JPH07215090A

JPH07215090A - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH07215090A
Application number: JP6008778A
Authority: JP
Inventors: Norihito Nakazawa; 伯人中沢; Hiromi Sakurai; 宏巳桜井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】フレアー光が低減されて、運転時の安全性に富
んだ表示を行うことができるヘッドアップディスプレイ
装置を得る。【構成】発行表示手段から発せられた情報を含む光２１
が、車内側ガラス板２３からホログラム２６に向かって
ガラス板の車内側表面での臨界角よりも大きな角度で入
射して、観測者に向けて回折されるヘッドアップディス
プレイ装置。

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り、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があるた
め、ＨＵＤのコンバイナーとしては有効である。

【０００４】図１１は、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に反射され車体の
風防ガラス８６に備えられたホログラムコンバイナー８
５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が、反射
型ホログラムの作製においては、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６は風防ガラス内部に封入したホログラ
ムを示す概念断面図である。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６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合わせガラス内部
ではθ₁ ’の角度となる。合わせ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 ’となりガラス板
の表面で屈折して車内側では角度θ₂ で出射し光４８と
して運転者等の観測者に視認される。一般にθ₁とθ₂
は車外側ガラス板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】

【発明が解決しようとする課題】かかるホログラムＨＵ
Ｄを備えた車両に、図１１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。フレアー光の発生する原因は
次のように理解できる。図６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の表面に対しθ₁ ’で到
達し再びθ₁ ’でガラス板内部方向に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
転者等の観測者に外光が到達することになる。図６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θ_inとθ₁ とがほぼ等しい場
合にフレアー光が観察されると考えられる。

【００１２】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、外光４９の一部はホログラム４６によって回折され
て情報を含む光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測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。

【００１３】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。

【００１４】また前述のように、従来のホログラフィッ
クＨＵＤは特定の波長の光を回折するため、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、図７に示すように表示色が緑のみである
場合は、外部からの無色光６２（白色光とも呼ばれる
が、以下総称して白色光のことを無色光と呼ぶことと
し、白色も無色と呼ぶこととする）はホログラム６１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、反射光６３は緑色となる。したがって、透過光
６４はその補色であるマゼンダ（ピンクから赤）となり
運転者６５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。

【００１５】一方、図８に示すように、車両外の観測者
７５（歩行者や対向車の運転者等）に対しては外光７２
の反射色はホログラム７１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
近観察）７３から緑色（斜め観察）７４と大きく変化
し、やはり不快な印象を与え、コンバイナーひいてはそ
れを搭載する車両そのものの意匠性、商品性を損なうと
いう問題があった。

【００１６】図９は、この反射色の色変化のシミュレー
ション結果を表した色度図である。色度図はＪＩＳ−Ｚ
８７０１で規定された色度座標ｘ、ｙによって色を定量
的に表現するものである。図９で光源として示す×点は
無色を表す。ホログラムの色はこの点に近いほど無色に
近く観測者にとって好ましい色となる。

【００１７】ところが、従来のＨＵＤに用いられる単色
のホログラムの反射光の色は、例えばホログラムの回折
条件が波長５４５ｎｍ、回折効率６０％、半値幅１５ｎ
ｍの場合は、図９の黒菱形印のように変化する。すなわ
ち、正面付近では赤色となり、斜めになるにしたがい橙
色、黄色、緑色と大きく変化することがわかる。正面か
ら見た場合には刺激色である赤色となり、斜めから見た
場合は視感度の高いぎらぎらした緑色となり観測者に不
快な印象を与える。

【００１８】そこで、特開平４−１１０９８４号公報に
は、車両外の観測者に対する反射光の色調を改善すべ
く、表示に用いる第１のホログラムによる反射色の色調
を改善するため、第１のホログラムの反射色の補色に近
い色を反射する第２のホログラムを積層または多重露光
するＨＵＤが開示されているが、２色のホログラムで構
成されているため、完全には色調を改善できない。特に
表示色として頻繁に用いられる５００〜５６０ｎｍの緑
色光については、補色に対応する波長の光が存在しない
ため実際には反射色の色調を改善することは困難である
という欠点を有しており、また反射色の色調のみの改善
手段でしかなかった。

【００１９】また、特開平３−１７９４１８号公報には
コンバイナーを通しての透過光の色調を改善するため、
表示用のホログラムの反射波長λ₁ の補色となる波長λ
₂ の光を反射または減衰させる光学素子を組み合わせる
ＨＵＤが開示されているが、上記の公知例と同様に２色
の構成で色補正しているため、緑色光に対しては完全に
は改善できないという同様の欠点を有しており、また透
過光の色調のみの改善手段でしかなかった。

【００２０】また、特開平４−２９１２２１号公報に
は、緑色光に対してもコンバイナーの透過光の色調が改
善できるように、表示用のホログラムの反射波長λ₁ の
補色となる波長域の光を合成できる複数の波長域を反射
または減衰させる光学素子を組み合わせるＨＵＤが開示
されているが、透過光の色調に対してのみの改善である
ため、ホログラムと観測者を結ぶ特定の角度でしか効果
がなく、車両外の観測者に対してはホログラムの反射光
の色調は必ずしも改善されていなかった。例えば開示さ
れている実施例では、５３０ｎｍの光を回折するホログ
ラムの透過光の色調を改善するため、５３０ｎｍの光の
補色を合成可能な４６０ｎｍ，６３０ｎｍの光を回折す
るホログラムを用いており、回折効率約９０％、半値幅
約１０ｎｍである透過特性図を示している。この特性に
基づいて車外で観察するコンバイナーの反射色の色調シ
ミュレーションすると図１０のようになり、斜め観察で
は比較的無色に近いものの正面観察では黄緑色に色づい
てしまうことがわかる。

【００２１】以上のように、ホログラフィックコンバイ
ナーの反射光および透過光の色調を改善するため、複数
のホログラムを用いることは提案されているが、ホログ
ラムが原理的に回折現象を利用している以上、これらの
改善方法では外観色を十分に改善することはできなかっ
た。

【００２２】また、上記のように３色のホログラムを用
いる場合、車外から入射した光は３色に対応する波長帯
域で反射回折されてしまうため、車内へ透過する光が減
少してしまう。法規により可視光線の垂直透過率は７０
％以上と定められているが、３色のホログラムを合わせ
ガラスに封入した場合この規定を満足することは容易で
はなく、３色の波長にもよるがホログラムの回折効率を
６０％程度以下に抑えないとならない。そのため明るい
表示像を得る上でも問題となっていた。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述のフレア
ー光、外観色、可視光線垂直透過率の問題を解決すべく
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、少なくとも２枚のガラス板が
中間膜を介して接着された合わせガラスからなる車両の
風防ガラスに配されていて前記光を車両内の観測者に向
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
くとも備えたヘッドアップディスプレイ装置において、
前記光がコンバイナーに向かって入射する入射角は、合
わせガラスの内部から車内側ガラス板の表面に向かう光
が全反射する臨界角よりも大きいことを特徴とするヘッ
ドアップディスプレイ装置を提供するものである。

【００２４】

【作用】本発明によるＨＵＤを用いれば、合わせガラス
の内部からホログラムに向かって入射する情報を含んだ
光の入射角θ₁ ’が、合わせガラスの車内側ガラス板の
車内側表面で全反射を起こす臨界角より大きいため（す
なわち、車外側ガラス板の車外側表面で全反射する臨界
角より大きいため）、θ₁ ’とほぼ等しいフレアー光の
入射角に対応するθ_in’も臨界角（以降、特にことわり
のない限り車内側ガラス板の車内側表面あるいは車外側
表面あるいは車外側ガラス板の車外側表面での全反射の
臨界角を単に臨界角とする）より大きくなる。臨界角よ
り大きい角度でガラス板表面に入射する合わせガラス内
部の光は原理的に全反射し、合わせガラス外部に透過す
ることができない。すなわち、外部からガラス板面に向
かう光は、臨界角より大きい入射角で合わせガラス内部
からガラス板に向かって入射することが原理的にできな
い。したがって、外部光はフレアー光として観察される
角度で入射しないので、フレアー光の発生を有効に低減
できる。外光が広い波長範囲の光を含んでいたとして
も、θ₁ ’が臨界角よりも十分大きければフレアー光の
発生を抑制できる。

【００２５】また同様の理由により車外の観測者がホロ
グラムの反射色を見る場合、ほとんどの観察角度領域に
おいて、ホログラムで回折された光が車外側ガラス板に
向って入射する角度は臨界角より大きくなるため、車外
には出射せず観察されない。またそれ以外の角度領域で
臨界角より小さくなる場合には、回折波長が長波長化し
赤外線領域となるため、やはり外部の観測者は感知でき
ない。したがって、ホログラムコンバイナーの外観反射
色を有効に改善される。

【００２６】また、ホログラムを通して車両外から車両
内に透過する外光に関しては、そ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用いることによって、車
内の観測者にはその色調はほとんど無色と感じられる。

【００２７】さらに、ホログラムを備えた合わせガラス
に垂直に光が入射した場合、ホログラムにより回折する
波長は赤外線領域となり感知できないため、実質的には
ホログラムは透明となり可視光線透過率を低下させるこ
とはない。したがって、効率の高い３色ホログラムであ
っても可視光線垂直透過率の規定を十分に満足すること
ができる。

【００２８】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明における実施例
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。合わせガラスからなる風防ガラス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、必要に応じて備えられる
収差補正用ホログラム４および車体の風防ガラス６に配
さ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。

【００２９】収差補正ホログラム４により回折された情
報を含む光が合わせガラスに入射した場合、そのままで
は合わせガラスの内部側からコンバイナー５へ向かって
入射する入射角をガラスと空気との界面での臨界角より
大きくすることはできない。そこで、本実施例では、収
差補正ホログラム４と合わせガラスとの間の、合わせガ
ラスの車内側表面に、ガラスプリズムからなる平行でな
い平面を有する透明体ブロック１１を備えて、合わせガ
ラス６の内部に光を入射させている。

【００３０】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、光源としてハロゲンランプのよう
なスポット状のものを用いた場合に特に有効である。ま
た、拡大機能をホログラム４または５に持たせることも
でき、速度表示９、警告表示１０の表示像を遠方に結像
させることも可能となる。もちろんレンズや曲面ミラー
を用いても良い。

【００３１】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を無
色に近づけるための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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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
もちろん構わない。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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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５４５ｎｍ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１５ｎｍ程度で
あった。

【００４１】合わせガラスの車内側ガラス板２３からホ
ログラム２６へ向かって入射する入射角θ₁ ’はガラス
板の車内側表面での臨界角より大きい。ガラスの屈折率
は約１．５２、空気は約１．００であるからガラスと空
気との界面での臨界角はスネルの法則によりｓｉｎ
^-1（１．００／１．５２）≒４１．１゜である。したが
って、θ₁ ’＞４１．１°であればよいが、雨天の場合
等にガラス表面に水滴が付着すると全反射条件が崩れる
場合がある。そこで、水の屈折率が約１．３３であるか
らｓｉｎ^-1（１．３３／１．５２）≒６１．０゜、すな
わち、θ₁ ’＞６１．０°であることが望ましい。本実
施例では余裕を持ってθ₁ ’＝７０゜とした。ホログラ
ムの反射回折角は、ホログラムコンバイナーの設置位置
と運転者の観察位置とを勘案し、θ₂ ＝６０゜とした。
したがって内部角はθ₂ ’＝ｓｉｎ^-1（（ｓｉｎ６０
゜）／１．５２）≒３４７゜である。

【００４２】本実施例のホログラム２６は合わせガラス
の車内側ガラス板２３の上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が介在されている。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。

【００４３】情報を含む光２１をガラス表面での臨界角
より大きい内部角θ₁ ’＝７０゜で入射させるためガラ
スプリズム２２を用いている。

【００４４】本実施例のホログラムでＨＵＤでフレアー
光が発生するのは、図６でも説明した通りθ_in’＝θ
₁ ’となる２９のような方向から光が入射する場合であ
る。ところがθ_in’＝θ₁ ’は臨界角より大きいため全
反射の条件となり、外部からの光はθ_in’に対応する角
度で入射することはない。したがって、フレアー光は発
生し得ない。外部光が広い波長範囲の光を含んでいてあ
らゆる角度から入射するとしても、θ₁ ’が臨界角より
十分大きい７０゜に設定してあるのでフレアー光の発生
を有効に防ぐことができた。

【００４５】また本実施例のホログラムコンバイナーで
は、車外の観測者が見た場合の反射色も劇的に改善され
ている。いま図２のように外光３０が入射した場合ホロ
グラム２６に反射回折された外光３１は、車外側ガラス
の表面で全反射してしまい再び車外に出射することがで
きない。また別の角度で入射する外光３２では、ホログ
ラム２６に反射回折された光が３３のように外部に出射
する場合があるが、そのときの回折波長はブラッグ条件
により長波長化し赤外光領域となるため車外の観測者に
は感知できない。したがって、外部の観測者はいかなる
角度で入射した光でもその反射回折光を見ることができ
ないため、実質的にホログラムコンバイナーの反射色は
無色となる。

【００４６】図４は本実施例のホログラムの反射回折光
の色調の変化の様子を示す色度図である。黒菱形で示す
ホログラムの反射色は観察角度を垂直面内で変化させて
も、ほぼ×印で示す光源の色度と等しく無色となってい
る。光源と比べわずかに右寄り（赤色領域）にあるの
は、設定角において４６０ｎｍを回折するホログラムに
よる回折光が、ブラッグ条件により長波長化してはいる
が完全には赤外線領域ではなくわずかに赤色として観察
されるためである。これを防ぐには青色ホログラムの回
折波長を長波長化するか内部角θ₁ ’をさらに大きくす
ればよい。

【００４７】また、車外からの外光３４がホログラム２
６を透過して運転者に観察される光３５の色調は、その
色調を無色に近づけるように作製した赤緑青の３原色の
ホログラムであるため、ほとんど無色となっている。

【００４８】また、本実施例では可視光線垂直透過率に
関しても改善された。垂直に入射する光がホログラム２
６に回折される波長はブラッグ条件により長波長化され
ており、人眼の目には感知できない赤外光域の光となっ
ている。可視光線垂直透過率は人間の目の視感度で補正
された数値であるため、実質的にホログラムは透明であ
るといえる。ただし、ホログラム感光材料そのものによ
る透過率の低下が若干あるためガラスのみの場合よりも
極くわずか低下している。本実施例では車外側ガラスと
して２ｍｍ厚のブロンズガラスを用い、車内側ガラスと
しては２ｍｍ厚の透明ガラスを用いた。ホログラム無し
の場合の可視光線垂直透過率は約８２％であるが、ホロ
グラムコンバイナーを備えた部分でも約８０％であり法
規の７０％を越え十分に満足している。

【００４９】本発明の第２の実施例における、ホログラ
ムコンバイナーを含む風防ガラスの断面概念図を図３に
示す。本第２の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５４５ｎｍと６１２ｎｍおよ
び４３３ｎｍの光を回折する３重露光のホログラムを用
いている。その回折効率は各々約６０％であり、半値幅
は１５ｎｍ程度であった。

【００５０】合わせガラスの車内側ガラス板からホログ
ラムに向かって入射する入射角θ₁’を７５゜、回折角
θ₂ を６０゜とした。情報を含む光２１の入射方法はガ
ラス端面から入れる方法を採用した。本第２実施例では
カラー液晶による表示体を併用しフルカラー表示のＨＵ
Ｄを構成している。

【００５１】本第２の実施例のホログラムを用いたＨＵ
Ｄによって、第１の実施例と同様にフレアー光の発生を
有効に抑制することができた。また、ホログラムへの入
射角θ₁ ’は第１の実施例よりも更に大きく７５゜とし
ているため、外光の反射色の変化は図５の色度図に示す
ように、第１の実施例よりも更に無色に近づいた。また
外光の透過光の色調は、赤緑青の３原色に対応する３重
露光のホログラムを用いているためほとんど無色にする
ことができた。また可視光線垂直透過率についても第１
の実施例と同様に８０％程度を確保することができ法規
の７０％を十分越えることができた。

【００５２】上記の２つの実施例では、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。すなわち、この場合、情報を含む光が合わ
せガラスの内部に入射した後は、合わせガラスの車内側
表面、車外側表面においてともに全反射するため、最終
的に、車外側ガラス板の車外側表面で全反射して透過型
ホログラムに向かって入射し、透過回折して観測者に向
かって照射されるものである。

【００５３】これらのホログラムは風防ガラスに配され
るものであり、例えば透過型ホログラムを用いる場合に
は風防ガラスの表面（車内側表面）に貼設されてもよい
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。

【００５４】ホログラムが風防ガラスの車内側表面に貼
設されている場合には、ホログラムを保護するためにそ
の車内面側表面に透明保護フィルムが積層されている。
この場合、透明保護フィルムはホログラムの全面を覆う
だけの大きさであれば十分であり、ホログラムの大きさ
よりも若干大きくても風防ガラスの全面に積層されるだ
けの大きさを有していても特に制限はない。また、この
透明保護フィルムとしては、ガラスの屈折率とほぼ同程
度の屈折率を有する材料を用いることが、運転者等の視
認性の点に鑑みて好ましい。この場合、ホログラムに向
かって入射する情報を含む光の入射角は、透明保護フィ
ルムの車外側表面で全反射する臨界角よりも大きいた
め、透明保護フィルムによるフレアー光が生じることも
防止されている。

【００５５】なお、ポリウレタン等からなる自己修復性
を有する透明樹脂膜をガラス板の全面に積層することに
よって得られる安全ガラスに用いられるその透明樹脂膜
自身を、この透明保護フィルムとして採用することも可
能である。合わせガラスは、通常２枚のガラス板をその
間に中間膜を介在させて接着させたものを指すが、上記
の安全ガラスも合わせガラスに含めた場合、車外側ガラ
ス板と上記の透明樹脂膜との間にホログラムが封入され
る際には、透明樹脂膜と車外側ガラス板との間を複数回
全反射した情報を含む光を観測者に向けて回折するホロ
グラムとして透過型のものも反射型のものもどちらも用
いることができる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、ホログラムに向かって
入射する光の入射角が、ガラス板と空気の界面での臨界
角より大きいため、フレアー光の発生する角度で外光が
入射することができないのでフレアー光の発生を有効に
抑制できる。また、ホログラムによる反射色の色調につ
いても、臨界角より大きいため回折光が車外に出射する
ことができず、また出射できる場合には長波長化して赤
外線領域となるため感知できないため、ホログラムの反
射色をほとんど無色にすることができる。

【００５７】さらに、本発明におけるホログラムを複数
の色に対応する波長の光を回折するように露光すれば、
多色表示のカラーＨＵＤを容易に実現できる。この場合
外部光のホログラムの透過光の色調に関しても、その色
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したホログラムを用いれ
ば、ほとんど無色にすることができる。また、可視光線
垂直透過率に関してもホログラムによる垂直入射光の回
折波長が赤外線領域となるためほとんど影響を与えるこ
とはなく、法規の基準を容易に満足することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるＨＵＤの一例を示す概念図

【図２】本発明におけるＨＵＤの要部の一例を示す概略
断面図

【図３】本発明におけるＨＵＤの要部の一例を示す概略
断面図

【図４】本発明におけるＨＵＤの反射色の変化の一例を
示す色度図

【図５】本発明におけるＨＵＤの反射色の変化の別の一
例を示す色度図

【図６】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７】ホログラムの透過色を説明する概念図

【図８】ホログラムの反射色を説明する概念図

【図９】従来のＨＵＤの反射色の変化を示す色度図

【図１０】従来のＨＵＤの反射色の変化を示す色度図

【図１１】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：収差補正ホログラム５：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１１：プリズム

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、少なくとも２枚のガラス板が中間膜を
介して接着された合わせガラスからなる車両の風防ガラ
スに配されていて前記光を車両内の観測者に向けて回折
するホログラムからなるコンバイナーとを少なくとも備
えたヘッドアップディスプレイ装置において、前記光が
コンバイナーに向かって入射する入射角は、合わせガラ
スの内部から車内側ガラス板の表面に向かう光が全反射
する臨界角よりも大きいことを特徴とするヘッドアップ
ディスプレイ装置。
【請求項２】前記ホログラムは反射型ホログラムであっ
て、前記合わせガラスに封入されて車内側ガラス板の車
内側表面で全反射した前記光を観測者に向けて反射回折
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
レイ装置。
【請求項３】前記ホログラムは透過型ホログラムであっ
て、前記合わせガラスに封入されて車外側ガラス板の車
外側表面で全反射した前記光を観測者に向けて透過回折
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
レイ装置。
【請求項４】前記ホログラムは透過型ホログラムであっ
て、前記合わせガラスの車内側ガラス板の車内側表面に
貼設されて車外側ガラス板の車外側表面で全反射した前
記光を観測者に向けて透過回折するいることを特徴とす
る請求項１のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】前記臨界角が、空気または水の屈折率とガ
ラスの屈折率とで定まる空気または水とガラス板との界
面における臨界角であることを特徴とする請求項１〜４
のいずれかのヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】前記ホログラムは、車両外からホログラム
を介して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であることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかのヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】前記発光表示手段と風防ガラスとの間の風
防ガラス表面には、少なくとも１組の平行でない平面を
有する透明体ブロックが備えられていることを特徴とす
る請求項１〜６のいずれかのヘッドアップディスプレイ
装置。
【請求項８】前記発光表示手段からの光は、風防ガラス
の端面から風防ガラスの内部に入射して、前記ホログラ
ムに向かって入射することを特徴とする請求項１〜７の
いずれかのヘッドアップディスプレイ装置。