JP2540893B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はヘッドアップディスプレイ装置に関し、特に
その収差を効果的に解消することが可能なヘッドアップ
ディスプレイ装置に関する。

［従来の技術］ 物体光と参照光の干渉縞を記録したホログラムは回折
格子として機能し、これに特定波長の再生光を表示器よ
り照射すると、表示器上の画像の虚像を発生する。この
ホログラムは上記特定波長以外の波長光は回折すること
なく自由に透過せしめるから、ホログラム前方の視野内
に再生画像を浮かび上がらせることが可能であり、これ
がヘッドアップディスプレイ装置の原理である。

ところで、上記ホログラムは実際には上記特定波長で
回折効率がピークとなるものの、その前後の波長域にお
いてもある程度の回折効果を有し、各波長光により複数
の結像を生じて収差、すなわち像のボケを生じる。

そこで、例えば特開昭61−278820号公報ではホログラ
ムを２枚設けてボケの解消を容易にしたディスプレイ装
置が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、二枚のホログラムを使用する上記提案
の装置では、再生画像の明るさを確保するために各ホロ
グラムの再生光の波長を一致せしめる必要があり、これ
を容易にするため一般に、一方のホログラムの回折効率
の半値幅を大きくすることが行なわれる。ところが、こ
れを行なうと再生画像の結像点の前後方向のずれが大き
くなり、この方向でのボケが増大するという問題点があ
る。

本発明はかかる問題点を解決するもので、二枚のホロ
グラムを使用して十分に明るい再生画像を得ることがで
き、かつ再生画像の特に前後方向のボケを良好に解消で
きるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の構成を図で説明すると、ヘッドアップディス
プレイ装置は、第１および第２のホログラム１、２と投
光手段３とを具備し、上記投光手段３は上記第１のホロ
グラム１に対して投光方向と反対側に実像f1を形成する
ような集束光L1を照射し、上記第１のホログラム１は上
記集束光L1の入射により一定位置に虚像f2を形成するよ
うな発散光L2を発し、上記第２のホログラム２は上記発
散光L2を入射せしめてその前方位置に表示用の虚像f3を
形成するような発散光L3を発し、かつ、上記実像f1と第
１のホログラムとの間の距離Rc1と、該ホログラム１と
上記第２のホログラム２との間の距離ｄの差を、上記第
２のホログラム２により形成される表示用虚像f3と該第
２のホログラム２との間の距離Ri2以下に設定してあ
る。

［作用、効果］ ヘッドアップディスプレイ装置において、表示用虚像
の翌るさを確保するために第１のホログラムの半値幅を
大きくすると、第２のホログラムへ入射する発散光L2は
比較的大きな波長域を有し、虚像f2は前後方向へ大きな
ボケを生じる。

ここにおいて、本発明によれば、第１のホログラムに
対して集束光を入射せしめるようになすとともに、距離
Rc1、ｄの差を距離Ri2以下としたことにより、上記第１
のホログラムで発生する前後方向の像のボケは第２のホ
ログラムで相殺され、ボケのない良好な表示用虚像f3す
なわち再生画像が得られる。

［実施例］ 第１図において、上下方向に離れた前後位置に一定距
離ｄ離して一対のホログラムが設けてあり、下方に位置
するホログラム１のさらに下方には投光手段たる表示器
３が設けてある。表示器３は例えば特定波長域の光を発
するCRTディスプレイ装置である。

上記表示器３とホログラム１の間の後方位置には凹面
鏡４が設けてあり、表示器３より射出した光は上記凹面
鏡４で反射せしめられて上記ホログラム１に向かう。こ
の反射光L1はホログラム１の前方位置に実像f1を形成す
るような集束光である。

上記ホログラムは入射した上記集束光L1を回折せしめ
て、その後方に虚像f2を生じるような発散光L2を上記ホ
ログラム２に向けて発する。この時、上記虚像f2は光軸
の前後方向にボケを生じている。

ボケを有する上記発散光L2はホログラム２に入射して
回折せしめられ、後方へ発散光L3として出射する。この
発散光L3はホログラム２の前方に上記表示器３の再生画
像f3を表示用虚像として生ぜしめ、上記ホログラム２の
後方に肉眼Ｅを位置せしめると前方視野内に上記再生画
像f3を視認することができる。

この時の再生画像f3は、発散光L2の有する前後方向の
ボケがホログラム２による回折時に相殺されるため、全
くボケのないクリヤなものとなる。

ここで、上記実像f1とホログラム１との間の距離Rc1
と上記距離ｄの差が、再生画像f3とホログラム２との間
の距離Ri2以下となるように設定してある。

以下、上記構成により再生画像の前後方向ボケが解消
される理論的背景を説明する。

上記ホログラム１は、第２図に示す如く、同一波長の
レーザ光をビームスプリッタ５により分割し、光学系を
通して参照光Lrおよび物体光Loとして乾板に照射してこ
れに干渉縞を記録することにより製作される。図中、Rr
1、Ro1はそれぞれ参照光Lrおよび物体光Loの距離であ
る。

このようにして得たホログラム１に、第３図の如く、
再生光Lcを表示器３より照射すると、再生光Lcが回折さ
れて虚像を生じる。図中、Rc1は表示器３（すなわち実
像）とホログラム１との間の距離であり、Ri1は再生さ
れる虚像と上記ホログラム１との間の距離である。

かかる場合の結像方程式は次式（１）で表される。

ホログラム２についても同様の式が成立する。

ところで、実際には上記ホログラムは上述の如く比較
的大きな半値幅を有しているため、各々の波長で結像位
置が異なる。例えば、再生波長にΔλの広がりがある場
合には像には前後方向にΔｒのボケを生じ、この場合の
結像方程式および分散（ボケ）の程度は次式（２）、
（３）で示される。

ここで、λｏはホログラム記録時の波長である。

上記ホログラム１における分散がホログラム２で相殺
されたと仮定すると、結像方程式およびこの時の分散は
次式（４）、（５）となる。

ここで、Rr2、Ro2、Rc2、Ri2はそれぞれホログラム１
におけるRr1、Ro1、Rc1、Ri1に対応しており、Rc2＝Ri1
＋ｄである。

しかして、分散が相殺される条件は（３）式と（４）
式が等しくなることであり、かかる条件より次式
（６）、（７）、（８）が得られる。

上式（６）、（７）、（８）の解が存在する条件およ
び再生画像の拡大率αを１倍以上とする条件より、次式
（９）が得られる。

Rc1≦0,d＋Rc1−Ri2≦０ ……（９） これによれば、Rc1は負の値となるから、ホログラム
１へはその背後に実像を形成するような集束光を与える
必要があり、かつ上記実像f1とホログラム１との間の距
離Rc1と、両ホログラム１、２間の距離ｄの差を、再生
画像f3とホログラム２との間の距離Ri2以下とする。

なお、上記拡大率αは次式（10）で与えられる。

このようにして、前後方向のボケのない明るい再生画
像を前方視野内に得ることができる。

ちなみに、Rr1＝−6.5cm、Ro1＝10cm、Rc1＝−16cm、
Ri1＝5.2cm、Rr2＝17.2cm、Ro2＝100cm、Rc2＝17.2cm、
Ri2＝100cmとすれば、ホログラムの1m前方に拡大率２倍
の再生画像を得ることができる。

上記実施例ではホログラム１背後の実像f1を凹面鏡４
で作成したが、第４図に示す如く、凸レンズ６で作成す
ることもできる。図において、７はホログラム１を保護
するための透明カバーガラスであり、これは両面をARコ
ートすることが望ましい。

ホログラム１としては上記実施例の透過型に代えて、
第５図および第６図に示す如く反射型を使用することが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示し、第１図
は装置の全体構成を示す概略側面図、第２図はホログラ
ム記録時の概念図、第３図はホログラム再生時の概念
図、第４図ないし第６図はそれぞれ本発明の他の実施例
を示す装置の全体概略側面図である。 １……第１のホログラム ２……第２のホログラム ３……表示器（投光手段） ４……凹面鏡 ６……凸レンズ f1……実像 f2……虚像 f3……再生画像（表示用虚像） L1……集束光 L2、L3……発散光

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前方視野内にホログラムにより再生される
   像を表示するヘッドアップディスプレイ装置において、
   第１および第２のホログラムと投光手段とを具備し、上
   記投光手段は上記第１のホログラムに対して投光方向と
   反対側に実像を形成するような集束光を照射し、上記第
   １のホログラムは上記集束光の入射により一定位置に虚
   像を形成するような発散光を発し、上記第２のホログラ
   ムは上記発散光を入射せしめてその前方位置に表示用の
   虚像を形成するような発散光を発し、かつ、上記実像と
   第１のホログラムとの間の距離と、該ホログラムと上記
   第２のホログラムとの間の距離の差を、上記第２のホロ
   グラムにより形成される表示用虚像と該第２のホログラ
   ムとの間の距離以下に設定したことを特徴とするヘッド
   アップディスプレイ装置。