JP2022045811A - Head-up display - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本開示は、ヘッドアップディスプレイに関する。 The present disclosure relates to a head-up display.
レーザ干渉露光装置を用いてホログラムに所望の特性を付与する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。 A technique for imparting desired characteristics to a hologram using a laser interference exposure apparatus is known (see, for example, Patent Document 1).
また、体積ホログラムの界面で反射した光が形成した干渉縞が迷光を生じさせることから、かかる迷光を防止することを目的として、透過型ホログラムをウインドシールドに貼り付ける構成が知られている(例えば特許文献2参照)。 Further, since the interference fringes formed by the light reflected at the interface of the volume hologram cause stray light, a configuration is known in which a transmissive hologram is attached to the windshield for the purpose of preventing such stray light (for example). See Patent Document 2).
ところで、実装状態では、表示光の入射角度(ホログラムに対する入射角度)や再生波長が設計値(例えばブラッグ条件を満たす設計値)に対してずれる場合がある。かかるズレは、例えば初期ズレや、温度等に起因して生じうる。かかるズレが生じると、ホログラムの性能が低下する場合(例えば回折光の強度する場合等)がある。 By the way, in the mounted state, the incident angle of the display light (incident angle with respect to the hologram) and the reproduction wavelength may deviate from the design value (for example, the design value satisfying the Bragg condition). Such deviation may occur due to, for example, initial deviation, temperature, or the like. If such a deviation occurs, the performance of the hologram may deteriorate (for example, when the intensity of the diffracted light is increased).
そこで、本開示は、入射角度や再生波長のズレに起因して生じうるホログラムの性能低下を低減することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present disclosure to reduce the deterioration of hologram performance that may occur due to the deviation of the incident angle and the reproduction wavelength.
1つの側面では、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ(1)であって、
乗員の前方に設けられるホログラム(3)と、
前記ホログラムに向けて光を投射する画像光照射部(2)とを含み、
前記ホログラムは、体積型であり、異なる干渉縞間隔(d1~d5)の複数の干渉縞(31~35)を含む、ヘッドアップディスプレイが提供される。
On one side, it is a head-up display (1) mounted on a moving body.
The hologram (3) provided in front of the occupant and
It includes an image light irradiation unit (2) that projects light toward the hologram.
The hologram is volumetric and provides a heads-up display that includes a plurality of interference fringes (31-35) with different interference fringe spacing (d1–d5).
本開示によれば、入射角度や再生波長のズレに起因して生じうるホログラムの性能低下を低減することが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce the deterioration of hologram performance that may occur due to the deviation of the incident angle and the reproduction wavelength.
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[ヘッドアップディスプレイの構成]
図1は、ヘッドアップディスプレイ1の車両VC(移動体の一例)への搭載状態を車両側方視で概略的に示す図である。図2は、画像光照射装置2の構成を示す概略図である。なお、図2において、点線の矢印R0からR4は、電気信号の流れを模式的に示す。
[Head-up display configuration]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a state in which the head-up
ヘッドアップディスプレイ1では、図1に示すように、ウインドシールドWSに表示光が照射されると、車両VCを運転する運転者にとっては、ウインドシールドWSよりも前方に、当該照射によって得られた表示像(虚像表示)VIが見える。これにより、運転者は、前方風景と重畳させて表示像VIを視認できる。したがって、運転者は、インストルメントパネル9内のメータを見る場合に比べて視線移動の少ない態様で車両情報等を把握でき、利便性及び安全性が向上する。
In the head-up
ヘッドアップディスプレイ1は、画像光照射装置2(画像光照射部の一例)と、ホログラム3とを含む。
The head-
画像光照射装置2は、運転者の前方に位置するウインドシールドWS上のホログラム3に向けて画像に係る光を投射する。ウインドシールドWS上のホログラム3は、運転者のアイボックス内に画像に係る光を反射する。この場合、アイボックスに係る視点から視て、運転者の視野前方に、画像に係る光に基づく表示像VIを形成する。
The image light irradiating
本実施例では、一例として、画像光照射装置2は、図2に示すように、レーザユニット10と、ダイクロイックミラーユニット20と、集光レンズ28と、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スキャナ29と、スクリーン40と、制御装置50とを含む。
In this embodiment, as an example, as shown in FIG. 2, the image
レーザユニット10は、赤、青、緑の各色のレーザ照射装置11、12、13を含む。レーザ照射装置11は、赤色の波長域のレーザ光を出射する。レーザ照射装置12は、青色の波長域のレーザ光を出射する。レーザ照射装置13は、緑色の波長域のレーザ光を出射する。なお、本実施例では、かかる3色のレーザ光を出射可能であるので、フルカラーの表示像VIを生成可能である。ただし、変形例では、表示可能な色のバリエーションは少なくてもよい。
The
ダイクロイックミラーユニット20は、レーザ照射装置11、12、13のそれぞれに対応するダイクロイックミラー21、22、23を有する。ダイクロイックミラー21は、赤色の波長域のみを反射する。従って、ダイクロイックミラー21は、レーザ照射装置11から入射するレーザ光のみを、集光レンズ28に向けて反射できる。ダイクロイックミラー22は、赤色の波長域を透過し、青色の波長域を反射する。従って、ダイクロイックミラー22は、ダイクロイックミラー21から入射するレーザ光を透過しつつ、レーザ照射装置12から入射するレーザ光を、集光レンズ28に向けて反射できる。同様に、ダイクロイックミラー23は、赤色及び青色の波長域を透過し、緑色の波長域を反射する。従って、ダイクロイックミラー23は、ダイクロイックミラー22から入射するレーザ光を透過しつつ、レーザ照射装置13から入射するレーザ光を、集光レンズ28に向けて反射できる。
The
集光レンズ28は、上述したようにダイクロイックミラーユニット20から入射するレーザ光(赤、青、緑の各色のレーザ光)を集光して、MEMSスキャナ29に向けて出射する。
As described above, the
集光レンズ28は、ダイクロイックミラーユニット20から入射するレーザ光が、スクリーン40を形成する複数のマイクロレンズのそれぞれのサイズよりも小さいスポット径(直径)で、スクリーン40上に投射されるように構成・配置される。
The
MEMSスキャナ29は、集光レンズ28から入射するレーザ光を、スクリーン40上に投射する。MEMSスキャナ29は、直交する2軸まわりに回転可能なMEMSミラーを備える。スクリーン40上のレーザ光の投射位置は、MEMSミラーの向きに応じて変化する。従って、MEMSスキャナ29は、スクリーン40上のレーザ光の投射位置を任意に変化させることができる。
The MEMS scanner 29 projects the laser beam incident from the
スクリーン40は、平面内に延在する。本実施例では、一例として、スクリーン40は、水平面内に延在するが、水平面に対して若干傾斜する向きで配置されてもよい。スクリーン40は、平面内で規則的に配列される複数のマイクロレンズ(図示せず)を含む。すなわち、スクリーン40は、2次元のマイクロレンズアレイを含む。
The
制御装置50は、ECU(Electronic Control Unit)のようなコンピュータにより実現されてよい。制御装置50は、レーザ制御部51と、スキャナ制御部52とを含む。
The
レーザ制御部51は、表示像VIを生成するための画像信号に基づいて、レーザユニット10を制御する(図2の矢印R1からR3参照)。なお、画像信号は、外部のECUにより生成されて、制御装置50に与えられてもよいし(図2の矢印R0参照)、制御装置50が自身で生成してもよい。
The
画像信号は、例えば、所定のサイズ及び所定の分解能の画像の各画素の画素値(輝度や色)を表す信号である。また、第2画像信号は、例えば、所定のサイズ及び所定の分解能の画像の各画素の画素値(輝度や色)を表す信号である。なお、画像の各画素は、スクリーン40の各位置(走査面上の各位置)と対応付けられる。例えば、画像の各画素は、スクリーン40の各位置(走査面上の各位置)と一対一の関係で対応付けられてよい。なお、スクリーン40の各位置は、MEMSスキャナ29のMEMSミラーの各向きと対応付けられる。
The image signal is, for example, a signal representing a pixel value (luminance or color) of each pixel of an image having a predetermined size and a predetermined resolution. The second image signal is, for example, a signal representing a pixel value (luminance or color) of each pixel of an image having a predetermined size and a predetermined resolution. Each pixel of the image is associated with each position of the screen 40 (each position on the scanning surface). For example, each pixel of the image may be associated with each position of the screen 40 (each position on the scanning surface) in a one-to-one relationship. Each position of the
レーザ制御部51は、画像信号に基づいて、レーザユニット10を制御するときは、画像信号に含まれる各画素の画素値に基づいて、レーザユニット10から各画素に応じたタイミングで各画素値に応じた色のレーザ光が出射されるように、レーザユニット10を制御する。
When the
スキャナ制御部52は、MEMSスキャナ29を制御する(図2の矢印R4参照)。すなわち、スキャナ制御部52は、MEMSスキャナ29のMEMSミラーの向きを制御することで、レーザ光をスクリーン40上で走査する。ここで、「レーザ光をスクリーン40上で走査する」とは、スクリーン40に係る平面上のレーザ光の投射位置(スクリーン40に係る平面に垂直に視たときの、投射位置)を変化させることを指す。また、以下で「走査パターン」とは、投射位置の軌跡(スクリーン40に係る平面上での、レーザ光の投射位置の軌跡)を指す。また、スクリーン40に係る平面(すなわち、複数のマイクロレンズが配列される平面)を、「走査面」とも称する。
The
具体的には、スキャナ制御部52は、レーザ制御部51と協動して、画像信号に応じたレーザ光を所定の走査パターンで走査する。すなわち、スキャナ制御部52は、画像信号に含まれる各画素の画素値に基づいて、各画素に対応した走査面上の各位置に、レーザユニット10からのレーザ光が投射されるように、MEMSスキャナ29を制御する。
Specifically, the
なお、図2に示した画像光照射装置2は、特定の構成を有するが、画像光照射装置2の構成は、複数の色のレーザ光に係る光源を有する限り、任意である。従って、画像光照射装置2は、ダイクロイックミラーユニット20に代えて、例えば図3に示すように、クロスプリズム20Aが利用されてもよい。なお、図3には、レーザ照射装置11、12、13は、それぞれ、光源111、121、131(レーザ光源の一例)とコリメータレンズ112、122、132とを含む態様で図示されている。また、図2に示した画像光照射装置2は、ウインドシールドWS上のホログラム3に光を直接的に投射するが、光学部材を介して投射されてもよい。例えば、スクリーン40からの光は、凹面鏡で反射されてからウインドシールドWS上のホログラム3に投射されてもよい。また、図2に示した画像光照射装置2は、ウインドシールドWS上のホログラム3だけに光を投射するが、ホログラム3とウインドシールドWSの双方に光を投射することで、表示像VIを形成してもよい。
The image
ホログラム3は、ウインドシールドWSに設けられる。ホログラム3は、ウインドシールドWSの室内側の表面に貼り付けられてもよいし、ウインドシールドWSの内層(例えば中間膜内)に設けられてもよい。
The
ホログラム3は、例えば、フォトポリマーにより形成されてよい。ホログラム3のタイプは、反射型、位相変化型、かつ体積型である。ホログラム3は、厚さ数ミクロンのホログラムフィルムを利用して形成されてもよい。ホログラム3には、干渉縞が例えば屈折率の変化の形で記録される。すなわち、ホログラム3には、干渉縞が材料内部に屈性率分布として層状に記憶される。なお、本実施例では、3色のレーザ光に対応して、ホログラム3にはRGBの波長各々に係る干渉縞が記録される。この場合、RGBの波長各々に係る干渉縞ごとホログラム層を作成し、それぞれに係るホログラム層を積層することで積層型のホログラム3を形成してもよい。あるいは、RGBの干渉縞を重ねて記録する多重型のホログラム3が実現されてもよい。なお、このような干渉縞の記録(露光)には、任意のレーザ干渉露光装置が利用されてよい。
The
ホログラム3は、好ましくは、透過率70%以上であり回折効率30%以下である。これにより、ウインドシールドWSの透過性を阻害しない態様で、視認性の高い表示像VIを生成できる。
The
[波長や入射角度に対するホログラム3の特性]
次に、図4以降を参照して、露光波長と再生波長との間のズレについて説明する。
[Characteristics of
Next, the deviation between the exposure wavelength and the reproduction wavelength will be described with reference to FIGS. 4 and later.
図4は、ホログラム3に係る干渉縞の記録用のレーザ光の特性の説明図であり、図5は、画像光照射装置2からホログラム3に入射されるレーザ光の特性の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the characteristics of the laser beam for recording the interference fringes related to the
図4及び図5には、それぞれ、横軸に入射角度θを取り、縦軸に回折効率ηを取り、一例として、G(緑色)に係る干渉縞の記録用のレーザ光の特性L400、L401と、R(赤色)に係る干渉縞の記録用のレーザ光の特性L500、L501とが示される。図4に示すように、記録用のレーザ光の特性L400、L500は、ともに所定の入射角度α0で回折効率がピークとなる。なお、所定の入射角度α0は、画像光照射装置2からホログラム3に入射されるレーザ光の入射角度に対応してよく、画像光照射装置2とホログラム3との正規の位置関係(設計図での位置関係)から一意に定まる。これに対して、図5に示すように、画像光照射装置2からのレーザ光の特性L401は、所定の入射角度α0で回折効率がピークとなる一方、特性L501は、所定の入射角度α0からずれた入射角度α1で回折効率がピークとなっている。なお、図5は、ある個体の特性を例示的に示すものであり、他の個体を用いた場合は、異なる特性が示される場合もある。
In FIGS. 4 and 5, the incident angle θ is taken on the horizontal axis and the diffraction efficiency η is taken on the vertical axis, respectively. As an example, the characteristics L400 and L401 of the laser beam for recording the interference fringes related to G (green). And the characteristics L500 and L501 of the laser beam for recording the interference fringes related to R (red) are shown. As shown in FIG. 4, the characteristics L400 and L500 of the laser beam for recording both have a peak diffraction efficiency at a predetermined incident angle α0. The predetermined incident angle α0 may correspond to the incident angle of the laser beam incident on the
ところで、一般的に、光の回折効率は、入射角度がブラッグ条件(Bragg条件)を満たす角度であるときに、ピークとなる。ブラッグ条件は、以下のとおりである。
2dsinθ=nλ 式(1)
ここで、dは干渉縞の間隔(以下、「干渉縞間隔」とも称する)、θはホログラム3に対する光のなす角度(入射角度)、λは光の波長、nは自然数である。従って、d及びθが変化しない条件下では、図4及び図5に示すような特性の差は、λの差に起因していることが分かる。すなわち、干渉縞の記録用のレーザ光の波長(露光波長)と、画像光照射装置2からホログラム3に入射されるレーザ光の波長(再生波長)とが異なることで、かかる特性差が生じる。
By the way, in general, the diffraction efficiency of light peaks when the incident angle is an angle that satisfies the Bragg condition (Bragg condition). Bragg conditions are as follows.
2dsinθ = nλ equation (1)
Here, d is the interval between the interference fringes (hereinafter, also referred to as “interference fringe interval”), θ is the angle formed by the light with respect to the hologram 3 (incident angle), λ is the wavelength of the light, and n is a natural number. Therefore, under the condition that d and θ do not change, it can be seen that the difference in characteristics as shown in FIGS. 4 and 5 is due to the difference in λ. That is, the wavelength of the laser beam for recording the interference fringes (exposure wavelength) and the wavelength of the laser beam incident on the
このようにして、干渉縞の記録用のレーザ光の波長と、画像光照射装置2からホログラム3に入射されるレーザ光の波長とが異なると、ホログラム3の所望の性能を実現できない場合(すなわち性能が低下する場合)がある。
In this way, if the wavelength of the laser beam for recording the interference fringes and the wavelength of the laser beam incident on the
この点、露光波長と再生波長との間の差異は、本来無いように設計される。すなわち、レーザユニット10は、露光波長と再生波長との間の有意な差異が実質的に生じないように設計される。
In this respect, it is designed so that there is originally no difference between the exposure wavelength and the reproduction wavelength. That is, the
しかしながら、実際には、レーザユニット10の個体差や経年変化等に起因して、露光波長と再生波長との間の有意な差異が生じてしまう場合がありうる。
However, in reality, there may be a significant difference between the exposure wavelength and the reproduction wavelength due to individual differences in the
図6は、入射角度に対するホログラム3の特性の説明図であり、横軸に入射角度θを取り、縦軸に回折光強度Iを取り、入射角度θと回折光強度Iとの関係を示す。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the characteristics of the
図6及び式(1)からわかるように、入射角度がブラッグ条件を満たない場合も、ホログラム3の所望の性能を実現できない場合(例えば強度が低下する場合)がある。
As can be seen from FIG. 6 and the equation (1), even when the incident angle does not satisfy the Bragg condition, the desired performance of the
この点、画像光照射装置2の構成は、本来、ウインドシールドWSとの関係で、入射角度がブラッグ条件を満たすように設計される。
In this respect, the configuration of the image
しかしながら、実際には、画像光照射装置2の個体差(初期ズレ)や温度、経年変化等に起因して、入射角度がブラッグ条件を満たさない場合がありうる。すなわち、入射角度がブラッグ条件を満たす本来の角度(設計値)からずれる場合がありうる。
However, in reality, the incident angle may not satisfy the Bragg condition due to individual differences (initial deviation), temperature, secular variation, etc. of the image
そこで、本実施例によるヘッドアップディスプレイ1では、このような、露光波長と再生波長との間の有意な差異や、入射角度とブラッグ条件を満たす角度との間の有意な差異が生じた場合でも、所望の性能が実現されるようにホログラム3が構成される。
Therefore, in the head-up
具体的には、本実施例によるヘッドアップディスプレイ1では、以下で詳説するように、ホログラム3は、異なる干渉縞間隔の干渉縞が記録される。
Specifically, in the head-up
図7は、本実施例のホログラム3の説明図であり、ホログラム3の構造を概略的に断面視で示す図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the
ホログラム3は、異なる干渉縞間隔の干渉縞310~350が記録される。本実施例では、図7に示すように、ホログラム3は、第1干渉縞層31と、第2干渉縞層32と、第3干渉縞層33と、第4干渉縞層34と、第5干渉縞層35とを含む。ホログラム3は、第1干渉縞層31から第5干渉縞層35が積層された構造である。
The
第1干渉縞層31は、干渉縞間隔d1の干渉縞が記録されている。第2干渉縞層32は、干渉縞間隔d2の干渉縞が記録されている。以下同様に、第3干渉縞層33から第5干渉縞層35は、それぞれ、干渉縞間隔d3からd5の干渉縞が記録されている。干渉縞間隔d1からd5は、それぞれ異なる。
In the first
なお、本実施例では、ホログラム3は、第1干渉縞層31から第5干渉縞層35の5種類の干渉縞層を備えるが、干渉縞間隔が異なる2種類以上の干渉縞層を備える限り、種類の数は任意である。
In this embodiment, the
図8は、本実施例のホログラム3の特性の説明図である。図8には、横軸に入射角度θを取り、縦軸に回折光強度Iを取り、第1干渉縞層31から第5干渉縞層35のそれぞれに係る回折効率曲線L1からL5が示されている。
FIG. 8 is an explanatory diagram of the characteristics of the
第1干渉縞層31は、図8に示すように、正規の再生波長(設計値に基づく再生波長)である場合、入射角度θ=θ1のときに、回折光強度Iがピークとなり、以下同様に、第2干渉縞層32から第5干渉縞層35は、それぞれ、入射角度θ=θ2、θ3、θ4、θ5のときに、回折光強度Iがピークとなる。換言すると、第1干渉縞層31から第5干渉縞層35の各干渉縞間隔d1からd5は、正規の再生波長である場合、それぞれ、入射角度θ=θ1、θ2、θ3、θ4、θ5のときに、回折光強度Iがピークになるように適合される。
As shown in FIG. 8, when the first
従って、本実施例によれば、正規の再生波長である場合、入射角度θが角度θ1、θ2、θ3、θ4、θ5のいずれかと同じ(すなわちブラッグ角度である)又はその近傍であれば、比較的高い回折光強度Iを実現できる。これにより、画像光照射装置2の個体差(初期ズレ)や温度、経年変化等に起因して、入射角度θが変動した場合でも、入射角度θが角度θ1、θ2、θ3、θ4、θ5のいずれかと同じ又はその近傍であれば、ブラッグ条件を満たす角度を満たす又は満たす角度の近傍となるので、比較的高い回折光強度Iを実現できる。比較的高い回折光強度Iを実現できることで、表示像VIの良好な品質を確保できる。
Therefore, according to this embodiment, when the reproduction wavelength is normal, the incident angle θ is the same as (that is, the Bragg angle) any one of the angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 , and θ 5 . If this is the case, a relatively high diffracted light intensity I can be realized. As a result, even if the incident angle θ fluctuates due to individual differences (initial deviation), temperature, aging, etc. of the image
ところで、上記の式(1)からもわかるように、入射角度θを固定した場合、波長が変動すると、ブラッグ条件を満たす干渉縞間隔dが変化する。従って、本実施例によれば、ホログラム3が上述のように複数の干渉縞間隔d1からd5で記録された干渉縞を含むので、再生波長が正規の波長(設計値に基づく再生波長)から変動した場合でも、比較的高い回折光強度Iを実現できる。比較的高い回折光強度Iを実現できることで、表示像VIの良好な品質を確保できる。
By the way, as can be seen from the above equation (1), when the incident angle θ is fixed, when the wavelength fluctuates, the interference fringe interval d that satisfies the Bragg condition changes. Therefore, according to the present embodiment, since the
このようにして、本実施例によれば、ホログラム3が、異なる干渉縞間隔の干渉縞310~350が記録されるので、入射角度θ及び/又は再生波長が正規の入射角度θ(設計値に基づく入射角度)及び/又は正規の再生波長からずれた場合でも、比較的高い回折光強度Iを実現できる比較的高い回折光強度Iを実現でき、表示像VIの良好な品質を確保できる。すなわち、入射角度θや再生波長の変動に対してロバストなホログラム3を備えるヘッドアップディスプレイ1を実現できる。
In this way, according to the present embodiment, since the
ここで、図9Aから図10Bを参照して、本実施例の効果を更に説明する。 Here, the effects of this embodiment will be further described with reference to FIGS. 9A to 10B.
図9Aは、本実施例によるホログラム3の解析結果を示す図であり、図9Bは、比較例によるホログラム(図示せず)の解析結果を示す図である。図9A及び図9Bでは、横軸にΔθ(正規の入射角度θに対するズレ量)を取り、縦軸にΔλ(正規の再生波長に対するズレ量)を取り、回折光強度Iの分布を示す図である。領域I1は、最も回折光強度Iが高く、領域I2は、次に回折光強度Iが高く、以下同様である。また、領域IBは、回折光強度Iが非常に低い領域であり、表示像VIが実質的に可視とならないレベルの回折光強度Iの領域である。
FIG. 9A is a diagram showing the analysis result of the
図9A及び図9Bには、上述したように各種の要因に起因して正規値からずれうる入射角度θ及び再生波長の範囲として、許容変動範囲Q1が模式的に示される。なお、許容変動範囲Q1は、設計条件等に応じて適宜定まる。 As described above, FIGS. 9A and 9B schematically show an allowable fluctuation range Q1 as a range of an incident angle θ and a reproduction wavelength that can deviate from the normal value due to various factors. The allowable fluctuation range Q1 is appropriately determined according to the design conditions and the like.
比較例によるホログラムは、本実施例のホログラム3と異なり、単一の干渉縞間隔d0の干渉縞層を備える。干渉縞間隔d0は、正規の入射角度θ及び正規の再生波長に基づいて、ブラッグ条件を満たすように設定されている。
The hologram according to the comparative example includes an interference fringe layer having a single interference fringe interval d0, unlike the
このような比較例の場合、ブラッグ条件を満たす位置及びその周辺の狭い範囲でしか、回折光強度Iが比較的大きくならない。すなわち、図9Bに示すように、許容変動範囲Q1内では、一部に領域I1等が含まれるだけであり、大部分が領域IBとなる。従って、このような比較例では、入射角度θ及び/又は再生波長が正規の入射角度θ及び/又は正規の再生波長からずれると、領域IBに属する可能性が高くなる。このため、比較例の場合、入射角度θや再生波長の変動に対してロバストなホログラムを備えるヘッドアップディスプレイを実現し難い。 In the case of such a comparative example, the diffracted light intensity I becomes relatively large only in a narrow range around the position where the Bragg condition is satisfied. That is, as shown in FIG. 9B, within the permissible fluctuation range Q1, only a part of the region I1 and the like is included, and most of the region IB is included. Therefore, in such a comparative example, if the incident angle θ and / or the reproduction wavelength deviates from the normal incident angle θ and / or the normal reproduction wavelength, the possibility of belonging to the region IB increases. Therefore, in the case of the comparative example, it is difficult to realize a head-up display provided with a hologram that is robust against fluctuations in the incident angle θ and the reproduction wavelength.
これに対して、本実施例によるホログラム3は、上述したように、異なる干渉縞間隔の干渉縞310~350が記録される。このような本実施例の場合、図9Aに示すように、上述した比較例とは対照的に、許容変動範囲Q1内には、領域IBが含まれることはなく、大部分が領域I1となる。従って、本実施例によれば、入射角度θや再生波長の変動に対してロバストなホログラム3を備えるヘッドアップディスプレイ1を実現できる。換言すると、本実施例によれば、比較例に比べて、適切な輝度の表示像VIを生成できる許容変動範囲Q1を効率的に広げることができる。
On the other hand, in the
図10Aは、本実施例のホログラム3によるアイボックスEBのサイズの説明図であり、側面視で、画像光照射装置2からの一部の表示光L100、L110、L120がアイボックスEBに向けて反射する様子を模式的に示す図である。図10Bは、比較例のホログラム3’によるアイボックスEB’のサイズの説明図である。図10A及び図10Bには、それぞれ、Q10部の拡大図が併せて示されている。
FIG. 10A is an explanatory diagram of the size of the eyebox EB by the
比較例によるホログラム3’は、図9Bの場合と同様、本実施例のホログラム3と異なり、単一の干渉縞間隔d0の干渉縞層を備える。
The hologram 3'according to the comparative example has an interference fringe layer having a single interference fringe spacing d0, unlike the
このような比較例の場合、上述したように、ブラッグ条件を満たす位置及びその周辺の狭い範囲でしか、回折光強度Iが比較的大きくならない。従って、ホログラム3’に対して異なる入射角度で入射する表示光L100、L110、L120のうちの、干渉縞間隔d0に適合した特定の表示光(本例では、表示光L100)だけが運転者(図1参照)に向かう。この結果、アイボックスEB’が狭くなる傾向となる。 In the case of such a comparative example, as described above, the diffracted light intensity I becomes relatively large only in a narrow range around the position where the Bragg condition is satisfied. Therefore, of the display lights L100, L110, and L120 that are incident on the hologram 3'at different angles of incidence, only the specific display light (in this example, the display light L100) that matches the interference fringe interval d0 is the driver (in this example). (See Fig. 1). As a result, the eye box EB'tends to become narrower.
これに対して、本実施例によるホログラム3は、上述したように、異なる干渉縞間隔の干渉縞310~350が記録される。このような本実施例の場合、図10Aに示すように、上述した比較例とは対照的に、ホログラム3に対して異なる入射角度で入射する表示光L100、L110、L120のそれぞれが運転者(図1参照)に向かう。従って、本実施例によれば、比較的広いアイボックスEBを実現できる。
On the other hand, in the
次に、上述した図8を再度参照しつつ、図11を新たに参照して、第1干渉縞層31から第5干渉縞層35のそれぞれに係る回折効率曲線の好ましい例について説明する。
Next, a preferable example of the diffraction efficiency curve related to each of the first
図11は、図8と同様、本実施例のホログラム3の特性の説明図である。図11には、横軸に波長を取り、縦軸に回折光強度Iを取り、本実施例のホログラム3の第1干渉縞層31から第5干渉縞層35のそれぞれに係る回折効率曲線L11からL15が示されている。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the characteristics of the
なお、図8は、入射角度に応じた回折光強度Iの特性を表すのに対して、図11は、再生波長に応じた回折光強度Iの特性を表す。 Note that FIG. 8 shows the characteristics of the diffracted light intensity I according to the incident angle, while FIG. 11 shows the characteristics of the diffracted light intensity I according to the reproduction wavelength.
第1干渉縞層31から第5干渉縞層35のそれぞれに係る回折効率曲線L1からL5は、図8に示すように、少なくとも2つの回折効率曲線同士で重なり(ハッチング領域R8参照)を有する。例えば、回折効率曲線L1と回折効率曲線L2とは、重なり(ハッチング領域R8参照)を有し、回折光強度が所定値I0以上である範囲で、重なり(ハッチング領域R8参照)を有し、以下同様である。
As shown in FIG. 8 , the diffraction efficiency curves L1 to L5 relating to each of the first
具体的には、上述したように、第1干渉縞層31から第5干渉縞層35の各干渉縞間隔d1からd5は、正規の再生波長である場合、それぞれ、入射角度θ=θ1、θ2、θ3、θ4、θ5のときに、回折光強度Iがピークになるように適合される。このとき、角度θ1、θ2、θ3、θ4、θ5は、このような重なり(ハッチング領域R8参照)を有するように、適合される。
Specifically, as described above, when the interference fringe intervals d1 to d5 of the first
このような重なり(ハッチング領域R8参照)を有することで、許容変動範囲Q1(図9A参照)内の全体にわたり、一定以上の回折光強度Iを確保でき、入射角度θや再生波長の変動に対するロバスト性を高めることができる。 By having such an overlap (see the hatch region R8), it is possible to secure a diffracted light intensity I of a certain level or more over the entire allowable fluctuation range Q1 (see FIG. 9A), and it is robust against fluctuations in the incident angle θ and the reproduction wavelength. It can enhance the sex.
なお、ここでは、図8を参照して、回折効率曲線L1からL5の重なりについて説明したが、回折効率曲線L11からL15の重なりについても同様である。すなわち、上述した式(1)からわかるように、入射角度θが変化すると、変化後の入射角度θに対してブラッグ条件を満たす再生波長λも同様に変化するので、回折効率曲線L11からL15に係る関係は、実質的に、回折効率曲線L1からL5に係る関係に対応する。換言すると、回折効率曲線L11からL15のそれぞれにおいて回折光強度Iがピークとなる波長λ1、λ2、λ3、λ4、λ5間の関係は、上述した式(1)に基づいて、角度θ1、θ2、θ3、θ4、θ5間の関係に相関する。 Here, the overlap of the diffraction efficiency curves L1 to L5 has been described with reference to FIG. 8 , but the same applies to the overlap of the diffraction efficiency curves L11 to L15 . That is, as can be seen from the above equation (1), when the incident angle θ changes, the reproduction wavelength λ that satisfies the Bragg condition also changes with respect to the changed incident angle θ, so that the diffraction efficiency curves L 11 to L The relationship according to 15 substantially corresponds to the relationship according to the diffraction efficiency curves L1 to L5 . In other words, the relationship between the wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , and λ 5 at which the diffraction light intensity I peaks in each of the diffraction efficiency curves L 11 to L 15 is based on the above equation (1). It correlates with the relationship between the angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 , and θ 5 .
図12は、上述した重なり(ハッチング領域R8参照)を有するように第1干渉縞層31から第5干渉縞層35の各干渉縞間隔d1からd5を設定するための設定方法の説明図である。図13は、変調パラメータの説明図である。図12は、パラメータχrの関数として表した体積反射型位相格子の正規化回折効率(η/ηB)のグラフである。具体的には、横軸にパラメータχrを取り、縦軸に正規化回折効率(η/ηB)を取り、両者の関係を表す特性曲線L140が示される。なお、特性曲線L140は、所定の変調パラメータΦの値に依存して変化する。なお、変調パラメータΦは、屈折率変化の振幅であるΔnを用いて、Φ=πΔnd/λcosθ0で表され、図13に示すように、その値が増加すると回折効率が上限の1に向かって単調増加する関係を有する。ここでは、変調パラメータの値が1/4πであるとする。なお、正規化のための効率ηBは、ηB=tanh2Φで表される。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a setting method for setting the interference fringe intervals d1 to d5 of the first
パラメータχrは、ブラッグ条件からのずれの量を表し、以下の式のとおりである。 The parameter χr represents the amount of deviation from the Bragg condition, and is as shown in the following equation.
まず、ブラッグ条件より波長λ0の干渉縞間隔d0は、以下のように求められる。
d0=λ0/2cosθ0
このときの回折光量は、波長のずれに対して特性曲線L140のような変化をする。従って、回折光量が0となるのは先の式でパラメータχr=3.2のときである(図12のP1参照)。パラメータχr=3.2を数1の式に代入すると、Δλは、以下のように表すことができる。
Δλ=3.2λ0/cosθ0×λ0/2πD
図11を参照して上述した波長λ1、λ2、λ3、λ4、λ5は、横軸方向で隣接する波長同士で、それぞれに対応するΔλずつオフセットする関係を有することで、回折光量が0とならないような重なり(ハッチング領域R8参照)を有することができる。
First, the interference fringe interval d 0 having a wavelength λ 0 is obtained from the Bragg condition as follows.
d 0 = λ 0 / 2cosθ 0
The amount of diffracted light at this time changes as shown in the characteristic curve L140 with respect to the wavelength shift. Therefore, the amount of diffracted light becomes 0 when the parameter χr = 3.2 in the above equation (see P1 in FIG. 12). Substituting the parameter χr = 3.2 into the equation of
Δλ = 3.2λ 0 / cosθ 0 × λ 0 / 2πD
The wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , and λ 5 described above with reference to FIG. 11 are diffracted by having a relationship of offsetting each of the adjacent wavelengths in the horizontal axis direction by Δλ. It is possible to have an overlap (see the hatching region R8) so that the amount of light does not become zero.
具体的には、波長λ3を中心波長(λ0)とすると、波長λ4、λ5は、以下の通りである。 Specifically, assuming that the wavelength λ 3 is the central wavelength (λ 0 ), the wavelengths λ 4 and λ 5 are as follows.
なお、ここでは、干渉縞間隔d1からd5は、回折光量(正規化回折効率)が0とならないような重なり(ハッチング領域R8参照)を有するように適合されているが、これに限られない。例えば、干渉縞間隔d1からd5は、正規化回折効率が0~0.4となるパラメータχrの範囲に基づいて、適合されてよい。このような範囲内で適合することで、ホログラム3に含まれる第1干渉縞層31等の層数を過大とすることなく、所望の許容変動範囲Q1(図9A参照)での回折光強度Iの分布の適正化を効率的に図ることができる。
Here, the interference fringe intervals d1 to d5 are adapted so as to have an overlap (see the hatching region R8) so that the amount of diffracted light (normalized diffraction efficiency) does not become 0, but the present invention is not limited to this. For example, the interference fringe spacing d1 to d5 may be adapted based on the range of parameters χr where the normalized diffraction efficiency is 0 to 0.4. By fitting within such a range, the diffraction light intensity I in the desired allowable fluctuation range Q1 (see FIG. 9A) without increasing the number of layers such as the first
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。 Although each embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. It is also possible to combine all or a plurality of the components of the above-described embodiment.
前述した実施例においては、異なる干渉縞間隔(d1~d5)の干渉縞層31~35を積層することにより複数の干渉縞の多重化を実現したが、これに限定されない。
具体的には、異なる干渉縞間隔(d1~d5)の干渉縞を種々の体積多重記録方式によって同一箇所に多重記録して構成してもよい。体積多重記録方式は、例えば、角度多重方式、球面参照波シフト多重方式などの種々の記録方式が採用できる。
In the above-described embodiment, the multiplexing of a plurality of interference fringes is realized by laminating the interference fringe layers 31 to 35 having different interference fringe intervals (d1 to d5), but the present invention is not limited to this.
Specifically, interference fringes having different interference fringe intervals (d1 to d5) may be multiple-recorded at the same location by various volume multiplex recording methods. As the volume multiplex recording method, various recording methods such as an angle multiplex method and a spherical reference wave shift multiplex method can be adopted.
上述した体積多重記録方式を採用する場合、多重記録によって回折効率が劣化する虞がある。多重記録による回折効率の劣化を考慮する場合、中心波長(λ0)に対応する干渉縞の劣化が最も小さく、中心波長(λ0)からのずれ量が多い波長に対応する干渉縞ほど劣化が大きくなるように、記録露光量を制御することが好ましい。 When the above-mentioned volume multiple recording method is adopted, the diffraction efficiency may deteriorate due to the multiple recording. When considering the deterioration of diffraction efficiency due to multiple recording, the deterioration of the interference fringes corresponding to the center wavelength (λ 0 ) is the smallest, and the deterioration is as large as the interference fringes corresponding to the wavelength with a large deviation from the center wavelength (λ 0 ). It is preferable to control the recording exposure amount so that the recording exposure amount becomes large.
また、多重化する複数の干渉縞は、2つ以上の干渉縞の多重化であればよく、前述した実施例の5つの干渉縞の多重化に限定されない。 Further, the plurality of interference fringes to be multiplexed may be a multiplexing of two or more interference fringes, and is not limited to the multiplexing of the five interference fringes of the above-described embodiment.
1 ヘッドアップディスプレイ
2 画像光照射装置
3 ホログラム
9 インストルメントパネル
10 レーザユニット
11 レーザ照射装置
12 レーザ照射装置
13 レーザ照射装置
20 ダイクロイックミラーユニット
20A クロスプリズム
21 ダイクロイックミラー
22 ダイクロイックミラー
23 ダイクロイックミラー
28 集光レンズ
29 MEMSスキャナ
31 第1干渉縞層
32 第2干渉縞層
33 第3干渉縞層
34 第4干渉縞層
35 第5干渉縞層
40 スクリーン
1 Head-up
Claims (6)
乗員の前方に設けられるホログラム(3)と、
前記ホログラムに向けて光を投射する画像光照射部(2)とを含み、
前記ホログラムは、体積型であり、異なる干渉縞間隔(d1~d5)の複数の干渉縞(31~35)を含む、ヘッドアップディスプレイ。 A head-up display (1) mounted on a moving body.
The hologram (3) provided in front of the occupant and
It includes an image light irradiation unit (2) that projects light toward the hologram.
The hologram is a volumetric type and is a head-up display including a plurality of interference fringes (31 to 35) having different interference fringe intervals (d1 to d5).
前記パラメータχrは、ブラッグ条件からのずれの量を表す、請求項3に記載のヘッドアップディスプレイ。 Each wavelength when the diffraction light intensity in the diffraction efficiency curve relating to the plurality of interference fringes peaks is a characteristic of the normalized diffraction efficiency (η / η B ) of the volumetric reflection type phase lattice expressed as a function of the parameter χr. It is adapted based on the range of the parameter χr where the normalized diffraction efficiency is 0 to 0.4.
The head-up display according to claim 3, wherein the parameter χr represents the amount of deviation from the Bragg condition.
Priority Applications (1)
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