JPH08123301A - ホログラフィック表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外乱光がホログラムに照射した場合のギラツキ
を低減するホログラフィック表示システムを得る。 【構成】拡散板を物体光レーザー光源とホログラム感光
材料との間に前記ホログラム感光材料から１０ｍｍ以上
離して配置し、露光して作製されたホログラム１に、ホ
ログラム１上に表示像をほぼ結像させるように発光表示
手段２から情報を含む光を発す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、速度等の運転者に必要な情報等を投影するホログ
ラフィック表示システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ここでは、簡単に、車載用表示システム
について説明する。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で反射させ、表示虚像を、
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
任意の位置に虚像を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。このシステムの一例を図６に、ホログラムの
露光方法の一例を図７に示す。このように、表示素子か
ら発した光をホログラム１で回折させ、あたかも、遠方
にできる虚像５を観測するものである。

【０００４】しかしながら、これらの方法では、運転者
（観測者）が観察するのは虚像であるため、目の位置を
動かすことにより、表示虚像の位置が変化し、しかも像
の歪み方も変化することになり、運転中に表示虚像形状
が様々に変形して見えるという問題が生じる。このよう
に、運転中に観測される虚像の歪みの変化（動歪み）
は、表示素子像と表示虚像の大きさの比（倍率）を大き
くすると、この動歪みも大きくなり、観察者に不快感を
与えるだけではなく、表示の視認性を著しく低下させ、
安全上の問題も大きい。

【０００５】また、前述の虚像を観察する方法では、動
歪みを低減することは難しいが、あるスクリーン上に像
を結像させ、そのスクリーン上の表示実像を観察する方
法を用いれば、表示像を観察する位置を変化させても、
像の位置が変化したり、歪みが変化することはなく視認
性に優れている。

【０００６】しかしながら、車載用ＨＵＤのように、前
景の輝度を損なうことなく表示像を視認する必要がある
ものに対しては、スクリーンとして用いることのできる
ものは透明である必要がある、つまり、すりガラスのよ
うに前景の視認の不可能なものは適さない。

【０００７】簡単な方法として、ガラスの表面反射を用
いてスクリーンとする方法も考えられるが、この方法で
は、ガラスに対する光の入射角と反射角が等しくなるの
で、観察位置が決まると、表示素子位置の設計自由度が
なく好ましくない。しかも、すりガラススクリーンのよ
うに乱反射を用いるのではなく、ガラスの表面の正反射
反射を用いるために、観察者が像を視認できる範囲も非
常に限られ、しかも表示像にギラツキが生じてしまう。

【０００８】これらの、問題点の対策案として、特開平
２−２４２２１８には、ホログラムコンバイナーとし
て、拡散板の拡散面の実像をホログラム乾板上に結像さ
せ、これを物体波とし、反対側から、ホログラム乾板に
参照波を照射し作製したものを用いることが提案されて
いる。

【０００９】一方、ホログラムコンバイナーが備えられ
ている風防ガラスは、垂直から約５０゜程度傾斜してい
ることが一般的である。特開平２−２４２２１８の方法
では、表示像は、ホログラムコンバイナー上に直接実像
として現れるために、表示像も視線に対して大きく傾く
ことになり、視認性を妨げ、実用には耐えないものであ
った。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】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。

【００１１】

【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、第１の発明として、ホログ
ラムと、該ホログラムに向けて情報を含む光を発して、
前記ホログラム上に表示像をほぼ結像させる発光表示手
段とを少なくとも備えたホログラフィック表示システム
において、前記ホログラムは、拡散板等の表面に微小な
凹凸のある光の拡散効果を有する物体等を、物体光レー
ザー光源とホログラム感光材料との間に前記ホログラム
感光材料から１０ｍｍ以上離して配置し、露光して作製
されたか、あるいは、それと同等の光の拡散効果有する
イメージが記録されたホログラム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ものであ
る。

【００１２】また本発明は、第２の発明として、拡散板
等の表面に微小な凹凸のある光の拡散効果を有する物体
等を、物体光レーザー光源および参照光レーザー光源の
うちの少なくとも一方とホログラム感光材料との間に配
置し、露光して作製されたか、あるいは、それと同等の
光の拡散効果有するイメージが記録されたホログラム
と、該ホログラムに向けて情報を含む光を発して、表示
像の少なくとも一部を前記ホログラム上と異なる面に結
像させる発光表示手段とを少なくとも備えてなることを
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。

【００１３】以下に、図面に基づいて本発明を詳細に説
明する。

【００１４】ホログラムには透過型ホログラムと反射型
ホログラムがあるが、そのうち本発明における反射型の
ホログラフィック表示システムは、前景の視認と表示像
の視認を同時に行うことの可能な表示システムであり、
特に車両、航空機、船舶など乗物などで、前景の視認性
を損なうことなく、速度等の運転者に必要な情報等を視
認することのできる、ＨＵＤ等のホログラフィック表示
システムに応用することが適している。

【００１５】さらに、前記ＨＵＤにおいて、表示像と前
景の視認を同時に行うためのコンバイナーとして用いる
前記反射型ホログラムを、運転者の前方に配置する必要
があるが、この配置場所としては前記乗り物の風防ガラ
スに設置することが好ましい。さらに、前記反射型ホロ
グラムコンバイナーは、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、合わ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。

【００１６】図１は、第１の発明のホログラフィック表
示システムの一例を示す概念図である。反射型ホログラ
ム１の下方には発光表示手段２が備えられている。ここ
で発光表示手段の位置はホログラムの下方に限らず、側
方や上方などでもよく制限されるものではない。この発
光表示手段は、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や、ＬＥＤを配列
させたように光源の配置や点灯状況に情報を付加したも
のや、間接照明により表示像を表示するもの、また、発
光自体に意味を持たせる（たとえば警報表示やイルミネ
ーションなど）ものなどがあり、さらに、この光源とホ
ログラム１の間に、レンズなどの結像光学系３を配置
し、光がホログラム１上にほぼ結像するようにする。

【００１７】こうしてホログラム面上にほぼ結像した実
像をホログラム１で回折させ、観測者４の観測位置にお
いて視認させる。この例では、ホログラムは１枚構成で
あるが、２枚以上の複数構成にすることも可能である。
また、結像光学系としては、レンズのように光の屈折を
利用するもの、凹面鏡のように反射を利用するもの、ま
た、ホログラムのように回折を利用するものなどを用い
ることが可能であり、これら以外にも実施的に結像可能
なものが用いられる。また、それらを組み合わせること
も可能である。さらにこの結像光学系は、光源や表示体
と一体化することも可能である。

【００１８】このような反射型ホログラムの作製方法と
しては、図３に示すように、２つの光源（６、７）から
レーザー光を発生させ、ホログラム感光材料を露光する
ことにより得られる。このとき、前記物体光レーザー光
源７と前記ホログラム１の間に拡散板８をホログラム感
光材料と１０ｍｍ以上離れて配置し露光することにより
拡散板を記録したホログラムを作製することができる。
実質的にこれと同等のホログラムを得ることが目的であ
るため、露光配置はこの例に限るものではない。たとえ
ば、拡散板を透過型ではなく、反射型のものを用いたり
することなどもできる。

【００１９】ホログラム１に結像した像があたかも、風
防ガラスより車外側にある、すりガラスのスクリーンに
反射しているように視認でき、表示像をホログラムコン
バイナーより離れた位置に表示することができ、しか
も、表示像を視線に対して垂直に近くし、視認性を向上
させることが可能である。また、表示像のギラツキがな
くなり、視認性を向上させることができる。図２は、第
２の発明のホログラフィック表示システムの一例を示す
概念図である。第１の発明と同様に反射型ホログラム１
の下方には発光表示手段２が備えられている。

【００２０】この発光表示手段２は、光源とホログラム
１との間に、レンズなどの結像光学系３を有するもので
あって、光がホログラム１の少なくとも一部で異なる空
間に結像させる。つまり、ホログラム面上には完全に結
像させずデフォーカスするものである。この例では、表
示像の下端付近は、ホログラム上に結像させているが、
像の上部では、ホログラムより車外側に結像させ、仮想
結像面は、観察者の視線に対して垂直に近くなるように
した。

【００２１】このように結像した光をホログラム１に回
折させ、観測者４の観測位置において視認されるもので
ある。この例では、ホログラムは、１枚構成であるが、
２枚以上の複数構成にすることも可能である。また、結
像光学系としては、レンズのように光の屈折を利用する
もの、凹面鏡のように反射を利用するもの、また、ホロ
グラムのように回折を利用するものなどを用いることが
可能であり、これら以外にも実施的に結像可能なものが
用いられる。また、それらを組み合わせることも可能で
ある。さらにこの結像光学系は、光源や表示体と一体化
することも可能である。

【００２２】このような反射型ホログラムの作製方法と
しては、図３の方法で作製したものを用いてもよい。ま
た、図４や図５のように前記物体光あるいは参照光の少
なくとも一方のレーザー光源と前記ホログラムの間に拡
散板８を配置したり、ホログラム上にこれらの拡散板の
イメージを結像させ露光することなどにより拡散板を記
録したホログラムを用いることができる。実質的にこれ
と同等のホログラムを得ることが目的であるため、露光
配置はこの例に限るものではない。たとえば、拡散板を
透過型ではなく、反射型のものを用いたりすることなど
もできる。

【００２３】このように再生時のデフォーカス状態で結
像した像は、ホログラム上でぼけが生じる。しかしなが
ら、ホログラムは、ある特定の方向から入射した光を特
定の方向に回折するように指向性を自由に設計すること
ができる。このことを利用して、例えば上記のぼけた像
の右半分のみが、右目で視認させ、像の左半分のみが、
左目で視認させるように、設計することが容易にでき
る。このデフォーカスによるぼけを制御することによ
り、上記のような両眼視差により、表示像を立体視する
ことができ、表示像をホログラムコンバイナーより離れ
た位置に表示することができる。しかも、表示像を視線
に対して垂直に近くし、視認性を向上させることが可能
である。

【００２４】かかるホログラフィック表示システムを、
乗り物用ＨＵＤに用いる場合には、前記反射型ホログラ
ムは、風防ガラスに備えられる。その手段としては、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、合わ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。

【００２５】また、露光に用いる波長は、単一でなく複
数の波長のレーザーにより同時あるいは逐次に露光する
ことも可能である。さらに、複数枚のホログラムを重ね
合わせることも当然可能である。このように、多色で露
光されたホログラムを用いることにより表示色を多色化
でき好ましい。

【００２６】また、システムの構成としては、ホログラ
ムを通して前景が視認できないように、ホログラムの後
方（あるいは裏面）に遮光板等を配してもよい。

【００２７】また、ホログラムの配置はガラス上に限ら
ず、透明なプラスチックなどのように実質的に透明な物
体であればよい。また、ホログラムを張り付けるだけで
はなく合わせガラスのように封入することも当然可能で
ある。また、平面な基板以外にも曲面にホログラムを配
置してもよい。

【００２８】また、本発明におけるホログラムを、実質
的表示に用いる光の波長の少なくとも１つの波長の光が
発光表示手段位置と同等の位置からホログラムに照射さ
れた場合に、回折される光のうちの強度の最大強度有す
る光の回折方向から少なくとも±５度以下に回折される
光の強度を、前記最大光強度の３０％以上となるように
作製することによって、観測者が運転中に観測位置を移
動させた場合にも、十分な表示輝度を視認できることが
確かめられたので好ましい。

【００２９】このような、回折特性を有するホログラム
の作製方法は、露光に用いる拡散板の表面粗さや、露光
時の光源とホログラムまでの距離、ホログラムの厚み等
を調節し、実験的に決定することができる。

【００３０】また、このホログラフィック表示システム
を、車載用インストルメントパネル（以下インパネ）に
適用する場合には、たとえば、ホログラムの前景として
他の表示パネル（たとえば速度計等）を配置し、前記透
過ホログラムをインパネのカバー板に配置し、本ホログ
ラフィックシステムには警告表示等を結像させることな
どができる。

【００３１】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、た
とえば車載用ＨＵＤやインパネに応用した場合には、車
両のスピード計、タコメーター、さらには種々の警告ラ
ンプや、ナビゲーション情報、エアコン情報、オーディ
オ情報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。

【００３２】ここでは、用途としては車両等の乗り物用
ＨＵＤを例に説明したが、そのほかの表示システムに適
用することも当然可能である。たとえばインスツルメン
トパネルや、その他エアコン、ＡＶ機器の表示部などに
も用いることができる。

【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）、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。さら
に、光がホログラム１上にほぼ結像するようにするレン
ズなどの結像光学系３を有する。

【００３４】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。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。

【００３５】ホログラムは、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
の感光材料を用いうる。

【００３６】また、これらのホログラムは、１枚で用い
るのみでなく複数枚重ね合わせて用いることも可能であ
る。また、それぞれのホログラムの露光条件を変えるこ
とにより、入射角度や出射角度を複数化したりすること
も可能である。また、第１の発明である反射型ホログラ
ムと第２の発明である透過型ホログラムを、組み合わせ
ることも可能である。さらにこれら様々なホログラムを
１枚のホログラムに記録することも可能である。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３８】（実施例１）本実施例は、上記した図３に
基づく露光方法によって、入射角をθ２＝５０°、θ１
＝７０°として露光を行った反射型ホログラムを作製し
て用いた。レーザーの波長としたは、４５８ｎｍ、５４
５ｎｍおよび６４７ｎｍの３色を用いた。物体光となる
レーザー光源７とホログラム１の間に拡散板８を物体光
にほぼ垂直に設置した。これら３色のレーザー光を同一
光軸上から照射し露光を行った。本発明におけるホログ
ラムは、この角度などの露光方法に限定されるものでは
ない。

【００３９】本実施例では図１のようにホログラムと表
示素子の距離を約３００ｍｍホログラムへの入射角角度
５０°とし、表示素子から約５０ｍｍの位置に焦点距離
約４０ｍｍの凸レンズを配した。これにより、ホログラ
ム上に表示像が結像された。そのときの倍率は約５倍で
あった。

【００４０】観察者が、出射角７０°から観測すると、
ホログラム上に結像した４５８ｎｍ、５４５ｎｍおよび
６４７ｎｍの光により視線にほぼ垂直な表示像がはっき
り読み取ることができた。前景もはっきり視認すること
ができた。

【００４１】（実施例２）本実施例は、上記した図４に
基づく露光方法によって、入射角をθ２＝５０°、θ１
＝２０°として露光を行い、透過型ホログラムを作製し
て用いた。レーザーの波長としたは、約５１５ｎｍであ
る。

【００４２】本実施例では図２のようにホログラムと表
示素子の距離を約３００ｍｍホログラムへの入射角角度
５０°とし、表示素子から約５０ｍｍの位置に凸レンズ
を配した。これにより、ホログラム面上では、デフォー
カスさせホログラム面より遠くに表示像が結像させた。
そのときの倍率は約５倍であった。

【００４３】観察者が、出射角２０°から観測すると、
ホログラム上に結像した約５１５ｎｍの光により表示像
がほぼ視線に垂直にはっきり読み取ることができた。ま
た、前景もはっきり視認することができた。

【００４４】

【発明の効果】従来の虚像を用いた表示システムでは、
動歪みの低減は困難であった。しかし本発明によれば動
歪みの少ない表示システムを簡単に得ることができる。
また、ホログラム上に直接表示像を表すのに対して、ホ
ログラムが視線に対して垂直でなくとも、表示像を視線
にほぼ垂直に表示することができ視認性が向上する。

【００４５】ホログラムは露光条件によって定まる、特
定の入射角出射角においてのみ特定の狭い波長域のみの
光を回折し、その他の光は透過するため、本発明のよう
にかかるホログラムをスクリーンとして用いることによ
り、前景の視認性を損なうことなく情報表示に必要な光
のみを回折し、観察者にはっきり視認させることができ
る。

【００４６】また、ホログラムの特徴より、表示像を視
認できる方向を限定することも可能である。また、拡散
板を記録したホログラムを用いることにより、外乱光が
ホログラムに照射した場合のギラツキも低減することが
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】本発明におけるホログラフィク表示システムの
一例を示す概念図

【図３】本発明におけるホログラムの作製方法の一例を
示す概略断面図

【図４】本発明におけるホログラムの作製方法の一例を
示す概略断面図

【図５】本発明におけるホログラムの作製方法の一例を
示す概略断面図

【図６】従来のホログラフィク表示システムの一例を示
す概念図

【図７】従来のホログラムの作製法の一例を示す概略断
面図

【符号の説明】

１：ホログラム ２：発光表示手段 ３：結像光学系 ４：観察者 ５：表示虚像 ６：参照光レーザー点光源 ７：物体光レーザー点光源 ８：拡散板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ホログラムと、該ホログラムに向けて情報
   を含む光を発して、前記ホログラム上に表示像をほぼ結
   像させる発光表示手段とを少なくとも備えたホログラフ
   ィック表示システムにおいて、前記ホログラムは、拡散
   板等の表面に微小な凹凸のある光の拡散効果を有する物
   体等を、物体光レーザー光源とホログラム感光材料との
   間に前記ホログラム感光材料から１０ｍｍ以上離して配
   置し、露光して作製されたか、あるいは、それと同等の
   光の拡散効果有するイメージが記録されたホログラムで
   あることを特徴とするホログラフィック表示システム。
2. 【請求項２】前記発光表示手段は、表示像の一部を前記
   ホログラム上と異なる面に結像させるものであることを
   特徴とする請求項１のホログラフィック表示システム。
3. 【請求項３】拡散板等の表面に微小な凹凸のある光の拡
   散効果を有する物体等を、物体光レーザー光源および参
   照光レーザー光源のうちの少なくとも一方とホログラム
   感光材料との間に配置し、露光して作製されたか、ある
   いは、それと同等の光の拡散効果を有するイメージが記
   録されたホログラムと、該ホログラムに向けて情報を含
   む光を発して、表示像の少なくとも一部を前記ホログラ
   ム上と異なる面に結像させる発光表示手段とを少なくと
   も備えてなることを特徴とするホログラフィック表示シ
   ステム。