KR20200131229A - 영상 투사 장치 및 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 영상 투사 장치(100)는 표시 화상을 나타내는 표시광을 S 편광 또는 P 편광으로 하여 투사하는 표시기(300)와 표시기(300)로부터 투사되는 표시광이 입사되는 광학 적층체(200)를 구비한다. 광학 적층체(200)는 적어도 2개의 기재(210, 250)와 입사한 빛의 편광 방향을 90°변환시키는 광학층(230)을 가지고 있다. 표시기(300)는 S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환할 수 있는 편광 방향 변환부를 갖고 있다.
Description
본 발명은 영상 투사 장치 및 이를 구비한 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
차량, 항공기 등의 이동체 앞 유리에 각종 운행 정보를 표시하는 방법으로서, 앞 유리 밖의 배경 시야와 동시에 운행 정보를 눈으로 볼 수 있게하는 이른바 헤드업 디스플레이(HUD)가 알려져 있다. 한편, 앞 유리의 내측과 외측 각각 공기 계면에서는 입사한 빛의 3~4% 정도의 반사가 생기기 때문에, 앞 유리에 표시된 상(image)이 이중으로 보여 시인성이 악화되는 것으로 알려져 있다.
시인성 악화를 방지하기 위해 앞 유리 외측에 저 반사층을 설치하여 앞 유리 외측 공기 계면에서 반사율을 낮추는 방법이 알려져 있다. 그러나, 예를 들어, 우천시 저 반사층 위에 다시 수층(layer of water)이 형성되면 반사율 저감 효과를 얻을 수 없게 된다.
이중상(double image)의 발생을 방지하기 위해 특허문헌 1에는 1/2 파장 필름을 이용하여 S 편광의 빛을 브루스터 각(Brewster angle)에서 앞 유리에 입사시키는 방법이 제안된다. 그렇지만, 이 경우 S 편광을 통과시키지 않는 편광 선글라스를 이용하면 표시 화상을 눈으로 볼 수 없게 된다는 문제가 있다. 특허문헌 1에서는 1/2 파장판을 이용하여 P 편광의 빛을 브루스터 각으로 앞 유리에 입사시키는 방법도 검토된다. 그렇지만, 이 경우에도 예를 들어, 우천시 앞 유리 외측에 수층이 형성되면 수층에서 한층 더 반사되는 부위가 발생하여 이중상의 발생 또는 표시 화상의 시인성 악화를 일으킨다는 문제가 있다.
특허문헌 2에는 1/2 파장판을 2장 사용하고 그 사이에 굴절률이 다른 중간 광학층을 설치하여 그 중간 광학층에서 입사한 빛을 반사시키는 방법이 제안된다. 그렇지만, 이 경우, 중간 광학층에서 입사광을 반사시키기 때문에 그 평활성(levelling)으로 선명한 영상을 얻는 것이 어렵다.
특허문헌 3에는 S 편광 또는 P 편광의 표시광이 출사되는 표시기와 1/2 파장판을 갖는 광학 적층체를 구비한 헤드업 디스플레이가 기재되어 있고, 이때 P 편광 또는 S 편광이 광학 적층체에 대해 브루스터 각 근방의 각도로 입사되는 것과 표시기로부터 출사되는 S 편광 또는 P 편광은 광원에 추가하여 1/2 파장판 등을 배치해 조정할 수 있는 것이 기재되어 있다. 그러나, 우천시에 이중상의 발생 및 표시 화상의 시인성 악화 개선에 대해서는 언급되어 있지 않다. 또한, 표시기에서 출사되는 S 편광 또는 P 편광은 광원에서 출사되는 편광을 미리 설정하거나 새로운 광학 부재를 미리 배치하여 출사되는 편광을 설정하기 위해 표시기로부터의 S 편광 또는 P 편광을 기상 상황에 따라 임의로 전환할 수 없다.
본 발명의 목적은 편광 선글라스 사용 시 및 우천시에도 이중상의 발생을 억제하고 표시 화상의 양호한 시인성을 실현할 수 있는 영상 투사 장치 및 이를 구비한 헤드업 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 열심히 연구한 결과, 표시 화상을 나타내는 표시광을 S 편광 또는 P 편광으로 하여 투사한 표시기와 입사한 빛의 편광 방향을 90°변환시키는 광학층을 가진 광학 적층체를 구비한 영상 투사 장치에 있어서 표시기가 S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환할 수 있는 편광 방향 변환부를 가짐으로써, 선글라스를 필요로 하는 날씨일 때에는 P 편광을 영상 투사 장치의 표시기로부터 투사하고, 광학 적층체의 외측 표면의 계면에서 광학 적층체에 입사한 빛을 반사시켜 우천시, 강설시에는 S 편광을 영상 투사 장치의 표시기로부터 투사하고, 광학 적층체의 내측 표면의 계면에서 표시기로부터 투사한 빛을 반사시켜, 다양한 기상 상황에서도 표시 화상의 양호한 시인성을 실현할 수 있음을 찾아냈다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
［1］표시 화상을 나타내는 표시광을 S 편광 또는 P 편광으로 하여 투사하는 표시기와 상기 표시기로부터 투사되어 표시광이 입사되는 광학 적층체를 구비하고,
상기 광학 적층체는 적어도 2개의 기재와 입사한 빛의 편광 방향을 90°변환시키는 광학층을 가지며,
상기 표시기는 S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환 가능한 편광 방향 변환부를 가지는 것을 특징으로 하는 영상 투사 장치.
［2］상기 편광 방향 변환부는 S 편광 또는 P 편광을 자동적으로 전환하는 편광 제어기를 구비한, [1]에 기재된 영상 투사 장치.
［3］상기 편광 제어기는 기상 정보를 검지하는 검지부를 가지며,
상기 검지부에서 검지된 정보에 근거해 상기 표시기로부터 투사되는 표시광이 S 편광 또는 P 편광으로 변환되는, [2]에 기재된 영상 투사 장치.
［4］상기 표시기는 상기 광학 적층체의 표면에 대한 입사각이 브루스터 각 근방의 각도가 되도록 S 편광 또는 P 편광의 표시광을 투사하는,［1］내지 [3]까지의 어느 1개에 기재된 영상 투사 장치.
［5］상기 광학층은 1/2 파장판인,［1］내지 [4]까지의 어느 1개에 기재된 영상 투사 장치.
［6］상기 광학 적층체는 상기 광학층이 2장의 중간막에 샌드위치된 중간 적층체를 가지고, 상기 중간 적층체는 상기 적어도 2개의 기재에 샌드위치되어 있는 ［1］내지 [5]까지의 어느 1개에 기재된 영상 투사 장치.
［7］[1] 내지 [6]까지의 어느 1개에 기재된 영상 투사 장치를 구비한 헤드업 디스플레이 장치.
본 발명에 의해 맑은 날에 선글라스가 필요한 날씨에도, 우천시에도, 이중상의 발생을 억제하고 표시 화상의 양호한 시인성을 실현할 수 있는 영상 투사 장치 및 이를 구비한 헤드업 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 영상 투사 장치의 제 1 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 영상 투사 장치의 제 2 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 3은 기존의 영상 투사 장치에 있어서 선글라스를 필요로 하는 날씨에 표시기로부터 S 편광이 투사될 경우의 빛의 경로를 나타내는 모식도이다.
도 4는 기존의 영상 투사 장치에 있어서 우천시에 표시기로부터 P 편광이 투사될 경우의 빛의 경로를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 영상 투사 장치의 제 2 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 3은 기존의 영상 투사 장치에 있어서 선글라스를 필요로 하는 날씨에 표시기로부터 S 편광이 투사될 경우의 빛의 경로를 나타내는 모식도이다.
도 4는 기존의 영상 투사 장치에 있어서 우천시에 표시기로부터 P 편광이 투사될 경우의 빛의 경로를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 공개 내용은 어디까지나 일례에 지나지 않으며 당업자가 적절하게 설계할 수 있는 변경은 본 발명의 범위에 포함되는 것이다. 또한, 도면은 설명을 명확히 하기 위해서 실제의 상태에 비해 폭, 크기, 두께, 형상 등에 대해서 모식적으로 나타내고 있는데 이것도 어디까지나 일례이다. 나아가, 도면은 본 발명의 효과를 설명함에 있어서 불필요한 부분은 적절히 생략하고 있지만, 그 생략한 것에 대해서는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명과 관련된 영상 투사 장치는 표시 화상을 나타내는 표시광을 S 편광 또는 P 편광으로 하여 투사하는 표시기와 표시기로부터 출사된 표시광이 입사되는 광학 적층체를 구비한다. 광학 적층체는 적어도 2개의 기재와 입사한 빛의 편광 방향을 90°변환시키는 광학층을 가지며, 광학층에 의해 표시기로부터 투사된 S 편광은 P 편광으로, P 편광은 S 편광으로 각각 변환된다. 표시기는 S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환할 수 있는 편광 방향 변환부를 가지고 있기 때문에 기상 상황에 따라 표시기로부터의 투사광이 S 편광 또는 P 편광으로 전환될 수 있다. 이런 영상 투사 장치는 예를 들어, 헤드업 디스플레이 장치에 탑재된다.
（제 1 실시 형태）
도 1 은 본 발명의 제 1 실시 형태의 영상 투사 장치를 나타내는 모식도이며, 선글라스가 필요한 날씨에 본 실시 형태의 영상 투사 장치의 표시기로부터 투사된 P 편광의 광로(optical path)가 예시되어 있다. 도 1에서 나타나듯이, 본 실시 형태의 영상 투사 장치(100)는, 표시 화상을 나타내는 표시광을 P 편광으로 하여 투사하는 표시기(300)와 표시기(300)로부터 투사된 P 편광이 입사하는 광학 적층체(200)를 구비하고 있다. 표시기(300)로부터 투사된 P 편광을 반사경(500)으로 반사시켜, 이 반사된 표시광이 광학 적층체(200)에 도달한다. 광학 적층체(200)는 광학층(230)과 그 양측에 제 1 중간막(220)과 제 2 중간막(240), 나아가 그 양 외측에 제 1 기재(210)와 제 2 기재(250)를 가지고 있다.
이러한 구성의 영상 투사 장치(100)에 있어서, 표시기(300)로부터 투사된 P 편광의 입사광(110)을 광학 적층체(200)에 브루스터 각 θB의 입사각으로 입사시킨다. 입사광(110)은 광학층(230)을 전파하여 S 편광으로 변환된다. S 편광으로 변환된 입사광(110)은 제 2 기재(250)와 공기의 계면(251)에서 반사해 반사광(111)을 발생시킨다. 반사광(111)은 광학층(230)을 전파하여 P 편광으로 재변환된다. P 편광으로 변환된 반사광(111)은 제 1 기재(210)와 공기의 계면(211)을 전파한다.
이 반사광(111)을 표시 화상으로 시인할 수 있다. 반사광(111)은 P 편광이므로 관찰자가 S 편광을 차단하는 편광 선글라스(400)을 사용해도 P 편광은 그대로 투과된다. 그 때문에, 통과한 반사광(114)은 표시 화상으로 관찰자에게 시인된다.
게다가, 입사각이 브루스터 각 θB이므로 제 1 기재(210)와 공기의 계면 (211)에서의 반사광(112)은 실질적으로 0으로 할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 기재(250)와 공기의 계면(251)에서 S 편광으로 변환된 입사광(110)에 의한 투과광 (113)과 제 2 기재(250)의 표면에 대한 법선이 이루는 각도는 브류스터 각 θB이다. 그 때문에, 제 2 기재(250)와 공기 계면(251)의 투과광(113)도 실질적으로 0으로 할 수 있다. 이렇게, 본 실시 형태의 영상 투사 장치(100)에서는 맑은 날에 선글라스가 필요한 날씨에도 이중상의 발생을 억제하고 표시 화상의 양호한 시인성을 실현할 수 있다.
＜표시기＞
도 1에 나타나듯이, 본 실시 형태의 영상 투사 장치(100)에 사용되는 표시기(300)는 광학 적층체(200)의 표면에 대한 입사각이 브루스터 각 근방의 각도가 되도록 S 편광 또는 P 편광의 표시광을 투사한다. 여기서, 브루스터 각 근방의 각도란, 광학 적층체(200)의 표면(제 1 기재(210)의 외측 표면)에 대한 P 편광 또는 S 편광의 브루스터 각을α로 했을 때, 광학 적층체(200)에 입사하는 P 편광 또는 S 편광의 입사각이 α-10°이상 α+10°이하의 범위인 것을 의미한다. 표시기 (300)으로부터의 P 편광이 브루스터 각 근방의 각도로 광학 적층체(200)에 입사하면, 제 1 기재(210)와 공기의 계면(211)에서의 P 편광의 반사가 큰 폭으로 저감하여 반사광(112)은 거의 발생하지 않는다. 광학 적층체(200)에 입사하는 P 편광의 입사각이 브루스터 각에 가까워질수록 이 효과는 증대한다. 그 때문에, 표시기 (300)에서 P 편광의 표시광을 투사하는 경우, 표시기(300)으로부터의 P 편광을 브루스터 각으로 광학 적층체(200)에 입사시키는 것이 바람직하다. 한편, 표시기 (300)으로부터의 S 편광이 브루스터 각 근방의 각도로 광학 적층체(200)에 입사하면, 제 1 기재(210)와 공기와의 계면(211)에서의 S 편광의 반사가 증대하여 투과광으로서의 S 편광이 저감된다. 광학 적층체(200)에 입사하는 S 편광의 입사각이 브루스터 각에 가까워질수록 이 효과는 증대한다. 그 때문에, 표시기(300)에서 S 편광의 표시광을 투사하는 경우, 표시기(300)으로부터의 S 편광을 브루스터 각으로 광학 적층체(200)에 입사시키는 것이 바람직하다.
표시기(300)은 S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환할 수 있는 편광 방향 변환부를 갖고 있다. 여기에서, S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환할 수 있다는 것은 예를 들어, 국제 공개 제2018/168726호에 기재되어 있듯이 P 편광 또는 S 편광을 투사하는 표시기 외에 새로운 광학 부재를 미리 배치하여 편광 방향을 고정하지 않고 표시기(300)에서 투사되는 표시광의 편광 방향을 전환할 수 있음을 의미한다. 편광 방향 변환부는 예를 들어, 스위치 등의 원터치식 자동 전환, 비를 검출하는 센서 등에서의 출력 신호 등에 의한 자동 전환이 가능하도록 한다. 그 때문에, 편광 방향 변환부는 S 편광 또는 P 편광을 자동적으로 바꾸는 편광 제어기를 구비하고 있다. 또한, 편광 방향 변환 방식으로는 예를 들어, 편광판을 90°면 내에서 회전하는 방법, 스위치 등에 의해 위상차판(phase difference plate)을 인위적 또는 기계적으로 삽입해 편광 방향을 변환하는 방법을 들 수 있는데 편광판을 90°면 내에서 회전하는 방법이 간단하고 바람직하다.
편광 제어기는 표시기에서 투사되는 S 편광 또는 P 편광을 기상 상황에 따라 자동적으로 전환할 수 있다면 특별히 한정되는 것은 아니다. 이러한 편광 제어기의 일례로서 편광 제어기는 기상 정보를 검지하는 검지부를 가지며, 이 검지부에서 검지된 정보에 근거해 표시기로부터 투사되는 표시광이 S 편광 또는 P 편광으로 변환된다. 검지부에서 검지되는 기상 정보는 CPU(중앙 처리 장치), AI(인공지능) 등의 컴퓨터를 통해 해석되고 그 정보에 근거해, 표시기로부터 투사하는 편광의 전환을 한다. 예를 들어, 비, 눈 대응의 감우 센서 등에 의해 빗방울, 눈을 검출하는 방법, 수분량의 변화를 이용한 정전용량식 센서 등에 의해 기상 정보를 검지하고, 맑은 날에는 표시기로부터의 표시광을 P 편광으로 하고, 우천시, 강설시에는 빗방울, 눈의 검출 등에 의한 신호 출력을 통해 표시기로부터의 표시광을 S 편광으로 전환하는 방법을 들 수 있다. 또한, 맑은 날에도 비(눈) 오는 날에도 속하지 않는 날씨, 예를 들어, 흐린 경우에는 맑은 날로 검지되어 표시기로부터의 표시광은 S 편광인 채로 있다.
이와 같이 표시기(300)가 편광 방향 변환부를 가짐으로써, 새로운 광학 부재를 미리 배치하여 편광 방향을 고정하는 일 없이 기상 상황에 따라 투사하는 S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환할 수 있다. 그 때문에, 다양한 기상 상황에서도 이중상의 발생을 억제하고 표시 화상의 양호한 시인성을 실현할 수 있는 영상 투사 장치, 나아가 이를 구비한 헤드업 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
＜광학 적층체＞
본 실시 형태의 영상 투사기 장치(100)에 사용되는 광학 적층체(200)는 광학층(230)과 제 1 기재(210)와 제 2 기재(250)를 갖추어 광학층(230)이 제 1 기재(210)와 제 2 기재(250) 사이에 샌드위치된 구성을 가지고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 적층체(200)는 광학층(230)이 제 1 중간막(220)과 제 2 중간막(240)에 샌드위치된 중간 적층체(270)을 가지며, 중간 적층체(270)가 제 1 기재(210)와 제 2 기재(250)에 샌드위치되어 있다. 광학 적층체(200)는 예를 들어, 광학층(230)의 양면에 제 1 기재(210)와 제 2 기재(250)를 제 1 중간막(220)과 제 2 중간막 (240)을 통해 고온·고압으로 압착함으로써 제작할 수 있다. 제 1 중간막(220)과 제 2 중간막(240)은 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)와, 광학층(230)과의 밀착성을 유지하기 위한 점착제 또는 접착제로서의 기능도 가지고 있다.
（기재）
제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)는 표시 화상의 시인성을 유지하기 위해서 가시광선 영역에서 투명한 것이 바람직하며, 구체적으로는 파장 380~780nm의 가시광선 투과율이 50% 이상이면 좋고, 70% 이상이면 바람직하며, 85% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)는 착색되어 있어도 되지만, 착색되어 있지 않거나 착색이 적은 것이 바람직하다. 나아가, 제 1 
기재(210) 및 제 2 기재(250)의 굴절률은 1.2~2.0인 것이 바람직하며, 1.4~1.8인 것이 보다 바람직하다. 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)의 두께는 표시광 반사에 영향을 주지 않는 범위라면 특별히 한정되는 것이 아니며, 용도에 따라 적절히 설계된다. 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)은 서로 같아도 달라도 좋으나 동일한 것이 바람직하다.
제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)은 단층이어도 2층 이상의 적층체라도 좋다. 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)의 재료의 예로는 예를 들어, 유리, 트리아세틸 셀룰로오스(TAC), 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 입사광의 편광축을 변화시키지 않기 위해, 복굴절성(Birefringence)이 적은 유리, 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리올레핀, 아크릴 등이 바람직하며 유리가 더 바람직하다. 또한, 이들 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)의 외측 표면에는 다층막(multiple-layer film)으로 이루어진 증강 반사막, 차열 기능을 겸한 금속 박막층을 설치해도 된다. 이들 막은 입사하는 편광의 반사율을 향상시킬 수 있지만 광학 적층체(200)를 자동차용 앞 유리로 이용할 경우에는 광학 적층체(200)의 가시광선 투과율이 70% 이상이 되도록 반사율을 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)의 형상도 특별히 한정되지 않으며, 시트 형상, 필름 형상, 판 형상, 곡면 형상 등 용도에 따라 적절히 설계할 수 있다. 예를 들어, 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250)로 자동차용 앞 유리와 같이 유리 판을 사용할 경우, 광학층(230)을 가진 중간 적층체(270)를 유리 판에 붙이기 위해 점착제 혹은 접착제를 중간 적층체(270)의 양면에 도포하고 이어서 유리 판을 접합함으로써 얻을 수 있다. 점착제 및 접착제에는 특별한 제한이 없지만, 나중에 유리 판을 떼어내는 경우가 있을 경우에는 재작업성(reworkability)이 뛰어난 점착성이 있는 재료가 바람직하며, 예를 들어, 실리콘 점착제 또는 아크릴계 점착제 등이 바람직하다.
(광학층)
광학층(230)은 입사한 빛의 편광 방향을 90° 변환시키는 기능 즉, P 편광을 S 편광으로 또는, S 편광을 P 편광으로 변환하는 기능을 가진다. 이러한 기능을 가진 광학층(230)으로 선광자(optical rotator), 예를 들어, 1/2 파장판을 들 수 있다. 광학층(230)은 예를 들어, 폴리카보네이트 또는 시클로올레핀 폴리머의 필름을 위상차(Phase difference)가 파장의 1/2이 되도록 일축 연신(uniaxually oriented) 하거나 또는, 수평 배향하는 중합성 액정을 위상차가 파장의 1/2이 되는 두께로 배향시킴으로써 얻을 수 있다. 광학층(230)은 가시 광역 전반의 P 편광 또는 S 편광을 변환하는 것이 바람직하다.
(중간막)
제 1 중간막(220) 및 제 2 중간막(240)은, 예를 들어, 열가소성 수지를 이용하여 형성된다. 일반적으로 이용되고 있는 열가소성 수지는 예를 들어, 폴리비닐부티랄계 수지(PVB), 폴리 비닐알코올계 수지(PVA) 또는 에틸렌-아세트산비닐공중합계수지(EVA)이며, PVB가 바람직하다. 제 1 중간막(220) 및 제 2 중간막(240)의 두께, 경도는 표시광 반사에 영향을 주지 않는 범위라면 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라 적절히 설계할 수 있다. 제 1 중간막(220) 및 제 2 중간막(240)은 서로 같아도 달라도 되나 다른 것이 바람직하다.
(제 2 실시 형태)
도 2는 본 발명에서의 제 2 실시 형태의 영상 투사 장치를 나타내는 모식도이며, 우천시(강설시)에 본 실시 형태의 영상 투사 장치의 표시기에서 투사된 S 편광의 광로가 예시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 영상 투사 장치 (100)는, 표시 화상을 나타내는 표시광을 S 편광으로 하여 투사하는 표시기(300)와 표시기(300)로부터 투사된 S 편광이 입사하는 광학 적층체(200)를 구비하고 있다. 표시기(300)에서 투사한 S 편광을 반사경(500)으로 반사시켜, 이 반사된 표시광이 광학 적층체(200)에 도달한다. 광학 적층체(200)는 광학층(230)과 그 양측에 제 1 중간막(220)과 제 2 중간막(240) 나아가, 그 양 외측에 제 1 기재(210)와 제 2 기재(250)를 가지고 있다. 또한, 우천시(강설시)를 상정하고 있기 때문에 제 2 기재(250)의 외측에는 수층(260)이 부착되어 있다. 더불어, 도 2에서 도 1에 나타내는 영상 투사 장치(100)와 공통되는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이며, 그 기능도 동일하다. 즉, 제 1 실시 형태로 설명한 표시기(300), 반사경(500), 제 1 기재(210) 및 제 2 기재(250), 광학층(230), 제 1 중간막(220) 및 제 2 중간막(240), 광학 적층체(200)는 제 2 실시 형태의 영상 투사 장치(100)에서도 동일하게 사용할 수 있으며, 이러한 기능도 동일한 것으로 한다. 이들 구성에 대해서는 상술한 제 1 실시 형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
이러한 구성의 영상 투사 장치(100)에 있어서, 표시기(300)으로부터 투사된 S 편광의 입사광(120)을 광학 적층체(200)에 브루스터 각 θB의 입사각으로 입사시킨다. 입사광(120)은 제 1 기재(210)와 공기의 계면(211)으로 반사하여 반사광(121)을 발생시킨다.
반사광(121)으로서 반사되지 않고, 광학 적층체(200)에 입사하는 입사광(120)은 광학층(230)을 전파하여 P 편광으로 변환된다. P 편광으로 변환된 입사광(120)은 제 2 기재(250)와 수층(260)의 계면(251), 수층(260)과 공기의 계면 (261)을 브루스터 각 θB으로 전파한다. 그 때문에, 제 2 기재(250)와 수층 (260)의 계면(251)에서의 반사광(122), 수층(261)과 공기의 계면(261)에서의 반사광(123)은 실질적으로 0으로 할 수 있으며 한편, P 편광으로 변환된 입사광(120)은 투과광(124)으로서 수층(260)의 외측을 투과한다.
이것에 의해, 제 1 기재(210)과 공기의 계면(211)에서 반사된 반사광 (121)만을 표시 화상으로서 시인할 수 있다.
이와 같이 도 1 및 도 2에 나타낸 본 실시 형태의 영상 투사 장치(100)는 표시기(300)가 편광 방향 변환부를 가짐으로써, 새로운 광학 부재를 미리 배치하여 편광 방향을 고정하지 않고 기상 상황에 따라 투사하는 S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환할 수 있다. 예를 들어, 선글라스를 필요로 하는 맑은 날에는 P 편광을 영상 투사 장치(100)의 표시기(300)로부터 투사할 수 있고, 우천시(강설시)에는 S 편광을 영상 투사 장치(100)의 표시기(300)로부터 투사할 수 있도록 표시기(300)로부터 투사되는 편광의 전환이 이루어진다. 이를 통해, 선글라스가 필요한 맑은 날씨, 우천시(강설시) 등 다양한 기상 상황에서 이중상의 발생을 억제하고 표시 화상의 양호한 시인성을 나타내는 표시 화상을 실현할 수 있다.
(제 1 비교예)
도 3은 기존의 영상 투사 장치에 있어서 선글라스를 필요로 하는 맑은 날씨에 표시광으로부터 S 편광을 투사한 경우의 광 경로를 나타내는 모식도이다. 도 3에 나타나는 영상 투사 장치는 본 실시 형태의 영상 투사 장치(100)가 갖는 표시기 (300)가 아닌 편광 방향 변환부가 없는 표시기(310)를 구비하고 있다. 이러한 표시기(310)에서 표시기(310)으로부터 투사되는 S 편광 또는 P 편광은 광원으로 미리 설정되거나, 광원에 추가하여 1/2 파장판등의 새로운 광학 부재를 미리 배치하여 편광 방향을 고정하는 것으로 설정된다. 즉, 표시기(310)에서는 광원으로부터 투사되는 표시광을 S 편광 또는 P 편광의 어느 한쪽에 설정하면 1/2 파장판등을 나아가 의도적으로 배치하지 않는 한, 표시기(310)에서 투사하는 편광을 바꿀 수 없다. 그 때문에, 표시기(310)로부터 출사된 S 편광은 임의로 전환할 수 없고, 일정한 편광 방향으로 유지된다. 그 결과, 예를 들어, S 편광 투사가 바람직한 우천시(강설시)의 사용에서 P 편광의 투사가 바람직한 맑은 날일 때의 사용으로 변환할 수 없어 기상 상황에 따른 표시 화상의 양호한 시인성을 실현하는 것이 어렵다.
도 3에 나타나는 영상 투사 장치(101)에서는 표시기(310)에서 투사된 S 편광의 입사광(130)을 광학 적층체(200)에 브루스터 각 θB의 입사각으로 입사시킨다. 입사광(130)은 제 1 기재(210)와 공기의 계면(211)에서 반사하여 반사광(131)을 발생시킨다. 반사광(131)은 S 편광 때문에 S 편광을 차단하는 편광 선글라스(400)를 사용하면 반사광(131)은 투과되지 않고 편광 선글라스(400)로 차단되다. 그 때문에, 투과광(132)은 실질적으로 0이 되고, 투과광(132)은 표시 화상으로서 시인할 수 없게 된다.
반사광(131)으로서 반사되지 않고, 광학 적층체(200)에 입사하는 입사광(130)은 광학층(230)을 전파하여 P 편광으로 변환된다. P 편광으로 변환된 입사광(130)은 제 2 기재(250)와 공기의 계면(251)을 브루스터 각 θB으로 전파한다. 그 때문에, 제 2 기재(250)와 공기의 계면(251)에서의 반사광(133)은 실질적으로 0이 되고 P 편광으로 변환된 입사광(130)은 투과광(134)으로서 제 2 기재(250)의 외측을 투과한다.
(제 2 비교예)
도 4는 기존의 영상 투사 장치에 있어서 우천시(강설시)에 표시광에서 P 편광을 투사한 경우의 빛의 경로를 나타내는 모식도이다. 도 4에 나타나는 영상 투사 장치는 도 3과 마찬가지로 본 실시 형태의 영상 투사 장치가 갖는 표시기(300)가 아니라 편광 방향 변환부가 없는 표시기(310)를 구비하고 있다. 그 때문에, 표시기(310)로부터 출사된 P 편광은 임의로 전환할 수 없고, 일정한 편광 방향으로 유지된다. 그 결과, 예를 들어, P 편광 투사가 바람직한 맑은 날일 때 사용에서 S 편광의 투사가 바람직한 우천시(강설시) 사용으로 변환할 수 없어 기상 상황에 따른 표시 화상의 양호한 시인성을 실현하는 것이 어렵다.
도 4에 나타나는 영상 투사 장치(101)에서는 표시기(310)로부터 투사된 P 편광의 입사광(140)을 광학 적층체(200)에 브루스터 각 θB의 입사각으로 입사시키면 입사광(140)은 광학층(230)을 전파하여 S 편광으로 변환된다. 입사각이 브루스터 각 θB이므로 제 1 기재(210)와 공기의 계면(211)에서의 반사광(143)은 실질적으로 0이다.
S 편광으로 변환된 입사광(140)은 제 2 기재(250)와 수층(260)의 계면(251)에서 반사되어 반사광(141)이 발생한다. 또한, S 편광으로 변환된 입사광(140)은 수층(260)과 공기의 계면(261)에서도 반사되어 반사광(142)가 발생한다. 반사광(141)과 반사광(142)의 2개의 반사광이 각각 시인 가능하기 때문에, 관찰자에게 시인되는 표시 화상은 이중상이 된다. 또한, 평탄성이 없는 수층(260)과 공기의 계면(261)에서 반사된 반사광(142)에 의해 시인되는 영상은 선명도가 부족한 영상으로 시인된다.
본 발명에서의 영상 투사 장치는 기상 상황에 따라 표시광으로부터의 투사광을 전환함으로써 다양한 기상 상황에서도 선명한 영상을 찍을 수 있다. 이러한 영상 투사 장치는 실외, 예를 들어, 자동차 등의 헤드업 디스플레이 장치로 사용하는 데 유용하다.
１００、１０１ 영상 투사 장치
１１０、１２０、１３０、１４０ 입사광
１１１、１１２、１１４、１２１、１２２、１２３、１３１、
１３２、1３３、１４１、１４２、１４３ 반사광
１１３、１２４、１３４、１４４ 투과광
２００ 광학 적층체
２１０ 제 1 기재
２１１、２５１、２６１ 계면
２２０ 제 1 중간막
２３０ 광학층
２４０ 제 2 중간막
２５０ 제 2 기재
２６０ 수층(layer of water)
２７０ 중간 적층체
３００、３１０ 표시기
４００ 편광 선글라스
５００ 반사경
１１０、１２０、１３０、１４０ 입사광
１１１、１１２、１１４、１２１、１２２、１２３、１３１、
１３２、1３３、１４１、１４２、１４３ 반사광
１１３、１２４、１３４、１４４ 투과광
２００ 광학 적층체
２１０ 제 1 기재
２１１、２５１、２６１ 계면
２２０ 제 1 중간막
２３０ 광학층
２４０ 제 2 중간막
２５０ 제 2 기재
２６０ 수층(layer of water)
２７０ 중간 적층체
３００、３１０ 표시기
４００ 편광 선글라스
５００ 반사경
Claims (7)
- 표시 화상을 나타내는 표시광을 S 편광 또는 P 편광으로 하여 투사하는 표시기와 상기 표시기로부터 투사되는 표시광이 입사되는 광학 적층체를 구비하고,
상기 광학 적층체는 적어도 2개의 기재와 입사한 빛의 편광 방향을 90° 변환시키는 광학층을 가지며,
상기 표시기는 S 편광 또는 P 편광을 임의로 전환 가능한 편광 방향 변환부(polarization direction converting unit)를 가지는 것을 특징으로 하는, 영상 투사 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 편광 방향 변환부는 S 편광 또는 P 편광을 자동적으로 전환하는 편광 제어기를 구비한, 영상 투사 장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 편광 제어기는 기상 정보를 검지하는 검지부를 가지며,
상기 검지부에서 검지된 정보에 근거해, 상기 표시기로부터 투사되는 표시광이 S 편광 또는 P 편광으로 변환되는, 영상 투사 장치. - 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시기는 상기 광학 적층체의 표면에 대한 입사각이 브루스터 각 근방의 각도가 되도록 S 편광 또는 P 편광의 표시광을 투사하는, 영상 투사 장치.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학층은 1/2 파장판인, 영상 투사 장치.
- 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 적층체는 상기 광학층이 2장의 중간막에 샌드위치된(sandwiched) 중간 적층체를 가지며, 상기 중간 적층체는 상기 적어도 2개의 기재에 샌드위치되어 있는, 영상 투사 장치.
- 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 영상 투사 장치를 구비한 헤드업 디스플레이 장치.
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