JP7184018B2

JP7184018B2 - 虚像表示装置及び偏光調整部材

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Publication number: JP7184018B2
Application number: JP2019204067A
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Inventors: 昌之山口
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Filing date: 2019-11-11
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Description

この明細書による開示は、虚像の表示に関する。

特許文献１には、表示光を透光部材に反射させて、表示光による虚像を視認可能に表示するように構成された虚像表示装置が開示されている。この装置には、虚像の表示に用いる結像光学系の光路を往来する表示光及び外光のうち少なくとも一方の偏光を調整する偏光調整部材が設けられている。偏光調整部材では、偏光板としての偏光フィルムが支持板としての透光性基板により保持されている。

特開２０１６－１９７１７３号公報

さて、偏光板は、偏光特性を付加するために、延伸処理等を含む製造工程を経て製造されることが多い。このため、偏光板は、残留応力を内在させた状態で、支持板と貼合された偏光調整部材という形態にて、虚像の表示に用いる結像光学系の光路に組み込まれることになる。

こうした偏光調整部材には、透過部材を透過した太陽光等の外光が光路を往来することにより、入射することがある。外光の入射等により偏光調整部材が高温になると、温度変化に応じた残留応力の解放影響等により、偏光調整部材に意図しない反り等の変形が発生し得る。偏光調整部材に反り等の変形が発生すると、非変形状態において期待された光学作用を発揮できなくなることが懸念される。

この明細書の開示による目的のひとつは、虚像の表示において、光学作用を安定的に発揮させることが可能な偏光調整部材、及び偏光調整部材を備えた虚像表示装置を提供することにある。

ここに開示された態様のひとつは、表示光を透光部材（３）に反射させて、表示光による虚像（ＶＲＩ）を視認可能に表示するように構成された虚像表示装置であって、
表示光を投射するプロジェクタ（３１）と、
プロジェクタから透光部材へ至る光路上に配置され、光路を往来する表示光及び外光のうち少なくとも一方の偏光を調整する偏光調整部材（４１）と、を備え、
偏光調整部材は、
遮断軸（ＳＡｐ）に沿った方向の偏光を遮断する性質を有する薄板状に形成され、板面に沿った方向のうち第１残留応力方向（ＲＳＤ１）に最大となるような残留応力を内在させた状態の偏光板（４２）と、
偏光板を支持する板状に形成され、板面に沿った方向のうち第２残留応力方向（ＲＳＤ２）に最大となるような残留応力を内在させた状態の支持板（４３）と、を有し、
第１残留応力方向が第２残留応力方向に沿うように、偏光板と支持板とが互いに貼合された状態にて形成されている。

また、開示された態様の他のひとつは、虚像（ＶＲＩ）の表示に用いる結像光学系の光路上に配置される偏光調整部材であって、
遮断軸（ＳＡｐ）に沿った方向の偏光を遮断する性質を有する薄板状に形成され、板面に沿った方向のうち第１残留応力方向（ＲＳＤ１）に最大となるような残留応力を内在させた状態の偏光板（４２）と、
偏光板を支持する板状に形成され、板面に沿った方向のうち第２残留応力方向（ＲＳＤ２）に最大となるような残留応力を内在させた状態の支持板（４３）と、を備え、
第１残留応力方向が第２残留応力方向に沿うように、偏光板と支持板とが互いに貼合された状態にて形成されている。

これらの態様によると、互いに貼合された偏光板及び支持板において、偏光板の第１残留応力方向が支持板の第２残留応力方向に沿っている。すなわち、偏光板に内在する残留応力の最大方向と、支持板に内在する残留応力の最大方向とが揃っている。そうすると、偏光調整部材への外光の入射等による当該偏光調整部材の温度変化に応じて、偏光板の残留応力及び支持板の残留応力が解放されても、個々の板が別々の方向にそれぞれ変形しようとすることが抑制される。換言すると、意図しない反り等の変形の発生は抑制される。

例えば、偏光調整部材の複雑な変形が抑制されているので、偏光調整部材の光学作用の局所的なムラ、さらには虚像の表示品位における局所的なムラの発生も抑制される。また例えば、互いに揃った第１残留応力方向及び第２残留応力方向に対応した最小限の変形対策をしておけば、偏光調整部材の非変形状態は容易に維持可能である。以上により、虚像の表示において、光学作用を安定的に発揮させることが可能である。

なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。

第１実施形態のＨＵＤの車両への搭載状態を示す図である。第１実施形態のプロジェクタユニットの光学的構成を示す断面図である。第１実施形態のプロジェクタユニットの分解斜視図である。第１実施形態の偏光調整部材を部分的に拡大した断面図である。第１実施形態の偏光調整部材及び液晶パネルの挟持を説明する図である。第１実施形態のカバー体の背面斜視図である。図６において偏光調整部材を配置した状態を示す図である。図７において液晶パネルを配置した状態を示す図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両としての自動車１に搭載されるように構成され、当該自動車１のインストルメントパネル２内に収容されるヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ）１０となっている。ここで車両とは、自動車、鉄道車両の他、航空機、船舶、移動しないゲーム用筐体等の各種乗り物を含むように広義に解される。

ＨＵＤ１０は、自動車１のウインドシールド３へ向けて、画像の表示光を提供する。これにより、ＨＵＤ１０は、画像を、虚像ＶＲＩとして、視認者としての乗員（例えば運転者）により視認可能に表示する。すなわち、ウインドシールド３にて反射される表示光が車内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員は、当該画像の光を知覚する。乗員は、車外の景色と重畳する表示コンテンツにより、各種情報を認識することができる。

表示コンテンツとしては、例えば車速、燃料残量等の自動車１の状態を表示するコンテンツ、視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報を表示するコンテンツ等が挙げられる。

以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面ＨＰ上の自動車１を基準として記載される。

ウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透光部材である。ウインドシールド３は、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２から上方へ離れるように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、表示光を反射する反射面３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。本実施形態における反射面３ａは、表示光を表面反射するように構成されている。

なお、ウインドシールド３は、反射型のホログラフィック光学素子が設けられることによって、表面反射に代えて、干渉縞による回折反射で表示光を視認領域ＥＢへ向けて反射するように構成されていてもよい。また、ウインドシールド３に代えて、例えば自動車１と別体となっているコンバイナを車内に設置して、当該コンバイナが表示光を視認領域ＥＢへ向けて反射するようにしてもよい。

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ１０により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように（例えば虚像ＶＲＩ全体が所定の輝度以上となるように）視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、自動車１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、両眼それぞれに対して設定され、乗員のアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状の仮想的な空間として設定されている。

このようなＨＵＤ１０の具体的構成を、以下に説明する。ＨＵＤ１０は、ハウジング１１、導光部２１及びプロジェクタユニット３０等を含む構成である。

ハウジング１１は、例えば合成樹脂ないし金属により、導光部２１及びプロジェクタユニット３０等を収容する中空形状を呈しており、インストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１１は、ウインドシールド３と上下に対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、物理的に開口していてもよく、表示光を透過可能な防塵シート１３で覆われていてもよい。

導光部２１は、プロジェクタユニット３０から射出された表示光を、ウインドシールド３へ向けて導光する光学系である。導光部２１としては、１つの凹面鏡からなる構成、１つの平面鏡と１つの凹面鏡とを組み合わせた構成、１つの凸面鏡と１つの凹面鏡とを組み合わせた構成等、各種の構成を採用することができる。ここで導光部２１は、プロジェクタユニット３０にて形成される画像に対して、乗員に視認される虚像ＶＲＩを、拡大する機能を有していることが好ましい。

プロジェクタユニット３０は、図２，３に示すように、プロジェクタ３１と偏光調整部材４１とを、共通のケース５１を用いて一体的に構成したユニットである。プロジェクタ３１は、空中に虚像ＶＲＩとして結像させることが可能な画像の表示光を投光する。本実施形態のプロジェクタ３１は、画像表示パネルとしての液晶パネル３２及びバックライト３６を有する液晶方式のプロジェクタである。

液晶パネル３２は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いた透過型のＴＦＴ液晶パネルであって、例えば２次元配列にて配列された複数の画素を形成しているアクティブマトリクス型の液晶パネルである。液晶パネル３２は、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤを有する輪郭矩形状かつ板状に形成されている。液晶パネル３２の長辺には、液晶パネル３２と駆動回路と電気的接続を図るためのフレキシブルケーブル３３が接続されている。液晶パネル３２は、その照明対象面３２ａをバックライト３６により照明される。液晶パネル３２は、駆動回路により画素毎に照明光を透過率が制御されることで、照明対象面３２ａとは反対側の表示画面３２ｂに実像の画像を表示可能である。液晶パネル３２は、表示画面３２ｂ及び照明対象面３２ａを全周囲む矩形枠部３２ｃを形成することで、表示画面３２ｂ及び照明対象面３２ａよりも一回り大きなサイズとなっている。

液晶パネル３２の内部には、一対の偏光板及び一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されている。各偏光板は、互いに直交する透過軸及び遮断軸を有し、透過軸方向の偏光を透過させ、遮断軸方向の偏光を吸収する性質を有する。一対の偏光板同士は、透過軸を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層を透過する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。こうして液晶パネル３２は、偏光方向の回転により表示画面側の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素毎に変えることができる。隣り合う液晶画素には、互いに異なる色（例えば赤、緑及び青）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が再現されるようになっている。

表示画面３２ｂ側の偏光板の透過軸ＴＡｄを、液晶パネル３２の長手方向ＬＤ又は短手方向ＳＤに沿うように設定することで、液晶パネル３２から射出される表示光の偏光方向は、液晶パネル３２の長手方向ＬＤ又は短手方向ＳＤに沿ったものとなる。特に本実施形態にて表示光の偏光方向は、液晶パネル３２の長手方向ＬＤに沿うように設定されている。

図２に示すバックライト３６は、照明光を液晶パネル３２の照明対象面３２ａの全面に照射可能な構成である。バックライト３６は、光源部３７及び集光部３８を有している。光源部３７は、複数の光源素子３７ｃを光源用回路基板３７ａの表面（これを光源配置面３７ｂと称する）上に配置して形成されている。光源用回路基板３７ａは、例えばガラスエポキシ樹脂等の合成樹脂を基材とした平板状のリジッド基板である。光源用回路基板３７ａは、その光源配置面３７ｂを、液晶パネル３２の表示画面３２ｂ及び照明対象面３２ａに対して例えば１０～１５度程度の傾斜角αにて傾斜させた姿勢にて、配置されている。光源配置面３７ｂには、配線パターンが形成されていることで、各光源素子３７ｃは当該配線パターンを通じて電源と接続されている。

複数の光源素子３７ｃは、平面状の光源配置面３７ｂに、１次元配列又は２次元配列にて配置されている。各光源素子３７ｃには、例えば点状光源としての発光ダイオード素子が採用されている。光源素子３７ｃは、チップ状の青色発光ダイオードを、透光性を有する合成樹脂に黄色蛍光剤を混合した黄色蛍光体により封止することにより形成されている。青色発光ダイオードから電流量に応じて発せられる青色光により、黄色蛍光体が励起されて黄色光が発光される。青色光と黄色光との混合により、結果的に、光源素子３７ｃから白色（より詳細には擬似白色）の照明光が画像表示パネルへ向けて発光される。ここで各光源素子３７ｃにおいて発光強度が最大となる強度ピーク方向は、光源配置面３７ｂに対して実質垂直な方向、換言すると光源配置面３７ｂの法線方向に沿っている。

集光部３８は、各光源素子３７ｃから発光される照明光を、強度ピーク方向を実質的に変えずに集光して、当該照明光の指向性を高めた上で液晶パネル３２の照明対象面３２ａに照射する。集光部３８は、例えば凸レンズ素子を光源素子３７ｃの配列に合わせて配列した凸レンズアレイ３８ａ、単一光学面を有する凸レンズ３８ｂを有する。

こうしてバックライト３６は、照明光を液晶パネル３２の照明対象面３２ａに垂直な方向から入射させるのではなく、上述の傾斜角αに基づいた斜め方向から入射させる。液晶パネル３２が照明光を直線的に透過させることにより、表示画面３２ｂから射出される表示光も上述の傾斜角αに基づいた表示画面３２ｂに対する斜め方向へと射出される。

本実施形態では、矩形状の液晶パネル３２の短手方向ＳＤに沿った断面上（図２に示される断面上）において、光源配置面３７ｂに対して当該液晶パネル３２が上述の傾斜角αにて傾斜した配置となっている。一方で、液晶パネル３２の長手方向ＬＤに沿った断面上では、液晶パネル３２の傾斜が短手方向ＳＤに沿った断面上よりも規制されている。例えば光源配置面３７ｂに対して当該液晶パネル３２が実質平行となるように配置されている。すなわち、液晶パネル３２は、光源配置面３７ｂと平行な平行姿勢から、その長手方向ＬＤに沿った傾斜基準軸ＴＲＡの周りに上述の傾斜角αだけ回転された傾斜姿勢にて、配置されている。

プロジェクタ３１からウインドシールド３へ至る光路では、表示光及び外光が往来し得る。表示光は、上述のように、プロジェクタ３１から投射された後、導光部２１及び窓部１２を経て、ウインドシールド３へ至る。一方、外光は、例えば太陽光であり、上方から下方のウインドシールド３へと降り注ぎ、当該ウインドシールド３を透過して光路を逆行する。光路を逆行する外光は、液晶パネル３２の表示画面３２ｂに到達すると、そのエネルギーの一部が熱に変換され得る。こうして液晶パネル３２が相当な熱ダメージを受けると、表示画面３２ｂに表示される画像の表示品位の維持が困難となる。

なお、表示画面３２ｂに反射される外光は、上述の液晶パネル３２の傾斜姿勢により光路から分離される。表示画面３２ｂに反射される外光は、表示光に対して、光束幅の小さな方向である短手方向ＳＤにずれるため、比較的容易に光路から分離され得る。

偏光調整部材４１は、ＨＵＤ１０の結像光学系をなすように、プロジェクタ３１からウインドシールド３に至る光路上において、特にプロジェクタ３１と導光部２１との間に配置されている。偏光調整部材４１は、平板状を呈しており、液晶パネル３２と実質平行に配置される。すなわち、偏光調整部材４１は、光源配置面３７ｂと平行な平行姿勢から、液晶パネル３２の傾斜基準軸ＴＲＡと平行な傾斜基準軸の周りに液晶パネル３２と同じ傾斜角αだけ回転された傾斜姿勢にて、配置されている。

偏光調整部材４１は、液晶パネル３２よりも一回り大きなサイズに形成されている。ただし、偏光調整部材４１の外周輪郭形状は、液晶パネル３２の外周輪郭形状に対して、４つのコーナー部分が内側に凹んだ４つの凹み部４１ａと、凹み部４１ａ以外の長辺部分及び短辺部分にて凹み部４１ａより外側に張り出した４つの張出部４１ｂ，４１ｃと、を有する形状である。４つの張出部４１ｂ，４１ｃのうち偏光調整部材４１の中心部を長手方向ＬＤに挟んだ一対の張出部４１ｂは、液晶パネル３２の外周輪郭よりも外側に張り出している。一方、４つの張出部４１ｂ，４１ｃのうち偏光調整部材４１の中心部を短手方向ＳＤに挟んだ一対の張出部４１ｃは、液晶パネル３２の外周輪郭と同程度の位置まで張り出している。

そして、偏光調整部材４１の外周輪郭形状は、液晶パネル３２の長手方向ＬＤに偏光調整部材４１の表面積を二分する仮想の基準線ＶＲＬ１（図７参照）を挟んだ非線対称形状となっている。同様に、偏光調整部材４１の外周輪郭形状は、液晶パネル３２の短手方向ＳＤに偏光調整部材４１の表面積を二分する仮想の基準線ＶＲＬ２（図７参照）を挟んだ非線対称形状となっている。

偏光調整部材４１は、図４に示すように、偏光板４２と支持板４３とを、互いに貼合させた状態にて形成されている。偏光板４２は、透過軸ＴＡｐに沿った透過方向の偏光を透過すると共に、遮断軸ＳＡｐに沿った遮断方向の偏光を遮断する性質、いわゆる偏光特性を有する。

偏光調整部材４１は、光路を往来する表示光及び外光のうち少なくとも一方の偏光を調整する。本実施形態では、主に外光の偏光が調整される。具体的に、偏光調整部材４１は、外光のうち遮断方向の偏光を遮断することで、外光のうち透過方向の偏光だけを液晶パネル３２に入射させる機能を有する。すなわち、偏光調整部材４１は、液晶パネル３２に到達し、吸収される外光を減少させることで、液晶パネル３２への熱ダメージを抑制する。本実施形態では、液晶パネル３２からの表示光の偏光は実質的に偏光調整部材４１によって変わらないが、偏光調整部材４１は、液晶パネル３２の偏光を維持する意味で、偏光の調整機能を発揮しているともいえる。

本実施形態の偏光板４２は、偏光層４２ａを、一対の保護層４２ｂで挟むように積層された複層構造かつ薄板状（フィルム状）の吸収型偏光板である。各層は、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂を主体とした接着剤にて貼合されている。

偏光層４２ａは、例えばＰＶＡ樹脂からなるＰＶＡフィルムに、二色性色素であるヨウ素を添加した後、当該ＰＶＡフィルムを延伸することにより形成されている。こうした延伸処理によって、ヨウ素分子が延伸方向に応じた方向に配向する。したがって、延伸方向が遮断軸ＳＡｐに対応し、延伸方向に直交する方向が透過軸ＴＡｐに対応するように、ＰＶＡフィルムに偏光特性を付加することができる。すなわち、本実施形態の偏光板４２は、ヨウ素型偏光板であり、その遮断軸ＳＡｐは、遮断方向の偏光を吸収する吸収軸である。

保護層４２ｂは、例えばＴＡＣ（トリアセチルセルロース）樹脂からなるＴＡＣフィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）樹脂からなるＰＥＴフィルム、又はこれらの重ね合わせにより形成されている。こうした保護層４２ｂには、ハードコート、防眩コート、反射防止コート、帯電防止コート、又はこれらの機能を複合的に有するコートが付帯されていてもよい。

偏光板４２の特に偏光層４２ａは、延伸処理に伴い、延伸方向に沿った方向に最大となるような残留応力を内在させた状態となっている。この残留応力を内在させた方向は、本実施形態において第１残留応力方向ＲＳＤ１と定義される。残留応力は、偏光板４２の各部位において均一性を有する。

支持板４３は、加工性に優れた合成樹脂、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）樹脂又はＰＣ（ポリカーボネイト）樹脂等を主体として透光性を有する平板状に形成されている。例えば、支持板４３は、樹脂原料を押出方向に金型から押し出して板状断面を成形し（押出成形）、その後、個々のピースを打ち抜くことで形成される。また例えば、支持板４３は、樹脂原料をローラー等により圧延方向に圧延して大きな平板状に成形し（圧延加工）、その後、個々のピースを打ち抜くことで形成される。

こうした支持板４３は、押出成形又は圧延加工に伴い、押出方向又は圧延方向に沿った方向に最大となる残留応力を内在させた状態となっている。この板面に沿った方向であって、最大の残留応力を内在させた方向は、本実施形態において第２残留応力方向ＲＳＤ２と定義される。残留応力は、支持板４３の各部位においてある程度の均一性を有する。

押出成形又は圧延加工に伴い、支持板４３は、実質的に位相差板として機能する。支持板４３の進相軸は、実質的に、板面に沿った方向のうち、第２残留応力方向ＲＳＤ２及びこれに直交する方向のうち一方となり、遅相軸は、第２残留応力方向ＲＳＤ２及びこれに直交する方向のうち他方となる。

そして、第１残留応力方向ＲＳＤ１が第２残留応力方向ＲＳＤ２に沿うように、偏光板４２と支持板４３とが互いに貼合されている。こうすることで、外光の入射により偏光調整部材４１が低温から高温に温度変化したとしても、偏光板４２での残留応力の解放影響と、支持板４３での残留応力の解放影響とを、互いに揃った方向に発生させることができる。すなわち、残留応力の解放により偏光調整部材４１が変形しようとする形態は、互いに揃った第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２に応じた形態に制御される。

また、支持板４３の進相軸及び遅相軸が、偏光板４２の透過軸ＴＡｐ及び遮断軸ＳＡｐに合わせられていることになるため、支持板４３での偏光回転が生じ難いという副次的効果を得られる。すなわち、支持板４３のリタデーション値の偏光調整機能への影響は、抑制される。支持板４３のリタデーション値の製造誤差を小さくするための製造時のオペレーションを簡略化することができる。

さらに本実施形態では、液晶パネル３２の傾斜基準軸ＴＲＡに対して平行な方向に、偏光調整部材４１の第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２が沿っている。こうして液晶パネル３２の傾斜姿勢と偏光調整部材４１が変形しようとする形態との方向の調和が図られている。

さらに支持板４３は、以下の性能を満たすことが好ましい。具体的に、支持板４３は、透過率が８５％以上であることが好ましい。表示光が偏光調整部材４１を透過する際の減衰を抑制することができる。支持板４３の厚さは、偏光板４２の厚さの１０倍以上であることが好ましい。薄板状の偏光板４２の残留応力解放が発生した場合に、支持板４３が偏光板４２の収縮力につられて一体的に反ってしまう事態を抑制することができる。支持板４３のガラス転移温度は、１０５°Ｃ以上であることが好ましい。自動車１に搭載されたＨＵＤ１０の内部での温度上昇は、理論上、最大１０５°Ｃ程度であるから、支持板４３に反りが発生しない程度に、支持板４３の強度を保つことができる。支持板４３の線膨張係数は、５．０～７．０×１０^－５／Ｋであることが好ましい。偏光板４２の線膨張係数と支持板４３の線膨張係数とを近づけることによって、偏光調整部材４１の反りの発生を抑制することができる。

ケース５１は、プロジェクタ３１と偏光調整部材４１との相対位置関係を維持可能に、プロジェクタ３１及び偏光調整部材４１の両方を保持している。ケース５１は、バックライト収容体５２、カバー体５９、及び複数のクッション材６７，６８等を含む構成である。

バックライト収容体５２は、例えば遮光性を有する合成樹脂により略矩形筒状に形成され、筒状穴５６の内部にバックライト３６を収容している。バックライト収容体５２の筒状本体部５３においてカバー体５９とは反対側の端部は、光源用回路基板３７ａ（及び光源配置面３７ｂ）と実質平行に形成された切断面を有する開口部５３ａとなっている。この開口部５３ａは、例え熱伝導率がバックライト収容体５２よりも高い金属からなるヒートシンク６９によって塞がれている。光源用回路基板３７ａの背面がヒートシンク６９と密着することによって、光源用回路基板３７ａにて発生した熱を液晶パネル３２及び偏光調整部材４１とは離れたケース５１外部に放熱することが可能である。

バックライト収容体５２は、筒状本体部５３から側部に張り出した板状のフランジ５４を複数有している。各フランジ５４には、バックライト収容体５２をハウジング１１に対して締結するためのネジ孔が複数設けられている。筒状本体部５３と各フランジ５４との間を接続するように、フランジ５４の強度を高めるための補強リブ５５が複数設けられている。

筒状本体部５３においてカバー体５９側の端部は、液晶パネル３２の傾斜角αに合わせて光源配置面３７ｂに対して傾斜した切断面であって、当該液晶パネル３２と実質平行に形成された切断面を有する開口部５３ｂとなっている。筒状本体部５３の筒状穴５６は、この開口部５３ｂ近傍に配置された拡散板３９によって塞がれていてもよい。

図５に示すように、この開口部５３ｂは、筒状穴５６において集光部３８のサイズに合わせられた寸法から、偏光調整部材４１側へ向かって液晶パネル３２のサイズ及び偏光調整部材４１のサイズに合わせられた寸法に拡大するように、段差を形成している。これにより、開口部５３ｂは、外周側かつ偏光調整部材４１側に形成された外周側台座面５３ｃと、内周側かつ光源配置面３７ｂ側に形成された内周側台座面５３ｄとを、有する。両台座面５３ｃ，５３ｄは、液晶パネル３２を長手方向ＬＤに挟む両側にそれぞれ一対設けられ、切断面に沿って（短手方向ＳＤに沿って）延伸する細長い形状となっている。両台座面５３ｃ，５３ｄの表面は平面状を呈している。

そして、液晶パネル３２は、両台座面５３ｃ，５３ｄの間に形成された段差空間ＳＳに配置され、内周側台座面５３ｄとカバー体５９との間に挟持された状態である。偏光調整部材４１は、外周側台座面５３ｃとカバー体５９との間に形成されたカバー空間ＣＳに配置され、外周側台座面５３ｃとカバー体５９との間に挟持された状態である。

さらにバックライト収容体５２は、図３に示すように、開口部５３ｂから側部に張り出した一対の係合穴部５７を、液晶パネル３２を短手方向ＳＤに両側から挟む配置にて有している。各係合穴部５７は、互いに液晶パネル３２の長手方向ＬＤに所定の間隔を空けて配置された２つの係合穴５７ａを有している。各係合穴５７ａがカバー体５９と係合されるようになっている。

カバー体５９は、例えば遮光性を有する合成樹脂により形成されている。カバー体５９は、表示光をプロジェクタユニット３０外へと射出可能に、内周側台座面５３ｄ上に配置された液晶パネル３２及び外周側台座面５３ｃ上に配置された偏光調整部材４１を覆う。

カバー体５９のカバー本体部６０は、表示画面３２ｂのサイズに合わせた矩形状の開口窓６０ａを囲むような矩形枠板状に形成されている。カバー本体部６０は、液晶パネル３２及び偏光調整部材４１の傾斜角αに合わせて光源配置面３７ｂに対して傾斜して配置されている。換言すると、カバー本体部６０は、内周側台座面５３ｄ、液晶パネル３２、外周側台座面５３ｃ及び偏光調整部材４１と実質平行に配置されている。カバー本体部６０は、プロジェクタユニット３０の外部に露出する露出部６１、及び露出部６１とは反対側において偏光調整部材４１及び液晶パネル３２と対向する対向部６２を有している。

カバー体５９は、カバー本体部６０から側部に張り出した一対の係合爪部６５を、液晶パネル３２を短手方向ＳＤに両側から挟む配置にて有している。各係合爪部６５は、互いに液晶パネル３２の長手方向ＬＤに所定の間隔を空けて配置された２つの係合爪６５ａを有している。各係合爪６５ａは、光源配置面３７ｂの法線方向に沿って、バックライト収容体５２側へ突出し、個別対応する係合穴５７ａとスナップフィット係合している。バックライト収容体５２とカバー体５９とは、カバー空間ＣＳを規定サイズに形成するように、結合されている。

以下、偏光調整部材４１及び液晶パネル３２の挟持について図６～８を用いて詳細に説明する。偏光調整部材４１は、バックライト収容体５２側において、４つの張出部４１ｂ，４１ｃのうち偏光調整部材４１の中心部を長手方向ＬＤに挟んだ一対の張出部４１ｂを、クッション材６８を介して外周側台座面５３ｃと当接させている。クッション材６８は、例えば弾性変形可能なエストラマ、ウレタンスポンジ等により実現され、自動車１の振動及び組付け誤差を吸収可能である。

偏光調整部材４１は、カバー体５９側において、張出部４１ｂを、対向部６２に開口窓６０ａを長手方向ＬＤに挟むように一対形成された平面状の当接面６２ａに当接させている。偏光調整部材４１は、カバー体５９側において、４つの張出部４１ｂ，４１ｃのうち偏光調整部材４１の中心部を短手方向ＳＤに挟んだ一対の張出部４１ｃを、対向部６２に一対形成された延伸保持構造６３に当接させている。

各延伸保持構造６３は、液晶パネル３２の長手方向ＬＤ、すなわち第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２と実質直交する方向に沿って延伸する偏光調整部材４１との接触部位６３ａを有し、当該偏光調整部材４１を保持する構造である。第１実施形態の各延伸保持構造６３は、カバー体５９に固定された細長い両面テープにより実現されている。そして、各延伸保持構造６３は、接触部位６３ａを偏光調整部材４１において個別対応する張出部４１ｃに粘着させている。

液晶パネル３２は、バックライト収容体５２側において、矩形枠部３２ｃを、クッション材６７を介して内周側台座面５３ｄと当接させている。液晶パネル３２は、カバー体５９側において、矩形枠部３２ｃの４つのコーナー部分を、対向部６２に４つ形成された突起保持構造６４に当接させている。

各突起保持構造６４は、カバー体５９と一体の合成樹脂により形成されている。各突起保持構造６４は、偏光調整部材４１の４つの凹み部４１ａに個別対応した位置であって、各凹み部４１ａよりも外周側にずれた位置に形成されている。各突起保持構造６４は、対向部６２において当接面６２ａよりも内周側台座面５３ｄに近い位置まで突出し、液晶パネル３２を保持する構造である。突起保持構造６４は、ガイド部６４ａ及び半球突起部６４ｂを有する。ガイド部６４ａは、当接面６２ａ及び延伸保持構造６３よりもバックライト収容体５２側となる位置へ突出し、凹み部４１ａの外周輪郭形状に沿うことで、偏光調整部材４１の外周輪郭部分をガイド（位置決め）する。半球突起部６４ｂは、ガイド部６４ａからさらに内周側台座面５３ｄへ向かって突出する半球状に形成され、液晶パネル３２の矩形枠部３２ｃのコーナー部分と点接触している。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。

第１実施形態によると、互いに貼合された偏光板４２及び支持板４３において、偏光板４２の第１残留応力方向ＲＳＤ１が支持板４３の第２残留応力方向ＲＳＤ２に沿っている。すなわち、偏光板４２に内在する残留応力の最大方向と、支持板４３に内在する残留応力の最大方向とが揃っている。そうすると、偏光調整部材４１への外光の入射等による当該偏光調整部材４１の温度変化に応じて、偏光板４２の残留応力及び支持板４３の残留応力が解放されても、個々の板４２，４３が別々の方向にそれぞれ変形しようとすることが抑制される。換言すると、意図しない反り等の変形の発生は抑制される。

例えば、偏光調整部材４１の複雑な変形が抑制されているので、偏光調整部材４１の光学作用の局所的なムラ、さらには虚像ＶＲＩの表示品位における局所的なムラ（例えば輝度ムラ）の発生も抑制される。また例えば、互いに揃った方向ＲＳＤ１，ＲＳＤ２に対応した最小限の変形対策をしておけば、偏光調整部材４１の非変形状態は容易に維持可能である。以上により、虚像ＶＲＩの表示において、光学作用を安定的に発揮させることが可能である。

また、第１実施形態によると、偏光調整部材４１は、プロジェクタ３１と共通のケース５１に保持されることによって、プロジェクタ３１と一体的なプロジェクタユニット３０を構成している。こうすると、プロジェクタ３１と偏光調整部材４１との相対位置関係を容易に維持可能となるので、偏光調整部材４１がプロジェクタ３１に対して位置ずれすることにより、偏光調整等の光学作用に異変が生じることが抑制される。

また、第１実施形態によると、第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２と平行な方向又は直交する方向に沿って延伸する偏光調整部材４１との接触部位６３ａを有する延伸保持構造６３を用いて、偏光調整部材４１が保持されている。第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２に対する斜め方向への意図しない反り等の変形が抑制されている偏光調整部材４１に対して、第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２に対する非斜め方向への反り等の変形も、接触部位６３ａの延伸態様によって規制されている。偏光調整部材４１の非変形状態の維持性能が効率的な保持によって高められている結果、虚像ＶＲＩの表示における光学作用発揮の安定性は、格段に向上する。

また、第１実施形態によると、偏光調整部材４１は、第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２を、傾斜基準軸ＴＲＡと平行な方向又は直交する方向に沿わせるように配置されている。こうすることで、液晶パネル３２の傾斜影響と第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２に応じた形態に制御された偏光調整部材４１の変形影響とが、複合的かつ異方的に作用することが抑制される。すなわち、虚像ＶＲＩの表示品位における局所的なムラの発生を抑制することができる。

さて、仮に支持板４３にガラス等の加工性に優れない光学材料を採用したとすれば、コスト抑制のためには支持板４３の外周輪郭形状が単純化させられざるを得ない。対して第１実施形態によると、支持板４３に加工性に優れた合成樹脂を採用したため、偏光調整部材４１の外周輪郭形状を、複雑化することができる。そして、偏光調整部材４１の外周輪郭形状は、第１残留応力方向ＲＳＤ１が第２残留応力方向ＲＳＤ２と平行な方向及び直交する方向のうち少なくとも一方に偏光調整部材４１の表面積を二分する仮想の基準線ＶＲＬ１，ＶＲＬ２を挟んだ非線対称形状となっている。こうした非線対称形状によって、例えば製造時に偏光調整部材４１を光路上に配置する際に、当該偏光調整部材４１の向きを誤る事態が抑制される。したがって、第１残留応力方向ＲＳＤ１が保持構造に対して正しく配置可能となることで、意図しない反り等の変形が抑制される。同時に、第１残留応力方向ＲＳＤ１と紐付いた遮断軸ＳＡｐ等の光学軸も正しく配置されることで、期待される偏光調整機能を正しく発揮する偏光調整部材４１を提供可能となる。

（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的に変形例１としては、延伸保持構造６３は、カバー体５９と一体の押圧リブにより実現されていてもよい。対向部６２から外周側台座面５３ｃへ向かって突出する押圧リブが液晶パネル３２の長手方向ＬＤ又は短手方向ＳＤに沿って延伸することで、その先端部が、第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２と実質平行な方向に沿って延伸する偏光調整部材４１との接触部位６３ａとされていてもよい。各押圧リブは、接触部位６３ａを通じて、偏光調整部材４１において個別対応する張出部４１ｃを押圧する。これにより、偏光調整部材４１がクッション材６８を介挿した状態でバックライト収容体５２及びカバー体５９の間に挟持される。

変形例２としては、延伸保持構造６３の接触部位６３ａは、第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２と実質平行な方向に沿って延伸していてもよい。

変形例３としては、延伸保持構造６３以外の保持構造を用いて、偏光調整部材４１が保持されていてもよい。

変形例４としては、偏光調整部材４１は、プロジェクタ３１からウインドシールド３に至る光路上に配置されていれば、プロジェクタ３１と共通のケース５１に保持されていなくてもよい。偏光調整部材４１は、プロジェクタ３１と離れた位置に、例えばハウジング１１の窓部１２に防塵シートを兼ねる態様にて、配置されていてもよい。偏光調整部材４１は、液晶パネル３２と平行に配置されていなくてもよい。

変形例５としては、偏光調整部材４１は、表示光及び外光のうち少なくとも一方の偏光を調整するものであればよい。例えば、偏光調整部材４１は、偏光サングラスを着用した乗員が虚像ＶＲＩを見やすくなるように、液晶パネル３２から射出された表示光の偏光方向を変えるものであってもよい。

変形例６としては、偏光板４２は、ヨウ素型偏光板でなくてもよい。例えば反射型偏光板にも、板面に沿った方向に残留応力を内在させた種類の偏光板が存在するので、こうした反射型偏光板が採用されてもよい。反射型偏光板の第１残留応力方向ＲＳＤ１が透過軸ＴＡｐに沿う場合には、第１残留応力方向ＲＳＤ１及び第２残留応力方向ＲＳＤ２は、傾斜基準軸ＴＲＡに対して平行な方向に沿っていてもよい。

変形例７としては、液晶パネル３２の透過軸ＴＡｄは、長手方向ＬＤに対して例えば４５度の角度をなす斜め方向に設定されていてもよい。また、プロジェクタ３１は、非偏光の表示光を投光するものであってもよい。

なお、本開示における所定の方向と「直交する方向」又は所定の軸と「直交する方向」は、平行移動不変のベクトルの「直交」の概念と同様に、所定の方向又は所定の軸と実際に交差していなくてもよい。

３：ウインドシールド（透光部材）、１０：ＨＵＤ（虚像表示装置）、３１：プロジェクタ、４１：偏光調整部材、４２：偏光板、４３：支持板、ＲＳＤ１：第１残留応力方向、ＲＳＤ２：第２残留応力方向、ＳＡｐ：遮断軸、ＶＲＩ：虚像

Claims

表示光を透光部材（３）に反射させて、前記表示光による虚像（ＶＲＩ）を視認可能に表示するように構成された虚像表示装置であって、
前記表示光を投射するプロジェクタ（３１）と、
前記プロジェクタから前記透光部材へ至る光路上に配置され、前記光路を往来する前記表示光及び外光のうち少なくとも一方の偏光を調整する偏光調整部材（４１）と、を備え、
前記偏光調整部材は、
遮断軸（ＳＡｐ）に沿った方向の偏光を遮断する性質を有する薄板状に形成され、板面に沿った方向のうち第１残留応力方向（ＲＳＤ１）に最大となるような残留応力を内在させた状態の偏光板（４２）と、
前記偏光板を支持する板状に形成され、板面に沿った方向のうち第２残留応力方向（ＲＳＤ２）に最大となるような残留応力を内在させた状態の支持板（４３）と、を有し、
前記第１残留応力方向が前記第２残留応力方向に沿うように、前記偏光板と前記支持板とが互いに貼合された状態にて形成されている虚像表示装置。
前記偏光調整部材は、前記プロジェクタと共通のケース（５１）に保持されることによって、前記プロジェクタと一体的なプロジェクタユニット（３０）を構成している請求項１に記載の虚像表示装置。
前記第１残留応力方向及び前記第２残留応力方向と平行な方向又は直交する方向に沿って延伸する前記偏光調整部材との接触部位（６３ａ）を有する延伸保持構造（６３）を用いて、前記偏光調整部材が保持されている請求項１又は２に記載の虚像表示装置。
前記プロジェクタは、
照射する照明光の発光強度が最大となる強度ピーク方向を、光源配置面（３７ｂ）の法線方向に沿わせたバックライト（３６）と、
前記光源配置面と平行な平行姿勢から、傾斜基準軸（ＴＲＡ）の周りに所定の傾斜角（α）にて回転された傾斜姿勢にて、配置されている画像表示パネル（３２）と、を有し、
前記偏光調整部材は、前記第１残留応力方向及び前記第２残留応力方向を、前記傾斜基準軸と平行な方向又は直交する方向に沿わせるように配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
虚像（ＶＲＩ）の表示に用いる結像光学系の光路上に配置される偏光調整部材であって、
遮断軸（ＳＡｐ）に沿った方向の偏光を遮断する性質を有する薄板状に形成され、板面に沿った方向のうち第１残留応力方向（ＲＳＤ１）に最大となるような残留応力を内在させた状態の偏光板（４２）と、
前記偏光板を支持する板状に形成され、板面に沿った方向のうち第２残留応力方向（ＲＳＤ２）に最大となるような残留応力を内在させた状態の支持板（４３）と、を備え、
前記第１残留応力方向が前記第２残留応力方向に沿うように、前記偏光板と前記支持板とが互いに貼合された状態にて形成されている偏光調整部材。
前記支持板は、合成樹脂により形成され、
前記偏光調整部材の外周輪郭形状は、前記第１残留応力方向が前記第２残留応力方向と平行な方向及び直交する方向のうち少なくとも一方に前記偏光調整部材の表面積を二分する仮想の基準線（ＶＲＬ１，ＶＲＬ２）を挟んだ非線対称形状となっている請求項５に記載の偏光調整部材。