JP2015007763A - 映像表示システム及び映像表示装置の設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外光の入光による映像表示器の過熱を防止するとともに、虚像の映像品位を低下させることなく、偏光サングラスを用いた観察者が虚像を視認できるようにする。
【解決手段】映像光（Ｌ）が投影される映写板（１１）と、映写板（１１）に映像光（Ｌ）を投影する映像表示装置（１２）とを映像表示システム（１０）が含む。映像表示装置（１２）は、直線偏光である第一の映像光（Ｌ１）を出光する映像表示器（１４）と、直線偏光を反射する固有の偏光反射軸を有する反射型偏光部材（１５）とを有する。反射型偏光部材（１５）の反射面（２８）の垂線と、映像光（Ｌ）が該反射面（２８）と該垂線との交点に入射する軌跡とがなす第１仮想面（ＶＦ１）に対して、第一の映像光（Ｌ１）の偏光状態がＰ偏光及びＳ偏光以外であって、映写板（１１）を介して表示された第三の映像光（Ｌ４）の偏光状態が水平面に対して非平行方向の偏光となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、映像表示装置を含む映像表示システム及び映像表示装置の設定方法に関するものである。

現在、車両のフロントガラス、またはコンバイナと呼ばれる半透過板（以下、総称して「フロントガラス等」または「映写板」という。）に映像を表示する映像表示装置として、車両用ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている。車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、例えば図１に示したように、車両のダッシュボード２に配設され、映像光３をフロントガラス４に投影し、運転情報を虚像５として表示する映像表示装置である。運転者６は、虚像５を、フロントガラスを通した風景と同時に視認することができるため、フロントガラスの範囲外に設置される従来の液晶ディスプレイ等の表示装置と比較して、視線の移動が少ないという利点を有している。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置の一例としては、映像光を出光する映像表示器と、該映像光を虚像として拡大投影するための凹面鏡と、該映像光を外部に取り出すための透光性の窓部を備えたハウジングとを、基本構成とする装置がある。

上記基本構成の車両用ヘッドアップディスプレイ装置には、車両のフロントガラスから、前記映像光と逆の光路を通って装置内に入る外光中の赤外線によって映像表示器が過熱状態となることがあるという第一の問題点がある。そこで、この問題点を解決する装置として、光路の途中にコールドミラーを設けた車両用ヘッドアップディスプレイ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。前記コールドミラーの一例としては、誘電体薄膜をガラス基板上に積層したミラーであって、赤外光および近赤外光の波長の光を透過し、可視光の波長の光を反射するダイクロイックミラーが挙げられる。光路中に該コールドミラーを配置することで、外光に含まれる赤外線を映像光の光路外に誘導して放熱させることが可能となる。なお、光路の途中に反射部材としてワイヤグリッド偏光板を配置し、該反射部材を透過した外光を太陽電池に供給し、発電した電力でペルチェ素子を駆動させて、外光によって発生した熱を冷却する車両用ヘッドアップディスプレイ装置も提案されている（特許文献２参照）。

また、上記基本構成の車両用ヘッドアップディスプレイ装置には、観察者または車両運転者が偏光サングラスを着用していた場合に視認性が悪いという第二の問題点がある。車両用ヘッドアップディスプレイ装置の映像表示器は、液晶表示パネルとＬＥＤ等の発光素子を備えたものであり、前記液晶表示パネルから出光する映像光は直線偏光である。この直線偏光は、車両のフロントガラスでの偏光の反射特性を考慮して、フロントガラスを反射面とした時に、該反射面上の１点に入射した入射光の軌跡と反射された反射光の軌跡を含む仮想面に対して該入射光の電場ベクトルが垂直方向（該仮想面を直交して横切る方向）に振動するＳ偏光成分が主となるように設定されることが一般的であり、その結果として該反射光の電場ベクトルの振動方向は地面に対して略平行方向となる。しかしながら、偏光サングラスは、車両運転者が着用した状態において、電場成分の振動方向が水平面（地面）に対して直交方向の偏光を透過させ、水平面（地面）に対して平行方向の偏光を透過させない偏光軸を有するため、偏光サングラスを用いる場合、前記映像光が与える虚像は視認し難くなる。この問題点を解決する装置として、光路の途中に１／２波長板を出し入れする機構を設けることによって、表示光の偏光軸を所定角度だけ回転させた状態との間で切り替え可能とした車両用ヘッドアップディスプレイ装置が提案されている（特許文献３参照）。

本明細書においては、「Ｓ偏光（成分）」「Ｐ偏光（成分）」との技術用語は、反射面上の１点に入射する入射光の軌跡と反射する反射光の軌跡とがなす仮想面に対して入射光の電場ベクトルの振動方向がそれぞれ垂直な偏光（成分）、平行な偏光（成分）との意味を有する。これに対して、「水平・垂直・平行・直交」を使用した用語、例えば「電場の振動方向が水平面に対して平行方向の偏光」「電場の振動方向が偏光板の固有の偏光軸に対して平行方向の偏光」等は、反射時の上記仮想面とは関係なく定義される用語である。

特開２００４−３４７６３３号公報 特開２０１０−７９１６９号公報 特開２０１０−１１３１９７号公報

特許文献３では、映像光を金属膜ミラー等の平面鏡によって反射しており、ダイクロイックミラーのような波長分離までは考慮しておらず、前述の第一の問題点を解決することができない。本発明者らは、前述の第一の問題点と第二の問題点を同時に解決する車両用ヘッドアップディスプレイ装置として、特許文献１記載のコールドミラーを用いた装置において、映像光の偏光状態を電場の振動方向が水平面に対して平行方向の偏光以外とすることを検討した。その結果、映像光の偏光状態を電場の振動方向が水平面に対して平行方向の偏光以外とすることによって、偏光サングラスを用いた観察者であっても虚像を視認できるようにはなるが、該コールドミラーの波長ごとの偏光反射特性が異なるために、虚像のカラーシフト等の映像品位低下が生じてしまうことを見出した。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、外光の入光による映像表示器の過熱を防止するとともに、虚像の映像品位を低下させることなく、偏光サングラスを用いた観察者が虚像を視認できる映像表示システム及び映像表示装置の設定方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、検討の結果、映像表示器が出光する映像光を特定の振動方向を有する直線偏光としたうえで、固有の偏光軸を有する反射型偏光部材を該偏光軸が特定の方向となるように設置することにより、外光に含まれる赤外線等を映像光の光路外に誘導して温度制御を容易なものとし、虚像の映像品位を低下させるカラーシフトがなく、偏光サングラスを用いた観察者が虚像を視認できる映像表示システム及び映像表示装置の設定方法を提供できることを見出した。すなわち、本発明は、以下の通りである。

本発明は、映像光が投影される映写板と、前記映写板に映像光を投影する映像表示装置とを含む映像表示システムであって、前記映像表示装置は、直線偏光である第一の映像光を出光する映像表示器と、所定の振動方向を有する直線偏光を反射する固有の偏光反射軸を有し、前記第一の映像光が入光して第二の映像光を反射するよう配置された反射型偏光部材とを具備し、前記映写板は、前記第二の映像光が入光して第三の映像光を反射するよう配置され、前記第一の映像光が前記反射型偏光部材の反射面に対して傾斜入光するように前記映像表示器と前記反射型偏光部材とが配置され、且つ、前記第一の映像光の偏光状態が前記反射面の垂線と、前記第一の映像光が該反射面と該垂線との交点に入射する軌跡とがなす仮想面に対して、Ｐ偏光及びＳ偏光以外であって、前記第三の映像光の偏光状態が水平面に対して非平行方向の偏光であることを特徴とする。

また、本発明の映像表示システムにおいて、前記映像表示器は、第１の直線偏光板を有する液晶表示パネルと光源とを含み、前記反射型偏光部材の反射面に入光する前記第一の映像光の偏光の振動方向と、前記反射型偏光部材の偏光反射軸方向とは、概略平行であることが好ましい。

また、本発明の映像表示システムにおいて、前記映像表示器は、第２の直線偏光板を更に有し、第２の直線偏光板は反射型偏光板であることが好ましい。

また、本発明の映像表示システムにおいて、前記反射型偏光部材は、ワイヤグリッド偏光板であることが好ましい。

また、本発明の映像表示システムにおいて、前記映写板は、自動車のフロントガラスまたはコンバイナであることが好ましい。

また、本発明の映像表示システムにおいて、前記反射型偏光部材と前記映写板との間に、凹面鏡からなる反射器を有することが好ましい。

また、本発明の映像表示装置の設定方法では、出光側に直線偏光板を有する液晶表示パネルと光源とを含んで直線偏光である第一の映像光を出光する映像表示器と、所定の振動方向を有する直線偏光を反射する固有の偏光反射軸を有し、前記第一の映像光が入光して第二の映像光を反射するように配置された反射型偏光部材とを含み、前記反射型偏光部材の反射面に対して前記第一の映像光が傾斜入光するように前記映像表示器と前記反射型偏光部材とが配置された映像表示装置において、前記第二の映像光が入光して第三の映像光を反射するように配置された映写板によって観察者が偏光サングラスを通して前記第三の映像光の虚像を視認するための前記映像表示装置の設定方法であって、前記第一の映像光の偏光状態が前記反射型偏光部材の反射面の垂線と、前記映像光が該反射面と該垂線との交点に入射する軌跡とがなす仮想面に対して、Ｐ偏光及びＳ偏光以外となるように、前記直線偏光板の偏光軸を設定し、且つ、前記第三の映像光の偏光状態が水平面に対して非平行方向の偏光となるように、前記反射型偏光部材の偏光反射軸方向を設定することを特徴とする。

本発明は、外光の入光による映像表示器の過熱を防止するとともに、虚像の映像品位を低下させることなく、偏光サングラスを用いた観察者が虚像を視認できるとの効果を有する。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置が発する映像光が視認されるまでの光路の一例を示す概念図である。 実施の形態に係る映像表示システムを示す断面模式図である。 前記映像表示システムの映像光の偏光状態の説明図である。 前記映像表示システムの反射型偏光部材の偏光反射軸の説明図である。

以下、本発明の映像表示システムの一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、図２を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、技術常識として「直線偏光」は、完全な直線偏光のみならず、わずかに楕円化した偏光も含むものである。本発明においては、楕円の長軸の長さに対する短軸の長さが０．３以下の楕円偏光は該長軸方向を振動方向とする直線偏光であるとみなす。楕円の長軸の長さに対する短軸の長さが０．１以下の楕円偏光であることがより好ましい。同様に、複数の直線偏光が含まれる場合には、最も高強度の直線偏光を本発明の直線偏光とする。

図２は、実施の形態に係る映像表示システムを示す断面模式図である。映像表示システム１０は、映像光Ｌが投影される映写板１１と、この映写板１１に映像光Ｌを投影する映像表示装置としての車両用ヘッドアップディスプレイ装置１２とを含む。映写板１１としては、自動車のフロントガラスまたはコンバイナが例示できる。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１２は、映像表示器１４、反射型偏光部材１５、反射器１６等をハウジング１７内に収容し、映像光Ｌを取り出すための透光性の窓部１８を該ハウジング１７に設けたものである。

映像光Ｌは、映像表示器１４から出光されて反射型偏光部材１５に入光するまでを第一の映像光Ｌ１、反射型偏光部材１５で反射されてから映写板１１に入光するまでを第二の映像光、映写板１１で反射されてから偏光サングラス４４に入光するまでを第三の映像光Ｌ４とする。とくに、反射型偏光部材１５と映写板１１との間に反射器１６を有する場合には、反射型偏光部材１５で反射されてから反射器１６に入光するまでを第二の映像光Ｌ２、反射器１６で反射されてから映写板１１に入光するまでを第二の映像光Ｌ３とする。

映像表示器１４としては、直線偏光の第一の映像光Ｌ１を出光するものとして、液晶表示器を挙げることができる。映像表示器１４は、液晶表示パネル２０と、光源２１と、光源２１を内部に収容しつつ液晶表示パネル２０を保持する保持体２２とを有する。

液晶表示パネル２０は、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セル２４と、液晶表示パネル２０の出光側、すなわち、液晶セル２４の光源２１と反対側に貼着された第1の直線偏光板２５と、液晶セル２４の光源２１側に貼着された第２の直線偏光板２６とを備えている。

第１の直線偏光板２５は、固有の偏光軸を有し、この偏光軸に沿って液晶セル２４で変調された光源光を偏光分離可能に設けられている。

液晶セル２４に入光する光源光の偏光状態をそろえるために、固有の偏光軸を有する第２の直線偏光板２６を設けてもよい。第２の直線偏光板２６は、反射型偏光板であることが好ましい。光源光をリサイクルできるため高輝度化が可能となるばかりでなく、反射型偏光部材１５を偏光反射した外光が第２の直線偏光板２６に入光した際の熱の発生を防止できる。なお、第２の直線偏光板２６は、映像表示器１４の液晶セル２４に貼着せずに、液晶セル２４に対して傾斜配置としたり、湾曲形状としたりすることにより、前記外光等の多重反射による映像品位低下を防止できる。

光源２１としては、特に制限は無く、白色発光する発光ダイオード等を単数または複数用いることができる。なお、光源２１の周囲に光を反射する反射板を設けて光利用率を向上させることや、光源２１と映像表示器１４の間に拡散板やプリズムシート等を設けて液晶表示パネル２０面内の照度の均一性を向上させることができる。

保持体２２は、第一の映像光Ｌ１を回転中心軸とする回転方向に液晶表示パネル２０の設置方向を調整する機構を有することができる。この設置方向を調整することによって、第１の直線偏光板２５の偏光軸の向きを変えて映像光Ｌ１の偏光状態を調整することができる。なお、保持体２２が液晶表示パネル２０を回転駆動する駆動手段等を備え、かかる駆動を制御することで映像光Ｌ１の偏光状態を調整可能としてもよい。

反射型偏光部材１５は、支持部材２７を介してハウジング１７内面に支持されている。反射型偏光部材１５は、反射面２８を備え、この反射面２８に対して映像表示器１４から出光する第一の映像光Ｌ１が傾斜入光するように映像表示器１４と反射型偏光部材１５とが配置されている。また、反射型偏光部材１５の裏面に位置する支持部材２７に、ヒートシンク（放熱部材）２９を設けることが好ましく、例えば、前記ヒートシンク２９は複数の放熱フィンによって形成することが好ましい。

反射型偏光部材１５は、固有の偏光反射軸を有し、可視光から赤外光の波長の光を偏光分離できるものであれば、光学特性や形状に制限は無く、反射型偏光板や、前記反射型偏光板を平板状のガラス基板等に貼着したもの、形状を湾曲状としたもの等を好適に用いることができる。具体的には、所定の方向に振動する偏光を反射し、該所定の方向と垂直な方向に振動する偏光を透過する反射型偏光板が使用できる。

固有の偏光反射軸を有する反射型偏光部材１５とは、偏光分離をする層（偏光分離層）が固有の軸方向を有し、前記固有の軸方向に対して電場の振動方向が平行あるいは直交する光の成分をそれぞれ反射あるいは透過するものを意味する。したがって、前記反射型偏光部材１５へ入光する光の入光方向及び入光角度に、偏光分離された光の偏光軸方向は依存しないため、広角に入光する光（第一の映像光Ｌ１）の偏光状態を変化させることなく偏光反射できる。また、可視光から赤外光の波長の光を偏光分離できることにより、映像表示器１４や映像光Ｌの光路上の光学部材に入光する可視光から赤外光の波長の外光の半分を除去できるため、映像表示器１４や映像光Ｌの光路上の光学部材の過熱による劣化を防止できる。なお、反射型偏光部材１５の裏面は、偏光分離され透過した光を吸収するための黒色層を設ける、または迷光を発生させない構成や構造とすることが好ましい。

固有の偏光反射軸を有する反射型偏光部材１５としては、例えば、ワイヤグリッド偏光板、相互に複屈折率が異なる複屈折性フィルムを積層した積層体フィルム等が挙げられる。中でも、偏光分離層が単層であるために入光角度変化時の偏光反射強度変化が小さく、可視光から赤外光までの広帯域の光を偏光分離可能なワイヤグリッド偏光板が好ましい。

ここで、ワイヤグリッド偏光板について説明する。ワイヤグリッド偏光板は、基材と、前記基材の表面に設けられた微細凹凸構造と、微細凹凸構造の少なくとも凸部に形成された金属ワイヤと、を有する。微細凹凸構造は、光学素子の基準面の面内方向に連続して延在するように設けられた複数の凸部および複数の凹部を有する。

基材は、目的とする波長領域において実質的に透明であればよく、樹脂材料を用いることが好ましい。基材として樹脂基材を用いることにより、ロールプロセスが可能になる、ワイヤグリッド偏光板にフレキシブル性を持たすことができる、等のメリットがある。

基材に用いることができる樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などが挙げられる。この他、トリアセテート樹脂（ＴＡＣ）等があり、具体的には、富士フィルム社製のＴＤ８０ＵＬやＺＲＤ６０ＳＬ、コニカミノルタ社製のＫＣ６ＵＡ等を好適に用いることができる。また、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と上記熱可塑性樹脂や、トリアセテート樹脂とを組み合わせたり、単独で用いて基材を構成させたりすることができる他、ガラス等の無機材料（例えば、ガラスフィラー）を組み合わせることも可能である。なお、前記ＵＶ硬化性樹脂を硬化させるために、ＵＶ光を発する光源を使用したり、電子線を発する光源を利用したりすることも可能である。

基材に設けられた微細凹凸構造の凸部に金属膜を選択的に設けることにより金属ワイヤを形成することができる。微細凹凸構造の周期（凸部間のピッチＰ）は特に限定されないが、偏光特性を発揮させる周期にすることが望ましい。一般に、ワイヤグリッド偏光板は、金属ワイヤの周期が小さくなるほど幅広い波長帯域で良好な偏光特性を示す。金属ワイヤが空気（屈折率１．０）と接し、接着性物質で被覆されない場合には、金属ワイヤの周期を、対象とする光の波長の１／３以下とすることで、実用的に十分な偏光特性を示すことになるが、金属ワイヤを接着性物質で被覆する場合、接着性物質の屈折率の影響を考慮して、金属ワイヤの周期を、対象とする光の波長の１／４以下とすることがさらに好ましい。このため、可視光領域の光の利用を考慮する場合、金属ワイヤの周期を１５０ｎｍ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは金属ワイヤの周期を１３０ｎｍ以下とすることであり、最も好ましくは金属ワイヤの周期を１００ｎｍ以下とすることである。なお、金属ワイヤの周期の下限は製造工程上５０ｎｍである。

基材表面に形成する微細凹凸構造の断面形状としては、例えば、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状などが挙げられる。ここで、正弦波状とは、凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部を持つことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であればよく、例えば、凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。透過率の観点から微細凹凸構造の断面形状は矩形又は正弦波状であることが好ましい。

また、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂被膜と、ガラスなどの無機基材（例えば、ガラスフィラー）、又は熱可塑性樹脂やトリアセテート樹脂等の樹脂基材とを組み合わせて基材を構成してもよい。この場合、無機基材又は樹脂基材上に形成された樹脂被膜の表面に所定の周期を有する微細凹凸構造を形成することもできる。鏡面性に優れた平滑性の高い表面が得られるという観点から、樹脂被膜の膜厚は、０．００５μｍ以上３μｍ以下とすることが好ましい。

金属ワイヤは、微細凹凸構造の少なくとも凸部に形成される。この場合、凸部の少なくとも側面に部分的に金属を被着させることにより所定の方向に連続して延在する金属ワイヤを設けることができる。

金属ワイヤは、アルミニウム、銀、銅、白金、金またはこれらの各金属を主成分とする合金などの導電材料を用いて形成することができる。特に、アルミニウムもしくは銀を用いて金属ワイヤを形成することにより、可視域での吸収損失を小さくすることができる。

金属ワイヤの周期（ピッチＰ）については、上記の通りであるが、金属ワイヤが連続して延在する方向に垂直な方向における断面視において、金属ワイヤのデューティ比（金属ワイヤの幅と金属ワイヤのない部分の幅の合計に対する、金属ワイヤの幅の比）は０．２以上０．８以下であることが好ましい。また、金属ワイヤのアスペクト比（金属ワイヤの幅に対する、金属ワイヤの高さの比）は０．５以上２．０以下であることが好ましい。これにより、全光透過率を向上することができる。なお、金属ワイヤの幅は、金属ワイヤの高さ方向の中点における幅とする。

金属ワイヤの形成方法に特に制限は無い。例えば、電子線リソグラフィ法又は干渉露光法によるマスクパターニングとドライエッチングとを用いて形成する方法や、斜め蒸着法によって形成する方法などが挙げられる。金属ワイヤは非常に薄く形成する必要があるため、生産性の観点からは、斜め蒸着法を用いることが好ましい。

また、光学特性の観点から、金属ワイヤの不要な部分はエッチングにより除去しても良い。エッチング方法は、基材や後述する誘電体層に悪影響を及ぼさず、金属部分が選択的に除去できる方法であれば特に限定は無いが、生産性の観点からアルカリ性の水溶液に浸漬させる方法が好ましい。ただし、金属ワイヤは非常に薄く形成されるため上記のエッチング除去は必須ではない。

基材を構成する材料と金属ワイヤとの密着性向上のために、両者の間に両者と密着性の高い誘電体材料を介在させても良い。基材と金属ワイヤの密着性が高いと、基材からの金属ワイヤの剥離を防ぎ、偏光度の低下を抑えることができる。

好適に用いることができる誘電体としては、例えば、珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はその複合物（誘電体単体に他の元素、単体又は化合物が混じった誘電体）や、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニア（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はそれらの複合物を用いることができる。誘電体材料は、透過偏光性能を得ようとする波長領域において実質的に透明であることが好ましい。

誘電体材料の積層方法には特に限定は無く、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。

このようなワイヤグリッド偏光板は、固有の偏光反射軸を有し、可視光から赤外光の波長の光を偏光分離でき、更には、樹脂基材であるために、平板状のガラス基板等へ貼合加工をすることができる。したがって、様々な形状の反射型偏光部材１５を作製することが可能である。平板状のガラス基板にワイヤグリッド偏光板を貼合加工する方法としては、例えば、ワイヤグリッド偏光板の金属ワイヤを有する面に保護フィルムを貼着し、金属ワイヤを有しない基材が露出する面に粘着加工を施した後に平板状のガラス基板へ貼合加工を行い、最後に保護フィルムを剥離する方法等を挙げることができる。

保護フィルムとしては、弱粘着性のシリコン系粘着層を有したものやアクリル系粘着層を有したもの、ウレタン系粘着層を有したもの等を挙げることができ、具体的には、きもと社製のＰｒｏｓａｖｅ ＳＱ（登録商標）（５０ＳＱ、５０ＳＱＤ）、Ｐｒｏｓａｖｅ ＲＣ（登録商標）（２５ＴＨＳ）、Ｐｒｏｓａｖｅ ＥＰ（登録商標）（７５ＬＳ、７５ＭＳ）等を挙げることができる。

また、粘着加工前に、ワイヤグリッド偏光板の金属ワイヤを有しない基材が露出する面にコロナ処理等表面処理を施すことは、粘着強度の向上に効果がある。基材がＴＡＣである場合には、金属ワイヤが、基材の微細凹凸構造から脱離することを防止するため、放電電極長、基材フィルム搬送速度、及び、放電電力から算出される放電量を１０〜１００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ^２相当となるように処理条件を調整することが好ましい。また、金属ワイヤの脱離の防止の観点から、コロナ処理装置が有する電極と誘電体の間に、更に十分な厚みを有する平板状の樹脂板を挿入し、ワイヤグリッド偏光板の基材が露出する面に表面処理を施すことも有効である。

反射器１６は、所定の波長の光を反射できれば特に制限は無く、例えば、アルミニウム、銀、銅、白金、金、またはこれらの金属を主成分とする合金を使用した金属膜ミラー等を好適に用いることができる。また、形状にも制限は無いものの、映像拡大のために、凹面状や凸面状といった湾曲形状とすることが好ましい。反射器１６は、必要に応じて用いられる光学部材であり、反射型偏光部材１５から出光される第二の映像光Ｌ２を映写板１１に直接投影可能であれば省略してもよい。

反射器１６は、角度調整部３０を介して支持されている。角度調整部３０は、ハウジング１７内面に取り付けられた支持台３１と、この支持台３１に設けられたステッピングモータ３２と、このステッピングモータ３２の回転軸に取り付けられた歯車部３４と、この歯車部３４に噛合するとともに、軸部３５を介して反射器１６に取り付けられた歯車部３６とを備えている。角度調整部３０では、ステッピングモータ３２を駆動することで、各歯車部３４，３６を回転して反射器１６を回転方向に可動でき、映写板１１への第二の映像光Ｌ３の投影方向を調整可能となっている。

ハウジング１７の窓部１８は透光性を有し、窓部１８を第二の映像光Ｌ３が透過し、映写板１１によって反射されて第三の映像光Ｌ４となる。観察者４２は第三の映像光Ｌ４によって映写板１１を見ることで虚像４１を観察することができる。ハウジング１７内には遮光壁３８が設けられ、この遮光壁３８によって太陽光等の外光が入光して迷光となることを防止できる。ハウジング１７の外周面には、複数の放熱フィン３９が設けられている。

次に、ハウジング１７内の映像光Ｌの光路について説明する。

光源２１からの光（光源光）は、液晶表示パネル２０の第２の直線偏光板２６に入光し、偏光分離され、所定方向に振動する直線偏光が主として偏光透過する。第２の直線偏光板２６を透過した光源光は、液晶セル２４で変調された後、第１の直線偏光板２５で偏光分離され、第一の映像光Ｌ１となる。該第一の映像光Ｌ１は、反射型偏光部材１５の反射面２８に入光して、該反射面２８で反射されて第二の映像光Ｌ２となる。第二の映像光Ｌ２は、反射器１６に入光してから反射されて第二の映像光Ｌ３となる。該第二の映像光Ｌ３は、前記窓部１８を透過して映写板１１で反射して第三の映像光Ｌ４となり、観察者４２が映写板１１を見ることで虚像４１として視認することができる。

前記第一の映像光Ｌ１は、反射型偏光部材１５の反射面２８に傾斜入光し、偏光反射されて第二の映像光Ｌ２となる。ここで、「傾斜入光」とは、前記反射面２８の垂直方向以外からの入射を意味するが、反射面２８の垂線Ｐ１に対する第一の映像光Ｌ１の角度θ１が１０〜８０°となる方向からが好ましく、２０〜７０°の方向からの入射がより好ましい。本実施の形態の構造では、角度θ１が４５°付近とするとよい。「偏光反射」とは、反射型偏光部材１５で偏光分離された第一の映像光Ｌ１のうち、反射する偏光（本実施の形態では第二の映像光Ｌ２）を意味し、偏光分離されて透過することを偏光透過という。

次いで、各映像光Ｌ１〜Ｌ４での偏光状態Ｖ１〜Ｖ４、及び、反射型偏光部材１５の偏光反射軸ＶＲについて、図２乃至図４を用いて説明する。ここで、「偏光状態」とは、映像光Ｌ１〜Ｌ４の偏光の振動方向を意味する。

図２において、各映像光Ｌ１〜Ｌ４の偏光状態Ｖ１〜Ｖ４を図示するため、該映像光Ｌ１〜Ｌ４が直交する仮想面としてＡ面〜Ｄ面を設定し、偏光状態Ｖ１〜Ｖ４を図３に図示する。図３におけるＡ面〜Ｄ面において、各映像光Ｌ１〜Ｌ４の進行方向は、図３紙面において手前から奥側に向かう方向である。また、図３のＡ面〜Ｄ面の向きは、図２において、それらの面の近傍に図示した目から見た向きであり、詳細を以下に記載する。
Ａ面 図３の横軸：図２の奥から手前方向、図３の縦軸：図２の右から左方向
Ｂ面 図３の横軸：図２の手前から奥方向、図３の縦軸：図２の下から上方向
Ｃ面 図３の横軸：図２の奥から手前方向、図３の縦軸：図２の右から左方向
Ｄ面 図３の横軸：図２の奥から手前方向、図３の縦軸：図２の下から上方向
なお、図４の向きは、図３のＡ面を見る向きと同じである。

映像光Ｌ１の偏光状態Ｖ１を説明するにあたり、まず、第１仮想面ＶＦ１を設定する。この第１仮想面ＶＦ１は、反射型偏光部材１５の反射面２８の垂線Ｐ１と、該垂線Ｐ１との交点に入射する第一の映像光Ｌ１の軌跡とがなすものである。図面においては、第１仮想面ＶＦ１は、図２の紙面に平行な面となり、図３の紙面とは直交、且つ、縦軸を通る面となる（便宜上、図３のＡ面縦軸に符号ＶＦ１を付す）。第一の映像光Ｌ１の偏光状態Ｖ１は、第１仮想面ＶＦ１に対し、Ｐ偏光及びＳ偏光以外となるように設定される。また、第２仮想面ＶＦ２は、図２の紙面に平行な面となり、図３の紙面とは直交、且つ、縦軸を通る面となる（便宜上、図３のＣ面縦軸に符号ＶＦ２を付す）。図２の配置においては、第二の映像光Ｌ３の偏光状態Ｖ３は、第２仮想面ＶＦ２に対し、第一の映像光Ｌ１の偏光状態Ｖ１と同じ偏光状態を保つことになるので、同様にＰ偏光及びＳ偏光以外となる。

なお、屈折率ｎの透明物質の表面に光がブルースター角（＝ｔａｎ^−１（ｎ））で入射する場合は、反射光は完全にＳ偏光になる。従って、第二の映像光Ｌ３がブルースター角に近い角度で映写板１１に入射するように設定されている場合は、第一の映像光Ｌ１がＰ偏光の場合は第二の映像光Ｌ３もＰ偏光となるため、映写板１１で反射する光量が不十分となる。また、第一の映像光Ｌ１がＳ偏光の場合は第二の映像光Ｌ３もＳ偏光となるため、映写板１１で反射した第三の映像光Ｌ４は水平面（地面）に対して略水平方向に振動する光となり、偏光サングラス４４を透過できなくなる。

ここで、本明細書及び特許請求の範囲において、「Ｐ偏光及びＳ偏光以外」とは、反射面の垂線と、映像光が該反射面と該垂線との交点に入射する軌跡とがなす仮想面に対して、Ｐ偏光を０°の振動方向を有する直線偏光とし、Ｓ偏光を９０°の振動方向を有する直線偏光とした際に、１〜８９°の振動方向を有した直線偏光を意味する。好ましくは、５〜８５°、より好ましくは１０〜８０°、最も好ましくは２０〜７０°の振動方向を有する直線偏光とすることである。つまり、前記仮想面ＶＦ１及びＶＦ２が紙面と平行である図２において、紙面と垂直であるＡ面を下方から見たときの映像光の振動方向を示す図３のＡ面において第一の映像光Ｌ１の偏光状態Ｖ１は、角度範囲α１内に振動方向を有する直線偏光とすることが好ましい。ここで、角度範囲α１は、Ｙ軸を基準として角度β１から角度β２までの範囲内を示し、角度β１が１°で角度β２が８９°、好ましくは角度β１が５°で角度β２が８５°、より好ましくは角度β１が１０°で角度β２が８０°、最も好ましくは角度β１が２０°で角度β２が７０°である。

ここで、反射型偏光部材１５の偏光反射軸ＶＲの方向は、特に限定されるものでないが、本実施の形態では、第一の映像光Ｌ１の偏光状態Ｖ１における直線偏光の振動方向と同様に、角度範囲α１内に設定され、好ましくは、図４で示す第１仮想面ＶＦ１に対して４５°時計回りに回転した方向とするとよい。

また、第一の映像光Ｌ１の偏光状態Ｖ１は、前記角度範囲α１内であればよいが、図３のＡ面で示すように、偏光反射軸ＶＲの方向に対して概略平行、つまり、本実施の形態では、Ｓ偏光（０°直線偏光）とＰ偏光（９０°直線偏光）との中間（４５°直線偏光）とすることが好ましい。これにより、観察者４２が偏光サングラス着用時および非着用時に視認する第三の映像光Ｌ４の明るさの差異が小さく、且つ、明るいものとすることができる。

第一の映像光Ｌ１をかかる角度範囲α１内に振動方向を有する直線偏光である偏光状態Ｖ１とした場合、反射型偏光部材１５で偏光反射した第二の映像光Ｌ２の偏光状態Ｖ２は、図３のＢ面で示す状態となり、反射器１６で反射した第二の映像光Ｌ３の偏光状態Ｖ３は、図３のＣ面で示す角度範囲α１内に振動方向を有する直線偏光である偏光状態となる。そして、第二の映像光Ｌ３が映写板１１に入光すると虚像４１が表示され、観察者４２が視認する第三の映像光Ｌ４の偏光状態Ｖ４は、図３のＤ面で示す角度範囲α２の範囲内に振動方向を有する直線偏光である偏光状態となる。

図３のＣ面の第２仮想面ＶＦ２は、映写板１１の垂線Ｐ２（図２参照）と、該垂線Ｐ２との交点に入射する第二の映像光Ｌ３の軌跡とがなすものである。図面においては、第２仮想面ＶＦ２は、図２の紙面に平行な面となり、図３の紙面とは直交、且つ、縦軸を通る面となる（この場合は、第１仮想面ＶＦ１と平行な面となる。）。その結果、第二の映像光Ｌ３の偏光状態Ｖ３は、第２仮想面ＶＦ２に対し、第一の映像光Ｌ１の第１仮想面ＶＦ１に対する関係と同様に、Ｐ偏光及びＳ偏光以外となっている。

前記仮想面ＶＦ１及びＶＦ２が紙面と平行である図２において、紙面と垂直であるＤ面を左方から見たときの映像光の振動方向を示す図３のＤ面において第三の映像光Ｌ４の偏光状態Ｖ４は、角度範囲α２内に振動方向を有する直線偏光とすることが好ましい。ここで、角度範囲α２は、Ｘ軸を基準として角度β３から角度β４までの範囲内を示し、角度β３が１°で角度β４が８９°、好ましくは角度β３が５°で角度β４が８５°、より好ましくは角度β３が１０°で角度β４が８０°、最も好ましくは角度β３が２０°で角度β４が７０°である。

第三の映像光Ｌ４の偏光状態は、上述の図３のＤ面で示す状態に限られるものでなく、水平面に対して非平行方向の偏光となるように設定される。ここで、本明細書及び特許請求の範囲において、「水平面に対して非平行方向の偏光」とは、電場の振動方向が水平面と平行な直線偏光を０°の振動方向を有する直線偏光とし、水平面と直交する直線偏光を９０°の振動方向を有する直線偏光とした際に、１〜９０°の振動方向を有する直線偏光を意味する。好ましくは、５〜９０°、より好ましくは１０〜９０°、最も好ましくは２０〜９０°の振動方向を有する直線偏光をいう。

なお、図３に示す第一の映像光Ｌ１の偏光状態を角度範囲α１内とするためには、液晶表示パネル２０に第１及び第２の直線偏光板２５，２６を貼着する際に、第１及び第２の直線偏光板２５，２６の偏光軸方向が所定の方向となるように調整することや、保持体２２による液晶表示パネル２０の設置方向を調整することによって、第１の直線偏光板２５の偏光軸方向を調整することが有効である。また、図４に示す反射型偏光部材１５の偏光反射軸ＶＲの向きを角度範囲α１内とするためには、反射型偏光部材１５を作製する際に偏光軸方向を調整することや、反射型偏光部材１５に回転機構を設けて偏光軸方向を調整することが有効である。

第三の映像光Ｌ４の偏光状態Ｖ４によれば、観察者４２が偏光サングラス４４をかけた場合であっても、虚像４１の映像品位低下を小さくできる。偏光サングラス４４を着用した状態においては、水平面に平行な方向の偏光状態の光を非透過とするが、前述した配設とすることにより、第三の映像光Ｌ４は水平面に平行な方向以外の偏光状態の光を含むため、視認可能となる。

また、従来のように反射部材をコールドミラーとした場合、第１仮想面ＶＦ１に対して、第一の映像光Ｌ１の偏光成分をＰ偏光あるいはＳ偏光以外とすると、コールドミラーを反射する第一の映像光Ｌ１の偏光状態が変化してしまいカラーシフトが発生するため、偏光サングラス４４を備えた観察者４２が視認する映像の品位は大きく低下してしまう。カラーシフトとは、波長ごとの偏光反射性が異なるために、波長ごとで反射した映像光の偏光成分比が変化し、波長ごとで偏光サングラスを透過できる光量が変化して、白色光が赤や青に着色する現象をいう。この点、本実施の形態のように、固有の偏光軸を有する反射型偏光部材１５を用いる場合、前記コールドミラーのような問題を解消することができる。また、反射型偏光部材１５は、太陽光といった外光に含まれる赤外光・可視光の半分程度を透過して光学系外に誘導できるため、コールドミラー同様、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１２内の温度制御を容易なものにすることができる。

また、従来のように反射部材を金属膜ミラーとした場合には、大光量の外光が映像表示器１４等に入光することとなるため、過熱による装置の故障の恐れがある。この点、本実施の形態によれば、前記窓部から太陽光（外光）が入光し、映像光Ｌの光路を進む場合、反射型偏光部材１５で偏光分離されるため、熱の発生や劣化を防止でき、金属膜ミラーを用いた場合の問題も解消することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさ、形状、材質、数量等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、第一の映像光Ｌ１の偏光状態Ｖ１は、角度範囲α１内であれば、４５°直線偏光以外の振動方向としてもよく、反射型偏光部材１５の偏光反射軸ＶＲの方向も、角度範囲α１内であれば変更してもよい。また、これらを平行に設定することに限られるものでない。但し、前記実施の形態のように偏光状態Ｖ１及び偏光反射軸ＶＲの角度を設定しつつ概略平行とすることで、第三の映像光Ｌ４を高輝度、高コントラスト比とすることができる点で有利となる。

本発明の映像表示システムは、車両用、またはその他の用途のヘッドアップディスプレイシステムとして、好適に使用できる。

１０ 映像表示システム
１１ 映写板
１２ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置（映像表示装置）
１４ 映像表示器
１５ 反射型偏光部材
１６ 反射器
２０ 液晶表示パネル
２１ 光源
２５ 第１の直線偏光板
２６ 第２の直線偏光板
２８ 反射面
４１ 虚像
４２ 観察者
４４ 偏光サングラス
Ｌ（Ｌ１〜Ｌ４） 映像光
Ｖ１〜Ｖ４ 偏光状態
ＶＦ１ 第１仮想面
ＶＦ２ 第２仮想面
ＶＲ 偏光反射軸

Claims (7)

1. 映像光が投影される映写板と、前記映写板に映像光を投影する映像表示装置とを含む映像表示システムであって、
   前記映像表示装置は、直線偏光である第一の映像光を出光する映像表示器と、所定の振動方向を有する直線偏光を反射する固有の偏光反射軸を有し、前記第一の映像光が入光して第二の映像光を反射するよう配置された反射型偏光部材とを具備し、
   前記映写板は、前記第二の映像光が入光して第三の映像光を反射するよう配置され、
   前記第一の映像光が前記反射型偏光部材の反射面に対して傾斜入光するように前記映像表示器と前記反射型偏光部材とが配置され、且つ、前記第一の映像光の偏光状態が前記反射面の垂線と、前記第一の映像光が該反射面と該垂線との交点に入射する軌跡とがなす仮想面に対して、Ｐ偏光及びＳ偏光以外であって、
   前記第三の映像光の偏光状態が水平面に対して非平行方向の偏光であることを特徴とする映像表示システム。
2. 前記映像表示器は、第１の直線偏光板を有する液晶表示パネルと光源とを含み、
   前記反射型偏光部材の反射面に入光する前記第一の映像光の偏光の振動方向と、前記反射型偏光部材の偏光反射軸方向とは、概略平行であることを特徴とする請求項１に記載の映像表示システム。
3. 前記映像表示器は、第２の直線偏光板を更に有し、第２の直線偏光板は反射型偏光板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の映像表示システム。
4. 前記反射型偏光部材は、ワイヤグリッド偏光板であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の映像表示システム。
5. 前記映写板は、自動車のフロントガラスまたはコンバイナであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の映像表示システム。
6. 前記反射型偏光部材と前記映写板との間に、凹面鏡からなる反射器を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の映像表示システム。
7. 出光側に直線偏光板を有する液晶表示パネルと光源とを含んで直線偏光である第一の映像光を出光する映像表示器と、
   所定の振動方向を有する直線偏光を反射する固有の偏光反射軸を有し、前記第一の映像光が入光して第二の映像光を反射するように配置された反射型偏光部材とを含み、
   前記反射型偏光部材の反射面に対して前記第一の映像光が傾斜入光するように前記映像表示器と前記反射型偏光部材とが配置された映像表示装置において、
   前記第二の映像光が入光して第三の映像光を反射するように配置された映写板によって観察者が偏光サングラスを通して前記第三の映像光の虚像を視認するための前記映像表示装置の設定方法であって、
   前記第一の映像光の偏光状態が前記反射型偏光部材の反射面の垂線と、前記映像光が該反射面と該垂線との交点に入射する軌跡とがなす仮想面に対して、Ｐ偏光及びＳ偏光以外となるように、前記直線偏光板の偏光軸を設定し、且つ、前記第三の映像光の偏光状態が水平面に対して非平行方向の偏光となるように、前記反射型偏光部材の偏光反射軸方向を設定することを特徴とする映像表示装置の設定方法。
   

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