JPH07186777A

JPH07186777A - ヘッドアップディスプレイ、その設計方法、およびコンバイナー

Info

Publication number: JPH07186777A
Application number: JP6279477A
Authority: JP
Inventors: Norihito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 1994-11-14
Publication date: 1995-07-25

Abstract

(57)【要約】【構成】コンバイナー２として、その回折スペクトルの
中心波長λ、半値幅Δλ、回折効率ηが、光源６の光の
色調と角度を変えて観察したときのコンバイナー２によ
る反射光の平均的色調との色差、あるいは角度を変えて
観察したときの光源光の色調とコンバイナー２による反
射光の色調との色差の二乗和を最小とする組合せとなる
ように露光されたホログラムを用いる。【効果】車両外からコンバイナーを透過して運転者等の
観察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
ナーに比べ白色に近づき、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、外部の観察
者に対しては観察する角度による色変化が少なくかつ白
色に近い色調のヘッドアップディスプレイが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の運転者等に向け
て運転情報等を表示するヘッドアップディスプレイ（以
下ＨＵＤとする）、それに用いるコンバイナー、および
このＨＵＤを設計する方法に関する。

【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でき、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、ＨＵ
Ｄのコンバイナーとしては有効である。

【０００４】図９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
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
でき、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できる。

【０００７】上記のように、従来のＨＵＤは特定の波長
の光を回折するため、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６に
示すように表示色が緑のみの場合は、外部からの白色光
７２はホログラム７１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７３は緑色とな
る。したがって、透過光７４はその補色であるマゼンダ
（ピンクから赤）となり運転者７５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７に示すように、車両外の観察者
８５（歩行者や対向車の運転者等）に対しては外光８２
の反射色はホログラム８１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
近観察）８３から緑色（斜め観察）８４と大きく変化
し、やはり不快な印象を与え、コンバイナーひいてはそ
れを搭載する車両そのものの意匠性、商品性を損なうと
いう問題があった。

【０００９】図８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×点は白
色を表す。ホログラムの色はこの点に近いほど白色に近
く観察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８の黒菱印のように変化す
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。正面から見た場合には刺激色である赤色となり、斜
めから見た場合は視感度の高いぎらぎらした緑色となり
観察者に不快な印象を与える。

【００１１】そこで、特開平４−１１０９８４号公報、
ＵＳＰ５，１５３，７５１には、車両外の観察者に対す
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。しかし、２色に対応する２枚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緑色光（波長が
５００〜５６０ｎｍ程度の光）については、補色に対応
する波長の光が存在しない。そのため、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があり、
また透過光の色調は改善されていなかった。

【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 の光を反射または減衰させる光学素子を組合せるＨＵ
Ｄが開示されている。この例でも、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があり、また反
射光の色調は改善されていなかった。

【００１３】特開平４−２９１２２１号公報には、緑色
光に対してもコンバイナーの透過光の色調が改善できる
ように、表示用のホログラムの反射波長λ₁ の補色とな
る波長域の光を合成できる複数の波長域を反射または減
衰させる光学素子を組合せるＨＵＤが開示されている。
この例は、透過光の色調に対してのみの改善であるた
め、ホログラムと観察者を結ぶ特定の角度でしか効果が
ない。したがって、車両外の観察者に対してはホログラ
ムの反射光の色調は必ずしも改善されていなかった。例
えば開示されている実施例では、５３０ｎｍの光を回折
するホログラムの透過光の色調を改善するため、５３０
ｎｍの光の補色を合成可能な４６０ｎｍ、６３０ｎｍの
光を回折するホログラムを用いており、回折効率約９０
％、半値幅約１０ｎｍである透過特性図を示している。
この特性に基づいて車外で観察するコンバイナーの反射
色の色調シミュレーションをすると図１０のようにな
り、斜め観察では比較的白色に近いものの正面観察では
黄緑色に色づいてしまうことがわかる。

【００１４】以上のように、ホログラフィックコンバイ
ナーの反射光および透過光の色調を改善するため、複数
のホログラムを用いることは提案されているが、その特
性が最適化されていないため充分な改善効果が得られな
いという問題点があった。

【００１５】

【発明の要旨】本発明は、前述の問題点を解決すべくな
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
て前記光を車両内の観察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ＨＵＤ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
する外光の色調と車両外で観察されるコンバイナーによ
る外光の反射光の色調とを、いかなる角度から観察して
も白色に近づけるように選択した複数色の光によって露
光されたホログラムであって、前記情報表示源からコン
バイナーに向けて発せられた光が車両内の観察者に向か
って回折されるときの回折スペクトルの中心波長λと半
値幅Δλと回折効率ηとが、光源光の色調と角度を変え
て観察したときのコンバイナーによる反射光の平均的色
調との色差を小さくする組合せとなるか、あるいは角度
を変えて観察したときの光源光の色調とコンバイナーに
よる反射光の色調との色差の二乗和を小さくする組合せ
となるように露光されたホログラムであることを特徴と
するＨＵＤを提供する。

【００１６】また、本発明は、車両の風防ガラスに備え
られて、情報表示源からの情報を含む光を車両内の観察
者に向けて回折するＨＵＤ用コンバイナーであって、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
色調と、車両外で観察されるコンバイナーによる外光の
反射光の色調とを、いかなる角度から観察しても白色に
近づけるように選択した複数色の光によって、前記情報
表示源からホログラムに向けて発せられた光が車両内の
観察者に向かって回折されるときの回折スペクトルの中
心波長λと半値幅Δλと回折効率ηとが、光源光の色調
と角度を変えて観察したときのコンバイナーによる反射
光の平均的色調との色差を小さくする組合せとなるか、
角度を変えて観察したときの光源光の色調とコンバイナ
ーによる反射光の色調との色差の二乗和を小さくする組
合せとなるように露光されたホログラムからなることを
特徴とするコンバイナーを提供する。

【００１７】さらに、本発明は、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を車両内の観察者に向けて回折す
るコンバイナーとを少なくとも備えたＨＵＤを設計する
方法であって、前記コンバイナーとして、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と、車
両外で観察されるコンバイナーによる外光の反射光の色
調とを、いかなる角度から観察しても白色に近づけるよ
うに選択した複数色の光によって露光されたホログラム
を用いるにあたり、前記情報表示源からコンバイナーに
向けて発せられた光が車両内の観察者に向かって回折さ
れるときの回折スペクトルの中心波長λと半値幅Δλと
回折効率ηとを、光源光の色調と角度を変えて観察した
ときのコンバイナーによる反射光の平均的色調との色差
を小さくする組合せを選択して、ホログラムの露光条件
を設定することを特徴とするＨＵＤの設計方法を提供す
る。

【００１８】なお、上記色差は、例えば次のような定義
で表されるものである。

【００１９】（１）ＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定するＬ^*
ａ^* ｂ^* 表色系による色差ΔＥ^* _abであり、明度指数の
差をΔＬ^* 、クロマティクネス指数の差をΔａ^* 、Δｂ
^* として、ΔＥ^* _ab ＝［（ΔＬ^* ）² ＋（Δａ^* ）² ＋
（Δｂ^* ）² ］^1/2 で表す。

【００２０】（２）ＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定するＬ^*
ａ^* ｂ^* 表色系による色差ΔＥ^＊ _ａｂであり、明度指数
の差をΔＬ^＊＝０、クロマティクネス指数の差をΔａ
^* 、Δｂ^* として、ΔＥ^* _ab ＝［（Δａ^* ）² ＋（Δｂ
^* ）² ］^1/2 で表す。

【００２１】（３）ＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定するＬ^*
ｕ^* ｖ^* 表色系による色差ΔＥ^* _uvであり、明度指数の
差をΔＬ^* 、クロマティクネス指数の差をΔｕ^* 、Δｖ
^* として、ΔＥ^* _uv ＝［（ΔＬ^* ）² ＋（Δｕ^* ）² ＋
（Δｖ^* ）² ］^1/2 で表す。

【００２２】（４）ＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定するＬ^*
ｕ^* ｖ^* 表色系による色差ΔＥ^* _uvであり、明度指数の
差をΔＬ^* ＝０、クロマティクネス指数の差をΔｕ^* 、
Δｖ^* として、ΔＥ^* _uv ＝［（Δｕ^* ）² ＋（Δｖ^* ）
² ］^1/2 で表す。

【００２３】（５）ＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定するアダ
ムス−ニッカーソンの色差式による色差ΔＥ_ANであり、
明度指数の差をΔＶ_Y 、クロマティクネス指数の差をΔ
（Ｖ_X −Ｖ_Y ）、Δ（Ｖ_Z −Ｖ_Y ）として、ΔＥ_AN＝４
０［｛０．２３ΔＶ_Y ｝² ＋｛Δ（Ｖ_X −Ｖ_Y ）｝² ＋
｛０．４Δ（Ｖ_Z −Ｖ_Y ）｝² ］^1/2 で表す。

【００２４】（６）ＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定するアダ
ムス−ニッカーソンの色差式による色差ΔＥ_ANであり、
明度指数の差をΔＶ_Y ＝０、クロマティクネス指数の差
をΔ（Ｖ_X −Ｖ_Y ）、Δ（Ｖ_Z −Ｖ_Y ）として、ΔＥ_AN
＝４０［｛Δ（Ｖ_X −Ｖ_Y ）｝² ＋｛０．４Δ（Ｖ_Z −
Ｖ_Y ）｝² ］^1/2 で表す。

【００２５】（７）ＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定するハン
ターの色差式による色差ΔＥ_H であり、明度指数の差を
ΔＬ、クロマティクネス指数の差をΔａ、Δｂとして、
ΔＥ_H ＝［（ΔＬ）² ＋（Δａ）² ＋（Δｂ）² ］^1/2
で表す。

【００２６】（８）ＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定するハン
ターの色差式による色差ΔＥ_H であり、明度指数の差を
ΔＬ＝０、クロマティクネス指数の差をΔａ、Δｂとし
て、ΔＥ_H ＝［（ΔＬ）² ＋（Δａ）² ＋（Δｂ）² ］
^1/2 で表す。

【００２７】（９）ＪＩＳ−Ｚ８７０１で規定するＸＹ
Ｚ表色系における色度座標において、光源の色度座標点
とコンバイナーの反射光の色度座標点との距離［（Δ
ｘ）²＋（Δｙ）² ］^1/2 で表す。

【００２８】（１０）ＪＩＳ−Ｚ８７０１で規定するＸ
₁₀Ｙ₁₀Ｚ₁₀表色系における色度座標において、光源の色
度座標点とコンバイナーの反射光の色度座標点との距離
［（Δｘ₁₀）² ＋（Δｙ₁₀）² ］^1/2 で表す。

【００２９】（１１）ＪＩＳ−Ｚ８７２９で規定するＬ
^* ｕ^* ｖ^* 表色系における色度座標において、光源の色
度座標点とコンバイナーの反射光の色度座標点との距離
［（Δｕ’）² ＋（Δｖ’）² ］^1/2 で表す。

【００３０】（１２）ＪＩＳ−Ｚ８７２９で規定するＬ
^* ｕ^* ｖ^* 表色系における色度座標において、光源の色
度座標点とコンバイナーの反射光の色度座標点との距離
［（Δｕ₁₀’）² ＋（Δｖ₁₀’）² ］^1/2 で表す。

【００３１】（１３）ＪＩＳ−Ｚ８７２１で規定する三
属性、すなわち色相、明度および彩度による色の表示方
法における、光源の彩度とコンバイナーの反射光の彩度
との差で表す。

【００３２】（１４）マンセルが考案し、１９４３年に
オプティカルソサィエティオブアメリカの測色委員
会が規定したマンセル表色系における、光源の彩度とコ
ンバイナーの反射光のマンセルクロマとの差で表す。

【００３３】これらの色差は、すべてホログラムが回折
する光の中心波長λ、半値幅Δλ、回折効率ηの関数に
なっている。すなわち、これらの色差は、ＸＹＺ表色系
における反射あるいは透過による物体色の三刺激値Ｘ、
Ｙ、Ｚから求められる（ほかの表色系はＸＹＺ表色系に
よって表されるものである。）。

【００３４】ＸＹＺ表色系における反射による物体色の
三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚは、以下に示す式によって決められ
る。

【００３５】

【数１】

【００３６】ＸＹＺ表色系における透過による物体色の
三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚは、以下に示す式によって決められ
る。

【００３７】

【数２】

【００３８】

【数３】

【００３９】一方、所定の角度で露光されたホログラム
をある角度から観察した場合の、ホログラムの回折スペ
クトルの中心波長λ、半値幅Δλ、回折効率ηは、Ｒ
（λ）、τ（λ）によって決められるものであり、ブラ
ッグ条件やヒューイングコーゲルニックのカップルド
ウェイブセオリー（ザベルシステムテクニカ
ルジャーナル第４８巻第２９０９頁〜第２９４７頁
（１９６９））に基づいて計算できる。したがって、色
差は中心波長λ、半値幅Δλ、回折効率ηの関数である
ことがわかる。

【００４０】こうして、中心波長λ、半値幅Δλ、回折
効率ηは、上記の式に基づいて、色差を小さくするよう
に種々の組合せとして選択できる。

【００４１】

【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。

【００４２】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
れている。この情報表示源は、熱陰極管等を用いた光源
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、透過型カラー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３として発するものである。こ
の光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
者に観察位置１で視認される。

【００４３】上記レンズ系４はコリメーターとしての機
能を持つ。また、この機能をホログラムに持たせ、レン
ズ系４を省くこともできる。ホログラムにレンズ機能を
持たせれば、速度表示８、警告表示９等の表示像を遠方
に結像させることも可能となる。

【００４４】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。

【００４５】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る。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、または緑色と赤色
とを混合しアンバー色（橙色）等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。

【００４６】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。この例では、３原色に対応
する各波長の光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。各々のホログラムの
回折波長は、光源である熱陰極管の発光波長ピークに合
わせてある。具体的には、車両の仕様から決まる情報表
示源の配置とコンバイナーの配置とに鑑みた入射角およ
び回折角（本実施例では入射角４５°、回折角６０°）
において、第１のホログラム１１はピーク波長６１２ｎ
ｍ（赤色）の光を反射回折し、第２のホログラム１２は
ピーク波長５４５ｎｍ（緑色）の光を反射回折し、第３
のホログラム１３はピーク波長４３３ｎｍ（青色）の光
を反射回折するように露光されたものである。

【００４７】本発明におけるホログラムは、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枚のホログラムも使用できる。この場合、積層型の
場合に起こり得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好ましい。

【００４８】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
である。こうして、ホログラムに入射する光の入射角
を、すべての色の光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
について同一となっている。これらの角度が異なると、
それぞれの色の光によって回折される方向が異なってし
まうため、本来白色となるべきものが３色に分かれてし
まい、かえって観察者には不快な色と視認されてしまう
場合がある。

【００４９】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、すべての光について
同一にすればよい。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つあるいは２つのピーク波
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
角度を調整すれば、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。

【００５０】本実施例のホログラムは３枚積層型であ
り、赤色、緑色、青色にそれぞれ対応する３種類の波長
の光によって露光されたホログラムを３枚積層し、積層
型ホログラムを透過する外光の色調、積層型ホログラム
で反射する外光の色調が、いかなる角度から観察して
も、白色に近いものとなっている。

【００５１】こうして露光された積層型ホログラムに向
かって入射する情報表示源からの光の回折光は、その回
折スペクトルの中心波長が、（赤色、緑色、青色）＝
（６１２ｎｍ、５４５ｎｍ、４３３ｎｍ）であり、半値
幅が、（赤色、緑色、青色）＝（１５ｎｍ、１５ｎｍ１
５ｎｍ）である。回折効率については光源光の色調と、
角度を変えて観察したときのコンバイナーによる反射光
の平均的色調との色差が最小となるように最適化して決
定した。

【００５２】色差としてはＪＩＳ−Ｚ８７３０で規定す
るＬ^* ａ^* ｂ^* 表色系による色差式において明度指数の
差ΔＬ^* の項が零である色差ΔＥ^* _ab 、すなわちクロマ
ティクネス指数の差をΔａ^* 、Δｂ^* としたときのΔＥ
^* _ab ＝［（Δａ^* ）² ＋（Δｂ^* ）² ］^1/2 を用いた。

【００５３】角度を変えての観察を垂直断面内（例えば
図９の紙面内）で行った。観察角度範囲はホログラムに
対して−７０゜〜＋５０゜であり、観察は１０゜毎のＮ
＝１３点とした。各点での反射光の色調のクロマティク
ネス指数をａ^* _i、ｂ^* _i とすると、その平均的な色調の
クロマティクネス指数は（Σａ^* _i）／Ｎ、（Σｂ^* _i）／
Ｎ、（i ＝１〜１３）となる。光源としてはＣＩＥで規
定される標準光Ｄ₆₅を用いた。光源のクロマティクネス
指数は定義からａ^* ＝０、ｂ^* ＝０である。したがっ
て、反射光の平均的色調と光源の色調との色差は、ΔＥ
^* _ab ＝［（Δａ^*）² ＋（Δｂ^* ）² ］^1/2 ＝［｛（Σ
ａ^* _i）／Ｎ｝² ＋｛（Σｂ^* _i）／Ｎ｝² ］^1/2 となる。
そこで本実施例では、このΔＥ^* _ab を最小とするように
上記３色ホログラムの回折効率を（赤色、緑色、青色）
＝（２０％、６０％、６０％）とした。

【００５４】本実施例では、色差を最小とする中心波長
λ、半値幅Δλ、回折効率ηを決めた。色差を最小とす
ることは、最も好ましい場合を例示したものである。色
差の小さい度合いとしては、色差が最小値からの違い１
０％程度であっても、ホログラムを観察した場合に意匠
上、商品上許容できる程度の色調であれば充分である。
このように許容できる範囲であれば、上記数値に限られ
ない。

【００５５】図３はこのようにして作製した３色露光ホ
ログラムの、角度を変えて観察した場合の外光反射色の
色変化を示す色度図である。このホログラムは、図７の
単色ホログラムの場合、あるいは図９のホログラムの回
折特性を最適化していない３色ホログラムと比較して色
変化が少なく、いずれの観察角度でも色度図の周辺部か
ら離れ光源に近づき、その色調は白色に近づいている。

【００５６】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、ホログラムや風防
ガラスに色付きがない場合は、図３の光源×印に対する
点対称の位置に近い色調となる。すなわち、反射色の色
調が白色に近づけば透過色の色調も白色に近いものとな
る。

【００５７】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
改善できた。

【００５８】こうして、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ＨＵＤを実現できた。

【００５９】なお、ホログラムは、通常数１０ｍｍから
数１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍから数１０μｍ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
れるものを広く使用できる。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使用できる。

【００６０】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。ホログラムの保護
の点に鑑みれば、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。

【００６１】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。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（ＨＣＴ）、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。

【００６２】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る。これによっ
て、一つの光源から発せられた光を所望の色の光として
照射できる。

【００６３】このようにして、複数の色の光は同一の情
報表示源から発することができる。これら複数の色の光
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、必要に応じ
てカラーフィルターと光源の組合せによって、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
の光が同時に照射されないようにしてもよい。

【００６４】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、ＫＮＯ
₃ 等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００６５】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る。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察され
る距離の異なる立体的な像を得ることができる。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】第２の実施例として、３色露光のホログラ
ムを厚さ２０μｍの１枚の感光材料に多重露光した場合
を示す。コンバイナーを風防ガラスに備えたときの情報
表示源からコンバイナーに向かう光の入射角を４５°、
車両内の観察者に向かう回折角を６０°としたときの各
々の回折波長のピークが、第１の実施例と同様に赤色と
して波長６１２ｎｍ、緑色として波長５４５ｎｍ、青色
として波長４３３ｎｍとなるよう露光した。

【００６９】回折効率と半値幅については、角度を変え
て観察したときの、光源光の色調とコンバイナーによる
反射光の色調との色差の二乗和が最小となるように最適
化して決定した。

【００７０】色差としては第１の実施例と同様にＪＩＳ
−Ｚ８７３０で規定するＬ^* ａ^* ｂ^* 表色系による色差
式において明度指数の差ΔＬ^* の項が零である色差ΔＥ
^* _ab、すなわちクロマティクネス指数の差をΔａ^* 、Δ
ｂ^* としたときのΔＥ^* _ab ＝［（Δａ^* ）² ＋（Δｂ
^* ）² ］^1/2 を用いた。

【００７１】角度を変えての観察を、垂直断面内（例え
ば図６の紙面内）で行った。観察角度範囲はホログラム
に対して−７０゜〜＋５０゜であり、観察は１゜毎のＮ
＝１２１点とした。各点での反射光の色調のクロマティ
クネス指数をａ^* _i、ｂ^* _i とした。光源としてＤ₆₅を用
いると、光源のクロマティクネス指数は定義よりａ^*＝
０、ｂ^* ＝０である。したがって、最小とすべき光源光
の色調とコンバイナーによる反射光の色調との色差の二
乗和は、Σ（ΔＥ^* _abi）² ＝Σ［（Δａ^* _i）²＋（Δｂ^*
_i）² ］＝Σ［（ａ^* _i）² ＋（ｂ^* _i）² ］、（i ＝１〜
１２１）となる。そこで本実施例では、このΣ（ΔＥ^*
_abi）² を最小とするように上記３原色ホログラムの回
折効率と半値幅を最適化し、回折効率を（赤色、緑色、
青色）＝（３５％、６０％、６５％）、半値幅を（赤
色、緑色、青色）＝（８ｎｍ、８ｎｍ、５ｎｍ）とし
た。

【００７２】図４は本実施例のホログラムの外光反射色
の変化を示す色度図である。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、第１の実施例
のように光源を取り巻いていない。しかし、全体として
色度図上の光源との距離が第１の実施例よりもさらに近
づいており、ホログラムの色調が白色に近づいているこ
とがわかる。

【００７３】第３の実施例として、第２の実施例と同様
に３色露光のホログラムを厚さ２０μｍの１枚の感光材
料に多重露光した場合を示す。本実施例では、コンバイ
ナーを風防ガラスに備えたときの情報表示源からコンバ
イナーに向かう光の入射角を５０°、車両内の観察者に
向かう回折角を６５°としたときの各々の回折波長が、
第１の実施例と同様に赤色として波長６３７ｎｍ、緑色
として波長５４０ｎｍ、青色として波長４４８ｎｍとな
るよう露光した。

【００７４】回折効率と半値幅については、角度を変え
て観察したときの、光源光の色調とコンバイナーによる
反射光の色調との色差の二乗和が最小となるように最適
化して決定した。

【００７５】色差としては第１の実施例と同様にＪＩＳ
−Ｚ８７０１で規定するＸＹＺ表色系の色度座標におけ
る光源の色度点と反射光の色度点との距離（（Δｘ）²
＋（Δｙ）² ）^1/2 を用いた。

【００７６】角度を変えての観察を、垂直断面内（例え
ば図９の紙面内）で行った。観察角度範囲はホログラム
に対して−７０゜〜＋５０゜であり、観察は１０゜毎の
Ｎ＝１３点とした。各点での反射光の色度をｘ_i 、ｙ_i
とした。光源としてＤ₆₅を用いると、光源の色度は定義
よりｘ₀ ＝０．３１２７、ｙ₀ ＝０．３２９１である。
したがって、最小とすべき光源光の色調とコンバイナー
による反射光の色調との色差の二乗和は、Σ（ΔＥ_xy）
² ＝Σ［（Δｘ_i ）² ＋（Δｙ_i ）² ］＝Σ［（ｘ_i −
ｘ₀ ）² ＋（ｙ_i −ｙ₀ ）² ］、（i ＝１〜１３）とな
る。

【００７７】そこで本実施例では、このΣ（ΔＥ_xy）²
を最小とするように上記３原色ホログラムの回折効率と
半値幅を最適化し、回折効率を（赤色、緑色、青色）＝
（６０％、６０％、２０％）、半値幅を（赤色、緑色、
青色）＝（１１ｎｍ、９ｎｍ、６ｎｍ）とした。

【００７８】図５は本実施例のホログラムの外光反射色
の変化を示す色度図である。図５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、第１の実施例
のように光源を取り巻いていない。一方で、全体として
光源までの色度図上の距離は充分に近い。

【００７９】この例では、第１の実施例や第２の実施例
に比べると、ホログラムの色調の白色の度合いは小さ
い。しかし、角度を変えての観察を行った際に、色調の
変化が第１、第２の実施例に比べて小さい。この意味
で、ホログラムの色調が穏やかに観察されるので、ホロ
グラムは白色に近い色調に観察される。

【００８０】このように少なくとも３原色に対応する複
数の波長の光によって露光されたホログラフィックコン
バイナーは、その回折特性（回折スペクトルの中心波
長、半値幅、回折効率）を本発明による方法で最適化す
れば、従来問題となっていた反射光および透過光の色調
を改善し白色に近づけることができる。

【００８１】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を実現できる。なお、本実施例のホ
ログラムの構造、作製方法、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。

【００８２】このように、本発明においてコンバイナー
として用いているホログラムは、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と車両外で観察
されるコンバイナーによる外光の反射光の色調とを、い
かなる角度から観察しても白色に近づけるように選択し
た複数色に対応する複数の中心波長を有する光によって
露光されたものである。そして、そのホログラムの回折
特性（回折スペクトルの中心波長λ、半値幅Δλ、回折
効率η）は、光源光の色調と、角度を変えて観察したと
きのコンバイナーによる反射光の平均的色調との色差が
小さくなるように最適化した組合せであるか、または角
度を変えて観察したときの、光源光の色調とコンバイナ
ーによる反射光の色調との色差の二乗和が小さくなるよ
うに最適化した組合せである。

【００８３】そのため、車両外からコンバイナーを透過
して運転者等の観察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白色に近づき、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、外部の観察者に対しては観察する角度による色変化
が少なくかつ白色に近い色調のＨＵＤが得られる。特
に、表示色として頻繁に用いられる５００〜５６０ｎｍ
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。

【００８４】

【発明の効果】このように、本発明においてコンバイナ
ーとして用いているホログラムは、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と車両外で観
察されるコンバイナーによる外光の色調とを、いかなる
角度から観察しても白色に近づけるように選択した複数
色に対応する複数の中心波長を有する光によって露光さ
れたものである。そして、そのホログラムの回折特性
（回折スペクトルの中心波長λ、半値幅Δλ、回折効率
η）は、光源の色調と、角度を変えて観察したときのコ
ンバイナーによる反射光の平均的色調との色差が小さく
なるように最適化した組合せであるか、または角度を変
えて観察したときの光源光の色調とコンバイナーによる
反射光の色調との色差の二乗和が小さくなるように最適
化した組合せである。

【００８５】そのため、車両外からコンバイナーを透過
して運転者等の観察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白色に近づき、運転者に対し
ては補色のない透明な視界を与えて安全性を高めるとと
もに、外部の観察者に対しては観察する角度による色変
化が少なくかつ白色に近い色調のＨＵＤが得られる。

【００８６】特に、表示色として頻繁に用いられる５０
０〜５６０ｎｍ程度の緑色光に対しても有効に色調を改
善できる。

【００８７】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白色としつつ、複数色
の情報表示を可能としたＨＵＤが得られる。

【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】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６】従来のホログラムの透過色を説明する概念図

【図７】従来のホログラムの反射色を説明する概念図

【図８】従来のホログラムの外光反射色変化を示す色度
図

【図９】従来の車載用ＨＵＤを示す断面図

【図１０】従来の回折特性を最適化していないホログラ
ムの外光反射色変化を示す色度図

【符号の説明】

１：運転者の観察位置２：コンバイナー３：情報を含む光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

【特許請求の範囲】

【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
光を車両内の観察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と車両外で観察されるコン
バイナーによる外光の反射光の色調とを、いかなる角度
から観察しても白色に近づけるように選択した複数色の
光によって露光されたホログラムであって、前記情報表
示源からコンバイナーに向けて発せられた光が車両内の
観察者に向かって回折されるときの回折スペクトルの中
心波長λと半値幅Δλと回折効率ηとが、光源光の色調
と角度を変えて観察したときのコンバイナーによる反射
光の平均的色調との色差を小さくする組合せとなるか、
あるいは角度を変えて観察したときの光源光の色調とコ
ンバイナーによる反射光の色調との色差の二乗和を小さ
くする組合せとなるように露光されたホログラムからな
ることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】前記コンバイナーは、複数の中心波長を有
する光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。
【請求項３】前記コンバイナーは、単一の中心波長また
は複数の中心波長の光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。
【請求項４】前記情報表示源からコンバイナーへ入射す
る複数の色の光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。
【請求項５】前記複数色の光に対応するそれぞれの中心
波長が、５８０〜６５０ｎｍ、５００〜５７０ｎｍ、４
２０〜４９０ｎｍの範囲からそれぞれ選ばれる３色に対
応する波長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。
【請求項６】車両の風防ガラスに備えられて、情報表示
源からの情報を含む光を車両内の観察者に向けて回折す
るヘッドアップディスプレイ用コンバイナーであって、
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
の色調と、車両外で観察されるコンバイナーによる外光
の反射光の色調とを、いかなる角度から観察しても白色
に近づけるように選択した複数色の光によって、前記情
報表示源からホログラムに向けて発せられた光が車両内
の観察者に向かって回折されるときの回折スペクトルの
中心波長λと半値幅Δλと回折効率ηとが、光源光の色
調と角度を変えて観察したときのコンバイナーによる反
射光の平均的色調との色差を小さくする組合せとなる
か、角度を変えて観察したときの光源光の色調とコンバ
イナーによる反射光の色調との色差の二乗和を小さくす
る組合せとなるように露光されたホログラムからなるこ
とを特徴とするコンバイナー。
【請求項７】複数の中心波長を有する光によって多重露
光された１層のホログラムからなることを特徴とする請
求項６のコンバイナー。
【請求項８】単一の中心波長または複数の中心波長を有
する光によって露光された複数のホログラムを積層した
ものからなることを特徴とする請求項６のコンバイナ
ー。
【請求項９】前記複数色の光に対応するそれぞれの中心
波長が、５８０〜６５０ｎｍ、５００〜５７０ｎｍ、４
２０〜４９０ｎｍの範囲からそれぞれ選ばれる３色に対
応する波長であることを特徴とする請求項６〜８のいず
れかのコンバイナー。
【請求項１０】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
記光を車両内の観察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を設計す
る方法であって、前記コンバイナーとして、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と、
車両外で観察されるコンバイナーによる外光の反射光の
色調とを、いかなる角度から観察しても白色に近づける
ように選択した複数色の光によって露光されたホログラ
ムを用いるにあたり、前記情報表示源からホログラムに
向けて発せられた光が車両内の観察者に向かって回折さ
れるときの回折スペクトルの中心波長λと半値幅Δλと
回折効率ηとを、光源光の色調と角度を変えて観察した
ときのコンバイナーによる反射光の平均的色調との色差
を小さくする組合せを選択して、ホログラムの露光条件
を設定することを特徴とするヘッドアップディスプレイ
の設計方法。
【請求項１１】前記コンバイナーは、複数の中心波長を
有する光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１０のヘッドアップディスプ
レイの設計方法。
【請求項１２】前記コンバイナーは、単一の波長または
複数の波長の光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１０のヘッ
ドアップディスプレイの設計方法。
【請求項１３】前記情報表示源からコンバイナーへ入射
する複数の色の光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１０〜１２の
いずれかのヘッドアップディスプレイの設計方法。
【請求項１４】前記複数色の光に対応するそれぞれの中
心波長が、５８０〜６５０ｎｍ、５００〜５７０ｎｍ、
４２０〜４９０ｎｍの範囲からそれぞれ選ばれる３色に
対応する波長であることを特徴とする請求項１０〜１３
のいずれかのヘッドアップディスプレイの設計方法。