JPH02124515A - 表示装置 - Google Patents

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） 本発明は表示装置に関し、特に透明性を有するホログラ
ム光学素子や多層膜反射面や体積型位相回折格子等から
成る光束結合素子を介して、前方の例えば自然風景等の
画像情報と人為的に作成された表示情報の双方の情報を
同時に観察する際に好適な表示装置に関するものである
。

（従来の技術） 多層膜反射面や体積型位相回折格子、そしてホログラム
光学素子等の光学的に透明な光束結合素子を用いて、表
示装置からの表示情報と、外界の自然風景等の画像情報
とを同−視野内て空間的に重畳して観察するようにした
表示装置は、一般にヘッドアップデイスプレィ装置と呼
ばれ、各分野で多用されている。

従来より、このヘットアップデイスプレィ装置を航空機
の操縦席をはじめとし、種々の車輌などに使用した表示
装置が種々提案されている。

第２図は米国特許第４２１８１１１号公報に示されてい
るヘットアップデイスプレィ装置を示す断面図である。

同図において６１は表示パターンを生成する表示素子、
６２は表示素子６１の発光面、６３はこの発光面６２の
前方に設置されたすレーレンズ光学系、６４はこのリレ
ーレンズ６３によって結像する発光面６２の実像、６５
はリレーレンズ６３の前方に傾斜して設置された折返し
プリズム、６６は反射型のホログラム、６７は観察者の
視認位置である。

発光面６２から射出する光の波長は特定の波長入を中心
とする狭い波長てあって、リレーレンズ６３によって、
発光面６２の実像６４を形成し、折返しプリズム６５て
反射されて反射型のホログラム６６に入射する。

該反射型のホログラム６６は、波長λ近傍の狭い波長幅
の光は多く反射するが、この波長域以外の波長の光は透
過する様に作成されており、視認位置６７に発光面６２
の虚像を形成する。

従って、観察者はホログラム６６を通して外界の光景を
見ながら、発光面６２に表示された表示情報を重畳して
視認することかできる。

（発明が解決しようとしている問題点）しかしながら同
図に示す表示装置では、表示素子６１か特定波長入を中
心とする狭い波長域の光束を発生する管内を真空に保っ
たＣＲＴ装置を用いている為、発光面６２の大面積化を
図ろうとすると、表示素子全体の体積・重量が著しく増
加し、結局ヘットアップデイスプレィ装置全体か大型化
してくるという問題点があった。また、発光面６２の蛍
光体のｖ４Ｉ＆には限界があり、高精度の外景と組合せ
たとき、視認性か低下する。

本発明は従来、ＣＲ７発光面上の蛍光体を用いていたも
のに換えて可視光領域に高周波を発生する非線形光学素
子とホログラム等の光束結合素子とを用いることにより
装置全体の小型化を図りつつ自然風景等の表示体（画像
情報）と人工的に作成した表示情報とを空間的に重畳し
て双方を色のニジミ等のない良好なる状態で観察するこ
とのてきるようにした表示装置の提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 可視光領域の高調波を発生する非線形光学素子を利用し
て形成した表示情報と該表示情報とは異った位置にある
他の画像情報とを光透過性の光束結合素子を介して空間
的に重畳させて双方を観察するようにしたことである。

特に本発明は非線形光学素子に、可視域外のコヒーレン
ト光であるレーザー光を照射し、可視光領域内の光高調
波（例えば光第２高調波又は光第３高調波等）の発生に
より波長変換を行っている。又それと同時に可視化され
た高調波を散乱させることにより狭い発光波長域ての表
示情報の表示を行っている。

又本発明において光束結合素子として体積位相型ホログ
ラムを用い、該ホログラムの有する波長選択特性（回折
効率の波長依存性）の半値幅が通常数ｎｍから数十ｎｍ
という狭い半値幅を有していることを利用し、高調波に
よる表示の発光波長域とホログラムの半値幅とを略一致
させることによってり明て高コントラストの表示を可能
としている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の要部概略図である。

同図においてｌは光源で例えばコヒーレント光束を放射
するレーザーである。２は光変調器若しくは光偏向器で
あり１例えばガルバノミラ−等から構成されており、レ
ーザーｌからの光束の光変調や光偏向を行っている。３
は非線形光学素子てあり入射してきた波長入、のコヒー
レント光を波長λ２の光束に波長変換するとともに散乱
光に変換する光学特性を有している。

５は光束結合素子てあり反射型ホログラム（以下「ホロ
グラム」という。）等から成っておりガラスやプラスチ
ラフ等の透明な支持体６上に取り付けられている。７は
観察位置である。

本実施例においてはレーザー１からの波長入。

のレーザ光は走査手段である光偏向器２によって２次元
的に走査され、非線形光学素子３上に入射している。

非線形光学素子３ては入射してきた波長λ、のコヒーレ
ント光を波長λ２の光束に変換している。このとき非線
形光学素子３ては波長λ２に波長変換され散乱光となっ
て表示情報４が表示される。

レーザ１は射出するレーザ光の強度を変調てきるレーザ
てあり、不図示のコントローラから送られてくる画像信
号に応して、レーザ光の強度か変調される。−・方、光
偏向器２もこのコントローラからの同期信号に応答して
レーザ光を偏向し、非線形光学素子３をレーザスポット
で走査する。

従って、光偏向器による走査とレーザ光の強度変調を同
期させることにより、非線形光学素子３上に画像表示が
なされることになる。もちろんレーザ光の走査は周知の
インターレース走査なと適宜所望の走査方式を用いるこ
とかてきる。又レーザ光の強度変調は、レーザ光路中に
光変調器を設置し、この変調器を用いて行なってもよい
。

この場合、変調器はレーザｌと光偏向器２の間に設置す
る。

非線形光学素子３に形成された表示情報４に基づく光束
はホログラム５に入射する。

ホログラム５は外界の表示体８と波長入２の散乱光束へ
変換された表示情報４°とを空間的に重Ｊ−，Ｌ、て観
察されるような光学特性を有している。

このときホログラム５は波長入、の光束は反射し、波長
λ２以外の光束は高い透過率て透過させる分光特性を有
している。特にホログラム５の回折効率の波長選択性の
幅（半値幅）は数ｎｍ〜数十ｎｍとなるように設定され
、非線形光学素子３の分光特性となるべく一致するよう
に構成している。

散に表示情報４に色ニジミか発生するのを防止する為に
はボログラムか波長分散特性（入射光波長によって回折
角度が異なる特性）を有している為に、ホログラムの半
値幅か狭いことが好適である。

しかしながらホログラムは作製上の困難さから半値幅を
制御することか難しい。これに対して本実施例では非線
形光学素子の波長変換された波長入、の散乱光束に基づ
く表示情報の波長帯域が十分に狭いという特徴を利用し
１表示情報の波長分散により色ニジミを補正した良好な
る観察がてきるようにしている。

以上のような構成により本実施例てはホログラム５を介
して表示情報４の色ニジミのない空中像４°をホログラ
ム５から所定距離離れた空中に表示体８と重畳させて観
察位置７から同一視野て双方を同時に観察するのを可能
としている。

尚、本実施例において光束結合素子としては体積型位相
回折格子や多層膜反射面等も適用可能である。

本実施例における非線形光学材料としては光高次高調波
発生が可能て該高調波λ２か可視光領域となるものから
構成されている。例えば無機、有機化合物の単結晶、結
晶粉末、無機結晶や有機結晶の粉末粒子を高分子化合物
等へ分散させ混合系としたものから構成されている。

又、非線形光学化合物結晶により得られた粉末粒子は、
その粒子径に応じて光高次高調波発生の強度が変化する
為に、散乱が十分に行えて、かつ高調波の強度の大きい
粒径な選択することによって表示性能（表示輝度）を向
上させている。

特に位相整合のとれない非線形光学材料においては、高
調波強度かピークとなる粒子径を選択するのが望ましい
。尚、本実施例では位相整合手段を別途設けて使用する
ことが可能である。

第２図は、本発明の他の実施例を示す拡大図である。レ
ーザー（不図示）から、光偏向器（不図示）を通過して
来た波長入、の光束は、非線型光学素子３に入射する。

ここで非線型光学素子３は、表面を鏡面仕上げしたアル
ミ材、あるいは表面反射膜を有するガラス板あるいはプ
ラスチック板上に配設されている。レーザーからの波長
入。

の光束は非線型光学素子３中を透過した後、反射面３１
て反射され、再度非線型光学素子３を透過する。

反射面３１の反射率、及び反射で生しる位相変化等を考
えて、全体としての位相条件を満足した設計とすること
により第１図の時に比べ波長入。

から波長入２の光への変換率として最大２倍、そして、
波長入２の光が反射面３１て反射される効果も考えると
最大３倍〜４倍に表示光量を増すことがてき、その効果
は非常に大きい。

又、本実施例における反射型ホログラムは重りロム酸ゼ
ラチンやポリビニルカルバソール系を主体とする感光材
料に体積位相型ホログラムとして記録したものを用いて
いる。

本実施例におけるコヒーレント光束としてのレーザーに
はガラスレーザー、固体レーザー、色素レーザー、半導
体レーザー等が適用可能である。

特に光第２高調波発生素子（ＳＨＧ素子）により表示情
報を形成する場合には波長０．８ｇｍ、〜１．５ｇｍを
発振するレーザーか良く、例えはＮｄ−ＹＡＧレーザ−
（λ、＝１．ｏｓ４＃Ｌｍ）、色素レーザー（入、＝　
（８５０〜９５０ｎｍ）、半導体レーザー（ＡｉＧａＡ
ｓ　；λ１＝０．７〜ＩＩＬｍ、ＩｎＧａＡｓＰ；λ、
＝１〜１．６ルｍ）等が良い。

光偏向器として光導波路タイプのものを用いる場合、先
導波路として光吸収が小さな材料を用いることが好まし
い。たとえば、二オツ酸リチウム結晶表面にチタン拡散
を行なった導波路ては可視域では吸収が大きく、使用か
困難な場合もあるが上述したような赤外領域ではこのよ
うな問題か無く、表面弾性波と組合せて、光利用効率の
高い偏向か行なえる。

ヘットアップデイスプレィ装置に適用する場合には光第
２次高波長が５３２ｎｍであるＮｄ−ＹＡＧレーザーか
視感度に略一致する点から好適である。

又光第３次高調波発生素子（ＴＨＧ素子）により表示情
報を形成する場合には波長１．２ルｍ〜２．３ＪＬｍを
発振するレーザーか良い。

また、本実施例においては、レーザー光を変調、走査す
ることによって表示情報４を形成する場合について示し
たが、２次元の面発光半導体レーザ−アレイによる直接
変調や、表示画像に対応した波長入、のパターン光を非
線形光学素子に入射させることも可能であり、特に、面
発光半導体レーザ−アレイを用いた場合には、該面発光
レーザーの窓ガラス、或いは、表面上に前記非線形光学
材料を形成して一体化することによって更なる装置全体
の小型・軽量化が図れるという利点を有している。

尚、本発明においては反射型ホログラムの代わりに透過
型ホログラムを用いても本発明の目的を同様に達成する
ことかできる。

以上、本発明の利点を整理すると、以下のようになる。

まず第１に１表示画面（発光画面）を大型化しても、表
示装置全体の大型化・重量化が避けられることがある。

従来のＣＲＴでは、発光画面が大型化すると、真空に保
たれている管の体積も増加し、装置全体の大型・重量化
か生してしまう。これに対し、第１図図示の本発明の実
施例では、偏向された光は空気中を進むため、発光画面
を大画面化しても１重量は増加しない。

また、レーザーからの光が偏向され、発光面に至る同一
の空間を１表示用光束が光束結合素子に至る光路として
共用しているので１本来、大きな体積を必要とする表示
装置の光路を、小型に構成することが可能となる。

（発明の効果） 本発明によれば前述のように高調波を発生する非線形光
学素子を光束結合素子を用いることにより装置全体の小
型化を図りつつ、表示情報と該表示情報とは異った位置
にある表示体を光束結合素子を介して空間的に重畳させ
て同一視野で色ニジミのない、高コントラストの良好な
る状態で観察することのできるヘラドア・ンブディスプ
レイ装置として好適な表示装置を達成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部概略図、第２図は本発
明の他の実施例を示す拡大図、第３図は従来のヘットア
ップデイスプレィ装置の概略図である。図中１はレーザ
ー、２は光変調器、３は非線形光学素子、４は表示情報
、５は光束結合素子、６は支持板、７は観察位置、８は
表示体。 ６１は表示素子、６２は表示スクリーン、６３はリレー
レンズ、６６は反射型ホログラムである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）可視光領域の高調波を発生する非線形光学素子を
   利用して形成した表示情報と該表示情報とは異った位置
   にある他の画像情報とを光透過性の光束結合素子を介し
   て空間的に重畳させて双方を観察するようにしたことを
   特徴とする表示装置。
2. （２）前記光束結合素子が回折格子により構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. （３）前記非線形光学材料に入射させる基本波がコヒー
   レント光であることを特徴とする請求項１記載の表示装
   置。