JPH10240109A - ホログラフィック表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホログラムで再生される３次元像が移動する表
示装置を得る。 【解決手段】ホログラム再生用光源３０からの光の照射
によりホログラムに記録された３次元像２０を再生する
際に、再生用光源３０の位置がホログラムに対し実質的
に可動であって、再生された３次元像２０を可動とする
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、ホログラフィック
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のホログラム材料やレーザー技術の
進展により、ホログラムを用いた製品が増加している。
例えば、情報を含む光を回折し観察者に情報を表示する
ホログラフィック表示装置などにおいて、ホログラムは
光学素子として用いられている。また、ＩＤカードやク
レジットカードの偽造防止用マークや、装飾用ホログラ
ム、ホログラムカレンダーなどではイメージを記録した
ホログラムが用いられている。

【０００３】具体的例として以下のものがある。自動車
等の車両の運転者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）などの表示装
置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。

【０００４】図７は、従来のＨＵＤの一例を示す概念図
である。光源６から発し、レンズ系４を介して透過型液
晶表示素子５を通過した表示すべき情報を含む光３は、
車体の風防ガラス７に備えられたホログラム２に照射さ
れ、回折されて運転者に観察位置１で視認される。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
る。このとき、風防ガラス７は合わせガラスからなり、
ホログラム２はこの合わせガラス内に封入され、全体と
してホログラム積層体が構成されている。また、ホログ
ラム２は波長選択機能を持ち、多重露光したホログラム
を用いることによって、希望する多色の像が表示可能と
なる。例えば、速度表示８を緑色、警告表示９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。

【０００５】コンバイナ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、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
とが可能である。また、回折スペクトルの半値幅が狭い
ため、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の特徴
はあくまでもシステムの小型化や高輝度化に役立つだけ
であって、表示虚像自身は、観察する運転者にとってハ
ーフミラーを用いたＨＵＤと比べて大きく変わるもので
はない。凹面鏡の単なる置き換えだけでは、ホログラム
を用いる商品としての魅力を十分に発揮させていなかっ
たのである。

【０００７】一方、３次元像を記録したホログラムはリ
アルな像再生という点では優れるが、固定した像しか再
生されないためＨＵＤのような情報表示装置としては不
十分である。芸術の分野では、見る方向により像が変化
するいわゆるマルチプレックス型ホログラムが用いられ
る場合もあるが、量産には適さず、個々の像が非常に暗
いものとなるなどの問題があり、ＨＵＤのような実用に
供することは難しい。

【０００８】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の課題を解決することにあり、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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ホログラム再
生用光源と、基材と、該基材に配されて前記再生用光源
からの光の照射により記録された像が再生されるホログ
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、前記ホログラムに記録された像は３次元像であ
り、前記再生用光源の位置が前記ホログラムに対し実質
的に可動であって、前記再生された３次元像を可動とす
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。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明をさ
らに詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明のホログラフィック表示装
置の一例を示す概念図である。５０は透明基板に自動車
の３次元像を記録したホログラムを積層したホログラム
積層体である。このホログラム積層体５０にホログラム
再生用光源３０からの光を照射することにより、前方に
自動車の３次元像２０が再生され、観察者１に視認され
る。

【００１２】本発明では、ホログラム再生用光源３０を
ホログラム５０に対して実質的に可動としている。この
例では再生用光源３０の位置を移動機構により上下左右
に移動させることにより、３次元像２０の位置を上下左
右に動かすことができる。

【００１３】図２は、本発明のホログラフィック表示装
置の別の例を示す概念図である。この例では光源を実際
に移動させるのではなく、複数の光源を配置した複合再
生用光源３１を用いる。そして、その中で発光させる光
源を適宜選択すれば、ホログラム５０に対して再生用光
源の位置が実質的に移動したことになる。その結果、３
次元像２０の位置を上下左右に動かすことができる。

【００１４】本発明のホログラフィック表示装置によっ
て、従来固定していた３次元像を移動させることが可能
となり、従来は活かされていなかったホログラムの特徴
を発揮したＨＵＤなどが実現できる。

【００１５】特に、３次元像再生用光源の他に、表示す
べき情報を表示する表示体と情報表示用光源とからなり
表示すべき情報を含む光を発生する情報表示源を別途設
け、その光を観察者に向けて反射または回折し虚像とし
て表示するＨＵＤの機能を併せ持たせることが効果的で
ある。

【００１６】すなわち、３次元像とＨＵＤの虚像とを重
ね合わせて表示させ、背景となる虚像に対して３次元像
を移動させることにより、従来にない表現力を持った表
示装置が実現できる。その虚像と３次元像の結像距離や
方向は同一であってもよいし、必要に応じて異ならせて
もよい。情報を含む光を観察者に向けて反射または回折
させて虚像を視認させる手段としては、ハーフミラーな
どの表面反射を利用してもよいし、ホログラムの回折を
利用してもよい。

【００１７】本発明におけるホログラムは、通常数１０
ｍｍから数１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍから数１
０μｍ程度の厚みを有するものが例示される。このホロ
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。そして、ホログ
ラムのタイプも、透過型、反射型等、特に制限はない。
ホログラム記録材料としては、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。

【００１８】本発明における基材は、用途や使用状態に
応じて適宜選択されるものである。ホログラムに対し
て、再生光の入射側や回折光の出射側が透明な基材であ
ることはいうまでもないが、これは光を部分的に透過す
るものであってもよい。例えば、色付きでない透明ガラ
ス板や、そのほかにブロンズやグリーンなどに色付けさ
れたガラス板も基材として使用できる。また、再生光や
回折光が通過しない部分は不透明であってもよい。基材
の材質としては、ガラスのほか、アクリル、ポリカーボ
ネート、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィンなどの樹脂基
板でもよいし、透明な結晶体などであってもよい。ま
た、基材の厚さについても厚さ数ｍｍの板のほか、厚さ
１ｍｍ以下のフィルムでもよいし、厚さ数ｃｍのブロッ
ク体であってもよい。また、これらの基材の表面は反射
防止コーティングやハードコーティングが施されていて
もよい。

【００１９】３次元像再生用光源としては、点光源に近
い性質の光源が望ましい。例えば、ランプ類（ハロゲン
ランプ、キセノンランプなど）や、発光ダイオード、半
導体レーザーなどが挙げられる。またこれらの光源と適
切なレンズ系などの光学部品を併用してもよい。再生用
光源の移動や複数個の集積化のしやすさ、さらには光学
部品との一体化が実現されている点で、小型軽量な発光
ダイオード、半導体レーザーなどが好ましい。

【００２０】３次元像は図１、図２では単一の３次元像
を記録した例を示したが、１枚のホログラムに複数の物
体の３次元像を多重露光したり、別々の物体の３次元像
を記録した複数のホログラムを積層して用いてもよい。
この場合、各々の像を独立に表示するために、記録され
る波長や再生角度を相互に異ならせておくことが好まし
い。

【００２１】例えば、ＨＵＤの経路誘導表示と自車を表
す車の３次元像とを重ねて表示する場合、自車を表す車
の３次元像を約５７０ｎｍで、目的地やランドマークの
表示を６４７ｎｍの光で記録しておき、黄緑色および赤
色の発光ダイオードでそれぞれを再生すれば、ＨＵＤの
平面的な表示と色の異なる複数の３次元像が重なって表
示されろこととなり、非常に表現力豊かなホログラフィ
ック表示装置が実現できる。色の異なる発光ダイオード
を用いる場合、それぞれのチップが一つの樹脂モールド
に収まった素子を用いることは、小型化のためには好ま
しい。

【００２２】本発明のホログラフィック表示装置の形態
としては、自動車の風防ガラスを基材とした車両用ＨＵ
Ｄなどとして実現できる。

【００２３】また、コンバイナが情報表示源を備えた本
体部に軸支され、車両のダッシュボード上に載置されて
運転者等に運転情報を視認させる、いわゆる別置き型Ｈ
ＵＤ（図３参照）としても好ましく使用できる。この場
合、ホログラムを備えた基材５０を樹脂材料とすれば、
ガラスとは異なり小型・軽量であり、万一ぶつかっても
破損が少ないという点で好ましい。

【００２４】ホログラムを備えた基材５０は、保持部材
５４を介してＨＵＤの本体部５１に回動自在に軸支され
ている。本体部５１の底面には脚部５３が設けられてい
て、この脚部５３がＨＵＤの設置場所（例えば車両のダ
ッシュボード上）に保持される。本体部５１内には、黄
緑色発光ダイオードからなる３次元像再生用光源５８が
備えられており、その光をホログラム５０に照射するこ
とにより３次元像２０が得られる。そして、この光源５
８を移動機構５９により左右（図では紙面に垂直方向）
に移動することにより、３次元像２０を左右に動かすこ
とができる。

【００２５】それとは別に、情報表示用光源５７と表示
体５６とからなる情報表示源が備えられていて、コンバ
イナに向けて情報を含む光を照射する。この光がホログ
ラムによって反射回折され、観察者（例えば運転者）に
表示虚像２１として視認されることになる。なお、本例
では、観察者に表示虚像を視認させるコンバイナに、３
次元像を記録した上記のホログラムを用いている。この
場合、３次元像と表示虚像とを視認できるように多重露
光されたホログラムを用いる。また、３次元像用のホロ
グラムと他の虚像表示用のホログラムとを積層してコン
バイナを形成してもよい。

【００２６】図４、図５にこのホログラフィック表示装
置の表示の例を示す。本例は、ホログラフィック表示装
置を乗り物の経路誘導情報を表示するための装置に用い
る場合の例である。図示のように、交差点拡大の地図表
示と進むべき方向を示す矢印などからなる表示虚像２１
と、自車を表す車両の３次元像２０が重ねて表示され
る。このときＧＰＳや自立航法装置からの情報により地
図表示中のどの部分に自車の３次元像を表示すべきかを
計算して、それに合わせて３次元像再生用光源の位置を
移動し３次元像の左右方向の位置を決め表示する。

【００２７】この例では光源５８の移動は一方向のみな
ので、３次元像も左右にしか動かない。しかし、車両の
進行に合わせて地図表示２１を回転ないしスクロールさ
せることによりそれを補うことができる。例えば、図５
では図４と比べ３次元像は右に動いただけだが、地図表
示２１の方向を回転し前に進めることにより、的確に表
現できる。またここには図示しないが、目的地表示やラ
ンドマーク表示などを重ねて表示してもよい。

【００２８】この別置き型ＨＵＤに代表されるホログラ
フィック表示装置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（ＨＣＴ）、
冷陰極管、蛍光表示管（ＶＦ）、ハロゲンランプ、発光
ダイオード、半導体レーザーなどからなる情報表示用光
源から発した光を照射するものであり、また、情報表示
用光源の光の一部を分けて３次元像再生用の光源として
併用することも可能である。

【００２９】また、本発明のホログラフィック表示装置
をカラー表示とする場合、この液晶表示素子としては、
カラーフィルタ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。

【００３０】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虚像が重なって表示され
る。逆に、この表示虚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と光源と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。

【００３１】この場合、コンバイナから表示虚像までの
距離は各色で同一とすれば同一平面内にカラー表示がで
き、また、色によって変えた場合には表示色によって表
示虚像の観察される距離の異なる立体的な虚像を得るこ
とができる。

【００３２】また、それとは別に、受光型表示素子を用
いず、上記の情報表示用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。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、ＫＮＯ₃ 等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００３３】本発明のホログラフィック表示装置を乗り
物用に用いる場合、表示すべき情報として、その表示用
途により適宜選択されるものである。全システムとして
は例えば図６に示すような系が例示できる。対象となる
情報としては、道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ）
などからの道路交通情報や駐車場空き情報、ＧＰＳによ
る自車位置情報、ＣＤ−ＲＯＭなどに納められた地図情
報、また、車両の様々な情報例えば自立航法の情報、ス
ピード計、タコメーター、シフトレバー表示などの運転
情報、さらには種々の警告ランプや、エアコン、オーデ
ィオ機器など付属機器の情報などがある。これらをナビ
ゲーション装置に供給し、制御装置により適宜ホログラ
フィック表示装置に表示すべき情報を選択、出力する。
例えば、走行位置周辺の交差点拡大表示をＨＵＤ用情報
表示源により表示するとともに、交差点拡大表示との相
対位置を計算して自車位置用光源や目的地表示用光源を
移動させ３次元像を表示するとよい。

【００３４】また別の例としては、車間距離センサーに
より求めた車間距離情報を表示する場合、前方車の表示
として車両の３次元像を用いるのも、視認性を高めるう
えで効果的である。

【００３５】上記自動車用のＨＵＤ以外にも、本発明の
ホログラフィック表示装置は種々の用途に用いることが
できる。例えば、風防ガラス周辺の暗色セラミック塗装
部にホログラムを配置したホログラフィック表示装置に
も利用できる。あるいは車両のコーナーを指示する虚像
コーナーマーカーなどホログラムを用いた表示装置全般
に広く応用できるものである。

【００３６】自動車以外では、航空機や船舶などでは緯
度、経度、高度、進行方向などの位置・方位情報や、気
象情報、レーダーの障害物情報、魚群探知機の情報な
ど、乗り物の運行や業務に関わる様々な情報が考えられ
る。また、観察者とは主には車両等の乗り物の運転手で
あるが、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。

【００３７】さらに、乗り物用表示装置以外にもショー
ウィンドウや街頭広告などに用いる装飾ホログラムに
も、本発明のホログラフィック表示装置を用いることが
できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、従来困難であったホロ
グラムによる３次元像の移動が可能となる。また、ＨＵ
Ｄなどに用いる表示虚像と合わせて表示すれば、今まで
にない表現力を持ったホログラフィック表示装置を得る
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表示装置の一例を示
す概念図

【図２】本発明のホログラフィック表示装置の別の例を
示す概念図

【図３】本発明のホログラフィック表示装置の別の例を
示す概念図

【図４】本発明のホログラフィック表示装置の表示の一
例を示す概念図

【図５】本発明のホログラフィック表示装置の表示の別
の例を示す概念図

【図６】本発明のホログラフィック表示装置の制御を表
すブロック図

【図７】ＨＵＤの一例を示す概念図

【符号の説明】

１：観察者 ３０、３１：３次元像再生用光源 ２０：３次元像 ２１：ＨＵＤの表示虚像 ５０：ホログラムを備えた基材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ホログラム再生用光源と、基材と、該基材
   に配されて前記再生用光源からの光の照射により記録さ
   れた像が再生され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、前記ホログラムに記
   録された像は３次元像であり、前記再生用光源の位置が
   前記ホログラムに対し実質的に可動であって、前記再生
   された３次元像を可動とすることを特徴とするホログラ
   フィック表示装置。
2. 【請求項２】情報表示用光源と表示すべき情報を表示す
   る表示体とからなり表示すべき情報を含む光を発生する
   情報表示源を有して、前記情報を含む光が観察者に向け
   て反射または回折されて虚像として表示する機能を併せ
   持つことを特徴とする請求項１記載のホログラフィック
   表示装置。
3. 【請求項３】前記３次元像と前記虚像とが合わせて表示
   されることを特徴とする請求項２記載のホログラフィッ
   ク表示装置