JP5893503B2 - 表示装置及び表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、互いに交差する複数の微小な鏡面を備えた光学ユニットを複数マトリクス状に配置してマイクロミラーアレイを構成し、表示対象物の実像を空中に結像させて表示する表示装置及び表示方法に関する。

マイクロミラーアレイを用いて表示対象物の実像を空中に結像させて表示する表示装置として、例えば、下記の特許文献１〜４に開示された表示装置がある。特許文献１〜４に開示された表示装置は、図８（Ａ）に示すようなマイクロミラーアレイ５１からなる光学系を用いている。マイクロミラーアレイ５１は、図８（Ｂ）に示すように、２つのマイクロミラー５２を直角に交差させ、入射した光を２回反射させる光学素子５３を基本素子とし、当該光学素子５３を２次元マトリックス状に平面５４上に配置して構成されている。平面５４の一方面側に配置された表示対象物Ｘの実像Ｙ１が、平面５４の他方面側の平面５４に対して表示対象物Ｘと面対称の位置に結像される。

また、下記の特許文献５では、図９に示すように、短冊状のミラー５５を複数、各ミラーの鏡面が平行となるように、当該鏡面と垂直な方向に配列したものを、鏡面の向きが直交するように重ねて、表示対象物Ｘの実像Ｙ１を結像するマイクロミラーアレイを構成したものが開示されている。

国際公開第２００７／１１６６３９パンフレット 特開２０１０−２６２２２８号公報 特開２０１０−２６２２２９号公報 特開２０１１−１３３６４２号公報 特開２０１２−１４１９４号公報

特許文献１〜５に開示された表示装置は、通常の平面鏡が、表示対象物の鏡面に対して面対象な鏡の中の虚像空間の位置に虚像を作るのに対し、当該表示装置は、表示対象物の実像を、マイクロミラーアレイが形成される平面に対し、面対称の位置の実空間に結像させるものである。即ち、虚像と実像との違いはあるものの、表示対象物に対して等倍の像ができることには変わりない。

携帯電話等のモバイル端末では機器のサイズを大きくせずに、表示だけ大きくしたいというニーズがある。当該ニーズに対して表示対象物の拡大像を結像する表示装置が望まれる。表示対象物と表示装置の間に凹面鏡やレンズを挿入した光学系を構築すれば、表示対象物の像を拡大することは可能であるが、光学系により表示装置が大きくなり機器を小さくすることができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、表示対象物の等倍でない実像を実空間内に結像させて表示する表示装置を提供する点にある。

上記目的を達成するため、本発明は、互いに交差する複数の鏡面を備えた光学ユニットを、１次元的曲率または２次元的曲率を有する曲面を構成する曲面配置面に複数マトリクス状に配置し、前記光学ユニットの夫々が、前記曲面配置面の表面と裏面の何れか一方の第１面側から入射した光を、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記曲面配置面の前記第１面とは反対側の第２面側に出射するように構成された第１の光学系を備えることを特徴とする表示装置を提供する。

更に、上記特徴の表示装置において、前記光学ユニットの夫々が、前記曲面配置面の前記第１面側の空間に配置された表示対象物からの光を前記第１面側から受光し、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記曲面配置面の前記第２面側に出射して、前記第２面側の空間に前記表示対象物の実物とは大きさの異なる前記表示対象物の実像を結像させることが好ましい。

更に、上記目的を達成するため、本発明は、上記特徴の表示装置の前記第１の光学系の前記曲面配置面の前記第１面側の空間に表示対象物を配置し、前記表示対象物からの光を前記第１面側から受光し、前記光学ユニットの夫々において、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記曲面配置面の前記第２面側に出射して、前記第２面側の空間に前記表示対象物の実物とは大きさの異なる前記表示対象物の実像を結像させることを特徴とする表示方法を提供する。

更に、上記特徴の表示装置及び表示方法において、前記曲面配置面の前記第１面側が凹面となっていることが好ましく、更に、前記表示対象物の前記曲面配置面の前記第１面からの離間距離が、前記曲面配置面の曲率半径の２分の１より短いことが好ましい。

更に、上記特徴の表示装置において、前記光学ユニットを１つの平面を構成する平面配置面に複数マトリクス状に配置し、前記光学ユニットの夫々が、前記平面配置面の表面と裏面の何れか一方の第１面側から入射した光を、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記平面配置面の前記第１面と反対側の第２面側に出射するように構成された第２の光学系を、更に備えることが好ましく、更に、前記第２の光学系から出射した光が、前記第１の光学系に入射するように前記第１及び第２光学系を配置してなることが好ましい。

更に、上記特徴の表示装置において、前記第２の光学系において、前記光学ユニットの夫々が、前記平面配置面の前記第１面側の空間に配置された表示対象物からの光を受光し、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記平面配置面の前記第２面側に出射して、前記平面配置面の前記第２面側で前記曲面配置面の前記第１面側の空間に前記表示対象物の実物と同じ大きさの向きが逆転した前記表示対象物の倒立実像を結像させ、
前記第１の光学系において、前記光学ユニットの夫々が、前記曲面配置面の前記第１面側の空間に結像された前記表示対象物の倒立実像からの光を受光し、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記曲面配置面の前記第２面側に出射して、前記第２面側の空間に前記表示対象物の実物とは大きさの異なる前記表示対象物と同じ向きの前記表示対象物の正立実像を結像させることが好ましい。

上記特徴の表示装置または表示方法によれば、第１の光学系の光学ユニットを配置した曲面配置面の第１面側に表示対象物を配置すると、反対側に第２面側の空間に、表示対象物の等倍でない倒立実像が結像され、表示対象物を拡大或いは縮小した実像を表示することができる。特に、前記曲面配置面の第１面側が凹面であると、表示対象物の拡大像を表示することができる。

更に、前記光学ユニットを１つの平面を構成する平面配置面に複数マトリクス状に配置して構成される第２の光学系を更に備えることにより、表示対象物の等倍でない正立実像を表示することができる。

また、上記特徴の表示装置を用いることで、大きさに制限のある携帯電話等の携帯情報端末の画面表示を拡大して空中に表示することができる。また、立体の表示対象物の拡大正立実像を空中に表示する拡大ルーペや、ショーウィンドウ等での商品展示のようなサイネ−ジ用途においても、表示対象の拡大実像を空中に表示することができる。

本発明の表示装置の基本構造を模式的に示す図 本発明の表示装置で倒立実像が結像される様子を模式的に示す図 本発明の表示装置で使用される光学ユニットにおける光の入射及び反射の様子を模式的に説明する図 本発明の表示装置により拡大された倒立実像が結像されるメカニズムを説明する図 本発明の表示装置の製造方法を模式的に示す図 本発明の表示装置を用いた一応用例を模式的に示す図 本発明の表示装置を用いた他の応用例を模式的に示す図 従来のマイクロミラーアレイを用いた表示装置及びその要部の構成例を模式的に示す図 従来のマイクロミラーアレイを用いた表示装置の他の構成例を模式的に示す図

以下において、本発明の表示装置及び当該表示装置を用いた表示方法の実施形態につき図面を参照して説明する。

図１に、本発明の表示装置１１の基本構造を模式的に示す。表示装置１１は、平坦な鏡面からなるマイクロミラー１２を２つ互いに直角に交差させた光学ユニット１３を、１次元的曲率または２次元的曲率を有する曲面を構成する曲面配置面ＲＳに、複数マトリクス状に配置して構成されるマイクロミラーアレイである。

曲面配置面ＲＳは、１次元的曲率または２次元的曲率を有する曲面を構成するように湾曲した基板１４の表面に形成される。本実施形態では、基板１４の厚みは、数１０μｍ〜数１００μｍ程度、例えば、５０μｍ〜５００μｍ程度を想定する。

個々の光学ユニット１３は、基板１４に形成された、曲面配置面ＲＳと平行な断面が矩形、例えば正方形の角注状の貫通孔の４つの内壁面の内の隣接する２面を鏡面とし、他の２面を、光を反射しない、または、反射し難い面としている。従って、個々のマイクロミラー１２は矩形状で、基板１４の厚み方向の１辺の長さは、基板１４の厚みと同じであり、曲面配置面ＲＳに沿った１辺の長さは、基板１４の厚みと同様に、数１０μｍ〜数１００μｍ程度、例えば、５０μｍ〜５００μｍ程度を想定する。本実施形態の光学ユニット１３は、図８（Ｂ）に例示した従来の表示装置の光学素子５３と基本的には同じ構造である。本発明の表示装置１１と従来の表示装置との大きな相違点は、光学ユニット１３が平面的に配置されるのではなく、１次元的曲率または２次元的曲率を有する曲面を構成する曲面配置面ＲＳに沿って配置されている点である。

尚、図１では、基板１４の厚み、つまり、マイクロミラー１２の高さを無視して、曲面配置面ＲＳを模式的に図示しており、各光学ユニット１３の２つのマイクロミラー１２を夫々太い実線で表し、貫通孔の４つの内壁面の内の鏡面でない２面は細い実線で表している。

以上の構成により、図２に示すように、曲面配置面ＲＳの凹面を形成する第１面側の空間Ｓ１に、表示対象物Ｘを、曲面配置面ＲＳから曲率半径Ｒの２分の１（Ｒ／２）だけ離れた中間位置Ｆより曲面配置面ＲＳ側の表示対象物配置領域内に配置すると、曲面配置面ＲＳの第１面とは反対側の第２面側の空間Ｓ２に、表示対象物Ｘの拡大された倒立実像Ｙが結像する。ここで、倒立とは、表示対象物Ｘが立体である場合の、曲面配置面ＲＳとの離間方向（奥行き方向）に対して、表示対象物Ｘと実像Ｙの位置関係が反転していることを意味している。

次に、表示装置１１において、表示対象物Ｘの拡大された倒立実像Ｙが結像するメカニズムについて、図３及び図４を参照して説明する。本実施形態では、図３（Ａ）に示すように、各光学ユニット１３の２つのマイクロミラー１２が交差してできる直線Ｌが、曲面配置面ＲＳの第１面側の空間Ｓ１内に位置する曲率中心Ｏ（曲面配置面ＲＳが１次元的曲率の曲面である場合は、曲率中心線）を、夫々通過する場合を想定する。つまり、各光学ユニット１３の直線Ｌは、各光学ユニット１３の配置されている位置の曲面配置面ＲＳと直交している。

先ず、１つの光学ユニット１３において、表示対象物Ｘ上の１点Ｐからの光が、第１面側から２つのマイクロミラー１２の一方に入射して、他方のマイクロミラー１２に向けて反射し、他方のマイクロミラー１２に入射した光が、第２面側に向けて出射する。ここで、入射光の経路Ｋ１と出射光の経路Ｋ２を直線Ｌと垂直な平面Ｆ１に投影した写像は、図３（Ｂ）に示すように、入射経路Ｋ１と出射経路Ｋ２は互いに平行で、向きが逆となる。つまり、点Ｐからの光は、点Ｐに向けて反射される。ここで、光学ユニット１３は、平面Ｆ１内では、コーナーミラーとして機能するため、平面Ｆ１内での向き、つまり、２つのマイクロミラー１２の向いている方向Ｑ（２つのマイクロミラー１２の内角２等分線の向き）と点Ｐの関係は任意である。

一方、点Ｐと直線Ｌを含む平面Ｆ２に投影した写像は、図３（Ｃ）に示すように、入射経路Ｋ１と直線Ｌの法線の成す角度（入射角α１）と出射経路Ｋ２と直線Ｌの法線の成す角度（出射角α２）が等しく、入射経路Ｋ１の向きと出射経路Ｋ２の向きは、直線Ｌに平行な方向には変化しない。図３（Ｂ）に示すように、入射経路Ｋ１と出射経路Ｋ２の平面Ｆ１の面内では、平面Ｆ１に平行で入射経路Ｋ１と垂直な方向に、最大１つの光学ユニット１３の幅だけずれるが、平面Ｆ２の面内では、直線Ｌを含む射経路Ｋ１と垂直な平面に、入射経路Ｋ１に沿って入射した光が、出射経路Ｋ２に沿って反射したように振舞う。１つの光学ユニット１３における入射経路Ｋ１と出射経路Ｋ２の関係は、図８（Ｂ）に例示した従来の表示装置の光学素子５３と基本的に同じである。

次に、図４に示すように、曲面配置面ＲＳ上の異なる２点に配置された２つの光学ユニット１３ａ，１３ｂについて、夫々の入射経路Ｋ１ａ，Ｋ１ｂと出射経路Ｋ２ａ，Ｋ２ｂについて考察する。ここで、光学ユニット１３ａの２つのマイクロミラー１２が交差してできる直線ＬをＬ１とし、光学ユニット１３ｂの２つのマイクロミラー１２が交差してできる直線ＬをＬ２とする。便宜的に、２つの光学ユニット１３ａ，１３ｂが、点Ｐの一方側にあって、光学ユニット１３ｂの方が、光学ユニット１３ａより点Ｐに近いと仮定する。更に、理解を容易にするために、比較例として、１つの平面を構成する平面配置面ＦＳを、曲面配置面ＲＳの曲率中心Ｏと表示対象物Ｘ上の１点Ｐを結ぶ直線Ｌｐと直交し、直線Ｌｐとの交点Ｕで、曲面配置面ＲＳと接するように仮想的に配置し、その平面配置面ＦＳ上の異なる２点に２つの光学ユニット１３ｃ，１３ｄが仮想的に配置されている場合を想定する。ここで、点Ｐから入射経路Ｋ１ａに沿って光学ユニット１３ａに入射する光が、同じ入射経路Ｋ１ａに沿って光学ユニット１３ｃにも入射するものとする。同様に、点Ｐから入射経路Ｋ１ｂに沿って光学ユニット１３ｂに入射する光が、同じ入射経路Ｋ１ｂに沿って光学ユニット１３ｄにも入射するものとする。光学ユニット１３ｃからの光は、出射経路Ｋ２ｃを通って第２面側の空間Ｓ２に進み、光学ユニット１３ｄからの光は、出射経路Ｋ２ｄを通って第２面側の空間Ｓ２に進み、直線Ｌｐ上の、平面配置面ＦＳと面対称な点Ｇに焦点を結ぶ。

説明の便宜上、入射経路Ｋ１ａと直線Ｌｐの成す角をβ１、入射経路Ｋ１ｂと直線Ｌｐの成す角をβ２とし、直線Ｌ１と直線Ｌｐの成す角をθ１、直線Ｌ２と直線Ｌｐの成す角をθ２とする。また、出射経路Ｋ２ｃと出射経路Ｋ２ｄは点Ｇで交差し、点Ｐと点Ｇは、交点Ｕから等距離にあるので、出射経路Ｋ２ｃと直線Ｌｐの成す角はβ１、出射経路Ｋ２ｄと直線Ｌｐの成す角はβ２となる。

一方、光学ユニット１３ａの出射経路Ｋ２ａは、直線Ｌ１と直線Ｌｐの成す角がθ１であるので、入射角α１及び出射角α２は夫々角θ１だけ大きくなり、出射経路Ｋ２ｃと角θ１の２倍の角度２×θ１で交差し、出射経路Ｋ２ａと直線Ｌｐの成す角は（β１−２×θ１）となる。同様に、光学ユニット１３ｂの出射経路Ｋ２ｂは、直線Ｌ２と直線Ｌｐの成す角がθ２であるので、入射角α１及び出射角α２は夫々角θ２だけ大きくなり、出射経路Ｋ２ｄと角θ２の２倍の角度２×θ２で交差し、出射経路Ｋ２ｂと直線Ｌｐの成す角は（β２−２×θ２）となる。

ここで、光学ユニット１３ａの出射経路Ｋ２ａと光学ユニット１３ｂの出射経路Ｋ２ｂが、第２面側の空間Ｓ２で交差すると、実像が結像されることになる。出射経路Ｋ２ａと出射経路Ｋ２ｂの成す角度θ２ａｂは、以下の数１で表されるので、実像が結像されるには、角度θ２ａｂが０より大きいこと、出射経路Ｋ２ａと直線Ｌｐの成す角は（β１−２×θ１）と出射経路Ｋ２ｂと直線Ｌｐの成す角は（β２−２×θ２）の夫々が０より大きいことが条件となる。つまり、以下の数２〜数４に示す不等式が成立する必要がある。

（数１）
θ２ａｂ＝（β１−２×θ１）−（β２−２×θ２）
＝（β１−β２）−２×（θ１−θ２）

（数２）
（β１−β２）＞２×（θ１−θ２）
（数３）
β１＞２×θ１
（数４）
β２＞２×θ２

上記数２は、直線Ｌ１と直線Ｌ２の成す角（θ１−θ２）の２倍より、入射経路Ｋ１ａと入射経路Ｋ１ｂの成す角（β１−β２）の方が大きいことを示している。また、数３及び数４は、各光学ユニット１３に入射した光が、光学ユニット１３で２回反射して、出射経路Ｋ２が夫々直線Ｌｐ側に屈曲することを示している。斯かる条件を満足する点Ｐの位置は、曲面配置面ＲＳから曲率半径Ｒの２分の１（Ｒ／２）だけ離れた中間位置Ｆより曲面配置面ＲＳ側の表示対象物配置領域内に存在する。尚、各出射経路Ｋ２は、直線Ｌｐ上で正確に一点に収束するのではなく、或る程度の収差（焦点の広がり）が生じる。

また、出射経路Ｋ２ａと出射経路Ｋ２ｂの成す角度θ２ａｂは、入射経路Ｋ１ａと入射経路Ｋ１ｂの成す角（β１−β２）より、２×（θ１−θ２）だけ小さいので、曲面配置面ＲＳに配置された光学ユニット１３による点Ｐの実像が結像される位置と曲面配置面ＲＳ間の距離は、曲面配置面ＲＳと点Ｐ間の距離より長くなる。つまり、表示対象物Ｘの実像Ｙは、表示対象物Ｘより拡大される。また、別の観点から見れば、点Ｐの実像は、曲率中心Ｏと点Ｐを結ぶ直線Ｌｐ上の第２面側の空間Ｓ２内に結像するので、複数の異なる位置の点Ｐｉは、曲率中心Ｏと各点Ｐｉを結ぶ直線Ｌｐｉ上の第２面側の空間Ｓ２内に結像することになる。ここで、曲面配置面ＲＳの第２面側は凸面であるので、各直線Ｌｐｉは、空間Ｓ２内で放射状に広がるため、表示対象物Ｘの実像Ｙは、表示対象物Ｘより拡大される。

更に、表示対象物Ｘ上の点Ｐが、曲面配置面ＲＳに近い程、点Ｐの実像の空間Ｓ２内の結像位置は、曲面配置面ＲＳに近づく。従って、表示対象物Ｘが立体である場合、実像Ｙは、奥行き方向に向きが反転した倒立実像となる。

次に、表示装置１１の製造方法を、図５を参照して説明する。図５（Ａ）に示すように、ガラスまたは樹脂よりなる平板状の基体２０に、マトリックス状に配置された矩形、例えば正方形の角注状の貫通孔２１を、例えば半導体集積回路の製造プロセスで用いられるフォトリソグラフィとドライエッチングを用いて形成する。次に、当該貫通孔２１の４つの内壁面のうち隣り合う２つの面２２，２３に対して、例えば方向性をもった蒸着によりアルミニウム等の鏡面反射する金属膜を形成する。ここで、貫通孔２１の大きさは、縦、横、深さともに数１０μｍ〜数１００μｍ程度、例えば、５０μｍ〜５００μｍの範囲であることが望ましい。次に、基体２０を２次元的曲率または１次元的曲率を有する曲面（例えば、球面または円筒面）を有する金型に押し付けることにより、図５（Ｂ）に示すように、基体２０を湾曲させて、その表面に曲面配置面ＲＳを形成する。これにより、図１に示す表示装置１１が作製される。

一例として、光学ユニット１３がマトリクス状に配列されたアレイ領域が矩形領域で、仮に８０ｍｍ×８０ｍｍの正方形状とし、貫通孔２１の縦横の配列ピッチを８０μｍ、縦横のサイズを５０μｍ×５０μｍとした場合、曲面配置面ＲＳ上に、１０００×１０００（１００万個）の光学ユニット１３が形成される。尚、基体２０は、１００ｍｍ×１００ｍｍより大きいサイズのものを使用する。

次に、図１に示す表示装置１１の応用例について、図６を参照して説明する。図６に示す応用例では、携帯電話や電子ブック等の電子情報端末の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等で構成される表示画面３０上に、表示装置１１を配置し、空中に拡大されたディスプレイ画面を結像し、表示画面３０に表示された画像を拡大して表示する。

図６に示す例では、表示装置１１の曲面配置面ＲＳは、１次元的曲率を有する曲面（円筒面）を形成しており、曲面配置面ＲＳの第１面側の空間Ｓ１に表示画面３０が配置されている。図６中には図示しないが、上述の如く、曲面配置面ＲＳに複数の光学ユニット１３がマトリクス状に配置されている。

表示画面３０は横方向に長く、表示される画像は、縦方向が圧縮された形状になっている。表示装置１１に対して、表示画面３０を上述の表示対象物配置領域内に配置するにより、表示画面３０に表示された画像は、縦方向を拡大した実像３１が表示装置１１の第２面側（凸面側）の空間Ｓ２に結像する。

図６に示す応用例では、曲面配置面ＲＳが１次元的曲率を有する円筒面に形成された表示装置を使い、表示画面３０の画像の縦方向にのみ拡大した実像３１を空間Ｓ２内に結像させる例を示したが、表示装置１１の曲面配置面ＲＳが２次元的曲率を有する球面に形成されている場合は、縦方向及び横方向の両方向に拡大した画像を表示できる。

例えば、図６に例示した構成で、表示画面３０に表示されたキーボードの画像の実像を、空間Ｓ２内に拡大して結像させ、空間Ｓ２内の空中でタッチした位置を、カメラ等で位置検出することで、空中に結像した扱い易い大きさのキーボードで、小さなモバイル機器を操作することができる。つまり、表示画面３０に表示するキーボードの画像サイズを小さくすることができる。

次に、図１に示す表示装置１１の別の応用例について、図７を参照して説明する。図２に示したように、表示対象物Ｘが立体である場合、実像Ｙは、奥行き方向に向きが反転した倒立実像となる。当該別の応用例は、表示装置１１と、光学ユニット１３を１つの平面を構成する平面配置面ＦＳに複数マトリクス状に配置して構成される表示装置４１を、円筒型の筐体４２内に配置して構成される拡大ルーペ４０である。表示装置４１は、図８に示した平面５４上に形成されたマイクロミラーアレイ５１で構成されるものと基本的に同じである。筐体４２の内壁面は、当該内壁面に入射する迷光を反射しないように表面処理が施されている。

図７に示す例では、表示対象物Ｘ側に、つまり前段に表示装置４１を配置し、その後段に表示装置１１を配置した構成により、表示装置４１により、表示対象物Ｘの等倍の倒立実像Ｙ１を、表示装置１１の曲面配置面ＲＳの第１面側の空間Ｓ１内に結像させ、表示装置１１により、当該倒立実像Ｙ１を奥行き方向に反転し、更に拡大した実像Ｙ２を、曲面配置面ＲＳの第２面側の空間Ｓ２内に結像させる。

図７に示すように、表示装置４１による倒立実像Ｙ１は、表示対象物Ｘに対して、平面配置面ＦＳを挟んで面対称の位置に等倍で表示されるので、当該面対称の等倍表示位置を、表示装置１１の曲面配置面ＲＳの曲面配置面ＲＳから曲率半径の２分の１だけ離れた中間位置より曲面配置面ＲＳ側の表示対象物配置領域内になるように、表示対象物Ｘと表示装置４１間の距離、或いは、表示装置１１と表示装置４１間の距離を調整する。そうすると、表示装置１１の曲面配置面ＲＳの第２面側の空間Ｓ２内に、表示対象物Ｘの拡大された正立実像が結像される。

尚、図７に示すように、拡大ルーペ４０の表示装置４１より表示対象物Ｘ側に、表示対象物Ｘを照らす照明装置４３を配置しても良い。

［別実施形態］
以下に、上記実施形態の変形例を別実施形態として示す。

〈１〉上記実施形態では、曲面配置面ＲＳ上に配置される各光学ユニット１３の２つのマイクロミラー１２の向いている方向（図３では、方向Ｑで表示されている）は、全て観察者の方向に向いている場合を想定したが、曲面配置面ＲＳ上の光学ユニット１３が配置される領域を、多数の微小領域に区画して、各微小領域内において、マイクロミラー１２の向きを、四方に分散させて、光学ユニット１３を配置しても良い。斯かる構成により、様々な方向から、拡大された実像を観察することが可能となり、更に、複数の観察者が夫々異なる方向から同時に拡大された実像を観察することが可能となる。

〈２〉上記実施形態では、各光学ユニット１３の２つのマイクロミラー１２の交差する角度は９０度の場合を想定したが、必ずしも正確に９０度である必要はない。例えば、曲面配置面ＲＳの曲率中心Ｏと、隣接する２つの光学ユニット１３（例えば、直線Ｌ上の任意の点）を夫々結ぶ直線の成す内角程度或いはそれ以下の誤差は許容される。

図３（Ｂ）を用いて説明したように、光学ユニット１３に入射した光の入射経路Ｋ１と出射経路Ｋ２は、点Ｐと直線Ｌを含む平面Ｆ２内において、最大１つの光学ユニット１３の幅（マイクロミラー１２の１辺の長さの√２倍）だけずれるので、点Ｐの実像は、当該ずれによっても拡大して収差が生じる。これを補正するために、２つのマイクロミラー１２の交差する角度は９０度より、上述の曲率中心Ｏと、隣接する２つのマイクロミラー１２の両端を夫々結ぶ直線の成す内角程度、小さくすることで、当該収差を抑制できる。

尚、各光学ユニット１３の２つのマイクロミラー１２の交差する角度は９０度から大きく外れると、２つのマイクロミラー１２の一方側に入射した光と、他方側に入射した光の出射経路Ｋ２が大きく異なってしまうため、実像が２箇所に結像する可能性、或いは、虚像が結像する可能性が生じ、更には、２回反射以外の１回反射や３回以上の反射の可能性が高くなるため、好ましくない。

〈３〉上記実施形態では、各光学ユニット１３の２つのマイクロミラー１２を９０度で交差させて構成する場合を例示したが、当該交差は、２つのマイクロミラー１２の成す平面が９０度（上記誤差は許容される）で交差すれば良く、当該交差部で、２つのマイクロミラー１２が接ししている必要はない。

更に、上記実施形態では、基板１４に形成された角注状の貫通孔の４つの内壁面の内の隣接する２面を鏡面としたが、４面とも鏡面としても構わない。但し、４面とも鏡面とした場合には、光学ユニット１３内に入射した光が、２回ではなく、３回或いは４回反射して出射する可能性が生じるが、当該出射光が迷光となって、空間Ｓ２内に結像した実像に対する干渉光となり得る。しかし、表示装置１１では、干渉光となり得る３回或いは４回反射光は、入射経路と曲面配置面ＲＳの成す角度が小さい場合に起こり易いため、曲面配置面ＲＳの周辺部で発生し易い点、曲面配置面ＲＳの第２面は凸面となっているため、３回或いは４回反射後に出射した光は、周辺部に発散して、実像に対する干渉が小さいと考えられる。

一方、基板１４に形成された角注状の貫通孔の４つの内壁面を全て鏡面として、光学ユニット１３を構成した場合には、上述の〈１〉のように、様々な方向から、拡大された実像を観察することが可能となり、更に、複数の観察者が夫々異なる方向から同時に拡大された実像を観察することが可能となる。

〈４〉上記実施形態では、表示装置１１の製造方法として、フォトリソグラフィとドライエッチングを用いて、平板状の基体２０に、角注状の貫通孔２１を形成する場合を説明したが、角注状の貫通孔２１の形成方法としては、ドライエッチング等の加工によらずに、ナノインプリント工法等を利用しても良い。例えば、ナノインプリント工法を使用する場合には、１次元的曲率または２次元的曲率を有する曲面配置面ＲＳに、予め貫通孔２１をマトリクス状に形成した１次金型（マザーモールド）を準備し、当該１次金型の反転型を作製して、当該反転型を用いて表示装置１１を作製することも可能である。この場合、１次金型に形成した貫通孔２１の４つの内壁面の内の隣接する２面を鏡面に、他の２面を粗面に仕上げておけば、基体２０の材料としてアルミニウム等の金属材料を使用することで、貫通孔２１内の隣接する２面を鏡面にすることができる。

〈５〉上記実施形態では、基板１４に形成された角注状の貫通孔の４つの内壁面の少なくとも隣接する２面を鏡面として、光学ユニット１３を構成する場合を説明したが、例えば、上記特許文献５に示されたような、短冊状のミラーを一方向に複数配列したパネルを、当該配列方向を直交させて２段に重ねた構造でも、各段のパネルの短冊状のミラーの各端縁の包絡面を１次元的曲率または２次元的曲率を有する曲面配置面ＲＳとすることでも、同様の原理のマイクロミラーアレイを構成することができる。

〈６〉上記実施形態では、曲面配置面ＲＳの第１面側（表示対象物Ｘ側）を凹面として、表示対象物Ｘの実像Ｙを拡大像としたが、逆に、第１面側（表示対象物Ｘ側）を凸面とすると、表示対象物Ｘの縮小された実像Ｙが、第２面側の空間Ｓ２に結像される。換言すれば、表示対象物Ｘを第２面側（凸面側）に配置すると、第１面側（凹面側）の空間Ｓ１内に、表示対象物Ｘの縮小された実像Ｙが結像される。

〈７〉上記実施形態において、図７を用いて説明した拡大ルーペ４０では、光学ユニット１３を１つの平面を構成する平面配置面ＦＳに複数マトリクス状に配置して構成される表示装置４１と、図１に示す表示装置１１を、前段と後段に配置して、拡大された正立実像を結像させる例を説明したが、例えば、図１に示す表示装置１１を２つ、前段と後段に配置して、拡大された正立実像を結像させるようにしても良い。この場合、各表示装置１１で、２回に分けて拡大されるため、個々の表示装置１１の拡大率を小さく抑えて、つまり、曲率半径を長くして拡大ルーペを構成するようにしても良い。

更に、図１に示す表示装置１１を２つ前段と後段に配置して拡大ルーペを構成する場合、夫々の表示装置１１の曲面配置面ＲＳを、１次元的曲率を有する曲面（円筒面）を形成するように形成し、前段と後段で、夫々の曲率中心線（円筒面の中心軸）の向きが直交するように配置するようにしても良い。

〈８〉上記実施形態において、曲面配置面ＲＳは、１次元的曲率または２次元的曲率を有する曲面として、球面或いは円筒面である場合を想定したが、曲面配置面ＲＳが球面または円筒面であることより生じる収差を補正するために、曲面配置面ＲＳを非球面或いは非円筒面としても良い。

１１： 表示装置
１２： マイクロミラー（鏡面）
１３： 光学ユニット
１３ａ，１３ｂ： 曲面配置面上に配置される光学ユニット
１３ｃ，１３ｄ： 平面配置面上に配置される光学ユニット
１４： 基板
２０： 基体
２１： 貫通孔
２２，２３： 貫通孔の内壁面
３０： 表示画面
３１： 表示画面の実像
４０： 拡大ルーペ
４１： 光学ユニットを平面配置面にマトリクス状に複数配置した表示装置
４２： 筐体
４３： 照明装置
６１： マイクロミラーアレイ
６２： マイクロミラー
６３： 光学素子
６４： 平面
６５： ミラー
Ｆ： 中間位置
Ｆ１： 直線Ｌと垂直な平面
Ｆ２： 点Ｐと直線Ｌを含む平面
ＦＳ： 平面配置面
Ｋ１： 入射光の経路
Ｋ１ａ： 光学ユニット１３ａ，１３ｃに入射する入射光の経路
Ｋ１ｂ： 光学ユニット１３ｂ，１３ｄに入射する入射光の経路
Ｋ２： 出射光の経路
Ｋ２ａ： 光学ユニット１３ａから出射する出射光の経路
Ｋ２ｂ： 光学ユニット１３ｂから出射する出射光の経路
Ｋ２ｃ： 光学ユニット１３ｃから出射する出射光の経路
Ｋ２ｄ： 光学ユニット１３ｄから出射する出射光の経路
Ｌ： 光学ユニットの２つのマイクロミラーが交差してできる直線
Ｌｐ： 曲面配置面の曲率中心と点Ｐを結ぶ直線
Ｏ： 曲面配置面の曲率中心
Ｐ： 表示対象物上の１点
Ｑ： ２つのマイクロミラーの向いている方向
ＲＳ： 曲面配置面
Ｓ１： 曲面配置面の第１面側の空間
Ｓ２： 曲面配置面の第２面側の空間
Ｘ： 表示対象物
Ｙ： 拡大された倒立実像
Ｙ１： 等倍の倒立実像
Ｙ２： 拡大された正立実像

Claims (11)

1. 互いに交差する複数の鏡面を備えた光学ユニットを、１次元的曲率または２次元的曲率を有する曲面を構成する曲面配置面に複数マトリクス状に配置し、
   前記光学ユニットの夫々が、前記曲面配置面の表面と裏面の何れか一方の第１面側から入射した光を、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記曲面配置面の前記第１面とは反対側の第２面側に出射するように構成された第１の光学系を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記曲面配置面の前記第１面側が凹面となっていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記光学ユニットの夫々が、前記曲面配置面の前記第１面側の空間に配置された表示対象物からの光を前記第１面側から受光し、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記曲面配置面の前記第２面側に出射して、前記第２面側の空間に前記表示対象物の実物とは大きさの異なる前記表示対象物の実像を結像させることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記表示対象物の前記曲面配置面の前記第１面からの離間距離が、前記曲面配置面の曲率半径の２分の１より短いことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記光学ユニットを１つの平面を構成する平面配置面に複数マトリクス状に配置し、
   前記光学ユニットの夫々が、前記平面配置面の表面と裏面の何れか一方の第１面側から入射した光を、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記平面配置面の前記第１面と反対側の第２面側に出射するように構成された第２の光学系を、更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
6. 前記第２の光学系から出射した光が、前記第１の光学系に入射するように前記第１及び第２光学系を配置してなることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記第２の光学系において、前記光学ユニットの夫々が、前記平面配置面の前記第１面側の空間に配置された表示対象物からの光を受光し、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記平面配置面の前記第２面側に出射して、前記平面配置面の前記第２面側で前記曲面配置面の前記第１面側の空間に前記表示対象物の実物と同じ大きさの向きが逆転した前記表示対象物の倒立実像を結像させ、
   前記第１の光学系において、前記光学ユニットの夫々が、前記曲面配置面の前記第１面側の空間に結像された前記表示対象物の倒立実像からの光を受光し、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記曲面配置面の前記第２面側に出射して、前記第２面側の空間に前記表示対象物の実物とは大きさの異なる前記表示対象物と同じ向きの前記表示対象物の正立実像を結像させることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記倒立実像の結像位置の前記曲面配置面の前記第１面からの離間距離が、前記曲面配置面の曲率半径の２分の１より短いことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 請求項１に記載の表示装置の前記第１の光学系の前記曲面配置面の前記第１面側の空間に表示対象物を配置し、
   前記表示対象物からの光を前記第１面側から受光し、前記光学ユニットの夫々において、前記複数の鏡面で複数回反射させた後、前記曲面配置面の前記第２面側に出射して、前記第２面側の空間に前記表示対象物の実物とは大きさの異なる前記表示対象物の実像を結像させることを特徴とする表示方法。
10. 前記曲面配置面の前記第１面側が凹面となっていることを特徴とする請求項９に記載の表示方法。
11. 前記表示対象物の前記曲面配置面の前記第１面からの離間距離が、前記曲面配置面の曲率半径の２分の１より短いことを特徴とする請求項１０に記載の表示方法。
    

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