JPH04355713A - 光学装置 - 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、走行中の自動車の速度
表示或いはワードプロセッサ等の情報処理装置に原稿を
入力する場合に使用される光学装置に係り、特に前方の
物体からの入射光と異なる方向からの入射光をビームス
プリッタ素子及び反射型光学素子によって同一光路に導
くことができる光学装置に関するものである。

【０００２】近来、ヘッドアップディスプレイ（以下Ｈ
ＵＤという）が各方面に利用されているが、自動車の速
度等を表示する装置として設置される場合には、ＣＲＴ
等の表示器と光学系のスペースの確保等大掛かりで高価
な装置となり、また前方視野の不連続性のために運転に
違和感を生じる。

【０００３】また、ワードプロセッサ等に原稿を入力す
る場合のＨＵＤ装置では、ＣＲＴ等の表示器と原稿を重
ねるために、表示器と光学系を使用して大掛かりで高価
な装置になっている。従っていずれの場合にも小型で安
価な装置が望まれている。

【０００４】

【従来の技術】ＨＵＤ装置に関する基本的原理は、本出
願人により特願平２−１７０２２４号「表示装置」で提
案されているが、以下にその応用例を説明する。

【０００５】図１３は従来例（１）　を示し、自動車の
速度の表示に使用されるＨＵＤの構成を示す側面図で、
図に示すように、表示器（以下ＣＲＴという）１，　レ
ンズ２ａ，　平面ミラー３ａ及び反射型のホログラム４
ａがウインドシールド５の内側に配置されている。

【０００６】このような構成を有するので、ＣＲＴ１に
表示された、例えば自動車の速度を表示した緑色の光は
、レンズ２ａで集光されて平面ミラー３ａで反射して、
ホログラム４ａで所定方向に回折され、図において右方
の人の目によってウインドシールド５の前方に速度の表
示の像が見える。従ってウインドシールド５の前方に走
行路及び景色等がホログラム４ａを透して見え、これに
速度表示が重畳して見える。

【０００７】また図１４は従来例（２）　を示し、ワー
ドプロセッサの文書原稿の入力に使用されるＨＵＤの構
成を示す側面図で、図に示すように、テーブル６の下側
にＣＲＴ１が取り付けられ、レンズ２Ａ，　平面ミラー
３Ａ，３Ｂ，反射型のホログラム４Ａ，　及び原稿衝立
６０で構成されている。

【０００８】このような構成を有するので、ホログラム
４Ａの後ろの原稿衝立６０に原稿７を立てて、ホログラ
ム４Ａの前方，図において右方からホログラム４Ａを透
して原稿７を見ながら、図示省略したキーボードから入
力することにより、入力データがＣＲＴ１に表示される
と、表示光が平面ミラー３Ａで反射してレンズ２Ａで集
光され、平面ミラー３Ｂで反射して、ホログラム４Ａで
所定方向に回折され、図において右方の人の目によって
原稿７とほぼ同じ位置に表示の像が見える。従ってホロ
グラム４Ａを透して原稿７が見え、これに入力データが
重畳して見える。

【０００９】従ってオペレータは原稿と表示画面を交互
に見て入力するよりも能率良く入力することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれば
、従来例（１）　の場合には、既存のメータ表示器とは
別に新たに速度を表示するＣＲＴ等の表示器が必要であ
り、その表示器と光学系のスペースの確保等大掛かりで
高価な装置となり、またホログラムの大きさに限度があ
るので、前方視野の不連続性のため運転に違和感を生じ
る。

【００１１】また従来例（２）　の場合には、ＣＲＴと
光学系でテーブル上のスペースを取り、原稿が後ろに立
てられるホログラムの大きさも確保する必要があって、
装置が大掛かりになり、やはり高価な装置となる。とい
う問題点がある。

【００１２】本発明は、スペースを取らず、安価な光学
装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１図は本発明の原理図
である。図において、４は入射光を透過及び反射するビ
ームスプリッタ素子、３はビームスプリッタ素子４を透
過した光を反射する反射光学素子である。

【００１４】８はビームスプリッタ素子３の前方から入
射してビームスプリッタ素子４を透過した第１の光、９
は第１の光８と異なる方向から入射してビームスプリッ
タ素子４を透過した後、反射光学素子３で反射して更に
ビームスプリッタ素子４で反射した第２の光、従って第
１の光８及び第２の光９を重畳させるように構成されて
いる。

【００１５】

【作用】第１の光８がビームスプリッタ素子４を透過し
た光路と、第２の光９がビームスプリッタ素子４を透過
した後、反射光学素子３で反射して更にビームスプリッ
タ素子４で反射した光路とが同一光路になるので、人の
眼によって第１の光８による像と第２の光９による像が
重畳して見える。

【００１６】従って表示器を不要とし、またビームスプ
リッタ素子４及び反射光学素子３を人の眼に対応する大
きさのだけで構成すれば良いので、装置を小型化するこ
とができる。

【００１７】

【実施例】図２及び図３により本発明の一実施例を説明
する。図２は従来例（１）　で説明した自動車のメータ
表示に本発明を適用した実施例を示す斜視図、図３は実
施例を説明する側面図である。

【００１８】図２及び図３の平面ミラー３ｂ，３ｃ，ホ
ログラム４ｂ，４ｃ　透過光８ｂ及び反射光９ｄは、図
１（請求項１に対応する原理図）の反射光学素子３，ビ
ームスプリッタ素子４，第１の光８及び第２の光９に夫
々対応している。

【００１９】図２にＨＵＤ眼鏡の斜視図を示しており、
図に示すように、平面ミラー３ｂ，３ｃ及び反射型のホ
ログラム４ｂ，４ｃ　が左右に夫々対にしてほぼ直角三
角形の短辺及び斜辺になるように形成されて眼鏡フレー
ム１０に装着されている。　（請求項８）また平面ミラ
ー３ｂ，３ｃ　と反射型のホログラム４ｂ，４ｃ　の眼
鏡フレーム１０に対する取付け角度はネジ１１ａ〜１１
ｈによって調整可能に構成されている。（請求項９）図
３に示すように、平面ミラー３ｂ，３ｃ　及び反射型の
ホログラム４ｂ，４ｃ　は、前方視野光８ａがホログラ
ム４ｂ，４ｃ　を透過した透過光８ｂの光路と、斜め下
方からのメータ表示光９ａがホログラム４ｂ，４ｃ　を
透過した透過光９ｂが平面ミラー３ｂ，３ｃ　で反射し
て、その反射光９ｃが更にホログラム４ｂ，４ｃ　で回
折された反射光９ｄの光路が一致するように配置されて
いる。

【００２０】なお、上記ホログラム４ｂ，４ｃ　は、図
示していないが、例えばガラス或いはプラスチック基板
面にゼラチン系銀塩或いは重クロム酸ゼラチンを塗布し
た乾板（ホログラム原板）の片側から物体波（収斂球面
波），反対側から参照波　（収束球面波）　を夫々照射
して作成されたものである。

【００２１】このような構成を有するので、例えばドラ
イバがＨＵＤ眼鏡を掛けて自動車を運転する場合には、
ウインドシールド５の前方の走行路や景色からの前方視
野光８ａがホログラム４ｂ，４ｃ　を透過し、その透過
光８ｂがドライバの眼１２に入り、またハンドル１３の
前方のディジタルメータ　（例えば速度表示）　からの
メータ表示光９ａは、ホログラム４ｃ，４ｄ　を透過し
て、平面ミラー３ｃ，３ｄ　で反射して、更にホログラ
ム４ｂ，　４ｃで前方視野光８ａと同じ光路に回折され
て反射光９ｄとなってドライバの目１２に入る。

【００２２】またＨＵＤ眼鏡を掛けるドライバの体格等
により、メータ表示光９ａの入射角度が異なるので、ね
じ１１ａ〜１１ｈによって平面ミラー３ｂ，３ｃ　及び
反射型のホログラム４ｂ，４ｃ　の角度を調整してメー
タ表示が直視できるようにする。従ってドライバは前方
の景色等と速度表示を重畳して見ることができる。

【００２３】図４に異なる実施例（１）（請求項５に対
応する実施例）　を示す。図４が図２で説明した実施例
と異なるのは、平面ミラー３ｂ，３ｃに代えて、波面変
換機能を持たせるために凹面ミラー３ｄ，３ｅ　とした
ことである。

【００２４】従ってホログラム４ｂ，４ｃ　を透過した
メータ表示光９ａは凹面ミラー３ｄ，３ｅ　で集光して
ホログラム４ｂ，４ｃ　で回折されて反射光９ｄとして
ドライバの目１２に入るので、メータ表示を拡大して遠
方に表示することができる。

【００２５】図５に異なる実施例（２）（請求項３に対
応する実施例）　を示す。図５が図２と異なるのは、平
面ミラー３ｂ，３ｃ　の前面にレンズ（例えばフレネル
レンズ）１４ａ，１４ｂを配置したことである。即ち、
図５に示すように、平面ミラー３ｂ，３ｃ　の前面にレ
ンズ装着部１５ａ，１５ｂ　を設け、レンズ１４ａ，１
４ｂ　が着脱自在に装着されている。

【００２６】従ってメータ表示光９ａはホログラム４ｂ
，４ｃ　を透過してレンズ１４ａ，１４ｂ　を経て平面
ミラー３ｂ，３ｃ　で反射し、再びレンズ１４ａ，１４
ｂ　を透過してホログラム４ｂ，４ｃ　で反射して反射
光９ｄがドライバの目１２に到達する。

【００２７】またメータ表示のサイズ，　前方表示位置
を自動車の速度に合わせて、レンズ１４ａ，１４ｂ　の
異なる焦点距離のものを入れ換えて調節することができ
、レンズ１４ａ，１４ｂによってメータ表示を拡大　（
或いは縮小）　して遠方　（或いは近く）に表示するこ
とができる。

【００２８】図６に異なる実施例（３）（請求項２に対
応する実施例）　を示す。図６が図２及び図５と異なる
のは、平面ミラー３ｂ，３ｃ　に代えて反射型のホログ
ラム３０ａ，３０ｂ　としたことである。

【００２９】図において、反射型のホログラム３０ａ，
３０ｂ　は、バックコートされて上方及び透過光９ｂの
ノイズ光を遮蔽するようになっている。即ち、特定波長
（通常、メータ表示光９ａは緑色）　だけを反射して反
射光９ｃをホログラム４ｂ，４ｃ　に入射する。

【００３０】従ってホログラム４ｂ，４ｃ　の反射光９
ｄには表面反射のノイズが入らないので、メータ表示光
９ａ以外の光，例えばハンドル，メータ機器の枠等の反
射光をなくすことができ、メータ表示光９ａの表示が鮮
明になり、またドライバの目１２の疲労が軽減される。

【００３１】図７に異なる実施例（４）（請求項４に対
応する実施例）　を示す。図７が図６と異なるのは、反
射型のホログラム４ｂ，４ｃ　及び反射型のホログラム
３０ａ，３０ｂ　に代えてオフアクシスの反射型のホロ
グラム４ｄ，４ｅ　及びオフアクシスの反射型のホログ
ラム３０ｃ，３０ｄ　としたことである。

【００３２】従ってオフアクシスで反射型のホログラム
４ｄ，４ｅ　及びオフアクシスで反射型のホログラム３
０ｃ，３０ｄ　は入射角と反射角が異なるので、表面反
射によるノイズ光をなくし、二枚のホログラム４ｄ，４
ｅ及びホログラム３０ｃ，３０ｄ　により色収差のない
メータ表示光９ａの表示を得ることができる。

【００３３】図８に異なる実施例（５）（請求項５に対
応する実施例）　を示す。図８が図７と異なるのは、図
７の反射型のホログラム４ｄ，４ｅ　及び反射型のホロ
グラム３０ｃ，３０ｄ　に波面変換機能を持たせた反射
型のホログラム４ｆ，４ｇ　及びホログラム３０ｅ，３
０ｆ　としたことである。

【００３４】従ってホログラム４ｆ，４ｇ　及びホログ
ラム３０ｅ，３０ｆ　の波面変換機能により、メータ表
示光９ａの表示を拡大遠方表示させることができる。図
９に異なる実施例（６）（請求項６及び請求項７に対応
する実施例）　を示す。 図９が図７及び図８と異なるのは、図７の反射型のホロ
グラム４ｄ，４ｅ　或いは図８の反射型のホログラム４
ｆ，４ｇ　を高反射効率の反射型のホログラム４ｈ，４
ｉ　としたことである。

【００３５】従って入射角度の変化によるホログラム４
ｈ，４ｉ　のピーク反射波長のシフトを利用し、入射角
θ１　ではメータ表示光９ａは高透過率に、入射角θ２
　では高反射率にし、メータ表示光９ａの明るい表示を
見ることができる。

【００３６】図１０に異なる実施例（７）（請求項１に
対応する実施例）を示す。図１０は従来例（２）　で説
明したワードプロセッサの文書原稿の入力データと原稿
の重畳表示に本発明を適用した実施例を示す側面図であ
る。図２の実施例と同様にＨＵＤ眼鏡をオペレータが使
用する。以下の平面ミラーとハーフミラーはＨＵＤ眼鏡
に装着されているものである。

【００３７】図１０に示すように、テーブル５ａ上にＣ
ＲＴ１ｂがオペレータの目１２の高さに配置され、ＣＲ
Ｔ１ｂの前方にほぼ水平に平面ミラー３Ｃ，３Ｄ　及び
４５度に傾斜したハーフミラー４０Ａ，４０Ｂ　が配置
されている。

【００３８】このような構成を有するので、オペレータ
がハーフミラー４０Ａ，４０Ｂ　の下方のテーブル５ａ
上に原稿７を置き、ＨＵＤ眼鏡を掛けて前方を見ると、
ＣＲＴ１ｂの表示光８Ａがハーフミラー４０Ａ，４０Ｂ
　を透過し、その透過光８Ｂはオペレータの目１２の方
向に光路を取る。

【００３９】また原稿７からの入射光９Ａがハーフミラ
ー４０Ａ，４０Ｂ　を透過して、透過光９Ｂが平面ミラ
ー３Ｃ，３Ｄ　で全反射し、その反射光９Ｃがハーフミ
ラー４０Ａ，４０Ｂ　で反射して反射光９Ｄは透過光８
Ｂと同じ方向に光路を取ってオペレータの目１２に到達
する。

【００４０】オペレータはＣＲＴ１ｂの前方に原稿７の
反転のない表示像７０が表示されるので、図示省略した
キーボードからデータを入力すると、入力データはＣＲ
Ｔ１ｂに表示され、表示光９Ａはハーフミラー４０Ａ，
４０Ｂ　を透過してオペレータの目１２の方向に原稿７
と同一光路を取る。 従って原稿７の表示像７０とＣＲＴ１ｂに表示された入
力データが重畳して見えるので、オペレータは目１２を
逸らさずにデータの入力ができる。

【００４１】図１１に異なる実施例（８）（請求項５に
対応する実施例）を示す。図１１が図１０と異なるのは
、図１０の平面ミラー３Ｃ，３Ｄ　に代えて凹面ミラー
３Ｅ，３Ｆ　を配置したことである。

【００４２】従ってテーブル５ａ上の原稿７の反転のな
い拡大した表示像７０を前方のＣＲＴ１ｂの表示光８Ａ
の焦点距離に合わせて入力データと重畳させることがで
きる。上記例で、凹面ミラー３Ｅ，３Ｆ　を凸面ミラー
にした場合には、図示していないが原稿７の表示像７０
は縮小して表示される。

【００４３】図１２に異なる実施例（９）（請求項３に
対応する実施例）　を示す。図１２が図１０と異なるの
は、原稿７の直ぐ上にレンズ（例えばフレネルレンズ等
）１４Ａ　を着脱自在に装着するレンズ装着部１５Ａ　
を設けたことである。

【００４４】従ってＣＲＴ１ｂの表示文字の大きさに対
する原稿７の表示像７０の大きさを、焦点距離の異なる
レンズ１４Ａ　を交換することによって調節することが
できる。 上記例で、レンズ装着部１５Ａ　を平面ミラー３Ｃ，３
Ｄ　の前面に夫々設けて、夫々にレンズ１４Ａ　を装着
する方法としても、同様の効果が得られる。

【００４５】このようにして、自動車のメータ表示に本
発明を適用した場合には、新たな表示器を必要とせずに
、小型で簡単な構成でコストが安く、前方視野の連続性
を保ちながら、視線を逸らさずに走行路或いは景色等と
メータ表示を重畳して見ることができる。

【００４６】またワードプロセッサ等の情報処理装置に
本発明を適用した場合には、小型で簡単な構成でコスト
が安く、前方のＣＲＴ１ｂから視線を逸らさずに、原稿
７の入力を速く、且つ正確に行うことができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１では、入射光を透過及び反射するビームスプリッ
タ素子と、ビームスプリッタ素子を透過した光を反射す
る反射光学素子とを設けて、前方から入射してビームス
プリッタ素子を透過した第１の光、及び第１の光と異な
る方向から入射してビームスプリッタ素子を透過した後
、反射光学素子で反射して更にビームスプリッタ素子で
反射した第２の光を同一光路になるように構成すること
により、前方からの入射光の像と異なる方向からの入射
光の像を重畳して見ることができるので、小型で簡単な
構成で、コストが安く、視線を逸らさずに重畳した像を
みることができる光学装置が得られる。

【００４８】請求項２では、ビームスプリッタ素子或い
は反射光学素子の少なくとも一方に、反射波長選択性を
持たせることにより、不要な反射光を遮断して表示像を
鮮明にすることができ、また眼の疲労が軽減される。

【００４９】請求項３では、ビームスプリッタ素子及び
反射光学素子の間に、或いはビームスプリッタ素子の前
方に、光学素子を着脱自在に装着する装着部を設けたこ
とにより、光学素子の交換装着により、第２の光による
表示像の表示位置及び大きさの調節が可能となる。

【００５０】請求項４では、ビームスプリッタ素子及び
反射光学素子の少なくとも一方がオフアクシス機能を備
えることで、表面反射によるノイズ光をなくし、両方が
オフアクシス機能を備えることで、色収差のない表示像
を得ることができる。

【００５１】請求項５では、ビームスプリッタ素子及び
反射光学素子の少なくとも一方が波面変換機能を有する
ことにより、第２の光による表示像を拡大或いは縮小し
て所定の表示位置に表示させることができる。

【００５２】請求項６及び請求項７では、ビームスプリ
ッタ素子を反射型ホログラム或いは多層膜光学素子とし
、入射光のピーク波長、及び反射型ホログラム或いは多
層膜光学素子に入射する角度でのピーク反射波長をずら
せて、反射型ホログラム或いは多層膜光学素子を配置し
、また反射光学素子による反射光の反射型ホログラム或
いは多層膜光学素子への入射角度が反射型ホログラム或
いは多層膜光学素子のピーク反射率に近くなるように反
射光学素子を配置したことにより、入射角度の変化によ
るピーク反射波長のシフトによって入射光の透過効率及
び反射効率が高められ明るい表示を得ることができる。

【００５３】請求項８では、ビームスプリッタ素子及び
反射光学素子を眼鏡フレームに装着したことにより、小
型且つ軽便でコストの安い光学装置を得ることができる
。請求項９では、ビームスプリッタ素子及び反射光学素
子の少なくとも一方の配置角度を調整可能に構成したこ
とにより、使用者の体格等に適応して調整ができ使い勝
手の良い光学装置を得ることができる。という効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の原理図

【図２】　　本発明の実施例を示す斜視図

【図３】　　
実施例を説明する側面図

【図４】　　異なる実施例（１）　を示す側面図

【図５
】　　異なる実施例（２）　を示す側面図

【図６】　　
異なる実施例（３）　を示す側面図

【図７】　　異なる
実施例（４）　を示す側面図

【図８】　　異なる実施例
（５）　を示す側面図

【図９】　　異なる実施例（６）
　を示す側面図

【図１０】　　異なる実施例（７）　を
示す側面図

【図１１】　　異なる実施例（８）　を示す
側面図

【図１２】　　異なる実施例（９）　を示す側面
図

【図１３】　　従来例（１）　を示す側面図

【図１４
】　　従来例（２）　を示す側面図

【符号の説明】

３は反射光学素子、　　　　　　　　３ａ〜３ｃ，３Ａ
　〜３Ｄは平面ミラー、３ｄ，３ｅ，３Ｅ，３Ｆ　は凹
面ミラー、４はビームスプリッタ素子、４ａ〜４ｉ，４
Ａ，３０ａ　〜３０ｆ　はホログラム、　　　　　　　
　　　　　　　　　７は原稿、８は第１の光、　　８ａ
は前方視野光、　　　　　　　　８ｂ，９ｂ　は透過光
、８Ａは表示光、　　　　　　　　　　　　　　９は第
２の光、　　　　　　　　　　９ａはメータ表示光、９
ｃ，９ｄ　は反射光、　　　　　　　　　　９Ａは入射
光、　　　　　　　　　　　　１０は眼鏡フレーム、１
１ａ〜１１ｄはねじ、　　　　　　　　１４ａ，１４ｂ
，１４Ａ　はレンズ、１５ａ，１５ｂ，１５Ａ　はレン
ズ装着部、４０Ａ，４０Ｂ　はハーフミラー、　　θ１
，θ２　は入射角、

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入射光を透過及び反射するビームスプ
   リッタ素子（４）　と、該ビームスプリッタ素子（４）
   　を透過した光を反射する反射光学素子（３）　とから
   成り、該ビームスプリッタ素子（４）　の前方から入射
   して該ビームスプリッタ素子（４）を透過した第１の光
   （８）　、及び該第１の光（８）　と異なる方向から入
   射して該ビームスプリッタ素子（４）　を透過した後、
   該反射光学素子（３）　で反射して更に該ビームスプリ
   ッタ素子（４）　で反射した第２の光（９）　が重畳す
   る構成を有することを特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】　　前記ビームスプリッタ素子（４）　或
   いは前記反射光学素子（３）の少なくとも一方が、反射
   波長選択性を有することを特徴とする請求項１の光学装
   置。
3. 【請求項３】　　前記ビームスプリッタ素子（４）　及
   び前記反射光学素子（３）　の間に、或いは該ビームス
   プリッタ素子（４）　の前方に、光学素子を着脱自在に
   装着する装着部を設けたことを特徴とする請求項１或い
   は請求項２の光学装置。
4. 【請求項４】　　前記ビームスプリッタ素子（４）　及
   び前記反射光学素子（３）　の少なくとも一方がオフア
   クシス機能を備えたことを特徴とする請求項１の光学装
   置。
5. 【請求項５】　　前記ビームスプリッタ素子（４）　及
   び前記反射光学素子（３）　の少なくとも一方が波面変
   換機能を有することを特徴とする請求項１、請求項２或
   いは請求項４の光学装置。
6. 【請求項６】　　前記ビームスプリッタ素子（４）　を
   反射型ホログラム或いは多層膜光学素子とし、前記入射
   光のピーク波長、及び該反射型ホログラム或いは該多層
   膜光学素子に入射する角度でのピーク反射波長をずらせ
   て、該反射型ホログラム或いは該多層膜光学素子を配置
   したことを特徴とする請求項１の光学装置。
7. 【請求項７】　　前記ビームスプリッタ素子（４）　を
   反射型ホログラム或いは多層膜光学素子とし、前記反射
   光学素子（３）　による反射光の該反射型ホログラム或
   いは多層膜光学素子への入射角度が該反射型ホログラム
   或いは多層膜光学素子のピーク反射率に近くなるように
   該反射光学素子（３）　を配置したことを特徴とする請
   求項１或いは請求項６の光学装置。
8. 【請求項８】　　前記ビームスプリッタ素子（４）　及
   び前記反射光学素子（３）　を眼鏡フレームに装着した
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求
   項４、請求項５、請求項６或いは請求項７の光学装置。
9. 【請求項９】　　ビームスプリッタ素子（４）　及び前
   記反射光学素子（３）　の少なくとも一方の配置角度を
   調整可能に構成したことを特徴とする請求項１、請求項
   ２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項
   ７或いは請求項８の光学装置。