特許 7484599 ヘッドアップディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20240509BHJP

   G03H 1/02 20060101ALI20240509BHJP

   B60K 35/23 20240101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G03H1/02

B60K35/23

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020151605

(22)【出願日】2020-09-09

(65)【公開番号】P2022045811

(43)【公開日】2022-03-22

【審査請求日】2023-07-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】野本 貴之

【審査官】中村 百合子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１１８２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０３５５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１３２４０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１４２５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０６１７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０

Ｂ６０Ｋ ３５／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ（１）であって、
乗員の前方に設けられるホログラム（３）と、
前記ホログラムに向けて光を投射する画像光照射部（２）とを含み、
前記ホログラムは、体積型であり、異なる干渉縞間隔（ｄ１～ｄ５）の複数の干渉縞（３１～３５）を含み、
横軸に入射角度（θ１～θ５）を取りかつ縦軸に回折光強度（Ｉ）を取るときの、前記複数の干渉縞に係る回折効率曲線（Ｌ１～Ｌ５）は、横軸方向で隣接する回折効率曲線同士で重なり（Ｒ８）を有するヘッドアップディスプレイ。

【請求項2】

前記ホログラムは、反射型かつ位相変化型である、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

前記複数の干渉縞に係る回折効率曲線における前記回折光強度がピークとなるときの各波長は、パラメータχｒの関数として表した体積反射型位相格子の正規化回折効率（η／ηＢ）の特性に対して前記正規化回折効率が０～０．４となる前記パラメータχｒの範囲に基づいて、適合されており、
前記パラメータχｒは、ブラッグ条件からのずれの量を表す、請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項4】

前記画像光照射部は、レーザ光源（１１１、１２１、１３１）を含む、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項5】

前記レーザ光源は、ＲＧＢの前記レーザ光源（１１１、１２１、１３１）である、請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ヘッドアップディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ干渉露光装置を用いてホログラムに所望の特性を付与する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

また、体積ホログラムの界面で反射した光が形成した干渉縞が迷光を生じさせることから、かかる迷光を防止することを目的として、透過型ホログラムをウインドシールドに貼り付ける構成が知られている（例えば特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－１５４１７９号公報

【文献】国際特許公開第２０１２／０４２７９３号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、実装状態では、表示光の入射角度（ホログラムに対する入射角度）や再生波長が設計値（例えばブラッグ条件を満たす設計値）に対してずれる場合がある。かかるズレは、例えば初期ズレや、温度等に起因して生じうる。かかるズレが生じると、ホログラムの性能が低下する場合（例えば回折光の強度が低下する場合等）がある。

【0006】

そこで、本開示は、入射角度や再生波長のズレに起因して生じうるホログラムの性能低下を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

１つの側面では、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ（１）であって、
乗員の前方に設けられるホログラム（３）と、
前記ホログラムに向けて光を投射する画像光照射部（２）とを含み、
前記ホログラムは、体積型であり、異なる干渉縞間隔（ｄ１～ｄ５）の複数の干渉縞（３１～３５）を含み、
横軸に入射角度（θ１～θ５）を取りかつ縦軸に回折光強度（Ｉ）を取るときの、前記複数の干渉縞に係る回折効率曲線（Ｌ１～Ｌ５）は、横軸方向で隣接する回折効率曲線同士で重なり（Ｒ８）を有するヘッドアップディスプレイが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、入射角度や再生波長のズレに起因して生じうるホログラムの性能低下を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ヘッドアップディスプレイの車両搭載状態を車両側方視で概略的に示す図である。

【図2】画像光照射装置の構成を示す概略図である。

【図3】ダイクロイックミラーユニットに対する代替例を示す説明図である。

【図4】ホログラムに係る干渉縞の記録用のレーザ光の特性の説明図である。

【図5】画像光照射装置からホログラムに入射されるレーザ光の特性の説明図である。

【図6】入射角度に対するホログラムの特性の説明図である。

【図7】本実施例のホログラムの構造を概略的に断面視で示す図である。

【図8】入射角度に関する本実施例のホログラムの特性の説明図である。

【図9A】本実施例によるホログラムの解析結果を示す図である。

【図9B】比較例によるホログラムの解析結果を示す図である。

【図10A】本実施例のホログラムによるアイボックスのサイズの説明図である。

【図10B】比較例のホログラムによるアイボックスのサイズの説明図である。

【図11】再生波長に関する本実施例のホログラムの特性の説明図である。

【図12】パラメータχ_ｒの関数として表した体積反射型位相格子の正規化回折効率のグラフである。

【図13】変調パラメータの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

【0011】

［ヘッドアップディスプレイの構成］
図１は、ヘッドアップディスプレイ１の車両ＶＣ（移動体の一例）への搭載状態を車両側方視で概略的に示す図である。図２は、画像光照射装置２の構成を示す概略図である。なお、図２において、点線の矢印Ｒ０からＲ４は、電気信号の流れを模式的に示す。

【0012】

ヘッドアップディスプレイ１では、図１に示すように、ウインドシールドＷＳに表示光が照射されると、車両ＶＣを運転する運転者にとっては、ウインドシールドＷＳよりも前方に、当該照射によって得られた表示像（虚像表示）ＶＩが見える。これにより、運転者は、前方風景と重畳させて表示像ＶＩを視認できる。したがって、運転者は、インストルメントパネル９内のメータを見る場合に比べて視線移動の少ない態様で車両情報等を把握でき、利便性及び安全性が向上する。

【0013】

ヘッドアップディスプレイ１は、画像光照射装置２（画像光照射部の一例）と、ホログラム３とを含む。

【0014】

画像光照射装置２は、運転者の前方に位置するウインドシールドＷＳ上のホログラム３に向けて画像に係る光を投射する。ウインドシールドＷＳ上のホログラム３は、運転者のアイボックス内に画像に係る光を反射する。この場合、アイボックスに係る視点から視て、運転者の視野前方に、画像に係る光に基づく表示像ＶＩを形成する。

【0015】

本実施例では、一例として、画像光照射装置２は、図２に示すように、レーザユニット１０と、ダイクロイックミラーユニット２０と、集光レンズ２８と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）スキャナ２９と、スクリーン４０と、制御装置５０とを含む。

【0016】

レーザユニット１０は、赤、青、緑の各色のレーザ照射装置１１、１２、１３を含む。レーザ照射装置１１は、赤色の波長域のレーザ光を出射する。レーザ照射装置１２は、青色の波長域のレーザ光を出射する。レーザ照射装置１３は、緑色の波長域のレーザ光を出射する。なお、本実施例では、かかる３色のレーザ光を出射可能であるので、フルカラーの表示像ＶＩを生成可能である。ただし、変形例では、表示可能な色のバリエーションは少なくてもよい。

【0017】

ダイクロイックミラーユニット２０は、レーザ照射装置１１、１２、１３のそれぞれに対応するダイクロイックミラー２１、２２、２３を有する。ダイクロイックミラー２１は、赤色の波長域のみを反射する。従って、ダイクロイックミラー２１は、レーザ照射装置１１から入射するレーザ光のみを、集光レンズ２８に向けて反射できる。ダイクロイックミラー２２は、赤色の波長域を透過し、青色の波長域を反射する。従って、ダイクロイックミラー２２は、ダイクロイックミラー２１から入射するレーザ光を透過しつつ、レーザ照射装置１２から入射するレーザ光を、集光レンズ２８に向けて反射できる。同様に、ダイクロイックミラー２３は、赤色及び青色の波長域を透過し、緑色の波長域を反射する。従って、ダイクロイックミラー２３は、ダイクロイックミラー２２から入射するレーザ光を透過しつつ、レーザ照射装置１３から入射するレーザ光を、集光レンズ２８に向けて反射できる。

【0018】

集光レンズ２８は、上述したようにダイクロイックミラーユニット２０から入射するレーザ光（赤、青、緑の各色のレーザ光）を集光して、ＭＥＭＳスキャナ２９に向けて出射する。

【0019】

集光レンズ２８は、ダイクロイックミラーユニット２０から入射するレーザ光が、スクリーン４０を形成する複数のマイクロレンズのそれぞれのサイズよりも小さいスポット径（直径）で、スクリーン４０上に投射されるように構成・配置される。

【0020】

ＭＥＭＳスキャナ２９は、集光レンズ２８から入射するレーザ光を、スクリーン４０上に投射する。ＭＥＭＳスキャナ２９は、直交する２軸まわりに回転可能なＭＥＭＳミラーを備える。スクリーン４０上のレーザ光の投射位置は、ＭＥＭＳミラーの向きに応じて変化する。従って、ＭＥＭＳスキャナ２９は、スクリーン４０上のレーザ光の投射位置を任意に変化させることができる。

【0021】

スクリーン４０は、平面内に延在する。本実施例では、一例として、スクリーン４０は、水平面内に延在するが、水平面に対して若干傾斜する向きで配置されてもよい。スクリーン４０は、平面内で規則的に配列される複数のマイクロレンズ（図示せず）を含む。すなわち、スクリーン４０は、２次元のマイクロレンズアレイを含む。

【0022】

制御装置５０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）のようなコンピュータにより実現されてよい。制御装置５０は、レーザ制御部５１と、スキャナ制御部５２とを含む。

【0023】

レーザ制御部５１は、表示像ＶＩを生成するための画像信号に基づいて、レーザユニット１０を制御する（図２の矢印Ｒ１からＲ３参照）。なお、画像信号は、外部のＥＣＵにより生成されて、制御装置５０に与えられてもよいし（図２の矢印Ｒ０参照）、制御装置５０が自身で生成してもよい。

【0024】

画像信号は、例えば、所定のサイズ及び所定の分解能の画像の各画素の画素値（輝度や色）を表す信号である。また、第２画像信号は、例えば、所定のサイズ及び所定の分解能の画像の各画素の画素値（輝度や色）を表す信号である。なお、画像の各画素は、スクリーン４０の各位置（走査面上の各位置）と対応付けられる。例えば、画像の各画素は、スクリーン４０の各位置（走査面上の各位置）と一対一の関係で対応付けられてよい。なお、スクリーン４０の各位置は、ＭＥＭＳスキャナ２９のＭＥＭＳミラーの各向きと対応付けられる。

【0025】

レーザ制御部５１は、画像信号に基づいて、レーザユニット１０を制御するときは、画像信号に含まれる各画素の画素値に基づいて、レーザユニット１０から各画素に応じたタイミングで各画素値に応じた色のレーザ光が出射されるように、レーザユニット１０を制御する。

【0026】

スキャナ制御部５２は、ＭＥＭＳスキャナ２９を制御する（図２の矢印Ｒ４参照）。すなわち、スキャナ制御部５２は、ＭＥＭＳスキャナ２９のＭＥＭＳミラーの向きを制御することで、レーザ光をスクリーン４０上で走査する。ここで、「レーザ光をスクリーン４０上で走査する」とは、スクリーン４０に係る平面上のレーザ光の投射位置（スクリーン４０に係る平面に垂直に視たときの、投射位置）を変化させることを指す。また、以下で「走査パターン」とは、投射位置の軌跡（スクリーン４０に係る平面上での、レーザ光の投射位置の軌跡）を指す。また、スクリーン４０に係る平面（すなわち、複数のマイクロレンズが配列される平面）を、「走査面」とも称する。

【0027】

具体的には、スキャナ制御部５２は、レーザ制御部５１と協動して、画像信号に応じたレーザ光を所定の走査パターンで走査する。すなわち、スキャナ制御部５２は、画像信号に含まれる各画素の画素値に基づいて、各画素に対応した走査面上の各位置に、レーザユニット１０からのレーザ光が投射されるように、ＭＥＭＳスキャナ２９を制御する。

【0028】

なお、図２に示した画像光照射装置２は、特定の構成を有するが、画像光照射装置２の構成は、複数の色のレーザ光に係る光源を有する限り、任意である。従って、画像光照射装置２は、ダイクロイックミラーユニット２０に代えて、例えば図３に示すように、クロスプリズム２０Ａが利用されてもよい。なお、図３には、レーザ照射装置１１、１２、１３は、それぞれ、光源１１１、１２１、１３１（レーザ光源の一例）とコリメータレンズ１１２、１２２、１３２とを含む態様で図示されている。また、図２に示した画像光照射装置２は、ウインドシールドＷＳ上のホログラム３に光を直接的に投射するが、光学部材を介して投射されてもよい。例えば、スクリーン４０からの光は、凹面鏡で反射されてからウインドシールドＷＳ上のホログラム３に投射されてもよい。また、図２に示した画像光照射装置２は、ウインドシールドＷＳ上のホログラム３だけに光を投射するが、ホログラム３とウインドシールドＷＳの双方に光を投射することで、表示像ＶＩを形成してもよい。

【0029】

ホログラム３は、ウインドシールドＷＳに設けられる。ホログラム３は、ウインドシールドＷＳの室内側の表面に貼り付けられてもよいし、ウインドシールドＷＳの内層（例えば中間膜内）に設けられてもよい。

【0030】

ホログラム３は、例えば、フォトポリマーにより形成されてよい。ホログラム３のタイプは、反射型、位相変化型、かつ体積型である。ホログラム３は、厚さ数ミクロンのホログラムフィルムを利用して形成されてもよい。ホログラム３には、干渉縞が例えば屈折率の変化の形で記録される。すなわち、ホログラム３には、干渉縞が材料内部に屈性率分布として層状に記憶される。なお、本実施例では、３色のレーザ光に対応して、ホログラム３にはＲＧＢの波長各々に係る干渉縞が記録される。この場合、ＲＧＢの波長各々に係る干渉縞ごとホログラム層を作成し、それぞれに係るホログラム層を積層することで積層型のホログラム３を形成してもよい。あるいは、ＲＧＢの干渉縞を重ねて記録する多重型のホログラム３が実現されてもよい。なお、このような干渉縞の記録（露光）には、任意のレーザ干渉露光装置が利用されてよい。

【0031】

ホログラム３は、好ましくは、透過率７０％以上であり回折効率３０％以下である。これにより、ウインドシールドＷＳの透過性を阻害しない態様で、視認性の高い表示像ＶＩを生成できる。

【0032】

［波長や入射角度に対するホログラム３の特性］
次に、図４以降を参照して、露光波長と再生波長との間のズレについて説明する。

【0033】

図４は、ホログラム３に係る干渉縞の記録用のレーザ光の特性の説明図であり、図５は、画像光照射装置２からホログラム３に入射されるレーザ光の特性の説明図である。

【0034】

図４及び図５には、それぞれ、横軸に入射角度θを取り、縦軸に回折効率ηを取り、一例として、Ｇ（緑色）に係る干渉縞の記録用のレーザ光の特性Ｌ４００、Ｌ４０１と、Ｒ（赤色）に係る干渉縞の記録用のレーザ光の特性Ｌ５００、Ｌ５０１とが示される。図４に示すように、記録用のレーザ光の特性Ｌ４００、Ｌ５００は、ともに所定の入射角度α０で回折効率がピークとなる。なお、所定の入射角度α０は、画像光照射装置２からホログラム３に入射されるレーザ光の入射角度に対応してよく、画像光照射装置２とホログラム３との正規の位置関係（設計図での位置関係）から一意に定まる。これに対して、図５に示すように、画像光照射装置２からのレーザ光の特性Ｌ４０１は、所定の入射角度α０で回折効率がピークとなる一方、特性Ｌ５０１は、所定の入射角度α０からずれた入射角度α１で回折効率がピークとなっている。なお、図５は、ある個体の特性を例示的に示すものであり、他の個体を用いた場合は、異なる特性が示される場合もある。

【0035】

ところで、一般的に、光の回折効率は、入射角度がブラッグ条件（Ｂｒａｇｇ条件）を満たす角度であるときに、ピークとなる。ブラッグ条件は、以下のとおりである。
２ｄｓｉｎθ＝ｎλ 式（１）
ここで、ｄは干渉縞の間隔（以下、「干渉縞間隔」とも称する）、θはホログラム３に対する光のなす角度（入射角度）、λは光の波長、ｎは自然数である。従って、ｄ及びθが変化しない条件下では、図４及び図５に示すような特性の差は、λの差に起因していることが分かる。すなわち、干渉縞の記録用のレーザ光の波長（露光波長）と、画像光照射装置２からホログラム３に入射されるレーザ光の波長（再生波長）とが異なることで、かかる特性差が生じる。

【0036】

このようにして、干渉縞の記録用のレーザ光の波長と、画像光照射装置２からホログラム３に入射されるレーザ光の波長とが異なると、ホログラム３の所望の性能を実現できない場合（すなわち性能が低下する場合）がある。

【0037】

この点、露光波長と再生波長との間の差異は、本来無いように設計される。すなわち、レーザユニット１０は、露光波長と再生波長との間の有意な差異が実質的に生じないように設計される。

【0038】

しかしながら、実際には、レーザユニット１０の個体差や経年変化等に起因して、露光波長と再生波長との間の有意な差異が生じてしまう場合がありうる。

【0039】

図６は、入射角度に対するホログラム３の特性の説明図であり、横軸に入射角度θを取り、縦軸に回折光強度Ｉを取り、入射角度θと回折光強度Ｉとの関係を示す。

【0040】

図６及び式（１）からわかるように、入射角度がブラッグ条件を満たない場合も、ホログラム３の所望の性能を実現できない場合（例えば強度が低下する場合）がある。

【0041】

この点、画像光照射装置２の構成は、本来、ウインドシールドＷＳとの関係で、入射角度がブラッグ条件を満たすように設計される。

【0042】

しかしながら、実際には、画像光照射装置２の個体差（初期ズレ）や温度、経年変化等に起因して、入射角度がブラッグ条件を満たさない場合がありうる。すなわち、入射角度がブラッグ条件を満たす本来の角度（設計値）からずれる場合がありうる。

【0043】

そこで、本実施例によるヘッドアップディスプレイ１では、このような、露光波長と再生波長との間の有意な差異や、入射角度とブラッグ条件を満たす角度との間の有意な差異が生じた場合でも、所望の性能が実現されるようにホログラム３が構成される。

【0044】

具体的には、本実施例によるヘッドアップディスプレイ１では、以下で詳説するように、ホログラム３は、異なる干渉縞間隔の干渉縞が記録される。

【0045】

図７は、本実施例のホログラム３の説明図であり、ホログラム３の構造を概略的に断面視で示す図である。

【0046】

ホログラム３は、異なる干渉縞間隔の干渉縞３１０～３５０が記録される。本実施例では、図７に示すように、ホログラム３は、第１干渉縞層３１と、第２干渉縞層３２と、第３干渉縞層３３と、第４干渉縞層３４と、第５干渉縞層３５とを含む。ホログラム３は、第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５が積層された構造である。

【0047】

第１干渉縞層３１は、干渉縞間隔ｄ１の干渉縞が記録されている。第２干渉縞層３２は、干渉縞間隔ｄ２の干渉縞が記録されている。以下同様に、第３干渉縞層３３から第５干渉縞層３５は、それぞれ、干渉縞間隔ｄ３からｄ５の干渉縞が記録されている。干渉縞間隔ｄ１からｄ５は、それぞれ異なる。

【0048】

なお、本実施例では、ホログラム３は、第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５の５種類の干渉縞層を備えるが、干渉縞間隔が異なる２種類以上の干渉縞層を備える限り、種類の数は任意である。

【0049】

図８は、本実施例のホログラム３の特性の説明図である。図８には、横軸に入射角度θを取り、縦軸に回折光強度Ｉを取り、第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５のそれぞれに係る回折効率曲線Ｌ_１からＬ_５が示されている。

【0050】

第１干渉縞層３１は、図８に示すように、正規の再生波長（設計値に基づく再生波長）である場合、入射角度θ＝θ_１のときに、回折光強度Ｉがピークとなり、以下同様に、第２干渉縞層３２から第５干渉縞層３５は、それぞれ、入射角度θ＝θ_２、θ_３、θ_４、θ_５のときに、回折光強度Ｉがピークとなる。換言すると、第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５の各干渉縞間隔ｄ１からｄ５は、正規の再生波長である場合、それぞれ、入射角度θ＝θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、θ_５のときに、回折光強度Ｉがピークになるように適合される。

【0051】

従って、本実施例によれば、正規の再生波長である場合、入射角度θが角度θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、θ_５のいずれかと同じ（すなわちブラッグ角度である）又はその近傍であれば、比較的高い回折光強度Ｉを実現できる。これにより、画像光照射装置２の個体差（初期ズレ）や温度、経年変化等に起因して、入射角度θが変動した場合でも、入射角度θが角度θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、θ_５のいずれかと同じ又はその近傍であれば、ブラッグ条件を満たす角度を満たす又は満たす角度の近傍となるので、比較的高い回折光強度Ｉを実現できる。比較的高い回折光強度Ｉを実現できることで、表示像ＶＩの良好な品質を確保できる。

【0052】

ところで、上記の式（１）からもわかるように、入射角度θを固定した場合、波長が変動すると、ブラッグ条件を満たす干渉縞間隔ｄが変化する。従って、本実施例によれば、ホログラム３が上述のように複数の干渉縞間隔ｄ１からｄ５で記録された干渉縞を含むので、再生波長が正規の波長（設計値に基づく再生波長）から変動した場合でも、比較的高い回折光強度Ｉを実現できる。比較的高い回折光強度Ｉを実現できることで、表示像ＶＩの良好な品質を確保できる。

【0053】

このようにして、本実施例によれば、ホログラム３が、異なる干渉縞間隔の干渉縞３１０～３５０が記録されるので、入射角度θ及び／又は再生波長が正規の入射角度θ（設計値に基づく入射角度）及び／又は正規の再生波長からずれた場合でも、比較的高い回折光強度Ｉを実現できる比較的高い回折光強度Ｉを実現でき、表示像ＶＩの良好な品質を確保できる。すなわち、入射角度θや再生波長の変動に対してロバストなホログラム３を備えるヘッドアップディスプレイ１を実現できる。

【0054】

ここで、図９Ａから図１０Ｂを参照して、本実施例の効果を更に説明する。

【0055】

図９Ａは、本実施例によるホログラム３の解析結果を示す図であり、図９Ｂは、比較例によるホログラム（図示せず）の解析結果を示す図である。図９Ａ及び図９Ｂでは、横軸にΔθ（正規の入射角度θに対するズレ量）を取り、縦軸にΔλ（正規の再生波長に対するズレ量）を取り、回折光強度Ｉの分布を示す図である。領域Ｉ１は、最も回折光強度Ｉが高く、領域Ｉ２は、次に回折光強度Ｉが高く、以下同様である。また、領域Ｉ_Ｂは、回折光強度Ｉが非常に低い領域であり、表示像ＶＩが実質的に可視とならないレベルの回折光強度Ｉの領域である。

【0056】

図９Ａ及び図９Ｂには、上述したように各種の要因に起因して正規値からずれうる入射角度θ及び再生波長の範囲として、許容変動範囲Ｑ１が模式的に示される。なお、許容変動範囲Ｑ１は、設計条件等に応じて適宜定まる。

【0057】

比較例によるホログラムは、本実施例のホログラム３と異なり、単一の干渉縞間隔ｄ０の干渉縞層を備える。干渉縞間隔ｄ０は、正規の入射角度θ及び正規の再生波長に基づいて、ブラッグ条件を満たすように設定されている。

【0058】

このような比較例の場合、ブラッグ条件を満たす位置及びその周辺の狭い範囲でしか、回折光強度Ｉが比較的大きくならない。すなわち、図９Ｂに示すように、許容変動範囲Ｑ１内では、一部に領域Ｉ１等が含まれるだけであり、大部分が領域Ｉ_Ｂとなる。従って、このような比較例では、入射角度θ及び／又は再生波長が正規の入射角度θ及び／又は正規の再生波長からずれると、領域Ｉ_Ｂに属する可能性が高くなる。このため、比較例の場合、入射角度θや再生波長の変動に対してロバストなホログラムを備えるヘッドアップディスプレイを実現し難い。

【0059】

これに対して、本実施例によるホログラム３は、上述したように、異なる干渉縞間隔の干渉縞３１０～３５０が記録される。このような本実施例の場合、図９Ａに示すように、上述した比較例とは対照的に、許容変動範囲Ｑ１内には、領域Ｉ_Ｂが含まれることはなく、大部分が領域Ｉ１となる。従って、本実施例によれば、入射角度θや再生波長の変動に対してロバストなホログラム３を備えるヘッドアップディスプレイ１を実現できる。換言すると、本実施例によれば、比較例に比べて、適切な輝度の表示像ＶＩを生成できる許容変動範囲Ｑ１を効率的に広げることができる。

【0060】

図１０Ａは、本実施例のホログラム３によるアイボックスＥＢのサイズの説明図であり、側面視で、画像光照射装置２からの一部の表示光Ｌ１００、Ｌ１１０、Ｌ１２０がアイボックスＥＢに向けて反射する様子を模式的に示す図である。図１０Ｂは、比較例のホログラム３’によるアイボックスＥＢ’のサイズの説明図である。図１０Ａ及び図１０Ｂには、それぞれ、Ｑ１０部の拡大図が併せて示されている。

【0061】

比較例によるホログラム３’は、図９Ｂの場合と同様、本実施例のホログラム３と異なり、単一の干渉縞間隔ｄ０の干渉縞層を備える。

【0062】

このような比較例の場合、上述したように、ブラッグ条件を満たす位置及びその周辺の狭い範囲でしか、回折光強度Ｉが比較的大きくならない。従って、ホログラム３’に対して異なる入射角度で入射する表示光Ｌ１００、Ｌ１１０、Ｌ１２０のうちの、干渉縞間隔ｄ０に適合した特定の表示光（本例では、表示光Ｌ１００）だけが運転者（図１参照）に向かう。この結果、アイボックスＥＢ’が狭くなる傾向となる。

【0063】

これに対して、本実施例によるホログラム３は、上述したように、異なる干渉縞間隔の干渉縞３１０～３５０が記録される。このような本実施例の場合、図１０Ａに示すように、上述した比較例とは対照的に、ホログラム３に対して異なる入射角度で入射する表示光Ｌ１００、Ｌ１１０、Ｌ１２０のそれぞれが運転者（図１参照）に向かう。従って、本実施例によれば、比較的広いアイボックスＥＢを実現できる。

【0064】

次に、上述した図８を再度参照しつつ、図１１を新たに参照して、第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５のそれぞれに係る回折効率曲線の好ましい例について説明する。

【0065】

図１１は、図８と同様、本実施例のホログラム３の特性の説明図である。図１１には、横軸に波長を取り、縦軸に回折光強度Ｉを取り、本実施例のホログラム３の第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５のそれぞれに係る回折効率曲線Ｌ_１１からＬ_１５が示されている。

【0066】

なお、図８は、入射角度に応じた回折光強度Ｉの特性を表すのに対して、図１１は、再生波長に応じた回折光強度Ｉの特性を表す。

【0067】

第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５のそれぞれに係る回折効率曲線Ｌ_１からＬ_５は、図８に示すように、少なくとも２つの回折効率曲線同士で重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を有する。例えば、回折効率曲線Ｌ_１と回折効率曲線Ｌ_２とは、重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を有し、回折光強度が所定値Ｉ_０以上である範囲で、重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を有し、以下同様である。

【0068】

具体的には、上述したように、第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５の各干渉縞間隔ｄ１からｄ５は、正規の再生波長である場合、それぞれ、入射角度θ＝θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、θ_５のときに、回折光強度Ｉがピークになるように適合される。このとき、角度θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、θ_５は、このような重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を有するように、適合される。

【0069】

このような重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を有することで、許容変動範囲Ｑ１（図９Ａ参照）内の全体にわたり、一定以上の回折光強度Ｉを確保でき、入射角度θや再生波長の変動に対するロバスト性を高めることができる。

【0070】

なお、ここでは、図８を参照して、回折効率曲線Ｌ_１からＬ_５の重なりについて説明したが、回折効率曲線Ｌ_１１からＬ_１５の重なりについても同様である。すなわち、上述した式（１）からわかるように、入射角度θが変化すると、変化後の入射角度θに対してブラッグ条件を満たす再生波長λも同様に変化するので、回折効率曲線Ｌ_１１からＬ_１５に係る関係は、実質的に、回折効率曲線Ｌ_１からＬ_５に係る関係に対応する。換言すると、回折効率曲線Ｌ_１１からＬ_１５のそれぞれにおいて回折光強度Ｉがピークとなる波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５間の関係は、上述した式（１）に基づいて、角度θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、θ_５間の関係に相関する。

【0071】

図１２は、上述した重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を有するように第１干渉縞層３１から第５干渉縞層３５の各干渉縞間隔ｄ１からｄ５を設定するための設定方法の説明図である。図１３は、変調パラメータの説明図である。図１２は、パラメータχ_ｒの関数として表した体積反射型位相格子の正規化回折効率（η／η_Ｂ）のグラフである。具体的には、横軸にパラメータχ_ｒを取り、縦軸に正規化回折効率（η／η_Ｂ）を取り、両者の関係を表す特性曲線Ｌ１４０が示される。なお、特性曲線Ｌ１４０は、所定の変調パラメータΦの値に依存して変化する。なお、変調パラメータΦは、屈折率変化の振幅であるΔｎを用いて、Φ＝πΔｎｄ／λｃｏｓθ_０で表され、図１３に示すように、その値が増加すると回折効率が上限の１に向かって単調増加する関係を有する。ここでは、変調パラメータの値が１／４πであるとする。なお、正規化のための効率η_Ｂは、η_Ｂ＝ｔａｎｈ^２Φで表される。

【0072】

パラメータχ_ｒは、ブラッグ条件からのずれの量を表し、以下の式のとおりである。

【0073】

【数1】

ここでは、上記の数１の式に基づいて、正規の再生波長をλ_０、ブラッグ角度がθ_０であるホログラム３を設計する場合について、上述した図１１を参照して、説明する。

【0074】

まず、ブラッグ条件より波長λ_０の干渉縞間隔ｄ_０は、以下のように求められる。
ｄ_０＝λ_０／２ｃｏｓθ_０
このときの回折光量は、波長のずれに対して特性曲線Ｌ１４０のような変化をする。従って、回折光量が０となるのは先の式でパラメータχ_ｒ＝３．２のときである（図１２のＰ１参照）。パラメータχ_ｒ＝３．２を数１の式に代入すると、Δλは、以下のように表すことができる。
Δλ＝３．２λ_０／ｃｏｓθ_０×λ_０／２πＤ
図１１を参照して上述した波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５は、横軸方向で隣接する波長同士で、それぞれに対応するΔλずつオフセットする関係を有することで、回折光量が０とならないような重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を有することができる。

【0075】

具体的には、波長λ_３を中心波長（λ_０）とすると、波長λ_４、λ_５は、以下の通りである。

【0076】

【数2】

【0077】

【数3】

また、波長λ_３を中心波長（λ_０）とすると、波長λ_２、λ_１は、以下の通りである。

【0078】

【数4】

【0079】

【数5】

このようにして、例えば波長λ_３を中心波長（λ_０）として、波長λ_１、λ_２、λ_４、λ_５を設定すれば、図１２に示した特性に基づいて、回折効率曲線Ｌ_１１からＬ_１５の重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を適切に設定できる。そして、波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５が求まると、上述した式（１）に基づいて、各波長に対応した干渉縞間隔ｄ１からｄ５を求めることができる。例えば、波長λ_３を６５０ｎｍ、入射角度θ_０を３０度、媒体厚Ｄを３０ｕｍとしたとき、干渉縞間隔ｄ１からｄ５は、ｄ１＝３６６ｎｍ、ｄ２＝３７１ｎｍ、ｄ３＝３７５ｎｍ、ｄ４＝３８０ｎｍ、ｄ５＝３８５ｎｍとなる。

【0080】

なお、ここでは、干渉縞間隔ｄ１からｄ５は、回折光量（正規化回折効率）が０とならないような重なり（ハッチング領域Ｒ８参照）を有するように適合されているが、これに限られない。例えば、干渉縞間隔ｄ１からｄ５は、正規化回折効率が０～０．４となるパラメータχ_ｒの範囲に基づいて、適合されてよい。このような範囲内で適合することで、ホログラム３に含まれる第１干渉縞層３１等の層数を過大とすることなく、所望の許容変動範囲Ｑ１（図９Ａ参照）での回折光強度Ｉの分布の適正化を効率的に図ることができる。

【0081】

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

【0082】

前述した実施例においては、異なる干渉縞間隔（ｄ１～ｄ５）の干渉縞層３１～３５を積層することにより複数の干渉縞の多重化を実現したが、これに限定されない。
具体的には、異なる干渉縞間隔（ｄ１～ｄ５）の干渉縞を種々の体積多重記録方式によって同一箇所に多重記録して構成してもよい。体積多重記録方式は、例えば、角度多重方式、球面参照波シフト多重方式などの種々の記録方式が採用できる。

【0083】

上述した体積多重記録方式を採用する場合、多重記録によって回折効率が劣化する虞がある。多重記録による回折効率の劣化を考慮する場合、中心波長（λ_０）に対応する干渉縞の劣化が最も小さく、中心波長（λ_０）からのずれ量が多い波長に対応する干渉縞ほど劣化が大きくなるように、記録露光量を制御することが好ましい。

【0084】

また、多重化する複数の干渉縞は、２つ以上の干渉縞の多重化であればよく、前述した実施例の５つの干渉縞の多重化に限定されない。

【符号の説明】

【0085】

１ ヘッドアップディスプレイ
２ 画像光照射装置
３ ホログラム
９ インストルメントパネル
１０ レーザユニット
１１ レーザ照射装置
１２ レーザ照射装置
１３ レーザ照射装置
２０ ダイクロイックミラーユニット
２０Ａ クロスプリズム
２１ ダイクロイックミラー
２２ ダイクロイックミラー
２３ ダイクロイックミラー
２８ 集光レンズ
２９ ＭＥＭＳスキャナ
３１ 第１干渉縞層
３２ 第２干渉縞層
３３ 第３干渉縞層
３４ 第４干渉縞層
３５ 第５干渉縞層
４０ スクリーン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】