WO2017110185A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2017110185A1
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phase difference
display light
display
optical elements
polarization
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潤也 横江
孝啓 南原
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R11/00—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
    • B60R11/02—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for for radio sets, television sets, telephones, or the like; Arrangement of controls thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements

Definitions

  • the present disclosure relates to a head-up display device mounted on a moving body.
  • the brightness of the head-up display device greatly depends on the reflectance when the display light emitted from the head-up display device is reflected by the windshield of the moving body. Since the reflection at the windshield is Fresnel reflection, the reflectance when the display light is reflected by the windshield is determined by the polarization state of the display light before the display light is reflected by the windshield.
  • Patent Document 1 when the display light is linearly polarized light, a method of adjusting the reflectance by rotating the polarization direction of linearly polarized light by using a half-wave plate is known. It has been.
  • the angle at which the polarization direction of linearly polarized light is rotated by the half-wave plate is determined by the angle (hereinafter referred to as the azimuth angle) formed by the fast axis of the half-wave plate and the polarization direction of the linearly polarized light.
  • the azimuth angle is shifted due to a change in manufacturing conditions of the half-wave plate and an assembly error when the half-wave plate is assembled to the head-up display device.
  • the azimuth angle is shifted, the angle at which the polarization direction of the linearly polarized light is rotated by the half-wave plate is shifted by twice the azimuth angle shift, and the brightness of the head-up display device is reduced. End up.
  • This disclosure is intended to provide a head-up display device that suppresses a decrease in luminance.
  • the head-up display device includes an irradiation unit that irradiates display light representing an image to be displayed toward the windshield of the moving body.
  • the dup-up display device includes a plurality of optical elements that are arranged on a path through which the display light passes to reach the windshield, and generate a phase difference between two polarization components perpendicular to each other in the display light. And further.
  • the sum of the phase differences generated between the two polarization components in the display light by the plurality of optical elements is less than ⁇ [rad].
  • the polarization direction of the linearly polarized light in the display light changes before and after the display light passes through all of the plurality of optical elements.
  • FIG. 3 is a diagram showing a Poincare sphere displaying polarization states PC1 to PC3 according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing a Poincare sphere displaying polarization states PC1 to PC3 when the fast axis of the low phase difference plate is shifted by 5 degrees
  • FIG. 4 is a diagram showing a Poincare sphere displaying polarization states PC1 to PC3 when two quarter-wave plates are used;
  • FIG. 3 shows the structure of the HUD apparatus of 1st Embodiment, It is a diagram showing the direction of the fast axis of the low retardation plate
  • FIG. 3 is a diagram showing a Poincare sphere displaying polarization states PC1 to PC3 according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing a Poincare sphere displaying polarization states PC1 to PC3 when the fast axis of the low phase difference plate is shifted by 5 degrees
  • FIG. 4 is a diagram showing a Poincare sphere displaying
  • FIG. 5 is a diagram showing a Poincare sphere displaying polarization states PC1 to PC3 when the fast axes of two quarter-wave plates are shifted by 5 degrees; It is a figure which shows the direction of the fast axis of a half-wave plate, It is a figure which shows the structure of the HUD apparatus of 2nd Embodiment, It is a diagram showing the direction of the fast axis of the low retardation plate, FIG. 10 is a view showing a Poincare sphere displaying polarization states PC4 to PC6 of the second embodiment; FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a Poincare sphere displaying polarization states PC4 to PC6 when the fast axis of the low retardation plate is shifted by 5 degrees; It is a figure which shows the direction of the fast axis of a half-wave plate, It is a figure which shows the structure of the HUD apparatus of the modification 1, It is a graph showing the relationship between the wavelength corresponding to the phase difference and the maximum rotation angle of the polarization direction of linearly polarized light, It is a figure which shows the structure of the HUD apparatus of the modification 3, It is a figure which shows the structure of the HUD apparatus of the modification 4, and It is a figure which shows the structure of the HUD apparatus of the modification 5.
  • the head-up display device 1 (hereinafter referred to as HUD device 1) of the present embodiment is mounted on a vehicle and is installed below a windshield (not shown).
  • HUD is an abbreviation for Head-Up Display.
  • the HUD device 1 emits display light for displaying an image from below the windshield toward the windshield.
  • a virtual image is projected onto the windshield, and the driver sitting in the driver's seat in the passenger compartment can visually recognize the projected virtual image while being superimposed on the actual scenery in front of the vehicle.
  • the HUD device 1 includes a housing 2, a display 3, a plane mirror 4, a concave mirror 5, low phase difference plates 6 and 7, and a dustproof window 8.
  • the housing 2 accommodates the display 3, the plane mirror 4, the concave mirror 5, and the low phase difference plates 6 and 7.
  • casing 2 is arrange
  • the display 3 is a well-known liquid crystal display that emits linearly polarized display light by allowing light from the backlight to pass through a liquid crystal panel, a color filter, and a polarizing filter.
  • the wavelength of the display light emitted from the display device 3 is 560 nm.
  • the plane mirror 4 reflects the display light emitted from the display 3 toward the concave mirror 5.
  • the concave mirror 5 is a mirror for enlarging the display image formed by the display light reflected by the plane mirror 4.
  • the concave mirror 5 reflects the display light reflected by the plane mirror 4 toward the opening 2 a of the housing 2.
  • the opening 2 a of the housing 2 is formed so as to be disposed between the windshield and the concave mirror 5. For this reason, the light reflected by the concave mirror 5 is applied to the windshield.
  • the low retardation plates 6 and 7 are members that cause a phase difference between a polarized light component parallel to the fast axis and a polarized light component perpendicular to the fast axis.
  • the low phase difference plate 6 is arranged on a path through which the display light irradiated from the display device 3 reaches the plane mirror 4.
  • the low phase difference plate 7 is disposed on a path through which the display light output from the low phase difference plate 6 reaches the plane mirror 4.
  • the dustproof window 8 is formed of a member that can transmit display light, and is installed so as to close the opening 2 a of the housing 2.
  • the angle ⁇ p (hereinafter referred to as azimuth angle ⁇ p) formed by the x-axis of the xy plane perpendicular to the traveling direction of the display light and the vibration direction DE in which the electric field of the linearly polarized display light vibrates is 135 degrees.
  • the low phase difference plate 6 is installed such that its fast axis FA1 is inclined by 163.32 degrees with respect to the x-axis.
  • the low phase difference plate 7 is installed such that its fast axis FA2 is inclined 136.68 degrees with respect to the x-axis.
  • the display light output from the low phase difference plate 7 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 165 degrees.
  • the vibration direction DE is also referred to as a polarization direction of linearly polarized light.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a Poincare sphere that displays the polarization states PC1, PC2, and PC3 in the HUD device 1 of the first embodiment.
  • the polarization state PC1 is a polarization state before display light enters the low phase difference plate 6.
  • the polarization state PC2 is a polarization state before the display light is incident on the low retardation plate 7.
  • the polarization state PC2 is a polarization state after the display light is output from the low phase difference plate 7.
  • the polarization state PC1 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 135 degrees.
  • the polarization state PC2 is elliptically polarized light.
  • the polarization state PC3 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 165 degrees.
  • FIG. 4 is a Poincare sphere that displays the polarization states PC1, PC2, and PC3 when the fast axis FA1 of the low retardation plate 6 and the fast axis FA2 of the low retardation plate 7 are shifted by 5 degrees in the HUD device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a Poincare sphere that displays the polarization states PC1, PC2, and PC3 when the fast axis FA1 of the low retardation plate 6 and the fast axis FA2 of the low retardation plate 7 are shifted by 5 degrees in the HUD device 1 of the first embodiment.
  • the polarization state PC1 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 135 degrees.
  • the polarization state PC2 is elliptically polarized light.
  • FIG. 5 is a diagram showing a Poincare sphere that displays the polarization states PC1, PC2, and PC3 when two quarter-wave plates are used instead of the low retardation plates 6 and 7.
  • FIG. 5 is a diagram showing a Poincare sphere that displays the polarization states PC1, PC2, and PC3 when two quarter-wave plates are used instead of the low retardation plates 6 and 7.
  • the polarization state PC1 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 135 degrees.
  • the polarization state PC2 is circularly polarized light.
  • the polarization state PC3 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 165 degrees.
  • FIG. 6 is a diagram showing Poincare spheres that display the polarization states PC1, PC2, and PC3 when the fast axes of the two quarter-wave plates in FIG. 5 are shifted by 5 degrees, respectively.
  • the polarization state PC1 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 135 degrees.
  • the polarization state PC2 is elliptically polarized light.
  • one half-wave plate 9 is used, and the fast axis FA3 of the half-wave plate 9 is in relation to the x-axis.
  • the display light output from the half-wave plate 9 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 165 degrees.
  • the deviation of the azimuth angle ⁇ p due to the deviation of the fast axis FA3 of the half-wave plate 9 by 5 degrees is 10 as in the case where the fast axes of the two quarter-wave plates are respectively shifted by 5 degrees. Degree.
  • the HUD device 1 configured as described above includes a display 3, a plane mirror 4, a concave mirror 5, and low phase difference plates 6 and 7.
  • the display 3, the plane mirror 4, and the concave mirror 5 irradiate display wind that represents an image to be displayed toward the windshield of the vehicle.
  • the low phase difference plates 6 and 7 are arranged on a path through which the display light passes to reach the windshield, and generate a phase difference between two polarization components perpendicular to each other in the display light.
  • the HUD device 1 can change the polarization direction of the linearly polarized light in the display light as in the case of using one half-wave plate. Moreover, since the total sum of the phase differences is less than ⁇ [rad] in the HUD device 1, the deviation of the polarization direction of the linearly polarized light caused by the deviation of the low phase difference plates 6 and 7 is caused by the deviation of the half-wave plate. It can be made smaller than the deviation of the polarization direction of linearly polarized light caused by the above. Thereby, the HUD device 1 can suppress a decrease in luminance of the HUD device 1 due to a shift in the polarization direction of linearly polarized light.
  • the low retardation plates 6 and 7 are installed in a state where they are not in contact with each other. For this reason, it is possible to reduce the possibility that the shift of the fast axis due to the assembly error when the low phase difference plates 6 and 7 are assembled to the HUD device 1 occurs simultaneously in both the low phase difference plates 6 and 7.
  • the deviation of the polarization direction of the linearly polarized light is smaller when either of the low retardation plates 6 and 7 occurs than when the fast axis deviation occurs in both of the low retardation plates 6 and 7.
  • the HUD device 1 can further suppress a decrease in luminance of the HUD device 1 due to a shift in the polarization direction of linearly polarized light.
  • the display unit 3, the plane mirror 4, and the concave mirror 5 correspond to an irradiation unit
  • the low phase difference plates 6 and 7 correspond to a plurality of optical elements
  • the vehicle corresponds to a moving body.
  • the HUD device 1 of the second embodiment is different from the first embodiment in that low phase difference plates 16 and 17 are provided instead of the low phase difference plates 6 and 7.
  • the low phase difference plate 16 generates a phase difference corresponding to 120 nm with respect to 560 nm which is the wavelength of the display light.
  • the low phase difference plate 17 generates a phase difference corresponding to 80 nm with respect to 560 nm which is the wavelength of the display light.
  • the low phase difference plate 16 is installed such that its fast axis FA4 is inclined by 71.46 degrees with respect to the x-axis.
  • the low retardation plate 17 is installed such that its fast axis FA5 is inclined by 22.93 degrees with respect to the x-axis.
  • the display light output from the low phase difference plate 17 becomes linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 155 degrees.
  • FIG. 10 is a diagram showing a Poincare sphere that displays the polarization states PC4, PC5, PC6 in the HUD device 1 of the second embodiment.
  • the polarization state PC4 is a polarization state before the display light is incident on the low phase difference plate 16.
  • the polarization state PC5 is a polarization state before the display light is incident on the low retardation plate 17.
  • the polarization state PC6 is a polarization state after the display light is output from the low phase difference plate 17.
  • the polarization state PC4 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 135 degrees.
  • the polarization state PC5 is elliptically polarized light.
  • the polarization state PC6 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 155 degrees.
  • FIG. 11 is a Poincare sphere that displays the polarization states PC4, PC5, and PC6 when the fast axis FA4 of the low retardation plate 16 and the fast axis FA5 of the low retardation plate 17 are shifted by 5 degrees in the HUD device 1 of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a Poincare sphere that displays the polarization states PC4, PC5, and PC6 when the fast axis FA4 of the low retardation plate 16 and the fast axis FA5 of the low retardation plate 17 are shifted by 5 degrees in the HUD device 1 of the second embodiment.
  • the polarization state PC4 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 135 degrees.
  • the polarization state PC5 is elliptically polarized light.
  • the fast axis FA6 of the half-wave plate 19 is in relation to the x-axis.
  • the display light output from the half-wave plate 19 is linearly polarized light having an azimuth angle ⁇ p of 155 degrees.
  • the deviation of the azimuth angle ⁇ p due to the deviation of the fast axis FA6 of the half-wave plate 19 by 5 degrees is 10 degrees.
  • the HUD device 1 configured as described above includes a display 3, a plane mirror 4, a concave mirror 5, and low phase difference plates 16 and 17.
  • the low phase difference plates 16 and 17 are arranged on a path through which the display light passes through to the windshield, and generate a phase difference between two polarization components perpendicular to each other in the display light.
  • the sum of the phase differences generated between the two polarization components in the display light by the low retardation plates 16 and 17 is less than ⁇ [rad].
  • the polarization direction of the linearly polarized light in the display light changes from 135 degrees to 155 degrees.
  • the HUD device 1 of the second embodiment can suppress a decrease in the luminance of the HUD device 1 due to the deviation of the polarization direction of the linearly polarized light, as in the first embodiment.
  • the low phase difference plates 16 and 17 are different from each other in the phase difference generated for the display light.
  • the HUD device 1 configured as described above can reduce the deviation of the polarization direction of linearly polarized light as compared with the case where the phase difference generated for the display light is the same between the low phase difference plate 16 and the low phase difference plate 17. Can do.
  • the low retardation plates 16 and 17 correspond to a plurality of optical elements.
  • this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, and can take various forms, as long as it belongs to the technical scope of this indication.
  • the low phase difference plates 6 and 7 are used to generate the phase difference.
  • the dielectric multilayer film may be used instead of the low phase difference plate to generate the phase difference. Good.
  • a dielectric multilayer film 24 may be provided instead of the plane mirror 4, and low phase difference plates 26, 27, and 29 may be provided instead of the low phase difference plates 6 and 7.
  • the dielectric multilayer film 24 reflects the display light emitted from the display 3 toward the concave mirror 5.
  • the dielectric multilayer film 24 causes a phase difference between P-polarized light and S-polarized light.
  • the low retardation plate 26 is disposed on a path through which the display light irradiated from the display 3 passes to reach the dielectric multilayer film 24.
  • the low phase difference plate 27 is disposed on a path through which the display light reflected by the dielectric multilayer film 24 reaches the concave mirror 5.
  • the low phase difference plate 29 is disposed on a path through which the display light reflected by the concave mirror 5 passes before reaching the windshield.
  • the total sum of the phase differences generated between the two polarization components in the display light by the dielectric multilayer film 24 and the low retardation plates 26, 27, and 29 is less than ⁇ [rad].
  • the dielectric multilayer film 24 and the low retardation plates 26, 27, and 29 correspond to a plurality of optical elements.
  • FIG. 14 is a graph showing the maximum value (hereinafter, the maximum rotation angle) by which the polarization direction of linearly polarized light can be rotated in the case of using a low phase difference plate that produces the same phase difference.
  • the maximum rotation angle of the polarization direction of linearly polarized light is about 30 degrees. Note that the maximum rotation angle of the polarization direction of linearly polarized light is smaller as the phase difference is smaller.
  • the maximum rotation angle in the polarization direction of linearly polarized light is about 10 degrees. Actually, it is necessary to rotate the polarization direction of linearly polarized light by 10 degrees or more using a plurality of low phase difference plates.
  • the sum of the phase differences generated between the two polarization components in the display light by the low phase difference plates 6 and 7 is ⁇ / 2 [rad] or more.
  • the low phase difference plates 6 and 7 are installed without being in contact with each other.
  • the surface where the display light is output in the low retardation plate 6 and the surface where the display light is incident on the low retardation plate 7 are in contact with each other. 7 may be installed in a state of being superposed on each other.
  • the HUD device 1 can prevent air from being sandwiched between the low phase difference plate 6 and the low phase difference plate 7, so that the display light is reflected when the display light enters the low phase difference plate 7. Can be suppressed. For this reason, the HUD device 1 can suppress a decrease in luminance of the HUD device 1.
  • the surface on which the display light is incident on the low retardation plates 6 and 7 is perpendicular to the traveling direction of the display light.
  • at least one of the low retardation plates 6 and 7 may be arranged such that the surface on which the display light is incident is inclined with respect to the traveling direction of the display light.
  • FIG. 16 shows the low phase difference plates 6 and 7 in which the low phase difference plate 7 is inclined obliquely.
  • the HUD device 1 can suppress the occurrence of a situation in which it is difficult for the driver to visually recognize the image formed by the display light.
  • the low phase difference plates 6 and 7 may be installed at locations where the fast axis is likely to shift when assembled to the HUD device 1. That is, a half-wave plate may be installed instead of the low retardation plate if the fast axis is difficult to shift when assembled to the HUD device 1.
  • the HUD device 1 shown in FIG. 13 may be provided with half-wave plates 36 and 39 instead of the low retardation plates 26 and 29.
  • the dielectric multilayer film 24 and the low retardation film 27 correspond to a plurality of optical elements.
  • the functions of one component in the above embodiment may be distributed as a plurality of components, or the functions of a plurality of components may be integrated into one component.
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment.
  • all the aspects included in the technical idea specified only by the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
  • the present disclosure can be realized in various forms such as a system including the HUD device 1 as a constituent element.
  • the above-described head-up display device 1 includes irradiation units 3, 4, 5 and a plurality of optical elements 6, 7, 16, 17, 24, 26, 27, 29.
  • An irradiation part irradiates the display light showing the image to display toward the windshield of a moving body.
  • the plurality of optical elements are arranged on a path through which the display light passes through to the windshield, and generates a phase difference between two polarization components perpendicular to each other in the display light.
  • the sum of the phase differences generated between the two polarization components in the display light by the plurality of optical elements is less than ⁇ [rad].
  • the polarization direction of the linearly polarized light in the display light changes before and after the display light passes through all of the plurality of optical elements.
  • the head-up display device of the present disclosure configured as described above can change the polarization direction of the linearly polarized light in the display light as in the case of using one half-wave plate. Further, in the head-up display device according to the present disclosure, since the sum of the phase differences is less than ⁇ [rad], the polarization direction shift of the linearly polarized light caused by the shift of the plurality of optical elements is reduced by a half-wave plate. It can be made smaller than the deviation of the polarization direction of the linearly polarized light due to the deviation.
  • the head-up display device of the present disclosure can suppress a decrease in luminance of the head-up display device due to a shift in the polarization direction of linearly polarized light.

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Abstract

ヘッドアップディスプレイ装置（１）は、表示器（３）、平面鏡（４）および凹面鏡（５）と、低位相差板（６，７）とを備える。表示器（３）、平面鏡（４）および凹面鏡（５）は、表示する画像を表す表示光を、車両のウインドシールドへ向けて照射する。低位相差板（６，７）は、表示光がウインドシールドに至るまでに通過する経路上に配置されて、表示光における互いに垂直な２つの偏光成分の間で位相差を生じさせる。低位相差板（６，７）によって表示光における２つの偏光成分の間で生じる位相差の総和がπ［ｒａｄ］未満である。また、表示光が低位相差板（６，７）の全てを通過する前後で、表示光における直線偏光の偏光方向が変化する。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年１２月２２日に出願された日本出願番号２０１５－２５０２２３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　ヘッドアップディスプレイ装置の輝度は、ヘッドアップディスプレイ装置が照射する表示光が移動体のウインドシールドで反射するときの反射率に大きく依存する。ウインドシールドでの反射はフレネル反射であるため、表示光がウインドシールドで反射するときの反射率は、表示光がウインドシールドで反射する前における表示光の偏光状態によって決定される。
　このため、従来、例えば特許文献１のように、表示光が直線偏光である場合において、２分の１波長板を用いることで直線偏光の偏光方向を回転させて反射率を調整する方法が知られている。
特開２０２００７－５２３８３号公報
　直線偏光の偏光方向が２分の１波長板によって回転する角度は、２分の１波長板の速軸と直線偏光の偏光方向との成す角度（以下、方位角）で決定される。しかし、２分の１波長板の製造条件の変化、および、２分の１波長板をヘッドアップディスプレイ装置に組み付けるときの組み付け誤差などの原因によって方位角がずれるおそれがある。そして、方位角がずれると、直線偏光の偏光方向が２分の１波長板によって回転する角度が、方位角のずれの２倍の角度分ずれてしまい、ヘッドアップディスプレイ装置の輝度が低下してしまう。
　本開示は、輝度の低下を抑制するヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
　本開示の第一の態様において、ヘッドアップディスプレイ装置は、表示する画像を表す表示光を、移動体のウインドシールドへ向けて照射する照射部を備える。ッドアップディスプレイ装置は、前記表示光が前記ウインドシールドに至るまでに通過する経路上に配置されて、前記表示光における互いに垂直な２つの偏光成分の間で位相差を生じさせる複数の光学素子を、更に備える。前記複数の光学素子によって前記表示光における前記２つの偏光成分の間で生じる前記位相差の総和が、π［ｒａｄ］未満である。前記表示光が前記複数の光学素子の全てを通過する前後で、前記表示光における直線偏光の偏光方向が変化する。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第１実施形態のＨＵＤ装置の構成を示す図であり、 低位相差板の速軸の方向を示す図であり、 第１実施形態の偏光状態ＰＣ１～３を表示するポアンカレ球を示す図であり、 低位相差板の速軸が５度ずれた場合における偏光状態ＰＣ１～３を表示するポアンカレ球を示す図であり、 ２枚の４分の１波長板を使用した場合における偏光状態ＰＣ１～３を表示するポアンカレ球を示す図であり、 ２枚の４分の１波長板の速軸が５度ずれた場合における偏光状態ＰＣ１～３を表示するポアンカレ球を示す図であり、 ２分の１波長板の速軸の方向を示す図であり、 第２実施形態のＨＵＤ装置の構成を示す図であり、 低位相差板の速軸の方向を示す図であり、 第２実施形態の偏光状態ＰＣ４～６を表示するポアンカレ球を示す図であり、 低位相差板の速軸が５度ずれた場合における偏光状態ＰＣ４～６を表示するポアンカレ球を示す図であり、 ２分の１波長板の速軸の方向を示す図であり、 変形例１のＨＵＤ装置の構成を示す図であり、 位相差に相当する波長と直線偏光の偏光方向の最大回転角との関係を示すグラフであり、 変形例３のＨＵＤ装置の構成を示す図であり、 変形例４のＨＵＤ装置の構成を示す図であり、また 変形例５のＨＵＤ装置の構成を示す図である。
　［第１実施形態］
　以下に本開示の第１実施形態を図面とともに説明する。
　本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１（以下、ＨＵＤ装置１）は、車両に搭載されており、図示しないウインドシールドの下方に設置される。ＨＵＤは、Head-Up Displayの略である。
　ＨＵＤ装置１は、ウインドシールドの下方からウインドシールドに向けて、画像を表示するための表示光を照射する。これにより、ウインドシールドに虚像が投影され、車室内の運転席に着座する運転者は、その投影された虚像を車両前方の実際の風景に重ねて視認することができる。
　ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、筐体２、表示器３、平面鏡４、凹面鏡５、低位相差板６，７および防塵窓８を備える。
　筐体２は、表示器３、平面鏡４、凹面鏡５および低位相差板６，７を収容する。筐体２は、自動車のダッシュボード内に配置される。
　表示器３は、バックライトからの光を、液晶パネル、カラーフィルタおよび偏光フィルタを通過させることで、直線偏光の表示光を照射する周知の液晶ディスプレイである。本実施形態では、表示器３から照射される表示光の波長は５６０ｎｍである。
　平面鏡４は、表示器３から照射された表示光を凹面鏡５へ向けて反射する。
　凹面鏡５は、平面鏡４で反射された表示光によって形成される表示像を拡大するための鏡である。凹面鏡５は、平面鏡４で反射された表示光を、筐体２の開口部２ａに向けて反射する。筐体２の開口部２ａは、ウインドシールドと凹面鏡５との間に配置されるように形成されている。このため、凹面鏡５で反射された光は、ウインドシールドに照射される。
　低位相差板６，７は、その速軸に対して平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間で位相差を生じさせる部材である。本実施形態の低位相差板６，７は、表示光の波長である５６０ｎｍに対して１１０ｎｍに相当する位相差（すなわち、１１０×２π／５６０＝０．３９π［ｒａｄ］）を生じさせる。このため、低位相差板６，７に入射した表示光は、速軸に対して平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間で上記の位相差が生じた状態で、低位相差板６，７から出力される。
　低位相差板６は、表示器３から照射された表示光が平面鏡４に至るまでに通過する経路上に配置される。低位相差板７は、低位相差板６から出力された表示光が平面鏡４に至るまでに通過する経路上に配置される。
　防塵窓８は、表示光を透過可能な部材で形成されており、筐体２の開口部２ａを塞ぐように設置される。
　図２に示すように、表示光の進行方向に垂直なｘｙ平面のｘ軸と、直線偏光の表示光の電場が振動する振動方向ＤＥとの成す角度θｐ（以下、方位角θｐ）が１３５度であるとする。この場合において、低位相差板６は、その速軸ＦＡ１がｘ軸に対して１６３．３２度傾くように設置される。また低位相差板７は、その速軸ＦＡ２がｘ軸に対して１３６．６８度傾くように設置される。これにより、低位相差板７から出力される表示光は、方位角θｐが１６５度の直線偏光となる。以下、振動方向ＤＥを、直線偏光の偏光方向ともいう。
　図３は、第１実施形態のＨＵＤ装置１における偏光状態ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３を表示するポアンカレ球を示す図である。偏光状態ＰＣ１は、表示光が低位相差板６に入射する前の偏光状態である。偏光状態ＰＣ２は、表示光が低位相差板７に入射する前の偏光状態である。偏光状態ＰＣ２は、表示光が低位相差板７から出力された後の偏光状態である。
　図３に示すように、偏光状態ＰＣ１は、方位角θｐが１３５度の直線偏光である。偏光状態ＰＣ２は、楕円偏光である。偏光状態ＰＣ３は、方位角θｐが１６５度の直線偏光である。
　図４は、第１実施形態のＨＵＤ装置１において低位相差板６の速軸ＦＡ１および低位相差板７の速軸ＦＡ２がそれぞれ５度ずれた場合における偏光状態ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３を表示するポアンカレ球を示す図である。
　図４に示すように、偏光状態ＰＣ１は、方位角θｐが１３５度の直線偏光である。偏光状態ＰＣ２は、楕円偏光である。偏光状態ＰＣ３は、方位角θｐが１５８度の直線偏光である。すなわち、速軸ＦＡ１および速軸ＦＡ２がそれぞれ５度ずれることによる方位角θｐのずれは、１６５－１５８＝７［度］である。
　図５は、低位相差板６，７の代わりに２枚の４分の１波長板を使用した場合における偏光状態ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３を表示するポアンカレ球を示す図である。
　図５に示すように、偏光状態ＰＣ１は、方位角θｐが１３５度の直線偏光である。偏光状態ＰＣ２は、円偏光である。偏光状態ＰＣ３は、方位角θｐが１６５度の直線偏光である。
　図６は、図５における２枚の４分の１波長板の速軸がそれぞれ５度ずれた場合における偏光状態ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３を表示するポアンカレ球を示す図である。
　図６に示すように、偏光状態ＰＣ１は、方位角θｐが１３５度の直線偏光である。偏光状態ＰＣ２は、楕円偏光である。偏光状態ＰＣ３は、方位角θｐが１５５度の直線偏光である。すなわち、２枚の４分の１波長板の速軸がそれぞれ５度ずれることによる方位角θｐのずれは、１６５－１５５＝１０［度］である。
　また、図７に示すように、低位相差板６，７の代わりに１枚の２分の１波長板９を使用して、２分の１波長板９の速軸ＦＡ３がｘ軸に対して１５０度傾くように設置した場合には、２分の１波長板９から出力される表示光は、方位角θｐが１６５度の直線偏光となる。そして、２分の１波長板９の速軸ＦＡ３が５度ずれることによる方位角θｐのずれは、２枚の４分の１波長板の速軸がそれぞれ５度ずれた場合と同様に、１０度である。
　このように構成されたＨＵＤ装置１は、表示器３、平面鏡４および凹面鏡５と、低位相差板６，７とを備える。
　表示器３、平面鏡４および凹面鏡５は、表示する画像を表す表示光を、車両のウインドシールドへ向けて照射する。低位相差板６，７は、表示光がウインドシールドに至るまでに通過する経路上に配置されて、表示光における互いに垂直な２つの偏光成分の間で位相差を生じさせる。
　そして、低位相差板６，７によって表示光における２つの偏光成分の間で生じる位相差の総和が、０．３９π×２＝０．７８π［ｒａｄ］であり、π［ｒａｄ］未満である。また、表示光が低位相差板６，７の全てを通過する前後で、表示光における直線偏光の偏光方向が１３５度から１６５度へ変化する。
　このようにＨＵＤ装置１は、１個の２分の１波長板を用いる場合と同様に、表示光における直線偏光の偏光方向を変化させることができる。また、ＨＵＤ装置１は、上記位相差の総和がπ［ｒａｄ］未満であるため、低位相差板６，７のずれに起因した直線偏光の偏光方向のずれを、２分の１波長板のずれに起因した直線偏光の偏光方向のずれよりも小さくすることができる。これにより、ＨＵＤ装置１は、直線偏光の偏光方向のずれに起因にしたＨＵＤ装置１の輝度の低下を抑制することができる。
　また低位相差板６，７は、互いに接触していない状態で設置される。このため、低位相差板６，７をＨＵＤ装置１に組み付けるときの組み付け誤差に起因した速軸のずれが、低位相差板６，７の両方で同時に発生する可能性を低減することができる。直線偏光の偏光方向のずれは、速軸のずれが低位相差板６，７の両方で発生する場合よりも、低位相差板６，７の何れか一方で発生する場合のほうが小さい。これにより、ＨＵＤ装置１は、直線偏光の偏光方向のずれに起因にしたＨＵＤ装置１の輝度の低下を更に抑制することができる。
　以上説明した実施形態において、表示器３と平面鏡４と凹面鏡５は照射部、低位相差板６，７は複数の光学素子、車両は移動体に相当する。
　［第２実施形態］
　以下に本開示の第２実施形態を図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。また、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
　第２実施形態のＨＵＤ装置１は、図８に示すように、低位相差板６，７の代わりに低位相差板１６，１７を備える点が第１実施形態と異なる。
　低位相差板１６は、表示光の波長である５６０ｎｍに対して１２０ｎｍに相当する位相差を生じさせる。
　低位相差板１７は、表示光の波長である５６０ｎｍに対して８０ｎｍに相当する位相差を生じさせる。
　図９に示すように、低位相差板１６は、その速軸ＦＡ４がｘ軸に対して７１．４６度傾くように設置される。また低位相差板１７は、その速軸ＦＡ５がｘ軸に対して２２．９３度傾くように設置される。これにより、低位相差板１７から出力される表示光は、方位角θｐが１５５度の直線偏光となる。
　図１０は、第２実施形態のＨＵＤ装置１における偏光状態ＰＣ４，ＰＣ５，ＰＣ６を表示するポアンカレ球を示す図である。偏光状態ＰＣ４は、表示光が低位相差板１６に入射する前の偏光状態である。偏光状態ＰＣ５は、表示光が低位相差板１７に入射する前の偏光状態である。偏光状態ＰＣ６は、表示光が低位相差板１７から出力された後の偏光状態である。
　図１０に示すように、偏光状態ＰＣ４は、方位角θｐが１３５度の直線偏光である。偏光状態ＰＣ５は、楕円偏光である。偏光状態ＰＣ６は、方位角θｐが１５５度の直線偏光である。
　図１１は、第２実施形態のＨＵＤ装置１において低位相差板１６の速軸ＦＡ４および低位相差板１７の速軸ＦＡ５がそれぞれ５度ずれた場合における偏光状態ＰＣ４，ＰＣ５，ＰＣ６を表示するポアンカレ球を示す図である。
　図１１に示すように、偏光状態ＰＣ４は、方位角θｐが１３５度の直線偏光である。偏光状態ＰＣ５は、楕円偏光である。偏光状態ＰＣ６は、方位角θｐが１５１度の直線偏光である。すなわち、速軸ＦＡ４および速軸ＦＡ５がそれぞれ５度ずれることによる方位角θｐのずれは、１５５－１５１＝４［度］である。
　また、図１２に示すように、低位相差板１６，１７の代わりに１枚の２分の１波長板１９を使用して、２分の１波長板１９の速軸ＦＡ６がｘ軸に対して１４５度傾くように設置した場合には、２分の１波長板１９から出力される表示光は、方位角θｐが１５５度の直線偏光となる。そして、２分の１波長板１９の速軸ＦＡ６が５度ずれることによる方位角θｐのずれは、１０度である。
　このように構成されたＨＵＤ装置１は、表示器３、平面鏡４および凹面鏡５と、低位相差板１６，１７とを備える。
　低位相差板１６，１７は、表示光がウインドシールドに至るまでに通過する経路上に配置されて、表示光における互いに垂直な２つの偏光成分の間で位相差を生じさせる。そして、低位相差板１６，１７によって表示光における２つの偏光成分の間で生じる位相差の総和がπ［ｒａｄ］未満である。また、表示光が低位相差板１６，１７の全てを通過する前後で、表示光における直線偏光の偏光方向が１３５度から１５５度へ変化する。
　これにより、第２実施形態のＨＵＤ装置１は、第１実施形態と同様に、直線偏光の偏光方向のずれに起因にしたＨＵＤ装置１の輝度の低下を抑制することができる。　また、ＨＵＤ装置１では、低位相差板１６，１７は互いに、表示光に対して生じさせる位相差が異なる。このように構成されたＨＵＤ装置１は、表示光に対して生じさせる位相差が低位相差板１６と低位相差板１７とで同じ場合と比較して、直線偏光の偏光方向のずれを小さくすることができる。
　以上説明した実施形態において、低位相差板１６，１７は複数の光学素子に相当する。
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
　［変形例１］
　例えば上記第１実施形態では、低位相差板６，７を用いて位相差を生じさせるものを示したが、低位相差板の代わりに誘電体多層膜を用いて位相差を生じさせるようにしてもよい。また、３個以上の低位相差板を用いて位相差を生じさせるようにしてもよい。例えば図１３に示すように、平面鏡４の代わりに誘電体多層膜２４を備え、低位相差板６，７の代わりに低位相差板２６，２７，２９を備えるようにするとよい。
　誘電体多層膜２４は、表示器３から照射された表示光を凹面鏡５へ向けて反射する。また誘電体多層膜２４は、Ｐ偏光とＳ偏光との間で位相差を生じさせる。
　低位相差板２６は、表示器３から照射された表示光が誘電体多層膜２４に至るまでに通過する経路上に配置される。低位相差板２７は、誘電体多層膜２４で反射された表示光が凹面鏡５に至るまでに通過する経路上に配置される。低位相差板２９は、凹面鏡５で反射された表示光がウインドシールドに至るまでに通過する経路上に配置される。そして、誘電体多層膜２４と低位相差板２６，２７，２９によって表示光における２つの偏光成分の間で生じる位相差の総和は、π［ｒａｄ］未満である。誘電体多層膜２４と低位相差板２６，２７，２９は複数の光学素子に相当する。
　［変形例２］
　また上記第１実施形態では、低位相差板６，７によって表示光における２つの偏光成分の間で生じる位相差の総和が０．７８π［ｒａｄ］であるものを示した。図１４は、同じ位相差を生じさせる低位相差板を用いた場合において直線偏光の偏光方向を回転させることができる最大値（以下、最大回転角）を示すグラフである。図１４に示すように、１１０ｎｍに相当する位相差を生じさせる低位相差板を２枚用いた場合において直線偏光の偏光方向の最大回転角は約３０度である。なお、直線偏光の偏光方向の最大回転角は、位相差が小さくなるほど小さい。
　また、７０ｎｍに相当する位相差を生じさせる低位相差板を２枚用いた場合において、直線偏光の偏光方向の最大回転角は約１０度である。現実的には、複数の低位相差板を用いて、直線偏光の偏光方向を１０度以上回転させる必要がある。そして、７０ｎｍに相当する位相差を生じさせる低位相差板によって表示光における２つの偏光成分の間で生じる位相差の総和は、２×７０×２π／５６０＝０．５π［ｒａｄ］である。
　このため、ＨＵＤ装置１では、低位相差板６，７によって表示光における２つの偏光成分との間で生じる位相差の総和が、π／２［ｒａｄ］以上であるようにするとよい。
　［変形例３］
　また上記第１実施形態では、低位相差板６，７が互いに接触していない状態で設置されるものを示した。しかし、図１５に示すように、低位相差板６において表示光が出力される面と、低位相差板７において表示光が入射される面とが接触するようにして低位相差板６と低位相差板７とが互いに重ねられた状態で設置されるようにしてもよい。これにより、ＨＵＤ装置１は、低位相差板６と低位相差板７の間に空気を挟まないようにすることができるため、表示光が低位相差板７に入射するときに表示光が反射するのを抑制することができる。このため、ＨＵＤ装置１は、ＨＵＤ装置１の輝度の低下を抑制することができる。
　［変形例４］
　また上記第１実施形態では、低位相差板６，７において表示光が入射される面が、表示光の進行方向に対して垂直になるものを示した。しかし、図１６に示すように、低位相差板６，７の少なくとも一方において、表示光が入射される面が、表示光の進行方向に対して斜めに傾けた状態で配置されるようにしてもよい。図１６では、低位相差板６，７のうち低位相差板７を斜めに傾けたものを示している。これにより、筐体２の外側から筐体２の内部に入射した外光が低位相差板７で反射した場合に、この反射光の通過経路が表示光の通過経路と一致してしまい反射光と表示光が同時にウインドシールドに照射されてしまう事態の発生を抑制することができる。このため、ＨＵＤ装置１は、表示光により形成される画像を運転者が視認し難くなる事態の発生を抑制することができる。
　［変形例５］
　また上記第１実施形態では、低位相差板６，７を備えるものを示した。しかし、低位相差板６，７は、ＨＵＤ装置１に組み付けるときに速軸がずれ易い箇所に設置すればよい。すなわち、ＨＵＤ装置１に組み付けるときに速軸がずれ難い箇所であれば、低位相差板ではなく、２分の１波長板を設置するようにしてもよい。例えば図１７に示すように、図１３に示すＨＵＤ装置１において、低位相差板２６，２９の代わりに、２分の１波長板３６，３９を備えるようにするとよい。誘電体多層膜２４および低位相差板２７は複数の光学素子に相当する。
　また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
　上述したＨＵＤ装置１の他、当該ＨＵＤ装置１を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。
　上述のヘッドアップディスプレイ装置１は、照射部３，４，５と、複数の光学素子６，７，１６，１７，２４，２６，２７，２９とを備える。照射部は、表示する画像を表す表示光を、移動体のウインドシールドへ向けて照射する。複数の光学素子は、表示光がウインドシールドに至るまでに通過する経路上に配置されて、表示光における互いに垂直な２つの偏光成分の間で位相差を生じさせる。
　そして、複数の光学素子によって表示光における２つの偏光成分の間で生じる位相差の総和が、π［ｒａｄ］未満である。また、表示光が複数の光学素子の全てを通過する前後で、表示光における直線偏光の偏光方向が変化する。
　このように構成された本開示のヘッドアップディスプレイ装置は、１個の２分の１波長板を用いる場合と同様に、表示光における直線偏光の偏光方向を変化させることができる。また、本開示のヘッドアップディスプレイ装置は、上記位相差の総和がπ［ｒａｄ］未満であるため、複数の光学素子のずれに起因した直線偏光の偏光方向のずれを、２分の１波長板のずれに起因した直線偏光の偏光方向のずれよりも小さくすることができる。
　これにより、本開示のヘッドアップディスプレイ装置は、直線偏光の偏光方向のずれに起因にしたヘッドアップディスプレイ装置の輝度の低下を抑制することができる。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1. 　表示する画像を表す表示光を、移動体のウインドシールドへ向けて照射する照射部（３，４，５）と、
    　前記表示光が前記ウインドシールドに至るまでに通過する経路上に配置されて、前記表示光における互いに垂直な２つの偏光成分の間で位相差を生じさせる複数の光学素子（６，７，１６，１７，２４，２６，２７，２９）とを備え、
    　前記複数の光学素子によって前記表示光における前記２つの偏光成分の間で生じる前記位相差の総和が、π［ｒａｄ］未満であり、
    　前記表示光が前記複数の光学素子の全てを通過する前後で、前記表示光における直線偏光の偏光方向が変化する
    　ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記複数の光学素子によって前記表示光における前記２つの偏光成分との間で生じる前記位相差の総和が、π／２［ｒａｄ］以上である
    　ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記複数の光学素子（６，７）はそれぞれ、他の光学素子と接触していない状態で設置される
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　前記複数の光学素子のうちの少なくとも２個の光学素子（６，７）は、互いに重ねられた状態で設置される
    　ことを特徴とする請求項１～請求項３の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　前記複数の光学素子のうちの少なくとも１個の光学素子（７）は、速軸に対して平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間で前記位相差を生じさせる位相差板であり、
    　前記位相差板は、前記表示光が入射する平面を前記表示光の進行方向に対して斜めに傾けた状態で配置される
    　ことを特徴とする請求項１～請求項４の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　前記複数の光学素子（１６，１７）は互いに、前記表示光に対して生じさせる前記位相差が異なる
    　ことを特徴とする請求項１～請求項５の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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