CN103140791B - 透视显示装置及搭载透视显示装置的车辆 - Google Patents

透视显示装置及搭载透视显示装置的车辆 Download PDF

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Abstract

一种透视显示装置，包括：射出光的光源；投射基于所述光生成的影像光的投影光学系统；具有供该投影光学系统的所述影像光射入的第1面的透过型的全息；菲涅耳反射被该全息偏向的所述影像光的界面，其中，所述全息包含基于两光束干涉通过射入到所述第1面的物体光及参照光而被记录的第1干涉条纹，射入所述第1面的所述影像光通过所述第1干涉条纹被偏转向所述界面，所述界面向所述第1面反射所述影像光。

Description

透视显示装置及搭载透视显示装置的车辆
技术领域
本发明涉及一种主要被用于诸如平视显示器(HUD)或头戴式显示器(HMD)的影像显示装置的透视显示装置(see-throughdisplaydevice)。
背景技术
称为平视显示器(HUD)的影像显示装置，主要显示在车辆或飞机的驾驶舱的驾驶操作所需的信息(例如，速度信息或高度信息)。车辆的司机或飞机的飞行员可以察觉到HUD显示的信息，就好象显示信息存在于挡风玻璃前方一样。
称为头戴式显示器(HMD)的影像显示装置，用与视力矫正用的一般眼镜同样的方法佩戴。佩戴了HMD的使用者可以察觉到HMD显示的图像，就好象影像存在于透镜部分的前方的空间一样。
由于HUD及HMD都是通过挡风玻璃或透镜部件等半透明的部件让使用者视觉认知图像，所以这些影像显示装置被称为“透视显示装置”。近年来，对于这样的影像显示装置的开发较为活跃。
例如，搭载了HUD的车辆的司机在开车时可以朝着前方只用很小的视线移动量，就可以视觉认知驾驶所需的信息。因此，HUD可以提供较高的安全性和便利性。
HMD可以用很小的电力消耗量对使用者提供大尺寸的图像。而且，使用者无论在哪里都可以视觉认知图像，无论何时何地都能够获得所需的信息。
透视显示装置需要将景色等外界射入的外光(自然光)与应显示的图像混合。例如，用于车辆的HUD在挡风玻璃附近利用合成部件(combiner)将应显示的图像和外界射入的自然光进行混合。在应显示的图像和外界射入的自然光混合的期间，希望能降低外界射入的自然光和应显示的图像的各自的光的损失。
以往的透视显示装置利用体积全息(volumehologram)作为合成部件(例如，参照专利文献1)。如果全息被用作为合成部件，则全息透镜作用的结果使得HUD显示的图像被放大。其结果，即使透视显示装置是小型的，使用者也可以视觉认知大尺寸的图像。
体积全息只对指定的波长具有特异的高衍射效率。例如，如果使用激光光源作为光源，并且将体积全息设计成对与来自激光光源的激光的波长对应的波长范围具有高衍射效率，则HUD即能抑制自然光的损失又能达到较高的光利用效率。
为了在HUD所使用的体积全息中形成干涉条纹，体积全息被曝光。在体积全息的曝光处理期间，通过由体积全息的界面反射的光形成干涉条纹。由体积全息的界面反射的光所形成的干涉条纹会产生杂散光这一点已为公知。
利用图32至图35，对以往的HUD中杂散光的产生原理进行说明。图32是组装了以往的反射型体积全息的HUD的概要图。图33(A)是图32所示的HUD的曝光光学系统的概要图。图33(B)是表示图33(A)所示的曝光光学系统中的主光线、体积全息和观察者之间的位置关系的概要图。图34(A)及图35是图32所示HUD中的杂散光的光路的概要图。
利用图32对以往的HUD进行说明。
以往的HUD900包括：射出激光LB的激光光源910和基于激光LB生成影像光IL的投影光学系统920。投影光学系统920包括：接收来自激光光源910的激光LB的透镜921；改变来自透镜921的激光LB的传播方向的折返镜922；接收来自折返镜922的激光LB并生成影像光IL的液晶面板923；接收来自液晶面板923的影像光IL的投影透镜924；接收被投影透镜924投射出的影像光IL的屏幕925。
HUD900还包括控制部930。控制部930控制激光光源910和液晶面板923。其结果，生成用于显示所期望的影像的影像光IL。
HUD900例如搭载于车辆。在图32中，示出车辆的挡风玻璃940。挡风玻璃940作为HUD900的一部分而被使用。挡风玻璃940包括规定驾驶员D存在的空间(室内空间)的内玻璃941和在与车辆的外空间(室外空间)之间形成分界的外玻璃942。另外，驾驶员D是观察由HUD900显示的影像的观察者。
HUD900还包括配置在内玻璃941和外玻璃942之间的体积全息950。体积全息950将投影光学系统920投射的影像光IL向驾驶员D偏转。
HUD900的激光光源910射出激光LB。投影光学系统920的透镜921放大激光LB。被放大的激光LB通过折返镜922向液晶面板923折返。其结果，激光LB射入液晶面板923。
液晶面板923在控制部930的控制下，2维地形成所期望的图案。通过液晶面板923的激光LB被空间调制而成为影像光IL。影像光IL通过投影透镜924被投射到屏幕925。
从屏幕925射出的影像光IL射入夹在内玻璃941和外玻璃942之间的体积全息950。体积全息950将射入的影像光IL向驾驶员D衍射。其结果，驾驶员D可以透过挡风玻璃940视觉认知屏幕925映射出的影像的虚像VI。
在图32所示的HUD900的设计中，充分地考虑了从屏幕925射出的影像光IL或来自车外的外光(太阳光、或来自前面行走车的尾灯或对面驶来车辆的前灯的光)的路径。然而，体积全息950的衍射结果，会产生以设计上意想不到的路径射入到驾驶员D(观察者)视野的光。这种意想不到光，在以下的说明中称为“杂散光”。
图33(A)是体积全息950的曝光光学系统的概要图。利用图32和图33(A)，对用于在HUD900的体积全息950记录干涉条纹的光学系统进行说明。而且，体积全息950作为反射型全息而发挥功能。
曝光光学系统960具备接收具有与图32所说明的激光光源910射出的激光LB相同的波长的激光RLB的半反射镜(halfmirror)961。半反射镜961将激光RLB分割为物体光OL和参照光RL。
曝光光学系统960还包括接收物体光OL的透镜962和配置在透镜962和体积全息950之间的针孔板963。在针孔板963上形成有小孔。
物体光OL从半反射镜961前往透镜962。透镜962向针孔板963的小孔聚光。其结果，通过针孔板963的物体光OL成为球面波。然后，物体光OL射入体积全息950。
曝光光学系统960还包括将参照光RL向体积全息950折返的折返镜964、接收来自折返镜964的参照光RL的透镜965、配置在透镜965和体积全息950之间的针孔板966。与物体光OL用的针孔板963同样，在针孔板966上形成有小孔。
参照光RL从半反射镜961朝向折返镜964。折返镜964向透镜965折返参照光RL。透镜965向针孔板966的小孔聚光。其结果，通过针孔板966的参照光RL成为球面波。
体积全息950具有物体光OL射入的表面951和与表面951相反侧的表面952。参照光RL射入表面952。
针孔板963相对于体积全息950被定位及角度设定，以使物体光OL通过的针孔板963的小孔的位置相当于在图32中说明的HUD900的屏幕925的中央区域。在图32中，从体积全息950到屏幕925的中央区域的距离用符号“L2”来表示。如图33(A)所示，从针孔板963的小孔到体积全息950的距离也同样为“L2”。
针孔板966相对于体积全息950被定位及角度设定，以使参照光RL通过的针孔板966的小孔的位置相当于在图32中说明的HUD900所形成的虚像VI的中央区域。在图32中，从体积全息950到虚像VI的中央区域的距离用符号“L1”表示。如图33(A)所示，从针孔板966的小孔到体积全息950的距离也同样为“L1”。
在上述的曝光光学系统960的光学设定下，如果物体光OL及参照光RL照射体积全息950指定时间，则干涉条纹被记录到体积全息950。其结果，体积全息950作为反射型全息而发挥其功能。
图33(B)概要地示出曝光光学系统960的主光线的路径。图33(B)示出针孔板963、966之后的光学系统。而且，为了便于理解杂散光的产生原理，在图33(B)只描画了物体光OL的主光线OMB及参照光RL的主光线RMB。
关于杂散光的产生原理，利用主光线OMB、RMB在以下进行说明。然而，杂散光的产生原理不仅适用于主光线OMB、RMB的干涉，而且只要是由两束光产生的干涉便同样适用。
如果光射入折射率与周围空间(空气)不同的透明物体，则在周围空间和透明物体的分界处光的一部分被菲涅耳反射。
在图33(B)中，与体积全息950的表面951形成分界的空间被称为“室内空间”。与体积全息950的表面952形成分界的空间被称为“室外空间”。
物体光OL的主光线OMB射入体积全息950的表面951，然后到达表面952。主光线OMB的一部分，根据上述的原理被菲涅耳反射。其结果，产生主光线OMB的反射光OMR。
参照光RL的主光线RMB射入体积全息950的表面952，然后到达表面951。主光线RMB的一部分，根据上述的原理被菲涅耳反射。其结果，产生主光线RMB的反射光RMR。
上述的菲涅耳反射的结果，有4种光线通过体积全息950。其结果，在体积全息950内4种光线之间的干涉产生的干涉条纹被记录。
在以下的说明中，将物体光OL的主光线OMB和参照光RL的主光线RMB之间的干涉所形成的干涉条纹称为“干涉条纹1”。将物体光OL的主光线OMB和主光线OMB的反射光OMR的干涉所形成的干涉条纹称为“干涉条纹2”。将参照光RL的主光线RMB和主光线RMB的反射光RMR的干涉所形成的干涉条纹称为“干涉条纹3”。将物体光OL的主光线OMB的反射光OMR和参照光RL的主光线RMB的反射光RMR的干涉所形成的干涉条纹称为“干涉条纹4”。将物体光OL的主光线OMB和参照光RL的主光线RMB的反射光RMR的干涉所形成的干涉条纹称为“干涉条纹5”。将参照光RL的主光线RMB和物体光OL的主光线OMB的反射光OMR的干涉所形成的干涉条纹称为“干涉条纹6”。
如上所述，在体积全息950内形成6种干涉条纹。另外，干涉条纹2至6与干涉条纹1相比，折射率的调制量较小。
在体积全息950内形成的6种干涉条纹中有3种干涉条纹引起朝向驾驶员D的杂散光。成为杂散光的原因的干涉条纹为“干涉条纹1”、“干涉条纹3”及“干涉条纹6”。
图34(A)概要地示出由干涉条纹1引起的杂散光。图34(B)概要地示出由干涉条纹3引起的杂散光。图35概要地示出由干涉条纹6引起的杂散光。另外，图34(A)至图35所示的体积全息950被组装到HUD900内。因此，图34(A)至图35示出夹在内玻璃941和外玻璃942之间的体积全息950。假定体积全息950被组装到HUD900，虽然不存在物体光OL或参照光RL，但是，为了明确地说明杂散光的产生原理，图34(A)至图35也概要地示出针孔板963、964之后的光学系统。
图34(A)概要地示出由干涉条纹1引起的杂散光的产生原理。利用图34(A)对由干涉条纹1引起的杂散光进行说明。
外光射入外玻璃942。图34(A)示出了以与相对于内玻璃941的物体光OL的主光线OMB的入射角相等的入射角射入外玻璃942的外光成分EC1。外光成分EC1依次通过外玻璃942、体积全息950及内玻璃941而到达内玻璃941与室内空间的分界。外光成分EC1的一部分在内玻璃941与室内空间的分界被菲涅耳反射，再次朝向体积全息950。然后，外光成分EC1的一部分被记录在体积全息950的干涉条纹1衍射。其结果，外光成分EC1的一部分向与参照光RL的主光线RMB相同的方向射出。其结果，外光成分EC1的一部分被驾驶员D作为杂散光而察觉。
图34(B)概要地示出由干涉条纹3引起的杂散光的产生原理。利用图34(B)对由干涉条纹3引起的杂散光进行说明。
从室内空间射入内玻璃941的外光也存在。图34(B)示出了以与从外玻璃942射出的参照光RL的主光线RMB的反射光RMR的射出角度相同的角度射出的光线成分EC2。外光成分EC2从室内空间射入内玻璃941。然后，外光成分EC2通过内玻璃941并到达体积全息950。外光成分EC2被记录在体积全息950的干涉条纹3衍射，向与参照光RL的主光线RMB相同的方向射出。其结果，外光成分EC2被驾驶员D作为杂散光而察觉。
图35概要地示出由干涉条纹6引起的杂散光的产生原理。利用图35对由干涉条纹6引起的杂散光进行说明。
干涉条纹6被形成允许体积全息950内的光透过。图35示出了以与物体光OL的主光线OMB的反射光OMR相同的角度射入的外光成分EC3。外光成分EC3被干涉条纹6衍射，向与参照光RL的主光线RMB相同的方向行进，从内玻璃被941射出。其结果，外光成分EC3被驾驶员D作为杂散光而察觉。
如上所述，如果由两光束干涉产生的干涉条纹被记录到体积全息950，则会发生在体积全息950和空气的界面产生的菲涅耳反射光的干涉。菲涅耳反射光的干涉曝光的结果是，意想不到的干涉条纹被记录于体积全息950。其结果，产生朝向驾驶员D(观察者)的杂散光。
专利文献2提出利用滴落在体积全息和无反射板之间的光学密封剂抑制在体积全息的界面的菲涅耳反射光的产生。由于菲涅耳反射光不容易产生，因此杂散光的产生得到抑制。
为了防止杂散光的产生，如专利文献2所公开的技术，如果利用无反射板或光学密封剂，则曝光体积全息的曝光工序前的工序数会增大。而且，不仅需要无反射板及光学密封剂，还需要重新设置用于利用无反射板及光学密封剂的特殊设备。
专利文献1：日本专利公开公报特表2007-526498号。
专利文献2：日本专利公开公报特开2001-331084号。
发明内容
本发明的目的在于提供用于抑制透视显示装置中产生的杂散光的简便的技术。而且，本发明的目的还在于提供可以显示视觉认知性优良的影像的透视显示装置及搭载了透视显示装置的车辆。
本发明的一方面所涉及的透视显示装置，包括：射出光的光源；投射基于所述光生成的影像光的投影光学系统；具有供来自该投影光学系统的所述影像光射入的第1面的透过型的全息；菲涅耳反射被该全息偏向的所述影像光的界面，其中，所述全息包含基于两光束干涉，通过射入所述第1面的物体光及参照光而被记录的第1干涉条纹；射入所述第1面的所述影像光被所述第1干涉条纹偏转向所述界面；所述界面向所述第1面反射所述影像光。
本发明的另一方面所涉及的车辆，搭载上述的透视显示装置，上述透视显示装置还包括被配置在用于记录所述第1干涉条纹的所述参照光的所述主光线的所述光路上的光扩散体，所述光扩散体为仪表板(dashboard)。
本发明的另一方面所涉及的透视显示装置，包括：射出光的光源；投射基于所述光生成的影像光的投影光学系统；具有供来自该投影光学系统的所述影像光射入的第1面、该第1面的相反侧的第2面、以允许所述影像光从所述第1面向所述第2面的传播而形成的第1干涉条纹的透过型的全息；菲涅耳反射被所述第1干涉条纹偏向的所述影像光的界面，其中，射入该界面的所述影像光为S偏振光；从所述界面射出的所述影像光的射出角大于射入所述第1面的所述影像光的入射角。
上述的透视显示装置及搭载透视显示装置的车辆，利用简便的技术被能够抑制透视显示装置中产生的杂散光。因此，透视显示装置及搭载透视显示装置的车辆能够显示杂散光较少的高画质的影像。
本发明的目的、特征及优点通过以下的详细说明和附图将更为显著。
附图说明
图1(A)是作为第1实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图1(B)是用于曝光图1(A)所示的HUD的体积全息的曝光光学系统的概要图。
图2是图1(A)所示的HUD的体积全息中的影像光的光路的概要图。
图3是以往的HUD所采用的反射型体积全息中的影像光的光路的概要图。
图4(A)是图1(B)所示曝光光学系统的主光线的路径的概要图。
图4(B)是图1(A)所示的HUD的体积全息记录的干涉条纹引起的杂散光的产生原理的概要图。
图5(A)是图1(A)所示的HUD的体积全息记录的干涉条纹引起的杂散光的产生原理的概要图。
图5(B)是图1(A)所示的HUD的体积全息记录的干涉条纹引起的杂散光的产生原理的概要图。
图6是作为第2实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图7是图6所示的HUD的挡风玻璃周围的概要性的放大图。
图8是概要地表示入射角和反射率之间关系的图示。
图9是作为第3实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图10是图9所示的HUD的挡风玻璃周围的概要性的放大图。
图11是作为第4实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图12是图11所示的HUD的挡风玻璃周围的概要性的放大图。
图13是作为第5实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图14是图13所示的HUD的挡风玻璃及向挡风玻璃投射影像光的投影光学系统的概要图。
图15是概要地说明用于在透视显示装置所使用的体积全息中形成干涉条纹的其它方法的图(第6实施例)。
图16(A)是作为第7实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图16(B)是适用于图16(A)所示的HUD的体积全息的曝光光学系统的概要图。
图17是图16(B)所示的HUD的挡风玻璃周围的光路的概要图。
图18(A)是作为第8实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图18(B)是用于曝光图18(A)所示的HUD的体积全息的曝光光学系统的概要图。
图19是图18(A)所示的HUD的挡风玻璃周围的影像光的光路的概要图。
图20是概要地表示S偏振光的反射率的角度依赖性的图示。
图21是表示透射率的角度依赖性的图示。
图22(A)是根据第8实施例的原理改良的HUD的概要图。
图22(B)是根据第8实施例的原理改良的HUD的概要图。
图23是作为第9实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图24是杂散光的产生原理的概要图。
图25是已知的HUD的概要图。
图26是具备体积全息的HUD的概要图。
图27是作为第10实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD的概要图。
图28是表示图27所示的HUD的体积全息记录的第1干涉条纹的衍射效率的计算结果的图示。
图29是表示图27所示的HUD的体积全息记录的第2干涉条纹的衍射效率的计算结果的图示。
图30是表示图27所示的HUD的体积全息记录的第1干涉条纹的衍射效率的角度依赖特性的计算结果的图示。
图31是表示图27所示的HUD的体积全息记录的第2干涉条纹的衍射效率的角度依赖特性的计算结果的图示。
图32是以往的组装了反射型体积全息的HUD的概要图。
图33(A)是图32所示的HUD的曝光光学系统的概要图。
图33(B)是表示图33(A)所示的曝光光学系统中的主光线、体积全息及观察者之间的位置关系的概要图。
图34(A)是图32所示的HUD中的杂散光的光路的概要图。
图34(B)概要地示出由干涉条纹引起的杂散光的产生原理。
图35是图32所示的HUD中的杂散光的光路的概要图。
具体实施方式
以下，参照附图对透视显示装置及搭载透视显示装置的车辆进行说明。另外，在以下说明的实施例中，对相同的构成要素赋予相同的符号。而且，为了说明的简明化，根据需要省略重复的说明。附图所示的结构、配置或形状以及与附图相关的记载，其目的仅仅是为了更容易理解透视显示装置及车辆的原理，透视显示装置及车辆的原理并不局限于此。
(第1实施例)
(透视显示装置的结构)
图1(A)是作为第1实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD100的概要图。利用图1(A)对HUD100进行说明。
HUD100包括射出激光LB的激光光源110和基于激光LB生成影像光IL的投影光学系统120。在本实施例中，激光光源110作为射出光的光源而被例示。
投影光学系统120包括：接收来自激光光源110的激光LB的透镜121；改变来自透镜121的激光LB的传播方向的折返镜122；接收来自折返镜122的激光LB并生成影像光IL的液晶面板123；接收来自液晶面板123的影像光IL的投影透镜124；接收被投影透镜124投射出的影像光IL的屏幕125。
HUD100还包括控制部130。控制部130控制激光光源110和液晶面板123。其结果，生成用于显示期望的影像的影像光IL。
HUD100例如搭载于车辆。在图1(A)中，示出车辆的挡风玻璃140。透明的挡风玻璃140作为HUD100的一部分而被使用。挡风玻璃140包括规定驾驶员D存在的空间(室内空间)的透明的内玻璃141和在与车辆的外空间(室外空间)之间形成分界的透明的外玻璃142。另外，驾驶员D是观察由HUD100显示的影像的观察者。形成与室内空间的分界的内玻璃141的面在以下的说明中被称为内面143。内面143面对驾驶员D。而且，内面143的相反侧的挡风玻璃140的面(即，外玻璃142的面)在以下的说明中被称为外面144。在本实施例中，挡风玻璃140、内玻璃141及外玻璃142作为透明基板而被例示。
HUD100还包括配置在内玻璃141和外玻璃142之间的体积全息150。体积全息150将投影光学系统120投射出的影像光IL朝向驾驶员D偏向。与图32所说明的体积全息950不同，本实施例的体积全息150作为透过型的全息而发挥其功能。
HUD100的激光光源110射出激光LB。投影光学系统120的透镜121放大激光LB。被放大的激光LB通过折返镜122向液晶面板123折返。其结果，激光LB射入液晶面板123。
液晶面板123在控制部130的控制下，2维地形成所期望的图案。通过液晶面板123的激光LB被空间调制而成为影像光IL。影像光IL通过投影透镜124被投射到屏幕125。
从屏幕125射出的影像光IL射入被夹在内玻璃141和外玻璃142之间的体积全息150。在以下的说明中，将供来自投影光学系统120的影像光IL射入的体积全息150的面称为第1面。而且，第1面的相反侧的体积全息150的面被称为第2面。
从屏幕125射出的影像光IL射入被夹在内玻璃141和外玻璃142之间的体积全息150。体积全息150将射入的影像光IL向驾驶员D衍射。其结果，驾驶员D可以透过挡风玻璃140视觉认知屏幕125映射出的影像的虚像VI。
如上所述，在本实施例中，使用透过型的全息作为体积全息150。因此，挡风玻璃140周围的影像光IL的光路与图32至图35说明的以往的HUD900的影像光IL的光路不同。影像光IL沿着在体积全息150及挡风玻璃140中形成的影像光IL的光路，向驾驶员D传播。其结果，驾驶员D可以透过挡风玻璃140视觉认知屏幕125映射出的影像的虚像VI。另外，挡风玻璃140的周围的影像光IL的光路将在以后说明。
图1(B)是作为透过型的全息而发挥其功能的体积全息150的曝光光学系统160的概要图。利用图1(A)及图1(B)，对用于在体积全息150记录干涉条纹的光学系统(曝光光学系统160)进行说明。
曝光光学系统160包括接收具有与图1(A)所说明的激光光源110射出的激光LB相同的波长的激光RLB的半反射镜161。半反射镜161将激光RLB分割为物体光OL和参照光RL。
曝光光学系统160还包括接收物体光OL的透镜162和配置在透镜162和体积全息150之间的针孔板163。针孔板163上形成有小孔。
物体光OL从半反射镜161前往透镜162。透镜162向针孔板163的小孔聚光。其结果，通过针孔板163的物体光OL成为球面波。然后，物体光OL射入体积全息150的第1面151。
曝光光学系统160还包括将参照光RL朝向体积全息150偏向的折返镜164、接收来自折返镜164的参照光RL的透镜165、配置在透镜165和体积全息150之间的针孔板166。与物体光OL用的针孔板163同样，在针孔板166上形成有小孔。
参照光RL从半反射镜161前往折返镜164。折返镜164将参照光RL向透镜165偏向。透镜165向针孔板166的小孔聚光。其结果，通过了针孔板166的参照光RL成为球面波。
体积全息150如上所述，具有物体光OL射入的第1面151和在第1面151的相反侧的第2面152。与图33(A)所说明的曝光光学系统960不同，本实施例的曝光光学系统160设置折返镜164、透镜165及针孔板166，使曝光光学系统160的参照光RL射入体积全息150的第1面151。
由于射入体积全息150的第1面151的物体光OL及参照光RL的两光束干涉，干涉条纹被记录在体积全息150内。基于物体光OL及参照光RL的两光束干涉而被记录的干涉条纹作为第1干涉条纹而被例示。
与图32所说明的作为反射型全息而发挥其功能的体积全息950不同，本实施例的体积全息150所形成的干涉条纹允许光从第1面151向第2面152的传播。因此，本实施例的体积全息150作为透过型的全息而发挥其功能。
针孔板163相对于体积全息150被定位及角度设定，以使物体光OL通过的针孔板163的小孔的位置相当于图1所说明的HUD100的屏幕125的中央区域。在图1(A)中，从体积全息150到屏幕125的中央区域的距离用符号“L2”表示。如图1(B)所示，从针孔板163的小孔到体积全息150的距离也同样为“L2”。
针孔板166相对于体积全息150被定位及角度设定，以使参照光RL通过的针孔板166的小孔的位置相当于图1中说明的HUD100所形成的虚像VI的中央区域。在图1(A)中，从体积全息150到虚像VI的中央区域的距离用符号“L1”表示。如图1(B)所示，从针孔板166的小孔到体积全息150的距离也同样为“L1”。
在上述的曝光光学系统160的光学设定下，如果物体光OL及参照光RL照射体积全息150指定时间，则干涉条纹被记录在体积全息150。其结果，体积全息150如上所述，作为透过型的全息而发挥其功能。
作为体积全息，如果采用光聚合物，一般来说，在体积全息内会形成相位全息(干涉图案的一种)。作为体积全息，如果采用光聚合物，则典型的是，在曝光处理后进行紫外线的照射或热处理，完成干涉条纹的固定。在本实施例中，也可以采用光聚合物以外的材料用作体积全息。例如，作为体积全息所采用的材料，也可以使用照片用的感光材料(例如，卤化银)、热塑性塑料(thermoplastic)或光阻材料(photoresist)。取而代之，也可以采用可利用的其它材料作为体积全息。本实施例的原理并不限定作为体积全息可以采用的特定的材料。
图2概要地示出形成了允许影像光IL透过的干涉条纹的体积全息150中的影像光IL的光路。利用图2对挡风玻璃140周围的影像光IL的光路进行说明。
图2示出了HUD100的屏幕125及从屏幕125射出的影像光IL。影像光IL射入挡风玻璃140的内玻璃141。影像光IL接着透过内玻璃141并射入体积全息150的第1面151。另外，配置在挡风玻璃140中的体积全息150的第1面151(物体光OL及参照光RL射入的面)面对驾驶员D。
在体积全息150内形成的干涉条纹以指定的衍射角度衍射影像光IL，另一方面，允许影像光IL从第1面151向第2面152透过。因此，射入到体积全息150的影像光IL不是直接地朝向驾驶员D传播，而是朝向外玻璃142传播。在以下的说明中，将被体积全息150衍射的影像光称为衍射光DL。
图3概要地示出了图32至图35所说明的反射型体积全息950中的影像光IL的光路。利用图2和图3，对透过型体积全息150和反射型体积全息950之间的影像光IL的光路的差异进行说明。
在图3中，示出了HUD900的屏幕925及从屏幕925射出的影像光IL。从屏幕925射出的影像光IL射入挡风玻璃940的内玻璃941。影像光IL接着透过内玻璃941并射入体积全息950。
如上所述，因为体积全息950作为反射型全息而发挥其功能，所以，体积全息950中形成的干涉条纹将影像光IL直接地向驾驶员D衍射。
再次利用图1(A)至图2对透过体积全息150后的影像光IL的光路进行说明。
如上所述，被体积全息150衍射的衍射光DL前往外玻璃142的外面144。衍射光DL的一部分在外玻璃142的外面144被菲涅耳反射。被外面144反射的衍射光DL再次透过外玻璃142及体积全息150，最终从内玻璃141的内面143朝向驾驶员D射出。另外，从外玻璃142前往内玻璃141的衍射光DL的行进方向与图1(B)所说明的曝光工序的物体光OL及参照光RL的行进方向有很大的不同。因此，体积全息150几乎不衍射从外玻璃142前往内玻璃141的衍射光DL。在外玻璃142的外面144没有被菲涅耳反射的残留的衍射光DL沿着图2的虚线向车外射出。这样，即使在使用作为透过型的全息而发挥其功能的体积全息150的情况下，驾驶员D也能象以往的HUD900一样，能够观察投影在屏幕125上的影像的虚像VI。在本实施例中，外玻璃142的外面144作为菲涅耳反射影像光的界面被例示。
图4(A)概要地示出了曝光光学系统160的主光线的路径。利用图4(A)对组装了作为透过型的全息而发挥其功能的体积全息150的HUD100中产生的杂散光进行说明。
与HUD900一样，在HUD100也产生杂散光。图4(A)示出了针孔板163、166之后的光学系统。而且，为了便于理解杂散光的产生原理，在图4(A)只描画了物体光OL的主光线OMB及参照光RL的主光线RMB。
关于杂散光的产生原理，利用主光线OMB、RMB在以下进行说明。然而，杂散光的产生原理不仅适用于主光线OMB、RMB的干涉，而且只要是由两束光产生干涉(例如，在产生干涉的角度的允许范围内时或波长不同时)便同样适用。
如果光射入折射率与周围空间(空气)不同的透明物体，则在周围空间和透明物体的分界处光的一部分被菲涅耳反射。
在图4(A)中，与体积全息150的第1面151形成分界的空间称为“室内空间”。与体积全息150的第2面152形成分界的空间称为“室外空间”。
物体光OL的主光线OMB射入体积全息150的第1面151，然后，到达第2面152。主光线OMB的一部分，根据上述的原理被菲涅耳反射。其结果，产生主光线OMB的反射光OMR。
参照光RL的主光线RMB也同样，射入体积全息150的第1面151，然后到达第2面152。主光线RMB的一部分，根据上述原理被菲涅耳反射。其结果，产生主光线RMB的反射光RMR。
上述的菲涅耳反射的结果，有4种光线通过体积全息950。其结果，4种光线之间的干涉产生的干涉条纹被记录在体积全息950内。
在以下的说明中，将由物体光OL的主光线OMB和参照光RL的主光线RMB之间的干涉而形成的干涉条纹称为“干涉条纹1”。将由物体光OL的主光线OMB和主光线OMB的反射光OMR之间的干涉而形成的干涉条纹称为“干涉条纹2”。将由参照光RL的主光线RMB和主光线RMB的反射光RMR之间的干涉而形成的干涉条纹称为“干涉条纹3”。将由物体光OL的主光线OMB的反射光OMR和参照光RL的主光线RMB的反射光RMR之间的干涉而形成的干涉条纹称为“干涉条纹4”。将由物体光OL的主光线OMB和参照光RL的主光线RMB的反射光RMR之间的干涉而形成的干涉条纹称为“干涉条纹5”。将由参照光RL的主光线RMB和物体光OL的主光线OMB的反射光OMR之间的干涉而形成的干涉条纹称为“干涉条纹6”。
如上所述，在体积全息150内形成6种干涉条纹。另外，干涉条纹2至6与干涉条纹1相比，折射率的调制量较小。
体积全息150内形成的6种干涉条纹中有3种干涉条纹引起朝向驾驶员D的杂散光。成为杂散光的原因的干涉条纹为“干涉条纹1”、“干涉条纹3”以及“干涉条纹4”。
图4(B)概要地示出由干涉条纹1引起的杂散光。图5(A)概要地示出由干涉条纹3引起的杂散光。图5(B)概要地示出由干涉条纹4引起的杂散光。另外，图4(B)至图5(B)所示的体积全息150被组装到HUD100内。因此，图4(B)至图5(B)示出夹在内玻璃141和外玻璃142之间的体积全息150。假定将体积全息150组装到HUD100，虽然不存在物体光OL或参照光RL，但是，为了明确地说明杂散光的产生原理，图4(B)至图5(B)也概要地示出针孔板163、164之后的光学系统。
图4(B)概要地示出了由干涉条纹1引起的杂散光的产生原理。利用图4(B)来说明由干涉条纹1引起的杂散光。
外光射入外玻璃142。图4(B)示出了以与相对于内玻璃141的物体光OL的主光线OMB的入射角相等的入射角射入外玻璃142的外光成分SL1。外光成分SL1依次通过外玻璃142、体积全息150及内玻璃141而到达内玻璃141与室内空间的分界。外光成分SL1的一部分在内玻璃141的内面143与室内空间的分界被菲涅耳反射，再次朝向体积全息150。然后，外光成分SL1的一部分被记录在体积全息150中的干涉条纹1衍射。其结果，外光成分SL1的一部分沿着与参照光RL的主光线RMB相同的路径传播，被外玻璃142的外面144菲涅耳反射。最终，外光成分EC1的一部分向与参照光RL的主光线RMB的反射光RMR相同的方向射出。其结果，外光成分SL1的一部分作为杂散光被驾驶员D察觉。
图5(A)概要地示出由干涉条纹3引起的杂散光的产生原理。利用图5(A)对由干涉条纹3引起的杂散光进行说明。
从室内空间射入内玻璃141的外光也存在。图5(A)示出以与参照光RL的主光线RMB的入射角度相同的角度射入内玻璃141的外光成分SL3。外光成分SL3从室内空间射入内玻璃141。然后，外光成分SL3通过内玻璃141到达体积全息150。记录于体积全息150的干涉条纹3将外光成分SL3的一部分向与参照光RL的主光线RMB的反射光RMR相同的方向衍射。最终，外光成分SL3的一部分从内玻璃141向与参照光RL的主光线RMB的反射光RMR相同的方向射出。其结果，外光成分SL3作为杂散光被驾驶员D察觉。
图5(B)概要地示出由干涉条纹4引起的杂散光的产生原理。利用图5(B)对由干涉条纹4引起的杂散光进行说明。
图5(B)示出以与外玻璃142的外面144的物体光OL的主光线OMB的反射光OMR的反射角相同的角度射入外面144的外光成分SL4。外光成分SL4被干涉条纹4衍射，向与参照光RL的主光线RMB的反射光RMR相同的方向行进，从内玻璃被141射出。其结果，外光成分SL4作为杂散光被驾驶员D察觉。
(透视显示装置的效果)
以下说明作为第1实施例的透视显示装置而被例示的HUD100的效果。
本实施例的HUD100具备作为透过型的全息而发挥其功能的体积全息150。如图1(B)的说明所述，在用于向体积全息150记录干涉条纹的曝光工序中，参照光RL及物体光OL射入体积全息150的第1面151。由从该结果得到的体积全息150中的干涉条纹引起的杂散光的路径，与图32至图35所说明的作为反射型全息而发挥其功能的体积全息950的杂散光的产生路径相类似。
例如，如果将图5(B)和图35进行比较，可以得知由体积全息150中的干涉条纹4引起的杂散光的产生路径与由体积全息950中的干涉条纹6引起的杂散光的产生路径相类似。本实施例中所使用的体积全息150中的由干涉条纹4引起的杂散光(外光成分SL4)的亮度与体积全息950中的由干涉条纹6引起的杂散光(外光成分EC3)的亮度相比，可以大幅度地降低。
杂散光的亮度取决于所形成的干涉条纹的衍射效率。干涉条纹的衍射效率取决于记录干涉条纹时的两光束的光量。如果记录干涉条纹时的两光束的光量较高，被记录的干涉条纹的衍射效率就高。
体积全息950的干涉条纹6由参照光RL的主光线RMB和物体光OL的主光线OMB的反射光OMR这两光束之间的干涉而产生。另一方面，体积全息150的干涉条纹4由物体光OL的主光线OMB的反射光OMR和参照光RL的主光线RMB的反射光RMR之间的干涉而产生。即，由于体积全息150的干涉条纹4是由菲涅耳反射引起的反射光OMR、RMR这两光束而产生的，所以干涉条纹4是以比贡献给体积全息950的干涉条纹6记录的光线亮度低的光量而形成的。因此，本实施例的HUD100所使用的体积全息150的干涉条纹4与HUD900的体积全息950的干涉条纹6相比衍射效率降低。这样一来，若将在类似的路径产生的杂散光(外光成分SL4、外光成分EC3)进行比较，则与HUD900的杂散光(外光成分EC3)相比，HUD100的杂散光(外光成分SL4)的亮度变小。因此，HUD100与HUD900相比，可以显示容易视觉认知的高画质的影像。
例如，如果菲涅耳反射率为5％，体积全息150的干涉条纹4的衍射效率为体积全息950的干涉条纹6的衍射效率的1/20。因此，HUD100的杂散光(外光成分SL4)的亮度降低到HUD900的杂散光(外光成分EC3)的亮度的1/20。
(第2实施例)
图6是作为第2实施例所涉及的透视显示装置而例举的HUD100A的概要图。利用图6对HUD100A进行说明。而且，对与第1实施例说明的HUD100相同的要素赋予相同的符号。对与HUD100相同的要素，引用第1实施例的说明。
HUD100A与第1实施例的HUD100相同，具备激光光源110、投影光学系统120、控制部130、挡风玻璃140及体积全息150。本实施例的HUD100A还具备安装在挡风玻璃140的内面143的1/2波长板。
图7是HUD100A的挡风玻璃140的周围的概略性的放大图。利用图6及图7对HUD100A进一步进行说明。
安装在挡风玻璃140的内面143的1/2波长板145，使由于形成在体积全息150的干涉条纹1而作为杂散光被察觉的外光成分SL1的亮度降低。在本实施例中，1/2波长板145配置成横切朝向体积全息150的第1面151的影像光IL的光路。取而代之，1/2波长板145也可以配置成横切朝向体积全息150的第2面152的光路。外光成分SL1的亮度的降低原理(后述)可以适用于沿第1面151或第2面152配置的1/2波长板145。
P偏振光的反射率小于S偏振光的反射率。如果1/2波长板145不存在，则从室外空间射入的外光的S偏振光成分保持着S偏振光成分而成为杂散光。而且，P偏振光成分保持着P偏振光成分而成为杂散光。
在1/2波长板145存在的情况下，外光的S偏振光成分在1/2波长板145和空气之间的界面变成P偏振光。在1/2波长板145和空气之间的界面被菲涅耳反射的P偏振光成分，再次通过1/2波长板返回S偏振光成分。最终，S偏振光成分在从1/2波长板145向驾驶员D射出时被变换成P偏振光成分。
图8是概要表示入射角和反射率之间关系的图示。图8的图示示出了S偏振光成分和P偏振光成分的光学特性的差异。利用图7和图8，对由于形成在体积全息150的干涉条纹1而作为杂散光被察觉的外光成分SL1的透射率进行说明。
在外光成分SL的透射率的计算过程中，作为内玻璃141、外玻璃142及体积全息150的折射率，例如，可以使用值“1.5”。而且，作为物体光OL的主光线OMB射入内玻璃141的入射角度，可以使用值“45°”。作为记录在体积全息150的干涉条纹1的衍射效率可以使用值“50％”。作为偏转角(在体积全息150内，物体光OL的主光线OMB和参照光RL的主光线RMB之间的角度)可以使用值“5°”。
在上述的计算条件下，如果1/2波长板145不存在，则相对于入射光，以与参照光RL的主光线RMB的反射光RMR相同的朝向从内玻璃141射出的S偏振光的比例为“0.5％”。而且，P偏振光的比例，在相同条件下为“0％”。
上述S偏振光和P偏振光之间的射出光的比例的差异，起因于有关S偏振光和P偏振光之间的透射率及反射率的特性的差异。即，在外玻璃142和空气的界面S偏振光的透射率为91％，而在外玻璃142和空气的界面P偏振光的透射率为99％。在内玻璃141和空气的界面S偏振光的反射率为9.2％，而在内玻璃141和空气的界面P偏振光的反射率为0.85％。在外玻璃142和空气的界面S偏振光的反射率为14％，而在外玻璃142和空气的界面P偏振光的反射率为0.016％。在内玻璃141和空气的界面S偏振光的透射率为86％，而在内玻璃141和空气的界面P偏振光的透射率为100％。
在上述的计算条件下，如果1/2波长板145存在(参照图7)，则相对于入射光，以与参照光RL的主光线RMB的反射光RMR相同的朝向从内玻璃141射出的S偏振光的比例为0.046％。而且，P偏振光的比例，在相同条件下为0.001％。即，通过1/2波长板145，以与参照光RL的主光线RMB的反射光RMR相同的朝向从内玻璃141射出的总光量，被降低一位数以上。其原因在于在挡风玻璃140和空气的界面P偏振光成分的反射率比S偏振光成分的反射率小。
在1/2波长板145存在的情况下，射入外玻璃142的S偏振光成分及P偏振光成分都作为P偏振光成分被菲涅耳反射1次，其结果，它们的透射率被降低。因此，1/2波长板145使由于形成在体积全息150的干涉条纹1而作为杂散光被察觉的外光成分SL1的亮度降低。这样，HUD100B能够显示高画质的影像。
图7所示的1/2波长板145被安装在挡风玻璃140的内面143。取而代之，1/2波长板145也可以安装在体积全息150的第1面151和内玻璃141之间。进一步取而代之，1/2波长板145也可以安装在体积全息150的第2面152和外玻璃142之间。或者进一步取而代之，1/2波长板145也可以安装在挡风玻璃140的外面144。在如上所述的1/2波长板145的各种配置下，外光成分SL1的亮度都适宜地降低。
(第3实施例)
图9是作为第3实施例所涉及的透视显示装置所例举的HUD100B的概要图。利用图9对HUD100B进行说明。另外，对与第1实施例说明的HUD100相同的要素赋予相同的符号。对与HUD100相同的要素引用第1实施例的说明。
HUD100B与第1实施例的HUD100相同，具备激光光源110、投影光学系统120、控制部130、挡风玻璃140及体积全息150。本实施例的HUD100B还具备形成在挡风玻璃140的内面143的反射防止涂层。
图10是HUD100B的挡风玻璃140的周围的概略性的放大图。利用图10对HUD100B进一步进行说明。
挡风玻璃140的内面143上形成的反射防止涂层146使由于形成在体积全息150的干涉条纹1而作为杂散光被察觉的外光成分SL1的亮度降低。在本实施例中，反射防止涂层146抑制挡风玻璃140的内面143的菲涅耳反射。其结果，反射防止涂层146，使朝向体积全息150的第1面151的反射光降低。这样，HUD100B可以显示高画质的影像。
反射防止涂层146可以通过将TiO2的高折射材料和SiO2的低折射材料用真空蒸镀法涂敷多层或单层而形成。在本实施例中，反射防止涂层146形成在挡风玻璃140上。因此，反射防止涂层146可以大面积地形成。因此，反射防止涂层146可以含有树脂薄膜基材和涂敷在树脂薄膜基材上的以氟系单体材料为主要成分的涂液。可以将这样的湿涂敷(wet-coated)的反射防止涂层146粘贴在挡风玻璃140的内面143。而且，本实施例的原理并不受反射防止涂层146的种类或结构的限制。只要反射防止涂层146能够抑制指定波长的光的反射，就能够适宜地降低外光成分SL1的亮度。
(第4实施例)
图11是作为第4实施例所涉及的透视显示装置所例举的HUD100C的概要图。利用图11对HUD100C进行说明。另外，对与第3实施例说明的HUD100B相同的要素赋予相同的符号。对与HUD100B相同的要素，引用第3实施例的说明。
HUD100C与第3实施例的HUD100B相同，具备激光光源110、投影光学系统120、控制部130、挡风玻璃140及体积全息150。本实施例的HUD100C还具备形成在挡风玻璃140的内面143的反射防止结构体。
图12是HUD100C的挡风玻璃140的周围的概略性的放大图。利用图12对HUD100C进一步进行说明。
挡风玻璃140的内面143上形成的反射防止结构体147，使由于形成在体积全息150的干涉条纹1而作为杂散光被察觉的外光成分SL1的亮度降低。在本实施例中，反射防止结构体147抑制挡风玻璃140的内面143的菲涅耳反射。其结果，反射防止结构体147使朝向体积全息150的第1面151的反射光降低。这样，HUD100C可以显示高画质的影像。作为反射防止结构体147，可例示波长程度的大小的蛾眼结构(motheyestructure)。
(第5实施例)
图13是作为第5实施例所涉及的透视显示装置所例举的HUD100D的概要图。利用图13对HUD100D进行说明。而且，对与第1实施例说明的HUD100相同的要素赋予相同的符号。对与HUD100相同的要素引用第1实施例的说明。
HUD100D与第1实施例的HUD100相同，具备激光光源110、投影光学系统120、控制部130、挡风玻璃140及体积全息150。
图14是挡风玻璃140以及向挡风玻璃140投影影像光IL的投影光学系统120的概要图。利用图8、图13和图14，对降低由于记录在体积全息150的干涉条纹3而作为杂散光被察觉的外光成分SL3的亮度的方法进行说明。
图14示出了投影光学系统120的投影透镜124及屏幕125。HUD100D的投影光学系统120、激光光源110以及控制部130被收纳在车辆的仪表板170内。仪表板170配置在内玻璃141和屏幕125之间。在本实施例中，仪表板170作为HUD100D的一部分被使用。
HUD100D还具备安装于配置在内玻璃141和屏幕125之间的仪表板170的覆盖玻璃171。在图14中，用虚线表示将用于在体积全息150中记录干涉条纹的物体光OL的主光线OMB及参照光RL的主光线RMB的光路向室内延长的光路线K1(物体光)以及光路线K2(参照光)。
在仪表板170上形成允许来自投影光学系统120影像光IL通过的开口部。覆盖仪表板170开口部的覆盖玻璃171防止灰尘通过开口部流入仪表板170内。
体积全息150的干涉条纹，如图4(A)所说明的那样，通过让参照光RL和物体光OL这两光束从下方照射而形成。此时，如果参照光RL过度接近物体光OL，会产生杂散光(外光成分SL3)。以下，对外光成分SL3的杂散光的产生原理进行说明。
例如，来自室外的太阳光等外光(外光成分SL3)被覆盖玻璃171的表面正反射。如果覆盖玻璃171及投影光学系统120所使用的光学部件存在于参照光RL的主光线RMB的光路线K2上，且，被覆盖玻璃171的表面反射的光的反射角度与参照光RL的主光线RMB的角度一致，则外光沿图14的虚线所示的光路被传播，最终，被驾驶员D视觉认知。
具有以波长以下的面精度在整个面被加工完成的表面的覆盖玻璃171适于显示高画质的影像。然而，这样的覆盖玻璃171几乎不产生在表面的光学损失(例如，扩散)，正反射外光(外光成分SL3)。其结果，如果覆盖玻璃171及投影光学系统120所使用的光学部件存在于参照光RL的主光线RMB的光路线K2上，则外光成分SL3作为杂散光容易被驾驶员D察觉。
如图14所示，在本实施例中，覆盖玻璃171及投影光学系统120不存在于参照光RL的主光线RMB的光路线K2上。因此，与参照光RL的主光线RMB的角度一致的外光(外光成SL3)不容易产生。这样一来，驾驶员D很难察觉到由于体积全息150的干涉条纹3所引起的杂散光(外光成分SL3)。
仪表板170典型的是利用深色的材料来形成。而且，在仪表板170表面实施消光处理。进而，仪表板170的表面还具有粗糙的表面粗糙度。在本实施例的光学设计中，如图14所示，参照光RL的主光线RMB的光路线K2与仪表板170交叉。由于仪表板170的上述特性(光扩散功能)有助于大幅度地降低向参照光RL的主光线RMB的光轴方向反射的光量，所以驾驶员D不容易察觉由于体积全息150的干涉条纹3引起的杂散光(外光成分SL3)。在本实施例中，仪表板170作为光扩散体而被例示。
另外，HUD100D也可以具备配置在参照光RL的主光线RMB的光路线K2上的其它的光扩散体来取代仪表板170。只要光能够在参照光RL的主光线RMB的光路线K2上被扩散，由干涉条纹3引起的杂散光(外光成分SL3)就不容易被察觉。
(第6实施例)
图15是概要地说明在体积全息中形成干涉条纹的其它的方法的图。利用图15，对在体积全息中形成干涉条纹的其它的方法进行说明。另外，第6实施例说明的体积全息，可以替代第1实施例至第5实施例的HUD100至100D的体积全息150，适当地进行利用。
图15示出了体积全息150A。当体积全息150A由参照光RL及物体光OL曝光时，在体积全息150A的第2面152安装1/4波长板180。
射入体积全息150A的第1面151的物体光OL及参照光RL向与图15的纸面相垂直的方向偏振。即，物体光OL及参照光RL都以S偏振光射入第1面151。其结果，体积全息150A可以降低上述干涉条纹3引起的杂散光(外光成分SL3)。
为了便于理解杂散光的产生原理，在图15中，只描述了物体光OL的主光线OMB及参照光RL的主光线RMB。
关于杂散光的产生原理，利用主光线OMB、RMB在以下进行说明。而且，主光线OMB、RMB与第1实施例一样，通过针孔板，一边扩散一边射入体积全息150A(参照图1(B))。然而，杂散光的产生原理，不仅适用于主光线OMB、RMB的干涉，而且只要是由两光束产生干涉(例如，在产生干涉的角度的允许范围内的情况下或波长不同的情况下)，同样能够适用。
以S偏振射入体积全息150A的射入面的物体光OL的主光线OMB射入体积全息150A的第1面151。然后，物体光OL的主光线OMB透过体积全息150A，射入1/4波长板180。
物体光OL的主光线OMB透过1/4波长板180，到达1/4波长板180与空气的界面。在1/4波长板180与空气的界面，物体光OL的主光线OMB的一部分被菲涅耳反射，成为物体光OL的主光线OMB的反射光OMR。反射光OMR与主光线OMB相反朝第1面151行进。在1/4波长板180与空气的界面，剩下的物体光OL的主光线OMB透过1/4波长板180而释放到空气中。
物体光OL的主光线OMB往返1/4波长板180的结果，使物体光OL的主光线OMB的反射光OMR成为P偏振光。因此，物体光OL的主光线OMB的反射光OMR以P偏振直接从体积全息150A向空气中射出。
参照光RL的主光线RMB也如上所述，以S偏振射入体积全息150A。然后，参照光RL的主光线RMB透过体积全息150A，射入1/4波长板180。参照光RL的主光线RMB透过1/4波长板180，到达1/4波长板180与空气的界面。在1/4波长板180与空气的界面，参照光RL的主光线RMB的一部分被菲涅耳反射，成为参照光RL的主光线RMB的反射光RMR。反射光RMR与主光线RMB相反向第1面151行进。在1/4波长板180与空气的界面，剩下的参照光RL的主光线RMB透过1/4波长板180而释放到空气中。
参照光RL的主光线RMB往返1/4波长板180的结果，使参照光RL的主光线RMB的反射光RMR成为P偏振光。因此，参照光RL的主光线RMB的反射光RMR以P偏振直接从体积全息150A向空气中射出。
一般情况下，P偏振光与S偏振光不互相干涉。因此，在体积全息150A内不会产生上述的干涉条纹2、干涉条纹3、干涉条纹5及干涉条纹6。因此，不容易产生由干涉条纹3引起的杂散光(外光成分SL3)。
也可以在体积全息150A的第2面152配置反射防止涂层来取代1/4波长板180。其结果，物体光OL的主光线OMB的反射光OMR与参照光RL的主光线RMB的反射光RMR之间不容易产生干涉。因此，不容易产生由干涉条纹4引起的杂散光(外光成分SL4)(参照图5(B))。
在本实施例中，用于在体积全息150A记录干涉条纹的参照光RL的主光线RMB及物体光OL的主光线OMB相对于射入面都为S偏振光。取而代之，也可以是参照光RL的主光线RMB及物体光OL的主光线OMB相对于射入面都为P偏振光。此时，参照光RL的主光线RMB的反射光RMR及物体光OL的主光线OMB的反射光RMR都是S偏振光。
(第7实施例)
图16(A)是作为第7实施例所涉及的透视显示装置所例举的HUD200的概要图。利用图16(A)对HUD200进行说明。而且，对与第1实施例说明的HUD100相同的要素赋予相同的符号。对与HUD100相同的要素，引用第1实施例的说明。
HUD200与第1实施例的HUD100同样，具备射出激光LB的激光光源110。HUD200还具备基于激光LB生成影像光IL的投影光学系统220。
投影光学系统220包括接收来自激光光源110的激光LB的MEMS镜223，接收来自MEMS镜223的激光LB的屏幕225。MEMS镜223使激光LB扫描，在屏幕225上形成影像。其结果，从屏幕225射出影像光IL。
HUD200还包括控制部230。控制部230控制激光光源110和MEMS镜223。其结果，生成用于显示期望影像的影像光IL。
与第1实施例的HUD100同样，本实施例的HUD200也装载在车辆上。车辆的驾驶员D观察来自HUD200的影像。然而，与第1实施例的HUD100不同，本实施例的HUD200从驾驶员D的上方投影影像光IL。
如上所述，从激光光源110射出的激光LB通过MEMS镜223进行扫描，照明屏幕225。MEMS镜223及激光光源110与控制部230电连接。控制部230根据与所显示的影像相对应的图像信息，控制MEMS镜223的扫描时机及激光的强度。在控制部230的控制下，对应于MEMS镜223的扫描时机，激光LB的强度得以调制，其结果，形成投影于屏幕225的影像。
与第1实施例的HUD100同样，车辆挡风玻璃140作为HUD200的一部分被利用。HUD200还包括配置在挡风玻璃140的内玻璃141及外玻璃142之间的体积全息250。体积全息250与第1实施例所说明的体积全息150同样，作为透过型的全息而发挥其功能。但是，体积全息250的衍射角与第1实施例所说明的体积全息150衍射角不同。因此，用于在体积全息250记录干涉条纹的曝光光学系统的配置，与应用于第1实施例所说明的体积全息150的曝光光学系统有所不同。
图16(B)是表示应用于体积全息250的曝光光学系统260的概要图。利用图16(A)和图16(B)，对应用于体积全息250的曝光光学系统260进行说明。
曝光光学系统260具备将物体光OL整形为球面波的针孔板263。在针孔板263上形成有小孔。物体光OL通过针孔板263的小孔，照射体积全息250的第1面151。另外，在图16(B)中，示出了照射体积全息250的物体光OL的主光线OMB。
屏幕225的中央区域与体积全息250隔开“距离L2”而配置。针孔板263的小孔也是同样，与体积全息250隔开“距离L2”配置针孔板263。而且，针孔板263被设置成让物体光OL以与HUD200的影像光IL相同的角度射入体积全息250。
曝光光学系统260还具备将参照光RL整形为球面波的针孔板266。在针孔板266上形成有小孔。参照光RL通过针孔板266的小孔，照射体积全息250的第1面151。另外，在图16(B)中，示出了照射体积全息250的参照光RL的主光线RMB。
如图16(A)所示，驾驶员D所观察的虚像VI的中央区域与体积全息250隔开“距离L1”而配置。针孔板266的小孔也是同样，与体积全息250隔开“距离L1”配置针孔板266。
在图16(B)中，示出了与体积全息250的第1面151垂直的垂面PP(在主光线OMB、RMB的交点处的垂面PP)。在以下的说明中，将向垂面PP的上方(驾驶员D)倾斜的角度称为正(+)侧(正的角度)。将向垂面PP的下方倾斜的相反侧角度称为负(一)侧(负的角度)。
在应用于第1实施例所说明的体积全息150的曝光光学系统160(参照图2)中，物体光OL的主光线OMB及参照光RL的主光线RMB都是以负的角度射入。而且，物体光OL的主光线OMB的反射光OMR及参照光RL的主光线RMB的反射光RMR都是以正的角度射出。
与第1实施例不同，在应用于体积全息250的曝光光学系统260中，物体光OL的主光线OMB以正的角度射入体积全息250。另一方面，参照光RL的主光线RMB以负的角度射入体积全息250。物体光OL的主光线OMB的反射光OMR以负的角度从体积全息250射出。另一方面，参照光RL的主光线RMB的反射光RMR以正的角度从体积全息250射出。
图17概略地示出了挡风玻璃140周围的光路。图16(A)和图16(B)所说明的光学设计有助于多重影像的降低。利用图17对多重影像的降低效果进行说明。
影像光IL从屏幕225射出后，射入挡风玻璃140的内玻璃141。挡风玻璃140的内面143菲涅耳反射影像光IL的一部分。图17示出了挡风玻璃140的内面143的影像光IL的菲涅耳反射光(表面反射光ILR1)。表面反射光ILR1在图16(B)的定义下，朝负的方向行进。因此，驾驶员D几乎察觉不到表面反射光ILR1。
影像光IL进入内玻璃141中，并射入体积全息250。影像光IL的一部分通过在体积全息250内形成的干涉条纹被衍射，成为衍射光DL。剩下的影像光IL不被衍射而直进。其结果，剩下的影像光IL到达挡风玻璃140的外面144。
挡风玻璃140的外面144菲涅耳反射影像光IL的一部分。图17示出了被挡风玻璃140的外面144反射的背面反射光ILR2。背面反射光ILR2最终透过内玻璃141从挡风玻璃140的内面143射出。背面反射光ILR2与表面反射光ILR1同样，朝负的方向行进。驾驶员D几乎察觉不到背面反射光ILR2。因此，HUD200几乎不产生多重影像，能够显示高画质的影像。
如图16(B)所说明的那样，通过以负的角度射入的参照光RL和以正的角度射入的物体光OL，体积全息250的干涉条纹被记录。因此，如图17所示，体积全息250中的干涉条纹与第1面151和/或第2面152呈大致垂直。
体积全息250伴随体积全息250的温度变化，在厚度方向容易膨胀或收缩，而在其它的方向的尺寸变化几乎不会发生。如上所述，体积全息250中的干涉条纹由于相对于第1面151和/或第2面152成为大致垂直，所以干涉条纹的间隔不容易受到体积全息250的温度变化的影响。因此，体积全息250的衍射特性不容易受到周围的温度变化的影响。其结果，HUD200不易引起由于温度变化所带来的亮度变动或图像位置的变动。因此，HUD200具有较高的信赖性。
参照图16(B)可以明显地看出，与第5实施例所说明的HUD100D同样，投影影像光IL的投影光学系统220不处在参照光RL的主光线RMB的光路上。因此，按照对第5实施例所说明的原理，能够适宜地抑制杂散光(外光成分SL3：参照图14)。而且，如果在参照光RL的主光线RMB的光轴上配置仪表板等光扩散体，则能进一步降低杂散光。因此，HUD200能够显示高画质的影像。
在本实施例中，物体光OL的主光线OMB及参照光RL主光线OMB与第1实施例相同，射入体积全息250的第1面151。因此，与第1实施例同样，能降低由通过物体光OL的主光线OMB的反射光OMR与参照光RL的主光线OMB的反射光RMR而记录的干涉条纹4所引起的杂散光。
本实施例的HUD200也可以应用第2实施例所说明的原理。如果在挡风玻璃140的内面143、在内玻璃141与体积全息250的第1面151的界面、在体积全息250的第2面152与外玻璃142的界面或挡风玻璃140的外面144配置1/2波长板，根据第2实施例的原理，杂散光(外光成分SL1)能适宜地降低。
本实施例的HUD200也可以应用第3实施例所说明的原理。如果在挡风玻璃140的内面143安装反射防止涂层替代1/2波長板，根据第3实施例的原理，杂散光(外光成分SL1)能适宜地降低。
本实施例的HUD200也可以应用第6实施例所说明的原理。在对图16(B)所说明的体积全息250进行曝光处理时，也可以在体积全息250的第2面152安装1/4波长板(未图示)。如果射入体积全息250的参照光RL及物体光OL都被偏振成S偏振光或P偏振光，按照第6实施例的原理，不容易产生由干涉条纹4引起的杂散光(外光成分SL4)(参照图5(B))。
(第8实施例)
图18(A)是作为第8实施例所涉及的透视显示装置所例举的HUD300的概要图。利用图18(A)对HUD300进行说明。而且，对与第1实施例所说明的HUD100相同的要素赋予相同的符号。对与HUD100相同的要素，引用第1实施例的说明。
HUD30与第1实施例的HUD100同样，具备激光光源110、投影光学系统120、控制部130及挡风玻璃140。HUD300还具备配置在挡风玻璃140的内玻璃141及外玻璃142之间的体积全息350。体积全息350使从挡风玻璃140向室内空间射出的影像光IL的射出角θout大于射入挡风玻璃140的影像光IL的入射角θin。
图18(B)是作为透过型的全息而发挥其功能的体积全息350的曝光光学系统360的概要图。利用图18(A)及图18(B)对用于在体积全息350记录干涉条纹的光学系统进行说明。
曝光光学系统360包括接收具有与激光光源110射出的激光LB相同的波长的激光RLB的半反射镜361。半反射镜361将激光RLB分割为物体光OL和参照光RL。
曝光光学系统360还具备接收物体光OL的透镜362和配置在透镜362和体积全息350之间的针孔板363。在针孔板363上形成有小孔。
物体光OL从半反射镜361前往透镜362。透镜362向针孔板363的小孔聚光。其结果，通过针孔板363的物体光OL成为球面波。然后，物体光OL射入体积全息350的第1面151。
曝光光学系统360还具备将参照光RL向体积全息350偏向的折返镜364、接收来自折返镜364的参照光RL的透镜365、配置在透镜365和体积全息350之间的针孔板366。与物体光OL用的针孔板363同样，在针孔板366上形成有小孔。
参照光RL从半反射镜361前往折返镜364。折返镜364将参照光RL向透镜365偏向。透镜365向针孔板366的小孔聚光。其结果，通过针孔板366的参照光RL成为球面波。
针孔板363相对于体积全息350被定位及角度设定，以使物体光OL通过的针孔板363的小孔的位置相当于HUD300的屏幕125的中央区域。在图18(A)中，从体积全息350到屏幕125的中央区域的距离用符号“L2”表示。如图18(B)所示，从针孔板363的小孔到体积全息350的距离也同样为“L2”。
针孔板366相对于体积全息350被定位及角度设定，以使参照光RL通过的针孔板366的小孔的位置相当于图18(A)所说明的HUD300所形成的虚像VI的中央区域。在图18(A)中，从体积全息350到虚像VI的中央区域的距离用符号“L1”表示。如图18(B)所示，从针孔板366的小孔到体积全息350的距离也同样为“L1”。
上述的曝光光学系统360的设定与图1(B)所说明的曝光光学系统160相同。然而，为了使影像光IL的射出角θout大于影像光IL的入射角θin，在体积全息350的曝光处理时，相对于体积全息350的参照光RL的入射角被设定得大于相对于体积全息350的物体光OL的入射角。在此，相对于体积全息350的入射角是指相对于体积全息350的第1面151或第2面152的垂线PL的倾斜角。
图19概略地示出了挡风玻璃140的周围的影像光IL的光路。利用图18(A)和图19对挡风玻璃140周围的影像光IL的光路进行说明。
图19示出了HUD300的屏幕125及从屏幕125射出的影像光IL。影像光IL射入挡风玻璃140的内玻璃141。影像光IL接着透过内玻璃141并射入体积全息350的第1面151。
在体积全息350内形成的干涉条纹以指定的衍射角度衍射影像光IL，另一方面，允许影像光IL从第1面151向第2面152透过。因此，射入体积全息150的影像光IL不是直接朝向驾驶员D传播，而是朝向外玻璃142传播。图19示出了由体积全息350的衍射而得到的衍射光DL。图19所示的衍射光DL与图2所示的衍射光DL同样，被挡风玻璃140的外面144菲涅耳反射，朝向驾驶员D传播。其结果，驾驶员D通过衍射光DL，能够观察与形成在屏幕125的影像对应的虚像VI。在本实施例中，挡风玻璃140的外面144作为界面被例示。
未被体积全息350衍射而通过了体积全息350及外玻璃142的影像光IL，如图19所示到达挡风玻璃140的外面144。到达挡风玻璃140的外面144的影像光IL的一部分被菲涅耳反射成为背面反射光ILR2。在本实施例中，到达挡风玻璃140的外面144的影像光IL相对于外面144为S偏振光(即，相对于图19的纸面为垂直方向的单一偏振光)。此时，挡风玻璃140的外面144的衍射光DL的反射率大于背面反射光ILR2的反射率。
图20是概要性表示S偏振光的反射率的角度依赖性的图示。利用图19和图20，对挡风玻璃140周围的影像光IL的特性进行说明。
如图20所示，S偏振光的反射率随着入射角的增大而增高。因此，如上所述，挡风玻璃140的外面144的衍射光DL的反射率大于背面反射光ILR2的反射率。
图20示出了从折射率为1.5的透明物质射向折射率为1的真空中的光的反射率。图20的图示的横轴表示入射角。另外，相对于透明物质和真空之间的界面的垂线表示为0°的入射角。例如，对于20°的入射角能得到大约5.9％的反射率。对于30°的入射角能得到大约10.6％的反射率。对于约41％以上的入射角能得到全反射(反射率为100％)。
在具备作为透过型全息而发挥功能的体积全息350的HUD300中，如果将S偏振的影像光IL射入挡风玻璃140，并且，设定来自挡风玻璃140的外面144的影像光IL的射出角θout大于朝向挡风玻璃140的内面143的影像光IL的入射角θin，则衍射光DL的菲涅耳反射率大于背面反射光的反射率ILR2。其结果，被驾驶员D观察的衍射光DL光量比背面反射光ILR2大。这样，HUD300可以显示多重像较少的高画质的影像。
在本实施例中，射入挡风玻璃140的影像光IL的偏振方向为S偏振。取而代之，如果到达挡风玻璃140的外面144的影像光IL为S偏振光，则影像光IL在挡风玻璃140的内面143以前也可以不是S偏振光。
图21是表示透射率的角度依赖性的图示。利用图21对挡风玻璃140周围的影像光IL的特性进一步进行说明。
如图21所示，一般情况下，在空气和透明物质之间的界面，从空气向透明物质射入的P偏振光的透射率大于S偏振光的透射率。另外，图21示出从折射率为1的真空空间向折射率为1.5的透明物质射入时的光的透射率。图21的图示的横轴表示入射角，纵轴表示透射率。图21的图示示出S偏振光和P偏振光的光学特性。
从图21所示的图示可知，与使S偏振的影像光IL射入挡风玻璃140相比，使P偏振的影像光IL射入挡风玻璃140时光量的损失减小。而且，P偏振光向挡风玻璃140的射入，与S偏振光向挡风玻璃140的射入相比，更适于降低由于在挡风玻璃140的表面的反射所引起的多重光。
图22(A)是按照上述的原理所改良的HUD300A的概要图。利用图22(A)对HUD300A进行说明。而且，HUD300A与上述的HUD300同样，具备激光光源110、投影光学系统120及控制部130。图22(A)示出了屏幕125、挡风玻璃140及配置在挡风玻璃140中的体积全息350。
HUD300A除了具备激光光源110、投影光学系统120、控制部130、挡风玻璃140以及体积全息350以外，还具备安装在内玻璃141的内面143的1/2波长板145。从屏幕125射出的影像光IL以P偏振光射入1/2波长板145与室内空间的界面。其结果，与以S偏振光射入1/2波长板145与室内空间的界面的影像光IL相比，表面反射光ILR1被大幅度地抑制。因此，HUD300A能够显示多重影像较少的高画质的影像。
通过1/2波长板145并射入内玻璃141的影像光IL变成S偏振光。因此，如对HUD300所说明的那样，能够降低因背面反射光ILR2引起的多重影像。
通过挡风玻璃140的外面144被菲涅耳反射的衍射光DL，透过1/2波长板145朝向驾驶员D射出。从1/2波长板145射出的衍射光DL由于是P偏振光，因此在1/2波长板145与室内空间之间的界面的反射损失较小。因此，衍射光DL的亮度变高。因而HUD300A能显示高亮度的影像。
如果将影像光IL相对于1/2波长板145的入射角设定成布鲁斯特角(在图22(A)为约54°)或其附近，P偏振光的反射率大约为0％。其结果，HUD300A能够显示因表面反射引起的多重影像非常少的高画质的影像。
图22(B)是被改良的HUD300B的概要图。利用图22(B)对被改良的HUD300B进行说明。而且，HUD300B与上述的HUD300A同样，具备激光光源110、投影光学系统120及控制部130。图22(B)示出了屏幕125、挡风玻璃140及配置在挡风玻璃140中的体积全息350。
HUD300B除了具备激光光源110、投影光学系统120、控制部130、挡风玻璃140以及体积全息350以外，还具备安装在内玻璃141的内面143的反射防止涂层146。即，HUD300B具备抑制射出的影像光IL朝向体积全息350的第1面151的反射的反射防止涂层146来替代HUD300A的1/2波长板145。反射防止涂层146与影像光IL相对于反射防止涂层146的入射角无关地抑制在空气和反射防止涂层146之间的反射。因此，HUD300B能够显示因表面反射光ILR1引起的多重影像非常少的高画质的影像。而且，按照对第4实施例说明的原理，也可以在挡风玻璃140的内面143形成反射防止结构体来替代反射防止涂层。
另外，HUD300A、300B的体积全息350的衍射效率(影像光IL被衍射成衍射光DL的比例)最好在50％以上。其结果，由于衍射光DL的光量大于背面反射光ILR2的光量，所以HUD300A、300B能够显示因表面反射光ILR2引起的多重影像非常少的高画质的影像。
(第9实施例)
(透视显示装置的结构)
图23是作为第9实施例所涉及的透视显示装置所例举的HMD400的概要图。利用图23对HMD400进行说明。另外，HMD400应用在第1实施例至第8实施例中说明的原理。对与第1实施例至第8实施例所说明的要素相同的要素赋予相同的符号。对与第1实施例至第8实施例所说明的要素相同的要素，引用第1实施例至第8实施例的说明。
HMD400具备射出激光LB的激光光源410和基于激光LB生成影像光IL的投影光学系统420。投影光学系统420包括接收来自激光光源410的激光LB的折返镜421和接收来自折返镜421的激光LB的MEMS镜423。
HMD400还具备透明的树脂基板440、安装于树脂基板440的体积全息450以及保护体积全息450的保护层490。在体积全息450的第1面151安装保护层490。在体积全息450的第2面152安装树脂基板440。
HMD400还具备控制部430。控制部430控制激光光源410和MEMS镜423。
从激光光源410射出的激光LB射向折返镜421。折返镜421将激光LB向MEMS镜423反射。激光LB通过MEMS镜423被2维扫描，作为影像光IL射出。
控制部430根据显示对象的图像数据，驱动MEMS镜423。而且，控制部430与MEMS镜423的扫描动作同步驱动激光光源410，来调整激光LB的光量。其结果，2维图像通过MEMS镜423射出的影像光IL而形成。
在体积全息450中，例如，按照对图1(B)所说明的原理，干涉条纹通过两光束的干涉而被记录。因此，体积全息450作为透过型的全息而发挥其功能。如上所述，体积全息450被设置在树脂基板440上。而且，体积全息450的第1面151由保护层490覆盖。
为了记录透过型的干涉条纹，例如，按照图18(A)和图18(B)所说明的原理，参照光RL及物体光OL射入体积全息450的第1面151。此时，设定射向体积全息的参照光的入射角大于物体光的入射角，以使射向体积全息450的激光LB的射出角θout大于入射角θin。
通过MEMS镜423而被扫描的影像光IL的一部分，典型的是在保护层490的表面被菲涅耳反射为表面反射光ILR。剩下的影像光IL透过保护层490射入体积全息450。
射入体积全息450的影像光IL被记录在体积全息450中的干涉条纹衍射。其结果，产生衍射光DL。另外，由于形成在体积全息450的干涉条纹为透过型，所以射入体积全息450的影像光IL从第1面151朝向第2面152透过。
树脂基板440具有在与体积全息450的界面的相反侧的外面444(树脂基板440和空气的界面)。衍射光DL透过树脂基板440到达外面444。树脂基板440的外面444菲涅耳反射衍射光DL。其结果，衍射光DL被折返向观察者O。在被外面444菲涅耳反射然后，衍射光DL透过体积全息450及保护层490到达观察者O的眼睛。在本实施例中，树脂基板440作为透明基板被例示。而且，树脂基板440的外面444作为界面被例示。
未被体积全息450衍射的影像光IL在树脂基板440的外面444被菲涅耳反射，作为背面反射光ILR2朝向观察者O折返。背面反射光ILR2透过体积全息450，最后从保护层490射出。
影像光IL的偏振方向被调整，以便使射入树脂基板440的外面444(树脂基板440和空气之间的界面)的影像光IL的偏振方向为S偏振。其结果，按照第8实施例中所说明的原理，在激光LB的射出角θout大于入射角θin的设定条件下，树脂基板440的外面444的衍射光DL的菲涅耳反射率大于背面反射光ILR2的反射率。因此，HMD400能够显示因背面反射光ILR2引起的多重影像较少的高画质的影像。
另外，按照在第2实施例中所说明的原理，也可以配置1/2波长板来替代保护层490。而且，也可以调整影像光IL使射入1/2波長板的影像光的偏振方向为P偏振。其结果，HMD400能够显示表面反射光ILR1的光量被降低的高画质的影像。
按照第3实施例或第4实施例中所说明的原理，也可以利用反射防止涂层或反射防止结构体来替代保护层490。其结果，与影像光IL朝向反射防止涂层或反射防止结构的入射角无关，在与空气的界面的反射率得以降低。因此，HMD能够显示因表面反射光ILR1引起的多重影像较少的高画质的影像。
按照第8实施例中所说明的原理，体积全息450的衍射效率(影像光IL被衍射成衍射光DL的比例)可以在50％以上。其结果，衍射光DL的光量比背面反射光ILR2的光量高。于是，HMD400能够显示因背面反射光ILR2引起的多重影像的影响较少的高画质的影像。
在第1至第9实施例中，透视显示装置(HUD、HMD)具有单一的激光光源。取而代之，透视显示装置也可以具备不同波长的多个激光光源。此时，透视显示装置的体积全息被与来自激光光源的激光相对应的波长的光多重曝光。
例如，透视显示装置可以具备射出红色的激光的红色激光光源、射出绿色的激光的绿色激光光源、射出蓝色的激光的蓝色激光光源作为光源。透视显示装置的体积全息被与红色、绿色及蓝色的激光相对应的波长的光多重曝光。其结果，在透视显示装置中形成专门衍射红色、绿色及蓝色的激光的干涉条纹。其结果，透视显示装置(HUD、HMD)能够显示全彩色的影像。
在第1至第9实施例中，透视显示装置(HUD、HMD)具备体积全息。取而代之，透视显示装置也可以具备体积全息以外的全息。例如，透视显示装置可以具备浮雕全息(reliefhologram)来替代体积全息。利用浮雕全息的透视显示装置也适于应用第1至第9实施例所说明的原理。进一步取而代之，透视显示装置也可以具备计算机全息来替代体积全息。利用计算机全息的透视显示装置同样也适于应用第1至第9实施例所说明的原理。
(第10实施例)
上述的第1至第9实施例中所说明的原理，与以往的透视显示装置相比，能大幅度地降低杂散光。然而，在第1至第9实施例中所说明的原理，不适合降低因以特定的角度射入的外光成分引起的杂散光。
图24概略地示出了用第1至第9实施例所说明的原理无法除去的杂散光的产生原理。利用图24对第1至第9实施例的原理所存在的问题进行说明。
图24示出了射出影像光IL的射出单元IU和接收影像光IL的体积全息HG。影像光IL相对于体积全息HG的第1面FS向负的方向倾斜角度θ。
图24示出射入体积全息HG的第2面SS(第1面FS的相反侧的面)的外光成分SL。外光成分SL相对于第2面SS，与影像光IL同样向负的方向倾斜角度θ。这样的外光成分SL所引起的杂散光，用上述第1至第9实施例所说明的原理无法充分地除去。
特开平7-96772号公报提出了可以解除上述问题的HUD。图25是特开平7-96772号公报所公开的HUD的概要图。利用图25对以往的HUD的光学设计进行说明。
以往的HUD具备射出影像光IL的射出单元IU。射出单元IU具备称为液晶面板的空间调制元件(未图示)和照明空间调制元件的称为背光灯的照明光学系统(未图示)。由空间调制元件及照明光学系统形成的的影像光IL从射出单元IU向车辆挡风玻璃FG射出。
挡风玻璃FG包括面对驾驶员D的内玻璃IG、配置在内玻璃IG的相反侧的外玻璃OG以及配置在内玻璃IG和外玻璃OG之间的中间玻璃MG。
以往的HUD还具备配置在内玻璃IG和中间玻璃MG之间的第1全息HG1和配置在中间玻璃MG和外玻璃OG之间的第2全息HG2。
来自射出单元IU的影像光IL射入内玻璃IG，然后到达第1全息HG1。第1全息HG1将影像光IL向驾驶员D衍射。第1全息HG1的光栅的方向可适当地设计。第1全息HG1也可以发挥聚光作用。其结果，由射出单元IU内的空间调制元件显示的像被放大。这样，驾驶员D可以将由空间调制元件显示的像的放大像作为挡风玻璃FG前方的虚像VI来观察。
射出单元IU的光学系统最好具备与灯光源或发光二极管相比波长的幅度小的半导体激光光源。其结果，第1全息HG1的衍射效率增高。因此，HUD能够达到高光利用效率和低电力消耗。
第1全息HG1专门用于将影像光IL向驾驶员D衍射。另一方面，第2全息HG2用于将从室外空间射入的外光向室外空间反射。第2全息HG2由于反射外光，所以也可以适宜地除去用上述第1至第9实施例所说明的体积全息难以除去的外光成分SL。然而，第2全息HG2与第1全息HG1分别形成。然后，使第2全息HG2在挡风玻璃FG内与第1全息HG1重合。因此，图25所示的光学设计要求第1全息HG1和第2全息HG2的光学对位。因此，以往的HUD的制作工序繁杂。
为了简便地制作HUD，使用可以兼备第1全息HG1的功能(影像显示功能)和第2全息HG2的功能(外光除去功能)的全息为宜。如果对一张全息进行多重曝光处理，则能制作兼备影像显示功能和外光除去功能的全息。然而，对一张全息进行多重曝光的工序存在一些问题。以下，对多重曝光所存在的问题进行说明。
体积全息的特征在于具有波长选择性和角度选择性。由于体积全息的这些特性，体积全息能以高效率衍射影像光，且确保外光的透射率。
如果将体积全息组装到HUD，则在HUD的光学设计中，需要考虑观察者的视点的移动量、伴随屏幕位置的变动的入射角的变动、用于吸收光源波长的变动的角度范围或允许波长变动的其它的要素。薄型体积全息对波长变动具有较高的允许度，另一方面，具有较低的衍射效率。体积全息的衍射效率随折射率调制度的增高而变高。波长变动的允许度随体积全息的衍射角减小而变宽。基于这些条件，可适当地决定体积全息的厚度、折射率调制度、衍射角。其结果，HUD能够以足够的亮度显示影像，且不容易受波长变动的影响。
图26是具备体积全息的HUD的概要图。利用图26对体积全息的设计进行说明。
图26所示的HUD具备射出影像光IL的射出单元IU和配置在挡风玻璃FG内的体积全息VHG。体积全息VHG根据波长选择性和角度选择性，将影像光IL朝向驾驶员D衍射。另一方面，体积全息VHG不衍射与影像光IL不同波长的光和与影像光IL不同角度的光。因此，从挡风玻璃FG前方的室外空间朝向驾驶员D的外光几乎不被衍射。其结果，能维持挡风玻璃FG的高透过率。
如上所述，体积全息VHG的波长选择性和角度选择性需要具有指定的允许幅度。例如，如图26所示，在与驾驶员D的就座位置的变动或驾驶员D的姿势的变动相对应的眼框(eyebox)(驾驶员的眼的位置的变动范围)，体积全息VHG需要将影像光IL朝向驾驶员D适当地衍射。
为了形成指定的大小以上的虚像VI，影像光IL相对于体积全息VHG的入射角及射出角具有指定的幅度。例如，如果从体积全息VHG到虚像VI的距离为1米、从体积全息VHG到驾驶员D的距离为1米、眼框的大小为10厘米、虚像VI的大小为15厘米，则从体积全息VHG朝向驾驶员D的影像光IL的射出角的范围为大约±3°。
半导体激光器的振荡波长依赖于半导体激光元件的温度。在半导体激光器的周围的环境温度变化的条件下，为了让驾驶员D适当地观察虚像VI，体积全息VHG需要具有相对于光源波长的变动范围以上的波长的允许幅度。例如，如果使用AlGaInP系的半导体的红色激光器被用作为光源，则振荡波长的温度系数为约0.2nm/℃。如果考虑到季节或日照条件等环境变动，预计红色激光器被使用的温度在0℃至60℃的范围内。此时，体积全息VHG需要具有相对于全幅为“约30nm”的波长的允许幅度。
利用体积全息VHG的厚度、相对于体积全息VHG的入射角及射出角以及体积全息VHG的折射率调制度，基于光波耦合理论，能够估算出体积全息VHG的衍射效率的近似值(例如，(CoupledWaveTheoryforThickHologramGrating)：(H.Kogelnik)、(BellSyst.Tech.J.)第48卷、第2909-2947页(1969))。
图26所示的射出单元IU例如射出波长为532nm的影像光IL。而且，所需的射出角的范围例如为±3度。另外，影像光IL的波长的变动幅度例如为30nm(全幅)。在这样的条件下，为了使体积全息VHG的衍射效率的降低量在1/2以下，体积全息VHG需要具有3μm以下的厚度。而且，为了达到接近100％的衍射效率，需要0.1以上的折射率调制度。
近年来的光聚合物的开发的结果，使体积全息能够进行较大的折射率调制。然而，目前的现状是，体积全息可达到的折射率调制度为“0.03”左右。因此，目前体积全息能达到的衍射效率为“10％”左右。这样，目前，为了以足够的亮度显示影像，射出单元需要具备高输出的光源。如果射出单元具备高输出的光源，则对应于体积全息的衍射效率，能够显示足够亮度的影像。
如上所述，如果为了形成用于除去不必要的外光的干涉条纹，体积全息受到多重曝光处理，则图25所说明的问题能得以解决。然而，在这种情况下，要求体积全息具有高的折射率调制度。为了除去不必要的外光，需要以接近100％的衍射效率衍射成为杂散光的原因的外光。然而，在如上所述厚度的体积全息中形成用于除去不必要的外光的干涉条纹很困难。
此外，还存在用于除去不必要的外光的干涉条纹会产生其它的不必要的光成分的问题。而且，还存在由于伴随体积全息的温度变化的体积全息的收缩，体积全息的角度选择性会发生变化的问题。角度选择性的变化使得有效地除去不必要的外光变得困难。
在本实施例中，对解决上述问题的方法进行说明。本实施例的原理是抑制用第1至第9实施例的原理难以除去的杂散光的产生。
图27示出作为第10实施例的透视显示装置而被例举的HUD500。利用图27对被改良的HUD500进行说明。
图27所示的HUD500具备射出影像光IL的射出单元510。射出单元510例如可以内置图1(A)所说明的激光光源110、投影光学系统120以及控制它们的控制部130。
与第1实施例至第9实施例中所说明的各种透视显示装置同样，本实施例的HUD500搭载于车辆。与第1实施例至第9实施例中所说明的各种透视显示装置同样，车辆的透明的挡风玻璃540作为HUD500的一部分被利用。在以下的说明中，面对车辆的驾驶员D的挡风玻璃540的面称为内面543。内面543的相反侧的挡风玻璃540的面称为外面544。内面543是规定车辆的内部空间的面。而且，外面544规定车辆和外部空间之间的界限。与第1实施例至第9实施例同样，驾驶员D是透过挡风玻璃540观察与影像光IL所描画的像对应的虚像的观察者。在本实施例中，挡风玻璃540作为透明基板被例示。
挡风玻璃540具备包含内面543的内玻璃541和包含外面544的外玻璃542。射出单元510将影像光IL朝向内玻璃541射出。
HUD500还具备夹在内玻璃541和外玻璃542之间的体积全息550。体积全息550包含在第1实施例至第9实施例中所说明的透过型的干涉条纹。在以下的说明中，将形成于体积全息550的透过型的干涉条纹称为第1干涉条纹591。第1干涉条纹591例如可以按照图1(B)所说明的方法被记录。在本实施例中，将用于记录第1干涉条纹591的物体光及参照光射入的体积全息550的面称为第1面551。与第1实施例至第9实施例同样，第1面551面对驾驶员D。而且，在以下的说明中，将第1面551的相反侧的体积全息550的面称为第2面552。通过第1干涉条纹591，与第1实施例至第9实施例所说明的各种透视显示装置同样，能够适当地除去多种类的杂散光。
体积全息550被实施多重曝光处理。其结果，除了第1干涉条纹591之外，反射型的干涉条纹也被记录到体积全息550。在以下的说明中，将反射型的干涉条纹称为第2干涉条纹592。如以后所述，第2干涉条纹592被形成为能除去射入挡风玻璃540的外面544的外光成分。
从射出单元510射出的影像光IL射入内玻璃541。然后，影像光IL射入体积全息550。体积全息550的第1干涉条纹591衍射影像光IL。如上所述，由于第1干涉条纹591为透过型，所以影像光IL能从第1面551向第2面552透过。在以下的说明中，将被第1干涉条纹591衍射的影像光IL称为衍射光DL。
如上所述，衍射光DL从第2面552出到体积全息550外。然后，衍射光DL到达挡风玻璃540的外面544。如第1实施例至第9实施例中所说明的那样，在外面544，衍射光DL的一部分被菲涅耳反射而朝向驾驶员D。在本实施例中，外面544作为界面被例示。
在外面544被反射的衍射光DL再次射入体积全息550。射入体积全息550的衍射光DL远远偏离第1干涉条纹591的布拉格(Bragg)条件。因此，衍射光DL不被第1干涉条纹591衍射而前往挡风玻璃540内面543。然后，衍射光DL从内面543射出朝向驾驶员D传播。
图28是表示第1干涉条纹591的衍射效率的计算结果的图示。利用图27和图28对第1干涉条纹591的衍射效率进行说明。另外，图28所示的衍射效率的计算是基于光波耦合理论进行的。
在第1干涉条纹591的衍射效率的计算中，光源的波长(即，影像光IL波长)被设定为532nm。而且，最佳入射角被设定为30度。最佳入射角是指使衍射效率达到最大的入射角。来自体积全息550的衍射光DL的射出角被设定为50度。体积全息550的厚度被设定为20μm。体积全息550的折射率调制度被设定为0.015。图28的图示表示与最佳入射角的偏离对应的衍射效率的变动。在本实施例中，以最佳入射角射入的影像光IL作为第1光被例示。而且，影像光IL相对体积全息550的最佳入射角作为第1入射角被例示。以最佳入射角射入的影像光IL(衍射光DL)的射出角作为第1射出角被例示。
从图28可以看出，透过型的第1干涉条纹591即使在低折射率调制度下，也能实现接近100％的衍射效率。而且还可以看出，第1干涉条纹591为适用于HUD500而具有足够的对入射角的变动以及波长变动的允许度。
如上所述，HUD500利用在挡风玻璃540的外面544的影像光IL的菲涅耳反射显示影像。因此，被第1干涉条纹591所衍射的衍射光DL中约4％到达驾驶员。而且，剩下的衍射光DL被放出到车外。然而，透过型的第1干涉条纹591，由于能实现接近100％的衍射效率，所以能显示与参照图25所说明的HUD相同程度的亮度的影像。
本实施例的体积全息550可以具有比较大的厚度尺寸。这样，从除去杂散光的观点来看是有利的。如图24所说明的那样，根据第1实施例至第9实施例的原理，不适合除去以与影像光IL相同的入射角射入的外光成分SL所引起的杂散光。如果外光成分SL被挡风玻璃540的内面543反射并沿着衍射光DL的路径到达驾驶员D，则驾驶员D会将外光成分SL作为杂散光察觉到。
如上所述，体积全息550被实施了多重曝光处理。其结果，第2干涉条纹592被记录。第2干涉条纹592在挡风玻璃540的内面543的前面衍射引起杂散光的外光成分SL。即，反射型的第2干涉条纹592进行衍射使射入体积全息550的第2面552的外光成分SL从第2面552射出。其结果，外光成分SL的路径难以与衍射光DL的路径相重叠。
图29是表示第2干涉条纹592的衍射效率的计算结果的图示。另外，相对体积全息550的最佳入射角被设定为30度。另外，从体积全息550的射出角被设定为85度。利用图27至图29对第2干涉条纹592的衍射效率进行说明。
图27示出外光成分SL。外光成分SL从外部空间射入挡风玻璃540的外面544。外光成分SL在挡风玻璃540的外面544被菲涅耳反射。其结果，外光成分SL的一部分朝向保持在挡风玻璃540内的体积全息550传播，以与影像光IL的最佳入射角相同的入射角度射入体积全息550的第2面552。在本实施例中，射入体积全息550的第2面552的外光成分SL作为第2光被例示。而且，外光成分SL朝向体积全息550的入射角作为第2入射角被例示。以最佳入射角射入的外光成分SL的射出角作为第2射出角被例示。
如果体积全息550中没有记录第2干涉条纹592，则射入体积全息550的外光成分SL沿着衍射光DL的路径到达驾驶员D。其结果，驾驶员D将外光成分SL作为杂散光而察觉。
在本实施例中，第2干涉条纹592对于以与第1干涉条纹591的最佳入射角相等的入射角30度射入的外光成分SL实现最大的衍射效率。因此，体积全息550能够有效地衍射外光成分SL。这样，不容易产生因外光成分SL引起的杂散光。
而且，由于第2干涉条纹592的折射率调制度及射出角被最佳化，因此，第2干涉条纹592允许第1干涉条纹591以上的范围的角度变动。因此，能有效地除去因外光成分SL引起的杂散光。
图30是表示第1干涉条纹591的衍射效率的角度依赖性的计算结果的图示。利用图27、图28和图30，对第1干涉条纹591的衍射效率作进一步的说明。
如上所述，HUD500被搭载于车辆。而且，车辆挡风玻璃540作为HUD500的一部分被利用。体积全息550被安装于挡风玻璃540。在这样的使用环境下，阳光或环境温度的变动使体积全息550膨胀或收缩。其结果，记录在体积全息550的第1干涉条纹591的衍射特性变动。
图30的图示示出图28所说明的体积全息550的温度发生变化，体积全息550产生了3％的收缩时的衍射特性。另外，作为体积全息的材料的光聚合物的开发比较盛行，而光聚合物的线膨胀系数典型的是相对于1度的温度变化为“10-4”。作为挡风玻璃540的使用温度条件可考虑有数十度的温度变化。在这些条件下，预计会有数％左右的体积全息的膨胀或收缩。
将图28与图30相比较，可知体积全息550的收缩的结果，最佳入射角增大。
图31是表示体积全息550产生了3％的收缩时的第2干涉条纹592的衍射特性的图示。利用图27至图29，对第2干涉条纹592的衍射特性进行说明。
将图29与图31相比较，可知，与第1干涉条纹591同样，体积全息550的收缩的结果，相对于第2干涉条纹592的最佳入射角增大。在本实施例中，伴随体积全息550的温度变化，如果相对于第1干涉条纹591的最佳入射角增大，则相对于第2干涉条纹592的最佳入射角也增大。伴随体积全息550的温度变化，如果相对于第1干涉条纹591的最佳入射角减小，则相对于第2干涉条纹592的最佳入射角也减小。因此，体积全息550即使在温度变化的环境下也能适当地除去杂散光。优选的是，相对于体积全息的温度变化的第1干涉条纹591的最佳入射角的变化率与第2干涉条纹592的最佳入射角的变化率一致。其结果，体积全息550的杂散光除去性能不容易受到体积全息550的温度变化的影响。
利用图27对获得上述的温度-衍射特性的体积全息550的设计进行说明。
图27示出与体积全息550的第1面551垂直的垂面PP。在以下的说明中，将从垂面PP向上方(驾驶员D)倾斜的角度称为正(+)侧(正的角度)。将从垂面PP向下方倾斜的相反侧角度称为负(-)侧(负的角度)。
在本实施例中，影像光IL的最佳入射角为负的角度。另一方面，来自体积全息550的第1面551的影像光IL(衍射光DL)的射出角为正的角度。外光成分SL的最佳入射角及来自体积全息550的第2面552的外光成分SL的射出角都是负的角度。
如果设定上述的光学的关系，伴随体积全息550的温度变化的最佳入射角的变动，在外光成分SL和影像光IL之间大约相等。
另外，如果影像光IL的最佳入射角为正的角度，来自体积全息550的第1面551的影像光IL(衍射光DL)的射出角被设定为负的角度。此时，外光成分SL的最佳入射角及来自体积全息550的第2面552的外光成分SL的射出角都被设定为正的角度。
在上述的体积全息550的设计中，影像光IL相对于体积全息550的最佳入射角最好被设定为50度以下。此时，体积全息550被形成使来自体积全息550的第1面551的影像光IL(衍射光DL)的射出角在50度以上70度以下的范围。而且，体积全息550被形成使来自体积全息550的第2面552的射出角在70度以上。其结果，相对于体积全息550的收缩和/或膨胀的最佳入射角的变化率，在第1干涉条纹591和第2干涉条纹592之间大约一致。
用于除去杂散光的以往的全息的设计，没有考虑伴随全息的温度变化的衍射特性的变化。因此，全息即使在设计温度下能有效除去杂散光，但如果环境温度发生变化，就不能充分除去杂散光。
如图25所说明的HUD，若利用与用于除去杂散光的全息分开设置的全息来显示影像，则室内空间和室外空间之间的温度差成为问题。例如，如果启动车辆的空调设备，室内空间的温度与室外空间的温度大不相同。其结果，在接近内玻璃IG的第1全息HG1和接近外玻璃OG的第2全息HG2之间产生温度差。这会导致第1全息HG1和第2全息HG2之间的入射角的特性不一致。
在本实施例中，用于影像显示的第1干涉条纹591及用于除去杂散光的第2干涉条纹592通过多重曝光处理被记录于同一媒体(体积全息550)。因此，第1干涉条纹591和第2干涉条纹592之间的温度差几乎不产生。因此，即使产生体积全息550的温度变化，第1干涉条纹591和第2干涉条纹592的射入特性在任意的温度下也保持一致。
第1干涉条纹591和第2干涉条纹592的折射率调制的深度比较小。尤其是，所有的干涉条纹的折射率调制的深度在作为体积全息550而被使用的材料的最大动态范围以下。在这样的条件下，第1干涉条纹591和第2干涉条纹592通过对同一材料(体积全息550)进行多重曝光处理而被记录。由于第1干涉条纹591允许影像光IL的透过，影像通过第1干涉条纹591的衍射和挡风玻璃540的外面544的菲涅耳反射，被提供给驾驶员D(观察者)。因此，即使是较小的折射率调制度，也能适当地显示影像。此外，即使在存在温度变化的环境下，杂散光的除去性能也得以稳定化。
按照本实施例所说明的原理的透视显示装置，可以具备射出红色的激光的红色激光光源、射出绿色的激光的绿色激光光源、射出蓝色的激光的蓝色激光光源作为光源。透视显示装置的体积全息被与红色、绿色及蓝色的激光相对应的波长的光多重曝光。其结果，在透视显示装置形成专门衍射红色、绿色及蓝色的激光的干涉条纹。其结果，透视显示装置能显示全彩色的影像。
上述的各种实施例只是例示。因此，上述的实施例的原理并不限定于上述的详细的说明和附图所记载的事项。容易理解本领域的技术人员在上述实施例的原理的范围内能够进行各种各样的变形、组合或省略。
上述的实施方式主要包括以下结构。具备以下结构的透视显示装置及搭载透视显示装置的车辆可以抑制杂散光的产生。因此，观察影像的观察者能够享受杂散光的影响较少的影像。
本发明的一方面所涉及的透视显示装置，包括：射出光的光源；投射基于所述光生成的影像光的投影光学系统；具有供来自所述投影光学系统的所述影像光射入的第1面的透过型的全息；菲涅耳反射被该全息偏向的所述影像光的界面，其中，所述全息包含基于两光束干涉，通过射入所述第1面的物体光及参照光而被记录的第1干涉条纹；射入所述第1面的所述影像光被所述第1干涉条纹偏转向所述界面；所述界面向所述第1面反射所述影像光。
根据此结构，投影光学系统投射基于光源射出的光生成的影像光。来自投影光学系统的影像光射入透过型的全息的第1面。射入第1面的影像光被全息的第1干涉条纹偏转向界面。然后，由于界面使影像光菲涅耳反射，因此影像光朝向第1面传播。
由于记录第1干涉条纹时的全息与全息的周围的媒体之间的折射率的差，射入第1面的物体光及参照光被菲涅耳反射。因为这两种反射光的光量比较小，所以由这两种反射光的干涉形成的第1干涉条纹的衍射效率变得比较小。因此由这两种反射光的干涉形成的第1干涉条纹产生的杂散光的亮度被降低。这样，观察影像的观察者能够观察到杂散光的影响较少的影像。
在上述结构中，优选，所述第1面面对观察由所述影像光表现的影像的观察者，当相对于垂直于所述第1面的垂直面所述观察者侧的角度被定义为正的角度、所述正的角度的相反侧的角度定义为负的角度时，相对于所述第1面的所述物体光的入射角为正的角度。
根据此结构，第1面面对观察由影像光表现的影像的观察者。如果相对于垂直于第1面的垂直面，观察者侧的角度被定义为正的角度、且正的角度的相反侧的角度定义为负的角度，则由于物体光以正的角度入射第1面，因此观察者可以观察到多重像影响小的影像。
在上述结构中，优选，所述全息还具有所述第1面的相反侧的第2面，所述透视显示装置还包括配置成横切朝向所述第1面或所述第2面的光路的1/2波长板。
根据此结构，全息具有第1面的相反侧的第2面。由于1/2波长板配置成横切朝向第1面或第2面的光路，因此起因于由射入第1面的物体光及参照光的干涉形成的第1干涉条纹的杂散光的亮度被降低。因此，观察影像的观察者能够观察杂散光的影响较少的影像。
在上述结构中，优选，还包括抑制朝向所述第1面反射的光的反射防止涂层或反射防止结构体。
根据此结构，反射防止涂层或反射防止结构体可以抑制朝向第1面的不必要地菲涅耳反射的光。
在上述结构中，优选，所述投影光学系统不存在于用于记录所述第1干涉条纹的所述参照光的主光线的光路上。
根据此结构，由于投影光学系统不存在于用于记录第1干涉条纹的参照光的主光线的光路上，因此不容易产生杂散光。
在上述结构中，优选，透视显示装置还包括配置在用于记录所述第1干涉条纹的所述参照光的所述主光线的所述光路上的光扩散体。
根据此结构，由于光扩散体配置在用于记录第1干涉条纹的参照光的主光线的光路上，因此不容易产生杂散光。
在上述结构中，优选，所述参照光及所述物体光以S偏振光或P偏振光射入在所述第2面设置有1/4波长板的所述体积全息的所述第1面，并记录所述第1干涉条纹。
根据此结构，1/4波长板被设置在第2面。由于参照光及物体光以S偏振光或P偏振光射入第1面，因此不容易产生杂散光。
搭载上述的透视显示装置的车辆，优选，所述光扩散体为仪表板。
根据此结构，车辆的仪表板被用作为光扩散体。因此，利用车辆普遍配置的仪表板，能降低杂散光。
上述实施例的另一方面所涉及的透视显示装置，包括：射出光的光源；投射基于所述光生成的影像光的投影光学系统；具有供来自该投影光学系统的所述影像光射入的第1面、该第1面的相反侧的第2面、以允许所述影像光从所述第1面向所述第2面的传播而形成的第1干涉条纹的透过型的全息；菲涅耳反射被所述第1干涉条纹偏向的所述影像光的界面，其中，射入该界面的所述影像光为S偏振光；从所述界面射出的所述影像光的射出角大于射入所述第1面的所述影像光的入射角。
根据此结构，投影光学系统投射基于光源射出的光生成的影像光。来自投影光学系统的影像光射入透过型的全息的第1面。射入第1面的影像光通过以允许从第1面向第2面的影像光的传播的方式形成的第1干涉条纹而朝向第2面。被第1干涉条纹偏向的影像光由界面菲涅耳反射。由于射入界面的影像光为S偏振光，且从界面射出的影像光的射出角大于射入第1面的影像光的入射角，因此不容易生成多重像。
在上述结构中，优选，透视显示装置还包括被配置成横切朝向所述第1面或所述第2面的光路的1/2波长板，其中，射入该1/2波長板的所述影像光为P偏振光。
根据此结构，由于射入被配置成横切朝向第1面或第2面的光路的1/2波长板的影像光为P偏振光，因此不容易生成多重像。
在上述结构中，优选，透视显示装置还包括抑制朝向所述第1面的光的反射的反射防止涂层或反射防止结构体。
根据此结构，反射防止涂层或反射防止结构体可以抑制朝向第1面的光的不必要的菲涅耳反射。
在上述结构中，优选，所述全息具有50％以上的衍射效率。
根据此结构，由于全息具有50％以上的衍射效率，因此不容易生成多重像。
在上述结构中，优选，还包括具有面对观察由所述影像光所表现的影像的观察者的内面和该内面的相反侧的外面的透明基板，其中，所述界面为所述外面，保持在所述内面上或所述内面与所述外面之间的所述全息，为包含除去射入所述外界的外光的第2干涉条纹的体积全息。
根据此结构，透明基板具有面对观察由所影像光所表现的影像的观察者的内面和该内面的相反侧的外面。透明基板的外面被用作为界面。由于保持在内面上或内面与外面之间的全息为包含除去射入外面的外光的第2干涉条纹的体积全息，因此不容易生成由外光引起的影像的劣化。
在上述结构中，优选，所述第1干涉条纹的衍射效率为最高的第1光射入所述体积全息的第1入射角等于所述第2干涉条纹的衍射效率为最高的第2光射入所述体积全息的第2入射角。
根据此结构，由于第1干涉条纹的衍射效率为最高的第1光射入体积全息的第1入射角等于第2干涉条纹的衍射效率为最高的第2光射入体积全息的第2入射角，因此不容易生成由外光引起的影像的劣化。
在上述结构中，优选，当所述第1入射角随所述体积全息的温度变化而增大时，所述第2入射角也增大；当所述第1入射角随所述体积全息的温度变化而减小时，所述第2入射角也减小。
根据此结构，如果第1入射角随所述体积全息的温度变化而增大，第2入射角也增大。如果第1入射角随所述体积全息的温度变化而减小，第2入射角也减小。因此，影像的质量不容易受到体积全息的温度变化的影响。
在上述结构中，优选，所述第1入射角相对于所述体积全息的温度变化的变化率等于所述第2入射角相对于所述体积全息的温度变化的变化率。
根据此结构，由于第1入射角相对于体积全息的温度变化的变化率等于第2入射角相对于体积全息的温度变化的变化率，因此影像的质量不容易受到体积全息的温度变化的影响。
在上述结构中，优选，被所述第2干涉条纹反射的所述外光从所述第2面射出。
根据此结构，由于被第2干涉条纹反射的外光从第2面射出，因此不容易生成由外光引起的影像的劣化。
在上述结构中，优选，相对于垂直于所述第1面或所述第2面的垂直面所述观察者侧的角度被定义为正的角度，所述正的角度的相反侧的角度为定义负的角度，当所述第1入射角为正的角度时，来自所述体积全息的所述第1光的第1射出角为负的角度，当所述第1入射角为负的角度时，来自所述体积全息的所述第1光的第1射出角为正的角度，当所述第2入射角为正的角度时，来自所述体积全息的所述第2光的第2射出角也为正的角度，当所述第2入射角为负的角度时，来自所述体积全息的所述第2光的第2射出角也为负的角度。
根据此结构，相对于垂直于第1面或第2面的垂直面观察者侧的角度被定义为正的角度，正的角度的相反侧的角度定义为负的角度。如果第1入射角为正的角度，则来自体积全息的第1光的第1射出角为负的角度。如果第1入射角为负的角度，则来自体积全息的第1光的第1射出角为正的角度。如果第2入射角为正的角度，则来自体积全息的第2光的第2射出角也为正的角度。如果第2入射角为负的角度，则来自体积全息的第2光的第2射出角也为负的角度。因此，不容易生成由外光引起的影像的劣化。
在上述结构中，优选，所述第1入射角为50度以下，所述第1射出角为50度以上70度以下，所述第2射出角为70度以上。
根据此结构，由于第1入射角为50度以下，第1射出角为50度以上70度以下，第2射出角为70度以上，因此影像的质量不容易受到体积全息的温度变化的影响。
在上述结构中，优选，所述第1干涉条纹包含分别专门地衍射红色、绿色、蓝色的光的干涉条纹，所述第2干涉条纹包含分别专门地衍射红色、绿色、蓝色的光的干涉条纹。
根据此结构，利用红色、绿色、蓝色的光，影像可被适当地显示。
产业上的可利用性
上述实施例的原理可适当地抑制多重影像或杂散光的产生。而且，根据上述实施例的原理所显示的影像的画质不易受到周围温度的变化的影响。因此，上述实施例的原理，例如，非常适用于在汽车或飞机的座舱中用于提供必要信息的平视显示器上。

Claims (16)

1.一种透视显示装置，其特征在于包括：
光源，射出光；
投影光学系统，投射基于所述光生成的影像光；
透明基板，具有面对观察由所述影像光所表现的影像的观察者的内面、和该内面的相反侧的外面；
透过型的全息，具有供来自所述投影光学系统的所述影像光射入的第1面、该第1面的相反侧的第2面、以允许所述影像光从所述第1面向所述第2面的传播而形成的第1干涉条纹，其中，
所述外面使由第1干涉条纹所偏向的所述影像光得以菲涅耳反射，
射入所述外面的所述影像光为S偏振光，
从所述外面射出的由第1干涉条纹所偏向的所述影像光的射出角，大于射入所述内面的所述影像光的入射角，
所述第1干涉条纹，基于两光束干涉，通过射入所述第1面的物体光及参照光而被记录，
所述投影光学系统不存在于用于记录所述第1干涉条纹的所述参照光的主光线的光路上。
2.根据权利要求1所述的透视显示装置，其特征在于还包括：配置成横切朝向所述第1面或所述第2面的光路的1/2波长板。
3.根据权利要求1所述的透视显示装置，其特征在于还包括：抑制朝向所述第1面反射的光的反射防止涂层或反射防止结构体。
4.根据权利要求1所述的透视显示装置，其特征在于还包括：在所述第1干涉条纹的所述记录所使用的所述参照光的所述主光线的所述光路上所配置的光扩散体。
5.根据权利要求1所述的透视显示装置，其特征在于：所述参照光及所述物体光，以S偏振光或P偏振光射入在所述第2面设置有1/4波长板的所述全息的所述第1面，并记录所述第1干涉条纹。
6.根据权利要求2所述的透视显示装置，其特征在于：射入所述1/2波长板的所述影像光为P偏振光。
7.根据权利要求1所述的透视显示装置，其特征在于：所述全息具有50％以上的衍射效率。
8.根据权利要求1所述的透视显示装置，其特征在于：
所述全息为保持在所述内面上或所述内面与所述外面之间的体积全息；
所述体积全息中，用于除去射入所述外面的外光的第2干涉条纹与所述第1干涉条纹一起被多重曝光。
9.根据权利要求8所述的透视显示装置，其特征在于：作为所述第1干涉条纹的衍射效率为最高的所述影像光而规定的第1光射入所述体积全息的第1入射角，等于作为所述第2干涉条纹的衍射效率为最高的所述外光而规定的第2光射入所述体积全息的第2入射角。
10.根据权利要求8所述的透视显示装置，其特征在于：
作为所述第1干涉条纹的衍射效率为最高的所述影像光而规定的第1光，以第1入射角射入所述体积全息；
作为所述第2干涉条纹的衍射效率为最高的所述外光而规定的第2光，以第2入射角射入所述体积全息；
当所述第1入射角随所述体积全息的温度变化而增大时，所述第2入射角也增大；
当所述第1入射角随所述体积全息的温度变化而减小时，所述第2入射角也减小。
11.根据权利要求10所述的透视显示装置，其特征在于：所述第1入射角相对于所述体积全息的温度变化的变化率，等于所述第2入射角相对于所述体积全息的温度变化的变化率。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的透视显示装置，其特征在于：被所述第2干涉条纹反射的所述外光从所述第2面射出。
13.根据权利要求11所述的透视显示装置，其特征在于：
相对于垂直于所述第1面或所述第2面的垂直面，所述观察者侧的角度被定义为正的角度，所述正的角度的相反侧的角度定义为负的角度；
当所述第1入射角为正的角度时，来自所述体积全息的所述第1光的第1射出角为负的角度；
当所述第1入射角为负的角度时，来自所述体积全息的所述第1光的第1射出角为正的角度；
当所述第2入射角为正的角度时，来自所述体积全息的所述第2光的第2射出角也为正的角度；
当所述第2入射角为负的角度时，来自所述体积全息的所述第2光的第2射出角也为负的角度。
14.根据权利要求13所述的透视显示装置，其特征在于：
所述第1入射角为50度以下；
所述第1射出角为50度以上70度以下；
所述第2射出角为70度以上。
15.根据权利要求8至11中任一项所述的透视显示装置，其特征在于：
所述第1干涉条纹包含分别专门地衍射红色、绿色、蓝色的光的干涉条纹；
所述第2干涉条纹包含分别专门地衍射红色、绿色、蓝色的光的干涉条纹。
16.一种车辆，搭载了权利要求4所述的透视显示装置，其特征在于：所述光扩散体为仪表板。
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