(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の視野内に虚像（１９）を形成するために設けられた回折コンバイナー（１８）に向かって差し向けられる光ビームを発生する投影ユニット（１６）を含み、前記投影ユニット（１６）は、前記回折コンバイナー（１８）に伝達される源像を形成するようになったディスプレー（３０）に向かって差し向けられる投影光ビームを発生する光源（２６）を含む、回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）において、
前記投影ユニット（１６）は、前記ディスプレー（３０）の後に配置された投影マスク（３４）を含み、この投影マスクには、投影窓（３６）が設けられており、この投影窓の面積は、ディスプレー（３０）の表示面積とほぼ一致し、
ディスプレー（３０）のところで、光ビームは表示面積よりも大きい面積を均等に照明し、
前記ディスプレー（３０）及び前記マスク（３４）は、前記ディスプレー（３０）及び前記マスク（３４）を並進することによって、観察者の視野内の虚像（１９）の位置を調節するように、投影光ビームの軸線に対してほぼ直角な少なくとも一方向に並進移動可能である、ことを特徴とする回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）。
【請求項２】
請求項１に記載の回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）において、
前記回折コンバイナー（１８）は、単一の層の表面に一連の回折光学素子が配置された透明プレートの形態で形成されており、虚像（１９）の下方視認角度（βｉｖ）は、前記回折コンバイナー（１８）の製造時に、設計によって、所定の照明角度（α）について固定される、ことを特徴とする回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）。
【請求項３】
請求項２に記載の回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）において、
前記回折コンバイナー（１８）は、型から射出成形又はエンボス加工によって形成され、前記型は、互いに干渉する二つの光ビームによってフォトレジスト層を露光することによって得られた干渉縞を含むレリーフの形態で回折構造を記録することにより得られる、ことを特徴とする回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）。
【請求項４】
請求項１、２、又は３に記載の回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）において、
前記マスク（３４）は、前記ディスプレー（３０）の出力面に固定されている、ことを特徴とする回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）において、
前記ディスプレー（３０）は液晶ディスプレーである、ことを特徴とする回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）において、
前記ディスプレー（３０）及び前記マスク（３４）の位置を制御する制御デバイス（４２）を含む、ことを特徴とする回折型ヘッドアップディスプレー装置（１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、虚像の位置を調節するためのデバイスを備えた回折型ヘッドアップディスプレー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレー機能において、虚像は、運転者の眼及び実際の風景の省略即ちエリプシス(ellipsis)を考慮に入れて運転者の視野に配置される。しかしながら、虚像の位置を、運転者の座席の高さに合わせて、運転者の身長に合わせて、及び車両の構造に合わせてその公称位置を中心として調節できる必要がある。
【０００３】
一連のミラーを使用することに基づくヘッドアップディスプレー装置では、一つ（又はそれ以上）のミラーを軸線を中心として回転することによって虚像の位置を調節する。この解決策は、ミラーを持たず、回折構成要素を使用する回折型ヘッドアップディスプレー装置の場合には、特にコンバイナーの所定の照明角度についてディスプレー装置が形成する虚像の下方視認角度が設計によって固定された回折素子を記録するプロセスによって回折コンバイナーを形成した場合には、適用できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ミラーの変位又は枢動を必要とせずに機能できる、虚像の位置を調節するためのデバイスを備えた回折型ヘッドアップディスプレー装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のため、本発明は、観察者の視野内に虚像を形成するために設けられた回折コンバイナーに向かって差し向けられる光ビームを発生する投影ユニットを含み、投影ユニットは、回折コンバイナーに伝達される源像を形成するようになったディスプレーに向かって差し向けられる投影光ビームを発生する光源を含む、ヘッドアップディスプレー装置において、投影ユニットは、ディスプレーの後に配置された投影マスクを含み、この投影マスクには、投影窓が設けられており、この投影窓の面積は、ディスプレーの表示面積とほぼ一致し、ディスプレーのところで、光ビームはディスプレー面積よりも表示面積を均等に照明し、ディスプレー及びマスクは、ディスプレー及びマスクを並進することによって、観察者、例えば車両の運転者の視野内の虚像の位置を調節するように、投影光ビームの軸線に対してほぼ直角な少なくとも一方向に並進移動可能である、ことを特徴とする回折型ヘッドアップディスプレー装置を提供する。
【０００６】
本発明の解決策は、ディスプレー及び特定の投影窓の並進移動に基づく。
本発明の他の特徴によれば、
−回折コンバイナーは、単一の層の表面に一連の回折光学素子が配置された透明プレートの形態で形成されており、虚像の下方視認角度は、回折コンバイナーの製造時に設計によって、所定の照明角度について固定され、
−回折コンバイナーは、金型から射出成形又はエンボス加工によって形成され、金型は、互いに干渉する二つの光ビームによってフォトレジスト層を露光することによって得られた干渉縞を含むレリーフの形態で回折構造を記録することにより得られ、
−マスクは、ディスプレーの出力面に固定されており、
−ディスプレーは液晶ディスプレーであり、
−回折型ディスプレー装置は、ディスプレー及びマスクの位置を制御する制御デバイスを含む。
【０００７】
本発明のこの他の特徴、目的、及び利点は、非限定的例として与えられた添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、明らかになるであろう
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の教示による回折型ヘッドアップディスプレー装置が設けられた自動車の車室内を示す概略図である。
【図２】図２は、図１の回折型ディスプレー装置に設けられた投影ユニット及び回折コンバイナーを概略に示す軸線方向断面図である。
【図３】図３は、本発明による並進移動可能なディスプレーが設けられた図１の投影ユニットを概略に示す軸線方向断面図である。
【図４】図４は、図１の投影ユニットの照明面積及びディスプレー面積を示す概略図である。
【図５】図５は、図３のディスプレーの並進方向を示す、図２と同様の断面図である。
【図６】図６は、図２のコンバイナーの回折効率を照明角度αの関数として示すグラフである。
【図７】図７は、図１の投影ユニットの出力部を概略に示す正面図である。
【図８】図８は、図１の投影ユニットの制御システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明において、同じ又は同様のエレメントに同じ参照番号が付してある。
図１は、ダッシュボード１２及び本発明の教示に従って形成された回折型ヘッドアップディスプレー装置１４を含む自動車１０の車内を概略に示す。図示の実施形態によれば、回折型ヘッドアップディスプレー装置１４は、ダッシュボード１２にフロントガラス１５の近くに配置されている。
【００１０】
本発明による回折型ヘッドアップディスプレー装置１４は、投影ユニット１６及びホログラフィックデバイス１８を含む。ホログラフィックデバイス１８は、運転者Ｃの視線上に配置されており、車両の作動情報又は運転情報を、運転者Ｃの視野内でフロントガラス１５の前方に位置する虚像１９の形態で表示するために設けられている。
【００１１】
特に図２及び図３に示す例示の実施例によれば、投影ユニット１６は、ケース２０の内側に取り付けられている。ケース２０は、光源２６、好ましくは、可視野(visible field) に放射するレーザーダイオードを含む。光源２６は光ビームＦを発生し、この光ビームは、源像(source image)を形成するディスプレー３０に向かって拡散する前に光学的整形素子(optical shaping element) ２８によって賦形される。ディスプレー３０は、例えば液晶ディスプレーである。光学的整形素子２８は、ディスプレー３０の形状と適合した形状の、虚像の調節間隔の関数である断面の光ビームＦを発生するようになっている。ディスプレー３０は、車両の作動情報又は運転情報を示す源像を発生するように形成されている。ディスプレー３０には、好ましくは、光学的拡散層３２が設けられている。
【００１２】
図示の実施例によれば、ホログラフィックデバイス１８は、反射によって作動する回折コンバイナーである。回折コンバイナー１８は、源像からの光ビームＦが回折コンバイナー１８を通して屈折し、車両の前方に配置された虚像１９を形成するように、運転者Ｃの視野内に配置される。有利には、回折コンバイナー１８は、回折光学素子を含む透明な部品である。回折光学素子は、ホログラフィック虚像１９を車両の前方所定距離のところに位置決めするように形成されており、源像を拡大する機能を持つように形成されている。
【００１３】
回折コンバイナー１８は、好ましくはプラスチック材料製であり、型成形／射出成形又はエンボス加工によって、それ自体レーザー干渉ナノリソグラフィーによって形成される母型（matrix）から、形成される。
【００１４】
本発明の教示によれば、投影ユニット１６は、ディスプレー３０の後に配置された投影マスク３４を含む。投影マスク３４には、ディスプレー３０のディスプレー面積とほぼ対応する面積の投影窓３６が設けられており、この窓を並進変位する。図３及び図４に示すように、光ビームＦは、ディスプレー３０のところで、ディスプレー面積Ａ１よりも大きい面積Ａ２を均等に照光する。図５に示すように、ディスプレー３０及びマスク３４は、ケース２０に対し、投影光ビームの軸線Ｘ１に対してほぼ直角の方向Ｄ１に並進移動可能である。方向Ｄ１は、この場合、実質的に垂直平面内に含まれる。かくして、ディスプレー３０及びマスク３４を投影窓３６とともに並進することによって、虚像１９の位置を運転者Ｃの視野内で調節する。
【００１５】
図２に示すように、運転者Ｃの視野内の虚像１９は、回折コンバイナー１８を通して、下方視認角度βｉｖ及び距離ｄｉｖによって形成される。ブラッグの法則が、投影ユニット１６の角度位置と対応するコンバイナー１８の照明角度αを、以下の方程式によって、下方視認角度βｉｖと関連させる。
【００１６】
【数１】
0005542836.tif 000002
【００１７】
ここで、
λ：光の波長
ｄ：コンバイナーの回折格子のピッチ
上に示したように、以下の方程式を書くことができる。
【００１８】
【数２】
0005542836.tif 000003
【００１９】
【数３】
0005542836.tif 000004
【００２０】
従って、αの値を変化することによって、下方視認角度βｉｖの値を変化できる。
本発明は、ディスプレー／マスクアッセンブリの位置を変化することによって虚像１９の位置を変化させることができる。
【００２１】
光ビームの整形や回折等を行うためのデバイス２８によって、ディスプレー３０を照明する。ディスプレー３０の表面上で得られた照明スポットは均一である。
照明面積Ａ２及びディスプレー面積Ａ１との間の高さの差Ｌ２−Ｌ１は、虚像１９の位置を調節できるようにするため、角度α及びかくして角度βｉｖを変化するのに必要な並進長さと対応する。
【００２２】
図５は、投影ユニット１６の場合のディスプレー３０の並進方向Ｄ１を示す。投影ユニット１６のケース２０及びコンバイナー１８が固定されたままである場合には、ディスプレー３０を方向Ｄ１に並進する。この並進移動により、回折ディスプレー装置１４の初期形体（虚像の公称位置）と対応する中央値α０を中心として、角度αの値を変化する。
【００２３】
図６に示すように、角度αの変化間隔は、コンバイナー１８の回折効率曲線に従わなくてはならない。
図７に示すように、窓３６の周囲のマスク３４の本体３７により、ディスプレー３０だけがコンバイナー１８によって見られるようにする。機械式システム３８、例えばねじ−ナットシステムが、図７に示すように、ディスプレー３０を初期位置を中心として並進変位する。マスク３４は、好ましくは弾性材料製であり、照明スポット３９の使用されない部分を覆うように、ディスプレー３０の出力面に固定されている。
【００２４】
図８に示すように、運転者Ｃは、ディスプレー３０及びマスク３４の並進を制御するために設けられたヒューマン／機械インターフェース４０及び電子式制御ユニット４２を介して、虚像１９の位置を調節できる。
【００２５】
有利には、本発明は、レーザー干渉ナノリソグラフィーによって行われる製造プロセスによって得られた回折コンバイナー１８を含む回折型ヘッドアップディスプレー装置１４に特に適している。このようなプロセスは、好ましくは、以下の工程を含む。即ち、
ａ／固体基材の平らな表面上に厚さが均等なフォトレジスト層を付着する工程と、
ｂ／レーザー源からの二つの光ビームの干渉による干渉縞をフォトレジスト層に露光する工程と、
ｃ／フォトレジスト層に化学蝕刻物質を所定期間に亘って適用し、干渉縞をフォトレジスト層のレリーフ(relief)の変化に変換し、母型を形成する工程と、
ｄ／導電層をレリーフ表面上に付着する工程と、
ｅ／導電層に電鋳プロセスを適用し、金型を形成する工程と、
ｆ／前記金型を使用し、回折レリーフ構造を、基材から、回折コンバイナーを形成する均質で透明なプラスチック要素に転写する工程とを含む。
【００２６】
有利には、工程ｂは、同じレーザー源からの二つの光ビームで行われ、二つのビーム間の角度θｉは、以下の式の通りである。
【００２７】
【数４】
0005542836.tif 000005
【００２８】
一方の干渉ビームは、末広がりであり、球面波面を提供し、他方の干渉ビームは平面波であり、これらのビームの干渉により、湾曲した干渉縞輪郭線を持つ可変ピッチの回折格子を形成する。
【００２９】
実際、プロセスの第１工程は、これに続いて大量生産を可能にする金型の製造を行うための母型を形成する工程を含む。この母型は、剛性材料製の基材で形成されており、ここに、使用されたレーザー源の波長に対して感受性のフォトレジスト層を付着する。使用されたレーザー源は常に同じであり、二つのビーム間の角度だけを工程毎に変化する。
【００３０】
従来、同じ光源からの二つの光ビームをフォトレジスト層の平らな表面上に送り、露出された表面全体に亘って干渉縞を形成する。これらの干渉縞の存在により、感光層の表面を様々な程度に露光し、材料をその露光の程度に応じて溶解する性質を持つ化学物質をここに適用する。
【００３１】
これにより、干渉縞が、フォトレジスト材料層の特定の部分を溶解した後のレリーフの変化に変換される程度まで化学的蝕刻を行う。
複数の角度（二つのビームのうちの一方について）で露光を行うことにより、この場合、表面にマルチプレックス格子(multiplexed grating) を持つコンバイナーを製造する。このコンバイナーは、投影デバイスからの入射ビームに従って個別の非重畳色彩(non-superimposed distinct colours) を復元でき、色彩が異なるゾーンを区別できる。
【００３２】
次いで、レリーフ表面に薄い導電層を加え、これに続いて電鋳プロセスを適用できるようにし、金型を得る。次いで、金型を使用し、回折構造を透明なプラスチック要素上のレリーフに変換する。これは、エンボス加工又は射出成形等の大量生産手段によって行われる。かくして、透明なプラスチック製の単層コンバイナーを得ることができる。このコンバイナーの回折構造は表面上に刻みつけられており、実際には、レリーフ表面は回折格子である。
【００３３】
蝕刻によって母型上にレリーフを形成することにより、母型の表面上のレリーフの深さを制御するだけで、詳細には蝕刻時間を調節することによって、最終的なコンバイナーの回折効率を制御できる。これは、本発明の、及び透明基材の表面上に回折格子を形成することの別の大きな利点である。輝度は、回折効率だけで決まり、選択された材料やその屈折率には左右されない。
【００３４】
最後に、本発明のプロセスにより、得られるべきコンバイナーを、一方の表面に回折構造を備えた平らな外観のプラスチックプレートの形態の透明なプラスチック材料で形成できる。このコンバイナーは透過及び反射の両方で作用し、様々な屈折効率を持つ。反射は、例えばフロントガラスでのコンバイナーの一体化と対応する。
【符号の説明】
【００３５】
Ｃ  運転者
Ｆ  光ビーム
１０  自動車
１２  ダッシュボード
１４  回折型ヘッドアップディスプレー装置
１５  フロントガラス
１６  投影ユニット
１８  回折コンバイナー
１９  ホログラフィック虚像
２０  ケース
２６  光源
３０  ディスプレー
２８  光学的整形素子
３２  光学的拡散層
３４  投影マスク
３６  投影窓
【図１】
0005542836.tif 000006
【図２】
0005542836.tif 000007
【図３】
0005542836.tif 000008
【図４】
0005542836.tif 000009
【図５】
0005542836.tif 000010
【図６】
0005542836.tif 000011
【図７】
0005542836.tif 000012
【図８】
0005542836.tif 000013