JP6363828B2 - 光学システム - Google Patents

Description

本発明は、光学システムに関する。

現在、車両のフロントガラス等に表示光を投影し、虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている。

例えば、特許文献１に示されている車両用のヘッドアップディスプレイ装置は、透光性の窓部を備えたハウジングに映像表示器及び反射鏡を収容したものであり、車両のダッシュボード内に配設される。映像表示器は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを透過照明する発光ダイオード等の発光素子と、を備えたものである。液晶表示パネルを駆動する駆動回路及び発光素子を駆動する駆動回路は、回路基板に搭載されている。

このような構成からなるヘッドアップディスプレイ装置では、投射する表示光Ｌはフロントガラスにより観察者に反射され、観察者は虚像を風景と重畳させて視認することができる（特許文献１図４及び図５参照）。

しかしながら、映像表示器から発せられる迷光Ｍによってゴースト像が生ずることがある。つまり、映像表示器から発せられた表示光Ｌが反射鏡で反射されて窓部から出光する正規の光路以外に、映像表示器から発せられた迷光Ｍが窓部から出光する光路があり、迷光Ｍがフロントガラスに投影されてゴースト像になるという問題がある。

このような問題を解決するために、特許文献２に示されるような偏光を利用したヘッドアップディスプレイ装置が提案されている。前記ヘッドアップディスプレイ装置では、液晶表示パネルに設けられた第１の偏光部材と、窓部に設けられた第２の偏光部材と、を構成する偏光分離素子がクロスニコル配置となっている。液晶表示パネルから出光した表示光Ｌは直線偏光となり、前記表示光Ｌは、表面に位相差板を設けた第１の反射鏡に入光する。透光性である位相差板は、複屈折特性を有するため、表示光Ｌは、位相差板を透過する際に偏光軸方向が変化し、表示光Ｌに対して直交する直線偏光の表示光Ｌ２となる。次に、表示光Ｌ２は、第２の反射鏡で反射し、窓部に向かう。窓部には、第２の偏光部材が配置されており、表示光Ｌ２は第２の偏光部材を通過して、フロントガラスに虚像を投影する。一方、液晶表示パネルから出光した迷光Ｍは、位相差板を通過しないため、偏光軸方向の変化が無く、第２の偏光部材で遮られ、ゴースト像の発生を防止できる。

特開２００４−１７７０８号公報 特開２００８−７０５０４号公報

しかしながら、反射鏡に位相差板を設けることは一般的ではなく、光学システムの部品種数の増加させ、品質管理の難しさから、高コスト化の一因となりえる。また、特許文献２は、クロスニコル配置させた第１の偏光部材と第２の偏光部材間の光路上に配置された位相差板で偏光状態を変化させて迷光防止を行うものであるが、位相差板には角度依存性及び波長依存性があるため、第１の偏光部材を出光した直線偏光を広帯波長域で直交する直線偏光へ変調することが難しく、映像の品位を低下させてしまうことが多い。その他、ヘッドアップディスプレイ装置は外光（太陽光）の照射により、高温化し易いため、延伸された樹脂製のフィルムからなる位相差板を用いることは難しい。さらに、高温度耐性の高い無機系の複屈折性結晶を用いる場合にはコストが問題となる。

上述のような迷光による問題は、ヘッドアップディスプレイ装置に限らない。例えば、ヘッドマウントディスプレイ装置でも部品点数の増加及び大型化の問題がある。また、光学リモートコントロールシステム等においては、本来受光すべき光源以外の光源（太陽光や照明）からの光が正常な動作を妨げることがある。また、光センサにおいても、本来の光路以外の光による誤作動の問題がある。これらに用いる光学システムにおいても、簡単な構成で且つ安価で問題を解決することが求められている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で且つ安価で迷光等による製品の品位低下を防止できる光学システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、直線偏光が反射鏡の反射部に傾斜入光して反射した前後で、偏光成分が変化することを利用することにより、反射鏡の表面に位相差板を設けなくても迷光等を防止できることを見出した。すなわち、本発明は、以下の通りである。

本発明の光学システムは、非偏光を発する光源と、前記非偏光を偏光分離して偏光成分を有する対象光を出光する偏光子を備える光源部と、前記対象光を偏光方向は変化させるが偏光状態の変化はなく反射可能な反射鏡と、所定の偏光を偏光分離可能な検光子と、を具備し、前記光源部から出光した前記対象光が前記反射鏡に傾斜入光され、前記反射鏡の反射部で反射した前記対象光が前記検光子に入光し、前記反射鏡で反射する前記対象光と同一の偏光成分を有する非対象光が前記反射鏡を介することなく前記検光子に直接入光し、前記反射鏡及び前記偏光子が、前記対象光の軌跡が、前記反射部に平行な面に投影されることによって得られる直線に対して垂直であると共に前記反射部に対して直角となる架空平面において、前記反射鏡で反射する前の前記対象光の偏光成分と、反射した後の前記対象光の偏光成分と、が概略線対称となるように構成されており、前記偏光子及び前記検光子が直線偏光子であり、前記反射部に傾斜入光する前記対象光がｐ偏光及びｓ偏光以外の直線偏光であるか、又は、前記偏光子及び前記検光子の少なくとも一方が楕円偏光子であり、前記反射部に傾斜入光する前記対象光が楕円偏光であり、且つ、前記反射鏡は、誘電体薄膜を基板上に積層したミラー、又は、金属膜ミラーであることを特徴とする。

本発明の光学システムによれば、反射鏡の反射部で反射した前後で光の偏光成分が変化するため、反射鏡の反射部で反射した後に検光子に入光する対象光と、反射鏡を介することなく検光子に入光する非対象光と、の架空平面における偏光成分が異なるため、検光子を透過する対象光の光量と、非対象光の光量とが異なる。これを利用して、迷光等の問題を解決することができる。

本発明の光学システムにおいて、前記検光子を透過する前記対象光の光量と、前記検光子を透過する前記非対象光の光量から算出される明暗比が、１０以上であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記検光子が前記楕円偏光子であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記偏光子が前記楕円偏光子であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記直線偏光子が、固有の偏光軸を有することが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記検光子が反射型偏光子であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記偏光子が反射型偏光子であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記検光子がワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記偏光子がワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記対象光が直線偏光であり、前記架空平面における前記対象光の偏光成分の偏光角αが、２５度以上６５度以下又は１１５度以上１５５度以下であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記偏光子及び前記検光子が平板状であり且つ対向して配置され、前記偏光子及び前記検光子のなす角度が１４０度以下であることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記偏光子及び前記検光子が同一の偏光分離素子で構成されることが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記偏光子、前記反射鏡及び前記検光子を、１枚の平板状の反射型偏光板を３つの領域に分け、１つの領域で前記偏光子を、他の１つの領域で前記反射鏡を、もう１つの領域で前記検光子をそれぞれ構成することが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記光源部が映像表示器を具備することが好ましい。

本発明の光学システムにおいて、前記検光子を透過した光を受光する受光素子をさらに具備することが好ましい。

本発明の映像表示装置は、上記記載の光学システムが用いられていることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置は、上記記載の光学システムが用いられていることを特徴とする。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上記記載の光学システムが用いられており、前記光源部として映像表示器を具備することを特徴とする。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記検光子がワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上記記載の光学システムが用いられており、前記光源部としての映像表示器と、前記検光子を透過した前記対象光を映像として投影表示される偏光分離素子で構成された表示部と、を具備することを特徴とする。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記偏光分離素子が、固有の偏光軸を有する反射型偏光子であることが好ましい。

本発明のヘッドマウントディスプレイ装置は、上記記載の光学システムが用いられていることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で且つ安価に迷光等による製品の品位低下を防止できる光学システムを提供することができる。

本実施の形態に係る光学システムの原理を説明するための説明図である。 本実施の形態に係る光学システムの原理を説明するための説明図である。 本実施の形態に係る光学システムにおける偏光子及び検光子の一例を示す説明図である。 本実施の形態に係る光学システムにおける偏光子及び検光子の他の例を示す説明図である。 本実施の形態に係る映像表示装置を示す断面模式図である。 本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図である。 本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図である。 本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムを用いたプロジェクタ装置を示す模式図である。 本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムにおけるリモコン受光部を示す模式図である。 本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムを用いたプロジェクタ装置を示す模式図である。 本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置の一部を示す模式図である。 従来の光センサを示す模式図である。 本実施の形態に係る光センサを示す模式図である。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

以下の説明において、「偏光」には、直線偏光と楕円偏光が含まれ、さらに楕円偏光には円偏光が含まれる。なお、同位相の複数の直線偏光が含まれる場合には、最も高強度の直線偏光を本発明の直線偏光とみなす。また、任意の入射面に傾斜入光する光の電場が、入射面内で振動している直線偏光をｐ偏光、入射面に垂直に振動している直線偏光をｓ偏光とする。

光源から直線偏光子に自然光や楕円偏光が入射されると、直線偏光子の透過軸方向に振動する直線偏光となる。また、楕円偏光子に自然光や直線偏光が入射されると、電磁ベクトルＥｘ、Ｅｙに位相差を生じた楕円偏光となる。直線偏光及び楕円偏光のいずれにおいても、光の進行方向に対して垂直な平面（以下、２次元面という）に投影した場合、光波の軌跡が描く直線又は楕円の長軸がｘ軸からなす角で傾いており、この角を方位角Ψという。

一方、ｐ偏光及びｓ直線以外の直線偏光及び楕円偏光が反射鏡の反射部に傾斜入光して反射すると、反射の前後で偏光に、方位角Ψに変化が生じる。

図１は、本実施の形態に係る光学システムの原理を説明するための説明図である。図１に示す光学システム１０は、ある光源部（図示せず）からの光Ｌ１が、偏光子１１を経て光Ｌ２として反射鏡１２の表面の一部（以下、反射部という）に傾斜入光し、反射した光Ｌ３が検光子１３に入光し、検光子１３を透過した光Ｌ４が出光されるような構成になっている。これらのＬ１〜Ｌ４で表される光を対象光という。対象光Ｌ１〜Ｌ４は直進するため、反射鏡１２の表面方向を上から見たときに直線となっている。

また、光学システム１０において、偏光子１１に、光Ｌ１とは異なる方向から光Ｍ１が入光し、偏光子１１から出光された光Ｍ２が、反射鏡１２を介することなく、検光子１３に直接に入光するが、遮光され又は一部が透過して光Ｍ３となるような構成にもなっている。これらのＭ１〜Ｍ３で表される光を、非対象光という。非対象光Ｍ１〜Ｍ３は直進するため、反射鏡１２の表面方向を上から見たときに直線となっている。

図２Ａ〜図２Ｃは、本実施の形態に係る光学システムの原理を説明するための説明図である。以下の説明では、光Ｌ２及び光Ｍ２が直線偏光である場合、つまり、偏光子１１が直線偏光子である場合を例に挙げて説明する。

光源から偏光子１１に入光される光Ｌ１は非偏光である。光Ｌ１が偏光子１１の透過軸と同一方向に振動する偏光が偏光子１１を透過し、光Ｌ２として出光される。

光学システム１０において、対象光Ｌ１〜Ｌ４の軌跡が、反射鏡１２の反射部に平行な面に投影されることによって得られる直線に対して垂直であると共に反射部に対して直角となる面（以下、架空平面という）を想定する。この架空平面は、対象光Ｌ１〜Ｌ４の軌跡上のいずれの位置にも想定することができる。図２Ａに示すように、偏光子１１から反射鏡１２に至る間に位置する架空平面Ｓ１において、光Ｌ２の偏光成分を観察すると、図２Ｂ中の矢印の通りの方向に振動している。

また、図２Ａに示すように、反射鏡１２から検光子１３に至る間に位置する架空平面Ｓ２において、光Ｌ２の偏光成分を観察すると、図２Ｃに示す矢印で示す通りの方向に振動している。なお、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、右辺側が図２Ａの紙面手前方向であり、下辺側が反射鏡側である。

図２Ｂ及び図２Ｃに示す偏光成分（矢印）が、架空平面Ｓ１、Ｓ２上において、ｘ軸からなす角が、架空平面内の方位角αである。すなわち、反射鏡１２の反射部に平行な面の面方向を０度と定め、反時計回り（左回り）に架空平面Ｓ１、Ｓ２面内で回転したときの角度が架空平面内の方位角αである。したがって、方位角αが反射部と垂直になる方向は９０度である。

光学システム１０においては、図２Ｂ及び図２Ｃを対比してわかるように、反射鏡１２に入光する前の光Ｌ２の偏光成分と、反射鏡１２で反射した後の光Ｌ３の偏光成分と、が概略線対称となっている。

この現象は、直線偏光が、物質の表面で反射した場合、反射の前後で直線偏光の架空平面内での偏光成分が変化する、すなわち、互いに異なることに起因している。また、位相差板を透過する前後で生じるような大きな偏光成分の変化はなく、例えば、直線偏光が自然光に変わるような偏光状態の変化は生じない。したがって、物質表面での反射においては、位相差板が有するような角度依存性及び波長依存性が小さく、架空平面内での偏光成分の変化を広帯波長域で行うことが可能となり、例えば映像表示機器においては、映像の品位を低下させることが少ない。

このような現象が生じるためには、直線偏光は、ｐ偏光及びｓ偏光以外である必要がある。

本実施の形態に係る光学システム１０においては、検光子１３は、その透過軸を反射後の光Ｌ３が透過する方向に合わせている。これにより、以下のような原理により、対象光は透過するが、非対象光は透過しないか、一部が透過する。

対象光については、上述の通り、反射鏡１２の反射部で反射することにより、反射の前後で架空平面Ｓ１、Ｓ２内における偏光成分が概略線対称となるので、検光子１３を光Ｌ４が透過するようになる。

しかし、非対象光については、図１に示すように、偏光子１１から出光した光Ｍ２が、反射鏡１２の反射部を介することなく、検光子１３に直接入光する。光Ｍ２は、光Ｌ２と同じく検光子１３を通過した光であるため、同一の偏光成分である。このため、光Ｍ２は、光Ｌ４とは偏光成分が異なるため、検光子１３に少なくとも一部が遮られる。この結果、検光子１３を透過する光Ｌ４の光量よりも、検光子１３を透過する光Ｍ３の光量を少なくすることができる。この原理を利用して、迷光等の問題を解決することができる。

以上、ｐ偏光及びｓ偏光以外の直線偏光を例に挙げて説明したが、楕円偏光についても同じ原理が成立する。

以下、上述の原理を利用した本実施の形態に係る光学システムの基本構成について説明する。

本実施の形態に係る光学システムに用いられる光源部は、所定の波長の偏光を発するものであり、例えば、偏光（図１に示す光Ｌ２に相当する）を発するレーザー光源や、ＬＥＤ等の所定の波長の非偏光（図１に示す光Ｌ１に層とする）を発する光源と、偏光子とを組み合わせたものを用いることができる。

光源部として、非偏光を発する光源を用いる場合に用いられる偏光子は、非偏光を直線偏光又は楕円偏光に偏光するものであれば特に限定されない。偏光子は、所定の波長の光を偏光分離する偏光分離素子で構成されていることが好ましい。

本実施の形態に係る光学システムに用いられる検光子は、所定の架空平面内の方位角αの光を透過する透過軸を有するものであれば特に限定されない。検光子は、所定の波長の光を偏光分離する偏光分離素子で構成されていることが好ましい。

偏光分離素子は、所定の波長の光を偏光分離できる特性を有していれば形状等に制限は無く、四角柱状、湾曲した板状や平板状等のものを用いることができる。

偏光分離素子は、楕円偏光子であっても、直線偏光子であってもよいが、固有の軸方向を有する直線偏光子が好ましい。

偏光分離素子には、特定の偏光成分の光を透過し異なる成分の光を反射する反射型偏光子や、特定の偏光成分の光を透過し異なる成分の光を吸収する吸収型偏光子が含まれる。

偏光分離素子は、例えば、異なる屈折率の誘電体を複層化したもの、複屈折性樹脂の積層体からなるもの、ワイヤグリッド型のもの、コレステリック相液晶からなるもの、ヨウ素又は二色性染料が吸着配向されたポリビニルアルコール系樹脂からなるもの、及び、これらの偏光分離素子を組み合わせたものが挙げられる。

また、直線偏光を透過できる偏光分離素子、すなわち直線偏光子に複屈折性の位相差素子を組み合わせると楕円偏光子となり、本実施の形態に係る光学システムに用いることができる。

偏光子又は検光子のうち少なくともいずれか一方を構成する偏光分離素子は、ワイヤグリッド型の偏光分離素子（以下、ワイヤグリッド偏光子ともいう）であることが好ましい。ワイヤグリッド偏光子は、金属細線のピッチが入光する光の波長よりも十分に小さい場合、入光する光のうち、金属細線の延在方向と直交する電場ベクトルを有する直線偏光成分の光は透過させ、金属細線の延在方向の電場ベクトルを有する直線偏光成分の光を反射する特性を有するため、広範な波長で偏光分離特性を示し、また、金属細線の延在方向の電場ベクトルを有する直線偏光成分の光の透過率（直交透過率）に対する金属細線の延在方向と直交する電場ベクトルを有する直線偏光成分の光の透過率（平行透過率）の割合として表現される明暗比を高くできるため、好適に用いることができる。

反射鏡は、所定の波長の光を反射できれば形状等に制限は無いものの、例えば、直線偏光が自然光に変わるような偏光状態の変化を生じさせるものは使用が難しい。また、反射鏡としては、例えば、誘電体薄膜をガラス基板上に積層し、反射率を高めたミラーや、アルミニウム、銀、銅、白金、金等の金属又はこれらの金属を主成分とする合金を使用した金属膜ミラーを挙げることができる。

反射鏡は、光源部からの出光される対象光（図１に示す光Ｌ２に相当する）が傾斜入光し得る位置に配置する。また、検光子は、反射鏡を反射した対象光（図１に示す光Ｌ３に相当する）が入光し得る位置に配置する。さらに、検光子は、反射鏡を介さずに非対象光（図１に示す光Ｍ２に相当する）が入光し得る位置に配置する。

図１を用いて説明した本実施の形態の原理において、対象光Ｌ３と非対象光Ｍ２とが互いに直交してない場合や、非対象光Ｍ２が楕円偏光である場合には、非対象光Ｍ２の一部の偏光成分が検光子１３を透過することができるので、対象光及び非対象光のいずれも検光子を透過するが、これらの光量には差が生じる。つまり、検光子１３の透過軸次第で、対象光と非対象光のいずれか一方を高透過とし、他方を低透過とすることができる。この場合、検光子を透過して出光する対象光（図１に示す光Ｌ４に相当する）と、検光子を透過して出光する非対象光との比（以下、明暗比という）が１０以上であることが好ましい。

図２Ａに示す光学システム１０において、反射鏡１２の反射部に傾斜入光する対象光Ｌ２が直線偏光である場合、架空平面Ｓ１における偏光成分の方位角αは、２５度以上６５度以下、又は、１１５度以上１５５度以下であることが好ましい。方位角αが２５度未満、６５度超１１５度未満又は１５５度超の場合、検光子１３を透過させたい光の透過光量が低下し、また、検光子１３で透過させたくない光の透過光量が増加してしまい、明暗比が低下してしまうためである。

また、偏光子１１及び検光子１３が平板状の偏光板で構成される場合、両者は対向して配置され、両者がなす角度が１４０度以下であることが好ましい。１４０度を超えると、光学システム１０が大型化してしまい、また、偏光子１１及び検光子１３の透過軸の調整が困難となって明暗比が低下してしまうためである。

さらに、偏光子１１及び検光子１３を１枚の平板状の反射型偏光板で構成しても良い。図３は、本実施の形態に係る光学システムにおける偏光子及び検光子の一例を示す説明図である。図３に示すように、１枚の反射型偏光板３０を折り曲げて偏光子３１と検光子３２を構成している。折り曲げる代わりに、反射型偏光板３０を湾曲させても良い。

図４は、本実施の形態に係る光学システムにおける偏光子及び検光子の他の例を示す説明図である。図４に示すように、例えば、１枚の反射型偏光板４０を折り曲げて、３つの領域に分け、１つの領域で偏光子４１を、他の１つの領域で反射鏡４２を、もう１つの領域で検光子４３をそれぞれ構成するようにしても良い。

１つの平板状の反射型偏光板を折り曲げて又は湾曲させて用いる場合には、対象光の光量を高くし、且つ、対象光と非対象光との明暗比を高くするために、折り曲げ又は湾曲方向に平行な方向を０度として、平板状の反射型偏光板の透過軸方向を１０度以上６０度以下、又は、１２０度以上１７０度以下とすることが好ましい。

１つの平板状の反射型偏光板で、偏光子及び検光子、又は、偏光子、反射鏡及び検光子を構成することにより、光学システムを用いた製品において部品点数を減らし、製品を小型化し、且つ、製造の工数を減らすことができる。

なお、図３に示すように、１枚の反射型偏光板３０を折り曲げ又は湾曲させて偏光子３１と検光子３２を構成する場合、反射型偏光板に限定されず、同一の偏光分離素子を用いることができる。

（ヘッドアップディスプレイ装置）
以下、本実施の形態に係る光学システムを用いた映像表示装置について説明する。図５は、本実施の形態に係る映像表示装置を示す断面模式図である。図５に示すように、映像表示装置１００は、映像表示器１０１及び反射鏡１０２をハウジング１０３に収容したものである。本実施の形態の映像表示装置１００は、液晶を用いた液晶表示装置であるが、特に限定されない。

映像表示器１０１は、液晶表示パネル１０４と、発光ダイオード等の発光素子１０５と、発光素子１０５に固着されたヒートシンク１０６を備えている。

液晶表示パネル１０４は、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セル１０４ａを具備する。また、液晶セル１０４ａの後面には偏光板１０４ｂが貼着され、前面に偏光板１０４ｃが貼着されている。液晶表示パネル１０４の後方には、発光素子１０５が配置され、液晶表示パネル１０４を透過照明する。液晶表示パネル１０４に入光した光源光は非偏光であり、偏光板１０４ｂにより偏光分離される。偏光板１０４ｂを透過した偏光は、液晶セル１０４ａで変調されて偏光板１０４ｃに入光する。偏光板１０４ｃに入光された光のうち、偏光分離されて透過した表示光Ｌは、直線偏光であり、液晶セル１０４ａに表示された映像情報を有している。

反射鏡１０２は、所定の波長の光を反射でき、例えばアルミニウムミラーである。反射鏡１０２に入光した表示光Ｌは、反射鏡１０２の反射部で反射し、表示光Ｂとして出光される。本実施の形態では、反射鏡１０２は、ハウジング１０３に固定された不動の支持部材１０７で支持されているが、支持部材を回動可能とすることも可能である。この場合、表示光Ｂの出光方向を任意に調整できる。

ハウジング１０３には、表示光Ｂが外部に出光するための開口部１０８が設けられている。開口部１０８には窓部１０９が配置されている。窓部１０９は、例えば、アクリル系樹脂等の所定の波長の光を透過可能な透明性樹脂基板１０９ａと、透明性樹脂基板１０９ａの表面に貼着された、所定の波長の光を偏光分離できる偏光分離素子で構成された偏光板１０９ｂと、で構成されている。

上述のような構成からなる映像表示装置１００において、本実施の形態に係る光学システムの原理が利用されている。すなわち、液晶表示パネル１０４は、図１に示す対象光Ｌ２である表示光Ｌを出光する光源部に相当する。液晶表示パネル１０４の偏光板１０４ｃは、図１に示す偏光子１１に相当する。液晶表示パネル１０４は、直線偏光からなる表示光Ｌを反射鏡１０２に傾斜入光している。反射鏡１０２は、表示光Ｌを反射して、表示光Ｂを窓部１０９の方向へ出光する。表示光Ｂは、図１に示す対象光Ｌ３に相当する。窓部１０９を構成する偏光板１０９ｂは、図１に示す検光子１３に相当し、偏光板１０９ｂの透過軸方向の偏光成分を偏光分離する。

表示光Ｌを反射鏡１０２の反射部に対してｐ偏光及びｓ偏光以外とし、反射鏡１０２での反射によって、反射前の表示光Ｌの架空平面における偏光成分と、反射後の表示光Ｂの架空平面における偏光成分と、は概略線対称となるように偏光板１０４ｂの偏光軸方向を調整する。これにより、表示光Ｌと表示光Ｂとは異なった偏光成分を有するようになる。

窓部１０９の偏光板１０９ｂの透過軸方向は、表示光Ｂの偏光成分が高い光量で透過できるが、迷光Ｍは光量が低くなるように調整する。これにより、反射鏡１０２で反射した表示光Ｂは窓部１０９を透過することができる。一方、液晶表示パネル１０４から窓部１０９に直接入光する、非対象光である迷光Ｍは、表示光Ｌと同一の偏光成分であり、表示光Ｂと偏光成分が異なっているので、窓部１０９を透過する迷光Ｍの光量は減り、迷光Ｍは遮られる。この結果、映像表示装置１００におけるゴースト像の発生を防止できる。

偏光板１０４ｂ及び偏光板１０９ｂは、好ましくは、架空平面内においてクロスニコル配置で、且つ、反射鏡１０２に垂直な対称軸に対して偏光板１０４ｂ及び偏光板１０９ｂが対象となるように調整することが好ましい。

また、太陽光等の外光が液晶表示パネル１０４に入光して投影映像の品位が低下する、ウォッシュアウト現象を防止できる。

次に、本実施の形態に係る光学システムを利用したヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図６は、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図である。図６に示す通り、ヘッドアップディスプレイ装置２００は、映像表示器２０１、平面鏡２０２及び凹面鏡２０３等をハウジング２０４に収めたものである。

映像表示器２０１は、液晶表示パネル２０５と、発光素子２０６と、で構成されている。液晶表示パネル２０５は、液晶セル２０５ａと、液晶セル２０５ａの前面及び後面（発光素子２０６側）に貼着された偏光板２０５ｂと偏光板２０５ｃとで構成されている。

平面鏡２０２は、ハウジング２０４に固定部材２０７で固定されている。凹面鏡２０３はミラーホルダー２０８に支持され、ステッピングモータ２０９及び支持部材２１０により、回動可能である。

平面鏡２０２は、例えば、アルミニウムミラーで構成されている。凹面鏡２０３は、例えば樹脂（例えばポリカーボネート）に金属（例えばアルミニウム）を蒸着させ反射面を形成したものであり、反射面は凹面となっている。

ハウジング２０４には、開口部２１１が設けられている。開口部２１１には窓部２１２が配置されている。窓部２１２は、透明性樹脂基板２１２ａと、透明性樹脂基板２１２ａの表面に貼着された偏光板２１２ｂと、で構成されている。

平面鏡２０２から凹面鏡２０３への光路上には、反射型偏光板２１３が配置されている。反射型偏光板２１３の上端部は、ハウジング２０４の一部である遮光壁２０４ａに固定されている。反射型偏光板２１３の下端部は、ハウジング２０４の内側底面部２０４ｃに固定されている。

上述のような構成からなるヘッドアップディスプレイ装置２００において、本実施の形態に係る光学システムの原理が利用されている。すなわち、液晶表示パネル２０５は、図１に示す対象光Ｌ２に相当する表示光Ｌａを出光する光源部に相当する。液晶表示パネル２０５の偏光板２０５ｂは、図１に示す偏光子１１に相当する。液晶表示パネル２０５は、映像情報を含む直線偏光からなる表示光Ｌａを平面鏡２０２に傾斜入光している。平面鏡２０２は、図１に示す反射鏡１２に相当し、その表面で反射した表示光Ｌｂを凹面鏡２０３の方向へ投射する。反射した表示光Ｌｂは、図１に示す対象光Ｌ３に相当し、反射型偏光板２１３に入光する。反射型偏光板２１３は、図１に示す検光子１３に相当し、表示光Ｌｂのうち反射型偏光板２１３の透過軸方向の偏光成分を偏光分離し、透過する。

表示光Ｌａが平面鏡２０２の反射部に対してｐ偏光及びｓ偏光以外となるように、偏光板２０５ｂを調整する。これによって、平面鏡２０２での反射によって、架空平面における反射前の表示光Ｌａの偏光成分と、反射後の表示光Ｌｂの偏光成分と、は概略線対称となり、互いに異なった偏光成分を有するようになる。

平面鏡２０２を介さずに反射型偏光板２１３に至る表示光、すなわち迷光Ｍの偏光成分は、表示光Ｌａと同じである。これにより、表示光Ｌｂと迷光Ｍとの偏光成分は互いに異なることとなる。そこで、検光子としての反射型偏光板２１３の透過軸方向を調整することにより、反射型偏光板２１３を透過する表示光Ｌｂの光量を高くし、迷光Ｍは低くする。迷光Ｍは、ゴースト像を発生させる場合があるため、映像品位の観点から表示光Ｌｂと迷光Ｍとの明暗比は１０以上が好ましい。明暗比は、検光子としての反射型偏光板２１３の透過軸方向を調整することにより、調整可能である。

偏光子としての液晶表示パネル２０５の偏光板２０５ｂの透過軸方向は、架空平面における表示光Ｌｂの偏光成分の方位角αが２５度以上６５度以下、又は１１５度以上１５５度以下となるように調整することが好ましい。

また、偏光板２０５ｂ（偏光子）と反射型偏光板２１３（検光子）とがなす角度を１４０度以下とすることにより、反射型偏光板２１３を透過する表示光Ｌｂの光量を高くでき、迷光Ｍの光量を低くできるために明暗比を高くできる。したがって、表示光Ｌｂは明るくなり、また、迷光Ｍの発生を少なくできるため、高品位の映像を表示できるヘッドアップディスプレイ装置２００を提供することが可能となる。

次に本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置２００における、外光、特に太陽光による問題について説明する。図７は、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図である。図７において、図６を用いて説明したヘッドアップディスプレイ装置２００と同一の構成については同一の番号を付して説明を省略する。

自動車に備えられたヘッドアップディスプレイ装置は太陽光に晒される。太陽光は、光量が高く、且つ、可視光や赤外光といった広帯域の光を含むため、ヘッドアップディスプレイ装置内部まで太陽光が入光した場合、照射された部分の高温化のおそれがある。高温化により、例えば、液晶セル２０５ａの破損が危惧される。

しかし、検光子として反射型偏光板２１３を設けたことにより、入光する太陽光を偏光分離して入光量を低減でき、破損を防止できる。図７に示すように、太陽光ＳＬ１が窓部２１２に入光する。太陽光ＳＬ１は窓部２１２の偏光板２１２ｂを通過するため、偏光板２１２ｂの透過軸方向の偏光成分のみ、すなわち太陽光ＳＬ２のみを偏光分離する。この結果、太陽光ＳＬの光量は低減される。

次に、ハウジング２０４内に入光した太陽光ＳＬ２は凹面鏡２０３に傾斜入光し、反射する。反射した太陽光ＳＬ２は、反射型偏光板２１３に入光する。太陽光ＳＬ２のうち、反射型偏光板２１３の透過軸方向の偏光成分、すなわち太陽光ＳＬ３が偏光分離され、透過する。太陽光ＳＬ３は、平面鏡２０２で反射し、液晶表示パネル２０５へ至るが、反射型偏光板２１３を通過することにより、太陽光ＳＬの光量はさらに低減されている。

以上の説明では、太陽光ＳＬ２が凹面鏡２０３の表面で反射する場合を例に挙げて説明したが、太陽光ＳＬ２が凹面鏡２０３を介することなく、反射型偏光板２１３を通過する場合にも、太陽光ＳＬの光量は低減される。

検光子は、太陽光ＳＬの入光量の低減のために、様々な方向から入光する太陽光ＳＬを偏光分離できる、固有の偏光軸を有した直線偏光板で構成することが好ましい。

また、太陽光ＳＬを低光吸収で偏光分離できるために、劣化し難い反射型偏光板を使用することが好ましい。

ワイヤグリッド偏光子は、固有の偏光軸を有した反射型偏光板であり、且つ、高温度化の一因となる赤外光までも偏光分離が可能な広帯域の偏光分離素子であるため、特に好適に使用することができる。

さらに、映像を投影表示する表示部である半透過板（図示せず）に偏光分離素子を用いることは、投影される映像は高コントラストとなり、且つ、ヘッドアップディスプレイ装置２００への太陽光ＳＬの入光を低減できるため、好ましい。

吸収型偏光板は、光を吸収して熱を発するため、太陽光ＳＬが窓部１０９から入光すると、劣化が進みやすい。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置２００において、検光子として反射型偏光板２１３を用いているため、吸収型偏光板に比べて劣化し難い。また、液晶セル２０５ａに貼着された偏光板２０５ｂ、２０５ｃの少なくともいずれか一方が吸収型偏光板であったとしても、反射型偏光板２１３により太陽光ＳＬが遮られるため、劣化を防ぐことができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置において、本実施の形態に係る光学システムを利用することにより、反射鏡に位相差板を用いた場合に比べて、部品点数を減らし、且つ、製造の工数を減らしながら、迷光によるゴースト像の発生を防止し、製品品位を高めることができる。

（光学リモートコントロールシステム）
本実施の形態に係る光学システムを用いた光学リモートコントロールシステムについて説明する。

様々な電子機器に内蔵されているリモコン受光部に対し、リモコン送信装置から赤外線信号を無線送信する場合、赤外光ノイズ源の位置によっては、リモコン操作できない場合が生じている。

一例として、プロジェクタ装置を挙げることができる。図８は、本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムを用いたプロジェクタ装置を示す模式図である。図８に示すプロジェクタ装置３００は、天吊り金具（図示せず）を用いて天井３０１に設置されている。プロジェクタ装置３００には、リモコン送信装置３０２から送信された赤外線信号ＩＲを受光するリモコン受光部３０３が内蔵されている。リモコン受光部３０３は、受光素子を備え、受信した赤外線信号ＩＲを電気信号に変換する。変換された電気信号は、プロジェクタ装置３００の制御部に入力され、プロジェクタ装置３００の各種操作制御が行われる。

天井３０１に設置された蛍光灯３０４は赤外光ノイズ源となる。蛍光灯３０４からの赤外光ノイズＮがリモコン受光部３０３に入光し、赤外線信号ＩＲに重畳され、リモコン操作が効かなくなるという問題が生じている。

図９は、本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムにおけるリモコン受光部を示す模式図である。リモコン受光部３０３は、少なくとも、赤外光を偏光分離可能な偏光子３１０（図１に示す偏光子１１に相当する）と、反射可能な反射鏡３１１（図１に示す反射鏡１２に相当する）と、赤外光を偏光分離可能な検光子３１２（図１に示す検光子１３に相当する）と、赤外光を受光する受光素子３１３と、を具備している。

図８に示すように、光源として、リモコン送信装置３０２と、蛍光灯３０４が存在し、リモコン送信装置３０２からの赤外線信号ＩＲが対象光であり、蛍光灯３０４からの赤外光ノイズＮが非対象光である。リモコン送信装置３０２と蛍光灯３０４とは異なる位置より赤外光を発するため、リモコン受光部３０３への入光方向が異なる。図８及び図９中、リモコン受光部３０３に対して赤外光を受光したい入光方向を範囲Ａ、赤外光を遮蔽したい入光方向を範囲Ｂ、でそれぞれ示した。図８に示すように、プロジェクタ装置３００を天井に設置した場合、下方から赤外線信号ＩＲが入光し、概略正面方向から赤外光ノイズＮが入光する。

図９に示すように、リモコン受光部３０３は、赤外線信号ＩＲが、偏光子３１０を介して反射鏡３１１に傾斜入光し、反射した赤外線信号ＩＲが検光子３１２を透過して、受光素子３１３に達するように構成されていると共に、赤外光ノイズＮが、偏光子３１０を介してリモコン受光部３０３内に入光するが、反射鏡３１１で反射することなく、検光子３１２に至るように構成されている。

赤外線信号ＩＲは、偏光子３１０により偏光分離され、反射鏡３１１に傾斜入光する。反射鏡３１１の反射部に対してｐ偏光及びｓ偏光以外となるように偏光子３１０の透過軸方向を調整することにより、反射鏡３１１での反射によって、反射前の赤外線信号ＩＲの架空平面における偏光成分と、反射後の赤外線信号ＩＲの架空平面における偏光成分と、は概略線対称となるように調整する。これにより、反射の前後で赤外線信号ＩＲは異なった偏光成分を有するようになる。

一方、赤外光ノイズＮは、偏光子３１０により偏光されるが、反射鏡３１１で反射しないので、反射前の赤外線信号ＩＲと同一の偏光成分となり、反射後の赤外線信号ＩＲと偏光成分が異なっているので、検光子３１２を透過する赤外線信号ＩＲの光量が高くなり、検光子３１２を透過する赤外光ノイズＮの光量が低くなるように、検光子３１２の透過軸方向を調整することにより、赤外光ノイズＮは遮られる。この結果、赤外光ノイズＮによるプロジェクタ装置３００のリモコン操作の誤作動を防止できる。

上述の光学リモートコントロールシステムにおいて、偏光子３１０及び検光子３１２には、ワイヤグリッド偏光子を用いることが好ましい。赤外光を高透過率で透過でき、且つ、明暗比を高くできるためである。また、ワイヤグリッド偏光子は、偏光分離層が固有の軸方向を有する。これにより、電場の振動方向が固有の軸方向に対して平行又は直交する光の成分をそれぞれ反射又は透過できる。このため、偏光分離された反射光の偏光成分（偏光反射成分）及び透過光の偏光成分（偏光透過成分）は、光の入光方向及び入光角度に依存しない。つまり、広角に入光する光を一様に偏光分離できるので、本システムに好適である。

また、リモコン操作の誤作動を防止する観点から、検光子３１２を透過する赤外線信号ＩＲと赤外光ノイズＮとの明暗比が１０以上になるように、偏光子３１０及び検光子３１２の透過軸方向を調整することが好ましい。赤外光ノイズＮの透過をより低くするために、反射鏡３１１に入光する赤外線信号ＩＲの架空平面における偏光成分の方位角αが９０度を除いた４０度以上１４０度以下となるように、偏光子３１０及び検光子３１２の透過軸方向を調整することが望ましい。

以上、天井に設置されたプロジェクタ装置３００における光学リモートコントロールシステムについて説明したが、プロジェクタ装置３００は机に設置されて使用されることもある。図１０は、本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムを用いたプロジェクタ装置を示す模式図である。図１０に示すように、プロジェクタ装置３００は机３２０の上に設置され、スクリーン３２１に向けられている。操作者がスクリーン３２１の脇に立ってリモコン送信装置３０２をプロジェクタ装置３００に向けて操作することを想定している。この場合、リモコン送信装置３０２からの赤外線信号ＩＲはリモコン受光部３０３に対して正面方向から入光する。蛍光灯３０４は天井３０１にあるので、赤外光ノイズＮは上方からリモコン受光部３０３に入光する。

このように、プロジェクタ装置３００を天井３０１に設置したり、机３２０に設置したり、設置場所を変えることにより、リモコン送信装置３０２と、蛍光灯３０４との位置関係が変化してしまう。そこで、図１０に示す偏光子３１０及び検光子３１２のうち、少なくとも一方を回転できる回転機構を設けることにより、赤外線を受光したい入光方向の範囲Ａ、遮断したい入光方向の範囲Ｂを変化させることが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態に係るプロジェクタ装置３００において、本実施の形態に係る光学システムを利用することにより、反射鏡に位相差板を用いた場合に比べて、部品点数を減らし、且つ、製造の工数を減らしながら、赤外光ノイズによるリモコン操作の誤作動を防止し、製品品位を高めることができる。

（ヘッドマウントディスプレイ装置）
本実施の形態に係る光学システムを用いたヘッドマウントディスプレイ装置について説明する。観察者の頭部に装着して、映像を見ることが可能なヘッドマウントディスプレイ装置が種々提案されている。ヘッドマウントディスプレイ装置には、眼鏡に似た形状をし、眼鏡フレームの側面部であるテンプルに光源や液晶表示パネルを備え、観察者の眼の前に配置したスクリーンに映像を投影するものがある。

図１１は、本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置の一部を示す模式図である。図１１に示すヘッドマウントディスプレイ装置４００は、テンプル部４０１と、レンズ部４０２と、で構成されている。テンプル部４０１は、光源４０３と、液晶表示パネル４０４と、反射鏡４０５と、検光子４０６と、を少なくとも具備する。液晶表示パネル４０４には、光源４０３からの光源光が透過照明される。液晶表示パネル４０４は、液晶セル４０４ａと、液晶セル４０４ａの前面側に貼着された偏光板４０４ｂと、裏面側（光源４０３側）に貼着された偏光板４０４ｃと、で構成されている。

一方、レンズ部４０２は、観察者の眼４０７の前に配置された反射型偏光板４０８と、反射型偏光板４０８の近傍に配置された位相差板４０９と、凹面鏡４１０と、で構成されている。

光源４０３及び液晶表示パネル４０４は、本実施の形態に係る光学システムにおける光源部に相当する。光源４０３を出光した光源光は、偏光板４０４ｃにより偏光分離される。偏光板４０４ｃを透過した偏光は、液晶セル４０４ａで変調されて偏光板４０４ｂに入光する。偏光板４０４ｂに入光した光のうち、偏光分離されて透過した表示光Ｌ１は、反射鏡４０５に入光する。反射鏡４０５は、傾斜入光された表示光Ｌ１を反射し、表示光Ｌ２をレンズ部４０２の反射型偏光板４０８に向かって出光させる。

レンズ部４０２においては、表示光Ｌ２が、反射型偏光板４０８に入光する。反射型偏光板４０８を透過した表示光Ｌ２は、位相差板４０９を透過した後、凹面鏡４１０で９０度反射し、再び位相差板４０９を透過し、反射型偏光板４０８に戻る。この際、表示光Ｌ２は、位相差板４０９により変調されている。位相差板４０９は、直線偏光である表示光Ｌ２に所定の位相差を与えるものであり、所定の波長の直線偏光に１／４波長の位相差を与えることが好ましい。位相差板４０９により変調され、位相差を与えられた表示光Ｌ２は、反射型偏光板４０８を透過せずに反射し、反射した表示光Ｌ２は観察者の眼４０７に達する。この結果、観察者は、液晶表示パネル４０４の映像を見ることができる。

上述のような構成からなるヘッドマウントディスプレイ装置４００において、液晶表示パネル４０４を出光した表示光Ｌ１のうち、反射鏡４０５に入光せずに、観察者の眼４０７の前面方向へ出光する迷光Ｍが生じる場合がある。迷光Ｍは、ゴースト像の発生を招き、ヘッドマウントディスプレイ装置４００の製品品位を低下させてしまう。

そこで、本実施の形態に係る光学システムを応用して迷光Ｍの外部への出光を防止する。つまり、反射鏡４０５と反射型偏光板４０８との間、より具体的には、テンプル部４０１のレンズ部４０２との連結部分に、検光子４０６を配置する。

すなわち、液晶セル４０４ａに貼着された偏光板４０４ｂが図１に示す偏光子１１に相当し、反射鏡４０５が図１に示す反射鏡１２に相当し、検光子４０６が図１に示す検光子１３に相当する。このような構成において、上述のように偏光板４０４ｂから出光した表示光Ｌ１は、反射鏡４０５に傾斜入光する。反射鏡４０５の反射部での反射により表示光Ｌ１は偏光成分の変化を生じ、偏光成分が異なる表示光Ｌ２が出光される。表示光Ｌ２は検光子４０６を透過して反射型偏光板４０８へ至る。

ここで、偏光板４０４ｂの透過軸方向は、反射前の表示光Ｌ１の架空平面における偏光成分と、反射後の表示光Ｌ２の偏光成分とが、概略線対称となるように調整する。また、検光子４０６の透過軸方向は、対象光である表示光Ｌ２を高い光量で透過し、非対象光である迷光Ｍを低い光量で透過するように調整する。

このため、表示光Ｌ１は、反射鏡４０５の反射部に対してｐ偏光及びｓ偏光ではない偏光になるように、偏光板４０４ｂの透過軸方向を調整する。表示光Ｌ１の架空平面における方位角αが、好ましくは２５度以上６５度以下、又は、１１５度以上１５５度以下に、好ましくは、３５度以上５５度以下、又は、１２５度以上１４５度以下になるように、偏光板４０４ｂの透過軸方向を調整する。

偏光板４０４ｂ及び検光子４０６は、ヘッドマウントディスプレイ装置４００を小型化する観点から平板状であることが好ましく、互いのなす角度が１４０度以下であることが好ましい。

上述のように偏光板４０４ｂ及び検光子４０６の透過軸方向を調整する場合、多くは、検光子４０６を出光した表示光Ｌ２は、反射型偏光板４０８に対してｐ偏光及びｓ偏光以外となる。したがって、反射型偏光板４０８は、固有の偏光軸を有する直線偏光子であることが好ましい。また、観察者の前面方向への表示光Ｌ２の反射を防止するために、反射型偏光板４０８の、表示光Ｌ２の入光側の表面に吸収型偏光板４１１を貼着することが好ましい。

ヘッドマウントディスプレイ装置４００の一層の小型化や製造工数の低減のために、偏光板４０４ｂ及び検光子４０６を、図３を用いて説明したように、１枚の偏光板を用いて作製することができる。また、偏光板４０４ｂ、反射鏡４０５及び検光子４０６を、図４を用いて説明したように、１枚の偏光板を用いて作製することもできる。このように、１つの平板状の偏光板を折り曲げて又は湾曲させて用いる場合には、対象光の光量を高くし、且つ、対象光と非対象光との明暗比を高くするために、折り曲げ又は湾曲方向に平行な方向を０度として、平板状の偏光板の透過軸方向を１０度以上６０度以下、又は、１２０度以上１７０度以下とすることが好ましい。

また、本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置４００においては、光源４０３からの光源光を液晶表示パネル４０４に入光させ、映像情報を有した直線偏光である表示光Ｌ１を反射鏡４０５で反射させ、偏光成分が変化した表示光Ｌ２を検光子４０６に入射させている。しかしながら、光源光を偏光板に入光させて偏光分離し、偏光分離された直線偏光を、反射鏡４０５の替りに設置した反射型液晶表示部へ入光させ、映像情報が付与された反射光を検光子４０６に入光させても良い。これにより、検光子４０６から出光した表示光を、レンズ部４０２で上述と同様にして観察者の眼４０７に到達させ、観察者に映像を見せることが可能である。

以上説明したように、本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置４００において、本実施の形態に係る光学システムを利用することにより、反射鏡に位相差板を用いた場合に比べて、部品点数を減らし、且つ、製造の工数を減らしながら、迷光によるゴースト像の発生を防止し、製品品位を高めることができる。

（光センサ）
本実施の形態に係る光学システムを用いた光センサについて説明する。光源と、受光器との間を物体が通過するときに、光が遮られることを利用して物体を検知する光センサがよく知られている。

図１２は、従来の光センサを示す模式図である。図１２に示す光センサ５００において、光源５０１からの光は、受光器５０２で受光されるように構成されている。光源５０１及び受光器５０２の間を物体が通過して光を遮光する位置を、検出位置という。例えば、金属製の物体５０３が、検出位置を通過するとき、光が遮られて受光器５０２での受光量が低下する。これにより、受光量の低下に基づいて物体５０３を検知することができる。

しかしながら、例えば、複数の物体５０４、５０３、５０５が連続して、検出位置を追加するとき、物体５０３が検出位置にある場合、先に検出位置を通過した物体５０４の表面で光源５０１からの光が反射し、受光器５０２に達することがある。この場合、物体５０３が検出位置にあるにも関わらず、受光器５０２での受光量が低下せず、物体５０３を検知できない誤動作が発生する。

本実施の形態に係る光学システムの原理を、上述のような光センサ５００での誤作動の防止に応用することができる。図１３において、図１２と同様の構成については同一の番号を付し、説明を省略する。図１３は、本実施の形態に係る光センサを示す模式図である。図１３に示すように、光センサ６００において、物体５０４で反射して受光器５０２に達する光と、検出位置を通過して受光器５０２に達する光の明暗比を大きくするために、光源５０１と検出位置にある物体５０３との間に偏光子６０１を、受光器５０２と物体５０３との間に検光子６０２をそれぞれ設け、架空平面における物体５０４で反射した後の光の偏光成分と、検出位置を通過する光の偏光成分とが概略線対称、且つ、概略直交となるように、偏光子６０１と検光子６０２との透過軸方向を調整する。これにより、物体５０４で反射して受光器５０２に達する光量は小さくできるものの、検出位置を通過して受光器５０２に達する光量は十分大きくできるため、有効である。

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

本発明は、光学システムにおいて、迷光等の非対象光に起因する問題を解決することに関し、例えば、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、光学リモートコントロールシステム、及び、光センサ等に好適に利用することができる。

１０ 光学システム
１１、３１、４１、３１０、６０１ 偏光子
１２、４２、１０２、３１１、４０５ 反射鏡
１３、３２、４３、３１２、４０６、６０２ 検光子
３０、４０ 反射型偏光板
１００ 映像表示装置
１０１、２０１ 映像表示器
１０４ｂ、１０４ｃ、１０９ｂ、２０５ｂ、２０５ｃ、２１２ｂ、４０４ｂ、４０４ｃ 偏光板
１０４、２０５、４０４ 液晶表示パネル
１０４ａ、２０５ａ、４０４ａ 液晶セル
１０５、２０６ 発光素子
２００ ヘッドアップディスプレイ装置
２０２ 平面鏡
２０３、４１０ 凹面鏡
２１３、４０８ 反射型偏光板
３００ プロジェクタ装置
３０２ リモコン送信装置
３０３ リモコン受光部
３０４ 蛍光灯
３１３ 受光素子
４００ ヘッドマウントディスプレイ装置
４０１ テンプル部
４０２ レンズ部
４０３、５０１ 光源
４０９ 位相差板
４１１ 吸収型偏光板
５００、６００ 光センサ
５０２ 受光器
５０３、５０４、５０５ 物体

Claims (22)

1. 非偏光を発する光源と、前記非偏光を偏光分離して偏光成分を有する対象光を出光する偏光子を備える光源部と、
   前記対象光を偏光方向は変化させるが偏光状態の変化はなく反射可能な反射鏡と、
   所定の偏光を偏光分離可能な検光子と、を具備し、
   前記光源部から出光した前記対象光が前記反射鏡に傾斜入光され、前記反射鏡の反射部で反射した前記対象光が前記検光子に入光し、
   前記反射鏡で反射する前記対象光と同一の偏光成分を有する非対象光が前記反射鏡を介することなく前記検光子に直接入光し、
   前記反射鏡及び前記偏光子が、前記対象光の軌跡が、前記反射部に平行な面に投影されることによって得られる直線に対して垂直であると共に前記反射部に対して直角となる架空平面において、前記反射鏡で反射する前の前記対象光の偏光成分と、反射した後の前記対象光の偏光成分と、が概略線対称となるように構成されており、
   前記偏光子及び前記検光子が直線偏光子であり、前記反射部に傾斜入光する前記対象光がｐ偏光及びｓ偏光以外の直線偏光であるか、又は、前記偏光子及び前記検光子の少なくとも一方が楕円偏光子であり、前記反射部に傾斜入光する前記対象光が楕円偏光であり、且つ、
   前記反射鏡は、誘電体薄膜を基板上に積層したミラー、又は、金属膜ミラーである
   ことを特徴とする光学システム。
2. 前記検光子を透過する前記対象光の光量と、前記検光子を透過する前記非対象光の光量から算出される明暗比が、１０以上であることを特徴とする請求項１記載の光学システム。
3. 前記検光子が前記楕円偏光子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学システム。
4. 前記偏光子が前記楕円偏光子であることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の光学システム。
5. 前記直線偏光子が、固有の偏光軸を有することを特徴とする請求項１記載の光学システム。
6. 前記検光子が反射型偏光子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学システム。
7. 前記偏光子が反射型偏光子であることを特徴とする請求項１又は請求項６記載の光学システム。
8. 前記検光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学システム。
9. 前記偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１又は請求項８記載の光学システム。
10. 前記対象光が直線偏光であり、前記架空平面における前記対象光の偏光成分の偏光角αが、２５度以上６５度以下又は１１５度以上１５５度以下であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の光学システム。
11. 前記偏光子及び前記検光子が平板状であり且つ対向して配置され、前記偏光子及び前記検光子のなす角度が１４０度以下であることを特徴とする請求項１、請求項４、請求項７又は請求項９記載の光学システム。
12. 前記偏光子及び前記検光子が同一の偏光分離素子で構成されることを特徴とする請求項１、請求項４、請求項７から請求項９及び請求項１１のいずれかに記載の光学システム。
13. 前記偏光子、前記反射鏡及び前記検光子を、１枚の平板状の反射型偏光板を３つの領域に分け、１つの領域で前記偏光子を、他の１つの領域で前記反射鏡を、もう１つの領域で前記検光子をそれぞれ構成することを特徴とする請求項１、請求項４、請求項７から請求項１１のいずれかに記載の光学システム。
14. 前記光源部が映像表示器を具備することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光学システム。
15. 前記検光子を透過した光を受光する受光素子をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の光学システム。
16. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光学システムが用いられていることを特徴とする映像表示装置。
17. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光学システムが用いられていることを特徴とする液晶表示装置。
18. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光学システムが用いられており、前記光源部として映像表示器を具備することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
19. 前記検光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１８記載のヘッドアップディスプレイ装置。
20. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光学システムが用いられており、前記光源部としての映像表示器と、前記検光子を透過した前記対象光を映像として投影表示される偏光分離素子で構成された表示部と、を具備することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
21. 前記偏光分離素子が、固有の偏光軸を有する反射型偏光子であることを特徴とする請求項２０記載のヘッドアップディスプレイ装置。
22. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光学システムが用いられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。

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