JPH06183285A - ホログラフィックディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表示虚像に収差がなく、車両に搭載するために
コンパクト化されたホログラフィックディスプレイを得
る。 【構成】発光手段１は像再生用光源２を有していて、像
再生用光源２から発せられた光線がコンデンサーレンズ
７に入射して点光源１２からの光線とされ、ホログラム
１０が封入されていて発光手段１の端部に一体となって
保持されている合わせガラス１１に向かって照射される
ホログラフィックディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラムを用いて観
測者に情報を視認させるホログラフィックディスプレイ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両内の運転手等に情報表示する方法と
して、ヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤという）
と呼ばれるものが最近用いられるようになっている。こ
れは、液晶表示装置等の発光手段から投射された光学的
情報を、ハーフミラー等からなるコンバイナーに映し、
運転手が運転状態からほとんど視線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】最近、光学的素子としての簡素さ、および
付加される機能の豊富さから上記のコンバイナーとし
て、ホログラムを使用することが注目されるようになっ
ている。このホログラフィックコンバイナーは反射機能
（回折機能）のみならず、レンズ機能等を併せ持つこと
ができるので、光学的情報を運転手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
意の位置に表示虚像を結像したりすることが可能とな
る。また、前景輝度を損なわずに高輝度の表示像が得ら
れるという特徴もある。

【０００４】かかる車載用ＨＵＤの構成を示す概念図が
図３である。ここで、３１は運転者の観察位置、３２は
ホログラムからなるコンバイナー、３３は情報を含む光
線、３４は遠方表示の表示虚像の結像位置、３５は表示
体である透過型液晶表示素子、３６はハロゲンランプ等
からなる光源、３７は風防ガラス、３８は車体ボディ
ー、３９はレンズである。

【０００５】発光手段として光源３６と透過型液晶表示
素子３５とを備えており、光源３６から発した光は透過
型液晶表示素子３５を通過し、車両の風防ガラス３７に
備えられたホログラムからなるコンバイナー３２に照射
され、反射（回折）されて運転者に観察位置３１で視認
される。この際、表示情報は３４の位置に虚像として運
転者に認識される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したＨＵＤの構成
においては、コンバイナーとコンバイナーに光線を照射
する発光手段との位置が比較的離れていて、さらには車
両ボディーには各々を個別に組み付けるために、コンバ
イナーに向けて所定の方向から光線を照射させることが
困難であり、コンバイナーとしてホログラムを用いた場
合に、ホログラムに入射する光線の方向がずれることに
より、表示虚像に歪、ぼけ、位置ずれ等の収差が生じて
しまうという欠点を有しており、表示虚像が乱れてしま
う原因となっていた。

【０００７】また、上記した構成は、光源から発せられ
た光線が表示すべき情報に合った形にパターン化された
液晶表示素子等の表示体を透過して、情報を含む光線と
してホログラムに照射されなければならず、光源や表示
体等、部品点数が多くなり、これらをコンパクトにまと
めることが困難であり、車両に搭載する際の車両スペー
スの点に鑑みると好ましいものではなかった。

【０００８】そこで、米国特許第４，７９０，６１３に
開示されているように、あらかじめホログラムに表示す
べき情報のパターン像が記録されるように露光して、こ
のホログラムを車両の風防ガラスに貼り付けることが提
案されている。

【０００９】しかしながら、この米国特許第４，７９
０，６１３に開示された構成においても、ホログラムと
ホログラムに光線を照射する発光手段との位置が比較的
離れていて、さらには車両ボディーには各々を個別に組
み付けるために、ホログラムに向けて所定の方向から光
線を照射させることが困難であり、ホログラムに入射す
る光線の方向がずれることにより、表示虚像に歪、ぼ
け、位置ずれ等の収差が生じてしまうという欠点を有し
ていた。

【００１０】さらに、ホログラムとホログラムに光線を
照射する光源との距離を近づけようとした場合、特に両
者の距離を短くしようとすればするほど、少しの位置ず
れやホログラムと光源と相互配置や配置角度の違いによ
って表示虚像に歪、ぼけ等の収差が生じてしまい、各々
の配置の調整も困難なものであった。

【００１１】さらにまた、ホログラムを露光する際に、
ホログラム感光材料に照射する光線の光源は点光源であ
ることが露光作業の簡便さに鑑みて好ましく、良好なホ
ログラムの表示虚像を得るためには、表示虚像を再生す
る際にも露光時と同様に点光源を用いることが要求され
る。その一方で発光手段を車両に搭載するためには、そ
の車両のスペースに鑑みて発光手段自身もコンパクトに
小さくまとまったものが要求されるものであり、このよ
うな小さくまとまった像再生用の点光源を有する発光手
段を得ることは困難であった。

【００１２】

【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、光線を発生する発光手段と、
前記光線を観測者方向に向けて回折するように配された
ホログラムとを少なくとも備え、該ホログラムによって
形成される表示虚像を観測者前方に視認できるようにし
たホログラフィックディスプレイにおいて、前記発光手
段は像再生用の点光源を有していて、発光手段とホログ
ラムとは一体化されて相互配置が固定されており、前記
ホログラムは特定方向の所定の位置に配された露光用の
点光源からの光線によって露光されて表示すべき情報の
パターン像が記録されたものであることを特徴とするホ
ログラフィックディスプレイを提供するものである。

【００１３】また、本発明は、発光手段が少なくとも像
再生用光源とコンデンサーレンズとを有しており、像再
生用光源から発せられる光線がコンデンサーレンズに照
射されて像再生用の点光源を作り、像再生用の点光源か
らの光線がホログラムに向けて照射されることを特徴と
するホログラフィックディスプレイを提供するものであ
る。

【００１４】さらにまた、本発明は、ホログラムが複数
の表示すべき情報のパターン像が記録されたものであ
り、それぞれのパターン像は各々特定方向に配された露
光用の点光源からの特定の波長の光線によって照射され
て、選択的に再生されることを特徴とするホログラフィ
ックディスプレイを提供するものである。

【００１５】さらにまた、本発明は、ホログラムに記録
されている表示すべき情報のパターン像が、少なくとも
二色以上の光線によって露光されたものであり、前記発
光手段からの光線が照射されて表示虚像の色が変化する
ことを特徴とするホログラフィックディスプレイを提供
するものである。

【００１６】さらにまた、本発明は、ホログラムに記録
されている表示すべき情報のパターン像が、二次元ある
いは三次元形状の表示虚像が再生されるように露光され
ていることを特徴とするホログラフィックディスプレイ
を提供するものである。

【００１７】さらにまた、本発明は、ホログラムが、合
わせガラスの内部に封入されていることを特徴とするホ
ログラフィックディスプレイを提供するものである。

【００１８】さらにまた、本発明は、合わせガラスが、
そのガラス板の合わせ表面あるいは合わせ面と反対側の
表面に反射防止膜を有していることを特徴とするホログ
ラフィックディスプレイを提供するものである。

【００１９】

【作用】本発明によれば、ホログラムと発光手段とが一
体となっていて、各々の相互配置が固定されているた
め、観測者の視認する表示虚像にぼけや歪等の収差が低
減された状態で車両に搭載することができる。また、車
両に搭載する前にホログラムと発光手段との相互配置を
調整することによって、あらかじめ表示虚像にぼけや歪
等の収差が低減することができる。

【００２０】特に、本発明のホログラフィックディスプ
レイを車両の運転者の前面のダッシュボード等に搭載す
る場合には、その車両スペースや外観、さらには前方視
野の確保のため、ディスプレイの大きさがコンパクトで
小さいものが要求されるが、本発明によれば、像再生用
光源からの光線を、コンデンサーレンズ等の小さな光学
部材によって点光源からの光線としてホログラムに向か
って照射でき、きわめてコンパクトに車両のダッシュボ
ード上等に備えることができる。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明のホログラフィックディスプ
レイの基本的構成を示す概念図である。発光手段１はハ
ロゲンランプからなる像再生用光源２を有していて、像
再生用光源２から発せられた光線はコンデンサーレンズ
７に入射して点光源１２からの光線とされ、発光手段１
からホログラム１０に向かって照射される。

【００２２】ホログラム１０は合わせガラス１１に封入
されており、ガラス基板８の表面にホログラム１０は貼
り付けられ、さらにホログラム１０の表面にポリビニル
ブチラール等の合わせ中間膜を介して反射防止膜の付い
たカバーガラス板９が積層されている。

【００２３】合わせガラス１１は、発光手段１の端部に
一体となって保持されており、発光手段１の点光源１２
とホログラム１０との配置が固定されている。

【００２４】コンデンサーレンズ７を通り抜けた光線は
ホログラム１０面を照射し、観測者１４の視野方向に向
けて反射される。そこで、観測者１４はホログラム１０
を通して車両前方に所定の位置に表示虚像１３を視認す
ることができる。

【００２５】コンデンサーレンズ７は、像再生用光源か
らの光線を受けて点光源１２からの光線を作るが、この
点光源１２のスポットサイズとして直径３ｍｍ以下とす
ることによって、車両のダッシュボード等に十分納まる
大きさの発光手段１とでき、直径１ｍｍ以下であれば特
に好ましい。このコンデンサーレンズ７として、その開
口数を適宜選択して用いることによって、所望のスポッ
トサイズの点光源１２を得ることができ、発光手段１の
大きさに制限がある場合であっても、発光手段１からホ
ログラム１０までの距離を所望の距離としつつ、表示虚
像１３のぼけや歪等を低減することができる。

【００２６】また、本実施例において、像再生用光源２
とコンデンサーレンズ７との間にはコリメーターレンズ
４が介在されており、像再生用光源２とコンデンサーレ
ンズ７との距離を短くしているが、特にこの態様に制限
はされず、コンデンサーレンズ７とコリメーターレンズ
４とが一体（例えば顕微鏡の対物レンズ等）となってい
てもよい。

【００２７】さらに、像再生用光源としてランプのフィ
ラメントの小さい（好ましくは１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍ
以下）形状のものを用いれば、レンズ系を用いて点光源
を形成する必要もなく、ランプからの発散光のみで所望
の表示虚像を形成でき、部品点数が少なく、コンパクト
で簡素化された発光手段とすることができる。

【００２８】その他、図１に示したように発光手段には
楕円鏡３、カラーフィルター５、平面鏡６等が備えられ
ており、さらに本発明における発光手段には凹面鏡等の
光学部材が備えられていてもよく、表示虚像の色ぼけの
防止や発光手段の所望の大きさを得るために、種々の光
学部材が備えられるものである。

【００２９】図２は、本発明に用いられるホログラムの
露光方法を説明する概念図である。ホログラム露光用光
源２０から発せられたアルゴンイオンレーザー光線を、
ミラー２１等で所定の光路に折り返し、ビームスプリッ
ター２２によって二分割する。二分割された光線の一方
は、露光用の点光源からの光線となるようにミラー２３
やレンズ２４を介して、参照光としてホログラム感光材
料２７を照射する。他方は、ミラー２３やレンズ２４を
介して拡散板２５に照射された後、拡散板２５とホログ
ラム感光材料との間に配されていて表示すべき情報の所
定のパターンが形成されているポジタイプまたはネガタ
イプのマスク２６を通過し、物体光として距離Ｌ２隔て
て配されたホログラム感光材料２７に照射する。なお、
本実施例においてＬ２＝３００ｍｍ〜２０００ｍｍとし
たがこれに制限されるものではない。

【００３０】参照光としては、レンズ２４によってレー
ザービームを一旦集光して露光用の点光源からの光線を
作り、球面波でホログラム感光材料２７に照射するが、
この露光用の点光源とホログラム感光材料との距離をＬ
１とし、本発明による発光手段の像再生用の点光源とホ
ログラム面までの距離を同様にＬ１に配置することで、
所定の再生像がホログラム面からＬ２の位置に得られ
る。なお、本実施例においてＬ１＝５０ｍｍ〜３００ｍ
ｍとしたがこれに制限されるものではない。

【００３１】図２に示した露光方法は反射型ホログラム
を作成する方法であり、参照光と物体光とはホログラム
感光材料面の両側の面に各々対向させて照射している
が、透過型ホログラムを作成する場合には、ホログラム
感光材料面の同一面側から参照光と物体光とを照射すれ
ばよい。

【００３２】図１に示したホログラフィックディスプレ
イにおいては反射型ホログラムを用いているが、本発明
のホログラフィックディスプレイは上記した露光方法に
基づいて作成された透過型ホログラムを用いてもよく、
この場合、観測者側からホログラム、発光手段の順に配
され、発光手段の点光源から発せられた光線がホログラ
ムを透過（屈折）して観測者に向かって回折され、表示
虚像は観測者の前面に結像される。

【００３３】ここで、本発明における表示すべき情報と
は、その表示用途により適宜選択されるものであり、車
両の警告灯、ウィンカー、車幅灯、コーナーマーカー、
スピード計などが例として挙げられる。また、観測者と
は、主に車両の運転手であり、その他、助手席その他の
同乗者や、これらすべてを含めることができる。

【００３４】ホログラムは、通常は数十ｍｍ角〜数百ｍ
ｍ角程度の面積で、数十μｍ程度の厚みであり、光回折
機能を持つ。このホログラムとしては、リップマンタイ
プ（反射型）のものが比較的使いやすいが、その他ホロ
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、フォトポリマー、重クロ
ム酸ゼラチン、銀塩など種々の感光材を用いることがで
きる。

【００３５】ホログラムの回折強度のピーク波長は、前
記の光源の強度のピーク波長とほぼ一致させることが、
回折効率を高めるうえで好ましい。また、性質の異なる
光で多重露光を施して形成したものであったり、異なる
光で露光した複数のホログラムを重ねたものであっても
よい。

【００３６】かかるホログラムは、本発明において、像
再生用光源が備えられている発光手段に一体となって取
付けられ、観測者たる運転者等の自然な視野内である車
両の風防ガラスの近傍に配置することが好ましく、車両
のインストルメントパネルあるいはダッシュボード内に
設置することが好ましい。

【００３７】ホログラムは、外的要因からの保護の点に
鑑みて、合わせガラスの内部に封入して用いることが好
ましい。合わせガラスは、少なくとも一枚のガラスにポ
リビニルブチラール膜、ポリウレタン膜等の合成樹脂膜
を積層、接着したものであり、その形態の例としては、
ガラス板／合成樹脂膜、ガラス板／合成樹脂膜／ガラス
板、ガラス板／合成樹脂膜／ガラス板／合成樹脂膜、ガ
ラス板／合成樹脂膜／合成樹脂膜、等のものがある。ホ
ログラムは、これらのガラス板または合成樹脂膜の境界
部または合成樹脂膜の内部に封入されればよい。ホログ
ラムの装着されるガラス板は、着色されていたり、表面
に反射防止膜や黒色系のセラミックス、熱線反射膜等が
設けられていてもよい。また、ガラス板は熱的変形が少
ないのでホログラムの保持としては最適であるが、コス
ト面からはガラス板のかわりとしてプラスチック系の樹
脂であってもよい。

【００３８】本発明における像再生用光源としては、タ
ングステンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ、ＬＥＤ、蛍光表示管、熱陰極放電管、冷陰極放電
管、ＬＤ（レーザーダイオード）などがあり、これらか
ら発する光がホログラムに投射されるまでの光径路内
に、必要に応じて、ミラー、プリズム、レンズ、色フィ
ルターや偏光素子等の光学部品を配置し、所定の光路に
点光源を形成していればよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、ホログラムと発光手段
とが一体となっていて、各々の相互配置が固定されてい
るため、観測者の視認する表示虚像にぼけや歪等の収差
が低減された状態で車両に搭載できるホログラフィック
ディスプレイが得られる。

【００４０】また、車両に搭載する前にホログラムと発
光手段との相互配置を調整することにより、あらかじめ
表示虚像にボケやひずみ等の収差が低減することがで
き、この調整は車両に搭載する前であるため、調整作業
を簡単に行うことができる。

【００４１】特に、本発明のホログラフィックディスプ
レイを車両の運転者の前面のダッシュボード上等に搭載
する場合には、その車両スペースや、外観、さらには前
方視野の確保のため、ディスプレイの大きさがコンパク
トで小さいものが要求されるが、本発明によれば、像再
生用光源からの光線を、コンデンサーレンズ等の小さな
光学部材によって像再生用の点光源からの光線としてホ
ログラムに向かって照射でき、きわめてコンパクトに車
両に納めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラフィックディスプレイの基本
的構成を示す概念図

【図２】本発明に用いられるホログラムの露光方法を説
明する概念図

【図３】従来のＨＵＤの構成を示す概念図

【符号の説明】

１：発光手段 ２：像再生用光源 １０：ホログラム １１：合わせガラス １３：表示虚像 １４：観測者 ２０：ホログラム露光用光源 ２７：ホログラム感光材料

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光線を発生する発光手段と、前記光線を観
   測者方向に向けて回折するように配されたホログラムと
   を少なくとも備え、該ホログラムによって形成される表
   示虚像を観測者前方に視認できるようにしたホログラフ
   ィックディスプレイにおいて、前記発光手段は像再生用
   の点光源を有していて、発光手段とホログラムとは一体
   化されて相互配置が固定されており、前記ホログラムは
   特定方向の所定の位置に配された露光用の点光源からの
   光線によって露光されて表示すべき情報のパターン像が
   記録されたものであることを特徴とするホログラフィッ
   クディスプレイ。
2. 【請求項２】発光手段は少なくとも像再生用光源とコン
   デンサーレンズとを有しており、像再生用光源から発せ
   られる光線がコンデンサーレンズに照射されて像再生用
   の点光源を作り、像再生用の点光源からの光線がホログ
   ラムに向けて照射されることを特徴とする請求項１のホ
   ログラフィックディスプレイ。
3. 【請求項３】ホログラムは複数の表示すべき情報のパタ
   ーン像が記録されたものであり、それぞれのパターン像
   は各々特定方向に配された露光用の点光源からの特定の
   波長の光線によって照射されて、選択的に再生されるこ
   とを特徴とする請求項１または２のホログラフィックデ
   ィスプレイ。
4. 【請求項４】ホログラムに記録されている表示すべき情
   報のパターン像は、少なくとも二色以上の光線によって
   露光されたものであり、前記発光手段からの光線が照射
   されて表示虚像の色が変化することを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかのホログラフィックディスプレイ。
5. 【請求項５】ホログラムに記録されている表示すべき情
   報のパターン像は、二次元あるいは三次元形状の表示虚
   像が再生されるように露光されていることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかのホログラフィックディスプレ
   イ。
6. 【請求項６】ホログラムは、合わせガラスの内部に封入
   されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの
   ホログラフィックディスプレイ。
7. 【請求項７】合わせガラスは、そのガラス板の合わせ表
   面あるいは合わせ面と反対側の表面に反射防止膜を有し
   ていることを特徴とする請求項６のホログラフィックデ
   ィスプレイ。