JP2022097161A - ヘッドアップディスプレイ装置を含む光学系 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両用の窓に形成される反射像を虚像表示として視認する光学系であって、道路面や、水面での太陽光などの反射光による眩しさの低減と、鮮明なＨＵＤ映像の視認を両立できる光学系を提供する。【解決手段】移動体に搭載され、Ｓ偏光の投影部での反射像に基づく虚像を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置を含む光学系であって、前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、路面を反射して前記投影部を経て前記移動体に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員との間にP偏光をカットするフィルターが配置された、光学系を提供する。【選択図】図１
Description
本開示は、車両などの移動体に搭載されて、乗員の前方視野内の投影部に映像を投影して乗員に視認させるようにしたヘッドアップディスプレイ（以降－ＨＵＤと表記する場合がある）装置を含む光学系に関する。
通常の自動車用合わせガラスに表示画像を投射させて運転席の前方に虚像を表示すると、自動車用合わせガラスの車内側ガラス板表面と車外側ガラス板表面において映像光が反射されるため、反射像がずれて二重像となり、虚像表示が見づらくなるといった問題があった。
これを改善する方法として、位相差フィルムなどの旋光性を有する旋光性フィルムを備える自動車用合わせガラスに、表示装置から直線偏光をブリュースター角で照射することで、自動車用合わせガラスの車内側ガラス板表面、または車外側ガラス板表面において偏光を反射させる方法が知られている。
ここでいう直線偏光にはＳ偏光及びＰ偏光があり、Ｓ偏光はガラス板面の入射面に対して垂直に振動する偏光のことを言い、Ｐ偏光は入射面に対して平行に振動する偏光のことを言う。
また位相差フィルムとは、光に含まれる直交する二つの振動成分の間に位相差を与えるフィルムのことを言う。偏光の位相を半波長分ずらすことができる位相差フィルム、即ち半波長フィルムの光学軸に対して４５°の方向に振動する偏光が入射した場合、偏光は光学軸をまたいで９０°回転される。
例えば、自動車用合わせガラスに、光学軸がガラス表面に対して４５°傾斜した半波長フィルムが含まれているとき、自動車用合わせガラスにＳ偏光が入射すると、半波長フィルムによって偏光の振動方向が９０°回転し、Ｐ偏光に変換される。また逆に、Ｐ偏光が入射すると、半波長フィルムによってＳ偏光に変換される。
自動車用合わせガラスに対しブリュースター角で入射される映像光がＳ偏光である場合、車内側ガラス板の車内側面に反射像が形成される。そして、投影部の位相差フィルムを通過した映像光はＰ偏光に変換される。前記Ｐ偏光は、車外側ガラス板の車外側面に達したとき、前記車外側面で反射されることなく、車外側へと出射される。乗員は車内側ガラスの車内側面に形成された、Ｓ偏光の反射像に基づく虚像表示を視認する。この場合をＳ－ＨＵＤと表記する。
一方、入射される映像光がＰ偏光からなる場合、車内側ガラス板の車内側面では反射は生じない。投影部の位相差フィルムを通過した映像光はＳ偏光に変換される。Ｓ偏光に変換された映像光は、車外側ガラス板の車外側面に達したとき、一部は車外側面で反射像を形成し、残部は車外側面を通過する。この反射像を形成した映像光は位相差フィルムを再度通過し、Ｐ偏光へと変換される。乗員は、車外側ガラス板の車外側面に形成された反射像に基づく、Ｐ偏光による虚像表示を視認する。この場合をＰ－ＨＵＤと表記する。
前記Ｓ－ＨＵＤ、前記Ｐ－ＨＵＤにおける前記投影部は、前記移動体の窓の一部でもあるので、前記投影部は外部環境からの光が通過し、前記乗員が外部環境から窓を透過する光を投影部でも視認することになる。
特許文献１には、ヘッドアップディスプレイ装置において、透過する直線偏光の偏光方向を９０°回転させる偏光方向調整手段として２枚のガラス内に位相差フィルムを挟み込んだ自動車用合わせガラスと、自動車用合わせガラスの入射面に対し、ブリュースター角でＳ偏光又はＰ偏光を照射する投影部と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。
移動体の前方の道路面や、水面での太陽光などの反射光（以下「路面反射光」という）は、前記乗員に眩しい光として認識されるので、この眩しい光を回避したい乗員は、偏光サングラスをアイポイントに装着する。路面反射光は、Ｓ偏光の直線偏光が主成分となるので、前記偏光サングラスとしては、Ｓ偏光をカットするフィルターが常用される。
しかしながら、前記Ｓ－ＨＵＤ、前記Ｐ－ＨＵＤは、共に投影部に入射された直線偏光を半波長フィルムによって９０°回転させることで二重像を防止するものなので、前記投影部を通過する路面反射光は、これらＨＵＤの位相差フィルムの影響を受ける。Ｓ偏光の直線偏光が主成分である路面反射光は、前記乗員のアイポイントには、Ｐ偏光として到達する。そのため、前記Ｓ偏光をカットする偏光サングラスでは、路面反射光の眩しい光を回避したい前記乗員の要望を満足させることが難しいものとなる。
近年、投影部の大面積化が進行しており、前記路面反射光の影響を少なくしたＨＵＤが求められている。
以上から、本開示では、偏光サングラスを用いても前記移動体の乗員にとって眩しい光として認識される、路面反射光の眩しさを低減しつつ、前記投影部の二重像を半波長フィルムを用いて防止したＨＵＤ装置の部材として大画面でも鮮明な映像を表示できる投影部として機能させることが可能な光学系を提供することを目的とする。
しかしながら、前記Ｓ－ＨＵＤ、前記Ｐ－ＨＵＤは、共に投影部に入射された直線偏光を半波長フィルムによって９０°回転させることで二重像を防止するものなので、前記投影部を通過する路面反射光は、これらＨＵＤの位相差フィルムの影響を受ける。Ｓ偏光の直線偏光が主成分である路面反射光は、前記乗員のアイポイントには、Ｐ偏光として到達する。そのため、前記Ｓ偏光をカットする偏光サングラスでは、路面反射光の眩しい光を回避したい前記乗員の要望を満足させることが難しいものとなる。
近年、投影部の大面積化が進行しており、前記路面反射光の影響を少なくしたＨＵＤが求められている。
以上から、本開示では、偏光サングラスを用いても前記移動体の乗員にとって眩しい光として認識される、路面反射光の眩しさを低減しつつ、前記投影部の二重像を半波長フィルムを用いて防止したＨＵＤ装置の部材として大画面でも鮮明な映像を表示できる投影部として機能させることが可能な光学系を提供することを目的とする。
本開示は、移動体に搭載され、Ｓ偏光の投影部での反射像に基づく虚像を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置を含む光学系であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員との間にP偏光をカットするフィルターが配置された、
光学系を提供する。
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員との間にP偏光をカットするフィルターが配置された、
光学系を提供する。
本開示の光学系では、Ｓ偏光の直線偏光を主に含む路面反射光が旋光子層を透過してＰ偏光の直線偏光を主成分とする反射光となるため、Ｐ偏光をカットするフィルターによってその輝度を軽減することができる。
また、映像表示器から照射される投影光はＳ偏光であるため、Ｐ偏光をカットするフィルターによって輝度を軽減されず、乗員は明瞭な虚像を視認することができる。
また、映像表示器から照射される投影光はＳ偏光であるため、Ｐ偏光をカットするフィルターによって輝度を軽減されず、乗員は明瞭な虚像を視認することができる。
さらに、本開示の光学系の別態様は、移動体に搭載され、Ｓ偏光の投影部での反射像に基づく虚像を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置を含む光学系 であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員との間にＰ偏光をカットするフィルターが配置され、
前記投影光は、前記第二ガラス板に対し、４６°～６６°の入射角で前記投影光を投影された、光学系である。
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員との間にＰ偏光をカットするフィルターが配置され、
前記投影光は、前記第二ガラス板に対し、４６°～６６°の入射角で前記投影光を投影された、光学系である。
この光学系では、第二ガラス板を透過したＳ偏光からなる投影光が旋光子層によって９０°回転されてＰ偏光となり、第一ガラス板の車外側面において反射することなく車外側に透過するため、乗員が視認する虚像が二重像になることを抑制することができる。
また、本開示の光学系の別態様は、移動体に搭載され、Ｓ偏光の投影部での反射像に基づく虚像を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置を含む光学系 であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員との間にＰ偏光をカットするフィルターが配置され、
前記Ｐ偏光をカットするフィルターが、前記乗員の視界部に装着されるサングラスである、光学系である。
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員との間にＰ偏光をカットするフィルターが配置され、
前記Ｐ偏光をカットするフィルターが、前記乗員の視界部に装着されるサングラスである、光学系である。
この光学系では、乗員がＰ偏光をカットするサングラスを備えることによって、路面反射光による眩しさを、領域を限定することなく軽減することができる。
本開示により、投影部を大面積化しても路面反射光による眩しさの低減と、ＨＵＤ映像の鮮明な視認を両立できる光学系を提供することができる。
本開示の光学系は、移動体に搭載され、フロントガラスに設けた投影部での反射像に基づく虚像を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置を含む光学系であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体内に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員のアイポイントとの間にＰ偏光をカットする偏光フィルターが配置された、光学系である。
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体内に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員のアイポイントとの間にＰ偏光をカットする偏光フィルターが配置された、光学系である。
図１は、本開示の光学系の概略と、該光学系での光路を模式的に示したものであり、投影光の光路は実線で示され、路面反射光の光路は点線で表されている。
光学系１は、ヘッドアップディスプレイ装置２と、Ｐ偏光をカットするフィルター５とを備えている。ヘッドアップディスプレイ装置２は、投影部３と、映像表示器４とを備えている。
投影部３は、フロントガラスを構成する第一ガラス板３１と、第二ガラス板３２と、旋光子層３３とを備えている。
光学系１は、ヘッドアップディスプレイ装置２と、Ｐ偏光をカットするフィルター５とを備えている。ヘッドアップディスプレイ装置２は、投影部３と、映像表示器４とを備えている。
投影部３は、フロントガラスを構成する第一ガラス板３１と、第二ガラス板３２と、旋光子層３３とを備えている。
映像表示器４は、前記第一ガラス板３１に対し、投影光４１を照射する。このとき、投影光４１が第一ガラス板３１だけでなく第二ガラス板３２でも反射して二重像とならないよう、投影光４１の第一ガラス板３１に対する入射角をブリュースター角θ１とするのが好ましい。
投影光４１はＳ偏光からなる直線偏光であるため、第一ガラス板３１の車内側面で反射した後Ｐ偏光をカットする偏光フィルター５を透過し、乗員のアイポイント７に入射する。
投影光４１はＳ偏光からなる直線偏光であるため、第一ガラス板３１の車内側面で反射した後Ｐ偏光をカットする偏光フィルター５を透過し、乗員のアイポイント７に入射する。
一方、移動体の前方の路面８では、太陽光が反射して路面反射光８１を形成する。路面反射光８１はＳ偏光の直線偏光を主成分としている。路面反射光８１が投影部３に入射すると、旋光子層３３によって振動方向が９０°回転する。結果、Ｐ偏光の直線偏光を主成分とする反射光となり、Ｐ偏光をカットする偏光フィルター５によってＰ偏光の直線偏光が減衰した状態で乗員のアイポイント７に入射する。
乗員のアイポイント７には、Ｐ偏光をカットする偏光フィルター５によって減衰された路面反射光８１とＰ偏光をカットする偏光フィルター５によって減衰されなかったS偏光からなる投影光４１が入射するため、乗員は路面反射による眩しさを軽減しつつ、明瞭な虚像を視認することができる。
Ｐ偏光をカットする偏光フィルター５は、乗員のアイポイントに装着される吸収軸が鉛直方向である偏光サングラスであれば、乗員の視界全体を覆うことができるため好ましい。
また、例えば、偏光フィルターをサンバイザーの下端部やフロントパネル部に設けたコンバイナーの上端部に取り付けるようにしてもよい。
Ｐ偏光をカットする偏光フィルター５は、乗員のアイポイントに装着される吸収軸が鉛直方向である偏光サングラスであれば、乗員の視界全体を覆うことができるため好ましい。
また、例えば、偏光フィルターをサンバイザーの下端部やフロントパネル部に設けたコンバイナーの上端部に取り付けるようにしてもよい。
本開示の光学系１は、投影部３を車両のウィンドシールド、映像表示器４をプロジェクターとした車両に搭載されるＨＵＤ装置とＰ偏光をカットする偏光フィルムを組み合わせたキットとして使用されてもよい。
以下に、本開示のヘッドアップディスプレイ装置に使用される投影部の好適な形態を実施するための構成及び材料について説明する。
＜投影部＞
投影部は、中間膜を第一ガラス板及び第二ガラス板で挟持して作製される合わせガラスである。また、Ｓ－ＨＵＤ方式のＨＵＤ装置、又は、Ｐ－ＨＵＤ方式のＨＵＤ装置の場合は、投影部に旋光子層として１／２波長フィルムが配置されている。図１の投影部３は、第一ガラス板３１と、第二ガラス板３２と、旋光子層３３とを備える。
旋光子層３３は、第一ガラス板３１と第二ガラス板３２との間に、第二ガラス板３２の車内側面と第一ガラス板３１の車外側面とに面するように配置される。
投影部は、中間膜を第一ガラス板及び第二ガラス板で挟持して作製される合わせガラスである。また、Ｓ－ＨＵＤ方式のＨＵＤ装置、又は、Ｐ－ＨＵＤ方式のＨＵＤ装置の場合は、投影部に旋光子層として１／２波長フィルムが配置されている。図１の投影部３は、第一ガラス板３１と、第二ガラス板３２と、旋光子層３３とを備える。
旋光子層３３は、第一ガラス板３１と第二ガラス板３２との間に、第二ガラス板３２の車内側面と第一ガラス板３１の車外側面とに面するように配置される。
＜ガラス板＞
第一ガラス板３１及び第二ガラス板３２としては、フロート法で製造されたガラス板を好適に用いることができる。ガラス板の材質としては、ＩＳＯ１６２９３－１で規定されているようなソーダ石灰珪酸塩ガラスの他、アルミノシリケートガラスやホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス等の公知のガラス組成のものを使用することができる。ガラス板の厚さは、約２ｍｍのものを使うことが好ましいが、軽量化のためにこれよりも薄い厚さのものを用いてもよい。
第一ガラス板３１及び第二ガラス板３２としては、フロート法で製造されたガラス板を好適に用いることができる。ガラス板の材質としては、ＩＳＯ１６２９３－１で規定されているようなソーダ石灰珪酸塩ガラスの他、アルミノシリケートガラスやホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス等の公知のガラス組成のものを使用することができる。ガラス板の厚さは、約２ｍｍのものを使うことが好ましいが、軽量化のためにこれよりも薄い厚さのものを用いてもよい。
ガラス板として曲面形状が必要とされる場合には、ガラス板を軟化点以上に加熱した後、モールドによるプレスや自重による曲げなどで２枚が同じ面形状となるように整形し、ガラスを冷却する。
＜旋光子層＞
旋光子層３３は、投影面に入射する投影光の位相をずらす、又は、投影光の振動方向を変えるものである。例えば、旋光子層３３が１／２波長フィルムの場合は、投影面に入射する投影光の振動方向と、光軸とがなす角度をｄθとしたとき、入射する投影光の振動方向を２ｄθ回転させる。
また、旋光子層３３としては、基材を持たない層や膜を含んでもよい。例えば、投影部内に光軸を有する層を、塗布、積層、添着、付着、圧着、転写等により形成したものが挙げられる。
旋光子層３３としては、１／２波長フィルムを使用してもよく、１／４波長フィルムを使用してもよい。また、１／４波長フィルムを２枚重ねて使用してもよい。
旋光子層３３は、投影面に入射する投影光の位相をずらす、又は、投影光の振動方向を変えるものである。例えば、旋光子層３３が１／２波長フィルムの場合は、投影面に入射する投影光の振動方向と、光軸とがなす角度をｄθとしたとき、入射する投影光の振動方向を２ｄθ回転させる。
また、旋光子層３３としては、基材を持たない層や膜を含んでもよい。例えば、投影部内に光軸を有する層を、塗布、積層、添着、付着、圧着、転写等により形成したものが挙げられる。
旋光子層３３としては、１／２波長フィルムを使用してもよく、１／４波長フィルムを使用してもよい。また、１／４波長フィルムを２枚重ねて使用してもよい。
１／２波長フィルムとしては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー等のプラスチックフィルムを一軸又は二軸延伸した位相差素子や、液晶ポリマーを特定方向に配向させて配向状態を固定化した位相差素子を用いることができる。ポリマーを配向させる方法としては、例えば、ポリエステルフィルムやセルロースフィルムなどの透明プラスチックフィルムをラビング処理する方法や、ガラス板やプラスチックフィルム上に配向膜を形成し、上記配向膜をラビング処理又は光配向処理する方法などが挙げられる。配向を固定化する方法としては、例えば、紫外線硬化型の液晶ポリマーを光重合開始剤の存在下、紫外線照射して重合反応によって硬化させる方法や、加熱により架橋させる方法や、高温状態で配向した後に急冷する方法などが挙げられる。
液晶ポリマーとして使用される化合物は、特定方向へ配向する際、液晶性を示す化合物であれば特に限定されない。例えば、液晶状態でねじれネマティック配向し、液晶転移点以下ではガラス状態となるものを使用することができ、光学活性なポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミドなどの主鎖型液晶ポリマー、光学活性なポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロート、ポリシロキサン、ポリエーテルなどの側鎖型液晶ポリマーや重合性液晶などが挙げられる。また、光学活性でないこれらの主鎖型あるいは側鎖型ポリマーに、他の低分子あるいは高分子の光学活性化合物を加えたポリマー組成物などを例示することができる。
旋光子層３３は、投影部の光路上に配置されていればよく、例えば、中間膜が半波長板を含んでいてもよいし、ガラス板に接する位置に配置されても良い。
旋光子層３３は、前記投影部の少なくとも下辺から上に、前記投影部の縦幅の４分の１の範囲に配置される。
以下に、本開示の光学系に使用される映像表示器や映像表示器から照射される投影光の形態について説明する。
＜映像表示器＞
図１に示す映像表示器４は、投影部３に対し、投影光４１を照射する装置である。映像表示器４の例としては、Ｓ偏光を主成分として含む投影光を照射できるプロジェクターが好適に使用される。そのようなプロジェクターの例としては、ＤＭＤ投影システム方式プロジェクター、レーザー走査型ＭＥＭＳ投影システム方式プロジェクター、または、反射型液晶方式プロジェクターからなるものが挙げられる。
図１に示す映像表示器４は、投影部３に対し、投影光４１を照射する装置である。映像表示器４の例としては、Ｓ偏光を主成分として含む投影光を照射できるプロジェクターが好適に使用される。そのようなプロジェクターの例としては、ＤＭＤ投影システム方式プロジェクター、レーザー走査型ＭＥＭＳ投影システム方式プロジェクター、または、反射型液晶方式プロジェクターからなるものが挙げられる。
＜投影光＞
映像表示器４から投影部３に投影される投影光４１としては、振動方向が入射面と垂直であるＳ偏光を主成分として含む投影光を使用することができる。
映像表示器４から投影部３に投影される投影光４１としては、振動方向が入射面と垂直であるＳ偏光を主成分として含む投影光を使用することができる。
また、投影光４１は、投影部３に対して、ブリュースター角θ１を形成するような入射角度で、投影部３に入射されることが好ましい。
以下に、本開示の光学系に適用される、Ｓ－ＨＵＤ方式について説明する。
＜ヘッドアップディスプレイ装置＞
ヘッドアップディスプレイ装置２は、投影部３及び映像表示器４で構成される。ヘッドアップディスプレイ装置２は、Ｓ－ＨＵＤである。この場合、投影光４１はＳ偏光からなり、投影部３が旋光子層３３を含む。そして、Ｓ偏光からなる投影光４１を第一ガラス板３１に対して、ブリュースター角θ１＝５６度とし、θ１±１０°、好ましくは、ブリュースター角θ１で入射する。
Ｓ－ＨＵＤの場合、第一ガラス板３１の車内側面で第一反射像が形成され、移動体６の乗員は、第一ガラス板３１の車内側面での第一反射像に基づく虚像を視認する。第一ガラス板３１の車内側面を透過し、投影部３内を進行した投影光４１は、旋光子層３３で、Ｐ偏光に変換され、第二ガラス板３２の車外側面で反射が生じることなく、投影光４１はＰ偏光のまま車外側へ放出される。
ヘッドアップディスプレイ装置２は、投影部３及び映像表示器４で構成される。ヘッドアップディスプレイ装置２は、Ｓ－ＨＵＤである。この場合、投影光４１はＳ偏光からなり、投影部３が旋光子層３３を含む。そして、Ｓ偏光からなる投影光４１を第一ガラス板３１に対して、ブリュースター角θ１＝５６度とし、θ１±１０°、好ましくは、ブリュースター角θ１で入射する。
Ｓ－ＨＵＤの場合、第一ガラス板３１の車内側面で第一反射像が形成され、移動体６の乗員は、第一ガラス板３１の車内側面での第一反射像に基づく虚像を視認する。第一ガラス板３１の車内側面を透過し、投影部３内を進行した投影光４１は、旋光子層３３で、Ｐ偏光に変換され、第二ガラス板３２の車外側面で反射が生じることなく、投影光４１はＰ偏光のまま車外側へ放出される。
以下に本開示の光学系に適用されるＰ偏光をカットする偏光フィルターについて説明する。
Ｐ偏光をカットする偏光フィルターの態様は、透明基材上にＰ偏光をカットする偏光フィルムが配置されていれば特に限定されない。例えば、プラスチックやガラスなどの透明基材上に、Ｐ偏光をカットする偏光フィルムを、接着剤層を介して接着したものが挙げられる。また例えば、透明基材上にＰ偏光をカットする成分を含む溶液をコーティングしたものが挙げられる。
Ｐ偏光をカットする偏光フィルターは、Ｐ偏光をカットする偏光フィルムをレンズ上に備える偏光サングラスとして使用することが好ましい。この場合、旋光子層３３を経由した路面反射光８１は、レンズの縦幅方向に対して平行に振動する偏光、即ちＰ偏光の成分を多く含むため、前記偏光サングラスの各レンズの吸収軸が、レンズの縦幅方向に対して垂直である必要がある。
Ｐ偏光をカットする偏光フィルターを構成するフィルム内では、炭化水素の鎖状高分子がＰ偏光の振動方向と垂直な方向に整列している。該フィルムに光が照射されると、該フィルム内の分子の整列方向と平行な光のみが透過し、平行でない光は全て遮断される。これにより、旋光子層３３を経由した路面反射光８１のＰ偏光成分を遮断し、映像表示器４から照射されるＳ偏光からなる投影光４１を透過することができる。
Ｐ偏光をカットする偏光フィルターを構成するフィルムは、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール系偏光膜が挙げられる。このポリビニルアルコール系偏光膜は、通常、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムと、二色性物質（ヨウ素や二色性染料など）とで構成されている。ポリビニルアルコール系樹脂は、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニルと少量の共重合性単量体（不飽和カルボン酸、不飽和スルホン酸、カチオン性モノマーなど）との共重合体のケン化物、このケン化物からの誘導体（ホルマール化物、アセタール化物など）であってもよい。具体的には、ポリビニルアルコール系樹脂として、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラールなどが例示できる。ポリビニルアルコール系樹脂の平均重合度は、例えば、１０００～１００００、好ましくは２０００～７０００、さらに好ましくは３０００～５０００程度であってもよい。また、ポリビニルアルコール系樹脂のケン化度は、８５モル％以上、好ましくは９０モル％以上（例えば、９０～１００モル％）、さらに好ましくは９５モル％以上（例えば、９８～１００モル％）程度である。
Ｐ偏光をカットする偏光フィルターを構成するフィルムは、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムに、膨潤処理、二色性物質による染色処理、架橋処理、延伸処理（倍率３～７倍程度の一軸延伸処理）などを施すことにより得ることができる。偏光膜の厚みは、例えば、５～１００μｍ（例えば、１０～８０μｍ）程度であってもよい。偏光膜の表面は、密着性を向上させるため、種々の表面処理（例えば、コロナ放電処理、プラズマ処理、アンカーコート処理など）を施してもよい。
以下に本開示の光学系に適用される、路面反射現象や路面反射光、Ｐ偏光をカットする偏光フィルターとの関係を説明する。
路面反射は、太陽光が路面に存在する水たまりや濡れた路面等の平滑な表面に入射した際に起こる。路面反射光は、路面反射によって形成された反射光を指す。
太陽光には様々な方向に振動した光で構成され、その中には、路面に対する入射面に垂直に振動する直線偏光成分、即ちＳ偏光成分や、路面に対する入射面に平行に振動する直線偏光成分、即ちＰ偏光成分が含まれている。
路面反射では、Ｓ偏光成分の反射率がＰ偏光成分の反射率よりも大きいため、路面反射光は一般に、Ｓ偏光を多く含むことが知られている。
太陽光には様々な方向に振動した光で構成され、その中には、路面に対する入射面に垂直に振動する直線偏光成分、即ちＳ偏光成分や、路面に対する入射面に平行に振動する直線偏光成分、即ちＰ偏光成分が含まれている。
路面反射では、Ｓ偏光成分の反射率がＰ偏光成分の反射率よりも大きいため、路面反射光は一般に、Ｓ偏光を多く含むことが知られている。
路面反射光がそのまま一般的な合わせガラスを透過して乗員の視界部７に届いた場合、乗員は眩しい光として認識する。この眩しい光を回避したい乗員は、偏光サングラスをアイポイントに装着する。路面反射光は、Ｓ偏光の直線偏光が主成分となるので、前記偏光サングラスとしては、Ｓ偏光をカットする偏光フィルターが常用される。
しかしながら、本開示では旋光子を用いた投影部３を窓としても使用するため、投影部３を透過する路面反射光は前述の一般的な合わせガラスを窓として用いる場合とは路面反射光の状態が異なる。
すなわち、路面反射光がそのまま投影部３を透過する場合、Ｓ偏光の直線偏光が主成分であった路面反射光の振動方向が、旋光子層３３によって９０°回転する。その結果、路面反射光に含まれるＳ偏光の直線偏光はＰ偏光の直線偏光に変換される。この場合、Ｓ偏光をカットする偏光フィルターが用いられている偏光サングラスでは、乗員は路面反射光の眩しさを軽減することが困難になる。
すなわち、路面反射光がそのまま投影部３を透過する場合、Ｓ偏光の直線偏光が主成分であった路面反射光の振動方向が、旋光子層３３によって９０°回転する。その結果、路面反射光に含まれるＳ偏光の直線偏光はＰ偏光の直線偏光に変換される。この場合、Ｓ偏光をカットする偏光フィルターが用いられている偏光サングラスでは、乗員は路面反射光の眩しさを軽減することが困難になる。
本開示のＰ偏光をカットする偏光フィルターは、投影部３を透過した後の路面反射光の眩しさを軽減させるために用いられる。ここでいうＰ偏光とは、路面反射光８１の反射面に対し平行に振動する直線偏光を指す。Ｐ偏光をカットする偏光フィルターは、路面を反射して前記投影部を経て前記移動体内に入射する路面反射光の光路上にあり、且つ投影部３と乗員のアイポイント７との間に配置される。
映像表示器４から照射された投影光４１は、第一ガラス板３１の車内側面を反射してＰ偏光をカットする偏光フィルターを経て乗員のアイポイント７に入射する。投影光４１はＳ偏光からなる直線偏光であるため、Ｐ偏光をカットする偏光フィルターの影響を受けることなく乗員の視界部７に入射する。
以上より、本開示ではＰ偏光をカットする偏光フィルターを使用することによって、路面反射光の眩しさを軽減させつつ、十分な輝度の投影光による虚像を得ることが可能となる。
＜合わせガラスの作製手順＞
以下に、本開示のヘッドアップディスプレイ装置の投影部となる合わせガラスを作製する方法の好適な一例を説明する。
ガラス板のうちの１枚を水平に置き、その上に中間膜（樹脂中間膜）を重ね、最後にもう一方のガラス板を置く。なお、樹脂中間膜としてＰＶＢを用いる場合には、ＰＶＢの含水率を最適に保つために、作業時の温度を恒温恒湿に維持するのが好ましい。その後、サンドイッチ状に積層したガラスと樹脂中間膜との間に存在する空気を脱気しながら温度８０～１００℃に加熱し、予備接着を行う。空気を脱気する方法には、ガラス板と樹脂中間膜の積層物を耐熱ゴムなどでできたゴムバッグで包んで行うバッグ法、積層物のガラス板の端部のみをゴムリングで覆ってシールするリング法、積層物をロールの間に通して最外層となる２枚のガラス板の両側から加圧するロール法などがあり、いずれの方法を用いても良い。
以下に、本開示のヘッドアップディスプレイ装置の投影部となる合わせガラスを作製する方法の好適な一例を説明する。
ガラス板のうちの１枚を水平に置き、その上に中間膜（樹脂中間膜）を重ね、最後にもう一方のガラス板を置く。なお、樹脂中間膜としてＰＶＢを用いる場合には、ＰＶＢの含水率を最適に保つために、作業時の温度を恒温恒湿に維持するのが好ましい。その後、サンドイッチ状に積層したガラスと樹脂中間膜との間に存在する空気を脱気しながら温度８０～１００℃に加熱し、予備接着を行う。空気を脱気する方法には、ガラス板と樹脂中間膜の積層物を耐熱ゴムなどでできたゴムバッグで包んで行うバッグ法、積層物のガラス板の端部のみをゴムリングで覆ってシールするリング法、積層物をロールの間に通して最外層となる２枚のガラス板の両側から加圧するロール法などがあり、いずれの方法を用いても良い。
予備接着が終了後、バッグ法を用いた場合は積層物をゴムバッグから取り出し、リング法を用いた場合は積層物からゴムリングを取り外す。その後、積層物をオートクレーブに入れ、１０～１５ｋｇ／ｃｍ２の高圧下で、１２０℃～１５０℃に加熱し、この条件で２０分～４０分間、加熱・加圧処理（仕上げ接着）する。処理後、５０℃以下に冷却したのちに除圧し、合わせガラスをオートクレーブから取り出す。
Ｓ－ＨＵＤ方式のヘッドアップディスプレイ装置の投影部３となる合わせガラスの場合は、旋光子層３３を第一ガラス板３１と第二ガラス板３２との間に挟持し、中間膜に含ませるようにしたものや、ガラス板の中間膜と接する面に旋光子層３３が貼り付けられたものが用いられる。旋光子層３３は、反射像が形成される領域に配置されていれば良く、ガラス板と同じ大きさの面積であっても、ガラス板よりも小さい面積でも良い。
＜実験例１＞
＜実験例１＞
以下の手順で実施態様をシミュレーションした実験を行った。
（１）水平の作業台の上に、市販の金属トレイと、タブレット端末の映像を上面に印刷した箱（以下「映像表示箱」という）と、旋光子層を含む合わせガラスと、撮影用カメラと、市販の偏光サングラス（TALEX Optical Co. LTD.EM6-D0302）を用意した。
旋光子層を含む合わせガラスとしては 旋光子層付きの基材を中間膜でラッピングしたものを、2枚のガラス板で挟持してオートクレーブで圧着したもの（ガラス構成は、MFL2 / PVB 15mil / 旋光子フィルム(位相差フィルム) / PVB15mil / MFL2）を用いた。
ここでは、市販の金属トレイを路面、映像表示箱を映像表示器、旋光子層を含む合わせガラスを投影部、撮影用カメラを乗員のアイポイント、偏光サングラスをＰ偏光をカットする偏光フィルターとして扱っている。
旋光子層を含む合わせガラスとしては 旋光子層付きの基材を中間膜でラッピングしたものを、2枚のガラス板で挟持してオートクレーブで圧着したもの（ガラス構成は、MFL2 / PVB 15mil / 旋光子フィルム(位相差フィルム) / PVB15mil / MFL2）を用いた。
ここでは、市販の金属トレイを路面、映像表示箱を映像表示器、旋光子層を含む合わせガラスを投影部、撮影用カメラを乗員のアイポイント、偏光サングラスをＰ偏光をカットする偏光フィルターとして扱っている。
（２）金属トレイの近くに旋光子を含む合わせガラスを鉛直方向に対して傾斜角度θ３を３４度として設置し、旋光子層を含む合わせガラスを挟んで金属トレイと反対側に映像表示箱を設置した。
（３）撮影用カメラを映像表示箱側に設置し、金属トレイ、旋光子層を含む合わせガラス、映像表示箱及び撮影用カメラを同一直線上になるように整列させた。市販の金属トレイと映像表示箱の距離を約１４４ｃｍ、金属トレイとアイポイントの距離を約４４ｃｍとした。
金属トレイの中心と旋光子層の中心を結ぶ線の角度（路面反射光のガラス板に対する入射角に相当）は 約６６度とした。また、ブリュースター角が約５６度となるように映像表示箱を設置した。
金属トレイの中心と旋光子層の中心を結ぶ線の角度（路面反射光のガラス板に対する入射角に相当）は 約６６度とした。また、ブリュースター角が約５６度となるように映像表示箱を設置した。
（４）偏光サングラスの向きを９０°回転させ、偏光方向が金属トレイの上面と垂直になるように縦方向にした後、偏光サングラスの片方のレンズ撮影用カメラのレンズを覆うように配置した。
撮影用カメラで、偏光サングラスのレンズ越しに金属トレイ、旋光子層を含む合わせガラス及び映像表示箱を撮影した。撮影した画像を図２に示す。
撮影用カメラで、偏光サングラスのレンズ越しに金属トレイ、旋光子層を含む合わせガラス及び映像表示箱を撮影した。撮影した画像を図２に示す。
（５）撮影用カメラで取得した画像から、旋光子層を含む合わせガラスに映像表示箱が虚像（映像光の反射に相当）として映っているかを目視で確認した。
（６）作業台から映像表示箱を除外し、撮影用カメラで金属トレイ及び旋光子層を含む合わせガラスを撮影した。撮影した画像を図３に示す。
（７）撮影用カメラで取得した画像から、金属トレイの上面の明るさ（路面反射光の反射に相当）を目視で確認した。
＜比較実験例１＞
＜比較実験例１＞
偏光サングラスを通常の横向きに修正し、偏光方向が金属トレイの上面と平行になるようにしたこと以外は、実験例１と同様の方法で実験を行った。図４、図５に、実験例１と同様に、撮影用カメラで取得した画像を示す。
＜比較実験例２＞
＜比較実験例２＞
偏光サングラスを撮影用カメラから外したこと以外は、実験例１と同様の方法で実験を行った。図６、図７に、実験例１と同様に、撮影用カメラで取得した画像を示す。
表１に、図２～図７の目視による評価結果を示す。
実験例１の画像を示す図２を見ると、旋光子層を含む合わせガラスに映像表示箱が画像中心部に虚像として鮮明に映っていることが確認できた。これは、周囲の光が映像表示箱の表面に反射し、反射光に含まれるＳ偏光の直線偏光が旋光子層を含む合わせガラスの表面で反射しＰ偏光をカットする偏光フィルターを透過して撮影用カメラに入射したことを示している。
実験例１の画像を示す図３を見ると、金属トレイの上面が画像中心部に暗く映っていることが確認できた。これは、金属トレイの上面で反射した光がＳ偏光の直線偏光を多く含んでいるが、旋光子層を含む合わせガラスを透過してＰ偏光の直線偏光に変換されたこと、及び、変換されたＰ偏光の直線偏光が、Ｐ偏光をカットする偏光フィルターによって遮断されたこと、すなわち路面反射光を遮断できることを示している。
比較実験例１の画像を示す図４を見ると、図２と同様に、旋光子層を含む合わせガラスに映像表示箱が画像中心部に虚像として映っていることが確認できた。これは、映像表示箱の表面反射ではＳ偏光だけでなくＰ偏光も反射されていることが原因であり、周囲の光が映像表示箱の表面に反射し、反射光に含まれるＳ偏光の直線偏光が偏光サングラスによって遮断されるが、Ｐ偏光の直線偏光が旋光子層を含む合わせガラスの表面で反射して偏光サングラスを透過して撮影用カメラに入射したことを示している。
比較実験例１の画像を示す図５を見ると、図３とは異なり、金属トレイの上面が画像中心部に明るく映っていることが確認できた。これは、金属トレイの上面で反射した光がＳ偏光の直線偏光を多く含んでいるが、旋光子層を含む合わせガラスを透過してＰ偏光の直線偏光に変換されたこと、及び、変換されたＰ偏光の直線偏光が、P偏光をカットする偏光フィルターを用いないと遮断されずに撮影用カメラに入射したこと、すなわち路面反射光を遮断するにはP偏光をカットする偏光フィルターが必要であることを示している。
比較実験例２の画像を示す図６を見ると、図２や図４よりも映像表示箱の周囲が暗くなっていることが確認できた。また、図２と同様に、旋光子層を含む合わせガラスに映像表示箱が虚像として映っていることが確認できた。これは、映像表示箱の表面反射ではＳ偏光だけでなくＰ偏光も反射されていることが原因であり、周囲の光が映像表示箱の表面に反射し、その反射光がさらに旋光子層を含む合わせガラスの表面で反射して撮影用カメラに入射したことを示している。
比較実験例２の画像を示す図７を見ると、図３や図５よりも金属トレイの周囲が暗くなっていることが確認できた。また、図３とは異なり、金属トレイの上面が明るく映っていることが確認できた。また、金属トレイの上面の明るさの程度は図５と同程度である。これは、変換されたＰ偏光の直線偏光がそのまま撮影用カメラに入射したこと、すなわち路面反射光を遮断するにはP偏光をカットする偏光フィルターが必要であることを示している。
以上より、本開示の光学系において、Ｐ偏光をカットする偏光フィルターを乗員のアイポイントと投影部との間に設けることで、路面反射光が投影部を透過してアイポイントへ到達する場合に、路面反射による眩しさを軽減しつつ、映像表示箱の明瞭な反射像を乗員が得られることが分かった。
１ 光学系
２ へッドアップディスプレイ装置
３ 投影部
３１ 第一ガラス板
３２ 第二ガラス板
３３ 旋光子層
４ 映像表示器
４１ 投影光
θ１ ブリュースター角
５ Ｐ偏光をカットするフィルター
６ 移動体のフロントパネル部
７ 乗員の視界部
８ 路面
８１ 路面反射光
θ２ 路面反射光の第二ガラス板に対する入射角
θ３ 鉛直方向に対する合せガラスの傾斜角度
２ へッドアップディスプレイ装置
３ 投影部
３１ 第一ガラス板
３２ 第二ガラス板
３３ 旋光子層
４ 映像表示器
４１ 投影光
θ１ ブリュースター角
５ Ｐ偏光をカットするフィルター
６ 移動体のフロントパネル部
７ 乗員の視界部
８ 路面
８１ 路面反射光
θ２ 路面反射光の第二ガラス板に対する入射角
θ３ 鉛直方向に対する合せガラスの傾斜角度
Claims (5)
- 移動体に搭載され、フロントガラスに設けた投影部でのＳ偏光の反射像に基づく虚像を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置を含む光学系であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、Ｓ偏光からなる投影光を照射する映像表示器と、前記投影光が投影される投影部と、を備え、
前記投影部は、前記投影光の入射側に配置される第一ガラス板と、前記投影光の出射側に配置される第二ガラス板と、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させる旋光子層とを備え、
路面を反射して前記投影部を経て前記移動体内に入射する路面反射光の光路上、且つ前記投影部と、前記乗員のアイポイントとの間にＰ偏光をカットする偏光フィルターが配置された、
光学系。 - 前記投影光は、前記第一ガラス板に対し、ブリュースター角θ１＝５６度又はθ１±１０°の入射角で前記投影光を投影される、請求項１に記載の光学系。
- 前記Ｐ偏光をカットするフィルターが、前記乗員のアイポイントに装着されるサングラスである、請求項１又は２に記載の光学系。
- 請求項１～４のいずれか１項に記載された光学系を形成するためのキットであって、前記光学系は、移動体に搭載され、Ｓ偏光の投影部での反射像に基づく虚像を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置と、Ｐ偏光をカットするフィルターとの組み合わせからなるキット。
- 投影部に旋光子層を備えたへッドアップディスプレイ装置を備えた移動体の乗員用に用いられる、偏光サングラスであって、
前記旋光子層は、前記投影部に入射された直線偏光を９０°回転させるものであり、
前記偏光サングラスの各レンズの吸収軸が、レンズの縦幅方向にある、偏光サングラス。
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022097161A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023166988A1 (ja) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | 株式会社小糸製作所 | 測定装置 |
-
2020
- 2020-12-18 JP JP2020210582A patent/JP2022097161A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023166988A1 (ja) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | 株式会社小糸製作所 | 測定装置 |
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