JPH1039141A

JPH1039141A - ホログラフィックディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH1039141A
Application number: JP8190954A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Takeuchi; 彰一竹内; Motoji Ono; 元司小野; Hiromi Sakurai; 宏巳桜井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】表示像の収差が低減されたホログラフィックデ
ィスプレイ装置を得る。【解決手段】プロジェクタ６からホログラム１に向かう
光軸に直交しないようにホログラム１が配されて、観察
者が視認する表示像の収差を補正する手段が備えられた
プロジェクタ６から発せられた表示像を、ホログラム１
面に結像させて観察者に情報表示するホログラフィック
ディスプレイ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用ヘッドアップ
ディスプレイ（以下ＨＵＤという）等各種表示用として
応用可能なホログラフィックディスプレイ装置に関す
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、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。これ
は、液晶表示装置等の表示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安全面の点から非常に有
効である。

【０００３】このコンバイナーとして、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ホログ
ラム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
で大画面の表示像が得られるという特徴もある。

【０００４】一方、特開平２−２４２２１１８号公報に
は、ホログラムに拡散面の実像を記録し、その拡散面の
記録面にプロジェクタにより実像を結像し、視認できる
ようにしたホログラフィックディスプレイ装置が提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示されて
いるホログラフィックディスプレイ装置は、ホログラム
面に拡散面の実像を記録し、その拡散面の記録面にプロ
ジェクタにより実像を結像するため、通常プロジェクタ
の光軸に垂直にホログラム面を配置することが歪み、ぼ
けが少ないという点で好ましい。

【０００６】しかし、この表示装置を差両用途に用いる
場合、特にホログラムを合わせガラスに封入して車両用
のディスプレイ装置とする場合には、プロジェクタを設
置できる位置や、フロントガラスの設置角度、さらには
表示像を観察する運転者の位置はシステム的制約により
プロジェクタの光軸に垂直にホログラム面を配置するこ
とは困難である。そのため、ホログラム面の法線とプロ
ジェクタの光軸とがずれた関係となり、結果的にその表
示像には収差が生じてしまう。すなわち、観察者が視認
する表示像にぼけや像歪が生じ、表示像の品質が劣化す
るという欠点を有していた。

【０００７】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
ホログラフィックディスプレイ装置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を解
決すべくなされたものであり、拡散板の拡散面の実像を
実質上ホログラム感光材料上に結像させ、これを物体波
としてホログラム感光材料の一方の面側に照射し、もう
一方の面側に参照波を照射することにより作製した反射
型ホログラムと、該ホログラム上に光の表示像を照射す
るプロジェクタとを少なくとも備え、該プロジェクタか
ら発せられた像をホログラム面に結像させて観察者が視
認できるようにしたホログラフィックディスプレイ装置
において、前記ホログラムはプロジェクタからホログラ
ムに向かう光軸に直交しないように配されており、前記
プロジェクタにはホログラム面に結像される像の収差を
補正する手段が備えられていることを特徴とするホログ
ラフィックディスプレイ装置提供するものである。

【０００９】

【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。図１は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念図であ
り、１はホログラム、２は運転者等の観察者、３は表示
体、４は投影レンズ、５は光源、６はプロジェクタ、７
はプロジェクタからホログラムに向かう光の光軸、８は
フロントガラスである。

【００１０】プロジェクタ６は、少なくとも光源５と表
示体３とを少なくとも備え、ホログラム面に表示像を結
像させるための投影レンズ４や付随の回路や冷却ファン
（図示せず）等を備えてなる。そして、このプロジェク
タ６から発せられた表示像は、ホログラム１面上に結像
されるようにホログラム１に向けて入射角θ_i で照射さ
れる。本例に用いたプロジェクタ６は、１．３インチ有
効画素１８万画素のＴＦＴＬＣＤからなる表示体３、
Ｆ＝１．５、ｆ＝５５ｍｍの投影レンズ４、１２Ｖ−５
５Ｗで反射鏡を有するハロゲンランプからなる光源５を
主要構成部材とするもので、外部より画像信号を供給し
てスクリーン面等に表示を行うものである。

【００１１】ホログラム１は、拡散板の拡散面の実像を
実質上ホログラム感光材料上に結像させ、これを物体波
としてホログラム感光材料の一方の面側に照射し、もう
一方の面側に参照波を照射することにより作製した反射
型ホログラムである。このホログラム１は、プロジェク
タ６からホログラム１に向かう光の光軸７に直交しない
ように配されている。そして、プロジェクタ６から発せ
られた表示像は、入射角θ_i でホログラムに入射する
が、このプリジェクタ６からの入射角θ_i の光によって
観察者がホログラム１をθ_o の方向に見た場合に拡散板
が視認されるように、露光されている。

【００１２】本例におけるホログラム１は、基板ガラス
上にホログラム感光材料を貼り付け、その背面に再帰性
フィルムを配置した積層体に、ホログラム感光材料側か
ら距離の４００ｍｍのところから発散するレーザ光を、
ホログラム感光材料に垂直に入射させ露光して作製し
た。ここで用いたレーザ光は、発振波長５１５ｎｍのＡ
ｒレーザによるもので、スペーシャルフィルタにより球
面発散光に変換されたものである。

【００１３】上記の方法で作製したホログラムを車両の
フロントガラス８である合わせガラスの上部に封入し
た。この封入方法としては、例えばガラス表面にホログ
ラムを貼り付け、さらにホログラム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もう１枚のガラス
が積層することがあげられる。

【００１４】そして、上記のホログラムが封入されたガ
ラスのホログラムの中心から距離４００ｍｍのところか
ら入射角θ_i ＝３５゜でプロジェクタ６より光を照射
し、表示像をホログラム１上に結像させた。その結果、
ホログラム１の法線からの角度θ_o ＝５゜の方向にいる
観察者２から表示像を観察すると、長方形の表示をプロ
ジェクタ６より発した場合、図２の波線に示すごとく表
示像が台形状に歪んで観察された。そこで、プロジェク
タ６に入力する画像信号に図３のブロック図に示す画像
変換処理系を付加した。

【００１５】図３において、３１は被写体、３２はＣＣ
Ｄカメラからなる撮像装置、３３は撮像情報入力回路、
３４は撮像情報変形回路、６はプロジェクタ、１はホロ
グラムである。ＣＣＤカメラからなる撮像装置３２は車
両後方の情報を得るもので通常バックアイと呼ばれるも
のである。

【００１６】ここで、通常、撮像装置３２で得られた被
写体３１の画像信号はプロジェクタ６に直接入力される
が、本例では撮像情報入力回路３３を経て、撮像情報変
形回路３４を経由してプロジェクタ６に入力されるよう
にした。具体的に撮像情報変形回路３４としては汎用の
パーソナルコンピュータを用い、それに撮像情報入力回
路３３として画像入力用の変換ボードを取り付けたもの
である。このパーソナルコンピュータでは、画像入力の
プログラムおよび、図２に示す波線の形状から実線の形
状となるように予め変形するプログラムを作成し、動作
させ、さらに変形させた画像信号を出力し、プロジェク
タへ入力できる信号形態に変換するようにした。その結
果、処理に多少時間を要するものの、表示像としては歪
みの少ない像が得られた。

【００１７】プロジェクタ６の光源としては、ハロゲン
ランプのほかメタルハライドランプ、タングステンラン
プ、熱陰極管、ＬＥＤ、蛍光表示管、冷陰極管、ＬＤ
（レーザダイオード）などが使用可能であるが、光量や
電源回路を含む構成、価格を考慮するとハロゲンランプ
が好ましい。そして、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折り返しミラーや他のミラー、プ
リズム、レンズ、色フィルタや偏光素子等の光学部品を
配置してもよい。

【００１８】また、表示体としては、透過型液晶表示素
子である薄膜トランジスタアクティブマトリックス駆動
方式のＴＦＴＬＣＤを用いたが、このほか単純マトリ
ックス駆動方式のＴＮ型液晶表示素子が使用可能であ
り、高コントラストの表示とするためにＳＴＮ型液晶表
示素子や表示セルと補償セルの２層の構造としたＤＳＴ
Ｎ型の液晶表示素子、補償セルの代わりに１軸性の高分
子フィルムで補償作用を持たせたフィルム積層型液晶表
示素子やさらに透過散乱型の液晶を用いた表示素子が使
用可能である。さらに、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や、車両の警告灯、ウィンカ
ー、車幅灯などの固定パターンであり、ドットマトリッ
クス表示を必要としないならばＶＨＣＬＣＤと呼ばれ
るＬＣＤを用いることもでき、さらに通常のプロジェク
タに用いられているように３原色用に表示素子を３枚使
用した３板式として使用することも可能である。

【００１９】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、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、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も広く用いることが
できる。また、ホログラム材料としては、ポリビニルカ
ルバゾール系などの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。

【００２０】また、ホログラムの大きさは求められる表
示像の大きさ、倍率等により異なるが、通常数１０ｍｍ
〜数１００ｍｍ角程度の面積であり、また厚さは数μｍ
〜数１０μｍ程度の厚みのものが適宜選択される。

【００２１】本例で用いたホログラム１は厚さ２０μ
ｍ、縦１２５ｍｍ、横１６０ｍｍ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
型ホログラムである。

【００２２】かかるホログラムは通常フロントガラスに
形成されるものであり、例えばフロントガラスの表面
（車両外表面）や車両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
るフロントガラスの内部に封入して用いることが好まし
い。そのため、ホログラムの厚さは薄く、対候性に優れ
たものがよく、本例で用いたようなフォトポリマーが好
ましい。

【００２３】本例で用いたホログラムは単色のホログラ
ムであるが、性質の異なる光で多重露光を施して形成し
たり、異なる光で露光した複数のホログラムを重ねて多
色の表示とすることもできる。この場合にも、ホログラ
ムの中心回折波長は、前記プロジェクタにより発せられ
るピーク波長と強度とに整合させることが表示像の色バ
ランスや明るさのうえで好ましい。

【００２４】なお、ホログラムの仕様はこれらに制限さ
れるものではなく、設置されるホログラムとプロジェク
タとの距離、角度等の関係により種々の変更が可能であ
る。

【００２５】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１枚のガラスにポ
リビニルブチラール、ポリウレタン等の樹脂フィルムを
積層、接着したものであり、その形態の例としては、ガ
ラス／樹脂フィルム、ガラス／樹脂フィルム／ガラス、
ガラス／樹脂フィルム／樹脂基板のものがある。ホログ
ラムは、これらのガラスまたは樹脂フィルムの境界部に
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し、樹脂
フィルムに着色されていてもよい。

【００２６】また、車両のフロントガラスに本発明の構
成を用いる場合には特にガラスがよく、また熱的変形が
少ないのでホログラムの保持としては最適であるが、他
の用途、たとえばゲーム機として同様の構成をとる場合
にはコスト面、軽量化等の観点からガラスに係わらず樹
脂基板でもよい。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、その表面に着
色が施されていたり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。

【００２７】その他、プロジェクタにはレンズの替わり
やレンズ以外にも凹面鏡等の光学部材が備えられていて
もよく、種々の光学部材が備えられていてもよい。

【００２８】また、本実施例では撮像情報の変形に汎用
のパーソナルコンピュータを用いたが、専用の回路を製
作すれば変換処理時間が向上しほぼリアルタイムの処理
が可能であり、さらには、小型化も可能であるため、プ
ロジェクタ内や撮像装置内に変形回路を組み込むことも
可能である。

【００２９】そして、表示される情報は、その表示用途
により適宜選択されるものであり、本実施例のようにＣ
ＣＤカメラ等の撮像装置から得られた画像情報のほか、
ナビゲーション用の地図情報や、そのほか車両のスピー
ドメータ、タコメータ、警告表示などが例としてあげら
れ、それらを切り替えて表示することも可能であり、さ
らにはＣＣＤカメラからの情報については上記の変形処
理のほか、左右逆転の処理を加えることも容易となる。

【００３０】ところで、観察者とは、主には車両の運転
手であり、その他、助手席その他の同乗者や、これらす
べてを含めて対象とすることができる。

【００３１】本発明のホログラフィックディスプレイ装
置では、プロジェクタを車両の天井に取り付け、ホログ
ラムをフロントガラスの中央上端近傍に設置するように
したが、プロジェクタおよびホログラムの位置はプロジ
ェクタの設置できるスペース、観察者たる運転者の運転
時、乗降時に邪魔にならないプロジェクタの位置、フロ
ントガラスの法的制約、そして運転者の運転時に見易い
位置等を考慮して決定されるものである。

【００３２】図４は本発明のホログラフィックディスプ
レイ装置の別の基本的構成の一例を示す概念図であり、
構成は上記例の図１と同じである。ただし、ＴＦＴＬ
ＣＤからなる表示体３をプロジェクタの光軸７に対して
傾斜して設置できるようにした。

【００３３】そして、先の例と同様にホログラムが封入
されたガラスのホログラムの中心から距離４００ｍｍの
ところから入射角θ_i ＝３５゜でプロジェクタ６より光
を照射し、表示像をホログラム１上に結像させた。

【００３４】その結果、表示体３を光軸に対して垂直に
して長方形の表示をした場合、図２の波線に示すごとく
表示像が台形状に歪むばかりでなく、表示像の上下でぼ
けが観察された。そこで、表示体３を図４に示すように
傾斜して設置した。

【００３５】そして、図５に示す画像（図の背景にあた
る斜線部分を黒色、それ以外の部分を白色）を投射し、
図５のＡ−Ａ’線における表示像の輝度レベルを測定し
たところ図６のようになった。なお、図５の点Ａを原点
（０）としている。図６において実線は表示体を垂直の
まま測定した場合の輝度レベルであり、波線は表示素子
をθ_d ＝５゜として測定した場合の輝度レベルである
（説明のため、図６においては、画素数をずらして表示
した。）。この結果、輝度が変化する立ち上がり、下が
りの傾斜が改善され、実際に像を視認し確認しても改善
の効果が確認された。

【００３６】以上のように、プロジェクタから発せられ
る表示像を、観察者が視認する歪を相殺するように予め
変形させる手段か、表示体をプロジェクタの光軸に対し
て傾ける手段それぞれ単独でも収差改善の効果はみられ
たが、両者を併用し組み合わせて用いることも可能であ
り、この場合にはさらに改善ができる。

【００３７】また、上記２つの例では、ホログラムを車
両のフロントガラスに封入し運転情報を運転者等の観察
者に視認させるように、本発明のホログラフィックディ
スプレイ装置を車両用のディスプレイ装置に用いている
が、これに限らず、他の用途のディスプレイ装置にも応
用が可能である。

【００３８】なお、上記例では、ホログラム面にプロジ
ェクタからの表示像を結像させた例を示したが、実質的
にホログラム面に結像されているものであって多少の焦
点ずれがある場合についても、プロジェクタからの表示
像が結像されていることを指すものである。さらに、上
記点に鑑みれば、ホログラムを露光する際に拡散板をホ
ログラム感光材料に結像させることも、実質的に結像さ
れていれば、多少の焦点ずれを含めて感光材料への結像
に含まれることはいうまでもない。

【００３９】

【発明の効果】本発明のホログラフィックディスプレイ
装置によれば、予め表示像を変形したり、表示体を傾斜
して設置する等の表示像の収差を補正する手段を設けて
いるので、表示像の品質の良いホログラフィックディス
プレイ装置を得ることができる。

【００４０】特に、ホログラムをプロジェクタの光軸に
対し垂直に配することが困難な車両用に本発明を用いる
場合には、車両内のスペースやプロジェクタ等の各部材
の配置位置に制限があり上記の光軸に対し垂直にホログ
ラムを配せなくても、観察者が視認する表示像の収差を
低減できる。

【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基
本的構成を示す概念図

【図２】表示像の変形を説明する概念図

【図３】本発明におけるプロジェクタが表示像を発する
構成の一例を示す概念図

【図４】本発明のホログラフィックディスプレイ装置別
の基本的構成を示す図

【図５】表示像のぼけを評価するために用いた像を示す
概念図

【図６】図５の像を表示したときのぼけの改善効果を説
明するためのグラフ

【符号の説明】

１：ホログラム２：観察者３：表示体４：投影レンズ５：光源６：プロジェクタ７：プロジェクタの光軸８：フロントガラス３１：被写体３２：撮像装置３３：撮像情報入力回路３４：撮像情報変形回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】拡散板の拡散面の実像を実質上ホログラム
感光材料上に結像させ、これを物体波としてホログラム
感光材料の一方の面側に照射し、もう一方の面側に参照
波を照射することにより作製した反射型ホログラムと、
該ホログラム上に光の表示像を照射するプロジェクタと
を少なくとも備え、該プロジェクタから発せられた像を
ホログラム面に結像させて観察者が視認できるようにし
たホログラフィックディスプレイ装置において、前記ホ
ログラムはプロジェクタからホログラムに向かう光軸に
直交しないように配されており、前記プロジェクタには
ホログラム面に結像される像の収差を補正する手段が備
えられていることを特徴とするホログラフィックディス
プレイ装置。
【請求項２】前記像の収差を補正する手段がプロジェク
タから投影される表示像を予め変形させたものであるこ
とを特徴とする請求項１のホログラフィックディスプレ
イ装置。
【請求項３】前記プロジェクタは少なくとも光源と表示
体とからなり、前記像の収差を補正する手段が表示体の
面をプロジェクタの光軸の垂直面から傾けたものである
ことを特徴とする請求項１または２のホログラフィック
ディスプレイ装置。