JPH08169259A - ホログラフィックヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】夜間走行時に非常に問題となった街路灯のフレ
ア光を十分に低減し、表示像の視認性も非常に高いヘッ
ドアップディスプレイを得る。 【構成】発光表示手段２からの光が、５４５ｎｍ±１５
ｎｍおよび５７７ｎｍ±１５ｎｍの波長領域の光の回折
効率が１０％以下のホログラムからなるコンバイナー１
に向けて発せられた後に、運転者に向けて回折されるホ
ログラフィックヘッドアップディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、速度等の運転者に情報
を表示する車両用ホログラフィックヘッドアップディス
プレイに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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に映し、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。

【０００４】図３に一般的なホログラフィックＨＵＤの
概念図を示した。発光表示手段２からでた光５が、ホロ
グラム１を備えたガラスにθ１で入射し、ホログラム１
により回折反射７され、前記ガラスより、θ２で出射し
運転者６に到達して、運転者６に表示虚像を視認させる
ようになっている。

【０００５】従来一般に用いられてきた発光表示手段の
光源としては、熱陰極管や冷陰極管がある。これらの発
光スペクトルは水銀の発光輝線を用いているために、表
示光の主要波長として５４５ｎｍを用いていた。この発
光表示手段からの光を有効に運転者方向に回折するため
に、ホログラムは５４５ｎｍ付近の回折効率が高くなっ
ていた。

【０００６】また、発光表示手段としてハロゲンランプ
等の輝線のほとんどない光を発する発光手段を用いた場
合にも、人間の視感度の高い５５０ｎｍ付近の波長を表
示に使用する場合が非常に多かった。

【０００７】しかしながら、このようなＨＵＤを備えた
車両に、車両外部から、図２示したようなθ１の角度で
外部光源２１から光２２が入ると、外部光２２は、車内
側のガラス内面１２で反射し、ホログラムコンバイナー
１に入射し、表示光源から発せられた光と同様にホログ
ラムにより反射回折６１され運転者６に到達することに
なる。この外部光によるノイズ光をフレア光と呼ぶ。

【０００８】このようなフレア光が発生すると、車外か
らの光の入射角によって、明るいムラとして見えたり、
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たりする。特に、夜間は、周囲が暗
いために昼間は気がつかない街路灯の光が、フレア光と
して観察されてしまい運転の際に非常に目障りである。

【０００９】

【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
ＨＵＤを新規に提供することである。

【００１０】

【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、情報を含む光を発生する発
光表示手段と、前記光を運転者に向けて回折するように
配されたホログラムコンバイナーとを備え、前記ホログ
ラムコンバイナーによって形成される表示虚像を観測者
に視認できるようにした乗り物用ホログラフィックヘッ
ドアップディスプレイにおいて、前記ホログラムコンバ
イナーは、５４５ｎｍ±１５ｎｍおよび５７７ｎｍ±１
５ｎｍの波長領域光が、前記ホログラムコンバイナーに
入射し運転者に向けて回折された際、この波長領域の光
の回折効率が１０％以下のホログラムからなることを特
徴とする、ホログラフィックヘッドアップディスプレイ
を提供するものである。

【００１１】以下に、図面に基づいて本発明を詳細に説
明する。

【００１２】ここで、本発明におけるＨＵＤを車両に搭
載した場合について、図３を用いて説明する。車両の風
防ガラスの下方には発光表示手段２が備えられており、
この発光表示手段２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線として発するものであ
る。車体の風防ガラスには反射型ホログラム１が備えら
れており、上記した光線がホログラム１に照射されて回
折され、運転者６の観測位置において表示虚像３が視認
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。以下１枚構成を例に説明する発光表示手段からの光
がホログラムに向かって入射する発光表示手段の表示素
子中心からホログラム中心への入射角はθ１であり、ホ
ログラムから回折されて観測者が視認する表示虚像のホ
ログラム中心からの回折角はθ２である。

【００１３】本発明におけるホログラムコンバイナー１
の特性としては、中心波長５４５ｎｍと、５７７ｎｍの
２つの中心波長に対してそれぞれ±１５ｎｍ波長領域の
光が、前記ホログラムコンバイナーに入射し、運転者６
に向けて回折された際に、この領域の光の回折効率が１
０％以下である。さらに、この波長領域の光の回折効率
が１％以下であることがフレア光低減のためにより好ま
しい。

【００１４】また、５８９±１５ｎｍの波長領域の光も
前記波長領域に含まれることが好ましい。

【００１５】前記ホログラムコンバイナーに入射した光
の波長が、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下でありしか
も、水銀ランプの主要発光輝線波長の±１５ｎｍの波長
領域に含まれることがフレア光低減のために好ましい。
この水銀ランプの発光スペクトルの一例を図４に示し
た。この水銀ランプの主要輝線の中心波長の例として、
４０５ｎｍ、４３５ｎｍ、６１０ｎｍなどがある。これ
らの中心波長の少なくとも１つの波長に対して±１５ｎ
ｍの波長領域が前記波長領域に含まれることが好まし
い。

【００１６】前記ホログラムコンバイナーに入射した光
の波長が、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下でありしか
も、高圧ナトリウムランプの主要発光輝線波長の±１５
ｎｍの波長領域に含まれることがフレア光低減のために
好ましい。

【００１７】この高圧ナトリウムランプの発光は比較的
広い波長領域において輝度が高いため、５５０から６１
０ｎｍの波長領域が、前記波長領域に含まれることがフ
レア光低減のために好ましい。

【００１８】本発明におけるホログラムについては、当
然のことながら、前述のような波長領域に対する回折効
率が１０％以下と低いために、これら同じ波長領域の光
を用いた発光表示は輝度が低下する。このため、本発明
のホログラフィックＨＵＤの発光表示色の例としては、
例えば、４５０〜５３０ｎｍや６２５〜６４０ｎｍの光
を用いることが好ましい。また、これらの波長域の中の
複数の光に対して回折効率を高めることも可能であり、
さらに、表示に複数の波長の光を用いて混色したり多色
表示したりすることが好ましい。

【００１９】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ハロゲンランプ、
キセノンランプ、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。

【００２０】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。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。

【００２１】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、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。

【００２２】ホログラムは、通常は数１０ｍｍ角〜数１
００ｍｍ角程度の面積で、数１０μｍ程度の厚みであ
り、光回折機能を持つ。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。

【００２３】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。

【００２４】かかるホログラムを備えた風防ガラスの車
内側内面１２に反射防止膜などの、光の反射を低減する
手段を施すことが、外部光の風防ガラス車内側面１２で
の反射を低減できフレア光低減に効果があるために好ま
しい。

【００２５】

【作用】フレア光は、図２のように外光２２が、風防ガ
ラス１１の車内側面１２に反射しその光が、ホログラム
１により回折され、運転者６の目に届くものである。し
かも、このフレア光６１がもっとも気になるのは、夜間
走行中の街路灯の光である。

【００２６】街路灯としてもっとも多く使用され、しか
も輝度の高い光源としては、水銀灯などの、水銀を用い
た照明灯である。このような水銀灯の発光スペクトルの
一例を図４に示す。このように発光スペクトルは、水銀
の発光輝線によるものがほとんどであり、白熱電球のよ
うな、ブロードな発光スペクトルとは大きく異なる。

【００２７】前記水銀灯の発光スペクトルの中で、もっ
とも視感度が高く気になる波長としては、中心波長５４
５ｎｍと、５７７ｎｍの２つの輝線スペクトルであっ
た。

【００２８】従来一般に用いられてきたホログラムコン
バイナーでは、５４５ｎｍ付近の回折効率が高くなって
いた。この従来技術のように５４５ｎｍ付近の光をホロ
グラムが運転者に向かって効率よく回折するようなシス
テムでは、街路灯の水銀ランプの光も特定の角度からホ
ログラムに入射した場合に効率よく運転者に向かって、
フレア光として回折することになり運転中に非常に目障
りとなっていたことがわかった。

【００２９】このことから、フレア光の原因となる光が
車外から入射しても、本発明のようにホログラムの回折
効率がこの外光の波長に対して、ほとんど回折効率をな
くすことは、フレア光の有効な対策であることがわか
る。

【００３０】また実験的に、これらの街路灯の発光輝線
中心波長に対してそれぞれ±１５ｎｍ波長領域の光が前
記ホログラムコンバイナー１に入射し、運転者６に向け
て回折された際に、この領域の光の回折効率が１０％以
下であるようなホログラムを用いることにより、夜間の
走行においてもあまりフレア光が気にならないことが確
かめられた。

【００３１】また前記水銀灯のほかに、輝度の高い街路
灯光源として、高圧ナトリウムランプがある。特に、こ
の高圧ナトリウムランプは高速道路などに多く設置され
ている。この光源も水銀灯と同様に輝線スペクトルによ
る光源であり、もっとも発光強度の高い波長として、５
８９ｎｍを中心とする光である。この波長の光について
も前述の水銀灯と同様に、ホログラムの回折効率が１０
％以下で運転者に届くようなホログラムを用いることで
フレア光を低減できることがわかった。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。本
実施例のホログラフィックＨＵＤに用いるホログラムコ
ンバイナーは、入射角をθ１＝５０°、θ２＝６０°と
して焦点を有する光源からの発散光により、反射型ホロ
グラムを作成して用いた。本発明におけるホログラム
は、この角度に限定されるものではない。露光に用いる
レーザー光の波長としては、５００ｎｍおよび、６４７
ｎｍを用いた。

【００３３】本実施例では、ホログラムコンバイナー１
と発光表示手段２の表示素子の距離をＬ２＝２５０ｍ
ｍ、ホログラムコンバイナー１への入射角角度θ１＝５
０度、また、ホログラムコンバイナー１と表示虚像３と
の距離を１ｍとし、出射角角度θ２を６０度とした（図
３）。しかし、露光時の光学的配置とシステムの構成時
の配置としては必ずしも同じでなくてもよい。

【００３４】このように作成したホログラムコンバイナ
ーの運転者への出射角であるθ２＝６０度方向に向かっ
て回折する光の波長−回折強度特性を図１に示した。図
のように、４０５ｎｍ、４３５ｎｍ、５４５ｎｍ、５７
７ｎｍ、５８９ｎｍ、６１０ｎｍの光に関しては、出射
角６０度で運転者に到達する回折効率はともに１％以下
であった。

【００３５】発光表示手段２の像形状としては、約２０
ｍｍ×１０ｍｍの長方形を用いた。発光表示に用いた波
長としては、５００ｎｍと６４７ｎｍの光を用いた。こ
の２つの波長の光に関しては、ホログラムの回折効率が
共に約６０％で出射角６０度で運転者に到達した。

【００３６】このようなホログラムコンバイナーを用い
てＨＵＤにより表示像を観察すると、表示像は、十分な
輝度を確保することができた。

【００３７】このＨＵＤで夜間街路灯の下を走行試験し
た結果、フレア光はほとんど観察されず、運転に支障を
きたすようなことは全くなかった。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、夜間走行時に非常に問
題となった街路灯のフレア光を、十分に低減でき、ま
た、表示像の視認性も非常に高いＨＵＤを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるホログラムにより運転者に向か
って回折する回折強度の１例を示す波長スペクトル図

【図２】ホログラフィックＨＵＤにおけるフレア光発生
原理を示す概念図

【図３】本発明におけるホログラフィックＨＵＤの一例
を示す概念図

【図４】街路灯に一般に用いられている水銀灯の発光強
度スペクトルの一例を示す概念図

【符号の説明】

１：反射型ホログラムコンバイナー ２：発光表示手段 ３：表示虚像 ６：運転者 １２：車両風防ガラス車内側面 ２１：外光光源 ６１：表示光（実線） ６２：フレア光（破線）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】情報を含む光を発生する発光表示手段と、
   前記光を運転者に向けて回折するように配されたホログ
   ラムコンバイナーとを備え、前記ホログラムコンバイナ
   ーによって形成される表示虚像を観測者に視認できるよ
   うにした乗り物用ホログラフィックヘッドアップディス
   プレイにおいて、前記ホログラムコンバイナーは、５４
   ５ｎｍ±１５ｎｍおよび５７７ｎｍ±１５ｎｍの波長領
   域光が、前記ホログラムコンバイナーに入射し運転者に
   向けて回折された際、この波長領域の光の回折効率が１
   ０％以下のホログラムからな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。
2. 【請求項２】前記ホログラムコンバイナーは、５８９ｎ
   ｍ±１５ｎｍの波長領域の光が前記ホログラムコンバイ
   ナーに入射し運転者に回折された際、この波長領域の光
   の回折効率が１０％以下のホログラムコンバイナーから
   なることを特徴とする、請求項１のホログラフィックヘ
   ッドアップディスプレイ。
3. 【請求項３】前記ホログラムコンバイナーは、４００ｎ
   ｍ以上６５０ｎｍ以下でありしかも、水銀ランプの主要
   発光輝線波長の±１５ｎｍの波長領域の光が前記ホログ
   ラムコンバイナーに入射し運転者に回折された際、この
   波長領域の光の回折効率が１０％以下のホログラムコン
   バイナーからなることを特徴とする、請求項１あるいは
   ２のホログラフィックヘッドアップディスプレイ。
4. 【請求項４】前記ホログラムコンバイナーは、４００ｎ
   ｍ以上６５０ｎｍ以下でありしかも、高圧ナトリウムラ
   ンプの主要発光輝線波長の±１５ｎｍの波長領域の光が
   前記ホログラムコンバイナーに入射し運転者に回折され
   た際、この波長領域の光の回折効率が１０％以下のホロ
   グラムコンバイナーからなることを特徴とする、請求項
   １から３のいずれかのホログラフィックヘッドアップデ
   ィスプレイ。