JPH04198980A - ホログラフィックヘッドアップディスプレイ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車速等の運転情報を表示する表示器の表示像
を凹面鏡特性を有するホログラムでもって運転席側に反
射させ視界内に前記表示器の拡大された表示像を遠方表
示するようにしたホログラフィックヘッドアップデイス
プレィに関する。

〔従来の技術〕

従来、ホログラフィックヘッドアップデイスプ゛レイ等
に使用される凹面鏡特性を有するホログラムはの製造方
法は、第１図に示すように、レーザー発振器２から出射
したレーザーをノ＼−フミラー３で二方向に分けて、一
方はミラー５で反射させ更にレンズ８で発散させて参照
光Ｒとして乳剖を塗布した透明基板からなるホログラム
乾板１の表面へ照射し、他方はミラー４で反射させて更
にレンズ６で発散させた後大型レンズ７で平行波にして
信号光Ｓとしてホログラム乾板１の裏面に照射して製造
している。この方法により記録されたホログラムは発散
光である参照光Ｒの側から見た場合に、特定の波長帯に
対して記録時のホログラム乾板１までの距ＭＬに依存す
る曲率Ｒ（＝２Ｌ）を持つ凹面鏡として作用する。

このようにして得られたホログラム１を車両、航空機等
のヘッドアップデイスプレィに使用した場合、第２図に
示すように、表示像Ｐをホログラム１に記録された凹面
鏡の焦点ｆ　（＝Ｌ）の内側に置くと、視点９から見て
ホログラム１の後方に拡大された虚像Ｐ′が観測される
。このため、遠方の外景を見ていた運転者は視線及び焦
点移動を少なくして表示器等の表示像を視認することが
できる。

ところが、視点９から見ると、この虚像Ｐ′の他に第２
図に示す正反射像Ｐ、、Ｐ２が観測される。これは、表
示像Ｐがホログラムｌの基板表裏面で反射して視点９に
至るもので基板の両面にプリズムを貼り付けて正反射像
Ｐ３．Ｐｚを虚像Ｐ′と重ならないように逃がしてしま
うか、あるいはＡＲ（無反射）コートをかけること等に
より防ぐことができる。

このほかに、第３図に示すように、視点９から見て多数
の像が観察される。これらの像はホログラム乾板１に凹
面鏡特性を記録する際に、信号光Ｓや参照光Ｒが基板の
表裏面で反射して不必要なホログラム（以下ゴーストホ
ログラムと言う）を形成してしまうためであり、ノイズ
として視認され目障りとなる。

このゴーストホログラムについて更に詳しく説明する。

通常、ホログラム乾板１は、第４図（ａ）に示すように
、透明基板Ｂと乳剤層Ｅとで構成されており、該乾板１
に乳剤層Ｅと逆側から光線Ｉで代表される平行光を入射
させると、該光線Ｉは基板Ｂと外気との境界ｂ′で一部
が反射し、残りは基板Ｂ内を進み乳剤層Ｅと外気との境
界ｂ′でその一部が反射して反射光ｒとなり、更にこの
反射光ｒは前記境界ｂ“でまたその一部が再び反射して
反射光ｒ′となる。入射した光は、これを繰り返すこと
により、乾板内で多重反射をする。なお、基板Ｂと乳剤
層Ｅとの境界すでの光の反射は通常の銀塩乾板等では無
視して考えてよい。

このような反射状況は、入射光の偏光方向にもよるが、
例えば基板Ｂの屈折率ｎ　＝　１．５とし、無偏光で入
射角を６０°以下にすると反射率は１０％以下となり、
多重反射光ｒ’、ｒ“は強度が充分弱くなっているので
ゴーストホログラムを生しる一因として考慮する必要は
ない。

また、ホログラム乾板１の乳剤層Ｅ側から光を入射させ
た場合についても、第４図ら）に示すように、全く同じ
ことが言える。

これらのことから、ゴーストホログラムを生じさせる原
因となるものとして、第５図（ａ）〜（ｅ）に示すよう
な５つの型が考えられる。

すなわち、第５図（ａ）に示す型は、第１図に示すホロ
グラム形成装置で基板に入射した参照光Ｒが基板裏面で
反射し、その反射光Ｒ′とその直後にやって来た参照光
Ｒとが干渉してホログラムを形成する光となったもので
、正反射型ホログラムとなり、第３図に示す装置では視
点９からみて正反射像Ｐａが視認される。第５図（ｂ）
に示す型は、基板に入射した信号光Ｓが基板表面で反射
し、その反射光Ｓ′とその直後にやって来た信号光Ｓと
が干渉してホログラムを形成する光となったもので、正
反射型ホログラムとなり、第３図に示す正反射像Ｐｂが
視認される。第５図（Ｃ）に示す型は、反射光Ｓ′とＲ
′とが作るホログラムで本来の信号光Ｓと参照光Ｒとの
関係が逆転しているため、第１図の光学系で示すと、参
照光Ｒ側から見て凸面鏡となり、第３図に示すように、
正反射像Ｐａ、Ｐｂよりも手前に縮小像Ｐｃとして視認
される。第５図（ｄ）は参照光Ｒと信号光Ｓの反射光Ｓ
′による透過型ホログラムで焦点距離りの凸レンズとな
り、第３図においてホログラムｌの裏側から見ると表示
像Ｐの拡大虚像を像Ｐの奥に観察することができる。こ
の場合に、ホログラムＩの基板裏面ｂ“（第４図参照）
の反射率が高かったり、周囲が極めて暗い状況では、視
点９から見てこの拡大虚像が基板裏面ｂ“で反射した拡
大虚像Ｐｄとして視認される。第５図（ｅ）は参照光Ｒ
の反射光Ｒ′と信号光Ｓによる透過型ホログラムで焦点
距離りの凸レンズとなり、第５図（ｄ）に示したものと
同様に拡大虚像Ｐｅとして視認される。

これらのゴーストホログラムの形成を防止するため、ホ
ログラム１を形成するときに基板裏面に無反射コーティ
ングを施したり、全体をインデクスマッチング液中に浸
して表面反射を防いだり、あるいはシリコンオイルを介
在させてカハーガラスと乳剤面を密着させ、更にカバー
ガラスの表面反射を防（ため密着面と逆側にＡＲコート
を施す等の手法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したＡＲコートは基板の裏面にしか
用いることができないため、第５図（ａ）。

（Ｃ）　、　（ｅ）に示す状態は避けられるが、第５図
（ｂ）　、　（ｄ）に示す状態を防止することはできな
い。また、シリコンオイルを用いる方法では第５図■）
　、　（Ｃ）　、　（ｄ）に示す状態を避けることがで
きるが、露光時の乾板の保持が難しく歩留まりへ影響が
懸念される他、露光後のシリコンオイル除去工程が増え
、かつシリコンオイル除去時に用いる薬品のホログラム
に対する影響が問題となる。

そこで、本発明はホログラム形成時に光の偏光方向によ
る反射率特性を利用して、表面反射のない条件設定でホ
ログラムを形成し、該ホログラムを用いてノイズの無い
ホログラフィックヘットアップデイスプレィの提供を目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、運転情報を表示する表示器の表示像を凹面鏡
特性を有するホログラムにより運転席側に反射させて視
界内に前記表示器の拡大された表示像を遠方表示するよ
うにしたホログラフィ、クヘノドアソブディスプレイに
おいて、前記ホログラムをその形成時にホログラム乾板
へ入射する信号光及び参照光共に略ブリュスター角で入
射させて形成したことを特徴としている。

〔作　用］ 上述構成に基づき、ホログラム形成時にホログラム乾板
へ入射する信号光及び参照光共に略ブリュスター角で入
射させているので、反射がおこらないため所望の凹面鏡
特性以外の不要のホログラムが形成ず、ホログラムによ
り反射した表示器の表示像を運転者側からみると、ノイ
ズの無い遠方表示像として視認される。

〔実施例〕

以下、図面に基づき本発明の実施例について説明する。

本発明は、第１図に示すようなホログラム形成時に、ホ
ログラム乾板１への信号光Ｓ及び参照光Ｒを略ブリュス
ター角で入射させて第５図（ａ）〜（ｅ）に示すような
５つの型から生しるゴーストホログラムの発生を防止し
ようとするものである。

第１０図には空気層（屈折率ｎ＋＝１）から屈折率ｎｚ
＝ｉ、５の透明物質へ光が入射したときのＳ偏光（入射
面に垂直な偏光）とＰ偏光（入射面に平行な偏光）の入
射角による反射率特性が示されている。Ｐ偏光は入射角
θ−５６°付近で反射率が０となり、全てが物質内に入
射する。この角度θＢはブリュスター角又は偏光角と呼
ばれ、入射境界の前後の物質の屈折率をそれぞれｎｌ、
ｎ２とすればｔａｎθＢ＝ｎ２／ｎ１　と定義されてい
る。なお、第１１図に示すように、均一な厚みをもつ透
明基板（屈折率ｎ２＝１．５）に空気層（屈折率ｎＩ＝
１）からブリュスター角で入射させたＰ偏光は基板裏面
から空気層へ出射する場合にもブリュスター角となるた
め、入射光はほぼ完全に基板を透過することとなる。

ホログラムの形成時に、前記ブリュスター角入射の効果
を検証するためにいくつかの実験をおこなった。

先ず、第６図及び第７図に示すように、ホログラム乾板
ｌの乳剤面側から発散光を単独で入射させた。第６図に
示す場合はレーザー源２に対してホログラム乾板１の面
を角θ１＝２０°傾けて配置し、出射したレーザーを紙
面に対して垂直な電場２０で振動を加えてＳ偏光として
対物レンズ２１で発散させホログラム乾板１に照射させ
たものである。第７図に示す場合はレーザー源２に対し
てホログラム乾板１の面を角θ１＝５６°傾けて配置し
、出射したレーザーを紙面に対して平行な電場２２で振
動を加えそＰ偏光として対物レンズ２１で発散させホロ
グラム乾板１に照射させたものである。なお、対物レン
ズ２１とホログラム乾板１との距離は３００ｍｍとした
。

また、第８ず及び第９回に示すように、ホログラム乾板
１の乳剤面側と反対面から平行光を単独で入射させた。

第８図に示す場合はレーザー源２に対してホログラム乾
板Ｉの面を角θ１＝２０’傾けて配置し、出射したレー
ザーを紙面に対して垂直な電場２０でを持つＳ偏光とし
て対物レンズ２１で発散させ、更に大型凸レンズ２３で
平行光にしてホログラム乾板１に照射させたものである
。

第７図に示す場合はレーザー源２に対してホログラム乾
板１の面を角θ１−５６°傾けて配置し、出射したレー
ザーを紙面に対して平行な電場２２を持つＰ偏光として
対物レンズ２１で発散させ、更に大型凸レンズ２３で平
行光にしてホログラム乾板１に照射させたものである。

この実験に用いたホログラム乾板ｌは銀塩系の乳剤Ｅを
ガラス基板上に塗布したもので反射型ホログラム用の高
解像度タイプのものであり、照射した記録光はＨｅ−Ｎ
ｅレーザー（波長６３２゜８ｎｍ）で、現像・漂白処理
は回折効率が高い点からＣＷＣ２、ＰＢＱ２法を用いた
。

このようにして光を照射したホログラムｌのゴーストホ
ログラムは、第２図に示すような系を組み、乳剤面をシ
リコンオイル等を介してカバーガラスと密着させて、ホ
ログラムＩの基板の表裏両面の反射像Ｐ、、Ｐ、のあい
だにもう一つ像が存在するか否かを観察することによっ
て確認ができる。また、天井の蛍光灯の点灯時の像を乳
剤面で反射させた際に、正反射ホログラムが形成されて
いれば、正反射像に重なるように再生条件に合う波長の
光で色づいた像が見えるか否かによっても確認できる。

この結果として、Ｓ偏光で入射角θ１−２０゜のものは
発散光、平行光いずれの場合にも正反射ゴーストホログ
ラムができ、Ｐ偏光で入射角θ１＝５６°のものは発散
光、平行光いずれの場合にもゴーストホログラムはでき
なかった。

次に、第１図に示す記録系にて、ホログラム乾板１の乳
剤面に発散光からなる参照光Ｒと、乳剤面と反対面に平
行光からなる信号光Ｓとを照射することによりホログラ
ムｌの形成をおこなった。

入射角θｉは２０°及び５６°とし、ＳＲ比はｌ：１と
して偏光方向は上述した実験と同様な形式この結果とし
て、θ１＝２０°のときは、第５図（ａ）〜（ｅ）に示
すような５つの型から生じるゴーストホログラムが確認
できたが、θ１−５６°のときは発生しなかった。

以上のことから、ブリウスター角で光を入射させること
によりゴーストホログラムの形成防止を図れることが確
認された。

本発明に係るホログラフィックヘント′アップデイスプ
レィは、このようにブリウスター角で光を入射させて形
成したホログラムエを用いて、第２図に示すようなヘッ
ドアップデイスプレィとしたものである。

なお、第１図に示したホログラム記録系では信号光Ｓは
平行光であり、正＠Ｌこブリウスター角に設定すること
ができるので、はぼ完全に表面反射を防げるが、参照光
Ｒは発散光であり入射角に広がりがあるので、表面反射
を防ぐ意味から発散光は乳剤層Ｅ側から入射させブリウ
スター角からのズレによる残存反射を基板裏面に設けた
ＡＲコート等で取り除くことが望ましい。したがって、
信号光Ｓとなる平行光は乳剤面と反対面側から入射させ
る構成を採ると都合が良いことになる。

このようなホログラムの形成は正反射型のホログラムコ
ンバイナーでで得に有効であるが、第１２図に示すよう
な非正反射型のホログラムコンバイナーでも記録時の信
号光Ｓをブリウスター角に設定することで、いくつかの
ゴーストを消すことができる。

また、本発明に用いるホログラムｌの記録時の光の入射
角が限定されるために、光学系の設計自由度が減ること
もあるので、これを再生時に補おうとすれば、第１３図
に示すように、乳剤面にプリズム３０を貼り付けて出射
光の角度を変えてもよい。あるいは、第１４図に示すよ
うに、透過型ホログラム４０を使って出射光を回折させ
てもよい。透過型ホログラム４０は反射型と違い正反射
による二重像の発生等の問題が無い。また、透過型ホロ
グラムでは、通常、色収差の問題があるが・反射型ホロ
グラムで回折光の波長を限定しているため、この問題も
回避されている。

なお、第１図に示す記録系で形成されたホログラム１で
、第２図に示すようなホログラフィックヘッドアップデ
イスプレィを組んで再生した場合に、前述した第３図に
示すゴーストホログラムによるゴースト像Ｐ、〜Ｐ８の
他に、第１５図に示すようなゴースト像Ｐ“　Ｐ　／／
／等が像Ｐ′の後方にいくつか確認される。　これらの
像Ｐ“　Ｐ　／／／は表示像Ｐをホログラム１から遠ざ
けていくと、拡大遠方表示が更に進み、あるところでホ
ログラム１の手前の実像に変わっていく。この場合に、
像Ｐ″′が一番早く、Ｐ′′、Ｐ′と続く。このことか
ら、像Ｐ“　Ｐ　／／／は像Ｐ′の再生に係わる凹面鏡
（焦点距離３００　ｍｍ）より更に焦点距離の短い凹面
鏡作用を持つことが明らかである。

これは、第１６図に示すように、本来の再生条件の方向
から平行光を入射すると、本来記録されたホログラムは
ｆ＝３００ｍｍの凹面鏡作用により、正反射方向かつホ
ログラム面の中心から３００ｍｍのＰ０所に収束する光
となる。この時、収束光の一部がホログラム基板の空気
との境界Ｈで反射してホログラム層へ戻り、再びｆ　＝
３００ｍｍの凹面鏡で反射されてＰ。′の位置乙こ収束
する光となる。Ｐ０′への収束光の一部は再度境界Ｈで
反射され再び凹面鏡の作用を受けてＰ０／７に収束する
。したがって、境界Ｈの反射率が高いと多重反射による
複数の収束光及び点列ｐ０’、ｐ、″、・−・が現れる
ことになる。すなわち、焦点距離の異なる複数の凹面鏡
が記録されていると同様な作用を持ち、ホログラフィッ
クへノドアップデイスプレィ表示をおこなう際には拡大
虚像や実像のノイズとなる。

これらはゴーストは、第２図に示した正反射像Ｐ＋、Ｐ
ｚを除去するときに基板表裏面に使用したＡＲコートに
より除去することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ホログラムをそ
の形成時にホログラム乾板へ入射する信号光及び参照光
共に略ブリュスター角で入射させて形成したので、所望
のホログラム以外の不必要なホログラムが形成されない
ために、該ホログラムをホログラフィックへッドアソプ
ディスプレイに使用したときにノイズの無い像を視認す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はホログラムの記録系を示す図、第２図はホログ
ラフィックヘッドアップデイスプレィを示す図、 第３図はゴーストホログラムにより生しるゴーストの現
れかたを示す図、 第４図（ａ）　、　（ｂ）はホログラム基板内での多重
反射を説明する図、 第５図（ａ）〜（ｅ）はゴーストホログラムが形成され
る原因を示す図、 第６図はホログラム乾板に発散Ｓ偏光を照射する図、 第７図はホログラム乾板に発散Ｐ偏光を照射する図、 第８図はホログラム乾板に平行Ｓ偏光を照射する図、 第９図はホログラム乾板に平行Ｐ偏光を照射する図、 第１０図は光のＳ偏光とＰ偏光が空気層から屈折率１．
５の物質に入射するときの入射角と反射率との関係を示
す図、 第１１図は屈折率ｎ、から屈折率ｎ２の物資を光が通り
抜ける状態を示す図、 第１２図は非正反射型ホログラムの作用を示す図、 第１３図はホログラムの表面にプリズムを貼り付けた図
、 第１４図は反射型ホログラムの他に透過型ホログラムを
併用したホログラフィックヘッドアップデイスプレィを
示す図、 第１５図は第３図に示すゴースト以外の拡大ゴーストの
存在を示す図、 第１６図は短焦点凹面鏡作用の発生原理を示す図である
。　、 ■・・・ホログラム（ホログラム乾板）、２・・・レー
ザー源、９・・・視点、Ｐ・・・表示像。 １、　本口ｑ′クラムＦａｑ”ｔ４１１’ｔｔ＆）２°
°　し−せ°°− 第１図 第３図 第４図 （ａ）　　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　　（
Ｃ）第５図 第６図 第７図 第９図 第１０図 ＢＲＥＷＳＴＥＲｆＡの鱒ｇ日 第１１図 第１２図　。 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　運転情報を表示する表示器の表示像を凹面鏡特性を有
   するホログラムにより運転席側に反射させて視界内に前
   記表示器の拡大された表示像を遠方表示するようにした
   ホログラフィックヘッドアップディスプレイにおいて、 前記ホログラムをその形成時にホログラム乾板へ入射す
   る信号光及び参照光共に略ブリュスター角で入射させて
   形成したことを特徴とするホログラフィックヘッドアッ
   プディスプレイ。