JPH03103817A - 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） 本発明は回折格子やハーフミラー等の光束結合素子を利
用した所謂ヘットアップディスプレイ装置に関し、例え
ば車両や航空機等においてフロントガラスの一部に貼着
した光束結合素子を介して？航に関する表示情報を前方
視野の画像情報に空間的に重畳させて双方の情報を同一
視野で観察するようにしたヘッドアップディスプレイ装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来より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（
ビームコンバイナ）を用いて表示情報を外界の自然風景
等の画像情報に空間的に重畳して同一視野で観察するよ
うにした表示装置は、般にヘッドアップディスプレイ装
置と呼ばれ、各分野で多用されている。

例えば自動車や航空機の操縦席をはじめとし、種々の車
両に適用したものが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 通常の表示装置においては装置の手前に配置したスクリ
ーン面（ブラウン管面）や遠方に配置したスクリーン面
上に表示情報を形成（表示）している。この他特別な場
合として表示装置よりはるか遠方に表示情報を形成する
場合がある。

例えば眼の焦点調節の度合を測定するオートリフラクト
メー夕では日常生活と同様、自然な眼の黒点調節の状態
で測定装置を覗き込むことが望まれている。このとき遠
方、例えば２．５ｍ〜５ｍ先を正確に注視させるには、
これに相当する遠方に指標を表示することが必要となっ
てくる。

そしてこのときの表示装置としては設置場所や測定の簡
便性等からなるべく薄型であることが望まれている。

この他自動車のフロントガラスの一部に適用し、車の速
度や種々の警告信号等の表示情報を前方の風景に重畳し
て表示する場合には運転者が遠方、例えば３．５ｍ先の
路上を見ている場合が多いので表示情報をこの距離だけ
装置から離れて表示することが望まれている。このとき
自動車の運転席のスペースは非常に狭いので表禾装置と
してはなるべく薄型であることが望まれている。

このように表示装置としては一般に装置全体がなるべく
薄型となるように構成することが望まれているが、各要
素を装置全体が薄型となるように構成すると、表示情報
を遠方に表示することが難しくなり、又装置全体が複雑
化してくる等の問題点があった。

本発明は装置全体の薄型化を図りつつ、表示情報を装置
前方の十分遠方に形成することができる簡易な構成の表
示装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の表示装置は表示手段による表示情報からの発散
性光束を集光部で集光し光透過性を有する光束結合素子
で反射させると共に該光束結合素子の前方視野の画像情
報からの光束を該光束結合素子を通過させ、該表示情報
を該画像情報に空間的に重畳させて、双方の情報を観察
するようにした表示装置において、該表示情報は複数の
領域に分割された表示素子を有し、該集光部は該複数の
表示素子に各々対応した複数のレンズ素子を有している
ことを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明を自動車のフロントガラスに適用したと
きの第１実施例の光学系の要部概略図である。

同図において９は表示千段てあり、表示情報用としての
ＬＥＤ、白熱等、蛍光管プラズマディスプレイ等の自己
発光型の表示８１！９１とハエの目レンズ又はレンチキ
ュラーレンズ等の微少の複数のレンズ素子から或る集光
部９４とを有している６表示部９１は発光素子９１０よ
り或る複数の表示素子より表示情報を形威している。又
集光部９４の複数のレンズ素子９４１は複数の表示素子
に各々対応して設けられている。

３５は光束結合素子（ビームコンハイナ〉てあり、光透
過性のハーフミラー又は波長特性を有するタイクロイッ
クミラー等より威り，フロントガラスである透明基板３
４の内側に貼着されている。

本実施例ては表示部９ｌの中心の表示素子（発光素子）
９ｌＯからの光束のうち中央の光束２は集光部９４のう
ちの１つのレンズ素子９４１を介し光束結合素子３５に
より、反射され光束３となって観察者５１に導光されて
いる。又発光素子９１０からの光束のうち周辺の光束２
ａ、２ｂはレンズ素子９４１で集光され、略平行若しく
は集束され光束結合素子３５に入射し、反射されて光束
３ａ、３ｂとなって観察者５ｌに導光されている。

本実施例では光束結合素子３５の近傍に集光部９４の虚
像９５が形成され、又表示情報を構成する発光素子の個
々のドット（点）による表示像６１は光束結合素子３５
から十分遠方の、例えば２〜３ｍ先に虚像６２のピント
が合うように設定されている。

ここで集光部９４の各レンズ素子と発光部９１の各発光
素子との位置関娠は数としては１対ｌに対応するように
しても良く、又ｌつのレンズ素子に対し複数の発光素子
が対応するようにして構成しても良い。

次に本実施例の効果を第２図を用いて説明する。

第２図（Ａ）は、観察位置５ｌから眼の焦点調節位置を
フロントガラス３４近傍の集光部９４の虚像９５に合わ
せた状態、第２図（Ｂ）は眼の焦点調節位置を遠方の表
示情報６２に合わせた状態での眼に見える像を模式的に
あらわしたものである。第２図（Ａ）では、個々の発光
素子は焦点外れとなっていて相対的に輝度が低く、集光
部９４の２次配列形状が観察される。

これに対して、遠方に焦点を合わせた場合の第２図（Ｂ
）においては、個々の点は小さくなる反面、輝度が大幅
に向上している。

例えば光束結合素子３５としてハーフミラーを用い、ハ
ーフミラーの反射率を３０％とすると、表示部９ｌの約
３０％の輝度が得られる。このため、背景が明るい場合
、たとえば日中の太陽光が照りつけている状態でも、背
景に対して高いコントラストを持った画像表示が可能と
なる．なお、第２図（Ｂ）は、個々の発光素子が夫々の
レンズ素子の中心に位置している場合を示しているが、
観察者５ｌの頭の位置を多少動かしても、この状態に変
化は生じない。また、頭の位置を大幅に動かした場合に
は、隣接したレンズ素子に対応していた表示素子が見え
出し、不都合は生じない，また、第１図に示す様に１つ
のレンズ素子に対して発光素子を多数設けている場合に
は、夫々のレンズ素子に対し複数の発光素子が対応し、
いっそう鮮明な表示が可能となる。

第３図は第１図の本発明の第１実施例と同一の効果を従
来の表示装置で用いられている単一拡大レンズ９４ａを
用いて得ようとした場合の概略図である。

表示部９１ａの表示像６１ａは拡大レンズ９４ａにより
拡大されて光束結合素子３５の遠方に表示され、透明基
板３４上の光束結合素子３５を介して観察される。

今、簡単の為第１図の集光部９４と拡大レンズ９４ａを
同一のＦ＋ｉｏのレンズを用いたとすると拡大レンズ９
４ａと表示部９１ａとの間の距離βは拡大レンズ９４ａ
を分割するに従い短縮することが可能となる。

例えば第３図において９＝１５０ｍｍ程必要であった表
示光学系は拡大レンズ９４ａを１０分割した１０個の微
少レンズ素子より構戊したとするとβ＝　１　５ｍｍと
なる。

このように本実施例によれば表示装置全体を薄型化する
ことが容易になり特別なスペースをとっていない自動車
等に対しても後から容易に外付けの形で具備することが
できるといった特長を有している。

第４図（Ａ）、ＣＢ）は本発明に係る表示手段で用いら
れる集光部９４の一実施例の概略図である。

同図（Ａ）は正方形又は長方形の微少レンズを複数個、
規則的に配列して構成している。微少レンズは球面又は
非球面より成り、必要に応じて個々の微少レンズの上下
方向と左右方向の焦点距離を変えている。

本実施例では微少レンズの配列は平行四辺形配列や正三
角形配列等、種々の配列方法が適用可能である。

同図（Ｂ）は断面が円、楕円等の円筒レンズを透明基板
の表面と裏面に互いに直交するように配列して、全体と
して２次元レンズアレイを構成している。

本実施例では表と裏のレンズ素子の焦点距離を異ならし
めることにより光束結合素子３５で発生する非点収差を
良好に補正している。

第５図は本発明の第２実施例の表示手段９近傍の拡大概
略図である。

同図において基板４１面上にはＬＥＤ、ブラズム等の発
光素子（９　１　０）より成る表示部９ｌが配列されて
おり、又レンズアレイ等の複数のレンズ素子より成る集
光部９４と表示部９ｌとの間には複数の光学部材９５が
配設されている。本実施例では１つの発光素子とｌっの
レンズ素子（９４１）が対応するように構成されている
．光学部材９５は直方体より威りその側面は各々発光素
子に対応した反射面となっている。

そして発光素子９１０からの光束のうち中央の光束２は
レンズ素子９４１を介して射出し、又他の光束２ａ、２
ｂは光学部材９５の側面の反射面９５１，９５２で反射
してレンズ素子９４１を介して光束２８、２９として射
出している。そしてこれらの光束２、２８、２９は不図
示の光束結合素子で反射され観察者に導光されている。

本実施例では、光学部材９５の側面の反射面の位置と角
度とを適切に設定することにより表示部９ｌの発光素子
の実効的な数を２〜３倍程度に増加させている。

これにより観察者が頭を動かしても１つのレンズ素子と
１つの発光素子との組合わせのときに観察者に向って光
束が到達しない状態が生ずるのを効果的に防止している
。

第６図は本発明の第３実施例の光学系の要部概略図であ
る。

本実施例では光束結合素子として反射型の回折格子３　
５　ａを用いている。

同図において表示部９１の発光素子９１０からの光束は
２次元的に配列されたホログラムレンズアレイ９４ｂを
通った後透明基板３４面上に貼着された反射型の回折格
子３５ａにより反射回折されて観察者５１に導光されて
いる。

１ｌ そして表示部９１に基づく表示情報を回折格子３５ａを
介して遠方の風景等の画像情報と重畳させて双方の情報
を観察している。

本実施例に係る回折格子３５ａはフロントガラスである
透明基板３４の面に対して傾いた格子面を持った体積位
相型の回折格子より成り、面の正反射方向とは異る方向
に光束を反射回折する。このため、フロントガラス３４
の表裏面の反射による二重像は良好に防止される。この
反面、回折方向は光の波長により変わるため、表示画像
には」二下方向の色ニラミを生じる。しかしながら本実
施例によればホログラムレンズ９４ｂで生じる色分散を
回折格子３５ａで生じる色分散と打ち消し合う量に設定
することが可能である。このため、第６図に示す表示装
置においては高い解像度で鮮明な像の表示が可能となる
。

第６図に用いられるホログラムレンズ９４ｂとしては、
体積位相型のもの、表面レリーフ型のもの等、種々のも
のが使用可能であり、その製法としても、別々に作った
格子を組合わせる方法、単ｌ　２ 基板上の感光材料にマスクをし、順次露光する方法、全
面を一度に露光する方法等が適用可能である。

第７図は、第６図に示した実施例で用いることのできる
ホログラムレンズを、表面レリーフ型として全面を一度
の露光で焼付けて製作する光学系の一実施例である。

同図においてアルゴンレーザー１０１からの光束の一部
はハーフミラー１０２を透過した後、ミラー１’０３で
反射され顕微鏡対物レンズ１０４で広げられた後、大型
のコリメーターレンズ１０５により平行光束となって、
マルヂレンズアレイ１０６に入射する。マルチレンズア
レイ１０６からの光束は基板９７上に塗布されたフォト
レジスト等の感光材料９８に入射する。

一方、ビームスブリッタ−１０２により反射された光束
はミラー１０７で反射された後、顕微鏡対物レンズ１０
８で広げられコリメーターレンズ１０９により略平行光
となり、感光材料９８に入射する。

感光材料９８中でこの光束は干渉して干渉縞を形成しこ
の感光材料を現像することにより表面レリーフ型のホロ
グラムレンズが得られる。

ここで、マルチレンズｌＯ６は必要な収差補正量に応じ
て非点収差、コマ収差、球面収差等を与えることができ
、またコリメーターレンズ１０９からの光束ら、単純な
発散光や収束光のほか、種々の収差を持った光束を用い
ることができる。

（発明の効果） 本発明によれば以上のように各要素を構成することによ
り表示手段からの表示情報を十分遠方に形成すると共に
装置全体の薄型化を効果的に図った表示装置を達成する
ことができる。

例えば従来の表示装置に比べてｌ／５〜１７１　０程度
の薄型化を図ることを可能としている。

この他本発明によれば光源の輝度を有効に利用すること
ができる為に分離した発光点を有する自己発光型の表示
手段を使用して背景光に対して高コントラストの表示が
可能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図は本発明の第１実施例の光学系の要部概略図、第
２図は第１図における表示情報の見え方を示す説明図、
第３図は本発明の効果を説明する為の従来の表示装置の
概略図、第４図は本発明に係る集光部の一実施例の拡大
説明図、第５図は本発明の第２実施例の表示手段近傍の
拡大説明図、第６図は本発明の第３実施例の要部概略図
、第７図は第６図で用いたホログラムレンズの製造方法
の一実施例の説明図である。 図中、９は表示手段、９ｌは表示部、９４、９４ｂは集
光部、９１０は発光素子、６１は表示情報、９４１はレ
ンズ素子、３５、３５ａは光束結合素子、３４は透明基
板、５１は観察者、である。 ｌ５ 一一●＠● 一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表示手段による表示情報からの発散性光束を集光
   部で集光し光透過性を有する光束結合素子で反射させる
   と共に該光束結合素子の前方視野の画像情報からの光束
   を該光束結合素子を通過させ、該表示情報を該画像情報
   に空間的に重畳させて双方の情報を観察するようにした
   表示装置において、該表示情報は複数の領域に分割され
   た表示素子を有し、該集光部は該複数の表示素子に各々
   対応した複数のレンズ素子を有していることを特徴とす
   る表示装置。