JPH03197239A - 偏光ホログラフヘッドアップディスプレイ - Google Patents

偏光ホログラフヘッドアップディスプレイ

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JPH03197239A
JPH03197239A JP2291673A JP29167390A JPH03197239A JP H03197239 A JPH03197239 A JP H03197239A JP 2291673 A JP2291673 A JP 2291673A JP 29167390 A JP29167390 A JP 29167390A JP H03197239 A JPH03197239 A JP H03197239A
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般に車両用ヘッドアップディスプレイ、特に
改善された反射および画像コントラストを提供するホロ
グラムヘッドアップディスプレイに関する。
［従来技術］ ヘッドアップディスプレイは、車両風防の前方に現れ、
したがって車両内の計器パネルに対してオペレータが視
点を移動させたり、眼の焦点位置を変えたすせずに車両
オペレータによって観察されることができるような車両
動作パラメータ表示を生成するために自動車等の車両に
おいて使用される。
［発明の解決すべき課題］ 既知のへラドアップ表示技術は、車両のオペレータの視
線に虚像を生成するために車両風防によって支持された
反射ホログラムを使用することを含む。ホログラムは画
像源の虚像を提供する反射器ホログラムであることがで
きる。すなわち、それは再生照明に応答して記録された
画像の虚像再成を行う画像ホログラムであることができ
る。再生照明角度および照明源光特性のような種々の要
因のために、ホログラムヘッドアップディスプレイによ
って生成された虚像は十分なコントラストを持たないか
、或はホログラムの不十分な反射性のために十分な輝度
を持たない可能性がある。
したがって、向上した画像コントラストを生成する車両
用ヘッドアップディスプレイを提供することはＨ効であ
る。
別の利点は、画像照明の向上した反射性を生成する車両
用ヘッドアップディスプレイを提供することである。
［課題解決のための手段］ 上記および別の利点は、Ｐ偏光された光の伝送を高める
ように選択された角度で風防にＰ偏光された照明を導く
車両風防中に埋設された反射ホログラムおよび画像照明
源を含むヘッドアップディスプレイにおいて本発明によ
って提供される。１７２波長遅延素子は、Ｓ偏光された
照明によりさらに効率的に機能する反射ホログラムにＳ
偏光された画像照明を提供するように内側風防／エアイ
ンターフェイスによって伝送されたＰ偏光された光の偏
光を回転するためにホログラムと内側エアインターフェ
イスとの間において風防中に埋設されている。
本発明の別の実施例において、内側風防／エアインター
フェイスおよびホログラムは、ジヨイント結合器として
機能し、画像照明はランダムに偏光される。内側風防／
エアインターフェイスによって伝送された主なＰ偏光画
像照明の偏光は、反射ホログラムにＳ偏光された画像照
明を提供するように１／２波長遅延素子によって回転さ
れる。
本発明のさらに別の実施例において、内側風防／エアイ
ンターフェイスおよびホログラムは、ジヨイント結合器
として機能し、画像照明は、それがホログラムによって
伝送された画像照明を受信するように反射ホログラムと
外側風防／エアインターフェイスとの間に位置される。
内側風防／エアインターフェイスに導かれた画像照明は
、それがほとんど内側風防／エアインターフェイスおよ
びホログラムで反射されるようにＳ偏光される。
１／２波長遅延素子は、外側風防／エアインターフェイ
スに入射した画像照明が主にＰ偏光され、それらがほと
んど伝送されて反射されないようにホログラムによって
伝送された画像照明の偏光を回転する。
［実施例］ 以下の詳細な説明および複数の図面において同じ素子は
同じ参照番号により示される。
第１図を参照すると、車両ダツシュボードにおける四部
またはダツシュボード上に位置された画像照明源２０、
反射ホログラムを含む結合器／波長遅延未了３０．１つ
以上の１／２波長遅延素了および車両風防１３の任意の
内面を含むヘッドアップ車両計器表示システムが示され
ている。
ここにおいて、結合器／波長遅延素子３０の特定の実施
例をさらに詳細に論じる。簡単に言うと、反射ホログラ
ムは虚像を生成するように車両オペレータ方向に画像照
明を部分的に反射するためのビーム分割結合器として機
能する。内側風防面がビーム分割結合器としても使用さ
れた場合、それはホログラムを有するジヨイント結合器
として機能する。１つ以上の１／２波長遅延素子は一般
に（ａ）このような偏光の再生照明によりさらに能率的
に動作するホログラムにＳ偏光された再生画像照明を提
供し、および、または（ｂ）外側風防／エアインターフ
ェイスにおいて反射を生成するゴースト画像を減少する
ようにそれを通った画像照明の偏光を回転するように機
能する。
結合器／波長遅延素子の反射ホログラムは、蓄積された
画像の虚像を生成する画像反射ホログラムであるか、或
はそれは画像照明源２０に含まれる画像源の虚像を生成
する反射器ホログラムであることができる。
画像照明源２０は結合器／波長遅延素子３０の構造に応
じてＰ偏光された光、Ｓ偏光された光またはランダムに
偏光された光を供給する。風防に導かれた画像照明の入
射角は、画像照明の偏光を制御することによって内側風
防面において画像照明の適切な反射性または伝送率を提
供するように風防を含む材料に対してブリュースター（
Ｂ　ｒｅｖｓｔｃｒ　）角度に十分に近いことが好まし
い。ブリュースター角度において、入射光の１００％の
Ｐ偏光された成分が反射せずに入射した風防／エアイン
ターフェイスを通過し、一方ｓｂ光された成分はこのよ
うなインターフェイスで部分的に反射される。ガラス風
防の特定の実施例に対して、ブリュースター角度は垂線
に関して５６．５°である。
本発明によると、画像照明の入射角は要求されるコント
ラストに応じてガラス風防に対して例えば垂線に関して
約４２乃至７２６の比較的大きい範囲内にあることがで
きる。したがって、本発明は風防およびダツシュボード
の構造に対してあまり大きい制限を与えるものではない
。
第２図を参照すると、ビーム分割結合器として反射ホロ
グラム１１１だけを使用する第１図の虚像表示システム
の結合器／波長遅延素子の一例が示されている。反射ホ
ログラムｉｌｌは、反射ホログラム１１１　と内側風防
／エアインターフェイスとの間にある１／２波長遅延素
子のように風防１３中に埋設されている。特定の実施例
では、反射ホログラム１１Ｉおよび１／２波長遅延素子
１１３は標準的に保護風防の層またはシングリッドの間
に積層されることができる。
第２図の結合器／波長遅延素子により、画像照明源２０
は入射角がブリュースター角度に適切に近いためにほと
んど伝送されるＰ偏光され３−画像照明を提供するよう
に構成される。１／２波長遅延素子１１３に入射した伝
送されたＰ偏光照明の１−光は回転され、そのためＳ偏
光された画像照明がＳ偏光画像照明によりさらに効率的
に動作する反射ホログラムｉｌｌに供給される。ホログ
ラム１１１によって反射されたＳ偏光画像照明は回転さ
れて、虚像を生成するように内側風防／エアインターフ
ェイスを通してほぼ完全に伝送されるＰ偏光照明に戻さ
れる。
示された実施例により１／２波長遅延素子１１３は広帯
域の画像照明に対してゼロオーダーでなければならず、
狭帯域の画像照明に対して多オーダーであることができ
る。特定の入射角における１／２波遅延のピークは、画
像照明のほぼピーク波長に中心を定めなければならない
。
第２図の結合器／波長遅延素子および画像照明源２０か
らのＰ偏光された画像照明により、内側風防／エアイン
ターフェイスにおける反射が画像照明源２０によって供
給されるＰ偏光された画像照明のために低く、また外側
風防／エアインターフェイスから反射された画像照明が
ホログラムおよび内側風防面によって減衰されるために
、高いコントラスｉ・が得られ、一方ゴースト画像強度
は低く維持される。
第２図の結合器／波長遅延素子によって発生された偏光
交換の結果、偏光されたサングラスは、風防の残りを通
して観察された場合より１／２波長遅延素子を通して観
察された場合にシーンを異なった様子にさせる。偏光サ
ングラスは、垂直に傾斜するソース（すなわち、路面の
ような水平に配向されたソース）からの一般にまぶしい
光（ｇａｒｅ）として認められる偏光されたオフ軸の鏡
面反射を吸収するように典型的に構成される。結果的に
、垂直に傾斜したソースから認められるまぶしい光が減
少する。しかしながら、’１／２波長遅延素子は偏光を
変化させ、偏光サングラスにより１／２波長遅延素子を
通して見たシーンは結果的に水甲に傾斜されたソースか
ら認められるまぶしい光を減少させ（例えば、オフィス
とルヂングの垂直に配向されたガラス面）、これは本質
的に１／２波長遅延素子なしで風防部分を通して観察さ
れたシーンの認められたまぶしい光を減少させる回転で
ある。
この差は、第３図に示されるように反射ホログラム１１
１　と外側風防／エアインターフェイスとの間の第２の
１／２波長遅延素子１１５を使用することによって補償
されることができる。
第４図を参照すると、第２図に類似しており、（ａ）反
射ホログラム２１１および反射ホログラム２１１に隣接
した内側風防／エアインターフェイスのビーム分割領域
を含むジヨイント結合器の使用および（ｂ）ランダムに
偏光された画像照明の使用の点で異なる結合器／波長遅
延素子が示されている。風防への入射角は適当にブリュ
ースター角度に近いため、画像照明中のＳ偏光された成
分は内側風防／エアインターフェイスで反射され、方Ｐ
偏光された成分はほとんど伝送される。１／２波長遅延
素子２１３は、主にＳ偏光される画像照明をホログラム
２１１に供給するように通過する画像照明の偏光を回転
する。Ｓ偏光された光によりさらに効率的に動作するホ
ログラム２１１は、Ｐ偏光された光か内側風防／エアイ
ンターフェイスで入射し、内側風防／エアインターフェ
イスによって反射された照明と共に虚像を形成するよう
にほとんど伝送されるように１／２波長遅延素子２１３
によって回転された偏光を有する反射されたＳ偏光され
た照明を供給する。
示された実施例によって、ホログラム２１１および１／
２波長遅延素子２１３は層または風防のシングレット間
で積層され、これは許容可能に整列されるホログラムお
よび風防ビーム分割領域から反射された画像を生成する
。
第４図の結合器／波長遅延素子構造は第２図の構造より
コントラストが劣るが、ランダムに偏光された光を有効
に使用する。外側風防／エアインターフェイスによって
反射された画像照明によるゴースト画像は、車両内部へ
の復帰の際にポログラムおよび内側風防／エアインター
フェイスによる減衰のために比較的低い強度である。
第２図の構造によるように、偏光サングラスは第４図の
構造の１／２波長遅延素子領域に風防の残りからの異な
る外観を持たせる。これは、第３図に関して示され論じ
られたものと類似した方法で反射ホログラム２１１と外
側風防／エアインターフェイスとの間に第２の１／２波
長遅延素子を付加することによって補償されることがで
きる。
第５図を参照すると、Ｓ偏光された画像照明を部分的に
反射するためのジヨイント結合器として内側風防／エア
インターフェイスおよび反射ホログラム３１１を使用す
る結合器／波長遅延素子が示されている。反射ホログラ
ム３１１は内側風防／エアインターフェイスに隣接し、
１／２波長遅延素子３１３は反射ホログラム３１１と外
側風防／エアインターフェイスとの間に位置されている
。
動作において、Ｓ偏光された光のほとんどが内側風防／
エアインターフェイスによって反射される。このような
インターフェイスによって伝送されたＳ偏光された光は
ホログラム３１１によって反射され、内側風防／エアイ
ンターフェイスを通過する部分は内側風防／エアインタ
ーフェイスによって反射されたＳ偏光された画像照明と
共に虚像を生成する。
ホログラム３１１により外側風防／エアインターフェイ
ス方向に伝送された光の偏光は、１／２波長遅延素子３
１３によって回転され、したがって外側風防／エアイン
ターフェイスに達する画像照明は大きくＰ偏光されてほ
とんど伝送される。
示された実施例によって、ホログラム　３１１および１
／２波長遅延素子３１３は風防の層またはンングレット
の間に積層され、これはホログラムおよび許容可能に整
列された風防ビーム分割領域から反射された画像を生成
する。
第５図の結合器／波長遅延素子構造は、反射ホログラム
の効率が制限される（例えば、シースルー着色を最小に
することとの交換として）適用において有効に使用され
る。使用されないＳ偏光された光は、それが外側風防／
エアインターフェイスを容易に通過することができるよ
うにＰ偏光された光に回転される。
上記の結合器／波長遅延素子により、高められた輝度お
よび１、または高められたコントラストは別々にまたは
入射角および、または内側風防／エアインターフェイス
および反射ホログラムに入射した画像照明の偏光を制御
することにより反射された照明量を増加することによっ
て組合わせられて達成される。
第６図を参照すると、適切な偏光を提供するように構成
されている例えばセグメント化されたまたはマトリクス
のアドレス可能な液晶デイスプレィ（ＬＣＤ）を具備し
た画像源４１１を含む画像照明源２０が詳細に示されて
いる。ＬＣＤは容易に利用できる装置であり、例えば日
本のセイコー社から得ることができる。スタンレー社に
より市販されている発光ダイオードのようなスペクトル
的に狭い光源はＬＥＤ出力に対して適切なポラライザと
共に使用されることができる。さらに別の適用として、
画像源は適切なポラライザを具備した高い強度の真空蛍
光デイスプレィ（Ｖ　Ｆ　Ｄ）を含むことができる。Ｖ
ＦＤは例えばアメリカ合衆国、ブリマウス、ミシガンの
フタバ社から市販されており、一般に発光数字および、
またはアルファベット記号その他の表示を形成するため
に選択的に付勢されることかできるセグメント化された
素子を含む既知のデイスプレィ装置である。
画像源４１１への人力は、選択された車両およびまたは
エンジンの動作パラメータおよび状態を表示するために
適切な変換回路によって行われる。
ハウジング４１０中に固定された平坦な折返し反射鏡４
１３はハウジング４１０に固定された軸からずれた非球
面反射器４１５に対して画像源４１１からの画像照明を
送り、次にこの反射器４１５は透明なカバー４１７を通
して結合器／波長遅延素子３０に画像照明を送る。リレ
ー反射器は含まれているが、画像照明源２０における画
像源４１！の位置および風防に対して画像照明源２０の
位置に応じて、リレー反射器は不要であることを理解す
べきである。奇数個（例えば３個）の反射素子により、
画像源４１１は意図された虚像の鏡像であるように２１
整されなければならない。偶数個（例えば２個）の反射
素子により画像源４１１は意図された虚像と同じく方位
付けられるように調整されなければならない。
非球面反射器４１５は一般に凸面形であり、結合器／波
長遅延素子３０に送られた画像を拡大し、さらに観察者
の前方の比較的遠ぐに虚像を位置するように機能する。
非球面反射器の特定の湾曲は、非球面反射器の軸からず
れた構造によって導入された歪みおよび風防の湾曲によ
って導入された歪みを補償するように定められることが
できる。
非球面反射器４１５は上記の実施例に含まれているが、
観察者の前方の比較的遠くに虚像を位置する必要がない
場合には、平坦な反射器が使用されることができる。反
射器４１３および４１５は画像源を結合器／波長遅延素
子３０に直接導くことによって省略できることも認める
べきである。
上記の車両計器ヘッドアップディスプレイは、高められ
た画像コントラストまたは高められた反射率を有効に提
供し、−万態影響を与えるレベルより下にゴースト画像
強度を維持し、安価な光源を使用させる。
上記は本発明の特定の実施例の説明および図示であるか
、当業者は、特許請求の範囲によって限定される本発明
の技術的範囲を逸脱することなく種々の修正および変更
を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、示された車両へラドアップディスブレインス
テムの主要素子の概略図である。 第２図は、第１図のヘッドアップディスプレイシステム
の結合器および偏光回転素子の一例の概略的な断面図で
ある。 第３図は、第１図のヘッドアップディスプレイシステム
の結合器および偏光回転素子の別の例の概略的な断面図
である。 第４図は、第１図のヘッドアップディスプレイシステム
の結合器および偏光回転素子のさらに別の例の概略的な
断面図である。 第５図は、第１図のへラドアップディスブレインステム
の結合器および偏光回転素子の別の例の概略的な断面図
である。 第６図は、第１図のヘッドアップディスプレイシステム
の画像照明源の概略的な展開図である。 １３・・・風防、２０・・・画像照明源、３０・・・結
合器／波長遅延素子、Ｉｌｌ・・・反射ホログラム、１
１３．２＋３・・・１７２波長遅延素子、２１１　、３
０・・・ホログラム。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１および第２の対向したエアインターフェイス
    を有する実質的に透明な基体と、車両のオペレータによ
    って観察されることができる主虚像を生成するために前
    記第１と第２の対向したエアインターフェイスの間にお
    いて前記実質的に透明な基体内に埋設された結合反射ホ
    ログラムと、 第１の予め定められた直線偏光の反射および第２の直線
    偏光の伝送を高める角度で前記第１のエアインターフェ
    イスに前記ホログラムに対する画像照明を導き、前記第
    １のエアインターフェイスが前記反射ホログラムを持つ
    結合器として機能するように選択されるか否かにより前
    記画像照明がランダムに偏光されるか、或は予め定めら
    れた直線偏光される画像源手段と、 伝送された画像照明の直線偏光を回転させるために前記
    基体内に埋設された手段を具備し、前記回転手段および
    前記画像照明の偏光または非偏光が最も効果的な直線偏
    光に対する前記ホログラム画像を提供し、前記第２のエ
    アインターフェイスにおける画像照明の反射を減少する
    ように構成されている車両用ヘッドアップディスプレイ
    。
  2. （２）（ａ）前記第１のインターフェイスは結合素子と
    して使用されず、 （ｂ）前記回転手段は前記反射ホログラムと前記第１の
    エアインターフェイスとの間に位置され、 （ｃ）前記画像源手段はＰ偏光された画像照明を供給す
    る請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
  3. （３）前記回転手段は１／２波長遅延素子を含む請求項
    ２記載のヘッドアップディスプレイ。
  4. （４）さらに前記反射ホログラムと前記第２のエアイン
    ターフェイスとの間に位置された別の１／２波長遅延素
    子を含む請求項３記載のヘッドアップディスプレイ。
  5. （５）（ａ）前記第１のインターフェイスは結合素子と
    して使用され、 （ｂ）前記回転手段は前記反射ホログラムと前記第１の
    エアインターフェイスとの間に位置され、 （ｃ）前記画像源手段はランダムに偏光された照明を供
    給する請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
  6. （６）前記回転手段は１／２波長遅延素子を含む請求項
    ５記載のヘッドアップディスプレイ。
  7. （７）さらに前記反射ホログラムと前記第２のエアイン
    ターフェイスとの間に位置された別の１／２波長遅延素
    子を含む請求項６記載のヘッドアップディスプレイ。
  8. （８）（ａ）前記第１のインターフェイスは結合素子と
    して使用され、 （ｂ）前記回転手段は前記反射ホログラムと前記第２の
    エアインターフェイスとの間に位置され、 （ｃ）前記画像源手段はＳ偏光された照明を供給する請
    求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
  9. （９）前記回転手段は１／２波長遅延素子を含む請求項
    ８記載のヘッドアップディスプレイ。
  10. （１０）第１および第２の対向したエアインターフェイ
    スを有する実質的に透明な基体と、 車両のオペレータによって観察されることができる主虚
    像を生成するために前記第１と第２の対向したエアイン
    ターフェイスの間において前記実質的に透明な基体内に
    埋設された結合反射ホログラムと、 第１の予め定められた直線偏光の反射および第２の直線
    偏光の伝送を高める角度で前記ビーム分割器の前記第１
    のエアインターフェイスに前記ホログラムに対する直線
    偏光された画像照明を導き、前記画像照明が前記第２の
    直線偏光である画像源手段と、 前記ホログラムに伝送された画像照明の直線偏光を回転
    するために前記第１のエアインターフェイスと前記反射
    ホログラムとの間において前記基体中に埋設された手段
    とを具備している車両用ヘッドアップディスプレイ。
  11. （１１）第１のインターフェイスが結合器として機能す
    る第１および第２の対向したエアインターフェイスを有
    する実質的に透明な基体と、 車両のオペレータによって観察されることができる主虚
    像を生成するために前記第１と第２の対向したエアイン
    ターフェイスの間において前記実質的に透明な基体内に
    埋設され、前記第１のエアインターフェイスと共同する
    結合反射ホログラムと、 第１の予め定められた直線偏光の反射および第２の直線
    偏光の伝送を高める角度で前記基体の前記第１のエアイ
    ンターフェイスにランダムに偏光された画像照明を導く
    画像源手段と、 前記ホログラムに伝送された画像照明の直線偏光を回転
    するために前記第１のエアインターフェイスと前記反射
    ホログラムとの間において前記基体中に埋設され、それ
    によって前記反射ホログラムに入射した画像照明が前記
    第１のエアインターフェイスおよび回転手段によって伝
    送された画像照明の結果として主に前記第１の予め定め
    られた直線偏光である手段とを具備している車両用ヘッ
    ドアップディスプレイ。
  12. （１２）第１のインターフェイスが結合器として機能す
    る第１および第２の対向したエアインターフェイスを有
    する実質的に透明な基体と、 車両のオペレータによって観察されることができる主虚
    像を生成するために前記第１と第２の対向したエアイン
    ターフェイスの間において前記実質的に透明な基体内に
    埋設され、前記第１のエアインターフェイスと共同する
    結合反射ホログラムと、 第１の直線偏光の反射および第２の直線偏光の伝送を高
    める角度で前記基体の前記第１のエアインターフェイス
    に直線偏光された画像照明を導き、前記画像照明が前記
    第１の直線偏光である画像源手段と、 伝送された画像照明の直線偏光を回転するために前記反
    射ホログラムと前記第２のエアインターフェイスとの間
    において前記基体中に埋設され、それによって前記第２
    のエアインターフェイスに入射した画像照明が主に前記
    第２の画像照明である手段とを具備している車両用ヘッ
    ドアップディスプレイ。
  13. （１３）第１および第２の対向したエアインターフェイ
    スを有する実質的に透明な基体と、 画像照明に応答して車両のオペレータによって観察され
    ることができる主虚像を生成するために前記第１と第２
    の対向したエアインターフェイスの間において前記実質
    的に透明な基体内に埋設された画像反射ホログラムと、 Ｐ偏光された照明の伝送を高める角度で前記基体の前記
    第１のエアインターフェイスにＰ偏光された照明を導く
    照明手段と、 ホログラムに伝送された画像照明の直線偏光を回転する
    ために前記第１のエアインターフェイスと前記画像反射
    ホログラムとの間において前記基体中に埋設され、それ
    によって前記画像反射ホログラムに入射した画像照明が
    Ｓ偏光される偏光回転手段とを具備している車両用ヘッ
    ドアップディスプレイ。
  14. （１４）前記偏光回転手段は１／２波長遅延素子を含む
    請求項１３記載のヘッドアップディスプレイ。
  15. （１５）さらに前記画像反射ホログラムと前記第２のエ
    アインターフェイスとの間において前記基体中に埋設さ
    れた別の１／２波長遅延素子を含む請求項１４記載のヘ
    ッドアップディスプレイ。
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