專利名稱：顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于允許觀察者觀看到利用實鏡像(real specular image)成像光學系統(tǒng)形成在空中的觀察對象的實像的顯示裝置。
背景技術：
已經提出了一種顯示裝置，其中允許觀察者看到觀察對象的實像，S卩，通過利用實鏡像成像光學系統(tǒng)(參見專利文獻1)形成在空中的實鏡像。該顯示裝置包括在與觀察者相對的空間中布置的觀察對象以及用于在所述觀察者所在的空間中形成觀察對象的實像的實鏡像成像光學系統(tǒng)。所述對象的實像形成在關于實鏡像成像光學系統(tǒng)的對稱面(元件表面)與所述對象對稱的位置處。[專利文獻]專利文獻1 :W02007/116639

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題然而，在將專利文獻1中公開的方法應用到顯示裝置的情況下，仍然需要實鏡像成像光學系統(tǒng)位于實像的后方，以便觀看實像。因此，觀察者的觀察位置局限于與實鏡像成像光學系統(tǒng)的元件表面成45度傾斜的位置。此外，實鏡像成像光學系統(tǒng)僅可形成實像，這意味著不能形成諸如部分立體感的像的令人印象深刻的像。在專利文獻1的方法中，由于觀察對象固定，因此所得漂浮像的位置和大小固定。 因此，除了作為漂浮像之外，所得像并不令人印象深刻。因此，本發(fā)明的一個目的是提供能夠自由設置觀看通過實鏡像成像光學系統(tǒng)形成的像的觀察位置(角度)的顯示裝置。解決問題的手段本發(fā)明的顯示裝置的特征在于，所述顯示裝置包括觀察對象；實鏡像成像光學系統(tǒng)，所述實鏡像成像光學系統(tǒng)包括半透明襯底，所述半透明襯底具有限定所述對象存在的對象側空間和觀察者存在的觀察者側空間的對稱面，其中所述實鏡像成像光學系統(tǒng)利用穿過所述襯底的光在所述觀察者側空間中形成所述觀察對象的實像；以及反射鏡，所述反射鏡布置在所述觀察者側空間中，以反射從所述實鏡像成像光學系統(tǒng)供應的光束，從而將所述反射的光束朝向所述觀察者導向。在本發(fā)明中，來自實鏡像成像光學系統(tǒng)的光束通過布置在觀察者側空間中的所述反射鏡折返，并隨后朝向觀察者導向。因此，自由地設置了觀看像的觀察位置(角度)。此外，如果所述反射鏡被布置為與實像(即本發(fā)明中的實鏡像)相交，則所得像看起來是從所述反射鏡的表面突出的像，并且所述像的一部分形成為實像，另一部分形成為虛像。在這種情況下，通過本發(fā)明形成看起來非常令人印象深刻的像。
本發(fā)明被構造為具有所述反射鏡，但是觀察者直接看見所述反射鏡。然而，所述反射鏡可裝飾有印制的框架圖案、底層圖案等，從而本發(fā)明能夠顯示諸如框架圖案和漂浮像的重像。這種一眼看去好像是弱點的結構用于本發(fā)明中，但是其可能有利地具有特征表現(xiàn)。此外，本發(fā)明可被配置為具有用于沿著連接所述觀察對象和所述實鏡像成像光學系統(tǒng)的直線來移動所述觀察對象以改變像的位置的機構。因此，將通過反射鏡形成的像可逐漸地從完全虛像變?yōu)橥耆珜嵪瘢瑥亩沟孟窨雌饋砀恿钊擞∠笊羁?。此外，如果這種機構與前述印制的框架圖案、底層圖案等結合，則針對觀察者，在從遠側移動到近側或從近側移動到遠側時，本發(fā)明能夠實現(xiàn)看起來像穿透印制框架的觀察像。為了移動所述觀察對象，可應用通過使用電機等的操作機械地移動附接到導軌的對象的方法或裝置。此外，諸如LED的緊湊光源也可按直線布置，以控制發(fā)光位置。在本發(fā)明中，實鏡像成像光學系統(tǒng)被配置為使得能夠從與對稱面(襯底)傾斜的觀看位置觀看對象的實像。所述實鏡像成像光學系統(tǒng)的特定示例是具有二面角反射器陣列的實鏡像成像光學系統(tǒng)。所述二面角反射器陣列由多個按二維方式布置的二面角反射器構成，每個二面角反射器具有兩個正交的鏡面。與所有鏡面正交的共同平面被定義為元件面， 所述對象和實像關于所述元件面彼此對稱。從所述對象發(fā)射的每個光束被所述二面角反射器中的每一個的兩個鏡面中的每一個反射一次。每個反射光束隨后通過所述二面角反射器陣列的元件面。結果，在關于所述二面角反射器陣列的所述元件面與所述對象對稱的位置處形成所述對象的實像。為了通過二面角反射器中的每一個使每個光束適當地彎曲，并允許光束通過所述元件面，沿孔貫穿元件面的方向限定的光學孔的內壁用作所述二面角反射器陣列的所述二面角反射器的各鏡面。這些二面角反射器在概念上被描述，并不要求反映例如通過物理邊界確定的形狀。作為示例，所述光學孔可以不分離，而是可以彼此結合。簡而言之，所述二面角反射器陣列由大量與所述元件面基本上正交并布置在所述元件面上的鏡面構成。在結構方面需要考慮的是如何在所述元件面上固定地支撐鏡面。作為形成所述鏡面的示例性特定方式，提供用于限定預定空間的襯底，所述襯底具有所述二面角反射器陣列布置為元件面的平面，并且繼而每個光學孔的內壁用作二面角反射器中的每一個的鏡面，其中制成所述光學孔以便貫穿所述元件面。形成在襯底中的孔僅需要是透明的，以允許各光束通過這些孔。以舉例方式，所述孔可以是空的。備選地，所述孔可填充有透明氣體或透明液體。每個孔的形狀可任意確定，只要所述孔的每個在其內壁上具有用作單元光學元件的一個鏡面，或在同一平面上不存在兩個或更多個這種鏡面，并且通過所述鏡面反射的每個光束被允許通過對應的孔即可。由于它們部分缺失，所述孔可結合或可具有復雜的結構。作為另一示例，不同的獨立鏡面在襯底的表面上大量豎立在一起。在這種情況下，可以理解，形成在所述襯底中的孔彼此結合。此外，所述二面角反射器可使用諸如透明玻璃或樹脂的固體物質形成，以具有作為所述光學孔的棱柱或圓柱形狀。在每個圓柱構件由固體物質形成的情況下，所述圓柱構件可布置為彼此靠近以用作所述元件的支撐構件。而且，如果所述二面角反射器陣列具有襯底，則所述圓柱構件可從所述襯底的表面突出。所述圓柱構件的形狀也可任意確定，只要所述圓柱構件各自在其內壁上具有允許所述圓柱構件用作二面角反射器的一個鏡面，或在同一平面上不存在兩個或更多個這種鏡面，并且通過所述鏡面反射的每個光束被允許通過所述圓柱構件即可。雖然被稱作圓柱構件，但是由于它們部分缺失，它們可結合或可具有復雜的結構。應當考慮這樣一種形狀的光學孔，其中所有相鄰的內壁面正交，如在立方體或長方體中那樣。在這種情況下，相鄰二面角反射器之間的間隙可被最小化，從而可實現(xiàn)高密度布置。優(yōu)選地，防止除面對觀察對象的二面角反射器的面之外的面的反射。在二面角反射器具有多個內鏡面的情況下，某些傳播的光可經歷多次反射，S卩，通過所述孔多次的光束可發(fā)生多次反射，或多于設想的反射次數的多次反射。關于對這些多次反射的對策，如果兩個彼此正交的鏡面形成在光學孔的內壁上，則按以下方式防止此類多次反射。一種方式是，除這兩個鏡面之外的面可被制為非鏡面，以防止光束被該面反射。 另一種方式是，除這些鏡面之外的面可相對于元件面傾斜使得其可以不與元件面正交，或者可將上述除這些鏡面之外的面彎曲。按照任何一種方式都可減少或防止產生反射三次或更多次的多次反射光束。為了形成非鏡面，可使用以下配置，其中目標面可涂覆有防反射涂層或薄膜，并且備選地，所述目標面的表面粗糙度可增大，以在所述目標面上引起漫反射。 此外，透明和平坦的襯底的存在不妨礙所述光學元件的功能，因此可使用任何合適的襯底作為支撐構件和/或保護構件。為了提高將被投影的實像的亮度水平，期望布置在元件面上的多個二面角反射器彼此盡可能靠近。作為示例，所述二面角反射器的柵格排列是有效的。作為優(yōu)點，這種排列使得顯示裝置容易制造。每個二面角反射器的鏡面可以是使光束反射的平坦表面，并且其由諸如金屬或樹脂的光亮物質制成，而不管所述物質是固體還是液體。二面角反射器的鏡面也可如下其在不同折射率的透明介質之間的平坦邊界界面處引起反射或全反射。在針對所述鏡面使用全內反射的情況下，通過多個多鏡面的不期望的多次反射將很可能超出全內反射的臨界角，因此，希望這些不期望的多次反射將得到自然地抑制。另外，所述鏡面可僅形成在光學孔的內壁的有限部分上，或可由平行布置的多個單元鏡面構成，只要每個鏡面不出問題地發(fā)揮作用即可。關于后一個方面，換句話說，由多個單元鏡面形成鏡面意味著鏡面可被劃分為多個單元鏡面。在這種情況下，所述單元鏡面不一定需要存在于同一平面上，但是要平行。此外，所述單元鏡面可彼此接觸，或可彼此間隔?？蓱糜诒景l(fā)明中作為實鏡像成像光學系統(tǒng)的另一特定示例是包括回射器陣列和具有半反射鏡面的半反射鏡的光學系統(tǒng)，所述回射器陣列用于回射光束，所述具有半反射鏡面的半反射鏡用于反射光束和使光束通過該半反射鏡。在這種實鏡像成像光學系統(tǒng)中，半反射鏡面用作對稱面，并且所述回射器陣列布置在可以回射從觀察對象發(fā)射并由所述半反射鏡反射或通過所述半反射鏡的光束的位置。所述回射器陣列僅布置在相對于所述半反射鏡同樣存在觀察對象的同一空間中。所述回射器陣列的位置使得由所述半反射鏡反射的光束被所述回射器陣列回射。這里，作為回射器的操作的“回射”是這樣一種現(xiàn)象，即每個反射的光束被反射回到其發(fā)出位置(或反向反射)，因此入射光束和反射光束彼此平行并反向。對多個回射器進行排列以構成所述回射器陣列。如果所述回射器中的每一個的大小足夠小，則入射光束的路徑和反射光束的路徑被認為是重疊的。所述回射器陣列的回射器不需要在一個平面表面上，而是可在彎曲表面上。此外，這些回射器不需要在同一平面上，而是可三維地散列。此外，所述半反射鏡具有使光束通過該半反射鏡和反射光束的兩個功能。所述半反射鏡的透射率和反射率之比理想地為1 1。
可利用由三個相鄰的鏡面構成的回射器(廣義上，稱作“角反射器”)。備選地，可使用貓眼回射器作為所述回射器。作為示例，角反射器由三個彼此正交的鏡面構成。作為另一示例，角反射器具有三個相鄰的鏡面，其中由所述鏡面限定的角中的兩個均是90度， 另一個角為90/N(其中N是整數)度。作為另一示例，角反射器還是銳角回射器，其具有三個鏡面，其中由三個鏡面限定的角分別是90度、60度和45度。如果使用包括前述回射器陣列和所述半反射鏡的實鏡像成像光學系統(tǒng)，則從觀察對象發(fā)射的一些光束被所述半反射鏡面反射。然后，被反射的光總是由所述回射器陣列回射以返回到發(fā)出位置，然后通過所述半反射鏡面。結果，形成所述對象的像。因此，只要所述回射器陣列放置在允許接收來自所述半反射鏡的反射光束的位置，所述回射器陣列的形狀和位置就不受限制。沿著與通過所述半反射鏡面的光束相反的方向觀看由此形成的實像。觀察對象的一個示例是諸如霓虹燈的固定顯示的標志，或者固定顯示在顯示面板上的標志(諸如，由光源和顯示面板構成的應急燈)。觀察對象的另一示例是顯示在諸如液晶顯示器、CRT顯示器和有機EL顯示器的電子顯示器的顯示面上的圖像。觀察對象的又一示例是通過按直線排列諸如LED的緊湊光源并控制發(fā)光位置而給定的陣列光源。有益效果根據本發(fā)明，實現(xiàn)了一種能夠自由地設置觀察者觀看像的觀看位置(角度)的顯示裝置，這是因為在本發(fā)明中，來自實鏡像成像光學系統(tǒng)的光束通過布置在所述觀察者側空間中的反射鏡折返，然后朝向所述觀察者導向。此外，根據本發(fā)明，實現(xiàn)了一種能夠形成將被觀察者觀看到的非常令人印象深刻的像的顯示裝置，這是因為所述反射鏡布置為與實像(即，實鏡像)相交，從而所得像看起來是從所述反射鏡的表面突出的像，所述像的一部分形成為實像，而其另一部分形成為虛像。此外，利用具有印制的底層圖案和框架圖案中的至少一個圖案的反射鏡和/或用于沿著連接所述觀察對象與所述實鏡像成像光學系統(tǒng)的線來移動所述觀察對象的機構。


在以下描述中結合附圖解釋了本發(fā)明的前述方面和其它特征，在附圖中圖1是示出當觀察者觀看時本發(fā)明實施例的顯示裝置的示意性立體圖；圖2是示出當從該實施例的顯示裝置的一側觀看時該顯示裝置的主要部分的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖3是示出如何僅通過應用于該實施例的二面角反射器陣列形成像的示意性立體圖；圖4A是示出應用于該實施例的顯示裝置的二面角反射器陣列的結構的特定示例的示意性平面圖；圖4B是對應地示出應用于該實施例的顯示裝置的二面角型反射器陣列的結構的特定示例的示意性局部切除的立體圖；圖5是示出如何通過應用于該實施例的顯示裝置的二面角反射器陣列形成像的示意性平面圖；圖6是示出如何通過應用于該實施例的顯示裝置的二面角反射器陣列形成像的示意性側視6
圖7是示出如何通過應用于該實施例的顯示裝置的半反射鏡與二面角反射器陣列的組合形成像的示意性平面圖；圖8是示出如何通過應用于該實施例的顯示裝置的半反射鏡與二面角反射器陣列的組合形成像的示意性側視圖；圖9是示出當從一側觀看時，根據本發(fā)明另一實施例的顯示裝置的主要部分的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖10是示出當從一側觀看時，根據本發(fā)明另一實施例的顯示裝置的主要部分的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖11是示出當從一側觀看時，根據本發(fā)明另一實施例的顯示裝置的主要部分的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖12是示出當從觀察者的角度觀看時，如何通過應用于根據本發(fā)明另一實施例的實鏡像成像光學系統(tǒng)的回射器陣列和回射器回射光束的示意性立體圖；圖13是示出如何通過應用于根據本發(fā)明另一實施例的實鏡像成像光學系統(tǒng)的回射器陣列和回射器回射光束的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖14A是示出應用于實鏡像成像光學系統(tǒng)的回射器陣列的示意性局部平面圖；圖14B是示出如何通過回射器陣列的示例性回射器回射光束的示意性放大局部平面圖；圖15A是示出應用于實鏡像成像光學系統(tǒng)的另一回射器陣列的示意性局部平面圖；圖15B是示出如何通過回射器陣列的示例性回射器回射光束的示意性放大局部平面圖。
具體實施例方式以下將在本文中通過參照附圖描述根據本發(fā)明的實施例的顯示裝置。 圖1和圖2是各自示出適合于本發(fā)明的裝置結構的解釋性示圖，其具有單個反射鏡。顯示裝置1包括作為實鏡像成像光學系統(tǒng)的二面角反射器陣列6 ；觀察對象2，所述觀察對象2關于所述二面角反射器陣列6布置在與觀察者V相對的空間中；以及反射鏡4，所述反射鏡4關于所述二面角反射器陣列6布置在所述觀察者V所存在的空間中。從所述觀察對象2發(fā)出的光束通過所述二面角反射器陣列6，同時在所述二面角反射器陣列6處被反射兩次，然后被所述反射鏡4反射，從而在所述觀察者V的視線上形成作為實鏡像的漂浮像 3。此外，所述反射鏡4被設置為相對于所述二面角反射器陣列呈一合適角度，以朝著所述觀察者V引導通過所述二面角反射器陣列6的光束。也就是說，所述觀察對象2、所述二面角反射器陣列6和所述反射鏡4按如下方式布置即，從所述觀察對象2發(fā)射的光束被所述二面角反射器陣列6反射，然后被引導至所述反射鏡4。為了詳細解釋以上元件關系，首先在配置和效果上對二面角反射器陣列的單個單元進行描述，然后在配置和效果上對將反射鏡4添加到二面角反射器陣列的組合進行描述。如圖3、圖4A和圖4B的示意性示出的，所述二面角反射器陣列6由大量二面角反射器61構成，每個二面角反射器61具有兩個正交的鏡面61a和61b。與每個二面角反射器61的兩個鏡面61a和61b基本正交的平面被定義為元件面6S。所述觀察對象2的實像3 關于所述元件面6S形成在與所述觀察對象2呈面對稱的位置。在本實施例中，所述二面角反射器61與所述二面角反射器陣列6的整體大小(為厘米級)相比相當小(為微米級)。 在圖3中，用灰色表示所述二面角反射器61的集合，并且用V形指示由鏡面限定的二面角， 以示出其內角的朝向，這樣，在附圖中夸大地示出了所述二面角反射器61。圖4A是所述二面角反射器陣列6的示意性平面圖，并且圖4B是所述二面角反射器陣列6的一部分的立體圖。在圖4A和圖4B中，與整個所述二面角反射器陣列6相比，所述二面角反射器61和所述鏡面6la、6Ib被較夸大地顯示。針對使每個光束彎曲并允許所述光束通過其中的所述二面角反射器陣列6，可使用以下光學元件，其中大量物理和光學孔按照以下方式形成在平板襯底60的平面中，該方式是，所述孔沿著厚度方向豎直地貫穿所述襯底60，其中每個孔的內壁面中的兩個正交的內壁面形成為鏡面61a和61b，以便使用每個孔的所述內壁面充當所述二面角反射器61。 為了向所述襯底60提供至少半透射性能，如圖4A和圖4B所示，在薄平板襯底60中形成在平面圖中為基本上矩形(例如，正方形)的大量物理和光學孔(例如，孔的一邊在50 μ m至 200 μ m的范圍內)，以允許每個光束通過所述孔。然后，通過對每個孔的內壁面中的兩個正交和相鄰的內壁面進行平滑化和鏡面拋光，來形成鏡面61a和61b。結果，提供了各自具有用作反射面的兩個鏡面61a和61b的所述二面角反射器61。優(yōu)選地，不對孔的內壁面中的不用于形成所述二面角反射器61的那些內壁面進行鏡面拋光，從而它們將被制成為非反射性的，或者將那些內壁面形成為使得它們不能產生多次反射光束的角度。還優(yōu)選地，所述二面角反射器61布置在規(guī)則排列的柵格點上，使得由所述鏡面61a和61b限定的內角將全部以同一方向定位在所述襯底60上。因此，所述二面角反射器61中的每一個的兩個正交的鏡面61a和61b的交線CL優(yōu)選地與所述元件面6S正交。以下，由所述鏡面61a和61b 限定的內角的方向被稱為所述二面角反射器61的朝向(方向)。所述鏡面61a和61b的示例性形成如下。首先制備金屬模。然后，在所述內壁面上執(zhí)行諸如納米級切割工藝、納米壓印工藝(即使用模具的納米級按壓工藝)或電鑄的工藝，使得所述內壁面充當所述鏡面61a和61b。對由此形成的所述鏡面61a和61b進行處理，使得它們的表面粗糙度等于或小于lOnm，并且它們將在可見光譜范圍內一致地充當鏡面。當利用諸如鋁或鎳的金屬通過電鑄形成所述襯底60時，如果所述模具的表面粗糙度足夠小，則所述鏡面61a和61b成為自然鏡面。當使用納米壓印工藝以應用樹脂等作為所述襯底60的材料時，應當通過諸如濺射的工藝來執(zhí)行鏡面涂覆以形成所述鏡面61a和61b。 通過將相鄰的二面角反射器61之間的空間控制到其最小可能水平，能夠提高光的透射率。 優(yōu)選地，對所述二面角反射器陣列6的上表面(觀察者觀察到的表面)進行諸如利用低反射率材料涂覆的處理。所述二面角反射器陣列6的結構不限于以上描述的那些?？蛇m當地采用所述二面角反射器陣列6的結構和形成所述二面角反射器陣列6的方法，只要大量二面角反射器61各自由兩個正交的鏡面61a和61b形成，并且所述二面角反射器61各自充當允許每個光束通過二面角反射器61的光學孔即可。在構成所述二面角反射器陣列6的所述二面角反射器61的每一個中，經由后側進入對應孔的光束被一個鏡面61a (或61b)反射。反射的光束被另一鏡面61b (或61a)進一步反射，然后經由前側通過所述二面角反射器61。每個光束沿其進入所述二面角反射器61的路徑以及每個光束沿其離開所述二面角反射器61的路徑關于所述元件面6S彼此面對稱。具體地說，假設所述元件面6S是穿過每個鏡面的高度的中心部分并與每個鏡面正交的面，則所述元件面6S是對稱面，所述觀察對象2的形成為漂浮像(即實鏡像幻的實像的位置關于所述對稱面與所述觀察對象2面對稱。接下來，結合從作為觀察對象的點光源(ο)發(fā)射的每個光束的路徑來簡要描述如何通過所述二面角反射器陣列6形成像。如圖5的平面圖和圖6的側視圖中示意性示出的，當從所述點光源(ο)發(fā)射的光束(當在圖5中三維地觀察時，由通過在附圖上從后朝前行進的帶箭頭的單點劃線指示) 通過所述二面角反射器陣列6時，每個光束被所述二面角反射器61中的每一個的一個鏡面 61a(或61b)反射一次，并且被另一鏡面61b (或61a)進一步反射。接著，反射的光束通過所述元件面(圖6中的6S)，然后分散地通過關于所述二面角反射器陣列6的所述元件面 6S與所述點光源(ο)面對稱的點。在圖5中，入射光束和反射光束被示為平行。原因如下。 在圖5中，相對于所述點光源(0)，所述二面角反射器61被夸大顯示。但是，所述二面角反射器61的實際大小相當小。因此，當從上方觀察所述二面角反射器陣列6時，入射光束和反射光束幾乎彼此重疊。概括地說，光束會聚到關于所述元件面6S與所述點光源(ο)面對稱的位置，從而在位置(P)形成實像，如圖6所示。圖6示出了光路，從觀察對象發(fā)射的沿所述光路的光束傳播通過所述二面角反射器陣列6，并到達關于所述元件面6S與所述對象面對稱的位置(ρ)的空間，從而在該空間處形成實鏡像。通過雙點劃線指示的兩個路徑是通過所述二面角反射器陣列6的相對邊緣面(當從觀察者V的角度觀看時，為前邊緣面和后邊緣面)的光路。由于所述二面角反射器陣列6應當存在于所述位置(ρ)處形成的實像的后方，因此在由這些雙點劃線限定的角范圍(角Θ)內的觀察者可以觀察到實像。相反，如果在該范圍之外，則無法觀察到實像。分別與圖5和圖6相對應的圖7和圖8解釋了通過將反射鏡4添加到觀察者所存在的空間中而實現(xiàn)的操作。雖然圖5示出了首先落在二面角反射器61中的每一個的兩個鏡面(61a、61b) 二者上的光束的路徑(即，示出了兩個光路)，但是在圖7中，僅示出了首先落在鏡面之一上的一個光束，以避免復雜。基本概念如下。如圖7和圖8所示，從所述點光源(ο)發(fā)射的每個光束在所述二面角反射器61處被反射兩次之后首先通過所述二面角反射器61之一。反射的光束隨后被布置在朝向所述觀察者V傳播的光束的路徑上的平面鏡形式的所述反射鏡4折返。結果，在所述位置(ρ)處形成實像。換句話說，從所述點光源(ο) 發(fā)射的光束在匯聚(condense)到關于所述元件面6S與所述點光源(ο)面對稱的位置(oa) 之前被所述反射鏡4反射，從而在關于所述反射鏡4與位置(oa)面對稱的位置(ρ)處形成實鏡像。在從所述二面角反射器陣列6的一側觀看所述反射鏡4時，觀察到所述對象(圖 7和圖8中的(ρ)處的實鏡像)，觀察到在位置(oa)處的虛像(對應于圖5和圖6中的位置(P)處的實鏡像)，盡管該虛像不能被直接觀看到。圖8中所述反射鏡4的布置(即，相對于所述二面角反射器陣列6的角度)以這樣的方式被設置為一示例性角度，該方式是，光束幾乎水平地匯聚到(P)(即，幾乎平行于所述二面角反射器陣列的所述元件面)，從而可水平地觀察所述實鏡像。但這不是限制性的，所述反射鏡的傾斜角可改變，以增加觀察方向的變化。在圖1和圖2中，將反射鏡4添加到圖3的所述二面角反射器陣列的組合被示出為當前實施例，其示出了所述二面角反射器陣列6、所述反射鏡4和所述觀察對象2的關系。 從以上描述可看出，在所述反射鏡4和所述觀察者V之間的空間中形成實鏡像3，實鏡像3 漂浮在空中在所述觀察者V的視線中。如上所述，本實施例能夠顯示在空中在所述觀察者V的視線中漂浮的實鏡像3，并且除此之外，通過調整添加的所述反射鏡4的布置(角度)，能夠實現(xiàn)在多個方向(包括幾乎與所述二面角反射器陣列6平行的方向)上觀察所述實鏡像3。圖9、圖10和圖11是各自示出適用于本發(fā)明的另一實施例的顯示裝置的主要部分的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。雖然在圖1和圖2中在所述反射鏡4和所述觀察者V之間的空間中形成所述實鏡像3，但是參照圖9，另一示例性實施例在所述二面角反射器陣列6和所述反射鏡4之間的空間中顯示實鏡像3。在這種情況下，所述觀察者可觀看到通過所述反射鏡4的反射而產生的實鏡像3的虛像3a。如圖9中所示，從所述觀察對象2發(fā)射的每個光束通過所述二面角反射器陣列6， 同時被所述二面角反射器陣列6反射兩次。然后，在關于所述二面角反射器陣列6與所述觀察對象2對稱的位置(在所述觀察者V和所述反射鏡4之間)處形成所述觀察對象2的實像，該實像是漂浮實像，即實鏡像3。所述觀察者V可觀察到由所述反射鏡4產生的所述實鏡像3的虛像3a，盡管所述觀察者不能直接觀看到所述實鏡像3。即，所述觀察者可觀察到在所述反射鏡4后面(在所述反射鏡的后方空間中)的作為漂浮像的所述實鏡像的所述虛像3a。圖10解釋了其中實鏡像形成在所述反射鏡上的另一實施例。如圖10所示，當在所述反射鏡的鏡面上形成所述實鏡像3時，所述觀察者V可觀測到具有有限大小的實鏡像3和由所述反射鏡4產生的虛像3a 二者。從所述觀察對象2發(fā)射的每個光束在被所述二面角反射器陣列6反射兩次之后通過所述二面角反射器陣列6。然后，所述觀察對象2的實像作為漂浮像(即，實鏡像)形成在關于所述二面角反射器陣列6與所述觀察對象2對稱的位置處。在本實施例中，所述反射鏡4被布置在靠近所述漂浮像的中心處。因此，所述觀察者V作為所述實像3看到對象的與所述二面角反射器陣列6相距較遠的部分，而作為所述虛像3a看到對象的與所述二面角反射器陣列6較近的部分。也就是說，如果所述反射鏡4布置為與所述對象的所述實像 3相交，則所述觀察者V觀看到嵌在(stick in)所述反射鏡4的鏡面上的空間像。如上所述，通過以各種方式改變所述觀察對象2、所述二面角反射器陣列6和所述反射鏡4的布置，提供給所述觀察者V的空間像形成在所述反射鏡4的鏡面之前或之后，或形成在所述反射鏡4的鏡面上(作為嵌在鏡面上的像)。為了積極地利用這個特征，可隨時間改變它們之間的位置關系。圖11示出了又一實施例，其中，通過利用諸如導軌、電機和齒條-齒輪的組合或蝸桿-螺母導向機構的導向平移機構RP，將觀察對象沿著連接所述對象和實鏡像成像光學系統(tǒng)之間的線機械地移動。如圖11所示，觀察對象2附接到沿著平行于光軸AX的導軌G可滑動地行進的滑動部分，使得所述對象的空間像可沿著所述觀察者V的視線(沿著所述光軸AX)移動。所述觀察對象2可通過電機M和導向平移機構RP直線移動。作為一個示例，當觀察對象2b 遠離所述二面角反射器陣列6時，在所述反射鏡4和所述觀察者V之間的空間中形成實像。在這種情況下，所述觀察者V觀看到由此形成的實像3。當所述觀察對象2靠近所述二面角反射器陣列6時，在所述反射鏡4和所述二面角反射器陣列6之間的空間中形成實像。在這種情況下，所述觀察者V觀看到形成在所述反射鏡4中的虛像3a。因此，如果使用了用于隨時間改變所述觀察對象、所述二面角反射器陣列6和所述反射鏡4之間的位置關系的裝置，則允許所述觀察者V觀看到在所述反射鏡4的鏡面之后的空間和之前的空間之間連續(xù)移動的空間像。此外，如果這種機構與在所述反射鏡4的鏡面上印制的上述框架圖案或底層圖案結合，則針對所述觀察者，在從遠側移動到近側或從近側移動到遠側時，本發(fā)明能夠實現(xiàn)看起來像穿透所述印制框架的觀察像3a、3。如果諸如LED的多個緊湊光源(未示出)布置為與觀察對象成一直線，并且按順序打開以控制光源，則觀察者可觀看到空間像的相似移動，而不一定要觀察對象自身實際移動。圖12和圖13是各自示出適用本發(fā)明的另一實施例的顯示裝置的主要部分的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。顯示裝置Ia與上述實施例的顯示裝置1的不同之處僅涉及實鏡像成像光學系統(tǒng)。因此，它們被看作已說明的顯示裝置1的相同名稱和標號的元件。圖13示意性地示出應用本發(fā)明的顯示裝置的又一實施例。顯示裝置Ia與前述實施例的顯示裝置1的區(qū)別僅在于實鏡像成像光學系統(tǒng)。因此，與顯示裝置1的結構性元件相同的顯示裝置Ia的結構性元件適于利用相同的名稱和相同的標號進行描述。通過將半反射鏡91和回射器陣列92組合形成適于本實施例的實鏡像成像光學系統(tǒng)9。對稱面的元件面6S是鏡面。觀察對象2布置在關于半反射鏡91與觀察者V相對的空間中。所述回射器陣列92也布置在與所述觀察者V相對的空間中。反射鏡4布置在所述觀察者V存在的空間中。從所述觀察對象2發(fā)射的每個光束被所述半反射鏡91反射，然后被導向至所述回射器陣列92。所述回射器陣列92具有回射來自所述半反射鏡91的每個光束的功能。因此，被導向至所述回射器陣列92的光束返回至所述半反射鏡91。在通過所述半反射鏡91之后，光束行進到布置在所述觀察者V所存在的空間中的所述反射鏡4。接著，所述反射鏡4使得光束折返，從而在所述觀察者V的視線內的空間中形成實像3。反射鏡4的角度被適當地設置，使得來自所述半反射鏡91的每個光束可朝向所述觀察者V被導向。所述半反射鏡91也可如下制成，即在由例如透明樹脂或玻璃制成的透明薄板的一個表面上涂覆薄反射膜。對該透明薄板的相反表面進行防反射處理(即，AR涂覆)，從而防止將要觀看到的實像3變?yōu)橹叵?。此外，可將具有諸如可見度控制膜或視角控制膜的功能的光學膜(未示出)附接到所述半反射鏡91的上表面上作為視線控制裝置，其中所述可見度控制膜僅漫射特定方向的光束，并且可見角度控制膜僅切斷特定方向的光束，但是它們二者均允許其它特定方向的光透射。具體地說，這種光學膜防止直接通過所述半反射鏡 91之后的光束到達所述觀察者V的觀察位置之外的地方，從而通過所述半反射鏡91，從除所述觀察者V的觀察位置之外的任何位置，不能直接觀看到所述反射鏡4反射的觀察對象的像。然而，所述光學膜還僅允許在被所述半反射鏡91反射一次并被所述回射器陣列92 回射之后的沿從所述回射器陣列92通過所述半反射鏡91的方向行進的光束通過，如以下描述，從而從所述觀察者V的觀察位置可僅觀看到所述實像3。
然而，所述回射器陣列92可以是任何類型的，只要其嚴格地使入射光束回射即可?？赏ㄟ^將回射材料或回射涂層施加到材料表面上而形成所述回射器陣列92。此外，所述回射器陣列92可具有彎曲表面或平坦表面。圖14A是以放大方式顯示所述回射器陣列 92的一部分的正視圖。圖14A中所示的所述回射器陣列92是作為角立方體的集合的角立方體陣列，每個角立方體利用立方體的一個內角。回射器92A是由一組規(guī)則的角立方體構成的角立方體陣列，每個角立方體作為立方體的一個內角而獲得。每個回射器92A通過將相同形狀和大小的等腰直角三角形形狀的三個鏡面92Aa、92Ab和92Ac在一個共同的點集中連接而形成，當從前面看時示出等邊三角形形狀；這三個鏡面92Aa、92Ab和92Ac彼此正交以形成一個公共角立方體(圖14B)。圖15A也是以放大方式示出所述回射器陣列92的一部分的正視圖。所述回射器陣列92也是作為角立方體的規(guī)則集合的角立方體陣列，每個角立方體利用立方體的一個內角。當從前面看時，回射器92B各自具有等邊六邊形形狀，其通過將相同形狀和相同大小的正方形形式的三個鏡面92Ba、92m3和92Bc在一個共同的點集中連接而形成。所述三個鏡面92Ba、92Bb和92Bc彼此正交(圖15B)。雖然在圖15A和圖15B中示出的所述回射器陣列92在形狀上與圖14A和圖14B中的那些不同，但是它們的回射原理是相同的。圖14B和圖15B分別解釋了在圖14A和圖15A 中示出的所述回射器陣列92的回射原理。進入所述回射器92A或92B的鏡面之一(例如， 92Aa或92Ba)的光束依次被不同的鏡面(92Ab或92Bb)和另一鏡面(92Ac或92Bc)反射。 因此，光束被反射回到其進入所述回射器92A或92B的位置。進入所述回射器陣列92的光束的路徑和離開所述回射器陣列92的光束的路徑不重疊，但是在嚴格意義上彼此平行。如果所述回射器92A或92B與所述回射器陣列92相比足夠小，則入射光束和出射光束的路徑可被認為彼此重疊。這兩個類型的角立方體陣列在以下方面彼此不同。制造具有等腰三角形形式鏡面的角立方體陣列相對容易，但是其反射率變得有點低。相反，制造具有正方形形式鏡面的角立方體陣列相對難，但是其反射率變高。前述角立方體陣列的備選可用作所述回射器陣列92，只要所述備選(廣義上被稱作“角反射器”)通過利用三個鏡面使得光束回射即可。雖然本文沒有示出，但是，例如，要在這些實施例中應用的示例性單元回射器具有三個鏡面，其中的兩個彼此正交，另一個關于其余兩個成90/N(N為整數)度角。單元回射器的另一示例是銳角回射器，其具有三個鏡面，相鄰的鏡面之間限定的角為90度、60度和45度。貓眼回射器也可用作單元回射器。這些回射器陣列可以是平面的、彎曲的或扭曲的?；厣淦麝嚵械奈恢每杀缓线m地確定，只要從觀察對象發(fā)射并由所述半反射鏡91反射的光束被所述回射器陣列回射即可。在具有所述半反射鏡91和所述回射器陣列92的所述顯示裝置Ia中，與具有二面角反射器陣列的顯示裝置1相似的是，在相對于所述半反射鏡91的鏡面傾斜的方向，在觀察者的視線內的空間中看到作為漂浮像的實像3。通過改變將要形成的像所顯示的位置，或通過改變將被觀看到的像的大小，所述顯示裝置Ia也可實現(xiàn)所述實像3的變化。在不脫離本發(fā)明的意圖的情況下，所述顯示裝置的每個組成部分的特定結構可被合適地改變。作為示例，本發(fā)明應用于一種顯示裝置以在該顯示裝置的顯示部分前方的空間中產生漂浮像。工業(yè)實用性
本發(fā)明可應用作為用于廣告目的的顯示裝置和在車輛中使用的信息顯示裝置。附圖標號說明1、la···顯示裝置2...觀察對象3...漂浮像(實鏡像)4...反射鏡6. . . 二面角反射器陣列(實鏡像成像光學系統(tǒng))6S. · ·元件面(對稱面)60...襯底61··· 二面角反射器6la、6lb...鏡面91...半反射鏡91S···鏡面(對稱面)92...回射器陣列92A、92B...回射器92Aa、92Ab、92Ac、92Ba、92Bb、92Bc. · ·鏡面CL...鏡的交線
1權利要求
1.一種顯示裝置，所述顯示裝置包括觀察對象；實鏡像成像光學系統(tǒng)，所述實鏡像成像光學系統(tǒng)包括半透明襯底，所述半透明襯底具有限定所述對象存在的對象側空間和觀察者存在的觀察者側空間的對稱面，其中所述實鏡像成像光學系統(tǒng)利用通過所述襯底的光在所述觀察者側空間中形成所述觀察對象的實像； 以及反射鏡，所述反射鏡布置在所述觀察者側空間中，以便反射從所述實鏡像成像光學系統(tǒng)供應的光束，從而將所反射的光束朝向所述觀察者導向。
2.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述反射鏡被布置為與所述觀察對象的實像相交。
3.根據權利要求1或2所述的顯示裝置，其中所述反射鏡具有印制的底層圖案和框架圖案中的至少一種圖案。
4.根據權利要求1至3的任一項所述的顯示裝置，所述顯示裝置還包括用于隨時間改變所述觀察對象、所述實鏡像成像光學系統(tǒng)和所述反射鏡之間的位置關系的裝置。
5.根據權利要求4所述的顯示裝置，所述顯示裝置還包括用于沿著連接所述觀察對象和所述實鏡像成像光學系統(tǒng)的線移動所述觀察對象的裝置。
6.根據權利要求1至5的任一項所述的顯示裝置，其中所述實鏡像成像光學系統(tǒng)是充當二面角反射器的光學元件。
7.根據權利要求1至5的任一項所述的顯示裝置，其中所述實鏡像成像光學系統(tǒng)由半反射鏡和回射器陣列的組合形成。
全文摘要
提供了一種顯示裝置，所述顯示裝置能夠自由地設置可以觀測通過實鏡像成像光學系統(tǒng)形成的實鏡像的視角。具體地，提供了一種顯示裝置，所述顯示裝置包括觀察對象；實鏡像成像光學系統(tǒng)，所述實鏡像成像光學系統(tǒng)將觀察對象側空間和觀察者側空間分離，所述實鏡像成像光學系統(tǒng)包括半透明襯底，所述半透明襯底包括對稱面，并且所述實鏡像成像光學系統(tǒng)經由所述襯底在所述觀察者側空間中形成所述觀察對象的實像；以及反射鏡，所述反射鏡安置在所述觀察者側空間中，以反射來自所述實鏡像成像光學系統(tǒng)的光，從而將反射的光朝向所述觀察者導向。
文檔編號G02B5/08GK102460269SQ20108002571
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權日2009年5月11日
發(fā)明者前川聰, 杉山貴 申請人:斯坦雷電氣株式會社, 獨立行政法人情報通信研究機構