JPH06227286A - ホログラフィックディスプレイ装置 - 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て情報表示源１
４からの光線１３を観視者１１に向けて回折するホログ
ラムと、光線のスペクトルの半値幅が狭い情報表示源と
を備えたホログラフィックディスプレイ装置。 【効果】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、かつ、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装置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
プレイ装置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装置に関
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、ヘッドアップディスプレイ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】かかる車載用ヘッドアップディスプレイの
構成を示す概念図が図５である。ここで、５１は運転者
の観視位置、５２はホログラムによるコンバイナー、５
３は情報を含む光線、５４はレンズ系、５５は表示体で
ある透過型液晶表示素子、５６はハロゲンランプからな
る光源、５７は風防ガラス、５８は遠方に結像された表
示像（虚像）である。

【０００５】光源５６から発した光はコリメーターであ
るレンズ系５４、透過型液晶表示素子５５を通過し、車
両の風防ガラス５７に形成されたホログラムによるコン
バイナー５２に照射され、回折されて運転手たる観視者
に観視位置５１で視認される。この際、表示情報は５８
の位置に虚像として運転手に認識される。

【０００６】

【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ヘッドアップディスプレイでは車
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。

【０００７】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。

【０００８】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（斜め観視）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。

【０００９】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。

【００１０】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、ホログラムによる色収差が顕著となり、表示像
のぼけ、色のにじみが問題になっていた。

【００１１】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の欠点を解消しようとするものであり、外光による不
快な回折光の刺激純度を低減し、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装置を新規
に提供することを目的とするものである。

【００１２】

【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ホログラム
とを少なくとも備えたホログラフィックディスプレイ装
置において、前記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
さを有しているホログラムであって、情報表示源からの
光線のスペクトルはその半値幅が狭いことを特徴とする
ホログラフィックディスプレイ装置を提供するものであ
る。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００１４】図１は、本発明のホログラフィックディス
プレイ装置の基本的構成を示す概念図である。１１は運
転者の観視位置、１２はホログラムによるコンバイナ
ー、１３は情報を含む光線、１４は情報表示源、１７は
風防ガラス、１８は遠方に結像された表示像（虚像）で
ある。

【００１５】情報表示源１４より発した情報を含む光
は、車両の風防ガラス１７に備えられたホログラムから
なるコンバイナー１２により回折されて、運転手たる観
視者に観視位置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。

【００１６】本発明の実施例におけるホログラムは、ア
クリル系のフォトポリマーであり、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。

【００１７】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適宜選択される。
かかる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、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。

【００１８】図２は本発明によるコンバイナーであるホ
ログラムの、回折スペクトルの一例である。この例にお
いては、半値幅１００ｎｍ、回折効率３０％、厚さ６μ
ｍのホログラムを３枚積層した例である。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。

【００１９】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
て回折することが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。

【００２０】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
による各色の像のズレや、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。

【００２１】本発明におけるホログラムは、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３００ｎ
ｍ以上であることが特に好ましい。

【００２２】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、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。

【００２３】ここで、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。

【００２４】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。

【００２５】図３は本発明の実施例における情報表示源
の要部の一例を示す概念図である。３１は光源としての
熱陰極管およびそれを保持する治具、３２は拡散板、３
３は表示体、３４は光学フィルターである。本例におい
ては、熱陰極管として高演色性の管径８ｍｍ、管長１１
９ｍｍのものを２本用い、その発光スペクトルを図４に
示す。

【００２６】情報表示源としてはそこから発せられる光
線のスペクトルの半値幅が狭ければその構成に特に制限
はないが、例えば、光源３１からの光線に情報を含ませ
るため、情報表示源の上部には透過型表示素子からなる
表示体３３が備えられ、光源３１と表示体３３との間に
は、光源からの光線の照度むらを防ぐために拡散板３２
が配されている。さらに、表示体３３の前面には光学フ
ィルター３４が配されて、例えば表示面のスピード表示
部分は緑、警告表示部分は赤、方向指示表示部分は青と
なるように分割して配することによってより高度な情報
表示が可能となる。

【００２７】なお、拡散板３２として本例では白色のア
クリル板（三菱レーヨン オパールＮｏ．４２２）を加
工したものを使用し、光学フィルター３４としては、そ
の青部分が中心波長４４０ｎｍ、半値幅７ｎｍ、緑部分
が中心波長５４５ｎｍ、半値幅８ｎｍ、赤部分が中心波
長６１０ｎｍ、半値幅９．５ｎｍの蒸着干渉フィルター
を使用しているがこれらに限られるものではない。表示
体３３としては液晶表示素子等のいわゆる受光型表示素
子が好ましく用いられ、本例ではコントラストに優れる
ＶＨＣ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｔｒａｓｔ）ＬＣ
Ｄを使用している。

【００２８】光源３１としては、上記した熱陰極管のほ
か冷陰極管や半導体レーザーでもよく、表示像の品質を
向上させるためには半値幅の狭い光源が望ましく、いわ
ゆる輝線スペクトルの鋭いものがよい。また、光源とし
てハロゲンランプ等の輝線スペクトルのないものも用い
ることができ、このような場合には、半値幅の狭い光学
フィルターを備えることによって、情報表示源からの光
線のスペクトルの半値幅を狭いものとできる。

【００２９】さらに、本発明によるホログラフィックデ
ィスプレイ装置を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、表
示体としては、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。

【００３０】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、必要に応じて光偏光手段、あるいはＫＮＯ
₃ 等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００３１】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。

【００３２】なお、表示すべき情報としては、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。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、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
ホログラムをコンバイナーとしているため、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。

【００３４】さらに、ホログラムが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
すいものであったところ、本発明においては、情報表示
源から発せられる光線のスペクトルの半値幅が狭いもの
を情報表示源として用いるため、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装置を得ることができ
る。

【００３５】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】本発明におけるホログラムの回折スペクトル図

【図３】本発明における情報表示源の要部の一例を示す
概念図

【図４】本発明における熱陰極管の発光スペクトル図

【図５】従来のヘッドアップディスプレイを示す概念図

【符号の説明】

１１、５１：運転者の観視位置 １２、５２：ホログラムによるコンバイナー １３、５３：情報を含む光線 １４：情報表示源 １７、５７：風防ガラス １８、５８：表示像（虚像） ２１：ホログラムにおける中心波長４１０ｎｍの回折ス
ペクトル ２２：ホログラムにおける中心波長５２０ｎｍの回折ス
ペクトル ２３：ホログラムにおける中心波長６３０ｎｍの回折ス
ペクトル ２４：ホログラムの回折スペクトル ３１、５６：光源 ３２：拡散板 ３３、５５：表示体 ３４：光学フィルター ５４：レンズ系

───────────────────────────────────────────────────── 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ホログラムとを少なくとも備
   えたホログラフィックディスプレイ装置において、前記
   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ているホ
   ログラムであって、情報表示源からの光線のスペクトル
   はその半値幅が狭いことを特徴とするホログラフィック
   ディスプレイ装置。