JPH0747867A - ホログラム表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表示器の光源の交換が容易で、表示器の設置
空間が狭いところにも設置可能なホログラム表示装置を
提供する。 【構成】 表示器１１はダッシュボード４１の運転者１
００側に設置され、表示像を投影した光線が表示器１１
から第１ホログラム２１に照射される。第１ホログラム
２１は、所定の波長成分の近傍の表示光だけを回折反射
する作用をなすように作成されている。第２ホログラム
２２は、第１ホログラム２１で回折反射された所定の波
長成分の表示光を入射して再び回折反射し、運転者１０
０の視野内に表示像４３を結像する凹面鏡作用を有す
る。ホログラム表示装置１０は、運転者１００側のダッ
シュボード４１内に表示器１１を設置可能であるため表
示器１１の光源の交換が容易に行えるとともに、奥行き
の短いダッシュボードの自動車にもホログラム表示装置
が設置可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラムを用いた表
示装置に関し、例えば、自動車、航空機、船舶などの乗
物の前方風防ガラス方向に、速度等の情報を投影する乗
物用表示装置やシミュレーション等の表示装置、家庭用
テレビゲームなどに用いても有効である。

【０００２】

【従来の技術】従来ホログラムを用いた表示装置とし
て、特開昭６３−１９４２２２号公報に開示されている
ものが知られている。特開昭６３−１９４２２２号公報
に示されているものを自動車等のメータ表示に適用した
例を図５に示す。第１ホログラム７１は運転者２００側
のダッシュボード４１内に設置され、第２ホログラム７
２は、フロントガラス４２内に埋め込まれている。表示
器８０は運転手１００から見てダッシュボード４１の前
方側に設置されている。第１ホログラム７１および第２
ホログラム７２は、第１ホログラム７１に入射する光線
の入射角αおよび出射角β₁ 、第２ホログラム７２に入
射する光線の入射角α₂ および出射角β₂ 、第１ホログ
ラム７１の法線と第２ホログラム７２の法線とが形成す
る取付角θを用い、次式を満足するように設置される。

【０００３】 ｛cos(β₁ −θ) ／cos β₁ ｝・｛（sin α₁ −sin β
₁ ）／（sin α₂ −sin β₂ ）｝＝−１ ・・・ (1) 速度表示を投影した光線が表示器８０から第１ホログラ
ム７１に入射して回折反射し第２ホログラム７２に入射
する。第２ホログラム７２に入射した光線は第２ホログ
ラム７２で回折反射し、運転者２００の視野に入る。運
転者２００から視認すると、フロントガラス４２の前方
に速度の表示像４３が拡大表示されて見える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のホログラム表示装置では、前記式(1) を満足
するように第１ホログラム７１および第２ホログラム７
２を設置すると、ダッシュボード４１奥側のフロントガ
ラス４２付近に表示器８０を設置する必要がある。この
構成では、表示器８０内の光源の交換が困難であるとと
もに、フロントガラス４２のダッシュボード４１付近に
はデフロスタがあるため、表示器６０の設置空間を確保
することが困難である。このため、ダッシュボードの奥
行きが短い車種等では、光路変更鏡等を用いて表示器８
０の設置位置を変えなければならないことがある。

【０００５】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、発光表示手段の光源の交換が容易
で、発光表示手段の設置空間が狭いところにも設置可能
なホログラム表示装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明のホログラム表示装置は、表示像を発光表示す
る発光表示手段と、入射角α₁ で入射した所定波長の近
傍の光を出射角β₁ で回折反射するように作成され、前
記発光表示手段からの表示光を回折反射するように配置
された第１ホログラムと、入射角α₂ で入射した所定波
長の近傍の光を出射角β₂ で回折反射するように作成さ
れ、前記第１ホログラムにて回折反射された表示光を再
び回折反射させて視認者に導き、視認者の視野内に表示
像を投影するように配置された第２ホログラムとを備
え、前記第１ホログラムおよび第２ホログラムは、色収
差を除去するため前記第１ホログラムの入射角α₁ およ
び出射角β₁ 、前記第２ホログラムの入射角α₂ および
出射角β₂ 、前記第１ホログラムの法線と前記第２ホロ
グラムの法線とが形成する取付角θとすると、 ｛cos(β₁ ＋θ) ／cos β₁ ｝・｛（sin α₁ −sin β
₁ ）／（sin α₂ −sin β₂ ）｝＝−１ を満足するように配置されていることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明のホログラム表示装置は、第１ホログラ
ムおよび第２ホログラムが第１ホログラムの入射角α₁
および出射角β₁ 、第２ホログラムの入射角α₂ および
出射角β₂ 、第１ホログラムの法線と第２ホログラムの
法線とが形成する取付角θとすると、 ｛cos(β₁ ＋θ) ／cos β₁ ｝・｛（sin α₁ −sin β
₁ ）／（sin α₂ −sin β₂ ）｝＝−１ を満足するように配置されているため、例えば、本発明
のホログラム表示装置を自動車のメータ表示に適用した
場合、発光表示手段が運転者側のダッシュボード内に設
置可能であり、発光表示手段の光源の交換が容易である
とともに奥行きの短いダッシュボードにも発光表示手段
が容易に設置可能である。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明のホログラム表示装置を車両のヘッドアップディ
スプレイに適用した一実施例を図１〜図４に示す。ホロ
グラム表示装置１０は、速度等の表示光線を照射する表
示器１１、ダッシュボード４１の奥側に設置される第１
ホログラム２１およびフロントガラス４２内に埋め込ま
れている第２ホログラム２２から構成される。

【０００９】表示器１１は、ダッシュボード４１の運転
者１００側に設置され、図２に示すように、白色灯１
２、白色灯１２から照射される光線を反射する凹面鏡１
３、白色灯１２および凹面鏡１３から照射された光線を
拡散させる拡散板１４、速度等のメータ表示情報を保持
する液晶板１５を有している。第１ホログラム２１は、
所定の波長成分の近傍の表示光だけを回折反射する作用
をなすように作成されている。第１ホログラム２１で回
折反射する所定波長λ _C は約５２０〜５３０ｎｍ、ピー
ク値は５２５ｎｍ、半値巾は２５〜３０ｎｍ、ピーク値
での回折効率は９３％である。

【００１０】第２ホログラム２２は、第１ホログラム２
１で回折反射された所定の波長成分の表示光を入射して
再び回折反射し、運転者１００の視野内に表示像４３を
結像する凹面鏡作用を有する。第２ホログラム２２は、
所定波長の近傍の光に対して回折反射特性を持ってい
る。この所定波長λ_C は第１ホログラム２１とほぼ同一
の５２０〜５３０ｎｍであり、ピーク値は５２５ｎｍで
ある。ピーク値での回折効率は約７３％に設定されてい
る。

【００１１】ダッシュボード４１の上部中央には、第１
ホログラム２１で回折反射した表示光が第２ホログラム
２２に至るように両面に反射防止コートが施された保護
ガラス板が装着されている。また、保護ガラス板は第１
ホログラム２１に塵等が付着することを防止する。第１
ホログラム２１および第２ホログラム２２は、ゴースト
像と呼ばれる第１ホログラム２１で回折反射し第２ホ
ログラム２２で表面反射したことで見える像、第１ホ
ログラム２１で表面反射し第２ホログラム２２で回折反
射したことで見える像を除去するため、図３に示すよう
に、第１ホログラム２１の法線と第２ホログラム２２の
法線とが形成する取付角θを所定の角度に調節してい
る。

【００１２】次に、第２ホログラム２２の作成方法につ
いて説明する。アルゴンレーザー５０から照射された波
長５１４ｎｍの光はハーフミラー５１によって２つの光
路に分光される。一方の光は、ミラー５２、５３、５
４、凸レンズ５５、ピンホール５６を介して、ホログラ
ム乾板２３の裏面より球面波の参照光Ｌ₁ として入射す
る。一方、分光された他方の光は、ミラー５７、５８、
凸レンズ６１を介して、ホログラム乾板２３の裏面よ
り、平面波の物体光Ｌ₂ の入射露光によって干渉立て縞
パターンが生じる。このパターンをホログラム乾板２３
の感光材料で記録した後現像処理を行ない第２ホログラ
ム２２を作成する。ここで、ホログラム乾板２３に対す
る参照光Ｌ₁ の入射角はα₀ 、物体光Ｌ₂ の入射角はβ
₀ に設定されている。このようにして作成した第２ホロ
グラム２２に、作成時の参照光の入射方向に入射角がα
₀ となるように発光表示体を置くと、この発行表示体か
らの光は、記録された干渉縞パターンにより物体光の入
射方向と反対側に出射角β₀ で回折反射され、目的とす
る像（以下、目的とする像を正像という）を結ぶ。

【００１３】また、第１ホログラム２１は、上述した第
２ホログラム２２の作成方法において、参照光の入射角
α₀ と物体光の入射角β₀ とを調節して同様に作成され
る。第１ホログラム２１および第２ホログラム２２は、
作成時のレーザー５０の波長または現像処理方法や、そ
の後に施される加熱処理などによって、所定の波長成分
の光のみを回折反射するように作成される。

【００１４】ここで、第１ホログラム２１は、参照光の
入射角α₀ をα₀₁に、物体光の入射角β₀ をβ₀₁にして
作成されている。第２ホログラム２２は、参照光の入射
角α ₀ をα₀₂に、物体光の入射角β₀ をβ₀₂にして作成
されている。第１ホログラム２１および第２ホログラム
２２を取付角θで配置すると、ゴースト像は除去できる
が、第１ホログラム２１および第２ホログラム２２を同
一の光学特性（格子特性）としても、第１ホログラム２
１と第２ホログラム２２とを平行に配置するときのよう
に色収差を除去することができない。そこで、取付角θ
の条件下で色収差をほぼゼロにする実用的な角度関係を
求める必要がある。反射型ホログラムは、所定波長の近
傍の波長λc ＋△λc の光しか回折反射せずその他の波
長はすべて透過する。この点に着目し、すべての広い範
囲にわたる波長の光について収差を補正する必要がない
点を利用し、図３に示すように、第１ホログラム２１お
よび第２ホログラム２２の位置関係は、第１ホログラム
２１の入射角α₁ および出射角β₁ 、第２ホログラム２
２の入射角α₂ および出射角β₂、取付角θを用いて次
式で表される。

【００１５】

【数１】

【００１６】表示器１１から照射された光が第１ホログ
ラム２１に入射角α₁ で入射し、第１ホログラム２１に
入射した光の中、所定波長の近傍λc ±△λc の光が出
射角β₁ ±△β₁ の方向へ回折反射される。△λc は極
めて小さい値であるため、第１ホログラム２１で回折反
射された所定波長の近傍λc ±△λc の光は、次の第２
ホログラム２２ですべて出射角β₂ の方向に回折反射さ
れ運転者１００の視野に入る。従って、色収差のない鮮
明な正像が得られる。しかも、第１ホログラム２１と第
２ホログラム２２とを平行に取り付けた場合に比べ、両
者に取付角θ（θ≠０）を持たせることにより、正像と
裏面反射とによって生じるゴースト像が離れるか除去で
きるので視認性が極めて向上する。

【００１７】以下、数１を導く手順について説明する。
第１ホログラム２１および第２ホログラム２２は回折格
子としての機能を持つため、入射光軸はこの光の波長に
関連した角度で回折される。ホログラムでの回折反射は
良く知られた次の格子方程式によって一般的に表示され
る。

【００１８】

【数２】

【００１９】ｄ ：回折格子間隔 ｄc ：回折格子の水平方向間隔 λc ：所定波長 ｎc ：ホログラムの平均屈折率（現像後） α ：ホログラム再生時の再生光の入射角 β ：ホログラム再生時の再生光の出射角 ここで、回折格子の角度φと回折格子および表示光との
なす角度γは、ホログラムを露光して作成するときの参
照光の入射角α₀ と物体光の入射角β₀ とにより次のよ
うに表すことができる。

【００２０】

【数３】

【００２１】

【数４】

【００２２】また、回折格子の水平方向間隔ｄx は次の
ように表せる。λ₀ は露光時のレーザーの波長、ｎ₀ は
露光時のホログラムの平均屈折率である。

【００２３】

【数５】

【００２４】従って、数２および数５より、ホログラム
の出射角βは次式で表すことができる。

【００２５】

【数６】

【００２６】ここで、第１ホログラム２１および第２ホ
ログラム２２の入射角および出射角の関係式を示す。ホ
ログラムは現像前後出、平均屈折率が変化しない（ｎc
＝ｎ ₀ ）とする。すると、第１ホログラム２１におい
て、

【００２７】

【数７】

【００２８】第２ホログラム２２において、

【００２９】

【数８】

【００３０】となる。ここで、第１ホログラム２１およ
び第２ホログラム２２は所定波長の近傍λc±△λc の
光のみ回折反射することに着目し、所定波長の近傍λc
±△λc の範囲内で、第２ホログラム２２の出射角β₂
の変化をゼロにする条件を求める。まず、数７および数
８をλc で微分し、数７の微分式をＳ₁ とすると、次式
になる。

【００３１】

【数９】

【００３２】

【数１０】

【００３３】ここで、

【００３４】

【数１１】

【００３５】とするとともに、第１ホログラム２１およ
び第２ホログラム２２を組み合わせて配置する条件α₂
＝１８０−（β₁ ＋θ）を数９および数１０に代入して
整理すると、

【００３６】

【数１２】

【００３７】となる。ここで、所定波長の近傍λc ±△
λc での、最終的な出射角β₂ の変化

【００３８】

【数１３】

【００３９】をゼロとする条件を求めると、

【００４０】

【数１４】

【００４１】となる。第１ホログラム２１への再生入射
角α₁ と第２ホログラム２２への再生光入射角α₂ とを
それぞれ露光時の参照光の入射角α₀₁およびα₀₂と同一
にすると、出射角β₁ ＝β₀₁、出射角β₂ ＝β₀₂となり
数１が導き出される。よって、数１を満足させることに
より、所定波長の近傍λc ±△λc での、最終的な出射
角β₂ の変化である色収差をゼロにすることができる。

【００４２】数６および数７において、第１ホログラム
２１および第２ホログラム２２の回折反射する波長が広
い範囲の波長にわたるものであり、その波長にかかわら
ず出射角β₂ が一定となる条件を求めると、

【００４３】

【数１５】

【００４４】

【数１６】

【００４５】となる。すなわち、数１５より第１ホログ
ラム２１および第２ホログラム２２は平行配置で、数１
６より入射角と出射角とが等しい同一の格子特性を有す
る第１ホログラム２１および第２ホログラム２２を平行
に対向させる必要がある。しかし、第１ホログラム２１
および第２ホログラム２２を平行に配置することは、ゴ
ースト像の除去が困難であるので実用上好ましくない。

【００４６】これに対して、本実施例では、第１ホログ
ラム２１および第２ホログラム２２を平行に配置しない
で色収差を除去できるため、第１ホログラム２１および
第２ホログラム２２の配置上での制約がなくなり、車両
のダッシュボードなどの狭い空間にも容易に装着するこ
とができる。表示される正像を明るく鮮明にするために
は、第１ホログラム２１および第２ホログラム２２の回
折効率を大きくするとよいことは言うまでもない。しか
し、第２ホログラム２２は車両のフロントガラス４２に
装着され、第２ホログラム２２を通して運転者１００は
前方の景色を見るため、第２ホログラム２２の所定波長
λ_C の回折効率を９０％程度に設定すると、車両前方か
ら第２ホログラム２２を通過しようとする自然光の緑色
の所定波長λ_C も大部分が回折反射されてしまう。この
ため、第２ホログラム２２を通して見える前方景色は、
自然光より緑の成分が除去された緑の補色であるピンク
気味に見え、運転者１００にとって多少違和感がある。
よって、フロントガラス４２限らず車両の前方へ第２ホ
ログラム２２を装着する場合、第２ホログラム２２の回
折効率は約８０％より小さいほうが実用上適切である。
一方、回折効率が小さいと表示像が相体的に暗くなるた
め、昼間などでは８０％程度の高い回折効率のものが望
ましい。しかし、ほぼ透明で、まったく違和感のないも
のとするためには、回折効率は約３０％程度がよい。従
って、車両用としては回折効率が約３０〜８０％の第２
ホログラム２２が好ましい。本実施例では、第１ホログ
ラム２１の回折効率を９３％、第２ホログラム２２の回
折効率を７３％に設定してあるが、それぞれ９０％、６
０％等の組み合わせであっても鮮明な表示像４３が得ら
れる。

【００４７】本実施例では、第１ホログラム２１および
第２ホログラム２２が回折反射する所定波長λ_C のピー
ク値が一箇所であるため単色の緑色の表示像４３になっ
たが、本発明では、所定波長のピーク値が複数である第
１ホログラムおよび第２ホログラムを使用することによ
り多色の表示像を投影することは可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明のホログラム表示装置によると、
例えば、本発明を自動車のメータ表示装置等に適用した
場合、発光表示手段を運転者側のダッシュボード内に設
置可能であるため発光表示手段の光源の交換が容易に行
えるとともに、奥行きの短いダッシュボードの自動車に
もホログラム表示装置が設置可能である。これにより、
大型の高級車にのみ搭載されていたホログラム表示装置
が小型の自動車にも搭載可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラム表示装置を自動車のヘッド
アップディスプレイに適用した一実施例を示す模式的断
面図である。

【図２】本発明のホログラム表示装置の表示器の構成を
示す模式的断面図である。

【図３】本発明のホログラム表示装置の配置位置を示す
模式的配置図である。

【図４】本発明のホログラム表示装置のホログラムの作
成方法を示す模式的説明図である。

【図５】従来のホログラム表示装置を自動車のヘッドア
ップディスプレイに適用した一実施例を示す模式的断面
図である。

【符号の説明】

１０ ホログラム表示装置 １１ 表示器 ２１ 第１ホログラム ２２ 第２ホログラム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示像を発光表示する発光表示手段と、 入射角α₁ で入射した所定波長の近傍の光を出射角β₁
   で回折反射するように作成され、前記発光表示手段から
   の表示光を回折反射するように配置された第１ホログラ
   ムと、 入射角α₂ で入射した所定波長の近傍の光を出射角β₂
   で回折反射するように作成され、前記第１ホログラムに
   て回折反射された表示光を再び回折反射させて視認者に
   導き、視認者の視野内に表示像を投影するように配置さ
   れた第２ホログラムとを備え、 前記第１ホログラムおよび第２ホログラムは、色収差を
   除去するため前記第１ホログラムの入射角α₁ および出
   射角β₁ 、前記第２ホログラムの入射角α₂ および出射
   角β₂ 、前記第１ホログラムの法線と前記第２ホログラ
   ムの法線とが形成する取付角θとすると、 ｛cos(β₁ ＋θ) ／cos β₁ ｝・｛（sin α₁ −sin β
   ₁ ）／（sin α₂ −sin β₂ ）｝＝−１ を満足するように配置されていることを特徴とするホロ
   グラム表示装置。