JP3451387B2 - Aerial display device - Google Patents

Aerial display device

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JP3451387B2 JP11002496A JP11002496A JP3451387B2 JP 3451387 B2 JP3451387 B2 JP 3451387B2 JP 11002496 A JP11002496 A JP 11002496A JP 11002496 A JP11002496 A JP 11002496A JP 3451387 B2 JP3451387 B2 JP 3451387B2
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博一 深津
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、情報空中表示装置の改
良発明に係わるものであり、空中表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improved invention for an aerial information display device, and more particularly to an aerial display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明の発明者らは、先に、情報空中表
示装置なる発明を提案している。これは、屈折率分布型
レンズ素子により投射機(例えば電子発光ディスプレイ
など)の発光面を空中へ正立等倍の実像として写像し、
該実像を観察者が目視することができる表示装置であっ
た(特願平7−215108号参照)。
2. Description of the Related Art The inventors of the present invention have previously proposed an invention which is an information aerial display device. This is to map the light emitting surface of a projector (for example, an electroluminescent display) into the air as a real image of an erecting equal-magnification by the gradient index lens element,
The display device was such that the observer could see the real image (see Japanese Patent Application No. 7-215108).

【0003】この情報空中表示装置は、屈折率分布型レ
ンズ素子の像側の端面(上端面)から空中の実像までの
距離を長く取ろうとすると、つまり、物体を遠距離まで
写像しようとすると、物体である投射機の発光面から屈
折率分布型レンズ素子のもう一方の端面(下端面、すな
わち物体側端面)までの距離も、その距離に対応して長
くする必要がある。従って、情報空中表示装置の縦方向
の寸法、すなわち物体であるディスプレイ(投射機)か
ら屈折率分布型レンズ素子方向へのサイズが大きなもの
と成らざるを得ないという問題点があった。
In this information aerial display device, if the distance from the image-side end surface (upper end surface) of the gradient index lens element to the real image in the air is long, that is, if an object is mapped to a long distance, The distance from the light emitting surface of the projector, which is an object, to the other end surface (lower end surface, that is, the object side end surface) of the gradient index lens element also needs to be increased corresponding to the distance. Therefore, there is a problem in that the vertical dimension of the information aerial display device, that is, the size from the display (projector) as an object toward the gradient index lens element is unavoidable.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、従来の情報空中表示装置
の縦方向の寸法を小さくすることが可能な空中表示装置
を提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art. The object of the present invention is to measure the vertical dimension of a conventional information aerial display device. The present invention is intended to provide an aerial display device capable of reducing the size.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる空中表示
装置は、上記した目的を達成したもので、次のようなも
のである。
The aerial display device according to the present invention achieves the above-mentioned object and is as follows.

【0006】請求項1の発明は、ディスプレイ画面が屈
折率分布型レンズ素子によって正立等倍の実像として写
像され得るように、前記ディスプレイ及び前記屈折率分
布型レンズ素子を具備する表示装置において、前記ディ
スプレイ画面から発せられる光線が少なくとも1枚以上
のミラーの反射を介して、前記屈折率分布型レンズ素子
の端面へ入射し、前記屈折率分布型レンズ素子の他端面
から出射し、空中に実像として結像しうるように、前記
ディスプレイ、前記少なくとも1枚以上のミラー及び前
記屈折率分布型レンズ素子を所定の位置に設けたことを
特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, in a display device including the display and the gradient index lens element, the display screen can be mapped by the gradient index lens element as a real image of an erecting equal magnification. The light beam emitted from the display screen is incident on the end surface of the gradient index lens element through the reflection of at least one mirror, is emitted from the other end surface of the gradient index lens element, and is a real image in the air. The display, the at least one mirror and the gradient index lens element are provided at predetermined positions so that an image can be formed.

【0007】請求項2の発明は、請求項1の空中表示装
置において、前記屈折率分布型レンズ素子に替えて、複
数個の微小凸レンズを配列してなる複数枚のマイクロレ
ンズプレートを、前記複数枚のマイクロレンズプレート
の間で前記微小凸レンズの光軸を一致させて、つまり各
微小凸レンズが共通の光軸を持つように配置するととも
に、所定の間隔を空けて設置することにより物体を正立
等倍で結像し得るようにしたレンズ部材を使用するもの
である。
According to a second aspect of the present invention, in the aerial display device according to the first aspect, a plurality of microlens plates in which a plurality of micro-convex lenses are arranged are used instead of the gradient index lens element. The object is erected by aligning the optical axes of the micro-convex lenses between the micro-lens plates, that is, by arranging the micro-convex lenses so that they have a common optical axis, and by arranging them at a predetermined interval. The lens member is used so that an image can be formed at the same magnification.

【0008】[0008]

【作用】屈折率分布型レンズ素子または複数枚のマイク
ロレンズプレートからなるレンズ部材は、所定位置にあ
る物体を所定位置へ正立等倍の像として結像させる。こ
の物体から屈折率分布型レンズ素子または複数枚のマイ
クロレンズプレートからなるレンズ部材(以後、マイク
ロレンズプレート部材とも称する)の端面までの距離
(物体側作動距離)及び屈折率分布型レンズ素子または
マイクロレンズプレート部材のもう一方の端面から像ま
での距離(像側作動距離)は、屈折率分布型レンズ素子
またはマイクロレンズプレート部材によって、所定の値
を取る。
The lens member composed of the gradient index lens element or the plurality of microlens plates forms an object at a predetermined position on the predetermined position as an erecting equal-magnification image. The distance (object-side working distance) from this object to the end surface of the gradient index lens element or a lens member (hereinafter also referred to as a microlens plate member) including a plurality of microlens plates and the gradient index lens element or the micro The distance from the other end surface of the lens plate member to the image (image-side working distance) has a predetermined value depending on the gradient index lens element or the microlens plate member.

【0009】屈折率分布型レンズ素子とマイクロレンズ
プレート部材とは、同じ作用を有するので、以後、屈折
率分布型レンズ素子を代表させて、本発明の作用の説明
を行う。
Since the gradient index lens element and the microlens plate member have the same function, the function of the present invention will be described below by taking the gradient index lens element as a representative.

【0010】図3は、従来の情報空中表示装置の構成を
示す模式図である。このように、従来の情報空中表示装
置の縦方向のサイズhは、上述した物体側作動距離によ
って決定される。実像4をより浮かせようとすると、つ
まり屈折率分布型レンズ素子3からより離れた位置へL
CD画面1を写像しようとすると、ますます筐体6の縦
方向のサイズを大きくしなければならない。本発明で
は、ミラーの反射を利用して物体から屈折率分布型レン
ズ素子または前記ミラーまでの縦方向の間隔を短くする
ものである。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of a conventional information aerial display device. Thus, the vertical size h of the conventional information aerial display device is determined by the object-side working distance described above. If the real image 4 is made to float further, that is, L is moved to a position further away from the gradient index lens element 3.
In order to map the CD screen 1, it is necessary to increase the size of the housing 6 in the vertical direction. In the present invention, the vertical distance from the object to the gradient index lens element or the mirror is shortened by utilizing the reflection of the mirror.

【0011】物体から発せられた光線が1枚のミラーで
反射し、屈折率分布型レンズ素子の端面に入射するもの
とすれば、前記光線の進行距離が物体側作動距離そのも
のである。当然、従来の情報空中表示装置は、物体側作
動距離が装置の縦方向の長さを決定する要因となる。こ
れに対し、本発明に係わる空中表示装置は、物体からミ
ラーまでの距離またはミラーから屈折率分布型レンズ素
子までの距離が装置の縦方向の長さを決定する要因とな
る。物体からミラーまでの距離及びミラーから屈折率分
布型レンズ素子の端面までの距離は、前記物体側作動距
離よりも短くなることは、明かである。
Assuming that the light beam emitted from the object is reflected by one mirror and is incident on the end surface of the gradient index lens element, the traveling distance of the light beam is the object side working distance itself. Of course, in the conventional information aerial display device, the object-side working distance is a factor that determines the length of the device in the vertical direction. On the other hand, in the aerial display device according to the present invention, the distance from the object to the mirror or the distance from the mirror to the gradient index lens element is a factor that determines the length in the vertical direction of the device. It is obvious that the distance from the object to the mirror and the distance from the mirror to the end surface of the gradient index lens element are shorter than the working distance on the object side.

【0012】ミラーの数を増やし、該ミラーの数だけ光
線を反射させて、屈折率分布型レンズ素子の端面へ物体
からの光線を導いてやれば、表示装置の縦方向のサイズ
をより短くできる。
By increasing the number of mirrors and reflecting the light rays by the number of the mirrors to guide the light rays from the object to the end surface of the gradient index lens element, the vertical size of the display device can be further shortened. .

【0013】[0013]

【実施例】図1は、本発明に係わる空中表示装置の一実
施例を示す模式図である。表示装置として、何を使用す
るかは当業者が適宜選択し得ることであるが、ここでは
LCD7を使用するものとする。
1 is a schematic view showing an embodiment of an aerial display device according to the present invention. A person skilled in the art can appropriately select what is used as the display device, but the LCD 7 is used here.

【0014】物体であるLCD画面1から発した光線
は、ミラー2aで反射し、ミラー2aで反射した光線
は、ミラー2bで反射し、正立等倍の結像手段たる屈折
率分布型レンズ素子3の物体側端面3aへ入射する。屈
折率分布型レンズ素子3へ入射した光線は、蛇行しなが
ら屈折率分布型レンズ素子3内を進み、像側端面3bか
ら出射し、所定位置で結像する。観察者は、空中の実像
4を視ることができる。
A light beam emitted from the LCD screen 1 which is an object is reflected by a mirror 2a, and a light beam reflected by the mirror 2a is reflected by a mirror 2b, and a gradient index lens element as an erecting equal-magnification image forming means. It is incident on the object-side end surface 3a of the laser beam 3. The light ray incident on the gradient index lens element 3 travels in the gradient index lens element 3 while meandering, exits from the image side end surface 3b, and forms an image at a predetermined position. The observer can see the real image 4 in the air.

【0015】なお、LCD画面1を発し、ミラー(2
a、2b)及び屈折率分布型レンズ素子3を介して実像
に達するまでの光線の軌跡は、二点鎖線で示されてい
る。
The LCD screen 1 is emitted and the mirror (2
a, 2b) and the trajectory of the light ray until reaching the real image through the gradient index lens element 3 are shown by a chain double-dashed line.

【0016】屈折率分布型レンズ素子3は、光ファイバ
の屈折率分布型ロッドレンズをマトリクス様に配列した
レンズ部材であり、所定位置つまり物体側作動距離にあ
る物体を所定位置つまり像側作動距離へ写像する。
The gradient index lens element 3 is a lens member in which gradient index rod lenses of an optical fiber are arranged in a matrix, and an object at a predetermined position, that is, an object side working distance is placed at a predetermined position, that is, an image side working distance. Map to.

【0017】図1にて示される如く、空中表示装置の縦
方向のサイズhがミラー(2a、2b)無しの図3の場
合に比べて短くなることは、明かである。図1において
は、2枚のミラー(2a、2b)を用いたが、ミラーの
枚数は、空中表示装置の縦方向のサイズhをどれだけに
するかを勘案して、当業者の所望により決定されるべき
事柄である。
As shown in FIG. 1, it is obvious that the vertical size h of the aerial display device is shorter than that in the case of FIG. 3 without the mirrors (2a, 2b). Although two mirrors (2a, 2b) are used in FIG. 1, the number of mirrors is determined by a person skilled in the art in consideration of the vertical size h of the aerial display device. That is something to be done.

【0018】図2は、本発明に係わる空中表示装置の一
実施例を示す模式図である。図2では、図1の筐体6に
あたる部材は省略している。このように、ミラー2aが
一つでも空中表示装置の縦方向のサイズを短くすること
ができる。図1及び図2から、本発明に係わる空中表示
装置のサイズは、ミラーの数を多くすれば、縦方向のサ
イズが小さくなり、横方向のサイズが大きくなること
は、明かである。縦方向のサイズを小さくできれば、空
中表示装置の奥行きが小さくなるので、種々の構造物、
例えば壁、テーブルなどに該空中表示装置を埋め込み易
くなる。
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the aerial display device according to the present invention. In FIG. 2, a member corresponding to the housing 6 of FIG. 1 is omitted. In this way, the size of the aerial display device in the vertical direction can be shortened even with one mirror 2a. From FIGS. 1 and 2, it is apparent that the size of the aerial display device according to the present invention becomes smaller in the vertical direction and larger in the horizontal direction as the number of mirrors is increased. If the size in the vertical direction can be reduced, the depth of the aerial display device will be reduced, so various structures,
For example, it becomes easy to embed the aerial display device on a wall, a table, or the like.

【0019】図4は、本発明に係わる空中表示装置の一
実施例を示す模式図である。図4においては、図1の屈
折率分布型レンズ素子に替えて、3枚のマイクロレンズ
プレート(5a、5b、5c)を使用している。
FIG. 4 is a schematic view showing an embodiment of the aerial display device according to the present invention. In FIG. 4, three microlens plates (5a, 5b, 5c) are used instead of the gradient index lens element of FIG.

【0020】マイクロレンズプレートは、多数の微小凸
レンズを配列してなるレンズ部材で、個々の微小凸レン
ズは、通常の凸レンズと同等の機能を有し、所定位置に
ある物体を倒立の実像として写像する。このマイクロレ
ンズプレートを各微小凸レンズの光軸を各々のマイクロ
レンズプレート間で一致させて、所定の間隔で平行に、
例えば3枚並べると屈折率分布型レンズ素子と同様の機
能を持たせることができる。すなわち、所定位置にある
物体を所定位置へ正立等倍の像として伝送することがで
きる。
The microlens plate is a lens member formed by arranging a large number of micro-convex lenses. Each micro-convex lens has a function equivalent to that of a normal convex lens and maps an object at a predetermined position as an inverted real image. . In this microlens plate, the optical axes of the respective micro-convex lenses are made to coincide between the respective microlens plates, and the microlens plates are arranged in parallel at a predetermined interval.
For example, by arranging three lenses, the same function as that of the gradient index lens element can be provided. That is, the object at the predetermined position can be transmitted to the predetermined position as an erecting equal-magnification image.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。物
体である表示装置の画面から発する光線を設置するミラ
ーの数だけ該光線を反射させて、屈折率分布型レンズ素
子もしくは物体を正立等倍で結像し得るように複数枚の
マイクロレンズプレートを配置したレンズ部材の端面へ
入射させるので、表示装置の縦方向のサイズを従来の空
中情報表示装置より短くできる空中表示装置を提供する
ことが可能である。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. A plurality of microlens plates are formed so that the rays emitted from the screen of the display device, which is an object, are reflected by the number of mirrors that set up the rays and the gradient index lens element or the object can be imaged at an equal magnification. It is possible to provide an aerial display device in which the vertical size of the display device can be made shorter than that of the conventional aerial information display device, since the light is incident on the end surface of the lens member in which the is arranged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる空中表示装置の一実施例を示す
模式図
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an aerial display device according to the present invention.

【図2】本発明に係わる空中表示装置の一実施例を示す
模式図
FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of an aerial display device according to the present invention.

【図3】従来の情報空中表示装置の構成を示す模式図FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional information aerial display device.

【図4】本発明に係わる空中表示装置の一実施例を示す
模式図
FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of an aerial display device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 LCD画面 2a、2b ミラー 3 屈折率分布型レンズ素子 3a 物体側端面 3b 像側端面 4 実像 5a 反転用マイクロレンズプレート 5b 光線進行方向調整用マイクロレンズプレート 5c 再反転用マイクロレンズプレート 6 筐体 7 LCD 8 マイクロレンズプレート保持用枠 h 空中表示装置の縦方向のサイズ(外寸) 1 LCD screen 2a, 2b mirror 3 Gradient index lens element 3a Object side end face 3b Image side end face 4 real image 5a Micro lens plate for inversion 5b Micro lens plate for adjusting the traveling direction of light rays 5c Micro lens plate for re-inversion 6 housing 7 LCD 8 Micro lens plate holding frame h Vertical size of aerial display device (outside size)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−92784(JP,A) 特開 平5−188340(JP,A) 特開 平9−34389(JP,A) 特開 平8−50285(JP,A) 特開 平5−158011(JP,A) 特開 平4−298710(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G09F 9/00 G02B 3/00 G02B 27/02 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-1-92784 (JP, A) JP-A-5-188340 (JP, A) JP-A-9-34389 (JP, A) JP-A-8- 50285 (JP, A) JP-A-5-158011 (JP, A) JP-A-4-298710 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G09F 9/00 G02B 3 / 00 G02B 27/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ディスプレイ画面が屈折率分布型レンズ
素子によって正立等倍の実像として写像され得るよう
に、前記ディスプレイ及び前記屈折率分布型レンズ素子
を具備する表示装置において、 前記ディスプレイ画面から発せられる光線が少なくとも
1枚以上のミラーの反射を介して、前記屈折率分布型レ
ンズ素子の端面へ入射し、前記屈折率分布型レンズ素子
の他端面から出射し、空中に実像として結像しうるよう
に、前記ディスプレイ、前記少なくとも1枚以上のミラ
ー及び前記屈折率分布型レンズ素子を所定の位置に設け
たことを特徴とする空中表示装置。
1. A display device comprising the display and the gradient index lens element, wherein the display screen can be mapped by the gradient index lens element as a real image of an erecting equal size magnification. The incident light beam can enter the end surface of the gradient index lens element through reflection of at least one mirror, exit from the other end surface of the gradient index lens element, and be imaged in the air as a real image. Thus, the aerial display device characterized in that the display, the at least one mirror and the gradient index lens element are provided at predetermined positions.
【請求項2】 前記屈折率分布型レンズ素子に替えて、 複数個の微小凸レンズを配列してなる複数枚のマイクロ
レンズプレートを、前記複数枚のマイクロレンズプレー
トの間で前記微小凸レンズの光軸を一致させるととも
に、所定の間隔を空けて設置することにより物体を正立
等倍で結像し得るようにしたレンズ部材を使用する請求
項1の空中表示装置。
2. A plurality of microlens plates in which a plurality of micro-convex lenses are arranged are provided in place of the gradient index lens element, and an optical axis of the micro-convex lenses is provided between the plurality of micro-lens plates. The aerial display device according to claim 1, wherein a lens member is used which is capable of forming an image at an erecting equal-magnification ratio by arranging the lens elements with each other at a predetermined interval.
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