JPH06202035A - Head-up display device - Google Patents

Head-up display device

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Publication number
JPH06202035A
JPH06202035A JP36158892A JP36158892A JPH06202035A JP H06202035 A JPH06202035 A JP H06202035A JP 36158892 A JP36158892 A JP 36158892A JP 36158892 A JP36158892 A JP 36158892A JP H06202035 A JPH06202035 A JP H06202035A
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JP
Japan
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diffraction grating
center
light
diffraction
display
Prior art date
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Pending
Application number
JP36158892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takasato Taniguchi
尚郷 谷口
Hideki Morishima
英樹 森島
Toshiyuki Sudo
敏行 須藤
Susumu Matsumura
進 松村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP36158892A priority Critical patent/JPH06202035A/en
Publication of JPH06202035A publication Critical patent/JPH06202035A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the overall size of the device and excellently compensate the chromatic aberration by using a 1st and a 2nd diffraction grating and properly setting the arrangement relation among respective elements. CONSTITUTION:When equations I hold for the incidence angles and diffraction angles of the diffraction gratings, the distances between respective elements, etc., the condition shown by an equation II is satisfied. In the equations, lambdao is center wavelength, L1a the distance from the center of a display unit 31 to the center of the 1st diffraction grating 11, L2a the distance from the center of the diffraction grating 11 to the center of the 2nd diffraction grating 35, theta1a and theta2a the incidence angle and diffraction angle of luminous flux on the center of the diffraction grating 11, and theta3a and theta4a the incidence angle and diffraction angle of luminous flux on the center of the diffraction grating 35. Further, lambdagamma is the wavelength of the luminous flux, Rgamma1 and Rgamma 2 the distances the positions of spot light sources A and B emitting pieces A and B of luminous flux to a photosensitive material, and thetagamma1 and thetagamma2 the angles of incidence of the pieces A and B of luminous flux in the center of the photosensitive material when the diffraction grating 11 is formed. They are minus when the diffraction grating 11 is in converging operation and plus when in diverging operation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はヘッドアップディスプレ
イ装置に関し、特に透明性を有するホログラム光学素子
等の回折格子を介して、前方の例えば自然風景等の画像
情報と人為的に作成された表示情報の双方の情報を同時
に観察する際に好適なヘッドアップディスプレイ装置
(以下「HUD」とも称す。)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head-up display device, and more particularly, to image information such as natural scenery in front and display information artificially created through a diffraction grating such as a transparent hologram optical element. The present invention relates to a head-up display device (hereinafter also referred to as “HUD”) suitable for observing both information items at the same time.

【0002】[0002]

【従来の技術】多層膜反射面やホログラム光学素子等の
光学的に透明な光束結合素子を用いて表示装置からの表
示情報と、外界の自然風景等の画像情報とを同一視野内
で空間的に重畳して観察するようにした表示装置は、一
般にヘッドアップディスプレイ装置と呼ばれ、各分野で
多用されている。
2. Description of the Related Art Display information from a display device and image information such as a natural scenery of the outside world are spatially distributed within the same field of view by using an optically transparent light flux coupling element such as a multilayer film reflecting surface or a hologram optical element. A display device for superimposing and observing is generally called a head-up display device and is often used in each field.

【0003】従来より、このヘッドアップディスプレイ
装置を航空機の操縦席をはじめとし、種々の車輛などに
使用した表示装置が種々提案されている。
Conventionally, various display devices have been proposed in which this head-up display device is used for various vehicles such as a cockpit of an aircraft.

【0004】光束結合素子として回折格子光学素子を利
用して画像表示を行なう場合、表示を多色化したり、或
いは前述の表示装置として通常の安価な蛍光管を使用す
ると、回折格子光学素子で発生する色収差の為に表示画
像の色がにじんだり、表示画像がぼけたりしてくる問題
点がある。
When an image is displayed by using a diffraction grating optical element as the light beam coupling element, the display is made multicolored, or when an ordinary inexpensive fluorescent tube is used as the above-mentioned display device, it is generated by the diffraction grating optical element. There is a problem that the color of the display image is blurred or the display image is blurred due to the chromatic aberration.

【0005】この問題点を解決する一つの手法が、例え
ば特開平1−296214号公報で提案されている。
One method for solving this problem is proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-296214.

【0006】図3は同公報で提案されているヘッドアッ
プディスプレイ装置(HUD)の概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of a head-up display device (HUD) proposed in the publication.

【0007】同図において、表示器31上から発せられ
る光束32は基板10上の反射型の回折格子11により
反射回折されて光束33となり、透明基板34,37の
中間に配設された反射型体積位相型の回折格子35に入
射する。
In FIG. 1, a light beam 32 emitted from a display 31 is reflected and diffracted by a reflection type diffraction grating 11 on a substrate 10 to become a light beam 33, which is a reflection type light beam disposed between transparent substrates 34 and 37. The light enters the volume phase type diffraction grating 35.

【0008】回折格子35により反射回折された光束3
6は観察者の瞳51に入射する。これにより観察者は回
折格子35を介して表示器31上の表示情報と回折格子
35の後方の画像情報101とを同一視野で同時に観察
している。
Light flux 3 reflected and diffracted by the diffraction grating 35
6 enters the observer's pupil 51. Thereby, the observer simultaneously observes the display information on the display 31 and the image information 101 behind the diffraction grating 35 in the same field of view through the diffraction grating 35.

【0009】このとき同図に示すように表示器31と第
1の回折格子11との間の距離をL1、第1の回折格子
11と第2の回折格子35との間の距離をL2、第1の
回折格子と第2の回折格子の面内ピッチを各々P1,P
2、第1の回折格子11中心での光束の入射角と回折角
を各々θ1,θ2、第2の回折格子35中心での光束の
入射角と回折角を各々θ3,θ4、表示器31からの光
束の中心波長をλ0 としたとき
At this time, as shown in the figure, the distance between the display 31 and the first diffraction grating 11 is L1, the distance between the first diffraction grating 11 and the second diffraction grating 35 is L2, The in-plane pitches of the first diffraction grating and the second diffraction grating are P1 and P, respectively.
2, the incident angle and the diffraction angle of the light beam at the center of the first diffraction grating 11 are θ1 and θ2, respectively, the incident angle and the diffraction angle of the light beam at the center of the second diffraction grating 35 are θ3 and θ4, respectively. When the central wavelength of the light flux of is λ 0

【0010】[0010]

【数3】 ここで、 P1 =λ0 /|sinθ1 −sinθ2| P2 =λ0 /|sinθ4 −sinθ3| なる関係が成立するように各要素を設定している。[Equation 3] Here, P1 = λ 0 / | are set each element such that relation is established | sinθ1 -sinθ2 | P2 = λ 0 / | sinθ4 -sinθ3.

【0011】これにより回折格子35の色分散による観
察方向の上下方向の画像のボケを補正し、良好なる観察
が可能なホログラフィックディスプレイ装置を達成して
いる。
Thus, the holographic display device capable of performing good observation by correcting the blurring of the image in the vertical direction of the observation direction due to the color dispersion of the diffraction grating 35 is achieved.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】HUD装置における光
束結合素子として回折格子光学素子を用いた場合に生じ
る色収差を補正する為に用いる回折格子として直線等間
隔の回折格子を用いれば、その格子の中心付近では充分
に色収差を補正することができる。
If a diffraction grating having a straight line interval is used as a diffraction grating used for correcting chromatic aberration that occurs when a diffraction grating optical element is used as a light beam coupling element in a HUD device, the center of the grating is used. In the vicinity, chromatic aberration can be sufficiently corrected.

【0013】一方、色収差補正用の回折格子として光学
的パワーを有する回折格子を用いると諸収差の補正分担
が少なくなり、又光路長も短くなり装置全体が小型化さ
れるので好ましい。
On the other hand, it is preferable to use a diffraction grating having an optical power as the diffraction grating for correcting chromatic aberration because the burden of correction of various aberrations is reduced, the optical path length is shortened, and the entire apparatus is downsized.

【0014】しかしながら一般に光学的パワーを有する
回折格子は光軸近傍の直線等間隔とみなせる回折格子の
領域で良好な色収差補正が行なわれている。この為光軸
から大きく離れた領域で入射し、回折される光束は色収
差が中十分補正されずにある程度の収差が残ってきて、
その結果表示画像の上端や下端等で画像ボケを生じてく
るという問題点があった。
However, in general, a diffraction grating having an optical power is satisfactorily corrected for chromatic aberration in a region of the diffraction grating which can be regarded as linear equal intervals in the vicinity of the optical axis. For this reason, the chromatic aberration of the light beam that enters and is diffracted in a region far away from the optical axis is not sufficiently corrected, and some aberration remains.
As a result, there is a problem that image blurring occurs at the upper end and the lower end of the display image.

【0015】本発明は波長幅を有する可視光で表示した
表示情報を光学的パワーを有する第1の回折格子と第2
の回折格子を用い該第2の回折格子の後方の所定位置に
表示する際、各要素の配置関係を適切に設定することに
より、装置全体の小型化を図りつつ、画面全体の広い範
囲にわたり色収差を良好に補正し、表示器の表示情報と
第2の回折格子の後方の、例えば景色等の画像情報の双
方を同一視野で良好に観察することができるヘッドアッ
プディスプレイ装置の提供を目的とする。
According to the present invention, the first diffraction grating and the second diffraction grating having optical power display information displayed by visible light having a wavelength width.
When the display is performed at a predetermined position behind the second diffraction grating using the above diffraction grating, by appropriately setting the arrangement relationship of each element, the overall size of the device can be reduced and the chromatic aberration over a wide range of the entire screen can be achieved. It is an object of the present invention to provide a head-up display device capable of satisfactorily correcting both the display information of the display and the image information behind the second diffraction grating, such as a scene, in the same field of view. .

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明のヘッドアップデ
ィスプレイ装置は、中心波長λ0 の所定の波長幅の光束
で情報表示した表示器からの光束を第1の回折格子で回
折偏向し、次いで透光性を有する第2の回折格子で回折
偏向し、該表示器の表示情報を該第2の回折格子の後方
所定の位置に結像させて、該第2の回折格子の後方の画
像情報と空間的に重畳して同一視野で観察する際、該表
示器中心から第1の回折格子中心までの距離をL1a、
該第1の回折格子中心から第2の回折格子中心までの距
離をL2a、該第1の回折格子中心への光束の入射角と
それからの回折角を各々θ1a,θ2a、該第2の回折
格子中心への光束の入射角とそれからの回折角を各々θ
3a,θ4a、該第1の回折格子は2光束の干渉を感材
に記録して形成しており、このときの第1の回折格子を
形成する際の光束の波長をλγ、該第1の回折格子を形
成する際の2光束のうち一方の光束Aを発する点光源A
の位置と感材中心との距離をRγ1、他方の光束Bを発
する点光源Bの位置と感材との距離をRγ2、該第1の
回折格子を形成する際の光束Aと光束Bの感材中心での
入射角を各々θγ1,θγ2、該第1の回折格子が収斂
作用をするときをマイナス符号、発散作用をするときを
プラス符号とし、
A head-up display device of the present invention diffracts and deflects a light beam from a display device, which displays information with a light beam having a center wavelength λ 0 and a predetermined wavelength width, by a first diffraction grating, and then Image information behind the second diffraction grating is formed by diffracting and deflecting the second diffraction grating having a light-transmitting property to form display information on the display at a predetermined position behind the second diffraction grating. When observed in the same field of view by spatially overlapping with, the distance from the center of the display to the center of the first diffraction grating is L1a,
The distance from the center of the first diffraction grating to the center of the second diffraction grating is L2a, the incident angle of the light beam to the center of the first diffraction grating and the diffraction angles from it are respectively θ1a and θ2a, and the second diffraction grating. The incident angle of the light beam to the center and the diffraction angle from it are θ
3a, θ4a, the first diffraction grating is formed by recording the interference of two light beams on a sensitive material, and the wavelength of the light beam when forming the first diffraction grating at this time is λγ, Point light source A that emits one of two light fluxes A when forming a diffraction grating
Is Rγ1, the distance between the center of the photosensitive material and the center of the photosensitive material is Rγ1, the distance between the position of the point light source B that emits the other luminous flux B and the photosensitive material is Rγ2, and the sensitivity of the luminous flux A and the luminous flux B when the first diffraction grating is formed. The incident angles at the center of the material are θγ1 and θγ2, respectively, when the first diffraction grating has a converging action, with a minus sign, and when it has a diverging action, with a plus sign,

【0017】[0017]

【数4】 としたとき[Equation 4] When

【0018】[0018]

【数5】 なる条件を満足していることを特徴としている。[Equation 5] It is characterized by satisfying the following condition.

【0019】[0019]

【実施例】図1は本発明の実施例1の光学系の要部概略
図である。
EXAMPLE 1 FIG. 1 is a schematic view of a main part of an optical system of Example 1 of the present invention.

【0020】本実施例はヘッドアップディスプレイ装置
(HUD)を、例えば自動車の運転席に適用した場合を
示している。
In this embodiment, a head-up display device (HUD) is applied to, for example, a driver's seat of an automobile.

【0021】本実施例の光学配置の概略は図3の従来の
HUDと類似しているが、本実施例は第1の回折格子1
1が光学的パワーを有しており、その結果、各要素間の
距離や、光束の各回折格子への入射角や、それからの回
折角等の諸条件が異っている。
The outline of the optical arrangement of this embodiment is similar to that of the conventional HUD shown in FIG. 3, but this embodiment uses the first diffraction grating 1
1 has an optical power, and as a result, the conditions such as the distance between each element, the incident angle of the light flux to each diffraction grating, and the diffraction angle from it differ.

【0022】次に本実施例の各要素の特徴について図3
のHUDと一部重複するが説明する。
Next, the features of each element of this embodiment are shown in FIG.
It will be explained though it partially overlaps with the HUD.

【0023】同図においてCRTや蛍光管等の表示器3
1面上から放射された所定の波長幅を有する可視域の光
束32は基板10面上に設けられた所定のパワー(屈折
力)を有する反射型の第1の回折格子11により反射回
折された光束33となり透明基板34,37の中間に配
設された反射体積位相型の第2の回折格子35に入射す
る。
In the figure, an indicator 3 such as a CRT or a fluorescent tube is shown.
The visible light flux 32 having a predetermined wavelength width radiated from one surface is reflected and diffracted by the reflection-type first diffraction grating 11 having a predetermined power (refractive power) provided on the surface of the substrate 10. The light beam 33 becomes a light beam 33 and is incident on a second reflection volume phase type diffraction grating 35 disposed between the transparent substrates 34 and 37.

【0024】第2の回折格子35により反射回折された
光束36は観察者の瞳51に入射する。このとき表示器
31面上の表示情報は第2の回折格子35の後方所定の
位置に形成される。
The light beam 36 reflected and diffracted by the second diffraction grating 35 enters the observer's pupil 51. At this time, the display information on the surface of the display 31 is formed at a predetermined position behind the second diffraction grating 35.

【0025】これにより表示器31面上の表示情報を第
2の回折格子35の後方の背景等の画像情報101と空
間的に重畳させて同一視野で観察している。
As a result, the display information on the surface of the display 31 is spatially superposed on the image information 101 such as the background behind the second diffraction grating 35 and observed in the same visual field.

【0026】29は遮光板であり、表示器31からの光
束が直接、観察されないようにし、又外光が表示器31
に入射する量を減らして、表示器31の表示情報が良好
に観察されるようにしている。
Reference numeral 29 is a light-shielding plate, which prevents the light flux from the display 31 from being directly observed, and allows external light to be displayed on the display 31.
The amount of light incident on is reduced so that the display information on the display 31 can be observed well.

【0027】本実施例において第1の回折格子11は反
射型の回折格子で反射体積位相型の回折格子であって、
レーザーからの二光束干渉によるホログラフィックなパ
ターン形成によって作製されている。
In this embodiment, the first diffraction grating 11 is a reflection type diffraction grating and is a reflection volume phase type diffraction grating.
It is manufactured by holographic pattern formation by two-beam interference from a laser.

【0028】本実施例に用いた基板10は平面のものを
使用しているか、その他に凸面、凹面、円筒面等も使用
できる。
As the substrate 10 used in this embodiment, a flat substrate is used, or a convex surface, a concave surface, a cylindrical surface or the like can be used.

【0029】次に本実施例における光学系の色収差の補
正方法及び第1の回折格子11の作製方法の一例につい
て説明する。
Next, an example of a method of correcting chromatic aberration of the optical system and a method of manufacturing the first diffraction grating 11 in this embodiment will be described.

【0030】図2は本実施例に係る第1の回折格子11
を作製する際の光学系の説明図である。
FIG. 2 shows the first diffraction grating 11 according to this embodiment.
It is explanatory drawing of the optical system at the time of manufacturing.

【0031】同図においては不図示のレーザー光源から
の波長λγの光は不図示のハーフミラーによって、2つ
の光に分割される。これらの各光束は各々ビームエクス
パンダー41,42によってそれぞれ光束43,44に
変換される(尚、ビームエクスパンダー41,42から
の発散点は点光源の位置に相当する。)。
In the figure, light of wavelength λγ from a laser light source (not shown) is split into two lights by a half mirror (not shown). These respective light beams are converted into light beams 43 and 44 by the beam expanders 41 and 42, respectively (note that the divergence points from the beam expanders 41 and 42 correspond to the positions of the point light sources).

【0032】このうち光束43は透明なガラス基板等の
支持体45上に塗布又は保持された感光材料46へ支持
体45側より入射角θγ1 で入射する。他方の光束4
4は光束43の入射方向より反対側から、即ち感光材料
46側から感光材料46へ入射角θγ2 で直接入射す
る。
Of these, the light flux 43 is incident on the photosensitive material 46 coated or held on a support 45 such as a transparent glass substrate from the support 45 side at an incident angle θγ1. Other luminous flux 4
4 directly enters the photosensitive material 46 from the side opposite to the incident direction of the light beam 43, that is, from the photosensitive material 46 side at an incident angle θγ 2.

【0033】このとき使用する感光材料46は、例えば
DCG(重クロム酸ゼラチン)やフォトポリマー等、種
々のタイプのものが使用できる。
The photosensitive material 46 used at this time may be of various types such as DCG (dichromated gelatin) and photopolymer.

【0034】本実施例では屈折率が1.5のフォトポリ
マーを用いている。本実施例において光束43,44の
入射角θγ1 ,θγ2 はそれぞれ38.13°,7
5.07°としている。又ビームエクスパンダー41
(42)から感光材料46中心までの距離Rγ1 ,R
γ2 は各々Rγ1 =500mm、Rγ2=∞に選ん
だ。
In this embodiment, a photopolymer having a refractive index of 1.5 is used. In the present embodiment, the incident angles θγ1 and θγ2 of the light beams 43 and 44 are 38.13 ° and 7 respectively.
It is set to 5.07 °. Beam expander 41
Distance from the (42) to the center of the photosensitive material 46 Rγ1, R
γ2 was selected as Rγ1 = 500 mm and Rγ2 = ∞.

【0035】このとき作製される回折格子、即ちホログ
ラムのパワー(屈折力)Daとして、次式の関係を定義
すると
When the power (refractive power) Da of the diffraction grating produced at this time, that is, the hologram, is defined as follows,

【0036】[0036]

【数6】 本実施例においては記録レーザ光としてアルゴンイオン
レーザからの波長514.5nmの光を用いているので Da=2.4050(mm-2) となる。
[Equation 6] In this embodiment, since the recording laser light is light from the argon ion laser with a wavelength of 514.5 nm, Da = 2.4050 (mm −2 ).

【0037】次に第2の回折格子35として、面内格子
ピッチP2 がP2=2.7108μmの等間隔直線格
子の反射型回折格子を用いて、図1に示すHUDシステ
ムの実施例1を構成した。このとき表示器31からの光
束としては発振中心波長λ0がλ0 =540nmの光束
を用いている。具体的にはある程度の発光波長幅を有す
る蛍光表示管や液晶表示素子を用いた。
Next, as the second diffraction grating 35, a reflection type diffraction grating of an evenly spaced linear grating having an in-plane grating pitch P2 of P2 = 2.7108 μm is used to construct the HUD system of Example 1 shown in FIG. did. At this time, as the light flux from the display 31, a light flux having an oscillation center wavelength λ 0 of λ 0 = 540 nm is used. Specifically, a fluorescent display tube or a liquid crystal display device having a certain emission wavelength width was used.

【0038】本実施例において第2の回折格子35での
表示光の入射角θ3a,回折角θ4aは、それぞれθ3
a=45°,θ4a=65°、第1の回折格子11での
入射角θ1a、回折角θ2aをそれぞれθ1a=60
°,θ2a=30°として、第1の回折格子11と第2
の回折格子35との間の距離をL2a=150mmとし
て構成されている。
In this embodiment, the incident angle θ3a and the diffraction angle θ4a of the display light on the second diffraction grating 35 are θ3, respectively.
a = 45 °, θ4a = 65 °, the incident angle θ1a and the diffraction angle θ2a at the first diffraction grating 11 are θ1a = 60, respectively.
And θ2a = 30 °, the first diffraction grating 11 and the second diffraction grating 11
The distance between the diffraction grating 35 and the diffraction grating 35 is L2a = 150 mm.

【0039】次に本実施例における色収差補正方法及び
光学配置の条件について説明する。
Next, the chromatic aberration correction method and the conditions of the optical arrangement in this embodiment will be described.

【0040】今、図1に示すように観察者の瞳51へ、
前記表示器31からの波長λ0 の光束36が入射すると
仮定する。
Now, as shown in FIG. 1, to the observer's pupil 51,
It is assumed that the light beam 36 having the wavelength λ 0 from the display 31 is incident.

【0041】このとき前記表示器31からの光束の波長
幅としてλ0 ±Δλの波長広がりを有する場合、観察者
の瞳51へそれぞれ、λ0 −Δλ,λ0 、λ0 +Δλの
光束が入射すれば表示器31の表示像(表示情報)は色
ずれによるボケを生ずることはない。
At this time, when the wavelength width of the light beam from the display unit 31 has a wavelength spread of λ 0 ± Δλ, the light beams of λ 0 -Δλ, λ 0 , and λ 0 + Δλ respectively enter the pupil 51 of the observer. If so, the display image (display information) on the display unit 31 does not cause blurring due to color shift.

【0042】従って、前述した配置においてλ0 ±Δλ
の光束について逆光線追跡を行ない、表示器31と第1
の回折格子11との間の距離L1aを求めてやれば良
い。
Therefore, in the above arrangement, λ 0 ± Δλ
Back light ray tracing is performed for the luminous flux of
The distance L1a between the diffraction grating 11 and the diffraction grating 11 may be obtained.

【0043】今、Δλ=5nmとして波長545nmの
光線について逆光線追跡を行なうと、波長545nmの
光線36は第2の回折格子35で波長540nmの光線
33の回折角θ3aと異なる角度で回折され光線33′
となる。
Now, when inverse ray tracing is performed on a light beam having a wavelength of 545 nm with Δλ = 5 nm, a light beam 36 having a wavelength of 545 nm is diffracted by the second diffraction grating 35 at an angle different from the diffraction angle θ3a of the light beam 33 having a wavelength of 540 nm. ′
Becomes

【0044】この光線33′は第1の回折格子11で更
に回折され光線32′となる。この光線32′と、前記
波長λ0 =540nmの光線32との交点上に表示器3
1の表示面を設けてやれば、表示器31から出射される
波長λ0 =540nmと波長λ0 +Δλ=545nmの
光束は第2の回折格子35から射出される場合に一致し
て観察者の瞳51へ入射し、この結果色収差を生じな
い。
This light ray 33 'is further diffracted by the first diffraction grating 11 to become a light ray 32'. At the intersection of this light ray 32 'and the light ray 32 having the wavelength λ 0 = 540 nm, the display 3
If the display surface of No. 1 is provided, the light flux of the wavelength λ 0 = 540 nm and the light flux of the wavelength λ 0 + Δλ = 545 nm emitted from the display 31 coincides with the case where they are emitted from the second diffraction grating 35. It is incident on the pupil 51, and as a result, no chromatic aberration occurs.

【0045】この逆光線追跡を前記の変数を用いて行な
った結果、夫々の変数の関係として次の条件を満足して
いれば色収差の補正が良好に実現できる。
As a result of performing this back ray tracing using the above variables, if the following conditions are satisfied as the relationship between the variables, chromatic aberration can be corrected well.

【0046】[0046]

【数7】 ここで[Equation 7] here

【0047】[0047]

【数8】 P1a=λ0 /|sinθ1a−sinθ2a| P2a=λ0 /|sinθ3a−sinθ4a| であって、符号は第1の回折格子11が凹面鏡の作用を
有するとき−、凸面鏡の作用を有するとき+である。
[Equation 8] P1a = λ 0 / | sin θ1a-sin θ2a | P2a = λ 0 / | sin θ3a-sin θ4a |, where the sign is + when the first diffraction grating 11 has a concave mirror action and + when it has a convex mirror action. .

【0048】改めて本実施例の配置条件、λ0 =540
nm,θ1a=60°,θ2a=30°,θ3a=45
°,θ4a=65°,L2a=150mm,Da =
2.4050(mm-2),及びP1a=1.4753μ
m,P2a=2.7108μmを上記関係式に代入して
表示器31と第1の回折格子11との間の距離L1aを
求めると、L1a=65.79mmにしなければならな
い。
The layout condition of this embodiment is again λ 0 = 540.
nm, θ1a = 60 °, θ2a = 30 °, θ3a = 45
°, θ4a = 65 °, L2a = 150 mm, Da =
2.4050 (mm -2 ), and P1a = 1.4753μ
Substituting m, P2a = 2.7108 μm into the above relational expression to obtain the distance L1a between the display 31 and the first diffraction grating 11, it must be L1a = 65.79 mm.

【0049】尚、本発明における第1の回折格子11は
凹面鏡としての作用を有するように使用する為に符号は
−を用いた。
The first diffraction grating 11 in the present invention is used so as to have a function as a concave mirror, so that the reference numeral is-.

【0050】ここで、本願出願人による従来の色収差補
正を行ったHUDの配置では特開平1−296214号
公報に開示されている条件式を用いた場合、L1=9
9.94mmでなくてはならない。
Here, in the conventional arrangement of the HUD in which the chromatic aberration is corrected by the applicant of the present application, when the conditional expression disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-296214 is used, L1 = 9.
It must be 9.94 mm.

【0051】これに対して本実施例で示したように第1
の回折格子11はパワーを有しているために距離L1a
はL1a=65.79mmと、表示器31と第1の回折
格子11との間の距離は短くすることができ、しかも色
収差による像ボケは生じないという効果を有する。
On the other hand, as shown in this embodiment, the first
Since the diffraction grating 11 has a power, the distance L1a
Has an effect that L1a = 65.79 mm, the distance between the display 31 and the first diffraction grating 11 can be shortened, and image blurring due to chromatic aberration does not occur.

【0052】逆に言えば第1の回折格子11がパワーを
有しているときには、前記従来例の色収差補正の条件式
でHUDを構成すると、光軸中心付近では良好に収差補
正されるものの、その周辺では不十分な補正になってし
まい色ずれによる像ボケを生じていた。
Conversely, when the first diffraction grating 11 has power, if the HUD is constructed by the conditional expression for chromatic aberration correction of the conventional example, the aberration is favorably corrected near the center of the optical axis. In the surrounding area, the correction was insufficient, causing image blurring due to color misregistration.

【0053】これに対して本実施例によれば光軸中心と
共に光軸周辺も同様に良好に色収差補正が行なわれてい
ることを示している。
On the other hand, according to the present embodiment, it is shown that the chromatic aberration is similarly favorably corrected not only in the optical axis center but also in the optical axis periphery.

【0054】次に本発明の実施例2について説明する。
光学配置は図1の実施例1と基本的には同じである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The optical arrangement is basically the same as that of the first embodiment shown in FIG.

【0055】本実施例に係る第1の回折格子のパワー
(屈折力)は図1の実施例1で用いた第1の回折格子の
パワーに比べて多少弱くしている。
The power (refractive power) of the first diffraction grating according to the present embodiment is made slightly weaker than the power of the first diffraction grating used in the first embodiment of FIG.

【0056】本実施例では第1の回折格子11を作製す
る際、図2に示す光束44の感光材料46への入射角θ
γ2 をθγ2 =75.07°,距離Rγ2をRγ2=
500mmとし、発散光束を用いている。
In the present embodiment, when the first diffraction grating 11 is manufactured, the incident angle θ of the light beam 44 shown in FIG.
γ2 is θγ2 = 75.07 °, and the distance Rγ2 is Rγ2 =
It is set to 500 mm and a divergent light flux is used.

【0057】このとき、この第1の回折格子11のパワ
ーDaは、前述の定義式を用いて Da=2.1470(mm-2) となる。
At this time, the power Da of the first diffraction grating 11 is Da = 2.1470 (mm -2 ) by using the above-mentioned defining equation.

【0058】これを前述の色収差補正配置条件式に代入
すると距離L1aはL1a=68.29mmが得られ
る。このため本実施例においては、前述の諸数値が θ1a=60°,θ2a=30°,θ3a=45°,θ
4a=65°,L1a=68.29mm , L2a
=150mm でHUD装置を構成し、これにより色収差補正を良好に
行なっている。
By substituting this into the above-mentioned conditional expression for chromatic aberration correction, the distance L1a is L1a = 68.29 mm. Therefore, in the present embodiment, the above-mentioned numerical values are θ1a = 60 °, θ2a = 30 °, θ3a = 45 °, θ.
4a = 65 °, L1a = 68.29 mm, L2a
= 150 mm, the HUD device is configured to satisfactorily correct chromatic aberration.

【0059】以上、本発明の実施例1、2においては、
第2の回折格子に直線等間隔の面内格子ピッチを有する
反射型回折格子を用いた場合について説明を行なった
が、この回折格子がパワーを有する場合でも本発明の思
想及び色収差補正条件式は成立し、良好に色収差補正を
されたHUD装置が実現できる。
As described above, in Examples 1 and 2 of the present invention,
The description has been given of the case where the reflection type diffraction grating having the in-plane grating pitch of linear equal intervals is used as the second diffraction grating. However, even if this diffraction grating has power, the idea of the present invention and the conditional expression for chromatic aberration correction are It is possible to realize a HUD device that is satisfied and is well corrected for chromatic aberration.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、以上のように波長幅を
有する可視光で表示した表示情報を光学的パワーを有す
る第1の回折格子と第2の回折格子を用い、該第2の回
折格子の後方の所定位置に表示する際、各要素の配置関
係を適切に設定することにより、装置全体の小型化を図
りつつ画面全体の広い範囲にわたり、色収差を良好に補
正し、表示器の表示情報と第2の回折格子の後方の、例
えば景色等の画像情報の双方を同一視野で良好に観察す
ることができるヘッドアップディスプレイ装置を達成す
ることができる。
According to the present invention, the display information displayed by visible light having the wavelength width as described above is used by using the first diffraction grating and the second diffraction grating having the optical power. When displaying at a predetermined position behind the diffraction grating, by appropriately setting the positional relationship of each element, the overall size of the device can be reduced and the chromatic aberration can be satisfactorily corrected over a wide range of the entire screen. A head-up display device capable of satisfactorily observing both display information and image information behind the second diffraction grating, such as a scene, can be achieved.

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

【図1】 本発明の実施例1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の回折格子の作製方法の説明図FIG. 2 is an explanatory view of a method for manufacturing the diffraction grating of FIG.

【図3】 従来のヘッドアップディスプレイ装置の要部
概略図
FIG. 3 is a schematic view of a main part of a conventional head-up display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基板 11 第1の回折格子 31 表示器 34,37,45 透明基板 35 第2の回折格子 51 瞳 41,42 ビームエクスパンダー 46 感材 10 Substrate 11 First Diffraction Grating 31 Display 34, 37, 45 Transparent Substrate 35 Second Diffraction Grating 51 Pupil 41, 42 Beam Expander 46 Sensitive Material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 進 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Susumu Matsumura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中心波長λ0 の所定の波長幅の光束で情
報表示した表示器からの光束を第1の回折格子で回折偏
向し、次いで透光性を有する第2の回折格子で回折偏向
し、該表示器の表示情報を該第2の回折格子の後方所定
の位置に結像させて、該第2の回折格子の後方の画像情
報と空間的に重畳して同一視野で観察する際、該表示器
中心から第1の回折格子中心までの距離をL1a、該第
1の回折格子中心から第2の回折格子中心までの距離を
L2a、該第1の回折格子中心への光束の入射角とそれ
からの回折角を各々θ1a,θ2a、該第2の回折格子
中心への光束の入射角とそれからの回折角を各々θ3
a,θ4a、該第1の回折格子は2光束の干渉を感材に
記録して形成しており、このときの第1の回折格子を形
成する際の光束の波長をλγ、該第1の回折格子を形成
する際の2光束のうち一方の光束Aを発する点光源Aの
位置と感材中心との距離をRγ1、他方の光束Bを発す
る点光源Bの位置と感材との距離をRγ2、該第1の回
折格子を形成する際の光束Aと光束Bの感材中心での入
射角を各々θγ1,θγ2、該第1の回折格子が収斂作
用をするときをマイナス符号、発散作用をするときをプ
ラス符号とし、 【数1】 としたとき 【数2】 なる条件を満足していることを特徴とするヘッドアップ
ディスプレイ装置。
1. A first diffraction grating diffracts and deflects a light flux from a display device on which information is displayed with a light flux having a center wavelength λ 0 and a predetermined wavelength width, and then diffracted and deflected by a second diffraction grating having a light-transmitting property. When the display information of the display is imaged at a predetermined position behind the second diffraction grating and is spatially superposed with the image information behind the second diffraction grating and observed in the same visual field. , The distance from the center of the display to the center of the first diffraction grating is L1a, the distance from the center of the first diffraction grating to the center of the second diffraction grating is L2a, and the incidence of the light beam on the center of the first diffraction grating Angles are θ1a and θ2a, respectively, and the incident angle of the light beam to the center of the second diffraction grating and the diffraction angles from it are θ3, respectively.
a, θ4a, the first diffraction grating is formed by recording interference of two light beams on a sensitive material, and the wavelength of the light beam when forming the first diffraction grating at this time is λγ, When forming the diffraction grating, the distance between the position of the point light source A that emits one of the two light fluxes A and the center of the photosensitive material is Rγ1, and the distance between the position of the point light source B that emits the other light flux B and the photosensitive material. Rγ2, incident angles of the light beam A and the light beam B at the center of the photosensitive material when forming the first diffraction grating are θγ1 and θγ2, respectively, when the first diffraction grating has a converging action, a minus sign, a divergence action Let be a plus sign when When A head-up display device characterized by satisfying the following conditions.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6885484B2 (en) 2003-04-22 2005-04-26 Minolta Co., Ltd. Optical system and method for fabricating a holographic optical element

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