特開 2024-80680 空中画像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080680

(43)【公開日】2024-06-13

(54)【発明の名称】空中画像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20240606BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20240606BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20240606BHJP

   G09F 19/12 20060101ALI20240606BHJP

   G09F 9/00 20060101ALI20240606BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240606BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

F21V5/04 650

F21V5/04 350

F21S2/00 330

F21S2/00 350

G09F19/12 Z

G09F19/12 F

G09F9/00 357

F21Y115:10

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023203577

(22)【出願日】2023-12-01

(31)【優先権主張番号】111146352

(32)【優先日】2022-12-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】517313512

【氏名又は名称】達運精密工業股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＤＡＲＷＩＮ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２０－１， Ｇｕａｎｇｆｕ Ｎ． Ｒｄ．， Ｈｕｋｏｕ Ｔｏｗｎｓｈｉｐ， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｃｏｕｎｔｙ， Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100125265

【弁理士】

【氏名又は名称】貝塚 亮平

(72)【発明者】

【氏名】張軒維

(72)【発明者】

【氏名】徐智平

(72)【発明者】

【氏名】柯雅涵

【テーマコード（参考）】

2H199

5G435

【Ｆターム（参考）】

2H199BA32

2H199BB05

2H199BB06

2H199BB67

2H199BB68

5G435AA01

5G435BB04

5G435EE49

5G435FF07

5G435GG05

5G435HH02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】空中画像を鮮明にし、側面視野角からの二次画像の干渉を軽減することができる空中画像装置を提供する。
【解決手段】空中画像装置１０は、コリメート光学部品１２と、光源部品１４と、結像ユニット１６と、マイクロレンズアレイ１８とを含む。光源部品は、コリメート光学部品に対応し、ビームＬ１をコリメート光学部品に射出するように構成され、ビームは、コリメート光学部品によって平行ビームＬ２に変換され、強度の半分での平行ビームの広がり角は±１５度未満である。結像ユニットは、コリメート光学部品が光源部品と結像ユニットとの間に位置するように、コリメート光学部品の光源部品から離れた側に設けられ、平行ビームは、結像ユニットを平行に通過して画像ビームＬ３に変換されるように適合される。マイクロレンズアレイは、結像ユニットのコリメート光学部品から離れた側に設けられ、画像ビームを集束させて空中画像２０として投影する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コリメート光学部品と、
前記コリメート光学部品に対応し、ビームを前記コリメート光学部品に射出するように構成された光源部品であって、前記ビームが前記コリメート光学部品によって平行ビームに変換され、強度の半分での前記平行ビームの広がり角が±１５度未満である、光源部品と、
前記コリメート光学部品が前記光源部品と結像ユニットとの間に位置するように、前記コリメート光学部品の前記光源部品から離れた側に設けられた結像ユニットであって、前記平行ビームが、前記結像ユニットを平行に通過して画像ビームに変換されるように適合される、結像ユニットと、
前記結像ユニットの前記コリメート光学部品から離れた側に設けられ、前記画像ビームを集束させて空中画像として投影するマイクロレンズアレイとを備える、空中画像装置。

【請求項2】

前記光源部品の数は複数であり、前記コリメート光学部品の数は複数であり、前記コリメート光学部品の数は前記光源部品の数に対応し、かつ前記コリメート光学部品はそれぞれ、前記光源部品に１つずつ対応する、請求項１に記載の空中画像装置。

【請求項3】

前記コリメート光学部品又は前記光源部品の配置は、マトリックス配置、六角形配置、又は多角形配置である、請求項２に記載の空中画像装置。

【請求項4】

空中タッチモジュールを更に含み、前記空中画像は、予め設定された画像表示領域に位置し、前記空中タッチモジュールは、前記マイクロレンズアレイと前記画像表示領域との間に配置され、また、前記空中タッチモジュールは空中タッチ感知領域を有し、前記空中タッチ感知領域は前記画像表示領域をカバーする、請求項１に記載の空中画像装置。

【請求項5】

前記空中タッチ感知領域は、前記空中タッチモジュールの上方０～１０センチメートルの範囲内にある、請求項４に記載の空中画像装置。

【請求項6】

前記コリメート光学部品と前記光源部品との間の距離は０ミリメートル～５０ミリメートルである、請求項１に記載の空中画像装置。

【請求項7】

前記光源部品は発光ダイオードを含む、請求項１に記載の空中画像装置。

【請求項8】

前記コリメート光学部品は、基板と、複数の微細構造とを含み、前記基板は、対向する上面及び下面を含み、前記上面は前記結像ユニットに面しており、前記複数の微細構造は前記上面と前記下面のいずれか又は両方に形成される、請求項１に記載の空中画像装置。

【請求項9】

前記複数の微細構造は、複数のＶ字型溝を含み、前記複数のＶ字型溝は、等間隔及び等深さのいずれか又は両方で配置される、請求項８に記載の空中画像装置。

【請求項10】

隣接する前記複数のＶ字型溝の間の距離は１０ミクロン～５００ミクロンであり、前記複数のＶ字型溝の深さは１０ミクロン～５００ミクロンである、請求項８に記載の空中画像装置。

【請求項11】

前記基板の材料は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又はポリカーボネート（ＰＣ）である、請求項８に記載の空中画像装置。

【請求項12】

前記コリメート光学部品は、紫外線インプリント、射出又は熱平坦化プロセスを通じて形成される、請求項８に記載の空中画像装置。

【請求項13】

前記コリメート光学部品はフレネルレンズである、請求項１に記載の空中画像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は空中画像装置に関し、特に空中画像を鮮明にすることができる空中画像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

物理的な機械式ボタンは操作中にボタン本体に直接接触する必要があるため、長期間使用すると磨耗が避けられず、耐用年数が短くなる。また、物理的な機械式ボタンを公共の場に設置すると、多くの人が接触するため、ウイルスや細菌などの感染性病原体の付着など、衛生面での懸念が生じやすい。接触によって引き起こされる可能性のある上記の欠陥及び／又はリスクを低減又は回避するために、識別及び更に対応する操作のために予め設定された空中画像を形成する技術がそれに応じて開発されてきた。

【発明の概要】

【0003】

本発明は、空中画像を鮮明にし、側面視野角からの二次画像の干渉を軽減することができる空中画像装置を提供する。

【0004】

本発明により提供される空中画像装置は、コリメート光学部品と、光源部品と、結像ユニットと、マイクロレンズアレイとを含む。光源部品は、コリメート光学部品に対応し、ビームをコリメート光学部品に射出するように構成され、ビームは、コリメート光学部品によって平行ビームに変換され、強度の半分での平行ビームの広がり角は±１５度未満である。結像ユニットは、コリメート光学部品が光源部品と結像ユニットとの間に位置するように、コリメート光学部品の光源部品から離れた側に設けられ、平行ビームは、結像ユニットを平行に通過して画像ビームに変換されるように適合される。マイクロレンズアレイは、結像ユニットのコリメート光学部品から離れた側に設けられ、画像ビームを集束させて空中画像として投影する。

【0005】

本発明の一実施形態では、上記光源部品の数は複数であり、コリメート光学部品の数は複数であり、コリメート光学部品の数は光源部品の数に対応し、かつコリメート光学部品はそれぞれ、光源部品に１つずつ対応する。

【0006】

本発明の一実施形態では、上記コリメート光学部品又は光源部品の配置は、マトリックス配置、六角形配置、又は多角形配置であってもよい。

【0007】

本発明の一実施形態では、上記空中画像装置は、空中タッチモジュールを更に含み、空中画像は、予め設定された画像表示領域に位置し、空中タッチモジュールは、マイクロレンズアレイと画像表示領域との間に配置され、また、空中タッチモジュールは空中タッチ感知領域を有し、空中タッチ感知領域は画像表示領域をカバーする。

【0008】

本発明の一実施形態では、上記空中タッチ感知領域は、空中タッチモジュールの上方０～１０センチメートルの範囲内である。

【0009】

本発明の一実施形態では、上記コリメート光学部品と光源部品との間の距離は０ミリメートル～５０ミリメートルである。

【0010】

本発明の一実施形態では、上記光源部品は発光ダイオードを含む。

【0011】

本発明の一実施形態では、上記コリメート光学部品は、基板と、複数の微細構造とを含み、基板は、対向する上面及び下面を含み、上面は結像ユニットに面しており、微細構造は上面と下面のいずれか又は両方に形成される。

【0012】

本発明の一実施形態では、上記微細構造は、複数のＶ字型溝を含み、Ｖ字型溝は、等間隔及び等深さのいずれか又は両方で配置される。

【0013】

本発明の一実施形態では、隣接するＶ字型溝の間の距離は１０ミクロン～５００ミクロンであり、Ｖ字型溝の深さは１０ミクロン～５００ミクロンである。

【0014】

本発明の一実施形態では、上記基板の材料は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又はポリカーボネート（ＰＣ）である。

【0015】

本発明の一実施形態では、上記コリメート光学部品は、紫外線インプリント、射出又は熱平坦化プロセスを通じて形成される。

【0016】

本発明の一実施形態では、上記コリメート光学部品はフレネルレンズである。

【0017】

本発明は、コリメート光学部品を使用して、光源部品から発散された光源を均一面の平行光源に変換するため、結像フィルムを通過した画像ビームを対応するマイクロレンズアレイに正確に入射させることができ、空中画像装置の画像を鮮明にし、側面視野角からの二次画像の干渉を軽減する。

【0018】

本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点をより明確に理解するために、以下に実施形態を示し、添付の図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態による空中画像装置の概略図である。

【図2】本発明の一実施形態による平行ビームの輝度対視野角の分布を示す概略図である。

【図3】本発明の一実施形態によるコリメート光学部品の断面構造概略図である。

【図4】本発明の一実施形態による光源部品及びコリメート光学部品の構成概略図である。

【図5】本発明の一実施形態による空中画像装置の応用例を示す概略図である。

【図6】本発明の一実施形態による、空中表示タッチボタンとして使用される空中画像装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は、本発明の一実施形態による空中画像装置の概略図である。図１に示すように、空中画像装置１０は、コリメート光学部品１２と、光源部品１４と、結像ユニット１６と、マイクロレンズアレイ１８とを含む。光源部品１４は、コリメート光学部品１２に対応し、ビームＬ１をコリメート光学部品１２に射出するように構成され、ビームＬ１は、コリメート光学部品１２によって平行ビームＬ２に変換され、強度の半分での平行ビームＬ２の広がり角は±１５度未満である。図２は、本発明の一実施形態による平行ビームの輝度対視野角の分布を示す概略図である。図２に示すように、０度方向の輝度を１００％とした場合、輝度５０％のときの視野角は±１５度未満となる。

【0021】

上記の説明を続けると、図１に示すように、結像ユニット１６は、コリメート光学部品１２の光源部品１４から離れた側に設けられ、マイクロレンズアレイ１８は、結像ユニット１６のコリメート光学部品１２から離れた側に設けられ、すなわち、光源部品１４、コリメート光学部品１２、結像ユニット１６、及びマイクロレンズアレイ１８は順に配置される。コリメート光学部品１２は、光源部品１４と結像ユニット１６との間に位置し、平行ビームＬ２は、結像ユニット１６を平行に通過して画像ビームＬ３に変換されるように適合される。マイクロレンズアレイ１８は、画像ビームＬ３を集束させて空中画像２０として投影する。一実施形態では、結像ユニット１６は、予め設定されたパターンを有するネガフィルム、フォトマスク、又はコーティングフィルムであってもよい。マイクロレンズアレイ１８は、両凸レンズアレイであってもよいが、これに限定されず、平凸レンズアレイであってもよい。

【0022】

コリメート光学部品１２は、基板２２と、複数の微細構造２４とを含む。図３は本発明の一実施形態によるコリメート光学部品の断面構造概略図である。図１及び図３に示すように、基板２２は、対向する上面２２１及び下面２２２を含み、下面２２２は光源部品１４に面しており、上面２２１は結像ユニット１６に面しており、微細構造２４は上面２２１に形成されるが、これに限定されない。図示されていない実施形態では、微細構造２４は下面２２２に形成されてもよく、又は上面２２１と下面２２２の両方に微細構造２４が形成されてもよい。一実施形態では、微細構造２４は、複数のＶ字型溝２４１を含み、Ｖ字型溝２４１は、例えば円形に囲んでおり、複数のＶ字型溝２４１は、例えば、等間隔ではなく等深さで配置されてもよいし、等深さではなく等間隔で配置されてもよいし、等深さかつ等間隔で配置されてもよい。図３は、複数のＶ字型溝２４１が等間隔ではなく等深さで配置された例を示す。一実施形態では、隣接するＶ字型溝２４１の間の距離Ｄ１は１０ミクロン～５００ミクロンであり、Ｖ字型溝２４１の深さＤ２は１０ミクロン～５００ミクロンである。基板２２の材料は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又はポリカーボネート（ＰＣ）である。一実施形態では、コリメート光学部品１２は、紫外線インプリント（ＵＶ ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ）、射出又は熱平坦化プロセスを通じて形成することができる。別の実施形態では、コリメート光学部品１２はフレネルレンズであってもよい。

【0023】

図４は、本発明の一実施形態による光源部品及びコリメート光学部品の構成概略図である。図４に示すように、一実施形態では、光源部品１４の数は複数であり、コリメート光学部品１２の数は複数であり、コリメート光学部品１２の数は光源部品１４の数に対応し、かつコリメート光学部品１２はそれぞれ、光源部品１４に１つずつ対応する。一実施形態では、コリメート光学部品１２／光源部品１４の配置は、マトリックス配置、六角形配置、又は多角形配置であってもよい。更に、一実施形態では、コリメート光学部品１２と光源部品１４との間の距離Ｄ３は、０ミリメートル～５０ミリメートルであってもよく、すなわち、光源部品１４は、コリメート光学部品１２に密着していてもよく、又はコリメート光学部品１２から５０ミリメートル未満の距離だけ離れていてもよい。

【0024】

図５は、本発明の一実施形態による空中画像装置の応用例を示す概略図である。ここで、空中画像装置１０は、収容キャビティ３０内に配置されている。光源部品１４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）１４１、回路基板１４２、及び接続構造１４３を含み、回路基板１４２は、収容キャビティ３０の底部に配置され、発光ダイオード１４１は回路基板１４２上に配置され、接続構造１４３は回路基板１４２に電気的に接続され、また外部の電源、制御装置又は他の装置に接続される。
また、空中画像２０は、収容キャビティ３０の外側の予め設定された画像表示領域３２に表示される。

【0025】

引き続き図５を参照すると、空中画像装置１０は、マイクロレンズアレイ１８と画像表示領域３２との間に配置された空中タッチモジュール３４を更に含む。具体的には、フレーム３６を使用して収容キャビティ３０の壁３０１を画定し、壁３０１は、画像表示領域３２に面する開口部３０２を画定することができる。空中タッチモジュール３４は開口部３０２の上に配置され、空中タッチモジュール３４は空中タッチ感知領域３８を有し、空中タッチ感知領域３８は、例えば、空中タッチモジュール３４の真上に位置し、かつ画像表示領域３２をカバーする。一実施形態では、空中タッチ感知領域３８は、例えば、空中タッチモジュール３４の上方０～１０センチメートルの範囲内であり、すなわち、空中タッチ感知領域３８の最高点と空中タッチモジュール３４との間の距離Ｄ４は、０センチメートル～１０センチメートルである。更に図５に示すように、一実施形態では、フレーム３６は、画像ビームＬ３を通過させる透明カバープレート４０を更に含み、この透明カバーは、収容キャビティ３０の開口部３０２及び空中タッチモジュール３４を覆い、美観及び保護などの効果を達成する。

【0026】

図６は、本発明の一実施形態による、空中表示タッチボタンとして使用される空中画像装置の概略図である。図６に示すように、空中画像装置１０は、空中表示タッチボタンとして、例えばエレベータ又は現金自動預け払い機（ＡＴＭ）のキーパネル４２上に配置され、エレベータ／現金自動預け払い機の既存のスイッチモジュールの外観に適合し、かつエレベータ／現金自動預け払い機の電気信号に対応し、ここで、空中画像装置１０のフレーム３６はキーパネル４２に収容され、デジタル画像などの空中画像２０はキーパネル４２の上方に浮いて現れる。

【0027】

上記によれば、本発明の空中画像装置の一実施形態では、コリメート光学部品を使用して、光源部品から発散された光源を均一面の平行光源に変換することにより、結像フィルムを通過した画像ビームを対応するマイクロレンズアレイに正確に入射させることができ、空中画像装置の画像を鮮明にし、側面視野角からの二次画像の干渉を軽減する。

【0028】

以上、実施形態を通じて本発明を開示したが、これらは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いくつかの変更及び修正を行うことができる。したがって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるものとする。

【符号の説明】

【0029】

１０：空中画像装置
１２：コリメート光学部品
１４：光源部品
１４１：発光ダイオード
１４２：回路基板
１４３：接続構造
１６：結像ユニット
１８：マイクロレンズアレイ
Ｌ１：ビーム
Ｌ２：平行ビーム
Ｌ３：画像ビーム
２０：空中画像
２２：基板
２２１：上面
２２２：下面
２４：微細構造
２４１：Ｖ字型溝
Ｄ１：距離
Ｄ２：深さ
Ｄ３、Ｄ４：距離
３０：収容キャビティ
３０１：壁
３０２：開口部
３２：画像表示領域
３４：空中タッチモジュール
３６：フレーム
３８：空中タッチ感知領域
４０：透明カバープレート
４２：キーパネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】