WO2023276329A1 - 結像素子および画像表示装置 - Google Patents

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WO2023276329A1
WO2023276329A1 PCT/JP2022/012835 JP2022012835W WO2023276329A1 WO 2023276329 A1 WO2023276329 A1 WO 2023276329A1 JP 2022012835 W JP2022012835 W JP 2022012835W WO 2023276329 A1 WO2023276329 A1 WO 2023276329A1
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WO
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reflector
orthogonal
imaging element
dihedral
light
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PCT/JP2022/012835
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肇 秋元
Original Assignee
日亜化学工業株式会社
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    • G02—OPTICS
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    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical 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
    • G02B30/56—Optical 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
    • G—PHYSICS
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    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/12—Reflex reflectors
    • G02B5/122—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
    • G02B5/124—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type plural reflecting elements forming part of a unitary plate or sheet

Definitions

  • the embodiments of the present invention relate to imaging elements and image display devices.
  • 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.
  • An imaging element and an image display device that have a simple structure and are difficult to display a virtual image are desired.
  • An embodiment of the present invention provides an imaging element and an image display device that have a simple structure and are less likely to display a virtual image.
  • An imaging element comprises a base material having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and a reflector array provided on the base material.
  • the reflector array includes a plurality of reflector rows including a plurality of dihedral orthogonal reflectors arranged along a first direction. The plurality of reflector rows are arranged parallel and spaced from each other in a second direction that intersects the 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 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.
  • an angle between a straight line intersecting the first reflecting surface and the second reflecting surface and a virtual plane including the first direction and the second direction is 0°. and less than 90°, and the angle between the first reflecting surface and the virtual plane is set to a value greater than 45° and less than 90°.
  • 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.
  • the angle between the straight line and the imaginary plane of the remaining reflector rows is set to a larger value as the distance in one direction along the second direction from the first reflector row increases. be.
  • 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 reflector rows are arranged parallel and spaced from each other in a second direction that intersects the 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 to be orthogonal to the first reflective surface.
  • an angle between a straight line intersecting the first reflecting surface and the second reflecting surface and a virtual plane including the first direction and the second direction is 0°. and less than 90°, and the angle between the first reflecting surface and the virtual plane is set to a value greater than 45° and less than 90°.
  • 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.
  • the angle between the straight line and the imaginary plane of the remaining reflector rows is set to a larger value as the distance in one direction along the second direction from the first reflector row increases.
  • the light source is provided on the first surface side.
  • part of light emitted from the light source and reflected once by the first reflecting surface travels toward the second reflecting surface, and the Another part of the reflected light is provided so as to travel toward the second surface side.
  • an imaging element and an image display device having a simple structure and in which virtual images are less likely to be displayed are 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. FIG. 2 is a schematic enlarged view of part III of FIG. 1
  • 3 is a schematic plan view illustrating part of the imaging element of the first embodiment
  • 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
  • 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. 5 is a schematic side view illustrating an imaging element according to a first modified example of the first embodiment
  • FIG. 11 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 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. 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 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
  • FIG. 11 is a schematic side view illustrating part of an imaging element according to a fourth modified example of the first embodiment
  • FIG. 12 is a schematic enlarged plan view illustrating a part of an imaging element according to a fifth modified example 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 a schematic plan view for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment
  • FIG. 10 is a schematic side view illustrating an imaging element of another comparative example for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic side view for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic side view for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic side view for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic side view for explaining the operation of the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a schematic side view for explaining the operation of 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 diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a
  • 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 side view illustrating 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 at which the image is formed can be sufficiently distant and different from the position at which the light source is provided.
  • the reflector row 22 is provided along the X-axis direction.
  • a plurality of reflector rows 22 are provided substantially parallel to each other along the Y-axis direction.
  • the plurality of reflector rows 22 are arranged at substantially equal intervals in the Y-axis direction with respect to adjacent reflector rows 22 .
  • the interval between the reflector rows 22 can be any length, for example, about the length of the reflector rows 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. 3 is a schematic enlarged view of section III in FIG.
  • 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 20 cm in the Y-axis direction.
  • 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 reflecting surface 31 and the second reflecting 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 substrate.
  • 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 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 direction 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 is incident on the first reflecting surface 31
  • the light ray LL is reflected by the first reflecting surface 31 .
  • the reflected light LR1 reflected by the first reflecting surface 31 is reflected again by the second reflecting surface 32 .
  • the 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 to a position different from the light source on the first surface 11a side with respect to the base material 12 .
  • 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.
  • the reflective action of the dihedral orthogonal reflector 30 is reversible. Therefore, a ray incident on the dihedral orthogonal reflector 30 is reflected in the opposite direction along the incident ray LL in FIG. 4C when incident along the twice-reflected ray LR2 in the opposite direction.
  • the dihedral orthogonal reflector 30 in addition to the two-time reflection as in this example, there are cases where the light is reflected on one of the two reflecting surfaces and the once-reflected light is emitted as it is.
  • 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.
  • the operation of reflector 30 can be explained in a similar manner as described above. In the following, when describing the operation of the image forming element, the case where 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 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 constitutes each of the plurality of reflector rows 22 shown in FIGS. As described with reference to FIGS. 1 and 3, 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 five 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 between 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.
  • 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 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 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. That is, the first surface 311a may be the virtual plane P0.
  • 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.
  • Reflector array 20 and substrate 312 are 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.
  • 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.
  • light rays that have not entered either the first reflecting surface 31 or the second reflecting surface 32 escape in the negative direction of the Z-axis.
  • Part of the light reflected by the first reflecting surface 31 goes toward the second reflecting surface 32, and the rest of the light escapes in the negative direction of the Z-axis without going toward the second reflecting surface 32.
  • part of the light ray LL in FIG. 4C may travel straight without being reflected by any reflecting surface.
  • the light rays and the reflected light passing through the second surface may be transmitted through the base material as they are, or may be absorbed by the base material.
  • 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.
  • the light absorber 414 is formed by applying black paint, for example.
  • the reflector rows 22 are formed where the light absorber 414 is not coated, the exposed portions of the base 36 shown in FIGS. 3 and 4A-4B may also be coated with black paint. .
  • 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 absorbency to the entire base material, it is possible to prevent light rays passing through the reflector array and traveling toward the second surface from returning to the first surface 611a after being reflected by the second surface 611b.
  • 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. good too.
  • 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 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.
  • a rectangle having a long side along the Y-axis direction of the first reflecting surface and the second reflecting surface is used. By doing so, the length of the dihedral orthogonal reflector in the Y-axis direction can be reduced, and the size of the imaging element can be reduced.
  • 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 .
  • Reflected light LR ⁇ b>1 reflected by the first reflecting surface 31 is reflected by the second reflecting surface 32 .
  • Reflected light LR ⁇ b>2 reflected by the second reflecting surface 32 is reflected by the third reflecting surface 35 .
  • 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 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 and 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 and 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 and the dihedral orthogonal reflector 30, the dihedral orthogonal reflector 30 differs from the corner cube reflect
  • the reflected light LR2 reflected by the second reflecting surface 32 travels straight.
  • the valley-side connection line 33 is provided at a predetermined angle from the XY plane, the reflected light LR2 emitted from the dihedral orthogonal reflector 30 is emitted to the same side as the side on which the light ray LL is incident. be.
  • 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 a plane 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 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°.
  • ⁇ is set to 0°, an image is formed on the light source side (see Patent Document 1, etc.), and when ⁇ is set to 90°, the imaging element is formed via a dihedral orthogonal reflector. This is the operation of a transmissive imaging element that forms an image on the side opposite to the light source with respect to the reference.
  • the angle ⁇ corresponds to the angle with respect to the mounting surface of the corner cube reflector in a known retroreflective imaging element, and is the angle with respect to the mounting surface of the corner cube reflector described with reference to FIG. 12A. 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. They 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 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 bending 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, an image can be formed on the side where the light source is arranged. become.
  • a light ray LL incident from the light source S is reflected only once by each of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 without being reflected twice, and is emitted to the same side as the light source S. It is shown for the case where it is not.
  • the reflected light reflected by the first reflecting surface 31 LR1 travels below the 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.
  • light rays LL emitted from the light source S that do not enter the first reflecting surface 31 or the second reflecting surface 32 are directly directed below the bihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3. proceed.
  • the angles ⁇ 1 to ⁇ 3 are set according to the positions of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3 on the Y axis, so that an image is formed on the same side as the light source S.
  • the dihedral orthogonal reflector by using the dihedral orthogonal reflector, the once-reflected light and the non-reflected light are not imaged on the same side as the light source S. Therefore, since no virtual image other than a real image is formed on the light source S side, ghost can be suppressed. 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.
  • the light ray LL emitted from the light source S1 is reflected twice by each of the dihedral orthogonal reflectors 30-1 to 30-3, and the reflected light LR2 forms an image at the position of the image I1.
  • the light ray LL incident on the dihedral orthogonal reflector 30 from the light source S1 is reflected by the first reflecting surface 31, and the reflected light LR1 does not go to the second reflecting surface 32, but reaches the first surface 11a. may be emitted to the side.
  • This reflected light LR1 may form an image at a position different from the position of the image I1 shown in FIG.
  • This image becomes a virtual image.
  • the reflected light reflected once by the dihedral orthogonal reflector 30 is reflected toward the first surface 11a without being reflected twice, the light is formed as a real image on the side where the light source S1 is arranged.
  • a virtual image is formed at a position different from the imaging position of the real image.
  • the position where the real image is formed in this case can be 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, and setting the angle according to the curvature. You can find it, or you can find it in some other way.
  • FIG. 18 is a schematic diagram for explaining a calculation example regarding the imaging element of this embodiment.
  • a method of determining the emission angle of reflected light reflected twice by the dihedral orthogonal reflector of the imaging element 10 shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIG.
  • the fact that the corner cube reflector described in connection with FIG. 12A is retroreflected by three reflective surfaces is used.
  • 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. Become.
  • 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, then ⁇ and the output angle is almost aligned with ⁇ . It becomes possible to form an image.
  • 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 lines 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 ⁇ .
  • the reflected light LR2 incident on the reflecting surface C is the same as the reflecting surface C shown in FIG. 20A. is incident on at an angle ⁇ .
  • 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 substrate of any shape according to the size of the image forming 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.
  • 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 10 and a light source 1 .
  • the imaging element 10 includes a substrate 12 and a reflector array 20 represented by the envelope of the vertices 34a of the dihedral orthogonal reflector 30 shown in FIG. 4B.
  • the reflector array 20 of FIG. 22 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. .
  • the light source 1 may be an image forming means, which may include a plurality of light emitting pixels and their driving circuitry.
  • the image forming means is, for example, a micro LED array, a micro OLED display, or a liquid crystal display panel.
  • the imaging element of the image display device 1000 of this embodiment can be the imaging element 10 of the first embodiment.
  • an imaging element that can be applied to the image display device 1000 an appropriate combination of the first to fifth modifications of the imaging element of the first embodiment may be used.
  • the image display devices of the modified example of the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, which will be described later the first to fifth modified examples are applied to the imaging element of the first embodiment. An appropriate combination may be used.
  • the light source 1 is provided on the side of the first surface 11a.
  • the light source 1 is provided directly above the reflector array 20 .
  • the light source 1 emits to the reflector array 20 a light ray containing a component in the normal direction of the virtual plane P0.
  • the virtual plane P0 is the same as described with reference to FIG.
  • the virtual plane P0 is a plane parallel to a tangential plane that is in contact with a point located on the most negative direction side of the Z-axis among a portion of the arc of the first surface 11a.
  • the distance between the light source 1 and the reflector array 20 is made smaller than the distance between the center of the arc and the reflector array 20, for example half the distance between the center of the arc and the reflector array 20. to some extent.
  • the light ray LL incident from the light source 1 is reflected twice by the dihedral orthogonal reflector 30 and emitted to the first surface 11a side.
  • the emitted reflected light LR2 forms an image I at a position different from the position of the light source 1 on the first surface 11a side.
  • the position where the image I is formed is determined by the angle of the dihedral orthogonal reflector 30 with respect to the virtual plane P0.
  • FIG. 23 is a schematic side view illustrating an image display device according to this modification.
  • an image display device 1100 of this modification includes an imaging element 10 , a light source 1 , a reflector array 20 , and further includes an optical element 50 .
  • This modified example is different from the second embodiment in that an optical element 50 is provided, and is otherwise the same as the second embodiment.
  • the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the optical element 50 is provided between the light source 1 and the imaging element 10 .
  • the optical element 50 is a convex lens in this example.
  • FIG. 23 shows the position of the light source 1 as the position of the virtual image G when the convex lens as the optical element 50 is not provided.
  • the focal length of the convex lens that is the optical element 50 is set to be shorter than the distance between the optical element 50 and the virtual image position. Therefore, by providing the optical element 50 between the light source 1 and the imaging element 10, the distance between the light source 1 and the imaging element 10 can be shortened.
  • the optical element is not limited to a convex lens, and the light source 1 can be positioned at a desired position by using a reflecting mirror or the like or by combining with a lens.
  • 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 this embodiment uses the imaging element 10 of the first embodiment, the imaging element 10 operates as described above. In this embodiment, a light ray incident on the image forming element 10 from the light source 1 provided on the first surface 11a side is reflected twice by the dihedral orthogonal reflector, emitted to the first surface 11a side, and imaged. do.
  • a light ray incident on the imaging element 10 from the light source 1 is reflected twice by the dihedral orthogonal reflector, and is reflected on the same side as the light source 1 when the substrate 12 is used as a reference. is imaged in a region R shifted in the Y-axis direction.
  • the length in the Z-axis direction and the length in the Y-axis direction of the region R are determined by adjusting or setting the angle of the dihedral orthogonal reflectors forming the reflector array 20 with respect to the virtual plane P0 and the position of the light source 1 .
  • the imaging position can be a position in the Y-axis direction that is sufficiently distant from the position of the light source 1 in the Y-axis direction, and can also be a position that is sufficiently higher than the position of the light source 1 in the Z-axis direction. can also be positioned lower.
  • the virtual plane P0 is the tangential plane at the lowest position in the Z-axis direction of the first surface 11a and a portion of the arc of the reflector array 20.
  • the lengths in the Z-axis direction of both ends of the imaging element 10 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 is reflected twice by the dihedral orthogonal reflector and emitted to the first surface 11a side.
  • the image display device 1000 of this embodiment includes the imaging elements of the first embodiment and the first to fifth modifications described above, the above effects are exhibited. That is, the image I can be formed at a position different from the light source 1 on the side of the first surface 11 a where the light source 1 is arranged.
  • the light source 1 is arranged so that the reflected light reflected twice by the dihedral orthogonal reflector is emitted toward the first surface 11a. It can be imaged in space.
  • image display devices using corner cube reflectors use the retroreflection of corner cube reflectors, so it is necessary to incorporate a complicated optical circuit in order to form an image at a position different from the position of the light source. Therefore, it has been pointed out that the structure of the image display device becomes complicated, the device becomes large, and it is difficult to avoid an increase in cost.
  • the dihedral orthogonal reflector is used as a transmissive imaging element, and the dihedral orthogonal reflector is provided between the light source and the imaging position. , it is difficult to miniaturize the device. Therefore, an imaging element using a reflective dihedral orthogonal reflector has been studied (see Patent Document 1). However, in the imaging element using these dihedral orthogonal reflectors, there is a problem that a virtual image is formed on the imaging side due to the principle of operation of the dihedral orthogonal reflector, and it is difficult to avoid the formation of the virtual image. .
  • the image display device 1000 of the present embodiment includes the imaging element 10 including the reflector array in which a plurality of reflector rows are spaced apart, the reflected light forming the virtual image is exits to different sides. Therefore, when the image display device 1000 is applied to the interior of an automobile or other non-contact operation panel, a virtual image is not formed on the imaging side of the real image, and the image is formed in a space sufficiently distant from the position of the light source. can be imaged. Therefore, it is possible to display necessary information without occupying the space inside the automobile with the device, and it is possible to realize a safe and secure non-contact operation panel.
  • the image display device 1100 of the modified example by combining the optical element 50, it is possible to achieve further miniaturization and an image display device with an arbitrary shape.
  • FIG. 25 is a schematic side view illustrating the image display device according to this embodiment.
  • an image display device 1200 of this embodiment includes an imaging element 10 , a light source 1 and an optical element 350 .
  • Image display device 1200 further includes housing 302 .
  • This embodiment includes an optical element 350 that is different from the modification of the second embodiment, and has a housing 302 that houses the imaging element 10, the light source 1, and the optical element 350. It differs from the example.
  • the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
  • a reflecting mirror is used as the optical element 350 in the image display device 1200 of the present embodiment. 25, the position of the light source without the optical element 350 is shown as the position of the virtual image G. FIG. In this embodiment, by using a reflecting mirror as the optical element 350, the optical path of the light beam emitted from the light source 1 can be bent, so that it can be easily housed in the housing 302 having a limited inner volume. By using a curved reflecting mirror as the optical element 350, it is possible to generate the virtual image G without fear of chromatic aberration. Instead of or in addition to the reflector, other optical elements such as lenses may be used.
  • the image display device 1200 of this embodiment includes a housing 302 that houses the imaging element 10, the light source 1, and the optical element 350.
  • the imaging element 10, the light source 1, and the optical element 350 are covered by the housing. ing.
  • a window (window member) 304 is provided between the imaging element 10 and the image I that can be formed by said imaging element.
  • An image I formed by reflected light emitted by the imaging element 10 is formed through a window 304 provided in the housing 302 .
  • the window 304 is made of a translucent material, such as transparent resin or colored resin.
  • the window 304 preferably has a haze value of 50% or less, preferably 5% or less.
  • the image display device 1200 of this embodiment has the same effects as in the case of the second embodiment. It can be excluded from the view of the user of the image display device 1200 . Therefore, the user is psychologically released from the state of device occupation, and the user can feel the limited space to be more spacious.
  • the imaging element 10, the light source 1, and the optical element 350 can be shielded from the outside by the housing 302 to protect the imaging element 10, the light source 1, and the optical element 350 from the external environment such as condensation and dust. be able to. Also, the influence of environmental light flare on the image formation I can be avoided.
  • FIG. 26 is a schematic side view illustrating the image display device according to this embodiment.
  • the image display device 1300 of this embodiment includes an imaging element 310 a and a light source device 460 .
  • the imaging element 310a is the same as in the variant of the first embodiment described in connection with FIG. 9B.
  • the imaging element is not limited to this, and can be applied by appropriately combining the first embodiment and its modifications.
  • the light source device 460 and the imaging element 310a are provided separately, and the user uses them in any combination.
  • the light source device 460 includes the light source 1 and the optical element 50, and may include, for example, a power supply circuit for driving the light source, a drive circuit, a memory circuit, and the like, although they are not shown.
  • the light source device 460 and the imaging element 310a are separated, and the light source device 460 has the optical element 50 built therein. Therefore, the user of the image display device 1300 can store the light source device 460 and the imaging element 310a as appropriate, take them out when necessary, and use them in combination as appropriate.

Abstract

実施形態に係る結像素子は、第１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、を備える。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。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列される。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。前記第２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

結像素子および画像表示装置
　本発明の実施形態は、結像素子および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により、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。また、コーナーキューブリフレクタを用いる結像素子では、装置の構造が複雑となり、大型化するとの指摘がある。
　簡素な構造で虚像の表示されにくい結像素子および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、簡素な構造で虚像の表示されにくい結像素子および画像表示装置を提供する。
　本発明の一実施形態に係る結像素子は、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、前記基材に設けられたリフレクタアレイと、を備える。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。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列される。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方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定される。
　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。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列される。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方向に沿って一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１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側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、簡素な構造で虚像の表示されにくい結像素子および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。 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。 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を例示する模式的な側面図である。 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とは、十分に離れた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、隣接するリフレクタ行２２ごとにＹ軸方向に間隔をあけて、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ため、図３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３は、図１のＩＩＩ部の模式的な拡大図である。
　図３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２面直交リフレクタ１０００個を、Ｙ軸方向２０ｃｍにわたって配列することができる。
　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。
　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、基材１２を基準にして、第１面１１ａ側からの入射光を第１面１１ａ側の光源とは異なる位置に出射する。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。２面直交リフレクタ３０の反射動作は、可逆的である。したがって、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。また、２面直交リフレクタ３０では、この例のような２回反射だけではなく、２つの反射面のうち一方に反射して、１回反射光がそのまま出射される場合もある。
　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、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。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を、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している。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。
　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に示した複数のリフレクタ行２２のそれぞれを構成する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。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。
　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。つまり、第１面３１１ａは、仮想平面Ｐ０としてもよい。
　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。
　このように構成することによって、薄型化された結像素子３１０，３１０ａを実現することが可能になる。
　（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にも入射しなかった光線は、そのままＺ軸の負の方向に抜ける。第１反射面３１で反射された光の一部は、第２反射面３２に向かい、それ以外の光は、第２反射面３２に向かわずにＺ軸の負の方向に抜ける。また、図４Ｃにおける光線ＬＬの一部は、どの反射面にも反射せず、そのまま直進する場合もある。このように、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、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～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、長方形としてもよい。
　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。
　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。
　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を比較すると、２面直交リフレクタ３０では、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、平面上に配置され、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、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、周知の再帰反射型の結像素子におけるコーナーキューブリフレクタの設置面に対する角度に対応し、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面直交リフレクタを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する。
　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、次のように概念的に理解される。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、光源が配置された側で結像させることができるようになる。
　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回だけ反射され、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にも第２反射面３２にも入射されないものは、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Ｙ軸における位置に応じた角度Θ１～Θ３とすることによって、光源Ｓと同じ側に結像させると同時に、２面直交リフレクタを用いることで１回反射光や反射しない光線を、光源Ｓと同じ側に結像させることがない。そのため、光源Ｓの側に実像以外の虚像を形成しないので、ゴーストの抑制が可能となる。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、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、その反射光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。この反射光ＬＲ１は、図１６に示した結像Ｉ１の位置とは異なる位置に像を結ぶことがある。この像は、虚像となる。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を形成する。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てもよいし、他の方法で求めてもよい。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。最終的には、光源Ｓの位置の場合であっても、光源Ｓ１の位置の場合であっても、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、実験やシミュレーション等を用いることによって、適切に２面直交リフレクタの角度Θ１～Θ３を設定することができる。たとえば図１４に示す実施形態の場合では、光源Ｓを仮想平面Ｐ０のほぼ直上とし、あるいは図１６に示す実施形態の場合では、結像Ｉ１を仮想平面Ｐ０のほぼ直上としている。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や結像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°、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から垂直方向に反射光ＬＲ３が出射するものとすると、反射面Ｃへ入射する反射光ＬＲ２は、図２０Ａに示した反射面Ｃに角度βで入射する。反射光ＬＲ１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）
　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１０と、光源１と、を備える。図２２では、結像素子１０は、基材１２と、リフレクタアレイ２０と、を含んでおり、リフレクタアレイ２０は、図４Ｂで示した２面直交リフレクタ３０の頂点３４ａの包絡線で表されている。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。光源１は、画像形成手段とすることができ、画像形成手段は、複数の発光画素と、それらの駆動回路と、を含むことができる。画像形成手段は、たとえばマイクロＬＥＤアレイやマイクロＯＬＥＤディスプレイ、あるいは液晶表示パネル等である。光源１をこのような画像形成手段とすることによって、画像形成手段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。
　本実施形態の画像表示装置１０００の結像素子は、第１の実施形態の場合の結像素子１０とすることができる。画像表示装置１０００に適用することができる結像素子は、第１の実施形態の結像素子に第１～第５の変形例を適宜組み合わせたものを用いるようにしてもよい。後述する第２の実施形態の変形例や第３の実施形態、第４の実施形態の画像表示装置についても同様に、第１の実施形態の結像素子に第１～第５の変形例を適宜組み合わせたものを用いてもよい。
　光源１は、第１面１１ａ側に設けられている。光源１は、リフレクタアレイ２０の直上に設けられる。たとえば、光源１は、仮想平面Ｐ０の法線方向の成分を含む光線をリフレクタアレイ２０に放射する。仮想平面Ｐ０は、図２に関連して説明したものと同じである。仮想平面Ｐ０は、第１面１１ａ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面である。光源１とリフレクタアレイ２０との間の距離は、円弧の中心とリフレクタアレイ２０との間の距離よりも短くされており、たとえば、円弧の中心とリフレクタアレイ２０との間の距離の１／２程度とされている。
　本実施形態の画像表示装置１０００では、光源１から入射された光線ＬＬは、２面直交リフレクタ３０によって、２回反射されて、第１面１１ａの側に出射される。出射された反射光ＬＲ２は、第１面１１ａ側であって、光源１の位置とは異なる位置に結像Ｉを形成する。結像Ｉが形成される位置は、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度によって決定されるのは、第１の実施形態の場合と同様である。
　本実施形態の画像表示装置１０００では、光源１から入射された光線ＬＬのうち、２面直交リフレクタ３０によって１回だけ反射された反射光ＬＲ１は、第１面１１ａ側に出射されず、基材１２を抜けて、第２面１１ｂ側に出射される。
　（変形例）
　図２３は、本変形例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２３に示すように、本変形例の画像表示装置１１００は、結像素子１０と、光源１と、リフレクタアレイ２０と、を備え、光学素子５０をさらに備える。本変形例では、光学素子５０を備える点で、第２の実施形態の場合と相違し、他の点では第２の実施形態の場合と同じである。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。
　光学素子５０は、光源１と結像素子１０との間に設けられている。光学素子５０は、この例では、凸レンズである。図２３には、光学素子５０である凸レンズを設けない場合の光源１の位置が虚像Ｇの位置として示されている。
　本変形例では、光学素子５０である凸レンズの焦点距離は、光学素子５０と虚像位置との距離よりも短くなるように設定されている。そのため、光学素子５０を光源１と結像素子１０との間に設けることによって、光源１と結像素子１０との間の距離を短縮することができる。光学素子は、凸レンズに限らず、反射鏡等を用いたり、レンズと組み合わせたりすることによって、光源１を所望の位置とすることができる。
　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１０は、上述した通りに動作する。
　本実施形態では、第１面１１ａ側に設けられた光源１から結像素子１０に入射された光線は、２面直交リフレクタによって２回反射されて、第１面１１ａ側に出射され、結像する。
　図２４Ａおよび図２４Ｂに示すように、光源１から結像素子１０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、基材１２を基準にしたとき、光源１と同じ側のＹ軸方向にずれた領域Ｒで結像する。領域ＲのＺ軸方向の長さおよびＹ軸方向の長さは、リフレクタアレイ２０を構成する２面直交リフレクタの仮想平面Ｐ０に対する角度と、光源１の位置の調整あるいは設定によって決定される。結像の位置は、光源１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、光源１のＺ軸方向の位置よりも十分に高い位置とすることもできるし、低い位置とすることもできる。
　この例では、第１の実施形態の場合と同様に、仮想平面Ｐ０は、第１面１１ａ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ている。結像素子１０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、ほぼ等しくされている。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、第１面１１ａ側に出射する限りにおいては、仮想平面Ｐ０の位置は、上述に限らず、任意としてもよい。
　本実施形態の画像表示装置１０００の効果について説明する。
　本実施形態の画像表示装置１０００は、上述した第１の実施形態や第１～第５の変形例の結像素子を備えているので、上述の効果を発揮する。すなわち、光源１が配置された第１面１１ａ側であって、光源１とは異なる位置に結像Ｉを形成することができる。
　そのほか、本実施形態の画像表示装置１０００では、２面直交リフレクタによって２回反射した反射光を第１面１１ａ側に出射するように光源１を配置するので、結像素子および光源１から離れた空間に結像させることができる。
　従来、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、コーナーキューブリフレクタの再帰反射を利用するため、光源の位置と異なる位置に像を結ぶために、複雑な光学回路を組み込む必要がある。そのため、画像表示装置の構成が複雑になり、装置が大型化し、コスト上昇を回避しにくいとの指摘がある。
　また、従来、２面直交リフレクタを用いた画像表示装置では、２面直交リフレクタは、透過型の結像素子として利用され、２面直交リフレクタが光源と結像の位置との間に設けられるので、装置を小型化することが難しいとされている。そこで、反射型の２面直交リフレクタを利用した結像素子が検討されている（特許文献１参照）。しかしながら、これらの２面直交リフレクタを利用した結像素子では、２面直交リフレクタの動作原理上、結像する側に虚像が形成され、虚像形成を回避することが困難であるとの問題がある。
　空中表示が可能な画像表示装置の応用として、自動車内での検討が進められているが、本来表示されるべき箇所以外の位置に虚像が表示されると、画像表示装置の操作者以外の者が、その虚像を視認することができてしまい不都合である。また、虚像の形成位置によっては、操作者が虚像を視認して虚像に対して操作してしまう場合もあり得る。
　自動車内以外の応用においても、非接触型の操作パネルの代替として、空中表示パネルを利用する場合には、操作者側に虚像が形成されるのでは、誤操作等を招き、本格的な実用化の障害となっている。
　空中表示パネルを金融端末等に応用する場合には、操作者が視認する位置以外の位置に虚像が形成されるのでは、秘匿されるべき暗証番号が盗み見られる等の懸念も生じ得る。
　本実施形態の画像表示装置１０００では、複数のリフレクタ行の間隔をあけて配置したリフレクタアレイを含む結像素子１０を備えているので、虚像を形成する反射光は、結像を形成する側とは異なる側に抜けていく。そのため、画像表示装置１０００を自動車車内用やその他の非接触型操作パネルに応用した場合であって、実像の結像側に虚像を形成することなく、光源の位置から十分に離れた空間に結像させることができる。そのため、自動車内の空間を装置によって占拠させることなく、必要な情報を表示することが可能になり、安全で安心な非接触型の操作パネルを実現することができる。
　変形例の画像表示装置１１００で示したように、光学素子５０を組み合わせることによって、さらなる小型化や任意形状の画像表示装置を実現することができる。
　（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試的な側面図である。
　図２５に示すように、本実施形態の画像表示装置１２００は、結像素子１０と、光源１と、光学素子３５０と、を備える。画像表示装置１２００は、筐体３０２をさらに備える。
　本実施形態では、第２の実施形態の変形例と異なる光学素子３５０を備え、結像素子１０、光源１および光学素子３５０を収納する筐体３０２を備える点で第２の実施形態やその変形例と相違する。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。
　本実施形態の画像表示装置１２００では、光学素子３５０として、反射鏡を用いる。図２５では、光学素子３５０がない場合の光源の位置が虚像Ｇの位置として示されている。本実施形態では、光学素子３５０として反射鏡を用いることによって、光源１が放射する光線の光路を屈曲させることができるので、内容積が限定された筐体３０２への収納を容易にする。光学素子３５０として曲面反射鏡を用いることで、色収差の生じる懸念なく、虚像Ｇを生成することが可能である。反射鏡に変えて、あるいは反射鏡に加えて、他の光学素子、たとえばレンズ等を用いるようにしてもよい。
　本実施形態の画像表示装置１２００では、結像素子１０、光源１および光学素子３５０を収納する筐体３０２を備えており、結像素子１０、光源１および光学素子３５０は、筐体によって覆われている。窓（窓部材）３０４は、結像素子１０と前記結像素子によって形成され得る結像Ｉとの間に設けられている。結像素子１０が出射する反射光による結像Ｉは、筐体３０２に設けられた窓３０４を介して形成される。窓３０４は、透光性材料で形成され、たとえば透明樹脂あるいは着色樹脂等で形成される。窓３０４の透光性は、５０％以下のヘイズ値とすることが好ましく、望ましくは５％以下である。
　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、第２の実施形態の場合と同様の効果を有し、さらに筐体３０２を備えることによって、結像素子１０、光源１および光学素子３５０等の構成物を画像表示装置１２００の利用者の視界から排除することができる。そのため、装置占有による状態から心理的に開放され、利用者は、限られた空間をより広く感じることができる。また、結像素子１０、光源１および光学素子３５０は、筐体３０２によって外部から遮蔽されることができ、結像素子１０、光源１および光学素子３５０を結露やほこり等の外部環境から保護することができる。また、結像Ｉに対する環境光のフレアなどの影響も回避することができる。
　（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。
　図２６に示すように、本実施形態の画像表示装置１３００は、結像素子３１０ａと、光源装置４６０と、を備える。結像素子３１０ａは、図９Ｂに関連して説明した第１の実施形態の変形例の場合と同じである。結像素子は、これに限らず、第１の実施形態およびその変形例を適宜組み合わせて適用することができる。
　本実施形態では、光源装置４６０と結像素子３１０ａが別体で提供され、利用者がこれらを任意に組み合わせて使用する。光源装置４６０は、光源１および光学素子５０を含み、図示しないが、たとえば光源を駆動する電源回路や駆動回路、記憶回路等を含んでもよい。
　本実施形態では、光源装置４６０および結像素子３１０ａが別体とされ、光源装置４６０には、光学素子５０が内蔵されている。そのため、画像表示装置１３００の利用者は、光源装置４６０および結像素子３１０ａを適宜収納し、必要なときに取り出して適宜組み合わせて利用することができる。
　以上説明した実施形態によれば、簡素な構造で虚像の表示されにくい結像素子および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、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。
　１，Ｓ，Ｓ１　光源、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、５０，３５０　光学素子、３０２　筐体、３０４　窓、１０００，１１００，１２００，１３００　画像表示装置、Ｐ０　仮想平面

Claims (12)

  1. 　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、
    　を備え、
    　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、
    　前記複数のリフレクタ行は、
    　前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
    　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方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定された結像素子。
  2. 　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面との間の角度は、それぞれ等しい値に設定された請求項１記載の結像素子。
  3. 　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面との間の角度は、それぞれ等しい値に設定された請求項１記載の結像素子。
  4. 　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部材を設けた請求項１～３のいずれか１つに記載の結像素子。
  5. 　前記基材は、光吸収部材を含む請求項１または２に記載の結像素子。
  6. 　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１～５のいずれか１つに記載の結像素子。
  7. 　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、
    　前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
    　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反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第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方向に沿って一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１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられた画像表示装置。
  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円弧を含み、
    　前記光源と前記リフレクタアレイとの間の距離は、前記円弧の中心から前記結像素子までの距離よりも短く、
    　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７記載の画像表示装置。
  9. 　前記基材では、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円弧を含み、
    　前記光源と前記リフレクタアレイとの間の距離は、前記円弧の中心から前記結像素子までの距離よりも短く、
    　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７記載の画像表示装置。
  10. 　前記光源と前記結像素子との間に設けられた光学素子をさらに備えた請求項７～９のいずれか１つに記載の画像表示装置。
  11. 　前記結像素子と前記結像素子によって形成され得る結像との間に設けられた窓部材をさらに備えた請求項７～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
  12. 　前記窓部材は、透光性材料を含み、
    　前記透光性材料は、５０％に等しいか５０％よりも小さいヘイズ値を有する請求項１１記載の画像表示装置。
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