JPH08190073A - ホログラフィック表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】液晶表示素子２を光軸に対してほぼ垂直におい
たときに表示虚像９が倒れないように、ホログラム１へ
の入射角を表示虚像９の倍率に応じて変化させる。例え
ば、液晶表示素子２をホログラム１に対し入射角１０
゜、距離２００ｍｍとなる位置に光軸に対し垂直に置く
と、表示虚像９はホログラム１の約６００ｍｍ前方に光
軸に対して垂直に見える。 【効果】液晶表示素子を光軸に対して倒す必要がなく、
コントラストの低下も抑制される。

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
システムに関し、特に車両、船舶、航空機など乗物の風
防ガラスなどを介して、運転者に速度等の必要な情報を
表示するヘッドアップディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】ここでは、簡単のために、車載用表示シ
ステムを例にとって説明する。車両内の運転者等に情報
を表示する方法として、ヘッドアップディスプレイ（以
下、ＨＵＤという）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装置から射出さ
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運転者に向
けて反射させて風防ガラスの前方に表示虚像を生じさせ
ることによって、運転者が運転状態からほとんど視線を
動かすことなくこの表示虚像から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であ
る。

【０００４】このようにコンバイナーとしてホログラム
を用いたＨＵＤの一例を図４に示す。発光表示装置２０
から発した光を拡大作用を持った反射型ホログラムレン
ズ１で運転者５に向かって回折させ、風防ガラス４の前
方にできる表示虚像９を観察するものである。

【０００５】しかしながら、このようにコンバイナーと
してホログラムを用いたＨＵＤにおいては、表示虚像９
が倒れていると運転者５が動いて眼の位置がずれたとき
に表示虚像９に歪が発生する。その歪みを補正するため
に、発光表示装置２０を光軸に対して倒すことによって
表示虚像９を立てることが提案されている（特開平３−
２３６０１７号参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、発光表示装
置２０を倒すと表示虚像９の大きさが小さくなるので、
それを打ち消すためには発光表示装置２０の大きさを大
きくする必要があった。ここで、図５に示すように、発
光表示装置２０として光源７と液晶表示素子２とを備え
る液晶表示装置２０を例にとって説明する。表示虚像９
を立てるために液晶表示素子２を光軸に対して倒すと、
液晶表示素子２の光軸に垂直な方向における見かけの大
きさが小さくなり表示虚像９が小さくなるため、それを
打ち消すためには液晶表示素子２の長さを増して光軸に
垂直な方向における見かけの大きさを保つ必要があっ
た。また、液晶表示素子２を発光表示装置２０の画像情
報形成手段として使用するときは、液晶表示素子２の入
射角特性のために、液晶表示素子２を２５°以上倒すと
コントラストが低下して表示が見えにくくなり、視域が
狭くなってしまうという重大な問題があった。

【０００７】従って、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、発光表示装置を光軸
に対してほとんど倒す必要がなく、その結果、発光表示
装置の大きさを大きくする必要もなく、また発光表示装
置として液晶表示装置を使用した場合においてもコント
ラストが低下しない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。

【０００８】

【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、画像情報射出手段から光と
して発せられる画像情報を回折効果を有するホログラム
素子に入射し、前記画像情報の像を前記ホログラム素子
を経て表示するホログラフィック表示システムにおい
て、前記画像情報の前記ホログラム素子への入射角を、
前記画像情報射出手段の前記画像情報を形成する画像情
報形成面を光軸に対しほぼ垂直に置いたときに、前記画
像情報の像が光軸に対しほぼ垂直になる角度としたこと
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。

【０００９】本発明においては、画像情報のホログラム
素子への入射角を、画像情報射出手段の画像情報を形成
する画像情報形成面を光軸に対しほぼ垂直に置いたとき
に、前記画像情報の像が光軸に対しほぼ垂直になる角度
としているから、画像情報射出手段を光軸に対してほと
んど倒す必要がなく、その結果、画像情報射出手段の大
きさを大きくする必要もなく、また画像情報射出手段と
して液晶表示装置を使用した場合においてもコントラス
トが低下しない。

【００１０】本発明における画像情報射出手段として
は、液晶表示装置が好ましく用いられる。液晶表示装置
は、好ましくは光源と液晶表示素子とを備えて構成され
る。液晶表示素子は一種のシャッター群であり、光源か
らの光をそれぞれのシャッターの開閉状態に応じてそれ
ぞれのシャッターによってそれぞれ透過および遮断して
画像情報を形成する画像情報形成手段として機能する。
液晶表示素子の前面が画像情報形成面となる。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。また、画像情報射出手段として自
分自身で発光すると共に画像情報を形成する、例えばエ
レクトロルミネセンス装置等を用いることもできる。こ
の場合には画像情報射出手段の前面が画像情報形成面と
なる。

【００１１】また、本発明によれば、画像情報射出手段
から光として発せられる画像情報を回折効果を有するホ
ログラム素子に入射し、前記画像情報の像を前記ホログ
ラム素子を経て表示するホログラフィック表示システム
において、前記画像情報の前記ホログラム素子への入射
角を、前記画像情報射出手段の前記画像情報を形成する
画像情報形成面が光軸と交差する点における前記画像情
報形成面の法線と前記光軸とのなす角を±２５゜以内に
したときに、前記画像情報の像が光軸に対しほぼ垂直に
なる角度としたことを特徴とするホログラフィック表示
システムが提供される。

【００１２】このように、画像情報のホログラム素子へ
の入射角を、画像情報射出手段の画像情報を形成する画
像情報形成面が光軸と交差する点における画像情報形成
面の法線と光軸とのなす角を±２５゜以内にしたとき
に、画像情報の像が光軸に対しほぼ垂直になる角度とし
ているから、画像情報射出手段として液晶表示装置を使
用した場合においても液晶表示素子の傾きが±２５゜以
内となり、コントラストの低下が抑えられる。

【００１３】以下に、図面に基づいて本発明を詳細に説
明する。ここでは、車載用ＨＵＤシステムを例にとって
本発明を説明する。

【００１４】図１は、本発明の概念図であり車載用ＨＵ
Ｄシステムの側面図である。車両の風防ガラス４の下方
には画像情報射出手段としての液晶表示装置２０が備え
られている。液晶表示装置２０は、冷陰極放電管光源７
と液晶表示素子２を備えている。風防ガラス４には拡大
光学系として反射型ホログラムレンズ１が取り付けられ
ている。光源７から射出された光束は、画像情報形成手
段である液晶表示素子２により表示パターン化され、画
像情報形成面である液晶表示素子２の前面から距離８離
れたところにある反射型ホログラムレンズ１に入射角θ
で入射した後回折されて運転者５に向かって射出され、
風防ガラス４の前面に表示虚像９を形成する。運転者５
は拡大された表示虚像９を観察することができる。

【００１５】本発明においては、反射型ホログラムレン
ズ１への入射角を、好ましくは以下に示すような角度と
する。本発明における以下の入射角は、通常の乗用車の
風防ガラス４の取付角をもとに計算したものである。

【００１６】図２は、表示虚像９を光軸に対して垂直に
立てるための液晶表示素子２の光軸に対する倒れ角φ
と、ホログラム素子１への入射角θとの関係を示したも
のである。ここで、表示素子２の光軸に対する倒れ角φ
とは、表示素子２の前面が光軸と交差する点における表
示素子２の前面の法線と光軸とのなす角をいう。図２
Ａ、ＢおよびＣは、表示素子２の前面からホログラム１
素子までの距離８に対するホログラム素子１から表示虚
像９までの距離１０の倍率をそれぞれ１．８、３、４と
したときにそれぞれ対応している。ここで表示素子２の
倒れ角の符号は、表示素子２の運転者側の端をホログラ
ム素子１に近づけるように傾けるときを＋とした。

【００１７】図２Ａに示すように、表示素子２の前面か
らホログラム１素子までの距離８に対するホログラム素
子１から表示虚像９までの距離１０の倍率が１．８のと
きは、入射角θを２７゜にすれば、表示素子倒れ角φは
０゜となり、表示素子２を光軸に対して垂直において
も、傾きのない表示虚像９を得ることができる。また、
入射角を４５゜にすれば表示素子２を２５゜傾けるだけ
で、傾きのない表示虚像９を得ることができる。入射角
を０゜にすれば表示素子２を−２５゜傾けるだけで、傾
きのない表示虚像９を得ることができる。

【００１８】図２Ｂに示すように、表示素子２の前面か
らホログラム１素子までの距離８に対するホログラム素
子１から表示虚像９までの距離１０の倍率が３のとき
は、入射角θを５゜にすれば、表示素子倒れ角φは０゜
となり、表示素子２を光軸に対して垂直においても、傾
きのない表示虚像９を得ることができる。また、入射角
を２５゜にすれば表示素子２を２５゜傾けるだけで、傾
きのない表示虚像９を得ることができる。

【００１９】図２Ｃに示すように、表示素子２の前面か
らホログラム１素子までの距離８に対するホログラム素
子１から表示虚像９までの距離１０の倍率が４のとき
は、入射角θを７゜にすれば、表示素子倒れ角φは０゜
となり、表示素子２を光軸に対して垂直においても、傾
きのない表示虚像９を得ることができる。また、入射角
を２３゜にすれば表示素子２を２５゜傾けるだけで、傾
きのない表示虚像９を得ることができる。

【００２０】図３は、表示素子２の前面からホログラム
１素子までの距離８に対するホログラム素子１から表示
虚像９までの距離１０の倍率と、表示素子２を倒さずに
（すなわち、表示素子倒れ角φを０゜として）表示虚像
９を光軸に対して垂直に立てることができる入射角θと
の関係を示したものである。

【００２１】このように、表示素子２の前面からホログ
ラム素子１までの距離８に対するホログラム素子１から
表示虚像９までの距離１０の倍率に応じて表示素子２を
倒さずに表示虚像９を立てることができる入射角θの値
は変化する。従って、この関係を利用して入射角θを倍
率に応じて所定の値に設定すれば、表示素子２を倒さず
に表示虚像９を立てることができる。

【００２２】画像情報形成面である表示素子２の前面か
らホログラム素子１までの距離に対するホログラム素子
１から表示虚像９までの距離の倍率を１．５乃至２．５
としたとき、画像情報のホログラム素子１への入射角を
２５±２０°とすれば、表示素子の倒れ角を±２５゜以
内に保っても表示虚像９を光軸に対して立てることがで
きる。

【００２３】画像情報形成面である表示素子２の前面か
らホログラム素子１までの距離に対するホログラム素子
１から表示虚像９までの距離の倍率を２．５以上とした
とき、画像情報のホログラム素子１への入射角を５±２
０°とすれば、表示素子の倒れ角を±２５゜以内に保っ
ても表示虚像９を光軸に対して立てることができる。

【００２４】このように表示素子２の倒れ角を±２５°
以内に押さえることによって、表示素子２の光軸に垂直
な方向における見かけの大きさがほとんど減少すること
がなく、表示素子２として液晶表示素子を使用した場合
でもコントラストの低下を抑えられる。

【００２５】また、より好ましくは、画像情報形成面で
ある表示素子２の前面からホログラム素子１までの距離
に対するホログラム素子１から表示虚像９までの距離の
倍率を１．５乃至２としたとき、画像情報のホログラム
素子１への入射角を３０±１０°とし、表示素子２の前
面からホログラム素子１までの距離に対するホログラム
素子１から表示虚像９までの距離の倍率を２乃至２．５
としたとき、画像情報のホログラム素子１への入射角を
１８±１０°とし、表示素子２の前面からホログラム素
子１までの距離に対するホログラム素子１から表示虚像
９までの距離の倍率を２．５乃至３としたとき、画像情
報のホログラム素子１への入射角を１０±１０°とし、
表示素子２の前面からホログラム素子１までの距離に対
するホログラム素子１から表示虚像９までの距離の倍率
を３以上としたとき、画像情報のホログラム素子１への
入射角を５±１０°とする。このようにすることによっ
て、表示素子２の倒れ角を±２０゜以内に保っても表示
虚像９を立てることができる。

【００２６】本発明の以上の配置は、通常の乗用車の風
防ガラスの取付角をもとに計算したものであるが、トラ
ックのように著しくガラスの取付角が異なる場合でも、
同様の原理によりに適当な入射角を選ぶことで表示素子
を倒さずに表示虚像を立てることができる。

【００２７】ホログラムレンズは一部の波長の光だけを
回折し、そのほかの光は透過するので、表示像と外の景
色を重ねて観察することができる。従って運転者の前方
の風防ガラスにホログラムレンズを取り付けても前方の
景色と共に表示像を観察することができる。

【００２８】なお、以上の配置は運転者の正面にホログ
ラムレンズを取り付けた場合において成立することはい
うまでもないが、運転者の正面ではなく水平方向に斜め
に取り付けられたときも、本発明の以上の配置により表
示像を立てることができる。このように運転者に対して
斜めにホログラムレンズを取り付けると表示像と景色と
を別々に観察することができる。

【００２９】ホログラムレンズを取り付ける場所は、風
防ガラスのほかに他の窓ガラスでも良い。また窓ガラス
周辺の遮光ガラスペースト部、あるいはインストルメン
トパネル、ダッシュボードに取り付けても良い。そうす
れば、車外が明るくても、表示像のコントラストが低下
して視認が困難になることを防止することができる。

【００３０】本発明において表示される画像情報は、そ
の表示用途により適宜選択されるものであるが、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。

【００３１】本発明において表示像を観察する観察者
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】以上においては、本発明をを適用する分野
としてＨＵＤを例にとって説明したが、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。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３４】（実施例１）図１のように、反射型ホログ
ラムレンズ１を合わせガラスからなる風防ガラス４に封
入した。反射型ホログラムレンズ１は平行光と距離３０
０ｍｍの点光源とをそれぞれ入射角６８゜と１０゜とで
露光して製作した。光源７として冷陰極放電管を用い液
晶表示素子２は反射型ホログラムレンズ１に対し入射角
１０゜、距離２００ｍｍとなる位置に光軸に対し垂直に
置いた。表示光の波長は５４５ｎｍとした。ホログラム
レンズから出射角６８゜、距離９００ｍｍの位置から観
察した。

【００３５】これにより観察された表示虚像９は、光軸
に対し垂直であった。また顔の位置を動かしても、歪み
の少ない良好な品質の表示虚像９を観察することができ
た。なお、表示虚像９は反射型ホログラムレンズ１の約
６００ｍｍ前方に見えた。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上に示したように構成され
るので、表示素子を光軸に対してほとんど倒さなくても
表示虚像の倒れを無くすことができる。表示素子をほと
んど倒す必要が無いので、縦方向の倍率低下や、液晶表
示素子を倒したときの透過効率の低下が無くなる。また
表示像の倒れがないことにより、観察者が目を動かして
も、歪みの少ない良好な像を見ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例の車載用ヘッドアップディスプレ
イシステムの側面図である。

【図２】入射角と表示素子倒れ角との関係を示す図であ
る。

【図３】本発明における入射角と倍率との関係を示す図
である。

【図４】従来の車載用ヘッドアップディスプレイシステ
ムの側面図である。

【図５】従来の車載用ヘッドアップディスプレイシステ
ムを説明するための側面図である。

【符号の説明】

１：反射型ホログラムレンズ ２：液晶表示素子 ４：風防ガラス ５：運転者 ７：光源 ８：液晶表示素子２の前面と反射型ホログラムレンズ１
との距離 ９：表示虚像 １０：反射型ホログラムレンズ１と表示虚像９との距離 ２０：発光表示装置（液晶表示装置） θ：入射角 φ：表示素子倒れ角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像情報射出手段から光として発せられる
   画像情報を回折効果を有するホログラム素子に入射し、
   前記画像情報の像を前記ホログラム素子を経て表示する
   ホログラフィック表示システムにおいて、 前記画像情報の前記ホログラム素子への入射角を、前記
   画像情報射出手段の前記画像情報を形成する画像情報形
   成面を光軸に対しほぼ垂直に置いたときに、前記画像情
   報の像が光軸に対しほぼ垂直になる角度としたことを特
   徴とするホログラフィック表示システム。
2. 【請求項２】画像情報射出手段から光として発せられる
   画像情報を回折効果を有するホログラム素子に入射し、
   前記画像情報の像を前記ホログラム素子を経て表示する
   ホログラフィック表示システムにおいて、 前記画像情報の前記ホログラム素子への入射角を、前記
   画像情報射出手段の前記画像情報を形成する画像情報形
   成面が光軸と交差する点における前記画像情報形成面の
   法線と光軸とのなす角を±２５゜以内にしたときに、前
   記画像情報の像が光軸に対しほぼ垂直になる角度とした
   ことを特徴とするホログラフィック表示システム。
3. 【請求項３】前記画像情報形成面から前記ホログラム素
   子までの距離に対する前記ホログラム素子から前記像ま
   での距離の倍率を１．５乃至２．５としたとき、前記画
   像情報の前記ホログラム素子への入射角を２５±２０°
   としたことを特徴とする請求項２記載のホログラフィッ
   ク表示システム。
4. 【請求項４】前記画像情報形成面から前記ホログラム素
   子までの距離に対する前記ホログラム素子から前記像ま
   での距離の倍率を２．５以上としたとき、前記画像情報
   の前記ホログラム素子への入射角を５±２０°としたこ
   とを特徴とする請求項２記載のホログラフィック表示シ
   ステム。