JP2024521961A - イメージング光学系及び表示装置 - Google Patents

Abstract

視野角を増大することができるイメージング光学系及び表示装置を提供する。イメージング光学系（１００）は平板レンズ（１）及び反射アセンブリ（５）を含む。平板レンズ（１）は２組の光導波路アレイ（１０）を含む。反射アセンブリ（５）は少なくとも１対の反射面（５ｓ）を有し、同一対の２つの反射面（５ｓ）がそれぞれ平板レンズ（１）の像源側及び目視側に位置し、反射面（５ｓ）と平板レンズ（１）とのなす角が９０度以下であり、同一対の２つの反射面（５ｓ）と平板レンズ（１）とのなす角が等しく、同一対の２つの反射面（５ｓ）と平板レンズ（１）との交線が平行である。【選択図】図１

Description

本願は光学機器製造の分野に関し、具体的には、視野角を大きくすることができるイメージング光学系及び表示装置に関する。

平板レンズは、２層の周期的に分布しているアレイ光導波路が互いに直交することを利用して、光線を２層のアレイ光導波路でそれぞれ１回ずつ全反射させるものであり、互いに直交する矩形構造であるので、１回目の全反射ときの入射角と２回目の全反射ときの出射角が同じであるようにする。光源の光線発散角内のすべての光線は平板レンズを通過した後、それに応じて光源の平板切断面と対称な空間位置に収束し、１：１の空中実像が得られる。しかしながら、既存のこのようなイメージング構造では、目視側の視野角が小さく、観客が平面レンズの中心軸から一定の角度でずれてしまうと、実像が見えないなどの欠点がある。このような特性の平板レンズは展示用途の公共エリアには適用できないため、平板レンズの視野角を大きくする方法を開発することが特に重要である。

従来の技術において視野角を大きくする一般的な方法の中には、実像の変形を招くものもあれば、構造が複雑でコストがかかりすぎて公共エリアでの普及が困難なものもあれば、視野角を大きくする幅が限られた形のものもある。いかに簡単な構造で、平板レンズに大幅な視野角増加を実現させるかは、当分野の研究の方向の一つである。

本願は、従来の技術に存在する技術的問題の１つを解決することを目的とする。このため、本願は、簡単な構成で平板レンズの視野角を大きくするイメージング光学系を提供する。

本願は、上記イメージング光学系を備える表示装置を提供することを他の目的とする。

本願の実施例のイメージング光学系によれば、平板レンズ及び反射アセンブリを備え、前記平板レンズは２組の光導波路アレイを含み、各組の前記光導波路アレイはすべて単列に複数行で且つ断面が矩形であるサブ導波路からなり、前記２組の光導波路アレイは、第１の光導波路アレイ及び第２の光導波路アレイを含み、前記第１の光導波路アレイの前記サブ導波路がＸ方向に沿って延伸して且つＹ方向に沿って複数行を形成し、前記第２の光導波路アレイの前記サブ導波路がＹ方向に沿って延伸して且つＸ方向に沿って複数行を形成し、前記第１の光導波路アレイ及び前記第２の光導波路アレイがＺ方向に沿って配列され、前記Ｘ方向、前記Ｙ方向、及び前記Ｚ方向が互いに垂直であり、前記平板レンズが中心法線を有し、前記中心法線が前記平板レンズの中心を通過して且つ前記Ｚ方向と平行であり、前記平板レンズの対向する両側がそれぞれ像源側及び目視側であり、前記反射アセンブリは少なくとも１対の反射面を有し、同一対の２つの前記反射面がそれぞれ前記像源側及び前記目視側に位置し、前記反射面がすべて平面であるとともに前記中心法線に向かって設置され、前記反射面と前記平板レンズとのなす角が９０度以下であり、同一対の２つの前記反射面と前記平板レンズとのなす角が等しく、同一対の２つの前記反射面と前記平板レンズとの交線が互いに平行である。

本願の実施例のイメージング光学系によれば、平板レンズの像源側及び目視側に反射面がそれぞれ設置されて、且つ反射面が対になって設置されることにより、反射面を利用して視野角を大きくすることができ、反射面は視野角を１８０度まで拡大できる案もある。このように、観客が目視側で空中実像を見るとき、視野角の増大により多くの観客が見ることができるため、イメージング光学系を展示用途の公共エリアに適用することができ、単一の平板レンズの使用限界を突破した。また、反射面で光線を反射することにより、光源周辺の光線の利用率を高めることができ、反射面によって多くの光線を空中実像に向けて照射し、空中実像の明るさと鮮明さを高め、イメージング品質を向上させるのに有利である。

幾つかの実施例において、前記反射面の一辺が前記平板レンズに密着している。

幾つかの実施例において、前記反射アセンブリは複数対の前記反射面を有し、複数対の前記反射面は前記中心法線を囲む方向に沿って配置される。

具体的には、複数対の前記反射面には前記中心法線の対向する両側に位置する２対の前記反射面が含まれ、前記中心法線の対向する両側に位置する２対の前記反射面において、各前記反射面と前記平板レンズとのなす角が等しく、各前記反射面と前記平板レンズとの交線が互いに平行である。

幾つかの実施例において、同一対の２つの前記反射面は、前記平板レンズに対して対称に設置されている。

幾つかの実施例において、前記反射アセンブリは少なくとも２つの反射鏡を含み、前記反射鏡が平面鏡であり、各前記反射鏡の前記中心法線に向かう表面は前記反射面を構成する。

本願の実施例の表示装置によれば、本願の上記実施例に記載のイメージング光学系、及びディスプレイを備え、前記ディスプレイが前記像源側に位置し、前記ディスプレイの表示画面が前記平板レンズに向かって設置されている。

本願の実施例の表示装置によれば、平板レンズの両側に反射面が対になって設置されることにより、反射面を利用して視野角を大きくすることができ、反射面は視野角を１８０度まで大きくすることができる案もある。このように、観客が目視側で空中実像を見るとき、視野角の増大によって多くの観客が見ることができるため、表示装置を展示用途の公共エリアに適用することができ、表示装置の使用限界を突破した。また、反射面で光線を反射することにより、光源周辺の光線の利用率を高めることができ、反射面によって多くの光線を空中実像に向けて照射し、このようにして、イメージング品質を向上させるのに有利である。

幾つかの具体的な実施例において、前記表示画面がストレートプレート画面であり、前記表示画面と前記平板レンズとのなす角が鋭角であり、前記表示画面の四辺がそれぞれ近辺、遠辺及び２つの傾斜辺であり、前記近辺及び前記遠辺が前記表示画面の対向する両辺であり、前記近辺が前記表示画面の前記平板レンズに近い側辺に位置し、前記像源側において、前記表示画面の前記２つの傾斜辺に対応する両側に前記反射面がそれぞれ設けられ、及び／又は、前記表示画面の前記遠辺に対応する一側に前記反射面が設けられる。

幾つかの選択可能な実施例において、前記傾斜辺に対応する前記反射面が第１の視野角増大用反射面であり、前記表示画面の前記平板レンズに平行である方向に沿って形成された投影が前記第１の視野角増大用反射面内に完全に位置する。

具体的には、前記第１の視野角増大用反射面が三角形又は台形であり、前記表示画面の前記平板レンズに平行である方向に沿って形成された投影は、前記第１の視野角増大用反射面の一辺と面一である。

さらに、前記遠辺に対応する前記反射面が第２の視野角増大用反射面であり、前記第２の視野角増大用反射面が矩形である。

選択可能に、前記第１の視野角増大用反射面が三角形であり、前記表示画面の前記平板レンズに平行である方向に沿って形成された投影は、前記第１の視野角増大用反射面の一辺と面一である。前記第２の視野角増大用反射面の前記平板レンズに平行である方向に沿って形成された投影は、前記第１の視野角増大用反射面の他辺と面一である。

本願の付加的な態様と利点を以下の説明では部分的に示し、部分的に以下の説明から明らかになり、または本願の実践を通じて了解することができる。

本願の上記および／または付加的な態様と利点は、以下の図面を組み合わせた実施例の説明から明らかになり、理解しやすい。
本願の一実施例によるイメージング光学系の構造模式図である。 本願の一実施例による平板レンズの構造概略図である。 図２におけるＫ部の側面視方向の部分拡大図である。 本願の一実施例による平板レンズの分解図である。 本願の一実施例による２層の直交する光導波路アレイがＺ方向に沿う構造模式図である。 本願の一実施例による２層の直交する光導波路アレイのイメージング模式図である。 本願の一実施例による光源映像が単層光導波路アレイを通過するときＸ方向でのイメージング模式図である。 図７に示す光源映像が単層光導波路アレイを通過するとき立体方向でのイメージング模式図である。 本願の一実施例による光源映像が２層の直交する光導波路アレイを通過するときイメージング光路原理図である。 本願の実施例１における第１の表示装置の構造模式図である。 本願の実施例１における第１の表示装置の水平視野拡大の原理模式図である。 本願の実施例２における第２の表示装置の構造模式図である。 本願の実施例２における第２の表示装置の水平視野拡大の原理模式図である。 本願の実施例３における第３の表示装置の構造模式図である。 本願の実施例３における第３の表示装置の垂直視野拡大の原理模式図である。 本願の実施例４における第４の表示装置の構造模式図である。 本願の実施例４における第４の表示装置の垂直視野拡大の原理模式図である。 本願の実施例４における第４の表示装置のγ＝９０°とするときの垂直視野拡大の原理模式図である。 本願の実施例４における第４の表示装置のγ＞９０°とするときの垂直視野拡大の原理模式図である。 本願の実施例５における第５の表示装置の構造模式図である。 本願の実施例５における第５の表示装置の側面図である。 本願の他の実施例による表示装置の構造模式図である。

以下、本願の実施例について詳細に説明する。この実施例の例は図面に示されており、最初から最後まで同一または同様の符号は同一または同様の素子または同一または同様の機能を有する素子を示す。以下に添付の図面を参照して説明される実施例は例示的なものであり、本願を説明するためのものであり、本願の制限と理解されてはならない。

以下、図面を参照しながら本願の実施例によるイメージング光学系１００を説明する。

図１に示すように、本願の実施例によるイメージング光学系１００は、平板レンズ１及び反射アセンブリ５を備える。

平板レンズ１の対向する両側がそれぞれ像源側及び目視側であり、つまり、映像Ｐ１の光源が像源側に位置し、映像Ｐ１が該平板レンズ１を通過して、目視側で空中実像Ｐ２を形成することができ、空中実像Ｐ２が空中に浮遊する実像である。ここで、図２～図４に示すように、平板レンズ１は、２層の周期的に分布している光導波路アレイ１０が互いに直交することで、光線を２層の光導波路アレイ１０においてそれぞれ１回ずつ全反射させる光学構造である。２層の光導波路アレイ１０が互いに直交する矩形構造であるので、１回目の全反射ときの入射角と２回目の全反射ときの出射角とが同じである。光源光線の発散角内での光線は平板レンズ１を通過した後、それに応じて目視側に収束し、映像Ｐ１のサイズとの割合が１：１の空中実像Ｐ２が得られる。

なお、空中実像Ｐ２の光線発散角は、目視側で空中実像Ｐ２に対する視野角と見なすことができる。映像Ｐ１と空中実像Ｐ２とが平板レンズ１に対して対称であるという特徴を合わせて、映像Ｐ１の光源から平板レンズ１への光線角度が、空中実像Ｐ２の光線発散角とほぼ等しい。このため、平板レンズ１の面積が大きいほど、空中実像Ｐ２に対する視野角が大きい。

実際の用途では平板レンズ１の面積を大きくしすぎることができないため、従来の平板レンズ１のイメージングは視野角が小さいという特徴を示す。例えば、水平視野角が約±３０度の平板レンズ１があり、目の位置が視野角の範囲からずれると、結果として得られる実像が見えなくなる。特に公共エリアでは、平板レンズ１に正対する狭い範囲の観客だけがはっきりとした実像を見ることができ、位置が少しずれていると、はっきりとした実像を見ることが難しい。

この問題を解決するために、本願においてイメージング光学系１００に反射アセンブリ５が設置されており、反射アセンブリ５の反射面５ｓを利用して平板レンズ１と合わせてイメージングする。

図１を参照されたい。反射アセンブリ５は少なくとも１対の反射面５ｓを有し、同一対の２つの反射面５ｓがそれぞれ像源側及び目視側に位置する。本願の図面において像源側及び目視側に位置し且つ同一対である２つの反射面５ｓを５Ｐと表記する。

反射面５ｓが平面であり、且つ反射面５ｓが平板レンズ１の中心法線Ｌ１に向かって設置され、反射面５ｓと平板レンズ１とのなす角αが９０度以下である。なお、平板レンズ１が中心法線Ｌ１を有し、中心法線Ｌ１は、本願においてイメージング光学系１００の構成を説明するために導入した基準線であり、中心法線Ｌ１は平板レンズ１の中心を通過し、且つ中心法線Ｌ１が平板レンズ１の厚さ方向と互いに平行である。平板レンズ１の中心とは、平板レンズ１の図心である。

像源側に反射面５ｓが設置されており、映像Ｐ１の光源から該反射面５ｓへの光線を平板レンズ１に反射することができる。対応する目視側に反射面５ｓが設置されることにより、平板レンズ１から出射された光線は該反射面５ｓを介して空中実像Ｐ２に反射されることができる。このようにして、同一対の反射面５ｓの設置により、映像Ｐ１の光源の平板レンズ１に射出できなかった光線を、反射面５ｓによって平板レンズ１に照射することができ、映像Ｐ１の光源から平板レンズ１への光線角度が大きくなるため、空中実像Ｐ２の光線発散角も大きくなる。このため、反射アセンブリ５を設置することにより、反射アセンブリ５を設置しない手段に比べて、イメージング光学系１００の視野角を大きくすることができる。

ここで、反射面５ｓが平面であり、空中実像Ｐ２の変形を避けることができる。同一対の２つの反射面５ｓと平板レンズ１とのなす角αが等しく、同一対の２つの反射面５ｓと平板レンズ１との交線が互いに平行であり、このようにして、同一対の２つの反射面５ｓの光線に対する反射経路を平板レンズ１に対して対称にすることができ、これにより空中実像Ｐ２の変形をさらに避けることができる。なお、反射面５ｓが平板レンズ１と接触するとき、反射面５ｓと平板レンズ１との交線が反射面５ｓと平板レンズ１との接触線である。反射面５ｓが平板レンズ１と接触していないとき、反射面５ｓと平板レンズ１との交線とは、延伸方向での反射面５ｓと平板レンズ１との交線である。

反射面５ｓと平板レンズ１とのなす角αが９０度以下であり、イメージング光学系１００のサイズを合理的な範囲内に制御することに有利である。なお、反射面５ｓと平板レンズ１とのなす角αが９０度よりも大きいと、反射面５ｓが平板レンズ１に垂直である手段に対して、反射面５ｓは開いた状態になっている。開いた反射面５ｓは、部分の光線を平板レンズ１から離れる方向へ反射し、この部分の光線は無効な光線となる。このため、光線の有効利用率を高めるために、本願の手段では、反射面５ｓと平板レンズ１とのなす角αを９０度以下に設定する。

ここからも分かるように、反射面５ｓと平板レンズ１とのなす角αの大きさを制御することで、イメージング視野角を調整する目的を達成することができる。

本願の実施例によるイメージング光学系１００は、平板レンズ１の像源側及び目視側に反射面５ｓがそれぞれ設置されて、且つ反射面５ｓが対になって設置されることにより、反射面５ｓを利用して視野角を大きくすることができ、幾つかの手段において、反射面５ｓは視野角を１８０度まで大きくすることができる。このようにして、観客が目視側で空中実像Ｐ２を見るとき、視野角の増大によって多くの観客が見ることができるため、イメージング光学系１００を展示用途の公共エリアに適用することができ、単一の平板レンズ１の使用限界を突破した。また、反射面５ｓを利用して光線を反射することにより、光源エッジの光線の利用率を高めることができ、反射面５ｓによってより多くの光線を空中実像Ｐ２に照射し、このようにして、空中実像Ｐ２の明るさと鮮明さを高め、イメージング品質を向上させるのに有利である。

本願の技術の手段をより良く理解するために、以下、図２～図９を参照して平板レンズ１の基本的な構成及びイメージング原理を説明する。

図２～図４を参照して、平板レンズ１は２組の光導波路アレイ１０を含む。各組の光導波路アレイ１０はすべて単列に複数行であるサブ導波路１０１からなり、各サブ導波路１０１の断面が矩形である。ここで、サブ導波路１０１の横断面とは、サブ導波路１０１のその長手方向に垂直な方向での断面である。

図３～図５を参照されたい。２組の光導波路アレイ１０は、第１の光導波路アレイ１１及び第２の光導波路アレイ１２を含み、第１の光導波路アレイ１１のサブ導波路１０１はＸ方向に沿って延伸して且つＹ方向に沿って複数行を形成し、第２の光導波路アレイ１２のサブ導波路１０１がＹ方向に沿って延伸して且つＸ方向に沿って複数行を形成し、第１の光導波路アレイ１１及び第２の光導波路アレイ１２がＺ方向に沿って配列され、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が互いに垂直である。ここで、サブ導波路１０１の延伸方向は該サブ導波路１０１の長手方向であり、第１の光導波路アレイ１１の単一のサブ導波路１０１の長手方向がＸ方向であり、第１の光導波路アレイ１１の複数のサブ導波路１０１がＹ方向に沿って密着して積層配置されている。単一のサブ導波路１０１の幅方向がＹ方向であり、第２の光導波路アレイ１２の単一のサブ導波路１０１の長手方向がＹ方向であり、第２の光導波路アレイ１２の複数のサブ導波路１０１がＸ方向に沿って密着して積層配置されている。単一のサブ導波路１０１の幅方向がＸ方向である。２組の光導波路アレイ１０はそれぞれ平板状であり、第１の光導波路アレイ１１から第２の光導波路アレイ１２までの配置方向がＺ方向であり、Ｚ方向も平板レンズ１の厚さ方向である。なお、第１の光導波路アレイ１１及び第２の光導波路アレイ１２において、第１の光導波路アレイ１１が像源側に近づけてもよいし、第２の光導波路アレイ１２が像源側に近づけてもよいが、ここでは限定しない。２層のサブ導波路１０１の長手方向が互いに垂直であるので、２層の光導波路アレイ１０が互いに直交する関係と呼ばれる。

選択可能に、各サブ導波路１０１は幅方向での２つの側面に光線を全反射するための反射膜がそれぞれ設置される。例えば、第１の光導波路アレイ１１のサブ導波路１０１のＹ方向での２つの側面に反射膜がそれぞれ設けられ、第１の光導波路アレイ１１が複数のサブ導波路１０１を含むので、第１の光導波路アレイ１１にはＹ方向に沿って複数の反射膜が配置されている。第２の光導波路アレイ１２のサブ導波路１０１のＸ方向での２つの側面に反射膜がそれぞれ設けられ、第２の光導波路アレイ１２が複数のサブ導波路１０１を含むので、第２の光導波路アレイ１２にはＸ方向に沿って複数の反射膜が配置されている。

幾つかの実施例において、図２及び図４に示すように、平板レンズ１は保護カバープレート３０を含んでもよい。保護カバープレート３０は光導波路アレイ１０を支持して保護するためのものである。保護カバープレート３０が平板レンズ１の一側のみに設置されてもよく、平板レンズ１の両側にすべて保護カバープレート３０が設置されてもよい。具体的には、保護カバープレート３０が透明カバープレートであり、選択可能に、保護カバープレート３０がガラスプレートである。

図２～図４は一実施例における平板レンズ１の構造模式図である。該平板レンズ１は１対の保護カバープレート３０を含み、且つそれぞれ第１のカバープレート３１及び第２のカバープレート３２である。平板レンズ１は２つの保護カバープレート３０の間に位置する２組の光導波路アレイ１０をさらに含み、且つそれぞれ第１の光導波路アレイ１１及び第２の光導波路アレイ１２である。Ｘ方向は第１の光導波路アレイ１１におけるサブ導波路１０１の延伸方向であり、Ｙ方向は第２の光導波路アレイ１２におけるサブ導波路１０１の延伸方向であり、Ｚ方向は平板レンズ１の厚さ方向である。勿論、幾つかの手段において、保護カバープレート３０を採用しなくて、他の手段を採用して光導波路アレイ１０を保護してもよい。

選択可能に、図５に示すように、成形された光導波路アレイ１０の外郭形状が矩形であり、各サブ導波路１０１の延伸方向と光導波路アレイ１０の外郭の少なくとも２つの辺とのなす角がθである。さらに、選択可能に、θが３０°≦θ≦６０°を満たし、好ましくは、θ＝４５°であり、該角度では空中実像Ｐ２が比較的はっきりしており、残像がはっきりしていない。

ここで、平板レンズ１のコアイメージング素子が第１の光導波路アレイ１１及び第２の光導波路アレイ１２であり、第１の光導波路アレイ１１及び第２の光導波路アレイ１２は互いに直交する単列に複数行であるサブ導波路１０１を含み、平板レンズ１全体は平板状である。図６に示すように、平板レンズ１は、映像Ｐ１に対するポイントツーポイントの収差のないイメージングを実現することができる。

具体的なイメージング原理は以下のとおりである。ここで、２つの光導波路アレイ１０を分割する。図７及び図８に示すように、第１の光導波路アレイ１１を例とする。単層光導波路アレイ１０において、像源側の単一点光線は片側の光導波路アレイ１０を通過した後、各行のサブ導波路１０１で分割されてミラー変調され、そして、再びＸ方向に平行な１つの直線Ｐ１’に集光され、点対線の一次元イメージング効果を形成する。図７に示すように、像源側の単一点光線の１つのサブ導波路１０１を通過した入射角がδであり、サブ導波路１０１で反射された後、その出射角がδ’であり、入射角δが出射角δ’と等しい。

図９に示すように、２つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向）を１点で交差させるためには、２組の光導波路アレイ１０を組み合わせて使用する必要があり、これにより、２層のサブ導波路１０１の配置方向を互いに直交するようにして、目標である光源映像Ｐ１に対してポイントツーポイント変調を行うことができる。このため、任意の方向からの光線はこの互いに直交する両層の光導波路アレイ１０を通過すると、すべて光導波路アレイ１０の対称位置で再び空中実像Ｐ２に収束することができる。空中実像Ｐ２のイメージング距離ｍ２は原画像までの距離ｍ１と同じで、等距離イメージングであり、且つ空中実像Ｐ２の位置が空中にあり、スクリーンなどのキャリアを必要とせず、直接実像を空中に映し出すことができる。

このため、このような平板レンズ１は、２次元または３次元の光源を直接空中に実像化することができ、本物のホログラム映像を実現することができる。広視野、大口径、高解像、歪みなし、無分散を実現しながら、裸眼三次元立体表示特性を実現する。

本願の図面において平板レンズ１がすべて矩形であるが、本願の他の手段において、平板レンズ１は必要に応じて形状を調整してもよい。例えば、円形、台形等であってよいが、ここでは限定しない。

幾つかの実施例において、図１に示すように、同一対の２つの反射面５ｓは平板レンズ１に対して対称関係であるので、同一対の２つの反射面５ｓは形状が同じであるとともに、面積も同じであり、このようにして、反射面５ｓの面積を十分に利用することができ、光線の損失を減らす。

具体的には、同一対の２つの反射面５ｓは、それぞれ平板レンズ１と交線を形成し、２つの交線は平行であるだけでなく、２つの交線で形成された平面は平板レンズ１と互いに垂直である。よって、画像の繋ぎ目ずれを避けることができる。

幾つかの実施例において、反射面５ｓの一辺が平板レンズ１に密着している。なお、反射面５ｓと平板レンズ１との間に隙間が存在するとき、１つの拡大された視野角範囲では観察すると、人間の目と隙間を結ぶ線上に対応する部分の空中実像Ｐ２が欠けてしまう。つまり、該視野角範囲では空中実像Ｐ２を見えない。これに対して、反射面５ｓの一辺が平板レンズ１に密着して、上記隙間を埋めることで、視野角範囲を効果的に大きくすることができる。

具体的には、すべての反射面５ｓにおいて、各反射面５ｓの一辺が平板レンズ１に密着している。このようにして、すべての反射面５ｓ部の隙間を埋めることで、視野角範囲を更に効果的に大きくすることができる。

本願の手段において、反射アセンブリ５の反射面５ｓは１対であってもよいし、２対又は３対であってもよい。平板レンズ１及びディスプレイ２００の需要に応じて、ひいては、より多くの対を設定してもよく、ここでは限定しない。

反射アセンブリ５が複数対の反射面５ｓを有するとき、複数対の反射面５ｓが中心法線Ｌ１を囲む方向に沿って配列され、つまり、像源側において複数の反射面５ｓが中心法線Ｌ１を囲んで、目視側において複数の反射面５ｓも中心法線Ｌ１を囲んでいる。このようにして配列されると、平板レンズ１の中心が正対する領域は、光源映像Ｐ１を置くために空けておいてもよく、例えば、ディスプレイ２００の表示画面２１０を平板レンズ１の中心に正対させてもよい。

幾つかの実施例において、図１０～図１３に示すように、２対の反射面５ｓが中心法線Ｌ１の対向する両側に位置する。中心法線Ｌ１の対向する両側に位置する２対の反射面５ｓにおいて、各反射面５ｓと平板レンズ１とのなす角αが等しく、各反射面５ｓと平板レンズ１との交線が互いに平行である。このようにして、該２対の反射面５ｓが位置する方向でのイメージング光学系１００の視野角を拡大することに寄与し、且つ２対の反射面５ｓが相補的であってもよい。光線は、２対の反射面５ｓの間で連続的に反射し、イメージング光学系１００のこの方向での視野角をほぼ１８０度に拡大することができる。

このようなイメージング光学系１００によれば、２対の反射面５ｓを平板レンズ１の水平両側に配置する場合、イメージング光学系１００の水平視野角を拡大することができ、公共エリアで使用するとき、より多くの観客を収容して同時に見ることができる。

幾つかの実施例において、図１４～図１９に示すように、イメージング光学系１００は１対の反射面５ｓを含み、該反射面５ｓが平板レンズ１の一側に位置する。このようにして、反射面５ｓの反射により、平板レンズ１の他側の観客の視野角を拡大することができる。

また、幾つかの実施例において、図２０に示すように、イメージング光学系１００は３対の反射面５ｓを含み、３対の反射面５ｓが平板レンズ１の３側に位置する。

ひいてはイメージング光学系１００は４対の反射面５ｓを含み、４対の反射面５ｓが平板レンズ１の４側に位置する。ひいては平板レンズ１が多角形（辺数が少なくとも５つである）である場合、イメージング光学系１００は、より多くの対の反射面５ｓを含んでもよい。

本願の手段において、図１０～図１１に示すように、反射アセンブリ５は反射鏡５０を含み、反射鏡５０の表面に反射面５ｓが設けられる。反射鏡５０の形状は必要に応じて設置されてもよい。幾つかの手段において、反射鏡５０が平面鏡５１であり、図１１に示すように、幾つかの手段において、反射鏡５０が他の形状であり、例えば、図２２において、反射鏡５０がプリズム５２であり、反射鏡５０の２つの稜面は反射面５ｓを構成する。

図１０～図２１に示す実施例において、反射アセンブリ５は少なくとも２つの反射鏡５０を含み、各反射鏡５０はすべて平面鏡５１であり、各反射鏡５０の中心法線Ｌ１に向かう表面は反射面５ｓを構成する。平面鏡５１で反射面５ｓを構成すると、構造が簡単であるだけでなく、平面鏡５１の形状は反射面５ｓの形状とほぼ一致しているが、平面鏡５１の厚さを薄くすることができ、軽量化に有利である。

以上のように、本願の実施例によるイメージング光学系１００によれば、対になっている反射面５ｓを設置することにより、最も直接的な効果は、中空実像Ｐ２の少なくとも一方向での視野角を拡大させることであり、手段によっては１８０°まで拡大できるものがある。

反射面５ｓの設置により、光線を十分に利用することができ、平板レンズ１に照射できない光線を、反射した後平板レンズ１に照射することにより、平板レンズ１によって集光してイメージングさせ、光線の利用率を高め、空中実像Ｐ２の明るさを大きくする。

本願のこのような反射面５ｓを利用する手段は、反射面５ｓを設けるのが非常に簡単である。且つ反射面５ｓのサイズ、形状及び平板レンズ１とのなす角αを最適化することにより、イメージング光学系１００の体積を十分に縮小することができる。反射面５ｓの設置コストが低く、規模を拡大して生産することができる。

以下、図面を参照しながら本願の実施例による表示装置１０００の構成を説明する。

本願の実施例による表示装置１０００は、図２２に示すように、本願の上記実施例によるイメージング光学系１００及びディスプレイ２００（図２２に示す）を含み、イメージング光学系１００は上記実施例に記載のイメージング光学系１００の構成を採用することができ、ここでは重複する内容の一部は省略する。ディスプレイ２００が像源側に位置し、ディスプレイ２００の表示画面２１０が平板レンズ１に向かって設置される。このようにして、表示画面２１０でイメージングした後、表示画面２１０からの光線は平板レンズ１を通過して、目視側で映像Ｐ１のサイズとの割合が１：１の空中実像Ｐ２を示すことができる。

なお、本願は図１０～図２１において複数の実施例において表示装置１０００の構造模式図、原理模式図を示す。一部の実施例の原理模式図では、光線が表示画面２１０の映像Ｐ１、空中実像Ｐ２と重なっているため、図１１及び図１３に示すように、該模式図において一部の映像Ｐ１及び対応する一部の空中実像Ｐ２のみが切り取られている。

平板レンズ１の両側に反射面５ｓが対になって設置されることにより、反射面５ｓを利用して視野角を大きくすることができ、幾つかの手段において、反射面５ｓは視野角を１８０度まで拡大することができる。このようにして、観客が目視側で空中実像Ｐ２を見るとき、視野角の増大によって多くの観客が見ることができるため、表示装置１０００を展示用途の公共エリアに適用することができ、表示装置１０００の使用限界を突破した。また、反射面５ｓを利用して光線を反射すると、光源エッジの光線の利用率を高めることができ、反射面５ｓによってより多くの光線を空中実像Ｐ２に照射して、このようにして、イメージング品質を向上させるのに有利である。

幾つかの具体的な実施例において、表示画面２１０はストレートプレート画面であり、表示画面２１０と平板レンズ１とのなす角λが鋭角である。なお、光線が平板レンズ１の厚さ方向に沿って射入するとき、光線が平板レンズ１をまっすぐに通過しやすく、全反射が発生する光線の数を大幅に減少させる。表示画面２１０と平板レンズ１との間に角λをなすことにより、表示画面２１０から出射された光線の大部分が平板レンズ１に照射するとき、光線とサブ導波路１０１の幅方向両側の反射部（例えば反射膜によって形成された反射部）と一定の角度をなすことに有利であり、このようにして、大部分の光線が全反射によって目視側に照射することができ、光線の利用率を向上させる。

具体的には、表示画面２１０の四辺がそれぞれ近辺２１１、遠辺２１２及び２つの傾斜辺２１３であり、近辺２１１及び遠辺２１２は表示画面２１０の対向する両辺であり、近辺２１１は表示画面２１０の平板レンズ１に近い側辺に位置する。

このとき、表示画面２１０の一側又は両側又は３側に反射面５ｓが設置されてもよい。具体的には、像源側において、表示画面２１０の２つの傾斜辺２１３に対応して反射面５ｓがそれぞれ設置されてもよいし、又は表示画面２１０の遠辺２１２に対応する一側に反射面５ｓが設けられてもよいし、又は表示画面２１０の２つの傾斜辺２１３に対応する両側、遠辺２１２に対応する一側にすべて反射面５ｓが設けられてもよい。このようにして、反射面５ｓを利用して、表示画面２１０の１つの方向又は２つの方向での視野角を大きくすることができる。

上記のイメージング光学系１００の実施例において、反射面５ｓは様々な設置形態が可能であると同様に、表示装置１０００において反射面５ｓも様々な設置形態が可能である。

例えば、幾つかの選択可能な実施例において、図１０～図１３に示すように、対応する傾斜辺２１３の反射面５ｓが第１の視野角増大用反射面５ｓ－１であり、表示装置１０００が第１の視野角増大用反射面５ｓ－１を有するとき、一般的に、２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が設置され、２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１がそれぞれ平板レンズ１の傾斜辺２１３に対応して設置される。このようにして、２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が平板レンズ１と干渉しないことができ、且つ互いに協働して、２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１の位置する方向での視野角を大きくする。

具体的には、表示画面２１０の平板レンズ１に平行な方向に沿って形成された投影は、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１内に完全に位置する。なお、本明細書において、反射面５ｓの形状をより明確に記述するために、数学用語「投影」を導入する。ここで、「表示画面２１０の平板レンズ１に平行な方向に沿って形成された投影」とは、平板レンズ１に平行な投射線を、表示画面２１０を介して第１の視野角増大用反射面５ｓ－１へ投射するとき、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１で得られた図形である。以下に述べる投影も、この定義に従って対応する図形を得る。

表示画面２１０の平板レンズ１に平行な方向に沿って形成された投影が第１の視野角増大用反射面５ｓ－１内に完全に位置することにより、表示画面２１０の光源の発散角が１８０度に近いとき、２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が位置する方向の１８０度の範囲内の光線の大部分は、平板レンズ１及び２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１に照射することができ、このようにして、目視側の空中実像Ｐ２の光線を１８０度の範囲で発散させることができることにより、２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が位置する方向の視野角をほぼ１８０度とすることができる。これによって、光線の無駄を減らして、空中実像Ｐ２の明るさを大きくすることができる。

具体的には、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が三角形又は台形であり、表示画面２１０の平板レンズ１に平行な方向に沿って形成された投影は、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１の一辺と面一である。選択可能に、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が台形であるとき、直角台形に設定されることができる。

なお、表示画面２１０の光源の発散角が１８０度を超えにくいため、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が表示画面２１０を超えた部分では、ほとんど光線が当たらない。

そして、表示画面２１０の発散角が１８０度を超えても、１８０度を超えた光線が反射面５ｓで反射するとき、一部が平板レンズ１から離れる方向へ反射されて、一部が表示画面２１０の裏面で遮断され、この部分の光線が実際には無効であり、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が表示画面２１０を超えた部分は依然として無駄である。

このため、表示画面２１０の平板レンズ１に平行な方向に沿って形成された投影は、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１の一辺と面一であり、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１の無駄な面積を減らすことができる。

幾つかの選択可能な実施例において、図１４～図１９に示すように、対応する遠辺２１２の反射面５ｓが第２の視野角増大用反射面５ｓ－２である。表示装置１０００が第２の視野角増大用反射面５ｓ－２を有するとき、一般的に、１つの第２の視野角増大用反射面５ｓ－２が設置され、且つ平板レンズ１の遠辺２１２に対応して設置されている。表示画面２１０の近辺２１１と平板レンズ１との距離が近いので、反射面５ｓを設けることができるスペースが限られているため、第２の視野角増大用反射面５ｓ－２は表示画面２１０の遠辺２１２に対応する設置にのみ適合している。

第２の視野角増大用反射面５ｓ－２が設けられる場合、第２の視野角増大用反射面５ｓ－２が矩形である。第２の視野角増大用反射面５ｓ－２が表示画面２１０とほぼ対向しているため、他の物体で遮断されず、且つ表示画面２１０の光源の発散角が１８０度に近いとき、第２の視野角増大用反射面５ｓ－２の全面積で光線を効率的に反射することができる。この場合、第２の視野角増大用反射面５ｓ－２を矩形にすることで、光線漏れを低減することができる。そして、矩形の第２の視野角増大用反射面５ｓ－２は、加工が容易であるだけでなく、取り付け固定も非常に容易である。

幾つかの選択可能な実施例において、図２０～図２１に示すように、表示画面２１０の２つの傾斜辺２１３に第１の視野角増大用反射面５ｓ－１がそれぞれ対応して設けられ、表示画面２１０の遠辺２１２に第２の視野角増大用反射面５ｓ－２が対応して設けられる。第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が三角形であり、表示画面２１０の平板レンズ１に平行な方向に沿って形成された投影は、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１の一辺と面一である。第２の視野角増大用反射面５ｓ－２の平板レンズ１に平行な方向に沿って形成された投影は、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１の他辺と面一である。このようにして、２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１と１つの第２の視野角増大用反射面５ｓ－２は傾斜の表示画面２１０の３側に囲まれることができ、これによりできるだけ光線を平板レンズ１に反射させることで、２つの方向での視野角を増大することができるだけでなく、光線の利用率を最大限に高めて、空中実像Ｐ２の明るさを大きくすることができる。

以下、具体的な実施例に示す図面を参照しながら、表示画面２１０がストレートプレート画面である場合、反射面５ｓの可能な設置形態を説明する。

実施例１

図１０～図１１に示すのは、実施例１における表示装置１０００の構成概略図及び水平視野角を大きくする原理模式図であり、該表示装置１０００は第１の表示装置１０００Ａである。

第１の表示装置１０００Ａは、ディスプレイ２００、４枚の反射鏡５０及び平板レンズ１を含む。

ディスプレイ２００は、光源の発散角が１８０度に近い平板ディスプレイであり、空中実像Ｐ２のイメージング品質を向上させるために、ディスプレイ２００の表示画面２１０と平板レンズ１とのなす角λが４５°と設定されている。４枚の反射鏡５０が２対に分けられ、同一対の２つの反射鏡５０が像源側及び目視側にそれぞれ位置する。各反射鏡５０の平板レンズ１の中心法線Ｌ１に向かう表面に他の反射面５ｓを形成する。実施例１において、４つの反射面５ｓはすべて第１の視野角増大用反射面５ｓ－１であり、像源側において、２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が平板レンズ１の左右両側に位置し、目視側で２つの第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が平板レンズ１の左右両側に位置する。

同一対の２つの反射鏡５０のサイズが等しく、且つ平板レンズ１に対して互いに対称である。像源側の２つの反射鏡５０が中心法線Ｌ１に対して対称であり、目視側の２つの反射鏡５０が中心法線Ｌ１に対して対称であり、画像の繋ぎ目ずれを避けることができる。平板レンズ１が水平に置かれていると仮定すると、２組の反射鏡５０がいずれも垂直に置かれている。

上記の第１の視野角増大用反射面５ｓ－１の形状は直角台形又は三角形であり、第１の表示装置１０００Ａにおける第１の視野角増大用反射面５ｓ－１が三角形の形状であり、消耗品と装置全体の体積を最小限に抑えることができる。

各対の２つの三角形の反射鏡５０は、その第１の辺が平板レンズ１に密着している。像源側での反射鏡５０の第２の辺が物体平面（つまり、映像Ｐ１又は表示画面２１０が位置する平面）に重なり、目視側での反射鏡５０の第２の辺が画像平面（つまり、空中実像Ｐ２が位置する平面）に重なる。像源側での反射鏡５０の高さが表示画面２１０の高さに等しく、目視側での反射鏡５０の高さが空中実像Ｐ２の高さに等しい。像源側での反射鏡５０の第３の辺は、平板レンズ１の辺縁から表示画面２１０と同じ高さの位置までの結線からなり、目視側での反射鏡５０の第３の辺は、平板レンズ１の辺縁から空中実像Ｐ２と同じ高さの位置までの結線からなる。

実施例１において、視野角の拡大原理を図１１に示す。像源側では、平板レンズ１の左右両側に位置する第１の視野角増大用反射面５ｓ－１は、平板レンズ１の辺縁に入射できなかった視野角の光線を反射した後、再利用し、これらの光線を平板レンズ１に入射させる。出射後、さらに目視側での平板レンズ１の左右両側に位置する第１の視野角増大用反射面５ｓ－１によって反射され、最後、画像平面に現れる。２組の反射鏡５０が垂直に配置されて、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１と平板レンズ１とのなす角α＝９０度とし、ηは反射鏡５０を加えていない視野角の大きさであり、βは左側で増加する視野角範囲であり、右側で増加する視野角範囲も同様に、実際に増加する視野角がほぼ１８０°－ηに等しい。水平視野角の増加幅は、ディスプレイ２００の光源の発散角の大きさの影響を受けるが、平板レンズ１、ディスプレイ２００のサイズ及びディスプレイ２００から平板レンズ１までの距離などのパラメータの影響を受けない。

実施例１の手段によれば、上記設置により、空中実像Ｐ２の水平視野角の角度がディスプレイ２００の水平視野角の角度に等しい。表示画面２１０の光源の発散角が１８０度であるとき、空中実像Ｐ２の水平視野角も約１８０度である。

実施例２

図１２～図１３に示すのは、実施例２における表示装置１０００の構成概略図及び水平視野角を大きくする原理模式図であり、該表示装置１０００は第２の表示装置１０００Ｂである。

第２の表示装置１０００Ｂは、ディスプレイ２００、４枚の反射鏡５０及び平板レンズ１を含む。図１２に示すように、実施例２における第２の表示装置１０００Ｂの構成レイアウトは実施例１における第１の表示装置１０００Ａの構成レイアウトとほぼ等しく、同じ部分についてはここでは説明を省略する。

αは、第１の視野角増大用反射面５ｓ－１と平板レンズ１とのなす角である。実施例１との相違点は、実施例２における第１の視野角増大用反射面５ｓ－１と平板レンズ１とのなす角αが鋭角、つまり０度より大きく９０度より小さい角度であることである。ηは反射鏡５０を加えていない視野角の大きさであり、βは左側で増加する視野角範囲であり、右側で増加する視野角範囲と同様に、実際に増加する視野角は１８０°－ηにほぼ等しい。水平視野角の増加幅は、ディスプレイ２００の光源の発散角の大きさの影響を受ける。実施例２の手段によれば、上記設置により、空中実像Ｐ２の水平視野角の角度がディスプレイ２００の水平視野角の角度に等しい。表示画面２１０の光源の発散角が１８０度であるとき、空中実像Ｐ２の水平視野角も約１８０度である。

実施例１及び実施例２についてまとめると、第１の表示装置１０００Ａと第２の表示装置１０００Ｂはいずれも水平視野角を１８０度まで大きくすることができ、視野角に対する増大効果はほぼ同じであり、且つ空中実像Ｐ２に歪みを生じさせない。２種の表示装置１０００はすべてディスプレイ２００のサイズが制限され、そのうち、第２の表示装置１０００Ｂでは、反射鏡５０が内側に斜めに配置されており、ディスプレイ２００のサイズの制限がより大きくなり、ディスプレイ２００のサイズは、左右の２つの反射鏡５０の頂角距離を超えてはならない。

また、実施例２では、すべての反射鏡５０が斜めに配置されており、反射鏡５０が斜めに配置されているときの傾斜角度に誤差が生じやすく、同一対の２つの反射鏡５０の傾斜角が異なる場合、イメージングずれが発生しやすい。これに対して、反射鏡５０が垂直に配置されるとき、α角の制御が容易であるため、比較すると、実施例１の手段の実現がより容易であり、且つイメージング品質を確保しやすい。

実施例３

図１４～図１５に示すのは、実施例３における表示装置１０００の構成概略図及び垂直視野角を大きくする原理模式図であり、該表示装置１０００は第３の表示装置１０００Ｃである。

第３の表示装置１０００Ｃは、ディスプレイ２００、２枚の反射鏡５０及び平板レンズ１を含む。

ディスプレイ２００は、光源の発散角が１８０度に近い平板ディスプレイであり、空中実像Ｐ２のイメージング品質を向上させるために、ディスプレイ２００の表示画面２１０と平板レンズ１とのなす角λが４５°に設定されている。

表示画面２１０の近辺２１１が平板レンズ１の前側に近いと設定すると、２枚の反射鏡５０が平板レンズ１の後側に設置されて、且つそれぞれ像源側及び目視側に位置する。

反射鏡５０の形状が矩形であり、その一辺が平板レンズ１に密着して、２つの反射鏡５０が垂直に配置されて、且つ平板レンズ１に対して対称であり、２つの反射鏡５０の前表面が第２の視野角増大用反射面５ｓ－２を構成し、２つの反射鏡５０の高さがディスプレイ２００及び空中実像Ｐ２の高さと同じである。

その垂直方向での視野角を大きくする原理を図１５に示す。αは、反射鏡５０と平板レンズ１とのなす角で、９０度である。ηは、反射鏡５０を加えていないときの視野角の大きさであり、βは第３の表示装置１０００Ｃの実際に増加する視野角範囲であり、空中実像Ｐ２の垂直視野角は、反射鏡５０の高さと平板レンズ１のサイズで共に決定されている。好ましくは、ディスプレイ２００と平板レンズ１とのなす角λが４５°で配置されているので、ηとβとの和は常に１３５°未満であり、平板レンズ１のサイズが無限大の場合にのみ、ηとβとの和が１３５度に無限に近くなる。

実施例４

図１６～図１９に示すのは、実施例４における表示装置１０００の構成概略図及び垂直視野角を大きくする原理模式図であり、該表示装置１０００は第４の表示装置１０００Ｄである。

第４の表示装置１０００Ｄは、ディスプレイ２００、２枚の反射鏡５０及び平板レンズ１を含む。

反射鏡５０と平板レンズ１とのなす角がαであり、その一辺が平板レンズ１に密着して、反射鏡５０の高さがディスプレイ２００及び空中実像Ｐ２の高さよりもやや高く、その垂直方向での視野角を拡大する原理を図１７に示す。実施例４における第４の表示装置１０００Ｄと実施例３における第３の表示装置１０００Ｃの構成レイアウトとはほぼ同じであり、相違点は、実施例４において反射鏡５０と平板レンズ１とのなす角αが９０度未満で、鋭角であることである。

図１７に示すように、ディスプレイ２００の辺縁の視野角の光線は像源側の第２の視野角増大用反射面５ｓ－２で反射された後、再び平板レンズ１に入射し、そして、出射した光線は目視側の第２の視野角増大用反射面５ｓ－２で反射されることにより、視野角を大きくする役割を果たす。そのうち、ηは反射鏡５０を加えていない視野角の大きさであり、βは第４の表示装置１０００Ｄが実際に増加する視野角範囲であり、γは反射鏡５０とディスプレイ２００又は空中実像Ｐ２とのなす角である。

図１７～図１９は、他のパラメータを変更することなく、反射鏡５０と平板レンズ１とのなす角αが次第に減少するとき、反射鏡５０と空中実像Ｐ２とのなす角が次第に増大し、このとき、視野角の増加範囲βに一定の変化が生じることを示す。

上記から分かるように、γ≧９０°とする場合のみ、辺縁視野角の光線が像源側の第２の視野角増大用反射面５ｓ－２で反射された後、光線が表示画面２１０に密接して平板レンズ１に入射し、出射された光線がさらに目視側の第２の視野角増大用反射面５ｓ－２で反射され、これにより視野角範囲を拡大する役割を果たす。γ＝９０°とする場合、原理を、図１８に示す。γ＞９０°とする場合、原理を図１９に示す。γ＝９０°とする場合、ηとβとの和は既に１８０度に無限に近いが、γ＞９０°とする場合、装置全体の平板レンズ１のサイズに対する要求がより大きいが、垂直方向での視野角がこれ以上大きくできない。

以上のように、γ＝９０°とするとともに反射鏡５０と平板レンズ１とのなす角αが４５°であるとき、イメージング装置の体積は最小で、垂直視野角は１８０°に近い。

実施例５

図２０～図２１に示すのは、実施例５における表示装置１０００の構成概略図及び垂直視野角を大きくする原理模式図であり、該表示装置１０００は第５の表示装置１０００Ｅである。

第５の表示装置１０００Ｅは、ディスプレイ２００、４枚の水平視野角を大きくするための反射鏡５０、２枚の垂直視野角を大きくするための反射鏡５０及び１枚の平板レンズ１を含む。

実施例５の手段は、実施例１の手段と実施例４の手段とを組み合わせたものに相当する。

ディスプレイ２００は、光源の発散角が１８０度に近い平板ディスプレイであり、空中実像Ｐ２のイメージング品質を向上させるために、ディスプレイ２００と平板レンズ１とのなす角λが４５°であるように設定されている。

表示画面２１０の近辺２１１が平板レンズ１の前側に近いように設定されることにより、３つの反射鏡２０が像源側に位置し、且つそれぞれ平板レンズ１の左側、右側及び後側に位置し、３つの反射鏡２０が目視側に位置し、且つそれぞれ平板レンズ１の左側、右側及び後側に位置する。

左右両側の反射鏡５０のサイズが等しく且つ平板レンズ１に対して互いに対称であり、同一側の２つの反射鏡５０が平板レンズ１の中心法線Ｌ１の方向に対して対称である。左右両側の反射鏡５０はいずれも垂直に置かれているとともに、鏡面形状が三角形であり、消耗品と装置全体の体積を最小限に抑えることができる。

左右両側の反射鏡５０は、その第１の辺が平板レンズ１に密着しているとともに、第２の辺が物体平面又は画像平面と重なり、該反射鏡５０の高さが表示画面２１０及び空中実像Ｐ２の高さに等しく、第３の辺は、平板レンズ１の辺縁から表示画面２１０及び空中実像Ｐ２と同じ高さの位置までの結線からなる。

平板レンズ１の後側の上下両面にそれぞれ加えられた反射鏡５０は、形状が矩形であり、反射鏡５０と平板レンズ１とのなす角α＝４５度とし、その一辺が平板レンズ１に密着し、該反射鏡５０の高さと表示画面２１０及び空中実像Ｐ２の高さはほぼ同じであり、該構造の側面図を図２１に示す。

該第５の表示装置１０００Ｅは反射鏡５０のサイズ及び平板レンズ１とのなす角αを最適化することにより、装置の体積を十分に小さくすることができ、しかも水平方向と垂直方向に１８０度の視野角範囲で空中実像Ｐ２を見えることができる。

以上のように、表示装置１０００が公共場所に用いられる場合、表示装置１０００が水平方向に視野角を増大する形態は以下の通りである。ディスプレイ２００と空中実像Ｐ２の左右両側にそれぞれ１つの反射鏡５０を加え、同一対の反射鏡５０は平板レンズ１に対して互いに対称であり、同一側の反射鏡５０は平板レンズ１の中心法線Ｌ１に対して対称である。反射鏡５０が内側に斜めに配置されてもよいし、垂直に配置されてもよく、好ましくは垂直に配置される。平板レンズ１を最大限に活用することができるとともにより大きなサイズのディスプレイ２００を使用することができる。反射鏡５０は、鏡面形状が直角台形又は三角形であってもよく、好ましくは三角形であり、消耗品と装置全体の体積を最小限に抑えることができる。各対の２つの三角形の反射鏡５０は、第１の辺が平板レンズ１に密着して、第２の辺が物体平面又は画像平面に重なり（反射鏡５０が像源側にあるか、目視側にあるかによって決められる）、該反射鏡５０の高さがディスプレイ２００、空中実像Ｐ２の高さと等しく、第３の辺は、平板レンズ１の辺縁からディスプレイ２００、空中実像Ｐ２と同じ高さの位置までの結線からなる。

表示装置１０００における垂直方向において視野角を大きくする形態は以下の通りである。平板レンズ１の観察者から離れた一側の上下両面にそれぞれ反射鏡５０を加え、反射鏡５０の形状が矩形であり、その一辺が平板レンズ１に密着して、垂直に配置されてもよいし、内側に斜めに配置されてもよく、好ましくは内側に斜めに配置されており、これにより視野角がより大きく且つ装置の体積がより小さい。

水平視野角を大きくする表示装置１０００において、空中実像Ｐ２の水平視野角がディスプレイ２００の水平視野角の角度のみに関係があるが、平板レンズ１、ディスプレイ２００のサイズ及びディスプレイ２００の平板レンズ１からの距離とは関係がない。

垂直視野角を大きくする表示装置１０００において、空中実像Ｐ２の垂直視野角が、反射鏡５０と平板レンズ１とのなす角、反射鏡５０の高さ及び平板レンズ１のサイズと関係がある。

本願の説明では、「中心」、「長さ」、「幅」、「高さ」、「厚さ」、「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」など方向および位置関係を示す用語は図面に示す方向または位置関係に基づき、本願の説明をしやすくするとともに記述を簡素化するためのものにすぎず、指している装置または素子が特定の方向、特定の方向での構成および操作を有しなければならないことを示すまたは暗に示すものではなく、本願を限定するものとみなすことはできないということを理解できる。なお、「第１の」、「第２の」と限定している特徴は１つまたは複数の該特徴を含むことを明示するまたは暗に示すことができ、本願の説明において、特に明記されていない限り、「複数」の意味は２つまたは２つ以上を指す。

本明細書の説明では、「実施例」、及び「例」などの説明は、該実施例または例を組み合わせて説明する具体的な特徴、構造、材料または特点は本願の少なくとも１つの実施例または例に含まれる。本明細書では、上記用語例示的な叙述は必ずしも同じ実施例または例を対象とする必要がない。且つ説明する具体的な特徴、構造、材料または特点は、任意の１つ又は複数の実施例または例において適合な形態で組み合わせられることができる。

本願の実施例を提示し記述したが、当業者にとって、本願の原理と趣旨から逸脱することなく、これらの実施例に対して様々な変化、修正、置換及び変形を行うことができ、本願の範囲は請求項及びその同等物によって限定されることを理解できる。
関連出願の相互参照

本願は、出願番号が２０２１１０６４４０４１４、出願日が２０２１年０６月０９日の中国特許出願に基づいて提出され、上記中国特許出願の優先権を主張し、上記中国特許出願の全内容はここで参照として本願に組み込まれる。

１０００、表示装置、
１０００Ａ、第１の表示装置、１０００Ｂ、第２の表示装置、１０００Ｃ、第３の表示装置、１０００Ｄ、第４の表示装置、１０００Ｅ、第５の表示装置、
１００、イメージング光学系、
１、平板レンズ、
１０、光導波路アレイ、１１、第１の光導波路アレイ、１２、第２の光導波路アレイ、
１０１、サブ導波路、
３０、保護カバープレート、３１、第１のカバープレート、３２、第２のカバープレート、
Ｌ１、中心法線、
５、反射アセンブリ、
５０、反射鏡、５１、平面鏡、５２、プリズム、
５ｓ、反射面、５ｓ－１、第１の視野角増大用反射面、５ｓ－２、第２の視野角増大用反射面、５Ｐ、同一対である２つの反射面５ｓ、
２００、ディスプレイ、
２１０、表示画面、２１１、近辺、２１２、遠辺、２１３、傾斜辺、
Ｐ１、映像、Ｐ２、空中実像。

Claims (12)

1. イメージング光学系であって、
   平板レンズ及び反射アセンブリを含み、
   前記平板レンズは、２組の光導波路アレイを含み、各組の前記光導波路アレイはすべて単列に複数行で且つ断面が矩形であるサブ導波路からなり、前記２組の光導波路アレイは、第１の光導波路アレイ及び第２の光導波路アレイを含み、前記第１の光導波路アレイの前記サブ導波路はＸ方向に沿って延伸して且つＹ方向に沿って複数行を形成し、前記第２の光導波路アレイの前記サブ導波路がＹ方向に沿って延伸して且つＸ方向に沿って複数行を形成し、前記第１の光導波路アレイ及び前記第２の光導波路アレイがＺ方向に沿って配列され、前記Ｘ方向、前記Ｙ方向、及び前記Ｚ方向が互いに垂直であり、前記平板レンズが中心法線を有し、前記中心法線が前記平板レンズの中心を通過して且つ前記Ｚ方向と平行であり、前記平板レンズの対向する両側がそれぞれ像源側及び目視側であり、
   前記反射アセンブリは少なくとも１対の反射面を有し、同一対の２つの前記反射面がそれぞれ前記像源側及び前記目視側に位置し、前記反射面がすべて平面であるとともに前記中心法線に向かって設置され、前記反射面と前記平板レンズとのなす角が９０度以下であり、
   同一対の２つの前記反射面と前記平板レンズとのなす角が等しく、同一対の２つの前記反射面と前記平板レンズとの交線が互いに平行である、ことを特徴とするイメージング光学系。
2. 前記反射面の一辺が前記平板レンズに密着している、ことを特徴とする請求項１に記載のイメージング光学系。
3. 前記反射アセンブリが複数対の前記反射面を有し、複数対の前記反射面が前記中心法線を囲む方向に沿って配置される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のイメージング光学系。
4. 複数対の前記反射面には前記中心法線の対向する両側に位置する２対の前記反射面が含まれ、
   前記中心法線の対向する両側に位置する２対の前記反射面において、各前記反射面と前記平板レンズとのなす角が等しく、各前記反射面と前記平板レンズとの交線が互いに平行である、ことを特徴とする請求項３に記載のイメージング光学系。
5. 同一対の２つの前記反射面は、前記平板レンズに対して対称に設置されている、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のイメージング光学系。
6. 前記反射アセンブリは少なくとも２つの反射鏡を含み、前記反射鏡が平面鏡であり、各前記反射鏡の前記中心法線に向かう表面は前記反射面を構成する、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のイメージング光学系。
7. 表示装置であって、
   請求項１～６のいずれか一項に記載のイメージング光学系と、
   前記像源側に位置するディスプレイと、を含み、
   前記ディスプレイの表示画面が前記平板レンズに向かって設置されている、ことを特徴とする表示装置。
8. 前記表示画面がストレートプレート画面であり、前記表示画面と前記平板レンズとのなす角が鋭角であり、前記表示画面の四辺がそれぞれ近辺、遠辺及び２つの傾斜辺であり、前記近辺及び前記遠辺が前記表示画面の対向する両辺であり、前記近辺が前記表示画面の前記平板レンズに近い側辺に位置し、
   前記像源側において、前記表示画面の前記２つの傾斜辺に対応する両側に前記反射面がそれぞれ設けられ、及び／又は、前記表示画面の前記遠辺に対応する一側に前記反射面が設けられる、ことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 前記傾斜辺に対応する前記反射面は第１の視野角増大用反射面であり、前記表示画面の前記平板レンズに平行である方向に沿って形成された投影が前記第１の視野角増大用反射面内に完全に位置する、ことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
10. 前記第１の視野角増大用反射面が三角形又は台形であり、前記表示画面の前記平板レンズに平行である方向に沿って形成された投影は前記第１の視野角増大用反射面の一辺と面一である、ことを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
11. 前記遠辺に対応する前記反射面が第２の視野角増大用反射面であり、前記第２の視野角増大用反射面が矩形である、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の表示装置。
12. 前記第１の視野角増大用反射面が三角形であり、
    前記表示画面の前記平板レンズに平行である方向に沿って形成された投影が前記第１の視野角増大用反射面の一辺と面一であり、
    前記第２の視野角増大用反射面の前記平板レンズに平行である方向に沿って形成された投影は、前記第１の視野角増大用反射面の他辺と面一である、ことを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。