JPH08169258A

JPH08169258A - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH08169258A
Application number: JP6315180A
Authority: JP
Inventors: Norito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【構成】ホログラムコンバイナー２２が、車内側ガラス
２３と、情報表示源からの光がホログラムコンバイナー
２２によって観察者に向けて回折される回折光のスペク
トルの、中心波長と半値幅とで定まる回折波長域の光を
吸収する車外側ガラス２４とが、ポリビニルブチラール
（ＰＶＢ）からなる中間膜２５を介して積層された安全
合わせガラス内に封入されているヘッドアップディスプ
レイ装置。【効果】可視光線透過率を法規の７０％以上に保ちつ
つ、フレアー光の低減された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６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、警告表示４９
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。通常その色
は単一であることが多いが、多重露光による多色表示も
可能であり、表示情報の量と質を向上できる。例えば、
速度表示４８を緑色、警告表示４９を赤色とすることに
よって、運転者に対してより的確に情報を伝達すること
が可能となる。

【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５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、１つの光源が複数個に
見えることとなり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ＨＵＤにおい
て、前記情報表示源からコンバイナーに向けて発せられ
た光が車両内の観察者に向かって回折されるときの、回
折スペクトルの中心波長と半値幅とで定まる回折波長域
の光の近傍の特定の狭い波長域の光を吸収する光吸収体
が、コンバイナーの車外側に配されていることを特徴と
するＨＵＤ、または、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ＨＵＤ
において、前記コンバイナーは、情報表示源からコンバ
イナーに向けて発せられた光が車両内の観察者に向かっ
て回折されるときの、回折スペクトルの中心波長と半値
幅とで定まる回折波長域の光の近傍の特定の狭い波長域
の光を吸収する機能を有することを特徴とするＨＵＤ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
原因となる外部光が入射しても、コンバイナーより車外
側に設けた光吸収体、またはコンバイナー自体がホログ
ラムの回折波長域の光をあらかじめほとんど吸収してし
まうため、車内側ガラスの表面で反射しホログラムコン
バイナーで回折されて運転者等の観察者に到達する光は
ほとんど無くなるので、有効にフレアー光を低減でき
る。

【００１６】また、本発明による光吸収体またはホログ
ラムの光吸収波長域は、ＪＩＳＲ−３２１１で定める
自動車の風防ガラスの可視光線透過率が７０％以上とい
う規定を満足するに十分な狭さであるため、可視光全体
の光に対してはわずかに影響を与えるだけであって、法
規を十分に満足することができる。

【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。風防ガラス７の下方には情報表示源が備えら
れており、この情報表示源は熱陰極管を用いた光源６か
ら発した光がコリメーターであるレンズ系４を介し、透
過型カラー液晶表示素子からなる表示体５を通過した表
示すべき情報を光３として発するものである。この光３
は、車体の風防ガラス７に備えられたホログラムからな
るコンバイナー２に照射されて、回折され、運転者に観
察位置１で視認される。

【００１８】上記レンズ系４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に持
たせることもでき、速度表示８、警告表示９の表示像を
遠方に結像させることも可能となる。

【００１９】また、必要に応じて表示体５とコンバイナ
ー２との間に収差補正用の別のホログラムやレンズ等を
配してもよい。

【００２０】また、ホログラムは波長選択機能を持つの
で、希望する色の像が表示可能であり、さらに、多重露
光や複数枚のホログラムの積層によって多色表示が可能
となり、表示情報の量と質の向上ができる。本実施例で
は情報表示源から発する光のうち、グリーンとアンバー
色（橙色）に対応する５３０ｎｍと５８０ｎｍの光を観
察者に向けて回折する多重露光のホログラムを用い、速
度表示８を緑色、警告表示９をアンバー色として表示し
た。その結果、運転者に対してより的確に情報を伝達す
ることが可能となる。

【００２１】本実施例で用いた風防ガラスの要部断面図
を図２に示す。ホログラムコンバイナー２２は、２枚の
ガラス板（車外側ガラス２４と車内側ガラス２３）がポ
リビニルブチラール（ＰＶＢ）からなる中間膜２５を介
して積層された安全合わせガラス内に封入されており、
車内側ガラス２３側に配されている。中間膜２５とホロ
グラム２２の間には中間膜中に含まれる可塑剤の影響か
らホログラムを守るため、ポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）よりなる保護膜が備えられている。本実施例におけ
る車外側ガラス２４は、色付きのソーダライムガラスに
Ｎｄ₂Ｏ₃ がドープされたものである。この車外側ガラ
ス２４の吸収スペクトルは図３の通りであり、ホログラ
ムの回折波長域の近傍の５３０ｎｍおよび５８０ｎｍ付
近に吸収帯がある。そのため、外部入射光の波長成分の
うち５３０ｎｍおよび５８０ｎｍ付近の光を選択的に吸
収することが可能であり、観察者の位置ではフレアー光
はほとんど観察されず、フレアー光を有効に低減するこ
とができた。

【００２２】本実施例ではＮｄ₂ Ｏ₃ をドープした車外
側ガラス２４を外部光吸収体として用いたが、本発明は
必ずしもこれに限られるものではない。ドープする材料
としてはガラス中において、ホログラムの回折波長域の
光を吸収するものであれば良く、用いるホログラムに応
じて選択すればよい。遷移金属や貴土類金属の酸化物な
どが好ましく用いられる。例えば、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 、Ｔｂ₂
Ｏ₃ 、Ｈｏ₂ Ｏ₃ などが考えられる。また、本実施例で
は車外側ガラスを光吸収体として用いたが、車内側ガラ
スを光吸収体として用いてもよい。ただし、その場合情
報を含む光をも減衰してしまうため、目的の表示輝度、
光源の輝度やホログラムの回折効率等を勘案し、吸収の
程度を最適化する必要がある。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】本発明におけるコンバイナーをカラー表示
に用いる場合、この液晶表示素子としては、カラーフィ
ルターと透過型のツイストネマチック型液晶素子や、ス
ーパーツイストネマチック型液晶表示素子等からなるカ
ラー液晶表示素子等が好ましく使用でき、一つの光源か
ら発せられた光を所望の色の光として照射することがで
きる。

【００２８】このようにして複数の色の光は、同一の情
報表示源から発することができ、これら複数の色の光が
同時に表示される場合には表示像が重なって表示され、
逆にこの表示像の重なりを防ぐためには、必要に応じて
カラーフィルターと光源の組み合わせによって、あるい
はカラー液晶表示素子を制御することによって、複数の
色の光が同時に照射されないようにしてもよい。

【００２９】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、ＫＮＯ
₃ 等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００３０】次に本発明における別の実施例を示す。本
実施例では、図２における保護膜２１として、ポリビニ
ルアルコールにシアニン系の色素を含有させたものを用
いた。その吸収スペクトルおよび構造式をを図４に示
す。色素含有量が少ないときは、Ｍで示す単量体の吸収
スペクトルが主体である。吸収波長の中心は５５０ｎｍ
付近にあり、主に緑色の表示を用いるホログラムの回折
波長域の光を選択的に吸収することができ、フレアー光
を有効に低減することができた。

【００３１】今回用いた単量体の吸収スペクトルは半値
幅が約５０ｎｍと広いため、可視光線透過率を確保する
ためには、その濃度を低く押さえねばならなかった。そ
こで、ホログラムの回折波長域の光のみを更に効率的に
吸収させるには、色素濃度を増加させ数分子以上の色素
分子を会合させたＪ会合体を形成させると、図４のＪで
示すような半値幅の狭い吸収スペクトルを得ることがで
きる。ただし、Ｊ会合体の吸収スペクトルの中心波長は
単量体に比べ長波長側にシフトする傾向があるので、も
ともとの単量体としては吸収スペクトルの中心波長がよ
り短波長の色素を選択する必要がある。色素の吸収スペ
クトルの半値幅を狭くする方法としては、色素を含有さ
せた樹脂フィルムを延伸し内部の色素分子を配向させる
方法も考えられる。

【００３２】本実施例では色素としてシアニン系の色素
を用いたが、色素としてはこれに限られるものではな
く、ホログラムの回折波長域の光を選択的に吸収するも
ので有れば良い。また、本実施例では保護膜としてポリ
ビニルアルコールを用いたが、その材質としてはＰＶＢ
中の可塑剤がホログラムに移行するの防ぐ物質であり、
またその屈折率がガラスの屈折率に近い材料であればよ
い。

【００３３】また、本実施例では、光吸収のための色素
を保護膜２１中に含有させたが、必ずしもそれに限られ
るものではなく、中間膜２５やホログラム２２に含有さ
せてもよい。ホログラムに光吸収の機能を持たせる場合
は情報を含む光をも減衰してしまうため、目的の表示輝
度、光源の輝度やホログラムの回折効率等を勘案し、吸
収の程度を最適化することが好ましい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、フレアー光の原因とな
る外部光が入射しても、コンバイナーより車外側に設け
た光吸収体、またはコンバイナー自体がホログラムの回
折波長域の光をあらかじめほとんど吸収してしまうた
め、車内側ガラスの表面で反射しホログラムコンバイナ
ーで回折されて運転者等の観察者に到達する光はほとん
ど無くなるので、有効にフレアー光を低減できる。ま
た、本発明による光吸収体またはホログラムの光吸収波
長域は、ホログラムの回折波長の光の近傍の特定の狭い
波長域の光であるため、可視光全体の光に対してはわず
かに影響を与えるだけである。従って、自動車の風防ガ
ラスに要求される可視光線透過率が７０％以上という法
規も十分満足することが可能である。

【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ＨＵＤの一例を示す要部断面図

【図３】本発明の第一の実施例における光吸収体の吸収
スペクトル図

【図４】本発明の第二の実施例における光吸収体の吸収
スペクトル図

【図５】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６】従来のＨＵＤを示す概念図

【符号の説明】

１：運転者の観察位置２：コンバイナー３：情報を含む光４：レンズ系５：表示素子６：光源７：風防ガラス８：速度表示９：警告表示１０：外部入射光

Claims

【特許請求の範囲】

【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ヘッドアップデ
ィスプレイ装置において、前記情報表示源からコンバイ
ナーに向けて発せられて車両内の観察者に向かって回折
された光の回折スペクトルの、中心波長と半値幅とで定
まる回折波長域の光の近傍の、特定の狭い波長域の光を
吸収する光吸収体が、コンバイナーの車外側および車内
側のうち少なくとも一方に配されていることを特徴とす
るヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】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ヘッドアップデ
ィスプレイ装置において、前記コンバイナーは、情報表
示源からコンバイナーに向けて発せられて車両内の観察
者に向かって回折された光の回折スペクトルの、中心波
長と半値幅とで定まる回折波長域の光の近傍の、特定の
狭い波長域の光を吸収する機能を有することを特徴とす
るヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】前記ヘッドアップディスプレイ装置におい
て、吸収体またはホログラムが吸収する特定の狭い波長
域とは、ＪＩＳＲ−３２１１で定める風防ガラスの可
視光線透過率を７０％以上確保するに十分な狭さである
ことを特徴とする請求項１または２のヘッドアップディ
スプレイ装置。