JPH09113995A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実像で観察する方式の表示装置で、明るい表
示像を得ること、観察者の姿勢等に応じて良好に観察す
ること、画質の劣化を防止することである。 【解決手段】 観察者Ｏに対向して設けられ、基板１１
上にホログラム層１２を形成した透過型のホログラムス
クリーン１と、これに表示像を斜め方向から所定の投影
角度θで投影する投影手段３とを備え、投影角度θを投
影手段３からホログラムスクリーン１に入射する投影光
Ｌのホログラム層１２での強回折角度が観察者Ｏ方向に
指向する角度として、観察者Ｏの目に投影手段３の光源
の放射光がホログラムスクリーン１で効率よく回折、入
射するようにする。またホログラムスクリーン１と投影
手段３とを共通の基台２に設け、これを仰角および方位
角可変に支持する構造とする。また像質を左右するホロ
グラム層１２を、観察者Ｏ等が直接触れることのない基
板１１の裏面側に位置せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示像を背景と重畳
して見ることのできる表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から表示装置としてはＣＲＴや液晶
表示板等が広く用いられている。これらの表示装置では
表示画面しか表示されないため、例えば伝票などの入力
作業をする場合、度々の視線移動で作業者に負担をかけ
ていた。そこで表示像を背景と重畳して見ることのでき
る表示装置が望まれていた。そのような表示装置として
はヘッドアップディスプレイ装置があるが、これは表示
像を出力する表示部と、観察者に対向して設けられた半
透過、半反射のコンバイナとを備えており、表示像をコ
ンバイナで反射させて、表示像の虚像が観察者の目に映
じるようにしたものである。表示像と背景の両方を視線
を大きく移動させることなく見られるという特徴を活か
して飛行機や自動車のメータ表示等で実用化されてい
る。しかしながら上記ヘッドアップディスプレイ装置で
は、表示部の映像の出力面とコンバイナの間の光路長の
分だけ虚像の位置がコンバイナから後退し、机上の作業
には向いていない。そこで特開平４−２９３０３２号公
報、特開平４−２９８７１０号公報記載の表示装置のよ
うに表示部で出力された表示像をホログラムスクリーン
上に投影せしめて、表示像を実像で観察できるようにし
たものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで表示像を背景
に重畳させて観察する場合、背景と同等以上に明るい表
示像を得る必要がある。しかしながら上記表示装置で
は、明るい表示像を得るためには投影装置の光源が大型
となる。またホログラムスクリーンがケーシングや机に
固定され、観察者の姿勢や位置が限定されるため観察者
の座高等によっては良好に表示像を見ることができず、
使い勝手に問題がある。また表示面となるホログラムス
クリーンが従来の表示装置のように観察者に近い位置に
あるからホログラム層が傷つきやすく、観察者の目に映
じる表示像の像質が劣化するという不具合があった。

【０００４】そこで本発明は上記課題に鑑みてなされた
もので、光源の大型化を避けて小さな光源で効率よく明
るい表示像を得ることができ、表示像を観察者の姿勢や
位置によらず良好に視認することができ、表示像の劣化
の少ない表示装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は表示装置におい
て、図１に示す観察者Ｏに対向して設けた透過型のホロ
グラムスクリーン１と、ホログラムスクリーン１に表示
像を斜め投影する投影手段３を具備せしめ、さらに斜め
投影における投影角度θを、投影光Ｌのホログラム層１
２での強回折角度が観察者Ｏ方向に指向する角度とし
た。これにより観察者Ｏの目にはホログラム層１２で回
折した投影光が効率よく入射して表示像が明るく感じら
れ、可及的に投影手段３の光源を小さくして、省電力お
よび装置の小型化を可能とした（請求項１）。

【０００６】本発明は表示装置のホログラムスクリーン
１と投影手段３とを仰角および方位角可変の共通の基台
２に支持する構造とし、これにより投影角度θを投影光
のホログラム層１２での強回折角度が観察者Ｏ方向に指
向する角度に保持したまま観察者Ｏの座高等に応じて視
域を変更することができ、装置の実用効果を向上させた
（請求項２）。

【０００７】本発明は、ホログラムスクリーン１をその
基板１１側が観察者Ｏに対向するように位置せしめ、観
察者Ｏ等がホログラムスクリーン１に触れることがあっ
てもホログラム層１２に形成した回折パターンには傷が
つかず、使用するうちに像質が劣化しないようにした
（請求項３）。またホログラムスクリーン１のホログラ
ム層１２の表面にアクリル等の保護膜を形成して上記回
折パターンを保護するようにした（請求項４）。

【０００８】本発明は、ホログラムスクリーン１を上記
基台２に脱着可能に設置し、観察可能な領域の異なるホ
ログラムスクリーン１を適宜交換して用途に応じた表示
ができるようにした（請求項５）。

【０００９】本発明の表示装置は、投影手段３を天板２
１に開口部２２を形成した基台たるケーシング２内に格
納し、投影手段３の投影方向を開口部２２に向け、ホロ
グラムスクリーン１をケーシング２に投影手段３に対向
して設け、投影角度θを投影光のホログラム層１２での
強回折角度が観察者方向に指向する角度に保持したま
ま、容易に持ち運びができるようにした（請求項６）。

【００１０】本発明の表示装置は、ホログラムスクリー
ン１上での表示輝度の不均一を補正する輝度補正フィル
タをホログラムスクリーン１と投影手段３とで形成され
る光学系の光路の途中もしくはホログラムスクリーン１
に近接する位置に設け、斜め方向からホログラムスクリ
ーン１に投影することにより生ずる表示像の輝度むらを
低減するようにした（請求項７）。またホログラムスク
リーン１の回折効率をホログラムスクリーン１上で輝度
が低い位置で高く、輝度が高い位置で低くした表示装置
とすることで表示像の輝度むらを低減できるようにした
（請求項８）。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の表示装置を図１に示す。
表示装置の基台となるケーシング２は薄型の箱状で、ス
タンド６に支持されており、その天板２１には、開口部
２２が形成してある。ケーシング２の上方にはホログラ
ムスクリーン１が配設してある。ホログラムスクリーン
１は透明な基板１１にホログラム層１２を形成したもの
を長方形の平板状に成形したもので、基板１１が観察者
Ｏ側に位置せしめてあり、その下端がケーシング２の天
板２１の前縁に沿って設けたホログラムスクリーン受け
部７１の溝に嵌装してある。ホログラムスクリーン受け
部７１とホログラムスクリーン１とは、これらを挿通す
る取付けネジ７２により結合している。ホログラムスク
リーン受け部７１は天板２１の前部に設けたヒンジ８に
連結してあり、表示装置の使用時にはホログラムスクリ
ーン１が所定の傾斜角でロックし、不使用時には天板２
１上に倒れるようになっており、収納が容易でかつ開口
部２２から塵埃が進入するのを防止している。

【００１２】ケーシング２内の奥側には投影手段たる投
影光学ユニット３が格納してある。投影光学ユニット３
の筐体３１は薄型の矩形をしており、奥側で上面が膨ん
でいる。この脹らみ部の手前側の傾斜面に形成した開口
部にはホログラムスクリーン１と対向して投影レンズ３
２が嵌めてある。投影レンズ３２の後方のホログラムス
クリーン１が結像する位置に、これと対向して液晶表示
素子３３が設けてあり、液晶表示素子３３に出力される
表示像を投影レンズ３２を介してホログラムスクリーン
１上に拡大投影するようになっている。これらで投影光
学系を形成している。液晶表示素子３３からホログラム
スクリーン１に到る主光軸Ｌとホログラムスクリーン１
の表示面の法線のなす角度（以下、投影角度という）θ
はホログラムスクリーン１の特性にもとずく後述する角
度に設定してある。

【００１３】筐体３１の前部にはハロゲンランプ３６と
その周囲を囲むように配した凹面状のリフレクタ３７が
設けてあり、ハロゲンランプ３６から放射した光をリフ
レクタ３７で集光し、平行光等の集光状態にして効率よ
く筐体３１の奥側に放射するようになっている。その光
軸上には赤外線および紫外線を除去する光学フィルタ３
５と、ミラー３４とが設けてあり、ハロゲンランプ３６
から放射された光が光学フィルタ３５を介してミラー３
４に到り、そこで向きを手前側に斜め上方に変えて液晶
表示素子３３を照明するようになっており、照明光学系
を形成している。

【００１４】筐体３１の上面には冷却用ファン５が設け
てあり、ハロゲンランプ３６等の放熱をするようになっ
ている。ケーシング２の手前側には回路基板４が設けて
あり、図略の映像入力端子に接続されたビデオやコンピ
ュータ等から出力されるＮＴＳＣ、ＲＧＢ等の映像信号
を入力として液晶表示素子３３を駆動するドライバ回
路、ハロゲンランプ３６、冷却ファン５の電源回路等が
形成されている。

【００１５】ケーシング２の下面には下向きに凸状の球
殻部２３，２４が内外二重に形成してあり、外側の球殻
部２４は中央に開口部が形成されている。内側の球殻部
２３をスタンド６が上向きに凹の球殻状の受け皿部６１
で支持しており、ケーシング２が受け皿部６１に沿って
動くとその仰角および方位角が変わるようになってい
る。ケーシング２の外側の球殻部２４の開口部の径はス
タンド６の受け皿部６１の径よりも小さくしてあり、ケ
ーシング２とスタンド６とが不用意に外れないようにな
っている。

【００１６】ホログラムスクリーン１と投影角度につい
て説明する。ホログラムスクリーン１は図２に示すよう
に、フォトポリマまたはＤＣＧ（重クロム酸ゼラチン）
等により形成されている乾板９１に対してスリガラス等
よりなる拡散板９２を透過してくる物体光Ｌ１を投射す
るとともに、物体光Ｌ１と同じ側から参照光Ｌ２を投射
する。これにより乾板９１は、拡散板９２の情報を含む
ホログラム回折格子が記録された透過型のホログラム光
学素子となる。これがホログラムスクリーン１となる。
ホログラムスクリーン１に一定の入射角度で入射した光
が強く回折される方向は物体光Ｌ１および参照光Ｌ２を
投射する角度等に依存し、一意的に決定する。またホロ
グラムスクリーン１に入射した光の拡散角度φは拡散板
９１の拡散特性に依存し、一意的に決定する。ホログラ
ムスクリーン１は表示装置の使用時には所定の傾斜角で
ロックし、投影角度θがホログラムスクリーン１に入射
した投影光が強回折角度で観察者Ｏ方向（通常図１に示
すごとくホログラムスクリーン１に対して略直角方向）
に指向する角度に固定される。

【００１７】上記表示装置の作動を説明する。観察者は
まずホログラムスクリーン１が見やすいように（通常は
観察者とホログラムスクリーン１とがまっすぐに対向す
るように）自分の座高や表示装置の設置場所等に応じて
表示装置の仰角と方位角を調整しておく。ビデオ等から
の映像信号が入力すると回路基板４のドライバ回路が液
晶表示素子３３を駆動して、液晶表示素子３３に表示像
が出力される。

【００１８】一方、ハロゲンランプ３６の放射光が光学
フィルタ３５で赤外線や紫外線を除去され、可視光のみ
がミラー３４で斜め上方に反射して液晶表示素子３３に
入射する。しかして液晶表示素子３３に出力された表示
像が投影レンズ３２によりホログラムスクリーン１上に
実像を結び、実像を結んだ光はホログラム層１２で回折
し一定の拡散角度φで円錐をなして放射する。ホログラ
ムスクリーン１の表示域の全ての点からの円錐が重なる
位置のとる範囲が表示像をみることのできる範囲（図中
のハッチング部分で以下、視域という）Ｄとなる。投影
角度θを投影光学ユニット３からホログラムスクリーン
１に入射する投影光のホログラム層１２での強回折角度
が観察者方向に指向する角度としたから、ハロゲンラン
プ３６の放射光は効率よく視域Ｄに到る。しかして投影
光学ユニット３の光源を大型にせずとも、視域Ｄにおい
て観察者Ｏは明るい表示像を見ることができる。

【００１９】図３は上記表示装置の光学系と等価な光路
図を示すもので、ホログラムスクリーン１を１４インチ
（したがって短辺の長さは２２２mm）、投影角度を４０
度、ホログラムスクリーン１の傾斜角を１０度、ハロゲ
ンランプ３６とホログラムスクリーン１の間の水平方向
の光学距離（以下、プロジェクタ投射距離という）を２
５０mmとし、観察者のアイポイントＯをホログラムスク
リーン１の手前５００mm（これは１４インチ程度の表示
装置を見るときの一般的な距離であり、以下、想定視距
離という）のところとしてある。ハロゲンランプ３６か
ら放射された光のうち、ホログラムスクリーン１で回折
する光は観察者のアイポイントＯの方に進み、観察者の
アイポイントＯの周囲に視域Ｄを形成する。一方、ホロ
グラムスクリーン１からさらに直進する０次回折光は観
察者のアイポイントＯの上方（図においてハロゲンラン
プ３６から延びる２本の矢印で挟まれた範囲）に向けて
放射される。０次回折光が放射される位置に観察者のア
イポイントがあると、ハロゲンランプ３６が目に映じて
眩しく感じるが、上記表示装置では図のごとく視域Ｄと
０次回折光が放射される範囲とが重なる領域は極く僅か
であり、観察者のアイポイントＯは０次回折光が放射さ
れる範囲から離れている。したがって通常、ハロゲンラ
ンプ３６が目に映じることはなく快適に表示像をみるこ
とができる。

【００２０】観察者のアイポイントＯは通常の表示装置
のようにホログラムスクリーン１と５００mm程度の近い
距離で対しているから、ホログラムスクリーン１の表面
に触れることもあるが、観察者側に位置しているホログ
ラムスクリーン１の基板１１は観察者Ｏが触れても観察
される表示像の像質に特に影響はなく、裏面側に形成さ
れたホログラム層１２には触れることがないのでホログ
ラム層１２の微細な回折パターンを傷つけず、像質が劣
化することはない。しかも基板１１側の汚れはクロスで
拭くことができ、手入れが容易である。

【００２１】万一ホログラム層１２に傷がつけば、取付
けネジ７２を外してホログラムスクリーン１を外し、そ
して新しいホログラムスクリーンを装着すればよく、メ
インテナンスが容易にできる。また視域の異なるホログ
ラムスクリーンを複数用意しておき、例えば視域の広い
ものを複数人観察用、視域の狭いものを単数人観察用と
して適宜交換して使い分けることもできる。

【００２２】また別の実施の形態としては投影光学ユニ
ットを異なる位置に複数並設し、ホログラムスクリーン
上に異なる複数の表示像を投影する。ホログラムスクリ
ーンは参照光および物体光の入射角度の複数の組合せで
多重露光して作製する。そして各投影光学ユニットの投
影角度を各投影光学ユニットからホログラムスクリーン
に入射する投影光のホログラム層での強回折角度がそれ
ぞれの投影光学ユニットごとに異なる方向に指向する角
度とし、上記異なる方向にそれぞれの視域を形成する。
かかる表示装置では１つのホログラムスクリーンに投影
される複数の表示像を、見る角度を変えることによりそ
れぞれ分離して見ることができる。この場合、表示像の
分離を良くするにはホログラムスクリーンの拡散角度が
小さくなるように拡散板の拡散特性は弱くしておくのが
よい。

【００２３】なお、ホログラムスクリーンと投影光学ユ
ニットとをケーシングに一体に格納したが、必ずしもこ
れに限定されるものではなく基台たる机等に組み込むよ
うにしてもよい。あるいはホログラムスクリーンと投影
光学ユニットとを別体としてもよい。

【００２４】またケーシングをスタンドがその球殻状の
受け皿部で支持して仰角と方位角とを一緒に変えられる
機構にしたが、仰角と方位角とをそれぞれ独立に調整す
る機構にしてもよい。例えばヒンジ機構と回転テーブル
機構を組み合わせることができる。

【００２５】またホログラムスクリーンを基板側が観察
者側に位置するようにしたが、ホログラム層の表面に保
護膜たるアクリル等のハードコートを形成してホログラ
ム層が傷つくのを防止してもよい。この場合、必ずしも
基板側を観察者側に位置せしめる必要はない。

【００２６】また表示像を斜めに投影することによりホ
ログラムスクリーンに投影される表示像は表示輝度が光
軸の中心部で高く周辺部で低い分布を示すが上記投影光
学系、照明光学系の光路の途中に、もしくはホログラム
スクリーンに近接して上記周辺部が上記中心部より透過
率が高い輝度補正フィルタを挿入して輝度分布を均一化
することができる。あるいはホログラムスクリーンのホ
ログラム層の回折効率を上記中心部で周辺部より低くし
たホログラムスクリーンを使用しても同様の効果が得ら
れる。そのようなホログラムスクリーンは、作製すると
きに拡散板の輝度分布を光軸中心部に相当する位置で上
記周辺部に相当する位置より低くなるようにすればよ
い。例えば透過率を下げるフィルタを拡散板の光軸中心
部に相当する位置の出射側に配置する。また表示像を斜
めに投影することによりホログラムスクリーンに投影さ
れる表示像は投影倍率が上側で大きく下側で小さくなる
台形歪が生じるが液晶表示素子に出力される表示像を上
記台形歪を相殺するように予め歪ませておけば、ホログ
ラムスクリーンには台形歪のない表示像を投影させるこ
とができる。

【００２７】また投影角度は４０度としたが必ずしもこ
れに限定されるものではなく、ホログラムスクリーンを
作製するときの参照光および物体光を投射する角度等に
応じて、投影光学ユニットからホログラムスクリーンに
入射する投影光のホログラム層での強回折角度が観察者
方向に指向する角度としてあればよい。したがってホロ
グラムスクリーンを作製するときに参照光および物体光
を投射する角度等を適宜選択することにより投影角度は
大きくも小さくもできる。表示装置の奥行き寸法を小さ
くしたければ投影角度はもっと大きくしてもよいし、０
次回折光が視域を侵さない限度において小さくしてもよ
い。またホログラムスクリーンの傾斜角を１０度とした
が、これは表示装置における一般的な数字であって表示
装置の用途、大きさに応じて適宜、別の傾斜角とするこ
とができる。また想定視距離やプロジェクタ投射距離に
ついても表示装置の用途、大きさに応じて装置の設計段
階で決定すればよい。

【００２８】また投影レンズは通常のガラス等の材質で
なる凹レンズ、凸レンズを組み合わせて構成したもので
もよいし、ホログラムに集光機能を持たせたホログラム
レンズでもよい。ホログラムレンズの場合、装置を小型
化することができ、しかも回折パターンの中に不要な紫
外線や赤外線を除去するフィルタの機能も併せて記録す
ることができる。

【００２９】また光源としてハロゲンランプを使用した
がキセノンランプ、メタルハライドランプ等とすること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置の全体縦断面図である。

【図２】本発明の表示装置の要部を説明する図である。

【図３】本発明の表示装置の作動を説明する光路図であ
る。

【符号の説明】

１ ホログラムスクリーン １１ 基板 １２ ホログラム層 ２ ケーシング（基台） ２１ 天板 ２２ 開口部 ３ 投影光学ユニット（投影手段） Ｌ 主光軸（投影光） Ｏ アイポイント（観察者） θ 投影角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋川 淳 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察者に対向して設けられ、基板上にホ
   ログラム層を形成した透過型のホログラムスクリーン
   と、該ホログラムスクリーン上に表示像を斜め方向から
   所定の投影角度で投影する投影手段とを具備せしめ、上
   記ホログラムスクリーン上に投影された表示像を観察者
   が観察するようになした表示装置において、上記投影角
   度を、上記投影手段から上記ホログラムスクリーンに入
   射する投影光の上記ホログラム層での強回折角度が観察
   者方向に指向する角度としたことを特徴とする表示装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表示装置において、上記
   ホログラムスクリーンと上記投影手段とを共通の基台に
   設け、該基台を仰角および方位角可変とした表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の表示装置におい
   て、上記ホログラムスクリーンを上記基板側を上記観察
   者に対向せしめて設置した表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３記載の表示装置におい
   て、上記ホログラムスクリーンの上記ホログラム層の表
   面に透明な保護膜を形成したことを特徴とする表示装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４記載の表示装置におい
   て、上記ホログラムスクリーンと上記投影手段とを共通
   の基台に設け、上記ホログラムスクリーンを上記基台に
   脱着可能に設置した表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５記載の表示装置におい
   て、上記基台を天板に開口部を設けたケーシングで構成
   し、該ケーシング内に、上記投影手段を表示像の投影方
   向を上記開口部に向けて格納し、上記ホログラムスクリ
   ーンを上記表示像の結像位置に配して上記ケーシングに
   設置した表示装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６記載の表示装置におい
   て、上記ホログラムスクリーンと上記投影手段とで形成
   される光学系の光路の途中もしくは上記ホログラムスク
   リーンに近接して、表示像の輝度分布を補正する輝度補
   正フィルタを設けたことを特徴とする表示装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６記載の表示装置におい
   て、上記ホログラムスクリーンの回折効率を投影像の輝
   度分布と逆の傾向に分布せしめたことを特徴とする表示
   装置。