JPH0668058U - ホログラフィックディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】発光手段１とホログラム７との相互配置が固定
されており、発光手段１は少なくとも像再生用光源２と
像再生用光源２の先端発光部に備えられたレンズ１２と
を有していて、ホログラム７は特定方向に配された発散
球面波を参照光とすることによって露光されて表示すべ
き情報のパターン像が記録されたものであることを特徴
とするホログラフィックディスプレイ。 【効果】ホログラムと発光手段とが一体となっていて、
観測者の視認する表示虚像にボケやひずみ等の収差が低
減された状態で車両に搭載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

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ホログラムを用いて観測者に情報を視認させる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、ヘッドアップディスプレイ（以 下ＨＵＤという）と呼ばれるものが最近用いられるようになっている。これは、 液晶表示装置等の発光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、ホログラムを使用すること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、任意の位置に表示虚像を結 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３である。ここで、３１は運転者 の観察位置、３２はホログラムからなるコンバイナー、３３は情報を含む光線束 、３４は遠方表示の表示虚像の結像位置、３５は表示体である透過型液晶表示素 子、３６はハロゲンランプ等からなる光源、３７は風防ガラス、３８は車体ボデ ィー、３９はレンズである。

【０００５】 発光手段として光源３６と透過型液晶表示素子３５とを備えており、光源３６ から発した光は透過型液晶表示素子３５を通過し、車両の風防ガラス３７に備え られたホログラムからなるコンバイナー３２に照射され、反射（回折）されて運 転者に観察位置３１で視認される。この際、表示情報は３４の位置に虚像として 運転者に認識される。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記したＨＵＤの構成においては、コンバイナーとコンバイナーに光線束を照 射する発光手段との位置が比較的離れていて、さらには車両ボディーには各々を 個別に組み付けるために、コンバイナーに向けて所定の方向から光線束を照射さ せることが困難であり、コンバイナーとしてホログラムを用いた場合に、ホログ ラムに入射する光線束の方向がずれることにより、表示虚像に歪、ぼけ、位置ず れ等の収差が生じてしまうという欠点を有しており、表示虚像が乱れてしまう原 因となっていた。

【０００７】 また、上記した構成は、光源から発せられた光線束が表示すべき情報に合った 形にパターン化された液晶表示素子等の表示体を透過して、情報を含む光線束と してホログラムに照射されなければならず、光源や表示体等、部品点数が多くな り、これらをコンパクトにまとめることが困難であり、車両に搭載する際の車両 スペースの点に鑑みると好ましいものではなかった。

【０００８】 そこで、米国特許第４，７９０，６１３号明細書に開示されているように、あ らかじめホログラムに表示すべき情報のパターン像が記録されるように露光して 、このホログラムを車両の風防ガラスに貼り付けることが提案されている。

【０００９】 しかしながら、この米国特許第４，７９０，６１３号明細書に開示された構成 においても、ホログラムとホログラムに光線束を照射する発光手段との位置が比 較的離れていて、さらには車両ボディーには各々を個別に組み付けるために、ホ ログラムに向けて所定の方向から光線束を照射させることが困難であり、ホログ ラムに入射する光線束の方向がずれることにより、表示虚像に歪、ぼけ、位置ず れ等の収差が生じてしまうという欠点を有していた。

【００１０】 さらに、ホログラムとホログラムに光線束を照射する光源との距離を近づけよ うとした場合、特に両者の距離を短くしようとすればするほど、少しの位置ずれ やホログラムと光源との相互配置や配置角度の違いによって表示虚像に歪、ぼけ 等の収差が生じてしまい、各々の配置の調整も困難なものであった。

【００１１】 さらにまた、ホログラムを露光する際に、ホログラム感光材料に照射する参照 光としての光線束はほぼ点光源から発生する発散球面波であることが回折格子の 形成上好ましく、良好なホログラムの表示虚像を得るためには、表示虚像を再生 する際にも露光時と同様にほぼ点光源とみなせる単一のスポットから発光する拡 散光源を用いることが要求され、その一方で発光手段を車両に搭載するためには 、その車両のスペースに鑑みて発光手段自身もコンパクトに小さくまとまったも のが要求されるものであり、このような小さくまとまった拡散光源を有する発光 手段を得ることは困難であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案は前述の課題を解決すべくなされたものであり、光線束を発生する発光 手段と、前記光線束を観測者方向に向けて回折するように配されたホログラムと を少なくとも備え、該ホログラムによって形成される表示虚像を観測者前方に視 認できるようにしたホログラフィックディスプレイにおいて、発光手段とホログ ラムとは一体化されて相互配置が固定されており、前記発光手段は少なくとも像 再生用光源と該像再生用光源の発光部に備えられた配光用レンズを有していて、 前記ホログラムは特定方向に配された発散球面波を参照光とすることによって露 光されて表示すべき情報のパターン像が記録されたもの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。

【００１３】

【実施例】

以下に、図面にしたがって本考案の実施例を説明する。 図１は、本考案のホログラフィックディスプレイの基本的構成を示す概念図で ある。発光手段１はその発光部２２に配光用レンズ１２を備えたハロゲンランプ からなる像再生用光源２を有していて、像再生用光源２から発せられた光線束は 配光用レンズ１２の直径をスポットとする所定の開口角（ＮＡ）をもった拡散光 となり、光学フィルター３に入射して発光手段１からホログラム７に向かって照 射される。

【００１４】 ホログラム７は合わせガラス１０に封入されており、ガラス基板５の表面にホ ログラム７は貼り付けられ、さらにホログラム７の表面にポリビニールブチラー ル等の合わせ中間膜を介して反射防止膜の付いたカバーガラス板６が積層されて いる。

【００１５】 合わせガラス１０は、発光手段１の端部に一体となって保持されており、発光 手段１の像再生用光源とホログラム７との配置が固定されている。 光学フィルター３を通り抜けた光線束はホログラム７面に照射され、観測者８ の視野方向に向けて反射される。そこで、観測者８はホログラム７を通して車両 前方に所定の位置に表示虚像９を視認することができる。

【００１６】 なお、本実施例において、像再生用光源２として直径５ｍｍで長さ２０ｍｍの 金属チューブに内蔵したハロゲンランプを１本用い、金属チューブの先端には直 径３ｍｍの配光用レンズ１２が取付けられている。この配光用レンズ１２のサイ ズとしては配光用レンズ１２からホログラム７までの距離が１００ｍｍ前後のと き直径６ｍｍ以下であることが再生像の画像品質として実用的なレベルであるが 、好ましくは直径３ｍｍ以下であるが望ましく、配光用レンズ１２とホログラム ７との距離に応じて良好な再生像が得られるように、適宜選択できるものである 。

【００１７】 更に、光学フィルター３として黄色の色ガラスフィルターを用いることで、再 生像における青色の色収差を抑えることができる。ここで光学フィルターとして は熱線遮断効果や特定の波長のみ透過させるバンドパス効果をもたせると更に再 生画像として好ましい。さらにまた、本実施例において再生用光源２の先端発光 部２２に備えられた配光用レンズ１２と光学フィルター３との間には、凹レンズ １３が配されており、ホログラム７に向ける再生光を照射する発光手段が、実質 的に十分点光源からの光として発する点で好ましい。

【００１８】 発光手段１の水平面と合せガラス１０とのなす角度は本実施例において約５５ 度とし、再生用光源２の光軸はホログラム７にほぼ垂直に向いている。また、観 測者８はホログラム７を通して水平方向より約１０度見下す方向に表示虚像を見 ることができる。表示虚像を表示させないときには、合せガラス１０を発光手段 １側に倒して収納することができ、ランプ点灯スイッチ４に接することで、再生 用光源２の点灯を制御することができる。スイッチ４は外部の電源１１に接続さ れている。さらに、発光手段の水平面と合せガラスとのなす角度は上記実施例に 限定されるものではなく、観測者の観測位置や再生像の歪等の調整に応じて適宜 所望の角度に変更することができる。

【００１９】 図２は、本考案に用いられるホログラムの露光方法を説明する概念図である。 ホログラム露光用光源２０から発せられたアルゴンイオンレーザー光を、ミラー ２１等で所定の光路に折り返し、ビームスプリッター２２によって二分割する。 二分割された光線束の一方は参照光としてミラー２３やレンズ２４によってホロ グラム用感光材２９にほぼ点光源から発生された発散球面波として照射される。 他方はミラー２３やレンズ２４によって物体光とすべき拡散板２５に照射され、 拡散板２５の表面に配された所定のパターンが形成されているポジタイプまたは ネガタイプのマスク２６を通過した光が、距離Ｌ２離れて配されたホログラム用 感光材２７に照射される。なお、本実施例においてＬ２＝３００ｍｍ〜２０００ ｍｍとしたがこれに制限されるものではない。

【００２０】 参照光としては、レンズ２４に凹レンズを用いてレーザービームを拡大し、発 散球面波となる光束を作り、ホログラム感光材に向けて照射するが、この凹レン ズとホログラム感光材との距離をＬ１とし、発光手段の発光部に備えられている レンズからホログラム面までの距離を同様にＬ１に配置することで、所定の再生 像がホログラム面からＬ２の位置に得られる。本実施例においてＬ１＝５０ｍｍ 〜３００ｍｍとしたがこれに制限されるものではない。

【００２１】 図２に示した露光方法は反射型ホログラムを作成する方法であり、参照光と物 体光とはホログラム感光材料面の両側の面に各々対向させて照射しているが、透 過型ホログラムを作成する場合には、ホログラム感光材料面の同一面側から参照 光と物体光を照射すればよい。

【００２１】 図１に示したホログラフィックディスプレイにおいては反射型ホログラムを用 いているが、本考案のホログラフィックディスプレイは上記した露光方法に基づ いて作成された透過型ホログラムを用いてもよく、この場合、観測者からホログ ラム、発光手段の順に配され、発光手段から発せられた拡散光がホログラムを透 過（屈折）して観測者に向かって回折され、表示虚像は観測者の前面に結像され る。

【００２２】 なお、本考案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、車両の警告灯、ウィンカー、車幅灯、コーナーマーカー、スピー ド計などが例として挙げられる。

【００２３】 ホログラムは、通常は数１０ｍｍ角〜数１００ｍｍ角程度の面積で、数１０μ ｍ程度の厚みであり、光回折機能を持つ。このホログラムとしては、リップマン タイプ（反射型）のものが比較的使い易いが、その他ホログラムと呼ばれるもの を広く用いることができる。また、ホログラム材料としては、フォトポリマー、 重クロム酸ゼラチン、銀塩など種々の感光材を用いることができる。

【００２４】 ホログラムの回折強度のピーク波長は、前記の光源の強度のピーク波長とほぼ 一致させることが、回折効率を高める上で好ましい。また、性質の異なる光で多 重露光を施して形成したものであったり、異なる色の光で露光した複数のホログ ラムを重ねたものであってもよい。

【００２５】 かかるホログラムは、本考案において、再生用光源が収納されている筐体に一 体となって取付けられるが、観測者たる運転者等の自然な視野内である車両の風 防ガラスの近傍に配置することが好ましく、車両のインストルメントパネルある いは、ダッシュボード内に配置することが好ましい。

【００２６】 ホログラムは、外的要因からの保護の点に鑑みて、合わせガラスの内部に封入 して用いることが好ましい。合わせガラスは、少なくとも一枚のガラスにポリビ ニルブチラール膜、ポリウレタン膜等の合成樹脂膜を積層、接着したものであり 、その形態の例としては、ガラス板／合成樹脂膜、ガラス板／合成樹脂膜／ガラ ス板、ガラス板／合成樹脂膜／ガラス板／合成樹脂膜、ガラス板／合成樹脂膜／ 合成樹脂膜、等のものがある。ホログラムは、これらのガラス板または合成樹脂 膜の境界部または合成樹脂膜の内部に封入されればよい。ホログラムの装着され るガラス板は、着色されていたり、表面に反射防止膜や黒色系のセラミック塗料 、熱線反射膜等が設けられていてもよい。また、ガラス板は熱的変形が少ないの でホログラムの保持としては最適であるが、コスト面からはガラス板の代わりと してプラスチック系の樹脂であってもよい。

【００２７】 本考案における像再生用光源としては、上記したハロゲンランプのほか、タン グステンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ、蛍光表示管、冷陰極放電管、 ＬＤ（レーザーダイオード）等が好ましく用いられる。

【００２８】

【考案の効果】

本考案によれば、ホログラムと発光手段とが一体となっていて、各々の相互配 置が固定されているため、観測者の視認する表示虚像にボケやひずみ等の収差が 低減された状態で車両に搭載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。

【００２９】 また、車両に搭載する前にホログラムと発光手段との相互配置を調整すること によって、あらかじめ表示虚像にボケやひずみ等の収差が低減することができ、 この調整は車両に搭載する前であるために、調整作業を簡単に行うことができる 。

【００３０】 特に、本考案のホログラフィックディスプレイを車両の運転者の前面のダッシ ュボード上等に搭載する場合には、その車両スペースや、外観、さらには前方視 野の確保のため、ディスプレイの大きさがコンパクトで小さいものが要求される が、本考案によれば、像再生用光源からの光線束を配光用レンズによって発散光 線束としてホログラムに向かって照射できる配光性を有する明るい発光手段が得 られ、極めてコンパクトに車両に納めることができ、さらに良好な表示虚像を得 るために観測者や観測者の観測位置に応じて適宜ホログラムの配置角度を変更す ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のホログラフィックディスプレイの基本
的構成を示す概念図

【図２】本考案に用いられるホログラムの露光方法を説
明する概念図

【図３】従来ＨＵＤの構成を示す概念図

【符号の説明】

１：発光手段 ２：像再生用光源 ３：光学フィルター ７：ホログラム ８：観測者 ２０：露光用光源 ２７：ホログラム感光材

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光線束を発生する発光手段と、前記光線束
   を観測者方向に向けて回折するように配されたホログラ
   ムとを少なくとも備え、該ホログラムによって形成され
   る表示虚像を観測者前方に視認できるようにしたホログ
   ラフィックディスプレイにおいて、発光手段とホログラ
   ムとは一体化されて相互配置が固定されており、前記発
   光手段は少なくとも像再生用光源と該像再生用光源の先
   端発光部に備えられた配光用レンズとを有していて、前
   記ホログラムは特定方向に配された発散球面波を参照光
   とすることによって露光されて表示すべき情報のパター
   ン像が記録されたもの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。
2. 【請求項２】発光手段は、少なくとも像再生用光源と配
   光用レンズと光学フィルターとを有しており、像再生用
   光源から発せられる光線束が光学フィルターに照射され
   て特定の有害な波長成分を減光し、ホログラムに向けて
   照射することによって再生像の画像品質を高めることを
   特徴とする請求項１のホログラフィックディスプレイ。
3. 【請求項３】ホログラムは複数の表示すべき情報のパタ
   ーン像が記録されたものであり、それぞれのパターン像
   は各々特定方向に配された発光手段からの特定の波長の
   光線束によって照射されて、選択的に再生されることを
   特徴とする請求項１のホログラフィックディスプレイ。
4. 【請求項４】ホログラムに記録されている表示すべき情
   報のパターン像は、少なくとも二次元の表示虚像が再生
   されるように露光されていることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかのホログラフィックディスプレイ。
5. 【請求項５】ホログラムは、合わせガラスの内部に封入
   されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの
   ホログラフィックディスプレイ。
6. 【請求項６】合わせガラスは、そのガラス板の合わせ表
   面あるいは合わせ面と反対側の表面に反射防止膜を有し
   ていることを特徴とする請求項５のホログラフィックデ
   ィスプレイ。