CN107710053B - 图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

图像显示装置具备：半透半反镜(12)；图像输出装置(13)，将光输出到半透半反镜(12)的一面(F1)；回射构件，对在半透半反镜(14)的一面上进行镜面反射的光以及透过半透半反镜(14)的一面的光中的至少一方进行回射；回射构件具有基材层(12A)和形成于基材层(12A)的单面或者双面的多个棱镜型回射元件(12B)，棱镜型回射元件(12B)的高度为10μm以上1000μm以下，棱镜型回射元件(12B)的光学轴的倾斜角度为0°。

Description

图像显示装置
技术领域
本发明涉及具备回射构件的图像显示装置。
背景技术
作为不使用专用眼睛而能够视觉辨认三维图像的图像显示装置，具备回射(retroreflective)构件、图像输出装置以及半透半反镜的图像显示装置是广为人知的。
例如在专利文献1中公开有具备放映机(projector)、半透半反镜以及回归反射屏幕的三维图像投影系统。在该投影系统中，从放映机被投影的图像被照射到半透半反镜并在那里进行镜面反射，接着被照射到回归反射屏幕并在那里进行回射，再次照射到半透半反镜的图像透过那里，从而高画质的三维图像被显示。
在专利文献2中公开有具备半透半反镜和回射元件并对被投影物的实镜影像进行成像的成像光学系统。在该成像光学系统中，从被投影物发出的光在半透半反镜上进行反射，接着在回射元件上进行回射，进一步透过半透半反镜，被投影物的实镜影像相对于半透半反镜成像于面对象位置。另外，在专利文献2中分别公开了由3个邻接的镜面构成的立方角适合于回射元件、维持回射元件内的镜面彼此的角度关系并在各个回射元件上使3个镜面朝向任意的方向。
在此，对回射构件进行说明。
特别是将薄片状的回射构件称作为回射薄片。
作为代表性的回射薄片，已知有棱镜型回射薄片和珠(beads)型回射薄片。
棱镜型回射薄片与珠型回射薄片相比，显示出极其高的回射性能，因此，例如适合用于以道路标识、工事标识为代表的各种标识类。
棱镜型回射薄片那样的棱镜型回射构件具有多个棱镜型回射元件。通常，没有间隙地将多个棱镜型回射元件形成于回射构件的单面或者双面。
代表性的棱镜型回射元件由3个彼此垂直的平面构成。入射到棱镜型回射元件的光通过在3个平面按顺序进行反射从而向光源方向进行回射。
作为棱镜型回射元件，已知有例如三角锥型回射元件或全立方角(full cubecorner)型回射元件。
代表性的三角锥型回射元件如专利文献2的图6所示。在该回射元件中，如专利文献2的图6(b)所示3个彼此垂直的平面即相同形状相同大小的等腰直角三角形构成三角锥，在对回射元件进行主视的情况下形成正三角形。在代表性的三角锥型回射元件的基准平面内，如专利文献2的图6(a)所示，没有间隙地形成(填充)有该三角锥型回射元件。
另外，代表性的全立方角型回射元件如专利文献2的图7所示。在该回射元件中，如专利文献2的图7(b)所示3个彼此垂直的平面为相同形状相同大小的正方形构成全立方角形状，在对回射元件进行主视的情况下形成正六边形。在代表性的全立方角型回射元件的基准平面内，如专利文献2的图7(a)所示，没有间隙地形成(填充)有该全立方角型回射元件。
将入射到回射元件的光与回射构件的表面(光进行入射的面)的法线所成的角度称作为入射角。例如，在与该法线相同方向上光入射到回射构件的情况下的入射角成为0°。
在棱镜型回射元件中，回射性能随着入射角变大而急剧降低。这是由于，如果入射角变大的话，则光在回射元件的3个的各平面上能够进行反射的范围变窄，2个平面或者仅1个平面的成为反射的范围变宽。即使是大的入射角也改善了维持回射性能的性能、即入射角特性的棱镜型回射元件是广为人知的。
在专利文献3中公开有光学轴的倾斜角度为3°～15°的范围的三角锥型回射元件。
另外，在专利文献4中公开有光学轴的倾斜角度为0.5°～15°的范围的全立方角型回射元件。
一般来说，如果入射到回射元件的光与回射元件的光学轴所成的角度小的话，则光良好地进行回射。
专利文献1：日本专利申请公开2001-66696号
专利文献2：日本专利申请公开2009-25776号
专利文献3：日本专利申请公开平11-305018号
专利文献4：国际公开第2010/067583号小册子
发明内容
具备现有的回射构件的图像显示装置存在图像的明亮度不充分并且观察者难以视觉辨认图像这样的问题。
本发明人发现了通过使用形成有高度为10μm以上1000μm以下且光学轴的倾斜角度为0°的棱镜型回射元件的回射构件从而改善了图像显示装置所显示的图像的明亮度。本发明的目的在于，增亮图像显示装置所显示的图像并提高图像的成像性(视觉辨认性)。
用于解决上述技术问题的技术手段如以下所述。
一种图像显示装置，具备：半透半反镜；图像输出装置，将光输出到所述半透半反镜的一面；回射构件，对在所述半透半反镜的一面上进行镜面反射的光以及透过所述半透半反镜的一面的光中的至少一方进行回射；所述回射构件具有基材层和形成于所述基材层的单面或者双面的多个棱镜型回射元件，所述棱镜型回射元件的高度为10μm以上1000μm以下，所述棱镜型回射元件的光学轴的倾斜角度为0°。
所述回射构件也可以是单层。
所述棱镜型回射元件也可以是三角锥型回射元件或全立方角型回射元件中的任一者。
所述棱镜型回射元件也可以是镜面反射型回射元件。
构成所述棱镜型回射元件的透明材料的折射率也可以是1.3以上3.0以下。
所述回射构件的观测角0.2°、入射角5°时的回射系数也可以是800cd·lx·m-2以上。
本发明的图像显示装置具备形成有高度为10μm以上1000μm以下并且光学轴的倾斜角度为0°的棱镜型回射元件的回射构件，所以能够增亮所表示的图像并能够提高图像的成像性(视觉辨认性)。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的图像显示装置的截面模式图。
图2是三角锥型回射元件的一个例子。
图3是全立方角型回射元件的一个例子。
图4是本发明的第2实施方式所涉及的图像显示装置的截面模式图。
图5是本发明的第3实施方式所涉及的图像显示装置的截面模式图。
具体实施方式
以下，对本发明的具体的实施方式进行详细的说明。还有，本发明并不限定于以下的实施方式，在本发明的目的范围内能够添加适当变更来进行实施。
在本说明书中，将棱镜型回射元件也单单称作为元件。另外，将构成元件的面也称作为元件面，将元件面中互相垂直的面也称作为反射侧面。
(第1实施方式)
[图像显示装置]
参照图1，对本发明的图像显示装置的一个例子、即本实施方式进行说明。
本实施方式的图像显示装置11具有回射构件12、图像输出装置13以及半透半反镜14。在本实施方式的例子中，图像显示装置11除了回射构件12、图像输出装置13以及半透半反镜14之外还具有箱状的躯体15以及台座16。
躯体15具有底壁和侧壁，成为一面开口的箱状的形状，半透半反镜14覆盖该开口，躯体15的侧壁支撑半透半反镜14。回射构件12、图像输出装置13以及台座16被配置于由躯体15和半透半反镜14形成的空间内、即半透半反镜14的一面F1侧。
台座16具有配置回射构件12的第1基座16a和配置图像输出装置13的第2基座16b。
被配置于第1基座16a的回射构件12的配置面F10相对于半透半反镜14的一面F1进行倾斜。回射构件12在本实施方式的例子中由薄片状的基材层12A、以将该基材层12A的单方的面作为界面而从该界面突出的方式形成的多个回射元件12B构成。即，能够理解为基材层12A和回射元件12B被作为一体并且在基材层12A上配置有回射元件12B。因此，该界面为配置面F10。
还有，虽然没有特别图示但是也可以相对于薄片状的基材层12A的双方的面形成多个回射元件12B。另外，回射构件12也可以是通过由1个构件成形基材层12A和多个回射元件12B来获得的情况和通过结合各个构件、即基材层12A和多个回射元件12B来获得的情况中的任一种。
被配置于第2基座16b的图像输出装置13的图像输出面F20相对于半透半反镜14的一面F1进行倾斜。图像输出装置13具有输出图像的光的画面，该画面为图像输出面F20。
回射构件12的配置面F10和图像输出装置13的图像输出面F20成为规定的角度而相对。
在这样的图像显示装置11中，图像输出装置13从图像输出面F20输出光L，接着半透半反镜14在一面F1上对光L进行镜面反射，接着回射构件12向由多个回射元件12B进行入射的方向对以入射角β从基材层12A入射的光L进行回射，接着半透半反镜14透过光L，从而该透过的光L作为图像F被显示。
通常，观察者能够在以视点17进行表示的位置的附近观察图像F。
还有，在图1中，T为相对于回射构件12的表面(光L进行入射的面)的法线。回射构件12的表面(光L进行入射的面)是与回射元件12B的顶点相对的元件面，所以T还能够称作为配置有该元件面的配置面F10的法线。法线T与入射到回射构件12的光L所成的角度为入射角β。
在光L与法线T平行地向回射构件12进行入射的情况下，入射角β成为0°。
对于图像显示装置11来说要求薄型化(小型化)。另外，因为图像输出装置13一般价格昂贵，所以通常在图像显示装置11中回射构件12的表面(配置面F10)的面积优选大于图像输出装置13的输出面的面积。再有，因为较大地显示图像F，所以优选进一步加大半透半反镜14的一面F1的面积。
为了对应于上述的图像显示装置的各种改良(要求)而优选回射构件12的表面(配置面F10)与半透半反镜14的一面F1所成的角度φ为45°以下。为了图像显示装置11的薄型化等各种改良而优选回射构件12的表面(配置面F10)与半透半反镜14的一面F1所成的角度φ为5°以上40°以下，更加优选为30°以下。
另外，以光L从图像输出装置13不经由半透半反镜14且不直接入射到回射构件12的方式，图像输出装置13的输出面(图像输出面F20)与回射反射构件12的表面(配置面F10)所成的角度优选为90°以上，更加优选为90°。
本发明的图像显示装置11如后面所述具备特定的回射构件12所以能够对应于对图像显示装置11进行薄型化等的各种改良，即使图像输出装置13被小型化也能够维持图像F的视觉辨认性。
光L的入射角β由图像输出装置13、半透半反镜14以及回射构件12的位置关系来决定。
光L以超过0°且小于90°的入射角β入射到回射构件12的表面(配置面F10)。例如，如果图像输出装置13的输出面(图像输出面F20)与回射构件12的表面(配置面F10)所成的角度为90°，回射构件12的表面(配置面F10)与半透半反镜14的一面F1所成的角度是35°的话，则光L以入射角20°入射到回射构件12的表面(配置面F10)。
本发明的图像显示装置11作为所谓三维图像显示装置来进行使用。例如，适合于各种招牌板、信息显示装置、信息输入装置、娱乐设备的用途。另外，具有以本发明的图像显示装置11进行标示的图像F能够仅以特定的方向进行视觉辨认的特性，所以例如以在行走于与由道路决定的标准的方向相反方向的情况下图像F被显示，在行走于该标准的方向的情况下图像F不被显示的方式将本发明的图像显示装置11作为道路交通标识来设置于道路，或也可以作为自动扶梯或人行道的行进方向的显示装置。
根据本发明的图像显示装置11，所显示的图像F明亮，所以观察者能够充分视觉辨认图像F。另外，因为不会变粗且没有图像模糊等并且鲜明地显示图像F、即成像性高，所以观察者能够充分视觉辨认图像F。
[回射构件]
作为图像显示装置11所具备的回射构件12的回射元件12B，如以上所述，由基材层12A和被形成于该基材层12A的单面或者双面的回射元件12B构成。该回射元件12B从线性棱镜元件、正交棱镜(cross prism)元件、三角锥型回射元件、全立方角型回射元件、帐篷(tent)型回射元件以及圆锥型回射元件等中至少使用1种棱镜型回射元件。在回射构件12的基材层12A的单面或者双面，如以上所述，形成有多个所述棱镜型回射元件。通常，棱镜型回射元件没有间隙地被填充(形成)于回射构件12的基材层12A的单面。
所述三角锥型回射元件，三角形状的3个反射侧面互相垂直并构成三角锥形状。另外，全立方角型回射元件，四边形状的3个反射侧面互相垂直并构成全立方角形状。
在图2(A)、图2(B)中表示代表性的三角锥型回射元件。另外，在图3(A)、图3(B)中表示代表性的全立方角型回射元件。
形成于图像显示装置11所具备的回射构件12的基材层12A的回射元件12B的光学轴的倾斜角度为0°。
在本说明书中，所谓棱镜型回射元件的光学轴，是指从构成回射元件的3个反射侧面以相等的距离进行定义的直线(轴)，另外，所谓光学轴的倾斜角度，是指从回射元件的顶点落到回射元件的基准平面的垂线与光学轴所成的角度。回射构件的基准平面与回射构件12的表面、即光进行入射的面(配置面F10)为相同含义。一般来说，棱镜型回射元件由反射侧面即元件面和基准平面即元件面构成。
例如，在日本专利申请公开2009-25776号的图6所表示的三角锥型回射元件以及图7所表示的全立方角型回射元件中，从回射元件的顶点落到元件的基准平面的垂线与光学轴均是相同的方向，光学轴的倾斜角度无论哪个元件均是0°。
使用图2(A)、图2(B)来进一步详细说明三角锥型回射元件的光学轴的倾斜角度。
图2(A)是元件的平面图的一个例子，图2(B)是元件的截面图的一个例子。图2(A)以及图2(B)均表示2个元件。将该2个元件也称为元件对。
棱镜型回射元件12B的光学轴的倾斜角度通过测量元件形状来求得。对图2(A)、图2(B)所表示的三角锥型回射元件(以ABC1H1进行定义的三角锥型元件)12B的光学轴的倾斜角度θ进行说明。在图2(B)中光学轴H1Q是从元件的反射侧面a1、b1、c1起处于等距离的直线。光学轴的倾斜角度θ是以光学轴H1Q与从元件的顶点H1落到元件的底面Sx’-Sx(基准平面)的垂线H1P所成的角进行定义。如果测定元件的底面(三角形ABC1)的边AB、边BC1、边C1A的各边长度，适用元件的反射侧面a1、b1、c1互相垂直的条件来进行计算的话，则求得光学轴的倾斜角度θ。例如，如果在三角锥型回射元件12B上边AB、边BC1以及边C1A的长度均为196μm的话，在该元件的光学轴的倾斜角度θ成为0°。
使用图3(A)、图2(B)来进一步详细说明全立方角型回射元件的光学轴的倾斜角度。
图3(A)是元件的前面图的一个例子，图3(B)是元件的截面图的一个例子。
图3(A)、图2(B)所表示的元件的反射侧面a、b、c的形状均是相同的正方形。
如图3(A)所示，全立方角型回射元件12B由互相垂直的反射侧面a、b、c形成。反射侧面a、b、c所共有的点有H和D这2个。顶点H位于图面的跟前侧，另外，点D位于图面的里侧。
将2个点中的H也特别称为顶点。
如图3(B)所示，在全立方角型回射元件12B中，将包含多个点D的元件面设定为基准平面Sc。将从元件的顶点H使垂线落到基准平面Sc并与基准平面Sc相交的点设定为P。
元件的光学轴是分别从反射侧面a、b、c起处于等距离的直线。在全立方角型回射元件由立方体形状、即3个相同形状的正方形形成的情况下，元件的光学轴与立方体的对角线相同。
图3(A)、图3(B)所表示的元件因为反射侧面a、b、c的形状均是相同的正方形，所以元件的光学轴与从元件的顶点H到基准平面Sc的垂线HP相同。总之，图3(A)、图3(B)所表示的元件的光学轴的倾斜角度为0°。
全立方角型回射元件的光学轴的倾斜角度与三角锥型回射元件相同，通过测量元件形状来求得。
还有，关于光学轴以及光学轴的倾斜角度，分别根据日本专利申请公开平10-123309号的第0034～0036段、日本专利申请公开平11-305018号的第0031～0037、0057～0060段、国际公开第2010/067583号小册子的第0052～0058段而详细地说明。
元件的高度以元件的底面(基准平面)与元件的顶点的距离进行定义。例如在图2(A)、图2(B)所表示的三角锥型回射元件中，边AB、边BC1以及边C1A的长度为196μm的三角锥型回射元件的高度H1P为80μm。另外，例如在图3(A)、图3(B)所表示的全立方角型回射元件中，以一边的长度为139μm的3个正方形进行形成的元件的高度HP为80μm。
在本发明中，元件的高度为10μm以上1000μm以下。进一步优选为所述元件的高度为50μm以上250μm以下的范围，更加优选为65μm以上100μm以下的范围。如果元件的高度为10μm以上的话，则由元件引起的衍射效应的影响小，且进行回射的光难以扩展，因而图像显示装置11能够鲜明地显示图像F，另外，如果是1000μm以下的话，则回射构件12变薄，图像显示装置11能够薄型化，并且能够鲜明地显示图像F。
通常，如果回射构件12的元件的高度超过1000μm的话则因为容易保持回射构件12的制造用模具的形状精度，所以被用于各种用途。然而，在本发明的图像显示装置11中，如果使用所述元件的高度超过1000μm的元件的话则因为图像F的图像变粗且成像性极端降低，所以不适用。元件的高度越低，则图像F的成像性越能够改善。
回射元件的方向优选以回射构件12的回射性能变高的方式固定于台座16。
形成于回射构件12的基材层的元件优选为三角锥型回射元件或全立方角型回射元件中的任一者。
如果是三角锥型回射元件或全立方角型回射元件中的任一者的话，则因为能够高精度地制造回射构件12的制造时所使用的模具而优选。另外，因为能够容易地控制所述模具的设计、制造以及回射构件的制造时、元件的光学轴的倾斜角度，并且图像F的明亮度或成像性进一步提高而优选。
形成于回射构件12的基材层的元件进一步优选为全立方角型回射元件。
全立方角型回射元件一般来说在不超过特定的入射角度的范围内显示出高于三角锥型回射元件的回射性能。
如果具备形成有全立方角型回射元件的回射构件12的话则图像显示装置11能够显示更加明亮的图像F。
形成回射构件12的回射元件12B的形状如果光学轴的倾斜角度为0°并且本发明的优异特性不会丧失的话则没有特别的制约。但是，回射元件12B所具有的多个元件面中连结该元件面和元件面的线(棱线)L1,L2优选与图像输出装置13的图像输出面F20进行相对。
所述元件的形状也可以是如例如日本特表2002-508085号、日本特表2006-520019号、日本再公表专利2009/028162中分别公开的由2个四边形的反射侧面和1个五边形或三角形的反射侧面构成的立方角形状。
另外，所述元件的形状如日本再公表专利2012/57295所公开的那样也可以是外形为六边形的元件中的1个或者2个反射侧面的一部分被切除的形状的元件。
另外，如日本特表2000-503417号所公开的那样也可以在一个回射构件内配置三角锥型回射元件的形状相差90°(元件在配置面F10上互相成为90°的旋转对称)的元件。
回射构件12优选为由相同的组成构成的一层、即单层。回射构件12如果是单层的话，则在光L入射到元件的时候不会发生在由多层构成的回射构件中发生的在层间的反射，没有光的损失、或图像的偏离、模糊、失真，因而图像显示装置11能够显示鲜明的图像F，所以优选。特别是在动画图像上的成像性提高。
另外，如果回射构件12为单层的话，则因为在图像显示装置11中不会发生在由多层构成的回射构件中发生的由于来自图像输出装置13的热的影响而引起的层间剥离或在层间的气泡的产生，因而图像显示装置11能够显示鲜明的图像F，所以优选。另外，在使用从1个构件对基材层和回射元件进行成形的结构的回射构件12的情况下，因为与使用结合了成为各个构件的基材层和回射元件的结构的回射构件12的情况相比，不会发生基材层与回射元件之间的剥离或气泡的产生，图像显示装置11能够显示鲜明的图像F，所以优选。
还有，具有以各种标识类用途被市售的棱镜型回射元件的回射构件、例如日本碳化物工业株式会社制的商品名Nikka Light Crystal·Grade 92000Series、3M公司制的商品名Diamond Grade DG3超高亮度反射薄片、3M公司制的商品名High·Intensity Grade棱镜型高亮度反射薄片均为多层结构。更加详细来说，该回射构件是例如由丙烯酸类树脂构成的表面层和由聚碳酸酯构成的棱镜型回射元件以及由基材层构成的回射薄片被层叠，进一步以成为干电池状的方式部分性地结合聚酯类树脂，进一步将粘结剂层层叠于聚酯类树脂的回射构件的背面(光的入射面的背面)的多层结构。
棱镜型回射元件已知有内部全反射型回射元件和镜面反射型回射元件。
用于本发明的图像显示装置11的回射构件12所具备的棱镜型回射元件从获得明亮的图像F的观点出发优选为内部全反射型回射元件，从提高图像F的成像性的观点出发优选为镜面反射型回射元件。
构成内部全反射型回射元件的透明材料与空气接触。透明材料和空气因为有折射率差，所以以超过临界角的角度入射到元件的光进行内部全反射。总之，入射到内部全反射型回射元件的光由在元件的各个反射侧面上的共计3次的内部全反射而进行回射。还有，在内部全反射型回射元件中，在反射侧面上的反射效率通常分别为99％以上。另外，一般来说，具备内部全反射型回射元件的回射构件12显示出比镜面反射型回射元件更高的回射性能。因此，在回射构件12的回射元件12B为内部全反射型回射元件的情况下，能够使图像F明亮。
可是，本发明的图像显示装置11进行输出的图像由各种各样颜色、换言之波长不同的光构成。另外，图像即使是单色，白色也可以由波长不同的多个光构成。构成回射元件的透明材料因为如果波长不同的话则折射率发生变化，所以其临界角也不同。因此，在回射构件12的回射元件12B为内部全反射型回射元件的情况下，会有一部分的波长的光不被回射的情况。但是，在回射构件12的回射元件12B为镜面反射型回射元件的情况下，能够不取决于进行反射的光的波长来回射光。因此，本发明人认为如果回射构件12的回射元件12B为镜面反射型回射元件的话则能够使图像F的成像性更加良好。
另外，镜面反射型回射元件具有由铝、银等金属构成的镜面反射层。这样的镜面反射层通过在棱镜型回射元件的表面上蒸镀或溅射金属等而进行设置。镜面反射层的厚度如果能够充分地反射光的话则没有特别的限制，例如可以是80～200nm。入射到镜面反射型回射元件的光通过在该元件的镜面反射层上进行3次镜面反射来进行回射。还有，在该镜面反射型回射元件中，在反射侧面上的反射效率通常分别大约为90％。
将镜面反射层设置到元件的方法被记载于日本专利申请公开2001-290013号。一般来说，内部全反射型回射元件显示出比镜面反射型回射元件更高的回射性能。
在回射构件12中的基材层的单面或者双面，也可以形成有内部全反射型回射元件、镜面反射型回射元件中的任一元件。因为回射性能高并且不经蒸镀或溅射等工序就能够进行制作，所以被形成于回射构件12的基材层的元件在容易进行制造的观点上优选为内部全反射型回射元件。
另外，作为其他的方式，在镜面反射层被形成于棱镜型回射元件的表面的镜面反射型回射元件的情况下，通过在该镜面反射层上将粘结剂层设置于与棱镜型回射元件侧相反侧的面的全体从而回射构件12能够没有翘曲地设置于第1基座16a，并且失真不会发生于图像F。因此，在相对于第1基座16a没有翘曲地设置回射构件12的观点上，优选为镜面反射型回射元件。
以各种标识类用途被市售的内部全反射型回射元件被形成了的回射构件12通常在室外被使用。在室外使用回射构件的情况下，因为有必要抑制雨水或结露等的水附着于元件的表面而引起的回射性能的降低，所以加工成干电池(cell)状的回射构件被广泛使用。这样的回射构件12被公开于日本专利申请公开昭52-110592号。
还有，在被加工成干电池状的情况下，一部分的回射元件不满足内部全反射条件，处于即使光进行入射回射也被抑制的趋势。
在本发明的图像显示装置11中，能够使用具有被加工成干电池状的内部全反射型回射元件的回射构件12。然而，如果如以上所述存在回射被抑制的部位的话，则在使用具有被加工成干电池状的内部全反射型回射元件的回射构件12的情况下，会有图像F的成像性变差的趋势。
因此，在本实施方式中，因为回射构件12如图1所示被容纳于由躯体15和半透半反镜14形成的空间内并且难以受到淋雨等影响，所以不需要干电池状的加工，并且回射元件即使露出也是可以的。这样，因为通过使用具有没被加工成干电池状的内部全反射型回射元件的回射构件12并且通过进一步提高回射性能从而被显示的图像F变得更加明亮并且成像性进一步提高，所以优选。
回射构件12通常如图1所示被容纳于躯体15内并且不受到雨水等影响，所以不需要被加工成干电池状。如果在本发明的图像显示装置11中使用具有不被加工成干电池状的内部全反射型回射元件的回射构件12的话，则因为通过回射性能进一步提高而被显示的图像F变得更加明亮并且成像性格外地提高，所以优选。
回射构件12例如通过在使树脂等透明材料流入到切削加工成规定的形状的模具上之后进行熔融，接着使其固化来获得。
所述模具的详细制造方法例如被记载于日本专利申请公开平11-19006号。
回射构件12的代表性的制法分别被记载于日本专利申请公开昭59-140021号、日本专利申请公开平6-214103号、日本特表2006-521230号、日本再公表专利2010/021133。
一般来说，形成于回射构件12的基材层的元件由透明材料构成。所谓透明材料，是指总透光率为30％以上的材料。总透光率根据JIS K7105，使用A光源来进行测定。
在适宜的透明材料中，存在以玻璃为代表的无机材料、以丙烯酸类树脂、聚碳酸酯、聚氯乙烯为代表的有机材料。
在回射构件12为棱镜型回射薄片的情况下，该棱镜型回射薄片所构成的透明材料既可以是单独(单层)的，另外，也可以是组合多个透明材料来进行使用。
形成于回射构件12的基材层的元件特别是由丙烯酸类树脂以及聚碳酸酯中的任一者构成，因为总透光率、成形性、耐久性、耐热性均表现优异，所以优选。
所述透明材料的折射率优选为1.3以上3.0以下。更优选为1.45以上1.70以下。如果所述折射率为1.3以上的话则适合内部全反射条件，并且回射构件12的回射性能表现优异。
适宜的透明材料可以列举氟树脂(折射率1.34～1.42)、丙烯酸类树脂(折射率1.49～1.50)、聚碳酸酯(折射率1.59)、聚氯乙烯(折射率1.54)、聚苯乙烯(折射率1.59～1.60)、聚酯(折射率1.60)、聚氨酯(折射率1.49)、聚丙烯(折射率1.48)、环烯烃树脂(折射率1.50～1.54)、各种无机玻璃(折射率1.43～2.14)等。
还有，折射率能够根据JIS K7105进行测定。在本说明书中，折射率为波长589nm下的值。
构成被形成于具有内部全反射型回射元件的回射构件12的元件的透明材料一般来说折射率越高则入射角特性越是优异。因此，难以将折射率比较低的透明材料、例如氟树脂用于元件。另一方面，氟树脂因为耐热性表现优异，所以如本发明那样在邻接于图像输出装置(光源)的光学用途中特别有用。
本发明的图像显示装置11所具备的回射构件12因为元件的高度为10μm以上1000μm以下并且能够抑制衍射效应，所以所使用的透明材料特别是难以受到折射率的制约，能够从多种透明材料中选择来进行构成。
因为折射率高到1.59并且总透光率高到90％以上，所以聚碳酸酯是适合于棱镜型回射元件的透明材料之一。然而，聚碳酸酯当在室外进行使用时会经时地发生加水分解，总透光率容易降低。因此，在标识类用途中，难以以单层使用由聚碳酸酯构成的棱镜型回射元件。
但是，在本实施方式中，因为如上所述回射构件12被容纳于躯体15内，所以能够使用聚碳酸酯单层的回射构件12。
再有，所述透明材料也可以添加使用各种添加剂。例如，也可以将含有热稳定剂或折射率调整剂的聚碳酸酯用于构成元件的透明材料。
在以标识类用途被市售的回射构件上形成的元件以驾驶车辆的驾驶员能够充分地视觉辨认标识的方式并且以光具有适度的扩展进行回射的方式被设计。将进行回射的光的扩展的特性称之为观测角特性。改善了观测角特性的、即以光进行适度扩展的方式进行设计的棱镜型回射元件例如分别被公开于日本专利申请公开昭63-143502号、日本再公表专利2005/054909。
回射构件的观测角特性例如能够通过测定入射角为5°或者30°并且观测角为0.2°以及1.0°的条件下的各个回射系数来进行判断。
在此，所谓回射系数，是指如JIS Z9117所定义的那样表示回射性能的指标，值越大，则越是表示优异的回射性能。
还有，观测角的定义被公开于JIS Z9117。
本发明人认为与其说在具有以标识类用途被市售的棱镜型回射元件的回射构件中被要求的观测角特性在图像显示装置11中是不需要的，倒不如说如果抑制进行回射的光的扩展的话则图像显示装置11所显示的图像F变得明亮并且成像性提高。
因此，本发明的图像显示装置11所具备的回射构件12的观测角0.2°、入射角5°时的回射系数优选为800cd·lx·m-2以上。另外，观测角1.0°、入射角5°时的回射系数优选为60cd·lx·m-2以下。
回射构件12的入射角5°时的回射系数如果是800cd·lx·m-2以上的话则因为光的扩展被抑制，因而如果用于图像显示装置11的话则图像F变得明亮并且成像性提高，所以优选。
同样，观测角1.0°、入射角5°时的回射系数因为如果是60cd·lx·m-2以下的话则光的扩展被抑制，因而如果用于图像显示装置11的话则图像F变得明亮而且成像性提高，所以优选。
特别是如果回射构件12的观测角0.2°、入射角5°时的回射系数与观测角1.0°、入射角5°时的回射系数之比为10以上，进一步优选15以上，更加优选为30以上的话则因为图像F变得更明亮而且成像性更加提高，所以优选。
还有，回射构件12的回射系数能够用JIS Z9117所记载的反射性能试验装置来进行测定。
回射构件12在具有平面的台座16的平面上优选以与半透半反镜14正对的方式被配置。但是，台座16既可以具有曲面并且也可以将回射构件12配置于该曲面上。
[图像输出装置]
图像显示装置11所具备的图像输出装置13如果能够输出充分的强度的光(图像)的话则没有特别的制约。图像输出装置13例如是液晶显示器、LED显示器、EL显示器、等离子显示器、激光显示器、CRT等。图像输出装置13所具备的光源例如可以列举白炽电灯泡、荧光灯、高亮度放电灯(HID)、LED、EL、各种激光。
另外，图像输出装置13例如也可以是液晶显示投影仪。
也可以将各种透镜设置于图像输出装置13的输出面(图像输出面F20)。通过设置各种透镜从而能够对图像输出装置13进行小型化。
也可以将例如2个以上的图像输出装置13设置于图像显示装置11并输出相同的图像。
图像输出装置13所输出的图像也可以是静止图像、动画图像中的任一者。
本发明的图像显示装置11即使图像输出装置13所输出的图像是动画图像，也能够增亮图像F并且能够提高成像性(视觉辨认性)。
[半透半反镜]
图像显示装置11所具备的半透半反镜14是反射所入射的光的一部分并且透过一部分的板状构件。半透半反镜14的透过率与反射率之比(透过率/反射率)优选为95/5～5/95的范围，更加优选为80/20～20/80的范围。
图像显示装置11所具备的半透半反镜14例如可以列举将反射膜涂布处理于透明树脂或玻璃等的白板的单面后的薄膜、或在一方的面上用蒸镀和溅射等形成薄膜的金属层的玻璃或薄膜、线栅偏振片(wire grid polarizer)、反射型偏振片、光束分离器(beamsplitter)等。
这样的半透半反镜14例如能够使用以厚度成为50nm～80nm左右的方式将铝蒸镀于玻璃的半透半反镜。这样的半透半反镜14，镜面反射率以及透光率均大约为50％。
另外，适合于图像显示装置11的线栅偏振片即市售的半透半反镜14例如可以列举旭化成E Materials株式会社制的商品名WGF#8408。
还有，半透半反镜14的透过率以及反射率通过使用日立制作所制的分光光度计(U-4100Spectrophotometer)来测定入射角度φ＝5°下的相对反射率。附属的积分球的内壁为硫酸钡，标准板为氧化铝。测定波长设定为400nm～700nm，狭缝设定为5nm，增益设定为2，以600nm/分钟的扫描速度进行测定，通过计算平均值从而求得。
[其他]
本发明的图像显示装置11也可以具备回射构件12、图像输出装置13、半透半反镜14以外的构件。
例如，也可以在回射构件12的光进行入射的面上进一步设置1/4波长板。这样的图像显示装置11因为通过从半透半反镜14入射的光在透过1/4波长板的时候相位差被赋予直线偏振光并在回射构件12上进行回射，在再次透过1/4波长板的时候相位差被赋予，从而能够更加明亮地显示图像F，所以优选。
还有，作为所述1/4波长板，例如基材为环烯烃聚合物的日本Gunze Limited制的商品名F film被市售。
另外，本发明的图像显示装置11也可以与各种传感器照相机连动来显示图像。能够用于与各种传感器照相机连动，例如虚拟开关、虚拟键盘、虚拟触摸屏等相对于无需直接触碰开关而在空中被显示的图像F的各种操作或能够输入信息的装置。
另外，优选在回射构件12的光进行入射的面上设置进行了AR涂布等反射防止处理的构件、例如反射防止膜。通过将这样的构件设置于回射构件12从而能够抑制被观察的图像F例如成为双重那样的残像的显示，并且成像性变得更加良好。
另外，优选在回射构件12的光进行入射的面上设置具有多个蛾眼(moth-eye)结构的反射防止层。所谓蛾眼结构，是指具有可见光的波长例如为400nm以下的大小的细微的凹凸结构。通过将具有蛾眼结构的反射防止层设置于回射构件12从而被观察的图像F的由上述的残像的显示引起的成像性变得更加良好。还有，设置了具有多个蛾眼结构的反射防止层的回射构件例如通过将间距250nm以下且在表面具有宽高比1以上的多个凹凸结构的薄膜、即Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.制的商品名モスマイト(注册商标)设置于回射构件12的光进行入射的面上来获得。
(第2实施方式)
接着，参照图4，对本发明的第2实施方式进行详细的说明。还有，关于与第1实施方式相同或者同等的结构要素，除了特别说明的情况，标注相同的参照符号并省略重复的说明。
图4是本发明的第2实施方式所涉及的图像显示装置的截面模式图。如图4所示，本实施方式的图像显示装置21主要在图像输出装置13和回射构件12夹着半透半反镜14而被配置于彼此相反侧的方面与第1实施方式的图像显示装置11不同。
在本实施方式中，图像输出装置13沿着躯体15的壁面被配置，半透半反镜14相对于图像输出装置13的图像输出面F20进行倾斜。另外，被配置于第1基座16a的回射构件12的配置面F10相对于图像输出装置13的图像输出面F20进行倾斜并且相对于半透半反镜14成为规定的角度。在本实施方式中，回射构件12的配置面F10与半透半反镜14被设为大致垂直。但是，也可以是配置面F10与图像输出装置13的图像输出面20平行，回射构件12以与图像输出装置13的图像输出面F20相对的方式被配置，回射构件12的配置面F10与半透半反镜14也可以不垂直。
在本实施方式的图像显示装置21中，形成图像的光L从图像输出装置13出射，该光L中的一部分的光La透过半透半反镜14而入射到回射构件12。入射到回射构件12的光La在各个回射元件12B上进行回射，并朝向半透半反镜14，光La的一部分在半透半反镜14上进行反射。于是，在半透半反镜14上进行反射的光La进行成像而成的图像F被形成。
(第3实施方式)
接着，参照图5，对本发明的第3实施方式进行详细的说明。还有，关于与第2实施方式相同或者同等的结构要素，除了特别说明的情况，标注相同的参照符号并省略重复的说明。
图5是本发明的第3实施方式所涉及的图像显示装置的截面模式图。如图5所示，本实施方式的图像显示装置31主要在将半透半反镜14作为基准而在与图像输出装置13相同侧进一步配置有第2回射构件112的方面与第2实施方式的图像显示装置21不同。因此，回射构件112和回射构件12夹着半透半反镜14而被配置于彼此相反侧。
回射构件112被设为与回射构件12相同的结构，在本实施方式中被配置于躯体15的底壁。因此，在本实施方式中，回射构件112的配置面F10与图像输出装置13的画面大致垂直。但是，回射构件112的配置面F10和图像输出装置13的画面也可以不垂直。另外，回射构件12和回射构件112也可以是一个回射构件被折弯，将折弯部作为基准的一方侧被作为回射构件12，另一方侧被作为回射构件112。
在本实施方式的图像显示装置31中，形成图像的光L从图像输出装置13出射，该光L中的一部分的光La透过半透半反镜14而入射到回射构件12。入射到回射构件12的光La在各个回射元件12B上进行回射，并朝向半透半反镜14，光La的一部分在半透半反镜14上进行反射。于是，在半透半反镜14上进行反射的光La进行成像。该光La成像而获得的图像与第2实施方式中的图像F相同。
另外，在本实施方式的图像显示装置31中，形成图像的光L从图像输出装置13出射，该光L中在半透半反镜14上进行反射的光Lb入射到回射构件112。入射到回射构件112的光Lb在各个回射元件12B上进行回射，并朝向半透半反镜14，光Lb的一部分在半透半反镜14上透过。于是，在半透半反镜14上进行反射的光Lb进行成像。
在本实施方式的图像显示装置31中，通过上述光La和光Lb进行成像从而形成图像F。根据本实施方式的图像显示装置31，与第2实施方式的图像显示装置21相比，图像F由光Lb的贡献而变得更加明亮。
＜实施例＞
以下，由实施例进一步具体地说明本发明，但是，本发明在不超过其主旨的范围内并不限定于这些实施例。
(实施例1)
准备图2(A)、图2(B)所表示的边AB、边BC1以及边C1A的长度均为196.0μm、元件的高度为80μm、且光学轴的倾斜角度θ为0°并且三角锥型回射元件12B被无间隙地形成于基材层12A的单面的回射构件12。该回射构件12为具有没被加工成干电池状的内部全反射型回射元件的回射构件，另外，由折射率1.59的聚碳酸酯单层构成。再有，该回射构件12的观测角0.2°、入射角5°时的回射系数为990cd·lx·m-2，另外，观测角1.0°、入射角5°时的回射系数为25cd·lx·m-2。
如图1所示，配置回射构件12、图像输出装置13、线栅偏振片即半透半反镜14。将图像输出装置13的输出面(图像输出面F20)与回射构件12的表面(配置面F10)所成的角度设定为90°，将回射构件12的表面(配置面F10)与半透半反镜14的一面F1所成的角度φ设定为35°，将入射到回射构件12的光L的入射角β设定为20°。
从图像输出装置13输出动画图像，用目视观察被显示的图像F之后，图像F明亮并且成像性良好。
(比较例1)
除了准备图2(A)、图2(B)所表示的边AB、边BC1以及边C1A的长度均为2940μm、元件的高度为1200μm且光学轴的倾斜角度θ为0°并且三角锥型回射元件12B被无间隙地形成于基材层12A的单面的回射构件12之外，与实施例1相同，显示图像F。
在用目视进行观察之后，与实施例1相比，图像F暗，另外，成像性特别差。
本发明的图像显示装置与现有的图像显示装置相比，能够进一步增亮所显示的图像，并且能够进一步提高图像的成像性(视觉辨认性)。本发明的图像显示装置适合用于例如各种招牌板、信息显示装置、信息输入装置、娱乐设备。
符号的说明
11,21,31…图像显示装置
12,112…回射构件
13…图像输出装置
14…半透半反镜
15…躯体
16…台座
17…视点
L,La,Lb…光
F…图像
T…回射构件表面的法线。

Claims (7)

1.一种图像显示装置，其特征在于：
具备：
半透半反镜；
图像输出装置，将光输出到所述半透半反镜的一面；以及
回射构件，对在所述半透半反镜的一面上进行镜面反射的光以及透过所述半透半反镜的一面的光中的至少一方进行回射，
所述回射构件具有基材层和形成于所述基材层的单面或者双面的多个棱镜型回射元件，
所述棱镜型回射元件的高度为10μm以上1000μm以下，
所述棱镜型回射元件的光学轴的倾斜角度为0°，
所述回射构件的观测角0.2°、入射角5°时的回射系数相对于观测角1.0°、入射角5°时的回射系数之比为10以上。
2.一种图像显示装置，其特征在于：
具备：
半透半反镜；
图像输出装置，将光输出到所述半透半反镜的一面；以及
回射构件，对在所述半透半反镜的一面上进行镜面反射的光以及透过所述半透半反镜的一面的光中的至少一方进行回射，
所述回射构件具有基材层和形成于所述基材层的单面或者双面的多个棱镜型回射元件，
所述棱镜型回射元件的高度为10μm以上1000μm以下，
所述棱镜型回射元件的光学轴的倾斜角度为0°，
所述回射构件的观测角1.0°、入射角5°时的回射系数为60cd·lx-1·m-2以下。
3.如权利要求1或者2所述的图像显示装置，其特征在于：
所述回射构件为单层。
4.如权利要求1或者2所述的图像显示装置，其特征在于：
所述棱镜型回射元件是三角锥型回射元件或全立方角型回射元件。
5.如权利要求1或者2所述的图像显示装置，其特征在于：
所述棱镜型回射元件是镜面反射型回射元件。
6.如权利要求1或者2所述的图像显示装置，其特征在于：
构成所述棱镜型回射元件的透明材料的折射率是1.3以上3.0以下。
7.如权利要求1或者2所述的图像显示装置，其特征在于：
所述回射构件的观测角0.2°、入射角5°时的回射系数为800cd·lx-1·m-2以上。
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