JPH09127457A - ホログラフィックディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】運転者のアイポイントに対応して表示像の位置
を変更可能にしつつ、表示像の収差が低減された表示装
置を得る。 【解決手段】ケースの基台部８に対して本体部は可動自
在に支持されたケースの本体部１に、発光手段とホログ
ラム５とが相互配置が固定されて保持されていて、発光
手段から発せられた光がホログラム５に照射されて観視
者７に向けて回折され、観視者７に表示虚像１０を視認
させるホログラフィック表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラムを用い
て観視者に情報を視認させるホログラフィックディスプ
レイ装置に関するものであり、特に車両のダシュボード
上に置いて使用する据え置き型のホログラフィックディ
スプレイ装置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という）
と呼ばれるもの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手段から投射された光学的
情報を、ハーフミラー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】最近、光学的素子としての簡素さ、および
付加される機能の豊富さから上記のコンバイナーとし
て、ホログラムを使用することが注目されるようになっ
ている。このホログラフィックコンバイナーは反射機能
（回折機能）のみならず、レンズ機能等を併せ持つこと
ができるので、光学的情報を運転手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
意の位置に表示虚像を結像したりすることが可能とな
る。また、前景輝度を損なわずに高輝度の表示像が得ら
れるという特徴もある。

【０００４】かかる車載用ＨＵＤの構成を示す概念図が
図５である。ここで、３１は運転者等の観視者の観察位
置、３２はホログラムからなるコンバイナー、３３は情
報を含む光線、３４は遠方表示の虚像の位置、３５は表
示体である透過型液晶表示素子、３６はハロゲンランプ
等からなる光源、３７はフロントガラス、３８は車両ボ
ディー、３９はレンズである。

【０００５】発光手段として光源３６と透過型液晶表示
素子３５とを備えており、光源３６から発した光はレン
ズ３９を介して透過型液晶表示素子３５を通過し、車両
のフロントガラス３７に備えられたホログラムからなる
コンバイナー３２に照射され、反射（回折）されて運転
者等の観視者の観察位置３１で視認される。この際、表
示情報は３４の位置に虚像として運転者に認識される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したＨＵＤの構成
では、フロントガラス３７にコンバイナー３２としてホ
ログラムを用いるので、ホログラムの入射と回折条件に
より一義的に最適な観察位置が決まり、その位置以外か
ら観視すると表示虚像に歪、ぼけ等の収差が生じたり、
見えなくなってしまったりという欠点を有している。ま
た、一般的に運転者の体格等により目の位置、いわゆる
アイポイントは異なるので、これらを許容するようにコ
ンバイナの半値幅を拡げたりすることになるが、これに
よってさらに表示虚像に歪、ぼけ等の収差を生じること
になるため、光源の半値幅を制限したりすることが必要
であり、構成が複雑で高価なものとなる。その上、運転
者のアイポイントに対応して容易に変更ができないとい
った欠点があった。

【０００７】また、光源３６や透過型液晶表示素子３５
は車両のダッシュボード内に取り付けられ、コンバイナ
ー３２を含むフロントガラス３７は車両に取り付けられ
る。このように、各々を個別に組み付けるため、それら
の取り付け誤差でホログラムに入射する光線の方向がず
れ、表示虚像に歪、ぼけ等の収差が生じてしまうという
欠点を有しており、表示虚像の品質が低下する原因とな
っていた。

【０００８】また、実開昭６３−１１２９３２号公報に
は、自動車のダッシュボードに光源を有するケースを設
置し、このケースに支持したハーフミラーを、ケースに
対して回転自在としたＨＵＤが開示されている。このよ
うな構成のＨＵＤでは、運転者の体格に応じて表示像の
投影される角度を変更することが可能であり、運転者個
人のアイポイントに応じたＨＵＤとすることができる。

【０００９】しかしながら、上記公報に記載されたＨＵ
Ｄでは、ハーフミラーを用いた場合には表示像の収差の
問題は生じないが、ハーフミラーの代りにホログラムを
用いた場合には、ホログラムに入射する光源からの光の
入射角が代ってしまうため、表示像に収差が生じてしま
う。場合によっては、ホログラムに入射した光が、観視
者へ向かって回折せず、観視者が表示像を視認できない
こともある。

【００１０】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の欠点を解消することにあり、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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたもので、発光手段と、該発光手段を保
持するケースと、該ケースに保持されていて前記発光手
段から発せられた光を観視者に向けて回折するホログラ
ム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、前記ケースは、発光手段を保持する本体部と該本
体部を可動自在に支持する基台部とからなっており、前
記発光手段とホログラムとは、前記本体部を介して相互
配置が固定されるように保持されていることを特徴とす
るホログラフィック表示装置を提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のホログラフィッ
クディスプレイの基本的構成の一例を示す概略側断面図
である。ケースは本体部１と基台部８とからなってお
り、基台部８に対して本体部は可動自在に支持されてい
る。発光手段は、熱陰極管からなる像再生用光源２と、
像再生用光源２から発せられた光を透過して情報を含む
光とする透過型液晶表示素子３と、折り返しミラー４と
からなる。この発光手段は、ケースの本体部１に保持さ
れていて、やはりケースの本体部１に保持されたホログ
ラム５との相互配置が固定されている。

【００１３】発光手段から発せられた光はホログラム５
面に照射されて、観視者７に向けて回折される。こうし
て、観視者７はホログラム５を介して前方に所定の位置
に表示虚像１０を視認することができる。

【００１４】また、本体部１は基台部８上に支持され、
図１に示すＡ点を中心としてある範囲で回動が可能であ
る。そして、基台部８を自動車のダッシュボード上に両
面粘着テープ等により固定することによって、本例にお
けるホログラフィック表示装置を自動車用ＨＵＤに用い
ることができる。

【００１５】通常、自動車では、前方を直視した状態の
運転者の目の位置の分布を統計的に表したアイレンジと
アイレンジを長円として表したアイリプスがＪＩＳ Ｄ
００２１により定義されている。このアイリプスの側面
図で９０パーセンタイルではアイリプス短軸の長さは６
７ｍｍ、９５パーセンタイルではアイリプス短軸の長さ
は８６ｍｍ、９９パーセンタイルではアイリプス短軸の
長さは１２２ｍｍとなっている。

【００１６】さらに、本発明のホログラフィックディス
プレイ装置が通常設置される位置はダッシュボード上で
あり、アイポイントからホログラフィックディスプレイ
装置のホログラム中心の距離は車種や運転者により異な
るが、７５０ｍｍ〜９００ｍｍ程度となる。

【００１７】そのため、余裕を考慮して距離を７５０ｍ
ｍとすると、９０パーセンタイルでは約５．１度、９５
パーセンタイルでは約６．６度、９９パーセンタイルで
は約９．３度の最適観察位置の回動範囲が必要である。

【００１８】そこで、本発明のホログラフィックディス
プレイ装置では装置をダッシュボード上に取り付けたま
ま、可動できるようにした。本例では本体部１がＡ点を
中心として±６度回転できる構造になっており、図２は
＋６度回転した場合、図３は−６度回転した場合であ
る。この結果、本発明のホログラフィックディスプレイ
装置を水平に設置した場合、垂直距離で約±７４ｍｍ観
察位置を変化させることができ、９９パーセンタイルを
確保することが可能となった。このため、観視者は自分
で本装置を可動調整し最適位置を設定することができ
る。

【００１９】さらに、本装置が設置されるダッシュボー
ドが水平でなくとも、この可動範囲内での設置が可能と
なる。

【００２０】像再生用光源２としては管径８ｍｍの発光
有効長７０ｍｍの熱陰極管を用い、透過型液晶表示素子
３と反対側には反射板９を設けた。ここで像再生用光源
２としては、熱陰極管のほかタングステンランプ、ハロ
ゲンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ、蛍光表示
管、冷陰極管、ＬＤ（レーザーダイオード）などがあ
り、単色性の良い光源が好ましく、これらから発する光
がホログラムに投射されるまでの光径路内に、必要に応
じて、他のミラー、プリズム、レンズ、色フィルターや
偏光素子等の光学部品を配置してもよい。

【００２１】また、透過型液晶表示素子３としては、Ｖ
ＨＣ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｔｒａｓｔ） ＬＣ
Ｄと呼ばれる液晶表示素子を用い、その光源２側にはフ
ィルタ、拡散板（図示しない）を貼付した。その他、Ｖ
ＨＣ ＬＣＤにかわる表示素子としては、ドットマトリ
ックス型や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アクティブマト
リックス駆動方式の透過型液晶表示素子を用いてもよ
く、カラーフィルターを設けて多色表示とすることも可
能である。この場合には、対応する光を発する光源、多
色露光されたホログラムを用いることが必要である。さ
らに、発光表示手段にはＬＣＤのような受光型表示素子
を用いず、蛍光表示管のような自己発光型を用いてもよ
い。

【００２２】また、本例では透過型液晶表示素子３の表
示パターンはセグメントパターンによるスピード表示と
した。もちろんこれに制限されず、その表示用途により
表示パターンは適宜選択されるものであり、車両の警告
灯、ウィンカー、車幅灯、コーナーマーカーなどが例と
して挙げられる。また、観視者とは、主に車両の運転手
であり、その他、助手席その他の同乗者や、これらすべ
てを含めることができる。

【００２３】そして、装置全体をコンパクトにし、かつ
表示素子とホログラム間の距離を得るため、折り返しミ
ラー１４を設けた。一般的にホログラムにレンズ効果を
持たせ倍率を大きくすると収差を生じやすい。経験的、
実験的には倍率は３倍程度までが好ましいため、虚像の
位置をホログラムから４５０ｍｍとして倍率３倍で表示
素子とホログラム間の距離は１５０ｍｍ必要となる。

【００２４】本例では、ホログラム５は合わせガラス６
に封入されており、ガラス基板表面にホログラム５を貼
り付け、さらにホログラム５の表面にポリビニルブチラ
ール等の合わせ中間膜を介して反射防止膜の付いたカバ
ーガラス板が積層されているものである。そしてこのホ
ログラム５が封入された合わせガラス６は本体部１の水
平面に対して６５度の角度で保持されている。

【００２５】ホログラム５は、光源２の熱陰極管の輝線
スペクトルと合わせるため、中心回折波長を５４３ｎｍ
とし、入射角１９度、回折角３１度、回折効率７５％、
透過型液晶表示素子３とホログラム５の距離を１５０ｍ
ｍ、ホログラム５から虚像１０までの距離を４５０ｍｍ
となるように作製した反射型ホログラムである。なお、
ホログラム５の仕様はこれらに制限されるものではな
く、装置構成により種々の変更が可能である。

【００２６】またホログラム５は、厚さ２０μｍ、縦６
０ｍｍ、横８０ｍｍのアクリル系フォトポリマーからな
るリップマンタイプの体積・位相型の反射型ホログラム
を用いた。

【００２７】ホログラムは、通常は数十ｍｍ角〜数百ｍ
ｍ角程度の面積で、数μｍ〜数十μｍ程度の厚みであ
り、光回折機能を持つもので、リップマンタイプ（反射
型）のものが比較的使いやすいが、その他ホログラムと
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、その他のフォトポリマー、重クロム
酸ゼラチン、銀塩など種々の感光材を用いることができ
る。

【００２８】ホログラムの中心回折波長は、前記の光源
のピーク波長または輝線スペクトルとほぼ一致させるこ
とが、回折効率を高めるうえで好ましい。また、性質の
異なる光で多重露光を施して形成したものであったり、
異なる光で露光した複数のホログラムを重ねたものであ
ってもよい。

【００２９】ホログラムは、外的要因からの保護の点に
鑑みて、合わせガラスの内部に封入して用いることが好
ましい。合わせガラスは、少なくとも一枚のガラスにポ
リビニルブチラール膜、ポリウレタン膜等の合成樹脂膜
を積層、接着したものであり、その形態の例としては、
ガラス板／合成樹脂膜、ガラス板／合成樹脂膜／ガラス
板、ガラス板／合成樹脂膜／合成樹脂基板のものがあ
る。ホログラムは、これらのガラス板または合成樹脂膜
の境界部に封入されればよい。ホログラムの装着される
ガラス板は、着色されていたり、表面に反射防止膜や黒
色系のセラミックス、熱線反射膜等が設けられていても
よい。また、ガラス板は熱的変形が少ないのでホログラ
ムの保持としては最適であるが、コスト面、軽量化、割
れによる危険防止の観点からはガラス板の代りに樹脂基
板を用いることもできる。この場合にも、２枚の樹脂基
板の間に接着剤等でホログラムを封止することが、外的
要因からの保護の点に鑑みて好ましい。さらには、樹脂
基板と透明樹脂フィルムとの組み合わせでもよく、その
表面に反射防止膜や樹脂基板の保護のためのハードコー
トがなされていてもよい。

【００３０】その他、発光手段には凹面鏡等の光学部材
が備えられていてもよく、表示虚像の色ぼけの防止や発
光手段の所望の大きさを得るために、種々の光学部材が
備えられていてもよい。さらには、折り返しミラー４の
代わりに他のホログラムを用いて、２枚のホログラムで
収差補正を行うこともできる。

【００３１】そして、本発明のホログラフィックディス
プレイ装置における可動機構は図１に示すものに限ら
ず、観視者の位置に応じた水平方向の回転を与える構造
としたり、カメラの雲台等に用いられるボールジョイン
トを用いるなど種々の変更ができる。

【００３２】さらに、モーター駆動によりスイッチで可
動を可能にしたり、一度設定した状態を記憶し、複数の
観視者の最適位置に即座に対応できるようにしてもよ
い。

【００３３】また、ホログラム５を封入した合わせガラ
ス６を本体１側に倒れるようにして未使用時にはコンパ
クトになるようにし、使用時にのみ合わせガラス６を起
こして設定角度にすることも可能である。

【００３４】本発明のホログラフィックディスプレイ装
置は、観視者たる運転者等の自然な視野内である車両の
フロントガラスの近傍に配置することが好ましく、車両
のダッシュボード上に設置することが好ましいが、特に
これに捕らわれず設置が可能である。

【００３５】図４は車両のダッシュボードの一部に空間
を設け、本発明のホログラフィックディスプレイ装置を
設置した場合である。このとき、本発明のホログラフィ
ックディスプレイ装置の本体部をほぼダッシュボード内
に収まるようにすることで、さらに見栄えの良いものと
することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、ホログラムと発光手段
とが一体となっていて、各々の相互配置が固定され、ホ
ログラムと発光手段とが基台部に対して一体となって可
動できるため、複数の観視者の最適な位置で視認できる
ので、多様な観視者に対応できる。

【００３７】また、車両に搭載する前にホログラムと発
光手段との相互配置を調整しておくことにより、表示虚
像にぼけや歪等の収差が低減された状態で車両に搭載で
きるホログラフィックディスプレイ装置が得られる。そ
して、この調整は車両に搭載する前や装置の出荷時であ
るため、調整作業を簡単に行うことができる。

【００３８】特に、本発明のホログラフィックディスプ
レイ装置を車両の運転者の前面のダッシュボード上等に
搭載する場合には、その車両スペースや、外観、さらに
は前方視野の確保のため、ディスプレイの大きさがコン
パクトで小さいものが要求されるが、本発明によれば、
画像品質が良くコンパクトに車両に搭載することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラフィックディスプレイ装置の
基本的構成の一例を示す概略側断面図

【図２】図におけるホログラフィックディスプレイ装置
の可動状態の一例を示す概略側断面図

【図３】図におけるホログラフィックディスプレイ装置
の可動状態の別の例を示す概略側断面図

【図４】本発明のホログラフィックディスプレイ装置を
車両に取り付けた状態の一例を示す概念図

【図５】従来のＨＵＤの構成を示す概念図

【符号の説明】

１：本体部 ２：光源 ３：透過型液晶表示素子 ４：折り返しミラー ５：ホログラム ６：合わせガラス ７：観視者 ８：基台部 ９：反射板 １０：表示虚像 １１：情報を含む光線 ３１：観視者 ３２：コンバイナー ３３：情報を含む光線 ３４：表示虚像 ３５：透過型液晶表示素子 ３６：光源 ３７：フロントガラス ３８：車両ボディー ３９：レンズ ４１：ホログラフィックディスプレイ装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光手段と、該発光手段を保持するケース
   と、該ケースに保持されていて前記発光手段から発せら
   れた光を観視者に向けて回折するホログラムとを少なく
   とも備えたホログラフィック表示装置において、前記ケ
   ースは、発光手段を保持する本体部と該本体部を可動自
   在に支持する基台部とからなっており、前記発光手段と
   ホログラムとは、前記本体部を介して相互配置が固定さ
   れるように保持されていることを特徴とするホログラフ
   ィック表示装置。