JP3225021U

JP3225021U - 光学結像装置

Info

Publication number: JP3225021U
Application number: JP2019004431U
Authority: JP
Inventors: 誠大坪
Original assignee: Asukanet Co Ltd
Current assignee: Asukanet Co Ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2029-11-22
Also published as: CN211426890U

Abstract

【課題】実像を光学結像手段から離して形成可能で、小型化と薄型化が図れる光学結像装置を提供する。【解決手段】透明平板の内部に、透明平板の一方側の面に垂直に、多数かつ帯状の光反射面部を一定ピッチで並べてそれぞれ形成した入光側と出光側の光制御パネルを、光反射面部が平面視して直交するように向かい合わせて構成した光学結像手段１２を用いる光学結像装置１０であり、光学結像手段を一側に配置する筐体２４と、筐体の他側に配置されたミラー２５と、筐体の内部に配置されたディスプレイ１１とを有し、ミラーで反射させたディスプレイの画像光を光学結像手段の入射光とし、光学結像手段の光の出側空間にディスプレイの画像を実像１３として結像する。【選択図】図１

Description

本考案は、ディスプレイに表示された画像を空間に表示する光学結像装置に関する。

例えば、特許文献１等には、光制御パネルの前側に立体像を結像させる技術が提案されている。しかし、特許文献１に記載の技術では、複数本の微小幅反射帯を互いに平行に配置して成る結像素子２組を、それぞれの反射帯が互いに直交するように組合わせて、碁盤目状の格子に構成する必要があり、装置の製造が極めて困難であるという問題があった。
そこで、本考案者は、これらの問題を解決するために、特許文献２に記載の光学結像方法を提案した。この方法は、透明平板の内部に、該透明平板の一方の面に対して垂直で、かつ、それぞれが平行配置された多数の帯状の光反射部を並べて形成した第１、第２の光制御パネルを、それぞれの光反射部を直交させた状態で向かい合わせた光学結像装置（光学結像手段）又は同一の原理を用いた光学結像装置を用いている。

特開昭５８−２１７０２号公報特許第４８６５０８８号公報

この光学結像装置によって、装置自身の製造が極めて容易になり、多数の単位結像素子（単位光学素子）を有する広い面積の光学結像装置の製造が可能となった。
ところが、この装置においては、光学結像装置の前側に結像される実像と光学結像装置との距離が、光学結像装置の裏側に配置された物体と光学結像装置との距離に一致し、光学結像装置の前側に光学結像装置から離して結像させようとする場合、物体も光学結像装置から離して配置する必要があった。このため、光学結像装置から離して実像を形成する場合、装置が大型化するという問題があった。

本考案はかかる事情に鑑みてなされたもので、実像を光学結像手段から離して形成可能で、小型化と薄型化が図れる光学結像装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本考案に係る光学結像装置は、透明平板の内部に、該透明平板の一方側の面に垂直に、多数かつ帯状の光反射面部を一定ピッチで並べてそれぞれ形成した入光側と出光側の光制御パネルを、前記光反射面部が平面視して直交するように向かい合わせて構成した光学結像手段を用いる光学結像装置であって、
前記光学結像手段を一側に配置する筐体と、
前記筐体の他側に配置されたミラーと、
前記筐体の内部に配置されたディスプレイとを有し、
前記ミラーで反射させた前記ディスプレイの画像光を前記光学結像手段の入射光とし、該光学結像手段の光の出側空間に前記ディスプレイの画像を結像する。

本考案に係る光学結像装置において、前記ディスプレイは携帯電話の表示画面であるのが好ましい。
ここで、前記ミラーは凹面鏡であって、前記ディスプレイの画像を前記出側空間に拡大して表示することができる。
また、前記ディスプレイから前記光学結像手段までの光路に凸レンズが設けられ、前記ディスプレイの画像を前記出側空間に拡大して表示することもできる。
なお、前記筐体は直方体形状にできる。

本考案に係る光学結像装置は、ディスプレイに表示される画像から光学結像手段に向かう画像光がミラーによって屈曲するので、光学結像手段とディスプレイとの距離が短くてすみ、これによって装置の小型化が可能となり、ディスプレイの画像（実像）の位置を光学結像手段から離して表示させることができる。

特に、ミラーが凹面鏡である場合、また、ディスプレイから光学結像手段までの光路に凸レンズが設けられている場合、ディスプレイの画像を光学結像手段の出側空間に拡大して表示することができるため、本考案の効果がより顕著になる。

本考案の一実施の形態に係る光学結像装置の説明図である。同光学結像装置の平断面図である。同光学結像装置に使用する光学結像手段の説明図である。同光学結像装置の原理を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本考案を具体化した実施の形態につき説明し、本考案の理解に供する。
図１〜図４に示すように、本考案の一実施の形態に係る光学結像装置１０は、ディスプレイ１１に表示された画像を、光学結像手段１２の光の出側空間に実像１３として表示（形成）する装置であり、この出側空間に表示される実像１３を光学結像手段１２から離して形成可能な小型化と薄型化が図られた装置である。なお、ディスプレイ１１とは、携帯電話（特に、スマートフォン）やタブレット端末、即ち、液晶ディスプレイ（発光式の表示器）等の表示画面（平面画面）であるが、画像（文字等も含む）を表示できれば特に限定されるものではない。以下、詳しく説明する。

光学結像手段１２は、図３に示すように、透明平板１２ｂ、１２ｃの内部に、透明平板１２ｂ、１２ｃの一方側の面１２ｄ、１２ｅに垂直に、多数かつ帯状の光反射面部１６、１７を一定ピッチで並べてそれぞれ形成した入光側と出光側の光制御パネル２０、２１を、光反射面部１６、１７が平面視して直交するように向かい合わせて構成している。この光学結像手段１２は、具体的には、特許文献２に記載された「第２の光学結像装置」と実質的に同一である。
また、この光学結像手段１２は、ガラス又は透明プラスチックからなる断面矩形（断面正方形も含む）の透明角材１４、１５の一側に、帯状の光反射面部１６、１７を有する光制御片１８、１９をそれぞれ平面状に並べて接合形成した入光側と出光側の光制御パネル２０、２１を、平面視して光反射面部１６、１７が直交するように配置したものでもある。この光学結像手段１２は平面視して正方形であるが、長方形等の他の形状でもよい。
そして、ディスプレイ１１に表示される画像２２のＡ、Ｂから出た光（画像光）は、光反射面部１６、１７でそれぞれ反射してＡ´、Ｂ´の位置に実像２３として結像している。

図１、図２に示すように、光学結像装置１０は、光学結像手段１２を上側（上下方向一側）に配置する筐体２４と、この筐体２４の下側（上下方向他側）に配置されたミラー２５（鏡部材）と、この筐体２４の内部に配置されたディスプレイ１１とを有している。具体的には、筐体２４内の水平方向一側（図１では左側）に、ディスプレイ１１が配置され、筐体２４の上部に（筐体２４の内部から外部へ透光可能となるように）、光学結像手段１２が筐体２４と一体となって取付け固定され、筐体２４の底面に、ミラー２５が取付け固定されている。
なお、図１中の符号２６は、光学結像装置１０の使用者である。

筐体２４は、その外観が直方体形状となっており（内部は空洞）、この筐体２４が支持柱２７により、予め設定された高さ位置に配置されている。なお、支持柱を伸縮可能な構成にして、筐体２４の高さ位置を調整することもできる。また、筐体２４の水平方向他側（図１では右側）側壁には送風ファン２８が設けられ、これと対向する水平方向一側（図１では左側）側壁には排気口２９が設けられ、筐体２４内への送風と排気が可能になっている。
更に、筐体には、ディスプレイ１１に接続された電源コードを接続する電源や、この電源コードを外部の電源に接続するための開口部等を設けることもできる。

このディスプレイ１１は、その発光面１１ａが斜め下方に向くように、筐体２４内に設けられた支持部材（支持板）３０によって傾斜配置され、このディスプレイ１１を挟んでその上下方向両側に、光学結像手段１２とミラー２５が配置されている。この光学結像手段１２とミラー２５は、平行かつ一定の距離を有した状態で、しかも、光学結像手段１２に対向するミラー２５の上面が鏡面となるように、筐体２４に取付け固定されている。
なお、ディスプレイ１１の傾斜角度は、例えば、２０〜７０度（更には、下限が３０度、上限が６０度）程度であるが、これに限定されるものではなく、また、ディスプレイ１１を水平配置することもできる。

ディスプレイ１１と光学結像手段１２は、筐体２４を平面視して、その端部が重複するように配置されているが、重複しなくてもよい（ディスプレイ１１と光学結像手段１２とが水平方向に隙間（間隔）を有するように配置してもよい）。
また、ディスプレイ１１は、光学結像手段１２の斜め下方に傾斜して配置されているため、ディスプレイ１１の発光面１１ａと光学結像手段１２の入光面１２ａとは、異なる高さ位置になっているが、ディスプレイと光学結像手段を水平配置して（ディスプレイの発光面と光学結像手段の入光面を同一平面上に配置して）同じ高さ位置にすることもできる。

更に、ミラー２５は、筐体２４を平面視した場合のディスプレイ１１及び光学結像手段１２を含む面積及び形状を有することが好ましいが、光学結像手段１２のみの面積及び形状を有する場合であっても動作可能である。即ち、ミラー２５の広さは、以上に説明した広さに限定されない。
また、ミラーは凹面鏡にすることもでき、これによって、ディスプレイの画像を光学結像手段１２の出側空間に拡大して表示することもできる。この効果は、ディスプレイから光学結像手段まで（例えば、ディスプレイとミラーの間、及び／又は、ミラーと光学結像手段の間）の光路に凸レンズを設けることによっても得られる。

続いて、本実施の形態に係る光学結像装置１０の動作（即ち、光学結像方法）について説明する。
図１、図２、図４に示すように、例えば、携帯電話を支持部材３０上に配置することで、携帯電話の表示画面であるディスプレイ１１の全面の画像から光を発することになるが、ここでは、ディスプレイ１１の表面の点Ｐから発する光について説明する。
図１、図３、図４に示すように、点Ｐから発した円錐状となっている光（画像光）ａ、ｂは、ミラー２５に照射されて反射し、光学結像手段１２に入射し（入射光とし）、光学結像手段１２の光反射面部１６、１７で反射して、光学結像手段１２の光の出側空間に光ａ´、ｂ´となって点Ｐ´の位置に集光するので、結果として、ディスプレイ１１の画像光が光学結像手段１２の前側（光の出側空間）に実像１３として結像する。

このように、ミラー２５による１回反射が行われる場合、図４に示すように、ディスプレイ１１の位置がミラー２５に対して虚像１１ｂと対称となる位置となるので、光学結像手段１２の前側に結像される実像１３と光学結像手段１２との距離Ｌ１が、光学結像手段１２の裏側の虚像１１ｂの位置と光学結像手段１２との距離Ｌ２に一致する。
従って、ディスプレイ１１に表示される画像から光学結像手段１２に向かう画像光がミラー２５によって屈曲するので、光学結像装置１０全体の厚みを、ディスプレイ１１からミラー２５までの距離分だけ薄くすることができる。
なお、ここでは、筐体２４の底面のみにミラー２５を配置した場合について説明したが、筐体２４の上部（平面視してディスプレイ１１と光学結像手段１３の間）に、他のミラー（鏡部材：以下、第２のミラーと記載）を配置することもできる。

この場合、第２のミラーの反射を考慮すると、以下のようになる。
即ち、ディスプレイ１１から発した光は、ミラー２５（第１のミラー）で反射し、更に第２のミラーで反射する。更に、ミラー２５で反射し、その反射光が光学結像手段１２に入射し、光学結像手段１２の光反射面部１６、１７を介して、光学結像手段１２から出た光が集光して、光学結像手段１２の前側に実像が形成される。
ミラー２５と第２のミラーを用いた反射は３回なので、ミラー２５のみによる１回反射の場合に比較して、実像の位置を更に遠ざけて形成できる。このとき、ミラー２５で二回反射され第２のミラーで一回反射される光のみが必要となるため、その他の光を遮断するように、非透光材からなる遮光材又はフードを配置する。この場合、ミラー２５と第２のミラーの中央に遮光材を配置してもよいし、実像の手前側に遮光材を配置することもできる。

なお、ミラー２５と第２のミラーによる反射回数を更に増やすと、実像の位置を更に遠ざけて形成できるので、実像の形成位置を更に拡大することもできる。
また、ミラー２５及び第２のミラーのいずれか一方又は双方を凹面鏡にすることによって、ディスプレイの画像を光学結像手段１２の出側空間に拡大して表示することもできる。この効果は、前記したように、ディスプレイから光学結像手段までの光路に凸レンズを設けることによっても得られる。

以上、本考案を、実施の形態を参照して説明してきたが、本考案は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本考案の光学結像装置を構成する場合も本考案の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の光学結像装置の構成、即ち、光学結像手段（入光側、出光側の光制御パネル）の構造、光学結像手段とディスプレイの位置、ミラーの位置等は、種々変えることができる。例えば、光学結像手段を水平方向一側に、ミラーを水平方向他側に、それぞれ垂直に配置することもできる。なお、ミラーは板状の透明板の一方に鏡面がある。従って、反射面は原則としてミラーの鏡面を基準として考える。
また、特許６５０５１７５号に記載の立体像結像装置を、光学結像手段として使用できる。

そして、前記実施の形態において、筐体が直方体形状である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、光学結像手段、ミラー、及び、ディスプレイを配置できれば、例えば、光学結像装置の用途に応じて、立方体形状、卵型形状、また、球体形状や断面楕円形の楕円体形状（例えば、ラグビーボール形状）等にすることもできる。
更に、光学結像手段の前側に鏡をおいて、実像の形成位置を変えることもできる。

実像を光学結像手段から離して形成できるので光学結像装置の小型化、薄型化が可能となる。従って、通常のパッド型のディスプレイに応用できる他、更に小型の携帯電話等のディスプレイにも適用できる。

１０：光学結像装置、１１：ディスプレイ、１１ａ：発光面、１１ｂ：虚像、１２：光学結像手段、１２ａ：入光面、１２ｂ、１２ｃ：透明平板、１２ｄ、１２ｅ：一方側の面、１３：実像、１４、１５：透明角材、１６、１７：光反射面部、１８、１９：光制御片、２０：入光側の光制御パネル、２１：出光側の光制御パネル、２２：画像、２３：実像、２４：筐体、２５：ミラー、２６：使用者、２７：支持柱、２８：送風ファン、２９：排気口、３０：支持部材

Claims

透明平板の内部に、該透明平板の一方側の面に垂直に、多数かつ帯状の光反射面部を一定ピッチで並べてそれぞれ形成した入光側と出光側の光制御パネルを、前記光反射面部が平面視して直交するように向かい合わせて構成した光学結像手段を用いる光学結像装置であって、
前記光学結像手段を一側に配置する筐体と、
前記筐体の他側に配置されたミラーと、
前記筐体の内部に配置されたディスプレイとを有し、
前記ミラーで反射させた前記ディスプレイの画像光を前記光学結像手段の入射光とし、該光学結像手段の光の出側空間に前記ディスプレイの画像を結像することを特徴とする光学結像装置。
請求項１記載の光学結像装置において、前記ディスプレイは携帯電話の表示画面であることを特徴とする光学結像装置。
請求項１又は２記載の光学結像装置において、前記ミラーは凹面鏡であって、前記ディスプレイの画像を前記出側空間に拡大して表示することを特徴とする光学結像装置。
請求項１又は２記載の光学結像装置において、前記ディスプレイから前記光学結像手段までの光路に凸レンズが設けられ、前記ディスプレイの画像を前記出側空間に拡大して表示することを特徴とする光学結像装置。
請求項１又は２記載の光学結像装置において、前記筐体は直方体形状であることを特徴とする光学結像装置。