(57)【要約】【課題】装置の向きを変えることなく、非常に簡単な操作で任意の運転者の視界内に表示を向けることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置は、コンバイナーを構成するスイッチングホログラム（ＳＨ）素子１１ａ〜１１ｃを含むＳＨユニット１１と、このＳＨユニット１１に画像源を供給する表示器１２と、この表示器１２における光源を制御する光源制御部１３と、ＳＨ素子１１ａ〜１１ｃを制御するＳＨ制御部１４と、光源制御部１３及びＳＨ制御部１４を含めて全体の装置制御を行う制御部１５とから主に構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、前記光源からの光に対してそれぞれ異なる回折方向を有する少なくとも２つのスイッチングホログラム素子を有するスイッチングホログラムユニットと、使用しない回折方向に対応する前記スイッチングホログラム素子に電圧を印加するスイッチングホログラム制御手段と、を具備することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記異なる回折方向が鉛直方向にシフトすることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記異なる回折方向が水平方向にシフトすることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
それぞれ異なる色の光を出射する光源と、それぞれの色の光に対応して回折状態を示す少なくとも２つのスイッチングホログラム素子を有するスイッチングホログラムユニットと、前記スイッチングホログラム素子に電圧を印加するスイッチングホログラム制御手段と、前記光源から出射する光を切り替える光源制御手段と、前記光源制御手段の切替タイミング及び前記スイッチングホログラム素子の電圧印加タイミングを制御するタイミング制御手段と、を具備することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記スイッチングホログラム素子は、一方の主面に電極を有しており、前記電極が対向するように配置された一対の支持基板と、前記電極間にわたって液晶層及び高分子層がそれぞれ延在するように交互に配列して構成されたスイッチングホログラム層と、を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘッドアップディスプレイ装置に関し、特に視認者の位置に応じて視認者の見易い方向に表示像を表示させるヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の車両用ディスプレイとして、ホログラフィック素子を用いたヘッドアップディスプレイ装置が提案されている。このヘッドアップディスプレイ装置は、ホログラフィック素子を用いて、速度などの運転に必要な情報と外界の光景とを重ねて視認させることができるものである。
【０００３】
自動車の車両においては、ヘッドアップディスプレイ装置の車両への取付け位置、車両の座席構造、運転者の体格・運転姿勢などが異なるため、任意の運転者の視界内に表示像を投影できるように、上下方向に角度調整できる機構を備えたヘッドアップディスプレイ装置も提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２７８６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような構成のヘッドアップディスプレイ装置は、角度調整機構を備えているが運転者が手動で装置の向きを変える必要があり操作が煩雑であるという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、装置の向きを変えることなく、非常に簡単な操作で任意の運転者の視界内に表示を向けることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、光を出射する光源と、前記光源からの光に対してそれぞれ異なる回折方向を有する少なくとも２つのスイッチングホログラム素子を有するスイッチングホログラムユニットと、使用しない回折方向に対応する前記スイッチングホログラム素子に電圧を印加するスイッチングホログラム制御手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、スイッチングホログラム素子への電圧印加の制御により、所望のスイッチングホログラム素子の回折状態を制御して回折方向を選択することができるので、装置の向きを変えることなく、非常に簡単な操作で任意の運転者の視界内に表示を向けることができる。
【０００８】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、前記異なる回折方向が鉛直方向にシフトすることが好ましい。この構成によれば、例えば、車両内で用いる場合、車両の座席構造、運転者の体格・運転姿勢などが異なっていても、それぞれの運転者に対して見易い状態で表示を視認させることが可能となる。
【０００９】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、前記異なる回折方向が水平方向にシフトすることが好ましい。この構成によれば、例えば、車両内で用いる場合、運転席及び助手席に対してそれぞれ見易い状態で表示を視認させることが可能となる。
【００１０】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、それぞれ異なる色の光を出射する光源と、それぞれの色の光に対応して回折状態を示す少なくとも２つのスイッチングホログラム素子を有するスイッチングホログラムユニットと、前記スイッチングホログラム素子に電圧を印加するスイッチングホログラム制御手段と、前記光源から出射する光を切り替える光源制御手段と、前記光源制御手段の切替タイミング及び前記スイッチングホログラム素子の電圧印加タイミングを制御するタイミング制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、スイッチングホログラム素子への電圧印加の制御及び光源切替制御により、ホログラフィック素子を用いたヘッドアップディスプレイ装置でカラー表示を実現することができる。
【００１２】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、前記スイッチングホログラム素子は、一方の主面に電極を有しており、前記電極が対向するように配置された一対の支持基板と、前記電極間にわたって液晶層及び高分子層がそれぞれ延在するように交互に配列して構成されたスイッチングホログラム層と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のヘッドアップディスプレイは、光を出射する光源と、前記光源からの光に対してそれぞれ異なる回折方向を有する少なくとも２つのスイッチングホログラム素子を有するスイッチングホログラムユニットと、使用しない回折方向に対応する前記スイッチングホログラム素子に電圧を印加するスイッチングホログラム制御手段と、を具備するので、装置の向きを変えることなく、非常に簡単な操作で任意の運転者の視界内に表示を向けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、自動車の車両内で使用する、回折方向を鉛直方向にシフトさせることが可能なヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。
【００１５】
図１に示すヘッドアップディスプレイ装置は、コンバイナーを構成するスイッチングホログラム（以下、ＳＨと省略する）素子１１ａ〜１１ｃを含むＳＨユニット１１と、このＳＨユニット１１に画像源を供給する表示器１２と、この表示器１２における光源を制御する光源制御部１３と、ＳＨ素子１１ａ〜１１ｃを制御するＳＨ制御部１４と、光源制御部１３及びＳＨ制御部１４を含めて全体の装置制御を行う制御部１５とから主に構成されている。
【００１６】
ＳＨユニット１１は、複数のＳＨ素子、ここでは３つのＳＨ素子１１ａ〜１１ｃを有している。このＳＨ素子１１ａ〜１１ｃは、鉛直方向にそれぞれ異なる回折方向に光源からの光を回折すると共に、電圧の印加により光源からの光を透過する光学素子である。ＳＨユニット１１におけるＳＨ素子１１ａ〜１１ｃは、それぞれ視認者の頭（目）の位置１６ａ〜１６ｃに対応している。すなわち、ＳＨ素子１１ａは、視認者の頭の位置１６ａに回折方向（回折後の光の方向）が向くように回折状態が設定され、ＳＨ素子１１ｂは、視認者の頭の位置１６ｂに回折方向が向くように回折状態が設定され、ＳＨ素子１１ｃは、視認者の頭の位置１６ｃに回折方向が向くように回折状態が設定されている。
【００１７】
それぞれのＳＨ素子１１ａ〜１１ｃは、電圧の大きさで回折状態が変化するものであり、図２に示すような構造を有する。図２は、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置に使用するＳＨ素子の構造を示す図である。このＳＨ素子１１ａ〜１１ｃは、一対の支持基板２１と、この支持基板２１間に挟持された高分子−液晶層（ＳＨ層）２２とから構成されている。それぞれの支持基板２１の内側、すなわち高分子−液晶層２２側には、電圧印加用の電極２３が設けられている。なお、支持基板２１及び電極２３は透明であることが望ましい。このため、支持基板２１としては、ガラス基板や透明樹脂基板などの透明基板を用いることが好ましく、電極２３としては、ＩＴＯ電極などの透明電極などを用いることが好ましい。高分子−液晶層２２は、ホログラフィック・ポリマー分散型液晶層であり、高分子層２２ａ及び液晶層２２ｂを有する。それぞれの高分子層２２ａ及び液晶層２２ｂは、対向する電極２３間にわたって延在する。したがって、高分子−液晶層２２は、高分子層２２ａと液晶層２２ｂとが交互に配列された縞状の構造を有する。
【００１８】
このＳＨ素子１１ａ〜１１ｃは、上記のように屈折率分布の異なる高分子層２２ａと液晶層２２ｂとが交互に配列されているので、ＳＨ素子において周期的に屈折率差が現れる。したがって、電圧を印加しない状態（ＯＦＦ）では、図３（ａ）に示すように、高分子層２２ａの屈折率と液晶層２２ｂの屈折率との差Δｎが存在する。したがって、光２４がＯＦＦ状態のＳＨ素子１１ａ〜１１ｃを通ると、ブラッグ回折が起こり、光路が変更される。一方、電圧を印加した状態（ＯＮ）では、図３（ｂ）に示すように、高分子層２２ａの屈折率と液晶層２２ｂの屈折率との差Δｎが消失するので、光２４がＯＮ状態のＳＨ素子１１ａ〜１１ｃを通るとそのまま透過する。
【００１９】
このようなＳＨ素子１１ａ〜１１ｃにおいては、電界に応答して液晶層２２ｂに含まれる液晶分子の配向方向が変化する。液晶分子は屈折率異方性を有するので、電界印加により高分子層２２ａの屈折率と液晶層２２ｂの屈折率との差Δｎが変化する。この変化を利用して、光の偏光分離を行うことができる。なお、ＳＨ素子における高分子層２２ａ又は液晶層２２ｂの厚さは、ブラッグ格子の間隔に相当するので、高分子層２２ａ又は液晶層２２ｂの厚さを変えることにより、回折角度を変えることができる。したがって、この厚さを変えることにより、視認者の頭の位置１６ａ〜１６ｃに対応したＳＨ素子を作製することができる。すなわち、後述するレーザ露光の条件を変えて、干渉縞の間隔や傾きなどを変えることにより、視認者の頭の位置１６ａ〜１６ｃに対応したＳＨ素子を得ることができる。
【００２０】
ＳＨ素子１１ａ〜１１ｃは、図４に示すような過程を経て作製される。すなわち、図４（ａ）に示すように、液晶分子３１、モノマー３２、光開始剤３３を混合してなる層にレーザ露光を施す。このとき、レーザ露光により生じる干渉縞の明部３４において光重合が開始される。そして、図４（ｂ）に示すように、モノマー３２が光重合してプレポリマー分子３５になることにより、液晶分子３１がはじかれる。その後、図４（ｃ）に示すように、光重合が進んでポリマー分子３６が生成して、高分子層（干渉縞の明部）と液晶層（干渉縞の暗部）とが形成される。
【００２１】
上記レーザ露光は、図５に示すような装置により行うことができる。すなわち、レーザ４１から出射された光をビームエキスパンダ４２によりビーム径を拡大させ、拡大したビーム光をビームスプリッタ４３で２つのコヒーレントな光に分波し、それぞれの光をミラー４４，４５で光路を変えて、液晶分子３１、モノマー３２、光開始剤３３を混合してなる層を有する基板４６に照射する。これにより、基板４６上では、干渉露光が行われて上述した過程を経て干渉縞が形成される。
【００２２】
ＳＨユニット１１は、上記のようにして作製されたＳＨ素子１１ａ〜１１ｃを貼り合わせることにより得られる。なお、ＳＨ素子１１ａ〜１１ｃを貼り合わせる際には、貼り合わせられる支持基板２１の屈折率にマッチングする接着剤などを用いる。ここでは、図２に示すＳＨ素子をそれぞれ作製し、２つのＳＨ素子を貼り合わせた場合について説明しているが、本発明においては、支持基板／電極／ＳＨ層／電極／絶縁板／電極／ＳＨ層／電極／絶縁板／電極／ＳＨ層／電極／支持基板のように、一対の支持基板間に３つのＳＨ層を挟持するような構成であっても良い。
【００２３】
表示器１２は、少なくとも冷陰極管やＬＥＤなどの光源と、液晶表示装置などの表示装置を備えている。表示装置には、コンバイナーに表示させる画像データが入力されるようになっている。したがって、表示器１２においては、画像データが表示装置に入力され、表示装置内で表示制御されて所定の表示がなされる。この表示が光源により映し出されて画像源としてコンバイナーを構成するＳＨユニット１１に送られる。
【００２４】
光源制御部１３は、制御部１５の指示に基づいて表示器１２の光源を制御する。例えば、光源のＯＮ／ＯＦＦの切り替えなどの制御を行う。また、光源制御部１３が光源を制御する、例えばＯＮにする際に、ＳＨ制御部１４に制御信号を送り、光源のＯＮ制御と連動してＳＨユニット１１の制御を行うようにしても良い。
【００２５】
ＳＨ制御部１４は、ＳＨユニット１１のＳＨ素子１１ａ〜１１ｃへの電圧印加を制御する。具体的には、使用しない回折方向に対応するＳＨ素子１１ａ〜１１ｃに電圧を印加する。すなわち、視認者の頭の位置１６ａに回折方向を設定したい場合には、ＳＨ素子１１ａには電圧を印加せず、ＳＨ素子１１ｂ，１１ｃに電圧を印加し、視認者の頭の位置１６ｂに回折方向を設定したい場合には、ＳＨ素子１１ｂには電圧を印加せず、ＳＨ素子１１ａ，１１ｃに電圧を印加し、視認者の頭の位置１６ｃに回折方向を設定したい場合には、ＳＨ素子１１ｃには電圧を印加せず、ＳＨ素子１１ａ，１１ｂに電圧を印加する。
【００２６】
次に、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作について説明する。まず、視認者の頭の位置１６ａに表示を向ける場合について説明する。コンバイナーのスイッチが投入されると、制御部１５よりその旨の制御信号が光源制御部１３に出力される。光源制御部１３では、その制御信号にしたがって表示器１２の光源及び表示装置をＯＮにする制御を行う。表示装置には、画像データが送られ、表示装置内で表示制御がなされる。表示装置上の表示は光源によりコンバイナーを構成するＳＨユニット１１に送られる。視認者の頭の位置１６ａに表示を向ける指示は、制御部１５からＳＨ制御部１４に送られる。ＳＨ制御部１４は、その指示に対応する制御信号にしたがってＳＨ素子１１ａ〜１１ｃへの電圧印加を制御する。すなわち、ＳＨ素子１１ａには電圧を印加せず（ＯＦＦ）、ＳＨ素子１１ｂ，１１ｃには電圧を印加する（ＯＮ）。このような回折状態のＳＨユニット１１においては、ＳＨ素子１１ａに対して電圧が印加されていないので、図３（ａ）に示すように光がＳＨ素子１１ａで回折する。ＳＨ素子１１ａは、その回折方向が予め視認者の頭の位置１６ａに向けられるように作製されているので、表示器１２からの表示は視認者の頭の位置１６ａに向けて送られることになる。一方、ＳＨ素子１１ｂ，１１ｃでは、電圧印加により図３（ｂ）に示すように光を透過する。このため、ＳＨ素子１１ａで回折した光に対しては影響を与えない。その結果、頭の位置１６ａの視認者は見易い状態で表示を視認することができる。
【００２７】
次いで、視認者の頭の位置１６ｂに表示を切り替える場合について説明する。その場合、視認者の頭の位置１６ｂに表示を切り替える指示は、制御部１５からＳＨ制御部１４に送られる。ＳＨ制御部１４は、その指示に対応する制御信号にしたがってＳＨ素子１１ａ〜１１ｃへの電圧印加を制御する。すなわち、ＳＨ素子１１ｂには電圧を印加せず（ＯＦＦ）、ＳＨ素子１１ａ，１１ｃには電圧を印加する（ＯＮ）。このような回折状態のＳＨユニット１１においては、ＳＨ素子１１ｂに対して電圧が印加されていないので、図３（ａ）に示すように光がＳＨ素子１１ｂで回折する。ＳＨ素子１１ｂは、その回折方向が予め視認者の頭の位置１６ｂに向けられるように作製されているので、表示器１２からの表示は視認者の頭の位置１６ｂに向けて送られることになる。一方、ＳＨ素子１１ａ，１１ｃでは、電圧印加により図３（ｂ）に示すように光を透過する。このため、ＳＨ素子１１ｂで回折した光に対しては影響を与えない。その結果、頭の位置１６ｂの視認者は見易い状態で表示を視認することができる。なお、視認者の頭の位置１６ｃに表示を切り替える場合については上記と同様である。
【００２８】
このように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置は、ＳＨ素子１１ａ〜１１ｃへの電圧印加の制御により、所望のＳＨ素子の回折状態を制御して回折方向を選択することができるので、装置の向きを変えることなく、非常に簡単な操作で任意の運転者の視界内に表示を向けることができる。特に、本実施の形態においては、車両の座席構造、運転者の体格・運転姿勢などが異なっていても、それぞれの運転者に対して見易い状態で表示を視認させることが可能となる。
【００２９】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、自動車の車両内で使用する、回折方向を水平方向にシフトさせることが可能なヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。図６は、車両内部を上から見たときの車両内の配置を示している。
【００３０】
図６に示すヘッドアップディスプレイ装置は、コンバイナーを構成するＳＨ素子５１ａ，５１ｂを含むＳＨユニット５１と、このＳＨユニット５１に画像源を供給する表示器５２と、この表示器５２における光源を制御する光源制御部５３と、ＳＨ素子５１ａ，５１ｂを制御するＳＨ制御部５４と、光源制御部５３及びＳＨ制御部５４を含めて全体の装置制御を行う制御部５５とから主に構成されている。
【００３１】
ＳＨユニット５１は、複数のＳＨ素子、ここでは２つのＳＨ素子５１ａ，５１ｂを有している。このＳＨ素子５１ａ，５１ｂは、水平方向でそれぞれ異なる回折方向に光源からの光を回折すると共に、電圧の印加により光源からの光を透過する光学素子である。ＳＨユニット５１におけるＳＨ素子５１ａ，５１ｂは、それぞれ視認者の頭の位置５６ａ，５６ｂに対応している。すなわち、ＳＨ素子５１ａは、視認者の頭の位置５６ａに回折方向（回折後の光の方向）が向くように回折状態が設定され、ＳＨ素子５１ｂは、視認者の頭の位置５６ｂに回折方向が向くように回折状態が設定されている。
【００３２】
表示器５２及び光源制御部５３については、実施の形態１のヘッドアップディスプレイ装置における表示器１２及び光源制御部１３と同じである。ＳＨ制御部５４は、ＳＨユニット５１のＳＨ素子５１ａ，５１ｂへの電圧印加を制御する。具体的には、使用しない回折方向に対応するＳＨ素子５１ａ，５１ｂに電圧を印加する。すなわち、視認者の頭の位置５６ａに回折方向を設定したい場合には、ＳＨ素子５１ａには電圧を印加せず、ＳＨ素子５１ｂに電圧を印加し、視認者の頭の位置５６ｂに回折方向を設定したい場合には、ＳＨ素子５１ｂには電圧を印加せず、ＳＨ素子５１ａに電圧を印加する。
【００３３】
次に、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作について説明する。まず、視認者の頭の位置５６ａに表示を向ける場合について説明する。コンバイナーのスイッチが投入されると、制御部５５よりその旨の制御信号が光源制御部５３に出力される。光源制御部５３では、その制御信号にしたがって表示器５２の光源及び表示装置をＯＮにする制御を行う。表示装置には、画像データが送られ、表示装置内で表示制御がなされる。表示装置上の表示は光源によりコンバイナーを構成するＳＨユニット５１に送られる。視認者の頭の位置５６ａに表示を向ける指示は、制御部５５からＳＨ制御部５４に送られる。ＳＨ制御部５４は、その指示に対応する制御信号にしたがってＳＨ素子５１ａ，５１ｂへの電圧印加を制御する。すなわち、ＳＨ素子５１ａには電圧を印加せず（ＯＦＦ）、ＳＨ素子５１ｂには電圧を印加する（ＯＮ）。このような回折状態のＳＨユニット５１においては、ＳＨ素子５１ａに対して電圧が印加されていないので、図３（ａ）に示すように光がＳＨ素子５１ａで回折する。ＳＨ素子５１ａは、その回折方向が予め視認者の頭の位置５６ａに向けられるように作製されているので、表示器５２からの表示は視認者の頭の位置５６ａに向けて送られることになる。一方、ＳＨ素子５１ｂでは、電圧印加により図３（ｂ）に示すように光を透過する。このため、ＳＨ素子５１ａで回折した光に対しては影響を与えない。その結果、頭の位置５６ａの視認者は見易い状態で表示を視認することができる。
【００３４】
次いで、視認者の頭の位置５６ｂに表示を切り替える場合について説明する。その場合、視認者の頭の位置５６ｂに表示を切り替える指示は、制御部５５からＳＨ制御部５４に送られる。ＳＨ制御部５４は、その指示に対応する制御信号にしたがってＳＨ素子５１ａ，５１ｂへの電圧印加を制御する。すなわち、ＳＨ素子５１ｂには電圧を印加せず（ＯＦＦ）、ＳＨ素子５１ａには電圧を印加する（ＯＮ）。このような回折状態のＳＨユニット５１においては、ＳＨ素子５１ｂに対して電圧が印加されていないので、図３（ａ）に示すように光がＳＨ素子５１ｂで回折する。ＳＨ素子５１ｂは、その回折方向が予め視認者の頭の位置５６ｂに向けられるように作製されているので、表示器５２からの表示は視認者の頭の位置５６ｂに向けて送られることになる。一方、ＳＨ素子５１ａでは、電圧印加により図３（ｂ）に示すように光を透過する。このため、ＳＨ素子５１ｂで回折した光に対しては影響を与えない。その結果、頭の位置５６ｂの視認者は見易い状態で表示を視認することができる。
【００３５】
このように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置は、ＳＨ素子１１ａ〜１１ｃへの電圧印加の制御により、所望のＳＨ素子の回折状態を制御して回折方向を選択することができるので、装置の向きを変えることなく、非常に簡単な操作で任意の運転者の視界内に表示を向けることができる。特に、本実施の形態においては、運転席及び助手席に対してそれぞれ見易い状態で表示を視認させることが可能となる。また、本実施の形態において、助手席に向ける表示が表示器１２に送られる際に、制御部５５により自動的にＳＨユニット５１への電圧印加を制御するようにしても良い。例えば、コンバイナーに表示させる像がテレビ映像である場合には、基本的に助手席のみに表示を送るように、ＳＨユニット５１への電圧印加を制御しても良い。
【００３６】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、自動車の車両内で使用する、カラー表示が可能なヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。
【００３７】
図７に示すヘッドアップディスプレイ装置は、コンバイナーを構成するＳＨ素子６１ａ〜６１ｃを含むＳＨユニット６１と、このＳＨユニット６１に画像源を供給する表示器６２と、この表示器６２における光源を制御する光源制御部６３と、ＳＨ素子６１ａ〜６１ｃを制御するＳＨ制御部６４と、光源制御部６３における光源制御及びＳＨ制御部６４におけるＳＨ素子制御のタイミングを制御するタイミング制御部６５と、光源制御部６３、ＳＨ制御部６４及びタイミング制御部６５を含めて全体の装置制御を行う制御部６６とから主に構成されている。
【００３８】
ＳＨユニット６１は、複数のＳＨ素子、ここでは３つのＳＨ素子６１ａ〜６１ｃを有している。このＳＨ素子６１ａ〜６１ｃは、それぞれ赤、緑、青の異なる色の光源に対応しており、それぞれの色の光を回折すると共に、電圧の印加により光を透過する光学素子である。ここでは、ＳＨユニット６１におけるＳＨ素子６１ａは、赤色の光を発する光源に対応しており、ＳＨ素子６１ｂは、緑色の光を発する光源に対応しており、ＳＨ素子６１は、青の色の光を発する光源に対応している。すなわち、ＳＨ素子６１ａは、赤色の光を回折する回折状態を有するように作製され、ＳＨ素子６１ｂは、緑色の光を回折する回折状態を有するように作製され、ＳＨ素子６１ｃは、青色の光を回折する回折状態を有するように作製されている。この場合、レーザ露光の条件を変えて、干渉縞の間隔や傾きなどを変えることにより、赤色の光、緑色の光、青色の光に対応したＳＨ素子を得ることができる。なお、これらのＳＨ素子６１ａ〜６１ｃの回折方向は略同じに設定する。
【００３９】
表示器６２は、少なくとも冷陰極管やＬＥＤなどの光源と、液晶表示装置などの表示装置を備えている。表示装置には、コンバイナーに表示させる画像データが入力されるようになっている。したがって、表示器６２においては、画像データが表示装置に入力され、表示装置内で表示制御されて所定の表示がなされる。この表示が光源により映し出されて画像源としてコンバイナーを構成するＳＨユニット６１に送られる。本実施の形態においては、光源は、複数（ここでは３つ）準備されており、それぞれの光源によりＳＨユニット６１に表示が映し出されるようになっている。なお、光源としては、複数の異なる色の光を出射できれば良いので、光源を複数準備しても良く、一つの光源で複数の異なる色の光を出射するようにしても良い。
【００４０】
光源制御部６３は、後述するタイミング制御部６５で制御するタイミングにしたがって表示器６２の光源を制御する。すなわち、赤色の光を出射する光源、緑色の光を出射する光源及び青色の光を出射する光源を切り替えて、表示器６２がＳＨユニット６１に表示を映し出す際の色を制御する。また、光源制御部６３は、制御部６６の指示に基づいて表示器６２の光源を制御する。例えば、光源のＯＮ／ＯＦＦの切り替えなどの制御を行う。また、光源制御部６３が光源を制御する、例えばＯＮにする際に、ＳＨ制御部６４に制御信号を送り、光源のＯＮ制御と連動してＳＨユニット６１の制御を行うようにしても良い。
【００４１】
ＳＨ制御部１４は、後述するタイミング制御部６５で制御するタイミングにしたがって、ＳＨユニット６１のＳＨ素子６１ａ〜６１ｃへの電圧印加を制御する。具体的には、光源から出射される色毎にＳＨ素子６１ａ〜６１ｃへの電圧印加を制御する。すなわち、赤色の光が出射される際には、ＳＨ素子６１ａには電圧を印加せず、ＳＨ素子６１ｂ，６１ｃに電圧を印加し、緑色の光が出射される際には、ＳＨ素子６１ｂには電圧を印加せず、ＳＨ素子６１ａ，６１ｃに電圧を印加し、青色の光が出射される際には、ＳＨ素子６１ｃには電圧を印加せず、ＳＨ素子６１ａ，６１ｂに電圧を印加する。
【００４２】
タイミング制御部６５は、光源制御部６３における光源の切替タイミング及びＳＨ制御部６４のＳＨ素子の電圧印加タイミングを制御する。すなわち、光源制御部６３における光源の切替タイミングと、ＳＨ制御部６４のＳＨ素子の電圧印加タイミングとを同期させる制御を行う。したがって、光源制御部６３の制御により赤色の光を出射する際に、ＳＨ制御部６４の制御により赤色の光に対応するＳＨ素子６１ａをＯＦＦとし、それ以外のＳＨ素子６１ｂ，６１ｃをＯＮとし、光源制御部６３の制御により緑色の光を出射する際に、ＳＨ制御部６４の制御により緑色の光に対応するＳＨ素子６１ｂをＯＦＦとし、それ以外のＳＨ素子６１ａ，６１ｃをＯＮとし、光源制御部６３の制御により青色の光を出射する際に、ＳＨ制御部６４の制御により青色の光に対応するＳＨ素子６１ｃをＯＦＦとし、それ以外のＳＨ素子６１ａ，６１ｂをＯＮとする。光源の切替タイミング及び電圧印加タイミングは、例えばフィールドシーケンシャル方式のディスプレイ駆動において採用されるタイミングを用いることができる。これにより、視認者はコンバイナーの表示をカラー表示として視認することができる。タイミング制御部６５がこのような制御を行うことにより、ヘッドアップディスプレイ装置においてカラー表示を行うことが可能となる。
【００４３】
次に、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作について説明する。まず、赤色の光を用いてコンバイナーに表示を行う場合について説明する。コンバイナーのスイッチが投入されると、制御部６６よりその旨の制御信号が光源制御部６３に出力される。光源制御部６３では、その制御信号にしたがって表示器６２の光源及び表示装置をＯＮにする制御を行う。表示装置には、画像データが送られ、表示装置内で表示制御がなされる。赤表示期間においては、表示装置上の表示は赤色の光源によりコンバイナーを構成するＳＨユニット６１に送られる。赤色の光源に対応するＳＨ素子６１ａを用いる指示は、制御部６６からタイミング制御部６５に送られる。タイミング制御部６５は、その指示に対応する制御信号にしたがってＳＨ素子６１ａ〜６１ｃへの電圧印加を制御する。すなわち、ＳＨ素子６１ａには電圧を印加せず（ＯＦＦ）、ＳＨ素子６１ｂ，６１ｃには電圧を印加する（ＯＮ）。この制御期間（フィールド期間）は、例えばフィールドシーケンシャル方式における約１／３フレームである。このような回折状態のＳＨユニット６１においては、ＳＨ素子６１ａに対して電圧が印加されていないので、図３（ａ）に示すように赤色の光がＳＨ素子６１ａで回折する。この回折光が視認者６７により視認される。一方、ＳＨ素子６１ｂ，６１ｃでは、電圧印加により図３（ｂ）に示すように光を透過する。このため、ＳＨ素子６１ａで回折した光に対しては影響を与えない。その結果、視認者６７は赤色の表示を視認する。
【００４４】
次いで、緑表示期間においては、表示装置上の表示が緑色の光源によりコンバイナーを構成するＳＨユニット６１に送られる。緑色の光源に対応するＳＨ素子６１ｂを用いる指示は、制御部６６からタイミング制御部６５に送られる。タイミング制御部６５は、その指示に対応する制御信号にしたがってＳＨ素子６１ａ〜６１ｃへの電圧印加を制御する。すなわち、ＳＨ素子６１ｂには電圧を印加せず（ＯＦＦ）、ＳＨ素子６１ａ，６１ｃには電圧を印加する（ＯＮ）。この制御期間（フィールド期間）は、例えばフィールドシーケンシャル方式における約１／３フレーム（フレーム繰り返し周波数約１８０Ｈｚ）行われる。このような回折状態のＳＨユニット６１においては、ＳＨ素子６１ｂに対して電圧が印加されていないので、図３（ａ）に示すように赤色の光がＳＨ素子６１ｂで回折する。この回折光が視認者６７により視認される。一方、ＳＨ素子６１ａ，６１ｃでは、電圧印加により図３（ｂ）に示すように光を透過する。このため、ＳＨ素子６１ｂで回折した光に対しては影響を与えない。その結果、視認者６７は緑色の表示を視認する。さらに、青表示期間においては、前記と同様にしてＳＨ素子６１ｃに電圧を印加せず（ＯＦＦ）、ＳＨ素子６１ａ，６１ｂに電圧を印加して（ＯＮ）、表示装置上の表示が青色の光源によりコンバイナーを構成するＳＨユニット６１に送られる。
【００４５】
各表示期間が約１／３フレーム（フレーム繰り返し周波数約１８０Ｈｚ）程度であれば、視認者６７は、各色の表示期間を別々に視認することができないので、全体としてカラー表示として視認する。このように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置は、ＳＨ素子６１ａ〜６１ｃへの電圧印加の制御及び光源切替制御により、ホログラフィック素子を用いたヘッドアップディスプレイ装置でカラー表示を実現することができる。
【００４６】
本実施の形態においては、赤、緑、青の３色を１色ずつ切り替えてカラー表示を行う場合について説明しているが、本発明においてはこれらの３色の光源切替タイミング及びＳＨ素子への電圧印加タイミングを制御して、１つの表示期間に複数色で表示を行うようにすることによりフルカラー表示を実現することができる。
【００４７】
上記実施の形態１〜３に係るヘッドアップディスプレイ装置においては、ヘッドアップディスプレイとして使用しない場合には、すべてのＳＨ素子に電圧を印加することによりコンバイナーをほぼ透明にすることが可能である。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置の不使用時に視界を遮ることを防止できる。
【００４８】
本発明は上記実施の形態１〜３に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態１〜３においては、ＳＨ素子を２つ又は３つ用いた場合について説明しているが、本発明は、ＳＨ素子が４つ以上であっても同様に適用することができる。また、上記実施の形態１〜３においては、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を車両内に設置する場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、任意の複数の方向に表示を向ける用途に適用することができる。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置に使用するスイッチングホログラム素子の構造を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図２に示すスイッチングホログラム素子の動作を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、スイッチングホログラム素子の高分子層が形成される過程を説明するための図である。
【図５】スイッチングホログラム素子への干渉露光を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１，５１，６１  ＳＨユニット
１１ａ〜１１ｃ，５１ａ，５１ｂ，６１ａ〜６１ｃ  ＳＨ素子
１２，５２，６２  表示器
１３，５３，６３  光源制御部
１４，５４，６４  ＳＨ制御部
１５，５５，６６  制御部
１６ａ〜１６ｃ，５６ａ，５６ｂ  視認者の頭の位置
２１  支持基板
２２  高分子−液晶層
２２ａ  高分子層
２２ｂ  液晶層
２３  電極
２４  光
３１  液晶分子
３２  モノマー
３３  光開始剤
３４  明部
３５  プレポリマー分子
３６  ポリマー分子
４１  レーザ
４２  ビームエキスパンダ
４３  ビームスプリッタ
４４，４５，１１３  ミラー
４６  基板
６５  タイミング制御部
６７  視認者
【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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