WO2023112535A1 - 画像表示装置 - Google Patents

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WO2023112535A1
WO2023112535A1 PCT/JP2022/040909 JP2022040909W WO2023112535A1 WO 2023112535 A1 WO2023112535 A1 WO 2023112535A1 JP 2022040909 W JP2022040909 W JP 2022040909W WO 2023112535 A1 WO2023112535 A1 WO 2023112535A1
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WO
WIPO (PCT)
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reflector
display device
orthogonal
light
dihedral
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/040909
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
肇 秋元
Original Assignee
日亜化学工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日亜化学工業株式会社 filed Critical 日亜化学工業株式会社
Publication of WO2023112535A1 publication Critical patent/WO2023112535A1/ja

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to an image display device.
  • Patent Document 1 A reflective imaging optical element that displays a real image of an object to be observed in the air and an image display device using this element have been proposed (see Patent Document 1, for example).
  • Such an image display device makes it possible to display an image when the user needs it, and hide the image in other cases.
  • the image is displayed in the air, there is no need for a device for the display part, so there is an advantage that a limited space such as in a car can be used more effectively.
  • the image forming position can be set relatively freely by using optical elements.
  • the structure of the optical element for that becomes complicated.
  • an image display device that can display an image in the air with a simple structure is desired.
  • An embodiment of the present invention provides an image display device capable of displaying an image in the air with a simple structure.
  • An image display device includes an imaging element and a light source for irradiating the imaging element with light.
  • the imaging element includes a substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface, and a reflector array provided on the substrate.
  • the reflector array includes a plurality of reflector rows including a plurality of dihedral orthogonal reflectors arranged along a first direction.
  • the plurality of bihedral orthogonal reflectors include a first reflective surface provided to reflect light from the first surface side, and a first reflective surface provided so as to be orthogonal to the first reflective surface. and a second reflecting surface provided to reflect light reflected from the first surface toward the first surface.
  • the plurality of reflector rows includes a first reflector row in which the angle between the straight line and the virtual plane is set to the smallest value among the plurality of reflector rows. Among the plurality of reflector rows, the angle between the straight line and the imaginary plane of the remaining reflector rows is set to a larger value as the distance from the first reflector row in the second direction increases.
  • the light source is provided on the first surface side.
  • Each of the plurality of bihedral orthogonal reflectors is arranged such that a portion of the light emitted from the light source and reflected by the first reflecting surface travels toward the second reflecting surface. be provided.
  • an image display device capable of displaying an image in the air with a simple structure is realized.
  • FIG. 2 is a schematic plan view illustrating an imaging element according to the first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating part of an imaging element of a first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic enlarged view of part III of FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic enlarged view of another example of section III of FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic enlarged view of another example of section III of FIG. 1
  • 3 is a schematic plan view illustrating part of the imaging element of the first embodiment
  • FIG. FIG. 4B is an example of a schematic cross-sectional view taken along line IVB-IVB′ of FIG. 4A.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment; 2 is a schematic side view illustrating the imaging element of the first embodiment; FIG. 2 is a schematic side view illustrating the imaging element of the first embodiment; FIG. FIG. 5 is a schematic side view illustrating an imaging element according to a first modified example of the first embodiment; FIG. 7 is a schematic side view illustrating an imaging element according to a second modified example of the first embodiment; FIG. 7 is a schematic side view illustrating an imaging element according to a second modified example of the first embodiment; FIG. 11 is a schematic side view illustrating an imaging element according to a third modified example of the first embodiment; FIG. 11 is a schematic side view illustrating an imaging element according to a third modified example of the first embodiment; FIG.
  • FIG. 11 is a schematic plan view illustrating part of an imaging element according to a fourth modification of the first embodiment;
  • FIG. 11 is a schematic plan view illustrating part of an imaging element according to a fourth modification of the first embodiment;
  • FIG. 11 is a schematic side view illustrating part of an imaging element according to a fourth modified example of the first embodiment;
  • FIG. 11 is a schematic enlarged plan view illustrating a part of an imaging element according to a fifth modification of the first embodiment;
  • FIG. 10 is a schematic plan view for explaining the operation of an imaging element of a comparative example;
  • FIG. 4 is an example of a schematic plan view for explaining the operation of the image forming element of the first embodiment;
  • FIG. 10 is an example of a schematic side view illustrating an imaging element of another comparative example for explaining the operation of the imaging element of the present embodiment; It is an example of a schematic side view for explaining the operation of the imaging element of the present embodiment.
  • FIG. 4 is an example of a schematic side view for explaining the operation of the image forming element of the first embodiment;
  • FIG. 4 is an example of a schematic side view for explaining the operation of the image forming element of the first embodiment;
  • FIG. FIG. 4 is an example of a schematic side view for explaining the operation of the image forming element of the first embodiment;
  • FIG. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a schematic side view illustrating an image display device according to a second embodiment;
  • FIG. 11 is a schematic plan view illustrating a part of an image display device according to a modification of the second embodiment;
  • FIG. 10 is a schematic plan view for explaining the operation of the image display device of the second embodiment;
  • FIG. 11 is a schematic side view for explaining the operation of the image display device of the second embodiment;
  • FIG. 11 is a schematic side view illustrating an image display device according to a third embodiment;
  • FIG. 11 is a schematic side view illustrating an image display device according to a fourth embodiment;
  • FIG. 1 is a schematic plan view illustrating an imaging element according to this embodiment.
  • the imaging element 10 according to this embodiment includes a substrate 12 and a reflector array 20.
  • the substrate 12 has a first surface 11a, and the reflector array 20 is provided on the first surface 11a.
  • the reflector array 20 is provided within the reflector forming region 14 of the first surface 11a.
  • Reflector array 20 includes a plurality of reflector rows 22 .
  • FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating part of the imaging element of this embodiment.
  • the substrate 12 has a first surface 11a and a second surface 11b.
  • the second surface 11b is provided on the opposite side of the first surface 11a.
  • an XYZ right-handed three-dimensional coordinate system is sometimes used to explain the configuration of the imaging device and the image display device.
  • the XY plane is defined as a plane parallel to the virtual plane P0.
  • the first surface 11a is provided on the positive side of the Z-axis with respect to the second surface 11b.
  • the first surface 11a includes a part of an arc projecting toward the negative side of the Z axis when viewed from the YZ plane.
  • the virtual plane P0 is a virtual plane parallel to the tangential plane that is in contact with the point located on the most negative direction side of the Z-axis among a portion of this arc.
  • the first surface 11a is such a curved surface, and the reflector array 20 is provided on the curved surface.
  • the virtual plane P0 serves as a reference plane for setting the inclination of the reflector row 22 in the Y-axis direction.
  • the reflector row 22 is provided on the first surface 11a at an angle set with respect to the imaginary plane P0.
  • the base material 12 is made of a translucent material, such as a transparent resin.
  • the imaging element 10 of the present embodiment when the light source is arranged on the first surface 11a side with respect to the base material 12, an image is formed on the first surface 11a side on which the light source is arranged, not on the second surface 11b side. be done.
  • the position where the image is formed may be a position sufficiently distant from the position where the light source is provided, and may be a position different from the position where the light source is provided.
  • the reflector row 22 is provided along the X-axis direction.
  • a plurality of reflector rows 22 are provided so as to be substantially parallel to each other along the Y-axis direction.
  • the plurality of reflector rows 22 are arranged at substantially equal intervals with intervals 23 in the Y-axis direction between adjacent reflector rows 22 .
  • the length of the interval 23 of the reflector row 22 in the Y-axis direction can be any length, and can be, for example, about the length of the reflector row 22 in the Y-axis direction.
  • each of the reflector rows 22 includes a number of dihedral orthogonal reflectors connected in the X-axis direction and are therefore shown solid in FIG. 1 to avoid clutter.
  • FIG. 3A is a schematic enlarged view of section III of FIG. 1.
  • reflector row 22 includes a plurality of dihedral orthogonal reflectors 30 .
  • a plurality of dihedral orthogonal reflectors 30 are connected to each other along the X-axis direction and provided continuously.
  • Dihedral orthogonal reflector 30 includes a first reflective surface 31 and a second reflective surface 32 .
  • the dihedral orthogonal reflector 30 is provided on a base portion 36 formed on the first surface 11a shown in FIG.
  • the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 each have a substantially square shape when viewed from the front, and are connected at one side of each square so as to be substantially perpendicular to each other.
  • the connecting line between the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 will be referred to as a valley side connecting line 33.
  • the side of the first reflecting surface 31 opposite to the valley-side connecting line 33 and the side of the second reflecting surface 32 opposite to the valley-side connecting line 33 are referred to as mountain-side connecting lines 34, respectively.
  • the first reflective surface 31 of the bihedral orthogonal reflector 30 is connected to the second reflective surface 32 of the dihedral orthogonal reflector 30 adjacent on the negative direction side of the X-axis by a peak-side connection line 34 .
  • the second reflecting surface 32 of the dihedral orthogonal reflector 30 is connected to the first reflecting surface 31 of the other dihedral orthogonal reflector 30 adjacent on the positive direction side of the X-axis by a peak-side connection line 34 . In this manner, a plurality of dihedral orthogonal reflectors 30 are connected to each other along the X-axis direction and provided continuously.
  • the dimensions of the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 can be, for example, several ⁇ m to several hundred ⁇ m.
  • the number of dihedral orthogonal reflectors 30 to be integrated is set according to the size and resolution of the aerial image to be displayed. For example, several tens to several thousand dihedral orthogonal reflectors 30 are integrated in one imaging element 10 .
  • 1000 dihedral orthogonal reflectors having 100 ⁇ m square reflecting surfaces can be arranged over a Y-axis direction of about 14 cm.
  • the reflector rows 22 of the imaging elements 10 are arranged such that the positions of the valley-side connection lines 33 and the peak-side connection lines 34 in the X-axis direction are the same, as shown in the enlarged view of FIG. 3A. Without being limited to this, the positions in the X-axis direction of the valley-side connection lines 33 and the mountain-side connection lines 34 may be shifted for each reflector row 22 .
  • FIG. 3B is a schematic enlarged view of another example of section III of FIG. 1.
  • FIG. 3B the positions of the valley-side connection lines 33 and the mountain-side connection lines 34 in the X-axis direction are shifted for each adjacent reflector row 22 .
  • the shift amount of the reflector rows 22 may be an arbitrary value for each reflector row 22, or may be a constant value.
  • the amount of deviation in the X-axis direction between the positions of the valley-side connection lines 33 and the mountain-side connection lines 34 is constant for each reflector row 22 .
  • the position in the X-axis direction of the valley side connection line 33 of the dihedral orthogonal reflectors 30 of one reflector row 22 in this example is the position of the crest side connection line 34 of the dihedral orthogonal reflector 30 of the reflector row 22 adjacent to that reflector row 22. It matches the position in the X-axis direction.
  • the position in the X-axis direction of the crest-side connecting line 34 of the dihedral orthogonal reflectors 30 of one reflector row 22 is the X-axis direction of the valley-side connecting line 33 of the dihedral orthogonal reflectors 30 of the adjacent reflector row 22 . matches the position of That is, if the distance between the valley-side connecting lines 33 or the distance between the mountain-side connecting lines 34 of two adjacent dihedral orthogonal reflectors 30 is defined as one period, the dihedral orthogonal reflectors 30 of the adjacent reflector rows 22 are , are arranged in phases shifted by 1/2 period.
  • the gap 23 shown in FIG. 3A is not provided. Interval 23 is zero.
  • the base 36 may function as a gap.
  • the light rays incident on the dihedral orthogonal reflector 30 do not undergo the second reflection, and the light reflected once passes through the second plane from the interval 23 between the adjacent reflector rows 22. You may have to step out to the side. Therefore, in the example shown in FIG. 3B, the base 36 is formed to transmit light or absorb light.
  • FIG. 3C is a schematic enlarged view of another example of section III of FIG. 1.
  • FIG. 3C between the reflector rows 22 arranged in the Y-axis direction, not only the strip-shaped flat space 23 shown in FIG. can be As described above, the phases of the valley-side connection lines 33 and the peak-side connection lines 34 of the adjacent reflector rows 22 may be arbitrary.
  • 3B and 3C are used in image display devices 1000, 1100, and 1200 described below in connection with FIGS. By imparting light absorbability, it is possible to make it difficult to observe a virtual image on the first surface side.
  • FIG. 4A is a schematic plan view illustrating part of the imaging element of this embodiment.
  • FIG. 4B is an example of a schematic cross-sectional view taken along line IVB-IVB' of FIG. 4A.
  • 4A and 4B show the configuration of the dihedral orthogonal reflector 30.
  • the dihedral orthogonal reflector 30 includes a first reflective surface 31 and a second reflective surface 32 , the first reflective surface 31 and the second reflective surface 32 on the base 36 . is provided.
  • the base portion 36 is provided such that the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 form a desired angle with respect to the tangential plane P of the first surface 11a.
  • the base portion 36 is a V-shaped translucent member, made of, for example, a transparent resin, and molded integrally with the base material 12 .
  • the first reflective surface 31 and the second reflective surface 32 are formed by forming a thin film of a light-reflective metal material or the like on the V-shaped portion of the base material 12 .
  • the first reflective surface 31, the second reflective surface 32, the base 36, and the base material 12 are not limited to such an example, and each or a part of them are separately formed, assembled into one, and an image forming element. A child 10 may be formed.
  • the surface of the transparent resin is mirror-finished, for example, and the surface reflectance of the transparent resin is sufficiently high, the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 remain the surface of the transparent resin.
  • the space 23 and the base portion 36 described with reference to FIG. 3B have light transmittance and light absorbency in order to prevent virtual image observation and the like.
  • the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 are connected by a valley-side connection line 33 so as to be substantially orthogonal.
  • a peak-side connection line 34 is located on the opposite side of the valley-side connection line 33 on the first reflecting surface 31
  • a peak-side connection line 34 is located on the opposite side of the valley-side connection line 33 on the second reflection surface 32 .
  • the ends of the valley-side connecting line 33 are called vertices 33a and 33b.
  • the position of the vertex 33a is on the positive side of the Z-axis with respect to the position of the vertex 33b. In other words, the apex 33a is positioned farther from the substrate 12 than the apex 33b.
  • the ends of the mountain-side connection line 34 are called vertices 34a and 34b.
  • the position of the vertex 34a is on the positive side of the Z-axis with respect to the position of the vertex 34b. In other words, the apex 34a is positioned farther from the substrate 12 than the apex 34b. Therefore, the vertex 34a is positioned farthest from the substrate 12, and the vertex 33b is positioned closest to the substrate 12. As shown in FIG.
  • FIG. 4B shows the relationship between the dihedral orthogonal reflector 30, the first surface 11a and the tangential plane P.
  • the dihedral orthogonal reflector 30 is in contact with the first surface 11a at the lower apex 33b of the valley-side connection line 33 .
  • the tangential plane P is a plane in contact with the first surface 11a at the position of the vertex 33b and parallel to the virtual plane P0.
  • the dihedral orthogonal reflector 30 is provided on the first surface 11a such that the valley side connection line 33 forms an angle ⁇ with the tangential plane P. As shown in FIG.
  • FIG. 4C is a schematic perspective view for explaining the operation of the imaging element of this embodiment.
  • the light ray LL when the light ray LL is incident on the first reflecting surface 31 , the light ray LL is reflected by the first reflecting surface 31 .
  • the once-reflected light LR1 reflected by the first reflecting surface 31 is reflected again by the second reflecting surface 32 .
  • the twice reflected light LR2 reflected by the second reflecting surface 32 is emitted to the same side as the light source of the incident light.
  • the dihedral orthogonal reflector 30 emits incident light from the first surface 11a side toward a position different from the position of the light source on the first surface 11a side.
  • the dihedral orthogonal reflector 30 is reflected twice by the two reflecting surfaces, and the twice-reflected light LR2 is reflected to the side from which the incident light LL has traveled.
  • FIG. 4D is a schematic perspective view for explaining the operation of the imaging element of this embodiment.
  • the reflective action of the dihedral orthogonal reflector 30 is reversible.
  • a light ray incident on the dihedral orthogonal reflector 30 is reflected back along the incident light ray LL in FIG. 4C when incident along the twice reflected light LR2 from the opposite direction.
  • the light ray LL incident on the dihedral orthogonal reflector 30 is reflected by the second reflecting surface 32 and enters the first reflecting surface 31 as the once-reflected light LR1.
  • the once-reflected light LR1 is reflected by the first reflecting surface 31 and emitted as twice-reflected light LR2.
  • the dihedral orthogonal reflector 30 is axisymmetric with respect to the valley-side connecting line 33, and the angle of the first reflecting surface 31 with respect to the tangential plane P is the second It is arranged so as to be approximately equal to the angle of the reflecting surface 32 . Therefore, the dihedral orthogonal reflector 30 performs the same operation and emits the reflected light when the light beam first enters the first reflecting surface 31 and when the light beam first enters the second reflecting surface 32. do.
  • the light ray LL is first incident on the first reflecting surface 31 and reflected, but as shown in FIG.
  • the operation of the dihedral orthogonal reflector 30 can be described in a similar manner as described above.
  • the light ray LL first enters the first reflecting surface 31, and the light reflected once by the first reflecting surface 31 is reflected by the second reflecting surface 32 and emitted as the second reflected light. good too.
  • the case where the light is first reflected by the first reflecting surface 31 will be described unless otherwise specified.
  • FIG. 5 is a schematic side view illustrating the imaging element of this embodiment.
  • the reflector array 20 is represented by an envelope connecting the vertices 33a of the dihedral orthogonal reflectors 30 shown in FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 5 is represented by a one-dot chain line.
  • the first surface 11a is curved, so the reflector array 20 is provided in a curved shape.
  • the first surface 11a includes a part of an arc projecting in the negative direction of the Z axis in a YZ plan view, the reflector array 20 is also provided in this arc, and the envelope of the vertex is also an arc.
  • the radius of the arc is set based on the distance between the imaging element 10 and the light source provided on the first surface 11a side of the imaging element 10 . For example, the radius of the arc of reflector array 20 is about twice the distance between imaging element 10 and the light source.
  • the imaging element 10 has reversibility in the direction of incidence and reflection of light rays.
  • the radius of the arc is set based on the distance between the imaging element 10 and the image formed on the first surface 11a side.
  • the radius of the arc of reflector array 20 is about twice the distance between imaging element 10 and the image.
  • the tangent plane in contact with the lowest position on the negative side in the Z-axis direction is the virtual plane P0 parallel to the XY plane.
  • FIG. 6 is a schematic side view illustrating the imaging element of this embodiment.
  • FIG. 6 shows one dihedral orthogonal reflector that makes up the reflector row 22 shown in FIGS.
  • each of the plurality of reflector rows 22 is provided along the X-axis direction and arranged at approximately equal intervals in the Y-axis direction.
  • the angles of the plurality of dihedral orthogonal reflectors forming one reflector row 22 with respect to the virtual plane P0 are substantially the same. Therefore, the angle of a dihedral orthogonal reflector 30 with respect to the virtual plane P0 represents the angle of the reflector row 22 to which the dihedral orthogonal reflector 30 belongs to the imaginary plane P0.
  • FIG. 6 shows one dihedral orthogonal reflector that makes up the reflector row 22 shown in FIGS.
  • each of the plurality of reflector rows 22 is provided along the X-axis direction and arranged at approximately equal intervals in the Y-axis direction.
  • dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 out of a large number of dihedral orthogonal reflectors arranged in the Y-axis direction are schematically shown in an enlarged manner.
  • the configuration of dihedral orthogonal reflectors 30-1 through 30-5 is the same as dihedral orthogonal reflector 30 described with reference to FIGS. be.
  • the notation of the base portion 36 shown in FIG. 4B is omitted in order to avoid the complexity of the illustration.
  • the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 have different angles ⁇ 1 to ⁇ 5 with respect to the virtual plane P0 depending on the position of the first surface 11a on the Y axis.
  • the angles ⁇ 1 to ⁇ 5 of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are represented by the angles of the valley side connecting lines (straight lines) 33-1 to 33-5 with respect to the virtual plane P0.
  • the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are arranged in this order in the positive direction of the Y-axis.
  • the angles ⁇ 1 to ⁇ 5 of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are set to larger values in this order. That is, ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 5.
  • angles ⁇ 1 to ⁇ 5 of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are set with respect to the reflector row (first reflector row) 22 of the dihedral orthogonal reflector set to the smallest value. , the larger the value is in one direction along the Y-axis. Also, the angles ⁇ 1 to ⁇ 5 have smaller values as they move away from the reference reflector row 22 in the other direction on the Y-axis. In the example of FIG. 6, when the position of the dihedral orthogonal reflector 30-1 set at the smallest angle is used as a reference, ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 5 in the positive direction of the Y-axis.
  • the angles ⁇ 1 to ⁇ 5 of the dihedral orthogonal reflector can be 0° ⁇ 1 to ⁇ 5 ⁇ 90°.
  • the angle formed by the first reflecting surface 31 and the virtual plane P0 is determined in conjunction with the angles ⁇ 1 to ⁇ 5, respectively, and is 45° ⁇ (the angle formed by the first reflecting surface 31 and the virtual plane P0) ⁇ 90°.
  • the angle between the second reflecting surface 32 and the virtual plane P0 is equal to the angle between the first reflecting surface 31 and the virtual plane P0. Therefore, 45° ⁇ (the angle formed by the second reflecting surface 32 and the virtual plane P0) ⁇ 90°.
  • the respective inclinations of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are also set by the angles with respect to the tangential planes P1 to P5 on the first surface 11a on which the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are arranged.
  • the angles of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 with respect to the tangential planes P1 to P5 are a constant angle ⁇ regardless of the positions of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 on the Y axis.
  • the angle ⁇ is based on the angle formed by each reflecting surface of the corner cube reflector with the horizontal plane, and is approximately 30°, more specifically, 35.3°.
  • the angles ⁇ 1 to ⁇ 5 of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are incident from the light source provided on the first surface 11a side when the base material 12 is used as a reference. It is appropriately set so as to form an image on the first surface 11a side.
  • the imaging position is in the air different from the position of the light source.
  • the angle of the dihedral orthogonal reflector with respect to the virtual plane P0 is determined by experiments, simulations, or the like, for example.
  • the angle of the dihedral orthogonal reflector with respect to the virtual plane P0 may be set so as to increase according to the position on the Y axis, or set so as to decrease according to the position on the Y axis. may not be part of a perfect circular arc.
  • the first surface 11a may be a portion of an elliptical arc or a portion of a polygon corresponding to the number of reflector rows.
  • the angle of the dihedral orthogonal reflector can be set according to the position of the dihedral orthogonal reflector on the Y-axis, it is not based on the virtual plane P0. may be used as a reference plane.
  • FIG. 7 is a schematic side view illustrating an imaging element according to this modification.
  • the configuration of the base material 112 is different from that of the above-described first embodiment.
  • the configuration other than the base material 112 is the same as in the case of the first embodiment, and the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
  • the imaging element 110 of this modified example includes a reflector array 20 and a base material 112 .
  • the substrate 112 has a first surface 11a and a second surface 111b.
  • the reflector array 20 is provided on the first surface 11a.
  • the second surface 111b is provided on the opposite side of the first surface 11a.
  • the second surface 111b has the same shape as the first surface 11a, and both the first surface 11a and the second surface 111b include a part of an arc having the same radius in YZ plan view.
  • the shape of the second surface 111b in YZ plan view is not limited to the same shape as the first surface 11a in YZ plan view, and may be any different shape.
  • the base material 112 is made of a translucent material, such as a transparent resin, as in the first embodiment.
  • the angle of the dihedral orthogonal reflector with respect to the virtual plane P0 and the angle of the dihedral orthogonal reflector with respect to the tangential plane of the first surface 11a may be set in the same manner as in the first embodiment. Therefore, in the base material 112, the shape of the second surface 111b can be arbitrary. For example, by making the shape suitable for the location where the imaging element 110 is accommodated, it is possible to reduce the storage space.
  • (Second modification) 8A and 8B are schematic side views illustrating the imaging element according to this modification.
  • the configuration of the base material 212 is different from those of the first embodiment and the first modified example described above.
  • This modification differs from the first embodiment and the first modification in the location where the reflector array 20 is provided.
  • the configuration other than these is the same as in the first embodiment, and the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • imaging element 210 comprises reflector array 20 and substrate 212 .
  • the substrate 212 has a first surface 211a and a second surface 211b.
  • the base material 212 is made of a translucent material, such as a transparent resin.
  • the reflector array 20 is provided on the second surface 211b.
  • the second surface 211 b is the inner surface of the base material 212 and the reflector array 20 is provided inside the base material 212 .
  • the reflector array 20 is provided so as to reflect light rays from the side of the first surface 211a and form an image on the side of the first surface 211a.
  • the outer surface of the base material 212 is the second surface 211b, and the reflector array 20 is outside the base material 212 and the second surface 211b. It may be formed on the second surface 211b.
  • the second surface 211b includes a part of an arc that is convex toward the negative side of the Z axis when viewed from the YZ plane.
  • the virtual plane P0 is a virtual plane parallel to the tangential plane that is in contact with the most negative position of the Z-axis among a portion of this arc.
  • the second surface 211b is such a curved surface, and the reflector array 20 is provided on the curved surface.
  • the base material 212 has a constant distance between the first surface 211a and the second surface 211b even at both ends in the Y-axis direction, and the thickness of the base material 212 increases. have a certain configuration. Light rays incident on the imaging element 210 reach the reflector array 20 through the substrate 212, so it is preferable to reduce the thickness of the substrate 212. FIG.
  • the imaging element 210a includes a reflector array 20 and a substrate 212a.
  • the base material 212a has a first surface 211a and a second surface 211b, and the distance between the first surface 211a and the second surface 211b is substantially zero at both ends in the Y-axis direction.
  • the shape of the base material can be arbitrarily selected according to the size of the image forming element, the material of the base material, the application, and the like.
  • FIG. 9A and 9B are schematic side views illustrating the imaging element according to this modification. If the angles of the dihedral orthogonal reflectors with respect to the virtual plane P0 can be set in the same manner as in the above-described first embodiment, etc., the reflector array 20 does not have to be formed on a curved surface, and can be provided on a single plane. good too.
  • 9A and 9B similarly to the case described with reference to FIG. 6, five dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are shown enlarged schematically. The tilts of the five dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 are also shown according to the positions at which they are arranged.
  • the imaging element 310 of this modified example includes a reflector array 20 and a base material 312 .
  • the substrate 312 has a first surface 311a and a second surface 311b.
  • the second surface 311b is provided on the opposite side of the first surface 311a.
  • the first surface 311a is a plane substantially parallel to the XY plane.
  • the first surface 311a may be the virtual plane P0.
  • the base material 312 can be made of a translucent material, as in the first embodiment and other modifications.
  • the angles of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 with respect to the virtual plane P0 are ⁇ 1 to ⁇ 5, respectively, and the magnitudes of ⁇ 1 to ⁇ 5 are ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2 ⁇ ⁇ 3 ⁇ ⁇ 4 ⁇ ⁇ 5.
  • the positions of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 on the Y axis are the same as the positions of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-5 shown in FIG. Therefore, when the tangential planes P1 to P5 of the circular arc corresponding to the position on the Y axis in FIG. value angle ⁇ .
  • an imaging element 310a of this modification includes a reflector array 20 and a base material 312, and further includes a protective layer 314.
  • the configuration of reflector array 20 and substrate 312 is the same as imaging element 310 described in connection with FIG. 9A.
  • a protective layer 314 is provided to cover the reflector array 20 and the first surface 311a.
  • the protective layer 3114 a material with high light transmittance is used so that the amount of light transmitted through the protective layer 314 is substantially constant when the light is incident on the imaging element 310a. It is preferable that the surface 313a of the protective layer 314 also have sufficient flatness so that the angle of refraction of incident light rays is substantially constant.
  • the base material 312 can be a flat plate, so that the thickness of the base material can be reduced due to the curved surfaces of the first and second surfaces. Thinning is possible.
  • the imaging element 310 shown in FIG. 9A is a member having the reflector array 20 formed on its surface and having the other flat surface. Therefore, it is suitable for production by a press using a resin base material.
  • the imaging element 310 has advantages in terms of production, such as being easy to produce by a roll-to-roll method.
  • the roll-to-roll method is a production method in which the material for the base material wound in a roll is continuously supplied to a process for processing, processing, and the like.
  • the roll-to-roll method is generally used for the production of plate-like or film-like resin molded products.
  • FIGS. 10A-10C are schematic plan and side views illustrating part of the imaging element according to this modification.
  • FIGS. 10A-10C show the configuration of the substrate of the imaging element.
  • part of the light rays emitted from the same point light source is reflected by the first reflecting surface 31 and travels toward the second reflecting surface 32, and the other portion of the light rays does not travel toward the second reflecting surface 32.
  • the rest of the rays go straight without being reflected by any reflective surface.
  • Light rays and reflected light passing through the second surface side may be transmitted through the substrate as they are, or may be absorbed.
  • a constituent element is added to the base material to absorb the light rays passing through the second surface and the reflected light.
  • the base material 12 has a light absorber (light absorbing member) 414 formed on the first surface 11a.
  • Light absorbers 414 are provided in the regions between reflector rows 22 shown in FIG.
  • Light absorbers 414 are formed, for example, by applying black paint to the areas between reflector rows 22 .
  • the reflector rows 22 are formed where the light absorber 414 is not applied, the exposed portions of the base 36 shown in FIGS. 3, 4A, and 4B may also be coated with black paint. good.
  • the base material 12 has a light absorbing member 514.
  • the light absorbing member 514 is provided over the reflector forming region 14 on the first surface 11a.
  • the pitch of the reflector rows is narrow, there is an advantage that the formation of the light absorbing member 514 is facilitated.
  • the light absorbing member 514 may be provided over the second surface 11b.
  • the light absorber 414 and the light absorption member 514 are formed on the second surface 211b of the substrate. good.
  • the entire substrate may be formed of a light-absorbing material.
  • the base material 612 is made of a light-absorbing material, such as black resin. By imparting light absorption to the entire base material, it is possible to prevent light rays passing through the reflector array and proceeding to the second surface from being reflected by the second surface 611b and returning to the first surface 611a.
  • FIG. 11 is a schematic enlarged plan view illustrating part of an imaging element according to this modification.
  • FIG. 11 shows an enlarged plan view of a region corresponding to part III of FIG. 1 for this modification.
  • the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 of the dihedral orthogonal reflector 30 are substantially square when viewed from the front.
  • multiple reflector rows 722 each include multiple dihedral orthogonal reflectors 730 .
  • Dihedral orthogonal reflector 730 has a first reflective surface 731 and a second reflective surface 732 .
  • Each of the first reflecting surface 731 and the second reflecting surface 732 has a rectangular shape with a long side in the Y-axis direction when viewed from the front.
  • the spacing between adjacent reflector rows 722 is the same as the spacing between reflector rows 22 described in connection with FIG.
  • the first reflective surface 731 and the second reflective surface 732 are connected by a valley-side connection line 733, and the adjacent dihedral orthogonal reflectors 730 are connected to each other by a crest-side connection line 734.
  • the placement of dihedral orthogonal reflectors 730 in adjacent reflector rows 722 may be arbitrarily out of phase or half a period out of phase.
  • the spacing between adjacent reflector rows 722 may be zero and the base 36 may be used as the spacing.
  • the image-forming device of this modified example can increase the brightness of the display when forming an image, compared to the case of a square reflecting surface.
  • the rectangle is formed with the longer side being the side along the Y-axis direction of the first reflecting surface and the second reflecting surface.
  • a dihedral orthogonal reflector having rectangular first and second reflective surfaces can be applied to the substrates 212, 212a described with respect to Figures 8A and 8B.
  • Combinations of modified examples are not limited to two types, and may be three or more types.
  • a dihedral orthogonal reflector having rectangular first and second reflective surfaces may be applied to the substrate 312 and protective layer 314 described in connection with FIGS. 9A and 9B and described in connection with FIG. 10C.
  • the substrate can be formed of a light absorbing material.
  • the imaging element 10 in the case of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 6 will be described.
  • the operation of the modified example can be understood in the same way as in the case of the first embodiment.
  • the imaging element of this embodiment forms an image on the incident light side by partially utilizing the operating principle of the corner cube reflector. Therefore, first, the operation principle of the corner cube reflector will be explained, and then the operation of the imaging element of this embodiment will be explained.
  • FIG. 12A is a schematic plan view for explaining the operation of the imaging element of the comparative example.
  • FIG. 12A shows the configuration of a corner cube reflector and how incident light is reflected.
  • the corner cube reflector has a first reflective surface 31, a second reflective surface 32 and a third reflective surface .
  • the first reflecting surface 31, the second reflecting surface 32, and the third reflecting surface 35 are connected substantially perpendicular to each other.
  • a vertex 33b to which the first reflecting surface 31, the second reflecting surface 32 and the third reflecting surface 35 are connected is the most in the Z-axis direction. It is placed in a low position.
  • a light ray LL incident on the first reflecting surface 31 is reflected by the first reflecting surface 31 .
  • the once-reflected light LR ⁇ b>1 reflected by the first reflecting surface 31 is reflected by the second reflecting surface 32 .
  • the twice reflected light LR ⁇ b>2 reflected by the second reflecting surface 32 is reflected by the third reflecting surface 35 .
  • the three times reflected light LR3 reflected by the third reflecting surface 35 is emitted from the corner cube reflector. Since the law of reflection is established on each reflecting surface, the three times reflected light LR3 emitted from the corner cube reflector is parallel to the light ray LL incident on the corner cube reflector.
  • the light ray LL is assumed to be incident on the first reflecting surface 31. However, regardless of whether the light ray is incident on the second reflecting surface 32 or the third reflecting surface, the emitted light is parallel to the incident light. become light. This action is called retroreflection.
  • FIG. 12B is a schematic plan view for explaining the operation of the imaging element of this embodiment.
  • the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 are arranged substantially perpendicular to each other and connected by a valley-side connection line 33 .
  • the vertex 33b is arranged so as to be the minimum value in the Z-axis direction. Comparing the corner cube reflector of FIG. 12A with the dihedral orthogonal reflector 30, the dihedral orthogonal reflector 30 differs from the corner cube reflector in that it does not have the third reflecting surface 35.
  • FIG. 12A Comparing the corner cube reflector of FIG. 12A with the dihedral orthogonal reflector 30, the dihedral orthogonal reflector 30 differs from the corner cube reflector in that it does not have the third reflecting surface 35.
  • FIG. 12A Comparing the corner cube reflector of FIG. 12A with the dihedral orthogonal reflector 30, the dihedral orthogonal reflector 30 differs from the corner cube reflect
  • the twice reflected light LR2 reflected by the second reflecting surface 32 travels straight.
  • the valley-side connecting line 33 is provided at a predetermined angle from the XY plane, the twice-reflected light LR2 emitted from the dihedral orthogonal reflector 30 is directed to the same side as the incident side of the light LL. emitted.
  • FIG. 13 is a schematic side view illustrating an imaging element of another comparative example for explaining the operation of the imaging element of this embodiment.
  • the plurality of reflector rows 22 shown in FIGS. 1 and 3 are respectively provided along the X-axis direction, and the plurality of reflector rows 22 are arranged at regular intervals in the Y-axis direction.
  • three dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are shown.
  • Dihedral orthogonal reflectors 30-1 through 30-3 are shown one each from three reflector rows 22.
  • FIG. The dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are shown slightly rotated on the XY plane to show how the light rays are reflected.
  • the configuration of dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 is the same as dihedral orthogonal reflector 30 described with reference to FIGS. be.
  • the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are arranged on the imaginary plane P0 and arranged linearly along the Y-axis direction.
  • the light source S is provided directly above the dihedral orthogonal reflector 30 . More specifically, the light source S is positioned above the orthogonal dihedral reflectors 30-1 to 30-3 so that light rays parallel to the Z-axis are incident on any of the orthogonal dihedral reflectors 30-1 to 30-3. is provided.
  • the light source S has a two-dimensional or three-dimensional spread. It is shown.
  • the configurations of the light source S and the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are the same for FIGS. 14 and 15, which will be described later.
  • the light ray LL emitted from the light source S and incident on the first reflecting surfaces 31 of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 is reflected by the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3.
  • the light is reflected by the first reflecting surface 31 to the second reflecting surface 32 .
  • the three second reflecting surfaces 32 each emit the twice reflected light LR2.
  • the three dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are arranged at the same angle ⁇ with respect to the virtual plane P0.
  • the angle ⁇ at this time is set to a value larger than 0° and smaller than 90°. For example, the angle ⁇ is set to 35.3°.
  • the twice reflected light LR2 emitted from each of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 arranged along the Y axis spreads without forming an image.
  • is set to 0°
  • the image is formed on the light source S side (see Patent Document 1, etc.)
  • is set to 90°
  • the imaging element This is the operation of a transmissive imaging element that forms an image on the side opposite to the light source S with reference to .
  • the angle ⁇ is equal to the angle with respect to the mounting surface of the corner cube reflector described with reference to FIG. 12A. That is, the angle ⁇ is the angle with respect to the mounting surface of the retroreflective imaging element using the corner cube reflector. This angle is the angle of the connecting line between the first reflecting surface 31 and the second reflecting surface 32 with respect to the installation surface.
  • the installation surface of the corner cube reflector corresponds to the virtual plane P0 in FIG.
  • the dihedral orthogonal reflector 30 is arranged according to the position on the Y axis so that the reflected light reflected twice by the dihedral orthogonal reflector 30 is reflected to the same side as the light source S to form an image. , are arranged at different angles with respect to the virtual plane P0.
  • the first surface 11a is set as a part of an arc so as to be convex in the negative direction of the Z axis in YZ plan view.
  • Dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are arranged on the first surface 11a.
  • the angles ⁇ 1 to ⁇ 3 representing the inclinations of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 with respect to the virtual plane P0 are set to increase in the positive direction of the Y axis.
  • the twice reflected light LR2 reflected twice by the dihedral orthogonal reflector 30 forms an image I on the side of the first surface 11a where the light source S is provided.
  • the above can be understood as follows. That is, when the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are formed on a flat surface with an angle larger than 0° and smaller than 90°, the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 The twice-reflected light does not form an image on the side where the light source is arranged and spreads. Therefore, by curving the surface on which the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are formed in the negative direction of the Z-axis along the Y-axis direction, the twice-reflected light is converged and an image is formed on the light source. is formed on the side on which the
  • the light ray LL incident from the light source S is reflected once by each of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 without being reflected twice, and is not emitted to the same side as the light source S. shown for the case.
  • the light ray LL emitted from the light source S does not face the second reflecting surface 32 after being incident on the first reflecting surface 31, it is reflected once by the first reflecting surface 31.
  • Reflected light LR ⁇ b>1 travels downward from dihedral orthogonal reflector 30 . This is because the reflector rows 22 shown in FIGS. 1 and 3 arranged along the Y-axis are spaced apart.
  • the light beams LL emitted from the light source S are directly directed below the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3. and proceed.
  • the angles ⁇ 1 to ⁇ 3 with respect to the virtual plane of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 are set to the positions of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 on the Y axis.
  • An image can be formed on the same side as the light source S by setting accordingly.
  • by using a dihedral orthogonal reflector once-reflected light and never-reflected light do not form an image on the same side as the light source S. Therefore, no virtual image other than the real image is observed on the light source S side. In addition, it is possible to prevent spying on the image formation.
  • the imaging element 10 of this embodiment operates even if the position of the light source and the position of imaging are interchanged.
  • 16 and 17 are schematic side views for explaining the operation of the imaging element of this embodiment. 16 and 17, the configuration of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 and the relationship between the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3, the first surface 11a and the virtual plane P0 are shown in FIGS. 15 is the same as described above.
  • light source S1 is provided at the position of image formation I in the case described with reference to FIG. be done.
  • a light beam LL emitted from the light source S1 is reflected twice by each of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3, and the twice reflected light beam LR2 forms an image at the position of the image I1.
  • the once-reflected light LR1 is directed toward the second reflecting surface 32.
  • the light is emitted to the first surface 11a side without the light.
  • the once-reflected light LR1 does not diverge and form an image, but is observed as a virtual image of the light source at a position different from that of the light source S1.
  • a real image is formed on the side where the light source S1 is arranged.
  • a virtual image can be observed at a position different from the imaging position of the real image. In this case, the position where the real image is formed can be the vicinity of directly above the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3.
  • the angle of the dihedral orthogonal reflector is obtained by providing the dihedral orthogonal reflector on a flat surface and then curving the flat surface along the Y-axis direction, as an angle corresponding to the curvature. It may be solicited, or it may be solicited in some other way.
  • the angle of the orthogonal reflector can be set appropriately.
  • the light source S is approximately directly above the reflector array
  • the position where the image I1 is formed is approximately It is said to be directly above.
  • FIG. 18 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of this embodiment. 18, a method for determining the emission angle of the twice-reflected light reflected twice by the dihedral orthogonal reflector of the imaging element 10 shown in FIG. 1 will be described below.
  • the third reflective surface of the corner cube reflector is provisionally arranged as a temporary reflective surface 35a.
  • the temporary reflecting surface 35a corresponds to the third reflecting surface 35 described with reference to FIG. 12A.
  • the inclination of the dihedral orthogonal reflector 30 is the angle of the valley-side connecting line 33 with respect to the tangential plane.
  • the angle of the valley side connection line 33 corresponds to the angle of the tangent plane of the third reflecting surface 35 of the corner cube reflector shown in FIG. 12A.
  • the first surface 11a is part of an arc having a center C.
  • FIG. 18 shows the tangential plane P of the first surface 11a, and the temporary reflection surface 35a is arranged at an angle ⁇ with respect to the tangential plane P. As shown in FIG. The angle ⁇ is about 60°, more precisely about 54.7°, as explained in connection with FIG. 19 below.
  • a light beam emitted from the light source S includes a line segment SR2.
  • the line segment SR2 and the line segment CR2 form an angle ⁇ .
  • the angle between the virtual plane P0 and the tangential plane P is an angle ⁇
  • the angle between the line segment CS and the line segment CR2 is equal to the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is about 30°, more precisely about 35.3°, as will be described later with reference to FIG. becomes.
  • the output angle ⁇ 0 can be obtained by ⁇ +( ⁇ ).
  • the position of the center C of the arc is set so that the length of the line segment CS and the length of the line segment SR2 are equal, ⁇ and the output angle ⁇ 0 is almost aligned with ⁇ , so the reflected light is , can be imaged.
  • Equalizing the length of the line segment CS and the length of the line segment SR2 is approximately equal to making the radius of the arc twice the length of the line segment SR2.
  • the radius is preferably approximately twice the distance from the position of the light source S to the first surface 11a.
  • FIG. 19 to 21C are schematic diagrams for explaining calculation examples regarding the imaging element of the present embodiment.
  • a diagram of a corner cube reflector CCR is shown for the calculation of the angle ⁇ with respect to the tangent plane P of the dihedral orthogonal reflector.
  • 20A and 20B diagrams of a corner cube reflector CCR are shown for the calculation of the exit angle ⁇ with respect to the tangent plane P in a dihedral orthogonal reflector.
  • 21A to 21C show diagrams of the corner cube reflector CCR to explain that the dihedral orthogonal reflector in the imaging element of this embodiment is different from the well-known corner cube reflector.
  • the left diagram of FIG. 19 shows a plan view of the corner cube reflector CCR.
  • the corner cube reflector CCR has three reflective surfaces A, B, and C.
  • reflective surface A corresponds to second reflective surface 32
  • reflective surface B corresponds to first reflective surface 31
  • reflective surface C corresponds to third reflective surface.
  • the corner cube reflector CCR has points a to e, the points a and b being the ends of the connecting line of the reflective surfaces A and B, and the points b and d being the connecting line of the reflective surfaces A and C. and points b and e are the ends of the connecting line of the reflecting surfaces B and C.
  • the corner cube reflector CCR is tangent to the tangent plane P at point b. This situation corresponds to the dihedral orthogonal reflector 30 described in connection with FIGS. 4A and 4B being tangent to the tangent plane P at the vertex 33b.
  • a point c is the midpoint of the line segment de.
  • the reflective surfaces A, B, and C are assumed to be squares each having a side length of one.
  • FIG. 19 shows a part of the side view of the corner cube reflector CCR, and also shows the tangential plane P on which the corner cube reflector CCR is installed. Also, the relationship between points a, b, c, and o is shown to correspond to the diagram on the left of FIG. Points d and e overlap point c.
  • the virtual ade plane can be defined as a plane parallel to the tangent plane P, as shown in the right diagram of FIG. Therefore, the length of line segment bc is 1/ ⁇ 2.
  • FIGS. 20A and 20B the configuration of the corner cube reflector CCR is the same as in FIG.
  • the corner cube reflector CCR is shown rotated 90° clockwise from the case of FIG. 19 for convenience of explanation.
  • the bottom view of FIG. 20A shows a side view of the corner cube reflector CCR, shown corresponding to the locations of points a, b, and c in the top view of FIG. 20A.
  • the reflective surface C having a side length of 1 can be seen, and the diagonal length of the reflective surface C is ⁇ 2.
  • points d and e overlap point c.
  • the ade plane is the same as the ade plane shown in FIG.
  • the ade plane is a plane parallel to the tangent plane P.
  • the angle between the line segment bc and the tangent plane P is ⁇ , and the angle between the line segment ab and the tangent plane P is ⁇ .
  • FIGS. 21A to 21C are for explaining that the dihedral orthogonal reflector of the imaging element of this embodiment is different from the well-known corner cube reflector.
  • Figures 21A-21C show graphics corresponding to the corner cube reflector CCR described in connection with Figures 19 and 20A.
  • points a, b, d, e correspond to points a, b, d, e for the corner cube reflector CCR associated with FIGS. 19 and 20A.
  • points f, g, and h are added in addition to points a, b, d, and e.
  • a square with points a, h, d, and b as vertices corresponds to the second reflecting surface 32 described with reference to FIGS. 4A and 4B.
  • a square with points a, b, e, and g as vertices corresponds to the first reflecting surface 31 described with reference to FIGS. 4A and 4B.
  • the squares with points b, e, f, and d as vertices correspond to the reflective surfaces removed for the dihedral orthogonal reflector 30 and to the reflective surface C of the cube-corner reflector CCR with reference to FIGS. 19 and 20A. .
  • FIG. 21A the square bdfe is indicated by horizontal hatching. Triangles adb and abe are indicated by vertical hatching.
  • FIG. 21B the portion corresponding to the square bdfe in FIG. 21A is represented by a thick solid line. That is, the square bdfe corresponds to the third reflective surface of the corner cube reflector.
  • FIG. 21C shows a portion of FIG. 21B, a ray, and the reflected light of that ray.
  • the square bdfe shown in FIGS. 21A and 21B has a third reflecting surface.
  • FIG. 21C when a light ray is incident on the square bdfe shown in FIGS. 21A and 21B from the positive side of the Z axis, the incident light at point f is reflected at an angle ⁇ with respect to the square bdfe.
  • the light is reflected again by either the reflecting surface corresponding to the square abeg or the reflecting surface corresponding to the square ahdb, and emitted in the positive direction of the Z axis. From the above, it can be said that the dihedral orthogonal reflector in the imaging element of this embodiment is different from the corner cube reflector.
  • the imaging element of this embodiment reflects light rays emitted from the light source provided on the first surface 11a side with respect to the base material 12 twice by the dihedral orthogonal reflector. , can be imaged on the first surface 11a side.
  • the angle of the dihedral orthogonal reflector 30 with respect to the virtual plane P0 is set to be larger than 0° and smaller than 90°.
  • the angle of the dihedral orthogonal reflector 30 with respect to the virtual plane P0 is set differently depending on the position where the dihedral orthogonal reflector 30 is arranged in the Y-axis direction. , the larger the distance from , in one Y-axis direction, and the smaller the distance in the other Y-axis direction, the smaller the distance.
  • the light source is arranged at an arbitrary position on the first surface 11a side with respect to the base material 12, An image can be formed at any desired position on the first surface 11a side, which is different from the light source.
  • the reflector array can be formed on a base material of any shape to achieve an optimum It is possible to realize an image forming element having a shape of Therefore, it is possible to appropriately select and apply a base material of any shape according to the size of the imaging element, the storage location, the storage method, etc., and to achieve further miniaturization and simplification of the structure of the device. becomes easier.
  • the shapes of the first reflecting surface and the second reflecting surface are not limited to being square when viewed from the front, but can be rectangular, realizing an image forming element with improved image brightness. be done.
  • By optimally setting the ratio between the interval of the reflector rows 22 and the area of the reflective surface it is possible to obtain an image with higher brightness.
  • the image display device described below uses an imaging element that utilizes the reversibility of the reflection of the dihedral orthogonal reflector 30, as described with reference to FIG. 4D.
  • the image display device forms an image according to the operation of the imaging elements described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. In the following specific example, a case will be described in which the imaging element 310 of the third modification of the first embodiment described with reference to FIG. 9A is applied.
  • the imaging element 10 of the first embodiment or the imaging elements 110, 210, 210a, and 310a of other modified examples may be applied to the image display apparatus described below.
  • FIG. 22 is a schematic side view illustrating the image display device according to this embodiment.
  • the image display device 1000 of this embodiment includes an imaging element 310 and a display device 1001 .
  • imaging element 310 includes substrate 312 and reflector array 20 .
  • Reflector array 20 is provided on first surface 311 a of substrate 312 .
  • the reflector array 20 is inclined with respect to the first surface 311a, and the inclination is set to gradually increase or decrease along the Y-axis as shown in FIG. 9A.
  • the dashed-dotted line is an envelope connecting the vertices 33a of the dihedral orthogonal reflector 30 shown in FIG. 4B.
  • three dihedral orthogonal reflectors 30 out of a large number of dihedral orthogonal reflectors are shown in a simplified manner so that the state of reflection of light rays incident on the reflector array 20 can be understood. .
  • a display device (first display device) 1001 is provided as a light source.
  • the display device 1001 displays an image (first image) including moving images, still images, and the like.
  • the display device 1001 can be various output devices capable of displaying images.
  • the display device 1001 can be a display device using semiconductor light emitting elements as pixels.
  • a display device 1001 including semiconductor light emitting elements includes a substrate 1002 and a plurality of semiconductor light emitting elements 1004 .
  • a plurality of semiconductor light emitting devices 1004 are provided on the substrate 1002 .
  • the plurality of semiconductor light emitting elements 1004 is, for example, an array of micro LEDs formed of ultra-small inorganic semiconductor light emitting elements or an array of micro OLEDs formed of organic semiconductor light emitting elements.
  • the display device 1001 may use a liquid crystal display panel or the like.
  • a driving circuit, a control circuit, and the like for lighting the semiconductor light emitting element 1004 and controlling image display are provided in the display device 1001, for example.
  • a drive circuit, a control circuit, and the like for the display device 1001 may be housed in a control device separate from the display device 1001 .
  • the imaging element 310 is configured by an optical reflection system and does not include a lens, so color separation due to chromatic aberration of emission wavelengths does not occur. Therefore, the display device 1001 can be a color image display device that displays a clear color image.
  • the display device 1001 is provided on the first surface 311a side.
  • the image display device 1000 can image a moving image, a still image, or the like displayed on the display device 1001 in the air.
  • An observer viewing an image on the image display device 1000 observes an image I floating almost directly above the reflector array 20 from above the reflector array 20 .
  • each semiconductor light emitting element 1004 constituting the display device 1001 as a point light source, the light emitted from one semiconductor light emitting element 1004 can be considered to include a plurality of light rays.
  • FIG. 22 shows light rays emitted from one semiconductor light emitting device 1004 .
  • the display device 1001 is provided at a position displaced from right above the reflector array 20 toward the negative side of the Y-axis.
  • a light ray LL indicated by a solid line is part of the light ray emitted from the display device 1001 .
  • These light beams LL are reflected by the two reflecting surfaces of the dihedral orthogonal reflector and emitted from the reflector array 20 as twice-reflected light beams LR2.
  • the twice-reflected light LR2 emitted from the reflector array forms an image I just above the reflector array 20.
  • FIG. "Directly above the reflector array 20" means a position in the normal direction of the virtual plane P0 and a position in the positive direction of the Z axis.
  • a light ray LL′ indicated by a dashed line is another part of the light rays emitted from the display device 1001 .
  • These light rays LL' are reflected by one reflecting surface of the dihedral orthogonal reflector 30 and emitted from the reflector array 20 as once-reflected light LR1.
  • the one-time reflected light LR1 emitted from the reflector array diverges without forming an image on the first surface 311a side.
  • the virtual plane P0 is a plane substantially parallel to the first surface 311a. If the base material 312 is made of a translucent material, the reflector array 20 may be provided on the second surface 311b of the base material 312 . In this case, the second surface 311b of the base material 312 is substantially parallel to the virtual plane P0.
  • the rays emitted from the display device 1001 include rays that are not reflected even once by the dihedral orthogonal reflector. If the base material 312 is translucent, light rays that are not reflected even once pass through the gaps 23 and the bases 36 of the reflector row 22 shown in FIG. 1 to the second surface 311b. 10A-10C is applied to the imaging element, the light rays that are not reflected even once are absorbed by the light absorbers provided at the intervals 23 of the reflector rows 22. be done.
  • a virtual image may be formed at a location other than directly above the reflector array 20, and if it is visible to the user of the image display device 1000, it may become a ghost image.
  • the virtual image formed by the once-reflected light is formed at a position sufficiently distant from the forming position of the image I by appropriately setting the arrangement of the display device 1001 and the angle of the dihedral orthogonal reflector 30 constituting the reflector array 20. can be done.
  • the image forming element 310 is housed in a housing, the inner wall of the housing is coated with black paint or the like so as to absorb light, thereby preventing the virtual image from being observed.
  • FIG. 23 is a schematic plan view illustrating a part of the image display device according to this modification.
  • FIG. 23 shows a schematic plan view of the substrate 312a.
  • the base material 312a can be applied by replacing the base material 312 of the image display device 1000 shown in FIG.
  • An imaging element using the base material 312a may be applied to second and third modifications of the second embodiment, which will be described later.
  • the base material 312a has a light reflecting band 816 formed on the first surface 311a.
  • Light reflecting bands 816 are provided in the areas between reflector rows 22 shown in FIGS.
  • Light reflective band 816 can be, for example, a thin film of the same metallic material as the two reflective surfaces that make up dihedral orthogonal reflector 30 .
  • the manufacturing process of the imaging element 310 can be simplified when the light reflecting band 816 is formed by forming the entire surface of the imaging element 310 together with the two reflective surfaces of the dihedral orthogonal reflector with a material having light reflectivity. can be reduced and productivity can be improved.
  • FIG. 24A is a schematic plan view for explaining the operation of the image display device of this embodiment.
  • FIG. 24B is a schematic side view for explaining the operation of the image display device of this embodiment. Since the image display device 1000 of the present embodiment uses the imaging element 10 of the first embodiment, the imaging element 310 operates as described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. In the present embodiment, part of the light rays incident on the imaging element 310 from the display device 1001 provided on the first surface 311a side is reflected twice by the dihedral orthogonal reflector and emitted to the first surface 311a side. and form an image.
  • Another part of the light rays incident on the imaging element 310 is emitted as light reflected once by the dihedral orthogonal reflector, and forms a virtual image at a position different from the imaging position on the side of the first surface 311a. can.
  • the light rays incident on the imaging element 310 from the display device 1001 provided on the first surface 311a side and shifted in the Y-axis direction from directly above the reflector array 20 are , and is reflected twice by the dihedral orthogonal reflectors, an image is formed on the region R1 on the side of the first surface 311a and directly above the reflector array 20.
  • FIG. The length in the Z-axis direction and the length in the Y-axis direction of the region R1 are determined by adjusting or setting the angle of the dihedral orthogonal reflector with respect to the virtual plane P0 and the position of the display device 1001.
  • the position of the display device 1001 can be a position in the Y-axis direction sufficiently distant from the position of the imaging position in the Y-axis direction.
  • the imaging region R1 can be positioned high enough away from the reflector array 20 in the positive direction of the Z axis, or can be positioned closer.
  • the virtual plane P0 is substantially parallel to the first surface 311a.
  • the virtual plane P0 is substantially parallel to the first surface 311a. It is the tangent plane at the lowest position in the Z-axis direction of the surface and part of the arc of the reflector array 20 .
  • the lengths in the Z-axis direction of both ends of the imaging element in the Y-axis direction are also substantially equal, as in the case of the first embodiment.
  • the position of the virtual plane P0 is not limited to the above, and may be arbitrary as long as the incident light beam is reflected twice by the dihedral orthogonal reflector and emitted to the first surface side.
  • Reflected light emitted from the display device 1001 and reflected once by the reflector array 20 forms a virtual image in a region R2 on the first surface 311a side and shifted in the Y-axis direction from the region R1 where an image is formed. can.
  • the region R2 where the virtual image of the once-reflected light can be observed is on the positive side of the Y-axis with respect to the display device 1001 and the reflector array 20 .
  • the region R2 is determined by adjusting and setting the angle of the dihedral orthogonal reflector with respect to the virtual plane P0 and the position of the display device 1001.
  • the region R2 may be on the first surface 311a side and closer to the display device 1001 than the reflector array 20 is.
  • the corner cube reflector is a retroreflective element as described with reference to FIG. 12A (see Patent Document 2, for example). Therefore, in order to make the position of the image and the position of the light source different, it is necessary to use an optical element such as a half mirror to separate the optical path. It tends to take shape.
  • the dihedral orthogonal reflector reflects light emitted from the light source once, and part of the light reflected once by one reflecting surface is reflected by the other reflecting surface. light is emitted as reflected light twice. Therefore, when the display device 1001 is used as the light source as in this example, the image display device 1000 of this embodiment can display moving images and still images output from the display device 1001 in the air with a simple structure. can.
  • the dihedral orthogonal reflector by appropriately setting the angle of the dihedral orthogonal reflector with respect to the virtual plane P0, the dihedral orthogonal reflector emits twice-reflected light directly above the imaging element 310.
  • Right above the imaging element 310 is the normal direction of the virtual plane P0 and the positive direction of the Z-axis.
  • the display device 1001 which is the light source, is arranged shifted from right above the imaging element 310 in the Y direction in which the reflector rows are arranged.
  • the image display device 1000 can form an image I directly above the imaging element 310 .
  • the image display device 1000 of this embodiment can form an image I directly above the reflector array 20 . Therefore, as will be described in the cases of the third and fourth embodiments which will be described later, it is possible to easily construct an image display device having high decorativeness and high designability.
  • the display device 1001 as a light source includes a gallium nitride-based compound including a light-emitting layer such as In X Al Y Ga 1-XY N (0 ⁇ X, 0 ⁇ Y, X+Y ⁇ 1) as a semiconductor light-emitting element 1004. It can be a semiconductor element. By processing such a gallium nitride-based compound semiconductor element into a micro LED element and forming it on the substrate 1002, it is possible to display an image with high contrast. Therefore, the image display device 1000 of this embodiment can display a clearer image in the air.
  • a gallium nitride-based compound including a light-emitting layer such as In X Al Y Ga 1-XY N (0 ⁇ X, 0 ⁇ Y, X+Y ⁇ 1) as a semiconductor light-emitting element 1004. It can be a semiconductor element.
  • the substrate 312 formed into a flat plate is used as the imaging element 310, so that the imaging element 310 can be made thin, and the image display device 1000 can be made compact. Become.
  • FIG. 25 is a schematic side view illustrating the image display device according to this embodiment.
  • the image display device 1100 is different from the above-described second embodiment in that the image display device 1100 includes a decorative panel 1102 .
  • the image display device 1100 includes a display device 1001, an imaging element 310, and a decorative panel 1102.
  • the configurations of the display device 1001 and the imaging element 310 are the same as in the case of the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • the imaging element of the first embodiment and the imaging element of its modification can be applied.
  • the decorative panel 1102 is provided on the first surface 311a side.
  • the decorative panel 1102 is provided so as to cover the imaging element 310 at a predetermined distance from the imaging element 310 .
  • a light beam emitted from the display device 1001 is reflected twice by the dihedral orthogonal reflectors 30 forming the reflector array 20 and emitted from the reflector array 20 as twice-reflected light LR2.
  • the twice reflected light LR2 emitted from the reflector array 20 forms an image I directly above the dihedral orthogonal reflector 30 via the decorative panel 1102 .
  • a decorative panel 1102 is provided between the reflector array 20 and the imaging I.
  • the decorative panel 1102 is provided between the reflector array 20 and the display device 1001.
  • the display device 1001 only needs to be able to irradiate the reflector array 20 with light, and the decorative panel 1102 is arranged in the Z-axis direction. It may be positioned closer to the reflector array 20 than. Alternatively, the decorative panel 1102 may not be provided between the reflector array 20 and the display device 1001.
  • the decorative panel 1102 is a frame-shaped panel member, and the frame portion is decorated.
  • the area surrounded by the frame portion has a small haze value and is light transmissive, and the light reflected twice from the reflector array 20 is transmitted therethrough.
  • the haze value is preferably as small as possible, for example 20% or less, more preferably 5% or less.
  • the frame portion of the decorative panel 1102 has a wood grain pattern of the surface on which the speedometer of the automobile is installed.
  • the display device 1001 displays an image representing the speedometer, the image is formed through the decorative panel 1102, and when viewed by the user, it looks as if the speedometer is provided on an instrument panel with a wood grain pattern. looks like.
  • the decorative panel 1102 is made of a material having sufficient light transmittance so that the area surrounded by the frame portion of the decorative panel 1102 can transmit the reflected light twice.
  • a pattern may be applied to the translucent area surrounded by the frame portion.
  • a fixed display pattern can be applied to the area surrounded by the frame portion.
  • the fixed display pattern is, for example, the dial of an automobile speedometer.
  • An arbitrary pattern such as a wood grain pattern may be applied to the translucent area surrounded by the frame portion, and the image display device 1100 may display a moving image such as a speedometer.
  • the image display device 1100 does not display an aerial image, it looks like a wood-grain panel, and when the image display device 1100 displays an aerial image, a speedometer is displayed in front of this wood-grain pattern panel. can do.
  • the image display device 1100 can store data for an aerial image output by the image display device 1100 in a small capacity. It is possible to provide a sufficient amount of information to the user.
  • the decorative panel 1102 can be selected in various ways depending on the application of the image display device 1100, so that high decorativeness and high design can be expressed.
  • FIG. 25 light rays emitted from the display device 1001 are drawn to reach the reflector array 20 via the decorative panel 1102 .
  • the frame portion of the decorative panel 1102 hits the optical path of the light beam emitted from the display device 1001
  • the amount of light reaching the reflector array 20 is reduced, or the design of the frame portion and the emitted light overlap and interfere with each other.
  • the design of the corresponding portion of the frame portion is deleted as necessary.
  • the brightness of the aerial display in the portion blocked by the decorative panel 1102 may be partially increased.
  • appropriate measures such as partially increasing the luminance of the light emitted from the display device 1001 are taken according to the shape, pattern, etc. of the decorative panel 1102 .
  • the decorative panel 1102 is provided on the first surface 311a side.
  • the imaging element 310 can form an image in the air directly above the imaging element 310, as in the second embodiment described above. Since the image formed in the air is formed by passing through the translucent region of the decorative panel 1102, an observer at the position where the image is formed can see the region on the decorative panel 1102 in the air. An image appears to form. Therefore, it is possible to easily realize an image display device having high decorativeness and high designability without complicating the structure of the device and increasing the size of the device.
  • FIG. 26 is a schematic side view illustrating the image display device according to this embodiment.
  • the image display device 1200 is different from the above-described second embodiment in that it includes a display panel 1202 .
  • Other points are the same as in the case of the second embodiment, and the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the image display device 1200 includes a display device 1001 , an imaging element 310 and a display panel (second display device) 1202 .
  • the configurations of the display device 1001 and the imaging element 310 are the same as in the case of the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • the imaging element of the first embodiment and the imaging element of its modification can be applied.
  • the display panel 1202 is provided on the second surface 311b side.
  • the imaging element 310 is provided on the display panel 1202 .
  • the image forming element 310 uses a flat substrate 312, so the flat display panel 1202 is provided in close contact with the second surface 311b.
  • the display panel is, for example, one of arcs convex in the negative direction of the Z axis in YZ plan view. It is pre-curved to form a part.
  • the display panel 1202 may be made of a flexible material. In this case, the display panel is curved and brought into close contact with the installation surface of the imaging element.
  • the display panel 1202 is provided with a panel for displaying images, a control circuit for controlling display of moving images and still images on the panel, a driving circuit, and the like.
  • a control circuit, a drive circuit, and the like are provided, for example, on the negative side of the Z-axis with respect to the display panel 1202 .
  • the display panel 1202 displays moving images and still images in the positive direction of the Z-axis according to the operations of the control circuit, driving circuit, and the like.
  • a drive circuit, a control circuit, and the like for the display panel 1202 may be housed in a control device in a housing separate from the display panel 1202 .
  • the moving images and still images displayed on the display panel 1202 are displayed independently of the images displayed by the display device 1001 .
  • moving images and still images displayed on the display panel 1202 are displayed in conjunction with images displayed by the display device 1001 .
  • a moving image or still image displayed on the display panel 1202 is displayed as a background of an image formed by an image displayed by the display device 1001 .
  • the image displayed by display panel 1202 is, for example, an image of a game or animation character.
  • each modification can be combined as appropriate.
  • the decorative panel 1102 in the case of the third embodiment is provided so that both the image displayed by the display panel 1202 in the case of this embodiment and the image displayed in the air by the display device 1001 are displayed. good too.
  • the image display device 1200 of this embodiment includes a display panel 1202 on the back of the imaging element 310 .
  • the image formed by the image forming element 310 can be displayed in mid-air, superimposed on the moving image or still image displayed by the display panel 1202.
  • FIG. Therefore, the user can visually recognize a large amount of information, and the image display device 1200 realizes high decorativeness and high designability, and can also function as an advanced information processing terminal. Become.
  • the embodiment includes the following aspects.
  • the imaging element is a substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface; and a reflector array provided on the substrate; the reflector array includes a plurality of reflector rows including a plurality of dihedral orthogonal reflectors arranged along a first direction; The plurality of bihedral orthogonal reflectors include a first reflective surface provided to reflect light from the first surface side, and a first reflective surface provided so as to be orthogonal to the first reflective surface.
  • the plurality of reflector rows includes a first reflector row in which an angle between the straight line and the virtual plane is set to the smallest value among the plurality of reflector rows; Among the plurality of reflector rows, for the remaining reflector rows, the angle between the straight line and the virtual plane is set to a value that increases as the distance from the first reflector row in the second direction increases,
  • the light source is provided on the first surface side,
  • Each of the plurality of bihedral orthogonal reflectors is arranged such that a portion of the light emitted from the light source and reflected
  • each of the plurality of dihedral orthogonal reflectors is provided so that the portion of the once-reflected light is reflected by the second reflecting surface and travels in a third direction;
  • Appendix 3 further comprising a translucent decorative panel provided covering the reflector array, 3.
  • the light source is a first display device capable of displaying a first image, 4.
  • the image display device according to any one of Appendices 1 to 3, wherein the first display device includes a substrate and a plurality of semiconductor light emitting elements provided on the substrate.
  • the first surface is a plane parallel to the virtual plane, 6.
  • the image display device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the reflector array is provided on the first surface.
  • the base material has translucency, In the base material, the second surface is a plane parallel to the virtual plane, 6.
  • the image display device according to any one of Appendices 1 to 5, wherein the reflector array is provided on the second surface.
  • the first surface is provided so as to be convex toward the second surface side in a plan view including the second direction and the third direction, the third direction is orthogonal to the first direction and the second direction;
  • the reflector array is provided on the first surface, 6.
  • the base material has translucency,
  • the second surface is provided so as to be convex from the first surface side in a plan view including the second direction and the third direction, the third direction is orthogonal to the first direction and the second direction;
  • the reflector array is provided on the second surface, 6.
  • Appendix 10 10. The image display device according to any one of appendices 1 to 9, further comprising a protective layer provided to cover the reflector array.
  • Appendix 12 11. The image display device according to any one of appendices 1 to 10, further comprising a light-absorbing member between adjacent reflector rows among the plurality of reflector rows.
  • Appendix 13 further comprising a second display device capable of displaying a second image
  • the base material has translucency, 11.

Landscapes

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Abstract

実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、光源と、を備える。前記結像素子は、第1面を有する基材と、前記基材上のリフレクタアレイと、を含む。前記リフレクタアレイは、第1方向に沿って、複数の2面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数の2面直交リフレクタは、前記第1面の側からの光を反射する第1反射面と、前記第1反射面に直交し、前記第1反射面からの反射光を前記第1面の側に反射する第2反射面と、をそれぞれ含む。前記2面直交リフレクタの傾きは、前記基材を基準にして前記第1面側に結像するように設定される。

Description

画像表示装置
 本発明の実施形態は、画像表示装置に関する。
 被観察物の実像を空中に表示する反射型結像光学素子およびこれを応用した画像表示装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
 このような画像表示装置は、利用者の必要なときに画像を表示し、その他の場合には、画像を非表示にすることを可能にする。また、そればかりでなく、空中に画像を表示することから、表示部分の装置が必要ないため、自動車内などの限られた空間をより有効に活用できる等のメリットがある。
 また、空中に画像を表示できる技術を応用して、感染症に配慮した非接触型の操作パネルを実現することができるので、自動車内等での利用に限らず、応用分野がひろがることが期待されている。
 このような反射型結像光学素子として、2面直交リフレクタを用いたものや、コーナーキューブリフレクタと呼ばれる再帰性反射機能を有する光学素子を用いたものが実用化されている(たとえば、特許文献2等参照)。それぞれの動作原理により、問題点が指摘されている。たとえば、2面直交リフレクタを用いる結像素子を用いた画像表示装置では、利用者の意図しない場所に虚像が表示されることを回避することが困難であるとされている。
 コーナーキューブリフレクタを用いた画像表示装置では、光学素子を用いることにより、結像の形成位置を比較的自由に設定することができる。一方で、そのための光学素子の構成が複雑になる。
 そのため、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置が望まれている。
特開2015-146009号公報 国際公開第2016-199902号公報
 本発明の一実施形態は、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置を提供する。
 本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、前記結像素子に光を照射する光源と、を備える。前記結像素子は、第1面および前記第1面の反対側に位置する第2面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含む。前記リフレクタアレイは、第1方向に沿って設けられた複数の2面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数の2面直交リフレクタは、前記第1面の側からの光を反射するように設けられた第1反射面と、前記第1反射面に直交するように設けられ、前記第1反射面からの反射光を前記第1面の側に反射するように設けられた第2反射面と、をそれぞれ含む。前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第1反射面と前記第2反射面とが交差する直線と、前記第1方向および前記第1方向に交差する第2方向を含む仮想平面と、の間の角度は、0°よりも大きく、90°よりも小さい値に設定される。前記第1反射面と前記仮想平面との間の角度は、45°よりも大きく、90°よりも小さい値に設定される。前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第1リフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第1リフレクタ行から前記第2方向に離れるほど大きい値に設定される。前記光源は、前記第1面側に設けられる。前記複数の2面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第1反射面で反射された1回反射光の一部が、前記第2反射面に向かって進行するように設けられる。
 本発明の一実施形態によれば、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置が実現される。
第1の実施形態に係る結像素子を例示する模式的な平面図である。 第1の実施形態の結像素子の一部を例示する模式的な斜視図である。 図1のIII部の模式的な拡大図である。 図1のIII部の他の例の模式的な拡大図である。 図1のIII部の他の例の模式的な拡大図である。 第1の実施形態の結像素子の一部を例示する模式的な平面図である。 図4AのIVB-IVB’線における模式的な矢視断面図の例である。 第1の実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な斜視図である。 第1の実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な斜視図である。 第1の実施形態の結像素子を例示する模式的な側面図である。 第1の実施形態の結像素子を例示する模式的な側面図である。 第1の実施形態の第1の変形例に係る結像素子を例示する模式的な側面図である。 第1の実施形態の第2の変形例に係る結像素子を例示する模式的な側面図である。 第1の実施形態の第2の変形例に係る結像素子を例示する模式的な側面図である。 第1の実施形態の第3の変形例に係る結像素子を例示する模式的な側面図である。 第1の実施形態の第3の変形例に係る結像素子を例示する模式的な側面図である。 第1の実施形態の第4の変形例に係る結像素子の一部を例示する模式的な平面図である。 第1の実施形態の第4の変形例に係る結像素子の一部を例示する模式的な平面図である。 第1の実施形態の第4の変形例に係る結像素子の一部を例示する模式的な側面図である。 第1の実施形態の第5の変形例に係る結像素子の一部を例示する模式的な拡大平面図である。 比較例の結像素子の動作を説明するための模式的な平面図である。 第1の実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な平面図の例である。 本実施形態の結像素子の動作を説明するために、他の比較例の結像素子を例示する模式的な側面図の例である。 本実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な側面図の例である。 第1の実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な側面図の例である。 第1の実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な側面図の例である。 第1の実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な側面図の例である。 第1の実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。 第1の実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。 第1の実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。 第1の実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。 第1の実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。 第1の実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。 第1の実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。 第2の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な側面図である。 第2の実施形態の変形例に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な平面図である。 第2の実施形態の画像表示装置の動作を説明するための模式的な平面図である。 第2の実施形態の画像表示装置の動作を説明するための模式的な側面図である。 第3の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な側面図である。 第4の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な側面図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
 なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
 なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
 (第1の実施形態)
 図1は、本実施形態に係る結像素子を例示する模式的な平面図である。
 図1に示すように、本実施形態に係る結像素子10は、基材12と、リフレクタアレイ20と、を備える。基材12は、第1面11aを有しており、リフレクタアレイ20は、第1面11a上に設けられている。この例では、リフレクタアレイ20は、第1面11aのリフレクタ形成領域14内に設けられている。リフレクタアレイ20は、複数のリフレクタ行22を含む。
 まず、基材12の構成について説明する。
 図2は、本実施形態の結像素子の一部を例示する模式的な斜視図である。
 図2に示すように、基材12は、第1面11aおよび第2面11bを有している。第2面11bは、第1面11aの反対側に設けられている。
 本明細書では、XYZの右手系の3次元座標系を用いて結像素子や画像表示装置の構成等の説明をすることがある。XY平面は、仮想平面P0に平行な平面として定義される。第1面11aは、第2面11bよりもZ軸の正方向の側に設けられる。第1面11aは、YZ平面視で、Z軸の負方向側に凸となる円弧の一部を含んでいる。以下に説明する具体例では、仮想平面P0は、この円弧の一部のうち、Z軸のもっとも負方向側に位置する点に接する接平面に平行な仮想的な面である。
 第1面11aは、このような曲面であり、リフレクタアレイ20は、曲面上に設けられている。仮想平面P0は、リフレクタ行22のY軸方向の傾きを設定するときの基準面となる。換言すると、リフレクタ行22は、仮想平面P0に対して設定された角度で、第1面11a上に設けられている。
 基材12は、透光性を有する材料で形成されており、たとえば、透明樹脂で形成される。
 本実施形態の結像素子10では、基材12を基準にして第1面11a側に光源を配置すると、第2面11b側ではなく、光源を配置した第1面11a側に結像が形成される。結像が形成される位置は、光源が設けられた位置から十分に離れた位置であって、光源が設けられた位置とは異なる位置とすることができる。
 図1に戻って説明を続ける。
 リフレクタ行22は、X軸方向に沿って設けられている。複数のリフレクタ行22は、Y軸方向に沿って、互いにほぼ平行になるように設けられている。複数のリフレクタ行22は、隣り合ったリフレクタ行22ごとにY軸方向に間隔23をあけて、ほぼ等間隔で配列されている。リフレクタ行22の間隔23のY軸方向の長さは、任意の長さとすることができ、たとえば、リフレクタ行22のY軸方向の長さ程度とすることができる。リフレクタ行22の間隔23を形成する領域には、第1面11a側に光源を配置した場合に、リフレクタ行22で反射しない光線やリフレクタ行22で1回だけ反射した反射光等が入射される。これらの光線等は、結像に寄与しないため、この間隔23を広くとると、結像素子10に入射される光線のうち結像に寄与する割り合いが小さくなる。そのため、間隔23のY軸方向の長さは、図3Aに関連して後述する2面直交リフレクタの寸法や反射面の効率等に応じて、適切な長さとされる。リフレクタ行22のそれぞれは、X軸方向に接続された多数の2面直交リフレクタを含んでいるため、図1では、煩雑さを回避するために塗りつぶされて示されている。
 図3Aは、図1のIII部の模式的な拡大図である。
 図3Aに示すように、リフレクタ行22は、複数の2面直交リフレクタ30を含む。複数の2面直交リフレクタ30は、X軸方向に沿って相互に接続され、連続して設けられている。2面直交リフレクタ30は、第1反射面31および第2反射面32を含む。2面直交リフレクタ30は、図1に示した第1面11a上に形成された基部36上に設けられている。第1反射面31および第2反射面32は、それぞれの正面視で、ほぼ正方形とされ、正方形のそれぞれの1辺でほぼ直交するように接続されている。
 以下、2面直交リフレクタ30において、第1反射面31と第2反射面32との接続線を、谷側接続線33というものとする。谷側接続線33の反対側の位置の第1反射面31の辺、および、谷側接続線33の反対側の位置の第2反射面32の辺をそれぞれ山側接続線34というものとする。
 2面直交リフレクタ30の第1反射面31は、山側接続線34で、X軸の負方向側に隣接する2面直交リフレクタ30の第2反射面32に接続される。2面直交リフレクタ30の第2反射面32は、山側接続線34で、X軸の正方向側に隣接する他方の2面直交リフレクタ30の第1反射面31に接続される。このようにして、複数の2面直交リフレクタ30は、X軸方向に沿って相互に接続され、連続して設けられている。
 本実施形態の結像素子10では、第1反射面31および第2反射面32の寸法は、たとえば、数μmから数100μmとすることができる。たとえば、表示する空中画像の大きさや解像度等に応じて、2面直交リフレクタ30の集積数が設定される。たとえば、1つの結像素子10の中には、数10~数1000個の2面直交リフレクタ30が集積される。たとえば100μm角の反射面を有する1000個の2面直交リフレクタを、Y軸方向14cm程度にわたって配列することができる。
 結像素子10のリフレクタ行22は、図3Aに示した拡大図のように、谷側接続線33および山側接続線34のX軸方向の位置が同じになるように配置されている。これに限らず、リフレクタ行22ごとに谷側接続線33および山側接続線34のX軸方向の位置をずらしてもよい。
 図3Bは、図1のIII部の他の例の模式的な拡大図である。
 図3Bに示すように、谷側接続線33および山側接続線34のX軸方向の位置は、隣り合うリフレクタ行22ごとにずれている。リフレクタ行22のずれ量は、リフレクタ行22ごとに任意の値であってもよいし、一定値であってもよい。
 図3Bに示した例では、谷側接続線33および山側接続線34の位置のX軸方向のずれ量は、リフレクタ行22ごとに一定である。この例の1つのリフレクタ行22の2面直交リフレクタ30の谷側接続線33のX軸方向の位置は、そのリフレクタ行22に隣り合うリフレクタ行22の2面直交リフレクタ30の山側接続線34のX軸方向の位置に一致している。1つのリフレクタ行22の2面直交リフレクタ30の山側接続線34のX軸方向の位置は、そのリフレクタ行22の隣のリフレクタ行22の2面直交リフレクタ30の谷側接続線33のX軸方向の位置に一致している。つまり、隣り合った2つの2面直交リフレクタ30の谷側接続線33の間の距離または山側接続線34の間の距離を1周期とすると、隣り合ったリフレクタ行22の2面直交リフレクタ30は、1/2周期ずつずれた位相で配置されている。
 この例では、図3Aに示した間隔23が設けられていない。間隔23はゼロである。この場合には、基部36が間隔として機能するようにしてもよい。結像素子10の動作説明において後述するように、2面直交リフレクタ30に入射した光線が2回目の反射をせずに、1回反射光が、隣り合うリフレクタ行22の間隔23から第2面側に抜ける必要がある場合がある。そのため、図3Bに示した例の場合には、基部36が光を透過するか、光を吸収するように形成されている。
 図3Cは、図1のIII部の他の例の模式的な拡大図である。
 図3Cに示すように、Y軸方向に並ぶリフレクタ行22の間には、図3Aに示した帯状の平坦な間隔23に限らず、XY平面に対して傾きをもった基部36が設けられるようにしてもよい。隣り合うリフレクタ行22同士の谷側接続線33および山側接続線34の位相を任意としてよいのは上述した通りである。
 図3Bおよび図3Cに示した結像素子を、図22~図26に関連して後述する画像表示装置1000,1100,1200に用いる場合には、上述のように、基部36に光透過性または光吸収性をもたせることによって、第1面側において虚像を観測しにくくすることができる。
 図4Aは、本実施形態の結像素子の一部を例示する模式的な平面図である。
 図4Bは、図4AのIVB-IVB’線における模式的な矢視断面図の例である。
 図4Aおよび図4Bには、2面直交リフレクタ30の構成が示されている。
 図4Aおよび図4Bに示すように、2面直交リフレクタ30は、第1反射面31および第2反射面32を含んでおり、第1反射面31および第2反射面32は、基部36上に設けられている。基部36は、第1反射面31および第2反射面32が、第1面11aの接平面Pに対して所望の角度となるように設けられている。基部36は、V字状に成形された透光性を有する部材であり、たとえば透明樹脂で形成され、基材12と一体で成形される。第1反射面31および第2反射面32は、基材12のV字形に成形された箇所に光反射性を有する金属材料等の薄膜形成等により形成される。このような例に限らず、第1反射面31、第2反射面32、基部36および基材12は、それぞれあるいは一部が別体で形成されて、それらを1つに組み立てて、結像素子10を形成するようにしてもよい。また、透明樹脂の表面がたとえば鏡面加工等されており、透明樹脂の表面反射率が十分に高い場合には、第1反射面31および第2反射面32は、透明樹脂の表面のままとすることもできる。間隔23や図3Bに関連して説明した基部36は、虚像観測防止等のために、光透過性や光吸収性をもたせることが好ましい。
 第1反射面31および第2反射面32は、谷側接続線33でほぼ直交するように接続されている。第1反射面31において、谷側接続線33の反対側の位置に山側接続線34があり、第2反射面32において、谷側接続線33の反対側の位置に山側接続線34がある。
 谷側接続線33の端部を頂点33a,33bと呼ぶ。頂点33aの位置は、頂点33bの位置よりも、Z軸の正方向の側とされる。つまり、頂点33aは、頂点33bよりも基材12から離れた位置とされている。山側接続線34の端部を頂点34a,34bと呼ぶ。頂点34aの位置は、頂点34bの位置よりも、Z軸の正方向の側とされる。つまり、頂点34aは、頂点34bよりも基材12から離れた位置とされている。したがって、頂点34aは、もっとも基材12から離れた位置となり、頂点33bは、もっとも基材12に近い位置に配置されることとなる。
 図4Bには、2面直交リフレクタ30、第1面11aおよび接平面Pの関係が示されている。2面直交リフレクタ30は、谷側接続線33の下側の頂点33bで第1面11aに接している。接平面Pは、頂点33bの位置における第1面11aに接する平面であり、仮想平面P0に平行な面である。2面直交リフレクタ30は、谷側接続線33が接平面Pと角度θをなすように第1面11a上に設けられる。
 図4Cは、本実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な斜視図である。
 図4Cに示すように、光線LLが第1反射面31に入射すると、光線LLは、第1反射面31によって反射される。第1反射面31によって反射された1回反射光LR1は、第2反射面32によって再度反射される。第2反射面32によって反射された2回反射光LR2は、入射光の光源と同じ側に出射される。このようにして、2面直交リフレクタ30は、第1面11a側からの入射光を第1面11a側であって、光源の位置とは異なる位置に向かって出射する。2面直交リフレクタ30は、このように、2つの反射面で2回反射して、入射する光線LLの進行してきた側に2回反射光LR2を反射する。
 図4Dは、本実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な斜視図である。
 2面直交リフレクタ30の反射動作は、可逆的である。2面直交リフレクタ30に入射する光線は、図4Cにおいて、2回反射光LR2に沿って逆方向から入射した場合には、入射する光線LLに沿って逆方向に反射される。具体的には、図4Dに示すように、2面直交リフレクタ30に入射した光線LLは、第2反射面32で反射され、1回反射光LR1として、第1反射面31に入射する。1回反射光LR1は、第1反射面31で反射されて2回反射光LR2として出射する。
 図3や図4Aに示したように、2面直交リフレクタ30は、谷側接続線33を基準に線対称であり、接平面Pに対する第1反射面31の角度は、接平面Pに対する第2反射面32の角度とほぼ等しくなるように配置される。そのため、2面直交リフレクタ30は、光線が最初に第1反射面31に入射する場合と、光線が最初に第2反射面32に入射する場合とでは、同様の動作をして反射光を出射する。たとえば、図4Cでは、光線LLは、最初に第1反射面31に入射し反射されるものとしたが、図4Dに示すように、最初に第2反射面32に入射し反射される場合であっても、2面直交リフレクタ30の動作は、上述と同様に説明することができる。また、図4Dでは、光線LLは、最初に第1反射面31に入射して、第1反射面31による1回反射光が第2反射面32で反射されて第2反射光として出射されてもよい。以下では、結像素子の動作を説明する場合には、特に断らない限り、最初に第1反射面31で反射する場合について説明することとする。
 図5は、本実施形態の結像素子を例示する模式的な側面図である。
 図5では、リフレクタアレイ20は、図4Aおよび図4Bに示した2面直交リフレクタ30の頂点33aを結んだ包絡線で示されている。以降、側面図において、2面直交リフレクタ30の構成を示して説明する必要がない場合には、図5に示したように、リフレクタアレイ20は、2面直交リフレクタ30の頂点33aの包絡線を1点鎖線にして表すこととする。
 図5に示すように、本実施形態の結像素子10では、第1面11aが曲面であるため、リフレクタアレイ20は、曲面状に設けられている。第1面11aは、YZ平面視でZ軸の負方向側に凸となる円弧の一部を含んでおり、リフレクタアレイ20もこの円弧状に設けられ、頂点の包絡線も円弧となる。円弧の半径は、結像素子10と結像素子10の第1面11a側に設けられる光源との距離にもとづいて設定される。たとえばリフレクタアレイ20の円弧の半径は、結像素子10と光源との間の距離の2倍程度とされる。
 図4Cおよび図4Dに関連して説明したように、結像素子10は、光線の入射および反射の方向について、可逆性を有している。結像素子10において、入射および反射の方向を逆にした場合には、円弧の半径は、結像素子10と第1面11a側に形成される結像との距離にもとづいて設定される。上述と同様に、リフレクタアレイ20の円弧の半径は、結像素子10と結像との間の距離の2倍程度とされる。
 本実施形態では、第1面11aに接する接平面のうち、Z軸方向の負方向側のもっとも低い位置に接する接平面は、XY平面に平行な仮想平面P0である。
 図6は、本実施形態の結像素子を例示する模式的な側面図である。
 図6には、図1および図3に示したリフレクタ行22を構成する1つの2面直交リフレクタが示されている。図1および図3に関連して説明したように、複数のリフレクタ行22のそれぞれは、X軸方向に沿って設けられ、Y軸方向にほぼ等間隔で配列されている。1つのリフレクタ行22を構成する複数の2面直交リフレクタの仮想平面P0に対する角度は、ほぼ同じとされる。したがって、仮想平面P0に対する2面直交リフレクタ30の角度は、その2面直交リフレクタ30が属するリフレクタ行22の仮想平面P0に対する角度を表す。
 図6では、Y軸方向に配列された多数個の2面直交リフレクタのうち、5個の2面直交リフレクタ30-1~30-5が拡大されて模式的に示されている。Y軸における位置を区別するために符号を変えてあるが、2面直交リフレクタ30-1~30-5の構成は、図4Aおよび図4Bに関連して説明した2面直交リフレクタ30と同じである。図4Bに示した基部36の表記は、図示の煩雑さを回避するために図示を省略している。
 図6に示すように、2面直交リフレクタ30-1~30-5は、第1面11aのY軸における位置に応じて、仮想平面P0に対する角度Θ1~Θ5が異なっている。2面直交リフレクタ30-1~30-5のそれぞれの角度Θ1~Θ5は、仮想平面P0に対する谷側接続線(直線)33-1~33-5の角度で表される。
 この例では、2面直交リフレクタ30-1~30-5は、Y軸の正方向に向かって、この順に配置されている。2面直交リフレクタ30-1~30-5の角度Θ1~Θ5は、この順に大きな値に設定される。つまり、Θ1<Θ2<Θ3<Θ4<Θ5とされる。
 より一般化して換言すると、2面直交リフレクタ30-1~30-5の角度Θ1~Θ5は、もっとも小さい値に設定された2面直交リフレクタのリフレクタ行(第1リフレクタ行)22を基準にして、Y軸上を一方向に向かって離れるほど大きい値とされる。また、角度Θ1~Θ5は、基準とされたリフレクタ行22からY軸上を他方向に向かって離れるほど小さい値とされる。図6の例では、もっとも小さい角度に設定された2面直交リフレクタ30-1の位置を基準とすると、Y軸の正方向に向かって、Θ1<Θ2<Θ3<Θ4<Θ5となる。
 2面直交リフレクタの角度Θ1~Θ5は、0°<Θ1~Θ5<90°とすることができる。第1反射面31と仮想平面P0とのなす角は、角度Θ1~Θ5にそれぞれ連動して決定されるが、45°<(第1反射面31と仮想平面P0とのなす角)<90°とすることができる。第2反射面32と仮想平面P0とのなす角は、第1反射面31と仮想平面P0とのなす角と等しい。したがって、45°<(第2反射面32と仮想平面P0とのなす角)<90°となる。
 2面直交リフレクタ30-1~30-5のそれぞれの傾きは、2面直交リフレクタ30-1~30-5が配置された第1面11aにおける接平面P1~P5に対する角度でも設定される。2面直交リフレクタ30-1~30-5の接平面P1~P5に対する角度は、2面直交リフレクタ30-1~30-5のY軸における位置によらず、一定の角度θとされる。たとえば、角度θは、コーナーキューブリフレクタの各反射面が水平面となす角度にもとづいており、30°程度とされ、より詳細には、35.3°とされる。
 本実施形態の結像素子10では、2面直交リフレクタ30-1~30-5の角度Θ1~Θ5は、基材12を基準としたときに、第1面11a側に設けられた光源から入射される光線を、第1面11a側に結像させるように適切に設定される。結像位置は、光源の位置と異なる空中とされる。仮想平面P0に対する2面直交リフレクタの角度は、たとえば実験やシミュレーション等によって決定される。
 仮想平面P0に対する2面直交リフレクタの角度は、Y軸における位置に応じて大きくなるように設定され、あるいは、Y軸における位置に応じて小さくなるように設定されればよいので、第1面11aは真円の円弧の一部でなくてもよい。たとえば、第1面11aは、楕円の円弧の一部であってもよいし、リフレクタ行の行数に応じた多角形の一部であってもよい。また、2面直交リフレクタの角度は、2面直交リフレクタのY軸における位置に応じて角度を設定できればよいので、仮想平面P0を基準とせずに、仮想平面P0に対して任意の角度をなす他の平面を基準にしてもよい。
 (第1の変形例)
 図7は、本変形例に係る結像素子を例示する模式的な側面図である。
 本変形例では、基材112の構成が上述の第1の実施形態の場合と相違する。基材112以外の構成は、第1の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
 図7に示すように、本変形例の結像素子110は、リフレクタアレイ20と、基材112と、を備える。基材112は、第1面11aおよび第2面111bを有する。リフレクタアレイ20は、第1面11a上に設けられている。第2面111bは、第1面11aの反対側の位置に設けられている。本変形例では、第2面111bが第1面11aと同じ形状とされており、第1面11aおよび第2面111bともに、YZ平面視で、同じ半径の円弧の一部を含んでいる。この例では、第2面111bのYZ平面視での形状は、第1面11aのYZ平面視での形状と同じとする場合に限らず、任意の異なる形状としてもよい。
 基材112は、第1の実施形態の場合と同様に、透光性を有する材料で形成され、たとえば透明樹脂で形成される。
 リフレクタアレイ20は、仮想平面P0に対する2面直交リフレクタの角度および第1面11aの接平面に対する2面直交リフレクタの角度が第1の実施形態の場合と同様に設定されていればよい。したがって、基材112においては、第2面111bの形状は、任意とすることができる。たとえば、結像素子110を収納する箇所に適した形状とすることによって、収納スペースの削減等をはかることが可能になる。
 (第2の変形例)
 図8Aおよび図8Bは、本変形例に係る結像素子を例示する模式的な側面図である。
 本変形例では、基材212の構成が上述の第1の実施形態や第1の変形例の場合と相違する。本変形例では、リフレクタアレイ20が設けられる箇所が第1の実施形態や第1の変形例の場合と相違する。これら以外の構成は、第1の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
 図8Aに示すように、結像素子210は、リフレクタアレイ20と、基材212と、を備える。
 基材212は、第1面211aおよび第2面211bを有する。基材212は、透光性を有する材料で形成され、たとえば、透明樹脂で形成されている。リフレクタアレイ20は、第2面211b上に設けられている。この例では、第2面211bは、基材212の内側の面であり、リフレクタアレイ20は、基材212の内部に設けられている。リフレクタアレイ20は、第1面211a側からの光線を反射して、第1面211a側に結像させるように設けられている。2面直交リフレクタ30の2つの反射面が第1面211aの側に向いていれば、基材212の外面を第2面211bとし、リフレクタアレイ20は、基材212の外部であって、第2面211b上に形成されてもよい。
 第2面211bは、YZ平面視で、Z軸の負方向側に凸となる円弧の一部を含んでいる。この例では、仮想平面P0は、この円弧の一部のうち、Z軸のもっとも負方向側の位置に接する接平面に平行な仮想的な面である。第2面211bは、このような曲面であり、リフレクタアレイ20は、曲面上に設けられている。
 図8Aに関連して説明した変形例では、基材212は、Y軸方向の両端部においても、第1面211aと第2面211bとの間に一定の距離が設けられており、厚みのある構成を有している。結像素子210に入射する光線は、基材212を介してリフレクタアレイ20に到達するため、基材212の厚みを低減することが好ましい。
 図8Bに示すように、結像素子210aは、リフレクタアレイ20と、基材212aと、を備える。基材212aは、第1面211aおよび第2面211bを有し、第1面211aと第2面211bとの間の距離は、Y軸方向の両端部でほぼゼロとされている。
 このように、結像素子のサイズや基材の材質、用途等に応じて、基材の形状は、任意に適切なものを選択することができる。
 (第3の変形例)
 図9Aおよび図9Bは、本変形例に係る結像素子を例示する模式的な側面図である。
 仮想平面P0に対する2面直交リフレクタの角度を上述の第1の実施形態等と同様に設定できれば、リフレクタアレイ20は、曲面上に形成される必要はなく、1つの平面上に設けられるようにしてもよい。
 図9Aおよび図9Bでは、図6に関連して説明した場合と同様に、5個の2面直交リフレクタ30-1~30-5が拡大されて模式的に示されている。5個の2面直交リフレクタ30-1~30-5は、それぞれが配置された位置に応じた傾きが併せて示されている。
 図9Aに示すように、本変形例の結像素子310は、リフレクタアレイ20と、基材312と、を備える。基材312は、第1面311aおよび第2面311bを有する。第2面311bは、第1面311aの反対側の位置に設けられている。第1面311aは、XY平面にほぼ平行な平面である。第1面311aは、仮想平面P0としてもよい。基材312は、第1の実施形態や他の変形例の場合と同様に、透光性を有する材料で形成されることができる。
 仮想平面P0に対する2面直交リフレクタ30-1~30-5の角度は、それぞれΘ1~Θ5であり、Θ1~Θ5の大きさは、Θ1<Θ2<Θ3<Θ4<Θ5となる。2面直交リフレクタ30-1~30-5のY軸における位置は、図6に示した2面直交リフレクタ30-1~30-5のY軸における位置と同じである。したがって、図6の場合のY軸における位置に応じた円弧の接平面P1~P5とした場合に、2面直交リフレクタ30-1~30-5と接平面P1~P5のなす角は、すべて同じ値の角度θとなる。
 図9Bに示すように、本変形例の結像素子310aは、リフレクタアレイ20と、基材312と、を備え、保護層314をさらに備える。リフレクタアレイ20および基材312の構成は、図9Aに関連して説明した結像素子310と同じである。保護層314は、リフレクタアレイ20および第1面311aを覆うように設けられる。
 保護層314は、保護層314を介して光線が結像素子310aに入射された場合に、光線の透過量がほぼ一定となるように、光透過性の高い材料が用いられる。保護層314の表面313aも入射された光線の屈折角がほぼ一定となるように、十分な平坦性を有することが好ましい。
 本変形例では、基材312を平板とすることができるので、第1面や第2面を曲面とすることにともなう基材の厚みを低減することができるので、結像素子310,310aを薄型化することが可能になる。図9Aに示した結像素子310は、その表面にリフレクタアレイ20が形成され、フラットな他方の面を有する部材である。そのため、樹脂基材を用いたプレス機による生産に好適である。また、結像素子310は、ロール・ツー・ロール方式による生産が容易であるなど、生産面における優位性を有している。ロール・ツー・ロール方式とは、ロール状に巻かれた基材の材料を連続的に工程に供給して加工や処理等を行う生産方式である。ロール・ツー・ロール方式は、板状やフィルム状の樹脂成型品の生産等に一般的に利用されている。
 (第4の変形例)
 図10A~図10Cは、本変形例に係る結像素子の一部を例示する模式的な平面図および側面図である。
 図10A~図10Cには、結像素子の基材の構成が示されている。
 上述した第1の実施形態や上述の他の変形例では、第1反射面31にも第2反射面32にも入射しない光線が存在し、そのような光線は、そのままZ軸の負の方向に抜ける。たとえば、同一の点光源から出射された光線の一部は、第1反射面31で反射され、第2反射面32に向かい、光線の他の一部は、第2反射面32に向かわずにZ軸の負の方向に抜ける。残りの光線は、どの反射面にも反射せず、そのまま直進する。第2面側に抜ける光線や反射光は、そのまま基材を透過させてもよいし、吸収させてもよい。本変形例では、第2面側に抜ける光線や反射光を吸収する構成要素を基材に追加する。
 図10Aに示すように、基材12は、第1面11a上に形成された光吸収体(光吸収部材)414を有する。光吸収体414は、図1に示したリフレクタ行22の間の領域に設けられる。光吸収体414は、たとえば、リフレクタ行22の間の領域に黒色の塗料を塗布することによって形成される。リフレクタ行22は、光吸収体414が塗布されていない箇所に形成されるが、図3や図4A、図4Bに示した基部36のうち露出する部分にも黒色塗料を塗布するようにしてもよい。
 図10Bに示すように、基材12は、光吸収部材514を有する。光吸収部材514は、第1面11a上のリフレクタ形成領域14にわたって設けられる。リフレクタ行のピッチが狭い場合等には、光吸収部材514の形成が容易になるとのメリットがある。光吸収部材514は、第2面11bにわたって設けられてもよい。
 図8Aおよび図8Bに関連して説明したように、第2面側にリフレクタアレイを設ける場合には、光吸収体414や光吸収部材514は、基材の第2面211bに形成されればよい。
 第1面上にリフレクタアレイを形成する場合には、基材全体を光吸収性の材料で形成してもよい。
 図10Cに示すように、基材612は、光吸収性を有する材料で形成されており、たとえば黒色樹脂によって形成されている。基材の全体に光吸収性をもたせることによって、リフレクタアレイを抜けて第2面側に進行する光線が第2面611bで反射されて第1面611a側に戻ることを防止することができる。
 (第5の変形例)
 図11は、本変形例に係る結像素子の一部を例示する模式的な拡大平面図である。
 図11には、本変形例について、図1のIII部に相当する領域の拡大平面図が示されている。
 図3に関連して説明したように、2面直交リフレクタ30の第1反射面31および第2反射面32は、それぞれの正面視でほぼ正方形とされているが、これに限らず、長方形とされてもよい。
 図11に示すように、複数のリフレクタ行722は、複数の2面直交リフレクタ730をそれぞれ含む。2面直交リフレクタ730は、第1反射面731および第2反射面732を有する。第1反射面731および第2反射面732は、いずれも正面視でY軸方向の辺を長辺とする長方形形状を有している。たとえば、隣接するリフレクタ行722の間隔は、図3に関連して説明したリフレクタ行22の間隔と同じである。
 第1反射面731および第2反射面732は、谷側接続線733で接続されており、隣接する2面直交リフレクタ730同士は、山側接続線734で互いに接続されている。図3Aおよび図3Bに関連して説明したように、隣り合うリフレクタ行722の2面直交リフレクタ730の配置の位相は、任意としたり、1/2周期ずらしたりしてもよい。また、隣り合うリフレクタ行722の間隔をゼロにして、基部36を、間隔として利用してもよい。
 第1反射面731および第2反射面732のY軸方向に沿う辺を長辺とすることによって、光線を反射するための面積が広くなる。本変形例の結像素子は、結像時の表示の輝度を正方形の反射面の場合よりも高くすることができる。この変形例では、第1反射面および第2反射面のY軸方向に沿う辺を長辺とする長方形としたが、この辺を短辺とする長方形としてもよい。このようにすることによって、2面直交リフレクタのY軸方向の長さを縮小することができ、結像素子の小型化をはかることができる。2面直交リフレクタのY軸方向の長さを縮小した場合には、各反射面の面積が小さくなる。そのため、単位面積あたりに形成される2面直交リフレクタの数を増やすことができるので、より高精細化された像の結像が可能になる。
 上述した各変形例は、適宜組み合わせて適用することができる。たとえば、長方形の第1反射面および第2反射面を有する2面直交リフレクタを、図8Aや図8Bに関連して説明した基材212,212aに適用することができる。変形例の組合せは、2種類に限らず、3種類以上とすることができる。たとえば、長方形の第1反射面および第2反射面を有する2面直交リフレクタを、図9Aや図9Bに関連して説明した基材312や保護層314に適用し、図10Cに関連して説明したように、基材を光吸収性材料で形成することができる。
 次に、本実施形態およびその変形例の結像素子の動作について動作原理を含めて説明する。以下では、特に断らない限り、図1~図6に関連して説明した第1の実施形態の場合の結像素子10について説明する。変形例の動作は、第1の実施形態の場合と同様に理解することができる。
 本実施形態の結像素子は、コーナーキューブリフレクタの動作原理を一部利用して、入射光の側に結像させる。そこで、まず、コーナーキューブリフレクタの動作原理を説明し、続いて、本実施形態の結像素子の動作について説明することとする。
 図12Aは、比較例の結像素子の動作を説明するための模式的な平面図である。
 図12Aには、コーナーキューブリフレクタの構成と入射光がどのように反射されるかが示されている。
 図12Aに示すように、コーナーキューブリフレクタは、第1反射面31、第2反射面32および第3反射面35を有する。第1反射面31、第2反射面32および第3反射面35は、互いにほぼ直交して接続されている。第1反射面31、第2反射面32および第3反射面35は、第1反射面31、第2反射面32および第3反射面35が接続されている頂点33bが、Z軸方向のもっとも低い位置となるように配置されている。
 第1反射面31に入射する光線LLは、第1反射面31で反射される。第1反射面31で反射された1回反射光LR1は、第2反射面32で反射される。第2反射面32で反射された2回反射光LR2は、第3反射面35で反射される。第3反射面35で反射された3回反射光LR3は、コーナーキューブリフレクタから出射される。各反射面において反射の法則が成立するので、コーナーキューブリフレクタから出射される3回反射光LR3は、コーナーキューブリフレクタに入射する光線LLと平行である。上述では、光線LLは、第1反射面31に入射されるものとしたが、第2反射面32に入射しても、第3反射面に入射しても、出射光は、入射光と平行光となる。このような動作を再帰反射という。
 図12Bは、本実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な平面図である。
 図12Bに示すように、第1反射面31および第2反射面32は、ほぼ直交して配置され谷側接続線33で接続されている。頂点33bは、Z軸方向の最小値となるように配置されている。図12Aのコーナーキューブリフレクタと2面直交リフレクタ30とを比較すると、2面直交リフレクタ30は、第3反射面35を有していない点でコーナーキューブリフレクタと相違する。
 2面直交リフレクタ30が図12Aに示した第3反射面35を有さないことにより、第2反射面32によって反射された2回反射光LR2は、そのまま直進する。ここで、谷側接続線33は、XY平面から所定の角度をもって設けられているので、2面直交リフレクタ30から出射される2回反射光LR2は、光線LLが入射される側と同じ側に出射される。
 図13は、本実施形態の結像素子の動作を説明するために、他の比較例の結像素子を例示する模式的な側面図である。
 図13では、図1および図3に示した複数のリフレクタ行22は、X軸方向に沿ってそれぞれ設けられ、複数のリフレクタ行22は、Y軸方向に一定の間隔をあけて配列されている。図13では、3つの2面直交リフレクタ30-1~30-3が示されている。2面直交リフレクタ30-1~30-3は、3つのリフレクタ行22から1つずつ示されている。2面直交リフレクタ30-1~30-3は、光線がどのように反射されるかを表示するために、XY平面上で若干回転された状態で示されている。Y軸における位置を区別するために符号を変えているが、2面直交リフレクタ30-1~30-3の構成は、図4Aおよび図4Bに関連して説明した2面直交リフレクタ30と同じである。
 2面直交リフレクタ30-1~30-3は、仮想平面P0上に配置され、Y軸方向に沿って直線状に配置されている。光源Sは、2面直交リフレクタ30の直上に設けられている。より詳細には、光源Sは、Z軸に平行な光線が2面直交リフレクタ30-1~30-3のいずれかに入射するように、2面直交リフレクタ30-1~30-3の上方に設けられている。光源Sは、2次元あるいは3次元のひろがりを有しており、図13では、そのうちの1点から出射された光線が、2面直交リフレクタ30-1~30-3にそれぞれ入射された場合が示されている。光源Sおよび2面直交リフレクタ30-1~30-3の構成については、後述する図14および図15についても同様である。
 図13に示すように、光源Sから出射され、2面直交リフレクタ30-1~30-3の第1反射面31に入射された光線LLは、2面直交リフレクタ30-1~30-3の第1反射面31によって第2反射面32にそれぞれ反射される。3つの第2反射面32は、2回反射光LR2をそれぞれ出射する。ここで、3つの2面直交リフレクタ30-1~30-3は、仮想平面P0に対して同じ角度θだけ傾いて配置されている。このときの角度θは、0°よりも大きく、90°よりも小さい値とされる。たとえば、角度θは、35.3°とされる。各反射面における反射の法則により、Y軸に沿って並んでいる2面直交リフレクタ30-1~30-3がそれぞれ出射する2回反射光LR2は、結像せずにひろがってしまう。なお、θを0°とした場合には、光源Sの側に結像し(特許文献1等を参照)、θを90°とした場合には、2面直交リフレクタを介して、結像素子を基準にして光源Sとは反対側に結像する透過型の結像素子の動作となる。
 角度θは、図12Aに関連して説明したコーナーキューブリフレクタの設置面に対する角度と等しい。つまり、角度θは、コーナーキューブリフレクタを利用した再帰反射型の結像素子の設置面に対する角度である。この角度は、第1反射面31と第2反射面32との接続線の設置面に対する角度である。コーナーキューブリフレクタの設置面は、図13の仮想平面P0に対応する。
 本実施形態の結像素子では、2面直交リフレクタ30で2回反射した反射光を光源Sと同じ側に反射して結像するように、2面直交リフレクタは、Y軸における位置に応じて、仮想平面P0に対する角度を変えて配置される。
 図14および図15は、本実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な側面図である。
 図14に示すように、本実施形態の結像素子では、第1面11aは、YZ平面視でZ軸の負方向側に凸となるように、円弧の一部として設定される。2面直交リフレクタ30-1~30-3は、第1面11a上に配置される。仮想平面P0に対する2面直交リフレクタ30-1~30-3の傾きを表す角度Θ1~Θ3は、この例では、Y軸の正方向に向かって大きくなるように設定されている。このように角度Θ1~Θ3を設定することによって、2面直交リフレクタ30によって2回反射された2回反射光LR2は、光源Sが設けられた第1面11a側で結像Iを形成する。
 以上のことは、概念的には次のように理解される。すなわち、2面直交リフレクタ30-1~30-3が、0°よりも大きく、90°よりも小さい角度で平坦な面に形成された場合には、2面直交リフレクタ30-1~30-3による2回反射光は、光源が配置された側で結像せずにひろがってしまう。そこで、2面直交リフレクタ30-1~30-3が形成された面をY軸方向に沿ってZ軸の負方向側に湾曲させることによって、2回反射光は集束し、結像は、光源が配置された側で形成されるようになる。
 図15には、光源Sから入射された光線LLが、2面直交リフレクタ30-1~30-3のそれぞれによって、2回反射されずに1回反射され、光源Sと同じ側には出射されない場合について示されている。
 図15に示すように、光源Sから出射された光線LLが、第1反射面31に入射された後に第2反射面32に向かわない場合には、第1反射面31によって反射された1回反射光LR1は、2面直交リフレクタ30の下方へ進行する。これは、Y軸方向に沿って配列されている図1および図3に示したリフレクタ行22は、間隔をあけて配置されているからである。図示しないが、光源Sから出射された光線LLのうち、第1反射面31および第2反射面32のいずれにも入射されない光線は、そのまま2面直交リフレクタ30-1~30-3の下方へと進行する。
 このように、本実施形態の結像素子では、2面直交リフレクタ30-1~30-3の仮想平面に対する角度Θ1~Θ3を2面直交リフレクタ30-1~30-3のY軸における位置に応じ設定することによって、光源Sと同じ側に結像させることができる。それと同時に、2面直交リフレクタを用いることで、1回反射光や1回も反射しない光線は、光源Sと同じ側に結像することがない。そのため、光源Sの側に実像以外に虚像は、観測されない。また、結像を盗み見られることを防止することができる。
 本実施形態の結像素子10は、光源の位置と結像の位置とを入れ替えても動作する。
 図16および図17は、本実施形態の結像素子の動作を説明するための模式的な側面図である。
 図16および図17では、2面直交リフレクタ30-1~30-3の構成や、2面直交リフレクタ30-1~30-3、第1面11aおよび仮想平面P0の関係は、図14および図15に関連して説明した場合と同じである。
 図16に示すように、光源S1は、図14に関連して説明した場合の結像Iの位置に設けられており、このときには、図14の場合の光源Sの位置に結像I1が形成される。光源S1から出射された光線LLは、2面直交リフレクタ30-1~30-3でそれぞれ2回反射されて、2回反射光LR2は、結像I1の位置で結像する。
 図17に示すように、光源S1から出射され、2面直交リフレクタ30に入射した光線LLが、第1反射面31で反射された後に、その1回反射光LR1が第2反射面32に向かわずに、第1面11a側に出射される場合がある。この1回反射光LR1は、発散して像を結ぶことはないが、光源S1とは異なる位置に光源の虚像となって観測される。換言すると、2面直交リフレクタ30によって1回反射された1回反射光が2回反射せずに第1面11a側に反射される場合には、光源S1が配置された側に実像として結像するとともに、実像の結像位置とは異なる位置に虚像が観測され得る。この場合の実像が結像する位置は、2面直交リフレクタ30-1~30-3の直上近傍とすることができる。
 2面直交リフレクタの角度は、上述で概念的に説明したように、2面直交リフレクタを平坦な面に設けた後に、平坦面をY軸方向に沿って湾曲させて、湾曲に応じた角度として求められてもよいし、他の方法で求められてもよい。仮想平面P0に対する2面直交リフレクタの角度は、たとえば、Y軸上で隣接する2面直交リフレクタの角度差を所定値にして設定するようにしてもよい。たとえば、所定値を1°のようにした場合に、Θ2=Θ1+1°、Θ3=Θ2+1°のようにしてもよい。
 光源S,S1のいずれの位置の場合であっても、実験やシミュレーション等を用いることによって、2面直交リフレクタに入射した光線を2回反射して所望の位置に結像させるように、2面直交リフレクタの角度を適切に設定することができる。たとえば、図14に示した実施形態の場合では、光源Sは、リフレクタアレイのほぼ直上とされ、図16に示した実施形態の場合では、結像I1が形成される位置が、リフレクタアレイのほぼ直上とされている。2面直交リフレクタの仮想平面P0に対する角度を適宜調整して設けることで、これらの光源S,S1や結像I,I1の位置を適宜変更することも可能である。このような設計変更に際しては、光線追跡シミュレーションなどの光線解析ツールを有効に活用することができる。
 図18は、本実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。
 以下では、図18を用いて、図1に示した結像素子10の2面直交リフレクタによって2回反射された2回反射光の出射角度を求める方法を説明する。2回反射光の出射角を求めるために、図12Aに関連して説明したコーナーキューブリフレクタが3つの反射面によって再帰反射することを利用する。図18では、コーナーキューブリフレクタの3つ目の反射面を仮に配置し、仮反射面35aとする。仮反射面35aは、図12Aに関連して説明した第3反射面35に対応する。
 図12Bに示した2面直交リフレクタ30では、谷側接続線33の接平面に対する角度を2面直交リフレクタ30の傾きとしている。谷側接続線33の角度は、図12Aに示したコーナーキューブリフレクタの第3反射面35の接平面に対する角度に対応する。
 図18に示すように、第1面11aは、中心Cを有する円弧の一部である。図18には、第1面11aの接平面Pが示されており、仮反射面35aは、接平面Pに対して角度φだけ傾けて配置されている。角度φは、後述する図19に関連して説明するように、約60°であり、より正確には、約54.7°である。
 第1面11aと仮反射面35aは点R2で交差している。光源Sから出射される光線は、線分SR2を含んでいる。線分SR2と線分CR2とは、角度βをなしている。
 仮想平面P0と接平面Pとのなす角を角度αとすると、線分CSと線分CR2とのなす角は角度αに等しい。
 線分CR2と仮反射面35aとのなす角を角度θとすると、後述する図19に関連して説明するように、角度θは、約30°となり、より正確には、約35.3°となる。
 したがって、仮想平面P0と2回目の反射による反射光のなす角を出射角θ0とすると、この出射角θ0は、θ+(α-β)で求めることができる。ここで、線分CSの長さと線分SR2の長さとが等しくなるように、円弧の中心Cの位置を設定すると、α≒βとなり、出射角θ0は、ほぼθにそろうので、反射光は、結像することができるようになる。線分CSの長さと線分SR2の長さとを等しくすることは、円弧の半径を、線分SR2の長さの2倍にすることとほぼ等しいので、したがって、第1面11aをなす円弧の半径は、光源Sの位置から第1面11aまでの距離のほぼ2倍とすることが好ましい。
 図19~図21Cは、本実施形態の結像素子に関する計算例を説明するための模式図である。
 図19では、2面直交リフレクタの接平面Pに対する角度θの計算をするために、コーナーキューブリフレクタCCRの図が示されている。
 図20Aおよび図20Bでは、2面直交リフレクタにおいて、接平面Pに対する出射角γの計算をするためにコーナーキューブリフレクタCCRの図が示されている。
 図21A~図21Cでは、本実施形態の結像素子における2面直交リフレクタは、周知のコーナーキューブリフレクタと相違するものであることを説明するためにコーナーキューブリフレクタCCRの図が示されている。
 図19の左の図には、コーナーキューブリフレクタCCRの平面図が示されている。
 図19の左の図に示すように、コーナーキューブリフレクタCCRは、3つの反射面A,B,Cを有している。図12Aに関連して説明したコーナーキューブリフレクタでは、反射面Aは、第2反射面32に対応し、反射面Bは、第1反射面31に対応し、反射面Cは、第3反射面35に対応する。コーナーキューブリフレクタCCRは、点a~eを有しており、点a,bは、反射面A,Bの接続線の端部であり、点b,dは、反射面A,Cの接続線の端部であり、点b,eは、反射面B,Cの接続線の端部である。コーナーキューブリフレクタCCRは、点bで接平面Pに接している。この状況は、図4Aおよび図4Bに関連して説明した2面直交リフレクタ30が頂点33bで接平面Pに接していることに対応する。点cは、線分deの中点である。この例では、反射面A,B,Cは、辺の長さが1である正方形であるものとする。
 図19の右の図には、コーナーキューブリフレクタCCRの側面図の一部が示されており、コーナーキューブリフレクタCCRが設置される接平面Pも合わせて示されている。また、点a,b,c,oの関係が、図19の左の図に対応するよう示されている。点d,eは、点cに重なる。
 図19の右の図に示すように、仮想的なade平面は、接平面Pに平行な平面として定義することができる。したがって、線分bcの長さは、1/√2である。
 点bを通る接平面Pの法線がade平面に交差する点をoとする。線分acは、1辺の長さが√2の正三角形adeの2等分線であるから、線分acの長さは、√3/√2であり、したがって、線分coの長さは、1/√6となる。
 上述より、cosφ=線分co/線分bc=1/√3となり、φ≒54.7°となる。なお、線分abが接平面Pとなす角θは、θ=90°-φ≒35.3°となる。
 図20Aおよび図20Bでは、コーナーキューブリフレクタCCRの構成は、図19の場合と同じである。図20Aの上の図では、説明の便宜から、コーナーキューブリフレクタCCRは、図19の場合から90°時計回りに回転して示されている。図20Aの下の図には、コーナーキューブリフレクタCCRの側面図が示されており、図20Aの上の図の点a,b,cの位置に対応するように示されている。なお、図20Aの矢印の方から見ると、1辺の長さが1である反射面Cが見え、反射面Cの対角線の長さは√2である。図20Aの下の図では、点d,eは、点cに重なる。また、ade平面は、図19に示したade平面と同じである。
 図20Aに示すように、ade平面は、接平面Pに平行な面である。線分bcと接平面Pとのなす角は、φであり、線分abと接平面Pとのなす角は、θである。
 ここで、図20Bに示すように、点cにおいて、反射面Cから垂直方向に3回反射光LR3が出射するものとすると、反射面Cへ入射する2回反射光LR2は、図20Aに示した反射面Cに角度βで入射する。2回反射光LR2と接平面Pとのなす角γは、γ+β=φであり、φは、図19に関連して説明したように、約54.7°である。したがって、γは、γ=2×φ-90°≒19.4°のようにして求められる。なお、β=θであり、したがって、β≒35.3°である。
 図21A~図21Cは、本実施形態の結像素子の2面直交リフレクタが、周知のコーナーキューブリフレクタと相違することを説明するためのものである。
 図21A~図21Cには、図19および図20Aに関連して説明したコーナーキューブリフレクタCCRに対応する図形が示されている。図21A~図21Cでは、点a,b,d,eは、図19および図20Aに関連したコーナーキューブリフレクタCCRの場合の点a,b,d,eに対応する。図21A~図21Cでは、点a,b,d,e,のほかに、点f,g,hが追加されている。点a,h,d,bを頂点とする正方形は、図4Aおよび図4Bに関連して説明した第2反射面32に対応する。点a,b,e,gを頂点とする正方形は、図4Aおよび図4Bに関連して説明した第1反射面31に対応する。点b,e,f,dを頂点とする正方形は、2面直交リフレクタ30では、除去された反射面に対応し、図19および図20Aに関連したコーナーキューブリフレクタCCRの反射面Cに対応する。
 図21Aには、正方形bdfeは、横向きのハッチングで示されている。三角形adb,abeは、縦向きのハッチングで示されている。図21Bには、図21Aの正方形bdfeに対応する箇所を太実線で表している。つまり、正方形bdfeは、コーナーキューブリフレクタの3つ目の反射面に対応する。
 図21Cには、図21Bの一部と光線およびその光線の反射光が示されている。
 以下では、図21Aおよび図21Bに示した正方形bdfeに3つ目の反射面が存在する場合を考える。
 図21Cに示すように、図21Aおよび図21Bに示した正方形bdfeにZ軸の正方向側から光線が入射した場合には、点fにおける入射光は、正方形bdfeに対する角度βで反射される。図20Bに関連して説明したように、β=θ≒35.3°となり、tanβ=1/√2となる。したがって、正方形bdfeに反射面が存在する場合の反射光は、縦向きのハッチングを施した三角形adbまたは三角形abeのいずれかに入射する。次に正方形abegに対応する反射面または正方形ahdbに対応する反射面のいずれかで再度反射して、Z軸の正方向側に出射される。上述より、本実施形態の結像素子における2面直交リフレクタは、コーナーキューブリフレクタと相違しているといえる。
 以上説明したように、本実施形態の結像素子は、基材12を基準にして第1面11a側に設けられた光源から出射される光線を、2面直交リフレクタで2回反射することによって、第1面11a側に結像することができる。
 本実施形態の結像素子10の効果について説明する。
 本実施形態の結像素子10では、仮想平面P0に対する2面直交リフレクタ30の角度は、0°よりも大きく、90°よりも小さく設定される。その上で、仮想平面P0に対する2面直交リフレクタ30の角度は、2面直交リフレクタ30がY軸方向に配置された位置に応じて、異なるように設定され、基準の位置の2面直交リフレクタ30からY軸方向の一方向に離れるにしたがって、大きく設定され、Y軸方向の他方向に離れるにしたがって、小さく設定される。このように設定することによって、基材12を基準にしたときに、第1面11a側からの光線を2回反射して、第1面11a側に結像させることができる。
 本実施形態の結像素子10では、2面直交リフレクタ30の仮想平面P0に対する角度を適切に設定することによって、基材12を基準に第1面11a側の任意の位置に光源を配置し、第1面11a側の任意の位置であって、光源とは異なる所望の位置に結像を形成することができる。
 第1~第4の変形例で説明したように、仮想平面P0に対する2面直交リフレクタ30の角度を適切に設定することができれば、任意の形状の基材にリフレクタアレイを形成することによって、最適な形状の結像素子を実現することができる。そのため、結像素子のサイズや収納箇所、収納方法等に応じて、任意の形状の基材を適切に選定して適用することができ、より小型化、装置の構造の簡素化等をはかることが容易になる。
 第5の変形例で説明したように、第1反射面および第2反射面の形状も正面視で正方形に限らず長方形とすることができ、結像の輝度を向上させた結像素子が実現される。また、リフレクタ行22の間隔と反射面の面積との比率を最適に設定することによって、より輝度の高い結像を得ることが可能になる。
 (第2の実施形態)
 以下で説明する画像表示装置は、図4Dに関連して説明したように、2面直交リフレクタ30の反射の可逆性を利用した結像素子を用いる。以下の具体例においては、たとえば、画像表示装置は、図16および図17に関連して説明した結像素子の動作にしたがって結像を形成する。以下の具体例では、図9Aに関連して説明した第1の実施形態の第3の変形例の結像素子310を適用した場合について説明する。以下説明する画像表示装置には、特に断らない限り、第1の実施形態の結像素子10や他の変形例の結像素子110,210,210a,310aが適用されてもよい。
 図22は、本実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な側面図である。
 図22に示すように、本実施形態の画像表示装置1000は、結像素子310と、表示装置1001と、を備える。
 図22では、結像素子310は、基材312と、リフレクタアレイ20と、を含んでいる。リフレクタアレイ20は、基材312の第1面311a上に設けられている。リフレクタアレイ20は、第1面311aに対して傾いており、その傾きは、図9Aに示したようにY軸に沿って次第に大きく、あるいは小さくなるように設定されている。図22や後述の図においても、1点鎖線は、図4Bで示した2面直交リフレクタ30の頂点33aを結んだ包絡線で表している。図22のリフレクタアレイ20は、リフレクタアレイ20に入射した光線の反射の様子がわかるように、多数の2面直交リフレクタのうちから3個の2面直交リフレクタ30が簡素化されて示されている。
 この例では、光源として、表示装置(第1表示装置)1001が設けられている。表示装置1001は、動画や静止画等を含む画像(第1画像)を表示する。表示装置1001は、画像を表示することができるさまざまな出力装置とすることができる。たとえば、表示装置1001は、半導体発光素子を画素とする表示装置とすることができる。半導体発光素子を含む表示装置1001は、基板1002と複数の半導体発光素子1004とを含んでいる。複数の半導体発光素子1004は、基板1002上に設けられている。複数の半導体発光素子1004は、たとえば、超小型の無機半導体発光素子で形成されたマイクロLEDのアレイや、有機半導体発光素子で形成されたマイクロOLEDのアレイである。表示装置1001は、液晶表示パネル等を利用したものであってもよい。半導体発光素子1004を点灯させ、画像の表示を制御する駆動回路や制御回路等は、たとえば表示装置1001内に設けられる。表示装置1001のための駆動回路や制御回路等は、表示装置1001とは別の制御装置に収納するようにしてもよい。結像素子310は、光学反射系で構成され、レンズを含まないため、発光波長の色収差に起因する色分解を生じない。そのため、表示装置1001は、鮮明なカラー画像を表示するカラー画像表示装置とすることができる。
 表示装置1001は、第1面311a側に設けられている。光源をこのような表示装置1001とすることによって、画像表示装置1000は、表示装置1001に表示される動画や静止画等を空中に結像させることができる。画像表示装置1000の画像を見る観察者は、リフレクタアレイ20の上方から、リフレクタアレイ20のほぼ直上に浮かぶ結像Iを観測することになる。
 表示装置1001を構成する各半導体発光素子1004を点光源と考えると、1つの半導体発光素子1004から出射される光は、複数の光線を含むものと考えられる。図22は、1つの半導体発光素子1004から出射された光線を示している。
 表示装置1001は、リフレクタアレイ20の直上から、Y軸の負方向の側にずれた位置に設けられている。実線で示された光線LLは、表示装置1001から出射された光線のうちの一部である。これらの光線LLは、2面直交リフレクタの2つの反射面で反射され、2回反射光LR2としてリフレクタアレイ20から出射される。
 リフレクタアレイから出射された2回反射光LR2は、リフレクタアレイ20の直上で結像Iを形成する。リフレクタアレイ20の直上とは、仮想平面P0の法線方向の位置であり、Z軸の正方向の位置である。破線で示された光線LL’は、表示装置1001から出射された光線のうちの他の一部である。これらの光線LL’は、2面直交リフレクタ30の一方の反射面で反射され、1回反射光LR1としてリフレクタアレイ20から出射される。リフレクタアレイから出射された1回反射光LR1は、第1面311a側で結像することなく発散する。
 仮想平面P0は、第1面311aにほぼ平行な平面である。基材312は透光性を有する材料で形成されている場合には、リフレクタアレイ20を、基材312の第2面311b上に設けるようにしてもよい。この場合には、基材312の第2面311bは、仮想平面P0にほぼ平行である。
 本実施形態の画像表示装置に、第1の実施形態の場合や他の変形例の場合の結像素子を適用する場合について、仮想平面P0を定義することについては、図2に関連してすでに説明した通りである。
 図示しないが、表示装置1001から出射された光線には、2面直交リフレクタによって、1回も反射されない光線も存在する。基材312が透光性を有する場合には、1回も反射されない光線は、図1に示したリフレクタ行22の間隔23や基部36から、第2面311bへと抜けていく。図10A~図10Cに関連して説明した変形例の基材を結像素子に適用した場合には、1回も反射されない光線は、リフレクタ行22の間隔23に設けられた光吸収体に吸収される。
 このように、本実施形態の画像表示装置1000では、リフレクタアレイ20の直上以外の箇所に虚像が形成されることがあり、画像表示装置1000の利用者が目視できる場合には、ゴースト画像となり得る。1回反射光による虚像は、表示装置1001の配置およびリフレクタアレイ20を構成する2面直交リフレクタ30の角度を適切に設定することによって、結像Iの形成位置から十分に離れた位置に形成されるようにできる。結像素子310を筐体内に収納する場合には、筐体の内壁に黒色塗装等を施して、光吸収性をもたせることによって、虚像が観測されないようにすることができる。
 (変形例)
 図23は、本変形例に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な平面図である。
 図23には、基材312aの模式的な平面図が示されている。基材312aは、図22に示した画像表示装置1000の基材312を置き換えて適用することができる。基材312aを適用した結像素子は、後述する第2の実施形態の第2、第3の変形例に適用されてもよい。
 基材312aは、第1面311a上に形成された光反射帯816を有する。光反射帯816は、図1および図3に示したリフレクタ行22の間の領域に設けられる。光反射帯816は、たとえば、2面直交リフレクタ30を構成する2つの反射面と同じ金属材料の薄膜とすることができる。
 図22に示した第2の実施形態の画像表示装置1000では、2面直交リフレクタ30で1回も反射しない光線は、リフレクタ行22の間の領域に入射する。リフレクタアレイ20で1回も反射されない光線を光反射帯816で反射しても、その反射光は、反射の法則により結像Iの位置とは異なる方向に出射され、結像Iに影響を与えない。なお、図3A~図3Cに関連して説明した、いずれのリフレクタアレイ20の構成としても、間隔23や基部36を光反射性とした場合であっても、2面直交リフレクタ30で1回も反射されない光線が結像Iに影響を与えないのは同様である。
 結像素子310の全面を2面直交リフレクタの2つの反射面とともに、光反射性を有する材料で形成することにより、光反射帯816を形成する場合には、結像素子310の製造工程を簡略化することができ、生産性を向上させることができる。
 本実施形態の画像表示装置1000の動作について説明する。
 図24Aは、本実施形態の画像表示装置の動作を説明するための模式的な平面図である。
 図24Bは、本実施形態の画像表示装置の動作を説明するための模式的な側面図である。
 本実施形態の画像表示装置1000では、第1の実施形態の場合の結像素子10を用いるので、結像素子310は、図16および図17に関連して説明したように動作する。
 本実施形態では、第1面311a側に設けられた表示装置1001から結像素子310に入射された光線の一部は、2面直交リフレクタによって2回反射されて、第1面311a側に出射され、結像する。結像素子310に入射された光線の他の一部は、2面直交リフレクタによる1回反射光として出射され、第1面311aの側であって、結像位置とは異なる位置に虚像を形成し得る。
 図24Aおよび図24Bに示すように、第1面311a側であって、リフレクタアレイ20の直上からY軸方向にずれた位置に設けられた表示装置1001から結像素子310に入射された光線は、2面直交リフレクタで2回反射されると、第1面311a側であって、リフレクタアレイ20の直上の領域R1に結像する。領域R1のZ軸方向の長さおよびY軸方向の長さは、2面直交リフレクタの仮想平面P0に対する角度と、表示装置1001の位置の調整あるいは設定によって決定される。表示装置1001の位置は、結像位置のY軸方向の位置よりも十分に離れたY軸方向の位置とすることができる。結像する領域R1は、リフレクタアレイ20からZ軸の正方向に十分離れた高い位置とすることもできるし、より近い位置とすることもできる。
 この例では、仮想平面P0は、第1面311aとほぼ平行とされているが、第1の実施形態の場合と同様に、第1面が曲面の場合には、仮想平面P0は、第1面およびリフレクタアレイ20の円弧の一部のZ軸方向のもっとも低い位置における接平面とされる。この場合には、結像素子のY軸方向の両端部のそれぞれのZ軸方向の長さも、第1の実施形態の場合と同様に、ほぼ等しくされる。この場合において、入射する光線を2面直交リフレクタによって2回反射して、第1面側に出射するのであれば、仮想平面P0の位置は、上述に限らず、任意としてもよい。
 表示装置1001から出射され、リフレクタアレイ20によって1回反射された反射光は、第1面311a側であって、結像の形成される領域R1からY軸方向にずれた領域R2に虚像を形成し得る。1回反射光による虚像の観測され得る領域R2は、この例では、表示装置1001およびリフレクタアレイ20よりもY軸の正方向側とされている。領域R2は、2面直交リフレクタの仮想平面P0に対する角度、表示装置1001の位置の調整や設定によって決定される。たとえば、領域R2は、第1面311a側であって、リフレクタアレイ20よりも表示装置1001側となる場合もある。
 本実施形態の画像表示装置1000の効果について説明する。
 2面直交リフレクタによる結像素子を用いた反射型の画像表示装置では、結像素子の直上に結像させることは困難である(たとえば、特許文献1参照)。そのため、結像の形成位置と結像素子の位置とをXY平面視で重ねることが困難である。
 コーナーキューブリフレクタによる結像素子を用いた画像表示装置では、図12Aに関連して説明したように、コーナーキューブリフレクタは再帰性反射素子である(たとえば、特許文献2参照)。そのため、結像の位置と光源の位置とを異ならせるためには、ハーフミラー等の光学素子を用いて、光路を分離する等の工夫が必要となり、装置の構造が複雑になり、装置が大形化する傾向がある。
 本実施形態の画像表示装置1000では、2面直交リフレクタは、光源から出射された光のうち、一方の反射面で1回反射した1回反射光の一部が、他方の反射面で反射されて2回反射光として出射するように設けられている。そのため、この例のように、光源を表示装置1001とする場合には、本実施形態の画像表示装置1000は、簡素な構造で表示装置1001が出力する動画や静止画を空中に表示することができる。
 本実施形態の画像表示装置1000では、仮想平面P0に対する2面直交リフレクタの角度を適切に設定することによって、2面直交リフレクタは、2回反射光を結像素子310の直上に出射する。結像素子310の直上とは、仮想平面P0の法線方向であり、Z軸の正方向である。
 たとえば、光源である表示装置1001は、結像素子310の直上からリフレクタ行が配列されているY方向にずらして配置される。2面直交リフレクタ30の角度を適切に設定することによって、画像表示装置1000は、結像素子310の直上に結像Iを形成することができる。
 このように、本実施形態の画像表示装置1000は、リフレクタアレイ20の直上に結像Iを形成することができる。そのため、後述する第3、第4の実施形態の場合において説明するように、高い装飾性や高いデザイン性を有する画像表示装置を容易に構成することが可能になる。
 光源とする表示装置1001は、半導体発光素子1004として、たとえば、InAlGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)等の発光層を含む窒化ガリウム系化合物半導体素子とすることができる。このような窒化ガリウム系化合物半導体素子を、マイクロLED素子に加工して、基板1002上に形成したものとすることによって、高いコントラストを有する画像の表示が可能になる。そのため、本実施形態の画像表示装置1000は、より鮮明な画像を空中に表示することができる。
 本実施形態では、具体例として、結像素子310として平板形成された基材312を利用したので、薄型の結像素子310とすることができ、コンパクトな画像表示装置1000とすることが可能になる。上述の第1の実施形態やその変形例の結像素子を画像表示装置に適用することによって、結像素子のそれぞれの特徴に応じた画像表示装置とすることができる。
 (第3の実施形態)
 図25は、本実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な側面図である。
 本実施形態では、画像表示装置1100は、加飾パネル1102を備える点で、上述の第2の実施形態の場合と相違する。他の点では、第2の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
 図25に示すように、画像表示装置1100は、表示装置1001と、結像素子310と、加飾パネル1102と、を備える。表示装置1001および結像素子310の構成は、第2の実施形態の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。第2の実施形態の場合と同様に、第1の実施形態の結像素子やその変形例の結像素子を適用することができる。
 加飾パネル1102は、第1面311a側に設けられる。加飾パネル1102は、結像素子310から所定の距離だけ離れて、結像素子310を覆うように設けられている。
 表示装置1001から出射された光線は、リフレクタアレイ20を構成する2面直交リフレクタ30で2回反射して、2回反射光LR2として、リフレクタアレイ20から出射される。リフレクタアレイ20から出射された2回反射光LR2は、加飾パネル1102を介して、2面直交リフレクタ30の直上に結像Iを形成する。加飾パネル1102は、リフレクタアレイ20と結像Iとの間に設けられている。この例では、加飾パネル1102は、リフレクタアレイ20と表示装置1001との間に設けられているが、表示装置1001は、リフレクタアレイ20に光を照射できればよく、Z軸方向で加飾パネル1102よりもリフレクタアレイ20に近い位置としてもよい。あるいはリフレクタアレイ20と表示装置1001との間には加飾パネル1102を設けないこともできる。
 加飾パネル1102は、額縁状のパネル部材であり、その額縁部分には装飾が施されている。額縁部分で取り囲まれた領域は、ヘイズ(Haze)値が小さく光透過性を有しており、リフレクタアレイ20からの2回反射光を透過する。ヘイズ(Haze)値は小さいほど望ましく、たとえば20%以下、より望ましくは5%以下である。たとえば、加飾パネル1102の額縁部分には、自動車の速度メータが設置される面の木目柄の模様が施されている。表示装置1001が速度メータを表す画像を表示することにより、その画像が加飾パネル1102を介して結像され、利用者が見ると、あたかも速度メータが木目柄のインストルメントパネルに設けられているように見える。
 加飾パネル1102の額縁部分に囲まれた領域が2回反射光を透過できるように、加飾パネル1102は、十分な光透過性を有する材料で形成される。
 加飾パネル1102について、額縁部分に囲まれた透光性を有する領域に、模様を施してもよい。たとえば、額縁部分に囲まれた領域に、固定表示模様を施すことができる。固定表示模様は、たとえば、自動車の速度メータの文字盤等である。額縁部分に囲まれた透光性を有する領域に、木目柄のような任意の模様を施し、画像表示装置1100が、速度メータ等の動画を表示するようにしてもよい。このような場合には、画像表示装置1100が空中画像を表示しないときには、木目柄のパネルに見え、画像表示装置1100が空中画像を表示するときには、この木目柄のパネルの手前に速度メータを表示することができる。速度メータの文字盤や木目柄等の任意の模様を加飾パネル1102の固定表示模様とすることによって、画像表示装置1100は、画像表示装置1100が出力する空中画像のためのデータを小容量のものとしつつ、利用者に十分な情報量を提供することができる。
 このように、加飾パネル1102を付加することによって、画像表示装置1100の全体としての表示に関する情報量を拡大することができる。加飾パネル1102は、画像表示装置1100の用途に応じて種々に選定することができるので、高い装飾性や高いデザイン性を表現することができる。なお、図25では、表示装置1001から出射された光線は、加飾パネル1102を介してリフレクタアレイ20に到達するように描かれている。加飾パネル1102の額縁部分が表示装置1001から出射された光線の光路にあたる場合には、リフレクタアレイ20に到達する光量が減少したり、額縁部分のデザインと出射光が重なって干渉したりすることを抑制するために、必要に応じて額縁部分の対応する箇所のデザインは削除される。あるいは、加飾パネル1102によって遮られる箇所の空中表示の輝度を部分的に上げるようにしてもよい。その場合には、加飾パネル1102の形状や模様等に応じて、表示装置1001から出射される光の輝度を部分的に上げる等の適切な対応がなされる。
 本実施形態の画像表示装置1100の効果について説明する。
 2面直交リフレクタによる結像素子を用いた反射型の画像表示装置やコーナーキューブリフレクタを結像素子に用いた画像表示装置では、結像に装飾的効果をもたせるためには、結像素子とは異なる位置に装飾的効果のための構成要素を追加的に配置せざるを得ない。そのため、装置全体の大形化が避けられない。
 本実施形態の画像表示装置1100では、加飾パネル1102が第1面311a側に設けられている。結像素子310は、上述の第2の実施形態の場合と同様に、結像素子310の直上の空中に画像を結像させることができる。空中に結像される画像は、加飾パネル1102の透光性を有する領域を通過して形成されるので、画像が結像される位置の観察者は、加飾パネル1102上の領域に空中画像が形成されているように見える。したがって、装置の構造を複雑化せず、装置の大形化もともなわずに、高い装飾性や高いデザイン性を有する画像表示装置を容易に実現することができる。
 (第4の実施形態)
 図26は、本実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な側面図である。
 本実施形態では、画像表示装置1200は、表示パネル1202を備える点で、上述の第2の実施形態の場合と相違する。他の点では、第2の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
 図26に示すように、画像表示装置1200は、表示装置1001と、結像素子310と、表示パネル(第2表示装置)1202と、を備える。表示装置1001および結像素子310の構成は、第2の実施形態の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。第2の実施形態の場合と同様に、第1の実施形態の結像素子やその変形例の結像素子を適用することができる。
 表示パネル1202は、第2面311b側に設けられる。結像素子310は、表示パネル1202上に設けられている。この例では、結像素子310は、平板状の基材312を用いているため、平板状の表示パネル1202が第2面311bに密着して設けられている。第1の実施形態の場合のように結像素子が曲面を有する基材を用いている場合には、表示パネルは、たとえば、YZ平面視で、Z軸の負方向に凸となる円弧の一部をなすようにあらかじめ湾曲されている。表示パネル1202は、可撓性のある材料で形成されていてもよく、その場合には、表示パネルを湾曲させながら結像素子の設置面に密着させる。
 表示パネル1202は、図示しないが、画像を表示するパネルのほか、パネルへの動画や静止画の表示を制御するための制御回路や駆動回路等が設けられる。制御回路や駆動回路等は、たとえば、表示パネル1202よりもZ軸の負方向の側に設けられる。表示パネル1202は、制御回路および駆動回路等の動作にしたがって、Z軸の正方向に向かって、動画や静止画を表示する。表示パネル1202のための駆動回路や制御回路等は、表示パネル1202とは別の筐体の制御装置内に収納されてもよい。
 表示パネル1202に表示される動画や静止画は、表示装置1001が表示する画像とは独立に表示される。あるいは、表示パネル1202に表示される動画や静止画は、表示装置1001が表示する画像に連動して表示される。たとえば、表示パネル1202に表示される動画や静止画は、表示装置1001が表示する画像によって結像される画像のバックグラウンドとして表示される。具体的には、表示パネル1202が表示する画像は、たとえば、ゲームやアニメのキャラクタ等の画像である。
 本実施形態において、各変形例は、適宜組み合わせることができる。たとえば、本実施形態の場合の表示パネル1202が表示する画像および表示装置1001が空中に表示する画像の両方を表示するように、第3の実施形態の場合の加飾パネル1102を設けるようにしてもよい。
 本実施形態の画像表示装置1200の効果について説明する。
 本実施形態の画像表示装置1200は、結像素子310の背面に表示パネル1202を備えている。画像表示装置1200が結像素子310の背面に表示パネル1202を備えることによって、表示パネル1202が表示する動画や静止画に重ねて、結像素子310による画像を空中表示することができる。そのため、利用者は、多くの情報量を視認することができるようになり、画像表示装置1200は、高い装飾性や高いデザイン性を実現するとともに、高度な情報処理端末として機能させることも可能になる。
 以上説明した実施形態によれば、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置を実現することができる。
 以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
 実施形態は、以下の態様を含む。
 (付記1)
 結像素子と、
 前記結像素子に光を照射する光源と、
 を備え、
 前記結像素子は、
 第1面および前記第1面の反対側に位置する第2面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
 前記リフレクタアレイは、第1方向に沿って設けられた複数の2面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
 前記複数の2面直交リフレクタは、前記第1面の側からの光を反射するように設けられた第1反射面と、前記第1反射面に直交するように設けられ、前記第1反射面からの反射光を前記第1面の側に反射するように設けられた第2反射面と、をそれぞれ含み、
 前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第1反射面と前記第2反射面とが交差する直線と、前記第1方向および前記第1方向に交差する第2方向を含む仮想平面と、の間の角度は、0°よりも大きく、90°よりも小さい値に設定され、
 前記第1反射面と前記仮想平面との間の角度は、45°よりも大きく、90°よりも小さい値に設定され、
 前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第1リフレクタ行を含み、
 前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第1リフレクタ行から前記第2方向に離れるほど大きい値に設定され、
 前記光源は、前記第1面側に設けられ、
 前記複数の2面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第1反射面で反射された1回反射光の一部が、前記第2反射面に向かって進行するように設けられた画像表示装置。
 (付記2)
 前記複数の2面直交リフレクタのそれぞれは、前記1回反射光の前記一部が、前記第2反射面で反射されて第3方向に進行するように設けられ、
 前記第3方向は、前記第1方向および前記第2方向に直交する付記1記載の画像表示装置。
 (付記3)
 前記リフレクタアレイを覆って設けられた透光性を有する加飾パネルをさらに備え、
 前記第2反射面で反射された2回反射光は、前記加飾パネルを介して前記リフレクタアレイから出射される付記1または2に記載の画像表示装置。
 (付記4)
 前記光源は、第1画像を表示可能な第1表示装置であり、
 前記第1表示装置は、基板と、前記基板上に設けられた複数の半導体発光素子と、を含む付記1~3のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記5)
 前記基材は、透光性を有する材料を含む付記1~4のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記6)
 前記基材では、前記第1面は、前記仮想平面に平行な平面であり、
 前記リフレクタアレイは、前記第1面上に設けられた付記1~5のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記7)
 前記基材は、透光性を有し、
 前記基材では、前記第2面は、前記仮想平面に平行な平面であり、
 前記リフレクタアレイは、前記第2面上に設けられた付記1~5のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記8)
 前記基材では、前記第1面は、前記第2方向および第3方向を含む平面視で、前記第2面の側に向かって凸となるように設けられ、
 前記第3方向は、前記第1方向および前記第2方向に直交し、
 前記リフレクタアレイは、前記第1面上に設けられ、
 前記複数のリフレクタ行の、前記直線と前記第1面とのなす角の角度は、それぞれ等しい値に設定された付記1~5のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記9)
 前記基材は、透光性を有し、
 前記第2面は、前記第2方向および第3方向を含む平面視で、前記第1面の側から凸となるように設けられ、
 前記第3方向は、前記第1方向および前記第2方向に直交し、
 前記リフレクタアレイは、前記第2面上に設けられ、
 前記複数のリフレクタ行の、前記直線と前記第2面とのなす角の角度は、それぞれ等しい値に設定された付記1~5のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記10)
 前記リフレクタアレイを覆うように設けられた保護層をさらに備えた付記1~9のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記11)
 前記複数のリフレクタ行のうち隣接して配置されたリフレクタ行の間に光反射性を有する部材を含む付記1~10のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記12)
 前記複数のリフレクタ行のうち隣接して配置されたリフレクタ行の間に光吸収性を有する部材を含む付記1~10のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 (付記13)
 第2画像を表示可能な第2表示装置をさらに備え、
 前記基材は、透光性を有し、
 前記結像素子は、前記第2表示装置上に設けられた付記1~10のいずれか1つに記載の画像表示装置。
 10,110,210,210a,310,310a 結像素子、11a,211a,311a,611a 第1面、11b,111b,211b,311b,611b 第2面、12,112,212,212a,312,612 基材、20 リフレクタアレイ、22,722 リフレクタ行、30,730 2面直交リフレクタ、31,731 第1反射面、32,732 第2反射面、33 谷側接続線、1000,1100,1200 画像表示装置、1001 表示装置、1002 基板、1004 半導体発光素子、1102 加飾パネル、1202 表示パネル、S,S1 光源、P0 仮想平面

Claims (13)

  1.  結像素子と、
     前記結像素子に光を照射する光源と、
     を備え、
     前記結像素子は、
     第1面および前記第1面の反対側に位置する第2面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
     前記リフレクタアレイは、第1方向に沿って設けられた複数の2面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
     前記複数の2面直交リフレクタは、前記第1面の側からの光を反射するように設けられた第1反射面と、前記第1反射面に直交するように設けられ、前記第1反射面からの反射光を前記第1面の側に反射するように設けられた第2反射面と、をそれぞれ含み、
     前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第1反射面と前記第2反射面とが交差する直線と、前記第1方向および前記第1方向に交差する第2方向を含む仮想平面と、の間の角度は、0°よりも大きく、90°よりも小さい値に設定され、
     前記第1反射面と前記仮想平面との間の角度は、45°よりも大きく、90°よりも小さい値に設定され、
     前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第1リフレクタ行を含み、
     前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第1リフレクタ行から前記第2方向に離れるほど大きい値に設定され、
     前記光源は、前記第1面側に設けられ、
     前記複数の2面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第1反射面で反射された1回反射光の一部が、前記第2反射面に向かって進行するように設けられた画像表示装置。
  2.  前記複数の2面直交リフレクタのそれぞれは、前記1回反射光の前記一部が、前記第2反射面で反射されて第3方向に進行するように設けられ、
     前記第3方向は、前記第1方向および前記第2方向に直交する請求項1記載の画像表示装置。
  3.  前記リフレクタアレイを覆って設けられた透光性を有する加飾パネルをさらに備え、
     前記第2反射面で反射された2回反射光は、前記加飾パネルを介して前記リフレクタアレイから出射される請求項1記載の画像表示装置。
  4.  前記光源は、第1画像を表示可能な第1表示装置であり、
     前記第1表示装置は、基板と、前記基板上に設けられた複数の半導体発光素子と、を含む請求項1記載の画像表示装置。
  5.  前記基材は、透光性を有する材料を含む請求項1記載の画像表示装置。
  6.  前記基材では、前記第1面は、前記仮想平面に平行な平面であり、
     前記リフレクタアレイは、前記第1面上に設けられた請求項1記載の画像表示装置。
  7.  前記基材は、透光性を有し、
     前記基材では、前記第2面は、前記仮想平面に平行な平面であり、
     前記リフレクタアレイは、前記第2面上に設けられた請求項1記載の画像表示装置。
  8.  前記基材では、前記第1面は、前記第2方向および第3方向を含む平面視で、前記第2面の側に向かって凸となるように設けられ、
     前記第3方向は、前記第1方向および前記第2方向に直交し、
     前記リフレクタアレイは、前記第1面上に設けられ、
     前記複数のリフレクタ行の、前記直線と前記第1面とのなす角の角度は、それぞれ等しい値に設定された請求項1記載の画像表示装置。
  9.  前記基材は、透光性を有し、
     前記第2面は、前記第2方向および第3方向を含む平面視で、前記第1面の側から凸となるように設けられ、
     前記第3方向は、前記第1方向および前記第2方向に直交し、
     前記リフレクタアレイは、前記第2面上に設けられ、
     前記複数のリフレクタ行の、前記直線と前記第2面とのなす角の角度は、それぞれ等しい値に設定された請求項1記載の画像表示装置。
  10.  前記リフレクタアレイを覆うように設けられた保護層をさらに備えた請求項1記載の画像表示装置。
  11.  前記複数のリフレクタ行のうち隣接して配置されたリフレクタ行の間に光反射性を有する部材を含む請求項1のいずれか1つに記載の画像表示装置。
  12.  前記複数のリフレクタ行のうち隣接して配置されたリフレクタ行の間に光吸収性を有する部材を含む請求項1のいずれか1つに記載の画像表示装置。
  13.  第2画像を表示可能な第2表示装置をさらに備え、
     前記基材は、透光性を有し、
     前記結像素子は、前記第2表示装置上に設けられた請求項1記載の画像表示装置。
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Citations (3)

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WO2009020147A1 (ja) * 2007-08-07 2009-02-12 National Institute Of Information And Communications Technology 2点結像光学素子
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