特許 5667729 光学結像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5667729

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】光学結像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20150122BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-519921(P2014-519921)

(86)(22)【出願日】2013年5月23日

(86)【国際出願番号】JP2013064372

(87)【国際公開番号】WO2013183454

(87)【国際公開日】20131212

【審査請求日】2014年7月15日

(31)【優先権主張番号】特願2012-130184(P2012-130184)

(32)【優先日】2012年6月7日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】598033848

【氏名又は名称】株式会社アスカネット

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(72)【発明者】

【氏名】大坪 誠

【審査官】 吉田 英一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０７３２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１３１１２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／１３１６２２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明シートの内部に、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反射部を有する第１、第２の光制御部材を、それぞれの前記帯状の反射部を交差させた状態で向かい合わせた光制御パネルを用いる光学結像装置であって、
前記光制御パネルと、前記光制御パネルの一端側にのみ隙間を設けて、かつ前記光制御パネルの裏側に向けて折り曲げ傾斜して配置されて、対象画像を表示する表示部と、前記光制御パネルの裏側に一定の隙間を有して該光制御パネルと平行に配置された第１の鏡部材と、前記表示部と前記光制御パネルとの隙間に前記第１の鏡部材に平行して配置された第２の鏡部材とを有し、
前記表示部に表示される対象画像からの光を、前記第１、第２の鏡部材で反射させて、前記光制御パネルにて、該光制御パネルの前側に前記対象画像を結像させることを特徴とする光学結像装置。

【請求項2】

透明シートの内部に、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反射部を有する第１、第２の光制御部材を、それぞれの前記帯状の反射部を交差させた状態で向かい合わせた光制御パネルを用いる光学結像装置であって、
前記光制御パネルと、前記光制御パネルの一端側にのみ接して又は近接して配置され、かつ前記光制御パネルの裏側に向けて折り曲げ傾斜して配置されて、対象画像を表示する表示部と、前記光制御パネルの裏側に一定の隙間を有し前記光制御パネルに平行に配置された第１の鏡部材とを有し、前記表示部に表示される対象画像からの光を、前記第１の鏡部材で反射させて、前記光制御パネルにて、該光制御パネルの前側に前記対象画像を結像させることを特徴とする光学結像装置。

【請求項3】

請求項１記載の光学結像装置において、前記第１の鏡部材及び前記第２の鏡部材は、透明板の両面に形成されていることを特徴とする光学結像装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１記載の光学結像装置において、前記表示部は発光式の表示器であることを特徴とする光学結像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、透明シートの内部にそれぞれが平行配置された多数の帯状の反射部を有する第１、第２の光制御部材の片面同士を、それぞれの帯状の反射部を交差させた状態で向かい合わせた光制御パネルを用いる光学結像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

通常、立体像を表示させる場合は、ディスプレイ（光制御パネル）の裏側に形成されるので、これを人が掴むように動作することは不可能である。そこで、物体の画像を光制御パネルの前側に結像させる技術が、例えば、特許文献１等で提案されている。

【0003】

ところが、特許文献１記載の技術では、それぞれ反射面を直交させた光結像素子を、多数しかも規則的に並べて配置する必要があり、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、本発明者は、これらの問題を解決するために、特許文献２記載の光学結像装置を提案した。この装置は透明シートの内部に、該透明シート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反射部を有する第１、第２の光制御部材を、それぞれの帯状の反射部を交差させた状態で向かい合わせた光制御パネルを用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５８−２１７０２号公報（第８図）

【特許文献2】特許第４８６５０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この光制御パネルによって、装置自身の製造が極めて容易になり、多数の素子を有する広い面積の光制御パネルの製造が可能となった。ところが、この装置においては、光制御パネルの前側に結像される実像と光制御パネルとの距離Ｌ１が、光制御パネルの裏側に配置された物体と光制御パネルとの距離Ｌ２に一致し、光制御パネルの前側に光制御パネルから離して結像させようとする場合、物体も光制御パネルから離して配置する必要があった。このため、光制御パネル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。

【0006】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、実像を光制御パネルから離して形成でき、しかも、光学結像装置の小型化、薄型化が可能な光学結像装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的に沿う第１の発明に係る光学結像装置は、透明シートの内部に、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反射部を有する第１、第２の光制御部材を、それぞれの前記帯状の反射部を交差させた状態で向かい合わせた光制御パネルを用いる光学結像装置であって、
前記光制御パネルと、前記光制御パネルの一端側にのみ隙間を設けて、かつ前記光制御パネルの裏側に向けて折り曲げ傾斜して配置されて、対象画像を表示する表示部と、前記光制御パネルの裏側に一定の隙間を有して該光制御パネルと平行に配置された第１の鏡部材と、前記表示部と前記光制御パネルとの隙間に前記第１の鏡部材に平行して配置された第２の鏡部材とを有し、
前記表示部に表示される対象画像からの光を、前記第１、第２の鏡部材で反射させて、前記光制御パネルにて、該光制御パネルの前側に前記対象画像を結像させる。

【0008】

また、第２の発明に係る光学結像装置は、透明シートの内部に、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反射部を有する第１、第２の光制御部材を、それぞれの前記帯状の反射部を交差させた状態で向かい合わせた光制御パネルを用いる光学結像装置であって、
前記光制御パネルと、前記光制御パネルの一端側にのみ接して又は近接して配置され、かつ前記光制御パネルの裏側に向けて折り曲げ傾斜して配置されて、対象画像を表示する表示部と、前記光制御パネルの裏側に一定の隙間を有し前記光制御パネルに平行に配置された第１の鏡部材とを有し、前記表示部に表示される対象画像からの光を、前記第１の鏡部材で反射させて、前記光制御パネルにて、該光制御パネルの前側に前記対象画像を結像させる。

【0009】

なお、第１の発明に係る光学結像装置において、前記第１の鏡部材及び前記第２の鏡部材は、透明板の両面に形成されている場合もあり、単に鏡（金属反射面を含む）のみの場合もある。

【0010】

また、第１、第２の発明に係る光学結像装置において、前記表示部は発光式の表示器であるのが好ましい。

【0011】

参考例に係る光学結像方法は、透明シートの内部に一方の面に対して垂直かつ多数、平行配置された帯状の反射部を有する第１、第２の光制御部材を、それぞれの前記帯状の反射部を交差させた状態で向かい合わせて配置した光制御パネルを用い、表示部に表示された対象画像を、対向配置された内側面が鏡面となった第１、第２の鏡部材に反射させ、前記光制御パネルを通して、前記光制御パネルの前側に結像させる。

【0012】

参考例に係る光学結像方法は、前記表示部の発光面、前記第２の鏡部材の反射面、及び前記光制御パネルの入光面は、それぞれが僅少の範囲で角度及び高さが異なる平面又は同一平面上に配置されている。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る光学結像装置においては、表示部に表示される対象画像（以下、単に「物体」と称する場合もある）から光制御パネルに向かう光が鏡部材によって折り曲げられるので、光制御パネルと物体（又は表示部）との距離が短くて済み、これによって装置の小型化が可能となり、実像の位置を光制御パネルから離して表示させることができる。

【0014】

特に、物体からの光を第１、第２の鏡部材で複数（ｎ）回反射させた場合は、光制御パネルの前側に結像される実像の位置は、物体と光制御パネルとの距離に対して、従来の一対一の距離に形成される場合の（ｎ＋１）倍の距離に結像される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施例に係る光学結像装置の説明図である。

【図2】同光学結像装置に使用する光制御パネルの説明図である。

【図3】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２、第３の実施例に係る光学結像装置の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施例について説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施例に係る光学結像装置１０は、光制御パネル１１と、光制御パネル１１と同一高さ位置又は僅少の範囲で異なる高さ位置に隙間を設けて配置されて対象画像を表示する表示部１２と、光制御パネル１１の裏側に一定の隙間を有して光制御パネル１１と平行に配置された第１の鏡部材１３と、表示部１２と光制御パネル１１との間（隙間）で第１の鏡部材１３に平行に配置された第２の鏡部材１４とを有している。なお、この実施例においては、表示部１２として、液晶ディスプレイ（発光式の表示器の一例）等の平面画面を用いて説明するが、この表示部１２は平面又は立体の物体であっても本発明は適用される。また、第１、第２の鏡部材１３、１４の対向する内側面は鏡面となっている。
なお、この実施例においては、表示部１２の発光面１２ｄ、第２の鏡部材１４の反射面１４ａ、及び光制御パネル１１の入光面１１ａは同一平面上にあるが、それぞれ僅少の範囲で角度又は高さが異なる平面上に配置されていてもよい。

【0017】

光制御パネル１１は、図２に示すように、特許文献２（特許第４８６５０８８号公報）に記載のものと同一であり、ガラス又は透明プラスチックからなる透明シート１６、１７の内部に、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反射部１８、１９を有する第１、第２の光制御部材２０、２１を、それぞれの帯状の反射部１８、１９を交差させた状態で向かい合わせている。
そして、物体２３のＡ、Ｂから出た光は、反射部１９、１８を介して、Ａ’、Ｂ’の位置に実像２４として結像している。

【0018】

図１に示すように、第２の鏡部材１４は、光制御パネル１１の入光面１１ａの延長面（以下、基準面という）上に配置されている。第２の鏡部材１４の幅（又は広さ）は任意であるが、表示部１２の幅（又は広さ）の１〜４倍程度とするのが好ましい。

【0019】

また、第１の鏡部材１３は、第２の鏡部材１４及び光制御パネル１１と平行かつ一定の距離Ｄを有して配置されている。第１の鏡部材１３は、光制御パネル１１、第２の鏡部材１４及び表示部１２を加えた面積、及び形状を有することが好ましいが、光制御パネル１１及び第２の鏡部材１４を加えた面積及び形状であっても動作可能である。即ち、第１の鏡部材１３の広さは、以上に説明した広さに限定されない。

【0020】

続いて、本実施例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。
表示部１２が例えば、液晶ディスプレイ等である場合、対象画像となる表示部１２の全面から光を発することになるが、この実施例では、表示部１２の表面の点（例えば、一端）Ｐから発する光について説明する。
Ｐから発した放射状となっている光ａ、ｂ、ｃは、第１の鏡部材１３に照射されて反射し、光制御パネル１１に入射し、光制御パネル１１の反射部１８、１９で反射して光ａ’、ｂ’、ｃ’となってＰ’の位置に集光し、（表示部１２の）他端Ｑから発した光についても同様にＱ’の位置に集光するので、結果として、表示部１２の実像２６を光制御パネル１１の前側に結像する。

【0021】

この場合、第１の鏡部材１３で一回の反射である（ｎ＝１）ので、実像２６の位置は、光制御パネル１１の前側で、基準面から（ｎ＋１）×Ｄの位置に形成される。
これによって、表示部１２の位置が、第１の鏡部材１３に対して虚像位置１２ａとなり、光学結像装置１０全体の厚みを減らすことができる。即ち、この実施例ではＤだけ薄くすることができる。

【0022】

次に、第２の鏡部材１４の反射も考慮すると、以下のようになる。即ち、表示部１２のＱから発した光ｅ、ｆは、第１の鏡部材１３で反射し、更に第２の鏡部材１４で反射する。
この光をｅ’、ｆ’とする。更に、第１の鏡部材１３の内面（反射面１３ａ）で反射し、その反射光が光制御パネル１１に入射し、光制御パネル１１の反射部１８、１９を介して、光制御パネル１１から出た光ｅ”、ｆ”がＱ”に集光して、かつＰについても同様にＰ”に集光して、光制御パネル１１の前側に実像２７が形成される。

【0023】

この実像２７の位置は、３回反射である（ｎ＝３）であるので、基準面から（ｎ＋１）×Ｄ（即ち、４Ｄ）の位置に形成される。１２ｂは第１の鏡部材１３に対する表示部１２の虚像位置を示す。
従って、１回反射の場合に比較して、実像２７の位置を基準面から更に遠ざけて形成できる。
なお、図１に示す構成を装置化すると、２つの実像２６、２７が形成されることになるので、２倍位置（基準面から２Ｄの位置）に実像２６のみを形成する場合は、第２の鏡部材１４を省略することになる。即ち、光制御パネル１１の一端に接して又は近接して表示部１２を配置し、表示部１２に表示される対象画像からの光を、第１の鏡部材１３で反射させて、光制御パネル１１にて、光制御パネル１１の前側に対象画像を結像させることになる。

【0024】

また、４倍位置（基準面から４Ｄの位置）のみに実像２７を形成する場合は、第１の鏡部材１３で二回反射され第２の鏡部材１４で一回反射される光のみが必要となり、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、第１、第２の鏡部材１３、１４の中央に遮光材を配置してもよいし、実像２６の手前側（即ち、光制御パネル１１の前側）に遮光材を配置することもできる。

【0025】

なお、第１、第２の鏡部材１３、１４による反射回数ｎを更に増やすと基準面から（ｎ＋１）×Ｄの位置に実像を形成できるので、基準面からの実像の形成位置を更に拡大することもできる。

【0026】

図１において、表示部３０を光制御パネル１１の入光面１１ａに対して、表示部３０と第２の鏡部材１４との境界部で折り曲げ、平面状の表示部３０を傾斜して配置することもできる。この場合、この光学結像装置１０の前方に、斜め傾斜した実像３１、３２が形成されることになる。なお、当然のことながら、第２の鏡部材１４は省略可能である。

【0027】

続いて、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、本発明の第２、第３の実施例に係る光学結像装置３５、３６について説明する。これらの実施例においては、光制御パネル１１、第２の鏡部材１４及び表示部１２と、第１の鏡部材１３との間の空間部が透明物質（透明板）３８、４１に置き換わっている。即ち、板状の透明物質３８、４１の一方の面（例えば、下面）に、第１の鏡部材１３が、透明物質３８、４１の他方の面（例えば、上面）の一部に第２の鏡部材１４が形成されている。この第１の鏡部材１３、第２の鏡部材１４の形成は透明物質３８、４１の表面（両面）に、銀又はアルミ等の金属の蒸着によって形成されている。

【0028】

図３（Ａ）に示す第２の実施例に係る光学結像装置３５において、光制御パネル１１と表示部１２は透明物質３８の他方の面に接着又は密着して配置されており、その構成、動作は第１の実施例に係る光学結像装置１０と同一である。
なお、ここで、透明物質３８（４１も同じ）はガラス（板）、透明プラスチック板からなる。

【0029】

図３（Ｂ）には第３の実施例に係る光学結像装置３６を示す。第２の実施例に係る光学結像装置３５と相違する点は、表示部４０が光制御パネル１１の入光面１１ａに対して折り曲げ傾斜して配置されていることである。即ち、板状の透明物質４１の一側に傾斜面が設けられ、この傾斜面に沿って表示部４０が配置されている。なお、折り曲げ傾斜とは、折り曲げ線（境界部）に対して直交する面での傾斜角が等しい傾斜をいい、平面を直線状の折り曲げ線を基準に折り曲げた角度になる。

【0030】

第２、第３の実施例に係る光学結像装置３５、３６においては、光制御パネル１１及び第２の鏡部材１４（省略もある）と第１の鏡部材１３との隙間が透明物質３８、４１によって充填されるので、装置の製造が容易となり、かつ強度的にも向上する。

【0031】

本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で、光制御パネルの構造、光制御パネルと表示部の位置、第１、第２の鏡部材の位置を変えることもできる。なお、鏡部材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鏡部材の鏡面を基準として考える。また、物質の全反射を用いる場合は、全反射面が鏡面となる。
そして、光制御パネル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。

【産業上の利用可能性】

【0032】

実像を光学結像装置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。

【符号の説明】

【0033】

１０：光学結像装置、１１：光制御パネル、１１ａ：入光面、１２：表示部、１２ａ、１２ｂ：虚像位置、１２ｄ：発光面、１３：第１の鏡部材、１３ａ：反射面、１４：第２の鏡部材、１４ａ：反射面、１６、１７：透明シート、１８、１９：反射部、２０：第１の光制御部材、２１：第２の光制御部材、２３：物体、２４、２６、２７：実像、３０：表示部、３１、３２：実像、３５、３６：光学結像装置、３８：透明物質、４０：表示部、４１：透明物質

【図1】

【図2】

【図3】