JP2018136433A - ホログラム表示器 - Google Patents

Abstract

【課題】前側への飛び出しと後ろ側への奥行きを持った像をはっきりと表示させて、像のボケがなく明瞭で、かつ明るくてコントラストの高い像を作り出し、ユーザに対して従来にない表現と意匠性、高い視認性を提供することを目的とする。【解決手段】光源１０１と、ホログラム像が記録されたホログラム光学素子１０５と、端面から入射した光をホログラム光学素子１０５に向けて出射するプリズムパターンが設けられた導光板１０３と、光源１０１から出射した拡散光を平行光に変換したうえで導光板１０３の端面に入射させるコリメート光学系１０２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は家電や車載向けのサインライティングや意匠性ライティング等のために、その家電や車両に組み込まれるホログラム表示器に関する。

近年、意匠性や視認性の向上のために従来のパイロットランプ式の表示器や指示器に代わり、ロゴマークが明滅するような機能を持ち、サイズも大きめで目立つ表示器が搭載された家電や車両が増えてきている。更には立体感のある表示器や液晶画面での表示など、利便性だけでなく、使用者に従来にはない新たな印象や特別感を提供する表示が求められている。

またその展開される用途としても、家電のＯＮ／ＯＦＦや動作レベルの表示、車載などにおけるドライバーへのアラート表示や指示表示、更にアミューズメント関連でユーザを楽しませることを主眼においた驚きを与える表示など、多岐に渡っている。

その中で、驚きを与える表示手法としてホログラムを用いた表示方法がある。ホログラムは、立体的に表示させることが可能であるため、従来方式では不可能な表示機能を実現でき、意匠性と表現力を非常に高めることが可能である。

ホログラムは、感光材料に物体光と参照光の２つの光を当てて干渉像を発生させて、それにより感光させて記録することで作成される。像を再生させる光をホログラムに照射することでホログラムに記録された回折パターンから回折光が発生し、これが物体光として記録されている像を再生する。これによりホログラムに記録された立体像を観察することが可能となる。

ここで、記録する際に照射する光を参照光、再生する際に照射する光を再生照明光と呼ぶが、一般的に参照光としては可干渉性の高いレーザー光源が用いられており、再生照明光としても記録時のレーザー光と同一の波長のもので、同一の角度から照射することが最適である。

一定程度内の波長のずれや、入射角度のずれ及び平行光からの広がりを持った状態で参照光を当てた場合でも、再生時において、回折光の出射方向のずれと像のボケが発生するが、像を観察することは可能である。しかし、元の像を十分に再生させためには、再生照明光を参照光と厳密に同じ照射条件とすることが望ましい。

そこで、ホログラムを再生するための再生照明光を照射する従来の手段として、照射条件を正しく維持できる小型の照明装置が、例えば特許文献１で提案されている。図１４は、特許文献１に記載のホログラム表示器の断面図を示している。

ホログラム表示器１４０１は、光源１４０２と光源１４０２から出射する光束１４０３を伝播する導光板１４０４と、導光板１４０４内で伝播される光束１４０３の一部を受けてホログラム光学素子１４０６に向けて再生照明光を所定の角度で照射する照明用ホログラフィック光学素子１４０５と、これらを所定の位置関係において保持する保持手段１４０７とを備える。

導光板１４０４内で所定の条件で照明用ホログラフィック光学素子１４０５に入射した光により再生照明光が発生し、ホログラム光学素子１４０６にこの再生照明光が照射されることで、像を再生する回折光が発生し、これによりホログラム表示器１４０１は立体像を表示することが可能となる。この時の立体像が見える位置はホログラムの記録時の位置に対応しており、この場合は前側立体像１４０８または後側立体像１４０９が記録されているため、同じ位置に再生させることが可能である。

特開２０１５−２３０４１０号公報

しかしながら、このようなホログラム表示器ではホログラム光学素子に照明される光は所定の照射角度ではあるが、それを中心とした一定の広がり角を持っている。この広がり角が大きくなると前側への飛び出し量、または後側への奥行き量が大きい像が再生されて、ボケが生じやすくなり、像をはっきりと再生させることができなくなる。また、光源から発生した光のうちホログラム光学素子に照射される光の効率が悪いため、再生されたホログラム像が暗く、コントラストが低くなって像の視認性が悪くなる。

以上より、従来の構成では、ホログラム表示器に求められるボケのない明瞭な飛び出しと奥行きのあるホログラム像を再生するという要望を十分に満たすことができないという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、前側への飛び出しと後ろ側への奥行きを持った像をはっきりと表示させて、像のボケがなく明瞭で、かつ明るくてコントラストの高い像を作り出し、ユーザに対して従来にない表現と意匠性、高い視認性を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のホログラム表示器は光源と、ホログラム像が記録されたホログラム光学素子と、端面から入射した光を前記ホログラム光学素子に向けて出射するプリズムパターンが設けられた導光板と、前記光源から出射した拡散光を平行光に変換したうえで前記導光板の端面に入射させるコリメート光学系と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光源から出射した光をコリメート光学系で平行光に変換することで光の広がり角を抑制することができる。これにより、前側への飛び出し量、または後側への奥行き量が大きい像が発生せず、像をはっきりと再生することができる。また、光源からの光が平行光に変換されるため、光源から発生した光のうちホログラム光学素子に照射される光の効率が高く、再生されるホログラム像が明るく、高いコントラストのホログラム像が得られる。従って、ユーザに対して従来にない表現と意匠性、高い視認性を持つホログラム表示器が得られる。

本発明の実施の形態１におけるホログラム表示器の三面図である。 同ホログラム表示器の側面の一部拡大図である。 同ホログラム表示器の正面の一部拡大図である。 同ホログラム表示器の他の例における側面の一部拡大図である。 同ホログラム表示器の側面の一部拡大図であって、導光板内での光線の動きを示す図である。 同ホログラム表示器によるホログラム表示のイメージ図である。 同ホログラム表示器の導光板の斜視図であって、導光板から出射する配光を示す図である。 配光角度と光量との関係を示す図である。 同ホログラム表示器の他の例における二面図であって、部分的に明るい表示領域を設けた態様を示す図である。 同ホログラム表示器の他の例における三面図である。 同ホログラム表示器の正面の一部拡大図であって、導光棒内での光線の動きを示す図である。 本発明の実施の形態２におけるホログラム表示器の三面図である。 同ホログラム表示器の他の例における三面図である。 本発明の実施の形態３におけるホログラム表示器の三面図である。 本発明の実施の形態４におけるホログラム表示器の三面図である。 同ホログラム表示器の側面の一部拡大図であって、導光板内での光線の動きを示す図である。 従来のホログラム用表示装置の断面図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係るホログラム表示器ついて、図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係るホログラム表示器１００の三面図である。ホログラム表示器１００は、光源１０１と、コリメート光学系１０２と、導光板１０３と、ホログラム光学素子１０５と、カバー１０６とを備えている。

光源１０１は、光源１０１は、導光板１０３の厚みに対して垂直な横方向に複数配置されており、例えばＬＥＤ光源またはハロゲンランプや蛍光灯等のような、拡散光を出射するものである。光源１０１から出た拡散光は、コリメート光学系１０２によって平行光に変換されて、その光が導光板１０３に入光する。また、光源１０１からの光の配光は、一般的にランバート散乱に近い拡散状態になっているため、コリメート光学系１０２を介さずにそのまま導光板１０３に入光した場合は、プリズムパターンなどで導光板から出射させても広い角度分布を持った光しか出射させることができず、配光制御ができない。そのためコリメート光学系１０２で平行光に変換することが重要である。

コリメート光学系１０２の具体構成については図２Ａ、２Ｂを用いて説明する。図２Ａは側面の一部拡大図、図２Ｂは正面の一部拡大図を示す。ここで、コリメート光学系１０２は光の屈折、反射を行う複数の光学部材の組合せにより構成されており、組合せとしては複数考えられるがここでは最も有効な例について説明する。

図２Ａ、２Ｂにおいて、コリメート光学系１０２は、コリメート光学素子２０１とアナモルフィックプリズム２０２とを含む。光源１０１からの光は、まずコリメート光学素子２０１に入光される。コリメート光学素子２０１は、光源１０１から大きい角度でモレ出る光を利用できるようにするため、光源１０１の周囲を囲う凹部２０１ａを有している。その凹部２０１ａの底面２０１ｂとその反対の面２０１ｃは、両凸のレンズ形状となっており、このレンズの焦点距離ｆとレンズの主点から光源１０１までの距離とが合うようにすることで、レンズからの出射光が平行光となるように構成されている。ここでは、底面２０１ｂまたはその反対の面２０１ｃの少なくとも一方が軸ずらし放物面形状となっており、両凸レンズの焦点が光源１０１の位置と重なるように設計されたものが設置される。これにより、光源１０１からの光を確実に平行光とすることができる。

次に、アナモルフィックプリズム２０２について説明する。導光板１０３は、薄板状であり、それぞれの光源１０１同士およびコリメート光学系１０２同士の距離は一定程度必要であるため、縦（導光板１０３の厚み）に対して横に広い光束が求められる。これに対応するためにアナモルフィックプリズム２０２が設けられている。アナモルフィックプリズム２０２は、導光板１０３に入光する光束を必要な縦横比となるように広げることが可能である。また、光源１０１は、厳密には点光源とみなせず、実際は面光源として一定の面積を持っているため、平行光からずれた光も発生させてしまうが、アナモルフィックプリズム２０２が設けられることによって、そのような光を除去することが可能となる。

また、この構成によれば、光源１０１からの光を短い距離で方向の整った平行光とすることが可能となる。そのため、表示部を搭載する面積や容積が限定される家電などの製品においても、表示部として視認される導光板１０３やホログラム光学素子１０５のサイズを大きくすることができる。

コリメート光学系１０２を経て平行光となった光は、導光板１０３に入光する。ただし、平行光のまま導光板１０３内に入光すると、入光端面と反対側の端面まで到達してそこから出射してしまうため、導光板１０３端面には一定角度の導光板入光部プリズム２０３が設置されている。これにより、光の位相をそろえたまま光の角度を傾ける効果が得られる。また、導光板１０３内のプリズム面１０４のプリズムパターンと組合せることにより、反射による配光制御がしやすくなる。

この導光板入光部プリズム２０３の入光部プリズム底角２０４（図２Ａ参照）は、３０°以上７０°以下であることが望ましい。入光部プリズム底角２０４が３０°未満の場合は、導光板入光部プリズム２０３で必要な角度傾けることができず、入光端面の反対側の端面から多くの光が出射してしまうため、光の利用効率が低下して暗くなる。入光部プリズム底角２０４が７０°を超える場合は、導光板入光部プリズム２０３の端面で反射される光が多くなり、導光板１０３への入光効率が落ちることとなる。

なお、図２Ａでは、導光板入光部プリズム２０３が１つの二等辺三角形である態様が示されているが、直角でない角度が上記の条件を満たした直角三角形であってもよく、１つでなく小さいサイズを複数並べた態様でもよい。

また、導光板入光部プリズム２０３の端面が加工困難な場合は、図２Ｃに示すように、コリメート光学系１０２を導光板１０３に対して傾けることで近似的に代用することが可能である。この場合のコリメート光学系入射角度２０５は、２０°以上５０°以下であることが望ましい。コリメート光学系入射角度２０５が２０°未満であると、必要な角度傾けることができず、入光端面の反対側の端面から多くの光が出射してしまうため、光の利用効率が低下して暗くなる。コリメート光学系入射角度２０５が５０°を超える場合は、導光板１０３の端面で反射される光が多くなり、導光板１０３への入光効率が落ちることとなる。

次に、導光板１０３の構成および導光板１０３内での光の挙動について、図３を用いて説明する。導光板１０３は、複数のプリズムパターン３０２が形成されたプリズム面１０４を有している。プリズムパターン３０２は、少なくとも１つの斜面を有する凹部である。この凹部に導光板１０３と異なる材料であって導光板１０３よりも屈折率の小さい材料が充填されていてもよい。３０１は、導光板１０３内に入光した光線のうち代表的なものを示す。

導光板１０３と外部の空気層との間には屈折率差があるため、導光板１０３内に入光する光線の角度が、フレネル式の臨界角以上である場合、その光線はプリズム面１０４で全反射して損失なく導光板１０３内を伝播されていく。

プリズムパターン３０２の斜面に当たった光線３０１は、角度変化してその反射角が臨界角よりも小さい角度となり、導光板１０３から出射して、ホログラム光学素子１０５に到達する。ホログラム光学素子１０５は、一定の角度からの光を反射させることによって、ホログラムの立体像を形成するように設計されており、その角度範囲内の光が入射するとホログラム回折光３０３を発生させる。

プリズムパターン３０２のプリズム底角３０４は、例えば、導光板１０３がアクリルやポリカーボネートで形成され、プリズムパターン３０２に空気が充填される場合、８°以上４０°以下の範囲で設計される。このプリズムパターン３０２は、断面が三角形で、端から端までの連続した２つの斜面形成されたストレートプリズムの場合や、断面が台形で、２つの斜面とその間を接続する平面で形成されたルーフプリズムや、ピラミッドのように各面に角度の付いたドットプリズムの場合がある。それぞれ条件により選択されるが、角度条件は上記の範囲内となる。

このプリズム底角３０４が８°未満である場合は、プリズムパターン３０２に当っても反射角度の変化が小さく、ほとんど導光板から出射されない。プリズム底角３０４が４０°を超える場合は、導光板１０３から垂直に近い方向に光が出射され、ホログラム光学素子１０５に求められる照射角度にあわせることが出来ず、ホログラム回折光３０３を発生させることが困難である。

ホログラム光学素子１０５としては、体積型ホログラムのリップマンホログラム、または表面に微小なパターンが転写されたエンボスホログラムなど、一般的なホログラムが用いられる。

このような光が一定の照射角度とそれを中心とした広がりを持ってホログラム光学素子１０５の面内に複数あたることにより、ホログラム光学素子１０５全面からホログラム回折光３０３が形成され、視点４０１にそれらのホログラム回折光３０３が入射されることで、図４に示すように、ホログラム光学素子１０５に記録された飛び出し立体像４０２あるいは、奥行き立体像４０３またはその両方が、ホログラムの立体像として認識される。

なお、導光板１０３は、一般的にアクリルやポリカーボネートなどの樹脂材料が用いられることが多く、そのキズや汚れ防止でカバー１０６となるガラスなどが設置される場合が多いが、導光板１０３に十分な硬度が付与されている場合、カバー１０６はなくてもよい。

また、図１〜４では、導光板１０３とホログラム光学素子１０５との間に隙間が存在しているが、外光がこの隙間で反射してホログラムが見にくくなる場合がある。このような場合は、導光板１０３とホログラム光学素子１０５との間に接着層を設けることが望ましい。

この時、接着層の屈折率は１．３以上１．４５以下であることが望ましい。この範囲であれば、導光板１０３材料であるアクリルやポリカーボネートとの屈折率差によって、導光板１０３内で伝搬される光がホログラム光学素子１０５側に行かず、接着層との界面で反射するため、プリズムパターン３０２で反射した光のみをホログラム光学素子１０５に入射させることが可能となり、光の利用効率を高くすることができる。接着層の屈折率が１．４５を超える場合は、アクリルやポリカーボネートとの屈折率差が小さく、接着層との界面で反射が起きないため損失が大きい。接着層の屈折率が１．３未満の場合は、特殊な多孔質の構造体になってしまうため、接着層で不要な拡散が起こってしまう。

このようにして、ホログラム光学素子１０５により、ホログラム像を形成することが可能となる。本実施の形態によれば、光源１０１から出射した光をコリメート光学系１０２で平行光に変換することで光の広がり角を抑制することができる。これにより、前側への飛び出し量、または後側への奥行き量が正規量よりも大きい像が発生せず、像をはっきりと再生することができる。また、光源１０１からの光が平行光に変換されるため、光源から発生した光のうちホログラム光学素子１０５に照射される光の効率が高く、再生されるホログラム像が明るく、高いコントラストのホログラム像が得られる。従って、ユーザに対して従来にない表現と意匠性、高い視認性を持つホログラム表示器１００が得られる。

この光学系での照明では一例として、図５Ａに示すように、導光板出射光５０３は、ホログラムの中心感度を持たせている導光板出射主角度５０４から縦配光５０１と横配光５０２の分だけ広がり角を持っている。導光板出射主角度５０４は、４０°以上７０°以下であることが望ましい。ホログラム光学素子１０５もその角度で光を当てた際にホログラム像が再生されるように設計される。

導光板出射主角度５０４が４０°未満であると、ホログラム光学素子１０５から直接反射してくる外光が正面に出てホログラム回折光３０３と重なり、ホログラム像が視認しにくくなる。導光板出射主角度５０４が７０°を超えると、ホログラム光学素子１０５からのホログラム回折光３０３がボケた状態となりホログラム像の解像度が低くなる。

また、導光板出射光５０３は、レーザーのように完全平行光にはならないため、この導光板出射主角度５０４より一定の光の広がり角が必然的に発生し、これが縦配光５０１と横配光５０２となっている。この広がり角が大きいと像がボケる要因となるため、導光板出射主角度５０４中心で光量のピークが立った光が望ましい。

図５Ｂでは、ピークに対して縦配光５０１の広がり角は半値幅が±１０°以下としている。ここでは、導光板出射主角度５０４が縦方向に４５°である場合が想定されているため、縦配向５０１の中心が４５°となっている。一方、横配光５０２の広がり角は０°中心で半値幅が±１０°以下なっている。この条件で、光学系を用いて照射することで、はっきりとしたホログラム像を得ることが可能となる。

また、ホログラム光学素子１０５は、色（光の波長）に対してそれぞれ感度を持たせることができるため、光源からの光をカラー選択、すなわち、光の波長調整できるようにしておくことによって、各波長毎に設定された複数のホログラム像を、切り替えまたは同時に表示することが可能となる。

一方で、ホログラム光学素子１０５で実現する絵柄の中には、より像をはっきりと見せて絵柄を強調させることで驚きを与えたい場合がある。以下、そのような場合に、絵柄のデザインだけでなく、絵の中で光り方を変えて、よりコントラストを強調する手法について説明する。

図６において、ホログラム光学素子１０５の中に特にホログラムで強調させたい明るい表示領域６０１が設けられている。ここで、表示領域６０１としては、例えば太陽など、明るく光っていることを強調したい物体の絵柄が想定される。一方で、ホログラムの通常領域６０２がその他の領域として、コントラストの差を発生させる基準となる。

ホログラム光学素子１０５の明るい表示領域６０１に対応して、導光板１０３にも明るい表示領域６０３を設けられている。一方で、導光板１０３には、ホログラム光学素子１０５の通常領域６０２に対応する通常領域６０４も設けられている。明るい表示領域６０３と通常領域６０４との光量のコントラスト差で、部分的に強調された絵柄を表示することが可能となる。明るい表示領域６０３は、通常領域６０４よりもプリズムパターンの深さを深くする、またはプリズムパターンのピッチ（密度）を細かくすることで実現可能であり、深さを２倍、またはピッチを半分にすることでほぼ２倍程度の光量差を与えることができる。このようにして、プリズムパターンの深さまたは密度を不均一とすることで、光量のコントラスト差を与えることが可能となる。

また、平行光源を作り出す別の方法について、図７を用いて説明する。図７において、平行光源を作り出す構造は、光源を複数並べる方式ではなく、１つの光源７０１と導光棒７０２とで構成されている。図７では、導光棒７０２の左側に１つの光源７０１が設置されているが、右側に設置されていてもよく、もしくは導光棒７０２の左右にそれぞれ１つずつ、計２つの光源７０１が設置されていてもよい。

光源７０１から出た拡散光は、導光棒７０２によってライン状光源に変換されて、この光が導光板１０３内に入光する。光源７０１からの光の配光は、一般的にランバート散乱に近い拡散状態になっているため、このまま導光板１０３に入光させた場合は、プリズムパターンなどで導光板１０３から出射させても広い角度分布を持った光しか出射させることができず、配光制御ができない。そのため導光棒７０２で平行光に変換し、さらにライン状光源として導光板１０３に入射させることが重要である。

導光棒７０２内での光の挙動については図８を用いて説明する。８０１は、導光板７０２内に入光した光線のうち代表的なものを示す。ここで、導光棒７０２は、導光板１０３のプリズム面１０４と同じく出射面の反対の面にプリズム反射部８０２が設けられている。

このプリズム反射部８０２は、０．０４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下のピッチの範囲で設置されており、ここで反射された光が出射面８０３を透過して導光板１０３に入光する。プリズム反射部８０２を密に設置することでほぼライン状の光として出射させることができる。また、出射面８０３に凸レンズ形状を持たせることにより光の方向を揃え、平行光となるように調整される。

また、前述と同じように、光線８０１が完全な平行光のまま導光板１０３に入光すると、入光端面と反対側の端面まで到達して出射してしまうため、導光板端面には一定角度の導光板入光部プリズム８０４が設置され、これにより位相をそろえたまま一定の角度に傾ける効果が得られる。このような方式は、設置の制約などに応じて適宜選択される。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係るホログラム表示器について、図面を参照しながら説明する。実施の形態１と同様の構成については詳しい説明を省略し、主に異なる構成についてのみ詳しい説明を行う。実施の形態１は、１方向からの光源を用いて、１種類の絵柄のホログラム像を表示する態様であるが、実施の形態２は、２方向からの光源を用いて、それに応じた２種類の絵柄のホログラム像を表示する態様である。

図９において、図１で説明した光源１０１とコリメート光学系１０２とをあわせてここでは光源群として定義されており、下側光源群９０１と左側光源群９０２とが設置されている。下側光源群９０１から出射される光は前述までと同じく平行光であり、この平行光が導光板９０３に入射する。同じく左側光源群９０２からの平行光も導光板９０３に入射する。

実施の形態１は、１方向から入射する光を１方向に出射するものであったが、この導光板９０３では、直交する２方向から入射する光を、それぞれ２方向に出射するものである。導光板９０３内での光の挙動は、図３で示したようなものになるが、これが直交する２方向にも同じ挙動を示すため、プリズムパターンも、傾斜面が直交する２つの溝などで形成されている。また、ホログラム光学素子９０４も直交する２方向からの光線に対して２つの別の絵柄を出射するように設計されている。これにより、光源群の選択により、１つの絵柄表示ともう１つの絵柄表示、または２つの絵柄の同時表示が可能となる。

光源群が設けられる位置は、図９に示す下側光源群９０１および左側光源群９０２のように直交する２方向に限られず、対向する２方向でも可能である。図１０では、下側光源群１００１と上側光源群１００２が設置されている。下側光源群１００１から出射される光は前述までと同じく平行光であり、この平行光が導光板１００３に入射する。同じく、下側光源群１００１からの平行光も導光板１００３に入射する。この導光板１００３では対向する２方向からの入射でそれぞれ２方向へ出射する。そのため、導光板１００３内での光の挙動は、図３で示したようなものになるが、これが対向方向にも同じ挙動を示すため、プリズムパターンも対向で形成されるが、１方向の溝などでよい。１方向の溝を形成する２つの斜面の両方を使用することができるためである。また、ホログラム光学素子１００４も対向する２方向からの光線に対して２つの別の絵柄を出射するように設計されている。

これらの直交方式と対向方式は、適宜、ホログラム表示器の搭載できる容積により選ばれるが、直交２方向の方がそれぞれの絵柄のあり／なしのＳＮ比（信号／雑音比）を高く取ることができ、ある方向の光源を光らせた時に反対側の絵柄まで光ってしまうようなクロストークの現象が発生しにくいというメリットがある。一方で、対向２方向の場合は、加工するパターン方向が１方向で済むため、加工工数を短くすることができるというメリットがある。

また、ホログラム光学素子９０４は、方向だけでなく、色（光の波長）に対してそれぞれ感度を持たせることができるため、光源群からの光をカラー選択、すなわち光の波長調整できるようにしておくことによって、各波長毎に設定された複数のホログラム像を、切り替えまたは同時に表示することができる。

実施の形態１は、１方向からの光源のため、ある波長の光照射に対して１つの絵柄のホログラム像しか表示できなかったが、本形態では２つの絵柄を組み合わせることができるため、より複雑な絵柄パターンや見せ方を実現することが可能となる。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３に係るホログラム表示器について、図面を参照しながら説明する。実施の形態２と同様の構成については詳しい説明を省略し、主に異なる構成についてのみ詳しい説明を行う。実施の形態２は、２方向からの光源を用いて、２種類の絵柄のホログラム像を表示する態様であるが、実施の形態３は、４方向からの光源を用いて、４種類の絵柄を表示する態様である。

実施の形態３では、図１１に示すように、下側光源群１１０１と、左側光源群１１０２と、上側光源群１１０３と、右側光源群１１０４とが設置されている。各光源群１１０１〜１１０４から出射される光は前述までと同じく平行光であり、この平行光が導光板１１０５に入射する。実施の形態２は、２方向の光源から入射する光を２方向に出射する構成であったが、この導光板１１０５では、４方向から入射する光を４方向に出射する構成である。導光板１１０５内での光の挙動は図３で示したようなものになるが、これが４方向に同じ挙動を示すため、プリズムパターンは、傾斜面が直交する２つの溝などで形成されている。また、ホログラム光学素子１１０６も４方向からの絵柄に対し、それぞれ４つの絵柄に対応するように設計されている。

また、絵柄だけでなく、レインボーホログラムなどのエンボスホログラムを用いて、入射方向を変えることでキラキラとした反射のホログラム像が動くかのような効果を与えることも可能である。

光源群の選択により、４つの絵柄表示のそれぞれ、または複数の絵柄の組合せによる同時表示が可能となり、実施の形態１や２よりも多くの種類の絵柄を表示することができる。また、更に導光板１１０５を正方形ではなく、５以上の辺を持つ多角形とし、その各辺に対して光源群を設ける構成とすることで、さらに多くの種類の絵柄を表示することができる。
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４に係るホログラム表示器について、図面を参照しながら説明する。実施の形態１と同様の構成については詳しい説明を省略し、主に異なる構成についてのみ詳しい説明を行う。図１２は、実施の形態４に係るホログラム表示器の三面図である。実施の形態１〜３は、光源からの光がホログラム光学素子で反射することによってホログラム像を得る、いわゆるフロントライト方式（反射方式とも称される）のホログラム表示器であるが、実施の形態４は、光源からの光がホログラム光学素子を透過することによって像を得る、いわゆるバックライト方式（透過方式とも称される）のホログラム表示器である。１２０１は光源を、１２０２はコリメート光学系を、１２０３は導光板を、１２０４はプリズム面を、１２０５はホログラム光学素子を、１２０６はカバーをそれぞれ示す。

導光板１２０３内での光の挙動については、図１３を用いて説明する。１３０１は、導光板１２０３内に入光した光線のうち代表的なものを示す。

プリズム面１２０４に形成されたプリズムパターン１３０２の斜面に当った光線１３０１は、その反射角が臨界角よりも小さい角度となり、導光板１２０３から出射して、ホログラム光学素子１２０５に到達する。ホログラム光学素子１２０５は、一定の角度からの光を透過させることによって、ホログラムの立体像を形成するように設計されており、その角度範囲内の光が入射するとホログラム回折光１３０３を発生させる。

このような光が一定の入射角度と広がりを持ってホログラム光学素子１２０５の面内に複数あたることにより、ホログラム光学素子１２０５全面からホログラム立体像が形成され、視点４０１にそれらのホログラム回折光１３０３が入射されることで、図４に示したのと同じように、ホログラム光学素子１２０５に記録された飛び出し立体像４０２あるいは、奥行き立体像４０３またはその両方が、ホログラムの立体像として認識される。

なお、前述の実施の形態２〜３の様に複数の方向からの光源によって複数の絵柄表示を行う態様は、このバックライト方式でも適用可能である。

ホログラム像は、フロントライト方式（反射方式）の方がはっきりと出る特性を持っているので、ホログラム像をはっきりと出したい場合には有利である。ただし、フロントライト方式では、導光板１２０３から観察側へ直接もれる光が発生しやすいため、ホログラムの絵柄のうちで明るさの低い部分がやや白っぽくなって見にくくなる傾向がある。一方、バックライト方式（透過方式）は、導光板１０３が観察者の反対側にあるため、もれ光は発生せず絵柄が見やすくなるが、フロントライト方式と比較して、ホログラム像をはっきり出せる度合いは低くなる。これらの方式は、ホログラム表示器の目的に応じて適宜選択される。

本発明のホログラム表示器は、例えば、家電や車載向けのサインライティングや意匠性ライティングの分野において用いられる。

１００ ホログラム表示器
１０１ 光源
１０２ コリメート光学系
１０３ 導光板
１０４ プリズム面
１０５ ホログラム光学素子
１０６ カバー
２０１ コリメート光学素子
２０２ アナモルフィックプリズム
２０３ 導光板入光プリズム
２０４ 入光部プリズム底角
２０５ コリメート光学系入射角度
３０１ 光線
３０２ プリズムパターン
３０３ ホログラム回折光
３０４ プリズム底角
４０１ 視点
４０２ 飛び出し立体像
４０３ 奥行き立体像
５０１ 縦配光
５０２ 横配光
５０３ 導光板出射光
５０４ 導光板出射主角度
６０１ ホログラムの明るい表示領域
６０２ ホログラムの通常領域
６０３ 導光板の明るい表示領域
６０４ 導光板の通常領域
７０１ 光源
７０２ 導光棒
８０１ 光線
８０２ プリズム反射部
８０３ 出射面
８０４ 導光板入光部プリズム
９０１ 下側光源群
９０２ 左側光源群
９０３ 導光板
９０４ ホログラム光学素子
１００１ 下側光源群
１００２ 上側光源群
１００３ 導光板
１００４ ホログラム光学素子
１１０１ 下側光源群
１１０２ 左側光源群
１１０３ 上側光源群
１１０４ 右側光源群
１１０５ 導光板
１１０６ ホログラム光学素子
１２０１ 光源
１２０２ コリメート光学系
１２０３ 導光板
１２０４ プリズム面
１２０５ ホログラム光学素子
１２０６ カバー
１３０１ 光線
１３０２ プリズムパターン
１３０３ ホログラム回折光

Claims (10)

1. 光源と、
   ホログラム像が記録されたホログラム光学素子と、
   端面から入射した光を前記ホログラム光学素子に向けて出射するプリズムパターンが設けられた導光板と、
   前記光源から出射した拡散光を平行光に変換したうえで前記導光板の端面に入射させるコリメート光学系と、を備える
   ことを特徴とするホログラム表示器。
2. 前記光源と前記コリメート光学系とで構成された光源群を複数備え、
   前記導光板には、各光源群から入射した光を反射させるプリズムパターンがそれぞれ形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のホログラム表示器。
3. 前記光源は、出射する光の波長を調整可能であって、
   前記ホログラム光学素子は、照射される光の波長に応じて異なる複数のホログラム像が記録されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のホログラム表示器。
4. 前記導光板は、前記ホログラム光学素子よりも観察者の視点側に設けられており、
   前記ホログラム光学素子で反射したホログラム回折光が、前記導光板を透過して前記観察者の視点側に到達し、それによって観察者はホログラム像を観察することができる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のホログラム表示器。
5. 前記導光板は、前記ホログラム光学素子よりも観察者の視点の反対側に設けられており、
   前記ホログラム光学素子を透過したホログラム回折光が、前記観察者の視点側に到達し、それによって観察者はホログラム像を観察することができる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のホログラム表示器。
6. 前記導光板の入光端面にプリズム底角が３０°以上７０°以下で形成され、または、前記光源と前記コリメート光学系が前記導光板に対して２０°以上５０°以下傾いて設けられており、
   前記プリズムパターンは、底角が８°以上４０°以下のストレートプリズムまたはドットプリズムであって、
   前記導光板から出射する主光線は、出射角４０°以上７０°以下で、その広がり角の半値幅が±１０°以下である
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のホログラム表示器。
7. 前記導光板のプリズムパターンの密度または深さが不均一である
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のホログラム表示器。
8. 前記ホログラム光学素子と前記導光板とを密着させる接着層がこれらの間に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のホログラム表示器。
9. 前記コリメート光学系は、
   前記光源の周囲を囲う凹部を有するとともに、その凹部の底部が両凸のレンズ形状であるコリメート光学素子と、
   光の縦横比を広げるアナモルフィックプリズムと、を含む
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のホログラム表示器。
10. 前記コリメート光学系は、先端から入射した光を側面からライン状の平行光として出射する導光棒を含む
    ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のホログラム表示器。
    
    
    

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