JPH11174366A - ホログラフィック・コンバイナおよびそれを用いたヘッドアップディスプレイ - Google Patents

ホログラフィック・コンバイナおよびそれを用いたヘッドアップディスプレイ

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JPH11174366A
JPH11174366A JP9336857A JP33685797A JPH11174366A JP H11174366 A JPH11174366 A JP H11174366A JP 9336857 A JP9336857 A JP 9336857A JP 33685797 A JP33685797 A JP 33685797A JP H11174366 A JPH11174366 A JP H11174366A
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JP
Japan
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light
combiner
hologram
display
image
Prior art date
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JP9336857A
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English (en)
Inventor
Susumu Takahashi
進 高橋
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ボケが少なく明るい再生像(計器情報光)を、
コンバイナ面から離れた位置でも視認できるようなヘッ
ドアップディスプレイを提供する。 【解決手段】ホログラムの回折光に波長分散が生じる方
向には、拡散性を持つ光を発生し、波長分散のない(少
ない)方向では、回折光を虚像もしくは実像として遠方
に結像させるタイプのホログラフィック・コンバイナを
用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機や自動車な
どの計器情報を外界の景色と重ね合わせて操縦者に視認
させることによって、計器情報の観察時の操縦者の視点
移動を少なくさせて安全性を高めるヘッドアップディス
プレイに関する。特に、コンバイナ(外界の景色と計器
情報の双方を操縦者が視認できるようにするものの意)
として、ホログラムを用いたタイプのヘッドアップディ
スプレイに関する。
【0002】
【従来の技術】ヘッドアップディスプレイとしては種々
のものがあるが、その中でホログラフィック・コンバイ
ナを用いたヘッドアップディスプレイが公知である。ヘ
ッドアップディスプレイでは、光学的に投影される計器
情報をコンバイナで回折させて、観察者は前記情報の虚
像を視認する。ホログラフィック・コンバイナを用いた
ヘッドアップディスプレイは、透過率が可視域全体で9
0%と高いものであっても、特定波長に対する回折効率
を高くすることが可能であるという特色を有している。
【0003】上記のヘッドアップディスプレイは、図1
に概略的に示すような構成であり、計器情報の光源(以
下、「表示体」と称する)から出た光(同図では、計器
情報として「矢印」を表示)はコンバイナで回折して、
あたかもコンバイナの前方の特定位置に計器情報が浮か
び上がっている(結像している)かのように観察者に視
覚される。当然、コンバイナでは外界の景色である光も
透過するので、計器情報と景色の双方が観察者に視認さ
れる。
【0004】上記コンバイナとしては、発散球面波と平
面波、または発散球面波同士の干渉により作製される体
積位相型のホログラムが例示される。従って、表示体上
の1点から出た光は、コンバイナで反射回折して、異な
る曲率を持つ球面波となって再生されるため、表示体か
らの計器情報光を虚像として観察者の遠方に浮かび上が
らせることができる。
【0005】ホログラムなどの、回折を用いる光学素子
を白色光など波長幅の広い照明光で照明した場合、回折
角度が大きくなるほど、波長による回折角度の違い(波
長分散)が生じる。ホログラムをコンバイナーとして利
用した場合、この波長分散がボケとなり、画質を劣化さ
せる原因となっていた。
【0006】ヘッドアップディスプレイで表示される画
像情報は、ボケが少ないことが望まれる。表示体からの
計器情報光を回折させて観察者に視覚させるタイプのホ
ログラフィック・コンバイナでは、ホログラム自体が本
来的に有している分光特性に依存して、再生波長によっ
て再生位置が異なるため、再生像にボケが生じてしま
う。(図2参照) 前記ボケを小さくするためには、コンバイナによって回
折再生される再生像の波長幅を狭くすることが有効であ
るが、再生像が暗くなってしまうという欠点も併せ持つ
ことになる。
【0007】本出願人による特開平9−179058号
公報では、拡散光を反射回折するホログラム(反射回折
光の拡散する方向については考慮していない)を用いて
おり、コンバイナをスクリーンとして機能させ、計器情
報光を投影もしくは結像させる手法を提案している。上
記提案により、再生像のボケは解消されるものの、再生
像がコンバイナ面上となるため、あたかも遠方(図中、
右側)に再生像(計器情報)が浮かび上がっているかの
ように観察者に視覚させるのは困難である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ボケが少な
く明るい再生像(計器情報)を、コンバイナ面から離れ
た位置でも視認できるようなホログラフィック・コンバ
イナおよびそれを用いたヘッドアップディスプレイを提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】ホログラフィック・コン
バイナとして、回折による波長分散の大きい方向では計
器情報光を回折させるのではなく、スクリーンのように
機能させ、波長分散のない(もしくは少ない)方向では
ミラーのように機能するものを用いることにより、上記
課題は解決されることになる。すなわち、波長分散の大
きな方向ではコンバイナ面に計器情報を投影もしくは結
像させ、波長分散のない(もしくは少ない)方向では、
計器情報をコンバイナによって虚像もしくは実像として
遠方に結像させるタイプのホログラフィック・コンバイ
ナを用いる。
【0010】上記ホログラフィック・コンバイナは、回
折光に波長分散が生じる垂直または水平の何れかの方向
のみに拡散性を持つ回折光を再生する透明なホログラム
からなる。
【0011】または、特定方向のみに拡散性を持つ光を
発生する拡散板と、特定方向からの光に結像効果を持つ
透明なホログラムとを組み合わせてなる。
【0012】<作用>コンバイナに用いるホログラム
が、回折光の波長分散の大きな方向ではスクリーンとし
て機能するように拡散光を再生するため、前記方向で
は、再生像(計器情報光)はコンバイナ面に結像するこ
とになりボケが生じないと共に、回折光の波長分散のな
い(もしくは少ない方向)では、コンバイナーによって
遠方に結像した像を観察するため、観察者はコンバイナ
ー面から離れた像を観察することが出来る。(請求項
1,2)
【0013】また、体積位相型ホログラムを用いること
により、特定波長の光のみに対して回折(拡散光を再
生)するため、外界の景色の明るさを殆ど損なうことが
なく、表示体の投影光も観察することができる。(請求
項3)
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図3および図4を用いて、
本発明をさらに詳細に説明する。表示体(光源により照
明されて計器情報光を発するタイプと、それ自体が計器
情報光を発光するタイプとがある)からの計器情報光
は、ホログラムの波長分散の大きな方向(図3参照;同
図では上下方向)では、レンズなどの結像系によって、
ホログラフィック・コンバイナ上に結像される。波長分
散のない(もしくは少ない)方向(図4参照;一般に
は、波長分散の大きな方向と直交する方向であり、図4
は、図3を上から見た図である)では、ホログラフィッ
ク・コンバイナ自体が結像効果を持ち、観察者はコンバ
イナの表示する像を観察することになる。
【0015】観察者の目は、左右方向に位置しているた
め、水平方向の像位置を実際の像の位置として観察者は
認識する。そこで、波長分散の大きな方向を垂直方向、
少ない方向を水平方向とすれば、水平方向の像位置をコ
ンバイナ面から離れた遠方に配置することができるた
め、望ましい結果を得ることができる。
【0016】上記コンバイナは、波長分散の大きな方向
では、ホログラム面に拡散板を回折再生するイメージ型
ホログラムとして機能し、波長分散のない(もしくは少
ない)方向では、計器情報を虚像として再生するレンズ
効果のあるミラーとして機能している。
【0017】波長分散の大きな方向においては、コンバ
イナに計器情報光が投影されると、光の当たった部分で
は、コンバイナから観察者の視点方向に光が拡散し、波
長分散があってもボケのない像として認識され、また、
これと直交する波長分散の少ない方向では、コンバイナ
のレンズ効果によって、コンバイナ面から離れた位置に
像が結像する。
【0018】波長分散の大きい方向を垂直方向とすれ
ば、水平方向での像位置が、コンバイナ面から離れた位
置に存在し、観察者の左右の目に入射する像に視差が生
じ、コンバイナ面から離れた位置に像を認識することが
できる。
【0019】垂直方向ではコンバイナ面に像が存在する
が、立体感において左右方向の視差情報の影響がもっと
も強く奥行き感を与えるため、観察者はコンバイナ面か
ら離れた位置に像を認識する。
【0020】上記の説明では、コンバイナの波長分散が
大きな方向では結像系によって計器情報光がコンバイナ
上に結像されていたが、図5に示すように、影絵のよう
にして計器情報光を投影してもよい。また、コンバイナ
の波長分散の大きな方向での拡散性を、上記の例ではホ
ログラム自体に持たせていたが、拡散方向に異方性を持
つ拡散板を、結像効果を持つホログラムと組み合わせて
実現しても良い。
【0021】体積位相型ホログラムでは、その特性(回
折波長の選択性)により、ある特定の波長の光のみを回
折し、他の波長の光に対しては回折せずに単なる透明体
として作用する。
【0022】また、回折波長のみならず回折角度にも選
択性を有する(ある特定の角度から入射する光のみを回
折し、他の角度からの光に対しては回折せずに単なる透
明体として作用する)場合もある。
【0023】従って、体積位相型ホログラムをコンバイ
ナとして用いると、観察者は、外界の景色の明るさをほ
とんど損なうことなく、表示体からの計器情報光を観察
することができる。
【0024】計器情報光は、波長分散の大きな方向で
は、コンバイナ面で視覚されるため、画像のボケは、表
示体からの計器情報光をコンバイナ上に投影もしくは結
像させる光学系のみに依存するため、ホログラムの分光
特性に起因する色収差(ボケ)は存在しない。
【0025】次に、コンバイナとなる体積位相型ホログ
ラムの作製方法を説明する。この方法は、公知のリップ
マンホログラムの撮影方法の応用である。まず、図6に
示すように、2つの球面波をホログラム感光材料の両面
から入射するように設置し、片方の球面波(物体光側)
に、レンチキュラーレンズのような、1方向のみに拡散
する拡散板を挿入する。
【0026】この拡散板の拡散方向は、物体光と参照光
の光軸とのなす角度が、最も大きくなる方向に拡散する
ように設置する。
【0027】再生回折光の波長分散を小さくするために
は、この参照光と物体光の光軸のなす角度が小さければ
良いため、コンバイナとして使用する際に、水平方向で
は、参照光と物体光の光軸を一直線上になるように配置
し、これと直交する方向に、拡散するように拡散板を配
置するのが望ましい。
【0028】このホログラムは、撮影時の参照光の光軸
に沿った方向からの光が入射すると、波長分散の大きな
方向では光が散乱し、これに直交する方向では、レンズ
効果をもって反射回折し、コンバイナであるホログラム
面から離れた位置に表示体の像を結像する。
【0029】また、特定波長の光のみがホログラム上で
回折し、それ以外の波長の光には単なる透明体として機
能することになる。ホログラムに、参照光の光軸からず
れた光を入射させても、ホログラム上での特定波長の光
の散乱は極端に減少する。
【0030】上記のホログラムを、ヘッドアップディス
プレイのコンバイナとして利用すると、コンバイナの波
長分散にかかわらずボケの少ない再生像を観察すること
ができる。
【0031】また、上記のホログラムに感光材料を密着
させ、感光材料側からレーザー光を照射し、光学的に複
製をする(周知のコンタクト・コピー法)ことによって
得られる第2ホログラムを、コンバイナとして大量複製
することもできる。従って、ヘッドアップディスプレイ
の作製を容易にし、コストダウンが可能となる。
【0032】コンバイナとして利用される感光材料とし
て、フォトポリマーやダイクロメートゼラチンや銀塩感
光材料やフォトレジストなどが挙げられる。
【0033】上記の例では、ホログラム自体に拡散機能
とレンズ機能の両方を持たせたが、図7に示すように、
レンズ機能をもつホログラムと、特定方向のみに光を散
乱する散乱板、例えばレンチキュラーレンズやホログラ
フィックな散乱板など、とを組み合わせても同様な効果
を得ることができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンバイナ面から離れた遠方の再生像でも、波長分散に
よるボケが少なく、しかも明るい再生像として観察でき
るようなホログラフィック・コンバイナおよびそれを用
いたヘッドアップディスプレイが提供される。
【0035】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のヘッドアップディスプレイの一例を概略
的に示す説明図。
【図2】従来のヘッドアップディスプレイが有する課題
(再生像が、波長分散によりボケること)を示す説明
図。
【図3】本発明のヘッドアップディスプレイの一例を波
長分散の大きな方向から見た概略的に示す説明図。
【図4】本発明のヘッドアップディスプレイの一例を波
長分散の小さな方向から見た概略的に示す説明図。
【図5】本発明のヘッドアップディスプレイの他例を概
略的に示す説明図。
【図6】コンバイナとなる体積位相型ホログラムの作製
工程を示す説明図。
【図7】本発明のヘッドアップディスプレイの一例を概
略的に示す説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G09F 9/00 359 G09F 9/00 359A

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回折光に波長分散が生じる方向のみに拡散
    性を持つ回折光を再生する透明なホログラムを用いるこ
    とを特徴とするホログラフィック・コンバイナ。
  2. 【請求項2】特定方向のみに拡散性を持つ光を発生する
    拡散板と、特定方向からの光に結像効果を持つ透明なホ
    ログラムとを組み合わせて用いることを特徴とするホロ
    グラフィック・コンバイナ。
  3. 【請求項3】ホログラムとして、体積位相型ホログラム
    を用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記
    載のホログラフィック・コンバイナ。
  4. 【請求項4】請求項1〜請求項3の何れかに記載のホロ
    グラフィック・コンバイナと、前記コンバイナからの回
    折光に波長分散が生じる方向に対しては、計器情報光を
    投影もしくは結像させる光学系と、を少なくとも備える
    構成であるヘッドアップディスプレイ。
JP9336857A 1997-12-08 1997-12-08 ホログラフィック・コンバイナおよびそれを用いたヘッドアップディスプレイ Pending JPH11174366A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018200459A (ja) * 2017-05-29 2018-12-20 富士フイルム株式会社 実像表示用部材、および表示システム

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