(57)【要約】【課題】量産適性が高く安価なシースルーディスプレイを提供する。【解決手段】光源と、前記光の強度を空間変調することにより画像を形成する投射光学系と、前記投射光学系から出射された前記光を偏向するホログラムを有し、前記投射光学系により投射された画像を、前記ホログラムを通して視認するシースルーディスプレイにおいて、前記ホログラムは所定の材料の表面にレリーフ構造を構成したレリーフ型ホログラムを含み、前記レリーフ構造の格子面には所定波長の光を反射させるノッチフィルターをコートし、さらに、前記レリーフ型ホログラムの前記格子面は、前記所定の材料と同一の屈折率を持つ材料により、隙間無く密着した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
前記光の強度を空間変調することにより画像を形成する投射光学系と、
前記投射光学系から出射された前記光を偏向するホログラムを有し、
前記投射光学系により投射された画像を、前記ホログラムを通して視認するシースルーディスプレイにおいて、
前記ホログラムは所定の材料の表面にレリーフ構造を構成したレリーフ型ホログラムを含み、前記レリーフ構造の格子面には所定波長の光を反射させるノッチフィルターをコートし、さらに、前記レリーフ型ホログラムの前記格子面は、前記所定の材料と同一の屈折率を持つ材料により、隙間無く密着したことを特徴とする、シースルーディスプレイ。
【請求項２】
前記レリーフ構造はブレーズ構造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。
【請求項３】
前記レリーフ型ホログラムに入射する前記光はＰ偏光でかつ、前記光の少なくとも一部は、前記レリーフ型ホログラムに対してブリュースター角で入射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。
【請求項４】
前記ノッチフィルターは誘電体多層膜からな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。
【請求項５】
前記誘電体多層膜は、前記格子面の平面部のみに施されていることを特徴とする、請求項４に記載のシースルーディスプレイ。
【請求項６】
前記ノッチフィルターはルゲートフィルタからな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。
【請求項７】
前記光源にレーザ光源を用いたことを特徴とする、請求項１に記載のシースルーディスプレイ。
【請求項８】
請求項１に記載のシースルーディスプレイを用いたヘッドアップディスプレイにおいて、前記レリーフ型ホログラムを、フロントガラスの、室内側に取り付けたことを特徴とする、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項９】
請求項１に記載のシースルーディスプレイにおける前記レリーフ型ホログラムを、フロントガラスを構成する合わせガラスの間に挟持したヘッドアップディスプレイに関し、前記フロントガラスは内部に紫外線吸収層を狭持し、前記レリーフ型ホログラムは前記紫外線吸収層よりも室内側に配置したことを特徴とする、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項１０】
請求項１に記載のシースルーディスプレイにおける前記レリーフ型ホログラムを、メガネレンズよりも眼に近い側に配置したことを特徴とする、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１１】
前記光源は、それぞれ波長の異なる光を出射する二色の光源からなり、さらに、前記ホログラムは、前記各色の光を回折させる二種類のレリーフ型ホログラムからな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。
【請求項１２】
前記光源は、青色光（中心波長４００ｎｍ〜４９０ｎｍ）を出射する青色光源と、緑色光（中心波長４９０ｎｍ〜５７０ｎｍ）を出射する緑色光源、赤色光（中心波長５７０ｎｍ〜６８０ｎｍ）を出射する赤色光源からなり、さらに、前記ホログラムは、前記各色の光を回折させる三種類のレリーフ型ホログラムからな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。
【請求項１３】
前記三種類のレリーフ型ホログラムは、下から順に青色光を回折させるレリーフ型ホログラム、緑色光を回折させるレリーフ型ホログラム、赤色光を回折させるレリーフ型ホログラムの順に積層したことを特徴とする、請求項１２に記載のシースルーディスプレイ。
【請求項１４】
請求項１１、１２に記載のシースルーディスプレイにおける前記レリーフ型ホログラムの内、最も短波長の光を回折させるレリーフ型ホログラムを、最も室外側に配置したことを特徴とする、ヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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）等に用いられるシースルーディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）とは、主に自動車や航空機のコックピットにおいて、速度や高度等の自動車や航空機の運転に必要な情報を、あたかもフロントガラスの前方の空間にあるかの様に表示する映像表示装置のことである。また、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、メガネの様に装着し、メガネを構成するレンズの前方の空間に、あたかも映像があるかの様に表示する映像表示装置のことである。どちらも、フロントガラスやレンズ等の透明な部材を通して見ることから、シースルーディスプレイと呼ばれており、近年活発な開発が進められている。例えばＨＵＤを搭載した自動車においては、運転中に前方を視認しながら、少ない視線の移動で運転に必要な情報を見ることが可能になるため、安全性を確保しながら利便性を向上することができる。また、ＨＭＤを用いて映像を視聴することにより、極めて低消費電力でありながら、大サイズの画像を視聴することが可能になる。さらには、場所を問わずに視聴が可能になるため、いつでもどこでも必要な情報を入手できるようになる。
【０００３】
シースルーディスプレイにおいては、景色等外界から入射する自然光と表示したい画像を混合する必要がある。例えば自動車においてＨＵＤを構成する場合、表示したい画像と外界から入射する自然光とを、フロントガラス近傍でコンバイナにより混合することになる。混合する際には、外界から入射する自然光と表示したい画像それぞれの光のロスを抑えながら、混合させることが望ましい。
【０００４】
それに対し、従来のシースルーディスプレイでは、例えば特許文献１の様に、コンバイナとして体積型ホログラムをもちいていた。コンバイナとしてホログラムを用いると、ホログラムのレンズ作用により、ＨＵＤにより構成される画像を拡大することが可能になり、より大サイズの画像を表示することが出来る。さらに、体積型ホログラムは、所定の入射角において、所定の波長以外では回折が発生しないため、外界から入射した自然光が体積型ホログラムで回折されてロスされる割合を低く抑えることが出来る。さらに、体積型ホログラムを用いると、所定の波長においては高い回折効率を有するため、例えば光源にレーザ光源を用いると、レーザ光の波長幅が狭いことから、光利用効率の高いＨＵＤを構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５８５７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成等で用いている体積型ホログラムは、作製工程においてホログラム感材に対して干渉露光を施す必要がある。干渉露光には高精度な露光装置が必要になり、高コストになることや、メンテナンスに課題を有していた。また、感材を露光する時と画像を照明する時の入射角度差や波長差に起因する収差を緩和しようとすると、ホログラム感材を薄くする必要がある。ホログラム感材を薄くすると回折効率が低下するため、光利用効率が低く、同じ輝度のシースルーディスプレイを構成するには消費電力が高くなるという課題も有していた。
【０００７】
本発明は、主に上記従来の課題を解決するものであり、安価に製造が可能でかつ、光利用効率が高く消費電力の低いシースルーディスプレイ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のシースルーディスプレイは、光を発する光源と、前記光の強度を空間変調することにより画像を形成する投射光学系と、前記投射光学系から出射された前記光を偏向するホログラムを有し、前記投射光学系により投射された画像を、前記ホログラムを通して視認する構成おいて、前記ホログラムは所定の材料の表面にレリーフ構造を構成したレリーフ型ホログラムを含み、前記レリーフ構造の格子面には所定波長の光を反射させるノッチフィルターをコートし、さらに、前記レリーフ型ホログラムの前記格子面は、前記所定の材料と同一の屈折率を持つ材料により、隙間無く密着した。
【０００９】
さらに、前記レリーフ構造はブレーズ構造としても構わない。
【００１０】
さらに、前記レリーフ型ホログラムに入射する前記光はＰ偏光でかつ、前記光の少なくとも一部は、前記レリーフ型ホログラムに対してブリュースター角で入射させても構わない。
【００１１】
さらに、前記ノッチフィルターは誘電体多層膜で構成しても構わない。
【００１２】
さらに、前記誘電体多層膜は、前記格子面の平面部のみに施しても構わない。
【００１３】
さらに、前記ノッチフィルターはルゲートフィルタで構成しても構わない。
【００１４】
さらに、前記光源にレーザ光源を用いても構わない。
【００１５】
さらに、前記シースルーディスプレイを用いたヘッドアップディスプレイにおいて、前記レリーフ型ホログラムを、フロントガラスの室内側に取り付けても構わない。
【００１６】
さらに、前記レリーフ型ホログラムを、フロントガラスを構成する合わせガラスの間に挟持したヘッドアップディスプレイに関し、前記フロントガラスは内部に紫外線吸収層を狭持し、前記レリーフ型ホログラムは前記紫外線吸収層よりも室内側に配置しても構わない。
【００１７】
さらに、前記レリーフ型ホログラムを用いたヘッドマウントディスプレイにおいて、前記レリーフ型ホログラムを、メガネレンズよりも眼に近い側に配置しても構わない。
【００１８】
さらに、前記光源は、それぞれ波長の異なる光を出射する二色の光源からなり、さらに、前記ホログラムは、前記各色の光を回折させる二種類のレリーフ型ホログラムで構成しても構わない。
【００１９】
さらに、前記光源は、青色光（中心波長４００ｎｍ〜４９０ｎｍ）を出射する青色光源と、緑色光（中心波長４９０ｎｍ〜５７０ｎｍ）を出射する緑色光源、赤色光（中心波長５７０ｎｍ〜６８０ｎｍ）を出射する赤色光源からなり、さらに、前記ホログラムは、前記各色の光を回折させる三種類のレリーフ型ホログラムで構成しても構わない。
【００２０】
さらに、前記三種類のレリーフ型ホログラムは、下から順に青色光を回折させるレリーフ型ホログラム、緑色光を回折させるレリーフ型ホログラム、赤色光を回折させるレリーフ型ホログラムの順に積層しても構わない。
【００２１】
さらに、前記レリーフ型ホログラムを用いたヘッドアップディスプレイにおいて、最も短波長の光を回折させるレリーフ型ホログラムを、最も室外側に配置しても構わない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のシースルーディスプレイでは、コンバイナとしてレリーフ型ホログラムを用いた。レリーフ型ホログラムを用いながらも、高次回折光の発生しない構造を採ることで、迷光の発生しない、視認性に優れるシースルーディスプレイを構成することができる。また、特にブレーズ構造のレリーフ型ホログラムを用いることで、光利用効率が高く、消費電力の低いシースルーディスプレイを構成することができる。さらに、光利用効率が高いことから、Ｐ偏光で回折させることが出来るため、入射角度をブリュースター角に規定することにより、表面反射がなく、二重像等の発生のない視認性に優れたシースルーディスプレイを構成することができる。また、ホログラムの製造に高精度な露光が不要で、かつ成形で製造できることから、量産適性が高く安価なシースルーディスプレイを構成することができる。
【００２３】
また、レリーフ型ホログラムを赤色光用、緑色光用、青色光用の３種類を積層させることで、フルカラー表示可能なシースルーディスプレイを構成可能になる。
【００２４】
また、レリーフ型ホログラムの格子面に設けたノッチフィルターを、誘電体多層膜で構成し、かつ格子面の平面部のみに誘電体多層膜を施すことで、簡便に回折効率を設定することができるため、外界から入射する自然光とディスプレイ画像の混合する割合を安価かつ簡便に設定することが出来る。
【００２５】
また、光源にレーザ光源を用いることで、光利用効率が高く、さらに波長の広がりによる画像のぼけも低減することができるため、消費電量の低く、高画質なシースルーディスプレイを構成することができる。
【００２６】
また、レリーフ型ホログラムをＨＵＤに用いる場合に、フロントガラスよりも室内側に取り付けることにより、信頼性に優れたＨＵＤを構成することが可能になる。さらに、フロントガラスを構成する合わせガラスの内部において紫外線吸収層よりも室内側に挟み込むことで、空気中の水分を吸湿することによるレリーフ型ホログラムの膨潤を防止し、さらに信頼性に優れたＨＵＤを構成することができる。
【００２７】
また、本シースルーディスプレイをＨＭＤに用いる場合に、メガネレンズをレリーフ型ホログラムよりも外界側に配置することで、メガネを掛けている人に対しても同一形状のレリーフ型ホログラムを提供することが出来るため、量産適正が高く安価なＨＭＤを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１にかかる、シースルーディスプレイをＨＵＤ１０に適用した場合の概略構成図で、（ａ）投射光学系に液晶パネルを用いて構成した場合の概略構成図、（ｂ）投射光学系にＭＥＭＳミラーを用いて構成した場合の概略構成図
【図２】実施の形態１にかかるシースルーディスプレイに用いる、（ａ）レリーフ型ホログラムの概略構成図、（ｂ）作製工程を示す概略図
【図３】実施の形態１にかかるレリーフ型ホログラムの格子面に施すノッチフィルターの特性例の図
【図４】実施の形態１にかかるレリーフ型ホログラムの回折効率で、（ａ）Ｓ偏光入射時の回折効率を示す図、（ｂ）Ｐ偏光入射時の回折効率を示す図
【図５】実施の形態１にかかるレリーフ型ホログラムに施すノッチフィルターを、誘電体多層膜で構成した場合の構成例を示す図
【図６】実施の形態１にかかる、シースルーディスプレイをＨＵＤに適用した場合のレリーフ型ホログラムの概略構成図で、（ａ）フロントガラスよりも室内側に配置した場合の概略構成図、（ｂ）フロントガラスの内部に配置した場合の概略構成図
【図７】実施の形態２にかかる、三色の光源を用いたシースルーディスプレイをＨＵＤに適用した場合の概略構成図
【図８】実施の形態２にかかるレリーフ型ホログラムの概略構成図
【図９】（ａ）実施の形態２にかかるレリーフ型ホログラムの格子面に施すノッチフィルターの特性例を示す図、（ｂ）最も室外側に最も短波長の光を回折するレリーフ型ホログラムを配置した場合の、ノッチフィルターの特性例を示す図
【図１０】（ａ）〜（ｄ）レリーフ型ホログラム５４の作製工程を示す概略図
【図１１】（ａ）実施の形態３にかかる、シースルーディスプレイをＨＵＤ７０に適用した場合の概略構成図、（ｂ）ＨＵＤ７０にレリーフ型ホログラム７４を適用した場合の概略構成図
【図１２】実施の形態３にかかるレリーフ型ホログラムの格子面に施すノッチフィルターの特性例を示す図
【図１３】（ａ）〜（ｂ）実施の形態３にかかるレリーフ型ホログラムの作製工程を示す概略図
【図１４】（ａ）実施の形態３にかかる、シースルーディスプレイをＨＭＤに適用した場合の概略構成図、（ｂ）実施の形態３にかかるＨＭＤに用いるレリーフ型ホログラムの概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面は、理解しやすくするために模式的に示している。
【００３０】
（実施の形態１）
本実施の形態１にかかるシースルーディスプレイの一例として、図１（ａ）に示すヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を用いて説明する。図１（ａ）はＨＵＤ１０の概略構成図を示しており、ＨＵＤ１０はレーザ光１２を出射するレーザ光源１１と、投射光学系１８と、フロントガラス２１の室内側に取り付けたレリーフ型ホログラム２０からなる。さらに本実施の形態１では、投射光学系１８を、レンズ１３、折り返しミラー１４、液晶パネル１５、投射レンズ１６、スクリーン１７で構成している。また、レーザ光源１１と液晶パネル１５は、制御部１９に接続されている。
【００３１】
本実施の形態１にかかるＨＵＤ１０の動作のしくみを説明する。制御部１９からの信号によりレーザ光源１１から出射されたレーザ光１２は、液晶パネル１５を二次元的に照明する。この時、図１（ａ）に示す様に、液晶パネル１５を無駄なく照明する様に、レンズ１３を使ってレーザ光１２を拡大しても良い。また、折り返しミラー１４でレーザ光１２を折り返すことで、装置をコンパクトに構成しても構わない。もちろんＨＵＤ１０の仕様や光源１１の特性等に依っては、レンズ１３や折り返しミラー１４は使わなくても構わない。制御部１９からの信号により表示したい画像パターンを液晶パネル１５に表示した状態で、レーザ光１２を液晶パネル１５に照明することで、レーザ光１２が二次元的に強度変調されて、液晶パネル１５から出射する。出射したレーザ光１２は、投射レンズ１６によりスクリーン１７上に結像され、スクリーン１７上に画像を表示する。スクリーン１７から出射したレーザ光１２は、レリーフ型ホログラム２０により回折され、運転者２２側に偏向される。以上により、運転者２２はレリーフ型ホログラム２０により拡大された虚像２３を、フロントガラス２１越しに見ることになる。
【００３２】
また、投射光学系１８の構成としては、図１（ｂ）に示す様に、レーザ光１２を、ＭＥＭＳミラー３０等で二次元的に走査することにより、スクリーン１７上に直接画像を形成しても構わない。この場合、レーザ光１２は、表示したい画像のデータとＭＥＭＳミラーの向きに応じて、制御部１９により直接強度変調されて、スクリーン１７上に画像が形成される。
【００３３】
尚、投射光学系１８は、同一の機能を有していれば、図１（ａ）、（ｂ）に示した以外でも構わず、その適用範囲を限定するものではない。
【００３４】
次に、レリーフ型ホログラム２０の動作の仕組みを、図２（ａ）を用いて説明する。レリーフ型ホログラム２０は、可視域において略透明かつ、同じ屈折率を持つ樹脂材２０ａ、２０ｃから構成されており、樹脂材２０ａには、格子面２０ｂとしてレリーフ構造の回折格子が樹脂材２０ｃ側に刻まれている。また、樹脂材２０ｃにおける樹脂材２０ａ側の面は、樹脂材２０ａの格子面２０ｂに対する相補形状を取っており、樹脂材２０ａと２０ｃは、隙間無く密着されている。さらに、樹脂材２０ａの格子面２０ｂには、事前にレーザ光１２の近傍波長のみを所定の反射率で反射させる様なノッチフィルター２４をコートしてある。ノッチフィルターとは、単一波長（通常数ｎｍ〜１０数ｎｍ）の光のみを所定の反射率で反射させ、残りの光は透過させる光学フィルターである。本実施の形態１のノッチフィルター２４は、例えばレーザ光１２の波長が５３２ｎｍ近傍に存在する場合、理想的には図３に示す様に、レーザ光１２の波長である５３２ｎｍ近傍の反射率が所定の値（図３では一例として５０％）で、それ以外の波長領域においては反射率が０になる様に構成する。この様な波長特性を持つノッチフィルター２４は、例えばノッチフィルター２４を構成する膜内の屈折率が連続的に変化するフィルター（ルゲートフィルター）等で構成することが可能である。その他、誘電体多層膜や干渉フィルター等で構成することも可能である。
【００３５】
この様なレリーフ型ホログラムは、例えば次の様な工程で作製することが出来る。まず、樹脂材２０ａを、射出成形等で成形により作製する。この段階で、レリーフ構造は格子面２０ｂに設けられる。次に格子面２０ｂにノッチフィルター２４を付与する。ノッチフィルターの付与は、蒸着でも構わないし、塗布でも構わないし、他の工法でも構わない。次に、樹脂材２０ｃを樹脂材２０ａの上部に配置する。樹脂材２０ｃとして例えば紫外線硬化樹脂を用いた場合、図２（ｂ）の様に樹脂材２０ａの格子面２０ｂ側に、樹脂材２０ｃを塗布して表面を均一にして紫外線を照射する。こうすることで、樹脂材２０ｃと樹脂材２０ａとの間に隙間無く、樹脂材２０ｃを硬化させることができる。ここで、上述の通り樹脂材２０ａと２０ｃは同じ屈折率である必要がある。以上に工程により、レリーフ型ホログラム２０を作製することが出来る。
【００３６】
以上の構成により、本実施の形態のＨＵＤ１０は以下の様な効果を有する。ひとつは、レリーフ型ホログラムでありながら、自然光による迷光の発生が抑えられている点である。一般に、レリーフ型ホログラムに入射した光が回折すると、高次の回折光が存在する。よって、ＨＵＤにレリーフ型ホログラムを用いると、高次の回折光による迷光が発生することになる。それに対して、本実施の形態１におけるＨＵＤ１０では、樹脂材２０ａと樹脂材２０ｂの間に隙間が無いことから、室外からレリーフ型ホログラム２０に入射する自然光２５に関して、ノッチフィルター２４で反射される光（ここでは５３２ｎｍ近傍の光）以外は、レリーフ型ホログラム２０は回折機能を持たない一枚の樹脂板として機能することになる。よって、レリーフ型ホログラムでありながら、自然光２５を構成する可視域の光の内、大部分の光は、回折することなく室内に入射する。また、室外からレリーフ型ホログラム２０に入射する光の内、ノッチフィルター２４の反射帯域に含まれる光であっても、図２（a）の様に格子面２０ｂをブレーズ型にすることにより、高次の回折光がほとんど生じなくなる。よって、運転者２２がレリーフ型ホログラム２０を通して室外を見ても、室内に高次の回折光による迷光は発生せず、運転者２２の眼に迷光が入射するといった様な運転に支障をきたす現象も発生しない。即ち、迷光の発生しない、視認性に優れたＨＵＤを構成することができる。
【００３７】
また、図２（ａ）の様に、レリーフ型ホログラム２０の格子面２０ｂをブレーズ構造にすることで、極めて高効率なＨＵＤ１０を構成することができる。図４（ａ）に、格子面２０ｂの形状を波長５３２ｎｍのレーザ光に対してブレーズ構造で最適化した場合の、Ｓ偏光における回折効率の波長依存性計算結果を示す。ただし、ノッチフィルター２４の反射率は全帯域で５０％としている。このグラフから分かる様に、波長５３２ｎｍ近傍において４０％以上の回折効率が得られており、高次の回折光が抑えられ、極めて高い回折効率が得られることが分かる。よって、コンバイナとしてレリーフ型ホログラムを用いることで、光利用効率が高く、消費電力の低いＨＵＤを構成することができる。尚、各レリーフのピッチＰやブレーズ角φは、レリーフ毎に最適化しても構わない。
【００３８】
また、レリーフ型ホログラムの回折効率は、Ｐ偏光においても高い回折効率が得られる。図４（ｂ）に、レリーフ型ホログラムにＰ偏光で入射させた場合の回折効率の波長依存性計算結果を示す。計算条件は、入射するレーザ光の偏光方向が異なる以外は図４（ａ）と同じであり、ノッチフィルター２４の反射率も全帯域で５０％として計算している。このグラフから分かる様に、Ｐ偏光においても波長５３２ｎｍ近傍において、２５％以上と高い回折効率が得られることが分かる。体積型ホログラムでは、感材を露光する時と画像を照明する時の入射角度差や画像を照明する光の波長変動等に起因する収差を緩和させるため、ホログラム感材を出来るだけ薄くする必要があり、そのため回折効率はＳ偏光でも１０％程度に留まり、Ｐ偏光では数％程度しか得られなかった。よって光利用効率や消費電力の観点から、通常Ｐ偏光は用いられなかった。しかし、本実施の形態の様に、コンバイナとしてレリーフ型ホログラム２０を用いると、Ｐ偏光を用いても十分な回折効率が得られるため、Ｐ偏光を用いたＨＵＤであっても、消費電力を従来よりも低減させることが出来る。さらにこのことは次の様な効果を有する。レリーフ型ホログラムに対して、図２（ａ）の様に入射角θでレーザ光を入射させる場合に、Ｐ偏光でかつθをブリュースター角で入射させると、樹脂材２０ｃの室内側の面や、フロントガラスの室外側の面での表面反射が無くなり、各面に無反射コート等を施さなくても、表面反射の発生をなくすことが出来る。例えば、樹脂材２０ｃとフロントガラス２１の屈折率が１．５であった場合、入射角θを５６°近傍で入射させることにより、樹脂材２０ｃの室内側の面や、フロントガラス２１の室外側の面での表面反射を防止することができる。よって、本実施の形態のレリーフ型ホログラム用いることでＰ偏光の光を用いることが可能になり、それによって無反射コート等をフロントガラス表面に施さなくても表面反射を防止でき、表面反射による二重像のない高画質なＨＵＤを安価に構成することができるという効果を有する。
【００３９】
さらに、本ＨＵＤ１０のレリーフ型ホログラム２０は、樹脂材２０ａと２０ｃで構成可能であるため、上述の通り成形で作製することが可能である。よって、短時間で大量のレリーフ型ホログラム２０を作製することが可能になり、さらに樹脂材料としても汎用の材料を用いることが出来るため、低コストにＨＵＤ１０を構成することが可能になる。
【００４０】
次に、ノッチフィルター２４の別の構成例を、図５を用いて説明する。図５はフロントガラス２１の室内側に取り付けたレリーフ型ホログラム２０であるが、ノッチフィルターとして誘電体多層膜２６が、格子面のレリーフ毎に所定のデューティで施されている点が図２（ａ）とは異なる。室外から入射する自然光のロスを低減するためには、ノッチフィルター２４の反射率を１００％より低く（例えば５０％程度に）設定することが考えられる。その場合、例えば格子面２０ｂ全体に反射率５０％程度のノッチフィルターを施すことが考えられるが、誘電体多層膜で反射率５０％程度のノッチフィルターを作成することは、使用できる薄膜材料が限定されるため、コストが高くなる場合がある。そこで、例えば反射率５０％のノッチフィルターを作成するために、図５の様にレーザ光１２に対して反射率１００％の誘電体多層膜２６をデューティ５０％で格子面２０ｂにコートする。反射率略１００％のノッチフィルターは、ＳｉＯ２やＴｉＯ２といった汎用の薄膜材料で構成することが可能であり、安価に成膜することが出来る。こうすることで、格子面２０ｂに入射するレーザ光１２の内、半分は誘電体多層膜２６で略１００％反射され、残りは格子面２０ｂを透過するため、巨視的には反射率５０％でレーザ光１２を格子面２０ｂで反射させることが出来る。この時、可視域における格子面２０ｂのピッチＰは、数ミクロン程度であるため、目視では誘電体多層膜２６の蒸着位置を認識されないため、本レリーフ型ホログラム２０ｂを通して室外を見ても、アーチファクト等は視認されない。この様に、安価な誘電体多層膜材料を用いても、蒸着する領域のデューティを設定することで、簡便に１００％以下の反射率のコートを格子面の施すことができ、安価なＨＵＤを構成することが出来る。
【００４１】
ここで、誘電体多層膜２６は、格子面に設けられたレリーフ形状の平面部分に設けることが望ましい。誘電体多層膜は、一般に波長特性に入射角依存性があり、例えばブレーズ形状の頂点部分は所定の曲率を有するため、頂点部分に入射された誘電体多層膜に入射したレーザ光１２に対しては、所望の反射特性が得られない場合がある。それに対して、例えば図５に示すようなブレーズ形状の平面の部分に誘電体多層膜２６を設けることで、誘電体多層膜は、レーザ光１２に対して所定の角度でのみ存在することになるため、簡便に所望の反射特性を得ることができる。以上の構成により、光の利用効率が高く、低消費電力で高画質なＨＵＤを簡便に構成することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、レリーフ型ホログラム２０を樹脂材２０ａ、２０ｂで構成したが、これは例えばガラスでも構わず、屈折率が同じで、可視域において略透明であれば素材を限定するものではない。
【００４３】
また、図１で示した様に、本実施の形態では、レリーフ型ホログラム２０をフロントガラスの室内側に取り付けた。このことは、特にレリーフ型ホログラム２０を樹脂材で構成している場合、以下の様な効果を有する。一般に、樹脂材に光が入射すると、光により樹脂内部の分子が励起されて、樹脂材の劣化が進行することが分かっている。特に紫外線や紫外線より短波長の、エネルギーの高い光が紫外線硬化樹脂の様な樹脂材に入射すると、紫外線が吸収されて樹脂材の劣化が進行しやすい。一方で近年、フロントガラスは図６（ａ）の様に二枚の合わせガラス２８の間に紫外線吸収層２７等を含む中間層を挟んだものが広く用いられている。その場合、図６に示す様に、レリーフ型ホログラム２０をフロントガラス２１の室内側に取り付けることにより、フロントガラス２１に入射した自然光２５の内、紫外線吸収層２７により紫外線が吸収されるため、レリーフ型ホログラム２０には紫外線は入射しなくなる。よって、レリーフ型ホログラム２０をフロントガラス２１の室内側に取り付けることにより、樹脂材２０ａ、２０ｃは紫外線による劣化が発生しなくなり、特に樹脂材２０ｃに紫外線硬化樹脂等の光によって劣化しやすい樹脂を用いた場合であっても、信頼性に優れたＨＵＤを構成することが可能になる。
【００４４】
同様の効果は、図６（ｂ）に示す様に、合わせガラス２８の間において、レリーフ型ホログラム２０を紫外線吸収層２６よりも室内側に配置することでも達成できる。この様に配置することでも、樹脂材の劣化の原因となる紫外線がレリーフ型ホログラム２０に入射することを防止できるため、特に樹脂材２０ｃに紫外線硬化樹脂等の光によって劣化しやすい樹脂を用いた場合であっても、信頼性に優れたＨＵＤを構成することができる。
【００４５】
さらに、図６（ｂ）の様に合わせガラス２８の間にレリーフ型ホログラム２０を挟みこむことで、外気が直接レリーフ型ホログラム２０に接しない構成にすることができる。こうすることで、空気中の水分を吸収することで発生するレリーフ型ホログラム２０の膨潤を防止することが出来る。これは、通常合わせガラス２８は紫外線吸収層等の中間層を介して密着されているため、外気が合わせガラス２８の内部にまで侵入しない構造になっているためである。吸湿により膨潤すると、レリーフ型ホログラム２０が主に厚み方向に膨張し、ブレーズ角φが大きくなることが考えられる。即ち、吸湿等で膨潤すると、回折角度が変動することや、所定の波長の回折効率が低下するといった画質の低下が考えられる。それに対して、図６（ｂ）の様に合わせガラスの内部に挟み込むことで、吸湿を防止できるため、膨潤による画質の低下を防止でき、信頼性に優れたＨＵＤを構成することが出来る。
【００４６】
さらに、合わせガラスの線膨張係数は９×１０＾（−６）／℃程度であるのに対して、樹脂材の線膨張係数は７×１０＾（−５）／℃程度であり、レリーフ型ホログラム２０の方が線膨張係数は一桁大きく、温度変動により膨張、収縮しやすい。また、温度変動により膨張、収縮すると、回折角度の変動や回折効率の低下といった画質の低下が考えられる。それに対して、図６（ｂ）の様に合わせガラス２８の内部に挟み込むことで、温度変動によるレリーフ型ホログラム２０の膨張、収縮を緩和することが出来る。これは、線膨張係数の小さい合わせガラスの内部に挟み込むことにより、樹脂材の膨張や収縮が低減されるためである。よって、図６（ｂ）の様に合わせガラスの内部にレリーフ型ホログラム２０を挟み込むことで、温度変動による画質の低下を低減でき、信頼性に優れたＨＵＤを構成することが出来る。
【００４７】
尚、本実施の形態においては、光源としてレーザ光源１１を用いたが、ＬＥＤ等の別の光源を用いても構わない。ただしレーザ光源は出射するレーザ光の波長範囲がＬＥＤ等と比較すると狭いため、光源にレーザ光源を用いることにより、ホログラムでの回折効率も高く、波長の広がりによる画像のぼけも抑えられ、低消費電力かつ高画質なＨＵＤを構成することができる。
【００４８】
さらに、空間変調素子として液晶パネルを用いたが、本発明の真意、範囲を逸脱しない範囲で別の空間変調素子を用いることも可能である。例えば光源１１と投射光学系１８の代替として、二次元的にＬＥＤを配列したＬＥＤアレイ光源等を用いても構わない。
【００４９】
また、本実施の形態１においては、ＨＵＤを例としてシースルーディスプレイを説明したが、あくまで一例であって、ＨＭＤ等の他のシースルーディスプレイでも当然本構成を応用することが出来る。
【００５０】
（実施の形態２）
本実施の形態２にかかるシースルーディスプレイの一例として、図７に示すＨＵＤ５０を用いて説明する。ＨＵＤ５０は、実施の形態１のＨＵＤ１０と類似であるが、光源とレリーフ型ホログラムの構成が異なる。光源として赤色レーザ光５２ｒを出射する中心波長５７０ｎｍ〜６８０ｎｍの赤色レーザ光源５１ｒ、緑色レーザ光５２ｇを出射する緑色レーザ光源５１ｇ、青色レーザ光５２ｂを出射する青色レーザ光源５１ｂの３種類の光源を用いる。３つの光源はそれぞれ制御部１９に接続されており、各レーザ光源の出力が制御される。青色レーザ光源５１ｂから出射した青色レーザ光５２ｂは、ダイクロイックミラー５３ｂで赤色レーザ光源５１ｒから出射した赤色レーザ光５２ｒと合波され、さらにダイクロイックミラー５３ａで緑色レーザ光源５１ｇから出射した緑色レーザ光５２ｇと合波されて、レンズ１３に入射する。レンズ１３に入射してからスクリーン１７を出射するまでは、実施の形態１のＨＵＤ１０と同じである。スクリーン１７を出射した各レーザ光５２ｒ、５２ｇ、５２ｂは、フロントガラス２１に取り付けられたレリーフ型ホログラム５４にて回折、偏向され、運転者２２は、レリーフ型ホログラム５４により拡大された虚像２３をフロントガラス２１越しに見ることが出来る。
【００５１】
レリーフ型ホログラム５４の構造を、図８を用いて説明する。レリーフ型ホログラム５４は、実施の形態１のレリーフ型ホログラム２０と類似であるが、レリーフ型ホログラム２０では同一屈折率の２つの樹脂材２０ａと２０ｃを密着させて構成した２層構造であったが、レリーフ型ホログラム５４では、４つの同一屈折率の樹脂材５４ａ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅを、格子面５４ｒ、５４ｇ、５４ｂを介して密着させた４層構造になっている。格子面５４ｒには、赤色レーザ光のみが所望の入射角において反射されるように、ノッチフィルター５５ｒが施されており、さらに赤色レーザ光５２ｒが所望の方向に回折される様に、レリーフ構造が設けられている。同様に、格子面５４ｇには、緑色レーザ光のみが所望の入射角において反射されるように、ノッチフィルター５５ｇが施されており、さらに緑色レーザ光５２ｇが所望の方向に回折される様に、レリーフ構造が設けられている。同様に、格子面５４ｂには、青色レーザ光のみが所望の入射角において反射されるように、ノッチフィルター５５ｂが施されており、さらに青色レーザ光５２ｂが所望の方向に回折される様に、レリーフ構造が設けられている。例えば赤色レーザ光の中心波長を６３５ｎｍ、緑色レーザ光の中心波長を５３２ｎｍ、青色レーザ光の中心波長を４４５ｎｍとして、各波長での反射率を最大５０％とした場合。各ノッチフィルター５５ｒ、５５ｇ、５５ｂは、図９（ａ）の様に中心波長近傍のみで反射する様に設定すれば良い。尚、図９（ａ）では各波長での反射率を最大５０％としているが、もちろんこれより高くても低くても構わない。反射率を高くすると、ＨＵＤとしての光の利用効率は高くなる一方、反射率を低くすると、外界から入射する自然光の内、室内に入射する光量を相対的に多くできるため、室内を明るくできる。これらは達成したい仕様に従い自由に設定すればよい。
【００５２】
この様なレリーフ型ホログラム５４の製造方法の一例を、図１０を用いて説明する。まず、実施の形態１の樹脂材２０ａと同様に、樹脂材５４ａを射出成形等で製造し、図１０（ａ）の様に樹脂材５４ａの格子面５４ｂには、ノッチフィルター５５ｂを付与する。次に、樹脂材５４ａの上に樹脂材５４ｃを塗布する。ここで樹脂材５４ｃの一例として、実施の形態１の樹脂材２０ｃと同様に紫外線硬化樹脂を用いたとする。この時、図１０（ｂ）の様に、塗布した樹脂材５４ｃの上に透明スタンパ５６ａを配置し、透明スタンパ５６ａの上から紫外線を照射することで、樹脂材５４ａと樹脂材５４ｃの間に隙間なく、樹脂材５４ｃを積層させることが出来る。次に透明スタンパ５６ａを取り外し、格子面５４ｇにノッチフィルター５５ｇを付与する。さらに、樹脂材５４ｃの上に樹脂材５４ｄを塗布する。ここで樹脂材５４ｄも樹脂材５４ｃと同様に紫外線硬化樹脂を用いたとする。この場合、図１０（ｃ）の様に、塗布した樹脂材５４ｄの上に透明スタンパ５６ｂを配置し、透明スタンパ５６ｂの上から紫外線を照射することで、樹脂材５４ｄと樹脂材５４ｃの間に隙間なく、樹脂材５４ｄを積層させることが出来る。最後に、格子面５４ｒにノッチフィルター５５ｒを付与し、その上に樹脂材５４ｅを塗布する。樹脂材５４ｅも樹脂材５４ｄや５４ｃと同様に紫外線硬化樹脂とすると、樹脂材５４ｅの表面を均一化させた状態で図１０（ｄ）の様に紫外線を照射することで、レリーフ型ホログラム５４が完成する。尚、樹脂材５４ａ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅは、上でも述べたとおり、同じ屈折率を有する。
【００５３】
以上のレリーフ型ホログラム５４において、格子面５４ｒに入射した赤色レーザ光５２ｒは、上述の通りノッチフィルター５５ｒにより所定の割合が反射され、かつ所定の方向に回折されてレリーフ型ホログラム５４から運転者２２に向けて出射し、画像として視認される。反射されずれに残った赤色レーザ光５２ｒは、格子面５４ｒを通過し、さらに格子面５４ｇ、５４ｂ、フロントガラス２１においても反射せずに室外に出射されるため、画像形成には寄与しない。次にレリーフ型ホログラム５４に入射した緑色レーザ光５２ｇは、ノッチフィルター５５ｒが施されている格子面５４ｒでは反射されずに透過し、格子面５４ｇに入射する。ノッチフィルター５５ｇが施された格子面５４ｇにおいて緑色レーザ光５２ｇは所定の割合が反射され、かつ所定の方向に回折されてレリーフ型ホログラム５４から運転者２２に向けて出射する。そして格子面５４ｒで反射された赤色レーザ光５２ｒとともに画像を形成する。格子面５４ｇで反射されずに残った緑色レーザ光５２ｇは格子面５４ｇを透過し、格子面５４ｂとフロントガラス２１を透過して室外に出射される。最後に、レリーフ型ホログラム５４に入射した青色レーザ光５２ｂは、ノッチフィルター５５ｒと５５ｇが施されている格子面５４ｒ、５４ｇでは全く反射されず、格子面５４ｒ、５４ｇを通過し、格子面５４ｂに入射する。ノッチフィルター５５ｂが施された格子面５４ｂで、青色レーザ光５２ｂは所定の割合が反射され、かつ所定の方向に回折されてレリーフ型ホログラム５４から出射し、格子面５４ｒで反射された赤色レーザ光５２ｒと格子面５４ｇで反射された緑色レーザ光５２ｇとともに、画像形成に寄与する。格子面５４ｂで反射しなかった青色レーザ光５２ｂは、格子面５４ｂを透過した後、フロントガラス２１を透過して室外に出射される。
【００５４】
以上のような構成を取ることで、虚像２３は、赤色レーザ光５２ｒ、緑色レーザ光５２ｇ、青色レーザ光５２ｇで構成されるため、フルカラー表示が可能となる。よって、レリーフ型ホログラムを用いたＨＵＤでありながら、表示できるコンテンツに着色が可能になり、例えば黄色や赤色で表示することで、運転者２２に注意を喚起するといった、運転における安全性をより向上させたＨＵＤを構成することが可能になる。
【００５５】
また、実施の形態１と同様に、各樹脂材５４ａ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅは、格子面５４ｂ、５４ｇ、５４ｒにおいて隙間無く密着しているため、外界からの自然光２５の内、図９の各ノッチフィルター５５ｒ、５５ｇ、５５ｂの反射帯域に含まれない光は、回折することなくレリーフ型ホログラム５４を透過する。よって、フロントガラスに入射する自然光２５の大部分の光は、回折することなく室内に入射するため、通常のレリーフ型ホログラムで発生するような高次の回折光による迷光も発生せず、運転者２２の眼に迷光が入射するといった様な運転に支障をきたす現象も発生しない。即ち、迷光の発生しない、視認性に優れたＨＵＤを構成することができる。
【００５６】
さらに、本レリーフ型ホログラム５４を作製する際に、図１０（ｄ）では、最も下の層に、用いたレーザ光の中で最も波長の短い青色レーザ光を回折させる格子面５４ｂを配置し、その上に次に波長の長いレーザ光である緑色レーザ光を回折させる格子面５４ｇを配置し、その上に最も波長の長い赤色レーザ光を回折させる格子面５４ｒを順番に配置した。一般に、回折角が同じ場合、長波長の方がホログラムのピッチ（ｐ）が長くなるため、レリーフの凹凸（Ｄ）は大きくなる。しかし、図１０の様に、樹脂材を塗布してスタンパにより成形して硬化させる場合、凹凸（Ｄ）が小さいレリーフ型ホログラムを先に作製する方が好ましい。レリーフホログラムの凹凸（Ｄ）が小さい方が、スタンパで加圧した場合に面内の圧力差が生じにくく、形状をより正確に転写できる。よって正確に形状を転写しやすい、凹凸（Ｄ）の小さい短波長側を先に作製すると、後で転写する上の層に与える形状の誤差をより小さく出来るため、全体として形状をより正確に転写できることになり、より高精度で高画質なレリーフ型ホログラムを作製することが出来る。
【００５７】
また、ＨＵＤ５０のレリーフ型ホログラム５４の最も室外側の格子面（図８の格子面５４ｂ）で青色レーザ光５１ｂを回折させる構成にした場合、さらに次の様な構成が可能である。格子面５４ｂに施すノッチフィルター５５ｂとして、図９（ｂ）の様に、反射させたい青色レーザ光５２ｂを含め、青色レーザ光５２ｂよりも短波長の紫外線（波長４００ｎｍ以下）を所定の反射率（図９（ｂ）では５０％）で反射させるようなコートを施すと、格子面５４ｂにおいて、自然光２５に含まれる紫外線を反射させて除去することが可能になる。特に、図１０で述べた様に、樹脂材５４ｃ、５４ｄ、５４ｅを紫外線硬化樹脂等で構成している場合、紫外線の吸収が多い紫外線硬化樹脂が紫外線を吸収して劣化することを防止することが出来るため、信頼性に優れたＨＵＤを構成することが可能になる。ここで、青色レーザ光５１ｂを回折させる格子面５４ｂを最も室外側に配置するのは、ノッチフィルターの成膜が最も簡単になるからである。図９（ｂ）に示す通り、紫外線を反射させるコートと、青色レーザ光５１ｂを反射させるコートは、間の波長域で反射率を下げる必要がないため、単なるローパスフィルターとして構成でき、簡単にコートすることが可能になる。一方で緑色レーザ光５２ｇを反射させるノッチフィルター５５ｇや赤色レーザ光５２ｒを反射させるノッチフィルター５５ｒに、紫外線を反射させる特性を追加するためには、青色レーザ光５２ｂの４４５ｎｍ付近の帯域において必ず反射率を０％に下げる必要がある。この様な膜を成膜することは非常に困難であり、コスト的にも高くなる。よって、用いる光の中で、最も波長の短い光である青色レーザ光を回折させる格子面を最も室外側に配置し、その格子面に施すノッチフィルターに、紫外線も反射させるコートを含めることで、安価に信頼性の高いＨＵＤを構成することが可能になる。
【００５８】
尚、図９においてノッチフィルター５５ｂの紫外線の反射率を５０％としているが、勿論これよりも高い反射率に設定しても構わない。
【００５９】
また、本実施の形態においては、光源として赤色レーザ光源５１ｒ、緑色レーザ光源５１ｇ、青色レーザ光源５１ｂを用いたが、赤色、緑色、青色の各色の光を発するＬＥＤや、白色ＬＥＤ等の別の光源を用いても構わない。ただしレーザ光源は出射するレーザ光の波長範囲がＬＥＤ等と比較すると狭いため、光源にレーザ光源を用いることにより、ホログラムでの回折効率も高く、画像のぼけも抑えられ、低消費電力かつ高画質なＨＵＤを構成することができる。
【００６０】
さらに、空間変調素子として液晶パネルを用いたが、本発明の真意、範囲を逸脱しない範囲で別の空間変調素子を用いることも可能であり、さらには赤色レーザ光源５１ｒ、緑色レーザ光源５１ｇ、青色レーザ光源５１ｂと投射光学系１８の代替として、二次元的に赤色、緑色、青色の各色の光を発するＬＥＤを配列したＬＥＤアレイ光源等を用いても構わない。
【００６１】
（実施の形態３）
本実施の形態３にかかるシースルーディスプレイの一例として、図１１（ａ）に示すＨＵＤ７０に関して説明する。ＨＵＤ７０は実施の形態２のＨＵＤ５０等と類似であるが、光源が赤色レーザ光７２ｒを出射する赤色レーザ光源７１ｒと、青緑色レーザ光７２ｂｇを出射する青緑色レーザ光源７１ｂｇの二つである点と、レリーフ型ホログラム７４が図１１（ｂ）に示す通り、樹脂材７４ａ、７４ｃ、７４ｄの三層で構成されている点が異なる。
【００６２】
赤色レーザ光源７１ｒから出射された赤色レーザ光７２ｒと青緑色レーザ光源７１ｂｇから出射された青緑色レーザ光７２ｂｇは、ダイクロイックミラー７３ａで合波され、実施の形態１や２と同様に投射光学系１８を経てフロントガラス２１に取り付けられたレリーフ型ホログラム７４に投射される。レリーフ型ホログラム７４に投射された赤色レーザ光７２ｒ、青緑色レーザ光７２ｂｇは、レリーフ型ホログラム７４にて回折、偏向され、運転者２２は、レリーフ型ホログラム７４により拡大された虚像２３をフロントガラス２１越しに見ることが出来る。
【００６３】
レリーフ型ホログラム７４は、図１１（ｂ）に示す様に、格子面７４ｒと格子面７４ｂｇの二つの格子面を有する。格子面７４ｒは、赤色レーザ光７２ｒを回折するために、ノッチフィルター７５ｒを付与されており、格子面７４ｂｇは、青緑色レーザ光７２ｂｇを回折するために、ノッチフィルター７５ｂｇを付与している。例えば赤色レーザ光７２ｒの中心波長を６３５ｎｍ、青緑色レーザ光７２ｂｇの中心波長を４８８ｎｍとすると、ノッチフィルター７５ｒ、７５ｂｇは理想的には図１２に示す様な特性が好ましい。この様な特性のノッチフィルターを付与することにより、実施の形態１や２と同様に、ＨＵＤとして画像を形成する光は高効率に回折し、さらに、室外から入射する自然光２５は大部分を回折等のロスなく室内に入射させることが出来るため、消費電力が低く、かつ迷光のない視認性に優れたＨＵＤを構成することができる。
【００６４】
本実施の形態３におけるレリーフ型ホログラム７５は、特に作製が簡便であるという効果を有する。図１３を用いて、レリーフ型ホログラム７５を作製する工程の概略を説明する。まず樹脂材７４ａ、７４ｄを射出成形等で個別に作製しておく。この段階で格子面７４ｒ、７４ｂｇはレリーフ形状が形成されている。さらに、格子面７４ｒにノッチフィルター７５ｒを付与し、格子面７４ｂｇにもノッチフィルター７５ｂｇを付与する。次に、樹脂材７４ａに樹脂材７４ｃを図１３（ａ）の様に塗布する。ここで、樹脂材７４ｃを、実施の形態２の樹脂材５４ｃ等と同様に紫外線硬化樹脂とすると、図１３（ｂ）の様に樹脂材７４ｄを樹脂材７４ｃの上部に配置し、紫外線を照射することで、樹脂材７４ｃは硬化され、レリーフ型ホログラム７４が完成される。以上の様に、レリーフホログラム７４は極めて簡単に作製することが可能である。
【００６５】
以上の構成により、赤色レーザ光源と、その補色である青緑色レーザ光源の２種類を用いることで、白色、赤色、青緑色の３色を表示可能なＨＵＤを構成することが可能になる。特にＨＵＤ等においては、表示するコンテンツは限られており、フルカラーの表示が必要になる場合は少ないため、実使用上３色であっても問題がない場合が多い。さらに上で説明したとおり、光源の種類を２色とすることで、レリーフ型ホログラム７４の製造が簡便になる。よって、光源を２種類とすることで、実使用上の利便性を落とすことなく、安価なＨＵＤを構成することが可能になるという効果を有する。
【００６６】
尚、本実施の形態においては、用いる光源は赤色レーザ光源とその補色である青緑色レーザ光源としたが、勿論他の組み合わせでも構わず、例えば青色レーザ光源とその補色の黄色レーザ光源でも構わないし、紫色レーザ光源とその補色の黄緑色レーザ光源でも構わない。補色関係にある２色の光源を用いれば混色により白色を表示することができるが、勿論表示するコンテンツによって、白色を表示する必要が無ければ、補色関係にない組み合わせでも構わない。
【００６７】
（実施の形態４）
本実施の形態４にかかるシースルーディスプレイの一例として、図１４（ａ）に示すヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１００に関して説明する。ＨＭＤ１００は、構成要素としてはＨＵＤ５０と類似であり、光源として赤色レーザ光１０２ｒを出射する中心波長５７０ｎｍ〜６８０ｎｍの赤色レーザ光源１０１ｒ、緑色レーザ光１０２ｇを出射する緑色レーザ光源１０１ｇ、青色レーザ光１０２ｂを出射する青色レーザ光源１０１ｂの３色の光源と、投射光学系としてＭＥＭＳミラー１０５と、レリーフ型ホログラム１０７から成る。赤色レーザ光源１０１ｒから出射された赤色レーザ光１０２ｒは、ダイクロイックミラー１０３ａにて緑色レーザ光源１０１ｇから出射された緑色レーザ光１０２ｇと合波され、さらにダイクロイックミラー１０３ｂにて青色レーザ光源１０１ｂから出射された青色レーザ光１０２ｂと合波され、折り返しミラー１０４に入射する。折り返しミラー１０４にて反射された赤色レーザ光１０２ｒ、緑色レーザ光１０２ｇ、青色レーザ光１０２ｂは、ＭＥＭＳミラー１０５にて二次元的に偏向走査され、レリーフ型ホログラム１０７に入射する。ここで、赤色レーザ光源１０１ｒと緑色レーザ光源１０１ｇと青色レーザ光源１０１ｂと、ＭＥＭＳミラー１０５は、それぞれ制御部１１１に接続されており、ＭＥＭＳミラー１０５の振り角を制御し、さらに各レーザ光１０２ｒ、１０２ｇ、１０２ｂの走査位置と表示したい画像に応じて、各レーザ光の強度も変調される。
【００６８】
次にレリーフ型ホログラム１０７での各レーザ光の回折の様子を図１４（ｂ）に示す。レリーフ型ホログラム１０７は、実施の形態２のレリーフ型ホログラム５４と同様に、屈折率が同一の樹脂材１０７ａ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅからなり、格子面１０７ｂ、１０７ｇ、１０７ｒ、において隣接する樹脂材と隙間無く密着している。さらに、格子面１０７ｂ、１０７ｇ、１０７ｒには、それぞれ所定入射角において、図９（ａ）と同様な青色レーザ光１０２ｂのみを反射するノッチフィルター１０８ｂ、緑色レーザ光１０２ｇのみを反射するノッチフィルター１０８ｇ、赤色レーザ光１０２ｂのみを反射するノッチフィルター１０８ｒを施してある。また、各格子面１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂは、図１４（ｂ）の様に、入射した各レーザ光が眼球１０９に向けて回折される様に、レリーフ型ホログラム１０７上の位置によってレリーフ形状を最適化している。以上の構成により、レリーフ型ホログラム１０７に入射した赤色レーザ光１０２ｒは、赤色レーザ光のみを反射するノッチフィルター１０８ｒを施された格子面１０７ｒにおいてのみ回折し、眼球１０９に向けて偏向される。同様に、レリーフ型ホログラム１０７に入射した緑色レーザ光１０２ｇは、緑色レーザ光のみを反射するノッチフィルター１０８ｇを施された格子面１０７ｇにおいてのみ回折し、青色レーザ光１０２ｂは、青色レーザ光のみを反射するノッチフィルター１０８ｂを施された格子面１０７ｂにおいてのみ回折し、それぞれ眼球１０９に向けて偏向される。尚、いずれも回折されなかった光は、そのままレリーフ型ホログラム１０７を透過する。眼球１０９に向けて偏向された赤色レーザ光１０２ｒ、緑色レーザ光１０２ｇ、青色レーザ光１０２ｂは、それぞれ瞳１０９aを透過して網膜１０９ｂ上に結像されることで、画像として認識される。また、実施の形態２のＨＵＤ５０と同様に、レリーフ型ホログラム１０７の光の入射面１０７ｆと出射面１０７ｈを平行にしておけば、レリーフ型ホログラム１０７に入射した自然光１１０は、レリーフ型ホログラム１０７によって回折されずに、かつ屈折により画像をゆがめられることなく、外界の景色として認識される。レリーフ型ホログラム１０７は、図１４（ｂ）において、入射面１０７ｆと１０７ｈの平行の関係を維持したまま湾曲させているが、勿論平面でも構わない。
【００６９】
以上の構成により、レリーフ型ホログラムを用いながら、自然光１１０の内、大部分の光は回折することなくレリーフ型ホログラム１０７を通過するため、眼に迷光が入射するといった様な問題も発生せず、迷光の発生しない、視認性に優れたＨＭＤを構成することができる。また、図１４の様に格子面をブレーズ型にすることにより高い回折効率を得ることができるため、光利用効率が高く、消費電力の低いＨＭＤを構成することができる。さらに、レリーフ型ホログラム１０７は、成形にて製造することができるため、量産性が高く安価なＨＭＤを構成することができる。
【００７０】
また、メガネを掛けている人がＨＭＤを装着する場合は、外界に対してはメガネレンズにより外界の風景のピント位置は調整される必要がある一方で、ＨＭＤで形成される画像は、視力に関係なく網膜上に結像されることになる。体積型ホログラムを用いてＨＭＤを構成する場合は、メガネレンズに貼り付けた体積型ホログラムに直接露光してホログラムを作製することができるため、メガネレンズの位置に関わらず各人に最適なホログラムを構成することができる。しかし、本実施の形態４のレリーフ型ホログラム１０７は、例えば成形により量産製造した場合、体積型ホログラムの様に、市場において各人のメガネレンズの形状に合わせて最適化することができない。この場合、図１４（ａ）の様に、メガネレンズ１０６よりも眼球１０９側にレリーフ型ホログラム１０７を配置することで、量産製造された同一構造のレリーフ型ホログラムを用いることが出来る。即ち、眼球１０９の位置に対して所定の位置にレリーフ型ホログラム１０７とＭＥＭＳ１０５を配置することで、ＨＭＤで形成される画像を網膜上に適切に結像させることができ、さらにレリーフ型ホログラム１０７に対して外界側にメガネレンズ１０６を取り付けることで、外界からの景色も適切に網膜上に結像させることが出来る。この様に、メガネレンズをレリーフ型ホログラムよりも外界側に配置することで、メガネを掛けている人に対しても同一形状のレリーフ型ホログラムを提供することが出来るため、量産適正が高く安価なＨＭＤを構成することができる。
【００７１】
なお、前述した各実施例は考えられる一例であり、その適用範囲を限定するものではなく、本発明の真意および範囲を逸脱することなしに種々変形、組合せを行うことは、容易に理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のシースルーディスプレイは、光利用効率が高いため消費電力が低く、さらに視認性に優れ量産性が高く安価に構成することが可能であり、ＨＵＤやＨＭＤ等シースルーディスプレイ全般に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，５０，７０    ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
１１    レーザ光源
１２    レーザ光
１３    レンズ
１４，１０４    折り返しミラー
１５    液晶パネル
１６    投射レンズ
１７    スクリーン
１８    投射光学系
１９，１１０    制御部
２０，５４，７４，１０７    レリーフ型ホログラム
２０ａ，２０ｃ，５４ａ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ，７４ａ，７４ｃ，７４ｄ，１０７ａ，１０７ｃ，１０７ｄ，１０７ｅ    樹脂材
２０ｂ，５４ｒ，５４ｇ，５４ｂ，７４ｒ，７４ｂｇ，１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂ    格子面
２１    フロントガラス
２２    運転者
２３    虚像
２４，５５ｒ，５５ｇ，５５ｂ，７５ｒ，７５ｂｇ，１０８ｒ，１０８ｇ，１０８ｂ    ノッチフィルター
２５，１０９    自然光
２６    誘電体多層膜
２７    紫外線吸収層
２８    合わせガラス
３０，１０５    ＭＥＭＳミラー
５１ｒ，７１ｒ，１０１ｒ    赤色レーザ光源
５１ｇ，１０１ｇ    緑色レーザ光源
５１ｂ，１０１ｂ    青色レーザ光源
７１ｂｇ    青緑色レーザ光源
５２ｒ，７２ｒ，１０２ｒ    赤色レーザ光
５２ｇ，１０２ｇ    緑色レーザ光
５２ｂ，１０２ｂ    青色レーザ光
７２ｂｇ    青緑色レーザ光
５３ａ，５３ｂ，７３ａ，１０３ａ，１０３ｂ    ダイクロイックミラー
５６ａ，５６ｂ    透明スタンパ
１００    ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
１０６    メガネレンズ
１０９    眼球
１０９ａ    瞳
１０９ｂ    網膜
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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