JPH09222583A

JPH09222583A - ホログラフィック表示装置

Info

Publication number: JPH09222583A
Application number: JP8029605A
Authority: JP
Inventors: Norihito Nakazawa; 伯人中沢; Shoichi Takeuchi; 彰一竹内
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】発光表示手段に用いられる液晶表示装置の温度
上昇を抑制できるヘッドアップディスプレイを得る。【解決手段】発光表示手段が、光源６から発した光をレ
ンズ系４／矩形開口を有する遮光板２１／波長選択フィ
ルター２２／拡散板２３／表示体５を順次通過させて表
示すべき情報を含む光３として発するもので、この光３
が風防ガラス７に備えられたコンバイナ２に照射され
て、回折され、運転者に観察位置１で視認される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラフィック
表示装置に関するものであり、特に車両、航空機、船舶
などの乗り物の風防ガラスや車両内にホログラム積層体
を備えて、車両内の観察者に必要な情報を投影するホロ
グラフィック表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のホログラム材料やレーザー技術の
進展により、ホログラムを用いた製品が増加している。
例えば、バーコードリーダー用のレーザースキャナーや
コンパクトディスクや光磁気ディスクなどのレーザー光
を用いた情報記録媒体の記録や読み取りに用いるピック
アップ用回折格子、また情報を含む光を回折し観察者に
情報を表示するホログラフィック表示装置などにおい
て、ホログラムは光学素子として用いられている。ま
た、ＩＤカードやクレジットカードの偽造防止用マーク
や、装飾用ホログラム、ホログラムカレンダーなどでは
イメージを記録したホログラムが用いられている。

【０００３】具体的例として以下のものがある。自動車
等の車両の運転者に情報を表示する方法として、ヘッド
アップディスプレイ（以下ＨＵＤという）などの表示装
置が最近用いられるようになっている。これは、液晶表
示装置等の情報投射手段から投射された光学的情報を、
自動車の風防ガラス等に組み込まれたホログラムやハー
フミラー等からなるコンバイナに映し、運転者が運転状
態からほとんど視点を動かすことなく情報を読み取れる
ようにしたものである。

【０００４】特に、コンバイナとしてホログラムを用い
たものは、運転者に向かって光学的情報を回折する機能
とともにレンズ機能等を併せ持つことができるので、光
学的情報を運転者の視野方向に回折したり、あるいは、
他にレンズ等の光学系を使用せず、任意の位置に結像し
たりすることが可能であり、また、回折スペクトルの半
値幅が狭いため、前景輝度を損なわずに高輝度の表示像
が得られるという特徴を持ち、表示装置のコンバイナと
しては有効である。

【０００５】図５は、従来の自動車用ホログラフィック
表示装置の一例であるＨＵＤの一例を示す概念図であ
る。光源６から発し、レンズ系４を介して透過型液晶表
示素子５を通過した表示すべき情報を含む光３は、車体
の風防ガラス７に備えられたホログラム２に照射され、
回折されて運転者に観察位置１で視認される。上記レン
ズ系４はコリメータとしての機能を持つものである。

【０００６】また、ホログラム２に倍率を持たせれば、
速度表示８、警告表示９の表示像を遠方に結像させるこ
とも可能になる。また、必要に応じてホログラム２のほ
かに波長選択フィルターや、収差補正のためのホログラ
ムを用いることもできる。また、ホログラム２は波長選
択機能を持つので、希望する色の像が表示可能となる。
通常その色は単一であることも多いが、多重露光したホ
ログラムによる多色表示も可能であり、表示情報の量と
質を向上できる。例えば、速度表示８を緑色、警告表示
９を赤色とすることによって、運転者に対してより的確
に情報を伝達することが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＨＵＤの表示内容は従
来の速度表示、警告表示だけではなく、様々な表示内容
が求められている。たとえば、近年の社会基盤の整備を
背景に、交通に関する様々な情報が提供され始めてい
る。たとえば道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ）で
は道路各所に設けられたビーコンや、ＦＭ多重放送によ
り渋滞や事故などの道路状況、周辺の駐車場情報などが
利用できる。また、近年普及が著しいナビゲーション装
置からの経路誘導表示等や、先進安全自動車（ＡＳＶ）
などで検討される居眠りセンサー、障害物センサー、車
間距離センサー、路面状況センサーなどの各種安全装置
からの情報を表示する媒体としてＨＵＤが期待されてい
るのである。このような要請から、ＨＵＤの表示素子と
しては従来のセグメント型液晶表示装置や蛍光表示管な
どの固定パターン表示素子ではなく、自由に表示内容を
変更できるドットマトリックス型のカラー液晶表示装置
が使用される傾向にある。

【０００８】一方、かかるＨＵＤは様々な環境の下で使
用されるものであり、雪道走行時や太陽の方向に走行し
たりする場合のように前景の輝度が高い状態において
も、表示が読みとれる必要がある。そのためＨＵＤの表
示輝度は可能な限り高いことが望ましい。ところが、Ｔ
ＦＴに代表されるドットマトリックス型のカラー液晶表
示装置の光透過率は、４％程度と非常に低いのが現状で
ある。そこで、液晶表示素子のバックライトにも高輝度
化が望まれている。

【０００９】バックライトとしてハロゲンランプや熱陰
極管などを高輝度で使用すると、それらの放射する熱に
より液晶表示素子の温度が上昇してしまう。その結果、
液晶表示素子の透過率やコントラストが低下し、ＨＵＤ
の表示像としては輝度とコントラストの低い視認性の悪
いものになってしまうという問題点があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、光源と表示すべき情報
を表示する液晶表示素子よりなる表示体とを少なくとも
備えて表示すべき情報を光として発生する発光表示手段
と、前記光を観察者に向けて回折するホログラムよりな
る光学素子とを少なくとも備えたホログラフィック表示
装置において、前記発光表示手段には光源と表示体との
間に表示に不必要な光を遮蔽または減衰させる機能を有
する調光素子が備えられていることを特徴とするホログ
ラフィック表示装置を提供するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに詳細に説明
する。本発明は、発光表示手段から発せられた情報を含
む光をホログラムからなるコンバイナによって観察者に
向けて回折し、観察者が表示情報を視認できる表示装置
である。

【００１２】そして、上記の発光表示手段には表示に不
必要な光を遮蔽または減衰させる機能を有する調光素子
が備えられている。このため、液晶表示素子の温度上昇
を抑制することが可能となる。また、液晶表示素子より
なる表示体を冷却するための冷却装置を付加することに
よってさらに液晶表示素子の温度を低く保つことができ
るのである。

【００１３】本発明の調光素子の第１の例としては、開
口を有する遮光板を挙げられる。これは、液晶表示素子
の全面のうち表示に関わる使用領域以外には、不必要な
光が照射されないようにするものであり、表示素子の温
度上昇を防ぐことができる。

【００１４】また、第２の例としては波長選択フィルタ
ーがある。これは、表示に不必要な波長域の光を選択的
にカットするフィルターを使用し、不要な波長域の光を
吸収することによる液晶表示素子の温度上昇を防ぐこと
ができる。したがってこれは、液晶表示素子の全面のう
ち表示に関わる使用領域についても有効な方法である。
例えば、表示に必要なのは可視光のみであるから、赤外
線を吸収または反射するフィルターを用いるのが有効で
ある。また、例えば、表示色が緑から赤と限られた波長
範囲の場合には、青色領域の光をを吸収し波長が緑以上
の光を透過するようなロングパスフィルターを使用する
のも有効である。

【００１５】さらに、以上のような調光装置を用いても
多少の温度上昇は避けられない場合には、表示体を冷却
するための、空冷ファンなどの冷却装置を備えることが
効果的である。

【００１６】なお、ホログラムは通常数１０ｍｍから数
１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍから数１０μｍ程度
の厚みである。このようなホログラムは、リップマンタ
イプ等の体積・位相型のホログラムが高い回折効率を得
られるという点で望ましいが、エンボスタイプ、レイン
ボータイプ等のホログラムと呼ばれるものを広く用いる
ことができる。また、ホログラム材料としては、ポリビ
ニルカルバゾールやアクリル系などのフォトポリマー、
重クロム酸ゼラチン、光レジスト、銀塩など種々の感光
材料を用いることができる。

【００１７】本発明におけるホログラフィック表示装置
の発光表示手段は光を発して表示する機能を持つもので
あり、液晶表示素子等のいわゆる受光型表示素子からな
る表示体にハロゲンランプ、熱陰極管（ＨＣＴ）、冷陰
極管、蛍光表示管（ＶＦ）、発光ダイオード、半導体レ
ーザーなどからなる光源から発した光を照射するもので
あり、また、これらの機能を併せ持つものであってもよ
い。

【００１８】また、本発明におけるコンバイナをカラー
表示に用いる場合、この液晶表示素子としては、カラー
フィルターと透過型のツイストネマチック型液晶素子
や、スーパーツイストネマチック型液晶表示素子等から
なるカラー液晶表示素子等が好ましく使用でき、一つの
光源から発せられた光を所望の色の光として照射するこ
とができる。

【００１９】このようにして複数の色の光は、同一の発
光表示手段から発することができ、これら複数の色の光
が同時に表示される場合には表示像が重なって表示さ
れ、逆にこの表示像の重なりを防ぐためには、必要に応
じてカラーフィルターと光源の組み合わせによって、あ
るいはカラー液晶表示素子を制御することによって、複
数の色の光が同時に照射されないようにしてもよい。

【００２０】受光型表示素子に上記光源を併用したもの
の場合は、この受光型表示素子と光源との間にレンズ系
や曲面反射鏡等の適当な光平行化手段、導光板等や光拡
散手段等の適当な導光手段を配置してもよい。さらに、
ホログラムに光が投射されるまでの光径路内に、必要に
応じて、光偏光手段、あるいは、ＫＮＯ₃ 等の非線形光
学素子を配置してもよい。

【００２１】また本発明のホログラフィック表示装置を
カラー表示とする場合、コンバイナから表示像までの距
離は各色で同一とすれば同一平面内にカラー表示がで
き、また、色によって変えた場合には表示色によって表
示像の観察される距離の異なる立体的な像を得ることが
できる。

【００２２】ここで、本発明のホログラフィック表示装
置を乗り物用に応用した場合における表示すべき情報と
は、その表示用途により適宜選択されるものであり、車
両のスピード計、タコメーター、シフトレバー表示、さ
らには種々の警告ランプや、ナビゲーション情報、エア
コン、オーディオ機器など付属機器の情報、あるいは方
位計、車体の傾斜計の表示などが等が例として挙げられ
る。また、道路情報、駐車場空き情報などの車両外から
の情報を表示することももちろん可能である。また、航
空機や船舶などでは緯度、経度、高度、進行方向などの
位置・方位情報や、気象情報、レーダーの障害物情報、
魚群探知機の情報など、乗り物の運行や業務に関わる様
々な情報が考えられる。また、観察者とは主には車両等
の乗り物の運転手であるが、助手席その他の同乗者や、
これらすべての者を含めることができる。

【００２３】また、これまでの説明は本発明を自動車用
のＨＵＤに応用した例を中心にして説明したが、それだ
けに限定されるものではない。例えば、リヤガラスにホ
ログラムを配し、運転者の制動動作に同期して光を発す
る発光表示手段からの光をホログラムによって後方車両
の運転者等の観察者に向けて制動情報を回折するハイマ
ウントストップランプにも、本発明を用いることができ
る。また、乗り物以外で、建築物等の間仕切りや、店頭
の窓ガラスに装飾効果を加えるホログラフィック表示装
置にも、本発明を用いることができ、その他ホログラム
を用いた表示装置全般に広く応用できるものである。

【００２４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明におけるホログ
ラフィック表示装置を、自動車用のＨＵＤに応用した実
施例を説明する。図１は、本発明のＨＵＤの一例を示す
概念図である。風防ガラス７の下方には発光表示手段が
備えられており、この発光表示手段はハロゲンランプを
用いた光源６から発した光がコリメータであるレンズ系
４を介し、矩形開口を有する遮光板２１、波長選択フィ
ルター（熱線吸収フィルター）２２、拡散板２３および
透過型カラー液晶表示素子からなる表示体５を順次通過
した表示すべき情報を含む光３を収差補正ホログラム２
４で反射的に回折させて、ホログラムコンバイナ２に向
けて発するものである。この光３は、車体の風防ガラス
７に備えられたホログラムコンバイナ２に照射されて、
回折され、運転者に観察位置１で視認される。

【００２５】ホログラム２は倍率を持ち、経路誘導表示
の表示像１０は遠方に結像している。また、ホログラム
は波長選択機能を持つので、希望する色の像が表示可能
であり、さらに、多重露光や複数枚のホログラムの積層
によって多色表示が可能となり、表示情報の量と質の向
上ができる。本実施例では緑（５４５ｎｍ）と赤（６１
２ｎｍ）の光を回折する多重露光のホログラムを用いて
いる。緑色と赤色またはそれらを適宜混合したアンバー
色（橙色）として表示した。その結果、運転者に対して
より的確に情報を伝達することが可能となっている。

【００２６】図２は発光表示手段の部分の概念図であ
る。ハロゲンランプ６から発した光はコリメータである
レンズ系４を通り略平行化される。略平行化された光は
矩形開口２１ａを有する遮光板２１により、表示に必要
のない周辺部の光が遮蔽され矩形開口２１ａの部分での
み通過する。次に、波長選択フィルターとして用いる熱
線吸収フィルター２２により赤外線領域の光が吸収され
たのち、拡散板２３で拡散され透過型カラー液晶表示素
子５透過し表示すべき情報を含む光３となる。遮光板の
開口部２１ａは液晶表示素子の表示に用いる使用領域５
ａを照射するのに必要十分なサイズとしている。液晶表
示素子５を透過した情報を含む光３は、収差補正ホログ
ラム２４により反射的に回折して、ホログラムコンバイ
ナ２に向かう。以上のような不要な光を遮蔽する手段を
用いても、液晶表示素子の温度上昇を完全には防止でき
ない。そこで、空冷ファン２５により、遮光板２１、熱
線吸収フィルター２２、拡散板２３、液晶表示素子５を
冷却している。

【００２７】図３および図４に、これらの不要光遮蔽手
段を施した場合の、表示像輝度の時間変化の様子を示し
た。図３は熱線吸収フィルター２２の有無による、ハロ
ゲンランプ６点灯後の表示像輝度の時間変化の違いを測
定した結果である。なお、測定は図２の遮光板２１を使
用しない状態で行った。また、空冷ファン２５は使用し
ている。図３からわかる通り、熱線吸収フィルター２２
を使用しない場合は、フィルターによる光の減衰がない
ため、点灯直後はフィルターを使用した場合よりも約４
０％輝度が高かった。しかし、急激な温度上昇により輝
度が低下しその関係は逆転してしまった。熱線吸収フィ
ルター２２を用い赤外線をカットすることにより、初期
の輝度は若干低くても安定時の表示輝度を約２倍にする
ことができた。

【００２８】また、図４は遮光板２１の有無による、ハ
ロゲンランプ６点灯後の表示像輝度の時間変化の違いを
測定した結果である。なお、この測定時には上記の熱線
吸収フィルター２２を使用している。また、空冷ファン
２５も使用している。図４からわかる通り、遮光板の使
用により更に輝度低下を防ぎ、安定時の輝度を更に約２
倍にすることができた。本実施例で用いた遮光板は、２
ｍｍ厚のアルミ板に矩形開口を開けたものである。温度
上昇防止に対する遮光板の効果を調べるため、熱線吸収
フィルター２２の表面温度を調べた。透過型液晶表示装
置５の温度が直接測定できないので、熱線吸収フィルタ
ー２２の表面温度で代用した。表示輝度が安定した１０
分後の熱線吸収フィルター２２の温度は、遮光板無しの
場合は５９℃、有りの場合は３７℃であり遮光板の効果
が確認された。熱線吸収フィルターも吸収した熱を輻射
の形で放射し、ある温度で平衡状態となっているのであ
るから、当然のことながら高温になると発熱体として逆
作用を及ぼす。遮光板の効果は、透過型液晶表示装置５
だけでなく、熱線吸収フィルター２２の温度上昇防止に
も寄与するのである。

【００２９】また、図２には示さないが、遮光板２１と
熱線吸収フィルター２２の間に、別の波長選択フィルタ
ーを挿入してもよい。例えば、熱線反射フィルターを使
用すると表示輝度は約３０％増加した。また、本実施例
のＨＵＤの表示色は緑と赤であるから、緑より短波長の
光は不要である。そこで、長波長透過フィルターを使用
したところ、表示輝度は約１０％増加した。本実施例で
用いた長波長透過フィルターはＹ５０と呼ばれる色ガラ
スフィルター（５００ｎｍで透過率５０％）である。ま
た、表示波長が限定されている場合は干渉フィルターを
用いるのも効果的である。

【００３０】以上述べたのは一例に過ぎず、遮光板、波
長選択フィルターの種類や形態は上記のものに限られる
ものではない。また、本発明の一形態として図２に示す
拡散板２３を波長選択フィルターで作製するのも効果的
である。例えば、熱線吸収フィルターや色ガラスフィル
ターの表面を擦り面としてもよいし、また、熱線反射フ
ィルターの非コーティング面側を擦り面としてもよい。

【００３１】以上の不要光を遮蔽または減衰させる機能
を有する調光素子を備えることにより、液晶表示装置の
温度上昇を最低限に抑制することができた。その結果、
温度上昇による液晶表示素子の透過率やコントラストの
低下を防止でき、表示輝度とコントラストの高いホログ
ラフィック表示装置が実現できた。なお、液晶のバイア
ス調整は室温で最適化するのではなく、ランプ点灯後に
温度上昇し安定化した状態で輝度およびコントラストが
最適となるようにすることが好ましい。

【００３２】なお、本実施例のホログラムコンバイナは
横１５０ｍｍ×縦１５０ｍｍの大きさであり、収差補正
ホログラムは横１５０ｍｍ×縦１３０ｍｍの大きさのも
のを用いた。ホログラムの厚さは共に２０μｍで、アク
リル系フォトポリマーよりなる感光材料を用い、体積位
相型の反射型ホログラムとした。

【００３３】かかるホログラムコンバイナは風防ガラス
に備えられるものであり、例えば風防ガラスの表面（車
両外表面）や車両内側表面に備えられてもよいが、特に
ホログラムの保護の点に鑑みて、本実施例のように合わ
せガラスである風防ガラスの内部に封入して用いること
が好ましい。また、風防ガラスではなくダッシュボード
上等に設置してもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によるホログラフィック表示装置
では、不必要な光を遮蔽または減衰させる機能を有する
調光素子を備えているため、液晶表示装置の温度上昇を
抑制することが可能となる。その結果、温度上昇による
液晶表示素子の透過率やコントラストの低下を防止で
き、表示輝度とコントラストの高いホログラフィック表
示装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラフィック表示装置の一例を示
す概念図

【図２】本発明のホログラム積層体の構造を示す概念断
面図

【図３】本発明の波長選択フィルターの使用例を示す、
表示輝度の時間変化を表す図

【図４】本発明の遮光板の使用例を示す、表示輝度の時
間変化を表す図

【図５】従来のホログラフィック表示装置を示す概念図

【符号の説明】

１：車両内の観察者の観察位置２：ホログラフィックコンバイナ３：情報を含む光４：レンズ系５：透過型液晶表示装置６：ハロゲンランプ７：風防ガラス８：速度表示９：警告表示１０：ナビゲーション表示２１：遮光板２２：波長選択フィルター２３：拡散板２４：収差補正ホログラム２５：空冷ファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と表示すべき情報を表示する液晶表示
素子よりなる表示体とを少なくとも備えて表示すべき情
報を光として発生する発光表示手段と、前記光を観察者
に向けて回折するホログラムよりなる光学素子とを少な
くとも備えたホログラフィック表示装置において、前記
発光表示手段には光源と表示体との間に表示に不必要な
光を遮蔽または減衰させる機能を有する調光素子が備え
られていることを特徴とするホログラフィック表示装
置。
【請求項２】前記調光素子が開口を有する遮光板および
波長選択フィルターのうち少なくとも一方を備えてなる
ことを特徴とする請求項１のホログラフィック表示装
置。
【請求項３】前記液晶表示素子よりなる表示体を冷却す
る、冷却装置を備えることを特徴とする請求項１または
２のホログラフィック表示装置。