JPH07257225A

JPH07257225A - ホログラフィック表示システム

Info

Publication number: JPH07257225A
Application number: JP6050818A
Authority: JP
Inventors: Koichi Murata; 浩一村田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ホログラムによって形成される表示虚像の動歪
みが低減された表示システムを得る。【構成】車両の風防ガラスの下方に備えられた発光表示
手段２から発せられた光の表示像にあらかじめ歪みが与
えられていて、車体の風防ガラスに備えられた動歪みが
小さい反射型ホログラム１の歪みが相殺されて観測者の
観測位置４に向けて回折され、表示虚像３が観測者に観
測されるホログラフィック表示システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラフィック表示
システムに関するものであり、特に車両、航空機など乗
物の風防ガラスに反射型ホログラムを備えて、速度等の
運転者に必要な情報を投影するホログラフィック表示シ
ステムに関する。

【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とする）
が最近用いられるようになっている。これは、液晶表示
装置等の発光表示手段から投射された光学的情報を、風
防ガラスに備えられているハーフミラーやホログラム等
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】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させて
任意の位置に結像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虚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】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなホ
ログラムは点光源から発せられた二方向からの光によっ
て露光されるものであるため、有限の大きさを持つ発光
表示手段からの光の表示像のホログラムによって作られ
る表示虚像（の特に端部）にボケや歪みに関する収差が
生じてしまい、ＨＵＤとして十分な表示機能が得られな
かった。

【０００５】そこで、米国特許第４，２１８，１１１号
に開示されているように、反射型ホログラムで生ずる像
のボケや歪みに関する収差を、表示手段であるＣＲＴと
反射型ホログラムとの間にリレーレンズを設けることに
より除去する表示システムが提案されている。

【０００６】しかし、この表示システムは、複数枚のレ
ンズからなる光学系を用いるために、システムの軽量
化、小型化が困難であり、高価になるという欠点があっ
た。

【０００７】特開昭６２−９４８１６号公報には、反射
型ホログラムで生ずる収差を、表示手段である表示スク
リーンと反射型ホログラムとの間に２枚のホログラフィ
ック光学素子を設けることにより除去するシステムが開
示されている。

【０００８】この開示されている表示システムは、シス
テムの軽量、小型化においては改善されるが、計３枚の
ホログラム光学素子を用いるため、光の利用効率がよく
ないという欠点があった。

【０００９】特開平４−２８３７９０号公報には、ホロ
グラムが曲率を有する風防ガラスに装着されるために生
じる歪みを除去するために表示素子像を、あらかじめ歪
みませる方法が報告されている。しかし、この方法では
風防ガラスの曲率による像の歪みを除去できても、ホロ
グラムそのものが有する収差の除去は難しい。

【００１０】これらの方法では、運転者が標準位置から
観察した場合には、複雑な系を構成することにより、歪
みを小さくすることはできる。その代表例として、発光
表示手段として図８（Ａ）のような長方形を用いて、観
測者の目の位置を特定しその中心で歪みがなくなるよう
に設計した表示虚像の例を図８（Ｃ）に示した。

【００１１】しかし、運転者（観測者）が目の位置を動
かすことにより、像の歪み方が異なることになり、運転
中に像が様々に変形して見えるという問題が生じる。こ
れは、前記のように設計したシステムにおいて観測者が
目の位置を上下左右に移動させると虚像が大きく歪む。
図８（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）にはそれぞれ上、
左、右、下方向から観測した場合の表示虚像を示した。
このように、運転中に観測される虚像の歪みの変化は、
表示の視認性を著しく低下させ、表示が読み取りにくい
だけではなく、安全上の問題も大きい。

【００１２】前述のように、上記（Ｃ）で示される運転
者がホログラムの回折光の回折方向にある位置（以下標
準位置と呼ぶ）から観測した場合には、複雑な系を構成
することにより、表示虚像の歪みを小さくすることは可
能であるが、運転者が目の位置を動かした場合にも虚像
が歪まないという条件とは必ずしも一致しない。このた
め、運転者が目を動かしたときに生じる歪み（動歪み）
を小さくすることは非常に難しく、ＨＵＤの設計条件に
制約を受けて複雑となり、しかも光学的な距離が長く小
型化が難しくなってしまい、この動歪みの効果的な低減
方法は知られていなかった。

【００１３】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述のような欠点を解決することにあり、従来知られてい
なかったホログラフィック表示システムを新規に提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題に
鑑みてなされたものであり、情報を含む光を発生する発
生する発光表示手段と、前記光を観測者の観測位置に向
けて回折する反射型ホログラムとを少なくとも有してい
て、前記発光表示手段から発せられた光の表示像が反射
型ホログラムによって生じる表示虚像の歪みを相殺する
歪みを有しているホログラフィック表示システムであっ
て、前記表示虚像の歪みが、前記反射型ホログラムの回
折方向の観測位置で観測される表示虚像の歪みの歪み量
と回折方向からずれた観測位置で観測される表示虚像の
歪みの歪み量とが略同一となる歪み量であることを特徴
とするホログラフィック表示システムを提供する。

【００１５】以下に、図面に基づいて本発明を詳細に説
明する。

【００１６】ここで、本発明のホログラフィック表示シ
ステムを車両に搭載した場合について説明する。図４
は、本発明のホログラフィック表示システムを車両に搭
載した概念図である。車両の風防ガラスの下方には発光
表示手段２が備えられており、この発光表示手段２は、
光源から発した光が、表示体を通過して表示すべき情報
を光として発するものである。車体の風防ガラスには反
射型ホログラム１が備えられており、上記した光が反射
型ホログラム１に照射されて観測者の観測位置４に向け
て回折され、表示虚像３が観測者に観測されるものであ
る。

【００１７】入射角θ₂ は反射型ホログラム１に向かっ
て入射する発光表示手段２中心からホログラム中心へ向
かう光線の入射角、回折角θ₁ は反射型ホログラム１で
回折されるて観測者が視認する回折光のホログラム中心
からの回折角である。Ｌ₂ は発光表示手段２から反射型
ホログラムまでの距離、Ｌ₃ は反射型ホログラム１から
観測者の観測位置までの距離、Ｌ₁ は反射型ホログラム
から表示虚像３までの距離である。

【００１８】図２は、ホログラムによって形成される表
示虚像の歪みを示す概念図である。（Ａ）は発光表示手
段から発せられた光の表示像の形状を示しており、この
表示像には歪みがない。この発光表示手段から発せられ
た光がホログラムによって回折されて観測者に観測され
る際に、標準位置を（Ｃ）として、回折光を観測位置
（Ｃ）、（Ｃ）よりも上方（Ｂ）、左（Ｄ）、右
（Ｅ）、下方（Ｆ）で観測した場合の歪みが図２に示さ
れている。

【００１９】通常、ホログラムによって生ずる表示虚像
の歪みは、観測位置が標準位置からずれるに従って大き
くなり、歪みの大きさができるだけ小さく作製されたホ
ログラム程、生ずる歪み量には観測位置の違いによって
差が大きくなる。一方、生ずる歪み量が大きい場合、観
測位置の違いによって生ずる歪み量に大きなは差はな
い。したがって、あらかじめ生ずる歪み量を大きく作製
したホログラムを用いた場合、図２に示すように観測者
の観測位置によって歪み量の差は小さくなる。

【００２０】本発明における反射型ホログラムは、発光
表示手段から発せられる光の表示像にあらかじめ歪みを
持たせているため、反射型ホログラムで生ずる歪みを相
殺する。しかも、この反射型ホログラムで生ずる歪みの
歪み量が観測位置によってほとんど差がないほど大きい
ため、相殺されて歪みのない表示虚像は、観測位置がず
れても歪みのない表示虚像となっている。

【００２１】したがって、これらの発光表示手段、反射
型ホログラムを車両用ＨＵＤに用いた場合、観測者の視
線や観測位置がずれても、観測する表示虚像に歪みが生
じない。図１は、ホログラムによって形成される表示虚
像の歪みを示す概念図である。（Ａ）は発光表示手段か
ら発せられた光の表示像の形状を示しており、この表示
像は左右が上方にずれて水平成分がほぼ放物線状をなす
形状を有している。この発光表示手段から発せられた光
がホログラムによって回折されて、観測者に観測される
際に、標準位置を（Ｃ）として、回折光を観測位置
（Ｃ）、（Ｃ）よりも上方（Ｂ）、左（Ｄ）、右
（Ｅ）、下方（Ｆ）で観測した場合の表示虚像は略長方
形状を有しており、表示虚像に歪みが生じていない。

【００２２】また、多くの場合この図２のような歪み
は、水平方向がほぼ放物線状になる形状の歪みであるこ
とが多い。このため、図１（Ａ）のように表示像は、形
成される表示虚像と逆に水平成分がほぼ放物線形状を有
することが好ましい。また、動歪みを少なくして垂直成
分を歪ませる場合、表示像の垂直成分を逆に歪ませるこ
とができる。当然ながら、表示像の水平垂直両成分を歪
ませることもできる。

【００２３】本発明における発光表示手段は光を発して
表示する機能をもつものであり、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）、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。上記
の液晶表示素子としては、透過型のツイストネマチック
型液晶表示素子、スーパーツイストネマチック型液晶表
示素子等が好ましく使用できる。

【００２４】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。

【００２５】このような発光表示手段は、表示像に反射
型ホログラム自身で生ずる歪みを相殺する歪みを有する
ものである。このような歪みを有する発光表示手段の構
成には、図３（Ａ）に示す光源と表示体とで構成される
光発光表示手段の、表示体そのものの形状が変形してい
るもの、図３（Ｂ）に示す表示体としてドットマトリッ
クス表示素子を用い、表示像の形状を駆動ソフトにより
歪みませるもの等が例示される。その他、発光表示手段
にレンズや第２のホログラム等の光学部材を備えつけ
て、実質的に表示像を歪みませるものも例示される。

【００２６】本発明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、車両のスピ
ード計、タコメーター、さらには種々の警告ランプ、ナ
ビゲーション情報等が例示できる。観視者とは、主には
車両の運転手であるが、その他、助手席その他の同乗者
や、これらすべての者を含めることができる。

【００２７】反射型ホログラムは、通常は数１０ｍｍ角
〜数１００ｍｍ角程度の面積で、数１０μｍ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、
エンボスタイプ、リップマンタイプ等のホログラムと呼
ばれるものを広く使用できる。また、ホログラム材料と
しては、ポリビニルカルバゾール、重クロム酸ゼラチ
ン、光レジスト、フォトポリマー、銀塩など種々の感光
材料を用いうる。

【００２８】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（車外側表面）
や車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、合せガラスである風防ガラスの内部
に封入して用いられることが好ましい。ホログラムは１
枚構成としても、複数枚積層したものでもよい。

【００２９】ホログラムの表示虚像に歪みが生ずる場合
にはいくつかあるが、そのひとつとしてホログラムの作
製時の露光距離と、実際に組みつけられる発光表示手段
とホログラムとの距離とに違いがある場合が挙げられ
る。この場合、発光表示手段とホログラムとの間の距離
が露光距離よりも短いと、観測される表示虚像には、端
部に向かうほど水平成分が上方にずれるという歪みが生
ずる。

【００３０】図５は、ホログラムの光学系を説明する概
念図である。図５中５、６はともに、作製されたホログ
ラムと発光表示手段とをシステムに組み付けた場合の収
束光学系の焦点位置（ホログラム作製時の露光用光源の
位置）を示す。Ｓは発光表示手段とホログラム収光光学
系の焦点位置５との距離、Ｌ₂ は発光表示手段とホログ
ラムとの距離を示す。

【００３１】図６に、Ｓを変化させることによって標準
位置で観測したときの歪み量を変化させて、この歪み量
と観測者が目を動かしたときの表示虚像の歪み（動歪
み）との関係を示す。図６から、標準位置で観測される
歪みがある特定の大きさになったときに、動歪みが０に
なることがわかる。この例では、標準位置での歪み量が
約６のときに、動歪みがなくなっている。このときの直
線的表示像を、様々な位置から観測した表示虚像を示し
たものの一例として、図２が挙げられる。

【００３２】これらのことは、標準位置で観測される表
示虚像の歪みを最小としても、動歪みは小さくなるとは
限らないことを示している。本発明によれば、標準位置
で観測される表示虚像にある程度歪みを生ずるように、
発光表示手段と反射型ホログラムとを配置することによ
って、動歪みをなくすことができる。標準位置で観測さ
れる表示虚像の歪みは、あらかじめ発光表示手段から発
せられる光の表示像自身に歪みを持たせることによって
相殺させることができる。

【００３３】図７に、θ₁ を固定してθ₂ を変えたとき
のＳと動歪みとの関係を示す。図中に示した角度θはθ
₁ とθ₂ との和である。その他の条件は固定した。この
ときＲ１は、虚像位置Ｌ１が変化しないように調整し
た。

【００３４】Ｓが０の時に動歪みがなくなるθをθ₀ と
すると（図５の例ではθ₀ ＝約９０度）、θ＞θ₀ のと
きには、Ｓがある特定の正の値で動歪みが０となる。ま
た、θ＜θ₀ のときには、Ｓが１００ｍｍ程度を超える
ような大きな値で動歪みが小さくなる。

【００３５】したがって、本発明のような光学系として
は、図５のように発光表示手段がホログラム収束光学系
の焦点よりホログラムに近い位置（Ｓ≧０）に配されて
いることにより、動歪みを少なくできる。

【００３６】

【実施例】以下に本発明のホログラフィック表示システ
ムを車両に搭載した実施例について説明する。図４に示
すように発光表示手段２、反射型ホログラム１を配置し
た。本実施例では、反射型ホログラムと発光表示手段と
の距離がＬ₂ ＝３００ｍｍ、反射型ホログラムと表示虚
像との距離がＬ₁ ＝６００ｍｍとし、発光表示手段から
反射型ホログラムに向かう光の入射角が５０度、反射型
ホログラムからの回折光の回折角が７０度となるように
反射型ホログラムを作製し、反射型ホログラムを配し
た。

【００３７】こうして、発光表示手段２から反射型ホロ
グラム１に向かって発せられた情報を含む光は、反射型
ホログラム１で観測者の観測位置４に向けて反射回折さ
れる。観測者の観測位置４は、反射型ホログラムから８
５０ｍｍの位置とした。これは、本発明におけるホログ
ラフィック表示システムを車両に搭載した場合の運転者
の観測位置の一例に該当する。

【００３８】上記の反射型ホログラムは、図５に示すよ
うにホログラム感光材料１０の両面側に露光用光源５、
６を配して露光することによって作製される。このとき
の露光条件は、感光材料から光源までの距離をそれぞれ
Ｒ₂ ＝４８０ｍｍ、Ｒ₁ ＝２４００ｍｍ、感光材料に入
射する露光用光源からの光の入射角をそれぞれθ₂ ＝５
０度、θ₁ ＝７０度とした。

【００３９】こうして作製された反射型ホログラムを風
防ガラスに備え、発光表示手段をホログラムの焦点位置
よりも１８０ｍｍ（Ｓ）反射型ホログラムに近い位置に
配し、発光表示手段から反射型ホログラムまでの距離を
３００ｍｍとすることによって、反射型ホログラムから
表示虚像までの距離が６００ｍｍとなる。

【００４０】上記のように作製されて配された反射型ホ
ログラムは、発光表示手段から発せられる光の表示像の
形状を図２（Ａ）に示す長方形状とした場合、観測位置
を標準位置および、上下それぞれ６０ｍｍ、左右８５ｍ
ｍの位置で、図２（Ｂ）〜（Ｆ）に示す形状の表示虚像
を形成する。これは、本実施例における反射型ホログラ
ムが形成する表示虚像の動歪みが小さいことを示す。

【００４１】本発明では、上記の発光表示手段から発せ
られる光の表示像が、表示虚像によって生ずる歪みを相
殺する歪みを有するものである。したがって、本実施例
における発光表示手段から発せられる光の表示像の形状
を、図１（Ａ）に示す形状に歪ませた。この結果、表示
虚像の形状は、図１（Ｂ）〜（Ｆ）に示す歪みのない形
状となった。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、ホログラムによる動歪
みが低減されるようにホログラム自身によって形成され
る歪みを大きくし、この歪みが相殺されるように発光表
示手段の表示像に歪みを持たせているため、観測者の視
線が動いた場合でも、表示虚像に歪みが生じない表示シ
ステムを得ることができる。

【００４３】この場合、歪みを相殺する手段として種々
の光学系をシステムに組み込む必要がないため、システ
ムが小型化され、さらに組み込み作業の煩雑さを低減す
ることができる。また、歪みを相殺するためのホログラ
ムを別に配する必要もないため、光の利用効率のよいホ
ログラフィック表示システムを得ることができる。

【００４４】さらに、発光表示手段の配される位置を反
射型ホログラムに近い位置とすることによって、表示虚
像の倍率を大きくすることも可能であり、この配置によ
って懸念される表示虚像の歪みも低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるホログラムによって形成される
表示虚像の歪みを示す概念図

【図２】ホログラムによって形成される表示虚像の歪み
を示す概念図

【図３】本発明における発光表示手段の発する光の表示
像の一例を示す概略正面図

【図４】本発明のホログラフィク表示システムの一例を
示す概念図

【図５】本発明におけるホログラムを作製する光学系の
一例を示す概念図

【図６】標準位置から観測した場合の歪み量と動歪みの
関係を示すグラフ

【図７】Ｓと動歪み量の関係を示すグラフ

【図８】従来のホログラムによって形成される表示虚像
の歪みを示す概念図

【符号の説明】

１：反射型ホログラム２：発光表示手段３：表示虚像４：観測者の観測位置５、６：光学系の焦点位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報を含む光を発生する発光表示手段と、
前記光を観測者の観測位置に向けて回折する反射型ホロ
グラムとを少なくとも有していて、前記発光表示手段か
ら発せられた光の表示像が反射型ホログラムによって生
じる表示虚像の歪みを相殺する歪みを有しているホログ
ラフィック表示システムであって、前記表示虚像の歪み
が、前記反射型ホログラムの回折方向の観測位置で観測
される表示虚像の歪みの歪み量と回折方向からずれた観
測位置で観測される表示虚像の歪みの歪み量とが略同一
となる歪み量であることを特徴とするホログラフィック
表示システム。
【請求項２】前記表示像の歪みは、中心から左右に離れ
るにしたがって、表示像の水平成分が上または下方向に
ずれる歪みであることを特徴とする請求項１のホログラ
フィック表示システム。
【請求項３】前記表示像の歪みは、前記発光表示手段の
形状の歪みによって形成されていることを特徴とする請
求項１または２のホログラフィック表示システム。
【請求項４】前記表示像の歪みは、前記発光表示手段に
備えられた光学部材によって形成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表示
システム。
【請求項５】前記発光表示手段から反射型ホログラムま
での距離は、前記反射型ホログラムのホログラムの焦点
距離以下であ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表示システム。