JPH0669964U - 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
されていて、ホログラム７は特定方向に配された平面波
の参照光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り、発光手段１は平面波光を発
す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平行光であり平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平行な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 た平面波を発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、前記ホログラムは特定方向に 配された平面波の参照光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 されたものであり、前記光線束は平行束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、図面に基づいて本考案の実施例にそって説明する。 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は熱陰極放電管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フレネルレンズ４に入射して光路が屈折しほぼ 平行な光線束となり、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。 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の平行光線束とホログラム７との配置が固定されている。 フレネルレンズ４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。

【００１５】 なお、本実施例において、像再生用光源２として直径８ｍｍで長さ９０ｍｍの 直管タイプを３本並列に配し、各光源の下部には球面鏡３を置きフレネルレンズ ４から発する光線束の輝度を高めたが、複数本配さなくとも充分な輝度が得られ るものであるならばこれに限定されない。

【００１６】 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、２５によっ てホログラム用感光材２９に向かってほぼ平行な光線束として照射される。他方 はミラー２３やレンズ２６によって物体光とすべき拡散板２７に照射され、拡散 板２７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２８を通過した光が、距離Ｌ２離れ配されたホログラム用感光材 ２９に照射される。なお、本実施例においてＬ２＝３００ｍｍ〜２０００ｍｍと したがこれに制限されるものではない。

【００１７】 参照光としては、レンズ２４によってレーザービームを一旦拡大し、コリメー タレンズ２５によってほぼ平行となる光線束とし、平面波でホログラム感光材に 向けて照射する。

【００１８】 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。

【００１９】 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の露光方法に基づい 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、発光手段からの平行光線束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。

【００２０】 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。

【００２１】 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。

【００２２】 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。

【００２３】 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。

【００２４】 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ス、 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。

【００２５】 本考案における像再生用光源としては、上記した熱陰極放電管のほかタングス テンランプ、ハロゲンランプ、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）などが好ましく用いられる。

【００２６】

【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。

【００２７】 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、 この調整は車両への搭載前であるため、調整作業を簡単に行うことができる。

【００２８】 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、フレネルレンズ等の薄い光 学部材によって平行光線束として、ホログラムに向かって照射でき、きわめてコ 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 ７：ホログラム ８：観測者 ２０：露光用光源 ２９：ホログラム感光材

Claims (8)

【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、前記ホ
   ログラムは特定方向に配された平面波の参照光によって
   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
   のであり、前記光線束は平行光線束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コ
   リメータレンズとを有しており、像再生用光源から発せ
   られる光線束がコリメータレンズに照射されて実質的に
   面状光源からのほぼ平行な光線束としてホログラムに向
   けて照射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。
3. 【請求項３】発光手段は、少なくとも像再生用光源と、
   プリズムあるいはフレネルレンズとを有しており、像再
   生用光源から発せられる光線束がプリズムあるいはフレ
   ネルレンズに照射されて屈折しホログラムに向けて照射
   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平面波を発する光源からの特
   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１〜３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、少なくとも二色以上の光線束によっ
   て露光されたものであり、前記発光手段からの光線束が
   照射されて表示虚像の色が変化す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】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
   〜５のいずれかのホログラフィックディスプレイ。
7. 【請求項７】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１〜６のいずれかの
   ホログラフィックディスプレイ。
8. 【請求項８】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７のホログラフィックデ
   ィスプレイ。