【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光分離装置および車両用灯火装置に関し、特に、光源から放射された無偏光をｐ偏光とｓ偏光とに分離する偏光分離装置およびその偏光分離装置を備える車両用灯火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層させて光源から放射された光の利用率を向上させた偏光分離装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この偏光分離装置は、汎用液晶表示装置のように直線偏光を用いる画像表示装置における偏光性面光源装置である。
ここで、偏光分離装置は、高屈折率膜としてのガラスや、ポリエステルフィルムやビスフェノールＡポリカーボネートフィルムからなる透明フィルム等を２〜６枚重ねた偏光分離層を形成したものからなる。
【０００３】
また、車両に装備されている前照灯およびフォグランプ等の灯火装置は、肉眼では前方の状況を確認することが難しくなった状況のときに点灯されるものである。
【０００４】
図１１は、濃霧・豪雨時に前照灯から放射された光の状態を示す図で、（ａ）はそのときの前照灯の光の分布状況を示す模式図、（ｂ）はそのときに雨滴の表面で生じる乱反射の状況を示す模式図である。
【０００５】
図１１（ａ）に示すように、濃霧発生時または豪雨時に前照灯を点灯すると、前照灯から放射された光は、光路上に存在する水蒸気の微粒子や雨滴の表面で複雑に乱反射され、車両の近傍に光の壁を形成するために、運転者は、車両の遠方の視界を確保できなくなる。
【０００６】
図１１（ｂ）に示すように、光は、雨滴の表面で様々な方向に何度も反射され、車両の前方に、前照灯で照らされた雨滴による光の壁が出現するように感じられる。このような状況では、通常時の視界の状況であるならば確認できる物体を確認できなくなってしまう。
【０００７】
ここで、濃霧・豪雨時に空中から飛来する水滴は、略球形であるが、粒径が大きくなるほど、落下時の空気抵抗を受けて扁平となり表面積が増加する。水滴は、このような形状であるので、側方から入射する前照灯の光は、様々な方向に乱反射され、特に地面に対して垂直方向に拡散して反射する。さらに、濃霧・豪雨時には、単位体積あたりの数密度が多いために、一度水滴で乱反射された光は、近傍に存在する多数の水滴により再反射されることを繰り返すために、前照灯の光が照射された領域全体が光り、車両の近傍にあたかも光の壁が出現するように感じられ、特に地面に垂直方向の反射光によって視界が遮られるため、遠方が見え難くなる。
【０００８】
そこで、この問題点を解消して車両の前方の視界を良好にするために、前記特許文献１の偏光分離装置を車両用灯火装置に採用することも考えられる。
すなわち、その偏光分離装置により、光源から放射された光の利用率を向上させて、車両の前方を明るく照射することが推考できる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２９３４０６号公報（第４〜５頁、図１および図８〜図１２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１の透明フィルム等の固体から構成される高屈折率膜と低屈折率膜とを積層した偏光分離装置を、例えば、車両などの走行時に振動する振動物に用いた場合には、高屈折率膜と低屈折率膜との間で変形やずれが発生するおそれがある。
したがって、高屈折率膜と低屈折率膜との積層間がずれることにより、屈折率や反射方向が変化するため、適切な光の屈折・反射が行えず、適切な偏光への分離が行えなくなるという課題があった。
【００１１】
偏光分離装置およびこの偏光分離装置を装備した車両用灯火装置は、偏光分離装置の高屈折率膜と低屈折率膜との間が、振動等により変形したり、位置がずれたりせずに耐久性があり、常に適切な光の屈折・反射と、適切な偏光への分離が行えることが維持されていることが望まれる。
【００１２】
本発明の課題は、高屈折率膜と低屈折率膜との間が、振動等により変形することなく、常に適切な光の偏光分離が行える偏光分離装置およびその偏光分離装置を備える車両用灯火装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の偏光分離装置は、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層させ、光源から放射された無偏光を透過又は反射することにより電場の振動方向が入射面に対して平行なｐ偏光と電場の振動方向が入射面に対して垂直なｓ偏光とに分離する偏光分離装置であって、低屈折率膜は、気体層からなり、各高屈折率膜の間には部分的にスペーサが介在されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、前記スペーサを設けたことにより、偏光分離装置に振動が作用した場合であっても、スペーサ以外の部分では低屈折率膜である気体層により各高屈折率膜同士の相対変位が許容されるため、偏光分離装置の性能を長く確保することができる。また、前記スペーサにより、スペーサが高屈折率膜と低屈折率膜との間を保持するため、高屈折率膜と低屈折率膜が変形したり、位置がずれたりすることを阻止することができる。
【００１５】
請求項２に記載の車両用灯火装置は、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層させ、光源から放射された無偏光を透過又は反射することにより電場の振動方向が入射面に対して平行なｐ偏光と電場の振動方向が入射面に対して垂直なｓ偏光とに分離する偏光分離装置を備える車両用灯火装置であって、低屈折率膜は、気体層からなり、各高屈折率膜の間には部分的にスペーサが介在されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、前記スペーサにより各高屈折率膜の間を一定に保つことができる。このため、車両が走行中の振動や衝撃を受けても、スペーサが各高屈折率膜の間の距離やその形状を維持させて、常に良好な偏光分離を行うことができ、車両の灯火装置に最適な偏光分離装置を提供することができる。また、低屈折率膜を気体層から形成したことにより、コストダウンを図ることができる。各高屈折率膜の間には、部分的にスペーサが介在されたことにより、スペーサが高屈折率膜を通過するｐ偏光およびｓ偏光を遮ることを防止して、光の利用率を向上させることができる。
【００１７】
請求項３に記載の偏光分離装置および車両用灯火装置は、請求項１または請求項２に記載の偏光分離装置および車両用灯火装置であって、スペーサは、各高屈折率膜の間に点在することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、スペーサを各高屈折率膜の間に点在したことにより、簡単な構成でスペーサの機能を得ることができるとともに、各高屈折率膜の間を通過するｐ偏光およびｓ偏光を遮ることを極めて最小限に抑えることができる。また、スペーサは、各高屈折率膜の間に容易に設置することができるため、生産性を向上させることができる。
【００１９】
請求項４に記載の偏光分離装置および車両用灯火装置は、請求項１または請求項２に記載の偏光分離装置および車両用灯火装置であって、スペーサは、格子状または網目状に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、スペーサは、格子状または網目状に形成されたことにより、構成が簡単で頑丈なスペーサを得ることができる。また、スペーサは、各高屈折率膜の間に挟み込んで設置することが可能となるため、容易に所望の偏光分離機能を備えた偏光分離装置を得ることができ、生産性を向上させることもできる。
【００２１】
本発明に係る偏光分離装置および車両用灯火装置は、スペーサの材料を耐熱性樹脂にすることが好ましい。
このような構成にすれば、光源や太陽光線等の熱により変形することが防止されるため、常に適切な光の偏光分離を行うことができる。また、スペーサは、樹脂であることから製造が容易である。
【００２２】
本発明に係る偏光分離装置および車両用灯火装置は、スペーサを高屈折率膜に一体に形成することが好ましい。
このような構成にすれば、スペーサと各高屈折率膜を一度に一体形成することができるため、部品点数および組み付け工数を削減してコストを低減させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
本実施の形態の説明では、説明の便宜上、始めに、「ｐ偏光、ｓ偏光、および水平偏光、垂直偏光」について説明し、その後、「本発明に係る偏光分離装置および車両用灯火装置の実施の形態」の順に説明する。
なお、本発明の実施の形態では、「前」は車両の前方側、「後」は車両の後方側、「上」は鉛直上方側、「下」は鉛直下方側とする。
【００２４】
（ｐ偏光、ｓ偏光、および水平偏光、垂直偏光）
まず、ｐ偏光、ｓ偏光、および水平偏光、垂直偏光について、図１および図２を参照して説明する。
参照する図面において、図１は、ｐ偏光およびｓ偏光について説明するための概略斜視図である。また、図２は、ｓ偏光、ｐ偏光と、水平偏光、垂直偏光との違いを説明するための図で、（ａ）は、偏光分離手段が地面に対して平行に設置したときのｐ偏光とｓ偏光の振動方向を示す概略斜視図、（ｂ）は、偏光分離手段が地面に対して平行に設置したときのｐ偏光とｓ偏光の振動方向を示す概略側面図、（ｃ）は、偏光分離手段が地面に対して傾けて設置したときのｐ偏光とｓ偏光の振動方向を示す概略斜視図、（ｄ）は、偏光分離手段が地面に対して傾けて設置したときのｐ偏光とｓ偏光の振動方向を示す概略側面図である。
【００２５】
図１に示すように、ｐ偏光とは、電場の振動方向（電場ベクトル）が入射面に対して平行な直線偏光であり、ｓ偏光とは、電場の振動方向が入射面に対して垂直な直線偏光である。なお、入射面とは、光が反射する反射面の法線と、入射光の光軸とを含む面のことである。つまり、ｐ偏光およびｓ偏光とは、入射面に対して規定される概念である。
【００２６】
一方、水平偏光および垂直偏光とは、地面に対して規定される概念であり、電場の振動方向が地面に対して平行な偏光を水平偏光、電場の振動方向が地面に対して垂直な偏光を垂直偏光という。したがって、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、偏光分離手段の入射面が地面に対して垂直に配置されている場合、すなわち、地面が反射面となる場合は、偏光分離手段によって分離されたｐ偏光は垂直偏光と一致し、ｓ偏光は水平偏光と一致する。
また、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、偏光分離手段の入射面が地面に対して垂直に配置されていない場合、すなわち、地面が反射面とならない場合は、ｐ偏光、ｓ偏光は、垂直偏光、水平偏光とそれぞれ一致しない。
【００２７】
（実施の形態）
次に、本発明の第１の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置について、図３〜図１０を参照して説明する。
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を模式的に示す正面図である。また、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図である。また、図５は、図３に示した灯火装置の斜視図である。
図３〜図５に示す灯火装置１５は、例えば、車両の前照灯１、フォグランプ、リアフォグランプ、車幅灯、方向指示灯、およびストップランプ等である。
以下、本発明の一実施の形態について、車両の前照灯に使用した場合を例にして説明する。
【００２８】
図４に示すように、前照灯１は、光源２から放射された無偏光Ｌを第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４によりｐ偏光Ｐとｓ偏光Ｓとに分離し、このうちのｓ偏光Ｓを第１の垂直偏光とするとともに、さらに分離された前記ｐ偏光Ｐを第１および第２の１／２波長板５，６により第２の垂直偏光に変換し、前記第１および第２の垂直偏光で車両の前方を照射する。
【００２９】
前照灯１は、光源２と、光源２から放射された無偏光Ｌの照射角度を前方方向に揃えて平行光線にするための放物面鏡９と、光源２から放射された無偏光Ｌを放物面鏡９に反射するための球面鏡１０と、放物面鏡９からの無偏光Ｌをｐ偏光Ｐ（水平偏光）およびｓ偏光Ｓ（第１の垂直偏光）に分離するための第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４と、この第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４により分離されたｓ偏光Ｓ（第１の垂直偏光）を反射するための第１および第２の反射鏡７，８と、ｐ偏光Ｐ（水平偏光）を第２の垂直偏光に変換する第１および第２の１／２波長板５，６とから構成される。
【００３０】
なお、「第１の偏光ビームスプリッタ１３および第２の偏光ビームスプリッタ１４」は、特許請求の範囲における「偏光分離装置」に相当する。
【００３１】
以下、前照灯１の各部の詳細について、図３〜図１０を参照して説明する。
前照灯１は、光源２から放射された光により車両の前方を照射するランプであり、車体（図示せず）の左右の前端部に設置される。
【００３２】
図４に示すように、光源２は、例えば、ＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ライト等からなり、発光点２ｃを中心として自然光と同様の無偏光Ｌを放射する。光源２は、基端部２ａをランプハウジング（図示せず）の端子部１１に接続し、先端部２ｂをシェード１２の貫通穴１２ａを挿通して円筒部１２ｂ内に配置している。光源２の発光点２ｃは、放物面鏡９と球面鏡１０の間の中央部に配置される。光源２は、その発光点２ｃを中心として無偏光Ｌの自然光を放射するランプである。光源２から放射された大部分の無偏光Ｌは、球面鏡１０および放物面鏡９を照射する。その光源２は、運転席の近傍に設置されたコンビネーションスイッチ（図示せず）のライティングスイッチ（図示せず）をＯＮすることにより点灯し、車両の前方を照射する。
【００３３】
なお、この光源２は、ＨＩＤライトに限定されるものではなく、ハロゲンヘッドランプやキセノンヘッドランプ等の他のランプであってもよく、その機種は特に限定しない。
【００３４】
シェード１２は、例えば、前記貫通穴１２ａと、前記円筒部１２ｂと、球面鏡１０とをガラス等により一体形成した略筒状の部材からなり、光軸Ｏ上に設置される。貫通穴１２ａは、光源２の先端部２ｂを挿通する穴である。円筒部１２ｂは、光源２の先端部２ｂから放射された光を前方に導くためのライトガイドである。その円筒部１２ｂの前面部には、例えば、ガラス等の透明体からなるランプカバー１２ｃまたはレンズ（図示せず）が設置される。前記シェード１２の放物面鏡９側には、光源２から放射された無偏光Ｌを放物面鏡９に反射させるための球面鏡１０が設置されている。
【００３５】
球面鏡１０は、光源２からの光の利用効率を高めるために設けられるものであり、例えば、光源２の発光点２ｃを略中心とする球面からなる凹面鏡であり、前記シェード１２の放物面鏡９側に設置される。球面鏡１０は、光源２から放射された無偏光Ｌを放物面鏡９に反射させるための鏡である。この球面鏡１０を反射した無偏光Ｌは、さらに、放物面鏡９により反射して光軸Ｏに対して平行な平行光線となる。
【００３６】
放物面鏡９は、光源２の発光点２ｃの周囲に、その発光点２ｃを覆うように設置された鏡である。放物面鏡９は、光源２の発光点２ｃから照射された無偏光Ｌを、左右の前方側に設置した第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４に向けて反射し、かつ光軸Ｏに対して平行な平行光線にする反射する鏡である。この放物面鏡９は、例えば、光源２の発光点２ｃから四方八方に放射された球面光を平面光に反射するアルミニウム等を蒸着した略御碗形状をした非球面鏡からなる。その放物面鏡９の前方には、円筒状に合致した半円筒状の第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４が配設されている。
【００３７】
第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４は、合致すると円筒になる２つの半円筒状のハーフプリズムの斜面に、第１および第２の薄膜積層３，４をコーティング等により配設してなる。第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４は、入射した無偏光Ｌをプリズムの屈折率によって入射角がブリュースタ角になるように屈折し、その第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４中の第１および第２の薄膜積層３，４にブリュースタ角で光が入射されると、ｐ偏光Ｐを透過し、ｓ偏光Ｓを反射する。第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４は、放物面鏡９により前方側に反射された無偏光Ｌを電場の振動方向が入射面に対して平行なｐ偏光Ｐと、電場の入射面に対して垂直なｓ偏光Ｓとに分離する偏光分離素子である。
第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４は、シェード１２の円筒部１２ｂの外周部の左右に設置され、それぞれの前面部に、光軸Ｏに対して左右の水平方向に設置し、光軸Ｏに対して９０度の第１および第２の１／２波長板５，６を設置している。
【００３８】
その第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４に設置される第１および第２の薄膜積層３，４は、その第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４とシェード１２の円筒部１２ｂとの間の左右の水平方向に分割され、かつ無偏光Ｌを外側に反射するように光軸Ｏに対して傾斜させて設置される。
【００３９】
図６は、本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を示す図で、第１の偏光ビームスプリッタに設置された第１の薄膜積層の構造を示す模式図である。
第２の薄膜積層４は、前記第１の薄膜積層３と同一のものを左右対称に設置したものであり、図６を参照して一方の第１の薄膜積層３を詳しく説明する。
【００４０】
図６に示すように、第１の偏光ビームスプリッタ１３の内部の第１の薄膜積層３は、複数の透明な樹脂またはガラスからなる厚さが均一の高屈折率膜３ａと、例えば気体層からなる厚さが均一の低屈折率膜３ｂと、積層された高屈折率膜３ａと高屈折率膜３ａとの間の距離を平行な一定の間隔で保持するためのスペーサ３ｄとからなる積層であり、無偏光Ｌがその第１の薄膜積層３に入射すると、ｐ偏光Ｐとｓ偏光Ｓとに分離するとともに、ｐ偏光Ｐを透過し、ｓ偏光Ｓを第１および第２の反射鏡７，８がある左右方向に反射する。
【００４１】
各高屈折率膜３ａ間には、透明体な気体層からなる低屈折率膜３ｂと、その低屈折率膜３ｂの形を保持するためのスペーサ３ｄとが設置されている。気体層の気体は、ここでは空気とするが、空気以外にもヘリウムおよびアルゴン等の希ガスとすることもできる。
【００４２】
スペーサ３ｄは、ガラスまたは樹脂等からなる柱形状の透明体であり、各高屈折率膜３ａ同士の間に介在される。スペーサ３ｄは、光源２から発生する熱の影響を受けるため、熱膨張の少ない耐熱性の樹脂により形成される。なお、スペーサ３ｄは、非透明体であってもよい。
【００４３】
このように、低屈折率膜３ｂを空気等からなる気体層で構成してスペーサ３ｄで保持することにより、作業工数およびコストを低減させることができる。
【００４４】
また、第１の薄膜積層３は、車両の走行中に振動や衝撃等を受けた場合であってもスペーサ３ｄによって、部分的に相対変位が許容されるとともに各高屈折率膜３ａおよび低屈折率膜３ｂの間隔を保持して、耐振動性および耐衝撃性を向上させることができる。このため、第１の偏光ビームスプリッタ１３は、車両に装備される偏光分離装置として最適なものにすることができる。
【００４５】
図８は、本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を示す図で、スペーサの変形例を示す斜視図である。
【００４６】
なお、図８に示すように、スペーサ３ｄは、各高屈折率膜３ａの間隔および各低屈折率膜３ｂの間隔を維持する保持力を向上させるために、小さな柱状の透明体からなるスペーサ３ｅを点在させて、部分的に積層を支持するようにしてもよい。このように、簡単な構成でなるスペーサ３ｅを各高屈折率膜３ａ間に点在させることにより、高屈折率膜３ａと低屈折率膜３ｂとの間を保持して、薄膜積層３を含む第１の偏光ビームスプリッタ１３が変形することを防止することができる。これにより、各高屈折率膜３ａの間をしっかり保持して、耐振動性および耐衝撃性を向上させることができる。
【００４７】
なお、スペーサ３ｅを点在させる形成手段としては、所望の気体層の厚さ（例えば、２００μｍ）より若干大きな粒径の霧状の透明な接着剤を高屈折率膜３ａに噴霧させてスペーサ３ｅを形成してもよい。このようにして、スペーサ３ｅを形成することにより、容易にスペーサ３ｅを形成することができるため、生産性を向上させることができる。
【００４８】
図９は、本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を示す図で、スペーサの他の変形例を示す斜視図である。
【００４９】
また、図９に示すように、スペーサ３ｆは、長細い板からなる透明体を格子状に形成したものでもよい。このようにスペーサ３ｆを格子状に形成することにより、さらにスペーサ３ｆの強度を向上させることができ、高屈折率膜３ａおよび低屈折率膜３ｂをしっかりと保持することができる。
【００５０】
なお、第１の薄膜積層３は、スペーサ３ｆを格子状に形成したことにより、スペーサ３ｆと高屈折率膜３ａを一度で一体に形成することが可能となり、生産性を向上させることもできる。また、第１の薄膜積層３は、各高屈折率膜３ａ間にスペーサ３ｆを挟み込むように配設して製造することも可能となり、容易に所望の第１の薄膜積層３を製造することができる。なお、スペーサ３ｆは、円形または多角形の網目状に形成されてもよい。
【００５１】
図７は、第１および第２の偏光ビームスプリッタのブリュースタ反射回数と分離したｓ偏光比率との関係を示す折れ線グラフである。
【００５２】
図６に示す無偏光Ｌをｐ偏光Ｐとｓ偏光Ｓに分離して、ｓ偏光Ｓを反射する第１の偏光ビームスプリッタ１３の第１の薄膜積層３におけるｓ偏光Ｓの偏光分離比率は、図７に示すように、ブリュースタ反射回数（高屈折率膜３ａの積層枚数）が多くなれば、大きくなる。
【００５３】
無偏光Ｌは、第１の偏光ビームスプリッタ１３に入射することによって、プリズムの屈折率により第１の薄膜積層３の入射角がブリュースタ角（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ ａｎｇｌｅ）θになる。
図６に示すように、無偏光Ｌの入射角がブリュースタ角θである場合は、略１００％のｐ偏光Ｐの成分が第１の薄膜積層３を透過する。
【００５４】
図６および図７に示すように、無偏光Ｌは、第１積層の高屈折率膜３１でｓ偏光Ｓが約１５％分離する。さらに、第２積層の高屈折率膜３２では、残りのｓ偏光Ｓが約１３％分離する。さらに、第３積層の高屈折率膜３３では、残りのｓ偏光Ｓが約１１％分離する。
このように、第１の薄膜積層３は、積層枚数を増やすことに略比例させて、ｓ偏光Ｓの分離比率を向上させることができる。
第１の薄膜積層３の積層枚数は、５枚（偏光分離比率が約５５％）以上にすることが好ましい。
【００５５】
なお、第２の偏光ビームスプリッタ１４の第２の薄膜積層４は、前記第１の偏光ビームスプリッタ１３の第１の薄膜積層３と同一のものを対称に設置したものである。
ここで、図４に示すように、ｐ偏光Ｐは、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４により反射されず、この第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４を透過して第１および第２の１／２波長板５，６に入射する。
【００５６】
そして、前記ｓ偏光Ｓは、第１および第２の薄膜積層３，４により反射されて進行方向が変わり、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４の外周部に設置した第１および第２の反射鏡７，８を照射する。
【００５７】
前照灯１においては、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４を光軸Ｏに対して左右の水平方向に設置し、光源２から放射された無偏光Ｌの入射面が水平方向に形成されているので、ｐ偏光Ｐ＝水平偏光、ｓ偏光Ｓ＝垂直偏光の関係が成り立つ。
【００５８】
その第１および第２の反射鏡７，８は、第１および第２の薄膜積層３，４の外周部に略平行に設置し、ｓ偏光Ｓの方向がｐ偏光Ｐと同方向となるように、光軸Ｏに対して前側に所定の角度傾けて設置した左右の２枚の平面鏡からなる。この第１および第２の反射鏡７，８は、第１および第２の薄膜積層３，４によって外周方向に向けて反射されたｓ偏光Ｓをｐ偏光Ｐと同方向に反射して、第１および第２の１／２波長板５，６の外周部を通過して、車両の前方を、第１の垂直偏光として照射する。
【００５９】
前記第１および第２の１／２波長板５，６に入射したｐ偏光Ｐは、地面に対して略垂直な電場の振動面を有する偏光に変換され、第２の垂直偏光として車両の前方を照射する。
【００６０】
図４に示すように、第１および第２の１／２波長板５，６は、例えば、液晶用透明樹脂製の１／４λ波長板を２枚重ねた板状のものからなる。第１および第２の１／２波長板５，６は、水平偏光と垂直偏光の屈折率の違いによる干渉直線効果を利用したもので、垂直偏光の光学軸を位相シフトすることにより、ｐ偏光Ｐ（入射光）の振動方向を９０度変換する機能を備えている。第１および第２の１／２波長板５，６は、それぞれ前記第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４の前方に設置して、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４を通過したｐ偏光Ｐの振動方向を９０度変換して、地面に対して垂直に振動するように変換する変換手段である。
図３に示すように、その第１および第２の１／２波長板５，６は、シェード１２の前端部の周囲に設置した左右対称な略半円板状からなる。
【００６１】
なお、第１および第２の１／２波長板５，６は、円筒状に合致された第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４の前面に直接貼り付けるように設置されているが、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４の前面から離して設置してもよい。
また、灯火装置１５の前面には、透明体からなるランプカバーやレンズを適宜に設置してもよい。
【００６２】
このように構成された本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置によれば、次のように動作する。
ライティングスイッチ（図示せず）をＯＮすると、光源２（図４参照）が点灯する。
図４に示すように、光源２から放射される無偏光Ｌの大部分は、球面鏡１０に反射されて放物面鏡９を照射するか、または直接放物面鏡９を照射する。放物面鏡９を照射した無偏光Ｌは、光軸Ｏに対して平行に前方方向に反射され、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４を照射する。
【００６３】
この無偏光Ｌは、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４に入射することによってプリズムの屈折率で入射角がブリュースタ角になるように屈折される。そして、その第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４中の第１および第２の薄膜積層３，４にブリュースタ角で光が入射されると、ｐ偏光Ｐとｓ偏光Ｓとに分離される。ｓ偏光Ｓは、反射して第１および第２の反射鏡７，８を照射し、ｐ偏光Ｐは透過して第１および第２の１／２波長板５，６を照射する。このうちのｓ偏光Ｓは、第１および第２の反射鏡７，８によってｐ偏光Ｐと同方向となり、第１の垂直偏光として前方を照射する。
【００６４】
さらに、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４により分離された前記ｐ偏光Ｐは、第１および第２の１／２波長板５，６により第２の垂直偏光に変換されて、地面の垂直方向に反射率の小さい垂直偏光を前方に照射する。
【００６５】
灯火装置１５は、前記第１および第２の垂直偏光で前方を照射するため、第１および第２の垂直偏光の地面に垂直方向の反射率は、水平偏光のそれよりも小さいので、無偏光Ｌを照射する場合に比べて垂直方向に拡散する反射の程度を格段に小さくすることが可能となる。このため、例えば、濃霧・豪雨時においても、水蒸気粒子や雨滴による垂直方向に拡散する反射を抑制することが可能となり、従来以上に前方の視界を確保することができる。
【００６６】
図１０は、本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を示す図で、（ａ）は濃霧・豪雨時に前照灯から照射された光の分布状況を示した模式図で、（ｂ）は灯火装置から光が照射されたときに雨滴の表面に生じる乱反射の状況を示す模式図である。
【００６７】
図１０（ａ）に示すように、本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置は、濃霧・豪雨等で視界が遮られているとき、灯火装置１５から照射された垂直偏光は、水蒸気微粒子や雨滴に入射されたとしても、無偏光を照射する従来の前照灯と比較して垂直方向に拡散して反射される割合が格段に小さくなる。このため、車両の前方に光の壁が出現することなく、運転者は、車両の前方の視界を確保して、遠方まで視認することが可能となる。
【００６８】
また、図１０（ｂ）に示すように、灯火装置１５が垂直偏光を照射することにより、雨滴の表面で生じる垂直方向に拡散する反射が小さく抑制されるため、運転者は、前記光の壁に邪魔されることなく前方の視界を確保することが可能となる。
【００６９】
また、雨天の夜間時に車両を運転する場合において、道路表面に存在する水膜により反射された他の車両の前照灯から照射された光が視界に入るため、路面がぎらついて見え、非常に走行し難いことがある。
【００７０】
しかしながら、本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置は、雨天の夜間時に、自車の前照灯１から照射された光の道路表面における反射が抑制されることにより、対向車の運転者が自車の前照灯１から照射されて路面で反射された光による眩しさを低減することができる。このため、自車の運転者および対向車の運転者の前方の視認性を向上させて、より快適に車両の運転を行うようにすることが可能となる。
【００７１】
さらに、本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置は、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１３，１４により分離されたｐ偏光Ｐを第１および第２の１／２波長板５，６によりｓ偏光Ｓの第２の垂直偏光に変換して照射することにより、光源２から放射された光を遮断することなく、効率良く前方に向けて出射させることができる。このため、車両の前方の視界の遮りを解消して、明るく鮮明に照射することができる。
灯火装置１５は、車両のフォグランプに使用しても、前照灯１と同様に車両の前方の視界の遮りを解消して、明るく鮮明に照射することができる。
【００７２】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
また、灯火装置１５は、リアフォグランプ、車幅灯、方向指示灯、およびストップランプに使用することにより、耐振動性および耐衝撃性が良好な偏光分離装置を備え、濃霧・豪雨時に、他の車両の運転者が前記各ランプから放射されてくる光を鮮明に見える各ランプにすることができる。
なお、灯火装置１５は、オートバイ等の二輪車の前照灯や、モータボート等の船舶の前照灯であってもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の偏光分離装置によれば、スペーサを設けたことにより、偏光分離装置に振動が作用した場合であっても、スペーサ以外の部分では各高屈折率膜同士の相対変位が許容されるため、偏光分離装置の性能を長く確保することができる。また、スペーサは、高屈折率膜と低屈折率膜との間を保持するため、高屈折率膜と低屈折率膜が変形したり、位置がずれたりすることを阻止することができる。
【００７４】
本発明の請求項２に記載の車両用灯火装置によれば、スペーサにより、スペーサが各高屈折率膜の間を一定に保つことができる。このため、車両が走行中の振動や衝撃を受けても、スペーサが各高屈折率膜の間の距離やその形状を維持させて、常に良好な偏光分離を行うことができ、車両の灯火装置に最適な偏光分離装置を提供することができる。また、低屈折率膜を気体層から形成したことにより、コストダウンを図ることができる。各高屈折率膜の間には、部分的にスペーサが介在されたことにより、スペーサが高屈折率膜を通過するｐ偏光およびｓ偏光を遮ることを防止して、光の利用率を向上させることができる。
【００７５】
請求項３に記載の偏光分離装置および車両用灯火装置によれば、スペーサを点在させたことにより、簡単な構成でスペーサの機能を得ることができるとともに、各高屈折率膜の間を通過するｐ偏光およびｓ偏光を遮ることを極めて最小限に抑えることができる。また、スペーサは、各高屈折率膜の間に点在されたことにより、各高屈折率膜の間に容易に設置することができるため、生産性を向上させることができる。
【００７６】
請求項４に記載の偏光分離装置および車両用灯火装置によれば、スペーサは、格子状または網目状に形成されたことにより、構成が簡単で頑丈なスペーサを得ることができる。また、スペーサは、各高屈折率膜の間に挟み込んで設置することが可能となるため、容易に所望の偏光分離機能を備えた偏光分離装置を得ることができ、生産性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｐ偏光およびｓ偏光について説明するための概略斜視図である。
【図２】ｓ偏光，ｐ偏光と、水平偏光，垂直偏光との違いを説明するための図で、（ａ）は偏光分離手段が地面に対して平行に設置したときのｐ偏光とｓ偏光の振動方向を示す概略斜視図、（ｂ）は偏光分離手段が地面に対して平行に設置したときのｐ偏光とｓ偏光の振動方向を示す概略側面図、（ｃ）は偏光分離手段が地面に対して傾けて設置したときのｐ偏光とｓ偏光の振動方向を示す概略斜視図、（ｄ）は偏光分離手段が地面に対して傾けて設置したときのｐ偏光とｓ偏光の振動方向を示す概略側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を模式的に示す正面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３に示した灯火装置の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を示す図で、第１の偏光ビームスプリッタに設置された第１の薄膜積層の構造を示す模式図である。
【図７】第１および第２の偏光ビームスプリッタのブリュースタ反射回数と分離したｓ偏光比率との関係を示す折れ線グラフである。
【図８】本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を示す図で、スペーサの変形例を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を示す図で、スペーサの他の変形例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る偏光分離装置および車両用灯火装置を示す図で、（ａ）は濃霧・豪雨時に前照灯から照射された光の分布状況を示した模式図で、（ｂ）は灯火装置から光が照射されたときに雨滴の表面に生じる乱反射の状況を示す模式図である。
【図１１】濃霧・豪雨時に前照灯から放射された光の状態を示す図で、（ａ）はそのときの前照灯の光の分布状況を示す模式図、（ｂ）はそのときに雨滴の表面で生じる乱反射の状況を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 前照灯
２ 光源
３ 第１の薄膜積層
４ 第２の薄膜積層
５ 第１の１／２波長板
６ 第２の１／２波長板
７ 第１の反射鏡
８ 第２の反射鏡
１３ 第１の偏光ビームスプリッタ（偏光分離装置）
１４ 第２の偏光ビームスプリッタ（偏光分離装置）
１５ 灯火装置
Ｌ 無偏光
Ｐ ｐ偏光
Ｓ ｓ偏光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization separation device and a vehicle lighting device, and more particularly to a polarization separation device that separates non-polarized light emitted from a light source into p-polarized light and s-polarized light, and a vehicle lighting device including the polarization separation device.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, there has been disclosed a polarization separation device in which a high-refractive-index film and a low-refractive-index film are alternately stacked to improve the utilization of light emitted from a light source (for example, see Patent Document 1).
This polarization separation device is a polarizing surface light source device in an image display device using linearly polarized light, such as a general-purpose liquid crystal display device.
Here, the polarization separation device is formed by forming a polarization separation layer by stacking two to six pieces of glass as a high refractive index film, a transparent film made of a polyester film or a bisphenol A polycarbonate film, or the like.
[0003]
Further, a lighting device such as a headlight and a fog lamp mounted on the vehicle is turned on when it is difficult for the naked eye to confirm the situation ahead.
[0004]
FIGS. 11A and 11B are diagrams showing a state of light emitted from the headlight at the time of heavy fog and heavy rain, where FIG. 11A is a schematic diagram showing a light distribution state of the headlight at that time, and FIG. It is a schematic diagram which shows the situation of the irregular reflection which arises on the surface of a raindrop.
[0005]
As shown in FIG. 11A, when the headlight is turned on during the occurrence of heavy fog or heavy rain, the light radiated from the headlight is irregularly reflected on the surface of fine particles of water vapor or raindrops present on the optical path. In addition, since a light wall is formed near the vehicle, the driver cannot secure a distant view of the vehicle.
[0006]
As shown in FIG. 11 (b), the light is reflected many times in various directions on the surface of the raindrop, and a light wall caused by the raindrop illuminated by the headlight appears in front of the vehicle. Can be In such a situation, it is not possible to confirm an object that can be confirmed in the case of normal visibility.
[0007]
Here, water droplets that fly from the air during heavy fog and heavy rain have a substantially spherical shape. However, as the particle size increases, the droplets become flatter due to the air resistance at the time of falling, and the surface area increases. Since the water droplet has such a shape, the light of the headlight that enters from the side is irregularly reflected in various directions, and is particularly diffused and reflected in a direction perpendicular to the ground. Furthermore, during heavy fog and heavy rain, since the number density per unit volume is high, light that has been irregularly reflected once by water droplets is repeatedly reflected by many nearby water droplets. The entire area illuminated by the light is illuminated, and it is felt as if a light wall appears near the vehicle. In particular, the view is blocked by reflected light in a direction perpendicular to the ground, so that it is difficult to see a distant place.
[0008]
Therefore, in order to solve this problem and improve the visibility ahead of the vehicle, it is conceivable to employ the polarization separation device of Patent Document 1 in a vehicle lighting device.
That is, it can be inferred that the polarization separation device improves the utilization rate of light emitted from the light source and illuminates the front of the vehicle brightly.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-9-293406 (pages 4 to 5, FIG. 1 and FIGS. 8 to 12)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a polarized light separating device in which a high-refractive-index film and a low-refractive-index film composed of a solid such as the transparent film of Patent Document 1 are laminated is used for a vibrating object that vibrates during traveling of a vehicle, for example, May deform or shift between the high refractive index film and the low refractive index film.
Therefore, the displacement between the stacks of the high refractive index film and the low refractive index film causes a change in the refractive index and the reflection direction, so that appropriate refraction and reflection of light cannot be performed and separation into appropriate polarized light cannot be performed. There was a problem.
[0011]
The polarization separation device and the vehicle lighting device equipped with the polarization separation device are durable without deformation or displacement between the high refractive index film and the low refractive index film of the polarization separation device due to vibration or the like. Therefore, it is desirable that proper refraction / reflection of light and separation into appropriate polarized light can always be performed.
[0012]
An object of the present invention is to provide a polarization separation device capable of always performing appropriate polarization separation of light without deformation between a high refractive index film and a low refractive index film due to vibration or the like, and a vehicle lamp including the polarization separation device. It is to provide a device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problem, the polarization separation device according to claim 1, wherein an electric field is generated by alternately stacking high-refractive-index films and low-refractive-index films and transmitting or reflecting unpolarized light emitted from a light source. A polarization separation device that separates the vibration direction into p-polarized light parallel to the plane of incidence and the s-polarized light with the vibration direction of the electric field perpendicular to the plane of incidence, wherein the low-refractive-index film is made of a gas layer; A spacer is partially interposed between the high refractive index films.
[0014]
According to the first aspect of the present invention, by providing the spacer, even when vibration is applied to the polarization beam splitter, each high refractive index is formed by a gas layer that is a low refractive index film in portions other than the spacer. Since relative displacement between the index films is allowed, the performance of the polarization separation device can be ensured for a long time. Further, since the spacer holds the high refractive index film and the low refractive index film between the high refractive index film and the low refractive index film, it is possible to prevent the high refractive index film and the low refractive index film from being deformed or displaced. it can.
[0015]
In the vehicle lighting device according to claim 2, the high-refractive-index film and the low-refractive-index film are alternately stacked, and the non-polarized light emitted from the light source is transmitted or reflected so that the vibration direction of the electric field is on the incident surface. A vehicular lighting device including a polarization separation device that separates p-polarized light parallel to the s-polarized light and an oscillating direction of the electric field perpendicular to the plane of incidence, wherein the low-refractive-index film is formed of a gas layer. A spacer is partially interposed between the high refractive index films.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, the space between the high refractive index films can be kept constant by the spacer. For this reason, even if the vehicle receives vibrations or shocks during traveling, the spacer maintains the distance between the high refractive index films and the shape thereof, so that good polarization separation can always be performed. It is possible to provide a polarization separation device most suitable for the above. Further, the cost can be reduced by forming the low refractive index film from the gas layer. Since the spacer is partially interposed between the high refractive index films, it prevents the spacer from blocking the p-polarized light and the s-polarized light passing through the high refractive index film, thereby improving the light utilization. be able to.
[0017]
The polarized light separating device and the vehicle lighting device according to claim 3 are the polarized light separating device and the vehicle lighting device according to claim 1 or 2, wherein the spacer has a point between each high refractive index film. It is characterized by being present.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, since the spacers are scattered between the high refractive index films, the function of the spacer can be obtained with a simple configuration and the spacers pass between the high refractive index films. The blocking of the p-polarized light and the s-polarized light can be minimized. In addition, since the spacer can be easily installed between the high refractive index films, the productivity can be improved.
[0019]
The polarized light separating device and the vehicular lighting device according to claim 4 are the polarized light separating device and the vehicular lighting device according to claim 1 or 2, wherein the spacer is formed in a lattice shape or a mesh shape. It is characterized by having.
[0020]
According to the fourth aspect of the invention, since the spacer is formed in a lattice shape or a mesh shape, it is possible to obtain a strong spacer having a simple configuration. In addition, since the spacers can be interposed between the high-refractive-index films, it is possible to easily obtain a polarization separation device having a desired polarization separation function, and to improve productivity. it can.
[0021]
In the polarization separation device and the vehicular lighting device according to the present invention, it is preferable that the material of the spacer is a heat-resistant resin.
According to such a configuration, deformation due to heat of a light source, sunlight, or the like is prevented, so that appropriate polarization separation of light can always be performed. Further, since the spacer is made of resin, it can be easily manufactured.
[0022]
In the polarization separation device and the vehicular lighting device according to the present invention, it is preferable that the spacer is formed integrally with the high refractive index film.
With such a configuration, the spacer and each of the high-refractive-index films can be integrally formed at once, so that the number of parts and the number of assembling steps can be reduced, and the cost can be reduced.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the description of the present embodiment, “p-polarized light, s-polarized light, horizontal polarized light, and vertical polarized light” will be first described for convenience of description, and then “implementation of the polarization separation device and the vehicle lighting device according to the present invention”. Form ".
In the embodiment of the present invention, “front” is the front side of the vehicle, “rear” is the rear side of the vehicle, “upper” is the vertical upper side, and “lower” is the vertical lower side.
[0024]
(P-polarized light, s-polarized light, horizontal polarized light, vertical polarized light)
First, p-polarized light, s-polarized light, horizontal polarized light, and vertical polarized light will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining p-polarized light and s-polarized light. FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the difference between s-polarized light and p-polarized light and horizontal polarized light and vertical polarized light. FIG. 2A illustrates p-polarized light when the polarization separation unit is installed in parallel with the ground. And (b) is a schematic side view showing the vibration directions of p-polarized light and s-polarized light when the polarization separation means is installed in parallel with the ground, and (c) is FIG. 3D is a schematic perspective view showing the oscillation directions of the p-polarized light and the s-polarized light when the polarization separation unit is installed at an angle to the ground, and FIG. It is a schematic side view which shows the vibration direction of s-polarized light.
[0025]
As shown in FIG. 1, p-polarized light is linearly polarized light whose electric field vibration direction (electric field vector) is parallel to the plane of incidence, and s-polarized light is that the vibration direction of the electric field is perpendicular to the plane of incidence. It is linearly polarized light. Note that the term “incident surface” refers to a surface that includes a normal to a reflecting surface from which light is reflected and an optical axis of the incident light. That is, the p-polarized light and the s-polarized light are concepts defined for the incident plane.
[0026]
On the other hand, horizontal polarization and vertical polarization are concepts defined with respect to the ground, and the polarization of the electric field is parallel to the ground, and the polarization of the electric field is perpendicular to the ground. It is called vertical polarization. Therefore, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), when the incident surface of the polarized light separating means is arranged perpendicular to the ground, that is, when the ground is a reflecting surface, the polarized light separating means is used. The separated p-polarized light matches the vertical polarization and the s-polarized light matches the horizontal polarization.
Further, as shown in FIGS. 2C and 2D, when the incident surface of the polarization splitting means is not arranged perpendicular to the ground, that is, when the ground is not a reflecting surface, p-polarized light, s The polarization does not match the vertical polarization and the horizontal polarization, respectively.
[0027]
(Embodiment)
Next, a polarized light separating device and a vehicle lighting device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a front view schematically showing the polarization separation device and the vehicular lighting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 5 is a perspective view of the lighting device shown in FIG.
The lighting device 15 shown in FIGS. 3 to 5 is, for example, a headlight 1, a fog lamp, a rear fog lamp, a vehicle width lamp, a direction indicator, a stop lamp, and the like of a vehicle.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described by taking as an example a case where the present invention is used for a headlight of a vehicle.
[0028]
As shown in FIG. 4, the headlamp 1 separates unpolarized light L radiated from the light source 2 into p-polarized light P and s-polarized light S by first and second polarizing beam splitters 13 and 14, and among them, S-polarized light S is converted into a first vertically polarized light, and the separated p-polarized light P is further converted into a second vertically polarized light by first and second half-wave plates 5, 6. And illuminate the front of the vehicle with the second vertically polarized light.
[0029]
The headlamp 1 includes a light source 2, a parabolic mirror 9 for aligning an irradiation angle of the unpolarized light L emitted from the light source 2 in a forward direction into parallel rays, and a non-polarized light L emitted from the light source 2. And a second mirror for separating the unpolarized light L from the parabolic mirror 9 into p-polarized light P (horizontal polarized light) and s-polarized light S (first vertical polarized light). The first and second polarization beam splitters 13 and 14 and the first and second polarization beam splitters 13 and 14 for reflecting the s-polarized light S (first vertically polarized light) separated by the first and second polarization beam splitters 13 and 14. , And first and second half-wave plates 5 and 6 for converting p-polarized light P (horizontal polarized light) into second vertically polarized light.
[0030]
The “first polarization beam splitter 13 and the second polarization beam splitter 14” correspond to a “polarization splitting device” in the claims.
[0031]
Hereinafter, details of each part of the headlamp 1 will be described with reference to FIGS.
The headlight 1 is a lamp that irradiates the front of the vehicle with light emitted from the light source 2, and is installed at the left and right front ends of a vehicle body (not shown).
[0032]
As shown in FIG. 4, the light source 2 is composed of, for example, an HID (High Intensity Discharge) light or the like, and emits the same unpolarized light L as the natural light around the light emitting point 2c. The light source 2 has a proximal end 2a connected to a terminal portion 11 of a lamp housing (not shown), and a distal end 2b inserted through a through hole 12a of a shade 12 and arranged in a cylindrical portion 12b. The light emitting point 2c of the light source 2 is arranged at the center between the parabolic mirror 9 and the spherical mirror 10. The light source 2 is a lamp that emits unpolarized natural light L around the light emitting point 2c. Most of the unpolarized light L emitted from the light source 2 irradiates the spherical mirror 10 and the parabolic mirror 9. The light source 2 is turned on by turning on a lighting switch (not shown) of a combination switch (not shown) installed near the driver's seat, and illuminates the front of the vehicle.
[0033]
The light source 2 is not limited to the HID light, but may be another lamp such as a halogen headlamp or a xenon headlamp, and the type thereof is not particularly limited.
[0034]
The shade 12 is formed of, for example, a substantially cylindrical member in which the through hole 12a, the cylindrical portion 12b, and the spherical mirror 10 are integrally formed of glass or the like, and is installed on the optical axis O. The through hole 12a is a hole through which the distal end portion 2b of the light source 2 is inserted. The cylindrical portion 12b is a light guide for guiding light emitted from the distal end portion 2b of the light source 2 forward. A lamp cover 12c or a lens (not shown) made of, for example, a transparent material such as glass is provided on the front surface of the cylindrical portion 12b. On the parabolic mirror 9 side of the shade 12, a spherical mirror 10 for reflecting the unpolarized light L emitted from the light source 2 to the parabolic mirror 9 is provided.
[0035]
The spherical mirror 10 is provided to increase the efficiency of using light from the light source 2, and is, for example, a concave mirror having a spherical surface having a light emitting point 2 c of the light source 2 as a center and a parabolic mirror of the shade 12. It is installed on the 9 side. The spherical mirror 10 is a mirror for reflecting the non-polarized light L emitted from the light source 2 to the parabolic mirror 9. The unpolarized light L reflected by the spherical mirror 10 is further reflected by the parabolic mirror 9 to be a parallel light beam parallel to the optical axis O.
[0036]
The parabolic mirror 9 is a mirror installed around the light emitting point 2c of the light source 2 so as to cover the light emitting point 2c. The parabolic mirror 9 reflects the non-polarized light L emitted from the light emitting point 2c of the light source 2 toward the first and second polarizing beam splitters 13 and 14 installed on the left and right front sides, and has an optical axis. It is a mirror that reflects parallel light rays parallel to O. The parabolic mirror 9 is formed of, for example, an approximately bowl-shaped aspherical mirror formed by evaporating aluminum or the like that reflects spherical light emitted from the light emitting point 2c of the light source 2 in all directions to plane light. In front of the parabolic mirror 9, semi-cylindrical first and second polarizing beam splitters 13 and 14 that match the cylindrical shape are arranged.
[0037]
The first and second polarization beam splitters 13 and 14 are formed by coating first and second thin film laminates 3 and 4 on the slopes of two semi-cylindrical half prisms that become cylindrical when they match with each other by coating or the like. Become. The first and second polarization beam splitters 13 and 14 refract the incident non-polarized light L so that the incident angle becomes the Brewster angle by the refractive index of the prism, and the first and second polarization beam splitters 13 and 14 respectively. When light is incident on the first and second thin film stacks 3 and 4 in 14 at a Brewster angle, the light transmits p-polarized light P and reflects s-polarized light S. The first and second polarization beam splitters 13 and 14 convert the non-polarized light L reflected forward by the parabolic mirror 9 into p-polarized light P whose vibration direction of the electric field is parallel to the plane of incidence and the incidence of the electric field. This is a polarization splitting element that splits light into s-polarized light S perpendicular to the plane.
The first and second polarization beam splitters 13 and 14 are installed on the left and right sides of the outer periphery of the cylindrical portion 12b of the shade 12, and are installed on the front surfaces thereof in the horizontal direction on the left and right sides with respect to the optical axis O. First and second half-wave plates 5 and 6 at 90 degrees with respect to the axis O are provided.
[0038]
The first and second thin film stacks 3 and 4 installed on the first and second polarization beam splitters 13 and 14 include the first and second polarization beam splitters 13 and 14 and the cylindrical portion 12 b of the shade 12. And is inclined with respect to the optical axis O so as to reflect the non-polarized light L outward.
[0039]
FIG. 6 is a diagram illustrating the polarization separation device and the vehicular lighting device according to the embodiment of the present invention, and is a schematic diagram illustrating a structure of a first thin film stack provided in the first polarization beam splitter.
The second thin film stack 4 is the same as the first thin film stack 3 and is symmetrically installed. One of the first thin film stacks 3 will be described in detail with reference to FIG.
[0040]
As shown in FIG. 6, the first thin film stack 3 inside the first polarization beam splitter 13 includes a high refractive index film 3 a having a uniform thickness made of a plurality of transparent resins or glasses and, for example, a gas layer. A low refractive index film 3b having a uniform thickness, and a spacer 3d for maintaining a distance between the stacked high refractive index films 3a and the high refractive index films 3a at constant parallel intervals. When the unpolarized light L enters the first thin film stack 3, it separates into the p-polarized light P and the s-polarized light S, transmits the p-polarized light P, and converts the s-polarized light S into the first and second reflecting mirrors 7. , 8 are reflected right and left.
[0041]
A low-refractive-index film 3b made of a transparent gas layer and a spacer 3d for maintaining the shape of the low-refractive-index film 3b are provided between the high-refractive-index films 3a. Here, the gas in the gas layer is air, but may be a rare gas such as helium and argon in addition to air.
[0042]
The spacer 3d is a columnar transparent body made of glass, resin, or the like, and is interposed between the high refractive index films 3a. Since the spacer 3d is affected by the heat generated from the light source 2, the spacer 3d is formed of a heat-resistant resin having a small thermal expansion. Note that the spacer 3d may be a non-transparent body.
[0043]
As described above, by configuring the low-refractive-index film 3b with a gas layer made of air or the like and holding it with the spacer 3d, the number of work steps and costs can be reduced.
[0044]
Even when the first thin film laminate 3 is subjected to vibration, impact, or the like during traveling of the vehicle, the relative displacement is partially allowed by the spacer 3d, and each of the high refractive index films 3a and the low refractive index The vibration resistance and the shock resistance can be improved while maintaining the interval between the rate films 3b. For this reason, the first polarization beam splitter 13 can be optimized as a polarization separation device mounted on a vehicle.
[0045]
FIG. 8 is a diagram illustrating a polarization separation device and a vehicular lighting device according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view illustrating a modified example of the spacer.
[0046]
As shown in FIG. 8, the spacer 3d is made of a small columnar transparent body 3e in order to improve the holding power for maintaining the interval between the high refractive index films 3a and the interval between the low refractive index films 3b. May be interspersed to partially support the lamination. As described above, the spacers 3e having a simple configuration are interspersed between the high refractive index films 3a, thereby holding the space between the high refractive index films 3a and the low refractive index films 3b and including the thin film stack 3. The first polarization beam splitter 13 can be prevented from being deformed. Thereby, the space between the high refractive index films 3a is firmly held, and the vibration resistance and the shock resistance can be improved.
[0047]
As a means for forming the spacers 3e, the transparent high-refractive-index film 3a is sprayed with a mist-like transparent adhesive having a particle diameter slightly larger than a desired thickness of the gas layer (for example, 200 μm). May be formed. By forming the spacer 3e in this manner, the spacer 3e can be easily formed, so that productivity can be improved.
[0048]
FIG. 9 is a diagram illustrating a polarization separation device and a vehicle lighting device according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view illustrating another modified example of the spacer.
[0049]
As shown in FIG. 9, the spacer 3f may be formed by forming a transparent body made of a long and thin plate in a lattice shape. By forming the spacers 3f in a lattice shape in this manner, the strength of the spacers 3f can be further improved, and the high refractive index film 3a and the low refractive index film 3b can be firmly held.
[0050]
In the first thin film stack 3, since the spacers 3f are formed in a lattice shape, the spacers 3f and the high-refractive-index film 3a can be integrally formed at one time, and the productivity can be improved. In addition, the first thin film stack 3 can be manufactured by disposing the spacers 3f between the high refractive index films 3a so that the desired first thin film stack 3 can be easily manufactured. it can. The spacer 3f may be formed in a circular or polygonal mesh.
[0051]
FIG. 7 is a line graph showing the relationship between the number of Brewster reflections of the first and second polarizing beam splitters and the separated s-polarized light ratio.
[0052]
The non-polarized light L shown in FIG. 6 is separated into the p-polarized light P and the s-polarized light S, and the polarization separation ratio of the s-polarized light S in the first thin film stack 3 of the first polarizing beam splitter 13 that reflects the s-polarized light S is As shown in FIG. 7, the larger the number of Brewster reflections (the number of stacked high refractive index films 3a), the larger the value.
[0053]
The non-polarized light L enters the first polarizing beam splitter 13, so that the incident angle of the first thin film stack 3 becomes the Brewster angle θ due to the refractive index of the prism.
As shown in FIG. 6, when the incident angle of the unpolarized light L is the Brewster angle θ, approximately 100% of the component of the p-polarized light P passes through the first thin film stack 3.
[0054]
As shown in FIGS. 6 and 7, in the non-polarized light L, the s-polarized light S is separated by about 15% in the high refractive index film 31 of the first laminate. Further, in the second high refractive index film 32, the remaining s-polarized light S is separated by about 13%. Further, in the high refractive index film 33 of the third laminate, the remaining s-polarized light S is separated by about 11%.
As described above, the first thin film stack 3 can improve the separation ratio of the s-polarized light S substantially in proportion to the increase in the number of stacked layers.
The number of the first thin film stacks 3 is preferably 5 or more (the polarization separation ratio is about 55%) or more.
[0055]
The second thin film stack 4 of the second polarizing beam splitter 14 is the same as the first thin film stack 3 of the first polarizing beam splitter 13 symmetrically installed.
Here, as shown in FIG. 4, the p-polarized light P is not reflected by the first and second polarization beam splitters 13 and 14, but passes through the first and second polarization beam splitters 13 and 14, and The light enters the first and second half-wave plates 5 and 6.
[0056]
Then, the s-polarized light S is reflected by the first and second thin film stacks 3 and 4 and changes its traveling direction, and the first and second s-polarized light S are provided on the outer peripheral portions of the first and second polarizing beam splitters 13 and 14. The two reflecting mirrors 7, 8 are irradiated.
[0057]
In the headlamp 1, the first and second polarizing beam splitters 13 and 14 are installed in the horizontal direction on the left and right with respect to the optical axis O, and the incident surface of the unpolarized light L emitted from the light source 2 extends in the horizontal direction. Since they are formed, a relationship of p-polarized light P = horizontal polarized light and s-polarized light S = vertical polarized light holds.
[0058]
The first and second reflecting mirrors 7 and 8 are installed substantially parallel to the outer peripheral portions of the first and second thin film stacks 3 and 4 so that the direction of the s-polarized light S is the same as the direction of the p-polarized light P. And two plane mirrors on the left and right which are installed at a predetermined angle to the front with respect to the optical axis O. The first and second reflecting mirrors 7 and 8 reflect the s-polarized light S reflected in the outer peripheral direction by the first and second thin film stacks 3 and 4 in the same direction as the p-polarized light P, and The light passes through the outer peripheral portions of the first and second half-wave plates 5 and 6 and irradiates the front of the vehicle as first vertically polarized light.
[0059]
The p-polarized light P incident on the first and second half-wave plates 5 and 6 is converted into polarized light having a vibration plane of an electric field substantially perpendicular to the ground, and is converted into a second vertically polarized light in front of the vehicle. Is irradiated.
[0060]
As shown in FIG. 4, the first and second half-wave plates 5 and 6 are formed, for example, in a plate shape in which two quarter-wave plates made of transparent resin for liquid crystal are stacked. The first and second half-wave plates 5 and 6 make use of the interference linear effect due to the difference in the refractive index between the horizontal polarization and the vertical polarization. It has a function of converting the vibration direction of P (incident light) by 90 degrees. The first and second half-wave plates 5, 6 are installed in front of the first and second polarization beam splitters 13, 14, respectively, and the first and second polarization beam splitters 13, 14 are provided. This is a conversion unit that converts the vibration direction of the p-polarized light P that has passed through by 90 degrees and vibrates perpendicularly to the ground.
As shown in FIG. 3, the first and second half-wave plates 5 and 6 have a substantially symmetrical semi-circular shape disposed around the front end of the shade 12.
[0061]
The first and second half-wave plates 5 and 6 are installed so as to be directly attached to the front surfaces of the first and second polarizing beam splitters 13 and 14 which are cylindrically matched. The first and second polarization beam splitters 13 and 14 may be installed separately from the front surface.
Further, a lamp cover or a lens made of a transparent body may be appropriately provided on the front surface of the lighting device 15.
[0062]
According to the thus-configured polarization separation device and the vehicular lighting device according to the embodiment of the present invention, the following operation is performed.
When a lighting switch (not shown) is turned on, the light source 2 (see FIG. 4) is turned on.
As shown in FIG. 4, most of the unpolarized light L emitted from the light source 2 is reflected by the spherical mirror 10 and irradiates the parabolic mirror 9 or irradiates the parabolic mirror 9 directly. The non-polarized light L irradiated on the parabolic mirror 9 is reflected in a forward direction parallel to the optical axis O, and irradiates the first and second polarizing beam splitters 13 and 14.
[0063]
The non-polarized light L enters the first and second polarization beam splitters 13 and 14 and is refracted so that the incident angle becomes the Brewster angle by the refractive index of the prism. When light enters the first and second thin film stacks 3 and 4 in the first and second polarizing beam splitters 13 and 14 at a Brewster angle, the light is separated into p-polarized light P and s-polarized light S. Is done. The s-polarized light S is reflected and irradiates the first and second reflecting mirrors 7 and 8, and the p-polarized light P is transmitted and irradiates the first and second half-wave plates 5 and 6. Of these, the s-polarized light S becomes the same direction as the p-polarized light P by the first and second reflecting mirrors 7 and 8, and irradiates the front as the first vertically polarized light.
[0064]
Further, the p-polarized light P separated by the first and second polarizing beam splitters 13 and 14 is converted into a second vertical polarized light by first and second half-wave plates 5 and 6, and is grounded. In the vertical direction, a vertically polarized light having a small reflectance is irradiated forward.
[0065]
Since the lighting device 15 illuminates the front with the first and second vertically polarized lights, the reflectance of the first and second vertically polarized lights in the direction perpendicular to the ground is smaller than that of the horizontally polarized light, and thus the unpolarized light is not used. As compared with the case of irradiating L, the degree of reflection diffused in the vertical direction can be significantly reduced. For this reason, for example, even in the case of heavy fog or heavy rain, it is possible to suppress the reflection that is diffused in the vertical direction due to the water vapor particles and the raindrops, and it is possible to secure a more forward view than before.
[0066]
FIG. 10 is a diagram illustrating a polarization separation device and a vehicular lighting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 10A is a schematic diagram illustrating a distribution state of light emitted from a headlight during heavy fog and heavy rain. (B) is a schematic diagram showing a state of diffuse reflection on the surface of a raindrop when light is emitted from a lighting device.
[0067]
As shown in FIG. 10 (a), the polarized light separating device and the vehicular lighting device according to the embodiment of the present invention have the vertical polarization radiated from the lighting device 15 when the view is blocked by heavy fog or heavy rain. Even when incident on water vapor fine particles and raindrops, the ratio of being diffused and reflected in the vertical direction is significantly smaller than that of a conventional headlight that irradiates non-polarized light. For this reason, the driver can secure a field of view in front of the vehicle without seeing a light wall in front of the vehicle, and can visually recognize the driver from a distance.
[0068]
Further, as shown in FIG. 10 (b), when the lighting device 15 irradiates the vertically polarized light, the vertically diffused reflection generated on the surface of the raindrop is suppressed to be small. It is possible to secure a forward view without being obstructed by the vehicle.
[0069]
In addition, when driving a vehicle during the nighttime of rainy weather, the light emitted from the headlights of other vehicles reflected by the water film existing on the road surface enters the field of view, so that the road surface looks glare, and It may be difficult to drive.
[0070]
However, the polarization separation device and the vehicular lighting device according to the embodiment of the present invention are opposed to each other by suppressing the reflection of the light emitted from the headlight 1 of the own vehicle on the road surface during rainy night. The glare caused by the light emitted from the headlight 1 of the vehicle and reflected on the road surface by the driver of the vehicle can be reduced. For this reason, it becomes possible to improve the visibility ahead of the driver of the own vehicle and the driver of the oncoming vehicle, and to drive the vehicle more comfortably.
[0071]
Furthermore, the polarization separation device and the vehicular lighting device according to the embodiment of the present invention convert the p-polarized light P separated by the first and second polarization beam splitters 13 and 14 into first and second half wavelengths. By converting the s-polarized light S into the second vertically polarized light by the plates 5 and 6 and irradiating the light, the light emitted from the light source 2 can be efficiently emitted forward without blocking. For this reason, it is possible to eliminate obstruction of the field of view in front of the vehicle, and to irradiate brightly and clearly.
Even when the lighting device 15 is used as a fog lamp of a vehicle, it can eliminate the obstruction of the field of view in front of the vehicle similarly to the headlight 1 and irradiate brightly and clearly.
[0072]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea, and the present invention naturally extends to these modified and changed inventions. is there.
In addition, the lighting device 15 is provided with a polarization separation device having good vibration resistance and shock resistance by being used for a rear fog lamp, a vehicle width lamp, a direction indicator lamp, and a stop lamp. The light emitted from each of the lamps by the driver of the vehicle can be converted into each of the lamps that can be seen clearly.
The lighting device 15 may be a headlight of a motorcycle such as a motorcycle or a headlight of a boat such as a motor boat.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the polarized light separating device of the first aspect of the present invention, even if vibration is applied to the polarized light separating device, the height of each of the portions other than the spacer is increased even if vibration is applied to the polarized light separating device. Since relative displacement between the refractive index films is allowed, the performance of the polarization separation device can be ensured for a long time. Further, since the spacer holds the space between the high-refractive-index film and the low-refractive-index film, it is possible to prevent the high-refractive-index film and the low-refractive-index film from being deformed or displaced.
[0074]
According to the vehicle lighting device of the second aspect of the present invention, the spacer can keep the space between the high refractive index films constant by the spacer. For this reason, even if the vehicle receives vibrations or shocks during traveling, the spacer maintains the distance between the high refractive index films and the shape thereof, so that good polarization separation can always be performed. It is possible to provide a polarization separation device most suitable for the above. Further, the cost can be reduced by forming the low refractive index film from the gas layer. Since the spacer is partially interposed between the high refractive index films, it prevents the spacer from blocking the p-polarized light and the s-polarized light passing through the high refractive index film, thereby improving the light utilization. be able to.
[0075]
According to the polarized light separating device and the vehicular lighting device of the third aspect, the spacers are scattered, so that the function of the spacers can be obtained with a simple configuration and the spacers pass between the high refractive index films. The blocking of the p-polarized light and the s-polarized light can be minimized. Further, since the spacers are scattered between the high refractive index films, they can be easily installed between the high refractive index films, so that the productivity can be improved.
[0076]
According to the polarized light separating device and the vehicular lighting device of the fourth aspect, since the spacer is formed in a lattice shape or a mesh shape, it is possible to obtain a strong spacer having a simple configuration. In addition, since the spacers can be interposed between the high-refractive-index films, it is possible to easily obtain a polarization separation device having a desired polarization separation function, and to improve productivity. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining p-polarized light and s-polarized light.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a difference between s-polarized light and p-polarized light and horizontal polarized light and vertical polarized light. FIG. 2A illustrates p-polarized light and s-polarized light when a polarization splitting unit is installed in parallel with the ground. (B) is a schematic side view showing the vibration directions of p-polarized light and s-polarized light when the polarization separation means is installed parallel to the ground, and (c) is a schematic side view showing the polarization direction of the polarization separation means. FIG. 4D is a schematic perspective view showing the vibration directions of the p-polarized light and the s-polarized light when installed at an angle with respect to the plane. FIG. It is a schematic side view shown.
FIG. 3 is a front view schematically showing a polarization separation device and a vehicular lighting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. 3;
FIG. 5 is a perspective view of the lighting device shown in FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram showing a polarization separation device and a vehicular lighting device according to an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing a structure of a first thin film stack provided in a first polarization beam splitter.
FIG. 7 is a line graph showing the relationship between the number of Brewster reflections of the first and second polarizing beam splitters and the ratio of separated s-polarized light.
FIG. 8 is a perspective view showing a polarization separator and a vehicular lighting device according to an embodiment of the present invention, showing a modified example of the spacer.
FIG. 9 is a perspective view showing another modified example of the spacer, showing the polarization beam splitting device and the vehicular lighting device according to the embodiment of the present invention.
10A and 10B are diagrams illustrating a polarization separation device and a vehicular lighting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10A is a schematic diagram illustrating a distribution state of light emitted from a headlight during heavy fog and heavy rain. (B) is a schematic diagram showing a state of diffuse reflection on the surface of a raindrop when light is emitted from a lighting device.
11A and 11B are diagrams illustrating a state of light emitted from a headlight during heavy fog and heavy rain, wherein FIG. 11A is a schematic diagram illustrating a light distribution state of the headlight at that time, and FIG. It is a schematic diagram which shows the situation of the irregular reflection which arises on the surface of a raindrop.
[Explanation of symbols]
1 Headlight
2 Light source
3 First thin film lamination
4 Second thin film lamination
5 First half-wave plate
6 Second half-wave plate
7 First reflector
8 Second reflector
13 First polarization beam splitter (polarization separation device)
14 Second polarization beam splitter (polarization separation device)
15 Lighting device
L non-polarized
P p polarized light
S s polarized light
