KR20230077751A - 반사형 공중상 결상 장치 및 반사형 공중상 결상 방법 - Google Patents

반사형 공중상 결상 장치 및 반사형 공중상 결상 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반사형 공중상 결상 장치는, 광학 결상 수단(12)의 제1 광제어부(17) 측에 제1 광제어부(17)와 간격을 두고 대향 배치된 제1 반사경(38)과, 광학 결상 수단(12)의 제2 광제어부(19) 측에 제2 광제어부(19)와 간격을 두고 대향 배치된 제2 반사경(39)을 가지고, 표시 수단(11)으로부터 발하여 제1 반사경(38)에 조사된 광을, 제1 반사경(38)에서 반사시켜 제1 광제어부(17)에 입사시키고, 제1 광제어부(17)에 입사하는 광 중에서, 제1 광반사면에서 1회 반사하여 제2 광제어부(19)에 입사하고, 제2 광반사면에서 1회 반사하여 제2 광제어부(19)로부터 출사하는 광을 제2 반사경(39)에서 반사시켜, 표시 수단(11)에 표시되는 화상을 공중상(13)으로서 결상시킨다.

Description

반사형 공중상 결상 장치 및 반사형 공중상 결상 방법
본 발명은, 표시 수단에 표시되는 화상을 공중상(空中像)으로서 결상(結像)시키는 광학 결상 수단을 사용한 반사형 공중상 결상 장치 및 반사형 공중상 결상 방법에 관한 것이다.
물체 표면에서 발(發)하는 광(산란광)을 사용하여 공중에 그 물체의 공중상(입체상(立體像))을 형성하는 장치로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 광학 결상 장치(광학 결상 수단)가 있다.
이 광학 결상 장치는, 2장의 투명 평판의 내부에, 이 투명 평판의 두께 방향에 걸쳐서 수직으로 다수를 또한 띠형으로, 금속 반사면(경면)으로 이루어지는 광반사면을 일정한 피치로 배치하여 형성한 제1, 제2 광제어 패널을 가지고, 평면에서 볼 때 제1, 제2 광제어 패널의 각각의 광반사면끼리 직교하도록, 제1, 제2 광제어 패널의 일면 측을 마주보게 하여 밀착시킨 것이다. 이 광학 결상 장치에 의하면, 3차원적인 형상을 가지는 물체의 입체상을 공중에 결상시키는 것 외에, 디스플레이 등의 표시 수단이 발하는 광을 공중에서 결상시켜서, 표시 수단에 표시되는 화상을 공중에 떠오르게 할 수 있다. 그리고, 이 광학 결상 장치를 이용한 것으로서, 예를 들면 특허문헌 2와 같은 공중 터치패널도 제안되어 있다.
국제공개 제2009/131128호 일본공개특허 제2014-67071호 공보
그러나, 이 광학 결상 장치에서는, 대상물의 공중상이 광학 결상 장치를 사이에 두고 대상물과 대칭으로 형성되므로, 예를 들면 수평으로 배치한 광학 결상 장치의 아래쪽에 표시 수단을 설치하고, 표시 수단에 표시되는 화상의 공중상을 광학 결상 장치의 위쪽에 형성하는 구조로 한 경우, 표시 수단으로부터 광학 결상 장치까지의 수직 거리와 광학 결상 장치로부터 공중상까지의 수직 거리가 동일하게 되고, 표시 수단으로부터 공중상까지의 수직 거리는, 표시 수단으로부터 광학 결상 장치까지의 수직 거리의 2배가 되어 높이 방향으로 큰 점유 스페이스를 필요로 하는 과제가 있었다. 또한, 수직으로 배치한 광학 결상 장치의 안쪽에 표시 수단을 설치하고, 표시 수단에 표시되는 화상의 공중상을 광학 결상 장치의 바로 앞쪽에 형성하는 구조로 한 경우, 표시 수단으로부터 광학 결상 장치까지의 수평 거리와 광학 결상 장치로부터 공중상까지의 수평 거리가 동일하게 되고, 표시 수단으로부터 공중상까지의 수평 거리는, 표시 수단으로부터 광학 결상 장치까지의 수평 거리의 2배가 되어 안길이 방향으로 큰 점유 스페이스를 필요로 하는 과제가 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어 것이며, 표시 수단 및 공중상으로부터 광학 결상 수단까지의 각각의 직선 거리를 단축해서 장치의 소형화 및 박형화를 도모하면서, 표시 수단으로부터 광학 결상 수단을 경유하여 공중상에 도달할 때까지의 광로의 길이를 유지하여, 시야각을 좁히지 않고, 선명하며 시인성(視認性)이 우수한 공중상을 형성할 수 있는 반사형 공중상 결상 장치 및 반사형 공중상 결상 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적에 부합한 제1 발명에 따른 반사형 공중상 결상 장치는, 투명 평판의 한쪽 면에 수직이며 상기 투명 평판의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제1 광반사면을 가지는 제1 광제어부와, 상기 투명 평판의 다른쪽 면에 수직이며 상기 투명 평판의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제2 광반사면을 가지는 제2 광제어부가, 평면에서 볼 때 상기 제1 광반사면과 상기 제2 광반사면이 직교하도록 상기 투명 평판의 두께 방향으로 중첩되어 배치된 광학 결상 수단을 사용하는 반사형 공중상 결상 장치로서,
상기 광학 결상 수단의 상기 제1 광제어부 측에 상기 제1 광제어부와 간격을 두고 대향 배치된 제1 반사경(反射鏡)과, 상기 광학 결상 수단의 상기 제2 광제어부 측에 상기 제2 광제어부와 간격을 두고 대향 배치된 제2 반사경을 가지고, 표시 수단으로부터 발하여 상기 제1 반사경에 조사된 광을, 상기 제1 반사경에서 반사시켜 상기 제1 광제어부에 입사시키고, 상기 제1 광제어부에 입사하는 광 중에서, 상기 제1 광반사면에서 1회 반사하여 상기 제2 광제어부에 입사하고, 상기 제2 광반사면에서 1회 반사하여 상기 제2 광제어부로부터 출사하는 광을 상기 제2 반사경에서 반사시켜, 상기 표시 수단에 표시되는 화상을 공중상으로서 결상시킨다.
제1 발명에 따른 반사형 공중상 결상 장치에 있어서, 상기 광학 결상 수단과 중첩하지 않는 위치에서 상기 제1 반사경과 상기 제2 반사경 사이에 배치되고, 상기 제1 반사경과 대향하는 제1 반사면 및 상기 제2 반사경과 대향하는 제2 반사면을 표면 및 이면에 가지는 제3 반사경을 구비하고, 상기 표시 수단으로부터 발하는 광을 상기 제1 반사면에서 반사시킨 후에 상기 제1 반사경에 조사하고, 상기 제2 광제어부로부터 출사하여 상기 제2 반사경에서 반사한 광을 상기 제2 반사면에서 반사시킨 후에 결상시킬 수도 있다.
제1 발명에 따른 반사형 공중상 결상 장치에 있어서, 상기 공중상에 접촉하는 지시 수단의 위치를 검지하는 검지 수단이 설치되어도 된다.
상기 목적에 부합한 제2 발명에 따른 반사형 공중상 결상 방법은, 투명 평판의 한쪽 면에 수직이며 상기 투명 평판의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제1 광반사면을 가지는 제1 광제어부와, 상기 투명 평판의 다른쪽 면에 수직이며 상기 투명 평판의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제2 광반사면을 가지는 제2 광제어부가, 평면에서 볼 때 상기 제1 광반사면과 상기 제2 광반사면이 직교하도록 상기 투명 평판의 두께 방향으로 중첩되어 배치된 광학 결상 수단을 사용하는 반사형 공중상 결상 방법으로서,
상기 광학 결상 수단의 상기 제1 광제어부 측에 상기 제1 광제어부와 간격을 두고 제1 반사경을 대향 배치하고, 상기 광학 결상 수단의 상기 제2 광제어부 측에 상기 제2 광제어부와 간격을 두고 제2 반사경을 대향 배치하고, 표시 수단으로부터 발하여 상기 제1 반사경에 조사된 광을, 상기 제1 반사경에서 반사시켜 상기 제1 광제어부에 입사시키고, 상기 제1 광제어부에 입사하는 광 중에서, 상기 제1 광반사면에서 1회 반사하여 상기 제2 광제어부에 입사하고, 상기 제2 광반사면에서 1회 반사하여 상기 제2 광제어부로부터 출사하는 광을 상기 제2 반사경에서 반사시켜, 상기 표시 수단에 표시되는 화상을 공중상으로서 결상시킨다.
제2 발명에 따른 반사형 공중상 결상 방법에 있어서, 상기 광학 결상 수단과 중첩하지 않는 위치에서 상기 제1 반사경과 상기 제2 반사경 사이에, 상기 제1 반사경과 대향하는 제1 반사면 및 상기 제2 반사경과 대향하는 제2 반사면을 표면 및 이면에 가지는 제3 반사경을 배치하고, 상기 표시 수단으로부터 발하는 광을 상기 제1 반사면에서 반사시킨 후에 상기 제1 반사경에 조사하고, 상기 제2 광제어부로부터 출사하여 상기 제2 반사경에서 반사한 광을 상기 제2 반사면에서 반사시킨 후에 결상시킬 수도 있다.
제1 발명에 따른 반사형 공중상 결상 장치 및 제2 발명에 따른 반사형 공중상 결상 방법에 의하면, 표시 수단으로부터 발하는 광을 제1 반사경에서 반사시켜 광학 결상 수단(제1 광제어부)에 입사시키고, 제1 광반사면 및 제2 광반사면에서 연속적으로 1회씩 반사하여 광학 결상 수단(제2 광제어부)으로부터 출사하는 광을 제2 반사경에서 반사시킴으로써, 표시 수단으로부터 광학 결상 수단에 도달하는 광로 및 광학 결상 수단으로부터 공중상에 도달하는 광로를 각각 절곡하여, 표시 수단으로부터 광학 결상 수단까지의 직선 거리 및 광학 결상 수단으로부터 공중상까지의 직선 거리를 각각 단축하여, 장치의 소형화 및 박형화를 도모할 수 있다.
제1 발명에 따른 반사형 공중상 결상 장치 및 제2 발명에 따른 반사형 공중상 결상 방법에 있어서, 제1 반사경과 대향하는 제1 반사면 및 제2 반사경과 대향하는 제2 반사면을 표면 및 이면에 가지는 제3 반사경을 사용하고, 표시 수단으로부터 발하는 광을 제1 반사면에서 반사시킨 후에 제1 반사경에 조사하고, 광학 결상 수단(제2 광제어부)으로부터 출사하여 제2 반사경에서 반사한 광을 제2 반사면에서 반사시킨 후에 결상시키는 경우, 장치를 대형화하지 않고, 표시 수단으로부터 광학 결상 수단에 도달할 때까지의 광로 및 광학 결상 수단으로부터 공중상에 도달할 때까지의 광로를 더욱 길게 하여, 시야각을 좁히지 않고, 선명하며 시인성이 우수한 공중상을 형성할 수 있다.
제1 발명에 따른 반사형 공중상 결상 장치에 있어서, 공중상에 접촉하는 지시 수단의 위치를 검지하는 검지 수단이 설치된 경우, 공중상을 비접촉형의 터치패널로서 기능시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사형 공중상 결상 장치의 설명도이다.
도 2의 (A), (B)은 각각 상기 반사형 공중상 결상 장치의 광학 결상 수단의 정단면도 및 측단면도이다.
도 3은 상이 반사형 공중상 결상 장치의 변형예의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사형 공중상 결상 장치의 설명도이다.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 공중상 결상 장치 및 반사형 공중상 결상 방법에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사형 공중상 결상 장치(10) 및 반사형 공중상 결상 방법은, 표시 수단(11)에 표시되는 화상을, 광학 결상 수단(12)을 사용하여, 공중상(13)으로서 결상시키는 장치 및 방법이다. 표시 수단으로서는, 예를 들면, 휴대전화(특히, 스마트폰) 또는 태블릿 단말기 등의 디스플레이 또는 PC, 그 외의 기기의 모니터 등이 있지만, 이들로 한정되지 않고, 발광에 의해 각종 화상(문자 등도 포함함)을 표시하는 표시 화면(평면 화면)을 가지는 것이면 된다. 그리고, 표시 수단은, 반사형 공중상 결상 장치에 사전에 조립되어 있어도 되고, 공중상의 기초가 되는 화상이 표시된 표시 수단을 소정의 위치에 적절하게 설치하여 사용해도 된다.
반사형 공중상 결상 장치(10) 및 반사형 공중상 결상 방법에서 사용하는 광학 결상 수단(12)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 투명 평판(15)의 한쪽 면에 수직이며 투명 평판(15)의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제1 광반사면(16)을 가지는 제1 광제어부(17)와, 투명 평판(15)의 다른쪽 면에 수직이며 투명 평판(15)의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제2 광반사면(18)을 가지는 제2 광제어부(19)가, 평면에서 볼 때 제1 광반사면(16)과 제2 광반사면(18)이 직교하도록 투명 평판(15)의 두께 방향으로 중첩되어 배치된 것이다. 그리고, 본 실시예에서는, 제1 광제어부(17)가 되는 복수의 제1 광반사면(16)이 형성된 제1 투명판재(21)와, 제2 광제어부(19)가 되는 복수의 제2 광반사면(18)이 형성된 제2 투명판재(22)가 중첩되어(접합되어), 광학 결상 수단(12)이 제작되고 있다.
여기서, 제1 광제어부(17)는, 제1 투명판재(21)의 타측에, 경사면(23)과 수직면(24)을 가지는 단면 삼각형의 복수의 홈(25), 및 이웃하는 홈(25) 사이에 형성되는 단면 삼각형의 복수의 볼록조(凸條)(26)가 각각 소정 피치로 배치된 것이며, 각각의 홈(25)의 수직면(24)에만 제1 광반사면(16)이 형성되어 있다.
또한, 제2 광제어부(19)는, 제2 투명판재(22)의 일측에, 경사면(30)과 수직면(31)을 가지는 단면 삼각형의 복수의 홈(32), 및 이웃하는 홈(32) 사이에 형성되는 단면 삼각형의 복수의 볼록조(33)가 각각 소정 피치로 배치된 것이며, 각각의 홈(32)의 수직면(31)에만 제2 광반사면(18)이 형성되어 있다.
그리고, 마주하여 배치된 홈(25, 32)에는 투명 수지(36)가 충전되어 있다.
그리고, 제1, 제2 투명판재(21, 22)의 굴절율 η1, η2는 동일하며, 그 사이에 충전되는 투명 수지(36)의 굴절율 η3는, 제1, 제2 투명판재(21, 22)의 굴절율 η1, η2의 0.8∼1.2 배(보다 바람직하게는, 0.9∼1.1 배, 더욱 바람직하게는, 0.95∼1.05 배)의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한, 제1, 제2 투명판재(21, 22)의 원료가 되는 투명 수지로서는, 시클로올레핀 폴리머, 폴리메틸메타크릴레이트(아크릴계 수지), 비정질 불소 수지, PMMA, 광학용 폴리카보네이트, 플루오렌계 폴리에스테르, 폴리에테르술폰 등의 열가소성 수지를 사용할 수 있지만, 특히 융점, 투명도가 높은 것이 바람직하게 사용된다.
제1 광반사면(16) 및 제2 광반사면(18)은, 홈(25, 32)의 수직면(24, 31)에 형성된 금속막(37)의 표면이며, 경면(금속 반사면)이 되어 있다. 홈(25, 32)의 수직면(24, 31)에 직접, 스퍼터링, 금속 증착, 금속 미소 입자의 분사, 이온 빔의 조사, 금속 페이스트의 도포 등을 행하여 금속막(37)을 형성하고, 그 표면을 제1 광반사면(16) 및 제2 광반사면(18)으로서 이용하는 것이 바람직하게 사용되지만, 이들로 한정되지 않는다.
또한, 홈(25, 32)에 투명 수지(36)를 충전하여 제1, 제2 광제어부(17, 19)를 일체화하는 방법으로서는, 제1 광제어부(17)의 타측과, 제2 광제어부(19)의 일측, 즉 각각의 홈(25, 32)이 형성된 측의 면이 대향하도록 마주하도록 배치된 상태에서, 그 사이에, 제1, 제2 투명판재(21, 22)보다 융점이 낮은 시트형의 투명 수지를 끼우고, 진공 상태에서 가열, 압압(押壓)하여, 투명 수지만을 용해하고, 고화시켜도 되고, 각각의 홈(25, 32)에 따로따로 투명 수지로 이루어지는 투명 접착제를 충전하고, 제1, 제2 광제어부(17, 19)의 홈(25, 32)을 마주하게 하고, 맞대어서, 투명 접착제를 경화시켜도 된다. 혹은, 각각의 홈(25, 32)에 따로따로 투명 수지를 충전하여 경화시킨 후, 평판형으로 된 제1 투명판재(21)와 제2 투명판재(22)를 투명 접착제 등으로 접합할 수도 있다. 투명 접착제로서는, 자외선 등을 조사함으로써 경화시키는 광경화형 외에, 열경화형이나 2액혼합형의 접착제를 사용할 수 있다. 특히, 굴절율 η3를 굴절율 η1, η2에 근접시키기 위하여, 굴절율을 조정한 굴절율 조정 수지로 이루어지는 광학용 접착제 등이 바람직하게 사용된다.
다음으로, 광학 결상 수단(12)의 동작을 설명한다.
광학 결상 수단(12)은, 도시하지 않은 표시 수단으로부터 발하여 광학 결상 수단(12)의 제1 광제어부(17)에 입사하는 광 중에서, 예를 들면, 도 2의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, P11, P21의 위치로부터 제1 광제어부(17)에 입사하고, 제1 광반사면(16) 상의 P12, P22의 위치에서 각각 1회 반사하여 제2 광제어부(19)에 진입하고, 제2 광반사면(18)의 P13, P23의 위치에서 각각 1회 반사하여 P14, P24의 위치에서 제2 광제어부(19)로부터 출사하는 광(L1, L2)에 의해, 표시 수단에 표시되는 화상을 공중상으로서 결상시킬 수 있다. 여기서, 광(L1, L2)은, 도 2의 (B)의 Q1, Q2에서 제1 투명판재(21)로부터 투명 수지(36)에 입사하고, 도 2의 (A)의 S1, S2에서 투명 수지(36)로부터 제2 투명판재(22)에 입사하지만, 제1, 제2 투명판재(21, 22)의 굴절율 η1, η2이 동일하며, 투명 수지(36)의 굴절율 η3와 근사(대략 동등)하므로, 전반사나 분광 등의 현상은 일어나지 않는다. 그리고, P11, P21, P14, P24의 위치에서도 굴절을 일으키지만, P11과 P14의 굴절 및 P21과 P24의 굴절은 각각 상쇄된다.
그리고, 본 실시예에서는, 도 2의 (A), (B)에 있어서, 금속막(37)의 좌측의 면이 제1 광반사면(16) 및 제2 광반사면(18)이 되어 있지만, 금속막은, 표면 및 이면(도 2의 (A), (B)의 좌우)의 어느 쪽 면도 제1 광반사면 및 제2 광반사면으로서 기능할 수 있고, 제1 광제어부 및 제2 광제어부의 배치(표면 및 이면의 반전) 또는 광의 진입 방향에 대응하여, 금속막의 표면 및 이면 중 어느 한쪽 면이 선택적으로 제1 광반사면 및 제2 광반사면으로서 기능한다.
또한, 본 실시예에서는, 제1 광제어부(17)가 되는 복수의 제1 광반사면(16)이 형성된 제1 투명판재(21)와, 제2 광제어부(19)가 되는 복수의 제2 광반사면(18)이 형성된 제2 투명판재(22)를 중첩한(접합한) 광학 결상 수단(12)에 대하여 설명하였으나, 광학 결상 수단은, 1장의 투명 평판의 일면 측 및 타면 측에 각각 제1 광제어부 및 제2 광제어부를 일체로 형성한 것이라도 된다. 즉, 광학 결상 수단은, 1장의 투명 평판의 일면 측 및 타면 측에 각각 전술한 것과 동일한 복수의 홈과 복수의 볼록조를 형성하고, 일면 측의 각 홈의 수직면 및 타면 측의 각 홈의 수직면에 각각 제1 광반사면 및 제2 광반사면을 형성하여, 일면 측 및 타면 측의 각각의 홈에 투명 수지를 충전하여 제작할 수도 있다. 또한, 각 홈의 수직면에 금속막에 의해 경면(금속 반사면)을 형성하여 투명 수지를 충전하는 대신, 각 홈 내에 공기 등의 기체를 밀봉하거나, 각 홈 내를 진공으로 하여, 광의 전반사를 이용하는 경우에는, 각 홈의 수직면을 그대로 광반사면으로서 기능시킬 수 있다. 또한, 이들 광학 결상 수단 이외에도, 예를 들면, 특허문헌 1(도 4∼도 6)에 기재된 바와 같이, 투명한 직육면체와 금속막(광반사면)이 교호적으로 적층된 평판형의 제1, 제2 광제어부(광제어 패널)에서 형성된 광학 결상 수단, 또는 국제공개 제2019/003730호에 기재된 바와 같이, 복수의 광반사면이 방사형으로 배치된 제1 광제어부와, 복수의 광반사면이 동심원형으로 배치된 제2 광제어부를 가지는 광학 결상 수단 등의 종래 공지의 그 외의 광학 결상 수단을 적절하게 사용할 수도 있다.
다음으로, 반사형 공중상 결상 장치(10) 및 반사형 공중상 결상 방법에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 광학 결상 수단(12)의 제1 광제어부(17) 측에 제1 광제어부(17)와 간격을 두고 제1 반사경(38)이 대향 배치되고, 광학 결상 수단(12)의 제2 광제어부(19) 측에 제2 광제어부(19)와 간격을 두고 제2 반사경(39)이 대향 배치되어 있다. 그리고, 표시 수단(11)으로부터 발하여 제1 반사경(38)에 조사된 광을, 제1 반사경(38)에서 반사시켜 제1 광제어부(17)에 입사시키고, 제1 광제어부(17)에 입사하는 광 중에서, 제1 광반사면(16)에서 1회 반사하여 제2 광제어부(19)에 입사하고, 제2 광반사면(18)에서 1회 반사하여 제2 광제어부(19)로부터 출사하는 광을 제2 반사경(39)에서 반사시켜, 표시 수단(11)에 표시되는 화상을 공중상(13)으로서 결상시킨다.
여기서, 제1 반사경(38)의 반사면(경면)(40)을 사이에 두고 표시 수단(11)과 대칭인 위치에 가상선으로 표시된 표시 수단(11)의 허상(虛像)(11a)은, 표시 수단(11)으로부터 발하는 광을 제1 반사경(38)을 사용하지 않고, 직접, 광학 결상 수단(12)(제1 광제어부(17))에 조사하는 경우의 종래의 표시 수단(11)의 위치에 상당하고, 제2 반사경(39)의 반사면(경면)(41)을 사이에 두고 공중상(13)과 대칭인 위치에 가상선으로 표시한 공중상(13)의 허상(13a)은, 광학 결상 수단(12)(제2 광제어부(19))으로부터 출사한 광을 제2 반사경(39)에서 반사시키지 않고, 그대로 공중에서 결상시킨 경우의 공중상(13)의 위치에 상당한다.
따라서, 이 반사형 공중상 결상 장치(10) 및 반사형 공중상 결상 방법에서는, 제1 반사경(38) 및 제2 반사경(39)을 사용하여, 표시 수단(11)으로부터 광학 결상 수단(12)에 도달하는 광로 및 광학 결상 수단(12)으로부터 공중상(13)에 도달하는 광로를 각각 절곡하여, 표시 수단(11)으로부터 광학 결상 수단(12)까지의 직선 거리 및 광학 결상 수단(12)으로부터 공중상(13)까지의 직선 거리를 각각 단축할 수 있어, 높이 방향의 치수를 절반 정도까지 삭감(소형화)할 수 있다. 또한, 하우징(42)으로 둘러싸여진 공간 내에 공중상(13)이 형성되므로, 휘도가 향상되고 또한, 다른 사람으로부터는 공중상(13)이 시인되기 어려워, 프라이버시를 보호할 수도 있다.
또한, 반사형 공중상 결상 장치(10)에, 공중상(13)에 접촉하는 지시 수단(예를 들면, 손가락이나 터치 펜 등)의 위치를 검지하는 검지 수단(43)이 설치되어 있는 경우, 지시 수단에 의해 지시된 공중상(13) 상의 위치를 검지 수단(43)으로 검지하고, 지시된 위치에 대응한 처리(명령)를 도시하지 않은 PC 등에 실행시킬 수 있고, 공중상(13)을 공중 터치패널(비접촉 입력 화면)으로서 기능시킬 수 있다. 본 실시예에서는, 검지 수단(43)으로서, zForce(등록상표) AIR 터치 센서 또는 AIRBAR(등록상표) 등의 플랫바형(띠형)에 형성된 광학 근접 센서를, 공중상(13)의 외주(外周)의 1변(여기서는 아래변)을 따라 배치하였으나, 검지 수단은, 이들로 한정되지 않고, 적절하게 선택되고, 검지 수단의 배치는, 각각의 검지 수단의 구조(형상) 및 검지 방법에 따라 상이하다. 예를 들면, 검지 수단으로서, 공중상의 외주를 따르는 프레임형으로 형성되고, 공중상의 주위에 복수의 발광 소자와 수광 소자를 배치하는 프레임형 센서(광학 근접 센서의 일종)를 사용할 수도 있고, 적외선 모션 센서 등을 사용할 수도 있다.
본 실시예에서는, 광학 결상 수단(12)의 하면 측을 제1 광제어부(17)로 하고, 상면 측을 제2 광제어부(19)로 하고, 거기에 대응시켜, 광학 결상 수단(12)의 아래쪽에 제1 반사경(38)을 배치하고, 위쪽에 제2 반사경(39)을 배치하였으나, 도 3에 나타낸 변형예의 반사형 공중상 결상 장치(45)와 같이, 광학 결상 수단(12), 제1 반사경(38) 및 제2 반사경(39)은, 상하를 반전시켜서 배치해도 된다. 또한, 본 실시예에서는, 광학 결상 수단(12)의 입광면(46)(투명 평판(15)의 한쪽 면)과 출광면(47)(투명 평판(15)의 다른쪽 면), 제1 반사경(38)의 반사면(40) 및 제2 반사경(39)의 반사면(41)을 모두 평행하게 배치하였으나(도 1 참조), 반사형 공중상 결상 장치(45)와 같이, 광학 결상 수단(12)의 입광면(46)과 제1 반사경(38)의 반사면(40)이 이루는 각도 및 광학 결상 수단(12)의 출광면(47)과 제2 반사경(39)의 반사면(41)이 이루는 각도는, 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 표시 수단(11)의 표시면(48)과 제1 반사경(38)의 반사면(40)이 이루는 각도도 적절하게 선택 가능하다. 그리고, 표시 수단(11), 광학 결상 수단(12), 제1 반사경(38) 및 제2 반사경(39)의 설치 각도를 적절하게 선택함으로써, 공중상(13)이 수평면과 이루는 각도를 선택(설정)할 수 있다. 또한, 반사형 공중상 결상 장치(10) 및 반사형 공중상 결상 장치(45)는, 수평면에 대하여 원하는 각도로 경사지게 하여 사용할 수 있고, 특히 90도 회전시킨 경우에는, 장치의 안길이 치수를 최소로 하여 박형화를 도모할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사형 공중상 결상 장치(50) 및 반사형 공중상 결상 방법에 대하여 설명한다. 그리고, 제1 실시예와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
도 4에 나타낸 제2 실시예에 따른 반사형 공중상 결상 장치(50) 및 반사형 공중상 결상 방법이 제1 실시예에 따른 반사형 공중상 결상 장치(10) 및 반사형 공중상 결상 방법과 상이한 점은, 광학 결상 수단(12)과 중첩하지 않는 위치에서 제1 반사경(38)과 제2 반사경(39) 사이에, 제1 반사경(38)과 대향하는 제1 반사면(51) 및 제2 반사경(39)과 대향하는 제2 반사면(52)을 표면 및 이면에 가지는 제3 반사경(53)을 배치하고, 표시 수단(11)으로부터 발하는 광을 제1 반사면(51)에서 반사시킨 후에 제1 반사경(38)에 조사하고, 제2 광제어부(19)로부터 출사하여 제2 반사경(39)에서 반사한 광을 제2 반사면(52)에서 반사시킨 후에 결상시키는 점이다.
이와 같이, 제1 반사경(38)과 대향하는 제1 반사면(51) 및 제2 반사경(39)과 대향하는 제2 반사면(52)을 표면 및 이면에 가지는 제3 반사경(53)을 사용하여, 표시 수단(11)으로부터 발하는 광을 제1 반사면(51)에서 반사시킨 후에 제1 반사경(38)에 조사하고, 광학 결상 수단(12)(제2 광제어부(19))으로부터 출사하여 제2 반사경(39)에서 반사한 광을 제2 반사면(52)에서 반사시킨 후에 결상시킴으로써, 반사형 공중상 결상 장치(50)를 대형화시키지 않고, 표시 수단(11)으로부터 광학 결상 수단(12)에 도달할 때까지의 광로 및 광학 결상 수단(12)으로부터 공중상(13)에 도달할 때까지의 광로를 반사형 공중상 결상 장치(10)보다 더욱 길게하여, 시야각을 좁히지 않고, 선명하며 시인성이 우수한 공중상(13)을 형성할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 구성으로 전혀 한정되지 않으며, 청구의 범위에 기재되어 있는 사항의 범위 내에서 고려할 수 있는 그 외의 실시예나 변형예도 포함하는 것이다.
예를 들면, 제2 실시예에서는, 표시 수단으로부터 발한 광이 공중에서 결상할 때까지의 사이에, 제1 반사경의 반사면, 제2 반사경의 반사면, 및 제3 반사경의 제1 반사면과 제2 반사면에서 각각 1회씩 반사하고 있지만, 각각의 반사면 중 어느 하나 이상에서 복수 회 반사하도록 하여, 광로를 더욱 길게 해도 된다.
본 발명에 따른 반사형 공중상 결상 장치 및 반사형 공중상 결상 방법에 있어서는, 장치의 소형화 및 박형화를 도모할 수 있고, 선명하며 시인성이 우수한 공중상을 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 반사형 공중상 결상 장치는, 공중상을 사용하는 기기, 예를 들면, 의료기기, 가전제품, 자동차, 항공기, 선박, 게임·유희 기기, 광고탑, 비접촉형의 터치패널 등에 응용할 수 있고, 기기 전체의 컴팩트화를 도모할 수 있다.
10: 반사형 공중상 결상 장치 11: 표시 수단
11a: 허상 12: 광학 결상 수단
13: 공중상 13a: 허상
15: 투명 평판 16: 제1 광반사면
17: 제1 광제어부 18: 제2 광반사면
19: 제2 광제어부 21: 제1 투명판재
22: 제2 투명판재 23: 경사면
24: 수직면 25: 홈
26: 볼록조 30: 경사면
31: 수직면 32: 홈
33: 볼록조 36: 투명 수지
37: 금속막 38: 제1 반사경
39: 제2 반사경 40, 41: 반사면(경면)
42: 하우징 43: 검지 수단
45: 반사형 공중상 결상 장치 46: 입광면
47: 출광면 48: 표시면
50: 반사형 공중상 결상 장치 51: 제1 반사면
52: 제2 반사면 53: 제3 반사경

Claims (5)

  1. 투명 평판의 한쪽 면에 수직이며 상기 투명 평판의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제1 광반사면을 가지는 제1 광제어부와, 상기 투명 평판의 다른쪽 면에 수직이며 상기 투명 평판의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제2 광반사면을 가지는 제2 광제어부가, 평면에서 볼 때 상기 제1 광반사면과 상기 제2 광반사면이 직교하도록 상기 투명 평판의 두께 방향으로 중첩되어 배치된 광학 결상(結像) 수단을 사용하는 반사형 공중상(空中像) 결상 장치로서,
    상기 광학 결상 수단의 상기 제1 광제어부 측에 상기 제1 광제어부와 간격을 두고 대향 배치된 제1 반사경(反射鏡)과, 상기 광학 결상 수단의 상기 제2 광제어부 측에 상기 제2 광제어부와 간격을 두고 대향 배치된 제2 반사경을 가지고, 표시 수단으로부터 발(發)하여 상기 제1 반사경에 조사(照射)된 광을, 상기 제1 반사경에서 반사시켜 상기 제1 광제어부에 입사시키고, 상기 제1 광제어부에 입사하는 광 중에서, 상기 제1 광반사면에서 1회 반사하여 상기 제2 광제어부에 입사하고, 상기 제2 광반사면에서 1회 반사하여 상기 제2 광제어부로부터 출사하는 광을 상기 제2 반사경에서 반사시켜, 상기 표시 수단에 표시되는 화상을 공중상으로서 결상시키는, 반사형 공중상 결상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 결상 수단과 중첩하지 않는 위치에서 상기 제1 반사경과 상기 제2 반사경 사이에 배치되고, 상기 제1 반사경과 대향하는 제1 반사면 및 상기 제2 반사경과 대향하는 제2 반사면을 표면 및 이면에 가지는 제3 반사경을 구비하고, 상기 표시 수단으로부터 발하는 광을 상기 제1 반사면에서 반사시킨 후에 상기 제1 반사경에 조사하고, 상기 제2 광제어부로부터 출사하고 상기 제2 반사경에서 반사한 광을 상기 제2 반사면에서 반사시킨 후에 결상시키는, 반사형 공중상 결상 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공중상에 접촉하는 지시 수단의 위치를 검지하는 검지 수단이 설치되어 있는, 반사형 공중상 결상 장치.
  4. 투명 평판의 한쪽 면에 수직이며 상기 투명 평판의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제1 광반사면을 가지는 제1 광제어부와, 상기 투명 평판의 다른쪽 면에 수직이며 상기 투명 평판의 내부에 간격을 두고 평행 배치된 복수의 제2 광반사면을 가지는 제2 광제어부가, 평면에서 볼 때 상기 제1 광반사면과 상기 제2 광반사면이 직교하도록 상기 투명 평판의 두께 방향으로 중첩되어 배치된 광학 결상 수단을 사용하는 반사형 공중상 결상 방법으로서,
    상기 광학 결상 수단의 상기 제1 광제어부 측에 상기 제1 광제어부와 간격을 두고 제1 반사경을 대향 배치하고, 상기 광학 결상 수단의 상기 제2 광제어부 측에 상기 제2 광제어부와 간격을 두고 제2 반사경을 대향 배치하고, 표시 수단으로부터 발하여 상기 제1 반사경에 조사된 광을, 상기 제1 반사경에서 반사시켜 상기 제1 광제어부에 입사시키고, 상기 제1 광제어부에 입사하는 광 중에서, 상기 제1 광반사면에서 1회 반사하여 상기 제2 광제어부에 입사하고, 상기 제2 광반사면에서 1회 반사하여 상기 제2 광제어부로부터 출사하는 광을 상기 제2 반사경에서 반사시켜, 상기 표시 수단에 표시되는 화상을 공중상으로서 결상시키는, 반사형 공중상 결상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학 결상 수단과 중첩하지 않는 위치에서 상기 제1 반사경과 상기 제2 반사경 사이에, 상기 제1 반사경과 대향하는 제1 반사면 및 상기 제2 반사경과 대향하는 제2 반사면을 표면 및 이면에 가지는 제3 반사경을 배치하고, 상기 표시 수단으로부터 발하는 광을 상기 제1 반사면에서 반사시킨 후에 상기 제1 반사경에 조사하고, 상기 제2 광제어부로부터 출사하여 상기 제2 반사경에서 반사한 광을 상기 제2 반사면에서 반사시킨 후에 결상시키는, 반사형 공중상 결상 방법.
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