JPWO2019177027A1 - 映像投射装置及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の映像投射装置(100)は、表示画像を示す表示光をS偏光又はP偏光にして投射する表示器(300)と、表示器(300)から投射される表示光が入射される光学積層体(200)とを備える。光学積層体(200)は、少なくとも2つの基材(210、250)と、入射した光の偏光方向を90°変換させる光学層(230)とを有している。表示器(300)は、S偏光又はP偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有している。
Description
本発明は、映像投射装置及びそれを備えるヘッドアップディスプレイ装置に関する。
車両、航空機等の移動体のフロントガラスに各種の運行情報を表示する方法として、フロントガラスの外の背景視野と同時に運行情報を視認可能にする、いわゆるヘッドアップディスプレイ(HUD)が知られている。一方、フロントガラスの内側と外側のそれぞれの空気界面では、入射した光の3〜4%程度の反射が生じるため、フロントガラスに表示された像が二重に写り、視認性が悪化することが知られている。
視認性の悪化を防止するため、フロントガラスの外側に低反射層を設け、フロントガラスの外側の空気界面での反射率を低下させる方法が知られている。しかしながら、例えば、雨天時に低反射層の上にさらに水の層が形成されると、反射率の低減効果を得ることができなくなる。
二重像の発生を防止するため、特許文献1には、1/2波長フィルムを用いて、S偏光の光をブリュースター角でフロントガラスに入射させる方法が提案されている。しかしながら、この場合、S偏光を通さない偏光サングラスを用いると、表示画像が視認できなくなるという問題がある。特許文献1では、1/2波長板を用いて、P偏光の光をブリュースター角でフロントガラスに入射させる方法も検討されている。しかしながら、この場合においても、例えば、雨天時にフロントガラスの外側に水の層が形成されると、水の層でさらに反射される部位が発生し、二重像の発生又は表示画像の視認性の悪化を引き起こすという問題がある。
特許文献2には、1/2波長板を2枚使用し、その間に屈折率の異なる中間光学層を設けることにより、その中間光学層で入射した光を反射させる方法が提案されている。しかしながら、この場合、中間光学層で入射光を反射させるため、その平滑性により鮮明な映像を得るのが困難である。
特許文献3には、S偏光又はP偏光の表示光が出射される表示器と、1/2波長板を有する光学積層体と、を備えるヘッドアップディスプレイが記載されており、その際、P偏光又はS偏光が光学積層体に対してブリュースター角近傍の角度で入射されること、表示器から出射されるS偏光又はP偏光は、光源に加えて1/2波長板等を配置して調整できることが記載されている。しかしながら、雨天時における二重像の発生及び表示画像の視認性の悪化の改善については言及されていない。また、表示器から出射されるS偏光又はP偏光は、光源から出射される偏光を予め設定するか、さらなる光学部材を予め配置して出射される偏光を設定するため、表示器からのS偏光又はP偏光を天候状況に応じて任意に切換えることができない。
本発明の目的は、偏光サングラスの使用時及び雨天時においても、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を実現できる映像投射装置及びそれを備えるヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究の結果、表示画像を示す表示光をS偏光又はP偏光にして投射する表示器と、入射した光の偏光方向を90°変換させる光学層を有する光学積層体とを備える映像投射装置において、表示器が、S偏光又はP偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有することにより、サングラスを必要とする天候の時には、P偏光を映像投射装置の表示器から投射し、光学積層体の外側表面の界面で光学積層体に入射した光を反射させ、雨天時、降雪時には、S偏光を映像投射装置の表示器から投射し、光学積層体の内側表面の界面で表示器からの投射した光を反射させ、様々な天候状況下においても表示画像の良好な視認性を実現できることを見出した。
すなわち、本発明の要旨構成は、以下の通りである。
[1] 表示画像を示す表示光をS偏光又はP偏光にして投射する表示器と、前記表示器から投射される表示光が入射される光学積層体と、を備え、
前記光学積層体が、少なくとも2つの基材と、入射した光の偏光方向を90°変換させる光学層とを有し、
前記表示器が、S偏光又はP偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有することを特徴とする映像投射装置。
[2] 前記偏光方向変換部が、S偏光又はP偏光を自動的に切換える偏光制御器を備える、[1]に記載の映像投射装置。
[3] 前記偏光制御器が、天候情報を検知する検知部を有し、
前記検知部で検知された情報に基づき、前記表示器から投射される表示光がS偏光又はP偏光に変換される、[2]に記載の映像投射装置。
[4] 前記表示器が、前記光学積層体の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにS偏光又はP偏光の表示光を投射する、[1]乃至[3]までのいずれか1つに記載の映像投射装置。
[5] 前記光学層が1/2波長板である、[1]乃至[4]までのいずれか1つに記載の映像投射装置。
[6] 前記光学積層体が、前記光学層が2枚の中間膜に挟持された中間積層体を有し、前記中間積層体が前記少なくとも2つの基材に挟持されている、[1]乃至[5]までのいずれか1つに記載の映像投射装置。
[7] [1]乃至[6]までのいずれか1つに記載の映像投射装置を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
[1] 表示画像を示す表示光をS偏光又はP偏光にして投射する表示器と、前記表示器から投射される表示光が入射される光学積層体と、を備え、
前記光学積層体が、少なくとも2つの基材と、入射した光の偏光方向を90°変換させる光学層とを有し、
前記表示器が、S偏光又はP偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有することを特徴とする映像投射装置。
[2] 前記偏光方向変換部が、S偏光又はP偏光を自動的に切換える偏光制御器を備える、[1]に記載の映像投射装置。
[3] 前記偏光制御器が、天候情報を検知する検知部を有し、
前記検知部で検知された情報に基づき、前記表示器から投射される表示光がS偏光又はP偏光に変換される、[2]に記載の映像投射装置。
[4] 前記表示器が、前記光学積層体の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにS偏光又はP偏光の表示光を投射する、[1]乃至[3]までのいずれか1つに記載の映像投射装置。
[5] 前記光学層が1/2波長板である、[1]乃至[4]までのいずれか1つに記載の映像投射装置。
[6] 前記光学積層体が、前記光学層が2枚の中間膜に挟持された中間積層体を有し、前記中間積層体が前記少なくとも2つの基材に挟持されている、[1]乃至[5]までのいずれか1つに記載の映像投射装置。
[7] [1]乃至[6]までのいずれか1つに記載の映像投射装置を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
本発明により、晴天でサングラスを必要とする天候の際にも、雨天の際にも、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を実現できる映像投影装置及びそれを備えるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、開示内容はあくまで一例にすぎず、当業者により適宜設計し得る変更は本発明の範囲に含まれるものである。また、図面は説明を明確にするために実際の態様に比べて幅、大きさ、厚み、形状等について模式的に表しているが、これもあくまで一例である。さらには、図面は本発明の効果を説明する上で不要な部分は適宜省略しているが、その省略したことについては本発明の範囲を限定するものではない。
本発明に係る映像投射装置は、表示画像を示す表示光をS偏光又はP偏光にして投射する表示器と、表示器から出射される表示光が入射される光学積層体とを備える。光学積層体は、少なくとも2つの基材と、入射した光の偏光方向を90°変換させる光学層とを有し、光学層により表示器から投射されたS偏光はP偏光に、P偏光はS偏光にそれぞれ変換される。表示器は、S偏光又はP偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有しているため、天候状況に応じて、表示器からの投射光がS偏光又はP偏光に切換えられる。このような映像投射装置は、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置に搭載される。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の映像投射装置を示す模式図であり、サングラスを必要とする天候時に本実施形態における映像投射装置の表示器から投射されたP偏光の光路が例示されている。図1で示されるように、本実施形態の映像投射装置100は、表示画像を示す表示光をP偏光にして投射する表示器300と、表示器300から投射されたP偏光が入射する光学積層体200を備えている。表示器300から投射したP偏光を反射鏡500で反射させ、この反射された表示光が光学積層体200に到達する。光学積層体200は、光学層230と、その両側に第1の中間膜220と第2の中間膜240、さらにその両外側に第1の基材210と第2の基材250とを有している。
図1は、本発明の第1の実施形態の映像投射装置を示す模式図であり、サングラスを必要とする天候時に本実施形態における映像投射装置の表示器から投射されたP偏光の光路が例示されている。図1で示されるように、本実施形態の映像投射装置100は、表示画像を示す表示光をP偏光にして投射する表示器300と、表示器300から投射されたP偏光が入射する光学積層体200を備えている。表示器300から投射したP偏光を反射鏡500で反射させ、この反射された表示光が光学積層体200に到達する。光学積層体200は、光学層230と、その両側に第1の中間膜220と第2の中間膜240、さらにその両外側に第1の基材210と第2の基材250とを有している。
このような構成の映像投射装置100において、表示器300から投射されたP偏光の入射光110を光学積層体200にブリュースター角θBの入射角で入射させる。入射光110は、光学層230中を伝搬し、S偏光に変換される。S偏光に変換された入射光110は、第2の基材250と空気の界面251で反射し、反射光111を生じる。反射光111は光学層230中を伝搬し、P偏光に再変換される。P偏光に変換された反射光111は第1の基材210と空気の界面211を伝搬する。
この反射光111を、表示画像として視認できる。反射光111はP偏光であるため、観察者がS偏光を遮断する偏光サングラス400を使用してもP偏光はそのまま透過する。そのため、通過した反射光114は、表示画像として観察者に視認される。
さらに、入射角がブリュースター角θBであるため、第1の基材210と空気の界面211での反射光112は、実質的に0とすることができる。同様に、第2の基材250と空気の界面251において、S偏光に変換された入射光110による透過光113と、第2の基材250の表面に対する法線とがなす角度は、ブリュースター角θBである。そのため、第2の基材250と空気の界面251での透過光113も、実質的に0とすることができる。こうして、本実施形態における映像投射装置100では、晴天でサングラスを必要とする天候の際にも、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を実現できる。
<表示器>
図1に示されるように、本実施形態の映像投射装置100に使用される表示器300は、光学積層体200の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにS偏光又はP偏光の表示光を投射する。ここで、ブリュースター角近傍の角度とは、光学積層体200の表面(第1の基材210の外側表面)に対するP偏光又はS偏光のブリュースター角をαとしたとき、光学積層体200に入射するP偏光又はS偏光の入射角が、α−10°以上α+10°以下の範囲であることを意味する。表示器300からのP偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体200に入射すると、第1の基材210と空気との界面211でのP偏光の反射が大幅に低減し、反射光112はほとんど発生しない。光学積層体200に入射するP偏光の入射角がブリュースター角に近づくほどこの効果は増大する。そのため、表示器300からP偏光の表示光を投射する場合、表示器300からのP偏光を、ブリュースター角で光学積層体200に入射させることが好ましい。一方で、表示器300からのS偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体200に入射すると、第1の基材210と空気との界面211でのS偏光の反射が増大し、透過光としてのS偏光が低減される。光学積層体200に入射するS偏光の入射角がブリュースター角に近づくほどこの効果は増大する。そのため、表示器300からS偏光の表示光を投射する場合、表示器300からのS偏光を、ブリュースター角で光学積層体200に入射させることが好ましい。
図1に示されるように、本実施形態の映像投射装置100に使用される表示器300は、光学積層体200の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにS偏光又はP偏光の表示光を投射する。ここで、ブリュースター角近傍の角度とは、光学積層体200の表面(第1の基材210の外側表面)に対するP偏光又はS偏光のブリュースター角をαとしたとき、光学積層体200に入射するP偏光又はS偏光の入射角が、α−10°以上α+10°以下の範囲であることを意味する。表示器300からのP偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体200に入射すると、第1の基材210と空気との界面211でのP偏光の反射が大幅に低減し、反射光112はほとんど発生しない。光学積層体200に入射するP偏光の入射角がブリュースター角に近づくほどこの効果は増大する。そのため、表示器300からP偏光の表示光を投射する場合、表示器300からのP偏光を、ブリュースター角で光学積層体200に入射させることが好ましい。一方で、表示器300からのS偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体200に入射すると、第1の基材210と空気との界面211でのS偏光の反射が増大し、透過光としてのS偏光が低減される。光学積層体200に入射するS偏光の入射角がブリュースター角に近づくほどこの効果は増大する。そのため、表示器300からS偏光の表示光を投射する場合、表示器300からのS偏光を、ブリュースター角で光学積層体200に入射させることが好ましい。
表示器300は、S偏光又はP偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有している。ここで、S偏光又はP偏光を任意に切換え可能とは、例えば、国際公開第2018/168726号に記載されているように、P偏光又はS偏光を投射する表示器の他に、さらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することなく、表示器300から投射される表示光の偏光方向を切換え可能であることを意味する。偏光方向変換部は、例えば、スイッチ等のワンタッチ式の自動的な切り替え、雨を検出するセンサー等からの出力信号等による自動的な切り替えを可能にする。そのため、偏光方向変換部は、S偏光又はP偏光を自動的に切換える偏光制御器を備える。なお、偏光方向の変換方式としては、例えば、偏光板を90°面内に回転する方法、スイッチ等により位相差板を人為的又は機械的に挿入して偏光方向を変換する方法が挙げられるが、偏光板を90°面内に回転する方法が簡易であり好ましい。
偏光制御器は、表示器から投射されるS偏光又はP偏光を、天候状況に応じて自動的に切換え可能であれば、特に限定されるものではない。このような偏光制御器の一例として、偏光制御器が、天候情報を検知する検知部を有し、この検知部で検知された情報に基づき、表示器から投射される表示光がS偏光又はP偏光に変換される。検知部で検知される天候情報は、CPU(中央処理装置)、AI(人工知能)等のコンピュータを介して解析され、その情報に基づき、表示器から投射する偏光の切換えが行われる。例えば、雨、雪対応の感雨センサー等により雨滴、雪を検出する方法、水分量の変化を利用した静電容量式センサー等により天候情報を検知し、晴天時には表示器からの表示光をP偏光とし、雨天時、降雪時には雨滴、雪の検出等による信号出力を介して表示器からの表示光をS偏光に切り替える方法が挙げられる。尚、晴天にも雨天(雪天)にも属さない天候、例えば、曇りの場合には、晴天と検知され、表示器からの表示光はS偏光のままである。
このように、表示器300が偏光方向変換部を有することにより、さらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することなく、天候状況に応じて、投射するS偏光又はP偏光を任意に切換えることができる。そのため、様々な天候状況下においても、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を実現できる映像投射装置、さらにはこれを備えるヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。
<光学積層体>
本実施形態の映像投射装置100に使用される光学積層体200は、光学層230と、第1の基材210と、第2の基材250とを備え、光学層230が第1の基材210と、第2の基材250との間に挟持された構成を有している。図1に示されるように、光学積層体200は、光学層230が第1の中間膜220と第2の中間膜240に挟持された中間積層体270を有し、中間積層体270が、第1の基材210と第2の基材250とに挟持されている。光学積層体200は、例えば、光学層230の両面に、第1の基材210と第2の基材250を、第1の中間膜220と第2の中間膜240を介して高温・高圧にて圧着することにより作製することができる。第1の中間膜220と第2の中間膜240は、第1の基材210及び第2の基材250と、光学層230との密着性を保持するための粘着剤又は接着剤としての機能も有している。
本実施形態の映像投射装置100に使用される光学積層体200は、光学層230と、第1の基材210と、第2の基材250とを備え、光学層230が第1の基材210と、第2の基材250との間に挟持された構成を有している。図1に示されるように、光学積層体200は、光学層230が第1の中間膜220と第2の中間膜240に挟持された中間積層体270を有し、中間積層体270が、第1の基材210と第2の基材250とに挟持されている。光学積層体200は、例えば、光学層230の両面に、第1の基材210と第2の基材250を、第1の中間膜220と第2の中間膜240を介して高温・高圧にて圧着することにより作製することができる。第1の中間膜220と第2の中間膜240は、第1の基材210及び第2の基材250と、光学層230との密着性を保持するための粘着剤又は接着剤としての機能も有している。
(基材)
第1の基材210及び第2の基材250は、表示画像の視認性を保つために、可視光領域において、透明であることが好ましく、具体的には波長380〜780nmの可視光線透過率が50%以上であればよく、70%以上であれば好ましく、85%以上であることがより好ましい。また、第1の基材210及び第2の基材250は、着色されていてもよいが、着色されていないか、着色が少ないことが好ましい。さらに、第1の基材210及び第2の基材250の屈折率は1.2〜2.0であることが好ましく、1.4〜1.8であることがより好ましい。第1の基材210及び第2の基材250の厚みは、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計される。第1の基材210及び第2の基材250は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
第1の基材210及び第2の基材250は、表示画像の視認性を保つために、可視光領域において、透明であることが好ましく、具体的には波長380〜780nmの可視光線透過率が50%以上であればよく、70%以上であれば好ましく、85%以上であることがより好ましい。また、第1の基材210及び第2の基材250は、着色されていてもよいが、着色されていないか、着色が少ないことが好ましい。さらに、第1の基材210及び第2の基材250の屈折率は1.2〜2.0であることが好ましく、1.4〜1.8であることがより好ましい。第1の基材210及び第2の基材250の厚みは、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計される。第1の基材210及び第2の基材250は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
第1の基材210及び第2の基材250は、単層であっても2層以上の積層体であってもよい。第1の基材210及び第2の基材250の材料の例としては、例えば、ガラス、トリアセチルセルロース(TAC)、アクリル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等が挙げられる。これらのなかでも、入射光の偏光軸を変化させないために、複屈折性の少ないガラス、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリオレフィン、アクリル等が好ましく、ガラスがより好ましい。また、これら第1の基材210及び第2の基材250の外側表面には、多層膜からなる増反射膜、遮熱機能をも兼ねる金属薄膜層を設けてもよい。これらの膜は入射する偏光の反射率を向上させることができるが、光学積層体200を自動車用フロントガラスとして用いる場合は、光学積層体200の可視光線透過率が70%以上となるように反射率を調整することが好ましい。また、第1の基材210及び第2の基材250の形状も特に限定されるものではなく、シート状、フィルム状、板状、曲面形状等、用途に応じて適宜設計することができる。例えば、第1の基材210及び第2の基材250として、自動車用フロントガラスと同様にガラス板を使用する場合、光学層230を有する中間積層体270をガラス板に貼り合わせるため、粘着剤もしくは接着剤を中間積層体270の両面に塗布し、次いで、ガラス板を貼り合わせることによって得ることができる。粘着剤及び接着剤には特に制限はないが、後にガラス板を剥がすことがある場合は、リワーク性に優れた粘着性を有する材料が好ましく、例えばシリコーン粘着剤又はアクリル系粘着剤等が好ましい。
(光学層)
光学層230は、入射した光の偏光方向を90°変換させる機能、すなわち、P偏光をS偏光に、又はS偏光をP偏光に変換する機能を有する。このような機能を有する光学層230として、旋光子、例えば1/2波長板が挙げられる。光学層230は、例えば、ポリカーボネート又はシクロオレフィンポリマーのフィルムを位相差が波長の1/2となるように一軸延伸すること、又は、水平配向する重合性液晶を位相差が波長の1/2となるような厚さで配向させることによって得ることができる。光学層230は、可視光域全般におけるP偏光又はS偏光を変換することが好ましい。
光学層230は、入射した光の偏光方向を90°変換させる機能、すなわち、P偏光をS偏光に、又はS偏光をP偏光に変換する機能を有する。このような機能を有する光学層230として、旋光子、例えば1/2波長板が挙げられる。光学層230は、例えば、ポリカーボネート又はシクロオレフィンポリマーのフィルムを位相差が波長の1/2となるように一軸延伸すること、又は、水平配向する重合性液晶を位相差が波長の1/2となるような厚さで配向させることによって得ることができる。光学層230は、可視光域全般におけるP偏光又はS偏光を変換することが好ましい。
(中間膜)
第1の中間膜220及び第2の中間膜240は、例えば、熱可塑性樹脂を用いて形成される。一般的に用いられている熱可塑性樹脂は、例えば、ポリビニルブチラール系樹脂(PVB)、ポリビニルアルコール系樹脂(PVA)又はエチレン−酢酸ビニル共重合系樹脂(EVA)であり、PVBが好ましい。第1の中間膜220及び第2の中間膜240の厚み、硬さは、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計することができる。第1の中間膜220及び第2の中間膜240は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、異なっていることが好ましい。
第1の中間膜220及び第2の中間膜240は、例えば、熱可塑性樹脂を用いて形成される。一般的に用いられている熱可塑性樹脂は、例えば、ポリビニルブチラール系樹脂(PVB)、ポリビニルアルコール系樹脂(PVA)又はエチレン−酢酸ビニル共重合系樹脂(EVA)であり、PVBが好ましい。第1の中間膜220及び第2の中間膜240の厚み、硬さは、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計することができる。第1の中間膜220及び第2の中間膜240は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、異なっていることが好ましい。
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施形態の映像投射装置を示す模式図であり、雨天時(降雪時)に本実施形態における映像投射装置の表示器から投射されたS偏光の光路が例示されている。図2で示されるように、本実施形態の映像投射装置100は、表示画像を示す表示光をS偏光にして投射する表示器300と、表示器300から投射されたS偏光が入射する光学積層体200を備えている。表示器300から投射したS偏光を反射鏡500で反射させ、この反射された表示光が光学積層体200に到達する。光学積層体200は、光学層230と、その両側に第1の中間膜220と第2の中間膜240、さらにその両外側に第1の基材210と第2の基材250とを有している。また、雨天時(降雪時)を想定していることから、第2の基材250の外側には水の層260が付着している。尚、図2において、図1に示す映像投射装置100と共通する構成要素については同一の符号を付し、その機能も同一であるものとする。すなわち、第1の実施形態で説明した、表示器300、反射鏡500、第1の基材210及び第2の基材250、光学層230、第1の中間膜220及び第2の中間膜240、光学積層体200は、第2の実施形態の映像投射装置100でも同様に使用することができ、これらの機能も同一であるものとする。これらの構成については、上述した第1の実施の形態と同一であるため説明を省略する。
図2は、本発明の第2の実施形態の映像投射装置を示す模式図であり、雨天時(降雪時)に本実施形態における映像投射装置の表示器から投射されたS偏光の光路が例示されている。図2で示されるように、本実施形態の映像投射装置100は、表示画像を示す表示光をS偏光にして投射する表示器300と、表示器300から投射されたS偏光が入射する光学積層体200を備えている。表示器300から投射したS偏光を反射鏡500で反射させ、この反射された表示光が光学積層体200に到達する。光学積層体200は、光学層230と、その両側に第1の中間膜220と第2の中間膜240、さらにその両外側に第1の基材210と第2の基材250とを有している。また、雨天時(降雪時)を想定していることから、第2の基材250の外側には水の層260が付着している。尚、図2において、図1に示す映像投射装置100と共通する構成要素については同一の符号を付し、その機能も同一であるものとする。すなわち、第1の実施形態で説明した、表示器300、反射鏡500、第1の基材210及び第2の基材250、光学層230、第1の中間膜220及び第2の中間膜240、光学積層体200は、第2の実施形態の映像投射装置100でも同様に使用することができ、これらの機能も同一であるものとする。これらの構成については、上述した第1の実施の形態と同一であるため説明を省略する。
このような構成の映像投射装置100において、表示器300から投射されたS偏光の入射光120を光学積層体200にブリュースター角θBの入射角で入射させる。入射光120は、第1の基材210と空気の界面211で反射し、反射光121を生じる。
反射光121として反射されず、光学積層体200に入射する入射光120は、光学層230中を伝搬し、P偏光に変換される。P偏光に変換された入射光120は、第2の基材250と水の層260の界面251、水の層260と空気の界面261をブリュースター角θBで伝搬する。そのため、第2の基材250と水の層260の界面251での反射光122、水の層260と空気の界面261での反射光123は、実質的に0にすることができ、一方で、P偏光に変換された入射光120は、透過光124として水の層260の外側を透過する。
これにより、第1の基材210と空気の界面211において反射した反射光121のみを、表示画像として視認できる。
このように、図1及び図2に示した本実施形態の映像投射装置100は、表示器300が偏光方向変換部を有することにより、さらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することなく、天候状況に応じて、投射するS偏光又はP偏光を任意に切換えることができる。例えば、サングラスを必要とする晴天時には、P偏光を映像投射装置100の表示器300から投射でき、雨天時(降雪時)には、S偏光を映像投射装置100の表示器300から投射できるように、表示器300から投射される偏光の切換えが行われる。これにより、サングラスを必要とする晴天時、雨天時(降雪時)等の様々な天候状況下において、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を示す表示画像を実現できる。
(第1の比較例)
図3は、従来の映像投射装置において、サングラスを必要とする晴天時に表示光からS偏光を投射した場合の光の経路を示す模式図である。図3に示される映像投射装置101は、本実施形態の映像投射装置100が有する表示器300ではなく、偏光方向変換部を有していない表示器310を備えている。このような表示器310では、表示器310から投射されるS偏光又はP偏光は、光源で予め設定されるか、光源に加え、1/2波長板等のさらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することにより設定される。すなわち、表示器310では、光源から投射される表示光をS偏光又はP偏光のいずれかに設定すると、1/2波長板等をさらに意図的に配置しない限り、表示器310から投射する偏光を切換えることができない。そのため、表示器310から出射されるS偏光は、任意に切換えることができず、一定の偏光方向に保たれる。その結果、例えば、S偏光の投射が好ましい雨天時(降雪時)の使用から、P偏光の投射が好ましい晴天時の使用にシフトすることができず、天候状況に応じた表示画像の良好な視認性を実現することが困難である。
図3は、従来の映像投射装置において、サングラスを必要とする晴天時に表示光からS偏光を投射した場合の光の経路を示す模式図である。図3に示される映像投射装置101は、本実施形態の映像投射装置100が有する表示器300ではなく、偏光方向変換部を有していない表示器310を備えている。このような表示器310では、表示器310から投射されるS偏光又はP偏光は、光源で予め設定されるか、光源に加え、1/2波長板等のさらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することにより設定される。すなわち、表示器310では、光源から投射される表示光をS偏光又はP偏光のいずれかに設定すると、1/2波長板等をさらに意図的に配置しない限り、表示器310から投射する偏光を切換えることができない。そのため、表示器310から出射されるS偏光は、任意に切換えることができず、一定の偏光方向に保たれる。その結果、例えば、S偏光の投射が好ましい雨天時(降雪時)の使用から、P偏光の投射が好ましい晴天時の使用にシフトすることができず、天候状況に応じた表示画像の良好な視認性を実現することが困難である。
図3に示される映像投射装置101では、表示器310から投射されたS偏光の入射光130を光学積層体200にブリュースター角θBの入射角で入射させる。入射光130は、第1の基材210と空気の界面211で反射し、反射光131を生じる。反射光131はS偏光のため、S偏光を遮断する偏光サングラス400を使用すると反射光131は透過されず、偏光サングラス400で遮断される。そのため、透過光132は実質的に0となり、透過光132は、表示画像として視認できなくなる。
反射光131として反射されず、光学積層体200に入射する入射光130は、光学層230中を伝搬し、P偏光に変換される。P偏光に変換された入射光130は、第2の基材250と空気の界面251をブリュースター角θBで伝搬する。そのため、第2の基材250と空気の界面251での反射光133は、実質的に0となり、P偏光に変換された入射光130は、透過光134として第2の基材250の外側を透過する。
(第2の比較例)
図4は、従来の映像投射装置において、雨天時(降雪時)に表示光からP偏光を投射した場合の光の経路を示す模式図である。図4に示される映像投射装置101は、図3と同様、本実施形態の映像投射装置100が有する表示器300ではなく、偏光方向変換部を有していない表示器310を備えている。そのため、表示器310から出射されるP偏光は、任意に切換えることができず、一定の偏光方向に保たれる。その結果、例えば、P偏光の投射が好ましい晴天時の使用からS偏光の投射が好ましい雨天時(降雪時)の使用にシフトすることができず、天候状況に応じた表示画像の良好な視認性を実現することが困難である。
図4は、従来の映像投射装置において、雨天時(降雪時)に表示光からP偏光を投射した場合の光の経路を示す模式図である。図4に示される映像投射装置101は、図3と同様、本実施形態の映像投射装置100が有する表示器300ではなく、偏光方向変換部を有していない表示器310を備えている。そのため、表示器310から出射されるP偏光は、任意に切換えることができず、一定の偏光方向に保たれる。その結果、例えば、P偏光の投射が好ましい晴天時の使用からS偏光の投射が好ましい雨天時(降雪時)の使用にシフトすることができず、天候状況に応じた表示画像の良好な視認性を実現することが困難である。
図4に示される映像投射装置101では、表示器310から投射されたP偏光の入射光140を光学積層体200にブリュースター角θBの入射角で入射させると、入射光140は、光学層230中を伝搬し、S偏光に変換される。入射角がブリュースター角θBであるため、第1の基材210と空気の界面211での反射光143は、実質的に0である。
S偏光に変換された入射光140は、第2の基材250と水の層260の界面251で反射されて反射光141が生じる。また、S偏光に変換された入射光140は、水の層260と空気の界面261でも反射されて反射光142が生じる。反射光141と反射光142の2つの反射光がそれぞれ視認可能であるため、観察者に視認される表示画像は二重像となる。また、平坦性のない水の層260と空気の界面261で反射された反射光142により視認される映像は、鮮明度を欠いた映像として視認される。
本発明の映像投射装置は、天候状況に応じて表示光からの投射光を切り替えることにより、様々な天候状況下でも鮮明な映像を写すことができる。このような映像投射装置は、屋外、例えば自動車等のヘッドアップディスプレイ装置への使用に有用である。
100、101 映像投射装置
110、120、130、140 入射光
111、112、114、121、122、123、131、132、 133、141、142、143 反射光
113、124、134、144 透過光
200 光学積層体
210 第1の基材
211、251、261 界面
220 第1の中間膜
230 光学層
240 第2の中間膜
250 第2の基材
260 水の層
270 中間積層体
300、310 表示器
400 偏光サングラス
500 反射鏡
110、120、130、140 入射光
111、112、114、121、122、123、131、132、 133、141、142、143 反射光
113、124、134、144 透過光
200 光学積層体
210 第1の基材
211、251、261 界面
220 第1の中間膜
230 光学層
240 第2の中間膜
250 第2の基材
260 水の層
270 中間積層体
300、310 表示器
400 偏光サングラス
500 反射鏡
Claims (7)
- 表示画像を示す表示光をS偏光又はP偏光にして投射する表示器と、前記表示器から投射される表示光が入射される光学積層体と、を備え、
前記光学積層体が、少なくとも2つの基材と、入射した光の偏光方向を90°変換させる光学層とを有し、
前記表示器が、S偏光又はP偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有することを特徴とする映像投射装置。 - 前記偏光方向変換部が、S偏光又はP偏光を自動的に切換える偏光制御器を備える、請求項1に記載の映像投射装置。
- 前記偏光制御器が、天候情報を検知する検知部を有し、
前記検知部で検知された情報に基づき、前記表示器から投射される表示光がS偏光又はP偏光に変換される、請求項2に記載の映像投射装置。 - 前記表示器が、前記光学積層体の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにS偏光又はP偏光の表示光を投射する、請求項1乃至3までのいずれか1項に記載の映像投射装置。
- 前記光学層が1/2波長板である、請求項1乃至4までのいずれか1項に記載の映像投射装置。
- 前記光学積層体が、前記光学層が2枚の中間膜に挟持された中間積層体を有し、前記中間積層体が前記少なくとも2つの基材に挟持されている、請求項1乃至5までのいずれか1項に記載の映像投射装置。
- 請求項1乃至6までのいずれか1項に記載の映像投射装置を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
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