技術 ヘッドアップディスプレイ

0001

本発明は表示光を光学的に投射し、前方視野内あるいはその近傍の前景を重畳し、運転者等に視認させるようにした車両用のヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと略称する）のコンバイナー用に好適なホログラムに関する。

0002

従来、反射型ホログラムは、ＨＵＤ用のコンバイナーなどの用途に、一部の光を透過し、一部の光を反射するいわゆるハーフミラーの鏡の機能を持たせたものが、実開昭５９−７４２８号号、特開昭５５−７７７１３号などとして出願されており、本出願人も特開昭６４−４４４１４号などとして出願している。

0003

また、光源からの光を全反射させながらホログラムに照射するライトガイド式の表示装置も、特開平４−２２８３２９号、ＵＳＰ４３０９０７０号などとして出願されており、本出願人も特願平６−６３４６６号などとして出願している。

0004

しかしながら、ライトガイド式の表示装置における反射型ホログラムは、再生光をガラスと空気との界面の全反射の臨界角を越える角度で入射させるものであり、板ガラス中を全反射させながら表示光を進行させ、板ガラスに貼りつけたホログラムに照射することにより表示させるライトガイド式の表示装置は、太陽光などの外光がホログラムに照射されても回折されず、不要な回折を生ずることがなく好適であるが、直接再生用光源からの表示光などをホログラムに照射して表示する場合には、ホログラム中に臨界角を越える角度で入射させるために、楔形に切ったガラスブロック、プリズム、あるいは導入用の透過型ホログラムなどを板ガラスに密着させる必要があるばかりか、この方式の表示光は板ガラス中を何度も全反射しながら進行するので、表示像の歪みが大きくなり、また、表示像の大きさもガラスの厚さによって制限されるという欠点がある。

0005

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、太陽光などの外光による不要な回折が全くなく、表示像の大きさもガラスの厚さで制限されないＨＵＤを提供することを目的とする。

0006

本発明のＨＵＤは、入射角が臨界角を越える反射型ホログラムに、回折角が臨界角を越える透過型ホログラムを再生用光源側に積層一体化した積層ホログラムを車両用のウィンドシールド、自動車の室内に別置きした透明樹脂などの透明板状体に設け、該積層ホログラムに表示情報を直接照射し、該情報を運転者等に視認させるようにしたことを特徴とするものである。

0007

本発明では、反射型ホログラムは、重クロム酸ゼラチン、各種のフォトポリマー、ハロゲン化銀感光材、各種のフォトレジストなどの感材をガラス基板、ポリエチレンテレフタレートなどの透明樹脂基板などに貼り付けた乾板に、図示しないレーザー発振器、ビームスプリッター、反射鏡、顕微鏡対物レンズ、ピンホールなどの通常の光学系に加え、一方のレーザー光を、乾板中に臨界角を超える角度で入射させるために、楔型に切ったガラスブロック、プリズム、あるいは透過型ホログラムを乾板の一方の面に接触させた状態で、レーザー光の一方の光を照射し、他方の光は前記一方の光とは反対側の乾板面に照射して、干渉縞を形成、記録する。

0008

透過型ホログラムは、同様な感材をガラス基板、透明樹脂板などに貼り付けた乾板に、図示しないレーザー発振器、ビームスプリッター、反射鏡、顕微鏡対物レンズ、ピンホールなどの通常の光学系に加え、楔型に切ったガラスブロック、プリズム、あるいは透過型ホログラムを乾板の一方の面に接触させた状態で、レーザー光（平面波あるいは球面波）を２方向から乾板の同一面に照射して、干渉縞を形成、記録する。

0009

その後通常の現像処理をして反射型ホログラムと透過型ホログラムを得る。このようにして得られた反射型ホログラムと透過型ホログラムを、板ガラスなどの基板上に再生用光源側に近い方から透過型ホログラム、反射型ホログラムの順に積層するか、基板に貼り付ける前に、透過型ホログラムと反射型ホログラムを積層して、一体としたものを基板に貼り付ける。

0010

自動車などのウインドシールドに設ける場合には、合わせガラスにする必要があるので、積層ホログラムを、中間膜を二枚使用してこの間に間挿するか、中間膜を１枚にしてその中間膜と車外側板ガラスあるいは車内側板ガラスとの間であって板ガラスに接着してもよく、さらに車内側板ガラスの車内側表面に、保護膜とともに接着する。

0011

また、その他の乗り物用のウインドシールドの場合に、合わせガラスの場合には、自動車用のウインドシールドと同様にホログラムを設ければよく、単板の強化ガラスを使用する場合には、板ガラスの室内側表面に保護膜とともに、接着すればよい。

0012

さらに、ウィンドシールド近傍の別置きの透明板状体に設ける場合には、板ガラス、ポリカーボネートなどの透明樹脂板にホログラムを運転者側の表面あるいは裏面に保護シートとともに設ければよい。

0013

ＨＵＤ用コンバイナーとして応用する場合に、反射ホログラムと透過ホログラムが積層一体化されているので、それぞれのホログラムのエッジ部分がともに見えることはなく、安全性も向上し、さらに反射ホログラムが室外側に配置されるので、太陽光などの外光がこの積層ホログラムに照射されても光がホログラム中に入射できず、外光による不要な回折が全くない。

0014

また、従来のライトガイド式のＨＵＤでは、表示像の大きさは表示光の全反射角と板ガラスの厚さによって制限されたが、本発明では、表示光がガラスと空気との界面で全反射しないので、表示像の大きさはホログラムの寸法だけで決まる。したがって表示像の大きさはホログラムの寸法を適切に選べば、必要なだけ大きくすることができる。

0015

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は本発明の実施例１におけるＨＵＤコンバイナーとして自動車用のウインドシールドに応用した要部断面図である。

0016

実施例１
図１を参照しながら、感光材料にＯｍｎｉＤｅｘ−３５２（ＤｕＰｏｎｔ製）を使用してＨＵＤ用のコンバイナーに応用した場合について例示する。

0017

この感材を通常の光学系により次に示す条件で露光する。
（１）緑色回折反射ホログラムの作製
厚さ２５μｍの感材の両側から、発振波長が５１４．５ｎｍのアルゴンレーザーからの光を、図示しない光学系により２分割し、一方は参照光としてガラスブロックを介して感材中の入射角が５０°になるように、他方は物体光として感材中の入射角が１４３°になるように照射して干渉縞を形成し、その後紫外線を照射して定着処理を行い緑色を回折する反射型ホログラム１を得る。

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このようにして得られたホログラム１に白色光源からの光をホログラム中の入射角５０°で入射させたとところ、回折効率が９８％となり、そのときの回折光の波長が５１３ｎｍ、ホログラム中の回折角が１４３°であった。

0019

ただし角度は、光の進行方向が乾板またはホログラムの法線とのなす角を左回りを正として測定したものである。
（２）緑色回折透過ホログラムの作製
厚さが１０μｍの感材の同じ方向から、発振波長が５１４．５ｎｍのアルゴンレーザーからの光を、図示しない光学系により２分割し、一方は参照光として感材中の入射角が１６°になるように、他方は物体光としてガラスブロックを介して入射角が５０°になるように照射して干渉縞を形成し、その後紫外線を照射して定着処理を行い緑色を回折する透過ホログラム２を得る。

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このようにして得られたホログラム２に白色光源からの光をホログラム中の入射角１６°で入射させたとところ、回折効率が９６％となり、そのときの回折光の波長が５２０ｎｍ、ホログラム中の回折角が５１°であった。

0021

次いで、透過ホログラム２をそのベース基板（ポリエチレンテレフタレート）とともに圧着し、その後効率を上げ、ベース基板を剥がし易くするために１００℃、１時間程度の加熱処理を行い、ベース基板を剥がす。

0022

その後反射ホログラム１をベース基板１’（ベース基板はバリアフィルムとして残す）とともに透過ホログラム上に圧着し、加熱処理を行う。このようにして得られた室内側板ガラス３と、室外側板ガラス３’をポリビニールブチラールなどの中間膜４を介して積層し、オートクレーブにより通常の合わせ処理を行って合わせガラスＬＧとする。

0023

この合わせガラスＬＧを自動車のウインドシールドとして装着して、ＣＲＴ、蛍光表示管、液晶表示器など各種の図示しない再生用光源から速度などの緑色の表示情報を透過ホログラム２に照射すると、透過ホログラム２で回折され、反射ホログラム１には臨界角を越える角度で入射し、反射ホログラム１によって緑色の表示情報が回折されて図示しない運転者の目に明確に視認される。

0024

この場合に、運転者等への回折されて視認される表示像の大きさは再生用光源とホログラムの寸法だけで決まり、ガラスの厚さで制約を受けないことを確認した。

0025

また、太陽光などの外光がどのような角度からこの積層ホログラムに照射されても反射ホログラムの入射角が臨界角を越えているので、運転者と反対側の室外側に回折されず、不要な回折は全く生じなかった。

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また、透過ホログラムと反射ホログラムを積層、一体化したので、運転者などからこのホログラムをみても透過ホログラムのエッジと反射ホログラムのエッジが二重に見えることはなく、安全上、美観上も好ましい。

0027

本発明の反射ホログラムと透過ホログラムを積層一体化したホログラムを使用したＨＵＤは、大きな虚像を表示することができるだけでなく、再生時の回折効率をほとんど９０％以上に向上させるとともに、太陽光などの外光が積層ホログラムに照射されても不要な回折を全く生じることがない。

0028

また、それぞれのホログラムのエッジが別々に見えることがないので、美観上も好ましい。

0029

図１実施例１におけるＨＵＤコンバイナーとして自動車用のウインドシールドに応用した要部断面図である。

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１反射ホログラム
２透過ホログラム
３、３’板ガラス
４中間膜
ＬＧ 合わせガラス