專利名稱：反射器陣列光學裝置及使用其的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在觀眾側(cè)的空間中形成被觀察物的實像(實鏡像)的反射式實鏡像形成元件，以及使用其的顯示裝置和使用其的光學裝置。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了通過使用反射式實鏡像形成元件來使得觀眾看到被觀察物在空中的實像(實鏡像)的顯示裝置(參見以下的參考文件I)。具體地，這種使用反射式實鏡像形成元件的顯示裝置包括在觀眾側(cè)的空間中的反射式實鏡像形成光學裝置；以及相對于反射式實鏡像形成光學裝置設(shè)置在與觀眾側(cè)相對的空間中的被觀察物，其中反射式實鏡像形成光學裝置在關(guān)于其對稱面的對稱位置進行被觀 察物的實像(實鏡像)的形成。
參考文件I說明了單位光學元件(各個稱為二面角反射器)作為反射式實鏡像形成光學裝置，其中各個單位光學元件具有彼此垂直的兩個正交鏡面(反射面)。參考文件I公開了一種反射式實鏡像圖像形成元件(各個稱為二面角反射器陣列光學元件)，其中多個二面角反射器規(guī)則地排列在元件面的一個面上。二面角反射器陣列光學元件具體地利用了在基板中形成并且貫穿元件面的正方形孔的各個內(nèi)壁，作為以格柵圖案布局的二面角反射器。另外，該二面角反射器陣列光學元件利用由透明材料制成的、分別從基板的表面垂直突出的多個透明立方體形狀的管狀體，其中二面角反射器使用各個透明管狀體或者棱柱體的內(nèi)壁面。在二面角反射器陣列光學元件的多個排列的二面角反射器中，由于各個鏡面垂直于元件面設(shè)置，所以光(從存在于元件面一側(cè)的被觀察物發(fā)出的)在通過該二面角反射器時被二面角反射器反射兩次，接著由通過該元件的所有光在元件面另一側(cè)的沒有被觀察物的空間中形成實像。即，二面角反射器陣列光學元件按照被觀察物的實像關(guān)于二面角反射器陣列光學元件的元件面(所謂的對稱面)與被觀察物對稱地存在的方式進行實像的成像。參考文件I :W0 2007-116639通過使用具有正方形孔以及另選地具有由諸如丙烯酸樹脂的透明材料制成的立方棱柱體的二面角反射器陣列光學元件，因為透明材料的折射率與空氣不同，所以為了獲得觀察到的最亮的空中像，觀察條件存在多種差異。在現(xiàn)有技術(shù)中，存在的問題是如果在二面角反射器陣列光學元件上形成高度低的棱柱體，則很難形成亮度足以與背景亮度區(qū)分開來的空中像。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高空中像亮度的反射器陣列光學裝置及使用其的顯示裝置。根據(jù)本發(fā)明的反射器陣列光學裝置把存在于反射器陣列光學裝置的一個主面?zhèn)鹊奈矬w的實像形成于反射器陣列光學裝置的另一個主面?zhèn)?，并且包括兩個二面角反射器陣列光學元件。二面角反射器陣列光學元件各包括基板以及多個棱柱體，該多個棱柱體規(guī)則地排列在所述基板的一個主面上并且分別從所述一個主面突出，其中，所述棱柱體和所述基板由透明材料一體形成。各個棱柱體包括彼此垂直以構(gòu)成垂直于基板的一個主面的二面角反射器的兩個正交平面?zhèn)让?。所述兩個二面角反射器陣列光學元件被粘貼在一起，使得棱柱體的頂面分別直接面對，以在兩個二面角反射器陣列光學元件的基板之間形成兩個共面平面，其中所述兩個正交平面?zhèn)让娣謩e存在于所述兩個共面平面內(nèi)。通過使用特定的反射器陣列光學裝置，獲得高的棱柱體以提高空中像的亮度。與在單個二面角反射器陣列光學元件上構(gòu)建更高的棱柱體相比，彼此疊置的兩個二面角反射器陣列光學元件有效地形成 高的棱柱體。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的反射器陣列光學裝置，各棱柱體具有截錐體形狀，該截錐體形狀包括彼此垂直并且與基板的一個主面正交的兩個正交平面；錐面?zhèn)让?；以及在基板上面積大于頂面?zhèn)鹊拿娣e的基面。換句話說，本發(fā)明的反射器陣列光學裝置是反射式實鏡像形成光學裝置，其在觀察者側(cè)的空間中形成被觀察物的實像(即，實鏡像)并且具有彼此疊置的兩個二面角反射器陣列光學元件的構(gòu)造，二面角反射器陣列光學元件各包括多個相同的截錐體(包括二面角反射器)，其中兩組截錐體分別在頂面處粘接在一起，使得精確一致的正交平面(二面角反射器)在疊置時在它們之間形成形成連續(xù)平面。在兩個二面角反射器陣列光學元件的每個中，基板和從基板突出的截錐體由透明材料一體地形成為一件。在截錐體的四個側(cè)面中，兩個正交側(cè)面形成為垂直于基板的二面角反射器，而除這兩個正交側(cè)面之外的兩個側(cè)面形成為以截錐體的頂面的面積小于在基板側(cè)上的基面(底面)的面積的方式傾斜。根據(jù)裝置的這種構(gòu)造，使用可以通過注射成型制造的二面角反射器陣列光學元件的反射器陣列光學裝置，形成更亮的空中像。優(yōu)選地是，在反射器陣列光學裝置中，將傾角設(shè)置在相對于垂直于各個二面角反射器陣列光學元件的基板的平面(或者法線)在5°以上到25°以下的角度范圍內(nèi)?？紤]到光學元件從壓模的分離，錐形部的錐角(即，相對于基板法線的角)被設(shè)置為大的值。當錐形部的錐角過大時，棱柱體的頂面的面積減小。因此由于棱柱體的頂面具有二面角反射器反射的光的光出射面的功能，所以被觀察物的實像(實鏡像)變暗。此外，即使頂面的面積確保了成像實像的光，當棱柱體的底面的面積增加時，光學元件的單位面積的二面角反射器數(shù)量減少，從而類似地，被觀察物的實像(實鏡像)變暗。對于這種相反情形，根據(jù)我們對于棱柱體使用各種錐角的注射成型實驗，發(fā)現(xiàn)上述錐角(即，錐形側(cè)面和垂直于基板的平面之間形成的角)在5°以上且25°以下的角度范圍內(nèi)是合適的。優(yōu)選地垂直于基板的兩個正交平面涂覆有金屬膜，用作反射器陣列光學裝置的各個二面角反射器陣列光學元件中的反射面的二面角反射器。優(yōu)選地是，反射器陣列光學裝置的二面角反射器陣列光學元件分別通過注射成型形成。當棱柱體具有截錐體形狀時，除二面角反射器的兩個側(cè)面之外還存在兩個平面?zhèn)?除了頂面和底面之外)，這樣的兩個平面?zhèn)让嫘纬蔀榫哂猩鲜鰞A斜。這樣的兩個平面?zhèn)让婵梢孕纬蔀榫哂邢嗤腻F角，另選地具有不同的錐角。假設(shè)通過諸如電鑄加工的反轉(zhuǎn)法制造成型模具，當兩個平面?zhèn)让嫘纬蔀榫哂邢嗤F角時，僅需一種刀具用于制造。這是很方便的。根據(jù)具體的反射器陣列光學裝置，可以實現(xiàn)利用在觀察者側(cè)的空間中形成被觀察物的亮的實像(實鏡像)的反射式實鏡像形成光學裝置的顯示裝置。根據(jù)本發(fā)明的具體反射器陣列光學裝置，由于具有高度低的棱柱體的兩個二面角反射器陣列光學元件疊置，所以獲得高的棱柱體，以獲取亮的空中像顯示。此外，對于反射器陣列光學裝置，能夠利用可以通過注射成型制造的二面角反射器陣列光學元件。另外，作為次要的有利效果，由于多次反射，本發(fā)明減少了向觀察者透過光。


結(jié)合附圖，在以下說明中描述本發(fā)明的上述方面和其它特征，其中圖I是例示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的反射器陣列光學裝置的放大的部分切下立體圖；
圖2是例示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的反射器陣列光學裝置的放大的部分切下立體圖；圖3是例示出圖2所示的反射器陣列光學裝置中的一個二面角反射器陣列光學元件的放大的部分切下立體圖；圖4A和圖4B分別是沿著圖3中的A-A線和B-B線提取的截面圖；圖5是例示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的二面角反射器陣列光學元件的截錐體(frustum body)的放大的立體圖；圖6A到圖6E是例示出說明制作二面角反射器陣列光學元件的比較注射成型工藝的成型模具(molding dies)的局部示意性截面圖；圖7是例示出在制造根據(jù)本發(fā)明實施方式的二面角反射器陣列光學元件的方法中使用的壓模的制造時所使用的金剛石刀具的示意截面圖；圖8是例示切削加工之后的銅母板的示意性平面圖；圖9是部分在圖8的A-A線截取的放大截面圖；圖10是例示通過電鑄加工(electro-forming process)獲得的壓模的放大的局部示意性截面圖；圖IlA到圖IlE是例示出說明制造根據(jù)本發(fā)明的示例的二面角反射器陣列光學元件的熱壓加工的成型模具的局部示意性截面圖；圖12A是例示出應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的實施方式的顯示裝置的二面角反射器陣列光學元件的具體示例的部分切下的平面圖；圖12B是例示出應(yīng)用于實施方式的顯示裝置的二面角反射器陣列光學元件的放大的部分切下立體圖；圖13A到圖13D是例示出說明作為根據(jù)本發(fā)明的示例的用于粘貼兩個二面角反射器陣列光學元件的疊置工序的二面角反射器陣列光學元件的示意性立體圖；圖14是示意地示出反射器陣列光學裝置中的截錐體形狀的突出部的連接狀態(tài)的部分切下的截面圖；圖15是例示出應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明實施方式的顯示裝置的二面角反射器陣列如何形成實像的示意性立體圖16是例示出應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明實施方式的顯示裝置的二面角反射器陣列光學元件如何形成實像的示意性平面圖；以及圖17是例示出應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明實施方式的顯示裝置的二面角反射器陣列光學元件如何形成實像的示意性側(cè)視圖。
具體實施例方式下面將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的二面角反射器陣列光學元件及其制造方法以及使用其的顯示裝置。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的反射器陣列光學裝置的放大的部分切下立體圖。在圖2中，附圖標記6和6a表不二面角反射器陣列光學兀件，附圖標記50和50a表不棱柱體，而附圖標記60和60a表不基板。兩個二面角反射器陣列光學兀件6和6a各具有透明材料的基板60和60a以及在基板60和60a上一體地形成的多個棱柱體50和50a， 作為單片。反射器陣列光學裝置配置為兩個二面角反射器陣列光學元件6和6a被疊置使得棱柱體50和50a分別直接面對。兩個二面角反射器陣列光學兀件6和6a粘貼在一起,使得棱柱體50和50a的頂面分別直接面對，以在兩個二面角反射器陣列光學元件的基板之間形成兩個共面平面，兩個正交平面(鏡面61a、61b)分別存在于這兩個共面平面中。反射器陣列光學裝置配置為兩個二面角反射器陣列光學元件彼此面對，其中多個相同的立方體的突出部分別粘貼在二面角反射器陣列光學元件的頂面，使得分別垂直于基板的、精確一致的正交平面在基板之間形成連續(xù)平面。存在多種用于形成具有圖I所示的突出的棱柱體50的二面角反射器陣列光學元件6和6a的方法，諸如均使用諸如丙烯酸樹脂等的透明材料的注射成型法和熱壓加工。這些方法使得能夠制造具有矩形直方體形狀的、高度低的棱柱體50的二面角反射器陣列光學兀件6和6a。由于突出的棱柱體50具有分別垂直于基板60的4個側(cè)面,所以棱柱體的高度越高，在成型之后越難將光學元件與壓模分開(脫模)。因而，對于二面角反射器陣列光學元件的制造可以使用X射線光刻法，使得能夠直接在樹脂基板表面上形成具有分別垂直于樹脂基板的4個側(cè)面的矩形直方體形狀的或者立方體形狀的突出部。使用具有由丙烯酸樹脂等制成的棱柱體的二面角反射器陣列光學元件獲得所觀察到的最亮空中像的觀察角度條件不同于具有立方體形狀的孔的光學元件的觀察角度條件。即，當具有立方體形狀的孔的二面角反射器陣列光學元件形成空中像時，在35°的角度方向觀察到最亮的空中像。相反地，當由具有由丙烯酸樹脂制成的各具有正長方體形狀(高度為正方形基面邊長的二倍)的棱柱體的二面角反射器陣列光學元件形成空中像時，作為丙烯酸樹脂的折射率為I. 5的模擬的結(jié)果，與35°的角度方向的情況相比較，因為光線通過了折射率比空氣折射率大的丙烯酸樹脂，所以觀察到更亮的空中像。在通過塑性成型(plastic molding)形成這種光學元件的高的棱柱體的情況下,正長方體形狀的突出部(即棱柱體)的高度越高，成型之后脫模越困難。向棱柱體的各個突出部添加錐形結(jié)構(gòu)或者傾斜面(S卩，“脫模角”)使得二面角反射器陣列光學元件從壓模容易地脫離。然而，如果棱柱體的各個突出部設(shè)置有脫模角，則具有該二面角反射器的二面角反射器陣列光學元件中光利用率降低。例如，在各具有矩形直方體(帶有傾面)的突出部的二面角反射器陣列光學元件的情況下，如果突出部的高度為正方形基面邊長的二倍，則突出部的頂面面積變?yōu)檎叫位婷娣e的1/3，使得通過頂面的光線與面積的減小一樣地減少。鑒于上述情形，針對制造方面，以及針對光學方面，限制具有通過塑性成型形成的、具有突出部(各突出部具有斜面)的二面角反射器陣列光學元件中的突出部的高度。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的、取消了對突出部高度的限制的反射器陣列光學裝置的放大的部分切下立體圖。在圖2中，附圖標記6和6a表示二面角反射器陣列光學元件，附圖標記51和51a表示截錐體，而附圖標記60和60a表示基板。兩個二面角反射器陣列光學兀件6和6a各具有基板60和60a以及在基板60和60a上的多個截錐體51和51a，基板60和60a以及多個截錐體51和51a由透明材料一體地形成，作為單片。反射器陣列光學裝置被配置為兩個二面角反射器陣列光學元件6和6a疊置使得截錐體51和51a分別直接面對。 兩個二面角反射器陣列光學元件6和6a粘貼在一起，使得截錐體51和51a的頂面分別直接面對，以在兩個二面角反射器陣列光學元件的基板之間形成兩個共面平面，兩個正交平面(鏡面61a、61b)分別存在于這兩個共面平面中。反射器陣列光學裝置配置為兩個二面角反射器陣列光學元件彼此面對，其中多個相同的立方體的突出部分別粘貼在二面角反射器陣列光學元件的頂面，使得分別垂直于基板的、精確一致的正交平面在基板之間形成連續(xù)平面。優(yōu)選地使用折射率與樹脂的折射率匹配的光學粘接劑，進行光學粘接劑折射匹配，以防止在粘貼面處的光反射。因為兩個二面角反射器陣列光學元件6和6a是相同的，所以以下說明具有突出部(各個具有截錐體形狀)的二面角反射器陣列光學元件6。圖3示出例示了具有突出的截錐體51的二面角反射器陣列光學元件6的放大的部分切下立體圖，即該元件是反射器陣列光學裝置的一半。此外，圖4A和圖4B分別是沿著圖3所示的A-A線和B-B線截取的截面圖。圖5示出例示了二面角反射器陣列光學元件的一個截錐體51的示意性立體圖。圖3所示的二面角反射器陣列光學元件6包括由透明材料一體地形成的平板的基板60和多個截錐體51，其中截錐體從基板的基面突出。在各個截錐體上，兩個正交側(cè)面(鏡面61a和61b)形成為在其交叉線CL處彼此垂直而成為二面角反射器61。截錐體的側(cè)面62a和62b (不同于二面角反射器的兩個鏡面)相對于基板60的法線具有一定的角度(傾斜面)。圖4示出截錐體51的尺寸，高度H、頂面的邊長L、間隔D和角0 (即，相對于頂面的傾斜角)，作為一個示例，高度H=170 u m,正方形的邊長L=150 u m,間隔D=IO u m,傾斜角0=108°作為典型值，但是截錐體的尺寸不限于這些值。如圖5所示，不平行于二面角反射器的側(cè)面62a和62b屬于具有截頭角錐臺形狀的截錐體51的錐形部，該截錐體的頂面53的面積小于基板側(cè)的基面52 (底面)的面積。不平行于二面角反射器的側(cè)面62a和62b是錐面。優(yōu)選地是，把各個錐面的錐角(即，錐面和垂直于基板的平面之間形成的角)設(shè)置為在5°以上到25°以下的范圍內(nèi)是合適的。當錐角小于5°時，脫模困難。當錐角大于25°時，則截錐體密度減小，因而形成實像的光通量減小。如圖4所示,截錐體5具有截頭角錐臺形狀,其由包括正交平面?zhèn)让?1a和61b的直方體部C (例如，立方體)和具有不平行于正交平面?zhèn)让娴钠矫鎮(zhèn)让?2a和62b的錐形部T組成，其中直方體部C和錐形部T成為一體，作為單個突出部。具體地說明用于制造包括基板和截錐體的二面角反射器陣列光學元件的注射成型法的示例。如圖6A所示，壓模101和第二成型模具102被夾緊而彼此直接接觸，然后將它們加熱到比要注入的樹脂的軟化溫度更高的溫度(例如，對于使用丙烯酸樹脂的情況為200。。)。如圖6B所示，利用高壓把融化的樹脂104通過成型模具澆口部103注入到壓模101和第二成型模具102之間的型腔。如圖6C所示，在注入樹脂104之后，彼此直接接觸的壓模101和第二成型模具被冷卻到低于樹脂104的軟化溫度的溫度(例如，對于丙烯酸樹脂為80°C)。如圖6D所示，第二成型模具102和壓模101彼此分離。
如圖6E所示，成型后的光學元件6從第二成型模具102脫離。由于二面角反射器陣列光學元件在成型模具側(cè)具有平坦面，所以這種脫離比較容易進行。當切去了殘留在澆口部中的樹脂部分時，完成了二面角反射器陣列光學元件。以下簡要地描述用于形成具有預(yù)定反轉(zhuǎn)形狀的壓模的使用金剛石刀具的切削加工和電鑄加工。首先，在準備步驟中，提供金剛石刀具(切割用刀片)，其具有垂直切刃面的一側(cè)和對應(yīng)于截錐體的傾斜面的切刃面的另一側(cè)，如圖7所示。接著，例如，提供具有預(yù)定厚度的正方形的如圖8所示的銅母板。通過切削加工，使用圖7的金剛石刀具，將銅母板切削為具有與二面角反射器陣列光學元件相應(yīng)的反轉(zhuǎn)形狀。具體地，平行于銅母板的正方形的一個邊，按照預(yù)定節(jié)距依次切出水平槽。接著，垂直于先前切出的槽，按照預(yù)定節(jié)距依次切出垂直槽。對于具有如圖4所示的截面的截錐體t的切割，重復(fù)進行每一行程每一個槽切入5 u m深的切削，直至總和170 u m深，然后按照預(yù)定節(jié)距把金剛石刀具移到下一行的位置，然后重復(fù)這些步驟。圖9示出了例示這種銅母板150的示意性放大局部截面圖。接著，在切削加工之后，使用銅母板進行鎳鍍電鑄加工，從而制作具有銅母板(其具有與二面角反射器陣列光學元件相同的截錐體)的反轉(zhuǎn)形狀的成型模具的鎳壓模101。圖10示出例示了電鑄加工得到的壓模101的示意放大局部截面圖。也可以通過在熱壓加工中使用壓模101來形成二面角反射器陣列光學元件。使用熱壓加工形成二面角反射器陣列光學元件的過程如下。如圖IlA所示，提供壓模101和金屬模具202并且把它們加熱到比要使用的樹脂104的軟化溫度更高的溫度(例如，對于使用丙烯酸樹脂的情況為200°C)。如圖IlB所示，把要使用的樹脂片104放置在金屬模具202上。如圖IlC所示，把壓模101按壓在金屬模具202上的樹脂片104上(加壓)。保持對樹脂片加壓，把壓模101和金屬模具202冷卻到低于樹脂片104的軟化溫度的溫度(例如，對于丙烯酸樹脂為80°C)。如圖IID所示，壓模101從樹脂片104和金屬模具202脫離。在此時刻，優(yōu)選地是，使用真空吸附等將二面角反射器陣列光學元件6的鑄件吸在金屬模具202上，以便于把壓模101從成型后的二面角反射器陣列光學元件和金屬模具202脫開。
如圖IlE所示，成型后的二面角反射器陣列光學元件6從金屬模具202脫離。因為二面角反射器陣列光學元件在金屬模具側(cè)具有平坦表面，所以這種脫模比較容易。除了如上提到的使用樹脂片，在金屬模具202上提供樹脂塊，加熱熔化成為樹脂片104，然后可以進行上述熱壓加工。通過使用以上描述的加工，比較容易執(zhí)行具有截錐體51 (各個截錐體具有錐形)的二面角反射器陣列光學元件6。根據(jù)本發(fā)明，如圖12A所示，實現(xiàn)二面角反射器陣列光學元件6，其包括薄板的透明基板60 ；以及在透明基板60上形成的多個透明截錐體51，其中各個截錐體51在正視圖中具有截頭角錐臺形狀(例如，正方形底面，每邊長50 u m-200 u m)，使得光在基面(底面)和頂面(即，截錐體51的頂平面)之間通過，其中各個截錐體51具有用作二面角反射器61的兩個正交平面?zhèn)让?1a和61b?？梢耘渲玫氖且恍┎恍纬啥娼欠瓷淦?1的錐形表面不經(jīng)過鏡面精加工(mirror finishing)從而使它們是非反射的或者是粗糙的。還優(yōu)選的是,二 面角反射器61設(shè)置在規(guī)則排列的網(wǎng)格點上，使得鏡面61a和61b限定的內(nèi)角在基板60上全部以相同方向定位。因此，各個二面角反射器61的正交鏡面61a和61b的交叉線CL優(yōu)選地與元件面6S正交，如圖12B所示。在下面，由鏡面61a和61b限定的內(nèi)角的方向稱為二面角反射器61的朝向(方向)。另外，可以在用作二面角反射器的截錐體51的外部平面?zhèn)让?內(nèi)壁平面?zhèn)让?1a和61b)上形成金屬反射膜，從而提高二面角反射器的反射效率。接著，參照圖13A-圖13D描述用于疊置兩個二面角反射器陣列光學元件的過程。如圖13A所示,使用棒式涂布機(bar coater)等將紫外光固化型的光學粘接劑302在平板的玻璃基板301上展開。從ThreeBond Co.，Ltd可得的TB3042B可以用作光學粘接劑。如圖13B所示，把一個二面角反射器陣列光學元件6a以使得基板的光學粘接劑302中的一部分被轉(zhuǎn)印到該元件的截錐體51的頂面上的方式放置在玻璃基板301上。如圖13C所示，二面角反射器陣列光學元件6a與另一個二面角反射器陣列光學元件6面對，然后通過光學粘接劑把它們二者彼此疊置，使得截錐體51a、51b的頂面精確重合，并且垂直于基板60和60a的兩個正交側(cè)面(鏡面61a、61b)精確一致以在它們之間形成連續(xù)平面，也就是說，由于接合的表面61a、61b分別用作二面角反射器，而調(diào)整元件的位置使表面61a、61b對齊。由此,兩個二面角反射器陣列光學元件60和60a在截錐體51和51a的頂面彼此粘貼，以在兩個元件的基板之間形成兩個共面平面，兩個正交平面分別存在于這兩個共面平面中。如圖13D所示，紫外的UV光照射到一個二面角反射器陣列光學元件6的基板上，使得光學粘接劑硬化。圖14是制成的反射器陣列光學裝置66的部分切下的截面圖，在該反射器陣列光學裝置66中各個截錐體51和51a通過粘接劑集成。由基板60和60a之間的兩個正交面形成在光學裝置的厚度方向延伸的二面角反射器的各個細長的反射面61c，因為兩個元件彼此疊置使得基板之間的、與基板垂直的兩個正交平面的相鄰兩個平面分別連續(xù)存在，以起到二面角反射器的作用。當存在具有突出的截錐體(各具有正方形的基面和等于該正方形基面的邊長的高度(H=170iim))的疊置的二面角反射器陣列光學元件時，獲得高度為正方形基面的邊長的二倍的高度(H2=340iim)的反射器陣列光學裝置的細長的反射面61c。作為上述模擬的結(jié)果，得到滿足呈現(xiàn)在35°的角度方向觀察最亮空中像的條件的反射器陣列光學裝置。當制造具有涂有金屬反射膜的兩個正交平面的反射器陣列光學裝置時，有利地是取消了擠出的光學粘接劑的影響。在金屬反射膜之間的空間填充有粘接劑以排除截錐體之間的空間的極端情況下，即截錐體對齊而沒有間隙，用該反射器陣列光學裝置觀察到更亮的空中像。盡管上述示例中用光學粘接劑粘接二面角反射器陣列光學元件，但是可以使用其它光學粘接材料(例如，從SEKISUI CHEMICAL CO. LTD可 得的SEKISM高透明雙面膠帶#5511)。除了這些用于接合的光學粘接劑和光學粘接材料(膠帶)，二面角反射器陣列光學元件可以通過夾具固定、螺絲固定、卡子固定等或者熱焊接固定來疊置。在這些情況下，憑借反射器陣列光學裝置，觀察到更亮的空中像。反射器陣列光學裝置除了各個接合的截錐體中的二面角反射器之外在中部具有彎曲側(cè)面，也就是說，由四個側(cè)面和基板側(cè)面限定的柱狀結(jié)構(gòu)在中部具有凹部。因為二面角反射器在其各個反射面反射光一次，并且該反射光線在細長的反射面61c (垂直面)附近通過，所以該凹部不影響空中像的亮度。如圖15示意地示出，根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置包括反射器陣列光學裝置66和布置在基板的一面?zhèn)鹊谋挥^察物4，其中反射器陣列光學裝置66的二面角反射器陣列光學元件在基板的另一面?zhèn)刃纬晌矬w的實像5 (實鏡像)。反射器陣列光學裝置66由大量的二面角反射器61構(gòu)成，其中各個二面角反射器61具有兩個正交的鏡面61a和61b (屬于細長的反射面61c)，其中與各個二面角反射器61的兩個鏡面61a和61b大致正交的平坦面限定被為元件面6S (屬于粘接后的二面角反射器陣列光學元件中的截錐體的頂面)。被觀察物4的實鏡像5形成在關(guān)于元件面6S與被觀察物4面對稱的位置處。在本實施方式中，與反射器陣列光學裝置66的整體尺寸(厘米級)相比，二面角反射器61非常小(在微米級)。在圖15中，二面角反射器61的集合用灰色示出并且由鏡面限定的二面角由示出其內(nèi)角的朝向的V形表示，在圖中夸大地示出二面角反射器61。在本發(fā)明的反射器陣列光學裝置66中，除了作為本發(fā)明特征的傾斜側(cè)面之外，突出的截錐體的平面?zhèn)让嫘纬蔀榇怪庇诨?圖24中的61a、61b)。在構(gòu)成反射器陣列光學裝置66的各個二面角反射器61中，經(jīng)由背面(被觀察物側(cè)空間)進入相應(yīng)孔的光線被一個鏡面61a (或者61b)反射。反射后的光線進一步被另一個鏡面61b (或者61a)反射，然后經(jīng)由正面(觀察者側(cè)空間)而通過二面角反射器61，從而各個二面角反射器具有所謂的二次反射功能。各光線進入二面角反射器61的路徑和光線離開二面角反射器61的路徑關(guān)于元件面6S彼此面對稱。具體地，假定元件面6S是經(jīng)過各個鏡面的高度中部并且與各個鏡面正交的表面，則元件面6S是對稱面，作為空中像形成的被觀察物4的實像的位置(即，被觀察物4的實鏡像5)關(guān)于該對稱面與被觀察物4面對稱。下面與從作為被觀察物的點光源O發(fā)出的各光線的路徑一起簡要說明反射器陣列光學裝置66如何形成圖像。圖16是反射器陣列光學裝置66的示意平面圖，而圖17是反射器陣列光學裝置66的部分示意截面圖。在圖16中，二面角反射器61和鏡面61a、61b相比于反射器陣列光學裝置66被非?？鋸埖厥境觥Ｈ鐖D16和17所示，從點光源O發(fā)出的光線(由圖16中三維地觀察時在圖中從后向前行進的帶箭頭的點劃線表示)在通過反射器陣列光學裝置66時，分別由各個二面角反射器61的一個鏡面61a (或61b)反射一次，再由另一個鏡面61b (或61a)反射。然后，反射后的光線穿過元件面6S，然后分散地通過關(guān)于反射器陣列光學裝置66的元件面6S與點光源0面對稱的點。入射光線和反射光線在圖16中被示出為平行。其原因如下。在圖16中，二面角反射器61相比于點光源0被夸大地示出。但是，二面角反射器61的實際尺寸相當小。因此，當從上觀察反射器陣列光學裝置66時入射光線和反射光線幾乎彼此重合。(在圖16中，示出了最先落在各個二面角反射器61的兩個鏡面(61a、61b)上的光線的路徑，即兩個路徑。在圖17中，為了避免復(fù)雜而僅示出了最先落在一個鏡面上的一條光線。)總之，光線會聚到關(guān)于兀件面6S與點光源O面對稱的位置，從而在圖16和17所示的位置(p)形成實像。如上所述，優(yōu)選的是，在用作二面角反射器的截錐體的正交平面?zhèn)让嫔显O(shè)置諸如金屬膜的反射膜。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，可以省略反射膜的形成，作為樹脂成型品的光學元件，即 無任何反射膜的二面角反射器陣列光學元件實際上能夠以足夠的光通量進行實像的成像，因為在樹脂與空氣之間有足夠的折射率差。由于可使用作為樹脂成型品的光學元件，即無任何反射膜的二面角反射器陣列光學元件，因此本發(fā)明提供了一種使得觀察者能夠觀察到在空中的被觀察物的實像(實鏡像)的低成本的顯示設(shè)備。此外，在組裝到反射器陣列光學裝置之前，在二面角反射器陣列光學元件的單個狀態(tài)下，用金屬膜涂覆二面角反射器，以及另選地在二面角反射器陣列光學元件粘貼在一起作為反射器陣列光學裝置之后，用金屬膜涂覆接合后的二面角反射器。應(yīng)該理解，先前的說明和附圖闡述了在此時本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。當然根據(jù)先前的教示，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，各種修改、添加和替換設(shè)計對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。因而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的實施方式，而可以在所附權(quán)利要求的全部范圍內(nèi)實施。本申請基于并要求2011年5月25日提交的在先日本專利申請No. 2011-116451的優(yōu)先權(quán)，在此以引證的方式并入這個申請的全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種反射器陣列光學裝置，該反射器陣列光學裝置包括 兩個二面角反射器陣列光學元件，該二面角反射器陣列光學元件各由以下構(gòu)成 基板；以及 多個棱柱體，該多個棱柱體在所述基板的一個主面上規(guī)則排列并且分別從所述基板的所述一個主面突出，其中所述棱柱體和所述基板由透明材料一體形成，所述棱柱體各包括彼此垂直而構(gòu)成垂直于所述基板的所述一個主面的二面角反射器的兩個正交平面?zhèn)让妫? 其中，所述兩個二面角反射器陣列光學元件被粘貼在一起，使得所述棱柱體的頂面分別直接面對，以在所述兩個二面角反射器陣列光學元件的基板之間形成兩個共面平面，其中，所述兩個正交平面?zhèn)让娣謩e存在于所述兩個共面平面內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射器陣列光學裝置，其中，所述棱柱體各具有截錐體形狀，該截錐體形狀具有錐形側(cè)面和位于所述基板上、面積大于所述頂面的面積的基面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射器陣列光學裝置，其中，所述錐形側(cè)面從所述基板的法線在5°以上且25°以下的角度范圍內(nèi)傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射器陣列光學裝置，該反射器陣列光學裝置還包括分別涂布在各個所述棱柱體的所述兩個正交平面?zhèn)让嫔系溺R面金屬反射膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射器陣列光學裝置，其中，所述二面角反射器陣列光學元件分別通過注射成型形成。
6.一種顯示裝置，該顯示裝置包括 權(quán)利要求I所述的反射器陣列光學裝置；以及 被觀察物，該被觀察物存在于所述反射器陣列光學裝置的一個主面?zhèn)?，其中，所述反射器陣列光學裝置在所述反射器陣列光學裝置的另一個主面?zhèn)刃纬伤霰挥^察物的實像。
全文摘要
本發(fā)明涉及反射器陣列光學裝置及使用其的顯示裝置。一種反射器陣列光學裝置包括兩個二面角反射器陣列光學元件，各個二面角反射器陣列光學元件具有基板和在所述基板的一個主面上規(guī)則排列并且分別從所述一個主面突出的多個棱柱體。各個棱柱體至少包括兩個正交側(cè)面。兩個光學元件被粘貼在一起，使得棱柱體的頂面分別直接面對，以形成兩個正交平面分別存在于的兩個共面平面。
文檔編號G02B5/08GK102798910SQ20121016475
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者前川聰, 馬魯康·桑多爾, 杉山貴 申請人:獨立行政法人情報通信研究機構(gòu), 斯坦雷電氣株式會社