JPH0916061A - ホログラム表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】予め白色スクリーン８の像を記録したホログラ
ムフィルム６を風防ガラス２に設け、液晶表示素子５の
パターンに応じて８セグメントにパターン化された再生
光を凸レンズ３を介してホログラムフィルム６上に投影
し、このパターン化された再生光により８セグメントの
形に部分的に白色スクリーンのホログラム像を再生す
る。 【効果】動歪みがなく、ポリゴンスキャナー等の振動に
弱い光学素子を使用する必要もなく車載用に適したホロ
グラム表示システムを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラム表示システ
ムに関し、特に車両、船舶、航空機などの乗物の風防ガ
ラスを介して、運転者に速度等の必要な情報を表示する
車載用ホログラム表示システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】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とす
る）が最近用いられるようになっている。従来のＨＵＤ
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６に示す。発光表示装置１７
から発した光を反射型ホログラムレンズ１３で運転者２
１に向かって回折させ、風防ガラス２の前方の遠方にで
きる虚像１４を観察するものである。

【０００５】しかしながら、この方法では、運転者２１
（観察者）が観察するのは虚像であるため、目の位置が
動くと、虚像１４の位置が変化するだけでなく、虚像１
４の歪み方も変化することになり、運転中に虚像１４の
形状が様々に変形して見えるという問題が生じていた。

【０００６】特に、表示されるべき素子像とその虚像と
の大きさの比（倍率）を大きくすると、運転中に観察さ
れるこのような虚像の歪みの変化（動歪み）が大きくな
り、観察者に不快感を与えるだけではなく、表示の視認
性を著しく低下させ、安全上の問題も大きくなるという
問題があった。

【０００７】そこで、このような問題を解決するため
に、複数の形象的な画像を予めホログラムに記録してお
き、それら複数の形象的な画像のうち表示したい画像が
記録されたホログラムの領域に再生光を投射してその特
定の形象的な画像を表示させることが提案されている
（特開平５−２７８４９８号参照）。

【０００８】さらに、この公開公報においては、複数の
マトリックス状のドットや８セグメントのパターン文字
等を予めホログラムに記録させておき、このホログラム
に高分解能で再生光をラスタ走査することによって、ド
ットやセグメント文字で多様な表示をすることも提案さ
れている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
マトリックス状のドットや８セグメントのパターン文字
等を予めホログラムに記録させておいた場合において、
このホログラムに再生光を高分解能でラスタ走査するに
は、ポリゴンスキャナー、ガルバノスキャナー等の高精
度の光学素子が必要となるが、これらの光学素子は振動
に弱いため、車載用表示システムとして実現することが
難しかった。

【００１０】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、動歪みがなく、しか
も、ポリゴンスキャナー、ガルバノスキャナー等の振動
に弱い光学素子を使用する必要がなくて車載用表示シス
テムとして実現可能なホログラム表示システムを提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題に
鑑みてなされたものであり、予め像を記録したホログラ
ムにパターン化した再生光を結像光学系を介して投影
し、前記ホログラムに予め記録された像の少なくとも一
部を前記再生光のパターンに応じてパターン化して再生
することを特徴とするホログラム表示システムを提供す
るものである。

【００１２】このパターン化した再生光は、好ましく
は、光源と光シャッター群とを有し光源からの光を光シ
ャッター群のそれぞれの光シャッターの開閉状態に応じ
てそれぞれの光シャッターによってそれぞれ透過または
遮断することによってパターン化するパターン化光発生
手段によって発生される。

【００１３】この光シャッター群としては、光のシャッ
ターとなり得る受光型表示素子が好ましく用いられ、よ
り好ましくは液晶表示素子が用いられる。

【００１４】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。

【００１５】光源としては、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、
熱陰極放電管などが好ましく用いられる。

【００１６】なお、パターン光発生手段として、光源と
光シャッター群とを別々に用いずに、光源自体をパター
ン化して配列し、特定の情報をパターン化した光として
発生するものを用いてもよい。

【００１７】また、再生光を投影する結像光学系に絞り
を設け、ホログラム再生像のボケを視認できない程度に
再生光の開口を狭めることが好ましい。

【００１８】また、好ましくは、再生光を投影する結像
光学系の手前に、実質的にコンデンサーレンズとして働
く光学素子を含む照明光学系を配置する。

【００１９】なお、パターン化した再生光を結像光学系
を介して予め像を記録したホログラムに投影すると共
に、パターン化した再生光が投影されない領域において
もパターン化した再生光よりも弱い再生光を結像光学系
を介してホログラムに投影し、ホログラムに予め記録さ
れた像の一部を再生光のパターンに応じてパターン化し
て再生すると共に、予め記録された像のうちパターン化
して再生される部分以外の部分もこの弱い再生光により
再生し、パターン化して再生される部分以外の部分のホ
ログラム再生像をパターン化して再生されるホログラム
再生像の背景とすることもできる。この場合において
は、コントラストの低い液晶表示素子を用いれば、パタ
ーン化した再生光とパターン化した再生光よりも弱い再
生光とを同時に得ることができる。

【００２０】以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明
する。ここでは、車載用ホログラム表示システムを例に
とって説明する。

【００２１】図１は、本発明の車載用ホログラム表示シ
ステムの概念図であり、車両の風防ガラス２の下方には
再生光投影器１が備えられている。この再生光投影器１
は、光源１１から発した光が、コンデンサーレンズ等の
照明光学系４、液晶表示素子等の光シャッター群５を通
過して、表示すべき情報を含むパターン化した光線とな
ったものを、レンズなどの結像光学系３を用いて、風防
ガラス２に設けられた予め像を記録したホログラムフィ
ルム６に結像するように投影するものである。このパタ
ーン化した光線束を再生光として、予めホログラムフィ
ルム６に記録された像のうちこのパターン化した再生光
に対応する部分をホログラム再生像７としてパターン化
して再生する。このように再生光投影器１とホログラム
フィルム６とを配置することにより、再生光投影器１に
より部分的に照明されて再生されたホログラム再生像７
として情報を表示することができる。

【００２２】なお、予め記録する像としてはすりガラス
のような均一なスクリーンでも、細かい任意の立体パタ
ーンを持ったスクリーン状のものでも、マトリックス状
のドットでも、８セグメントのパターンでも、形象的な
画像でもよい。

【００２３】また、再生されるホログラム再生像７は、
風防ガラス２の奥に見えても、風防ガラス２から手前側
に浮き出して見えても、また風防ガラス２と同一面で
も、風防ガラス２から傾いていてもよい。

【００２４】結像光学系３としてはレンズのほかに、凹
面鏡やホログラムを用いることも可能であるし、それら
を組み合わせることも可能である。照明光学系４につい
ても同様である。

【００２５】ところで、ホログラム露光時の参照光は、
球面波や平面波等の単純な波面を用いるのに対し、結像
光学系を用いた再生光は集束光の集合であり、複雑な波
面を持つ。ホログラムの再生光は、本来は、参照光と同
一であることが光学特性上からは望ましいが、球面波や
平面波等を使用するためには装置が複雑になってしまう
ので、結像光学系を用いることが装置の簡便さ等の点か
らは好ましい。しかしながら、結像光学系を用いた再生
光では、ホログラムの収差が発生し、ボケが大きくなっ
てしまうという問題があり、特にホログラム再生像７の
位置をホログラムフィルム６から離した位置に再生する
ほど深刻なボケとなる。これを改善するには、結像光学
系３の開口を小さくし、再生光の集束性を減らすことが
有効である。望ましくはホログラム面に対する開口数を
０．１以下とするとよい。ただし、開口を小さくすると
再生光が暗くなってしまうので、コンデンサーレンズ４
を用いて光源１１の光束を効率良く結像レンズ等の結像
光学系３に入れるようにする。また、このように結像光
学系３の開口が小さくなるので、結像光学系３を結像レ
ンズで構成する場合には簡単なレンズの構成で済ますこ
とができる。なお、結像光学系３の開口を小さくするに
は、好ましくは、結像光学系３の光源１１側に絞り等を
設ける。

【００２６】なお、ホログラムフィルム６は、２枚のガ
ラスに挟み込み封入することも可能である。

【００２７】また、このように、本発明を車載用ホログ
ラム表示システムに適用する場合には、ホログラムを設
ける場所として車両の窓ガラス、特に風防ガラスを用い
ることが好ましい。

【００２８】風防ガラス２にホログラムを設ける位置
を、風防ガラス２の周辺部にコーティングされている遮
光ペースト（黒色ペースト）部にしてもよい。これは、
透明なガラス部にホログラムを設けて結像させると、車
外が明るいときに再生像のコントラストが低下し視認が
困難になってしまうので、それを防止するためである。

【００２９】また、ホログラムを設ける位置としては、
風防ガラス２の周辺部が好ましい。これは、風防ガラス
２の中央付近の一部にホログラムを設けて結像させ、拡
散効果をガラスに付加すると前景の視認が困難になるた
めである。

【００３０】さらに、風防ガラス２の下端付近にホログ
ラムを設けて表示を行えば、車のボンネットの視認は阻
害するものの、実質的に運転に支障をきたすような前景
の視認阻害はなくなり好ましい。

【００３１】さらに、風防ガラス２の下端中央付近に表
示することにより視認速度が向上することも確かめられ
たので、風防ガラス２の下端中央付近にホログラムを設
けて表示することがより好ましい。

【００３２】また、風防ガラス２の代わりにインストル
メントパネルの窓を用いることもできる。インストルメ
ントパネルの窓に表示する場合には、メーター等と重ね
て表示してもよい。特に、タコメーターのように、必ず
しも常時見えている必要の無いメーター上に、適宜必要
な情報を映し出すようにすることで、狭いインストルメ
ントパネルを有効に利用することができる。

【００３３】ここで、本発明におけるパターン化して表
示すべき情報は、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、エアコン表示、オーディオ表示
や、ナビゲーション情報等が例として挙げられる。

【００３４】また、本発明を車載用ホログラム表示シス
テムに適用した場合には、パターン化して再生されたホ
ログラム再生像を観察する観察者は、主には車両の運転
者であるが、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。

【００３５】さらに、本発明をＨＵＤに適用すれば、ダ
ッシュボード内にある通常の表示器を視認するのに比
べ、運転中に視線を動かすことが少ないので、視認性に
優れている。

【００３６】以上においては、本発明を適用する分野と
して、車載用ホログラム表示システム、特に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。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３８】（実施例１）図２のように、風防ガラス２
の下部にホログラムフィルム６を封入し、焦点距離４０
ｍｍの凸レンズからなる結像光学系３をホログラムフィ
ルム６より２５０ｍｍの所に、８セグメントの液晶表示
素子からなる光シャッター群５を凸レンズからなる結像
光学系３から約５０ｍｍの所に配置した。また凸レンズ
に接して直径１０ｍｍの絞り１５を置いた。照明光学系
４としてコンデンサーレンズを用い、コンデンサレンズ
によって、光源１１の光束が凸レンズ上でほぼ集束する
ようにした。また光源１１はハロゲンランプにリフレク
ターを装着したものを使用した。

【００３９】図３に、ホログラムフィルム６の露光法を
示す。ガラス基板１２にホログラムフィルム６を張り付
け、これを反射防止処理した反射防止処理ガラス１０で
インデックスマッチング液を介して挟んだ。ホログラム
フィルム６から５ｍｍ離したところに白色スクリーン８
を置き、その逆方向にホログラムフィルム６から２５０
ｍｍの所に点光源９（レーザー光）を配置して露光し
た。

【００４０】図４のように、凸レンズからなる結像光学
系３により、風防ガラス２に設けたホログラムフィルム
６上に液晶表示素子５のパターンに応じた８セグメント
の再生光を結像した。そのときの倍率は約５倍であっ
た。観察者１６は、ホログラムフィルム６上に投影され
た再生光により、８セグメントの形に部分的に再生され
たスクリーン再生像７を風防ガラス２から５ｍｍ離れた
位置に、はっきり読み取ることができた。また、表示位
置は風防ガラス２の下部であったため、運転に支障をき
たすような前景の視認阻害をおこすこともなかった。

【００４１】（実施例２）本実施例においては、実施例
１で用いた白色スクリーン８の代わりに、図５のような
細かい白色の立体のドット１８と白色の立体のロゴ１９
とを黒色平板２０に張り付けたものを露光してホログラ
ムフィルム６を作製した。再生光投射器１に用いる液晶
表示素子は、ドットマトリクス型でコントラストの低い
ものを使用した。液晶表示素子のドットマトリックスの
うち所定のパターンのドットについて光が透過するよう
にした。本実施例においてはコントラストが低い液晶表
示素子を用いたので、光が透過するようにされた液晶表
示素子の所定のパターンのドット以外の部分も弱い光が
透過した。これにより、弱い光により薄暗く再生された
立体ドットとロゴを背景として、光が透過するようにさ
れた液晶表示素子の所定のパターンのドットを介してホ
ログラムに投影された光によって再生された明るい立体
ドットによる表示を読み取ることができた。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、予め像を記録したホロ
グラムに再生光を投影してホログラム再生像を再生する
から、動歪みのないホログラム表示システムを得ること
ができる。特に、ホログラムに記録する像もパターン化
されたものとすれば、このパターンのうち再生したい部
分に対応するように再生光をパターン化して投影するこ
とによって、そのパターンに応じて豊かな情報を観察者
に提供することができる。

【００４３】また、再生光をパターン化してホログラム
に投影するから、簡単で振動に強い光学系を使用するこ
とができ、ポリゴンスキャナー、ガルバノスキャナー等
の振動に弱い光学素子を使用する必要がないので、車載
用表示システムとして好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラム表示システムを説明するた
めの概念断面図。

【図２】本発明のホログラム表示システムの実施例１を
説明するための概念断面図。

【図３】本発明に使用するホログラムの露光法の一例を
説明するための断面図。

【図４】本発明のホログラム表示システムの再生法の一
例を説明するための斜視図。

【図５】本発明の実施例２に使用するホログラムを露光
する際に使用されるスクリーンの図。

【図６】従来のホログラム表示システムを説明するため
の側面図。

【符号の説明】

１：再生光投影器 ２：風防ガラス ３：結像光学系 ４：照明光学系 ５：光シャッター群 ６：ホログラムフィルム ７：ホログラム再生像 ８：白色スクリーン ９：点光源 １０：反射防止処理ガラス １１：光源 １２：ガラス基板 １３：反射型ホログラムレンズ １４：虚像 １５：絞り １６：観察者 １７：発光表示装置 １８：立体ドット １９：立体ロゴ ２０：黒色平板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め像を記録したホログラムにパターン化
   した再生光を結像光学系を介して投影し、前記ホログラ
   ムに予め記録された像の少なくとも一部を前記再生光の
   パターンに応じてパターン化して再生することを特徴と
   するホログラム表示システム。
2. 【請求項２】前記パターン化した再生光を、光源と光シ
   ャッター群とを有し前記光源からの光を前記光シャッタ
   ー群のそれぞれの光シャッターの開閉状態に応じて前記
   それぞれの光シャッターによってそれぞれ透過または遮
   断することによってパターン化するパターン化光発生手
   段によって発生することを特徴とする請求項１記載のホ
   ログラム表示システム。
3. 【請求項３】前記光シャッター群が液晶表示素子である
   ことを特徴とする請求項２記載のホログラム表示システ
   ム。
4. 【請求項４】前記再生光を投影する前記結像光学系に絞
   りを設け、ホログラム再生像のボケを視認できない程度
   に前記再生光の開口を狭めることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載のホログラム表示システム。
5. 【請求項５】前記再生光を投影する前記結像光学系の手
   前に、実質的にコンデンサーレンズとして働く光学素子
   を含む照明光学系を配置したことを特徴とする請求項１
   〜４のいずれかに記載のホログラム表示システム。
6. 【請求項６】前記パターン化した再生光を前記結像光学
   系を介して前記ホログラムに投影すると共に、前記パタ
   ーン化した再生光が投影されない領域においても前記パ
   ターン化した再生光よりも弱い再生光を前記結像光学系
   を介して前記ホログラムに投影し、 前記ホログラムに予め記録された像の一部を前記再生光
   のパターンに応じてパターン化して再生すると共に、前
   記予め記録された像のうち前記パターン化して再生され
   る部分以外の部分も前記弱い再生光により再生し、前記
   パターン化して再生される部分以外の部分のホログラム
   再生像を前記パターン化して再生されるホログラム再生
   像の背景とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
   かに記載のホログラム表示システム。