(57)【要約】セキュリティのアプリケーションのための広角視角装置を開示している。装置は、広角レンズと、拡散スクリーンとを具える。広角レンズは、イメージインバータと、迷光を取り除くための手段を組み込んでいる。【選択図】図２Ｆ
2011503634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージを表示する装置において：
広角レンズと、スクリーンとを具え；
前記広角レンズは、前記スクリーンに外部環境の正立像を形成し、
前記広角レンズは、イメージインバータを組み込んでおり、
前記イメージインバータは、上側及び下側部材を具えており、
前記上側部材は、予め定められた入射角より大きい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、前記下側部材は、予め定められた入射角より小さい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、
前記部材の各々は、前記外部環境からの光が入る入射面と、反射面と、出射面とを具え、
前記部材は、前記装置の対称軸を中心に対称的に位置し、
前記反射面は、背中合わせに、実質的に重なるように位置し、
前記部材の各々は、順に位置する第１及び第２の光学部材に分割されており、
前記第１の部材は、入射面を提供する第１の面と、第２の面とを具え、前記第２の部材は、前記第１の部材の第２の面と同じ形状の第１の面と、前記出射面を提供する第２の面とを具え、前記第１の部材の第２の面及び前記第２の部材の第１の面は、エアギャップによって分離されており、
前記第１の部材の第２の面は、前記反射面を遮断しない方向で前記外部環境からの入射光のために、全反射面として機能することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記第１の部材の第１の面及び前記第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つが湾曲していることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記第１の部材の第１の面及び前記第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つが傾斜平坦面であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記第１の部材の第１の面及び前記第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つが円錐面であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記反射面が全反射面であることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記反射面が、前記第１及び第２の部材によって２つの部分に分割されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記広角レンズが、前記イメージインバータと前記スクリーンの間に位置する少なくとも１のレンズを具えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、前記広角レンズは、前記外部環境と前記イメージインバータの間に位置する少なくとも１のレンズを具えることを特徴とする装置。
【請求項９】
イメージを表示する装置において：
広角レンズと、スクリーンとを具え；
前記広角レンズは、イメージインバータを組み込んでおり、
前記イメージインバータは、同一の上側及び下側部材を具えており、
前記部材の各々は、前記外部環境からの光が入る入射面と、反射面と、出射面とを具え、
前記反射面は、背中合わせに、実質的に重なるように位置し、
前記部材の各々は、順に位置する第１及び第２の光学部材に分割されており、
前記第１の部材は、入射面を提供する第１の面と、第２の面とを具え、前記第２の部材は、前記第１の部材の第２の面と同じ形状の第１の面と、前記出射面を提供する第２の面とを具え、前記第１の部材の第２の面及び前記第２の部材の第１の面は、エアギャップによって分離されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
イメージを表示する装置において：
広角レンズと；多重反射レンズと；スクリーンとを具え；
前記広角レンズは、外部環境からの光が入ることを可能とし；
前記多重反射レンズは：
前記広角レンズからの光が入るように機能的に作用する第１の光伝達面と；
観察者の方へ光を伝達するように機能的に作用する第２の光伝達面と；
観察者の方へ光を伝達するように機能的に作用する第３の光伝達面と；
第１の光反射面と；
第２の光反射面とを具えており；
前記広角レンズは、イメージインバータを組み込んでおり、
前記イメージインバータは、上側及び下側部材を具えており、
前記上側部材は、予め定められた入射角より大きい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、前記下側部材は、予め定められた入射角より小さい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、
前記部材の各々は、前記外部環境からの光が入る入射面と、反射面と、出射面とを具え、
前記部材は、前記装置の対称軸を中心に対称的に位置し、
前記反射面は、背中合わせに、実質的に重なるように位置し、
前記部材の各々は、順に位置する第１及び第２の光学部材に分割されており、
前記第１の部材は、入射面を提供する第１の面と、第２の面とを具え、前記第２の部材は、前記第１の部材の第２の面と同じ形状の第１の面と、前記出射面を提供する第２の面とを具え、前記第１の部材の第２の面及び前記第２の部材の第１の面は、エアギャップによって分離されており、
前記第１の部材の第２の面は、前記反射面を遮断しない方向で前記外部環境からの入射光のために、全反射面として機能し、
前記外部環境から前記観察者への、第１の多重度の光路は、前記第１の伝達面を通過し、少なくとも１の光屈折媒体を横切り、前記第２の伝達面を通過し；
前記外部環境から前記観察者への、第２の多重度の光路は、前記第１の伝達面を通過し、前記第１の反射面の第１の反射と前記第２の反射面の第２の反射を経て、前記第３の伝達面を通過し；前記光路は、少なくとも１の光屈折媒体を横切ることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、拡散スクリーンが、前記多重反射レンズと前記観察者の間に位置することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置において、前記イメージインバータは、一対の同一の光学部材を具えており、各々はさらに、入射面と、平坦反射面と、出射面とを具え、前記光学部材は、前記多重反射レンズの対称軸を中心に対称的に位置し、前記平坦反射面が実質的に隣接していることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の装置において、前記第１の多重度の光路は、予め規定された値以下の前記第１の伝達面の入射角を有する入射光に対応し、前記第２の多重度の光路は、予め規定された値より大きい前記第１の伝達面の入射角を有する入射光に対応することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の装置において、前記第１の多重度の光路は、前記第１の反射面の臨界角未満の入射角を有する入射光に対応し、前記第２の多重度の光路は、前記第１の反射面の臨界角以上の高い入射角を有する入射光に対応することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載の装置において、前記第２の反射面は前記第１の伝達面を囲んでおり、前記第１の反射面は前記第２の伝達面を囲んでおり、前記第３の伝達面は、前記第１の反射面と前記第２の伝達面の両方を囲んでいることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載の装置において、レンズ及び拡散スクリーンは、前記多重反射レンズと前記観察者の間に順番に位置することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張の参照
本出願は、２００６年１１月３０日に出願された英国特許出願ＧＥ０６２３８９３．５の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、視覚装置に関し、特に、セキュリティアプリケーション用の広角視覚装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ホームセキュリティ用のドアビューアがよく知られている。一般的なアプローチの１つは、小型の広角レンズを組み込んでいるのぞき穴を提供することである。のぞき穴は、見る人の顔を小さな穴に押しつけなければならないという問題を有している。
【０００４】
米国特許第４，０８２，４３４号は、凹対物レンズと、中間凹レンズと、凸接眼レンズとを具える広角ドアビューアを開示している。接眼レンズは、対物レンズから予め定められた距離に位置する。中間レンズは、対物レンズによって作られる正立虚像の収差を修正する。接眼レンズは、中間レンズによって作られる像を拡大する。拡大された最終的な正立虚像は、接眼レンズにつくられる。４，０８２，４３４の装置は、虚像の位置によって、実像を提供するように拡散スクリーンを挿入することが非実用的となるという問題を有している。したがって、ユーザーの目を、接眼レンズの近くに配置しなければならない。さらに、凹対物レンズの有効直径が小さいことによって、像が薄暗くなってしまう。より明るい像を提供するために、凹対物レンズの有効直径を大きくすることは、ビューアにシャッタを取り込まない限り、外部からの視覚的なアクセスを可能にしてしまう。
【０００５】
米国特許第４，２５７，６７０号は、共通の光軸に沿って連続的に配置された３つのレンズアセンブリを具える光学のぞき穴装置を開示している。第１のアセンブリは、厚い縁のメニスカスと、両凹レンズとを具えるダブレットを提供する。第２のアセンブリは、互いに等距離に間隔を空けた５つの同様の平凸レンズを具える。第３のアセンブリは、調節を提供して、平凸レンズと接眼レンズとを具える。メニスカスによってつくられる正立虚像は、平凸レンズによって倒立実像に変わる。他の平凸レンズは、最終的な正立実像が平凸レンズにつくられるように、収差を修正し、前記倒立実像の第２の反転を行う。４，２５７，６７０の装置は、平凸レンズに由来する像が正立実像であるが、最終的な像の輝度が多数のレンズによって受ける伝送損失を問題とするという不利点がある。４，０８２，４３４の装置の場合のように、実像を提供することはできず、従って、ユーザの目を接眼レンズの近くに位置させなければならない。さらに、装置は、その長い全長のために従来の家庭用ドアの適用例に適していない。
【０００６】
Ｏｈｎによる米国特許第４，８９２，３９９号は、斜辺面が、前凸レンズ、中間の平凸レンズ、及び平凸接眼レンズに水平に接する断面直角二等辺三角形の２つのプリズムを具えるドアビューアを開示している。前凸レンズは、色収差を補正するために、前凹面と、後凸面とを具える。中間及び接眼レンズの凸面は、バレル歪曲を補正するために互いに面して位置する。ドアビューアは、接眼レンズに隣接して形成された又は提供されたすりガラススクリーン状に像を投じる。
【０００７】
Ｏｈｎ装置の原理に基づくドアビューアは、短い距離から見ることができる、一般的に２５乃至６０ミリメートルの大きさで、小さな実像を提供可能である。Ｏｈｎの発明に基づく商業的に利用できるドアビューアは、Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｓｔａドアビューアとして知られ、インターネットウェブサイトＷＷＷ．ｄｏｏｒｖｉｅｗｅｒｓ．ｃａを介して販売されている。Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｓｔａドアビューアは、１３２°の水平視野を提供し、直径約５７ミリメートルの大きさの出力画像スクリーンを具える。像は、約２メートルの範囲から見うるものであり、小型テレビディスプレイの外観を有する。必要とされるドアの開口部の大きさは、約２０乃至４５ミリメートルの範囲のドアの厚さで、５６ミリメートルである。しかしながら、Ｏｈｎの発明に基づくドアビューアは、視野スクリーンサイズがドア穴の大きさをほぼ決定してしまうという問題を有する。したがって、Ｏｈｎの発明の原理に従って設計されるビューアを用いて広域スクリーンを提供することは難しい。
【０００８】
小さなドア開口と広域スクリーンを具えるドアビューアを設計する際に克服すべきいくつかの問題がある。高輝度の画像を達するために、レンズシステムは、数値的に低いＦ値を必要とし、ここで、Ｆ値は、レンズの有効開口によって分られる画像投影レンズの焦点距離として規定される。
【０００９】
監視角度や、ユーザが利用可能なスクリーン視角の範囲、スクリーンサイズ、ドアのサイズの間で生ずるトレードオフがある。基本的な光学理論は、監視範囲に応じる光収集立体角によって増える入射ひとみ領域の結果は、スクリーン領域によって増える最大スクリーンビューイング立体角度におおよそ等しくすべきであると論じている。大きい視野スクリーンと、広い監視範囲と、広い視角とを具えるドアビューアを提供することは、入射ひとみの大きさを増やすようにしうる。これは、順に、レンズの全体の直径を大きくし、それゆえ必要とされるドアの穴の大きさを大きくする。
【００１０】
ドアビューアの厚さを最小限にするために、投影スクリーンは、大きい曲げ角を具えるべきである。言い換えると、スクリーンは、スクリーン面に急角度の入射光をスクリーン面に実質的に垂直な平均的な方向に向けることができるべきである。測光およびスクリーンの厚さの条件を同時に最大にすることは難しい。
【００１１】
Ｂｕｒｓｔｙｎらによる米国特許第６，５１１，１８６号は、スクリーンを開示している。鋭角の入射角を有する光線は、Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ（ＴＩＲ）Ｆｒｅｓｎｅｌレンズ部材によって、又は回折部材によってビューイングスペースに偏向される。しかしながら、Ｂｕｒｓｔｙｎらによって開示された装置は、小さい寸法のＦｒｅｓｎｅｌレンズファセットによって、数値の小さいＦ値照明に適していない。
【００１２】
理想的にはおよそ１００乃至１５０ミリメートル対角線で、大きな視覚可能領域を提供する低コストのドアビューアの必要性がある。視野は、１３０度水平であるべきである。取付条件は、ドアの変更及び取付技術に関して、既存の技術よりも高い要求をしてはならない。スクリーンは、およそ２メートルの範囲から、及び観察者の高さの一般的な範囲で見えるべきである。望ましくは、ドア穴の大きさは、４０乃至６０ｍｍにあるべきである。デバイスは、ドアの前又は後の面からの突出を最小限にすべきである。デバイスは、出力される像の品質を損ないうる迷光を除去する手段を提供すべきである。
【００１３】
したがって、広範囲の監視、広域視覚可能像、及び小さなドアの開口のみを必要とする細い要素を提供可能な改良されたドアビューアを必要とする。
【発明の概要】
【００１４】
本発明の目的は、広い監視範囲、広面積の視角可能像、及び小さなドア穴のみを必要とする薄い形態の要素を具える改良されたドアビューアを提供することである。
【００１５】
本発明の目的は、イメージインバータを組み込む広角レンズシステムと、多重反射レンズシステムと、拡散スクリーンとを具える第１の実施例で達成される。広角レンズシステムは、多重反射レンズシステムに光学的に結合されており、多重反射レンズと外部環境の間に配置されている。多重反射レンズシステムは、外部からドアビューアへの光の進入を可能とするように機能的に作用する少なくとも第１の伝達面と、観察者の方へ第１の領域の監視範囲を伝達するための第２の伝達面と；観察者の方へ第２の領域の監視範囲を伝達するための第３の伝達面と；第１の反射面と；第２の反射面とを具える。第１の多重度の外部から観察者への光路は、第１の伝達面を通過し、少なくとも１の光屈折媒体を横切り、第２の伝達面を観察者の方へ通過する。第２の多重度の外部から観察者への光路は、第１の伝達面を通過し、第１の反射面の第１の反射と第２の反射面の第２の反射を経験して、第３の伝達面を観察者の方へ通過し、この光路は、少なくとも１の光屈折媒体を横切る。第１の多重度の光路は、予め定められた値未満又は等しい、第１の伝達面の入射角を有する入射光に対応し、第２の多重度の光路は、予め定められた値より大きい第１の伝達面の入射角を有する入射光に対応する。
【００１６】
第２の反射面は、第１の伝達面を囲んでいる。第１の反射面は、第２の伝達面を囲んでおり、第３の伝達面は、第１の反射面と第２の伝達面の両方を囲んでいる。好適な動作構成において、第２の伝達面、第１の反射面、及び第３の伝達面は、第１の単一の連続面にあり、第１の伝達面及び第２の反射面は、第２の単一の連続面にある。第１及び第２の単一の連続面は、少なくとも１の屈折率媒体を封入している。
【００１７】
多重反射レンズシステムの第２又は第３の伝達面のうちの少なくとも１つは、拡散特性を有しても良い。
【００１８】
多重反射レンズシステムの各々の表面は、球形、フレネル、回折、又は非球面の光学的表面形態の１つによって特徴付けられても良い。多重反射レンズシステムの各面は、アナモルフィック面形態を有しても良い。多重反射レンズシステムの各面は、円錐面形態を有しても良い。
【００１９】
多重反射レンズシステムの第１及び第２の反射面のうちの少なくとも１つは、全反射面として機能してもよい。多重反射レンズシステムの第１及び第２の反射面のうちの少なくとも１つは、反射コーティングを具えても良い。
【００２０】
広角レンズシステム及び多重反射レンズシステムは、互いに拡散スクリーン上に外部のイメージを形成する。
【００２１】
イメージインバータは、少なくとも垂直方向に入力イメージを逆にするように機能する光学装置である。イメージインバータは、全反射によって外部の迷光の伝搬を妨げるように位置する少なくとも１のエアギャップを組み込む。
【００２２】
本発明の第１の実施例において、イメージインバータは、一対の同一の上下の光学部材を具える。各部材はさらに、外部からの光が入る入射面と、反射面と、出射面とを具える。これらの部材の反射面は、実質的に重なって、互いに平行に背中合わせに配列されるように背中合わせに配置される。この上側部材は、予め定められた入射角より大きい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、下側部材は、予め定められた入射角より小さい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用する。各部材は、外部からの光路に沿って順に配置されている。第１の部材は、イメージインバータの入力面を提供する第１の面と、第２の面とを具える。第２の部材は、第１の部材の第２の面と同じ形状の第１の面と、イメージインバータの出射面を提供する第２の面とを具える。第１の部材の第２の面及び第２の部材の第１の面は、小さなエアギャップによって分離されている。第１の部材の第２の面は、反射平坦面において反射を生じさせない方向で外部からの入射光のための全反射面として機能する。第１の部材の第２の面によってインバータの外に向けられない周囲の入射光は、入射面を通過して、反射面によって反射され、最終的に出射面を通過する。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは、湾曲していてもよい。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは傾斜面にしてもよい。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは円錐面にしてもよい。
【００２３】
インバータの各部材における反射面は、ミラーコートされるか、代替的に全反射面にしてもよい。望ましくは、反射面は、水平のビューイング平坦面に平行に整列している。反射面が全反射に依存している場合、この面は、小さなエアギャップによって分離されうる。ミラーコーティングが用いられている場所で、反射面は接触してもよい。入射及び出射面は、平坦にしてもよい。代替的に、入射及び出射面のうちの少なくとも１つは湾曲していてもよい。
【００２４】
拡散スクリーンは、多重反射レンズシステムと観察者の間に配置される。拡散スクリーンは、多重反射レンズシステムの第２の伝達面と観察者の間に配置される中央部分と、第３の伝達面と観察者の間に配置される周囲部分とを具える。拡散スクリーンの中央部分は、予め定められた可視方向に多重反射レンズの中央部分から出る光線を曲げるように設計されている。拡散スクリーンの外側部分は、予め定められた可視方向に多重反射レンズの外側部分から出る光線を曲げるように設計されている。
【００２５】
ドアビューアの光学面の全てが、対象の共通軸を具えても良い。
【００２６】
第１の実施例に類似している本発明の別の実施例において、さらなるレンズシステムが、多重反射レンズシステムの第２の伝達面と拡散スクリーンの中央部分との間に配置されている。
【００２７】
第１の実施例に類似している本発明の別の実施例において、多重反射レンズシステムは、第１及び第２の多重度の光線経路が少なくとも１のエアスペースを各々横切るように２つの空気によって間隔を空けた部分に分割されている。エアスペースは、一対の対向する光学面によって囲まれている。これらの対向面は、第１の実施例で用いられる任意の光学面形態を具えても良く、各々は、光学面形態の１より多い種類を具えても良い。
【００２８】
第１の実施例に類似している本発明の別の実施例において、第１の多重度の光路は、第１の反射面の臨界角未満の入射角を有する入射光に対応する。第２の多重度の光路は、第１の反射面の臨界角以上の高い入射角を有する入射光に対応する。
【００２９】
本発明の目的は、第１の実施例の多重反射レンズが、第１及び第２の光学部材に分割されるさらなる実施例において達成される。本発明の代替的な実施例において、イメージインバータは、一対の同一の上下の光学部材を具える。この上側部材は、予め定められた入射角より大きい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、下側部材は、予め定められた入射角より小さい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用する。各部材はさらに、外部からの光が入る入射面と、反射面と、出射面とを具える。本発明の代替的な実施例において、ＭＬＲの第１の部材は、広角レンズからの光が入る第１の面と、第２の面とを具える。第２の部材は、第１の部材の第２の面と同じ形状の第１の面と、第２の面とを具える。第１の部材の第２の面及び第２の部材の第１の面は、小さなエアギャップによって分離されている。第１の部材の第２の面は、反射平坦面において反射を生じさせない方向で外部からの入射光のための全反射面として機能する。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは、湾曲していてもよい。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは傾斜面にしてもよい。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは円錐面にしてもよい。第１の部材の第２の面によって多重反射レンズの外に向けられない周囲の入射光は、本発明の第１の実施例の原理に従って像を造る。
【００３０】
本発明の目的は、広角レンズと、拡散スクリーンとを具える更なる実施例において達成される。広角レンズは、イメージインバータを組み込んでいるこのさらなる実施例は、上述した多重反射レンズを取り除いている。イメージインバータは、一対の同一の上下の光学部材を具える。この上側部材は、予め定められた入射角より大きい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、下側部材は、予め定められた入射角より小さい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用する。各部材はさらに、外部からの光が入る入射面と、反射面と、出射面とを具える。これらの部材の反射面は、実質的に重なって、互いに平行に背中合わせに配列されるように背中合わせに配置される。各光学部材は、外部からの光路に沿って順に配置されている第１及び第２の光学部材に分割される。第１の部材は、イメージインバータの入力面を提供する第１の面と、第２の面とを具える。第２の部材は、第１の部材の第２の面と同じ形状の第１の面と、イメージインバータの出射面を提供する第２の面とを具える。第１の部材の第２の面及び第２の部材の第１の面は、小さなエアギャップによって分離されている。第１の部材の第２の面は、反射平坦面において反射を生じさせない方向で外部からの入射光のための全反射面として機能する。第１の部材の第２の面によってインバータの外に向けられない周囲の入射光は、入射面を通過して、反射面によって反射され、最終的に出射面を通過する。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは、湾曲していてもよい。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは傾斜面にしてもよい。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは円錐面にしてもよい。広角レンズは、さらに、インバータとスクリーンの間に配置された少なくとも１の分離している光学部材を具えても良い。広角レンズは、さらに、外部とインバータの間に配置された少なくとも１の分離している光学部材を具えても良い。広角レンズはスクリーン上に外部のイメージを形成する。
【００３１】
類似の参照符号が類似部品を示す添付図面と併せて以下の詳細な記述を考慮することによって、本発明をより完全に理解することができる。本発明に関する技術範囲において知られる技術的な材料に関連する詳細を明確にするために、詳細に説明していない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の動作構成の概略三次元図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の動作構成の概略三次元図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１の実施例の概略側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１の実施例の概略後面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明で使用されうるイメージインバータの概略側面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明で使用されうるイメージインバータの概略正面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明で使用されうる別のイメージインバータの概略側面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本発明で使用されうるさらなるイメージインバータの概略側面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、本発明で使用されうるさらなるイメージインバータの概略側面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、本発明で使用されうるさらに別のイメージインバータの概略側面図である。
【図３】図３は、表示されるイメージの中央及び周辺領域を示す概略後面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施例の光線の伝搬を示す概略側面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施例の概略側面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施例の光線の伝搬を示す概略側面図である。
【図７】図７は、本発明のさらなる実施例の概略側面図である。
【図８】図８は、本発明のさらなる実施例の概略側面図である。
【図９】図９は、本発明のさらなる実施例の概略側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施例の詳細の概略側面図である。
【図１１】図１１は、本発明のさらなる実施例で使用される光学面の概略側面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、本発明で使用されうるイメージインバータの概略側面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、本発明で使用されうるイメージインバータの概略正面図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、本発明で使用されうる別のイメージインバータの概略側面図である。
【図１２Ｆ】図１２Ｆは、本発明で使用されうるさらなるイメージインバータの概略側面図である。
【図１２Ｇ】図１２Ｇは、本発明で使用されうるさらなるイメージインバータの概略側面図である。
【図１２Ｈ】図１２Ｈは、本発明で使用されうるさらに別のイメージインバータの概略側面図である。
【図１３】図１３は、本発明のさらなる実施例の概略側面図である。
【図１４】図１４は、本発明のさらなる実施例の概略側面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、本発明で使用されうるイメージインバータの概略側面図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、本発明で使用されうるイメージインバータの概略正面図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、本発明で使用されうる別のイメージインバータの概略側面図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、本発明で使用されうるさらなるイメージインバータの概略側面図である。
【図１５Ｇ】図１５Ｇは、本発明で使用されうるさらなるイメージインバータの概略側面図である。
【図１５Ｈ】図１５Ｈは、本発明で使用されうるさらに別のイメージインバータの概略側面図である。
【図１６】図１６は、本発明のさらなる実施例の概略側面図である。
【図１７】図１７は、本発明のさらなる実施例の概略側面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の特定の実施例の概略側面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の別の特定の実施例の概略側面図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、本発明の別の特定の実施例の概略側面図である。
【図１８Ｄ】図１８Ｄは、本発明の別の特定の実施例の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の原理に従うドアビューアの基本的な概念を図１に示す。図１Ａは、ドアビューアの概略三次元図を示す。本発明の第１実施例において、ドアビューアは、広角レンズシステム１０と、多重反射レンズシステム２０と、視野スクリーン部材３０とを具える。広角レンズ・システムは、更に詳細に後述される少なくともイメージインバータと、反射レンズシステムへの光学インターフェースとを具える。広角レンズシステムは、さらに、追加のレンズ部材を具えても良い。図１Ｂは、一般的な動作構成におけるドアビューアを示している概略側面図を示す。広角レンズシステムは、ドア５０の円筒形の穴に挿入されている。図１では、入力光線は、全体として１０００で示され、出力光線は、全体として２０００で示される。図１は、一般的な動作構成における本発明のおよその外観を示す目的のためのみに提供されている点に留意する必要がある。光学的システムの詳細は、以下の本発明の実施例の説明で論じる。
【００３４】
ドアビューアの第１の実施例は、図２で概略的に示される。図２Ａによって、ドアビューアは、広角レンズシステム１と、多重反射レンズシステム２と、拡散スクリーン４とを具える。広角レンズシステムは、少なくとも１の前の屈折面１１と、多重反射レンズシステムに入射面を提供する面１２とを具える。面１２は、広角レンズの内面にしてもよい。代替的に、面１２は広角レンズの後面にして、後面は、多重反射レンズシステムに接触しているか、空気分離しているかのいずれかにしてもよい。代替的に、広角レンズは多重反射レンズシステムの一部を形成してもよく、仮想面に対応する面１２は、広角及び多重反射レンズシステムを分離してもよい。
【００３５】
多重反射レンズシステムは、入射面１２と、反射曲面２１ａ、２１ｂと、中央曲面部２２と、反射曲面部２３ａ、２３ｂと、透過曲面部２４ａ、２４ｂとを具える。本発明の好適な実施例において、面２１ａ、１２、２１ｂは、第１の単一連続面を形成し、面２４ａ、２３ａ、２２、２３ｂ、２４ｂは、第２の単一連続面を形成する。これらの第１及び第２の面は、少なくとも１の屈折媒体を囲む。望ましくは、屈折媒体は、光学プラスチックである。代替的に、屈折媒体は、光学ガラスにしてもよい。発明を説明するために、レンズは、軸対称形であると仮定され、本発明は、点ＡＡ’を横切るメリジオナル平面に限定される光線に関して説明される。また、反射曲面２１ａ、２１ｂ及び２３ａ、２３ｂ及び透過曲面部２４ａ、２４ｂは、前記メリジオナル平面を具える環状表面領域の交差を表すことが理解されるであろう。それゆえに、多重反射レンズシステムは、入射面１２と、反射曲面２１ａ、２１ｂと、中央曲面部２２と、反射曲面部２３ａ、２３ｂと、透過曲面部２４ａ、２４ｂとを具える。図２Ｂは、メリジオナル部分面２４ａ、２３ａ、２２、２３ｂ、２４ｂに対応する実際の面部分の位置を示す多重反射レンズシステムの後部面の後立面図を提供する。多重反射レンズシステムの反射面は、全反射に頼るようにしてもよい。代替的に、反射面は、ミラーコーティングを使用しても良い。多重反射レンズシステムの各々の表面は、球形、フレネル、回折、又は非球面の光学的表面形態の１つによって特徴付けられても良い。多重反射レンズシステムの各面は、アナモルフィック面形態を有しても良い。多重反射レンズシステムの各面は、円錐面形態を有しても良い。
【００３６】
広角レンズ１には、２つの主な機能がある。第１の機能は、大きなフイールド角度で光を集めることである。一般的に、広角レンズは０度から±６０度まで光を集める。多重反射レンズは、有効に像を逆にするので、逆の反転を適用する必要がある。したがって、広角レンズの第２の機能は、少なくとも垂直方向に像の方向を逆にすることである。したがって、広角レンズは、以下の段落に記載のイメージインバータを組み込む。
【００３７】
広角レンズシステムは、１又はそれ以上のレンズ部材を取り入れてもよい。レンズは、内部の開口絞りを提供するように設計されてもよい。代替的に、レンズは、たとえば横長レンズにおいて、外部絞りを具えるように設計されてもよい。広角レンズシステムは、球面、非球面、回折面、及び当業者に既知の他の面の形態のうちの少なくとも１つを有してもよい。本発明は、広角レンズ形状のなんらかの特定の種類に限定されない。
【００３８】
イメージインバータは、少なくとも垂直方向で入力像を反転するように機能的に作用する光学的装置である。本発明の一実施例において、イメージインバータは、一対の同一の上下の光学部材を具える。この上側部材は、予め定められた入射角より大きい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、下側部材は、予め定められた入射角より小さい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用する。各光学部材は、外部からの光が入る入射面と、反射平坦面と、出射面とを具える。これらの部材の反射面は、実質的に重なって、互いに平行に背中合わせに配置される。周囲の入射光は、入射面を通過し、反射面によって反射され、最終的に出射面を通過する。反射面は、ミラーコートされるか、代替的に全反射面にしてもよい。望ましくは、反射面は、水平のビューイング平坦面に平行に整列している。反射面が全反射に依存している場合、この面は、小さなエアギャップによって分離されうる。ミラーコーティングが用いられている場所で、反射面は接触してもよい。入射及び出射面は、平坦にしてもよい。代替的に、入射及び出射面のうちの少なくとも１つは湾曲していてもよい。
【００３９】
各光学部材は、外部からの光路に沿って順に配置されている第１及び第２の光学部材に分けられ、エアギャップによって分離されている。エアギャップの目的は、全反射によって外部の迷光の伝搬を妨げることである。迷光は、上述の反射面の１つと交差しない光路に従うなんらかの外部光として規定される。第１の部材は、イメージインバータの入力面を提供する第１の面と、第２の面とを具える。第２の部材は、第１の部材の第２の面と同じ形状の第１の面と、イメージインバータの出射面を提供する第２の面とを具える。第１の部材の第２の面及び第２の部材の第１の面は、小さなエアギャップによって分離されている。第１の部材の第２の面は、反射平坦面において反射を生じさせない方向で外部からの入射光のための全反射面として機能する。第１の部材の第２の面によってインバータの外に向けられない周囲の入射光は、入射面を通過して、反射面によって反射され、最終的に出射面を通過する。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは湾曲していてもよい。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは傾斜面にしてもよい。
【００４０】
図２Ｃ乃至２Ｇは、イメージインバータの好適な動作中の実施例を示す。図２Ｃ及び図２Ｅ乃至２Ｈは、概略側面図を示す。イメージインバータの基本原理は、はじめに図２Ｃ及び図２Ｄを参照することによって理解されうるものであり、図２Ｄは、図２Ｃに示したイメージインバータの正面立面図である。イメージ・インバータは、全反射によって外部の迷光の伝搬を妨げるよう構成された少なくとも１のエアギャップを組み込んでいる。エアギャップの構成及び機能が、図２Ｅ乃至２Ｈに示され、図２Ｃ及び２Ｄに図示されていない。インバータは、一対の同一の部材５１、５２を具える。部材５１は、入射面５１ａと、反射面５１ｂと、出射面５１ｃとを具える。反射面５１ｂはミラーコートされるか、代替的に全反射（ＴＩＲ）面にしてもよい。反射面は、ＴＩＲ構成の場合、小さなエアギャップによって分離されうる。ミラーコーティングが用いられている場所で、反射面は接触してもよい。イメージ反転プロセスは、光線１１０１、１１０２、１１０３、１１０４によって概略的な態様で示されている。点線で示される仮想面１３は、イメージ回転装置の有効開口を表す。面１３は、図示されるようにイメージ回転装置の外側にあるようにしてもよい。面１３は、イメージ回転装置の出射面と一致してもよい。面１３は、入射面１２と一致してもよい。代替的に、面１３は、エアギャップによって入射面１３から分離されても良い。代替的に、面１３は、多重反射レンズシステムの内面にしても良い。
【００４１】
図２Ｄの正面略図に示すように、イメージインバータは、長方形の断面を具えてもよい。図２Ｄは、図２Ｃに示した部材５１、５２の、前面５１ａ、５２ａを示す。イメージインバータは、適用例に従って他の断面と、利用可能な物理的な開口とを具えても良い。例えば、断面は、円形開口の内側に一致するように構成されても良い。
【００４２】
図２Ｅは、図２Ｃに示したイメージインバータと同様のイメージインバータの一例である。インバータは、一対の同一の部材６１、６２を具える。部材６１は、入射平坦面６１ａと、反射平坦面６１ｂと、出射平坦面６１ｃと、外面６１ｄとを具える。部材６１は、平坦面６３ａ、６４ａに境界付けられているエアギャップを具える。出射面及び反射面は、直角をなしている。イメージ反転プロセスは、光線１２０１、１２０２、１２０３、１２０４によって示される光線光路によって、概略的な態様で示される。エアギャップで全反射を経る光線の光路は、１２０５、１２０６によって示される。面６３ａ、６４ａ及び面６３ｂ、６４ｂは、平坦面にしても良い。代替的な実施例において、面６３ａ、６４ａ及び面６３ｂ、６４ｂは、曲面にしても良い。代替的な実施例において、面６３ａ、６４ａ及び面６３ｂ、６４ｂは、円錐の断面にしても良い。
【００４３】
図２Ｆは、本発明に用いられても良いイメージインバータの別の例を示す。インバータは、一対の同一の光学的部材７１、７２を具える。部材７１は、入射平坦面７１ａと、反射平坦面７１ｂと、出射平坦面７１ｃとを具える。部材７１は、平坦面７３ａ、７４ａに囲まれているエアギャップを具える。入射及び出射面は両方とも、反射面に対して傾いている。イメージ反転プロセスは、光線１３０１、１３０２、１３０３、１３０４によって、概略的な態様で示される。エアギャップで全反射を経る光線の光路は、１３０５、１３０６によって示される。面７３ａ、７４ａ及び面７３ｂ、７４ｂは、平坦面にしても良い。代替的な実施例において、面７３ａ、７４ａ及び面７３ｂ、７４ｂは、曲面にしても良い。代替的な実施例において、面７３ａ、７４ａ及び面７３ｂ、７４ｂは、円錐の断面にしても良い。
【００４４】
原理的に、多重反射レンズは、最終的な実像をつくるのに必要な光出力の全てを提供するように構成されるべきである。しかしながら、収差制御を考慮して、広角レンズ内にいくらかの光出力を組み込むことは利点になる。したがって、図２Ｃ乃至２Ｆに図示した平坦面イメージインバータを組み込む広角レンズは、光出力を提供するために、追加のレンズ部材を必要としうる。さらなるレンズ部材の必要性は、イメージインバータに曲面を具えることによって避けうる。
【００４５】
図２Ｇは、光出力も提供するイメージインバータの一例を示す。インバータは、一対の同一の光学的部材８１、８２を具える。部材８１は、入射曲面８１ａと、反射平坦面８１ｂと、出射曲面８１ｃとを具える。部材８１は、平坦面８３ａ、８４ａに囲まれているエアギャップを具える。イメージ反転プロセスは、光線１４０１、１４０２、１４０３、１４０４によって示される光線光路によって、概略的な態様で示される。エアギャップで全反射を経る光線の光路は、１４０５、１４０６によって示される。面８３ａ、８４ａ及び面８３ｂ、８４ｂは、平坦面にしても良い。代替的な実施例において、面８３ａ、８４ａ及び面８３ｂ、８４ｂは、曲面にしても良い。代替的な実施例において、面８３ａ、８４ａ及び面８３ｂ、８４ｂは、円錐の断面にしても良い。
【００４６】
図２Ｈは、光出力も提供するイメージインバータの別の例を示す。インバータは、一対の同一の光学的部材９１、９２を具える。部材９１は、入射曲面９１ａと、反射平坦面９１ｂと、出射平坦面９１ｃとを具える。部材９１は、平坦面８３ａ、８４ａに囲まれているエアギャップを具える。イメージ反転プロセスは、光線１５０１、１５０２、１５０３、１５０４によって示される光線光路によって、概略的な態様で示される。エアギャップで全反射を経る光線の光路は、１５０５、１５０６によって示される。面９３ａ、９４ａ及び面９３ｂ、９４ｂは、平坦面にしても良い。代替的な実施例において、面９３ａ、９４ａ及び面９３ｂ、９４ｂは、曲面にしても良い。代替的な実施例において、面９３ａ、９４ａ及び面９３ｂ、９４ｂは、円錐の断面にしても良い。
【００４７】
上記と同様の多くの他のイメージ反転構成は、当業者にとって明らかである。
【００４８】
スクリーン４は、適当な拡散角度を有する後部の投影スクリーン材料で作られる。拡散角度は、視距離と観察者の高さの必要な範囲の考慮事項から決定されうる。図２Ａに示すように、スクリーンは、中央部４１と、４２ａによって表される外側環状部とを具え、４２は、以前に規定した幾何学的な表記法に従う。中央部４１及びスクリーンの外側環状部４２ａ、４２ｂは、異なる拡散特徴を提供するように設計されてもよい。たとえば、中央及び外側部分は、異なる材料で作られてもよい。代替的に、中央及び外側部分は、異なる構造を具えてもよい。スクリーン部分の一方または両方は、回折構造を取り入れて、光の曲げ及び拡散特性を組合せるよう設計されてもよい。スクリーンは、フレネル面形式でもよい。スクリーンの１又はそれ以上の部分は、ホログラフィック光を形成するディフューザを用いても良い。スクリーンは、レンズ３と多重反射レンズ２の面から、物理的に分離していてもよい。代替的に、スクリーンは、レンズ３と多重反射レンズ２の面と隣接してもよい。スクリーンは湾曲していても良い。スクリーンは、外側面上に散乱材料の薄層又は外側面に形成された表面の凹凸構造として多重反射レンズ２の外面の一方または両方に実装されても良い。スクリーンは、光を実質的に下の垂直方向に向けるように設計されても良い。
【００４９】
次に、図２の装置を用いる本発明の第１の実施例による観察像の形成は、図３及び図４を参照して説明される。図３は、スクリーンに表示される像の幾何学特性を示す。中央円形イメージ部分３００は、広角レンズシステム部材の面１１、仮想面１３、多重反射レンズシステムの面２２、レンズ３、及びスクリーン部材４１を通って伝搬される小さな入射角の光の結果として形成される。円形領域に実質的に隣接している環状イメージ領域４００は、広角レンズシステムの面１１及び仮想面１３を通って伝搬され、面２３ａ、２３ｂ及び２１ａ、２１ｂでの反射を経て、伝達面２４ａ、２４ｂ及びスクリーン部材４２ａ、４２ｂを通って伝搬する大きな入射角の光の結果として形成される。中央領域３００と環状領域４００の間のなんらかの可視的な結合の効果は、慎重な光学設計によって最小にできる。しかしながら、可視的な境界線は、大部分のアプリケーションで許容しうる。次に、イメージ領域３００及び４００の形成は、図４を参照してより詳細に説明される。
【００５０】
図４は、メリジオナル平面における入射光線の伝搬を示す。我々は入射角の小さい光線１００及び入射角の大きい光線２００を考える。光線１００は、円形の領域３００の縁部に対応する限界光線である。言い換えると、光線１００の入射角に等しい又は未満の入射角の光線は、円形領域３００で像を造る。光線２００は、外側の環状領域４００の内縁部を規定する限界光線である。言い換えると、光線２００の入射角に等しい又はより大きい入射角の光線は、環状のイメージ領域４００で像を造る。実際には、広角レンズシステムを通る正確な光線光路は、広角レンズの光学的構成とその中に組み込まれたイメージ回転機構の種類に依存する。本発明の説明を簡単にするために、広角レンズシステムを通る光線光路は、詳細に示していない。広角レンズは、図２Ｃ乃至２Ｈに図示されるものと同じ原理に基づくイメージインバータを組み込んでいると仮定してもよい。従って、広角レンズシステムの内側の光線光路は、点線１０１、２０１によって表される。広角レンズを通る伝搬の後、光線１０１、２０１は、それぞれ光線１０２及び２０２として多重反射レンズに入る。
【００５１】
我々は、初めに、広角レンズを通って伝搬した後、多重反射レンズシステム２に入る入射光線２００の伝搬を考える。光線２０２は、第１の反射面２３ａを遮って、方向２０３で第２の反射面２１ａに向かって反射し、方向２０４へ反射する。反射光線２０４は、スクリーン４２ａに向けて方向２０５に屈折する屈折面２４ａに当たる。光線は、全体として２０６で示される拡散光線の方向にスクリーン部材４２ａで散乱する。
【００５２】
我々は、初めに、広角レンズを通って伝搬した後、多重反射レンズシステム２に入る入射光線１００を考える。光線１０２は、中央屈折面２２を遮って、光線方向１０３に屈折し、拡散スクリーン部材４１に向かう。スクリーン部材４１は、多重レンズシステムの中央部分からスクリーン面に実質的に垂直な視角方向へ出る光線を曲げるように設計されている。最終的に、光線１０３は、スクリーン部材４１によって全体として１０４で示される拡散方向に散乱する。
【００５３】
提案されている広角ビューイング装置の第２の実施例は、図５に概略的に示される。ビューイング装置は、広角レンズシステム１と、多重反射レンズシステム２と、拡散スクリーン５、更なるレンズシステム３とを具える。広角レンズ及び多重反射レンズシステムの特性は、図２乃至４に図示される実施例と同様であるので、同じ名称が面部材を記述するために用いられている。スクリーン５は、図２乃至４に図示される実施例に関して論じられたあらゆる面の種類に基づいても良い。スクリーンは、中央部４１と、４１ａ、４１ｂによって示される外側周囲部分とを具える。内側及び外側部分は、実質的に異なる散乱特性を具えても良い。
【００５４】
図６は、メリジオナル平面における入射光線の伝搬を示す。光線は、図４の光線１００、２００と同じように規定される。我々は、入射角の小さい光線１１０及び入射角の大きい光線２１０を考える。広角レンズシステムの内側の光線の光路は、点線１１１、２１１によって示されており、レンズ内側の光の伝搬の図は、本発明を説明するために、再び単純化されている。再び、広角レンズは、図２Ｃ乃至２Ｈに図示されるものと同じイメージインバータを組み込んでいると仮定してもよい。広角レンズを通る伝搬の後、光線１１１、２１１は、それぞれ光線１１２及び２１２として多重反射レンズに入る。
【００５５】
我々は、初めに、広角レンズを通って伝搬した後、多重反射レンズシステム２に入る入射光線２１０の伝搬を考える。光線２１２は、第１の反射面２３ａを遮って、方向２１３に反射し、第２の反射面２１ａに向かい、方向２１４へ反射する。反射光線２１４は、屈折面２４ａに当たり、方向２１５に屈折し、スクリーン部材４２ａに向かう。光線２１５は、全体として２１６で示される拡散光線の方向にスクリーン部材４２ａで散乱する。
【００５６】
我々は、次に、広角レンズを通って伝搬した後、多重反射レンズシステム２に入る入射光線１１０の伝搬を考える。光線１１２は、中央屈折面２２を遮って、光線方向１１３に屈折され、レンズ部材３に向かう。レンズ部材３は、拡散スクリーン領域４１に向けて光線１１３を方向１１４に向ける。望ましくは、光線１１４は、スクリーン領域４１にほぼ垂直である。最終的に光線１１４は、スクリーン部材４１によって、全体として１１５によって示される拡散方向へ散乱する。
【００５７】
本発明の更なる実施例において、第１の実施例と同様に、広角レンズシステムと多重反射レンズシステムは、図７に示すように分離していても良い。広角レンズシステム１は、少なくとも前の屈折面１１と、後面１２とを具える。広角レンズは、既に述べたようにイメージ回転装置と組み込んでもよい。広角レンズシステムと多重反射レンズシステムの間に間隙が設けられている一つの利点は、２つの曲面を最適化のために利用できることである。図７の実施例の基本となるイメージング特性は、図２乃至４に図示する実施例と同様である。
【００５８】
図８に図示する第１の実施例と同様に本発明のさらなる実施例において、多重反射レンズシステムは、図８に示すように、対向する分離面２５及び２６を具える２つの部材に分割されていても良い。このような配列は、設計最適化のためにエアギャップによって分離したさらに２つの面を提供するだろう。これらの面は、既に述べたようなあらゆる面の形態にしてもよい。面２５及び２６は、１より多い面の形態を具える互いに連続した複合面にしてもよい。例えば、この複合面は、中央環状部分と、外側の環状部分とを具えても良い。代替的に、面２５及び２６は、２つの部材間にエアギャップが存在しないように、同一であるが、対向する湾曲部を具えても良い。面２５及び２６は、図８に示すように平坦にしても良い。成形プロセスを用いてレンズ部材を作る場合、多重反射レンズを２つの細い部材に分割することは、コスト的な利点を提供するかもしれない。図８の実施例の基本となるイメージング特性は、図２に示した実施例のそれらと同様である。
【００５９】
図９は、多重反射レンズシステムが、対向する分離曲面２７及び２８を具える２つの部材に分割されている本発明のさらなる実施例を示す。これらの面は、既に述べたようなあらゆる面の形態にしてもよい。例えば、面２７及び２８は、１より多い面の形態を具える互いに連続した複合面にしてもよい。この複合面は、中央環状部分と、外側の環状部分とを具えても良い。
【００６０】
大小の入射角の光の間の遷移部に近い視界の範囲を起源とする光ビーム部分が、中央部分２２及び第１の反射領域２３ａを同時に伝搬するようにしてもよいことは、図４に示す光線光路の考慮事項から明らかである。言い換えると、周囲の環境の一点は、同時に円形領域３００と環状領域４００に像を造る光を生じさせうる。この効果は、円形領域３００と環状領域４００の間の可視的な結合を作り出すことができる。可視的な境界線は、大部分のアプリケーションで許容しうるが、この境界線を最小限に小さくする利点もありうる。再び図４を参照すると、光線１００は、円形領域３００の縁部に対応する限界光線である。言い換えると、光線１００の入射角に等しい又は未満の入射角の光線は、円形領域３００で像を造る。光線２００は、外側の環状領域４００の内縁部を規定する限界光線である。言い換えると、光線２００の入射角に等しい又はより大きい入射角の光線は、環状のイメージ領域４００で像を造る。図１０は、多重反射レンズの面２１、２２、及び２３ａの一部と、スクリーン４の一部を示す。我々は、限界光線に近い周囲の光源からの光線の伝搬を考慮している。特に、我々は、光線１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを考える。図４に示すように、光線１０２ａ、１０２ｂは、反射面２３ａによって光線３０２ａ、３０２ｂとして面２１ａに向けて反射する。光線３０２ａ、３０２ｂは、光線４０２ａ、４０２ｂとして面２３ａに向けて反射し、焦点を点４０で形成する面２３ａによって、スクリーン４に向けて方向５０２ａ、５０２ｂへ屈折する。同時に、光線１０２ｃ、１０２ｄは、点４０の近くの焦点を形成する光線１０３ａ、１０３ｂとしてスクリーン４に向けて面２２を通って伝わる。
【００６１】
図１１は、図４及び図１０における面２２及び２３として機能するように使用されても良い面のタイプの一例である。図１１では、面は、限界光線の入射角より大きい入射角１１０ａの光１０５ａを反射する。限界光線の入射角未満又は等しい入射角１１０ｂの光１０５ｂは、面２５を通って光線方向１３０に伝わる。入射光は、屈折率媒体で伝搬することに留意されるべきである。面２５は、反射が屈折率媒体と空気の間の中間部分によって規定される臨界角未満の角度で起こるようにする光学特性を有する。面２５は、回折又はホログラフィック面にしてもよい。代替的に、面は、フレネル面にしてもよい。
【００６２】
本発明の代替的な実施例において、図２に示したイメージインバータ機構は、図１２に示した代替的なインバータ機構と置換えてもよい。図１２の考慮事項から、代替的なインバータ機構が各々、図２のエアギャップと反対方向に位置するエアギャップを具える。具体的に、その変更は以下の通りである。図１２Ｅでは、部材６１は、平面６５ａ、６６ａによって境界付けられているエアギャップを組み込む。図１２Ｆでは、部材７１は、平面７５ａ、７６ａによって境界付けられているエアギャップを組み込む。図１２Ｇでは、部材８１は、平面８５ａ、８６ａによって境界付けられているエアギャップを組み込む。図１２Ｈでは、部材９１は、平面９５ａ、９６ａによって境界付けられているエアギャップを組み込む。
【００６３】
上述した本発明の第１の実施例では、迷光が、イメージ・インバータに空隙と臨界角面を提供することによって除去される。本発明の目的は、エアギャップ及び臨界角面が第１の実施例の多重反射レンズ内に提供される本発明のさらなる実施例において達成される。このような代替的な実施例の例が、図１３乃至１４に図示されている。図１３及び図１４に図示される実施例は、第１の実施例の多重反射レンズが小さなエアギャップによって分離している第１及び第２の光学部材に分割されている点を除いて、図５及び図７の実施例のそれぞれと同じである。ＭＬＲの第１の部材は、２５ａ及び２５ｂによって規定される、広角レンズからの光が入る第１の面部分と、第２の面部分とを具える。第２の部材は、第１の部材の第２の面と同じ形状の、２６ａ及び２６ｂによって規定される第１の面部分と、第２の面とを具える。第１の部材の第２の面と第２の部材の第１の面は、小さなエアギャップによって分離している。第１の部材の第２の面は、反射平坦面において反射を生じさせない方向で外部からの入射光のための全反射面として機能する。第１の部材の第２の面によって多重反射レンズの外に向けられない周囲の入射光は、本発明の第１の実施例の原理に従って像を造る。図１３及び図１４を参照すると、エアギャップが面２５ａ、２６ａと面２５ｂ、２６ｂの間に提供されていることが分かる。面２５ａ及び２６ａは、実質的に同じ形態である。面２５ｂ及び２６ｂは、実質的に同じ形態である。図１３及び１４に図示するように、面２５ａ、２６ａと面２５ｂ、２６ｂは平坦面にしてもよい。代替的な実施例では、図１３及び１４に図示する面２５ａ、２６ａと面２５ｂ、２６ｂは曲面にしてもよい。代替的な実施例では、図１３及び１４に図示する面２５ａ、２６ａと面２５ｂ、２６ｂは円錐面の断面にしてもよい。エアギャップを設けていることは別として、多重反射レンズの機能は、既に述べた本発明の第１の実施例と同じである。
【００６４】
図１３及び図１４に図示される本発明の代替的な実施例において、イメージインバータは、一対の同じ光学部材を具え、各々はさらに、入射面と、反射面と、出射面とを具える。イメージインバータはエアギャップを設けていない。代替的な実施例において使用するために、エアギャップを具えていないイメージインバータの代表的な例を図１５に図示する。エアギャップを取り除いたことを別として、図１５に示したイメージインバータは、図２又は図１２に示したものと同じである。
【００６５】
図１６及び１７に示した本発明の代替的な実施例において、エアギャップが図１３及び１４に示したものと逆の方向に位置している。具体的には、図１６及び１７では、多重反射レンズは、空気分離した面が実質的に同じ形態を有する平面２７ａ、２７ｂ及び２８ａ、２８ｂによって境界付けられているエアギャップを組み込む。
【００６６】
次に、我々は、前述した多重反射レンズを使用しない本発明の実施例を考える。
【００６７】
本発明の目的は、広角レンズと、拡散スクリーンとを具える特定の実施例において達成される。このような本発明の特定の実施例が、図１８の側面図に概略的に示されている。各実施例において、広角レンズはイメージインバータを組み込んでいる。特定の実施例においてイメージインバータは、図２の実施例で用いたものと実質的に同じである。イメージインバータは、一対の同一の上下の部材を具える。この上側部材は、予め定められた入射角より大きい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用し、下側部材は、予め定められた入射角より小さい入射光に垂直反転を提供するように機能的に作用する。各部材は、さらに外部からの光が入る入射面と、反射平坦面と、出射面とを具える。これらの部材の反射面は、実質的に重なって、互いに平行に背中合わせに配置される。各部材は、外部からの光路に沿って順に配置されている第１及び第２の光学部材に分けられる。第１の部材は、イメージインバータの入力面を提供する第１の面と、第２の面とを具える。第２の部材は、第１の部材の第２の面と同じ形状の第１の面と、イメージインバータの出射面を提供する第２の面とを具える。第１の部材の第２の面及び第２の部材の第１の面は、小さなエアギャップによって分離されている。第１の部材の第２の面は、反射平坦面において反射を生じさせない方向で外部からの入射光のための全反射面として機能する。第１の部材の第２の面によってインバータの外に向けられない周囲の入射光は、入射面を通過して、反射面によって反射され、最終的に出射面を通過する。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは湾曲していてもよい。第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面のうちの少なくとも１つは傾斜面にしてもよい。広角レンズは、インバータとスクリーンの間に位置する少なくとも１の分離した光学部材を更に具えても良い。広角レンズは、外部とインバータの間に位置する少なくとも１の分離している光学部材を更に具えても良い。
【００６８】
本発明に用いられうるイメージインバータの詳細は、すでに図２及び図１２に示したので、イメージインバータの詳細は、図１８の概略図には示していない。
【００６９】
図１８Ａの側面図に図示した本発明の実施例において、広角レンズは、光出力がイメージインバータによって提供される図２Ｇ乃至２Ｈに示すタイプのイメージインバータを具える。
【００７０】
図１８Ｂの側面図に図示した本発明の実施例において、広角レンズは、図２Ｅ乃至２Ｈに示すタイプのイメージインバータと、さらに、インバータとスクリーンの間に配置されたレンズ部材とを具える。
【００７１】
図１８Ｃの側面図に図示した本発明の実施例において、広角レンズは、図２Ｅ乃至２Ｈに示すタイプのイメージインバータと、さらに、インバータと外部の間に配置されたレンズ部材とを具える。
【００７２】
図１８Ｄの側面図に図示した本発明の実施例において、広角レンズは、図２Ｅ乃至２Ｈに示すタイプのイメージインバータと、インバータと外部の間に配置されたレンズ部材と、さらに、インバータとスクリーンの間に配置されたレンズ部材とを具える。
【００７３】
イメージインバータと組み合わせて使用するレンズ部材の図１８Ａ乃至Ｄに示した実施例のどれもにおいて、広角レンズは、複数部材のレンズシステム、ミラー、回折光学部材、又は広角レンズシステムの設計において使用される任意の他のタイプのイメージング部材と置き換えても良い。
【００７４】
基本的な本発明は、ドアセキュリティビューアに制限されない。考えられるアプリケーションとして、車両及びプロセス監視に使用するビューアを含む。本発明は、コスト要因、危険な環境、又はプライバシー条件によって窓の使用を抑制する多くのアプリケーション領域で、視覚的なアクセスを提供するために使用することができる。本発明は、セキュリティに必要とされるものより近くの対象活用に機能するよう構成されても良い。例えば、本発明は、織物、印刷物の検査の拡大鏡を提供してもよい。多くのアプリケーションでは、ＬＥＤ、レーザ、又は白熱灯などの照明源に組み込むことを利点としてもよい。
【００７５】
ドアビューアによるイメージ形成は、回転対称の光学面に関して記述された。しかしながら、ビューアは、円筒形部材又はアナモルフィック光学部材などの他の形式に基づく光学部材を使用しても良い。図２乃至８で説明した光学部材は、楕円断面を提供するように形成されても良い。代替的に、光学部材の部分は、矩形断面を提供するように除去されても良い。
【００７６】
一般的なドアビューアアプリケーションにおいて、観察される対象は、ビューアの光学軸に又は下に並ぶ傾向にある。従って、対象の中央に対応する発する光線は、一般的に光学軸に沿って又は光学軸より上の任意の角度にあるだろう。従って、視野スクリーンは、非対称の拡散特性を有して、スクリーンにあたる光が、名目観察位置の方に曲がることが望ましい。
【００７７】
ドアビューアの構成は、光のスループットを最大限にして、収差とひずみを最小限にするよう精密な最適化を必要とする。例えば、色収差は、イメージひずみに対してトレードオフされてもよい。
【００７８】
ドアビューアの屈折及び反射面は、球形、非球形、及び回折にしてもよく、当業者に公知の他の光学面形式を用いてもよい。回折光学面は、具体的には、動作を最適化する際に重要な役割を担うかもしれない。回折光学面の使用は、必要とされるドアの穴の大きさを小さくして、ドアの面からのビューアスクリーンの距離を最小限にするということを含む考慮すべき形態要因の利点を提供する。ビューアで使用される光学面のいずれもが、色補正するために回折形式を組み込んでもよい。回折面形式を用いるさらなる利点は、イメージのイメージ分解能を改良することや、色収差を補償することを含む。回折面を用いる他の利点は、光学設計における当業者によく知られている。
【００７９】
ビューアは照明の乏しい状況で観察するための補助光源を組み込んでもよい。
【００８０】
本発明が、逆にした光線の光路の方向に適用できることも、当業者に自明である。
【００８１】
各ケースにおいて、半分のイメージインバータが、視野の上又は下側部分のいずれかのイメージを形成する目的で使用されても良いことは、図２Ｃ乃至２Ｇを考慮すると自明である。
【００８２】
表示装置がイメージインバータの反射平面の周囲で対称であるので、装置の上又は下側部分のいずれかを使用する表示装置を提供してもよいことは図面を考慮すると自明である。
【００８３】
本発明は、現在最も実際的で好適な実施例であると考えられるものに関して記載されているが、本発明は、開示した構成に限定されるものではなく、むしろ本発明の意図及び範囲内に含まれる様々な修正及び均等な構造をカバーすることを意図していることが理解されるべきである。
【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
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【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図２（Ｃ）】
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【図２（Ｄ）】
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【図２（Ｅ）】
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【図２（Ｆ）】
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【図２（Ｇ）】
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【図２（Ｈ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（Ｃ）】
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【図１２（Ｄ）】
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【図１２（Ｅ）】
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【図１２（Ｆ）】
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【図１２（Ｇ）】
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【図１２（Ｈ）】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５（Ｃ）】
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【図１５（Ｄ）】
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【図１５（Ｅ）】
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【図１５（Ｆ）】
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【図１５（Ｇ）】
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【図１５（Ｈ）】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８（Ａ）】
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【図１８（Ｂ）】
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【図１８（Ｃ）】
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【図１８（Ｄ）】
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【国際調査報告】
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