JPH11234637A

JPH11234637A - 画像表示・入力装置およびテレビ電話

Info

Publication number: JPH11234637A
Application number: JP10028575A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kobu; 真小夫; Nobuo Sakuma; 伸夫佐久間; Nobuo Oguma; 信夫小熊; Takeshi Ueda; 健上田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-08-27
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: JP3825166B2

Abstract

(57)【要約】【目的】画像表示器を大型化することなく、見やすい大
きさの画像を表示できる画像表示・入力装置を実現す
る。【構成】画像を表示する画像表示器と、画像表示器に表
示された画像を照明する照明光を放射する光源と、画像
表示器からの光を空中像として結像させる結像光学系と
を有する画像表示手段１２Ａ，１２ａと、画像入力手段
１２Ｂとを有し、結像光学系は、画像表示器側に配備さ
れた投影レンズと、投影レンズによる投影光束を、表示
された画像の空中像として結像させる視野結像光学系１
２ａとを有し、視野結像光学系は有限の透過率を持つ反
射光学系を有し、画像入力手段１２Ｂは結像光学系と撮
像手段を具備して、反射光学系１２Ｂの背後に設けられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は画像情報表示・入
力装置およびテレビ電話に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビ電話が実用化され、次第に普及し
てきている。テレビ電話における画像表示方式は液晶デ
ィスプレイによる「直視タイプ」が主流である。一方、
昨今に於ける携帯電話の急激な普及を見ると、遠からず
携帯テレビ電話の実用化とその普及が予想される。現
在、テレビ電話は卓上型で、使用されている「画像表示
器」は３〜４インチサイズの液晶ディスプレイが主流で
ある。テレビ電話を携帯型にした場合、上記サイズの液
晶ディスプレイを携帯電話に搭載すると、携帯テレビ電
話本体が大型化して携帯に不便である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、画像表示
器を大型化することなく、見やすい大きさの画像を表示
できる画像表示・入力装置の実現を課題とする。この発
明はまた、上記画像表示・入力装置を用いたテレビ電話
の実現を課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の「画像表示・
入力手段」は、画像表示手段と、画像入力手段とを有す
る。「画像表示手段」は、画像表示器と、光源と、結像
光学系とを有する。

【０００５】「画像表示器」は、表示すべき画像を表示
するものであり、例えば、１インチ前後あるいはそれ以
下のサイズの市販の液晶ディスプレイを好適に利用でき
る。「光源」は、画像表示器に表示された画像を照明す
る照明光を放射するものである。表示された画像の「照
明」は、画像表示器を透過させる透過型の照明でもよい
し、画像表示手段による反射光を観察に利用する反射型
の照明でもよい。「結像光学系」は、画像表示器からの
光（透過光あるいは反射光）を、「表示された画像の拡
大された空中像」として結像させる光学系であって、投
影レンズと、視野結像光学系とを有する。「投影レン
ズ」は、画像表示器側に配備されたレンズであり、画像
表示器からの光を投影光束とする。「視野結像光学系」
は、投影レンズによる投影光束を、上記表示された画像
の拡大された空中像として結像させる光学系である。そ
してこの視野結像光学系は有限の透過率（例えば、３０
〜５０％程度）を持つ反射光学系を有する。「画像入力
手段」は、結像光学系と撮像手段を具備し、上記反射光
学系の背後に設けられる。従って、上記反射光学系を透
過した光が結像光学系により撮像手段の受光面上に結像
される。撮像光学系としては「ＣＣＤカメラ」を好適に
利用できる。

【０００６】上記視野結像光学系は、例えば「凸レンズ
と半透鏡の組み合わせ」として構成することができる
が、好適な形態として「有限の透過率を持つ反射光学系
を兼ねた半透凹面鏡」とすることができる（請求項
２）。即ち、半透凹面鏡は、結像機能と反射機能と透過
機能とを兼ね持つことができる。この請求項２記載の画
像表示・入力装置において、視野結像光学系としての半
透凹面鏡と画像入力手段を一体として、画像表示器本体
に対し、投影レンズ光軸方向へ変位可能とし、半透凹面
鏡と画像入力手段が一体となって投影レンズに最も近接
し定置した状態を、画像表示・入力装置の不使用状態と
することができる（請求項３）。上記請求項２または３
記載の画像表示・入力装置において「視野結像光学系で
ある半透凹面鏡が、その光軸方向を調整可能である」よ
うに構成できる（請求項４）。このように半透凹面鏡が
所謂「首振り」できるようにすると、空中像の結像位置
を観察者の見やすい位置に設定することが容易になる。

【０００７】この発明のテレビ電話は、送受信部と画像
表示・入力装置とを有する。「送受信部」は、音声信号
と映像信号とを送受信する部分で、従来から知られれた
テレビ電話の送受信部を利用でき、また従来から知られ
た携帯電話のものと同様の受話部・送話部を有する。ま
た、送受信部は、画像表示・入力装置における入力手段
により入力された画像を送信する機能と、受信した映像
信号を画像表示・入力装置の画像表示器に画像として表
示する機能をする。そして「画像表示・入力装置」とし
ては、上記請求項１または２または３または４記載の画
像表示・入力装置が用いられる。請求項５記載のテレビ
電話は卓上型のものとして実施することもできるが、携
帯型のテレビ電話として好適に実施することができる。
請求項５記載のテレビ電話を携帯型として実施する場
合、ユニット化された送受信部に対し、画像表示・入力
装置が回転的に態位調整できるようにすることができる
（請求項６）。勿論、卓上型のテレビ電話においても、
上記「回転的に態位調整」を行うように構成することが
できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】画像表示・入力装置とテレビ電話
の具体的な実施の形態を説明するに先立ち、画像表示手
段により表示される「空中像の結像」を簡単に説明す
る。図６において、画像表示器１は「液晶ディスプレ
イ」であり、その背後に配備された光源３により照明さ
れる。画像表示器として「液晶ディスプレイ」を用いる
場合、光源３は、ハロゲンランプのようなケラー照明用
光源よりも、冷陰極管のような「面発光体」が適してい
る。ハロゲンランプを用いる場合には、ランプと画像表
示器との間に擦りガラスのような「拡散板」を介在させ
て、画像表示器がなるべく均一な光で照明されるように
するのがよい。光源３からの照明光は画像表示器１を透
過すると、画像表示器１に表示された画像により２次元
的に強度変調され、投影レンズ５を透過して投影光束と
なる。投影光束は視野レンズ７を透過して空中像Ｉｍを
結像する。即ち、空中像Ｉｍは、画像表示器１に表示さ
れた画像の「投影レンズ５と視野レンズ７との合成レン
ズ系」による像であり、実像である。従って、空中像Ｉ
ｍを、図の右方から「スクリーンなしで視認する」こと
ができる。上記結像をさらに詳細に説明すると、投影レ
ンズ５による投影光束は、視野レンズ７が無いとすれ
ば、図６に示す投影像Ｉmoを結像する。従って、空中像
Ｉｍは、投影像Ｉmoを虚の物体とする視野レンズ７によ
る像である。図に示すように各種の「距離」を定める
と、空中像Ｉｍの結像倍率：ＶＢＳはＶＳＢ＝（Ｄｖ／Ｄｒ）×ＲＳＢで与えられる。ＲＳＢは「投影像Ｉmoの結像倍率」であ
る。今、画像表示器１として対角線長さが１インチの液
晶ディスプレイを用いたとすれば、空中像Ｉｍの対角線
長さは：ＶＳＤは、ＶＳＤ＝ＶＳＢ×２５．４（ｍｍ）で与えられる。視野レンズ７を光軸方向へ変位させると
距離：Ｄｒが変化するので、このことを利用して空中像
Ｉｍの結像倍率を変倍できることが容易に理解される。
また、空中像が「画像表示器に表示される画像を適当な
範囲の拡大倍率で拡大し」て結像するように光学配置を
設計する。ちなみに、距離：Ｄｖは、視野レンズ７の焦
点距離をＭｆ（＝Ｓｍ×Ｓｍ’｛Ｓｍ−Ｓｍ’｝）とし
てＤｖ＝Ｄｒ×Ｍｆ／（Ｄｒ＋Ｍｆ）で与えられる。図６中に符号ＤＭで示す「視域」は、距
離：Ｓｍ’と距離：Ｄｖの差：Ｓｍ’−Ｄｖを明視の距
離としたとき、この部分（視域）に目を置いたとして、
空中像の全体を明瞭に見ることのできる範囲であり、そ
の直径：ＥＲＤは、視野レンズ７による、投影レンズ５
の射出瞳の拡大倍率：ＰｕＢ（＝Ｓｍ’／Ｓｍ）と、投
影レンズ５の射出瞳直径：ＰｕＤとを用いて、ＥＲＤ＝−ＰｕＢ×ＰｕＤで表すことができる。上には凸レンズの視野レンズを用
いた場合を説明したが、視野レンズ７に代えて「凹面
鏡」を用いることも可能であり、この場合には、空中像
は、凹面鏡より反射されて投影レンズの側に結像する。
視野結像光学系として凹面鏡を使用する場合、その焦点
距離（上述のＭｆ）は凹面鏡の曲率半径：ＭＲの１／２
である。

【０００９】図１は、請求項５記載の「テレビ電話」の
実施の１形態を説明するための図である。符号１０は送
受信部、符号１２Ａは画像表示手段のケーシング、符号
１２Ｂは画像入力部、符号１２ａは半透凹面鏡、符号１
３ａは支持軸、符号１３は支持軸収納部を示している。
送受信部１０は、音声信号を送受信する（受話器機能を
有する）部分と、映像信号を送受信する部分とをユニッ
ト化したものであって、通常の携帯電話と同様に受話部
と送話部とを有する。図１の実施の形態で、送受信部１
０を除く部分が「画像表示・入力装置」であって、画像
表示器、光源、投影レンズ、視野結像光学系、入力手段
を有する。画像表示・入力装置を構成する画像表示器は
「対角径が１インチ程度の液晶ディスプレイ」、光源は
「冷陰極管」であり、これらは投影レンズとともに、ケ
ーシング１２Ａ内に、互いに位置関係を調整されて固定
的に配備されている。この三者の光学配置は図６に示さ
れた関係と同じである。すなわち、ケーシング１２Ａの
一番奥側には光源が配備され、その手前側に画像表示器
が配備され、さらにその手前に投影レンズが配備され
る。光源と画像表示器とは投影レンズの光軸上に配備さ
れる。画像入力手段１２Ｂは支持軸１３ａの先端部に設
けられている。画像入力手段１２Ｂの光入射側には「視
野結像光学系」としての半透凹面鏡１２ａが設けられて
いる。半等凹面鏡は例えば５０％の透過率、５０％の反
射率を有する。画像入力手段１２Ａは「ＣＣＤカメラ」
である。図２に示すように、ＣＣＤカメラである画像入
力手段１２Ａは、ケーシング１２０内に「結像光学系」
としての結像レンズ１２１と「撮像手段」としてのＣＣ
Ｄエリアセンサ１２２が固定的に配備されている。レン
ズ１２１は、ケーシング１２０に係止された半透凹面鏡
１２ａの直ぐ背後に設けられ、ＣＣＤエリアセンサ１２
２は、結像レンズ１２１を介して半透凹面鏡１２ａと反
対側に配備されている。前述のように、視野結像光学系
としての半透凹面鏡１２ａは５０％の透過率を有するか
ら、これを透過した光を結像レンズ１２１でＣＣＤエリ
アセンサ１２２上に結像することにより、画像を信号化
して入力できる。

【００１０】図１に示すように、半透凹面鏡１２ａを一
体化されたケーシング１２０は、支持軸１３ａの先端部
に設けられている。ケーシング１２０と支持軸１３ａと
の係合は、図３に示す如くである。図３は、支持軸１３
ａの長手方向から見た状態であり、支持軸先端部の様子
を示している。ケーシング１２０には係合軸１２３が植
立され、その先端部に形成された「球形」の係合部１２
４が、支持軸１３ａの先端に「切り割により形成された
係合部」に挾まれるようにして保持される。このため、
ケーシング１２０は上記係合部に対してピボット状の変
位（首振り）を行うことができる。なお、支持軸１３ａ
の係合部の側は、上記首振りの際に、係合軸１２３の変
位を容易にするために角面がカットされている。

【００１１】勿論、画像入力手段１２ＢのＣＣＤエリア
センサ１２２と送受信部１０とは、図示されない信号伝
送線（支持軸１３ａ内を通しても良い）により連結され
て信号の授受を行うことができるようになっており、ま
た上記送受信部１０と画像表示器も同様に連結されて、
送受信部１０が受信した映像を画像表示器に画像として
表示できるようになっている。支持軸１３ａは支持軸収
納部１３に対して出入可能であり、この出入は支持軸１
３ａの長さ方向に行われ、この出入方向が「ケーシング
１２Ａ内に配備されている投影レンズの光軸方向」に平
行に設定されている。

【００１２】図１に示す状態において、ケーシング１２
Ａ内の画像表示器に「送受信部１０が受信した映像」を
表示する（このとき、光源は点灯されている）と、ケー
シング１２Ａから投影光束が射出して「視野結像光学
系」である半透凹面鏡１２ａに入射し、反射されて像表
示器に表示された画像の空中像１４を結像する。オペレ
ータ２０は、支持軸１３ａの「引き出し量を調整する」
ことにより、空中像１４の大きさを適切な大きさ（画像
表示器に表示された画像を、数倍もしくは１０倍程度に
拡大できるように光学系を設定する）に調節し、また、
前記首振りにより半透凹面鏡１２ａの光軸方向を調整
し、上記空中像がオペレータ２０から見やすい位置に結
像するようにする。このとき、半透凹面鏡１２ａを介し
て画像入力手段１２Ｂもオペレータ２０の方に向く。そ
して、画像入力手段１２Ｂは半透凹面鏡１２ａを介して
オペレータ２０の像を読み取り、読み取り信号を送受信
部１０に送る。送受信部１０は上記読み取り信号を送信
する。

【００１３】図４は、図１の実施の形態において、支持
軸を支持軸収納部１３に完全に収納した状態を示す。こ
のとき、図のように、半透凹面鏡１２ａも画像入力部１
２Ｂも送受信部１０、ケーシング１２Ａとコンパクトに
纏まった形態となるが、この状態はテレビ電話（従っ
て、画像表示・入力装置）の不使用状態である。図１〜
４に即して上に実施の形態を説明したテレビ電話は、音
声信号と映像信号とを送受信する送受信部１０と、画像
表示・入力装置１２Ａ，１２ａ，１２Ｂ，１３，１３ａ
とを有するテレビ電話であって、送受信部１０は、音声
の送受信を行うとともに、画像表示・入力装置における
入力手段１０Ｂにより入力された画像を送信する機能
と、受信した映像信号を画像表示・入力装置の画像表示
手段に画像として表示する機能を有する（請求項５）。

【００１４】また画像表示・入力装置は、画像を表示す
る画像表示器（前記「１インチ程度のサイズの液晶ディ
スプレイ」）と、画像表示器に表示された画像を照明す
る照明光を放射する光源（前記「冷陰極管」）と、画像
表示器からの光を空中像として結像させる結像光学系
（前記「投影レンズ」と半透凹面鏡１２ａ）とを有する
画像表示手段と、画像入力手段１２Ｂとを有し、結像光
学系は、画像表示器側に配備された投影レンズと、投影
レンズによる投影光束を、上記表示された画像の拡大さ
れた空中像として結像させる視野結像光学系１２ａとを
有し、視野結像光学系は有限の透過率を持つ反射光学系
１２ａを有し、画像入力手段１２Ｂは結像光学系１２１
と撮像手段１２２を具備して、反射光学系１２ａの背後
に設けられている（請求項１）。

【００１５】また「視野結像光学系」は、有限の透過率
（前記「５０％」）を持つ反射光学系を兼ねた半透凹面
鏡１２ａであり（請求項２）、視野結像光学系である半
透凹面鏡１２ａと画像入力手段１２Ｂが一体となって、
画像表示手段本体１２Ａに対して、投影レンズ光軸方向
へ変位可能で、半透凹面鏡１２ａと画像入力手段１２Ｂ
が一体となって投影レンズに最も近接して位置した状態
（図２に示す状態）が「画像表示・入力装置の不使用状
態」である（請求項３）。さらに、視野結像光学系であ
る半透凹面鏡１２ａは、その光軸方向を調整可能（首振
り可能）である（請求項４）。

【００１６】図１〜４に即して説明した実施の形態にお
いては、画像表示・入力装置における光源と画像表示器
と投影レンズとを収納したケーシング１２Ａと送受信部
１０とが一体化されているので、画像入力部と半透凹面
鏡とが、投影レンズの光軸方向へ移動可能であり、半透
凹面鏡が首振り可能ではあるが、空中像の結像位置は結
局、送受信部を受話器のように保持した状態で決まって
しまう。このとき、空中像の結像位置は、概ね、オペレ
ータの顔の下方の部分となるので、上記首振りを利用し
ても、必ずしもオペレータの見やすい部分に空中像が得
られるとは限らない。図５に示す実施の形態は、この点
を改良したものである（煩雑を避けるために、混同の虞
れが無いと思われるものに就いては、図１におけると同
一の符号を付した）。即ち、図５の実施の形態では、ユ
ニット化された送受信部１０と、画像表示・入力装置
（のケーシング１２Ａ）とが「図示されない連結軸」で
連結され、画像表示・入力装置（のケーシング１２Ａ）
が、受話器となる送受信部１０に対して（上記連結軸を
軸として）回転的に態位調整できるようになっている
（請求項６）。このようにすれば、図５に示すように送
受信部１０を構えた状態で、送受信部１０に対してケー
シング１２Ａの態位を回転調整することにより、表示さ
れた画像の空中像１４を、オペレータ２０の顔の正面に
位置させることができ、オペレータ２０は空中像１４を
楽に見ることができ、また画像入力手段１２Ｂはオペレ
ータ２０の顔を正面から撮像する。

【００１７】上に説明した実施の各形態では、視野結像
光学系として反射光学系を兼ねた半透凹面鏡を用いた
が、図６に即して説明したように、空中像は「視野レン
ズ」を用いて結像させてもよく、この場合には、視野レ
ンズの像側に半透鏡を配備し、その背後に画像入力手段
を配備すればよい。また上に説明した実施の各形態にお
いては、投影レンズを不動としたが、視野結像光学系の
変位に連動して投影レンズを光軸方向へ変位させるよう
にしてもよい。このようにすると、図６における距離：
Ｓｍを小さくして、距離Ｓｍ’を大きくすることもで
き、視野レンズでの瞳の拡大倍率：Ｓｍ’／Ｓｍを大き
くできるため、視域ＤＭの直径を大きくすることができ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な画像表示・入力装置とテレビ電話を実現でき
る。この発明の画像表示・入力装置は、視野結像光学系
の反射光学系を介して、外界の画像を撮像入力できる。
また画像表示器に表示される画像を投影レンズと視野結
像光学系とで拡大して空中像として結像させるから、小
型の画像表示器の使用が可能であり、従って、画像表示
・入力装置をコンパクトに構成できる。この発明のテレ
ビ電話は、上記画像表示・入力装置を送受信部と組み合
わせることにより、コンパクトで携帯に適したテレビ電
話として実現できる。また請求項６記載のテレビ電話
は、オペレータの顔の正面位置に空中像を結像させるこ
とができ、またオペレータの正面像を撮像して送信でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のテレビ電話の実施の１形態を説明す
るための図である。

【図２】上記実施の形態における画像入力手段を説明す
るための図である。

【図３】上記実施の形態における画像入力手段と支持軸
との係合状態を説明するための図である。

【図４】上記実施の形態における不使用状態を説明する
ための図である。

【図５】請求項６記載のテレビ電話の実施の１形態を説
明するための図である。

【図６】空中像の結像を説明するための図である。

【符号の説明】

１０送受信部１２Ａ光源と画像表示器と投影レンズとを収納
した画像表示手段のケーシング１２ａ視野結像光学系としての半透凹面鏡１２Ｂ画像入力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上田健東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示する画像表示器と、該画像表示
器に表示された画像を照明する照明光を放射する光源
と、上記画像表示器からの光を空中像として結像させる
結像光学系とを有する画像表示手段と、画像入力手段とを有し、上記結像光学系は、画像表示器側に配備された投影レン
ズと、該投影レンズによる投影光束を、上記表示された
画像の拡大された空中像として結像させる視野結像光学
系とを有し、上記視野結像光学系は有限の透過率を持つ反射光学系を
有し、上記画像入力手段は結像光学系と撮像手段を具備して、
上記反射光学系の背後に設けられたことを特徴とする画
像表示・入力装置。
【請求項２】請求項１記載の画像表示・入力装置におい
て、視野結像光学系が、有限の透過率を持つ反射光学系を兼
ねた半透凹面鏡であることを特徴とする画像表示・入力
装置。
【請求項３】請求項２記載の画像表示・入力装置におい
て、視野結像光学系である半透凹面鏡と画像入力手段が一体
となって、画像表示手段本体に対して、投影レンズ光軸
方向へ変位可能であり、上記半透凹面鏡と画像入力手段
が一体となって投影レンズに最も近接して位置した状態
が不使用状態であることを特徴とする画像表示・入力装
置。
【請求項４】請求項２または３記載の画像表示・入力装
置において、視野結像光学系である半透凹面鏡が、その光軸方向を調
整可能であることを特徴とする画像表示・入力装置。
【請求項５】音声信号と映像信号とを送受信する送受信
部と、画像表示・入力装置とを有するテレビ電話であって、上記送受信部は、音声の送受信を行うとともに、上記画
像表示・入力装置における入力手段により入力された画
像を送信する機能と、受信した映像信号を上記画像表示
・入力装置の画像表示手段に画像として表示する機能を
有し、上記画像表示・入力装置が、請求項１または２または３
または４記載の画像表示・入力装置であることを特徴と
するテレビ電話。
【請求項６】請求項５記載のテレビ電話において、ユニット化された送受信部に対し、画像表示・入力装置
が回転的に態位調整できることを特徴とする携帯型のテ
レビ電話。