JPH1067257A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広い領域で表示像が観察できるヘッドアップデ
ィスプレイを得る。 【解決手段】複数の領域に分割して、それぞれの領域に
対応した方向に表示像を回折させるホログラムを備えた
コンバイナ１２に、光源１３から発せられ光源用ホログ
ラム１４で回折された光を照射して、観測者１５、１６
に表示像を観察させるヘッドアップディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用ヘッドアッ
プデイスプレイ（以下ＨＵＤという）に関するものであ
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、コンバイナに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
コンバイナとしては有効である。

【０００４】図６は、従来のＨＵＤの一例を示す概念図
である。光源７１から発し、レンズ系７２を介して透過
型液晶表示素子７３を通過した表示すべき情報を含む光
線７４は、反射素子７５で反射後車体の風防ガラス７６
に備えられたホログラム７７に照射され、回折されて運
転者に観察位置７８で表示像７９が視認される。

【０００５】上記レンズ系７２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７
７に持たせることもでき、速度表示、警告表示の表示像
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７７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、
速度表示を緑色、警告表示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】かかるホログラムコンバイナとしては、通
常、反射型のホログラムが用いられるが、反射型ホログ
ラムの作製においては、ホログラムの感光材料の一方の
面から参照光、他方の面から物体光を照射して、感光材
料内に回折格子を作製する。

【０００８】ホログラムの感光材料内部では、これら２
つのレーザ光が干渉して光の明暗の干渉縞が生じ、それ
が感光材料の屈折率または密度などの物性の違いに基づ
く回折格子として記録される。この種の反射型ホログラ
ムにおいては、光線の入射角度と反射回折角度が異なる
場合、その回折格子面はホログラム表面に対して傾いて
おり、表面と平行ではない。

【０００９】これは、情報を含む表示光源からの表示光
入射角と運転者が視認するコンバイナからの情報光回折
角とが異なるようにコンバイナを作製したためであり、
入射角と回折角とが異なるように取ることができること
によりＨＵＤの設計の自由度が増す。かかる、ＨＵＤで
は表示光源から出射された表示光の回折方向は、一つの
方向のみになっている。

【００１０】特開平５−２７８４９８号公報や特開平７
−１０１２６７号公報には、表示光源から出射された表
示光の回折方向が運転者と助手席等の同乗者との複数方
向に回折するＨＵＤが開示されている。ここでは、複数
の方向に表示光が回折されるように、一つの参照光と複
数の物体光を使用するか若しくは一つの参照光と一つの
物体光を使用して複数回露光して作製する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】かかるホログラムコン
バイナは、波長選択性を高めるために通常体積型ホログ
ラムを使用する。体積型ホログラムはこの波長選択性が
優れていることにより色収差を低減して表示像のボケを
押さえることが可能である一方、角度選択性にも優れて
いるために、この角度選択性がかえって表示像の回折に
よる視認範囲を狭めている。

【００１２】すなわち、通常の運転者のみが視認するホ
ログラムＨＵＤでは、ホログラムコンバイナが表示像を
回折する方向の運転者が視点位置をわずか上下に移動す
ると当該表示像が認知困難となる。また複数方向から視
認可能なホログラムＨＵＤにおいても状況は同じであ
り、表示像を回折する特定の複数方向に視点をおいて観
察する場合は表示像の認知が可能であるが、視点位置を
わずか上下に移動すると表示像の認知が困難となる問題
点を有する。

【００１３】本発明は、従来技術が有していた上記欠点
を解決することにあり、従来知られていなかったＨＵＤ
を新規に提供することにある。

【００１４】

【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、表示用光源と、該表示
用光源から発せられた光を観測者に向けて回折するホロ
グラムを備えたコンバイナとを少なくとも有するヘッド
アップディスプレイにおいて、前記コンバイナ用ホログ
ラムは水平方向に複数の領域を有し、該複数の領域の各
々に同じ所定パターン形状の像が記録されて複数の領域
毎に所定の方向に向けて前記パターン形状の像の光を回
折するものであり、前記表示用光源には光源と帯状の光
源用ホログラムとが備えられ、前記光源から発せられた
光が光源用ホログラムによってコンバイナ用ホログラム
に向けて回折されてコンバイナ用ホログラムの全域に照
射され、複数の領域毎にそれぞれ所定の方向の観察者に
前記パターン形状の像を視認させ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。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明をさ
らに詳細に説明する。図１は、本発明のＨＵＤの一例を
示す概念図である。表示用光源１３から発せられた光が
光源用ホログラム１４によって反射回折され、コンバイ
ナ用ホログラムが備えられたコンバイナ１２に向かって
照射される。コンバイナ１２によって反射回折された情
報光は、複数の観測者の観察方向１５、１６に向かって
照射され複数の観察者にそれぞれの観察位置で観測され
る。本例では、表示用光源１３を含む光学系は一つの筐
体１１に設置されている。

【００１６】ホログラムコンバイナ１２は筐体１１の観
測者１５、１６に対して反対側の端に表示光源１３に対
向して斜めに設置されている。ここで使用されているホ
ログラムは、水平方向に複数の領域を有していて、この
複数の領域の各々に同じ所定パターン形状の像が記録さ
れたものである。そして、光源用ホログラム１４に照射
された光は、各領域毎に所定の方向に、それぞれ同じパ
ターン形状の像をその方向にいる観察者に視認させるよ
うに反射回折される。

【００１７】ここで使用された光源１３はバックライト
付きの液晶デイスプレイであり車速が表示されている
が、光源はＣＲＴ、ＥＬ、ＶＦＤ等でもよく表示内容は
警告パターンや方向指示などの表示ができる。

【００１８】また、この反射型コンバイナには給油を促
すマークやエンジンのオーバーヒートを示すマーク等、
イメージホログラムでよく行われるような３次元像が記
録されていてもよい。

【００１９】表示用光源１３の位置は、図示の例に限定
されず、コンバイナ１２の下部に設置してもよい。この
場合には図示の表示用光源が設置されている位置に表示
用光源からの表示光をコンバイナ１２に向けて反射する
反射部材（図示せず）が設置される。この反射部材は、
平面鏡、凹面鏡、特定波長の選択性を有するホログラム
を使用してもよい。

【００２０】観測者１５、１６は、本例では運転者と助
手席の同乗者を想定している。本発明におけるコンバイ
ナは、運転者および助手席同乗者が少々姿勢を崩して
も、すなわち左右方向に視線がずれても、さらに上下方
向にずれても表示像を観測者方向に回折するように作製
されている。特に上下方向に対する自由度が大きく観測
者の身長の高低に関係なく表示像が観測可能である。

【００２１】こうした機能を有するコンバイナは、次の
ように作製されたホログラムを用いたホログラムコンバ
イナである。図２は、コンバイナ用ホログラムの作製方
法を示す概念図である。レーザ装置から発振されたレー
ザ光（本例では波長５１４．５ｎｍ）は、ビームスプリ
ッタによって２光束に分割され、一方（２０１）は対物
レンズ２１に向かって照射される。もう一方（２０２）
はシリンドリカルレンズ２６を透過し、拡散レンズ２７
を介してホログラム感光材料２４に照射される。対物レ
ンズ２１に向かったビーム２０１は、対物レンズを透過
した後に、所定パターンの形状がくりぬかれたマスク２
２を介して、所定パターンを有する物体光（２３）とし
てホログラム感光材料２４に照射される。

【００２２】ホログラム感光材料２４は、所定の領域に
分割されるように遮光マスク２５によって特定部分以外
が遮光されている。そして、この特定部分の露光が終了
するたびに、次の領域の露光がなされるように、順次遮
光される領域を変えていく。こうして、作製されるホロ
グラムは、複数の領域に分割されたマルチプレックスホ
ログラムとなる。

【００２３】なお、上記の遮光される領域を変更する際
に、拡散レンズ２７の位置（ビーム２０２の入射方向）
を図３のように変えることによって、この図３に示す分
割された所定領域毎に、所定の方向に表示像を回折させ
ることができる（３４１、３４２、３４３）。なお、図
示のように、領域毎に同じパターン形状であっても若干
の形状の歪みを設けることによって、実際に観察者が観
察する表示像を歪まないようにできる。

【００２４】本例におけるコンバイナ用ホログラムに
は、曲率半径が６ｃｍの円筒部分形状を有し、円弧の長
さが１０ｃｍ、高さが１０ｃｍのものを用いた。このホ
ログラム全領域を２０領域に分け、それぞれの幅が５ｍ
ｍになるようにして、上記の所定パターンを各々の領域
に記録させた。

【００２５】光源用ホログラムの作製方法を図４に示
す。この光源用ホログラムは、上述のように光源１３か
ら発せられた光をコンバイナ１２に向けて回折するもの
であり、帯状を呈するものである。レーザ装置から発振
されたレーザ光（本例では波長５１４．５ｎｍ）は、ビ
ームスプリッタによって２光束に分割され、一方（５０
１）は対物レンズ５１、シリンドリカルレンズ５２、凸
レンズ５３を介してホログラム感光材料５５に向けて照
射される。この際、不要な散乱光をなくすために、遮光
マスク５４をホログラム感光材料５５と凸レンズ５３と
の間に介在させている。

【００２６】もう一方（５０２）は対物レンズ５６を透
過し、拡散後、マスク５７を介してホログラム感光材料
５５に照射される。こうして、光源用ホログラムが作製
される。なお、本例において、帯状の光源用ホログラム
は、幅１８ｃｍ、高さ５ｃｍのものであった。

【００２７】上述の方法は、単色用のコンバイナに関す
るものであったが、同様のプロセスをへてコンバイナ用
ホログラム感光材料および光源用ホログラム感光材料を
複数の波長の光（例えば波長６７４ｎｍもしくは６３３
ｎｍの赤色および波長４８８ｎｍの青色）を用いて同様
に露光すれば、カラー表示が可能である。さらに、これ
らの波長ばかりでなく色素レーザを使用し他の赤、緑、
青の色の波長光を選択することも可能であり、また同一
波長でも予備ホログラムの開き角を適宜変化させて露光
し、カラー表示させることも可能である。

【００２８】本発明におけるホログラム感光材料には、
フォトポリマー、メチレンブルー等で増感された重クロ
ム酸ゼラチン、ポリビニルカルバゾール、銀塩系材料等
が使用できる。また、本発明におけるホログラムは体積
型のみならず２次元型のレリーフホログラム等も使用で
きる。

【００２９】以上は可変情報を表示するコンバイナの作
製方法について説明したが、特定の静止三次元像、すな
わちシートベルト装着確認や燃料の残量小を示す警告表
示等もコンバイナ用ホログラムに記録できる。この場合
は予備第一露光段階で、すなわち、図２において拡散板
２１のかわりに、この警告表示マーク形状の光散乱性物
体を設置し、上述のように露光すればよい。その際、上
述の警告表示マークは赤色等が再生されるように露光す
るのもよい。また前照灯が上を向いていること知らせる
マークは青等で再生されるように露光するのもよい。こ
のように露光すると白色光を照射光としても所望の色で
像表示が可能である。

【００３０】上記例において、光源１３にハロゲンラン
プを用いた。このほかに、図５に示すようにレーザダイ
オード（ＬＤ）を用いることもできる。本例では、赤色
のＬＤと緑色のＬＤを用いている。赤色のＬＤ６１と緑
色のＬＤ６２から発せられたレーザ光は、ハーフミラー
６３によって合波され、凸レンズ６４を介してポリゴン
ミラー６５に入射する。上記の２種類のレーザ光は、ポ
リゴンミラー６５によって拡大・走査され、ｆ−θレン
ズ６６を介して帯状の光源用ホログラムに向けて照射さ
れる。このような光源を用いることによって、白色光源
よりも鮮やかな表示像を得ることができる。

【００３１】コンバイナの他の設置例として、図１の構
成に限らず、図６に示したように、フロントガラス部に
装着する構成とすることもできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、コンバイナ用ホログラ
ムを複数の領域に分割して、それぞれの領域に対応した
方向に表示像を回折させるので、表示像の観察できる領
域を拡大することができる。

【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】本発明におけるコンバイナ用ホログラムの作製
方法の一例を示す概念図

【図３】本発明におけるコンバイナ用ホログラムの作製
方法の一部の例を示す概念図

【図４】本発明における光源用ホログラムの作製方法の
一例を示す概念図

【図５】本発明における光源の一例を示す概念図

【図６】従来のＨＵＤを示す概念図

【符号の説明】

１１：筐体 １２：ホログラムコンバイナ １３：光源 １４：光源用ホログラム １５：運転席の観測者 １６：助手席の観測者

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示用光源と、該表示用光源から発せられ
   た光を観測者に向けて回折するホログラムを備えたコン
   バイナとを少なくとも有するヘッドアップディスプレイ
   において、前記コンバイナ用ホログラムは水平方向に複
   数の領域を有し、該複数の領域の各々に同じ所定パター
   ン形状の像が記録されて複数の領域毎に所定の方向に向
   けて前記パターン形状の像の光を回折するものであり、
   前記表示用光源には光源と帯状の光源用ホログラムとが
   備えられ、前記光源から発せられた光が光源用ホログラ
   ムによってコンバイナ用ホログラムに向けて回折されて
   コンバイナ用ホログラムの全域に照射され、複数の領域
   毎にそれぞれ所定の方向の観察者に前記パターン形状の
   像を視認させることを特徴とするヘッドアップディスプ
   レイ。