JPH05201272A - 車両用のヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】遠方に結像する表示像倍率を任意に変えること
ができ、再生像のひずみの少ない車両用ヘッドアップデ
ィスプレイを得る。 【構成】表示情報源５から拡散光で投射される光束は、
まずホログラム３によって実質的に平面波となって反射
回折し、更にホログラム２によって発散球面光束となっ
て６の運転者視野方向に反射回折され、７の位置に虚像
として運転者に認識される。ここでホログラム３とホロ
グラム２は逆方向に湾曲している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用ヘッドアップディ
スプレイ（ＨＵＤ）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、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。これ
は、液晶表示装置等の発光表示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、及び付
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、或は、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】かかる車両用ＨＵＤの構成を示す概念図が
図５である。ここで、３１は運転者の観察位置、３２は
ホログラフィックコンバイナー、３３は情報を含む光
線、３４は遠方表示の結像（虚像）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】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
ログラフィックコンバイナー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】ここで表示器の再生像
が遠方に結像されるためのホログラム記録法の従来例を
図２に示す。ホログラムを形成するための感光材８にた
いして、発散球面波である参照光９及び発散球面波であ
る物体光１０がそれぞれ単一波長レーザ光で照射され、
感光材８が露光される。特に、再生時の光と露光時の光
とのそれぞれの波長が一致するならば、参照光９の発散
球面波の中心は、感光材８が風防ガラス面に平行に置か
れたとして、表示器の置かれるべき位置であり、物体光
１０の発散球面波の中心は、遠方の表示が結像されるべ
き位置である。

【０００７】この場合、表示像の大きさは、ホログラム
記録時において、参照光９の発散球面波の中心と感光材
８との距離をｆ_R とし、また、物体光１０の発散球面波
の中心と感光材８との距離をｆ_O としたとき、表示器に
対する表示像の倍率Ｍは Ｍ＝ｆ_O ／ｆ_R となる。

【０００８】ところで、ホログラフィックコンバイナー
としては、表示器をガラス面近傍の自動車インストルメ
ントパネル内に置く関係で、表示器を極力小さくする必
要があり、一方で表示像は大きく結像させることが望ま
しい。

【０００９】従来の方法において、表示像の結像位置
（ｆ_O ）と大きさ（Ｍ）を限定した場合、表示器の大き
さと置く距離（ｆ_R ）が一義的に決ってしまうこととな
り、表示器のインストルメントパネル内における位置設
定の自由度が限定されてしまう。

【００１０】更には、風防ガラスが曲面形状を成してい
る場合、図２において平面状で記録されたホログラムを
風防ガラス面に取付けると表示像が湾曲してしまう欠点
をも有する。

【００１１】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の欠点を解消しようとするものであり、従来知られて
いなかった車両用ヘッドアップディスプレイを新規に提
供することを目的とするものである。

【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あり、表示すべき情報を含んだ
光線を発生する表示情報源と、前記光線を観視者方向に
回折する第１のホログラムと、第１のホログラムと情報
表示源の間にあって前記光線を第１のホログラムに向け
て回折する第２のホログラムを備えた車両用ヘッドアッ
プディスプレイにおいて、第１のホログラムは車両の風
防ガラスに支持されると共に、車両の風防ガラスの車外
側に虚像を結像するように該光線を回折するようにされ
ており、第２のホログラムは、車両の風防ガラスの曲面
と実質的に一致するような曲面を有するように保持され
ており、さらに第１ホログラムと第２ホログラムの間の
該光線は実質的に平面波とされていることを特徴とする
車両用ヘッドアップディスプレイを提供するものであ
る。

【００１３】ここで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、車両のスピード
計、タコメータ、警告灯などが例として挙げられる。

【００１４】観視者とは、主には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。

【００１５】ホログラムは、ＨＵＤのコンバイナーとし
て機能する。通常は数１０ｍｍ角乃至数１００ｍｍ角程
度の面積で、数１０μｍ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、リップマンタイプの
ものが比較的使い易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、など種
々の感光材を用いることができる。

【００１６】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、
回折効率を高める上で好ましい。また、ホログラムは性
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。

【００１７】かかるホログラムは本発明において、２種
類用いられるが、一方の観視者に情報光を回折するホロ
グラム（第１のホログラム）は、観視者たる運転者等の
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、特に、ホログラム保護の観点から
は、合せガラスの内部に封入して用いられる。他方のホ
ログラム（第２のホログラム）は見栄え等の観点から、
車両のインストルメントパネル或はダッシュボード内に
設置することが好ましい。

【００１８】第１のホログラムを合せガラスの内部に封
入して用いる場合、風防ガラス用の合せガラスは、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
れれば良い。ホログラムの装着されるガラス板は、着色
されていたり、表面に熱線反射膜等が設けられていても
よい。

【００１９】また、インストルメントパネル内の第２の
ホログラムは環境に対して保護する観点からは、ガラス
板や合成樹脂膜等の境界部に積層されていることが望ま
しい。

【００２０】本発明における表示情報源は光を発して表
示する機能をもつものであり、代表的な例としては、液
晶表示素子等のいわゆる受光型表示素子に熱陰極管（Ｈ
ＣＴ）、蛍光表示管（ＶＦ）、タングステンランプ、ハ
ロゲンランプ、ＬＥＤなどからなる光源を併用したもの
がある。

【００２１】この液晶表示素子としては、透過型ツイス
テッドネマチック型液晶表示素子、スーパーツイステッ
ドネマチック型液晶表示素子等が好ましく使用できる。
それとは別に、受光型表示素子を用いず、上記の光源自
体をパターン化して配列し、特定の情報を光として発生
するものであってもよい。受光型表示素子に上記光源を
併用したものの場合は、この受光型表示素子と光源との
間に、導光板等の適当な導光手段を配置してもよい。さ
らに、ホログラフィックコンバイナーに光が投射される
までの光径路内に、必要に応じて、ミラー、プリズムや
偏光素子等の光偏光手段を配置してもよい。

【００２２】本発明においては、第２のホログラムは車
両の風防ガラスの曲率と実質的に一致するような曲率を
有するように保持される。その方法としては、車両用の
風防ガラスと同じ曲面を有するように成形されたガラス
板上にホログラムを貼り付け、更にホログラムの表面に
耐湿性膜（フッ素樹脂等）をコートしたものや、また前
記成形ガラスを２枚用い、ＰＶＢ等の中間膜にて車両の
風防ガラスを同様な積層構造としたものが挙げられる。

【００２３】ここで、第２のホログラムの反射面は第１
のホログラムの反射面の曲面（凹面）とは逆の曲面（凸
面）にする。

【００２４】このため、第１のホログラムは平面形状に
保持されて露光されるが、再生時には車両の風防ガラス
の曲面によって曲面形状に保持されてしまうことにより
生じる再生像の湾曲を、第２のホログラムの逆方向の湾
曲により補正することになる。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明の実施例に従って説明する。

【００２６】図１に本発明の基本的構成の断面図を示
す。自動車前面開口部に嵌め込まれた風防ガラスが二枚
のガラスからなる合せガラス１であり、その内部に反射
型のホログラム２（第１のホログラム）が封入されてい
る。

【００２７】上記ガラス面近傍の自動車インストルメン
トパネル４の中には所定の情報表示源５及び反射型のホ
ログラム３（第２のホログラム）が設置されている。こ
こで第２のホログラムは合せガラス１とほぼ同じ曲面
で、すなわちホログラム２と同じ曲面で、かつ凸面で反
射するように保持した。

【００２８】情報表示源５から拡散光で投射される光束
は、まずホログラム３によって実質的に平行光束（平面
波）となって反射回折し、次いでインストルメントパネ
ル４の所定の開口部からホログラム２に向けて進む。更
にホログラム２によって発散球面光束となって６の運転
者視野方向に反射回折され、かつ７の位置に表示情報を
虚像として運転者に認識されるようになる。

【００２９】このように表示すべき情報を光線が第１の
ホログラムにほぼ平面波として入射すべく回折する第２
のホログラムを、光線を観視者に向けて回折する第１の
ホログラムと表示情報源との間に配置することにより、
第１のホログラムと第２のホログラムとの位置合せの自
由度が増し、更には情報表示源の位置にかかわりなく、
第２ホログラムのｆ_R を選ぶことによって表示像の倍率
を任意に変えることが可能となる。

【００３０】このようなそれぞれのホログラムの製作時
の露光方法について、図３、図４に示す。

【００３１】まず第２のホログラムを作るため、図３の
ように、平面形状に保持された感光材１１の片面には参
照光としての発散球面波１２を、また感光材１１の反対
面には物体光としての平面波１３をそれぞれレーザ光で
露光した。このとき発散球面波１２の中心と感光材１１
との距離を２００ｍｍとし、再生時にはこの距離に表示
器を置く。

【００３２】また第１のホログラムを作るため、図４の
ように、平面形状に保持された感光材１４の片面には参
照光としての平面波１５を、また反対面には物体光とし
ての発散球面波１６をそれぞれ第２ホログラムを作った
ときと同じ波長のレーザ光で露光した。このとき発散球
面波１６の中心と感光材１４との距離を１０００ｍｍと
し、再生時には観視者は風防ガラス面から１０００ｍｍ
離れた位置に再生表示像を見ることができる。

【００３３】本実施例により、再生像のひずみの少な
い、車両用ヘッドアップディスプレイが得られた。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、遠方に結像するホログ
ラフィックコンバイナーの表示像倍率が第２のホログラ
ムによって任意に変えることができるばかりか、２種類
のホログラムの位置合せも簡単であり、更には表示器の
設置位置の自由度が向上する効果を有する。また、第２
のホログラムを自動車の風防ガラスの曲率に応じた曲率
に保持して用いるため、車両の風防ガラス面に取付けら
れた第１のホログラムによる再生像の湾曲収差がなくな
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本的構成を示す断面図

【図２】 従来のホログラム製作時の露光方法を示した
概念図

【図３】 本発明のホログラム製作時の露光方法を示し
た概念図

【図４】 本発明のホログラム製作時の露光方法を示し
た概念図

【図５】 従来のＨＵＤの構成を示す概念図

【符号の説明】

１ 合せガラス ２ ホログラム（第１のホログラム） ３ ホログラム（第２のホログラム） ４ インストルメントパネル ５ 情報表示源 ６ 運転者視野 ８，１１，１４ 感光材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示すべき情報を含んだ光線を発生する表
   示情報源と、前記光線を観視者方向に回折する第１のホ
   ログラムと、第１のホログラムと情報表示源の間にあっ
   て前記光線を第１のホログラムに向けて回折する第２の
   ホログラムを備えた車両用ヘッドアップディスプレイに
   おいて、 第１のホログラムは車両の風防ガラスに支持されると共
   に、車両の風防ガラスの車外側に虚像を結像するように
   該光線を回折するようにされており、 第２のホログラムは、車両の風防ガラスの曲面と実質的
   に一致するような曲面を有するように保持されており、 さらに第１ホログラムと第２ホログラムの間の該光線は
   実質的に平面波とされていることを特徴とする車両用ヘ
   ッドアップディスプレイ。