JPH06227285A - ホログラフィックディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】回折スペクトルの半値幅が車両外からの白色光
をほぼ白色光として回折する広さを有した第１のホログ
ラム１２と、第１のホログラム１２による収差を補正す
るように露光されて情報表示源からの光線を第１のホロ
グラム１２に向けて回折するように配された第２のホロ
グラム１９とを備えたホログラフィックディスプレイ。 【効果】第１のホログラムに向かって照射される外光の
透過光の色調を白色に近づけられ、また反射光の色調も
白色に近づけられて、第２のホログラムによって第１の
ホログラムによる収差を補正して良好な情報を観視者に
対して与えることができるホログラフィックディスプレ
イを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はホログラフィックディス
プレイに関するものであり、特に、車両用ヘッドアップ
ディスプレイ（以下ＨＵＤとする）等各種表示用として
応用可能なホログラフィックディスプレイに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】車両内の運転手等に情報表示する方法と
して、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。これ
は、液晶表示装置等の表示手段から投射された光学的情
報を、ハーフミラー等からなるコンバイナーに映し、運
転手が運転状態からほとんど視線を動かすことなく情報
を読み取れるようにしたものである。

【０００３】最近、光学的素子としての簡素さ、および
付加される機能の豊富さから上記のコンバイナーとし
て、ホログラムが注目されるようになっている。このホ
ログラフィックコンバイナーは反射機能（回折機能）の
みならず、レンズ機能等を併せ持つことができるので、
光学的情報を運転手の視野方向に回折したり、あるい
は、他にレンズ等の光学系を使用せず、任意の位置に結
像したりすることが可能となる。また、前景輝度を損な
わずに高輝度で大画面の表示像が得られるという特徴も
ある。

【０００４】かかる車載用ＨＵＤの構成を示す概念図が
図４である。ここで、４１は運転者の観察位置、４２は
ホログラフィックコンバイナー、４３は情報を含む光
線、４４はレンズ系、４５は表示体である透過型液晶表
示素子、４６はハロゲンランプからなる光源、４７は風
防ガラス、４８は遠方に結像された表示像（虚像）であ
る。光源４６から発した光はコリメーターであるレンズ
系４４、透過型液晶表示素子４５を通過し、車両の風防
ガラス４７に形成されたホログラフィックコンバイナー
４２に照射され、回折されて運転手たる観視者に観察位
置４１で視認される。この際、表示情報は４８の位置に
虚像として運転手に認識される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ホログラムを利用したＨＵＤでは車内の運転者等に表示
情報を視認させるには好都合であるが、車外の車に乗車
している人や歩行者などからは太陽光などの外光がホロ
グラムで回折されぎらぎらとした不快な色として視認さ
れ、デザイン上好ましくないばかりか安全上も問題であ
った。

【０００６】従来のＨＵＤのホログラムは回折スペクト
ルの半値幅が約５〜２０ｎｍと狭く、特定の波長の光線
だけを回折するため、運転者がホログラムを通して外部
を見た場合、その透過光の色（透過色）はホログラムの
回折波長に対応する色（表示色）の補色となる。すなわ
ち、表示色が緑のみである場合は、外部からの白色光は
ホログラムを透過する際に、ホログラム内部の回折格子
に一部反射回折され、反射色は緑色となる。したがっ
て、透過色はその補色であるマゼンダ（ピンクから赤）
となり運転者に対して刺激的で不快な色と感ぜられる。
またその結果背景の色調が影響を受けるため、運転中に
おける道路等の車外状況の視認性が損なわれ安全上も問
題があった。

【０００７】一方、車外の観察者（歩行者や対向車の運
転者等）に対しては、外光の反射色はホログラム内部の
回折格子の回折波長の角度依存性により、観察する角度
によって赤色（正面付近）から緑色（斜め観察）と大き
く変化し、やはり不快な印象を与えるという問題があっ
た。

【０００８】このような透過色および外光による反射色
の色調を改善するため、特開平４−１１０９８４に示さ
れるように、表示光線の波長と補色の関係にある波長で
露光した複数枚のホログラムを積層するか、１枚のホロ
グラムに表示光線の波長と補色の関係にある波長など複
数の波長により多重露光をする方法が提案されている
が、これらの方法では回折光のスペクトルの半値幅が狭
いホログラムを用いるため、色調の改善の程度には限界
があり、ある程度の改善はされるがぎらぎらとした不快
感の低減に十分といえるものではなかった。

【０００９】一方、この色調の改善のため、許容できる
色変化の範囲を経験上δｘ、δｙ＝±０．０５以内程
度、望ましくは±０．０２以内程度として、広い回折ス
ペクトルの半値幅を持つホログラムを用いて、外光によ
る反射色、透過色の色調の改善を行う方法が提案されて
いるが、光のスペクトルの半値幅が広い光源を用いた場
合ホログラムによる色収差が顕著となり、半値幅の狭い
光源を用いる必要があるなど、表示像にぼけ、歪等の収
差が生じてしまうという欠点を有していた。

【００１０】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の欠点を解消し、外光による不快な回折光の刺激純度
を低減することにあり、さらには表示像の品質を向上さ
せたホログラフィックディスプレイを新規に提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、表示すべき情報を光線と
して発生する情報表示源と、車両の風防ガラスに備えら
れていて前記光線を観視者に向けて回折する第１のホロ
グラムと、前記情報表示源と第１のホログラムとの間に
あって、情報表示源からの光線を第１のホログラムに向
けて回折する第２のホログラムとを少なくとも有するホ
ログラフィックディスプレイにおいて、前記第１のホロ
グラムは回折スペクトルの半値幅が車両外からの白色光
をほぼ白色光として回折できる広さを有したホログラム
であって、第２のホログラムは第１のホログラムによる
収差を補正するように露光されて配されたホログラムで
あることを特徴とするホログラフィックディスプレイを
提供するものである。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の基本的構成の一例を示す概念図
である。１１は運転者の観察位置、１２は第１のホログ
ラムによるコンバイナー、１３は情報を含む光線、１４
はレンズ系、１５は表示体である透過型液晶表示素子、
１６はハロゲンランプからなる光源、１７は風防ガラ
ス、１８は遠方に結像された表示像（虚像）、１９は収
差補正用の第２のホログラムである。

【００１３】光源１６から発した光線はコリメーターで
あるレンズ系１４、透過型液晶表示素子１５を通過し、
収差補正用の第２のホログラム１９により回折され、さ
らに車両の風防ガラス１７に備えられた第１のホログラ
ムによるコンバイナー１２により、回折されて運転手た
る観視者に観察位置１１で視認される。この際、表示情
報は１８の位置に虚像として運転手に認識される。

【００１４】本発明の実施例における第１のホログラム
および第２のホログラムは、アクリル系のフォトポリマ
ーを用いたリップマンタイプの体積・位相型のホログラ
ムで、１００ｍｍ角のものを用いた。ホログラム材料と
しては、上記の他にポリビニルカルバゾール系などのフ
ォトポリマー、重クロム酸ゼラチン、光レジスト、銀塩
など種々の感光材料を用いることができ、ホログラムと
しては、リップマンタイプ等の体積・位相型のホログラ
ムが高い回折効率を得られるという点で望ましいが、エ
ンボスタイプ、レインボータイプ等のホログラムと呼ば
れるものも広く用いることができる。

【００１５】また、ホログラムの大きさは求められる表
示像の大きさ、倍率等により異なるが、通常数１０ｍｍ
から数１００ｍｍ角程度の面積であり、また厚さは数μ
ｍから数１０μｍ程度の厚みのものが用いられる。さら
に、実施例では第１のホログラムと第２のホログラムの
材料、大きさ、ホログラムタイプを同一のものを用いた
が特に限定されるものではなく適宜選択が可能である。

【００１６】かかる第１のホログラムは通常風防ガラス
に形成されるものであり、例えば風防ガラスの表面（車
両外表面）や車両内側表面に備えられてもよいが、特に
ホログラムの保護の点に鑑みて、合わせガラスである風
防ガラスの内部に封入して用いることが好ましい。その
ため、第１のホログラムの厚さは薄く、耐候性に優れた
ものがよく、本発明の実施例で用いたようなフォトポリ
マーが好ましい。

【００１７】図２は本発明によるコンバイナーである第
１のホログラムの、回折スペクトル図の一例である。こ
の例においては、半値幅１００ｎｍ、回折効率３０％、
厚さ６μｍのホログラムを３枚積層した。２１は中心波
長が４１０ｎｍであり、２２は中心波長が５２０ｎｍで
あり、２３は中心波長が６３０ｎｍである。２４はそれ
らを合成して得られる全体のスペクトルである。

【００１８】本発明において、ホログラムの回折スペク
トルの半値幅が広くホログラムによる回折光の波長選択
域が広域化されているということは、ホログラムによっ
て回折できる光線のスペクトルの半値幅が広いことを表
すものであり、一つの中心ピーク波長を有するスペクト
ルであっても、あるいは一つのピーク波長を有するスペ
クトルの重ね合わせによって複数のピークを持つように
してもよい。

【００１９】このように、ホログラムによる回折光の波
長選択域を広域化するためには、あらかじめ露光された
ホログラムに化学的なチャーピング処理を施すことによ
って半値幅を広げることができ、この際、複数枚の感光
材料がそれぞれ異なる波長の光線によって露光された複
数枚のホログラムを積層したり、一枚の感光材料に複数
の異なる波長の光を照射して多重露光することによっ
て、複数の回折波長を持つホログラムが得られ、その得
られたホログラムに対してチャーピング処理をすること
によって、より広域化された波長選択性を持つホログラ
ムを得ることができる。なお、上記した複数の回折波長
を持つホログラムは、多重露光によるものの方が、積層
による各色の像のずれや、コンバイナーの透過率の低下
などが少ないという点でさらに好ましい。

【００２０】本発明における第１のホログラムは、上記
のようにして回折スペクトルの半値幅が広げられたもの
であるが、その幅としては、車両外からの白色光がこの
第１のホログラムによって回折された際に、その回折光
がほぼ白色になるような幅であれば十分であり、中心波
長が約４９０ｎｍ程度である場合は半値幅は２００ｎｍ
以上が好ましく、回折光がほぼ白色光であるためには３
００ｎｍ以上であることが特に好ましい。

【００２１】さらに、車両外から車両内に向かって透過
してくる外光は上記回折光の補色となっているため、そ
の透過光には特定の刺激色となることもなく、回折光の
色調の改善はすなわち透過光の色調の改善となる。ま
た、本発明における第１のホログラムは上記のような回
折スペクトルの半値幅を有するものであるため、運転者
等の観視者の車両外への視野の確保のため、第１のホロ
グラムの回折効率は３０％以下が好ましいが、それに限
定されず、各種の視野を確保する方法を用いて車両の安
全が確保されるものである。

【００２２】ここで、第１のホログラムに対する光線の
入射角はすべての色についてほぼ同一とし、また第１の
ホログラムからの出射角もすべての色について同一とな
ることが好ましい。これらの角度が異なると、各色によ
って回折される光線の方向が異なってしまうため、本来
白色となるべきものが複数色に分かれてしまい、かえっ
て観視者には不快な色と視認されてしまう。

【００２３】このようなホログラムに対する入射角およ
び出射角がすべての色において同一となる反射型のホロ
グラムを作製するためには、ホログラム感光材料の両側
から照射する光線のホログラムに対する入射角を、感光
材料のそれぞれの側において、すべての色に対応する波
長について同一であるようにすればよい。また、同一と
しない場合でも、ホログラム感光材料の両側へ入射する
２つの角度の関係を適当に調整すれば、入射角および出
射角がすべての色において同一とすることができる。

【００２４】第２のホログラムは第１のホログラムの収
差を補正すべく露光されたホログラムであり、図３はそ
の回折スペクトルの一例である。この例において中心波
長は５２０ｎｍと６３０ｎｍであり、それぞれ回折効率
８０％、半値幅１５ｎｍの厚さ２５μｍのホログラム２
枚を積層した。第２のホログラムはインストルメントパ
ネル内に設置でき、その厚さの制限等は緩く、また第１
のホログラムとの整合性からできるだけ回折効率が大き
い方が望ましいため、厚さ２５μｍのホログラム２枚を
積層した。

【００２５】本実施例においては、赤と緑の表示を得る
ために、第２のホログラムの回折波長の中心波長を５２
０ｎｍと６３０ｎｍとしたが、この波長に限定されるも
のではなく単一波長でもよいし他の表示色を得るため
に、他の中心波長を持ったホログラムを積層することも
可能であり、第１のホログラムと同様に１枚の感光材料
に多重露光してもよい。また、第２のホログラムは第１
のホログラムの収差補正の機能を有すれば、その回折効
率、半値幅は特に限定されない。

【００２６】例えば、第１のホログラムによって得られ
る表示像が中央部から周辺部にいくにしたがって下方に
位置ずれするような収差が生じてしまう場合には、これ
を逆にずれるように第２のホログラムを露光して配する
ことによって収差補正することができ、またほかの収差
に関しても、それぞれの収差に応じて適宜第２のホログ
ラムの露光条件や配置位置、配置角度等が決められる。

【００２７】本発明における第２のホログラムとして
は、上記のような反射型ホログラムに限らず、透過型ホ
ログラムを用いてよく、情報表示源や第１のホログラム
との距離を適切にできるように適宜選択して用いられ
る。

【００２８】本発明における表示すべき情報とは、その
表示用途により、適宜選択されるものであり、車両のス
ピード計、タコメータ、警告表示などが例として挙げら
れる。観視者とは、主には車両の運転手であり、その
他、助手席その他の同乗者や、これらすべてを含めて対
象とすることができる。

【００２９】本発明の実施例における情報表示源として
は熱線カットフィルター（図示せず）を前面にとりつけ
た楕円ミラー付ハロゲンランプ（５０Ｗ）からなる光源
１６と表示体である透過型液晶表示素子１５としてコン
トラストに優れたＶＨＣ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｃｏｎ
ｔｒａｓｔ）ＬＣＤを用いたが、情報表示源として光を
発して表示する機能を持つもので、液晶表示素子等のい
わゆる受光型表示素子からなる表示体に熱陰極管（ＨＣ
Ｔ）、冷陰極管、蛍光表示管（ＶＦ）、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、半導体レーザー（ＬＤ）などからなる光源
から発した光を照射するものや、これらの機能を併せ持
つものも使用可能である。

【００３０】本発明の実施例では、スピード表示を緑、
警告表示を赤の２色表示とし、ＶＨＣ ＬＣＤの面内の
表示の部分を分割し、スピード表示部分は可視光線領域
で約５８０ｎｍまでを透過する低域通過フィルター（図
示せず）を、警告表示部分は可視光線領域で約５８０ｎ
ｍから透過する高域通過フィルター（図示せず）を貼付
しさらにスピード表示部分、警告表示部分の両方に約５
００ｎｍ以上を透過する色ガラス（図示せず）を貼付し
た。

【００３１】さらに、本発明によるホログラフィックデ
ィスプレイを３色マルチカラー表示やＣＲＴなどにみら
れるような微小部分の面内の分割によるフルカラー表示
とする場合には、この液晶表示素子としては、カラーフ
ィルターと透過型のツイストネマチック型液晶素子や、
スーパーツイストネマチック型液晶表示素子、ＴＦＴ等
からなるカラー液晶表示素子等が好ましく使用でき、本
発明の構成をほとんど変更することなく使用が可能であ
る。

【００３２】また、それとは別に、受光型表示素子を用
いず、上記の光源自体をパターン化して配列し、特定の
情報を光として発生するものであってもよい。受光型表
示素子に上記光源を併用したものの場合は、この受光型
表示素子と光源との間にレンズ系や曲面反射鏡等の適当
な光線平行化手段、導光板等の適当な導光手段を配置し
てもよい。さらに、ホログラムに光が投射されるまでの
光径路内に、必要に応じ、光偏光手段、あるいは、ＫＮ
Ｏ₃ 等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００３３】また本発明のＨＵＤをカラー表示とする場
合、コンバイナーから表示像までの距離は各色で同一と
すれば同一平面内にカラー表示ができ、また、色によっ
て変えた場合には表示色によって距離の異なる立体的な
像を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明による回折スペクトルの半値幅が
広く回折できる光の波長選択域が広域化されている第１
のホログラムをコンバイナーとすることによって、透過
光が回折光の補色となっても、その透過光の色調を白色
に近づけることができ、また反射光の色調も従来のホロ
グラムに比べ白色に近づけることができる。その結果、
運転者に対しては補色のない透明な視界を与え安全性を
高めることができるとともに、外部の観察者に対しては
観察する角度による色変化が少なくかつ無色に近い色調
のＨＵＤを得ることができる。

【００３５】さらに、第１のホログラムはその回折スペ
クトルの半値幅が広いためにどうしても表示像に収差が
生じやすいものであったが、本発明においては、第１の
ホログラムと情報表示源との間に第２のホログラムが介
在されていて、この第２のホロラムは第１のホログラム
によって生じる収差を補正するように露光されて配され
るため、表示像の収差が低減されて、良好な情報を観視
者に対して与えることができるホログラフィックディス
プレイを得ることができる。

【００３６】また同時に、情報表示源からの光として複
数色使い分けて照射することによって、このコンバイナ
ーはカラー表示のコンバイナーとしても利用することが
可能であるので、外光の透過色および反射色が無色に近
いカラーＨＵＤを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成の一例を示す概念図

【図２】本発明の実施例に係る第１のホログラムの回折
スペクトル図

【図３】本発明の実施例に係る第２のホログラムの回折
スペクトル図

【図４】従来のＨＵＤを示す概念図

【符号の説明】

１１、４１：運転者の観察位置 １２：第１のホログラム １３、４３：情報を含む光線 １４、４４：レンズ系 １５、４５：表示体である透過型液晶表示素子 １６、４６：光源 １７、４７：風防ガラス １８、４８：表示像（虚像） １９：第２のホログラム ２１：第１のホログラムにおける中心波長４１０ｎｍの
回折スペクトル ２２：第１のホログラムにおける中心波長５２０ｎｍの
回折スペクトル ２３：第１のホログラムにおける中心波長６３０ｎｍの
回折スペクトル ２４：第１のホログラムの回折スペクトル ３１：第２のホログラムの回折スペクトル ４２：ホログラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相澤 祐二 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示すべき情報を光線として発生する情報
   表示源と、車両の風防ガラスに備えられていて前記光線
   を観視者に向けて回折する第１のホログラムと、前記情
   報表示源と第１のホログラムとの間にあって、情報表示
   源からの光線を第１のホログラムに向けて回折する第２
   のホログラムとを少なくとも有するホログラフィックデ
   ィスプレイにおいて、前記第１のホログラムは回折スペ
   クトルの半値幅が車両外からの白色光をほぼ白色光とし
   て回折できる広さを有したホログラムであって、第２の
   ホログラムは第１のホログラムによる収差を補正するよ
   うに露光されて配されたホログラムであることを特徴と
   するホログラフィックディスプレイ。