JPH1068906A

JPH1068906A - ホログラフィック表示装置

Info

Publication number: JPH1068906A
Application number: JP9142643A
Authority: JP
Inventors: Osahito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】３次元的に奥行きのある表示が可能な表示装置
を得る。【解決手段】異なる入射角毎に異なる虚像結像距離を有
するホログラム６に向けて、表示すべき情報を奥行き方
向に複数の層に分類し、発する光の入射角を変える情報
表示源から発せられる光５の入射角を複数の層に対応さ
せて照射し、各入射角に対応した虚像結像位置に虚像を
結像させて情報を３次元表示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】本発明はホログラムを用いた
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータグラフィックス技術
の発展や仮想現実空間の研究の進展により、３次元画像
に対する関心が高まってきている。そして、表示装置と
して完全な３次元像を表示しうるものが望まれている。

【０００３】従来の３次元表示装置は、いわゆる２眼式
の表示装置であり、両眼視差や輻輳を利用したものが主
である。すなわち、左右別々の角度から見た異なる映像
を左右両眼が同時に見ることによって認識される現象を
利用している。左右の目に別々の映像を与える手段とし
て、右目用映像、左目用映像を細かい縞状に交互に配置
し、レンティキュラーレンズ板やパララクスバリヤによ
り、それぞれの目にだけ見えるようにしたものが、従来
から一般的に用いられている。ほかに、右目用映像、左
目用映像の偏光または色を変えておき、偏光眼鏡または
色眼鏡により、それぞれの目にだけ見えるようにしたも
のもよく知られている。

【０００４】また、ホログラムを利用した方法もある。
ホログラムは３次元像の光と参照光の干渉縞を記録した
ものである。その干渉縞を液晶表示素子などに表示し
て、３次元画像を再生する３次元表示装置も研究されて
いる。ほかに、ホールバーニング効果を用い、３次元像
のホログラムを多重記録した動画ホログラムの基礎的研
究も行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のレンティキュラ
ーレンズ板やパララクスバリヤを用いる方式では、３次
元像を視認しうる領域が限られている。その範囲をはず
れると左右の目で見るべき映像が反転し、立体感が狂っ
てしまう現象がある。また、偏光眼鏡または色眼鏡等を
用いる方式では、特別な眼鏡を使用しなければ３次元画
像を見ることができない。

【０００６】さらに、上記の両眼視差や輻輳を利用した
方法には別の問題がある。人間が３次元画像を認識する
生理的な要因に、両眼視差や輻輳以外にもう一つ重要な
ものとして調節がある。これは、眼の水晶体レンズの焦
点距離を変えるための筋肉緊張の情報である。２眼式の
表示装置では、両眼視差や輻輳は３次元的な像の距離感
を感ずる。一方、調節機能はレンティキュラーレンズ板
やスクリーンなどの実体への距離感を感じる。そのた
め、両者に距離感のズレが生ずる。これにより、長時間
２眼式の映像を見続けると、疲労を感じたりめまいに似
た感覚を覚える。

【０００７】ホログラムを用いる場合は、調節機能と両
眼視差・輻輳とのズレがない３次元画像が得られる利点
がある。ところが、３次元的なイメージを記録したホロ
グラムは静止画像であり、また記録された像しか表示で
きず、任意の像を表示することができない。実験的には
動画ホログラムが実現されているが、その記録時間は短
い。当然ながら、任意の像を表示することができない。
液晶表示装置等で干渉縞を表示する方法も、充分な速度
で干渉縞分布を計算したり、大量の画像データを処理す
ることは困難である。

【０００８】ところで、ホログラムを用いた表示装置に
は、種々のものが提案されている。例えば、自動車等の
車両で速度表示などを行うヘッドアップディスプレイ装
置（以下ＨＵＤという）があげられる。ホログラムは再
生光が照射されたときに、その表示像が視認できるの
で、透明性を有するホログラムを用いることによって前
方の視界を妨げることなく必要なときに観察者に表示像
を視認させることができる。そのため、ホログラムを用
いた表示装置をＨＵＤに利用することは有効である。

【０００９】特開平２−１８６３１９号公報には、複数
の異なる表示を同一方向でかつ異なる焦点距離を持つ虚
像として表示する表示システムが示されている。この表
示システムは、所定の入射角で投射される特定波長の画
像信号のみを回折反射光として一定の出射角方向に出射
する反射型ホログラムを、複数種類積層したホログラム
コンバイナを用いている。

【００１０】以下に、上記公報に開示された表示システ
ムを詳細に説明する。この表示システムは、複数個の異
なる内容の表示を同一方向に表示するという課題に対
し、複数種類のホログラムを積層したコンバイナを用い
ている。すなわち、上記課題に対し、単に表示面を分割
して複数の表示を配置したものである。

【００１１】この場合、相互に関係のない情報を同一方
向に重ねて表示すると、複数の情報が混ざることによっ
て煩わしさが生じる。しかも、個々の情報が区別がしづ
らくなり情報の視認性が著しく劣化する。例えば、上記
公報の実施例にある表示される情報（速度計、油圧計、
液温計）を同一方向に重ねてしまうと、それぞれを独立
に読み取ることは困難である。そのため、この表示シス
テムでは複数個の異なる内容の表示を同一方向に重ねて
表示することはなく、観察者は複数の２次元的な情報を
視認する。

【００１２】また、この表示システムでは、入射角θ
₁ 、波長λ₁ の光を出射角Θで回折するホログラムと、
入射角θ₂ 、波長λ₂ の光を出射角Θで回折するホログ
ラムと、入射角θ₃ 、波長λ₃ の光を出射角Θで回折す
るホログラムとを積層したものを用いている。すなわ
ち、入射角θおよび回折波長λがそれぞれ異なるホログ
ラムを用いている。

【００１３】そのため、入射角θ₁ 、θ₂ 、θ₃ に対応
する位置に配置する表示器は、それぞれ異なる波長λ
₁ 、λ₂ 、λ₃ （実施例ではそれぞれ赤、青、緑の色に
対応する波長を使用）の光を発する異なる種類の表示器
を使用しなければならない。また、同種の表示器を用い
る場合には、異なる波長を得るための手段（実施例では
３種類の透過型ホログラムを使用）を個々の表示器の表
面側に配置しなければならない。そのため、システムが
複雑になり実用的な表示システムを構成することは困難
である。

【００１４】さらに、この表示システムでは、ホログラ
ムから虚像までの距離をＬ₁ ＝２〜３ｍ、Ｌ₂ ＝０．５
〜１ｍ、Ｌ₃ ＝０〜０．１ｍとしている。すなわち、各
虚像間の間隔は０．５〜１ｍである。このように各虚像
間の間隔が大きいと、運転者はすべての表示像を一度に
認識することができず個々の表示に対して眼の焦点調整
をしなければならない。ところが、結像距離が大きく異
なる虚像が同一視線上にあると、観察者は眼の焦点が定
まらず瞬時に情報を読み取ることが困難であるうえ、疲
労やめまいに似た感覚を覚える。特に車両等を運転しな
がら使用する表示システムでは、運行の安全性を損なう
恐れがある。

【００１５】この表示システムの表示の機能について考
えると、個々の表示に対して眼の焦点調整をしなければ
ならない。そのため、個々の表示はおのずから独立した
表示にならざるをえず、複数の表示面から構成され全体
として一つの３次元的な像となるような表示を行うこと
はできない。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、光源と表示すべき情
報を表示する表示体とを有し、表示すべき情報を光とし
て発する情報表示源と、前記光を観察者に向けて回折す
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、前記ホログラムは、異なる入射角毎に
異なる虚像結像距離を有するホログラムであり、前記表
示すべき情報は、奥行き方向に複数の層に分割された複
数の部分情報からなる３次元的な情報であり、前記複数
の部分情報に対応するように複数の入射角でそれぞれの
部分情報を含む光を前記情報表示源からホログラムに向
けて照射して、前記各入射角に対応した虚像結像位置に
虚像を結像させて情報を３次元的に表示することを特徴
とするホログラフィック表示装置を提供する。

【００１７】また、本発明は、光源と表示すべき情報を
表示する表示体とを有し、表示すべき情報を光として発
する情報表示源と、前記光を観察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、前記ホログラムは、異なる波長の入射光毎
に異なる虚像結像距離を有するホログラムであり、前記
表示すべき情報は、奥行き方向に複数の層に分割された
複数の部分情報からなる３次元的な情報であり、前記複
数の部分情報に対応するように複数の波長の光を前記情
報表示源からホログラムに向けて照射して、前記各波長
に対応した虚像結像位置に虚像を結像させて情報を３次
元的に表示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。

【００１８】

【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
ク表示装置の第１の基本構成例を示す概念図（ａ）およ
びそれに用いる表示体の正面図（ｂ）である。本例は本
発明の原理的な実証を行った例であり、３つの表示面を
持つ３次元表示装置の例である。これは、ＴＦＴカラー
液晶表示装置１から発した表示すべき情報を含んだ光５
が、ホログラム６により回折され観察者７に３つの虚像
表示層を持つ虚像８として視認されるシステムである。
図示の８ａ、８ｂ、８ｃは、それぞれ表示される３次元
情報の奥行き方向に分けられた層に対応する。なお、奥
行き方向とは、ホログラム６と観察者７とを結ぶ方向で
ある。

【００１９】ＴＦＴカラー液晶表示装置１の表示面上の
３カ所の表示領域２、２’、２”から発した光は、ホロ
グラム６に対しそれぞれθ₁ 、θ₁ ’、θ₁ ”の角度で
入射する。異なる角度で入射した光は、ホログラム６に
よりほぼ同一の方向θ₂ に回折され、３つの異なる結像
距離を持つ３次元像となって観察者に視認される。

【００２０】観察者が視認する情報は、３つの分割され
たものが合成された情報である。すなわち、表示すべき
３次元情報は、３つの部分情報に分割され、各々表示領
域２、２’、２”から発せられる。各表示領域から発せ
られた光は、それぞれ奥行き方向に分けられた８ａ、８
ｂ、８ｃの位置に結像する。

【００２１】本例におけるホログラム６の露光方法を図
３に示す。波長可変の色素レーザ１０からのレーザ光束
が、ハーフミラー１１により２つの光束に分けらる。そ
の後、ミラー１２により適宜折り返された後、スペーシ
ャルフィルタ１３、１４により発散光となる。ガラス基
板１５にホログラム感光材料１６を貼り付けておき、ホ
ログラム感光材料１６に上記２つの光束が照射される。
こうして、２つの光束の干渉縞がホログラム感光材料１
６に記録されホログラム体となる。このように露光され
たホログラム体は、双曲面鏡に相当する機能を有し倍率
を持った反射鏡となる。

【００２２】表示像側に対応する光は、光軸に沿って移
動するスペーシャルフィルタ１３、１３’、１３”によ
り発散される。一方、表示装置側に対応する光は、１
４、１４’、１４”のように位置を変えて設置したスペ
ーシャルフィルタにより、それぞれ入射角を変えて発散
される。入射角によって虚像結像距離の異なるホログラ
ムを作製するには、表示像側スペーシャルフィルタの位
置１３、１３’、１３”に応じて、表示装置側スペーシ
ャルフィルタの位置を１４、１４’、１４”と適宜変え
ればよい。

【００２３】実際の露光は以下のとおり実施した。ホロ
グラム感光材料１６として、本例では横１５０ｍｍ×縦
１００ｍｍの大きさで、厚さが２０μｍのアクリル系フ
ォトポリマを用い、体積位相型の反射型ホログラム体を
露光した。再生光の入射角（θ₁ 、θ₁ ’、θ₁ ”）は
（５°、２５°、４５°）の３通りであり、回折角θ₂
は６５°に固定した。

【００２４】露光距離は、表示装置側スペーシャルフィ
ルタ（１４、１４’、１４”）からホログラム中心まで
の距離と表示像側スペーシャルフィルタ（１３、１
３’、１３”）からホログラム感光材料中心までの距離
との組み合わせを、露光用の光の入射角φ₁ ＝５°のと
き（１６７ｍｍ、１０００ｍｍ）、φ₁ ’＝２５°のと
き（１４３ｍｍ、１０００ｍｍ）、φ₁ ”＝４５°のと
き（１５５ｍｍ、１０００ｍｍ）とした。なお、もう一
方の露光用の光の入射角は、φ₂ ＝６５°とした。そし
て、それぞれの条件となるようにスペーシャルフィルタ
を都度所定位置に配し、３枚のホログラム体を作製し
た。これらを積層することにより、異なる入射角に対し
異なる虚像結像距離を有するホログラム６を作製した。

【００２５】こうして露光したホログラム６に対し、液
晶表示装置１を図１のように配置した。ホログラム６中
心から液晶表示装置１までの距離は、表示領域２、
２’、２”に対応しそれぞれ１１４ｍｍ、１００ｍｍ、
１００ｍｍである。そのときの入射角（θ₁ 、θ₁ ’、
θ₁ ”）はそれぞれ（４５°、２５°、５°）である。
このとき、虚像８はホログラム６から約２００ｍｍ〜約
３００ｍｍの距離に、各々の間隔が約５０ｍｍの３つの
虚像表示層を持つ３次元像として表示できた。

【００２６】なお、図２はホログラム６を構成する３枚
のホログラム体のうちの１つのホログラム体の回折特性
グラフである。図２のとおり、回折効率には角度依存性
がある。再生光の入射角が５°の場合、ピーク波長は５
６１ｎｍでピーク回折効率は９５％である。再生光の入
射角が２５°の場合の５６１ｎｍでの効率は６．９％で
ある。両者の効率比は約１４倍である。一方、再生光の
入射角が２５°の場合、ピーク波長は５４５ｎｍでピー
ク回折効率は９５％である。再生光の入射角が５°の場
合の５４５ｎｍでの効率は１．２％である。両者の効率
比は約７９倍である。このように、効率比が１０以上で
あるため、１つの入射角の光に対しては１つのホログラ
ム体だけが選択的に回折するようにできた。その結果、
表示像の奥行き分解能が高く、ボケのない表示像が得ら
れた。

【００２７】上述の例では３つの入射角に対応する３つ
の表示面に、緑色単色の像を表示する例を示した。以下
に、３つの入射角に対応する３つの表示面に、カラーの
像を表示する例を示す。本例で用いるホログラムは緑色
（５４３ｎｍ）、赤色（６１１ｎｍ）の光を回折する特
性を有し、緑色、赤色のほかそれらの混色により黄色や
橙色などを表示できる。再生光の入射角θ₁ は５°、２
５°、４５°の３通りであり、回折角θ₂ は６５°と共
通にした。表示距離はそれぞれ２００ｍｍ、２５０ｍ
ｍ、３００ｍｍであり、３つの虚像表示層を持つカラー
の３次元像として表示できるものである。

【００２８】ホログラムの作製は以下のように行った。
図３におけるホログラム感光材料１６として、本例では
有効領域が横１１０ｍｍ×縦１００ｍｍの大きさで、厚
さが２０μｍのアクリル系フォトポリマを用い、体積位
相型の反射型ホログラムを作製した。露光に用いたレー
ザ光は、色素レーザの５７５ｎｍとＫｒレーザの６４
７．１ｎｍの光を同軸に重ねたものを用いた。

【００２９】露光角度の組み合わせおよび露光距離すな
わち表示装置側スペーシャルフィルタ（１４、１４’、
１４”）からホログラム感光材料中心までの距離と表示
像側スペーシャルフィルタ（１３、１３’、１３”）か
らホログラム感光材料中心までの距離の組み合わせは次
のとおりである。

【００３０】再生光の入射角５°用のホログラム体の場
合は、露光用の光の入射角φ₁ ＝−１５．８°、φ₂ ＝
３６. ５°、露光距離は表示装置側が１６０ｍｍ、表示
像側が１０５０ｍｍである。再生光の入射角２５°用の
ホログラム体の場合は、露光用の光の入射角φ₁ ＝１
２．９°、φ₂ ＝４７．４°、露光距離は表示装置側が
１３０ｍｍ、表示像側はシリンドリカルレンズを用いて
縦方向の距離７５０ｍｍ、横方向の距離２２５ｍｍとし
た。再生光の入射角４５°用のホログラム体の場合は露
光用の光の入射角φ₁ ＝３４．８°、φ₂ ＝５１．５
°、露光距離は表示装置側が１３６ｍｍ、表示像側はシ
リンドリカルレンズを用いて縦方向の距離６５０ｍｍ、
横方向の距離２６０ｍｍとした。

【００３１】それぞれの条件で露光した３枚のホログラ
ム体を積層することにより、異なる入射角に対し異なる
虚像結像距離を持つホログラム６を作製した。回折効率
は５４３ｎｍで約７０％、６１１ｎｍで約５０％であっ
た。このようにして露光したホログラム６に対しＴＦＴ
カラー液晶表示装置１を図１のように配置した。ホログ
ラム６中心から液晶表示装置１までの距離は、表示領域
２、２’、２”に対応しそれぞれ１１４ｍｍ、１００ｍ
ｍ、１００ｍｍである。そのときの入射角はそれぞれ４
５°、２５°、５°である。このとき、虚像８はホログ
ラム６からそれぞれ約３００ｍｍ、２５０ｍｍ、２００
ｍｍの距離に間隔約５０ｍｍの３つの虚像表示層を持つ
３次元像として表示できた。

【００３２】それぞれのホログラムは所定の入射角にお
いて、液晶表示装置のバックライトである冷陰極管の発
光波長５４３ｎｍと６１１ｎｍの光を回折するため、
緑、赤および混色により黄色や橙色のカラー表示ができ
た。こうして、３つの入射角に対応する３つの表示面
に、カラーの像を表示するホログラフィック表示装置を
作製できた。

【００３３】本例では緑および赤の光を回折するホログ
ラムを用いた例を示したが、波長４５７．９ｎｍのＡｒ
レーザ光をさらに上述の２つのレーザ光に同軸に重ねて
同一の光学配置で露光すれば、所定の角度において約４
３３ｎｍの光を回折することが可能となり、青色も含め
たフルカラーの表示像を３つの入射角に対応する３つの
表示面に表示するホログラフィック表示装置を作製でき
る。

【００３４】上記２例のホログラフィック表示装置は、
複数の入射角からの光を回折し観察者に虚像として視認
させるものである。そして、その虚像結像距離は異なる
入射角に対し、それぞれ異なる。そのため、入射角を変
えてホログラムに光を照射することによって、３次元的
に奥行きのある虚像が表示可能となる。

【００３５】言い換えれば、表示したい３次元的な領域
を、断層写真のように奥行き方向に複数の層を重ねたも
のと考え、異なる入射角の情報を含む光をそのホログラ
ムへの入射角毎に各層に対応させる。そして、異なる入
射角で光をホログラムに照射することによって、それぞ
れの入射角に対応する虚像結像距離を持ったホログラム
で入射光が回折され、３次元的な像として表示できる。

【００３６】図４は、本発明のホログラフィック表示装
置の第２の基本構成例を示す概念図である。本例は本発
明の原理的な実証を行った例であり、５つの虚像表示層
を持つ３次元表示装置の例である。具体的には、白色光
を発するハロゲンランプ４１から発した光がコリメータ
レンズ４２で平行化され、透過型カラー液晶表示素子か
らなる表示体４３および干渉フィルタ４４を通過し、表
示すべき情報を含んだ光４５となる。この光４５がホロ
グラム４６により回折され、観察者７に５つの虚像表示
層を持つ虚像４８として視認される。なお、図示の４８
ａ、４８ｂ、４８ｃ、・・・は、それぞれ表示される３
次元情報の奥行き方向に分けられた層に対応する。

【００３７】表示体４３には５つの虚像表示層のそれぞ
れに対応する各断面の表示像が、制御装置によって順次
伝達される。一方、干渉フィルタ４４は、光軸に対する
角度が周期的に変わるように回動する機構が制御装置に
連動して設けてある。図５に光軸の垂直面に対する干渉
フィルタ面の角度と透過中心波長のスペクトルとの関係
を示す。角度によって透過波長を制御でき、波長選択可
能なことがわかる。光軸に対して垂直の場合の透過波長
は約５６４ｎｍであり、波長半値幅は約３ｎｍである。
本例ではスペースの関係で干渉フィルタ４４を表示体４
３の後に配置したが、この順番は逆でもよい。

【００３８】こうして発せられた情報を含む光４５は、
ホログラム４６で回折される。ホログラム４６の回折ス
ペクトルは、図６に示すとおり５本の回折ピークを有す
る。各回折ピークは、異なる表示距離を持つホログラム
に対応している。波長選択可能な干渉フィルタ４４によ
り特定の波長となった光４５は、ホログラムの５つのピ
ークのうち対応する波長のホログラムにより回折され、
対応する結像距離を持つ虚像として結像し、観察者７に
３次元像として視認される。情報を含む光４５のホログ
ラムに対する入射角θ₁ と回折角θ₂ とは、表示装置の
構成や表面反射像を回避する条件などから決定される。

【００３９】本例におけるホログラム４６の露光方法を
図７に示す。波長可変の色素レーザ１０からのレーザ光
束が、ハーフミラー１１により２つの光束に分けらる。
その後、ミラー１２により適宜折り返された後、スペー
シャルフィルタ１３、１４により発散光となる。ガラス
基板１５にホログラム感光材料１６を貼り付けておき、
ホログラム感光材料１６に上記２つの光束が照射され
る。こうして、２つの光束の干渉縞が感光材料１６に記
録されホログラム体となる。このように露光されたホロ
グラム体は、双曲面鏡に相当する機能を有し倍率を持っ
た反射鏡となる。

【００４０】光源側に対応する光は、位置固定のスペー
シャルフィルタ１４により発散される。一方、虚像側に
対応する光は、光軸に沿って１３、１３’、１３”のよ
うに移動可能なスペーシャルフィルタ１３により発散さ
れる。それぞれの距離の比Ｒ₁ ／Ｒ₂ が倍率に相当す
る。回折波長によって虚像結像距離の異なるホログラム
を作製するには、可動スペーシャルフィルタの位置１
３、１３’、１３”に応じて、色素レーザの波長をλ、
λ’、λ”と変えればよい。本例では５つの波長および
スペーシャルフィルタの位置で露光を行った。図の簡略
化のため、図７では３点のみを図示している。

【００４１】実際の露光は以下のとおり実施した。ホロ
グラム感光材料１６として、本例では横１５０ｍｍ×縦
１５０ｍｍの大きさで、厚さが２０μｍのアクリル系フ
ォトポリマを用い、体積位相型の反射型ホログラムを露
光した。再生光の入射角θ₁は４０°、回折角θ₂ は６
０°である。露光距離Ｒ₂ は３６０ｍｍに固定し、Ｒ₁
とλとの組み合わせを、それぞれ（１５７５ｍｍ、５４
８．０ｎｍ）、（１６８５ｍｍ、５５３．５ｎｍ）、
（１８００ｍｍ、５５９．０ｎｍ）、（１９２４ｍｍ、
５６４．５ｎｍ）、（２０５７ｍｍ、５７０．０ｎｍ）
とした。

【００４２】表示体４３をこうして露光したホログラム
４６から３００ｍｍの位置に配置すると、虚像４８はホ
ログラム４６から約８４０ｍｍ〜約９６０ｍｍの距離に
間隔約３０ｍｍの５つの虚像表示層として表示できた。

【００４３】具体的には、以下のように表示を行う。干
渉フィルタ４４を回動すると、その傾き角に応じて透過
光の波長が変わる。ホログラム４６は、入射光の波長に
応じて異なる虚像結像距離を有する。そのため、フィル
タの回動のタイミングに同期して表示体４３の表示内容
を制御手段によって変えれば、奥行き方向の距離の異な
る位置に所望の表示像を結像できる。例えば、フィルタ
の傾きが０°のときは約５６３ｎｍの光が透過し、虚像
は約９６０ｍｍの位置に結像する。そこで、表示体４３
に一番奥の面に対応する表示をさせればよい。フィルタ
の傾きが１６°のときは約５５２ｎｍの光が透過し、虚
像は約９００ｍｍの位置に結像する。そこで、液晶表示
素子に中間の面に対応する表示をさせればよい。フィル
タの傾きが２３．５°のときは約５３９ｎｍの光が透過
し、虚像は約８４０ｍｍの位置に結像する。そこで、液
晶表示素子に一番手前の面に対応する表示をさせればよ
い。

【００４４】なお、フィルタの動きを人間の目の残像が
生ずるほどの周期になるような高速で行えば、すべての
距離の表示が同時に見えるようになるため、３次元的な
物体などの表示に適する。また、フィルタをゆっくり回
動すれば、間欠的な動きを表現できる。これは、警告表
示を奥から手前に順次近づけるような表示、直進矢印を
手前から奥に順次遠ざけるような表示に適した方法であ
る。

【００４５】図５からわかるとおり干渉フィルタを傾け
再生光を短波長にすると、その透過率は次第に減少す
る。したがって、短波長ほど表示像が暗くなる傾向があ
る。そこで本例では、視認性のよい手前側の表示像を暗
めに、視認性の劣る奥側の像を明るめにするよう、短波
長から長波長になるに従い表示像の結像距離が長くなる
ように配置した。また、必要に応じてフィルタの透過率
の増減を補正するように光源の輝度を同期して変化させ
てもよい。

【００４６】本例のホログラフィック表示装置は、複数
の波長の光を回折し観察者に虚像として視認させるもの
である。そして、その虚像結像距離が異なる波長に対し
てはそれぞれ異なる。そのため、波長を変えてホログラ
ムに照射することによって、３次元的に奥行きのある虚
像が表示可能となる。

【００４７】言い換えれば、表示したい３次元的な領域
を、断層写真のように奥行き方向に複数の層を重ねたも
のと考え、情報を含む光の波長を異なる波長毎にこの層
に対応させる。そして、異なる波長の光をホログラムに
照射することによって、それぞれの波長に対応する虚像
結像距離を持った入射光がホログラムで回折され、３次
元的な像として表示できる。

【００４８】本発明において、ホログラム感光材料に
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、重クロム酸ゼラチン、光レジスト、銀塩など種
々の感光材料を使用できる。このようなホログラムは通
常数１０ｍｍから数１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍ
から数１０μｍ程度の厚みである。このようなホログラ
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
るものも広く使用できる。

【００４９】第１の基本構成例に用いるホログラムとし
ては、１つの感光材料に異なる虚像結像距離を持つ複数
のホログラム体を、それぞれ露光角度を変えて多重露光
したものでもよく、異なる露光角度で露光した異なる虚
像結像距離を持つホログラム体を複数積層してもよい。
また、多重露光したホログラム体をさらに積層してもよ
い。

【００５０】また、ポリマ中に有機色素分子をドープし
たり、結晶中に希土類イオンをドープしたいわゆるホー
ルバーニング媒体に、異なる虚像結像距離を有するホロ
グラムが作製されるように、露光角度を変えて多重露光
してもよい。ホールバーニング媒体に多重露光する場合
の多重度は、材料の持つ不均一波長幅と均一波長幅との
比で与えられる。材料によって異なるが、１００〜１０
００００００程度のきわめて大きな多重度が実現できる
ため、奥行き方向の分解能の高い３次元表示が期待でき
る。

【００５１】この際、露光角度の順番と虚像結像距離の
順番とは、３次元像表示を効率よく行うために露光角度
の順番に虚像結像距離を順に変えていくことが望まし
い。

【００５２】個々のホログラム体の回折効率には、入射
角依存性があることが好ましい。また、個々のホログラ
ム体においては、所定の角度で入射した場合の回折効率
が、他のホログラム体に対応する別の入射角で入射した
場合の回折効率の１０倍以上であることが望ましい。こ
れは、表示像の奥行き分解能を上げて像がボケないよう
にするためには、１つの入射角の光に対しては１つのホ
ログラム体だけが選択的に回折することが望ましいから
である。

【００５３】第２の基本構成例に用いるホログラムとし
ては、１つの感光材料に異なる虚像結像距離を持つ複数
のホログラム体をそれぞれ露光波長を変えて多重露光し
たものでもよく、異なる波長で露光した異なる虚像結像
距離を持つホログラム体を複数積層してもよい。また、
多重露光したホログラム体をさらに積層してもよい。ま
た、前述のホールバーニング媒体に、異なる虚像結像距
離を持つホログラムが作製されるように、露光波長を変
えて多重露光してもよい。この際、露光波長の順番と虚
像結像距離の順番とは、３次元像表示を効率よく行うた
めに露光波長の順番に虚像結像距離を順に変えていくこ
とが望ましい。

【００５４】本発明における情報表示源は、光源と表示
すべき情報を表示する表示体とを少なくとも備えてい
る。光源としては、あらゆる光源が利用できる。熱陰極
管、冷陰極管、蛍光表示管、ハロゲンランプ、発光ダイ
オード、半導体レーザ、メタルハライドランプなどから
なる光源が利用できる。

【００５５】なお、第２の基本構成例における光源に
は、波長可変の光源が用いられる。波長可変の光源には
様々なものが考えられる。例えば、広い波長帯域を持つ
光源と異なる中心波長を持つ複数の干渉フィルタとの組
み合わせが考えられる。複数の干渉フィルタをその中心
波長の順に適宜配置し、周期的に広帯域光源の前に位置
するように動かせばよい。その配置は直線状でもよい
が、駆動機構の簡易化、スペースの低減等の観点から、
回転する円盤の周にそって波長の順に配列することが好
ましい。

【００５６】また、広い波長帯域を持つ光源と干渉フィ
ルタとからなり、光に対する干渉フィルタの傾きを周期
的に変化させることにより、干渉フィルタの中心波長を
変化させるものであってもよい。干渉フィルタの中心波
長は、一般に光がフィルタに対し垂直に入射する場合が
一番長く、斜めにすると短波長化する。したがって、干
渉フィルタの傾きを周期的に変化させると、透過する波
長は長波長→短波長→長波長のように変化する。

【００５７】波長可変の光源には、以下のような連続的
に波長を変化させられる波長可変のレーザが好ましく利
用できる。発振波長帯域が広く波長選択機能を持つレー
ザ光源としては、蛍光色素を有機溶剤に溶かした溶液を
レーザ媒体として用いる色素レーザや、Ｔｉドープのサ
ファイヤやＣｒドープのガーネット、アレキサンドライ
ト、エメラルドなどをレーザ媒体とする波長可変固体レ
ーザがある。これらのレーザは、発振波長を広い範囲で
連続的に変化させることができる。波長選択素子には、
回折格子や複屈折フィルタ等を用いる。光出力も大きく
実用的な光源といえる。その他の波長可変レーザ光源と
しては、アルカリハライド結晶を用いたカラーセンター
レーザや自由電子レーザなどがある。一方、半導体レー
ザでも、動作電流の制御により波長を変化させることが
できる。その変化幅は狭いが、レーザのサイズが非常に
小型であるという利点がある。

【００５８】上記のような連続波長可変レーザだけでな
く、飛び飛びに波長を変えられる光源も使用できる。例
えば、Ａｒイオンレーザ、Ｋｒイオンレーザなどの希ガ
スイオンレーザは可視、紫外領域に多数本の発振線を持
つ。Ａｒイオンレーザでは青緑領域に４５８、４６６、
４７６、４８８、４９７、５１５、５２３ｎｍなどの発
振線がある。これらの発振波長をレーザ共振器内の波長
選択プリズムにより適宜選択すれば、波長可変光源とし
て使用できる。

【００５９】その他に、若干性質は異なるが、非線形光
学結晶を用いて波長を変換したレーザ光源も利用でき
る。ＫＤＰ、ＡＤＰ、ＢＢＯ結晶などを用いた高次高調
波や、ＬｉＮｂＯ₃ 結晶などを用いたパラメトリック発
振などを用いてもよい。

【００６０】複数のホログラム体の各回折ピークの波長
半値幅は、各ホログラム体の回折波長間隔より狭いこと
が望ましい。また、波長可変光源が発する光は前記複数
のホログラム体の各回折波長に対応しており、その発す
る光の波長半値幅は各ホログラム体の回折波長間隔より
狭いことが望ましい。これは、表示像の奥行き分解能を
上げて像がボケないようにするためには、１つの波長帯
域の光に対しては１つのホログラム体だけが選択的に回
折することが望ましいからである。

【００６１】本発明において、表示すべき情報を表示す
る表示体としては、液晶表示素子等のいわゆる受光型表
示素子が好ましく使用できる。例えば、透過型のツイス
トネマチック型液晶表示素子や、スーパーツイストネマ
チック型液晶表示素子などが好ましい。また、カラーフ
ィルタと組み合わせたカラー液晶表示素子等が好ましく
使用できる。

【００６２】それとは別に、受光型表示素子を用いず、
上記の光源自体をドットマトリックス状に配列し、情報
を光として発するものであってもよい。例えば、プラズ
マディスプレイ、蛍光表示管、有機ＥＬ素子、フィール
ドエミッション素子などが考えられる。

【００６３】光源と表示体との間、また情報表示源とホ
ログラムとの間には、必要に応じてレンズ系や曲面反射
鏡等の適当な光平行化手段、導光板等の適当な導光手
段、光偏光手段、または、ＫＮＯ₃ 等の非線形光学素子
を配置してもよい。

【００６４】第１の基本構成例に用いる情報表示源の構
成には、ホログラムの複数の入射角に対応する位置に合
わせて配置された、複数個の光源と表示体との組み合わ
せを使用できる。例えば、蛍光表示管などの小型の自発
発光型の表示体を複数配置することが考えられる。この
方法は、表示体の数は増えるがそれぞれの表示体の配置
をそれぞれ最適化できる利点がある。

【００６５】また、別の方法としては、充分な面積を持
った表示体の表示面をホログラムの複数の入射角に対応
する位置に合わせて領域分割して、各領域毎に情報表示
することもできる。例えば、液晶表示装置の表示面内を
領域分割し、それぞれ別個に表示することが考えられ
る。この方法は少ない表示体で等価的に複数の表示体を
実現できる利点がある。また、両者の方式を組み合わせ
てもよい。

【００６６】一般的に、入射角を変えて使用するホログ
ラムは、表示像の拡大倍率が入射角毎に異なることが多
い。そこで、前記複数の表示体または複数の表示領域に
分割された表示体において、各表示体または各表示領域
の表示情報のサイズは、対応するホログラムの表示像拡
大倍率の差を補正するように、独立に制御することが好
ましい。

【００６７】本発明において情報表示源に供給される情
報は、表示すべき３次元像の３次元的位置情報および明
るさ、色の情報を有する。特にその情報は表示すべき３
次元映像を断層写真のように奥行き方向に層状に分け、
各層面内での２次元的な位置情報および明るさ、色とい
う形態であることが望ましい。さらに奥行き方向に分け
られた層は、前記ホログラムが有する複数の虚像結像距
離のそれぞれと奥行きの位置関係が対応するように分割
されたものであることが望ましい。なお、このような情
報を表示するためには、第１の基本構成例のように入射
角に応じてホログラムによる虚像結像距離が異なるもの
が好ましい。

【００６８】本発明のホログラフィック表示装置による
１つの３次元像の表示は、第１、２の基本構成例につい
て、それぞれ次のように行われる。第１の基本構成例で
は、奥行き方向に層状に分割した各層の情報をそれぞれ
に対応する表示体で同時に表示して、１つの像を合成表
示する方法が望ましい。また、３次元像ではなく、異な
る虚像結像距離を持つ独立した情報を表示してもよい。
そのための方法としては、複数の虚像結像距離に対応す
る複数の表示体または複数の表示領域に、独立した情報
を個別に表示する方法が望ましい。

【００６９】第２の基本構成例では、奥行き方向に層状
に分割した各層を時分割的に順次表示し、かつそれを周
期的に繰り返していくことがある。その場合、奥行き方
向のホログラムに近い順または遠い順に順序だって表示
し、すべての層を表示し終えるまでを１周期とする。そ
の際、波長可変光源が発する光の波長も周期的に掃引す
ることが求められる。その周期は奥行き方向に各層をす
べて表示し終えるまでの周期と等しいことが望ましい。
また、表示体が１つの層に対応する情報を表示している
ときには、波長可変光源は一定の波長領域にあり、かつ
その波長は表示すべき層の奥行き方向の位置に対応した
虚像結像距離を持つホログラムの回折波長に対応する。

【００７０】この場合、異なる波長の光で回折された虚
像として奥行き方向に分割して表示するため、各虚像の
色調はその波長に対応して異なる。３次元像全体として
の色調が大きく変わらないようにするためには、各虚像
に対応する波長の間隔はできるだけ狭いことが望まし
い。そのためには、ホログラムの波長半値幅および波長
可変光源の波長半値幅はできるだけ狭いことが望まし
い。そこで、波長可変光源として干渉フィルタを用いる
場合は、その透過スペクトルの波長半値幅はできるだけ
狭いことが望ましい。また、レーザのように非常に狭い
波長半値幅を持つものが好ましく利用できる。ホログラ
ムに１つの感光材料に多重露光したものを用いること
は、波長半値幅が狭くなるので望ましい。また、ホール
バーニング媒体では、ホログラムの波長半値幅はその材
料の持つ均一波長幅により決まりきわめて狭いものが実
現できる。

【００７１】以上の説明は１つの色調を持つ３次元像の
表示に関するものである。第２の基本構成例のホログラ
フィック表示装置をカラー表示とする場合には、３原色
に対応する赤緑青の各色において、対応する波長領域に
おいて上述のようにできるだけ狭い波長間隔で表示して
いけばよい。

【００７２】本発明のホログラフィック表示装置の表示
する内容には、立体テレビジョンのような３次元画像表
示一般が好適である。特に、本発明の原理の観点から、
３次元像を奥行き方向の断層に各々単独では所望の意味
をなさないように分割し、異なる結像距離の虚像に１対
１に表示し、各虚像が合成されることによって所望の意
味をなすような応用が最も好ましい。

【００７３】例えば、医療用や科学分析用の各種断層写
真の立体表示装置、航空機用、船舶用、気象用などの各
種レーダ映像の３次元表示装置、３次元位置ポインタ、
３次元地図表示装置、３次元コンピュータグラフィック
ス映像や仮想現実空間表示用のモニタ装置、各種３次元
ＣＡＤ、シミュレータなどのモニタ装置、３次元ゲーム
装置、３次元的な装飾表示装置など、種々の応用が考え
られる。

【００７４】上述のとおり、表示すべき３次元像は複数
に分割され、それぞれが奥行き方向に形成される複数の
層上に虚像として結像される。この場合、各層間の間隔
は、２〜３００ｍｍであることが好ましい。これは、そ
れぞれの間隔が大きい（例えば５００ｍｍ程度）と、同
時にこれらの層に結像された虚像に、同時に焦点を合わ
せることが困難だからである。そのために、重ね合わさ
れてはじめて所望の意味をなす３次元情報を表示する場
合には、表示像の意味を理解できるほどには充分に表示
像を視認できない。さらに、焦点を動かして前方を視認
しようとしても、ホログラムから遠い位置にある層上の
表示像が前方の視認性を妨げるおそれもある。

【００７５】一方、各層間の間隔が２〜３００ｍｍであ
ると、それぞれの層上の表示像の強調の度合に違いがあ
っても、各層上の表示像を、重ねあわせて理解できるだ
け充分に視認できる。しかも、視認性に富んでいること
により、目の疲労やめまいに似た感覚を覚えるおそれも
低減できる。

【００７６】さらに視認性のよい３次元表示像を得るた
めには、最も観察者側に位置する層から最も観察者から
遠い層までの距離が、２０〜５００ｍｍの範囲にあるこ
とが好ましい。これを実現するためには、３次元像が３
層に分割される場合には、各層間の距離が１０〜２５０
ｍｍ、５層に分割される場合には、各層間の距離が５〜
１２５ｍｍにあることが好ましい。

【００７７】次に、本発明の表示装置によって表示され
る表示像について具体例をあげる。表示すべき具体的な
対象には、空間的な大きさを有する３次元物体が例示で
きる。すなわち、３次元物体を奥行き方向の断層に分割
し、各断面内の２次元的構造を異なる結像距離に対応す
る虚像表示層に表示するものである。その場合、表示の
方法は２通りに大別できる。

【００７８】一つは、各断面において物体の輪郭に相当
する部分のみを表示し、全体として３次元物体の外側表
面を観察できるようにする方法（方法Ａ）である。他方
は、各断面における内部構造まで含めて表示し、全体と
して内部が透視できる３次元物体として表示する方法
（方法Ｂ）である。方法Ａと方法Ｂを併用することもで
きる。

【００７９】例えば、方法Ａによって図８（ａ）のよう
なビンを３次元表示する場合、ビンを奥行き方向に図８
（ｂ）、図８（ｃ）、図８（ｄ）のように層状に分割
し、各断面内においてビンの輪郭部分を表示する。具体
的には、奥行き方向に分割する位置と虚像の結像距離の
関係を対応させることが重要である。すなわち、一番手
前の断面である図８（ｂ）の情報は、図１の表示領域
２”に表示することにより、一番手前の虚像表示層８ｃ
に表示される。中間断面の図８（ｃ）は表示領域２’に
表示し、中間の虚像表示層８ｂに表示される。一番奥の
断面の図８（ｄ）は表示領域２に表示し、一番奥の虚像
表示層８ａに表示される。

【００８０】このように、奥行き方向に分割した表示を
対応する虚像表示層に表示することにより、全体として
図９（（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略正面図）のよ
うな３次元像が得られる。この場合、虚像表示層８ｃと
虚像表示層８ｂとの間の距離および虚像表示層８ｂと虚
像表示層８ａとの間の距離はともに２０ｍｍであった。

【００８１】この方法は３次元物体一般に適用できる。
表示虚像表示層の数を多数用いないと充分な３次元像の
表示が困難な物体については、平面ではなく有限の厚み
を持ったブロックに分割し、奥行方向に帯状となる輪郭
を表示してもよい。

【００８２】方法Ｂによる表示には、次のような応用例
があげられる。例えば、人体のように複雑な内部構造を
持つ対象を、２次元的な面内で表示することは一般に困
難である。すべてを一つの面内に表示すれば図１０
（ａ）のように複雑で判別しにくいものになる。そこ
で、断層写真のように奥行き方向に並ぶ各断面毎に分割
して表示することが考えられる。また、単純な断面では
なく構成要素に分割し個々の要素ごとに表示する方法も
考えられる。

【００８３】例えば、身体輪郭部（図１０（ｂ））、骨
格（図１０（ｃ））、内臓器（図１０（ｄ））のように
構成要素に分割する。そして、各構成要素毎に表示領域
２、２’、２”に表示すれば、おのおの虚像表示層８
ａ、８ｂ、８ｃに各構成要素が表示される。すべてを同
時に表示すれば、図１１（（ａ）は概略斜視図、（ｂ）
は概略正面図）のような３次元像が得られる。この場
合、虚像表示層８ｃと虚像表示層８ｂとの間の距離およ
び虚像表示層８ｂと虚像表示層８ａとの間の距離はとも
に２０ｍｍであった。図１１のようにすべての要素が重
なって表示され、それぞれの要素間の位置関係がわか
る。また、身体輪郭部（図１０（ｂ））、骨格（図１０
（ｃ））のみを表示領域２、２’に表示すれば図１２
（（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略正面図）のように
表示され、骨格の配置がわかる。この場合、内臓器（図
１０（ｄ））の面と骨格（図１０（ｃ））の面との間の
距離および骨格（図１０（ｃ））の面と身体輪郭部（図
１０（ｂ））の面との間の距離はともに１００ｍｍであ
った。

【００８４】このように表示内容を適宜切り替えること
により、複雑な内部構造を持つ対象もわかりやすく表示
できる。この方法も適用範囲が広いが、特に、内部構造
を持つ物体や複数の階層構造を持つ対象の表示に適す
る。例えば、ＣＡＤなどは好適な応用分野であり、建築
物の内部構造の表示や半導体デバイスのマスク図面や電
気回路基板などを基板、配線部、部品などのように階層
的に分類し表示できる。

【００８５】このように、単に異なる表示を複数重ねる
だけではなく、それぞれが関連性を有し全体として一つ
の物体などを構成するものを表示する場合、本発明の表
示装置はその機能を効果的に発揮できる。

【００８６】実体を持つ物体だけではなく、３次元的な
空間そのものまたは仮想的な空間や、さらには階層的カ
テゴリーから構成される体系などの抽象的事象の表示に
も、本発明の表示装置を適用できる。

【００８７】３次元的な空間または仮想的な空間の例と
しては、立体的地図があげられる。特に俯瞰図のような
奥行き感の表現や地形図のように立体的起伏の表現に適
する。また、海底、地表、大気圏構造のような３次元的
空間の表現にも適する。気象の分野では、平面地図、緯
度経度座標線、雲の分布図、気圧配置図、風速図、地
表、海面温度分布図、海流分布図などを個々の虚像表示
層に示し、各々を重ねたり適宜選択表示することによ
り、相互の関連を含めた高度の情報表示が可能となる。

【００８８】抽象的事象の例には種々あるが、例えば奥
行き方向を空間ではなく時間軸に対応させることがあげ
られる。すなわち、より遠方に結像する虚像表示層をよ
り遠い過去に対応づけ、時間の経過を空間的な配置に置
き換えて表示するのである。物理的または経済的現象の
経時的な変化や測定対象物の特性値の変化、または政治
的、経済的事柄の歴史的変化などの表現が可能である。

【００８９】階層的カテゴリーから構成される体系の表
現対象は、あらゆる分野に及ぶ。例えば、言語学の分野
では諸言語の関連性や、個別の単語の語源学的な変遷を
表示の奥行き方向への空間的な配置に置き換えて表示す
る応用があげられる。論理学または情報処理分野でも、
アルゴリズムの構成、階層的データベースの構成の表現
が可能である。生物学の分野でも、動植物種の分類学ま
たは進化論的変遷への応用があげられる。

【００９０】上記の気象への応用例も、広い意味で階層
的カテゴリーから構成される事象の例である。また、ア
ミューズメントやゲームへの応用も広い可能性を有す
る。例えば、３次元的な五目並べ、ブロック崩しなどの
パズルゲームから、立体的なシューティングゲームなど
への適用が可能である。

【００９１】人間への情報伝達手段またはヒューマンイ
ンターフェースとして、本発明の表示装置をとらえる。
奥行き方向を人間の感覚へ対応づけることにより、情報
のより的確でストレスのない伝達が可能な手段であるこ
とがわかる。例えば、事柄の重要度や危険度を奥行き方
向に置き換えて表現することが例示できる。すなわち、
重要度や危険度の低い事柄はより遠方に、高い事柄は手
前に表示することにより、重要度の序列に対する感覚と
遠近の順序に対する感覚が調和するため、違和感がなく
自然で認識しやすい情報伝達が可能になる。

【００９２】以上のように、本発明の表示装置を用いれ
ば実体のある３次元物体の表示にとどまらず、抽象的な
事象までも人間の感覚に調和する形態で表示することが
可能である。

【００９３】自動車用の表示装置への応用例についてさ
らに詳しく述べる。ＨＵＤの経路誘導表示の方法として
は、次のような方法が好適な例としてあげられる。すな
わち、車両の進行と前方の目標地点における方向転換の
様子を、奥行き方向の虚像表示層に対応づけることで、
車両が進行している感覚に適合した経路誘導表示が可能
となる。

【００９４】図１３のような旗印で指示される車両進行
方向前方の交差点で左折することを示し、運転者を誘導
する場合の表示例を説明する。図１の表示領域２、
２’、２”に、図１４（ａ）〜（ｄ）の表示ａ〜ｄを、
図１５のチャートで示すようなタイミングで制御装置に
よって制御して表示する。

【００９５】すなわち、時間領域１の期間は、表示領域
２に表示ａを表示し、表示領域２’には何も表示せず、
表示領域２”にも何も表示しない。次に時間領域２の期
間は、表示領域２に表示ａを表示し、表示領域２’には
何も表示せず、表示領域２”には表示ｃを表示する。ま
た時間領域３の期間は、表示領域２に表示ａを表示し、
表示領域２’に表示ｂを表示し、表示領域２”には表示
ｃを表示する。さらに時間領域４の期間は、表示領域２
に表示ｄを表示し、表示領域２’に表示ｂを表示し、表
示領域２”には表示ｃを表示する。この時間領域１から
４までの期間を一つの表示周期として繰り返し表示を行
う。

【００９６】なお、表示領域２、２’、２”に表示する
パターン図１４（ａ）〜（ｄ）は、最終的に必要な表示
像（図１３）に対し左右逆転させている。これはホログ
ラムコンバイナで１度反射するため、表示体上のパター
ンが左右反転して見えるためである。

【００９７】これらの表示において、道路および前方矢
印は緑色、旗印および進路変更矢印は赤色で表示し視認
性を高めている。このように得られる表示像は、時間領
域１の期間は図１６（（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概
略正面図）のようになる。時間領域２の期間は図１７
（（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略正面図）のように
なる。時間領域３の期間は図１８（（ａ）は概略斜視
図、（ｂ）は概略正面図）のようになる。時間領域４の
期間は図１９（（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略正面
図）のようになる。そして、それらが周期的に繰り替え
される。

【００９８】運転者にとっては、自車の進行に合わせ矢
印表示が目標の交差点に順次近づき、その交差点におい
て左折する様子を視認できる。こうして、本発明の表示
装置によれば、３次元的な走行空間内における自車の進
行の様子、目標交差点の位置、目標交差点における進路
変更方向を、空間的・時間的に順序付けた表示で示すこ
とができる。この場合、表示ｂの表示虚像表示層と表示
ｃの表示虚像表示層との間の距離および表示ｃの表示虚
像表示層と表示ａ、ｄの表示虚像表示層との間の距離は
ともに７５ｍｍであった。

【００９９】また、近年インストゥルメントパネルの計
器板に、虚像式遠視点メータが用いられ始めている。こ
れは、ＨＵＤと同様に計器板の読み取り時にも、眼の焦
点位置が運転中の前方視の状態から大きく変わらないよ
うにしたもので、視認性の向上、読み取り時間の短縮を
狙ったものである。本発明の表示装置は、この虚像式遠
視点メータにも好ましく適用できる。

【０１００】図２０は、本発明のホログラフィック表示
装置を車両のインストゥルメントパネル内に設置した遠
視点メータの例である。図２０では、図１と同様の構成
要素について同じ符号を付与してある。

【０１０１】表示の例として燃料計（図２１）をあげ
る。燃料計を文字盤に相当する表示（図２２（ａ））と
指針に相当する表示（図２２（ｂ））との２層で表現し
たものである。それぞれを表示体面上の表示領域２、
２’に表示すれば、立体的な燃料計の表示像（図２３
（（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略正面図））が得ら
れる。燃料の残量に応じて図２２（ｂ）の指針の角度を
変更すれば、燃料計として機能する。残量が指定値より
少なくなった場合に、表示領域２”に警告表示を示せ
ば、立体的な燃料計の前に警告が現れ、運転者に対しよ
り的確な警告を行えるようになる。この場合、警告表示
の虚像表示層と指針に相当する表示の虚像表示層との間
の距離および指針に相当する表示の虚像表示層と文字盤
に相当する表示の虚像表示層との間の距離はともに５０
ｍｍであった。

【０１０２】ここで、先の例に示した表示システムを、
自動車用ＨＵＤに応用した例を示す（図２４）。情報表
示源２０からの情報を含む光２１は、車両の風防ガラス
２４に備えられたホログラム２２により回折されて、運
転者２３により虚像２５のような表示像として視認され
る。

【０１０３】表示像は風防ガラスから約２００ｍｍ〜約
３００ｍｍの距離に、間隔約５０ｍｍの３つの虚像表示
層として表示できた。表示内容としては、速度表示、警
告表示、経路誘導表示などを表示した。速度表示は、車
速に応じて虚像結像距離が変わるようにした。また、警
告表示は、運転者から見て周期的に奥から手前に近づい
てくるように移動させて表示した。経路誘導表示は、直
進の矢印と方向転換用の矢印（図２４では右折）を表示
し、直進矢印を手前に方向転換矢印を奥に表示した。こ
のように本発明を用いて３次元的な表示を行うことによ
り、より運転感覚にマッチした表示、より視認性のよい
表示を実現でき、車両の運転補助、安全確保に貢献する
ＨＵＤを構成できた。

【０１０４】なお、ホログラム２２は風防ガラス２４に
備えられるものであり、例えば風防ガラスの表面（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、本例のように合わせガラ
スである風防ガラスの内部に封入して用いることが好ま
しい。また、ホログラムを風防ガラス外周部の黒セラミ
ック隠蔽部に封入することもでき、輝度の暗い光源を用
いた場合でも背景が暗いためコントラストのよい表示が
実現できる。

【０１０５】また本例では、複数の入射角に対応する表
示装置または領域をホログラムに対する光の入射回折平
面内に含まれるように配置した。本発明はそのような構
成のみに限定されない。例えば、表示装置を観察者から
見て左右に配置してもよい（図１で見ると紙面に垂直の
方向）。またそれらを組み合わせて表示装置を縦横碁盤
目状に配置したものを用いてもよい。

【０１０６】

【発明の効果】本発明によれば、複数の入射角または複
数の波長の光をホログラムにより回折し観察者に虚像と
して視認させることができ、その虚像結像距離は異なる
入射角または異なる波長に対してそれぞれ異なる。その
ため、３次元像の奥行きの差を入射角の差にまたは波長
の差に置き換えてホログラムに照射することによって、
３次元的に奥行きのある虚像が表示可能となる。

【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（ａ）、これに用いる表示体の正面図（ｂ）。

【図２】ホログラムの回折スペクトル図。

【図３】本発明におけるホログラムの露光方法を示す概
念図。

【図４】本発明のホログラフィック表示装置の一例を示
す概念図。

【図５】本発明における干渉フィルタの透過光のスペク
トル図。

【図６】ホログラムの回折スペクトル図。

【図７】本発明におけるホログラムの露光方法を示す概
念図。

【図８】本発明における表示内容の一例を示す分解正面
図。

【図９】図８の表示内容の表示状態の一例を示す概略斜
視図（ａ）、概略正面図（ｂ）。

【図１０】本発明における表示内容の一例を示す分解正
面図。

【図１１】図１０の表示内容の表示状態の一例を示す概
略斜視図（ａ）、概略正面図（ｂ）。

【図１２】図１０の表示内容の表示状態の一例を示す概
略斜視図（ａ）、概略正面図（ｂ）。

【図１３】本発明における表示内容の一例を示す全体正
面図。

【図１４】本発明における表示内容の一例を示す分解正
面図。

【図１５】図１４の表示内容の制御について説明するチ
ャート。

【図１６】図１４の表示内容の表示状態の一例を示す概
略斜視図（ａ）、概略正面図（ｂ）。

【図１７】図１４の表示内容の表示状態の一例を示す概
略斜視図（ａ）、概略正面図（ｂ）。

【図１８】図１４の表示内容の表示状態の一例を示す概
略斜視図（ａ）、概略正面図（ｂ）。

【図１９】図１４の表示内容の表示状態の一例を示す概
略斜視図（ａ）、概略正面図（ｂ）。

【図２０】本発明のホログラフィック表示装置をメータ
に応用した例を示す概念図。

【図２１】本発明における表示内容の一例を示す全体正
面図。

【図２２】本発明における表示内容の一例を示す分解正
面図。

【図２３】図２２の表示内容の表示状態の一例を示す概
略斜視図（ａ）、概略正面図（ｂ）。

【図２４】本発明のホログラフィック表示装置を自動車
用ＨＵＤに応用した例を示す概念図。

【符号の説明】

１：液晶表示装置２〜２”：表示面上の表示領域５：情報を含む光６：ホログラム７：観察者８：複数の結像距離を持つ虚像から構成される３次元像１０：波長可変色素レーザ１１：ハーフミラー１２：ミラー１３：表示像側スペーシャルフィルタ１４：表示装置側スペーシャルフィルタ１５：ガラス基板１６：ホログラム感光材料２０：情報表示源２１：情報を含む光２２：ホログラム２３：運転者２４：風防ガラス２５：複数の結像距離を持つ虚像から構成される３次元
像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
を有し、表示すべき情報を光として発する情報表示源
と、前記光を観察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、前記ホログラムは、異なる入射角毎に異なる虚像結像距
離を有するホログラムであり、前記表示すべき情報は、奥行き方向に複数の層に分割さ
れた複数の部分情報からなる３次元的な情報であり、前記複数の部分情報に対応するように複数の入射角でそ
れぞれの部分情報を含む光を前記情報表示源からホログ
ラムに向けて照射して、前記各入射角に対応した虚像結
像位置に虚像を結像させて情報を３次元的に表示するこ
とを特徴とするホログラフィック表示装置。
【請求項２】前記ホログラムは、複数のホログラム体が
積層されたものであり、複数のホログラム体は、それぞれその回折効率に入射角
依存性を有し、該入射角依存性は、それぞれのホログラム体のピーク回
折効率を発現させる入射角がほぼそれぞれ前記複数の入
射角のそれぞれに対応するものであり、それぞれのホログラム体は、ホログラム体に前記複数の
入射角のうちの１つの入射各で入射した光の回折効率
が、前記複数の入射角のうちの残りの入射角で入射した
光の回折効率の１０倍以上となるホログラム体であるこ
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。
【請求項３】前記情報表示源は、前記複数の入射角に合
わせて配置された光源と表示体との複数の組み合わせよ
りなる請求項１または２記載のホログラフィック表示装
置。
【請求項４】前記情報表示源は、表示体の表示面を前記
複数の入射角に対応するように領域分割されてなる請求
項１または２記載のホログラフィック表示装置。
【請求項５】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
を有し、表示すべき情報を光として発する情報表示源
と、前記光を観察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、前記ホログラムは、異なる波長の入射光毎に異なる虚像
結像距離を有するホログラムであり、前記表示すべき情報は、奥行き方向に複数の層に分割さ
れた複数の部分情報からなる３次元的な情報であり、前記複数の部分情報に対応するように複数の波長の光を
前記情報表示源からホログラムに向けて照射して、前記
各波長に対応した虚像結像位置に虚像を結像させて情報
を３次元的に表示することを特徴とするホログラフィッ
ク表示装置。
【請求項６】前記各々の虚像結像位置間の間隔は、２〜
３００ｍｍである請求項１〜５のいずれか記載のホログ
ラフィック表示装置。
【請求項７】前記情報表示源は、表示すべき３次元情報
の内容を可変とする制御装置を備えている請求項１〜６
のいずれか記載のホログラフィック表示装置。
【請求項８】前記部分情報は、単独では所望の意味をな
さず、奥行き方向にこれらの複数の部分情報が重ねられ
て所望の意味をなす情報である請求項１〜７のいずれか
記載のホログラフィック表示装置。