JP2687558B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 ホログラム素子を構成要素とする自動車等のヘッドア
ップ・ディスプレイにおける表示装置に関し、 色収差とゴーストを同時に除去したクリアーな車内表
示器からの画像信号を運転作業者の前方凝視視線上に現
出させて運転操作の安全化を図ることを目的とし、 所定の入射角で投射される特定波長の画像信号光を入
射角と等しい出射角方向に回折光として反射すると共に
該回折光の逆方向延長線上からの光信号を透過する機能
を備えた反射型ホログラムの該光信号入射面に、上記画
像信号光の内該反射型ホログラムを透過する画像信号光
を所定方向に透過回折光として射出する機能を備えた透
過型ホログラムを形成してホログラムコンバイナを構成
し、上記反射型ホログラムの出射角方向が運転作業者の
前方凝視視線上で該凝視方向と逆行する如くに、該ホロ
グラムコンバイナを該運転作業者の前方に配置して構成
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はホログラム素子を構成要素とする自動車等の
ヘッドアップ・ディスプレイに係り、特に色収差とゴー
ストを同時に除去したクリアーな車内表示器からの画像
信号を運転作業者の前方凝視視線上に現出させて運転操
作の安全性の向上を図った表示装置に関する。

近年、航空機や自動車の如き輸送分野や種々の集中監
視業務等の分野では、操縦者や運転作業者の負担を少し
でも軽減して安全性や作業の確実性を向上させるための
方策が種々採られているが、特に自動車産業等の輸送分
野では安全性確保のために運転操作の簡素化が強く叫ば
れている。

〔従来の技術〕

第３図は自動車のヘッドアップ・ディスプレイの一例
を示した図であり、（ａ）は適用状態を示す図，
（b₁），（b₂）は原理を説明する図である。

また第４図は反射型ホログラムの波長選択性を説明す
る図であり、第５図は問題点を説明する図である。

第３図（ａ）は運転者１が自動車２を運転している状
況を示した図であり、例えば表示器３には各時点におけ
る速度や油量等の諸情報がデジタル表示されるようにな
っている。

４はフロントガラス2aの内側所定位置に添着した反射
型ホログラムである。

かかるヘッドアップ・ディスプレイ（以下略してHUD
とする）では、運転者１には上記表示器３からの光信号
Ｓと外界からの光信号（すなわち風景）Ｌが同一の前方
凝視視線上に同時に認識できるように該HUDを構成して
いるため、該運転者１は視線をずらすことなく複数の情
報を得ることができて安全性の高い運転操作を行うこと
ができる。

原理を説明する図で、（b₁）は反射型ホログラムの作
成例を示す図，（b₂）は該ホログラムの機能を説明する
図である。

図（b₁）で、所要の厚さを有するガラス等からなる透
明基板4aの片面には、例えばゼラチンに銀（Ag）を混入
させた銀塩からなる感光膜4bが数μｍ程度の厚さに被着
形成されている。

そこで該透明基板4aの表裏側からそれぞれ等しい入射
角αで平行なレーザ光l₁,l₂を同時に照射すると、図（b
₂）に示す如く上記感光膜4bは該基板面に対して平行な
層状の干渉縞4cを備えたホログラム膜4dとなり、所要の
反射型ホログラム４を得ることができる。

かかる反射型ホログラムではその片面から入射角βで
光Ｌを照射すると、特定波長光を中心とする特定波長域
範囲の光は図（b₂）のように入射角と等しい出射角βの
方向に回折光Ｌ′となって反射し、該特定波長域範囲を
越える他の波長光は透過光Ｌ″となって該ホログラム４
をそのまま透過する。

従って、図（ａ）における表示器３の表示画像信号
（例えば速度を表す数字）Ｓの波長を上記波長域範囲と
合致させた上で図（ａ）の如く該反射型ホログラム４を
運転者１の前方所定位置に配置すると、該運転者１の前
方凝視視線と同一視線上に外界風景と共に表示器３の色
収差のない画像信号が認識できることになる。

反射型ホログラムの波長選択性を説明する第４図は上
記の特定波長光のみが反射回折光となり他の波長光を透
過する現象を説明する図であり、横軸Ｘに波長をまた縦
軸Ｙに反射回折効率をとったものである。

図の反射回折効率を示す曲線c₁は、特定波長λ_０およ
びその近傍（λ_１〜λ_２の範囲）でのみ反射回折現象が
発生し特に波長λ_０の光が最大の反射回折効率となるこ
とを示しており、逆にこのことは上記波長域以外の波長
光は反射回折することなくそのまま透過することを意味
している。

問題点を説明する第５図で、運転者1,表示器３および
反射型ホログラム４は第３図同様のものである。

この場合、表示器３の一点ｐから射出する特定波長の
散乱光ｓが反射型ホログラム４に入射角β_１で入射する
と、その反射回折光s₀は実線で示す如く入射角と等しい
出射角β_１の方向に反射して運転者１の方向に進み、該
運転者１は前方P₀点に上記表示器３のｐ点の虚像を認識
することができる。

一方例えば該ホログラム４のホログラム膜4bを透過す
る光は、透明基板4aの裏面側で反射した後破線で示す如
く上記反射回折光s₀と同じ方向すなわち出射角β_１の方
向に射出する反射光s₁となって運転者１の方向に進む。

その結果該運転者１には、前方P₀点には上記表示器３
のｐ点の虚像が，またP₁点には透明基板4aの裏面からの
反射によるｐ点の虚像が同一視線上に重なった状態で認
識できることになり、透明基板4aの厚さに起因するゴー
ストとなる。

従って、上記表示器３から射出する光信号の画像は透
明基板4a裏面からの反射によるゴーストによって図（5
a）に示すように実線と点線の二重になった観察像とな
って見にくくなることから安全な運転操作を阻害する要
因になっている。

因みに実線で示す像と点線で示すゴースト像との間の
ズレｄは透明基板4aの厚さのほぼ0.7倍程度である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のHUDでは、車内表示器からの画像信号の色収差
は補正できてもゴーストを除去することができないと言
う問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、所定の入射角で投射される特定波長の
画像信号光を入射角と等しい出射角方向に回折光として
反射すると共に該回折光の逆方向延長線上からの光信号
を透過する機能を備えた反射型ホログラムの該光信号入
射面に、上記画像信号光の内該反射型ホログラムを透過
する画像信号光を所定方向に透過回折光として射出する
機能を備えた透過型ホログラムを形成してホログラムコ
ンバイナを構成し、 上記出射角方向が運転作業者の前方凝視視線上で該凝
視方向と逆行する如くに、該ホログラムコンバイナを該
運転作業者の前方に配置してなる表示装置によって解決
される。

〔作 用〕

反射型ホログラムを構成する透明基板の裏面での反射
を抑制して透過させればゴースト像が発生することがな
い。

本発明では、該反射型ホログラムの透明基板側の裏面
に透過型ホログラムを形成して該裏面側に到達する表示
器からの画像信号光を透過回折させるようにホログラム
コンバイナを構成し、該ホログラムコンバイナを運転作
業者の前方所定位置に配設するようにしている。

従って、反射型ホログラムを構成する透明基板の裏面
側で反射する画像信号光がなくなることから、色収差と
共にゴーストのないクリヤーな画像信号が外界風景とと
共に同一視線上に認識できる表示装置を得ることができ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明を説明する原理図であり、（Ａ）は透
過型ホログラムの作成例を示す図，（Ｂ）は該ホログラ
ムの機能を説明する図，（Ｃ）は該ホログラムの回折効
率の波長依存性を説明する図，（Ｄ）は該ホログラムの
入射角選択性を説明する図，（Ｅ）はホログラムコンバ
イナを説明する図である。また第２図は実施構成例を示
す図である。

一般に透過型ホログラムでは、所定の入射角で入射す
る光のみを所定の出射角方向に透過させるように該透過
型ホログラムを形成することができる。

第１図（Ａ）で、所要厚さのガラス等からなる透明基
板10aの片面には、第３図同様の感光膜10bが数μｍ程度
の厚さに被着形成されている。

そこで該透明基板10aの感光膜10b側の面に、発散角φ
₁,φ_２の参照光（レーザ光）l₁,l₂をそれぞれ入射角
θ₁,θ_２で同時に照射すると、図（Ｂ）に示す如く上記
感光膜10bは該基板面に対して所定の角度に傾いた干渉
縞10cを備えたホログラム膜10dとなり、所要の透過型ホ
ログラム10を得ることができる。

かかる透過型ホログラム10では、その片面例えばホロ
グラム膜10d側から発散角φ_１の光Ｌを入射角θ_１で照
射すると、該光Ｌは図（Ｂ）に示す如く出射角θ_２の方
向に発散角φ_２の回折光Ｌ′となって透過する。

従って、反射型ホログラムの透明基板面側にかかる透
過型ホログラムを形成すると、該透明基板面での反射が
なくなることからゴーストが発生することがない。

透過型ホログラムの回折効率の波長依存性を説明する
図（Ｃ）は、横軸X₁に波長λをnmの単位でまた縦軸Y₁に
は透過回折効率をとったものである。

図の透過回折効率を示す曲線c₂は、波長によって透過
効率は変化するが可視光線を構成する波長のほぼ全域に
わたって回折することを示しており、逆にこのことは該
透過型ホログラムに入射する光はほぼ全部が透過するこ
とを意味している。

また、該ホログラムの入射角選択性を説明する図
（Ｄ）は横軸X₂に入射角をまた縦軸Y₂に透過回折効率を
とったものである。

図に透過回折効率を示す曲線c₃は、特定の入射角θ₁,
θ_２の近傍でのみ透過回折現象が発生することを示して
おり、上記入射角θ₁,θ_２以外の入射角で入射する光は
回折することなくそのまま透過することになる。

ホログラムコンバイナの構成例を示す図（Ｅ）で、該
コンバイナ11は第５図で説明した反射型ホログラム４と
上記図（Ａ）〜（Ｄ）で説明した透過型ホログラム10か
ら構成されている。

かかるホログラムコンバイナ11では、特定波長の散乱
光ｓは第１の反射型ホログラム４で入射角（β₁,β_２）
と等しい出射角方向に反射する回折光s₀となって該コン
バイナ11から射出すると共に、該散乱光ｓの一部は破線
で示す如く該反射型ホログラム４をそのまま透過して第
２の透過型ホログラム10に入射するがその後図（Ｂ）で
説明したように予め設定した出射角β₃,β_４の方向に射
出する透過回折光s₁となる。

一方、紙面の左側から該ホログラムコンバイナ11に入
射する光Ｌは、図（Ｃ）および（Ｄ）で説明した如くほ
ぼ全部が該透過型ホログラム10をそのまま透過し更に反
射型ホログラム４を透過して上記の反射回折光s₀と同じ
方向に射出する透過光Ｌ″となる。

実施構成例を示す第２図は第３図（ａ）における反射
型ホログラム４の代わりに第１図（Ｅ）で説明したホロ
グラムコンバイナ11を配設したものである。

また図の１は運転者であり、上記ホログラムコンバイ
ナ11が該運転者１の前方に位置するフロントガラス2aの
所定位置に配設されていることは第３図の場合と同様で
ある。

かかる構成になる表示装置では、第１図で説明した如
く反射型ホログラムの裏面で反射する信号光がなくなる
ことから、運転者１にはホログラムコンバイナ11の表面
で回折された表示器３からの画像信号光Ｓの反射回折光
S₀と外界からの光信号（風景）Ｌとが同一視線上に観察
できることになり、前方風景と共に色収差やゴーストの
ないクリヤーな表示器３からの光信号を認識することが
できる。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、自動車運転中の作業者の前
方凝視視線上に、外界風景と共に色収差とゴーストのな
いクリアーな車内表示器からの画像信号が認識できる表
示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する原理図、 第２図は実施構成例を示す図、 第３図は自動車のヘッドアップ・ディスプレイの一例を
示した図、 第４図は反射型ホログラムの波長選択性を説明する図、 第５図は問題点を説明する図、 である。図において、 １は運転者、2aはフロントガラス、 ３は表示器、４は反射型ホログラム、 10は透過型ホログラム、10aは透明基板、 10bは感光膜、10cは干渉縞、 10dはホログラム膜、 11はホログラムコンバイナ、 をそれぞれ表わす。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の入射角で投射される特定波長の画像
   信号光を入射角と等しい出射角方向に回折光として反射
   すると共に該回折光の逆方向延長線上からの光信号を透
   過する機能を備えた反射型ホログラム（４）の該光信号
   入射面に、上記画像信号光の内該反射型ホログラム
   （４）を透過する画像信号光を所定方向に透過回折光と
   して射出する機能を備えた透過型ホログラム（10）を形
   成してホログラムコンバイナ（11）を構成し、 上記反射型ホログラム（４）の出射角方向が運転作業者
   （１）の前方凝視視線上で該凝視方向と逆行する如く
   に、該ホログラムコンバイナ（11）を該運転作業者
   （１）の前方に配置してなることを特徴とした表示装
   置。