WO2019177027A1 - 映像投射装置及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

映像投射装置及びヘッドアップディスプレイ装置 Download PDF

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WO2019177027A1
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polarized light
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polarized
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一司 浅見
高橋　知宏
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日本化薬株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a video projection device and a head-up display device including the same.
  • HUD head-up display
  • Patent Document 1 proposes a method in which S-polarized light is incident on the windshield at a Brewster angle using a half-wave film.
  • S-polarized sunglasses that do not pass S-polarized light.
  • Patent Document 1 a method of making P-polarized light incident on the windshield at a Brewster angle using a half-wave plate is also studied.
  • a portion that is further reflected by the water layer is generated, and double image generation or display image visibility is observed. There is a problem of causing deterioration.
  • Patent Document 2 proposes a method of reflecting light incident on an intermediate optical layer by using two half-wave plates and providing an intermediate optical layer having a different refractive index between them.
  • the incident light is reflected by the intermediate optical layer, it is difficult to obtain a clear image due to its smoothness.
  • Patent Document 3 describes a head-up display that includes a display that emits S-polarized light or P-polarized display light, and an optical laminate having a half-wave plate. Alternatively, S-polarized light is incident on the optical laminate at an angle close to the Brewster angle, and S-polarized light or P-polarized light emitted from the display is adjusted by arranging a half-wave plate in addition to the light source. It describes what you can do. However, there is no mention of improvement in the generation of double images in rainy weather and the deterioration of the visibility of the display image.
  • the S-polarized light or P-polarized light emitted from the display unit is set in advance by setting the polarized light emitted from the light source, or by setting a further optical member in advance to set the polarized light emitted from the display unit.
  • the P-polarized light cannot be arbitrarily switched according to the weather conditions.
  • An object of the present invention is to provide a video projection device capable of suppressing the generation of a double image and realizing good visibility of a display image even when using polarized sunglasses and in the rain, and a head-up display device including the same. That is.
  • the present inventors have developed a display that projects display light indicating a display image as S-polarized light or P-polarized light, and an optical layer that converts the polarization direction of incident light by 90 °.
  • a video projection device comprising an optical laminate having a display
  • the display has a polarization direction converter that can arbitrarily switch between S-polarized light and P-polarized light.
  • the optical laminate is projected from the display of the device, reflects the light incident on the optical laminate at the interface of the outer surface of the optical laminate, and projects S-polarized light from the display of the image projection device when it rains or snows. It was found that the light projected from the display was reflected at the interface of the inner surface of the display, and good visibility of the displayed image could be realized even under various weather conditions.
  • the gist configuration of the present invention is as follows.
  • a display that projects display light indicating a display image as S-polarized light or P-polarized light, and an optical laminate on which display light projected from the display is incident,
  • the optical laminate has at least two base materials and an optical layer that converts the polarization direction of incident light by 90 °
  • the image projection apparatus wherein the display has a polarization direction conversion unit capable of arbitrarily switching between S-polarized light and P-polarized light.
  • the polarization direction conversion unit includes a polarization controller that automatically switches between S-polarized light and P-polarized light.
  • the polarization controller includes a detection unit that detects weather information, The video projection device according to [2], wherein display light projected from the display device is converted into S-polarized light or P-polarized light based on information detected by the detection unit.
  • the image projection apparatus according to claim 1.
  • the video projection device according to any one of [1] to [4], wherein the optical layer is a half-wave plate.
  • the optical laminate includes an intermediate laminate in which the optical layer is sandwiched between two intermediate films, and the intermediate laminate is sandwiched between the at least two substrates.
  • the video projection device according to any one of up to [5].
  • a head-up display device comprising the video projection device according to any one of [1] to [6].
  • a video projection device capable of suppressing generation of a double image and realizing good visibility of a display image even in the weather that requires sunglasses in fine weather or in the rain, and a head including the same An up-display device can be provided.
  • the conventional video projector it is a schematic diagram which shows the path
  • the conventional video projector it is a schematic diagram which shows the path
  • the video projection apparatus includes a display that projects display light indicating a display image as S-polarized light or P-polarized light, and an optical laminate on which display light emitted from the display is incident.
  • the optical laminate has at least two base materials and an optical layer that converts the polarization direction of incident light by 90 °. S-polarized light projected from the display by the optical layer is converted to P-polarized light, and P-polarized light is converted to S-polarized light. Each is converted to polarized light. Since the display has a polarization direction converter that can arbitrarily switch between S-polarized light and P-polarized light, the projection light from the display is switched to S-polarized light or P-polarized light according to the weather conditions.
  • a video projection device is mounted on, for example, a head-up display device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a video projection apparatus according to a first embodiment of the present invention, and illustrates an optical path of P-polarized light projected from a display of the video projection apparatus according to the present embodiment during weather that requires sunglasses.
  • the video projection apparatus 100 includes a display 300 that projects display light indicating a display image as P-polarized light, and an optical stack on which P-polarized light projected from the display 300 is incident.
  • a body 200 is provided.
  • the P-polarized light projected from the display device 300 is reflected by the reflecting mirror 500, and the reflected display light reaches the optical laminate 200.
  • the optical laminated body 200 includes an optical layer 230, a first intermediate film 220 and a second intermediate film 240 on both sides thereof, and a first base material 210 and a second base material 250 on both outer sides thereof. ing.
  • the P-polarized incident light 110 projected from the display device 300 is incident on the optical laminate 200 at an incident angle of Brewster angle ⁇ B.
  • Incident light 110 propagates through optical layer 230 and is converted to S-polarized light.
  • the incident light 110 converted to S-polarized light is reflected at the interface 251 between the second base material 250 and the air to generate reflected light 111.
  • the reflected light 111 propagates through the optical layer 230 and is converted back to P-polarized light.
  • the reflected light 111 converted to P-polarized light propagates through the interface 211 between the first base 210 and the air.
  • the reflected light 111 can be visually recognized as a display image. Since the reflected light 111 is P-polarized light, the P-polarized light is transmitted as it is even if the observer uses polarized sunglasses 400 that blocks S-polarized light. Therefore, the reflected light 114 that has passed is visually recognized by the observer as a display image.
  • the incident angle is the Brewster angle ⁇ B
  • the reflected light 112 at the interface 211 between the first base 210 and the air can be substantially zero.
  • the angle formed between the transmitted light 113 by the incident light 110 converted into S-polarized light and the normal to the surface of the second base material 250 is Brewster.
  • the angle ⁇ B. Therefore, the transmitted light 113 at the interface 251 between the second base material 250 and the air can also be substantially zero.
  • the display 300 used in the image projection apparatus 100 of the present embodiment has an S-polarized light or a P-polarized light so that the incident angle with respect to the surface of the optical laminate 200 is an angle close to the Brewster angle.
  • the display light is projected.
  • the angle near the Brewster angle refers to the optical layered body 200 when the Brewster angle of P-polarized light or S-polarized light with respect to the surface of the optical layered body 200 (the outer surface of the first substrate 210) is ⁇ . It means that the incident angle of incident P-polarized light or S-polarized light is in the range of ⁇ 10 ° to ⁇ + 10 °.
  • the reflection of the P-polarized light at the interface 211 between the first substrate 210 and air is greatly reduced, and the reflected light 112 Hardly occurs.
  • This effect increases as the incident angle of the P-polarized light incident on the optical laminate 200 approaches the Brewster angle. Therefore, when projecting P-polarized display light from the display device 300, it is preferable to cause the P-polarized light from the display device 300 to enter the optical laminate 200 at a Brewster angle.
  • the S-polarized light from the display device 300 enters the optical laminated body 200 at an angle near the Brewster angle
  • the reflection of the S-polarized light at the interface 211 between the first substrate 210 and the air increases, and the transmitted light S-polarized light is reduced.
  • This effect increases as the incident angle of the S-polarized light incident on the optical laminate 200 approaches the Brewster angle. Therefore, when S-polarized display light is projected from the display device 300, it is preferable that the S-polarized light from the display device 300 is incident on the optical laminate 200 at a Brewster angle.
  • the display device 300 has a polarization direction converter that can arbitrarily switch between S-polarized light and P-polarized light.
  • S-polarized light or P-polarized light can be arbitrarily switched, for example, as described in WO2018 / 168726, in addition to a display that projects P-polarized light or S-polarized light, an additional optical member Is arranged in advance, and the polarization direction of the display light projected from the display device 300 can be switched without fixing the polarization direction.
  • the polarization direction conversion unit enables, for example, one-touch automatic switching such as a switch, and automatic switching based on an output signal from a sensor or the like that detects rain.
  • the polarization direction converter includes a polarization controller that automatically switches between S-polarized light and P-polarized light.
  • Examples of the polarization direction conversion method include a method of rotating the polarizing plate in a 90 ° plane, and a method of converting the polarization direction by artificially or mechanically inserting a retardation plate by a switch or the like.
  • the method of rotating the polarizing plate in the 90 ° plane is simple and preferable.
  • the polarization controller is not particularly limited as long as the S-polarized light or P-polarized light projected from the display can be automatically switched according to the weather conditions.
  • the polarization controller has a detection unit that detects weather information. Based on the information detected by the detection unit, the display light projected from the display unit is S-polarized light or P-polarized light. Converted to polarized light. Weather information detected by the detection unit is analyzed via a computer such as a CPU (central processing unit) or AI (artificial intelligence), and based on the information, polarization of light projected from the display is switched.
  • the display device detects raindrops and snow using rain- and snow-compatible rain-sensitive sensors, etc., detects weather information using a capacitive sensor that utilizes changes in water content, etc., and displays light from the display during clear weather.
  • weather that does not belong to clear weather or rainy weather (snowy weather) for example, it is cloudy, it is detected as clear sky, and the display light from the display device remains S-polarized light.
  • the display device 300 includes the polarization direction conversion unit, so that an additional optical member is arranged in advance, and the S-polarized light or P-polarized light to be projected is arbitrarily switched according to the weather conditions without fixing the polarization direction. be able to. Therefore, even under various weather conditions, it is possible to provide a video projection device that can suppress the occurrence of double images and realize good visibility of a display image, and a head-up display device including the same.
  • the optical layered body 200 used in the video projection apparatus 100 of the present embodiment includes an optical layer 230, a first base 210, and a second base 250, and the optical layer 230 is a first base. 210 and the second base member 250.
  • the optical laminate 200 includes an intermediate laminate 270 in which an optical layer 230 is sandwiched between a first intermediate film 220 and a second intermediate film 240, and the intermediate laminate 270 is It is sandwiched between one base material 210 and a second base material 250.
  • the optical laminated body 200 has a first substrate 210 and a second substrate 250 on both surfaces of the optical layer 230 at a high temperature and a high pressure via the first intermediate film 220 and the second intermediate film 240. And can be produced by pressure bonding.
  • the first intermediate film 220 and the second intermediate film 240 function as a pressure-sensitive adhesive or adhesive for maintaining the adhesion between the first base 210 and the second base 250 and the optical layer 230. Also have.
  • the first base material 210 and the second base material 250 are preferably transparent in the visible light region in order to maintain the visibility of the display image. Specifically, the visible light transmittance with a wavelength of 380 to 780 nm is preferred. May be 50% or more, preferably 70% or more, and more preferably 85% or more.
  • the first substrate 210 and the second substrate 250 may be colored, but are preferably not colored or less colored. Further, the refractive index of the first base member 210 and the second base member 250 is preferably 1.2 to 2.0, and more preferably 1.4 to 1.8.
  • the thicknesses of the first substrate 210 and the second substrate 250 are not particularly limited as long as they do not affect the reflection of display light, and are appropriately designed according to the application.
  • the first substrate 210 and the second substrate 250 may be the same or different from each other, but are preferably the same.
  • the first substrate 210 and the second substrate 250 may be a single layer or a laminate of two or more layers.
  • the material of the first substrate 210 and the second substrate 250 include glass, triacetyl cellulose (TAC), acrylic, polycarbonate, polyvinyl chloride, polyolefin, polyethylene terephthalate (PET), and the like. .
  • TAC triacetyl cellulose
  • PET polyethylene terephthalate
  • glass in order not to change the polarization axis of the incident light, glass, triacetyl cellulose (TAC), polyolefin, acrylic, and the like with low birefringence are preferable, and glass is more preferable.
  • a multilayer reflection film and a metal thin film layer that also functions as a heat shield may be provided on the outer surfaces of the first base material 210 and the second base material 250.
  • these films can improve the reflectance of incident polarized light, when the optical laminate 200 is used as a windshield for an automobile, the optical laminate 200 is reflected so that the visible light transmittance is 70% or more. It is preferable to adjust the rate.
  • the shape of the 1st base material 210 and the 2nd base material 250 is not specifically limited, It can design suitably according to uses, such as a sheet form, a film form, plate shape, and curved-surface shape.
  • an adhesive is used to bond the intermediate laminate 270 having the optical layer 230 to the glass plate.
  • it can obtain by apply
  • an adhesive and an adhesive agent there is no restriction
  • a glass plate may be peeled later, the material which has adhesiveness excellent in rework property is preferable, for example, a silicone adhesive or an acrylic adhesive etc. are preferable.
  • the optical layer 230 has a function of converting the polarization direction of incident light by 90 °, that is, a function of converting P-polarized light to S-polarized light or S-polarized light to P-polarized light.
  • Examples of the optical layer 230 having such a function include an optical rotator, for example, a half-wave plate.
  • the optical layer 230 is formed by, for example, uniaxially stretching a polycarbonate or cycloolefin polymer film so that the phase difference is 1 ⁇ 2 of the wavelength, or horizontally aligning a polymerizable liquid crystal with a phase difference of 1 ⁇ 2 of the wavelength. It can obtain by orienting with such thickness.
  • the optical layer 230 preferably converts P-polarized light or S-polarized light in the entire visible light range.
  • the first intermediate film 220 and the second intermediate film 240 are formed using, for example, a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin generally used is, for example, polyvinyl butyral resin (PVB), polyvinyl alcohol resin (PVA), or ethylene-vinyl acetate copolymer resin (EVA), and PVB is preferable.
  • the thickness and hardness of the first intermediate film 220 and the second intermediate film 240 are not particularly limited as long as they do not affect the reflection of display light, and are appropriately designed according to the application. Can do.
  • the first intermediate film 220 and the second intermediate film 240 may be the same or different from each other, but are preferably different.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a video projection apparatus according to the second embodiment of the present invention, and illustrates an optical path of S-polarized light projected from the display of the video projection apparatus according to the present embodiment during rainy weather (when snowing).
  • the video projector 100 includes a display 300 that projects display light indicating a display image as S-polarized light, and an optical stack on which S-polarized light projected from the display 300 is incident.
  • a body 200 is provided.
  • the S-polarized light projected from the display device 300 is reflected by the reflecting mirror 500, and the reflected display light reaches the optical laminate 200.
  • the optical laminated body 200 includes an optical layer 230, a first intermediate film 220 and a second intermediate film 240 on both sides thereof, and a first base material 210 and a second base material 250 on both outer sides thereof. ing. In addition, since a rainy weather (when snowing) is assumed, a water layer 260 is attached to the outside of the second base material 250.
  • components common to the video projection apparatus 100 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the functions thereof are also the same. That is, the display 300, the reflecting mirror 500, the first base 210 and the second base 250, the optical layer 230, the first intermediate film 220, and the second intermediate film 240 described in the first embodiment.
  • the optical laminate 200 can be used in the same manner in the video projection apparatus 100 of the second embodiment, and these functions are also the same. Since these configurations are the same as those in the first embodiment described above, description thereof will be omitted.
  • the S-polarized incident light 120 projected from the display device 300 is incident on the optical laminate 200 at an incident angle of Brewster angle ⁇ B.
  • the incident light 120 is reflected at the interface 211 between the first base 210 and the air to generate reflected light 121.
  • the incident light 120 that is not reflected as the reflected light 121 but is incident on the optical laminated body 200 propagates through the optical layer 230 and is converted to P-polarized light.
  • the incident light 120 converted to P-polarized light propagates at the Brewster angle ⁇ B through the interface 251 between the second substrate 250 and the water layer 260 and the interface 261 between the water layer 260 and the air. Therefore, the reflected light 122 at the interface 251 between the second substrate 250 and the water layer 260 and the reflected light 123 at the interface 261 between the water layer 260 and the air 261 can be substantially zero,
  • the incident light 120 converted to P-polarized light passes through the outside of the water layer 260 as transmitted light 124.
  • the display device 300 includes the polarization direction conversion unit, so that an additional optical member is arranged in advance and the polarization direction is not fixed.
  • the projected S-polarized light or P-polarized light can be arbitrarily switched.
  • P-polarized light can be projected from the display 300 of the image projection device 100 during sunny weather that requires sunglasses
  • S-polarized light can be projected from the display 300 of the image projection device 100 during rainy weather (when snowing).
  • the polarized light projected from the display device 300 is switched. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of a double image and realize a display image showing good visibility of the display image under various weather conditions such as sunny weather and rainy weather (snowfall) that require sunglasses.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a light path when S-polarized light is projected from display light in a fine weather requiring sunglasses in a conventional video projection apparatus.
  • the video projection apparatus 101 shown in FIG. 3 includes a display 310 that does not have a polarization direction conversion unit, instead of the display 300 that the video projection apparatus 100 of the present embodiment has.
  • S-polarized light or P-polarized light projected from the display 310 is preset by a light source, or in addition to the light source, a further optical member such as a half-wave plate is disposed in advance, It is set by fixing the direction.
  • the display device 310 when the display light projected from the light source is set to either S-polarized light or P-polarized light, the polarized light projected from the display device 310 is changed unless a half-wave plate or the like is further intentionally arranged. It cannot be switched. For this reason, the S-polarized light emitted from the display 310 cannot be arbitrarily switched and is maintained in a constant polarization direction. As a result, for example, it is not possible to shift from use during rainy weather (when snowing) where projection of S-polarized light is preferable, to use during sunny weather when projection of P-polarized light is preferable, and good visibility of display images according to weather conditions It is difficult to realize the sex.
  • the S-polarized incident light 130 projected from the display device 310 is incident on the optical laminate 200 at an incident angle of Brewster angle ⁇ B.
  • the incident light 130 is reflected at the interface 211 between the first base 210 and the air to generate reflected light 131. Since the reflected light 131 is S-polarized light, when the polarized sunglasses 400 that blocks S-polarized light is used, the reflected light 131 is not transmitted and is blocked by the polarized sunglasses 400. Therefore, the transmitted light 132 is substantially 0, and the transmitted light 132 cannot be visually recognized as a display image.
  • Incident light 130 that is not reflected as reflected light 131 but is incident on the optical laminate 200 propagates through the optical layer 230 and is converted to P-polarized light.
  • Incident light 130 converted to P-polarized light propagates at the Brewster angle ⁇ B through the interface 251 between the second substrate 250 and the air. Therefore, the reflected light 133 at the interface 251 between the second base material 250 and the air is substantially 0, and the incident light 130 converted to P-polarized light passes through the outside of the second base material 250 as transmitted light 134.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a light path when P-polarized light is projected from display light in rainy weather (when snowing) in a conventional video projection apparatus. Similar to FIG. 3, the video projection apparatus 101 illustrated in FIG. 4 includes a display 310 that does not include the polarization direction conversion unit, instead of the display 300 included in the video projection apparatus 100 of the present embodiment. For this reason, the P-polarized light emitted from the display 310 cannot be arbitrarily switched and is maintained in a constant polarization direction.
  • the incident light 140 projected from the display device 310 is incident on the optical laminate 200 at an incident angle of Brewster angle ⁇ B , the incident light 140 is converted into the optical layer. 230, and is converted to S-polarized light. Since the incident angle is the Brewster angle ⁇ B , the reflected light 143 at the interface 211 between the first base 210 and the air is substantially zero.
  • the incident light 140 converted to S-polarized light is reflected at the interface 251 between the second base material 250 and the water layer 260 to generate reflected light 141.
  • the incident light 140 converted to S-polarized light is also reflected at the interface 261 between the water layer 260 and the air to generate reflected light 142. Since the two reflected lights of the reflected light 141 and the reflected light 142 are visible, the display image visually recognized by the observer is a double image. Further, an image viewed by the reflected light 142 reflected by the non-flat water layer 260 and the air interface 261 is viewed as an image lacking in clarity.
  • the image projection apparatus of the present invention can display clear images even under various weather conditions by switching the projection light from the display light according to the weather conditions.
  • a video projection device is useful for outdoor use, for example, for a head-up display device such as an automobile.

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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

映像投射装置及びヘッドアップディスプレイ装置
　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。
特開平２－１４１７２０号公報 特開２００９－１２８６５８号公報 国際公開第２０１８／１６８７２６号
　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。
　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。
本発明の映像投射装置の第１の実施形態を示す模式図である。 本発明の映像投射装置の第２の実施形態を示す模式図である。 従来の映像投射装置において、サングラスを必要とする天候時に表示器からＳ偏光が投射される場合の光の経路を示す模式図である。 従来の映像投射装置において、雨天時に表示器からＰ偏光が投射される場合の光の経路を示す模式図である。
　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。
　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。
　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。
（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、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。
（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。
　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

Claims (7)

  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、請求項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、請求項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、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。
  5. 　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。
  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、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。
  7. 　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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