JP2011081296A - Display device - Google Patents

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Hirokazu Hashikawa
広和 橋川
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Pioneer Electronic Corp
パイオニア株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display device that allows installation of a light emitter and a reflection type plane-symmetric imaging element, which have a high degree of freedom of arrangement in the device. <P>SOLUTION: The display device includes: the plate-like reflection type plane-symmetric imaging element which emits a luminous flux made incident on the element surface of the plate-like projection type plane-symmetric imaging element in a convergence or divergence state symmetrically with respect to the element surface in the convergence or divergence state; a relay optical element which makes light incident on the reflection type plane-symmetric imaging element in the convergence or divergence state; and the light emitter which supplies the light to the relay optical element. The reflection type plane-symmetric imaging element, the relay optical element and the light emitter are arranged so as to observe the real image or virtual image of the light emitter. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レンズ、反射鏡に代表される結像光学素子により結像された虚像を実像、または実像を虚像に変換して映像を表示する表示装置に関する。 The present invention includes a lens, a display device for displaying an image by converting real image imaged virtual or a real image, the virtual image by the imaging optical element represented by the reflecting mirror.

リアルな3次元空中映像を実現するために、光線を細かく分割する微細加工技術に着目し、鏡に映った像鏡映像を虚像でなく実像で空中に結像させることを可能とするナノ加工技術を用いた反射型面対称結像素子が開発されている(非特許文献1参照)。 To achieve a realistic three-dimensional floating image, nanofabrication technology that allows focusing on microfabrication technique of finely divided light rays, forming an image mirror image in the mirror in the air in real rather than virtual reflective surface symmetric imaging element using have been developed (see non-Patent Document 1).

かかる反射型面対称結像素子の素子面には1辺100μm、深さ100μmの微小な貫通穴が多数開いている。 One side 100μm on element surface of such reflective surfaces symmetrical imaging element, the open minute through holes of depth 100μm many. この穴の内壁がマイクロミラーとなっており、隣接する2面のマイクロミラーによって2面コーナーリフレクターが構成されている。 Inner wall of the hole has a micromirror, dihedral corner reflector by micromirrors adjacent two sides are configured. 穴を通過する光はこのマイクロミラーに2回反射されることで鏡映像が形成される(特許文献1〜3、非特許文献1、参照)。 Light passing through the hole mirror image is formed by being reflected twice in this micromirror (Patent Documents 1 to 3, Non-Patent Document 1, reference).

特開2008−158114 Patent 2008-158114 特開2009−25776 JP 2009-25776 特開2009−75483 JP 2009-75483

反射型面対称結像素子は、単独で使用する範囲において物体を実像として結像することが可能であり、物体と実像は等倍の関係にある。 Reflective surface symmetric imaging element is capable of imaging an object as a real image in a range used alone, the object and the real image is in the magnification relationship. よって、物体と反射型面対称結像素子は得られる実像の大きさに比例して、大きい物体であれば大きいすなわち大面積の反射型面対称結像素子を必要とする。 Thus, in proportion to the size of the real image is the object and the reflective surface symmetric imaging element is obtained, and requires a reflective surface symmetric imaging element large i.e. large area if a large object.

よって、これらを表示装置に用いる場合など物体と反射型面対称結像素子の設置態様に制限されることが多いという問題点がある。 Therefore, there is a problem that often limited to the installation aspect of the object and the reflective surface symmetric imaging element such as a case of using them on a display device.

そこで、本発明が解決しようとする課題には、上記の問題点が一例として挙げられ、配置自由度の高い物体と反射型面対称結像素子の設置を可能にした表示装置を提供することが本発明の目的の一つである。 Therefore, the object of the present invention is to provide the above problems can be mentioned as an example, is possible to provide a display device that enables installation of high object of freedom of arrangement and the reflective surface symmetric imaging element it is an object of the present invention.

請求項1に係る発明の表示装置は、 The display device of the invention according to claim 1,
自らの素子面に対して収束又は発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散又は収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、 A plate-shaped reflective surface symmetric imaging element that emits at its own radiation or convergence state light flux incident convergent or divergent state symmetrically with respect to the element surface to the element surface,
光を前記反射型面対称結像素子へ収束又は発散状態で入射する中継光学素子と、 A relay optical device which light enters convergent or divergent state to the reflective surface symmetric imaging element,
前記中継光学素子へ前記光を供給する発光体と、を備え、 And a light emitter for supplying said light to said relay optical element,
前記発光体の実像または虚像を観察できるように前記反射型面対称結像素子、前記中継光学素子及び前記発光体が配置なされたことを特徴とする。 Characterized in that the light emitter of a real or virtual image the reflective surface symmetric imaging element to allow observation of the relay optics and the light emitter is made arranged.

上記請求項1記載の表示装置においては、前記発光体は、自発光体又は被照射体であることとすることができる。 In the display device of the first aspect, the light emitter may be a be a self-luminous body or object to be irradiated.

上記の表示装置においては、前記発光体、前記中継光学素子及び前記反射型面対称結像素子を含む遮光体を含むこととすることができる。 In the above display device, it may be to include a light emitting element, the relay optics and the light blocking member including the reflective surfaces symmetrical imaging element.

上記の表示装置においては、前記遮光体の一部が前記反射型面対称結像素子からなることとすることができる。 In the display device can be a part of the light shielding body is made of the reflective surface symmetric imaging element.

上記の表示装置においては、前記遮光体の内壁面は暗色であることとすることができる。 In the above display device, the inner wall surface of the light shielding member may be a be a dark color.

前記中継光学素子は、凸レンズ、凹レンズ、凹面鏡、凸面鏡のいずれかを含む結像光学素子であることとすることができる。 The relay optics can be convex, concave, concave, and it is imaging optical element including one of a convex mirror.

上記の表示装置においては、前記中継光学素子において、前記結像光学素子と前記発光体との間に、ハーフミラーが配置され、光が前記ハーフミラーで合成されることとすることができる。 In the above display device, in the relay optical element, between the light emitter and the imaging optical element, the half mirror is disposed may be that light is synthesized by the half mirror.

本発明の実施形態の表示装置における微小ミラーユニットを概念的に説明するためのXYZ直交座標における微小ミラーユニットの斜視図である。 The micro mirror unit in the display device of the embodiment of the present invention is a perspective view of a micro mirror unit in the XYZ orthogonal coordinate for conceptually explaining. 本発明の実施形態の表示装置におけるZ軸方向から眺めたXY平面上の微小ミラーユニットの平面図である。 Is a plan view of the micro mirror unit in the XY plane as viewed from the Z-axis direction of the display device of the embodiment of the present invention. 図2の第1及び第2光反射面のなす角の二等分線とZ軸に直角な方向から眺めた第1及び第2光反射面の側面図である。 It is a side view of the first and second light reflecting surfaces as viewed from the direction perpendicular to the bisector and Z axes of the first and second light reflecting surface angle of FIG. 本発明の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の平面図である。 It is a plan view of a reflective surface symmetric imaging element in the display device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の斜視図である。 It is a perspective view of a reflective surface symmetric imaging element in the display device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の斜視図である。 It is a perspective view of a reflective surface symmetric imaging element in the display device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の斜視図である。 It is a perspective view of a reflective surface symmetric imaging element in the display device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の斜視図である。 It is a perspective view of a reflective surface symmetric imaging element in the display device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子を構成する直方体材を示す斜視図である。 A rectangular parallelepiped member that constitutes the reflective surface symmetric imaging element in the display device of the embodiment of the present invention is a perspective view showing. 本発明の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子を形成する2つのシート部の組み合わせを示す斜視図である。 The combination of the two seat portion to form a reflective surface symmetric imaging element in the display device of the embodiment of the present invention is a perspective view showing. 本発明の他の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の形成用の一面に階段状側面を有する直方体形成用の板状体の部分切欠斜視図である。 It is a partial cutaway perspective view of a plate-like body for cuboid form having a stepped side surface on one side for formation of the reflective surface symmetric imaging element in the display device of another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の形成用の一面に階段状側面を有する直方体形成用の板状体の部分切欠斜視図である。 It is a partial cutaway perspective view of a plate-like body for cuboid form having a stepped side surface on one side for formation of the reflective surface symmetric imaging element in the display device of another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の形成用の一面に階段状側面を有する直方体形成用の板状体の部分切欠斜視図である。 It is a partial cutaway perspective view of a plate-like body for cuboid form having a stepped side surface on one side for formation of the reflective surface symmetric imaging element in the display device of another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の形成用の一面に階段状側面を有する直方体形成用の板状体の部分切欠斜視図である。 It is a partial cutaway perspective view of a plate-like body for cuboid form having a stepped side surface on one side for formation of the reflective surface symmetric imaging element in the display device of another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態の表示装置における反射型面対称結像素子の形成用の一面に階段状側面を有する直方体形成用の板状体の接着した集合体を示す部分切欠斜視図である。 It is a partially cutaway perspective view showing the adhered assembly of the plate-like body for cuboid form having a stepped side surface on one side for formation of the reflective surface symmetric imaging element in the display device of another embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の表示装置における中継光学素子の凸レンズによる光路を示す概略断面図である。 Is a schematic sectional view showing an optical path by the convex lens of the relay optical element in the display device of the embodiment of the present invention. 図16の中継光学素子の凸レンズと反射型面対称結像素子を含む表示装置における光路を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing an optical path in a display device including a convex lens and the reflective surface symmetric imaging element of the relay optics of Fig. 16. 本発明の他の実施形態の表示装置における中継光学素子の凸レンズによる光路を示す概略断面図である。 An optical path by the convex lens in the relay optical element in the display device according to another embodiment of the present invention is a schematic sectional view showing. 図18の中継光学素子の凸レンズと反射型面対称結像素子を含む表示装置における光路を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing an optical path in a display device including a convex lens and the reflective surface symmetric imaging element of the relay optics of Fig. 18. 本発明の他の実施形態の表示装置における中継光学素子の凹面鏡による光路を示す概略断面図である。 An optical path by the concave mirror of the relay optical element in the display device according to another embodiment of the present invention is a schematic sectional view showing. 図20の中継光学素子の凹面鏡と反射型面対称結像素子を含む表示装置における光路を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing an optical path in the display device includes a concave mirror and the reflective surface symmetric imaging element of the relay optical device of Figure 20. 本発明の他の実施形態の表示装置における中継光学素子の凹面鏡による光路を示す概略断面図である。 An optical path by the concave mirror of the relay optical element in the display device according to another embodiment of the present invention is a schematic sectional view showing. 図22の中継光学素子の凹面鏡と反射型面対称結像素子を含む表示装置における光路を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing an optical path in the display device includes a concave mirror and the reflective surface symmetric imaging element of the relay optical element of FIG. 22. 本発明の他の実施形態の表示装置における中継光学素子の凹面鏡による光路を示す概略断面図である。 An optical path by the concave mirror of the relay optical element in the display device according to another embodiment of the present invention is a schematic sectional view showing. 図24の中継光学素子の凹面鏡と反射型面対称結像素子を含む表示装置における光路を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing an optical path in the display device includes a concave mirror and the reflective surface symmetric imaging element of the relay optical element of FIG. 24. ディスプレイと拡大光学系レンズと平面ミラーの組み合わせからなるプロジェクタ表示装置における光路を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing an optical path of the projector display device consisting of a combination of display and enlargement optical system lens and plane mirror. 本発明の実施例の表示装置のディスプレイと拡大光学系凸レンズと内部平面ミラーと反射型面対称結像素子の組み合わせからなるプロジェクタ表示装置における光路を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing an optical path of the projector display device and display the expanding optical system lens and the internal plane mirror of the display device of Example consists of a combination of the reflective surface symmetric imaging element of the present invention.

1 物体 2、2b 反射型面対称結像素子 3 実像 20 直方体材 21、22 シート部 23 光反射膜 24 光吸収膜 31 板状体 32 板状体平行峰部 33 板状体主面 34 板状体集合体 41 ディスプレイ 42 凸レンズ 43 平面ハーフミラー 44 凸レンズ 45 内部平面ミラー CvL 凸レンズ CcM 凹面鏡 HM ハーフミラー Mu 微小ミラーユニット Mxz 第1光反射面 Myz 第2光反射面 T 光透過面 1 object 2,2b reflective surface symmetric imaging element 3 real 20 rectangular members 21 and 22 seat 23 the light reflection film 24 the light absorption film 31 plate-like body 32 plate-like body parallel crest portion 33 plate-like body main surface 34 plate body assembly 41 display 42 convex lens 43 a plane half mirror 44 convex lens 45 inside the plane mirror CvL lens CcM concave HM half mirror Mu micro mirror unit Mxz first light reflecting surface Myz second light reflecting surface T light transmitting surface

凸レンズ、凹レンズや、凹面鏡、凸面鏡などの従来の結像光学素子は、像の拡大縮小は可能であるが、その像を観察できる位置はそれぞれの光学系の光路により制限されている。 Convex, concave and concave mirror, the conventional imaging optical element such as a convex mirror is a possible scaling of the image, a position capable of observing the image is limited by the optical path of each optical system. また、これら従来の結像光学素子は結ぶ像が実像になるか虚像になるかはそれぞれの光学系の種類と物体の位置関係において決められ、結像される像を実像にするか虚像にするかによって観察位置が大きく制約を受ける。 Also, whether the image connecting these conventional imaging optical element is either a virtual image becomes real determined in positional relationship between the type and the object of each of the optical system, to either virtual to real the image formed observation position is greatly restricted by either.

発明者は鋭意研究し、反射型面対称結像素子では、像の拡大縮小をすることができなかったが、今回これらを組み合わせた表示装置とするとこで、虚像を実像に変換、あるいは実像を虚像に変換し、かつ拡大縮小を可能にすると同時に、結像された像を観察できる範囲を変化させることを実現した。 The inventors have conducted extensive studies, the reflective surfaces symmetrical imaging device, but were unable to scaling of the image, in Toko to display a combination of these time, converts the virtual image real, or a real image into a virtual image, and while enabling scaling was realized by changing the range in which can be observed the image formed.

かかる表示装置は、自らの素子面に対して収束又は発散状態で入射される光束を素子面に関して対称に発散又は収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、光を反射型面対称結像素子へ収束又は発散状態で入射する中継光学素子(上記の従来の結像光学素子)と、中継光学素子へ光を供給する物体と、を備えている。 The display device includes a plate-shaped reflective surface symmetric imaging element that emits a diverging or converging state symmetrically the light beam with respect to the element surface to be incident at the convergence or divergence with respect to its element surface, it reflects light type a relay optical element that is incident convergent or divergent state to a planar symmetric imaging element (a conventional imaging optical element of the above), and a, and an object for supplying light to the relay optics. そして、反射型面対称結像素子、中継光学素子及び物体は、物体の実像または虚像を観察できるように配置なされている。 Then, the reflective surfaces symmetrical imaging device, relay optics and the object is adapted disposed so as to be able to observe a real image or virtual image of the object.

以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。 The embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

<反射型面対称結像素子> <Reflective surface symmetric imaging element>
反射型面対称結像素子は微小ミラーユニットの多数配列により構成されるので、1つの微小ミラーユニットから説明する。 Since the reflective surfaces symmetrical imaging device is constituted by arranging many of the micro mirror unit is described from one of the micro mirror unit.

図1は、微小ミラーユニットを概念的に説明するためのXYZ直交座標における微小ミラーユニットMuの斜視図である。 Figure 1 is a perspective view of a micro mirror unit Mu in the XYZ orthogonal coordinate for describing the micro mirror unit conceptually. 微小ミラーユニットMuは素子面(XY平面)に直交する第1光反射面Mxz及び第2光反射面Myzからなる。 Micromirror unit Mu is composed of a first light-reflecting surface Mxz and the second light reflecting surface Myz perpendicular to the element surface (XY plane).

微小ミラーユニットMuにおいては、単位格子(1,1,1,)に或る点(黒丸)があるとすると、第1光反射面Mxzの鏡面に黒丸(1,−1,1,)が、第2光反射面Myzの鏡面に黒丸(−1,1,1,)が、それぞれ像空間に投影される。 In the micro mirror unit Mu, When the unit cell (1, 1, 1,) there is a certain point (black circle), black circle mirror of the first light reflecting surface Mxz (1, -1,1) is, black circle mirror of the second light reflecting surface myZ (-1,1,1,) is projected to each image space. ここでXYZ直交座標値における−1は各軸方向の逆方向を意味し、各軸方向に垂直な平面に反転することを意味する。 Here -1 denotes an inverse direction of each axis direction in the XYZ orthogonal coordinate values, meaning that inverting a plane perpendicular to the axial direction.

それぞれ像空間における第1光反射面Mxzの鏡面と第2光反射面Myzの鏡面が、XYZ直交座標で有るために、黒丸(1,−1,1,)と黒丸(−1,1,1,)の像を単位格子(1,1,1,)の実空間の対角位置の空間に星印(−1,−1,1,)を投影する。 The mirror surface of the mirror and the second light reflecting surface Myz of the first light reflecting surface Mxz at each image space, since there in XYZ orthogonal coordinates, black circles (1, -1,1) and black circle (1,1,1 the asterisk image to a space diagonal positions in the real space of the unit cell (1, 1, 1,)) of (-1, -1,1) projects a.

したがって、対角位置空間の星印(−1,−1,1,)と実空間の黒丸(1,1,1,)の関係は、黒丸の(1,1,1,)のXY軸方向の位置は星印(−1,−1,1,)のXY軸方向の位置と反転する関係にある。 Therefore, star diagonal line space (-1, -1) and the relationship between the bullet (1, 1, 1,) of the real space, XY-axis direction of the bullet (1, 1, 1,) position asterisk (-1, -1,1) in relation to reverse the XY-axis direction position of.

図2は、Z軸方向から眺めたXY平面上の微小ミラーユニットMuの平面図である。 Figure 2 is a plan view of the micro mirror unit Mu on the XY plane as viewed from the Z-axis direction. ここでは、実空間を(1,1,1,)と、第1光反射面Mxzの鏡面による像空間を(1,−1,1,)と、第2光反射面Myzの鏡面による像空間を(−1,1,1,)と、第1及び第2光反射面Mxz,Myzの像空間の鏡面による像空間を(−1,−1,1,)と、表してある。 Here, the real space and (1,1,1), the image space by the mirror surface of the first light reflecting surface Mxz (1, -1,1) and an image space formed by the mirror surface of the second light reflecting surface Myz the (1,1,1) and the first and second light reflecting surfaces Mxz, the image space by the mirror surface of the image space of myZ (-1, -1,1) and, are expressed. 実空間(1,1,1,)に線体Bがあるとすると、像空間(−1,−1,1,)ではXY軸方向で反転する虚像Bvが得られる。 When the real space (1,1,1) is Sentai B, image space (-1, -1,1) virtual Bv is obtained inverting the XY-axis direction in. 実空間(1,1,1,)の第2光反射面Myzの鏡面へ光線を角度θで入射すると光線は反射され、第1光反射面Mxzの鏡面に角度φで反射され、第2光反射面Myzの鏡面への入射光線と平行になって同一方向へ戻される。 Rays made incident in real space (1,1,1) rays to the mirror surface of the second light reflecting surface Myz angle θ is reflected, is reflected at an angle φ to the mirror surface of the first light reflecting surface Mxz, the second light is returned to the same direction is parallel to the incident beam to the mirror surface of the reflection surface myZ.

したがって、第1光反射面Mxz及び第2光反射面Myzのそれぞれの法線方向以外の微小ミラーユニットMuへの入射光線は、XY平面のZ軸から開く第1及び第2光反射面Mxz,Myzの範囲内(90度未満)で反転した光線として同一方向へ戻るすなわち、再帰することになる。 Accordingly, each of the incident light other than the normal direction to the micro mirror unit Mu of the first light reflecting surface Mxz and second light reflecting surfaces Myz, the first and second light reflecting surfaces Mxz opened from Z-axis of the XY plane, Back in the same direction as the light rays inverted in the range of myz (less than 90 degrees) in other words, the recursive. 因みに、2枚の鏡を用意し、それを直角に合わせ鉛直に立て鏡の交線を覗いてみると、水平方向のいずれの位置でも自分の顔が常に真ん中にあることが観察できることからも再帰性は明らかである。 Incidentally, prepared two mirrors, the peek of the line of intersection at right angles to align vertically erected mirror it also because it can observed that in any position in the horizontal direction in the middle always their faces recursion sex is obvious.

しかしながら、Z軸方向においては、微小ミラーユニットMuの第1及び第2光反射面Mxz,Myzによる再帰性は現れない。 However, in the Z axis direction, the first and second light reflecting surfaces Mxz of the micro mirror unit Mu, recursive by Myz does not appear. 図3は図2の第1及び第2光反射面Mxz,Myzのなす角の二等分線とZ軸に直角な方向から眺めた第1及び第2光反射面Mxz,Myzの側面図である。 Figure 3 is the first and second light reflecting surfaces Mxz in FIG. 2, the first and second light reflecting surfaces Mxz viewed from a direction perpendicular to the bisector and Z-axis of the angle of myZ, a side view of myZ is there. ここで実空間(1,1,1,)の第2光反射面Myzの鏡面へ光線をZ軸に対して角度ψで入射すると光線は反射され、第1光反射面Mxzの鏡面で反射され、Z軸に対して角度ψで反射される。 Here the real space (1,1,1) rays to the mirror surface of the second light reflecting surface Myz of the incident at an angle ψ with respect to the Z axis ray is reflected, it is reflected by the mirror surface of the first light reflecting surface Mxz , it is reflected at an angle ψ with respect to the Z axis. 因みに、完全な再帰性を得るためには図1のXY平面に第3光反射面を更に設ければ、図1の白丸の像空間(−1,−1,−1,)による再帰性を得ることができる。 Incidentally, by providing complete in order to obtain a recursive further a third light reflecting surface to the XY plane in FIG. 1, the image space of white circles in FIG. 1 (-1, -1, -1) retro-by it is possible to obtain. この互いに直交する3枚の鏡を合わせたとき、3本の交線に向かう入射光線がいずれの入射位置でも同一入射方向に戻るコーナーキューブ、レトロリフレクタの再帰性として知られている。 When combined three mirrors to the mutually orthogonal corner cube incident light towards the three intersection line returns to the same incident direction at any incident position, known as retro-retroreflector.

実施形態の反射型面対称結像素子2においては、Z軸方向成分においては入射光線を正反射するとともにXY軸方向成分については入射光線を再帰性反射をする微小ミラーユニットMuの複数を、図4の平面図に示すように例えばXY軸方向に第1光反射面Mxz及び第2光反射面Myzが一致するようにマトリクス状に平面的に配列して構成されている。 In the reflective surfaces symmetrical imaging element 2 of the embodiment, a plurality of micro mirror units Mu For XY-axis direction component with specularly reflect incident light in the Z-axis direction component of the retro-reflects the incident light beam, FIG. the XY-axis direction, for example, as shown in the plan view of 4 are constituted by a plane arranged in a matrix such that the first light reflecting surface Mxz and second light reflecting surfaces Myz match. なお、反射型面対称結像素子2においてZ軸方向には光が通過(少なくとも一部は2回反射して)できるような構成されていることは云うまでもない。 Incidentally, needless to it refers to the light in the Z-axis direction in the reflective surface symmetric imaging element 2 is configured as to pass through (at least in part reflected twice).

図5に示すように例えば反射型面対称結像素子2のZ軸上の正側(上側)に発散光CvBを発する発光体があれば、反射型面対称結像素子2の微小ミラーユニット有効領域に拡がった全ての光線のうち、各第1及び第2光反射面Mxz,Myzで2回、反射した光線のそれぞれは、当該発光体の反射型面対称結像素子2に対する面対称位置に収束する。 If there is luminescent material emitting divergent light CvB the positive side of the Z-axis of the reflective type, for example surface symmetric imaging element 2 as shown in FIG. 5 (upper side), the micro mirror unit of the reflective surface symmetric imaging element 2 enable of all the light that has spread to the area, each of the first and second light reflecting surfaces Mxz, 2 times with myZ, each reflected light beam, plane-symmetrically positioned relative to the reflective surface symmetric imaging element 2 of the luminous body converge.

一方、図6に示すように例えば反射型面対称結像素子2のZ軸上の正側(上側)から収束光DvBを、反射型面対称結像素子2の微小ミラーユニット有効領域に入射すれば、その中の集光領域内の各第1及び第2光反射面Mxz,Myzで2回、反射した光線は、反射型面対称結像素子2から面対称に発散して発散光として拡がる。 On the other hand, the convergent light DvB from the positive side of the Z-axis of the reflective type, for example surface symmetric imaging element 2 as shown in FIG. 6 (upper side), by entering the micromirror unit effective area of ​​the reflective surface symmetric imaging element 2 if, each of the first and second light reflecting surfaces Mxz condensing region therein, twice with myZ, reflected light is spread as divergent light diverging plane-symmetrically from the reflective surface symmetric imaging element 2 .

このように直交する第1及び第2光反射面Mxz,Myzの法線で作るXY平面内においては光線を再帰的に反射しかつZ軸方向で正反射するので、図7に示すように、自発光体又は被照射体の物体1がZ軸上の負側(下側)に配置されるとき、当該物体1の像を実像Riで結像させることが可能となる。 First and second light reflecting surfaces Mxz perpendicular Thus, since the regularly reflected by the recursive reflecting vital Z-axis rays in the XY plane made of normal of myZ, as shown in FIG. 7, when an object 1 of the self-luminous body or object to be irradiated is placed on the negative side (lower side) on the Z-axis, it is possible to form an image of the object 1 in the real image Ri. 微小ミラーユニットに写った像の裏側からの観察となるので、三次元物体に対しては奥行きが反転する。 Since the observation from the back side of the reflected image into micro mirror unit, the depth is inverted relative to the three-dimensional object. 一つの微小ミラーユニットが数10μm〜数10mm角の大きさで自由に製作することが可能であるので、かかる像の解像度は各微小ミラーユニットMuのサイズを小さくことにより、微小ミラーユニットMuを密に配列することにより像の明るさを向上できる。 Dense because one of the micro mirror unit can be freely fabricated in size of several 10μm~ number 10mm square, the resolution of such images is by reducing the size of each micro mirror unit Mu, the micro mirror unit Mu It can improve the brightness of the image by arranging the. なお、物体1は自発光体又は被照射体でもよく、液晶ディスプレイなどの表示器の表示面を物体1として用いるがことができる。 Incidentally, the object 1 may be a self-luminous body or object to be irradiated, the display surface of the display device such as a liquid crystal display may be, but is used as the object 1.

このような微小ミラーユニットを平面内に並べると、点光源から発せられた光線は、あらゆる微小ミラーユニットによって反射され、必ず面対称位置を通るので、実像の結像或いは虚像の結像が可能となる。 Arranging such a micro mirror unit in the plane, the light beam emitted from a point light source is reflected by any micro mirror unit, so always through the plane symmetrical positions, and enable imaging of the imaging or virtual image of the real image Become. 反射型面対称結像素子2は、マクロ的に見れば、板状なので、一方の主面から他方の主面へ光を透過する光屈曲透過型光学素子として動作する。 Reflective surface symmetric imaging element 2, when viewed macroscopically, the plate-shaped, which operates as an optical bending transmissive optical element that transmits light from one main surface to the other main surface.

図7に示すように、反射型面対称結像素子2の主面上に空中映像を浮かばせ、観察者に対して、所定方向からの観察が可能となる。 As shown in FIG. 7, floated the floating image on the main surface of the reflective surface symmetric imaging element 2, to the viewer, it is possible to observe from a predetermined direction.

反射型面対称結像素子2の一例は、例えば、図8に示すように、各々が同数の棒状の直方体材20をその長手側面が並列に密着させることにより形成された2つのシート部(第1集合体及び第2集合体)21,22を有する。 An example of the reflective surfaces symmetrical imaging element 2 is, for example, as shown in FIG. 8, two seat, each have a longitudinal side of a rectangular parallelepiped member 20 of the same number of rod-like formed by close contact with the parallel (second having 1 assembly and the second assembly) 21, 22. シート部21,22の互いの主面同士を接着してある。 They are bonded to each other main surfaces of the sheet portions 21 and 22.

長手方向に伸長した4面のうちの対向する2面は、図9に示すように、光の透過で使用する光透過面Tである。 Two opposite surfaces of the four sides that extend in the longitudinal direction, as shown in FIG. 9, a light transmitting surface T to be used in the transmission of light. 残る2面の一方は反射面であり鏡面処理を施されている。 One of the two surfaces remain is subjected to and mirror finishing a reflective surface. この鏡面処理は光を反射するという意味ではなく、非常に滑らかな状態にする処理である。 The mirror surface processing does not mean that reflects light, it is a process of very smooth state. 残る2面の他方は光の吸収を行う面である。 The other two surfaces remains is a surface for performing absorption of light. 直方体材20はシート部21,22各々で100本〜20000本程度用いられる。 Rectangular member 20 is used 100 ~20000 present about the seat portion 21, 22 respectively. 例えば、直方体材20は、長手方向に垂直な方向、すなわち短手方向の四角形の断面の一辺が0.1〜10mm前後の透明なアクリルに代表されるプラスチック又はガラスの棒からなる。 For example, the rectangular parallelepiped member 20, direction perpendicular to the longitudinal direction, i.e. one side of the cross section of the transverse direction of the rectangle is made of rods of plastic or glass typified by transparent acrylic around 0.1 to 10 mm. 長さは投影する画像の大きさによって変化するが、100mm〜10m程度である。 The length varies depending on the size of the image to be projected, but is about 100Mm~10m. また、直方体材20の長手方向に伸長した1面(残りの1面の反対側の面)には光反射膜23が形成される。 Further, the light reflection film 23 is formed on the one surface that extends in the longitudinal direction of the rectangular member 20 (opposite surface of the remaining one surface). 光反射膜23はアルミや銀の蒸着或いはスパッタなどによって形成される。 Light reflection film 23 is formed by vapor deposition or sputtering of aluminum or silver. その光反射膜23を形成した面とは反対側の面(残り1面)には光吸収膜24が形成され、それにより光吸収面とされる。 Its the light reflecting film 23 formed by the surface light absorbing film 24 is formed on the opposite side (one side remaining), thereby being a light absorbing surface. 光吸収膜24はつや消しの黒塗料などを用いたり、黒色の薄いシートを密着させて形成しても良い。 Light absorbing film 24 or the like black paint matt, may be formed in close contact with a thin sheet of black.

このような複数の直方体材20について、図10に示すように、1つの直方体材20の光吸収膜面と別の直方体材20の光反射膜面を密着させてシート部21,22がそれぞれ形成される。 Such multiple rectangular member 20, as shown in FIG. 10, forming the seat portion 21 and 22 brought into close contact with the light reflection film surface of one light-absorbing film surface to another rectangular member 20 of a rectangular parallelepiped member 20, respectively It is. シート部21,22は、図10に示すように、直方体材20の並列方向が交差するようにいずれか一方を90度回転させた状態で貼り合わせられ、それによって反射型面対称結像素子2が形成される。 Sheet 21 and 22, as shown in FIG. 10, it is bonded in a state of either rotated 90 degrees as a parallel direction of the rectangular member 20 intersect, whereby the reflective surfaces symmetrical imaging element 2 There is formed. シート部21の各直方体材20とシート部22の各直方体材20とが交差する部分が微小ミラーユニットを構成し、各微小ミラーユニットのシート部21の光反射膜面が第1集合体の第1光反射面であり、シート部22の光反射膜面が第2集合体の第2光反射面である。 Each parallelepiped member 20 and a portion intersecting each rectangular member 20 and the seat portion 22 of the seat portion 21 constitute a micro mirror unit, the light reflection film surface of the sheet portion 21 of each micro mirror unit is in the first assembly a first light reflecting surface, the light reflection film surface of the seat portion 22 is a second light reflecting surface of the second assembly.

なお、シート部21,22を形成する際に、1つの直方体材20の光吸収膜面と別の直方体材20の光反射膜面を密着させるので、光吸収膜24は光反射膜23の上に積層して形成しておいても良い。 In forming the sheet portions 21 and 22, since the close contact with the light reflection film surface of one light-absorbing film surface to another rectangular member 20 of a rectangular parallelepiped member 20, the light absorbing layer 24 on the light reflection film 23 it may be formed by stacking in.

更に、直方体材20はプラスチック樹脂やガラスなどによって形成されているため、約1.5程度の屈折率を持っているが、このことによって表面反射が起こる場合がある。 Furthermore, the rectangular member 20 because it is formed by a plastic resin or glass, but has a refractive index of about 1.5, there are cases where surface reflection caused by this. そこで、反射型面対称結像素子2の物体(物体1)側及び実像3側の面に減反射コーティングを施すことにより鮮明な実像を空間に形成することができる。 Therefore, it is possible to form a clear real image space by applying the antireflection coating to the surface of the reflective surface symmetric imaging element 2 of the object (object 1) side and the real image 3 side.

上記の例では、反射型面対称結像素子2の各直方体材20をアクリルやガラス等によって透明層として形成して、メンテナンスなどを容易にする構成を示したが、これらの代わりにごく薄いミラーシートを多数用いても同様の効果は得られる。 In the above example, each rectangular member 20 of the reflective surface symmetric imaging element 2 formed as a transparent layer of an acrylic or glass, a configuration has been shown to facilitate maintenance, very thin instead of these mirrors the same effect can be used many sheets can be obtained. 構造的には平行するミラー群を2層に直交配置する構造である。 In structure is a structure orthogonal placing mirrors parallel to two layers.

なお、各直方体材としてガラスミラーを使用する場合には、カットの際に切断面が傾いたり表面に微小な凹凸が発生するが、これが結合像をぼけさせる大きな要因となる。 In the case of using a glass mirror as each rectangular member, but minute irregularities on the cut surface is inclined or surface during the cut occurs, a major factor in this blurring binding images. そこで、表面に低粘度のエポキシ樹脂やUV硬化樹脂をコーティングすることにより、反射型面対称結像素子の表面が滑らかになり、結果として光軸ズレの少ない鮮明な実像を得ることができるようになる。 Accordingly, by coating the epoxy resin and UV curable resin having a low viscosity on the surface, the surface of the reflective surface symmetric imaging element becomes smooth, so that it can result obtaining less clear real image of optical axis misalignment Become. コーティングする面は反射型面対称結像素子の両面が最も効果的であり、どこの面でも有効であるが、シート部の貼り合わせ面は接着層を兼ねることができる。 The coating surfaces are duplex are most effective of the reflective surfaces symmetrical imaging device is effective even where the surface, the bonding surface of the seat portion can also serve as an adhesive layer.

他の反射型面対称結像素子の例としては、2シート貼り合わせ構造の他に、単一シート構造でもよい。 Examples of other reflective surfaces symmetrical imaging device, in addition to the second sheet laminated structure or a single sheet structure. 例えば、図11に示すように、一面に階段状側面を有する直方体の階段状側面を側面として並べて接合した板状体の反射型面対称結像素子2bが挙げられる。 For example, as shown in FIG. 11, include reflective surfaces symmetrical imaging device 2b of the plate-like body formed by bonding side by side a stepped side surface of a rectangular parallelepiped as a side having a stepped side surface on one side. 図11は反射型面対称結像素子2bの部分斜視図である。 Figure 11 is a partial perspective view of a reflective surface symmetric imaging element 2b. 図に示す反射型面対称結像素子2bでは階段状側面の一段を90度直交する第1及び第2光反射面の微小ミラーユニットとしている。 The stage of the stepped side the reflective surface symmetric imaging element 2b shown in FIG have the first and second light reflecting surface of the micro mirror units perpendicular 90 °.

図12は図11の反射型面対称結像素子2bの形成用の一面に階段状側面を有する直方体形成用の板状体31の部分切欠斜視図である。 Figure 12 is a partial cutaway perspective view of the plate-like body 31 for parallelepiped form having a stepped side surface on one side for formation of the reflective surface symmetric imaging element 2b in FIG. 直方体形成用板状体31はZ軸方向に伸長する複数の同一形状の平行峰部32を一方の主面に有する。 Parallelepiped forming plate-like body 31 has a parallel peak portion 32 of the plurality of the same shape extending in the Z-axis direction on one major surface. その他方の主面は平面である。 Its other main surface is a plane. 周期的に等しいピッチの平行峰部32の各々のXY平面における断面は同一形状の直角三角形(頂部)である。 Cross section in cyclically equal pitch XY plane of each of the parallel peak portion 32 of a right triangle having the same shape (top).

図13も一面に階段状側面を有する直方体形成用板状体31の部分切欠斜視図である。 Figure 13 also is a partially cutaway perspective view of a rectangular parallelepiped forming plate-like body 31 having a stepped side surface on one side. この直方体形成用板状体31では、その平行峰部32側の主面33上に、光反射膜及び光吸収膜(図示せず)を順に成膜してある。 In the rectangular parallelepiped forming the plate-like member 31, the upper major surface 33 of the parallel peak portion 32 side, it is light reflective layer and the light absorbing film (not shown) formed in this order. 光反射膜及び光吸収膜を成膜した直方体形成用板状体31の複数枚を製造しておく。 Keep the light reflecting layer and the light absorption film to produce a plurality of rectangular parallelepiped forming the plate-like body 31 was formed. 直方体形成用板状体の材料は透明なアクリルに代表されるプラスチック又はガラスである。 Materials parallelepiped forming the plate-like body is a plastic or glass typified by clear acrylic. プラスチックの場合、射出成形などで平行峰部付きの金型により複数枚を製造することができる。 For plastics, it is possible to produce a plurality by a die with parallel peak portion in injection molding.

図14は、製造された直方体形成用板状体31の平面部側に、製造された別の直方体形成用板状体31の平行峰部32側部分を透明接着剤(図示せず)で接着した貼着板状体の部分切欠斜視図である。 Figure 14 is adhered to the flat side of the rectangular parallelepiped forming the plate-like body 31 made, parallel peaks 32 side portion of another rectangular forming plate-like body 31 made of a transparent adhesive (not shown) it is a partial cutaway perspective view of the bonded wear plate body. 透明接着剤は、その屈折率が直方体形成用板状体31の屈折率とほぼ等しい材料から選択することが好ましい。 Transparent adhesive is preferably selected from substantially equal material whose refractive index is the refractive index of the parallelepiped forming the plate-like body 31. 接着時に、直方体形成用板状体31の平行峰部に気泡が残留しないように接合することが好ましい。 At the time of bonding, it is preferable that joining in such a way that no air bubbles remain parallel peak portion of the rectangular parallelepiped forming the plate-like body 31.

図15は、直方体形成用板状体31の平面部側に次々と別の直方体形成用板状体31の平行峰部32側部分を透明接着剤(図示せず)で接着した集合体34の部分切欠斜視図である。 Figure 15 is a rectangular parallelepiped forming the plate-like body 31 of the flat portion to successively separate cuboid forming plate-like body 31 parallel peak portion 32 side portion a transparent adhesive (not shown) adhered to the aggregate 34 it is a partial cutaway perspective view.

接着硬化後に、XY平面(破線)に平行に等しいピッチで切断して切り分けて、切断面の研磨や、透明保護膜成膜などを施して、図11の反射型面対称結像素子2bが製造される。 After the adhesive curing, isolate and cut with parallel equal pitch in the XY plane (broken line), the polishing or cutting surface, is subjected to a transparent protective film deposition, the reflective surfaces symmetrical imaging device 2b in FIG. 11 production It is.

<中継光学素子及び物体との組み合わせ> <Combination of the relay optics and the object>
中継光学素子は、凸レンズ、凹レンズや、凹面鏡、凸面鏡などの従来の結像光学素子であり、像の拡大又は縮小を可能とする素子である。 Relay optics, a convex lens, or concave lens, a concave mirror, a conventional imaging optical element such as a convex mirror, a device that allows enlargement or reduction of the image. また、素子単体での使用に限らずこれらを組み合わせて使用することもでき、その像を観察できる位置はそれぞれの従来の結像光学素子による結像光学系の光路により設定できる。 Further, not limited to the use of the element itself can also be used in combination thereof, it can be set by the optical path of the imaging optical system of the conventional imaging optical element position of each that can observe its image. また、これら従来の結像光学素子は結ぶ像が実像になるか虚像になるかは、それぞれの光学系の種類と物体の位置関係において決められ、結像される像を実像にするか虚像にするかによって観察位置を変更できる。 Also, if the image connecting these conventional imaging optical element is either a virtual image becomes real image, is determined in positional relationship between the type and the object of the respective optical systems, on whether the virtual image to real the image formed depending on whether you can change the viewing position.

中継光学素子すなわち結像光学系には主にレンズを用いる場合と、反射鏡を用いる場合とがあるが、ここでは凸レンズを用いる場合について説明する。 In the case of using the relay optical element or main lens in the imaging optical system, there are a case of using a reflecting mirror, here it will be described the case of using a convex lens.

図16は、凸レンズCvLの焦点距離をf、凸レンズCvLと物体1との距離をaとし、aがf>a>0の場合の結合光学系の光路図を示す。 Figure 16 is a focal length of the convex lens CvL to f, and the distance between the convex lens CvL the object 1 and a, a indicates an optical path diagram of a coupling optical system in the case of f> a> 0. この場合、倍率f/(f−a)の虚像が得られる。 In this case, the virtual image magnification f / (f-a) is obtained. この時、観察者Eの眼で虚像3Vの全体像が観察できる範囲をハッチングで示す。 At this time, showing the area to the whole picture can be observed in the virtual image 3V at the observer's eye E by hatching.

図16の凸レンズCvLと物体1との関係がaがf>a>0の場合、凸レンズCvLと観察者Eの眼の間の空間に、凸レンズCvLの光軸にその法線が45度傾斜するように反射型面対称結像素子2を配置した態様が図17である。 If the relationship between the convex lens CvL the object 1 in FIG. 16 is a is f> a> 0, the space between the eye lens CvL the observer E, whose normal is inclined 45 degrees to the optical axis of the convex lens CvL embodiments where the reflective surfaces symmetrical imaging element 2 is arranged such that a diagram 17. 図17においては、反射型面対称結像素子2を配置することで、倍率f/(f−a)の実像3が反射型面対称結像素子2と観察者Eの眼の間の空間に得られる。 17, by arranging the reflective surface symmetric imaging element 2, the real image 3 magnification f / (f-a) in the space between the eyes of the observer E and the reflective surface symmetric imaging element 2 can get. 反射型面対称結像素子2により凸レンズCvLで物体1からの発散光が収束光に変換されるからである。 The reflective surface symmetric imaging element 2 is because divergent light from the object 1 by the convex lens CvL is converted into a convergent light. この時、観察者Eの眼で実像3の全体像が観察できる範囲をハッチングで示す。 At this time, showing the area to the whole picture can be observed in real 3 the eye of the observer E by hatching.

aに位置に置かれた物体1から発する光は凸レンズCvLによって屈折された後、反射型面対称結像素子2の微小ミラーユニット有効領域に拡がった全ての光線のうち、各第1及び第2光反射面で2回、反射され全体として実像3を形成する。 The light emanating from the object 1 placed in position in a is being refracted by the convex lens CVL, reflective surfaces of all the light that has spread to the micro mirror unit effective area of ​​the symmetric imaging element 2, the first and second 2 times the light reflecting surface to form a real image 3 as a whole is reflected.

この例では従来の凸レンズCvLの奥に虚像3Vとして結像されていた像が実像3として形成される。 Image that has been imaged as a virtual image 3V behind the conventional convex lens CvL in this example is formed as a real image 3. 実像3は結像位置にスクリーンなどを設置してその反射光を観察することもできる。 Real image 3 can also be observed that reflected light by installing such screen imaging position. また反射型面対称結像素子の手前の空間に結像しているから観察者Eの眼を実像3に最接近して観察することもできる。 It is also possible to observe the eyes of the observer E to closest to the real image 3 from being imaged in front of the space of the reflective surfaces symmetrical imaging element. さらに実像の全体像を直接観察できる範囲も十分広く確保できる。 Range the overall picture can be observed directly in further real it can be secured sufficiently wide.

この反射型面対称結像素子は単独で使用した場合は物体から実像を形成する光学素子として機能するが、この反射型面対称結像素子を、他の結合光学系(従来から一般的に光学系に利用されている凸レンズや凹面鏡あるいは凹レンズや凸面鏡およびそれらの組合せで構成される、実像または虚像を形成する光学素子)と組み合わせることで、実像から虚像への変換、あるいは虚像から実像への変換を行うことが可能となる。 This reflective surface symmetric imaging element functions as an optical element for forming a real image from the object when used alone, generally optically the reflective surfaces symmetrical imaging element, other coupling optics (conventional composed of a convex lens and a concave mirror or a concave lens or a convex mirror and combinations thereof which are utilized in the system, combined with an optical element) to form a real image or virtual image, of the transformation from real to virtual, or from virtual to real it is possible to perform. また、反射型面対称結像素子は面対称結像系であるため像倍率が1であったが、従来の結像光学素子との組み合わせにより任意の像倍率を設定できるようになる。 Further, the reflective surfaces symmetrical imaging element is image magnification for a plane symmetrical imaging system is 1, it becomes possible to set any image magnification by the combination of the conventional imaging optical element. さらに従来の結像拡大光学系の多くが虚像表示であり、有効観察範囲が狭い範囲に限定されていたが、反射型面対称結像素子と組み合わせることによって有効観察範囲を拡大したり、像を手前の空間に結像させスクリーンに投影するなどして広範囲から像を観察できるようにすることが可能となる。 More conventional imaging magnifying optical system is a virtual image display, although the effective observation range has been limited to a narrow range, or to expand the effective observation range by combining a reflective surface symmetric imaging element, an image it is possible to allow observation of the image from a wide range, such as by projection on a screen by forming in front of the space.

<他の中継光学素子及び物体との組み合わせ> <Combination with other relay optics and the object>
図18は、凸レンズCvLの焦点距離をf、凸レンズCvLと物体1との距離をaとし、aがa>fの場合の結合光学系の光路図を示す。 Figure 18 is a focal length of the convex lens CVL f, the distance between the convex lens CVL and the object 1 and a, a indicates an optical path diagram of a coupling optical system in the case of a> f. この場合、倍率f/(a−f)の実像が得られる。 In this case, the real image magnification f / (a-f) is obtained. この時、観察者Eの眼で実像3の全体像が観察できる範囲をハッチングで示す。 At this time, showing the area to the whole picture can be observed in real 3 the eye of the observer E by hatching.

図18の凸レンズCvLと物体1との関係がaがa>fの場合、凸レンズCvLと観察者Eの眼の間(凸レンズCvLと実像3の間)の空間に、凸レンズCvLの光軸にその法線が45度傾斜するように反射型面対称結像素子2を配置した図が図19である。 If the relationship between the convex lens CvL the object 1 in FIG. 18 is a is a> f, in the space between the eye lens CvL the observer E (between the convex lens CvL and real image 3), that the optical axis of the convex lens CvL normal placed the reflective surfaces symmetrical imaging element 2 so as to be inclined 45 degrees figure is a diagram 19. 図18で示した凸レンズCvLに対して物体1を配置した空間とは反対の空間に、反射型面対称結像素子2を配置することで、図19に示すように、凸レンズCvLと反射型面対称結像素子2の間の空間にて、倍率f/(a−f)の虚像3Vが得られる。 The space in which to place the object 1 with respect to the convex lens CvL shown in FIG. 18 to the opposite space, by arranging the reflective surface symmetric imaging element 2, as shown in FIG. 19, a convex lens CvL reflective surface at the space between the symmetric imaging element 2, the virtual image 3V magnification f / (a-f) is obtained. 反射型面対称結像素子2により凸レンズCvLでの物体1からの収束光が発散光に変換されるからである。 The reflective surface symmetric imaging element 2 is because the converged light from the object 1 by the convex lens CvL is converted into divergent light.

さらに他の例として凹面鏡を用いて虚像を結像する結像光学系に反射型面対称結像素子を加えて実像を形成する場合について説明する。 Further it will be described for forming a real image by adding a reflective surface symmetric imaging element in the imaging optical system that forms a virtual image using a concave mirror as another example.

図20は、凹面鏡CcMの焦点距離をf、凹面鏡CcMと物体1との距離をaとし、aがf>a>0の場合の結合光学系の光路図を示す。 Figure 20 is a focal length of the concave mirror CcM to f, and the distance between the concave mirror CcM and the object 1 and a, a indicates an optical path diagram of a coupling optical system in the case of f> a> 0. この場合、物体1が光を妨害しないようにハーフミラーHMを用いて凹面鏡CcMと物体1の光軸を一致させている。 In this case, it has to match the optical axis of the concave mirror CcM the object 1 by using the half mirror HM as the object 1 does not interfere with light. この場合、倍率f/(f−a)の虚像3Vが得られる。 In this case, the virtual image 3V magnification f / (f-a) is obtained. この時、観察者Eの眼で虚像3Vの全体像が観察できる範囲をハッチングで示す。 At this time, showing the area to the whole picture can be observed in the virtual image 3V at the observer's eye E by hatching.

図20の凹面鏡CcMと物体1との関係がaがf>a>0の場合、凹面鏡CcMと観察者Eの眼の間(ハーフミラーHMと観察者Eの眼の間)の空間に、物体1の光軸にその法線が45度傾斜するように反射型面対称結像素子2を配置した態様が図21である。 If the relationship between the concave mirror CCM and the object 1 of Fig. 20 is a is f> a> 0, the space between the eyes of the observer E and concave mirror CCM (between the eyes of the half mirror HM and the observer E), the object embodiments the normal placed the reflective surfaces symmetrical imaging element 2 so as to be inclined 45 degrees to the first optical axis is 21.

図21に示すように、凹面鏡から見てハーフミラーHMの後方空間に、反射型面対称結像素子2を配置することで倍率f/(f−a)の実像3が得られる。 As shown in FIG. 21, the rear space of the half mirror HM as viewed from the concave mirror, the real image 3 magnification f / (f-a) is obtained by placing a reflective surface symmetric imaging element 2. 反射型面対称結像素子2により凹面鏡CcMでの物体1からの発散光が収束光に変換されるからである。 The reflective surface symmetric imaging element 2 is because divergent light from the object 1 by the concave mirror CcM is converted into a convergent light. なお、図21の光学系では実像位置に光を拡散させるスクリーンScを配置し、投影された実像3を観察する場合について記載している。 Incidentally, place the screen Sc for diffusing light in the real image position in the optical system of FIG. 21 describes a case of observing the real image 3 projected.

もう一つの他の例として凹面鏡を用いて虚像を結像する結像光学系に反射型面対称結像素子を加えて実像を形成する場合について説明する。 It will be described for forming a real image by adding a reflective surface symmetric imaging element in the imaging optical system that forms a virtual image using a concave mirror as another another example.

図22は、凹面鏡CcMの焦点距離をf、凹面鏡CcMと物体1との距離をaとし、aがf>a>0の場合の結合光学系の光路図を示す。 Figure 22 is a focal length of the concave mirror CcM to f, and the distance between the concave mirror CcM and the object 1 and a, a indicates an optical path diagram of a coupling optical system in the case of f> a> 0. この場合、物体1が光を妨害しないようにハーフミラーHMを物体1と凹面鏡CcMとの間に用いて凹面鏡CcMと観察者Eの眼の光軸を一致させている。 In this case, it has to match the optical axis of the eye of the concave mirror CcM the observer E with between the object 1 and the concave mirror CcM the half mirror HM as the object 1 does not interfere with light. この場合、ハーフミラーHMから見て凹面鏡CcMの奥側に倍率f/(f−a)の虚像3V(破線)が得られるが、ハーフミラーHMにより凹面鏡CcMからの発散光が観察者Eの眼に届くので、倍率f/(f−a)の虚像3V(実線)が得られる。 In this case, the virtual image 3V magnification f / the back side of the concave mirror CcM viewed from the half mirror HM (f-a) (dashed line) is obtained, divergent light from the concave mirror CcM by the half mirror HM is the observer E eyes since reaching the magnification f / (f-a) of the virtual image 3V (solid line) is obtained. この時、観察者Eの眼で虚像3Vの全体像が観察できる範囲をハッチングで示す。 At this time, showing the area to the whole picture can be observed in the virtual image 3V at the observer's eye E by hatching.

図22の凹面鏡CcMと物体1との関係がaがf>a>0の場合、ハーフミラーHMと観察者Eの眼の間の空間に、物体1の光軸にその法線が45度傾斜するように反射型面対称結像素子2を配置した態様が図23である。 If the relationship between the concave mirror CcM and the object 1 of Fig. 22 is a is f> a> 0, the space between the eye of the half mirror HM and the observer E, tilt the normal 45 degrees to the optical axis of the object 1 embodiments where the reflective surfaces symmetrical imaging element 2 is arranged such that it is 23.

図23に示すように、反射型面対称結像素子2を配置することで倍率f/(f−a)の実像3が得られる。 As shown in FIG. 23, the real image 3 magnification f / (f-a) is obtained by placing a reflective surface symmetric imaging element 2. 反射型面対称結像素子2により凹面鏡CcMでの物体1からの発散光が収束光に変換されるからである。 The reflective surface symmetric imaging element 2 is because divergent light from the object 1 by the concave mirror CcM is converted into a convergent light. なお、図23の光学系では実像位置に光を拡散させるスクリーンScを配置し、投影された実像3を観察する場合について記載している。 Incidentally, the screen Sc for diffusing light disposed on the real position in the optical system of FIG. 23 describes a case of observing the real image 3 projected.

別の例として凹面鏡を用いて実像を結像する光学系に反射型面対称結像素子を加えて虚像を形成する場合について説明する。 It will be described for forming a virtual image by adding a reflective surface symmetric imaging element in an optical system that forms a real image using a concave mirror as another example.

図24は、凹面鏡CcMの焦点距離がf、凹面鏡CcMと物体1との距離がaであって、aが2f>a>fの条件を満たす場合の結合光学系の光路図を示す。 Figure 24 is the focal length of the concave mirror CcM is a f, the distance between the concave mirror CcM and the object 1 is a, showing an optical path diagram of a coupling optical system in the case a is 2f> a> f satisfies the condition. この場合、物体1が光を妨害しないようにハーフミラーHMを用いて凹面鏡CcMと物体1の光軸を一致させている。 In this case, it has to match the optical axis of the concave mirror CcM the object 1 by using the half mirror HM as the object 1 does not interfere with light. なお、図24の光学系では実像位置に光を拡散させるスクリーンScを配置し、投影された実像3を観察する場合について記載している。 Incidentally, place the screen Sc for diffusing light in the real image position in the optical system of FIG. 24 describes a case of observing the real image 3 projected.

図24の凹面鏡CcMと物体1との関係が2f>a>fの場合、ハーフミラーHMとスクリーンScの間の空間に、物体1の光軸にその法線が45度傾斜するように反射型面対称結像素子2を配置した態様が図25である。 If the relationship between the concave mirror CcM and the object 1 of Fig. 24 is 2f> a> f, in the space between the half mirror HM and the screen Sc, the reflection type such that the normal to the optical axis of the object 1 to be inclined 45 degrees aspect of arranging the plane of symmetry imaging element 2 is a diagram 25.

図25に示すように、凹面鏡から見てハーフミラーHMの後方空間に、反射型面対称結像素子2を配置することで倍率f/(a−f)の虚像3Vが得られる。 As shown in FIG. 25, the rear space of the half mirror HM as viewed from the concave mirror, the virtual image 3V magnification f / (a-f) is obtained by placing a reflective surface symmetric imaging element 2. 反射型面対称結像素子2により凹面鏡CcMでの物体1からの収束光が発散光に変換されるからである。 The reflective surface symmetric imaging element 2 is because the converged light from the object 1 by the concave mirror CcM is converted into divergent light.

以上のように、本発明によれば、反射型面対称結像素子と結像光学素子(中継光学素子)とを組み合わせ、虚像から実像を作る場合と同様に、実像を形成する光線束から虚像を作ることができる。 As described above, according to the present invention, combining a reflective surface symmetric imaging element and the imaging optical element (relay optics), as in the case of making a real image from the virtual image, the virtual image from the light flux forming a real image it can make. 以上の表示装置の構成は、凸レンズや凹レンズに代表される透過型の光学系のみならず、凹面鏡や凸面鏡を用いた反射型光学系においても同様の作用が得られる。 Configuration of the above display device, not only the transmission type optical system represented by a convex lens and a concave lens, a similar effect also in the reflective optical system using a concave mirror or convex mirror is obtained.

さらに、いずれの実施形態においても、物体1、凸レンズCvL又は凹面鏡CcM、ハーフミラーHM及び反射型面対称結像素子2を含む筐体などの遮光体(図示せず)を含むことができる。 Further, in any embodiment, may be the object 1, including a convex lens CvL or concave mirror CCM, the light shielding member such as a housing containing a half mirror HM and the reflective surface symmetric imaging element 2 (not shown). また、筐体などの遮光体の一部が反射型面対称結像素子2からなるようにすることもできる。 Further, it is also a part of the light shielding body such as housing is made to be a reflective surface symmetric imaging element 2. 遮光体の内壁面は暗色とすることにより、迷光などを吸収し得られる像のコントラストを向上されることもできる。 The inner wall surface of the light shield by the dark color, may also be enhancing the contrast of an image is obtained by absorbing such stray light.

最後に、本発明の表示装置を車載用のフロントガラスプロジェクタの実施例と比較例とを説明する。 Finally, describing the display device of the present invention and examples of a windscreen projector for automotive and comparative examples. 車の運転席、操縦席まわりは操作装置が多く有るためフロントガラスプロジェクタの小型化が必要である。 Car of the driver's seat, cockpit around is a need to reduce the size of the front glass projector because there are many operating device. また、近年のハイビジョンディスプレイ(16:9)の画角が30度を確保することも必要である。 In recent years high-definition displays (16: 9) angle of view is also necessary to ensure the 30 °. 図26はディスプレイ41と拡大光学系の凸レンズ42と平面ハーフミラー43の組み合わせからなるプロジェクタ(比較例)を示す。 Figure 26 shows a projector (Comparative Example) comprising a combination of a convex lens 42 and the plane half mirror 43 with the display 41 enlarging optical system. 図27は上述の図19のa>fの場合と同等の実像虚像変換光学系(拡大光学系)を組み合わせからなるプロジェクタを示す。 Figure 27 shows a projector consisting of a combination of equivalent real virtual conversion optical system in the case of a> f in FIG. 19 described above (expansion optical system). 図27の実施例の表示装置は図26装置と同等のディスプレイ41と拡大光学系の凸レンズ44と内部平面ミラー45と反射型面対称結像素子2を配置して構成され、図26の比較例と同一サイズの投射映像(虚像)を形成している。 Display device of the embodiment of FIG. 27 is constructed by arranging a reflective surface symmetric imaging element 2 and the convex lens 44 and the internal plane mirror 45 of the magnifying optical system and Figure 26 device equivalent to the display 41, the comparative example of FIG. 26 forming a same size of the projected image (virtual image) and.

実施例と比較例を比べると焦点距離がほぼ同等の凸レンズ42と凸レンズ44であるが、比較例の凸レンズ42に比べ実施例凸レンズ44の口径は約1/3に減少したものを利用できる。 While focal length compared to Examples and Comparative Examples are substantially equivalent to the convex lens 42 and the convex lens 44, the diameter of the embodiment convex lens 44 than the lens 42 of the comparative example can utilize what was reduced to about 1/3. よって、本発明の拡大光学系と反射型面対称結像素子の組み合わせによれば、従来よりも小型化可能でかつ高倍率の表示装置が容易に構成できる効果が得られる。 Therefore, according to the combination of the magnifying optical system and the reflective surface symmetric imaging element of the present invention, the effect of the display device can be downsized and high magnification than the conventional can be easily configured to obtain.

以上のように本実施形態によれば、反射型面対称結像素子と実像(または虚像)形成する従来の結像光学系とを組み合わせることによって、実像を虚像(または虚像を実像に)変換する素子として用いるので、中継光学素子すなわち従来の結像光学系(レンズあるいはミラー)によって結像状態を作り出す光線束を、反射型面対称結像素子に入射することによって、上記従来の結像光学系(レンズあるいはミラー)によって結像される虚像を実像に変換し、あるいは実像を虚像に変換し、変換された結像を取り出すことができる。 According to the present embodiment as described above, by combining the conventional imaging optical system for reflective surfaces symmetrical imaging device and real (or virtual) forming a real image (the real or virtual) virtual converting since used as an element, a relay optical element or a conventional imaging optical system of the light beams produce imaging state by (lens or mirror), by incident on the reflective surface symmetric imaging element, the conventional imaging optical system by (lens or mirror) into real and virtual images to be imaged, or converting a real image into a virtual image, it is possible to take out the converted imaged.

なお、反射型面対称結像素子は、その光学素子面内に互いに90度直交する第1及び第2光反射面の微小ミラーユニットからなり、それらの交線が素子面に垂直になるように、微小ミラーユニットの多数が配列されて構成される。 Incidentally, the reflective surfaces symmetrical imaging device consists micromirror unit of the first and second light reflecting surfaces orthogonal to each other 90 degrees to the optical element surface, so that their intersection line is perpendicular to the element surface composed a number of micro mirror unit is arranged. 反射型面対称結像素子の個々の微小ミラーユニットでは、上記従来の結像光学系(レンズあるいはミラー)によって、結像状態を作り出す光線束は上記反射型面対称結像素子の第1及び第2光反射面によりそれぞれ1回ずつ計2回反射させる出射する。 Individual micro mirror unit of the reflective surface symmetric imaging element, the conventional imaging optical system by (lens or mirror), light beam to produce the imaging state of the first and second of the reflective surfaces symmetrical imaging element the second light reflecting surface is emitted is reflected twice in total once respectively.

上記の表示装置は、顕微鏡、望遠鏡、双眼鏡、空間映像ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、フロントプロジェクター、リアプロジェクター、などの光学製品であって、凸レンズ、凹面鏡、凹レンズ、凸面鏡、またはそれらの組合せにより実像または虚像を結像し、その結像された像を観察できるようにした装置、またはその結像された像を観察するための技術分野に適用できる。 The above display device, a microscope, a telescope, binoculars, spatial image display, head-up display, a head mount display, a front projector, an optical product of the rear projector, etc., a convex lens, a concave mirror, a concave lens, a convex mirror, or a combination thereof, by imaging the real or virtual, can be applied to the art for the imaged apparatus which can observe the image, or observe the image formed.

Claims (7)

  1. 自らの素子面に対して収束又は発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散又は収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、 A plate-shaped reflective surface symmetric imaging element that emits at its own radiation or convergence state light flux incident convergent or divergent state symmetrically with respect to the element surface to the element surface,
    光を前記反射型面対称結像素子へ収束又は発散状態で入射する中継光学素子と、 A relay optical device which light enters convergent or divergent state to the reflective surface symmetric imaging element,
    前記中継光学素子へ前記光を供給する発光体と、を備え、 And a light emitter for supplying said light to said relay optical element,
    前記発光体の実像または虚像を観察できるように前記反射型面対称結像素子、前記中継光学素子及び前記発光体が配置なされたことを特徴とする表示装置。 Display device, characterized in that the reflective surface symmetric imaging element to allow observation of the real image or virtual image of the light emitter, the relay optics and the light emitter is made arranged.
  2. 前記発光体は、自発光体又は被照射体であることを特徴とする請求項1記載の表示装置。 The light emitting body, a display device according to claim 1, characterized in that it is a self-luminous body or object to be irradiated.
  3. 前記発光体、前記中継光学素子及び前記反射型面対称結像素子を含む遮光体を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の表示装置。 The light emitter, the display device according to claim 1 or 2 wherein, characterized in that it comprises a light blocking member including the relay optics and the reflective surface symmetric imaging element.
  4. 前記遮光体の一部が前記反射型面対称結像素子からなることを特徴とする請求項3記載の表示装置。 The display device of claim 3, wherein a portion of the light shielding body is made of the reflective surface symmetric imaging element.
  5. 前記遮光体の内壁面は暗色であることを特徴とする請求項3又は4記載の表示装置。 It said inner wall surface of the light shield display device according to claim 3 or 4, wherein it is a dark color.
  6. 前記中継光学素子は、凸レンズ、凹レンズ、凹面鏡、凸面鏡のいずれかを含む結像光学素子であることを特徴とする請求項1〜5のいすレか1に記載の表示装置。 The relay optics are a convex lens, a concave lens, a concave mirror, a display device according to Isureka one of claims 1 to 5, characterized in that an imaging optical element including one of a convex mirror.
  7. 前記中継光学素子において、前記結像光学素子と前記発光体との間に、ハーフミラーが配置され、光が前記ハーフミラーで合成されることを特徴とする請求項6記載の表示装置。 In the relay optical element, between the light emitter and the imaging optical element, the half mirror is disposed, the optical display device according to claim 6, characterized in that it is combined by the half mirror.
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