JP2694837B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents
ヘッドアップディスプレイ装置Info
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Instrument Panels (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 反射型ホログラムをコンバイナとして用いたヘッドア
ップディスプレイ装置に関し、 色収差の発生を防止した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し、 拡散板の拡散面の実像を実質上ホログラム乾板上に結
像させ、これを物体波とし、これとは反対側からホログ
ラム乾板に参照波を照射することにより作成した反射型
ホログラムをコンバイナとして用いて構成する。
ップディスプレイ装置に関し、 色収差の発生を防止した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し、 拡散板の拡散面の実像を実質上ホログラム乾板上に結
像させ、これを物体波とし、これとは反対側からホログ
ラム乾板に参照波を照射することにより作成した反射型
ホログラムをコンバイナとして用いて構成する。
本発明はヘッドアップディスプレイ装置、特に反射型
ホログラムをコンバイナとして用いたヘッドアップディ
スプレイ装置に関する。
ホログラムをコンバイナとして用いたヘッドアップディ
スプレイ装置に関する。
ヘッド・アップ・ディスプレイ（HUD）とは、航空機
や自動車の運転席に用いられる表示システムであり、運
転者の前方視界の外界背景に運転に必要な情報を重ねて
写すものである。
や自動車の運転席に用いられる表示システムであり、運
転者の前方視界の外界背景に運転に必要な情報を重ねて
写すものである。
前方を注視したまま即ち、視線をずらすことなく計器
類をチェックできるので、安全面の点から実用化が積極
的に検討されている。
類をチェックできるので、安全面の点から実用化が積極
的に検討されている。
外界背景と情報とを重ねて写し出すためのHUDコンバ
イナには、従来、ハーフミラーが用いられていたが、最
近、システムの簡素化が可能なホログラム方式が提案さ
れている。
イナには、従来、ハーフミラーが用いられていたが、最
近、システムの簡素化が可能なホログラム方式が提案さ
れている。
第14図にホログラムを用いた典型的な自動車用HUDの
構成を示す。
構成を示す。
自動車のフロントガラス10にはホログラフィックコン
バイナ11により前方の景色と表示器（スピード計、燃料
計等）12の情報とが重ねて写し出されるので、運転者は
視線をずらすことなく計器類の表示値を読み取ることが
できる。
バイナ11により前方の景色と表示器（スピード計、燃料
計等）12の情報とが重ねて写し出されるので、運転者は
視線をずらすことなく計器類の表示値を読み取ることが
できる。
HUD用ホログラム（ホログラフィック・コンバイナ）
には通常、反射型ホログラムが用いられる。反射型ホロ
グラムは第15図に示すように、透明なホログラム乾板15
の表、裏よりレーザ光（参照波W1、物体波W2）を照射
し、基板表面にほぼ平行に形成された干渉縞17を感光剤
19上に記録するものである。反射型ホログラムを再生す
ると、第16図に示すように入射再生光W3は入射光と同一
側に反射回折（反射回折光W4）される。ところで反射型
ホログラムは第17図に示すような波長選択特性を有して
いる。即ち、或る特定の波長（一定の幅をもった波長）
のみ反射し、それ以外の波長はほとんどすべて透過させ
る。従って、このような反射型ホログラムを用いたコン
バイナは、第18図に示したようにCRTなどの表示のうち
特定の波長（図示実施例では緑色）のみを反射し外界の
全ての波長を透過させる。この場合、外界の入射光のう
ち、緑色のみは反射されてしまうが実用上差しつかえな
い。従って表示器の単色性が高い場合には、その単色を
高効率で反射することができ、かつ、外界風景の明るさ
も殆ど損わないという特長（利点）をもっている。尚、
ハーフミラーを用いたコンバイナでは表示、外界ともに
半分の明るさになってしまう。また、ホログラムによっ
て結像距離を遠方に設定することができるという長所も
有する。
には通常、反射型ホログラムが用いられる。反射型ホロ
グラムは第15図に示すように、透明なホログラム乾板15
の表、裏よりレーザ光（参照波W1、物体波W2）を照射
し、基板表面にほぼ平行に形成された干渉縞17を感光剤
19上に記録するものである。反射型ホログラムを再生す
ると、第16図に示すように入射再生光W3は入射光と同一
側に反射回折（反射回折光W4）される。ところで反射型
ホログラムは第17図に示すような波長選択特性を有して
いる。即ち、或る特定の波長（一定の幅をもった波長）
のみ反射し、それ以外の波長はほとんどすべて透過させ
る。従って、このような反射型ホログラムを用いたコン
バイナは、第18図に示したようにCRTなどの表示のうち
特定の波長（図示実施例では緑色）のみを反射し外界の
全ての波長を透過させる。この場合、外界の入射光のう
ち、緑色のみは反射されてしまうが実用上差しつかえな
い。従って表示器の単色性が高い場合には、その単色を
高効率で反射することができ、かつ、外界風景の明るさ
も殆ど損わないという特長（利点）をもっている。尚、
ハーフミラーを用いたコンバイナでは表示、外界ともに
半分の明るさになってしまう。また、ホログラムによっ
て結像距離を遠方に設定することができるという長所も
有する。
第19図にホログラフィック・コンバイナの問題点であ
る色収差の発生原理を示す。表示器（図ではCRT）12の
１点からの散乱光が、反射型ホログラム11上のA,B両
点に入射しているとする。この光は実線で示すように反
射される。この光を観察すると、の虚像が、′に見
える。
る色収差の発生原理を示す。表示器（図ではCRT）12の
１点からの散乱光が、反射型ホログラム11上のA,B両
点に入射しているとする。この光は実線で示すように反
射される。この光を観察すると、の虚像が、′に見
える。
しかし、ホログラム11による回折光の方向は波長に依
存するため、中心波長λ０より長い波長λ１の光は、図
の点線の方向に反射される。この波長に対しては、虚像
は′の下方に見えることになる。同様にλ０より短い
波長λ２に対しては′の上方に虚像が見えることにな
る。その結果、第20図（Ａ）のように見えるべき像（例
えば数字８）が、同図（Ｂ）のようにぼけてしまう。
存するため、中心波長λ０より長い波長λ１の光は、図
の点線の方向に反射される。この波長に対しては、虚像
は′の下方に見えることになる。同様にλ０より短い
波長λ２に対しては′の上方に虚像が見えることにな
る。その結果、第20図（Ａ）のように見えるべき像（例
えば数字８）が、同図（Ｂ）のようにぼけてしまう。
このような色収差の発生を防ぐため、従来から第21図
のような補正方式が考えられている。即ち、第19図に示
す反射型ホログラム（第２ホログラム）11に加え、その
前方に透過型ホログラム（第１ホログラム）13を設け、
第１ホログラム13により第19図に示す色収差と逆方向
（相殺する方向）の色収差を予め付けることにより結果
として色収差を補正する。尚、第１ホログラム13は透過
型でも反射型でもよい。
のような補正方式が考えられている。即ち、第19図に示
す反射型ホログラム（第２ホログラム）11に加え、その
前方に透過型ホログラム（第１ホログラム）13を設け、
第１ホログラム13により第19図に示す色収差と逆方向
（相殺する方向）の色収差を予め付けることにより結果
として色収差を補正する。尚、第１ホログラム13は透過
型でも反射型でもよい。
しかしながらこの方式では像全体にわたって完全に色
収差補正を行うことは実際上できなかった。
収差補正を行うことは実際上できなかった。
ところで、色収差はホログラム面と、結像面の位置が
異ることによって発生するものである。したがって、結
像面をホログラム面と一致させれば色収差発生を防ぐこ
とができる。本発明はこのような事実に着眼し、ホログ
ラム面と結像面を一致させることにより問題の解決を図
らんとするものである。
異ることによって発生するものである。したがって、結
像面をホログラム面と一致させれば色収差発生を防ぐこ
とができる。本発明はこのような事実に着眼し、ホログ
ラム面と結像面を一致させることにより問題の解決を図
らんとするものである。
即ち、本発明の目的は色収差のないヘッドアップディ
スプレイ装置を提供することにある。
スプレイ装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は像の明度を低下させないよ
うな色収差のないヘッドアップディスプレイ装置を提供
することにある。
うな色収差のないヘッドアップディスプレイ装置を提供
することにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係るヘッドア
ップディスプレイ装置においては、拡散板の拡散面の実
像を実質上ホログラム乾板上に結像させ、これを物体波
とし、これとは反対側からホログラム乾板に参照波を照
射することにより作成した反射型ホログラムをコンバイ
ナとして用いることを構造上の特徴とする。
ップディスプレイ装置においては、拡散板の拡散面の実
像を実質上ホログラム乾板上に結像させ、これを物体波
とし、これとは反対側からホログラム乾板に参照波を照
射することにより作成した反射型ホログラムをコンバイ
ナとして用いることを構造上の特徴とする。
また、像の明るさを確保するために、上記物体波は好
ましくはホログラム乾板への入射方向をスリットにより
制限した拡散光である。
ましくはホログラム乾板への入射方向をスリットにより
制限した拡散光である。
第１図に本発明の基本原理を示す。第１図は平行レー
ザ光を透過型拡散板21（くもりガラス）に通しレンズ23
により結像して拡散面の実像を形成する状態を示すもの
である。この実像を物体光W2として第２図あるいは第３
図のように反射型ホログラム25を作成する。
ザ光を透過型拡散板21（くもりガラス）に通しレンズ23
により結像して拡散面の実像を形成する状態を示すもの
である。この実像を物体光W2として第２図あるいは第３
図のように反射型ホログラム25を作成する。
即ち、第２図においては拡散板21にレーザ光（平面波
でも球面波でもよい）を入射した時のレンズ23による収
束光を物体波W2とし、これと参照波（例えば、球面波）
W1とにより反射型ホログラム25を作成した場合、第３図
は拡散板21を傾斜させた場合の同様の図を示す。
でも球面波でもよい）を入射した時のレンズ23による収
束光を物体波W2とし、これと参照波（例えば、球面波）
W1とにより反射型ホログラム25を作成した場合、第３図
は拡散板21を傾斜させた場合の同様の図を示す。
このホログラム25には拡散面が記録されているので、
参照光の方向から再生光を当てるとその光はホログラム
作成時の物体光入射方向に拡散する。従ってどの方向か
ら見ても見えるのみならず、拡散面上に結像しているの
で像がぼけることはない。
参照光の方向から再生光を当てるとその光はホログラム
作成時の物体光入射方向に拡散する。従ってどの方向か
ら見ても見えるのみならず、拡散面上に結像しているの
で像がぼけることはない。
また、拡散光の入射方向をスリットにより制限すれば
ホログラムを再生した時の回折光（情報光）をその制限
された一定の領域に有効に集めることができる。
ホログラムを再生した時の回折光（情報光）をその制限
された一定の領域に有効に集めることができる。
第４図に第２図に示す方法で作成した反射型ホログラ
ム（拡散板型ホログラム）をコンバイナとして用いたHU
Dの一実施例を示す。
ム（拡散板型ホログラム）をコンバイナとして用いたHU
Dの一実施例を示す。
レンズ31によってホログラム25上にCRT12の情報を結
像させる。ホログラム25によって、この光は拡散される
ので、どの方向からも像を観察することができる。
像させる。ホログラム25によって、この光は拡散される
ので、どの方向からも像を観察することができる。
波長によって拡散光の方向及び色は異なるものの、観
察される像がホログラム25上にあるため、像のぼけをも
たらすことはない。
察される像がホログラム25上にあるため、像のぼけをも
たらすことはない。
このように、色分散を起こす点（ホログラム上）と結
像点を一致させることにより、色収差のないヘッドアッ
プディスプレイ装置が得られる。
像点を一致させることにより、色収差のないヘッドアッ
プディスプレイ装置が得られる。
第５図は第３図に示す方法で作成した反射型ホログラ
ム（拡散板型ホログラム）25をコンバイナとして用いた
HUDの実施例を示すもので、作用は第４図の場合と全く
同様である。要はホログラム25に対してCRT情報を斜め
方向から入射するか垂直に入射するかの違いである。
ム（拡散板型ホログラム）25をコンバイナとして用いた
HUDの実施例を示すもので、作用は第４図の場合と全く
同様である。要はホログラム25に対してCRT情報を斜め
方向から入射するか垂直に入射するかの違いである。
上述の如く拡散板の拡散面の実像を、ホログラム乾板
面に結像させて作成する反射型ホログラムを用いれば、
色収差の発生を防ぐことができることが判明した。即
ち、色収差の発生防止という目的はこれで達成される。
面に結像させて作成する反射型ホログラムを用いれば、
色収差の発生を防ぐことができることが判明した。即
ち、色収差の発生防止という目的はこれで達成される。
しかし拡散板型ホログラムは広い範囲に情報光を拡散
してしまうため、眼に入射する光が弱くなり、像が暗く
なってしまう。以下の実施例はこの問題を解決し、明る
い像を得るための構造を提案するものである。
してしまうため、眼に入射する光が弱くなり、像が暗く
なってしまう。以下の実施例はこの問題を解決し、明る
い像を得るための構造を提案するものである。
明るい像を得るには最も簡単には光源（CRTなどのデ
ィスプレイ装置）の光量を大きくすればよいが、ヘッド
アップディスプレイは主として航空機や自動車等の車両
に搭載されるため、電源消費電力に制限がありあまり望
ましい解決策ではない。
ィスプレイ装置）の光量を大きくすればよいが、ヘッド
アップディスプレイは主として航空機や自動車等の車両
に搭載されるため、電源消費電力に制限がありあまり望
ましい解決策ではない。
そこで本発明では第６図に示す如き工夫をした。即
ち、第２図に示す如き方法で反射型ホログラム25′（拡
散板型ホログラム）を作成するに際し、レンズ23の直後
にスリット40を設けたものである。即ち、第６図におい
て、拡散光はレンズ23によってホログラム25′上に結像
するがレンズ直後には横長のスリット40が設置されてい
るため参照光W1をホログラム乾板の裏面から照射して作
成した反射型ホログラム25′を第７図に示す如く再生す
ると、再生された拡散光は作成時のスリット40の方向に
進む。
ち、第２図に示す如き方法で反射型ホログラム25′（拡
散板型ホログラム）を作成するに際し、レンズ23の直後
にスリット40を設けたものである。即ち、第６図におい
て、拡散光はレンズ23によってホログラム25′上に結像
するがレンズ直後には横長のスリット40が設置されてい
るため参照光W1をホログラム乾板の裏面から照射して作
成した反射型ホログラム25′を第７図に示す如く再生す
ると、再生された拡散光は作成時のスリット40の方向に
進む。
即ち、拡散光（ホログラム25′による回折光）はスリ
ット40に集められる。
ット40に集められる。
したがって第８図のように、このホログラム25′をコ
ンバイナとして用いれば、ホログラム25′による拡散光
を広範囲に拡散させずに観察点（眼の位置）付近に集中
させることができ、明るい像が得られる。第８図の構成
自体は第３図に示すものと同様である。
ンバイナとして用いれば、ホログラム25′による拡散光
を広範囲に拡散させずに観察点（眼の位置）付近に集中
させることができ、明るい像が得られる。第８図の構成
自体は第３図に示すものと同様である。
また、第６図に示す作成方法とは別に第9,10図に示す
如き方法でホログラムを作成することも可能である。ま
ず第９図に示すように第１ホログラム25Aを作成する。
このホログラムは拡散板21による拡散光を物体波W2と
し、これと参照波W1とでホログラム乾板を干渉露光して
作成された透過型ホログラム25Aである。このホログラ
ム25Aにスリットマスク40をかけて参照光（再生光）を
照射すると第10図に示すように拡散板21の実像が再生さ
れる。
如き方法でホログラムを作成することも可能である。ま
ず第９図に示すように第１ホログラム25Aを作成する。
このホログラムは拡散板21による拡散光を物体波W2と
し、これと参照波W1とでホログラム乾板を干渉露光して
作成された透過型ホログラム25Aである。このホログラ
ム25Aにスリットマスク40をかけて参照光（再生光）を
照射すると第10図に示すように拡散板21の実像が再生さ
れる。
従ってその結像位置に第２のホログラム乾板をおいて
おけば、拡散板21の実像光を物体光とし、その反対側か
らの参照光とにより反射型の第２ホログラム25Bが作成
される。
おけば、拡散板21の実像光を物体光とし、その反対側か
らの参照光とにより反射型の第２ホログラム25Bが作成
される。
その結果第６図と同様のホログラムが作成できる。
また、第11図に示す如く、第６図における参照光とし
て拡散板21′、レンズ23′による拡散光、即ち拡散板2
1′の実像光を用いることもできる。
て拡散板21′、レンズ23′による拡散光、即ち拡散板2
1′の実像光を用いることもできる。
以上述べた本発明の実施例において、拡散板の代わり
に第12図に示すマイクロレンズアレイ51や第13図に示す
ピンホールアレイ53を用いてもよい。マイクロレンズ及
びピンホールは図のようにレンズ直後に焦点を結び、そ
の後大きく発散するため、拡散板と同様に２次元の点光
源列を形成する。即ち、マイクロレンズアレイあるいは
ピンホールアレイは拡散板と等価である。
に第12図に示すマイクロレンズアレイ51や第13図に示す
ピンホールアレイ53を用いてもよい。マイクロレンズ及
びピンホールは図のようにレンズ直後に焦点を結び、そ
の後大きく発散するため、拡散板と同様に２次元の点光
源列を形成する。即ち、マイクロレンズアレイあるいは
ピンホールアレイは拡散板と等価である。
以上に記載した通り、本発明によれば、色収差のない
ヘッドアップディスプレイを簡単な構成で実現できる。
ヘッドアップディスプレイを簡単な構成で実現できる。
また、ホログラム作成時の物体光である拡散光の入射
方向をスリットにより制限することにより明るい像を得
ることができる。
方向をスリットにより制限することにより明るい像を得
ることができる。
第１図は本発明の基本原理を示す図、第２図及び第３図
は本発明において用いる反射型ホログラムの２つの作成
方法を示す図、第４図及び第５図は第２図及び第３図に
示すホログラムを用いて構成したヘッドアップディスプ
レイの２つの実施例を示す図、第６図は本発明の更に別
の実施例に係るホログラムの作成方法を示す図、第７図
は第６図に示すホログラムの再生を説明する図、第８図
は第６図に示すホログラムを用いて構成したヘッドアッ
プディスプレイの実施例を示す図、第９図及び第10図は
本発明に係るホログラムの更に別の作成方法を工程順に
示す図、第11図は本発明に係るホログラムの更に別の作
成方法を示す図、第12図及び第13図は拡散板の等価物の
２つの例を示す図、第14図は公知の自動車用ヘッドアッ
プディスプレイの概要を示す図、第15図は反射型ホログ
ラムの作成方法を示す図、第16図は反射型ホログラムの
再生方法を示す図、第17図は反射型ホログラムの波長選
択性を示す線図、第18図はホログラムコンバイナの原理
を示す図、第19図は色収差の発生を説明する図、第20図
は観察像の“正常”と“ぼけ”を示す図、第21図は従来
の色収差補正方法を示す図。 21……拡散板、 25……反射型ホログラム、 40……スリット、W1……参照波、 W2……物体波。
は本発明において用いる反射型ホログラムの２つの作成
方法を示す図、第４図及び第５図は第２図及び第３図に
示すホログラムを用いて構成したヘッドアップディスプ
レイの２つの実施例を示す図、第６図は本発明の更に別
の実施例に係るホログラムの作成方法を示す図、第７図
は第６図に示すホログラムの再生を説明する図、第８図
は第６図に示すホログラムを用いて構成したヘッドアッ
プディスプレイの実施例を示す図、第９図及び第10図は
本発明に係るホログラムの更に別の作成方法を工程順に
示す図、第11図は本発明に係るホログラムの更に別の作
成方法を示す図、第12図及び第13図は拡散板の等価物の
２つの例を示す図、第14図は公知の自動車用ヘッドアッ
プディスプレイの概要を示す図、第15図は反射型ホログ
ラムの作成方法を示す図、第16図は反射型ホログラムの
再生方法を示す図、第17図は反射型ホログラムの波長選
択性を示す線図、第18図はホログラムコンバイナの原理
を示す図、第19図は色収差の発生を説明する図、第20図
は観察像の“正常”と“ぼけ”を示す図、第21図は従来
の色収差補正方法を示す図。 21……拡散板、 25……反射型ホログラム、 40……スリット、W1……参照波、 W2……物体波。
Claims (2)
- 【請求項１】拡散板（21）の拡散面の実像を実質上ホロ
グラム乾板上に結像させ、これを物体波（W2）とし、こ
れとは反対側からホログラム乾板に参照波（W1）を照射
することにより作成した反射型ホログラム（25）をコン
バイナとして用いたヘッドアップディスプレイ装置。 - 【請求項２】上記物体波はホログラム乾板への入射方向
をスリット（40）により制限した拡散光であることを特
徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1062010A JP2694837B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1062010A JP2694837B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02242218A JPH02242218A (ja) | 1990-09-26 |
| JP2694837B2 true JP2694837B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=13187759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1062010A Expired - Fee Related JP2694837B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2694837B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2044932C (en) * | 1990-06-29 | 1996-03-26 | Masayuki Kato | Display unit |
| FR2700216B1 (fr) * | 1992-11-27 | 1995-02-10 | Sextant Avionique | Dispositif de visualisation monté sur casque. |
| FR2700215B1 (fr) * | 1992-11-27 | 1995-02-17 | Sextant Avionique | Système de visualisation monté sur casque. |
| JP5741540B2 (ja) * | 2012-09-04 | 2015-07-01 | 株式会社デンソー | ヘッドアップディスプレイ装置 |
-
1989
- 1989-03-16 JP JP1062010A patent/JP2694837B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02242218A (ja) | 1990-09-26 |
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