JPH08169255A - ホログラフィックヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ホログラム２２からなるコンバイナーを有し、
ホログラム２２の車外側には、ホログラム２２で回折さ
れる波長の光がフレアー光の入射方向では反射し、かつ
車外から風防ガラスに向かって垂直方向に入射する場合
にはこの光を透過する波長選択性反射膜１０を形成され
たホログラフィックヘッドアップディスプレイ装置。 【効果】車外からのフレアー光を低減したホログラフィ
ックヘッドアップディスプレイ装置を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドアップディスプ
レイ装置（以下ＨＵＤとする）に関し、特に車両外から
のフレアー光を低減したＨＵＤに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車内等の運転者に情報を表示する方
法として、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。
これは、液晶表示装置等の情報投射手段から投射された
光学的情報を、自動車の風防ガラス等に組み込まれたホ
ログラムやハーフミラー等からなるコンバイナーに映
し、運転者が運転状態からほとんど視点を動かすことな
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する機
能とともにレンズ機能等を併せ持つことができるので、
光学的情報を運転者の視野方向に回折したり、あるい
は、他にレンズ等の光学系を使用せず、任意の位置に結
像したり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】図４は、従来のＨＵＤの一例を示す概念図
である。光源４６から発し、レンズ系４４を介して透過
型液晶表示素子４５を通過した表示すべき情報を含む光
４３は、車体の風防ガラス４７に備えられたホログラム
４２に照射され、回折されて運転者に観察位置４１で視
認される。

【０００５】上記レンズ系４４はコリメーターとしての
機能を持つものであり、また、この機能はホログラム４
２に持たせることもでき、速度表示４８の表示像を遠方
に結像させることも可能になる。

【０００６】また、ホログラム４２は波長選択機能を持
つので、希望する色の像が表示可能となる。

【０００７】かかるホログラフィックコンバイナーとし
ては、通常、反射型のホログラムが用いられるが、反射
ホログラムの作製においては、ホログラムの感光材料面
の一方の面から参照光、他方の面から物体光を照射し
て、回折格子を作製する。

【０００８】ホログラムの感光材料内部では、これら２
つのレーザー光が干渉して光の明暗の干渉縞が生じ、そ
れが感光材料の屈折率または密度などの物性の違いに基
づく回折格子として記録される。この種の反射型ホログ
ラムにおいては、光の入射角度と反射回折角度が異なる
場合、その回折格子面はホログラム表面に対して傾いて
おり、表面と平行ではない。

【０００９】図３は風防ガラス内部に封入したホログラ
ムを示す概念断面図である。２２はコンバイナーとして
機能する反射型ホログラムである。ホログラム２２の内
部には図に示すような表面に対して傾きを持った回折格
子が形成されている。ホログラム２２は風防ガラスの車
内側ガラス２３に備えられ、ポリビニルブチラール（Ｐ
ＶＢ）よりなる中間膜２５と共に、車外側ガラス２４の
内側に封入され安全合わせガラスを構成している。中間
膜２５とホログラム２２の界面２１は、中間膜中に含ま
れる可塑剤によりホログラムの特性が影響を受けないよ
うな保護層となっている。

【００１０】情報表示源より放射された情報を含む光２
６は車内側ガラス２３に対して角度θ₁ で入射し、空気
とガラスの屈折率の差により屈折しガラス内部ではθ
₁ ’の角度となる。ガラス内部に入った光はホログラム
２２によって運転者方向に反射回折される。ホログラム
内部の回折格子は表面に対して傾いているため、回折光
のガラス内部角はθ₂ ’となりガラス表面で屈折して車
内側では角度θ₂ で出射し光２７として運転者等の観察
者に視認される。一般にθ₁ とθ₂ は車外側ガラス表面
での反射光による二重像を防ぐため異なっており、また
乗用車では光源、コンバイナー、ドライバーの位置関係
によりθ₁ ＜θ₂ となっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】かかるホログラムＨＵ
Ｄを備えた車両に、点線で示した外部光２８が入射する
とき、その入射角θinがある特定の角度である場合に外
部光は車内側ガラスの表面に対しθ₁ ’で到達し再びθ
₁ ’でガラス内部方向に反射する。この角度は情報を含
む光２６のガラス内部での角度と同じであるため、外部
光はホログラム２２によって反射回折され車内側ガラス
表面から角度θ₂ で出射することになり、情報を含む光
２７と共に２９のように運転者等の観察者に到達する。
この外部光によるノイズ光をフレアー光と呼ぶ。

【００１２】このようなフレアー光が発生すると車外か
らの光の入射角度によって、明るいむらとして見えた
り、スポット状の輝点として見えたりして、ＨＵＤの表
示像の視認性を低下させるなどの悪影響をもたらす。特
に太陽光がフレアー光として観察されると輝度が高いた
め眩惑を起こす可能性もあり安全上も問題があった。ま
た、夜間では周囲が暗いため昼間には気付かないような
街路灯などの弱い光も、フレアー光として観察されてし
まい運転する際に非常に目障りであった。このフレアー
光は太陽や街路灯などの外部の光源を直線的に見るのと
は異なる角度で観察されるため、まことに目障りな存在
であった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、以下のような特徴を
持つＨＵＤを提供するものである。

【００１４】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
を少なくとも備えて表示すべき情報を光として発生する
情報表示源と、車両の風防ガラスに備えられていて前記
光を車両内の観察者に向けて回折する、ホログラムより
なるコンバイナーとを少なくとも備えたホログラフィッ
クヘッドアップディスプレイ装置において、前記風防ガ
ラスのホログラムより車外側には、前記ホログラムで回
折される波長の光が、フレアー光の入射方向で入射する
場合にはこの光を反射し、かつ車外から風防ガラスに向
かって垂直方向に入射する場合にはこの光を透過する波
長選択性反射膜が形成されていることを特徴とするホロ
グラフィックヘッドアップディスプレイ装置を提供する
ものである。

【００１５】

【作用】本発明によるＨＵＤを用いれば、フレアー光の
入射方向に対してホログラムで回折される波長の光が風
防ガラスの車外側ガラス板とホログラム間に形成された
波長選択性反射膜により低減されるため、一般的にフレ
アー光となる上部に位置する外部の光源からの光が風防
ガラスに入射しても、運転者にはフレアー光としては観
察しにくくなり、問題となっていたフレアー光を有効に
低減できる。

【００１６】また、風防ガラスの垂直方向の可視光透過
性能は波長選択性反射膜の角度と波長特性により、車両
の風防ガラスとしての安全性能を損ねることは少ない。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明における実施例
を説明する。図１は、本発明のＨＵＤの一例を示す概念
図である。本実施例では図３に示されるような従来例に
加え、風防ガラスの車外側ガラス板２４の中間膜たるポ
リブチラール２５側に波長選択性反射膜１０を形成し
た。図１においてフレアー光は選択性反射膜１０により
ホログラム２２が回折する波長が反射された反射光９と
なる。

【００１８】かかる選択性反射膜１０は本実施例のほか
車外側ガラス板２４に形成されていてもよいし、またホ
ログラム２２と中間膜たるポリブチラール２５との間に
形成されてもよいが耐久性、形成のしやすさの点から風
防ガラスの車外側ガラス板２４の中間膜たるポリブチラ
ール２５側に形成することが好ましい。また、選択性反
射膜１０はホログラム２２の大きさに対し約１０％大き
く形成したが、風防ガラス全体に形成してもよい。

【００１９】図２は波長選択性反射膜１０の透過波長特
性であり、図２において実線は垂直における特性、波線
はフレアー光の入射する方向であるθｉでの特性であ
る。図２に示すように、また一般的、経験的に波長選択
性膜は角度をつけて光を入射した場合にはその波長特性
は垂直入射に比べ短波長側にシフトし、さらに透過率が
低下する傾向にある。そのため、フレアー光の入射する
方向でホログラム２２が回折する波長を反射する波長選
択性反射膜１０を形成するとフレアー光の内ホログラム
２２が回折する波長は反射され、ホログラム２２方向に
向かうフレアー光は低減され、さらに波長選択性反射膜
１０の垂直方向では可視光透過率の低下は少ない。ま
た、好ましくは角度による波長シフト幅が大きい方がよ
い。

【００２０】実施例においては光源として熱陰極管、表
示体として透過型液晶を用いた情報表示源（図示しな
い）を用いており、熱陰極管の輝線スペクトルである５
４３ｎｍを使用し、これに対応する回折波長であるホロ
グラム２２を作製した。そのため、従来は（図３）車両
外部からの光でθin方向からの光がフレアー光となる
が、波長選択性反射膜９によりθin方向からの光は反射
される。

【００２１】本実施例では風防ガラスの傾きθw は４５
°であり、情報を含む光２６のホログラム２２への入射
角θ₁ を５５°とし出射角θ₂ を６５°となるように露
光したホログラムを風防ガラスに封入した。この配置に
より、図１に示すフレアー光の入射方向３０は水平より
５０°となるため、波長選択性反射膜１０の特性として
は５０°において情報を含む光２６の波長である５４３
ｎｍ近傍の波長反射特性が高くなることが分かる。その
結果、太陽や街路灯などの上方からの光がフレアー光と
して車両内に入るのを防ぐことができた。

【００２２】なお、ホログラムは通常数１０ｍｍから数
１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍから数１０μｍ程度
の厚みである。このようなホログラムは、リップマンタ
イプ等の体積・位相型のホログラムが高い回折効率を得
られるという点で望ましいが、エンボスタイプ、レイン
ボー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
ニルカルバゾールやアクリル系などのフォトポリマー、
重クロム酸ゼラチン、光レジスト、銀塩など種々の感光
材料を用いることができる。

【００２３】本実施例ではコンバイナーとして横１５０
ｍｍ×縦２００ｍｍの大きさで、厚さが２０μｍのアク
リル系フォトポリマーよりなる感光材料を用い、体積位
相型の反射型ホログラムを用いた。

【００２４】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（車両外表面）
や車両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、本実施例のように合わせガラスで
ある風防ガラスの内部に封入して用いることが好まし
い。

【００２５】本発明における情報表示源は光を発して表
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）、冷陰極管、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。

【００２６】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や曲面反射鏡等の適当な
光線平行化手段、導光板等の適当な導光手段を配置して
もよい。さらに、ホログラムに光が投射されるまでの光
径路内に、必要に応じて、光偏光手段、あるいは、ＫＮ
Ｏ₃ 等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、フレアー光の入射方向
に対し、ホログラムで回折される波長の光を反射する波
長選択性反射膜をホログラムに対して車外側に形成した
ので、太陽や街路灯などの上方からの光がフレアー光と
して車両内に入ることを低減することができる。また、
風防ガラスの垂直方向の可視光透過性能は波長選択性反
射膜の角度と波長特性により、車両の風防ガラスとして
の安全性能を損ねることは少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨＵＤの一例を示す概念図

【図２】本発明の波長選択反射膜の特性の一例を示す図

【図３】風防ガラス内部に封入したホログラムおよびフ
レアー光の発生メカニズムを説明する概念断面図

【図４】従来のＨＵＤを示す概念図

【符号の説明】

９：フレアー光の反射光 １０：波長選択性反射膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
   を少なくとも備えて表示すべき情報を光として発生する
   情報表示源と、車両の風防ガラスに備えられていて前記
   光を車両内の観察者に向けて回折する、ホログラムより
   なるコンバイナーとを少なくとも備えたホログラフィッ
   クヘッドアップディスプレイ装置において、前記風防ガ
   ラスのホログラムより車外側には、前記ホログラムで回
   折される波長の光が、フレアー光の入射方向で入射する
   場合にはこの光を反射し、かつ車外から風防ガラスに向
   かって垂直方向に入射する場合にはこの光を透過する波
   長選択性反射膜が形成されていることを特徴とするホロ
   グラフィックヘッドアップディスプレイ装置。