JPH08123302A - ホログラフィック表示装置 - 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
を低減する表示装置を得る。 【構成】ホログラム面上の少なくともある点において、
参照光となるレーザー光が異なる複数個の方向からホロ
グラム面上に照射されて作製されたホログラム１と、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
ム上に実質的に表示像を結像させる発光表示手段２とを
少なくとも備えたホログラフィック表示装置。

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
装置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
フィック表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ここでは、簡単に、車載用表示装置につ
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。この一例を図５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。このような
ホログラムの一般的な露光方法を図６に示した。

【０００４】しかしながら、これらホログラムは、光の
回折特性を利用するために、波長により回折する方向が
異なることにより、色収差の問題生じやすい問題があっ
た。

【０００５】さらに、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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】これらの、問題点の対策として、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。

【００１０】この方法では、表示器からでた光を、効率
よく回折し観察者に到達させることが困難で、表示輝度
の面内分布が発生しやすく、全体の輝度も低くなる傾向
があり好ましくない。

【００１１】ここでは、ＨＵＤを例に説明したが、ＨＵ
Ｄ以外にも、前景の視認を妨げずに、しかも動歪みの生
じる虚像ではなくて結像された実像を表示する有効な方
法はなかった。

【００１２】

【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
表示装置を新規に提供することにある。

【００１３】

【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、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
実質的に表示像を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装置において、前記ホロ
グラムは、その面上の少なくともある点において、参照
光となるレーザー光が異なる複数個の方向からホログラ
ム面上に照射されて作製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装置を提供するもので
ある。

【００１４】以下に、図面に基づいて本発明を詳細に説
明する。

【００１５】本発明の反射型ホログラフィック表示装置
は、前景の視認と表示像の視認を同時に行うことの可能
な表示装置であり、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装置に応用することが適している。

【００１６】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。

【００１７】図１は、本発明のホログラフィック表示装
置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、光源とホログラム１と
の間に光がホログラム１上に結像するように結像光学系
３が介在されて配されている。

【００１８】この結像した実像をホログラム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。

【００１９】これらのように、再生時は、参照光とし
て、発光表示手段からでた光を、ホログラム上に実質的
に結像させる。つまり、再生時参照光は、ある指向性は
有するものの、ランダムな散乱光に近い特性を有し、ホ
ログラムに照射されることになる。

【００２０】従来例特開平２−２４２２１８では、前述
のようにホログラム露光時の物体光側に拡散板を結像さ
せているが、この方法では、再生時の、参照光の入射方
向と、露光時の入射方向が異なる光が多く、効率よく、
均一に回折することができない。

【００２１】前述の再生時の参照光のホログラムへの入
射角に近い光源をホログラム露光時の参照光とすること
により、効率よく光を、露光時の物体光の進行方向へと
回折させることができ好ましい。

【００２２】この方法として、図２のように、露光時に
参照光となるレーザー光が異なる複数個の方向からホロ
グラム面上に照射することにより、前記再生時の参照光
入射方向に近くなり、ホログラム上の回折光輝度の均質
性が増し好ましい。ここでは、この一例として、フライ
アイレンズ８を用いた場合の方法を図示した。

【００２３】図３のように前記参照光レーザー点光源６
と前記ホログラム１の間に、拡散板９等のように表面に
微小な凹凸のある光の拡散効果を有する物体を配置する
か、あるいは、図４のようにそれと同等の光の拡散効果
有するイメージをホログラム面上に実質的に結像させて
露光することにより、実質的にホログラム面上に無数の
方向から、拡散板で散乱したレーザー光が照射される。
このように露光時に参照光側に拡散板を配置した場合の
参照光のホログラムへの入射角と、再生時の表示素子を
発した光がホログラム上に結像させられた場合の光の入
射角の分布がほぼ等しくなり、有効に光を回折すること
により表示輝度が向上し、しかも、輝度分布が均質し、
視認しやすいホログラフィック表示装置を得ることがで
きる。

【００２４】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、回折された光の強度の最大強度を有する方向から
少なくとも±５度以内に解説される光の強度を、前記最
大光強度の３０％以上とするように露光することによ
り、車載用ホログラフィックＨＵＤのよう観測者が運転
中に観測位置を移動させる範囲が限定されている場合に
は、十分な表示輝度を視認でき、観察者が目を移動する
可能性のないところには、ほとんど光を回折しないよう
に、光の回折方向を制御することにより、光の利用効率
が向上し、表示輝度を向上させることができることが確
かめられたので好ましい。

【００２５】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荒さや、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。

【００２６】かかるホログラフィック表示装置を、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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】また、このホログラフィック表示装置を、
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
ィック表示装置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、用途としては乗り物用ＨＵＤを
例に説明したが、そのほかの表示装置に適用することも
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って、さらに光がホログラ
ム上に結像するように結像光学系が介在されたものが例
示される。そのうち、情報を含む光を発するものとし
て、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（ＨＣＴ）、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
照射するものが使用でき、また、これらの機能を併せ持
つものを使用してもよい。

【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、反射型ホログラムと過型ホログラ
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２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ては、４５８ｎｍ、５４
５ｎｍおよび６４７ｎｍの３色を用いた。参照光６側に
フライアイレンズ８を配置した。また、この例では物体
光７は発散光としたが、平行光や収束光でもよい。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の光により表示像が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。

【００４１】（実施例２）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
＝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。参照光６側にホログラムから３００ｍｍの位置に拡
散板９を配置しこの拡散板のイメージを凸レンズ３によ
りホログラム１上に結像させた。また、この例では物体
光７は発散光としたが、平行光や収束光でもよい。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。

【００４２】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。

【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装置では、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
の全くない表示装置を簡単に得ることができる。本発明
の方法でホログラムを作製することにより、表示像の輝
度分布が均一で視認性が向上した。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。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装置の一例
を示す概念図

【図２】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】従来の表示装置の一例を示す概念図

【図６】従来のホログラムの作製方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：フライアイレンズ ９：拡散板

Claims (2)

【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実質的に表示像
   を結像させる発光表示手段とを少なくとも備えたホログ
   ラフィック表示装置において、前記ホログラムは、その
   面上の少なくともある点において、参照光となるレーザ
   ー光が異なる複数個の方向からホログラム面上に照射さ
   れて作製されたホログラムであることを特徴とするホロ
   グラフィック表示装置。
2. 【請求項２】前記ホログラムは反射型ホログラムであっ
   て、前記参照光レーザー光の光源とホログラムの間に、
   拡散板等の様に表面に微小な凹凸のある光の拡散効果を
   有する物体を配置するか、あるいは、それと同等の光の
   拡散効果有するイメージをホログラム面上に実質的に結
   像させて作製したことを特徴とする請求項１のホログラ
   フィック表示装置。