JP6817853B2 - 表示機器 - Google Patents

Description

本発明は、表示機器に関する。

特許文献１には、ビーム状の投射光を時計文字盤面に投射させて形成した光の照射部分を針として用いた光ビーム時計が記載されている。

特許文献２には、レーザ光源と、レーザ光を平行光とするための集光レンズと、レーザ光を偏向するための複数の光伝達手段を有しており、光伝達手段のうち少なくとも一つが時刻を検知する時計モジュールに連動された時針軸、分針軸または秒針軸上に有し、時針軸、分針軸または秒針軸上に有する光伝達手段と文字板とが同一面上に有する時計が記載されている。

特許文献３には、粒径が０．１ミクロン以上５０ミクロン以下である粒状体を含有するガラス体を備え、ガラス体の側面から入射した光を粒状体によりレイリー散乱し、ガラス体の主面から面状の光を放出する光散乱部材が記載されている。

特開昭５６−１５４６８８号公報 特開２００１−２６４４６５号公報 特開２０１１−０９９８９９号公報

本発明は、表示対象の物理量の値を示す指針に装飾性が付与された表示機器を提供することを目的とする。

光源部と、平均粒径が光源部からの入射光の波長よりも小さくかつ入射光を散乱させる微小粒子を透光性材料中に一様に分散させて構成され、入射光を透過させる導光板と、導光板の面内において、特定の方向を基準として表示対象の物理量の値に応じた角度で導光板の中央部と外周部とを結ぶ径方向に入射光を透過させることにより、物理量の値を示す指針を表示させる制御機構とを有することを特徴とする表示機器が提供される。

上記の表示機器では、光源部は、導光板の中央部に入射光として白色光を入射させる白色光源で構成され、制御機構は、物理量の値に応じて回転する回転軸と、回転軸に設けられ、入射光を導光板内の側方に反射させる回転ミラーとを有することが好ましい。

上記の表示機器では、光源部は、導光板の中央部に入射光として白色光を入射させる白色光源で構成され、制御機構は、物理量の値に応じて回転する複数の回転軸と、複数の回転軸にそれぞれ設けられ、入射光を導光板内の側方に反射させる複数の回転ミラーとを有し、複数の回転ミラーのそれぞれには、互いに異なる波長の単色光を透過させるカラーフィルタが設けられており、制御機構は、指針として複数の指針を互いに異なる色で同時に表示させることが好ましい。

上記の表示機器では、光源部は、導光板の側面を取り囲むように周方向に沿って導光板の側方に配置されかつ側面から入射光を入射させる複数の個別光源で構成され、制御機構は、複数の個別光源のうちで物理量の値に対応する周方向の位置に配置されている個別光源を選択的に点灯させる制御回路であることが好ましい。

上記の表示機器では、複数の個別光源のそれぞれは、白色光を出射する白色光源で構成されることが好ましい。

上記の表示機器では、複数の個別光源のそれぞれは、互いに異なる色で発光する複数の単色光源で構成され、制御機構は、指針として複数の指針を複数の単色光源により同時に表示させることが好ましい。

上記の表示機器では、光源部は、白色光源と、導光板の側面を取り囲むように周方向に沿って導光板の側方に配置されかつ側面から入射光を入射させる複数の個別光源とで構成され、制御機構は、複数の個別光源のうちで物理量の値に対応する周方向の位置に配置されている個別光源を選択的に点灯させる制御回路をさらに有し、制御機構は、指針として、第１の指針を白色光源により表示させるとともに、第２の指針を複数の個別光源のうちのいずれかにより表示させることが好ましい。

上記の表示機器では、光源部は、導光板の側方に配置され、導光板の周方向に移動可能であり、かつ導光板の側面から入射光を入射させ、制御機構は、物理量の値に対応する周方向の位置に光源部を移動させることが好ましい。

上記の表示機器は、時刻を計時する時計モジュールをさらに有し、指針は、時刻を表示するための時計の複数の指針であることが好ましい。

上記の表示機器によれば、表示対象の物理量の値を示す指針の装飾性が高くなる。

時計１の分解斜視図である。 時計１の縦断面図である。 別の時計２の概略構成図である。 時計２の文字盤３０の表示例を示す上面図である。 さらに別の時計３の概略構成図である。 さらに別の時計４の上面図および側面図である。

以下、図面を参照しつつ、表示機器について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

以下、物理量の値として時刻を表示させる時計を例に説明する。図１は時計１の分解斜視図であり、図２は時計１の縦断面図である。時計１は、光源１０、時計モジュール２０および文字盤３０を有する。図２では、文字盤３０の中央を通る鉛直方向の面で時計１を切断したときの断面を示している。時計１は、導光板である文字盤３０内に光源１０からの光を透過させることによって時針、分針などの指針を表示する時計（表示機器）であり、特に、レイリー散乱を利用することで指針の色相がグラデーション状に変化する装飾性の高い時計である。

レイリー散乱は、光の波長よりも小さな物体に光が当たった際に起こる散乱であり、その散乱強度は光の波長に依存し、波長が短いほど大きく、波長が長いほど小さい。すなわち、レイリー散乱では、可視光のうちで、短波長の青色光は散乱され易く、長波長の赤色光は散乱されにくい。このため、可視光のすべての波長の光が均等に混ざった白色光を散乱体に入射させると、その散乱体の入射側の部分は青色に見え、入射側から遠い部分は赤色に見える。時計１では、この原理を利用して、グラデーション状の色相を実現する。

光源１０は、光源部の一例であり、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）で構成される。光源１０の発光色は特に限定されないが、例えば光源１０は白色光源であり、白色光を出射する。光源１０は、文字盤３０の中央部の上側に配置されており、図２に矢印で示すように、文字盤３０の中央に設けられた開口部３４内に、文字盤３０の上面側から光を入射させる。

時計モジュール２０は、一般的な時計に設けられている計時用の時計モジュールと同じものであり、文字盤３０の下面側に配置されている。時計モジュール２０には、時刻に応じて回転する複数の回転軸２１〜２３および複数の回転ミラー２４〜２６が設けられている。回転軸２１〜２３は、中心軸が共通する中空パイプ状の部材であり、時計モジュール２０の上面から文字盤３０の開口部３４内に突出している。回転軸２１〜２３は、時針軸、分針軸および秒針軸にそれぞれ相当し、時計モジュール２０が計時する時刻に連動して、互いに独立に回転する。具体的には、回転軸２１は１２時間で１回転し、回転軸２２は６０分で１回転し、回転軸２３は６０秒で１回転する。

回転ミラー２４〜２６は、下方に行くほど文字盤３０の中央側から外周側へ向かうように、文字盤３０の上面および下面に対して４５度傾いて回転軸２１〜２３にそれぞれ取り付けられている。回転ミラー２４〜２６は、時計モジュール２０が計時する時刻に連動して回転軸２１〜２３とともに回転し、光源１０から開口部３４内に入射した光を文字盤３０内の側方に反射させる。このため、回転軸２１〜２３および回転ミラー２４〜２６は、時計モジュール２０が計時する時刻に応じて光源１０からの光の伝播方向を変化させて、光により時計１の指針を表示させる制御機構として機能する。

なお、光源１０を配置するスペースを確保できるならば、光源１０を文字盤３０の下面側に配置してもよい。この場合、下方から開口部３４内に入射した光を文字盤３０内の側方に反射させるために、上記の例とは逆に、上方に行くほど文字盤３０の中央側から外周側へ向かうように回転ミラー２４〜２６を傾斜させればよい。

文字盤３０は、導光板の一例であり、光源１０からの光が入射し、その光を透過させる半透明の円板状の部材である。文字盤３０は、その中央部に円形の開口部３４を有する。文字盤３０における開口部３４以外の部分は、平均粒径が光源１０からの入射光の波長よりも小さくかつその入射光を散乱させる微小粒子を透光性材料中に一様に分散させた散乱体で構成される。例えば、文字盤３０の外形は、透明なガラスまたは樹脂で構成されたドーナツ状の中空の枠体であり、その内部には、散乱体として、アクリルエマルジョンなどの流体が封入されている。文字盤３０を構成する透光性材料は、水などの液体でもよいし、樹脂などの固体でもよい。また、文字盤３０は円形のものに限らず、例えば矩形などの他の形状であってもよい。

可視光の波長は数百ｎｍであるため、レイリー散乱が起こるためには、導光部（散乱体）３内の微小粒子は、平均粒径が数十ｎｍ程度のナノ粒子であることが好ましい。この粒径は、対象の粒子と同じ回折・散乱光のパターンを示す球体の直径として（すなわち、球相当径で）測定された値である。微小粒子の材質は、金属や、その酸化物、または樹脂などでもよく、特に限定されない。

図１に示すように、光源１０から入射した光を回転ミラー２４〜２６により反射させ、文字盤３０内に透過させることで、文字盤３０には、時針３１、分針３２および秒針３３が表示される。時針３１、分針３２および秒針３３は指針の一例であり、これらの指針を表示する光は、文字盤３０の面内において、１２時の方向を基準として、時計モジュール２０が計時する時刻に応じた角度で、文字盤３０の中央部と外周部とを結ぶ径方向に伝播する。なお、時計の中には秒針がないものもあり、そうした時計では、上記の回転軸２３、回転ミラー２６および秒針３３は省略してもよい。

時計１では、文字盤３０として、平均粒径が光源１０の発光波長よりも小さい微小粒子が分散した導光板（散乱板）を用いることで、レイリー散乱により短波長の光ほど強く散乱される。このため、光源１０として白色光源を用いることで、時針３１、分針３２および秒針３３の色相が、文字盤３０の中央側から外周側に向かって、白色からオレンジ色へとグラデーション状に変化する。図１では、このグラデーション状の色相を模様の濃淡で表している。レイリー散乱を利用することで、装飾性のある指針を表示することができる。

なお、回転ミラー２４〜２６のそれぞれには、互いに異なる波長の単色光を透過させるカラーフィルタを設けてもよい。例えば、時針軸である回転軸２１の回転ミラー２４には青色のカラーフィルタを、分針軸である回転軸２２の回転ミラー２５には緑色のカラーフィルタを、秒針軸である回転軸２３の回転ミラー２６には赤色のカラーフィルタを、それぞれ貼り付けてもよい。これにより、時針３１、分針３２および秒針３３は互いに異なる色で表示されるため、カラフルな表示という点で装飾性が付与されるとともに、指針の視認性が高くなる。また、レイリー散乱では長波長の光は散乱されにくく、短波長の光は散乱され易いことから、このように互いに色が異なるカラーフィルタを用いることで、視認可能なビームの長さを時針３１、分針３２および秒針３３の順に長くすることができる。したがって、指針同士の長さの関係が一般的な時計のものと同じになるため、この点でも視認性が高くなる。

図３は、別の時計２の概略構成図である。時計２は、光源１０’、時計モジュール２０、文字盤３０および制御回路４０を有する。時計２も表示機器の一例であり、文字盤３０内に光を透過させることによって指針を表示する点は時計１と同様であるが、光源１０が光源１０’に置き換えられている点が時計１とは大きく異なる。

光源１０’は、光源部の一例であり、例えば６０個の個別光源１１で構成される。個別光源１１は、例えば、白色光を出射するＬＥＤである。個別光源１１は、文字盤３０の側面を取り囲み６０個で円を描くように文字盤３０の側方に配置されており、文字盤３０の側面から光を入射させる。

時計２の時計モジュール２０と文字盤３０は、時計１のものと同じである。ただし、時計２では、時計１の回転軸２１〜２３と回転ミラー２４〜２６は不要であるため、時計２の時計モジュール２０にはこれらは設けられていなくてもよい。また、時計１の文字盤３０の開口部３４も、時計２の文字盤３０には設けられていなくてもよい。

制御回路４０は、マイクロコンピュータにより構成され、全６０個の個別光源１１に選択的に電流が供給されるように制御する。制御回路４０は、光により時計２の指針を表示させる制御機構に相当し、時計モジュール２０が計時する時刻に連動して、全６０個の個別光源１１のうちで、現在の時分秒に対応する周方向の位置に配置されているもののみを順次点灯させる。

図４（Ａ）は、時計２の文字盤３０の表示例を示す上面図である。図４（Ａ）は、それぞれの個別光源１１として白色光源を使用し、指針として時針３１と分針３２のみを表示した場合の例を示している。時計２では、各指針は、光源１０’に近い文字盤３０の外周側が一番太く、そこから中央側に向かって徐々に細くなる。時計２では、各指針の太さが細くなる向きは、時計１のときとは逆である。白色光源を使用した場合には、各指針は、文字盤３０の外周側から中央側に向かって、白色からオレンジ色へとグラデーション状に変化する。図４（Ａ）では、このグラデーション状の色相を模様の濃淡で表している。時計２では、グラデーション状に色が変化する向きも、時計１のときとは逆である。時計２でも、レイリー散乱を利用することで、装飾性のある指針を表示することができる。

なお、個別光源１１のそれぞれは、互いに異なる色で発光する複数の単色光源で構成されていてもよい。例えば、６０個の個別光源１１は、すべて、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ出射する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの組合せで構成されていてもよい。この場合、時計２の時針３１、分針３２および秒針３３は、時計１で回転ミラー２４〜２６に互いに異なる色のカラーフィルタを設けた場合と同様に、互いに異なる色で表示される。また、各色ＬＥＤとして同じ出力のものを用いても、レイリー散乱により短波長の光ほど透過距離が短くなることから、時針３１、分針３２および秒針３３の順に長さが長くなる。このため、個別光源１１のそれぞれを互いに異なる色で発光する複数の単色光源で構成することにより、カラフルな表示という点で装飾性が付与されるとともに、指針の視認性が高くなる。

図４（Ｂ）は、時計２の文字盤３０の別の表示例を示す上面図である。図４（Ｂ）は、それぞれの個別光源１１として赤色、緑色および青色の単色光源を使用した場合の例を示している。複数色の単色光源を使用した場合でも、各指針は、文字盤３０の外周側が一番太く、そこから中央側に向かって徐々に細くなる。また、複数色の単色光源を使用した場合には、白色光源を使用した場合とは異なり、グラデーション状の色相の変化は起こらないが、上記の通り、波長に応じて長さが異なって見える指針を表示することができる。

なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示した各指針の形状は一例である。例えば、各個別光源１１の出射面の近くにレンズを配置してそのレンズによりビームを絞れば、図示したように、文字盤３０内を透過するビームは、個別光源１１に近い文字盤３０の外周側から中央側に向かって徐々に細くなる。ただし、こうしたレンズを用いない場合には、文字盤３０内を透過するにつれてビームが徐々に広がっていくため、図示した形状とは逆に、文字盤３０の外周側よりも中央側の方が各指針が太く見える場合もある。

図５は、さらに別の時計３の概略構成図である。時計３は、上記の時計１，２を組み合わせたものであり、これも表示機器の一例である。時計３の時計モジュール２０と文字盤３０は時計１のものと同じであり、制御回路４０は時計２のものと同じであるが、時計３は、光源部として時計１，２の光源１０，１０’の両方を有する。

図５に示すように、例えば、第１の指針として時針３１を光源１０により表示し、第２の指針として分針３２を光源１０’により表示してもよい。この場合、光源１０，１０’の両方を白色光源とすれば、時針３１は、文字盤３０の中央側から外周側に向かって細くなるとともにより長波長側の色に変化し、分針３２は、文字盤３０の外周側から中央側に向かって細くなるとともにより長波長側の色に変化する。図５では秒針を図示していないが、秒針は省略してもよく、あるいは、秒針を省略せずに、時針３１、分針３２および秒針３３のうちの２つを光源１０，１０’の一方により表示し、残りの１つを光源１０，１０’の他方により表示してよい。このように、時計１，２の表示方法を両方用いれば、上記の通り、時計１，２では指針が細くなる向きとグラデーションの向きが互いに逆であるため、指針の視認性が高くなる。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、さらに別の時計４の上面図および側面図である。時計４は、光源１０’’、時計モジュール２０および文字盤３０を有する。このうち、時計モジュール２０と文字盤３０は、時計２のものと同じである。時計４も表示機器の一例であり、文字盤３０内に外周側から光を透過させることによって指針を表示する点は時計２と同様である。

光源１０’’は、光源部の一例であり、３個の個別光源１２〜１４で構成される。個別光源１２〜１４は、例えば、３つとも白色光を出射するＬＥＤであってもよいし、個別光源１２を青色ＬＥＤ、個別光源１３を緑色ＬＥＤ、個別光源１４を赤色ＬＥＤとするなど、それぞれが互いに異なる色で発光する単色光源であってもよい。個別光源１２〜１４は、例えば、円形の文字盤３０の側面を取り囲むように同心円状に配置されたレール２７〜２９に沿って、図６（Ａ）の矢印の方向（時計回り）にそれぞれ独立に回転可能である。個別光源１２〜１４は、時針３１、分針３２および秒針３３に対応する光源であり、時計モジュール２０が計時する現在の時分秒に対応する周方向の位置に移動して、それぞれの位置で文字盤３０の側面から光を入射させることにより、文字盤３０内にこれらの指針を表示させる。

時計４では、例えば、図２に示した時計モジュール２０の回転軸２１〜２３に個別光源１２〜１４をそれぞれ連結させて、個別光源１２〜１４が回転軸２１〜２３とともに回転するようにしてもよい。あるいは、回転軸２１〜２３とは別に個別光源１２〜１４の駆動機構を別途設けて、制御回路により時計モジュール２０が計時する時刻に応じてその駆動機構を制御して、個別光源１２〜１４が時刻に連動して回転するようにしてもよい。これらの場合には、回転軸２１〜２３か、または駆動機構と制御回路が、光により時計４の指針を表示させる制御機構に相当する。

時計の指針は、例えば、レーザ光を半透明の光拡散板内で伝播させることによっても表現可能である。しかしながら、その場合には、時針、分針および秒針の長さを変えるためには、それらの高さを文字盤の厚さ方向で異ならせて、それに応じて文字盤を厚さ方向に階段状に加工する必要がある。また、その場合でも、各指針は文字盤内では一様なビーム光となり、グラデーション状に色が変化するような表示は困難である。

一方、時計１〜４では、レイリー散乱を利用することで、白色光源を用いれば、白色から長波長側の色へとグラデーション状に色相が変化する針を表示することができ、単色光源を用いれば、波長に応じて長さが異なる針を表示することができる。時計１〜４では、文字盤３０を特別な形状に加工しなくても、簡易な構成で、波長ごとの光の透過性を容易に変化させることができ、時計の指針の装飾性を高めることができる。

なお、時計１〜４の機構は、特に大きさの制限がないため、腕時計、壁掛け時計、置き時計などのいずれにも適用可能である。また、上記では表示機器が時計である場合の例を説明したが、表示機器は時計に限らず、指針により物理量の値を表示するものであればよく、例えば、温度計、湿度計、重量計、または自動車の速度計などであってもよい。時刻以外の物理量の値を表示する表示機器の場合でも、例えば発光波長が互いに異なる複数の光源を用いて、複数の物理量（例えば、温度と湿度など）にそれぞれ対応する複数の指針を１つの導光板内に同時に表示させてもよい。

１，２，３，４ 時計
１０，１０’，１０’’ 光源
１１，１２，１３，１４ 個別光源
２０ 時計モジュール
２１，２２，２３ 回転軸
２４，２５，２６ 回転ミラー
３０ 文字盤
３１ 時針
３２ 分針
３３ 秒針
４０ 制御回路

Claims (9)

1. 光源部と、
   平均粒径が前記光源部からの入射光の波長よりも小さくかつ前記入射光を散乱させる微小粒子を透光性材料中に一様に分散させて構成され、前記入射光を透過させる導光板と、
   前記導光板の面内において、特定の方向を基準として表示対象の物理量の値に応じた角度で前記導光板の中央部と外周部とを結ぶ径方向に前記入射光を透過させることにより、前記物理量の値を示す指針を表示させる制御機構と、
   を有することを特徴とする表示機器。
2. 前記光源部は、前記導光板の中央部に前記入射光として白色光を入射させる白色光源で構成され、
   前記制御機構は、前記物理量の値に応じて回転する回転軸と、前記回転軸に設けられ、前記入射光を前記導光板内の側方に反射させる回転ミラーとを有する、請求項１に記載の表示機器。
3. 前記光源部は、前記導光板の中央部に前記入射光として白色光を入射させる白色光源で構成され、
   前記制御機構は、前記物理量の値に応じて回転する複数の回転軸と、前記複数の回転軸にそれぞれ設けられ、前記入射光を前記導光板内の側方に反射させる複数の回転ミラーとを有し、
   前記複数の回転ミラーのそれぞれには、互いに異なる波長の単色光を透過させるカラーフィルタが設けられており、
   前記制御機構は、前記指針として複数の指針を互いに異なる色で同時に表示させる、請求項１に記載の表示機器。
4. 前記光源部は、前記導光板の側面を取り囲むように周方向に沿って前記導光板の側方に配置されかつ前記側面から前記入射光を入射させる複数の個別光源で構成され、
   前記制御機構は、前記複数の個別光源のうちで前記物理量の値に対応する周方向の位置に配置されている個別光源を選択的に点灯させる制御回路である、請求項１に記載の表示機器。
5. 前記複数の個別光源のそれぞれは、白色光を出射する白色光源で構成される、請求項４に記載の表示機器。
6. 前記複数の個別光源のそれぞれは、互いに異なる色で発光する複数の単色光源で構成され、
   前記制御機構は、前記指針として複数の指針を前記複数の単色光源により同時に表示させる、請求項４に記載の表示機器。
7. 前記光源部は、前記白色光源と、前記導光板の側面を取り囲むように周方向に沿って前記導光板の側方に配置されかつ前記側面から前記入射光を入射させる複数の個別光源とで構成され、
   前記制御機構は、前記複数の個別光源のうちで前記物理量の値に対応する周方向の位置に配置されている個別光源を選択的に点灯させる制御回路をさらに有し、
   前記制御機構は、前記指針として、第１の指針を前記白色光源により表示させるとともに、第２の指針を前記複数の個別光源のうちのいずれかにより表示させる、請求項２に記載の表示機器。
8. 前記光源部は、前記導光板の側方に配置され、前記導光板の周方向に移動可能であり、かつ前記導光板の側面から前記入射光を入射させ、
   前記制御機構は、前記物理量の値に対応する周方向の位置に前記光源部を移動させる、請求項１に記載の表示機器。
9. 時刻を計時する時計モジュールをさらに有し、
   前記指針は、時刻を表示するための時計の複数の指針である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の表示機器。

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