JP5657561B2 - マルチカラーディスプレー及びモノクロディスプレー用の回折コンバイナー、その製造方法、及びこれを使用したヘッドアップディスプレー装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用ヘッドアップディスプレー装置に関し、更に詳細には、このようなディスプレー装置で使用する回折コンバイナーの製造方法に関する。

この種の装置は、代表的には、光ビームを発生する投影ユニットを含む。光ビームは、像、特に自動車の機能及び運転についての情報を、運転者の視野内に配置された虚像の形態で投影する目的で、回折コンバイナーに向かって差し向けられるように設計されている。この種の装置は、最初は、航空機の用途から得られた技術を使用して製造された。従って、製造費用は多くの場合、かなりの額にのぼり、そのため、こうした装置を低価格の又は中程度の価格の自動車で大規模に販売し設置することが妨げられてきた。

これらの費用は、特に、使用された技術が複雑で実施困難であるために発生する。更に、こうした技術は、必ずしも、光学的特性が安定していることが十分に保証されたコンバイナーを大量複製できない。これは、例えば、屈折率変調によるホログラムを用いるシステムが記載されたＪＰ１００４８５６２の文献に開示される装置の場合である。このシステムの製造は、機械的支持体として作用する基材上に付着したゼラチンベースの感光層で形成された感光プレートを使用することに基づいて行われる。このような構成要素は、一つずつしか製造できない。これは、個別化された記録(individualused recording)を含むためであり、妥当な産業的費用で大量生産できない。この種の感光プレート上に製造されたホログラフィック構成要素は、更に、紫外線に対して感受性である。紫外線は、保護層が設けられていない限り、ホログラフィック構成要素を変成する場合がある。このことは、ＥＰ０４６７３２８の文献に開示されたシステムについてもいえる。この文献には、ゼラチンをベースとして光学的容積処理(volumetric optical treatment)が施された、幾つかの波長と相互作用するホログラフィック層を必要とするコンバイナーが示してある。これは、システムの光学的特性の確実な再現を更に不確実にする。このシステムは、更に、反射光のみでも作動する。

更に、幾つかの波長を含む反射光で機能するシステムがＵＳ４９３０８４７の文献に記載されている。この文献は、異なる形状及び波長の両方を使用する、上文中に説明した制限を持つゼラチン型感光材料に基づく記録方法に関する。

少なくとも二つの層を含む別の構造がＵＳ６００５７１４に記載されている。この文献では、構造に多数の層が含まれるため、大量生産において、提供されるべき光学的機能の正しい安定性を維持する上での困難性が大きい。この文献に記載された階層(multilevel)回折構造を持つ多層コンバイナーは、コンピュータが実行した計算によって製造され、コンピュータの演算処理の限界により影響が及ぼされ、回折構造の有限の階層数について、コンバイナーの寸法を小さくすることしかできない。そのため、所望の光学的機能に近い機能しか得られない。

【０００６】
コンピュータが実行した計算による製造は、ＷＯ２００４／０９０６０７にも記載されている。この文献は、光を幾つかの次数で回折し、周辺光のゼロ次の回折を回折の第１次と重ね、特に複雑な光学的再現システムを必要とする回折エレメントを提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】

【０００７】
【特許文献１】ＪＰ１００４８５６２
【特許文献２】ＥＰ０４６７３２８
【特許文献３】ＵＳ４９３０８４７
【特許文献４】ＵＳ６００５７１４
【特許文献５】 ＷＯ２００４／０９０６０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】

本発明は、これらの問題点を解決しようとするものである。本発明は、透明なプラスチック材料製のプレートの表面上で非常に簡単に実施される方法によって単層(monolayer) コンバイナーを大量生産できる解決策を提案する。

本発明の製造方法は、従来は、レーザー干渉を用いたナノリソグラフィーによって行われた。更に詳細には、本発明の製造方法により、自動車用ヘッドアップディスプレー装置で使用される単層回折コンバイナーを大量生産できる。ヘッドアップディスプレー装置は、波長がλ_ｉ（ｉ＝１乃至ｎ）のｎ（≧１）個の光源によって後方から照明されるディスプレーが設けられた投影ユニットを含む。この投影ユニットは、ディスプレーの少なくとも一つのゾーンを照明し、光ビームをコンバイナーに向かって角度θ_ｐで送出する。本発明の製造方法は、従来は、
ａ）厚さが均等な感光層を固体基材の平らな表面上に付着する工程と、
ｂ）一つのレーザー源から放出された二つの光ビームＲ１及びＲ２の干渉により、感光層に干渉縞を露光する工程と、
ｃ）干渉縞と対応する露光されたゾーンを感光層のレリーフの変化に変換し、これらの変化を再現する金型を製造する工程と、
ｄ）金型を使用し、基材の回折レリーフ構造を均質な透明プラスチック材料製のエレメントに転写し、回折コンバイナーを形成する工程とを含む。

本発明の方法は、主として、工程ｂ）を、波長λ_ｅの同じレーザー源から放出された二つの光ビームＲ１及びＲ２に基づいてｎ回実施し、ビームＲ１及びＲ２の間の角度はθ_ｉ（ｉ＝１乃至ｎ）であり、この角度は、

に等しく、これらの干渉ビームの一方は発散ビームであり、球面波面を有し、他方のビームは平面波であり、これらのビームが干渉することにより縞の輪郭線が湾曲した可変ピッチの回折ネットワークを形成する、ことを特徴とする。

この方法で製造したコンバイナーは、ｎ＝１である場合、虚像を単一の色で再現でき、ｎ＞１である場合、虚像を幾つかの色で再現できる。
実際、方法の第１工程は、母型(matrix)を形成する工程を含み、この工程に続き、大量生産を可能にする金型を製造する。この母型は、剛性材料で形成された基材を含み、使用されたレーザー源の波長に対して感受性の感光層が基材上に付着してある。使用されるレーザー源はいつも同じであり、一つの工程から次の工程まで、二つのビーム間の角度だけを変化する。

従来、同じ光源から放出された二つの光ビームを感光層の平らな表面に送出することにより、露光される表面全体に干渉縞を形成する。この干渉の存在により、感光層の表面を様々な程度に露光し、次いで、材料をその露光の程度に従って溶解する性質を持つ化学物質に露呈する。その結果、干渉縞が、露光された感光材料層の特定の部分が溶解した後のレリーフの変化に変換される範囲において、ケミカルエッチングが行われる。

この特定の場合では、複数の角度で（二つのビームのうちの一方について）露光を行うことにより、マルチプレックスネットワーク(multiplex network) が表面に設けられたコンバイナーを製造できる。マルチプレックスネットワークは、様々な色のゾーンを区別する投影デバイスから来入する入射ビームに基づいて、重畳(superimpose) されていない別個の色を再現できる。

次に、レリーフ表面に薄い導体層を付着し、金型を得るためにこれに続いて電鋳法を適用することを可能にする。電鋳法は、エンボス加工や射出成形等の大量生産手段によって回折レリーフ構造を透明なプラスチック材料製のエレメントに転写するために最後に使用される。かくして、表面に回折構造がエッチングによって形成された透明なプラスチック材料製の単層コンバイナーを得ることができる。回折構造は、実際にはレリーフ表面の回折ネットワークである。このような製造方法により、光学的特性を高度に安定化でき、回折構成要素(コンバイナー）は、更に、時間に関して永続的、即ちペレニアル(perennial)である。これは、回折構成要素が、表面にレリーフがエンボス加工によって形成された、又は構成要素の製造中に型成形によって直接形成された単一のプラスチック製支持体でできているためである。この場合、レリーフは均一に且つ均質に再現される。

球面波を使用することにより、ヘッドアップ視認機能についての全ての必要な光学的機能を得ることができることを別として、自動車用ヘッドアップディスプレー装置で従来使用された投影システムの出力でのレンズの機能を不要にできる。球面波と平面波との干渉は、湾曲した縞線を持つ可変ピッチの回折ネットワークを形成することによって、投影ユニットの出力で、任意のビームを、コリメートの必要なしに使用できる。得られた縞は湾曲しており、中心点を中心として同心である。これらの縞により、虚像を一定に拡大できる。

投影ユニットは、回折コンバイナーに向かって伝達される画像を形成するために設けられたディスプレーに向かって差し向けられた投影光ビームを発生する。画像は、コンバイナーを透過することによって、又はコンバイナーによって反射されることによって回折され、コンバイナーに関して運転者の反対側に虚像を形成する。

球面波を持つビームの軸線に対して垂直方向に配向された平らな面と、様々な曲率半径の湾曲した面とを持つ屈折構成要素(refractive component)が、球面波を持つビームの経路上に配置され、自在に拡大できるゾーンを回折コンバイナー上に形成する。拡大は、実際には、一方では、球面波の曲率半径によって制御され、他方では、コンバイナーからの投影ユニットの離間距離によって制御される。

この屈折構成要素は、球面波のビームの経路上に導入され、この波を変化する。この目的のため、球面波の波面を変化できるようにするため、及び収差及びディストーションを補正できるようにするため、デジタルで計算された輪郭を持つ湾曲した面を備えている。この輪郭は、単一の点から放出された波面を持つ球面波を、収束点が異なるいくつかの球面波に変化するために最終的に設けることができる。これらの異なる波面と平面波との干渉により、曲率半径が異なる一組の縞が発生する。コンバイナー上では、これにより、様々なゾーンに亘って分配された縞の別個の組が発生する。各ゾーンは、中心点が他のゾーンに配置された他の縞と異なる一組の湾曲した縞と対応する。

最終コンバイナーが、入射ビームの一つに対してなされた変調のため、信号の様々な拡大を行う幾つかのゾーンを含む限りにおいて、ゾーンによって拡大を制御できるのが有利である。これらのゾーンは、場合によっては、様々な色と組み合わされ、運転者にとって比較的重要な幾つかの情報を運転者の視野に更に注意を引く色及び大きさで表示できる。

この屈折構成要素の湾曲は、コンバイナーの上文中に言及したゾーンの様々な拡大レベル制御するため、数学的に計算される。コンピュータによるこの屈折エレメントの発生に基づいて、実質的に剛性のプラスチック材料又はガラスで製造できる。従って、上文中に詳細に説明した方法から得られる母型は、プロセスの終わりに得られたプラスチック製コンバイナーと同様に拡大自在である。これは、コンバイナーの他の光学的機能に機能を追加する。 更に、一実施例によれば、感光材料が付着される母型の固体基材は、ガラス又は石英(quartz)で製造でき、プラスチックエレメントへの回折レリーフ構造の転写に使用される金型は、例えば、ニッケルで形成できる。

前記転写は、上文中に言及したように、例えば、表面回折ネットワークを再現できるエンボス加工や射出成形等の大量生産手段によって行われる。
反射光を用いる一つの態様では、コンバイナーのプラスチック材料は、好ましくは所定の反射率を有し、これにより自動車のフロントガラスよりも大きい所定レベルの透明性を持つことができる。コンバイナーは、実際には、フロントガラスに当てて配置でき、又はフロントガラスのプラスチック層と直接的に一体化され、この場合、反射特性は、コンバイナーの反射特性でなくフロントガラスの反射特性である。

反射光の場合には、運転者の視野内に置かれた虚像は、透過光を用いた形体におけるよりも輝度のレベルが低く、レリーフの深さを制御することによって、回折効率を大きくできる。

これは、ケミカルエッチング物質を、感光層に、得られるべきレリーフ深さを決定する所定時間に亘って適用することによって制御される。エッチング時間が長いと、縞のレリーフは、実際上正弦波の外観を呈し、これに対し適用時間が短いと、例えば図８に示すように、外側の山が平らに見える。

母型の表面に設けられたレリーフの深さの制御は、記録を行うための露光時間で決まるということに着目されるべきである。
反射特性が例えばフロントガラスによって支持されていない一つの変形例では、コンバイナーの回折面に付着した少なくとも一つの反射層を追加できる。

更に正確に述べると、この反射層は、光ビームの少なくとも一つの波長に関するその選択性について選択できる。
選択的反射層の数は、投影ユニットが発生する色の数と同じであってもよい。これらの層を重ねた場合、各層は対応する波長しか反射せず、他の波長に対しては透明である。

本発明の方法により、最終的には、一方の表面に回折構造が設けられた平らな外観のプラスチックプレートの形態の透明なプラスチック材料製のコンバイナーが得られる。上文中に言及したように、異なる回折効率で、透過光及び反射光と同時に作用できる。

本発明は、更に、ディスプレー装置、特に自動車用ヘッドアップディスプレー機能を実施できるディスプレー装置に関する。このディスプレー装置は、上文中に説明した方法によって製造された回折コンバイナーに向かって差し向けられるように設計された光ビームを発生する投影ユニットを含む。この投影ユニットは、像、特に自動車の機能及び運転についての情報を運転者の視野内に配置された虚像の形態で投影できる。

幾つかの色を用いる一つの実施例では、投影ユニットは、波長が異なる少なくとも二色の光源によって後方から照明された画像を形成するように設計されたディスプレーを含み、ディスプレーの少なくとも一つのゾーンの範囲を定めるバックライト枠(backlighting figure) を発生する回折構成要素が、各光源の出力に、光源によって放出されたビームの軸線に対して垂直に配置されており、範囲が定められたゾーンは、一つの色だけによって後方から照明される。

回折構成要素は、実際には、必要なバックライト枠を正しく形成できる。例えば、ディスプレーの特定のゾーンを赤で照明し（特に警報）、他を緑で照明し（例えば速度と関連した情報）、その他を青で照明する（ナビゲーションと関連した情報）。

投影デバイスに幾つかの光源が設けられた場合の明らかな形体上の理由により、少なくとも一つの光源がディスプレーの平面に引いた垂線に対して角度αで配向されている。この特徴は、回折構成要素の寸法を小さくするために使用される。これは、回折構成要素をマイクロ製造によって製造するためである。

光源の出力に配置された回折構成要素は、実際には、階層構造(multilevel structure)である。これにより、中央次数(central order)に集中する光出力を減少でき、これにより照明の均等性を改善し、光の損失を低減する（光エネルギの全てがディスプレーの一つのゾーンに分配される）。

しかしながら、これらの階層エレメントの製造は、マイクロ製造中、極めて微細な構造的詳細に関与することを必要とする。これは、源、及び従って回折構成要素がディスプレー及びその垂線に対して所定の角度をなす場合に減衰される。これは、その場合、前記エレメントの計算のフーリエ窓がcosα だけ減少するためである。これにより、マイクロ製造の限界寸法値を相関して増大できる。

上述のように、回折コンバイナーは、単一の材料で形成された透明なプレートの形態で形成される。これが本発明の主な利点である。特に自動車用ヘッドアップディスプレーの用途では、回折コンバイナーの少なくとも一つの面に保護層又はカバーを設けてもよい。

好ましくは、投影デバイスのディスプレーは液晶ディスプレーである。
更に好ましくは、コンバイナーは、虚像をコンバイナーの前方所与の距離のところに、運転者の視線に対して正確な傾斜角度で位置決めするように形成された光学的回折エレメントを含む。

一つの可能な態様によれば、光源はダイオードであり、これらのダイオードは、各々、空間的に且つ一時的にコヒーレンスな光ビームを発生する、例えばレーザーダイオードである。画像を形成するディスプレーには、所定の開口角を持つ光学的拡散層が設けられていてもよい。

次に、添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。

図１は、本発明の教示に従って反射光で作動するヘッドアップディスプレー装置が装備された自動車の車室を示す概略図である。 図２は、透過光で作動する装置についての図１と同様の概略図である。 図３は、図１のディスプレー装置に装備された投影ユニットの機能を概略に示す軸線方向断面図である。 図４は、投影ユニットの光源の出力に配置された回折構成要素の利点を示す概略図である。 図５は、図１のディスプレー装置に装備された投影ユニットの一実施例を概略に示す軸線方向断面図である。 図６は、図５の投影ユニットに装備されたディスプレーのゾーンを概略に示す正面図である。 図７は、リソグラフィーによる回折コンバイナーの製造原理を示す概略図である。 図８は、回折コンバイナーの表面上に形成された光学的回折エレメントを示す顕微鏡写真図である。 図９は、虚像に対する照明角度を示す概略図である。

下文において、同じ又は同様のエレメントに同じ参照番号が付してある。
図１において、ダッシュボード１２及び本発明の教示に従って形成されたヘッドアップディスプレー装置１４を含む自動車１０の内部が概略に示してある。図示の実施例（反射光を用いる）によれば、ヘッドアップディスプレー装置１４は、ダッシュボード１２にフロントガラス１５の近くに配置されている。

本発明によるヘッドアップディスプレー装置１４は、投影ユニット１６及び運転者Ｃの視線に配置された回折コンバイナー１８を含む。回折コンバイナー１８は、自動車の機能又は運転についての情報を、運転者の視野内でフロントガラス１５の前方に位置決めされた虚像１９の形態で表示するために設けられている。

図３に示す実施例によれば、投影ユニット１６により、情報を三つの光源２２、２４、２６によって三色（例えば青色、赤色、及び緑色）で表示できる。これらの光源は、好ましくは、可視範囲で発光するレーザーダイオードであり、画像を形成するディスプレー３０に向かって拡散する前に回折構成要素２３、２５、２７によって整形された光ビームを発生する。ディスプレー３０は、例えば液晶ディスプレーであり、光源２２、２４、２６を一体化した図の上方に正面図で示される。

回折整形構成要素２３、２５、２７は、ディスプレー３０内の範囲が定められた特定のゾーンの形状に適合した断面の光ビームを発生することを目的としている。ディスプレー３０は、自動車の機能又は運転についての情報を表示する画像を発生するように形成されている。ディスプレー３０は、異なる性質の情報を異なる色で伝達するように光源２２、２４、２６の夫々によって照らされるゾーンＺ１、Ｚ’１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ’３を含み、コンバイナー１８は、ディスプレーの隣接したゾーン内に前記情報を虚像１９で再現する。コンバイナー１８のマルチプレックス回折レリーフ(multiplex diffractive reliefs) は、実際に、投影ユニット１６で後方から照らされたとき、投影ユニット１６が放射した複合ビームを入射波長に従って差分態様(differentiated manner) で処理し、情報を虚像１９で再現する。

回折整形構成要素２３、２５、２７は階層構造である。この技術的選択により、中央の次数(central order) に集中する光出力を減少できる。これにより照光の均等性を改善し、光の損失を減少する。これは、全ての光エネルギがディスプレーのゾーンに分配されるためである。階層エレメントの製造は、マイクロ製造(micro-manufacture) 中、非常に微細な構造的詳細に関与することを必要とする。これらのエレメントのマイクロ製造を可能にするため、図３に示す光源２２、２６を所与の角度で配向する。これらの光源は、例えば、ディスプレー３０に引いた垂線に対して角度α（絶対値）の傾斜で位置決めされる。これにより、回折整形エレメントの計算に必要なフーリエ窓(Fourier window)を減少でき、及び従って階層ネットワーク(multilevel network)のマイクロ製造についての限界寸法値を増大できる。ディスプレーの寸法と計算により得られる寸法との間の関係（図４でわかる）は、この場合、
［数２］
Ｌ_計算 = Ｌ_実際 ・ ｃｏｓα
である。

次いで、この技術により、限界寸法を使用することによって製造された、マイクロ製造によって容易に製造できる回折構成要素を使用して、ディスプレー３０の全てのゾーンを使用できる。

図５に示す実施例によれば、投影ユニット１６はハウジング２０の内部に取り付けられる。ハウジング２０は、この場合、色が異なる二つの光源２４、２６、好ましくは可視範囲で放射するレーザーダイオードを含む。これらの光源は、波長が異なる第１光ビームＦ１及び第２光ビームＦ２を発生する。これらの光ビームＦ１及びＦ２は、画像を形成するディスプレー３０に向かって拡散される前に、光学的整形エレメント２５、２７によって整形される。ディスプレー３０は、例えば液晶ディスプレーである。光学的整形エレメント２５、２７は、ディスプレー３０の形状と適合する断面の光ビームＦ１、Ｆ２を発生することを目的とする。ディスプレー３０は、自動車の機能又は運転についての情報を提供する画像を発生するように形成されている。ディスプレー３０には、好ましくは、所定の角度開口部を持つ光学的拡散層３２が設けられている。

ディスプレー３０は、表示される情報の種類に応じて幾つかのゾーンＺ１、Ｚ２を持ち、虚像１９に色を表示するように形成されている。例えば、ディスプレー３０は、車輛操縦システムの方向の変化又は車輛の瞬間速度の表示等の重要な情報を表示するための第１ゾーンＺ１、及び速度制限の超過等の警報情報又はＧＰＳ座標等の副次的情報を表示するための第２ゾーンＺ２を含む。当然のことながら、ディスプレー３０は、例えば図３を参照して言及したように、二つより多いディスプレーゾーンを備えていてもよく、二つより多い色を表示してもよい。

整形エレメント２５、２７は、ディスプレー３０のゾーンＺ１及びＺ２を照明するように形成されている。ディスプレー３０及び光源２４、２６の制御は、電子ユニット（図示せず）によって行われる。

図６は、二つの照明ゾーンＺ１、Ｚ２を含むディスプレー３０、及びこれらのゾーンの各々に形成された画像を示す。
回折コンバイナー１８は、図２に示すように、透過光でも機能できる。この場合、回折コンバイナー１８は、投影ユニット１６と運転者Ｃの眼との間に配置される。その結果、画像から投影ユニット１６の下流に放出された光は、回折コンバイナー１８を透過することによって回折され、回折コンバイナー１８に関して運転者Ｃの反対側に配置された虚像１９を発生する。

有利には、回折コンバイナー１８は、光学的回折エレメントが表面に設けられた透明なプラスチック製構成要素であり、同じ透明プラスチック材料でできた単一の層でできている。光学的回折エレメントは、ホログラフィック虚像１９を回折コンバイナー１８の前方所与の距離のところに位置決めするように形成されている。更に、これらの光学的回折エレメントは、画像を拡大する機能を持つように形成されている。図１に示すように反射光を用いる形態では、コンバイナー１８はフロントガラス１５に当接して配置してもよいしフロントガラス１５と一体化してもよい。その場合、コンバイナー１８は前記フロントガラス１５よりも透明度が高い。

回折コンバイナー１８は、レーザー干渉によってナノリソグラフィーによって製造される。先ず最初に、感光プレート３６が示してある図７に示す原理を考慮し、母型を記録する。この図では、半径Ｒ１及びＲ２は、対物半径(object radii)及び参照半径(reference radii) を示す。これらの二つの半径により、感光プレート３６の同じ側で干渉を生じることができる。記録に使用されたプレートは、プレート３６（水晶、シリコン、ガラス、等）上の均等な層３８をなした感光性樹脂の付着物を含む。プレート３６は、機械的支持体として役立つに過ぎない。Ｒ１及びＲ２が感光層３８上で干渉することにより、感光層３８の精密なゾーンを露光でき、これによりこれらのゾーンでの樹脂の溶解性を変化する。かくして、感光性樹脂の露光されたゾーンは、その他のゾーンと比較して多かれ少なかれ溶解性になる。ケミカルエッチングにより、図８でわかるように、回折表面構造を得るように、未露光ゾーン（又は感光性樹脂の種類（ネガティブ又はポジティブ）によっては露光ゾーン）を抑制できる。

本発明のヘッドアップディスプレー装置を使用するときに傾斜した虚像を表示するためには、ビームＲ１を、感光層３８の表面に対する垂線に対し、虚像を得る上で望ましい傾斜角度と対応する所定の角度だけ傾斜した記録アッセンブリを製造することで十分である。

角度θ_ｉの値の計算は、ディスプレー３０のバックライトで使用される様々な波長、この場合には３個の波長と対応するよう行われる。これは、３個の光源が使用されているためである（図３参照）。角度θ_ｉの各値は、照光ゾーンＺ１、Ｚ’１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ’３の波長λ_ｉ及び明確に定められた方向と関連した光を回折するように計算される。

単一のアッセンブリを製造することによって記録を行い、次いでプレート３６及び感光層３８を含む母型の製造を三つの連続した記録で行う。記録手順に亘り、感光層３８を固定状態に保持し、同じレーザー源を使用する。参照ビーム（Ｒ２）の第１角度θ_１（この角度は、投影器のバックライト波長λ_１と対応する）で手順を開始する。次に、Ｒ２の位置を変え、角度θ_２（この角度は、第２バックライト波長と対応する）を得る。手順を同様に続行し、波長λ_３と対応する回折ネットワークを形成する。

角度の選択は、視線に対する投影器の角度θ_ｐ（図９参照）、記録源の波長λ_ｅ、及び問題のバックライトゾーンＺ１、Ｚ’１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ’３の波長で決まり、これにより、角度θ_ｉについて以下の関係が得られる。

得られた結果は、同じ感光層３８上の干渉縞のマルチプレクシングである。従来のケミカルエッチング法によって露光されたこの感光層３８を「現像」することにより、次いで、コンバイナー１８の表面上でマルチプレックスネットワークを得ることができる。この層は、最終工程で透明なプラスチック材料にネットワークを転写できるニッケル金型の製造に使用できる母型として作用する表面ネットワークを備えている。

上文中に説明した記録方法により、第１次数と異なる回折次数(diffraction orders)を運転者の視野の外側に位置決めできる。各波長と対応する第１次数だけが視野内に配置され、投影器出力のところと同じゾーンを再形成するように並置される。

虚像１９は、高い輝度を有する。これは、回折コンバイナーの回折効率が７０％よりも大きいためである。
上述の方法によって製造した母型に基づき、回折コンバイナーを再現性のある産業的な方法でプラスチックの射出成形又はエンボス加工によって製造できる。

１０ 自動車
１２ ダッシュボード
１４ ヘッドアップディスプレー装置
１５ フロントガラス
１６ 投影ユニット
１８ 回折コンバイナー
１９ 虚像
２２、２４、２６ 光源
２３、２５、２７ 回折構成要素
３０ ディスプレー

Claims (19)

1. 自動車用ヘッドアップディスプレー装置で使用される単層の回折コンバイナーの製造方法であって、前記自動車用ヘッドアップディスプレー装置は、波長がλ_ｉ（ｉ＝１乃至ｎ）のｎ（≧１）個の光源によって後方から照明されるディスプレーが設けられた投影ユニットを含み、前記投影ユニットは、前記ディスプレーの少なくとも一つのゾーンを照明し、光ビームを前記回折コンバイナーに向かって角度θ_ｐで送出し、
   ａ）厚さが均一な感光層を固体基材の平らな表面上に付着する工程と、
   ｂ）レーザー源から放出された二つの光ビームＲ１及びＲ２の干渉により、前記感光層に干渉縞を露光する工程と、
   ｃ）前記干渉縞に対応する露光されたゾーンを前記感光層のレリーフの変化に変換し、これらの変化を再現する金型を製造する工程と、
   ｄ）前記金型を使用し、前記基材の回折レリーフ構造を均質な透明プラスチック材料製の要素に転写し、回折コンバイナーを形成する工程とを含む、回折コンバイナーの製造方法において、
   前記工程ｂ）を、波長λ_ｅの同じレーザー源から放出された二つの光ビームＲ１及びＲ２に基づいてｎ回実施し、前記ビームＲ１及びＲ２の間の角度はθ_ｉ（ｉ＝１乃至ｎ）であり、この角度は、
   に等しく、これらの干渉ビームの一方は発散ビームであり、球面波面を有し、他方のビームは平面波であり、これらのビームが干渉することにより縞の輪郭線が湾曲した、ピッチが変化している回折ネットワークを形成し、
   球面波を持つ前記ビームの軸線に対して垂直方向に配向された平らな面と、様々な曲率半径の湾曲した面とを持つ屈折要素が、球面波を持つ前記ビームの経路上に配置され、自在に拡大できるゾーンを前記回折コンバイナー上に形成する、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
2. 請求項１に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
   前記屈折要素は、プラスチック材料又はガラスで形成されている、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
   前記固体基材はガラス又は石英で形成されている、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
   前記干渉縞に対応する前記露光されたゾーンのレリーフの変化への変換は、
   −所与の時間に亘ってケミカルエッチング用物質を前記露光された感光層に適用し、前記干渉縞を前記感光層のレリーフの変化に変換し、母型を形成する工程と、
   −導電層を前記レリーフの表面に付着する工程と、
   −前記金型を得るため、前記導電層に電鋳法を適用する工程とを含む、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
   前記金型はニッケル製である、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
   前記透明プラスチック材料製の要素への回折レリーフ構造の転写は、エンボス加工型又は射出成形型の大量生産手段によって行われる、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
   前記回折コンバイナーの前記プラスチック材料は所定の反射率を有し、これにより、車両のフロントガラスよりも大きいレベルの透明性を持つことができる、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
8. 請求項４に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
   前記ケミカルエッチング用物質を、前記感光層に、得られるべき前記レリーフの深さを決定する所定時間に亘って適用し、前記レリーフの前記深さで回折効率が定まる、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
   少なくとも一つの反射層が前記回折コンバイナーの回折面に付着されている、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
10. 請求項９に記載の回折コンバイナーの製造方法において、
    前記反射層は、前記投影ユニットが放出した前記光ビームの少なくとも一つの波長に関して選択性を有する、ことを特徴とする回折コンバイナーの製造方法。
11. 画像を、運転者の視野内に虚像の形態で投影するように設計された自動車用ヘッドアップディスプレー装置であって、投影ユニットと、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法によって製造された回折コンバイナーとを含む自動車用ヘッドアップディスプレー装置。
12. 請求項１１に記載の自動車用ヘッドアップディスプレー装置において、
    前記投影ユニットは、波長が異なる少なくとも二色の光源によって後方から照明された画像を形成するように設計されたディスプレーを含み、前記ディスプレーの少なくとも一つのゾーンの範囲を定めるバックライト枠を発生する回折要素が、各光源の出力に、前記光源によって放出された前記ビームの軸線に対して垂直に配置されており、範囲が定められたゾーンの各々は一つの色だけによって後方から照明される、ことを特徴とする自動車用ヘッドアップディスプレー装置。
13. 請求項１２に記載の自動車用ヘッドアップディスプレー装置において、
    少なくとも一つの光源が、前記ディスプレーの平面に引いた垂線に対して角度αで配向されている、ことを特徴とする自動車用ヘッドアップディスプレー装置。
14. 請求項１１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の自動車用ヘッドアップディスプレー装置において、
    前記回折コンバイナーは、単一の材料で形成された透明なプレートの形態で形成されている、ことを特徴とする自動車用ヘッドアップディスプレー装置。
15. 請求項１４に記載の自動車用ヘッドアップディスプレー装置において、
    前記回折コンバイナーの少なくとも一方の面には、保護層又はカバーが設けられている、ことを特徴とする自動車用ヘッドアップディスプレー装置。
16. 請求項１２乃至１５のうちのいずれか一項に記載の自動車用ヘッドアップディスプレー装置において、
    前記投影デバイスの前記ディスプレーは液晶ディスプレーである、ことを特徴とする自動車用ヘッドアップディスプレー装置。
17. 請求項１１乃至１５のうちのいずれか一項に記載の自動車用ヘッドアップディスプレー装置において、
    前記回折コンバイナーは、虚像を前記回折コンバイナーの前方所与の距離のところに、運転者の視線に対して正確な傾斜角度で位置決めするように形成された光学的回折要素を含む、ことを特徴とする自動車用ヘッドアップディスプレー装置。
18. 請求項１２乃至１７のうちのいずれか一項に記載の自動車用ヘッドアップディスプレー装置において、
    前記光源はダイオードであり、これらのダイオードは、各々、空間的に且つ時間的にコヒーレンスな光ビームを発生する、ことを特徴とする自動車用ヘッドアップディスプレー装置。
19. 請求項１２乃至１８のうちのいずれか一項に記載の自動車用ヘッドアップディスプレー装置において、
    前記画像を形成する前記ディスプレーには、所定の開口角度を持つ光学的拡散層が設けられている、ことを特徴とする自動車用ヘッドアップディスプレー装置。