JPH06243708A

JPH06243708A - 表示装置

Info

Publication number: JPH06243708A
Application number: JP5155293A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Arai; 和夫荒井; Masayuki Hori; 雅之堀; Satoru Hirose; 悟広瀬; Masao Sakata; 雅男坂田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-02-17
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】ホログラム使用の表示装置において、光取り
込み量を増大する。【構成】導光板１０の面１１に透過型体積ホログラム
２０が設けられ、光源からのα、βからなる光束Ｌを出
射角θｒで導光板内に出射する。導光板は点Ｒから下端
へ向けて傾斜するクサビ面１３を有する。光束αは面１
１と対向する平行面１２で反射角θｒで反射され、導光
板内を上部方向へ進行する。光束βは、クサビ面１３で
反射して体積ホログラム２０に再入射するが、クサビ面
の傾斜角θｋで偏角され、入射角［θｒ−２・θｋ］と
なるのでホログラムの回折条件とずれ再回折されず、導
光板内を反射を繰り返して進行する。光束Ｌとしてα、
βの双方が導光板に取り込まれ受光量が増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の回折現象を有する
光学部材を用いて光源からの光を導光板に入射し光源か
ら離間した部位から出射するようにした表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】このような光学部材を用いて光源からの
光を導光板に入射し、導光板内を反射させて光源から離
間した部位で出射する表示装置としては、例えば米国特
許第４７１１５１２号などに開示されたものがある。上
記の光学部材としては、例えば屈折率分布型の体積ホロ
グラムが用いられ、図１４はこの屈折率分布型体積ホロ
グラムの回折ならびに逆方向入射光の回折の原理を示
す。体積ホログラム１００中には、屈折率に関しての周
期構造が形成されており、図中の黒線部が屈折率の高い
部分、その間が屈折率の低い部分である。この体積ホロ
グラムに光線入射すると、屈折率周期構造の各セグメン
ト界面ｓにおいて反射され出射する。

【０００３】入射される光線ｕ、ｖ、ｗの波長をλ、そ
の入射角をθ、出射される光線をｕ’、ｖ’、ｗ’とす
る。ここで、各光線の光路長差が波長の整数倍となると
き、すなわち上記屈折率周期構造の周期間隔をｔとし
て、下式（１）が成立するときには、光線ｕ’、ｖ’、
ｗ’は、同位相となって互いに強め合い回折光として観
察される。２・ｔ・ｃｏｓθ＝ａ・λ −−− （１）ここで、ａは整数である。

【０００４】そして、このような光学部材を用いた表示
装置の例として、図１５は自動車のハイマウントストッ
プランプを示す。自動車のリアパーセルシェルフ７１に
おいて、リアウインドウ７０の近傍に一端がトランク７
８側に位置し他端が車室７７に突出して導光板８０が配
置される。導光板８０のトランク７８側端部の一面に
は、入射用の透過型体積ホログラム８２が取り付けら
れ、光源８５からの光束を受光する。導光板８０の車室
７７側端部で上記透過型体積ホログラム８２が取り付け
られた面と対向する面には、外部出力用の透過型体積ホ
ログラム８３が取り付けられている。この透過型体積ホ
ログラム８３は自動車の後方に向けられている。

【０００５】光源８５からは自動車の図示しないブレー
キ装置の作動と連動して、赤色の平行光束γが出射され
る。この光束γは、入射用の透過型体積ホログラム８２
に入射角θｉｎで入射する。透過型体積ホログラム８２
は光束γを回折し、導光板８０内を反射角θｒで進行さ
せる。導光板８０内を反射しながら進行した光束は、出
力用の透過型体積ホログラム８３に反射角と同じ入射角
θｒで入射する。透過型体積ホログラム８３はこの入射
光束を回折して、導光板外部へ出射角θｏｕｔで出射す
る。これにより、出力された光束が後続車両のドライバ
ーの眼に到達し、ブレーキが操作されたことが報知され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の表示装置にあっては、入射用の透過型体積ホ
ログラムの縦の幅が、その回折角と導光板の厚さｄによ
って制約される。すなわち、図１４で説明した屈折率分
布型体積ホログラムの回折原理から、図１６の（ａ）に
示すように、ある透過型体積ホログラムに波長λｘの光
線ｐが入射角θ１で入射し、回折条件が成立して出射角
θ２で回折されるときには、図の（ｂ）〜（ｄ）のよう
にその逆方向からの入射に対しても同じ波長λｘの光線
ｐ１〜ｐ３について回折条件が成立し、回折されること
になる。この逆方向入射光の回折は、屈折率分布型の体
積ホログラムに限らずその他の回折現象を有する光学部
材、例えば振幅型回折格子、位相型回折格子、透過率分
布体積ホログラムなどが共通して持つ特性である。

【０００７】ここで、図１７の（ａ）に示すように、導
光板８０の厚さｄに比較して充分に大きな導光板の面沿
い方向の高さＨを有する透過型体積ホログラムＫＨが導
光板表面上に設けられている場合を考える。この透過型
体積ホログラムＫＨは、波長λｘの光束ｐｘが入射角θ
ｉｎで入射したときに光束を回折し、導光板内に反射角
θｒで進行させるものとする。なお、外部の空気と透過
型体積ホログラムＫＨの界面、および導光板８０と透過
型体積ホログラムＫＨの界面での各々の屈折率差によっ
て生じる光線の屈折は生じないものとする。

【０００８】ここで、図１７の（ａ）に示すように、透
過型体積ホログラムの高さＨは導光板の厚さｄに比較し
て充分に大きいので、図中下側部分で入った光束で導光
板の透過型体積ホログラムＫＨが設けられた面８０ａと
対向する面８０ｂで反射された光束γＬは、導光板８０
側から再び透過型体積ホログラムＫＨに入射する。

【０００９】同図の（ｂ）は、光線γＬが透過型体積ホ
ログラムに再入射する部分を拡大して示している。光
線γＬが導光板８０側から透過型体積ホログラムＫＨに
再入射するときには、回折条件が成立しないため、回折
されずに透過型体積ホログラムＫＨ内を進行する。そし
て光線γＬは透過型体積ホログラムの表面ＫＨａで反射
し、透過型体積ホログラムのセグメント界面ｓに再々入
射することになる。このときには、最初の透過型体積ホ
ログラムへの入射とは逆方向からの界面ｓへの入射とな
って、透過型体積ホログラムＫＨにより回折され最終的
に光線γＬは導光板外に出射されてしまう。

【００１０】このように、光束が透過型体積ホログラム
など回折現象を有する光学部材で回折されて導光板内を
進行し、再び回折現象を有する光学部材に入射すると、
逆方向からの入射に基づく回折によって導光板外に出射
されてしまう。そのため導光板内を反射しながら進行す
ることの出来る光束は、入射のときにのみ回折され、再
回折を免れた光束だけとなる。

【００１１】したがって、回折現象を有する光学部材で
回折されて導光板内に進行した光束が再度回折現象を有
する光学部材に逆方向入射しないようにするためには、
図１８に示されるように、光束の導光板面沿い方向の最
大の高さｈは、ｈ＝２・ｄ・ｔａｎθｒ −−−（２）に制限されることがわかる。

【００１２】反射角θｒには上限が存在し、回折現象を
有する光学部材制作上の制約があるため、約７０°程度
である。一方、導光板の厚さｄには本質的な上限はな
いが、用途により制約があり、例えば、上述した自動車
のハイマウントストップランプに用いるときには、デザ
イン上の要請から５ｍｍ程度とされる。この結果、上の
式（２）に現実的なｄ、θｒの値を代入して計算する
と、以下のようになる。ｄ＝５ｍｍ、θｒ＝７０°−−−のとき、ｈ＝２１．４
ｍｍ

【００１３】この光束の高さｈの値は、実用性のある光
源を求めようとするとき非常に小さい値である。つま
り、導光板に光を取り込む面積が小さいために、単位面
積当たりの光量の多いワット数の大きなランプを光源と
して用いなければならず、消費電力が大きく、発熱も大
きいという問題がある。

【００１４】安価で光束量の大きい光源として、ハロゲ
ンバルブを用いた光源が知られているが、その開口径は
最低でも５０ｍｍ程度が必要とされるため、約４０％の
光束量しか導光板内に取り込むことができない。開口径
の小さい光源として、レーザやＬＥＤが知られている
が、前者はコストが高く、また後者は同じくコストが高
いうえ、従来の使用態様では光束量の絶対値が小さいと
いう欠点がある。

【００１５】また、フィラメントバルブを用いた光源の
場合には、フィラメントの電極取り出し部を除く全立体
角方向の光束を有効利用する目的で、反射鏡やレンズを
組み合わせて偏向し、平行光束を出力することが行なわ
れる。図１９は放物面反射鏡を用いたもので、バルブの
フィラメントＦが放物面反射鏡９１の焦点上に位置さ
れ、これによりバルブフィラメントＦから放物面反射鏡
に向かった光線は平行光束Ｐとなって、色フィルタ９２
を通過したうえ光源から出射される。

【００１６】しかし、放物面反射鏡９１に向かうことな
く直接色フィルタ９２方向に向かうフィラメントＦから
の直射分があり、これはフィラメント位置を点光源位置
とする光束Ｐ’として出射されることになる。ところが
入射用透過型体積ホログラムは特定の入射角をもった光
束のみを導光板内に取り込むため、上記のように光源か
ら２種の光束Ｐ、Ｐ’が出力される場合であってもその
一方しか取り込むことができず、光源が出射する全光束
に対する利用効率が低いという問題がある。

【００１７】したがって本発明は、上記従来の問題点に
鑑み、回折現象を有する光学部材を用いて導光板への光
の取り込みを行なうようにした表示装置において、その
光取り込み面積を大きくでき、消費電力の小さい光源で
安価に実現できるようにした表示装置を提供することを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このため請求項１に記載
の本発明は、少なくとも第１および第２に分類される複
数の光束を出力する光源と、互いに対向する第１および
第２の面を有する導光板と、該導光板の一の部位におけ
る前記第１の面に設けられ、光源からの前記複数の光束
を回折して導光板内に出射する第１の光学部材と、導光
板の他の部位に設けられ、導光板内を伝達された光束を
回折して該導光板外へ出射する第２の光学部材と、導光
板内に出射された光束のうち前記第２の光束を偏角する
偏角手段とからなり、前記の第１の光学部材は、その回
折角が前記出射された光束のうち第２の面で反射した第
１の光束が第１の光学部材に再入射しないよう設定さ
れ、前記の偏角手段は、回折された第２の光束が第１の
光学部材に再入射するとき再回折されない入射角を持つ
ように偏角するように構成されているものとした。

【００１９】請求項３に記載の発明は、少なくとも第１
および第２に分類される複数の光束を出力する光源と、
互いに対向する第１および第２の面を有する導光板と、
該導光板の一の部位における前記第１の面に設けられ、
光源からの前記複数の光束を回折して導光板内に出射す
る第１の光学部材と、導光板の他の部位に設けられ、導
光板内を伝達された光束を回折して該導光板外へ出射す
る第２の光学部材とを備え、前記の第１の光学部材は、
前記複数の光束をそれぞれ異なる回折角で出射するもの
として、その第１の光束に対する回折角は第２の面で反
射した第１の光束が当該第１の光学部材に再入射しない
よう設定され、第２の光束に対する回折角は第２の面で
反射され当該第１の光学部材に再入射するとき再回折さ
れない入射角を持つように構成されているものとした。

【００２０】さらに、請求項５に記載の発明は、少なく
とも第１および第２に分類される複数の光束を出力する
光源と、互いに対向する第１および第２の面を有する導
光板と、該導光板の一の部位における前記第１の面に設
けられ、光源からの前記第１の光束を回折して導光板内
に出射する第１の光学部材と、前記一の部位における前
記第２の面に設けられ、光源からの第２の光束を回折し
て導光板内に出射する第３の光学部材と、導光板の他の
部位に設けられ、導光板内を伝達された光束を回折して
該導光板外へ出射する第２の光学部材とからなり、第１
および第３の光学部材の回折角は該第１および第３の光
学部材により回折された第１および第２の光束がそれぞ
れ第３および第１の光学部材に入射しない値に設定され
て、回折された第１および第２の光束が再回折されない
ように構成されているものとした。

【００２１】

【作用】請求項１に記載の発明においては、第１の光学
部材により光源からの複数の光束が回折されて導光板内
に出射される。第１の光学部材の回折角は第１の光束が
第２の面で反射したあと第１の光学部材に再入射しない
よう設定されているからそのまま、導光板内を進行す
る。また、偏角手段が設けられ、回折された第２の光束
が第１の光学部材に再入射するとき再回折されない入射
角を持つように偏角されるから、第２の光束も、再回折
されて導光板外へ出射されることなく、導光板内を進行
する。これにより、より多くの光束が導光板内に取り込
められる。導光板内を進行した第１および第２の光束
は、第２の光学部材により回折されて導光板外へ出射さ
れる。

【００２２】請求項３の発明では、偏角手段のかわり
に、第１の光学部材を複数の光束をそれぞれ異なる回折
角で出射するものとしてあるから、第２の光束が第２の
面で反射され当該第１の光学部材の第１の光束を回折す
る部位に再入射しても入射角が異なり再回折されない。
これにより、第１および第２の双方の光束が導光板内を
進行する。

【００２３】請求項５のものでは、第１および第２の光
束に対応させてそれぞれ第１および第３の光学部材を設
け、各光学部材の回折角を回折された光束がそれぞれ他
方の光学部材に入射しない値に設定してあるから、第１
および第２の光束はそれぞれ再回折されることなく、両
者とも導光板内を進行する。

【００２４】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１、図２は車両用の灯具に適用した本発明の第１の実
施例の分解斜視図と車両上のレイアウト図である。導光
板１０がその下部を発砲ウレタンなど軟性材料の緩衝材
４を介して覆う金属または樹脂性の遮光カバー３と光源
ユニット２に挟まれてネジ６で結合されている。光源ユ
ニット２は、内部光源からの光を図示しない色フィルタ
により特定波長にフィルタリングした光束を出力する。

【００２５】導光板１０の下部には第１の光学部材とし
て入射用の透過型体積ホログラム２０が設けられ、また
導光板１０の片面が偏角手段としてのクサビ面１３に形
成されている。上部には互いに対向する面に第２の光
学部材として外部出力用の反射型体積ホログラム１５お
よび透過型体積ホログラム１６とが設けられている。ま
た、導光板２０の周縁端面には遮光層５が設けられる。

【００２６】車両のリアウインドウ７０とリアシート７
４間に、リアパーセルシェルフ７１が、車体パネル７３
に化粧板７２を被せて形成されている。リアパーセルシ
ェルフ７１上には、上記一体化された導光板１０と光源
ユニット２とのアセンブリが、外部出力用の透過型体積
ホログラム１６を上方かつ車両外部後方に向けて、光源
カバー７５を介してファスナー７６により化粧板７２を
貫通して車体パネル７３に固定される。

【００２７】図３は導光板１０の詳細断面を示す。導
光板１０の下部において、片側の面１１に透過型体積ホ
ログラム２０が設けられている。そして、導光板１０は
この透過型体積ホログラム２０が設けられた面１１に対
して、図中点Ｒより上側部分に厚さｄの平行面１２を有
し、点Ｒから下端へ向けて傾斜角θｋで厚さが増大する
方向に傾斜するクサビ面１３を有している。

【００２８】図示省略した光源からは、色フィルタによ
り波長λｘとされた光束Ｌが出力され、光束Ｌは透過型
体積ホログラム２０に入射角θｉｎで入射されるように
なっている。透過型体積ホログラム２０は入射角θｉｎ
で入射する波長λｘの光束を回折して、出射角θｒで出
射する。なお、空気と透過型体積ホログラム２０の界
面、ならびに導光板１０と透過型体積ホログラム２０の
界面での各々の屈折率差によって生じる光線の屈折は生
じないものとする。

【００２９】透過型体積ホログラム２０の線上、点Ｒを
通る回折光を出射する点をＢとする。透過型体積ホログ
ラム２０の上端Ａは、点Ｒから透過型体積ホログラム２
０が設けられた面１１におろした垂線の足をＲ’とし
て、Ａ〜Ｒ’間の長さｈ１（ＡＲ’）がＲ’〜Ｂ間の長
さｈ１（Ｒ’Ｂ）と同等に設定されている。すなわち、ｈ１（ＡＲ’）＝ｈ１（Ｒ’Ｂ）＝ｄ・ｔａｎθｒとされる。また、透過型体積ホログラム２０の下端をＣ
とするとき、Ｂ〜Ｃ間の長さｈ２は、

【数１】となる。

【００３０】入射光束Ｌを透過型体積ホログラム２０の
Ａ〜Ｂ部分に入射する光束αと、Ｂ〜Ｃ部分に入射する
光束βとに分ける。光束αは、透過型体積ホログラム２
０により出射角θｒで導光板１０内に取り込まれ、導光
板１０の透過型体積ホログラム２０が設けられた面と対
向する平行面１２に向かう。この平行面１２で出射角と
同じ反射角θｒで反射されたあとは、透過型体積ホログ
ラム２０の上端Ａより外側に到達し、透過型体積ホログ
ラム２０に再入射することがないので、そのまま反射角
θｒでの反射を繰り返して導光板１０内を上部方向へ進
行する。

【００３１】透過型体積ホログラム２０のＢ〜Ｃ部分に
入った光束βは、出射角θｒで導光板１０内に出射さ
れ、導光板のクサビ面１３の傾斜角θｋで偏角され、入
射角［θｒ−２・θｋ］をもって透過型体積ホログラム
２０に再入射する。図４は、光束β中の光線ｍが透過型
体積ホログラム２０に再入射する部分を拡大して示す。
光線ｍが導光板１０側から透過型体積ホログラム２０
に再入射するときには、回折条件が成立しないため、回
折されずに透過型体積ホログラム２０中を進行して該透
過型体積ホログラムの他方の表面２１に至る。

【００３２】光線ｍはここで反射し、透過型体積ホログ
ラム２０のセグメント界面ｓに再々入射するが、このと
きの入射角θｒ１（＝θｒ−２・θｋ）はホログラムの
回折条件が成立する入射角θｒとは２・θｋ分だけずれ
ているため、光線ｍは回折されない。この結果、光線ｍ
は導光板１０内を反射角θｒ１（＝θｒ−２・θｋ）で
進行する。なお光束βの一部は平行面１２で反射した
後、再度透過型体積ホログラム２０に入射するが、この
ときも入射角がθｒ１であるため回折されず、そのまま
導光板１０内の反射を繰り返して進行する。

【００３３】上記の回折条件が成立しないために必要な
２・θｋの値は、屈折率分布型の透過型体積ホログラム
の場合では、該ホログラムの膜厚およびホログラム中の
最大屈折率差、入射角θｉｎ、出射角θｏｕｔすなわち
θｒにより相違するが、多くは２・θｋとして５°程度
あれば充分である。

【００３４】導光板１０の上部には、第２の光学部材と
して、片側の面１１に反射型体積ホログラム１５、およ
び平行面１２に透過型体積ホログラム１６の２つのホロ
グラムが設けられている。これらのホログラムは導光板
１０を下部から進行してくる光束に対応させて回折条件
を設定してある。すなわち、透過型体積ホログラム１６
は入射角θｒで入射する波長λｘの光を回折して所定の
出射角θｓで出射する。反射型体積ホログラム１５は入
射角θｒ１で入射する波長λｘの光を反射回折して出射
角θｓで出射する。

【００３５】これにより、導光板１０内を両面間で反射
を繰り返しながら進行してきた光束は、その光束αが上
記透過型体積ホログラム１６に入射し、光束βが反射型
体積ホログラム１５に入射する。光束α、βはそれぞれ
透過型体積ホログラム１６および反射型体積ホログラム
１５の回折条件に合致するから、これらのホログラムに
より同方向に出射される。この際、反射型体積ホログラ
ム１５から出射される光束βは透過型体積ホログラム１
６の回折条件には合わないため回折されることなく透過
型体積ホログラム１６を通過して外部へ出力されること
になる。

【００３６】以上のように、光源から出射され透過型体
積ホログラム２０のＡ〜Ｂ、Ｂ〜Ｃの２部分に入る光束
α、βの双方ともが導光板１０内に取り込まれ進行する
こととなる。従来例におけるホログラムの高さに相当
するｈ１に加え、ｈ２に対応する面積の光束を受光する
ことができ、ほぼ倍増した受光量が得られる。このた
め、導光板の上部出射用の体積ホログラムを経て出力さ
れる表示の明るさが向上し、光源の小型化が可能にな
り、したがってまた、光源の低消費電力化ならびに光源
の低発熱化などの効果が得られる。

【００３７】図５は、導光板のクサビ面の傾斜方向を変
えた第２の実施例を示す。導光板１０’の下部において
その片側の面１１に第１の光学部材としての透過型体積
ホログラム２０’が設けられている。そして、導光板１
０’は厚さｄでこの面１１と対向する平行面１２と、点
Ｒから下端へ向けて傾斜角θｋ２で厚さが低減する方向
に傾斜するクサビ面１３’とを有している。

【００３８】前実施例と同じく透過型体積ホログラム２
０’の線上、点Ｒを通る回折光を出射する点をＢとし、
点Ｒから透過型体積ホログラムが設けられた面１１にお
ろした垂線の足をＲ’として、透過型体積ホログラム２
０’の上端Ａは、Ａ〜Ｒ’間の長さｈ１（ＡＲ’）が
Ｒ’〜Ｂ間の長さｈ１（Ｒ’Ｂ）と同等となる点に設定
されている。すなわち、ｈ１（ＡＲ’）＝ｈ１（Ｒ’Ｂ）＝ｄ・ｔａｎθｒとされる。また、点Ｂと透過型体積ホログラム２０’の
下端Ｃ２間の長さｈ２’は、

【数２】に設定されている。その他の構成は、前実施例と同じで
ある。

【００３９】ここで入射光束Ｌ’を透過型体積ホログラ
ム２０’のＡ〜Ｂ部分に入射する光束αと、Ｂ〜Ｃ２部
分に入射する光束β２とに分ける。光束αは、導光板１
０’の透過型体積ホログラム２０’が設けられた面１１
と対向する平行面１２で出射角と同じ反射角θｒで反射
されたあとは、透過型体積ホログラム２０’の上端Ａよ
り外側に到達し、透過型体積ホログラム２０’に再入射
することがないので、そのまま反射角θｒでの反射を繰
り返して導光板１０’内を上部方向へ進行する。

【００４０】透過型体積ホログラム２０’のＢ〜Ｃ２部
分に入った光束β２は、出射角θｒで導光板１０’内に
出射されるが、導光板のクサビ面１３’の傾斜角θｋ２
で偏角され、入射角θｒ２（＝θｒ＋２・θｋ２）をも
って透過型体積ホログラム２０’に再入射する。光束β
２中の光線ｍ２は、この２・θｋ２のずれのため前実施
例におけると同様回折条件が成立せず、導光板１０’側
から透過型体積ホログラム２０’に再入射するとき、ま
た同透過型体積ホログラムの他方の表面で反射し透過型
体積ホログラムのセグメント界面に再々入射するとき
に、回折されない。

【００４１】この結果、光線ｍ２は導光板１０’内を反
射角θｒ２（＝θｒ＋２・θｋ２）で進行する。なお光
束β２の一部は平行面１２で反射した後、再度透過型体
積ホログラム２０’に入射するが、このときも入射角が
θｒ２であるため回折されず、そのまま導光板１０’内
の反射を繰り返して進行する。

【００４２】この実施例では、２・θｋを５°とし、ｄ
＝５（ｍｍ）とするとき、θｒ２＝７０°で、再度透過
型体積ホログラム２０’の上下幅は、Ｈ＝ｈ１＋ｈ２’＝２７．５＋２１．４＝４８．９（ｍ
ｍ）となる。これにより、光源から出射され透過型体積ホロ
グラム２０’の２部分に入る光束α、β２の双方ともが
導光板１０’内に入射され進行することとなる。したが
って、従来例におけるホログラムの高さに相当するｈ１
に加え、ｈ２’に対応する面積の光束を受光することが
でき、第１の実施例と同じく、大幅に増大した受光量が
得られる。

【００４３】図６は発明の第３の実施例を示す。この
実施例においては、光源からの光束の一部を偏光する手
段として、クサビ面のかわりに反射型体積ホログラムが
用いられている。すなわち、導光板３０の入射用透過型
体積ホログラム２０が設けられている面３１とこの面と
対向する面３２とは厚さｄだけ離れた平行面となってい
る。そして、面３２上に反射型体積ホログラム４０が設
けられる。透過型体積ホログラム２０は入射角θｉｎで
入射する波長λｘの光束を、出射角θｒで回折して出射
する。反射型体積ホログラム４０は入射角θｒで入射す
る波長λｘの光を出射角θｒ１（＝θｒ−θｋ）で反射
回折する特性を有している。

【００４４】反射型体積ホログラム４０の下端Ｅは、透
過型体積ホログラム２０の下端点Ｃに入射する光束の最
下端の光線の当該透過型体積ホログラム２０による回折
光ｍＬを受ける高さに設定されている。上端Ｄは上記光
線ｍＬが反射型体積ホログラム４０により出射角θｒ１
で反射回折されたあと導光板の透過型体積ホログラム２
０が設けられた面３１で再反射された光が対向する面３
２に入射する高さに設定されている。この上端Ｄの位置
は第１の実施例における点Ｒに対応している。その他の
構成は、上述の第１の実施例と同じである。

【００４５】ここで、前述と同様、入射光束Ｌを透過型
体積ホログラム２０のＡ〜Ｂ部分に入射する光束αと、
Ｂ〜Ｃ部分に入射する光束βとに分ける。光束αは、導
光板３０の透過型体積ホログラム２０が設けられた面と
対向する面３２で出射角と同じ反射角θｒで反射された
あとは、透過型体積ホログラム２０の上端Ａより外側に
到達し、透過型体積ホログラム２０に再入射することが
ないので、そのまま反射角θｒでの反射を繰り返して導
光板３０内を上部方向へ進行する。

【００４６】透過型体積ホログラム２０のＢ〜Ｃ部分に
入った光束βは、出射角θｒで導光板３０内に出射され
るが、対向面の反射型体積ホログラム４０によって偏角
され、入射角θｒ１（＝θｒ−θｋ）をもって透過型体
積ホログラム２０に再入射する。光束β中の光線ｍ３
は、このθｋのずれのため前実施例におけると同様回折
条件が成立せず、導光板３０側から透過型体積ホログラ
ム２０に再入射するとき、また透過型体積ホログラム２
０の他方の表面で反射し同透過型体積ホログラムのセグ
メント界面に再々入射するときに、回折されない。

【００４７】この結果、光線ｍ３は導光板３０内を反射
角θｒ１で進行する。したがって、光源から出射され透
過型体積ホログラム２０のＡ〜Ｂ、Ｂ〜Ｃの２部分に入
る光束α、βの双方ともが導光板３０内に取り込まれ進
行することとなり、従来例に比べほぼ倍増した受光量が
得られ、第１の実施例と同じ効果が得られる。

【００４８】図７は、本発明の第４の実施例を示し、２
つの入射用光学部材を隣接して並べたものである。上部
に図示省略した出射用透過型ホログラムが設けられた導
光板３０は反射する両面３１、３２が互いに平行で厚さ
ｄとされ、下部においてその片側の面３１上に第１およ
び第３の光学部材としての透過型体積ホログラム２３お
よび２４が取り付けられている。

【００４９】透過型体積ホログラム２３および２４は上
下方向に連続して配置され、それぞれ導光板面沿いの長
さ、すなわち高さ寸法ｈ３、ｈ４を有する。透過型体積
ホログラム２３は、入射角θｉｎで入射する波長λｘの
光束を回折して、出射角θｒで出射する。透過型体積ホ
ログラム２４は、入射角θｉｎで入射する波長λｘの光
束を回折して、出射角θｒ４で出射する。

【００５０】透過型体積ホログラム２３、２４の高さｈ
３、ｈ４は、それぞれその透過型体積ホログラムで回折
されたあと対向する面３２で反射された光束が同一透過
型体積ホログラムに入射しないよう、ｈ３＝２・ｄ・ｔａｎθｒｈ４＝２・ｄ・ｔａｎθｒ４に設定されている。図示しない色フィルタを備える光源
から波長λｘの平行光束Ｌ４が出力され、光束Ｌ４は透
過型体積ホログラム２３、２４に入射角θｉｎで入射さ
れるようになっている。その他の構成は第１の実施例と
同様である。

【００５１】上記光束のうち、透過型体積ホログラム２
３に入射する光束α４は、同透過型体積ホログラムによ
り出射角θｒで導光板３０内に出射され、透過型体積ホ
ログラム２３に再入射することがないから、その出射角
と同じ反射角θｒで導光板３０内を進行する。透過型体
積ホログラム２４に入射した光束β４は、同透過型体積
ホログラムにより出射角θｒ４で導光板３０内に出射さ
れ、導光板の対向面３２で１回反射されて入射角θｒ４
で隣接の透過型体積ホログラム２３に入射する。

【００５２】光束β４は、図８に拡大して示されるよう
に、その光線ｍ４が導光板３０側から透過型体積ホログ
ラム２３に入射するときには、回折条件が成立しないた
め、回折されずに透過型体積ホログラム２３内に進行す
る。そして、透過型体積ホログラム２３の表面２３ａで
反射して透過型体積ホログラム２３のセグメント界面２
３ｓに向かう。このときの入射角θｒ４は、透過型体積
ホログラム２３の回折条件が成立する入射角θｒとは異
なるため、光線ｍ４は透過型体積ホログラム２３で回折
されない。したがって、光線ｍ４は導光板３０内を反射
角θｒ４で進行することになる。

【００５３】以上により、隣接する２つの透過型体積ホ
ログラム２３、２４に入射する光束が双方とも導光板３
０内に取り込まれ、導光板上部の出射用体積ホログラム
へ向けて進行する。ここで、θｒとθｒ４の差は５°程
度あれば充分であるから、ｄ＝５（ｍｍ）、θｒ＝７０
°、θｒ４＝６５°として計算すると、両透過型体積ホ
ログラムの上下幅合計として、Ｈ＝ｈ３＋ｈ４＝２７．５＋２１．４＝４８．９（ｍ
ｍ）が得られる。これにより、前述の各実施例と同様の効果
が得られる。

【００５４】次に、図９には第５の実施例が示される。
この実施例では、入射用の第１の光学部材として、図
１０で示すような回折による出射角度が変化する特性を
持つ透過型体積ホログラムが用いられる。上部に図示省
略した出射用透過型ホログラムが設けられた導光板３０
は反射する両面３１、３２が互いに平行で厚さｄとさ
れ、下部においてその片側の面３１上に入射用透過型体
積ホログラム２５が設けられている。図示しない色フィ
ルタを備える光源からは波長λｘの平行光束Ｌ５が出力
され、光束Ｌ５は透過型体積ホログラム２５に入射角θ
ｉｎで入射されるようになっている。

【００５５】図１０は、この透過型体積ホログラム２５
の光線入射位置に対する出射角の関係を示す。すなわ
ち、波長λｘの光束が入射角θｉｎで入射するとき、透
過型体積ホログラムの上端Ａ５に入射する光線ｍＵは回
折されて出射角θｒで出射され、下端Ｃ５に入射する光
線ｍＬ５は出射角θｒ５で出射される。透過型体積ホロ
グラム２５の上端Ａ５から下端Ｃ５の間に入射する光線
の、回折による出射角はθｒからθｒ５まで緩やかに変
化している。なお、このような特性を持つ透過型体積ホ
ログラム２５は、透過型体積ホログラムを露光製作する
際に用いる再生光として、発散光を使用するなどの製作
手法が公知であり、容易に製作できる。その他の構成は
第１の実施例と同様である。

【００５６】図９に戻って、光源から出射される光束Ｌ
５が入射角θｉｎで透過型体積ホログラム２５に入射す
ると、その上端Ａ５に入射した光線ｍＵ５は透過型体積
ホログラム２５により出射角θｒで導光板３０内に出射
される。この光線ｍＵ５は透過型体積ホログラム２５に
再入射することはないから、そのまま出射角と同一の反
射角θｒで導光板３０内を進行する。

【００５７】透過型体積ホログラム２５の下端Ｃ５に入
射した光線ｍＬ５は、出射角θｒ５で導光板３０内に出
射され、導光板の対向する面３２で１回反射したのち、
出射角と同じ入射角θｒ５をもって透過型体積ホログラ
ム２５に再入射する。この再入射位置をＸとして、この
位置Ｘにおいて回折条件が成立する入射角θｒｘと光線
ｍＬ５の入射角θｒ５とは一致しないので、光線ｍＬ５
は透過型体積ホログラム２５によって回折されない。こ
れにより、光線ｍＬ５は導光板３０内を反射角θｒ５で
進行する。

【００５８】ここで回折条件が成立しないために必要な
θｒ５とθｒｘとの差は、前述の各実施例と同様、５°
程度以上あればよい。したがってこの実施例によって
も、光源から出射される上下にわたって幅広い光束が導
光板内に取り込まれ、導光板上部の出射用体積ホログラ
ムへ向けて進行するから、これにより、前述の各実施例
と同様の効果が得られる。

【００５９】図１１は、とくに光源にフィラメントバル
ブが用いられているものに適用した第６の実施例を示
す。上部に図示省略した第２の光学部材としての出射用
透過型ホログラムが設けられた導光板３０は反射する両
面３１、３２が互いに平行とされ、下部においてその片
側の面３１上に第１の光学部材としての入射用の透過型
体積ホログラム２６が設けられている。そしてこれと対
向する面３２には第３の光学部材として入射用の反射型
体積ホログラム４６が設けられている。

【００６０】透過型体積ホログラム２６の外側にはこれ
と対向してフィラメントバルブ５２を有する光源５１が
配置され、光源５１は放物線反射鏡５３と色フィルタ５
４を備えて波長λｘの平行光束α６を透過型体積ホログ
ラム２６に向けて垂直に出射する。

【００６１】透過型体積ホログラム２６は、フィラメン
ト５２ａ位置を点光源位置とする波長λｘの光を回折し
て、出射角θｒで出射するように設定されている。反射
型体積ホログラム４６は、入射角０°で入射する波長λ
ｘの光を出射角θｒで反射回折する。体積ホログラム２
６、４６のそれぞれ導光板面沿いの長さは、すなわち上
下幅は、体積ホログラム２６、４６の最下端Ｃ６、Ｅ６
で回折出射された光線ｎＬ６、ｍＬ６が対向する体積ホ
ログラム４６、２６の上端Ｄ６、Ａ６より上に到達する
ように設定され、また、光源５１からの平行光束α６の
上下幅もこれら体積ホログラムと同一に設定されてい
る。

【００６２】以上の構成により、フィラメントバルブ５
２からの直射分、すなわちフィラメント位置を点光源位
置とする光束β６の光線ｎ６は、透過型体積ホログラム
２６によりその上下全幅にわたり出射角θｒで導光板３
０内に入射される。一方、光源からの平行光束α６は、
フィラメントバルブ５２に対応する中心位置近傍を除い
て、透過型体積ホログラム２６の回折条件が成立する入
射角とは異なる入射角となっているから、透過型体積ホ
ログラム２６では回折されずそのまま反射型の体積ホロ
グラム４６に向けて直進する。直進して体積ホログラム
４６に入射した平行光束α６の光線ｍ６はここで出射角
θｒで反射回折される。

【００６３】体積ホログラム２６または４６で１回回折
された上記光線ｎ６およびｍ６は、それぞれ対向する体
積ホログラム４６、２６に入射することなく上方へ向か
うから、これらは導光板３０の両面３１、３２間を反射
角θｒで反射を繰り返しながら進行して行く。

【００６４】以上のように、この実施例によれば、光源
から出射される平行光束とフィラメント位置を点光源位
置とする光束との２種の光束が導光板内に取り込まれ、
導光板上部の出射用体積ホログラムへ向けて進行する。
これにより、大幅に増大した受光量が得られる。そして
とくに上記２種の光束は、互いに重合して同一の上下幅
をもったエリアから導光板内に取り込まれるから、光源
および該光源と導光板との結合部分がより一層小型に出
来る利点を有する。

【００６５】図１２には、第７の実施例が示される。こ
れは、光源に２個のＬＥＤを用いたものである。導光板
３０の下部において、片側の面３１上に第１の光学部材
として入射用の透過型体積ホログラム２７が設けられ、
これと対向する面３２には第２の光学部材として入射用
の反射型体積ホログラム４７が設けられている。体積ホ
ログラム２７、４７に向けてそれぞれ波長λｙの光束α
７、β７を出力する第１および第２のＬＥＤ６１、６２
が上下に配置されている。

【００６６】透過型体積ホログラム２７は、第１のＬＥ
Ｄ６１の位置を点光源位置とする波長λｙの光を回折し
て出射角θｒで出射する。反射型体積ホログラム４７
は、第２のＬＥＤ６２の位置を点光源位置とする波長λ
ｙの光を出射角θｒで反射回折する。なお、上記の波長
λｙは用いられるＬＥＤによって決定される。体積ホロ
グラム２７、４７の導光板面沿いの長さは、それぞれの
体積ホログラムの最下端Ｃ７、Ｅ７で回折出射された光
線ｍＬ７、ｎＬ７が対向する体積ホログラム４７、２７
の上端Ｄ７、Ａ７より上に到達するように設定されてい
る。その他の構成は第６の実施例と同様である。

【００６７】以上の構成により、第１のＬＥＤ６１から
の光束α７の光線ｍ７は、透過型体積ホログラム２７に
よりその上下全幅にわたり出射角θｒで導光板３０内に
入射される。一方、第２のＬＥＤ６２からの光束β７
は、その光線ｎ７の透過型体積ホログラム２７に対する
入射角が第１のＬＥＤ６１と光源位置が異なるため透過
型体積ホログラム２７の回折条件が成立する入射角とは
相違しているので、透過型体積ホログラム２７では回折
されず、そのまま反射型の体積ホログラム４７に向けて
直進する。直進して体積ホログラム４７に入射した光束
β７の光線ｎ７は、ここで出射角θｒで反射回折され
る。

【００６８】体積ホログラム２７または４７で１回回折
された上記光線ｍ７およびｎ７は、それぞれ対向する体
積ホログラム４７、２７に入射することなく上方へ向か
うから、これらは導光板３０の両面３１、３２間を反射
角θｒで反射を繰り返しながら進行して行く。

【００６９】この実施例によれば、２つの光源から出射
される光束が双方とも干渉なく導光板内に取り込まれ、
導光板上部の出射用体積ホログラムへ向けて進行する。
これにより、大幅に増大した受光量をもって表示が行な
われ、前実施例と同様の効果が得られる。さらにこの実
施例では、光源にＬＥＤを用いているから、これを２個
並べてもコンパクトにできかつ電力消費と発熱が小さい
という効果がある。

【００７０】図１３は、発明の第８の実施例を示す。
この実施例は前述第６の実施例の変形例であり、光源の
色フィルタとして２つの波長の光束を透過させるものを
用い、あわせて、導光板の両面に設けられる第１および
第３の光学部材をそれぞれ上記２つの波長に対応させた
２枚組みのホログラムとしたものである。すなわちここ
では、第１の光学部材として透過型の体積ホログラム２
８と２９が重ねて設けられ、これらはそれぞれフィラメ
ントバルブ５２のフィラメント位置を点光源位置とする
波長λｚ１、λｚ２の光束を回折して出射角θｒで出射
する。

【００７１】また、第３の光学部材として反射型の体積
ホログラム４８と４９が重ねて設けられ、これらはそれ
ぞれ入射角０°で入射する波長λｚ１、λｚ２の光束を
出射角θｒで反射回折する。とくに図示しないが、導光
板３０の上部に設けられる出射用の第２の光学部材も、
入射用と同じく上記２種の波長λｚ１、λｚ２の光束に
対応するホログラムが組み合わされる。その他の構成は
第６の実施例と同じである。

【００７２】各体積ホログラム２８、２９および４８
は、波長を含めた回折条件が成立しない光束に対しては
これを回折せずそのまま通過させるから、各波長の平行
光束およびフィラメントバルブからの直射分光束はそれ
ぞれに対応させた入射用体積ホログラムに到達して入射
される。そして、一の体積ホログラムで回折された光束
は他の体積ホログラムで阻害されることなく直進して、
第６の実施例におけると同様に、反射角θｒで導光板３
０内を反射を繰り返して進行し、上部の出射用体積ホロ
グラムにより導光板外部へ出射される。本実施例では、
以上のように波長を含め４種の光束が導光板内に取り込
まれるから、より一層明かるい表示が得られる。

【００７３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、導光板の第１
の面に設けた光の回折現象を有する第１の光学部材によ
り光源からの光を導光板に入射し光源から離間した部位
から出射するようにした表示装置において、光源が少な
くとも第１および第２に分類される複数の光束を出力す
るものとし、第１の光学部材の回折角は回折した第１の
光束が対向する第２の面で反射したあと第１の光学部材
に再入射しないよう設定する一方、回折された第２の光
束を偏角手段により偏角して第１の光学部材に再入射す
るとき再回折されないようにしたから、第１および第２
の光束双方がそのまま、導光板内を進行する。これによ
り、従来例において導光板に取り込まれる光束に相当す
る第１の光束に加え、第２の光束分だけさらに多くの光
束が導光板内に取り込められる。

【００７４】このため、ワット数の大きなランプを光源
として用いなくとも、小型の光源で十分の光量が取り込
めて明かるい表示が確保され、あわせて光源の低消費電
力化ならびに光源の低発熱化などの効果が得られる。と
くに図３の実施例では、偏角手段として導光板に傾斜面
のクサビ面を形成するだけで光源からの入射面積を広げ
ることができるという利点がある。

【００７５】また、上記偏角手段のかわりに、第１の光
学部材を複数の光束をそれぞれ異なる回折角で出射する
ものとしたものでは、第２の光束が第２の面で反射され
当該第１の光学部材の第１の光束を回折する部位に再入
射しても入射角が異なり再回折されないので、これによ
っても第１および第２の双方の光束が導光板内を進行す
ることとなり、上記と同様の効果が得られる。そしてこ
の場合にとくに、導光板へのクサビ面などの形成が不要
なので、単純形状の導光板で足りるという利点がある。

【００７６】さらに、第１および第２の光束に対応させ
てそれぞれ導光板の第１の面、第２の面に第１および第
３の光学部材を設け、各光学部材の回折角を回折された
光束がそれぞれ他方の光学部材に入射しない値に設定す
るようにしたものでも、第１および第２の光束がそれぞ
れ再回折されることなく、両者とも導光板内を進行する
ので、同様に光源の小型化、低消費電力化ならびに光源
の低発熱化などの効果が得られる。そして、第１および
第３の光学部材を導光板の第１、第２の面に分けて設け
てあるから、光源方向に対して重ねて配置することがで
き、受光面積を小さく抑さえながら多量の光量が取り込
めるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の分解斜視図である。

【図２】実施例の車両上のレイアウトを示す図である。

【図３】実施例における導光板の詳細を示す断面図であ
る。

【図４】導光板内の光線の体積ホログラム再入射部分を
示す拡大図である。

【図５】発明の第２の実施例を示す図である。

【図６】第３の実施例を示す図である。

【図７】第４の実施例を示す図である。

【図８】導光板内の光線の体積ホログラム再入射部分を
示す拡大図である。

【図９】第５の実施例を示す図である。

【図１０】体積ホログラムの光線入射位置に対する出射
角の関係を示す特性図である。

【図１１】第６の実施例を示す図である。

【図１２】第７５の実施例を示す図である。

【図１３】第８の実施例を示す図である。

【図１４】体積ホログラムの回折原理を示す説明図であ
る。

【図１５】表示装置の自動車のハイマウントストップラ
ンプへの適用例を示す図である。

【図１６】体積ホログラムの逆方向入射に対する回折状
況を示す説明図である。

【図１７】体積ホログラムにおける入射面積の制約を示
す説明図である。

【図１８】制約された光束の最大高さを示す図である。

【図１９】フィラメントバルブを用いた光源を示す図で
ある。

【符号の説明】

２光源ユニット３遮光カバー４緩衝材５遮光層６ネジ１０、１０’ 導光板１１面１２平行面１３、１３’ クサビ面１５反射型体積ホログラム１６透過型体積ホログラム２０、２０’ 透過型体積ホログラム２３、２４、２５、２６、２７，２８，２９透
過型体積ホログラム２３ｓセグメント界面３０導光板３１、３２面４０、４６、４７、４８、４９反射型体積ホログ
ラム５１光源５２フィラメントバルブ５２ａフィラメント５３放物線反射鏡５４色フィルタ６１、６２ＬＥＤ７０リアウインドウ７１リアパーセルシェルフ７２化粧板７３車体パネル７４リアシート７５光源カバー７６ファスナー７７車室７８トランク８０導光板８２、８３透過型体積ホログラム８５光源９１放物面反射鏡９２色フィルタＦフィラメントＬ光束 θｉｎ入射角 θｏｕｔ出射角 θｒ出射角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂田雅男神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも第１および第２に分類される
複数の光束を出力する光源と、互いに対向する第１およ
び第２の面を有する導光板と、該導光板の一の部位にお
ける前記第１の面に設けられ、光源からの前記複数の光
束を回折して前記導光板内に出射する第１の光学部材
と、前記導光板の他の部位に設けられ、導光板内を伝達
された光束を回折して該導光板外へ出射する第２の光学
部材と、前記導光板内に出射された光束のうち前記第２
の光束を偏角する偏角手段とからなり、前記第１の光学
部材は、その回折角が前記出射された光束のうち第２の
面で反射した前記第１の光束が当該第１の光学部材に再
入射しないよう設定され、前記偏角手段は、前記回折さ
れた第２の光束が前記第１の光学部材に再入射するとき
再回折されない入射角を持つように偏角するように構成
されたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記偏角手段が、前記導光板の第２の面
のうち前記導光板内に出射された第２の光束が入射する
部位を前記第１の面に対して傾斜させた面からなること
を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】少なくとも第１および第２に分類される
複数の光束を出力する光源と、互いに対向する第１およ
び第２の面を有する導光板と、該導光板の一の部位にお
ける前記第１の面に設けられ、光源からの前記複数の光
束を回折して前記導光板内に出射する第１の光学部材
と、前記導光板の他の部位に設けられ、導光板内を伝達
された光束を回折して該導光板外へ出射する第２の光学
部材とを備え、前記第１の光学部材は、前記複数の光束
をそれぞれ異なる回折角で出射するものとして、第１の
光束に対する回折角は前記第２の面で反射した該第１の
光束が当該第１の光学部材に再入射しないよう設定さ
れ、第２の光束に対する回折角は前記第２の面で反射さ
れ当該第１の光学部材に再入射するとき再回折されない
入射角を持つように構成されたことを特徴とする表示装
置。
【請求項４】前記第１の光学部材は、前記複数の光束
に対応して相異なる回折角を有し、前記第１の面にそっ
て隣接して設けられた複数のホログラムからなることを
特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】少なくとも第１および第２に分類される
複数の光束を出力する光源と、互いに対向する第１およ
び第２の面を有する導光板と、該導光板の一の部位にお
ける前記第１の面に設けられ、光源からの前記第１の光
束を回折して前記導光板内に出射する第１の光学部材
と、前記一の部位における前記第２の面に設けられ、光
源からの前記第２の光束を回折して前記導光板内に出射
する第３の光学部材と、前記導光板の他の部位に設けら
れ、導光板内を伝達された光束を回折して該導光板外へ
出射する第２の光学部材とからなり、前記第１および第
３の光学部材の回折角は該第１および第３の光学部材に
より回折された前記第１および第２の光束がそれぞれ第
３および第１の光学部材に入射しない値に設定されて、
回折された前記第１および第２の光束が再回折されない
ように構成されたことを特徴とする表示装置。