JP4503484B2 - Space floating image display device - Google Patents
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本発明は、空間浮遊像表示装置に関し、特に、画像を表示する表示手段の外部空間に3次元的な画像を浮遊させる表示装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a space floating image display device, and more particularly to a technique effective when applied to a display device that floats a three-dimensional image in an external space of a display means for displaying an image.
従来、物体などの画像を表示する表示装置として、前記画像を表示する表示手段(表示面)の外部空間に、前記表示手段に表示された画像を浮遊させて表示(提示)する表示装置がある。このような表示装置は、たとえば、タッチパネル表示装置などに適用されている。 Conventionally, as a display device that displays an image of an object or the like, there is a display device that floats and displays (presents) an image displayed on the display unit in an external space of a display unit (display surface) that displays the image. . Such a display device is applied to, for example, a touch panel display device.
前記タッチパネル表示装置は、たとえば、液晶ディスプレイなどの表示手段上にタッチパネルと呼ばれる平面スイッチを重ねた表示装置であり、観察者からみると、前記表示手段に表示されたメニューボタン等の画像と、前記観察者が指や入力ペン等で触れるタッチパネルの奥行き位置が異なり、違和感を抱くことがある。そこで、前記表示手段に表示されたメニューボタン等の画像を前記タッチパネルの近傍に浮遊させて表示(提示)することで、違和感を低減させることができる。 The touch panel display device is, for example, a display device in which a flat switch called a touch panel is overlaid on a display means such as a liquid crystal display. When viewed from an observer, an image such as a menu button displayed on the display means, The depth position of the touch panel that the observer touches with a finger, an input pen, or the like is different, and the user may feel uncomfortable. Therefore, the feeling of discomfort can be reduced by displaying (presenting) an image such as a menu button displayed on the display means while floating near the touch panel.
また、前記表示手段に表示された画像を浮遊させて表示(提示)する表示装置には、たとえば、物体の3次元像(立体像)を表示する表示装置がある。このような表示装置としては、たとえば、固定焦点レンズおよび屈折率可変物質を用いた立体表示装置(たとえば、特許文献1を参照。)や、DFDと呼ばれる3次元表示装置(たとえば、特許文献2を参照。)が知られている。 Examples of the display device that floats and displays (presents) the image displayed on the display means include a display device that displays a three-dimensional image (stereoscopic image) of an object. As such a display device, for example, a stereoscopic display device (for example, refer to Patent Document 1) using a fixed focus lens and a refractive index variable substance, or a three-dimensional display device called DFD (for example, Patent Document 2). See.) Is known.
前記特許文献1に記載された立体表示装置は、表示手段に表示される2次元像を立体的に表示させる装置であり、第1の周波数の電圧を印加したときの誘電率の差が正の値となり、第2の周波数の電圧を印加したときの前記誘電率の差が負の値となる異なる2つ以上の誘電率を有する屈折率可変物質の層、所定の焦点距離を有する固定焦点レンズ、および、前記固定焦点レンズと前記屈折率可変物質とからなる層を挟持する少なくとも一対の透明電極からなり、前記表示手段に表示される前記2次元像の結像位置を移動させる結像位置移動手段と、前記表示手段に表示される2次元像の更新周期と前記結像位置移動手段の結像位置の移動周期とを同期させる同期手段と、前記同期手段に基づいて、異なる前記第1の周波数と前記第2の周波数とからなる駆動出力で前記結像位置移動手段を駆動する駆動手段とを具備する立体表示装置である。つまり、前記特許文献1に記載された立体表示装置は、前記屈折率可変物質の屈折率の変化を前記2次元像の切り替え周期と同期させることで、前記固定焦点レンズと前記屈折率可変物質とからなる層の焦点距離を変化させ、観察者から観て奥行き位置が異なる複数枚の浮遊画像を表示し、立体的な像を表示(提示)する装置である。そのため、前記立体的な像を表示するためには、画像の表示切り替え速度(応答速度)が高速な表示手段が必要であるとともに、前記屈折率可変物質の誘電率を画像の切り替えに同期させて変化させるための前記各手段が必要である。
The stereoscopic display device described in
また、前記特許文献1に記載された立体表示装置において、高速な表示素子を高解像度化することは、単に製造が困難であるだけでなく、駆動時にデバイスに供給すべき情報量が膨大となってしまい、現実的ではない。そのため、たとえば、文字情報のような精細度が要求される表示を行うタッチパネルを具備した表示装置への適用が困難であるという問題があった。
Further, in the stereoscopic display device described in
また、前記特許文献2などに記載された前記DFDは、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像を生成し、前記生成された二次元像を前記観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の輝度を前記表示面毎にそれぞれ独立に変化させて三次元立体像を生成する装置である。このような前記DFDは、前記観察者から見て手前の表示面(表示手段)に表示された画像の輝度と、前記観察者から見て奥の表示面に表示された画像の輝度の比率を変えることで、前記各表示面の間の、各画像の輝度の比率に応じた位置に前記画像が表示されているようにみせる表示装置である。つまり、前記DFDでは、生成される三次元立体像は、二次元像を表示する表示面の間に限られている。そのため、たとえば、前記タッチパネル表示装置のように表示面の外部空間(タッチパネルの近傍)に三次元像立体像を表示させる場合には、そのままでは適用できないという問題がある。
本発明が解決しようとする問題点は、前記背景技術で説明したように、前記特許文献1に記載されたような立体表示装置の場合、装置が大がかりになり、適用範囲が狭いという点である。
The problem to be solved by the present invention is that, as described in the background art, in the case of the stereoscopic display device described in
また、他の問題点として、前記特許文献2に記載されたような三次元表示装置(DFD)の場合、生成される三次元立体像は各表示面の間に限られ、全表示面でなる表示手段の外部空間に三次元立体像を生成することができないという点もある。
As another problem, in the case of the three-dimensional display device (DFD) as described in
本発明の目的は、表示手段の外部空間に浮遊像を表示させる立体表示装置の構成の簡素化、小型化が可能な技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of simplifying and downsizing a stereoscopic display device that displays a floating image in an external space of a display unit.
本発明の他の目的は、表示手段で3次元立体像を表示している場合でも、前記3次元立体像の全体を浮遊させて表示させることが可能な技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique capable of floating and displaying the entire three-dimensional stereoscopic image even when a three-dimensional stereoscopic image is displayed by a display means.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明の概略を説明すれば、以下の通りである。 The outline of the invention disclosed in the present application will be described as follows.
物体の画像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された画像を前記表示手段の外部空間に浮遊させる画像浮遊手段とからなり、前記画像浮遊手段は、前記表示手段からの距離にかかわらず、前記表示手段に表示された画像と等倍率の正立像または倒立像を前記表示手段の外部空間に結像させる等倍結像光学系でなる空間浮遊像表示装置であって、
前記等倍結像光学系は、焦点距離がf1であるn+1枚(nは1以上の整数)のレンズと、焦点距離がf2であるn枚のレンズからなり、かつ、前記焦点距離がf 1 のレンズまたは前記焦点距離がf 2 のレンズのいずれか一方、または両方が、可変焦点レンズであり、
前記焦点距離がf1のレンズと前記焦点距離がf2のレンズとは、交互に配置され、かつ、等間隔で配置されており、隣り合う2枚の前記レンズの間隔dは、k個の前記レンズを通過した光の結像の倍率をMkとしたときに下記数式(5)乃至数式(8)で表される漸化式において、Mk=2n+1=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とする空間浮遊像表示装置。
The equal-magnification imaging optical system includes n + 1 lenses (n is an integer equal to or greater than 1) having a focal length of f 1 and n lenses having a focal length of f 2 , and the focal length is Either the f 1 lens or the focal length f 2 lens, or both, is a variable focus lens;
Wherein the focal length is the focal length of the lens f 1 is f 2 lenses are arranged alternately, and are arranged at equal intervals, the distance d between two of the adjacent lenses is, k number of In the recurrence formulas represented by the following formulas (5) to (8) when M k is the magnification of image formation of light passing through the lens, M k = 2n + 1 = 1 or −1 is satisfied, and , A space floating image display device having a value independent of L 0 .
本発明の空間浮遊像表示装置は、前述のように、前記等倍結像光学系を用いて、前記表示手段に実際に表示されている画像を、前記表示手段からの距離にかかわらず、前記表示手段の外部空間に結像させる。そのため、前記表示手段が、たとえば、DFDのように複数の表示面の間に3次元立体像を表示させる表示手段であっても、前記3次元立体像の全体を結像(浮遊)させることができる。 Space floating image display device of the present invention, as before mentioned, with the like Baiyuizo optical system, an image that is actually displayed on the display unit, regardless of the distance from the display means, An image is formed in an external space of the display means. Therefore, even if the display unit is a display unit that displays a three-dimensional stereoscopic image between a plurality of display surfaces, for example, DFD, the entire three-dimensional stereoscopic image can be formed (floating). it can.
前記等倍結像光学系の構成としては、種々の構成が考えられるが、前述のように、焦点距離がf1であるn+1枚(nは1以上の整数)のレンズと、焦点距離がf2であるn枚のレンズを交互に配置した光学系であることが望ましい。このとき、これらのレンズは等間隔に配置し、かつ、隣り合う2枚のレンズの間隔dは、前述のように、前記数式(5)乃至数式(8)で表される漸化式において、Mk=2n+1=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とする。このようにすると、焦点距離がf1のレンズをn+1枚積層するときの間隔は、たとえば、焦点距離がf1のレンズのみでなる等倍結像光学系においてレンズをn+1枚積層したときの間隔に比べて狭くすることができ、表示装置をさらに小型化することができる。 The structure of the like Baiyuizo optical system, various configurations may be used, as described above, the lens of the n + 1 sheets focal length is f 1 (n is an integer of 1 or more), the focal distance f it is desirable to n lenses is 2 is an optical system arranged alternately. At this time, these lenses are arranged at equal intervals, and the interval d between two adjacent lenses is, as described above, the recurrence formula expressed by the equations (5) to (8). A value that satisfies M k = 2n + 1 = 1 or −1 and does not depend on L 0 is used. In this way, the interval when the focal length to the lens n + 1 laminated in f 1, for example, the interval at which the focal length lens was n + 1 stacked in equal magnification imaging optical system consisting only of lenses f 1 The display device can be further reduced in size.
またこのとき、前記レンズとして可変焦点レンズを用いれば、3次元表示装置で表示可能な奥行き表示範囲が狭い場合でも、広い奥行き範囲を表現することができる。 At this time, if a variable focus lens is used as the lens, a wide depth range can be expressed even when the depth display range that can be displayed by the three-dimensional display device is narrow.
また、本発明の空間浮遊像表示装置において、前記表示手段は、物体などの画像を実際に表示できる手段であれば、どのような手段であってもよい。すなわち、前記表示手段は、たとえば、一般的な液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの2次元像を表示する2次元表示装置でもよいし、たとえば、DFDや体積走査型表示装置のように3次元立体像を表示することが可能な3次元表示装置であってもよい。 In the space floating image display device of the present invention, the display means may be any means as long as it can actually display an image of an object or the like. That is, the display means may be a two-dimensional display device that displays a two-dimensional image such as a general liquid crystal display or a plasma display, or a three-dimensional stereoscopic image such as a DFD or a volume scanning display device. It may be a three-dimensional display device capable of displaying.
また、本発明の空間浮遊像表示装置のように、複数枚のレンズを所定の間隔で配置した等倍結像光学系を用いる場合、前記表示手段で表示されている画像をそのまま浮遊させることができる。そのため、前記表示手段として、たとえば、前記DFDなどの3次元表示装置を用いれば、前記特許文献1に記載された立体表示装置のように前記表示手段上で画像を高速で切り替えるといったことをしなくてもよい。
In addition, when using an equal magnification imaging optical system in which a plurality of lenses are arranged at a predetermined interval as in the space floating image display device of the present invention, the image displayed on the display means can be floated as it is. it can. Therefore, as the display means, for example, by using a three-dimensional display apparatus such as the DFD, without that such switch the images at high speed on the display means as the stereoscopic display device described in
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態(実施例)とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail together with embodiments (examples) with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same function are given the same reference numerals and their repeated explanation is omitted.
図1および図2は、本発明の空間浮遊像表示装置の原理を示す模式図であり、図1は等倍の正立像を浮遊させる場合の図、図2は等倍の倒立像を浮遊させる場合の図である。 1 and 2 are schematic views showing the principle of the space floating image display device of the present invention. FIG. 1 is a diagram in the case of floating an equal-size erect image, and FIG. FIG.
本発明の空間浮遊像表示装置は、図1および図2に示したように、物体などの画像を実際に表示する表示手段1Aと、前記表示手段1Aに表示された画像を前記表示手段1Aの外部空間に等倍率で結像させる等倍結像光学系2とからなる。このとき、前記等倍結像光学系2による結像は、図1に示したような正立像1Bであってもよいし、図2に示したような倒立像1Cであってもよい。このように、前記等倍結像光学系2を用いて前記表示手段1Aに表示された画像を前記表示手段1Aの外部空間に等倍率で結像させると、観察者3は、前記結像1B,1Cの位置に、前記表示手段1Aに表示されている画像が存在しているように知覚できる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the space floating image display device of the present invention includes a
(参考例1)
図3は、本発明に関わる参考例1の空間浮遊像表示装置の概略構成を示す模式図である。
図3において、1Aは表示手段、1B,1Cは結像、2は等倍結像光学系、201h(h=1,2,3,…,n)は焦点距離がfのレンズである。
(Reference Example 1)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the space floating image display device of Reference Example 1 according to the present invention.
In FIG. 3, 1A is a display means, 1B and 1C are images, 2 is an equal-magnification imaging optical system, and 201 h (h = 1, 2, 3,..., N) is a lens having a focal length f.
参考例1の空間浮遊像表示装置は、たとえば、図3に示すように、浮遊させる画像を実際に表示する表示手段1Aと、焦点距離が同一(f)のn枚のレンズ(nは2以上の整数)201h(h=1,2,3,…,n)が間隔d1で等間隔に配置された等倍結像光学系2からなる。
For example, as shown in FIG. 3, the space floating image display device of Reference Example 1 has n lenses (n is 2 or more) having the same focal length (f) as the display means 1A that actually displays the floating image. ) 201 h (h = 1, 2, 3,..., N) is composed of the equal-magnification imaging
参考例1の空間浮遊像表示装置で用いる等倍結像光学系2のように、焦点距離が同一のn枚のレンズ201hが等間隔で配置されている場合、焦点距離をf、レンズの間隔をdとすると、k枚目のレンズまでによる結像の倍率Mkは、下記数式(1)から(4)のような漸化式で表される。
参考例1の等倍結像光学系2のようにn枚のレンズ201hを用いて等倍率の正立像1Bを結像させる場合は、Mk=n=1である。そのため、前記数式(1)から数式(4)を用いてMk=n=1を満たすdを求めることで、前記レンズ201hの間隔d1が求まる。また、等倍率の倒立像1Cを結像させる場合は、Mk=n=−1である。そのため、前記数式(1)から数式(4)を用いてMk=n=−1を満たすdを求めることで、前記レンズ201hの間隔d1が求まる。
When imaging the erect 1B equal magnification using the
ここで、前記レンズ201hの間隔d1の求め方の一例として、焦点距離がfのレンズ2011,2012を2枚重ねた場合を挙げ、前記漸化式の解き方を簡単に説明する。
Here, as an example of a method for obtaining the
図4は、参考例1の等倍積層光学系におけるレンズの間隔の求め方を説明するための模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining how to obtain the lens interval in the equal-magnification laminated optical system of Reference Example 1.
前記2枚の焦点距離fのレンズ2011,2012は、図4に示すように、間隔dk−1=d1で配置されているとする。このとき、1枚目のレンズ2011から物体(表示手段1A)までの距離を−L0とし、1枚目のレンズ2011から1枚目のレンズ2011による結像1Dの倍率をM1、結像1Dまでの距離をL1とし、2枚目のレンズ2012までによる結像1Bの倍率をM2、結像1Bまでの距離をL2とする。このとき、前記L2は前記数式(3)および数式(4)から下記数式(9)で表され、前記M2は前記数式(1)および数式(9)から下記数式(10)で表される。
また、前記数式(9)および数式(10)において、前記L1は前記数式(3)および数式(4)から下記数式(11)で表され、前記M1は前記数式(1)および数式(11)から下記数式(12)で表される。
そして、前記数式(11)で表されるL1および前記数式(12)で表されるM1を前記数式(10)に代入すると、M2は下記数式(13)で表される。
こうして得られた前記数式(13)を、M2=1としてdについて解くと、dは、下記数式(14)のようになる。
When the equation (13) obtained in this way is solved for d with M 2 = 1, d becomes the following equation (14).
しかしながら、この場合、前記数式(14)に示したように、dは1枚目のレンズ2011から表示手段1Aまでの距離−L0に依存する。そのため、たとえば、前記表示手段1Aが1枚の表示面からなり、前記表示面に表示された1つの2次元像をそのまま浮遊させる場合などは、前記1枚目のレンズ2011から表示面までの距離−L0に基づく間隔dでレンズを積層することで、前記表示面に表示された2次元像を結像させることができる。しかしながら、前記表示手段1Aが、たとえば、DFD等の3次元立体像を表示する装置である場合、前記L0は、前記3次元立体像の各点において異なるため、前記数式(14)に基づいてレンズの間隔d1=dを決定することができない。そのため、前記数式(14)で得られるdは、解としてはふさわしくない。
However, in this case, as shown in the equation (14), d depends on the distance −L 0 from the first lens 2011 to the
一方、前記数式(14)を、M2=−1としてdについて解くと、dは、下記数式(15)のようになる。
この場合、dは1枚目のレンズ2011から表示手段1Aまでの距離−L0に依存しないので、2枚のレンズの間隔d1=2fとすれば、前記1枚目のレンズ2011から任意の距離にある表示手段1Aの画像を等倍の倒立像1Cとして結像させることができる。
In this case, d does not depend on the distance −L 0 from the first lens 2011 to the
また、n=3以上、すなわち3枚以上のレンズを積層する場合は、同様の手順で前記漸化式を解いて1枚目のレンズから物体までの距離−L0に依存しないdが求まれば、その値の間隔でレンズを配置することで、等倍の正立像または倒立像を結像させることができる。このとき、詳細な計算手順は省略するが、前記漸化式を用いてn=2から8までの場合について、等倍の正立像を結像させる場合のレンズの間隔d1と等倍の倒立像を結像させる場合のレンズの間隔d1の値を求めると、下記表1のようになる。 When n = 3 or more, that is, when three or more lenses are stacked, the recurrence formula is solved by the same procedure, and d which does not depend on the distance from the first lens to the object −L 0 is obtained. For example, by arranging the lenses at intervals of the values, it is possible to form an equal-magnification erect image or an inverted image. At this time, although a detailed calculation procedure is omitted, in the case of n = 2 to 8 using the above recurrence formula, an inverted image that is the same as the lens interval d1 when an erect image of the same magnification is formed. When the value of the lens interval d1 in the case of forming an image is obtained, it is as shown in Table 1 below.
図5および図6は、参考例1の空間浮遊像表示装置の一具体例を示す模式図であり、図5は表示手段として用いるDFDの原理を説明する図、図6は表示手段としてDFDを用いた場合の装置の構成例および動作を説明する図である。 5 and 6 are schematic diagrams showing a specific example of the space floating image display apparatus of Reference Example 1. FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of DFD used as display means, and FIG. 6 shows DFD as display means. It is a figure explaining the structural example and operation | movement of an apparatus at the time of using.
参考例1の空間浮遊像表示装置で用いる等倍結像光学系は、前述のように、焦点距離が同一のn枚のレンズ201h(h=1,2,3,…,n)を、前記数式(1)から数式(4)で表される漸化式において、Mn=1または−1であり、かつ、前記表示手段1Aと前記表示手段1Aから最も近いレンズ2011との距離−L0に依存しない間隔d1で配置することで、前記表示手段1Aに表示された画像の等倍率の正立像1Bまたは倒立像1Cを前記表示手段1Aの外部空間に結像させる。そのため、参考例1の空間浮遊像表示装置では、前記表示手段1Aとして、たとえば、DFDのような3次元表示装置を用いることもできる。
As described above, the equal-magnification imaging optical system used in the spatial floating image display apparatus of Reference Example 1 includes n lenses 201 h (h = 1, 2, 3,..., N) having the same focal length. In the recurrence formulas expressed by the formulas (1) to (4), M n = 1 or −1, and the distance between the
前記DFDは、たとえば、図5に示すように、2枚の表示面1A1,1A2が観察者3の視点Pから見て奥行き方向に重なるように配置された表示手段であって、物体などの画像を表示するときには、表示対象物体を観察者の視点方向から射影した2次元像を生成し、各表示面1A1,1A2に表示する。このとき、前記観察者から見て手前の表示面1A1に表示された2次元像Obj1の輝度をγ1、奥の表示面1A2に表示された2次元像Obj2の輝度をγ2とすると、前記観察者の視点Pからは、各表示面1A1,1A2の間であって、かつ、前記手前の表示面1A1からの距離H1と奥の表示面1A2からの距離H2の比H1:H2がγ2:γ1となるような奥行き位置に前記物体の像Objが表示されているように見える。そのため、たとえば、表示物体上の各点を表示する各画素の輝度の比γ1:γ2を変えることで、前記表示物体を立体的に表示(提示)することができる。
For example, as shown in FIG. 5, the DFD is a display unit arranged such that two display surfaces 1 </ b > A 1 and 1 </ b > A 2 overlap in the depth direction when viewed from the viewpoint P of the
参考例1の空間浮遊像表示装置の表示手段1Aとして前記DFDを用いる場合、たとえば、図6に示すように、前記観察者から見て手前の表示面1A1よりさらに手前に前記等倍結像光学系2を配置する。このとき、前記等倍結像光学系2は、たとえば、図6に示したように、焦点距離が同一の4枚のレンズ201h(h=1,2,3,4)を積層しておく。4枚のレンズを積層した場合、前記表1に示したように、正立像および倒立像のいずれの像も結像可能であるが、倒立像を結像させる場合のほうがレンズの間隔を狭くできる。そこで、前記等倍結像光学系2を、4枚のレンズ201hを積層して等倍率の倒立像を結像させる光学系とし、前記レンズ201hの焦点距離fを77mmとすると、レンズの間隔は約46mmとなる。このとき、前記レンズの間隔は、前述のように、前記表示手段1Aと前記表示手段1Aに最も近いレンズ2011との距離−L0に依存しないようにしているので、図6に示したように、前記表示手段1Aに最も近いレンズからの距離が異なる2枚の表示面1A1,1A2がある場合でも、各表示面1A1,1A2の等倍の倒立像を結像させることができる。
When using the DFD as the
このように、焦点距離fが77mmの4枚のレンズ201hを46mm間隔で配置した等倍結像光学系2を、2枚の表示面1A1,1A2を面間5mmで積層した前記表示手段(DFD)の手前(前面)の表示面1A1にほぼ密着させるように配置したところ、前記DFDから最も遠いレンズ(紙面右端のレンズ2014)から約20mmの位置に前面の表示面1A1の倒立像1C1が結像し、約15mmの位置に後面の表示面1A2の倒立像1C2が結像することを、本発明の発明者らは実験により確かめた。
In this way, the display having the same magnification imaging
このとき、前記空間浮遊像表示装置では、前記DFDの各表示面1A1,1A2に表示された画像と等倍率の倒立像1C1,1C2が前記DFDの外部空間に浮遊して表示されており、前記倒立像1C1,1C2を見ることで、前記DFDを直接見たときと同じ視覚効果が得られる。そのため、前記DFDを用いて、前記DFDの外部空間に3次元立体像を表示させることができる。またこのとき、前記前面および後面の表示面の倒立像1C1,1C2が結像した位置の近傍にタッチパネル(図示しない)を設けておけば、タッチパネルの近傍に結像した画像(倒立像)を見ながら前記タッチパネルの操作をすることができる。
At this time, in the space floating image display device, the
またこのとき、図6に示した例では、2つの表示面を利用して物体の3次元立体像を表示するDFDを用いている場合を挙げているが、3枚以上の表示面を利用するDFDであってもよい。また、前記表示手段は、3次元立体像を表示する手段であれば、前記DFDに限らず、たとえば、体積走査型表示装置のような3次元表示装置であってもよい。 At this time, in the example shown in FIG. 6, a case is described in which a DFD that displays a three-dimensional stereoscopic image of an object using two display surfaces is used. However, three or more display surfaces are used. It may be a DFD. The display means is not limited to the DFD as long as it is a means for displaying a three-dimensional stereoscopic image. For example, the display means may be a three-dimensional display device such as a volume scanning display device.
また、積層するレンズの枚数は、図6に示したような4枚に限らず、たとえば、表1に示したように2枚以上であれば構わない。しかしながら、レンズの枚数が少ないと視野角が狭くなる。また、レンズの枚数が多いと視野角は広がるが、レンズの吸収損失や散乱などの原因により画像が劣化する。これらのことから、前記レンズの積層枚数は4枚から8枚程度とすることが好ましい。 Further, the number of lenses to be stacked is not limited to four as shown in FIG. 6, and may be two or more as shown in Table 1, for example. However, when the number of lenses is small, the viewing angle becomes narrow. In addition, when the number of lenses is large, the viewing angle is widened, but the image is deteriorated due to absorption loss or scattering of the lens. For these reasons, it is preferable that the number of laminated lenses is about 4 to 8.
また、レンズはバルクレンズ、フレネルレンズ、液晶レンズのような可変焦点レンズなどの種々のレンズを用いることが可能であるが、薄型化の観点からフレネルレンズを用いることが好ましい。 In addition, various lenses such as a variable focus lens such as a bulk lens, a Fresnel lens, and a liquid crystal lens can be used as the lens, but it is preferable to use a Fresnel lens from the viewpoint of reducing the thickness.
また、前記レンズの材料には、アクリル、ポリカーボネート、ガラスなどの種々の光学材料を用いることができるが、加工の容易さ、透明度の高さなどの観点からアクリルを用いることが好ましい。 In addition, various optical materials such as acrylic, polycarbonate, and glass can be used as the material of the lens, but it is preferable to use acrylic from the viewpoints of ease of processing and high transparency.
図7乃至図10は、参考例1の空間浮遊像表示装置に用いる等倍結像光学系の応用例を説明するための模式図であり、図7は等倍結像光学系の原理を示す図、図8は図7に示した光学系と光学的に等価な光学系の第1の構成例を示す図、図9は図7に示した光学系と光学的に等価な光学系の第2の構成例を示す図、図10は図7に示した光学系と光学的に等価な光学系の第3の構成例を示す図である。 7 to 10 are schematic diagrams for explaining an application example of the equal magnification imaging optical system used in the spatial floating image display apparatus of Reference Example 1. FIG. 7 shows the principle of the equal magnification imaging optical system. 8 is a diagram illustrating a first configuration example of an optical system that is optically equivalent to the optical system illustrated in FIG. 7, and FIG. 9 is a diagram illustrating an optical system that is optically equivalent to the optical system illustrated in FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating a third configuration example of an optical system that is optically equivalent to the optical system illustrated in FIG.
参考例1の空間浮遊像表示装置では、前記物体の画像を浮遊させるために用いる等倍結像光学系として、たとえば、図7に示すように、焦点距離が同一(f)の4枚のレンズ201h(h=1,2,3,4)を間隔d1で等間隔に積層している。このとき、前記レンズ201hの間隔d1を、前記表1に示したように0.6fとすれば、図7に示したように、表示手段1Aに表示された画像と等倍率の倒立像1Cを結像させることができる。これは、別の言い方をすれば、図7に示したような構成、配置でなくとも、前記表示手段1A側から前記光学系に入射した光が、間隔d1=0.6fで配置されたレンズ(結像素子)を4回通過した後、前記光学系から出射すれば、前記表示手段1Aに表示された画像と等倍率の倒立像1Cを結像させることができるということである。そこで、図7に示した光学系と光学的に等価であり、前記表示手段1Aに表示された画像と等倍率の倒立像1Cを結像させることができる光学系の構成例を以下に説明する。
In the space floating image display apparatus of Reference Example 1, as a 1 × magnification imaging optical system used for floating the image of the object, for example, four lenses having the same focal length (f) as shown in FIG. 201 h (h = 1, 2, 3, 4) are laminated at equal intervals with an interval d1. At this time, the distance d1 of the
図7に示した光学系と光学的に等価な光学系としては、たとえば、図8に示すように、焦点距離が同一の3枚のレンズ201h(h=1,2,4)と、平面鏡202と、ハーフミラー203からなる光学系が考えられる。このとき、表示手段1A側から入射した光が最初に通過する1枚目のレンズ2011と2回目に通過する2枚目のレンズ2012は間隔d1=0.6fで配置する。また、前記ハーフミラー203は、前記1枚目のレンズ2011と前記2枚目のレンズ2012の間に配置する。またこのとき、前記ハーフミラー203は、たとえば、前記1枚目のレンズ2011から2枚目のレンズ2012に向かう光は直進し、前記2枚目のレンズ2012から1枚目のレンズ2011に向かう光は直交する方向に進路が変わるように配置する。そして、前記ハーフミラー203で進路が変わった光の進行方向に3枚目のレンズ2014を配置する。このとき、前記2枚目のレンズ2012と3枚目のレンズ2014は、図8に一点鎖線で示した光軸上での間隔がd1になるように配置する。
As an optical system optically equivalent to the optical system shown in FIG. 7, for example, as shown in FIG. 8, three lenses 201 h (h = 1, 2, 4) having the same focal length and a plane mirror are used. An optical system composed of 202 and the
また、前記平面鏡202は、前記2枚目のレンズ2012を通過した光が再び2枚目のレンズ2012を通過するように配置する。このとき、前記平面鏡202は前記2枚目のレンズ2012から距離d1/2の位置に配置する。
Also, the
このような構成の光学系の場合、前記表示手段1A側から入射した光は、前記1枚目のレンズ2011、前記ハーフミラー203、前記2枚目のレンズ2012を通過した後、前記平面鏡202で反射され、再び2枚目のレンズ2012を通過する。そして、前記2枚目のレンズ2012を再度通過した光は、前記ハーフミラー203で進路が変更され、前記3枚目のレンズ2014を通過した後、前記光学系から出射される。
For an optical system having such a configuration, the light incident from the display means 1A side, the first sheet of
このとき、前記表示手段1A側から入射した光は、出射されるまでに合計4回、焦点距離がfのレンズを通過する。そのため、前記各レンズ201h(h=1,2,4)の間隔および前記2枚目のレンズ2012と前記平面鏡202の間隔を前述のようにすると、図7に示した光学系と光学的に等価になり、前記表示手段1Aに表示された画像と等倍率の倒立像1Cを結像させることができる。
At this time, the light incident from the display means 1A side passes through a lens having a focal length f four times before being emitted. Therefore, when the interval between the lenses 201 h (h = 1,2,4) distance and said second sheet of
また、図8に示した光学系では、前記ハーフミラー203を用いて光の進路を変えたが、これに限らず、たとえば、偏光ビームスプリッタ204および1/4波長板205ならびに偏光板206を組み合わせて光の進路を変えることもできる。この場合、たとえば、図9に示すように、前記ハーフミラー203の代わりに前記偏光ビームスプリッタ204を前記1枚目のレンズ2011と2枚目のレンズ2012の間に配置し、前記2枚目のレンズ2012と前記平面鏡202の間に前記1/4波長板205を配置する。また、前記偏光板206は、たとえば、図9に示したように、前記1枚目のレンズ2011よりも光学的に手前の位置に、前記表示手段1A側から入射する光がp偏光になるように配置する。またこのとき、前記各レンズ201h(h=1,2,4)の間隔および前記2枚目のレンズ2012と前記平面鏡202の間隔は、図8に示した光学系の場合と同じとする。
In the optical system shown in FIG. 8, the light path is changed using the
このような構成の光学系の場合、前記表示手段1A側から入射した光は、p偏光の状態で前記1枚目のレンズ2011、前記偏光ビームスプリッタ204、前記2枚目のレンズ2012を通過した後、前記1/4波長板205、前記平面鏡202、前記1/4波長板205の順に通過することで前記2枚目のレンズ2012を再度通過するときにはs偏光になっている。そのため、前記2枚目のレンズ2012を再度通過した光は、前記偏光ビームスプリッタ204で進路が変更され、前記3枚目のレンズ2014を通過した後、前記光学系から出射される。
For an optical system having such a configuration, the light incident from the display means 1A side, the state of the p-polarized first sheet of
この場合も、前記表示手段1A側から入射した光は、出射されるまでに合計4回、焦点距離がfのレンズを通過する。そのため、前記各レンズ201h(h=1,2,4)の間隔および前記2枚目のレンズ2012と前記平面鏡202の間隔を前述のようにすると、図7に示した光学系と光学的に等価になり、前記表示手段1Aに表示された画像と等倍率の倒立像1Cを結像させることができる。
Also in this case, the light incident from the display means 1A side passes through a lens having a focal length f four times in total before being emitted. Therefore, when the interval between the lenses 201 h (h = 1,2,4) distance and said second sheet of
なお、図9に示した例では、前記光学系に前記偏光板206を設けているが、たとえば、前記表示手段1Aが偏光板を備えるディスプレイであり、前記表示手段1Aからの光があらかじめp偏光の状態になっている場合などには前記偏光板206は不要である。
In the example shown in FIG. 9, the
このように、前記平面鏡202と、前記ハーフミラー203や偏光ビームスプリッタ204などの光学部品を用いると、3枚のレンズ201h(h=1,2,4)で図7に示した光学系と光学的に等価な等倍結像光学系を構成することができる。そのため、図7に示したような構成の光学系よりもコンパクトにすることができる。
As described above, when the
また、図7に示した光学系は、4枚のレンズ201h(h=1,2,3,4)を積層しているが、前記レンズの代わりに、前記レンズと同等の結像効果が得られる曲面鏡、すなわち焦点距離がfの曲面鏡を用いることもできる。 Further, the optical system shown in FIG. 7 has four lenses 201 h (h = 1, 2, 3, 4) laminated, but instead of the lens, an imaging effect equivalent to that of the lens is obtained. The obtained curved mirror, that is, a curved mirror having a focal length f can also be used.
前記曲面鏡を用いた光学系としては、たとえば、図10に示すように、3枚目のレンズ2013の代わりに焦点距離がfの曲面鏡207を配置した光学系が挙げられる。この場合、1枚目のレンズ2011と2枚目のレンズ2012の間隔、図6に一点鎖線で示した光軸上での前記2枚目のレンズ2012と前記曲面鏡207の距離および前記曲面鏡207と4枚目のレンズ2014の距離がそれぞれd1=0.6fとなるように配置すれば、図7に示した光学系と光学的に等価になり、前記表示手段1Aに表示された画像と等倍率の倒立像1Cを結像させることができる。
As an optical system using the curved mirror, for example, as shown in FIG. 10, an optical system in which a
なお、図10では、3枚目のレンズ2013の代わりに前記曲面鏡207を用いた例を示しているが、これに限らず、他のレンズの代わりに前記曲面鏡を用いてもよい。また、1枚のレンズだけでなく、複数枚のレンズ、あるいは全てのレンズの代わりに前記曲面鏡を用いてもよい。
10 shows an example in which the
また、図8乃至図10に示した光学系は、図7に示した光学系と光学的に等価な光学系の一例であり、これらの構成や配置に限らず、図7に示した光学系と光学的に等価であれば他の構成や配置であってもよい。また、図8乃至図9では、レンズが4枚の場合について説明したが、4枚以外の場合も、同様に、光学的に等価であればどのような構成や配置であってもよい。 The optical system shown in FIGS. 8 to 10 is an example of an optical system optically equivalent to the optical system shown in FIG. 7. The optical system shown in FIG. 7 is not limited to these configurations and arrangements. Other configurations and arrangements may be used as long as they are optically equivalent. 8 to 9, the case where the number of lenses is four has been described. Similarly, in the case where the number of lenses is not four, any configuration and arrangement may be used as long as they are optically equivalent.
図11は、参考例1の空間浮遊像表示装置の応用例を説明するための模式図であり、1枚の表示面からなる表示手段を用いて立体的な像を表示させる装置の構成例を示す図である。 FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an application example of the space floating image display apparatus of Reference Example 1, and is a configuration example of an apparatus that displays a stereoscopic image using a display unit including one display surface. FIG.
参考例1の空間浮遊像表示装置は、たとえば、図6に示したように、複数の表示面を積層したDFDによって表示される3次元立体像の浮遊像を表示(提示)することができるだけでなく、たとえば、1枚の表示面からなる表示手段を用いて3次元立体像の浮遊像を表示(提示)することもできる。 For example, as shown in FIG. 6, the spatial floating image display device of Reference Example 1 can only display (present) a floating image of a three-dimensional stereoscopic image displayed by a DFD in which a plurality of display surfaces are stacked. For example, a floating image of a three-dimensional stereoscopic image can be displayed (presented) by using a display unit including a single display surface.
1枚の表示面からなる表示手段1Aを用いて3次元立体像の浮遊像を表示(提示)する場合、たとえば、図11に示すように、前記1枚の表示面上に前記DFDの前面の表示面および後面の表示面のそれぞれに表示する2次元像に相当する2次元像Obj1,Obj2を表示する。そして、前記前面の表示面に相当する2次元像Obj1は、図7に示したように、第1レンズ2011、平面鏡(全反射ミラー)202A、ハーフミラー203、第2レンズ2012によって外部空間上に結像させる。また、前記後面の表示面に相当する2次元像Obj2は、図7に示したように、平面鏡202B、第3レンズ2011’、平面鏡202C、ハーフミラー203、第2レンズ2012によって外部空間上に結像させる。このとき、前記第1レンズ2011から第2レンズ2012までの光学距離および第3レンズ2011’から第2レンズ2022までの光学距離がそれぞれd=2fとなるようにしておけば、前記前面の表示面に相当する2次元像Obj1および前記後面の表示面に相当する2次元像Obj2と等倍率の倒立像が、前記表示手段1Aの外部空間に結像する。
When displaying (presenting) a floating image of a three-dimensional stereoscopic image using the
またこのとき、前記前面の表示面に相当する2次元像Obj1から前記第1レンズ2011までの光学距離と、前記後面の表示面に相当する2次元像Obj2から前記第3レンズ2011’までの光学距離を変化させることで、前記表示面の外部空間に結像した倒立像Obj1,Obj2の間隔を制御することができる。
At this time, the optical distance from the two-dimensional image Obj 1 corresponding to the front display surface to the
以上説明したように、参考例1の空間浮遊像表示装置によれば、前記等倍結像光学系に入射した光が出射するまでに、焦点距離が同一である結像素子(レンズ)をn回通過するときに、前記数式(1)から数式(4)で表される漸化式において、Mk=n=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない間隔dで前記結像素子を配置することにより、簡素な構成で等倍の正立像または倒立像を結像させることができる。 As described above, according to the space floating image display device of Reference Example 1, n imaging elements (lenses) having the same focal length before the light incident on the equal magnification imaging optical system is emitted are n. In the recursion formulas expressed by the formulas (1) to (4), the imaging element is satisfied at an interval d that satisfies M k = n = 1 or −1 and does not depend on L 0. By arranging the child, it is possible to form an upright image or an inverted image of the same magnification with a simple configuration.
また、参考例1の空間浮遊像表示装置であれば、前記DFDのように、そのままでは表示手段の外部空間に3次元立体像を表示できない表示手段を用いることもでき、立体的な浮遊像を容易に表示させることができる。 In addition, in the space floating image display device of Reference Example 1, a display unit that cannot display a three-dimensional stereoscopic image in the external space of the display unit as it is can be used as in the DFD. It can be displayed easily.
図12は、本発明による実施例1の空間浮遊像表示装置における等倍結像光学系の概略構成を説明するための模式図である。
図12において、201h(h=1,2,…,n+1)は焦点距離がf1のレンズ、208j(j=1,2,…,n)は焦点距離がf2のレンズである。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a schematic configuration of the equal-magnification imaging optical system in the space floating image display apparatus according to the first embodiment of the present invention .
In FIG. 12, 201 h (h = 1,2 , ..., n + 1) is the focal distance is f 1 lens, 208 j (j = 1,2, ..., n) is the focal length is f 2 lenses.
参考例1の空間浮遊像表示装置における前記等倍結像光学系では、前記結像素子は、焦点距離がfのレンズまたは曲面鏡のみであるが、等倍結像光学系の構成は、これに限らず、たとえば、図12に示すように、n+1枚の焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,…,n+1)と、n枚の焦点距離がf2のレンズ208j(j=1,2,…,n)を交互に積層し、かつ、前記焦点距離がf1のレンズ201hを間隔d2で等間隔に配置した構成であってもよい。実施例1の等倍結像光学系は、このような構成であり、かつ、これら2n+1枚のレンズは隣り合う2枚のレンズ(焦点距離がf 1 のレンズ201 h と焦点距離がf 2 のレンズ208 j )の間隔が等間隔になるように配置されているとする。
In the 1 × imaging optical system in the spatial floating image display apparatus of Reference Example 1, the imaging element is only a lens or a curved mirror having a focal length f, but the configuration of the 1 × imaging optical system is as follows. not limited to, for example, as shown in FIG. 12, n + 1 sheets of focal length f 1 of the lens 201 h (h = 1,2, ... , n + 1) and, n pieces of the focal length is f 2 lens 208 j (J = 1, 2,..., N) may be alternately stacked, and the
図12に示したような等倍結像光学系の場合、隣り合う2枚のレンズの間隔をd(=d2/2)とすると、k枚目のレンズまでによる結像の倍率Mkは、下記数式(5)から数式(8)のような漸化式で表される。
図12に示したような等倍結像光学系を用いて等倍率の正立像1Bを結像させる場合、前記数式(5)から数式(8)を用いてMk=2n+1=1を満たすdを求めることで、前記焦点距離がf1のレンズ201hの間隔d2が求まる。また、等倍率の倒立像1Cを結像させる場合は、前記数式(5)から数式(8)を用いてMk=2n+1=−1を満たすdを求めることで、前記焦点距離f1のレンズ201hの間隔d2が求まる。なお、前記数式(5)から数式(8)を用いてMk=2n+1=1または−1を満たすdを求める手順は、前記数式(1)から数式(4)を用いてM k=n =1または−1を満たすdを求める場合と同じ手順であるので、詳細な説明は省略する。
When the
また、図12に示したような等倍結像光学系において、前記数式(5)から数式(8)で表される漸化式を用いてn=1まで、すなわち焦点距離がf1のレンズが2枚の場合について、たとえば、f2=−2f1として、等倍の倒立像を結像させるときの焦点距離がf 1 のレンズ201 1 ,201 2 の間隔d2を求めると、d2=1.6fとなる。これに対し、参考例1のような焦点距離がf1のレンズのみで構成された等倍結像光学系においてレンズが2枚の場合、前記表1に示したようにレンズの間隔d1は2fにする必要がある。つまり、焦点距離がf1 である2枚のレンズの間に、焦点距離がf2のレンズを挟むことで、前記焦点距離がf1のレンズの間隔を狭くすることができる。また、説明は省略するが、他の枚数の場合も、焦点距離がf2のレンズを挟むことで、前記焦点距離がf1のレンズの間隔を狭くすることができる。
Further, in the equal-magnification imaging optical system as shown in FIG. 12, up to n = 1, that is, a lens with a focal length f 1 using the recurrence formulas expressed by the formulas (5) to (8). About If is two, for example, as
つまり、図12に示したような等倍結像光学系にすると、焦点距離がf1のレンズをm枚積層させるときの間隔d2は、前記参考例1のように焦点距離がf1のレンズのみをm枚積層させるときに比べて狭くすることが可能である。そのため、等倍結像光学系を薄くすることができる。 In other words, when the magnification-imaging optical system shown in FIG. 12, distance d2 when the focal length is laminated m sheets of lens f 1, the focal length of f 1 lens as in Reference Example 1 It is possible to make it narrower than when only m sheets are stacked. Therefore, the equal magnification imaging optical system can be thinned.
また、図12に示したような等倍結像光学系では、焦点距離f1と焦点距離f2が独立変数なので、前記数式(5)においてM2n+1=1または−1を満たすような条件下で焦点距離f1と焦点距離f2を変化させることで、結像位置Lk=2n+1を自由に変化させることができる。この点についての最も典型的な例として、n=2、すなわちレンズの総数が5枚の場合について考える。このとき、たとえば、前記数式(5)においてM5=−1を解くと、解の1つとして、下記数式(16)が得られる。
このとき、前記数式(16)を満たすようにf1とf2を変えることにより、等倍関係を維持したまま結像位置L5を制御することができる。 At this time, by changing f 1 and f 2 so as to satisfy Equation (16), it is possible to control the imaging position L 5 while maintaining the same magnification relationship.
また、図12に示したような構成の等倍結像光学系の場合、前記レンズ201 h ,208 j として可変焦点レンズ、すなわち焦点距離を変えられるレンズを用いることが好ましい。前記可変焦点レンズとしては、たとえば、液晶レンズが挙げられる。
In the case of the equal magnification imaging optical system configured as shown in FIG. 12, it is preferable to use a variable focus lens, that is, a lens whose focal length can be changed, as the
前記レンズ201 h ,208 j として可変焦点レンズを用いると、たとえば、1組の光学系で、前記数式(5)においてM2n+1=1または−1を満たすような条件下で焦点距離f1と焦点距離f2を変化させることができる。言い換えると、たとえば、前記レンズの総数が5枚の場合、前記焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,3)をある間隔d3で配置しているときには、前記各レンズ201h,208jの焦点距離f1,f2は、前記数式(16)を満たしていれば、どのような組み合わせであってもよい。そして、前記各レンズ201h,208jの焦点距離f1,f2の組み合わせを変えた場合、前記数式(7)から、物体の結像位置L5が変わる。そのため、たとえば、3次元表示装置で表示可能な奥行き表示範囲が狭い場合でも、前記各レンズ201h,208jの焦点距離f1,f2を変化させることで、広い奥行き範囲を表現することができる。
When a variable focus lens is used as the
なお、図12に示した等倍結像光学系では、前記焦点距離がf2のレンズとして凹レンズを用いているが、これに限らず、凸レンズを用いてもよい。 In the magnification-imaging optical system shown in FIG. 12, wherein at the focal length is used concave as the lens f 2, it is not limited thereto, may be used a convex lens.
(参考例2)
図13および図14は、本発明に関わる参考例2の空間浮遊像表示装置の概略構成を示す模式図であり、図13は等倍結像光学系として放物面鏡を用いた場合の構成例を示す図、図14は等倍結像光学系として楕円鏡を用いた場合の構成例を示す図である。
図13において、2091,2092は放物面鏡である。また、図14において、210は楕円鏡である。
(Reference Example 2)
13 and 14 are schematic diagrams showing a schematic configuration of the space floating image display apparatus of Reference Example 2 according to the present invention, and FIG. 13 shows a configuration in the case where a paraboloid mirror is used as the equal magnification imaging optical system. FIG. 14 is a view showing an example, and FIG. 14 is a view showing a configuration example when an elliptical mirror is used as an equal magnification imaging optical system.
In FIG. 13, 209 1 and 209 2 are parabolic mirrors. In FIG. 14,
本発明の前記空間浮遊像表示装置における等倍結像光学系2は、前述のように、表示手段1A(表示面)に実際に表示された画像を前記表示手段1Aの外部空間に等倍率で結像させることが可能であればよいので、参考例1および実施例1で説明したような複数枚のレンズ(光を透過する結像素子)を積層した光学系に限らず、たとえば、凹面鏡(光を反射する結像素子)を用いた光学系であってもよい。そこで、参考例2では、前記等倍結像光学系として凹面鏡を用いた場合の空間浮遊像表示装置の構成例について説明する。
As described above, the equal magnification imaging
前記等倍結像光学系2として凹面鏡を用いる場合、前記凹面鏡としては、たとえば、図13に示すように、放物面状の内部空間を有する放物面鏡2091,2092を用いることができる。このとき、前記放物面を鏡面とし、図13に示したように、曲率が同一の2つの放物面鏡2091,2092を開口端が向かい合うように配置する。またこのとき、前記2つの放物面鏡2091,2092は、光軸が一致するように配置する。そして、前記放物面鏡の一方の焦点に表示手段1Aを配置して画像を表示させると、前記放物面の他方の焦点に前記表示手段1Aに表示された画像を等倍率で結像させることができる。
When a concave mirror is used as the equal magnification imaging
また、前記等倍結像光学系2として凹面鏡を用いる場合、前記凹面鏡としては、前記放物面鏡2091,2092に限らず、たとえば、図14に示すように、回転楕円体状の内部空間を有する楕円鏡210を用いることもできる。このとき、前記回転楕円体面は鏡面とし、図14に示したように、回転楕円体面の一方の焦点に表示手段1Aを配置して画像を表示させると、前記回転楕円体面の他方の焦点に前記表示手段1Aに表示された画像を等倍率で結像させることができる。
When a concave mirror is used as the equal-magnification imaging
このように、前記等倍結像光学系として凹面鏡を用いた場合も、前記実施例1と同様に、前記空間浮遊像表示装置の構成を簡素化できる。 As described above, even when a concave mirror is used as the equal-magnification imaging optical system, the configuration of the spatial floating image display device can be simplified as in the first embodiment.
なお、参考例2では、図13に示したような放物面鏡2091,2092、図14に示したような楕円鏡210を用いた例を挙げているが、これに限らず、他の鏡面形状を持つ凹面鏡を用いることも可能である。
In Reference Example 2, an example using the
(参考例3)
図15は、本発明に関わる参考例3の空間浮遊像表示装置の概略構成を示す模式図であり、等倍結像光学系として棒状レンズアレイを用いた場合の構成例を示す図である。
図15において、211は棒状レンズである。
(Reference Example 3)
FIG. 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the space floating image display device of Reference Example 3 according to the present invention, and is a diagram showing a configuration example when a rod-shaped lens array is used as the equal magnification imaging optical system.
In FIG. 15,
本発明の前記空間浮遊像表示装置における等倍結像光学系2は、前述のように、表示手段1A(表示面)に実際に表示された画像を前記表示手段1Aの外部空間に等倍率で結像させることが可能であればよいので、参考例1および実施例1で説明した複数枚のレンズを積層した光学系、参考例2で説明した凹面鏡を用いた光学系の他に、たとえば、セルフォックレンズアレイ(Selfoc Lens Array;日本板硝子(株)の登録商標)のような棒状レンズアレイを用いることもできる。そこで、参考例3では、前記等倍結像光学系2として棒状レンズアレイを用いた場合の空間浮遊像表示装置の構成例について簡単に説明する。
As described above, the equal magnification imaging
前記棒状レンズアレイは、たとえば、屈折率が中心から外周に向かって連続的に変化している棒状レンズ211を2次元アレイ状に束ねたものであって、前記等倍結像光学系2として用いる場合、たとえば、図15に示すように、各棒状レンズ211の中心軸が表示手段(表示面)1Aと垂直になるように配置する。
The rod-shaped lens array is, for example, a bundle of rod-shaped
このとき、前記棒状レンズ211の長さLLensは、前記棒状レンズ211を伝播する光線の1周期をLpとしたときに、(n−1/2)Lp<LLens<nLp(n=1,2,3,…)となるようにする。このようにすると、前記棒状レンズアレイの一端に配置された表示手段(表示面)1Aに表示された画像の等倍立像が前記棒状レンズアレイの他端側に結像される。
At this time, the length L Lens of the rod-shaped
このように、前記等倍結像光学系2として棒状レンズアレイを用いた場合も、前記実施例1と同様に、前記空間浮遊像表示装置の構成を簡素化できる。
As described above, even when a rod-shaped lens array is used as the equal-magnification imaging
以上、本発明を、前記実施例および参考例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。 The present invention has been specifically described above based on the above-described embodiments and reference examples . However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course.
前記等倍結像光学系は、物体を等倍率で結像させることができる。そのため、前記等倍結像光学系を設けた空間浮遊像表示装置は、前記参考例1で説明したようなタッチパネル表示装置の他、たとえば、銅像,花瓶,彫刻などのインテリア(オブジェ)の表示や、屋外や公共施設等に設置された表示装置で表示する広告を空間に浮遊させて表示する表示システムなどに適用することもできる。 The equal-magnification imaging optical system can image an object at equal magnification. For this reason, the space floating image display device provided with the same-magnification imaging optical system is capable of displaying interiors (objects) such as bronze images, vases, sculptures, etc., in addition to the touch panel display device described in Reference Example 1. Also, the present invention can be applied to a display system that displays an advertisement displayed on a display device installed outdoors or in a public facility while floating in the space.
1A…表示手段
1A1…前面(手前)の表示面
1A2…後面(奥)の表示面
1B…等倍率の正立像
1C…等倍率の倒立像
2011,2012,2013,201n,201n+1…焦点距離がf(f1)のレンズ
202,202A,202B,202C…平面鏡(全反射ミラー)
203…ハーフミラー
204…偏光ビームスプリッタ
205…1/4波長板
206…偏光板
207…曲面鏡
2081,2082,2083,208n…焦点距離がf2のレンズ
2091,2092…放物面鏡
210…楕円鏡
211…棒状レンズ
3…観察者
1A ...
203 ...
Claims (3)
前記等倍結像光学系は、焦点距離がf1であるn+1枚(nは1以上の整数)のレンズと、焦点距離がf2であるn枚のレンズからなり、かつ、
前記焦点距離がf 1 のレンズまたは前記焦点距離がf 2 のレンズのいずれか一方、または両方が、可変焦点レンズであり、
前記焦点距離がf1のレンズと前記焦点距離がf2のレンズとは、交互に配置され、かつ、等間隔で配置されており、
隣り合う2枚の前記レンズの間隔dは、k個の前記レンズを通過した光の結像の倍率をMkとしたときに下記数式(5)乃至数式(8)で表される漸化式において、Mk=2n+1=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とすることを特徴とする空間浮遊像表示装置。
Wherein such Baiyuizo optical system includes a lens of n + 1 sheets focal length is f 1 (n is an integer of 1 or more), an n-lenses the focal length is f 2, and,
Either the lens with the focal length f 1 or the lens with the focal length f 2 , or both are variable focus lenses,
Wherein the focal length is the focal length of the lens f 1 is f 2 lenses are arranged alternately, and are arranged at equal intervals,
The distance d between the two adjacent lenses is a recurrence formula expressed by the following formulas (5) to (8), where M k is the magnification of image formation of light that has passed through the k lenses. The spatial floating image display device is characterized in that M k = 2n + 1 = 1 or −1 and a value that does not depend on L 0 .
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