JPH04303812A - Headup display - Google Patents

Headup display

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JPH04303812A
JPH04303812A JP9352791A JP9352791A JPH04303812A JP H04303812 A JPH04303812 A JP H04303812A JP 9352791 A JP9352791 A JP 9352791A JP 9352791 A JP9352791 A JP 9352791A JP H04303812 A JPH04303812 A JP H04303812A
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display
hologram
holographic optical
head
light source
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Atsushi Sato
敦 佐藤
Takashi Nishihara
隆 西原
Fujiro Iwata
岩田 藤郎
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Abstract

PURPOSE:To display a sharp image as keeping a function by forming a holographic optical device in a set of element holograms which reproduce a different one point. CONSTITUTION:The element hologram 25a that is a hologram with small area is photographed as the position 23a of the point light source of reference light and the position 27a of the point light source of a material, and similarly, the element hologram 25b is photographed by placing the point light source on positions 23b, 27b. Therefore, adjacent element holograms 25a, 25b perform the stigmatic reproduction of the points 23a, 23b neighboring to each other on a display screen at the positions 27a, 27b. By using the holographic optical device 25 manufactured in such way as the combiner of a head-up display, an observer can observe one part 27a of an virtual image on the display screen via a certain one element hologram 25a in the holographic optical device, and observe the part 27b via the element hologram 25b.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラムを用いた回
折光学型ヘッドアップディスプレイに係り、特に収差を
減少させ、ぼけの少ない鮮明な画像表示を可能とするヘ
ッドアップディスプレイに関するものである。ヘッドア
ップディスプレイは、運転者の負担を軽減する装置とし
て航空機や自動車、船舶、電車等に搭載する事が可能で
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffractive optical head-up display using a hologram, and more particularly to a head-up display that reduces aberrations and enables clear image display with less blur. Head-up displays can be installed in aircraft, automobiles, ships, trains, etc. as devices that reduce the burden on drivers.

【0002】0002

【従来技術】近年、航空機、自動車などにおいて、高年
齢運転者や高速運転時の事故を防止するための手段とし
てヘッドアップディスプレイが実用に供されてきている
2. Description of the Related Art In recent years, head-up displays have been put into practical use in aircraft, automobiles, etc. as a means to prevent accidents caused by elderly drivers or when driving at high speeds.

【0003】ヘッドアップディスプレイとしては種々の
ものがあるが、その1つとしてホログラフィック光学素
子を用いた回折光学型ヘッドアップディスプレイがある
。すなわち、ヘッドアップディスプレイでは、表示面か
らの光をコンバイナ(表示面と前景を重ね合わせるもの
の意)で反射させて、観察者は表示面の虚像を視認する
が、このコンバイナにホログラフィック光学素子を用い
たヘッドアップディスプレイを回折光学型ヘッドアップ
ディスプレイと称している。ホログラムを使った回折光
学型ヘッドアップディスプレイは、透過効率を可視域全
体で90%と高くしても、特定波長に対する反射効率を
高くでき、しかも遠方収束機能などのような波面変換素
子としての機能を持たせる事が可能であるという特色を
有している。
There are various types of head-up displays, one of which is a diffractive optical head-up display using a holographic optical element. In other words, in a head-up display, light from the display surface is reflected by a combiner (a device that overlaps the display surface and the foreground) so that the viewer can see a virtual image on the display surface. The head-up display used is called a diffractive optical head-up display. Diffractive optical head-up displays using holograms can have a high transmission efficiency of 90% in the entire visible range, but can also have high reflection efficiency for specific wavelengths, and can also function as a wavefront conversion element such as a long-distance convergence function. It has the feature that it is possible to have

【0004】回折光学型ヘッドアップディスプレイは、
通常、図3に示すような構成で、表示面31から出た光
はミラー32とホログラフィック光学素子33でそれぞ
れ反射・回折して観察者の目35に入射するという方式
のヘッドアップディスプレイである。
[0004] The diffractive optical head-up display is
Typically, this head-up display has a configuration as shown in FIG. 3, in which light emitted from a display surface 31 is reflected and diffracted by a mirror 32 and a holographic optical element 33, and then enters the viewer's eyes 35. .

【0005】ここで、ホログラフィック光学素子33は
、発散球面波と平面波または発散球面波同士の干渉によ
り作製される体積位相反射型のホログラムである。従っ
て、表示面上31の1点から出た光は、ホログラフィッ
ク光学素子33で反射回折して、異なる曲率を持つ球面
波となって再生されるため、表示面31上の画像を虚像
34として観察者35の視野内の遠方に作ることになる
[0005] The holographic optical element 33 is a volume phase reflection type hologram produced by interference between a divergent spherical wave and a plane wave or between divergent spherical waves. Therefore, the light emitted from one point on the display surface 31 is reflected and diffracted by the holographic optical element 33 and reproduced as a spherical wave with different curvatures, so that the image on the display surface 31 is converted into a virtual image 34. It will be created far away within the field of view of the observer 35.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的にヘ
ッドアップディスプレイで表示される画像情報は、像の
ぼけが少ないことが望まれる。しかし、上述したヘッド
アップディスプレイでは、軸外結像であるため、波面収
差は逃れられない。すなわち、ヘッドアップディスプレ
イのコンバイナであるホログラフィック光学素子33は
体積位相型のホログラムであり、ホログラム作製の際の
参照光と同条件で光が入射した場合は無収差で再生する
が、条件からずれた場合は収差を伴ってしまう。つまり
、表示面31の中心部分では、ホログラム作製の際の参
照光の光源位置に近いので収差によるぼけは少ないが、
表示面31の外周付近では参照光の光源とは異なる位置
から再生光を入射することになるので収差によるぼけが
大きくなってしまう。従って、表示面の虚像34は中心
から周辺に行くに従い、ぼけた不鮮明なものとなつてい
た。この事は、コンバイナが大面積になるほど顕著であ
る。
By the way, it is generally desired that image information displayed on a head-up display has less blur. However, in the above-mentioned head-up display, since off-axis imaging is performed, wavefront aberration cannot be avoided. In other words, the holographic optical element 33, which is a combiner of a head-up display, is a volume phase type hologram, and if light is incident on it under the same conditions as the reference light during hologram production, it will be reproduced without aberration, but if it deviates from the conditions If this happens, aberrations will occur. In other words, the central part of the display surface 31 is close to the light source position of the reference light during hologram production, so there is little blurring due to aberrations;
Near the outer periphery of the display surface 31, the reproduction light is incident from a position different from that of the light source of the reference light, resulting in increased blur due to aberrations. Therefore, the virtual image 34 on the display surface becomes blurred and unclear as it goes from the center to the periphery. This becomes more noticeable as the area of the combiner increases.

【0007】以上のような事情から、従来、回折光学型
ヘッドアップディスプレイにおいては、収差によるぼけ
を減らすことは困難であった。本発明は、上述のような
問題点を解決するために成されたもので、コンバイナの
大小にかかわらず、ぼけの少ない鮮明な画像を表示でき
るヘッドアップディスプレイを得ることを目的としてい
る。
[0007] Due to the above-mentioned circumstances, it has conventionally been difficult to reduce blur due to aberrations in diffractive optical head-up displays. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a head-up display that can display clear images with less blur, regardless of the size of the combiner.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、ヘッドアップディスプレイにおけるホ
ログラフィック光学素子を複数の小面積のホログラム(
以下、これを要素ホログラムと呼ぶ)から成る体積位相
型ホログラムとし、各々の要素ホログラムは対応する表
示面上の1点をぼけることなく再生するように作製する
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a holographic optical element in a head-up display that includes a plurality of small-area holograms (
Hereinafter, this is a volume phase type hologram consisting of holograms (hereinafter referred to as elemental holograms), and each elemental hologram is manufactured so as to reproduce one point on the corresponding display surface without blurring.

【0009】つまりホログラフィック光学素子の作製の
際、各要素ホログラムは、参照光の点光源の位置と物体
光の点光源の位置とを変えながら撮影したもので、図2
において、要素ホログラム25aは、参照光の点光源の
位置を23a、物体光の点光源の位置を27aとして撮
影され、同様に要素ホログラム25bは23b、27b
の位置に点光源を置いて撮影したホログラムである。
In other words, when manufacturing a holographic optical element, each element hologram was photographed while changing the position of the point light source of the reference light and the position of the point light source of the object light, as shown in FIG.
, the element hologram 25a is photographed with the point light source of the reference light at 23a and the point light source of the object light at 27a, and similarly the element hologram 25b is photographed at 23b, 27b.
This is a hologram taken with a point light source placed at the position.

【0010】従って、隣り合った要素ホログラム25a
と25bは、表示面上での隣り合った点23aと23b
をそれぞれ無収差で27a、27bの位置に再生する。 このようにして作製されたホログラフィック光学素子2
5をヘッドアップディスプレイのコンバイナとして使用
すると、観察者はホログラフィック光学素子中のある1
つの要素ホログラム25aを通して表示面の虚像上の1
部分27aを観察し、25bを通して27bを観察する
ので収差によるぼけはない。しかも、観察者の視点位置
が変化した場合にも、すぐ近傍の1点を再生するべく作
製された要素ホログラムを通して観察することになるの
で、収差による画像のぼけは少なく抑えられる。
Therefore, the adjacent element holograms 25a
and 25b are adjacent points 23a and 23b on the display surface.
are reproduced at positions 27a and 27b, respectively, without aberration. Holographic optical element 2 produced in this way
5 as a combiner in a head-up display, the viewer can
1 on the virtual image of the display surface through the two element holograms 25a.
Since part 27a is observed and 27b is observed through 25b, there is no blur due to aberration. Furthermore, even if the observer's viewpoint position changes, the observation is made through the element hologram that was created to reproduce one point in the immediate vicinity, so blurring of the image due to aberrations can be suppressed to a minimum.

【0011】[0011]

【作用】本発明では、ヘッドアップディスプレイにおけ
るコンバイナとしてのホログラフィック光学素子が、異
なる条件で撮影した複数の要素ホログラムから成る。こ
れにより、比較的簡単に収差によるぼけの少ない鮮明な
画像表示を可能とするヘッドアップディスプレイを実現
することができる。
According to the present invention, the holographic optical element as a combiner in a head-up display is composed of a plurality of element holograms photographed under different conditions. As a result, it is possible to relatively easily realize a head-up display that can display clear images with less blur caused by aberrations.

【0012】0012

【実施例】本発明では、ヘッドアップディスプレイにお
ける収差によるぼけを少なくするために、ホログラフィ
ック光学素子が小面積の要素ホログラムからなり、各要
素ホログラムは、位置の異なる点を無収差で再生するよ
うに作製されている。
[Embodiment] In the present invention, in order to reduce blur caused by aberration in a head-up display, the holographic optical element is composed of small-area element holograms, and each element hologram is designed to reproduce points at different positions without aberration. It is manufactured in

【0013】以下、上記のような考え方に基づいた本発
明の一実施例について、図面を参照して説明する。図1
は、本発明によるヘッドアップディスプレイの全体構成
例を示す概略説明図である。表示面11から出た光は、
ミラー12で反射されてホログラフィック光学素子13
へ到達する。そして、このホログラフィック光学素子1
3で反射回折して、観察者15に視覚される。観察者1
5に視覚される光は、表示面の虚像14として視認され
ることになる。
An embodiment of the present invention based on the above concept will be described below with reference to the drawings. Figure 1
1 is a schematic explanatory diagram showing an example of the overall configuration of a head-up display according to the present invention. The light emitted from the display surface 11 is
It is reflected by the mirror 12 and the holographic optical element 13
reach. And this holographic optical element 1
3 is reflected and diffracted, and is visible to the observer 15. Observer 1
The light seen at 5 is visually recognized as a virtual image 14 on the display surface.

【0014】ここで、表示面11上の1部分11aはホ
ログラフィック光学素子13中の要素ホログラム13a
で反射回折され、一方、表示面11上の別の1部分11
b、11cはそれぞれ要素ホログラム13b、13cで
反射回折される。各々の要素ホログラムは、それぞれ対
応する1点を無収差で再生するため、観察者15がある
特定の範囲内で観察した場合、収差によるぼけの少ない
鮮明な画像を表示できる。
Here, one portion 11a on the display surface 11 is an element hologram 13a in the holographic optical element 13.
On the other hand, another portion 11 on the display surface 11
rays b and 11c are reflected and diffracted by element holograms 13b and 13c, respectively. Each element hologram reproduces a corresponding point without aberration, so when the observer 15 observes within a certain range, a clear image with less blur due to aberration can be displayed.

【0015】次に、本実施例によるホログラフィック光
学素子の作製方法の一例について説明する。図2におい
て、ホログラフィック光学素子用の感光材料25は、表
裏面とも要素ホログラムの大きさに合わせたスリットを
切ってある遮光板26で覆われており、感光材料25は
固定されているが、遮光板26は上下左右方向に移動可
能なステージ24上にある。参照光、物体光の点光源は
、それぞれ顕微鏡対物レンズとピンホールから成り、こ
れも移動ステージ上22にある。要素ホログラム25a
は、表示面上のある1点に相当する23aを参照光の光
源位置とし、この23aに対応する表示面の虚像上の1
点27aを物体光の光源位置とした2つの球面波の干渉
により撮影する。次に2つの点光源をステージ22によ
り23bと27bに移動し、同時にスリットも25bへ
移動させて要素ホログラム25bの撮影を行う。これと
同様の作業を全ての要素ホログラムに対して順次行なう
ことによりホログラフィック光学素子を作製する。
Next, an example of a method for manufacturing the holographic optical element according to this embodiment will be explained. In FIG. 2, the photosensitive material 25 for the holographic optical element is covered with a light shielding plate 26 having slits cut to match the size of the element holograms on both the front and back surfaces, and the photosensitive material 25 is fixed. The light shielding plate 26 is located on a stage 24 that is movable in vertical and horizontal directions. The point light sources of the reference light and object light each consist of a microscope objective lens and a pinhole, and are also located on the moving stage 22. Element hologram 25a
23a corresponding to a certain point on the display surface is the light source position of the reference light, and the point 23a on the virtual image of the display surface corresponding to this 23a is the light source position of the reference light.
Photographing is performed by interference of two spherical waves with point 27a as the light source position of the object light. Next, the two point light sources are moved to 23b and 27b by the stage 22, and at the same time, the slit is also moved to 25b to photograph the element hologram 25b. A holographic optical element is manufactured by sequentially performing the same operation on all the element holograms.

【0016】上述した作製方法以外にも2次元レンズア
レイやコンピューターホログラムなどを用いて1回の撮
影で同様の効果を持つホログラフィック光学素子を作製
することも可能である。こうして作製されたホログラフ
ィック光学素子は、表示面上の1点からの光をそれに対
応する要素ホログラムにより再生するので、ほぼ無収差
の結像系となる。
In addition to the manufacturing method described above, it is also possible to use a two-dimensional lens array, a computer hologram, or the like to manufacture a holographic optical element having a similar effect by one photographing process. The thus manufactured holographic optical element reproduces light from one point on the display surface using the corresponding element hologram, and thus becomes an imaging system with almost no aberration.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ヘ
ッドアップディスプレイにおけるホログラフィック光学
素子を、それぞれ異なる1点を再生するように作製され
た要素ホログラムの集まりとすることで、従来と同様の
機能を保ち、かつ収差の影響による画像のぼけを防ぎ、
鮮明な画像を表示することが可能となる。
As explained above, according to the present invention, the holographic optical element in the head-up display is made up of a collection of elemental holograms each made to reproduce one different point. functions, and prevents image blurring due to aberrations.
It becomes possible to display clear images.

【0018】[0018]

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明のヘッドアップディスプレイの一実施例
を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of a head-up display of the present invention.

【図2】同実施例におけるホログラフィック光学素子の
作製方法の一例を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing a holographic optical element in the same example.

【図3】従来のヘッドアップディスプレイの一例を示す
説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a conventional head-up display.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,31…表示面 12,32…ミラー 13,33…ホログラフィック光学素子(コンバイナ)
14,34…虚像 15,35…観察者 21…レーザー発振器 22,24…移動ステージ 23…参照光の光源位置 25…感光材料 26…遮光板 27…物体光の光源位置
11, 31... Display surface 12, 32... Mirror 13, 33... Holographic optical element (combiner)
14, 34... Virtual image 15, 35... Observer 21... Laser oscillator 22, 24... Moving stage 23... Light source position of reference light 25... Photosensitive material 26... Light shielding plate 27... Light source position of object light

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コンバイナとして体積位相反射型ホログラ
フィック光学素子を用いるヘッドアップディスプレイに
おいて、上記ホログラフィック光学素子が、複数に分割
された小面積のホログラムから成り、各ホログラムは、
そのホログラムに対応した表示面上の点を無収差で再生
するよう設計されていることを特色とするヘッドアップ
ディスプレイ。
1. A head-up display using a volume phase reflection type holographic optical element as a combiner, wherein the holographic optical element consists of a small-area hologram divided into a plurality of parts, each hologram comprising:
A head-up display is characterized by being designed to reproduce points on the display surface corresponding to the hologram without aberration.
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KR20210071244A (en) * 2019-12-06 2021-06-16 한국전자기술연구원 Holographic Optical Element Recording Method for Head Up Display

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