JPH02242218A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 反射型ホログラムをコンバイナとして用いたヘッドアッ
プディスプレイ装置に関し、 色収差の発生を防止したヘッドアップディスプレイ装置
を提供することを目的とし、 拡散板の拡散面の実像を実質上ホログラム乾板上に結像
させ、これを物体波とし、これとは反対側からホログラ
ム乾板に参照波を照射することにより作成した反射型ホ
ログラムをコンバイナとして用いて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はベツドアップデイスプレィ装置、特に反射型ホ
ログラムをコンバイナとして用いたヘッドアップディス
プレイ装置に関する。

ヘッド・アップ・デイスプレィ（ＨＯＤ）とは、航空機
や自動車の運転席に用いられる表示システムであり、運
転者の前方視界の外界背景に運転に必要な情報を重ねて
写すものである。

前方を注視したまま即ち、視線をずらすことなく計器類
をチエツクできるので、安全面の点から実用化が積極的
に検討されている。

外界背景と情報とを重ねて写し出すためのＨＵＤコンバ
イナには、従来、ハーフミラ−が用いられていたが、最
近、システムの面素化が可能なホログラム方式が提案さ
れている。

〔従来の技術〕

第１４図にホログラムを用いた典型的な自動車用ＨＵＤ
の構成を示す。

自動車のフロントガラス１０にはホログラフィックコン
バイナ１１により前方の景色と表示器（スピード計、燃
料計等）１２の情報とが重ねて写し出されるので、運転
者は視線をずらすことなく計器類の表示値を読み取るこ
とができる。

ＨＵＤ用ホログラム（ホログラフィック・コンバイナ）
には通常、反射型ホログラムが用いられる０反射型ホロ
グラムは第１５図に示すように、透明なホログラム乾板
１５の表、裏よりレーザ光（参照波Ｗｌ、物体波Ｗ２）
を照射し、基板表面にほぼ平行に形成された干渉縞１７
を感光剤１９上に記録するものである。反射型ホログラ
ムを再生すると、第１６図に示すように入射再生光Ｗ。

は入射光と同一側に反射回折（反射回折光Ｗ４）される
、ところで反射型ホログラムは第１７図に示すような波
長選択特性を有している。即ち、成る特定の波長（一定
の幅をもった波長）のみ反射し、それ以外の波長はほと
んどすべて透過させる。

従って、このような反射型ホログラムを用いたコンバイ
ナは、第１８図に示したようにＣＲＴなどの表示のうち
特定の波長（図示実施例では緑色）のみを反射し外界の
全ての波長を透過させる。この場合、外界の入射光のう
ち、緑色のみは反射されてしまうが実用上差しつかえな
い。従って表示器の単色性が高い場合には、その単色を
高効率で反射することができ、かつ、外界風景の明るさ
も殆ど損わないという特長（利点）をもっている。

尚、ハーフミラ−を用いたコンバイナでは表示、外界と
もに半分の明るさになってしまう。また、ホログラムに
よって結像距離を遠方に設定することができるという長
所も有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１９図にホログラフィック・コンバイナの問題点であ
る色収差の発生原理を示す。表示器（図ではＣＲＴ）　
１２の１点０からの散乱光が、反射型ホログラム１１上
のＡ、Ｂ両点に入射しているとする。この光は実線で示
すように反射される。この光を観察すると、丁の虚像が
、丁′に見える。

しかし、ホログラム１１による回折光の方向は波長に依
存するため、中心波長λ。より長い波長λ１の光は、図
の点線の方向に反射される。この波長に対しては、虚像
は丁′の下方に見えることになる。同様にλ。より短い
波長λ２に対してはＴ′の上方に虚像が見えることにな
る。その結果、第２０図（Ａ）のように見えるべき像（
例えば数字８）が、同図（Ｂ）のようにぼけてしまう。

このような色収差の発生を防ぐため、従来から第２１図
のような補正方式が考えられている。即ち、第１９図に
示す反射型ホログラム（第２ホログラム）１１に加え、
その前方に透過型ホログラム（第１ホログラム）１３を
設け、第１ホログラム１３により第１９図に示す色収差
と逆方向（相殺する方向）の色収差を予め付けることに
より結果として色収差を補正する。尚、第１ホログラム
１３は透過型でも反射型でもよい。

しかしながらこの方式では保全体にわたって完全に色収
差補正を行うことは実際上できなかった。

ところで、色収差はホログラム面と、結像面の位置が異
ることによって発生するものである。したがって、結像
面をホログラム面と一致させれば色収差発生を防ぐこと
ができる。本発明はこのような事実に着眼し、ホログラ
ム面と結像面を一致させることにより問題の解決を図ら
んとするものである。

即ち、本発明の目的は色収差のないヘッドアップディス
プレイ装置を提供することにある。

また、本発明の別の目的は像の明度を低下させないよう
な色収差のないヘッドアップディスプレイ装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明に係るヘンドアツ
ブデイスプレィ装置においては、拡散板の拡散面の実像
を実質上ホログラム乾板上に結像させ、これを物体波と
し、これとは反対側からホログラム乾板に参照波を照射
することにより作成した反射型ホログラムをコンバイナ
として用いることを構成上の特徴とする。

また、像の明るさを確保するために、上記物体波は好ま
しくはホログラム乾板への入射方向をスリットにより制
限した拡散光である。

〔作　用］ 第１図に本発明の基本原理を示す。第１図は平行レーザ
光を透過型拡散Ｆｉ２１（＜もりガラス）に通しレンズ
２３により結像して拡散面の実像を形成する状態を示す
ものである。この実像を物体光Ｗ２として第２図あるい
は第３図のように反射型ホログラム２５を作成する。

即ち、第２図においては拡散板２１にレーザ光（平面波
でも球面波でもよい）を入射した時のレンズ２３による
収束光を物体波Ｗ２とし、これと参照波（例えば、球面
波）Ｗｌとにより反射型ホログラム２５を作成した場合
、第３図は拡散板２１を傾斜させた場合の同様の図を示
す。

このホログラム２５には拡散面が記録されているので、
参照先の方向から再生光を当てるとその光はホログラム
作成時の物体光入射方向に拡散する。従ってどの方向か
ら見ても見えるのみならず、拡散面上に結像しているの
で像がぼけることはない。

また、拡散光の入射方向をスリットにより制限すればホ
ログラムを再生した時の回折光（情報光）をその制限さ
れた一定の領域に有効に集めることができる。

［実施例〕 第４図に第２図に示す方法で作成した反射型ホログラム
（拡散板型ホログラム）をコンバイナとして用いたＨＵ
Ｄの一実施例を示す。

レンズ３１によってホログラム２５上にＣＲＴ　１２の
情報を結像させる。ホログラム２５によって、この光は
拡散されるので、どの方向からも像を観察することがで
きる。

波長によって拡散光の方向及び色は異なるものの、観察
される像がホログラム２５上にあるため、像のぼけをも
たらすことはない。

このように、色分散を起こす点（ホログラム上）と結像
点を一敗させることにより、色収差のないヘッドアップ
ディスプレイ装置が得られる。

第５図は第３図に示す方法で作成した反射型ホログラム
（拡散板型ホログラム）２５をコンバイナとして用いた
ＨＵＤの実施例を示すもので、作用は第４図の場合と全
く同様である。要はホログラム２５に対してＣＲＴ情報
を斜め方向から入射するか垂直に入射するかの違いであ
る。

上述の如く拡散板の拡散面の実像を、ホログラム乾板面
に結像させて作成する反射型ホログラムを用いれば、色
収差の発生を防ぐことができることが判明した。即ち、
色収差の発生防止という目的はこれで達成される。

しかし拡散板型ホログラムは広い範囲に情報光を拡散し
てしまうため、眼に入射する光が弱くなり、像が暗（な
ってしまう。以下の実施例はこの問題を解決し、明るい
像を得るための構造を提案するものである。

明るい像を得るには最も簡単には光［（ＣＲＴなどのデ
イスプレィ装置）の光量を大きくすればよいが、ヘッド
アップディスプレイは主として航空機や自動車等の車両
に搭載されるため、電源消費電力に制限がありあまり望
ましい解決策ではない。

そこで本発明では第６図に示す如き工夫をした。

即ら、第２図に示す如き方法で反射型ホログラム２５′
　（拡散板型ホログラム）を作成するに際し、レンズ２
３の直後にスリット４０を設けたものである。即ち、第
６図において、拡散光はレンズ２３によってホログラム
２５′上に結像するがレンズ直後には横長のスリット４
０が設置されているため参照光Ｗ、をホログラム乾板の
裏面から照射して作成した反射型ホログラム２５′を第
７図に示す如く再生すると、再生された拡散光は作成時
のスリット４０の方向に進む。

即ち、拡散光（ホログラム２５′による回折光）はスリ
ット４０に集められる。

したがって第８図のように、このホログラム２５′をコ
ンバイナとして用いれば、ホログラム２５′による拡散
光を広範囲に拡散させずに観察点（眼の位置）付近に集
中させることができ、明るい像が得られる。第８図の構
成自体は第３図に示すものと同様である。

また、第６図に示す作成方法とは別に第９゜１０図に示
す如き方法でホログラムを作成することも可能である。

まず第９図に示すように第１ホログラム２５Ａを作成す
る。このホログラムは拡散板２１による拡散光を物体波
Ｗ２とし、これと参照波ＷＩとでホログラム乾板を干渉
露光して作成された透過型ホログラム２５Ａである。こ
のホログラム２５Ａにスリットマスク４０をかけて参照
光（再生光）を照射すると第１０図に示すように拡散板
２１の実像が再生される。

従ってその結像位置に第２のホログラム乾板をおいてお
けば、拡散板２１の実像光を物体光とし、その反対側か
らの参照光とにより反射型の第２ホログラム２５Ｂが作
成される。

その結果第６図と同様のホログラムが作成できる。

また、第１１図に示す如く、第６図における参照光とし
て拡散板２１′、レンズ２３′による拡散光、即ち拡散
板２１′の実像光を用いることもできる。

以上述べた本発明の実施例において、拡散板の代わりに
第１２図に示すマイクロレンズアレイ５１や第１３図に
示すピンホールアレイ５３を用いてもよい。マイクロレ
ンズ及びピンホールは図のようにレンズ直後に焦点を結
び、その後大きく発散するため、拡散板と同様に２次元
の点光源列を形成する。即ち、マイクロレンズアレイあ
るいはピンホールアレイは拡散板と等価である。

〔発明の効果〕

以上に記載した通り、本発明によれば、色収差のないヘ
ッドアップディスプレイを簡単な構成で実現できる。

また、ホログラム作成時の物体光である拡散光の入射方
向をスリットにより制限することにより明るい像を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理を示す図、第２図及び第３図
は本発明において用いる反射型ホログラムの２つの作成
方法を示す図、第４図及び第５図は第２図及び第３図に
示すホログラムを用いて構成したヘンドアツブデイスプ
レィの２つの実施例を示す図、第６図は本発明の更に別
の実施例に係るホログラムの作成方法を示す図、第７図
は第６図に示すホログラムの再生を説明する図、第８図
は第６図に示すホログラムを用いて構成したヘッドアッ
プディスプレイの実施例を示す図、第９図及び第１０図
は本発明に係るホログラムの更に別の作成方法を工程順
に示す図、第１１図は本発明に係るホログラムの更に別
の作成方法を示す図、第１２図及び第１３図は拡散板の
等個物の２つの例を示す図、第１４図は公知の自動車用
ヘッドアップディスプレイの概要を示す図、第１５図は
反射型ホログラムの作成方法を示す図、第１６図は反射
型ホログラムの再生方法を示す図、第１７図は反射型ホ
ログラムの波長選択性を示す線図、第１８図はホログラ
ムコンバイナの原理を示す図、第１９図は色収差の発生
を説明する図、第２０図は観察像の“正常°゛と“ぼけ
°′を示す図、第２１図は従来の色収差補正方法を示す
図。 ２１・・・拡散板、 ２５・・・反射型ホログラム、 ４０・・・スリット、　　　　Ｗｌ・・・参照波、Ｗ２
・・・物体波。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、拡散板（２１）の拡散面の実像を実質上ホログラム
   乾板上に結像させ、これを物体波（Ｗ＿２）とし、これ
   とは反対側からホログラム乾板に参照波（Ｗ＿１）を照
   射することにより作成した反射型ホログラム（２５）を
   コンバイナとして用いたヘッドアップディスプレイ装置
   。 ２、上記物体波はホログラム乾板への入射方向をスリッ
   ト（４０）により制限した拡散光であることを特徴とす
   る請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。