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JP2993319B2 - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JP2993319B2
JP2993319B2 JP5143200A JP14320093A JP2993319B2 JP 2993319 B2 JP2993319 B2 JP 2993319B2 JP 5143200 A JP5143200 A JP 5143200A JP 14320093 A JP14320093 A JP 14320093A JP 2993319 B2 JP2993319 B2 JP 2993319B2
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JP
Japan
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display
light
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reflection
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純一 深野
雅男 坂田
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,表示情報を光学系を介
して虚像表示する表示装置に関し,特に,コンパクト化
を図り,少ないスペースで搭載が可能な表示装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の表示装置として,例えば,特開昭
62−31531号公報に開示されているものがある。
これらの装置は,運転情報表示部に表示される運転情報
を投影する光学系を反射(または回折)部材と,半透過
反射(または半透過回折)部材により構成し,前記半透
過反射(または半透過回折)部材を反射(または回折)
部材と運転情報表示部との間に配置することにより,光
学レンズを用いて投影するレンズ系の装置と比較して,
小型ながらも光路長を長くとれるようにしている。
【0003】図6および図7は,上記従来の車両用表示
装置の例を示す。図6の車両用表示装置は,フロントガ
ラス601に取り付けられたコンバイナ602と,ダッ
シュボード603内に配設された運転情報表示体60
4,平面鏡605,および半透過凹面鏡606から成る
光学系(プロジェクタ)とを備えている。運転情報表示
体604から出射された表示光は,半透過凹面鏡606
を透過して平面鏡605で反射され,さらに半透過凹面
鏡606で反射されてコンバイナ602に入射し,コン
バイナ602を介してドライバの目607に届く。ドラ
イバの目607には,フロントガラス601の前方に表
示情報608が表示されて見える。
【0004】図7の車両用表示装置は,フロントガラス
701に取り付けられたコンバイナ702と,ダッシュ
ボード703内に配設された表示情報表示体704,凹
面鏡705,および半透過平面鏡706から成る光学系
(プロジェクタ)とを備えている。表示情報表示体70
4から出射された表示光は,半透過平面鏡706を透過
して凹面鏡705で反射され,さらに半透過平面鏡70
6で反射されてコンバイナ702に入射し,コンバイナ
702を介して運転者の目707に届く。運転者の目7
07には,フロントガラス701の前方に表示情報70
8が表示されて見える。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記従
来の表示装置によれば,光学レンズを用いて構成した場
合と比較して光学系の設置スペースが約半分になり,装
置のコンパクト化が可能となるものの,表示輝度の利用
効率が悪いという問題点があった。例えば,透過光量と
反射光量との比が50:50となる半透過部材を用いる
とき,光源(表示情報表示体)の輝度を100とする
と,半透過部材を透過するときに50となり,仮りに反
射部材の反射率が100%であっても,その後,再度半
透過部材で反射した後の輝度は25となる。すなわち,
最も理想的な光学特性を持つ部材を用いた場合でも,プ
ロジェクタ単品(光学系)での利用効率は25%以上に
はならないという問題点があった。
【0006】また,表示輝度の利用効率が低いことによ
り,ドライバの目に届く表示光の輝度を適切な輝度とす
るためには,高輝度光源を使用する必要があるため,光
源のコストアップや,光源寿命の低下につながるという
問題点もあった。
【0007】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り,表示輝度の利用効率を向上させることにより,低輝
度光源を使用可能とし,光源のコストダウンや,光源寿
命を向上させることのできる表示装置を提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、表示情報を所定波長にピークを有する表示
光として出力する表示情報出力手段と、該表示情報出力
手段から出力された表示光の光軸上に配置され、表示光
を反射する反射部材と、前記表示情報出力手段と反射部
材との間の光軸上に配置され、表示情報出力手段から出
力された表示光を透過すると共に、射部材によって反
射された表示光を回折反射し、かつ表示情報出力手段か
ら出力された表示光の入射角と、反射部材によって反射
された表示光の入射角がと異なるように配置された半透
過回折部材と、半透過回折部材によって回折された表示
光を運転者方向に反射すると共に、車両の前景を運転者
方向に透過する半透過部材と、を備え、表示情報出力手
段、反射部材及び半透過回折部材をインスト内に配置
る表示装置を提供するものである。
【0009】なお,前述した透過する表示光の入射角に
よる透過光学特性と回折される表示光の入射角による透
過光学特性との重なりが大きくならないように,表示光
の入射角を設定することが望ましい。
【0010】
【作用】半透過回折部材を透過する表示光の入射角と、
半透過回折部材によって回折される表示光の入射角が異
なるように反射部材を設置し、半透過回折部材を透過す
る表示光の透過率ピークと、半透過回折部材によって回
折される表示光の回折効率中心波長とをずらし、表示光
の透過率及び回折効率を向上させる。
【0011】
【実施例】以下,本発明の表示装置の一実施例につい
て,図面を参照して詳細に説明する。図1は,本実施例
の表示装置の構成を示し,車両のフロントガラス101
に取り付けられたコンバイナ102と,ダッシュボード
103内に配設された表示情報表示体104,凹面鏡1
05,および反射型ホログラム(半透過回折部材)10
6から成る光学系とを備えている。なお,凹面鏡105
の光軸は入射光に対してθ/2〔°〕だけ傾いて設置さ
れている。また,凹面鏡105はAl表面蒸着ミラーを
使用する。
【0012】以上の構成において,その動作を説明す
る。表示情報表示体104から出射された表示光は,反
射型ホログラム106を透過して凹面鏡105に入る。
ここで,凹面鏡105の光軸が入射光に対してθ/2
〔°〕だけ傾いて設置されているため,凹面鏡105で
反射した光は開き角θで反射型ホログラム106に戻
る。この光は,反射型ホログラム106によって回折さ
れてコンバイナ102に入射し,コンバイナ102を介
してドライバの目107に届く。ドライバの目107に
は,フロントガラス101の前方に表示情報108が表
示されて見える。
【0013】この装置において,表示情報表示体104
の光源(図示せず)の輝度を100とすると,反射型ホ
ログラム106を透過するときに約90となり,仮に反
射部材である凹面鏡105の反射率を100%として,
さらに反射型ホログラム106の回折効率を90%とす
ると,反射型ホログラム106で回折した後の輝度は8
1となる。すなわち,最も理想的な光学特性を持つ部材
を用いて光学系を構成した場合には,プロジェクタ単品
としての利用効率は80%程度まで達する。
【0014】次に,表示情報表示体104の構成,およ
び反射型ホログラム106の光学特性を示して,本実施
例の動作をさらに詳細に説明する。表示情報表示体10
4を,例えば,熱陰極管などの発光エネルギースペクト
ルの半値幅が5−10nmと狭い光源と,透過型液晶パ
ネルとから構成する。図2は表示素子光源の波長スペク
トルを示し,実線201で示した特性が半値幅が狭い熱
陰極管の波長スペクトルで中心波長543nm,半値幅
約6nmである。また,破線202で示した特性は,高
輝度発光管の波長スペクトルで中心波長543nm,半
値幅約11nmである(この高輝度発光管は,ソニー
(株)・双葉電子工業が開発を行っており,例えば双葉
電子工業は「車載用高輝度バックライト」として,電子
通信情報学会論文集EID90−89のp.19−24
に詳しく発表しているので,ここでは説明を省略す
る)。
【0015】反射型ホログラム106の特性は,例え
ば,前述した光源の発光スペクトルに合わせて,図3に
破線301および実線302で示すような透過率の波長
特性を持たせる。硝子,ホログラムでの吸収を無視する
と,回折効率はそれぞれの数値を100から引いた値と
なり,ほぼこのグラフの上下を逆にしたような特性とな
る。実際には,ホログラムには入射角θ/2(例えば,
30°)の時に光源の中心波長(543nm)のスペク
トルと合うように特性を持たせる。このホログラム材料
としては,重クロム酸ゼラチン,フォトポリマー等が適
しているが,例えばデュポン社製のオムニデックス・フ
ィルム等を用いた場合には,フィルム厚み25μm・平
均屈折率n=1.5・屈折率変化Δn=0.03とする
ことにより,図3に示すような特性を持つ反射型ホログ
ラムを作成することができる。
【0016】図4は,ホログラム作成のための光学系の
例を示す。反射型ホログラムを,入射角φ/2=30°
のシンプルミラー(鏡のように入射角と反射角が同じに
なるように作成した反射型ホログラム)として作成する
と,ホログラムの中の干渉縞はフィルムの表面に平行と
なる。このホログラムを入射角41°に設置して透過波
長特性を測定すると,図3に実線302で示すように,
回折効率中心波長が25nm短波波長側にシフトすると
ため,特性がほとんど重なっていないことがわかる。
【0017】図3のグラフからもわかるように,図1に
おいて,表示情報表示体104の光源から凹面鏡105
に出射される光軸は,反射型ホログラム106を透過す
る際に,入射角41°で入射するため,反射型ホログラ
ム106の透過率ピークが518nmとなる。ところ
が,前述したように光源の波長スペクトルピークが54
3nmであるため,実際の透過率は90%以上となる。
また,凹面鏡105で反射した後に反射型ホログラム1
06で回折する光は,入射角30°で反射型ホログラム
106に入射するため,回折効率(利用効率)が90%
以上となり,プロジェクタトータルで見た場合,非常に
効率が良くなることが明らかである。
【0018】中心波長を543nmで,入射角が30°
の反射型体積ホログラムの場合,一般に良く知られてい
るコゲールニークのCappled Wave the
oryを用いて計算すると,ホログラムの中の干渉縞に
よる格子間隔は約190.6nmとなる。光軸開き角θ
は,光源の波長スペクトルの幅を考慮してどの程度にす
ればよいか決定するが,543nmから短波長側に15
nmずらすためには入射角を37°(すなわち,θ=7
°)とすれば良い。同様に25nmずらすためには入射
角を41°(すなわち,θ=11°)とすれば良い。波
長をずらす場合,長波長側にずらしても同様の効果が得
られる。例えば,543nmから長波長側に15nmず
らすためには,入射角を21.8°(すなわち,θ=
8.2°)とすれば良い。同様に25nmずらすために
は,入射角を14.2°(すなわち,θ=15.8°)
とすれば良い。
【0019】なお,これらの角度の中でどの角度を選ぶ
かは,実際の車載レイアウトと,効率向上分を考慮して
決定すれば良い。
【0020】図5は,他の実施例の構成を示す。この実
施例では,表示をフロントガラスではなく通常のメータ
として,インストールパネルの中に設置するようにした
ものである。なお,501はステアリングホイールを示
す。また,図1と同一の符号は共通の構成であるため説
明を省略する。
【0021】なお,これまでの実施例では,凹面鏡10
5を通常のAl表面蒸着ミラーとして説明してきたが,
このミラーをホログラムに代えても良い。ホログラムに
凹面鏡効果を持たせる一般的に知られている方法として
は,図4に示したホログラム乾板の後ろ側にあるミラー
を取り除き,同じレーザからのビームをハーフミラーで
二分割し,ホログラム乾板の両面から入射させて干渉さ
せる。このとき,片方或いは両方のビームを発散光にす
れば,ホログラムに凹面鏡効果を持たせることができ
る。また,凹面鏡105の代わりに,Al平面鏡を使用
して反射型ホログラム106に凹面鏡効果を持たせるよ
うな構成にしても,同様な効果を得ることができる。
【0022】
【効果】以上説明したように、本発明によれば、半透過
回折部材を透過する表示光の入射角と、半透過回折部材
によって回折される表示光の入射角が異なるように反
材を設置するため、表示輝度の利用効率を向上させる
ことにより、低輝度光源を使用可能とし、光源のコスト
ダウンや光源寿命を向上させることのできる表示装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の表示装置の構成図である。
【図2】表示情報表示体の表示素子光源の波長スペクト
ルである。
【図3】反射型ホログラムの光学特性を示す説明図であ
る。
【図4】ホログラム作成のための光学系の例を示す説明
図である。
【図5】他の実施例の表示装置の構成図である。
【図6】従来の車両用表示装置の例を示す説明図であ
る。
【図7】従来の車両用表示装置の例を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
101 フロントガラス 102 コンバイナ 103 ダッシュボード 104 表示情報表示体 105 凹面鏡 106 反射型ホログラム

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表示情報を所定波長にピークを有する表示
    光として出力する表示情報出力手段と、該表示情報出力
    手段から出力された表示光の光軸上に配置され、表示光
    を反射する反射部材と、前記表示情報出力手段と反射部
    材との間の光軸上に配置され、表示情報出力手段から出
    力された表示光を透過すると共に、射部材によって反
    射された表示光を回折反射し、かつ表示情報出力手段か
    ら出力された表示光の入射角と、反射部材によって反射
    された表示光の入射角がと異なるように配置された半透
    過回折部材と、半透過回折部材によって回折された表示
    光を運転者方向に反射すると共に、車両の前景を運転者
    方向に透過する半透過部材と、を備え、表示情報出力手
    段、反射部材及び半透過回折部材をインスト内に配置す
    ことを特徴とする車両用表示装置。
  2. 【請求項2】 前記透過する表示光の入射角による透過
    光学特性と前記回折される表示光の入射角による透過光
    学特性との重なりが大きくならないように、表示光の入
    射角を設定することを特徴とする請求項1記載の表示装
    置。
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