JP2022045811A - Head-up display - Google Patents

Head-up display Download PDF

Info

Publication number
JP2022045811A
JP2022045811A JP2020151605A JP2020151605A JP2022045811A JP 2022045811 A JP2022045811 A JP 2022045811A JP 2020151605 A JP2020151605 A JP 2020151605A JP 2020151605 A JP2020151605 A JP 2020151605A JP 2022045811 A JP2022045811 A JP 2022045811A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hologram
interference fringe
head
wavelength
display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020151605A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
貴之 野本
Takayuki Nomoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Seiki Co Ltd
Original Assignee
Nippon Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Seiki Co Ltd filed Critical Nippon Seiki Co Ltd
Priority to JP2020151605A priority Critical patent/JP2022045811A/en
Publication of JP2022045811A publication Critical patent/JP2022045811A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To reduce performance deterioration of a hologram generated caused by deviations in an incident angle and a reproduction wavelength.SOLUTION: A head-up display (1) mounted on a moving body, comprises a hologram (3) provided in front of an occupant, and an image light irradiation unit (2) that projects light toward the hologram. The hologram is volumetric, and contains a plurality of coherent fringes (31 to 35) with different coherent fringe spacing (d1 to d5).SELECTED DRAWING: Figure 7

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).

特開2001-154179号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-154179 国際特許公開第2012/042793号パンフレットInternational Patent Publication No. 2012/042793 Pamphlet

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.

ヘッドアップディスプレイの車両搭載状態を車両側方視で概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the vehicle-mounted state of a head-up display in the vehicle side view. 画像光照射装置の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the image light irradiation apparatus. ダイクロイックミラーユニットに対する代替例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the alternative example with respect to the dichroic mirror unit. ホログラムに係る干渉縞の記録用のレーザ光の特性の説明図である。It is explanatory drawing of the characteristic of the laser beam for recording the interference fringe which concerns on a hologram. 画像光照射装置からホログラムに入射されるレーザ光の特性の説明図である。It is explanatory drawing of the characteristic of the laser beam incident on the hologram from the image light irradiation apparatus. 入射角度に対するホログラムの特性の説明図である。It is explanatory drawing of the characteristic of a hologram with respect to an incident angle. 本実施例のホログラムの構造を概略的に断面視で示す図である。It is a figure which shows the structure of the hologram of this Example approximately in a cross-sectional view. 入射角度に関する本実施例のホログラムの特性の説明図である。It is explanatory drawing of the characteristic of the hologram of this Example about the incident angle. 本実施例によるホログラムの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the hologram by this Example. 比較例によるホログラムの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the hologram by the comparative example. 本実施例のホログラムによるアイボックスのサイズの説明図である。It is explanatory drawing of the size of the eye box by the hologram of this Example. 比較例のホログラムによるアイボックスのサイズの説明図である。It is explanatory drawing of the size of the eye box by the hologram of the comparative example. 再生波長に関する本実施例のホログラムの特性の説明図である。It is explanatory drawing of the characteristic of the hologram of this Example regarding a reproduction wavelength. パラメータχ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のグラフである。It is a graph of the normalized diffraction efficiency of a volume reflection type phase lattice expressed as a function of a parameter χr . 変調パラメータの説明図である。It is explanatory drawing of the modulation parameter.

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 display 1 is mounted on a vehicle VC (an example of a moving body) when viewed from the side of the vehicle. FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the image light irradiation device 2. In FIG. 2, the dotted arrows R0 to R4 schematically show the flow of electric signals.

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 display 1, as shown in FIG. 1, when the windshield WS is irradiated with the display light, the display obtained by the irradiation is in front of the windshield WS for the driver driving the vehicle VC. Image (virtual image display) VI can be seen. As a result, the driver can visually recognize the display image VI by superimposing it on the landscape in front. Therefore, the driver can grasp the vehicle information and the like in a mode in which the line-of-sight movement is smaller than when looking at the meter in the instrument panel 9, and the convenience and safety are improved.

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-up display 1 includes an image light irradiation device 2 (an example of an image light irradiation unit) and a hologram 3.

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 device 2 projects the light related to the image toward the hologram 3 on the windshield WS located in front of the driver. The hologram 3 on the windshield WS reflects the light related to the image in the driver's eye box. In this case, a display image VI based on the light related to the image is formed in front of the driver's field of view when viewed from the viewpoint related to the eye box.

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 light irradiation device 2 includes a laser unit 10, a dichroic mirror unit 20, a condenser lens 28, a MEMS (Micro Electro Electrical Systems) scanner 29, and the image light irradiation device 2. The screen 40 and the control device 50 are included.

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 laser unit 10 includes laser irradiation devices 11, 12, and 13 for each color of red, blue, and green. The laser irradiation device 11 emits laser light in the red wavelength region. The laser irradiation device 12 emits laser light in the blue wavelength range. The laser irradiation device 13 emits laser light in the green wavelength range. In this embodiment, since the laser beams of these three colors can be emitted, a full-color display image VI can be generated. However, in the modified example, the variation of the displayable color may be small.

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 dichroic mirror unit 20 has dichroic mirrors 21, 22, and 23 corresponding to the laser irradiation devices 11, 12, and 13, respectively. The dichroic mirror 21 reflects only the red wavelength range. Therefore, the dichroic mirror 21 can reflect only the laser light incident from the laser irradiation device 11 toward the condenser lens 28. The dichroic mirror 22 transmits the red wavelength region and reflects the blue wavelength region. Therefore, the dichroic mirror 22 can reflect the laser light incident from the laser irradiation device 12 toward the condenser lens 28 while transmitting the laser light incident from the dichroic mirror 21. Similarly, the dichroic mirror 23 transmits the red and blue wavelength regions and reflects the green wavelength region. Therefore, the dichroic mirror 23 can reflect the laser light incident from the laser irradiation device 13 toward the condenser lens 28 while transmitting the laser light incident from the dichroic mirror 22.

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 condenser lens 28 collects the laser light (laser light of each color of red, blue, and green) incident from the dichroic mirror unit 20 and emits it toward the MEMS scanner 29.

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 condenser lens 28 is configured such that the laser light incident from the dichroic mirror unit 20 is projected onto the screen 40 with a spot diameter (diameter) smaller than the size of each of the plurality of microlenses forming the screen 40.・ Be placed.

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 condenser lens 28 onto the screen 40. The MEMS scanner 29 includes a MEMS mirror that is rotatable about two orthogonal axes. The projection position of the laser beam on the screen 40 changes according to the orientation of the MEMS mirror. Therefore, the MEMS scanner 29 can arbitrarily change the projection position of the laser beam on the screen 40.

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 screen 40 extends in a plane. In this embodiment, as an example, the screen 40 extends in the horizontal plane, but may be arranged in a direction slightly inclined with respect to the horizontal plane. The screen 40 includes a plurality of microlenses (not shown) that are regularly arranged in a plane. That is, the screen 40 includes a two-dimensional microlens array.

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 control device 50 may be realized by a computer such as an ECU (Electronic Control Unit). The control device 50 includes a laser control unit 51 and a scanner control unit 52.

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 laser control unit 51 controls the laser unit 10 based on an image signal for generating a display image VI (see arrows R1 to R3 in FIG. 2). The image signal may be generated by an external ECU and given to the control device 50 (see arrow R0 in FIG. 2), or may be generated by the control device 50 by itself.

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 screen 40 is associated with each orientation of the MEMS mirror of the MEMS scanner 29.

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 laser control unit 51 controls the laser unit 10 based on the image signal, the laser unit 51 sets the laser unit 10 to each pixel value at a timing corresponding to each pixel based on the pixel value of each pixel included in the image signal. The laser unit 10 is controlled so that the laser beam of the corresponding color is emitted.

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 scanner control unit 52 controls the MEMS scanner 29 (see arrow R4 in FIG. 2). That is, the scanner control unit 52 scans the laser beam on the screen 40 by controlling the direction of the MEMS mirror of the MEMS scanner 29. Here, "scanning the laser beam on the screen 40" means changing the projection position of the laser beam on the plane of the screen 40 (the projection position when viewed perpendicular to the plane of the screen 40). Point to. Further, in the following, the "scanning pattern" refers to the locus of the projection position (the locus of the projection position of the laser beam on the plane of the screen 40). Further, the plane related to the screen 40 (that is, the plane on which a plurality of microlenses are arranged) is also referred to as a “scanning surface”.

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 scanner control unit 52 cooperates with the laser control unit 51 to scan the laser beam corresponding to the image signal in a predetermined scanning pattern. That is, the scanner control unit 52 MEMS so that the laser light from the laser unit 10 is projected to each position on the scanning surface corresponding to each pixel based on the pixel value of each pixel included in the image signal. Controls the scanner 29.

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 light irradiation device 2 shown in FIG. 2 has a specific configuration, but the configuration of the image light irradiation device 2 is arbitrary as long as it has a light source related to laser light of a plurality of colors. Therefore, as the image light irradiation device 2, the cross prism 20A may be used instead of the dichroic mirror unit 20, for example, as shown in FIG. Note that, in FIG. 3, the laser irradiation devices 11, 12, and 13 are illustrated in a mode including light sources 111, 121, 131 (an example of a laser light source) and collimator lenses 112, 122, 132, respectively. Further, although the image light irradiation device 2 shown in FIG. 2 directly projects light on the hologram 3 on the windshield WS, it may be projected via an optical member. For example, the light from the screen 40 may be reflected by the concave mirror and then projected onto the hologram 3 on the windshield WS. Further, the image light irradiation device 2 shown in FIG. 2 projects light only on the hologram 3 on the windshield WS, but forms a display image VI by projecting light on both the hologram 3 and the windshield WS. You may.

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 hologram 3 is provided on the windshield WS. The hologram 3 may be attached to the indoor surface of the windshield WS, or may be provided on the inner layer (for example, in the interlayer film) of the windshield WS.

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 hologram 3 may be formed of, for example, a photopolymer. The types of hologram 3 are reflection type, phase change type, and volume type. The hologram 3 may be formed by utilizing a hologram film having a thickness of several microns. Interference fringes are recorded on the hologram 3, for example, in the form of a change in refractive index. That is, in the hologram 3, the interference fringes are stored in layers inside the material as a bending rate distribution. In this embodiment, interference fringes related to each of the RGB wavelengths are recorded in the hologram 3 corresponding to the three colors of laser light. In this case, a laminated hologram 3 may be formed by creating a hologram layer for each interference fringe corresponding to each of the RGB wavelengths and laminating the hologram layers related to each. Alternatively, a multi-type hologram 3 in which RGB interference fringes are superimposed and recorded may be realized. Any laser interference exposure apparatus may be used for recording (exposure) such interference fringes.

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 hologram 3 preferably has a transmittance of 70% or more and a diffraction efficiency of 30% or less. As a result, it is possible to generate a display image VI with high visibility in a manner that does not impair the transparency of the windshield WS.

[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 hologram 3 with respect to wavelength and incident angle]
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 hologram 3, and FIG. 5 is an explanatory diagram of the characteristics of the laser beam incident on the hologram 3 from the image light irradiation device 2.

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 hologram 3 from the image light irradiation device 2, and the regular positional relationship between the image light irradiation device 2 and the hologram 3 (in the design drawing). It is uniquely determined from the positional relationship of). On the other hand, as shown in FIG. 5, the characteristic L401 of the laser beam from the image light irradiation device 2 has a diffraction efficiency peak at a predetermined incident angle α0, while the characteristic L501 has a characteristic L501 from a predetermined incident angle α0. Diffraction efficiency peaks at a deviated incident angle α1. Note that FIG. 5 illustrates the characteristics of a certain individual, and when other individuals are used, different characteristics may be shown.

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 hologram 3 from the image light irradiation device 2 (reproduction wavelength) are different, so that such a characteristic difference occurs.

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 hologram 3 from the image light irradiation device 2 are different, the desired performance of the hologram 3 cannot be realized (that is,). There is a case where the performance deteriorates).

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 laser unit 10 is designed so that there is substantially no significant difference between the exposure wavelength and the reproduction wavelength.

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 laser unit 10, secular variation, and the like.

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 hologram 3 with respect to the incident angle, in which the incident angle θ is taken on the horizontal axis and the diffracted light intensity I is taken on the vertical axis, and the relationship between the incident angle θ and the diffracted light intensity I is shown.

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 hologram 3 may not be realized (for example, the intensity may decrease).

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 light irradiation device 2 is originally designed so that the incident angle satisfies the Bragg condition in relation to the windshield WS.

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 light irradiation device 2. That is, the incident angle may deviate from the original angle (design value) that satisfies the Bragg condition.

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 display 1 according to the present embodiment, even when such a significant difference between the exposure wavelength and the reproduction wavelength or the significant difference between the incident angle and the angle satisfying the Bragg condition occurs. The hologram 3 is configured so that the desired performance is realized.

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 display 1 according to the present embodiment, as described in detail below, the hologram 3 records interference fringes having different interference fringe intervals.

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 hologram 3 of the present embodiment, and is a diagram schematically showing the structure of the hologram 3 in a cross-sectional view.

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 hologram 3 records interference fringes 310 to 350 with different interference fringe intervals. In this embodiment, as shown in FIG. 7, the hologram 3 includes a first interference fringe layer 31, a second interference fringe layer 32, a third interference fringe layer 33, a fourth interference fringe layer 34, and a fifth. Includes an interference fringe layer 35. The hologram 3 has a structure in which the first interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35 are laminated.

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 interference fringe layer 31, interference fringes having an interference fringe interval d1 are recorded. In the second interference fringe layer 32, the interference fringes having the interference fringe interval d2 are recorded. Similarly, in the third interference fringe layer 33 to the fifth interference fringe layer 35, interference fringes having interference fringe intervals d3 to d5 are recorded, respectively. The interference fringe intervals d1 to d5 are different from each other.

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 hologram 3 includes five types of interference fringe layers from the first interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35, but as long as it includes two or more types of interference fringe layers having different interference fringe intervals. , The number of types is arbitrary.

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LからLが示されている。 FIG. 8 is an explanatory diagram of the characteristics of the hologram 3 of this embodiment. In FIG. 8, the incident angle θ is taken on the horizontal axis, the diffraction light intensity I is taken on the vertical axis, and the diffraction efficiency curves L1 to L5 relating to each of the first interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35 are shown. It is shown.

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=θ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=θ、θ、θ、θ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=θ、θ、θ、θ、θ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 interference fringe layer 31 has a normal reproduction wavelength (reproduction wavelength based on the design value), the diffracted light intensity I peaks when the incident angle θ = θ 1 , and the following Similarly, in the second interference fringe layer 32 to the fifth interference fringe layer 35, the diffracted light intensity I peaks when the incident angles θ = θ 2 , θ 3 , θ 4 , and θ 5 , respectively. In other words, when the interference fringe intervals d1 to d5 of the first interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35 are normal reproduction wavelengths, the incident angles θ = θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ, respectively. 4. At θ 5 , it is adapted so that the diffracted light intensity I peaks.

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θ、θ、θ、θ、θ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θ、θ、θ、θ、θ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 light irradiation device 2, the incident angles θ are angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ. 4. If it is the same as or in the vicinity of any one of θ 5 , the angle that satisfies or satisfies the Bragg condition is satisfied, and therefore a relatively high diffracted light intensity I can be realized. Since a relatively high diffracted light intensity I can be realized, good quality of the display image VI can be ensured.

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 hologram 3 includes the interference fringes recorded at the plurality of interference fringe intervals d1 to d5 as described above, the reproduction wavelength varies from the normal wavelength (reproduction wavelength based on the design value). Even in this case, a relatively high diffracted light intensity I can be realized. Since a relatively high diffracted light intensity I can be realized, good quality of the display image VI can be ensured.

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 hologram 3 records the interference fringes 310 to 350 having different interference fringe intervals, the incident angle θ and / or the reproduction wavelength is set to the normal incident angle θ (design value). Based on the incident angle) and / or even when deviated from the normal reproduction wavelength, it is possible to realize a relatively high diffracted light intensity I that can realize a relatively high diffracted light intensity I, and it is possible to secure good quality of the display image VI. That is, it is possible to realize a head-up display 1 having a hologram 3 that is robust against fluctuations in the incident angle θ and the reproduction wavelength.

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I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 hologram 3 according to the present embodiment, and FIG. 9B is a diagram showing the analysis result of the hologram (not shown) according to the comparative example. In FIGS. 9A and 9B, Δθ (amount of deviation with respect to the normal incident angle θ) is taken on the horizontal axis, and Δλ (amount of deviation with respect to the normal reproduction wavelength) is taken on the vertical axis, and the distribution of the diffracted light intensity I is shown. be. The region I1 has the highest diffracted light intensity I, and the region I2 has the next highest diffracted light intensity I, and so on. Further, the region IB is a region where the diffracted light intensity I is very low, and is a region where the diffracted light intensity I is at a level at which the displayed image VI is not substantially visible.

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 hologram 3 of the present embodiment. The interference fringe interval d0 is set so as to satisfy the Bragg condition based on the normal incident angle θ and the normal reproduction wavelength.

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I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I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I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 hologram 3 according to the present embodiment, as described above, interference fringes 310 to 350 with different interference fringe intervals are recorded. In the case of this embodiment as shown in FIG. 9A , in contrast to the above-mentioned comparative example, the allowable fluctuation range Q1 does not include the region IB, and most of the region I1 is included. Become. Therefore, according to this embodiment, it is possible to realize a head-up display 1 having a hologram 3 that is robust against fluctuations in the incident angle θ and the reproduction wavelength. In other words, according to the present embodiment, the permissible fluctuation range Q1 capable of generating the display image VI of appropriate luminance can be efficiently expanded as compared with the comparative example.

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 hologram 3 of the present embodiment, and a part of the display lights L100, L110, and L120 from the image light irradiation device 2 are directed toward the eyebox EB in a side view. It is a figure which shows the state of reflection schematically. FIG. 10B is an explanatory diagram of the size of the eye box EB'by the hologram 3'of the comparative example. 10A and 10B each show an enlarged view of the Q10 portion.

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 hologram 3 of the present embodiment, as in the case of FIG. 9B.

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 hologram 3 according to the present embodiment, as described above, interference fringes 310 to 350 with different interference fringe intervals are recorded. In the case of this embodiment, as shown in FIG. 10A, in contrast to the above-mentioned comparative example, each of the indicator lights L100, L110, and L120 incident on the hologram 3 at different angles of incidence is the driver ( (See Fig. 1). Therefore, according to this embodiment, a relatively wide eye box EB can be realized.

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 interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35 will be described with reference to FIG. 11 again with reference to FIG. 8 described above.

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 hologram 3 of the present embodiment, as in FIG. In FIG. 11, the wavelength is taken on the horizontal axis, the diffraction light intensity I is taken on the vertical axis, and the diffraction efficiency curve L relating to each of the first interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35 of the hologram 3 of this embodiment. 11 to L 15 are shown.

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LからL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Lと回折効率曲線L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I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 interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35 overlap each other with at least two diffraction efficiency curves (see hatch region R8). Have. For example, the diffraction efficiency curve L 1 and the diffraction efficiency curve L 2 have an overlap (see the hatching region R8), and have an overlap (see the hatching region R8) within a range in which the diffraction light intensity is a predetermined value I 0 or more. However, the same applies below.

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=θ、θ、θ、θ、θ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θ、θ、θ、θ、θ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 interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35 are normal reproduction wavelengths, the incident angles θ = θ 1 , respectively. It is adapted so that the diffracted light intensity I peaks at θ 2 , θ 3 , θ 4 , and θ 5 . At this time, the angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 , and θ 5 are adapted to have such an overlap (see hatch region R8).

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LからL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LからL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λ、λ、λ、λ、λ間の関係は、上述した式(1)に基づいて、角度θ、θ、θ、θ、θ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χ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/η)のグラフである。具体的には、横軸にパラメータχを取り、縦軸に正規化回折効率(η/η)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/λcosθ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ηは、η=tanhΦ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 interference fringe layer 31 to the fifth interference fringe layer 35 so as to have the above-mentioned overlap (see the hatching region R8). .. FIG. 13 is an explanatory diagram of modulation parameters. FIG. 12 is a graph of the normalized diffraction efficiency (η / η B ) of the volumetric reflection type phase lattice expressed as a function of the parameter χr . Specifically, the horizontal axis is the parameter χr , the vertical axis is the normalized diffraction efficiency (η / η B ), and the characteristic curve L140 showing the relationship between the two is shown. The characteristic curve L140 changes depending on the value of the predetermined modulation parameter Φ. The modulation parameter Φ is represented by Φ = πΔnd / λcosθ 0 using Δn, which is the amplitude of the change in the refractive index, and as shown in FIG. 13, the diffraction efficiency increases toward the upper limit of 1 as the value increases. It has a monotonically increasing relationship. Here, it is assumed that the value of the modulation parameter is 1 / 4π. The efficiency η B for normalization is represented by η B = tanh 2 Φ.

パラメータχ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.

Figure 2022045811000002
ここでは、上記の数1の式に基づいて、正規の再生波長をλ、ブラッグ角度がθであるホログラム3を設計する場合について、上述した図11を参照して、説明する。
Figure 2022045811000002
Here, a case of designing a hologram 3 having a normal reproduction wavelength of λ 0 and a Bragg angle of θ 0 based on the above equation of Equation 1 will be described with reference to FIG. 11 described above.

まず、ブラッグ条件より波長λの干渉縞間隔dは、以下のように求められる。
=λ/2cosθ
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χ=3.2のときである(図12のP1参照)。パラメータχ=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=3.2λ/cosθ×λ/2πD
図11を参照して上述した波長λ、λ、λ、λ、λ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 equation 1, Δλ can be expressed as follows.
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λを中心波長(λ)とすると、波長λ、λ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.

Figure 2022045811000003
Figure 2022045811000003

Figure 2022045811000004
また、波長λを中心波長(λ)とすると、波長λ、λは、以下の通りである。
Figure 2022045811000004
Further, assuming that the wavelength λ 3 is the central wavelength (λ 0 ), the wavelengths λ 2 and λ 1 are as follows.

Figure 2022045811000005
Figure 2022045811000005

Figure 2022045811000006
このようにして、例えば波長λを中心波長(λ)として、波長λ、λ、λ、λを設定すれば、図12に示した特性に基づいて、回折効率曲線L11からL15の重なり(ハッチング領域R8参照)を適切に設定できる。そして、波長λ、λ、λ、λ、λが求まると、上述した式(1)に基づいて、各波長に対応した干渉縞間隔d1からd5を求めることができる。例えば、波長λを650nm、入射角度θを30度、媒体厚Dを30umとしたとき、干渉縞間隔d1からd5は、d1=366nm、d2=371nm、d3=375nm、d4=380nm、d5=385nmとなる。
Figure 2022045811000006
In this way, for example, if the wavelengths λ 3 are set as the central wavelength (λ 0 ) and the wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 4 , and λ 5 are set, the diffraction efficiency curve L 11 is based on the characteristics shown in FIG. The overlap of L 15 (see hatch area R8) can be appropriately set. Then, when the wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , and λ 5 are obtained, the interference fringe intervals d1 to d5 corresponding to each wavelength can be obtained based on the above-mentioned equation (1). For example, when the wavelength λ 3 is 650 nm, the incident angle θ 0 is 30 degrees, and the medium thickness D is 30 um, the interference fringe intervals d1 to d5 are d1 = 366 nm, d2 = 371 nm, d3 = 375 nm, d4 = 380 nm, d5. = 385 nm.

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χ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 interference fringe layer 31 included in the hologram 3. It is possible to efficiently optimize the distribution of light.

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(λ)に対応する干渉縞の劣化が最も小さく、中心波長(λ)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 display 2 Image light irradiation device 3 Hologram 9 Instrument panel 10 Laser unit 11 Laser irradiation device 12 Laser irradiation device 13 Laser irradiation device 20 Dichroic mirror unit 20A Cross prism 21 Dichroic mirror 22 Dichroic mirror 23 Dichroic mirror 28 Condensing lens 29 MEMS Scanner 31 1st interference fringe layer 32 2nd interference fringe layer 33 3rd interference fringe layer 34 4th interference fringe layer 35 5th interference fringe layer 40 screen

Claims (6)

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。
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).
前記ホログラムは、反射型かつ位相変化型である、請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。 The head-up display according to claim 1, wherein the hologram is a reflection type and a phase change type. 横軸に入射角度を取りかつ縦軸に回折光強度を取るときの、前記複数の干渉縞に係る回折効率曲線は、横軸方向で隣接する回折効率曲線同士で重なりを有する、請求項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイ。 1. The head-up display according to 2. 前記複数の干渉縞に係る回折効率曲線における回折光強度がピークとなるときの各波長は、パラメータχ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/η)の特性に対して正規化回折効率が0~0.4となるパラメータχの範囲に基づいて、適合されており、
前記パラメータχ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.
前記画像光照射部は、レーザ光源(111、121、131)を含む、請求項4に記載のヘッドアップディスプレイ。 The head-up display according to claim 4, wherein the image light irradiation unit includes a laser light source (111, 121, 131). 前記レーザ光源は、RGBのレーザ光源(111、121、131)である、請求項5に記載のヘッドアップディスプレイ。 The head-up display according to claim 5, wherein the laser light source is an RGB laser light source (111, 121, 131).
JP2020151605A 2020-09-09 2020-09-09 Head-up display Pending JP2022045811A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020151605A JP2022045811A (en) 2020-09-09 2020-09-09 Head-up display

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020151605A JP2022045811A (en) 2020-09-09 2020-09-09 Head-up display

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022045811A true JP2022045811A (en) 2022-03-22

Family

ID=80774545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020151605A Pending JP2022045811A (en) 2020-09-09 2020-09-09 Head-up display

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022045811A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10409069B2 (en) Display device and light guide device
JP5950233B2 (en) See-through display device and vehicle equipped with see-through display device
US20210011300A1 (en) Display device
KR101605064B1 (en) Head-up display apparatus
US6771403B1 (en) Image display apparatus
JP2021182138A (en) Display device
JP2013522667A (en) Diffraction type combiner for head-up color display
JP4578579B2 (en) Aircraft and vehicle holographic display screens
US11067799B2 (en) Display device
JP2018087949A (en) Video display device and light guide device
JPS61289320A (en) Optical type display unit and manufacture thereof
JP2019133132A (en) Display unit
US11586041B2 (en) Virtual image display device
US20170276957A1 (en) Optical element and display apparatus
JP2019191313A (en) Head-up display device
US7009778B2 (en) Imaging optical system, image display apparatus and imaging optical apparatus
JP7183981B2 (en) virtual image display
JP2022045811A (en) Head-up display
US20210141222A1 (en) Device for producing a virtual image having a field-point-dependent aperture
JP7293993B2 (en) Display device
US20200103652A1 (en) Virtual image display device
JPH06167671A (en) Display system using hologram
RU2371745C2 (en) Method of displaying information on vehicle windscreen
JP2021173802A (en) Head-up display
WO2019096492A1 (en) High head type optical display device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230720

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240220

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240307

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240402