JP2001337292A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

ヘッドアップディスプレイ

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JP2001337292A
JP2001337292A JP2000158409A JP2000158409A JP2001337292A JP 2001337292 A JP2001337292 A JP 2001337292A JP 2000158409 A JP2000158409 A JP 2000158409A JP 2000158409 A JP2000158409 A JP 2000158409A JP 2001337292 A JP2001337292 A JP 2001337292A
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JP
Japan
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display
cylindrical lens
holographic combiner
head
holographic
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Pending
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JP2000158409A
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English (en)
Inventor
Takashi Yamate
貴志 山手
Shinji Nishikawa
晋司 西川
Hiroyuki Tamon
宏幸 多門
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Central Glass Co Ltd
Original Assignee
Central Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ホログラフィックコンバイナーの反射による表
示像において、色収差に起因する表示像のぼけを低減
し、運転者が、視認性の優れた表示像を見られるように
する。 【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置は、ホログ
ラフィックコンバイナーを用いるヘッドアップディスプ
レイにおいて、鏡の作用をするホログラフィックコンバ
イナ−と表示器の間に、シリンドリカルレンズあるいは
シリンドリカルレンズの作用をするホログラフィック光
学素子を配置し、表示器をシリンドリカルレンズの物体
面に置き、ホログラフィックコンバイナーをシリンドリ
カルレンズの像面に置く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示光を光学的に
投射し、前方視野内あるいはその近傍の前景を重畳し、
運転者等に視認させるようにした車両用のヘッドアップ
ディスプレイに関する。
【0002】
【従来の技術】ヘッドアップディスプレイは、表示器に
表示される運転情報をなどの表示光を車両の風防ガラス
などに反射させ、運転者に、前方の景色と重畳させて視
認させる表示システムである。
【0003】このシステムにおいて、表示光を反射させ
るために、ホログラフィックコンバイナーを用いること
は、実開昭59−7428号公報、特開昭55−777
13号報などとして公知であり、本出願人も特開平1−
44414号報などとして出願している。ホログラフッ
クコンバイナーは、波長選択性を利用して、可視域の高
透過率を実現でき、前方景色の視認性を損なうことのな
い手段として注目されてきた。
【0004】ホログラフィックコンバイナーは、ホログ
ラムとして記録された回折格子により、光を反射させる
ものであり、反射する角度は、波長によって異なる。こ
のため、結像距離が波長によって異なり、ホログラフィ
ックコンバイナーを用いるヘッドアップディスプレイに
おいては、結像がぼけて見える、いわゆる色収差の問題
がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ホログラフィックコン
バイナーの反射による表示像において、色収差に起因す
る表示像のぼけを低減し、運転者が、視認性の優れた表
示像を見られるようにする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のヘッドアップデ
ィスプレイ装置は、ホログラフィックコンバイナーを用
いるヘッドアップディスプレイにおいて、鏡の作用をす
るホログラフィックコンバイナ−と表示器の間に、シリ
ンドリカルレンズあるいはシリンドリカルレンズの作用
をするホログラフィック光学素子を配置したことを特徴
とする。
【0007】また、表示器をシリンドリカルレンズの物
体面に置き、ホログラフィックコンバイナーをシリンド
リカルレンズの像面に配置することを特徴とするヘッド
アップディスプレ装置である。
【0008】また、前記ヘッドアップディスプレイにお
いて、表示器とシリンドリカルレンズとの間、または/
および、ホログラフィックコンバイナーとシリンドリカ
ルレンズとの間にプリズムが配置されていることを特徴
とする。
【0009】また、前記シリンドリカルレンズの面が、
非球面で作製されていることを特徴とするヘッドアップ
ディスプレ装置である。
【0010】
【発明の実施の形態】自動車のインストメントパネルな
どに設置される表示器の光を、シリンドリカルレンズを
通して風防ガラスに配設されるホログラフィック・コン
バイナーに入射させる。
【0011】図1は、本発明によるヘッドアップディス
プレイの光学系の概略である。表示器4はCRT、液晶
表示器、蛍光表示管等を用ることができる。図1に示す
ように、シリンドリカルレンズ5を表示器4とホログラ
フィックコンバイナー7との間に配置する。Dhはシリ
ンドリカルレンズ5とホログラフィック・コンバイナー
7との距離である。また、Ddはシリンドリカルレンズ
5と表示器4との距離である。
【0012】シリンドリカルレンズ5と表示器4とは、
運転者の前にある他の計器類の中に適当に配置すること
が好ましい。
【0013】ホログラフィック・コンバイナー7は、風
防ガラスと一体化して配置することが望ましい、例えば
自動車などでは、インストルメントパネルの上に、PC
板などの透明な板と一体化させて配置させても良い。
【0014】表示器4の表示光はホログラフィック・コ
ンバイナー7で反射され、運転者の目6に到達し、表示
8として視認される。Diは、ホログラフィック・コン
バイナーから表示8までの距離であり、Dh、Dd、お
よびシリンドリカルレンズとホログラフィック・コンバ
イナーの焦点距離によって決まる。
【0015】図2は、表示器4、シリンドリカルレンズ
5およびホログラフィック・コンバイナー7の配置の詳
細を示すものである。
【0016】前述した表示器4とシリンドリカルレンズ
5との距離Ddは、表示器4の中央とシリンドリカルレ
ンズ5の主点との距離であり、ホログラフィック・コン
バイナー7とシリンドリカルレンズ4との距離Dhはホ
ログラフィック・コンバイナー7の中央とシリンドリカ
ルレンズ5の主点との距離である。
【0017】シリンドリカルレンズ5の焦点距離をfと
して、DhとDdは、1/Dh+1/Dd=1/fとな
るように、表示器4,シリンドリカルレンズ5およびホ
ログラフィック・コンバイナー7を配置させる。
【0018】図2に示すLsdは、表示器4の画面の中央
とシリンドリカルレンズ5の主点を結ぶ直線であり、L
shは、ホログラフィック・コンバイナー7の中央とシリ
ンドリカルレンズ5の主点を結ぶ直線である。LsdとL
shとは、同じ平面上に位置し、シリンドリカルレンズの
主点を通る光軸に上に位置する。
【0019】また、表示器4の画面中央の法線に対する
直線Lsdの傾きθdと、ホログラフィックコンバイナー
7の中央の法線に対する直線Lshの傾きθhは、表示8
の歪みが最小になるように調整する。
【0020】表示8の歪みは、θh=θd=0度の条件
において最小となるが、この条件は、表示光の入射角度
が0度に固定されるため、ヘッドアップディスプレイ装
置の搭載がかなり制限されてしまい、またホログラフィ
ック・コンバイナーの有する、入射角と反射角とを異な
る値にできるという特性を、十分生かせない。
【0021】従って、ホログラフィック・コンバイナー
7の入射角と反射角を自由に設定できる特性を生かすた
めに、θhを0度以外にする方が、望ましい。この場合
は、前述したように、θhとθdとを像の歪みが小さく
なるように調節する。θdとθhは光線追跡法などによ
り、表示像8の歪みが最小になるように決めてもよい。
【0022】また、図4に示すように、表示器4とシリ
ンドリカルレンズ5との間、および、シリンドリカルレ
ンズ5とホログラフィック・コンバイナー7との間に、
断面がくさび形の透明板9を挿入して、θhとθdとを
0度にしてもよい。断面がくさび形の透明板9(以後プ
リズムと呼ぶ)をシリンドリカルレンズ5の表示器4の
側、または、ホログラフィック・コンバイナー7の側
の、どちらかにのみ挿入してもよい。
【0023】前述の挿入するプリズムの形(プリズムを
形成する2つの面の傾きおよび厚み)や挿入位置は、光
学計算によって求めることが出来る。また、図2におい
てθhやθdが大きく、表示像8の歪が大きいい場合に
対して、図4のように、プリズム9を挿入することによ
り、実用的なヘッドアップディスプレイ装置とすること
ができる。
【0024】さらに、シリンドリカルレンズ5の面を、
円筒面球面ではな非円筒面に形成して、表示像8の歪み
を最小にするようにしても良い。非円筒面の形状は、光
線追跡法などで求めることができる。
【0025】ホログラフィックコンバイナーは、図3に
示すような光学系により、感光材料3の両側から点光源
1,2からの球面波で露光して、作製できる。露光はレ
ーザ光を用いて行う。
【0026】点光源1から、感光材料3までの距離D1
は、図2のDdとDhの合計した値にほぼ等しくするこ
とが望ましい。
【0027】また光源2と感光材料3との距離D2は、
図1に示すヘッドアップディスプレイにおいて、運転者
が表示像を視認する、距離コンバイナーから表示像まで
の距離Diにほぼ等しくする。
【0028】前述のホログラフィック・コンバイナーを
作成する露光光学系において、2つの点光源のどちらか
一方または両方を平行光にしてしてもよい。 (作用)本発明の作用を図5に示す座標系によって説明
する。図5において、シリンドリカルレンズの主点を通
る光軸をZ軸11とする。またシリンドリカルレンズ5
の主点を通りZ軸に垂直な鉛直方向の軸をX軸、水平方
向の軸をY軸とする。
【0029】物体面14は表示器の表示画面に、また像
面15はホログラフィック・コンバイナーの面に一致さ
せる。
【0030】物体面14にあって、Z軸11に垂直な鉛
直方向の軸をXd、水平方向の軸をYdとし、像面15
にあって、Z軸11に垂直な鉛直方向の軸をXh、水平
方向の軸Yhとする。
【0031】シリンドリカルレンズ5がない場合、表示
器から出る表示光がホログラフィック・コンバイナーに
よって回折される後の像において、色収差は、縦方向の
色収差の方が横方向の色収差よりも大きいことが確認さ
れる。
【0032】シリンドリカルレンズ5を使用すると、シ
リンドリカルレンズ5のX軸方向については、像面のX
h軸方向に結像され、シリンドリカルレンズのY軸方向
については、シリンドリカルレンズの集光作用を受け
ず、物体面から出る光の方向を保ったまま像面15に到
達する。
【0033】物体面に表示器の表示画面を置き、像面に
ホログラフィック・コンバイナーを置くと、表示器の表
示光は、縦方向については、ホログラフィック・コンバ
イナー上に結像されるので、ホログラフィック・コンバ
イナーの回折光が形成する表示像は、表示器の縦方向の
視域が制限されれことになる。このことは、表示像にお
いて、縦方向の色収差がほとんど認められないという結
果になる。
【0034】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説
明する。
【0035】ホログラフィックコンバイナーは、図3に
示す露光光学系において、感光材料3に銀塩乾板(ドイ
ツHRT−GmbH社BBーPlates)を用い、D
1=400mm、D2=1200mmとして、アルゴン
レーザーの波長514.5nmの光で露光した。
【0036】露光後、現像処理および漂白処理を行い、
ホログラフィック・コンバイナーとした。現像処理はM
A(メトールアスコルビン酸)現像液を用い、EDTA
漂白液で漂白処理を行った。
【0037】前述のホログラフィック・コンバイナーを
用い、図2に示す光学系において、Dd=Dhは200
mmとし、図3において、θd=θhは5度として、表
示器とシリンドリカルレンズを配置する、ヘッドアップ
ディスプレイの光学系を組み立てた。また、この光学系
において、表示器には、表示光の中心波長が510nm
の蛍光表示管を用い、シリンドリカルレンズには、焦点
距離が100mmのものを用いた。
【0038】前述のヘッドアップディスプレイの光学系
において、コンバイナーの前方Di=1200mmの位
置に、明瞭な表示像を認めることが出来た。
【0039】
【発明の効果】本発明のホログラフィック・コンバイナ
ーを用いるヘッドアップディスプレイは、色収差が低減
され、運転者が明瞭な表示像を視認できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヘッドアップディスプレイの光学系を
示す概略図。
【図2】図1において、シリンドリカルレンズに対する
表示器とホログラフィック・コンバイナーの配置を示す
図。
【図3】本発明のヘッドアップディスプレイに用いるホ
ログラフィック・コンバイナーを作製するための、露光
光学系の概略図。
【図4】図2の光学系にプリズムを挿入した場合の概略
図。
【図5】光学系の座標軸を示す図。
【符号の説明】
1、2 点光源 3 感光材料 4 表示器 5 シリンドリカルレンズ 6 運転者の目 7 ホログラフィック・コンバイナー 8 表示像 9 プリズム 10 シリンドリカルレンズの円筒面 11 Z軸 12 シリンドリカルレンズのX軸 13 シリンドリカルレンズのY軸 14 物体面 15 像面 Xd 物体面のX軸 Yd 物体面のY軸 Xh 像面のX軸 Yh 像面のY軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多門 宏幸 三重県松阪市大口町1510番地 セントラル 硝子株式会社硝子研究所内 Fターム(参考) 5C060 BA04 BB13 BC01 DA04 GA05 GB04 GB08 HC04 HC19 JA20 JB06 5G435 AA01 BB19 DD02 LL17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ホログラフィックコンバイナーを用いるヘ
    ッドアップディスプレイにおいて、鏡の作用をするホロ
    グラフィックコンバイナ−と表示器との間に、シリンド
    リカルレンズを配置したことを特徴とするヘッドアップ
    ディスプレイ装置。
  2. 【請求項2】シリンドリカルレンズに、シリンドリカル
    レンズの作用をするホログラフィック光学素子を用いる
    ことを特徴とする請求項1記載のヘッドアップディスプ
    レイ装置。
  3. 【請求項3】表示器をシリンドリカルレンズの物体面に
    置き、ホログラフィックコンバイナーをシリンドリカル
    レンズの像面に配置することを特徴とする請求項1また
    は請求項2に記載のヘッドアップディスプレ装置。
  4. 【請求項4】表示器とシリンドリカルレンズとの間、ま
    たは/および、ホログラフィックコンバイナーとシリン
    ドリカルレンズとの間にプリズムが配置されていること
    を特徴とする請求項1乃至請求項3に記載のヘッドアッ
    プディスプレ装置。
  5. 【請求項5】シリンドリカルレンズの面が、非円筒面で
    作製されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4
    に記載のヘッドアップディスプレ装置。
JP2000158409A 2000-05-29 2000-05-29 ヘッドアップディスプレイ Pending JP2001337292A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007065681A (ja) * 2006-10-16 2007-03-15 Konica Minolta Holdings Inc 映像表示装置
US7295377B2 (en) 2003-04-10 2007-11-13 Carl-Zeiss-Stiftung Compensating head mounted display device
JP2017129683A (ja) * 2016-01-19 2017-07-27 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7295377B2 (en) 2003-04-10 2007-11-13 Carl-Zeiss-Stiftung Compensating head mounted display device
JP2007065681A (ja) * 2006-10-16 2007-03-15 Konica Minolta Holdings Inc 映像表示装置
JP2017129683A (ja) * 2016-01-19 2017-07-27 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置

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