镜面彼此的角度关系、同时在各个单位回归反射元件中朝向任意方向，可以回避该现象。

[0019]除了使用以往那样的镜面的元件以外，只要是猫眼后向反射镜等使入射光向单位回归反射元件回归反射的元件，则可以使用任意种类的元件。

[0020]根据本发明的实镜影像成像光学系统，通过有效地利用使光透射以及反射的半透半反镜、和使光向入射方向反射的回归反射元件，使处于半透半反镜的一面侧的被投影物的镜影像成像于相对该半透半反镜的面对称的位置而作为实像，可以在宽的视场范围内进行观察，可以通过回归反射元件的配置方式，从半透半反镜的表面侧的大致所有方位观察实镜影像。另外，如果将由三个镜面构成的元件(作为包括角锥棱镜的宽概念，“角反射镜”)用作单位回归反射元件，则可以简易地制作该回归反射元件以及实镜影像成像光学系统。

附图说明

[0021]图1是示出本发明的一个实施方式的实镜影像成像光学系统的原理图。

图2是从横向观察该实镜影像成像光学系统的示意图。

图3是从横向观察该实镜影像成像光学系统的一个变形例的示意图。

图4是从横向观察该实镜影像成像光学系统的另一变形例的示意图。

图5是示出在图2的示意图中配置了遮光板的状态的图。

图6是示出该实镜影像成像光学系统中使用的回归反射元件的一个例子的图。

图7是示出在该实镜影像成像光学系统中使用的回归反射元件的另一例子的图。

图8是示出该实镜影像成像光学系统的又一变形例的示意图。

图9是示出该实镜影像成像光学系统的多视点化的状态的示意的剖面图。

具体实施方式

[0022]以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是该实施方式中的成像的原理图，图2是从横向观察该实施方式中的光线的反射、透射的状态的示意图。在该各图所示的本实施方式的实镜影像成像光学系统1A中，在水平方向上配置半透半反镜2A，并在该半透半反镜2A的一端侧(反观察侧)以垂直姿势配置一个回归反射元件3A，从而半透半反镜2A与回归反射元件3A大致正交。在半透半反镜2A的一个面(背面)侧，作为被投影物O，可以配置二维或三维的物体或影像(放映在屏幕上的影像)，在图示例子中配置了文字“F”的图形而作为被投影物O。另外，如果被投影物O自身发光，则无需另外设置光源，但如果被投影物O不发光，则将来自另外设置的光源的光照射到被投影物O。在本实施方式的实镜影像成像光学系统1A中，被投影物O的镜影像作为实像(实镜影像P)而成像于相对于半透半反镜2A的面对称的位置，可以从半透半反镜2A的斜上方对其进行观察。以下，在总称实镜影像成像光学系统、半透半反镜、以及回归反射元件时，分别使用标号1、2、3，在针对它们示出具体例时对各标号附加字母而示出。

[0023]这样的被投影物O的实镜影像P在图示例子中经由两个光路而成像，所以针对从被投影物O(A点)发出的光线的光路的每一个，说明该成像的结构。在图1中，(a)示出关于第一光路L1的成像的原理，(b)示出关于第二光路L2的成像的原理。首先，对于通过第一光路L1的光线，从被投影物O上的一点即A点向各个方向输出的光直线地透射半透半反镜2A，通过在半透半反镜2A的表面侧突出的回归反射元件3A反射而向相同的方向回归反射(在图2中，作为例子，示出回归反射点的一个即C点)，进而通过半透半反镜2A反射，在半透半反镜2A的表面的上方空间的B点再次集中到一个点。即，该聚光意味着成像。该B点是A点相对半透半反镜2A的面对称位置。另一方面，对于通过第二光路L2的光线，从被投影物O上的一点即A点向各个方向输出的光通过透射半透半反镜2A反射，通过在半透半反镜2A的背面侧突出的回归反射元件3A向相同的方向回归反射(在图2中，作为例子，示出回归反射点的一个即D点)，进而直线地透射半透半反镜2A，从而在半透半反镜2A的表面的上方空间的B点成像。即，通过L1和L2中的任意一个光路的光线都通过被投影物O的相对半透半反镜2A的面对称位置，所以在相同的位置成像出实镜影像P，可以从视点V对其进行观察。此处，通过针对每个光路乘上“半透半反镜透射率”、“半透半反镜反射率”、以及“角锥棱镜反射率”这三个，而得到实镜影像P相对被投影物O的明亮度(光线的透射率)。如果作为理想的最大值，将“半透半反镜透射率”以及“半透半反镜反射率”都设为0.5，将“角锥棱镜反射率”设为r，则通过各光路L1、L2而得到的实镜影像P的透射率都成为0.25r，在将两个光路L1、L2合起来时，实镜影像P整体的透射率成为其合计的0.5r。

[0024]上述成像的结构不依赖于回归反射元件3A的位置、与半透半反镜2A之间形成的角度而是共同的。即，对例如如图3所示的实镜影像成像光学系统1B所示，将一个回归反射元件3B与半透半反镜2B(与上述半透半反镜2A等同)不正交地倾斜配置的情况进行说明。对于通过第一光路L1的光线，从被投影物O上的一点(A点)向各个方向输出的光直线地透射半透半反镜2B，在半透半反镜2B的表面侧通过回归反射元件3B向相同的方向回归反射(在该图中，作为例子，示出回归反射点的一个即C点)，进而通过半透半反镜2B反射，从而在A点相对半透半反镜2B的面对称位置即B点成像。另外，对于通过第二光路L2的光线，从被投影物O上的一点(A点)向各个方向输出的光通过半透半反镜2B反射，在半透半反镜2B的背面侧通过回归反射元件3B向相同的方向回归反射(在该图中，作为例子，示出回归反射点的一个即D点)，进而直线地透射半透半反镜2B，从而在B点成像。在该情况下，虽然关于实镜影像P都成像于B点的情况对于两个光路是共同的，但光路长L2＞L1。在该光学系统的情况下，随着光路长变长，由于衍射、加工精度而引起像的模糊逐渐增加，所以经过了第二光路L2而得到的实镜影像P的分辨率低于经过第一光路L1而得到的实镜影像P的分辨率。

[0025]另外，如图4所示的实镜影像成像光学系统1C那样，使回归反射元件3C在半透半反镜2C(与上述半透半反镜2A等同)的表面侧和背面侧弯曲的部件中，成像的结构也相同。在该图的情况下，可以在半透半反镜2C的表面侧、背面侧分别配置一个平面状的回归反射元件3C。另外，在该图示例中，示出了半透半反镜2C的表面侧、背面侧的回归反射元件3与半透半反镜2C分别所成的角度相同的情况。对于通过第一光路L1的光线，从被投影物O上的一点(A点)向各个方向输出的光直线地透射半透半反镜2C，在半透半反镜2C的表面侧通过回归反射元件3C向相同的方向回归反射(在该图中，作为例子，示出回归反射点的一个即C点)，进而通过半透半反镜2C反射，从而在A点的半透半反镜2C的面对称位置即B点成像。另外，对于通过第二光路L2的光线，从被投影物O上的一点(A点)向各个方向输出的光通过半透半反镜2C反射，在半透半反镜2C的背面侧通过回归反射元件3C向相同的方向回归反射(在该图中，作为例子，示出回归反射点的一个即D点)，进而直线地透射半透半反镜2C，从而在B点成像。如上所述，由于在半透半反镜2C的表面侧、背面侧回归反射元件3C与半透半反镜2C所成的角度相同，所以第一光路L1与第二光路L2的光路长相同，经过两个光路L1、L2的实镜影像P的分辨率也相同。其意味着，如果与图1以及图2所示的例子同样地，在半透半反镜2C的表面侧和背面侧面对称地配置回归反射元件3C，则两个光路L1、L2的光路长相等，所观察的实镜影像P的分辨率也相同。另外，由于与图1以及图2所示的例子相比，光线以相对回归反射元件3C接近垂直的角度入射/反射，所以在图4所示的例子中，回归反射元件3C中的反射效率更高，实镜影像P以均匀的明亮度变得更亮。另外，如果允许分辨率根据光路长L1、L2而不同，则也可以在半透半反镜2C的表面侧和背面侧使回归反射元件3C的角度不同，在该情况下也同样地在B点得到实镜影像P。

[0026]如上所述，即使在如上述各图所示至少在半透半反镜2的表面侧和背面侧分别在不同的平面或曲面上形成了回归反射元件3的情况下，只要使用使光线向入射方向逆反射的回归反射元件3，则被投影物O的实镜影像P也成像于相对半透半反镜2的面对称位置。进而，即使构成回归反射元件3的单位回归反射元件三维地分散，也相同。进而，在设为仅使用光路L1、L2中的某一个的成像样式的情况下，仅在半透半反镜2的表面侧或背面侧中的一个配置回归反射元件3即可。

[0027]对于构成上述那样的本实施方式的实镜影像成像光学系统1的半透半反镜2，例如可以利用在透明树脂、玻璃等透明薄板的一个面上涂层了反射膜的部件。通过对该透明薄板的相反侧的面实施无反射处理(AR涂层)，可以防止所观察的实镜影像P成为双重。另外，考虑从位于向回归反射元件3的对向位置的观察者，可以通过半透半反镜2直接视认被投影物O的情况。因此，也可以以图2所示的实镜影像成像光学系统1A为例子，如图5所示，在半透半反镜2的观察侧(视点V侧)的区域，作为遮光单元的一种而配置遮光板4，或者涂敷遮光膜或遮光涂料，从而进行遮光，以从观察者经由半透半反镜2看不到被投影物O。

[0028]另一方面，只要是将表面设为镜面精度的平滑度而使光线回归反射的元件、或向原材料表面涂层回归反射膜或回归反射涂料而得到的元件等使入射光逆反射的元件，则回归反射元件3可以应用任意种类的元件。例如，图6(a)的正面图所示的回归反射元件3是作为利用立方体内角的一个角的角锥棱镜的集合的角锥棱镜阵列。构成单位回归反射元件的各角锥棱镜31是使三个相同形状相同大小的呈现等边三角形的镜面31a、31b、以及31c集中于一点而在正面观察的情况下形成正三角形的部件，这些三个镜面31a、31b、以及31c相互正交。如图6(b)的立体图所示，入射光通过三个镜面依次反射，从而光线与入射光平行地反射而行进。另外，图7(a)的正面图所示的回归反射元件3也是作为利用立方体内角的一个角的角锥棱镜的集合的角锥棱镜阵列。构成单位回归反射元件的各角锥棱镜31’是使三个相同形状相同大小的呈现正方形的镜面31a’、31b’、以及31c’集中于一点而在正面观察的情况下形成正六边形的部件，这些三个镜面31a’、31b’、以及31c’相互正交。如图7(b)的立体图所示，入射光通过三个镜面依次反射，从而光线与入射光平行地反射而行进。这样，可以例如通过切削铝或镍等金属板而实现的镜面加工、通过对金属板或树脂板的电铸工艺，来制作图4、图5所示那样的角锥棱镜阵列。这些两种角锥棱镜阵列的差异在于，镜面是等边三角形的部件虽然比较易于制作但反射率稍微低，镜面是正方形的部件虽然比较难以制作但反射率较高。

[0029]除了上述角锥棱镜阵列以外，作为单位回归反射元件，还可以采用通过三个镜面使光线回归反射的元件(广义上的“角反射镜”)。虽然未图示，但例如作为单位回归反射元件，可以将三个镜面中的两个镜面彼此正交并且另一个镜面相对其他两个镜面形成90/N度(其中N为整数)的元件、或者三个镜面与邻接的镜面所成的角度分别成为90度、60度以及45度的锐角后向反射镜用作本实施方式中应用的回归反射元件3。另外，还可以将猫眼后向反射镜等用作单位回归反射元件。

[0030]另外，单位回归反射元件的尺寸是决定像的分辨率的参数。在几何光学上，点光源扩展成单位回归反射元件的尺寸的两倍左右而成像，所以优选期望更小的光源，但另一方面在波动光学上当尺寸变小后，衍射变得显著而使分辨率恶化。因此，需要考虑这些相反的效果来决定大小。例如，在从几十cm左右的近距离观察像的情况下，优选具有五十～几百μm左右的尺寸，在从几m～几十m的远距离观察的情况下，需要与距离对应地增大尺寸，优选为几百～几千μm的尺寸。

[0031]另外，在以上的说明中，作为回归反射元件，说明了平面形状的元件，但也可以如图8所示的实镜影像成像光学系统1D那样应用曲面形状的回归反射元件3D。该图(a)是从横向观察的实镜影像成像光学系统1的示意图，该图(b)是从上方观察的实镜影像成像光学系统1的示意图。在该图示例中，作为回归反射元件3D，采用了内侧为空洞的部分球体状的元件，在内面侧形成多个单位回归反射元件，将内部空间上下隔开而以水平姿势设置半透半反镜2(与上述半透半反镜2A等同)。在这样的实镜影像成像光学系统1D中，与上述使用了平面形状的回归反射元件1A、1B、以及1C的实镜影像成像光学系统1A、1B、以及1C同样地，从被投影物O(A点)输出的光经过两个光路L1、L2，从而在相对半透半反镜2D的面对称位置(B)点成像为实镜影像，但相对曲面状的回归反射元件3D的表面(反射面)的光线的入射角度、射出角度不论在回归反射元件3的哪个位置都接近垂直，所以作为回归反射元件3D中的反射率非常高的元件，可以维持极其高的视角以及分辨率。

[0032]除了上述，还可以通过变更回归反射元件的配置结构，来实现实镜影像成像光学系统的多视点化、即可以同时从多个方向观察被投影物O的实镜影像P。图9是示出实现多视点化的实镜影像成像光学系统1E的一个例子的概略的纵剖面图。在该实镜影像成像光学系统1E中，通过呈现圆盘状的半透半反镜2E、和在半透半反镜2E的背面侧呈现半球状的回归反射元件3E来包围被投影物O。半透半反镜2E的形状与上述各半透半反镜2A～2D不同，除此以外是等同的。另外，在半透半反镜2E的上面，作为使特定方向的光线透射且遮断其他特定方向的光线、或者仅使特定方向的光线漫射的视线控制单元，粘贴设置了视野控制膜或视角调整膜等光学膜5。另一方面，回归反射元件3E与上述回归反射元件3D同样地，具有在内面侧形成有多个单位回归反射元件的弯曲形状。另外，由于在光线的回归反射中不利用成为被投影物O的正下方的回归反射元件3E的底部，所以没有形成单位回归反射元件，但即使在底部形成了单位回归反射元件也没有问题。

[0033]在该实镜影像成像光学系统1E的情况下，由于在半透半反镜2E的表面侧没有配置回归反射元件，所以仅观察到根据通过第二光路的成像而形成的实镜影像P。即，从被投影物O上的一点即A点向各个方向输出的光通过半透半反镜2E反射，并通过处于半透半反镜2E的背面侧的回归反射元件3E向相同的方向回归反射(在图9中，作为例子，示出回归反射点的一点即D点)，进而直线地透射半透半反镜2E，从而在半透半反镜2E的表面的上方空间中的A点的面对称位置即B点成像。另外，从被投影物O朝向正上方输出并通过半透半反镜2E而反射的光再次返回到被投影物O，所以不在回归反射元件3E回归反射，根据该理由，在回归反射中不利用回归反射元件3E的底部。因此，除了被投影物O的正上方的空间以外，还可以将半透半反镜2E的表面侧的空间的大致所有位置作为视点，而同时观察作为成像点B的集合的实镜影像P。另外，从被投影物O发出的光中的直接透射半透半反镜2E而未被反射的光由于光学膜5而不会到达视点，所以可以防止从视点A直接观察到被投影物O。

[0034]这样的可以实现多视点化的实镜影像成像光学系统不限于上述的方式，只要通过半透半反镜和回归反射元件包围被投影物，则可以适当地变更它们的形状等。例如，代替上述图9的实镜影像成像光学系统1E的结构，在半透半反镜2E的表面侧也配置与背面侧同样的回归反射元件3E，从而还可以利用第一光路来提高实镜影像P的明亮度。但是，在表面侧的回归反射元件3E中，考虑从相同一侧的视点观察实镜影像P，在可以充分确保视点的范围内，决定从半透半反镜2E的突出高度即可。

[0035]另外，本发明不限于上述实施方式，并且，对于半透半反镜、回归反射元件等各部的具体的结构，也不限于上述实施方式、上述各种例子，而可以在不脱离本发明的要旨的范围内实现各种变形。

产业上的可利用性

[0036]本发明的实镜影像成像光学系统可以应用于将被投影物的实镜影像投影成空中影像，并可以实现与用户的互动的影像设备、引力装置、教育设备、医用设备等领域中。

Claims (13)

1.一种实镜影像成像光学系统，其特征在于包括：

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回归反射的位置的单位回归反射元件的集合即回归反射元件，

使来自配置在上述半透半反镜的背面侧的被投影物所发出的光经由第一光路和第二光路中的某一个或两个光路而使上述被投影物的实镜影像成像于相对该半透半反镜的面对称的位置，

在该第一光路中，使来自配置在上述半透半反镜的背面侧的被投影物所发出的光透射该半透半反镜，并且在配置于表面侧的上述各单位回归反射元件回归反射，进而在该半透半反镜的表面侧反射，

在该第二光路中，使来自上述被投影物所发出的光在该半透半反镜的背面侧反射，并且在配置于背面侧的上述各单位回归反射元件回归反射，进而透射该半透半反镜。

2.根据权利要求1所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

在上述回归反射元件中，在共同的曲面上排列了各单位回归反射元件。

3.根据权利要求1所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

在上述回归反射元件中，在共同的平面上排列了各单位回归反射元件。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

将上述回归反射元件配置在上述半透半反镜的表面侧与背面侧的某一个或两个中。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

在上述半透半反镜中，设置有对与上述第一光路以及第二光路相比更接近相对实镜影像的观察侧的区域进行遮光的遮光单元。

6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

将上述回归反射元件配置成至少在上述半透半反镜的背面侧中与该半透半反镜一起三维地包围上述被投影物。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

在上述半透半反镜的表面侧，设置有仅使特定方向的光线透射、遮断或漫射的光学性的视线控制单元，

通过该视线控制单元，对从观察上述半透半反镜的表面侧的空间中的上述实镜影像的视点通过该半透半反镜直接视认上述被投影物的方向的光线进行遮断。

8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

上述单位回归反射元件由三个邻接的镜面构成。

9.根据权利要求8所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

上述单位回归反射元件是由三个相互正交且邻接的镜面构成的角锥棱镜。

10.根据权利要求8所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

在上述单位回归反射元件中，三个邻接的镜面所成的角度中的两个角度是90度，且另一个角度形成90/N度，其中N为整数。

11.根据权利要求8所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

上述单位回归反射元件是三个邻接的镜面所成的角度成为90度、65度以及45度的锐角后向反射镜。

12.根据权利要求8～11中的任意一项所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

将构成上述单位回归反射元件的三个镜面设为维持该单位回归反射元件内的镜面彼此的角度关系，同时在各个单位回归反射元件中朝向任意的方向。

13.根据权利要求1～7中的任意一项所述的实镜影像成像光学系统，其特征在于：

上述单位回归反射元件是猫眼后向反射镜。

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