JP2970056B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行中の自動車の速度
表示或いはワードプロセッサ等の情報処理装置に原稿を
入力する場合に使用される光学装置に係り、特に前方の
物体からの入射光と異なる方向からの入射光をビームス
プリッタ素子及び反射型光学素子によって同一光路に導
くことができる光学装置に関するものである。

【０００２】近来、ヘッドアップディスプレイ（以下Ｈ
ＵＤという）が各方面に利用されているが、自動車の速
度等を表示する装置として設置される場合には、ＣＲＴ
等の表示器と光学系のスペースの確保等大掛かりで高価
な装置となり、また前方視野の不連続性のために運転に
違和感を生じる。

【０００３】また、ワードプロセッサ等に原稿を入力す
る場合のＨＵＤ装置では、ＣＲＴ等の表示器と原稿を重
ねるために、表示器と光学系を使用して大掛かりで高価
な装置になっている。従っていずれの場合にも小型で安
価な装置が望まれている。

【０００４】

【従来の技術】ＨＵＤ装置に関する基本的原理は、本出
願人により特願平２−１７０２２４号「表示装置」で提
案されているが、以下にその応用例を説明する。

【０００５】図13は従来例(1) を示し、自動車の速度の
表示に使用されるＨＵＤの構成を示す側面図で、図に示
すように、表示器（以下ＣＲＴという)1, レンズ2a, 平
面ミラー3a及び反射型のホログラム4aがウインドシール
ド５の内側に配置されている。

【０００６】このような構成を有するので、ＣＲＴ１に
表示された、例えば自動車の速度を表示した緑色の光
は、レンズ2aで集光されて平面ミラー3aで反射して、ホ
ログラム4aで所定方向に回折され、図において右方の人
の目によってウインドシールド５の前方に速度の表示の
像が見える。従ってウインドシールド５の前方に走行路
及び景色等がホログラム4aを透して見え、これに速度表
示が重畳して見える。

【０００７】また図14は従来例(2) を示し、ワードプロ
セッサの文書原稿の入力に使用されるＨＵＤの構成を示
す側面図で、図に示すように、テーブル６の下側にＣＲ
Ｔ１が取り付けられ、レンズ2A, 平面ミラー3A,3B,反射
型のホログラム4A, 及び原稿衝立60で構成されている。

【０００８】このような構成を有するので、ホログラム
4Aの後ろの原稿衝立60に原稿７を立てて、ホログラム4A
の前方，図において右方からホログラム4Aを透して原稿
７を見ながら、図示省略したキーボードから入力するこ
とにより、入力データがＣＲＴ１に表示されると、表示
光が平面ミラー3Aで反射してレンズ2Aで集光され、平面
ミラー3Bで反射して、ホログラム4Aで所定方向に回折さ
れ、図において右方の人の目によって原稿７とほぼ同じ
位置に表示の像が見える。従ってホログラム4Aを透して
原稿７が見え、これに入力データが重畳して見える。

【０００９】従ってオペレータは原稿と表示画面を交互
に見て入力するよりも能率良く入力することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれ
ば、従来例(1) の場合には、既存のメータ表示器とは別
に新たに速度を表示するＣＲＴ等の表示器が必要であ
り、その表示器と光学系のスペースの確保等大掛かりで
高価な装置となり、またホログラムの大きさに限度があ
るので、前方視野の不連続性のため運転に違和感を生じ
る。

【００１１】また従来例(2) の場合には、ＣＲＴと光学
系でテーブル上のスペースを取り、原稿が後ろに立てら
れるホログラムの大きさも確保する必要があって、装置
が大掛かりになり、やはり高価な装置となる。という問
題点がある。

【００１２】本発明は、スペースを取らず、安価な光学
装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１図は本発明の原理図
である。図において、４は入射光を透過及び反射するビ
ームスプリッタ素子、３はビームスプリッタ素子４を透
過した光を反射する反射光学素子である。

【００１４】８はビームスプリッタ素子３の前方から入
射してビームスプリッタ素子４を透過した第１の光、９
は第１の光８と異なる方向から入射してビームスプリッ
タ素子４を透過した後、反射光学素子３で反射して更に
ビームスプリッタ素子４で反射した第２の光、従って第
１の光８及び第２の光９を重畳させるように構成されて
いる。

【００１５】

【作用】第１の光８がビームスプリッタ素子４を透過し
た光路と、第２の光９がビームスプリッタ素子４を透過
した後、反射光学素子３で反射して更にビームスプリッ
タ素子４で反射した光路とが同一光路になるので、人の
眼によって第１の光８による像と第２の光９による像が
重畳して見える。

【００１６】従って表示器を不要とし、またビームスプ
リッタ素子４及び反射光学素子３を人の眼に対応する大
きさのだけで構成すれば良いので、装置を小型化するこ
とができる。

【００１７】

【実施例】図２及び図３により本発明の一実施例を説明
する。図２は従来例(1) で説明した自動車のメータ表示
に本発明を適用した実施例を示す斜視図、図３は実施例
を説明する側面図である。

【００１８】図２及び図３の平面ミラー3b,3c,ホログラ
ム4b,4c 透過光8b及び反射光9dは、図１（請求項１に対
応する原理図）の反射光学素子3,ビームスプリッタ素子
4,第１の光８及び第２の光９に夫々対応している。

【００１９】図２にＨＵＤ眼鏡の斜視図を示しており、
図に示すように、平面ミラー3b,3c及び反射型のホログ
ラム4b,4c が左右に夫々対にしてほぼ直角三角形の短辺
及び斜辺になるように形成されて眼鏡フレーム10に装着
されている。 (請求項８）また平面ミラー3b,3c と反射
型のホログラム4b,4c の眼鏡フレーム10に対する取付け
角度はネジ11ａ〜11ｈによって調整可能に構成されてい
る。（請求項９）図３に示すように、平面ミラー3b,3c
及び反射型のホログラム4b,4c は、前方視野光8aがホロ
グラム4b,4c を透過した透過光8bの光路と、斜め下方か
らのメータ表示光9aがホログラム4b,4c を透過した透過
光9bが平面ミラー3b,3c で反射して、その反射光9cが更
にホログラム4b,4c で回折された反射光9dの光路が一致
するように配置されている。

【００２０】なお、上記ホログラム4b,4c は、図示して
いないが、例えばガラス或いはプラスチック基板面にゼ
ラチン系銀塩或いは重クロム酸ゼラチンを塗布した乾板
（ホログラム原板）の片側から物体波（収斂球面波),反
対側から参照波 (収束球面波) を夫々照射して作成され
たものである。

【００２１】このような構成を有するので、例えばドラ
イバがＨＵＤ眼鏡を掛けて自動車を運転する場合には、
ウインドシールド５の前方の走行路や景色からの前方視
野光8aがホログラム4b,4c を透過し、その透過光8bがド
ライバの眼12に入り、またハンドル13の前方のディジタ
ルメータ (例えば速度表示) からのメータ表示光9aは、
ホログラム4c,4d を透過して、平面ミラー3c,3d で反射
して、更にホログラム4b, 4cで前方視野光8aと同じ光路
に回折されて反射光9dとなってドライバの目12に入る。

【００２２】またＨＵＤ眼鏡を掛けるドライバの体格等
により、メータ表示光9aの入射角度が異なるので、ねじ
11ａ〜11ｈによって平面ミラー3b,3c 及び反射型のホロ
グラム4b,4c の角度を調整してメータ表示が直視できる
ようにする。従ってドライバは前方の景色等と速度表示
を重畳して見ることができる。

【００２３】図４に異なる実施例(1)(請求項５に対応す
る実施例) を示す。図４が図２で説明した実施例と異な
るのは、平面ミラー3b,3cに代えて、波面変換機能を持
たせるために凹面ミラー3d,3e としたことである。

【００２４】従ってホログラム4b,4c を透過したメータ
表示光9aは凹面ミラー3d,3e で集光してホログラム4b,4
c で回折されて反射光9dとしてドライバの目12に入るの
で、メータ表示を拡大して遠方に表示することができ
る。

【００２５】図５に異なる実施例(2)(請求項３に対応す
る実施例) を示す。図５が図２と異なるのは、平面ミラ
ー3b,3c の前面にレンズ（例えばフレネルレンズ)14a,1
4bを配置したことである。即ち、図５に示すように、平
面ミラー3b,3c の前面にレンズ装着部15a,15b を設け、
レンズ14a,14b が着脱自在に装着されている。

【００２６】従ってメータ表示光9aはホログラム4b,4c
を透過してレンズ14a,14b を経て平面ミラー3b,3c で反
射し、再びレンズ14a,14b を透過してホログラム4b,4c
で反射して反射光9dがドライバの目12に到達する。

【００２７】またメータ表示のサイズ, 前方表示位置を
自動車の速度に合わせて、レンズ14a,14b の異なる焦点
距離のものを入れ換えて調節することができ、レンズ14
a,14ｂによってメータ表示を拡大 (或いは縮小) して遠
方 (或いは近く）に表示することができる。

【００２８】図６に異なる実施例(3)(請求項２に対応す
る実施例) を示す。図６が図２及び図５と異なるのは、
平面ミラー3b,3c に代えて反射型のホログラム30a,30b
としたことである。

【００２９】図において、反射型のホログラム30a,30b
は、バックコートされて上方及び透過光9bのノイズ光を
遮蔽するようになっている。即ち、特定波長（通常、メ
ータ表示光9aは緑色) だけを反射して反射光9cをホログ
ラム4b,4c に入射する。

【００３０】従ってホログラム4b,4c の反射光9dには表
面反射のノイズが入らないので、メータ表示光9a以外の
光，例えばハンドル，メータ機器の枠等の反射光をなく
すことができ、メータ表示光9aの表示が鮮明になり、ま
たドライバの目12の疲労が軽減される。

【００３１】図７に異なる実施例(4)(請求項４に対応す
る実施例) を示す。図７が図６と異なるのは、反射型の
ホログラム4b,4c 及び反射型のホログラム30a,30b に代
えてオフアクシスの反射型のホログラム4d,4e 及びオフ
アクシスの反射型のホログラム30c,30d としたことであ
る。

【００３２】従ってオフアクシスで反射型のホログラム
4d,4e 及びオフアクシスで反射型のホログラム30c,30d
は入射角と反射角が異なるので、表面反射によるノイズ
光をなくし、二枚のホログラム4d,4e及びホログラム30
c,30d により色収差のないメータ表示光9aの表示を得る
ことができる。

【００３３】図８に異なる実施例(5)(請求項５に対応す
る実施例) を示す。図８が図７と異なるのは、図７の反
射型のホログラム4d,4e 及び反射型のホログラム30c,30
d に波面変換機能を持たせた反射型のホログラム4f,4g
及びホログラム30e,30f としたことである。

【００３４】従ってホログラム4f,4g 及びホログラム30
e,30f の波面変換機能により、メータ表示光9aの表示を
拡大遠方表示させることができる。図９に異なる実施例
(6)(請求項６及び請求項７に対応する実施例) を示す。
図９が図７及び図８と異なるのは、図７の反射型のホロ
グラム4d,4e 或いは図８の反射型のホログラム4f,4g を
高反射効率の反射型のホログラム4h,4i としたことであ
る。

【００３５】従って入射角度の変化によるホログラム4
h,4i のピーク反射波長のシフトを利用し、入射角θ1
ではメータ表示光9aは高透過率に、入射角θ2 では高反
射率にし、メータ表示光9aの明るい表示を見ることがで
きる。

【００３６】図10に異なる実施例(7)(請求項１に対応す
る実施例）を示す。図10は従来例(2) で説明したワード
プロセッサの文書原稿の入力データと原稿の重畳表示に
本発明を適用した実施例を示す側面図である。図２の実
施例と同様にＨＵＤ眼鏡をオペレータが使用する。以下
の平面ミラーとハーフミラーはＨＵＤ眼鏡に装着されて
いるものである。

【００３７】図10に示すように、テーブル5a上にＣＲＴ
1bがオペレータの目12の高さに配置され、ＣＲＴ1bの前
方にほぼ水平に平面ミラー3C,3D 及び45度に傾斜したハ
ーフミラー40A,40B が配置されている。

【００３８】このような構成を有するので、オペレータ
がハーフミラー40A,40B の下方のテーブル5a上に原稿７
を置き、ＨＵＤ眼鏡を掛けて前方を見ると、ＣＲＴ1bの
表示光8Aがハーフミラー40A,40B を透過し、その透過光
8Bはオペレータの目12の方向に光路を取る。

【００３９】また原稿７からの入射光9Aがハーフミラー
40A,40B を透過して、透過光9Bが平面ミラー3C,3D で全
反射し、その反射光9Cがハーフミラー40A,40B で反射し
て反射光9Dは透過光8Bと同じ方向に光路を取ってオペレ
ータの目12に到達する。

【００４０】オペレータはＣＲＴ1bの前方に原稿７の反
転のない表示像70が表示されるので、図示省略したキー
ボードからデータを入力すると、入力データはＣＲＴ1b
に表示され、表示光9Aはハーフミラー40A,40B を透過し
てオペレータの目12の方向に原稿７と同一光路を取る。
従って原稿７の表示像70とＣＲＴ1bに表示された入力デ
ータが重畳して見えるので、オペレータは目12を逸らさ
ずにデータの入力ができる。

【００４１】図11に異なる実施例(8)(請求項５に対応す
る実施例）を示す。図11が図10と異なるのは、図10の平
面ミラー3C,3D に代えて凹面ミラー3E,3F を配置したこ
とである。

【００４２】従ってテーブル5a上の原稿７の反転のない
拡大した表示像70を前方のＣＲＴ1bの表示光8Aの焦点距
離に合わせて入力データと重畳させることができる。上
記例で、凹面ミラー3E,3F を凸面ミラーにした場合に
は、図示していないが原稿７の表示像70は縮小して表示
される。

【００４３】図12に異なる実施例(9)(請求項３に対応す
る実施例) を示す。図12が図10と異なるのは、原稿７の
直ぐ上にレンズ（例えばフレネルレンズ等）14A を着脱
自在に装着するレンズ装着部15A を設けたことである。

【００４４】従ってＣＲＴ1bの表示文字の大きさに対す
る原稿７の表示像70の大きさを、焦点距離の異なるレン
ズ14A を交換することによって調節することができる。
上記例で、レンズ装着部15A を平面ミラー3C,3D の前面
に夫々設けて、夫々にレンズ14A を装着する方法として
も、同様の効果が得られる。

【００４５】このようにして、自動車のメータ表示に本
発明を適用した場合には、新たな表示器を必要とせず
に、小型で簡単な構成でコストが安く、前方視野の連続
性を保ちながら、視線を逸らさずに走行路或いは景色等
とメータ表示を重畳して見ることができる。

【００４６】またワードプロセッサ等の情報処理装置に
本発明を適用した場合には、小型で簡単な構成でコスト
が安く、前方のＣＲＴ1bから視線を逸らさずに、原稿７
の入力を速く、且つ正確に行うことができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１では、入射光を透過及び反射するビームスプリッ
タ素子と、ビームスプリッタ素子を透過した光を反射す
る反射光学素子とを設けて、前方から入射してビームス
プリッタ素子を透過した第１の光、及び第１の光と異な
る方向から入射してビームスプリッタ素子を透過した
後、反射光学素子で反射して更にビームスプリッタ素子
で反射した第２の光を同一光路になるように構成するこ
とにより、前方からの入射光の像と異なる方向からの入
射光の像を重畳して見ることができるので、小型で簡単
な構成で、コストが安く、視線を逸らさずに重畳した像
をみることができる光学装置が得られる。

【００４８】請求項２では、ビームスプリッタ素子或い
は反射光学素子の少なくとも一方に、反射波長選択性を
持たせることにより、不要な反射光を遮断して表示像を
鮮明にすることができ、また眼の疲労が軽減される。

【００４９】請求項３では、ビームスプリッタ素子及び
反射光学素子の間に、或いはビームスプリッタ素子の前
方に、光学素子を着脱自在に装着する装着部を設けたこ
とにより、光学素子の交換装着により、第２の光による
表示像の表示位置及び大きさの調節が可能となる。

【００５０】請求項４では、ビームスプリッタ素子及び
反射光学素子の少なくとも一方がオフアクシス機能を備
えることで、表面反射によるノイズ光をなくし、両方が
オフアクシス機能を備えることで、色収差のない表示像
を得ることができる。

【００５１】請求項５では、ビームスプリッタ素子及び
反射光学素子の少なくとも一方が波面変換機能を有する
ことにより、第２の光による表示像を拡大或いは縮小し
て所定の表示位置に表示させることができる。

【００５２】請求項６及び請求項７では、ビームスプリ
ッタ素子を反射型ホログラム或いは多層膜光学素子と
し、入射光のピーク波長、及び反射型ホログラム或いは
多層膜光学素子に入射する角度でのピーク反射波長をず
らせて、反射型ホログラム或いは多層膜光学素子を配置
し、また反射光学素子による反射光の反射型ホログラム
或いは多層膜光学素子への入射角度が反射型ホログラム
或いは多層膜光学素子のピーク反射率に近くなるように
反射光学素子を配置したことにより、入射角度の変化に
よるピーク反射波長のシフトによって入射光の透過効率
及び反射効率が高められ明るい表示を得ることができ
る。

【００５３】請求項８では、ビームスプリッタ素子及び
反射光学素子を眼鏡フレームに装着したことにより、小
型且つ軽便でコストの安い光学装置を得ることができ
る。請求項９では、ビームスプリッタ素子及び反射光学
素子の少なくとも一方の配置角度を調整可能に構成した
ことにより、使用者の体格等に適応して調整ができ使い
勝手の良い光学装置を得ることができる。という効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理図

【図２】 本発明の実施例を示す斜視図

【図３】 実施例を説明する側面図

【図４】 異なる実施例(1) を示す側面図

【図５】 異なる実施例(2) を示す側面図

【図６】 異なる実施例(3) を示す側面図

【図７】 異なる実施例(4) を示す側面図

【図８】 異なる実施例(5) を示す側面図

【図９】 異なる実施例(6) を示す側面図

【図10】 異なる実施例(7) を示す側面図

【図11】 異なる実施例(8) を示す側面図

【図12】 異なる実施例(9) を示す側面図

【図13】 従来例(1) を示す側面図

【図14】 従来例(2) を示す側面図

【符号の説明】

３は反射光学素子、 3a〜3c,3A 〜3Dは平面ミラ
ー、3d,3e,3E,3F は凹面ミラー、４はビームスプリッタ
素子、4a〜4i,4A,30a 〜30f はホログラム、
７は原稿、８は第１の光、 8aは前方視野光、
8b,9b は透過光、8Aは表示光、 ９
は第２の光、 9aはメータ表示光、9c,9d は反
射光、 9Aは入射光、 10は眼鏡フ
レーム、11ａ〜11ｄはねじ、 14a,14b,14A はレ
ンズ、15a,15b,15A はレンズ装着部、40A,40B はハーフ
ミラー、 θ1,θ2 は入射角、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 雅之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/02 G03H 1/22

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を透過及び反射するビームスプリ
   ッタ素子(4) と、該ビームスプリッタ素子(4) を透過し
   た光を反射する反射光学素子(3) とから成り、該ビーム
   スプリッタ素子(4) の前方から入射して該ビームスプリ
   ッタ素子(4)を透過した第１の光(8) 、及び該第１の光
   (8) と異なる方向から入射して該ビームスプリッタ素子
   (4) を透過した後、該反射光学素子(3) で反射して更に
   該ビームスプリッタ素子(4) で反射した第２の光(9) が
   重畳する構成を有することを特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】 前記ビームスプリッタ素子(4) 或いは前
   記反射光学素子(3)の少なくとも一方が、反射波長選択
   性を有することを特徴とする請求項１の光学装置。
3. 【請求項３】 前記ビームスプリッタ素子(4) 及び前記
   反射光学素子(3) の間に、或いは該ビームスプリッタ素
   子(4) の前方に、光学素子を着脱自在に装着する装着部
   を設けたことを特徴とする請求項１或いは請求項２の光
   学装置。
4. 【請求項４】 前記ビームスプリッタ素子(4) 及び前記
   反射光学素子(3) の少なくとも一方がオフアクシス機能
   を備えたことを特徴とする請求項１の光学装置。
5. 【請求項５】 前記ビームスプリッタ素子(4) 及び前記
   反射光学素子(3) の少なくとも一方が波面変換機能を有
   することを特徴とする請求項１、請求項２或いは請求項
   ４の光学装置。
6. 【請求項６】 前記ビームスプリッタ素子(4) を反射型
   ホログラム或いは多層膜光学素子とし、前記入射光のピ
   ーク波長、及び該反射型ホログラム或いは該多層膜光学
   素子に入射する角度でのピーク反射波長をずらせて、該
   反射型ホログラム或いは該多層膜光学素子を配置したこ
   とを特徴とする請求項１の光学装置。
7. 【請求項７】 前記ビームスプリッタ素子(4) を反射型
   ホログラム或いは多層膜光学素子とし、前記反射光学素
   子(3) による反射光の該反射型ホログラム或いは多層膜
   光学素子への入射角度が該反射型ホログラム或いは多層
   膜光学素子のピーク反射率に近くなるように該反射光学
   素子(3) を配置したことを特徴とする請求項１或いは請
   求項６の光学装置。
8. 【請求項８】 前記ビームスプリッタ素子(4) 及び前記
   反射光学素子(3) を眼鏡フレームに装着したことを特徴
   とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求
   項５、請求項６或いは請求項７の光学装置。
9. 【請求項９】 ビームスプリッタ素子(4) 及び前記反射
   光学素子(3) の少なくとも一方の配置角度を調整可能に
   構成したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
   ３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７或いは請
   求項８の光学装置。