JP2017076044A - Projection type display device using laser beam and on-vehicle head-up display using the projection type display device - Google Patents
Projection type display device using laser beam and on-vehicle head-up display using the projection type display device Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を用いた投射型表示装置及び該投射型表示装置を用いた車載用ヘッドアップディスプレイに関する。 The present invention relates to a projection display device using laser light and an in-vehicle head-up display using the projection display device.
近年、小型で高効率なレーザ光を光源として用いた投射型表示装置が開発されている。レーザ光は輝度が高く色再現性に優れており、広画角化、低消費電力化、高コントラスト化が可能なことから、投射型表示装置としてヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ等への適用も進んでいる。 In recent years, a projection display device using a small and highly efficient laser beam as a light source has been developed. Laser light has high brightness and excellent color reproducibility, and can be applied to head-mounted displays and head-up displays as a projection display device because of its wide angle of view, low power consumption, and high contrast. Progressing.
レーザ光はコヒーレンス性が高いので、投射型表示装置で投射した面(投射面)の凹凸によりレーザ光が散乱されると、散乱光同士が干渉し、投射面に表示させた画像(表示画像)に明暗の斑点模様であるスペックルノイズが現れることがある。スペックルノイズにより表示画像の品質は著しく損なわれる。スペックルノイズは、レーザ光源を用いた投射型表示装置特有の問題であり、従来より種々の解決の試みが行われてきた。 Since the laser light has high coherence, when the laser light is scattered by the unevenness of the surface (projection surface) projected by the projection display device, the scattered light interferes with each other and is displayed on the projection surface (display image) Speckle noise, which is a bright and dark spot pattern, may appear. The quality of the displayed image is significantly impaired by speckle noise. Speckle noise is a problem peculiar to a projection display device using a laser light source, and various attempts have been made to solve it.
スペックルノイズを低減する方法の一つとして、光源から出射されたレーザ光の偏光方向をフレーム単位で水平偏光と垂直偏光とに90度変化させて画像を表示させる方法がある。これにより、各フレームでスペックルノイズが発生するものの、偏光方向によってスペックルノイズの発生する箇所が異なるので、表示画像全体としては発生したスペックルノイズが平滑化される。結果として、スペックルノイズが低減された状態で表示画像が視認される(例えば、特許文献1)。 One method for reducing speckle noise is to display an image by changing the polarization direction of laser light emitted from a light source by 90 degrees between horizontal polarization and vertical polarization in units of frames. Thereby, although speckle noise is generated in each frame, the location where speckle noise is generated differs depending on the polarization direction, and thus the generated speckle noise is smoothed for the entire display image. As a result, a display image is visually recognized in a state where speckle noise is reduced (for example, Patent Document 1).
一般に、偏光サングラスには水平偏光成分を吸収する偏光板が使用されている。従って、上記のように光源から出射されるレーザ光を水平偏光と垂直偏光とに切り換えて画像を表示させる投射型表示装置において、偏光サングラスをかけて表示画像を視認すると、垂直偏光の表示画像は視認可能であるが、水平偏光の表示画像は視認できない。よって、表示画像において視認できるフレームと視認できないフレームとが交互に現れるので、表示画像に明暗のちらつき、いわゆるフリッカが発生しているように認識される。 In general, polarizing sunglasses use a polarizing plate that absorbs a horizontally polarized light component. Therefore, in the projection display device that displays the image by switching the laser light emitted from the light source between the horizontal polarization and the vertical polarization as described above, when the display image is viewed through the polarization sunglasses, the display image of the vertical polarization is Although it is visible, a display image with horizontal polarization cannot be visually recognized. Therefore, since a frame that can be visually recognized and a frame that cannot be visually recognized appear alternately in the display image, the display image is recognized as flickering, that is, so-called flicker.
特許文献2には、偏光サングラスをかけた状態で水平偏光の表示画像を視認することができる車両用表示装置が開示されている。該車両用表示装置は、水平偏光面を有する出射表示光を出射する表示器と、該表示器を照明する照明光源と、表示器から出射された出射表示光の水平偏光面に対して45度だけ高速軸が傾いた状態で表示部に臨むようにして設けられた1/4波長板と、を備えている。このように配置された1/4波長板を使用すると、水平偏光の出射表示光は1/4波長板の透過後に円偏光になるので、水平偏光成分を吸収する偏光サングラスのみならず、いずれの方向の偏光成分を吸収する偏光サングラスであっても表示画像を視認することができる。よって、視認者は頭や体を傾けた状態でも表示画像を視認することができる。 Patent Document 2 discloses a vehicle display device capable of visually recognizing a horizontally polarized display image while wearing polarized sunglasses. The vehicle display device includes a display that emits output display light having a horizontal polarization plane, an illumination light source that illuminates the display, and 45 degrees with respect to the horizontal polarization plane of the output display light emitted from the display. And a quarter-wave plate provided so as to face the display unit with the high-speed axis tilted. When the ¼ wavelength plate arranged in this way is used, the horizontally polarized outgoing display light becomes circularly polarized after being transmitted through the ¼ wavelength plate. Even with polarized sunglasses that absorb the polarized component of the direction, the display image can be viewed. Therefore, the viewer can visually recognize the display image even when the head or body is tilted.
しかし、現実の1/4波長板では、可視光の範囲にある全ての波長の光に対して1/4波長の位相差を与えることはできない。そのため、1/4波長の位相差とならない波長においては1/4波長板を透過した出射表示光は円偏光ではなく楕円偏光となるので、偏光サングラスをかけた状態で水平偏光の表示画像を視認できる効果は限定的となる。 However, an actual quarter-wave plate cannot give a quarter-wave phase difference to all wavelengths within the visible light range. For this reason, the output light that has passed through the quarter-wave plate is not circularly polarized but elliptically polarized at wavelengths that do not result in a quarter-wave phase difference, so that the horizontally polarized display image can be viewed visually while wearing polarized sunglasses. The effects that can be done are limited.
このように、スペックルノイズを低減するためにフレーム単位で偏光方向を変化させた画像を偏光サングラスを通して視認したときに、可視光の範囲にある全ての波長の光に対してフリッカが発生しないレーザ光を用いた投射型表示装置が求められている。 In this way, when an image whose polarization direction is changed in units of frames in order to reduce speckle noise is viewed through polarized sunglasses, the laser does not generate flicker for all wavelengths in the visible light range. There is a need for a projection display device using light.
本発明に係るレーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、波長の異なる複数のレーザ光を所定の偏光方向で発生させる光源部と、前記複数のレーザ光を合成する合成光学部と、前記複数のレーザ光から投射画像を形成する画像形成部と、前記合成光学部から出射した前記複数のレーザ光が透過する透過領域において単一の偏光状態を生成すると共に、該透過領域において前記複数のレーザ光の偏光方向を変化させる液晶素子と、前記液晶素子から出射した前記複数のレーザ光に位相差を与える高リタデーションフィルムと、を備える。 One embodiment of a projection display device using laser light according to the present invention includes a light source unit that generates a plurality of laser beams having different wavelengths in a predetermined polarization direction, and a combining optical unit that combines the plurality of laser beams. And a single polarization state in an image forming unit that forms a projection image from the plurality of laser beams, and a transmission region through which the plurality of laser beams emitted from the combining optical unit are transmitted, and in the transmission region A liquid crystal element that changes a polarization direction of the plurality of laser beams; and a high retardation film that gives a phase difference to the plurality of laser beams emitted from the liquid crystal element.
高リタデーションフィルムを備えた投射型表示装置においては、直線偏光を有する複数のレーザ光が高リタデーションフィルムを透過することにより、透過後の複数のレーザ光に含まれる各波長の光は、様々な偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類(直線偏光、円偏光、楕円偏光)の光を含むものとなり、水平偏光の光のみを含むものではない。そのため、偏光サングラスをかけた運転者がその画像を視認しても、フリッカは発生しない。 In a projection display device having a high retardation film, a plurality of laser beams having linearly polarized light are transmitted through the high retardation film, so that light of each wavelength included in the plurality of laser beams after transmission has various polarizations. It includes light of the direction, rotation direction, and polarization type (linearly polarized light, circularly polarized light, elliptically polarized light), and does not include only horizontally polarized light. Therefore, even if a driver wearing polarized sunglasses visually recognizes the image, flicker does not occur.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記高リタデーションフィルムの光学軸と前記単一の偏光状態における偏光軸とが45度の角度をなしており、前記複数のレーザ光に4000nm以上の位相差を与える。 In one embodiment of the projection display apparatus using laser light, the optical axis of the high retardation film and the polarization axis in the single polarization state form an angle of 45 degrees, and the plurality of laser lights A phase difference of 4000 nm or more is given.
高リタデーションフィルムの光学軸(進相軸と遅相軸)と直線偏光のレーザ光の偏光軸とが45度の角度をなしていると、高リタデーションフィルムに入射した複数のレーザ光は進相軸に沿って透過する成分と遅相軸に沿って透過する成分とを有する。そして、透過後の合成光においては、進相軸に沿う成分と遅相軸に沿う成分との間には4000nm以上の位相差が生じている。本実施形態に係る高リタデーションフィルムは、可視光の範囲にある全ての波長の光(赤色光、緑色光、青色光)に対して、位相差が4000nm以上になる特性を有している。位相差が4000nm以上あると、投射された画像に虹むらが発生することなく、高品質の画像を得ることができる。 If the optical axis (fast axis and slow axis) of the high retardation film and the polarization axis of the linearly polarized laser beam are at an angle of 45 degrees, the multiple laser beams incident on the high retardation film are fast axes. And a component that transmits along the slow axis. In the synthesized light after transmission, a phase difference of 4000 nm or more is generated between the component along the fast axis and the component along the slow axis. The high retardation film according to this embodiment has a characteristic that the phase difference is 4000 nm or more with respect to light of all wavelengths (red light, green light, and blue light) in the visible light range. When the phase difference is 4000 nm or more, a high-quality image can be obtained without causing rainbow unevenness in the projected image.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態において、前記液晶素子は、液晶層、及び、該液晶層を挟むように配置された一対の基板を有し、前記一対の基板のうち少なくとも前記光源部から遠い側にある基板の表面に前記高リタデーションフィルムが形成されている。 In one embodiment of a projection display apparatus using laser light, the liquid crystal element has a liquid crystal layer and a pair of substrates arranged so as to sandwich the liquid crystal layer, and at least of the pair of substrates The high retardation film is formed on the surface of the substrate on the side far from the light source part.
このような構成を有すると、高リタデーションフィルムを保持するための部材が不要となり、投射型表示装置をより安価に構成することができる。 With such a configuration, a member for holding the high retardation film becomes unnecessary, and the projection display device can be configured at a lower cost.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記光源部から見て前記画像形成部より遠い側に拡散機能を有する中間像部をさらに備え、該中間像部の少なくとも一方の表面に前記高リタデーションフィルムが形成されている。 One embodiment of a projection display apparatus using laser light further includes an intermediate image portion having a diffusion function on a side farther from the image forming portion when viewed from the light source portion, and at least one surface of the intermediate image portion The high retardation film is formed.
このような構成を有すると、高リタデーションフィルムを保持するための部材が不要となる。また、中間像部は透過型のスクリーンであり、入射光を拡散させて出射させる機能を有する。投射型表示装置が中間像部を備えることにより、スクリーンへの投射に必要な出射角を有する合成光を得ることができる。 With such a configuration, a member for holding the high retardation film becomes unnecessary. The intermediate image portion is a transmissive screen and has a function of diffusing incident light and emitting it. By providing the projection display device with the intermediate image portion, it is possible to obtain synthetic light having an emission angle necessary for projection onto the screen.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記光源部から見て前記画像形成部より遠い側にハーフミラー機能を有する表示部をさらに備え、該表示部の前記光源部に近い側の表面に前記高リタデーションフィルムが形成されている。 One embodiment of a projection display apparatus using laser light further includes a display unit having a half mirror function on the side farther from the image forming unit when viewed from the light source unit, and is close to the light source unit of the display unit The high retardation film is formed on the surface on the side.
このような構成を有すると、高リタデーションフィルムを保持するための部材が不要となる。また、表示部に画像を投射することにより、フロントガラスの曲率に関係なく、歪みのない画像を表示させることができる。さらに、表示部を凹面にすることにより、画像の拡大倍率を大きくすることができる。 With such a configuration, a member for holding the high retardation film becomes unnecessary. Further, by projecting an image on the display unit, an image without distortion can be displayed regardless of the curvature of the windshield. Furthermore, the magnification of the image can be increased by making the display unit concave.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態において、前記液晶素子は、液晶層、及び、該液晶層を挟むように配置された一対の基板を有し、前記液晶層の液晶分子は前記一対の基板の間で螺旋構造を有しており、前記液晶分子の螺旋ピッチと前記液晶層の屈折率異方性との積が2500nm以上である。 In one embodiment of a projection display apparatus using laser light, the liquid crystal element has a liquid crystal layer and a pair of substrates arranged so as to sandwich the liquid crystal layer, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are The pair of substrates has a spiral structure, and the product of the spiral pitch of the liquid crystal molecules and the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm or more.
このような構成を有すると、液晶素子が波長の異なる複数のレーザ光の旋光分散が低減し偏光特性が同じになる。これにより、1フレームの投射画像の形成中に偏光方向が変化しても、印加電圧に対して波長の異なる複数のレーザ光の全ての偏光方向が同じように変化するので、1フレームの画像の描画中に同じ色を複数の画素に表示させても色の変化は生じない。 With such a configuration, the liquid crystal element reduces the optical rotation dispersion of a plurality of laser beams having different wavelengths, and the polarization characteristics are the same. As a result, even if the polarization direction changes during the formation of a one-frame projection image, all the polarization directions of a plurality of laser beams having different wavelengths with respect to the applied voltage change in the same way. Even if the same color is displayed on a plurality of pixels during drawing, the color does not change.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記液晶層における前記液晶分子のねじれ角が90度である。 In one embodiment of the projection display device using laser light, the twist angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is 90 degrees.
このような構成とすれば、液晶層への電圧印加のオンとオフとで、液晶層を透過する光の偏光方向を90度変化させることができる。これにより、偏光方向の変化によるスペックルノイズの低減効果を最大にすることができる。 With such a configuration, the polarization direction of light transmitted through the liquid crystal layer can be changed by 90 degrees by turning on and off the voltage application to the liquid crystal layer. Thereby, the effect of reducing speckle noise due to the change in the polarization direction can be maximized.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態において、前記液晶層は第1層と第2層とを積層して構成され、前記第1層における前記ねじれ角及び前記第2層における前記ねじれ角はいずれも45度である。 In one embodiment of the projection display apparatus using laser light, the liquid crystal layer is formed by laminating a first layer and a second layer, and the twist angle in the first layer and the twist angle in the second layer. Each twist angle is 45 degrees.
液晶素子において、2層の液晶層を積層して液晶層を構成されている場合、液晶素子を通過する光の偏光方向を90度変化させるためには、各液晶層への電圧印加を同電圧で同じタイミングで行うことで、印加電圧のオンとオフによる各液晶層での偏光方向の変化は45度で済む。そのため、波長の異なる複数のレーザ光の旋光分散を小さくすることができると共に、短時間で偏光方向を変化させることができる。また、第1層と第2層の45度のねじれ角は同じ方向にねじれていてもいいし、反対方向にねじれていてもいい。反対方向にねじれている場合には、各液晶層への電圧印加を同電圧で交互に印加するタイミングで行う。 In a liquid crystal element, when two liquid crystal layers are stacked to form a liquid crystal layer, in order to change the polarization direction of light passing through the liquid crystal element by 90 degrees, the voltage applied to each liquid crystal layer is the same voltage. In this case, the change of the polarization direction in each liquid crystal layer due to turning on and off of the applied voltage is 45 degrees. Therefore, the optical rotation dispersion of a plurality of laser beams having different wavelengths can be reduced, and the polarization direction can be changed in a short time. Further, the 45 degree twist angles of the first layer and the second layer may be twisted in the same direction or may be twisted in opposite directions. When twisted in the opposite direction, voltage application to each liquid crystal layer is performed at the timing of alternately applying the same voltage.
本発明に係るレーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、波長の異なる複数のレーザ光を所定の偏光方向で発生させる光源部と、前記複数のレーザ光を合成する合成光学部と、前記複数のレーザ光から投射画像を形成する画像形成部と、前記合成光学部から出射した前記複数のレーザ光が透過する透過領域において単一の偏光状態を生成すると共に、該透過領域において前記複数のレーザ光の偏光方向を変化させる液晶素子と、を備え、前記液晶素子は、液晶層、及び、該液晶層を挟むように配置された一対の基板を有し、前記液晶層の液晶分子は前記一対の基板の間で螺旋構造を有しており、前記液晶素子における前記複数のレーザ光の偏光方向は、前記液晶素子の使用状態において水平方向に対して右に45度変化した方向と左に45度変化した方向に交互に変化するレーザ光を用いている。 One embodiment of a projection display device using laser light according to the present invention includes a light source unit that generates a plurality of laser beams having different wavelengths in a predetermined polarization direction, and a combining optical unit that combines the plurality of laser beams. And a single polarization state in an image forming unit that forms a projection image from the plurality of laser beams, and a transmission region through which the plurality of laser beams emitted from the combining optical unit are transmitted, and in the transmission region A liquid crystal element that changes a polarization direction of the plurality of laser beams, and the liquid crystal element includes a liquid crystal layer and a pair of substrates disposed so as to sandwich the liquid crystal layer, and the liquid crystal of the liquid crystal layer The molecule has a spiral structure between the pair of substrates, and the polarization direction of the plurality of laser beams in the liquid crystal element is changed by 45 degrees to the right with respect to the horizontal direction in the usage state of the liquid crystal element. When A laser beam is used which alternately changes 45 degrees altered direction.
このような構成を有する投射型表示装置においては、液晶素子により偏光方向を水平方向に対して右に45度変化した方向と左に45度変化した方向を交互に変化させた合成光で形成された画像がスクリーンに投射される。このような構成であれば、投射画像の偏光方向が変化するため、スクリーンに発生したスペックルノイズは全体として平滑化される。結果として、スペックルノイズは低減されて運転者に視認される。また、偏光サングラスをかけた運転者がその画像を視認しても、その画像は水平偏光の合成光で形成されたものではないため、フリッカは発生しない。 In the projection type display device having such a configuration, the liquid crystal element is formed by combined light in which the polarization direction is changed 45 degrees to the right and 45 degrees to the left alternately with respect to the horizontal direction. The projected image is projected on the screen. With such a configuration, since the polarization direction of the projected image changes, speckle noise generated on the screen is smoothed as a whole. As a result, speckle noise is reduced and is visually recognized by the driver. Further, even if the driver wearing the polarized sunglasses visually recognizes the image, the image is not formed by the horizontally polarized synthetic light, and therefore flicker does not occur.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記液晶分子の螺旋ピッチと前記液晶層の屈折率異方性との積が2500nm以上である。 In one embodiment of the projection display apparatus using laser light, the product of the helical pitch of the liquid crystal molecules and the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm or more.
このような構成を有すると、液晶素子が波長の異なる複数のレーザ光の旋光分散が低減し偏光特性が同じになる。これにより、1フレームの投射画像の形成中に偏光方向が変化しても、印加電圧に対して波長の異なる複数のレーザ光の全ての偏光方向が同じように変化するので、1フレームの画像の描画中に同じ色を複数の画素に表示させても色の変化は生じない。 With such a configuration, the liquid crystal element reduces the optical rotation dispersion of a plurality of laser beams having different wavelengths, and the polarization characteristics are the same. As a result, even if the polarization direction changes during the formation of a one-frame projection image, all the polarization directions of a plurality of laser beams having different wavelengths with respect to the applied voltage change in the same way. Even if the same color is displayed on a plurality of pixels during drawing, the color does not change.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記液晶層における前記液晶分子のねじれ角が90度である。 In one embodiment of the projection display device using laser light, the twist angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is 90 degrees.
このような構成とすれば、液晶層への電圧印加のオンとオフとで、液晶層を透過する光の偏光方向を90度変化させることができる。これにより、偏光方向の変化によるスペックルノイズの低減効果を最大にすることができる。 With such a configuration, the polarization direction of light transmitted through the liquid crystal layer can be changed by 90 degrees by turning on and off the voltage application to the liquid crystal layer. Thereby, the effect of reducing speckle noise due to the change in the polarization direction can be maximized.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態において、前記液晶層は第1層と第2層とを積層して構成され、前記第1層における前記ねじれ角及び前記第2層における前記ねじれ角はいずれも45度である。 In one embodiment of the projection display apparatus using laser light, the liquid crystal layer is formed by laminating a first layer and a second layer, and the twist angle in the first layer and the twist angle in the second layer. Each twist angle is 45 degrees.
液晶素子において、2層の液晶層を積層して液晶層を構成されている場合、液晶素子を通過する光の偏光方向を90度変化させるためには、各液晶層への電圧印加を同電圧で同じタイミングで行うことで、印加電圧のオンとオフによる各液晶層での偏光方向の変化は45度で済む。そのため、波長の異なる複数のレーザ光の旋光分散を小さくすることができると共に、短時間で偏光方向を変化させることができる。また、第1層と第2層の45度のねじれ角は同じ方向にねじれていてもいいし、反対方向にねじれていてもいい。反対方向にねじれている場合には、各液晶層への電圧印加を同電圧で交互に印加するタイミングで行う。 In a liquid crystal element, when two liquid crystal layers are stacked to form a liquid crystal layer, in order to change the polarization direction of light passing through the liquid crystal element by 90 degrees, the voltage applied to each liquid crystal layer is the same voltage. In this case, the change of the polarization direction in each liquid crystal layer due to turning on and off of the applied voltage is 45 degrees. Therefore, the optical rotation dispersion of a plurality of laser beams having different wavelengths can be reduced, and the polarization direction can be changed in a short time. Further, the 45 degree twist angles of the first layer and the second layer may be twisted in the same direction or may be twisted in opposite directions. When twisted in the opposite direction, voltage application to each liquid crystal layer is performed at the timing of alternately applying the same voltage.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記液晶素子から出射した前記複数のレーザ光に位相差を与える高リタデーションフィルムをさらに備え、前記高リタデーションフィルムの光学軸と前記単一の偏光状態における偏光軸とが45度の角度をなしており、前記複数のレーザ光に4000nm以上の位相差を与える。 One embodiment of a projection display apparatus using laser light further includes a high retardation film that gives a phase difference to the plurality of laser lights emitted from the liquid crystal element, and the optical axis of the high retardation film and the single The polarization axis in this polarization state forms an angle of 45 degrees, and gives a phase difference of 4000 nm or more to the plurality of laser beams.
高リタデーションフィルムを備えた投射型表示装置においては、直線偏光を有する複数のレーザ光が高リタデーションフィルムを透過することにより、透過後の複数のレーザ光に含まれる各波長の光は、様々な偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類(直線偏光、円偏光、楕円偏光)の光を含むものとなり、水平偏光の光のみを含むものではない。そのため、偏光サングラスをかけた運転者がその画像を視認しても、フリッカは発生しない。 In a projection display device having a high retardation film, a plurality of laser beams having linearly polarized light are transmitted through the high retardation film, so that light of each wavelength included in the plurality of laser beams after transmission has various polarizations. It includes light of the direction, rotation direction, and polarization type (linearly polarized light, circularly polarized light, elliptically polarized light), and does not include only horizontally polarized light. Therefore, even if a driver wearing polarized sunglasses visually recognizes the image, flicker does not occur.
また、高リタデーションフィルムの光学軸(進相軸と遅相軸)と直線偏光のレーザ光の偏光軸とが45度の角度をなしていると、高リタデーションフィルムに入射した複数のレーザ光は進相軸に沿って透過する成分と遅相軸に沿って透過する成分とを有する。そして、透過後の合成光においては、進相軸に沿う成分と遅相軸に沿う成分との間には4000nm以上の位相差が生じている。本実施形態に係る高リタデーションフィルムは、可視光の範囲にある全ての波長の光(赤色光、緑色光、青色光)に対して、位相差が4000nm以上になる特性を有している。位相差が4000nm以上あると、投射された画像に虹むらが発生することなく、高品質の画像を得ることができる。 In addition, if the optical axis (the fast axis and the slow axis) of the high retardation film and the polarization axis of the linearly polarized laser beam form an angle of 45 degrees, a plurality of laser beams incident on the high retardation film advance. It has a component that permeates along the phase axis and a component that permeates along the slow axis. In the synthesized light after transmission, a phase difference of 4000 nm or more is generated between the component along the fast axis and the component along the slow axis. The high retardation film according to this embodiment has a characteristic that the phase difference is 4000 nm or more with respect to light of all wavelengths (red light, green light, and blue light) in the visible light range. When the phase difference is 4000 nm or more, a high-quality image can be obtained without causing rainbow unevenness in the projected image.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記一対の基板のうち少なくとも前記光源部から遠い側にある基板の表面に前記高リタデーションフィルムが形成されている。 In one embodiment of the projection display apparatus using laser light, the high retardation film is formed on the surface of the substrate that is at least on the side farther from the light source unit among the pair of substrates.
このような構成を有すると、高リタデーションフィルムを保持するための部材が不要となり、投射型表示装置をより安価に構成することができる。 With such a configuration, a member for holding the high retardation film becomes unnecessary, and the projection display device can be configured at a lower cost.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記光源部から見て前記画像形成部より遠い側に拡散機能を有する中間像部をさらに備え、該中間像部の少なくとも一方の表面に前記高リタデーションフィルムが形成されている。 One embodiment of a projection display apparatus using laser light further includes an intermediate image portion having a diffusion function on a side farther from the image forming portion when viewed from the light source portion, and at least one surface of the intermediate image portion The high retardation film is formed.
このような構成を有すると、高リタデーションフィルムを保持するための部材が不要となる。また、中間像部は透過型のスクリーンであり、入射光を拡散させて出射させる機能を有する。投射型表示装置が中間像部を備えることにより、スクリーンへの投射に必要な出射角を有する合成光を得ることができる。 With such a configuration, a member for holding the high retardation film becomes unnecessary. The intermediate image portion is a transmissive screen and has a function of diffusing incident light and emitting it. By providing the projection display device with the intermediate image portion, it is possible to obtain synthetic light having an emission angle necessary for projection onto the screen.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記光源部から見て前記画像形成部より遠い側にハーフミラー機能を有する表示部をさらに備え、該表示部の前記光源部に近い側の表面に前記高リタデーションフィルムが形成されている。 One embodiment of a projection display apparatus using laser light further includes a display unit having a half mirror function on the side farther from the image forming unit when viewed from the light source unit, and is close to the light source unit of the display unit The high retardation film is formed on the surface on the side.
このような構成を有すると、高リタデーションフィルムを保持するための部材が不要となる。また、表示部に画像を投射することにより、フロントガラスの曲率に関係なく、歪みのない画像を表示させることができる。さらに、表示部を凹面にすることにより、画像の拡大倍率を大きくすることができる。 With such a configuration, a member for holding the high retardation film becomes unnecessary. Further, by projecting an image on the display unit, an image without distortion can be displayed regardless of the curvature of the windshield. Furthermore, the magnification of the image can be increased by making the display unit concave.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記合成光学部と前記液晶素子との間に、前記複数のレーザ光の透過率を変化させる液晶セルをさらに備える。 One embodiment of a projection display device using laser light further includes a liquid crystal cell that changes the transmittance of the plurality of laser lights between the combining optical unit and the liquid crystal element.
レーザ光の発光強度を電流で制御する場合には、発光強度を強い状態から弱い状態に変化させていくと、ある電流値で発振が停止するので弱い状態のレーザ光を得ることができない。すなわち、発光強度のダイナミックレンジが小さい。そこで、液晶セルで内部を透過するレーザ光の透過率を変化させることにより、電流制御を行うことなく透過したレーザ光の発光強度を強い状態から弱い状態まで変化させることができるので、発光強度のダイナミックレンジを大きくすることができる。 When the emission intensity of laser light is controlled by current, if the emission intensity is changed from a strong state to a weak state, the oscillation stops at a certain current value, so that a weak laser beam cannot be obtained. That is, the dynamic range of the emission intensity is small. Therefore, by changing the transmittance of the laser beam that passes through the inside of the liquid crystal cell, the emission intensity of the transmitted laser beam can be changed from a strong state to a weak state without performing current control. The dynamic range can be increased.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記液晶セルは垂直配向ネマティック液晶層を有する。 In one embodiment of the projection display apparatus using laser light, the liquid crystal cell has a vertically aligned nematic liquid crystal layer.
垂直配向ネマティック液晶を用いて複数のレーザ光の透過率を変化させると、外光の強度に応じて液晶素子に入射するレーザ光の強度を制御することができる。また、液晶層に電圧が印加されていないときにレーザ光が透過しない(ノーマリーブラック)構成にすることにより、高いコントラスト比(消光比)が得られると共に、レーザ光に対する安全が確保される。 When the transmittance of a plurality of laser beams is changed using the vertically aligned nematic liquid crystal, the intensity of the laser beam incident on the liquid crystal element can be controlled in accordance with the intensity of external light. Further, by adopting a configuration in which laser light does not pass through when the voltage is not applied to the liquid crystal layer (normally black), a high contrast ratio (extinction ratio) is obtained and safety against the laser light is ensured.
レーザ光を用いた投射型表示装置の1つの実施形態は、前記光源部から見て前記液晶セルより遠い側に前記複数のレーザ光の色及び強度を検出する光検出部をさらに備える。また、前記光検出部の検出結果が入力される制御部をさらに備え、前記光源部は、赤色光を発生する赤色レーザ光源と、緑色光を発生する緑色レーザ光源と、青色光を発生する青色レーザ光源とを含んでおり、前記制御部は、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記赤色レーザ光源、前記緑色レーザ光源、前記青色レーザ光源から出射される光の強度を変化させる制御を行うと好適である。 One embodiment of a projection display device using laser light further includes a light detection unit that detects colors and intensities of the plurality of laser beams on a side farther from the liquid crystal cell when viewed from the light source unit. The light source unit further includes a control unit to which a detection result of the light detection unit is input, and the light source unit includes a red laser light source that generates red light, a green laser light source that generates green light, and a blue light that generates blue light. A laser light source, and the control unit performs control to change the intensity of light emitted from the red laser light source, the green laser light source, and the blue laser light source based on a detection result of the light detection unit. It is preferred to do so.
液晶セルに垂直配向ネマティック液晶を用いた場合には、複数のレーザ光の強度を大きく変化させることができると共にレーザ光に対する安全が確保できるが、垂直配向ネマティック液晶では波長が異なる赤色光、緑色光、青色光により、液晶層に同じ電圧を印加したときの光が透過する際の変調率の差(波長分散)が大きい。そのため、液晶セルに入射する前の合成光の色、すなわち、画像に表示されるべき色と、液晶セルを透過した後の合成光の色が変化してしまい、投影された画像の色バランスが劣化してしまう。従って、このような構成を有することにより、外光の強度に応じて運転者が視認する画像の輝度と色バランスとを常に最適にすることができる。 When vertically aligned nematic liquid crystal is used in the liquid crystal cell, the intensity of multiple laser beams can be greatly changed and safety against the laser beam can be ensured. However, vertical aligned nematic liquid crystals have different wavelengths of red light and green light. The difference in the modulation factor (wavelength dispersion) is large when blue light transmits when the same voltage is applied to the liquid crystal layer. For this reason, the color of the combined light before entering the liquid crystal cell, that is, the color to be displayed in the image, and the color of the combined light after passing through the liquid crystal cell change, and the color balance of the projected image is changed. It will deteriorate. Therefore, by having such a configuration, it is possible to always optimize the brightness and color balance of the image viewed by the driver according to the intensity of external light.
上記いずれかのレーザ光を用いた投射型表示装置は、車載用ヘッドアップディスプレイに適用することができる。 The projection display device using any one of the above laser beams can be applied to an in-vehicle head-up display.
このような特徴構成とすれば、スペックルノイズが少なく高品質の画像を表示させることができると共に、偏光サングラスをかけた運転者がその画像を視認しても、フリッカが発生しないヘッドマウントディスプレイを得ることができる。 With such a characteristic configuration, a high-quality image with little speckle noise can be displayed, and a head-mounted display that does not generate flicker even when a driver wearing polarized sunglasses visually recognizes the image. Can be obtained.
1.第1実施形態
〔車載用ヘッドアップディスプレイの構成〕
以下、本発明の第1実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1に車載用ヘッドアップディスプレイ(以下、単に「ヘッドアップディスプレイ」と称する)50の構成を表すブロック図を示す。ヘッドアップディスプレイ50は、人間の視野内に重ねて情報を表示させる装置である。ヘッドアップディスプレイ50は、第1実施形態に係る投射型表示装置10、及び、反射ミラー340を備える。
1. First Embodiment [Configuration of Head-Up Display for Vehicle]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an in-vehicle head-up display (hereinafter simply referred to as “head-up display”) 50. The head-up
〔投射型表示装置の全体構成〕
投射型表示装置10は、光源部100と、合成光学部200と画像形成部300と液晶素子400と高リタデーションフィルム500とを備えている。投射型表示装置10は、光源部100で発生した光を合成光学部200で合成して合成光を生成し、液晶素子400で合成光の偏光方向を変化させた後に高リタデーションフィルム500を透過させ、画像形成部300で合成光から投射画像を形成する。
[Overall configuration of projection display device]
The
形成された投射画像は、反射ミラー340で反射された後、車両のフロントガラス700に投射される。この投射画像は運転者40に認識させる情報を含んでいるので、以下では、投射画像のことを情報画像とも称する。
The formed projection image is reflected by the
フロントガラス700に投射された情報画像は無限遠の点に結像しており、運転者40には遠方にある仮想スクリーン600に該情報画像が表示されているように見える。従って、運転者40は、車両の運転中に進行方向の遠方を注視した状態で、該情報画像に焦点を合わせて、そこに表示された情報を認識することができる。
The information image projected on the
〔光源部の構成〕
光源部100は、緑色光を発生するレーザダイオード(LD)110、青色光を発生するLD120と、赤色光を発生するLD130とを備える。各色の光は同じ偏光方向の直線偏光で、且つ、フロントガラス700上に表示される投射画像の画素に対応して変調されて出射される。各色の光は高いコヒーレンス性を有している。LD110〜130を備えることにより、投射型表示装置10はカラー画像を投射することができる。なお、LD110は緑色レーザ光源の一例、LD120は青色レーザ光源の一例、LD130は赤色レーザ光源の一例である。
[Configuration of light source section]
The
本実施形態においては、3色の光源にそれぞれ専用のLDを用いたが、白色光を発生するLDからダイクロイックミラー等で分離して2色又は3色の光源を構成してもよい。本実施形態では、LD110〜130を用いたが、他の色を発生するLDを用いて光源部100を構成してもよい。また、光源部100から出射する光の数は3つに限らず2つでも、4つ以上であってもよい。
In the present embodiment, a dedicated LD is used for each of the three color light sources, but a two-color or three-color light source may be configured by separating the LD generating white light by a dichroic mirror or the like. In the present embodiment, the
〔合成光学部の構成〕
合成光学部200は、LD110から発生した緑色光を反射するミラー210と、緑色光を透過しLD120から発生した青色光を反射するダイクロイックミラー220と、緑色光と青色光を透過しLD130から発生した赤色光を反射するダイクロイックミラー230とを備える。合成光学部200は緑色光と青色光と赤色光を合成して合成光を生成する。合成光の状態で緑色光、青色光、赤色光はいずれも同じ偏光方向を有している。
(Composition of the synthesis optical unit)
The combining
〔画像形成部の構成〕
画像形成部300は、走査機構の一例である水平走査ミラー310と垂直走査ミラー320とを備えており、入射した合成光を2次元方向に走査する。本実施形態においては、水平走査ミラー310として、半導体製造技術等を用いて製作されたMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーであって、電磁力等を用いて往復揺動(共振振動)させることができるものを用いている。また、垂直走査ミラー320として、ガルバノミラーを用いている。水平走査ミラー310と垂直走査ミラー320は不図示の駆動源により駆動される。これにより、合成光は、フロントガラス700上での情報画像の表示範囲において上左端から、水平方向への走査及び垂直方向への走査を順次繰り返して下右端まで走査され、画像形成部300で形成された1フレームの情報画像が投射されて表示される。その後、再び走査位置は上記上左端へ戻り、次フレームの情報画像を投射、表示するための走査が始まる。なお、1フレームの情報画像は合成光が上右端から下左端まで走査されて表示される構成であってもよい。また、画像形成部300は、走査機構の他の一例として単一のミラーで水平方向と垂直方向を走査するように揺動させる構成であってもよい。
(Configuration of image forming unit)
The
〔液晶素子の構成〕
液晶素子400は、図2に示すように、透光性の基板411、412の間に透光性の液晶層441を設けると共に、液晶層441と基板411、412の間に液晶層441の液晶分子を配向させる透光性の配向層431、432と、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性材料からなり電圧を印加して液晶層441に作用させる電界を発生させる電極層421、422を備えている。液晶素子400は合成光学部200と画像形成部300との間に配置され、合成光学部200が出射した合成光を透過させて画像形成部300に入射させる。交流電源450により電極層421、422に電圧が印加されると、発生した電界により液晶素子400の液晶分子の配向状態が変化し、これにより、透過する合成光の偏光方向が変化する。なお、図2中のΔnは液晶層441の屈折率異方性を表し、dは液晶層441の厚さを表す。図中、左方から右方へ向かう矢印は合成光の進行方向を表す。
[Configuration of liquid crystal element]
As shown in FIG. 2, the
図3に、電圧が印加されていないときの液晶素子400を透過する光Xの偏光方向の変化を示す。液晶素子400の配向層431、432は液晶分子を一定方向に配列させる機能を有している。本実施形態においては、配向層431は液晶分子を垂直方向に配列させるように配向しており(矢印B)、配向層432は液晶分子を水平方向に配列させるように配向している(矢印C)。そのため、液晶層441の液晶分子は配向層431から配向層432に向かうにつれて90度ねじれて配列される螺旋構造を有している。液晶層441を透過する光Xの偏光方向は液晶分子の配列に沿って回転する。
FIG. 3 shows a change in the polarization direction of the light X transmitted through the
図3に示すように、矢印Aで示す光Xの偏光方向は垂直偏光であり、この偏光方向は矢印Bで示す配向層431近傍の液晶分子の配列方向と同じなので、光Xは配向層431を透過して液晶層441に入射する。光Xは、液晶層441を透過中に液晶分子の配列に沿って偏光方向が90度変化し、矢印Dで示す水平偏光となって矢印Cで示す配向層432を透過して出射する。なお、本明細書の各実施形態及び変形例において、投射型表示装置10における光源部100及び液晶素子400を使用している状態で、重力の方向に沿う方向(垂直方向)の偏光を垂直偏光、重力の方向に垂直な方向(地面に平行な方向、水平方向)の偏光を水平偏光と称する。
As shown in FIG. 3, the polarization direction of the light X indicated by the arrow A is vertical polarization, and the polarization direction is the same as the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the
一方、交流電源450により電極層421、422に電圧が印加されると、発生した電界の作用を受けて液晶分子は光Xの進行方向に沿って配列するため、液晶素子400の透過前後で光Xの偏光方向は矢印Aに示す垂直偏光のままで変化しない。このように、交流電源450による印加電圧のオンとオフとにより、液晶素子400を透過する光Xの偏光方向は垂直偏光から水平偏光に90度変化する。この偏光方向の変化は合成光においても同様に発生する。本実施形態においては1フレームの情報画像の描画中に偏光方向を1回変化させる。
On the other hand, when a voltage is applied to the electrode layers 421 and 422 by the
本実施形態においては、合成光全体の偏光方向を同時且つ同様に変化させるため、液晶素子400の液晶層441は、単一の画素を形成する構造を有する。このような構成を有する液晶素子400によれば、透過する合成光の偏光方向は透過する場所によらずに同じであり、偏光方向の変化も同時且つ同様に発生する。換言すれば、液晶素子400は、合成光において一つの偏光状態のみを生成する。
In the present embodiment, the
〔高リタデーションフィルムの構成〕
高リタデーションフィルム500は、図1に示すように、液晶素子400と画像形成部300との間に配設されており、不図示の保持部材により保持されている。高リタデーションフィルム500は複屈折特性を有するポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエステルやポリカーボネート等の高分子からなるフィルムである。本実施形態において、高リタデーションフィルム500は、液晶素子400から出射される合成波の水平偏光の偏光軸と垂直偏光の偏光軸に対して、光学軸(進相軸と遅相軸)が45度の角度をなすように配置されている。
[Configuration of high retardation film]
As shown in FIG. 1, the
高リタデーションフィルム500において進相軸と遅相軸のなす角度は90度なので、偏光軸と光学軸とが直交または平行を除く角度をなすように高リタデーションフィルム500に入射した合成光は進相軸に沿って透過する成分と遅相軸に沿って透過する成分とを有する。遅相軸に沿う成分は進相軸に沿う成分よりも相対的に遅い透過速度で高リタデーションフィルム500を透過するため、透過後の合成光においては、進相軸に沿う成分と遅相軸に沿う成分との間には位相差(リタデーション)が生じている。この位相差は、進相軸を透過する光の屈折率と遅相軸を透過する光の屈折率との差に、高リタデーションフィルム500の厚さを乗じて算出することができる。
Since the angle between the fast axis and the slow axis in the
高リタデーションフィルム500は、可視光の範囲にある全ての波長の光(赤色光、緑色光、青色光)に対して、この位相差が4000nm以上になる特性を有している。位相差が4000nm以上あると、投射された情報画像に虹むらが発生することなく、高品質の情報画像を得ることができる。また、合成光の進相軸に沿う成分と遅相軸に沿う成分との間でこのような大きな位相差が発生しているため、透過後の合成光は、様々な偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類(直線偏光、円偏光、楕円偏光)を含むものとなっている。
The
以下、高リタデーションフィルム500を透過した後の合成光が様々な偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類を含むものとなっていることについて、ポアンカレ球を用いて説明する。図4に、波長λの水平偏光の光が、その偏光方向となす角ψが45度の光学軸を有し、且つ、リタデーション値(位相差の絶対値)がReの高リタデーションフィルム500に入射して透過することにより、点Pにある水平偏光の入射光が点Mの位置での偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類に変換されて出射されることを表すポアンカレ球を示す。なお、ポアンカレ球を地球に例えると、(i)赤道H上は全て直線偏光を表す、(ii)北極N及び南極Sは円偏光を表す、(iii)赤道H上、北極N、南極S以外は全て楕円偏光を表す、(iv)点Pからの経度の半分の角度が直線あるいは楕円偏光の方位角に相当し、同じ経度では方位角が同じ偏光を表す、(v)北半球は右回転の偏光、南半球は左回転の偏光を表す、ものとする。
Hereinafter, the fact that the combined light after passing through the
ポアンカレ球への作図は以下のように行う。(1)点P(水平偏光の入射光)から入射光の偏光方向と高リタデーションフィルム500の光学軸のなす角ψ(=45度)の2倍の角度(2ψ=90度)でポアンカレ球の中心を通る回転軸を表す直線L1を引く。(2)直線L1に垂直でかつ点Pを通る直線L2を引く。(3)直線L2を含み赤道Hに垂直な断面によって作られるポアンカレ球上の円Crに沿って、直線L1を回転軸として点Pから角度δ(=2π・Re/λ)だけ回転した点Mを定める。
Drawing on the Poincare sphere is performed as follows. (1) The point of the Poincare sphere at an angle (2ψ = 90 degrees) that is twice the angle ψ (= 45 degrees) between the polarization direction of the incident light and the optical axis of the
波長λの水平偏光の光が高リタデーションフィルム500を透過することにより点Pから変換された点Mは、波長λ及び/又はリタデーション値Reにより角度δが変わることから、円Cr上のいずれかの位置をとる。例えば、点Mが赤道H上にあるときは出射光は水平偏光又は垂直偏光となり、点Mが北極Nにあるときは出射光は右回転の円偏光となり、点Mが赤道Hと北極N以外の北半球にあるときは出射光は右回転の楕円偏光となる。また点Mが南極Sにあるときは出射光は左回転の円偏光となり、点Mが赤道Hと南極S以外の南半球にあるときは出射光は左回転の楕円偏光となる。リタデーション値Reが一定の高リタデーションフィルム500に合成光が入射する場合、合成光に含まれる赤色光、緑色光、青色光はそれぞれ波長幅を有していて波長λが異なるので、高リタデーションフィルム500透過後の合成光に含まれる赤色光、緑色光、青色光は、それぞれ異なる偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類の光になっていることが理解される。
The point M converted from the point P when the horizontally polarized light having the wavelength λ is transmitted through the
一般に、直交ニコルの偏光板の間に偏光板の両偏光軸と光学軸とが45度の角度をなすようにリタデーション値Reの高リタデーションフィルム500が配置されたものにおいて、波長λの直線偏光の光が強度Ioで入射側偏光板に偏光方向が平行な状態で入射し、高リタデーションフィルム500を透過して強度Iで出射側偏光板から出射したときには、以下の関係が成り立つ。
I=Io・sin2(π・Re/λ)・・・(1)
Generally, in those
I = I o · sin 2 (π · R e / λ) (1)
直交ニコルの偏光板のうち、入射側偏光板は水平偏光で入射する光をそのまま透過させる偏光板が使用され、出射側偏光板は水平偏光成分を吸収する偏光板が使用される。出射側偏光板は、運転者40の偏光サングラス42に相当する。ここで、直交ニコルの偏光板の間に高リタデーションフィルム500が配置されていないと、水平偏光で入射する光は偏光サングラス42に相当する出射側偏光板で吸収(ブラックアウト)され、表示画像は視認できない。したがって、(1)式から高リタデーションフィルム500が配置されることで、偏光サングラス42をかけた状態で水平偏光の表示を視認できる効果が理解される。
Among the crossed Nicols polarizing plates, the incident side polarizing plate is a polarizing plate that transmits the incident light as it is, and the outgoing side polarizing plate is a polarizing plate that absorbs the horizontal polarization component. The exit side polarizing plate corresponds to the
また、(1)式から分かるように、波長λが変化すると透過光強度Iが変化することから、高リタデーションフィルム500を透過した合成光に含まれる異なる波長の光である赤色光、緑色光、青色光は高リタデーションフィルム500の透過により偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類(直線偏光、円偏光、楕円偏光)が異なるものになる。また、リタデーション値Reが大きい(4000nm以上)と、波長λの変化量が僅かであっても透過光強度Iは大きく変化する。
Further, as can be seen from the equation (1), since the transmitted light intensity I changes when the wavelength λ changes, red light, green light, which are light of different wavelengths included in the synthesized light transmitted through the
この直交ニコルの偏光板の間に高リタデーションフィルム500を配置したものに同じ強度の直線偏光の赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ入射させたときの入射光の強度Ioを図5、透過光の強度Iを図6、透過光の強度の近似曲線を図7に示す。図5と図6から分かるように、透過光強度Iのスペクトルの包絡線は入射光強度Ioのスペクトルと同形になる。これは、リタデーション値Reが大きい(4000nm以上)場合には、波長λの変化量が僅かであっても透過光強度Iは大きく変化する(図6の強度を示す波形の波長半値幅が狭くなる)ことによるものである。もし、リタデーション値Reが小さい(4000nm未満)場合には、波長λの変化量が大きくても透過光強度Iは僅かに変化する(図6の強度を示す波形の波長半値幅が広くなる)に過ぎないので、透過光強度Iのスペクトルの包絡線と入射光強度Ioのスペクトルとは同形にならない。また、図7と図5を比較すると、透過光強度Iの近似曲線のピークは入射光強度Ioのピークの約半分であるが、近似曲線の赤色光、緑色光、青色光のピークはいずれも同等である。よって、4000nm以上の位相差を有する高リタデーションフィルム500を透過した光は入射光の色相から変化していないことが分かる。従って、この透過光を投射した情報画像では虹むらは観察されない。
FIG. 5 shows the intensity I o of the incident light when linearly polarized red light, green light, and blue light having the same intensity are incident on the
上述したように、高リタデーションフィルム500を透過した合成光は様々な偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類の光を含んでいるが、これは高リタデーションフィルム500の複屈折特性に従って位相差が生じたことに起因するものであり、透過後の合成光に含まれる各波長の光(赤色光、緑色光、青色光)は依然としてコヒーレンス性を有している。そのため、この合成光で形成された情報画像がフロントガラス700に投射されると、フロントガラス700の表面の凹凸により合成光に含まれる各波長の光の散乱光が互いに干渉してスペックルノイズが発生する。スペックルノイズはフロントガラス700上の情報画像に明暗の斑点模様となって現れ、これにより情報画像の品質が低下する。
As described above, the synthesized light transmitted through the
本実施形態においては、液晶素子400により、合成光をフレーム単位で垂直偏光と水平偏光とに変化させている。垂直偏光と水平偏光は、それぞれ高リタデーションフィルム500の光学軸に対して右上に45度傾いた偏光方向と左上に45度傾いた偏光方向とをなす。この場合、右上に45度傾いた偏光方向と左上に45度傾いた偏光方向とをなす光は、ポアンカレ球において、入射光の偏光方向と高リタデーションフィルム500の光学軸とが角ψ(=±45度)をなす。これらの光が高リタデーションフィルム500を透過すると、透過後の光は、図8に示すように、点P1(水平偏光)、点P2(垂直偏光)からそれぞれ角ψの2倍の角度(2ψ=±90度)でポアンカレ球の中心を通る直線L1を回転中心軸とし、円Cr上で点Pからそれぞれ同じ角度δ(δ=2π・Re/λ)だけ回転させた点M1、点M2の位置の偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類の光となる。このように、点P1、点P2はそれぞれ点M1、点M2に示す北半球(右回転の偏光)又は南半球(左回転の偏光)に変換されることから、垂直偏光と水平偏光が高リタデーションフィルム500を透過した後の出射光は、円偏光や楕円偏光で回転方向が反対(左旋性と右旋性)の光になることが理解される。
In this embodiment, the
そのため、垂直偏光の合成光で形成された情報画像におけるスペックルノイズの発生場所と、水平偏光の合成光で形成された情報画像におけるスペックルノイズの発生場所は異なる。その結果、各フレームで異なる場所に発生したスペックルノイズは全体として平滑化され、フロントガラス700上に表示される情報画像に現れるスペックルノイズは低減されて運転者40に視認される。本実施形態においては、偏光方向が90度変化するので、他の角度の変化と比較してスペックルノイズの低減効果が最大となる。
Therefore, the location where speckle noise occurs in an information image formed with vertically-polarized synthesized light is different from the location where speckle noise occurs in an information image formed with horizontally-polarized synthesized light. As a result, speckle noise generated at different locations in each frame is smoothed as a whole, and speckle noise appearing in the information image displayed on the
また、上述したように、高リタデーションフィルム500を透過した合成光に含まれる各波長の光は様々な偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類(直線偏光、円偏光、楕円偏光)の光を含んでおり水平偏光の合成光のみで形成されたものではないので、光の吸収軸が水平方向である偏光サングラス42をかけた運転者40がこの合成光で形成された情報画像を視認しても、フリッカは発生しない。
Further, as described above, the light of each wavelength included in the synthesized light transmitted through the
本実施形態において、高リタデーションフィルム500は保持部材に保持されているが、これに限られるものではない。高リタデーションフィルム500は、保持部材で保持される代わりに、液晶素子400の基板412の表面に形成されていてもよい。このような構成にすることにより、保持部材が不要となり、投射型表示装置10をより安価に構成することができる。
In this embodiment, although the
〔液晶層を透過する光の偏光特性〕
一般的に、光の色(波長)が異なると、波長に応じて液晶層441中で異なる旋光分散が発生し、印加電圧に対する偏光方向の特性(以下、「偏光特性」と称する)が異なる。偏光特性が異なっていると、本実施形態のように1フレームの情報画像の描画中に偏光方向を変化させたときに、印加電圧の値によっては投射画像中で同じ色を表示すべき複数の画素で、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性の違いによって色の変化が生じてしまい、画像を見ている人間に違和感を与えてしまうことがある。色の変化を生じさせないためには、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性を同じにした上で投射画像を形成して投射する必要がある。
[Polarization characteristics of light transmitted through the liquid crystal layer]
In general, when the color (wavelength) of light is different, different optical rotatory dispersion occurs in the
そのため本実施形態においては、液晶素子400の液晶層441の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをpとしたとき、p×Δn≧2500nm(Δnは上述の液晶層441の屈折率異方性)を充足するように構成されている。螺旋ピッチpは、液晶分子のねじれ角をθとしたときに、p=d×360/θの関係を有する(dは上述の液晶層441の厚さ)。本実施形態においては、図3に示す矢印Bと矢印Cの関係より、ねじれ角θは90度である。
Therefore, in this embodiment, p × Δn ≧ 2500 nm (Δn is the refractive index anisotropy of the
液晶素子400がp×Δn≧2500nmの関係を充足すると、図9に示すように、緑色光、青色光、赤色光の全ての光において、電圧を同程度印加すると同程度だけ偏光方向が変化している。これにより、旋光分散が低減し偏光特性が同じになったことが理解される。これにより、本実施形態のように1フレームの情報画像の描画中に偏光方向が変化する構成であったとしても、印加電圧に対して緑色光、青色光、赤色光の全ての偏光方向が同じように変化するので、1フレームの情報画像の描画中に同じ色を複数の画素に表示させても色の変化は生じない。
When the
2.第1実施形態の変形例
以下、本発明の第1実施形態の変形例に係る投射型表示装置10について図面に基づいて詳細に説明する。各変形例の説明においては、第1実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。
2. Modified Example of First Embodiment Hereinafter, a
〔変形例1〕
図10に示すように、変形例1に係る投射型表示装置10において、高リタデーションフィルム500は、液晶素子400と画像形成部300との間にではなく、画像形成部300と反射ミラー340の間に配設された中間像部350の画像形成部300と対向する面に形成されている。中間像部350は透過型のスクリーンであり、ガラス基板や樹脂基板上に表面加工やコーティングにより光拡散層を設けて、光の透過率が低下するのを抑制しつつ光の拡散性は向上するように構成されている。中間像部350は、例えば、すりガラスやマイクロレンズアレイからなり、入射光を拡散させて出射させる機能を有する。中間像部350に高リタデーションフィルム500が形成されていると、高リタデーションフィルム500の透過により様々な偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類(直線偏光、円偏光、楕円偏光)の光を含む合成光が中間像部350を透過して出射される。
[Modification 1]
As shown in FIG. 10, in the
変形例1の構成により、フロントガラス700への投射に必要な出射角を有する合成光を得ることができると共に、スペックルノイズの発生が低減され、運転者40が偏光サングラス42を通して見てもフリッカが発生しない情報画像を得ることができる。なお、高リタデーションフィルム500を中間像部350の画像形成部300と対向する面にではなく、反射ミラー340と対向する面に形成してもよい。また、中間像部350の両面に形成してもよい。
According to the configuration of the first modification, synthetic light having an emission angle necessary for projection onto the
〔変形例2〕
図11に示すように、変形例2に係る投射型表示装置10において、高リタデーションフィルム500は、液晶素子400と画像形成部300との間にではなく、反射ミラー340とフロントガラス700の間に配設されたハーフミラー機能を有するコンバイナ360の反射ミラー340と対向する面に形成されている。ヘッドアップディスプレイ50がコンバイナ360を有すると、情報画像はフロントガラス700でなく、コンバイナ360に投射される。運転者40は、高リタデーションフィルム500を透過してコンバイナ360の表面で反射された合成光により、コンバイナ360を通して車外の遠方にある仮想スクリーン600に表示された情報画像を視認する。コンバイナ360に情報画像を投射することにより、フロントガラス700の曲率に関係なく、歪みのない情報画像を表示させることができる。さらに、コンバイナ360を凹面にすることにより、情報画像の拡大倍率を大きくすることができる。
[Modification 2]
As shown in FIG. 11, in the
変形例2の構成によっても、スペックルノイズの発生が低減され、運転者40が偏光サングラス42を通して見てもフリッカが発生しない情報画像を得ることができる。なお、コンバイナ360は表示部の一例である。
Also with the configuration of the modified example 2, the generation of speckle noise is reduced, and an information image in which flicker does not occur even when the
〔変形例3〕
変形例3に係る投射型表示装置10は、液晶素子400の構成が第1実施形態とは異なっている。具体的には、図12に示すように、液晶素子400が透光性の液晶層441と透光性の液晶層442とを備えている。液晶層441は透光性の基板411、413の間に設けられ、液晶層442は基板413、412の間に設けられている。液晶層441と液晶層442の屈折率異方性はいずれも同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。また、液晶層441の厚さはd1、液晶層442の厚さはd2である。図中、左方から右方へ向かう矢印は合成光の進行方向を表す。なお、変形例3において、液晶層441は第1層の一例であり、液晶層442は第2層の一例である。液晶層441の厚さd1と液晶層442の厚さd2とは同じ厚さである必要はないが、液晶層441と液晶層442の特性を同等にする場合には、液晶層441の厚さd1と液晶層442の厚さd2を同じ厚さにするのが望ましい。
[Modification 3]
In the
液晶層441の両側には液晶層441の液晶分子を配向させる透光性の配向層431と配向層433が備えられ、液晶層442の両側には液晶層442の液晶分子を配向させる透光性の配向層433と配向層432が備えられる。また、配向層431と配向層433の外側、及び、配向層433と配向層432の外側には、ITO等の透光性材料からなり液晶層441、442に電圧を印加する電極層421、422がそれぞれ備えられる。
A
図13に、電圧が印加されていないときの液晶素子400を透過する光Xの偏光方向の変化を示す。配向層431は液晶分子を垂直方向に配列させるように配向しており(矢印B)、配向層432は液晶分子を水平方向に配列させるように配向している(矢印E)。配向層433は配向層431、432に対して液晶分子を45度傾けて配列させるように配向している(矢印C)。図13に示すように、矢印Aで示す光Xの偏光方向は垂直偏光であり、この偏光方向は矢印Bで示す配向層431近傍の液晶分子の配列方向と同じなので、光Xは配向層431を透過して液晶層441に入射する。光Xは、液晶層441を透過中に液晶分子の配列に沿って矢印Cのように偏光方向が45度変化し、矢印Dで示す偏光方向のまま矢印Cで示す2つの配向層433を透過して液晶層442に入射する。そして液晶層442を透過中に液晶分子の配列に沿って偏光方向が更に45度変化し、矢印Fで示す水平偏光となって矢印Eで示す配向層432を透過して出射する。すなわち、光Xが液晶素子400を透過すると、第1実施形態と同様に、光Xの偏光方向は90度変化している。
FIG. 13 shows a change in the polarization direction of the light X transmitted through the
一方、交流電源450により液晶層441を挟む電極層421、422、及び、液晶層442を挟む電極層421、422に同時に電圧が印加されると、発生した電界の作用を受けて液晶分子は光Xの進行方向に沿って配列するため、液晶素子400の透過前後で光Xの偏光方向は矢印Aに示す垂直偏光のままで変化しない。このように、交流電源450による印加電圧のオンとオフの切り換えにより、液晶素子400を透過する光Xの偏光方向は垂直偏光と水平偏光とに90度変化する。この偏光方向の変化は合成光においても同様に発生する。変形例3においては1フレームの情報画像の描画中に偏光方向を1回変化させる。
On the other hand, when a voltage is simultaneously applied to the electrode layers 421 and 422 sandwiching the
変形例3において、光Xの進行方向下流側(図13の右側)から進行方向上流側(図13の左側)を見たときに、液晶層441の配向層431に対して対向する配向層433は右に45度傾いており、液晶層442の配向層433に対して対向する配向層432も右に45度傾いている。すなわち、交流電源450に交流電圧が印加されていないとき、液晶層441と液晶層442の各液晶分子のねじれ角は45度であって、いずれの液晶分子も光Xの入射側から出射側に向かって同じ方向にねじれて配列される螺旋構造を有している。
In Modification 3, the
変形例3のように、液晶素子400が液晶層441、442を備える構成であれば、交流電源450による液晶層441、442への電圧印加を同電圧で同じタイミングで行うことで、印加電圧のオンとオフによる液晶層441、442を透過する光の偏光方向の変化はそれぞれ45度で済む。そのため、赤色光、緑色光、青色光の偏光分散を小さくすることができると共に、液晶素子400として垂直偏光と水平偏光の偏光方向の変化を短時間で完了させることができる。また、変形例3の構成によっても、スペックルノイズの発生が低減され、運転者40が偏光サングラス42を通して見てもフリッカが発生しない情報画像を得ることができる。
If the
一般に、投射型表示装置において、それを構成する光学系は、斜めの偏光方向の光が存在すると水平面上に配置するミラーなどの光学部品のアライメント調整が困難になるので、機構設計を容易にするために、光学部品を透過する、あるいは光学部品で反射する光の偏光方向を水平方向、又は、垂直方向にすることが多い。投射型表示装置10においては、液晶層441におけるねじれ方向と液晶層442におけるねじれ方向とが同じ方向となる構成を有しているので、液晶素子400への垂直偏光の入射光に対して出射光の偏光方向を水平偏光と垂直偏光とに交互に変化させることが容易に実現できる。なお、入射光の偏光方向が水平偏光の場合には、液晶素子400を90度回転させて配置することで、同様の効果を得ることができる。
In general, in a projection type display device, the optical system constituting it makes it difficult to adjust the alignment of optical components such as mirrors arranged on a horizontal plane when there is light in an oblique polarization direction. Therefore, in many cases, the polarization direction of light transmitted through the optical component or reflected by the optical component is set to the horizontal direction or the vertical direction. The
なお、変形例3の液晶素子400において、液晶層441の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp1、屈折率異方性をΔn1とし、液晶層442の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp2、屈折率異方性をΔn2としたとき、p1×Δn1≧2500nm、p2×Δn2≧2500nmを充足するように構成されている。これにより、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性を同じにすることができる(図9参照)。図9は、ねじれ角が90度の液晶素子400で偏光方向が90度変化する偏光特性を同じにすることができること表しているが、ねじれ角が45度である変形例3の液晶素子400においても、偏光方向が45度変化する偏光特性を同じにすることができるのは当然のことである。
In the
〔変形例4〕
変形例4に係る投射型表示装置10は、液晶素子400の構成が第1実施形態とは異なっている。具体的には、図14に示すように、液晶素子400が透光性の液晶層441と透光性の液晶層442とを備えている。この液晶素子400の構成は図12に示す液晶素子400と同様の構造を有しているが、液晶層441に印加する交流電源450と液晶層442に印加する交流電源450とが独立している点が異なる。また、液晶層441の両側には液晶層441の液晶分子を配向させる透光性の配向層433と配向層431が備えられ、液晶層442の両側には液晶層442の液晶分子を配向させる透光性の配向層433と配向層432が備えられる。
[Modification 4]
In the
変形例4においては、液晶層441と液晶層442に交互に交流電圧を印加する。図15に、液晶層441に電圧を印加し、液晶層442に電圧を印加しないときの液晶素子400を透過する光の偏光方向の変化を示す。図16に、液晶層442に電圧を印加し、液晶層441に電圧を印加しないときの液晶素子400を透過する光の偏光方向の変化を示す。
In Modification 4, an alternating voltage is applied alternately to the
図15に示すように、変形例4において、液晶層441に入射する光Xの偏光方向は、矢印Aで示すように水平方向に対して45度傾いている。以下、光X及び合成光において、水平方向に対して矢印Aで示す方向に45度傾いた偏光方向を「右45度偏光」、水平方向に対して矢印Aで示す方向と反対方向に45度傾いた偏光方向を「左45度偏光」と称する。
As shown in FIG. 15, in the fourth modification, the polarization direction of the light X incident on the
図15、図16において、配向層433は液晶分子を右45度傾けて配列させるように配向しており(矢印B)、配向層431は液晶分子を垂直方向に配列させるように配向している(矢印C)。配向層432は液晶分子を水平方向に配列させるように配向している(矢印E)。図15において、矢印Aで示す光Xの偏光方向は右45度偏光であり、この偏光方向は矢印Bで示す配向層433近傍の液晶分子の配列方向と同じであり、光Xは配向層433を透過して液晶層441に入射する。液晶層441には電圧が印加されているので、発生した電界の作用を受けて液晶層441の液晶分子は光Xの進行方向に沿って配列し、液晶層441の透過前後で光Xの偏光方向は矢印Aで示す右45度偏光のままで変化することなく配向層431を透過して配向層433に入射する。
15 and 16, the
液晶層442には電圧が印加されていないので、光Xは、液晶層442を透過中に液晶分子の配列に沿って矢印Fのように偏光方向が45度変化し、矢印Fで示す水平偏光となって矢印Eで示す配向層432を透過して出射する。すなわち、光Xが液晶素子400を透過すると、光Xの偏光方向は右45度偏光から水平偏光へと45度変化している。
Since no voltage is applied to the
図16において、矢印Aで示す光Xの偏光方向は右45度偏光であり、この偏光方向は矢印Bで示す配向層433近傍の液晶分子の配列方向と同じであり、光Xは配向層433を透過して液晶層441に入射する。液晶層441には電圧が印加されていないので、光Xは、液晶層441を透過中に液晶分子の配列に沿って矢印Dのように偏光方向が45度変化し、矢印Dで示す垂直偏光となって矢印Cで示す配向層431を透過して配向層433に入射する。
In FIG. 16, the polarization direction of the light X indicated by the arrow A is right 45 ° polarization, and this polarization direction is the same as the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the
液晶層442には電圧が印加されているので、発生した電界の作用を受けて液晶層442の液晶分子は光Xの進行方向に沿って配列し、液晶層442の透過前後で光Xの偏光方向は矢印Dで示す垂直偏光のままで変化することなく矢印Eで示す配向層432を透過して出射する。すなわち、光Xが液晶素子400を透過すると、光Xの偏光方向は右45度偏光から垂直偏光へと45度変化している。
Since a voltage is applied to the
このように、液晶層441と液晶層442の交流電源450を交互にオンとオフを切り換えることにより、液晶素子400を透過した光Xの偏光方向は水平偏光と垂直偏光とに90度変化する。この偏光方向の変化は合成光においても同様に発生する。変形例4においては1フレームの情報画像の描画中に偏光方向を1回変化させる。
Thus, by alternately switching on and off the
変形例4において、光Xの進行方向下流側(図15の右側)から進行方向上流側(図15の左側)を見たときに、液晶層441の配向層433に対して対向する配向層431は左に45度傾いており、液晶層442の配向層433に対して対向する配向層432は右に45度傾いている。すなわち、いずれの交流電源450にも交流電圧が印加されていないとき、液晶層441と液晶層442の各液晶分子のねじれ角は45度であって、液晶層441の液晶分子と液晶層442の液晶分子は光Xの入射側から出射側に向かって互いに反対方向にねじれて配列される螺旋構造を有している。
In Modification 4, the
変形例4のように、液晶素子400が液晶層441、442を備える構成であれば、交流電源450による液晶層441、442への電圧印加を交互に行うことで、印加電圧の切り換えによる液晶層441、442を透過する光の偏光方向の変化はそれぞれ45度で済む。そのため、赤色光、緑色光、青色光の偏光分散を小さくすることができると共に、液晶素子400として垂直偏光と水平偏光の偏光方向の変化を短時間で完了させることができる。また、変形例4の構成によっても、スペックルノイズの発生が低減され、運転者40が偏光サングラス42を通して見てもフリッカが発生しない情報画像を得ることができる。
If the
また、変形例4においては、図17に示すように、印加電圧の切り換え時間には液晶層441の立ち上り応答時間trと液晶層442の立ち下り応答時間td、及び、液晶層441の立ち下り応答時間tdと液晶層442の立ち上り応答時間trがオーバーラップしている。そのため、各フレームにおいて、液晶層441が応答する立ち上り時間trと液晶層442が応答する立ち下り時間tdの開始、及び、液晶層441の立ち下り応答時間tdと液晶層442の立ち上り応答時間trの開始を同じタイミングにすることができる。すなわち、液晶層441と液晶層442のそれぞれの偏光方向を45度変化させる時間が同じ程度になるので、時間的に隣接するフレームの情報画像の表示時間を同じにすることができる。その結果、情報画像に明暗が生じないので、運転者40による情報画像の視認性を向上させることができる。
In the fourth modification, as shown in FIG. 17, the applied voltage switching time includes the rise response time tr of the
なお、変形例4の液晶素子400において、液晶層441の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp1、屈折率異方性をΔn1とし、液晶層442の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp2、屈折率異方性をΔn2としたとき、p1×Δn1≧2500nm、p2×Δn2≧2500nmを充足するように構成されている。これにより、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性を同じにすることができる(図9参照)。図9は、ねじれ角が90度の液晶素子400で偏光方向が90度変化する偏光特性を同じにすることができること表しているが、ねじれ角が45度である変形例4の液晶素子400においても、偏光方向が45度変化する偏光特性を同じにすることができるのは当然のことである。
Note that in the
〔変形例5〕
変形例5に係る投射型表示装置10は、図18に示すように、第1実施形態の構成に加えて、合成光学部200と液晶素子400との間に液晶セル140、ハーフミラー150、光検出部160、制御部170を備えている。
[Modification 5]
As shown in FIG. 18, the
液晶セル140は、内部を透過する光の透過率を変化させる機能を有する。液晶セル140の構成は既知であるため省略するが、不図示の液晶層の両端に設けられた電極層に交流電圧を印加することにより液晶層内の液晶分子の配向状態を変化させて内部を透過する光の偏光方向を変化させ、それにより内部を透過する合成光の透過率を変化させる。液晶層は垂直配向ネマティック液晶層であり、単一の画素を形成する構造を有する。
The
液晶セル140の透過率は車両の外光の強度により制御される。例えば、液晶セル140は、不図示のインバータを介して、車両の外光の強度に応じて電力を生成する不図示の太陽電池と接続されていてもよい。これにより車外の外光の強度に応じた交流電圧が液晶セル140に印加される。また、外光の強度(太陽電池で生成された電力)に応じた大きさの検出信号が制御部170に入力される。
The transmittance of the
液晶セル140においては、外光の強度が大きいとき、すなわち、液晶層に印加される電圧値が大きいときに透過率が高くなり、外光の強度が小さいとき、すなわち、液晶層に印加される電圧値が小さいときに透過率が低くなるように構成されている。また、液晶セル140は、液晶層に電圧が印加されていないときは合成光が透過しない(ノーマリーブラック)ように構成されている。これにより、高いコントラスト比(消光比)が得られると共に、レーザ光に対する安全が確保される。
In the
ハーフミラー150は、液晶セル140を透過した合成光の一部を反射して、残りを透過する機能を有する。光検出部160は、ハーフミラー150で反射した合成光が入射して、合成光に含まれる赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの強度と合成光としての色を検出する。その後、検出結果を表す信号が制御部170に向けて出力される。
The
制御部170は、太陽電池からの検出信号と光検出部160からの検出信号に基づいて、LD110(緑色光)、LD120(青色光)、LD130(赤色光)からの出射光の強度を変化させる命令を出力して制御する。これにより、運転者40が視認する情報画像の輝度と色バランスを最適にすることができる。
The
運転者40による情報画像の視認性を高めるために、例えば、晴天時など外光の強度が大きいときには、情報画像の輝度を大きくする必要がある。このとき、液晶セル140の透過率は高くなるので、液晶セル140を透過するLD110〜130からの出射光の強度が大きくなり、情報画像の輝度は大きくなる。逆に、夜間など外光の強度が小さいときには、情報画像の輝度を小さくする必要がある。このとき、液晶セル140の透過率は低くなるので、液晶セル140を透過するLD110〜130の出射光の強度が小さくなり、情報画像の輝度は小さくなる。
In order to increase the visibility of the information image by the
液晶セル140の透過率は制御部170により制御できないが、制御部170は、光検出部160により検出された液晶セル140を透過した赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの強度から、運転者40が視認する情報画像の輝度を推定することはできる。よって、外光の強度に応じた最適な情報画像の輝度を得るために、光検出部160による赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの強度の検出結果に基づいて、制御部170はLD110〜130の出射光の強度を変化させるよう制御する。
Although the transmittance of the
LD110〜130からの出射光の強度はLD110〜130に通電する電流で制御することができるが、電流で制御する場合には出射光の強度を強い状態から弱い状態に変化させていくと、ある電流値で発振が停止するので弱い状態の出射光を得ることができない。すなわち、出射光の強度のダイナミックレンジが小さい。そこで、液晶セル140で内部を透過する光の透過率を変化させることにより、電流制御を行うことなく透過した合成光の強度を強い状態から弱い状態まで変化させることができるので、ダイナミックレンジを大きくすることができる。
The intensity of the emitted light from the
上述したように、液晶セル140に垂直配向ネマティック液晶を用いることで、出射光の強度を大きく変化させることができると共にレーザ光に対する安全が確保できるが、垂直配向ネマティック液晶では波長が異なる赤色光、緑色光、青色光により、液晶層に同じ電圧を印加したときの光が透過する際の変調率の差(波長分散)が大きい(図19参照)。そのため、液晶セル140に入射する前の合成光の色、すなわち、情報画像に表示されるべき色と、液晶セル140を透過した後の合成光の色が変化してしまい、投影された情報画像の色バランスが劣化してしまう。そのため、液晶セル140を透過した合成光の色が本来表示される色になるように、光検出部160による合成光の色の検出結果に基づいて、制御部170は、現実の透過率が他の色の透過率より小さい色のLDに対し、出射光の強度を大きくするように制御するか、現実の透過率が他の色の透過率より大きい色のLDに対し、出射光の強度を小さくするように制御する。このように、液晶セル140を透過した合成光の色を光検出部160で検出して、LD110〜130の出射強度を変化させる制御を行うことにより情報画像の色バランスを良好に維持することができる。
As described above, by using the vertically aligned nematic liquid crystal in the
このように、変形例5においては、外光の強度の検出結果、及び、液晶セル140を透過した後の合成光に含まれる赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの強度と合成光としての色の検出結果に基づいて、制御部170がLD110、LD120、LD130の出射光の強度を変化させるように制御する。これにより、運転者40が視認する情報画像の輝度と色バランスを常に最適にすることができると共に、スペックルノイズの発生が低減され、運転者40が偏光サングラス42を通して見てもフリッカが発生しない情報画像を得ることができる。
As described above, in
3.第2実施形態
以下、本発明の第2実施形態に係る投射型表示装置20について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の説明においては、第1実施形態及び各変形例と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。
3. Second Embodiment Hereinafter, a
第2実施形態に係る投射型表示装置20は、図20に示すように、高リタデーションフィルム500を備えていない。本実施形態における液晶素子410は図2に示す液晶素子400と同様の構造を有している。ただし、第1実施形態とは異なり、配向層として、液晶層441の液晶分子を水平方向に対して共に45度傾いた方向に配列させる配向層433、434が配置されている(図21の矢印C、B参照)。ただし、配向層433と配向層434の配向方向は互いに直交している。そのため、液晶分子は、配向層434から配向層433に向かうにつれて90度ねじれて配列される螺旋構造を有している。
The
図21に示すように、本実施形態において、液晶層441に入射する光Xの偏光方向は左45度偏光であり、この偏光方向は矢印Bで示す配向層434近傍の液晶分子の配列方向と同じなので、光Xは配向層434を透過して液晶層441に入射する。光Xは、液晶層441を透過中に液晶分子の配列に沿って偏光方向が90度変化し、矢印Dで示す右45度偏光となって矢印Cで示す配向層433を透過して出射する。
As shown in FIG. 21, in this embodiment, the polarization direction of the light X incident on the
一方、交流電源450により電極層421、422に電圧が印加されると、発生した電界の作用を受けて液晶分子は光Xの進行方向に沿って配列するため、液晶素子410の透過前後で光Xの偏光方向は左45度偏光のままで変化しない。このように、交流電源450による印加電圧のオンとオフとにより、液晶素子410を透過する光Xの偏光方向は左45度偏光から右45度偏光に90度変化する。この偏光方向の変化は合成光においても同様に発生する。本実施形態においては1フレームの情報画像の描画中に偏光方向を1回変化させる。
On the other hand, when a voltage is applied to the electrode layers 421 and 422 by the
投射型表示装置20においては、液晶素子410により偏光方向をフレーム単位で左45度偏光方向と右45度偏光方向とに変化させた合成光で形成された情報画像がフロントガラス700に投射される。本実施形態においても、フレーム単位で偏光方向が異なるため、各フレームで異なる場所に発生したスペックルノイズは全体として平滑化され、フロントガラス700上に表示される情報画像に現れるスペックルノイズは低減されて運転者40に視認される。
In the
また、投射型表示装置20においては、フロントガラス700に投射される情報画像の偏光方向に水平偏光は含まれていない。そのため、偏光サングラス42をかけた運転者40がその情報画像を視認したときに、全てのフレームの情報画像が視認可能となるため、フリッカは発生しない。
Further, in the
なお、本実施形態の液晶素子410において、液晶層441の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp、屈折率異方性をΔnとしたとき、p×Δn≧2500nmを充足するように構成されている。これにより、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性を同じにすることができる(図9参照)。
Note that the
4.第2実施形態の変形例
以下、本発明の第2実施形態の変形例に係る投射型表示装置20について図面に基づいて詳細に説明する。各変形例の説明においては、第1実施形態、第2実施形態、各変形例と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。
4). Modification of Second Embodiment Hereinafter, a
〔変形例1〕
変形例1に係る投射型表示装置20は、液晶素子410の構成が第2実施形態とは異なっている。具体的には、図22に示すように、液晶素子410が透光性の液晶層441と透光性の液晶層442とを備えている。この液晶素子410の構成は図14に示す液晶素子400と同様の構造を有しており、液晶層441に印加する交流電源450と液晶層442に印加する交流電源450とが独立している。また、液晶層441の両側には液晶層441の液晶分子を配向させる透光性の配向層432と配向層433が備えられ、液晶層442の両側には液晶層442の液晶分子を配向させる透光性の配向層432と配向層434が備えられる。
[Modification 1]
In the
変形例1においては、液晶層441と液晶層442に交互に交流電圧を印加する。図23に、液晶層441に電圧を印加し、液晶層442に電圧を印加しないときの液晶素子410を透過する光の偏光方向の変化を示す。図24に、液晶層442に電圧を印加し、液晶層441に電圧を印加しないときの液晶素子410を透過する光の偏光方向の変化を示す。
In the first modification, an alternating voltage is applied alternately to the
図23、図24において、配向層432は液晶分子を水平方向に配列させるように配向しており(矢印B)、配向層433は液晶分子を右45度傾けて配列させるように配向している(矢印C)。配向層434は液晶分子を左45度傾けて配列させるように配向している(矢印E)。図23において、矢印Aで示す光Xの偏光方向は水平偏光であり、この偏光方向は矢印Bで示す配向層432近傍の液晶分子の配列方向と同じであり、光Xは配向層432を透過して液晶層441に入射する。液晶層441には電圧が印加されているので、発生した電界の作用を受けて液晶層441の液晶分子は光Xの進行方向に沿って配列し、液晶層441の透過前後で光Xの偏光方向は矢印Aで示す水平偏光のままで変化することなく配向層433を透過して配向層432に入射する。
23 and 24, the
液晶層442には電圧が印加されていないので、光Xは、液晶層442を透過中に液晶分子の配列に沿って矢印Fのように偏光方向が45度変化し、矢印Fで示す左45度偏光となって矢印Eで示す配向層434を透過して出射する。すなわち、光Xが液晶素子410を透過すると、光Xの偏光方向は水平方向から45度変化している。
Since no voltage is applied to the
図24において、矢印Aで示す光Xの偏光方向は水平偏光であり、この偏光方向は矢印Bで示す配向層432近傍の液晶分子の配列方向と同じであり、光Xは配向層432を透過して液晶層441に入射する。液晶層441には電圧が印加されていないので、光Xは、液晶層441を透過中に液晶分子の配列に沿って矢印Dのように偏光方向が45度変化し、矢印Dで示す右45度偏光となって矢印Cで示す配向層433を透過して配向層432に入射する。
In FIG. 24, the polarization direction of the light X indicated by the arrow A is horizontal polarization, the polarization direction is the same as the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the
液晶層442には電圧が印加されているので、発生した電界の作用を受けて液晶層442の液晶分子は光Xの進行方向に沿って配列し、液晶層442の透過前後で光Xの偏光方向は矢印Dで示す右45度偏光のままで変化することなく矢印Eで示す配向層434を透過して出射する。すなわち、光Xが液晶素子410を透過すると、光Xの偏光方向は水平方向から図23で示す方向とは逆方向に45度変化している。
Since a voltage is applied to the
このように、液晶層441と液晶層442の交流電源450を交互にオンとオフを切り換えることにより、液晶素子410を透過した光Xの偏光方向は左45度偏光方向から右45度偏光方向に90度変化する。この偏光方向の変化は合成光においても同様に発生する。変形例1においては1フレームの情報画像の描画中に偏光方向を1回変化させる。
Thus, by alternately switching on and off the
変形例1において、光Xの進行方向下流側(図23の右側)から進行方向上流側(図23の左側)を見たときに、液晶層441の配向層432に対して対向する配向層433は左に45度傾いており、液晶層442の配向層432に対して対向する配向層434は右に45度傾いている。すなわち、いずれの交流電源450にも交流電圧が印加されていないとき、液晶層441と液晶層442の各液晶分子のねじれ角は45度であって、液晶層441の液晶分子と液晶層442の液晶分子は光Xの入射側から出射側に向かって互いに反対方向にねじれて配列される螺旋構造を有している。
In the first modification, the
投射型表示装置20においては、液晶素子410により偏光方向をフレーム単位で左45度偏光と右45度偏光とに変化させた合成光で形成された情報画像がフロントガラス700に投射される。変形例1においても、フレーム単位で偏光方向が異なるため、各フレームで異なる場所に発生したスペックルノイズは全体として平滑化され、フロントガラス700上に表示される情報画像に現れるスペックルノイズは低減されて運転者40に視認される。
In the
また、投射型表示装置20においては、フロントガラス700に投射される情報画像の偏光方向に水平偏光は含まれていない。そのため、偏光サングラス42をかけた運転者40がその情報画像を視認したときに、全てのフレームの情報画像が視認可能となるため、フリッカは発生しない。
Further, in the
変形例1のように、液晶素子410が液晶層441、442を備える構成であれば、交流電源450による液晶層441、442への電圧印加を交互に行うことで、印加電圧の切り換えによる液晶層441、442を透過する光の偏光方向の変化はそれぞれ45度で済む。そのため、赤色光、緑色光、青色光の偏光分散を小さくすることができると共に、液晶素子410として左45度偏光と右45度偏光の偏光方向の変化を短時間で完了させることができる。
If the
また、変形例1においては、図17に示すように、印加電圧の切り換え時間には液晶層441の立ち上り応答時間trと液晶層442の立ち下り応答時間td、及び、液晶層441の立ち下り応答時間tdと液晶層442の立ち上り応答時間trがオーバーラップしている。そのため、各フレームにおいて、液晶層441が応答する立ち上り時間trと液晶層442が応答する立ち下り時間tdの開始、及び、液晶層441の立ち下り応答時間tdと液晶層442の立ち上り応答時間trの開始を同じタイミングにすることができる。すなわち、液晶層441と液晶層442のそれぞれの偏光方向を45度変化させる時間が同じ程度になるので、時間的に隣接するフレームの情報画像の表示時間を同じにすることができる。その結果、情報画像に明暗が生じないので、運転者40による情報画像の視認性を向上させることができる。
In the first modification, as shown in FIG. 17, the applied voltage switching time includes the rise response time tr of the
上述したように、投射型表示装置において、それを構成する光学系は、斜めの偏光方向の光が存在すると水平面上に配置するミラーなどの光学部品のアライメント調整が困難になるので、機構設計を容易にするために、光学部品を透過する、あるいは光学部品で反射する光の偏光方向を水平方向、又は、垂直方向にすることが多い。投射型表示装置20においては、液晶層441におけるねじれ方向と液晶層442におけるねじれ方向とが互いに反対方向となる構成を有しているので、出射光の偏光方向を水平方向に対して右45度偏光と左45度偏光とに交互に変化させることが容易に実現できる。
As described above, in the projection display device, the optical system constituting it becomes difficult to adjust the alignment of optical components such as mirrors arranged on a horizontal plane when there is light in an oblique polarization direction. In order to facilitate, the polarization direction of the light transmitted through the optical component or reflected by the optical component is often set to the horizontal direction or the vertical direction. In the
なお、変形例1の液晶素子410において、液晶層441の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp1、屈折率異方性をΔn1とし、液晶層442の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp2、屈折率異方性をΔn2としたとき、p1×Δn1≧2500nm、p2×Δn2≧2500nmを充足するように構成されている。これにより、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性を同じにすることができる(図9参照)。図9は、ねじれ角が90度の液晶素子400で偏光方向が90度変化する偏光特性を同じにすることができること表しているが、ねじれ角が45度である変形例1の液晶素子410においても、偏光方向が45度変化する偏光特性を同じにすることができるのは当然のことである。
In the
〔変形例2〕
変形例2に係る投射型表示装置20は、液晶素子410の構成が第2実施形態とは異なっている。具体的には、図25に示すように、液晶素子410が透光性の液晶層441と透光性の液晶層442とを備えている。この液晶素子410の構成は図12に示す液晶素子400と同様の構造を有しており、1つの交流電源450により液晶層441と液晶層442とに電圧を印加する。また、液晶層441の両側には液晶層441の液晶分子を配向させる透光性の配向層433と配向層432が備えられ、液晶層442の両側には液晶層442の液晶分子を配向させる透光性の配向層432と配向層434が備えられる。
[Modification 2]
In the
図26に、電圧が印加されていないときの液晶素子410を透過する光Xの偏光方向の変化を示す。配向層433は液晶分子を右45度傾けて配列させるように配向しており(矢印B)、配向層434は液晶分子を左45度傾けて配列させるように配向している(矢印E)。配向層432は液晶分子を水平方向に配列させるように配向している(矢印C)。図26に示すように、矢印Aで示す光Xの偏光方向は右45度偏光であり、この偏光方向は矢印Bで示す配向層433近傍の液晶分子の配列方向と同じなので、光Xは配向層433を透過して液晶層441に入射する。光Xは、液晶層441を透過中に液晶分子の配列に沿って矢印Cのように偏光方向が45度変化し、矢印Dで示す水平偏光のまま矢印Cで示す2つの配向層432を透過して液晶層442に入射する。そして液晶層442を透過中に液晶分子の配列に沿って偏光方向が更に45度変化し、矢印Fで示す左45度偏光となって矢印Eで示す配向層434を透過して出射する。すなわち、光Xが液晶素子410を透過すると、光Xの偏光方向は90度変化している。
FIG. 26 shows a change in the polarization direction of the light X transmitted through the
一方、交流電源450により液晶層441を挟む電極層421、422、及び、液晶層442を挟む電極層421、422に同時に電圧が印加されると、発生した電界の作用を受けて液晶分子は光Xの進行方向に沿って配列するため、液晶素子410の透過前後で光Xの偏光方向は矢印Aに示す右45度偏光のままで変化しない。このように、交流電源450による印加電圧のオンとオフの切り換えにより、液晶素子410を透過する光Xの偏光方向は左45度偏光と右45度偏光とに90度変化する。この偏光方向の変化は合成光においても同様に発生する。変形例2においては1フレームの情報画像の描画中に偏光方向を1回変化させる。
On the other hand, when a voltage is simultaneously applied to the electrode layers 421 and 422 sandwiching the
変形例2において、光Xの進行方向下流側(図26の右側)から進行方向上流側(図26の左側)を見たときに、液晶層441の配向層433に対して対向する配向層432は右に45度傾いており、液晶層442の配向層432に対して対向する配向層434も右に45度傾いている。すなわち、交流電源450に交流電圧が印加されていないとき、液晶層441と液晶層442の各液晶分子のねじれ角は45度であって、いずれの液晶分子も光Xの入射側から出射側に向かって同じ方向にねじれて配列される螺旋構造を有している。
In the second modification, the
投射型表示装置20においては、液晶素子410により偏光方向をフレーム単位で左45度偏光と右45度偏光とに変化させた合成光で形成された情報画像がフロントガラス700に投射される。変形例2においても、フレーム単位で偏光方向が異なるため、各フレームで異なる場所に発生したスペックルノイズは全体として平滑化され、フロントガラス700上に表示される情報画像に現れるスペックルノイズは低減されて運転者40に視認される。
In the
また、投射型表示装置20においては、フロントガラス700に投射される情報画像の偏光方向に水平偏光は含まれていない。そのため、偏光サングラス42をかけた運転者40がその情報画像を視認したときに、全てのフレームの情報画像が視認可能となるため、フリッカは発生しない。
Further, in the
変形例2のように、液晶素子410が液晶層441、442を備える構成であれば、交流電源450による液晶層441、442への電圧印加を同電圧で同じタイミングで行うことで、印加電圧のオンとオフによる液晶層441、442を透過する光の偏光方向の変化はそれぞれ45度で済む。そのため、赤色光、緑色光、青色光の偏光分散を小さくすることができると共に、液晶素子410として左45度偏光と右45度偏光の偏光方向の変化を短時間で完了させることができる。
If the
なお、変形例2の液晶素子410において、液晶層441の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp1、屈折率異方性をΔn1とし、液晶層442の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp2、屈折率異方性をΔn2としたとき、p1×Δn1≧2500nm、p2×Δn2≧2500nmを充足するように構成されている。これにより、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性を同じにすることができる(図9参照)。図9は、ねじれ角が90度の液晶素子400で偏光方向が90度変化する偏光特性を同じにすることができること表しているが、ねじれ角が45度である変形例2の液晶素子410においても、偏光方向が45度変化する偏光特性を同じにすることができるのは当然のことである。
In the
5.第3実施形態
以下、本発明の第3実施形態に係る投射型表示装置30について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の説明においては、第1実施形態、第2実施形態、各変形例と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。
5. Third Embodiment Hereinafter, a
本実施形態は、第1実施形態と第2実施形態を合せたもので、図27に示すように、液晶素子として第2実施形態及びその変形例で用いた液晶素子410を備え、液晶素子410と画像形成部300との間に第1実施形態及びその変形例で用いた高リタデーションフィルム500を備えている。高リタデーションフィルム500は不図示の保持部材に保持されている。
This embodiment is a combination of the first embodiment and the second embodiment. As shown in FIG. 27, the liquid crystal element includes the
本実施形態においては、液晶素子410により、合成光をフレーム単位で左45度偏光方向と右45度偏光方向とに変化させている。左45度偏光方向の合成光と右45度偏光方向の合成光は、それぞれ高リタデーションフィルム500の光学軸に対して右上に45度傾いた偏光方向と左上に45度傾いた偏光方向とをなす。この場合、右上に45度傾いた偏光方向の合成光と左上に45度傾いた偏光方向の合成光は、ポアンカレ球において、入射光の偏光方向と高リタデーションフィルム500の光学軸とが角ψ(=±45度)をなす。これらの光が高リタデーションフィルム500を透過すると、透過後の光は、図8に示すように、点P1(水平偏光)、点P2(垂直偏光)からそれぞれ角ψの2倍の角度(2ψ=±90度)でポアンカレ球の中心を通る直線L1を回転中心軸とし、円Cr上で点Pからそれぞれ同じ角度δ(δ=2π・Re/λ)だけ回転させた点M1、点M2の位置の偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類の光となる。このように、点P1、点P2はそれぞれ点M1、点M2に示す北半球(右回転の偏光)又は南半球(左回転の偏光)に変換されることから、垂直偏光と水平偏光が高リタデーションフィルム500を透過した後の出射光は、円偏光や楕円偏光で回転方向が反対(左旋性と右旋性)の光になることが理解される。
In the present embodiment, the composite light is changed by the
そのため、左45度偏光方向の合成光で形成された情報画像におけるスペックルノイズの発生場所と、右45度偏光方向の合成光で形成された情報画像におけるスペックルノイズの発生場所は異なる。その結果、各フレームで異なる場所に発生したスペックルノイズは全体として平滑化され、フロントガラス700上に表示される情報画像に現れるスペックルノイズは低減されて運転者40に視認される。本実施形態においては、偏光方向が90度変化するので、他の角度の変化と比較してスペックルノイズの低減効果が最大となる。
Therefore, the location where speckle noise occurs in the information image formed with the combined light having the 45-degree polarization direction on the left is different from the location where speckle noise occurs in the information image formed with the combined light having the 45-degree polarization direction on the right. As a result, speckle noise generated at different locations in each frame is smoothed as a whole, and speckle noise appearing in the information image displayed on the
上述したように、投射型表示装置30においては、液晶素子410を透過した合成光の偏光方向はフレーム単位で左45度偏光方向と右45度偏光方向とが切り替えられ、その偏光方向で高リタデーションフィルム500を透過する。これにより、透過後の合成光に含まれる各波長の光は、様々な偏光方向、回転方向、及び、偏光の種類(直線偏光、円偏光、楕円偏光)の光を含むものとなり、水平偏光の光のみを含むものではない。この合成光で形成された情報画像がフロントガラス700に投射されるため、偏光サングラス42をかけた運転者40がその情報画像を視認しても、フリッカは発生しない。
As described above, in the
本実施形態においても、第1実施形態と同様、高リタデーションフィルム500は、保持部材で保持される代わりに、液晶素子410の基板412の表面に形成されていてもよい。このような構成にすることにより、保持部材が不要となり、投射型表示装置30をより安価に構成することができる。
Also in this embodiment, as in the first embodiment, the
なお、液晶素子として、第2実施形態の液晶素子410を用いた場合において、液晶層441の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp、屈折率異方性をΔnとしたとき、p×Δn≧2500nmを充足するように構成されている。また、第2実施形態の変形例に係る液晶素子410を用いた場合においては、液晶層441の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp1、屈折率異方性をΔn1とし、液晶層442の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをp2、屈折率異方性をΔn2としたとき、p1×Δn1≧2500nm、p2×Δn2≧2500nmを充足するように構成されている。これらにより、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性を同じにすることができる(図9参照)。
In the case where the
また、第1実施形態の変形例1と同様に、投射型表示装置30が中間像部350を備え、中間像部350に高リタデーションフィルム500が形成されていてもよい。さらに、第1実施形態の変形例2と同様に、投射型表示装置30がコンバイナ360を備え、コンバイナ360に高リタデーションフィルム500が形成されていてもよい。
Further, similarly to the first modification of the first embodiment, the
なお、第2実施形態、その変形例、第3実施形態のいずれにおいても、第1実施形態の変形例4と同様に、液晶セル140、ハーフミラー150、光検出部160、制御部170を備えていてもよい。このような構成を備えることにより、運転者40が視認する情報画像の輝度と色バランスを常に最適にすることができると共に、スペックルノイズの発生が低減され、運転者40が偏光サングラス42を通して見てもフリッカが発生しない情報画像を得ることができる。
In any of the second embodiment, its modification, and the third embodiment, the
上記各実施形態、各変形例の構成は可能な限り組み合わせることができる。 The configurations of the above embodiments and modifications can be combined as much as possible.
投射型表示装置10、20、30は、車載用ヘッドアップディスプレイ50に限らず、航空機や電車等、光源にレーザ光を用いるあらゆる輸送機器のヘッドアップディスプレイに適用することができる。また、光源にレーザ光を用いたあらゆる投射型表示装置や表示装置に適用することができる。例えば、プロジェクタ、プロジェクタテレビ、プロジェクションマッピング装置、デジタルサイネージ、ヘッドマウントディスプレイ、超小型プロジェクタ及びそれを内蔵した携帯情報端末等に適用することができる。
The
本発明は、レーザ光を用いた投射型表示装置及び該投射型表示装置を用いた車載用ヘッドアップディスプレイに利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a projection display device using laser light and an in-vehicle head-up display using the projection display device.
10、20、30 投射型表示装置
50 車載用ヘッドアップディスプレイ
100 光源部
110 レーザダイオード(緑色レーザ光源)
120 レーザダイオード(青色レーザ光源)
130 レーザダイオード(赤色レーザ光源)
140 液晶セル
160 光検出部
170 制御部
200 合成光学部
300 画像形成部
350 中間像部
360 コンバイナ(表示部)
400、410 液晶素子
411 基板
412 基板
441 液晶層(第1層)
442 液晶層(第2層)
500 高リタデーションフィルム
Δn 屈折率異方性
p 螺旋ピッチ
10, 20, 30 Projection
120 Laser diode (blue laser light source)
130 Laser diode (red laser light source)
140
400, 410
442 Liquid crystal layer (second layer)
500 High retardation film Δn Refractive index anisotropy p Spiral pitch
Claims (21)
前記複数のレーザ光を合成する合成光学部と、
前記複数のレーザ光から投射画像を形成する画像形成部と、
前記合成光学部から出射した前記複数のレーザ光が透過する透過領域において単一の偏光状態を生成すると共に、該透過領域において前記複数のレーザ光の偏光方向を変化させる液晶素子と、
前記液晶素子から出射した前記複数のレーザ光に位相差を与える高リタデーションフィルムと、を備える、レーザ光を用いた投射型表示装置。 A light source unit that generates a plurality of laser beams having different wavelengths in a predetermined polarization direction;
A combining optical unit for combining the plurality of laser beams;
An image forming unit that forms a projection image from the plurality of laser beams;
A liquid crystal element that generates a single polarization state in a transmission region through which the plurality of laser beams emitted from the combining optical unit are transmitted, and changes a polarization direction of the plurality of laser beams in the transmission region;
And a high retardation film that gives a phase difference to the plurality of laser beams emitted from the liquid crystal element.
前記一対の基板のうち少なくとも前記光源部から遠い側にある基板の表面に前記高リタデーションフィルムが形成されている、請求項1又は2に記載のレーザ光を用いた投射型表示装置。 The liquid crystal element has a liquid crystal layer and a pair of substrates arranged so as to sandwich the liquid crystal layer,
The projection display device using laser light according to claim 1 or 2, wherein the high retardation film is formed on a surface of at least a side of the pair of substrates which is far from the light source unit.
前記液晶層の液晶分子は前記一対の基板の間で螺旋構造を有しており、
前記液晶分子の螺旋ピッチと前記液晶層の屈折率異方性との積が2500nm以上である、請求項1から5のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射型表示装置。 The liquid crystal element has a liquid crystal layer and a pair of substrates arranged so as to sandwich the liquid crystal layer,
The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer have a spiral structure between the pair of substrates,
6. The projection display device using laser light according to claim 1, wherein the product of the helical pitch of the liquid crystal molecules and the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm or more.
前記複数のレーザ光を合成する合成光学部と、
前記複数のレーザ光から投射画像を形成する画像形成部と、
前記合成光学部から出射した前記複数のレーザ光が透過する透過領域において単一の偏光状態を生成すると共に、該透過領域において前記複数のレーザ光の偏光方向を変化させる液晶素子と、を備え、
前記液晶素子は、液晶層、及び、該液晶層を挟むように配置された一対の基板を有し、
前記液晶層の液晶分子は前記一対の基板の間で螺旋構造を有しており、
前記液晶素子における前記複数のレーザ光の偏光方向は、前記液晶素子の使用状態において水平方向に対して右に45度変化した方向と左に45度変化した方向に交互に変化するレーザ光を用いた投射型表示装置。 A light source unit that generates a plurality of laser beams having different wavelengths in a predetermined polarization direction;
A combining optical unit for combining the plurality of laser beams;
An image forming unit that forms a projection image from the plurality of laser beams;
A liquid crystal element that generates a single polarization state in a transmission region through which the plurality of laser beams emitted from the combining optical unit are transmitted, and changes a polarization direction of the plurality of laser beams in the transmission region;
The liquid crystal element has a liquid crystal layer and a pair of substrates arranged so as to sandwich the liquid crystal layer,
The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer have a spiral structure between the pair of substrates,
The polarization direction of the plurality of laser beams in the liquid crystal element is a laser beam that alternately changes in a direction that changes 45 degrees to the right and a direction that changes 45 degrees to the left with respect to the horizontal direction when the liquid crystal element is used. Projection type display device.
前記高リタデーションフィルムの光学軸と前記単一の偏光状態における偏光軸とが45度の角度をなしており、前記複数のレーザ光に4000nm以上の位相差を与える請求項9から12のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射型表示装置。 A high retardation film that gives a phase difference to the plurality of laser beams emitted from the liquid crystal element;
The optical axis of the high retardation film and the polarization axis in the single polarization state form an angle of 45 degrees, and give a phase difference of 4000 nm or more to the plurality of laser beams. A projection type display device using the laser beam described in the item.
前記光源部は、赤色光を発生する赤色レーザ光源と、緑色光を発生する緑色レーザ光源と、青色光を発生する青色レーザ光源とを含んでおり、
前記制御部は、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記赤色レーザ光源、前記緑色レーザ光源、前記青色レーザ光源から出射される光の強度を変化させる制御を行う、請求項19に記載のレーザ光を用いた投射型表示装置。 A control unit to which the detection result of the light detection unit is input;
The light source unit includes a red laser light source that generates red light, a green laser light source that generates green light, and a blue laser light source that generates blue light,
The said control part performs control which changes the intensity | strength of the light radiate | emitted from the said red laser light source, the said green laser light source, and the said blue laser light source based on the detection result of the said light detection part. Projection display device using laser light.
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