两点成像光学设备.pdf

本发明提供一种两点成像光学设备，利用得到新的成像方式的成像光学元件。作为两点成像光学元件(1)，具备如下的两点成像光学元件，该两点成像光学元件具备以垂直或接近垂直的角度被成为元件面的两个平行的狭窄间隔的平面(l、l)夹持地配置的、形成平板状的多个镜面部(2)，以相互平行或接近平行的角度隔离地配置多个镜面部(2)，使在该元件面侧以及另一个元件面侧分别各成像一个配置在元件面的一侧的被投影物的像。

1.  一种两点成像光学设备，其特征在于，具备两点成像光学元件，该两点成像光学元件具备以垂直或接近垂直的角度被成为元件面的两个平行的狭窄间隔的平面夹持地配置的、形成平板状的多个镜面部，以相互平行或接近平行的角度隔离地配置上述多个镜面部，使在该元件面侧以及另一个元件面侧分别各成像一个配置在上述元件面的一侧的被投影物的像。

2.  根据权利要求1所述的两点成像光学设备，其特征在于，将上述镜面部的背面设为非镜面。

3.  根据权利要求1或2中的任意一项所述的两点成像光学设备，其特征在于，上述多个镜面部由分别在大致同一平面内相互隔离地配置的多个镜面要素构成。

4.  根据权利要求1～3中的任意一项所述的两点成像光学设备，其特征在于，具备上述两点成像光学元件以及支撑部，该支撑部支撑该两点成像光学元件中的多个镜面部，使得该多个镜面部全部朝向相同方向并且以相互平行或接近平行的角度隔离，
在上述支撑部的背面侧与上述镜面部对向配置被投影物的情况下，
使在上述支撑部的表面侧和背面侧分别各成像一个通过上述各镜面部之间的间隙而在各镜面部反射的上述被投影物的像。

5.  根据权利要求4所述的两点成像光学设备，其特征在于，上述支撑部由沿着上述两个元件面夹持上述多个镜面部的以相互水平或接近水平的姿势配置的透明硬质部件构成。

6.  根据权利要求4所述的两点成像光学设备，其特征在于，上述支撑部是由以相互平行或接近平行的角度形成了多个条状槽或狭缝或突起物中的某一个的透明硬质材料构成的薄板状的部件，在各条状槽或狭缝或突起物中将与上述被投影物对向的一侧的面设为上述镜面部。

7.  根据权利要求4所述的两点成像光学设备，其特征在于，上述支撑部是形成有在其厚度方向上贯穿的多个孔部或在厚度方向上突出的透明的多个筒状部的薄板状的部件，使上述多个孔部或多个筒状部排列成俯视时的格子状，在各孔部或筒状部中的朝向相同一侧的面中形成反射光的镜面要素，由形成在大致同一平面内的多个镜面要素构成一个上述镜面部。

8.  根据权利要求7所述的两点成像光学设备，其特征在于，用折射率超过1的透明的液体或固体来填充上述孔部或筒状部的内部。

9.  根据权利要求4～8中的任意一项所述的两点成像光学设备，其特征在于，在上述支撑部的背面侧与上述镜面部对向配置上述被投影物，将该被投影物设为深度方向反转的反转后的立体物或立体影像。

10.  根据权利要求4～9中的任意一项所述的两点成像光学设备，其特征在于，在上述支撑部的背面侧与上述镜面部对向配置上述被投影物，将该被投影物设为具有动作的物体或影像。

11.  根据权利要求1～10中的任意一项所述的两点成像光学设备，其特征在于，将上述被投影物设为能够根据从上述元件面起的距离对与该元件面以及上述镜面部平行的方向的宽度进行放大缩小的物体或影像。

12.  根据权利要求1～11中的任意一项所述的两点成像光学设备，其特征在于，以使上述元件面以及上述镜面部成为垂直的姿势配置上述两点成像光学元件。

13.  根据权利要求1～11中的任意一项所述的两点成像光学设备，其特征在于，以使上述元件面成为水平且使上述镜面部成为垂直的姿势配置上述两点成像光学元件。

两点成像光学设备
技术领域
本发明涉及利用具备两个成像点的光学元件的两点成像光学设备。
背景技术
作为可以比较的以往技术，有作为放大率在纵向与横向中不同的光学系统的被称为“变形光学系统”(参照非专利文献1)的技术。在变形光学系统的实现中，使用柱透镜、复曲面透镜(参照非专利文献2)等。柱(圆筒面)透镜是通过针对入射光在透镜的曲率方向上提供变化，在长度方向上不提供变化而形成线状的束的透镜，广泛利用于矫正眼睛、距离计、半导体激光器等像散，并且通过实施反射镀膜等，还可以作为柱面镜而利用于扫描器、传真机等中。复曲面透镜是具有一个或两个复曲面表面的透镜，复曲面表面在某子午面内具有最大的折射率，另一方面在相对该子午面垂直的子午面内具有最小的折射率，被用作散光用眼镜透镜等。
非专利文献1：「速解光サイエンス辞典」、P4、オプトロニクス社、1998年发行
非专利文献2：迁内順平他編、「最新光学技術ハンドブック」、p22、朝書店、2002年发行
在这样从以往存在的具有两个成像点的以往的光学元件的情况下，在将被投影物与前侧焦点的距离设为Z、将被投影物的像与后侧焦点的距离设为Z’、将焦距设为f时，式(ZZ’＝f²)的关系成立，在Z与焦距之间存在反比关系。另外，在将放大率设为M时，式(Z＝f/M)的关系成立，Z与放大率也存在反比关系。因此，在三维物体的成像中，伴随深度变化，发生非线性的像差。
发明内容
本发明涉及一种在纵横具有不同的成像点的光学元件，通过不使用以往那样的透镜而利用多个镜面，提供一种利用可以得到此前不存在的成像方式的新的两点成像光学元件的光学设备。
即，本发明的两点成像光学设备的特征在于，具备两点成像光学元件，该两点成像光学元件具备以垂直或接近垂直的角度被成为元件面的两个平行的狭窄间隔的平面夹持地配置的、形成平板状的多个镜面部，以相互平行或接近平行的角度隔离地配置上述多个镜面部，使在该元件面侧以及另一个元件面侧分别各成像一个配置在上述元件面的一侧的被投影物的像。
在这样的结构的本发明的两点成像光学设备中的两点成像光学元件中，在从被投影物发出的光(有时也为反射光)通过镜面部间的间隙时在镜面部反射一次后通过该光学元件，从而在两个元件面Es₁、Es₂的两侧成像。此处，使用图1对两点成像光学元件中的成像的原理进行说明。在该图中，示意地示出从视点V观察时的由点光源S生成的两个像。在该图(a)中，示出在一个镜面部2中反射的光相对该镜面部2在点光源S的面对称位置A处成像，从观察者的视点V在该光学元件1中的一个元件面Es₂侧(在图示例子中下侧)的空间中观察到像的样子。另外，点A与在一个镜中映出的像等价，并且实际上光线不会聚集，而成为虚像。接下来，在该图(b)中，示出各镜面部2中的公共垂直线位置处的反射的样子。镜面中的光线的反射通过相对通过反射位置的垂直线的线对称路径，所以最终在各镜面部2中反射的光通过作为相对公共垂直线l的点光源S的线对称位置的点B。由此，在另一个元件面Es₁侧(在图示例子中上侧)的空间中的点B处生成点光源S的实像。但是，在作为点光源S的集合的被投影物为立体的情况下，以深度方向反转的状态观察到作为点B的集合的实像。由于同时生成以上的成像，所以如该图(c)所示，出现点A以及点B这两个成像点。另外，在从视点V观察的情况下，在相同方向上观察到两个成像点，所以被观察成一点。
根据这样的本发明的两点成像光学设备，可以得到能够进行此前没有的像的观察的新的光学设备，具有通过将多个镜面部设为规定的配置的简易的结构而在两个元件面侧分别具备一个成像点的两点成像光学元件。另外，本发明的两点成像光学设备具备上述那样的两点成像光学元件即可，还包括仅由两点成像光学元件构成的设备。
接下来，对本发明中应用的两点成像光学元件的成像的位置关系进行详细说明。在图2中，将被投影物(点光源)设为S、将观察者的视点设为V、将通过S和V的直线设为m、将m与元件的交点设为C、将通过C的镜面部的垂直线设为l。其成为各镜面部的公共垂直线。如上所述，相对公共垂直线l与S线对称的位置成为B。另外，将通过V与B的直线设为n、将直线n与公共垂直线l的交点设为D，成为线段SD＝线段DA的直线n上的点成为A。另外，元件面包括直线l，但包括V、S、A的平面无需与元件面Es₁、Es₂垂直。另外，在考虑与元件面Es₁、Es₂平行且包括点光源S的假想的平面P时，点A存在于平面P上，在考虑相对元件面与平面P面对称位置处的假想的平面Q时，点B存在于平面Q上。
接下来，针对两点成像光学元件的像差，首先，使用图3对从视点V纵、深度方向的像差进行说明。在该图中，在点光源S与元件面Es₁、Es₂平行地移动到S’的位置时，点A与点B分别与元件面Es₁、Es₂平行地移动到点A’与点B’。即，BB’与SS’为等倍，但AA’与SS’相比被放大。另外，在点光源S移动到与元件面Es₁、Es₂接近垂直的方向的S”的位置时，点A与点B分别移动到点A”与点B”。即，AA”相对元件面Es₁、Es₂成为倾斜，与SS”相比被放大，但BB”维持与SS”等倍，BB”的方向与SS”的方向反转。另一方面，使用图4对从视点V横向的像差进行说明。在点光源S与元件面ES₁、Es₂平行地移动到S”’的位置时，点A与点B分别与元件面Es₁、Es₂平行且与公共垂直线平行地移动到点A”’与点B”’。即，AA’”维持与BB”’等倍，但BB”’与SS”’相比被缩小。此处，在将从元件面Es₁、Es₂到视点V为止的距离设为R、将从元件面Es₁、Es₂到点光源S为止的距离设为r时，这些距离与被投影物的大小的关系成为下式。
(式1)
BB″′＝{(R-r)/(R+r)}S S″′
即，在总结以上时，在图示例子中上侧的元件面Es₁的上方的像在横向上缩小，在其他两个轴向上成为等倍。另一方面，在图示例子中下侧的元件面Es₂的下方的像在横向上为等倍，但在其他两个轴向上放大而受到倾斜的线性变换。
另外，在本发明中，上述“成为元件面的两个平行的狭窄间隔的平面”根据本发明的用途、被投影物的大小而不同，是以几μm到几cm的间隔相互接近的平面，但无需作为具有物理上的实体的平面而存在，只要是假想平面即可。例如，在从元件以几mm～几cm的近距离观察被投影物的像的情况下，上述两个平面的间隔优选设为几μm～几十μm，在从元件以几cm～几m的中距离观察被投影物的像的情况下，上述两个平面的间隔优选设为几十μm～几百μm，在从元件以几m～几十m的远距离观察被投影物的像的情况下，上述两个平面的间隔优选设为几百μm～几mm。
另外，在本发明中，上述“垂直或接近垂直的角度...在两个...平面”意味着“相对两个平面正好垂直的角度至距垂直在几分左右的误差范围内的角度”。而且，上述“多个镜面部以平行或接近平行的角度”意味着“所有镜面部完全平行、或距平行在几分左右的误差范围的角度”。
在上述那样的本发明的两点成像光学设备中，为了去除多余的反射光而提高被投影物的像的分辨率，优选将两点成像光学元件中的镜面部的背面设为非镜面。
在以上那样的构成本发明的两点成像光学设备的两点成像光学元件中，各镜面部还可以分割，各镜面部还可以由分别在大致同一平面内相互隔离地配置的多个镜面要素构成。各镜面部可以由长方形形状的镜构成，但如果这样由朝向被投影物的大致同一平面内存在的多个镜面要素构成一个镜面部，则与支撑长方形形状的镜的两端的情况相比，可以简易地维持多个镜面部的平行度、各镜面部的平面度。另外，“配置有多个镜面要素的大致同一平面”优选为多个镜面要素完全处于同一平面内的情况，但只要是从同一平面起的平行移动、以及几分左右的角度误差范围，则被容许。
作为更具体的本发明的两点成像光学设备的基本结构，可以举出可以通过支撑部以适当的姿势保持镜面部的如下结构，具备：以垂直或接近垂直的角度被成为元件面的两个平行的狭窄间隔的平面夹持地配置的、形成平板状的多个镜面部；以及使支撑部，支撑该多个镜面部，使得该多个镜面部全部朝向相同方向并且以相互平行或接近平行的角度隔离，在上述支撑部的背面侧与上述镜面部对向配置被投影物的情况下，使在上述支撑部的表面侧和背面侧分别各成像一个通过上述各镜面部之间的间隙而在各镜面部反射的上述被投影物的像。
另外，本发明的两点成像光学设备为了以适当的姿势保持且保护多个镜面部，由沿着上述两个元件面夹住上述多个镜面部的以相互水平或接近水平的姿势配置的透明硬质部件构成支撑部。作为硬质透明部件适当的材料，例如例示有玻璃、丙烯酸。
另外，本发明的两点成像光学设备作为将两点成像光学元件中的多个镜面部形成在作为它们的支撑要素的支撑部内的方式，还可以构成为，将支撑部设为以相互平行或接近平行的角度形成了多个条状槽或狭缝或突起物的某一个的、由玻璃、丙烯酸等透明硬质材料构成的薄板状的部件，在各条状槽或狭缝或突起物中将与上述被投影物对向的一侧的面设为上述镜面部。由此，将两点成像光学元件设为有规则地配置了镜面部的结构而可以简易地制作。
根据同样的观点，作为在支撑部自身中形成镜面部的本发明的两点成像光学设备的方式，可以举出如下的例子：将支撑部设为形成有在其厚度方向上贯穿的多个孔部或在厚度方向上突出的透明的多个筒状部的薄板状的部件，使上述多个孔部或多个筒状部排列成俯视时的格子状，在各孔部或筒状部中的朝向相同一侧的面中形成反射光的镜面要素，由形成在大致同一平面内的多个镜面要素构成一个上述镜面部。
在这样的结构中，在用折射率超过1的透明的液体或固体来填充了上述孔部或筒状部的内部的情况下，可以适当地调整观察被投影物的像的角度。
另外，可以得到一种光学设备，在将被投影物设为具有动作的物体或影像的情况下，可以使与该被投影物的动作对应地动作的实像与虚像在两点上成像来进行观察。
另外，在被投影物各部从元件面起的距离并非恒定或变动的情况下，可以根据从元件面起的距离，对被投影物进行横宽即与元件面以及镜面部平行的方向的宽度尺寸进行放大缩小，从而可以再现正常大小的实像。
根据本发明的两点成像光学设备，通过具备使在微小间隔的平行的两个元件面之间以大致垂直的姿势设置的多个镜面部大致平行地排列这样的简易结构的两点成像光学元件，创造出此前不存在的成像方式的光学装置，其中，使从被投影物发出的光在各镜面部反射而在两个元件面侧分别各得到一个即合计两个像。本发明中应用的两点成像光学元件与以往的变形光学系统相比特别在三维物体的成像中提供完全不同的像差，所以对光学系统的设计提供新的自由度。
另外，根据上述本发明的两点成像光学设备，由于如上所述具备在该设备的表面背面这两面映出被投影物的像这样的特征，所以可以利用于此前没有的成像方式的显示装置和展示装置等中。
特别地，如果将光学设备设为以使元件面以及镜面部成为垂直的姿势配置了两点成像光学元件的结构，则在参照图1(b)、图16来说明时，通过自然的姿势从视点V观察的观察者由于双眼的离开方向具有相对元件面Es₁、Es₂垂直的方向的分量，所以易于优先观察到从点光源S发出而在各镜面部2中反射后在作为相对公共垂直线l的点光源S的线对称位置的点B处成像的像、即在比两点成像光学元件更跟前侧(视点侧)浮出的实像。其中，在被投影物为立体的情况下，以深度方向方向反转的状态观察到该实像。
另一方面，在将光学设备设为以使元件面成为水平且使镜面部成为垂直的姿势配置了两点成像光学元件的结构的情况下，在参照图1(a)来说明时，通过自然的姿势从视点V观察的观察者的双眼的离开方向与元件平面平行，所以易于优先观察到从点光源S发出而在一个镜面部2中反射的光相对该镜面部2在点光源S的面对称位置A处成像的像、即在两点成像光学元件的深处观察到的虚像。
另外，在本发明的光学设备中，从视点观察时在支撑部的背面侧与镜面部对向配置被投影物，将该被投影物设为深度方向反转的反转后的立体物或立体影像，从而特别地可以将对于在两点成像光学元件的跟前观察到的被投影物的实像的深度方向观察为具有本来的正确的深度方向的立体物或立体影像的实像。
附图说明
图1是示出本发明的两点成像光学设备中应用的两点成像光学元件的成像原理的原理图。
图2是示出该光学元件中的成像的位置关系的原理图。
图3是示出该光学元件中的从视点起的纵、深度像差的原理图。
图4是示出该光学元件中的从视点起的横像差的原理图。
图5是本发明的一个实施方式中应用的两点成像光学元件的结构概念图。
图6是本发明的一个实施方式的两点成像光学设备的基本结构概念图。
图7是本发明的一个实施方式的两点成像光学设备的基本结构概念图。
图8是本发明的一个实施方式的两点成像光学设备的基本结构概念图。
图9是本发明的一个实施方式的两点成像光学设备的基本结构概念图。
图10是本发明的一个实施方式的两点成像光学设备的基本结构概念图。
图11是本发明的一个实施方式的两点成像光学设备的基本结构概念图。
图12是本发明的一个实施方式的两点成像光学设备的基本结构概念图。
图13是示出作为图11所示的实施方式2的两点成像光学设备的应用例的显示装置的图。
图14是示出该显示装置的两点成像光学设备中的成像方式的概略图。
图15是示出作为图11所示的实施方式的两点成像光学设备的应用例的其他显示装置的图。
图16是示出该显示装置的两点成像光学设备中的成像方式的概略图。
图17是示出在本发明的实施方式中应用的光学元件中的从视点起的被投影物动作时的横像差的原理图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
图5示出在本发明中应用的两点成像光学元件(以下简称为“光学元件”)1的一个方式的基本结构概念图。如该图所示，光学元件1是通过以使各镜面部2成为平行并且朝向同一方向的方式在前后方向上等间隔地排列配置多个形成平滑的细长的长方形形状的镜面部2而构成的。各镜面部2例如可以由将表面设为镜面的薄板状的镜部件构成。另外，为了防止镜面2以外处的多余的反射，优选在上述镜部件中将镜面部2的背面设为非镜面。在图示例子中各镜面部2的上端缘以及下段缘分别收容于构成元件面Es₁、Es₂的平面l’、l”内。各镜面部2与上述两个平面l’、l”成为垂直的关系。
两个平面l’、l”的间隔(换言之镜面部2的宽度尺寸(在图示例中为高度方向)，进一步换言之元件的厚度)d1是由与邻接的镜面部2、2彼此之间的间隔d2的关系决定的。d1/d2之比与该光学元件1的最佳观察角度存在关系。如果该比的值是1、即d1＝d2，则从相对透射率成为最大的元件面Es₁、Es₂成为45°的方向观察的作法是最佳的。如果上述比的值小于1、即d1小于d2，则优选从相对元件面Es₁、Es₂接近平行的浅的角度观察，另外，如果上述比的值大于1、即d1大于d2，则从相对元件面Es₁、Es₂接近垂直的深的角度观察的作法成为最佳。
另一方面，邻接的镜面部2、2彼此之间的间隔d2决定该光学元件1的分辨率。在几何光学上，d2越小，分辨率越高，但如果考虑光的衍射的影响，则d2越小，分辨率越低。考虑这些两个要因来决定d2的最佳值。一般，对于d2，考虑从光学元件1起的观察距离、用途、被投影物的大小而将其设定为几μm～几cm之间的适当的值，进而考虑最佳观察角度将与d2对应的d1的值设定在几μm～几cm之间即可。对于d2的值，例如在从光学元件1以几mm～几cm的近距离观察被投影物的像的情况下，优选为几μm～几十μm，在以几cm～几m的中距离观察的情况下，优选为几十μm～几百μm，在以几m～几十m的远距离观察的情况下，优选为几百μm～几mm。
另外，即使在针对以下的各实施方式的两点成像光学系统的说明中未特别说明的情况下，在所参照的各图中也示出元件面Es₁、Es₂。在图6中，作为利用了上述光学元件1的本发明的实施方式中，示出两点成像光学设备(以下简称为“光学设备”)的一个例子的基本结构概念图。该图所示的光学设备10构成为用适当的支撑部11、11支撑了图5所示的光学元件1中的各镜面部2(或具备该各镜面部2的镜部件)的两侧端部。通过该支撑部11、11，以相互平行状态排列了各镜面部2，并且在图示例子中维持竖立姿势。作为支撑部11，只要是发挥这样的功能的部件，则形状和大小等结构没有特别限定，可以适当地使用棒状部件、板状部件、线状部件等。例如，在将棒状部件或板状部件用作支撑部11的情况下，通过在这些部件的内侧面设置与各镜面部2平行的槽，并向该槽嵌入各镜面部2的侧端部，可以保持镜面部2的位置以及姿势。
图7是示出利用了上述光学元件1的光学设备的其他例子的结构概念图。该图所示的光学设备20构成为使两个支撑部21、21分别与两个元件面Es₁、Es₂抵接而将各镜面部2夹入。这些支撑部21、21可以由形成薄的平板状的硬质透明部件构成。对于硬质透明部件的材料，可以采用玻璃和丙烯酸等。这样的支撑部21、21的向元件面Es₁、Es₂的抵接面与各镜面部2的表面正交。例如在支撑部21、21的向元件面Es₁、Es₂的抵接面中，开槽设置与各镜面部2的上端缘以及下段缘对应的槽，并在该槽中嵌入各镜面部2的上端部以及下端部，从而可以保持镜面部2的位置以及姿势，进而实现镜面部2的保护。
图8是示出利用了上述光学元件1的光学设备的其他例子的结构概念图。该图所示的光学设备30构成为在由硬质透明部件构成的薄板状的支撑部31中，相互平行地形成有贯穿该支撑部31的厚度方向的多个狭缝32。而且，在各狭缝32的内侧面中，在朝向一个方向的面(与未图示的被投影物对向的面)中分别形成有镜面部2。对于硬质透明部件的材料，可以采用玻璃和丙烯酸等。例如在将丙烯酸用作硬质透明部件的情况下，通过对上述各狭缝32的朝向一个方向的面实施镜面镀膜，可以得到镜面部2。另外，根据上述的理由，优选将镜面部2的背面设为非镜面。此处，该硬质透明部件的厚度对应于上述镜面部2的宽度尺寸d1即可。所邻接的狭缝32、32彼此之间的间隔如上所述对应于邻接的镜面部2、2彼此之间的间隔d2的一半左右即可。另外，各狭缝32的开口宽度例如设为狭缝32的深度(支撑部31的厚度)的一半左右。根据这样的结构，通过对由一个部件构成的支撑部31实施加工，得到光学设备30。通过代替这样的狭缝32，而在构成支撑部31的透明硬质部件中，相互平行地形成不贯穿其厚度的多个条状的槽，并与上述狭缝32的情况同样地在各槽的内侧面形成镜面部2，也可以得到同样的光学设备。
图9是示出利用了上述光学元件1的光学设备的其他例子的结构概念图。该图所示的光学设备40构成为代替图8所示的光学设备30的支撑部31中的狭缝32，而相互平行地形成有向构成支撑部41的硬质透明部件的一个面(在图示例子中上面)突出的多个细长的突起物42。突起物42可以设为与支撑部41相同的材料。另外，在各突起物42的外侧面中，在朝向一个方向的面(与未图示的被投影物对向的面)中分别形成有镜面部2。上述镜面部2可以通过与上述光学设备30的情况同样的加工而得到。另外，根据上述理由，镜面部2的背面优选为非镜面。此处，突起物42的突出高度对应于上述镜面部2的宽度尺寸d1即可。邻接的突起物42、42彼此之间的间隔如上所述对应于邻接的镜面部2、2彼此之间的间隔d2的一半左右即可。另外，突起物42的镜面部2的垂直线方向的宽度例如设为突起物42的高度的一半左右。根据这样的结构，通过对由一个部件构成的支撑部41实施加工，而得到光学设备40。另外，突起物42还作为薄板状的支撑部41的“肋条”发挥功能，所以对光学部件40的强度增强和形状维持也作出贡献。另外，通过将突起物42设为形成矩形形状而筒状地向上方开口的形状，并代替在突起物42的外侧面上形成的上述镜面部2，而在与该外侧面平行的内侧面形成有镜面部的结构的光学设备，也可以得到与上述光学设备40同样的效果。而且，通过对在这样的光学设备中的筒状的开口连通形成在上述光学设备30中的狭缝32、代替该狭缝32的条状的槽的方式的光学设备，也可以得到具有同样的效果的光学设备。
图10是示出利用了上述光学元件1的光学设备的其他例子的结构概念图。该图所示的光学设备50与图9所示的光学设备40的支撑部41同样地构成为，在由形成平板状的硬质透明部件构成的支撑部51的一个面中(在图示例子中为上面)，以在俯视时形成格子状(棋盘格子状)的方式突出有多个微细的长方体形状的突起52。而且，在各突起52中，对朝向被投影物侧的平滑的外侧面实施镜面加工，而形成镜面要素2a。另外，根据上述理由，镜面要素2a的背面优选设为非镜面。而且，由在与被投影物对向的一个平面内存在并排列成一列的多个镜面要素2a，构成一个镜面部2。此处，各突起52的突出高度对应于上述镜面部2的宽度尺寸d1即可。邻接的列的突起52、52彼此之间的间隔如上所述对应于邻接的镜面部2、2波此的间隔d2即可。另外，可以适当地设定构成同一镜面部2而邻接的突起52、52彼此之间的间隔，例如可以设为与上述d2相同的尺寸。可以将这样的结构的光学设备50称为在多个突起物52排列的方向上细分割了上述光学设备40中的突起物42的结构。另外，通过与上述光学设备40的变形例同样地，将光学设备50的突起部52设为形成矩形形状而向上方开口的筒状部，并在该筒状部中的朝向被投影物侧的平滑的内侧面中形成有镜面要素2a的光学设备，也可以得到与上述光学设备50同样的效果。
图11是示出利用了上述光学元件1的光学设备的其他例子的结构概念图。该图所示的光学设备60构成为与图8所示的光学设备30的支撑部31同样地，在由形成平板状的硬质材料的部件构成的支撑部61中，以俯视时形成格子状(棋盘格子状)的形式形成有多个贯穿其厚度的矩形形状的微细的孔部62。而且，在各孔部62中，对朝向被投影物侧的平滑的内侧面实施镜面加工，而形成镜面要素2a。另外，根据上述的理由，镜面要素2a的背面优选设为非镜面。而且，由与被投影物对向的一个平面内存在并排列成一列的多个镜面要素2a，构成一个镜面部2。此处，孔部62的深度对应于上述镜面部2的宽度尺寸d1即可。邻接的列的孔部62、62彼此之间的间隔对应于邻接的镜面部2、2彼此之间的间隔d2的一半左右即可。另外，还可以适当地设定构成同一镜面部2而邻接的孔部62、62彼此之间的间隔，例如可以设为上述d2的大约一半的尺寸。可以将这样的结构的光学设备60称为在多个狭缝32排列的方向上细分割了上述光学设备30中的狭缝32的结构。另外，通过代替这样的贯通支撑部61的孔部62，而在构成支撑部31的透明硬质部件中，格子状地形成不贯穿其厚度的有底的孔，并与上述孔部62的情况同样地在各孔的内侧面中形成镜面要素2a，也可以得到同样的光学设备。
另外，以上叙述的得到两个成像点的光学设备还可以通过图12所示的光学设备70来实现。该光学设备70具有与上述光学设备69大致同样的结构，并将孔部71的正交的两个内侧面设为镜面2b、2b，基本上采用如下的使用方法：针对在该光学设备70的下方配置的被投影物，以如下形式进行投影，从两个镜面2b、2b所成的角度的中心线的方向(图中箭头I)朝向这些镜面2b、2b，使从该被投影物发出的光在两个镜面中各反射一次、即合计反射两次，而在光学设备70的上方使被投影物的像浮起。在上述光学设备70中，如果设为以仅与某一个镜面2b对向(例如图中箭头II)的形式配置被投影物，并与包括该镜面2b的平面内包含的其他孔部71的镜面2b一起构成镜面部2(该镜面2b起到与上述镜面要素2a等同的作用)的方式，则成为与上述光学设备60同样的结构，可以将光学设备70用作与光学设备60相同的设备。
以下，作为上述光学设备60的具体的应用例，以显示装置为例子，说明成像方式和像的观察状态。另外，在此以光学设备60为例子，但即使在上述其他光学设备的情况下也相同。图13所示的显示装置600具备：具有遮光性且向上方开口的箱体601；从上方塞住该箱体601的开口的盖体602；以及配置在箱体601的内部的照明603，在盖体602的中央部配置上述光学设备60而将其周围遮光成“口”字型。在盖体602的底面侧，以上下反转的倒立姿势，与光学设备60的镜面部2对向地配置了作为点光源S的集合的被投影物(在图示例子中记载有文字“A”的纸片)604。照明603被设置在与被投影物604对向的位置，以在向箱体601覆盖了盖体602的状态下照射被投影物604。观察者在显示装置600中的被投影物604的斜上方位置设置视点V而观察光学设备60。此处，在本例子的显示装置600中，采用如下在光学设备60：各镜面要素2a为100μm四方的正方形形状、且前后左右的镜面要素2a之间的距离也为100μm的结构。
图14示意地示出由照明603照射并由被投影物604反射的光的路径和被投影物604的两个像。另外，在该图中，实际上镜面部2的宽度尺寸即元件面Es₁、Es₂之间的间隔与被投影物和其他物体相比非常小，所以将光学设备60的上面和下面模拟表示成一个平面。在将作为被投影物604的文字“A”上的一点(此处文字“A”的顶点)设为点S而进行说明时，如图1～图4中说明，来自点S的光在某镜面部2(在如光学设备60那样镜面部2被分割成多个镜面要素2a的情况下，为这些镜面要素2a的集合)反射(在图中用●表示反射点)而在光学设备60的下侧的元件面Es₂的下方的点A处成像为虚像，在处于通过点S的镜面部2的垂直线上的镜面要素2a反射而在光学设备60的上侧的元件面Es₁的上方的点B处成像为实像(在该图中用灰色表示)。即，在以使光学设备60中的镜面部2成为垂直姿势的形式设置了该显示装置600的情况下，在被投影物604上的点S处反射的光在镜面部2中反射时，横向的光线束所提供的虚像(光线虚拟地集中的点)是点A，作为与各镜面部2的公共垂直线l平行的方向的纵向的光线束所提供的实像(光线实际上集中的点)是点B。
其中，在从处于显示装置600上方的某一点V以单眼观察时，由于点A与点B存在于同一直线上，所以难以区分。假设严密地调整了焦距的情况下，焦点以点A以及点B的两个距离重合。在被投影物604上的其他点反射之后再在镜面部2反射的光也在元件面的上下两方在分别对应的位置处成像。在这样得到的文字“A”的像中，对于下侧的元件面Es₂的下方的像(虚像)，在横宽中没有变化而等倍，但在纵和深度方向上倾斜地延伸，对于上侧的元件面Es₁的上方的像(实像)，在纵和深度方向上没有变化而等倍，但横宽被缩小。其中，在将上述某一点V作为视点而观察了这些像的情况下，两个像看起来完全重叠，而仅观察到一个文字“A”的像。另外，在利用双眼而具有视差地观察到的情况下，确认下方或上方的像。详细而言，在利用具备将元件面Es₁、Es₂设为水平并将镜面2设为垂直的两点成像光学元件1(参照图6等)的光学设备60的情况下，对于以通常的姿势通过双眼来观察的观察者来说，易于以自然状态观察到通过横向的光线束在下侧的元件面Es₂的下方成像的虚像。对于观察者如果将脸横起来等而设为将双眼纵向排列的状态，则自然地观察到通过纵向的光线束在上侧的元件面Es₁的上方成像的实像。
特别地，在观察者以将脸竖起来的自然的姿势观察纵向的光线束所提供的实像的情况下，以使元件面Es₁、Es₂与镜面2成为垂直姿势的形式，配置光学设备60中的两点成像光学元件1即可。在图15所示的例子中，将上述显示装置600竖立来埋入到作为竖立体的壁W中，使上侧的元件面Es₁以及盖体602成为与壁面Ws同一面的垂直姿势。将显示装置600竖立的方向设为各镜面部2也成为垂直姿势的方向。以图14为基准如图16所示，被投影物604(将文字“A”向右侧横倒)被配置在壁W的内侧。由此，如在图16中放大所示，在观察者以自然的姿势从壁面Ws的跟前侧的视点V(实际上通过双眼)观察时，双眼视差相对元件面Es₁成为垂直方向，所以观察到比元件面Es₁的壁面Ws还处于跟前侧的实像。另外，该实像在纵(在图示例子中左右方向)和深度方向上没有变化而成为等倍，但文字“A”的横宽(在图示例子中上下方向)被缩小，特别在该实像是立体的情况下，被观察成与被投影物604相比深度方向被反转的像。另外，与图14的情况相反地，在本例子的情况下当观察者以将脸横起来的姿势观察时，在壁面Wa的内侧观察到虚像(在图16中用灰色表示)。
以上，对观察平面的被投影物的情况进行了说明，但还可以同样地观察立体的被投影物的像。但是，在被投影物为立体的情况下，相对元件面在与视点相同一侧的空间中成像的实像被观察成深度方向被反转。另外，对于相对元件面在与被投影物相同一侧的空间中成像的虚像，成为虽然深度未反转，但在深度方向上被延伸的像。
另外，以上将被投影物设为静止物(包括静止图像)而进行了说明，但还可以将被投影物设为动作的物体、影像，在该情况下，作为运动的影像可以观察到被投影物的实像以及虚像。例如，对于如图17所示被投影物具有相对元件面Es₁、Es₂的垂直方向的动作时的、从某固定的视点V观察的横向的偏差，以图4为基准进行说明。处于线段S₁S₂的位置的被投影物(设为被投影物S₁S₂)位于元件面Es₂侧的空间中，且从视点V观察时观察到在元件面Es₁侧的空间中成像的实像B₁B₂。如该图(a)所示，在被投影物S₁S₂向从元件面Es₁Es₂离开的方向垂直地移动而移动到线段S₁’S₂’的位置时，实像产生如下的几何变化，以从元件面Es₁Es₂沿垂直方向离开的方式从B₁B₂的位置向B₁’B₂’的位置移动而缩小。如果被投影物S₁S₂向靠近元件面Es₁Es₂的方向垂直地移动，则实像从B₁B₂的位置以从元件面S₁S₂沿垂直方向接近的方式移动而放大。另外，如该图(b)所示，即使向被投影物S₁S₂相对元件面Es₁Es₂垂直的方向移动，为了不使实像B₁B₂的大小变化而可以观察实像B₁”B₂”，例如在被投影物S₁S₂从元件面Es₁Es₂远离的情况下，以使三角形VB₁”B₂”与三角形VS₁”S₂”保持相似形的形式，将被投影物S₁S₂放大至被投影物S₁”S₂”即可。具体而言，在将从元件面Es₁、Es₂到视点V为止的距离设为R、将从元件面Es₁、Es₂到被投影物S₁S₂为止的距离设为r、将从移动后的元件面Es₁、Es₂到被投影物S₁”S₂”为止的距离设为r’时，移动后的被投影物S₁”S₂”的大小满足下式即可。
(式2)
S₁＂S₂＂＝{(R-r)/(R+r)}{(R+r′)/(R-r′)}S₁S₂
这样，为了自由地进行与被投影物的元件面以及镜面部平行的方向的宽度的放大缩小，优选作为被投影物采用显示装置、或采用向屏幕投影的影像。另外，在从被投影物的各部的元件面起的距离并非恒定的情况下，通过预先根据从元件面起的距离来进行放大缩小，可以再现正常的大小。
另外，本发明不限于上述实施方式。对于各部的具体结构，也不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变形。
产业上的可利用性
通过使从配置在光学元件的背侧的光源中发出的光在该光学元件具备的镜面部反射，而从某视点观察时在该光学元件的跟前侧成像实像并且在背侧成像虚像，而且可以从该视点在一个直线上观察到实像和虚像，由此可以提供具备新的成像方式的光学元件和新的光学设备，可以作为新的显示器等而应用。