申请/专利权人：索尼公司

申请日：2016-07-12

公开（公告）日：2021-07-16

公开（公告）号：CN107850701B

主分类号：G02B5/08(20060101)

分类号：G02B5/08(20060101);G02B30/56(20200101);G02B30/60(20200101);G09F9/00(20060101)

优先权：["20150727 JP 2015-147379"]

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2023.07.21#未缴年费专利权终止;2018.08.24#实质审查的生效;2018.03.27#公开

摘要：该光学器件设置有：彼此相对的入射面和出射面；和多个反射器部件，多个反射器设置在入射面与出射面之间，并且多个反射器的每一个使得入射在入射面上的光朝向出射面反射。多个反射器部件中的每一个具有彼此正交设置的第一反射面和第二反射面。第一反射面和第二反射面彼此相交的线相对于入射面的法线倾斜。

主权项：1.一种光学器件，包括：彼此相对的入射面和出射面；和多个反射器，所述多个反射器设置在所述入射面与所述出射面之间，并且所述多个反射器的每一者使得从所述入射面入射的光朝向所述出射面反射，所述多个反射器中的每一者具有彼此正交设置的第一反射面和第二反射面，并且所述第一反射面和所述第二反射面之间的交线相对于所述入射面的法线倾斜，其中，具有扩散入射光的功能的功能层被设置为与所述反射器的所述第一反射面和所述第二反射面相对，所述多个反射器的第一对相邻反射器之间的第一间距小于所述多个反射器的第二对相邻反射器之间的第二间距，所述第一对相邻反射器位于所述入射面的第一端，所述第二对相邻反射器位于所述入射面的第二端，并且相邻的所述反射器之间的间距从所述第一端朝向所述第二端连续增加，所述入射面的第一端与显示设备之间的距离小于所述入射面的第二端与所述显示设备之间的距离，光从所述显示设备入射到所述入射面。

全文数据：光学器件及显示单元技术领域[0001]例如，本公开涉及一种在半空中形成图像的光学器件以及包括这种光学器件的显示单元。背景技术[0002]近年来，已经开发出这样的显示单元，其例如使得能够在空中显示图像作为真实图像并提供立体视觉和触摸输入例如，专利文献1。这样的显示单元通过称为二面角反射器阵列的光学器件发送显示设备的屏幕上显示的图像，从而在半空中在预定的平面上形成图像。[0003]引文列表[0004]专利文献[0005][专利文献1]日本未经审查的专利申请公布第2013-88556号发明内容[0006]然而，在如上所述的使用光学器件的显示单元中，将成像面设置为与显示设备相对，成像面和显示设备中间具有光学器件。在这种情况下，在光学器件和显示设备之间以及在光学器件和成像面之间预留具有预定距离或更长距离的空间。因此，这种配置可能会导致整个单元的扩大。[0007]期望提供一种能够在实现整个单元小型化的同时在半空中显示图像的光学器件和显示单元。[0008]根据本公开的实施方式的光学器件包括:彼此相对的入射面和出射面；以及多个反射器，所述多个反射器设置在所述入射面与所述出射面之间，并且所述多个反射器的每一个使得从所述入射面入射的光朝向所述出射面反射。所述多个反射器中的每一个具有彼此正交设置的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面之间的交线相对于所述入射面的法线倾斜。[0009]根据本公开的实施方式的显示单元包括:根据本公开的上述实施方式的光学器件;以及显示设备，显示设备朝向该光学器件显示图像。[0010]在根据本公开实施方式的每一个光学器件和显示单元中，多个反射器均具有彼此正交设置的第一反射面和第二反射面。因此，例如在从显示设备输出的光入射到入射面的情况下，在该入射光被各反射器反射之后，从出射面输出入射光，在光学器件上方的预定位置形成图像。在这种情况下，每个反射器中的第一和第二反射面之间的交线相对于入射面的法线倾斜，相比于和线正交的情形，这能够使得入射到入射面上的光的入射'角更小。由此，能够缩短显示设备与光学器件之间的距离。[0011]根据本公开的上述实施方式中的光学器件和显示单元，多个反射器中的每一个具有彼此正交设置的第一和第二反射面；因此，例如来自显示设备的光在例如半空中的预定位置处形成图像。每个反射器中的第一和第二反射面之间的交线相对于入射面的法线倾斜，这使得能够将显示设备和光学器件彼此罪近地设置，从而使得显示单元的总体积减小。因此，能够在实现整个单元的小型化的同时在半空中显示图像。[0012]应注意的是，上述说明是本公开的实例。本公开的效果不限于上述效果，并且可以是其他不同的效果或者可进一步包括其他效果。附图说明[0013]图1A是用于说明根据本公开第一实施方式的光学器件的概述的示意图。[0014]图1B是示出包括图1A所示的光学器件的显示单元的配置的框图。[0015]图2是图1A所示的光学器件的关键部分的配置的XY平面图。[0016]图3是用于说明图2所示反射器的详细配置的示意图。[0017]图4是用于说明形成图2所示反射器的方法的实例的横截面图。[0018]图5是用于说明图2所示反射器的详细配置的示意图。[0019]图6A是沿着图2中的线A-A’截取的示意性横截面图。[0020]图6B是沿着图2中的线B-B’截取的示意性横截面图。[0021]图6C是沿着图2中的线C-tT截取的示意性横截面图。[0022]图7是用于说明图1A和1B所示的光学器件和显示单元的效果的示意图。[0023]图8A是位于显示设备附近的反射器的工作示意图。[0024]图8B是位于远离显示设备的反射器的工作示意图。[0025]图9A是根据比较实例1的光学器件的关键部分的配置的XY平面图。[0026]图9B是用于说明图9A所示的反射器的详细配置的示意图。[0027]图10A是用于说明由光学器件以平面对称方式形成的图像的示意图。[0028]图10B是用于说明由光学器件以平面对称方式形成的图像的示意图。[0029]图11是包括图9A所示的光学器件和显示设备，以及成像面的整个单元的配置的示意图。[0030]图12是包括图2所示的光学器件和显示设备，以及成像面的整个单元的配置的示意图。[0031]图13A是根据修改实例1的光学器件的关键部分的配置的XY平面图。[0032]图13B是用于说明图13A所示的反射器的详细配置的示意图。[0033]图14是用于说明图13A所示的反射器的详细配置的示意图。[0034]图15A是沿着图13A中的线A-A’截取的示意性横截面图。[0035]图BB是沿着图13A中的线B-B’截取的示意性横截面图。[0036]图BC是沿着图13A的线C-C’截取的示意性横截面图。[0037]图I6是根据修改实例2所述的光学器件的配置的横截面图。[0038]图17是包括根据比较实例2的光学器件和显示设备，以及成像面的整体单元的配置的示意图。[0039]图18是包括图16所示的光学器件和显示设备，以及成像面的整体单元的配置的示意图。[0040]图I9是根据修改实例3的光学器件的关键部分的配置的透视图。[0041]图20是根据比较实例3的光学器件中的反射器的工作示意图。[0042]图21是图19所示的光学器件中的反射器的工作示意图。[0043]图22是根据修改实例4的第一配置实例的光学器件的关键部分的配置的横截面图。[0044]图23是根据修改实例4的第二配置实例的光学器件的关键部分的配置的横截面图。[0045]图24是用于说明根据比较实例4的光学器件的工作的横截面图。[0046]图25是根据第二实施方式的光学器件的关键部分的配置的平面图。[0047]图26是根据比较实例5的光学器件的关键部分的配置的平面图。[0048]图27是根据修改实例5的光学器件的关键部分的配置的平面图。[0049]图28是根据比较实例6的光学器件的关键部分的配置的平面图。[0050]图29是根据修改实例6的光学器件的关键部分的配置的平面图。[0051]图30是根据比较实例7的光学器件的关键部分的配置的平面图。[0052]图31是图29所示光学器件中的反射器的配置的透视图。[0053]图32A是用于说明图31所示反射器的第一配置实例的示意图。[0054]图32B是用于说明图31所示反射器的第二配置实例的示意图。[0055]图33是根据第三实施方式的显示单元的关键部分的配置的示意图。[0056]图34A是用于说明图33所示的在屏幕的水平方向上光方向控制膜的功能的示意图。[0057]图34B是与图34A有关的亮度的特性图。[0058]图35A是用于说明图33所示的在屏幕的垂直方向上的光方向控制膜的功能的示意图。[0059]图35B是与图35A相关的亮度的特性图。[0060]图36A是用于说明光学器件中反射光相对于其入射角的返回或不返回的示意图。[0061]图36B是用于说明光学器件中反射光相对于其入射角的返回或不返回的示意图。[0062]图3ec是用于说明光学器件中反射光相对于其入射角的返回或不返回的示意图。[0063]图37是用于说明入射到图33所示显示单元中的反射器上的光的示意图。具体实施方式[0064]将参照附图对本公开的一些实施方式详细进行说明。说明将按以下顺序给出。[0065]1.第一实施方式其中相邻的两个反射面之间的交线设置为相对于入射面倾斜的光学器件的实例，以及包括该光学器件的显示单元的实例）[0066]2•修改实例1其中两个反射面中的一个设置为倾斜，另一个设置为垂直的实例）[0067]2.修改实例2其中反射器之间的间距随着与端部的距离而变化）[0068]3•修改实例3其中两个反射面交替并排布置并接合在一起的实例）[0069]4•修改实例4其中在反射面间的各区域设置树脂层或空气层的实例）[0070]5•第二实施方式其中具有吸收或扩散光的功能的功能层被设置在与反射面相对的面上的实例）[0071]6•修改实例5和6反射器和功能层的其他配置的实例）[0072]7.第三实施方式其中光方向控制膜设置在显示设备和光学器件之间的实例）[0073][第一实施方式][0074][配置][0075]图1A是用于说明根据本公开的第一实施方式的光学器件光学器件1〇的概述的视图。图1B示出包括光学器件10的显示单元显示单元1的配置。光学器件1〇是包括多个微小反射镜反射器11的光学图像形成元件。具体而言，光学器件10被配置为:利用从入射面S1下方的点P点光源输出的光在出射面S2上方的点Q半空中的点Q处形成图像。[0076]显示单元1在光学器件10的入射面S1侧包括显示设备20。可将各种显示器中的任一种用作显示设备20。显示器的实例包括有机EL电致发光）显示器、液晶显示器、电泳显示器以及LED发光二极管）显示器。例如，该显示设备20设置在光学器件10下方的预定位置。具体而言，设置显示设备20,使得从显示设备20输出的光从斜下方入射到光学器件10的各反射器11上。显示设备20和光学器件10中的一者或者两者可围绕沿着Z方向延伸的轴线旋转可配备旋转驱动机构）。以这种方式旋转显示设备20和光学器件10中的一者或两者，能够使得用户从多个视点多个方向观察图像。[0077][光学器件10的详细配置][0078]图2示出了光学器件10的XY平面配置。图3示出了反射器11和入射面S1的透视配置。光学器件10例如是所谓的二面角反射器阵列。光学器件10在入射面S1与出射面S2之间包括多个反射器11。反射器11在平面图中（在XY平面内）以矩阵方式二维布置。要注意的是，出射面S2在图2和图3中未示出。[0079]多个反射器11中的每一个是一次或多次反射从入射面S1入射的光诸如两次）的反射镜，从而将光引导到出射面S2。设置在光学器件10中的反射器11的数量、位置、尺寸等不限于特定的值。然而，例如，反射器11的尺寸影响要在半空中显示的图像的分辨率。每个反射器11具有彼此相邻的两个反射面S21和S22第一和第二反射面）。将反射面S21和S22在直线状的交叉线CL上相互正交地设置。更具体地说，反射面S21的法线与反射面S22的法线形成大约90°的角度。要注意的是，反射面S21和S22可在交叉线CL上以相互连接接触的方式设置，也可在交叉线CL上相互交叉。可替代地，反射面S21和S22可彼此分离，并且可在两个反射面之间设置微小的间隙。而且，反射面S21和S22相互正交，然而，反射面S21和S22的法线之间的角度仅需要约为90°，例如在90°±1°的范围内。[0080]例如，每个反射面S21和S22包括金属薄膜。反射面S21和S22的金属薄膜例如包括诸如铝或银的具有光反射性的金属。反射面S21和S22例如通过以下的工序形成。换句话说，如图4所示，首先，在包括例如玻璃、树脂等的衬底120上形成包括树脂等的台柱（凸起）121，之后，使用例如蒸发法、派射法等在每个台柱121的侧面上形成金属薄膜122。例如，根据需要，对各金属薄膜122的表面进行覆膜，或者进行诸如抛光的镜面加工。可使用各种成型方法中的任一种诸如注射成型、挤出成型、真空成型、旋转成型、层压成型、吹塑成型以及压延成型等来形成每个台柱121。而且，除此之外，还可通过使用激光的切割技术或光刻技术来加工每个台柱121。进一步地，在本实例中，分别使用台柱形成反射面S20PS22,但也可采用不使用台柱的其他方法。例如，也可在平面状的衬底上形成多个通孔导通孔），然后对通孔的内侧进行镜面加工来形成反射面S21和S22。[0081]要注意的是，在光学器件10中，如图4所示，将每个台柱121的一部分（右侧和左侧之一覆盖金属薄膜122就足够了。在每个台柱121的其它侧，可设置或可不设置金属薄膜122。换句话说，利用诸如台柱结构的侧面形成至少两个相邻的反射面S21和S22就足够了。注意，更优选的是仅设置两个相邻的面作为反射面，这能够使得抑制多路径反射。另外，例如在反射器11之间的区域中设置空气层123,所述区域是台柱121之间的区域。[0082]在本实施方式中，反射面S21和S22之间的交叉线CL相对于入射面S1的法线倾斜反射面S21和S22被设置为使得交叉线CL相对于入射面S1的法线倾斜）。图5以放大的方式示出了一个反射器11和入射面S1的平面结构。图6A示出了沿着图2中的线A-A’截取的横截面配置。图6B示出了沿着图2中的线B-B’截取的横截面配置。图6C示出了沿着图2中的线C-C’截取的横截面配置。[0083]每个反射面S21和S22相对于入射面S1倾斜地设置。交叉线CL倾斜成与入射面S1的法线Z方向）形成预定的角度01。例如，角度01不限于特定值，而是满足〇°45°的范围（不返回范围）。[0170]在上述配置中，入射在光学器件10E上的光包含不在期望方向上返回的光。这导致在半空中显示的图像中亮度降低、由于黑电平亮度增加导致对比度降低以及噪声产生等，由此导致图像质量下降。[0171]相反，在本实施方式中，光方向控制膜14设置在显示设备20和光学器件10E之间，以控制入射到光学器件10上的光的角度方向。这使得能够控制入射到每个反射器11E反射面S28和S29的入射光束，以便与轴线XI形成45°或小于45°的角度，如图37所示。换句话说，这使得能够控制入射到每个反射器11E反射面S28和S29上的光束，以沿着范围Ra内的光路行进。这样，在该实施方式中，使用光方向控制膜14,这使得能够控制入射到光学器件10E上的光的入射角。[0172]如上所述，在本实施方式中，通过反射器11E的反射，能够易于使入射到光学器件10E上的光沿期望的方向返回（能够减弱不返回的光）。这使得能够抑制在半空中显示的图像中亮度降低、由于黑电平亮度增加导致的对比度降低及噪声产生等，这使得能够减少图像质量的下降。因此，可实现与上述第一实施方式类似的效果。[0173]已参考一些实施方式对本公开进行了说明。然而，本公开不限于在这些实施方式中说明的实例，并且能够以各种方式进行修改。例如，也可不包含在上述实施方式中说明的全部构成要素，并且还可进一步包含其他的构成要素。此外，上述构成要素的材料、厚度、制造工艺等是说明性的而非限制性的。[0174]应注意的是，上述实施方式中说明的效果是示例性的，本公开的效果可以是其他效果，或者可进一步包括其他效果。[0175]应注意的是，本公开的内容可具有以下配置。[0176]⑴一种光学器件，包括：[0177]彼此相对的入射面和出射面;和[0178]多个反射器，所述多个反射器设置在所述入射面与所述出射面之间，并且所述多个反射器的每一个使得从所述入射面入射的光朝向所述出射面反射，[0179]所述多个反射器中的每一个具有彼此正交设置的第一反射面和第二反射面，并且[0180]所述第一反射面和所述第二反射面之间的交线相对于所述入射面的法线倾斜。[0181]⑵根据⑴所述的光学器件，其中，[0182]所述第一反射面和所述第二反射面均被设置为相对于所述入射面倾斜。[0183]⑶根据⑴所述的光学器件，其中，[0184]所述第一反射面和所述第二反射面中的一者被设置为相对于所述入射面倾斜，并且另一者被设置为垂直于所述入射面。[0185]⑷根据⑴至⑶中任一项所述的光学器件，其中，[0186]相邻反射器之间的间距在平面的第二端设置得比在平面的第一端大，所述第二端远离所述第一端。[0187]5根据⑷所述的光学器件，其中，[0188]所述间距从所述第一端到所述第二端连续变化。[0189]⑹根据⑴至⑸中任一项所述的光学器件，其中，[0190]所述多个反射器在平面图中以矩阵方式布置。[0191]⑺根据⑹所述的光学器件，其中，[0192]将所述多个反射器中的所述第一反射面和所述第二反射面在第一方向上交替接合布置以构成线性结构体，并且在与所述第一方向正交的第二方向上布置多个所述结构体。[0193]⑻根据⑴至⑺中任一项所述的光学器件，其中，[0194]所述多个反射器之间的区域填充有具有彼此相同的折射率的材料或空气。[0195]⑼根据⑴至⑻中任一项所述的光学器件，其中，[0196]具有吸收或扩散入射光的功能的功能层被设置为与所述反射器的第一反射面和第二反射面相对。[0197]10根据⑴至⑼中任一项所述的光学器件，其中，[0198]光方向控制膜被设置为与所述入射面相对。[0199]11—•种显不单兀，包括：[0200]光学器件;和[0201]显示设备，所述显示设备向所述光学器件显示图像，[0202]所述光学器件包括[0203]彼此相对的入射面和出射面，[0204]多个反射器，所述多个反射器设置在所述入射面与所述出射面之间，并且所述多个反射器的每一个使得从所述入射面入射的光朝向所述出射面反射，[0205]所述多个反射器中的每一个具有彼此正交设置的第一反射面和第二反射面，并且[0206]所述第一反射面和所述第二反射面之间的交线相对于所述入射面的法线倾斜。[0207]12根据11所述的显示单元，其中，[0208]所述第一反射面和所述第二反射面均被设置为相对于所述入射面倾斜。[0209]13根据11所述的显示单元，其中，[0210]所述第一反射面和所述第二反射面中的一者被设置为相对于所述入射面倾斜，并且另一者被设置为垂直于所述入射面。[0211]14根据（11至13中任一项所述的显示单元，其中，[0212]相邻反射器之间的间距在平面第二端设定得比在平面的第一端大，所述第二端远离所述第一端。[0213]15根据14所述的显示单元，其中，[0214]所述间距从所述第一端到所述第二端连续变化。[0215]16根据14或（15所述的显示单元，其中，[0216]所述显示设备被设置为与所述光学器件的入射面的第一端相对。[0217]17根据（11至16中任一项所述的显示单元，其中，[0218]所述多个反射器在平面图中以矩阵方式布置。[0219]18根据（17所述的显示单元，其中，[0220]将所述多个反射器中的所述第一反射面和所述第二反射面在第一方向上交替接合布置以构成线性结构体，并且在与第一方向正交的第二方向上布置多个所述结构体。[0221]19根据11至18中任一项所述的显示单元，其中，[0222]所述多个反射器之间的区域填充有具有相同彼此的折射率的材料或空气。[0223]20根据11至19中任一项所述的显示单元，其中，[0224]具有吸收或扩散光的功能的功能层被提供为与所述反射器的第一反射面和第二反射面相对。[0225]21根据权利要求11至2〇中任一项所述的显示单元，其中，[0226]在所述光学器件与所述显示设备之间提供光方向控制膜。[0227]本申请基于并要求于2015年7月27日向日本专利局提交的日本专利申请第2〇15-147379号的优先权权益，其全部内容通过引用结合于此。应该理解的是，本领域技术人员可设想基于设计要求和其他因素的各种修改、组合、子组合和变化，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

权利要求：1.一种光学器件，包括：彼此相对的入射面和出射面;和多个反射器，所述多个反射器设置在所述入射面与所述出射面之间，并且所述多个反射器的每一者使得从所述入射面入射的光朝向所述出射面反射，所述多个反射器中的每一者具有彼此正交设置的第一反射面和第二反射面，并且所述第一反射面和所述第二反射面之间的交线相对于所述入射面的法线倾斜。2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第一反射面和所述第二反射面均被设置为相对于所述入射面倾斜。3.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第一反射面和所述第二反射面中的一者被设置为相对于所述入射面倾斜，并且所述第一反射面和所述第二反射面中的另一者被设置为垂直于所述入射面。4.根据权利要求1所述的光学器件，其中，相邻的所述反射器之间的间距在平面的第二端设置得比在平面的第一端大，所述第二端远离所述第一端。5.根据权利要求4所述的光学器件，其中，所述间距从所述第一端朝向所述第二端连续变化。6.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述多个反射器在俯视观察中以矩阵方式布置。7.根据权利要求6所述的光学器件，其中，将所述多个反射器中的所述第一反射面和所述第二反射面在第一方向上交替接合布置以构成线性结构体，并且在与所述第一方向正交的第二方向上布置多个所述结构体。8.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述多个反射器之间的区域填充有具有彼此相同的折射率的材料或空气。9.根据权利要求1所述的光学器件，其中，具有吸收或扩散入射光的功能的功能层被设置为与所述反射器的所述第一反射面和所述第二反射面相对。10.根据权利要求1所述的光学器件，其中，光方向控制膜被设置为与所述入射面相对。11.一种显示单元，包括：光学器件;和显示设备，所述显示设备向所述光学器件显示图像，所述光学器件包括：彼此相对的入射面和出射面;和多个反射器，所述多个反射器设置在所述入射面与所述出射面之间，并且所述多个反射器的每一者使得从所述入射面入射的光朝向所述出射面反射，所述多个反射器中的每一者具有彼此正交设置的第一反射面和第二反射面，并且所述第一反射面和所述第二反射面之间的交线相对于所述入射面的法线倾斜。12.根据权利要求11所述的显示单元，其中，所述第一反射面和所述第二反射面均被设置为相对于所述入射面倾斜。13.根据权利要求11所述的显示单元，其中，所述第一反射面和所述第二反射面中的一者被设置为相对于所述入射面倾斜，并且所述第一反射面和所述第二反射面中的另一者被设置为垂直于所述入射面。14.根据权利要求11所述的显示单元，其中，相邻反射器之间的间距在平面的第二端设置得比在平面的第一端大，所述第二端远离所述第一端。15.根据权利要求14所述的显示单元，其中，所述间距从所述第一端朝向所述第二端连续变化。16.根据权利要求14所述的显示单元，其中，所述显示设备被设置为与所述光学器件的入射面的所述第一端相对。17.根据权利要求11所述的显示单元，其中，所述多个反射器在平面图中以矩阵方式布置。18.根据权利要求17所述的显示单元，其中，将所述多个反射器中的所述第一反射面和所述第二反射面在第一方向上交替接合布置以构成线性结构体，并且在与第一方向正交的第二方向上布置多个所述结构体。19.根据权利要求11所述的显示单元，其中，所述多个反射器之间的区域填充有具有彼此相同折射率的材料或空气。20.根据权利要求11所述的显示单元，其中，具有吸收或扩散光的功能的功能层被设置为与所述反射器的所述第一反射面和所述第二反射面相对。21.根据权利要求11所述的显示单元，其中，在所述光学器件与所述显示设备之间设置光方向控制膜。

百度查询： 索尼公司 光学器件及显示单元

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