(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した画像情報に応じた画像を表示する画像表示器と、該画像表示器を照明する照明光を放射する光源と、上記画像表示器に表示された画像により強度変調された照明光を空中像として結像させる第１結像光学系とを有する画像表示手段と、
送信する画像を入力する画像入力手段とを有し、
第１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を実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第２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テレビ電話用の画像表示・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。
【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、送信する画像を入力する画像入力手段とを有する。
「画像表示手段」は、受信した画像情報に応じた画像を表示する画像表示器と、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、画像表示器に表示された画像により強度変調された照明光（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を実像」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「テレビ電話用の画像表示・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Ｉｍ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１３ａ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１０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１２Ｂ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１２Ｂ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ＣＣＤ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１２２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１３ａ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１２４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１３ａ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１２Ａ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１２Ｂ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・入力装置における画像入力手段１２Ｂ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
【図１】
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【図２】
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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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