JP7216925B2 - Aerial imaging device, aerial input device, display device with aerial imaging device, moving body and hologram imaging lens - Google Patents

Aerial imaging device, aerial input device, display device with aerial imaging device, moving body and hologram imaging lens Download PDF

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    • G03H1/22Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms

Description

本発明は、空中結像装置、空中結像装置を有する空中入力装置、空中結像装置または空中入力装置を有する空中結像装置付き表示装置、空中結像装置、空中入力装置または空中結像装置付き表示装置を有する移動体に関する。また、本発明は、ホログラム結像レンズに関する。 The present invention relates to an aerial imaging device, an aerial input device having an aerial imaging device, a display device with an aerial imaging device or an aerial imaging device having an aerial input device, an aerial imaging device, an aerial input device or an aerial imaging device The present invention relates to a mobile body having a display device with the attached display device. The invention also relates to a holographic imaging lens.

画像光を出射する画像光出射装置からの画像光をスクリーン等なしに空中に結像させて空中に表示物を表示する装置として、例えば特許文献1に記載された空中結像装置が知られている。特許文献1に記載された空中結像装置は、画像光出射装置からの画像光を空中で結像させるための結像素子を有している。特許文献1では、結像素子は、2つの反射部材に反射面を一定の間隔で並べ、各反射部材を反射面が直交するように積層することで形成されている。 2. Description of the Related Art As a device for displaying a display object in the air by forming an image of image light from an image light emitting device that emits image light in the air without using a screen or the like, for example, an aerial imaging device described in Patent Document 1 is known. there is An aerial imaging device described in Patent Document 1 has an imaging element for forming an image in the air with image light from an image light emitting device. In Patent Document 1, the image forming element is formed by arranging the reflecting surfaces of two reflecting members at regular intervals and laminating the respective reflecting members so that the reflecting surfaces are perpendicular to each other.

国際公開第2009/131128号WO2009/131128

特許文献1に記載されている結像素子は、反射部材を正確に並べるという複雑な構成を有している。このような結像素子は、製造が容易ではなく、コストがかかってしまう。本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、簡易な構成で空中に像を結像させることを目的とする。 The imaging element described in Patent Document 1 has a complicated configuration in which the reflecting members are arranged accurately. Such imaging elements are not easy to manufacture and are costly. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of such points, and an object of the present invention is to form an image in the air with a simple structure.

本発明の空中結像装置は、
画像光を出射する表示装置と、
前記表示装置から出射した画像光を結像位置に結像するホログラム結像レンズと、を備える。
The aerial imaging device of the present invention comprises:
a display device that emits image light;
and a hologram imaging lens that forms an image of the image light emitted from the display device at an imaging position.

本発明の空中結像装置において、前記画像光は、発散光であってもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the image light may be divergent light.

本発明の空中結像装置において、前記ホログラム結像レンズは、体積ホログラムであってもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the hologram imaging lens may be a volume hologram.

本発明の空中結像装置において、前記ホログラム結像レンズは、反射型ホログラムであってもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the hologram imaging lens may be a reflection hologram.

本発明の空中結像装置において、前記ホログラム結像レンズは、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光をそれぞれ結像させてもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the hologram imaging lens may image red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light, respectively.

本発明の空中結像装置において、前記表示装置は、前記ホログラム結像レンズによって結像される像が所望の色となるように、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光を含む画像光を出射してもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the display device comprises light of red wavelength, light of green wavelength, and light of blue wavelength so that the image formed by the hologram imaging lens has a desired color. Image light including light may be emitted.

本発明の空中結像装置は、前記表示装置と前記ホログラム結像レンズとの間に、第2の反射型ホログラムを含む光学部材をさらに備えてもよい。 The aerial imaging device of the present invention may further include an optical member including a second reflection hologram between the display device and the hologram imaging lens.

本発明の空中結像装置において、前記画像光は、前記ホログラム結像レンズにブリュースター角をなす入射角度で入射してもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the image light may enter the hologram imaging lens at an incident angle forming Brewster's angle.

本発明の空中結像装置において、前記結像位置は、前記ホログラム結像レンズに前記画像光が入射する方向とは異なる方向から観察されてもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the imaging position may be observed from a direction different from a direction in which the image light enters the hologram imaging lens.

本発明の空中結像装置において、前記結像位置は、前記表示装置と前記ホログラム結像レンズとの間であってもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the imaging position may be between the display device and the hologram imaging lens.

本発明の空中結像装置において、前記結像位置と前記ホログラム結像レンズとの間の距離は、15mm以上であってもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the distance between the imaging position and the hologram imaging lens may be 15 mm or more.

本発明の空中結像装置は、前記結像位置を示す結像目印をさらに有してもよい。 The aerial imaging device of the present invention may further have an imaging mark indicating the imaging position.

本発明の空中結像装置において、前記ホログラム結像レンズは、透明であってもよい。 In the aerial imaging device of the present invention, the hologram imaging lens may be transparent.

本発明の空中結像装置において、前記ホログラム結像レンズは、干渉縞が設けられた複数の要素ホログラム形成部と、前記要素ホログラム形成部の間の要素ホログラム非形成部と、を含んでもよい。 In the aerial imaging apparatus of the present invention, the hologram imaging lens may include a plurality of element hologram forming portions provided with interference fringes and element hologram non-forming portions between the element hologram forming portions.

本発明の空中入力装置は、
上述したいずれかの空中結像装置と、
前記結像位置に対応した位置に感度を有する位置検出センサと、を備える。
The aerial input device of the present invention is
Any aerial imaging device as described above;
and a position detection sensor having sensitivity at a position corresponding to the imaging position.

本発明の空中入力装置は、前記位置検出センサが検出可能な領域を示すセンサ目印をさらに備えてもよい。 The aerial input device of the present invention may further include a sensor mark indicating an area detectable by the position detection sensor.

本発明の空中結像装置付き表示装置は、
表示面を有する第2表示装置と、
前記表示面上に前記ホログラム結像レンズが設けられた上述したいずれかの空中結像装置または上述したいずれかの空中入力装置と、を備える。
The display device with an aerial imaging device of the present invention includes:
a second display device having a display surface;
Any of the above-described aerial imaging devices or any of the above-described aerial input devices having the hologram imaging lens provided on the display surface.

本発明の移動体は、上述したいずれかの空中結像装置、上述したいずれかの空中入力装置、または上述した空中結像装置付き表示装置を備える。 A moving body of the present invention includes any of the above-described aerial imaging devices, any of the above-described aerial input devices, or the above-described display device with an aerial imaging device.

本発明のホログラム結像レンズは、入射した画像光を結像位置に結像する。 The hologram imaging lens of the present invention forms an image of incident image light at an imaging position.

本発明によれば、簡易な構成で空中に像を結像させることができる。 According to the present invention, an image can be formed in the air with a simple configuration.

図1は、空中結像装置付き表示装置を備える移動体を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a moving body provided with a display device with an aerial imaging device. 図2は、空中結像装置付き表示装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the display device with an aerial imaging device. 図3は、空中入力装置の上面図である。FIG. 3 is a top view of the airborne input device. 図4は、ホログラム結像レンズの一部を拡大して示す図である。FIG. 4 is an enlarged view of a part of the hologram imaging lens. 図5は、図3のV-V線に沿った断面図であって、空中結像装置の作用を説明するための空中結像装置の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV of FIG. 3 and is a cross-sectional view of the aerial imaging device for explaining the action of the aerial imaging device. 図6は、結像位置が観察される方向と画像光が入射する方向との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the direction in which the imaging position is observed and the direction in which the image light is incident. 図7は、ホログラム結像レンズの製造工程を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the manufacturing process of the hologram imaging lens. 図8Aは、ホログラム結像レンズによる像の結像工程の一例を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing an example of an image forming process by a hologram imaging lens. 図8Bは、ホログラム結像レンズによる像の結像工程の他の例を示す図である。FIG. 8B is a diagram showing another example of the image forming process by the hologram imaging lens. 図9は、図4に対応する空中結像装置の一変形例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modification of the aerial imaging device corresponding to FIG.

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings attached to this specification, for the convenience of illustration and ease of understanding, the scale and the ratio of vertical and horizontal dimensions are changed and exaggerated from those of the real thing.

なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。 It should be noted that the terms such as "parallel", "perpendicular", "same" and the like, length and angle values, etc. that specify shapes and geometric conditions and their degrees used in this specification are strictly It shall be interpreted to include the extent to which similar functions can be expected without being bound by the meaning.

図1は、移動体の例として、自動車の内装の一部を示す図である。図1に示されているように、自動車1は、インストルメントパネルやセンターコンソールを有している。図示されている例では、自動車1のセンターコンソール5が、空中結像装置付き表示装置10で構成されている。とりわけ、従来の自動車のセンターコンソールに設けられている操作スイッチやタッチパネル機能付き表示装置に代えて、空中結像装置付き表示装置10が設けられている。 FIG. 1 is a diagram showing part of the interior of an automobile as an example of a mobile object. As shown in FIG. 1, an automobile 1 has an instrument panel and a center console. In the illustrated example, the center console 5 of the motor vehicle 1 comprises a display device 10 with an aerial imaging device. In particular, the display device 10 with an aerial imaging device is provided in place of the operation switches and the display device with a touch panel function provided on the center console of the conventional automobile.

空中結像装置付き表示装置10は、画像を表示し、当該画像とは別に空中に像を結像させる。すなわち、空中結像装置付き表示装置10の観察者は、表示面に表示された画像と、表示面から離間した位置に結像した像と、を視認することができる。また、空中結像装置付き表示装置10は、好ましくは、後述する空中入力装置20を有している。空中入力装置20により、観察者は、空中結像装置付き表示装置10に情報を入力することができる。典型的には、空中結像装置付き表示装置10の観察者は、空中に結像した像の位置に指等を動かすことで、表示面等に接触することなく、空中結像装置付き表示装置10に情報を入力することができる。 The display device 10 with an aerial imaging device displays an image and forms an image in the air separately from the image. That is, an observer of the display device 10 with an aerial imaging device can visually recognize an image displayed on the display surface and an image formed at a position spaced apart from the display surface. Moreover, the display device 10 with an aerial imaging device preferably has an aerial input device 20, which will be described later. The aerial input device 20 allows the observer to input information to the display device 10 with an aerial imaging device. Typically, an observer of the display device 10 with the aerial imaging device moves a finger or the like to the position of the image formed in the air, thereby viewing the display device with the aerial imaging device without touching the display surface or the like. 10 can be entered.

図2には、空中結像装置付き表示装置10の分解斜視図が示されている。図2に示されているように、空中結像装置付き表示装置10は、第2表示装置11と、空中入力装置20と、を有している。 FIG. 2 shows an exploded perspective view of the display device 10 with an aerial imaging device. As shown in FIG. 2 , the display device 10 with an aerial imaging device has a second display device 11 and an aerial input device 20 .

第2表示装置11は、表示面12を有する。第2表示装置11は、表示面12に画像を表示することができる。表示面12に表示された画像は、空中結像装置付き表示装置10の観察者に観察され得る。第2表示装置11は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ等の任意の表示装置を用いることができる。このような第2表示装置11の表示面12は、典型的にはガラス面となっている。 The second display device 11 has a display surface 12 . The second display device 11 can display an image on the display surface 12 . The image displayed on the display surface 12 can be observed by an observer of the display device 10 with an aerial imaging device. Any display device such as a liquid crystal display, a plasma display, or an organic EL display can be used as the second display device 11 . The display surface 12 of such a second display device 11 is typically a glass surface.

あるいは、第2表示装置11は、光を印刷が施された透明なフィルム等を透過させて画像を表示するものや、光の一部を遮光物によって遮光することで明暗による画像を表示するものであってもよい。この場合、第2表示装置11は、光を発する光源と、表示する画像に対応した印刷が施された透明なフィルムや表示する画像に対応した形状の遮光物等といった所定のパターン部と、を含んでいる。透明なフィルムの表面や遮光物の非形成部が表示面12となる。光源としては、所定のパターン部を透過する光の強度を均一にするために、例えば面状に光を発する面光源装置が用いられることが好ましい。 Alternatively, the second display device 11 displays an image by transmitting light through a printed transparent film or the like, or displays a bright and dark image by blocking part of the light with a light blocking material. may be In this case, the second display device 11 includes a light source that emits light, and a predetermined pattern portion such as a transparent film on which printing corresponding to the image to be displayed is applied, or a light shielding material having a shape corresponding to the image to be displayed. contains. The display surface 12 is the surface of the transparent film or the non-shading portion. As the light source, it is preferable to use, for example, a surface light source device that emits light in a planar manner in order to make uniform the intensity of light that passes through a predetermined pattern portion.

図3には、空中入力装置20の上面図が示されている。空中入力装置20は、空中に像を結像し、また、検出可能な位置における物体の存在を検出する。物体の存在を検出することにより、位置の情報を入力することができる。検出する位置の情報は、結像した像に対応させることができる。例えば、図3に示す空中入力装置20では、空中にA,B,C,Dの4つの文字が描かれた突出形状を結像させ、各突出形状に対応した位置において物体の存在を検出可能としている。このような空中入力装置20において、観察者が指Fで文字が描かれた突出形状を指すと、空中入力装置20は指されている位置を検出して、検出した位置に対応する突出形状を特定する。指されている突出形状の特定により、観察者が指している文字の情報を入力することができる。 A top view of the airborne input device 20 is shown in FIG. The aerial input device 20 forms images in the air and detects the presence of objects at detectable locations. Location information can be input by detecting the presence of an object. Information on the position to be detected can be made to correspond to the formed image. For example, in the aerial input device 20 shown in FIG. 3, projected shapes in which four characters A, B, C, and D are drawn are imaged in the air, and the presence of an object at a position corresponding to each projected shape can be detected. and In such an aerial input device 20, when an observer points a protruding shape on which a character is drawn with a finger F, the aerial input device 20 detects the pointed position and displays a protruding shape corresponding to the detected position. Identify. Information on the character pointed by the observer can be input by specifying the protruding shape being pointed.

図2に示すように、空中入力装置20は、第2表示装置11の表示面12の側に配置されている。このため、空中入力装置20は、第2表示装置11に対して後付けで設置することができる。また、図2に示されているように、空中入力装置20は、位置検出センサ21と、センサ目印25と、空中結像装置30と、を有している。 As shown in FIG. 2, the aerial input device 20 is arranged on the display surface 12 side of the second display device 11 . Therefore, the aerial input device 20 can be retrofitted to the second display device 11 . Further, as shown in FIG. 2, the aerial input device 20 has a position detection sensor 21, a sensor mark 25, and an aerial imaging device 30. As shown in FIG.

位置検出センサ21は、所定の領域Rにおける物体の位置を検出する。位置検出センサ21は、物体の位置だけでなく動きを検出してもよい。位置検出センサ21は、像が結像される位置に対応した位置に検出の感度を有するよう、設定および配置されている。図2及び図3に示されている例では、位置検出センサ21は、第1方向d1の位置を検出する第1センサ21aと、第1方向d1に非平行な第2方向d2の位置を検出する第2センサ21bと、を含んでいる。第1センサ21a及び第2センサ21bによって、第1方向d1及び第2方向d2における物体の位置を検出することができる。また、第1方向d1及び第2方向d2における物体の速度を検出することにより、第1方向d1及び第2方向d2における物体の動きを検出することができる。なお、図示された例に限らず、位置検出センサ21は、第1方向d1のみにおける物体の位置を検出することができてもよいし、第1方向d1及び第2方向d2に加えて第1方向d1及び第2方向d2に非平行な第3方向における位置も検出することができてもよい。 A position detection sensor 21 detects the position of an object in a predetermined area R. FIG. The position detection sensor 21 may detect not only the position of an object but also its motion. The position detection sensor 21 is set and arranged so as to have detection sensitivity at a position corresponding to a position where an image is formed. In the example shown in FIGS. 2 and 3, the position detection sensor 21 includes a first sensor 21a that detects the position in the first direction d1 and a position in the second direction d2 that is non-parallel to the first direction d1. and a second sensor 21b. The position of the object in the first direction d1 and the second direction d2 can be detected by the first sensor 21a and the second sensor 21b. Further, by detecting the speed of the object in the first direction d1 and the second direction d2, it is possible to detect the movement of the object in the first direction d1 and the second direction d2. Note that the position detection sensor 21 is not limited to the illustrated example, and may be capable of detecting the position of an object only in the first direction d1, or in addition to the first direction d1 and the second direction d2. It may also be possible to detect a position in a third direction that is non-parallel to the direction d1 and the second direction d2.

センサ目印25は、位置検出センサ21が位置を検出可能な領域を観察者に視覚的に認識させる。図2及び図3に示されている例では、センサ目印25は、位置検出センサ21が物体の位置を検出する領域Rを認識させるよう、領域Rを取り囲んでいる。また、図示されている例において、センサ目印25は、矩形の枠状の部材であり、センサ目印25上に位置検出センサ21が設けられている。しかしながら、センサ目印25は、任意の形状であってもよい。 The sensor mark 25 allows the observer to visually recognize the area where the position detection sensor 21 can detect the position. In the examples shown in FIGS. 2 and 3, the sensor mark 25 surrounds the area R so that the position detection sensor 21 detects the position of the object. In the illustrated example, the sensor mark 25 is a rectangular frame-shaped member, and the position detection sensor 21 is provided on the sensor mark 25 . However, sensor indicia 25 may be of any shape.

空中結像装置30は、所望の像を結像させる。結像した像は、観察者に観察される。空中結像装置30は、画像光を出射する表示装置31と、表示装置31から出射した画像光を結像位置45に結像するホログラム結像レンズ40と、を有している。また、空中結像装置30は、結像位置45を示す結像目印35を有している。 The aerial imaging device 30 forms a desired image. The formed image is observed by an observer. The aerial imaging device 30 has a display device 31 that emits image light, and a hologram imaging lens 40 that forms an image of the image light emitted from the display device 31 at an imaging position 45 . The aerial imaging device 30 also has an imaging mark 35 that indicates the imaging position 45 .

表示装置31は、空中結像装置30において結像させる像の基になる光を画像光としてホログラム結像レンズ40に出射する。表示装置31が出射する画像光は、発散光であることが好ましい。このような表示装置31は、例えば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ等の任意の表示装置を用いることができる。あるいは、表示装置31は、平行光を出射するプロジェクタ等であってもよい。表示装置31が出射する画像光が平行光である場合、後述する図8Bのように、画像光をスクリーン32で拡散させながら透過させることで、発散光とすることができる。なお、表示装置31が平行光を出射するプロジェクタ等であり、画像光をスクリーン32で拡散させながら透過させる場合、表示装置31とスクリーン32との間に少なくとも1つのミラーを設けることが好ましい。表示装置31からの画像光がミラーで反射されながらスクリーン32に到達するため、表示装置31とスクリーン32とからなる構成を小型化することができる。 The display device 31 emits light, which forms the basis of an image formed by the aerial imaging device 30, to the hologram imaging lens 40 as image light. The image light emitted by the display device 31 is preferably divergent light. Any display device such as a liquid crystal display, a plasma display, an organic EL display, or the like can be used as such a display device 31 . Alternatively, the display device 31 may be a projector or the like that emits parallel light. When the image light emitted by the display device 31 is parallel light, divergent light can be obtained by transmitting the image light while diffusing it on the screen 32 as shown in FIG. 8B described later. If the display device 31 is a projector or the like that emits parallel light, and the screen 32 transmits the image light while diffusing it, it is preferable to provide at least one mirror between the display device 31 and the screen 32 . Since the image light from the display device 31 reaches the screen 32 while being reflected by the mirror, the configuration composed of the display device 31 and the screen 32 can be miniaturized.

また、表示装置31が出射する画像光は、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光を含んでいることが好ましい。すなわち、表示装置31は、フルカラーの画像光を出射することが好ましい。表示装置31が出射する画像光に含まれる各波長の光は、ホログラム結像レンズ40によって結像される像が所望の色となるように強度が調節されている。言い換えると、表示装置31は、ホログラム結像レンズ40によって結像される像が所望の色となるように、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光を含む画像光を出射する。さらに言い換えると、ホログラム結像レンズ40の特性に対応して、表示装置31は、各波長の光を出射する。例えばホログラム結像レンズ40において、赤色の波長の光が青色の波長の光より回折されにくく、したがって画像光に含まれる赤色の波長の光に対する青色の波長の光の割合が結像する像に含まれる赤色の波長の光に対する青色の波長の光の割合より多くなってしまう場合、表示装置31は、像が呈すべき所望の色に対して青色の波長の光より赤色の波長の光が多くなっている画像光をホログラム結像レンズ40に出射する。逆に、例えば表示装置31が青色の波長の光より赤色の波長の光が多くなっている画像光をホログラム結像レンズ40に出射する場合、ホログラム結像レンズ40は、赤色の波長の光が青色の波長の光より回折されにくいように設計される。 The image light emitted by the display device 31 preferably includes red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light. That is, the display device 31 preferably emits full-color image light. The light of each wavelength contained in the image light emitted by the display device 31 is adjusted in intensity so that the image formed by the hologram imaging lens 40 has a desired color. In other words, the display device 31 emits image light including red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light so that the image formed by the hologram imaging lens 40 has a desired color. emit. In other words, the display device 31 emits light of each wavelength according to the characteristics of the hologram imaging lens 40 . For example, in the hologram imaging lens 40, light with a red wavelength is less diffracted than light with a blue wavelength. If the ratio of blue wavelength light to red wavelength light is greater than the ratio of light of blue wavelengths to light of red wavelengths, display device 31 will produce more light of red wavelengths than light of blue wavelengths for the desired color that the image is to exhibit. image light is emitted to the hologram imaging lens 40 . Conversely, for example, when the display device 31 emits image light in which red wavelength light is greater than blue wavelength light to the hologram imaging lens 40, the hologram imaging lens 40 emits red wavelength light. It is designed to be less diffracted than blue wavelength light.

表示装置31が出射する画像光は、ホログラム結像レンズ40に対してブリュースター角をなす入射角度で入射することが好ましい。ここで、ブリュースター角とは、界面において入射面に平行な偏光成分(p偏光成分)の反射率が0になる入射角である。すなわち、画像光がブリュースター角をなす角度でホログラム結像レンズ40に入射した場合、一方の偏光成分(s偏光成分)のみがホログラム結像レンズ40の表面で反射される。具体的な例として、ホログラム結像レンズ40が一般的なガラスからなる場合、ブリュースター角となる入射角度は56°程度である。 The image light emitted by the display device 31 is preferably incident on the hologram imaging lens 40 at an incident angle forming the Brewster's angle. Here, the Brewster angle is an incident angle at which the reflectance of a polarized component (p-polarized component) parallel to the plane of incidence at the interface becomes zero. That is, when the image light enters the hologram imaging lens 40 at an angle forming the Brewster's angle, only one polarization component (s-polarized component) is reflected on the surface of the hologram imaging lens 40 . As a specific example, when the hologram imaging lens 40 is made of general glass, the incident angle that is Brewster's angle is about 56°.

結像目印35は、ホログラム結像レンズ40が像を結像する結像位置45の周辺に設けられており、ホログラム結像レンズ40が像を結像する結像位置45を示している。結像目印35は、結像位置45のおおよその位置を観察者に示すことで、結像位置45に結像される像を観察者に認識させやすくしている。図2及び図3に示された例では、結像目印35は、センサ目印25と同一の部材となっている。したがって、結像目印35は、矩形の枠状の部材である。しかしながら、図示された例に限らず、結像目印35は、センサ目印25と別の部材であってもよい。また、結像目印35は、任意の形状であってもよい。 The imaging mark 35 is provided around an imaging position 45 where the hologram imaging lens 40 forms an image, and indicates the imaging position 45 where the hologram imaging lens 40 forms an image. The imaging mark 35 indicates the approximate position of the imaging position 45 to the observer, thereby making it easier for the observer to recognize the image formed at the imaging position 45 . In the example shown in FIGS. 2 and 3, the imaging mark 35 is the same member as the sensor mark 25. In the example shown in FIGS. Therefore, the imaging mark 35 is a rectangular frame-shaped member. However, not limited to the illustrated example, the imaging mark 35 may be a member different from the sensor mark 25 . Also, the imaging mark 35 may have any shape.

ホログラム結像レンズ40は、結像素子として機能し、表示装置31から出射する画像光を結像位置45に結像する。すなわち、ホログラム結像レンズ40は、空中に像を結像することができる。ホログラム結像レンズ40は、光を回折することで入射した光を所望の位置に向かわせ、結像位置に結像させるというレンズの機能を実現している。ホログラム結像レンズ40は、体積ホログラムであることが好ましい。また、図示されている例では、ホログラム結像レンズ40は、表示装置31からの画像光が入射する側に像を結像する。したがって、ホログラム結像レンズ40は、画像光を反射させながら像を結像する。この例において、ホログラム結像レンズ40は、反射型ホログラムである。また、ホログラム結像レンズ40は、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光をそれぞれ結像させる。 The hologram imaging lens 40 functions as an imaging element, and forms an image at an imaging position 45 with image light emitted from the display device 31 . That is, the hologram imaging lens 40 can form an image in the air. The hologram imaging lens 40 realizes the function of a lens that diffracts light to direct incident light to a desired position and form an image at an imaging position. Hologram imaging lens 40 is preferably a volume hologram. In the illustrated example, the hologram imaging lens 40 forms an image on the side on which the image light from the display device 31 is incident. Therefore, the hologram imaging lens 40 forms an image while reflecting the image light. In this example, the hologram imaging lens 40 is a reflection hologram. Further, the hologram imaging lens 40 forms images of red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light, respectively.

図2に示されているように、ホログラム結像レンズ40は、第2表示装置11の表示面12上に設けられている。ホログラム結像レンズ40を介して第2表示装置11の表示面12を観察可能なよう、ホログラム結像レンズ40は、透明であることが好ましい。なお、「透明」とは、当該ホログラム結像レンズを介して当該ホログラム結像レンズの一方の側から他方の側を透視し得る程度の透明性を有していることを意味しており、例えば、30%以上、より好ましくは70%以上の可視光透過率を有していることを意味する。可視光透過率は、分光光度計((株)島津製作所製「UV-3100PC」、JIS K 0115準拠品)を用いて測定波長380nm~780nmの範囲内で測定したときの、各波長における透過率の平均値として特定することができる。 As shown in FIG. 2 , the hologram imaging lens 40 is provided on the display surface 12 of the second display device 11 . The hologram imaging lens 40 is preferably transparent so that the display surface 12 of the second display device 11 can be observed through the hologram imaging lens 40 . The term “transparent” means having transparency to the extent that one side of the hologram imaging lens can be seen through the other side of the hologram imaging lens. , means that it has a visible light transmittance of 30% or more, more preferably 70% or more. The visible light transmittance is the transmittance at each wavelength when measured within the measurement wavelength range of 380 nm to 780 nm using a spectrophotometer ("UV-3100PC" manufactured by Shimadzu Corporation, compliant with JIS K 0115). can be specified as the average value of

図4には、ホログラム結像レンズ40の一例の一部が拡大して示されている。図4に示す例では、ホログラム結像レンズ40は、ホログラムを形成する干渉縞が設けられた複数の要素ホログラム形成部41を含んでいる。また、図4に示す例のように、ホログラム結像レンズ40は、要素ホログラム形成部41の間の要素ホログラム非形成部42を含んでいることが好ましい。要素ホログラム非形成部42には、干渉縞が設けられていない。図4に示された例では、要素ホログラム形成部41は正方形状に形成されており、複数の要素ホログラム形成部41が正方格子状に配置されている。要素ホログラム形成部41に入射した光は回折される一方、要素ホログラム非形成部42に入射した光は回折されることなく透過する。ただし、図4に示された例に限らず、ホログラム結像レンズ40は、要素ホログラム非形成部42を含んでおらず、全面に干渉縞が設けられていてもよい。 FIG. 4 shows an enlarged part of an example of the hologram imaging lens 40 . In the example shown in FIG. 4, the hologram imaging lens 40 includes a plurality of element hologram forming portions 41 provided with interference fringes forming holograms. Moreover, as in the example shown in FIG. 4, the hologram imaging lens 40 preferably includes an element hologram non-forming portion 42 between the element hologram forming portions 41 . No interference fringes are provided in the elemental hologram non-forming portion 42 . In the example shown in FIG. 4, the element hologram forming portions 41 are formed in a square shape, and a plurality of element hologram forming portions 41 are arranged in a square lattice. The light incident on the element hologram formed portion 41 is diffracted, while the light incident on the element hologram non-formed portion 42 is transmitted without being diffracted. However, without being limited to the example shown in FIG. 4, the hologram imaging lens 40 may not include the element hologram non-forming portion 42 and may be provided with interference fringes over the entire surface.

上述したように、ホログラム結像レンズ40は、表示装置31からの画像光が入射する側に像を結像する。このため、ホログラム結像レンズ40が像を結像させる結像位置45は、表示装置31とホログラム結像レンズ40との間である。また、結像位置45とホログラム結像レンズ40との間の距離Dは、15mm以上であることが好ましく、30mm以上であることがより好ましい。 As described above, the hologram imaging lens 40 forms an image on the side on which the image light from the display device 31 is incident. Therefore, an imaging position 45 where the hologram imaging lens 40 forms an image is between the display device 31 and the hologram imaging lens 40 . Also, the distance D between the imaging position 45 and the hologram imaging lens 40 is preferably 15 mm or more, more preferably 30 mm or more.

図5は、図3のV-V線に沿った断面図である。図5に示されているように、観察者は、表示装置31から画像光が投影される方向とは異なる方向から結像位置45に結像した像を観察し、像を指Fで指す。すなわち、像が結像する結像位置45は、ホログラム結像レンズ40に画像光が入射する方向とは異なる方向から観察される。図6には、観察者が像を観察する方向と、画像光が入射する方向との関係が示されている。結像位置45が観察される方向とホログラム結像レンズ40に画像光が入射する方向とがなす角度のうち小さい方の角度θは、90°以上であることが好ましく、130°以上であることがより好ましく、170°以上であることがさらに好ましい。 5 is a cross-sectional view taken along line VV of FIG. 3. FIG. As shown in FIG. 5, the observer observes the image formed on the imaging position 45 from a direction different from the direction in which the image light is projected from the display device 31 and points the image with a finger F. That is, the imaging position 45 where the image is formed is observed from a direction different from the direction in which the image light enters the hologram imaging lens 40 . FIG. 6 shows the relationship between the direction in which an observer observes an image and the direction in which image light is incident. Of the angles formed by the direction in which the imaging position 45 is observed and the direction in which the image light is incident on the hologram imaging lens 40, the smaller angle θ is preferably 90° or more, more preferably 130° or more. is more preferable, and 170° or more is even more preferable.

次に、ホログラム結像レンズ40の製造方法について、図7を参照しながら説明する。図7は、ホログラムを記録する際にホログラム記録材料に物体光及び参照光を照射する状態を示している。 Next, a method for manufacturing the hologram imaging lens 40 will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a state in which the hologram recording material is irradiated with object light and reference light when recording a hologram.

図7に示すように、製造されるホログラム結像レンズ40の結像位置45となる位置から、ホログラム記録材料40aに物体光を照射する。同時に、平行光である参照光を集光レンズ50を通して、ホログラム記録材料40aに照射する。集光レンズ50は、入射した平行光を、ホログラム結像レンズ40に発散光となっている画像光を照射する位置、すなわち表示装置31を配置する位置に集光するように機能する。物体光及び参照光を照射されることで、ホログラム記録材料40aに干渉縞が記録される。このようにして、ホログラム結像レンズ40が製造される。 As shown in FIG. 7, the hologram recording material 40a is irradiated with object light from a position that will be the imaging position 45 of the hologram imaging lens 40 to be manufactured. At the same time, the hologram recording material 40a is irradiated with reference light, which is parallel light, through the condenser lens 50. As shown in FIG. The condensing lens 50 functions to condense the incident parallel light to a position where the hologram imaging lens 40 is irradiated with the diverging image light, ie, the position where the display device 31 is arranged. Interference fringes are recorded in the hologram recording material 40a by being irradiated with the object light and the reference light. Thus, the hologram imaging lens 40 is manufactured.

ホログラム記録材料40aに用いられる材料としては、例えば、銀塩感材、重クロム酸ゼラチン、架橋性ポリマー、フォトポリマー等が挙げられる。とりわけ、フォトポリマーは、量産性に優れるため、ホログラム記録材料40aの材料として好ましい。フォトポリマーは、少なくとも一種の光重合性化合物と、光重合開始剤と、を含む。フォトポリマーを含む層の厚さは、例えば5μm以上100μm以下、好ましくは10μm以上50μm以下である。フォトポリマーは、例えばポリカーボネート(PC)やポリエチレンテレフタレート(PET)からなる基材の上に形成される。 Materials used for the hologram recording material 40a include, for example, silver salt sensitive materials, gelatin dichromate, crosslinkable polymers, and photopolymers. In particular, photopolymer is preferable as a material for the hologram recording material 40a because of its excellent mass productivity. A photopolymer includes at least one photopolymerizable compound and a photoinitiator. The thickness of the layer containing the photopolymer is, for example, 5 μm or more and 100 μm or less, preferably 10 μm or more and 50 μm or less. The photopolymer is formed on a substrate made of polycarbonate (PC) or polyethylene terephthalate (PET), for example.

ホログラム記録材料40aに照射される物体光及び参照光としては、例えば、アルゴンイオンレーザー(波長457.9nm、476.5nm、488.0nm、514.5nm)、クリプトンイオンレーザー(波長647.1nm)、ヘリウム-ネオンレーザー(波長632.8nm)、YAGレーザー(波長532nm)が用いられる。 Examples of the object light and reference light with which the hologram recording material 40a is irradiated include argon ion lasers (wavelengths of 457.9 nm, 476.5 nm, 488.0 nm and 514.5 nm), krypton ion lasers (wavelength of 647.1 nm), Helium-neon laser (wavelength 632.8 nm) and YAG laser (wavelength 532 nm) are used.

あるいは、ホログラム結像レンズ40は、ホログラムプリンタによって製造されてもよい。ホログラムプリンタによれば、製造されるホログラム結像レンズ40の各位置における干渉縞を計算した上で、当該干渉縞のパターンを記録することで、ホログラム結像レンズ40を製造することができる。特に大型のホログラム結像レンズ40を製造する場合、大型の集光レンズ50を用いることなく、ホログラム結像レンズ40を製造することができる。 Alternatively, hologram imaging lens 40 may be manufactured by a hologram printer. According to the hologram printer, the hologram imaging lens 40 can be manufactured by calculating the interference fringes at each position of the manufactured hologram imaging lens 40 and then recording the pattern of the interference fringes. In particular, when manufacturing a large-sized hologram imaging lens 40 , the hologram imaging lens 40 can be manufactured without using a large-sized condenser lens 50 .

上述したいずれかの方法、あるいは他の方法で1つのホログラム結像レンズ40を製造して、当該ホログラム結像レンズ40を光学的に複製することで、ホログラム結像レンズ40を量産することができる。 The hologram imaging lens 40 can be mass-produced by manufacturing one hologram imaging lens 40 by any of the above-described methods or other methods and optically replicating the hologram imaging lens 40. .

次に、空中結像装置30及び空中入力装置20の作用について、図8A及び図8Bを参照しながら説明する。図8A及び図8Bは、表示装置31から光を照射した際に像が再生される状態の一例及び他の例を示している。 Next, the operation of the aerial imaging device 30 and the aerial input device 20 will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. 8A and 8B show an example and another example of a state in which an image is reproduced when light is emitted from the display device 31. FIG.

図8Aに示す例では、表示装置31から発散光となっている画像光がホログラム結像レンズ40に照射される。一方、図8Bに示す例では、表示装置31から平行光となっている画像光がスクリーン32に照射され、スクリーン32で拡散されて発散光となった画像光がホログラム結像レンズ40に照射される。ホログラム結像レンズ40に照射された画像光は、ホログラム結像レンズ40において回折される。ホログラム結像レンズ40の各位置で回折された画像光は、結像位置45に集光して結像する。このようにして、表示装置31からの画像光によって空中に像が結像される。すなわち、表示装置31から照射される画像光が、ホログラムを再生させる再生光となる。 In the example shown in FIG. 8A, the hologram imaging lens 40 is irradiated with image light that is divergent light from the display device 31 . On the other hand, in the example shown in FIG. 8B, the screen 32 is irradiated with parallel image light from the display device 31, and the hologram imaging lens 40 is irradiated with the image light that is diffused by the screen 32 and becomes divergent light. be. The image light applied to the hologram imaging lens 40 is diffracted by the hologram imaging lens 40 . The image light diffracted at each position of the hologram imaging lens 40 is condensed and imaged at the imaging position 45 . Thus, an image is formed in the air by image light from the display device 31 . That is, the image light emitted from the display device 31 becomes the reproduction light for reproducing the hologram.

空中結像装置30によって像が結像される結像位置45には、結像目印35が設けられている。観察者は、この結像目印35を目安にすることで、結像した像を容易に観察することができる。 An imaging mark 35 is provided at an imaging position 45 where an image is formed by the aerial imaging device 30 . The observer can easily observe the formed image by using the imaging mark 35 as a guide.

また、結像位置45に対応した位置に検出の感度を有する位置検出センサ21が配置されている。位置検出センサ21が感度を有する位置である結像位置45に物体、例えば観察者の指Fを移動させることで、位置検出センサ21は、指Fの位置を検出する。位置検出センサ21により、空中入力装置20は、空中に結像した像において指Fで指された位置を特定することができ、当該位置の情報を入力することができる。 A position detection sensor 21 having detection sensitivity is arranged at a position corresponding to the imaging position 45 . The position detection sensor 21 detects the position of the finger F by moving an object, for example, the observer's finger F to the imaging position 45 where the position detection sensor 21 is sensitive. With the position detection sensor 21, the aerial input device 20 can specify the position pointed by the finger F in the image formed in the air, and can input the information of the position.

ところで、特許文献1に記載されているような従来の結像素子は、複雑な構成を有しているため、製造が容易ではなく、コストがかかってしまう。このため、従来の結像素子を有する空中結像装置は、量産が困難であり、昨今において高まっている需要に対して十分に供給されることが困難である。 By the way, the conventional image forming element as described in Patent Document 1 has a complicated structure, so it is not easy to manufacture and costs much. For this reason, it is difficult to mass-produce an aerial imaging device having a conventional imaging element, and it is difficult to sufficiently supply it to meet the increasing demand these days.

一方、本実施の形態の空中結像装置30は、画像光を出射する表示装置31と、表示装置31から出射した画像光を結像位置45に結像するホログラム結像レンズ40と、を備えている。すなわち、結像素子としてホログラム結像レンズ40が用いられている。ホログラム結像レンズ40は、干渉縞が記録されているのみの構成であり、簡易である。このような簡易な構成のホログラム結像レンズ40によって、空中結像装置30は、空中に像を結像させることができる。また、ホログラム結像レンズ40は、ホログラム記録材料40aに干渉縞を記録することで、または、ホログラムプリンタで干渉縞のパターンを記録することで、容易に製造することができる。あるいは、製造されたホログラム結像レンズ40を光学的に複製することで、容易に量産することができる。簡易な構成のホログラム結像レンズ40が、このように容易に製造及び量産することができる。したがって、ホログラム結像レンズ40及び空中結像装置30を高まっている需要に対して十分に供給することができる。 On the other hand, the aerial imaging device 30 of the present embodiment includes a display device 31 that emits image light, and a hologram imaging lens 40 that forms an image of the image light emitted from the display device 31 at an imaging position 45. ing. That is, a hologram imaging lens 40 is used as an imaging element. The hologram imaging lens 40 has a simple structure in which only interference fringes are recorded. With the hologram imaging lens 40 having such a simple configuration, the aerial imaging device 30 can form an image in the air. The hologram imaging lens 40 can be easily manufactured by recording interference fringes on the hologram recording material 40a or by recording a pattern of interference fringes with a hologram printer. Alternatively, by optically duplicating the manufactured hologram imaging lens 40, mass production can be easily achieved. The hologram imaging lens 40 with a simple configuration can thus be easily manufactured and mass-produced. Therefore, the hologram imaging lens 40 and the aerial imaging device 30 can be sufficiently supplied for the growing demand.

表示装置31が出射する画像光は、発散光である。発散光となっている画像光をホログラム結像レンズ40に出射することで、結像される像を幅広い角度から視認することが可能になる。このため、結像される像を観察者により認識させやすくすることができる。 The image light emitted by the display device 31 is divergent light. By emitting the diverging image light to the hologram imaging lens 40, it becomes possible to visually recognize the formed image from a wide range of angles. Therefore, it is possible to make it easier for the observer to recognize the formed image.

ホログラム結像レンズ40は、体積ホログラムである。体積ホログラムによれば、2次以上の回折光が生じにくい。このため、ホログラム結像レンズ40に入射した画像光を効率よく結像位置45に結像させることができる。すなわち、像が鮮明になり、観察者に観察されやすくすることができる。 Hologram imaging lens 40 is a volume hologram. A volume hologram is less likely to generate diffracted light of second or higher order. Therefore, the image light incident on the hologram imaging lens 40 can be efficiently imaged at the imaging position 45 . That is, the image becomes clearer and can be easily observed by the observer.

ホログラム結像レンズ40は、反射型ホログラムである。この場合、ホログラム結像レンズ40は、再生光となる画像光が入射した側に像を結像させる。すなわち、ホログラム結像レンズ40に対して、表示装置31と結像位置45が同じ側に位置している。このような空中結像装置30を既存の第2表示装置11に設ける場合、第2表示装置11の表示面12の側に空中結像装置30の構成要素を全て設けることができる。したがって、既存の第2表示装置11に空中結像装置30や空中入力装置20を容易に設けて、空中結像装置付き表示装置10とすることができる。 The hologram imaging lens 40 is a reflective hologram. In this case, the hologram imaging lens 40 forms an image on the side on which the image light serving as the reproduction light is incident. That is, the display device 31 and the imaging position 45 are positioned on the same side with respect to the hologram imaging lens 40 . When such an aerial imaging device 30 is provided in the existing second display device 11 , all constituent elements of the aerial imaging device 30 can be provided on the display surface 12 side of the second display device 11 . Therefore, the aerial imaging device 30 and the aerial input device 20 can be easily provided to the existing second display device 11 to form the display device 10 with the aerial imaging device.

ホログラム結像レンズ40は、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光をそれぞれ結像させる。すなわち、ホログラム結像レンズ40は、フルカラーの像を結像することができる。 The hologram imaging lens 40 forms images of red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light, respectively. That is, the hologram imaging lens 40 can form a full-color image.

本実施の形態において、表示装置31は、ホログラム結像レンズ40によって結像される像が所望の色となるように、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光の含む画像光を出射する。言い換えると、ホログラム結像レンズ40の特性に対応して、表示装置31は、各波長の光を出射する。ホログラム結像レンズ40において波長ごとに回折効率が異なっていても、表示装置31の画像光に含まれる各波長の光の量を調節することで、ホログラム結像レンズ40によって結像される像を所望の色、すなわち呈するように意図された色とすることができる。あるいは、表示装置31が出射する各波長の光の割合に対応するよう、ホログラム結像レンズ40の各波長の回折効率が設計されている。この場合も、ホログラム結像レンズ40によって結像される像を所望の色、すなわち呈するように意図された色とすることができる。 In the present embodiment, the display device 31 includes red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light so that the image formed by the hologram imaging lens 40 has a desired color. Image light is emitted. In other words, the display device 31 emits light of each wavelength according to the characteristics of the hologram imaging lens 40 . Even if the hologram imaging lens 40 has a different diffraction efficiency for each wavelength, by adjusting the amount of light of each wavelength included in the image light of the display device 31, the image formed by the hologram imaging lens 40 can be obtained. It can be any desired color, ie, the color that it is intended to exhibit. Alternatively, the diffraction efficiency of each wavelength of the hologram imaging lens 40 is designed so as to correspond to the proportion of light of each wavelength emitted by the display device 31 . Again, the image formed by the hologram imaging lens 40 can be the desired color, ie, the color intended to appear.

画像光は、ホログラム結像レンズ40にブリュースター角をなす入射角度で入射する。この場合、入射光のうちの一方の偏光成分のみがホログラム結像レンズ40の表面で反射される。ホログラム結像レンズ40の表面で反射した画像光は、像の視認性を悪化させ得る。一方の偏光成分のみを含む光は、追加の偏光板を設ける等によって、容易に視認されないようにできる。このため、ホログラム結像レンズ40の表面で反射した画像光を視認されないようにして、結像する像の視認性の悪化を抑制することができる。 The image light enters the hologram imaging lens 40 at an incident angle forming the Brewster's angle. In this case, only one polarization component of the incident light is reflected by the surface of hologram imaging lens 40 . The image light reflected by the surface of the hologram imaging lens 40 can deteriorate the visibility of the image. Light containing only one polarization component can be easily made invisible by, for example, providing an additional polarizing plate. For this reason, the image light reflected by the surface of the hologram imaging lens 40 is made invisible, and deterioration of the visibility of the formed image can be suppressed.

結像位置45は、ホログラム結像レンズ40に画像光が入射する方向とは異なる方向から観察される。このため、観察者が指F等によって空中入力装置20の位置検出センサ21によって情報を入力する際に、表示装置31からの画像光が指Fによって妨げられにくい。すなわち、位置検出センサ21によって情報を入力する際にも、像を明瞭に表示することができる。 The imaging position 45 is observed from a direction different from the direction in which the image light enters the hologram imaging lens 40 . Therefore, when the observer inputs information by the position detection sensor 21 of the aerial input device 20 with the finger F or the like, the image light from the display device 31 is less likely to be blocked by the finger F. That is, even when information is input by the position detection sensor 21, the image can be clearly displayed.

結像位置45は、表示装置31とホログラム結像レンズ40との間である。すなわち、ホログラム結像レンズ40に対して、表示装置31と結像位置45が同じ側に位置している。このような空中結像装置30を既存の第2表示装置11に設ける場合、第2表示装置11の表示面12の側に空中結像装置30の構成要素を全て設けることができる。したがって、既存の第2表示装置11に空中結像装置30を容易に設けることができる。 The imaging position 45 is between the display device 31 and the hologram imaging lens 40 . That is, the display device 31 and the imaging position 45 are positioned on the same side with respect to the hologram imaging lens 40 . When such an aerial imaging device 30 is provided in the existing second display device 11 , all constituent elements of the aerial imaging device 30 can be provided on the display surface 12 side of the second display device 11 . Therefore, the aerial imaging device 30 can be easily installed in the existing second display device 11 .

結像位置45は、ホログラム結像レンズ40から15mm以上離間している。結像位置45とホログラム結像レンズ40が十分に離間しているため、例えば結像位置45に合わせて位置検出センサ21が検出の感度を有している場合、指Fで像を指したときに、指Fがホログラム結像レンズ40に触れにくくなっている。したがって、ホログラム結像レンズ40におけるウイルス等の接触感染を抑制することができる。また、ホログラム結像レンズ40に指紋等の汚れが付着してしまって、当該汚れにより像が結像しにくくなることが抑制される。 The imaging position 45 is separated from the hologram imaging lens 40 by 15 mm or more. Since the imaging position 45 and the hologram imaging lens 40 are sufficiently separated, for example, if the position detection sensor 21 has detection sensitivity in accordance with the imaging position 45, when the finger F points to the image, In addition, it is difficult for the finger F to touch the hologram imaging lens 40 . Therefore, it is possible to suppress contact infection such as virus in the hologram imaging lens 40 . In addition, it is possible to prevent the hologram imaging lens 40 from being stained with fingerprints or the like, which makes it difficult to form an image.

空中結像装置30は、結像位置45を示す結像目印35をさらに有している。このような結像目印35は、結像位置45の目安となるため、結像位置45に結像される像を観察者に観察させやすくすることができる。 Aerial imaging device 30 further includes imaging landmarks 35 that indicate imaging positions 45 . Since such an imaging mark 35 serves as a guideline for the imaging position 45 , the image formed at the imaging position 45 can be easily observed by the observer.

ホログラム結像レンズ40は、透明である。このため、空中結像装置30を有する空中結像装置付き表示装置10において、ホログラム結像レンズ40を介して、第2表示装置11の表示面12を観察することができる。したがって、表示面12に表示された画像と空中結像装置30において結像した像とを同時に観察することができる。 Hologram imaging lens 40 is transparent. Therefore, the display surface 12 of the second display device 11 can be observed through the hologram imaging lens 40 in the display device 10 having the aerial imaging device 30 . Therefore, the image displayed on the display surface 12 and the image formed by the aerial imaging device 30 can be observed simultaneously.

ホログラム結像レンズ40は、干渉縞が設けられた複数の要素ホログラム形成部41と、要素ホログラム形成部41の間の要素ホログラム非形成部42と、を含んでいる。ホログラム結像レンズ40に干渉縞が設けられていない要素ホログラム非形成部42が存在することで、当該部分を光が回折されることなく透過することができる。このため、空中結像装置30を有する空中結像装置付き表示装置10において、ホログラム結像レンズ40を介して、第2表示装置11の表示面12に表示された画像を明瞭に観察することができる。 The hologram imaging lens 40 includes a plurality of element hologram forming portions 41 provided with interference fringes and element hologram non-forming portions 42 between the element hologram forming portions 41 . Since the hologram imaging lens 40 has the element hologram non-forming portion 42 where no interference fringes are provided, the light can pass through this portion without being diffracted. Therefore, the image displayed on the display surface 12 of the second display device 11 can be clearly observed through the hologram imaging lens 40 in the display device 10 with the aerial imaging device 30. can.

空中入力装置20は、位置検出センサ21が位置を検出可能な領域を示すセンサ目印25を有している。このようなセンサ目印25によれば、位置検出センサ21が位置を検出可能な領域を認識させやすくすることができる。これにより、観察者が容易に位置情報を入力することができる。また、ホログラム結像レンズ40等に接触してしまうことが抑制される。 The aerial input device 20 has a sensor mark 25 indicating an area in which the position detection sensor 21 can detect the position. According to such a sensor mark 25, it is possible to make it easier for the position detection sensor 21 to recognize the area in which the position can be detected. This allows the observer to easily input the position information. Also, contact with the hologram imaging lens 40 or the like is suppressed.

以上のように、本実施の形態の空中結像装置30は、画像光を出射する表示装置31と、表示装置31から出射した画像光を結像位置45に結像するホログラム結像レンズ40と、を備える。このような空中結像装置30は、干渉縞が記録されたホログラム結像レンズ40を備える簡易な構成によって、空中に像を結像することができる。 As described above, the aerial imaging device 30 of the present embodiment includes the display device 31 that emits image light, and the hologram imaging lens 40 that forms an image of the image light emitted from the display device 31 at the imaging position 45. , provided. Such an aerial imaging device 30 can form an image in the air with a simple configuration including a hologram imaging lens 40 in which interference fringes are recorded.

なお、本実施の形態に様々な変更を加えることが可能である。 Various modifications can be made to this embodiment.

例えば、図9に示されているように、空中結像装置30は、表示装置31とホログラム結像レンズ40との間に、第2の反射型ホログラムを含む光学部材37をさらに有していてもよい。図示された例において、光学部材37は、ホログラム結像レンズ40から離間して設けられている。また、光学部材37は、ホログラム結像レンズ40に対して傾斜して設けられている。この場合、表示装置31から出射した画像光は、まず光学部材37に入射する。光学部材37において、画像光は第2の反射型ホログラムによって回折されながら反射される。その後、画像光は、ホログラム結像レンズ40において、再度回折されながら反射されて、結像位置45において結像する。 For example, as shown in FIG. 9, the aerial imaging device 30 further has an optical member 37 including a second reflective hologram between the display device 31 and the hologram imaging lens 40. good too. In the illustrated example, the optical member 37 is spaced apart from the hologram imaging lens 40 . Also, the optical member 37 is provided at an angle with respect to the hologram imaging lens 40 . In this case, image light emitted from the display device 31 first enters the optical member 37 . In the optical member 37, the image light is reflected while being diffracted by the second reflection hologram. After that, the image light is diffracted and reflected again at the hologram imaging lens 40 to form an image at the imaging position 45 .

ホログラム結像レンズ40だけでなく光学部材37においても画像光を回折させることで、光学部材37における回折による画像光の波長分散を、ホログラム結像レンズ40における回折による波長分散で低減することができる。すなわち、結像する像における波長分散を小さくすることができる。したがって、所望の色によって、像を鮮明に表示することができる。 By diffracting the image light not only at the hologram imaging lens 40 but also at the optical member 37 , wavelength dispersion of the image light due to diffraction at the optical member 37 can be reduced by wavelength dispersion due to diffraction at the hologram imaging lens 40 . . That is, it is possible to reduce wavelength dispersion in an image to be formed. Therefore, an image can be clearly displayed with a desired color.

なお、光学部材37とホログラム結像レンズ40との位置関係は、図示されている例に限らない。例えば、光学部材37は、ホログラム結像レンズ40に積層されるように設けられていてもよい。この場合、ホログラム結像レンズ40と光学部材37とは、略平行となる。 Note that the positional relationship between the optical member 37 and the hologram imaging lens 40 is not limited to the illustrated example. For example, the optical member 37 may be provided so as to be laminated on the hologram imaging lens 40 . In this case, the hologram imaging lens 40 and the optical member 37 are substantially parallel.

なお、上述した実施の形態では、移動体としての自動車1は、センターコンソール5が空中結像装置付き表示装置10で構成されているが、これに限らず、インストルメントパネル等の他の部材が空中結像装置付き表示装置10で構成されていてもよい。また、自動車1は、第2表示装置11を有していない、空中入力装置20のみを有していてもよい。あるいは、自動車1は、空中入力装置20のうち、位置検出センサ21を有しておらず、空中結像装置30のみを有していてもよい。 In the above-described embodiment, the automobile 1 as a moving object has the center console 5 configured by the display device 10 with an aerial image forming device, but is not limited to this, and other members such as an instrument panel may be included. It may be composed of the display device 10 with an aerial imaging device. Also, the automobile 1 may have only the aerial input device 20 without the second display device 11 . Alternatively, the automobile 1 may have only the aerial imaging device 30 without the position detection sensor 21 of the aerial input device 20 .

空中結像装置30は、結像位置45に対応した位置に感度を有する位置検出センサ21でなく、通常の平面に沿った接触型の位置検出センサ、いわゆるタッチパネルセンサ等と組み合わされてもよい。 The aerial imaging device 30 may be combined with a contact-type position detection sensor along a normal plane, a so-called touch panel sensor, or the like, instead of the position detection sensor 21 having sensitivity at the position corresponding to the imaging position 45 .

さらに、空中結像装置付き表示装置10、空中入力装置20及び空中結像装置30は、自動車1以外の移動体に設けられていてもよいし、移動体以外の装置や部材等に設けられていてもよい。例えば、空中結像装置付き表示装置10、空中入力装置20及び空中結像装置30は、現金自動預け払い機(ATM)、券売機、注文機、販売機、画像や写真の印刷機、ゲームセンター等に設置されるアミューズメント用の筐体等に設けられてもよい。 Further, the display device 10 with an aerial imaging device, the aerial input device 20, and the aerial imaging device 30 may be provided on a moving body other than the automobile 1, or may be provided on a device or member other than the moving body. may For example, the display device 10 with an aerial imaging device, the aerial input device 20, and the aerial imaging device 30 can be used in automatic teller machines (ATMs), ticket vending machines, ordering machines, vending machines, image and photo printers, game arcades, etc. You may provide in the housing|casing etc. for amusement installed in etc.

1 自動車
5 センターコンソール
10 空中結像装置付き表示装置
11 第2表示装置
12 表示面
20 空中入力装置
21 位置検出センサ
25 センサ目印
30 空中結像装置
31 表示装置
35 結像目印
37 光学部材
40 ホログラム結像レンズ
41 要素ホログラム形成部
42 要素ホログラム非形成部
45 結像位置
1 automobile 5 center console 10 display device 11 with aerial imaging device 2nd display device 12 display surface 20 aerial input device 21 position detection sensor 25 sensor mark 30 aerial imaging device 31 display device 35 imaging mark 37 optical member 40 hologram Image lens 41 Elemental hologram forming portion 42 Elemental hologram non-forming portion 45 Imaging position

Claims (17)

表示面を有する第2表示装置と、
画像光を出射する表示装置と前記表示装置から出射した画像光を結像位置に結像するホログラム結像レンズと、を備える、空中結像装置であって、前記表示面上に前記ホログラム結像レンズが設けられた空中結像装置と、を備える、空中結像装置付き表示装置
a second display device having a display surface;
An aerial imaging device comprising: a display device that emits image light; and a hologram imaging lens that forms an image of the image light emitted from the display device at an imaging position , wherein the hologram is formed on the display surface. and an aerial imaging device provided with an image lens .
前記画像光は、発散光である、請求項1に記載の空中結像装置付き表示装置2. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, wherein said image light is divergent light. 前記ホログラム結像レンズは、体積ホログラムである、請求項1または2に記載の空中結像装置付き表示装置3. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, wherein said hologram imaging lens is a volume hologram. 前記ホログラム結像レンズは、反射型ホログラムである、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置4. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, wherein said hologram imaging lens is a reflective hologram. 前記ホログラム結像レンズは、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光をそれぞれ結像させる、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置5. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, wherein said hologram imaging lens forms images of light of red wavelength, light of green wavelength, and light of blue wavelength, respectively. . 前記表示装置は、前記ホログラム結像レンズによって結像される像が所望の色となるように、赤色の波長の光、緑色の波長の光及び青色の波長の光を含む画像光を出射する、請求項5に記載の空中結像装置付き表示装置The display device emits image light including red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light so that the image formed by the hologram imaging lens has a desired color. 6. The display device with an aerial imaging device according to claim 5. 前記表示装置と前記ホログラム結像レンズとの間に、第2の反射型ホログラムを含む光学部材をさらに備える、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置7. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, further comprising an optical member including a second reflective hologram between said display device and said hologram imaging lens. 前記画像光は、前記ホログラム結像レンズにブリュースター角をなす入射角度で入射する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置8. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, wherein said image light is incident on said hologram imaging lens at an incident angle forming Brewster's angle. 前記結像位置は、前記ホログラム結像レンズに前記画像光が入射する方向とは異なる方向から観察される、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置9. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, wherein said imaging position is observed from a direction different from a direction in which said image light enters said hologram imaging lens. 前記結像位置は、前記表示装置と前記ホログラム結像レンズとの間である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置10. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, wherein said imaging position is between said display device and said hologram imaging lens. 前記結像位置と前記ホログラム結像レンズとの間の距離は、15mm以上である、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置11. The display device with an aerial imaging device according to claim 1, wherein the distance between said imaging position and said hologram imaging lens is 15 mm or more. 前記結像位置を示す結像目印をさらに有する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置12. The display device with an aerial imaging device according to any one of claims 1 to 11, further comprising an imaging mark indicating said imaging position. 前記ホログラム結像レンズは、透明である、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置13. The display device with an aerial imaging device according to any one of claims 1 to 12, wherein said hologram imaging lens is transparent. 前記ホログラム結像レンズは、干渉縞が設けられた複数の要素ホログラム形成部と、前記要素ホログラム形成部の間の要素ホログラム非形成部と、を含む、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置14. The hologram imaging lens according to any one of claims 1 to 13, wherein the hologram imaging lens includes a plurality of element hologram forming portions provided with interference fringes and element hologram non-forming portions between the element hologram forming portions. A display device with an aerial imaging device as described. 前記結像位置に対応した位置に感度を有する位置検出センサをさらに備える、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の空中結像装置付き表示装置 15. The display device with an aerial imaging device according to claim 1 , further comprising a position detection sensor having sensitivity at a position corresponding to said imaging position. 前記位置検出センサが位置を検出可能な領域を示すセンサ目印をさらに備える、請求項15に記載の空中結像装置付き表示装置16. The display device with an aerial imaging device according to claim 15, further comprising a sensor mark indicating an area in which said position detection sensor can detect a position. 請求項1乃至16に記載の空中結像装置付き表示装置を備える、移動体。 A moving object comprising the display device with an aerial imaging device according to any one of claims 1 to 16 .
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