(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０ｎｍ以上の波長域の光で、コンバイナに計器情報を照射する表示器を用いるヘッドアップディスプレイに用いられるコンバイナにおいて、
前記コンバイナが、感光材料からなるＭ種類（Ｍは、２以上の整数）のリップマンホログラムが重ね合わされて構成されており、
それぞれのリップマンホログラムの回折効率が最大となる中心波長が、各ホログラム層の厚さをＴ，感光材料の屈折率をｎ，ホログラムの回折光の中心波長をλとした場合に、
それぞれλ２／（Ｍ×ｎ×Ｔ）程度ずつ異なることを特徴とするホログラフィック・コンバイナ。
【請求項２】
請求項１に記載のホログラフィック・コンバイナを用いてなるヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの乗り物に搭載され、計器情報の表示やナビゲーション情報の表示などに用いられるヘッドアップディスプレイ装置に関し、特に、ゴースト像が少なく、その割に明るい表示像が得られるようなヘッドアップディスプレイ用のホログラフィック・コンバイナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘッドアップディスプレイは、自動車などの乗り物で、運転者が計器類を見る時に前方から視線を外すことによる危険を減らすために、運転者の前方（前景）に計器情報などを表示させるものである。
【０００３】
ヘッドアップディスプレイの概念的な構成例を図１に示す。
図１に示すように、計器類などの情報を表示する表示器１と、凹面鏡と同様なレンズ作用を持ったオフアクシス型のリップマンホログラムからなるコンバイナ２とにより構成される。
【０００４】
表示器１から照射される情報光は、コンバイナ２に入射し、コンバイナ２からの回折光が運転者３に届く。この時、コンバイナ２のホログラムは、凹面鏡としてのレンズ作用を持っているので、運転者３には、表示器１に示された情報が、運転者の前方遠距離にある虚像４の位置に見えることになる。
【０００５】
一方、コンバイナ２は、リップマンホログラムであるため、特定の波長の光を強く回折し他の光は通過させる特性（波長選択性）を持っているので、外からの光もコンバイナ２を通過して運転者３の目に入る。このため、運転者３は前方を見ながら同時に計器類などの情報を得ることができるようになる。
【０００６】
なお、このような装置で、コンバイナ２にオフアクシス型のホログラムを用いるのは、コンバイナ表面で反射された光が運転者の目に達することを防ぐように、回折光と反射光の方向を変えるためであり、回折光と反射光の角度の違いは、通常１０°〜３０°くらいになっている。
【０００７】
上記のようなホログラフィック・コンバイナは、図２に例示するような２光束干渉の光学系で作製されるリップマンホログラム（体積位相反射型）である。
図２の光学系では、レンズ５の焦点から乾板６までの距離は、表示器１とコンバイナ２の距離と同じになるように設定され、レンズ７の焦点から乾板６までの距離は、虚像４とコンバイナ２の距離と同じになるように設定される。
【０００８】
図２で、レーザー光源８からでたレーザー光は、ビームスプリッター９により２つに分割されて、一方の光は、ミラー１０，ミラー１１で反射され、レンズ５によって広げられて、乾板６に到達する。もう一方の光は、ミラー１２，ミラー１３で反射され、レンズ７によって広げられて、乾板６に反対方向から到達する。この２つの光の干渉による干渉縞を、乾板６に記録することにより、図１のコンバイナーに用いられたようなレンズ作用を持つリップマンホログラムが作製される。リップマンホログラムの干渉縞の構造の一例を図７に示す。
【０００９】
既存のリップマンホログラムでは、その回折効率の波長選択性は、図３に示すような特性となる。作製に用いたレーザー光と同じ波長で回折効率が最大のピークとなる大きな山１４を示し、それに連なるように周辺部に小さな回折効率の山１５，１６，１７などが生じる。
【００１０】
最大のピークを示す回折効率の値が高い時には、これら周辺部の回折効率の山１５，１６，１７などはかなり大きくなり、例えば、最大回折効率が９０％の時には、隣の山１５は１５％程度、その隣の山１６は７％程度の回折効率となる。
【００１１】
ところで、ヘッドアップディスプレイに用いられるような、オフアクシス型のホログラムでは、波長分散の影響により、再生波長の違いに応じて像の再生位置が違ってくる。
表示器として、ＶＦＤや蛍光灯で照明した液晶ＴＶなど、比較的広い波長域の光を照射するものを用いた場合に、これらの周辺部の山による回折像が、本来のピークの山１４による回折像に対して、ずれた位置に再生される。このため、これらの像は、本来の像（回折効率のピーク波長で視覚される像）に重なるゴースト像のようになり、運転者が本来の表示像を見ることを大きく阻害していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のリップマンホログラムを用いていたホログラフィック・コンバイナでは、回折効率が最大のピークとなる山のほかに、その周辺部に小さい回折効率の山が生じるために、これらの部分による回折像が、本来の像とずれた位置に重なってゴースト像となり、本来の像が見え辛くなるという問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、リップマンホログラムによるホログラフィック・コンバイナの光学特性（回折効率の波長選択性）に起因する、周辺部の小さい回折効率の山を一層小さくして、ゴースト像を抑え、再生される本来の像を見えやすくすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
【００１５】
請求項１の発明は、
５０ｎｍ以上の波長域の光で、コンバイナに計器情報を照射する表示器を用いるヘッドアップディスプレイに用いられるコンバイナにおいて、
前記コンバイナが、感光材料からなるＭ種類（Ｍは、２以上の整数）のリップマンホログラムが重ね合わされて構成されており、
それぞれのリップマンホログラムの回折効率が最大となる中心波長が、各ホログラム層の厚さをＴ，感光材料の屈折率をｎ，ホログラムの回折光の中心波長をλとした場合に、
それぞれλ２  ／（Ｍ×ｎ×Ｔ）程度ずつ異なることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、
請求項１に記載のホログラフィック・コンバイナを用いてなるヘッドアップディスプレイである。
【００１７】
図３に示すリップマンホログラムの回折効率の波長選択性で、ピークの周辺部に見られる小さな回折効率の山の隣同士の間隔は、記録層の屈折率をｎ，ピークの中心波長をλ，記録層の厚さをＴとした時に、ほぼ、λ２／（２×ｎ×Ｔ）となっている。また、これらの位相は、隣あった山同士で、それぞれπずつ異なっている。
【００１８】
このため、回折効率の最大ピークとなる波長が、λ２／（２×ｎ×Ｔ）だけ違っている２種類のリップマンホログラムを重ねると、図４に示すように位相がπずつ違う隣り合った山が重なることになる。このため、お互いに打ち消しあい、回折効率は図５に示すようになり、周辺部のそれぞれの山の回折効率は大幅に小さくなる。
【００１９】
また、ホログラムを３種類以上重ねた場合でも、Ｎ個のリップマンホログラムで、その中心波長が、λ２／（Ｎ×ｎ×Ｔ）ずつ違っているというように、全体として位相が打ち消し合うようにしてやれば、同様の効果が働くので、周辺部の各回折効率の山の大きさは同様に小さくなり、ゴースト像が低下する。
【００２０】
ところで、リップマンホログラムで回折効率が最大ピークとなる波長は、干渉縞の厚み方向の縞間隔によって決まる。このため、記録層を膨潤収縮するなどの方法で、層の中で厚み方向の縞間隔が若干異なるようにすると、回折効率のピークとなる中心波長が僅かに違っている多数のリップマンホログラムが重なっているのと等価な状態になる。
【００２１】
このような場合、これらの多数のリップマンホログラムの中に、ピークとなる中心波長がλ２／（２×ｎ×Ｔ）違っているものがあると、先に述べたように、これら同士で周辺部の回折効率の山を打ち消し合う作用が生じる。
【００２２】
縞間隔に違いがない普通のホログラムの場合に、回折効率の最大ピークの半値幅は、λ２／（２×ｎ×Ｔ）程度の大きさであるが、このように縞間隔が違うホログラムの場合には、中心波長の違いに相当する波長だけ半値幅が広がる。
【００２３】
厚み方向の干渉縞の間隔に違いを生じさせたホログラムで、その半値幅が
｛λ２／（２×ｎ×Ｔ）｝＋｛λ２／（２×ｎ×Ｔ）｝＝λ２／（ｎ×Ｔ）以上に広がっている場合には、打ち消し合う作用が生じて、周辺部の回折効率の山の大きさは小さくなり、ゴースト像が減少する。
【００２４】
ヘッドアップディスプレイに応用した場合、ゴースト像による影響を受けずに表示像を視覚する上で好適なホログラフィック・コンバイナの光学特性は、リップマンホログラムの回折光のピーク波長をλとした場合に、回折効率が最大となる中心波長から、その前後λ２／（ｎ×Ｔ）以外の波長での回折効率が２％以下であることが望ましいことが、発明者らの検討によって確認された。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
本発明のホログラフィック・コンバイナは、例えば、図６のような光学系によって作製される。
【００２６】
この光学系は、２本のレーザー光源を用い、その光線が同じ光軸で乾板に届くようになっている点以外は、図２で示した従来の光学系と同様である。この際に用いる２本のレーザー光は、乾板の乳剤層の厚さをＴ，屈折率をｎ，片方のレーザー光波長をλとして、λ２／（２×ｎ×Ｔ）程度波長が違っている。
【００２７】
例えば、屈折率１．５で５μｍの厚さの感材を用い、Ａｒ＋レーザーの５１５ｎｍと、ＹＡＧレーザーの５３２ｎｍの波長のレーザー光を用いるといった具合である。
【００２８】
このような光学系で、まず一方のレーザー光を用いて従来方法と同様にして、乾板上にリップマンホログラムを記録する。次に、もう一方のレーザー光で同じ乾板上にリップマンホログラムを多重記録する。
【００２９】
このようにすると、λ２／（２×ｎ×Ｔ）波長の違ったリップマンホログラムを２つ重ね合わせたようなホログラムが記録される。
上記のホログラムでは、図４に示すように２つのリップマンホログラムの波長選択性による周辺部の回折効率の小さな山の隣あったもの同士が重なる形になる。これらの山は、位相がπずれているので、お互いに打ち消し会い、周辺部の山が小さくなる。このため、ゴースト像が低下し、再生像が見やすくなる。
【００３０】
一方、請求項２に示すようなホログラムは、例えば、次のような工程によって作製される。作製に用いる光学系は従来と同様であり、例えば図２のような光学系が用いられる。
【００３１】
ただし、この場合の乾板は、処理によって記録層の厚みが変化できるものを用いる。例えば、加熱によって収縮するようなフォトポリマーや、波長チューニングシートで膨潤が可能なフォトポリマー、ソルビトールで膨潤が可能な銀塩感材などである。
【００３２】
このような感光材料上に従来と同じ方法でリップマンホログラムを記録する。
記録後、乾板の記録層の厚みを変える処理を行い、記録層内で場所によって厚みの変化量が違うようにする。このような処置は、例えば、加熱によって収縮するフォトポリマーに対して短時間に急速な加熱を行う方法や、ソルビトール液の粘度を上げて銀塩乳剤内に十分に浸透させないで膨潤させるなどの方法で行うことができる。
【００３３】
このようにすると、例えば、図６に示したように、記録層の厚み方向に干渉縞の間隔が違うリップマンホログラムを記録することができる。
このようなホログラムは、回折効率のピークとなる中心波長が僅かに違っている多数のリップマンホログラムが重なっているのと等価な状態になるので、その半値幅がλ２  ／（２×ｎ×Ｔ）以上に広がっている場合には、打ち消し合う作用が生じて、周辺部の回折効率の山の大きさは小さくなり、ゴースト像が減少する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のホログラフィック・コンバイナでは、回折効率のピーク波長の周辺の波長での再生像（ゴースト）を抑え、再生される本来の像が見えやすくなるため、ヘッドアップディスプレイの視認性が安定し、一層安全な操縦が実現される。
【００３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッドアップディスプレイを示す説明図。
【図２】従来のホログラフィック・コンバイナ（リップマンホログラム）を作製する光学系を示す説明図。
【図３】従来のホログラフィック・コンバイナ（リップマンホログラム）の波長選択性を示す説明図。
【図４】本発明のホログラフィック・コンバイナ（リップマンホログラム）の波長選択性の一例を示す説明図。
【図５】本発明のホログラフィック・コンバイナ（リップマンホログラム）の波長選択性の一例を示す説明図。
【図６】本発明のホログラフィック・コンバイナ（リップマンホログラム）を作製する光学系を示す説明図。
【図７】リップマンホログラムの干渉縞の構造の一例を示す説明図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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