JP3684631B2

JP3684631B2 - 表示用ホログラムとその製造方法

Info

Publication number: JP3684631B2
Application number: JP23860395A
Authority: JP
Inventors: 浩安藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0981020A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置等に使用される表示用ホログラムに関し、特に、凹面鏡等を記録することにより、レンズ作用を持たせた表示用ホログラムとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車用のヘッドアップディスプレイ装置において、特定の角度で入射した特定波長の光のみを反射するホログラムを光学系の一部に配置し、ホログラムで反射させた表示画像を、フロントガラス内面又はその内側に付着したコンバイナで、運転者の視線方向に反射させ、フロントガラスの前方に表示画像を結像させるヘッドアップディスプレイ装置が開発されている。
【０００３】
この種のヘッドアップディスプレイ装置に使用されるホログラムには、その製作時に、凹面鏡を所定の入射角等の露光条件でホログラムに記録することにより、表示画像を拡大して投射するレンズ作用を持たせたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この種のレンズ作用を有するホログラムは、ホログラムへの光の入射角と出射角に差が生じ、特にホログラムの周辺部において光の入射角と出射角に大きな差が生じるため、ホログラムの周辺部に色収差が発生し、画像がぼけるという問題があった。
【０００５】
そこで、従来、色収差はホログラムで回折する光の波長幅に比例して生じることから、ホログラムに入射させる光のスペクトル波長の半値幅を狭くし、或は表示器の光源に波長幅の狭い輝線光源を使用して、画像のぼけを少なくするようにしている（例えば、特開平４−１１８６２０号公報参照）。しかし、前者では、表示像が暗くなるという問題があり、後者では、輝線光源を使用するために、表示器のコストが高くなる問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、通常の波長幅の広い光源を使用しても充分な輝度を確保でき、ホログラム周辺部での色収差による画像のぼけを低減することができる表示用ホログラムとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明の表示用ホログラムは、レンズ作用を有する表示用ホログラムにおいて、ホログラム上で回折・反射される光のスペクトル波長の半値幅が、中央部より周辺部でより狭く形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の表示用ホログラムは、レンズ作用を有する表示用ホログラムにおいて、ホログラム上で回折・反射される光のスペクトル波長の半値幅が、中央部から周辺部にかけて徐々に狭くなるように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項３の表示用ホログラムは、請求項２記載の表示用ホログラムにおいて、ホログラムの有効部分の外側に、縁部にいくほどホログラムの半値幅が０まで徐々に変化する非有効部分が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
【作用・効果】
このような構成の表示用ホログラムでは、ホログラム上で回折・反射される光のスペクトル波長の半値幅が、中央部でより広く、周辺部でより狭く形成され、或はその半値幅が中央部から周辺部にかけて徐々に狭くなるように形成されているため、色収差の発生を抑制できると共に、ホログラムの中央部では充分な明るさで表示を行うことができる。したがって、通常の波長幅の広い光源を使用しても充分な輝度を確保することができ、ホログラム周辺部での色収差による画像のぼけを低減することができる。
【００１１】
また、ホログラムの有効部分の外側に、縁部にいくほどホログラムの半値幅が０まで徐々に変化する非有効部分を形成することにより、ホログラム周縁部における回折・反射光の光量を徐々に０まで減少させることができる。このため、ホログラムをコンバイナとして使用した場合、太陽光等の外光が入射すると、ホログラムコンバイナが着色して見えやすいが、その周縁部では着色が徐々に薄くなり消えるため、その着色を目立たなくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、ヘッドアップディスプレイ装置に使用される表示用ホログラム１とその半値幅（ホログラムで回折・反射される光のスペクトル波長の半値幅）の分布を示している。この図に示すように、このホログラム１の中央部の半値幅は、Δλ０であり、その周辺部の半値幅はΔλ１となるように形成され、周辺部の半値幅Δλ１は中央部のΔλ０より狭く設定され、且つ半値幅は徐々に変化するように設定される。
【００１４】
さらに、ホログラム１の幅をＤ、レンズ作用を有するホログラムの焦点距離をｆ、回折・反射される光の波長（再生波長）をλ、ホログラムから結像位置までの結像距離をＲ、ホログラム１から観者の視点までの視距離をＬ、とした場合、周辺部の半値幅Δλ１は、
Δλ１≦（２ｆ／Ｄ）・２λ・｛（Ｌ＋Ｒ）／Ｒ｝×８．７３×１０^-4
となるように設定される。
【００１５】
次に、その半値幅Δλ１の設定理由を、図２により説明する。図２はヘッドアップディスプレイ装置に使用されるホログラム１の光路示す説明図である。このホログラム１には拡大表示のために凹面鏡が記録され、その凹面鏡の焦点はＦ、焦点距離はｆである。
【００１６】
光源と液晶パネルからなる表示器２をホログラム１の左側に配置し、観者の視点Ｇをその左上に配置した場合、表示器２の表示画像ＨＧは、ホログラム１の右側に結像し、その結像距離はＲ、視点Ｇからホログラム１までの視距離はＬである。
【００１７】
このホログラム１は、その周辺部で回折・反射される光の半値幅（スペクトル波長の半値幅）Δλ１が、その中央部で回折・反射される光の半値幅Δλ０より小さくなるように製作される。
【００１８】
表示画像ＨＧのぼけは、図２に示すように、ホログラム１に入射する表示光の入射角φ１と出射角φ２が相違すると、その表示画像が適正な表示画像ＨＧの結像位置から角度Δθだけずれることによる色収差により発生する。
【００１９】
ホログラム１の幅をＤとすると、中心から距離Ｘだけずれた周辺部の点Ｐｘにおける光の分散角度θは、
θ＝ｔａｎ^-1（Ｘ／ｆ）
となり、このときの再生波長をλ、その半値幅をΔλとすると、
ｓｉｎθ／λ＝ｓｉｎ（θ＋Δθ）／（λ＋Δλ／２）
となるから、ずれ角度Δθが充分に小さい場合、
Δθ／２λ＝Δθ・ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝Δθ・１／ｔａｎθ
となり、
Δθ＝（Ｘ／２ｆ）・（Δλ／２λ）
となる。
【００２０】
したがって、このずれ角度Δθが充分に小さい値であれば、表示画像ＨＧの色収差によるぼけは発生しない。
【００２１】
さらに、観者がずれた表示画像ＨＧを見るときのずれ角Δφは、
Δφ≒Ｒ・Δθ／（Ｌ＋Ｒ）
となる。
【００２２】
このずれ角Δθを例えば０．０５°以下とすると、
０．０５°＝０．０００８７３ｒａｄ
であるから、
Δφ≒（Ｘ／２ｆ）・（Δλ／２λ）・｛Ｒ／（Ｌ＋Ｒ）｝＜８．７３×１０^-4
となり、
Δλ１≦（２ｆ／Ｘ）・２λ・｛（Ｌ＋Ｒ）／Ｒ｝×８．７３×１０^-4
を満足するように、ホログラム１の周辺部の半値幅Δλ１を設定すれば、色収差によるぼけは効果的に低減されることになる。
【００２３】
なお、中心からの距離Ｘが小さい（例えばＸ₀ ）中心部分では、上記式でΔλが充分大きい値となり、中心位置（Ｘ＝０）ではΔλが無限大となる。ホログラムの製作上、均一でむらのないホログラムは、Δλが一定値以下となるため、この値をΔλ０とすると、上記式のΔλをΔλ０を置き代えて式を満たす領域（Ｘ＜Ｘ₀ ）では、ホログラムの半値幅Δλ０は一定でよい。
【００２４】
ところで、ホログラムをフロントガラスの内側に取着するなどして、ヘッドアップディスプレイ装置のコンバイナとして使用した場合、太陽などの外光がコンバイナに入射すると、ホログラムコンバイナが着色して見える場合がある。しかし、上記のように、ホログラム周辺部の半値幅を中央部より狭くすれば、その部分での回折・反射光の光量が減少するため、着色を目立たなくすることができる。
【００２５】
さらに、図３は他の実施例を示し、この例のホログラム２は、幅Ｄの有効部分２ａの外側周縁部に非有効部分２ｂを設けて形成される。有効部分２ａが表示像の結像に使用する部分であり、その周縁の非有効部分２ｂは表示像の結像に使用されない部分である。
【００２６】
そして、図３に示すように、ホログラム２の非有効部分２ｂの半値幅は、Δλ１から０まで徐々に減少するように形成される。或は、ホログラム２の非有効部分２ｂの回折効率ηが徐々に０まで減少するように形成される。
【００２７】
このように、ホログラム周縁部に設けた非有効部分２ｂの半値幅をΔλ１から０まで徐々に減少させるように形成し、或は非有効部分２ｂの回折効率ηを徐々に０まで減少させるように形成することにより、ホログラム周縁部における回折・反射光の光量が徐々に０まで減少する。
【００２８】
このため、ホログラムコンバイナに着色が生じたとしても、その周縁部で着色が徐々に消えるため、着色をより一層目立たなくすることができる。
【００２９】
上記のホログラム１又はホログラム２は、次のように製作することができる。即ち、ホログラムの半値幅（回折・反射される光のスペクトル波長の半値幅）はホログラム感光材層の厚さに反比例する。このため、ホログラム乾板の基材上に形成する感光剤層の厚さを、図４に示すように、その中央で薄く、その周辺部で厚く形成すれば、周辺部の半値幅が中央部の半値幅より狭いホログラムを製作することができる。
【００３０】
つまり、ホログラムを製作する際、ソーダガラス等の基材３ａ上に感光剤となる重クロム酸ゼラチンを層状に付着させてホログラム乾板３とするが、この際のホログラム乾板３の感光剤層３ｂを、図４に示すように、その中央で薄く、その周辺部で厚く形成しておく。
【００３１】
そして、ホログラム乾板３の両側から、特定波長のレーザ光を発散光と平行光とし入射させ、一定時間の露光を行う。このとき、発散光は基材３ａ側から入射され、凹面鏡により平行となった平行光は感光剤層３ｂ側から入射させる。これにより、ホログラム乾板３に凹面鏡が記録され、レンズ作用を有するホログラムとなり、所定の現像・定着処理等を経て、ホログラムが完成する。
【００３２】
一方、重クロム酸ゼラチンのように、感光剤の硬度が光量に応じて変る感光剤層を使用する場合、感光剤層の硬度によりホログラムの半値幅が変化する。つまり、感光剤層の硬度が高くなれば、ホログラムの半値幅が狭くなる。
【００３３】
そこで、図５に示すように、感光剤層側に入射させる平行光を、透過率調整フィルタ５に通すことにより、中央部で光量が小さく周辺部でより大きい光量の平行光を作り露光する方法で、上記のようなホログラム１、２を製作することができる。
【００３４】
即ち、ソーダガラス等の基材４ａ上に重クロム酸ゼラチンの感光剤層４ｂを均一な厚さに付着してホログラム乾板４とする。そして、平行光側に透過率調整フィルタ５を配置する。この透過率調整フィルタ５は、図５の下段に示すように、その中央部で光透過率が低く、その周辺部にいく程光透過率が徐々に高くなるように形成されたフィルタである。
【００３５】
そして、ホログラム乾板４の基材４ａ側から発散光を入射させ、感光剤層４ｂ側から、透過率調整フィルタ５により光量を中央と周辺部とで調整された平行光を入射させ、一定時間の露光を行い、所定の現像・定着処理等を経て、ホログラムが完成する。
【００３６】
このように製作されたホログラムは、その感光剤層の硬度が、中央部で低く、周辺部で高く形成されるため、ホログラムの周辺部の半値幅が中央部に比べ狭く形成されることとなる。
【００３７】
なお、上記実施例では、透過率を中央部と周辺部で相違させた透過率調整フィルタを使用したが、中央部と周辺部で反射率が異なる反射率調整板を使用し、この反射率調整板を経て中央部で光量が小さく周辺部でより大きい光量の平行光を作り、ホログラム乾板に入射させて露光することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すホログラムとその半値幅の説明図である。
【図２】ホログラムを用いたヘッドアップディスプレイ装置の光路の説明図である。
【図３】他の実施例のホログラム２とそのホログラム上の位置に応じた半値幅、及び回折効率の違いを示す説明図である。
【図４】ホログラムの製造方法を示す露光時の説明図である。
【図５】ホログラムの他の製造方法を示す露光時の説明図である。
【符号の説明】
１、２−ホログラム、
３、４−ホログラム乾板、
３ｂ，４ｂ−感光剤層、

Claims

レンズ作用を有する表示用ホログラムにおいて、
ホログラム上で回折・反射される光のスペクトル波長の半値幅が、中央部より周辺部でより狭く形成されていることを特徴とする表示用ホログラム。
ホログラムの前記半値幅が、中央部から周辺部にかけて徐々に狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の表示用ホログラム。
ホログラムの有効部分の外側に、縁部にいくほど前記半値幅が０まで徐々に変化する非有効部分が形成されていることを特徴とする請求項２記載の表示用ホログラム。
ホログラムの有効部分の外側に、縁部にいくほど回折効率が０まで徐々に変化する非有効部分が形成されていることを特徴とする請求項２記載の表示用ホログラム。
請求項１又は２記載の表示用ホログラムにおいて、ホログラムの幅をＤ、ホログラムの焦点距離をｆ、回折・反射される光の波長をλ、ホログラムから結像位置までの結像距離をＲ、ホログラムから観者の視点までの視距離をＬ、とした場合、周辺部の半値幅Δλ１が、
Δλ１≦（２ｆ／Ｄ）・２λ・｛（Ｌ＋Ｒ）／Ｒ｝×８．７３×１０^-4
を満たすことを特徴とする表示用ホログラム。
請求項１又は２記載の表示用ホログラムを製造する方法において、ホログラム乾板の感光剤層の厚さを、中心部より周辺部でより厚く形成し、該ホログラム乾板を露光することを特徴とする表示用ホログラムの製造方法。
請求項１又は２記載の表示用ホログラムを製造する方法において、ホログラム乾板を露光する際、その露光光量がホログラム乾板の中心部より周辺部でより多くなるように露光されることを特徴とする表示用ホログラムの製造方法。
前記ホログラム乾板を露光する際、光透過率が中央部より周辺部で高くなる透過率調整フィルタを通して光を該ホログラム乾板に照射することを特徴とする請求項７記載の表示用ホログラムの製造方法。