JPH1069209A - 車両用ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広い領域で表示像が観察できるヘッドアップデ
ィスプレイを得る。 【解決手段】少なくとも２つの異なる方向に配された予
備ホログラムからの光を物体光としてコンバイナ用ホロ
グラム感光材料の一方の面側から照射し、もう一方の面
側から参照光を照射して露光されたホログラムを備えた
コンバイナ１２に、表示用光源１３から発せられた光を
照射して、観測者１４、１５に表示像を観察させるヘッ
ドアップディスプレイ。

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
プデイスプレイ（以下ＨＵＤという）に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車内等の運転者に情報を表示する方
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。

【０００３】特に、コンバイナに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、光学的
情報を運転者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
することが可能であり、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があるため、ＨＵＤの
コンバイナとしては有効である。

【０００４】図５は、従来のＨＵＤの一例を示す概念図
である。光源５１から発し、レンズ系５２を介して透過
型液晶表示素子５３を通過した表示すべき情報を含む光
線５４は、反射素子５５で反射後車体の風防ガラス５６
に備えられたホログラム５７に照射され、回折されて運
転者に観察位置５８で表示像５９が視認される。

【０００５】上記レンズ系５２はコリメーターとしての
機能を持つものであり、また、この機能はホログラム５
７に持たせることもでき、速度表示、警告表示の表示像
を遠方に結像させることも可能になる。

【０００６】また、ホログラム５７は波長選択機能を持
つので、希望する色の像が表示可能となる。通常その色
は単一であることが多いが、多重露光による多色表示も
可能であり、表示情報の量と質を向上できる。例えば、
速度表示を緑色、警告表示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。

【０００７】かかるホログラムコンバイナとしては、通
常、反射型のホログラムが用いられるが、反射型ホログ
ラムの作製においては、ホログラムの感光材料の一方の
面から参照光、他方の面から物体光を照射して、感光材
料内に回折格子を作製する。

【０００８】ホログラムの感光材料内部では、これら２
つのレーザ光が干渉して光の明暗の干渉縞が生じ、それ
が感光材料の屈折率または密度などの物性の違いに基づ
く回折格子として記録される。この種の反射型ホログラ
ムにおいては、光線の入射角度と反射回折角度が異なる
場合、その回折格子面はホログラム表面に対して傾いて
おり、表面と平行ではない。

【０００９】これは、情報を含む表示光源からの表示光
入射角と運転者が視認するコンバイナからの情報光回折
角とが異なるようにコンバイナを作製したためであり、
入射角と回折角とが異なるように取ることができること
によりＨＵＤの設計の自由度が増す。かかる、ＨＵＤで
は表示光源から出射された表示光の回折方向は、一つの
方向のみになっている。

【００１０】特開平５−２７８４９８号公報や特開平７
−１０１２６７号公報には、表示光源から出射された表
示光の回折方向が運転者と助手席等の同乗者との複数方
向に回折するＨＵＤが開示されている。ここでは、複数
の方向に表示光が回折されるように、一つの参照光と複
数の物体光を使用するか若しくは一つの参照光と一つの
物体光を使用して複数回露光して作製する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】かかるホログラムコン
バイナは、波長選択性を高めるために通常体積型ホログ
ラムを使用する。体積型ホログラムはこの波長選択性が
優れていることにより色収差を低減して表示像のボケを
押さえることが可能である一方、角度選択性にも優れて
いるために、この角度選択性がかえって表示像の回折に
よる視認範囲を狭めている。

【００１２】すなわち、通常の運転者のみが視認するホ
ログラムＨＵＤでは、ホログラムコンバイナが表示像を
回折する方向の運転者が視点位置をわずか上下に移動す
ると当該表示像が認知困難となる。また複数方向から視
認可能なホログラムＨＵＤにおいても状況は同じであ
り、表示像を回折する特定の複数方向に視点をおいて観
察する場合は表示像の認知が可能であるが、視点位置を
わずか上下に移動すると表示像の認知が困難となる問題
点を有する。

【００１３】本発明は、従来技術が有していた上記欠点
を解決することにあり、従来知られていなかったＨＵＤ
を新規に提供することにある。

【００１４】

【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、表示用光源と、該表示
用光源から発せられた光を観測者に向けて回折するホロ
グラムを備えたコンバイナとを少なくとも有する車両用
ヘッドアップディスプレイにおいて、前記コンバイナ用
ホログラムは、少なくとも２つの異なる方向に配された
予備ホログラムからの光を物体光としてコンバイナ用ホ
ログラム感光材料の一方の面側から照射し、もう一方の
面側から参照光を照射して露光されたものであり、前記
２つの異なる方向は、車両内の複数の観察者の観察方向
に略一致することを特徴とする車両用ヘッドアップディ
スプレイを提供するものである。

【００１５】

【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ＨＵＤの一例を
示す概念図である。ホログラムコンバイナ１２に向かっ
て表示用光源１３から表示像光が投射され、コンバイナ
１２によって回折されてその表示像が複数の観測者１
４、１５によって観測される。本例では、表示用光源１
３を含む光学系（図示せず）は一つの筐体１１に設置さ
れている。

【００１６】ホログラムコンバイナ１２は筐体１１の観
測者１４、１５に対しての反対側の端に表示光源１３に
対向して斜めに設置されている。ここで使用されている
ホログラムは特定の波長を反射的に回折する反射型ホロ
グラムであり、入射角は特定方向を有するが回折角は入
射角のように特定されておらず広く、さらに回折方向も
本例では２方向である。

【００１７】ここで使用された光源１３はバックライト
付きの液晶デイスプレイであり車速が表示されている
が、光源はＣＲＴ、ＥＬ、ＶＦＤ等でもよく表示内容は
警告パターンや方向指示などの表示ができる。

【００１８】また、この反射型コンバイナには給油を促
すマークやエンジンのオーバーヒートを示すマーク等、
イメージホログラムでよく行われるような３次元像が記
録されていてもよい。

【００１９】表示用光源１３の位置は、図示の例に限定
されず、コンバイナ１２の下部に設置してもよい。この
場合には図示の表示用光源が設置されている位置に表示
用光源からの表示光をコンバイナ１２に向けて反射する
反射部材（図示せず）が設置される。この反射部材は、
平面鏡、凹面鏡、特定波長の選択性を有するホログラム
を使用してもよい。

【００２０】観測者１４、１５は、本例では運転者と助
手席の同乗者を想定している。本発明におけるコンバイ
ナは、運転者および助手席同乗者が少々姿勢を崩して
も、すなわち左右方向に視線がずれても、さらに上下方
向にずれても表示像を観測者方向に回折するように作製
されている。特に上下方向に対する自由度が大きく観測
者の身長の高低に関係なく表示像が観測可能である。

【００２１】こうした機能を有するコンバイナは、次の
ように作製されたホログラムを用いたホログラムコンバ
イナである。すなわち、本発明におけるホログラムは、
イメージホログラム作製の手法によって、二つの段階を
経て作製される。

【００２２】まず、第一段階で二枚の本露光用の予備ホ
ログラムを作製し、これら予備ホログラムを用いてコン
バイナ用ホログラムを作製する。この様子を図２と図３
に示す。

【００２３】図２はコンバイナ用ホログラムを作製する
ための第一段階を示しており、予備ホログラムの作製方
法を示す。レーザ装置から発振されたレーザ光（本例で
は波長５１４．５ｎｍ）は、ビームスプリッタによって
２光束に分割され、一方はレンズ２８によってコリメー
トされ物体参照光２９として拡散板２１に照射される。
この拡散板２１は水直方向に対しδの角度傾いており、
この散乱板での散乱光３０は予備ホログラム感光材料２
６および２７に物体光として作用する。本例ではδは５
５°としたが、これに限定されないことはもちろんであ
る（例えばδ＝１０〜６０°）。

【００２４】他方のレーザ光はレンズ２４によってコリ
メートされ、参照光２５として予備ホログラム感光材料
２６および２７に照射される。この参照光２５が拡散板
２１によって散乱されないように、拡散板２５とレンズ
２４との間には透明基板２２に保持された拡散板２１よ
りやや大きめの遮光マスク２３が配されている。なお、
この遮光マスク２３は予備ホログラム感光材料２６およ
び２７への参照光の照射を妨げるほど大きくはない。

【００２５】予備ホログラム感光材料２６および２７は
円錐の一部の形状を有し、二つのレンズ中心Ｃを結ぶ直
線と予備ホログラム感光材料２６および２７の中心線と
がなす角度が、それぞれ（９０−β）°と（９０−α）
°である。参照光２５と散乱物体光３０は、予備ホログ
ラム感光材料２６および２７内部で干渉し、感光材料に
干渉縞が形成される。ここでβおよびαは図４に示すよ
うにコンバイナ（コンバイナ用ホログラム３８）の再生
像４４に降ろした垂線４０と、これを含む水平面内の助
手席の同乗者４２に向かう方向とのなす角度および運転
者４３に向かう方向とのなす角度である（本例ではβ＝
６０°、α＝３０°とした）。

【００２６】コンバイナ用ホログラムの作製方法を図３
に示す。レンズ２４でコリメートされた再生照明光は透
明基板２２を透過し、３２側は予備ホログラム２６ｈに
照射され、３３側は２７ｈに照射されて、ほぼコンバイ
ナ用ホログラム感光材料３８の位置に実像３１を再生す
る。すなわち感光材料３８を実像３１とほぼ重なる位置
に垂直に設置する。これによってボケの少ない再生像を
得ることが可能である。もちろん、感光材料３８を実像
３１から離れて予備ホログラム側もしくはレンズ２８側
へずらすことも可能である。他方、レンズ２８を透過し
たコリメート光３６は参照光として働き、感光材料３８
に実像３１が記録される。こうして、コンバイナ用ホロ
グラムが作製される。

【００２７】以上のように作製されたコンバイナ用ホロ
グラムは、図４（符号は図１と同じものを示す）に示す
ように配置されコンバイナとして使用される。表示光源
からの表示光は拡散板の像であるスクリーン上に表示像
として写しだされる。

【００２８】上述の方法は、単色用のコンバイナに関す
るものであったが、同様のプロセスをへてコンバイナ用
ホログラムに複数の波長の光（例えば波長６７４ｎｍも
しくは６３３ｎｍの赤色および波長４８８ｎｍの青色）
を用いて同様に露光すれば、カラー用のコンバイナを作
製することが可能である。さらに、これらの波長ばかり
でなく色素レーザを使用し他の赤、緑、青の色の波長光
を選択することも可能であり、また同一波長でも予備ホ
ログラムの開き角を適宜変化させて露光し、カラー表示
させることも可能である。

【００２９】本発明におけるホログラム感光材料には、
フォトポリマー、メチレンブルー等で増感された重クロ
ム酸ゼラチン、ポリビニルカルバゾール、銀塩系材料等
が使用できる。また、本発明におけるホログラムは体積
型のみならず２次元型のレリーフホログラム等も使用で
きる。

【００３０】以上は可変情報を表示するコンバイナの作
製方法について説明したが、特定の静止三次元像、すな
わちシートベルト装着確認や燃料の残量小を示す警告表
示等もコンバイナ用ホログラムに記録できる。この場合
は予備ホログラム露光段階で、図２において拡散板２１
のかわりにこの警告表示マーク形状の光散乱性物体を設
置し、上述のように露光すればよい。その際、上述の警
告表示マークは赤色等が再生されるように露光するのも
よい。また前照灯が上を向いていること知らせるマーク
は青等で再生されるように露光するのもよい。このよう
に露光すると白色光を照射光としても所望の色で像表示
が可能である。

【００３１】上述の露光方法では、２枚の予備ホログラ
ムを用いたが、３枚でも４枚でも使用可能であり、それ
以上でもよい。また部分円錐形状に限らず、回転放物面
の形状でもよいし平面形状等でもよい。

【００３２】コンバイナの他の設置例として、図１の構
成に限らず、図５に示したように、フロントガラス部に
装着する構成とすることもできる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、異なる２方向に配され
た予備ホログラムを用いてコンバイナ用ホログラムを作
成しているので、表示像の観察できる領域を拡大するこ
とができる。特に、予備ホログラムを部分円錐形状とす
ることによって、この円錐の底辺部の広がりを大きくす
ればするほど、観察できる範囲を広げることができる。
すなわち運転者もしくは助手席の同乗者の座高の違い
（視点の上下位置の違い）に全く関係なく表示像を観察
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨＵＤの一例を示す概念図

【図２】本発明における予備ホログラムの作製方法の一
例を示す概念図

【図３】本発明におけるコンバイナ用ホログラムの作製
方法の一例を示す概念図

【図４】本発明における表示光入射方向と回折方向とを
示す概念図

【図５】従来のＨＵＤを示す概念図

【符号の説明】

１１：筐体 １２：ホログラムコンバイナ １３、４１：表示光源 １４：運転席の観測者 １５：助手席の観測者 ２１：拡散板 ２２：透明支持板 ２３：遮光板 ２４、２８：コリメートレンズ ２５、３６：参照光 ２６、２７：予備ホログラム感光材料 ２６ｈ、２７ｈ：予備ホログラム ２９：物体照明光 ３１：予備ホログラムの実像 ３２、３３：再生光 ３４、３５：予備ホログラムの再生光 ３８：コンバイナ用ホログラム感光材料 ３８ｈ：コンバイナ用ホログラム ４０：スクリーン像面に降ろした法線 ４２：助手席側回折光 ４３：運転手側回折光 ４４：コンバイナ用ホログラムに記録された像表示スク
リーン面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示用光源と、該表示用光源から発せられ
   た光を観測者に向けて回折するホログラムを備えたコン
   バイナとを少なくとも有する車両用ヘッドアップディス
   プレイにおいて、前記コンバイナ用ホログラムは、少な
   くとも２つの異なる方向に配された予備ホログラムから
   の光を物体光としてコンバイナ用ホログラム感光材料の
   一方の面側から照射し、もう一方の面側から参照光を照
   射して露光されたものであり、前記２つの異なる方向
   は、車両内の複数の観察者の観察方向に略一致すること
   を特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ。
2. 【請求項２】前記予備ホログラムには拡散板の像が記録
   されていることを特徴とする請求項１の車両用ヘッドア
   ップディスプレイ。
3. 【請求項３】前記予備ホログラムは湾曲形状を呈してい
   ることを特徴とする請求項１または２の車両用ヘッドア
   ップディスプレイ。