JP4851784B2 - 照射と絵画的画像形成の二重機能を具備する光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、照射と絵画的画像形成の二重機能を具備する光学装置に関する。

本発明の表示領域と光学装置とを有する装置において、前記光学装置は、光学ガイドを有し、その一部が少なくとも部分的に表示領域に重なり合う。前記光学ガイドは、２個の主表面と側面とを有する。前記光学ガイドの一部は、光学抽出手段を有する。前記光学ガイドは、前記側面の近傍に配置され、光学ガイドの内側で光を放射するよう所定の方向に向けられた少なくとも１個の光源を有し、前記表示領域を少なくとも部分的に照射するために、前記光学抽出手段と協働する。

この種の装置は従来から公知である。例えば、特許文献１は疑似点光源（quasi- punctual light source）から光を均一に分散する光学ガイドとして用いられる透明なフィルムを開示している。同文献によれば、光学要素は、光学ガイドに、できればランダムに、配列され、光を抽出し、その光を液晶型ディスプレイ（ＬＣＤ）に向けている。この文献の主な目的は、光源により放射された光から最高効率で均一の照射を得ることである。かくして得られた照射は、最適の拡散により、鮮明さと軟調さとの間の良好な妥協点を示す。同文献は、利用可能な光源と照射される表面の関数として、光学ガイドの表面全体に光学抽出要素を分散させて如何に最適化するかを開示している。

米国特許第６，７５２，５０５号明細書

この種の装置は、ＬＣＤを前面照射あるいは後面照射のいずれかで光を当て、それにより表示装置が過剰な厚さにならないようにしている。しかし、前掲の文献は、この種の装置の他のアプリケーションおよび使用については言及していない。

本発明の目的は、従来技術の公知の解決方法を改善することである。本発明の光学装置特に携帯用機器は、一方で表示領域を照射し、他方で光る装飾的パターン（luminous decorative pattern）を表示するが、これは構造的に複雑にすることなく、それ故に光学装置の製造コストを増加することなく行う。

本発明は、特に前記の装置において、前記光学ガイドは、前記主表面の１つに配列され、それぞれが所定の形状特徴を有する、少なくとも１個の光抽出面を有する第１群の光学抽出手段を有する。前記第１群の光学抽出手段は、光学ガイドから光を抽出して、前記表示領域が見える方向に絵画的画像を形成する。前記絵画的画像は、前記形状特徴の関数として、直接的に前記光抽出面の光の相互作用により形成される。

これらの特徴により、本発明の装置の光学ガイドにより、装置の表示領域を照射する基本的機能に加えて、光る絵画的画像の形成が可能となる。かくして形成された絵画的画像は、単なるお遊び、審美的あるいは装飾的な興味からのものでもよく、あるいは装置の使用者に情報を提供するのにも用いることができる。

好ましくは、前記光学抽出手段は、少なくとも１個の光抽出面を有する光学抽出手段であり、それらは第２群として配置される。

抽出器は、屈折／透過、好ましくは反射により光学ガイドから光を抽出する。

本発明が特に関連するアプリケーションの一例は、携帯用電子機器、例えば電子時計、携帯電話、カメラ等、ＬＣＤ型の表示スクリーンを具備した電子機器である。

かくして、これらの場合において、本発明を実行することにより、一方でＬＣＤスクリーンを照射し、他方で絵画的画像を形成する。これは、１個の光学ガイドのみを具備し、可能ならば１個の光源のみで行われる。アナログ表示専用時計の場合には、本発明は文字盤を照射するために用いられる。

本発明の好ましい実施例においては、絵画的画像を形成する為の第１群の光学抽出器は、装置の動作に関連する情報を表示するために用いられる。時計の場合には、ベル型のシンボルを表示して、アラームモードの動作を指示する。電話またはカメラの場合には、光学抽出器を用いて制御部材の機能を表示する。この制御部材は、光学的に透明な材料製である。

前記の装置のさまざまな変形例が用いられる。

特に、多色絵画的画像を光学ガイド内で、抽出器の複数のグループ配置あるいは網目配置で形成することができる。この場合各抽出器のグループは、それ自身の光源に関連している。

さらにまた、アニメーションを、光源に順番に電源を入れることにより、上記の変形例に基づいて、単色あるいは多色で表示できる。

複数の群の抽出器を光学ガイドの異なる領域に配置する、あるいは同一領域で織りなして配置することも可能である。別の構成としてあるいはそれを補足するものとして、複数の光学ガイドを重ね合わせ、各光学ガイドが少なくとも１個の群の抽出器を具備することも可能である。

図１、２は、本発明の光学ガイド１の断面斜視図である。

図１は、文字盤２と表示指針（図示せず）との間の、時計の光学ガイド１の配列を示す。文字盤２は、従来と同様のもので、時刻を表す時間表示記号（小三角）３を具備し、ＬＣＤ型スクリーン４が見えるような四角形の開口が形成されている。

文字盤２と光学ガイド１はそれぞれ、中央開口６、７を有し、指針の駆動手段、すなわち時間歯車とキャノン−ピニオン（cannon-pinion）（図示せず）の通路となる。

図１の実施例においては、光学ガイド１は３個のダイオード８と協働する。これらは、目的によっては同一色あるいは異なる色でもよく、光る絵画的画像を形成し、それは時計の文字盤２の上で見ることができ、一方でＬＣＤ型スクリーン４を照射する。

本発明の基本的原理の新たな観点からすると、１個のダイオード８で、以下に説明する光学抽出器の網目配置と組み合わせて、絵画的画像を形成するのに十分である。さらにまた、１個のダイオード８でＬＣＤ型スクリーン４の照射を同時に行うのに十分である。

好ましくは、各ダイオード８により照射された光ビームと光学ガイド１との光学的結合は、入口表面９を介して行われる。この実施例においては、各入口表面９は、円筒形状をしており、その結果ダイオード８により照射された光ビームは、入口部分で光学ガイド１に向かって透過する。かくして各入口表面９角度付き開口が広がることにより、光学ガイド１の表面の大部分がカバーされる。

光学ガイド１は、２個の主表面１０、１１（図１に示す）を有し、それらは円盤形状をしており、互いにリング形状側面１２により接続結合されている。入口表面９は、リング形状側面１２内に配置されている。

図１に記載した光学システムの動作原理を図２で説明する。図２は２個のダイオード８と、２個のグループの光学抽出器を切断するＡで示した面の断面図を示す。面Ａは、線ＩＩ−ＩＩを含み、２個の主表面１０、１１と直交する。

本発明によれば、光学ガイド１は、第１群として配列された複数の光学抽出器２０を有し、文字盤２の上の主表面１１に配列される。

光学抽出器２０はそれぞれ、少なくとも１個の反射面２１を有し、主表面１１上に所定の網目配置で分散している。この網目配置は、正確な絵画的画像に対応するよう規定される。これに関しては以下説明する。

反射面２１は、対応するダイオード８に所定の角度で向くように方向付けられた法線（ｎ）を有する。かくしてダイオード８から放射される光ビームのある割合（一部）が、反射面２１に、直接入射として、あるいは主表面１０と１１の少なくとも一方の上で１回あるいは複数回反射して、入る。

反射面２１と相互作用する光ビームの比率は、ある抽出器のある形状パラメータの関数として調整できる。特にこの関数は、特にダイオード８と反射面２１との間の距離と光学ガイド１の厚さに対する光学抽出器２０の高さの関数である。当業者は要件に合わせてこれらのパラメータを容易に調整できる。

ＬＣＤ型スクリーン４を照射する手段については、光学抽出器２０は、ＬＣＤ型スクリーン４のごく近傍に第２群として配置される。図１、２の実施例においては、ＬＣＤ型スクリーン４を照射するために具備された光学抽出器２０の群は、ＬＣＤ型スクリーン４の上に配置され、スクリーンで占有されるよりもより大きな表面の上に延びる。光学抽出器２０は、それぞれの反射面２１が６時の位置にあるダイオード８に面するように全て方向付けられて配置される。当業者は、第２群の光学抽出器２０の数と寸法と位置は、ＬＣＤスクリーンの均一且つ効率的な照射を得るために、その特徴の関数として最適に選択することができる。

本発明のこの実施例においては、第１群の全ての光学抽出器２０、すなわち所定の絵画的画像を形成するよう具備された光学抽出器は、主表面１１に対して同一の角度を有する。この特徴の結果は、網目配置の反射面２１内に入る光ビームが同一方向に全て偏向することである。かくして網目配置の各反射面２１は、反射光ビームを形成する。全ての反射光ビームは、所定の方向に絵画的画像を浮き上がらせる光ビーム網目配置を形成する。

図２に示した実施例によれば、反射面２１と主表面１１の間の角度は４５度であり、これにより、主表面に直交する方向に絵画的画像を形成する。かくして本発明の時計の使用者は、ダイオード８に電源が入っている場合には、法線方向から文字盤を見たときに光る画像を見ることができる。

本発明は、文字盤２に直交する方向に絵画的画像を形成する装置／方法に限定されない。例えば、絵画的画像を文字盤２に対して６０度の角度で６時の位置に形成することも可能で、これにより、本発明の時計の使用者は、自分の腕を回転することなく見ることができるようになる。

一般的に、絵画的画像が形成される方向は、入射光ビームに対して反射表面により形成された角度で調整する。反射表面の法線方向（ｎ）は、ダイオード−反射表面方向と反射表面−観測者の方向との間を二分する線に対応する。

光学ガイド１は、必要な品質を得る如何なる材料からも形成可能である。必要な品質とは、特に可視領域において光の伝搬に対する透明性である。好ましくは、光学ガイド１はＰＭＭＡ型のプラスチック材料を注入、複製あるいは他の適宜の方法により形成することができる。このような解決方法の利点は、製造方法の容易性と低価格にある。

前述したように、反射面２１は、絵画的画像を形成する１組のピクセルを構成する。従って、反射面２１のサイズが小さくなれば画像解像度と品質が向上する。

前述したように、光学抽出器の高さが高くなり、その有効表面が大きくなると、対応する位置で、光学ガイド１から抽出された光の品質が向上する。その結果、反射した光ビームのそれぞれの照射強度は、対応する光学抽出器の特徴により微細に調整できる。この調整を基に、１個の光ソースのベース上に「グレーレベル」（使用されるダイオードの色）の絵画的画像を形成可能である。

現在の製造技術を用いて、１０μｍのオーダーの寸法の光学抽出器を形成できる。これにより、それらが照射されない時は、時計の使用者は見ることが難しくなる利点がある。さらに、反射面２１は、さまざまな形状、例えば平面、湾曲した形状を採ることができ、これにより反射ビームの形状を調整し、例えば若干分散させることもできる。

好ましくは、光学抽出器は、少なくとも１個の共通の形状特徴を有する同一の網目配置に帰属する。すなわち、反射表面の法線が、光学ガイド１とそれに対応する入口表面９の両方に直交する面に含まれる。図１に示したこの特徴により、光の抽出が最適となり、さらに本発明の光装飾を実行する時計のエネルギー消費の観点からより有利となる。

本発明の装置を電子式時計の形態で実行するときには、第１群の光学抽出器は、時計の機能をシンボル化するような絵画的画像が表示されるよう配列される。これは限定的な一例ではないが、時計の制御部材を活性化することに応じてアームモードを活性化し、アラームの開始時間をＬＣＤ型スクリーン４の上に一定時間表示することもできる。この場合、光学抽出器は、アラーム時間がＬＣＤ型スクリーン４の上に表示されるよう、網目配置される。例えば、文字盤の所定の領域用に「ＡＬ」のマークを表示して、ユーザにＬＣＤ型スクリーン４の上に表示された情報の性質を知らしめることもできる。別の構成として、第１群の光学抽出器をベルをシンボル化したような絵画的画像が表れるようにすることもできる。

同様に、マーク「ＣＨＲ」あるいは人がランニングしている姿／シンボルをユーザに表示して、時計が時間計測の機能を有する場合には、ＬＣＤ型スクリーン４が測定された時間を示すようにすることもできる。

本発明の装置が電話またはカメラの形態で実現された場合には、ＬＣＤ型の表示装置を具備する装置の一面は、所定数の制御部材を有することも可能である。この場合、第２群の光学抽出器は、ＬＣＤディスプレイに対して配列され、このＬＣＤディスプレイを照射する。第１群の光学抽出器は、制御部材上に所定の絵画的画像を形成するよう、配列される。電話の例の場合には、従来のキーのマークを、特に０から９の数字用に、用いることができる。光学ガイドとキーとの間に配置される構造要素も透明にして、光学抽出器により反射される光ビームの通過を妨げないようにしなければならない。これらの特徴により、電話の製造業者は、ある電話機モデルに対しては現在の電話機用にキーを個別にマークするのではなく、１個のダイヤルキーのモデルを作ることができる。電話機で実施した上記の方法はカメラにも同様に適用できる。

当業者は必要に応じてさまざまな光源を用いることができる。特に１個の光源を用いて第１群の光学抽出器を照射して絵画的画像を形成し、第２群の光学抽出器を照射して表示領域を照射することもできる。

図１に示した構造は、３個の光源で照射した光学ガイド１を表し、これにより複数の色の画像を形成できる。

このために光源は、異色の光を放射し、各光源は、それ自身の光学抽出器の網目配置に関連付けられている。

本発明の変形例によれば、３個の光学抽出器の網目配置のそれぞれは、それに関連するダイオード８に近接して配置された光学ガイド１の領域に配置することができる（図１）。

別の構成として、３個の網目配置のそれぞれを光学ガイド１の全表面の大部分の上に分散させ、これらの網目配置を織り交ぜることができる。このような構成により得られた絵画的画像の一例を図３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを参照して以下説明する。

図３ａ−３ｃは、ある光源と協働する３個の光学抽出器の網目配置のそれぞれにより形成された絵画的画像を示す。

図３に対応する時計は、３個のダイオード８を有し、これらはそれぞれ４時の位置（図３の参照番号８ａ）と２時の位置（参照番号８ｂ）と１０時の位置（参照番号８ｃ）に対向して配列される。４個目のダイオード８ｄも示し、これは第２群の光学抽出器と協働してＬＣＤ型スクリーン４を照射するが、第２群の光学抽出器は図３には示していない。

各ダイオード８ａ，８ｂ，８ｃは、ある光学抽出網目配置と関連付けられている。図３ａは、ダイオード８ａに電源が入り、それに関連付けられた網目配置の方向に光を放射したときに、この実施例の時計を装着した人に見えるよう形成された絵画的画像を示す。同様に、図３ｂ、３ｃは、それぞれダイオード８ｂ、８ｃが動作中に形成されたそれぞれの絵画的画像を示す。図３ｄは、３個のダイオード８ａ，８ｂ，８ｃに同時に電源が入れられた時に形成される多色絵画的画像を示す。

複数の動作モードは、この３個のダイオード構造を基に、織り込まれた光学抽出網目配置により提供される。

例えば、本発明の時計の電子回路は、３個のダイオード８ａ，８ｂ，８ｃがユーザによる制御部材の活性化に応じて、同時に電源が入るようプログラムすることもできる。その結果得られた機能は、１個のダイオードの審美的改善のそれを超えた利点があり、かくして形成された絵画的画像が照射され、時計の装着者は周りが暗い時にも指針の位置を見ることができる。

別の構成として、あるいは上記の変形例を補うものとして、時計の電子回路は、ダイオード８ａ，８ｂ，８ｃが制御部材の別々の活性化あるいは付加的な制御部材の活性化に応じて、順番に電源が入るようプログラムすることもできる。当然のことながら本発明は上記した制御部材の動作モード特徴に限定されない。

一例として３個のダイオードを時計内に配置した加速度計で検出した衝撃に応答して同時に電源を入れるようにすることも可能である。

連続的に動作するモードにおいては、多色アニメーションを表示すること、すなわち図３ａ−３ｄに示した実施例で、花火を上げることも可能である。

図３ａは、第１の光学抽出網目配置で、第１のダイオード８ａにより放射された光ビームのコラボレーションにより得られたアニメーションの第１の絵画的画像を示す。時計の装着者は、文字盤の上面から、花火の表示の間、ロケットにより残された軌跡をシンボル化する絵画的画像を見ることができる。

図３ｂは、第２の光学抽出網目配置で、第２のダイオード８ｂにより放射された光ビームのコラボレーションにより得られたアニメーションの第２の絵画的画像の表示を示す。時計の装着者は、花火の表示の第１ステップでロケットの第１回目の爆発をシンボル化した照射された絵画的画像をみることができる。

図３ｃは、第３の光学抽出網目配置で、第３のダイオード８ｃにより放射された光ビームのコラボレーションにより得られたアニメーションの第３の絵画的画像の表示を示す。時計の装着者は、ロケットの第２回目の爆発をシンボル化した照射された絵画的画像をみることができる。

かくして、３個のダイオード８ａ，８ｂ，８ｃが順番に電源が入ると、時計の装着者は２回の爆発後の花火を見ることができる、

当業者は、上記したアニメーションの変形例を本発明の範囲を逸脱することなく工夫することができる。例えば、上記のアニメーションの第３の絵画的画像の表示に続いて３個のダイオード８ａ，８ｂ，８ｃを花火のイメージを完成させるために同時に電源を入れることもできる。

図３ａ−３ｄに示した実施例においては、第１群と第２群の光学抽出器が部分的に重なり合って、ＬＣＤ型スクリーン４を部分的にカバーするパターンの雨を見るようにすることもできる。この場合、当業者は容易に、ある群の光学抽出器の配列を、それが反射した光ビームが別の群の光学抽出器により邪魔されないようにすることができる。

さらに、前記の記載に基づいて、本発明による照射パターンディスプレイを具備した時計のさまざまな変形例を実現できる。

例えば、２個の光学抽出網目配置を同一の導波路上に配置して、光ビームの反射方向を異ならせることもできる。この場合、２個の異なる絵画的画像が形成され、別の２つの場所から見ることができる。別の実施例によれば、２つの反射方向の間の角度を、観測者の目が光学ガイド上で所定の離れた距離にあるときには、２個の画像が立体画像を形成するようにすることもできる。

前記の説明は、本発明の好ましい実施例に対応し、限定的に解釈すべきものではない。特に、装置に対して記載された特徴および構造、特にＬＣＤスクリーンの存在、使用される制御部材の特徴と数、ダイオードの位置について限定的に解釈すべきではない。同様に、本発明は上記した動作モードおよび活性化手段に限定されるものではない。これらのパラメータは、制御回路を適宜プログラムすることにより変えることができる。当業者は必要に応じて本発明の装置の動作を容易に調整することができる。

図２ｂに示す変形例によれば、ダイオード８は、光学ガイド１の主表面１１に直交する方向を向いた光源として用いることができる。すなわち光源は垂直方向に向けた光を放射する。図２に示した実施例においては、ダイオード８はリング形状側面１２に直交する方向に光を放射する。

ダイオード８は、光学ガイド１の下でリング形状側面１２に近接した位置に配置される。入口表面９は、主表面１０、１１に平行である。好ましくは、光学ガイド１の主表面１０の周囲部分６０は、主表面１１の方向を向いて湾曲しており、光はダイオード８により光学ガイド１の周辺方向に向かって放射され、全部が周囲部分６０上に反射され、ダイオード８に関連付けられた光学抽出器２０の方向に向かう。

この変形例により、上方向放射ダイオードは、ダイオード８を用いる（図２ｂ）ことができ、これは、それが搭載されるプリント回路基板の面に関しては、側面放射ダイオード（図２）とは対照的である

さまざまな変形例が本発明を離れることなく実現でき、例えば、時計の文字盤を配置せずに、光学導波路がこの機能を直接実行し、指針の駆動トレインが時計の装着者に対し、魅力的な外観を呈するようにすることもできる。さらにまた、光学導波路は表示領域の下に配置し、透過することによりその領域を照射することもできる。

さらにまた、本発明は反射型の光学抽出器に限定されない。透過型の光学抽出器を表示領域を照射する装置を実現する際に用いることができる。絵画的画像の形成に関しては、反射型の光学抽出器が好ましい。その理由は、特に光学ガイドの光ビームの放出角の観点から、より大きなフレキシビリティがあるからである。

更なる特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく具備することができる。例えば、光学ガイドの側面を入口表面の外側に設けられた反射コーティング層でカバーして、側面に到達する光ビームに起因する光の損失を制限して、光学ガイドをより信頼性高くすることもできる。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。

本発明の第１実施例によるアナログ時計の表示手段の展開斜視図。 図１に示した構成部品の断面図。 光源が光学ガイドの主表面の１つに直交する方向を向いている他の実施例の図２に相当する図。 アニメーション（動画）を構成する連続して形成された画像の一例を表す図。 アニメーション（動画）を構成する連続して形成された画像の一例を表す図。 アニメーション（動画）を構成する連続して形成された画像の一例を表す図。 アニメーション（動画）を構成する連続して形成された画像の一例を表す図。

符号の説明

１ 光学ガイド
２ 文字盤
３ 時間表示記号
４ ＬＣＤ型スクリーン
６，７ 中央開口
８ ダイオード
９ 入口表面
１０，１１ 主表面
１２ リング形状側面
２０ 光学抽出器（optical extractor）
２１ 反射面
６０ 周囲部分

Claims (1)

1. 表示領域（４）と、所定の絵画的画像を形成する領域と、前記２つの領域を照射する光学装置とを有する電子時計において、
   前記光学装置は、光学ガイド（１）と光源（８）とを有し、
   前記光学ガイド（ｌ）は、表面（１０）と裏面（１１）と側面（１２）とを有し、
   前記表面（１０）と裏面（１１）と側面（１２）とで形成される内部に第１群と第２群の光学抽出手段（２０）を有し、
   前記光源（８）は、前記側面（１２）近傍に配置され、
   前記光源（８）からの光は、前記光学ガイド（１）の内部を伝搬し、前記第１群と第２群の光学抽出手段（２０）を照射し、
   前記第１群の光学抽出手段（２０）は、前記第１群の光学抽出手段（２０）が照射された時は、前記絵画的画像を形成する形状特徴を有する反射面（２１）を有し、
   前記第１群の光学抽出手段（２０）の反射面（２１）は、前記裏面（１１）上に配置され、
   前記第２群の光学抽出手段（２０）は、前記表示領域（４）を照射する反射面（２１）を有し、
   前記第２群の光学抽出手段（２０）の反射面（２１）は、前記表面（１０）上に配置され、
   前記第１群と第２群の光学抽出手段（２０）は、前記光学ガイド（１）の領域内で異なる場所に配置される
   前記第１群と第２群の光学抽出手段（２０）の反射面（２１）は、異なる方向を向いている
   ことを特徴とする電子時計。

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