JPH06199149A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】車両の風防ガラス７に備えられたコンバイナー
２を通して車両外から車両内に透過する外光の色調、お
よび車両外で観測される外光のコンバイナー２による反
射光の色調を無色に近づけるように選択した少なくとも
３原色（赤、緑、青）の色に対応する波長の光線によっ
て露光されたホログラムをコンバイナー２として備えた
ヘッドアップディスプレイ。 【効果】運転者に対しては補色のない透明な視界を与え
安全性を高めるとともに、外部の観測者に対しては観察
する角度による色変化が少なく、かつ無色に近い外観色
のヘッドアップディスプレイを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドアップディスプ
レイ（以下ＨＵＤとする）装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車内等の運転者に情報を表示する方
法として、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。
これは、液晶表示装置等の情報投射手段から投射された
光学的情報を、自動車の風防ガラス等に組み込まれたホ
ログラムやハーフミラー等からなるコンバイナーに映
し、運転者が運転状態からほとんど視点を動かすことな
く情報を読み取れるようにしたものである。

【０００３】特に、コンバイナーとしてホログラムを用
いたものは、運転者に向かって光学的情報を回折する機
能とともにレンズ機能等を併せ持つことができるので、
光学的情報を運転者の視野方向に回折したり、あるい
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であり、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があるた
め、ＨＵＤのコンバイナーとしては有効である。

【０００４】図８は、従来のＨＵＤの一例を示す概念図
である。光源４６から発し、レンズ系４４を介して透過
型液晶表示素子４５を通過した表示すべき情報を含む光
線４３は、車体の風防ガラス４７に備えられたホログラ
ム４２に照射され、回折されて運転者に観察位置４１で
視認される。

【０００５】上記レンズ系４４はコリメーターとしての
機能を持つものであり、また、この機能はホログラム４
２に持たせることもでき、速度表示４８、警告表示４９
の表示像を遠方に結像させることも可能になる。

【０００６】また、ホログラム４２は波長選択機能を持
つので、希望する色の像が表示可能となる。通常その色
は単一であることが多いが、多重露光による多色表示も
可能であり、表示情報の量と質を向上できる。例えば、
速度表示４８を緑色、警告表示４９を赤色とすることに
よって、運転者に対してより的確に情報を伝達すること
が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ホログラフィックＨＵＤは特定の波長の光線を回折する
ため、運転者がホログラムを通して外部を見た場合、そ
の透過光の色はホログラムの回折波長に対応する色（表
示色）の補色となる。すなわち、図５に示すように表示
色が緑のみである場合は、外部からの無色光２２（白色
光とも呼ばれるが、以下総称して白色光のことを無色光
と呼ぶこととし、白色も無色と呼ぶこととする）はホロ
グラム２１を透過する際に、ホログラム内部の回折格子
に一部反射回折され、反射光２３は緑色となる。したが
って、透過光２４はその補色であるマゼンダ（ピンクか
ら赤）となり運転者２５に対して刺激的で不快な色と感
ぜられる。またその結果背景の色調が影響を受けるた
め、運転中における道路等の車外状況の視認性が損なわ
れ安全上も問題があった。

【０００８】一方、図６に示すように、車両外の観測者
３５（歩行者や対向車の運転者等）に対しては外光３２
の反射色はホログラム３１内部の回折格子の回折波長の
角度依存性により、観察する角度によって赤色（正面付
近）３３から緑色（斜め観察）３４と大きく変化し、や
はり不快な印象を与えるという問題があった。

【０００９】図７はこの反射色の色変化のシミュレーシ
ョン結果を表した色度図である。色度図はＪＩＳ−Ｚ８
７０１で規定された色度座標ｘ、ｙによって色を定量的
に表現するものである。図７で光源として示す×点は無
色を表す。ホログラムの色はこの点に近いほど無色に近
く観測者にとって好ましい色となる。

【００１０】ところが、従来のＨＵＤに用いられる単色
のホログラムの反射光の色は、例えば波長５４５ｎｍ、
回折効率６０％の場合は図７の◆印のように変化する。
すなわち、正面付近では赤色となり、斜めになるにした
がい橙色、黄色、緑色と大きく変化することがわかる。
特に、正面から見た場合は刺激色である赤色となり観測
者に不快な印象を与える。

【００１１】そこで、特開平４−１１０９８４号公報に
は、車両外の観測者に対する反射光の色調を改善すべ
く、表示に用いる第１のホログラムによる反射色の色調
を改善するため、第１のホログラムの反射色の補色に近
い色を反射する第２のホログラムを積層または多重露光
するＨＵＤが開示されているが、２色のホログラムで構
成されているため、完全には色調を改善できない場合が
あった。特に表示色として頻繁に用いられる５００〜５
６０ｎｍの緑色光については、補色に対応する波長の光
が存在しないため実際には反射色の色調を改善すること
は困難であるという欠点を有しており、また反射色の色
調のみの改善手段でしかなかった。

【００１２】また、特開平３−１７９４１８号公報には
コンバイナーを通しての透過光の色調を改善するため、
表示用のホログラムの反射波長λ１の補色となる波長λ
２の光線を反射または減衰させる光学素子を組み合わせ
るＨＵＤが開示されているが、上記の公知例と同様に２
色の構成で色補正しているため、緑色光に対しては完全
には改善できないという同様の欠点を有しており、また
透過光の色調のみの改善手段でしかなかった。

【００１３】

【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、光源と表示すべき情報
を表示する表示体とを少なくとも備えて表示すべき情報
を光線として発生する情報表示源と、車両の風防ガラス
に備えられていて前記光線を車両内の観測者に向けて回
折するコンバイナーとを少なくとも備えたヘッドアップ
ディスプレイにおいて、前記コンバイナーはコンバイナ
ーを通して車両外から車両内に透過する外光の色調、お
よび車両外で観測されるコンバイナーによる外光の反射
光の色調を無色に近づけるように選択した少なくとも３
原色（赤、緑、青）の色に対応する複数の波長の光線に
よって露光されたホログラムであることを特徴とするヘ
ッドアップディスプレイを提供するものである。

【００１４】

【作用】本発明によるＨＵＤを用いれば、コンバイナー
の透過光の色調および反射光の色調が従来のホログラム
に比べ無色に近づくため、運転者に対しては補色のない
透明な視界を与え安全性を高めるとともに、外部の観測
者に対しては観察する角度による色変化が少なく、かつ
無色に近い外観色のＨＵＤが得られる。特に、表示色と
して頻繁に用いられる５００から５６０ｎｍ程度の緑色
光に対しても有効に色調を改善することができる。

【００１５】また同時にこのコンバイナーはカラー表示
のコンバイナーとしても利用することが可能であるの
で、透過色および反射色が無色に近いカラーＨＵＤを得
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明における実施例
を説明する。図１は、本発明のＨＵＤの一例を示す概念
図である。風防ガラス７の下方には情報表示源が備えら
れており、この情報表示源は光源６から発した光がコリ
メーターであるレンズ系４を介し、透過型液晶表示素子
からなる表示体５を通過した表示すべき情報を光線３と
して発するものである。この光線３は、車体の風防ガラ
ス７に備えられたホログラムからなるコンバイナー２に
照射されて、回折され、運転者に観測位置１で視認され
る。

【００１７】上記レンズ系４はコリメーターとしての機
能を持つものであり、また、この機能はホログラムに持
たせることもでき、速度表示８、警告表示９の表示像を
遠方に結像させることも可能となる。

【００１８】また、必要に応じて表示体５とコンバイナ
ー２との間に収差補正用の別のホログラムやレンズ等を
配してもよい。

【００１９】また、ホログラムは波長選択機能を持つの
で、希望する色の像が表示可能であり、さらに、多重露
光や複数枚のホログラムの積層によって多色表示が可能
となり、表示情報の量と質の向上ができる。例えば、速
度表示８を緑色、警告表示９を赤色とすることによっ
て、運転者に対してより的確に情報を伝達することが可
能となる。

【００２０】図２は本発明おけるホログラムの構造の一
例を示す概略断面図である。この例においては３原色に
対応する各波長の光線によって単独で露光した３枚のホ
ログラムを積層した構造例を示している。第１のホログ
ラム１１は波長６０７ｎｍ（赤色）の光線を反射回折
し、第２のホログラム１２は波長５４５ｎｍ（緑色）の
光線を反射回折し、第３のホログラム１３は波長４５０
ｎｍ（青色）の光線を反射回折するように露光されたも
のである。

【００２１】また本発明のＨＵＤのコンバイナーとして
用いられるホログラムとしては図２に示した積層型でも
よいが、１枚の感光材料に複数の波長のレーザー光を照
射する、いわゆる多重露光によって得られた１枚のホロ
グラムを用いることによって、積層による各波長の像の
ズレや、コンバイナーの透過率の低下などを防ぐ点でさ
らに好ましい。

【００２２】ここで、各ホログラムはその内部に作製さ
れる回折格子の傾きがすべて同一となるように露光され
たものであり、したがってこのようなホログラムからな
るコンバイナーに入射する光線の入射角をすべての色の
光線について同一とすることによって、ホログラムによ
って回折される回折角もすべての色の光線について同一
となっている。これらの角度が異なると、それぞれの色
の光線によって回折される方向が異なってしまうため、
本来無色となるべきものが３色に分かれてしまい、かえ
って観測者には不快な色と視認されてしまう。

【００２３】このように各ホログラム内部の回折格子の
傾きがすべて同一となる反射型のホログラムを作製する
ためには、ホログラム感光材料の両側の面に照射される
レーザー光のホログラム感光材料に対する入射角を、感
光材料のそれぞれの面側において、すべての光線につい
て同一であるようにすればよい。また、露光時のレーザ
ー光の入射角を同一としない場合でも、１つの波長のレ
ーザー光がホログラム感光材料の両側へ入射する２つの
角度の関係を調整すれば、内部に形成される回折格子の
傾きを同一とすることができる。

【００２４】図３はこのようにして作製した３原色露光
ホログラムの外光反射色の色変化を示す色度図である。
本実施例のホログラムは３枚積層型であり、赤色として
は波長６０７ｎｍ、回折効率８０％であり、表示に用い
る緑色としては波長５４５ｎｍ、回折効率７３％であ
り、青色としては波長４５０ｎｍ、回折効率９４％のも
のである。図３で黒三角印はシミュレーションによる色
変化の計算結果であり、□印は色彩輝度計により測定し
た実測値である。正面では緑色に見えるが、斜めではほ
ぼ無色に近い色調となっている。

【００２５】図７の単色ホログラムの場合と比較して色
変化が少なく、刺激的な赤色がなくなり反射色の色調が
改善されている。また、シミュレーションと測定値とは
よい一致を示している。

【００２６】また、この場合の透過色は近似的に反射色
と補色関係にあると考えられるので、図３の光源×印に
対する点対称の位置に近い色調となる。運転者がみる透
過色は斜め観察に対応する観察角度なので、その色調は
無色に近いものとなる。以上のように、本発明によるホ
ログラムは従来のホログラムに比べ、反射色、透過色と
もに色調を改善することができた。

【００２７】また、本実施例のホログラムを車両の風防
合わせガラスの内部に封入しコンバイナーとすることに
よって、外光反射色および透過色の色調の改善されたＨ
ＵＤを実現することができた。

【００２８】なお、ホログラムとしては、通常数１０ｍ
ｍから数１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍから数１０
μｍ程度の厚みであり、光回折機能を持つ。このような
ホログラムは、リップマンタイプ等の体積・位相型のホ
ログラムが高い回折効率を得られるという点で望ましい
が、エンボスタイプ、レインボータイプ等のホログラム
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、ポリビニルカルバゾールやアクリ
ル系などのフォトポリマー、重クロム酸ゼラチン、光レ
ジスト、銀塩など種々の感光材料を用いることができ
る。

【００２９】かかるホログラムは風防ガラスに備えられ
るものであり、例えば風防ガラスの表面（車両外表面）
や車両内側表面に備えられてもよいが、特にホログラム
の保護の点に鑑みて、合わせガラスである風防ガラスの
内部に封入して用いることが好ましい。

【００３０】本発明における情報表示源は光を発して表
示する機能を持つものであり、液晶表示素子等のいわゆ
る受光型表示素子からなる表示体に熱陰極管（ＨＣ
Ｔ）、冷陰極管、蛍光表示管（ＶＦ）、ハロゲンラン
プ、ＬＥＤなどからなる光源から発した光を照射するも
のであり、また、これらの機能を併せ持つものであって
もよい。

【００３１】本発明におけるコンバイナーをカラー表示
に用いる場合、この液晶表示素子としては、カラーフィ
ルターと透過型のツイストネマチック型液晶素子や、ス
ーパーツイストネマチック型液晶表示素子等からなるカ
ラー液晶表示素子等が好ましく使用でき、一つの光源か
ら発せられた光線を所望の色の光線として照射すること
ができる。

【００３２】このようにして複数の色の光線は、同一の
情報表示源から発することができ、これら複数の色の光
線が同時に表示される場合には表示像が重なって表示さ
れ、逆にこの表示像の重なりを防ぐためには、必要に応
じてカラーフィルターと光源の組み合わせによって、あ
るいはカラー液晶表示素子を制御することによって、複
数の色の光線が同時に照射されないようにしてもよい。

【００３３】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や曲面反射鏡等の適当な
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。さらに、ホログラムに光が投射されるまでの光
径路内に、必要に応じて、光偏光手段、あるいは、ＫＮ
Ｏ₃ 等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００３４】また本発明のＨＵＤをカラー表示とする場
合、コンバイナーから表示像までの距離は各色で同一と
すれば同一平面内にカラー表示ができ、また、色によっ
て変えた場合には表示色によって表示像の観測される距
離の異なる立体的な像を得ることができる。

【００３５】また、本実施例では３色表示のホログラム
について説明したが、４色以上の表示のできるホログラ
ムでも同様の効果を得ることができる。また、本発明に
おけるホログラムは、上記のような反射型ホログラムに
限らず、透過型ホログラムを用いたＨＵＤでもよい。

【００３６】第２の実施例として、３原色露光の光線の
波長を、赤色として波長６００ｎｍ、回折効率６０％、
表示に用いる緑色として波長５４５ｎｍ、回折効率６０
％、青色として波長４３０ｎｍ、回折効率６０％となる
ホログラムを採用した。図４は本実施例のホログラムの
外光反射色の変化のシミュレーション結果を示す色度図
である。なお、シミュレーションと実測値は図３に示し
た通り非常によい一致を示しているので、本実施例では
シミュレーション結果のみを示す。

【００３７】図４からわかる通り、本実施例のホログラ
ムの外光反射色の変化は、先の実施例よりさらに改善さ
れており、無色に近づいている。このように３波長を選
択することにより色調を最適化できる。

【００３８】また、本実施例のホログラムを車両の風防
合わせガラスの内部に封入しコンバイナーとすることに
よって、先の実施例同様外光反射色および透過色の色調
の改善されたＨＵＤを実現することができる。なお、本
実施例のホログラムの構造、作製方法、またＨＵＤとす
る場合の光源等その他に関しては先の実施例と同様とで
きる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、コンバイナーとして用
いているホログラムが３原色に対応する複数の波長の光
線によって露光されたものであるため、車両外からコン
バイナーを透過して運転者等の観測者の視認する透過光
の色調や、車両外におけるコンバイナーによる外光の反
射光の色調が、従来のコンバイナーに比べ無色に近づ
き、運転者に対しては補色の無い透明な視界を与え安全
性を高めるとともに、外部の観測者に対しては観察する
角度による色変化が少なくかつ無色に近い色調のＨＵＤ
が得られる。特に、表示色として頻繁に用いられる５０
０から５６０ｎｍ程度の緑色光に対しても有効に色調を
改善することができる。

【００４０】さらに、本発明におけるコンバイナーは、
少なくとも３色の光線の表示ができるため、車両外から
の透過色および車両外での反射色が無色としつつ、複数
色の情報表示を可能としたＨＵＤを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨＵＤの一例を示す概念図

【図２】本発明おけるホログラムの構造の一例を示す概
略断面図

【図３】本発明におけるホログラムの外光反射色の色変
化を示す色度図

【図４】本発明におけるホログラムの外光反射色の色変
化を示す色度図

【図５】従来のホログラムの透過色を説明する概念図

【図６】従来のホログラムの反射色を説明する概念図

【図７】従来のホログラムの外光反射色変化を示す色度
図

【図８】従来の車載用ＨＵＤを示す断面図

【符号の説明】

１：運転者の観測位置 ２：コンバイナー ３：情報を含む光線 ４：レンズ系 ５：表示素子 ６：光源 ７：風防ガラス ８：速度表示 ９：警告表示

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
   を少なくとも備えて表示すべき情報を光線として発生す
   る情報表示源と、車両の風防ガラスに備えられていて前
   記光線を車両内の観測者に向けて回折するコンバイナー
   とを少なくとも備えたヘッドアップディスプレイにおい
   て、前記コンバイナーはコンバイナーを通して車両外か
   ら車両内に透過する外光の色調、および車両外で観測さ
   れるコンバイナーによる外光の反射光の色調を無色に近
   づけるように選択した少なくとも３原色（赤、緑、青）
   の色に対応する複数の波長の光線によって露光されたホ
   ログラムであることを特徴とするヘッドアップディスプ
   レイ。
2. 【請求項２】前記コンバイナーは、複数の波長の光線に
   よって多重露光された１層のホログラムであることを特
   徴とする請求項１のヘッドアップディスプレイ。
3. 【請求項３】前記コンバイナーは、単一の波長または複
   数の波長の光線によって露光された複数のホログラムを
   積層したものであることを特徴とする請求項１のヘッド
   アップディスプレイ。
4. 【請求項４】前記コンバイナーへ入射する複数の色の光
   線の入射角がすべて略同一であり、かつコンバイナーか
   ら回折される複数の色の光線の回折角がすべて略同一で
   あることを特徴とする請求項１〜３のいずれかのヘッド
   アップディスプレイ。
5. 【請求項５】前記３原色に対応する波長が、赤は５８０
   〜６２０ｎｍ程度、緑は５００〜５６０ｎｍ程度、青は
   ４２０〜４８０ｎｍ程度であることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかのヘッドアップディスプレイ。