JP3418985B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、虚像を表示する画像表示装置に関するもの
であり、特に車両等に使用されるヘッドアップディスプ
レイ装置として使用される画像表示装置に関するもので
ある。

背景技術 例えば、車両の運転状況等を表示する装置として、メ
ータ等の画像をウィンドシールドに投射し、このウィン
ドシールドで反射した画像を運転者の目に入射させるこ
とにより、ウィンドシールドの外側前方にその像を結像
させ、運転者が目をそらさずにメータ等を視認すること
ができるヘッドアップディスプレイ装置が知られてい
る。

しかしながら、ウィンドシールドへの表示は、ウィン
ドシールド自体が縦方向と横方向とが異なった曲率を有
する曲面であるだけでなく、表示光に対して常に垂直に
なっているとは限らないため、虚像に歪みを生じてい
た。

さらには、装置の小型化を図るため、小型の表示画像
形成手段である表示器とする必要があるため、表示器か
らの表示光を拡大させる必要がある。

そのため、例えば、特開平４−11525号公報には、ウ
ィンドシールドの曲面形状によって生じる像の歪みを補
正するためのレンズを設けるとともに、表示器からの表
示像を拡大させるレンズを別体に設けることが開示され
ている。

しかしながら、このようにレンズを別体に設けるよう
な構成では全体の構成が大型化してしまうだけでなく、
表示光がレンズを何度も通過することによる像の歪みだ
けでなく表示像の色調の鮮明さが失ってしまうという問
題が生じてしまう。

そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、単一の部材でありながら、像の拡大を行うととも
に、歪みがなくかつ色調の明瞭な像を提供することので
きる画像表示装置を提供することを目的とする。

発明の開示 即ち、本発明では、表示画像を形成する表示画像形成
手段と、該表示画像形成手段から出射された表示光を反
射させた後、前記表示画像を結像させる表示手段と、前
記表示画像形成手段と前記表示手段との間に設けられ、
前記表示画像形成手段からの前記表示光を拡大させる拡
大機能と、この拡大機能によって拡大された前記表示光
を前記表示手段に入射させる光路変更機能と、前記表示
手段によって結像された前記表示画像の歪みを補正する
補正機能とを同時に有する部材よりなる反射手段と、か
らなり、 前記表示手段が曲面表面において前記表示画像を表示
させる時、前記反射手段の補正機能は、前記表示手段の
曲率によって生じる表示像の歪みを打ち消すように相違
した焦点距離が形成され、 前記反射手段は、前記曲面表面によって生じる前記表
示画像の歪みを打ち消すように、異なる方向で相違した
焦点距離を有する凹面鏡の反射特性を有する画像表示装
置を提供するものである。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の第１実施例を示すヘッドアップディ
スプレイ装置の断面概略構成図、第２図はホログラム３
の露光時の光学系を示す説明図、第３図は軸外し放物面
凹面鏡14の軸外し角θを示す説明図、第４図は第２実施
例のヘッドアップディスプレイ装置の断面概略構成図、
第５図は第３実施例におけるホログラムの露光時の光学
系を示す説明図、第６図はシリンドリカルレンズ15の各
方向の焦点距離を示す説明図、第７図は第３実施例と第
２比較例における表示像を視認した際の像の歪量を示す
グラフ、第８図は第３実施例の画像表示装置の模式斜視
図、第９図は第８図の装置のトロイダル凹面鏡の斜視
図、第10図は第９図のＡ−Ａ線矢視断面図、第11図は第
９図のＢ−Ｂ線矢視断面図、第12図は第８図の表示器の
一部破断斜視図、第13図は第８図の角度調整機構の斜視
図、第14図は第８図の角度調整機構の平面図、第15図は
第８図の装置の上下視差解消作用を示す説明図、第16図
はトロイダル凹面鏡の製造方法の一例を示す断面図、第
17図はトロイダル凹面鏡の製造方法の一例を示す断面
図、第18図はトロイダル凹面鏡の製造方法の一例を示す
断面図、第19図はトロイダル凹面鏡の製造方法の一例を
示す断面図、第20図は従来の装置の上下視差発生作用を
示す説明図、第21図はホログラム光学素子における光軸
の傾きを示す説明図、第22図は第５実施例の画像表示装
置の概略説明図、第23図は第５実施例のホログラム光学
素子の作用説明図、第24図は第６実施例のホログラム乾
板に干渉縞を記録する方法を示す説明図、第25図は第６
実施例の凹型シリンドリカルレンズの斜視図（ａ）及び
断面図（ｂ）、第26図は第６実施例の凸型シリンドリカ
ルレンズの斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）、第27図は第
７実施例のホログラム乾板に干渉縞を記録する方法を示
す説明図、第28図は第７実施例の凸型球面レンズの斜視
図（ａ）及び断面図（ｂ）、第29図は第７実施例の凹型
球面レンズの斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）、第30図は
第８実施例のホログラム乾板に干渉縞を記録する方法を
示す説明図、第31図は第９実施例のヘッドアップディス
プレイ装置の構成図、第32図は第９実施例のヘッドアッ
プディスプレイ装置のホログラムの色分散（分散角Δ
θ）の説明図、第33図は第９実施例のヘッドアップディ
スプレイ装置のホログラムの回折の波長特性、第34図は
第９実施例のヘッドアップディスプレイ装置のホログラ
ムの露光工程の説明図、第35図は第10実施例のヘッドア
ップディスプレイ装置の表示像の官能検査の分布図、第
36図は第11実施例のヘッドアップディスプレイ装置の表
示像の他の官能検査の分布図、第37図は第12実施例のヘ
ッドアップディスプレイ装置の表示像のもう１つの官能
検査の分布図、第38図は多色ホログラムの回折の波長特
性を示す特性図、第39図は実施例のヘッドアップディス
プレイ装置のホログラムの他の露光工程の説明図、第40
図は第13実施例のヘッドアップディスプレイの構成図、
第41図は第13実施例のディスプレイ装置における補正用
ホログラムの説明図、第42図は第13実施例におけるヘッ
ドアップディスプレイの構成図、第43図は第13実施例の
ヘッドアップディスプレイのウインドシールドへのホロ
グラムの保持状態の断面図、第44図は第13実施例におけ
るホログラムの露光工程の説明図、第45図は第15実施例
の画像表示装置の構成図、第46図は第19実施例の画像表
示装置の構成図、第47図は第20実施例の画像表示装置の
構成図、第48図は第21実施例の画像表示装置の構成図、
第49図は第22実施例の画像表示装置の構成図、第50図は
第22実施例のメインホログラムの露光工程説明図、第51
図は第22実施例のメインホログラムの再生光路説明図、
第52図は第22実施例のサブホログラムの露光工程説明
図、第53図は第22実施例に対する従来のヘッドアップデ
ィスプレイのホログラムによる色収差補正作用の説明
図、第54図は第22実施例に対する従来のヘッドアップデ
ィスプレイの色収差の説明図、第55図は第24実施例の画
像表示装置の構成図、第56図は第25実施例の車両用ヘッ
ドアップ式ホログラム表示装置の模式側面図、第57図は
第56図の装置の作動を示す模式斜視図、第58図は第56図
のホログラム板の断面図、第59図は第58図のホログラム
素子の感光工程を示す断面図、第60図は第58図の反射防
止膜の反射率−波長特性図、第61図は第25実施例におけ
るホログラム素子の回折スペクトルと光源の発光スペク
トルとのスペクトル図、第62図は第26実施例の回折スペ
クトルと光源スペクトルとを示すスペクトル図、第63図
は第26実施例に用いる色フィルタの透過スペクトル図で
ある。

発明を実施するための最良の形態 （第１実施例） 第１図は、本発明をヘッドアップディスプレイ装置に
適用した一実施例を示す概略構成図である。

このヘッドアップディスプレイ装置は、メータ等の画
像をウィンドシールドに投射し、ウィンドシールドで反
射した画像を運転者の目に入射させることにより、ウィ
ンドシールドの外側前方にその像を結像させるものであ
る。そのため、運転者は目をそらすことなくメータ等の
視認を行うことができる装置である。

ここで、１はヘッドアップディスプレイの本体部であ
り、自動車のインストルメントパネルの内部に取付けら
れる。箱形ケース状に形成された本体部１内には、表示
画像形成手段である液晶ディスプレイからなる表示器２
が取付けられ、図示しない表示制御回路の動作により表
示器２には表示画像である自動車の速度画像、ウオーニ
ング画像等が表示される。

また、表示器２から放射される表示画像の表示光を受
ける位置に、反射手段であるホログラム３が傾斜して取
付けられる。

このホログラム３には、後で詳述するが、表示器２か
ら放射される表示光の光路を変更させる光路変更機能、
表示器２からの表示光を拡大させる拡大機能および表示
像の歪みを補正する補正機能を有する。

そして、本体部１の上部には、ホログラム３の光路変
更機能によって反射された光が放出される開口部1aが形
成され、ホログラム３で反射された光は、上方に進み、
上方に位置する表示手段であるウィンドシールド５の内
側で反射され、表示光を結像させた表示画像が運転者の
目に入射するように、本体部１等の位置が設定される。

コンバイナとなるウィンドシールド５の内側には、酸
化チタン等の蒸着膜が半透過性の反射膜として付着され
が、蒸着膜を付着せずにそのガラス面上に反射面をつく
るようにしてもよい。

ここで使用されるホログラム３は、特定波長の光で露
光することにより、特定波長の光のみを反射する光反射
特性を有する共に、軸外し放物面凹面鏡をそこに記録し
て製作されている。

ホログラム３は、第２図に示すような光学系を使用し
て露光され製作される。3aはホログラム乾板であり、ソ
ーダガラス等の基材上に感光剤となる重クロム酸ゼラチ
ンを約20μｍの厚さに付着し乾燥して形成される。ホロ
グラム乾板3aの両側には第２図に示すように、屈折率調
整液10を介して反射防止膜付きガラス11が挟むように密
着され、このような状態のホログラム乾板3aは、その両
側から、同一波長の平行光と参照光により露光するよう
に、光学系の一部に配置される。

光源には例えば波長514.5nmのレーザ光が使用され、
図示しないレーザ発振器から放出されたレーザ光が、参
照用のレンズ12を通り、参照光としてホログラム乾板3a
の一方の側に入射するように光学系が配置される。ま
た、ホログラム3aの他方の側には、斜め前方に、軸外し
放物面凹面鏡14が配置され、同じレーザ発振器から放射
されたレーザ光の一部が、レンズ13を通して軸外し放物
面凹面鏡14に照射され、軸外し放物面凹面鏡14で反射さ
れた平行光がホログラム乾板3aに入射するように構成さ
れる。

軸外し放物面凹面鏡14は、第３図の如く、例えば、ｙ
＝x²/4fの放物線をそのｙ軸の回りで回転させた際に生
じる放物面の軸外し部分を有する凹面鏡であり、その軸
外し角はθ（例えば67゜）、その焦点距離はｆとする。

そして、第２図に示すように、ホログラム乾板3aへの
参照光と平行光との入射角は、軸外し放物面凹面鏡14の
軸外し角θの1/2に設定される。

このような光学系を使用して、ホログラム乾板3aを平
行光と参照光により露光し、所定の現像・定着処理を施
してホログラム３が製作される。この、ホログラム３に
は軸外し放物面凹面鏡が干渉縞として記録される。

このように製作されたホログラム３は、表面における
散乱や反射を防止し、ホログラム層の劣化を防ぐため
に、その表裏からシール剤を介してエポキシ系樹脂のカ
バープレートをサンドイッチ状に密着させ、表裏のカバ
ープレートの表面に反射防止膜と散乱防止膜を形成して
完成する。そして、第１図に示すように、ヘッドアップ
ディスプレイ装置の本体部１の内部に、上記ホログラム
３が表示器２の光軸に対し角度θ（ホログラムに記憶さ
れた軸外し放物面凹面鏡の軸外し角）で取り付けられ
る。

このように構成されたヘッドアップディスプレイ装置
では、第１図に示すように、表示器２から放射された表
示画像である速度画像やウオーニング画像の表示光が、
本体部１内のホログラム３に入射し、ホログラム３で回
折し反射される。そして、表示光の特定波長の光が開口
部1aから上方に進み、ウィンドシールド５の内側で反射
され、表示光が結像することによって表示画像として運
転者の目に入射する。このため、運転者の目には、表示
器２に表示された表示画像としての速度画像がウィンド
シールド５の前方に投影された像として視認される。こ
のとき、第１図に示すように、ホログラム３に記録され
た軸外し放物面凹面鏡の焦点Ｆは表示器２より後方に位
置し、焦点Ｆとホログラム３の中心部との距離が焦点距
離ｆとなる。そして、表示器２とホログラム３の距離を
ａ、ホログラム３の裏側に生じる表示像の虚像Ｂとホロ
グラム３の中央部との距離ｂ、ウィンドシールドの曲率
をＧとすると、1/b＝（1/a）−（1/f）の式が成立す
る。また、ウィンドシールドの反射点と表示像との距離
をｃ、ホログラム３とウィンドシールドの反射点との距
離をｄとすると、1/c＝1/（ｂ＋ｄ）−（1/G）、及び、
拡大率ｍ＝ｂ・c/a（ｂ＋ｄ）の式が成立し、表示像の
拡大率ｍを１より大きくすることにより、拡大像が表示
される。

上記のように、ホログラム３には軸外し放物面凹面鏡
が記録され、ホログラム３が、表示器２側の入射光軸と
ウィンドシールド側の出射光軸との角度を、軸外し放物
面凹面鏡の軸外し角θとするように配置されるため、虚
像Ｂとして結像する表示像に収差は生じず、運転者は歪
やボケのない表示画像を視認することができる。

したがって、拡大率を高くして拡大表示を行っても歪
のない表示画像を得ることができ、高い拡大率での拡大
表示が可能となる。そのため、所定の大きさの表示像を
表示する場合、表示器の表示面の大きさをより小形にす
ることができ、また表示器とホログラムの距離ａも短く
することができる。

なお、第１実施例では、露光時に二光束を作り、ホロ
グラム乾板の両側から平行光と参照光を入射させる二光
束法によりホログラムに凹面鏡を記録したが、ホログラ
ム乾板の裏面に凹形状を有する反射板を当て、表面側か
らのみ光を入射させ、表面からの直接光と裏面からの反
射光により露光する一光束法で凹面鏡を記録することも
できる。

また、上記実施例では、凹形状を有する反射板を用い
たが、凸形状の反射板を採用することによって、凸面鏡
を記録してもよい。

また、二光束で作成したホログラムをマスターとして
複写してもよい。

（第２実施例） 第４図は第２実施例の概略構成図を示す。

ここでは、上記ホログラム３の代りに軸外し放物面凹
面鏡15がそのまま使用される。即ち、箱形ケース状に形
成された本体部１内の右端に、液晶ディスプレイ等から
なる表示画像形成手段である表示器２が取付けられ、本
体部１内の左端には、表示器２から放射される表示光を
受ける位置に反射手段である軸外し放物面凹面鏡15が傾
斜して取付けられる。

本体部１の上部には、軸外し放物面凹面鏡15で反射さ
れた表示光が放出される開口部1aが形成され、軸外し放
物面凹面鏡15で反射された光は、上方に進み、上方に位
置する表示手段であるウィンドシールド５の内側で反射
され、運転者の目に入射する。

この軸外し放物面凹面鏡15は、上記軸外し放物面凹面
鏡14と同様に、例えば、ｙ＝x²/4fの放物線をそのｙ軸
の回りで回転させた際に生じる放物面の軸外し部分を有
する凹面鏡であり、その軸外し角はθ（例えば67゜）、
その焦点距離はｆである。そして、軸外し放物面凹面鏡
15は、表示器２側の入射光軸とウィンドシールド側の出
射光軸との角度を、その軸外し角θとするように本体部
１内に設置される。

このようなヘッドアップディスプレイ装置では、第４
図に示すように、表示器２から放射された画像表示であ
る速度画像やウオーニング画像の表示光が、本体部１内
の軸外し放物面凹面鏡15に入射し、軸外し放物面凹面鏡
15で反射された光が開口部1aから上方に進み、ウィンド
シールド５の内側で反射され、運転者の目に入射する。

そして、第１実施例と同様に、運転者の目には、表示
器２に表示された速度画像がウィンドシールド５の前方
に投影された像として視認される。また、軸外し放物面
凹面鏡15が使用され、その入射光軸と出射光軸との角度
を、その軸外し角θとするように配置されるため、第１
実施例と同様に、虚像Ｂとして結像する表示像に収差は
生じず、運転者は歪やボケのない表示像を明確に視認す
ることができる。

表１は、第１および第２実施例の効果を確認するため
に実施した実験例の結果を示している。第１実施例は、
焦点距離ｆを500mm、400mm、260mmとして３種の軸外し
放物面凹面鏡を各々記録したホログラムを使用し、第２
実施例は、焦点距離ｆを500mm、400mm、260mmとして３
種の軸外し放物面凹面鏡をそのまま使用し、そして、第
１比較例は、従来の球面凹面鏡を使用した場合である。

各々の装置について、拡大率を徐々に上げながら表示
を行い、表示された表示像に歪（ボケ）が生じない最大
拡大率を、官能評価により求めた。

この表１の実験結果から、軸外し放物面凹面鏡を記録
したホログラムを反射手段として採用した場合（第１実
施例）及び軸外し放物面凹面鏡をそのまま表示光の反射
部に使用した場合（第２実施例）は、従来の球面凹面鏡
を用いた場合（第１比較例）に比べ、約２倍から2.5倍
の拡大率で、歪（ボケ）を生じずに表示できることがわ
かる。

なお、第１および第２実施例では、凹面鏡として軸外
し放物面凹面鏡を使用したが、軸外し楕円凹面鏡、トロ
イダル凹面鏡等、収差の少ない他の非球面凹面鏡を使用
することもできる。

さらに、本装置の本体部１は、必ずしもウィンドシー
ルドのコンバイナの真下に位置させて画像を真上に放射
する必要はなく、本体部１をコンバイナの真下から外れ
た位置に多少傾けて設置することもできる。

上記第１および第２実施例においては、表示画像形成
手段である表示器として、液晶ディスプレイを採用した
が、本発明は液晶ディスプレイに限定されるものではな
く、例えばEL表示器、CRT等からなる表示画像形成手段
であってもよい。

（第３実施例） 第３実施例においては、第１実施例のホログラム３と
は異なり、さらに表示画像の歪みを補正する補正機能の
優れたホログラム20を提供し、他の構成要件は第１図と
同一とした。

ここで使用されるホログラム20は、特定波長の光で露
光することにより、特定波長の光のみを反射する光反射
特性を有すると共に、軸はずし凹面鏡のような収差の少
ない凹面鏡を記録してある。さらに第３実施例のホログ
ラム20においては、ウィンドシールド５の内側の曲率
（1/半径）に応じて凹面鏡の縦方向と横方向の焦点距離
（拡大率）を相違させるように製作されている。

このように、第３実施例のホログラム20は、収差のな
い凹面鏡が記録されているため、光路変更機能および拡
大機能を有するだけでなく、凹面鏡の縦方向と横方向の
焦点距離（拡大率）を相違させるように形成されている
ため、補正機能をも同時に有するものである。

次に第３実施例のホログラムの製作方法について述べ
る。

ホログラム20は、第５図に示すような光学系を使用し
て露光され製作される。

20aはホログラム乾板であり、ソーダガラス等の基材
上に感光剤となる重クロム酸ゼラチンを約20μｍの厚さ
に付着し乾燥して形成される。ホログラム乾燥20aの両
側には第５図に示すように、屈折率調整液10を介して反
射防止膜付きガラス11が挟むように密着される。そし
て、このような状態のホログラム乾板20aは、その両側
から、同一波長の平行光と発散光により露光するよう
に、光学系の一部に配置される。

光源には例えば波長514.5μｍのレーザ光が使用さ
れ、図示しないレーザ発振器から放出されたレーザ光
が、参照用のレンズ12と焦点距離調整用のシリンドリカ
ルレンズ15を通り、参照光としてホログラム乾板20aの
一方の側に入射するように光学系が配置される。また、
ホログラム20aの他方の側には、斜め前方に、軸外し放
物面凹面鏡14が配置され、同じレーザ発振器から放射さ
れたレーザ光の一部が、レンズ13を通して凹面鏡14に照
射され、凹面鏡14で反射された平行光がホログラム乾板
20aに入射するように構成される。

なお、第５図に示すように、ホログラム乾板20aへの
参照光と平行光との入射角θは、ホログラム20をヘッド
アップディスプレイに実際に使用した際の再生角度に合
せるために、例えばθ＝33.5゜に設定される。

また、ここでシリンドリカルレンズ22は、ウィンドシ
ールド５の曲率による表示像の拡大歪を打ち消すよう
に、発散光側の光学系の一部に挿入されるが、ウィンド
シールド５の曲率はその縦方向と横方向とでは相違す
る。このため、第６図に示すように、シリンドリカルレ
ンズ22は、そのレンズ22の平面上での横方向の焦点距離
fyを例えば400mm、立面上での縦方向の焦点距離fxを例
えば450mmとするように形成され、第５図のように、レ
ンズ12とホログラム乾板20a間に配置される。

第５図に示すような光学系を使用して、ホログラム乾
板20aを参照光と平行光により露光し、所定の現像・定
着処理を施してホログラム20が製作され、ホログラム20
に凹面鏡14が干渉縞として記録され、その凹面鏡14の縦
方向と横方向の焦点距離fx,fyがウィンドシールド５の
曲率に応じて補正された状態で記録される。

このように製作されたホログラム20は、表面における
散乱や反射を防止し、ホログラム層の劣化を防ぐため
に、その表裏からシール剤を介してエポキシ系樹脂のカ
バープレートをサンドイッチ状に密着させ、表裏のカバ
ープレートの表面に反射防止膜と散乱防止膜を形成して
完成する。そして、第１図に示すように、ヘッドアップ
ディスプレイ装置の本体部１の内部に、第３実施例のホ
ログラム20が表示器２の光軸に対し所定の角度θ（33.5
゜）で取着されることになる。

このように構成されたヘッドアップディスプレイ装置
では、第１図に示すように、表示器２から放射された表
示画像である速度画像やウォーニング画像の光が表示光
として出射され、本体部１内にホログラム20に入射す
る。この表示光は、ホログラム20で回折し反射された特
定波長の光が開口部1aから上方に進み、ウィンドシール
ド５の内側で再び反射される。そして、反射された表示
光が結像されることによって、表示画像として運転者の
目に入射する。

このため、運転者の目には、表示器２に表示された速
度が像がウィンドシールド５の前方に投影された像とし
て視認される。このとき、第１図に示すように、ホログ
ラム20に記録された凹面鏡の焦点Ｆは表示器２より後方
に位置する。そのため、表示画像の焦点距離ｆが表示器
２とホログラム20の距離ａより長くなる。そのため、ホ
ログラム20の裏側に表示画像の虚像Ｂが生じていると仮
定すると、虚像Ｂとホログラム20の距離ｂが距離ａより
長くなるため、表示像の拡大率ｍ（ｍ＝b/a）が１を越
え、拡大された像がウィンドシールド５に表示すること
ができる。

上記のように、ホログラム20に記録された凹面鏡は、
その記録の際、縦方向の焦点距離fyを400mm、横方向の
焦点距離fxを450mmとするように、縦方向の横方向で焦
点距離の相違するシリンドリカルレンズ22を通して発散
光をホログラム乾板20aに入射させて記録されるため、
ホログラム20から回折し反射された表示像がウィンドシ
ールド５の内側で反射される際、ウィンドシールド５の
横方向の曲率により像に生じる歪が補正される。このた
め、運転者は歪やボケのない表示画像を視認することが
でき、特に運転者の視線がホログラムの周縁部に移動し
たときでも、歪やボケの生じない拡大表示を行うことが
できる。

第７図は、第３実施例のヘッドアップディスプレイ装
置を使用して表示した際の表示画像の歪量と、第２比較
例としてホログラムの記録時に補正を行わない通常の参
照光をホログラム乾板に入射させて製作したホログラム
を使用した場合の表示画像の歪量を示している。

第１比較例と第３実施例の両装置には、共に、縦13m
m,横30mmの表示面を持つ表示器を使用し、縦50mm,横110
mmの大きさのホログラムを取付け、表示器とホログラム
の距離を250mm、ホログラムとウィンドシールドの距離
を140mm、ウィンドシールドと観察者の目の距離を900mm
と設定し、観察者の目を左右で10゜振って、視認される
表示画像に生じる歪量の変化を測定した。

第７図のグラフから、記録時にホログラムをウィンド
シールドの曲率に応じて補正しない第２比較例では、観
察者の首（目）を左右に10゜振った場合、表示画像の歪
量は約40％存在したが、第３実施例では、観察者の首
（目）を左右に10゜振った場合、表示画像の歪量は約５
％と低減されたことがわかる。

なお、第３実施例では、ウィンドシールドの曲率が横
方向で大きく、縦方向では殆どない場合を説明したが、
その曲率が縦方向により大きい他の例の場合、その曲率
の方向や大きさに応じて、ホログラムへ記録する凹面鏡
の焦点距離を、シリンドリカルレンズの設置角度、又は
他のレンズの使用により調整すればよい。

また、第３実施例では、ホログラムに凹面鏡として軸
外し放物面鏡を記録したが、収差の少ない他の非球面鏡
を記録することもでき、さらには、単に縦方向と横方向
の曲率の異なる凹面鏡の反射特性を有するホログラムで
あってもよい。

また、第３実施例では、露光時に二光束を作り、ホロ
グラム乾板の両側から平行光と参照光を入射させる二光
束法によりホログラムに凹面鏡を記録したが、ホログラ
ム乾板の裏面に凹形状を有する反射板を当て、表面側か
らのみ光を入射させ、表面からの直接光と裏面からの反
射光により露光する一光束法で凹面鏡を記録することも
できる。

また、上記実施例では、凹形状を有する反射板を用い
たが、凸形状の反射板を採用することによって、凸面鏡
を記録してもよい。

また、二光束で作成したホログラムをマスターとして
複写してもよい。

さらに、第３実施例の本装置の本体部１は、必ずしも
ウィンドシールドのコンバイナの真下に位置させて画像
を真上に放射する必要はなく、本体部１をコンバイナの
真下から外れた位置に多少傾けて設置することもでき
る。

上記第３実施例においては、表示画像形成手段である
表示器として、液晶ディスプレイを採用したが、本発明
は液晶ディスプレイに限定されるものではなく、例えば
EL表示器、CRT等からなる表示画像形成手段であっても
よい。

さらに、上記第３実施例では、反射手段をホログラム
にて形成したが、本発明は反射手段をホログラムにて形
成する必要はなく、例えば縦方向と横方向との曲率がウ
ィンドシールドによる像の歪みを補正する曲率とした軸
はずし凹面鏡や収差の少ない他の非球面鏡を用いてもよ
いし、単に方向によって曲率が異なる凹面鏡であっても
よい。

（第４実施例） 以下、第４実施例における画像表示装置の一例として
の車両用先端位置表示装置を第８図に示す。尚、第１実
施例と同一の部材には、同一の符号を付した。

この装置は、自動車のダッシュボード部（図示せず）
に配設された表示画像形成手段である表示器24、表示器
24から投射される画像光を順次反射する反射鏡25、反射
手段であるトロイダル凹面鏡26、表示器24やトロイダル
凹面鏡26を制御する制御回路27を備えている。

この表示画像形成手段である表示器27は、第12図に示
す如く、箱型のケース28内に、例えばリフレクタ付きハ
ロゲンランプ29を配設し、このランプ29の前面にスリガ
ラス等の光拡散板（図示せず）を設け、更にその前方に
設けられたガラス板等の透明板30上には、周縁部を遮光
し中央に色フィルタ付の透光部を設けた端部マーク表示
体（以下、単に表示体という）31が取付けられている。

トロイダル凹面鏡26は、第９図に示すように、合成樹
脂等の基板上に銀或はアルミニウム等の反射層を蒸着し
て形成される。この鏡面は、表示手段であるウィンドシ
ールド５上の反射点Ｄにおける水平方向の曲率と表示マ
ーク（表示体31の虚像、第８図参照）32の表示位置から
計算される。詳細は後述する。

また、トロイダル凹面鏡26は、駆動調節手段である角
度調整機構33を介してダッシュボード部（図示せず）に
角度変位可能に配設されている。

角度調整機構33は、第13図および第14図に示すよう
に、ダッシュボード部（図示せず）に固定された固定板
34に対しベース板35を自在継手36を介して角度変化可能
に取付け、ベース板35の前面に歯車37付きの取付板38を
軸39を介して回転可能に取付け、固定板34の各ねじ孔
（図示せず）に、上下角度調整ねじ40及び左右角度調整
ねじ41を螺合させ、取付板42上の歯車37に回動軸43の先
端のピニオン44を噛合させて構成される。上下角度調整
ねじ40と左右角度調整ねじ41の先端は、ベース板35の上
部と右側に回転を許容して連結される。そして、取付板
42の前面にトロイダル凹面鏡26が固定される。

したがって、上下角度調整ねじ40を回転すると、トロ
イダル凹面鏡26の上下の傾斜角度（あおり角度）が変わ
り、左右角度調整ねじ41を回転するとトロイダル凹面鏡
26の左右の傾斜角度（あおり角度）が変わる。また、回
動軸43を回すことにより、トロイダル凹面鏡26が軸39を
中心に回転し、トロイダル凹面鏡26の同一回転面内にお
ける角度を調整することができる。

ここで、表示器24、平面鏡25、トロイダル凹面鏡26
は、第８図に示すように、表示器24から照射された表示
体31の像を平面鏡25とトロイダル凹面鏡26を介してウィ
ンドシールド５上の点Ｄで反射させ、運転者の眼Ｇに入
射させて、その表示マーク32を車体の端部位置に結像さ
せるように、配置される。

次に、第４実施例の反射手段であるトロイダル凹面鏡
26について説明する。

このトロイダル凹面鏡26は、第９図に示すように凹面
形状をした鏡であるが、そのｘ方向（ここでは光路上、
ウィンドシールド５の水平方向に相当するものとす
る。）、ｙ方向（ここでは光路上、ウィンドシールド５
の垂直方向に相当するものとする。）で断面図示する
と、第10図および第11図に示すように、Ｘ方向の曲率半
径ａがＹ方向の曲率半径ｂよりも小さく設計されてい
る。

これらの曲率半径a,bは以下のように決定される。

すなわち、ウィンドシールド５の水平方向の曲率半径
をｐ、垂直方向は平面とし、表示体31からトロイダル凹
面鏡26までの距離をｔ、トロイダル凹面鏡26からウィン
ドシールド５の反射点Ｄまでの距離をｄ、ウィンドシー
ルド５の反射点Ｄから表示マーク32までの距離をｈ、ト
ロイダル凹面鏡26により生じた表示体31の虚像とトロイ
ダル凹面鏡26との間の距離をｘ又はｘ′とする。ただ
し、ｘは曲率半径ａによるそれであり、ｘ′は曲率半径
ｂによるそれである。

1.曲率半径ａの決め方 まずウィンドシールド５の反射において、 1/（ｘ＋ｄ）−1/h＝2/pより、ｘ＝（ｐ×ｈ）／（２
×ｈ＋ｐ）−ｄまた、曲率半径ａによる反射から、 （1/t）−（1/x）＝2/a 従って、ａ＝２×ｔ×x/（ｘ−ｔ） ＝２×ｔ×｛（ｐ×ｈ）／ （２×ｈ＋ｐ）−ｄ｝／｛〔（ｐ×ｈ） ／（２×ｈ＋ｐ）−ｄ｝−ｔ〕 2.曲率半径ｂの決め方 ｘ′ｄ＝ｈ 従って、ｘ′＝ｈ−ｄ、 曲率半径ａによる反射から、 （1/t）−1/（ｈ−ｄ）＝2/b 従って、ｂ＝｛２×ｔ×（ｈ−ｄ）｝／（ｈ−ｄ−ｔ） なお、図示されていなが、上記表示器24、平面鏡25、
トロイダル凹面鏡26は、内面を黒色無光沢塗装した箱内
にセットされ、箱の一部には端部マーク表示体31の像を
ウィンドシールド５の点Ｄに向けて放射する開口部が設
けられる。

このように構成された車両用先端位置表示装置では、
例えば、自動車を駐車場等に駐車させる場合、運転者は
表示器24のランプ29を点灯する。すると、表示器24から
端部マーク表示体31の表示光である虚像32が放射され、
平面鏡25からトロイダル凹面鏡26に入射する。そして、
トロイダル凹面鏡26によって、虚像32は、車両のウィン
ドシールド５の点Ｄで反射され、虚像が運転者45の眼Ｇ
において、結像される。

このとき、端部マーク表示体31の虚像32は、車両の端
部位置近傍に結像して表示されるが、第13図に示すよう
に、トロイダル凹面鏡26の光軸に対する角度を適正に調
整することにより、ウィンドシールド５から両眼に向か
う両光束が両眼を含む水平面内を通過するように修正さ
れる。言い換えると、左眼に入る左眼虚像と右眼に入る
右眼虚像の同一点は同じ高さで視認される。このため、
ウィンドシールド５の曲面に起因した両眼像の上下方向
の高低差を解消することができる。

したがって、運転者は、高低差がなく１つに融合した
像32を、車両の端部位置近傍の空間に鮮明に見ることが
でき、その像32と障害物との相対位置関係から、障害物
に対する車両の端部位置を容易に認識することができ
る。

また、トロイダル凹面鏡26に角度調整機構33が設けら
れるため、運転者の眼の高さ位置や両眼の水平方向の各
位置に応じて、トロイダル凹面鏡26の取付け角度を角度
調整機構33によって調整することができ、運転者の眼の
高さや両眼の個人差があっても、適正に高低差を解消す
ることができる。

ここでトロイダル凹面鏡26の作用について第15図およ
び第20図を用いて追加説明する。

第15図及び第20図に示すようにウィンドシールド４
は、垂直方向には略平行であるが、水平方向には曲率を
もっているため、これは円筒凹面鏡として作用する。こ
こでもし、第15図のトロイダル凹面鏡26を第20図のよう
に通常の球面凹面鏡46とすると、ウィンドシールド５の
円筒凹面鏡としての作用により、これに反射して運転者
７の左右の眼Ｇに達する２つの光線に上下差が生じ、運
転者45は左右両眼像を１つに融像しにくくなる。これ
は、トロイダル凹面鏡26を単なる平面鏡とする場合も同
じである。

トロイダル凹面鏡26は、光学的にウィンドシールド５
の水平方向と同じ凹面鏡作用を垂直方向にも付加し、結
果としてウィンドシールド５を球面の凹面鏡として作用
させる。これにより、ウィンドシールド５は通常の球面
凹面鏡となるため、左右両眼像の上下ずれの発生はなく
なり運転者45は両眼像１つに融像して見ることが可能と
なる。また、左右両眼像の上下ずれの補正とともに、拡
像作用も同時に果たすことができ、部品点数の低減が可
能である。

さらに、ウィンドシールドにも遠方拡大機能を持たせ
ることができるため、本装置の小型化ができる。

すなわち本実施例の装置によれば、以下の効果を奏す
ることができる。

（１）ウィンドシールド５の内面が非球面形状の反射凹
面となっているにもかかわらず、直交方向において異な
る曲率ａ、ｂを有する反射手段であるトロイダル凹面鏡
により、全光学系として一枚の球面凹面鏡として機能す
る構成を採用しているので、従来の非球面凹面鏡として
のウィンドシールド５に起因する両眼像間の上下差を解
消することができ、両眼像の融像が容易となる。

（２）ウィンドシールド５の内面が非球面形状の反射凹
面となっているにもかかわらず像の歪みがない。

（３）部品点数の増加、光量損失の増大及び光路設計の
複雑化を招来することなく、拡大表示が可能となる。

（４）両眼の幅の個人差、ウィンドシールドの曲率のば
らつき、虚像表示位置の調整を駆動調節手段である角度
調節機構によって実現することができる。

なお、表示手段であるウィンドシールド５の水平方向
（本発明でいう第１方向）に光学的に平行な反射手段で
あるトロイダル凹面鏡26の方向Ｘ（本発明でいう第３方
向）における曲率ａが、ウィンドシールド５の垂直方向
（本発明でいう第２方向）に光学的に平行な方向Ｙ（本
発明でいう第４方向）における曲率ｂより小さく設定さ
れていれば、ウィンドシールド５の上記曲率ｐによる上
下視差を低減することができ、かつ拡大虚像表示も可能
となる。

以下、上記トロイダル凹面鏡26の製造方法について具
体的に説明する。

第１の製造方法は、従来のレンズや凹面鏡と同様に、
樹脂体やガラスブロックを研磨加工して反射面を製造
し、反射膜及び保護膜を蒸着などで形成する方法であ
る。

第２の製造方法は、従来のレンズと同様に、溶融樹脂
や溶融ガラスを精密金型に流し込み成形し、冷却後、表
面に反射膜および保護膜を密着する方法である。

第３の製造方法は、第16図に示すように、予めトロイ
ダル凹面鏡26の曲面形状に形成された雄型47及び雌型48
のセットを準備し、雌型48上に平板状の軟化樹脂板（又
は軟化ガラス板）49を置き、雄型47を下降させて曲げ成
形し、冷却後、表面に反射膜および保護膜を密着する方
法である。なお、雄型47及び雌型48の表面は研磨にて平
滑に仕上げるか若しくはフェルト、ゴム等の柔軟材50を
コーティングしておく。

第４の製造方法では、第17図に示すように、平板状の
軟化樹脂板（又は軟化ガラス板）49を上型51及び下型52
で挟んで内部にキャビティＣを形成する。

キャビティＣに面する下型52の表面はトロイダル凹面
鏡26の曲面形状となっており、上型51を通じてキャビテ
ィＣに圧縮空気を導入するとともに下型52の微小な空気
抜き孔から真空引きを行い、成形が行われる。冷却後、
反射膜及び保護膜を蒸着などで形成する。

第５の製造方法では、第18図に示すように、下型53の
上面に溶融樹脂が滞留する凹部54を形成しておく。そし
て、先端が凹部54に位置する空気注入ノズル55により凹
部54の溶融樹脂内部に空気を導入しつつ、フィード孔56
を通じて凹部54に溶融樹脂を供給する。これにより溶融
樹脂バルーン57が形成され、バルーンは上型58の下面に
形成されたトロイダル凹面に密着して冷却、成形され
る。その後、トロイダル凹面部分を分離し、反射膜及び
保護膜を蒸着などで形成する。

第６の製造方法は、第19図に示すようにホログラムト
ロイダル凹面鏡を製造する方法である。まず、レーザー
装置から出た平行光をハーフミラー59で分岐し、ハーフ
ミラー59から出た分光をミラー60,61で凸レンズ62で焦
点Ｆに収束させる。その後、シリンドリカルレンズ63を
透過させていわゆる物体光として、乾板64上に塗布され
た感光剤に入射させ、感光させる。同時に他方の分光を
いわゆる参照光として感光剤に入射させ、感光させる。
この乾板64を現像後、保護膜をコートしてホログラムト
ロイダル凹面鏡とする。

これらの製造方法を採用することにより、上記したト
ロイダル凹面鏡26は樹脂又はガラスから成形され、反射
膜を被着されて形成される。

第４実施例を採用することによって、以下の作用およ
び効果を得ることができる。

即ち、表示画像形成装置は、第１方向の曲率が第１方
向に対し直交する第２方向における曲率より大きい非球
面形状の反射凹面を有する表示手段に反射手段であるト
ロイダル凹面鏡を介して表示光を投射する。

このトロイダル凹面鏡は、表示手段の第１方向に光学
的に平行な第３方向における曲率が表示手段の第２方向
に光学的に平行な第４方向における曲率より小さく設定
されているので、表示手段の反射凹面の曲率に起因する
上下視差を低減し、かつ、歪みの少ない拡大虚像表示を
行う。

したがって第４実施例によれば、構成及び光路を複雑
化することなく、表示手段の非球面形状の反射凹面によ
る上下視差を低減するとともに、表紙手段自体の有する
反射凹面を利用することによる拡大表示を実現すること
ができる。

また、上記反射手段を駆動調節手段によって駆動させ
て角度変位させることにより、両眼の幅の個人差や反射
体の曲率のばらつきにかかわらず上下視差を低減し、か
つ、虚像表示位置の調節も可能とすることができる。

さらに、ウィンドシールドを表示手段とするヘッドア
ップ式表示装置において、ウィンドシールドの非球面形
状の反射凹面による画像の歪みを低減することができ
る。

また上記反射手段は、トロイダル凹面鏡だけでなく、
このトロイダル凹面鏡と同一の反射特性を有するホログ
ラムであっても同一の効果を有することができる。

（第５実施例） 第５実施例においては、視点が移動した場合にも表示
画像が歪むことのない画像表示装置に関するものであ
る。

即ち、第１図のような画像表示装置においては、表示
器２から照射される表示光は、反射手段であるホログラ
ム３に傾いて入射される。そのため、第21図の如く、そ
の光軸70がホログラム３の軸線71に対して傾斜角度αを
生じる。

この場合、ホログラム３の右端を通して表示画像を見
る場合と、左端を通して表示画像を見る場合とでは、表
示器２からほろ３までの光路長が異なる。そのため、表
示画像の拡大率が異なる。

それ故、ウィンドシールド５に映し出された表示画像
は、変形や歪んだりすることになり、違和感のある表示
像として認知される。

第５実施例はかかる問題点に鑑み、視点が移動した場
合にも表示像が歪まない画像表示装置を提供しようとす
るものである。

以下第５実施例にかかる画像表示装置であるヘッドア
ップディスプレイ装置について、第22図および第23図を
用いて説明する。

尚、第１実施例と同一の部材には同一の符号を付し
た。

第５実施例のヘッドアップディスプレイ装置80は、第
22図に示すごとく、光源を有する表示画形成手段である
表示器２と、該表示器２から発する表示光81を回折・反
射させる第５実施例の反射手段であるホログラム光学素
子82と、該ホログラム光学素子82からの表示光の特定成
分の波長のみが反射された光である回折光83を反射させ
て観者に表示画像84を視認させる表示手段であるウィン
ドシールド５とを有する。

上記ホログラム光学素子82は、第23図に示すごとく、
拡大鏡の回折・反射特性を有している。このホログラム
光学素子82は、表示器からの光路長が短い位置Ａにおけ
るホログラムの焦点距離を短くし、表示器からの光路長
が長い位置Ｂにおける焦点距離を長くするように構成し
てある。

例えば、上記ホログラム光学素子82には、平行光が照
射された場合には、この照射された平行光の光の成分2a
〜2eに対応する各回折光2f〜2jの焦点4a〜4dの位置が連
続的に変化するホログラムが記録されている。

また、上記ホログラム光学素子82には、ウィンドシー
ルドの形状による表示像の歪みの効果を打ち消すように
ホログラムが記録されている。

上記ホログラムは、収差の大きいレンズを通過した光
を、ホログラム光学素子に照射することにより記録され
る。

第23図に示すホログラム82は、焦点を結ぶ側に表示器
２が位置するように配置されている。

また、第22図に示すごとく、上記ウィンドシールド５
には、回折光83を反射させる蒸着膜5aが蒸着されてい
る。

運転者の視点85は、ウィンドシールド５の反射回折光
86を知覚し、その前方に表示された虚像としての、表示
画像84を視認することができる。

次に、第５実施例の作用効果について説明する。

第５実施例のヘッドアップディスプレイ装置80におい
ては、ホログラム光学素子82が拡大鏡の回折、反射特性
を有している。そのため、表示器２から発せられた表示
光81は、ホログラム光学素子82により回折・反射され、
回折光83としてウィンドシールド５に照射される。

このとき、第21図および第23図に示すごとく、表示器
２から発せられた各光路長は、ホログラム光学素子82に
入射する位置A,Bによって僅かな相違がある。第５実施
例のホログラム光学素子82は、その位置Ａ、Ｂにより回
折光2f〜2jの焦点位置4a〜4dが連続的に変化し、かつ、
表示器２からの光路長が短い位置Ａにおけるホログラム
の焦点距離を短くし、表示器２からの光路長が長い位置
Ｂにおける焦点距離を長くするように構成されている。

それ故、第22図に示すごとく、表示光81により映し出
された表示画像の歪みは、ホログラム光学素子82により
補正され、ウィンドシールド５に映し出される。

このため、第５実施例のヘッドアップディスプレイ装
置80によれば、歪みのない、拡大された表示画像84を映
し出すことができる。従って、観者は、視点85の位置を
移動させても、ウィンドシールド５を見ることによっ
て、歪みのない拡大された表示像を、違和感を感じるこ
となく、視認することができる。

また、ホログラム光学素子82は、ウィンドシールド５
の形状による表示画像の歪みの効果を打ち消すように構
成されている。そのため、ウィンドシールド５に歪みの
少ない表示画像を映し出すことができる。

尚、第５実施例のホログラム光学素子82においては、
焦点距離の変化のさせ方は、使用するヘッドアップディ
スプレイ80の光学配置により変わってくる。そのため、
第23図に示すごとく、ホログラム光学素子82の左側の位
置Ａが長焦点で右側の位置Ｂが短焦点になるとは限ら
ず、中心が最も短焦点で両端が長焦点の場合とすること
もある。

また、傾斜角度αが０であっても同様の効果を得るこ
とができる。第５実施例においてはホログラムに累進多
焦点を有するレンズを記録させたが、本実施例ではこれ
に限られるものではなく、累進多焦点を有する凹面鏡を
反射手段として用いてもよい。

さらには、ホログラムとウィンドシールドとの間、も
しくはホログラムと表示器との間に累進多焦点を有する
レンズを設けてもよい。

（第６実施例） 第６実施例においては、第６実施例にかかるヘッドア
ップディスプレイ装置の製造方法について、第24図およ
び第25図を用いて説明する。

上記製造に当たっては、まず、第24図に示すごとく、
ホログラム乾板90と、点光源としてのピンホール91と、
両者の間に配置した収差発生用レンズ92とを準備する。

上記収差発生用レンズ92は、第25図に示すごとく、円
弧形状に窪んだ凹面92aを有する凹型シリンドリカルレ
ンズである。収差発生用レンズ92は、球面形状による収
差を有し、凹面92aの中心と端では焦点位置が異なって
いる。

尚、収差発生用レンズ92の凹面92aの形状の曲率を大
きくすることにより、球面収差を拡大することができ
る。又、ピンホール91側に収差発生用レンズ92の平面92
bを配置することにより、収差量を大きくすることがで
きる。

そして、ピンホール91から発した発散光95を収差発生
用レンズ92を透過させてその透過光96をホログラム乾板
90に照射する。上記透過光96は、収差発生用レンズ92の
球面収差を有する光となる。そのため、この透過光96
は、一点から発散した光とならずに、左側Ｌから右側Ｒ
へ焦点97a〜97dの位置から発散した光として、ホログラ
ム乾板90に入射する。

このとき、収差発生用レンズ92の片側（第24図の左半
分の斜線部）だけに発散光95を透過させれば、焦点距離
の変化を長い方から短い方へ、或いは短い方から長い方
へと一方向にホログラム乾板90に照射させることができ
る。

また、上記透過光96を照射すると共に、これと対向さ
せて、ホログラム乾板90の反対側に、平行光98を照射す
る。

上記収差発生用レンズ92を透過した透過光96と平行光
98との２つの収束によって、両者が互いに干渉する。

これにより、ホログラム乾板90に、収差の異なる干渉
縞が記録される。そして、第５実施例に示したように、
ホログラム乾板90の左側Ｌを短焦点に、右側Ｒを長焦点
に連続的に変化した累進多焦点を有するホログラム光学
素子１が得られる（第23図参照）。

この製造方法によれば、収差発生用レンズ92の曲率、
及びピンホール91からの距離を変化させることにより、
収差の効果に強弱をつけ、ホログラムの焦点距離を調整
することができる。

また、第６実施例においては、収差発生用レンズ92と
してシリンドリカルレンズを用いているため、左右方向
の焦点距離と上下方向の焦点距離の比を自由に変えるこ
とができる。

尚、第６実施例においては、第25図に示す収差発生用
レンズ92として凹型シリンドリカルレンズを用いたが、
第26図に示す凸型シリンドリカルレンズを収差発生用レ
ンズ99として用いることもできる。該収差発生用レンズ
99は、円弧形状に盛り上がった凸面99aを有する。この
収差発生用レンズ99を透過した透過光は、凸面99a側で
一旦集光し、その後再度発散して、ホログラム乾板に入
射する。

（第７実施例） 第７実施例においては、第27図および第28図に示す如
く、第６実施例の凹型シリンドリカルレンズの替わり
に、凸型球面レンズを収差発生用レンズ100を用いてい
る。

該収差発生用レンズ100は、第28図に示すごとく、球
状に盛り上がった球面100aを有する。

第27図に示すごとく、収差発生用レンズ100を透過し
た透過光96は、該収差発生用レンズ100の球面100a側で
一度集光する。この集光点101a〜101dは、収差発生用レ
ンズ100の収差により、一点に集光せず、連続的に分布
している。その後、再度発散し、ホログラム乾板90に入
射する。

ホログラム乾板90に入射した透過光96は、他方から入
射する平行光98と互い干渉し合い、ホログラム乾板90に
干渉縞を記録する。これにより、左右方向と上下方向の
収差が同程度の、累進焦点を有するホログラム光学素子
を得ることができる。

その他は、第６実施例と同様である。第７実施例にお
いても、第６実施例と同様の効果を得ることができる。

尚、第７実施例においては、第28図に示す凸型球面レ
ンズを収差発生用レンズとして用いているが、第29図に
示す凹型球面レンズを収差発生用レンズ102として用い
ることもできる。この収差発生用レンズ102は、球状に
窪んだ球面102aを有している。この収差発生用レンズ10
2を透過した透過光は、球面102a側で集光せず、他方の
平面側102bに累進多焦点を持つことになる。

（第８実施例） 第８実施例においては、第30図に示すごとく、ホログ
ラム乾板90に入射させる光の両方ともに、収差発生用レ
ンズ103および104としての凹型シリンドリカルレンズを
配置している。

このとき、収差発生用レンズ103からホログラム乾板9
0の右側Ｒへ入射する透過光96aの焦点105aの距離を長
く、左側Ｌへの透過光96aの焦点105bの距離を短くす
る。

一方、収差発生用レンズ104からホログラム乾板90の
右側Ｒへ入射する透過光96bの焦点106aの距離を短く、
左側Ｌへの透過光96bの焦点106bの距離を長くする。

即ち、透過光96a及び96bの距離の平均値f_A105cとf_B10
6cとを比べ、f_B＞f_Aのときには、ホログラム乾板90の右
側Ｒが長焦点に、f_A＞f_Bのときには、左側Ｌが長焦点に
なるのである。

ホログラム乾板90に記録されるホログラムの焦点距離
をｆとすると、f_B＞f_Aのとき、1/f＝1/f_A−1/f_Bとな
る。

そして、ホログラム乾板11の右側Ｒでは、1/f_R＝1/
（f_A＋α）−1/（f_B−β）＜1/f_A−1/f_B＝1/fの関係が
成り立つ。そのため、右側Ｒの焦点距離f_Rについては、
1/f_R＜1/fとなり、右側Ｒが長焦点になる。ここで、式
中αとは、f_A側右側の焦点105aと平均値105c又はf_A側左
側の焦点105bと平均値105cとの差を意味する。式中βと
は、f_B側右側の焦点106aと平均値106c又はf_B側左側の焦
点106bと平均値106cとの差を意味する。

一方、左側Ｌの焦点距離f_Lについては、1/f_L＝1/（f_A
−α）−1/（f_B＋β）＞1/f_A−1/f_B＝1/fの関係が成り
立ち、1/f_L＜1/fとなり、左側Ｌが短焦点になる。

以上のように、透過光96a、96bの焦点距離を設定する
ことにより、ホログラム乾板90に連続的に変化する累進
多焦点を有する干渉縞を記録することができる。

その他は、第６実施例と同様である。第８実施例にお
いても、第６実施例と同様の効果を得ることができる。

上記第５実施例乃至第８実施例においては、反射手段
としてホログラムに累進多焦点レンズを記録したが、反
射手段はホログラムに限定されるものではなく、ホログ
ラムではなく単に累進多焦点レンズを採用してもよい。

尚、第５実施例より第８実施例において使用した累進
多焦点とは、収差発生用レンズの収差により、光の発散
点に分布を与え、その透過光をホログラム乾板に記録さ
れる光として用いることにより、ホログラムの焦点距離
に分布を与えることをいう。

そして、収差発生用レンズは、点光源から発散した光
を照射することにより、累進多焦点を有する光を発生さ
せるレンズである。

ここで、第６実施例において採用した凸型又は凹型シ
リンドリカルレンズは、ホログラム乾板の左右方向と上
下方向との焦点距離に差をつけたい場合に用いる。

第７実施例において採用した凸型又は凹型球面レンズ
は、ホログラム乾板の左右方向と上下方向との焦点距離
を同程度にしたい場合に用いる。

上記ホログラム乾板には、第６乃至第７実施例の如
く、上記収差発生用レンズを透過した透過光を照射する
と共に、その反対側からは平行光又は発散光を照射す
る。そして、上記透過光と、平行光又は発散光とをホロ
グラム乾板において干渉させ、累進焦点を有する干渉縞
を記録する。

また、第８実施例の如く、ホログラム乾板の両面側
に、収差発生用レンズを配置し、該収差発生用レンズに
発散光を透過させて、累進焦点を有する干渉縞を記録す
ることができる。この場合、両レンズの収差の方向、即
ち焦点のずらし方を逆に設定すれば、焦点分布の効果を
より高めることができる。

そして、第５実施例を採用することによって、表示器
から発する光により映し出された表示像は、ホログラム
光学素子により表示器からの光路長差に基づく歪みが補
正されて、かつ拡大されて、表示手段であるウィンドシ
ールドに映し出される。従って、観者は、ウィンドシー
ルドを見ることによって、歪みのない、拡大された表示
像を視認することができる。

また、表示像の拡大率がウィンドシールドの各位置に
おいて、均一になる。それ故、視点の位置を移動させて
も、表示像が歪むことなく、違和感をおこさせない。

以上のごとく、第５乃至第８実施例によれば、視点が
移動した場合にも表示像が歪まない、画像表示装置を提
供することができる。

（第９実施例） 第９実施例においては、第１実施例の第１図に示され
るような画像表示装置である車両用のヘッドアップディ
スプレイにおいて、反射手段として表示画像形成手段で
ある表示器からの表示光の内、特定の波長領域の表示光
のみを反射するホログラムを採用した場合に生ずる問題
を解決するものである。

即ち、光源の波長およびホログラムの反射波長に幅が
あると、以下の理由によって、波長幅分だけ表示像がぼ
やけることである。

具体的には、表示光に対して特定の波長のみを選択し
て反射させるホログラムは、例えば第33図に示すよう
に、その回折効率が波長λによって変化する。そして、
この波長λのばらつきΔλの存在により、第32図に示す
ように、特にホログラム110の周縁部において波長によ
る分散が顕著に現れる。

これはホログラム110の幅をｄとし、ホログラム110に
記録された凹面鏡の波長λでの焦点距離をｆとし、ホロ
グラム面からの距離ａにある表示器２から発せられた表
示光81のホログラム110周縁部での入射角θ_ｒ、出射角
θ_ｉとし、ホログラム110と虚像との距離ｂとすると
き、波長のばらつきΔλによる周縁部での出射角θ_ｉの
変化、いわゆる分散角Δθは、理論的には次式によって
示される。

Δθ＝sin^-1｛（１＋Δλ／λ）（sinθ_ｒ＋sinθ_ｉ）−sinθ_ｒ｝−θ_ｉ……
（１） sinθ_ｒ＝d/2×（a²＋d²/4）^−1/2 ……（２） sinθ_ｉ＝d/2×（b²＋d²/4）^−1/2 ……（３） しかしながら、第１図にみられるような画像表示装置
においては、拡大率の増加および運転者の視点の移動等
によって、分散角Δθが容易に大きくなってしまい、そ
の結果、このようなホログラムの周縁部において、表示
像のぼやけが生ずる。

そこで、第９実施例においては、ホログラムにおける
表示像の拡大率が大きい場合にも、表示画像のぼやけを
感ずることのない画像表示装置を提供しようとするもの
である。

第９実施例にかかる画像表示装置であるヘッドアップ
ディスプレイ装置につき説明する。

第９実施例において第31図に示すヘッドアップディス
プレイ装置120の基本的な構成は第１実施例の第１図と
略同一であり、同一部材には同一の符号を付した。

第９実施例においては、第31図に示すように、表示器
２から発せられた表示光81を、ホログラム110により回
折・反射させて、その回折光83を視認するよう構成した
ヘッドアップディスプレイ装置120である。

尚、ホログラム110による拡大率が２倍以上となるよ
う表示器11とホログラム110との距離を設定してある。

そして、第33図に示すように、ホログラム110の回折
効率が最大値η_ｍとなる回折効率の極大波長をλ_０と
し、ホログラムの回折効率が最大値の50％となる回折効
率の半値波長をλ_０±Δλ_ｈとしたとき、第32図に示す
ように、表示器２を発した表示光81が、ホログラム110
の端部110aにおいて反射するときにおける、その表示光
81である入射光と反射光81aがなす角θは、上記極大波
長λ_０と半値波長λ_０±Δλ_ｈの波長差Δλ_ｈによっ
て、0.33゜（20′）以上変化しない。

ここで使用されるホログラム110をさらに詳細に説明
する。

このホログラム110は、特定波長の光で露光すること
により、第33図に示すように、特定波長の光のみを反射
する光反射特性を有すると共に、収差の少ない凹面鏡情
報（例えば、第１実施例の如く軸外し放物面鏡）を、そ
こに記録してある。

ホログラム110は、第34図に示すような光学系を使用
して露光され製作される。

即ち、ホログラム乾板125は、ソーダガラス等の基材1
26上に、感光材である重クロム酸ゼラチン127を、約25
μｍの厚さに付着し関そうしたものである。ホログラム
乾板125の両側には第34図に示すように、屈折率調整液1
28を介して反射防止膜129a付きのガラス129が挟むよう
に密着されている。

このような状態のホログラム乾板125は、その両側か
ら、図示しないレーザ発振源より発した同一波長の平行
光130と発散光131により露光するように、光学系の一部
に配置される。

第34図の光学系の光源には例えば波長514.5nmのレー
ザ光が使用され、図示しないレーザ発振器から放出され
たレーザ光132が、発散用のレンズ133と歪み補正用レン
ズ134を通り、発散光131としてホログラム乾板125の一
方の側に入射するように光学系が配置される。

また、ホログラム乾板125の他方の側には、斜め前方
に、凹面鏡（軸外し放物面鏡）135が配置される。そし
て、同じレーザ発振器から放射されたレーザ光132の一
部が、レンズ136を通して凹面鏡135に照射され、凹面鏡
135で反射された平行光130がホログラム乾板125に入射
するように構成される。

なお、第34図に示すように、ホログラム乾板125に対
する発散光131と平行光130との入射角αは、ホログラム
110をヘッドアップディスプレイに実際に使用した際の
再生角度β（第31図参照）に合わせるため、例えばα＝
β＝33.5゜に設定される。

第34図に示すような光学系を使用して、ホログラム乾
板125を平行光130と破産光131により露光し、所定の現
像・定着処理を施してホログラム110が製作され、ホロ
グラム110には凹面鏡135が干渉縞として記録される。

このように製作されたホログラム110は、表面におけ
る散乱や反射を防止し、ホログラム層の劣化を防ぐため
に、その表裏からエポキシ系樹脂のシール剤を介してカ
バープレートをサンドイッチ状に密着させ、その表裏の
カバープレートの表面に各々反射防止膜と散乱防止膜を
形成して完成する。

そして、第31図に示すように、ヘッドアップディスプ
レイ装置の本体部140の内部に、上記ホログラム110が表
示器２の光軸に対し所定の角度β（33.5゜）で取付けら
れる。

このように構成されたヘッドアップディスプレイ装置
では、第２実施例で説明した如く、第31図に示すよう
に、表示画像形成手段である表示器２から放射された表
示光である速度画像やウオーニング画像の光30が、本体
部140内の反射手段であるホログラム110に入射し、ホロ
グラム110で回折し、反射された特定波長の光が開口部1
40aから上方に進み、表示手段であるウィンドシールド
５の蒸着膜5aに反射され、運転者の目に入射する。

このため、運転者の目には、表示器２に表示された表
示画像である速度画像がウィンドシールド５の前方に投
影された像として視認されるとともに、表示像の拡大率
Ｋ（Ｋ＝b/a）が１を越えるため、拡大された表示画像
が表示される。

第９実施例における、ホログラム110の幅ｄは100mm、
上記焦点距離ｆは380mm、ホログラム110と表示器11との
距離ａは240mmである。従って、第９実施例のホログラ
ム110の表示像の拡大率Ｋは2.7となる。

（第10実施例） 第10実施例においては、第９実施例のヘッドアップデ
ィスプレイ装置10の表示像を視認した官能検査を行っ
た。そして、その結果を第35図に示す。

上記検査は、第33図に示す極大波長λ_０が525〜550nm
の間を変化し、極大波長λ_０と半値波長との差Δλ_ｈが
様々に異なるホログラムサンプルについて、表示像の明
瞭さを官能検査したものである。

第35図において、○印は表示像が明瞭であると感じた
ホログラムサンプル、×印は表示像が不明瞭なホログラ
ムサンプル、△印はその中間のものである。なお、上記
判定は、観者がヘッドアップディスプレイ装置の視域全
体を見まわしたときの感覚である。

一方、第９実施例のホログラム110においては、分散
色Δθ_ｈが0.33゜以下であり、その条件を前記（１）〜
（４）式に代入して計算すると、次のようになる。

２・Δλ_ｈ≦21〜22nm（λ_０＝525〜550nmに対し）…
…（５） 上記（５）式を第35図上に記載した線が141であり、
第35図から知られるように、第９実施例の条件（Δθ_ｈ
≦0.33゜）を満たすもの（線141の下方）は、すべて良
好な結果を示しているが、本発明の条件を満たさない線
141より上方のサンプルは、ほとんど不良である。

なお、上記官能検査に使用されたホログラムサンプル
は、ホログラム乾板の感光材の膜厚、露光時の光量、現
像・定着時の処理条件などを変えることにより得られた
ものである。

（第11実施例） 次に第11実施例として、他の官能検査を行い、その結
果を第36図に示す。

第11実施例においては、ホログラムの焦点距離ｆ＝25
0mm、距離ａ＝150mm（よってＫ＝2.5）、幅ｄ＝90mmと
したケースである。

第36図から知られるように、この官能検査において
も、第９実施例の条件（Δθ_ｈ≦0.33゜）を満たす線14
2の下方にあるホログラムサンプルはすべて良好な結果
を示しているが、上記条件を満たさないもの（線142の
上方）は、ほとんどが不良である。

又、他の系について官能検査を実施した結果、同様の
結果が得られた。

（第12実施例） 第12実施例として、もう１つの官能検査を行い、その
結果を第37図に示す。

第37図は、ホログラム110と虚像145との間の距離ｂを
650mm、ホログラム110の幅ｄ＝90mmにに固定し、ホログ
ラムの焦点距離ｆとホログラムと表示器間の距離ａの組
合せを変え、ホログラムの拡大率Ｋ（波長λ_０＝540nm
近傍）を変化させたときの検査結果をプロットしたもの
である。

第37図から知られるよう、第９実施例の条件（Δθ_ｈ
≦0.33゜）を満たす線143の下方の領域では、すべて結
果が良好であるが、上記条件を満たさないもの（線143
の上方）は不良である。又、他の系について官能検査を
実施した結果、同様の結果が得られた。

第９実施例乃至第12実施例によれば、ホログラムにお
ける表示像の拡大率を２倍以上にした場合にも、ホログ
ラム表面の全域において表示像のぼやけを感ずることの
ないヘッドアップディスプレイ装置を提供することがで
きる。

なお、第９実施例は、ホログラム乾板の感光材とし
て、重クロム酸ゼラチンを用いたが、フォトポリマー、
ポリビニルカルバゾール等を使用してもよい。

なお、第９実施例のホログラムは、第33図に示すよう
に回折効率の極大波長が１つであるもの、いわゆる単色
のホログラムであるが、第38図に示すような、回折効率
の極大波長が２つある２色ホログラムであっても、それ
ぞれの極大波長λ₀₁、λ₀₂に同様な条件（Δθ_ｈ≦0.33
゜）を適用すれば、良好なホログラムを得ることができ
る。

また、第９実施例乃至第12実施例では、ホログラムに
凹面鏡として軸外し放物面鏡を記録したが、収差の少な
い他の非球面鏡を記録しても構わない。

また、第９実施例乃至第12実施例では、露光時に二光
束を作り、ホログラム乾板の両側から平行光と発散光を
入射させる二光束法によりホログラムに凹面鏡を記録し
たが、第39図に示すように、ホログラム乾板125の表面
にプリズム146を裏面に反射光学素子147を当て、表面側
からのみ光を入射させ、表面からの直接光148と反射光
学素子171の裏面からの反射光149により露光する一光束
法により凹面鏡を記録しても構わない。

第39図においえ、符号129bは反射光学素子147の反射
面である。

さらに、本装置の本体部140は、必ずしもウィンドシ
ールド５の真下に位置させて画像を真上に放射する必要
はなく、本体部140をウィンドシールド５の真下から外
れた位置に多少傾けて設置することもできる。

第９実施例乃至第12実施例では、光源とウィンドシー
ルドの間にホログラムが位置するが、ホログラムがウィ
ンドシールド部に設けられていても構わない。

又、第９実施例の説明に用いた第32図において、光源
はホログラムの中心線上に位置するが、光源が左右にず
れても同様に角度分散Δθ≦0.33゜となるように、ホロ
グラムの特性を設定してやればよい。

（第13実施例） 第13実施例における画像表示装置を第40図に示す。

第13実施例は、第40図に示すように、表示器２から発
せられた表示画像に対応する表示光81を、観者150の前
方の表示手段であるウインドシールド５に保持したホロ
グラムであるメインホログラム152により回折・反射さ
せ、その反射回折光86が結像した表示画像を観者150が
視認するよう構成したヘッドアップディスプレイ160で
ある。

メインホログラム152の前段には、光路変更機能を有
する反射手段である補正用ホログラム161が配置されて
いる。そしてこの補正用ホログラム161の回折特性は、
平面状に形成されたメインホログラム152を、上記ウィ
ンドシールド５が有する曲面に沿って変形保持したこと
によって生ずる回折・反射特性の変化を打ち消す特性を
有している。

メインホログラム152は、第40図に示すように、ウイ
ンドシールド５の内部に保持されている。そして、ウイ
ンドシールド５は、第41図に示すように湾曲しており、
メインホログラム152もそれに従って湾曲している。

即ち、第42図の如く、ウィンドシールド５は、曲面で
あるのに対しウィンドシールド５内に設けられるホログ
ラム152は平面状に製作される。そのため、第43図に示
すように、ウィンドシールド５の中に保持されたメイン
ホログラム152は、ウィンドシールド５の曲面によって
曲げられているものである。

また、メインホログラム152および補正用ホログラム1
61は、第44図に示す如く、平面状のホログラムであり、
平面状の感光板に物体光162と参照光163とを照射してホ
ログラム152および161を形成したものである。

メインホログラム152は、回折光83を拡大・反射する
拡大機能である拡大鏡の回折特性を有している。そし
て、第40図に示すように回折光83の入射角αは、反射回
折光86の出射角βより小としてある（α＜β）。

そして、補正用ホログラム161は、表示器２から発せ
られた表示光81を回折・反射させる反射型のホログラム
である。

即ち、表示器２から発せられた表示光81は、補正用ホ
ログラム161及びメインホログラム152において回折・反
射させられて観者150の目に達し結像する。

そして、補正用ホログラム161は、メインホログラム1
52が平面鏡の回折・反射特性を有する時、第41図に示す
ように、ウィンドシールド５が回折光83に対して凹面状
の曲面を有する場合には、補正用ホログラム161は、回
折光83に対して凸面状の曲面に構成することによって、
メインホログラム152の湾曲による特性変化を打ち消す
回折・反射特性を有している。

なお、補正用ホログラム161は、メインホログラム152
と同様に拡大機能を持たせた上で、上記補正機能を有し
てもよい。これにより、表示像の拡大率を更に大きくす
ることができる。

上記のように、第13実施例のヘッドアップディスプレ
イ160は、メインホログラム152の湾曲による特性変化を
その前段で予め補正用ホログラム161が補正するから、
観者150の視認する表示画像には歪が生じない。

また、両ホログラム152及び161は、第44図に示すよう
に平面形状のホログラムとして製作することができ、製
造が容易で製造の歩留り（良品質）も良好である。

上記のように、第13実施例によれば、湾曲したウイン
ドシールドに、平面状に製作したホログラムを変形させ
て保持しても、観者の見る表示像には歪が生じないヘッ
ドアップディスプレイを提供することができる。

このように、第13実施例を採用することによって、第
44図に示すようにメインホログラムを平面状に製作し、
その後第43図に示すように曲面状の表示板に保持して変
形させても、その変形による特性変化を補正用ホログラ
ムによって打ち消すことができる。

それ故、表示像に歪みが生ずるようなことがない。

このように第44実施例によれば、ウインドシールドの
ような湾曲した表示板に、平面状に製作したホログラム
を変形させて保持しても表示画像に歪を生ずることのな
い画像表示装置を提供することができる。

（第14実施例） 第14実施例の画像表示装置を第45図に示す。

第14実施例の画像表示装置は、第13実施例の画像表示
装置と略同一であり、同一部材には同一符号を付した。

第14実施例においては、補正用ホログラム161とは異
なる反射手段であるホログラムを採用した。

メインホログラム152には、ウィンドシールド５によ
って方向によって異なる曲面が形成された、やはり方向
によって異なる曲率を有する。そして、表示画像はこの
曲率の影響を受け表示光81より歪んだ状態となる。

そのため、第14実施例においては、方向によって相違
した焦点距離を有する反射手段である凹面鏡が記録され
たホログラム170とすることによって、表示画像の歪み
を打ち消した構成とした。

即ち、このホログラム170は、第３実施例のホログラ
ム３と同一の特性を有するものである。

このような構成とすることによって、歪みのない画像
表示を得ることができる。

また、本第14実施例においては、反射手段としてホロ
グラム170を採用したが、ホログラムではなく単に方向
によって相違した焦点距離を有する凹面鏡であっても同
様の効果を有する。

さらに、第14実施例においては反射手段において、方
向によって相違した焦点距離を有する凹面鏡を記録した
ホログラム170を採用したが、このような凹面鏡をメイ
ンホログラムに記録することによって、メインホログラ
ム自信によって、メインホログラムの有する曲率による
表示画像の歪みを補正しても、歪みのない画像表示を得
ることができる。

さらには、メインホログラムおよび反射手段であるホ
ログラムの双方に方向によって異なる曲率を有する凹面
鏡を記録させることによって、表示画像の歪みを補正し
てもよい。

（第15実施例） 第15実施例においては、第13実施例の画像表示装置と
略同一であるが、反射手段であるホログラムに、第１実
施例のごとく軸はずし凹面鏡が記録されている点で相違
するものである。

即ち、第45図に示される画像表示装置において、反射
手段であるホログラムに軸外し角がこのホログラムの入
射光軸と出射光軸の角度と略同一の角度に設定された軸
外し凹面鏡の反射特性と同一の特性を記録する。

このような軸外し凹面鏡を記録した反射手段であるホ
ログラムを採用することによって、歪みのない表示画像
を得ることができる。

第15実施例では、軸外し凹面鏡をホログラムに露光し
て採用したが、凹面鏡自体を反射手段として採用しても
よいし、また、ウィンドシールドに保持されたメインホ
ログラムにこの凹面鏡の反射特性を記録させても、歪み
のない表示画像を得ることができる。

（第16実施例） 第16実施例の画像表示装置では、第13実施例の画像表
示装置と略同一の構成を有している。しかしながら、第
16実施例では、第４実施例に述べるような２ウィンドシ
ールド内に保持されているメインホログラムの曲率が第
１方向である横方向よりも第２方向である縦方向よりも
大きい非球面形状の曲面表面となっている。この時、補
正用ホログラムには、第１方向と光学的に平行な第３方
向の曲率が第２方向と光学的に平行な第４方向の曲率よ
りも小さいトロイダル凹面鏡が記録されている。

このような構成とすることによって、単にメインホロ
グラムによって表示される表示画像の歪みを補正するこ
とができるだけでなく、メインホログラムの曲率を有効
に利用して従来にない拡大機能を得ることができる。

特に、メインホログラムと補正用ホログラムとにより
全体として光学的に球面形状の凹面鏡の反射特性となる
ようにすることによって、より拡大機能を向上させるこ
とができる。

第16実施例においては、トロイダル凹面鏡を記録した
ホログラムを採用したが、特にホログラムに限定される
ものではなくトロイダル凹面鏡自体を補正用として採用
してもよい。

さらには、メインホログラム自体に上記特性のトロイ
ダル凹面鏡を採用してもよい。即ち、ウィンドシールド
の第１方向（横方向）に光学的に平行な第３方向の曲率
をウィンドシールドの第２方向（縦方向）に光学的に平
行な第４方向の曲率よりも小さいトロイダル凹面鏡を記
録したメインホログラムとしてもよい。この時、補正用
ホログラムには単に平面鏡が記録した反射機能のみを有
しているのみでもよい。

（第17実施例） 第17実施例の画像表示装置では、第13実施例の画像表
示装置と略同一の構成を有している。しかしながら、第
17実施例では、第５実施例に述べるような特性を補正用
ホログラムが有している。

即ち、第45図に示されるように、メインホログラムと
反射手段であるホログラムとの光路長が対向する箇所に
よって、それぞれ異なっている時、メインホログラム反
射手段であるホログラムとの光路長が長いほど、反射手
段であるホログラムには、焦点距離が長くなる拡大鏡が
記録されている。

このような構成とすることによって、反射手段である
ホログラムとメインホログラムによって十分拡大されて
も、歪みのない表示画像を得ることができる。

第17実施例においては、反射手段としてホログラムを
採用したが第17実施例では、特にホログラムに限定され
るものではなくメインホログラムと反射手段との光路長
が長いほど焦点距離の長い拡大鏡を採用してもよい。

さらには、反射手段としてのホログラムではなく、ウ
ィンドシールドに保持されたメインホログラムに、ホロ
グラムとメインホログラムとの光路長の長いほど、焦点
距離の長くなる拡大鏡を採用してもよいし、反射手段と
してのホログラムとメインホログラムの双方に、ホログ
ラムとメインホログラムとの光路長が長いほど、焦点距
離の長くなる拡大鏡を記録してもよい。

（第18実施例） 第18実施例においては、第45図に示す画像表示装置に
おいて、メインホログラムおよび／または反射手段とし
てのホログラムに、第９実施例に記載した特性を記録す
ることを特徴とする。

すなわち、これらホログラムの少なくとも一方には、
表示器２からの表示光81の特定波長のみを反射させる回
折作用を有し、該回折作用の回折効率ηが最大値ηとな
る回折効率の極大波長をλ_０として、回折効率が最大値
ηの50％となる回折効率の半値波長をλ_０±Δλ_ｈとし
た時、メインホログラムおよび／または反射手段として
のホログラムの端部において、表示画像の反射する時に
おける入射光と反射光がなす角θが、極大波長λ_０と半
値波長λ_０±Δλ_ｈとの波長差Δλ_ｈによって0.33゜以
上変化しないようにしたことを特徴とする。

このような構成とすることによって、メインホログラ
ムおよび反射手段であるホログラムによって、表示画像
を２倍以上拡大させたとしても、表示画像に対する色収
差によるぼやけのない良好な画像とすることができる。

（第19実施例） 第19実施例においては、前記第１実施例乃至第13実施
例の表示画像の歪み補正機能を画像表示装置であるスタ
ンドアローンタイプのヘッドアップディスプレイに適用
する例を述べる。

このスタンドアローンタイプのヘッドアップディスプ
レイを第46図に示す。

ここで、スタンドアローンタイプのヘッドアップディ
スプレイ180は、車両のダッシュボード上に設けられて
いる。

そして、このヘッドアップディスプレイ180において
は、表示画像形成手段である表示器181によって形成さ
れた表示画像が、光源181aにより表示光182として出射
される。そしてこの表示光182は、反射手段であるホロ
グラム183によって反射される。そして、この反射され
た表示光182は、表示器181,光源181aおよびホログラム1
83を保持するケース184に形成された開口部184aを通過
する。その後、メインホログラム185に照射され、表示
光182を結像させることによって、表示画像を表示す
る。この時、ホログラム183とメインホログラム185との
光路長が異なる箇所において異なる長さを有しているた
め、メインホログラムによって結像される表示画像に歪
みを有してしまう。

第19実施例においては、このような像の歪みを第１実
施例乃至第13実施例に示す手段において、歪みのない良
好な表示画像を得るものである。

即ち、メインホログラム185に拡大作用を設けるため
方向によって異なる曲率を有する凹面鏡を形成した場合
には、この曲率を打ち消すようにホログラム183の凹面
鏡の曲率を方向によって異ならしめてもよい。

尚、この時記録される凹面鏡は軸外し凹面鏡がよい。

さらに、この時、メインホログラム185の横方向（第
１方向）の曲率が縦方向（第２方向）の曲率よりも大で
あったならば、ホログラム183のメインホログラム185の
第１方向と光学的に平行な第３の方向の曲率をメインホ
ログラム185の第２方向と光学的に平行な第４の曲率よ
りも小としてもよい。

また、このホログラム183とメインホログラム185との
光路長において、この光路長の長さが長いほど、ホログ
ラム183またはメインホログラム185さらには双方の焦点
距離を長くしてもよい。

さらには、第９実施例の如く、ホログラム183または
メインホログラム185に記録される拡大鏡の特性を特有
のものとしてもよい。

上記手段を採用することによって、メインホログラム
185によって得ることのできる表示画像は歪みのない鮮
明な画像とすることができる。

第19実施例において、反射手段としてホログラム183
を採用したが、第19実施例においては特にホログラムに
限定されるものではなく、単に平面鏡でもよいし、特有
の凹面鏡でもよい。

また、メインホログラム185においても同様の反射特
性を有する凹面鏡ハーフミラーであってもよい。

さらに、第19実施例においては、ホログラムとして重
クロム酸ゼラチンをもちいたが、フォトポリマーおよび
エンボスを採用してもよい。

また、第19実施例のヘッドアップディスプレイ180で
は車両のダッシュボード上に設けたが、ダッシュボード
への組み込みやその他への取り付けでもよい。

（第20実施例） 第20実施例においては、前記第１実施例乃至第13実施
例の表示画像の歪み補正機能を画像表示装置である直接
投影型のウィンドシールドに封入されたヘッドアップデ
ィスプレイに適用する例を述べる。

この直接投影型のヘッドアップディスプレイ190を第4
7図に示す。

ここで、191は表示画像形成手段である表示器、192は
ウィンドシールド、193はウィンドシールド内に保持さ
れた異なる方向で異なる焦点距離を有するホログラムで
ある。

この時、ホログラム193には、第１実施例乃至第13実
施例に適用される特性を有している。

具体的には、このホログラム193には、第１実施例に
述べたような軸外しの凹面鏡が記録されていてもよい。

また、このホログラム193には、ウィンドシールド192
の曲率に打ち消すような異なる方向で異なる曲率を有す
る凹面鏡を記録してもよい。

また、異なる方向で異なる曲率を有する時、その曲率
がウィンドシールドの横方向（第１方向）に光学的に平
行なホログラムの第３方向の曲率が、ウィンドシールド
の縦方向（第２方向）に光学的に平行なホログラムの第
４方向の曲率よりも小としてもよい。

さらに、ホログラム193と表示器191との間の光路長が
長い程、ホログラム193の焦点距離を長くしてもよい。

さらには、ホログラム193の反射特性を第９実施例に
述べた特性としてもよい。

上記手段を採用することによって、十分拡大したとし
ても歪みのない良好な表示画像を得ることができる。

（第21実施例） 第21実施例においては、前記第１実施例乃至第13実施
例の表示画像の歪み補正機能を画像表示装置であるバッ
クミラー取付タイプのヘッドアップディスプレイに適用
する例を述べる。

このバックミラー取付タイプのヘッドアップディスプ
レイ195を第48図に示す。

ここで、196は表示画像形成手段である表示器、197は
車室内に設けられたバックミラー、198はバックミラー1
97に取り付けられた表示手段であるホログラムである。

この時、ホログラム198には、第１実施例乃至第13実
施例に適用される特性を有することによって、結像機
能，拡大機能および補正機能を有している。

具体的には、このホログラム198には、第１実施例に
述べたような軸外しの凹面鏡が記録されていてもよい。

また、このホログラム198には、ホログラム198と表示
器196との間の光路長が長い程、ホログラム198の焦点距
離を長くしてもよい。

さらには、ホログラム193の反射特性を第９実施例に
述べた特性としてもよい。

上記手段を採用することによって、十分拡大したとし
ても歪みのない良好な表示画像を得ることができる。

また、第21実施例において、表示手段としてホログラ
ムを採用したが、本実施例ではホログラムに限定される
ものではなく、上記反射特性を有する非球面凹面鏡でも
よいし、またハーフミラーでもよい。

（第22実施例） 第22実施例は、コンパクトな設置スペースにおいて、
十分に遠方拡大された良好な表示像を得ることのできる
画像表示装置に関するものである。

即ち、第22実施例においては、以下の課題をも解決す
ることのできるもののてある。

第53図に示すように、補正用ホログラム200を第１ホ
ログラムであるメインホログラム201とは逆の分散作用
を有するホログラムとすることによって、第２ホログラ
ムである補正用ホログラム200により色収差を補正する
ことができる。

この構成では、波長の異なる光202,203がメインホロ
グラム201で回折・反射された後、同一光路を取って観
者205の目付近にて結像する。

しかしながら、両ホログラム200,201の間の距離L₁が
大きくなると、補正用ホログラム200の幅ｗも大きくな
る。その結果、第54図に示すように、異なる場所から出
た波長の異なる光203,204が、再び同一光路で観者の目
に入るという色収差現象を生じ、表示像をぼやけさせて
しまうという問題が生ずる。

そのため第22実施例においては、メインホログラムと
補正用ホログラムとの双方に拡大機能を持たせるととも
に、補正用ホログラムに色収差補正機能を有することを
特徴とする。

以下第49図乃至第52図を用いて説明する。

第49図に第22実施例のヘッドアップディスプレイ210
を示す。

第22実施例においては、表示画像形成手段である表示
器２から発せられた表示画像211に関する表示光212を、
観者205の前方のウィンドシールド213に配設した第１ホ
ログラムであるメインホログラム214により回折・反射
させる。そして、表示画像211に対応する再生光215を結
像させて観者８が視認できるように構成されている。

上記メインホログラム214は、像を拡大する拡大鏡の
回折・反射特性を有しており、またメインホログラム21
4の前段には、像を拡大する光学素子である第２ホログ
ラムであるサブホログラム216を配設してある。

そして、上記サブホログラム216は、像の拡大作用の
他に、メインホログラム214の色収差を補正する回折・
反射特性を有している。

第22実施例のヘッドアップディスプレイ210において
は、表示器２から発せられた表示光212は、サブホログ
ラム216において回折・反射され、メインホログラム214
の表示光212となる。そして、この表示光212は、メイン
ホログラム213で回折・反射され、表示画像に対応した
再生光215が観者205の目に入るよう結像される。

尚、メインホログラム214は、ガラスからなるウイン
ドシールド213の内部に保持されている。

メインホログラム214は、第50図に示すように、感光
材220の両側から、平行光線である参照光221と、発散光
である物体光222とを照射して干渉縞を形成したホログ
ラムである。

そして、第51図に示すように、完成したメインホログ
ラム214に、第50図に示す物体光222と同様の発散光223
を入射すれば、平行光線である再生光215が得られる。

一方、サブホログラム216の露光工程は、第52図に示
すように、発散光である物体光224と、平行光線である
参照光225を用いる点は、第50図と同様であるが、それ
ぞれの光路に補正用の光学素子226,227を配設する点で
相違する。

上記補正用の光学素子226,227を介することによっ
て、第53図からも理解される如く、サブホログラム216
は、像の拡大作用の他に、メインホログラム214の発散
（色収差）を打消す機能を有することがきてる。

次に第22実施例のヘッドアップディスプレイ210の作
用効果について述べる。

第22実施例のヘッドアップディスプレイ210において
は、メインホログラム214とサブホログラム216とが共に
像の拡大作用を有しており、表示画像211は、両ホログ
ラム214,216において２段階に拡大される。それ故、表
示器２とメインホログラム214との間の光路に沿った空
間的な距離L₀を同一にすれば、表示画像21は、観者205
の前方に大幅に遠方拡大して表示することができる。

逆に、同一サイズの遠方拡大像は、上記空間距離L₀を
大幅に減縮して実現できる。それ故、ヘッドアップディ
スプレイ210は大幅にコンパクトなスペースに実現する
ことができる。

また、ホログラム216に対しては、メインホログラム2
14に対する充分な色収差補正機能を保持させることがで
きる。従って、表示画像211は、色収差のない明瞭な像
となる。

上記のように、第22実施例によれば、コンパクトな設
置スペースにおいて、充分に遠方拡大された表示像を得
ることができると共に、色収差を補正した明瞭な表示像
を得ることのできるヘッドアップディスプレイを提供す
ることができる。

即ち、第22実施例によれば、表示画像の拡大作用をホ
ログラムと光学素子との両方が分担する時、表示画像形
成手段である表示器からホログラムへの距離は、第２ホ
ログラムである光学素子が拡大作用を持たない場合に比
べて、大幅に短くすることができると共に、拡大光学素
子の幅（第53図のｗに相当）を小さくすることができ
る。

そして、表示器と第１ホログラムとの距離を短くする
ことができるから、ヘッドアップディスプレイはコンパ
クトなスペースに構成することが可能である。

更に、拡大用の光学素子を第１ホログラムとした場合
には、該第２ホログラムであるサブホログラムに対し
て、その後段の第１ホログラムであるメインホログラム
の色収差を補正する回折・反射特性を保持させることが
でき、その結果、表示画像は一段と明瞭になる。

即ち、第53図に示すメインホログラム201とサブホロ
グラム200との距離L₁及びサブホログラム200の幅ｗを小
さく保持したままで、ヘッドアップディスプレイに対し
て強力な表示像の遠方拡大作用を持たせることができる
から、第54図に示すようにサブホログラムの色収差補正
機能が減殺されることがない。

上記のように、第22実施例によれば、コンパクトな設
置スペースにおいて、充分に遠方拡大された良好な表示
像を得ることのできる車両用の画像表示装置であるヘッ
ドアップディスプレイを提供することができる。

（第23実施例） 従来より画像表示装置であるヘッドアップディスプレ
イのコンパクト化が強く望まれており、そのためにこの
ヘッドアップディスプレイを構成する第１ホログラムで
あるメインホログラム214や第２ホログラムであるサブ
ホログラム216の取付角度やホログラム自体の大きさに
様々な制約が必要となってきている。

これらの制約のため、第９実施例に詳細に述べたよう
に、サブホログラム216やメインホログラム214の入射角
度および出射角度によっては、再生光215や表示光212の
特定波長における反射角度の相違によって、色収差発生
という問題が生じる。

そのため、第23実施例においては、サブホログラム21
6およびメインホログラム214のそれぞれの有する波長毎
による反射角度の相違を互いに相殺させるようにしたこ
とを特徴とする。

第23実施例の具体的な構成を第49図を用いて詳細に述
べる。

第23実施例では第22実施例と略同一のヘッドアップデ
ィスプレイの構成を有しており、ただサブホログラム21
6とメインホログラム214との位置関係に特徴を有するも
のである。

即ち、サブホログラム216において、その入射角度を
α１および出射角度をβ１とし、メインホログラム214
において、その入射角度をα２および出射角度をβ２と
した時、 α１＋β２≒α２＋β１ −−（１） 実質的に（１）式を満足するようにサブホログラム21
6とメインホログラム214とが設けられている。

このような構成とすることによって、サブホログラム
216およびメインホログラム214のそれぞれの有する波長
毎による反射角度の相違を互いに相殺させるようにする
ことができ、色収差の発生を防止することができる。

また、第23実施例においては、サブホログラム216お
よびメインホログラム214には、もちろん拡大機能を有
していても上記効果を得ることができる。

（第24実施例） 車両230が変化することによって、ウィンドシールド2
31の形状変化に伴いホログラムであるメインホログラム
232の光学特性が変化してしまう。さらに、車両によっ
て、メインホログラム232の表示する表示画像の表示特
性である例えば表示距離または表示位置等もまた変化さ
せなくてはいけない。

しかしながら、各車両間においてメインホログラム23
2の特性を変化させることは、メインホログラム232がウ
ィンドシールド231内に封入されていることから非常に
困難である。

そのため、第24実施例においては、メインホログラム
232を変化させることなく上述した光学特性および表示
特性の各車両間における要求をみたさせることを特徴と
するものである。

即ち、第24実施例においては、反射手段であるサブホ
ログラム233の反射特性を変更させることによってのみ
によって、各車両間に必要な光学特性、表示距離および
表示位置を変化させる。

（第25実施例） 第56図は、第25実施例を適用した画像表示装置である
車両用ヘッドアップ式ホログラム表示装置の断面図を示
し、第57図はその動作を表す模式図を示す。

この車両用ヘッドアップ式ホログラム表示装置230
は、以下の構成を有している。

即ち、ウィンドシールド231の内面には、表示手段で
あるハーフミラー232が蒸着されている。そして、ウィ
ンドシールド231の下方には、反射手段であるホログラ
ム板233が配設されている。このホログラム板233の後方
には、ホログラム板233と略平行に配設されたミラー234
が設けられている。さらに、ホログラム板233の下方に
は、画像形成手段である表示部235が設けられている。
これらホログラム板233、ミラー234及び表示部235は図
示しないインストラメントパネル内に収容されている。

表示部235は、第25実施例では、光源235aと、光源235
aの前方に配設された液晶パネル（本発明でいう液晶式
表示体）235bとからなる。

光源235aは、中心波長545nm（グリーン）、半値幅18n
mの発光スペクトルをもつZnS:Tb系のエレクトルミネッ
センス素子と、中心波長585nm（アンバ）、半値幅22nm
の発光スペクトルをもつZnS:Mn系のエレクトルミネッセ
ンス素子とを有するエレクトロルミネッセンスパネル
（ELパネル）であって、輝度として5000cd/m²（545n
m）、4500cd/m²（585nm）とするため5Wの入力電力を供
給する。

液晶パネル235bは通常の液晶パネルであって、偏光方
向が90度異なる一対の図示しない偏光膜の間に配設され
た図示しない一対のガラス板の間に所定厚さの液晶膜を
有する。そして、上記両ガラス板に形成された図示しな
い透明電極間に電圧を印加することにより、液晶膜の偏
光角を制御し、これにより光源235aから液晶パネル235b
に投射された光が空間変調されて信号光となる。信号電
圧に応じた所定画像を表す信号光はミラー234で反射し
てホログラム板233に入射する。なお、液晶パネル235b
は、速度、ウォーニング、方向指示、地図等の情報を表
示する機能を有する。

ホログラム板233を第58図を参照して以下に詳細説明
する。

260は透明なガラス基板で、互いに対向する大表面を
備えている。その一方の表面にはホログラム素子261が
付設されている。ホログラム素子261には干渉縞からな
る凹レンズが記録されている。干渉縞は、感光剤に対す
るレーザ光の入射角を変化させることで290nm、320nmの
異なるピッチを有する曲率を持っている。

262は透明なガラスより構成されたカバープレートで
あり、カバープレート262の一面は、透明な防湿用シー
ル材263を挟んで、ガラス基板260のホログラム素子261
が付設されていない側の面に接しており、カバープレー
ト262の他面には反射防止膜264が形成されている。

265は透明なガラスより構成されたカバープレートで
ある。このカバープレート265の一面には透明な防湿用
シール材263を挟んで、ガラス基板260のホログラム素子
の261側の面に接している。

また、カバープレート265の他面には散乱吸収膜266が
形成されている。

なお、カバープレート262および265を省略して、反射
防止膜264をガラス基板260に形成してもよい。また、散
乱防止膜266はカバープレート265の他の面に形成しても
よい。

ホログラム素子261の作製方法を以下に説明する。

先ず、感光剤としての重クロム酸ゼラチン（D.C.G）
をガラス基板260の表面に10μｍ〜40μｍの厚さに塗布
し、ゲル化または乾燥後、20℃、50RH％程度の雰囲気に
て安定させる。その後、上記感光剤に拡大鏡としての凹
面鏡を上記二波長のレーザー光で記録し、現像、乾燥
後、シール剤263でカバープレート261,263の間に挟持
し、固定する。

上記記録の方法を第59図を参照して説明する。

まず、感光剤塗布済みのガラス基板260を屈折率変化
低減用の屈折率調整液であるシリコンオイル270を介し
てプリズム271及び凹レンズ272に密着させる。

次に、プリズム271側より波長514.5nmのアルゴン・レ
ーザ光を入射光として入射させる。入射後、屈折率が均
質であるので、レーザ光は凹レンズ272側へ直線的に進
行し、凹面鏡272の大気側の表面に形成された反射膜272
aで反射された反射光が感光剤を通過する際に、レーザ
光から直接照射され凹面鏡272に反射する前の光と干渉
し、感光剤中にて干渉縞を形成する。

なお、凹面鏡272による反射光の一部はシリコンオイ
ル270を通じて基板ガラス260を通過してプリズム271に
再入射する。そして、再入射した反射光は、プリズム27
1の入射面271aで一部が反射する。

この場合、第60図に示すように、プリズム271の入射
面271aの角度α（ここでは30゜）を入射光に対して適当
に設定し、プリズム271の入射面271aの反射光が感光剤
の方向へ再び反射しないようにする。ここでは、プリズ
ム271の側面271bに黒色塗装を行い、プリズム271の入射
面271aの反射光を側面271bで吸収している。

感光工程の一例を更に具体的に説明する。

112mm×46mm×1.8mmのガラス基板（ソーダガラスより
なり、屈折率約1.52）260に厚さ25μｍの感光剤として
の重クロム酸ゼラチン膜を形成した。なお、感光剤は、
100mlの４％ゼラチン溶液に0.6gの重クロム酸アンモニ
ウムを溶解したもので、屈折率約1.55である。

この感光剤を付与したガラス基板260を20℃および50
％RHの雰囲気に保持された乾燥器内で72時間放置した。

その後、第59図の装置で波長514.5nmのアルゴン・レ
ーザ光を再生光（入射角33.5の時）540nm、600nmの２色
になるよう入射角を僅かに変え、トータル500mJのレー
ザ・パワーを感光剤を露光した。レンズ272の焦点距離
は1000mmとした。

露光後、ガラス基板260を色が抜けるまで水洗し、市
販の写真用硬膜定着液（コダック社のラピッド・フィク
サ）に10分間浸漬した。水洗処理後、90％のイソパロパ
ノール液に10分間浸漬し、熱風乾燥した。その後、150
℃で４時間熱エージングすることで実車環境で波長変化
がないようにした。

次に、所定厚さのMgF₂とTiO₂とを交互に４層積層した
視感反射率0.2％の反射防止膜（旭ガラスkk製）264が被
着されたカバープレート（112mm×46mm×1.0mm）33を用
意した。

更に、エポキシ樹脂に黒色の顔料（カシュー製グラス
ライト500）を５％添加して混合してなる厚さ10μｍの
散乱防止膜266が被着されたカバープレート（112mm×46
mm×10μｍ）265を用意した。

そして、エポキシ系熱硬化型樹脂（セメダイン社製、
商品名CS−2340−５）よりなる屈折率1.55のシール剤26
3を、カバープレート262,265の表面に各々50μｍ厚みと
なるように塗布し、これらカバープレート262,265で基
板ガラス260を挟持した。

再生光の波長は、信号光の入射角30゜の時540nm、580
nmを中心とし、回折効率92％（540nm）、90％（580n
m）、回折効率半分の所でスペクトルの幅（以下半値幅
という）を20nm（540nm）、21nm（580nm）とした。

反射防止膜264の反射特性を第60図に示す。

尚、ハーフミラー232は、薄い銀膜の真空蒸着により
形成されている。

以下、この装置の動作を第57図を用いて説明する。

光源235aから出た２色の光は液晶パネル235bで空間変
調される。そして、ミラー234で反射してホログラム板2
33の反射防止膜264、カバープレート262、基板ガラス26
0を経てホログラム素子261に到って回折される。その後
は、回折光すなわち再生光として逆の経路を辿り、反射
防止膜264から上方へ放射され、ハーフミラー232で反射
して視認方向へ進み、運転者に遠方に表示された虚像と
しての視認される。

第25実施例では以下の作用効果を奏する。

まず第一に、第25実施例においては、第61図に示す如
く光源235aの発光スペクトルとホログラム板233のホロ
グラム素子261の回折スペクトルとを一致させている。
そのため、光源235aから放射されても上記回折に関与し
ないスペクトル（以下、不要スペクトルという）の光が
光源235aより放射されていないので、液晶パネル235bに
この不要スペクトルが入射せず、液晶パネル235bで吸収
されて液晶を加温することが無く、それによる液晶のコ
ントラスト低下などの問題が大幅に軽減される。

更に説明すれば、ホログラム板233の回折ピーク波長
と光源235aの発光スペクトルの波長はほぼ同一のピーク
波長値をもち、光源235aの発光スペクトルの上下半値波
長値の間の波長範囲は、ホログラム板233の回折スペク
トルの上下半値幅波長値の間の波長範囲の＋／−30％以
内の範囲とするのがよい。

なおここで、上下半値幅波長値とは、下側の半値幅の
波長値と上側の半値幅の波長値の間の波長範囲（スペク
トル幅）を意味し、その＋／−30％以内とは、光源及び
ホログラム板の両下側の半値幅波長値の差＋両上側の半
値幅波長値の差の和がホログラム板の回折スペクトルの
上下の半値幅波長範囲に対して＋／−30％以内というこ
とを意味する。

また、液晶パネル235bを不要スペクトルの光が透過す
ることがないため、ホログラム板233の反射防止膜264な
どで反射し、ハーフミラー232で反射することによる視
認方向へ向かうことをも防止することができる。

上記したように、反射防止膜264はミラー234からの信
号光が反射するのを防止するために信号光のスペクトル
に対してその反射を極小としているため、信号光以外の
不要スペクトルの光に対してはそれよりも大きな反射特
性を有する。そのために、上記不要スペクトルの光の一
部は反射防止膜264で反射して第１のノイズ光となって
視認方向へと向かい、SN比を低下させる。

更に、反射防止膜264を透過してホログラム板233内部
に不要スペクトルの光が入ったとしても、ホログラム素
子261で回折されずに例えばカバープレート265の表面で
反射され、第58図に示すように視認方向へ進第２のノイ
ズ光となって、信号光のSN比を低下させることができ
る。

第25実施例によれば、光源235aの発光スペクトルが回
折スペクトルと略一致させているので不要スペクトルを
殆ど含まず、その結果上述のように、液晶の加温防止と
ともに信号光のSN比の改善を実現することができる。

第二に、第56図に示すように信号光とほぼ逆方向に太
陽光がホログラム素子261に入射する場合を考える。

この場合、太陽光の回折スペクトル成分はホログラム
素子261で回折されてミラー234を介して液晶パネル235b
へ入射し、その一部は、液晶パネル235bの表面で反射し
て再度ホログラム板233へ向かう。

ただし、液晶パネル235bの表面に反射防止膜を設ける
ことにより再度ホログラム板233へ向かう太陽光成分は
極めて小さくできる。

しかしながら、太陽光スペクトルの大部分を占めるそ
の不要スペクトル成分は、ホログラム板233のホログラ
ム素子261で回折されないために、ごく僅かしかミラー2
34を介して液晶パネル235bへ入射せず、液晶パネル235b
の液晶を加温することが無い。

すなわち第25実施例によれば、例えば真夏昼天時に10
万ルクスにも及び強力な太陽光の大部分が液晶パネル52
に入射してそれを加温するのを回避できる。

第三に、第25実施例の装置は、上記した第２のノイズ
光が低減できる利点を有する。

すなわち第25実施例ではミラー234からホログラム板2
33へ入射し、ホログラム素子261を透過した信号光又は
再反射太陽光の多くは散乱吸収膜266で吸収される。な
ぜなら、散乱吸収膜266とカバーガラス265との屈折率は
なるべく等しく設定されているからである。

また、第25実施例においては、光源235aとしてハロゲ
ンランプを用い、液晶パネル235bへの入射光のスペクト
ルをグリーン＋アンバとするために、複数枚の色フィル
タを重ねて用いる。

ここで、色フィルタ配設前の液晶パネル235bの放射輝
度は35000cd/m²（消費電力15W時）、配設後の液晶パネ
ル235bの輝度はグリーン側のスペクトル成分が14000cd/
m²、アンバ側のスペクトル成分が13000cd/m²である。ま
た、ホログラム板233の表面における輝度はグリーン側
のスペクトル成分が3000cd/m²、アンバ側のスペクトル
成分が2800cd/m²である。

もちろん、光源235aとしてはCRTその他、各種の機器
を採用できることは当然である。

なお、散乱防止膜としては、黒色もしくは暗い光を吸
収可能な膜を形成するために例えばエポキシ、メラニ
ン、アクリル等の合成樹脂製バインダーに、黒色の等の
顔料を添加したものが挙げられる。

また、散乱防止膜としては、耐久性、使用環境上問題
のない場合には黒色の塗料やテープ状のもので構成する
こともできる。一方、反射防止膜としては、MgF₂、Ti
O₂、ZrO₂等が挙げられ、これを単層もしくはこれらを組
み合わせて複層形成してもよい。

また、超微粒子のSiO₂系粒子をディップコートした反
射防止膜を用いても良い。

（第26実施例） 第26実施例においては、複数ピーク形（双峰形）回折
スペクトルを有するホログラム板233を用いた場合にお
いて光源のスペクトルを第62図に示すような特性とした
点に特徴を有する。

すなわち、この第26実施例の光源は回折スペクトルの
両ピーク波長w1、w2の中間にピーク波長を有している。

更に、光源の発光スペクトルの短波長側の半値幅波長
値ｂはホログラム板233の回折スペクトルの短波長側の
ピークスペクトルの短波長側の半値幅波長値ａと＋／−
30nmの範囲内とされ、同様に光源の発光スペクトルの長
波長側の半値幅波長値ｄはホログラム板233の回折スペ
クトルの長波長側のピークスペクトルの長波長側の半値
幅波長値ｃと＋／−30nmの範囲内とされている。すなわ
ち、双峰形スペクトルを有する回折スペクトルと光源の
スペクトルとの一致を図っている。

このようにすれば、第26実施例と同様に、回折スペク
トルとは無関係な光が液晶式表示体235bに入射するのを
防止でき、更に、色フィルタによる光量損失を第62図の
色フィルタの組合せに比較して低減することができる。

第26実施例の光源設計の一例を第63図に示す。

この例では、光源として白熱ランプからの白色光をシ
アン系色フィルタと、イエロー系色フィルタとにより処
理して第62図の光源スペクトルを得られていることがわ
かる。

上記第25乃至第26実施例を採用することによって、ホ
ログラム板の回折スペクトルは回折原理上、狭帯域であ
るので、液晶式表示体は、ホログラム板へこの回折スペ
クトルの波長範囲の光だけを投射すればよい。

したがって、光源の発光スペクトルを上記回折スペク
トルの波長範囲にほぼ等しく設定することにより、信号
光の品質に影響を与えることなく、光源から液晶式表示
体に入射する光量を低減して液晶式表示体の温度上昇に
より画質劣化を抑止することが可能となる。

また、ホログラム板が複数の回折スペクトルのピーク
波長を有する装置において、ピーク波長が上記回折スペ
クトルの複数のピーク波長の間にある狭スペクトル光源
としたので、複数ピーク形の回折スペクトルに対して光
源から液晶式表示体に入射する光量を低減して液晶式表
示体の温度上昇により画質劣化を抑止するとともに、光
源設計を簡単化することができる。

産業上の利用可能性 以上のように、本発明に係る画像表示装置は、歪みの
ない表示画像を得ることができるため、例えば車両用の
ヘッドアップディスプレイ装置に採用した場合におい
て、鮮明な表示画像を提供することができ有効である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−3544 (32)優先日 平成５年１月12日(1993．1．12) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−155116 (32)優先日 平成５年６月25日(1993．6．25) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−215187 (32)優先日 平成５年８月６日(1993．8．6) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−252627 (32)優先日 平成５年９月14日(1993．9．14) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−252628 (32)優先日 平成５年９月14日(1993．9．14) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−252632 (32)優先日 平成５年９月14日(1993．9．14) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−252633 (32)優先日 平成５年９月14日(1993．9．14) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） 前置審査 (72)発明者 深津 喜明 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 小池 理 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 木村 禎祐 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 樋口 正浩 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 小川 俊一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 照井 武和 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 安藤 浩 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−38718（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−204714（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/02

Claims (33)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示画像を形成する表示画像形成手段と、
   該表示画像形成手段から出射された表示光を反射させた
   後、前記表示画像を結像させる表示手段と、前記表示画
   像形成手段と前記表示手段との間に設けられ、前記表示
   画像形成手段からの前記表示光を拡大させる拡大機能
   と、この拡大機能によって拡大された前記表示光を前記
   表示手段に入射させる光路変更機能と、前記表示手段に
   よって結像された前記表示画像の歪みを補正する補正機
   能とを同時に有する部材よりなる反射手段と、からな
   り、 前記表示手段が曲面表面において前記表示画像を表示さ
   せる時、前記反射手段の補正機能は、前記表示手段の曲
   率によって生じる表示像の歪みを打ち消すように相違し
   た焦点距離が形成され、 前記反射手段は、前記曲面表面によって生じる前記表示
   画像の歪みを打ち消すように、異なる方向で相違した焦
   点距離を有する凹面鏡の反射特性を有することを特徴と
   する画像表示装置。
2. 【請求項２】前記反射手段は、ホログラムよりなり、前
   記ホログラムには、前記凹面鏡の特性が記録されている
   ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の画像表示装
   置。
3. 【請求項３】前記画像表示装置は、ヘッドアップディス
   プレイであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の
   画像表示装置。
4. 【請求項４】表示画像を形成する表示画像形成手段と、
   該表示画像形成手段から出射された表示光を反射させた
   後、前記表示画像を結像させる表示手段と、前記表示画
   像形成手段と前記表示手段との間に設けられ、前記表示
   画像形成手段からの前記表示光を拡大させる拡大機能
   と、この拡大機能によって拡大された前記表示光を前記
   表示手段に入射させる光路変更機能と、前記表示手段に
   よって結像された前記表示画像の歪みを補正する補正機
   能とを同時に有する部材よりなる反射手段と、からな
   り、 前記反射手段は、軸外し角が前記反射手段の入射光軸と
   出射光軸の角度と略同一の角度に設定されている軸外し
   非球面凹面鏡の反射特性を有していることを特徴とする
   画像表示装置。
5. 【請求項５】前記表示手段は、ウィンドシールドよりな
   ることを特徴とする請求の範囲第１項または第４項記載
   の画像表示装置。
6. 【請求項６】前記反射手段はホログラムよりなり、前記
   ホログラムには、前記軸外し非球面凹面鏡の特性が記録
   されていることを特徴とする請求の範囲第４項記載の画
   像表示装置。
7. 【請求項７】表示画像を形成する表示画像形成手段と、
   套表示画像形成手段から出射された表示光を反射させた
   後、前記表示画像を結像させる表示手段と、前記表示画
   像形成手段と前記表示手段との間に設けられ、前記表示
   画像形成手段からの前記表示光を拡大させる拡大機能
   と、この拡大機能によって拡大された前記表示光を前記
   表意手段に入射させる光路変更機能と、前記表示手段に
   よって結像された前記表示画像の歪みを補正する補正機
   能とを同時に有する部材よりなる反射手段と、からな
   り、 前記表示手段は、所定の第１方向の曲率が前記第１方向
   に対し直交する第２方向における曲率より大きい非球面
   形状の曲面表面である時、前記反射手段には前記第１方
   向に光学的に平行な第３方向における曲率が前記第２方
   向に光学的に平行な第４方向における曲率より小さいト
   ロイダル凹面鏡の反射特性を有することによって、前記
   拡大機能を有するとともに前記補正機能を有することを
   特徴とする画像表示装置。
8. 【請求項８】前記表示手段及び前記反射手段は全体とし
   て光学的に球面形状の凹面鏡の反射特性を構成すること
   を特徴とする請求の範囲第７項記載の画像表示装置。
9. 【請求項９】前記表示手段は、ウィンドシールドよりな
   ることを特徴とする請求の範囲第７項記載の画像表示装
   置。
10. 【請求項１０】前記反射手段はホログラムよりなり、該
    ホログラムには前記トロイダル凹面鏡の反射特性が記録
    されていることを特徴とする請求の範囲第７項記載の画
    像表示装置。
11. 【請求項１１】表示画像を形成する表示画像形成手段
    と、該表示画像形成手段から出射された表示光を反射さ
    せた後、前記表示画像を結像させる表示手段と、前記表
    示画像形成手段と前記表示手段との間に設けられ、前記
    表示画像形成手段からの前記表示光を拡大させる拡大機
    能と、この拡大機能によって拡大された前記表示光を前
    記表示手段に入射させる光路変更機能と、前記表示手段
    によって結像された前記表示画像の歪みを補正する補正
    機能とを同時に有する部材よりなる反射手段と、からな
    り、 前記表示手段と前記反射手段との間の光路長が、対向す
    る箇所によって、それぞれ異なっており、 前記反射手段には、前記反射手投から前記表示手段まで
    の光路長に応じて、前記反射手段の焦点距離を変化させ
    た前記補正機能を有することを特徴とする画像表示装
    置。
12. 【請求項１２】表示画像を形成する表示画像形成手段
    と、該表示画像形成手段から出射された表示光を反射さ
    せた後、前記表示画像を結像させる表示手段と、前記表
    示画像形成手段と前記表示手段との間に設けられ、前記
    表示画像形成手段からの前記表示光を拡大させる拡大機
    能と、この拡大機能によって拡大された前記表示光を前
    記表示手段に入射させる光路変更機能と、前記表示手段
    によって結像された前記表示画像の歪みを補正する補正
    機能とを同時に有する部材よりなる反射手段と、からな
    り、 前記表示手段と前記反射手段との間の光路長が、対向す
    る箇所によって、それぞれ異なっており、 前記反射手段から前記表示手段までの光路長が長いほ
    ど、前記補正機能の焦点距離を長くすることを特徴とす
    る画像表示装置。
13. 【請求項１３】前記反射手段は、ホログラムよりなるこ
    とを特徴とする請求の範囲第11項記載の画像表示装置。
14. 【請求項１４】ホログラム感光剤と点光源と、前記ホロ
    グラム感光剤と前記点光源との間に収差発生用レンズと
    を設け、前記点光源から発する光を前記収差発生用レン
    ズを介して前記ホログラム感光剤に照射させ、前記ホロ
    グラム感光剤に連続的に変化する累進多焦点を記録させ
    ることによって、前記ホログラムを得ることを特徴とす
    る請求の範囲第13項記載の画像表示装置。
15. 【請求項１５】前記収差発生用レンズは、凸型シリンド
    リカルレンズ、凹型シリンドリカルレンズ、凸型球面レ
    ンズ及び凹型球面レンズのすくなくとも１つであること
    を特徴とする請求の範囲第14項記載の画像表示装置。
16. 【請求項１６】表示画像を形成する表示画像形成手段
    と、該表示画像形成手段から出射された表示光を反射さ
    せた後、前記表示画像を結像させる表示手段と、前記表
    示画像形成手段と前記表示手段との間に設けられ、前記
    表示画像形成手段からの前記表示光を拡大させる拡大機
    能と、この拡大機能によって拡大された前記表示光を前
    記表示手段に入射させる光路変更機能と、前記表示手段
    によって結像された前記表示画像の歪みを補正する補正
    機能とを同時に有する部材よりなる反射手段と、からな
    り、 前記反射手段には、前記表示画像形成手段からの前記表
    示画像の特定波長のみを反射させる回折作用を有し、前
    記反射手段の前記回折効率ηが最大値ηとなる回折効率
    の極大波長をλ_０として、前記反射手段の回折効率が最
    大値ηの50％となる回折効率の半値波長をλ_０±Δλ_ｈ
    とした時、前記反射手段の端部において、前記反射手段
    の入射光と反射光がなす角θが、前記極大波長λ_０と半
    値波長λ_０λΔλ_ｈとの波長差Δλ_ｈによって0.33゜以
    上変化しないことを特徴とする画像表示装置。
17. 【請求項１７】前記反射手段は、前記表示器の表示画像
    を２倍以上拡大させる拡大率を有することを特徴とする
    請求の範囲第16項記載の画像表示装置。
18. 【請求項１８】前記反射手段は、ホログラムよりなり、
    該ホログラムには拡大率が２倍以上である凹面鏡が記録
    されていることを特徴とする請求の範囲第16項記載の画
    像表示装置。
19. 【請求項１９】表示画像を形成する表示画像形成手段
    と、該表示画像形成手段から出射された表示光を反射さ
    せた後、前記表示画像を結像して観者に視認させる表示
    手段と、前記表示画像形成手段と前記表示手段との間に
    設けられ、前記表示光を前記表示手段に入射させる光路
    変更機能を有する反射手段とからなり、前記表示手段は
    ホログラムであり、少なくとも前記ホログラムまたは前
    記反射手段の少なくとも一方には、前記表示光を拡大さ
    せる拡大機能と前記ホログラムの変形によって生ずる前
    記表示光の結像された前記表示画像の歪みを補正する補
    正機能とを有することを特徴とする画像表示装置。
20. 【請求項２０】前記補正機能は前記ホログラムの曲率に
    よって生じる表示像の歪みを打ち消すように異なる方向
    で相違した焦点距離が形成された凹面鏡とすることを特
    徴とする請求の範囲第19項記載の画像表示装置。
21. 【請求項２１】前記反射手段は、軸外し角が前記反射手
    段の入射光軸と出射光軸の角度と略同一の角度に設定さ
    れている軸外し非球面凹面鏡の反射特性を有しているこ
    とを特徴とする請求の範囲第19項記載の画像表示装置。
22. 【請求項２２】前記ホログラムが、所定の第１方向の曲
    率が前記第１方向に対し直交する第２方向における曲率
    より大きい非球面形状の曲面表面である時、前記反射手
    段が前記第１方向に光学的に平行な第３方向における曲
    率が前記第２方向に光学的に平行な第４方向における曲
    率より小さいトロイダル凹面鏡の反射特性を有すること
    によって、前記拡大機能および前記補正機能とすること
    を特徴とする請求の範囲第19項記載の画像表示装置。
23. 【請求項２３】前記補正機能は、前記ホログラムと前記
    反射手段との間の光路長が対向する箇所によってそれぞ
    れ異なっている時、前記反射手段から前記ホログラムま
    での光路長が長いほど、焦点距離を長くすることである
    ことを特徴とする請求の範囲第19項記載の画像表示装
    置。
24. 【請求項２４】前記反射手段は、ホログラムよりなるこ
    とを特徴とする請求の範囲第19項記載の画像表意装置。
25. 【請求項２５】前記ホログラムおよび／または前記反射
    手段には、前記表示画像形成手段からの前記表示光の特
    定波長のみを反射させる回折作用を有し、該回折作用の
    回折効率ηが最大値ηとなる回折効率の極大波長をλ_０
    として、前記回折効率が最大値ηの50％となる回折効率
    の半値波長をλ_０±Δλ_ｈとした時、前記ホログラムお
    よび／または前記反射手段の端部において、前記表示画
    像の反射する時における入射光と反射光がなす角θが、
    前記極大波長λ_０と半値波長λ_０±Δλ_ｈとの波長差Δ
    λ_ｈによって0.33゜以上変化しないことを特徴とする請
    求の範囲第24項記載の画像表示装置。
26. 【請求項２６】表示画像を形成する表示画像形成手段
    と、ウィンドシールド内に設けられ、該表示画像形成手
    段から出射された表示光を反射させた後、前記表示画像
    を結像させる結像機能を有するホログラムとからなり、
    前記ホログラムは、前記ウィンドシールドによって生じ
    る前記表示画像の歪みを打ち消すように、異なる方向で
    相違した焦点距離を有する凹面鏡の反射特性を有するこ
    とを特徴とする画像表示装置。
27. 【請求項２７】前記ウィンドシールドが、所定の第１方
    向の曲率が前記第１方向に対し直交する第２方向におけ
    る曲率より大きい非球面形状の曲面表面である時、前記
    ホログラムには前記第１方向に光学的に平行な第３方向
    における曲率が前記第２方向に光学的に平行な第４方向
    における曲率より小さいトロイダル凹面鏡の反射特性を
    有することによって前記補正機能を有することを特徴と
    する請求の範囲第26項記載の画像表示装置。
28. 【請求項２８】前記ホログラムは、軸外し角が前記ホロ
    グラムの入射光軸と出射光軸の角度と略同一の角度に設
    定されている軸外し非球面凹面鏡の反射特性を有してい
    ることを特徴とする請求の範囲第26項記載の画像表示装
    置。
29. 【請求項２９】前記ホログラムと前記表示画像形成手段
    との間の光路長が、対向する箇所によってそれぞれ異な
    っている時、前記表示画像形成手段から前記ホログラム
    までの光路長が長いほど、前記ホログラムの焦点距離を
    長くすることを特徴とする請求の範囲第26項記載の画像
    表示装置。
30. 【請求項３０】前記ホログラムには、前記表示画像形成
    手段からの前記表示画像の特定波長のみを反射させる回
    折作用を有し、前記ホログラムの前記回折効率ηが最大
    値ηとなる回折効率の極大波長をλ_０として、前記ホロ
    グラムの回折効率が最大値ηの50％となる回折効率の半
    値波長をλ_０±Δλ_ｈとした時、前記ホログラムの端部
    において、前記ホログラムの入射光と反射光がなす角θ
    が、前記極大波長λ_０と半値波長λ_０±Δλ_ｈの波長差
    Δλ_ｈによって0.33゜以上変化しないことを特徴とする
    請求の範囲第26項記載の画像表示装置。
31. 【請求項３１】表示画像を形成する表示画像形成手段
    と、該表示画像形成手段から出射された表示光を反射さ
    せた後、前記表示画像を結像させる結像機能と、前記表
    示画像形成手段からの前記表示光を拡大させる拡大機能
    と、結像された前記表示画像の歪みを補正する補正機能
    とを同時に有する部材よりなり、かつ軸外し角が前記表
    示手段の入射光軸と出射光軸の角度と略同一の角度に設
    定されている軸外し非球面凹面鏡の反射特性を有する表
    示手段と、からなることを特徴とする画像表示装置。
32. 【請求項３２】前記表示手段と前記表示画像形成手段と
    の間の光路長が長いほど、前記表示手段の焦点距離を長
    くすることを特徴とする請求の範囲第31項記載の画像表
    示装置。
33. 【請求項３３】前記表示手段は、ホログラムよりなり、 前記表示手段には、前記表示画像形成手段からの前記表
    示画像の特定波長のみを反射させる回折作用を有し、前
    記表示手段の前記回折効率ηが最大値ηｍとなる回折効
    率の極大波長をλ_０として、前記表示手段の回折効率が
    最大値ηｍの50％となる回折効率の半値波長をλ_０±Δ
    λ_ｈとした時、前記表示手段の端部において、前記表示
    手段の入射光と反射光がなす角θが、前記極大波長λ_０
    と半値波長λ_０±Δλ_ｈとの波長差Δλ_ｈによって0.33
    ゜以上変化しないことを特徴とする請求の範囲第31項記
    載の画像表示装置。