JPH04345537A - 車載用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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車載用ヘッドアップディ
スプレイ（ＨＵＤ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両内の運転手等に情報表示する方法と
して、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。これ
は、液晶表示装置等の発光表示手段から投射された光学
的情報を、ハーフミラー等からなるコンバイナーに映し
、運転手が運転状態からほとんど視線を動かすことなく
情報を読み取れるようにしたものである。

【０００３】最近、光学的素子としての簡素さ、及び付
加される機能の豊富さから上記のコンバイナーとして、
ホログラムが注目されるようになっている。このホログ
ラフィックコンバイナーは反射機能（回折機能）のみな
らず、レンズ機能等を併せ持つことができるので、光学
的情報を運転手の視野方向に回折したり、或は、他にレ
ンズ等の光学系を使用せず、任意の位置に結像したりす
ることが可能となる。また、前景輝度を損なわずに高輝
度の表示像が得られるという特徴もある。

【０００４】かかる車載用ＨＵＤの構成を示す概念図が
図５である。ここで、３１は運転者の観察位置、３２は
ホログラフィックコンバイナー、３３は情報を含む光線
、３４はコリメーターであるレンズ系、３５は表示体で
ある透過型液晶表示素子、３６はハロゲンランプ等から
なる光源、３７は風防ガラス、３８は車体ボディーであ
る。

【０００５】光源３６から発した光はレンズ系３４を介
して透過型液晶表示素子３５を通過し、車両の風防ガラ
ス３７に備えられたホログラフィックコンバイナー３２
に照射され、反射（回折）されて運転者に観察位置３１
で視認される。

【０００６】図５においてホログラフィックコンバイナ
ー３２にレンズ機能を持たせれば、表示を遠方結像させ
ることも可能になる。また、上記のコリメーターである
レンズ系４の機能をホログラフィックコンバイナー３２
に持たせることも可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここでこのような表示
器の再生像が遠方に結像されるためのホログラム記録法
の従来例を図２に示す。ホログラムを形成するための感
光材８に対して、発散球面波である参照光９及び発散球
面波である物体光１０がそれぞれ単一波長レーザ光で照
射され、感光材８が露光される。参照光９の発散球面波
の中心は、感光材８が風防ガラス面に平行に置かれたと
して、表示器の置かれるべき位置であり、物体光１０の
発散球面波の中心は、遠方の表示が結像されるべき位置
である。

【０００８】ところで合せガラス中にホログラムを封入
する際には、合せガラスの透視歪を減らすために、ホロ
グラムの厚みは薄いほど好ましい。また、合せガラス中
に封入しない場合であってもホログラムの厚みが厚いと
見切り線が目立ち好ましくない。一方、上述のホログラ
フィックコンバイナーは通常、反射型を使用するが、観
察者の位置と風防ガラスに装着されるホログラフィック
コンバイナーとの位置関係から、光線の出射方向はほぼ
決まってしまう（ほぼ水平−１０°〜＋１０°）。

【０００９】また、もし回折格子面をホログラム面（風
防ガラスの傾きに略等しく通常は２０°〜４０°）に対
して大きな角度をつけるなら、光源位置が運転者の位置
近傍にきてしまい、運転の邪魔になる。このため、ホロ
グラム内に記録される回折格子はホログラム面に対して
平行に近くせざるをえない。従って、干渉縞（回折格子
）の数を増やして十分な回折効率を得るためには、ホロ
グラムを厚くする必要がある。

【００１０】また、上述のように遠方表示を行なう場合
には、参照光と物体光の少なくとも一方が球面波となる
ので、これらの光のなす角度が、感光材内の各点により
異なり、感光材内に屈折率勾配として形成される回折格
子パターンは三次元的曲率を持ったものとなる。このた
め、ホログラムの厚みが薄いと、回折格子の数が少ない
ため、回折効率がホログラムの面上の各点でばらついて
しまうことが多く、ホログラムを薄くすることは更に困
難な問題となる。

【００１１】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の欠点を解消しようとするものであり、従来知られて
いなかった車載用ヘッドアップディスプレイの構造を新
規に提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、表示すべき情報を光線と
して発生する発光表示手段と、該光線を観視者に向けて
回折する回折格子を有する反射型の第１のホログラムと
、前記発光表示手段と第１のホログラムの間にあって、
前記表示すべき情報を含む光線を第１のホログラム方向
に回折する透過型の第２のホログラムと、を備えた車載
用ヘッドアップディスプレイであって、第１のホログラ
ムの回折格子面が第１のホログラム面に対して３０°以
上傾いていることを特徴とする車載用ヘッドアップディ
スプレイを提供するものである。

【００１３】ここで表示すべき情報とは、その表示用途
により、適宜選択されるものであり、車両のスピード計
、タコメータなどが例として挙げられる。観視者とは、
主には車両の運転手であり、その他、助手席その他の同
乗者や、これらすべてを含めた者を含めて対象とするこ
とができる。

【００１４】ホログラムは、ＨＵＤのコンバイナーとし
て機能する。通常は数１０ｍｍ角乃至数　１００ｍｍ角
程度の面積、数１０μｍ程度の厚みであり、光回折機能
を持つ。 このホログラムとしては、現在広く用いられているエン
ボスタイプのものだけでなく、リップマンタイプ、レイ
ンボータイプ、その他ホログラムと呼ばれるものを広く
用いることができる。また、ホログラム材料としては、
ポリビニルカバゾール、重クロム酸ゼラチン、光レジス
ト、フォトポリマー、銀塩など種々の感光材を用いるこ
とができる。以後の説明は、ホログラム内に屈折率分布
として回折格子を有する体積ホログラムについて行なう
。

【００１５】ホログラムの回折強度のピーク波長は、前
記の光源の強度のピーク波長とほぼ一致させることが、
回折効率を高める上で好ましい。また、ホログラムは性
質の異なる光で多重露光を施して形成したものであって
もよい。

【００１６】かかるホログラムからなるホログラフィッ
クコンバイナーは、風防ガラスと別に設けられていても
よいが、構造の簡素さから、車両の風防ガラスに装着し
て用いられるのが良く、特にホログラム保護の観点から
は、合せガラスである風防ガラスの内部に封入して用い
られるのが良い。本発明において、ホログラムは２種類
用いられるが、その両方を風防ガラスの中に封入しても
よいし、観察者方向に光を回折する方のホログラムのみ
を封入してもよい。

【００１７】この場合、合せガラスは、少なくとも一枚
のガラスにポリビニルブチラール膜、ポリウレタン膜等
の合成樹脂膜を積層、接着したものであり、その形態の
例としては、ガラス板／合成樹脂膜、ガラス板／合成樹
脂膜／ガラス板、ガラス板／合成樹脂膜／ガラス板／合
成樹脂膜、ガラス板／合成樹脂膜／合成樹脂膜等のもの
がある。ホログラムはこれらのガラス板または合成樹脂
膜の境界部または合成樹脂膜の内部に封入されれば良い
。ホログラムの装着されるガラス板は、着色されていた
り、表面に熱線反射膜等が設けられていてもよい。

【００１８】本発明における発光表示手段は光を発して
表示する機能をもつものであり、代表的な例としては、
液晶表示素子等のいわゆる受光型表示素子に熱陰極管（
ＨＣＴ）、蛍光表示管（ＶＦ）、タングステンランプ、
ハロゲンランプ、ＬＥＤなどからなる光源を併用したも
のがある。この液晶表示素子としては、透過型のツイス
トネマチック型液晶表示素子、スーパーツイストネマチ
ック型液晶表示素子等が好ましく使用できる。

【００１９】また、それとは別に、受光型表示素子を用
いず、上記の光源自体をパターン化して配列し、特定の
情報を光として発生するものであってもよい。受光型表
示素子に上記光源を併用したものの場合は、この受光型
表示素子と光源との間にレンズ系等の適当な光線平行化
手段、導光板等の適当な導光手段を配置してもよい。

【００２０】さらに、ホログラフィックコンバイナーに
光が投射されるまでの光経路内に、必要に応じて、ミラ
ー等の光偏向手段、あるいは、ＫＮｂＯ３、β−ＢａＢ
２Ｏ４、ＫＴｉＯＰＯ４　、ＫＨ２ＰＯ４　　等からな
る非線型光学素子を配置してもよい。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明の実施例に従って説明する。

【００２２】図１に本発明のホログラフィックコンバイ
ナーを合せガラス中に封入した場合の基本的構成の断面
図を示す。自動車開口部ガラス面（例えば、風防ガラス
）が二枚のガラスからなる合せガラスであり、図で１が
内板ガラス、２が外板ガラス、３が中間膜である。上記
ガラス面近傍の自動車インストルメントパネル内には所
定の発光表示手段６が有り、この光束は上記ガラス面内
に封入されている透過型ホログラム４（第２のホログラ
ム）内に形成された回折格子４ａによって所定の角度に
透過回折され、反射型ホログラム５（第１のホログラム
）に入射するようにされ、次いで、反射型ホログラム５
内に形成された回折格子面５ａにより７の運転者視野方
向に反射回折する。

【００２３】このように表示すべき情報を光線が第１の
ホログラムに入射するべく回折する第２のホログラムを
、光線を観視者に向けて回折する第１のホログラムと発
光表示手段との間に配置することにより、光源の位置を
動かすことなく、第１のホログラム面内の干渉縞の傾き
をホログラム面の法線方向に近づけることができ、その
干渉縞数を多くすることができるため回折効率が均一に
なる。すなわち、本発明においては、第１のホログラム
の回折格子面とそのホログラム面とのなす角が３０°以
上となる様に構成されるので、第１のホログラムを余り
厚くしなくても、ホログラムの中の回折格子の数を増や
すことができるため、回折効率を向上し、ホログラム面
内の回折効率のばらつきを押えることができる。

【００２４】また、上述のような構成に加え、第１のホ
ログラムにはほぼホログラム面に対して垂直に入射する
様に第２のホログラムの回折角を調整することが好まし
い。このようにすることにより、ホログラム作成の露光
時には、感光材に対してほぼ垂直方向から露光すること
になり、露光時の位置合せが容易となる。また、露光時
にホログラムが光軸に対して傾斜していると、ホログラ
ム面上での露光の光の干渉強度が光軸に対して非対称に
なり、これにより再生像の強度が不均一になることがあ
るが、このような不均一も押えることができる。

【００２５】このようなそれぞれのホログラム作製時の
露光方法について、図３、図４に示す。

【００２６】まず第２のホログラム（透過型ホログラム
）を作るため、図３のように、感光材１１の同一面側か
ら発散球面波をなす参照光１２を、また感光材１１面の
ほぼ法線方向から平面波をなす物体光１３をそれぞれ同
時に感光材１１上に照射し、露光する。

【００２７】また、図４のように、この第２のホログラ
ムによる透過回折光を運転者前方に遠方結像されたよう
に視認させるための第１のホログラム（反射型ホログラ
ム）を作るため、参照光として感光材面に対して第１の
ホログラムに光が入射する方向と同一方向から平面波を
なす参照光１５と、遠方結像点を中心とする発散球面波
をなす物体光１６をそれぞれ同時に感光材１４に照射し
、露光する。

【００２８】ところで、図３、図４においては、遠方結
像を行なうためのレンズ機能付ホログラムミラーを作製
する場合について述べたが、図中の発散球面波を平面波
に置換えれば遠方結像（像の拡大、縮小）作用を有しな
いホログラムミラーを作成できる。なお、図１のように
２枚のガラス板にそれぞれホログラムが装着されている
方が製造上は簡単になり有利だが、ホログラム４および
５が互いに密着されている方が屈折率の異なる媒質を通
過する回数が減るので鮮明な像を得るうえでは望ましい
。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、ホログラフィック再生
像の歪を減少することが可能となり、かつ比較的薄いホ
ログラムであってもホログラムの面内回折効率を均一に
することができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を示す断面図

【図２】従来
のホログラム作製時の露光方法を示した概念図

【図３】本発明のホログラム作製時の露光方法を示した
概念図

【図４】本発明のホログラム作製時の露光方法を示した
概念図

【図５】ホログラフィックＨＵＤの概念図

【符号の説明】

１　　内板ガラス ２　　外板ガラス ３　　中間膜 ４　　透過型ホログラム ５　　反射型ホログラム ６　　発光表示手段 ７　　運転者視野 ８，１１，１４　　感光材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示すべき情報を光線として発生する発光
   表示手段と、該光線を観視者に向けて回折する回折格子
   を有する反射型の第１のホログラムと、前記発光表示手
   段と第１のホログラムの間にあって、前記表示すべき情
   報を含む光線を第１のホログラム方向に回折する透過型
   の第２のホログラムと、を備えた車載用ヘッドアップデ
   ィスプレイであって、第１のホログラムの回折格子面が
   第１のホログラム面に対して３０°以上傾いていること
   を特徴とする車載用ヘッドアップディスプレイ。