JP2013200452A - 偏光レンズ及びこれを用いたヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】反射光と装用時の色バランスが良好で、かつ、透過率の高い偏光レンズの提供。
【解決手段】偏光子を含む積層構造の光学部品の外側に反射偏光子を設け、偏光子を含む光学部品の透過軸と反射偏光子の透過軸がほぼ同じになるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光レンズ及びこれを用いたヘッドマウントディスプレイに関する。

ｓ偏光をカットし、ｐ偏光のみ透過する偏光子を組み込んだ、偏光子付きサングラス、スキーゴーグル、矯正レンズの例が特許文献１に開示されている。これは１層の偏光子シートを含む多層構造の光学物品であって、少なくとも１層に、偏光子シート固有の色相を補色する色素が配合または付与され、実質的にグレー化されている。

また、マジックミラーを使い、透過光以外を反射させるミラーサングラスは、外からはミラーでの映り込みにより効果的に目元を隠すことで、高いファッション性を得ることができるものである。この場合はレンズを着色することにより、透明な誘電体によるミラーコートのレンズの裏側への反射を少なくし、ミラーコートが特定波長のみ反射する場合でも装用時の色バランスを見やすい物にする例が特許文献２に開示されている。

また、液晶の電気光学効果を利用し、透過強度の可変機能を有するサングラスの例が特許文献３に開示されている。

特開２００１−３１１９１８号公報 特開２０００−６６１４９号公報 実開昭６３−６６８１１号公報

特許文献２に記載の技術を用いたミラーコートによりサングラスの反射色をファッション性豊かな色合いにし、装着時の色バランスを見やすい物にする技術を、特許文献１の１層の偏光子シートを含む多層構造の光学物品に適用すると、以下の課題が発生して実用的でなくなる。

一般にサングラスで使用される偏光子シートはｓ偏光を吸収することでカットし、ｐ偏光のみ透過するので、透過率は４０％程度に減少する。この偏光子シートに特定波長のみ反射するミラーコートを設けると、反射した光がロスとなり透過率が更に減少する。

更に、透過光の色バランスをとるためにレンズを着色すると、着色による光を吸収した割合で透過率はまたも減少する。透過率が低過ぎると、陽射しの弱い場所では視認性を低下させるのでサングラスの使用範囲を狭め実用的でなくなる。

また、特許文献１の技術のみでは、ミラーコートのような鏡面反射を利用したファッション性豊かな表現は実現できない。偏光子をニュートラルな色合いからカラー偏光子に置換えても、透過光は着色できるが、ミラー反射効果を実現できない。

更に、特許文献３に記載の液晶における電気光学効果を利用し、透過強度の可変機能を有するサングラスに、特許文献２に記載のミラーコートにより反射色をファッション性豊かな色合いにし、装着時の色バランスを見やすい物にする技術を適用しても、同様に透過率の維持とファッション性豊かな反射効果を両立できないという課題を有している。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、主たる目的は偏光子シートを含む多層構造の光学部品に特定波長を反射する機能を設けて、装着時の色バランスを良くし、透過率低下の問題を解決することである。つまり、ファッション性豊かな反射効果と装着時の色バランスと透過率を両立する偏光レンズを提供する。

上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
第１の発明は、偏光子を含む積層構造の光学部品の外側に反射偏光子を備え、前記偏光子を含む光学部品の透過軸と前記反射偏光子の透過軸がほぼ同じであることを特徴とする。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記反射偏光子の外側に更にカラー偏光子を備え、前記反射偏光子の透過軸と前記カラー偏光子の透過軸がほぼ同じであることを特徴とする。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、前記偏光子を含む積層構造の光学部品は、２枚の保護シートと、それらに挟持された偏光子シートとからなり、且つ、保護シートと偏光子シートの間が接着されていることを特徴とする。

第４の発明は、上記第1又は第２の発明において、前記偏光子を含む積層構造の光学部品は、２枚の保護シートと、それらに挟持された偏光子シートとからなり、且つ、保護シートと偏光子シートの間が接着され曲げ加工されていることを特徴とする。

第５の発明は、上記第１又は第２の発明において、前記偏光子を含む積層構造の光学部品は、電圧印加に応じて光の透過率が変化する液晶パネルであることを特徴とする。

第６の発明は、上記第１から第５のいずれかの発明において、前記偏光子を含む積層構造の光学部品を用いたシースルー型ヘッドマウントディスプレイであることを特徴とする。

本発明の偏光レンズでは、ｓ偏光を吸収することなく反射偏光子で反射させるので、ｐ偏光の透過率に影響なくミラーサングラスを実現できる。反射偏光子による反射光はカラー偏光子により特定波長のみ反射させることで、ミラーサングラスをカラー化できるとともに、透過するｐ偏光の着色を少なく出来る。
従って、偏光子シートを含む多層構造の光学部品に特定波長を反射する機能を設けて、装用時の色バランスを良くした時の、透過率低下の問題を解決可能である。つまり、ファッション性豊かな反射光と装用時の色バランスと透過率を両立する偏光レンズ、を提供できる。

本発明に係る偏光レンズの基本構成を示す模式的図である。 本発明に係るカラー反射を有する偏光レンズの構成を示す模式的図である。 本発明に係る液晶パネルを有する偏光レンズの構成を示す模式的図である。 液晶パネルの構成を示す模式図である。 シースルー型ヘッドマウントディスプレイの一部を本発明の偏光レンズとした構成を示す模式的図である。

（実施例１）
図１は、本発明に係る偏光レンズ１の基本構成を示す模式図である。サングラスとして利用する想定で、偏光レンズ１は、装着者の瞳４の前を裏側と定義し、反対側を外側と定義する。また、図では片目での説明であるが、サングラスに使用される場合は左右一対で使用される。偏光子を含む積層構造の光学部品３の外側に、偏光子を含む光学部品３の透過軸とほぼ同じくなるように反射偏光子２の透過軸も揃えて配置される。

従って、偏光子を含む光学部品３の透過軸に直交する吸収軸は反射偏光子２の透過軸と直交する反射軸とほぼ同じ方向となり配置される。外光１８がこの構成の偏光レンズ１に入射すると、反射偏光子２の反射軸と同じ振動方向の成分の外光１８が反射され反射光１７となる。反射光１７はミラー反射で、外光１８が自然光の場合大よそ４０％が反射されミラー効果の映り込みにより目元を隠す作用で、高いファッション性を得ることができる。

一方、反射偏光子２の透過軸と同じ振動方向の成分は、偏光子を含む光学部品３の透過軸がほぼ同じ方向なので、ロス無く透過し透過光１９として装着者の瞳に入る。外光１８が自然光の場合大よそ４０％が透過するので十分な視認性が得られる。つまり、ファッション性豊かな反射効果と装用時の透過率を両立する偏光レンズを提供可能となる。

偏光サングラスとして使用した場合は、従来はｓ偏光をカットし、ｐ偏光のみ透過する機能しかなかったが、本発明ではｓ偏光を反射偏光子がミラー反射し、ｐ偏光のみ透過することで、従来吸収していたｓ偏光をミラー反射で利用することでｐ偏光の透過率に影響を与えなでミラー反射機能のある新しい偏光レンズを実現している。

偏光子を含む光学部品３は２枚の保護シートと、それらに挟持された偏光子シートとからなり、且つ、保護シートと偏光子シートの間が接着されている。保護シートは屈曲性や成形性から一軸延伸された樹脂シートであることが好ましい。通常は、膜厚１ｍｍ以下の膜厚均一なポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセタールなど、あるいはそれらの変性品の一軸延伸シートである。

また、偏光子シートを接着剤または粘着剤で接合した複合シート状物を加熱加工して偏光子を含む積層構造の光学部品３を調製す方法で製作される。透過軸はサングラスとして利用する形態でｐ偏光のみ透過する方向になるようにサングラスのフレーム形状などに合わせて調整される。図１においては、偏光レンズ１を記載する紙面に平行な方向で、偏光レンズ１の厚み方向と直交する方向がｐ偏光を透過する方向であり、透過軸となる。

反射偏光子２としては、複屈折性の誘電体多層膜を利用した。この複屈折性の誘電体多層膜は、所定の直線偏光成分を反射し、所定の直線偏光成分以外の偏光成分を透過する機能を有する。このような複屈折性の誘電体多層膜の詳細については、特表平９−５０６９８５号公報に開示されている。またこのような反射偏光子は、米国３Ｍ社からＤＢＥＦ（商品名）として市販されており、一般に入手可能である。これ以外にもグリット反射偏光板やコレステリック液晶ポリマーを利用した反射偏光板などを利用してもよい
図１では、偏光レンズ１を曲面状に記載しているが、平面の形状でもミラー効果は得られる。偏光子を含む積層構造の光学部品３は２枚の保護シートと、それらに挟持された偏光子シートとからなり、且つ、保護シートと偏光子シートの間が接着され曲げ加工されている。曲面状に加工する方法は既存の複合シート状物を、最終的に球面状、曲面状などカーブ状構造へ加工する方法を用いる。反射偏光子２も同様に接着剤または粘着剤で接合した複合シート状物を加熱加工して偏光子を含む光学部品３に一体化されている。

透過軸に関しては、偏光子を含む光学部品の透過軸と反射偏光子の透過軸がほぼ同じ方向となるように調整される。角度としては０°〜１０°以内であることが望ましい。この範囲以上になると、実用的でなくなる恐れがある。

図２は、図１の偏光レンズ１の基本構成に、反射偏光子２のさらに外側にカラー偏光子５を積層し、反射偏光子２の透過軸とカラー偏光子５の透過軸をほぼ同じくなるようにしたものである。

偏光子を含む光学部品３の透過軸に直交する吸収軸は反射偏光子２の透過軸と直交する反射軸とほぼ同じ方向となり配置され、さらに反射偏光子２の透過軸と直交する反射軸とカラー偏光子５の吸収軸がほぼ同じ方向になるように配置されている。外光１８がこの構成の偏光レンズ１に入射すると、カラー偏光子５の吸収軸方向の特定帯域の波長が非偏光になり、反射偏光子２の反射軸と同じ振動方向の成分が着色されて外光１８が反射され反射光１７となる。反射光１７はカラー化されたミラー反射である。

カラー偏光子５は単色の二色性染料により、赤色、青色、緑色、黄色、紫色と選択できるので、カラーのミラー効果によりファッション性豊かになるとともに、映り込みによる目元を隠す作用もあり、高いファッション性を有するものである。

更に、外光１８は反射偏光子２の透過軸と同じ振動方向の成分は、カラー偏光子５と透過軸が同じ方向なので着色されず、また、偏光子を含む光学部品３の透過軸がほぼ同じ方向なので、ロス無く透過し透過光１９として装着者の瞳に入る。外光１８が自然光の場合大よそ４０％が透過するので十分な視認性が得られる。つまり、ファッション性豊かなカラーの反射効果と装用時の透過率とカラーバランスを両立する偏光レンズを提供可能となる。

（実施例２）
図３は液晶パネルを有する偏光レンズの構成を示す模式的図である。基本的な構成は図２に示される偏光レンズ１の偏光子を含む光学部品３を液晶パネル６に置き換えた構成となる。

液晶パネル６は図４に示すように、第一の透明基板７と第二の透明基板８との間に第一の透明電極１２と第二の透明電極１１を形成した間隙に液晶層１３を設けられている。第一の透明電極１２と第二の透明電極１１の内側には、図示しないが配向膜が形成されており、この配向膜によって、液晶層１３の液晶分子のツイスト角が制御されている。第一の偏光板９は図３裏側にあたり、第二の偏光板１０は外側で、反射偏光子２の透過軸と同じになるように第二の偏光板１０の透過軸は配置される。

液晶層１３はツイストネマテックモードでノーマリホワイトモードになるように設定され、第一の透明電極１２と第二の透明電極１１の間の印加電圧をコントロールすることで液晶パネル６の透過率をコントロールできる。従って、偏光レンズ１に調光機能を付与できるようになる。

図３において、図示しないが外光がこの構成の偏光レンズ１に入射すると、図示はないが、反射光は図２での説明と同じでカラーのミラー効果によりファッション性豊かになる。さらに、透過光も液晶パネル６の透過軸がカラー偏光子５と反射偏光子２とほぼ同じ方向なので、ロス無く透過し透過光として装着者の瞳に入る。外光が自然光の場合大よそ４０％が透過するので十分な視認性が得られる。さらに、陽射しが強い場合は、液晶パネル６に適当な電圧を印加して見やすく調光することも可能となる。
従来技術では、ミラー反射をカラー化すると、透過光のカラーバランスを取るために暗くなってしまい、調光できるレンジが狭くなり実用的でなかった課題を解決している。つまり、ファッション性豊かなカラーの反射効果と装用時の透過率を調整できる機能を両立する偏光レンズを提供可能としている。

図３の構成は図２に示されるカラー偏光子５と反射偏光子２で説明したが、図１の反射偏光子２のみの構成で用いても構わない。この場合もミラー効果と調光機能を有し、ダイナミックレンジの広い使用範囲で機能できる。

（実施例３）
図５はシースルー型ヘッドマウントディスプレイの一部に偏光レンズを用いた構成を示す模式的図である。基本的な構成は図３に示される偏光レンズ１と装着者の瞳４の間にシースルー型ヘッドマウントディスプレイ１４配置した構成となる。

シースルー型ヘッドマウントディスプレイ１４は、装着者が目前の状況を視認しつつ、映像光も視認することができる装置である。映像源１５には高解像度の液晶ディスプレイを使用しハーフミラー部１６を介して装着者の瞳４に映像光２０を結像させる。同時に、目前の状況に対応して、外界光２１がカラー偏光子５と反射偏光子２と液晶パネル６とハーフミラー部１６を介して装着者の瞳４に結像される。

ハーフミラー部１６はプリズム型の偏光ビームスプリッターで映像光２０がｓ偏光の場合ロス無く反射する。また、外界光２１がｐ偏光の場合、ロス無く透過する。従って、映像源１５の高解像度の液晶ディスプレイに使用される偏光板の透過軸を調整し映像光の偏光をｓ偏光にする。同様に外界光２１は液晶パネル６を透過する時点でｐ偏光にする必要があり、図４の第一の偏光板の透過軸をｐ偏光に一致するように配置する。

図５において、図示しないが外光がこの構成の偏光レンズ１に入射すると、図示はないが、反射光は図２での説明と同じでカラーのミラー効果によりファッション性豊かな色合いの反射効果を示す。さらに、透過光も液晶パネル６の透過軸がカラー偏光子５と反射偏光子２とほぼ同じ方向なので、ロス無く透過し透過光として装着者の瞳に入る。外光が自然光の場合大よそ４０％が透過するので十分な視認性が得られる。さらに、陽射しが強い場合は、液晶パネル６に適当な電圧を印加して見やすく調光することも可能となる。

従来技術では、ミラー反射をカラー化すると、透過光のカラーバランスを取るために暗くなってしまい、調光できるレンジが狭くなり実用的でなかった課題を解決している。つまり、ファッション性豊かなカラーの反射効果と装用時の透過率を調整できる機能を両立する偏光レンズを提供可能としている。

シースルー型ヘッドマウントディスプレイ１４の装着者は映像光２０を視認集中したい場合、液晶パネル６の電圧を制御して外界光２１を減光することができる。周囲の人からは、この減光操作はミラー効果により認識できない。つまり、外光を視認する、しないに関わらず目元を隠すことが可能となり、しかも外光は明るく認識できる。従来のシースルー型ヘッドマウントディスプレイでは液晶パネル６のみで外界光を減光していたので、液晶パネルの開閉により目元を見えたり見えなくなったりする課題を解決している。

図５の構成で調光機能を必要としてない場合は液晶パネル６の代わりに偏光子を含む光学部品３を用いた構成でも構わない。偏光子を含む光学部品３としては、図１あるいは図２に示す例を用いる。

１ 偏光レンズ
２ 反射偏光子
３ 偏光子を含む光学部品
４ 装着者の瞳
５ カラー偏光子
６ 液晶パネル
７ 第一の透明基板
８ 第二の透明基板
９ 第一の偏光板
１０ 第二の偏光板
１１ 第二の透明電極
１２ 第一の透明電極
１３ 液晶層
１４ シースルー型ヘッドマウントディスプレイ
１５ 映像源
１６ ハーフミラー部
１７ 反射光
１８ 外光
１９ 透過光
２０ 映像光
２１ 外界光

Claims (6)

1. 偏光子を含む積層構造の光学部品の外側に反射偏光子を設け、前記偏光子を含む光学部品の透過軸と前記反射偏光子の透過軸がほぼ同じであることを特徴とする偏光レンズ。
2. 前記反射偏光子外側にカラー偏光子を設け、前記反射偏光子の透過軸と前記カラー偏光子の透過軸がほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載の偏光レンズ。
3. 前記偏光子を含む積層構造の光学部品は、一対の保護シートと、それらに挟持された偏光子シートとからなり、且つ、前記保護シートと前記偏光子シートの間は接着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光レンズ。
4. 前記保護シートと前記偏光子シートは、接着後に曲げ加工されていることを特徴とする請求項３に記載の偏光レンズ。
5. 前記偏光子を含む積層構造の光学部品は、電圧印加に応じて光の透過率が変化する液晶パネルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光レンズ。
6. 請求項１から５のうちいずれか１項に記載の偏光レンズを用いたことを特徴とするシースルー型ヘッドマウントディスプレイ。

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