JPH11352438A - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】車両用ヘッドアップディスプレイ装置におい
て、狭帯域の分光特性をもつ光をコンバイナーに入射さ
せることにより、ホログラムによる波長分散を小さく
し、運転者が表示される光学的情報を短時間にかつ正確
に認識できるとともに、任意の運転者に対して、つまり
運転者の目の高さに寄らず、光学的情報を明確に観察で
きるようにすることを課題とする。 【解決手段】光学的情報を表示する発光表示手段４３
と、前記発光表示手段４３から投射された光学的情報を
観察者に向けて反射的に回折するホログラムよりなるコ
ンバイナー４２とにより構成される車両用ヘッドアップ
ディスプレイ装置において、前記発光表示手段４３から
の光の分光特性の半値幅を１０ｎｍ以下とし、前記コン
バイナー４２は前後に傾斜する可動部分を有し、前記発
光表示手段４３からの光の分光特性の半値幅をｄとし
て、前記ホログラムの分光反射率の半値幅を、（ｄ＋
７．５）〜４０ｎｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はホログラム光学素子
を用い、車両運転者が前方の外界の情景とともに車両内
部にある発光表示手段による画像情報を重ねて視認でき
る車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ
とする）装置は、発光表示手段から放射される計器類の
光学的情報の表示虚像を、外界の情景に重ねあわせて、
運転者の目前、かつ遠方に表示する機能を持つ。

【０００３】遠方表示することにより、外界と計器の間
での目の焦点調整が不要になり、また目前に表示するこ
とにより、運転者は視線を移動させずに、計器類を視認
することが可能になり、短時間に計器類の情報を正確に
読み取ることができるので、高速運転時の事故防止につ
ながり、安全性を向上させる効果がある。

【０００４】例えばこのＨＵＤ装置は、図１に示すよう
に、計器類などの光学的情報を表示する発光表示手段１
と、凹面鏡と同様なレンズ作用をもつオフアクシス型の
リップマンホログラムから成るコンバイナー２とにより
構成される。

【０００５】図１で、発光表示手段１から放射された光
は、コンバイナー２に入射し、その回折光が運転者３に
届く。

【０００６】この時、コンバイナー２のホログラムは凹
面鏡としてのレンズ作用をもっているので、運転者３に
は、表示装置１に示された情報が、運転者の前方遠距離
にある虚像４の位置に見えることになる。

【０００７】一方、コンバイナー２は、リップマンホロ
グラムであるため、特定の波長の光を反射回折し他の光
は透過させる特性をもっているので、外からの光もコン
バイナー２を通過して運転者３の目に入る。

【０００８】このため、運転者３は前方を見ながら同時
に計器類などの情報を得る事ができるようになる。

【０００９】なお、このようなＨＵＤ装置で、コンバイ
ナー２にオフアクシス型のホログラムを用いるのは、コ
ンバイナー表面で正反射された光が運転者の目にはいる
事を防ぐように、回折光と正反射光の方向を変えるため
であり、回折光と正反射光の角度の違いは通常１０〜３
０度くらいになっている。

【００１０】従来、このようなＨＵＤ装置で用いられる
ホログラムは、例えば図２に示すような２光束干渉の光
学系で作製られた普通のリップマンホログラムである。

【００１１】図２の系では、レンズ５の焦点から乾板６
までの距離および角度は、発光表示手段１とコンバイナ
ー２の距離および角度と同じになるように設定され、レ
ンズ７の焦点から乾板６までの距離および角度は、虚像
４とコンバイナー２の距離および角度と同じになるよう
に設定される。

【００１２】図２で、レーザー光源８からでたレーザー
光は、ビームスプリッター９により２つに分割されて、
一方の光は、ミラー１０、ミラー１１で反射され、レン
ズ５によって広げられて、乾板６に到達する。

【００１３】もう一方の光は、ミラー１２、ミラー１３
で反射され、レンズ７によって広げられて、乾板６に反
対方向から到達する。

【００１４】この２つの光の干渉による干渉縞を、乾板
６に記録することにより、図１のコンバイナー２に用い
られたようなレンズ作用を持つリップマンホログラムが
作製される。

【００１５】ところで、ＨＵＤ装置に用いられるオフア
クシス型のリップマンホログラムでは、再生波長が異な
ると波長分散の影響で像の再生位置が異なって、運転者
には像がぼけて観察される。

【００１６】波長分散の影響を小さくするため、例とし
て戦闘機に用いられているＨＵＤ装置では、表示装置の
光源には狭帯域・高輝度の蛍光体が使用されており、そ
の分光特性２１とホログラムの分光反射率２０を図３に
示す。

【００１７】ホログラムの分光反射率２０は蛍光体の分
光特性２１とほぼ同じような特性になるように作製され
ている。

【００１８】リップマンホログラムは角度選択性を有し
ているので、表示装置からの光が、ホログラム撮影時の
参照光（図２におけるレンズ５から出る光）と同じ距離
および角度でコンバイナーに入射すれば、観察者はその
像である光学的情報を観察できる。

【００１９】戦闘機では、身体形状の異なる、つまり目
の高さが異なる操縦士に対しても、常に観察される像が
適切な位置に表示されるような調節機構が備えられてい
る。

【００２０】車両用ＨＵＤ装置でも、運転者の目の高さ
に合わせて、光学的情報の像を適切な位置に調節できる
ように、コンバイナーが前後に傾斜できる駆動部分を有
している。

【００２１】しかし、図３に示すようなホログラム特性
では、コンバイナーを駆動させると、コンバイナーへの
表示装置からの光の入射角度が異なってしまうので、像
は暗くなり、運転手は光学的情報を観察できないという
問題がある。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術の上
記のような問題を鑑みてなされたものであり、その課題
は、車両用ＨＵＤ装置において、狭帯域の分光特性をも
つ光をコンバイナーに入射させることにより、ホログラ
ムによる波長分散を小さくし、運転者が表示される光学
的情報を短時間にかつ正確に認識できるとともに、任意
の運転者に対して、つまり運転者の目の高さに寄らず、
光学的情報を明確に観察できるＨＵＤ装置を提供するこ
とにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明において上記の課
題を解決するために、まず請求項１の発明では、光学的
情報を表示する発光表示手段と、前記発光表示手段から
投射された光学的情報を観察者に向けて反射的に回折す
るホログラムよりなるコンバイナーとにより構成される
車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、前記発
光表示手段からの光の分光特性の半値幅は１０ｎｍ以下
であり、前記コンバイナーは前後に傾斜する可動部分を
有し、前記発光表示手段からの光の分光特性の半値幅を
ｄとして、前記ホログラムの分光反射率の半値幅が、
（ｄ＋７．５）〜４０ｎｍであることを特徴とする車両
用ヘッドアップディスプレイ装置としたものである。

【００２４】また請求項２の発明では、上記車両用ヘッ
ドアップディスプレイ装置において、前記発光表示手段
として、少なくとも1つ以上のホログラムを含んで構成
されており、その分光反射率の半値幅が１０ｎｍ以下で
ある車両用ヘッドアップディスプレイ装置としたもので
ある。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明のＨＵＤ装置は、光学的情
報を表示する発光表示手段からの光の分光特性の半値幅
は１０ｎｍ以下であり、コンバイナーは前後に傾斜する
可動部分を有しており、発光表示手段からの光の分光特
性の半値幅をｄとして、ホログラムの分光反射率が最大
となるピークの半値幅が、（ｄ＋７．５）〜４０ｎｍで
あることを特徴とするものである。

【００２６】また、発光表示手段は少なくとも1つ以上
のホログラムを含んで構成されており、その分光反射率
の半値幅が１０ｎｍ以下であることを特徴とするもので
ある。

【００２７】なお、ホログラムの波長分散の大きさが２
ｍｒａｄ程度以下であれば、運転者はＨＵＤ装置により
表示される光学的情報を問題なく認識できることを経験
的に得ているので、そのためには発光表示手段から投射
される光の分光特性の半値幅を１０ｎｍ以下にすること
が望ましい。

【００２８】図４に示すように、再生波長をλ（ｎｍ）
として、発光表示手段３１からの光がコンバイナー３０
に入射する角度をθ１（ｒａｄ）、コンバイナー３０か
ら出射する回折光の角度をθ２（ｒａｄ）とし、また、
コンバイナー３０から表示像３２までの距離をＬ１（ｍ
ｍ）、コンバイナー３０から運転者の目３３までの距離
をＬ２（ｍｍ）とし、発光表示手段３１からの光の分光
分布の半値幅をｄ（ｎｍ）とすると、ホログラムによる
波長分散の大きさΔθ（ｒａｄ）は、以下の数式で求め
ることができる。

【００２９】

【数１】

【００３０】つぎに、任意の運転者で異なる目の高さの
範囲は３００ｍｍ程度である。この範囲のすべてでＨＵ
Ｄ装置の表示像を観察できるためには、運転者の目とＨ
ＵＤ装置との距離を８００ｍｍ以上とすると、コンバイ
ナーは中心から±５度の範囲で可動できればよい。

【００３１】いま、表示装置からの光の中心波長を５４
０ｎｍ、その分光特性の半値幅をｄｎｍとし、表示装置
からの光がコンバイナーに入射する角度を３度、コンバ
イナーから出射する回折光の角度を２０度としたＨＵＤ
装置の場合、コンバイナーをその位置から５度傾斜させ
たときと、−５度傾斜させたときの回折光の分光反射率
を図５にしめす。５度傾斜させたときの回折波長は５４
３ｎｍであり、−５度傾斜させたときの回折波長は５３
５．５ｎｍである。コンバイナーを±５度可動させるす
べての範囲でＨＵＤ装置の表示像を観察できるために
は、ホログラムの分光反射率の半値幅は少なくとも（ｄ
＋７．５）ｎｍ必要とする。

【００３２】また、自動車用風防ガラスの可視光線透過
率は、ＪＩＳのＲ３２１１により７０％以上と規定され
ている。これに合わせて、ＨＵＤ装置のホログラムの比
視感度透過率を７０％以上にするためには、ホログラム
の分光透過率の半値幅が４０ｎｍ以下であることが望ま
しい。

【００３３】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て詳述する。

【００３４】本発明の原理は、車両用ＨＵＤ装置のコン
バイナーに分光特性が狭帯域の光を入射させることによ
り、ホログラムによる波長分散の影響を小さくし、表示
像として鮮明であり、運転者がその光学的情報を短時間
に正確に認識することを可能にするものである。

【００３５】ここで、本発明の車両用ＨＵＤ装置を車両
に搭載した場合について説明する。図６はその概念図で
ある。車両ＨＵＤ装置４０はダッシュボード４１上に置
かれており、コンバイナー４２の下方に発光表示手段４
３があり、発光表示手段４３から投射される光学的情報
がホログラフィックコンバイナー４２によって運転者４
４に向けて反射的に回折され、光学的情報の表示像４５
が運転者４４に視認されるものである。ここで４６は車
両の風防ガラスである。

【００３６】まず、コンバイナーに分光特性が狭帯域の
光を入射させる方法として、請求項２に示すような１つ
以上のホログラムを含んで構成された発光表示手段を用
いた、図７に示す車両用ＨＵＤ装置について説明する。
発光表示手段としては、ＶＦＤや蛍光灯などの比較的広
帯域の光を発する光源５０と表示すべき情報を表示する
液晶表示装置などの表示体５１とミラーとしての作用を
持ったホログラフィックミラー５２より構成されてい
る。光源５０から出た光は表示体５１を透過し、光学的
情報を含み、ホログラフィックミラー５２により反射回
折され、コンバイナー５３に所定の角度で入射する。な
お、この所定の角度とは、図２における乾板６とレンズ
５から出る光との角度であり、また、図７の表示体から
コンバイナーまでの距離は、図２における乾板６とレン
ズ５までの距離と同じである。ホログラフィックミラー
５２は通常の２光束ホログラム撮影光学系により、体積
位相型ホログラム用感光材料を用いて、その分光反射率
の半値幅が１０ｎｍ以下になるように作製される。この
ような波長選択性を有したホログラムを用いることによ
り、発光表示手段から分光特性の半値幅は１０ｎｍ以下
である光をコンバイナーに投射することができる。

【００３７】つぎに、コンバイナーに用いるホログラム
に関しても、ホログラフィックミラーと同様にして、通
常の２光束ホログラム撮影光学系により、体積位相型ホ
ログラム用感光材料を用いて、ホログラフィックミラー
の分光反射率の半値幅をｄｎｍとすると、ホログラムの
分光反射率の半値幅を（ｄ＋７．５）〜４０ｎｍで作製
される。

【００３８】前記感光材料としては、重クロム酸ゼラチ
ンや銀塩感光材料、フォトポリマーなどが使用でき、本
発明では、ＡＧＦＡ社製ホログラム用銀塩感光材料８Ｅ
５６乾板を用いた。

【００３９】ホログラム撮影に用いるレーザーには、ア
ルゴンイオンレーザ（波長；５１４．５ｎｍ）を採用し
た。ホログラフィックミラーの撮影記録に用いる２光束
は、物体光および参照光を平行光として、双方の入射角
度を、図７における表示体５１とコンバイナー５３の角
度に応じてずらして撮影記録した。コンバイナーに用い
るホログラムに関しては、物体光および参照光を点光源
から広がる発散光とし、双方の入射角度を、ホログラフ
ィックミラーと運転者の目の位置に応じてずらして撮影
記録した。

【００４０】上記説明では、２光束干渉により撮影記録
するホログラムについてであるが、所望とするホログラ
ムをＥＢ描画装置などで描画したものをマスターホログ
ラムとしてコンタクトコピー法で体積位相型ホログラム
とすることも可能である。

【００４１】

【発明の効果】本発明の車両用ＨＵＤ装置は、光学的情
報を表示する発光表示手段からの光の分光特性の半値幅
を１０ｎｍ以下にすることにより、ホログラムによる波
長分散の影響を小さくするとともに、発光表示手段から
の光の分光特性の半値幅をｄｎｍとすると、ホログラム
の分光反射率の半値幅を（ｄ＋７．５）〜４０ｎｍにす
ることにより、任意の運転者に対して、良好な表示虚像
を表示することができるため、本来のＨＵＤ装置の効果
である、運転者は視線を移動させずに、計器類の表示虚
像を視認することが可能になり、短時間に計器類の情報
を正確に読み取ることができるので、高速運転時の事故
防止につながり、安全性を向上させるという効果をより
忠実にもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘッドアッディスプレイ装置を示す概略図であ
る。

【図２】従来のホログラフィックコンバイナーの撮影光
学系を示す説明図である。

【図３】従来のヘッドアッディスプレイ装置で使用され
ていた蛍光体の分光特性とホログラフィックコンバイナ
ーの分光反射率を表示する説明図である。

【図４】ホログラムによる波長分散の大きさを与えるた
めの説明図である。

【図５】コンバイナーを±５度傾斜したときの分光反射
率を表示する説明図である。

【図６】車両に車両用ヘッドアッディスプレイ装置を搭
載した概略図である。

【図７】本発明のヘッドアッディスプレイ装置を示す概
略図である。

【符号の説明】 １…発光表示手段 ２…コンバイナー ３…運転者 ４
…虚像 ５…レンズ ６…乾板 ７…レンズ ８…ミラー ９…ビームスプリ
ッタ １０…ミラー １１…ミラー １２…ミラー １３…ミラー ２０…ホログラムの分光反射率 ２１…蛍光体の分光特
性 ３０…コンバイナー ３１…発光表示手段 ３２…表示
像 ３３…運転者の目 ４０…ＨＵＤ装置 ４１…ダッシュボード ４２…コン
バイナー ４３…発光表示装置 ４４…運転者 ４５…表示像 ４
６…風防ガラス ５０…光源 ５１…表示体 ５２…ホログラフィックミ
ラー ５３…コンバイナー Ｌ１…コンバイナーから表示像までの距離 Ｌ２…コンバイナーから運転者の目までの距離 θ１…発光表示手段から光がコンバイナーに入射する角
度 θ２…コンバイナーから出射する回折光の角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学的情報を表示する発光表示手段と、前
   記発光表示手段から投射された光学的情報を観察者に向
   けて反射的に回折するホログラムよりなるコンバイナー
   とにより構成される車両用ヘッドアップディスプレイ装
   置であって、前記発光表示手段からの光の分光特性の半
   値幅は１０ｎｍ以下であり、前記コンバイナーは前後に
   傾斜する可動部分を有し、前記発光表示手段からの光の
   分光特性の半値幅をｄとして、前記ホログラムの分光反
   射率の半値幅が、（ｄ＋７．５）〜４０ｎｍであること
   を特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 【請求項２】前記発光表示手段として、少なくとも1つ
   以上のホログラムを含んで構成されており、その分光反
   射率の半値幅が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請
   求項１記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。