JP5650661B2 - 透過型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、透過型の表示部を通じて視認される外界の景色に画像を重ねて表示し、画像と外界の景色とを一緒に使用者に視認させる透過型表示装置に関する。

自動車といった車両を運転するドライバは、運転中に車外の状況の把握、車両の表示装置の情報の読み取り及び運転操作といった様々な動作を、安全かつ迅速に行うことが要求される。したがって、表示装置から送られる車両の情報は、運転中の車外の状況の把握に必要なドライバの視点移動の範囲内で読み取られることが好ましい。例えば、車両のフロントガラスといった透明板の一部に光を照射し、文字及び／又は画像を表示する画像表示装置が望まれている。

このような透過型の表示装置として、自動車のフロントガラスに運転情報を表示するヘッドアップディスプレイ（Head-UP Display：（以下、ＨＵＤと称される））、眼鏡装置のレンズ部分に情報を表示するヘッドマウントディスプレイ（Head-Mounted Display（以下、ＨＭＤと称される））といった様々な装置が挙げられる。ドライバは、このような透過型の表示装置を用いて、外界を視認しながら、運転に関する情報（例えば、地図やスピードメータ）を見ることができる。したがって、このような透過型の表示装置は、ドライバの安全運転に貢献すると期待されている。

図４６は、従来のＨＵＤを概略的に示す。特許文献１によれば、ＨＵＤは、フロントガラスに虚像を投影する。フロントガラスに高透過性のホログラムコンバイナが取り付けられる。ホログラムコンバイナは、外界からの光を高い透過率で透過させるとともに、ホログラムコンバイナに向けて投影される表示像を高い輝度でドライバの眼に到達させる。
外界からの光は、高い透過率で、ホログラムコンバイナを通過し、ドライバの眼に到達する。

図４６に示される如く、車体１０１に搭載されたＨＵＤは、ダッシュボード内に格納されたＨＵＤ光学ユニット１０２と、ＨＵＤ光学ユニット１０２の内部に配設された表示要素１０３及び偏向要素１０４と、表示要素１０３内に配設された光源（図示せず）と、フロントガラス１０７に備え付けられたコンバイナ１０６と、を備える。

表示要素１０３は、例えば、液晶を含み、ドライバＤＲに表示すべき情報（像）を表示する。表示要素１０３が生成した像を表わす表示光は、偏向要素１０４に向けて投影される。偏向要素１０４は、例えば、ミラーといった光学要素を含み、表示要素１０３からの表示光を、フロントガラス１０７に取り付けられたコンバイナ１０６に向けて偏向する。

ＨＵＤ光学ユニット１０２には、開口部１０５が形成される。偏向要素１０４によって偏向された表示光は、開口部１０５を通過し、フロントガラス１０７の表面に形成されたコンバイナ１０６に投影される。コンバイナ１０６は、ＨＵＤ光学ユニット１０２からの表示光をドライバＤＲに向けて偏向する。

ドライバＤＲは、コンバイナ１０６によって反射された表示光を見て、運転に関する情報を視覚的に取得することができる。アイボックスＥＢは、ドライバＤＲが頭を動かしたときに、画像を見ることができる範囲を示す。ドライバＤＲの眼がアイボックスＥＢ内にあるとき、表示光は、ドライバＤＲの網膜に届き、ドライバＤＲは画像を視認することができる。また、コンバイナ１０６は、ＨＵＤ光学ユニット１０２からの表示光を反射すると同時に、フロントガラスの外部（外界）からの光を透過する性能を持つ。このコンバイナ１０６の性能によって、ドライバＤＲは、表示要素１０３が表示する情報と一緒に、フロントガラス１０７外の外界の光景を見ることができる。かくして、ドライバＤＲは、ＨＵＤを用いて、外界から視線を逸らさずに表示要素１０３からの情報を見ることができる。ドライバＤＲの視線が移動される頻度が低減されるので、運転時の安全性が向上する。

特許文献１によれば、コンバイナ１０６にホログラムコンバイナが用いられている。ホログラムコンバイナは、高い波長選択性を有する。ホログラムコンバイナは、例えば、表示要素１０３で用いられる波長のみを反射し、それ以外の波長の光を透過させる。この結果、ホログラムコンバイナは、表示要素１０３からの光を高い輝度で反射させると同時に、外界からの光を高い透過率で透過することができる。

特許文献１によれば、偏向要素１０４として、凹面ミラーが用いられる。特許文献１は、凹面ミラーを用いて、コンバイナ１０６の曲率によって発生する画像の歪みを補正することを提案する。

コンバイナ１０６として使用されるホログラムに入射する光の角度及びホログラムによって回折並びに出射される光の角度を調整し、ホログラムにより発生する収差の影響を低減する試みがなされることもある（例えば、特許文献４）。

図４６に示されるＨＵＤは、フロントガラス１０７に取り付けられたコンバイナ１０６（ホログラムコンバイナ）を用いて、画像をドライバＤＲに提供する。しかしながら、表示要素１０３からの表示光は、コンバイナ１０６だけでなく、フロントガラス１０７でも反射する。この結果、ドライバＤＲは、コンバイナ１０６によって回折された表示光によって作り出される像と、フロントガラス１０７によって反射された表示光によって作り出される像と、を見ることになる。

図４７は、フロントガラスによって反射される表示光に起因する問題を説明する模式図である。図４７を用いて、フロントガラスによって反射される表示光に起因する問題が説明される。

図４７には、フロントガラスとして用いられる２枚のガラス板（内ガラス板２０２及び外ガラス板２０３）と、内ガラス板２０２と外ガラス板２０３との間に配設されたホログラムコンバイナ２０１が示されている。表示光（入射光ＩＬ）は、ホログラムコンバイナ２０１に向けて投影される。ホログラムコンバイナ２０１は、ドライバＤＲに向けて入射光ＩＬを回折させ、回折光ＤＬを作り出す。

内ガラス板２０２は、車両の内面を形成し、外ガラス板２０３は、車両と外界との境界面を形成する。内ガラス板２０２は、ホログラムコンバイナ２０１に向かう入射光ＩＬをドライバＤＲに向けて反射する。内ガラス板２０２が反射した光は、図４７おいて、反射光ＲＬ１として示されている。外ガラス板２０３は、ホログラムコンバイナ２０１を通過した光をドライバＤＲに向けて反射する。外ガラス板２０３が反射した光は、図４７において、反射光ＲＬ２として示されている。

ドライバＤＲは、ホログラムコンバイナ２０１からの回折光ＤＬによって表される画像と、内ガラス板２０２からの反射光ＲＬ１によって表される画像と、外ガラス板２０３からの反射光ＲＬ２によって表される画像と、を視認する。この結果、表示要素からの表示光によって表示される画像は、２重或いは３重にぼやけてドライバＤＲに視認される。

以後、本明細書において、ホログラムコンバイナからの回折光及びガラス板（フロントガラス）からの反射光が同時にドライバに視認される問題は、「表面反射問題」と称される。

図４８は、表面反射問題を解決するための１つの手法を概略的に示す。図４８に示される手法は、ホログラムコンバイナによって作り出される回折光の方向を、ガラス板の表面で反射された反射光の方向と異ならせ、表面反射問題を解決する。

図４８に示されるホログラムコンバイナ２０１の光学性能は、入射角ＩＡで入射された光（入射光ＩＬ）に対して、回折光ＤＬが回折角ＤＡで出射するように設計される。この時、内ガラス板２０２によって発生される反射光ＲＬ１及び外ガラス板２０３によって発生される反射光ＲＬ２は入射角ＩＡと大きさの等しい出射角ＯＡでフロントガラスから出射される。回折角ＤＡと出射角ＯＡとの差が充分に大きい場合、ドライバＤＲが表示像を視認するアイボックスＥＢ内には、ホログラムコンバイナ２０１からの回折光ＤＬのみが入射する。この結果、ドライバＤＲは、内ガラス板２０２及び外ガラス板２０３からの反射光ＲＬ１，ＲＬ２をほとんど視認しない。

例えば、図４８に示される如く、反射光ＲＬ１，ＲＬ２の出射角ＯＡが回折角ＤＡに比べて充分に大きい場合には、回折光ＤＬはアイボックスＥＢ内に入射する一方で、反射光ＲＬ１，ＲＬ２は、アイボックスＥＢの上方に逸らされる。例えば、特許文献２は、図４８に示される手法に従って、ガラス板からの反射光の方向と、ホログラムコンバイナによる回折光の方向とを相違させる車両用表示装置を提案する。

特許文献３は、コンバイナ以外の部分にホログラムを用い、ＨＵＤがドライバに表示する画像の画質を向上させることを提案する。図４６に関連して説明されたＨＵＤの表示要素１０３からの光をコンバイナ１０６へ偏向させるための偏向要素１０４として、ミラーに代えて、ホログラムを用いると、コンバイナ１０６で発生する収差の影響が低減される。

表面反射問題を解消するために設定された回折角と出射角との間の大きな差異は、光源の波長幅による像ボケ（色収差）を生じさせる。尚、「像ボケ」とは、ホログラムコンバイナの設計波長と異なる波長の光がホログラムコンバイナへ入射したときに、設計波長の光に対して予定された方向とは異なる方向に入射光が回折する現象を意味する。

ホログラムコンバイナが、光源の中心波長を基準に設計されている場合、光源の波長幅が大きいほど、ホログラムコンバイナに対して入射する設計波長から外れた波長の光の量は多くなる。結果として、光源からの光の多くは、設計された回折角度とは異なる方向に回折する。ホログラムコンバイナの入射角と回折角の差が大きいほど、ホログラムコンバイナによる像ボケの影響は大きくなる。したがって、光源波長幅が大きい場合には、表面反射問題を解消するために設定されたホログラムコンバイナの入射角と回折角との間の大きな差異は、ドライバに対して表示される画像の解像度の著しい低下をもたらす。特許文献２は、光源波長幅について何ら考慮をしていない。

偏向要素１０４として用いられるホログラムは、コンバイナ１０６で発生する像ボケの影響を小さくする。しかしながら、像ボケの影響を低減するための最適な光学設計（例えば、ホログラムを用いた偏向要素１０４への最適な入射角や回折角に対する設定）は、例えば、光源波長幅や目的とする解像度に応じて変動する。特許文献３は、この点について何ら考慮をしていない。

コンバイナとして、ホログラムや凹面ミラーといった拡大性能を有する光学部品が使用されると、より小型のＨＵＤが設計可能となる。しかしながら、コンバイナにおいて光学系倍率が増大されると、光学系による収差が増大し、表示される画像の解像度が悪化する。

特許文献４は、コンバイナに対する入射角や回折角（出射角）の値を２０度以上に設定し、上述の課題を解決することを提案する。しかしながら、コンバイナに対する入射角と出射角との差が大きく、且つ、画像を表示する表示素子に光を供給する光源の波長幅が大きい場合、ホログラムによる像ボケが発生する。特許文献４は、光源の波長幅に対して、何ら考慮をしていない。

特許文献１は、折り返しミラーに凹面ミラーの機能を持たせ、コンバイナで発生する歪みを補正することを提案する。特許文献１によれば、凹面ミラーの機能によって、解像度の劣化が防止される。しかしながら、単純に凹面ミラーを使用するだけでは、コンバイナによる非点収差と凹面ミラーで発生する収差が重なり、結果として得られる画像の解像度が改善されない場合がある。光学系の倍率の低減は、画像の解像度の向上に貢献するが、光学系が大型化し、小型車に搭載されるＨＵＤといった透過表示装置への適用は好ましくない。

特許第３４１８９８５号公報 特許第２７５１４３６号公報 特開平６−１６７６７１号公報 特開平１０−０１０４６４８号公報

本発明は、光源の波長幅に応じてホログラムコンバイナで発生する像ボケ及び収差の影響を適切に補正することができる透過型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る透過型表示装置は、光を出力する光源と、該光源からの前記光を受けて、画像を表す表示光を生成する表示要素と、該表示要素から射出された前記表示光の向きを変える偏向要素と、前記表示要素から射出された前記表示光に含まれる波長の光を使用者に向けて反射し、それ以外の波長の光を透過する透過反射要素と、を備え、前記透過反射要素に前記表示光が入射する領域の上端部分と使用者が前記透過反射要素によって反射された前記表示光を視認可能な範囲として規定されるアイボックスの下部とを結ぶ直線が水平に対してなす角度は、前記透過反射要素における前記表示光の出射角と入射角との間の差より小さいことを特徴とする。

上述の透過型表示装置は、光源からの光の波長幅に起因して、透過反射要素によって引き起こされる像ボケの影響を適切に補正し、高画質の画像を表示することができる。

第１実施形態に係る透過型表示装置を概略的に示す図である。 図１に示される透過型表示装置の表示要素を概略的に示す図である。 図２に示される表示装置の走査要素を概略的に示す図である。 図１に示される透過型表示装置の他の表示要素を概略的に示す図である。 図１に示される透過型表示装置の更に他の表示要素を概略的に示す図である。 図１に示される透過型表示装置のホログラムコンバイナを概略的に示す。 像ボケの影響を受けたときのドライバの網膜上のスポット径を概略的に説明する図である。 補正角度差とコンバイナ角度差との差が網膜上のスポット径の大きさに与える影響を概略的に示すグラフである。 補正角度差がコンバイナ角度差よりも１０度大きいときの網膜上の画素のスポット径を概略的に示す図である。 補正角度差がコンバイナ角度差に対して、過度に大きく設定されたときの画素のスポット径を概略的に示す図である。 ホログラムコンバイナ及び補正要素の光学倍率を変更したときの補正角度差と網膜上スポット径の大きさとの関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る透過型表示装置を概略的に示す図である。 図１２に示される透過型表示装置のホログラムコンバイナを概略的に示す図である。 補正角度差とコンバイナ角度差との間の差異が、網膜上のスポット径の大きさに与える影響を示す概略的なグラフである。 第３実施形態に係る透過型表示装置を概略的に示す図である。 図１５に示される透過型表示装置のホログラムコンバイナを概略的に示す図である。 図１５に示される透過型表示装置の他のホログラムコンバイナを概略的に示す図である。 図１５に示される透過型表示装置の更に他のホログラムコンバイナを概略的に示す図である。 第４実施形態に係る透過型表示装置を概略的に示す図である。 図１９に示される透過型表示装置の更に他のホログラムコンバイナを概略的に示す図である。 第５実施形態に係る透過型表示装置を概略的に示す図である。 コンバイナを用いた表示像の拡大原理を示す図である。 回折角と、コンバイナ角と、見下ろし角との間の関係を概略的に示す図である。 コンバイナの回折角及び光学倍率の設定値を例示する表である。 コンバイナへの入射角の変化に伴う表示解像度の変化を光学シミュレーションソフトウェアで計算した結果を示すグラフである。 コンバイナへの入射角、コンバイナの回折角、コンバイナの光学倍率及びコンバイナ距離の変更に伴うＨＵＤ光学ユニットの容積を例示する表である。 光源の波長幅及びコンバイナへの入射角の変動に伴う回折角の誤差を示すグラフである。 コンバイナで発生する非点収差の方向を例示する図である。 補正要素が表示像に与える収差の影響を例示する図である。 コンバイナ及び補正要素によって拡大された表示像を視聴したドライバの網膜上に映る表示像の画素の形状及び大きさを例示する図である。 レーザ光源の温度と波長との関係を概略的に示すグラフである。 第６実施形態に係る透過型表示装置を概略的に示す図である。 図３２に示される透過型表示装置の表示要素を概略的に示す図である。 図３２に示される透過型表示装置において想定される光源の温度変化と、光源の温度変化に伴う波長の変化を概略的に示すグラフである。 図３２に示される透過型表示装置の概略的なブロック図である。 図３２に示される透過型表示装置の制御要素による処理を概略的に示すフローチャートである。 図３２に示される透過型表示装置のコンバイナの切り替え制御を概略的に示す図である。 図３２に示される透過型表示装置のコンバイナの切り替え制御を概略的に示す図である。 表示領域の切り替えを行う表示要素を備える他の透過型表示装置を概略的に示す図である。 図３９に示される透過型表示装置の概略的なブロック図である。 図３９に示される透過型表示装置の表示要素が表示する画像領域を示す。 ドライバに対して表示される画像を概略的に例示する図である。 ドライバに対して表示される画像を概略的に例示する図である。 第７実施形態に係る透過型表示装置を概略的な平面図である。 図４４に示される透過型表示装置を概略的な側面図である。 従来の透過型表示装置を示す図である。 従来の透過型表示装置に用いられるホログラムコンバイナを概略的に示す図である。 従来の透過型表示装置に用いられるホログラムコンバイナを概略的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る透過型表示装置が図面を参照して説明される。尚、以下に説明される実施形態において、同様の構成要素に対して同様の符号が付されている。また、説明の明瞭化のため、必要に応じて、重複する説明は省略される。図面に示される構成、配置或いは形状並びに図面に関連する記載は、単に、以下の実施形態の原理を容易に理解させることを目的とするものであり、以下の様々な実施形態を通じて説明される原理は、これらに何ら限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態として例示されるＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）の構成図である。本実施形態のＨＵＤのホログラムコンバイナの入射角は、表面反射問題を解決するために、回折角よりも大きく設計されている。この結果、表示される画像の画質が向上される。

図１に示されるＨＵＤ３００は、車体３０１のダッシュボードの内部に配設されるＨＵＤ光学ユニット３１０を備える。ＨＵＤ光学ユニット３１０は、表示要素３２０及び補正要素３３０を収容する。また、ＨＵＤ光学ユニット３１０には、開口部３１３が形成されている。開口部３１３を通じて、表示要素３２０が作り出した表示光Ｌ１が射出される。本実施形態において、ＨＵＤ光学ユニット３１０は、表示ユニットとして例示される。

表示要素３２０は、ドライバＤＲに対して運転情報（スピードメータや地図情報）を含む画像を表示するための表示光Ｌ１を生成並びに出射する。本実施形態において表示要素３２０は、レーザ光源からの出力ビームを表示スクリーン上で二次元走査し、ドライバＤＲに表示するための像を形成する。

図２は、表示要素３２０の構成図である。図１及び図２を用いて、表示要素３２０が説明される。

ＨＵＤ３００は、表示要素３２０内に配設された赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３を備える。本実施形態において、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３は、それぞれ、光源として例示される。尚、光源は、ドライバＤＲに表示される像を表す表示光Ｌ１を生成できるならば、レーザ光源に限らず、他の種類の光源であってもよい。

表示要素３２０は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３から出射されるレーザ光線の光路上にそれぞれ配設されるコリメータ３２１と、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３から出射されたレーザ光線を合波するダイクロイックミラー３２２と、を備える。本実施形態において、表示要素３２０が備えるこれらの様々な要素は、表示素子として例示される。

赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３から出射されたレーザ光線は、コリメータ３２１をそれぞれ通過する。その後、ダイクロイックミラー３２２は、これらのレーザ光線を合波し、レーザ光Ｌとして出力する。赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３の出力は、適切に変調される。この結果、所望の色のレーザ光Ｌがダイクロイックミラー３２２から出力される。

本実施形態において、赤色レーザ光源３４１は、赤色（Ｒ）の半導体レーザ光源であり、青色レーザ光源３４２は、青色（Ｂ）の半導体レーザ光源であり、緑色レーザ光源３４３は、緑色（Ｇ）の半導体レーザ光源である。代替的に、緑色レーザ光源は、赤外線を出力する半導体レーザ光源と、赤外線を緑色に変換するＳＨＧ（Second-Harmonic Generation：第２次高調波発生）素子の組合せであってもよい。更に、代替的に、赤色レーザ光源、青色レーザ光源及び緑色レーザ光源は、固体レーザ光源、液体レーザ光源、ガスレーザ光源或いは発光ダイオード光源であってもよい。

本実施形態において、レーザ光Ｌの変調は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３それぞれに対する出力調整により達成される。代替的に、レーザ光源と、レーザ光源から出力された光を変調するための光学要素とを用いて、レーザ光が変調されてもよい。

表示要素３２０は、走査要素３２３と表示スクリーン３２４とを更に備える。走査要素３２３は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３からのレーザ光線の合波によって得られたレーザ光Ｌを、表示スクリーン３２４上で２次元走査する。本実施形態において、走査要素３２３は、レーザ光Ｌの光路に対する角度を２次元的に偏向することができる単板小型ミラーを備える。例えば、走査要素３２３として、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-System）マイクロミラーが好適に用いられる。

図３は、走査要素３２３の動作を概略的に示す。図３を用いて、走査要素３２３が更に説明される。

走査要素３２３は、単板小型ミラー３２５を備える。単板小型ミラー３２５は、Ｘ軸に沿って延びる回転軸ＲＡｘ及びＸ軸に直交するＹ軸に沿って延びる回転軸ＲＡｙ周りに回転することができる。走査要素３２３は、単板小型ミラー３２５を、回転軸ＲＡｘ及び回転軸ＲＡｙの方向に振動させ、単板小型ミラー３２５に入射するレーザ光Ｌを２次元方向に走査する。

本実施形態において、走査要素３２３は、１つの単板小型ミラー３２５を２次元方向に振動させる。代替的に、走査要素は、一次元方向に振動する２枚のミラーを組み合わせて、レーザ光を２次元方向に走査してもよい。走査要素が、一次元方向にのみ振動するミラーを振動させるならば、ミラーそれぞれの角度の制御が比較的簡素化される。

図１及び図２を再度用いて、表示要素３２０が説明される。

走査要素３２３は、上述の如く、レーザ光Ｌを表示スクリーン３２４の背面（表示要素３２０の内部に現れる面）上で二次元走査され、表示像（画像）を形成する。表示スクリーン３２４上で結像された画像は、表示スクリーン３２４の表面（表示要素３２０の外部に現れる面）から、補正要素３３０に向けて出力される。

本実施形態において、表示要素３２０は、表示スクリーン３２４に対して、背面投影を行う。代替的に、表示要素は、表示スクリーンに前面投影を行ってもよい。

図４は、前面投射を行う表示要素の構成を示す。尚、図４中、図２に関連して説明された要素と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。また、図２に関連して説明された要素と同様の要素に関する説明は、省略される。図４に示される表示要素は、図２に関連して説明された表示要素３２０に代えて、ＨＵＤ３００に好適に用いられる。図１、図２及び図４を用いて、前面投射を行う表示要素が説明される。

前面投射を行う表示要素３２０Ａは、図２に関連して説明された光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３）、コリメータ３２１、ダイクロイックミラー３２２、走査要素３２３に加えて、偏光要素３２６と表示スクリーン３２４Ａとを備える。本実施形態において、表示要素３２０Ａが備えるこれらの様々な要素は、表示素子として例示される。

偏光要素３２６は、ダイクロイックミラー３２２から出力されたレーザ光Ｌを偏光し、所望の色のレーザ光Ｌを生成する。偏光要素３２６から出力されたレーザ光Ｌは、走査要素３２３に向かう。

表示スクリーン３２４Ａは、表示要素３２０Ａの内部に傾斜するように配設される。表示スクリーン３２４Ａの前面は、走査要素３２３に略対向する。走査要素３２３は、偏光要素３２６から出力されたレーザ光を表示スクリーン３２４Ａの前面上で走査する。

表示要素３２０Ａは、好ましくは、拡散効率の高いフライアイミラーやビーズスクリーンであってもよい。フライアイミラーやビーズスクリーンを利用した表示要素３２０Ａは、ドライバＤＲに、比較的高い輝度の画像を提供することができる。

本実施形態において、表示要素３２０，３２０Ａは、表示スクリーン３２４，３２４Ａをそれぞれ備える。代替的に、表示要素は、表示スクリーンを備えず、後述されるコンバイナ上に直接的にレーザ光を投影してもよい。この結果、ドライバＤＲの網膜に直接的に光が投影され、ドライバＤＲは、一層鮮明な画像を知覚することができる。

本実施形態において、表示要素３２０，３２０Ａは、走査要素３２３を用いて、レーザ光Ｌを走査する。代替的に、表示要素は、液晶素子とバックライト装置と、を備えてもよい。例えば、液晶素子は、図２又は図４に示された走査要素３２３に代えて用いられる。図２又は図４に示されたダイクロイックミラー３２２と液晶素子との間に、液晶素子を照明する光学系（バックライト装置）が配設される。バックライト装置として、レーザ光源が使用されてもよい。代替的に、ＬＥＤや他の適切な光源が、バックライト装置として用いられてもよい。

図５は、液晶素子を用いた表示要素の構成を示す。尚、図５中、図２に関連して説明された要素と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。また、図２に関連して説明された要素と同様の要素に関する説明は、省略される。図５に示される表示要素は、図２に関連して説明された表示要素３２０に代えて、ＨＵＤ３００に好適に用いられる。図１、図２及び図５を用いて、液晶素子を用いた表示要素が説明される。

表示要素３２０Ｂは、図２に関連して説明された光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３）、コリメータ３２１、ダイクロイックミラー３２２及び表示スクリーン３２４に加えて、照明光学素子３２７と、液晶素子３２８と、折り返しミラー３２９と、を備える。液晶素子３２８及び折り返しミラー３２９は、図２に関連して説明された走査要素３２３の代わりに用いられる。本実施形態において、表示要素３２０Ｂが備えるこれらの様々な要素は、表示素子として例示される。

光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２，緑色レーザ光源３４３）及びダイクロイックミラー３２２を用いて生成されたレーザ光Ｌは、照明光学素子３２７によって、拡散される。その後、拡散されたレーザ光Ｌは、液晶素子３２８に照射され、ドライバＤＲに情報を伝達するための表示光Ｌ１となる。表示光Ｌ１は、その後、折り返しミラー３２９によって、表示スクリーン３２４に向けて反射される。この結果、表示光Ｌ１によって表される像が、表示スクリーン３２４上に現れる。

表示要素３２０Ｂは、図２に関連して説明された走査要素３２３に代えて、液晶素子３２８を用いて、表示像を形成し、表示スクリーン３２４上に結像させる。代替的に、走査要素に代えて、液晶素子が表示像の形成に用いられるならば、表示要素は、折り返しミラーや表示スクリーンを備えなくともよい。例えば、液晶素子から出力される表示光は、直接的に、表示要素から出力されてもよい。折り返しミラーや表示スクリーンを介さず、表示要素から表示光が直接的に出射されるならば、表示要素は、一層小型化される。

図１及び図２を再度用いて、ＨＵＤ３００が更に説明される。

ＨＵＤ３００は、ホログラムコンバイナ３５０を更に備える。表示要素３２０，３２０Ａ又は３２０Ｂは、補正要素３３０に向けて表示光Ｌ１を出射する。補正要素３３０は、表示光Ｌ１の向きを変え、ホログラムコンバイナ３５０へ入射させる。本実施形態において、補正要素３３０は、偏向要素として例示される。

図１に示される如く、表示光Ｌ１は、補正要素３３０に対して入射角α_１で入射し、回折角β_１で出射される。本実施形態において、補正要素３３０として用いられるホログラムミラーは、入射角α_１が回折角β_１よりも小さくなるように設計される。補正要素３３０として、好適には、フォトポリマを利用したリップマン体積ホログラム或いはブレーズドホログラムが用いられる。代替的に、回折作用を有する液晶素子や他の光学素子が、補正要素に用いられてもよい。

補正要素３３０によって向きを代えられた表示光Ｌ１は、ホログラムコンバイナ３５０へ入射角α_２で入射する。ホログラムコンバイナ３５０は、表示光Ｌ１を入射角β_２で出射する。

本実施形態において、図１に示される如く、水平線に対する補正要素３３０の傾きの方向が、水平線に対するホログラムコンバイナ３５０の傾きの方向と等しくされる（図１において、補正要素３３０及びホログラムコンバイナ３５０はともに、ドライバＤＲに向けて上方に傾斜している）。この結果、ホログラムコンバイナ３５０への入射角α_２が回折角β_２よりも大きいときに発生する収差が低減され、ドライバＤＲに表示される画像の画質が向上する。

補正要素３３０は、拡大ミラーの性能を有していてもよい。補正要素３３０が拡大ミラーの性能を有するならば、表示要素３２０，３２０Ａ又は３２０Ｂから補正要素３３０までの光路長が短縮され、ＨＵＤ光学ユニット３１０が小型に設計される。

尚、補正要素３３０とホログラムコンバイナ３５０とのそれぞれの入射角・回折角の関係は後に詳述される。

本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０は、補正要素３３０から入射される表示光Ｌ１の向きをドライバＤＲの眼に向かう方向へ反射する透過反射要素として例示される。ホログラムコンバイナ３５０は、表示要素３２０，３２０Ａ，３２０Ｂから出射された表示光Ｌ１に含まれる波長の光をドライバＤＲ（使用者）に向けて反射する一方で、その他の波長の光を透過させる。この結果、ドライバＤＲは、表示光Ｌ１によって表示される画像とともに、車体３０１外の景色を視覚的に把握することができる。

車体３０１に取り付けられたフロントガラス３０２の内面（車体３０１の室内の境界を形成する面）には、例えば、フォトポリマ層が形成される。ホログラムコンバイナ３５０は、フォトポリマ層に形成されたリップマン体積ホログラムであってもよい。ホログラムコンバイナ３５０は、補正要素３３０から入射角α_２で入射された表示光Ｌ１を、回折角β_２でドライバＤＲに向かって反射するように製作される。

本実施形態において、フォトポリマ層に形成されたホログラムコンバイナ３５０は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３からの光成分をそれぞれ反射する３つのホログラムを含んでもよい。これらのホログラムは、多重露光によって形成される。

本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０は、ＲＧＢの３色の光成分を多重露光して形成された１つの層のホログラムである。代替的に、ホログラムコンバイナは、ＲＧＢの３色の光成分それぞれに対応する３層のホログラムであってもよい。積層された３層のホログラムを含むホログラムコンバイナに用いられるホログラム材料の屈折率変調の数値は、３色の光成分（ＲＧＢ）それぞれに対して適切に設定されるので、ホログラム材料の屈折率変調の数値がＲＧＢの光成分に分配される場合（１つの層のホログラムが用いられる場合）と較べて、３色の光成分（ＲＧＢ）それぞれに対する回折効率が向上する。

ホログラムコンバイナ３５０は、拡大ミラーの性能を有していてもよい。ホログラムコンバイナ３５０が拡大ミラーの性能を有するならば、表示要素３２０，３２０Ａ又は３２０Ｂからからホログラムコンバイナ３５０までの光路長が短縮され、ＨＵＤ光学ユニット３１０が小型に設計される。本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０は、２．０倍の拡大ミラーの性能を有する。代替的に、ホログラムコンバイナは、他の光学性能（例えば、他の拡大倍率）を有してもよい。

本実施形態において、ＨＵＤ３００は、ホログラムコンバイナ３５０への入射角α_２が回折角β_２よりも少なくとも１０度以上大きくなるように設計される。この結果、表面反射問題が適切に解消される。

上述のホログラムコンバイナ３５０は、フロントガラス３０２の内面のフォトポリマ層に形成される。代替的に、ＨＵＤ３００は、フロントガラス３０２中に配設されたホログラムコンバイナを透過反射要素として用いてもよい。

図６は、フロントガラス３０２中に配設されたホログラムコンバイナを概略的に示す。図１、図６及び図４８を用いて、フロントガラス３０２中に配設されたホログラムコンバイナが説明される。

フロントガラス３０２は、車体３０１の室内の境界を形成する内ガラス板３０３と、車体３０１の外側に現れる外ガラス板３０４と、を備える。透過反射要素として用いられるホログラムコンバイナ３５０Ａは、内ガラス板３０３と外ガラス板３０４との間に配設される。ホログラムコンバイナ３５０Ａは、例えば、ＨＯＥ（Holographic Optical Element）であってもよい。内ガラス板３０３は、表示光Ｌ１が最初に入射する要素であり、本実施形態において、前側透明部材として例示される。また、内ガラス板３０３と反対側に配設された外ガラス板３０４は、内ガラス板３０３と協働して、ホログラムコンバイナ３５０Ａを挟持する。本実施形態において、外ガラス板３０４は、後側透明部材として例示される。本実施形態において、ＨＯＥを用いて形成されるホログラムコンバイナ３５０Ａは、回折素子として例示される。

ホログラムコンバイナ３５０Ａは、入射角α_２で入射した表示光Ｌ１を回折角β_２で回折し、ドライバＤＲへ出射する。一方、内ガラス板３０３からの表示光Ｌ１の反射光ＲＬ１と外ガラス板３０４からの表示光Ｌ１の反射光ＲＬ２は、入射角α_２と同じ大きさの出射角α_２で出射される。ホログラムコンバイナ３５０Ａからの回折光ＤＬは、反射光ＲＬ１，ＲＬ２とは異なる方向に伝播するので、ドライバＤＲは回折光ＤＬのみを視認することができる。

図４８に関連して説明された如く、ホログラムコンバイナ２０１への入射角ＩＡと、ホログラムコンバイナ２０１からの回折角ＤＡとの差異が大きく、且つ、光源の波長幅が大きいとき、ホログラムコンバイナ２０１に起因する像ボケの影響は大きくなる。この結果、ドライバＤＲに表示される画像の画質は悪化する。

図７は、上述の像ボケの影響を受けたときのドライバＤＲの網膜上のスポット径を概略的に示す。図７及び図４８を用いて、像ボケの影響が説明される。

図７は、緑色の波長の光を照射する緑光源２０４から照射され、その後、ドライバＤＲの網膜上で結像したスポットの形状（スポット形状）を示す。図７は、緑光源２０４の中心波長の光が網膜上で結像したスポットＳＰ２と、緑光源２０４が出力する光のうち最大の波長の光が網膜上で結像したスポットＳＰ３と、緑光源２０４が出力する光のうち最小の波長の光が網膜上で結像したスポットＳＰ１と、を概略的に示す。スポットＳＰ２は、画面ＶＳの略中央に位置し、スポットＳＰ１及びスポットＳＰ３は、スポットＳＰ２に対してそれぞれ上下に隣接している。図７において、画面ＶＳの中央の画素に対応して描画する緑光源２０４からの光の網膜上での大きさは、記号「ＳＤ」で表される。

図７に示される如く、ホログラムコンバイナ２０１への入射角ＩＡと、ホログラムコンバイナ２０１からの回折角ＤＡとの差異が大きく、且つ、光源の波長幅が大きいとき、光源（緑光源２０４）の出力波長に応じて、網膜上での結像位置は変動する。したがって、ドライバＤＲは、ホログラムコンバイナ２０１からの回折光ＤＬによって表される像をボケたように知覚する。

緑光源２０４からの光の網膜上での大きさＳＤが大きいほど、像ボケの程度は大きくなる。緑光源２０４の波長幅が大きく、且つ、ホログラムコンバイナ２０１に対する入射角ＩＡと回折角ＤＡの差が大きいほどホログラムコンバイナ２０１に起因する像ボケの影響は大きくなる。例えば、緑光源２０４から出射される光の波長幅が２ｎｍ、入射角ＩＡが６５度、回折角ＤＡが５５度であり、補正要素２０５の入射角と回折角が等しいならば（図４８中、入射角及び回折角は、「α」である）、緑光源２０４からの光の網膜上での大きさＳＤの値は約２０μｍになる。一般に、「１．０」の視力のドライバが２ｍ先に表示された画像を視認するとき、網膜上で６．２μｍの画素まで視認することが可能である。２０μｍの緑光源２０４からの光の網膜上での大きさＳＤでは、ドライバＤＲは、ＨＵＤが表示する像をボケた画像として知覚する。

像ボケの課題は、緑光源２０４が特有に引き起こすものではなく、赤色の波長の光を照射する赤光源や青色の波長の光を照射する青光源にも共通する。以下の説明において、画面中心の画素に対応して描画する緑色レーザ光源３４３からの光を用いて、様々な説明がなされる。これらの説明に含まれる原理や効果は、他の光源或いは他の画素に対しても、同様に適用される。

図１を再度用いて、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａに起因する像ボケの影響の低減手法が説明される。

本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａに起因する像ボケの影響を低減するために、補正要素３３０は、ホログラムを用いて形成され、補正要素３３０への入射角α_１は、回折角β_１よりも小さく設定される。この結果、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａで発生する像ボケの影響は、補正要素３３０で発生する像ボケの影響によって相殺され、網膜上の画素のスポット径が小さくなる。

以下の説明において、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの入射角α_２と回折角β_２との差は、「コンバイナ角度差」と称される。また、補正要素３３０の入射角α_１と回折角β_１との差は、「補正角度差」と称される。

補正角度差をコンバイナ角度差よりも大きくすると、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａに起因する像ボケの影響は、一層適切に補正される。

図８は、補正角度差（補正要素３３０の入射角α_１と回折角β_１との差）とコンバイナ角度差との差が網膜上のスポット径の大きさに与える影響を概略的に示すグラフである。図１、図２及び図８を用いて、補正角度差が網膜上のスポット径の大きさに与える影響が説明される。

緑色レーザ光源３４３から出射されるレーザ光Ｌの波長幅は２ｎｍである。ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａへの入射角α_２は、６５度に設定されている。また、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａからの回折角β_２は、５５度に設定されている（即ち、コンバイナ角度差は、１０度に設定されている）。ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａ及び補正要素３３０はともに、２．０倍の拡大ミラーとしての性能を有する。

図８に示されるグラフの横軸は、補正角度差とコンバイナ角度差との差を示し、縦軸は、画像の中心の画素を描画する緑色レーザ光源３４３の光の網膜上スポット径を示す。

図８に示される如く、補正角度差がコンバイナ角度差よりも大きく設定されると（図８に示されるグラフにおいて、補正角度差がコンバイナ角度差よりも１０度大きいとき）、画素の網膜上のスポット径が最小化される。

図９は、補正角度差がコンバイナ角度差よりも１０度大きいときの網膜上の画素のスポット径を概略的に示す。図１、図７乃至図９を用いて、補正角度差の調整による像ボケの解消が説明される。

図８に示されるグラフにしたがって、補正角度差がコンバイナ角度差よりも１０度大きくなるように、補正要素３３０の入射角α_１及びβ_１が適切に設定されると、波長幅に起因する網膜上のスポットＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の結像位置の差が低減される。この結果、網膜上の画素のスポット径（緑色レーザ光源３４３からの光の網膜上での大きさＳＤ）が低減される（図７及び図９参照）。

図８に示される如く、補正角度差がコンバイナ角度差に対して、過度に大きく設定されると、像ボケの影響は、逆に大きくなる。

図１０は、補正角度差がコンバイナ角度差に対して、過度に大きく設定されたときの画素のスポット径を概略的に示す。図１、図７乃至図１０を用いて、補正角度差の調整による像ボケの解消が説明される。

図７と図１０とを比較すると明らかであるが、波長の大きい光によって得られたスポットＳＰ１及び波長の小さなスポットＳＰ３の位置関係が反転している。このことは、補正要素３３０の入射角α_１と回折角β_１との差異が大きすぎると、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａで発生する像ボケの影響よりも、補正要素３３０で発生する像ボケの影響が大きくなり、網膜上における画素のスポット径（緑色レーザ光源３４３からの光の網膜上での大きさＳＤ）が大きくなる。したがって、補正要素３３０の入射角α_１と回折角β_１は、光源波長幅及びホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの光学設定に応じて適切に設定される必要がある。図８に示されるグラフにしたがうと、緑色レーザ光源３４３が出力するレーザ光Ｌの波長幅が２ｎｍ、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａ及び補正要素３３０の光学倍率が２．０倍であるならば、補正角度差とコンバイナ角度差との間の差は、５度から１５度程度の範囲に収まることが望ましい。また、緑色レーザ光源３４３が出力するレーザ光Ｌの波長幅が大きくなるにつれて、補正角度差とコンバイナ角度差との間の差は、大きく設定されることが好ましいので、緑色レーザ光源３４３が出力するレーザ光Ｌの波長幅が２ｎｍ以上であるならば、補正角度差とコンバイナ角度差との間の差は、５度以上に設定される。

緑色レーザ光源３４３が出力するレーザ光Ｌの波長幅が小さいほど、図７、図９及び図１０に示される波長の大きい光によって得られたスポットＳＰ１及び波長の小さなスポットＳＰ３の間の距離は短くなる。したがって、緑色レーザ光源３４３が出力するレーザ光Ｌの波長幅が２ｎｍよりも小さいならば、補正角度差とコンバイナ角度差との間の差の範囲が一層小さく設定されることが好ましい。逆に、緑色レーザ光源３４３が出力するレーザ光Ｌの波長幅が２ｎｍよりも大きいならば、補正角度差とコンバイナ角度差との間の差の範囲が一層大きく設定されることが好ましい。かくして、ドライバＤＲに表示される画像の画質が向上される。

尚、補正角度差とコンバイナ角度差との間の最適な差異は、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａ及び補正要素３３０の光学倍率にも依存する。

図１１は、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａ及び補正要素３３０の光学倍率を変更したときの補正角度差と網膜上スポット径の大きさとの関係を示す。図１、図８及び図１１を用いて、補正角度差と網膜上スポット径の大きさとの関係が更に説明される。

図１１に示されるグラフの横軸は、補正角度差とコンバイナ角度差との差を示し、縦軸は、画像の中心の画素を描画する緑色レーザ光源３４３の光の網膜上のスポット径を示す。

ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの光学倍率は、２．６倍に設定されている。補正要素３３０の光学倍率は、１．５倍に設定されている。他の設定は、図８に関連して説明された設定に従う。

図１１に示されるグラフにしたがえば、補正角度差とコンバイナ角度差との間の差が１５〜３０度の間に設定されるとき、緑色レーザ光源３４３の光の網膜上のスポット径は、比較的小さくなる。

図８に示されるグラフと図１１に示されるグラフとの対比から明らかな如く、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの光学倍率が高く設定されるほど、補正角度差とコンバイナ角度差との差は大きく設定されることが好ましい。

図１を再度用いて、ドライバＤＲのアイボックスＥＢと、補正要素３３０及びホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの角度設定との関係が説明される。

図１には、アイボックスＥＢが示される。アイボックスＥＢは、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａによって反射された表示光Ｌ１を視認することができる範囲として光学的に規定される。例えば、アイボックスＥＢは、ドライバＤＲの眼から約１ｍ離れた位置において、ドライバＤＲが表示光Ｌ１を視認することができる範囲として規定されてもよい。

本実施形態において、説明の明瞭化のために、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの上縁３５１は、表示光Ｌ１が入射する領域の上端部分として例示される。尚、表示光Ｌ１が入射する領域の上端部分は、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの上縁３５１と一致していなくともよい。表示光Ｌ１が入射する領域の上端部分は、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの上縁３５１の下方に位置してもよい。

図１には、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの上縁３５１と光学的に定められるアイボックスＥＢの下端とを結ぶ直線Ｇが示されている。また、図１には、直線Ｇと交差する水平線Ｈ及び直線Ｇと水平線Ｈとの挟角γが示されている。

上述の光学的設定（表示要素３２０，３２０Ａ，３２０Ｂに対する補正要素３３０の位置及び角度、補正要素３３０の入射角α_１及び回折角β_１の設定、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの位置及び角度、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの入射角α_２及び回折角β_２の設定）に規定される挟角γは、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの入射角α_２と回折角β_２との間の差異（即ち、コンバイナ角度差）よりも小さく設定される。例えば、コンバイナ角度差が１０度に設定されるならば、挟角γは１０度を下回るように設定される。

上述の実施形態において、補正要素３３０の入射角α_１は、第１の入射角として例示される。また、補正要素３３０の回折角β_１は、第１の出射角として例示される。また、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの入射角α_２は、第２の入射角として例示される。ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの回折角β_２は、第２の出射角として例示される。

上述の実施形態において、補正要素３３０の入射角α_１と補正要素３３０の回折角β_１との差異として規定される補正角度差は、第１の角度差として例示される。ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの入射角α_２とホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの回折角β_２との差異として規定されるコンバイナ角度差は、第２の角度差として例示される。

第１実施形態に関連して説明された原理にしたがって、フロントガラス３０２からの反射光の影響及び光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２、緑色レーザ光源３４３）からのレーザ光Ｌの波長幅の影響は適切に低減される。したがって、第１実施形態にしたがうＨＵＤ３００は、像ボケの影響の小さい高画質の画像をドライバＤＲに表示することができる。

（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態に係る透過型表示装置として例示されるＨＵＤを概略的に示す。第１実施形態と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。図１及び図１２を用いて、第１実施形態との相違点が説明され、第１実施形態と同様の要素に関する説明は省略される。尚、以下において説明されない要素に対し、第１実施形態に係る説明が好適に援用される。

第２実施形態にしたがうＨＵＤのホログラムコンバイナへの入射角は、第１実施形態と異なり、ホログラムコンバイナの回折角よりも小さく設定される。この結果、表面反射問題が解消され、ドライバに表示される画像の画質が向上する。

ＨＵＤ３００Ｃは、車体３０１のフロントガラス３０２に配設されたホログラムコンバイナ３５０又は３５０Ａと、車体３０１のダッシュボードの内部に配設されたＨＵＤ光学ユニット３１０Ｃと、を備える。ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｃは、第１実施形態と同様に、補正要素３３０と、表示要素３２０，３２０Ａ又は３２０Ｂと、を備えるが、補正要素３３０と表示要素３２０，３２０Ａ，３２０Ｂとの間の位置関係は、第１実施形態のＨＵＤ３００が備えるＨＵＤ光学ユニット３１０と相違する。

補正要素３３０は、水平線Ｈに対して、ドライバＤＲに向かって下方に傾斜するのに対して、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａは、水平線Ｈに対して、ドライバＤＲに向かって、上方に傾斜する。補正要素３３０の傾斜方向とホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの傾斜方向との間の相違は、収差を低減し、ドライバＤＲに表示される画像の画質を向上させる。

図１と図１２との比較から明らかであるが、第１実施形態に関連して説明されたように、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａへの入射角α_２がホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの回折角β_２よりも大きいならば、補正要素３３０は、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａと同方向に傾斜される。一方、第２実施形態のＨＵＤ３００Ｃのように、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａへの入射角α_２がホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの回折角β_２よりも小さいならば、補正要素３３０は、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａとは異なる方向に傾斜される。

本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａへの入射角α_２が、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの回折角β_２よりも少なくとも１５度以上小さくなるように、ＨＵＤ３００Ｃは設計される。本実施形態においても、説明の明瞭化のために、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの上縁３５１は、表示光Ｌ１が入射する領域の上端部分として例示される。ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの上縁３５１と光学的に定められるアイボックスＥＢの下端とを結ぶ直線Ｇと水平線Ｈとの挟角γは、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａへの入射角α_２とホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの回折角β_２との差異（コンバイナ角度差）よりも小さく設定される。

図１３は、フロントガラス３０２の内ガラス板３０３と外ガラス板３０４とに挟持されたホログラムコンバイナ３５０Ａ（ＨＯＤ：Holographic Optical Element）を示す。図１２及び図１３を用いて、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａへの入射角α_２とホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの回折角β_２との差異がもたらす効果が説明される。

表示光Ｌ１は、入射角α_２でホログラムコンバイナ３５０Ａに入射する。ホログラムコンバイナ３５０Ａは、回折角β_２で表示光Ｌ１を回折し、アイボックスＥＢへ向かう回折光ＤＬを作り出す。

表示光Ｌ１は、内ガラス板３０３に入射角α_２で入射する。内ガラス板３０３は、表示光Ｌ１を反射し、入射角α_２と等しい出射角α_２で出射する反射光ＲＬ１を作り出す。同様に、表示光Ｌ１は、外ガラス板３０４に入射角α_２で入射する。外ガラス板３０４は、表示光Ｌ１を反射し、入射角α_２と等しい出射角α_２で出射する反射光ＲＬ２を作り出す。反射光ＲＬ１，ＲＬ２は、アイボックスＥＢから逸れて伝播する。回折光ＤＬと反射光ＲＬ１，ＲＬ２の伝播方向が相違するので、ドライバＤＲは、回折光ＤＬのみを視認する。

第１実施形態と同様に、補正要素３３０は、ホログラムを用いて形成される。補正要素３３０への入射角α_１は、補正要素３３０の回折角β_１よりも小さく設定される。この結果、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａに起因する像ボケの影響が低減される。補正要素３３０が生じさせる像ボケの影響は、第１実施形態と同様に、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａで発生する像ボケの影響を相殺する。かくして、網膜上における画素のスポット径が小さくなる。

本実施形態においても、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの入射角α_２と回折角β_２との間の差異は、「コンバイナ角度差」と称される。また、補正要素３３０の入射角α_１と回折角β_１との間の差異は、「補正角度差」と称される。補正角度差がコンバイナ角度差よりも大きく設定されると、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａに起因する像ボケの影響は適切に補正される。

図１４は、補正要素３３０の入射角α_１と回折角β_１との間の差異として規定される補正角度差とコンバイナ角度差との間の差異が、網膜上のスポット径の大きさに与える影響を示す概略的なグラフである。図１２及び図１４を用いて、補正角度差が、網膜上のスポット径の大きさに与える影響が説明される。

表示光Ｌ１を作り出すための光源の波長幅は、２ｎｍに設定されている。ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａへの入射角α_２は、４０度に設定されている。ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの回折角β_２は、５５度に設定されている（即ち、コンバイナ角度差は、１５度に設定される）。第１実施形態と同様に、補正要素３３０及びホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａはともに、２．０倍の拡大ミラーとしての性能を有する。

図１４に示されるグラフの縦軸は、画像の中心の画素を描画する緑色レーザ光源からの光の網膜上のスポット径を示す。図１４に示されるグラフの横軸は、補正角度差とコンバイナ角度差との間の差を示す。

図１４に示される如く、補正角度差がコンバイナ角度差よりも大きく設定されると、網膜上の画素のスポット径が低減される。図１４に示されるグラフによれば、補正角度差がコンバイナ角度差よりも１０度大きいとき、網膜上の画素のスポット径は最小になる。

一方で、図１４に示される如く、補正角度差がコンバイナ角度差よりも過度に大きく設定されると、像ボケの影響が逆に大きくなる。したがって、補正要素３３０の入射角α_１及び出射角β_１の設定は、光源の波長幅やホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａの光学設定に応じて適切に設定される必要がある。図１４に示されるグラフにしたがうと、光源波長幅が２ｎｍであり、且つ、ホログラムコンバイナ３５０，３５０Ａ及び補正要素３３０の光学倍率が２．０倍であるとき、補正角度差とコンバイナ角度差の差は、好ましくは、５度から１５度程度の範囲に設定される。

第２実施形態の原理にしたがうと、フロントガラス３０２からの反射光の影響及び光源の大きな波長幅に起因する像ボケの影響をほとんど受けず、高画質な画像をドライバＤＲに表示することができるＨＵＤ３００Ｃが提供される。

（第３実施形態）
図１５は第３実施形態に係る透過型表示装置として例示されるＨＵＤを概略的に示す。第２実施形態と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。図１５を用いて、第２実施形態との相違点が説明され、第１実施形態及び／又は第２実施形態と同様の要素に関する説明は省略される。尚、以下において説明されない要素に対し、第１実施形態及び／又は第２実施形態に係る説明が好適に援用される。

第３実施形態にしたがうＨＵＤのホログラムコンバイナへの入射角は、第２実施形態と同様に、ホログラムコンバイナの回折角よりも小さく設定される。この結果、表面反射問題が解消され、ドライバに表示される画像の画質が向上する。

ＨＵＤ３００Ｄは、第２実施形態のＨＵＤ３００Ｃが備えるＨＵＤ光学ユニット３１０Ｃに加えて、車体３０１のフロントガラス３０２Ｄに配設されたホログラムコンバイナ３５０Ｄを備える。

図１６は、フロントガラス３０２Ｄに取り付けられたホログラムコンバイナ３５０Ｄを示す。図１３、図１５及び図１６を用いて、ホログラムコンバイナ３５０Ｄが説明される。

フロントガラス３０２Ｄは、車体３０１の室内の境界を規定する内面３０５を含む内ガラス板３０３Ｄと、車体３０１の外面に現れる外面３０６を含む外ガラス板３０４Ｄとを備える。本実施形態において、内面３０５及び外面３０６は、車体３０１内外の空気と接する空気接触面として例示される。内ガラス板３０３Ｄと外ガラス板３０４Ｄとの間には、境界面３０７が形成される。境界面３０７は、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対して傾斜している（即ち、平行ではない）。

ホログラムコンバイナ３５０Ｄは、境界面３０７に沿って配設され、内ガラス板３０３Ｄと外ガラス板３０４Ｄとによって挟持される。ホログラムコンバイナ３５０Ｄは、第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａと同様に、ＨＯＥを用いて形成される。

図１６には、第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａが点線で示されている。第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａは、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に平行であるのに対して、本実施形態のＨＵＤ３００Ｄが備えるホログラムコンバイナ３５０Ｄは、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対して傾斜している。

図１６には、第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａに対するホログラムコンバイナ３５０Ｄの傾斜角度θ（即ち、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び／又は外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対するホログラムコンバイナ３５０Ｄの傾斜角度）が示されている。本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０Ｄは、第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａと同一の光学的特性を有する。

図１６には、ホログラムコンバイナ３５０Ｄに対する表示光Ｌ１の入射角α_２ａ並びに内ガラス板３０３Ｄ及び／又は外ガラス板３０４Ｄへの入射角α_２が示されている。ホログラムコンバイナ３５０Ｄに対する表示光Ｌ１の入射角α_２ａは、ホログラムコンバイナ３５０Ｄの傾斜角度θと内ガラス板３０３Ｄ及び／又は外ガラス板３０４Ｄへの入射角α_２との加算値に略等しい。その一方で、ホログラムコンバイナ３５０Ｄの回折角β_２ａは、第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａの回折角β_２（図１３参照）よりも、傾斜角度θだけ小さくなる。尚、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５は、入射角α_２で入射された表示光Ｌ１を反射し、入射角α_２と等しい出射角α_２で出射する反射光ＲＬ１を作り出す。外ガラス板３０４Ｄの外面３０６は、入射角α_２で入射された表示光Ｌ１を反射し、入射角α_２と等しい出射角α_２で出射する反射光ＲＬ２を作り出す。

第２実施形態に関連して説明された如く、ホログラムコンバイナ３５０Ａは、入射角α_２で入射された表示光Ｌ１を、入射角α_２よりも大きな回折角β_２で回折し、回折光ＤＬを作り出す。ホログラムコンバイナ３５０Ａと同一の光学的特性を有するホログラムコンバイナ３５０Ｄが傾斜角度θだけ傾斜されると（即ち、ホログラムコンバイナ３５０Ｄの上縁３５１が外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に近づき、ホログラムコンバイナ３５０Ｄの下縁３５２が内ガラス板３０３Ｄの内面３０５に近づくように、ホログラムコンバイナ３５０Ｄが傾斜されると）、ホログラムコンバイナ３５０Ｄに対する入射角α_２ａとホログラムコンバイナ３５０Ｄの回折角β_２ａとの差が低減される。したがって、収差の原因となる光源の波長幅が大きいほど、ホログラムコンバイナ３５０Ｄに対する入射角α_２ａとホログラムコンバイナ３５０Ｄの回折角β_２ａとの差が小さくなるようにホログラムコンバイナ３５０Ｄの傾斜角度θが設定されることが好ましい。

ホログラムコンバイナ３５０Ａが入射光（表示光Ｌ１）に対して与える収差の影響は、入射角α_２ａの値と回折角β_２ａの値が近いほど、小さくなる。したがって、フロントガラス３０２Ｄ内で、ホログラムコンバイナ３５０Ｄが傾斜されると、表面反射問題が解消されるだけでなく、収差の影響も低減される。したがって、ＨＵＤ３００Ｄは、ドライバＤＲに表示される画像の画質を向上させることができる。

比較的大きなホログラムコンバイナ３５０Ｄが使用されるとき、ホログラムコンバイナ３５０Ｄの傾斜角度θの傾きは、フロントガラス３０２Ｄの厚さの増大に帰結する。したがって、収差の影響を比較的受けやすいと予測される部分（例えば、画面の端部に対応するホログラムコンバイナ３５０Ｄの部分）を内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び／又は外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対して傾斜させてもよい。

図１７は、表示画面の上半分の画質を改善するホログラムコンバイナを示す。図１５乃至図１７を用いて改善されたホログラムコンバイナが説明される。

ＨＵＤ３００Ｄは、ホログラムコンバイナ３５０Ｄに代えて、ホログラムコンバイナ３５０Ｅを備えてもよい。ホログラムコンバイナ３５０Ｅは、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び／又は外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対して傾斜する第１部分３５３と、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び／又は外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対して略平行な第２部分３５４と、を含む。

図１７には、図１６と同様に、点線で、第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａが示されている。また、図１７には、図１６と同様に、第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａに対するホログラムコンバイナ３５０Ｄの傾斜角度θ（即ち、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び／又は外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対するホログラムコンバイナ３５０Ｄの傾斜角度）が示されている。

第１部分３５３は、図１６に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ｄと同様に、上縁３５１が外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に近づくように、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び／又は外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対して傾斜する。一方、第２部分３５４は、第２実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａと同様に、内ガラス板３０３Ｄの内面３０５及び／又は外ガラス板３０４Ｄの外面３０６に対して略平行に配設される。本実施形態において、第１部分３５３は、傾斜領域として例示される。

第１部分３５３に入射した表示光Ｌ１の入射角α_２ａと回折角β_２ａとの差は、第２部分３５４に入射した表示光Ｌ１の入射角α_２と回折角β_２との差よりも小さくなる。したがって、第１部分３５３に対応する画像領域の収差は、比較的小さくなり、画質が向上する。また、フロントガラス３０２Ｄに対して傾斜している部分の面積が小さくなるので、フロントガラス３０２Ｄの厚さの過度の増大が防がれる。

上述のホログラムコンバイナ３５０Ｄ，３５０Ｅは、平面形状である。代替的に、ホログラムコンバイナは、自由曲面形状に形成されてもよい。自由曲面形状を有するホログラムコンバイナを用いても、フロントガラスの厚さの過度の増大が防止される。

図１８は、画像の上部及び下部の画質を改善するホログラムコンバイナを示す。図１５及び図１８を用いて、画像の上部及び下部の画質を改善するホログラムコンバイナが説明される。

本実施形態のＨＵＤ３００Ｄは、ホログラムコンバイナ３５０Ｄ，３５０Ｅに代えて、ホログラムコンバイナ３５０Ｆを備えてもよい。ホログラムコンバイナ３５０Ｆは、ホログラムコンバイナ３５０Ｄ，３５０Ｅと同様に、ＨＯＥを用いて形成される。

ホログラムコンバイナ３５０Ｆは、画像の上部に対応するする上側部分３５５と、画像の下部に対応する下側部分３５７と、上側部分３５５と下側部分３５７との間の中間部分３５６と、を含む。上側部分３５５及び下側部分３５７は、フロントガラス３０２Ｄの内面３０５及び／又は外面３０６に対して傾斜する一方で、中間部分３５６は、フロントガラス３０２Ｄの内面３０５及び／又は外面３０６に対して平行である。上側部分３５５と中間部分３５６との境界部分並びに下側部分３５７と中間部分３５６との境界部分は曲面をなし、ホログラムコンバイナ３５０Ｆは、全体として、１つ以上の曲率を有する自由曲面形状をなす。本実施形態において、上側部分３５５及び下側部分３５７は、傾斜領域として例示される。

上側部分３５５は、ホログラムコンバイナ３５０Ｆの上縁３５１がフロントガラス３０２Ｄの外面３０６に近づくように傾斜する。また、下側部分３５７は、ホログラムコンバイナ３５０Ｆの下縁３５２がフロントガラス３０２Ｄの内面３０５に近づくように傾斜する。上側部分３５５には、画像の上端部を描画するための表示光Ｌ１が入射する。下側部分３５７には、画像の下端部を描画するための表示光Ｌ１が入射する。上側部分３５５及び下側部分３５７の曲率は、ホログラムコンバイナ３５０Ｆへ入射する表示光Ｌ１の入射角とホログラムコンバイナ３５０Ｆの回折角との差が小さくなるように定められる。

上側部分３５５及び下側部分３５７は、図１６に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ｄの原理にしたがって、表示される画像の上部及び下部における収差をそれぞれ低減させる。一方、画像の上部及び下部と較べて、収差の影響を受けにくい画像の中央領域に対応する中間部分３５６は、フロントガラス３０２Ｄの内面３０５及び／又は外面３０６に対して平行であるので、フロントガラス３０２Ｄの厚さは不必要に増大されない。したがって、ホログラムコンバイナ３５０Ｆは、フロントガラス３０２Ｄに対して傾斜した比較的狭い領域（上側部分３５５及び下側部分３５７）を用いて、画像の上部及び下部の画質を向上させることができる。

本実施形態において、上側部分３５５は、下側部分３５７に対して、略平行である。代替的に、上側部分は、下側部分の傾斜角度とは異なる角度で、フロントガラスに対して傾斜してもよい。上側部分及び／又は下側部分の傾斜角度は、ＨＵＤ光学ユニットからの表示光が表す画像の特性に応じて、独立に設定されてもよい。上側部分及び／又は下側部分の傾斜角度が独立して設定されるので、画像の上部及び下部における画質が、より適切に調整される。

本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０Ｆは、上側部分３５５、中間部分３５６及び下側部分３５７に分けられている。代替的に、ホログラムコンバイナは、３を超える数の領域に分割されてもよい。また、これらの分割領域は、それぞれ異なる傾斜角度を有してもよい。この結果、画像の各領域の画質は更に向上される。

（第４実施形態）
図１９は第４実施形態に係る透過型表示装置として例示されるＨＵＤを概略的に示す。第１実施形態と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。図１９を用いて、第１実施形態との相違点が説明され、第１実施形態及び／又は第３実施形態と同様の要素に関する説明は省略される。尚、以下において説明されない要素に対し、第１実施形態及び／又は第３実施形態に係る説明が好適に援用される。

第４実施形態にしたがうＨＵＤのホログラムコンバイナへの入射角は、第１実施形態と同様に、ホログラムコンバイナの回折角よりも大きく設定される。この結果、表面反射問題が解消され、ドライバに表示される画像の画質が向上する。

ＨＵＤ３００Ｇは、第１実施形態のＨＵＤ３００が備えるＨＵＤ光学ユニット３１０に加えて、車体３０１のフロントガラス３０２Ｇに配設されたホログラムコンバイナ３５０Ｇを備える。

図２０は、フロントガラス３０２Ｇに取り付けられたホログラムコンバイナ３５０Ｇを示す。図１６、図１９及び図２０を用いて、ホログラムコンバイナ３５０Ｇが説明される。

フロントガラス３０２Ｇは、車体３０１の室内の境界を規定する内面３０５を含む内ガラス板３０３Ｇと、車体３０１の外面に現れる外面３０６を含む外ガラス板３０４Ｇとを備える。内ガラス板３０３Ｇと外ガラス板３０４Ｇとの間には、境界面３０７Ｇが形成される。境界面３０７Ｇは、内ガラス板３０３Ｇの内面３０５及び外ガラス板３０４Ｇの外面３０６に対して傾斜している（即ち、平行ではない）。

ホログラムコンバイナ３５０Ｇは、境界面３０７Ｇに沿って配設され、内ガラス板３０３Ｇと外ガラス板３０４Ｇとによって挟持される。ホログラムコンバイナ３５０Ｇは、第１実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａと同様に、ＨＯＥを用いて形成される。

図２０には、第１実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａが点線で示されている。第１実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａは、内ガラス板３０３Ｇの内面３０５及び外ガラス板３０４Ｇの外面３０６に平行であるのに対して、本実施形態のＨＵＤ３００Ｇが備えるホログラムコンバイナ３５０Ｇは、内ガラス板３０３Ｇの内面３０５及び外ガラス板３０４Ｇの外面３０６に対して傾斜している。

図２０には、第１実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａに対するホログラムコンバイナ３５０Ｇの傾斜角度θ（即ち、内ガラス板３０３Ｇの内面３０５及び／又は外ガラス板３０４Ｇの外面３０６に対するホログラムコンバイナ３５０Ｇの傾斜角度）が示されている。本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０Ｇは、第１実施形態に関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ａと同一の光学的特性を有する。

図１６に示されるホログラムコンバイナ３５０Ｄと比較すると明らかであるが、ホログラムコンバイナ３５０Ａに対するホログラムコンバイナ３５０Ｇの傾斜方向は、ホログラムコンバイナ３５０Ｄとは反対方向である。即ち、ホログラムコンバイナ３５０Ｇの上縁３５１が、フロントガラス３０２Ｇの内面３０５に近づき、ホログラムコンバイナ３５０Ｇの下縁３５２が、フロントガラス３０２Ｇの外面３０６に近づくように、ホログラムコンバイナ３５０Ｇは設定される。

ホログラムコンバイナ３５０Ｇは、ホログラムコンバイナ３５０Ｇへの入射角α_２ａが、ホログラムコンバイナの回折角α_２ｂよりも小さく設定されるとき、図１６に関連して説明された原理にしたがって、ホログラムコンバイナ３５０Ｇへの入射角α_２ａとホログラムコンバイナの回折角α_２ｂとの差異を小さくし、収差を改善することができる。

したがって、ＨＵＤ３００Ｇは、フロントガラス３０２Ｇによる反射光の影響及び光源の大きな波長幅に起因する像ボケの影響を低減し、高画質の画像をドライバＤＲに表示することができる。

（第５実施形態）
図２１は第５実施形態に係る透過型表示装置として例示されるＨＵＤを概略的に示す。第１実施形態と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。図２，図４、図５及び図２１を用いて、第１実施形態との相違点が説明され、第１実施形態と同様の要素に関する説明は省略される。尚、以下において説明されない要素に対し、第１実施形態に係る説明が好適に援用される。

図２１に示されるＨＵＤ３００Ｈは、車体３０１のダッシュボードの内部に配設されるＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈを備える。ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは、表示要素３２０及び補正要素３３０Ｈを備える。また、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈには、開口部３１３が形成されている。

本実施形態において、図２に関連して説明された表示要素３２０が用いられる。代替的に、表示要素３２０に代えて、他の表示装置（例えば、図４に関連して説明された表示要素３２０Ａや図５に関連して説明された表示要素３２０Ｂ）が用いられてもよい。

表示要素３２０は、ドライバＤＲに対して運転情報（スピードメータや地図情報）を含む画像を表示するための表示光Ｌ１を生成並びに出射する。本実施形態において表示要素３２０は、レーザ光源からの出力ビームを表示スクリーン３２４上で二次元走査し、ドライバＤＲに表示するための像を形成する。

ＨＵＤ３００Ｈは、コンバイナ３５０Ｈを更に備える。表示要素３２０は、補正要素３３０Ｈに向けて表示光Ｌ１を出射する。補正要素３３０Ｈは、表示光Ｌ１の向きを変え、コンバイナ３５０Ｈへ入射させる。本実施形態において、補正要素３３０Ｈは、偏向要素として例示される。

本実施形態において、コンバイナ３５０Ｈは、補正要素３３０Ｈから入射される表示光Ｌ１の向きをドライバＤＲの眼に向かう方向へ反射する透過反射要素として例示される。コンバイナ３５０Ｈは、表示要素３２０から出射された表示光に含まれる波長の光をドライバＤＲ（使用者）に向けて反射する一方で、その他の波長の光を透過させる。この結果、ドライバＤＲは、表示光Ｌ１によって表示される画像とともに、車体３０１外の景色を視覚的に把握することができる。

車体３０１に取り付けられたフロントガラス３０２の内面（車体３０１の室内の境界を形成する面）には、例えば、フォトポリマ層が形成される。コンバイナ３５０Ｈは、フォトポリマ層に形成されたリップマン体積ホログラムであってもよい。ホログラムを用いて形成されたコンバイナ３５０Ｈは、補正要素３３０Ｈから入射角α_２で入射された表示光Ｌ１を、回折角β_２の角度でドライバＤＲに向かって反射するように製作される。

本実施形態において、フォトポリマ層に形成されたコンバイナ３５０Ｈは、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３からの光成分をそれぞれ反射する３つのホログラムを含んでもよい。これらのホログラムは、多重露光によって形成される。

本実施形態において、コンバイナ３５０Ｈは、ＲＧＢの３色の光成分を多重露光して形成された１つの層のホログラムである。代替的に、コンバイナは、ＲＧＢの３色の光成分それぞれに対応する３層のホログラムであってもよい。積層された３層のホログラムを含むホログラムコンバイナに用いられるホログラム材料の屈折率変調の数値は、３色の光成分（ＲＧＢ）それぞれに対して適切に設定されるので、ホログラム材料の屈折率変調の数値がＲＧＢの光成分に分配される場合（１つの層のホログラムが用いられる場合）と較べて、３色の光成分（ＲＧＢ）それぞれに対する回折効率が向上する。

コンバイナ３５０Ｈは、拡大ミラーの性能を有し、表示要素３２０からの表示光Ｌ１によって表される画像を拡大し、ドライバＤＲに表示する。

図２２は、コンバイナ３５０Ｈを用いた表示像（画像）の拡大原理を示す。図２１及び図２２を用いて、表示像の拡大原理が説明される。

図２２は、ＨＵＤ３００Ｈによって表示される虚像ＶとドライバＤＲとの位置関係を示す。ドライバＤＲは、フロントガラス３０２から距離Ｌａだけ離れていた位置において、虚像Ｖが存在すると知覚する。

図２２に示される距離Ｌｂは、表示要素３２０からの表示光Ｌ１によって表される表示像Ｉとコンバイナ３５０Ｈとの間の距離を示す。尚、図２２において、説明の明瞭化のため、補正要素３３０Ｈといった光路を折り返す要素は示されておらず、コンバイナ３５０Ｈ及び表示像Ｉとの距離は、直線の長さで表現されている。

コンバイナ３５０Ｈの光学倍率は、図２２に示される距離Ｌａと距離Ｌｂとの比で表現される。例えば、距離Ｌａが１ｍであり、距離Ｌｂが０．５ｍであるとき、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率は２倍と表現される。虚像Ｖの表示位置が一定であるならば、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率が大きいほど、コンバイナ３５０Ｈから表示像Ｉまでの光路長（距離Ｌｂ）は小さくなる。したがって、図２１で示されるＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは、より小型に設計可能となる。光学系を小型化するためには、コンバイナ３５０Ｈの大きな光学倍率が望まれるが、一般的に、コンバイナの光学倍率を大きくするほど、コンバイナによって発生する収差の量が増大する。この結果、大きな光学倍率のコンバイナが用いられると、表示像の解像度が悪化しがちである。

図２１に示される如く、表示光Ｌ１は、補正要素３３０Ｈに対して入射角α_１で入射し、回折角β_１で出射される。その後、表示光Ｌ１は、コンバイナ３５０Ｈに対して、入射角α_２で入射し、回折角β_２で出射される。

以下の説明において、記号「φ」で示される「コンバイナ角度」との用語は、水平に対するフロントガラス３０２及びコンバイナ３５０Ｈの角度であり、コンバイナ角度φの値が大きいほど、フロントガラス３０２及びコンバイナ３５０Ｈは垂直に近くなる。

本実施形態において、入射角α_１，α_２及び回折角β_１，β_２が適切に設定され、光学系の収差が低減され、且つ、小型の光学系が提供される。以下に、入射角α_１，α_２及び回折角β_１，β_２に関する４つの設定手法が説明される。

＜第１の設定手法：ホログラムコンバイナの回折角の調整＞
光学系の大きさを低減させるための第１の設定手法として、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２の低減が挙げられる。コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２が小さいほど、コンバイナ３５０Ｈにおいて発生する収差が小さくなる。したがって、比較的大きな倍率のコンバイナ３５０ＨのＨＵＤ３００Ｈへの適用は、収差の観点から、許容されることとなる。したがって、比較的大きな倍率のコンバイナ３５０Ｈを用いて、ＨＵＤ３００Ｈの光学系が小型に設計される。

コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２は、コンバイナ角度φ及びドライバＤＲが表示像Ｉを見下ろす角度（以下、見下ろし角と称される）によって、規定される。

図２３は、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２と、コンバイナ角φと、見下ろし角との間の関係を概略的に示す。図２１及び図２３を用いて、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２と、コンバイナ角φと、見下ろし角との間の関係が説明される。

図２３には、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２、コンバイナ角φ、見下ろし角β_２ｃ（ドライバＤＲが、ＨＵＤ３００Ｈが表示する画像を見下ろす角度）及び角度β_２ｂが示されている。角度β_２ｂは、９０度からコンバイナ角度φの値を減じた大きさである。コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２は、見下ろし角β_２ｃと角度β_２ｂとの加算値に相当する。したがって、コンバイナ角度φの値が大きく設定されるほど、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２は小さくなる。したがって、収差を低減させ、且つ、ＨＵＤ３００Ｈを小型化するためには、大きなコンバイナ角度φ及びコンバイナ３５０Ｈの大きな光学倍率の設定が好ましい。

図２４は、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２とコンバイナ３５０Ｈの光学倍率の設定値とを例示する。図２１乃至図２４を用いて、回折角β_２及び光学倍率の設定が説明される。

図２４に示される設定値は、いずれの条件においても、コンバイナ３５０Ｈの入射角α_２は２０度に設定されている。また、ＨＵＤ３００Ｈが表示する画像の解像度は、ドライバＤＲが虚像Ｖを視認するときの一画素当たりの画素の広がりが１分以下（１／６０度以下：「１．０」の視力を有する人間の視力分解能に相当）となるように設定されている。或いは、ＨＵＤ３００Ｈが表示する画像の解像度は、ドライバＤＲが虚像Ｖを視認したときにおけるドライバＤＲの網膜上に写る虚像Ｖの一画素の大きさが６．２μｍ以下となるように設定されている。

図２４に示される如く、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２が小さくなるほど、解像度の観点から許容されるコンバイナ３５０Ｈの光学倍率は増大する。コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２が４５度から６５度の範囲に設定されるならば、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率は３倍から４倍の範囲（図２４においては、３．７５から３．００度の範囲が示されている）が好ましい。尚、ＨＵＤ３００Ｈが搭載される車体３０１の設計時において、フロントガラス３０２の角度が垂直に近くなるように設定され、コンバイナ角度φが増加されてもよい。代替的に、コンバイナ３５０Ｈとフロントガラス３０２が別体に形成され、フロントガラス３０２の設置角度の変更を伴うことなく、コンバイナ３５０Ｈの角度が増加され、コンバイナ角度φが増加されてもよい。

図２４に示されるデータは、２０度に設定されたコンバイナ３５０Ｈの入射角α_２の下、得られている。しかしながら、コンバイナ３５０Ｈの入射角α_２は、２０度に限られるものではない。コンバイナ３５０Ｈの入射角α_２は、好ましくは、２０度から２５度の範囲に設定される。

＜第２の設定手法：ホログラムコンバイナへの入射角の調整＞
コンバイナ３５０Ｈがフロントガラス３０２に貼り付けられている場合には、コンバイナ角度φは、自由に変更できないこともある。結果として、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２の値が大きくなり、コンバイナ３５０Ｈの大きな光学倍率が、収差の観点から許容されないこともある。しかしながら、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２が適切に設定されると、コンバイナ角度φの変更を伴うことなく、収差の観点から許容される大きな光学倍率を有するコンバイナ３５０Ｈを用いることが可能となる。コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２の変化に伴って、コンバイナ３５０Ｈによって発生される収差の量が変化する。

図２５は、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２の変化に伴う表示解像度の変化を光学シミュレーションソフトウェアで計算した結果を示すグラフである。尚、光学シミュレーションソフトウェアの計算において、コンバイナ角度φは、３０度に設定され、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率は、２．５倍に設定されている。図２１、図２２及び図２５を用いて、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２の変化に伴う表示解像度の変化が説明される。

図２５に示されるグラフの横軸は、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２の値を示し、縦軸はドライバＤＲが虚像Ｖを見たときに、ドライバＤＲの網膜に映る一画素あたりの大きさを示す。図２５に示されるグラフに示されるように、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２及びコンバイナ３５０Ｈの光学倍率が一定であっても、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２を変化させると、コンバイナ３５０Ｈによって発生される収差の値は変化する。この結果、ドライバＤＲの網膜に映る一画素当たりスポット径が変化する。

図２５に示される如く、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２が、２０度付近に設定されると、収差の影響が最も小さくなる。この結果、ドライバＤＲの網膜に映る一画素当たりのスポット径も小さくなり、ドライバＤＲは高解像度の画像を視認することができる。

本実施形態において、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２は、好ましくは、０〜２５度に設定され、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２は、５０度以下に設定され、光学系倍率は、２．５〜３．５倍に設定される。このような設定範囲の下、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは十分に小型化され、小型車といった車体３０１にも搭載可能なＨＵＤ３００Ｈが提供される。

＜第３の設定手法：コンバイナ距離の調整＞
図２１において、コンバイナ３５０ＨとＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈとの間のコンバイナ距離は、記号「Ｄ」で示されている。コンバイナ距離Ｄを大きくすると、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは、好適に小型化される。

図２２に示される距離Ｌｂは、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率と、コンバイナ３５０Ｈと虚像Ｖとの間の距離Ｌａとに基づいて決定される。コンバイナ３５０ＨとＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈとの間のコンバイナ距離Ｄが短いとき、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは、距離Ｌｂとコンバイナ距離Ｄとの減算値に相当する光路長Ｌｃを内部に含む必要がある。光路長Ｌｃの値が大きいほど、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈのサイズは大きくなる。したがって、大きなコンバイナ距離Ｄが設定されると、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは、好適に、小型化される。ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈの開口部３１３の位置が車内側に設置されると、コンバイナ距離Ｄは増大し、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは小型化される。

図２６は、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率及びコンバイナ距離Ｄの変更に伴うＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈの容積を例示する。図２１及び図２６を用いて、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈの容積の変動が説明される。

図２６に示される如く、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２が大きく、且つ、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率の増大ができなくとも、コンバイナ距離Ｄが長く設定されると、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは、好適に、小型化される。逆に、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２が小さいほど、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率の増大は画質に影響を与えにくいので、コンバイナ距離Ｄが短くとも、小型のＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈが設計される。

＜第４の設定手法：補正要素に対する拡大機能の付加＞
上述の第１の設定手法１及び第２の設定手法は、表示要素３２０中の光源の波長幅が十分に小さいとき（例えば、０．１ｎｍ以下）に有効である。しかしながら、表示要素３２０の光源の波長幅が大きく、且つ、コンバイナ３５０Ｈとしてホログラムコンバイナを使用されると、光源の波長幅に起因する像ボケの問題が発生するので、第１の設定手法１及び第２の設定手法は、充分に改善された解像度の画像を提供することはできない。

上述の或いは後述の説明で使用される「光源の波長幅」との用語は、所定の波長を出力するように設計された光源から出力される光の波長の変動幅を意味する。例えば、図２に関連して説明された緑色レーザ光源３４３が５３２ｎｍの波長のレーザ光を出力するように設計されていても、実際には、緑色レーザ光源３４３は、５３２ｎｍ周囲の数ｎｍの変動幅で波長が変動したレーザ光の出力を行う。例えば、緑色レーザ光源３４３の波長幅が１ｎｍであるとき、緑色レーザ光源３４３は、５３１．５〜５３２．５ｎｍの範囲のレーザ光を出力する。

ホログラムコンバイナは、ある波長の光が特定の入射角で入射したとき、特定の回折角で光が出射するように設計される。図２１に示されるコンバイナ３５０Ｈ（ホログラムコンバイナ）は、入射角α_２で入射した光（Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する波長の光）に対して、回折角β_２で光を出力するように設計される。しかしながら、上述の如く、光源の波長が所定の波長幅を持っているならば、コンバイナ３５０Ｈは、想定している出射角β_２とは異なる角度で、ホログラムの設計波長（例えば、５３２ｎｍ）からずれた波長の光（例えば、５３１．５ｎｍ）を、回折する。また入射角α_２と回折角β_２の差が大きいほど、設計波長からずれた波長の光に対する回折角β_２は、想定された回折角β_２から大きく逸脱しがちである。

図２７は、光源の波長幅及びコンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２の変動に伴う回折角β_２の誤差（想定しているコンバイナ３５０Ｈの回折角β_２と、コンバイナ３５０Ｈから実際に出射された光の回折角β_２との間の差）を示すグラフである。図２、図２１、図２２及び図２７を用いて、回折角β_２の誤差が説明される。

図２７のグラフは、コンバイナ３５０Ｈの設計上の回折角β_２が６０度に設定されているときの回折角β_２の誤差を示す。図２７のグラフの横軸は、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２の値を示し、縦軸は回折角β_２の誤差の値を示す（単位は分（１／６０度））。

図２７に示される曲線群において、下方の曲線ほど、波長幅が小さい光源から得られたデータを示す（図２７に示される最も下方の曲線は、０．１ｎｍの波長幅に設計された光源から得られたデータを示す）。また、上方の曲線ほど、波長幅が大きい光源から得られたデータを示す（図２７に示される最も上方の曲線は、波長幅１０ｎｍに設計された光源から得られたデータを示す）。

図２７のグラフに示される如く、光源の波長幅が大きくなるほど、且つ、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２とコンバイナ３５０Ｈの回折角β_２との差が大きいほど、回折角β_２の誤差は大きくなる。光源の波長幅は、図２に示されるレーザ光源（赤色レーザ光源３４１，青色レーザ光源３４２，緑色レーザ光源３４３）の性能に依存するので、光学系に対する設計で回折角β_２の誤差を小さくするためには、入射角α_２の値と設計上の回折角β_２の値とが近い値に設定される必要がある。つまり、図２７に示されるコンバイナ３５０Ｈの設計上の回折角β_２が６０度であるならば、入射角α_２の値も６０度に近似される必要がある。

しかしながら、上述の如く、入射角α_２が１５〜２５度の範囲から大きく逸脱すると、コンバイナ３５０Ｈによって発生される収差は増大する。この結果、ホログラムの設計波長（例えば、５３２ｎｍ）の光がコンバイナ３５０Ｈに入射しても、ドライバＤＲが虚像Ｖを見るときの網膜上の一画素あたりのスポット径が大きくなり、高い解像度の画像（情報）が表示されにくくなる。特に、コンバイナ角度φが小さい車体３０１にＨＵＤ３００Ｈが搭載されると、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２の値は大きくなるため、回折角β_２の誤差の低減のためには、入射角α_２の値も大きく設定される。かくして、コンバイナ３５０Ｈによって発生される収差は、一層増大する。

コンバイナ３５０Ｈの光学倍率の低減は、コンバイナ３５０Ｈによって発生される収差の低減に帰結する。しかしながら、図２２に示されるコンバイナ３５０Ｈと表示像Ｉまでの距離Ｌｂが長くなるため、光学系が大きくなる。例えば、コンバイナ角度φが約４０度程度であるとき、２倍程度にまで下げられたコンバイナ倍率の下、ドライバＤＲが虚像Ｖを見たときにおいて、網膜に映る一画素当たりのスポット径は、６．２μｍ以下にまで低減される一方で、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈの大きさは、４Ｌ程度にまで増大する。このように大型化したＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈを備えるＨＵＤ３００Ｈは、小型車への搭載には不向きである。

上述の課題は、拡大性能を有する凹面ミラーを用いて形成された補正要素３３０Ｈと、低減された光学倍率を有するコンバイナ３５０Ｈと、によって適切に解消される。コンバイナ３５０Ｈだけでなく補正要素３３０Ｈも、表示像Ｉを拡大する。この結果、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率は、比較的小さな値に設定されてもよく、コンバイナ３５０Ｈに起因する収差は減少する。尚、補正要素３３０Ｈの光学倍率は、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率よりも小さく設定されてもよい。また、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率が大きいほど、補正要素３３０Ｈの光学倍率は、好ましくは、より大きな値に設定される。

本実施の形態において、コンバイナ３５０Ｈで発生する非点収差の方向と、補正要素３３０Ｈで発生する非点収差の方向とが異なる向きになるように、表示要素３２０から補正要素３３０Ｈへの入射角α_１の値は設定される。

図２８は、コンバイナ３５０Ｈで発生する非点収差の方向を例示する。図２１及び図２８を用いて、コンバイナ３５０Ｈで発生する非点収差の方向が説明される。

図２８は、ＨＵＤ３００Ｈが表示した虚像Ｖを視認したドライバＤＲの網膜上における画素の形状に関する光学シミュレーションソフトウェアを用いた計算結果を示す。図２８は、表示画面の画面中央及び画面周辺部（右上領域、右領域、右下領域、上領域、下領域、左上領域、左領域、左下領域）の画素の網膜上における大きさ（スポット径）及び形状を示している。図２８に示されるように、画面中央の画素に比べ、画面端の画素の形状は、画面の外側に引き伸ばされている。このことは、コンバイナ３５０Ｈが、画面中央から放射状に伸びる方向に非点収差を引き起こしていることを意味する。

本実施形態において用いられる補正要素３３０Ｈによる非点収差の発生方向が、コンバイナ３５０Ｈによる非点収差の発生方向と異なるように、補正要素３３０Ｈへの入射角α_１の値が設定される。

図２９は、補正要素３３０Ｈが表示像Ｉに与える収差の影響を例示する。図２１、図２２、図２８及び図２９を用いて、補正要素３３０Ｈが表示像Ｉに与える収差の影響が説明される。

図２９は、表示像Ｉが補正要素３３０Ｈによる収差の影響のみを受けたときにおけるドライバＤＲの網膜上に映る画面中央及び画面周辺部分の画素の形状を示す。図２９に示される如く、補正要素３３０Ｈによる非点収差は、画面の円周方向に発生している。補正要素３３０Ｈによる非点収差は、図２８に示されるコンバイナ３５０Ｈによる非点収差の方向とは異なる。

凹面ミラーを用いて形成された補正要素３３０Ｈによる非点収差の発生方向は、補正要素３３０Ｈへの入射角α_１の変更により、調節される。表示要素３２０から下方の補正要素３３０Ｈに向けて照射された表示光Ｌ１は、図２９に示される非点収差を以て、上方に向けて伝播し、コンバイナ３５０Ｈに入射する。コンバイナ３５０Ｈは、図２８に示される収差の特性を用いて、図２９に示される非点収差を相殺する。本実施形態において、図２１に示される如く、表示光Ｌ１が車体３０１の前方側から入射するように、補正要素３３０Ｈへの入射角α_１は、設定される。補正要素３３０Ｈへの入射角α_１は、好ましくは、１５度から２５度の間で設定される。コンバイナ３５０Ｈと、補正要素３３０Ｈとによって発生される収差の方向が相違するので、コンバイナ３５０Ｈ及び補正要素３３０Ｈそれぞれが拡大性能を有しても、ドライバＤＲに表示される画像の解像度は、ほとんど悪化しない。

図３０は、コンバイナ３５０Ｈ及び補正要素３３０Ｈによって拡大された表示像Ｉを視聴したドライバＤＲの網膜上に映る表示像Ｉの画素の形状及び大きさを例示する。図２１、図２２及び図２８乃至図３０を用いて、ドライバＤＲの網膜上に映る表示像Ｉの画素の形状及び大きさが説明される。

図３０に示される各画素の形状は、図２８及び図２９に示される画素の形状より円形に近似している。コンバイナ３５０Ｈによる収差と、補正要素３３０Ｈによる収差が合わさった結果、各画素の面積自身は大きくなる一方で、非点収差の発生方向の相違に起因して、各画素の直径自体は増大しない。結果として、ドライバＤＲに表示される解像度は、高く保たれる。

コンバイナ３５０Ｈの光学倍率が、２〜３倍の範囲に設定され、補正要素３３０Ｈの光学倍率が、１．２倍〜２倍（より好ましくは、１．２５〜２倍）の範囲に設定され、補正要素３３０Ｈへの入射角α_１及び補正要素３３０Ｈの回折角β_１の値が、１５〜２５度の範囲に設定されると、図２１に示されるＨＵＤ光学ユニット３１０Ｈは、１Ｌ程度の大きさにまで小型化され、ドライバＤＲが虚像Ｖを視認したときの網膜上の各画素の大きさが６．２μｍ以下（「１．０」の視力での分解能以下）に低減される。

より好ましくは、コンバイナ３５０Ｈの光学倍率が、２．６５倍に設定され、補正要素３３０Ｈの光学倍率が、１．７５倍に設定され、補正要素３３０Ｈへの入射角α_１及び補正要素３３０Ｈの回折角β_１の値が２０度に設定されると、光学系のより好適な小型化が達成される。

コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２は、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２と必ずしも同一である必要は無く、例えば、コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２は、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２に比べて、６度以上小さな値に設定されてもよい。例えば、垂直方向に１０ｃｍ、水平方向に１０ｃｍのアイボックスＥＢが光学的に定められるならば、表示要素３２０の表面で反射した外光といった外乱因子は、ドライバＤＲに直接視認されにくくなる。

コンバイナ３５０Ｈへの入射角α_２は、コンバイナ３５０Ｈの回折角β_２に比べて、６度以上かつ８度以下の範囲で、小さな値に設定されてもよい。この場合、表示要素３２０の表面で反射した外光といった外乱因子は、ドライバＤＲに直接視認されにくくなるとともに、非点収差の影響が低減される。

補正要素３３０Ｈの凹面ミラーの焦点距離は、好ましくは、補正要素３３０Ｈからコンバイナ３５０Ｈまでの距離より短くなるように設定される。この結果、フロントガラス３０２を通じて入射した日光といった光成分は、凹面ミラーで反射しても、コンバイナ３５０Ｈ上で集光しにくくなる。コンバイナ３５０Ｈ上での集光が抑制されるので、ＨＵＤ３００Ｈの安全性は向上する。

補正要素３３０Ｈは、拡大機能を有するので、表示要素３２０から補正要素３３０Ｈまでの表示光Ｌ１の光路長は、必要に応じて、補正要素３３０Ｈからコンバイナ３５０Ｈまでの表示光Ｌ１の光路長よりも長く設定されてもよい。

第４の設定手法によれば、比較的大きな波長幅の光源を用いても、ＨＵＤ３００Ｈは、高画質の画像をドライバＤＲに提供することができる。光源の波長幅が、１ｎｍ以下であるならば、特に高画質の画像が表示される。

（第６実施形態）
第６実施形態に係る透過型表示装置が解決しようとする課題が以下に説明される。

コンバイナとして、ホログラムコンバイナが用いられると、表示素子からの光の波長が変化したとき、ドライバに表示される画像の輝度が低下する。本実施形態のＨＵＤは、このような画像の輝度低下の問題を好適に解消する。

ＨＵＤに一般的に用いられるホログラムコンバイナとして、体積反射型のホログラムが用いられる。体積反射型のホログラムは、波長選択性が高く、特定の波長の光だけを高い効率で反射させることができる。このような性質を有する体積反射型のホログラムを用いて、表示素子に含まれる光の波長のみを反射し、その他の波長の光を透過するホログラムコンバイナが形成される。

以下の説明で用いられる「波長範囲δλ」との用語は、あるホログラムコンバイナが高い効率で反射できる光の波長の範囲を意味する。また、ホログラムコンバイナに入射した光の強さは、記号「Ｓａ」で表される。また、ホログラムコンバイナが反射した光の強さは、記号「Ｓｂ」で表される。「ホログラムコンバイナの回折効率η」との用語は、ホログラムコンバイナが反射した光の強さＳｂを、ホログラムコンバイナに入射した光の強さＳａで除算して得られた値を意味する。例えば、あるホログラムコンバイナに、２００ｍＷの光が入射し、当該ホログラムコンバイナからの反射光が１００ｍＷであるならば、ホログラムコンバイナの回折効率ηは０．５となる。尚、ホログラムコンバイナの回折効率ηは、波長によって異なる値を示す。ホログラムコンバイナの回折効率ηは、ホログラムの波長範囲δλに含まれる光に対しては、比較的高い値となる。ＨＵＤに用いられる表示素子からの光が、ホログラムコンバイナの波長範囲δλに含まれるとき、ドライバは、高い透過率で透過した外界からの光によって、車外の景色を視認できるとともに、ホログラムコンバイナによって高い回折効率ηで反射された表示光によって、高い輝度の画像を視認することができる。

しかしながら、表示素子からの光の波長がホログラムの波長範囲δλから外れると、体積ホログラムの高い波長選択性に起因して、表示素子からの光に対するホログラムの回折効率ηは、大きく低下する。この結果、ドライバが視認する映像の輝度は、大きく低下する。

例えば、ＨＵＤが、波長λａから波長λｂまでの波長範囲δλに含まれる波長の光を高い効率で反射するように設計されたホログラムコンバイナを備えるならば、この波長範囲δλに含まれない波長の光（例えば、波長がλａより小さい、又は、波長がλｂより大きい）に対する回折効率ηは著しく低下する。表示素子の光源として、レーザ光源といった光源が用いられるならば、光源の波長は、温度に応じて変化する。

図３１は、レーザ光源の温度と波長との関係を概略的に示すグラフである。図３１を用いて、レーザ光源の温度と波長との関係が説明される。

図３１に示されるグラフによれば、レーザ光源の温度が低いほど、レーザ光源から出力されるレーザ光の波長は短くなり、レーザ光源の温度が高いほど、レーザ光の波長が長くなる。レーザ光源の温度がＣ１からＣ２の範囲で変動するとき、レーザ光源から出力されるレーザ光の波長は、λ１からλ２の間で変動する。ＨＵＤが使用される車内の環境、特に、光源の周辺温度は、ＨＵＤが使用される地域、季節、日時、天気といった様々な条件に応じて、大きく変化しがちである。光源の周辺温度の変化に応じて、光源自身の温度も大きく変動する。したがって、レーザ光源からの波長の大きな変動が予想される。使用温度といった条件よって、光源の波長がホログラムの波長範囲δλから外れるならば、ドライバに高い輝度の映像を表示することができなくなる。

コンバイナに用いられるホログラムの厚さＴの低減は、上述の課題の解消に有効である。以下に示される数式は、体積ホログラムの厚みＴとホログラムコンバイナの波長範囲δλとの間の関係を示す。

上記の数式に示されるように、ホログラムの厚さＴ及び波長範囲δλの大きさは反比例の関係にある。つまり、ホログラムの厚さＴが低減されると、ホログラムは、より大きな波長範囲δλを有することとなる。ホログラムの厚さＴの低減は、ホログラムが高い効率で反射できる波長範囲δλを拡大に帰結する。この結果、使用温度といった環境の変化に応じて、光源の波長が変化しても、ドライバに対する表示の輝度の低減が防止される。

以下に示される数式は、ホログラムの回折効率ηに関する。

上記の数式中、「δｎ」は、ホログラム材料が有する屈折率変調の値である。上記の数式２で示されるように、ホログラムの回折効率ηの増加ためには、ホログラム材料の屈折率変調δｎの値の増大、又は、ホログラムの厚さＴの増大が要求される。光源の波長変動に対応するために、上述の如く、ホログラムの厚さＴを低減させ、波長範囲δλを増加させると、上記の数式２に示されるように、回折効率ηの値が低下する。つまり、波長範囲δλを大きくするために、ホログラムの厚みＴが低減されると、光源の波長変動に起因するドライバへの表示輝度の低下は抑制される一方で、表示素子からの表示光を高い輝度でドライバに向けて反射することが困難になる。光源の波長がホログラムの波長範囲δλに含まれていても、明るい画像の表示が困難になる。ＨＵＤや後述されるＨＭＤに代表される透過型表示装置は、日中の屋外といった環境で利用される場合が多く、表示輝度の低減によって、使用者は、太陽光といった外乱因子の影響を受け、表示される情報を視認しにくくなる。

以下、表示素子からの光の波長の変化に伴うドライバへの映像の輝度低下の課題を解消するための透過型表示装置が説明される。

図３２は、ドライバへの映像の輝度低下の課題を解消するための透過型表示装置として例示されるＨＵＤを概略的に示す。第１実施形態と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。図３２を用いて、第１実施形態との相違点が説明され、第１実施形態と同様の要素に関する説明は省略される。尚、以下において説明されない要素に対し、第１実施形態に係る説明が好適に援用される。

図３２に示されるＨＵＤ３００Ｉは、フロントガラス３０２に取り付けられたホログラムコンバイナ３５０Ｉと、車体３０１のダッシュボードの内部に配設されるＨＵＤ光学ユニット３１０Ｉを備える。ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｉは、表示要素３２０Ｉ、補正要素３３０Ｉ及び制御要素３６０を収容する。また、ＨＵＤ光学ユニット３１０Ｉには、開口部３１３が形成されている。開口部３１３を通じて、表示要素３２０Ｉが作り出した表示光Ｌ１が射出される。

表示要素３２０Ｉは、ドライバＤＲに対して運転情報（スピードメータや地図情報）を含む画像を表示するための表示光Ｌ１を生成並びに出射する。本実施形態において表示要素３２０Ｉは、レーザ光源からの出力ビームを表示スクリーン上で二次元走査し、ドライバＤＲに表示するための像を形成する。

図３３は、表示要素３２０Ｉの概略的な構成を示す。図３２及び図３３を用いて、表示要素３２０Ｉが説明される。

図３３に示される如く、表示要素３２０Ｉは、第１実施形態に関連して説明された表示要素３２０と同様に、レーザ光源（赤色レーザ光源３４１，青色レーザ光源３４２，緑色レーザ光源３４３）、コリメータ３２１、ダイクロイックミラー３２２、走査要素３２３及び表示スクリーン３２４を備える。表示要素３２０Ｉは、これら様々な要素に加えて、温度検出要素３６１を備える。

温度検出要素３６１は、レーザ光源（赤色レーザ光源３４１，青色レーザ光源３４２，緑色レーザ光源３４３）の温度を検出するために用いられる。温度検出要素３６１によって、レーザ光源（赤色レーザ光源３４１，青色レーザ光源３４２，緑色レーザ光源３４３）から出力されるレーザ光Ｌの波長がリアルタイムで推定される。温度検出要素３６１が検出した温度に基づく波長の推定方法は、後述される。

本実施形態において、表示要素３２０Ｉは、表示スクリーン３２４を備える。代替的に、表示要素は、表示スクリーンを備えず、レーザ光が、後述されるホログラムコンバイナに直接的に投影されてもよい。この結果、ドライバの網膜に直接的にレーザ光が投影されるので、一層鮮明な画像がドライバに表示される。

本実施形態において、表示要素３２０Ｉは、レーザ光Ｌを走査する走査要素３２３を備える。代替的に、上述の第１実施形態乃至第５実施形態と同様に、液晶素子及びバックライト光源を備えてもよい。尚、バックライト光源として、レーザ光源が用いられてもよいし、ＬＥＤといった他の光源が用いられてもよい。

図３２に示される如く、ホログラムコンバイナ３５０Ｉは、下側コンバイナ３５８と上側コンバイナ３５９とを含む。補正要素３３０Ｉは、表示要素３２０Ｉから出力された表示光Ｌ１の向きを変え、ホログラムコンバイナ３５０Ｉへ入射させる。本実施形態において、補正要素３３０Ｉは、ミラーを用いて形成される。補正要素３３０Ｉのミラーの傾きが変更されると、ホログラムコンバイナ３５０Ｉへ入射する表示光Ｌ１の位置が変化する。図３２に示される補正要素３３０Ｉは、ミラーの傾きを変更し、補正要素３３０Ｉによって反射された表示光Ｌ１の光路を、実線で示される光路ＯＰ１と点線で示される光路ＯＰ２との間で切り換える。補正要素３３０Ｉによる光路の切換は、後述される。

ホログラムコンバイナ３５０Ｉは、補正要素３３０Ｉから入射される表示光Ｌ１の向きをドライバＤＲの眼に向かう方向へ反射する透過反射要素として例示される。

車体３０１に取り付けられたフロントガラス３０２の内面（車体３０１の室内の境界を形成する面）には、例えば、フォトポリマ層が形成される。ホログラムコンバイナ３５０Ｉは、フォトポリマ層に形成されたリップマン体積ホログラムであってもよい。ホログラムコンバイナ３５０Ｉは、補正要素３３０Ｉからの表示光Ｌ１を、ドライバＤＲに向かって反射するように製作される。

本実施形態において、フォトポリマ層に形成されたホログラムコンバイナ３５０Ｉは、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３からの光成分をそれぞれ反射する３つのホログラムを含んでもよい。これらのホログラムは、多重露光によって形成される。３つのホログラムには、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３からの光成分に対応する波長範囲δλｒ、δλｇ、δλｂがそれぞれ設定されている。尚、波長範囲δλｒは、赤色の光に対する波長範囲を示す。また、波長範囲δλｇは、緑色の光に対する波長範囲を示す。波長範囲δλｂは、青色の光に対する波長範囲を示す。３つのホログラムは、これらの波長範囲に含まれる波長の光を高い回折効率でそれぞれ反射することができる。

本実施形態において、下側コンバイナ３５８の波長範囲δλｒ、δλｇ、δλｂの値が、上側コンバイナ３５９の波長範囲δλｒ、δλｇ、δλｂの値とそれぞれ異なるように、ホログラムコンバイナ３５０Ｉは設計される。以下の説明において、下側コンバイナ３５８の波長範囲δλｒ、δλｇ、δλｂは、「δλｒ１」，「δλｇ１」，「δλｂ１」と表記される。また、上側コンバイナ３５９の波長範囲δλｒ、δλｇ、δλｂは、「δλｒ２」，「δλｇ２」，「δλｂ２」と表記される。

図３４は、ＨＵＤ３００Ｉにおいて想定される光源（赤色レーザ光源３４１）の温度変化と、光源の温度変化に伴う波長の変化を概略的に示すグラフである。図３２乃至図３４を用いて、下側コンバイナ３５８の赤色レーザの波長範囲δλｒ１と上側コンバイナ３５９の赤色レーザの波長範囲δλｒ２との関係が説明される。

図３４のグラフに従うと、ＨＵＤ３００Ｉの使用環境において、赤色レーザ光源３４１の温度は、Ｃ１からＣ２までの間で変化する。この結果、赤色レーザ光源３４１から出力されるレーザ光Ｌの波長は、λ１からλ２の間で変動する。図３４に示されるグラフ中、ＨＵＤ３００Ｉの使用環境において、赤色レーザ光源３４１から出力されるレーザ光Ｌの波長が変化する範囲は、「δλｒｍａｘ」と表記されている。

下側コンバイナ３５８の赤色レーザの波長範囲δλｒ１及び上側コンバイナ３５９の赤色レーザの波長範囲δλｒ２は、「δλｒｍａｘ」中において、異なる波長範囲をカバーするように設定されている。下側コンバイナ３５８の赤色レーザの波長範囲δλｒ１は、上側コンバイナ３５９の赤色レーザの波長範囲δλｒ２よりも短い波長範囲をカバーしているので、赤色レーザ光源３４１から出力されるレーザ光Ｌの波長が短い（即ち、赤色レーザ光源３４１の温度が低い）とき、下側コンバイナ３５８は、赤色レーザ光源３４１から出力されるレーザ光Ｌを高い回折効率ηで反射する。一方、上側コンバイナ３５９の赤色レーザの波長範囲δλｒ２は、下側コンバイナ３５８の赤色レーザの波長範囲δλｒ１よりも長い波長範囲をカバーしているので、赤色レーザ光源３４１から出力されるレーザ光Ｌの波長が長い（即ち、赤色レーザ光源３４１の温度が高い）とき、上側コンバイナ３５９は、赤色レーザ光源３４１から出力されるレーザ光Ｌを高い回折効率ηで反射する。

フロントガラス３０２に配設されたホログラムコンバイナ３５０Ｉは、波長範囲が異なる２枚のコンバイナ（下側コンバイナ３５８（波長範囲δλｒ１），上側コンバイナ３５９（波長範囲δλｒ２））を備えるので、δλｒｍａｘの波長範囲の一葉のホログラムコンバイナよりも厚く形成される。この結果、下側コンバイナ３５８及び上側コンバイナ３５９は、比較的高い回折効率ηをそれぞれ有することとなる。

温度変化といった環境変化に起因して、光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２、緑色レーザ光源３４３）から出力されるレーザ光Ｌの波長が変化すると、後述される如く、補正要素３３０Ｉの向きが変更される。この結果、表示光Ｌ１の入射対象は、下側コンバイナ３５８と上側コンバイナ３５９との間で切り換えられる。表示光Ｌ１の波長に対応した波長範囲を有するコンバイナ（下側コンバイナ３５８又は上側コンバイナ３５９）で表示光Ｌ１が反射されるので、光源波長の変化にかかわらず、輝度の低減を生ずることなく、ドライバＤＲに対して画像の表示が継続される。

青色レーザの波長範囲δλｂ１、δλｂ２並びに緑色レーザの波長範囲δλｒ１、δλｒ２の関係は、上述の赤色レーザの波長範囲の関係と同様であるので、これらに対する説明は省略される。

本実施形態において、ホログラムコンバイナ３５０Ｉは、ＲＧＢの３色の光成分を多重露光して形成された１つの層のホログラムである。代替的に、ホログラムコンバイナは、ＲＧＢの３色の光成分それぞれに対応する３層のホログラムであってもよい。積層された３層のホログラムを含むホログラムコンバイナに用いられるホログラム材料の屈折率変調δｎの数値は、３色の光成分（ＲＧＢ）それぞれに対して適切に設定されるので、ホログラム材料の屈折率変調の数値がＲＧＢの光成分に分配される場合（１つの層のホログラムが用いられる場合）と較べて、３色の光成分（ＲＧＢ）それぞれに対する回折効率が向上する。

本実施形態において、下側コンバイナ３５８及び上側コンバイナ３５９は、ＲＧＢそれぞれに対して異なる波長範囲を有する。代替的に、下側コンバイナ及び上側コンバイナは、ＲＧＢのうち１つ或いは２つの色相の光に対してのみ、異なる波長範囲を有するように設計されてもよい。例えば、Ｒ（赤）について、下側コンバイナ及び上側コンバイナは、異なる波長範囲を有する一方で、Ｇ（緑）及びＢ（青）の色相については、下側コンバイナ及び上側コンバイナは、同一の波長範囲（δλｇｍａｘ、δλｂｍａｘ）を有してもよい。青色及び／又は緑色レーザ光源の温度変動に起因する波長変動の幅が、赤色レーザ光源の温度変動に起因する波長変動の幅より小さいならば、赤色レーザ光源に対する波長変動に対する調整のみで、ドライバに対する表示輝度が維持される。また、下側コンバイナ及び上側コンバイナに対する青色光及び緑色光の露光が同一の設定でなされてもよいので、ホログラムコンバイナの製造が簡略化される。

制御要素３６０は、ＨＵＤ３１０Ｉの様々な要素を制御するための集積回路を備える。制御要素３６０は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２、緑色レーザ光源３４３及び補正要素３３０Ｉの動作を制御する。また、制御要素３６０は、ドライバＤＲに表示する内容（情報）を決定するための要素を備える。

図３５は、ＨＵＤ３００Ｉの概略的なブロック図である。図３２及び図３５を用いて、制御要素３６０が説明される。

制御要素３６０は、波長判定部３６２、入射制御部３６３及び表示変更部３６４を備える。波長判定部３６２、入射制御部３６３及び表示変更部３６４の動作は、後述される。

尚、制御要素３６０は、携帯電話といった周辺機器と無線接続して、映像音声信号を受信する通信部を備えてもよい。また、制御要素３６０は、ドライバＤＲに提示すべき画像を格納するメモリを備えてもよい。或いは、制御要素３６０は、無線を通じて、外部機器からドライバＤＲに提示すべき画像を取得してもよい。

図３６は、表示要素３２０Ｉ中の赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２、緑色レーザ光源３４３から出力されるレーザ光Ｌの波長が変化したときの制御要素３６０による処理を概略的に示すフローチャートである。図３１乃至図３３並びに図３５及び図３６を用いて、制御要素３６０による処理が説明される。

本実施形態において、制御要素３６０は、図３６に示されるステップＳ３６１，Ｓ３６２，Ｓ３６３及びＳ３６４を実行する。

＜ステップＳ３６１：光源波長判定＞
ステップＳ３６１において、波長判定部３６２は、表示要素３２０Ｉ中の赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３からそれぞれ出力されるレーザ光Ｌの波長を判定する。波長判定部３６２は、表示要素３２０Ｉ中に設置された温度検出要素３６１から赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３の温度に関する情報を取得する。波長判定部３６２は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３それぞれについて、図３１に関連して説明されたような温度と波長との関係を表すデータを予め格納している。温度検出要素３６１から取得した赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３それぞれの温度の情報に基づいて、波長判定部３６２は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３それぞれから出力されるレーザ光Ｌの波長を判定する。波長判定部３６２は、予め格納している温度と波長との関係を表すデータを用いて推定されたレーザ光Ｌの波長に関するデータを入射制御部３６３へ出力する。

本実施形態において、波長判定部３６２は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３それぞれの温度に基づき、レーザ光Ｌの波長を推定する。代替的に、表示要素は、赤色レーザ光源、青色レーザ光源及び緑色レーザ光源それぞれから出力されるレーザ光の波長を直接的に測定するための測定要素を備えてもよい。レーザ光の波長が直接的に測定されるので、レーザ光の波長に関するより正確なデータが入射制御部へ出力される。

本実施形態において、波長判定部３６２は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３から出力されるレーザ光Ｌそれぞれの波長を判定する。代替的に、波長判定部は、ＲＧＢのうち１色又は２色のレーザ光の波長を判定してもよい。温度変化に対して波長変動が小さい色相のレーザ光の波長の判定が省略されるので、波長判定のための要素の数や処理工程が少なくなり、制御要素の製造コストが低廉になる。

＜ステップＳ３６２：入射位置判定＞
ステップＳ３６２において、入射制御部３６３は、波長判定部３６２から出力された赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３から出力されるレーザ光Ｌの波長の判定結果に基づいて、表示要素３２０Ｉからの表示光Ｌ１が入射されるコンバイナ（下側コンバイナ３５８又は上側コンバイナ３５９）を決定する。

入射制御部３６３は、赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３それぞれに対して、図３４に示されるようなホログラムコンバイナ３５０Ｉの波長範囲に関するデータを予め保持する。入射制御部３６３は、光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３）から出力されたレーザ光Ｌの現在の波長に対応する波長範囲を有するコンバイナ（下側コンバイナ３５８又は上側コンバイナ３５９）を選択する。本実施形態において、光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３）から出力されたレーザ光Ｌの波長が短いならば、短い波長に対応するδλｒ１を有する下側コンバイナ３５８が選択される。また、光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３）から出力されたレーザ光Ｌの波長が長いならば、長い波長に対応するδλｒ２を有する上側コンバイナ３５９が選択される。以下の説明において、下側コンバイナ３５８及び上側コンバイナ３５９のうち選択されたコンバイナは、表示コンバイナと称される。

図３４に示される如く、下側コンバイナ３５８の波長範囲δλｒ１は、上側コンバイナ３５９の波長範囲δλｒ２に部分的に重なり合う。波長判定部３６２から出力されたデータが示す波長の値が、波長範囲δλｒ１及び波長範囲δλｒ２の両方に該当するならば、入射制御部３６３は、下側コンバイナ３５８及び上側コンバイナ３５９のうちいずれか一方を表示コンバイナとして決定してもよい。既に、画像の表示がなされているならば、下側コンバイナ３５８及び上側コンバイナ３５９のうち使用されているコンバイナが表示コンバイナとして決定され、継続して、画像の表示に用いられてもよい。

下側コンバイナ３５８の波長範囲δλｒ１と上側コンバイナ３５９の波長範囲δλｒ２との部分的な重畳は、光源（赤色レーザ光源３４１、青色レーザ光源３４２及び緑色レーザ光源３４３）から出力されたレーザ光Ｌの波長の一時的な変動に起因する表示輝度の低下を好適に抑制する。環境温度や供給電流といった環境因子の変動に起因して予想以上に変動したレーザ光Ｌの実際の波長は、下側コンバイナ３５８又は上側コンバイナ３５９の波長範囲から外れることもある。下側コンバイナ３５８の波長範囲δλｒ１と上側コンバイナ３５９の波長範囲δλｒ２との重畳が存在しないならば、この結果、表示輝度が低減する。下側コンバイナ３５８の波長範囲δλｒ１及び上側コンバイナ３５９の波長範囲δλｒ２を比較的広く設定し、これらを部分的に重畳させる結果、表示輝度の低下が好適に抑制される。

入射制御部３６３は、表示コンバイナを決定すると、表示要素３２０Ｉからの表示光Ｌ１が実際に入射するコンバイナを変更するためのステップＳ３６４の処理を実行する。

＜ステップＳ３６３：入射制御＞
ステップＳ３６３において、入射制御部３６３は、先行のステップＳ３６２で決定された表示コンバイナに表示要素３２０Ｉからの表示光Ｌ１を入射させるための処理を行う。入射制御部３６３は、補正要素３３０Ｉの角度を変更し、表示要素３２０Ｉからの表示光Ｌ１が入射するコンバイナ（下側コンバイナ３５８又は上側コンバイナ３５９）の切り替えを行う。

図３７及び図３８は、コンバイナ（下側コンバイナ３５８又は上側コンバイナ３５９）の切り替え制御を概略的に示す。図３７は、上側コンバイナ３５９へ表示光Ｌ１を入射させる補正要素３３０Ｉを示す。図３８は、下側コンバイナ３５８へ表示光Ｌ１を入射させる補正要素３３０Ｉを示す。図３２、図３５、図３７及び図３８を用いて、コンバイナ（下側コンバイナ３５８又は上側コンバイナ３５９）の切り替え制御が説明される。

入射制御部３６３は、補正要素３３０Ｉの角度を変更し、表示光Ｌ１の光路を、光路ＯＰ１と光路ＯＰ２との間で切り替える。入射制御部３６３が、表示光Ｌ１が光路ＯＰ１に沿って伝播するように補正要素３３０Ｉの角度を調整すると、補正要素３３０Ｉによって反射された表示光Ｌ１は、上側コンバイナ３５９に投影される。入射制御部３６３が、表示光Ｌ１が光路ＯＰ２に沿って伝播するように補正要素３３０Ｉの角度を調整すると、補正要素３３０Ｉによって反射された表示光Ｌ１は、下側コンバイナ３５８に投影される。かくして、ステップＳ３６２において決定された表示コンバイナに向けて表示光Ｌ１が投影される。

本実施形態において、入射制御部３６３は、補正要素３３０Ｉの傾斜角度を変更し、表示光Ｌ１が入射するコンバイナ（下側コンバイナ３５８又は上側コンバイナ３５９）の選択を行う。代替的に、表示要素がホログラムコンバイナ全体に表示光を入射させるとともに表示領域の切り替えを行ってもよい。

図３９は、表示領域の切り替えを行う表示要素を備える他のＨＵＤを概略的に示す。図３９を用いて、表示領域の切り替えを行う表示要素を備える他のＨＵＤが説明される。

ＨＵＤ３００Ｊは、ＨＵＤ３００Ｉに関連して説明されたホログラムコンバイナ３５０Ｉを備える。ＨＵＤ３００Ｉは、更に、表示領域の切り替えを行う表示要素３２０Ｊと、表示要素３２０Ｊを制御する制御要素３６０Ｊと、表示要素３２０Ｊから出力された表示光Ｌ１をホログラムコンバイナ３５０Ｉへ偏向する補正要素３３０Ｊと、を備える。制御要素３６０Ｊは、表示要素３２０Ｊを制御し、表示領域の切り替えを行う。表示要素３２０Ｊが表示領域の切り替えを行うので、補正要素３３０Ｊの角度は一定に保たれてもよい。

図３９に示される点線は、下側コンバイナ３５８と上側コンバイナ３５９との境界（ホログラムコンバイナ３５０Ｉの中心位置）に対応する。表示要素３２０Ｊは、下側コンバイナ３５８と上側コンバイナ３５９とに表示光Ｌ１を同時に照射する。説明の明瞭化のため、ホログラムコンバイナ３５０Ｉに向けた表示要素３２０Ｊの画像の表示領域は、ホログラムコンバイナ３５０Ｉの全体領域と一致している。補正要素３３０Ｊの傾きは、表示要素３２０Ｊから出力される画像の上下方向における中心位置が、下側コンバイナ３５８と上側コンバイナ３５９との境界に一致するように調整されている。

図４０は、ＨＵＤ３００Ｊの概略的なブロック図である。図３９及び図４０を用いて、制御要素３６０Ｊが説明される。

制御要素３６０Ｊは、上述の制御要素３６０に関連して説明された入射制御部３６３及び表示変更部３６４に加えて、入射制御部３６３Ｊを備える。入射制御部３６３Ｊは、表示要素３２０Ｊを制御し、表示領域の切り替えを行う。

図４１は、表示要素３２０Ｊが表示する画像領域を示す。図３２、図３６、図３９乃至図４１を用いて、表示領域の切り替えが説明される。

画像領域ＩＭＡは、上側コンバイナ３５９に対して入射する表示光Ｌ１によって描画される上側領域ＵＡと、下側コンバイナ３５８に対して入射する表示光Ｌ１によって描画される下側領域ＬＡと、を含む。下側コンバイナ３５８が表示コンバイナとして選択されているならば、入射制御部３６３Ｊは、表示要素３２０Ｊに対して、下側領域ＬＡにのみ情報の表示を行うための制御信号を出力する。上側コンバイナ３５９が表示コンバイナとして選択されているならば、入射制御部３６３Ｊは、表示要素３２０Ｊに対して、上側領域ＵＡにのみ情報の表示を行うための制御信号を出力する。上述の如く、補正要素３３０Ｊの傾斜角度は一定に保たれるので、可動式の補正要素３３０Ｉを備えるＨＵＤ３００Ｉと較べて、ＨＵＤ３００Ｊの製造は簡素化される。

＜ステップＳ３６４：表示内容制御（表示位置判定）＞
ステップＳ３６４において、表示変更部３６４は、ドライバＤＲに対して表示される画像の内容や画像の位置を変更する。

図４２は、ドライバＤＲに対して表示される画像を概略的に示す。図３５乃至図４２を用いて、表示内容の制御が説明される。

図４２には、運転中のドライバの視野ＶＦ、上側コンバイナ３５９からの反射光によって表示される情報が表されるドライバＤＲの視野ＶＦ中の上部領域ＵＡ１及び下側コンバイナ３５８からの反射光によって表示される情報が表されるドライバＤＲの視野ＶＦ中の下部領域ＬＡ１が示されている。図４２に示される視野ＶＦ中の下部領域ＬＡ１において、下側コンバイナ３５８からの反射光が、ドライバＤＲに情報を表示している。上側コンバイナ３５９からの反射光がドライバＤＲに与えるべき情報を表すならば、当該情報は、視野ＶＦ中の上部領域ＵＡ１に表示される。

先行するステップＳ３６３において、表示コンバイナの変更が行われると、ドライバＤＲに対して与えられる情報の表示位置が上下に変動する。情報の表示位置の上下の変動は、ドライバＤＲに違和感を潜在的に与える。

表示変更部３６４は、ドライバＤＲが受ける違和感を緩和するように、表示コンバイナを用いて、情報の表示位置の調整を行ってもよい。

図４３は、ドライバＤＲに対して表示される画像を概略的に示す。図３５乃至図４３を用いて、情報の表示位置の調整が説明される。

図４２に示される如く、下側コンバイナ３５８からの反射光を用いて情報が表現されているとき、下部領域ＬＡ１の上側部分に情報が表示されるように、表示変更部３６４は情報の表示位置を調整する。また、図４３に示される如く、上側コンバイナ３５９からの反射光を用いて情報が表現されているとき、上部領域ＵＡ１の下側部分に情報が表示されるように、表示変更部３６４は情報の表示位置を調整する。このような情報の表示位置の調整により、表示コンバイナの切り替えに伴う情報（例えば、スピードメータ）の表示位置の上下動幅が低減され、ドライバＤＲが受ける違和感が緩和される。

本実施形態において、図３６に示されるステップＳ３６１乃至Ｓ３６４は、順次、実行される。代替的に、これらのステップの一部は同時に実行されてもよい。例えば、ステップＳ３６３及びステップＳ３６４は、同時に、実行され、表示コンバイナの変更処理が高速に実行されてもよい。

本実施形態の原理にしたがうと、比較的短い波長範囲を有する複数のホログラムコンバイナを用いて画像が表示されるので、ホログラムコンバイナそれぞれの回折効率は比較的高く設定される。したがって、ドライバＤＲに比較的明るい画像を提示することが可能となる。更に、温度変化といった使用環境の変化に伴って、光源からの光の波長が変動しても、画像の輝度の低減が抑制される。

本実施形態において、ＨＵＤ３００Ｉ，３００Ｊは、２つのホログラムコンバイナ（下側コンバイナ３５８及び上側コンバイナ３５９）を備える。代替的に、ＨＵＤは、２を超える数のホログラムコンバイナを備えてもよい。ホログラムコンバイナそれぞれの波長範囲が小さく設定される結果、ホログラムコンバイナの回折効率が向上し、一層明るい画像の表示が達成される。

本実施形態において、ＨＵＤ３００Ｉ，３００Ｊは、上下に整列した２つのホログラムコンバイナ（下側コンバイナ３５８及び上側コンバイナ３５９）を備える。代替的に、ＨＵＤは、左右に配列された複数のホログラムコンバイナを備えてもよい。この場合、表示コンバイナの変更に伴って、ドライバの視界中の表示像（情報）の表示位置は左右に変動する。一般的に、人間の眼、上下方向の動きよりも左右方向の動きに追従しやすいので、ドライバにとって、より違和感の小さな表示コンバイナの切り替えが達成される。

本実施形態において、ＨＵＤ３００Ｉ，３００Ｊは、表示要素３２０Ｉ，３２０Ｊから出力されるレーザ光Ｌの波長を判定し、自動的に表示コンバイナを切り替える。代替的に、ドライバからの指示に基づき、表示コンバイナの切り替えがなされてもよい。ドライバが、画像の表示輝度が十分でないと感じるならば、ドライバは、例えば、運転席に備え付けられたユーザインターフェースを操作し、表示コンバイナの切り替えを行ってもよい。この場合、上述の温度検出要素といった要素が不要となるので、ＨＵＤの製造コストが低廉化される。

（第７実施形態）
図４４は、第７実施形態に係る透過型表示装置として例示されるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと称される）を概略的に示す平面図である。図４５は、図４４に示されるＨＭＤを概略的に示す右側面図である。第１実施形態及び／又は第６実施形態と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。図４４及び図４５を用いて、第１実施形態及び／又は第６実施形態との相違点が説明され、第１実施形態及び／又は第６実施形態と同様の要素に関する説明は省略される。尚、以下において説明されない要素に対し、第１実施形態及び／又は第６実施形態に係る説明が好適に援用される。

本実施形態のＨＭＤは、第６実施形態と同様に、コンバイナとして用いられるホログラムコンバイナへ入射する表示素子からの光の波長の変化に伴う映像の輝度の低下の課題を解消する。

ＨＭＤ３００Ｋは、全体として、視力矯正用の眼鏡と同様の形状をなす。ＨＭＤ３００Ｋは、使用者の左耳から延びる左フレーム部４１１と右耳から延びる右フレーム部４１２とを備える。ＨＭＤ３００Ｋは、使用者の左眼前に配設される左コンバイナ３５８Ｋと、右眼前に配設される右コンバイナ３５９Ｋと、を更に備える。左コンバイナ３５８Ｋ及び右コンバイナ３５９Ｋは、異なる波長範囲を有する。

ＨＭＤ３００Ｋは、左フレーム部４１１内に配設された表示要素３２０Ｌ及び補正要素３３０Ｌを更に備える。表示要素３２０Ｌは、補正要素３３０Ｌに向けて、左眼で視認される表示光Ｌ１を出力する。補正要素３３０Ｌは、表示要素３２０Ｌからの表示光Ｌ１を左眼前に配設された左コンバイナ３５８Ｋに向けて反射させる。

ＨＭＤ３００Ｋは、右フレーム部４１２内に配設された表示要素３２０Ｒ及び補正要素３３０Ｒを更に備える。表示要素３２０Ｒは、補正要素３３０Ｒに向けて、右眼で視認される表示光Ｌ１を出力する。補正要素３３０Ｒは、表示要素３２０Ｒからの表示光Ｌ１を右眼前に配設された右コンバイナ３５９Ｋに向けて反射させる。

ＨＭＤ３００Ｋは、左フレーム部４１１内に配設された制御要素３６０Ｌと、右フレーム部４１２内に配設された制御要素３６０Ｒと、を更に備える。制御要素３６０Ｌは、例えば、左フレーム部４１１内の表示要素３２０Ｌを制御する。制御要素３６０Ｒは、例えば、右フレーム部４１２内の表示要素３２０Ｒを制御する。

左コンバイナ３５８Ｋ及び右コンバイナ３５９Ｋは、異なる波長範囲を有するので、使用環境の変化（光源の温度の変化）に応じて、表示光Ｌ１の波長が変化したときでも、使用者が視認する画像の輝度はほとんど低下しない。人間は、左右の眼からそれぞれ知覚された画像情報を合成し、１つの画像として知覚する（融像効果）。したがって、左コンバイナ３５８Ｋからの反射光によって表示される画像の輝度及び右コンバイナ３５９Ｋからの反射光によって表示される画像の輝度のうち一方が維持されていると、使用者は、画像の輝度の低下をほとんど知覚しない。左コンバイナ３５８Ｋ及び右コンバイナ３５９Ｋは、異なる波長範囲を有するので、左眼で視認される画像の輝度及び右眼で視認される画像の輝度のうち一方は維持される。したがって、表示要素３２０Ｌ，３２０Ｒの光源の波長が変化しても、使用者は画像の輝度の変動をほとんど知覚しない。

以上の一連の実施形態は、透過型表示装置を例示するにすぎず、上述の様々な実施形態に包含される原理を逸脱しない範囲で、様々な変更や改良がなされてもよい。

上述された実施形態は、以下の構成を主に備える。

上述の実施形態の一局面に係る透過型表示装置は、光を出力する光源と、該光源からの前記光を受けて、画像を表す表示光を生成する表示要素と、該表示要素から射出された前記表示光の向きを変える偏向要素と、前記表示要素から射出された前記表示光に含まれる波長の光を使用者に向けて反射し、それ以外の波長の光を透過する透過反射要素と、を備え、前記透過反射要素に前記表示光が入射する領域の上端部分と使用者が前記透過反射要素によって反射された前記表示光を視認可能な範囲として規定されるアイボックスの下部とを結ぶ直線が水平に対してなす角度は、前記透過反射要素における前記表示光の出射角と入射角との間の差より小さいことを特徴とする。

上記構成によれば、表示要素は、光源から出力された光を受けて、画像を表す表示光を生成する。偏向要素は、表示要素から射出された表示光の向きを変える。透過反射要素は、表示要素から射出された表示光に含まれる波長の光を使用者に向けて反射し、それ以外の波長の光を透過する。アイボックスは、使用者が透過反射要素によって反射された表示光を視認可能な範囲として規定される。透過反射要素に表示光が入射する領域の上端部分と、アイボックスの下部とを結ぶ直線が水平に対してなす角度は、透過反射要素における表示光の出射角と入射角との間の差よりも小さいので、透過反射要素以外の面で反射した反射光は、使用者にほとんど視認されない。

上記構成において、前記偏向要素に入射する前記表示光の第１の入射角と、前記偏向要素から出射される前記表示光の第１の出射角と、前記透過反射要素に入射する前記表示光の第２の入射角と、前記透過反射要素から出射される前記表示光の第２の出射角と、の関係において、前記第１の入射角と前記第１の出射角との間の大きさの差として規定される第１の角度差は、前記第２の入射角と前記第２の出射角との間の大きさの差として規定される第２の角度差よりも大きく、且つ、前記第１の入射角は、前記第１の出射角よりも小さいことが好ましい。

上記構成によれば、偏向要素に第１の入射角で入射した表示光は、偏向要素から第１の出射角で出社される。その後、表示光は、透過反射要素に第２の入射角で入射し、第２の出射角で透過反射要素から出射される。第１の角度差は、第１の入射角と第１の出射角との間の大きさの差として規定される。第２の角度差は、第２の入射角と第２の出射角との間の大きさの差として規定される。第１の角度差は、第２の角度差よりも大きく設定される。また、第１の入射角は第１の出射角よりも小さく設定される。この結果、透過反射要素は、透過反射要素以外の面で反射した反射光は、使用者にほとんど視認されないだけでなく、表示光が表す画像のボケの影響が低減される。

上記構成において、前記光源から出射される前記光の波長幅が大きいほど、前記第１の角度差と前記第２の角度差との間の差は大きく設定されることが好ましい。

上記構成によれば、光源から出射される光の波長幅が大きいほど、第１の角度差と第２の角度差との間の差は大きく設定されるので、光源の波長幅に応じて、表示光が表す画像のボケが適切に低減される。

上記構成において、前記光源から出射される前記光の前記波長幅が２ｎｍ以上の場合には、前記第１の角度差は、前記第２の角度差よりも５度以上大きいことが好ましい。

上記構成によれば、第１の角度差は、第２の角度差よりも５度以上大きいので、光源から出射される光の波長幅が２ｎｍ以上であっても、表示光が表す画像のボケが適切に低減される。

上記構成において、前記透過反射要素の光学倍率が大きいほど、前記第１の角度差と前記第２の角度差との間の差は、大きく設定されることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素の光学倍率が大きいほど、第１の角度差と第２の角度差との間の差は、大きく設定されるので、透過反射要素の光学倍率に応じて、より適切に像ボケの影響を抑えることが可能になる。

上記構成において、前記表示要素から前記偏向要素までの前記表示光の光路長は、前記偏向要素から前記透過反射要素までの前記表示光が通過する光路長よりも長いことが好ましい。

上記構成によれば、表示要素から偏向要素までの表示光の光路長は、偏向要素から透過反射要素までの表示光が通過する光路長よりも長いので、透過反射要素によって発生される収差が低減される。この結果、使用者は、改善された画質の画像を視認することができる。

上記構成において、前記第２の入射角と、前記第２の出射角と、の大小関係に応じて、水平線に対する前記偏向要素の傾き方向が異なることが好ましい。

上記構成によれば、第２の入射角と、第２の出射角と、の大小関係に応じて、水平線に対する偏向要素の傾き方向が異なるので、透過反射要素への入射角に応じた収差の補正がなされる。この結果、使用者は、改善された画質の画像を視認することができる。

上記構成において、前記第２の入射角が、前記第２の出射角よりも大きい場合には、前記偏向要素の前記傾き方向は、前記水平線に対する前記透過反射要素の傾き方向と同方向に設定されることが好ましい。

上記構成によれば、第２の入射角が、第２の出射角よりも大きい場合には、偏向要素の傾き方向は、水平線に対する透過反射要素の傾き方向と同方向に設定されるので、透過反射要素によって発生される収差が適切に低減される。

上記構成において、前記透過反射要素は、前記表示光の向きを偏向する回折素子と、前記回折素子を保持するように形成され、前記表示光が前記透過反射要素に入射する側に配置される前側透明部材と、前記前側透明部材とは反対側に配設され、前記前側透明部材とともに前記回折素子を挟持する後側透明部材と、を備え、前記前側透明部材及び前記後側透明部材のうち少なくとも一方は、空気と接する空気接触面を含み、前記回折素子は、前記空気接触面に対して傾きを有することが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素は、表示光の向きを偏向する回折素子と、回折素子を保持するように形成された前側透明部材を備える。前側透明部材は、表示光が透過反射要素に入射する側に配設される。透過反射要素は、前側透明部材とは反対側に配設され、前側透明部材とともに回折素子を挟持する後側透明部材を更に備える。前側透明部材は、空気と接する空気接触面を含む。回折素子は、空気接触面に対して傾きを有するので、回折素子における入射角及び反射角は、前側透明部材における表示光の入射角及び回折角とそれぞれ異なるように設定可能となる。

上記構成において、前記回折素子に入射する前記表示光の入射角と前記回折素子から出射される前記表示光の出射角との差が小さくなるように、前記回折素子は、前記空気接触面に対して傾けられていることが好ましい。

上記構成によれば、回折素子は、空気接触面に対して傾けられ、回折素子に入射する表示光の入射角と回折素子から出射される表示光の出射角との差が低減される。この結果、回折素子によって発生される収差が低減される。

上記構成において、前記回折素子は、前記空気接触面に対して傾きを有する少なくとも１つの傾斜領域を含むことが好ましい。

上記構成によれば、空気接触面に対して傾きを有する少なくとも１つの傾斜領域を含むので、傾斜領域に入射する表示光の入射角と回折素子から出射される表示光の出射角との差が低減される。この結果、傾斜領域において、回折素子によって発生される収差が低減される。傾斜領域は、収差の低減が求められる部分に設けられればよいので、透過反射要素の厚さは不必要に増大しない。

上記構成において、前記少なくとも１つの傾斜領域は、前記画像の端部を描画するための前記表示光が入射する領域を含むことが好ましい。

上記構成によれば、少なくとも１つの傾斜領域は、画像の端部を描画するための表示光が入射する領域を含むので、比較的大きな収差が発生しがちな画像の端部の画質の改善が図られる。

上記構成において、前記回折素子は、少なくとも１つの曲率を有する自由曲面を含むことが好ましい。

上記構成によれば、回折素子は、少なくとも１つの曲率を有する自由曲面を含むので、回折素子に対する入射角及び出射角に対する設定は、回折素子の領域ごとに変更可能である。回折素子の光学的な性能は、回折素子の領域に応じて可変となるので、画像の画質が適切に改善される。

上記構成において、前記画像の端部を描画するための前記表示光が入射する領域の曲率は、前記回折素子への前記表示光の前記入射角と前記回折素子から出射される前記表示光の前記出射角との差が小さくなるように定められていることが好ましい。

上記構成によれば、画像の端部を描画するための表示光が入射する領域の曲率は、回折素子への表示光の入射角と回折素子から出射される表示光の出射角との差が小さくなるように定められる。この結果、比較的大きな収差が発生しがちな画像の端部の画質の改善が図られる。

上記構成において、前記透過反射要素への前記表示光の前記入射角と前記透過反射要素からの前記表示光の前記出射角との差が６度以上であることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素への表示光の入射角と透過反射要素からの表示光の出射角との差が６度以上であるので、表示要素で反射した外光が使用者に視認されにくくなる。

上記構成において、前記透過反射要素は、前記表示要素によって作り出された表示像を拡大する拡大機能を有し、前記透過反射要素からの前記表示光の前記出射角が小さいほど、前記拡大機能の拡大倍率が大きく設定されることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素は、表示要素によって作り出された表示像を拡大する拡大機能を有する。拡大機能の拡大倍率は、透過反射要素からの表示光の前記出射角が小さいほど大きく設定されるので、表示要素から透過反射要素までの光路長が短縮される。この結果、小型の透過型表示装置が提供される。

上記構成において、前記透過反射要素への前記表示光の前記入射角は、２０度から２５度の間であることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素への表示光の入射角は、２０度から２５度の間に設定されるので、透過反射要素によって引き起こされる収差が低減される。この結果、表示される画像の解像度が向上する。

上記構成において、前記透過反射要素からの前記表示光の前記出射角が４５度から６５度の範囲であるとき、前記拡大機能の前記拡大倍率は、３倍から４倍の範囲であることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素からの表示光の出射角が４５度から６５度の範囲であるとき、拡大機能の拡大倍率は、３倍から４倍の範囲に設定されるので、透過反射要素の拡大機能に起因する収差が低減される。この結果、透過型表示装置の小型化と表示される画像の解像度の向上がともに達成される。

上記構成において、前記透過反射要素は、ホログラムによって構成されるコンバイナであり、前記表示要素は、表示素子を備え、前記光源の波長幅は、１ｎｍ以下であることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素は、ホログラムによって構成されるコンバイナであるので、使用者は、外界の景色を好適に視認することができる。また、光源の波長幅は、１ｎｍ以下であるので、表示装置の小型化が好適に達成される。

上記構成において、前記表示要素を収容する表示ユニットを更に備え、表示ユニットには、前記表示光が射出される開口部が形成され、前記透過反射要素からの前記表示光の前記出射角が小さいほど、前記透過反射要素と前記開口部との距離は、短いことが好ましい。

上記構成によれば、透過型表示装置は、表示光が射出される開口部が形成された表示ユニットを更に備える。透過反射要素からの表示光の出射角が小さいほど、透過反射要素と開口部との距離は短く設定されるので、表示ユニットが小型化される。したがって、表示ユニットの収容が容易になる。

上記構成において、前記透過反射要素は、ホログラムによって構成されるコンバイナであって、前記表示要素は、前記光源からの光を受けて前記表示光を生成ための表示素子を備え、前記光源の波長幅が大きいほど、前記透過反射要素への前記表示光の前記入射角と前記透過反射要素からの前記表示光の前記出射角との差は小さいことが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素は、ホログラムによって構成されるコンバイナである。表示要素は、光源からの光を受けて表示光を生成ための表示素子を備える。光源の波長幅が大きいほど、透過反射要素への表示光の入射角と透過反射要素からの表示光の出射角との差は小さく設定されるので、光源の波長幅及びホログラムでの回折によって引き起こされる表示像のボケが低減される。

上記構成において、前記透過反射要素への前記表示光の前記入射角と前記透過反射要素からの前記表示光の前記出射角との差は、８度以下であることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素への表示光の入射角と透過反射要素からの表示光の出射角との差は、８度以下に設定されるので、光源の波長幅及びホログラムでの回折によって引き起こされる表示像のボケが低減される。

上記構成において、前記光源は、赤色、青色、緑色にそれぞれ対応する波長のレーザ光を出力するレーザ光源を含み、該レーザ光源それぞれから出力される前記レーザ光の波長幅は、１ｎｍ以下であることが好ましい。

上記構成によれば、光源は、赤色、青色、緑色にそれぞれ対応する波長のレーザ光を出力するレーザ光源を含むので、カラー画像が表示される。レーザ光源それぞれから出力されるレーザ光の波長幅は、１ｎｍ以下であるので、光源の波長幅に起因する表示像のボケが低減される。

上記構成において、前記透過反射要素からの前記表示光の前記出射角が５０度以下であり、前記拡大倍率は、２倍から３．５倍の範囲で設定されることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素からの前記表示光の前記出射角が５０度以下に設定される。透過反射要素からの出射角が比較的小さく設定されるので、拡大倍率は、２倍から３．５倍の範囲で設定される。したがって、透過反射要素の拡大機能に起因する収差が低減される。

上記構成において、前記偏向要素は、拡大倍率をもつ凹面ミラーで構成されることが好ましい。

上記構成によれば、偏向要素は、拡大倍率をもつ凹面ミラーで構成される。透過反射要素だけでなく偏向要素も表示像を拡大するので、表示要素から透過反射要素までの光路長が短縮される。

上記構成において、前記偏向要素の前記拡大倍率は、前記透過反射要素の拡大倍率よりも小さく設定されることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素の拡大倍率は、偏向要素の拡大倍率より高く設定されるので、表示画面の下部の画素の収差の増大が抑制される。

上記構成において、前記透過反射要素の前記拡大倍率が大きいほど、前記偏向要素の前記拡大倍率は大きく設定されることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素の拡大倍率が大きいほど、偏向要素の拡大倍率は大きく設定されるので、透過反射要素による収差の大きさと偏向要素による収差の大きさとの間の差異が低減され、使用者に表示される画素の形状が略円形となる。

上記構成において、前記表示光の前記偏向要素に対する入射角は、前記偏向要素によって発生する非点収差の方向が前記透過反射要素により発生する非点収差の方向とは異なるように設定されることが好ましい。

上記構成によれば、表示光の偏向要素に対する入射角は、偏向要素によって発生する非点収差の方向が透過反射要素により発生する非点収差の方向とは異なるように設定されるので、使用者に表示される画素は、略円形に保たれる。したがって、解像度の低下はほとんど生じない。

上記構成において、前記表示光の前記偏向要素に対する入射は、前記表示光が前記透過反射要素に入射する方向とは逆方向から行われることが好ましい。

上記構成によれば、表示光の偏向要素に対する入射は、表示光が透過反射要素に入射する方向とは逆方向から行われるので、使用者に表示される画素は、略円形に保たれる。したがって、解像度の低下はほとんど生じない。

上記構成において、前記表示光の前記偏向要素への入射角は、１５度から２５度の間で設定されることが好ましい。

上記構成によれば、表示光の偏向要素への入射角は、１５度から２５度の間で設定されるので、透過反射要素による収差の方向は、偏向要素による収差の方向と相違することとなる。したがって、使用者に表示される画素は、略円形に保たれ、解像度の低下はほとんど生じない。

上記構成において、前記透過反射要素の前記拡大倍率は２倍から３倍の範囲に設定され、前記偏向要素の前記拡大倍率は、１．２倍〜２倍の範囲に設定されることが好ましい。

上記構成によれば、透過反射要素の拡大倍率は２倍から３倍の範囲に設定され、且つ、偏向要素の拡大倍率は、１．２倍〜２倍の範囲に設定されるので、収差が低減される。したがって、使用者は、高解像度の画像を視認することができる。

上記構成において、前記偏向要素の有する焦点距離は、前記偏向要素から前記透過反射要素までの距離よりも短いことが好ましい。

上記構成によれば、偏向要素の有する焦点距離は、偏向要素から透過反射要素までの距離よりも短いので、偏向要素によって反射された光は、透過反射要素上で集中しにくくなる。したがって、透過反射要素の損傷は生じにくくなる。

上記構成において、前記透過反射要素は、第１波長領域の波長を他の波長の光をより多く反射するように形成された第１透過反射要素と、前記第１波長領域とは異なる第２波長領域の波長の光をより多く反射するように形成された第２透過反射要素と、を含み、前記偏向要素は、前記光源からの前記光の波長に応じて、前記表示光の前記向きを、前記第１透過反射要素へ向かう第１方向と、前記第２反射透過要素へ向かう第２方向との間で切り替えることが好ましい。

上記構成によれば、光源の光の波長変化にかかわらず、高輝度の画像が使用者に提供される。

上記構成において、前記表示要素を制御する制御部を更に備え、前記透過反射要素は、第１波長領域の波長を他の波長の光をより多く反射するように形成された第１透過反射要素と、前記第１波長領域とは異なる第２波長領域の波長の光をより多く反射するように形成された第２透過反射要素と、を含み、前記制御部は、前記光源からの前記光の波長に応じて、前記画像の表示位置を前記第１透過反射要素に対応する位置と前記第２透過反射要素に対応する位置との間で切り替えるように前記制御部を制御することが好ましい。

上記構成によれば、光源の光の波長変化にかかわらず、高輝度の画像が使用者に提供される。

上記構成において、前記透過反射要素は、第１波長領域の波長を他の波長の光をより多く反射するように形成された第１透過反射要素と、前記第１波長領域とは異なる第２波長領域の波長の光をより多く反射するように形成された第２透過反射要素と、を含み、前記第１透過反射要素は、使用者の一方の眼前に配設され、前記第２透過反射要素は、使用者の他方の眼前に配設されることが好ましい。

上記構成によれば、光源の光の波長変化にかかわらず、高輝度の画像が使用者に提供される。

上述の透過型表示装置の原理は、ホログラムを含む透過反射要素を有する表示装置、表示システム、表示方法や表示プログラムといった様々な用途に適用可能である。

Claims (22)

1. 光を出力する光源と、
   前記光源からの前記光を受けて、画像を表す表示光を生成する表示要素と、
   前記表示要素から射出された前記表示光の向きを変える偏向要素と、
   前記表示要素から射出された前記表示光に含まれる波長の光を使用者に向けて反射し、それ以外の波長の光を透過する透過反射要素と、を備え、
   前記透過反射要素は、前記表示光の向きを偏向する回折素子と、前記回折素子を保持するように形成され、且つ、前記表示光が前記透過反射要素に入射する側に配置される前側透明部材と、前記前側透明部材とは反対側に配設され、且つ、前記前側透明部材とともに前記回折素子を挟持する後側透明部材と、を含み、
   前記前側透明部材は、空気と接する空気接触面を含み、
   前記回折素子は、前記空気接触面に対して傾きを有し、
   前記回折素子に入射する前記表示光の入射角と前記回折素子から出射される前記表示光の出射角との差が小さくなるように、前記回折素子は、前記空気接触面に対して傾けられており、
   前記回折素子は、少なくとも１つの前記空気接触面に対して傾きを有する傾斜領域と少なくとも１つの前記空気接触面に対して傾きを持たない非傾斜領域から構成され、
   前記偏向要素に入射する前記表示光の第１の入射角と、前記偏向要素から出射される前記表示光の第１の出射角と、前記透過反射要素に入射する前記表示光の第２の入射角と、前記透過反射要素から出射される前記表示光の第２の出射角と、の関係において、前記第１の入射角と前記第１の出射角との間の大きさの差として規定される第１の角度差は、前記第２の入射角と前記第２の出射角との間の大きさの差として規定される第２の角度差よりも大きく、且つ、前記第１の入射角は、前記第１の出射角よりも小さいことを特徴とする透過型表示装置。
2. 前記表示要素を収容する表示ユニットを更に備え、
   前記表示ユニットには、前記表示光が射出される開口部が形成され、
   前記第２の出射角が小さいほど、前記透過反射要素と前記開口部との距離は、短いことを特徴とする請求項１に記載の透過型表示装置。
3. 前記光源から出射される前記光の波長幅が大きいほど、前記第１の角度差と前記第２の角度差との間の差は大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載の透過型表示装置。
4. 前記光源から出射される前記光の前記波長幅が２ｎｍ以上の場合には、前記第１の角度差は、前記第２の角度差よりも５度以上大きいことを特徴とする請求項３に記載の透過型表示装置。
5. 前記表示要素から前記偏向要素までの前記表示光の光路長は、前記偏向要素から前記透過反射要素までの前記表示光が通過する光路長よりも長いことを特徴とする請求項４に記載の透過型表示装置。
6. 前記第２の入射角と、前記第２の出射角と、の大小関係に応じて、水平線に対する前記偏向要素の傾き方向が異なることを特徴とする請求項５に記載の透過型表示装置。
7. 前記第２の入射角が、前記第２の出射角よりも大きい場合には、前記偏向要素の前記傾き方向は、前記水平線に対する前記透過反射要素の傾き方向と同方向に設定されることを特徴とする請求項６に記載の透過型表示装置。
8. 前記少なくとも１つの傾斜領域は、前記画像の端部を描画するための前記表示光が入射する領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の透過型表示装置。
9. 前記第２の入射角と前記第２の出射角との差が６度以上であることを特徴とする請求項１に記載の透過型表示装置。
10. 前記第２の入射角は、２０度から２５度の間であることを特徴とする請求項１に記載の透過型表示装置。
11. 前記透過反射要素は、前記表示要素によって作り出された表示像を拡大する拡大機能を有し、
    前記第２の出射角が４５度から６５度の範囲であるとき、前記拡大機能の拡大倍率は、３倍から４倍の範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の透過型表示装置。
12. 前記透過反射要素は、ホログラムによって構成されるコンバイナであり、
    前記表示要素は、表示素子を備え、
    前記光源の波長幅は、１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の透過型表示装置。
13. 前記偏向要素は、拡大倍率をもつ凹面ミラーで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の透過型表示装置。
14. 前記第２の入射角と前記第２の出射角との差は、８度以下であることを特徴とする請求項１０に記載の透過型表示装置。
15. 前記光源は、赤色、青色、緑色にそれぞれ対応する波長のレーザ光を出力するレーザ光源を含み、
    前記レーザ光源それぞれから出力される前記レーザ光の波長幅は、１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の透過型表示装置。
16. 前記第２の出射角が５０度以下であり、
    前記透過反射要素の拡大倍率は、２倍から３．５倍の範囲で設定されることを特徴とする請求項１５に記載の透過型表示装置。
17. 前記偏向要素が有する焦点距離は、前記偏向要素から前記透過反射要素までの距離よりも短いことを特徴とする請求項１３に記載の透過型表示装置。
18. 前記偏向要素の前記拡大倍率は、前記透過反射要素の拡大倍率よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１３に記載の透過型表示装置。
19. 前記第１の入射角は、前記偏向要素によって発生する非点収差の方向が前記透過反射要素により発生する非点収差の方向とは異なるように設定されることを特徴とする請求項１３に記載の透過型表示装置。
20. 前記表示光の前記偏向要素に対する入射は、前記表示光が前記透過反射要素に入射する方向とは逆方向から行われることを特徴とする請求項１９に記載の透過型表示装置。
21. 前記第１の入射角は、１５度から２５度の間で設定されることを特徴とする請求項２０に記載の透過型表示装置。
22. 前記透過反射要素の拡大倍率は２倍から３倍の範囲に設定され、
    前記偏向要素の前記拡大倍率は、１．２倍〜２倍の範囲に設定されることを特徴とする請求項２１に記載の透過型表示装置。

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