ライトガイド技術による大投影・
コンパクトな車載ヘッドアップディスプレイの実現
モビリティの電動化と高効率化

自動車などのモビリティにおいて、ドライバーに運転状況などの情報を提示する有効な手段としてヘッドアップディスプレイ(Head Up Display:HUD)があります。
ヘッドアップディスプレイとは、人の前に置いたガラスなどに映像を投影し、その人が見ている実際の風景に重ね合わせて情報を表示する技術で、ドライバーが計器類へ視線を移すことなく情報を確認でき快適で安全なモビリティの実現に貢献するものとなります。

ヘッドアップディスプレイの表示範囲拡大の課題

近年、この自動車用のヘッドアップディスプレイにおいては、ドライバーから見たときの映像を大きくしたい(表示する情報を大きく見せたい)というニーズが高まっています。
しかし、従来のヘッドアップディスプレイは、映像の光を折り返す部分にミラーが使われており、投影する映像を大きくするにはミラーのサイズも大きくする必要がありました。その結果、装置自体が大きくなってしまい、スペースが限られている車の中に搭載することが難しくなることが課題となっていました。

この課題に対して、ホログラム方式によるライトガイド技術を用いてヘッドアップディスプレイのサイズを縮小するアプローチがありますが、この方式では太陽光や夜間照明の光をホログラム特有の現象で多方向に反射してしまいドライバーの目に入るなど、邪魔な光が増えるという問題があります。

プリズム方式のライトガイド技術を応用したヘッドアップディスプレイ

島津製作所では、太陽光等の反射が少ないプリズム方式のライトガイド技術を用いたヘッドアップディスプレイでこの課題を解決しています。
島津製作所のライトガイド技術を用いたヘッドアップディスプレイであれば、ミラーのスペースが不要になり、使用する光学モジュールを小さくしながら映像を大きく表示することができます。また、装置自体をコンパクトにできるため、車内のスペースにもゆとりができ、必要な装備を増やすことも可能になります。あるいは、ヘッドアップディスプレイ装置の軽装化によって、走行の省エネルギー化につながります。

図aは、航空機用に開発中のヘッドアップディスプレイの例ですが、従来のミラーの代わりに、ライトガイド技術を用いたプレートが組み込まれています。

  • 【図a ライトガイド技術を応用した航空機用ヘッドアップディスプレイ

図bではライトガイド技術の仕組みを示しています。
(1)光学モジュールからの映像光をプレート内に入れる入射部があります。(2)光はそのまま全反射を繰り返してプレート内を伝搬していきます。(3)伝搬していった光は、その先にある出射部で、一部がプレートから出射し、残りはそのまま伝搬します。(4)この伝搬した光の一部が更に出射することを繰り返すことで、一つの光線が複数本に増え、光の幅が広がっていきます。
これにより、光学モジュールが小さくとも、映像を大きく投影することが可能になります。

  • 【図b ライトガイド技術の仕組み】

プリズム式ライトガイドに求められる高い設計技術と加工精度

島津製作所が実現したプリズム方式でのライトガイド技術には、高い光学設計技術と光学部品加工技術が必要で、それには当社が長年培ってきた技術が活かされています。

ライトガイドのプレート内は、映像光の複雑な伝搬や、多方向からの光が入るため、迷光や光のノイズのようなものが発生します。それらを加味した上で光を制御できる高いレベルの設計技術が求められます。
また、高品質な像を実現するためには、設計のみならず非常に高い加工精度も必要になってきます。ライトガイドのプレートは、反射部分や屈折部分など、もともと別々の材料に異なる光学的な機能を持たせた上で、それらを貼り合わせてできています。内部を正確に光が伝搬していくためには、プレート各面の平面度や平行度が非常に重要で、また貼り合わせのつなぎ目に少しでもズレがあると、形成される像の品質は著しく低下してしまいます。さらに、接着剤自身の厚みも加味しなければなりません。

島津製作所では、航空機向けのヘッドアップディスプレイの開発を従来から手がけており、光学系の設計ノウハウを豊富に蓄積しています。
また、光学部品の加工を自社グループ内で長年行ってきた経験から、高精度なガラス加工技術を有しています。この培ってきた技術をベースに、島津製作所は高い光学設計・加工レベルが求められるプリズム式ライトガイド技術においても、優れた品質の映像表示を実現できています。

モビリティへの実装を目指して

島津製作所では、ライトガイド技術を用いたヘッドアップディスプレイを航空機用としてこれまで開発してきましたが、今後は自動車や次世代のモビリティに実装される技術としての展開も見据えています。