JPH07205680A

JPH07205680A - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JPH07205680A
Application number: JP6006326A
Authority: JP
Inventors: Norihito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1994-01-25
Filing date: 1994-01-25
Publication date: 1995-08-08

Abstract

(57)【要約】【目的】風防ガラスの車内側表面とコンバイナーとで形
成される二重像を防止するヘッドアップディスプレイを
得る。【構成】車両の風防ガラス６に備えられていて、発光表
示手段からの光を車両内の観察者に向けて回折するコン
バイナー５が、風防ガラス６の車内側表面で反射して生
ずる虚像と実質的に重なり合う位置に回折虚像を形成す
るホログラムであるヘッドアップディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【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（以下ＨＵＤとする）装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車内等の運転者に情報を表示する方
法として、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。
これは、液晶表示装置等の情報投射手段から投射された
光学的情報を、自動車の風防ガラス等に組み込まれたホ
ログラムやハーフミラー等からなるコンバイナーに映
し、運転者が運転状態からほとんど視点を動かすことな
く情報を読み取れるようにしたものである。

【０００３】特に、コンバイナーとしてホログラムを用
いたものは、運転者に向かって光学的情報を回折する機
能とともにレンズ機能等を併せ持つことができるので、
光学的情報を運転者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である。また、回折スペクトル
の半値幅が狭いため、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がある。さらに、ホログラム
への光の入射角と回折光の出射角を独立に変化させられ
るので、風防ガラス表面の反射による多重像を避けるこ
とができるとともに、システム設計の自由度が向上す
る。これらの利点からＨＵＤのコンバイナーとしホログ
ラムは有効である。

【０００４】図６は、ホログラムコンバイナーを用いる
従来のＨＵＤの一例を示す概念図である。光源８１から
発し、レンズ系８２を介して透過型液晶表示素子８３を
通過した表示すべき情報を含む光８７は、収差補正用ホ
ログラム８４で反射され車体の風防ガラス８６に備えら
れたホログラムコンバイナー８５に照射され、回折され
て運転者に観察位置８８で視認される。

【０００５】上記レンズ系８２はコリメーターとしての
機能を持つものであり、また、この機能はホログラム８
４または８５に持たせることもできる。またホログラム
８４または８５に倍率を持たせれば速度表示８９、警告
表示９０の表示像を遠方に結像させることも可能にな
る。

【０００６】また、ホログラム８４および８５は波長選
択機能を持つので、希望する色の像が表示可能となる。
通常その色は単一であることも多いが、多重露光したホ
ログラムによる多色表示も可能であり、表示情報の量と
質を向上できる。例えば、速度表示８９を緑色、警告表
示９０を赤色とすることによって、運転者に対してより
的確に情報を伝達することが可能となる。

【０００７】かかるホログラフィックコンバイナーとし
ては、通常、反射型のホログラムが用いられる。この反
射ホログラムの作製は、ホログラムの感光材料面の一方
の面から参照光、他方の面から物体光を照射して、回折
格子を作製する。

【０００８】ホログラムの感光材料内部では、これら２
つのレーザー光が干渉して光の明暗の干渉縞が生じ、そ
れが感光材料の屈折率または密度などの物性の違いに基
づく回折格子として記録される。この種の反射型ホログ
ラムにおいては、光の入射角度と反射回折角度が異なる
場合、その回折格子面はホログラム表面に対して傾いて
おり、表面と平行ではない。

【０００９】図４は風防ガラス内部に封入したホログラ
ムを示す概略断面図である。４６はコンバイナーとして
機能する反射型ホログラムである。ホログラム４６の内
部には図４に示すような表面に対して傾きを持った回折
格子が形成されている。ホログラム４６は風防ガラスの
車内側ガラス板４３に備えられ、ポリビニルブチラール
（ＰＶＢ）よりなる中間膜４５と共に、車外側ガラス板
４４の内側に封入され安全合わせガラスを構成してい
る。中間膜４５とホログラム４６の界面４７は、中間膜
中に含まれる可塑剤によりホログラムの特性が影響を受
けないような保護層となっている。

【００１０】発光表示手段より放射された情報を含む光
４１は車内側ガラス板４３に対して角度θ₁ で入射し、
空気とガラスの屈折率の差により屈折しガラス内部では
θ₁’の角度となる。ガラス内部に入った光はホログラ
ム４６によって運転者方向に反射回折される。ホログラ
ム内部の回折格子は表面に対して傾いているため、回折
光のガラス内部角はθ₂ ’となりガラス表面で屈折して
車内側では角度θ₂ で出射し光４８として運転者等の観
察者に視認される。一般にθ₁ とθ₂ は風防ガラス表面
での反射光による二重像を防ぐため異なっており、また
乗用車では光源、コンバイナー、ドライバーの位置関係
によりθ₁ ＜θ₂ となっている。

【００１１】また一方の、ハーフミラーをコンバイナー
とする従来のＨＵＤにおける風防ガラスの概略断面図を
図５に示す。風防ガラスは車内側ガラス板６３、ポリビ
ニルブチラール（ＰＶＢ）よりなる中間膜６５、および
車外側ガラス板６４よりなり安全合わせガラスを構成し
ている。６２はコンバイナーとして機能するハーフミラ
ーであり、風防ガラスの車内側ガラス板６３の車内側表
面に備えられている。ハーフミラー６２は車内側ガラス
板６３あるいは車外側ガラス板６４と中間膜６５との界
面に備えられている場合もある。発光表示手段より放射
された情報を含む光６１は車内側ガラス板６３に対して
角度θ₁ で入射し、ハーフミラー６２において角度θ₁
で６８のように反射され運転者の観察位置に到達し、虚
像６９として認識される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のハーフミラーを
用いるタイプのＨＵＤや、正反射のホログラムを用いた
ＨＵＤにおいては、次に示すような多重像の問題があ
る。図５で説明した通り、発光表示手段より放射された
情報を含む光６１は車内側ガラス板６３に対して角度θ
₁ で入射し、ハーフミラー６２において角度θ₁ で６８
のように反射され運転者の観察位置に到達し、虚像６９
として認識される。一方ハーフミラー６２を透過した光
は６６のように風防ガラス内部に入射し、車外側ガラス
板表面で反射され再び運転者側に角度θ₁ で６７のよう
に出射する。この内部反射光６７は虚像７０として運転
者に認識される。風防ガラスが有限の厚さを持つため６
７、６８の二つの光の出射位置は車内側ガラス板表面に
おいて距離ｈだけずれる。そのため、二つの虚像６９、
７０は空間的にずれて二重像として観察される。

【００１３】また中間膜６５とガラス板６３、６４の屈
折率が異なるとそれらの界面でも反射光が発生するた
め、強度的には弱いながらも更に三重像、四重像が発生
する場合もある。これらの多重像が発生すると表示像の
視認性が著しく劣化し、微細な表示の場合には読み取れ
なくなってしまう。読み取り易い単純な表示像の場合で
も、多重像は非常に目障りでありＨＵＤの商品性を損な
ってしまうという問題があった。

【００１４】そこで、図６に示すようにホログラムをコ
ンバイナーとして用いて、上記のような二重像の問題を
解決することが提案されている。それは、ホログラムの
回折角を車内側ガラス板で正反射する発光表示手段から
の光の反射方向と大きく変え、ホログラムからの回折光
が車両内の観察者の視野に入るように構成することによ
って、車内側ガラス板での正反射光を車両内の観察者の
視野の外に向けるものである。

【００１５】ところが、このように構成したＨＵＤは次
のような欠点を有する。図６に示す太陽や街路灯などの
光源９１からの外光９２が特定の角度でホログラムコン
バイナー８５に入射すると、外光は情報を含む光８７と
共に９３のように運転者に到達する。この外光によるノ
イズ光をフレアー光と呼ぶ。

【００１６】フレアー光の発生する原因は次のように理
解できる。図４の点線で示した外部光４９が入射すると
き、その入射角θ_inがある特定の角度である場合に外部
光は車内側ガラス板の表面に対しθ₁ ’で到達し再びθ
₁ ’でガラス内部方向に５０のように反射する。この角
度は情報を含む光４１の合わせガラス内部での角度と同
じであるため、外部光はホログラム４６によって反射回
折され車内側ガラス板表面から角度θ₂ で出射すること
になり、情報を含む光４８と共に５１のように運転者等
の観察者に到達することになる。図４からわかる通り、
車内側ガラス板４３の表面と車外側ガラス板４４の表面
が平行であれば、θ_in’とθ₁ ’が等しくなるので、ガ
ラス外部での入射角はθ_in＝θ₁ の場合にフレアー光が
観察されることになる。一般の車両の風防ガラスは曲面
形状をしているが、その曲率はそれほど大きくないので
目安として概略θ_in＝θ₁ の場合にフレアー光が観察さ
れると考えられる。

【００１７】前述の説明は、外光４９の波長がホログラ
ム４６に回折される情報を含む光４８の波長と等しい場
合のものである。一般の外光は広い波長範囲の光を含む
ため、必ず上記の条件を満たす波長が含まれフレアー光
が発生すると考えてよい。しかも、外光４９の入射角θ
_inがθ₁ とわずかにずれたとしても、いわゆる回折のブ
ラッグ条件を満足する波長の光が外光４９に含まれれば
ホログラム４６に回折され情報を含む光４８とわずかに
ずれた方向に進ことになる。その方向が運転者等の観察
者の視域から大きくずれなければやはりフレアー光とし
て観察されることになる。

【００１８】このようなフレアー光が発生すると車外か
らの光の入射角度によって、明るいむらとして見えた
り、スポット状の輝点として見えたりして、ＨＵＤの表
示像の視認性を低下させるなどの悪影響をもたらす。特
に太陽光がフレアー光として観察されると輝度が高いた
め眩惑を起こす可能性もあり安全上も問題があった。ま
た、夜間では周囲が暗いため昼間には気付かないような
街路灯などの弱い光も、フレアー光として観察されてし
まい運転する際に非常に目障りであった。このフレアー
光は太陽や街路灯などの外部の光源を直線的に見るのと
は異なる角度で観察されるため、１つの光源が複数個に
見えることとなりまことに目障りな存在であった。

【００１９】逆に、前述のように、コンバイナーとして
ハーフミラーや正反射型のホログラムを用いたＨＵＤで
は、外部光源の直接透過光とフレアー光との方向が一致
するため、フレアー光は実質的には観察されない。とこ
ろが、この構成が二重像が生じるという欠点を有するこ
とは、前述した通りである。

【００２０】

【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、光源と表示すべき情報
を表示する表示体とを少なくとも備えて表示すべき情報
を光として発生する発光表示手段と、車両の風防ガラス
に備えられていて前記光を車両内の観察者に向けて回折
するホログラムからなるコンバイナーとを少なくとも有
するヘッドアップディスプレイにおいて、前記ホログラ
ムは、前記光が前記風防ガラスで反射して生ずる虚像と
実質的に重なり合う位置に回折虚像を形成することを特
徴とするヘッドアップディスプレイを提供するものであ
る。

【００２１】また、本発明は、光源と表示すべき情報を
表示する表示体とを少なくとも備えて表示すべき情報を
光として発生する発光表示手段と、車両の風防ガラスに
備えられていて前記光を車両内の観察者に向けて反射す
るコンバイナーとを少なくとも有するヘッドアップディ
スプレイにおいて、前記コンバイナーは風防ガラスに封
入された反射型ホログラムと風防ガラスの車内面側に設
けられたハーフミラーとからなっていて、前記ホログラ
ムは、前記光が前記ハーフミラーで反射して生ずる虚像
と実質的に重なり合う位置に回折虚像を形成することを
特徴とするヘッドアップディスプレイを提供するもので
ある。

【００２２】

【作用】本発明におけるＨＵＤは、風防ガラスの車内面
側あるいはハーフミラーによって形成される発光表示手
段からの光の虚像と、実質的に同じ位置にホログラムに
よって虚像を形成していて、本来の表示像であるホログ
ラムにより回折されて生ずる虚像と、余分な多重像の原
因となる風防ガラス表面やハーフミラーで反射されて生
ずる虚像とが重なり合い、実質的に多重像が無くなり視
認性の良いＨＵＤを実現することができる。詳しくは、
上記の重なりは厳密には寸分変わらず重なり合っていな
くてもよく、観察者たる人間の眼で識別できない程度に
ずれていてもよい（本発明では、この程度のずれがある
ことを含めて、実質的に重なり合うことを意味するもの
とする。）。このようなずれの範囲内での上記のような
重なりは、従来提案されてきたＨＵＤに用いられていた
ホログラムの入射角と回折角との差に比べて、きわめて
小さな差を本発明におけるホログラムの入射角と反射角
との間に与えることによって、実現することができる。

【００２３】すなわち、従来のハーフミラーや正反射型
ホログラムを用いたＨＵＤでは、前述のように二重像が
生じてしまう。ホログラムの入射角と反射角とに差をつ
けていくと、徐々に二重像の原因である二つの虚像の位
置の差が小さくなってくる。やがて、実質的に二つの虚
像が重なり合うようにホログラムの入射角と回折角とに
差をつけることが可能であり、この差を更に大きくする
ことによって、また問題となる二重像が形成されるもの
である。こうして、上記の実質的に二つの虚像が重なり
合うような入射角と回折角とを有するホログラムを用い
ることによって、実質的に多重像のないＨＵＤを得るこ
とができる。

【００２４】さらに、入射角と回折角との差を大きくし
たものが、従来のホログラムを用いたＨＵＤであり、こ
の場合、観察者の視野に同時に入射することがない程、
二つの虚像の位置にはずれがある。しかしながら、この
場合にはフレアー光の問題が残る。

【００２５】本発明におけるホログラムは、ホログラム
への入射角θ₁ と回折角θ₂ との差が上述のようにわず
かであるため、フレアー光の入射角θ_in≒θ₁ と直接透
過光の入射角θ_in＝θ₂ との差もわずかである。したが
って、外部光源の直接透過光とフレアー光とのズレ（視
差）は極くわずかとなり、フレアー光は強度の大きな直
接透過光に隠れて実質的には観察できなくなり、フレア
ー光の無いＨＵＤを実現することができる。

【００２６】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明におけるホログ
ラムをコンバイナーとする実施例を説明する。図１は、
本発明のＨＵＤの一例を示す概念図である。風防ガラス
６の下方には発光表示手段が備えられており、この発光
表示手段は熱陰極管を用いた光源１から発した光がコリ
メーターであるレンズ系２を介し、透過型カラー液晶表
示素子からなる表示体３を通過した表示すべき情報を光
７として発するものである。この光７は、遠方表示用ホ
ログラム４および車体の風防ガラス６に備えられた反射
型ホログラムからなるコンバイナー５に照射されて、回
折され、運転者に観察位置８で視認される。

【００２７】上記レンズ系２はコリメーターとしての機
能を持つものであり、ハロゲンランプのようなスポット
状の光源の場合に特に有効である。また、遠方表示用ホ
ログラム４は、レンズや曲面ミラーを用いても同様の効
果を得ることができる。

【００２８】また、ホログラムは波長選択機能を持つの
で、希望する色の像が表示可能であり、さらに、多重露
光や複数枚のホログラムの積層によって多色表示が可能
となり、表示情報の量と質の向上ができる。本実施例で
は熱陰極管の発光ピーク波長に対応する５４５ｎｍおよ
び６１２ｎｍと、ホログラムを透過する外光の色調がホ
ログラムの回折波長の補色となり色づくのを防ぐための
４６０ｎｍの光を回折する多重露光のホログラムを用
い、速度表示９を緑色、警告表示１０を緑色と赤色とを
混合したアンバー色（橙色）として表示した。その結
果、運転者に対してより的確に情報を伝達することが可
能となった。

【００２９】なお、ホログラムは通常数１０ｍｍから数
１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍから数１０μｍ程度
の厚みである。このようなホログラムは、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、ポリビ
ニルカルバゾールやアクリ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る。

【００３０】本実施例ではコンバイナーとして横１５０
ｍｍ×縦２００ｍｍの大きさで、厚さが２０μｍのアク
リル系フォトポリマーよりなる感光材料を用い、体積位
相型の反射型ホログラムを用いた。

【００３１】また、ホログラムを通して車両外から車両
内に透過する外光の色調を、無色に近づけるように選択
した複数の色に対応する複数の波長の光によって露光さ
れたホログラムを作製する場合、本実施例のように１枚
の感光材料の中に３重に露光することが好ましいが、複
数の感光材料に個別に露光したホログラムを積層しても
もちろん支障ない。また、感光する波長帯域の異なる複
数の感光材料をあらかじめ積層しておいて、複数の波長
で露光するのも有効な方法である。

【００３２】かかるホログラムは風防ガラスに備えられ
るものであり、例えば風防ガラスの表面（車両内表面）
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、本実施例のように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。

【００３３】本発明における発光表示手段は光を発して
表示する機能を持つものであり、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）、ハロゲンラン
プ、ＬＥＤなどからなる光源から発した光を照射するも
のであり、また、これらの機能を併せ持つものであって
もよい。

【００３４】本発明におけるコンバイナーをカラー表示
に用いる場合、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等からなるカ
ラー液晶表示素子等が好ましく使用でき、一つの光源か
ら発せられた光を所望の色の光として照射することがで
きる。

【００３５】このようにして複数の色の光は、同一の発
光表示手段から発することができ、これら複数の色の光
が同時に表示される場合には表示像が重なって表示さ
れ、逆にこの表示像の重なりを防ぐためには、必要に応
じてカラーフィルターと光源の組み合わせによって、あ
るいはカラー液晶表示素子を制御することによって、複
数の色の光が同時に照射されないようにしてもよい。

【００３６】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。

【００３７】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表示像の観察される距
離の異なる立体的な像を得ることができる。

【００３８】本実施例のＨＵＤのホログラムコンバイナ
ーを含む風防ガラスの概略断面図を図２に示す。前述の
ように本実施例のホログラム２６は熱陰極管の発光ピー
ク波長に対応する５４５および６１２ｎｍと、外光の透
過光の色調を無色に近づけるための４６０ｎｍの光を回
折する３重露光のホログラムを用いている。その回折効
率は各々約６０％であり、半値幅は１０ｎｍ程度であっ
た。

【００３９】本実施例のホログラム２６は風防ガラスの
車内側ガラス板２３の中間膜２５側表面に接着されポリ
ビニルブチラールよりなる中間膜２５と共に、車外側ガ
ラス板２４の内側に封入され安全合わせガラスを構成し
ている。中間膜２５とホログラム２６の界面２７は中間
膜中に含まれる可塑剤によりホログラムの特性が影響を
受けないような保護層２７となっている。保護層として
はポリビニルアルコールフィルムなどを用いている。

【００４０】発光表示手段より発生した情報を含む光２
１は車内側ガラス板２３に角度θ₁で入射する。本実施
例ではθ₁ ＝６０゜である。光２１は２２のようにガラ
ス表面で約５％程度反射し、運転者には虚像２９として
認識される。本実施例では虚像の距離はｒ＝３００ｍｍ
である。一方、車内側ガラス板２３の内部に入射した光
は反射型ホログラム２６により反射回折され、２８のよ
うに車内側に角度θ₂で出射する。出射角θ₂ はホログ
ラムによる虚像が、ガラス表面反射による虚像２９と重
なるようにθ₁ とわずかにずらしてある。

【００４１】θ₂ は次のように決定される。図２からわ
かる通り、まず車内側ガラス板表面からの光２２および
２８出射位置のズレｈは、ガラスによる屈折を考慮した
内部角θ₁ ’、θ₂ ’によって、数１のように表され
る。

【００４２】

【数１】

【００４３】ここで、ｔはガラスの厚さ、スネルの法則
からｓｉｎθ’＝（ｓｉｎθ）／ｎ、ｎはガラスの屈折
率（約１．５２）である。また、空気の屈折率は１．０
とした。いま、θ₁ ≒θ₂ であるから、ｈは数２のよう
に表される。

【００４４】

【数２】

【００４５】車外側における２光の位置のズレｈ’はθ
₁ ≒θ₂ であるから、ｈ’≒ｈと考えてよい。したがっ
て、ｔａｎθ₂ は数３のようになる。

【００４６】

【数３】

【００４７】本実施例の条件θ₁ ＝６０゜、ｒ＝３００
ｍｍ、ｔ＝２ｍｍを用いて計算すると、θ₂ ＝６０．２
６゜が得られる。このようにしてθ₁ とθ₂ とを０．２
６゜程度ずらすことによって、二つの虚像が重なって多
重像の無いクリアーな表示のＨＵＤが実現できた。

【００４８】本実施例のホログラムＨＵＤでフレアー光
が発生する条件は、図４でも説明した通りθ_in＝θ₁ と
なるような方向から光が入射する場合である。一方、外
部光源の直接透過光の角度はθ_in＝θ₂ である。θ₁ と
θ₂ との差はわずか０．２６゜であるので、フレアー光
は強度の大きい直接透過光とほとんど重なっており、実
質的には認識することができない。

【００４９】以上のようなホログラムコンバイナーを備
えた風防ガラスを車両に組み合わせることにより、多重
像およびフレアー光の無いＨＵＤを実現することができ
た。

【００５０】ハーフミラーとホログラムをコンバイナー
とする本発明の第２の実施例における、風防ガラスの概
略断面図を図３に示す。本実施例でのホログラム２６は
熱陰極管の発光ピーク波長に対応する５４５と６１２お
よび４３３ｎｍの光を回折する３重露光のホログラムを
用いており、カラー液晶による表示体を併用しフルカラ
ー表示のＨＵＤを構成している。ホログラムの回折効率
は各々約６０％であり、半値幅は１０ｎｍ程度であっ
た。ホログラムへの入射角θ₁ は６０゜とし、表示像の
距離は５００ｍｍとした。出射角θ₂ は上記の計算から
６０．１６゜とした。

【００５１】本実施例のＨＵＤにおいても、ハーフミラ
ー３２の反射光３８により生ずる虚像と、ホログラム３
６の回折光３９により生ずる虚像とが４０のように重な
るため、多重像の発生を防ぐことができた。また、θ₁
とθ₂ とがほぼ等しいため、フレアー光も実質的に無く
すことができた。また、このようなホログラムおよびハ
ーフミラーを備えた風防ガラスを車両に組み合わせるこ
とにより、多重像およびフレアー光の無いＨＵＤを実現
することができた。

【００５２】ここで、本発明におけるホログラムの入射
角と反射角との差について説明する。本発明におけるホ
ログラムは、ハーフミラーや風防ガラスの車内側表面あ
るいは車外側表面、特に車内側表面で生じる虚像と実質
的に重なり合う位置に回折虚像を形成するものである。
このようなホログラムは、例えば、上記の数１、数２、
数３によって規定されるホログラムの入射角と反射角と
の差を有するホログラムであるが、実質的に重なり合う
ことが人間の眼の識別力にによるものであるため、二つ
の虚像が人間の眼にとって十分重なり合うものであれ
ば、上記の式によって決定されたものと多少の違いがあ
ってもよい。

【００５３】すなわち、上記式は、ホログラムの入射角
と反射角との差を決定する一つの目安であって、ＨＵＤ
を車両に搭載するために、構成上計算結果と若干の違い
があっても、二つの虚像が実質的に重なり合ってさえい
れば、計算結果にとらわれることはない。

【００５４】さらに、前述のように、ホログラムの入射
角と反射角とに差をつけていくと、徐々に二重像の原因
である二つの虚像の位置の差が小さり、やがて、実質的
に二つの虚像が重なり合うような、ホログラムの入射角
と回折角とに差をつけることができるため、トライアン
ドエラーによってホログラムの入射角と回折角との差を
決定することも可能である。

【００５５】これまでの実施例ではホログラムコンバイ
ナーとして反射型のホログラムを用いる例を示したが、
透過型のホログラムであっても同様の効果を得ることが
できる。

【００５６】さらに、これまでの実施例では、光源とし
てスペクトル半値幅の狭い熱陰極管を用いる。従来のホ
ログラムコンバイナーでは本来の像の方向と二重像の方
向とを大きくずらすために、θ₁ とθ₂ との差を大きく
している。そのようなホログラムでは波長分散が大き
く、半値幅の広い光源では色収差のため像がぼけてしま
う。ところが本発明のホログラムはθ₁ とθ₂ との差が
ごくわずかであるため、ほとんど色収差が発生しない。
したがって、本発明のＨＵＤでは半値幅の広いハロゲン
ランプや蛍光表示管などを用いても、特別な収差補正無
しでも色収差によるボケの無い表示像を得ることができ
る。

【００５７】また、実際には発光表示手段から発せられ
た光は、風防ガラスの車外面側まで到達するものもあ
り、この車外側面で反射して車両内の観察者に向かうも
のもある。通常この光の強度は、ホログラムや風防ガラ
スの車内面側、あるいはハーフミラーによって回折、反
射される光の強度よりも小さい。それでも、車外面側か
らの反射光がある程度の強度を有する場合には、やはり
多重像の要因となり得ることもある。このような場合、
ホログラムによって形成される回折虚像の位置を車外面
側からの反射虚像に重ねることによって、多重像をなく
すことも可能である。なお、この場合には、車内面側あ
るいはハーフミラーで形成される虚像の光の強度が、ホ
ログラムと車外面側で形成される虚像の光の強度に比べ
て、多重像として認められる程度よりも小さいことが要
求される。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、ホログラムにより回折
されて生ずる虚像と、余分な多重像の原因となる風防ガ
ラス表面で反射されて生ずる虚像とが重なり合うよう
に、ホログラムへの入射角と回折角とがわずかに異なっ
ているため、実質的に多重像が無くなり視認性の良いＨ
ＵＤを実現することができる。

【００５９】また、ハーフミラーをコンバイナーとする
ＨＵＤにおいては、本来の表示像であるハーフミラーに
より反射されて生ずる虚像と、余分な多重像の原因とな
るハーフミラーを透過した光を、ホログラムにより回折
させて生ずる虚像とが重なり合うように、ホログラムへ
の入射角と回折角とがわずかに異なっているため、実質
的に多重像が無くなり視認性の良いＨＵＤを実現するこ
とができる。

【００６０】また、ホログラムへの入射角θ₁ と回折角
θ₂ との差はわずかであるため、θ₁ とほぼ等しいフレ
アー光の入射角θ_inと回折角θ₂ との差もわずかであ
る。したがって、外部光源の直接透過光とフレアー光と
のズレ（視差）は極くわずかとなり、フレアー光は強度
の大きな直接透過光に隠れて実質的には観察できなくな
り、フレアー光の無いＨＵＤを実現することができる。

【００６１】また、ホログラムへの入射角θ₁ と回折角
θ₂ との差がごくわずかであるため、スペクトル半値幅
の広い光源を用いた場合でも、特別な収差補正無しに色
収差によるボケの無い表示像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨＵＤの一例を示す概念図

【図２】本発明のＨＵＤの一例を示す風防ガラスの概略
断面図

【図３】本発明のＨＵＤの別の一例を示す風防ガラスの
概略断面図

【図４】風防ガラス内部に封入したホログラムおよびフ
レアー光の発生メカニズムを説明する概略断面図

【図５】ハーフミラーコンバイナーを用いる従来のＨＵ
Ｄを示す概念図

【図６】ホログラムコンバイナーを用いる従来のＨＵＤ
を示す概念図

【符号の説明】

１：光源２：レンズ系３：表示素子４：遠方表示用ホログラム５：ホログラムコンバイナー６：風防ガラス７：情報を含む光８：運転者の観察位置９：速度表示１０：警告表示

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
を少なくとも備えて表示すべき情報を光として発生する
発光表示手段と、車両の風防ガラスに備えられていて前
記光を車両内の観察者に向けて回折するホログラムから
なるコンバイナーとを少なくとも有するヘッドアップデ
ィスプレイにおいて、前記ホログラムは、前記光が前記
風防ガラスで反射して生ずる虚像と実質的に重なり合う
位置に回折虚像を形成することを特徴とするヘッドアッ
プディスプレイ。
【請求項２】前記ホログラムは、その入射角と回折角と
に、前記光が前記風防ガラスの車内側表面で反射して生
ずる虚像と、前記光が前記ホログラムで回折されて生ず
る虚像とが実質的に重なり合う程度の差を有することを
特徴とする請求項１のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
を少なくとも備えて表示すべき情報を光として発生する
発光表示手段と、車両の風防ガラスに備えられていて前
記光を車両内の観察者に向けて回折するコンバイナーと
を少なくとも有するヘッドアップディスプレイにおい
て、前記コンバイナーは風防ガラスに封入されたホログ
ラムと風防ガラスの車内面側に設けられたハーフミラー
とからなっていて、前記ホログラムは、前記光が前記ハ
ーフミラーで反射して生ずる虚像と実質的に重なり合う
位置に回折虚像を形成することを特徴とするヘッドアッ
プディスプレイ。
【請求項４】前記ホログラムは、その入射角と回折角と
に、前記ハーフミラーで反射して生ずる虚像と、前記光
が前記ホログラムで回折されて生ずる虚像とが実質的に
重なり合う程度の差を有することを特徴とする請求項３
のヘッドアップディスプレイ。