JPH01296214A - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JPH01296214A
JPH01296214A JP63125957A JP12595788A JPH01296214A JP H01296214 A JPH01296214 A JP H01296214A JP 63125957 A JP63125957 A JP 63125957A JP 12595788 A JP12595788 A JP 12595788A JP H01296214 A JPH01296214 A JP H01296214A
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JP
Japan
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diffraction grating
display device
display
light
luminous flux
Prior art date
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Pending
Application number
JP63125957A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Kuwayama
桑山　哲郎
Naosato Taniguchi
尚郷 谷口
Yoko Yoshinaga
吉永　曜子
Nobuo Kushibiki
信男 櫛引
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、表示器の表示内容を拡大光学系を介して表示
する表示装置に関し、特に光透過性の回折格子素子を介
して表示を行う表示装置に関する。
（従来の技術及びその問題点） 従来より比較的小さな寸法の表示器の表示内容を、拡大
光学系を介して拡大表示を行う表示装置は種々知られて
いる。これらの拡大表示装置に共通した問題として、観
察可能な範囲の広さと拡大倍率とが背反する条件となる
ことが挙げられる。
すなわち、一般に、表示器の表示を大倍率に拡大しよう
とすると、その表示を観察できる範囲が極めて狭い範囲
となってしまう。
この事情は、自動車等に用いられるヘッドアップデイス
プレィ装置でも同一であり、しかもこの場合に表示器の
占める体積を減少させることは大きな経済的利点が生じ
る。
従来、−組のホログラム素子と表示素子とを組合せて表
示装置を構成した例がＵＳＰ４，６１３，２００号明細
書に示されている。しかしこの従来例では同一の２枚の
ホログラム光学素子を対称な配置で使用するために、一
方のホログラム素子で拡大された光束の幅が、他方のホ
ログラム素子で逆に縮小される構成となっており、表示
内容の拡大は光学系全体のレンズ作用にのみよるもので
ある。
又、ホログラム光学素子は、表示素子及び観察位置から
履れた位置におかれていることから、大画面表示を実現
するためには２枚のホログラム光学素子を共に大面積の
ものとすることが必要となる。この結果、全体として高
価格の表示装置となフてしまい、又、表示器からホログ
ラム光学素子に至る光路の体積が非常に大きくなるとい
う欠点もあった。
従って、本発明の目的は、単純な光学素子を用いて拡大
表示像が得られるという従来例の長所をそのままにして
、小さな容積及びホログラム光学素子面積で十分な拡大
率を得ることのできる表示装置を与えることである。
（問題点を解決するための手段） 上記目的は以下の本発明によって達成される。
すなわち、本発明は、波長幅を有する可視光を用いて表
示を行う表示器、該表示器からの光を回折偏向する第１
の回折格子、該第１の回折格子からの光を回折偏向する
透光性を有する第２の回折格子より構成される表示装置
において、面記表示器より面記第１の回折格子に入射す
る光束の入射角θ、が、前記第１の回折格子より前記第
２の回折格子に反射回折される角度θ２よりも大きく、
且つ前記表示器より第１の回折格子に至る光路長が、前
記第１の回折格子より前記第２の回折格子に至る光路長
よりも短いことを特徴とする表示装置である。
（実施例） 次に添付図面に図解的に示す実施例により本発明を更に
具体的に説明する。
（第１実施例） 第１図は、拡大表示を行う表示装置を自動車の運転席に
用いた場合の光路図を示すものである。
ＣＲＴや蛍光管の表示器３１上から発せられる光束３２
は、基板１０上の反射型回折格子１１により反射回折さ
れて光束３３となり、透明基板３４．３７の中間に配設
された反射型体積位相型回折格子３５に入射する。
回折格子３５により反射回折された光束３６は運転者の
瞳５１に入射し、表示が観察される。遮光板２９により
、表示器３１の光は外から直接見えることが無く、又、
外光が表示器３１に当たる量は減らされている。
今、表示器３１がＰ４３、Ｐ５３等の波長５４Ｂｎｍ付
近に輝線を有する蛍光体を用いた高輝度ＣＲＴであると
する。光路長１．は１００ｍｎ、回折格子１１に対する
光束入射角θ１は４５°、回折格子１１からの射出角θ
２は５°である。ここで回折格子１１は反射型の回折格
子で機械加工による表面レリーフ格子、透明基板の裏面
にレリーフ格子を形成したもの、反射型体積位相回折格
子等が使用できる。又、その格子の配列も直線等間隔格
子の外に、ゾーンプレートの一部のような集光性を有す
るもの或いは円筒レンズ等の働きを持たせることができ
、その作り方も機械加工によるもの、マスクによるパタ
ーン焼付けによるもの、レーザーからの三光束干渉によ
るホログラフィックなパターン形成によるもの等々が使
用できる。又、その基板も平面以外に凸面、凹面、円筒
面が使用できる。
しかし１本発明においては直線等間隔の格子を用いて十
分な機能を達成できるので、以下の説明は、第１の回折
格子として平面上の直線等間隔格子を用いた場合につい
て説明を行う。
本実施例において、第１の回折格子１１に必要な格子と
ッチＰ１は０．８８μｍである。光束３３は第２の回折
格子３５に入射角θ３＝２５°で入射し、角度θ４＝４
５°で反射回折される。ここで、回折格子ユ５の面内ピ
ッチＰ２は１，９１μｍであり、回折格子を構成する材
料としてはポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）を主体とす
るもの、ｆｉクロム酸セラチン、アラビアゴム等種々の
ものか用い得る。
本発明においては、観察される表示内容の色分故による
ボケが防止されている構成となっている。
次に、その技術内容について簡単に説明する。
今１表示器３１は有限、例えば、半値幅１０ｔｕｓ乃至
３００ｎｍ程度の波長法がりを有し、これに対応した反
射型回折格子３５も半値幅１０乃至１１００ｎ程度の波
長特性を有している。
このような光源と回折格子とを組合せて表示される表示
内容を観察して最も目につく画質の低下は、画像の上下
方向の画像ボケである。
この上下方向のボケの補正は以下のように行われる。今
、中心波長より僅かに長い波長光（例えば、　５４３止
に対し５４５止或いは５５３止）を考える。この波長光
を光路３６に沿って逆光線追跡をして、光１ｉ１３３’
、３２′が算出できる。光束３２′が光束３２と表示器
３１上で交わるようにすると、この結果５１から観察さ
れる表示画像は上下方向のボケが補正されることとなる
。
以下の関係を成立させるには、以下の数式を満足すれば
よい。
ｃｏｓ”θ１ ここで、 Ｐ、＝λｏ　／　Ｉ　ｓ　ｉ　ｎθ、−５ｉｎθ、ＩＰ
、＝λ。／　ｌ　ｓ　ｉ　ｎθ、−５ｉｎθ３１である
。
他の収差も種々あるが、実験の結果はこの色ズレを補正
することが最も効果がある。
本発明の第１の実施例において（ＩＬ□／２．）＝１．
９５であり、例えば、２□＝１５６＋ａｍ、４１、＝８
０ｍｍと設定することにより良好な結果が得られた。こ
のとき、回折格子１１による上下方向の拡大倍率ｍ＝＝
（ＣＯ２Ｏ３／　ＣＯｆ５θ鳳）＝１．４１であり、視
認性が大幅に改善される。
（第２実施例） 第１実施例と同一の配置において、表示器３１を中心波
長を６２０ｎｍの赤色表示管とした。回折格子１１の面
内ピッチＰＩを１．０μｍとし、ホログラム３５をこの
波長でブラッグ条件を満たす面内ピッチＰ２＝２．１８
μｍの格子を用いた。
回折格子１１により上下方向が１．４１倍に拡大され、
ボケの無い表示が得られた。
（第３実施例） 第２図を用いて本発明の第３の実施例を説明する。液晶
表示器３１は、光源、照明レンズ３０により背面より照
明される。表示器３１からの中心光線３２は、透明基板
１０の下側に形成された透過型レリーフ回折格子１１に
入射し、回折されて光１ｉ１３３となる。
透明基板１０の手前側には、レリーフ型回折格子１１が
形成されており、透明基板１１は遮光部２９と一体に構
成されている。
回折光３３は、透明基板３４の手前に配設された体積位
相型回折格子３５により反射されて光束３６となり、運
転者５１により見られる。
回折格子１１により表示器３１の上下方向の寸法拡大が
達成される仕組は、以下の様に説明できる。
表示器３１に対して、観察位置５１は十分遠方と考えら
れるので、表示器の上部からの光束３２ａ及び表示器の
下部からの光束３２ｂは、光束３２とほぼ平行と考える
ことができる。回折後の光束３３ａ、３３ｂも共に光束
３３と略平行なため、回折格子に対する夫々の光束のな
す角度を０１、θ２とすると ｍ＝（ＣＯ２Ｏ３／　ＣＯ３θ１） 倍に拡大がなされることになる。
本実施例の各設計値は以下の通りである。
λ。：５５５ｎＩＩ（比視感度の中心で最も明るく見え
る） θ、、：５０’　　　　θ３　：３５ａ　　　θ２　：
Ｏａθ、：　３４”　　　　Ｐ２　　：　２．８８μｍ
ＰＨ：０．９９μｍ　　　１２　　：２００ｍｗ＋Ｊ２
．：１００＋ｎ＋ｉ 拡大率　ｍ＝１．２１ 実験の結果、１．２１倍の拡大でも肉眼で観察したとき
に大幅に拡大して見え、視認性が向トした。又、本実施
例に示す透過型の配置にすると、非常に小さな体積に全
体を納めることが可能となる。又、本実施例では回折格
子１１の基板１゜に、表示装置全体のフタとしての機能
を持たせることができる。
（第４実施例） 第３図において緑色の蛍光表示管３１がらの光束３２は
、裏面レリーフ型回折格子１１で反射回折されて光束３
３となり、透明基板３４上に配設された体積位相型回折
格子３５に入射する。回折格子３５は、透明保護膜３７
によりカバーされている。回折格子３５により反射回折
された光束３６は、観察位置５１て観察される。
本実施例において、中心波長え。＝５１゜ｎ＋１１、角
度θ４　：４５°、θ３　：６０”、θ２　。
＝５°、θＩ　＝５５°、Ｐ２　：３．２１μｍ、ＰＨ
：０．５６３μｍ、１２：２９５ｍｍ、ｎ、：６０ｍｍ
、拡大率　ｍ＝１．７４倍である。
今、裏面レリーフ回折格子１１をアクリル板（屈折率１
．４９）で作成すると、斜面の傾き角は１８４°であり
、入射光、反射回折光はこの斜面に１５°の角度で入射
し、格子の角でのケラレが少ないため高い反射回折効率
が達成される。
（効　　果） 以上、本発明においては、体積位相型回折格子を用いて
形成した表示装置において、上下方向の波長分散による
ボケを防止するのに有効な回折格子を、表示画像の上下
方向の拡大にも利用した。
この回折格子の寸法を過大なものとしないためには、回
折格子を表示器の近傍に配設することが望ましい。この
ときには、回折格子に短い焦点距離のものを用いても、
表示器との間隔か短いことから余り拡大には効果が無い
。このときに、本発明の拡大光学系配置は、大変有効な
ものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１の実施例を説明する光路図、 第２図は、本発明の第３の実施例を説明する光路図、 第３図は、本発明の第４の実施例を説明する光路図であ
る。 １０：基板　　　　　１１・第２の回折格子２９：遮光
部　　　　３１：表示器 ３４：透明基板　　　３５　第１の回折格子５１：運転
者 特許出願人　　　キャノン株式会社 第１図 第２図 第３図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）波長幅を有する可視光を用いて表示を行う表示器
    、該表示器からの光を回折偏向する第１の回折格子、該
    第１の回折格子からの光を回折偏向する透光性を有する
    第２の回折格子より構成される表示装置において、前記
    表示器より前記第１の回折格子に入射する光束の入射角
    θ＿１が、前記第１の回折格子より前記第２の回折格子
    に反射回折される角度θ＿２よりも大きく、且つ前記表
    示器より第１の回折格子に至る光路長が、前記第１の回
    折格子より前記第２の回折格子に至る光路長よりも短い
    ことを特徴とする表示装置。
  2. （２）角度θ＿１とθ＿２との間に （ｃｏｓθ＿２／ｃｏｓθ＿１）≧１．２ の関係が成立している請求項１に記載の表示装置。
JP63125957A 1988-05-25 1988-05-25 表示装置 Pending JPH01296214A (ja)

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