JP5793639B2 - シースルーディスプレイ及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、主に、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）やヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）といった映像表示装置に用いられるシースルーディスプレイに関する。

ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）と称される映像表示装置は、主に、自動車や航空機のコックピットでの操縦操作に必要とされる情報を表示する。自動車の運転手や航空機のパイロットは、あたかも表示情報がフロントガラスの前方に存在するかのように、ＨＵＤが表示する情報を知覚することができる。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と称される映像表示装置は、視力矯正用の一般的な眼鏡と同様の方法で装着される。ＨＭＤを装着した使用者は、あたかも表示情報がレンズ部分の前方の空間に存在するかのように、ＨＭＤが表示する画像を知覚することができる。

ＨＵＤ及びＨＭＤはともに、フロントガラスやレンズ部材といった略透明な部材を通じて、使用者に画像を視認させるので、これらの映像表示装置は、「シースルーディスプレイ」と称される。近年、これらの映像表示装置に対する開発は、活発化している。

例えば、ＨＵＤを搭載した自動車の運転手は、運転中に前方を向いたまま、少ない視線の移動量で、運転に必要な情報を視認することができる。したがって、ＨＵＤは、高い安全性及び利便性を提供することができる。

ＨＭＤは、非常に小さな電力消費量で、使用者に大サイズの画像を使用者に提供することができる。また、使用者は、場所を問わずに、画像を視聴することができ、いつでも及びどこでも必要な情報を入手することができる。

シースルーディスプレイは、景色といった外界から入射する外光（自然光）と表示すべき画像とを混合する必要がある。例えば、自動車に用いられたＨＵＤは、表示すべき画像と外界から入射する外光とを、フロントガラスの近傍で、コンバイナを用いて混合する。表示すべき画像と外界から入射する外光との混合の間、外界から入射する外光と表示したい画像それぞれの光のロスが低減されることが好ましい。

従来のシースルーディスプレイは、コンバイナとして、体積ホログラムを利用する（例えば、特許文献１参照）。コンバイナとしてホログラムが用いられるならば、ホログラムのレンズ作用の結果、ＨＵＤが表示する画像は拡大される。この結果、使用者は、大サイズの画像を視認することができる。

体積ホログラムは、高次の回折光を発生させない。したがって、体積ホログラムでの回折に起因する外界から入射した外光のロスの割合は、比較的小さい。加えて、体積ホログラムは、所定波長に対して高い回折効率を有する。例えば、光源としてレーザ光源が用いられるならば、レーザ光の狭い波長幅の結果、ＨＵＤは、高い光利用効率を有することとなる。

従来のシースルーディスプレイで用いられる体積ホログラムには、干渉縞が記録されている。干渉縞を記録するために用いられる記録光の波長とわずかに異なる波長のレーザ光が体積ホログラムに入射すると、回折角は所望の方向からわずかながらずれることとなる。したがって、体積ホログラムを備えるシースルーディスプレイの光源から発せられる光の波長が、体積ホログラムの干渉縞の記録のために用いられた記録光の波長からずれると、画像の表示位置は、所望の位置からシフトすることとなる。

シースルーディスプレイは、典型的には、複数の光源を備える。複数の光源からは、異なる色相の光が発せられる。シースルーディスプレイの複数の光源から発せられる光の波長並びに温度に起因する波長の変動といった因子に起因して、複数の光源からの光によって描かれる画像の位置は、色相ごとに個別にずれることもある。混色により画像が形成されるならば、光源波長の固体ばらつきや温度に起因する波長変動といった因子により、画像中の色ずれが視認されやすくなる。また、光源波長が、例えば、温度変動によって変化するならば、回折効率が低下し、画像中の輝度分布や色分布が不均一になる。加えて、画像全体の輝度の低下が引き起こされることもある。

特表２００７−５２６４９８号公報

本発明は、高画質な画像を表示することができるシースルーディスプレイを提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、該体積ホログラムは、α（／℃）の線膨張係数と、Λ（ｎｍ）の波長の記録光で記録された干渉縞と、を有し、前記光源から発せられた光の波長は、Ｋ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有し、前記波長Λ（ｎｍ）及び前記温度依存性Ｋ（ｎｍ／℃）は、０≦Ｋ／Λ≦２αの関係を満たすことを特徴とする。

本発明の他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、前記光源の温度を調整する調整要素と、を備え、前記光源から発せられた光の波長は、温度依存性を有し、該体積ホログラムは、αの線膨張係数と、Λの中心波長の記録光で記録された干渉縞と、を有し、前記調整要素は、前記線膨張係数αと前記記録光の中心波長Λとに基づき、前記光源の温度を調整することを特徴とする。

本発明の更に他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発するｎ個（ｎは１より大きい整数）の光源要素を含む光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、該体積ホログラムは、前記ｎ個の光源要素から発せられる光をそれぞれ回折するために、Λ１、Λ２、・・・、Λｎの波長の記録光を用いて形成された干渉縞を有し、前記ｎ個の光源要素から発せられ、前記Λ１、Λ２、・・・、Λｎの波長の記録光を用いて形成された干渉縞によって回折される光の波長それぞれは、Ｋ１（ｎｍ／℃）、Ｋ２（ｎｍ／℃）、・・・、Ｋｎ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有し、Ｋ１／Λ１、Ｋ２／Λ２、・・・Ｋｎ／Λｎの最大値と最小値との間の差分値は、０．０００１以下であることを特徴とする。

本発明の更に他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、前記光源は、第１波長の第１光を発する第１光源要素と、前記第１波長と異なる波長の第２光を発する第２光源要素と、を含み、前記第１光によって描かれる第１画像は、前記第２光によって描かれる第２画像から離間した位置に表示されることを特徴とする。

本発明の更に他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、前記投射光学系は、前記光源からの光を反射するＭＥＭＳミラーと、該ＭＥＭＳミラーが前記光源から発せられた光を反射する前に、前記光源からの光の偏光方向を変調する変調要素と、を含むことを特徴とする。

本発明の更に他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射し、フレーム画像を形成する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、前記投射光学系は、ＭＥＭＳミラーを含み、前記フレーム画像は、時分割された複数のサブフレームを用いて形成され、前記複数のサブフレームのうち少なくとも１つが表示されるときの前記光源が発する光の光量は、０又は最大値であることを特徴とする。

本発明の更に他の局面に係る車室内に入射する光の波長成分を選択的に調整する中間膜が介在されたフロントガラスを有する車両に搭載されたヘッドアップディスプレイは、上述のシースルーディスプレイを備え、前記体積ホログラムは、前記車室と前記中間膜との間に配設されることを特徴とする。

第１実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示されるヘッドアップディスプレイの概略図である。 干渉縞の形成工程下にある体積ホログラムの概略図である。 干渉縞の形成の後にレーザ光が入射された体積ホログラムの概略図である。 体積ホログラムの温度膨張特性及びレーザ光の波長の温度依存特性を概略的に示すグラフである。 第１実施形態に従う他のシースルーディスプレイとして例示されるヘッドアップディスプレイの概略図である。 赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光の波長の温度依存特性を概略的に示すグラフである。 レーザ光源に対する温度調整機能を有するヘッドアップディスプレイの概略図である。 図６に示されるヘッドアップディスプレイの調整部の概略図である。 レーザ光源に対する温度調整機能を有する他のヘッドアップディスプレイの概略図である。 体積ホログラムの温度膨張特性及びレーザ光の波長の温度依存特性を概略的に示すグラフである。 赤色画像、青色画像及び緑色画像の間の相対的なずれを低減させるための機能を有するヘッドアップディスプレイの概略図である。 図１０に示されるヘッドアップディスプレイの反射型ホログラムの概略的な断面図である。 体積ホログラムを挟持するフロントガラスの概略的な断面図である。 第２実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示されるヘッドアップディスプレイの概略図である。 緑色波長変換レーザ光源の概略図である。 他の構成を有する緑色波長変換レーザ光源の概略図である。 基材上に固定された体積ホログラムの概略的な断面図である。 第３実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示されるヘッドアップディスプレイの概略図である。 図１６に示されるヘッドアップディスプレイが表示する表示コンテンツの概略図である。 第４実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示されるヘッドアップディスプレイの概略図である。 １／２波長板を備えないヘッドアップディスプレイの概略図である。 図１８Ｂに示されるヘッドアップディスプレイがスクリーン上に描く画像の概略図である。 運転者が視認する虚像の概略図である。 第４実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示される他のヘッドアップディスプレイの概略図である。 図１８Ｂに示されるヘッドアップディスプレイがスクリーン上に描くフレーム画像の概略図である。 図２１Ａに示されるフレーム画像に対応する虚像の概略図である。 第５実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示される他のヘッドアップディスプレイの概略図である。 図１８Ｂに示されるヘッドアップディスプレイのレーザ光源の点灯パターンを概略的に示すタイミングチャートである。 図２２に示されるヘッドアップディスプレイのレーザ光源の点灯パターンを概略的に示すタイミングチャートである。

以下、一実施形態に従うシースルーディスプレイが、図面を用いて説明される。図面中、同一、同様の作用或いは同様の動作をなす構成要素には、同様の符号が付されている。冗長な説明を避けるために、必要に応じて、重複する説明は省略される。一連の実施形態の原理の理解を助けるために、図面に示される構成要素は、模式的に示されている。したがって、図面に示される構成要素の形状も模式的であり、以下に説明される実施形態の原理を何ら限定するものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示されるヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと称される）の概略図である。図１を用いて、ヘッドアップディスプレイが説明される。

（ヘッドアップディスプレイの構成）
図１に概略的にＨＵＤ１００は、例えば、自動車に搭載される。図１には、自動車のフロントガラス２１０が示されている。フロントガラス２１０は、車室の内側境界を規定する内面２１１と、内面２１１とは反対側の外面２１２と、を含む。

ＨＵＤ１００は、レーザ光ＬＢを出射するレーザ光源１１０と、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光ＬＢを投射する投射光学系１２０と、フロントガラス２１０の内面２１１に取り付けられた体積ホログラム２００と、を備える。投射光学系１２０は、レンズ１２１、折返ミラー１２２、液晶パネル１２３、投射レンズ１２４及びスクリーン１２５を備える。本実施形態において、レーザ光源１１０は、光を発する光源として例示される。

ＨＵＤ１００は、制御部１３０を更に備える。制御部１３０は、レーザ光源１１０と液晶パネル１２３とに電気的に接続される。レーザ光源１１０及び液晶パネル１２３は、制御部１３０の制御下で動作する。

（ヘッドアップディスプレイの動作）
図１を用いて、本実施形態のＨＵＤ１００の動作が説明される。

制御部１３０は、レーザ光源１１０に、レーザ光ＬＢを出射させるための制御信号を出力する。レーザ光源１１０は、制御部１３０からの制御信号に応じて、レーザ光ＬＢをレンズ１２１に向けて出射する。レンズ１２１を通過したレーザ光ＬＢは、折返ミラー１２２によって液晶パネル１２３に向けて反射される。この結果、液晶パネル１２３は、レーザ光ＬＢによって２次元的に照明される。

レンズ１２１は、液晶パネル１２３が無駄なく照明されるように、レーザ光ＬＢを拡大する。折返ミラー１２２がレーザ光ＬＢを折り返すように配設されるので、小型のＨＵＤ１００が形成される。尚、レーザ光を拡大するレンズやレーザ光を折り返す折返ミラーは、ＨＵＤの仕様やレーザ光源の特性に応じて省略されてもよい。

制御部１３０は、液晶パネル１２３に、表示される画像のパターンを表示させるための制御信号を出力する。液晶パネル１２３は、制御部１３０からの制御信号に応じて、表示される画像のパターンを作り出す。上述の如く、レーザ光ＬＢは、液晶パネル１２３を照明するので、レーザ光ＬＢは２次元的に強度変調され、映像光ＩＬとして、液晶パネル１２３から出射される。

投射レンズ１２４は、液晶パネル１２３から出射された映像光ＩＬをスクリーン１２５上に結像する。この結果、スクリーン１２５上に画像が表示されることとなる。

体積ホログラム２００は、スクリーン１２５から出射された映像光ＩＬを回折し、運転者ＤＲに向けて偏向する。この結果、運転者ＤＲは、体積ホログラム２００によって拡大された虚像ＶＩをフロントガラス２１０越しに視認することができる。

図１に関連して説明された投射光学系１２０の機能が達成されるならば、他の光学的構成を有する光学系が投射光学系として用いられてもよい。したがって、図１に示される投射光学系１２０の光学的構成は、本実施形態の原理を何ら限定するものではない。

（体積ホログラムの回折原理）
図２Ａは、干渉縞の形成工程下にある体積ホログラム２００の概略図である。図２Ｂは、干渉縞の形成の後にレーザ光ＬＢが入射された体積ホログラム２００の概略図である。図１乃至図２Ｂを用いて、体積ホログラムの回折原理が説明される。

体積ホログラム２００には、干渉縞２０１が形成される。干渉縞２０１を形成するために、図１に関連して説明されたレーザ光ＬＢと略等しい波長のレーザ光（以下、記録光ＲＬと称される）が２光束に分離される。２光束に分離された記録光ＲＬは、図２Ａに示される如く、角度θ１及び角度θ２で体積ホログラム２００に入射される。この結果、干渉縞間隔Γの干渉縞２０１が体積ホログラム２００に形成される。

干渉縞２０１が形成された後、レーザ光ＬＢが角度θ１で体積ホログラム２００に入射するならば、体積ホログラム２００は、所定の回折効率で、レーザ光ＬＢを回折する。この結果、レーザ光ＬＢは、角度θ２の方向に体積ホログラム２００から出射される。この条件は、一般的に、ブラッグ条件と呼ばれる。

（温度変動の影響）
ＨＵＤ１００の周囲の温度の変化が、体積ホログラム２００の回折に与える影響が説明される。

図１に関連して説明されたＨＵＤ１００の様々な要素のうち、ＨＵＤ１００の周囲の温度の変動に影響を受けやすい要素は、主に、体積ホログラム２００及びレーザ光源１１０である。ＨＵＤ１００の周囲の温度の変動によって体積ホログラム２００及びレーザ光源１１０が受ける影響が説明される。

体積ホログラム２００は、ＨＵＤ１００の周囲の温度の変動に応じて、膨張又は収縮する。この結果、干渉縞間隔Γが変動する。干渉縞間隔Γの変動は、体積ホログラム２００の回折角度や回折効率の変動に帰結する。例えば、レーザ光ＬＢの波長が一定であり、且つ、ＨＵＤ１００の周囲の温度の上昇に起因して、体積ホログラム２００が等方的に膨張するならば、図２Ｂに示される如く、角度θ１より角度θ２が大きいとき、角度θ１で入射したレーザ光ＬＢは、体積ホログラム２００が膨張する前の角度θ２よりも小さな角度で、体積ホログラム２００から出射することとなる。ブラッグ条件からの逸脱の結果、ＨＵＤ１００の周囲の温度が上昇する前と比べて、回折効率も低下する。ＨＵＤ１００の周囲の温度が低下するならば、角度θ１で体積ホログラム２００に入射したレーザ光ＬＢは、逆に、角度θ２よりも大きな角度で体積ホログラム２００から出射することとなる。角度θ１が角度θ２よりも小さい条件下では、ＨＵＤ１００の周囲の温度が上昇するならば、レーザ光ＬＢは、体積ホログラム２００の膨張前の角度θ２よりも大きな角度で、体積ホログラム２００から出射する。逆に、ＨＵＤ１００の周囲の温度が低下するならば、レーザ光ＬＢは、体積ホログラム２００の収縮前の角度θ２よりも小さな角度で、体積ホログラム２００から出射する。

上述の如く、温度変動に起因して、体積ホログラム２００が膨張又は収縮するならば、角度θ１と角度θ２との間の大小関係に応じて、ブラッグ条件からの逸脱方向は相違する。しかしながら、いずれの場合においても、ブラッグ条件からの逸脱は生ずるので、ＨＵＤ１００の周囲の温度が変動する前と比べて、回折効率は低下することとなる。

本実施形態のレーザ光源１１０として、半導体レーザ光源が例示される。半導体レーザ光源の周囲の温度が変動すると、半導体レーザ光源から出射されるレーザ光ＬＢの波長が変動する。一般的に、半導体レーザ光源の周囲の温度が高くなるほど、半導体のバンド構造の禁制帯の幅が狭くなる。この結果、半導体レーザ光源からのレーザ光ＬＢの発振波長は低エネルギ側（長波長側）にシフトする。レーザ光ＬＢの波長の変動は、体積ホログラムでの回折角や回折効率の変動に帰結する。

体積ホログラム２００の干渉縞間隔Γが一定である条件の下、レーザ光源１１０として用いられる半導体レーザ光源の周囲の温度の上昇に起因して、レーザ光ＬＢの波長が長波長側にシフトし、且つ、図２Ｂに示される如く、角度θ１より角度θ２の方が大きいならば、角度θ１で体積ホログラム２００に入射したレーザ光ＬＢは、レーザ光ＬＢの波長が変動する前の角度θ２よりも大きな角度で体積ホログラム２００から出射する。ブラッグ条件からの逸脱の結果、レーザ光源１１０の周囲の温度が上昇する前と比べて、回折効率は低下する。逆に、レーザ光源１１０の周囲の温度が低下するならば、レーザ光ＬＢは、角度θ２よりも小さな角度で体積ホログラム２００から出射する。角度θ２が角度θ１より小さく、且つ、レーザ光源１１０の周囲の温度が上昇するならば、レーザ光ＬＢは、レーザ光ＬＢの波長が変動する前の角度θ２よりも小さな角度で体積ホログラム２００から出射する。逆に、レーザ光源１１０の周囲の温度が低下するならば、レーザ光ＬＢは、角度θ２よりも大きな角度で体積ホログラム２００から出射する。

上述の如く、温度変動に起因して、レーザ光ＬＢの波長が変動するならば、角度θ１と角度θ２との間の大小関係に応じて、ブラッグ条件からの逸脱方向は相違する。しかしながら、いずれの場合においても、ブラッグ条件からの逸脱は生ずるので、レーザ光源１１０の周囲の温度が変動する前と比べて、回折効率は低下することとなる。

上述の検討から、ＨＵＤ１００の周囲の温度変動に起因する体積ホログラム２００の膨張又は収縮によって引き起こされるブラッグ条件からの逸脱方向は、好ましくは、レーザ光源１１０の周囲の温度の変動に起因するレーザ光源１１０の波長変動によって引き起こされるブラッグ条件からの逸脱方向とは反対となるように設定される。ＨＵＤ１００及び／又はレーザ光源１１０の周囲の温度の変動の結果、体積ホログラム２００の膨張又は収縮及びレーザ光ＬＢの波長シフトが同時に生ずると、ブラッグ条件からのずれは相殺される。

レーザ光源１１０として、温度上昇によって波長が長波長側にシフトする光源（例えば、半導体レーザ光源）が用いられるならば、温度変動に起因して体積ホログラムが単独で膨張又は収縮する場合や温度変動に起因してレーザ光源から出射されるレーザ光の波長が単独で変動する場合と比較して、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に伴う輝度の低下といった画質の劣化が生じにくくなる。

半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の温度変動量は、一般的に、半導体レーザ光源に用いられる半導体の種類に依存する。例えば、一般的に使用される赤色レーザ光源として、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）からなる組成の活性層を持つ半導体レーザ光源が例示される。当該半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の温度依存性Ｋは、約０．２ｎｍ／℃である。シースルーディスプレイに一般的に用いられる体積ホログラムの線膨張係数αは、約２．０×１０^−４／℃である。

図３は、体積ホログラムの温度膨張特性及びレーザ光の波長の温度依存特性を概略的に示すグラフである。図３を用いて、体積ホログラムの温度膨張特性及びレーザ光の波長の温度依存特性が説明される。

図３に示される温度膨張特性は、２．０×１０^−４／℃の線膨張係数αを有する体積ホログラムから得られている。また、図３に示されるレーザ光の波長の温度依存特性は、０．２ｎｍ／℃の波長の温度依存性Ｋを有する赤色半導体レーザ光源から出射された赤色レーザ光から得られている。

図３のグラフの横軸は、温度を表す。図３のグラフの左の縦軸は、温度変動に起因して変動する波長の変動割合を表す。図３のグラフの右の縦軸は、温度変動に起因して膨張する体積ホログラムの干渉縞間隔Γの変動割合を表す。

図３に示されるグラフにおいて、２５℃における赤色レーザ光の波長は、６３７ｎｍである。温度が、例えば、４５℃であるとき、温度変動量は２０℃である。したがって、温度が２５℃から４５℃に上昇したときの波長の変動割合は、０．００６３（＝２０（℃）×０．２（ｎｍ／℃）÷６３７（ｎｍ））となる。また、温度が２５℃から４５℃に上昇したときの体積ホログラムの干渉縞間隔Γの一次元方向の変動割合は、０．００４（＝２．０×１０^−４／℃×２０℃）となる。したがって、波長の変動割合と干渉縞間隔Γの変動割合との間の差異は、０．００２３となる。

上述の検討から、体積ホログラムとともに上述の波長依存性を有する半導体レーザ光源が用いられるならば、温度変動に起因するブラッグ条件からのずれが好適に低減されることが分かる。したがって、体積ホログラムを利用するＨＵＤといったシースルーディスプレイの光源として、温度上昇によって波長が長波長側にシフトする光源（例えば、半導体レーザ光源）が用いられるならば、温度変動が生じても、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度低下といった画質の劣化が生じにくくなる。

半導体レーザ光源は、一般的に、レーザ光源の中で最も安価である。したがって、ＨＵＤの光源として半導体レーザ光源が用いられるならば、安価なＨＵＤが提供される。尚、上述の組成以外の半導体を用いた半導体レーザ光源でも、上述の効果が得られることは明らかである。したがって、本実施形態の原理は、上述の組成の半導体を有する赤色半導体レーザ光源に限定されるものではない。更に、光源からの光の波長が、上述の特性と同様の温度特性を有するならば、半導体レーザ光源以外の光源であっても、上述の効果は得られる。

本発明者は、上述の原理に基づく検討の結果、以下の条件において、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の劣化が生じにくくなることを見出した。図１乃至図３を用いて、画質の劣化を抑制するための条件が説明される。

体積ホログラム２００が、α（／℃）の線膨張係数と、Λ（ｎｍ）の波長の記録光ＲＬで記録された干渉縞２０１を有し（図２Ａ参照）、レーザ光源１１０から発せられたレーザ光ＬＢの波長がＫ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有するならば、波長Λ（ｎｍ）及び温度依存性Ｋ（ｎｍ／℃）が、以下の数式１に示される関係を満たすとき、体積ホログラム２００を利用したシースルーディスプレイ（ＨＵＤ１００）において、温度変動に起因するブラッグ条件からの逸脱が低減される。

［数１］
０≦Ｋ／Λ≦２α

上述の数式１の関係が満たされるならば、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の劣化が生じにくくなる。

図４は、本実施形態の他のシースルーディスプレイとして例示されるＨＵＤの概略図である。図１及び図４を用いて、ＨＵＤが説明される。

図４に示されるＨＵＤ１００Ａは、図１に関連して説明されたＨＵＤ１００と同様の投射光学系１２０を備える。ＨＵＤ１００Ａは、図１に関連して説明されたＨＵＤ１００と異なり、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂを含む光源１５０を備える。赤色半導体レーザ光源１１０Ｒは、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を出射する。緑色半導体レーザ光源１１０Ｇは、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を出射する。青色半導体レーザ光源１１０Ｂは、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を出射する。本実施形態において、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂそれぞれは、光源要素として例示される。

ＨＵＤ１００Ａは、制御部１３０Ａを更に備える。制御部１３０Ａは、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ、青色半導体レーザ光源１１０Ｂ並びに液晶パネル１２３それぞれに電気的に接続される。赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ、青色半導体レーザ光源１１０Ｂ並びに液晶パネル１２３は、制御部１３０Ａの制御下で動作する。

ＨＵＤ１００Ａは、ダイクロイックミラー１５１、１５２を更に備える。赤色半導体レーザ光源１１０Ｒは、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）をダイクロイックミラー１５１に向けて出射する。また、青色半導体レーザ光源１１０Ｂも、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）をダイクロイックミラー１５１に向けて出射する。ダイクロイックミラー１５１は、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を合波する。ダイクロイックミラー１５１によって合波されたレーザ光は、ダイクロイックミラー１５２へ向けて伝搬する。緑色半導体レーザ光源１１０Ｇは、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）をダイクロイックミラー１５２に向けて出射する。ダイクロイックミラー１５２は、ダイクロイックミラー１５１によって合波されたレーザ光と緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）とを合波する。ダイクロイックミラー１５２によって合波された３色のレーザ光は、投射光学系１２０へ入射する。

投射光学系１２０は、図１に関連して説明された如く、レンズ１２１、折返ミラー１２２、液晶パネル１２３、投射レンズ１２４及びスクリーン１２５を備える。赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）は、液晶パネル１２３を照明する。この結果、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を含む映像光ＩＬが液晶パネル１２３から出射される。その後、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）によって描かれる画像がスクリーン１２５上に表示される。

ＨＵＤ１００Ａは、フロントガラス２１０の内面２１１に取り付けられた体積ホログラム２００Ａを更に備える。スクリーン１２５から出射された赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）は、体積ホログラム２００Ａによって回折され、運転者ＤＲに向けて偏向される。この結果、運転者ＤＲは、体積ホログラム２００Ａによって拡大された虚像ＶＩをフロントガラス２１０越しに視認することができる。

体積ホログラム２００Ａは、赤色、緑色及び青色のそれぞれの色相に対応する干渉縞が多重に記録された単一のホログラム素子であってもよい。代替的に、体積ホログラム２００Ａは、赤色の色相に対応する干渉縞が形成されたホログラム素子、緑色の色相に対応する干渉縞が形成されたホログラム素子及び青色の色相に対応する干渉縞が形成されたホログラム素子が積層されることによって形成されてもよい。

図１に関連して説明された如く、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び／又は青色半導体レーザ光源１１０Ｂの周囲の温度が上昇すると、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長は、長波長側にそれぞれシフトする。

図５は、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長の温度依存特性を概略的に示すグラフである。図２Ｂ、図４及び図５を用いて、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長の温度依存特性が説明される。

図５のグラフの横軸は、温度を表す。図５のグラフの縦軸は、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び／又は青色半導体レーザ光源１１０Ｂの周囲の温度変動に起因して変動する波長の変動割合を表す。

図５のグラフは、２５℃における赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長が、温度変動に伴って、どの程度変化したかを表す。図５中において、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒからの赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の波長の温度依存性は、「Ｋｒ」の記号を用いて表されている。緑色半導体レーザ光源１１０Ｇからの緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長の温度依存性は、「Ｋｇ」の記号を用いて表されている。青色半導体レーザ光源１１０Ｂからの青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長の温度依存性は、「Ｋｂ」の記号を用いて表されている。

赤色半導体レーザ光源１１０Ｒは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）からなる組成の活性層を持つ半導体レーザ光源であってもよい。この場合、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の波長の温度依存性Ｋｒは、約０．２ｎｍ／℃となる。

緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、窒素（Ｎ）からなる組成の活性層を持つ広く知られた半導体レーザ光源であってもよい。この場合、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長の温度依存性Ｋｇは、約０．０４ｎｍ／℃となる。また、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長の温度依存性Ｋｂも、約０．０４ｎｍ／℃となる。

図５において、２５℃の温度において、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒからの赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の波長は、６３７ｎｍである。緑色半導体レーザ光源１１０Ｇからの緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長は、５３２ｎｍである。青色半導体レーザ光源１１０Ｂからの青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長は、４４５ｎｍである。

体積ホログラム２００Ａの干渉縞の記録に用いられた記録光の波長に対して、２５℃において略等しい波長のレーザ光を出射する半導体レーザ光源が用いられるとき、半導体レーザ光源の周囲の温度が上昇するならば、半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の波長は、長波長側にシフトする。この結果、ブラッグ条件が満たされなくなり、回折角が変動する。

図２Ｂに示される如く、体積ホログラム２００Ａに対してレーザ光ＬＢが入射する角度θ１より体積ホログラム２００Ａからレーザ光ＬＢが出射する角度θ２の方が大きいというブラッグ条件下において、レーザ光ＬＢの波長が長くなると、上述の如く、体積ホログラム２００Ａから出射するレーザ光ＬＢの体積ホログラム２００Ａからの出射角度は、角度θ２よりも大きくなる。例えば、ＨＵＤ１００Ａの光源１５０のうち緑色半導体レーザ光源１１０Ｇに代えて、温度変動に拘わらず波長が一定となる特性を有するレーザ光源（例えば、固体レーザ素子から出射される基本波を波長変換し、緑色レーザ光を生成する波長変換レーザ光源）が用いられるならば、当該レーザ光源の周囲の温度が、例えば、４５℃となっても、緑色レーザ光の波長はほとんど変動しない。その一方で、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の波長は、２５℃の条件下の波長よりも約０．００６２倍の波長分だけ長くなる。したがって、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）と温度変動の影響を受けにくい緑色レーザ光源から出射された緑色レーザ光との間で、体積ホログラム２００Ａから出射されるときの角度θ２に差異が生ずる。したがって、運転者ＤＲは、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）で描かれた赤色画像と温度変動の影響を受けにくい緑色レーザ光源から出射された緑色レーザ光で描かれた緑色画像との間で、０．００６２倍の波長変動割合に対応する量だけ色ずれした虚像ＶＩを視認することとなる。

本実施形態のＨＵＤ１００Ａは、光源１５０として、温度上昇に応じて、出射される光の波長が長波長側にシフトする光源（赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂ）を有する。例えば、４５℃において、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇから出射される緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長は、２５℃における波長よりも約０．００１６倍の波長分だけ長くなる。

緑色の色相の光を発する光源として、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇが用いられるならば、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）と緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）との間における体積ホログラム２００Ａからの出射角の差異は、温度に依存することなく一定の波長の緑色のレーザ光を発するレーザ光源が用いられたときと比べて、約１／４（（０．００６２−０．００１６）／０．００１６＝０．７４）だけ低減される。したがって、画像ずれ量も、約１／４だけ低減される。

上述の画像ずれ量の低減の原理は、光源が発する色相に限定されるものではない。上述の画像ずれ量の低減の原理は、任意の色相のレーザ光を発する光源に対して、同様に当てはめられる。

したがって、本実施形態の原理は、異なる色相（異なる波長）の光を発するｎ個（ｎは、１より大きい整数）の光源要素を有するシースルーディスプレイ（ヘッドアップディスプレイ）に適用される。ｎ個の光源要素全てが、温度上昇に伴って、長波長側への波長のシフトを引き起こすならば、温度変動に起因する画像間（色相の異なる画像間）での相対的な位置ずれが緩和される。したがって、ＨＵＤは、高画質の画像を表示することができる。

本実施形態において、温度変動に起因する画像ずれが説明されている。しかしながら、ＨＵＤの使用環境温度が一定に管理されている条件下においても、体積ホログラムに干渉縞を記録するために用いられた記録光の波長に対して、画像形成に用いられるレーザ光の波長が相違するならば、上述と同様の理由で、画像形成に用いられるレーザ光の偏光方向は、干渉縞の記録時に設定された方向と相違することとなる。

複数の色相のレーザ光を、所定温度において、干渉縞の記録時と同じ方向に偏向させ、画像を形成するならば（例えば、ＨＵＤ１００Ａのように）、所定温度において、干渉縞の記録に用いられた記録光と同じ波長のレーザ光を出射するレーザ光源が必要とされる。このことは、使用可能な波長の範囲が狭くする。したがって、例えば、安価な半導体レーザ光源が画像形成のための光源として用いられると、歩留まりの悪化が引き起こされる。

以下に説明される本発明者の検討により、使用可能な波長範囲は拡大される。

例えば、２５℃の温度条件下で、複数の半導体レーザ光源（ｎ個の光源要素）から出射されるレーザ光の波長が測定される。尚、複数の半導体レーザ光源は、異なる波長（λ１、λ２、・・・、λｎ）のレーザ光を発するように形成されている。測定された波長と体積ホログラムの干渉縞の記録に用いられた記録光の波長（Λ１、Λ２、・・・、Λｎ）との間のずれの割合が、その後算出される。測定された半導体レーザ光源の中で、算出されたずれの割合が近いもの同士が選択的に組み合わせられるならば、角度θ２に対する異なる波長（λ１、λ２、・・・、λｎ）のレーザ光の回折角のずれが低減される。尚、波長Λ１は、画像形成に用いられるレーザ光の波長λ１を回折するための干渉縞を記録するために用いられた記録光の波長である。波長Λ２は、画像形成に用いられるレーザ光の波長λ２を回折するための干渉縞を記録するために用いられた記録光の波長である。波長Λｎは、画像形成に用いられるレーザ光の波長λｎを回折するための干渉縞を記録するために用いられた記録光の波長である。

赤色の色相のレーザ光を回折するための干渉縞を形成するために用いられる赤色レーザ光源から出射される波長は、以下の説明において、「Λｒ」の記号を用いて表される。緑色の色相のレーザ光を回折するための干渉縞を形成するために用いられる緑色レーザ光源から出射される波長は、以下の説明において、「Λｇ」の記号を用いて表される。青色の色相のレーザ光を回折するための干渉縞を形成するために用いられる青色レーザ光源から出射される波長は、以下の説明において、「Λｂ」の記号を用いて表される。

ＨＵＤ１００Ａに搭載された赤色半導体レーザ光源１１０Ｒから出射される赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の波長は、以下の説明において、「λｒ」の記号を用いて表される。ＨＵＤ１００Ａに搭載された緑色半導体レーザ光源１１０Ｇから出射される緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長は、以下の説明において、「λｇ」の記号を用いて表される。ＨＵＤ１００Ａに搭載された青色半導体レーザ光源１１０Ｂから出射される青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長は、以下の説明において、「λｂ」の記号を用いて表される。

以下の数式２乃至数式４に基づき算出される無次元数が近くなるように赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂが選択されるならば、角度θ２からの赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の回折角のずれが略同等となる。したがって、所定温度における赤色画像、緑色画像及び青色画像間の相対的なずれが低減される。

［数２］
（λｒ−Λｒ）／Λｒ

［数３］
（λｇ−Λｇ）／Λｇ

［数４］
（λｂ−Λｂ）／Λｂ

具体的には、（λｒ−Λｒ）／Λｒ、（λｇ−Λｇ）／Λｇ、（λｂ−Λｂ）／Λｂの最大値と最小値との差異が、０．００５以下であるならば、運転者ＤＲは、所定温度における赤色画像、緑色画像及び青色画像間の相対的なずれをほとんど知覚しない。

例えば、Λｒ＝６３７ｎｍ、Λｇ＝５３２ｎｍ、Λｂ＝４４５ｎｍであり、且つ、２５℃において、λｒ＝６４０ｎｍ、λｇ＝５３４ｎｍ、λｂ＝４４８ｎｍであるならば、（λｒ−Λｒ）／Λｒ、（λｇ−Λｇ）／Λｇ、（λｂ−Λｂ）／Λｂはそれぞれ、０．００４７、０．００３８、０．００６７となる。これらの無次元数の中で、最小値は、０．００３８である。また、最大値は、０．００６７である。したがって、最大値と最小値との差分値は、「０．００６７−０．００３８＝０．００２９」となる。したがって、これらの赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂの組み合わせから得られる無次元数の最大値と最小値との間の差異が０．００５以下となるので、２５℃の温度条件下において、運転者ＤＲは、赤色画像、青色画像及び緑色画像間での相対的なずれをほとんど知覚しない。

上述の如く、所定の温度において、上記数式２乃至数式４で規定される無次元数の範囲が所定の範囲に収まる半導体レーザ光源が組み合わせられる結果、異なる色相で描かれた画像間の相対的なずれが低減される。

ＨＵＤが、異なる波長を出射する複数の光源を備えていても（例えば、図４に関連して説明されたＨＵＤ１００Ａ）、所定温度において測定された波長データに基づき、光源要素が適切に組み合わせられる結果、異なる色相で描かれた画像間の相対的なずれが低減される。加えて、線膨張係数との関係が、上述の数式１で規定される関係が満足されるように設定されるならば、ＨＵＤは、温度変動に拘わらず、色ずれの少ない画像を表示することができる。

本実施形態において、２５℃の温度は、所定の温度として例示される。代替的に、他の温度において測定された波長データが、光源要素の組み合わせの決定のために用いられてもよい。

上述のλｒ、λｇ、λｂ、Λｒ、Λｇ、Λｂの値も一例にすぎず、他の値の波長が用いられてもよい。上述の説明において、主に３色の光源要素が説明されている。しかしながら、２或いは３より多い数の光源要素が用いられてもよい。また、光源要素から出射される光の色相も、赤、緑、青に限定されず、他の色相の光が光源要素から出射されてもよい。

上述の説明において、波長依存性を有する光源として、半導体レーザ光源が例示されている。しかしながら、同様の波長依存性を有する光源が、ＨＵＤに組み込まれてもよい。

（レーザ光源に対する温度制御）
ＨＵＤ１００は、レーザ光源１１０の温度を調整する調整要素を備えてもよい。同様に、ＨＵＤ１００Ａは、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂの温度をそれぞれ調整する調整要素を備えてもよい。

レーザ光源に対する温度制御に関する以下の説明において、体積ホログラムは、図３のグラフに関連して説明されたように、２．０×１０^−４／℃の線膨張係数αを有する。また、半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の温度依存性Ｋは、０．２ｎｍ／℃である。

例えば、ＨＵＤ１００の体積ホログラム２００の周辺の温度が５０℃となると、干渉縞間隔Γは、２５℃の温度の時と比較すると、０．００５倍の干渉縞間隔分だけ、幅広くなる。このとき、レーザ光源１１０として用いられた半導体レーザ光源の周辺の温度が、約４１℃に調整されるならば、２５℃におけるレーザ光ＬＢの波長に対して、約０．００５倍の波長分だけ長い波長のレーザ光ＬＢが出射される。

上述の如く、半導体レーザ光源のように、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長が温度依存性を有するならば、体積ホログラムの線膨張係数α及びレーザ光の波長の温度依存性Ｋに基づき、レーザ光源の温度が決定されることが好ましい。この結果、ブラッグ条件からのずれが低減され、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の低下が生じにくくなる。

上記説明において、ＨＵＤの光源として、温度上昇時に波長が長波長側にシフトする温度依存性を有する半導体レーザ光源が例示されている。しかしながら、温度依存性は、温度上昇時に波長が長波長側にシフトする特性に限定されるものではない。レーザ光源から出射されるレーザ光の波長が何らかの温度依存性を有しているならば、上述の効果は得られる。

上述の説明において、体積ホログラムの線膨張係数αの値として、「２．０×１０^−４／℃」が例示されている。しかしながら、他の線膨張係数の値でも、上述の効果は得られる。

図６は、レーザ光源に対する温度調整機能を有するＨＵＤの概略図である。図６を用いて、温度調整機能を有するＨＵＤが説明される。

図６に示されるＨＵＤ１００Ｂは、図１に関連して説明されたＨＵＤ１００と同様のレーザ光源１１０、投射光学系１２０及び体積ホログラム２００に加えて、体積ホログラム２００自体の温度及び／又は体積ホログラム２００の周辺の温度を測定する温度センサ１６０と、レーザ光源１１０の温度を調整するための調整部１６５と、を備える。ＨＵＤ１００Ｂは、制御部１３０Ｂを更に備える。制御部１３０Ｂは、図１に関連して説明された制御部１３０と同様に、レーザ光源１１０及び液晶パネル１２３に電気的に接続される。制御部１３０Ｂは、温度センサ１６０及び調整部１６５にも電気的に接続される。本実施形態において、制御部１３０Ｂ及び調整部１６５は、調整要素として例示される。

温度センサ１６０は、体積ホログラム２００自体の温度及び／又は体積ホログラム２００の周辺の温度を測定し、測定された温度に関する温度情報を制御部１３０Ｂに出力する。制御部１３０Ｂは、温度情報に基づき、レーザ光源１１０の温度に対する目標温度を設定する。調整部１６５は、制御部１３０Ｂの制御下で、レーザ光源１１０の温度が目標温度となるように、レーザ光源１１０の温度を調整する。

図７は、調整部１６５の概略図である。図６及び図７を用いて調整部１６５が説明される。

調整部１６５は、レーザ光源１１０に取り付けられたペルチエ素子１６６とペルチエ素子１６６に取り付けられた放熱板１６７とを備える。制御部１３０Ｂに電気的に接続されたペルチエ素子１６６は、制御部１３０Ｂの制御下でレーザ光源１１０の温度を調整する。

制御部１３０Ｂには、好ましくは、体積ホログラム２００の線膨張係数αやレーザ光源１１０の波長の温度依存性Ｋに関する情報が予め入力されている。この結果、制御部１３０Ｂは、温度センサ１６０からの温度データに基づき、レーザ光源１１０に対する適切な目標温度を略リアルタイムで設定することができる。

本実施形態において、調整部１６５としてペルチエ素子が用いられている。代替的に、レーザ光源の温度を調整することができる他の調温要素（例えば、ヒータ、ファンやコンプレッサ）が用いられてもよい。更に、図６及び図７に示された調温構造に限らず、体積ホログラムの線膨張係数αとレーザ光源が出射するレーザ光の温度依存性とに基づき、レーザ光源の温度を適切に設定することができる他の調温技術が用いられてもよい。

図８は、レーザ光源に対する温度調整機能を有する他のＨＵＤの概略図である。図８を用いて、温度調整機能を有するＨＵＤが説明される。

図８に示されるＨＵＤ１００Ｃは、図４に関連して説明されたＨＵＤ１００Ａと同様の光源１５０、投射光学系１２０及び体積ホログラム２００Ａに加えて、体積ホログラム２００Ａ自体の温度及び／又は体積ホログラム２００Ａの周辺の温度を測定する温度センサ１６０と、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒの温度を調整するための調整部１６５Ｒと、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇの温度を調整するための調整部１６５Ｇと、青色半導体レーザ光源１１０Ｂの温度を調整するための調整部１６５Ｂと、を備える。ＨＵＤ１００Ｃは、制御部１３０Ｃを更に備える。制御部１３０Ｃは、図４に関連して説明された制御部１３０Ａと同様に、光源１５０及び液晶パネル１２３に電気的に接続される。制御部１３０Ｃは、温度センサ１６０及び調整部１６５Ｒ、１６５Ｇ、１６５Ｂにも電気的に接続される。本実施形態において、制御部１３０Ｃ及び調整部１６５Ｒ、１６５Ｇ、１６５Ｂは、調整要素として例示される。

温度センサ１６０は、体積ホログラム２００Ａ自体の温度及び／又は体積ホログラム２００Ａの周辺の温度を測定し、測定された温度に関する温度情報を制御部１３０Ｃに出力する。制御部１３０Ｃは、温度情報に基づき、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂに対する目標温度を個別に設定する。調整部１６５Ｒ、１６５Ｇ、１６５Ｂは、制御部１３０Ｃの制御下で、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂの温度がそれぞれ目標温度となるように、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂの温度を調整する。

体積ホログラム２００Ａには、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を回折するための干渉縞、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を回折するための干渉縞及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を回折するための干渉縞が記録されている。赤色半導体レーザ光源１１０Ｒは、２５℃の温度条件下において、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を回折するための干渉縞を記録するために用いられた記録光の中心波長と略等しい波長の赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を出射する。緑色半導体レーザ光源１１０Ｇは、２５℃の温度条件下において、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を回折するための干渉縞を記録するために用いられた記録光の中心波長と略等しい波長の緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を出射する。青色半導体レーザ光源１１０Ｂは、２５℃の温度条件下において、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を回折するための干渉縞を記録するために用いられた記録光の中心波長と略等しい波長の青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を出射する。

光源１５０の周囲温度が常温から上昇したとき、制御部１３０Ｃは、例えば、青色半導体レーザ光源１１０Ｂの目標温度を約３５℃に設定し、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇの目標温度を約３７℃に設定し、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒの温度を約２８℃に設定してもよい。２５℃の温度条件を基準としたとき、光源１５０から出射された赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長変動割合は、いずれも約０．００１である（図５参照）。したがって、光源１５０から出射された赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長の温度依存性に応じて、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂに対する目標温度が個別に設定されると、温度変動に起因する赤色画像、緑色画像及び青色画像間の相対的なずれが低減される。したがって、ＨＵＤ１００Ｃは、高画質な画像を表示することができる。

上述の説明において、波長変動割合が約０．００１となるように、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂそれぞれに対する目標温度が設定されている。代替的に、波長変動割合の他の値を基準に、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂそれぞれに対する目標温度が設定されてもよい。例えば、温度センサ１６０が測定する温度が比較的高いならば、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂそれぞれに対する目標温度は、より高く設定されてもよい。

例えば、制御部１３０Ｃは、青色半導体レーザ光源１１０Ｂの目標温度を４７℃に設定し、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇの目標温度を５１℃に設定し、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒの温度を３１℃に設定してもよい。或いは、制御部１３０Ｃは、他の目標温度の組み合わせを設定してもよい。温度センサ１６０が測定した温度に応じて、制御部１３０Ｃが設定される目標温度を増減するならば、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂに対する温度調整によって消費される電力量が低減される。したがって、ＨＵＤ１００Ｃの消費電力が低減される。

上述の如く、制御部１３０Ｃは、体積ホログラム２００Ａの線膨張係数だけでなく、体積ホログラム２００Ａの干渉縞の記録に用いられた記録光の中心波長及び光源１５０が所定温度において発する光の波長に基づき、光源１５０の温度を調整する。また、上述の説明において、光源１５０からの赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長は、２５℃において、体積ホログラム２００Ａの干渉縞の記録に用いられた記録光の中心波長と略等しくなるように設定されている。２５℃において、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長が体積ホログラム２００Ａの干渉縞の記録に用いられた記録光の中心波長からずれているならば、制御部１３０Ｃは、２５℃における赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長に対しても目標温度を設定してもよい。

例えば、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒが２５℃の温度条件下で出射する赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の波長が、６３８ｎｍであり、且つ、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を回折するための干渉縞の記録に用いられた記録光の波長が６３７ｎｍであるならば、温度センサ１６０によって測定された温度が２５℃であるとき、制御部１３０Ｃは、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒの温度を２５℃よりも５℃（＝１（ｎｍ）÷０．２（ｎｍ／℃））低い目標温度を設定してもよい。即ち、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒに対して設定された目標温度は、２０℃となる。その後、温度センサ１６０によって測定された温度が変動するならば、制御部１３０Ｃは、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒに対して、２０℃を基準に目標温度を設定してもよい。制御部１３０Ｃは、他の半導体レーザ光源（緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂ）に対しても、同様の手法に従い、目標温度を設定することができる。

上述の説明において、温度依存性を有する波長のレーザ光を出射するレーザ光源として、半導体レーザ光源が例示されている。代替的に、同様の温度依存性を有する波長の光を発する光源が用いられてもよい。

図９は、体積ホログラムの温度膨張特性及びレーザ光の波長の温度依存特性を概略的に示すグラフである。尚、図９に示されるグラフは、図５に示されるグラフに体積ホログラムの干渉縞間隔Γの変動割合を右側の縦軸として追加したグラフである。図８及び図９を用いて、体積ホログラムの温度膨張特性及びレーザ光の波長の温度依存特性が説明される。

以下の説明において、体積ホログラム２００Ａの線膨張係数は、上述の説明と同様に、２×１０^−４（／℃）である。また、体積ホログラム２００Ａに干渉縞を記録するための記録光として用いられた赤色レーザ光の波長は、以下の説明において、記号「Λｒ（ｎｍ）」で示される。体積ホログラム２００Ａに干渉縞を記録するための記録光として用いられた緑色レーザ光の波長は、以下の説明において、記号「Λｇ（ｎｍ）」で示される。体積ホログラム２００Ａに干渉縞を記録するための記録光として用いられた青色レーザ光の波長は、以下の説明において、記号「Λｂ（ｎｍ）」で示される。ＨＵＤ１００Ｃに搭載される赤色半導体レーザ光源１１０Ｒからの赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の波長の温度依存性は、「Ｋｒ（ｎｍ／℃）」の記号を用いて表されている。ＨＵＤ１００Ｃに搭載される緑色半導体レーザ光源１１０Ｇからの緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長の温度依存性は、「Ｋｇ（ｎｍ／℃）」の記号を用いて表されている。ＨＵＤ１００Ｃに搭載される青色半導体レーザ光源１１０Ｂからの青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長の温度依存性は、「Ｋｂ（ｎｍ／℃）」の記号を用いて表されている。体積ホログラムの線膨張係数は、記号「α（／℃）」を用いて表される。以下の数式５で示される関係が満足されるならば、上述の如く、温度変動に拘わらず波長が一定である特性を有する光源が用いられるときよりも、温度変動に起因するブラッグ条件からのずれが低減される。したがって、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の劣化は生じにくくなる。

［数５］
０≦Ｋｎ／Λｎ≦２α（ｎ＝ｒ、ｇ、ｂ）

図９を参照すると、例えば、体積ホログラム２００Ａの周囲の温度が３５℃であるとき、干渉縞間隔Γは、２５℃のときと比べて、０．００２倍の干渉縞間隔分だけ広くなっている。制御部１３０Ｃが、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒに対する目標温度を３２℃に設定し、青色半導体レーザ光源１１０Ｂに対する目標温度を４７℃に設定し、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇに対する目標温度を５１℃に設定するならば、ブラッグ条件からのずれがキャンセルされる。したがって、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の劣化は生じにくくなる。また、赤色画像、青色画像及び緑色画像の間の相対的なずれもキャンセルされる。したがって、ＨＵＤ１００Ｃは、高画質の画像を表示することができる。

図８に示される温度センサ１６０は、例えば、放射温度計であってもよい。放射温度計は、測定された温度に関する温度情報を制御部１３０Ｃに出力する。この結果、放射温度計が測定した温度が、赤色半導体レーザ光源１１０Ｒ、緑色半導体レーザ光源１１０Ｇ及び青色半導体レーザ光源１１０Ｂの温度制御に反映される。尚、体積ホログラム２００Ａ自体の温度又は体積ホログラム２００Ａの周辺温度は、他の測定方法で測定されてもよい。

図１０は、赤色画像、青色画像及び緑色画像の間の相対的なずれを低減させるための機能を有するＨＵＤの概略図である。図４及び図１０を用いて、赤色画像、青色画像及び緑色画像の間の相対的なずれを低減させるための機能を有するＨＵＤが説明される。

図１０に示されるＨＵＤ１００Ｄは、図４に関連して説明されたＨＵＤ１００Ａと略同様の構造を備える。ＨＵＤ１００Ｄは、図４に関連して説明されたＨＵＤ１００Ａと同様に、体積ホログラム２００Ａ、光源１５０、制御部１３０Ａ、ダイクロイックミラー１５１，１５２及び投射光学系１２０を備える。図面の明瞭化のため、これらの要素は、図１０には示されていない。尚、図１０には、投射光学系１２０のスクリーン１２５が示されている。

ＨＵＤ１００Ｄは、スクリーン１２５と体積ホログラム２００Ａとの間に配設された反射型ホログラム１７０を更に備える。図面の明瞭化のため、図１０には、スクリーン１２５から出射される赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、ＬＢ（ｒ＋）が示されている。赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）は、以下の説明において、体積ホログラム２００Ａの干渉縞の記録に用いられた記録光と同じ波長を有する。赤色レーザ光ＬＢ（ｒ＋）は、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）よりも、例えば、５ｎｍだけ長波長側にシフトした波長を有する。

反射型ホログラム１７０は、体積ホログラム２００Ａの回折角の波長依存線をキャンセルする特性を有する。図１０に示される如く、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）及び赤色レーザ光ＬＢ（ｒ＋）は、反射型ホログラム１７０上の異なる点に入射している。反射型ホログラム１７０は、異なる点に入射した赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）及び赤色レーザ光ＬＢ（ｒ＋）を体積ホログラム２００Ａ上の略同一点に入射させる。この結果、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）及び赤色レーザ光ＬＢ（ｒ＋）は、略同じ角度で体積ホログラム２００Ａから出射する。したがって、波長が異なるレーザ光であっても虚像ＶＩ中の画像間の位置ずれはほとんど生じない。したがって、運転者ＤＲは、虚像ＶＩ中の画像間の位置ずれを略知覚することなく、快適に画像を視認することができる。上述の原理は、青色レーザ光及び緑色レーザ光に対しても同様に適用される。

図１０に関連して説明された原理によれば、例えば、周囲温度が変動しても、赤色画像、緑色画像及び青色画像間の相対的な位置ずれがキャンセルされる。したがって、ＨＵＤ１００Ｄは、高画質な画像を表示することができる。上述の特性を有する反射型ホログラムが用いられるならば、ＨＵＤの光源が半導体レーザ光源のようにレーザ光の波長が温度依存性を有しても、温度調整なしに、画像の位置ズレが生じにくくなる。したがって、ＨＵＤは、高画質の画像を表示することができる。

図１１は、反射型ホログラム１７０の概略的な断面図である。図１０及び図１１を用いて、反射型ホログラム１７０が説明される。

図１１に示される反射型ホログラム１７０は、レリーフホログラムである。尚、反射型ホログラム１７０として、体積ホログラムが用いられてもよい。

図１１に示される反射型ホログラム１７０は、積層された樹脂材料１７１、１７２、１７３を備える。樹脂材料１７１、１７２、１７３は略同一の屈折率を有する。樹脂材料１７１、１７２、１７３の表面には、相補的な表面レリーフ（不連続な凹凸構造）が刻まれている。表面レリーフが刻まれた樹脂材料１７１、１７２、１７３の表面は、互いに隙間無く密着されている。樹脂材料１７１の外面には、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を反射させる反射コート１７４ｒが設けられている。樹脂材料１７１と樹脂材料１７２との間には、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の透過を許容する一方で、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を反射する反射コート１７４ｇが設けられている。樹脂材料１７２と樹脂材料１７３との間には、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）及び緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の透過を許容する一方で、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を反射する反射コート１７４ｂが設けられている。

図１１に示される反射コート１７４ｒ、１７４ｇ、１７４ｂは、例えば、誘電体多層膜の蒸着によって形成される。しかしながら、他の手法を用いて、反射コート１７４ｒ、１７４ｇ、１７４ｂが形成されてもよい。代替的には、反射コート１７４ｒは金属コートであってもよい。

樹脂材料１７１と樹脂材料１７２との間の密着面のレリーフ構造は、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を所望の方向に効率的に回折できるように形成されたブレーズ構造であってもよい。同様に、樹脂材料１７２と樹脂材料１７３との間の密着面のレリーフ構造は、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を所望の方向に効率的に回折できるように形成されたブレーズ構造であってもよい。樹脂材料１７１の外面に形成されたレリーフ構造も、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を所望の方向に効率的に回折できるように形成されたブレーズ構造であってもよい。

図１０に関連して説明された特性（体積ホログラム２００Ａの回折角の波長依存性をキャンセルするための特性）は、樹脂材料１７１、１７２、１７３のレリーフ構造（レリーフのピッチ、厚み、角度といった様々な寸法パラメータ）の最適化によって得られる。

映像光ＩＬが反射型ホログラム１７０に入射すると、映像光ＩＬの赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）は、反射コート１７４ｂ、１７４ｇを透過し、反射コート１７４ｒに到達する。反射コート１７４ｒは、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を反射・回折する。この結果、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）は所望の方向に出射される。映像光ＩＬの緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）は、反射コート１７４ｂを透過し、反射コート１７４ｇに到達する。反射コート１７４ｇは、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を反射・回折する。この結果、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）は、所望の方向に出射される。映像光ＩＬの青色レーザ光ＬＢ（ｂ）が、反射コート１７４ｂに到達すると、反射コート１７４ｂは、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を反射・回折する。この結果、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）は、所望の方向に出射される。

図１１に示される反射型ホログラム１７０が用いられるならば、図１０に関連して説明された如く、例えば、周囲温度が変動しても、赤色画像、緑色画像及び青色画像間の相対的な位置ずれがキャンセルされる。かくして、ＨＵＤ１００Ｄは、高画質な画像を表示することができる。

本実施形態において、反射型ホログラム１７０として、図１１に示されるレリーフホログラムが例示される。代替的に、体積ホログラム２００Ａの回折角の波長依存性を補償することができる他の構造が反射型ホログラム１７０として用いられてもよい。

（体積ホログラムの配置）
図１２は、体積ホログラムを挟持するフロントガラスの概略的な断面図である。図１２を用いて、体積ホログラムの配置が説明される。

車両のフロントガラス２１０Ｅは、典型的には、内面２１１を形成する内ガラス２１５と、外面２１２を形成する外ガラス２１６と、内ガラス２１５と外ガラス２１６との間に配設された中間膜２１７と、を備える。中間膜２１７は、車室内に入射する外光の波長成分を選択的に調整する。例えば、中間膜２１７は、赤外線や紫外線を吸収する吸収特性を有する。

図１２に示される体積ホログラム２００Ｅは、内ガラス２１５と中間膜２１７との間に配設される。体積ホログラム２００Ｅは、典型的には、赤外線領域の光を吸収する特性を有することがある。中間膜２１７には、多くの場合、赤外線吸収剤が添加される。したがって、図１２に示される如く、体積ホログラム２００Ｅが車室（内ガラス２１５）と中間膜２１７との間に配設されるならば、体積ホログラム２００Ｅの熱膨張はほとんど生じない。図１２に示される体積ホログラム２００Ｅの配置は、太陽光が含む赤外線が引き起こす体積ホログラム２００Ｅの昇温並びに熱膨張の影響を低減する。図１２に示される体積ホログラム２００Ｅの配置が、上述のＨＵＤ１００乃至１００Ｄに適用されるならば、ＨＵＤ１００乃至１００Ｄは、高画質の画像を表示することができる。

上述のＨＵＤ１００Ｂ、１００Ｃのように、レーザ光源の温度がフロントガラスの温度に応じて調整されるならば、体積ホログラムの昇温の抑制の結果、レーザ光源の温度の上昇も抑制される。したがって、温度調節に必要とされるエネルギが低減される。

半導体レーザ光源のように、高温環境下において、発光効率が低減する光源が用いられるならば、体積ホログラムの昇温の抑制の結果、昇温に起因する発光効率の低減はほとんど生じない。したがって、ＨＵＤのエネルギ消費量は好適に低減される。

図１２に示される体積ホログラム２００Ｅは、内ガラス２１５と中間膜２１７との間に配設されている。代替的に、体積ホログラムは、内ガラス２１５の内面２１１に取り付けられてもよい。

中間膜２１７が紫外線吸収特性を有するならば、紫外線に起因する体積ホログラム２００Ｅの劣化が生じにくくなる。したがって、図１２に関連して説明された体積ホログラム２００Ｅの配置は、ＨＵＤの耐久性を向上させる。

（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示されるＨＵＤの概略図である。図４及び図１３を用いて、ＨＵＤが説明される。

本実施形態のＨＵＤ３００は、図４に関連して説明されたＨＵＤ１００Ａと同様の制御部１３０Ａ、ダイクロイックミラー１５１，１５２及び投射光学系１２０に加えて、赤色波長変換レーザ光源３１０Ｒ、緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇ及び青色波長変換レーザ光源３１０Ｂを含む光源３５０と、フロントガラス２１０の内面２１１に取り付けられた体積ホログラム３２０と、を備える。赤色波長変換レーザ光源３１０Ｒ、緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇ及び青色波長変換レーザ光源３１０Ｂは、制御部１３０Ａに電気的に接続され、制御部１３０Ａの制御下で動作する。

赤色波長変換レーザ光源３１０Ｒは、基本波を、波長変換素子を用いて高調波に変換し、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を出射する。緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇは、基本波を、波長変換素子を用いて高調波に変換し、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を出射する。青色波長変換レーザ光源３１０Ｂは、基本波を、波長変換素子を用いて高調波に変換し、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を出射する。

ＨＵＤ３００は、半導体レーザ光源に代えて、光源として波長変換レーザ光源を備える点において、図４に関連して説明されたＨＵＤ１００Ａと相違する。他の要素に関連する説明は、ＨＵＤ１００Ａと共通するので、ＨＵＤ１００Ａに対する説明がＨＵＤ３００に援用される。

図１４Ａは、緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇの概略図である。図１３及び図１４Ａを用いて、緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇが説明される。尚、以下の緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇに関連する説明は、赤色波長変換レーザ光源３１０Ｒ及び青色波長変換レーザ光源３１０Ｂにも同様に適用可能である。

緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇは、励起レーザ光ＰＬを出射する励起用の半導体レーザ光源３１１と、集光レンズ３１２と、固体レーザ結晶３１３と、波長変換素子３１４と、を備える。半導体レーザ光源３１１から出射した励起レーザ光ＰＬは、集光レンズ３１２によって集光され、固体レーザ結晶３１３へ入射する。

緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇに組み込まれた半導体レーザ光源３１１は、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を得るために、典型的には、固体レーザ結晶３１３の吸収波長に合わせて、約８０８ｎｍの中心波長を有する励起レーザ光ＰＬを出射する。

固体レーザ結晶３１３は、典型的には、ＹＡＧ（イットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）の複合酸化物にネオジム（Ｎｄ）をドープしたもの）やＹＶＯ_４（イットリウム（Ｙ）とバナジウム（Ｖ）の複合酸化物にネオジム（Ｎｄ）をドープしたもの）であってもよい。ＹＡＧ又はＹＶＯ_４が用いられた固体レーザ結晶３１３は、約１０６４ｎｍの基本波光ＦＬを発する。

固体レーザ結晶３１３は、励起レーザ光ＰＬが入射する入射面３１５と、入射面３１５とは反対側の出射面３１６と、を備える。典型的には、入射面３１５と出射面３１６との間で、共振器が形成される。この結果、約１０６４ｎｍの波長の基本波光ＦＬがレーザ発振する。

波長変換素子３１４は、典型的には、酸化マグネシウムがドープされたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であってもよい。波長変換素子３１４には、分極反転構造が形成される。

波長変換素子３１４に入射した基本波光ＦＬは、波長変換素子３１４内で、基本波光ＦＬの波長の半分の波長に相当する５３２ｎｍの波長の第二高調波に変換される。第二高調波は、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）として、波長変換素子３１４から出射する。

緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の発振波長は、固体レーザ結晶３１３のピーク波長で主に決定される。固体レーザ結晶３１３のピーク波長は、典型的には、約０．０１ｎｍ／℃しか変動しない。即ち、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長は、約０．００５ｎｍ／℃しか変動しない。したがって、周囲温度が変動しても、緑色波長変換レーザー光源の発振波長は、ほとんど変動しないこととなる。赤色波長変換レーザ光源３１０Ｒや青色波長変換レーザ光源３１０Ｂが同様の構造を有するならば、周囲温度が変動しても、これらの発振波長は、同様に、ほとんど変動しないことになる。

ＨＵＤ３００の周囲の温度が変動すると、第１実施形態に関連して説明された如く、体積ホログラム３２０は、膨張又は収縮する。しかしながら、本実施形態において、体積ホログラム３２０に入射する赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長はほとんど変動しない。体積ホログラム３２０の周囲の温度が上昇し、体積ホログラム３２０が膨張すると、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の回折角度は変動する。しかしながら、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の回折角度の変動量は同じであるので、画像の表示位置は変動するものの、赤色画像、緑色画像及び青色画像の表示位置の相対的なずれはほとんど生じない。したがって、ＨＵＤ３００は、高画質な画像を表示することができる。

図１４Ｂは、他の構成を有する緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇの概略図である。図１３乃至図１４Ｂを用いて、緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇが説明される。尚、以下の緑色波長変換光源３１０Ｇに関連する説明は、赤色波長変換レーザ光源３１０Ｒ及び青色波長変換レーザ光源３１０Ｂにも同様に適用可能である。

緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇとして、半導体レーザ光源３１１からの励起レーザ光ＰＬによって励起される固体レーザ結晶を有する光源に代えて、基本波光を発生させるファイバレーザが組み込まれた光源が用いられてもよい。図１４Ｂは、ファイバレーザが組み込まれた緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇを概略的に示す。

緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇは、励起レーザ光ＰＬを出射する励起用の半導体レーザ光源３１１と、集光レンズ３１２と、ファイバレーザ３１７と、を備える。半導体レーザ光源３１１から出射した励起レーザ光ＰＬは、集光レンズ３１２によって集光され、ファイバレーザ３１７へ入射する。

ファイバレーザ３１７は、典型的には、ダブルクラッド構造を有する。ファイバレーザ３１７は、典型的には、例えば、イットリビウム（Ｙｂ）がドープされたコアを備える。インナークラッド部は、典型的には、例えば、石英で構成される。励起レーザ光ＰＬは、通常、インナークラッド部を伝搬する。インナークラッド部を伝搬する励起レーザ光ＰＬは、コアに含まれるＹｂを励起する。

ファイバレーザ３１７の両端部近傍にはファイバグレーティング３１８が構成される。Ｙｂの励起によって生成された赤外線のうちファイバグレーティング３１８によって定められた特定の波長の光のみが、ファイバレーザ３１７のコア内で選択的に共振し、基本波光ＦＬとしてファイバレーザ３１７から出射する。

緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇは、波長変換素子３１４を備える。波長変換素子３１４は、典型的には、酸化マグネシウムがドープされたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であってもよい。ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）には、分極反転構造が形成される。

ファイバレーザ３１７から出射する基本波光ＦＬの波長が１０６４ｎｍであるならば、図１４Ａに関連して説明された如く、波長変換素子３１４は、第二高調波として、５３２ｎｍの波長を有する緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を発生する。緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）は、波長変換素子３１４から出射する。

ファイバレーザ３１７から出射する基本波光ＦＬの波長は、ファイバグレーティング３１８の周期により決定される。上述の如く、ファイバレーザ３１７のコアは、通常、石英で構成され、且つ、石英の線膨張係数は、約６×１０^−７であるので、ファイバレーザ３１７から出射する基本波光ＦＬの波長は、周囲温度の変動に拘わらず、ほとんど変動しない。基本波光ＦＬの波長は、周囲温度の変動に拘わらず、ほとんど変動しないので、基本波光ＦＬの第二高調波として出射される緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長も同様に、周囲温度の変動に拘わらず、ほとんど変動しない。

図１４に関連して説明された光学的構成が、赤色波長変換レーザ光源３１０Ｒ及び青色波長変換レーザ光源３１０Ｂに適用されるならば、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）だけでなく、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）も同様に、周囲温度の変動に拘わらず、波長をほとんど変動させないこととなる。したがって、基本波光を発生させるための光源として、ファイバレーザが用いられた波長変換レーザ光源がＨＵＤ３００に用いられても、周囲温度の変動に拘わらず、赤色画像、緑色画像及び青色画像間の相対的な位置ずれは生じにくくなる。したがって、ＨＵＤ３００は、高画質の画像を表示することができる。

本実施形態の原理は、ｎ個（ｎは１より大きい整数）の光源要素を含む光源を備えるシースルーディスプレイに適用される。ｎ個の光源要素の波長が、周囲温度の変動に拘わらず、ほとんど変動しないならば、ｎ個の光源要素から出射される光によって描かれる画像間の相対的な位置ずれは、周囲温度の変動に拘わらず、生じにくくなる。

ｎ個の光源要素から出射される光の波長の温度依存性が同程度であるならば、上述の原理は、同様に適用される。

以下の説明において、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を回折するための体積ホログラム３２０の干渉縞の記録に用いられた記録光（レーザ光）の波長は、「Λｒ（ｎｍ）」の記号で表される。緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を回折するための体積ホログラム３２０の干渉縞の記録に用いられた記録光（レーザ光）の波長は、「Λｇ（ｎｍ）」の記号で表される。青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を回折するための体積ホログラム３２０の干渉縞の記録に用いられた記録光（レーザ光）の波長は、「Λｂ（ｎｍ）」の記号で表される。赤色波長変換レーザ光源３１０Ｒから出射される赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）の波長依存性は、「Ｋｒ（ｎｍ／℃）」の記号で表される。緑色波長変換レーザ光源３１０Ｇから出射される緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）の波長依存性は、「Ｋｇ（ｎｍ／℃）」の記号で表される。青色波長変換レーザ光源３１０Ｂから出射される青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の波長依存性は、「Ｋｂ（ｎｍ／℃）」の記号で表される。

Ｋｒ／Λｒ、Ｋｇ／Λｇ、Ｋｂ／Λｂの中の最大値と最小値の差分が０．０００１以下であるならば、周囲温度の変動に拘わらず、運転者ＤＲは、赤色画像、緑色画像及び青色画像間間の相対的な位置ずれをほとんど知覚しない。したがって、ＨＵＤ３００は、高画質な画像を表示することができる。

本実施形態において、波長変換レーザ光源として、基本波光を生成するための固体レーザ光源を備える光源及び基本波光を生成するためのファイバレーザを備える光源が例示されている。代替的に、周囲温度の変動に拘わらず基本波光の波長がほとんど変動しない構成を有する他の光源が光源要素として用いられてもよい。

図１５は、基材上に固定された体積ホログラム３２０の概略的な断面図である。図１３及び図１５を用いて、本実施形態の更なる有利な効果が説明される。

図１５には、体積ホログラム３２０が固定される平坦な上面２１１Ｂを含む基材２１０Ｂが示されている。また、図１５には、上面２１１Ｂに垂直な第１方向及び上面２１１Ｂに平行な第２方向が示されている。

以下の説明において、基材２１０Ｂの線膨張係数は、「β（／℃）」の記号で表される。また、体積ホログラム３２０の線膨張係数は、「α（／℃）」の記号で表される。基材２１０Ｂがガラス板であるならば、線膨張係数βは、典型的には、約８×１０^−６（／℃）である。また、体積ホログラム３２０の線膨張係数αは、典型的には、約２×１０^−４（／℃）である。

一般的に、体積ホログラム３２０は、ガラス板といった基材２１０Ｂと比べて、遙かに柔らかい。したがって、周囲温度が変動しても、第２方向における体積ホログラム３２０の膨張幅又は収縮幅は、第２方向における基材２１０Ｂの膨張幅又は収縮幅を超えない。しかしながら、体積ホログラム３２０は、第１方向において、自由に膨張又は収縮することができる。

体積ホログラム３２０が第１方向にのみ膨張又は収縮する（即ち、第２方向における体積ホログラム３２０の膨張又は収縮が生じない）という条件下において、体積ホログラム３２０に入射するレーザ光（赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ））の角度θ１及び波長が変動しないならば、体積ホログラム３２０が第１方向に膨張又は収縮しても、レーザ光が出射する角度θ２はほとんど変動しない。したがって、基材２１０Ｂの線膨張係数βが体積ホログラム３２０の線膨張係数αに対して小さいならば、周囲温度が変動しても、体積ホログラム３２０からレーザ光が出射する角度θ２は変化しにくくなる。基材２１０Ｂの線膨張係数βが体積ホログラム３２０の線膨張係数αよりも小さく設定されるならば、周囲温度が変動しても、画像の表示位置のずれはほとんど生じない。かくして、ＨＵＤ３００は、高画質な画像を表示することができる。

本実施形態において、基材２１０Ｂとして、ガラスが例示される。代替的に、体積ホログラム３２０の線膨張係数αより小さな線膨張係数βを有する他の材料が基材２１０Ｂとして用いられてもよい。例えば、ポリカーボネイト（β＝７×１０^−５）やアクリル（β＝７．５×１０^−５）が基材として用いられてもよい。更に、図１３に示されるフロントガラス２１０も基材としての役割を果たす。したがって、図１３に示される如く、フロントガラス２１０に取り付けられた体積ホログラム３２０は、図１５に関連して説明された効果をもたらす。

（第３実施形態）
第１実施形態の原理では、光源から出射される光の波長の温度依存性が考慮されているが、本実施形態の原理は、光源から出射される光の波長の温度依存性に限定されることなく適用可能である。

図１６は、第３実施形態に従うシースルーディスプレイとして例示されるＨＵＤの概略図である。図４及び図１６を用いて、ＨＵＤが説明される。

本実施形態のＨＵＤ４００は、図４に関連して説明されたＨＵＤ１００Ａと同様のダイクロイックミラー１５１，１５２、投射光学系１２０及び体積ホログラム２００Ａに加えて、赤色レーザ光源４１０Ｒ、緑色レーザ光源４１０Ｇ及び青色レーザ光源４１０Ｂを含む光源４５０と、制御部４３０と、を含む。制御部４３０は、液晶パネル１２３、赤色レーザ光源４１０Ｒ、緑色レーザ光源４１０Ｇ及び青色レーザ光源４１０Ｂに電気的に接続される。液晶パネル１２３、赤色レーザ光源４１０Ｒ、緑色レーザ光源４１０Ｇ及び青色レーザ光源４１０Ｂは、制御部４３０の制御下で動作する。赤色レーザ光源４１０Ｒ、緑色レーザ光源４１０Ｇ及び青色レーザ光源４１０Ｂは、第１実施形態に関連して説明された半導体レーザ光源であってもよい。或いは、赤色レーザ光源４１０Ｒ、緑色レーザ光源４１０Ｇ及び青色レーザ光源４１０Ｂは、第２実施形態に関連して説明された波長変換レーザ光源であってもよい。代替的に、光源４５０は、半導体レーザ光源と波長変換レーザ光源との組み合わせであってもよい。更に代替的に、光源４５０として、他のレーザ光源が用いられてもよい。

赤色レーザ光源４１０Ｒは、制御部４３０の制御下で、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を出射する。緑色レーザ光源４１０Ｇは、制御部４３０の制御下で、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を出射する。青色レーザ光源４１０Ｂは、制御部４３０の制御下で、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を出射する。本実施形態において、赤色レーザ光源４１０Ｒ、緑色レーザ光源４１０Ｇ及び青色レーザ光源４１０Ｂのうち１つは、第１光源要素として例示され、他のもう１つは、第２光源要素として例示される。赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）のうち１つは、第１光として例示され、他のもう１つは、第２光として例示される。

図１７は、ＨＵＤ４００が表示する表示コンテンツの概略図である。図１６及び図１７を用いて、表示コンテンツが説明される。

制御部４３０は、光源４５０及び液晶パネル１２３を制御し、注意コンテンツＣＴ１、速度コンテンツＣＴ２及び案内コンテンツＣＴ３を含む表示コンテンツを表示する。図１７に示される如く、制御部４３０は、液晶パネル１２３を制御し、注意コンテンツＣＴ１と速度コンテンツＣＴ２とを所定の距離「Ｗ」だけ垂直方向に離間させる。また、制御部４３０は、液晶パネル１２３を制御し、注意コンテンツＣＴ１及び速度コンテンツＣＴ２を、案内コンテンツＣＴ３から水平方向に離間させ、これらの間での重なりをなくしている。

本実施形態において、注意コンテンツＣＴ１は、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）を用いて描かれている。速度コンテンツＣＴ２は、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）を用いて描かれている。案内コンテンツＣＴ３は、青色レーザ光ＬＢ（ｂ）を用いて描かれている。本実施形態において、注意コンテンツＣＴ１、速度コンテンツＣＴ２及び案内コンテンツＣＴ３のうち１つは、第１画像として例示され、他のもう１つは第２画像として例示される。

上述の如く、表示コンテンツ中において、注意コンテンツＣＴ１、速度コンテンツＣＴ２及び案内コンテンツＣＴ３間の重なりは生じないので、赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の混色なしに、ＨＵＤ４００は、表示コンテンツを表示する。したがって、周囲温度の変動といった環境変化に応じて、体積ホログラム２００Ａに対する赤色レーザ光ＬＢ（ｒ）、緑色レーザ光ＬＢ（ｇ）及び青色レーザ光ＬＢ（ｂ）の出射角が変動しても、運転者ＤＲは、注意コンテンツＣＴ１、速度コンテンツＣＴ２及び案内コンテンツＣＴ３の位置の変化を色ずれとして知覚することはない。

図１７に示される如く、上下方向に整列された注意コンテンツＣＴ１及び速度コンテンツＣＴ２は、所定の距離「Ｗ」だけ離間している。したがって、温度変動に起因して、注意コンテンツＣＴ１及び速度コンテンツＣＴ２の位置が相対的に変動しても、注意コンテンツＣＴ１及び速度コンテンツＣＴ２はオーバーラップしにくい。したがって、ＨＵＤ４００は、様々な種類の光源要素を用いて、色ずれとして視認されにくい画像を表示することができる。かくして、高画質の画像が運転者ＤＲに提供される。

本実施形態において、表示コンテンツとして、３種類の画像（注意コンテンツＣＴ１、速度コンテンツＣＴ２及び案内コンテンツＣＴ３）が例示される。代替的に、ＨＵＤは、他の内容の画像、及び／又は、より多い又は少ない種類の画像を表示してもよい。例えば、ＨＵＤが４つの色相で表示コンテンツを作成するならば、４種類のレーザ光源が使用される。赤、緑及び青以外の色相（例えば、黄色）で画像を表示するならば、光源として黄色レーザ光源が用いられてもよい。波長の温度依存性が略同一の光源の組み合わせが用いられるならば、これらの光源によって表現される色のみが混色によって表現されてもよい。

（第４実施形態）
図１８Ａは、第４実施形態のシースルーディスプレイとして例示されるＨＵＤの概略図である。図１８Ａを用いて、第４実施形態のＨＵＤが説明される。

本実施形態のＨＵＤ５００は、レーザ光ＬＢを出射するレーザ光源５１０と、レーザ光源５１０から出射された出射されたレーザ光ＬＢを投射する投射光学系５２０と、フロントガラス２１０の内面２１１に取り付けられた体積ホログラム５３０と、を備える。投射光学系５２０は、ＭＥＭＳミラー５２３と、スクリーン５２５と、を備える。本実施形態において、レーザ光源５１０は、光を発する光源として例示される。

ＨＵＤ５００は、レーザ光源５１０とＭＥＭＳミラー５２３との間に配設された１／２波長板５４０と、レーザ光源５１０、ＭＥＭＳミラー５２３及び１／２波長板５４０にそれぞれ電気的に接続された制御部５５０を更に備える。レーザ光源５１０、ＭＥＭＳミラー５２３及び１／２波長板５４０は、制御部５５０の制御下で動作する。

レーザ光源５１０は、制御部５５０の制御下で、レーザ光ＬＢを出射する。レーザ光ＬＢは、１／２波長板５４０を通過し、ＭＥＭＳミラー５２３によって、体積ホログラム５３０に向けて反射される。１／２波長板５４０は、ＭＥＭＳミラー５２３がレーザ光ＬＢを反射する前に、レーザ光ＬＢの偏光方向を変調する。本実施形態において、１／２波長板５４０は、変調要素として例示される。

制御部５５０の制御下で動作するＭＥＭＳミラー５２３は、レーザ光ＬＢを２次元的にスクリーン５２５上で走査し、スクリーン５２５を照明する。このとき、レーザ光源５１０は、表示される画像に応じて、ＭＥＭＳミラー５２３の走査に同期して、レーザ光ＬＢを変調する。この結果、スクリーン５２５上に所望の画像が表示される。その後、スクリーン５２５に描かれた画像に応じた映像光ＩＬがスクリーン５２５から体積ホログラム５３０に出射される。体積ホログラム５３０は、運転者ＤＲに向けて映像光ＩＬを回折する。この結果、運転者ＤＲは、フロントガラス２１０越しに虚像ＶＩを視認する。

図１８Ｂは、１／２波長板５４０を備えないＨＵＤの概略図である。図１８Ａ及び図１８Ｂを用いて、１／２波長板５４０を備えないＨＵＤが説明される。

図１８Ｂに示されるＨＵＤ９００は、図１８Ａに示されるＨＵＤ５００と同様に、レーザ光源５１０、投射光学系５２０、体積ホログラム５３０及び制御部９５０を備える。しかしながら、ＨＵＤ９００は、ＨＵＤ５００と異なり、１／２波長板５４０を備えない。また、制御部９５０は、投射光学系５２０のＭＥＭＳミラー５２３とレーザ光源５１０を制御し、１／２波長板５４０を制御しない。ＨＵＤ９００の動作は、図１８Ａに関連して説明された１／２波長板５４０の動作を除いて、ＨＵＤ５００の動作と同様である。

図１９Ａは、ＨＵＤ９００がスクリーン５２５上に描く画像の概略図である。図１９Ｂは、運転者ＤＲが視認する虚像ＶＩの概略図である。図２Ｂ、図１８Ａ乃至図１９Ｂを用いて、１／２波長板５４０の効果が説明される。

レーザ光源５１０は、例えば、半導体レーザ光源であってもよい。半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の波長は、レーザ光のパワーに応じて変動することが知られている。

半導体レーザ光源として、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（ｐ）からなる組成の活性層を持つ赤色レーザ光を出射する赤色半導体レーザー光源が例示される。赤色半導体レーザ光源は、典型的には、約０．００５ｎｍ／ｍＷのパワー依存性を有する。

図１９Ａに示される画像は、低い輝度のレーザ光によって描かれる低輝度領域ＬＢＡと、高い輝度のレーザ光によって描かれる高輝度領域ＨＢＡと、を含む。低輝度領域ＬＢＡ及び高輝度領域ＨＢＡは交互に配列されている。高輝度領域ＨＢＡを描くレーザ光の波長は、半導体レーザ光源の上述の特性にしたがって、低輝度領域ＬＢＡを描くレーザ光の波長よりも長くなる。この結果、虚像ＶＩ上では、低輝度領域ＬＢＡに対して、高輝度領域ＨＢＡの位置がシフトすることとなる。

例えば、図１９Ｂに示される如く、低輝度領域ＬＢＡに対して高輝度領域ＨＢＡの位置が下方にずれると、虚像ＶＩ中において、高輝度領域ＨＢＡと低輝度領域ＬＢＡとの間の隙間又は重なりが生ずる。

虚像ＶＩ中での低輝度領域ＬＢＡ及び高輝度領域ＨＢＡの相対的な移動方向（上下方向）は、図２Ｂに示されるブラッグ条件下でのレーザ光ＬＢの入射角と出射角との関係によって定められる。例えば、図２Ｂに示される如く、体積ホログラムへ入射する角度θ１が体積ホログラムから出射する角度θ２より小さいならば、波長が長いほど（輝度が高いほど）、角度θ２よりも大きな角度でレーザ光ＬＢは出射する。逆に、角度θ１が角度θ２よりも小さいならば、波長が長いほど（輝度が高いほど）、角度θ２よりも小さな角度でレーザ光ＬＢは出射する。

図１９Ａに示されるＨＵＤ５００は、上述の如く、レーザ光源５１０とＭＥＭＳミラー５２３との間に配設された１／２波長板５４０を備える。また、１／２波長板５４０は、制御部５５０の制御下で動作する。

レーザ光源５１０は、画像形成のために、同一パワーで、所定の方向に単一偏光のレーザ光ＬＢを出力する。制御部５５０は、表示対象の画像データとＭＥＭＳミラー５２３の走査位置に応じて、１／２波長板５４０を回転し、１／２波長板５４０を透過するレーザ光ＬＢの偏光方向を変調する。最高輝度で画像が描かれるとき、ＭＥＭＳミラー５２３の直前に配設された１／２波長板５４０は、レーザ光ＬＢの偏光方向を図１８Ａの紙面に対して垂直方向に設定する。この結果、体積ホログラム５３０に対して、レーザ光ＬＢは、Ｓ偏光で入射する。

体積ホログラムは、一般的に、Ｓ偏光が入射すると、高い回折効率を達成する一方で、Ｐ偏光に対しては低い回折効率を有する。したがって、Ｓ偏光で入射した部分のみが明るく点灯することとなる。

１／２波長板５４０が、レーザ光ＬＢの偏光方向を図１８Ａの紙面において上下方向に設定するように、制御部５５０が１／２波長板５４０の角度を設定すると、レーザ光ＬＢは、体積ホログラム５３０に対してＰ偏光で入射する。この結果、Ｐ偏光が入射した部分は暗くなる。制御部５５０が、１／２波長板５４０の角度を適切に調節すると、体積ホログラム５３０へ入射するレーザ光ＬＢのＰ偏光とＳ偏光の割合が調整され、任意の階調で表現された画像が表示される。

レーザ光源５１０のパワーが一定に保たれるので、体積ホログラム５３０へ入射するレーザ光ＬＢの波長も略一定になる。したがって、図１９Ｂに関連して説明された輝度差に起因する画像ずれは生じにくくなる。

本実施形態の原理にしたがうと、ＭＥＭＳミラーといった走査光学系を用いてレーザ光を点状走査し、輝度差に起因する画像ずれの少ない画像が表示される。したがって、ＨＵＤ５００は、高画質の画像を表示することができる。

本実施形態において、偏光方向を調整する変調要素として、１／２波長板５４０が例示される。代替的に、レーザ光の偏光方向を任意のタイミングで調整することができる他の光学素子が変調要素として用いられてもよい。

本実施形態において、出力に応じて波長が変動するレーザ光を出射する光源として、半導体レーザが例示される。同様の特性を有する光源が用いられるならば、本実施形態の原理に従い、高画質の画像が表示されることとなる。

図２０は、第４実施形態のシースルーディスプレイとして例示される他のＨＵＤの概略図である。図１８Ａ及び図２０を用いて、第４実施形態の他のＨＵＤが説明される。

図２０に示されるＨＵＤ５００Ａは、図１８Ａに示されるＨＵＤ５００と同様のレーザ光源５１０、投射光学系５２０、体積ホログラム５３０、１／２波長板５４０及び制御部５５０に加えて、１／２波長板５４０とＭＥＭＳミラー５２３との間に配設された偏光板５４５を備える。偏光板５４５は、図２０において上下方向の偏光成分を吸収又は反射する。偏光板５４５は、図２０の紙面に対して垂直方向の偏光成分の透過を許容する。この結果、体積ホログラム５３０にレーザ光ＬＢは、Ｓ偏光で入射する。この結果、運転者ＤＲは、高輝度且つ輝度差に起因する画像ずれが少ない画像を視認することができる。かくして、ＨＵＤ５００Ａは、高画質な画像を表示することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態に従うシースルーディスプレイが表示するフレーム画像は、時分割されたサブフレームを用いて形成される。シースルーディスプレイは、サブフレームごとの輝度調整により、画像の位置ずれを低減する。

図２１Ａは、図１８Ｂに示されるＨＵＤ９００がスクリーン５２５上に描くフレーム画像の概略図である。図２１Ｂは、図２１Ａに示されるフレーム画像に対応する虚像ＶＩの概略図である。図１８Ｂ、図２１Ａ及び図２１Ｂを用いて、ＨＵＤ９００が内包する課題が説明される。

図２１Ａには、スクリーン５２５上に表示された高輝度点ＨＢＰ及び低輝度点ＬＢＰが示されている。高輝度点ＨＢＰの階調は、８ビットで、２３０である。また、低輝度点ＬＢＰの階調は、同様に、８ビットで、８０である。

ＨＵＤ９００は、１つのフレーム画像を描くために、それぞれの走査位置において所望の輝度でレーザ光源５１０を駆動する。レーザ光源５１０として、半導体レーザ光源が用いられるならば、上述の如く、半導体レーザ光源の波長は、パワーに応じて変動するので、図２１Ｂに示される如く、虚像ＶＩ中では、高輝度点ＨＢＰの位置ずれ量は、低輝度点ＬＢＰの位置ずれ量よりも大きくなる。したがって、高輝度点ＨＢＰ及び低輝度点ＬＢＰの相対位置がずれることとなる。

図２２は、本実施形態のシースルーディスプレイとして例示されるＨＵＤの概略図である。図１８Ｂ及び図２２を用いて、本実施形態のＨＵＤが説明される。

本実施形態のＨＵＤ６００は、図１８Ｂに関連して説明されたＨＵＤ９００と同様のレーザ光源５１０、投射光学系５２０及び体積ホログラム５３０に加えて、レーザ光源５１０及びＭＥＭＳミラー５２３に電気的に接続された制御部６５０を備える。レーザ光源５１０及びＭＥＭＳミラー５２３は、制御部６５０の制御下で動作し、時分割された複数のサブフレームを用いて１フレーム画像を形成する。

図２３Ａは、ＨＵＤ９００のレーザ光源５１０の点灯パターンを概略的に示すタイミングチャートである。図２３Ｂは、ＨＵＤ６００のレーザ光源５１０の点灯パターンを概略的に示すタイミングチャートである。図１８Ｂ、図２１Ａ乃至図２３Ｂを用いて、レーザ光源５１０の点灯パターンの相違が説明される。

ＨＵＤ６００の制御部６５０は、図１８Ｂに示されるように、１フレームを複数のサブフレームに分割し、レーザ光源５１０を制御する。この結果、高輝度点ＨＢＰと低輝度点ＬＢＰとの間の位置ずれ量の相対差が低減する。

図２３Ｂに示される点灯パターンにおいて、１フレームは、４つのサブフレーム（サブフレーム１、サブフレーム２、サブフレーム３、サブフレーム４）に分割される。ＭＥＭＳミラー５２３は、１つのサブフレーム内で、スクリーン５２５の全面を１回走査する。

上述の如く、高輝度点ＨＢＰの階調は、８ビットで、２３０である。４回の走査によって得られる高輝度点ＨＢＰの総階調に対して、以下の数式６で表される変換が可能である。

［数６］
２３０×４＝２５６×３＋１５２

上述の数式６で表される変換に基づき、サブフレーム１乃至サブフレーム４において、制御部６５０は、レーザ光源５１０を２５６の階調で点灯させ、サブフレーム４において、１５２の階調で点灯させる。

サブフレーム当たりの高輝度点ＨＢＰの点灯時間は、図２３Ａに示される高輝度点ＨＢＰの点灯時間の１／４となっている。したがって、１フレーム当たりの高輝度点ＨＢＰの輝度は、図２３Ａと図２３Ｂとの間で等しい。

上述の如く、低輝度点ＬＢＰの階調は、８ビットで、８０である。４回の走査によって得られる低輝度点ＬＢＰの総階調に対して、以下の数式７で表される変換が可能である。

［数７］
８０×４＝２５６＋６４

高輝度点ＨＢＰと同様の理由から、１フレーム当たりの低輝度点ＬＢＰの輝度は、図２３Ａと図２３Ｂとの間で等しい。

１フレームが複数のサブフレームに分割されるならば、サブフレーム１からサブフレーム３の期間において、レーザ光源５１０が点灯される場合には、レーザ光源５１０は２５６の階調でしか点灯しない。したがって、サブフレーム１からサブフレーム３の期間において、虚像ＶＩ中の点（高輝度点ＨＢＰ及び／又は低輝度点ＬＢＰ）の相対位置は、どのような階調であっても、変動しない。かくして、１フレームが複数のサブフレームに分割されるならば、レーザ光源５１０が中間階調で点灯している時間が短くなり、階調差に起因する虚像ＶＩ中での相対位置のずれが適切に低減される。かくして、ＨＵＤ６００は、高画質の画像を表示することができる。

本実施形態において、高輝度点ＨＢＰの表示のために、サブフレーム１乃至サブフレーム３の間、レーザ光源５１０が発する光量は、最大値となっている。また、低輝度点ＬＢＰの表示のために、サブフレーム１において、レーザ光源５１０が発する光量は、最大値に設定され、サブフレーム２及びサブフレーム３において、レーザ光源５１０が発する光量は、「０」に設定されている。しかしながら、レーザ光源５１０が発する光量が最大値或いは０に設定されるサブフレームは、任意に設定されてもよい。複数のサブフレームのうち少なくとも１つにおいて、レーザ光源５１０が発する光の量が最大値又は０に設定されるならば、表示される画像のずれは知覚されにくくなる。

本実施形態において、１フレームは、４つのサブフレームに分割されている。代替的に、１フレームは、４未満又は４を超える数のサブフレームに分割されてもよい。１フレーム当たりの分割数が多いほど、相対位置のずれに対する低減効果は顕著となる。

本実施形態において、ＨＵＤ６００は、単一の光源を備える。しかしながら、ＨＵＤは、異なる波長のレーザ光を出射する複数のレーザ光源を備えてもよい。

本実施形態において、レーザ光源５１０として、半導体レーザ光源が例示される。代替的に、ＨＵＤは、同様の波長−出力パワー特性を有する光源を備えてもよい。この場合であっても、上述の相対位置のずれに対する低減効果がもたらされる。

上述の一連の実施形態において、光源又は光源要素として、レーザ光源が例示されている。代替的に、光源又は光源要素として、他の光源（例えば、ＬＥＤ）が用いられてもよい。上述のレーザ光源の波長特性と同様の特性を有する光源であれば、上述された一連の実施形態の原理は、好適に適用される。

上述の一連の実施形態は、シースルーディスプレイの一例にすぎない。したがって、上述の説明は、本実施形態の原理の適用範囲を限定するものではない。上述の原理の真意及び範囲を逸脱することなしに、当業者は、様々な変形や組み合わせを行うことが可能であることは容易に理解されるべきである。

上述された実施形態は、以下の構成を主に備える。以下の構成を備えるシースルーディスプレイは、光源波長の固体ばらつきや波長変動に起因する色ずれや回折効率の低下に伴う輝度の低下、輝度分布並びに色分布の劣化を引き起こしにくい。したがって、以下の構成を備えるシースルーディスプレイは、画質低下をほとんど引き起こすことなく、高画質の画像を表示することができる。

上述の実施形態の一局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、該体積ホログラムは、α（／℃）の線膨張係数と、Λ（ｎｍ）の波長の記録光で記録された干渉縞と、を有し、前記光源から発せられた光の波長は、Ｋ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有し、前記波長Λ（ｎｍ）及び前記温度依存性Ｋ（ｎｍ／℃）は、０≦Ｋ／Λ≦２αの関係を満たすことを特徴とする。

上記構成によれば、投射光学系は、光源から発せられた光を投射する。投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムは、α（／℃）の線膨張係数と、Λ（ｎｍ）の波長の記録光で記録された干渉縞と、を有する。光源から発せられた光の波長は、Ｋ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有する。波長Λ（ｎｍ）及び温度依存性Ｋ（ｎｍ／℃）は、０≦Ｋ／Λ≦２αの関係を満たすので、温度変動に起因するブラッグ条件からのずれが低減される。したがって、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の劣化が生じにくくなる。

上記構成において、前記光源は、ｎ個（ｎは１より大きい整数）の光源要素を含み、該複数の光源要素は、所定の温度において、λ１、λ２、・・・、λｎの波長の光を出射し、前記干渉縞は、前記λ１、λ２、・・・、λｎの波長の光をそれぞれ回折するために、Λ１、Λ２、・・・、Λｎの波長の記録光を用いて形成され、（λ１−Λ１）／Λ１、（λ２−Λ２）／Λ２、・・・（λｎ−Λｎ）／Λｎの最大値と最小値との間の差分値は、０．００５以下であることが好ましい。

上記構成によれば、光源は、ｎ個（ｎは１より大きい整数）の光源要素を含む。複数の光源要素は、所定の温度において、λ１、λ２、・・・、λｎの波長の光を出射する。干渉縞は、λ１、λ２、・・・、λｎの波長の光をそれぞれ回折するために、Λ１、Λ２、・・・、Λｎの波長の記録光を用いて形成される。（λ１−Λ１）／Λ１、（λ２−Λ２）／Λ２、・・・（λｎ−Λｎ）／Λｎの最大値と最小値との間の差分値は、０．００５以下であるので、λ１、λ２、・・・、λｎの波長の光を用いてそれぞれ描かれる画像間の相対的なずれは、視聴者に知覚されにくくなる。

上述の実施形態の他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、前記光源の温度を調整する調整要素と、を備え、前記光源から発せられた光の波長は、温度依存性を有し、該体積ホログラムは、αの線膨張係数と、Λの中心波長の記録光で記録された干渉縞と、を有し、前記調整要素は、前記線膨張係数αと前記記録光の中心波長Λとに基づき、前記光源の温度を調整することを特徴とする。

上記構成によれば、投射光学系は、光源から発せられた光を投射する。投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムは、αの線膨張係数と、Λの中心波長の記録光で記録された干渉縞と、を有する。光源の温度を調整する調整要素は、線膨張係数αと前記記録光の中心波長Λとに基づき、光源の温度を調整するので、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の劣化が生じにくくなる。

上記構成において、前記光源は、複数の光源要素を含み、前記複数の光源要素は、異なる波長の光をそれぞれ発し、前記調整要素は、前記複数の光源要素それぞれに対して、個別に目標温度を設定し、該目標温度となるように前記複数の光源要素の温度をそれぞれ調整することが好ましい。

上記構成によれば、光源は、複数の光源要素を含む。複数の光源要素は、異なる波長の光をそれぞれ発する。調整要素は、複数の光源要素それぞれに対して、個別に目標温度を設定し、目標温度となるように前記複数の光源要素の温度をそれぞれ調整するので、異なる波長の光を用いてそれぞれ描かれる画像間の相対的なずれは、視聴者に知覚されにくくなる。

上記構成において、前記調整要素は、前記線膨張係数α及び前記中心波長Λに加えて、前記光源が所定温度において発する光の波長に基づき、前記光源の温度を調整することが好ましい。

上記構成によれば、調整要素は、線膨張係数α及び中心波長Λに加えて、光源が所定温度において発する光の波長に基づき、光源の温度を調整するので、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の劣化が生じにくくなる。

上記構成において、シースルーディスプレイは、前記体積ホログラムの温度及び前記体積ホログラムの周囲の温度のうち少なくとも一方を測定する温度センサを更に備え、前記調整要素は、前記温度センサが測定した温度に基づき、前記目標温度を設定することが好ましい。

上記構成によれば、温度センサは、体積ホログラムの温度及び体積ホログラムの周囲の温度のうち少なくとも一方を測定する。調整要素は、温度センサが測定した温度に基づき、目標温度を設定するので、回折角の変動に起因する画像の表示位置のずれや回折効率の低下に起因する輝度の低下といった画質の劣化が生じにくくなる。

上述の実施形態の更に他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発するｎ個（ｎは１より大きい整数）の光源要素を含む光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、該体積ホログラムは、前記ｎ個の光源要素から発せられる光をそれぞれ回折するために、Λ１、Λ２、・・・、Λｎの波長の記録光を用いて形成された干渉縞を有し、前記ｎ個の光源要素から発せられ、前記Λ１、Λ２、・・・、Λｎの波長の記録光を用いて形成された干渉縞によって回折される光の波長それぞれは、Ｋ１（ｎｍ／℃）、Ｋ２（ｎｍ／℃）、・・・、Ｋｎ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有し、Ｋ１／Λ１、Ｋ２／Λ２、・・・Ｋｎ／Λｎの最大値と最小値との間の差分値は、０．０００１以下であることを特徴とする。

上記構成によれば、投射光学系は、光を発するｎ個の光源要素を含む光源から発せられた光を投射する。体積ホログラムは、投射光学系から投射された光を偏向する。体積ホログラムは、ｎ個の光源要素から発せられる光をそれぞれ回折するために、Λ１、Λ２、・・・、Λｎの波長の記録光を用いて形成された干渉縞を有する。ｎ個の光源要素からそれぞれ発せられる光の波長は、Ｋ１（ｎｍ／℃）、Ｋ２（ｎｍ／℃）、・・・、Ｋｎ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有する。Ｋ１／Λ１、Ｋ２／Λ２、・・・Ｋｎ／Λｎの最大値と最小値との間の差分値は、０．０００１以下であるので、ｎ個の光源要素から発せられる光を用いてそれぞれ形成される画像間の相対的なずれは、知覚されにくくなる。

上述の実施形態の更に他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、前記光源は、第１波長の第１光を発する第１光源要素と、前記第１波長と異なる波長の第２光を発する第２光源要素と、を含み、前記第１光によって描かれる第１画像は、前記第２光によって描かれる第２画像から離間した位置に表示されることを特徴とする。

上記構成によれば、投射光学系は、光源から発せられた光を投射する。体積ホログラムは、投射光学系から投射された光を偏向する。光源は、第１波長の第１光を発する第１光源要素と、第１波長と異なる波長の第２光を発する第２光源要素と、を含む。第１光によって描かれる第１画像は、第２光によって描かれる第２画像から離間した位置に表示されるので、色ずれが知覚されにくくなる。

上述の実施形態の更に他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、前記投射光学系は、前記光源からの光を反射するＭＥＭＳミラーと、該ＭＥＭＳミラーが前記光源から発せられた光を反射する前に、前記光源からの光の偏光方向を変調する変調要素と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、投射光学系は、光源から発せられた光を投射する。体積ホログラムは、投射光学系から投射された光を偏向する。投射光学系は、光源からの光を反射するＭＥＭＳミラーと、ＭＥＭＳミラーが光源から発せられた光を反射する前に、光源からの光の偏光方向を変調する変調要素と、を含むので、画像のずれが発生しにくくなる。

上述の実施形態の更に他の局面に係るシースルーディスプレイは、光を発する光源と、該光源から発せられた光を投射し、フレーム画像を形成する投射光学系と、該投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、前記投射光学系は、ＭＥＭＳミラーを含み、前記フレーム画像は、時分割された複数のサブフレームを用いて形成され、前記複数のサブフレームのうち少なくとも１つにおいて、前記光源が発する光の光量は、０又は最大値であることを特徴とする。

上記構成によれば、ＭＥＭＳミラーを含む投射光学系は、光源から発せられた光を投射し、フレーム画像を形成する。体積ホログラムは、投射光学系から投射された光を偏向する。フレーム画像は、時分割された複数のサブフレームを用いて形成される。複数のサブフレームのうち少なくとも１つが表示されるときの光源が発する光の光量は、０又は最大値であるので、画像の表示位置の相対的なずれが知覚されにくくなる。

上記構成において、前記光源は、半導体レーザ光源を含むことが好ましい。

上記構成によれば、光源は、半導体レーザ光源を含む。半導体レーザ光源からのレーザ光の波長変動を生じても、画像の表示位置のずれは知覚されにくくなる。

上述の実施形態の更に他の局面に係る車室内に入射する光の波長成分を選択的に調整する中間膜が介在されたフロントガラスを有する車両に搭載されたヘッドアップディスプレイは、上述のシースルーディスプレイを備え、前記体積ホログラムは、前記車室と前記中間膜との間に配設されることを特徴とする。

上記構成によれば、車室内に入射する光の波長成分を選択的に調整する中間膜が介在されたフロントガラスを有する車両に搭載されたヘッドアップディスプレイは、上述のシースルーディスプレイを備える。体積ホログラムは、車室と中間膜との間に配設されるので、車室内に入射する光に起因する体積ホログラムの特性変化は生じにくくなる。

本実施形態の原理は、周辺温度の変動に起因する色ずれや回折効率の低下をほとんど引き起こさない。したがって、画像の輝度斑や色斑といった画質の劣化は生じにくくなる。したがって、本実施形態の原理は、ＨＵＤやＨＭＤといった様々なシースルーディスプレイに好適に適用される。

Claims (10)

1. 所定の温度において、λ１、λ２、・・・、λｎの波長の光をそれぞれ出射するｎ個（ｎ≧２の条件を満たす整数）の光源要素を含む光源と、
   前記光源から発せられた光を投射する投射光学系と、
   前記投射光学系から投射された光を偏向する体積ホログラムと、を備え、
   前記体積ホログラムは、α（／℃）の線膨張係数と、前記λ１、・・・、λｎの波長の光をそれぞれ回折するために、Λ１、・・・、Λｎ（ｎｍ）の中心波長の記録光で記録された干渉縞と、を有し、
   前記光源から発せられた光の波長は、Ｋ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有し、
   前記中心波長Λ１、・・・、Λｎ（ｎｍ）及び前記温度依存性Ｋ（ｎｍ／℃）は、０≦Ｋ／Λ≦２αの関係を満たし、
   （λ１−Λ１）／Λ１、・・・、（λｎ−Λｎ）／Λｎの最大値と最小値との間の差分値は、０．００５以下である
   シースルーディスプレイ。
2. 前記光源の温度を調整する調整要素、を更に備え、
   前記調整要素は、前記線膨張係数αと前記記録光の前記中心波長Λ１、・・・、Λｎとに基づき、前記ｎ個の光源要素それぞれに対して、個別に目標温度を設定し、前記目標温度となるように前記ｎ個の光源要素の温度をそれぞれ調整する
   請求項１に記載のシースルーディスプレイ。
3. 前記調整要素は、前記線膨張係数α及び前記中心波長Λ１、・・・、Λｎに加えて、前記光源が所定温度において発する光の波長に基づき、前記光源の温度を調整する
   請求項２に記載のシースルーディスプレイ。
4. 前記体積ホログラムの温度及び前記体積ホログラムの周囲の温度のうち少なくとも一方を測定する温度センサを更に備え、
   前記調整要素は、前記温度センサが測定した温度に基づき、前記目標温度を設定する
   請求項２に記載のシースルーディスプレイ。
5. 前記ｎ個の光源要素から発せられ、前記干渉縞によって回折される光の波長それぞれは、Ｋ１（ｎｍ／℃）、・・・、Ｋｎ（ｎｍ／℃）の温度依存性を有し、
   Ｋ１／Λ１、・・・Ｋｎ／Λｎの最大値と最小値との間の差分値は、０．０００１以下である
   請求項１に記載のシースルーディスプレイ。
6. 前記ｎ個の光源要素は、第１波長の第１光を発する第１光源要素と、前記第１波長と異なる波長の第２光を発する第２光源要素と、を含み、
   前記第１光によって描かれる第１画像は、前記第２光によって描かれる第２画像から離間した位置に表示される
   請求項１に記載のシースルーディスプレイ。
7. 前記投射光学系は、前記光源からの光を反射するＭＥＭＳミラーと、前記ＭＥＭＳミラーが前記光源から発せられた光を反射する前に、前記光源からの光の偏光方向を変調する変調要素と、を含む
   請求項１に記載のシースルーディスプレイ。
8. 前記投射光学系は、フレーム画像を形成し、
   前記体積ホログラムは、前記投射光学系から投射された光を偏向し、
   前記フレーム画像は、時分割された複数のサブフレームを用いて形成され、
   前記複数のサブフレームのうち少なくとも１つにおいて、前記光源が発する光の光量は、０又は最大値である
   請求項７に記載のシースルーディスプレイ。
9. 前記光源は、半導体レーザ光源を含む
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシースルーディスプレイ。
10. 車室内に入射する光の波長成分を選択的に調整する中間膜が介在されたフロントガラスを有する車両に搭載されたヘッドアップディスプレイであって、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシースルーディスプレイを備え、
    前記体積ホログラムは、前記車室と前記中間膜との間に配設される
    ヘッドアップディスプレイ。

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