JPH05173089A - マルチカラーヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作成工程が比較的簡単で、マルチカラー化し
たことによる回折効率の低下をなくしたホログラフィッ
クコンバイナーを用いたマルチカラーヘッドアップディ
スプレイ。 【構成】 ホログラフィックコンバイナーＣの面が、隣
接する各微小領域が別の組に属するように、複数組の微
小領域に分割され、隣接する微小領域の干渉縞が相互に
実質的に重複しないようにして、各組Ｒ、Ｇ又はＢの微
小領域に同一波長により同一配置の２つの光束による干
渉縞が記録され、かつ、異なる組に別の波長に対応する
干渉縞が記録されてなる。干渉縞の多重化による回折効
率の低下が防止でき、各波長の回折効率がその領域の面
積比に応じて分配され、トータルとして１００％の回折
効率となり、明るいマルチカラー化した表示が可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドアップディスプ
レイに関し、特に、ホログラフィックコンバイナーを用
いるマルチカラーヘッドアップディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドアップディスプレイは、操縦席又
は運転席の前方ウィンドガラスの前方に各種計器の情報
像を与えて、外部の視界から目をそらさずにそれらの計
器情報を見ることができるもので、航空機、船舶、車両
の安全性が増すという利点がある。

【０００３】現在、いくつかの自動車会社より、ヘッド
アップディスプレイが搭載された自動車が発売されてい
るが、コンバイナーと呼ばれているウィンドウガラス中
又は表面に設けられているのミラーとしては、全て蒸
着、コーティング等で形成された非ホログラフィックミ
ラーが用いられている。

【０００４】非ホログラフィックミラーを用いた場合、
コンバイナーにはレンズ機能を持たすことができないの
で、表示情報を与えるプロジェクターユニットが大型に
なったり、表示像の結像位置のミラーからの距離を余り
大きくすることができない。また、裏面反射によるゴー
スト像が出てしまうといった問題点もある。

【０００５】こうした非ホログラフィックミラーの問題
点を改善するために、近年、ホログラフィックミラーを
コンバイナーとして用いたヘッドアップディスプレイの
研究が進んでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ホログラフィックコン
バイナーは、レンズ機能を持たせることができ、また、
反射光と回折光の角度を離すことができるので、上記問
題点を全て解決することができる。

【０００７】しかしながら、ホログラフィックコンバイ
ナーは、波長選択性を有するため、通常単一波長の光し
か回折することができず、これを複数の波長を回折して
種々のカラー表示が可能なマルチカラーヘッドアップデ
ィスプレイに構成しようとすると、多重露光、あるい
は、多層構成にする必要がある。ホログラフィックコン
バイナーを多層構成にするには作成工程が繁雑になるの
で、通常多重露光によりマルチカラー化を図るが、その
際、多重化した回折縞の相互作用により回折効率が低下
するという問題がある。これは、それぞれの色に対応し
たピッチの異なる干渉縞がお互いに干渉し合って回折効
率を低下させていると考えられる。

【０００８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、ホログラフィックコンバイナ
ーを用いてマルチカラーヘッドアップディスプレイを構
成する場合に、作成工程が比較的簡単で、かつ、マルチ
カラー化したことによる回折効率の低下をなくしたホロ
グラフィックコンバイナーを用いたマルチカラーヘッド
アップディスプレイを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のマルチカラーヘッドアップディスプレイは、所定位
置に配置された表示体からの光を回折してその虚像を形
成すると共に、その虚像と重畳して透過した背景を表示
するホログラフィックコンバイナーを備えたヘッドアッ
プディスプレイにおいて、ホログラフィックコンバイナ
ーの面が隣接する各微小領域が別の組に属するように複
数組の微小領域に分割され、隣接する微小領域の干渉縞
が相互に実質的に重複しないようにして、各組の微小領
域に同一波長により同一配置の２つの光束による干渉縞
が記録され、かつ、異なる組に別の波長に対応する干渉
縞が記録されてなることを特徴とするものである。

【００１０】この場合、第１の組の微小領域はマルチカ
ラーヘッドアップディスプレイの第１の波長を有する表
示体の位置を発散点とし、光学系を通すか又は直接達す
る第１の波長の光束と、その表示体の虚像の位置を発散
点とし、光学系を通すか又は直接達する第１の波長の光
束との干渉により記録され、第２の組以降の微小領域も
対応する第２以降の波長を有する表示体に対して同様に
記録されているようにすることが望ましい。また、分割
が繰り返しパターンになされており、その分割ピッチが
１０μｍ〜１ｍｍの範囲にあるようにすることが望まし
い。

【００１１】なお、本発明のマルチカラーヘッドアップ
ディスプレイは、航空機、船舶、車両等のヘッドアップ
ディスプレイに用いるのが好適である。

【００１２】

【作用】本発明においては、用いるホログラフィックコ
ンバイナーの面が隣接する各微小領域が別の組に属する
ように複数組の微小領域に分割され、隣接する微小領域
の干渉縞が相互に実質的に重複しないようにして、各組
の微小領域に同一波長により同一配置の２つの光束によ
る干渉縞が記録され、かつ、異なる組に別の波長に対応
する干渉縞が記録されてなるので、それぞれの色に対応
したピッチの異なる干渉縞が多重化によりお互いに干渉
し合って回折効率を低下させことがなく、各波長の回折
効率がその領域の面積比に応じて分配され、トータルと
して１００％の回折効率となり、明るいマルチカラー化
した表示が可能になる。

【００１３】

【実施例】ホログラフィックコンバイナーにおいて、そ
の光束合成面を微小領域に分割し、隣接する領域の干渉
縞が相互に重複しないようにして、隣接する領域にそれ
ぞれに回折波長が異なる干渉縞を別々に記録することに
より、各波長の回折効率（明るさ）はその領域の面積比
に応じて分配され、トータルとして１００％の回折効率
となる。これが本発明のマルチカラーヘッドアップディ
スプレイのホログラフィックコンバイナーの基本的原理
である。

【００１４】以下、図面を参照にして本発明の実施例に
ついて説明する。図１（ａ）は上記のように回折面を分
割してマルチカラー化したホログラフィックコンバイナ
ーを撮影する光学系の配置を示す図であり、図２に示す
ような記録材料スタックＳにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の３種のレーザー光を用いて三重露光をする。そ
の際、参照光の発散点は共通化して、表示物体の虚像位
置に配置すか、光学系ｆを通して配置するが、物体光の
発散点については、各波長の表示物体の配置位置に応じ
て、図示のように各波長毎に異なる位置にするか、同じ
位置にするか、あるいは、光学系ｆ′を通して配置す
る。記録材料スタックＳは、図２に示すように、ホログ
ラム記録乾板２の一方の面に第１のマスク板１を他方の
面に第２のマスク板３を重ねて構成したもので、それぞ
れの界面はキシレン等で屈折率整合をとってある。ここ
で、ホログラム記録乾板２は、例えば、ガラス７表面に
フォトポリマー５を塗布してなるものであり、マスク板
１、３はそれぞれ、例えば、記録する波長に対応する開
口４′を設けたマスク層４をＮＤフィルター又はガラス
６上に設けてなるものである。撮影の際、これらマスク
板１、３をレーザー光をＲ、Ｇ、Ｂと変更する毎にそれ
ぞれ専用のものに交換して露光を繰り返すことにより
（図２の場合はレーザー光がＧの場合を示す。）、図３
（ａ）に断面図を、同図（ｂ）に平面図を示すようなホ
ログラムミラー（ホログラフィックコンバイナー）Ｃが
形成される。コンバイナーＣの光束合成面は、図３に示
すように、碁盤の目状に矩形領域に分割されており、相
互に隣接する領域が異なるＲ、Ｇ、Ｂの波長を回折する
ようになっており、隣接する領域間に細い二重露光領域
８が形成されている（もちろん、二重露光領域８は形成
しなくてもよい。）。なお、分割形状は、碁盤の目状以
外に、ストライプ状、千鳥格子状等繰り返しパターンで
あればよく、種々のものが可能である。また、各分割ピ
ッチは、ヘッドアップディスプレイとして用いるとき、
１０μｍ〜１ｍｍの範囲にあれば目立たない。

【００１５】このようなホログラフィックコンバイナー
Ｃを図１（ｂ）のように配置し、記録するときの物体光
の位置に応じて表示物体と光源Ｒ′、Ｇ′、Ｂ′を配置
して照明することにより、外界の景色等に重なった明る
いカラーイメージが観察者Ｏに表示される。

【００１６】次に、図３に示したようなホログラフィッ
クコンバイナーＣを複製により形成する方法について説
明する。図１（ａ）の光学系とＲ、Ｇ、Ｂ３種のレーザ
ー光を別々に用いて、３枚の記録乾板に別々に露光し、
３枚のマスター版を作る。その際、記録材料スタックＳ
としては、図２の構成からマスック板１、３を除いた単
純な乾板２を用い、乾板２全面に各波長の干渉縞を形成
する。こうして作成された３枚のマスター版を用いて、
図４の構成のスタックにしてホログラム記録乾板２に再
度露光する。すなわち、図２のスタックの中、第２マス
ク板３の代わりに上記により作成されたマスター版９を
密着させ、ホログラム記録乾板２の感剤面を逆にして、
第１マスク板１のみをホログラム記録乾板２に重ね、参
照光のみ（図の場合は、レーザー光Ｇ）を図２の場合と
同様の配置で入射させ、その入射光とマスター版９で回
折して生じた物体光とを干渉させてその波長に応じた領
域のフォトポリマー層５に干渉縞を形成する。そして、
このマスク板１をレーザー光をＲ、Ｇ、Ｂと変更する毎
に対応する専用のものに変更して、三重露光することに
より、図３と同様なホログラフィックコンバイナーＣが
作成される。

【００１７】以上、本発明のマルチカラーヘッドアップ
ディスプレイを実施例に基づいて説明してきたが、本発
明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能であ
る。また、使用する波長、分割する領域の組の数も、３
個に限らず、２個又は４個以上であってもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のマルチカラーヘッドアップディスプレイによると、用
いるホログラフィックコンバイナーの面が隣接する各微
小領域が別の組に属するように複数組の微小領域に分割
され、隣接する微小領域の干渉縞が相互に実質的に重複
しないようにして、各組の微小領域に同一波長により同
一配置の２つの光束による干渉縞が記録され、かつ、異
なる組に別の波長に対応する干渉縞が記録されてなるの
で、それぞれの色に対応したピッチの異なる干渉縞が多
重化によりお互いに干渉し合って回折効率を低下させこ
とがなく、各波長の回折効率がその領域の面積比に応じ
て分配され、トータルとして１００％の回折効率とな
り、明るいマルチカラー化した表示が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいてマルチカラー化したホログラ
フィックコンバイナーを撮影する光学系の配置を示す図
（ａ）と、作成されたホログラフィックコンバイナーに
より構成される本発明のマルチカラーヘッドアップディ
スプレイの配置を示す図（ｂ）である。

【図２】図１（ａ）の撮影の際に用いる記録材料スタッ
クの断面を示す図である。

【図３】作成されたホログラフィックコンバイナーの１
例の断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。

【図４】別の実施例の撮影の際に用いる記録材料スタッ
クの断面を示す図である。

【符号の説明】

Ｏ…観察者 Ｃ…ホログラフィックコンバイナー Ｓ…記録材料スタック Ｒ…赤レーザー光 Ｇ…緑レーザー光 Ｂ…青レーザー光 ｆ、ｆ′…光学系 １…第１マスク板 ２…ホログラム記録乾板 ３…第２マスク板 ４…マスク層 ４′…開口 ５…フォトポリマー層 ６…ＮＤフィルター又はガラス ７…ガラス ８…二重露光領域 ９…マスター版

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定位置に配置された表示体からの光を
   回折してその虚像を形成すると共に、その虚像と重畳し
   て透過した背景を表示するホログラフィックコンバイナ
   ーを備えたヘッドアップディスプレイにおいて、ホログ
   ラフィックコンバイナーの面が隣接する各微小領域が別
   の組に属するように複数組の微小領域に分割され、隣接
   する微小領域の干渉縞が相互に実質的に重複しないよう
   にして、各組の微小領域に同一波長により同一配置の２
   つの光束による干渉縞が記録され、かつ、異なる組に別
   の波長に対応する干渉縞が記録されてなることを特徴と
   するマルチカラーヘッドアップディスプレイ。
2. 【請求項２】 第１の組の微小領域はマルチカラーヘッ
   ドアップディスプレイの第１の波長を有する表示体の位
   置を発散点とし、光学系を通すか又は直接達する第１の
   波長の光束と、その表示体の虚像の位置を発散点とし、
   光学系を通すか又は直接達する第１の波長の光束との干
   渉により記録され、第２の組以降の微小領域も対応する
   第２以降の波長を有する表示体に対して同様に記録され
   ていることを特徴とする請求項１記載のマルチカラーヘ
   ッドアップディスプレイ。
3. 【請求項３】 分割が繰り返しパターンになされてお
   り、その分割ピッチが１０μｍ〜１ｍｍの範囲にあるこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載のマルチカラーヘッ
   ドアップディスプレイ。
4. 【請求項４】 航空機、船舶、車両等のヘッドアップデ
   ィスプレイに用いられることを特徴とする請求項１から
   ３の何れか１項記載のマルチカラーヘッドアップディス
   プレイ。