JPH09325293A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズ光と外景の着色を抑制するヘッドアッ
プディスプレイの提供。 【解決手段】 信号光３１を発する表示器２１と，ホロ
グラム素子１１を備えたホログラムコンバイナ１０と，
ホログラム素子１１の車外側に配置され所定の角度範囲
から入射する光を選択的に減衰または遮光させる角度選
択素子１５と，ホログラム素子１１の車内側又は車外側
に配置され所定の帯域の光だけを選択的に減衰または透
過させる波長選択素子とを有する。角度選択素子１５の
選択的な角度範囲は，ホログラムコンバイナ１０の車内
側の境界面で反射する反射光が信号光３１の入射角度近
傍（±２０度）となる角度範囲であり，波長選択素子
（ホログラム素子１４）は，ホログラム素子１１の選択
波長領域と概ね補色関係にある帯域を減衰させる特性又
はホログラム素子の選択波長領域を高透過率で透過させ
る特性を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，車両等に用いられるヘッドアッ
プディスプレイに関するものてあり，特に運転者の目に
入るホログラムのノイズ光を抑制すると共に背景の色着
けを抑制することの出来るヘッドアップディスプレイに
関する。

【０００２】

【従来技術】通常の自動車の運転においては，速度表示
などを確認するためには，視線を外の光景から一旦イン
スツルパネル上の計器類に移さなければならない。この
動作は，運転においては必要不可欠であるが，非常に煩
わしい行為である。また，頻繁な視線の移動は，運転者
にかなりの疲労をもたらすとも言われている。そこで，
近年ホログラフィック光学素子を用いて，速度などの運
転に必要な情報と外界の光景とを重ねて同時に視認でき
るヘッドアップディスプレイが提案されている（特開昭
５７−１８２５４０号公報，実開昭６２−２７８３５号
公報参照）。

【０００３】そして，このヘッドアップディスプレイに
おいて，上記複数の光学的情報を重ね合せるコンバイナ
として，反射型ホログラムを使用したホログラムコンバ
イナが用いられている。そして，上記ホログラムコンバ
イナは，特定の選択波長帯域の光のみを効率よく反射す
る回折特性を有している。

【０００４】その結果，ホログラムコンバイナは表示器
（情報光源）から発せられた光を高い効率で反射し，一
方，上記特定の方向と波長域以外の光に対しては高い透
過率を持つため，背景から来る光のほとんどを透過させ
ることができる。これにより，ホログラムコンバイナを
通して見える外の光景と，ホログラムコンバイナにより
反射されて見える速度などの表示とを，共にに明るさを
損なうことがなく，明瞭に視認することが出来る。

【０００５】しかしながら，上記ホログラムに拡散体を
記録してホログラムスクリーンとした場合には，外光が
強い場合にはホログラムスクリーンで拡散する背景の表
示輝度が表示像の輝度に対して相対的に大きくなり，表
示像の背景に対するコントラストが減少し像が見にくく
なるという問題がある。そのため，上記ホログラムに対
して外乱となる外光の入射を防止する光学的手段を設け
るという方法が提案されている（特開平４−２９４３１
６号公報参照）。

【０００６】また，車内の観者がホログラムコンバイナ
を通して見る外景は，ホログラムの選択波長領域が除か
れた色（選択波長領域の補色）に色着けされており，観
者に違和感を感じさせるという問題がある。そこで，上
記ホログラムの選択波長領域と補色関係にある帯域の光
を反射または減衰させる光学素子を，観者の前方に設け
て背景の色着けを抑制するという方法が提案されている
（特開平３−１７９４１８号公報参照）。

【０００７】

【解決しようとする課題】しかしながら，ホログラムコ
ンバイナを用いたヘッドアップディスプレイには次のよ
うな問題点がある。それは，ホログラムの露光時に，正
規の参照光と物体光によって形成される所望の干渉縞の
他に，ノイズ光によってノイズの干渉縞が記録されてお
り，このノイズの干渉縞によって有害な強いノイズ光が
発生することである。

【０００８】即ち，図１５に示すように，基板９２，９
３に挟持されたホログラム素子９１は物体光４１と参照
光４２によって所望の干渉縞が形成されており，再生時
には参照光４２と同一の方向から信号光３１を照射し，
物体光４１の方向に向かう所望の回折光３１１を得るも
のである。そして，物体光４１と回折光３１１とは，水
平方向に対してほぼ±２０度の範囲内にある。しかしな
がら，物体光４１及び参照光４２が界面（空気との境界
面）９２１，９３１で反射して生ずるノイズ光４１１，
４１２，４２１によってノイズホログラム（干渉縞）が
形成される。

【０００９】そして，このノイズホログラムの一部のホ
ログラムと強い外光による界面反射光との相互作用によ
って有害なノイズ回折光が生ずることとなる。例えば，
物体光４１と同一の方向から入射した外光３９が界面９
２１で反射して生ずる第１のノイズ反射光３９１が，前
記物体光４１とノイズ光４１１によって形成された第１
のノイズホログラム（リップマンホログラム）で回折さ
れると，正規の回折光３１１と同一方向に第１のノイズ
回折光を発生させる。

【００１０】また，第１のノイズ反射光３９１は，ほぼ
信号光３１と同一方向（約±２０度）であり，正規の干
渉縞（リップマンホログラム）による回折により，回折
光３１１とほぼ同一方向に向かうノイズ回折光を発生さ
せる。そして，このノイズ回折光は表示像を記録した正
規の回折光３１１とほぼ重なるため，表示像の視認を妨
げる極めて有害なノイズ光である。そして，この第１の
ノイズ回折光は，リップマンホログラムによる回折光で
あるからホログラム９１の選択波長領域である単一色に
着色されている。

【００１１】また，上記第１のノイズ反射光３９１が界
面９３１で再反射して生ずる第２のノイズ反射光３９２
が，前記物体光４１とノイズ光４１２によって形成され
た第２のノイズホログラム（フレネルホログラム）で回
折されると，正規の回折光３１１と同一方向に第２のノ
イズ回折光を発生させ，これも同様に有害なノイズ光と
なる。そして，この第２のノイズ回折光は，フレネルホ
ログラムによる回折光であるから虹色に多色に着色され
る。そして，上記２つのノイズ回折光の強度は，太陽等
の極めて強い外光の場合に非常に大きな値となる。

【００１２】また，前記のように，車内の観者がホログ
ラムコンバイナを通して見る外景は，ホログラムの選択
波長領域の補色に色着けされており，観者に違和感を感
じさせるという問題もある。さらに，表示像を明るく見
せるためにホログラムコンバイナの回折による反射率を
高くしているため，外部の人に対しては，太陽光などの
外光が上記ホログラムコンバイナで正反射とは異なる方
向に強く回折・反射され，刺激的な色で視認されるとい
う問題も指摘されている。

【００１３】本発明は，上記問題点に鑑みてなされたも
のであり，観者に達する有害なノイズ光を抑制すると共
に外景の着色を抑制し，観者にとって見易いヘッドアッ
プディスプレイを提供しようとするものである。

【００１４】

【課題の解決手段】請求項１の発明にかかるヘッドアッ
プディスプレイは，所定の角度範囲から入射する光を選
択的に減衰または遮光させる角度選択素子と，所定の帯
域の光だけを選択的に減衰または透過させる波長選択素
子とを有している。そして，上記角度選択素子の選択的
な角度範囲は，上記ホログラムコンバイナの前面側（観
者の側）の境界面で反射する反射光が信号光の入射角度
近傍（±２０度）となる角度範囲であり，上記波長選択
素子は，上記ホログラム素子の選択波長領域と概ね補色
関係にある帯域を選択的に減衰させる特性，または上記
ホログラム素子の選択波長領域を高透過率で選択的に透
過させる特性を有している。

【００１５】上記角度選択素子は，ホログラムコンバイ
ナの前面側の境界面で反射する反射光が信号光の入射角
度近傍（±２０度）となる角度範囲にある外光を抑制す
るから，図１５に示した前記第１，第２反射光３９１，
３９２によるノイズ回折光を低めに抑制することができ
る。また，外光を抑制する上記選択的な角度範囲は，ホ
ログラムの回折特性，即ち信号光３１の入射角度と回折
角度との差角を適切な値に設定することにより，観者の
運転に必要な前方の視界範囲から外すことができる。そ
れゆえ，上記角度選択素子によって運転が妨げられない
ようにすることができる。

【００１６】一方，上記波長選択素子は，ホログラム素
子の選択波長領域と概ね補色関係にある帯域を選択的に
減衰させる特性，または上記ホログラム素子の選択波長
領域を高透過率で選択的に透過させる特性を有している
から，ホログラムコンバイナを通してみる外景の色着け
を抑制することができる。即ち，例えばホログラム素子
の回折特性が図３のようである場合には，上記ホログラ
ム素子を透過する光（外景の色）は図４のようになる
が，更に図６または図１２にしめす透過特性を有する波
長選択素子を透過させることにより，図８または図１３
に示す帯域の光を観者が視認するようになる。

【００１７】即ち，図３の回折特性のホログラム素子の
選択波長領域と概ね補色関係にある帯域を選択的に減衰
させる図６に示すような透過特性の波長選択素子を透過
させることにより，観者が視認する外景は，図４と図６
の特性との合成により図８に示す特性となり，図８のス
ペクトルで欠落する３つの帯域は補色関係にあることか
ら，この光は色着けの弱い刺激の少ない光となる。そし
て，図６に示す透過光のスペクトルは，図５に示す回折
特性を有するホログラムの透過光から得ることができか
ら，図５の特性のホログラムを波長選択素子として用い
ればよい。

【００１８】同様に，上記ホログラム素子の選択波長領
域（図３）を高透過率で選択的に透過させる図１２に示
すような透過特性の波長選択素子を透過させることによ
り，観者が視認する外景は，図１２と図４の特性との合
成により図１３に示すスペクトルの光となり，図４より
も着色性を大幅に低減することができる。

【００１９】そして，上記波長選択素子は，いずれの場
合にもホログラム素子の選択波長領域（図３）は効率良
く透過させるから，ホログラムコンバイナで回折される
表示像を記録した信号光に対しては，これを減衰させる
ことはない。上記のように，請求項１記載のヘッドアッ
プディスプレイは，観者に達する有害なノイズ光を抑制
すると共に外景の着色を抑制することができる。

【００２０】なお，請求項２記載のように，角度選択素
子は，光の強さに対応して減衰率を増大させるフォトク
ロミック素子を備えることが好ましい。これによって，
外光の強さに応じて適度な強度に外光を減衰することが
でき，過度に外光を抑制しその為に外景を見にくくする
ことを防止することができる。

【００２１】そして，上記角度選択素子には，請求項３
記載のように，印加する電気信号に応動して減衰または
遮光させる光の方向を変化させる液晶素子がある。液晶
素子は，結晶の配列方向によって光を透過させる方向と
遮光する方向とが変化し，上記結晶の配列方向は印加す
る電気信号によって制御することができるから制御性に
優れている。

【００２２】更に，請求項４記載のように，上記請求項
３記載の液晶素子の他に，光センサーと，制御手段とを
備え，制御手段は，上記光センサーの出力信号に基づい
て液晶素子に印加する電気信号を調整するようにするこ
とが好ましい。光センサーによって選択的な角度範囲か
ら入射する光の強度を検知し，その光の強度に応じて液
晶素子を作動させることが可能となるから，外光の強さ
に応じて外光を遮光することができ，また過度に外光を
抑制しその為に外景を見にくくすることを防止すること
ができる。

【００２３】一方，波長選択素子には，ホログラム素子
の選択波長領域を効率良く透過する光学フィルター（前
記図１２）があり，また，請求項５記載のように，ホロ
グラム素子の選択波長領域と補色関係にある帯域を選択
波長領域（図５）とする反射型ホログラム素子がある。

【００２４】そして，上記反射型ホログラムを波長選択
素子として用いた場合には，車外に対しては，波長選択
素子のホログラム素子からの反射光（図５）とホログラ
ムコンバイナのホログラム素子の反射（回折）光（図
３）とがミックスして反射され，図７に示すように両図
を合わせた３つの反射光が補色関係にあることから，色
の無い（少なくとも弱い）光として反射される。そのた
め，外部の人に対しては，太陽光などの外光が上記ホロ
グラムコンバイナで強く回折・反射され刺激的な色で視
認されるという問題も同時に解決される。

【００２５】

【発明の実施の形態】

実施形態例１ 本例は，図１に示すように，表示情報を記録した信号光
３１を発する表示器２１と，信号光３１を観者の方向に
回折，反射させるホログラム素子１１を備えた透光性を
有するホログラムコンバイナ１０と，ホログラム素子１
１の車外側に配置され所定の角度範囲から入射する光を
選択的に減衰または遮光させる角度選択素子（液晶シャ
ッター）１５と，ホログラム素子１１の車内側に配置さ
れ所定の帯域の光だけを選択的に減衰または透過させる
波長選択素子としての反射型ホログラム素子１４とを有
するヘッドアップディスプレイ１である。

【００２６】角度選択素子（液晶シャッター）１５の選
択的な角度範囲は，ホログラムコンバイナ１０の車内側
の境界面で反射する反射光（図９，図１５，符号３９
１）が信号光３１の入射角度近傍（±２０度）となる角
度範囲であり，波長選択素子（ホログラム素子１４）
は，図３に示すホログラム素子１１の選択波長領域と概
ね補色関係にある帯域（図５）を選択的に減衰させる特
性を有している。

【００２７】また，図２に示すように，上記液晶シャッ
ター１５が遮光または減衰させる選択的な角度範囲から
入射する外光３９を検知する光センサー１６と，図示し
ない制御手段とを備えており，上記制御手段は，光セン
サー１６の出力信号に基づいて液晶シャッター１５に印
加する電気信号を調整する。

【００２８】以下，それぞれについて説明を補足する。
表示器２１は，車速度，エンジン回転数，ナビゲーショ
ン等の運転情報を記録した信号光３１を放射するもので
あり，例えば，蛍光表示管，液晶表示素子，エレクトロ
ルミネッセンス，プラズマ表示管等がある。そして，観
者８１は，信号光３１のホログラムコンバイナ１０での
回折光３１１によって，図２に示すように，虚像として
の表示像８５をウィンドシールドの前方に視認する。図
１に示すように，表示器２１から放射された信号光３１
は，収差補正用の反射型ホログラム２２を経て，ホログ
ラムコンバイナ１０に入射する。同図において符号２２
１，２２２は，ホログラム２２を挟持する劣化防止用の
ガラスである。

【００２９】ホログラムコンバイナ１０は液晶シャッタ
ー１５及びホログラム素子１４と共に，ポリビニルブチ
ラール等からなる中間膜２４を介してウィンドシールド
ガラス２３の間に配置されている。そして，図２に示す
光センサー１６は，図９に示すように信号光３１と略同
一方向の第一反射光３９１（図１５）を生ずる方向の外
光３９（図１，図１５）の強度を検知する。有害ノイズ
光を生ずるような上記外光３９は，通常の乗用車におい
て，図２の矢印に示すようにウィンドシールドに対す法
線Ｎに対して時計回りに約プラス４０度からマイナス５
０度の範囲にある。

【００３０】そして，図示しない制御手段は，光センサ
ー１６が検知する外光３９の強度が所定値以上の場合に
は，液晶シャッター１５に所定の電気信号を印加し，外
光３９を遮断する。そのため，図１５（図９）に示した
上記第１，第２ノイズ反射光３９１，３９２の回折によ
って生ずる有害な前記の第１，第２ノイズ光が生じなく
なり，表示像８５が見やすくなる。

【００３１】また，ホログラム素子１１は，図３に示す
ように，単色（緑）の選択波長領域を有しており，回折
されずにホログラム素子１１を透過する光は，図４に示
すスペクトルを有している。一方，波長選択素子として
のホログラム素子１４は，図５に示すように，２色
（青，赤）の選択波長領域を有しており，回折されずに
ホログラム素子１４を透過する光は，図６に示すスペク
トルを有することとなる。

【００３２】それ故，両ホログラム素子１１，１４を透
過して観者８１が視認する外景の光のスペクトルは図８
に示すように，重ね合わせることによって白色となる３
原色が欠落したスペクトルとなり，色着けの弱い刺激性
の少ない光となる。一方，外光３９がホログラム素子１
１及びホログラム素子１４によって回折，反射された，
車外の人が見る反射光は，図３のスペクトルと図５のス
ペクトルが重ね合わされて図７に示す上記３原色のスペ
クトルとなり，これも刺激性の弱いほぼ無色の光とな
る。

【００３３】実施形態例２ 本例は，図１０に示すように，実施形態例１において，
波長選択素子を図１２に示す透過特性を示す光学フィル
ター１７に変更したもう一つの実施形態例である。図１
１に示すスペクトルの白色光が光学フィルター１７を透
過すると，図１２に示すようなスペクトルの光となる。
この光学フィルター１７を透過した光が，更に，図４に
示す透過特性のホログラム素子１１を透過すると，その
透過光は図１３に示すスペクトルとなり，この透過光の
スペクトルは欠落する帯域が非常に狭いほぼフラットに
近いスペクトルであるから，色着けの弱い光である。

【００３４】それ故，ホログラム１１と光学フィルター
１７とを透過した外景の光は，着色性の弱い刺激性の少
ない光となる。しかしながら，ホログラム素子１４と異
なり，光学フィルター１７には外部に対するホログラム
素子１１の反射光を無色あるいは弱色とする作用は無
い。その他については，実施形態例１と同様である。

【００３５】実施形態例３ 本例は，図１４に示すように，波長選択素子としてのホ
ログラム素子１４（または光学フィルター１７）及びメ
インのホログラム素子１１をウィンドシールドの外に置
く，いわゆる別置き型のヘッドアップディスプレイ１の
例であり，液晶シャッター１５は，ウィンドシールドガ
ラス２３の間に配置されている。同図において，符号１
１１，１１２はホログラム１１の劣化防止用のガラスで
ある。その他については，実施形態例１または実施形態
例２と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１のヘッドアップディスプレイのシ
ステム構成図。

【図２】実施形態例１のヘッドアップディスプレイに入
射する有害な外光と光センサーの車内の配置を示す図。

【図３】実施形態例１のホログラム素子の回折特性を示
す図。

【図４】図３のホログラムの透過光のスペクトルを示す
図。

【図５】実施形態例１の波長選択素子としての反射型ホ
ログラムの回折特性を示す図。

【図６】図５のホログラムの透過光のスペクトルを示す
図。

【図７】図２のホログラムと図５のホログラムの両者を
反射（回折）した光の合成スペクトルを示す図。

【図８】図２のホログラムと図５のホログラムの両者を
透過した光の合成スペクトルを示す図。

【図９】実施形態例１のホログラムコンバイナ近傍の拡
大断面図。

【図１０】実施形態例２のヘッドアップディスプレイの
システム構成図。

【図１１】実施形態例２において入射する外光としての
白色自然光のスペクトルを示す図。

【図１２】実施形態例２の波長選択素子の透光特性図。

【図１３】図３の特性のホログラム素子と図１２の特性
の波長選択素子の両者を透過した光の合成スペクトルを
示す図。

【図１４】実施形態例３のヘッドアップディスプレイの
システム構成図。

【図１５】従来のヘッドアップディスプレイにおいて外
光によるホログラムコンバイナのノイズ光の発生光路を
示す図。

【符号の説明】

１０．．．ホログラムコンバイナ， １１．．．ホログラム素子， １４．．．波長選択素子（ホログラム素子）， １５．．．角度選択素子（液晶シャッター）， ２１．．．表示器， ３１．．．信号光，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西井 克昌 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示情報を記録した信号光を発する表示
   器と，上記信号光を観者の方向に回折，反射させるホロ
   グラム素子を備えた透光性を有するホログラムコンバイ
   ナと，上記ホログラム素子の後面側に配置され所定の角
   度範囲から入射する光を選択的に減衰または遮光させる
   角度選択素子と，上記ホログラム素子の後面側または前
   面側に配置され所定の帯域の光だけを選択的に減衰また
   は透過させる波長選択素子とを有するヘッドアップディ
   スプレイであって，上記角度選択素子の選択的な角度範
   囲は，上記ホログラムコンバイナの後面側から入射する
   光が前面側の境界面で反射する反射光が信号光の入射角
   度近傍（±２０度）となる角度範囲であり，上記波長選
   択素子は，上記ホログラム素子の選択波長領域と概ね補
   色関係にある帯域を選択的に減衰させる特性，または上
   記ホログラム素子の選択波長領域を高透過率で選択的に
   透過させる特性を有してい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】 請求項１において，前記角度選択素子
   は，光の強さに対応して透過光の減衰率を増大させるフ
   ォトクロミック素子を有していることを特徴とするヘッ
   ドアップディスプレイ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において，前記
   角度選択素子は，印加する電気信号に応動して前記減衰
   または遮光させる光の方向を変化させる液晶素子を有し
   ていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
4. 【請求項４】 請求項３において，前記角度選択素子
   は，選択的な角度範囲から入射する光を検知する光セン
   サーと，制御手段とを備えており，上記制御手段は，上
   記光センサーの出力信号に基づいて液晶素子に印加する
   電気信号を調整することを特徴とするヘッドアップディ
   スプレイ。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれか１項の
   おいて，前記波長選択素子は，前記ホログラム素子の選
   択波長領域と補色関係にある帯域を回折効率の高い選択
   波長領域とする反射型ホログラム素子であることを特徴
   とするヘッドアップディスプレイ。