JP3225021U - 光学結像装置 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (5)
- 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。
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