光学系、頭部搭載型プロジェクタ、及び再帰透過性素子
【課題】実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる新規な光学系、頭部搭載型プロジェクタ、及び及び再帰透過性素子を提供する。
【解決手段】
光学系は、プロジェクタ２０とプロジェクタ２０と対向して配置された再帰透過性素子１３を備え、プロジェクタ２０からの未実像の入射光を、再帰透過性素子１３を介して再帰透過させることにより、再帰透過性素子１３の入射面とは反対側において再帰透過した光により虚像を形成させる。この再帰透過性素子１３により再帰透過された光線を、観察者は虚像として観察することができる。
【解決手段】
光学系は、プロジェクタ２０とプロジェクタ２０と対向して配置された再帰透過性素子１３を備え、プロジェクタ２０からの未実像の入射光を、再帰透過性素子１３を介して再帰透過させることにより、再帰透過性素子１３の入射面とは反対側において再帰透過した光により虚像を形成させる。この再帰透過性素子１３により再帰透過された光線を、観察者は虚像として観察することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系、頭部搭載型プロジェクタ、及び再帰透過性素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子は、一般にホログラム光学素子など特殊なものを除き、屈折光学系及び反射光学系に分けることができる。光学系の構成を考案する場合、或いは、シミュレーションを用いて詳細な設計を詰める場合でも、この屈折光学系及び反射光学系が基本要素として、これらを中心として理論的な体系を成立させ、屈折光学系及び反射光学系の基本要素を単独、又は組み合わせることにより様々な光学装置が提案されている。逆に言えば、この２つの系に限られているところが、光学系を組む場合の最大の制約ともなる。
【０００３】
屈折光学系は、いわば光学素子を一列に並べ、順に光を通していくものであり、光の進行方向は変わらない。反射光学系は、光の進行方向を変えることができる。動作原理を決定した後、この２種類を組合せ、空間中で素子同士が干渉しないような配置を決めることが、光学機器の構成設計である。
【０００４】
なお、この出願に関する技術としては、下記の非特許文献１が公知である。
【非特許文献１】前川，仁田，的場，「微小２面コーナーリフレクタアレイを用いた面対称結像光学素子−実像を結像する「鏡」−」，情報メディア学会技術報告，情報メディア学会,30(52),2006年10月18日，Vol.30,No.52,p.49-52
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
機械の場合と同じように、空間の取り合いは、大きな制約であり、光学機器の動作原理が決定しても、光学素子の配置が不可能な場合がある。これを解消・緩和するために、しばしば、ハーフミラーやプリズムからなるビームスプリッタが用いられている。以下に、例を示して説明する。
【０００６】
頭部搭載型プロジェクタ（ＨＭＤ）は、プロジェクタ１０を視点位置１２に置き、映像を投影することができれば、スクリーン１４の形状がいかなる曲面であっても、観察される像に歪みが生じないため、好都合である（図１５参照）。しかし、プロジェクタ１０と視点とは干渉するため、図１５のように実際に視点位置１２にプロジェクタ１０の射出瞳を設置することはできないものの、図１６に示すように眼（図１６では観察視点Ａ）前にビームスプリッタ１６を置けば、空間の取り合いは解消する。このように配置した頭部搭載型プロジェクタは従来から公知である。
【０００７】
ここで、ビームスプリッタ１６、すなわち、ハーフミラーのような透過性を持つ鏡は、空間を折り返している。プロジェクタ１０は折り返された空間の中では人の瞳（すなわち、前記観察視点Ａ）に重なるため、上記のような動作原理が満たされる。なお、この場合でも、配置には、工夫が必要となる。例えば、図１７は、動作原理は図１６と同じであるが、プロジェクタ１０がスクリーン１４までの光路を遮るため、完全な実像を観察することはできない。
【０００８】
従来のプロジェクタを有する光学系の場合、スクリーンを必要とするばかりか、そのスクリーンの設置箇所をも考慮する必要があることから、プロジェクタを使用する光学系において、スクリーンを設ける必要がない光学系が求められている。
【０００９】
本発明の目的は、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる新規な光学系を提供することにある。
又、本発明の第２の目的は、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる新規な頭部搭載型プロジェクタを提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の第３の目的は、上記のようなプロジェクタを有するにも関わらずスクリーンを不要とすることができる光学系において、好適に使用することができる再帰透過性素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、プロジェクタと、前記プロジェクタと対向して配置された素子であって、入射光を、該素子の入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、再帰透過軸に関して軸対称な方向に変えて射出させる性質を有する素子（以下、再帰透過性素子という）とを備え、前記プロジェクタからの未実像の入射光を、前記再帰透過性素子を介して再帰透過させることにより、前記再帰透過性素子の入射面とは反対側において前記再帰透過した光により虚像を形成させることを特徴とする光学系を要旨とするものである。
【００１２】
未実像とは、下記のことを言う。プロジェクタから投射された光線束は、実像の結像位置が、該光線束が入射された面の向こう側（該入射された面とは反対側の面を越した側）に設定された場合、前記面に入射された光線束は、「未だ実像になっていない」、すなわち、実像未満である。この実像未満である交線束を、「未実像」という。
【００１３】
また、再帰透過軸とは、下記のことを言う。再帰透過性素材に入射した光線は、素材を透過するが、射出される光は、再帰透過性素材が無かった場合と比較すると、入射光に対して軸対称になっている。この軸のことを再帰透過軸ということとする。例えば、図４乃至図６に示す様な、再帰反射性素子３２と平面ビームスプリッタ（半反射層４０）を用いた構造の場合には、ビームスプリッタの法線Ｇが再帰透過軸になる。ビームスプリッタが半透過曲面鏡であれば、その曲面形状の法線が、各位置での再帰透過軸である。さらに、曲面鏡を微細化しフレネル反射鏡とした場合にも、各反射鏡の法線が、再帰透過軸である。図７乃至図８に示す様な、直交２面鏡（コーナーミラー）を用いた構造の場合には、その交線が再帰透過軸である。又、直交２面鏡の場合、図１３に示すように、再帰透過軸の配置を場所により変更することで、上記曲面鏡と同様の光学的効果を作ることができる。
【００１４】
そして、上記の構成により、プロジェクタは、光線束（未実像）を再帰透過性素子に入射する。実像位置に向かって収束しつつあった光線群は、この再帰透過素子により逆に散開するが、光の進行方向、すなわち、再帰透過性素子の入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向は変わらない。収束のための角度は、逆に散開のための角度となるため、これらの光線束は逆に虚像を形成する。この虚像と、本来の実像とは、再帰透過面に対して面対象の位置にある。すなわち、再帰透過性素子は、空間を折り返し、実像を虚像に転換しているにもかかわらず、光線束の進行方向を変えないため、観察瞳に光は入射し、像を観察することができる。
【００１５】
なお、背景技術で挙げたビームスプリッタ１６は、空間を折り返すという点では、同じであるが、光線の進行方向を変えてしまうところに、再帰透過性素子とは相違がある。
なお、本実施形態での光学系は、全て反射系の素子からなることが好ましい。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１において、前記再帰透過性素子が、曲面を有するように湾曲されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学系が、使用者の頭部に装着される支持体に設けられ、前記支持体に対して、前記再帰透過した光により虚像を前記使用者の眼で見ることが可能に、前記再帰透過性素子が配置されていることを特徴とする頭部搭載型プロジェクタを要旨とするものである。
【００１７】
請求項４の発明は、透明層と、該透明層の一方の面、又は前記透明層の内部に設けられた半反射層を有し、前記透明層の一方の面とは反対側の他方の面、又は前記透明層の内部に、光線を前記半反射層側に反射させる多数の再帰反射性素子を離散的に配置したことを特徴とする再帰透過性素子を要旨とするものである。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項４において、前記半反射層が湾曲されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５において、前記半反射層が凹型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凹面鏡に形成され、前記半反射層を通過して前記再帰反射性素子で反射された光線が、前記反射面で反射し、前記透明層を通過して外部に出ることを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項５において、前記半反射層が凸型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凸面鏡に形成され、前記透明層へ入射した光線が、該反射面で反射して、さらに該再帰反射性素子で反射し、前記半反射層を通過して外部に出ることを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明は、板状の素子本体に対し、板状の素子本体に対し、複数の空隙が点線状にかつ、円状に配置されており、該空隙群が、複数個同心円状に配置され、前記空隙の壁面が鏡面に形成されていることを特徴とする再帰透過性素子を要旨とするものである。
【００２１】
請求項９の発明は、板状の素子本体に、円状に形成されるとともに径の異なる空隙が、複数個同心円状に形成され、前記空隙の壁面が鏡面に形成され、素子本体の厚み方向の少なくとも一端は閉塞されていることを特徴とする再帰透過性素子を要旨とするものである。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９において、前記空隙が透孔であることを特徴とする。
請求項１１の発明は、板状の素子本体に対して、該素子本体の厚み方向に多数の空隙がランダムに配置され、前記空隙の内面には、互いに直交する第１鏡面と第２鏡面とから構成された２面直交合わせ鏡が形成され、かつ、前記第１鏡面と第２鏡面の交線が該素子本体の厚み方向に向けて配置されていることを特徴とする再帰透過性素子を要旨とするものである。
【００２３】
請求項１２の発明は、請求項１１において、前記空隙が透孔であることを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１１又は請求項１２において、前記板状の素子本体が、曲面を有しており、その曲面の法線方向に前記２面直交合わせ鏡の交線が沿って配置されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４の発明は、請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項において、前記板状の素子本体に、２面直交合わせ鏡が配置され、再帰透過軸を場所に応じて設定されていることで、再帰透過性に加えて、光線の散開又は収束の光学特性が付加されることを特徴とする。
【００２５】
ここで、鏡、再帰反射性素子、及び前記再帰透過性を有する素子（以下、再帰透過性素子という）に関する「折り返し」について説明する。
（空間の折り返し）
鏡は、空間を鏡面を基準として面対称に折り返している。これは、鏡が入射する光線を鏡の鏡面の法線方向に折り返すからである。鏡の手前の実物体もプロジェクタにより投影された実像も、鏡の向こう側に虚像として観察される。なお、鏡側から観察できる虚像は、鏡の向こう側に虚像のまま観察されることになる。
【００２６】
一方、再帰反射性素子は、鏡と同じように法線方向の折り返しを行うにも関わらず物体から出る光線束や投影された実像を、元と同じ位置に実像として結像させる。ただし、再帰反射が鏡と異なるのは、面内の折り返し、すなわち、再帰反射性素子の入射面の法線方向と直交する平面方向の光の進行をも折り返すことである。この面内の折り返しによっても、空間は折り返されるため、２回の空間の折り返しにより、結果としては空間を折り返していないような効果を持つ。
【００２７】
この「面内の折り返し」は、集中して結像に向かう光線束を、結像点から出た光のように開散光線束に変え、逆に物体や結像点から出た開散光線束を集中して結像させる効果を伴う。
【００２８】
ここで、透明板１０、鏡１１、再帰反射性素子１２、及び再帰透過性素子１３における「面内の折り返し」と「法線Ｈ方向の折り返し」の有無を、図１に示す。
面内の折り返しとは、入射面の法線Ｈ方向と直交する平面方向における光の進行方向の折り返しをいう。又、法線Ｈ方向とは、各部材の入射面における法線方向のことをいう。
【００２９】
図１において、「×（＋１）」が折り返し無し、「×（−１）」が折り返し有りである。図１で示された各枠中の透明板１０、鏡１１、再帰反射性素子１２、及び再帰透過性素子１３において、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、各部材の斜視図、平面図及び側面図であり、それぞれ各部材に対して光線Ｋが照射された際の進行方向が示されている。図１において、（ｂ）で示されている黒丸は各部材に対する光線Ｋの入射点を示している。
【００３０】
（行，列）＝（１，１）は法線方向、及び面内のいずれにも折り返しがない透明板１０である。
（行，列）＝（１，−１）は鏡１１である。鏡は、法線Ｈ方向の折り返し（単純反射）があって、面内の折り返しがなく、この結果、実像を虚像にする。
【００３１】
（行，列）＝（−１，−１）は再帰反射性素子１２である。再帰反射性素子１２は、法線Ｈ方向の折り返しと、面内の折り返しのため、結果として空間を折り返さないで、集中光と拡散光を変換するため、実像は同じ位置に再び実像を結ぶ。なお、再帰反射性素子１２側から観察できる虚像は、虚像位置に実像を結ぶ。
【００３２】
残る１枠、すなわち（行，列）＝（−１，１）は、再帰透過性素子１３である。図１、図２に示すように再帰透過性素子１３は、法線Ｈ方向の折り返しをせず、面内の折り返しのみを行うものである。
【００３３】
（実像虚像変換）
ここで、実像の結像位置が、光線束が入射された面の向こう側（該入射された面とは反対側の面を越した側）に設定された場合、前記面に入射された光線束は、「未だ実像になっていない」、すなわち、実像未満であることから、以下では、この光線束を説明の便宜上、「未実像」という。
【００３４】
そして、鏡１１の場合、未実像は入射された面（この場合、鏡面）で折り返されて前記面の手前で実像を形成する。
再帰反射性素子１２及び再帰透過性素子１３の場合、未実像は、前記面内の折り返しにより、集中と散開が交換されることで、折り返された後は虚像を形成することになる。このように、未実像が結果的に虚像となる作用を以下では、実像虚像変換と呼ぶことにする。
【００３５】
再帰反射性素子１２の場合は、未実像の光線束は逆方向に進行し、再帰反射性素子が無かった場合に実像があった元位置に虚像を結像する。又、再帰透過性素子１３の場合は、未実像の光線束が再帰透過性素子１３の法線に直交する平面を基準として面対称に折り返されて結像した位置で虚像となる。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１の光学系によれば、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、未実像（光線束）を再帰透過性素子により実像虚像変換できるため、再帰透過性素子により再帰透過された光線を、観察者は虚像として観察することができ、スクリーンを不要とすることができる。
【００３７】
請求項２の発明によれば、曲面を有するように湾曲されていることにより、虚像の焦点位置を湾曲していない場合に比して、遠方、又は近傍に移動させる効果があり、広視野又は狭視野を得ることができる。
【００３８】
請求項３の頭部搭載型プロジェクタによれば、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる。
請求項４の再帰透過性素子によれば、入射光を、該素子の入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、再帰透過軸に関して軸対称な方向に変えて射出させる性質（再帰透過性）を有することができる。この結果、請求項１又は請求項２の構成の光学系、並びに請求項３の構成の頭部搭載型プロジェクタに好適に採用できる。
【００３９】
又、請求項４の再帰透過性素子は、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子である。この結果、順列組合せによって決まる光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【００４０】
請求項５の発明によれば、半反射層が湾曲されていることにより、再帰透過性素子に入射された未実像（光線束）が、入射された面を通過して、該面の向こう側に通過した際に虚像の焦点位置を遠位、又は近位に移動させる効果があり、広視野又は、狭視野を得ることができる。
【００４１】
請求項６の発明によれば、半反射層が凹型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凹面鏡に形成され、半反射層を通過して前記再帰反射性素子で反射された光線が、反射面で反射し、透明層を通過して外部に出ることにより、請求項５の効果を実現することができる。
【００４２】
請求項７の発明によれば、半反射層が凸型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凸面鏡に形成され、透明層へ入射した光線が、該反射面で反射して、さらに該再帰反射性素子で反射し、半反射層を通過して外部に出ることにより、請求項５の効果を実現することができる。
【００４３】
請求項８乃至請求項１４の再帰透過性素子によれば、請求項１又は請求項２の構成の光学系、並びに請求項３の構成の頭部搭載型プロジェクタに好適に採用できる。
又、請求項８乃至請求項１４の再帰透過性素子は、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子である。この結果、光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
（第１実施形態）
以下、本発明の光学系を具体化した一実施形態を図３〜６を参照して説明する。この光学系は図３（ａ）に示すようにプロジェクタ２０と、該プロジェクタ２０と対向し、かつ、プロジェクタ２０が投影した光線が結像する位置以前に配置された平板状の再帰透過性素子１３から構成されている。又、プロジェクタ２０は、その投影点２０ａが、観察者の観察視点Ａと光学共役な位置に、かつ、観察視点Ａから見たときに観察者の視野に入らない位置に配置されている。
【００４５】
プロジェクタ２０は、本来実像を投影した方向において、実像を結ぶものであるが、再帰透過性素子１３を前記実像の結像位置以前に配置されることから、空間の折り返しと前記実像虚像変換により、プロジェクタ２０から投射された光線は再帰透過性素子１３のプロジェクタ２０側に虚像として観察視点Ａから観察できることになる。
【００４６】
前記再帰透過性素子１３は、図４（ａ）、及び図５（ａ）に示すように、平板状に形成された透明層としての透明充実体層３０と、該透明充実体層３０の一方の面に離散的に配置された多数の再帰反射性素子３２と、透明充実体層３０の他方の面に積層されたビームスプリッタとしてのハーフミラーからなる平板状の半反射層４０とからなる。なお、本実施形態では、半反射層４０（ハーフミラー）の法線が再帰透過性素子１３の再帰透過軸Ｇとなる。なお、本実施形態では、半反射層４０は透明充実体層３０との面（すなわち、境界面）に設けられているが、半反射層４０は透明充実体層３０の内部に設けられていてもよい。
【００４７】
なお、説明の便宜上、図４（ａ）は光線Ｋの光路を示すため、再帰透過性素子１３の構成は簡略化されている。
透明充実体層３０は、透明材質から形成されている。なお、透明充実体層３０の透明材質は限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂等の透明プラスチック、あるいはガラスを挙げることができる。
【００４８】
再帰反射性素子３２は、本実施形態では、コーナーキューブプリズムから構成されている。コーナーキューブプリズムは、透明充実体層３０と同質の透明材質からなり、再帰反射性を有する。コーナーキューブプリズムの大きさは、限定はしないが、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位の微小な大きさが好ましい。
【００４９】
透明充実体層３０に対するコーナーキューブプリズムの形成は、公知のフォトリソ、Ｘ線を用いたＬＩＧＡ、ナノインプリント等の微細加工技術で作成可能である。コーナーキューブプリズムの外面にはアルミ蒸着等の金属膜からなるコーティング層３３が形成され、光線の全反射性が高められている。又、コーティング層３３はアルミ蒸着膜に変えて銀蒸着膜や、クロム蒸着膜で形成されていてもよい。
【００５０】
なお、再帰反射性素子３２による再帰反射の精度は、そのまま再帰透過の精度となる。又、再帰反射性素子３２の透明充実体層３０に対する配置は制限されるものではなく極めて自由度が高いものである。
【００５１】
図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、半反射層４０表面（入射面）に入射した光線Ｋ（入射光）は、一部が半反射層４０を透過して透明充実体層３０内に入り、再帰反射性素子３２（コーナーキューブ）の反射面で再帰反射する。再帰反射した光線Ｋの一部は、半反射層４０でさらに、反射されて、透明充実体層３０を透過して、再帰反射性素子３２間から、再帰透過性素子１３の入射した面とは反対側の面から外部に出る。
【００５２】
なお、前記説明では、図４（ａ）において、半反射層４０表面側から光線Ｋが入射する場合を説明したが、再帰透過性素子１３の性質は、図４（ｂ）に示すように透明充実体層３０表面（入射面）に光線Ｋが入射する場合は下記のようになる。なお、説明の便宜上、図４（ｂ）は光線Ｋの光路を示すため、再帰透過性素子１３の構成は簡略化されている。すなわち、透明充実体層３０の再帰反射性素子３２間に入射した光線Ｋ（入射光）は、透明充実体層３０を通過し、半反射層４０の反射面で一部が反射されて、透明充実体層３０側に設けられた再帰反射性素子３２で再帰反射する。そして、再帰反射した光線Ｋの一部が透明充実体層３０及び半反射層４０を透過して、外部へ出る。従って、再帰透過性素子１３のプロジェクタ２０に対向する面は、透明充実体層３０側、半反射層４０側のいずれでも良い。
【００５３】
このようにして、プロジェクタ２０から投射された光線Ｋ（入射光）は、再帰透過性素子１３の再帰反射性素子３２、半反射層４０でそれぞれ折り返され、すなわち、再帰透過させて、再帰透過性素子１３の入射面とは反対側において反射光が結像される。
【００５４】
さて、上記のように構成された本実施形態の光学系、及び再帰透過性素子１３の特徴を述べる。
（１） 本実施形態の光学系は、プロジェクタ２０と、該プロジェクタ２０と対向して配置された再帰透過性素子１３を備え、プロジェクタ２０からの未実像の入射光を、再帰透過性素子１３を介して再帰透過させることにより、再帰透過性素子１３の入射面とは反対側において再帰透過した光により虚像を形成させる。
【００５５】
このことにより、実像形成のためのプロジェクタ２０を使用するにも関わらず、未実像（光線束）を再帰透過性素子１３により実像虚像変換できるため、再帰透過性素子１３により再帰透過された光線を、観察者は虚像として観察することができる。この結果、プロジェクタを使用するにも関わらずスクリーンを不要とすることができる。
【００５６】
（２） 本実施形態の再帰透過性素子１３は、透明充実体層３０（透明層）と、透明充実体層３０の一方の面に設けられた半反射層４０を有し、透明充実体層３０の一方の面とは反対側の他方の面に、光線を半反射層４０側に反射させる多数の再帰反射性素子３２を離散的に配置して形成されている。
【００５７】
この構成によって、再帰透過性素子１３に入射した光（入射光）を、入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、再帰透過軸に関して軸対称な方向に変えて射出させる性質（再帰透過性）を有することができる。この結果、前述の光学系に好適に採用できる。
【００５８】
このように、本実施形態の再帰透過性素子１３は、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子である。この結果、光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図３（ｂ）を参照して説明する。なお、本実施形態を含め、以下の実施形態においては、既に説明された他の実施形態と同一構成又は相当する構成については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
図３（ａ）で示された第１実施形態では、プロジェクタ２０は、観察者の視野に入らない位置に配置されていたが、観察者の視野に入るようにしても問題はない。例えば、図３（ｂ）に示すように、プロジェクタ２０を観察者の視野に入るようにしても、プロジェクタ２０から投射された光線束は、再帰透過性素子１３により実像虚像変換されて、その結果、観察者はプロジェクタ２０から投射された光線が何ら遮られることなく完全な虚像を見ることができる。これは、例えば、図１７のプロジェクタ１０がスクリーン１４までの光路を遮るため、この遮られた部分を有する不完全な実像しか観察できない従来例に比較すると、遮られることがない完全な虚像を観察することができる本実施形態の方が有利であることが分かる。なお、図３（ｂ）の例では、プロジェクタ２０の光軸と観察者の観察視点Ａとは一致させているようにしているが、実際は観察者の眼にプロジェクタ２０の瞳と同軸上に位置しないようにされ、プロジェクタ２０が配置されて、観察者が眩しく感じないようにしている。なお、図３（ｂ）のプロジェクタ２０は、説明の便宜上、大きく図示されているが、実際は、ペンライト程度の径の大きさ程度で十分である。
【００６１】
（第３実施形態）
次に、再帰透過性素子１３の別の実施形態を図７及び図８を参照して説明する。
本実施形態の再帰透過性素子１３は、平板状の素子本体４１に対して、多数の空隙としての断面直角三角形をなす微小の透孔４２が素子本体４１の厚み方向に貫通されるとともにランダムに配置されている。素子本体４１は、透明体であっても、非透明体であってもよい。
【００６２】
前記透孔４２の内面には、図８（ａ）に示すように互いに直交する第１鏡面４４と第２鏡面４５とから構成された２面直交合わせ鏡、すなわち、コーナーミラー４３が形成されている。コーナーミラー４３の形成は、第１実施形態で説明した金属膜で表面ミラーで形成されている。
【００６３】
前記第１鏡面４４と第２鏡面４５の交線（すなわち、再帰透過軸Ｇ）は素子本体４１の厚み方向に向けて配置されている。すなわち、再帰透過軸Ｇは、素子本体４１の平面と直交して配置されている。前記再帰透過軸Ｇの向きは、素子本体４１の表面の法線方向に一致している。なお、前記透孔４２の大きさは、限定はしないが、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位の微小な大きさが好ましい。
【００６４】
本実施形態では、図８（ａ）に示すように素子本体４１の一方の面側から入射した光線が透孔４２の第１鏡面４４と第２鏡面４５で反射されて（又は、第２鏡面４５と第１鏡面４４で反射されて）、素子本体４１の他方の面から外部へ出る。図８（ｂ）は、素子本体４１の透孔４２を平面視した拡大図であり、同図に示すように前記入射した光線は、矢印に示されるように反射され、コーナーミラー４３を備えた再帰透過性素子１３は再帰透過性を示す。
【００６５】
本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１） 本実施形態の再帰透過性素子１３は、板状の素子本体４１に対して、素子本体４１の厚み方向に多数の透孔４２（空隙）がランダムに配置され、透孔４２の内面には、互いに直交する第１鏡面４４と第２鏡面４５とから構成されたコーナーミラー４３（２面直交合わせ鏡）が形成されている。又、第１鏡面４４と第２鏡面４５の交線が素子本体４１の厚み方向に向けて配置されている。
【００６６】
この結果、再帰透過性素子１３は、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子とすることができる。この結果、光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【００６７】
又、本実施形態の再帰透過性素子１３を、第１実施形態の光学系に採用した場合、透孔４２がランダムに配置されているため、透孔４２がランダムに配置されていない場合に比して、プロジェクタ２０と再帰透過性素子１３との配置関係の自由度が向上する。
【００６８】
（第４実施形態）
次に、再帰透過性素子１３の別の実施形態を図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
本実施形態の再帰透過性素子１３は、平板状の素子本体４１に対して、複数の空隙５０、すなわち透孔が点線状にかつ、円状に配置されてなる空隙群５２が、複数個同心円状に配置されている。そして、空隙５０の壁面５４が鏡面に形成されている。なお、前記空隙５０の大きさは、限定はしないが、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位の微小な大きさが好ましい。又、隣接する空隙群５２同士の間隔は、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位であることが好ましい。壁面５４の鏡面は、第１実施形態で説明した金属膜で表面ミラーで形成されている。
【００６９】
本実施形態の再帰透過性素子１３を採用する光学系では、プロジェクタ２０からの投射される光線束が、プロジェクタ２０の射出瞳、観察者の観察瞳等の小さい領域を通ることを前提としたものである。そのために、プロジェクタ２０の光軸と、空隙群５２の同心となる軸が同軸となるように両者が配置される。本実施形態では、前記空隙群５２の同心となる軸が再帰透過軸Ｇとなる。
【００７０】
図９（ｂ）は、素子本体４１の空隙５０を拡大した拡大断面図である。
前記のように光学系が形成された場合、図９（ｂ）に示すように素子本体４１の一方の面側から入射した光線が各空隙群５２の各空隙５０の壁面５４（鏡面）で矢印に示されるように反射されて、素子本体４１の他方の面から外部へ出る。このようにして、再帰透過性素子１３は再帰透過性を示す。
【００７１】
本実施形態の再帰透過性素子１３も、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子である。この結果、順列組合せによって決まる光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【００７２】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態を図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態は、第４実施形態の変形例である。本実施形態では、再帰透過性素子１３の素子本体４１に対して、円状に形成されるとともに径の異なる空隙６０が、複数個同心円状に形成され、前記空隙６０の壁面６２が鏡面に形成されている。なお、鏡面は、少なくとも、各空隙６０を形成する壁面の内、径が大きな方の壁面６２に形成されていればよい。
【００７３】
前記空隙の径方向の幅は、限定はしないが、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位の微小な大きさが好ましい。又、隣接する空隙６０同士の間隔は、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位であることが好ましい。壁面６２の鏡面は、第１実施形態で説明した金属膜で表面ミラーで形成されている。又、空隙６０の一方の開口端側は、素子本体４１に積層された透明板６４により、閉塞されている。なお、本実施形態では、空隙６０の一方の開口端を透明板６４により、閉塞したが、素子本体４１を挟むようにして、一対の透明板を積層して空隙６０の厚み方向に位置する両開口端を閉塞してもよい。
【００７４】
本実施形態の再帰透過性素子１３を採用する光学系では、第４実施形態と同様にプロジェクタ２０からの投射される光線束が、プロジェクタ２０の射出瞳、観察者の観察瞳等の小さい領域を通ることを前提としたものである。そのために、プロジェクタ２０の光軸と、空隙群５２の同心となる軸が同軸となるように両者が配置される。
【００７５】
図１０（ｂ）は、素子本体４１の空隙６０を拡大した拡大断面図である。
前記のように光学系が形成された場合、図１０（ｂ）に示すように素子本体４１の一方の面側から入射した光線が各空隙６０の壁面６２（鏡面）で矢印に示されるように反射されて、透明板６４を介して素子本体４１の他方の面から外部へ出る。このようにして、本実施形態の再帰透過性素子１３は再帰透過性を示す。 本実施形態の再帰透過性素子１３の作用効果は、第４実施形態と同様である。
【００７６】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態を図１１（ａ）を参照して説明する。なお、本実施形態では請求項６を具体化したものである。本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）で説明した、いずれか１つの再帰透過性素子１３が曲面化された、すなわち、透明充実体層３０と半反射層４０とが共に湾曲されている。なお、図１１（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜上、再帰透過性素子１３の断面図を、図４（ａ）、（ｂ）と同様に簡略した断面図で示す。
【００７７】
本実施形態の再帰透過性素子１３は、具体的には図１１（ａ）に示すように半反射層４０がプロジェクタ２０側に配置されるものである。そして、再帰透過性素子１３は、該半反射層４０と透明充実体層３０が共に外側（すなわち、プロジェクタ２０側）向けて湾曲形成されている。この結果、半反射層４０の反射面（すなわち鏡面）が凹型となって、内側（観察視点Ａ側）を向き、凹面鏡として機能する。
【００７８】
この場合、プロジェクタ２０から入射した光線は、再帰反射性素子３２で再帰反射された後、この再帰反射により凹面鏡として機能する半反射層４０の反射面で反射される。この凹面鏡機能により、虚像の焦点が遠位に移動されるため、観察者は、虚像を広視野で見ることになる。
【００７９】
なお、前記曲面化された曲面は、プロジェクタ２０の射出瞳と視点入射瞳の光学共役がとりやすい球面、回転双曲面、放物面等が利用可能である。本実施形態での曲面は、焦点位置を遠位（遠方）に移動させる効果があるため、ある画素を構成する交線束中、観察者の観察瞳に入るものが分布している領域では、曲率は等方であることが、結像が乱れなくて好ましい。
【００８０】
このように本実施形態では、再帰透過性素子１３の透明充実体層３０及び半反射層４０とが共に同方向に湾曲されていることから、半反射層４０を通過した一部の光線が再帰反射性素子３２で再帰反射された際、再帰反射された光線が、前記反射面（前記凹面鏡）で反射し、透明充実体層３０を通過して観察視点Ａ側の外部に出るようにされている。
【００８１】
このため、再帰透過性素子１３に入射された未実像（光線束）が、入射された面を通過して、該面の向こう側に通過した際に虚像の焦点位置を遠位に移動させる効果があり、広視野を得ることができる。
【００８２】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態を図１１（ｂ）を参照して説明する。なお、本実施形態は、請求項７を具体化したものである。本実施形態においても、図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）で説明した、いずれか１つの再帰透過性素子１３が、透明充実体層３０と半反射層４０とが共に湾曲されている。
【００８３】
なお、前記曲面化された曲面は、プロジェクタ２０の射出瞳と視点入射瞳の光学共役がとりやすい球面、回転双曲面、放物面等が利用可能である。本実施形態での曲面は、焦点位置を遠方に移動させる効果があるため、ある画素を構成する交線束中、観察者の観察瞳に入るものが分布している領域では、曲率は等方であることが、結像が乱れなくて好ましい。
【００８４】
本実施形態の再帰透過性素子１３は、具体的には、図１１（ｂ）に示すように透明充実体層３０がプロジェクタ２０側に配置されるものである。そして、再帰透過性素子１３は、半反射層４０及び透明充実体層３０が共にプロジェクタ２０側へ凸型に湾曲されて、半反射層４０の反射面が凸面鏡に形成されている。そして、再帰透過性素子１３の凸側をプロジェクタ２０に向けて配置された状態で光学系が形成される。
【００８５】
この場合、プロジェクタ２０から透明充実体層３０へ入射した光線が、凸面鏡である反射面で反射して、さらに再帰反射性素子３２で再帰反射し、再帰反射した光線の一部が半反射層４０を通過して観察視点Ａ側の外部に出る。
【００８６】
この凸面鏡機能により、虚像の焦点が遠方に移動されるため、観察者は、虚像を広視野で見ることになる。
（第８実施形態）
次に、図１４（ａ）、（ｂ）を参照して第８実施形態を説明する。本実施形態は、本発明の光学系を頭部搭載型プロジェクタに具体化した実施形態である。
【００８７】
図１４（ａ）に示すように、頭部搭載型プロジェクタ１００は、メガネフレーム１１０に設けられている。メガネフレーム１１０は、一対の再帰透過性素子１３を支持する左右一対のリム１１２と、リム１１２を連結するブリッジ１１４と、リム１１２に対してヒンジ１１６を介して取付けられたテンプル１１８とを備える。又、各リム１１２の前方（観察者が見る方向側）には、ブラケット１２０を介してプロジェクタ２０が取付けられている。プロジェクタ２０の取付け位置は、再帰透過性素子１３を挟んで観察者の観察視点Ａと光学共役な位置に、かつ、観察視点Ａから見たときに観察者の視野に入らない位置に配置されている（図１４（ｂ）参照）。なお、本実施形態の再帰透過性素子１３は、第６実施形態の構成が採用されているが、勿論、再帰透過性素子１３の構成としては、第７実施形態の再帰透過性素子１３の構成であってもよく、さらに第６、第７実施形態以外の他の実施形態の構成を採用してもよい。
【００８８】
このように、本実施形態の頭部搭載型プロジェクタは、使用者の頭部に装着されるメガネフレーム１１０を支持体として、該メガネフレーム１１０に光学系が支持されるようにした。そして、本実施形態では、メガネフレーム１１０（支持体）に対して、再帰透過した光により虚像を前記使用者の眼で見ることが可能に、再帰透過性素子１３が配置されている。
【００８９】
この結果、本実施形態の頭部搭載型プロジェクタ１００は、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる。
なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
【００９０】
○ 図５（ａ）で示された実施形態では再帰透過性素子１３の透明充実体層３０の表面に再帰反射性素子３２としてコーナーキューブプリズムを設けたが、再帰反射性素子３２としては、コーナーキューブの代わりに、多数のガラスビーズを図５（ｂ）に示すように一部を埋設する形で透明充実体層３０に対して離散的に形成してもよい。このガラスビーズは、屈折率が２前後の光高屈折率が好ましい。又、ガラスビーズの外面には、コーナーキューブの外面に形成された金属薄膜と同材の質金属薄膜を蒸着してコーティング層３３を形成する。
【００９１】
この場合においても、ガラスビーズが、前記コーナーキューブと同様に光線を再帰反射する。
○ 図５（ａ）で示された実施形態では、再帰透過性素子１３の透明充実体層３０の表面に再帰反射性素子３２としてコーナーキューブプリズムを設けたが、図６（ａ）に示すように、コーナーキューブプリズム全体を透明充実体層３０内に埋設するようにしてもよい。
【００９２】
○ 又、図５（ｂ）で示された実施形態では、再帰透過性素子１３の透明充実体層３０の表面に再帰反射性素子３２として多数のガラスビーズの一部を埋設するようにして離散して配置したが、図６（ｂ）に示すように、ガラスビーズ全体を透明充実体層３０内に埋設するようにしてもよい。
【００９３】
○ 図４、図５の実施形態において、図４（ｃ）に示すように透明充実体層３０を設ける代わりに、再帰反射性素子３２を格子状、或いは網状に形成された支持部材７０で支持して離散的に配置した状態とし、再帰反射性素子３２と半反射層４０（ビームスプリッタ）との間は透明層としての空隙層６５を形成してもよい。この場合、支持部材７０と半反射層４０とは適宜の部位間で間隔保持部材８０を設けることにより、再帰反射性素子３２と半反射層４０間に前記空隙層６５が形成されるものとする。
【００９４】
○ 図７で示された実施形態の再帰透過性素子１３では、透孔４２の断面形状を直角三角形にしたが、透孔の内面に、コーナーミラーを有するようにすればよいため、透孔４２の断面形状は断面直角三角形に限定されるものではなく、断面正方形、或いは断面多角形であって、少なくとも２つの鏡面が互いに直交する断面形状であればよい。
【００９５】
○ 図７で示された実施形態の再帰透過性素子１３では、素子本体４１に空隙として透孔４２を設けたが、空隙は透孔４２に限定されるものではなく、透孔４２の一方の開口端を塞いだ穴としたり、透孔の両方の開口端をそれぞれ透明板で塞いでできた空隙としてもよい。いずれの場合にも、空隙を囲む壁面には、コーナーミラーが形成されているため、図７と同様の作用効果を奏することができる。
【００９６】
○ 第６実施形態では、広視野を得るために、再帰透過性素子１３を湾曲したが、図示はしないが、図１１（ａ）と反対の構成にして狭視野を得るようにしてもよい。この場合、再帰透過性素子１３が平板状のものに比して虚像の焦点位置を近位に移動させ、虚像を大きくすることができる。具体的には、再帰透過性素子１３は、半反射層４０がプロジェクタ２０側に配置されるとともに、半反射層４０及び透明充実体層３０が共に図１１（ａ）とは反対側、すなわち、内側（観察視点Ａ側）に湾曲形成されている。この結果、半反射層４０の反射面（すなわち鏡面）が凸面鏡として機能する。
【００９７】
○ 第７実施形態では、広視野を得るために、再帰透過性素子１３を湾曲したが、図示はしないが、図１１（ｂ）と反対の構成にして狭視野を得るようにしてもよい。この場合、再帰透過性素子１３が平板状のものに比して虚像の焦点位置を近位に移動させ、虚像を大きくすることができる。具体的には、再帰透過性素子１３は、透明充実体層３０がプロジェクタ２０側に配置されるとともに、半反射層４０及び透明充実体層３０が図１１（ｂ）とは反対側、すなわち、内側（観察視点Ａ側）に湾曲形成されている。この結果、半反射層４０の反射面（すなわち鏡面）が凹面鏡として機能する。
【００９８】
○ 第６実施形態及び第７実施形態において、鏡側をフレネル反射鏡（フレネル半透過鏡９０）を用いて鏡側を更に微細化してもよい（図１３参照）。この場合の微細構造は、物理的な形状と光学的な意味での形状を分けることができるため、設計の自由度を挙げることができる。すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）のように半反射層４０を曲面鏡にする代わりに、図１３に示すように、半反射層（ビームスプリッタ）としてフレネル半透過鏡９０を設けても、半反射層４０を曲面化した場合と同様の光学的効果、すなわち、光線の散開又は収束を行うことができる。この場合、フレネル半透過鏡９０は、微細化された輪帯面９０ａが形成されているため、各輪帯面９０ａにおいて、互いに異なる方向に向く再帰透過軸Ｇを有することになる。
【００９９】
○ 図７及び図８に示す第３実施形態では、各コーナーミラー４３の交線（再帰透過軸Ｇ）が、素子本体４１の平面に直交するように配置した（図１２（ａ）参照）。この場合、第３実施形態では平面鏡と同様に、矢印で示されているように、空間は単純に折り返される。なお、図１２（ａ）〜（ｃ）において、再帰透過性素子１３は、説明の便宜上、単に直線又は曲線で示されている。
【０１００】
この構成に代えて、すなわち、第３実施形態の平板状の素子本体４１に変えて、素子本体４１に曲面を有するように形成してもよい。この場合、この曲面は、プロジェクタ２０の射出瞳と視点入射瞳の光学共役がとりやすい球面、回転双曲面、放物面等が利用可能である。この結果、図１２（ｂ）に示すように、例えば素子本体４１を曲面としての球面Ｕを有するようにした場合、その球面Ｕに垂直に再帰透過軸Ｇに立ち、外から来た光線は、あたかも球面Ｕで反射されたかのように光路を持つ。又、内側から（図１２（ｂ）において下方から）来た光線の場合も、同様に、球面Ｕで反射されたかのように光路を持つ。
【０１０１】
このように、曲面に沿って配置され、再帰透過軸Ｇが曲面に垂直な再帰透過軸Ｇを有する複数のコーナーミラー４３（コーナーミラーアレイ）は、再帰透過性素子１３に入射した光線を再帰透過性素子１３の厚み方向を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えないものとなる。この進行方向は、曲面鏡とは逆になっていることに注意されたい。図１２（ｂ）において、点線で示す矢印は、前記曲面鏡の場合に、曲面で反射した光線の反射方向を示している。
【０１０２】
又、再帰透過性素子１３において、図１２（ｃ）では図示はしていないが、再帰透過性素子１３に設けられたコーナーミラー４３を、再帰透過性素子１３の入射面の形状とは関係なく、すなわち、入射面が平面であろうが、曲面であろうが、再帰透過軸Ｇの向く方向を任意の方向に設定してもよい。この場合、フレネルレンズや反射鏡と同様に、物理形状と光学的な意味での形状を分離することが可能となる。
【０１０３】
○ 第８実施形態では光学系を支持する支持体をメガネフレーム１１０としたが、支持体はメガネフレーム１１０に限定されるものではなく、ヘルメットを支持体として、該ヘルメットに、再帰透過性素子１３及びプロジェクタ２０を取付けてもよい。又、支持体としてはヘルメットの代わりに、ヘッドギヤ、ヘッドバンド等のように頭に取付する部材にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】透明板、鏡、再帰反射性素子、再帰透過性素子の折り返しの有無の説明図であり、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ各部材の斜視図、平面図、側面図。
【図２】再帰反射性素子の折り返しの説明図。
【図３】（ａ）は、第１実施形態の光学系の説明図、（ｂ）は第２実施形態の光学系の説明図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ再帰透過性素子１３の概略断面図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ再帰透過性素子１３の要部断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ他の実施形態における再帰透過性素子１３の要部断面図。
【図７】第３実施形態の再帰透過性素子１３の概略斜視図。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、同じく第３実施形態の再帰透過性素子１３における光路の説明図。
【図９】（ａ）は第４実施形態の再帰透過性素子１３の概略斜視図、（ｂ）は同じく光路の説明図。
【図１０】（ａ）は第４実施形態の変形の実施形態の再帰透過性素子１３の概略斜視図、（ｂ）は、同じく光路の説明図。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ再帰透過性素子１３の他の実施形態の概略断面図。
【図１２】（ａ）は、第３実施形態の光路の説明図、（ｂ）、（ｃ）は、他の実施形態の再帰透過性素子１３の光路の説明図。
【図１３】他の実施形態の概略断面図。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ頭部搭載型プロジェクタ１００に係る実施形態の平面図、及び光学系の説明図。
【図１５】従来の頭部搭載型プロジェクタの概略説明図。
【図１６】従来の頭部搭載型プロジェクタの概略説明図。
【図１７】従来の頭部搭載型プロジェクタの概略説明図。
【符号の説明】
【０１０５】
１３…再帰透過性素子、２０…プロジェクタ、
３０…透明充実体層（透明層）、
３２…再帰反射性素子、４０…半反射層、４１…素子本体、
４２…透孔（空隙）、５０…空隙、５２…空隙群、６０…空隙、
６２…壁面（鏡面）、６５…空隙層（透明層）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系、頭部搭載型プロジェクタ、及び再帰透過性素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子は、一般にホログラム光学素子など特殊なものを除き、屈折光学系及び反射光学系に分けることができる。光学系の構成を考案する場合、或いは、シミュレーションを用いて詳細な設計を詰める場合でも、この屈折光学系及び反射光学系が基本要素として、これらを中心として理論的な体系を成立させ、屈折光学系及び反射光学系の基本要素を単独、又は組み合わせることにより様々な光学装置が提案されている。逆に言えば、この２つの系に限られているところが、光学系を組む場合の最大の制約ともなる。
【０００３】
屈折光学系は、いわば光学素子を一列に並べ、順に光を通していくものであり、光の進行方向は変わらない。反射光学系は、光の進行方向を変えることができる。動作原理を決定した後、この２種類を組合せ、空間中で素子同士が干渉しないような配置を決めることが、光学機器の構成設計である。
【０００４】
なお、この出願に関する技術としては、下記の非特許文献１が公知である。
【非特許文献１】前川，仁田，的場，「微小２面コーナーリフレクタアレイを用いた面対称結像光学素子−実像を結像する「鏡」−」，情報メディア学会技術報告，情報メディア学会,30(52),2006年10月18日，Vol.30,No.52,p.49-52
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
機械の場合と同じように、空間の取り合いは、大きな制約であり、光学機器の動作原理が決定しても、光学素子の配置が不可能な場合がある。これを解消・緩和するために、しばしば、ハーフミラーやプリズムからなるビームスプリッタが用いられている。以下に、例を示して説明する。
【０００６】
頭部搭載型プロジェクタ（ＨＭＤ）は、プロジェクタ１０を視点位置１２に置き、映像を投影することができれば、スクリーン１４の形状がいかなる曲面であっても、観察される像に歪みが生じないため、好都合である（図１５参照）。しかし、プロジェクタ１０と視点とは干渉するため、図１５のように実際に視点位置１２にプロジェクタ１０の射出瞳を設置することはできないものの、図１６に示すように眼（図１６では観察視点Ａ）前にビームスプリッタ１６を置けば、空間の取り合いは解消する。このように配置した頭部搭載型プロジェクタは従来から公知である。
【０００７】
ここで、ビームスプリッタ１６、すなわち、ハーフミラーのような透過性を持つ鏡は、空間を折り返している。プロジェクタ１０は折り返された空間の中では人の瞳（すなわち、前記観察視点Ａ）に重なるため、上記のような動作原理が満たされる。なお、この場合でも、配置には、工夫が必要となる。例えば、図１７は、動作原理は図１６と同じであるが、プロジェクタ１０がスクリーン１４までの光路を遮るため、完全な実像を観察することはできない。
【０００８】
従来のプロジェクタを有する光学系の場合、スクリーンを必要とするばかりか、そのスクリーンの設置箇所をも考慮する必要があることから、プロジェクタを使用する光学系において、スクリーンを設ける必要がない光学系が求められている。
【０００９】
本発明の目的は、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる新規な光学系を提供することにある。
又、本発明の第２の目的は、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる新規な頭部搭載型プロジェクタを提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の第３の目的は、上記のようなプロジェクタを有するにも関わらずスクリーンを不要とすることができる光学系において、好適に使用することができる再帰透過性素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、プロジェクタと、前記プロジェクタと対向して配置された素子であって、入射光を、該素子の入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、再帰透過軸に関して軸対称な方向に変えて射出させる性質を有する素子（以下、再帰透過性素子という）とを備え、前記プロジェクタからの未実像の入射光を、前記再帰透過性素子を介して再帰透過させることにより、前記再帰透過性素子の入射面とは反対側において前記再帰透過した光により虚像を形成させることを特徴とする光学系を要旨とするものである。
【００１２】
未実像とは、下記のことを言う。プロジェクタから投射された光線束は、実像の結像位置が、該光線束が入射された面の向こう側（該入射された面とは反対側の面を越した側）に設定された場合、前記面に入射された光線束は、「未だ実像になっていない」、すなわち、実像未満である。この実像未満である交線束を、「未実像」という。
【００１３】
また、再帰透過軸とは、下記のことを言う。再帰透過性素材に入射した光線は、素材を透過するが、射出される光は、再帰透過性素材が無かった場合と比較すると、入射光に対して軸対称になっている。この軸のことを再帰透過軸ということとする。例えば、図４乃至図６に示す様な、再帰反射性素子３２と平面ビームスプリッタ（半反射層４０）を用いた構造の場合には、ビームスプリッタの法線Ｇが再帰透過軸になる。ビームスプリッタが半透過曲面鏡であれば、その曲面形状の法線が、各位置での再帰透過軸である。さらに、曲面鏡を微細化しフレネル反射鏡とした場合にも、各反射鏡の法線が、再帰透過軸である。図７乃至図８に示す様な、直交２面鏡（コーナーミラー）を用いた構造の場合には、その交線が再帰透過軸である。又、直交２面鏡の場合、図１３に示すように、再帰透過軸の配置を場所により変更することで、上記曲面鏡と同様の光学的効果を作ることができる。
【００１４】
そして、上記の構成により、プロジェクタは、光線束（未実像）を再帰透過性素子に入射する。実像位置に向かって収束しつつあった光線群は、この再帰透過素子により逆に散開するが、光の進行方向、すなわち、再帰透過性素子の入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向は変わらない。収束のための角度は、逆に散開のための角度となるため、これらの光線束は逆に虚像を形成する。この虚像と、本来の実像とは、再帰透過面に対して面対象の位置にある。すなわち、再帰透過性素子は、空間を折り返し、実像を虚像に転換しているにもかかわらず、光線束の進行方向を変えないため、観察瞳に光は入射し、像を観察することができる。
【００１５】
なお、背景技術で挙げたビームスプリッタ１６は、空間を折り返すという点では、同じであるが、光線の進行方向を変えてしまうところに、再帰透過性素子とは相違がある。
なお、本実施形態での光学系は、全て反射系の素子からなることが好ましい。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１において、前記再帰透過性素子が、曲面を有するように湾曲されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学系が、使用者の頭部に装着される支持体に設けられ、前記支持体に対して、前記再帰透過した光により虚像を前記使用者の眼で見ることが可能に、前記再帰透過性素子が配置されていることを特徴とする頭部搭載型プロジェクタを要旨とするものである。
【００１７】
請求項４の発明は、透明層と、該透明層の一方の面、又は前記透明層の内部に設けられた半反射層を有し、前記透明層の一方の面とは反対側の他方の面、又は前記透明層の内部に、光線を前記半反射層側に反射させる多数の再帰反射性素子を離散的に配置したことを特徴とする再帰透過性素子を要旨とするものである。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項４において、前記半反射層が湾曲されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５において、前記半反射層が凹型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凹面鏡に形成され、前記半反射層を通過して前記再帰反射性素子で反射された光線が、前記反射面で反射し、前記透明層を通過して外部に出ることを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項５において、前記半反射層が凸型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凸面鏡に形成され、前記透明層へ入射した光線が、該反射面で反射して、さらに該再帰反射性素子で反射し、前記半反射層を通過して外部に出ることを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明は、板状の素子本体に対し、板状の素子本体に対し、複数の空隙が点線状にかつ、円状に配置されており、該空隙群が、複数個同心円状に配置され、前記空隙の壁面が鏡面に形成されていることを特徴とする再帰透過性素子を要旨とするものである。
【００２１】
請求項９の発明は、板状の素子本体に、円状に形成されるとともに径の異なる空隙が、複数個同心円状に形成され、前記空隙の壁面が鏡面に形成され、素子本体の厚み方向の少なくとも一端は閉塞されていることを特徴とする再帰透過性素子を要旨とするものである。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９において、前記空隙が透孔であることを特徴とする。
請求項１１の発明は、板状の素子本体に対して、該素子本体の厚み方向に多数の空隙がランダムに配置され、前記空隙の内面には、互いに直交する第１鏡面と第２鏡面とから構成された２面直交合わせ鏡が形成され、かつ、前記第１鏡面と第２鏡面の交線が該素子本体の厚み方向に向けて配置されていることを特徴とする再帰透過性素子を要旨とするものである。
【００２３】
請求項１２の発明は、請求項１１において、前記空隙が透孔であることを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１１又は請求項１２において、前記板状の素子本体が、曲面を有しており、その曲面の法線方向に前記２面直交合わせ鏡の交線が沿って配置されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４の発明は、請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項において、前記板状の素子本体に、２面直交合わせ鏡が配置され、再帰透過軸を場所に応じて設定されていることで、再帰透過性に加えて、光線の散開又は収束の光学特性が付加されることを特徴とする。
【００２５】
ここで、鏡、再帰反射性素子、及び前記再帰透過性を有する素子（以下、再帰透過性素子という）に関する「折り返し」について説明する。
（空間の折り返し）
鏡は、空間を鏡面を基準として面対称に折り返している。これは、鏡が入射する光線を鏡の鏡面の法線方向に折り返すからである。鏡の手前の実物体もプロジェクタにより投影された実像も、鏡の向こう側に虚像として観察される。なお、鏡側から観察できる虚像は、鏡の向こう側に虚像のまま観察されることになる。
【００２６】
一方、再帰反射性素子は、鏡と同じように法線方向の折り返しを行うにも関わらず物体から出る光線束や投影された実像を、元と同じ位置に実像として結像させる。ただし、再帰反射が鏡と異なるのは、面内の折り返し、すなわち、再帰反射性素子の入射面の法線方向と直交する平面方向の光の進行をも折り返すことである。この面内の折り返しによっても、空間は折り返されるため、２回の空間の折り返しにより、結果としては空間を折り返していないような効果を持つ。
【００２７】
この「面内の折り返し」は、集中して結像に向かう光線束を、結像点から出た光のように開散光線束に変え、逆に物体や結像点から出た開散光線束を集中して結像させる効果を伴う。
【００２８】
ここで、透明板１０、鏡１１、再帰反射性素子１２、及び再帰透過性素子１３における「面内の折り返し」と「法線Ｈ方向の折り返し」の有無を、図１に示す。
面内の折り返しとは、入射面の法線Ｈ方向と直交する平面方向における光の進行方向の折り返しをいう。又、法線Ｈ方向とは、各部材の入射面における法線方向のことをいう。
【００２９】
図１において、「×（＋１）」が折り返し無し、「×（−１）」が折り返し有りである。図１で示された各枠中の透明板１０、鏡１１、再帰反射性素子１２、及び再帰透過性素子１３において、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、各部材の斜視図、平面図及び側面図であり、それぞれ各部材に対して光線Ｋが照射された際の進行方向が示されている。図１において、（ｂ）で示されている黒丸は各部材に対する光線Ｋの入射点を示している。
【００３０】
（行，列）＝（１，１）は法線方向、及び面内のいずれにも折り返しがない透明板１０である。
（行，列）＝（１，−１）は鏡１１である。鏡は、法線Ｈ方向の折り返し（単純反射）があって、面内の折り返しがなく、この結果、実像を虚像にする。
【００３１】
（行，列）＝（−１，−１）は再帰反射性素子１２である。再帰反射性素子１２は、法線Ｈ方向の折り返しと、面内の折り返しのため、結果として空間を折り返さないで、集中光と拡散光を変換するため、実像は同じ位置に再び実像を結ぶ。なお、再帰反射性素子１２側から観察できる虚像は、虚像位置に実像を結ぶ。
【００３２】
残る１枠、すなわち（行，列）＝（−１，１）は、再帰透過性素子１３である。図１、図２に示すように再帰透過性素子１３は、法線Ｈ方向の折り返しをせず、面内の折り返しのみを行うものである。
【００３３】
（実像虚像変換）
ここで、実像の結像位置が、光線束が入射された面の向こう側（該入射された面とは反対側の面を越した側）に設定された場合、前記面に入射された光線束は、「未だ実像になっていない」、すなわち、実像未満であることから、以下では、この光線束を説明の便宜上、「未実像」という。
【００３４】
そして、鏡１１の場合、未実像は入射された面（この場合、鏡面）で折り返されて前記面の手前で実像を形成する。
再帰反射性素子１２及び再帰透過性素子１３の場合、未実像は、前記面内の折り返しにより、集中と散開が交換されることで、折り返された後は虚像を形成することになる。このように、未実像が結果的に虚像となる作用を以下では、実像虚像変換と呼ぶことにする。
【００３５】
再帰反射性素子１２の場合は、未実像の光線束は逆方向に進行し、再帰反射性素子が無かった場合に実像があった元位置に虚像を結像する。又、再帰透過性素子１３の場合は、未実像の光線束が再帰透過性素子１３の法線に直交する平面を基準として面対称に折り返されて結像した位置で虚像となる。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１の光学系によれば、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、未実像（光線束）を再帰透過性素子により実像虚像変換できるため、再帰透過性素子により再帰透過された光線を、観察者は虚像として観察することができ、スクリーンを不要とすることができる。
【００３７】
請求項２の発明によれば、曲面を有するように湾曲されていることにより、虚像の焦点位置を湾曲していない場合に比して、遠方、又は近傍に移動させる効果があり、広視野又は狭視野を得ることができる。
【００３８】
請求項３の頭部搭載型プロジェクタによれば、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる。
請求項４の再帰透過性素子によれば、入射光を、該素子の入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、再帰透過軸に関して軸対称な方向に変えて射出させる性質（再帰透過性）を有することができる。この結果、請求項１又は請求項２の構成の光学系、並びに請求項３の構成の頭部搭載型プロジェクタに好適に採用できる。
【００３９】
又、請求項４の再帰透過性素子は、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子である。この結果、順列組合せによって決まる光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【００４０】
請求項５の発明によれば、半反射層が湾曲されていることにより、再帰透過性素子に入射された未実像（光線束）が、入射された面を通過して、該面の向こう側に通過した際に虚像の焦点位置を遠位、又は近位に移動させる効果があり、広視野又は、狭視野を得ることができる。
【００４１】
請求項６の発明によれば、半反射層が凹型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凹面鏡に形成され、半反射層を通過して前記再帰反射性素子で反射された光線が、反射面で反射し、透明層を通過して外部に出ることにより、請求項５の効果を実現することができる。
【００４２】
請求項７の発明によれば、半反射層が凸型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凸面鏡に形成され、透明層へ入射した光線が、該反射面で反射して、さらに該再帰反射性素子で反射し、半反射層を通過して外部に出ることにより、請求項５の効果を実現することができる。
【００４３】
請求項８乃至請求項１４の再帰透過性素子によれば、請求項１又は請求項２の構成の光学系、並びに請求項３の構成の頭部搭載型プロジェクタに好適に採用できる。
又、請求項８乃至請求項１４の再帰透過性素子は、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子である。この結果、光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
（第１実施形態）
以下、本発明の光学系を具体化した一実施形態を図３〜６を参照して説明する。この光学系は図３（ａ）に示すようにプロジェクタ２０と、該プロジェクタ２０と対向し、かつ、プロジェクタ２０が投影した光線が結像する位置以前に配置された平板状の再帰透過性素子１３から構成されている。又、プロジェクタ２０は、その投影点２０ａが、観察者の観察視点Ａと光学共役な位置に、かつ、観察視点Ａから見たときに観察者の視野に入らない位置に配置されている。
【００４５】
プロジェクタ２０は、本来実像を投影した方向において、実像を結ぶものであるが、再帰透過性素子１３を前記実像の結像位置以前に配置されることから、空間の折り返しと前記実像虚像変換により、プロジェクタ２０から投射された光線は再帰透過性素子１３のプロジェクタ２０側に虚像として観察視点Ａから観察できることになる。
【００４６】
前記再帰透過性素子１３は、図４（ａ）、及び図５（ａ）に示すように、平板状に形成された透明層としての透明充実体層３０と、該透明充実体層３０の一方の面に離散的に配置された多数の再帰反射性素子３２と、透明充実体層３０の他方の面に積層されたビームスプリッタとしてのハーフミラーからなる平板状の半反射層４０とからなる。なお、本実施形態では、半反射層４０（ハーフミラー）の法線が再帰透過性素子１３の再帰透過軸Ｇとなる。なお、本実施形態では、半反射層４０は透明充実体層３０との面（すなわち、境界面）に設けられているが、半反射層４０は透明充実体層３０の内部に設けられていてもよい。
【００４７】
なお、説明の便宜上、図４（ａ）は光線Ｋの光路を示すため、再帰透過性素子１３の構成は簡略化されている。
透明充実体層３０は、透明材質から形成されている。なお、透明充実体層３０の透明材質は限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂等の透明プラスチック、あるいはガラスを挙げることができる。
【００４８】
再帰反射性素子３２は、本実施形態では、コーナーキューブプリズムから構成されている。コーナーキューブプリズムは、透明充実体層３０と同質の透明材質からなり、再帰反射性を有する。コーナーキューブプリズムの大きさは、限定はしないが、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位の微小な大きさが好ましい。
【００４９】
透明充実体層３０に対するコーナーキューブプリズムの形成は、公知のフォトリソ、Ｘ線を用いたＬＩＧＡ、ナノインプリント等の微細加工技術で作成可能である。コーナーキューブプリズムの外面にはアルミ蒸着等の金属膜からなるコーティング層３３が形成され、光線の全反射性が高められている。又、コーティング層３３はアルミ蒸着膜に変えて銀蒸着膜や、クロム蒸着膜で形成されていてもよい。
【００５０】
なお、再帰反射性素子３２による再帰反射の精度は、そのまま再帰透過の精度となる。又、再帰反射性素子３２の透明充実体層３０に対する配置は制限されるものではなく極めて自由度が高いものである。
【００５１】
図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、半反射層４０表面（入射面）に入射した光線Ｋ（入射光）は、一部が半反射層４０を透過して透明充実体層３０内に入り、再帰反射性素子３２（コーナーキューブ）の反射面で再帰反射する。再帰反射した光線Ｋの一部は、半反射層４０でさらに、反射されて、透明充実体層３０を透過して、再帰反射性素子３２間から、再帰透過性素子１３の入射した面とは反対側の面から外部に出る。
【００５２】
なお、前記説明では、図４（ａ）において、半反射層４０表面側から光線Ｋが入射する場合を説明したが、再帰透過性素子１３の性質は、図４（ｂ）に示すように透明充実体層３０表面（入射面）に光線Ｋが入射する場合は下記のようになる。なお、説明の便宜上、図４（ｂ）は光線Ｋの光路を示すため、再帰透過性素子１３の構成は簡略化されている。すなわち、透明充実体層３０の再帰反射性素子３２間に入射した光線Ｋ（入射光）は、透明充実体層３０を通過し、半反射層４０の反射面で一部が反射されて、透明充実体層３０側に設けられた再帰反射性素子３２で再帰反射する。そして、再帰反射した光線Ｋの一部が透明充実体層３０及び半反射層４０を透過して、外部へ出る。従って、再帰透過性素子１３のプロジェクタ２０に対向する面は、透明充実体層３０側、半反射層４０側のいずれでも良い。
【００５３】
このようにして、プロジェクタ２０から投射された光線Ｋ（入射光）は、再帰透過性素子１３の再帰反射性素子３２、半反射層４０でそれぞれ折り返され、すなわち、再帰透過させて、再帰透過性素子１３の入射面とは反対側において反射光が結像される。
【００５４】
さて、上記のように構成された本実施形態の光学系、及び再帰透過性素子１３の特徴を述べる。
（１） 本実施形態の光学系は、プロジェクタ２０と、該プロジェクタ２０と対向して配置された再帰透過性素子１３を備え、プロジェクタ２０からの未実像の入射光を、再帰透過性素子１３を介して再帰透過させることにより、再帰透過性素子１３の入射面とは反対側において再帰透過した光により虚像を形成させる。
【００５５】
このことにより、実像形成のためのプロジェクタ２０を使用するにも関わらず、未実像（光線束）を再帰透過性素子１３により実像虚像変換できるため、再帰透過性素子１３により再帰透過された光線を、観察者は虚像として観察することができる。この結果、プロジェクタを使用するにも関わらずスクリーンを不要とすることができる。
【００５６】
（２） 本実施形態の再帰透過性素子１３は、透明充実体層３０（透明層）と、透明充実体層３０の一方の面に設けられた半反射層４０を有し、透明充実体層３０の一方の面とは反対側の他方の面に、光線を半反射層４０側に反射させる多数の再帰反射性素子３２を離散的に配置して形成されている。
【００５７】
この構成によって、再帰透過性素子１３に入射した光（入射光）を、入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、再帰透過軸に関して軸対称な方向に変えて射出させる性質（再帰透過性）を有することができる。この結果、前述の光学系に好適に採用できる。
【００５８】
このように、本実施形態の再帰透過性素子１３は、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子である。この結果、光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図３（ｂ）を参照して説明する。なお、本実施形態を含め、以下の実施形態においては、既に説明された他の実施形態と同一構成又は相当する構成については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
図３（ａ）で示された第１実施形態では、プロジェクタ２０は、観察者の視野に入らない位置に配置されていたが、観察者の視野に入るようにしても問題はない。例えば、図３（ｂ）に示すように、プロジェクタ２０を観察者の視野に入るようにしても、プロジェクタ２０から投射された光線束は、再帰透過性素子１３により実像虚像変換されて、その結果、観察者はプロジェクタ２０から投射された光線が何ら遮られることなく完全な虚像を見ることができる。これは、例えば、図１７のプロジェクタ１０がスクリーン１４までの光路を遮るため、この遮られた部分を有する不完全な実像しか観察できない従来例に比較すると、遮られることがない完全な虚像を観察することができる本実施形態の方が有利であることが分かる。なお、図３（ｂ）の例では、プロジェクタ２０の光軸と観察者の観察視点Ａとは一致させているようにしているが、実際は観察者の眼にプロジェクタ２０の瞳と同軸上に位置しないようにされ、プロジェクタ２０が配置されて、観察者が眩しく感じないようにしている。なお、図３（ｂ）のプロジェクタ２０は、説明の便宜上、大きく図示されているが、実際は、ペンライト程度の径の大きさ程度で十分である。
【００６１】
（第３実施形態）
次に、再帰透過性素子１３の別の実施形態を図７及び図８を参照して説明する。
本実施形態の再帰透過性素子１３は、平板状の素子本体４１に対して、多数の空隙としての断面直角三角形をなす微小の透孔４２が素子本体４１の厚み方向に貫通されるとともにランダムに配置されている。素子本体４１は、透明体であっても、非透明体であってもよい。
【００６２】
前記透孔４２の内面には、図８（ａ）に示すように互いに直交する第１鏡面４４と第２鏡面４５とから構成された２面直交合わせ鏡、すなわち、コーナーミラー４３が形成されている。コーナーミラー４３の形成は、第１実施形態で説明した金属膜で表面ミラーで形成されている。
【００６３】
前記第１鏡面４４と第２鏡面４５の交線（すなわち、再帰透過軸Ｇ）は素子本体４１の厚み方向に向けて配置されている。すなわち、再帰透過軸Ｇは、素子本体４１の平面と直交して配置されている。前記再帰透過軸Ｇの向きは、素子本体４１の表面の法線方向に一致している。なお、前記透孔４２の大きさは、限定はしないが、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位の微小な大きさが好ましい。
【００６４】
本実施形態では、図８（ａ）に示すように素子本体４１の一方の面側から入射した光線が透孔４２の第１鏡面４４と第２鏡面４５で反射されて（又は、第２鏡面４５と第１鏡面４４で反射されて）、素子本体４１の他方の面から外部へ出る。図８（ｂ）は、素子本体４１の透孔４２を平面視した拡大図であり、同図に示すように前記入射した光線は、矢印に示されるように反射され、コーナーミラー４３を備えた再帰透過性素子１３は再帰透過性を示す。
【００６５】
本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１） 本実施形態の再帰透過性素子１３は、板状の素子本体４１に対して、素子本体４１の厚み方向に多数の透孔４２（空隙）がランダムに配置され、透孔４２の内面には、互いに直交する第１鏡面４４と第２鏡面４５とから構成されたコーナーミラー４３（２面直交合わせ鏡）が形成されている。又、第１鏡面４４と第２鏡面４５の交線が素子本体４１の厚み方向に向けて配置されている。
【００６６】
この結果、再帰透過性素子１３は、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子とすることができる。この結果、光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【００６７】
又、本実施形態の再帰透過性素子１３を、第１実施形態の光学系に採用した場合、透孔４２がランダムに配置されているため、透孔４２がランダムに配置されていない場合に比して、プロジェクタ２０と再帰透過性素子１３との配置関係の自由度が向上する。
【００６８】
（第４実施形態）
次に、再帰透過性素子１３の別の実施形態を図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
本実施形態の再帰透過性素子１３は、平板状の素子本体４１に対して、複数の空隙５０、すなわち透孔が点線状にかつ、円状に配置されてなる空隙群５２が、複数個同心円状に配置されている。そして、空隙５０の壁面５４が鏡面に形成されている。なお、前記空隙５０の大きさは、限定はしないが、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位の微小な大きさが好ましい。又、隣接する空隙群５２同士の間隔は、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位であることが好ましい。壁面５４の鏡面は、第１実施形態で説明した金属膜で表面ミラーで形成されている。
【００６９】
本実施形態の再帰透過性素子１３を採用する光学系では、プロジェクタ２０からの投射される光線束が、プロジェクタ２０の射出瞳、観察者の観察瞳等の小さい領域を通ることを前提としたものである。そのために、プロジェクタ２０の光軸と、空隙群５２の同心となる軸が同軸となるように両者が配置される。本実施形態では、前記空隙群５２の同心となる軸が再帰透過軸Ｇとなる。
【００７０】
図９（ｂ）は、素子本体４１の空隙５０を拡大した拡大断面図である。
前記のように光学系が形成された場合、図９（ｂ）に示すように素子本体４１の一方の面側から入射した光線が各空隙群５２の各空隙５０の壁面５４（鏡面）で矢印に示されるように反射されて、素子本体４１の他方の面から外部へ出る。このようにして、再帰透過性素子１３は再帰透過性を示す。
【００７１】
本実施形態の再帰透過性素子１３も、空間を折り返し、入射した光線の一部を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えず、かつ、結像以前の未実像（光線束）を虚像に転換する新たな光学素子である。この結果、順列組合せによって決まる光学系を構成する要素として新しい要素を付加することができる。
【００７２】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態を図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態は、第４実施形態の変形例である。本実施形態では、再帰透過性素子１３の素子本体４１に対して、円状に形成されるとともに径の異なる空隙６０が、複数個同心円状に形成され、前記空隙６０の壁面６２が鏡面に形成されている。なお、鏡面は、少なくとも、各空隙６０を形成する壁面の内、径が大きな方の壁面６２に形成されていればよい。
【００７３】
前記空隙の径方向の幅は、限定はしないが、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位の微小な大きさが好ましい。又、隣接する空隙６０同士の間隔は、ｍｍ単位、或いはマイクロ単位であることが好ましい。壁面６２の鏡面は、第１実施形態で説明した金属膜で表面ミラーで形成されている。又、空隙６０の一方の開口端側は、素子本体４１に積層された透明板６４により、閉塞されている。なお、本実施形態では、空隙６０の一方の開口端を透明板６４により、閉塞したが、素子本体４１を挟むようにして、一対の透明板を積層して空隙６０の厚み方向に位置する両開口端を閉塞してもよい。
【００７４】
本実施形態の再帰透過性素子１３を採用する光学系では、第４実施形態と同様にプロジェクタ２０からの投射される光線束が、プロジェクタ２０の射出瞳、観察者の観察瞳等の小さい領域を通ることを前提としたものである。そのために、プロジェクタ２０の光軸と、空隙群５２の同心となる軸が同軸となるように両者が配置される。
【００７５】
図１０（ｂ）は、素子本体４１の空隙６０を拡大した拡大断面図である。
前記のように光学系が形成された場合、図１０（ｂ）に示すように素子本体４１の一方の面側から入射した光線が各空隙６０の壁面６２（鏡面）で矢印に示されるように反射されて、透明板６４を介して素子本体４１の他方の面から外部へ出る。このようにして、本実施形態の再帰透過性素子１３は再帰透過性を示す。 本実施形態の再帰透過性素子１３の作用効果は、第４実施形態と同様である。
【００７６】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態を図１１（ａ）を参照して説明する。なお、本実施形態では請求項６を具体化したものである。本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）で説明した、いずれか１つの再帰透過性素子１３が曲面化された、すなわち、透明充実体層３０と半反射層４０とが共に湾曲されている。なお、図１１（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜上、再帰透過性素子１３の断面図を、図４（ａ）、（ｂ）と同様に簡略した断面図で示す。
【００７７】
本実施形態の再帰透過性素子１３は、具体的には図１１（ａ）に示すように半反射層４０がプロジェクタ２０側に配置されるものである。そして、再帰透過性素子１３は、該半反射層４０と透明充実体層３０が共に外側（すなわち、プロジェクタ２０側）向けて湾曲形成されている。この結果、半反射層４０の反射面（すなわち鏡面）が凹型となって、内側（観察視点Ａ側）を向き、凹面鏡として機能する。
【００７８】
この場合、プロジェクタ２０から入射した光線は、再帰反射性素子３２で再帰反射された後、この再帰反射により凹面鏡として機能する半反射層４０の反射面で反射される。この凹面鏡機能により、虚像の焦点が遠位に移動されるため、観察者は、虚像を広視野で見ることになる。
【００７９】
なお、前記曲面化された曲面は、プロジェクタ２０の射出瞳と視点入射瞳の光学共役がとりやすい球面、回転双曲面、放物面等が利用可能である。本実施形態での曲面は、焦点位置を遠位（遠方）に移動させる効果があるため、ある画素を構成する交線束中、観察者の観察瞳に入るものが分布している領域では、曲率は等方であることが、結像が乱れなくて好ましい。
【００８０】
このように本実施形態では、再帰透過性素子１３の透明充実体層３０及び半反射層４０とが共に同方向に湾曲されていることから、半反射層４０を通過した一部の光線が再帰反射性素子３２で再帰反射された際、再帰反射された光線が、前記反射面（前記凹面鏡）で反射し、透明充実体層３０を通過して観察視点Ａ側の外部に出るようにされている。
【００８１】
このため、再帰透過性素子１３に入射された未実像（光線束）が、入射された面を通過して、該面の向こう側に通過した際に虚像の焦点位置を遠位に移動させる効果があり、広視野を得ることができる。
【００８２】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態を図１１（ｂ）を参照して説明する。なお、本実施形態は、請求項７を具体化したものである。本実施形態においても、図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）で説明した、いずれか１つの再帰透過性素子１３が、透明充実体層３０と半反射層４０とが共に湾曲されている。
【００８３】
なお、前記曲面化された曲面は、プロジェクタ２０の射出瞳と視点入射瞳の光学共役がとりやすい球面、回転双曲面、放物面等が利用可能である。本実施形態での曲面は、焦点位置を遠方に移動させる効果があるため、ある画素を構成する交線束中、観察者の観察瞳に入るものが分布している領域では、曲率は等方であることが、結像が乱れなくて好ましい。
【００８４】
本実施形態の再帰透過性素子１３は、具体的には、図１１（ｂ）に示すように透明充実体層３０がプロジェクタ２０側に配置されるものである。そして、再帰透過性素子１３は、半反射層４０及び透明充実体層３０が共にプロジェクタ２０側へ凸型に湾曲されて、半反射層４０の反射面が凸面鏡に形成されている。そして、再帰透過性素子１３の凸側をプロジェクタ２０に向けて配置された状態で光学系が形成される。
【００８５】
この場合、プロジェクタ２０から透明充実体層３０へ入射した光線が、凸面鏡である反射面で反射して、さらに再帰反射性素子３２で再帰反射し、再帰反射した光線の一部が半反射層４０を通過して観察視点Ａ側の外部に出る。
【００８６】
この凸面鏡機能により、虚像の焦点が遠方に移動されるため、観察者は、虚像を広視野で見ることになる。
（第８実施形態）
次に、図１４（ａ）、（ｂ）を参照して第８実施形態を説明する。本実施形態は、本発明の光学系を頭部搭載型プロジェクタに具体化した実施形態である。
【００８７】
図１４（ａ）に示すように、頭部搭載型プロジェクタ１００は、メガネフレーム１１０に設けられている。メガネフレーム１１０は、一対の再帰透過性素子１３を支持する左右一対のリム１１２と、リム１１２を連結するブリッジ１１４と、リム１１２に対してヒンジ１１６を介して取付けられたテンプル１１８とを備える。又、各リム１１２の前方（観察者が見る方向側）には、ブラケット１２０を介してプロジェクタ２０が取付けられている。プロジェクタ２０の取付け位置は、再帰透過性素子１３を挟んで観察者の観察視点Ａと光学共役な位置に、かつ、観察視点Ａから見たときに観察者の視野に入らない位置に配置されている（図１４（ｂ）参照）。なお、本実施形態の再帰透過性素子１３は、第６実施形態の構成が採用されているが、勿論、再帰透過性素子１３の構成としては、第７実施形態の再帰透過性素子１３の構成であってもよく、さらに第６、第７実施形態以外の他の実施形態の構成を採用してもよい。
【００８８】
このように、本実施形態の頭部搭載型プロジェクタは、使用者の頭部に装着されるメガネフレーム１１０を支持体として、該メガネフレーム１１０に光学系が支持されるようにした。そして、本実施形態では、メガネフレーム１１０（支持体）に対して、再帰透過した光により虚像を前記使用者の眼で見ることが可能に、再帰透過性素子１３が配置されている。
【００８９】
この結果、本実施形態の頭部搭載型プロジェクタ１００は、実像形成のためのプロジェクタを使用するにも関わらず、虚像変換して、スクリーンを不要とすることができる。
なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
【００９０】
○ 図５（ａ）で示された実施形態では再帰透過性素子１３の透明充実体層３０の表面に再帰反射性素子３２としてコーナーキューブプリズムを設けたが、再帰反射性素子３２としては、コーナーキューブの代わりに、多数のガラスビーズを図５（ｂ）に示すように一部を埋設する形で透明充実体層３０に対して離散的に形成してもよい。このガラスビーズは、屈折率が２前後の光高屈折率が好ましい。又、ガラスビーズの外面には、コーナーキューブの外面に形成された金属薄膜と同材の質金属薄膜を蒸着してコーティング層３３を形成する。
【００９１】
この場合においても、ガラスビーズが、前記コーナーキューブと同様に光線を再帰反射する。
○ 図５（ａ）で示された実施形態では、再帰透過性素子１３の透明充実体層３０の表面に再帰反射性素子３２としてコーナーキューブプリズムを設けたが、図６（ａ）に示すように、コーナーキューブプリズム全体を透明充実体層３０内に埋設するようにしてもよい。
【００９２】
○ 又、図５（ｂ）で示された実施形態では、再帰透過性素子１３の透明充実体層３０の表面に再帰反射性素子３２として多数のガラスビーズの一部を埋設するようにして離散して配置したが、図６（ｂ）に示すように、ガラスビーズ全体を透明充実体層３０内に埋設するようにしてもよい。
【００９３】
○ 図４、図５の実施形態において、図４（ｃ）に示すように透明充実体層３０を設ける代わりに、再帰反射性素子３２を格子状、或いは網状に形成された支持部材７０で支持して離散的に配置した状態とし、再帰反射性素子３２と半反射層４０（ビームスプリッタ）との間は透明層としての空隙層６５を形成してもよい。この場合、支持部材７０と半反射層４０とは適宜の部位間で間隔保持部材８０を設けることにより、再帰反射性素子３２と半反射層４０間に前記空隙層６５が形成されるものとする。
【００９４】
○ 図７で示された実施形態の再帰透過性素子１３では、透孔４２の断面形状を直角三角形にしたが、透孔の内面に、コーナーミラーを有するようにすればよいため、透孔４２の断面形状は断面直角三角形に限定されるものではなく、断面正方形、或いは断面多角形であって、少なくとも２つの鏡面が互いに直交する断面形状であればよい。
【００９５】
○ 図７で示された実施形態の再帰透過性素子１３では、素子本体４１に空隙として透孔４２を設けたが、空隙は透孔４２に限定されるものではなく、透孔４２の一方の開口端を塞いだ穴としたり、透孔の両方の開口端をそれぞれ透明板で塞いでできた空隙としてもよい。いずれの場合にも、空隙を囲む壁面には、コーナーミラーが形成されているため、図７と同様の作用効果を奏することができる。
【００９６】
○ 第６実施形態では、広視野を得るために、再帰透過性素子１３を湾曲したが、図示はしないが、図１１（ａ）と反対の構成にして狭視野を得るようにしてもよい。この場合、再帰透過性素子１３が平板状のものに比して虚像の焦点位置を近位に移動させ、虚像を大きくすることができる。具体的には、再帰透過性素子１３は、半反射層４０がプロジェクタ２０側に配置されるとともに、半反射層４０及び透明充実体層３０が共に図１１（ａ）とは反対側、すなわち、内側（観察視点Ａ側）に湾曲形成されている。この結果、半反射層４０の反射面（すなわち鏡面）が凸面鏡として機能する。
【００９７】
○ 第７実施形態では、広視野を得るために、再帰透過性素子１３を湾曲したが、図示はしないが、図１１（ｂ）と反対の構成にして狭視野を得るようにしてもよい。この場合、再帰透過性素子１３が平板状のものに比して虚像の焦点位置を近位に移動させ、虚像を大きくすることができる。具体的には、再帰透過性素子１３は、透明充実体層３０がプロジェクタ２０側に配置されるとともに、半反射層４０及び透明充実体層３０が図１１（ｂ）とは反対側、すなわち、内側（観察視点Ａ側）に湾曲形成されている。この結果、半反射層４０の反射面（すなわち鏡面）が凹面鏡として機能する。
【００９８】
○ 第６実施形態及び第７実施形態において、鏡側をフレネル反射鏡（フレネル半透過鏡９０）を用いて鏡側を更に微細化してもよい（図１３参照）。この場合の微細構造は、物理的な形状と光学的な意味での形状を分けることができるため、設計の自由度を挙げることができる。すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）のように半反射層４０を曲面鏡にする代わりに、図１３に示すように、半反射層（ビームスプリッタ）としてフレネル半透過鏡９０を設けても、半反射層４０を曲面化した場合と同様の光学的効果、すなわち、光線の散開又は収束を行うことができる。この場合、フレネル半透過鏡９０は、微細化された輪帯面９０ａが形成されているため、各輪帯面９０ａにおいて、互いに異なる方向に向く再帰透過軸Ｇを有することになる。
【００９９】
○ 図７及び図８に示す第３実施形態では、各コーナーミラー４３の交線（再帰透過軸Ｇ）が、素子本体４１の平面に直交するように配置した（図１２（ａ）参照）。この場合、第３実施形態では平面鏡と同様に、矢印で示されているように、空間は単純に折り返される。なお、図１２（ａ）〜（ｃ）において、再帰透過性素子１３は、説明の便宜上、単に直線又は曲線で示されている。
【０１００】
この構成に代えて、すなわち、第３実施形態の平板状の素子本体４１に変えて、素子本体４１に曲面を有するように形成してもよい。この場合、この曲面は、プロジェクタ２０の射出瞳と視点入射瞳の光学共役がとりやすい球面、回転双曲面、放物面等が利用可能である。この結果、図１２（ｂ）に示すように、例えば素子本体４１を曲面としての球面Ｕを有するようにした場合、その球面Ｕに垂直に再帰透過軸Ｇに立ち、外から来た光線は、あたかも球面Ｕで反射されたかのように光路を持つ。又、内側から（図１２（ｂ）において下方から）来た光線の場合も、同様に、球面Ｕで反射されたかのように光路を持つ。
【０１０１】
このように、曲面に沿って配置され、再帰透過軸Ｇが曲面に垂直な再帰透過軸Ｇを有する複数のコーナーミラー４３（コーナーミラーアレイ）は、再帰透過性素子１３に入射した光線を再帰透過性素子１３の厚み方向を通過させて、入射面とは反対側の側面へ通過させるという意味でその光の進行方向を変えないものとなる。この進行方向は、曲面鏡とは逆になっていることに注意されたい。図１２（ｂ）において、点線で示す矢印は、前記曲面鏡の場合に、曲面で反射した光線の反射方向を示している。
【０１０２】
又、再帰透過性素子１３において、図１２（ｃ）では図示はしていないが、再帰透過性素子１３に設けられたコーナーミラー４３を、再帰透過性素子１３の入射面の形状とは関係なく、すなわち、入射面が平面であろうが、曲面であろうが、再帰透過軸Ｇの向く方向を任意の方向に設定してもよい。この場合、フレネルレンズや反射鏡と同様に、物理形状と光学的な意味での形状を分離することが可能となる。
【０１０３】
○ 第８実施形態では光学系を支持する支持体をメガネフレーム１１０としたが、支持体はメガネフレーム１１０に限定されるものではなく、ヘルメットを支持体として、該ヘルメットに、再帰透過性素子１３及びプロジェクタ２０を取付けてもよい。又、支持体としてはヘルメットの代わりに、ヘッドギヤ、ヘッドバンド等のように頭に取付する部材にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】透明板、鏡、再帰反射性素子、再帰透過性素子の折り返しの有無の説明図であり、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ各部材の斜視図、平面図、側面図。
【図２】再帰反射性素子の折り返しの説明図。
【図３】（ａ）は、第１実施形態の光学系の説明図、（ｂ）は第２実施形態の光学系の説明図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ再帰透過性素子１３の概略断面図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ再帰透過性素子１３の要部断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ他の実施形態における再帰透過性素子１３の要部断面図。
【図７】第３実施形態の再帰透過性素子１３の概略斜視図。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、同じく第３実施形態の再帰透過性素子１３における光路の説明図。
【図９】（ａ）は第４実施形態の再帰透過性素子１３の概略斜視図、（ｂ）は同じく光路の説明図。
【図１０】（ａ）は第４実施形態の変形の実施形態の再帰透過性素子１３の概略斜視図、（ｂ）は、同じく光路の説明図。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ再帰透過性素子１３の他の実施形態の概略断面図。
【図１２】（ａ）は、第３実施形態の光路の説明図、（ｂ）、（ｃ）は、他の実施形態の再帰透過性素子１３の光路の説明図。
【図１３】他の実施形態の概略断面図。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ頭部搭載型プロジェクタ１００に係る実施形態の平面図、及び光学系の説明図。
【図１５】従来の頭部搭載型プロジェクタの概略説明図。
【図１６】従来の頭部搭載型プロジェクタの概略説明図。
【図１７】従来の頭部搭載型プロジェクタの概略説明図。
【符号の説明】
【０１０５】
１３…再帰透過性素子、２０…プロジェクタ、
３０…透明充実体層（透明層）、
３２…再帰反射性素子、４０…半反射層、４１…素子本体、
４２…透孔（空隙）、５０…空隙、５２…空隙群、６０…空隙、
６２…壁面（鏡面）、６５…空隙層（透明層）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像プロジェクタと、
前記プロジェクタと対向して配置された素子であって、入射光を、該素子の入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、再帰透過軸に関して軸対称な方向に変えて射出させる性質を有する素子（以下、再帰透過性素子という）とを備え、
前記プロジェクタからの未実像の入射光を、前記再帰透過性素子を介して再帰透過させることにより、像を形成させることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記再帰透過性素子が、曲面を有するように湾曲されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学系が、使用者の頭部に装着される支持体に設けられ、
前記支持体に対して、前記再帰透過した光により虚像を前記使用者の眼で見ることが可能に、前記再帰透過性素子が配置されていることを特徴とする頭部搭載型プロジェクタ。
【請求項４】
透明層と、該透明層の一方の面、又は前記透明層の内部に設けられた半反射層を有し、
前記透明層の一方の面とは反対側の他方の面、又は前記透明層の内部に、光線を前記半反射層側に反射させる多数の再帰反射性素子を離散的に配置したことを特徴とする再帰透過性素子。
【請求項５】
前記半反射層が湾曲されていることを特徴とする請求項４に記載の再帰透過性素子。
【請求項６】
前記半反射層が凹型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凹面鏡に形成され、
前記半反射層を通過して前記再帰反射性素子で反射された光線が、前記反射面で反射し、前記透明層を通過して外部に出ることを特徴とする請求項５に記載の再帰透過性素子。
【請求項７】
前記半反射層が凸型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凸面鏡に形成され、
前記透明層へ入射した光線が、該反射面で反射して、さらに該再帰反射性素子で反射し、前記半反射層を通過して外部に出ることを特徴とする請求項５に記載の再帰透過性素子。
【請求項８】
板状の素子本体に対し、複数の空隙が点線状にかつ、円状に配置されており、該空隙群が、複数個同心円状に配置され、前記空隙の壁面が鏡面に形成されていることを特徴とする再帰透過性素子。
【請求項９】
板状の素子本体に、円状に形成されるとともに径の異なる空隙が、複数個同心円状に形成され、前記空隙の壁面が鏡面に形成され、素子本体の厚み方向の少なくとも一端は閉塞されていることを特徴とする再帰透過性素子。
【請求項１０】
前記空隙が透孔であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の再帰透過性素子。
【請求項１１】
板状の素子本体に対して、該素子本体の厚み方向に多数の空隙がランダムに配置され、
前記空隙の内面には、互いに直交する第１鏡面と第２鏡面とから構成された２面直交合わせ鏡が形成され、かつ、前記第１鏡面と第２鏡面の交線が該素子本体の厚み方向に向けて配置されていることを特徴とする再帰透過性素子。
【請求項１２】
前記空隙が透孔であることを特徴とする請求項１１に記載の再帰透過性素子。
【請求項１３】
前記板状の素子本体が、曲面を有しており、その曲面の法線方向に前記２面直交合わせ鏡の交線が沿って配置されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の再帰透過性素子。
【請求項１４】
前記板状の素子本体に、前記２面直交合わせ鏡が配置され、再帰透過軸が場所に応じて設定されていることで、再帰透過性に加えて、光線の散開又は収束の光学特性が付加されることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の再帰透過性素子。
【請求項１】
映像プロジェクタと、
前記プロジェクタと対向して配置された素子であって、入射光を、該素子の入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、再帰透過軸に関して軸対称な方向に変えて射出させる性質を有する素子（以下、再帰透過性素子という）とを備え、
前記プロジェクタからの未実像の入射光を、前記再帰透過性素子を介して再帰透過させることにより、像を形成させることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記再帰透過性素子が、曲面を有するように湾曲されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学系が、使用者の頭部に装着される支持体に設けられ、
前記支持体に対して、前記再帰透過した光により虚像を前記使用者の眼で見ることが可能に、前記再帰透過性素子が配置されていることを特徴とする頭部搭載型プロジェクタ。
【請求項４】
透明層と、該透明層の一方の面、又は前記透明層の内部に設けられた半反射層を有し、
前記透明層の一方の面とは反対側の他方の面、又は前記透明層の内部に、光線を前記半反射層側に反射させる多数の再帰反射性素子を離散的に配置したことを特徴とする再帰透過性素子。
【請求項５】
前記半反射層が湾曲されていることを特徴とする請求項４に記載の再帰透過性素子。
【請求項６】
前記半反射層が凹型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凹面鏡に形成され、
前記半反射層を通過して前記再帰反射性素子で反射された光線が、前記反射面で反射し、前記透明層を通過して外部に出ることを特徴とする請求項５に記載の再帰透過性素子。
【請求項７】
前記半反射層が凸型に湾曲されて、該半反射層の反射面が凸面鏡に形成され、
前記透明層へ入射した光線が、該反射面で反射して、さらに該再帰反射性素子で反射し、前記半反射層を通過して外部に出ることを特徴とする請求項５に記載の再帰透過性素子。
【請求項８】
板状の素子本体に対し、複数の空隙が点線状にかつ、円状に配置されており、該空隙群が、複数個同心円状に配置され、前記空隙の壁面が鏡面に形成されていることを特徴とする再帰透過性素子。
【請求項９】
板状の素子本体に、円状に形成されるとともに径の異なる空隙が、複数個同心円状に形成され、前記空隙の壁面が鏡面に形成され、素子本体の厚み方向の少なくとも一端は閉塞されていることを特徴とする再帰透過性素子。
【請求項１０】
前記空隙が透孔であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の再帰透過性素子。
【請求項１１】
板状の素子本体に対して、該素子本体の厚み方向に多数の空隙がランダムに配置され、
前記空隙の内面には、互いに直交する第１鏡面と第２鏡面とから構成された２面直交合わせ鏡が形成され、かつ、前記第１鏡面と第２鏡面の交線が該素子本体の厚み方向に向けて配置されていることを特徴とする再帰透過性素子。
【請求項１２】
前記空隙が透孔であることを特徴とする請求項１１に記載の再帰透過性素子。
【請求項１３】
前記板状の素子本体が、曲面を有しており、その曲面の法線方向に前記２面直交合わせ鏡の交線が沿って配置されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の再帰透過性素子。
【請求項１４】
前記板状の素子本体に、前記２面直交合わせ鏡が配置され、再帰透過軸が場所に応じて設定されていることで、再帰透過性に加えて、光線の散開又は収束の光学特性が付加されることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の再帰透過性素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−２８８６９６（Ｐ２００９−２８８６９６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４３４９６（Ｐ２００８−１４３４９６）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１６〜２０年度、文部科学省、地域科学技術振興施策、委託研究（知的クラスター創成事業、岐阜・大垣地域ロボティック先端医療クラスター）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０４０１９３９９）国立大学法人岐阜大学 (289)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１６〜２０年度、文部科学省、地域科学技術振興施策、委託研究（知的クラスター創成事業、岐阜・大垣地域ロボティック先端医療クラスター）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０４０１９３９９）国立大学法人岐阜大学 (289)
【Ｆターム（参考）】
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