(57)【要約】  光を出射する光源と、前記光に基づき生成された映像光を投射する投射光学系と、該投射光学系からの前記映像光が入射する第１面を含む透過型のホログラムと、該ホログラムによって偏向された前記映像光をフレネル反射させる界面と、備え、前記ホログラムは、二光束干渉により、前記第１面に入射した物体光及び参照光によって記録された第１干渉縞を含み、前記第１面に入射した前記映像光は、前記第１干渉縞によって前記界面に向けて偏向され、前記界面は、前記第１面に向けて前記映像光を反射することを特徴とするシースルーディスプレイ装置。
2012042793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光に基づき生成された映像光を投射する投射光学系と、
該投射光学系からの前記映像光が入射する第１面を含む透過型のホログラムと、
該ホログラムによって偏向された前記映像光をフレネル反射させる界面と、備え、
前記ホログラムは、二光束干渉により、前記第１面に入射した物体光及び参照光によって記録された第１干渉縞を含み、
前記第１面に入射した前記映像光は、前記第１干渉縞によって前記界面に向けて偏向され、
前記界面は、前記第１面に向けて前記映像光を反射することを特徴とするシースルーディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第１面は、前記映像光によって表現される映像を観察する観察者に対向し、
前記第１面に対する垂面に対して、前記観察者側の角度は、正の角度として定義され、前記正の角度とは反対側の角度は、負の角度として定義されるならば、前記第１面に対する前記物体光の入射角は、正の角度であることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項３】
前記ホログラムは、前記第１面とは反対側の第２面を含み、
前記第１面又は前記第２面に向かう光路を横切るように配設された１／２波長板を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１面に向けて反射する光を抑制する反射防止コート又は反射防止構造体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項５】
前記投射光学系は、前記第１干渉縞の記録に用いられた前記参照光の主光線の光路上に存在しないことを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項６】
前記第１干渉縞の記録に用いられた前記参照光の前記主光線の前記光路上に配設された光拡散体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項７】
前記参照光及び前記物体光は、前記第２面に１／４波長板が設置された前記体積ホログラムの前記第１面にＳ偏光又はＰ偏光で入射し、前記第１干渉縞を記録することを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項８】
請求項６に記載のシースルーディスプレイ装置を搭載した車両であって、
前記光拡散体は、ダッシュボードであることを特徴とする車両。
【請求項９】
光を出射する光源と、
前記光に基づき生成された映像光を投射する投射光学系と、
該投射光学系からの前記映像光が入射する第１面と、該第１面とは反対側の第２面と、前記第１面から前記第２面への前記映像光の伝播を許容するように形成された第１干渉縞と、を含む透過型のホログラムと、
前記第１干渉縞によって偏向された前記映像光をフレネル反射させる界面と、を備え、
該界面に入射する前記映像光は、Ｓ偏光であり、
前記界面から出射される前記映像光の出射角は、前記第１面に入射する前記映像光の入射角よりも大きいことを特徴とするシースルーディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記第１面又は前記第２面に向かう光路を横切るように配置された１／２波長板を更に備え、
該１／２波長板に入射する前記映像光は、Ｐ偏光であることを特徴とする請求項９に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記第１面に向かう光の反射を抑制する反射防止コート又は反射防止構造体を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記ホログラムは、５０％以上の回折効率を有することを特徴とする請求項９に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記映像光によって表現される映像を観察する観察者に対向する内面と、該内面とは反対側の外面と、を含む透明基板を更に備え、
前記界面は、前記外面であり、
前記内面上又は前記内面と前記外面との間で保持された前記ホログラムは、前記外面に入射する外光を除去する第２干渉縞を含む体積ホログラムであることを特徴とする請求項１又は９に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記第１干渉縞による回折効率が最も高くなる第１光の前記体積ホログラムへの第１入射角は、前記第２干渉縞による回折効率が最も高くなる第２光の前記体積ホログラムへの第２入射角に等しいことを特徴とする請求項１３に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記体積ホログラムの温度変化に伴い前記第１入射角が増大するならば、前記第２入射角も増大し、
前記体積ホログラムの温度変化に伴い前記第１入射角が減少するならば、前記第２入射角も減少することを特徴とする請求項１３又は１４に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記体積ホログラムの温度変化に対する前記第１入射角の変化率は、前記体積ホログラムの温度変化に対する前記第２入射角の変化率に等しいことを特徴とする請求項１５に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記第２干渉縞によって反射された前記外光は、前記第２面から出射されることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記第１面又は前記第２面に対する垂面に対して、前記観察者側の角度は、正の角度として定義され、前記正の角度とは反対側の角度は、負の角度として定義され、
前記第１入射角が正の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第１光の第１出射角は、負の角度であり、
前記第１入射角が負の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第１光の第１出射角は、正の角度であり、
前記第２入射角が正の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第２光の第２出射角も、正の角度であり、
前記第２入射角が負の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第２光の第２出射角も、負の角度であることを特徴とする請求項１７に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記第１入射角は、５０度以下であり、
前記第１出射角は、５０度以上７０度以下であり、
前記第２出射角は、７０度以上であることを特徴とする請求項１８に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記第１干渉縞は、赤色、緑色、青色の光それぞれを特異的に回折する干渉縞を含み、
前記第２干渉縞は、赤色、緑色、青色の光それぞれを特異的に回折する干渉縞を含むことを特徴とする請求項１３乃至１９に記載のシースルーディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（例えば、速度情報や高度情報）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。【０００３】
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、あたかも映像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。【０００４】
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装置」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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
シースルーディスプレイ装置は、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。【０００８】
従来のシースルーディスプレイ装置は、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、シースルーディスプレイ装置が小型であっても、使用者は、大サイズの画像を視認することができる。【０００９】
体積ホログラムは、所定の波長のみに対して特異的に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、且つ、体積ホログラムがレーザ光源からのレーザ光の波長に対応する波長範囲に対して、高い回折効率を有するように設計されるならば、ＨＵＤは、自然光のロスを抑えつつ、高い光利用効率を達成することができる。【００１０】
ＨＵＤに用いられる体積ホログラムに干渉縞を形成するために、体積ホログラムは露光される。体積ホログラムの露光処理の間、体積ホログラムの界面で反射した光によっても干渉縞は形成される。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が知られている。【００１１】
図３２乃至図３５を用いて、従来のＨＵＤ中の迷光の発生原理が説明される。図３２は、従来の反射型の体積ホログラムが組み込まれたＨＵＤの概略図である。図３３Ａは、図３２に示されるＨＵＤの露光光学系の概略図である。図３３Ｂは、図３３Ａに示される露光光学系中の主光線と、体積ホログラムと観察者との間の位置関係を表す概略図である。図３４Ａ及び図３５は、図３２に示されるＨＵＤ中の迷光の光路の概略図である。【００１２】
図３２を用いて、従来のＨＵＤが説明される。【００１３】
従来のＨＵＤ９００は、レーザ光ＬＢを出射するレーザ光源９１０と、レーザ光ＬＢに基づき、映像光ＩＬを生成する投射光学系９２０と、を備える。投射光学系９２０は、レーザ光源９１０からのレーザ光ＬＢを受けるレンズ９２１と、レンズ９２１からのレーザ光ＬＢの伝搬方向を変える折返ミラー９２２と、折返ミラー９２２からのレーザ光ＬＢを受け、映像光ＩＬを生成する液晶パネル９２３と、液晶パネル９２３からの映像光ＩＬを受ける投射レンズ９２４と、投射レンズ９２４によって投射された映像光ＩＬを受けるスクリーン９２５と、を含む。【００１４】
ＨＵＤ９００は、制御部９３０を更に備える。制御部９３０は、レーザ光源９１０と液晶パネル９２３とを制御する。この結果、所望の映像を表示するための映像光ＩＬが生成される。【００１５】
ＨＵＤ９００は、例えば、車両に搭載される。図３２には、車両のフロントガラス９４０が示されている。フロントガラス９４０は、ＨＵＤ９００の一部として用いられる。フロントガラス９４０は、運転者Ｄが存在する空間（室内空間）を規定する内ガラス９４１と、車両の外の空間（室外空間）との間で境界を形成する外ガラス９４２と、を含む。尚、運転者Ｄは、ＨＵＤ９００によって表示される映像を観察する観察者である。【００１６】
ＨＵＤ９００は、内ガラス９４１と外ガラス９４２との間に配設された体積ホログラム９５０を更に備える。体積ホログラム９５０は、投射光学系９２０から投射された映像光ＩＬを運転者Ｄに向けて偏向する。【００１７】
ＨＵＤ９００のレーザ光源９１０は、レーザ光ＬＢを出射する。投射光学系９２０のレンズ９２１は、レーザ光ＬＢを拡大する。拡大されたレーザ光ＬＢは、折返ミラー９２２によって、液晶パネル９２３に向けて折り返される。この結果、レーザ光ＬＢは、液晶パネル９２３に入射する。【００１８】
液晶パネル９２３は、制御部９３０の制御下で、所望のパターンを２次元的に形成する。液晶パネル９２３を通過するレーザ光ＬＢは、空間変調され、映像光ＩＬになる。映像光ＩＬは、投射レンズ９２４を通じて、スクリーン９２５に投射される。【００１９】
スクリーン９２５から出射された映像光ＩＬは、内ガラス９４１と外ガラス９４２との間に挟まれた体積ホログラム９５０に入射する。体積ホログラム９５０は、入射された映像光ＩＬを運転者Ｄに向けて回折する。この結果、運転者Ｄは、フロントガラス９４０越しに、スクリーン９２５に映し出された映像の虚像ＶＩを視認することができる。【００２０】
図３２に示されるＨＵＤ９００の設計において、スクリーン９２５から出射される映像光ＩＬや車外からの外光（太陽光、前走車のテールランプや対向車のヘッドライトからの光）の経路は、十分に考慮されている。しかしながら、体積ホログラム９５０の回折の結果、設計上において意図されない経路で運転者Ｄ（観察者）の視野に入る光が発生することがある。このような意図されない光は、以下の説明において、「迷光」と称される。【００２１】
図３３Ａは、体積ホログラム９５０の露光光学系の概略図である。図３２及び図３３Ａを用いて、ＨＵＤ９００の体積ホログラム９５０に干渉縞を記録するための光学系が説明される。尚、体積ホログラム９５０は、反射型ホログラムとして機能する。【００２２】
露光光学系９６０は、図３２に関連して説明されたレーザ光源９１０が出射するレーザ光ＬＢと同じ波長を有するレーザ光ＲＬＢを受けるハーフミラー９６１を備える。ハーフミラー９６１は、レーザ光ＲＬＢを物体光ＯＬと参照光ＲＬとに分割する。【００２３】
露光光学系９６０は、物体光ＯＬを受けるレンズ９６２と、レンズ９６２と体積ホログラム９５０との間に配設されたピンホール板９６３と、を更に備える。ピンホール板９６３には小孔が形成されている。【００２４】
物体光ＯＬは、ハーフミラー９６１からレンズ９６２へ向かう。レンズ９６２は、ピンホール板９６３の小孔に向けて集光する。この結果、ピンホール板９６３を通過した物体光ＯＬは球面波となる。その後、物体光ＯＬは、体積ホログラム９５０に入射する。【００２５】
露光光学系９６０は、参照光ＲＬを体積ホログラム９５０に向けて折り返す折返ミラー９６４と、折返ミラー９６４からの参照光ＲＬを受けるレンズ９６５と、レンズ９６５と体積ホログラム９５０との間に配設されたピンホール板９６６と、を更に備える。物体光ＯＬ用のピンホール板９６３と同様に、ピンホール板９６６には小孔が形成されている。【００２６】
参照光ＲＬは、ハーフミラー９６１から折返ミラー９６４に向かう。折返ミラー９６４は、レンズ９６５に向けて、参照光ＲＬを折り返す。レンズ９６５は、ピンホール板９６６の小孔に向けて集光する。この結果、ピンホール板９６６を通過した参照光ＲＬは、球面波となる。【００２７】
体積ホログラム９５０は、物体光ＯＬが入射する表面９５１と、表面９５１とは反対側の表面９５２と、を含む。参照光ＲＬは、表面９５２に入射する。【００２８】
物体光ＯＬが通過するピンホール板９６３の小孔の位置が、図３２に関連して説明されたＨＵＤ９００のスクリーン９２５の中央領域に相当するように、ピンホール板９６３は、体積ホログラム９５０に対して位置決め並びに角度設定される。図３２には、体積ホログラム９５０からスクリーン９２５の中央領域までの距離が、「Ｌ２」の符号を用いて示されている。図３３Ａに示されるように、ピンホール板９６３の小孔から体積ホログラム９５０までの距離も、同様に、「Ｌ２」である。【００２９】
参照光ＲＬが通過するピンホール板９６６の小孔の位置が、図３２に関連して説明されたＨＵＤ９００が作り出す虚像ＶＩの中央領域に相当するように、ピンホール板９６６は、体積ホログラム９５０に対して位置決め並びに角度設定される。図３２には、体積ホログラム９５０から虚像ＶＩの中央領域までの距離が、「Ｌ１」の符号を用いて示されている。図３３Ａに示されるように、ピンホール板９６６の小孔から体積ホログラム９５０までの距離も、同様に、「Ｌ１」である。【００３０】
上述の露光光学系９６０の光学的設定の下、物体光ＯＬ及び参照光ＲＬが、所定時間、体積ホログラム９５０に照射されるならば、体積ホログラム９５０に干渉縞が記録される。この結果、体積ホログラム９５０は、反射型ホログラムとして機能する。【００３１】
図３３Ｂは、露光光学系９６０の主光線の経路を概略的に示す。図３３Ｂには、ピンホール板９６３，９６６の後の光学系が示されている。また、迷光の発生原理の理解を容易にするために、図３３Ｂには、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢ及び参照光ＲＬの主光線ＲＭＢのみが描かれている。【００３２】
迷光の発生原理は、主光線ＯＭＢ，ＲＭＢを用いて、以下に説明される。しかしながら、迷光の発生原理は、主光線ＯＭＢ，ＲＭＢの干渉だけでなく、二光束によって干渉が発生するならば、同様に適用される。【００３３】
光が、周囲空間（空気）と屈折率が異なる透明な物体に入射するならば、周囲空間と透明な物体との境界において、光の一部はフレネル反射する。【００３４】
図３３Ｂにおいて、体積ホログラム９５０の表面９５１と境界をなす空間は、「室内空間」と称される。体積ホログラム９５０の表面９５２と境界をなす空間は、「室外空間」と称される。【００３５】
物体光ＯＬの主光線ＯＭＢは、体積ホログラム９５０の表面９５１に入射し、その後、表面９５２に到達する。主光線ＯＭＢの一部は、上述の原理に従って、フレネル反射する。この結果、主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲが発生する。【００３６】
参照光ＲＬの主光線ＲＭＢは、体積ホログラム９５０の表面９５２に入射し、その後、表面９５１に到達する。主光線ＲＭＢの一部は、上述の原理に従って、フレネル反射する。この結果、主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲが発生する。【００３７】
上述のフレネル反射の結果、４種類の光線が体積ホログラム９５０を通過する。この結果、体積ホログラム９５０内には、４種類の光線間の干渉の結果生ずる干渉縞が記録される。【００３８】
以下の説明において、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢと参照光ＲＬの主光線ＲＭＢとの間での干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞１」と称される。物体光ＯＬの主光線ＯＭＢと主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞２」と称される。参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞３」と称される。物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲと参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞４」と称される。物体光ＯＬの主光線ＯＭＢと、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞５」と称される。参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞６」と称される。【００３９】
上述の如く、体積ホログラム９５０内には、６種類の干渉縞が形成される。尚、干渉縞２乃至６は、干渉縞１と比べて、屈折率の変調量は小さい。【００４０】
体積ホログラム９５０内に形成された６種類の干渉縞のうち３種類の干渉縞が運転者Ｄに向かう迷光を引き起こす。迷光の原因となる干渉縞は、「干渉縞１」、「干渉縞３」及び「干渉縞６」である。【００４１】
図３４Ａは、干渉縞１に起因する迷光を概略的に示す。図３４Ｂは、干渉縞３に起因する迷光を概略的に示す。図３５は、干渉縞６に起因する迷光を概略的に示す。尚、図３４Ａ乃至図３５に示される体積ホログラム９５０は、ＨＵＤ９００内に組み込まれている。したがって、図３４Ａ乃至図３５は、内ガラス９４１と外ガラス９４２との間に挟まれた体積ホログラム９５０を示す。体積ホログラム９５０がＨＵＤ９００に組み込まれるならば、物体光ＯＬや参照光ＲＬは存在しないが、迷光の発生原理を明瞭に説明するために、図３４Ａ乃至図３５は、ピンホール板９６３，９６４の後の光学系も概略的に示している。【００４２】
図３４Ａは、干渉縞１に起因する迷光の発生原理を概略的に示す。図３４Ａを用いて、干渉縞１に起因して生ずる迷光が説明される。【００４３】
外光は、外ガラス９４２に入射する。図３４Ａには、内ガラス９４１に対する物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの入射角と等しい入射角で外ガラス９４２に入射する外光成分ＥＣ１が示されている。外光成分ＥＣ１は、外ガラス９４２、体積ホログラム９５０及び内ガラス９４１を順次通過し、内ガラス９４１と室内空間との境界に到達する。外光成分ＥＣ１の一部は、内ガラス９４１と室内空間との境界でフレネル反射し、再度、体積ホログラム９５０に向かう。その後、外光成分ＥＣ１の一部は、体積ホログラム９５０に記録された干渉縞１によって回折される。この結果、外光成分ＥＣ１の一部は、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと同じ方向に出射される。この結果、外光成分ＥＣ１の一部は、運転者Ｄに迷光として知覚される。【００４４】
図３４Ｂは、干渉縞３に起因する迷光の発生原理を概略的に示す。図３４Ｂを用いて、干渉縞３に起因して生ずる迷光が説明される。【００４５】
室内空間から内ガラス９４１に入射する外光も存在する。図３４Ｂには、外ガラス９４２から出射される参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲの出射角度と同じ角度で出射される外光成分ＥＣ２が示されている。外光成分ＥＣ２は、室内空間から内ガラス９４１に入射する。その後、外光成分ＥＣ２は、内ガラス９４１を通過し、体積ホログラム９５０に到達する。外光成分ＥＣ２は、体積ホログラム９５０に記録された干渉縞３によって、回折され、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと同じ方向に出射される。この結果、外光成分ＥＣ２は、運転者Ｄに迷光として知覚される。【００４６】
図３５は、干渉縞６に起因する迷光の発生原理を概略的に示す。図３５を用いて、干渉縞６に起因して生ずる迷光が説明される。【００４７】
干渉縞６は、体積ホログラム９５０内の光の透過を許容するように形成される。図３５には、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲと同じ角度で入射する外光成分ＥＣ３が示されている。外光成分ＥＣ３は、干渉縞６によって回折され、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと同じ方向に進行し、内ガラス９４１から出射される。この結果、外光成分ＥＣ３は、運転者Ｄに迷光として知覚される。【００４８】
上述の如く、体積ホログラム９５０に対して、二光束干渉によって干渉縞が記録されるならば、体積ホログラム９５０と空気との界面で生ずるフレネル反射光による干渉が発生する。フレネル反射光による干渉露光の結果、意図しない干渉縞が体積ホログラム９５０に記録される。この結果、運転者Ｄ（観察者）に向かう迷光が発生する。【００４９】
特許文献２は、体積ホログラムと無反射板との間に滴下された光学密着液を用いて、体積ホログラムの界面におけるフレネル反射光の発生を抑制することを提案する。フレネル反射光が発生しにくくなるので、迷光の発生が抑制される。【００５０】
迷光の発生を防止するために、特許文献２の開示技術の如く、無反射板や光学密着液が用いられるならば、体積ホログラムを露光する露光工程前の工程数が増大する。また、無反射板及び光学密着液だけでなく、これらを利用するための特別な設備が新たに必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特表２００７−５２６４９８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３１０８４号公報
【発明の概要】
【００５２】
本発明は、シースルーディスプレイ装置中に発生する迷光を抑制するための簡便な技術を提供することを目的とする。また、本発明は、視認性に優れた映像を表示することができるシースルーディスプレイ装置及びシースルーディスプレイ装置を搭載した車両を提供することを目的とする。
【００５３】
本発明の一の局面に係るシースルーディスプレイ装置は、光を出射する光源と、前記光に基づき生成された映像光を投射する投射光学系と、該投射光学系からの前記映像光が入射する第１面を含む透過型のホログラムと、該ホログラムによって偏向された前記映像光をフレネル反射させる界面と、備え、前記ホログラムは、二光束干渉により、前記第１面に入射した物体光及び参照光によって記録された第１干渉縞を含み、前記第１面に入射した前記映像光は、前記第１干渉縞によって前記界面に向けて偏向され、前記界面は、前記第１面に向けて前記映像光を反射することを特徴とする。
【００５４】
本発明の他の局面に係る車両は、上述のシースルーディスプレイ装置を搭載した車両であって、シースルーディスプレイ装置は、前記第１干渉縞の記録に用いられた前記参照光の前記主光線の前記光路上に配設された光拡散体を更に備え、前記光拡散体は、ダッシュボードであることを特徴とする。
【００５５】
本発明の他の局面に係るシースルーディスプレイ装置は、光を出射する光源と、前記光に基づき生成された映像光を投射する投射光学系と、該投射光学系からの前記映像光が入射する第１面と、該第１面とは反対側の第２面と、第１面から第２面への前記映像光の伝播を許容するように形成された第１干渉縞と、を含む透過型のホログラムと、前記第１干渉縞によって偏向された前記映像光をフレネル反射させる界面と、を備え、該界面に入射する前記映像光は、Ｓ偏光であり、前記界面から出射される前記映像光の出射角は、前記第１面に入射する前記映像光の入射角よりも大きいことを特徴とする。
【００５６】
上述のシースルーディスプレイ装置及びシースルーディスプレイ装置を搭載した車両は、簡便な技術を用いて、シースルーディスプレイ装置中で発生する迷光を抑制することができる。したがって、シースルーディスプレイ装置及びシースルーディスプレイ装置を搭載した車両は、迷光が少ない高画質の映像を表示することができる。
【００５７】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】第１実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示されるＨＵＤの体積ホログラムを露光するための露光光学系の概略図である。
【図２】図１Ａに示されるＨＵＤの体積ホログラム中の映像光の光路の概略図である。
【図３】従来のＨＵＤに用いられる反射型の体積ホログラム中の映像光の光路の概略図である。
【図４Ａ】図１Ｂに示される露光光学系の主光線の経路の概略図である。
【図４Ｂ】図１Ａに示されるＨＵＤの体積ホログラムに記録された干渉縞に起因する迷光の発生原理の概略図である。
【図５Ａ】図１Ａに示されるＨＵＤの体積ホログラムに記録された干渉縞に起因する迷光の発生原理の概略図である。
【図５Ｂ】図１Ａに示されるＨＵＤの体積ホログラムに記録された干渉縞に起因する迷光の発生原理の概略図である。
【図６】第２実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤの概略図である。
【図７】図６に示されるＨＵＤのフロントガラスの周囲の概略的な拡大図である。
【図８】入射角と反射率との間の関係を概略的に示すグラフである。
【図９】第３実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤの概略図である。
【図１０】図９に示されるＨＵＤのフロントガラスの周囲の概略的な拡大図である。
【図１１】第４実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤの概略図である。
【図１２】図１１に示されるＨＵＤのフロントガラスの周囲の概略的な拡大図である。
【図１３】第５実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤの概略図である。
【図１４】図１３に示されるＨＵＤのフロントガラス及びフロントガラスへ映像光を投射する投射光学系の概略図である。
【図１５】シースルーディスプレイに用いられる体積ホログラムに干渉縞を形成するための他の方法を概略的に説明する図である（第６実施形態）。
【図１６Ａ】第７実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤの概略図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示されるＨＵＤの体積ホログラムに適用される露光光学系の概略図である。
【図１７】図１６Ｂに示されるＨＵＤのフロントガラスの周囲における光路の概略図である。
【図１８Ａ】第８実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤの概略図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａに示されるＨＵＤの体積ホログラムを露光するための露光光学系の概略図である。
【図１９】図１８Ａに示されるＨＵＤのフロントガラスの周囲の映像光の光路の概略図である。
【図２０】Ｓ偏光の反射率の角度依存性を概略的に示すグラフである。
【図２１】透過率の角度依存性を示すグラフである。
【図２２Ａ】第８実施形態の原理にしたがって改良されたＨＵＤの概略図である。
【図２２Ｂ】第８実施形態の原理にしたがって改良されたＨＵＤの概略図である。
【図２３】第９実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＭＤの概略図である。
【図２４】迷光の発生原理の概略図である。
【図２５】既知のＨＵＤの概略図である。
【図２６】体積ホログラムを備えるＨＵＤの概略図である。
【図２７】第１０実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤの概略図である。
【図２８】図２７に示されるＨＵＤの体積ホログラムに記録された第１干渉縞の回折効率の計算結果を表すグラフである。
【図２９】図２７に示されるＨＵＤの体積ホログラムに記録された第２干渉縞の回折効率の計算結果を表すグラフである。
【図３０】図２７に示されるＨＵＤの体積ホログラムに記録された第１干渉縞の回折効率の角度依存特性の計算結果を表すグラフである。
【図３１】図２７に示されるＨＵＤの体積ホログラムに記録された第２干渉縞の回折効率の角度依存特性の計算結果を表すグラフである。
【図３２】図３２は、従来の反射型の体積ホログラムが組み込まれたＨＵＤの概略図である。
【図３３Ａ】図３２に示されるＨＵＤの露光光学系の概略図である。
【図３３Ｂ】図３３Ａに示される露光光学系中の主光線と、体積ホログラムと観察者との間の位置関係を表す概略図である。
【図３４Ａ】図３２に示されるＨＵＤ中の迷光の光路の概略図である。
【図３４Ｂ】干渉縞に起因する迷光の発生原理を概略的に示す。
【図３５】図３２に示されるＨＵＤ中の迷光の光路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、シースルーディスプレイ装置及びシースルーディスプレイ装置を搭載した車両が図面を参照して説明される。尚、以下に説明される実施形態において、同様の構成要素に対して同様の符号が付されている。また、説明の明瞭化のため、必要に応じて、重複する説明は省略される。図面に示される構成、配置或いは形状並びに図面に関連する記載は、単に、シースルーディスプレイ装置及び車両の原理を容易に理解させることを目的とするものであり、シースルーディスプレイ装置及び車両の原理は、これらに何ら限定されるものではない。
【００６０】
＜第１実施形態＞
（シースルーディスプレイ装置の構造）
図１Ａは、第１実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ１００の概略図である。図１Ａを用いて、ＨＵＤ１００が説明される。
【００６１】
ＨＵＤ１００は、レーザ光ＬＢを出射するレーザ光源１１０と、レーザ光ＬＢに基づき、映像光ＩＬを生成する投射光学系１２０と、を備える。本実施形態において、レーザ光源１１０は、光を出射する光源として例示される。
【００６２】
投射光学系１２０は、レーザ光源１１０からのレーザ光ＬＢを受けるレンズ１２１と、レンズ１２１からのレーザ光ＬＢの伝搬方向を変える折返ミラー１２２と、折返ミラー１２２からのレーザ光ＬＢを受け、映像光ＩＬを生成する液晶パネル１２３と、液晶パネル１２３からの映像光ＩＬを受ける投射レンズ１２４と、投射レンズ１２４によって投射された映像光ＩＬを受けるスクリーン１２５と、を含む。
【００６３】
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とを制御する。この結果、所望の映像を表示するための映像光ＩＬが生成される。
【００６４】
ＨＵＤ１００は、例えば、車両に搭載される。図１Ａには、車両のフロントガラス１４０が示されている。透明なフロントガラス１４０は、ＨＵＤ１００の一部として用いられる。フロントガラス１４０は、運転者Ｄが存在する空間（室内空間）を規定する透明な内ガラス１４１と、車両の外の空間（室外空間）との間で境界を形成する透明な外ガラス１４２と、を含む。尚、運転者Ｄは、ＨＵＤ１００によって表示される映像を観察する観察者である。室内空間との境界を形成する内ガラス１４１の面は、以下の説明において、内面１４３と称される。内面１４３は、運転者Ｄに対向する。また、内面１４３とは反対側のフロントガラス１４０の面（即ち、外ガラス１４２の面）は、以下の説明において、外面１４４と称される。本実施形態において、フロントガラス１４０、内ガラス１４１及び外ガラス１４２は、透明基板として例示される。
【００６５】
ＨＵＤ１００は、内ガラス１４１と外ガラス１４２との間に配設された体積ホログラム１５０を更に備える。体積ホログラム１５０は、投射光学系１２０から投射された映像光ＩＬを運転者Ｄに向けて偏向する。図３２に関連して説明された体積ホログラム９５０と異なり、本実施形態の体積ホログラム１５０は、透過型のホログラムとして機能する。
【００６６】
ＨＵＤ１００のレーザ光源１１０は、レーザ光ＬＢを出射する。投射光学系１２０のレンズ１２１は、レーザ光ＬＢを拡大する。拡大されたレーザ光ＬＢは、折返ミラー１２２によって、液晶パネル１２３に向けて折り返される。この結果、レーザ光ＬＢは、液晶パネル１２３に入射する。
【００６７】
液晶パネル１２３は、制御部１３０の制御下で、所望のパターンを２次元的に形成する。液晶パネル１２３を通過するレーザ光ＬＢは、空間変調され、映像光ＩＬになる。映像光ＩＬは、投射レンズ１２４を通じて、スクリーン１２５に投射される。
【００６８】
スクリーン１２５から出射された映像光ＩＬは、内ガラス１４１と外ガラス１４２との間に挟まれた体積ホログラム１５０に入射する。以下の説明において、投射光学系１２０からの映像光ＩＬが入射する体積ホログラム１５０の面は、第１面と称される。また、第１面とは反対側の体積ホログラム１５０の面は、第２面と称される。
【００６９】
スクリーン１２５から出射された映像光ＩＬは、内ガラス１４１と外ガラス１４２との間に挟まれた体積ホログラム１５０に入射する。体積ホログラム１５０は、入射された映像光ＩＬを運転者Ｄに向けて回折する。この結果、運転者Ｄは、フロントガラス１４０越しに、スクリーン１２５に映し出された映像の虚像ＶＩを視認することができる。
【００７０】
上述の如く、本実施形態において、体積ホログラム１５０として、透過型のホログラムが用いられる。したがって、フロントガラス１４０の周囲における映像光ＩＬの光路は、図３２乃至図３５に関連して説明された従来のＨＵＤ９００の映像光ＩＬの光路と異なる。体積ホログラム１５０及びフロントガラス１４０中で形成された映像光ＩＬの光路に沿って、映像光ＩＬは、運転者Ｄに向けて伝搬する。この結果、運転者Ｄは、フロントガラス１４０越しに、スクリーン１２５に映し出された映像の虚像ＶＩを視認することができる。尚、フロントガラス１４０の周囲の映像光ＩＬの光路は後述される。
【００７１】
図１Ｂは、透過型のホログラムとして機能する体積ホログラム１５０の露光光学系１６０の概略図である。図１Ａ及び図１Ｂを用いて、体積ホログラム１５０に干渉縞を記録するための光学系（露光光学系１６０）が説明される。
【００７２】
露光光学系１６０は、図１Ａに関連して説明されたレーザ光源１１０が出射するレーザ光ＬＢと同じ波長を有するレーザ光ＲＬＢを受けるハーフミラー１６１を備える。ハーフミラー１６１は、レーザ光ＲＬＢを物体光ＯＬと参照光ＲＬとに分割する。
【００７３】
露光光学系１６０は、物体光ＯＬを受けるレンズ１６２と、レンズ１６２と体積ホログラム１５０との間に配設されたピンホール板１６３と、を更に備える。ピンホール板１６３には小孔が形成されている。
【００７４】
物体光ＯＬは、ハーフミラー１６１からレンズ１６２へ向かう。レンズ１６２は、ピンホール板１６３の小孔に向けて集光する。この結果、ピンホール板１６３を通過した物体光ＯＬは球面波となる。その後、物体光ＯＬは、体積ホログラム１５０の第１面１５１に入射する。
【００７５】
露光光学系１６０は、参照光ＲＬを体積ホログラム１５０に向けて偏向する折返ミラー１６４と、折返ミラー１６４からの参照光ＲＬを受けるレンズ１６５と、レンズ１６５と体積ホログラム１５０との間に配設されたピンホール板１６６と、を更に備える。物体光ＯＬ用のピンホール板１６３と同様に、ピンホール板１６６には小孔が形成されている。
【００７６】
参照光ＲＬは、ハーフミラー１６１から折返ミラー１６４に向かう。折返ミラー１６４は、レンズ１６５に向けて、参照光ＲＬを偏向する。レンズ１６５は、ピンホール板１６６の小孔に向けて集光する。この結果、ピンホール板１６６を通過した参照光ＲＬは、球面波となる。
【００７７】
体積ホログラム１５０は、上述の如く、物体光ＯＬが入射する第１面１５１と、第１面１５１とは反対側の第２面１５２と、を含む。図３３Ａに関連して説明された露光光学系９６０とは異なり、本実施形態の露光光学系１６０の参照光ＲＬが、体積ホログラム１５０の第１面１５１に入射するように、折返ミラー１６４、レンズ１６５及びピンホール板１６６は設置される。
【００７８】
体積ホログラム１５０の第１面１５１に入射した物体光ＯＬ及び参照光ＲＬによる二光束干渉により体積ホログラム１５０内に干渉縞が記録される。物体光ＯＬ及び参照光ＲＬによる二光束干渉により記録された干渉縞は、第１干渉縞として例示される。
【００７９】
図３２に関連して説明された反射型のホログラムとして機能する体積ホログラム９５０と異なり、本実施形態の体積ホログラム１５０に形成された干渉縞は、第１面１５１から第２面１５２への光の伝搬を許容する。したがって、本実施形態の体積ホログラム１５０は、透過型のホログラムとして機能する。
【００８０】
物体光ＯＬが通過するピンホール板１６３の小孔の位置が、図１Ａに関連して説明されたＨＵＤ１００のスクリーン１２５の中央領域に相当するように、ピンホール板１６３は、体積ホログラム１５０に対して位置決め並びに角度設定される。図１Ａには、体積ホログラム１５０からスクリーン１２５の中央領域までの距離が、「Ｌ２」の符号を用いて示されている。図１Ｂに示されるように、ピンホール板１６３の小孔から体積ホログラム１５０までの距離も、同様に、「Ｌ２」である。
【００８１】
参照光ＲＬが通過するピンホール板１６６の小孔の位置が、図１Ａに関連して説明されたＨＵＤ１００が作り出す虚像ＶＩの中央領域に相当するように、ピンホール板１６６は、体積ホログラム１５０に対して位置決め並びに角度設定される。図１Ａには、体積ホログラム１５０から虚像ＶＩの中央領域までの距離が、「Ｌ１」の符号を用いて示されている。図１Ｂに示されるように、ピンホール板１６６の小孔から体積ホログラム１５０までの距離も、同様に、「Ｌ１」である。
【００８２】
上述の露光光学系１６０の光学的設定の下、物体光ＯＬ及び参照光ＲＬが、所定時間、体積ホログラム１５０に照射されるならば、体積ホログラム１５０に干渉縞が記録される。この結果、体積ホログラム１５０は、上述の如く、透過型のホログラムとして機能する。
【００８３】
体積ホログラムとしてフォトポリマが用いられるならば、一般的に、体積ホログラム内に位相ホログラム（干渉パターンの一種）が形成される。体積ホログラムとしてフォトポリマが用いられるならば、典型的には、露光処理の後、紫外線の照射や熱処理が実行され、干渉縞の定着がなされる。本実施形態において、フォトポリマ以外の材料が体積ホログラムとして用いられてもよい。例えば、体積ホログラムに用いられる材料として、写真用の感材（例えば、ハロゲン化銀）、サーモプラスチックやフォトレジストが用いられてもよい。代替的に、体積ホログラムとして利用可能な他の材料が用いられてもよい。本実施形態の原理は、体積ホログラムとして用いられる特定の材料に限定されるものではない。
【００８４】
図２は、映像光ＩＬの透過を許容する干渉縞が形成された体積ホログラム１５０中の映像光ＩＬの光路を概略的に示す。図２を用いて、フロントガラス１４０の周囲の映像光ＩＬの光路が説明される。
【００８５】
図２には、ＨＵＤ１００のスクリーン１２５及びスクリーン１２５から出射された映像光ＩＬが示されている。映像光ＩＬは、フロントガラス１４０の内ガラス１４１に入射する。映像光ＩＬは、その後、内ガラス１４１を透過し、体積ホログラム１５０の第１面１５１に入射する。尚、フロントガラス１４０中に配設された体積ホログラム１５０の第１面１５１（物体光ＯＬ及び参照光ＲＬが入射した面）は、運転者Ｄに対向している。
【００８６】
体積ホログラム１５０内に形成された干渉縞は、所定の回折角度で映像光ＩＬを回折する一方で、第１面１５１から第２面１５２への透過を許容する。したがって、体積ホログラム１５０に入射した映像光ＩＬは、直接的に運転者Ｄに向かうことなく、外ガラス１４２に向けて伝搬する。以下の説明において、体積ホログラム１５０によって回折された映像光は、回折光ＤＬと称される。
【００８７】
図３は、図３２乃至図３５に関連して説明された反射型の体積ホログラム９５０中の映像光ＩＬの光路を概略的に示す。図２及び図３を用いて、透過型の体積ホログラム１５０と反射型の体積ホログラム９５０との間での映像光ＩＬの光路の差異が説明される。
【００８８】
図３には、ＨＵＤ９００のスクリーン９２５及びスクリーン９２５から出射した映像光ＩＬが示されている。スクリーン９２５から出射された映像光ＩＬは、フロントガラス９４０の内ガラス９４１に入射する。映像光ＩＬは、その後、内ガラス９４１を透過し、体積ホログラム９５０に入射する。
【００８９】
上述の如く、体積ホログラム９５０は、反射型のホログラムとして機能するので、体積ホログラム９５０中に形成された干渉縞は、運転者Ｄに向けて映像光ＩＬを直接的に回折する。
【００９０】
図１Ａ乃至図２を再度用いて、体積ホログラム１５０を透過した後の映像光ＩＬの光路が説明される。
【００９１】
上述の如く、体積ホログラム１５０によって回折された回折光ＤＬは、外ガラス１４２の外面１４４に向かう。回折光ＤＬの一部は、外ガラス１４２の外面１４４において、フレネル反射する。外面１４４で反射された回折光ＤＬは、再度、外ガラス１４２及び体積ホログラム１５０を透過し、最終的に、内ガラス１４１の内面１４３から運転者Ｄに向けて出射される。尚、外ガラス１４２から内ガラス１４１に向かう回折光ＤＬの進行方向は、図１Ｂに関連して説明された露光工程における物体光ＯＬ及び参照光ＲＬの進行方向とは大きく異なる。したがって、体積ホログラム１５０は、外ガラス１４２から内ガラス１４１に向かう回折光ＤＬをほとんど回折しない。外ガラス１４２の外面１４４においてフレネル反射されない残りの回折光ＤＬは、図２の点線に沿って車外に放出される。かくして、透過型のホログラムとして機能する体積ホログラム１５０の使用下においても、運転者Ｄは、従来のＨＵＤ９００と同様に、スクリーン１２５上に投射された映像の虚像ＶＩを観察することができる。本実施形態において、外ガラス１４２の外面１４４は、映像光をフレネル反射させる界面として例示される。
【００９２】
図４Ａは、露光光学系１６０の主光線の経路を概略的に示す。図４Ａを用いて、透過型のホログラムとして機能する体積ホログラム１５０が組み込まれたＨＵＤ１００中で発生する迷光が説明される。
【００９３】
ＨＵＤ９００と同様に、ＨＵＤ１００においても迷光が発生する。図４Ａには、ピンホール板１６３，１６６の後の光学系が示されている。また、迷光の発生原理の理解を容易にするために、図４Ａには、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢ及び参照光ＲＬの主光線ＲＭＢのみが描かれている。
【００９４】
迷光の発生原理は、主光線ＯＭＢ，ＲＭＢを用いて、以下に説明される。しかしながら、迷光の発生原理は、主光線ＯＭＢ，ＲＭＢの干渉だけでなく、二光束によって干渉が発生するならば（例えば、干渉が生ずる角度の許容範囲内である場合や波長が異なる場合）、同様に適用される。
【００９５】
光が、周囲空間（空気）と屈折率が異なる透明な物体に入射するならば、周囲空間と透明な物体との境界において、光の一部はフレネル反射する。
【００９６】
図４Ａにおいて、体積ホログラム１５０の第１面１５１と境界をなす空間は、「室内空間」と称される。体積ホログラム１５０の第２面１５２と境界をなす空間は、「室外空間」と称される。
【００９７】
物体光ＯＬの主光線ＯＭＢは、体積ホログラム１５０の第１面１５１に入射し、その後、第２面１５２に到達する。主光線ＯＭＢの一部は、上述の原理に従って、フレネル反射する。この結果、主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲが発生する。
【００９８】
参照光ＲＬの主光線ＲＭＢも同様に、体積ホログラム１５０の第１面１５１に入射し、その後、第２面１５２に到達する。主光線ＲＭＢの一部は、上述の原理に従って、フレネル反射する。この結果、主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲが発生する。
【００９９】
上述のフレネル反射の結果、４種類の光線が体積ホログラム９５０を通過する。この結果、体積ホログラム９５０内には、４種類の光線間の干渉の結果生ずる干渉縞が記録される。
【０１００】
以下の説明において、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢと参照光ＲＬの主光線ＲＭＢとの間での干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞１」と称される。物体光ＯＬの主光線ＯＭＢと主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞２」と称される。参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞３」と称される。物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲと参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞４」と称される。物体光ＯＬの主光線ＯＭＢと、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞５」と称される。参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲとの干渉によって形成される干渉縞は、「干渉縞６」と称される。
【０１０１】
上述の如く、体積ホログラム１５０内には、６種類の干渉縞が形成される。尚、干渉縞２乃至６は、干渉縞１と比べて、屈折率の変調量は小さい。
【０１０２】
体積ホログラム１５０内に形成された６種類の干渉縞のうち３種類の干渉縞が運転者Ｄに向かう迷光を引き起こす。迷光の原因となる干渉縞は、「干渉縞１」、「干渉縞３」及び「干渉縞４」である。
【０１０３】
図４Ｂは、干渉縞１に起因する迷光を概略的に示す。図５Ａは、干渉縞３に起因する迷光を概略的に示す。図５Ｂは、干渉縞４に起因する迷光を概略的に示す。尚、図４Ｂ乃至図５Ｂに示される体積ホログラム１５０は、ＨＵＤ１００内に組み込まれている。したがって、図４Ｂ乃至図５Ｂは、内ガラス１４１と外ガラス１４２との間に挟まれた体積ホログラム１５０を示す。体積ホログラム１５０がＨＵＤ１００に組み込まれるならば、物体光ＯＬや参照光ＲＬは存在しないが、迷光の発生原理を明瞭に説明するために、図４Ｂ乃至図５Ｂは、ピンホール板１６３，１６４の後の光学系も概略的に示している。
【０１０４】
図４Ｂは、干渉縞１に起因する迷光の発生原理を概略的に示す。図４Ｂを用いて、干渉縞１に起因して生ずる迷光が説明される。
【０１０５】
外光は、外ガラス１４２に入射する。図４Ｂには、内ガラス１４１に対する物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの入射角と等しい入射角で外ガラス１４２に入射する外光成分ＳＬ１が示されている。外光成分ＳＬ１は、外ガラス１４２、体積ホログラム１５０及び内ガラス１４１を順次通過し、内ガラス１４１と室内空間との境界に到達する。外光成分ＳＬ１の一部は、内ガラス１４１の内面１４３と室内空間との境界でフレネル反射し、再度、体積ホログラム１５０に向かう。その後、外光成分ＳＬ１の一部は、体積ホログラム１５０に記録された干渉縞１によって回折される。この結果、外光成分ＳＬ１の一部は、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと同じ経路に沿って伝搬し、外ガラス１４２の外面１４４にてフレネル反射される。最終的に、外光成分ＳＬ１の一部は、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲと同じ方向に出射される。この結果、外光成分ＳＬ１の一部は、運転者Ｄに迷光として知覚される。
【０１０６】
図５Ａは、干渉縞３に起因する迷光の発生原理を概略的に示す。図５Ａを用いて、干渉縞３に起因して生ずる迷光が説明される。
【０１０７】
室内空間から内ガラス１４１に入射する外光も存在する。図５Ａには、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの入射角度と同じ角度で、内ガラス１４１に入射する外光成分ＳＬ３が示されている。外光成分ＳＬ３は、室内空間から内ガラス１４１に入射する。その後、外光成分ＳＬ３は、内ガラス１４１を通過し、体積ホログラム１５０に到達する。体積ホログラム１５０に記録された干渉縞３は、外光成分ＳＬ３の一部を、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲと同じ方向に回折する。最終的に、外光成分ＳＬ３の一部は、内ガラス１４１から参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲと同じ方向に出射される。この結果、外光成分ＳＬ３は、運転者Ｄに迷光として知覚される。
【０１０８】
図５Ｂは、干渉縞４に起因する迷光の発生原理を概略的に示す。図５Ｂを用いて、干渉縞４に起因して生ずる迷光が説明される。
【０１０９】
図５Ｂには、外ガラス１４２の外面１４４における物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲの反射角と同じ角度で外面１４４に入射する外光成分ＳＬ４が示されている。外光成分ＳＬ４は、干渉縞４によって回折され、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲと同じ方向に進行し、内ガラス１４１から出射される。この結果、外光成分ＳＬ４は、運転者Ｄに迷光として知覚される。
【０１１０】
（シースルーディスプレイ装置の効果）
第１実施形態のシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ１００の効果が、以下に説明される。
【０１１１】
本実施形態のＨＵＤ１００は、透過型のホログラムとして機能する体積ホログラム１５０を備える。図１Ｂに関連して説明された如く、体積ホログラム１５０に干渉縞を記録するための露光工程において、参照光ＲＬ及び物体光ＯＬは、体積ホログラム１５０の第１面１５１に入射する。この結果得られた体積ホログラム１５０中の干渉縞によって発生する迷光の経路は、図３２乃至図３５に関連して説明された反射型のホログラムとして機能する体積ホログラム９５０の迷光の発生経路に類似している。
【０１１２】
例えば、図５Ｂと図３５とが比較されるならば、体積ホログラム１５０中の干渉縞４に起因する迷光の発生経路は、体積ホログラム９５０中の干渉縞６に起因する迷光の発生経路に類似していることが分かる。本実施形態において用いられる体積ホログラム１５０は、干渉縞４に起因する迷光（外光成分ＳＬ４）の明るさを、体積ホログラム９５０中の干渉縞６に起因する迷光（外光成分ＥＣ３）の明るさと比べて、大幅に低減することができる。
【０１１３】
迷光の輝度は、形成された干渉縞の回折効率に依存する。干渉縞の回折効率は、干渉縞が記録されるときの二光束の光量に依存する。干渉縞が記録されるときの二光束の光量が高いならば、記録された干渉縞の回折効率は高くなる。
【０１１４】
体積ホログラム９５０の干渉縞６は、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢと物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲの二光束間の干渉によって発生する。一方、体積ホログラム１５０の干渉縞４は、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲと参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとの干渉によって発生する。即ち、体積ホログラム１５０の干渉縞４は、フレネル反射に起因する反射光ＯＭＲ，ＲＭＲの二光束によって発生するので、体積ホログラム９５０の干渉縞６の記録に寄与する光線の光量より低い光量で干渉縞４が形成される。したがって、本実施形態のＨＵＤ１００に用いられる体積ホログラム１５０の干渉縞４は、ＨＵＤ９００の体積ホログラム９５０の干渉縞６よりも回折効率が低くなる。かくして、類似の経路で発生する迷光（外光成分ＳＬ４，外光成分ＥＣ３）を比較すると、ＨＵＤ９００の迷光（外光成分ＥＣ３）と比べて、ＨＵＤ１００の迷光（外光成分ＳＬ４）の輝度は小さくなる。したがって、ＨＵＤ１００は、ＨＵＤ９００と比べて、視認しやすい高画質の映像を表示することができる。
【０１１５】
例えば、フレネル反射率が５％であるならば、体積ホログラム１５０の干渉縞４の回折効率は、体積ホログラム９５０の干渉縞６の回折効率の１／２０になる。したがって、ＨＵＤ１００の迷光（外光成分ＳＬ４）の輝度は、ＨＵＤ９００の迷光（外光成分ＥＣ３）の輝度の１／２０にまで低減される。
【０１１６】
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ１００Ａの概略図である。図６を用いて、ＨＵＤ１００Ａが説明される。尚、第１実施形態に関連して説明されたＨＵＤ１００と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。ＨＵＤ１００と同様の要素に対して、第１実施形態の説明が援用される。
【０１１７】
ＨＵＤ１００Ａは、第１実施形態のＨＵＤ１００と同様に、レーザ光源１１０、投射光学系１２０、制御部１３０、フロントガラス１４０及び体積ホログラム１５０を備える。本実施形態のＨＵＤ１００Ａは、フロントガラス１４０の内面１４３に取り付けられた１／２波長板を更に備える。
【０１１８】
図７は、ＨＵＤ１００Ａのフロントガラス１４０の周囲の概略的な拡大図である。図６及び図７を用いて、ＨＵＤ１００Ａが更に説明される。
【０１１９】
フロントガラス１４０の内面１４３に取り付けられた１／２波長板１４５は、体積ホログラム１５０に形成された干渉縞１によって迷光として知覚される外光成分ＳＬ１の輝度を低減させる。本実施形態において、１／２波長板１４５は、体積ホログラム１５０の第１面１５１へ向かう映像光ＩＬの光路を横切るように配設される。代替的に、１／２波長板１４５は、体積ホログラム１５０の第２面１５２へ向かう光路を横切るように配設されてもよい。外光成分ＳＬ１の輝度の低減原理（後述される）は、第１面１５１又は第２面１５２に沿って配設された１／２波長板１４５に適用されてもよい。
【０１２０】
Ｐ偏光の反射率は、Ｓ偏光の反射率よりも小さい。１／２波長板１４５が存在しないならば、室外空間から入射した外光のＳ偏光成分は、Ｓ偏光成分のまま迷光となる。また、Ｐ偏光成分は、Ｐ偏光成分のまま迷光となる。
【０１２１】
１／２波長板１４５の存在下において、外光のＳ偏光成分は、１／２波長板１４５と空気との間の界面において、Ｐ偏光になる。１／２波長板１４５と空気との間の界面においてフレネル反射したＰ偏光成分は、再度、１／２波長板を通過し、Ｓ偏光成分に戻る。最終的に、Ｓ偏光成分は、１／２波長板１４５から運転者Ｄに向けて出射されるときにＰ偏光成分に変換される。
【０１２２】
図８は、入射角と反射率との間の関係を概略的に示すグラフである。図８のグラフは、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との光学的特性の差異を表す。図７及び図８を用いて、体積ホログラム１５０に形成された干渉縞１によって迷光として知覚される外光成分ＳＬ１の透過率が説明される。
【０１２３】
外光成分ＳＬの透過率の計算において、内ガラス１４１、外ガラス１４２及び体積ホログラム１５０の屈折率として、例えば、「１．５」の値が用いられてもよい。また、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの内ガラス１４１への入射角度として、「４５°」の値が用いられてもよい。体積ホログラム１５０に記録された干渉縞１の回折効率として、「５０％」の値が用いられてもよい。偏向角（体積ホログラム１５０内において、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢと参照光ＲＬの主光線ＲＭＢとがなす角度）として、「５°」の値が用いられてもよい。
【０１２４】
上述の計算条件の下、１／２波長板１４５が存在しないならば、入射光に対して、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲと同じ向きで内ガラス１４１から出射されるＳ偏光の割合は、「０．５％」となる。また、Ｐ偏光の割合は、同条件の下、「０％」となる。
【０１２５】
上述のＳ偏光とＰ偏光との間での出射光の割合の差異は、Ｓ偏光とＰ偏光との間での透過率及び反射率に関する特性の差異に起因する。即ち、外ガラス１４２と空気との界面におけるＳ偏光の透過率が９１％であるのに対して、外ガラス１４２と空気との界面におけるＰ偏光の透過率が９９％である。内ガラス１４１と空気との界面におけるＳ偏光の反射率が９．２％であるのに対し、内ガラス１４１と空気との界面におけるＰ偏光の反射率が０．８５％である。外ガラス１４２と空気との界面におけるＳ偏光の反射率が１４％であるのに対し、外ガラス１４２と空気との界面におけるＰ偏光の反射率は、０．０１６％である。内ガラス１４１と空気との界面におけるＳ偏光の透過率が８６％であるのに対し、内ガラス１４１と空気との界面におけるＰ偏光の透過率が１００％である。
【０１２６】
上述の計算条件の下、１／２波長板１４５が存在するならば（図７参照）、入射光に対して、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲと同じ向きで内ガラス１４１から出射されるＳ偏光の割合は、「０．０４６％」となる。また、Ｐ偏光の割合は、同条件の下、「０．００１％」となる。即ち、１／２波長板１４５によって、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲと同じ向きで内ガラス１４１から出射される総光量は、一桁以上低減される。このことは、フロントガラス１４０と空気との界面におけるＰ偏光成分の反射率が、Ｓ偏光成分の反射率より小さいことに起因する。
【０１２７】
１／２波長板１４５の存在下において、外ガラス１４２に入射したＳ偏光成分及びＰ偏光成分はともに、Ｐ偏光成分として１回フレネル反射する結果、全体として、これらの透過率が低減される。したがって、１／２波長板１４５は、体積ホログラム１５０に形成された干渉縞１によって迷光として知覚される外光成分ＳＬ１の輝度を低減させる。かくして、ＨＵＤ１００Ｂは、高画質の映像を表示することができる。
【０１２８】
図７に示される１／２波長板１４５は、フロントガラス１４０の内面１４３に取り付けられている。代替的に、１／２波長板１４５は、体積ホログラム１５０の第１面１５１と内ガラス１４１との間に取り付けられてもよい。更に代替的に、１／２波長板１４５は、体積ホログラム１５０の第２面１５２と外ガラス１４２との間に取り付けられてもよい。更に代替的に、１／２波長板１４５は、フロントガラス１４０の外面１４４に取り付けられてもよい。これらの１／２波長板１４５の様々な配置の下においても、外光成分ＳＬ１の輝度は好適に低減される。
【０１２９】
＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ１００Ｂの概略図である。図９を用いて、ＨＵＤ１００Ｂが説明される。尚、第１実施形態に関連して説明されたＨＵＤ１００と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。ＨＵＤ１００と同様の要素に対して、第１実施形態の説明が援用される。
【０１３０】
ＨＵＤ１００Ｂは、第１実施形態のＨＵＤ１００と同様に、レーザ光源１１０、投射光学系１２０、制御部１３０、フロントガラス１４０及び体積ホログラム１５０を備える。本実施形態のＨＵＤ１００Ｂは、フロントガラス１４０の内面１４３に形成された反射防止コートを更に備える。
【０１３１】
図１０は、ＨＵＤ１００Ｂのフロントガラス１４０の周囲の概略的な拡大図である。図１０を用いて、ＨＵＤ１００Ｂが更に説明される。
【０１３２】
フロントガラス１４０の内面１４３上に形成された反射防止コート１４６は、体積ホログラム１５０に形成された干渉縞１によって迷光として知覚される外光成分ＳＬ１の輝度を低減させる。本実施形態において、反射防止コート１４６は、フロントガラス１４０の内面１４３におけるフレネル反射を抑制する。この結果、反射防止コート１４６は、体積ホログラム１５０の第１面１５１に向かう反射光を低減させる。かくして、ＨＵＤ１００Ｂは、高画質の映像を表示することができる。
【０１３３】
反射防止コート１４６は、ＴｉＯ２といった高屈折材料と、ＳｉＯ２といった低屈折材料とを真空蒸着法によって多層又は単層コートして形成されてもよい。本実施形態において、反射防止コート１４６は、フロントガラス１４０に形成される。したがって、反射防止コート１４６は、大きな面積で形成される。したがって、反射防止コート１４６は、樹脂フィルム基材と、樹脂フィルム基材に塗布されたフッ素系モノマ材料を主成分とする塗液とを含んでもよい。このようなウェットコートされた反射防止コート１４６がフロントガラス１４０の内面１４３に貼り付けられてもよい。尚、本実施形態の原理は、反射防止コート１４６の種類や構成に何ら限定されない。反射防止コート１４６が、所定波長の光の反射を抑制するならば、外光成分ＳＬ１の輝度は好適に低減される。
【０１３４】
＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ１００Ｃの概略図である。図１１を用いて、ＨＵＤ１００Ｃが説明される。尚、第３実施形態に関連して説明されたＨＵＤ１００Ｂと同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。ＨＵＤ１００Ｂと同様の要素に対して、第４実施形態の説明が援用される。
【０１３５】
ＨＵＤ１００Ｃは、第３実施形態のＨＵＤ１００Ｂと同様に、レーザ光源１１０、投射光学系１２０、制御部１３０、フロントガラス１４０及び体積ホログラム１５０を備える。本実施形態のＨＵＤ１００Ｃは、フロントガラス１４０の内面１４３に形成された反射防止構造体を備える。
【０１３６】
図１２は、ＨＵＤ１００Ｃのフロントガラス１４０の周囲の概略的な拡大図である。図１２を用いて、ＨＵＤ１００Ｃが更に説明される。
【０１３７】
フロントガラス１４０の内面１４３上に形成された反射防止構造体１４７は、体積ホログラム１５０に形成された干渉縞１によって迷光として知覚される外光成分ＳＬ１の輝度を低減させる。本実施形態において、反射防止構造体１４７は、フロントガラス１４０の内面１４３におけるフレネル反射を抑制する。この結果、反射防止構造体１４７は、体積ホログラム１５０の第１面１５１に向かう反射光を低減させる。かくして、ＨＵＤ１００Ｃは、高画質の映像を表示することができる。反射防止構造体１４７として、波長程度の大きさのモスアイ構造が例示される。
【０１３８】
＜第５実施形態＞
図１３は、第５実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ１００Ｄの概略図である。図１３を用いて、ＨＵＤ１００Ｄが説明される。尚、第１実施形態に関連して説明されたＨＵＤ１００と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。ＨＵＤ１００と同様の要素に対して、第１実施形態の説明が援用される。
【０１３９】
ＨＵＤ１００Ｄは、第１実施形態のＨＵＤ１００と同様に、レーザ光源１１０、投射光学系１２０、制御部１３０、フロントガラス１４０及び体積ホログラム１５０を備える。
【０１４０】
図１４は、フロントガラス１４０及びフロントガラス１４０へ映像光ＩＬを投射する投射光学系１２０の概略図である。図８、図１３及び図１４を用いて、体積ホログラム１５０に記録された干渉縞３によって迷光として知覚される外光成分ＳＬ３の輝度を低減させるための手法が説明される。
【０１４１】
図１４には、投射光学系１２０の投射レンズ１２４及びスクリーン１２５が示されている。ＨＵＤ１００Ｄの投射光学系１２０、レーザ光源１１０及び制御部１３０は、車両のダッシュボード１７０内に収容される。したがって、ダッシュボード１７０は、内ガラス１４１とスクリーン１２５との間に配設される。本実施形態において、ダッシュボード１７０は、ＨＵＤ１００Ｄの一部として用いられる。
【０１４２】
ＨＵＤ１００Ｄは、内ガラス１４１とスクリーン１２５との間に配設されたダッシュボード１７０に取り付けられたカバーガラス１７１を更に備える。図１４には、体積ホログラム１５０に干渉縞を記録するために用いられた物体光ＯＬの主光線ＯＭＢ及び参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光路を室内に延長した光路線Ｋ１（物体光）及び光路線Ｋ２（参照光）が点線で表されている。
【０１４３】
ダッシュボード１７０には、投射光学系１２０からの映像光ＩＬの通過を許容するための開口部が形成される。ダッシュボード１７０の開口部を覆うカバーガラス１７１は、開口部を通じて、ダッシュボード１７０内に埃が流入することを防止する。
【０１４４】
体積ホログラム１５０の干渉縞は、図４Ａに関連して説明されたように、参照光ＲＬと物体光ＯＬの二光束の下方から照射によって形成される。このとき、参照光ＲＬが物体光ＯＬに過度に近づけられるならば、迷光（外光成分ＳＬ３）が発生する。以下に、外光成分ＳＬ３による迷光の発生原理が説明される。
【０１４５】
例えば、室外からの太陽光といった外光（外光成分ＳＬ３）は、カバーガラス１７１の表面で正反射する。カバーガラス１７１及び投射光学系１２０に用いられる光学部品が、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光路線Ｋ２上に存在し、且つ、カバーガラス１７１の表面で反射した光の反射角度が参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの角度に一致するならば、図１４の点線で示される光路に沿って伝搬し、最終的に、運転者Ｄに視認される。
【０１４６】
波長以下の面精度で全面に亘って仕上げられた表面を有するカバーガラス１７１は、高画質の映像を表示するのに好適である。しかしながら、このようなカバーガラス１７１は、表面での光学的ロス（例えば、拡散）をほとんど生じさせることなく、外光（外光成分ＳＬ３）を正反射する。この結果、カバーガラス１７１及び投射光学系１２０に用いられる光学部品が、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光路線Ｋ２上に存在するならば、外光成分ＳＬ３は、運転者Ｄに迷光として知覚されやすくなる。
【０１４７】
図１４に示される如く、本実施形態において、カバーガラス１７１及び投射光学系１２０は、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光路線Ｋ２上には存在しない。したがって、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの角度に一致する外光（外光成分ＳＬ３）は、発生しにくくなる。かくして、運転者Ｄは、体積ホログラム１５０の干渉縞３に起因する迷光（外光成分ＳＬ３）を知覚しにくくなる。
【０１４８】
ダッシュボード１７０は、典型的には、濃色の材料を用いて形成される。また、ダッシュボード１７０の表面には、艶消し処理が施される。更に、ダッシュボード１７０の表面は、粗い表面粗さを有する。本実施形態の光学的設計において、図１４に示される如く、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光路線Ｋ２は、ダッシュボード１７０と交差する。ダッシュボード１７０の上述の特性（光拡散機能）は、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光軸方向へ反射する光量を大幅に低減することに寄与するので、運転者Ｄは、体積ホログラム１５０の干渉縞３に起因する迷光（外光成分ＳＬ３）を知覚しにくくなる。本実施形態において、ダッシュボード１７０は、光拡散体として例示される。
【０１４９】
尚、ダッシュボード１７０に代えて、ＨＵＤ１００Ｄは、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光路線Ｋ２上に配設された他の光拡散体を備えてもよい。参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光路線Ｋ２上で光が拡散されるならば、干渉縞３に起因する迷光（外光成分ＳＬ３）は知覚されにくくなる。
【０１５０】
＜第６実施形態＞
図１５は、体積ホログラムに干渉縞を形成するための他の方法を概略的に説明する図である。図１５を用いて、体積ホログラムに干渉縞を形成するための他の方法が説明される。尚、第６実施形態に関連して説明される体積ホログラムは、第１実施形態乃至第５実施形態のＨＵＤ１００乃至１００Ｄの体積ホログラム１５０に代えて、好適に利用可能である。
【０１５１】
図１５には、体積ホログラム１５０Ａが示されている。体積ホログラム１５０Ａが参照光ＲＬ及び物体光ＯＬによって露光されるとき、体積ホログラム１５０Ａの第２面１５２には、１／４波長板１８０が取り付けられる。
【０１５２】
体積ホログラム１５０Ａの第１面１５１に入射する物体光ＯＬ及び参照光ＲＬは、図１５の紙面の垂直方向に偏光される。即ち、物体光ＯＬ及び参照光ＲＬはともに、第１面１５１に対して、Ｓ偏光で入射する。この結果得られた体積ホログラム１５０Ａは、上述の干渉縞３に起因する迷光（外光成分ＳＬ３）を低減することができる。
【０１５３】
迷光の発生原理の理解を容易にするために、図１５には、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢ及び参照光ＲＬの主光線ＲＭＢのみが描かれている。
【０１５４】
迷光の発生原理は、主光線ＯＭＢ，ＲＭＢを用いて、以下に説明される。尚、主光線ＯＭＢ，ＲＭＢは、第１実施形態と同様に、ピンホール板を通じて、拡散しながら体積ホログラム１５０Ａに入射している（図１Ｂ参照）。しかしながら、迷光の発生原理は、主光線ＯＭＢ，ＲＭＢの干渉だけでなく、二光束によって干渉が発生するならば（例えば、干渉が生ずる角度の許容範囲内である場合や波長が異なる場合）、同様に適用される。
【０１５５】
体積ホログラム１５０Ａの入射面に対してＳ偏光に入射した物体光ＯＬの主光線ＯＭＢは、体積ホログラム１５０Ａの第１面１５１に入射する。その後、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢは、体積ホログラム１５０Ａを透過し、１／４波長板１８０に入射する。
【０１５６】
物体光ＯＬの主光線ＯＭＢは、１／４波長板１８０を透過し、１／４波長板１８０と空気との界面に到達する。１／４波長板１８０と空気との界面において、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの一部は、フレネル反射し、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲとなる。反射光ＯＭＲは、主光線ＯＭＢとは逆に第１面１５１に向けて進行する。１／４波長板１８０と空気との界面において、残りの物体光ＯＬの主光線ＯＭＢは、１／４波長板１８０を透過し、空気中に放出される。
【０１５７】
物体光ＯＬの主光線ＯＭＢが１／４波長板１８０を往復する結果、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲは、Ｐ偏光になる。したがって、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲは、Ｐ偏光のまま、体積ホログラム１５０Ａから空気中に出射される。
【０１５８】
参照光ＲＬの主光線ＲＭＢも、上述の如く、Ｓ偏光で、体積ホログラム１５０Ａに入射する。その後、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢは、体積ホログラム１５０Ａを透過し、１／４波長板１８０に入射する。参照光ＲＬの主光線ＲＭＢは、１／４波長板１８０を透過し、１／４波長板１８０と空気との界面に到達する。１／４波長板１８０と空気との界面において、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの一部は、フレネル反射し、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとなる。反射光ＲＭＲは、主光線ＲＭＢとは逆に第１面１５１に向けて進行する。１／４波長板１８０と空気との界面において、残りの参照光ＲＬの主光線ＲＭＢは、１／４波長板１８０を透過し、空気中に放出される。
【０１５９】
参照光ＲＬの主光線ＲＭＢが、１／４波長板１８０を往復する結果、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲは、Ｐ偏光になる。したがって、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲは、Ｐ偏光のまま、体積ホログラム１５０Ａから空気中に出射される。
【０１６０】
一般的に、Ｐ偏光とＳ偏光は干渉しない。したがって、体積ホログラム１５０Ａ内において、上述の干渉縞２、干渉縞３、干渉縞５及び干渉縞６は生じない。したがって、干渉縞３に起因する迷光（外光成分ＳＬ３）は生じにくくなる。
【０１６１】
１／４波長板１８０に代えて、体積ホログラム１５０Ａの第２面１５２に反射防止コートが配置されてもよい。この結果、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲと参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲとの間での干渉が生じにくくなる。したがって、干渉縞４に起因する迷光（外光成分ＳＬ４）（図５Ｂ参照）が生じにくくなる。
【０１６２】
本実施形態において、体積ホログラム１５０Ａに干渉縞を記録するための参照光ＲＬの主光線ＲＭＢ及び物体光ＯＬの主光線ＯＭＢはともに入射面に対してＳ偏光である。代替的に、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢ及び物体光ＯＬの主光線ＯＭＢはともに入射面に対してＰ偏光であってもよい。このとき、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲ及び物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＲＭＲはともにＳ偏光となる。
【０１６３】
＜第７実施形態＞
図１６Ａは、第７実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ２００の概略図である。図１６Ａを用いて、ＨＵＤ２００が説明される。尚、第１実施形態に関連して説明されたＨＵＤ１００と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。ＨＵＤ１００と同様の要素に対して、第１実施形態の説明が援用される。
【０１６４】
ＨＵＤ２００は、第１実施形態のＨＵＤ１００と同様に、レーザ光ＬＢを出射するレーザ光源１１０を備える。ＨＵＤ２００は、レーザ光ＬＢに基づき、映像光ＩＬを生成する投射光学系２２０を更に備える。
【０１６５】
投射光学系２２０は、レーザ光源１１０からのレーザ光ＬＢを受けるＭＥＭＳミラー２２３と、ＭＥＭＳミラー２２３からのレーザ光ＬＢを受けるスクリーン２２５と、を含む。ＭＥＭＳミラー２２３は、レーザ光ＬＢを走査し、スクリーン２２５上に映像を形成する。この結果、スクリーン２２５から映像光ＩＬが出射される。
【０１６６】
ＨＵＤ２００は、制御部２３０を更に備える。制御部２３０は、レーザ光源１１０とＭＥＭＳミラー２２３とを制御する。この結果、所望の映像を表示するための映像光ＩＬが生成される。
【０１６７】
第１実施形態のＨＵＤ１００と同様に本実施形態のＨＵＤ２００も車両に搭載される。車両の運転者Ｄは、ＨＵＤ２００からの映像を観察する。しかしながら、第１実施形態のＨＵＤ１００とは異なり、本実施形態のＨＵＤ２００は、運転者Ｄよりも上方から映像光ＩＬを投射する。
【０１６８】
上述の如く、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光ＬＢは、ＭＥＭＳミラー２２３によって走査され、スクリーン２２５を照明する。ＭＥＭＳミラー２２３及びレーザ光源１１０は、制御部２３０に電気的に接続される。制御部２３０は、表示される映像に対応する画像情報に従って、ＭＥＭＳミラー２２３の走査タイミング及びレーザ光ＬＢの強度を制御する。制御部２３０の制御下で、ＭＥＭＳミラー２２３の走査タイミングに応じて、レーザ光ＬＢの強度が変調される結果、スクリーン２２５に投射される映像が形成される。
【０１６９】
第１実施形態のＨＵＤ１００と同様に、車両のフロントガラス１４０は、ＨＵＤ２００の一部として利用される。ＨＵＤ２００は、フロントガラス１４０の内ガラス１４１及び外ガラス１４２の間に配設された体積ホログラム２５０を更に備える。体積ホログラム２５０は、第１実施形態に関連して説明された体積ホログラム１５０と同様に、透過型のホログラムとして機能する。尚、体積ホログラム２５０の回折角は、第１実施形態に関連して説明された体積ホログラム１５０の回折角とは相違する。したがって、体積ホログラム２５０中に記録される干渉縞を記録するための露光光学系の配置は、第１実施形態に関連して説明された体積ホログラム１５０に適用された露光光学系とは相違する。
【０１７０】
図１６Ｂは、体積ホログラム２５０に適用される露光光学系２６０の概略図である。図１６Ａ及び図１６Ｂを用いて、体積ホログラム２５０に適用される露光光学系２６０が説明される。
【０１７１】
露光光学系２６０は、物体光ＯＬを球面波に整形するピンホール板２６３を備える。ピンホール板２６３には小孔が形成されている。物体光ＯＬは、ピンホール板２６３の小孔を通じて、体積ホログラム２５０の第１面１５１を照射する。尚、図１６Ｂには、体積ホログラム２５０を照射する物体光ＯＬの主光線ＯＭＢが示されている。
【０１７２】
スクリーン２２５の中央領域は、体積ホログラム２５０から「距離Ｌ２」だけ離間して配設される。ピンホール板２６３の小孔が同様に、体積ホログラム２５０から「距離Ｌ２」だけ離間するように、ピンホール板２６３は配設される。また、物体光ＯＬが、ＨＵＤ２００の映像光ＩＬと同じ角度で体積ホログラム２５０に入射するように、ピンホール板２６３が設置される。
【０１７３】
露光光学系２６０は、参照光ＲＬを球面波に整形するピンホール板２６６を備える。ピンホール板２６６には小孔が形成されている。参照光ＲＬは、ピンホール板２６６の小孔を通じて、体積ホログラム２５０の第１面１５１を照射する。尚、図１６Ｂには、体積ホログラム２５０を照射する参照光ＲＬの主光線ＲＭＢが示されている。
【０１７４】
図１６Ａに示される如く、運転者Ｄに観察される虚像ＶＩの中央領域は、体積ホログラム２５０から「距離Ｌ１」だけ離間して配設される。ピンホール板２６６の小孔が同様に、体積ホログラム２５０から「距離Ｌ１」だけ離間するように、ピンホール板２６６は配設される。
【０１７５】
図１６Ｂには、体積ホログラム２５０の第１面１５１に対して垂直な垂面ＰＰ（主光線ＯＭＢ，ＲＭＢとの交点における垂面ＰＰ）が示されている。以下の説明において、垂面ＰＰより上方（運転者Ｄ）に傾斜した角度は、プラス（＋）側（正の角度）と称される。垂面ＰＰより下方に傾斜した反対側角度は、マイナス（−）側（負の角度）と称される。
【０１７６】
第１実施形態に関連して説明された体積ホログラム１５０に適用された露光光学系１６０（図２参照）において、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢ及び参照光ＲＬの主光線ＲＭＢはともにマイナスの角度で入射する。また、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲ及び参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲはともにプラスの角度で出射する。
【０１７７】
第１実施形態とは異なり、体積ホログラム２５０に適用される露光光学系２６０において、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢは、プラスの角度で体積ホログラム２５０に入射する。一方、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢは、マイナスの角度で体積ホログラム２５０に入射する。物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲは、マイナスの角度で体積ホログラム２５０から出射される。一方、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの反射光ＲＭＲは、プラスの角度で体積ホログラム２５０から出射される。
【０１７８】
図１７は、フロントガラス１４０の周囲における光路を概略的に示す。図１６Ａ及び図１６Ｂに関連して説明された光学的設計は、多重像の低減に寄与する。図１７を用いて、多重像の低減効果が説明される。
【０１７９】
映像光ＩＬは、スクリーン２２５から出射された後、フロントガラス１４０の内ガラス１４１に入射する。フロントガラス１４０の内面１４３は、映像光ＩＬの一部をフレネル反射する。図１７には、フロントガラス１４０の内面１４３における映像光ＩＬのフレネル反射光（表面反射光ＩＬＲ１）が示されている。表面反射光ＩＬＲ１は、図１６Ｂの定義の下、マイナス方向に進行する。したがって、運転者Ｄは、表面反射光ＩＬＲ１をほとんど知覚しない。
【０１８０】
映像光ＩＬは、内ガラス１４１中を進み、体積ホログラム２５０に入射する。体積ホログラム２５０内に形成された干渉縞によって、映像光ＩＬの一部は回折され、回折光ＤＬとなる。残りの映像光ＩＬは、回折されることなく直進する。この結果、残りの映像光ＩＬは、フロントガラス１４０の外面１４４に到達する。
【０１８１】
フロントガラス１４０の外面１４４は、映像光ＩＬの一部をフレネル反射する。図１７には、フロントガラス１４０の外面１４４によって反射された裏面反射光ＩＬＲ２が示されている。裏面反射光ＩＬＲ２は、最終的に、内ガラス１４１を透過し、フロントガラス１４０の内面１４３から出射される。裏面反射光ＩＬＲ２は、表面反射光ＩＬＲ１と同様に、マイナス方向に進行する。運転者Ｄは、裏面反射光ＩＬＲ２をほとんど知覚しない。したがって、ＨＵＤ２００は、多重像をほとんど生じさせることなく、高画質の映像を表示することができる。
【０１８２】
図１６Ｂに関連して説明されたように、マイナスの角度で入射した参照光ＲＬとプラスの角度で入射した物体光ＯＬとによって、体積ホログラム２５０の干渉縞が記録される。したがって、図１７に示されるように、体積ホログラム２５０中の干渉縞は、第１面１５１及び／又は第２面１５２に対して略垂直となる。
【０１８３】
体積ホログラム２５０は、体積ホログラム２５０の温度変動に伴って、厚さ方向に膨張又は収縮しやすく、他の方向への寸法変化はほとんど生じない。上述の如く、体積ホログラム２５０中の干渉縞は、第１面１５１及び／又は第２面１５２に対して略垂直となるので、干渉縞の間隔は、体積ホログラム２５０の温度変化に影響を受けにくい。したがって、体積ホログラム２５０の回折特性は、周囲の温度の変動に対して影響をうけにくくなる。この結果、ＨＵＤ２００は、温度変化に起因する輝度変動や画像位置の変動を引き起こしにくくなる。したがって、ＨＵＤ２００の高い信頼性を有することとなる。
【０１８４】
図１６Ｂを参照すると明らかであるが、第５実施形態に関連して説明されたＨＵＤ１００Ｄと同様に、映像光ＩＬを投射する投射光学系２２０は、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光路上に存在しない。したがって、第５実施形態に関連して説明された原理にしたがって、迷光（外光成分ＳＬ３：図１４参照）は好適に抑制される。また、参照光ＲＬの主光線ＲＭＢの光軸上にダッシュボードといった光拡散体が配置されるならば、迷光は更に低減される。したがって、ＨＵＤ２００は、高画質の映像を表示することができる。
【０１８５】
本実施形態において、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢ及び参照光ＲＬの主光線ＯＭＢは、第１実施形態と同様に、体積ホログラム２５０の第１面１５１に入射する。したがって、第１実施形態と同様に、物体光ＯＬの主光線ＯＭＢの反射光ＯＭＲと参照光ＲＬの主光線ＯＭＢの反射光ＲＭＲとによって記録された干渉縞４に起因する迷光は低減される。
【０１８６】
本実施形態のＨＵＤ２００に、第２実施形態に関連して説明された原理が適用されてもよい。フロントガラス１４０の内面１４３、内ガラス１４１と体積ホログラム２５０の第１面１５１との境界、体積ホログラム２５０の第２面１５２と外ガラス１４２との境界又はフロントガラス１４０の外面１４４に１／２波長板が配設されるならば、第２実施形態の原理に従って、迷光（外光成分ＳＬ１）は好適に低減される。
【０１８７】
本実施形態のＨＵＤ２００に、第３実施形態に関連して説明された原理が適用されてもよい。１／２波長板に代えて、反射防止コートがフロントガラス１４０の内面１４３に取り付けられるならば、第３実施形態に関連して説明された原理に従って、迷光（外光成分ＳＬ１）が好適に低減される。
【０１８８】
本実施形態のＨＵＤ２００に、第６実施形態に関連して説明された原理が適用されてもよい。図１６Ｂに関連して説明された体積ホログラム２５０に対する露光処理の間、体積ホログラム２５０の第２面１５２に１／４波長板（図示せず）が取り付けられてもよい。体積ホログラム２５０に入射する参照光ＲＬ及び物体光ＯＬがともにＳ偏光又はＰ偏光に偏光されるならば、第６実施形態の原理に従って、干渉縞４に起因する迷光（外光成分ＳＬ４）（図５Ｂ参照）が生じにくくなる。
【０１８９】
＜第８実施形態＞
図１８Ａは、第８実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ３００の概略図である。図１８Ａを用いて、ＨＵＤ３００が説明される。尚、第１実施形態に関連して説明されたＨＵＤ１００と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。ＨＵＤ１００と同様の要素に対して、第１実施形態の説明が援用される。
【０１９０】
ＨＵＤ３００は、第１実施形態のＨＵＤ１００と同様に、レーザ光源１１０、投射光学系１２０、制御部１３０及びフロントガラス１４０を備える。ＨＵＤ３００は、フロントガラス１４０の内ガラス１４１及び外ガラス１４２との間に配設された体積ホログラム３５０を更に備える。体積ホログラム３５０は、フロントガラス１４０から室内空間に向けて出射される映像光ＩＬの出射角θｏｕｔを、フロントガラス１４０に入射する映像光ＩＬの入射角θｉｎよりも大きくする。
【０１９１】
図１８Ｂは、透過型のホログラムとして機能する体積ホログラム３５０の露光光学系３６０の概略図である。図１８Ａ及び図１８Ｂを用いて、体積ホログラム３５０に干渉縞を記録するための光学系が説明される。
【０１９２】
露光光学系３６０は、レーザ光源１１０が出射するレーザ光ＬＢと同じ波長を有するレーザ光ＲＬＢを受けるハーフミラー３６１を備える。ハーフミラー３６１は、レーザ光ＲＬＢを物体光ＯＬと参照光ＲＬとに分割する。
【０１９３】
露光光学系３６０は、物体光ＯＬを受けるレンズ３６２と、レンズ３６２と体積ホログラム３５０との間に配設されたピンホール板３６３と、を更に備える。ピンホール板３６３には小孔が形成されている。
【０１９４】
物体光ＯＬは、ハーフミラー３６１からレンズ３６２へ向かう。レンズ３６２は、ピンホール板３６３の小孔に向けて集光する。この結果、ピンホール板３６３を通過した物体光ＯＬは球面波となる。その後、物体光ＯＬは、体積ホログラム３５０の第１面１５１に入射する。
【０１９５】
露光光学系３６０は、参照光ＲＬを体積ホログラム３５０に向けて偏向する折返ミラー３６４と、折返ミラー３６４からの参照光ＲＬを受けるレンズ３６５と、レンズ３６５と体積ホログラム３５０との間に配設されたピンホール板３６６と、を更に備える。物体光ＯＬ用のピンホール板３６３と同様に、ピンホール板３６６には小孔が形成されている。
【０１９６】
参照光ＲＬは、ハーフミラー３６１から折返ミラー３６４に向かう。折返ミラー３６４は、レンズ３６５に向けて、参照光ＲＬを偏向する。レンズ３６５は、ピンホール板３６６の小孔に向けて集光する。この結果、ピンホール板３６６を通過した参照光ＲＬは、球面波となる。
【０１９７】
物体光ＯＬが通過するピンホール板３６３の小孔の位置が、ＨＵＤ３００のスクリーン１２５の中央領域に相当するように、ピンホール板３６３は、体積ホログラム３５０に対して位置決め並びに角度設定される。図１８Ａには、体積ホログラム３５０からスクリーン１２５の中央領域までの距離が、「Ｌ２」の符号を用いて示されている。図１８Ｂに示されるように、ピンホール板３６３の小孔から体積ホログラム３５０までの距離も、同様に、「Ｌ２」である。
【０１９８】
参照光ＲＬが通過するピンホール板３６６の小孔の位置が、図１８Ａに関連して説明されたＨＵＤ３００が作り出す虚像ＶＩの中央領域に相当するように、ピンホール板３６６は、体積ホログラム３５０に対して位置決め並びに角度設定される。図１８Ａには、体積ホログラム３５０から虚像ＶＩの中央領域までの距離が、「Ｌ１」の符号を用いて示されている。図１８Ｂに示されるように、ピンホール板３６６の小孔から体積ホログラム３５０までの距離も、同様に、「Ｌ１」である。
【０１９９】
上述の露光光学系３６０の設定は、図１Ｂに関連して説明された露光光学系１６０と同様である。しかしながら、映像光ＩＬの出射角θｏｕｔを、映像光ＩＬの入射角θｉｎよりも大きくするために、体積ホログラム３５０の露光処理において、体積ホログラム３５０に対する参照光ＲＬの入射角は、体積ホログラム３５０に対する物体光ＯＬの入射角よりも大きく設定される。尚、体積ホログラム３５０に対する入射角は、体積ホログラム３５０の第１面１５１又は第２面１５２の垂線ＰＬに対する傾斜角を意味する。
【０２００】
図１９は、フロントガラス１４０の周囲の映像光ＩＬの光路を概略的に示す。図１８Ａ及び図１９を用いて、フロントガラス１４０の周囲の映像光ＩＬの光路が説明される。
【０２０１】
図１９には、ＨＵＤ３００のスクリーン１２５及びスクリーン１２５から出射された映像光ＩＬが示されている。映像光ＩＬは、フロントガラス１４０の内ガラス１４１に入射する。映像光ＩＬは、その後、内ガラス１４１を透過し、体積ホログラム３５０の第１面１５１に入射する。
【０２０２】
体積ホログラム３５０内に形成された干渉縞は、所定の回折角度で映像光ＩＬを回折する一方で、第１面１５１から第２面１５２への透過を許容する。したがって、体積ホログラム１５０に入射した映像光ＩＬは、直接的に運転者Ｄに向かうことなく、外ガラス１４２に向けて伝搬する。図１９には、体積ホログラム３５０の回折によって得られた回折光ＤＬが示されている。図１９に示される回折光ＤＬは、図２に示される回折光ＤＬと同様に、フロントガラス１４０の外面１４４によってフレネル反射し、運転者Ｄに向かって伝搬する。この結果、運転者Ｄは、回折光ＤＬによって、スクリーン１２５に形成された像に対応する虚像ＶＩを観察することができる。本実施形態において、フロントガラス１４０の外面１４４は、界面として例示される。
【０２０３】
体積ホログラム３５０によって回折されることなく体積ホログラム３５０及び外ガラス１４２を通過した映像光ＩＬは、図１９に示される如く、フロントガラス１４０の外面１４４に到達する。フロントガラス１４０の外面１４４に到達した映像光ＩＬの一部は、フレネル反射され、裏面反射光ＩＬＲ２となる。本実施形態において、フロントガラス１４０の外面１４４に到達した映像光ＩＬは、外面１４４に対してＳ偏光（即ち、図１９の紙面に対して垂直方向の単一偏光）である。このとき、フロントガラス１４０の外面１４４における回折光ＤＬの反射率は、裏面反射光ＩＬＲ２よりも大きくなる。
【０２０４】
図２０は、Ｓ偏光の反射率の角度依存性を概略的に示すグラフである。図１９及び図２０を用いて、フロントガラス１４０の周囲の映像光ＩＬの特性が説明される。
【０２０５】
図２０に示される如く、Ｓ偏光の反射率は、入射角が大きくなるほど高くなる。したがって、上述の如く、フロントガラス１４０の外面１４４における回折光ＤＬの反射率は、裏面反射光ＩＬＲ２よりも大きくなる。
【０２０６】
図２０は、屈折率１．５の透明物質から屈折率１の真空中に出射される光の反射率を示す。図２０のグラフの横軸は、入射角を表す。尚、透明物質と真空との間の界面に対する垂線は、「０°」の入射角を表す。例えば、「２０°」の入射角に対して、「約５．９％」の反射率が得られる。「３０°」の入射角に対して、「約１０．６％」の反射率が得られる。「約４１％」以上の入射角に対して、全反射（反射率１００％）が得られる。
【０２０７】
透過型ホログラムとして機能する体積ホログラム３５０を備えるＨＵＤ３００がＳ偏光の映像光ＩＬをフロントガラス１４０に入射し、且つ、フロントガラス１４０の外面１４４からの映像光ＩＬの出射角θｏｕｔがフロントガラス１４０の外面１４４への映像光ＩＬの入射角θｉｎより大きく設定されるならば、回折光ＤＬのフレネル反射率は、裏面反射光ＩＬＲ２の反射率よりも大きくなる。この結果、運転者Ｄによって観察されるべき回折光ＤＬの光量は、裏面反射光ＩＬＲ２よりも大きくなる。かくして、ＨＵＤ３００は、多重像の少ない高画質の映像を表示することができる。
【０２０８】
本実施形態において、フロントガラス１４０に入射する映像光ＩＬの偏向方向は、Ｓ偏光である。代替的に、フロントガラス１４０の外面１４４に到達する映像光ＩＬがＳ偏光であるならば、映像光ＩＬはフロントガラス１４０の内面１４３以前においてＳ偏光でなくともよい。
【０２０９】
図２１は、透過率の角度依存性を示すグラフである。図２１を用いて、フロントガラス１４０の周囲の映像光ＩＬの特性が更に説明される。
【０２１０】
図２１に示される如く、一般的に、空気と透明物質との間の界面において、空気から透明物質へ入射するＰ偏光の透過率は、Ｓ偏光の透過率よりも大きい。尚、図２１は、屈折率１の真空空間から屈折率１．５の透明物質に入射する光の透過率を表す。図２１のグラフの横軸は入射角を表し、縦軸は透過率を表す。図２１のグラフは、Ｓ偏光及びＰ偏光の光学的特性を表す。
【０２１１】
図２１に示されるグラフから、Ｓ偏光の映像光ＩＬをフロントガラス１４０へ入射させるよりも、Ｐ偏光の映像光ＩＬをフロントガラス１４０へ入射させる方が、光量のロスが小さくなることが分かる。また、Ｐ偏光でのフロントガラス１４０への入射は、Ｓ偏光でのフロントガラス１４０への入射と比べて、フロントガラス１４０の表面での反射に起因する多重光を好適に低減させる。
【０２１２】
図２２Ａは、上述の原理にしたがって改良されたＨＵＤ３００Ａの概略図である。図２２Ａを用いて、改良されたＨＵＤ３００Ａが説明される。尚、ＨＵＤ３００Ａは、上述のＨＵＤ３００と同様に、レーザ光源１１０、投射光学系１２０及び制御部１３０を備える。図２２Ａには、スクリーン１２５、フロントガラス１４０及びフロントガラス１４０中に配設された体積ホログラム３５０が示されている。
【０２１３】
ＨＵＤ３００Ａは、レーザ光源１１０、投射光学系１２０、制御部１３０、フロントガラス１４０及び体積ホログラム３５０に加えて、内ガラス１４１の内面１４３に取り付けられた１／２波長板１４５を更に備える。スクリーン１２５から出射された映像光ＩＬは、１／２波長板１４５と室内空間との界面に対して、Ｐ偏光で入射する。この結果、１／２波長板１４５と室内空間との界面にＳ偏光で入射した映像光ＩＬと比べて、表面反射光ＩＬＲ１は大幅に抑制される。したがって、ＨＵＤ３００Ａは、多重像の少ない高画質の映像を表示することができる。
【０２１４】
１／２波長板１４５を通過し、内ガラス１４１に入射する映像光ＩＬは、Ｓ偏光となっている。したがって、ＨＵＤ３００に関連して説明されたように、裏面反射光ＩＬＲ２に起因する多重像も低減される。
【０２１５】
フロントガラス１４０の外面１４４によってフレネル反射された回折光ＤＬは、１／２波長板１４５を透過し、運転者Ｄに向かって出射される。１／２波長板１４５から出射される回折光ＤＬは、Ｐ偏光であるので、１／２波長板１４５と室内空間との間の界面における反射ロスは小さい。したがって、回折光ＤＬの輝度は、高くなる。したがって、ＨＵＤ３００Ａは、高い輝度の映像を表示することができる。
【０２１６】
１／２波長板１４５に対する映像光ＩＬの入射角がブリュースター角（図２２Ａにおいて、約５４°）又はその近傍に設定されるならば、Ｐ偏光の反射率は、略０％となる。この結果、ＨＵＤ３００Ａは、表面反射に起因する多重像が非常に少ない高画質の映像を表示することができる。
【０２１７】
図２２Ｂは、改良されたＨＵＤ３００Ｂの概略図である。図２２Ｂを用いて、改良されたＨＵＤ３００Ｂが説明される。尚、ＨＵＤ３００Ｂは、上述のＨＵＤ３００Ａと同様に、レーザ光源１１０、投射光学系１２０及び制御部１３０を備える。図２２Ｂには、スクリーン１２５、フロントガラス１４０及びフロントガラス１４０中に配設された体積ホログラム３５０が示されている。
【０２１８】
ＨＵＤ３００Ｂは、レーザ光源１１０、投射光学系１２０、制御部１３０、フロントガラス１４０及び体積ホログラム３５０に加えて、内ガラス１４１の内面１４３に取り付けられた反射防止コート１４６を更に備える。即ち、ＨＵＤ３００Ｂは、ＨＵＤ３００Ａの１／２波長板１４５に代えて、体積ホログラム３５０の第１面１５１に向かって出射された映像光ＩＬの反射を抑制する反射防止コート１４６を備えている。反射防止コート１４６は、反射防止コート１４６に対する映像光ＩＬの入射角によらず、空気と反射防止コート１４６との間での反射を抑制する。したがって、ＨＵＤ３００Ｂは、表面反射光ＩＬＲ１に起因する多重像の少ない高画質の映像を表示することができる。尚、第４実施形態に関連して説明された原理に従って、反射防止コートに代えて、反射防止構造体がフロントガラス１４０の内面１４３に形成されてもよい。
【０２１９】
尚、ＨＵＤ３００Ａ，３００Ｂの体積ホログラム３５０の回折効率（映像光ＩＬが回折光ＤＬとして回折される割合）は、好ましくは、５０％以上である。この結果、回折光ＤＬの光量は、裏面反射光ＩＬＲ２よりも高くなるので、ＨＵＤ３００Ａ，３００Ｂは、裏面反射光ＩＬＲ２に起因する多重像が少ない高画質の映像を表示することができる。
【０２２０】
＜第９実施形態＞
（シースルーディスプレイ装置の構造）
図２３は、第９実施形態に係るシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＭＤ４００の概略図である。図２３を用いて、ＨＭＤ４００が説明される。尚、ＨＭＤ４００には、第１実施形態乃至第８実施形態に関連して説明された原理が適用される。第１実施形態乃至第８実施形態に関連して説明された要素と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられる。第１実施形態乃至第８実施形態に関連して説明された要素と同様の要素に対して、第１実施形態乃至第８実施形態の説明が援用される。
【０２２１】
ＨＭＤ４００は、レーザ光ＬＢを出射するレーザ光源４１０と、レーザ光ＬＢに基づき、映像光ＩＬを生成する投射光学系４２０と、を備える。投射光学系４２０は、レーザ光源４１０からのレーザ光ＬＢを受ける折返ミラー４２１と、折返ミラー４２１からのレーザ光ＬＢを受けるＭＥＭＳミラー４２３と、を含む。
【０２２２】
ＨＭＤ４００は、透明な樹脂基板４４０と、樹脂基板４４０に取り付けられた体積ホログラム４５０と、体積ホログラム４５０を保護する保護層４９０と、を更に備える。体積ホログラム４５０の第１面１５１に保護層４９０が取り付けられる。体積ホログラム４５０の第２面１５２に樹脂基板４４０が取り付けられる。
【０２２３】
ＨＭＤ４００は、制御部４３０を更に備える。制御部４３０は、レーザ光源４１０とＭＥＭＳミラー４２３とを制御する。
【０２２４】
レーザ光源４１０から出射されたレーザ光ＬＢは、折返ミラー４２１に向けて出射される。折返ミラー４２１は、レーザ光ＬＢをＭＥＭＳミラー４２３に向けて反射する。レーザ光ＬＢは、ＭＥＭＳミラー４２３によって２次元的に走査され、映像光ＩＬとして出射される。
【０２２５】
制御部４３０は、表示対象の画像データに従って、ＭＥＭＳミラー４２３を駆動する。また、制御部４３０は、ＭＥＭＳミラー４２３の走査動作に同期して、レーザ光源４１０を駆動し、レーザ光ＬＢの光量を調整する。この結果、ＭＥＭＳミラー４２３から出射される映像光ＩＬによって２次元画像が形成される。
【０２２６】
体積ホログラム４５０には、例えば、図１Ｂに関連して説明された原理にしたがって、二光束干渉によって、干渉縞が記録されている。したがって、体積ホログラム４５０は透過型のホログラムとして機能する。上述の如く、体積ホログラム４５０は、樹脂基板４４０上に設置される。また、体積ホログラム４５０の第１面１５１は、保護層４９０によって覆われている。
【０２２７】
透過型の干渉縞を記録するために、例えば、図１８Ａ及び図１８Ｂに関連して説明された原理に従って、参照光ＲＬ及び物体光ＯＬは体積ホログラム４５０の第１面１５１に入射する。このとき、体積ホログラム４５０へのレーザ光ＬＢの出射角θｏｕｔが入射角θｉｎよりも大きくなるように、体積ホログラムへの物体光の入射角よりも大きな参照光の入射角が設定される。
【０２２８】
ＭＥＭＳミラー４２３によって走査された映像光ＩＬの一部は、典型的には、保護層４９０の表面において表面反射光ＩＬＲ１としてフレネル反射される。残りの映像光ＩＬは、保護層４９０を透過し、体積ホログラム４５０に入射する。
【０２２９】
体積ホログラム４５０に入射した映像光ＩＬは、体積ホログラム４５０に記録された干渉縞によって回折される。この結果、回折光ＤＬが発生する。尚、体積ホログラム４５０に形成された干渉縞は、透過型であるので、体積ホログラム４５０に入射した映像光ＩＬは、第１面１５１から第２面１５２に向けて透過する。
【０２３０】
樹脂基板４４０は、体積ホログラム４５０との境界とは反対側の外面４４４（樹脂基板４４０と空気との界面）を含む。回折光ＤＬは、樹脂基板４４０を透過し、外面４４４に到達する。樹脂基板４４０の外面４４４は、回折光ＤＬをフレネル反射する。この結果、回折光ＤＬは、観察者Ｏに向けて折り返される。外面４４４でのフレネル反射の後、回折光ＤＬは、体積ホログラム４５０及び保護層４９０を透過し、観察者Ｏの眼に到達する。本実施形態において、樹脂基板４４０は、透明基板として例示される。また、樹脂基板４４０の外面４４４は、界面として例示される。
【０２３１】
体積ホログラム４５０によって回折されなかった映像光ＩＬは、樹脂基板４４０の外面４４４でフレネル反射し、裏面反射光ＩＬＲ２として観察者Ｏに向けて折り返される。裏面反射光ＩＬＲ２は、体積ホログラム４５０を透過し、最終的に、保護層４９０から出射する。
【０２３２】
樹脂基板４４０の外面４４４（樹脂基板４４０と空気との間の界面）に入射する映像光ＩＬの偏向方向がＳ偏光となるように、映像光ＩＬの偏向方向が調整される。この結果、第８実施形態に関連して説明された原理に従って、入射角θｉｎよりも大きなレーザ光ＬＢの出射角θｏｕｔの設定条件の下、樹脂基板４４０の外面４４４における回折光ＤＬのフレネル反射率は、裏面反射光ＩＬＲ２の反射率よりも大きくなる。したがって、ＨＭＤ４００は、裏面反射光ＩＬＲ２に起因する多重像の少ない高画質な映像を表示することができる。
【０２３３】
尚、第２実施形態に関連して説明された原理に従って、保護層４９０に代えて、１／２波長板が配置されてもよい。また、１／２波長板に入射する映像光の偏向方向がＰ偏光となるように、映像光ＩＬが調整されてもよい。この結果、ＨＭＤ４００は、表面反射光ＩＬＲ１の光量が低減された高画質の映像を表示することができる。
【０２３４】
第３実施形態又は第４実施形態に関連して説明された原理にしたがって、保護層４９０に代えて、反射防止コート又は反射防止構造体が用いられてもよい。この結果、反射防止コート又は反射防止構造体への映像光ＩＬの入射角によらず、空気との界面における反射率が低減される。したがって、ＨＭＤは、表面反射光ＩＬＲ１に起因する多重像の少ない高画質な映像を表示することができる。
【０２３５】
第８実施形態に関連して説明された原理にしたがって、体積ホログラム４５０の回折効率（映像光ＩＬが回折光ＤＬに回折される割合）が５０％以上であってもよい。この結果、回折光ＤＬの光量は、裏面反射光ＩＬＲ２の光量よりも高くなる。かくして、ＨＭＤ４００は、裏面反射光ＩＬＲ２に起因する多重像の影響の少ない高画質な映像を表示することができる。
【０２３６】
第１乃至第９実施形態において、シースルーディスプレイ装置（ＨＵＤ，ＨＭＤ）は単一のレーザ光源を有する。代替的に、シースルーディスプレイ装置は、異なる波長の複数のレーザ光源を備えてもよい。この場合、シースルーディスプレイ装置の体積ホログラムは、レーザ光源からのレーザ光に対応する波長の光で多重露光される。
【０２３７】
例えば、シースルーディスプレイ装置は、赤色のレーザ光を出射する赤色レーザ光源と、緑色のレーザ光を出射する緑色レーザ光源と、青色のレーザ光を出射する青色レーザ光を出射する青色レーザ光源と、を光源として備えてもよい。シースルーディスプレイ装置の体積ホログラムは、赤色、緑色及び青色のレーザ光に対応する波長の光で多重露光される。この結果、シースルーディスプレイ装置には、赤色、緑色及び青色のレーザ光を特異的に回折する干渉縞が形成される。この結果、シースルーディスプレイ装置（ＨＵＤ，ＨＭＤ）は、フルカラーの映像を表示することができる。
【０２３８】
第１乃至第９実施形態において、シースルーディスプレイ装置（ＨＵＤ，ＨＭＤ）は、体積ホログラムを備える。代替的に、シースルーディスプレイ装置は、体積ホログラム以外のホログラムを備えてもよい。例えば、シースルーディスプレイ装置は、体積ホログラムに代えて、レリーフホログラムを備えてもよい。レリーフホログラムを利用するシースルーディスプレイ装置にも、第１乃至第９実施形態に関連して説明された原理は好適に適用される。更に代替的に、シースルーディスプレイ装置は、体積ホログラムに代えて、計算機ホログラムを備えてもよい。計算機ホログラムを利用するシースルーディスプレイ装置にも、第１乃至第９実施形態に関連して説明された原理は好適に適用される。
【０２３９】
＜第１０実施形態＞
上述の第１乃至第９実施形態に関連して説明された原理は、従来のシースルーディスプレイ装置と比べて、迷光を大幅に低減する。しかしながら、第１乃至第９実施形態に関連して説明された原理は、特定の角度から入射する外光成分に起因する迷光を低減するのには不向きである。
【０２４０】
図２４は、第１乃至第９実施形態に関連して説明された原理では、除去することができない迷光の発生原理を概略的に示す。図２４を用いて、第１乃至第９実施形態の原理の課題が説明される。
【０２４１】
図２４には、映像光ＩＬを出射する出射ユニットＩＵと、映像光ＩＬを受ける体積ホログラムＨＧが示されている。映像光ＩＬは、体積ホログラムＨＧの第１面ＦＳに対して、マイナス方向に角度θだけ傾斜している。
【０２４２】
図２４には、体積ホログラムＨＧの第２面ＳＳ（第１面ＦＳとは反対側の面）に入射する外光成分ＳＬが示されている。外光成分ＳＬは、第２面ＳＳに対して、映像光ＩＬと同様にマイナス方向に角度θだけ傾斜している。このような外光成分ＳＬに起因する迷光は、上述の第１乃至第９実施形態に関連して説明された原理では十分に除去されない。
【０２４３】
特開平７−９６７７２号公報は、上述の課題を解消することができるＨＵＤを提案する。図２５は、特開平７−９６７７２号公報に開示されるＨＵＤの概略図である。図２５を用いて、従来のＨＵＤの光学的設計が説明される。
【０２４４】
従来のＨＵＤは、映像光ＩＬを出射する出射ユニットＩＵを備える。出射ユニットＩＵは、液晶パネルといった空間変調素子（図示せず）と、空間変調素子を照明するバックライトといった照明光学系（図示せず）と、を備える。空間変調素子及び照明光学系によって作り出された映像光ＩＬが出射ユニットＩＵから車両のフロントガラスＦＧに向けて出射される。
【０２４５】
フロントガラスＦＧは、運転者Ｄに対向する内ガラスＩＧと、内ガラスＩＧとは反対側に配設された外ガラスＯＧと、内ガラスＩＧと外ガラスＯＧとの間に配設された中間ガラスＭＧと、を含む。
【０２４６】
従来のＨＵＤは、内ガラスＩＧと中間ガラスＭＧとの間に配設された第１ホログラムＨＧ１と、中間ガラスＭＧと外ガラスＯＧとの間に配設された第２ホログラムＨＧ２と、を更に備える。
【０２４７】
出射ユニットＩＵからの映像光ＩＬは内ガラスＩＧに入射し、その後、第１ホログラムＨＧ１に到達する。第１ホログラムＨＧ１は、映像光ＩＬを運転者Ｄに向けて回折する。第１ホログラムＨＧ１の回折格子の方向は適切に設計される。第１ホログラムＨＧ１は、集光作用を発揮してもよい。この結果、出射ユニットＩＵ内の空間変調素子によって表示された像が拡大される。かくして、運転者Ｄは、空間変調素子によって表示された像の拡大像を、フロントガラスＦＧの前方の虚像ＶＩとして観察することができる。
【０２４８】
出射ユニットＩＵの光学系は、好ましくは、ランプ光源や発光ダイオードに比べて波長幅の小さい半導体レーザ光源を備える。この結果、第１ホログラムＨＧ１の回折効率は高くなる。したがって、ＨＵＤは、高い光利用効率及び低い消費電力を達成することができる。
【０２４９】
第１ホログラムＨＧ１は、専ら、映像光ＩＬを運転者Ｄに向けて回折するために用いられる。一方、第２ホログラムＨＧ２は、室外空間から入射する外光を室外空間へ反射するために用いられる。第２ホログラムＨＧ２は、外光を反射するので、上述の第１乃至第９実施形態に関連して説明された体積ホログラムによっては除去しにくい外光成分ＳＬも好適に除去することができる。しかしながら、第２ホログラムＨＧ２は、第１ホログラムＨＧ１とは別体に形成される。第２ホログラムＨＧ２は、その後、フロントガラスＦＧ内で、第１ホログラムＨＧ１に重ね合わせられる。したがって、図２５に示される光学設計は、第１ホログラムＨＧ１と第２ホログラムＨＧ２との光学的な位置合わせを要求することとなる。したがって、従来のＨＵＤの作成工程は煩雑となる。
【０２５０】
簡便にＨＵＤを作成するためには、第１ホログラムＨＧ１の機能（映像表示機能）と第２ホログラムＨＧ２の機能（外光除去機能）を兼ね備えたホログラムが用いられることが好ましい。１枚のホログラムが多重露光処理されるならば、映像表示機能と外光除去機能とを兼ね備えたホログラムが作成される。しかしながら、１枚のホログラムに多重露光する工程は、いくつかの課題を有する。以下に、多重露光に係る課題が説明される。
【０２５１】
体積ホログラムは、波長選択性や角度選択性を有する点に特徴付けられる。体積ホログラムのこれらの特性によって、体積ホログラムは映像光を高い効率で回折し、且つ、外光の透過率を確保することができる。
【０２５２】
体積ホログラムがＨＵＤに組み込まれるならば、ＨＵＤの光学的設計において、観察者の視点の移動量、スクリーン位置の変動に伴う入射角の変動、光源波長の変動を吸収するための角度範囲や波長変動を許容するための他の要素が考慮される必要がある。薄い体積ホログラムは、波長変動に対する高い許容度を有する一方で、低い回折効率を有することとなる。体積ホログラムの回折効率は、屈折率変調度が高いほど高くなる。波長変動に対する許容度は、体積ホログラムの回折角が小さいほど広くなる。これらの条件に基づき、体積ホログラムの厚さ、屈折率変調度、回折角が適切に決定される。この結果、ＨＵＤは、十分な輝度で映像を表示することができ、且つ、波長変動に影響されにくくなる。
【０２５３】
図２６は、体積ホログラムを備えるＨＵＤの概略図である。図２６を用いて、体積ホログラムの設計が説明される。
【０２５４】
図２６に示されるＨＵＤは、映像光ＩＬを出射する出射ユニットＩＵと、フロントガラスＦＧ内に配設された体積ホログラムＶＨＧと、を備える。体積ホログラムＶＨＧは、波長選択性や角度選択性に応じて、映像光ＩＬを運転者Ｄに向けて回折する。一方で、体積ホログラムＶＨＧは、映像光ＩＬと異なる波長の光や映像光ＩＬと異なる角度の光を回折しない。したがって、フロントガラスＦＧの前方の室外空間から運転者Ｄに向かう外光は、ほとんど回折されない。この結果、フロントガラスＦＧの高い透過率が維持される。
【０２５５】
上述の如く、体積ホログラムＶＨＧの波長選択性や角度選択性は、所定の許容幅を有する必要がある。例えば、図２６に示される如く、運転者Ｄの着座位置の変動や運転者Ｄの姿勢の変動に対応したアイボックス（運転者の眼の位置の変動範囲）において、体積ホログラムＶＨＧは、映像光ＩＬを運転者Ｄに向けて適切に回折する必要がある。
【０２５６】
所定の大きさ以上の虚像ＶＩを作り出すために、体積ホログラムＶＨＧに対する映像光ＩＬの入射角及び出射角は所定の幅を有することとなる。例えば、体積ホログラムＶＨＧから虚像ＶＩまでの距離が「１ｍ」であり、体積ホログラムＶＨＧから運転者Ｄまでの距離が「１ｍ」であり、アイボックスの大きさが「１０ｃｍ」であり、虚像ＶＩの大きさが「１５ｃｍ」であるならば、体積ホログラムＶＨＧから運転者Ｄに向かう映像光ＩＬの出射角の範囲は、「約±３°」になる。
【０２５７】
半導体レーザの発振波長は、半導体レーザの素子の温度に依存する。半導体レーザの周囲の環境温度が変化する条件の下、運転者Ｄに虚像ＶＩを適切に観察させるためには、体積ホログラムＶＨＧは、光源波長の変動範囲以上の波長に対する許容幅を有する必要がある。例えば、光源として、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体を用いた赤色レーザが用いられるならば、発振波長の温度係数は、「約０．２ｎｍ／℃」となる。季節や日照条件といった環境変動が考慮されるならば、赤色レーザが使用される温度は、０℃から６０℃の範囲となると想定される。この場合、体積ホログラムＶＨＧは、全幅で「約３０ｎｍ」の波長に対する許容度を有する必要がある。
【０２５８】
体積ホログラムＶＨＧの厚さ、体積ホログラムＶＨＧに対する入射角及び出射角、体積ホログラムＶＨＧの屈折率変調度を用いて、光波結合理論に基づき、体積ホログラムＶＨＧの回折効率の近似値が見積もられる（例えば、「カップロド・ウェーブ・セオリ・フォー・シック・ホログラム・グレーティングス」（Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｆｏｒ  Ｔｈｉｃｋ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ  Ｇｒａｔｉｎｇ）：Ｈ．コゲルニック（Ｈ．  Ｋｏｇｅｌｎｉｋ）、ベル・シスト・テク・Ｊ．（Ｂｅｌｌ  Ｓｙｓｔ．  Ｔｅｃｈ．  Ｊ．）第４８巻、第２９０９−２９４７頁（１９６９））。
【０２５９】
図２６に示される出射ユニットＩＵは、例えば、波長５３２ｎｍの映像光ＩＬを出射する。また、必要とされる出射角の範囲は、例えば、±３度である。尚、映像光ＩＬの波長の変動幅は、例えば、３０ｎｍ（全幅）である。このような条件下において、体積ホログラムＶＨＧの回折効率の低下量を１／２以下にするためには、体積ホログラムＶＨＧは、３ミクロン以下の厚さである必要がある。また、１００％に近い回折効率を達成するためには、０．１以上の屈折率変調度が必要とされる。
【０２６０】
近年のフォトポリマの開発の結果、体積ホログラムは大きな屈折率変調を行うことができる。しかしながら、現状において、体積ホログラムが達成しうる屈折率変調度は、「０．０３」程度である。したがって、現状において体積ホログラムが達成しうる回折効率は、「１０％」程度である。かくして、現状において、十分な輝度で映像を表示するためには、出射ユニットは、高い出力の光源を備える必要がある。出射ユニットが高い出力の光源を備えるならば、体積ホログラムの回折効率に応じて、十分な明るさの映像が表示される。
【０２６１】
上述の如く、不必要な外光を除去するための干渉縞を形成するために体積ホログラムが多重露光処理を受けるならば、図２５に関連して説明された課題は解消される。しかしながら、この場合、体積ホログラムに対して、高い屈折率変調度が要求される。不必要な外光の除去のためには、迷光の原因となる外光は、略１００％に近い回折効率で回折される必要がある。しかしながら、上述のような厚さの体積ホログラムに対して、不必要な外光を効果的に除去するための干渉縞を形成することは困難である。
【０２６２】
加えて、不必要な外光を除去するための干渉縞が、他の不必要な光成分を生じさせるという課題も存在する。また、体積ホログラムの温度が変化に伴う体積ホログラムの収縮によって、体積ホログラムの角度選択性が変化するという課題も存在する。角度選択性の変化は、不必要な外光の効果的な除去を困難にする。
【０２６３】
本実施形態において、上述の課題を解消するための手法が説明される。本実施形態の原理は、第１乃至第９実施形態の原理では除去することが困難な迷光の発生を抑制する。
【０２６４】
図２７は、第１０実施形態のシースルーディスプレイ装置として例示されるＨＵＤ５００を示す。図２７を用いて、改良されたＨＵＤ５００が説明される。
【０２６５】
図２７に示されるＨＵＤ５００は、映像光ＩＬを出射する出射ユニット５１０を備える。出射ユニット５１０は、例えば、図１Ａに関連して説明されたレーザ光源１１０、投射光学系１２０やこれらを制御する制御部１３０を内蔵してもよい。
【０２６６】
第１実施形態乃至第９実施形態に関連して説明された様々なシースルーディスプレイ装置と同様に、本実施形態のＨＵＤ５００は、車両に搭載される。第１実施形態乃至第９実施形態に関連して説明された様々なシースルーディスプレイ装置と同様に、車両の透明なフロントガラス５４０は、ＨＵＤ５００の一部として用いられる。以下の説明において、車両の運転者Ｄに対向するフロントガラス５４０の面は、内面５４３と称される。内面５４３とは反対側のフロントガラス５４０の面は、外面５４４と称される。内面５４３は、車両の内部空間を規定する面である。また、外面５４４は、車両と外部空間との間の境界を規定する。第１実施形態乃至第９実施形態と同様に、運転者Ｄは、フロントガラス５４０越しに映像光ＩＬによって描かれる像に対応する虚像を観察する観察者である。本実施形態において、フロントガラス５４０は、透明基板として例示される。
【０２６７】
フロントガラス５４０は、内面５４３を含む内ガラス５４１と、外面５４４を含む外ガラス５４２と、を備える。出射ユニット５１０は、内ガラス５４１に向けて映像光ＩＬを出射する。
【０２６８】
ＨＵＤ５００は、内ガラス５４１と外ガラス５４２とに挟まれた体積ホログラム５５０を更に備える。体積ホログラム５５０は、第１実施形態乃至第９実施形態に関連して説明された透過型の干渉縞を含む。以下の説明において、体積ホログラム５５０に形成された透過型の干渉縞は、第１干渉縞５９１と称される。第１干渉縞５９１は、例えば、図１Ｂに関連して説明された手法にしたがって記録されてもよい。本実施形態において、第１干渉縞５９１の記録に用いられた物体光及び参照光が入射した体積ホログラム５５０の面は、第１面５５１と称される。第１実施形態乃至第９実施形態と同様に、第１面５５１は、運転者Ｄに対向する。また、以下の説明において、第１面５５１とは反対側の体積ホログラム５５０の面は、第２面５５２と称される。第１干渉縞５９１によって、第１実施形態乃至第９実施形態に関連して説明された様々なシースルーディスプレイ装置と同様に、多くの種類の迷光が適切に除去される。
【０２６９】
体積ホログラム５５０は、多重露光処理を施与される。この結果、体積ホログラム５５０には、第１干渉縞５９１に加えて、反射型の干渉縞も記録される。以下の説明において、反射型の干渉縞は、第２干渉縞５９２と称される。後述されるように、第２干渉縞５９２は、フロントガラス５４０の外面５４４に入射する外光成分を除去するように形成される。
【０２７０】
出射ユニット５１０から出射された映像光ＩＬは、内ガラス５４１に入射する。映像光ＩＬは、その後、体積ホログラム５５０に入射する。体積ホログラム５５０の第１干渉縞５９１は、映像光ＩＬを回折する。上述の如く、第１干渉縞５９１は、透過型であるので、映像光ＩＬは、第１面５５１から第２面５５２へ通り抜けることができる。以下の説明において、第１干渉縞５９１によって回折された映像光ＩＬは、回折光ＤＬと称される。
【０２７１】
上述の如く、回折光ＤＬは第２面５５２から体積ホログラム５５０外へ出る。その後、回折光ＤＬは、フロントガラス５４０の外面５４４に到達する。第１実施形態乃至第９実施形態に関連して説明されたように、外面５４４において、回折光ＤＬの一部はフレネル反射され、運転者Ｄに向かう。本実施形態において、外面５４４は、界面として例示される。
【０２７２】
外面５４４において反射された回折光ＤＬは、再度、体積ホログラム５５０に入射する。体積ホログラム５５０に入射した回折光ＤＬは、第１干渉縞５９１のＢｒａｇｇ条件から大きくずれている。したがって、回折光ＤＬは、第１干渉縞５９１によって回折されることなく、フロントガラス５４０の内面５４３に向かう。その後、回折光ＤＬは、内面５４３から出射され、運転者Ｄに向かって伝搬する。
【０２７３】
図２８は、第１干渉縞５９１の回折効率の計算結果を表すグラフである。図２７及び図２８を用いて、第１干渉縞５９１の回折効率が説明される。尚、図２８に示される回折効率の計算は、光波結合理論に基づく。
【０２７４】
第１干渉縞５９１の回折効率の計算において、光源の波長（即ち、映像光ＩＬの波長）は、５３２ｎｍに設定されている。また、最適入射角は、３０度に設定されている。尚、最適入射角とは、回折効率が最大化される入射角を意味する。体積ホログラム５５０からの回折光ＤＬの出射角は、５０度に設定されている。体積ホログラム５５０の厚さは、２０ミクロンに設定されている。体積ホログラム５５０の屈折率変調度は、０．０１５に設定されている。図２８のグラフは、最適入射角からのずれに応じた回折効率の変動を表す。本実施形態において、最適入射角で入射する映像光ＩＬは、第１光として例示される。また、体積ホログラム５５０に対する映像光ＩＬの最適入射角は、第１入射角として例示される。最適入射角で入射した映像光ＩＬ（回折光ＤＬ）の出射角は、第１出射角として例示される。
【０２７５】
図２８から、透過型の第１干渉縞５９１は、低い屈折率変調度であっても、１００％に近い回折効率を達成することが分かる。また、第１干渉縞５９１は、ＨＵＤ５００への適用に十分な入射角の変動並びに波長変動に対する許容度を有することが分かる。
【０２７６】
上述の如く、ＨＵＤ５００は、フロントガラス５４０の外面５４４における映像光ＩＬのフレネル反射を利用し、映像を表示する。したがって、第１干渉縞５９１によって回折された回折光ＤＬのうち、約４％が運転者に到達することとなる。また、残りの回折光ＤＬは、車外に放出される。しかしながら、透過型の第１干渉縞５９１は、１００％に近い回折効率を達成するので、図２５に関連して説明されたＨＵＤと同程度の輝度の映像を表示することができる。
【０２７７】
本実施形態の体積ホログラム５５０は、比較的大きな厚さ寸法を有することができる。このことは、迷光の除去の観点から有利である。図２４に関連して説明されたように、第１実施形態乃至第９実施形態の原理によれば、映像光ＩＬと同じ入射角で入射する外光成分ＳＬに起因する迷光の除去には不向きである。外光成分ＳＬがフロントガラス５４０の内面５４３で反射し、回折光ＤＬの経路に沿って運転者Ｄに到達するならば、運転者Ｄは、外光成分ＳＬを迷光として知覚することとなる。
【０２７８】
上述の如く、体積ホログラム５５０は、多重露光処理を施与される。この結果、第２干渉縞５９２が記録される。第２干渉縞５９２は、フロントガラス５４０の内面５４３の前で、迷光を引き起こす外光成分ＳＬを回折する。即ち、反射型の第２干渉縞５９２は、体積ホログラム５５０の第２面５５２に入射した外光成分ＳＬが第２面５５２から出射されるように回折する。この結果、外光成分ＳＬの経路は、回折光ＤＬの経路と重なりにくくなる。
【０２７９】
図２９は、第２干渉縞５９２の回折効率の計算結果を表すグラフである。尚、体積ホログラム５５０に対する最適入射角は、３０度に設定されている。また、体積ホログラム５５０からの出射角は、８５度に設定されている。図２７乃至図２９を用いて、第２干渉縞５９２の回折効率が説明される。
【０２８０】
図２７には、外光成分ＳＬが示されている。外光成分ＳＬは、外部空間からフロントガラス５４０の外面５４４に入射する。外光成分ＳＬは、フロントガラス５４０の外面５４４でフレネル反射する。この結果、外光成分ＳＬの一部は、フロントガラス５４０内で保持された体積ホログラム５５０に向けて伝搬し、映像光ＩＬの最適入射角と等しい入射角度で体積ホログラム５５０の第２面５５２に入射する。本実施形態において、体積ホログラム５５０の第２面５５２に入射した外光成分ＳＬは、第２光として例示される。また、外光成分ＳＬの体積ホログラム５５０への入射角は、第２入射角として例示される。最適入射角で入射した外光成分ＳＬの出射角は、第２出射角として例示される。
【０２８１】
体積ホログラム５５０に第２干渉縞５９２が記録されていないならば、体積ホログラム５５０に入射した外光成分ＳＬは、回折光ＤＬの経路に沿って、運転者Ｄに到達する。この結果、運転者Ｄは、外光成分ＳＬを迷光として知覚することとなる。
【０２８２】
本実施形態において、第２干渉縞５９２は、第１干渉縞５９１の最適入射角と等しい入射角３０度で入射した外光成分ＳＬに対して最大の回折効率を達成する。したがって、体積ホログラム５５０は、外光成分ＳＬを効果的に回折する。かくして、外光成分ＳＬに起因する迷光は生じにくくなる。
【０２８３】
また、第２干渉縞５９２の屈折率変調度及び出射角は最適化されているので、第２干渉縞５９２は、第１干渉縞５９１以上の範囲の角度変動を許容する。したがって、外光成分ＳＬに起因する迷光は、効果的に除去される。
【０２８４】
図３０は、第１干渉縞５９１の回折効率の角度依存特性の計算結果を表すグラフである。図２７、図２８及び図３０を用いて、第１干渉縞５９１の回折効率が更に説明される。
【０２８５】
上述の如く、ＨＵＤ５００は、車両に搭載される。また、車両のフロントガラス５４０は、ＨＵＤ５００の一部として用いられる。体積ホログラム５５０は、フロントガラス５４０に取り付けられる。このような使用環境において、日光や環境温度の変動は、体積ホログラム５５０を膨張又は収縮させる。この結果、体積ホログラム５５０に記録された第１干渉縞５９１の回折特性が変動する。
【０２８６】
図３０のグラフは、図２８に関連して説明された体積ホログラム５５０の温度を変動させ、体積ホログラム５５０に３％の収縮が生じたときの回折特性を示す。尚、体積ホログラムの材料としてフォトポリマに対する開発が盛んに行われているが、フォトポリマの線膨張係数は、典型的には、１度の温度変化に対して、「１０−４」である。フロントガラス５４０の使用温度条件として、数十度の温度変化が考慮される。これらの条件の下、数％程度の体積ホログラムの膨張又は収縮が想定される。
【０２８７】
図２８と図３０とを比較すると、体積ホログラム５５０の収縮の結果、最適入射角が増大していることが分かる。
【０２８８】
図３１は、体積ホログラム５５０に３％の収縮が生じたときの第２干渉縞５９２の回折特性を表すグラフである。図２７乃至図２９を用いて、第２干渉縞５９２の回折特性が説明される。
【０２８９】
図２９と図３１とを比較すると、第１干渉縞５９１と同様に、体積ホログラム５５０の収縮の結果、第２干渉縞５９２に対する最適入射角が増大していることが分かる。本実施形態において、体積ホログラム５５０の温度変化に伴い、第１干渉縞５９１に対する最適入射角が増大するならば、第２干渉縞５９２に対する最適入射角も増大する。体積ホログラム５５０の温度変化に伴い、第１干渉縞５９１に対する最適入射角が減少するならば、第２干渉縞５９２に対する最適入射角も減少する。したがって、体積ホログラム５５０は、温度が変動する環境下においても、迷光を適切に除去することができる。好ましくは、体積ホログラムの温度変化に対する第１干渉縞５９１の最適入射角の変化率は、第２干渉縞５９２に対する最適入射角の変化率に一致する。この結果、体積ホログラム５５０の迷光除去性能は、体積ホログラム５５０の温度変化に影響を受けにくくなる。
【０２９０】
図２７を用いて、上述の温度−回折特性を得るための体積ホログラム５５０の設計が説明される。
【０２９１】
図２７には、体積ホログラム５５０の第１面５５１に対して垂直な垂面ＰＰが示されている。以下の説明において、垂面ＰＰより上方（運転者Ｄ）に傾斜した角度は、プラス（＋）側（正の角度）と称される。垂面ＰＰより下方に傾斜した反対側角度は、マイナス（−）側（負の角度）と称される。
【０２９２】
本実施形態において、映像光ＩＬの最適入射角は、負の角度である。一方で、体積ホログラム５５０の第１面５５１からの映像光ＩＬ（回折光ＤＬ）の出射角は、正の角度である。外光成分ＳＬの最適入射角及び体積ホログラム５５０の第２面５５２からの外光成分ＳＬの出射角はともに負の角度である。
【０２９３】
上述の光学的関係が設定されるならば、体積ホログラム５５０の温度変化に伴う最適入射角の変動は、外光成分ＳＬと映像光ＩＬとの間で略等しくなる。
【０２９４】
尚、映像光ＩＬの最適入射角が正の角度であるならば、体積ホログラム５５０の第１面５５１からの映像光ＩＬ（回折光ＤＬ）の出射角は、負の角度に設定される。このとき、外光成分ＳＬの最適入射角及び体積ホログラム５５０の第２面５５２からの外光成分ＳＬの出射角はともに正の角度に設定される。
【０２９５】
上述の体積ホログラム５５０の設計において、体積ホログラム５５０に対する映像光ＩＬの最適入射角は、好ましくは、５０度以下に設定される。このとき、体積ホログラム５５０の第１面５５１からの映像光ＩＬ（回折光ＤＬ）の出射角が、５０度以上７０度以下の範囲となるように体積ホログラム５５０は形成される。また、体積ホログラム５５０の第２面５５２からの出射角が７０度以上となるように体積ホログラム５５０は形成される。この結果、体積ホログラム５５０の収縮及び／又は膨張に対する最適入射角の変化率は、第１干渉縞５９１と第２干渉縞５９２との間で略一致する。
【０２９６】
迷光を除去するために用いられる従来のホログラムは、ホログラムの温度変化に伴う回折特性の変化を考慮することなく設計されている。したがって、設計温度において、ホログラムが迷光を効果的に除去したとしても、環境温度が変化するならば、迷光は十分に除去されなくなる。
【０２９７】
図２５に関連して説明されたＨＵＤのように、迷光を除去するためのホログラムとは別体に設けられたホログラムを用いて映像が表示されるならば、室内空間と室外空間との間での温度差が問題となる。例えば、車両の空調設備が稼動されるならば、室内空間の温度は、室外空間の温度と大きく異なることとなる。この結果、内ガラスＩＧに隣接する第１ホログラムＨＧ１と外ガラスＯＧに隣接する第２ホログラムＨＧ２との間で温度差が生ずる。このことは、第１ホログラムＨＧ１と第２ホログラムＨＧ２との間での入射角の特性の不一致に帰結する。
【０２９８】
本実施形態において、映像の表示に用いられる第１干渉縞５９１及び迷光の除去に用いられる第２干渉縞５９２は、多重露光処理によって、同一の媒体（体積ホログラム５５０）に記録される。したがって、第１干渉縞５９１と第２干渉縞５９２との間での温度差はほとんど生じない。したがって、体積ホログラム５５０の温度変化が生じても、第１干渉縞５９１及び第２干渉縞５９２の入射特性は、任意の温度で一致する。
【０２９９】
第１干渉縞５９１及び第２干渉縞５９２の屈折率変調の深さは、比較的小さい。特に、全ての干渉縞の屈折率変調の深さは、体積ホログラム５５０として用いられた材料の最大ダイナミックレンジ以下である。このような条件下において、第１干渉縞５９１及び第２干渉縞５９２は、同一材料（体積ホログラム５５０）に多重露光処理によって記録される。第１干渉縞５９１は、映像光ＩＬの透過を許容するので、映像は、第１干渉縞５９１の回折とフロントガラス５４０の外面５４４におけるフレネル反射を介して、運転者Ｄ（観察者）に提供される。したがって、小さな屈折率変調度であっても、映像は、適切に表示される。加えて、温度変化が存する環境下においても、迷光の除去性能は安定化される。
【０３００】
本実施形態に関連して説明された原理にしたがうシースルーディスプレイ装置は、赤色のレーザ光を出射する赤色レーザ光源と、緑色のレーザ光を出射する緑色レーザ光源と、青色のレーザ光を出射する青色レーザ光を出射する青色レーザ光源と、を光源として備えてもよい。シースルーディスプレイ装置の体積ホログラムは、赤色、緑色及び青色のレーザ光に対応する波長の光で多重露光される。この結果、シースルーディスプレイ装置には、赤色、緑色及び青色のレーザ光を特異的に回折する干渉縞が形成される。この結果、シースルーディスプレイ装置は、フルカラーの映像を表示することができる。
【０３０１】
上述の様々な実施形態は、単に例示的なものである。したがって、上述の実施形態の原理は、上記の詳細な説明や図面に記載の事項に限定されない。上述の実施形態の原理の範囲内で、当業者が様々な変形、組み合わせや省略を行うことができることは容易に理解される。
【０３０２】
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装置及びシースルーディスプレイ装置を搭載した車両は、迷光の発生を抑制することができる。したがって、映像を観察する観察者は、迷光の影響の少ない映像を享受することができる。
【０３０３】
上述の実施形態の一の局面に係るシースルーディスプレイ装置は、光を出射する光源と、前記光に基づき生成された映像光を投射する投射光学系と、該投射光学系からの前記映像光が入射する第１面を含む透過型のホログラムと、該ホログラムによって偏向された前記映像光をフレネル反射させる界面と、備え、前記ホログラムは、二光束干渉により、前記第１面に入射した物体光及び参照光によって記録された第１干渉縞を含み、前記第１面に入射した前記映像光は、前記第１干渉縞によって前記界面に向けて偏向され、前記界面は、前記第１面に向けて前記映像光を反射することを特徴とする。
【０３０４】
上記構成によれば、投射光学系は、光源が出射した光に基づき生成された映像光を投射する。投射光学系からの映像光は、透過型のホログラムの第１面に入射する。第１面に入射した映像光は、ホログラムの第１干渉縞によって界面に向けて偏向される。その後、界面は、映像光をフレネル反射させるので、映像光は、第１面に向かって伝播する。
【０３０５】
第１干渉縞が記録されるときのホログラムとホログラムの周囲の媒体との間の屈折率の差に起因して、第１面に入射した物体光及び参照光は、フレネル反射される。これらの２種類の反射光の光量は比較的小さいので、これらの２種類の反射光の干渉によって形成された第１干渉縞の回折効率は比較的小さくなる。したがって、これらの２種類の反射光の干渉によって形成された第１干渉縞に起因して発生する迷光の輝度は低減される。かくして、映像を観察する観察者は、迷光の影響の少ない映像を観察することができる。
【０３０６】
上記構成において、前記第１面は、前記映像光によって表現される映像を観察する観察者に対向し、前記第１面に対する垂面に対して、前記観察者側の角度は、正の角度として定義され、前記正の角度とは反対側の角度は、負の角度として定義されるならば、前記第１面に対する前記物体光の入射角は、正の角度であることが好ましい。
【０３０７】
上記構成によれば、第１面は、映像光によって表現される映像を観察する観察者に対向する。第１面に対する垂面に対して、観察者側の角度は、正の角度として定義され、且つ、正の角度とは反対側の角度は、負の角度として定義されるならば、物体光は、正の角度で第１面に入射するので、観察者は多重像の影響が小さな映像を観察することができる。
【０３０８】
上記構成において、前記ホログラムは、前記第１面とは反対側の第２面を含み、前記第１面又は前記第２面に向かう光路を横切るように配設された１／２波長板を更に備えることが好ましい。
【０３０９】
上記構成によれば、ホログラムは、第１面とは反対側の第２面を含む。１／２波長板は、第１面又は第２面に向かう光路を横切るように配設されるので、第１面に入射した物体光及び参照光との干渉によって形成された第１干渉縞に起因する迷光の輝度が低減される。かくして、映像を観察する観察者は、迷光の影響の少ない映像を観察することができる。
【０３１０】
上記構成において、前記第１面に向けて反射する光を抑制する反射防止コート又は反射防止構造体を更に備えることが好ましい。
【０３１１】
上記構成によれば、反射防止コート又は反射防止構造体は、第１面に向けて不必要にフレネル反射する光を抑制することができる。
【０３１２】
上記構成において、前記投射光学系は、前記第１干渉縞の記録に用いられた前記参照光の主光線の光路上に存在しないことが好ましい。
【０３１３】
上記構成によれば、投射光学系は、第１干渉縞の記録に用いられた参照光の主光線の光路上に存在しないので、迷光が生じにくくなる。
【０３１４】
上記構成において、シースルーディスプレイ装置は、前記第１干渉縞の記録に用いられた前記参照光の前記主光線の前記光路上に配設された光拡散体を更に備えることが好ましい。
【０３１５】
上記構成によれば、光拡散体が、第１干渉縞の記録に用いられた参照光の主光線の光路上に配設ので、迷光が生じにくくなる。
【０３１６】
上記構成において、前記参照光及び前記物体光は、前記第２面に１／４波長板が設置された前記体積ホログラムの前記第１面にＳ偏光又はＰ偏光で入射し、前記第１干渉縞を記録することが好ましい。
【０３１７】
上記構成によれば、１／４波長板が第２面に配置される。参照光及び物体光は、第１面に、Ｓ偏光又はＰ偏光で入射するので、迷光が生じにくくなる。
【０３１８】
上記構成において、上述のシースルーディスプレイ装置を搭載した車両であって、前記光拡散体は、ダッシュボードであることが好ましい。
【０３１９】
上記構成によれば、車両のダッシュボードは、光拡散体として用いられる。したがって、車両が一般的に有するダッシュボードを用いて、迷光が低減される。
【０３２０】
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装置は、光を出射する光源と、前記光に基づき生成された映像光を投射する投射光学系と、該投射光学系からの前記映像光が入射する第１面と、該第１面とは反対側の第２面と、前記第１面から前記第２面への前記映像光の伝播を許容するように形成された第１干渉縞と、を含む透過型のホログラムと、前記第１干渉縞によって偏向された前記映像光をフレネル反射させる界面と、を備え、該界面に入射する前記映像光は、Ｓ偏光であり、前記界面から出射される前記映像光の出射角は、前記第１面に入射する前記映像光の入射角よりも大きいことを特徴とする。
【０３２１】
上記構成によれば、投射光学系は、光源が出射した光に基づき生成された映像光を投射する。投射光学系からの映像光は、透過型のホログラムの第１面に入射する。第１面に入射した映像光は、第１面から第２面への映像光の伝播を許容するように形成された第１干渉縞によって、第２面に向かう。第１干渉縞によって偏向された映像光は、界面によって、フレネル反射される。界面に入射する前記映像光は、Ｓ偏光であり、且つ、界面から出射される映像光の出射角は、第１面に入射する映像光の入射角よりも大きいので、多重像が生じにくくなる。
【０３２２】
上記構成において、シースルーディスプレイ装置は、前記第１面又は前記第２面に向かう光路を横切るように配置された１／２波長板を更に備え、該１／２波長板に入射する前記映像光は、Ｐ偏光であることが好ましい。
【０３２３】
上記構成によれば、第１面又は第２面に向かう光路を横切るように配置された１／２波長板に入射する映像光は、Ｐ偏光であるので、多重像が生じにくくなる。
【０３２４】
上記構成において、シースルーディスプレイ装置は、前記第１面に向かう光の反射を抑制する反射防止コート又は反射防止構造体を更に備えることが好ましい。
【０３２５】
上記構成によれば、反射防止コート又は反射防止構造体は、第１面に向かう光の不必要なフレネル反射を抑制することができる。
【０３２６】
上記構成において、前記ホログラムは、５０％以上の回折効率を有することが好ましい。
【０３２７】
上記構成によれば、ホログラムは、５０％以上の回折効率を有するので、多重像が生じにくくなる。
【０３２８】
上記構成において、前記映像光によって表現される映像を観察する観察者に対向する内面と、該内面とは反対側の外面と、を含む透明基板を更に備え、前記界面は、前記外面であり、前記内面上又は前記内面と前記外面との間で保持された前記ホログラムは、前記外面に入射する外光を除去する第２干渉縞を含む体積ホログラムであることが好ましい。
【０３２９】
上記構成によれば、透明基板は、映像光によって表現される映像を観察する観察者に対向する内面と、内面とは反対側の外面と、を含む。透明基板の外面は、界面として用いられる。内面上又は内面と外面との間で保持されるホログラムは、外面に入射する外光を除去する第２干渉縞を含む体積ホログラムであるので、外光による映像の劣化が生じにくくなる。
【０３３０】
上記構成において、前記第１干渉縞による回折効率が最も高くなる第１光の前記体積ホログラムへの第１入射角は、前記第２干渉縞による回折効率が最も高くなる第２光の前記体積ホログラムへの第２入射角に等しいことが好ましい。
【０３３１】
上記構成によれば、第１干渉縞による回折効率が最も高くなる第１光の体積ホログラムへの第１入射角は、第２干渉縞による回折効率が最も高くなる第２光の体積ホログラムへの第２入射角に等しいので、外光による映像の劣化が生じにくくなる。
【０３３２】
上記構成において、前記体積ホログラムの温度変化に伴い前記第１入射角が増大するならば、前記第２入射角も増大し、前記体積ホログラムの温度変化に伴い前記第１入射角が減少するならば、前記第２入射角も減少することが好ましい。
【０３３３】
上記構成によれば、体積ホログラムの温度変化に伴い第１入射角が増大するならば、第２入射角も増大する。体積ホログラムの温度変化に伴い第１入射角が減少するならば、第２入射角も減少する。したがって、映像の質は、体積ホログラムの温度変化に対して影響を受けにくくなる。
【０３３４】
上記構成において、前記体積ホログラムの温度変化に対する前記第１入射角の変化率は、前記体積ホログラムの温度変化に対する前記第２入射角の変化率に等しいことが好ましい。
【０３３５】
上記構成によれば、体積ホログラムの温度変化に対する第１入射角の変化率は、体積ホログラムの温度変化に対する第２入射角の変化率に等しいので、映像の質は、体積ホログラムの温度変化に対して影響を受けにくくなる。
【０３３６】
上記構成において、前記第２干渉縞によって反射された前記外光は、前記第２面から出射されることが好ましい。
【０３３７】
上記構成によれば、第２干渉縞によって反射された外光は、第２面から出射されるので、外光による映像の劣化が生じにくくなる。
【０３３８】
上記構成において、前記第１面又は前記第２面に対する垂面に対して、前記観察者側の角度は、正の角度として定義され、前記正の角度とは反対側の角度は、負の角度として定義され、前記第１入射角が正の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第１光の第１出射角は、負の角度であり、前記第１入射角が負の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第１光の第１出射角は、正の角度であり、前記第２入射角が正の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第２光の第２出射角も、正の角度であり、前記第２入射角が負の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第２光の第２出射角も、負の角度であることが好ましい。
【０３３９】
上記構成によれば、第１面又は第２面に対する垂面に対して、観察者側の角度は、正の角度として定義され、正の角度とは反対側の角度は、負の角度として定義される。第１入射角が正の角度であるならば、体積ホログラムからの第１光の第１出射角は、負の角度である。第１入射角が負の角度であるならば、体積ホログラムからの第１光の第１出射角は、正の角度である。第２入射角が正の角度であるならば、体積ホログラムからの第２光の第２出射角も、正の角度である。第２入射角が負の角度であるならば、体積ホログラムからの第２光の第２出射角も、負の角度である。したがって、外光による映像の劣化が生じにくくなる。
【０３４０】
上記構成において、前記第１入射角は、５０度以下であり、前記第１出射角は、５０度以上７０度以下であり、前記第２出射角は、７０度以上であることが好ましい。
【０３４１】
上記構成によれば、第１入射角は、５０度以下であり、第１出射角は、５０度以上７０度以下であり、第２出射角は、７０度以上であるので、映像の質は、体積ホログラムの温度変化に対して影響を受けにくくなる。
【０３４２】
上記構成において、前記第１干渉縞は、赤色、緑色、青色の光それぞれを特異的に回折する干渉縞を含み、前記第２干渉縞は、赤色、緑色、青色の光それぞれを特異的に回折する干渉縞を含むことが好ましい。
【０３４３】
上記構成によれば、赤色、緑色、青色の光を用いて、映像が適切に表示される。
【産業上の利用可能性】
【０３４４】
上述の実施形態の原理は、多重像や迷光の発生を適切に抑制する。また、上述の実施形態の原理に従って表示される映像の質は、周囲の温度の変化に影響を受けにくくなる。したがって、上述の実施形態の原理は、例えば、自動車や飛行機のコックピットにおいて、必要とされる情報を提供するためのヘッドアップディスプレイに好適に適用される。
【図１Ａ】
2012042793.tif 000003
【図１Ｂ】
2012042793.tif 000004
【図２】
2012042793.tif 000005
【図３】
2012042793.tif 000006
【図４Ａ】
2012042793.tif 000007
【図４Ｂ】
2012042793.tif 000008
【図５Ａ】
2012042793.tif 000009
【図５Ｂ】
2012042793.tif 000010
【図６】
2012042793.tif 000011
【図７】
2012042793.tif 000012
【図８】
2012042793.tif 000013
【図９】
2012042793.tif 000014
【図１０】
2012042793.tif 000015
【図１１】
2012042793.tif 000016
【図１２】
2012042793.tif 000017
【図１３】
2012042793.tif 000018
【図１４】
2012042793.tif 000019
【図１５】
2012042793.tif 000020
【図１６Ａ】
2012042793.tif 000021
【図１６Ｂ】
2012042793.tif 000022
【図１７】
2012042793.tif 000023
【図１８Ａ】
2012042793.tif 000024
【図１８Ｂ】
2012042793.tif 000025
【図１９】
2012042793.tif 000026
【図２０】
2012042793.tif 000027
【図２１】
2012042793.tif 000028
【図２２Ａ】
2012042793.tif 000029
【図２２Ｂ】
2012042793.tif 000030
【図２３】
2012042793.tif 000031
【図２４】
2012042793.tif 000032
【図２５】
2012042793.tif 000033
【図２６】
2012042793.tif 000034
【図２７】
2012042793.tif 000035
【図２８】
2012042793.tif 000036
【図２９】
2012042793.tif 000037
【図３０】
2012042793.tif 000038
【図３１】
2012042793.tif 000039
【図３２】
2012042793.tif 000040
【図３３Ａ】
2012042793.tif 000041
【図３３Ｂ】
2012042793.tif 000042
【図３４Ａ】
2012042793.tif 000043
【図３４Ｂ】
2012042793.tif 000044
【図３５】
2012042793.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月16日(2012.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光に基づき生成された映像光を投射する投射光学系と、
該投射光学系からの前記映像光が入射する第１面と、該第１面とは反対側の第２面と、前記第１面から前記第２面への前記映像光の伝播を許容するように形成された第１干渉縞と、を含む透過型のホログラムと、
前記第１干渉縞によって偏向された前記映像光をフレネル反射させる界面と、を備え、
該界面に入射する前記映像光は、Ｓ偏光であり、
前記界面から出射される前記映像光の出射角は、前記第１面に入射する前記映像光の入射角よりも大きいことを特徴とするシースルーディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第１干渉縞は、二光束干渉により、前記第１面に入射した物体光及び参照光によって記録されることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１面又は前記第２面に向かう光路を横切るように配設された１／２波長板を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１面に向けて反射する光を抑制する反射防止コート又は反射防止構造体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項５】
前記投射光学系は、前記第１干渉縞の記録に用いられた前記参照光の主光線の光路上に存在しないことを特徴とする請求項２に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項６】
前記第１干渉縞の記録に用いられた前記参照光の前記主光線の前記光路上に配設された光拡散体を更に備えることを特徴とする請求項２に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項７】
前記参照光及び前記物体光は、前記第２面に１／４波長板が設置された前記体積ホログラムの前記第１面にＳ偏光又はＰ偏光で入射し、前記第１干渉縞を記録することを特徴とする請求項２に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項８】
請求項６に記載のシースルーディスプレイ装置を搭載した車両であって、
前記光拡散体は、ダッシュボードであることを特徴とする車両。
【請求項９】
前記１／２波長板に入射する前記映像光は、Ｐ偏光であることを特徴とする請求項３に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記第１面に向かう光の反射を抑制する反射防止コート又は反射防止構造体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記ホログラムは、５０％以上の回折効率を有することを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記映像光によって表現される映像を観察する観察者に対向する内面と、該内面とは反対側の外面と、を含む透明基板を更に備え、
前記界面は、前記外面であり、
前記ホログラムは、前記内面上又は前記内面と前記外面との間で保持された体積ホログラムであり、
該体積ホログラムには、前記外面に入射する外光を除去するための第２干渉縞が前記第１干渉縞とともに多重露光されることを特徴とする請求項１に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記第１干渉縞による回折効率が最も高くなる前記映像光として規定される第１光の前記体積ホログラムへの第１入射角は、前記第２干渉縞による回折効率が最も高くなる前記外光として規定される第２光の前記体積ホログラムへの第２入射角に等しいことを特徴とする請求項１２に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記第１干渉縞による回折効率が最も高くなる前記映像光として規定される第１光は、第１入射角で前記体積ホログラムへ入射し、
前記第２干渉縞による回折効率が最も高くなる前記外光として規定される第２光は、第２入射角で前記体積ホログラムへ入射し、
前記体積ホログラムの温度変化に伴い前記第１入射角が増大するならば、前記第２入射角も増大し、
前記体積ホログラムの温度変化に伴い前記第１入射角が減少するならば、前記第２入射角も減少することを特徴とする請求項１２に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記体積ホログラムの温度変化に対する前記第１入射角の変化率は、前記体積ホログラムの温度変化に対する前記第２入射角の変化率に等しいことを特徴とする請求項１４に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記第２干渉縞によって反射された前記外光は、前記第２面から出射されることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記第１面又は前記第２面に対する垂面に対して、前記観察者側の角度は、正の角度として定義され、前記正の角度とは反対側の角度は、負の角度として定義され、
前記第１入射角が正の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第１光の第１出射角は、負の角度であり、
前記第１入射角が負の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第１光の第１出射角は、正の角度であり、
前記第２入射角が正の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第２光の第２出射角も、正の角度であり、
前記第２入射角が負の角度であるならば、前記体積ホログラムからの前記第２光の第２出射角も、負の角度であることを特徴とする請求項１５に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記第１入射角は、５０度以下であり、
前記第１出射角は、５０度以上７０度以下であり、
前記第２出射角は、７０度以上であることを特徴とする請求項１７に記載のシースルーディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記第１干渉縞は、赤色、緑色、青色の光それぞれを特異的に回折する干渉縞を含み、
前記第２干渉縞は、赤色、緑色、青色の光それぞれを特異的に回折する干渉縞を含むことを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれか１項に記載のシースルーディスプレイ。
【国際調査報告】
2012042793.tif 000046
2012042793.tif 000047
2012042793.tif 000048
2012042793.tif 000049