JPH0727992A - ホログラフィック表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】発光表示手段１からの光がホログラム２に向か
って入射する入射角θ₁と、発光表示手段１からホログ
ラム２までの距離ｓ₁ とホログラム２により形成される
表示虚像３の位置からホログラム２までの距離ｓ₂ の比
の値ｓ₂ ／ｓ₁ とが、大きなθ₁ の値に対してはｓ₂ ／
ｓ₁ を小さく、小さなθ₁ の値に対してはｓ₂ ／ｓ₁ を
大きくして、ホログラム２と発光教示手段１とを配する
ホログラフィック表示システム。 【効果】二つの球面波で露光した反射型ホログラムが１
枚のみで表示虚像の歪を低減できるため、システムが小
型化され、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。

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
物の風防ガラスを介して、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的であ
る。

【０００４】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行表示手段の光学的情
報がホログラムによって作られる表示虚像（の特に端
部）にぼけや歪に関する収差が生じてしまい、ＨＵＤと
して十分な表示像が得られなかった。

【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
のぼけや歪に関する収差を、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】また、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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、米国特許第
４，２１８，１１１号に開示されている表示システム
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
う欠点を有していた。

【０００８】また特開昭６２−９４８１６号公報に開示
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ものの計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を有
していた。

【０００９】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しようとするものであり、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。

【００１０】

【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
光表示手段と、前記光を観察者に向けて反射的に回折す
るように配された反射型ホログラムとを少なくとも備
え、前記反射型ホログラムによって形成される表示虚像
を観測者に視認できるようにしたホログラフィック表示
システムにおいて、発光表示手段からの光がホログラム
に向かって入射する発光表示手段中心からホログラム中
心への入射角θ₁ と、発光表示手段の発光表示部から反
射型ホログラムまでの距離ｓ₁ と反射型ホログラムによ
り形成される表示虚像の位置から反射型ホログラムまで
の距離ｓ₂ との比の値ｓ₂ ／ｓ₁ とが、大きなθ₁ の値
に対しては、ｓ₂ ／ｓ₁ を小さく、小さなθ₁ の値に対
しては、ｓ₂ ／ｓ₁ を大きくして、反射型ホログラムと
発光表示手段とを配す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ものである。

【００１１】以下に、図面に基づいて本発明を詳細に説
明する。

【００１２】図１は、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である。発光表示手段１と反射
型ホログラム２とは、距離ｓ₁ の間隔をあけて配されて
おり、形成される表示虚像３はホログラム２から距離ｓ
₂ を隔てて形成される。また、発光表示手段１の発光素
子面とホログラム２面とのなす角はθ₁ であり、形成さ
れる表示虚像３面とホログラム２とのなす角はθ₂ とな
っていて、観測者１０は表示虚像３とホログラム２との
延長線上において表示虚像３を観測する。

【００１３】また、図２は本発明のホログラムを作成す
る露光方法の一例を示す概念図であり、ホログラム感光
材料２１からそれぞれｓ₁ 、ｓ₂ の距離だけ離れた位置
に点光源４１を備え、ホログラム感光材料２１の両面か
ら、それぞれθ₁ 、θ₂ の入射角で球面波露光が行われ
る。

【００１４】次に、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について説明する。図
８は、本発明におけるホログラフィック表示システムを
車両に搭載した概念図であり、車両の風防ガラス６１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、光源６２から発した光が、表示体６３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６１には反射型ホログラム２が備えられてお
り、上記した光がホログラム２に照射されて回折され、
観測者１０の観測位置において視認されるものである。

【００１５】ここで、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
ンプ等が例として挙げられる。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。

【００１６】ホログラムは、通常は数１０ｍｍ角〜数１
００ｍｍ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、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
光材料を用いることができる。

【００１７】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。

【００１８】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）、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。

【００１９】こ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。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。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。本
実施例は、上記した図２に基づく露光方法によって、ｓ
₂ ／ｓ₁ の値が１．０、１．５、２．０となるように光
源とホログラム感光材料とを配し、入射角をθ₁ ＝−１
９°、０°、３０°、６０°の４種類、θ₂ ＝６４°と
して露光を行った反射型ホログラムを作成して用いる
が、本発明におけるホログラムは、本実施例に用いられ
た露光条件に限定されるものではない。なお、ｓ₁ の値
は本実施例においては３００ｍｍとしたがこれもこの値
に限定されるものではない。

【００２１】図３は、ホログラムとして歪が全くない理
想的なホログラムを用いたときに、回折虚像の光追跡を
行った場合のみモデルチャートを示すものであり、上記
した露光方法によって作成されたホログラムの回折虚像
の光追跡を表すチャートと比較することによって、ホロ
グラムの歪の評価を行った。

【００２２】（実施例１）図２に基づく露光方法によっ
て、ｓ₂ ／ｓ₁ ＝１として、θ₁ ＝０°、３０°、６０
°の３枚のホログラムを作成し、各々について回折虚像
の光追跡のを行った結果、図４に示すチャートとなっ
た。

【００２３】（実施例２）図２に基づく露光方法によっ
て、ｓ₂ ／ｓ₁ ＝１．５として、θ₁ ＝−１９°、０
°、３０°、６０°の４枚のホログラムを作成し、各々
について回折虚像の光追跡のを行った結果、図５に示す
チャートとなった。

【００２４】（実施例３）図２に基づく露光方法によっ
て、ｓ₂ ／ｓ₁ ＝２．０として、θ₁ ＝−１９°、０
°、３０°、６０°の４枚のホログラムを作成し、各々
について回折虚像の光追跡のを行った結果、図６に示す
チャートとなった。

【００２５】（補足実施例）図２に基づく露光方法によ
って、θ₁ ＝１９°、θ₂ ＝６４°とし、ｓ₂ ／ｓ₁ ＝
４．０、５．０、６．０として、の３枚のホログラムを
作成し、各々について回折虚像の光追跡のを行った結
果、図７に示すチャートとなった。

【００２６】上記４実施例に基づき、それぞれの反射型
ホログラムにより形成される表示虚像の位置から反射型
ホログラムまでの距離ｓ₂ と、発光表示手段の発光表示
部から反射型ホログラムまでの距離ｓ₁ とを適当に選ん
だ場合に、即ち、図１に示す位置に、それぞれ発光表示
部１と反射型ホログラム２とを配し、発光表示部１から
反射型ホログラム２までの距離（例えば３００ｍｍ）
と、反射型ホログラム２から形成される表示虚像３まで
の距離とがほぼ等しい場合（ｓ₂ ／ｓ₁ ≒１）、発光表
示部１から反射型ホログラム２までの距離（例えば３０
０ｍｍ）と比較して、反射型ホログラム２から形成され
る表示虚像３までの距離がその１．５倍となるように
（表示位置を遠方に）した場合（ｓ₂ ／ｓ₁ ＝１．５、
２．０、４．０、５．０、６．０）に対応する、それぞ
れ好ましいθ₁ の値が得られた。

【００２７】図４、図５、図６、図７から、大きなθ₁
の値に対しては、ｓ₂ ／ｓ₁ を小さく、小さなθ₁ の値
に対しては、ｓ₂ ／ｓ₁ を大きくして、反射型ホログラ
ムと発光表示手段とを配することによって、表示虚像の
歪を低減することができる。特に好ましくは、 θ₁ ＝３０°〜６０°のときに、０．８＜ｓ₂ ／ｓ₁ ＜
１．５ θ₁ ＝０°〜３０°のときに、１．０＜ｓ₂ ／ｓ₁ ＜
３．０ θ₁ ＝０°〜−２０°のときに、１．５＜ｓ₂ ／ｓ₁ ＜
６．０ の関係のいずれかを満足するホログラフィック表示シス
テムによって、表示虚像の歪を少なくすることができ
る。

【００２８】なお、観測者１０はホログラム２から８５
０ｍｍの位置（これは、例えば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
観測位置の一例を示したものであり、これに限定される
ものではない）とし、光追跡によって表示虚像のスポッ
トダイヤグラムのＲＭＳ値が０．７程度となって、表示
虚像にぼけが生じないように、ｓ₂ の値として６００ｍ
ｍが採用できるように、ｓ₁ 、即ち発光表示部１から反
射型ホログラム２までの距離は例えば３００ｍｍ程度が
好ましい。

【００２９】

【発明の効果】本発明におけるホログラフィック表示シ
ステムは、発光表示手段の発光表示部から反射型ホログ
ラムまでの距離と、反射型ホログラムにより形成される
表示虚像の位置から反射型ホログラムまでの距離、およ
び、発光表示手段の発光表示部と反射型ホログラムとの
なす角度とを、表示虚像の歪が小さくなるように定めて
あるので、表示素子からの像の歪を小さくすることがで
きる。

【００３０】特に、ホログラフィック表示システムを車
両に搭載する場合には、車両内の運転席近傍には小さな
スペースしかないため、発光表示手段とホログラムとの
距離、あるいは発光表示手段とホログラムとのなす角度
には制約があり、表示虚像を遠方にするとともに上記制
約下において発光表示手段とホログラムとの距離を短く
すると、どうしても表示虚像に歪が生じてしまっていた
が、本発明におけるホログラフィック表示システムによ
れば、上記した制約があっても、発光表示手段の配する
位置が最適化されているために、表示虚像の歪を低減で
きる。

【００３１】また、本発明によれば、二つの球面波で露
光した反射型ホログラムが１枚のみで表示虚像の歪を低
減できるため、システムが小型化され、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】本発明のホログラムを作成する露光方法の一例
を示す概念図。

【図３】光軌跡による歪を表すチャート。

【図４】光軌跡による歪を表すチャート。

【図５】光軌跡による歪を表すチャート。

【図６】光軌跡による歪を表すチャート。

【図７】光軌跡による歪を表すチャート。

【図８】本発明におけるホログラフィック表示システム
を車両に搭載した概念図。

【符号の説明】

１：発光表示部 ２：反射型ホログラム ３：表示虚像 ５：反射ミラー ２１：ホログラム感光材料 ４１：点光源 ６１：風防ガラス ６２：光源 ６３：表示体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】情報を含む光を発生する発光表示手段と、
   前記光を観察者に向けて反射的に回折するように配され
   た反射型ホログラムとを少なくとも備え、前記反射型ホ
   ログラムによって形成される表示虚像を観測者に視認で
   きるようにしたホログラフィック表示システムにおい
   て、発光表示手段からの光がホログラムに向かって入射
   する発光表示手段中心からホログラム中心への入射角θ
   ₁ と、発光表示手段の発光表示部から反射型ホログラム
   までの距離ｓ₁ と反射型ホログラムにより形成される表
   示虚像の位置から反射型ホログラムまでの距離ｓ₂ との
   比の値ｓ₂ ／ｓ₁とが、大きなθ₁ の値に対しては、ｓ₂
   ／ｓ₁ を小さく、小さなθ₁ の値に対しては、ｓ₂ ／
   ｓ₁ を大きくして、反射型ホログラムと発光表示手段と
   を配することを特徴とするホログラフィック表示システ
   ム。
2. 【請求項２】θ₁ とｓ₂ ／ｓ₁ とが、 θ₁ ＝３０°〜６０°のときに、０．８＜ｓ₂ ／ｓ₁ ＜
   １．５ θ₁ ＝０°〜３０°のときに、１．０＜ｓ₂ ／ｓ₁ ＜
   ３．０ θ₁ ＝０°〜−２０°のときに、１．５＜ｓ₂ ／ｓ₁ ＜
   ６．０ の関係のいずれかを満足す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。