JPH10197824A

JPH10197824A - ホログラフィック表示装置

Info

Publication number: JPH10197824A
Application number: JP9004112A
Authority: JP
Inventors: Osahito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】製造バラツキや温度変動でホログラムの再生波
長が変動しても、大きな輝度低下が起きないホログラフ
ィック表示装置を得る。【解決手段】蛍光表示管２１からコンバイナ２０への光
の入射角θ_i とコンバイナ２０から観察者１への回折角
θ_d が概略等しく、かつコンバイナ２０から表示像１０
までの距離ｒ_d が、蛍光表示管２１からコンバイナ２０
までの距離ｒ_i の３倍未満であるホログラフィック表示
装置。

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。

【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、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ために、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、入射角と回折角とを自由に設定し運転者に向
かって光学的情報を回折することができるだけでなく、
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
ことが可能である。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３は、このような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および波長選
択フィルタ１１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
ターとしての機能を持つものである。このとき、風防ガ
ラス７は合わせガラスであり、ホログラム２はこの合わ
せガラス内に封入されている。また、ホログラム２は波
長選択機能を持ち、多重露光したホログラムを用いるこ
とによって、希望する多色の像が表示可能となる。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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ホログラム
は回折を利用するため色収差の発生による像のボケが問
題となる。そこで従来は透過型液晶表示素子の光源とし
て波長半値幅の狭い陰極管を用いたり、上記の例のよう
に波長半値幅の狭い干渉フィルタを用いる必要があっ
た。

【０００７】陰極管を光源として用いる場合にはインバ
ーター回路が必要となり高価であり、また輝度調整（調
光）も困難である。干渉フィルタも、半値幅が狭く透過
率の高いフィルタは多層膜コーティングが必要となり非
常に高価である。

【０００８】また、半値幅の狭い光源を用いる場合、そ
のピーク波長とホログラムの回折波長を合わせる必要が
あるが、これもホログラムの精密な作製技術を必要とす
る。ホログラムや干渉フィルタの製造バラツキにより再
生波長が変動すると、表示像の輝度が低下してしまうと
いう問題点もあった。さらに、理想的な波長整合が可能
になっても、温度特性の問題がある。環境の温度変化に
よりホログラムの回折波長が変動すると、やはり表示像
の輝度が低下してしまうという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の課題を解決することにあり、従来知られていなかっ
たホログラフィック表示装置を新規に提供することにあ
る。

【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、表示すべき情報を光と
して発生する情報表示源と、基材に配されていて前記光
を観察者に向けて回折し虚像として表示するホログラム
を有するコンバイナ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、前記情報表示源は蛍光表示管か
らなり、前記光がホログラムに入射する角度とホログラ
ムにより回折される角度とが概略等しく、かつ、前記虚
像とホログラムとの間の距離が前記情報表示源とホログ
ラムとの間の距離の３倍未満であ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、図面に基づいて本発明をさ
らに詳細に説明する。図１は、本発明のホログラフィッ
ク表示装置の一例を示す概略断面図である。情報を含む
光３を発する情報表示源は、蛍光表示管２１からなる。
情報を含む光３は、基材にホログラムが配されたコンバ
イナ２０により回折されて観察者１に表示虚像１０とし
て視認される。

【００１２】図示の表示装置の光学配置は、蛍光表示管
２１からコンバイナ２０への光の入射角θ_i とコンバイ
ナ２０から観察者１への回折角θ_d が概略等しく、かつ
コンバイナ２０から表示像１０までの距離ｒ_d が、蛍光
表示管２１からコンバイナ２０までの距離ｒ_i の３倍未
満である。

【００１３】このような光学配置に構成された本発明の
ホログラフィック表示装置では、色収差の発生は小さ
く、観察者が目を動かす視域範囲内では十分許容できる
表示像が得られる。視域としては日本工業規格ＪＩＳ
Ｄ００２１で規定されるアイレンジなどが挙げられる。

【００１４】すなわち、情報表示源に蛍光表示管を用い
ると、視域内であっても観察者が少しでも目を動かす
と、ホログラムの特性上表示虚像のボケが生じやすいも
のであった。ところが、本発明においては、蛍光表示管
を用いつつ、θ_i とθ_d とをほぼ等しく、かつｒ_d をｒ
_i の３倍未満とすることによって、上記の色収差を低減
でき、ボケを低減できる。特に、ｒ_d をｒ_i の３倍以上
とすると、上記のボケの発生が顕著に見られるため、本
発明のようにｒ_d をｒ_i の３倍未満とすることは極めて
有効な手段であり、２．５倍以下とすることはさらに好
ましい。

【００１５】そして、上記のように蛍光表示管が使用に
十分満足し得る光学構成を見出したことによって、従来
のように高価な液晶表示素子と陰極管あるいは干渉フィ
ルタを使用せず、比較的安価な蛍光表示管によってホロ
グラフィック表示装置を実現できる。また、半値幅の広
い光源を利用できるため、製造バラツキや温度特性のた
めホログラムの回折波長が多少変動しても、大きな輝度
低下が起きることはない。

【００１６】本発明における蛍光表示管は、酸化亜鉛
（ＺｎＯ：Ｚｎ）を蛍光体とする緑色発光の蛍光表示管
が明るく信頼性があることから好ましく用いられる。そ
の発光スペクトルのピーク波長は５０５ｎｍで半値幅は
約１００ｎｍ強である。酸化亜鉛以外にも硫化物系の蛍
光体も利用できる。例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＡｌやＺｎ
ＣｄＳ：Ａｇ、Ｃｌなどがある。いずれも半値幅は１０
０ｎｍ程度でその色調は組成によって変化し緑から黄、
橙などがある。これらを適宜合わせて利用すればカラー
表示が得られる。また、表示のパターンとしては蛍光体
をパターン化してセグメント状に配置してもよいが、ド
ットマトリックス型の配列の方がより高度な情報を表示
できる点で好ましい。なお、ＺｎＯ：Ｚｎは、：印の左
側（ＺｎＯ）が蛍光体の母体材料を表し、右側（Ｚｎ）
が発光に寄与する物質（付活剤という）を表す。ほかの
例示の物質も、：印の左右で同様の意味を表す。

【００１７】本発明におけるコンバイナは、ガラス基板
や透明樹脂基板等の基材にホログラムが配されたもので
ある。

【００１８】ホログラムとしては、通常数１０ｍｍ〜数
１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍ〜数１０μｍ程度の
厚みを有するものが例示される。このホログラムは、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。そして、ホログラムのタイプ
も、透過型、反射型等、特に制限はない。ホログラム材
料としては、アクリル系やポリビニルカルバゾールなど
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。

【００１９】本発明における基材は、用途や使用状態に
応じて適宜選択されるものである。ホログラムに対し
て、再生光の入射側や回折光の出射側が透明な基材であ
ることはいうまでもないが、これは光を部分的に透過す
るものであってもよい。例えば、色付きでない透明ガラ
ス板や、そのほかにブロンズやグリーンなどに色付けさ
れたガラス板も基材として使用できる。また、再生光や
回折光が通過しない部分は不透明であってもよい。基材
の材質としては、ガラスのほか、アクリル、ポリカーボ
ネート、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィンなどの樹脂基
板でもよいし、透明な結晶体などであってもよい。ま
た、基材の厚さについても厚さ数ｍｍの板のほか、厚さ
１ｍｍ以下のフィルムでもよいし、厚さ数ｃｍのブロッ
ク体であってもよい。さらに、ホログラムの回折像と基
材表面の反射像とが重なると視認性が低下するので、こ
れらの基材の表面には反射防止コーティングが施されて
いることが好ましい。また、必要に応じてハードコーテ
ィングが施されていてもよい。

【００２０】さらに、ホログラムに光が投射されるまで
の光径路内に、必要に応じてレンズ、ミラーなどの光学
部材や光偏光手段、あるいは、非線形光学素子を配置し
てもよい。

【００２１】本発明のホログラフィック表示装置は、従
来例のような自動車用ＨＵＤにおいても適切に用いられ
る。また、情報表示源を備えた本体部にコンバイナが軸
支され、車両のダッシュボード上に載置して運転者等に
運転情報を視認させる、いわゆる別置き型ＨＵＤ（図２
参照）としてより好ましく使用できる。情報表示源とコ
ンバイナとが一体化されているうえ、従来の情報表示源
が光源と透過型液晶表示素子の組み合わせからなり大型
であったのに比べ、蛍光表示管は単体で両方の機能を併
せ持つため、小型・軽量のホログラフィック表示装置が
実現できるのである。さらに、コンバイナの基材として
樹脂材料を用いればガラスと比べ軽量となり、万一ぶつ
かっても人体に対する損傷が少ないという点で好まし
い。

【００２２】この別置き型ＨＵＤの一例を、図２に示
す。コンバイナ２０は、保持部材２４を介してＨＵＤの
本体部２２の端部近傍に回動自在に軸支されている。使
用時におけるコンバイナの水平に対する角度はθ_w であ
る。本体部２２の底面には調節可能な脚部２３が必要に
応じて設けられ、この脚部２３がＨＵＤの設置場所（例
えば車両のダッシュボード上）に保持される。本体部２
２内には、回路部２５と蛍光表示管からなる情報表示源
２１が備えられていて、コンバイナに向けて情報を含む
光３を入射角θ_i で照射する。この光がホログラムによ
って回折角θ_d で反射回折され、観察者（例えば運転
者）１に運転情報の表示像１０として視認されることに
なる。

【００２３】本発明のホログラフィック表示装置を乗り
物用に用いる場合、表示すべき情報として、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。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。

【００２４】上記自動車用のＨＵＤに応用した例以外に
も、本発明のホログラフィック表示装置は種々の用途に
用いることができる。例えば、自動車の風防ガラス周辺
の暗色セラミック塗装部にホログラムを配置したホログ
ラフィック表示装置にも利用できる。この場合暗色セラ
ミック塗装部が太陽熱を吸収し温度変動が激しいため、
本発明の構成は特に有効である。また、車両のコーナー
を指示する虚像コーナーマーカーなどホログラムを用い
た表示装置全般に広く応用できるものである。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図２本発
明を別置き型ＨＵＤに応用した例を示す。コンバイナ２
０はホログラムをアクリル樹脂で一体成型して作製し
た。コンバイナの水平に対する角度は７５°である。蛍
光表示管２１は半導体チップ上にドライバ回路を内蔵し
蛍光体をドットマトリックス状に形成したものを使用し
た。ドット数は１２８×３２でサイズは４４×１１ｍｍ
である。蛍光表示管２１から発せられた光はコンバイナ
２０にθ_i ＝２０°で入射しθ_d ＝２０°で回折され
る。コンバイナ２０から表示像１０までの距離ｒ_d は約
２００ｍｍであり、蛍光表示管２１からコンバイナ２０
までの距離ｒ_i は８０ｍｍである。すなわち、ｒｄはｒ
_i の約２．５倍である。ホログラムの回折波長は約５３
０ｎｍで、回折効率は９５％である。

【００２６】本例のＨＵＤにより、半値幅の広い蛍光表
示管を用いても色収差によるボケのない小型・軽量・薄
型のホログラフィック表示装置が実現できた。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、情報表示源に蛍光表示
管を用いることによって、製造バラツキや温度変動でホ
ログラムの再生波長が変動しても、大きな輝度低下が起
きないホログラフィック表示装置が得られる。しかも、
半値幅の広い蛍光表示管を用いても、ホログラムへの情
報を含む光の入射角とホログラムにより回折される回折
角とを概略等しく、かつ、表示される虚像とホログラム
との間の距離を情報表示源とホログラムとの間の距離の
３倍未満にすることによって、色収差によるボケのない
ホログラフィック表示装置を得ることができる。

【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
す概略断面図

【図２】本発明のホログラフィック表示装置の別の一例
を示す概略断面図

【図３】ＨＵＤの一例を示す概念図

【符号の説明】

１：観察者３：情報を含む光１０：表示像２０：コンバイナ２１：蛍光表示管２２：本体部２３：脚部２４：保持部２５：回路部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示すべき情報を光として発生する情報表
示源と、基材に配されていて前記光を観察者に向けて回
折し虚像として表示するホログラムを有するコンバイナ
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、前記情報表示源は蛍光表示管からなり、前記光がホ
ログラムに入射する角度とホログラムにより回折される
角度とが概略等しく、かつ、前記虚像とホログラムとの
間の距離が前記情報表示源とホログラムとの間の距離の
３倍未満であ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】前記コンバイナがその下辺近傍において本
体部に回動自在に軸支されてコンバイナと本体部とが一
体化され、前記情報表示源が本体部に設けられているこ
とを特徴とする請求項１のホログラフィック表示装置。