CN102798910B - 反射器阵列光学装置及使用其的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及反射器阵列光学装置及使用其的显示装置。一种反射器阵列光学装置包括：两个二面角反射器阵列光学元件，各个二面角反射器阵列光学元件具有基板和在所述基板的一个主面上规则排列并且分别从所述一个主面突出的多个棱柱体。各个棱柱体至少包括两个正交侧面。两个光学元件被粘贴在一起，使得棱柱体的顶面分别直接面对，以形成两个正交平面分别存在于的两个共面平面。

Description

反射器阵列光学装置及使用其的显示装置

技术领域

本发明涉及在观众侧的空间中形成被观察物的实像（实镜像）的反射式实镜像形成元件，以及使用其的显示装置和使用其的光学装置。

背景技术

已经提出了通过使用反射式实镜像形成元件来使得观众看到被观察物在空中的实像（实镜像）的显示装置（参见以下的参考文件1）。

具体地，这种使用反射式实镜像形成元件的显示装置包括在观众侧的空间中的反射式实镜像形成光学装置；以及相对于反射式实镜像形成光学装置设置在与观众侧相对的空间中的被观察物，其中反射式实镜像形成光学装置在关于其对称面的对称位置进行被观察物的实像（实镜像）的形成。

参考文件1说明了单位光学元件（各个称为二面角反射器）作为反射式实镜像形成光学装置，其中各个单位光学元件具有彼此垂直的两个正交镜面（反射面）。参考文件1公开了一种反射式实镜像图像形成元件（各个称为二面角反射器阵列光学元件），其中多个二面角反射器规则地排列在元件面的一个面上。二面角反射器阵列光学元件具体地利用了在基板中形成并且贯穿元件面的正方形孔的各个内壁，作为以格栅图案布局的二面角反射器。另外，该二面角反射器阵列光学元件利用由透明材料制成的、分别从基板的表面垂直突出的多个透明立方体形状的管状体，其中二面角反射器使用各个透明管状体或者棱柱体的内壁面。

在二面角反射器阵列光学元件的多个排列的二面角反射器中，由于各个镜面垂直于元件面设置，所以光（从存在于元件面一侧的被观察物发出的）在通过该二面角反射器时被二面角反射器反射两次，接着由通过该元件的所有光在元件面另一侧的没有被观察物的空间中形成实像。即，二面角反射器阵列光学元件按照被观察物的实像关于二面角反射器阵列光学元件的元件面（所谓的对称面）与被观察物对称地存在的方式进行实像的成像。

参考文件1：WO 2007-116639

通过使用具有正方形孔以及另选地具有由诸如丙烯酸树脂的透明材料制成的立方棱柱体的二面角反射器阵列光学元件，因为透明材料的折射率与空气不同，所以为了获得观察到的最亮的空中像，观察条件存在多种差异。

在现有技术中，存在的问题是如果在二面角反射器阵列光学元件上形成高度低的棱柱体，则很难形成亮度足以与背景亮度区分开来的空中像。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够提高空中像亮度的反射器阵列光学装置及使用其的显示装置。

根据本发明的反射器阵列光学装置把存在于反射器阵列光学装置的一个主面侧的物体的实像形成于反射器阵列光学装置的另一个主面侧，并且包括两个二面角反射器阵列光学元件。二面角反射器阵列光学元件各包括基板以及多个棱柱体，该多个棱柱体规则地排列在所述基板的一个主面上并且分别从所述一个主面突出，其中，所述棱柱体和所述基板由透明材料一体形成。各个棱柱体包括彼此垂直以构成垂直于基板的一个主面的二面角反射器的两个正交平面侧面。所述两个二面角反射器阵列光学元件被粘贴在一起，使得棱柱体的顶面分别直接面对，以在两个二面角反射器阵列光学元件的基板之间形成两个共面平面，其中所述两个正交平面侧面分别存在于所述两个共面平面内。通过使用特定的反射器阵列光学装置，获得高的棱柱体以提高空中像的亮度。与在单个二面角反射器阵列光学元件上构建更高的棱柱体相比，彼此叠置的两个二面角反射器阵列光学元件有效地形成高的棱柱体。

此外，根据本发明的一个方面的反射器阵列光学装置，各棱柱体具有截锥体形状，该截锥体形状包括：彼此垂直并且与基板的一个主面正交的两个正交平面；锥面侧面；以及在基板上面积大于顶面侧的面积的基面。换句话说，本发明的反射器阵列光学装置是反射式实镜像形成光学装置，其在观察者侧的空间中形成被观察物的实像（即，实镜像）并且具有彼此叠置的两个二面角反射器阵列光学元件的构造，二面角反射器阵列光学元件各包括多个相同的截锥体（包括二面角反射器），其中两组截锥体分别在顶面处粘接在一起，使得精确一致的正交平面（二面角反射器）在叠置时在它们之间形成形成连续平面。在两个二面角反射器阵列光学元件的每个中，基板和从基板突出的截锥体由透明材料一体地形成为一件。在截锥体的四个侧面中，两个正交侧面形成为垂直于基板的二面角反射器，而除这两个正交侧面之外的两个侧面形成为以截锥体的顶面的面积小于在基板侧上的基面（底面）的面积的方式倾斜。根据装置的这种构造，使用可以通过注射成型制造的二面角反射器阵列光学元件的反射器阵列光学装置，形成更亮的空中像。

优选地是，在反射器阵列光学装置中，将倾角设置在相对于垂直于各个二面角反射器阵列光学元件的基板的平面（或者法线）在5°以上到25°以下的角度范围内。考虑到光学元件从压模的分离，锥形部的锥角（即，相对于基板法线的角）被设置为大的值。当锥形部的锥角过大时，棱柱体的顶面的面积减小。因此由于棱柱体的顶面具有二面角反射器反射的光的光出射面的功能，所以被观察物的实像（实镜像）变暗。此外，即使顶面的面积确保了成像实像的光，当棱柱体的底面的面积增加时，光学元件的单位面积的二面角反射器数量减少，从而类似地，被观察物的实像（实镜像）变暗。

对于这种相反情形，根据我们对于棱柱体使用各种锥角的注射成型实验，发现上述锥角（即，锥形侧面和垂直于基板的平面之间形成的角）在5°以上且25°以下的角度范围内是合适的。

优选地垂直于基板的两个正交平面涂覆有金属膜，用作反射器阵列光学装置的各个二面角反射器阵列光学元件中的反射面的二面角反射器。

优选地是，反射器阵列光学装置的二面角反射器阵列光学元件分别通过注射成型形成。

当棱柱体具有截锥体形状时，除二面角反射器的两个侧面之外还存在两个平面侧（除了顶面和底面之外），这样的两个平面侧面形成为具有上述倾斜。这样的两个平面侧面可以形成为具有相同的锥角，另选地具有不同的锥角。假设通过诸如电铸加工的反转法制造成型模具，当两个平面侧面形成为具有相同锥角时，仅需一种刀具用于制造。这是很方便的。

根据具体的反射器阵列光学装置，可以实现利用在观察者侧的空间中形成被观察物的亮的实像（实镜像）的反射式实镜像形成光学装置的显示装置。

根据本发明的具体反射器阵列光学装置，由于具有高度低的棱柱体的两个二面角反射器阵列光学元件叠置，所以获得高的棱柱体，以获取亮的空中像显示。此外，对于反射器阵列光学装置，能够利用可以通过注射成型制造的二面角反射器阵列光学元件。另外，作为次要的有利效果，由于多次反射，本发明减少了向观察者透过光。

附图说明

结合附图，在以下说明中描述本发明的上述方面和其它特征，其中：

图1是例示出根据本发明的实施方式的反射器阵列光学装置的放大的部分切下立体图；

图2是例示出根据本发明的另一个实施方式的反射器阵列光学装置的放大的部分切下立体图；

图3是例示出图2所示的反射器阵列光学装置中的一个二面角反射器阵列光学元件的放大的部分切下立体图；

图4A和图4B分别是沿着图3中的A-A线和B-B线提取的截面图；

图5是例示出根据本发明的实施方式的二面角反射器阵列光学元件的截锥体（frustum body）的放大的立体图；

图6A到图6E是例示出说明制作二面角反射器阵列光学元件的比较注射成型工艺的成型模具（molding dies）的局部示意性截面图；

图7是例示出在制造根据本发明实施方式的二面角反射器阵列光学元件的方法中使用的压模的制造时所使用的金刚石刀具的示意截面图；

图8是例示切削加工之后的铜母板的示意性平面图；

图9是部分在图8的A-A线截取的放大截面图；

图10是例示通过电铸加工（electro-forming process）获得的压模的放大的局部示意性截面图；

图11A到图11E是例示出说明制造根据本发明的示例的二面角反射器阵列光学元件的热压加工的成型模具的局部示意性截面图；

图12A是例示出应用于根据本发明的实施方式的显示装置的二面角反射器阵列光学元件的具体示例的部分切下的平面图；

图12B是例示出应用于实施方式的显示装置的二面角反射器阵列光学元件的放大的部分切下立体图；

图13A到图13D是例示出说明作为根据本发明的示例的用于粘贴两个二面角反射器阵列光学元件的叠置工序的二面角反射器阵列光学元件的示意性立体图；

图14是示意地示出反射器阵列光学装置中的截锥体形状的突出部的连接状态的部分切下的截面图；

图15是例示出应用于根据本发明实施方式的显示装置的二面角反射器阵列如何形成实像的示意性立体图；

图16是例示出应用于根据本发明实施方式的显示装置的二面角反射器阵列光学元件如何形成实像的示意性平面图；以及

图17是例示出应用于根据本发明实施方式的显示装置的二面角反射器阵列光学元件如何形成实像的示意性侧视图。

具体实施方式

下面将参照附图描述根据本发明的实施方式的二面角反射器阵列光学元件及其制造方法以及使用其的显示装置。

图1示出了根据本发明的实施方式的反射器阵列光学装置的放大的部分切下立体图。在图2中，附图标记6和6a表示二面角反射器阵列光学元件，附图标记50和50a表示棱柱体，而附图标记60和60a表示基板。两个二面角反射器阵列光学元件6和6a各具有透明材料的基板60和60a以及在基板60和60a上一体地形成的多个棱柱体50和50a，作为单片。反射器阵列光学装置配置为两个二面角反射器阵列光学元件6和6a被叠置使得棱柱体50和50a分别直接面对。

两个二面角反射器阵列光学元件6和6a粘贴在一起，使得棱柱体50和50a的顶面分别直接面对，以在两个二面角反射器阵列光学元件的基板之间形成两个共面平面，两个正交平面（镜面61a、61b）分别存在于这两个共面平面中。反射器阵列光学装置配置为两个二面角反射器阵列光学元件彼此面对，其中多个相同的立方体的突出部分别粘贴在二面角反射器阵列光学元件的顶面，使得分别垂直于基板的、精确一致的正交平面在基板之间形成连续平面。

存在多种用于形成具有图1所示的突出的棱柱体50的二面角反射器阵列光学元件6和6a的方法，诸如均使用诸如丙烯酸树脂等的透明材料的注射成型法和热压加工。这些方法使得能够制造具有矩形直方体形状的、高度低的棱柱体50的二面角反射器阵列光学元件6和6a。由于突出的棱柱体50具有分别垂直于基板60的4个侧面，所以棱柱体的高度越高，在成型之后越难将光学元件与压模分开（脱模）。因而，对于二面角反射器阵列光学元件的制造可以使用X射线光刻法，使得能够直接在树脂基板表面上形成具有分别垂直于树脂基板的4个侧面的矩形直方体形状的或者立方体形状的突出部。

使用具有由丙烯酸树脂等制成的棱柱体的二面角反射器阵列光学元件获得所观察到的最亮空中像的观察角度条件不同于具有立方体形状的孔的光学元件的观察角度条件。即，当具有立方体形状的孔的二面角反射器阵列光学元件形成空中像时，在35°的角度方向观察到最亮的空中像。相反地，当由具有由丙烯酸树脂制成的各具有正长方体形状（高度为正方形基面边长的二倍）的棱柱体的二面角反射器阵列光学元件形成空中像时，作为丙烯酸树脂的折射率为1.5的模拟的结果，与35°的角度方向的情况相比较，因为光线通过了折射率比空气折射率大的丙烯酸树脂，所以观察到更亮的空中像。在通过塑性成型（plastic molding）形成这种光学元件的高的棱柱体的情况下，正长方体形状的突出部（即棱柱体）的高度越高，成型之后脱模越困难。

向棱柱体的各个突出部添加锥形结构或者倾斜面（即，“脱模角”）使得二面角反射器阵列光学元件从压模容易地脱离。然而，如果棱柱体的各个突出部设置有脱模角，则具有该二面角反射器的二面角反射器阵列光学元件中光利用率降低。例如，在各具有矩形直方体（带有倾面）的突出部的二面角反射器阵列光学元件的情况下，如果突出部的高度为正方形基面边长的二倍，则突出部的顶面面积变为正方形基面面积的1/3，使得通过顶面的光线与面积的减小一样地减少。

鉴于上述情形，针对制造方面，以及针对光学方面，限制具有通过塑性成型形成的、具有突出部（各突出部具有斜面）的二面角反射器阵列光学元件中的突出部的高度。

图2示出了根据本发明的另一个实施方式的、取消了对突出部高度的限制的反射器阵列光学装置的放大的部分切下立体图。在图2中，附图标记6和6a表示二面角反射器阵列光学元件，附图标记51和51a表示截锥体，而附图标记60和60a表示基板。两个二面角反射器阵列光学元件6和6a各具有基板60和60a以及在基板60和60a上的多个截锥体51和51a，基板60和60a以及多个截锥体51和51a由透明材料一体地形成，作为单片。反射器阵列光学装置被配置为两个二面角反射器阵列光学元件6和6a叠置使得截锥体51和51a分别直接面对。

两个二面角反射器阵列光学元件6和6a粘贴在一起，使得截锥体51和51a的顶面分别直接面对，以在两个二面角反射器阵列光学元件的基板之间形成两个共面平面，两个正交平面（镜面61a、61b）分别存在于这两个共面平面中。反射器阵列光学装置配置为两个二面角反射器阵列光学元件彼此面对，其中多个相同的立方体的突出部分别粘贴在二面角反射器阵列光学元件的顶面，使得分别垂直于基板的、精确一致的正交平面在基板之间形成连续平面。优选地使用折射率与树脂的折射率匹配的光学粘接剂，进行光学粘接剂折射匹配，以防止在粘贴面处的光反射。

因为两个二面角反射器阵列光学元件6和6a是相同的，所以以下说明具有突出部（各个具有截锥体形状）的二面角反射器阵列光学元件6。图3示出例示了具有突出的截锥体51的二面角反射器阵列光学元件6的放大的部分切下立体图，即该元件是反射器阵列光学装置的一半。此外，图4A和图4B分别是沿着图3所示的A-A线和B-B线截取的截面图。图5示出例示了二面角反射器阵列光学元件的一个截锥体51的示意性立体图。

图3所示的二面角反射器阵列光学元件6包括由透明材料一体地形成的平板的基板60和多个截锥体51，其中截锥体从基板的基面突出。在各个截锥体上，两个正交侧面（镜面61a和61b）形成为在其交叉线CL处彼此垂直而成为二面角反射器61。截锥体的侧面62a和62b（不同于二面角反射器的两个镜面）相对于基板60的法线具有一定的角度（倾斜面）。图4示出截锥体51的尺寸，高度H、顶面的边长L、间隔D和角θ（即，相对于顶面的倾斜角），作为一个示例，高度H=170μm，正方形的边长L=150μm，间隔D=10μm，倾斜角θ=108°作为典型值，但是截锥体的尺寸不限于这些值。

如图5所示，不平行于二面角反射器的侧面62a和62b属于具有截头角锥台形状的截锥体51的锥形部，该截锥体的顶面53的面积小于基板侧的基面52（底面）的面积。不平行于二面角反射器的侧面62a和62b是锥面。优选地是，把各个锥面的锥角（即，锥面和垂直于基板的平面之间形成的角）设置为在5°以上到25°以下的范围内是合适的。当锥角小于5°时，脱模困难。当锥角大于25°时，则截锥体密度减小，因而形成实像的光通量减小。

如图4所示，截锥体5具有截头角锥台形状，其由包括正交平面侧面61a和61b的直方体部C（例如，立方体）和具有不平行于正交平面侧面的平面侧面62a和62b的锥形部T组成，其中直方体部C和锥形部T成为一体，作为单个突出部。

具体地说明用于制造包括基板和截锥体的二面角反射器阵列光学元件的注射成型法的示例。

如图6A所示，压模101和第二成型模具102被夹紧而彼此直接接触，然后将它们加热到比要注入的树脂的软化温度更高的温度（例如，对于使用丙烯酸树脂的情况为200℃）。

如图6B所示，利用高压把融化的树脂104通过成型模具浇口部103注入到压模101和第二成型模具102之间的型腔。

如图6C所示，在注入树脂104之后，彼此直接接触的压模101和第二成型模具被冷却到低于树脂104的软化温度的温度（例如，对于丙烯酸树脂为80℃）。

如图6D所示，第二成型模具102和压模101彼此分离。

如图6E所示，成型后的光学元件6从第二成型模具102脱离。由于二面角反射器阵列光学元件在成型模具侧具有平坦面，所以这种脱离比较容易进行。当切去了残留在浇口部中的树脂部分时，完成了二面角反射器阵列光学元件。

以下简要地描述用于形成具有预定反转形状的压模的使用金刚石刀具的切削加工和电铸加工。

首先，在准备步骤中，提供金刚石刀具（切割用刀片），其具有垂直切刃面的一侧和对应于截锥体的倾斜面的切刃面的另一侧，如图7所示。

接着，例如，提供具有预定厚度的正方形的如图8所示的铜母板。通过切削加工，使用图7的金刚石刀具，将铜母板切削为具有与二面角反射器阵列光学元件相应的反转形状。具体地，平行于铜母板的正方形的一个边，按照预定节距依次切出水平槽。接着，垂直于先前切出的槽，按照预定节距依次切出垂直槽。对于具有如图4所示的截面的截锥体t的切割，重复进行每一行程每一个槽切入5μm深的切削，直至总和170μm深，然后按照预定节距把金刚石刀具移到下一行的位置，然后重复这些步骤。图9示出了例示这种铜母板150的示意性放大局部截面图。

接着，在切削加工之后，使用铜母板进行镍镀电铸加工，从而制作具有铜母板（其具有与二面角反射器阵列光学元件相同的截锥体）的反转形状的成型模具的镍压模101。图10示出例示了电铸加工得到的压模101的示意放大局部截面图。

也可以通过在热压加工中使用压模101来形成二面角反射器阵列光学元件。使用热压加工形成二面角反射器阵列光学元件的过程如下。

如图11A所示，提供压模101和金属模具202并且把它们加热到比要使用的树脂104的软化温度更高的温度（例如，对于使用丙烯酸树脂的情况为200℃）。

如图11B所示，把要使用的树脂片104放置在金属模具202上。

如图11C所示，把压模101按压在金属模具202上的树脂片104上（加压）。保持对树脂片加压，把压模101和金属模具202冷却到低于树脂片104的软化温度的温度（例如，对于丙烯酸树脂为80℃）。

如图11D所示，压模101从树脂片104和金属模具202脱离。在此时刻，优选地是，使用真空吸附等将二面角反射器阵列光学元件6的铸件吸在金属模具202上，以便于把压模101从成型后的二面角反射器阵列光学元件和金属模具202脱开。

如图11E所示，成型后的二面角反射器阵列光学元件6从金属模具202脱离。因为二面角反射器阵列光学元件在金属模具侧具有平坦表面，所以这种脱模比较容易。

除了如上提到的使用树脂片，在金属模具202上提供树脂块，加热熔化成为树脂片104，然后可以进行上述热压加工。

通过使用以上描述的加工，比较容易执行具有截锥体51（各个截锥体具有锥形）的二面角反射器阵列光学元件6。

根据本发明，如图12A所示，实现二面角反射器阵列光学元件6，其包括薄板的透明基板60；以及在透明基板60上形成的多个透明截锥体51，其中各个截锥体51在正视图中具有截头角锥台形状（例如，正方形底面，每边长50μm-200μm），使得光在基面（底面）和顶面（即，截锥体51的顶平面）之间通过，其中各个截锥体51具有用作二面角反射器61的两个正交平面侧面61a和61b。可以配置的是一些不形成二面角反射器61的锥形表面不经过镜面精加工（mirror finishing）从而使它们是非反射的或者是粗糙的。还优选的是，二面角反射器61设置在规则排列的网格点上，使得镜面61a和61b限定的内角在基板60上全部以相同方向定位。因此，各个二面角反射器61的正交镜面61a和61b的交叉线CL优选地与元件面6S正交，如图12B所示。在下面，由镜面61a和61b限定的内角的方向称为二面角反射器61的朝向（方向）。另外，可以在用作二面角反射器的截锥体51的外部平面侧面（内壁平面侧面61a和61b）上形成金属反射膜，从而提高二面角反射器的反射效率。

接着，参照图13A-图13D描述用于叠置两个二面角反射器阵列光学元件的过程。

如图13A所示，使用棒式涂布机（bar coater）等将紫外光固化型的光学粘接剂302在平板的玻璃基板301上展开。从ThreeBond Co.,Ltd可得的TB3042B可以用作光学粘接剂。

如图13B所示，把一个二面角反射器阵列光学元件6a以使得基板的光学粘接剂302中的一部分被转印到该元件的截锥体51的顶面上的方式放置在玻璃基板301上。

如图13C所示，二面角反射器阵列光学元件6a与另一个二面角反射器阵列光学元件6面对，然后通过光学粘接剂把它们二者彼此叠置，使得截锥体51a、51b的顶面精确重合，并且垂直于基板60和60a的两个正交侧面（镜面61a、61b）精确一致以在它们之间形成连续平面，也就是说，由于接合的表面61a、61b分别用作二面角反射器，而调整元件的位置使表面61a、61b对齐。由此，两个二面角反射器阵列光学元件60和60a在截锥体51和51a的顶面彼此粘贴，以在两个元件的基板之间形成两个共面平面，两个正交平面分别存在于这两个共面平面中。

如图13D所示，紫外的UV光照射到一个二面角反射器阵列光学元件6的基板上，使得光学粘接剂硬化。

图14是制成的反射器阵列光学装置66的部分切下的截面图，在该反射器阵列光学装置66中各个截锥体51和51a通过粘接剂集成。由基板60和60a之间的两个正交面形成在光学装置的厚度方向延伸的二面角反射器的各个细长的反射面61c，因为两个元件彼此叠置使得基板之间的、与基板垂直的两个正交平面的相邻两个平面分别连续存在，以起到二面角反射器的作用。当存在具有突出的截锥体（各具有正方形的基面和等于该正方形基面的边长的高度（H=170μm））的叠置的二面角反射器阵列光学元件时，获得高度为正方形基面的边长的二倍的高度（H2=340μm）的反射器阵列光学装置的细长的反射面61c。作为上述模拟的结果，得到满足呈现在35°的角度方向观察最亮空中像的条件的反射器阵列光学装置。

当制造具有涂有金属反射膜的两个正交平面的反射器阵列光学装置时，有利地是取消了挤出的光学粘接剂的影响。在金属反射膜之间的空间填充有粘接剂以排除截锥体之间的空间的极端情况下，即截锥体对齐而没有间隙，用该反射器阵列光学装置观察到更亮的空中像。

尽管上述示例中用光学粘接剂粘接二面角反射器阵列光学元件，但是可以使用其它光学粘接材料（例如，从SEKISUI CHEMICAL CO.LTD可得的SEKISUI高透明双面胶带#5511）。

除了这些用于接合的光学粘接剂和光学粘接材料（胶带），二面角反射器阵列光学元件可以通过夹具固定、螺丝固定、卡子固定等或者热焊接固定来叠置。在这些情况下，凭借反射器阵列光学装置，观察到更亮的空中像。

反射器阵列光学装置除了各个接合的截锥体中的二面角反射器之外在中部具有弯曲侧面，也就是说，由四个侧面和基板侧面限定的柱状结构在中部具有凹部。因为二面角反射器在其各个反射面反射光一次，并且该反射光线在细长的反射面61c（垂直面）附近通过，所以该凹部不影响空中像的亮度。

如图15示意地示出，根据本发明的显示装置包括反射器阵列光学装置66和布置在基板的一面侧的被观察物4，其中反射器阵列光学装置66的二面角反射器阵列光学元件在基板的另一面侧形成物体的实像5（实镜像）。反射器阵列光学装置66由大量的二面角反射器61构成，其中各个二面角反射器61具有两个正交的镜面61a和61b（属于细长的反射面61c），其中与各个二面角反射器61的两个镜面61a和61b大致正交的平坦面限定被为元件面6S（属于粘接后的二面角反射器阵列光学元件中的截锥体的顶面）。被观察物4的实镜像5形成在关于元件面6S与被观察物4面对称的位置处。在本实施方式中，与反射器阵列光学装置66的整体尺寸（厘米级）相比，二面角反射器61非常小（在微米级）。在图15中，二面角反射器61的集合用灰色示出并且由镜面限定的二面角由示出其内角的朝向的V形表示，在图中夸大地示出二面角反射器61。

在本发明的反射器阵列光学装置66中，除了作为本发明特征的倾斜侧面之外，突出的截锥体的平面侧面形成为垂直于基板（图24中的61a、61b）。

在构成反射器阵列光学装置66的各个二面角反射器61中，经由背面（被观察物侧空间）进入相应孔的光线被一个镜面61a（或者61b）反射。反射后的光线进一步被另一个镜面61b（或者61a）反射，然后经由正面（观察者侧空间）而通过二面角反射器61，从而各个二面角反射器具有所谓的二次反射功能。各光线进入二面角反射器61的路径和光线离开二面角反射器61的路径关于元件面6S彼此面对称。具体地，假定元件面6S是经过各个镜面的高度中部并且与各个镜面正交的表面，则元件面6S是对称面，作为空中像形成的被观察物4的实像的位置（即，被观察物4的实镜像5）关于该对称面与被观察物4面对称。

下面与从作为被观察物的点光源o发出的各光线的路径一起简要说明反射器阵列光学装置66如何形成图像。图16是反射器阵列光学装置66的示意平面图，而图17是反射器阵列光学装置66的部分示意截面图。在图16中，二面角反射器61和镜面61a、61b相比于反射器阵列光学装置66被非常夸张地示出。如图16和17所示，从点光源o发出的光线（由图16中三维地观察时在图中从后向前行进的带箭头的点划线表示）在通过反射器阵列光学装置66时，分别由各个二面角反射器61的一个镜面61a（或61b）反射一次，再由另一个镜面61b（或61a）反射。然后，反射后的光线穿过元件面6S，然后分散地通过关于反射器阵列光学装置66的元件面6S与点光源o面对称的点。入射光线和反射光线在图16中被示出为平行。其原因如下。在图16中，二面角反射器61相比于点光源o被夸大地示出。但是，二面角反射器61的实际尺寸相当小。因此，当从上观察反射器阵列光学装置66时入射光线和反射光线几乎彼此重合。（在图16中，示出了最先落在各个二面角反射器61的两个镜面（61a、61b）上的光线的路径，即两个路径。在图17中，为了避免复杂而仅示出了最先落在一个镜面上的一条光线。）总之，光线会聚到关于元件面6S与点光源o面对称的位置，从而在图16和17所示的位置（p）形成实像。

如上所述，优选的是，在用作二面角反射器的截锥体的正交平面侧面上设置诸如金属膜的反射膜。发明人已发现，可以省略反射膜的形成，作为树脂成型品的光学元件，即无任何反射膜的二面角反射器阵列光学元件实际上能够以足够的光通量进行实像的成像，因为在树脂与空气之间有足够的折射率差。

由于可使用作为树脂成型品的光学元件，即无任何反射膜的二面角反射器阵列光学元件，因此本发明提供了一种使得观察者能够观察到在空中的被观察物的实像（实镜像）的低成本的显示设备。此外，在组装到反射器阵列光学装置之前，在二面角反射器阵列光学元件的单个状态下，用金属膜涂覆二面角反射器，以及另选地在二面角反射器阵列光学元件粘贴在一起作为反射器阵列光学装置之后，用金属膜涂覆接合后的二面角反射器。

应该理解，先前的说明和附图阐述了在此时本发明的优选实施方式。当然根据先前的教示，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，各种修改、添加和替换设计对本领域技术人员来说是显而易见的。因而，应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，而可以在所附权利要求的全部范围内实施。

本申请基于并要求2011年5月25日提交的在先日本专利申请No.2011-116451的优先权，在此以引证的方式并入这个申请的全部内容。

Claims (5)

1.一种反射器阵列光学装置，该反射器阵列光学装置包括：

两个二面角反射器阵列光学元件，该二面角反射器阵列光学元件各由以下构成：

基板；以及

多个棱柱体，该多个棱柱体在所述基板的一个主面上规则排列并且分别从所述基板的所述一个主面突出，其中所述棱柱体和所述基板由透明材料一体形成，所述棱柱体各包括彼此垂直而构成垂直于所述基板的所述一个主面的二面角反射器的两个正交平面侧面，其中，所述棱柱体各具有截锥体形状，该截锥体形状具有锥形侧面、顶面和位于所述基板上的基面，所述基面的面积大于所述顶面的面积，

其中，所述两个二面角反射器阵列光学元件被粘贴在一起，使得所述棱柱体的顶面分别直接面对，以在所述两个二面角反射器阵列光学元件的基板之间形成两个共面平面，其中，所述两个正交平面侧面分别存在于所述两个共面平面内。

2.根据权利要求1所述的反射器阵列光学装置，其中，所述锥形侧面从所述基板的法线在5°以上且25°以下的角度范围内倾斜。

3.根据权利要求1所述的反射器阵列光学装置，该反射器阵列光学装置还包括分别涂布在各个所述棱柱体的所述两个正交平面侧面上的镜面金属反射膜。

4.根据权利要求1所述的反射器阵列光学装置，其中，所述二面角反射器阵列光学元件分别通过注射成型形成。

5.一种显示装置，该显示装置包括：

权利要求1所述的反射器阵列光学装置；以及

被观察物，该被观察物存在于所述反射器阵列光学装置的一个主面侧，其中，所述反射器阵列光学装置在所述反射器阵列光学装置的另一个主面侧形成所述被观察物的实像。