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
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Abstract
本発明の映像投射装置（１００）は、表示画像を示す表示光をＳ偏光又はＰ偏光にして投射する表示器（３００）と、表示器（３００）から投射される表示光が入射される光学積層体（２００）とを備える。光学積層体（２００）は、少なくとも２つの基材（２１０、２５０）と、入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層（２３０）とを有している。表示器（３００）は、Ｓ偏光又はＰ偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有している。
Description
本発明は、映像投射装置及びそれを備えるヘッドアップディスプレイ装置に関する。
車両、航空機等の移動体のフロントガラスに各種の運行情報を表示する方法として、フロントガラスの外の背景視野と同時に運行情報を視認可能にする、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が知られている。一方、フロントガラスの内側と外側のそれぞれの空気界面では、入射した光の３～４％程度の反射が生じるため、フロントガラスに表示された像が二重に写り、視認性が悪化することが知られている。
視認性の悪化を防止するため、フロントガラスの外側に低反射層を設け、フロントガラスの外側の空気界面での反射率を低下させる方法が知られている。しかしながら、例えば、雨天時に低反射層の上にさらに水の層が形成されると、反射率の低減効果を得ることができなくなる。
二重像の発生を防止するため、特許文献１には、１／２波長フィルムを用いて、Ｓ偏光の光をブリュースター角でフロントガラスに入射させる方法が提案されている。しかしながら、この場合、Ｓ偏光を通さない偏光サングラスを用いると、表示画像が視認できなくなるという問題がある。特許文献１では、１／２波長板を用いて、Ｐ偏光の光をブリュースター角でフロントガラスに入射させる方法も検討されている。しかしながら、この場合においても、例えば、雨天時にフロントガラスの外側に水の層が形成されると、水の層でさらに反射される部位が発生し、二重像の発生又は表示画像の視認性の悪化を引き起こすという問題がある。
特許文献２には、１／２波長板を２枚使用し、その間に屈折率の異なる中間光学層を設けることにより、その中間光学層で入射した光を反射させる方法が提案されている。しかしながら、この場合、中間光学層で入射光を反射させるため、その平滑性により鮮明な映像を得るのが困難である。
特許文献３には、Ｓ偏光又はＰ偏光の表示光が出射される表示器と、１／２波長板を有する光学積層体と、を備えるヘッドアップディスプレイが記載されており、その際、Ｐ偏光又はＳ偏光が光学積層体に対してブリュースター角近傍の角度で入射されること、表示器から出射されるＳ偏光又はＰ偏光は、光源に加えて１／２波長板等を配置して調整できることが記載されている。しかしながら、雨天時における二重像の発生及び表示画像の視認性の悪化の改善については言及されていない。また、表示器から出射されるＳ偏光又はＰ偏光は、光源から出射される偏光を予め設定するか、さらなる光学部材を予め配置して出射される偏光を設定するため、表示器からのＳ偏光又はＰ偏光を天候状況に応じて任意に切換えることができない。
本発明の目的は、偏光サングラスの使用時及び雨天時においても、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を実現できる映像投射装置及びそれを備えるヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究の結果、表示画像を示す表示光をＳ偏光又はＰ偏光にして投射する表示器と、入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層を有する光学積層体とを備える映像投射装置において、表示器が、Ｓ偏光又はＰ偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有することにより、サングラスを必要とする天候の時には、Ｐ偏光を映像投射装置の表示器から投射し、光学積層体の外側表面の界面で光学積層体に入射した光を反射させ、雨天時、降雪時には、Ｓ偏光を映像投射装置の表示器から投射し、光学積層体の内側表面の界面で表示器からの投射した光を反射させ、様々な天候状況下においても表示画像の良好な視認性を実現できることを見出した。
すなわち、本発明の要旨構成は、以下の通りである。
［１］ 表示画像を示す表示光をＳ偏光又はＰ偏光にして投射する表示器と、前記表示器から投射される表示光が入射される光学積層体と、を備え、
前記光学積層体が、少なくとも２つの基材と、入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層とを有し、
前記表示器が、Ｓ偏光又はＰ偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有することを特徴とする映像投射装置。
［２］ 前記偏光方向変換部が、Ｓ偏光又はＰ偏光を自動的に切換える偏光制御器を備える、［１］に記載の映像投射装置。
［３］ 前記偏光制御器が、天候情報を検知する検知部を有し、
前記検知部で検知された情報に基づき、前記表示器から投射される表示光がＳ偏光又はＰ偏光に変換される、［２］に記載の映像投射装置。
［４］ 前記表示器が、前記光学積層体の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにＳ偏光又はＰ偏光の表示光を投射する、［１］乃至［３］までのいずれか１つに記載の映像投射装置。
［５］ 前記光学層が１／２波長板である、［１］乃至［４］までのいずれか１つに記載の映像投射装置。
［６］ 前記光学積層体が、前記光学層が２枚の中間膜に挟持された中間積層体を有し、前記中間積層体が前記少なくとも２つの基材に挟持されている、［１］乃至［５］までのいずれか１つに記載の映像投射装置。
［７］ ［１］乃至［６］までのいずれか１つに記載の映像投射装置を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
［１］ 表示画像を示す表示光をＳ偏光又はＰ偏光にして投射する表示器と、前記表示器から投射される表示光が入射される光学積層体と、を備え、
前記光学積層体が、少なくとも２つの基材と、入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層とを有し、
前記表示器が、Ｓ偏光又はＰ偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有することを特徴とする映像投射装置。
［２］ 前記偏光方向変換部が、Ｓ偏光又はＰ偏光を自動的に切換える偏光制御器を備える、［１］に記載の映像投射装置。
［３］ 前記偏光制御器が、天候情報を検知する検知部を有し、
前記検知部で検知された情報に基づき、前記表示器から投射される表示光がＳ偏光又はＰ偏光に変換される、［２］に記載の映像投射装置。
［４］ 前記表示器が、前記光学積層体の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにＳ偏光又はＰ偏光の表示光を投射する、［１］乃至［３］までのいずれか１つに記載の映像投射装置。
［５］ 前記光学層が１／２波長板である、［１］乃至［４］までのいずれか１つに記載の映像投射装置。
［６］ 前記光学積層体が、前記光学層が２枚の中間膜に挟持された中間積層体を有し、前記中間積層体が前記少なくとも２つの基材に挟持されている、［１］乃至［５］までのいずれか１つに記載の映像投射装置。
［７］ ［１］乃至［６］までのいずれか１つに記載の映像投射装置を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
本発明により、晴天でサングラスを必要とする天候の際にも、雨天の際にも、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を実現できる映像投影装置及びそれを備えるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、開示内容はあくまで一例にすぎず、当業者により適宜設計し得る変更は本発明の範囲に含まれるものである。また、図面は説明を明確にするために実際の態様に比べて幅、大きさ、厚み、形状等について模式的に表しているが、これもあくまで一例である。さらには、図面は本発明の効果を説明する上で不要な部分は適宜省略しているが、その省略したことについては本発明の範囲を限定するものではない。
本発明に係る映像投射装置は、表示画像を示す表示光をＳ偏光又はＰ偏光にして投射する表示器と、表示器から出射される表示光が入射される光学積層体とを備える。光学積層体は、少なくとも２つの基材と、入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層とを有し、光学層により表示器から投射されたＳ偏光はＰ偏光に、Ｐ偏光はＳ偏光にそれぞれ変換される。表示器は、Ｓ偏光又はＰ偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有しているため、天候状況に応じて、表示器からの投射光がＳ偏光又はＰ偏光に切換えられる。このような映像投射装置は、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置に搭載される。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の映像投射装置を示す模式図であり、サングラスを必要とする天候時に本実施形態における映像投射装置の表示器から投射されたＰ偏光の光路が例示されている。図１で示されるように、本実施形態の映像投射装置１００は、表示画像を示す表示光をＰ偏光にして投射する表示器３００と、表示器３００から投射されたＰ偏光が入射する光学積層体２００を備えている。表示器３００から投射したＰ偏光を反射鏡５００で反射させ、この反射された表示光が光学積層体２００に到達する。光学積層体２００は、光学層２３０と、その両側に第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０、さらにその両外側に第１の基材２１０と第２の基材２５０とを有している。
図１は、本発明の第１の実施形態の映像投射装置を示す模式図であり、サングラスを必要とする天候時に本実施形態における映像投射装置の表示器から投射されたＰ偏光の光路が例示されている。図１で示されるように、本実施形態の映像投射装置１００は、表示画像を示す表示光をＰ偏光にして投射する表示器３００と、表示器３００から投射されたＰ偏光が入射する光学積層体２００を備えている。表示器３００から投射したＰ偏光を反射鏡５００で反射させ、この反射された表示光が光学積層体２００に到達する。光学積層体２００は、光学層２３０と、その両側に第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０、さらにその両外側に第１の基材２１０と第２の基材２５０とを有している。
このような構成の映像投射装置１００において、表示器３００から投射されたＰ偏光の入射光１１０を光学積層体２００にブリュースター角θBの入射角で入射させる。入射光１１０は、光学層２３０中を伝搬し、Ｓ偏光に変換される。Ｓ偏光に変換された入射光１１０は、第２の基材２５０と空気の界面２５１で反射し、反射光１１１を生じる。反射光１１１は光学層２３０中を伝搬し、Ｐ偏光に再変換される。Ｐ偏光に変換された反射光１１１は第１の基材２１０と空気の界面２１１を伝搬する。
この反射光１１１を、表示画像として視認できる。反射光１１１はＰ偏光であるため、観察者がＳ偏光を遮断する偏光サングラス４００を使用してもＰ偏光はそのまま透過する。そのため、通過した反射光１１４は、表示画像として観察者に視認される。
さらに、入射角がブリュースター角θBであるため、第１の基材２１０と空気の界面２１１での反射光１１２は、実質的に０とすることができる。同様に、第２の基材２５０と空気の界面２５１において、Ｓ偏光に変換された入射光１１０による透過光１１３と、第２の基材２５０の表面に対する法線とがなす角度は、ブリュースター角θBである。そのため、第２の基材２５０と空気の界面２５１での透過光１１３も、実質的に０とすることができる。こうして、本実施形態における映像投射装置１００では、晴天でサングラスを必要とする天候の際にも、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を実現できる。
＜表示器＞
図１に示されるように、本実施形態の映像投射装置１００に使用される表示器３００は、光学積層体２００の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにＳ偏光又はＰ偏光の表示光を投射する。ここで、ブリュースター角近傍の角度とは、光学積層体２００の表面（第１の基材２１０の外側表面）に対するＰ偏光又はＳ偏光のブリュースター角をαとしたとき、光学積層体２００に入射するＰ偏光又はＳ偏光の入射角が、α－１０°以上α＋１０°以下の範囲であることを意味する。表示器３００からのＰ偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体２００に入射すると、第１の基材２１０と空気との界面２１１でのＰ偏光の反射が大幅に低減し、反射光１１２はほとんど発生しない。光学積層体２００に入射するＰ偏光の入射角がブリュースター角に近づくほどこの効果は増大する。そのため、表示器３００からＰ偏光の表示光を投射する場合、表示器３００からのＰ偏光を、ブリュースター角で光学積層体２００に入射させることが好ましい。一方で、表示器３００からのＳ偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体２００に入射すると、第１の基材２１０と空気との界面２１１でのＳ偏光の反射が増大し、透過光としてのＳ偏光が低減される。光学積層体２００に入射するＳ偏光の入射角がブリュースター角に近づくほどこの効果は増大する。そのため、表示器３００からＳ偏光の表示光を投射する場合、表示器３００からのＳ偏光を、ブリュースター角で光学積層体２００に入射させることが好ましい。
図１に示されるように、本実施形態の映像投射装置１００に使用される表示器３００は、光学積層体２００の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにＳ偏光又はＰ偏光の表示光を投射する。ここで、ブリュースター角近傍の角度とは、光学積層体２００の表面（第１の基材２１０の外側表面）に対するＰ偏光又はＳ偏光のブリュースター角をαとしたとき、光学積層体２００に入射するＰ偏光又はＳ偏光の入射角が、α－１０°以上α＋１０°以下の範囲であることを意味する。表示器３００からのＰ偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体２００に入射すると、第１の基材２１０と空気との界面２１１でのＰ偏光の反射が大幅に低減し、反射光１１２はほとんど発生しない。光学積層体２００に入射するＰ偏光の入射角がブリュースター角に近づくほどこの効果は増大する。そのため、表示器３００からＰ偏光の表示光を投射する場合、表示器３００からのＰ偏光を、ブリュースター角で光学積層体２００に入射させることが好ましい。一方で、表示器３００からのＳ偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体２００に入射すると、第１の基材２１０と空気との界面２１１でのＳ偏光の反射が増大し、透過光としてのＳ偏光が低減される。光学積層体２００に入射するＳ偏光の入射角がブリュースター角に近づくほどこの効果は増大する。そのため、表示器３００からＳ偏光の表示光を投射する場合、表示器３００からのＳ偏光を、ブリュースター角で光学積層体２００に入射させることが好ましい。
表示器３００は、Ｓ偏光又はＰ偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有している。ここで、Ｓ偏光又はＰ偏光を任意に切換え可能とは、例えば、国際公開第２０１８／１６８７２６号に記載されているように、Ｐ偏光又はＳ偏光を投射する表示器の他に、さらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することなく、表示器３００から投射される表示光の偏光方向を切換え可能であることを意味する。偏光方向変換部は、例えば、スイッチ等のワンタッチ式の自動的な切り替え、雨を検出するセンサー等からの出力信号等による自動的な切り替えを可能にする。そのため、偏光方向変換部は、Ｓ偏光又はＰ偏光を自動的に切換える偏光制御器を備える。なお、偏光方向の変換方式としては、例えば、偏光板を９０°面内に回転する方法、スイッチ等により位相差板を人為的又は機械的に挿入して偏光方向を変換する方法が挙げられるが、偏光板を９０°面内に回転する方法が簡易であり好ましい。
偏光制御器は、表示器から投射されるＳ偏光又はＰ偏光を、天候状況に応じて自動的に切換え可能であれば、特に限定されるものではない。このような偏光制御器の一例として、偏光制御器が、天候情報を検知する検知部を有し、この検知部で検知された情報に基づき、表示器から投射される表示光がＳ偏光又はＰ偏光に変換される。検知部で検知される天候情報は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＡＩ（人工知能）等のコンピュータを介して解析され、その情報に基づき、表示器から投射する偏光の切換えが行われる。例えば、雨、雪対応の感雨センサー等により雨滴、雪を検出する方法、水分量の変化を利用した静電容量式センサー等により天候情報を検知し、晴天時には表示器からの表示光をＰ偏光とし、雨天時、降雪時には雨滴、雪の検出等による信号出力を介して表示器からの表示光をＳ偏光に切り替える方法が挙げられる。尚、晴天にも雨天（雪天）にも属さない天候、例えば、曇りの場合には、晴天と検知され、表示器からの表示光はＳ偏光のままである。
このように、表示器３００が偏光方向変換部を有することにより、さらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することなく、天候状況に応じて、投射するＳ偏光又はＰ偏光を任意に切換えることができる。そのため、様々な天候状況下においても、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を実現できる映像投射装置、さらにはこれを備えるヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。
＜光学積層体＞
本実施形態の映像投射装置１００に使用される光学積層体２００は、光学層２３０と、第１の基材２１０と、第２の基材２５０とを備え、光学層２３０が第１の基材２１０と、第２の基材２５０との間に挟持された構成を有している。図１に示されるように、光学積層体２００は、光学層２３０が第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０に挟持された中間積層体２７０を有し、中間積層体２７０が、第１の基材２１０と第２の基材２５０とに挟持されている。光学積層体２００は、例えば、光学層２３０の両面に、第１の基材２１０と第２の基材２５０を、第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０を介して高温・高圧にて圧着することにより作製することができる。第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０は、第１の基材２１０及び第２の基材２５０と、光学層２３０との密着性を保持するための粘着剤又は接着剤としての機能も有している。
本実施形態の映像投射装置１００に使用される光学積層体２００は、光学層２３０と、第１の基材２１０と、第２の基材２５０とを備え、光学層２３０が第１の基材２１０と、第２の基材２５０との間に挟持された構成を有している。図１に示されるように、光学積層体２００は、光学層２３０が第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０に挟持された中間積層体２７０を有し、中間積層体２７０が、第１の基材２１０と第２の基材２５０とに挟持されている。光学積層体２００は、例えば、光学層２３０の両面に、第１の基材２１０と第２の基材２５０を、第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０を介して高温・高圧にて圧着することにより作製することができる。第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０は、第１の基材２１０及び第２の基材２５０と、光学層２３０との密着性を保持するための粘着剤又は接着剤としての機能も有している。
（基材）
第１の基材２１０及び第２の基材２５０は、表示画像の視認性を保つために、可視光領域において、透明であることが好ましく、具体的には波長３８０～７８０ｎｍの可視光線透過率が５０％以上であればよく、７０％以上であれば好ましく、８５％以上であることがより好ましい。また、第１の基材２１０及び第２の基材２５０は、着色されていてもよいが、着色されていないか、着色が少ないことが好ましい。さらに、第１の基材２１０及び第２の基材２５０の屈折率は１．２～２．０であることが好ましく、１．４～１．８であることがより好ましい。第１の基材２１０及び第２の基材２５０の厚みは、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計される。第１の基材２１０及び第２の基材２５０は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
第１の基材２１０及び第２の基材２５０は、表示画像の視認性を保つために、可視光領域において、透明であることが好ましく、具体的には波長３８０～７８０ｎｍの可視光線透過率が５０％以上であればよく、７０％以上であれば好ましく、８５％以上であることがより好ましい。また、第１の基材２１０及び第２の基材２５０は、着色されていてもよいが、着色されていないか、着色が少ないことが好ましい。さらに、第１の基材２１０及び第２の基材２５０の屈折率は１．２～２．０であることが好ましく、１．４～１．８であることがより好ましい。第１の基材２１０及び第２の基材２５０の厚みは、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計される。第１の基材２１０及び第２の基材２５０は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
第１の基材２１０及び第２の基材２５０は、単層であっても２層以上の積層体であってもよい。第１の基材２１０及び第２の基材２５０の材料の例としては、例えば、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、アクリル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が挙げられる。これらのなかでも、入射光の偏光軸を変化させないために、複屈折性の少ないガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリオレフィン、アクリル等が好ましく、ガラスがより好ましい。また、これら第１の基材２１０及び第２の基材２５０の外側表面には、多層膜からなる増反射膜、遮熱機能をも兼ねる金属薄膜層を設けてもよい。これらの膜は入射する偏光の反射率を向上させることができるが、光学積層体２００を自動車用フロントガラスとして用いる場合は、光学積層体２００の可視光線透過率が７０％以上となるように反射率を調整することが好ましい。また、第１の基材２１０及び第２の基材２５０の形状も特に限定されるものではなく、シート状、フィルム状、板状、曲面形状等、用途に応じて適宜設計することができる。例えば、第１の基材２１０及び第２の基材２５０として、自動車用フロントガラスと同様にガラス板を使用する場合、光学層２３０を有する中間積層体２７０をガラス板に貼り合わせるため、粘着剤もしくは接着剤を中間積層体２７０の両面に塗布し、次いで、ガラス板を貼り合わせることによって得ることができる。粘着剤及び接着剤には特に制限はないが、後にガラス板を剥がすことがある場合は、リワーク性に優れた粘着性を有する材料が好ましく、例えばシリコーン粘着剤又はアクリル系粘着剤等が好ましい。
（光学層）
光学層２３０は、入射した光の偏光方向を９０°変換させる機能、すなわち、Ｐ偏光をＳ偏光に、又はＳ偏光をＰ偏光に変換する機能を有する。このような機能を有する光学層２３０として、旋光子、例えば１／２波長板が挙げられる。光学層２３０は、例えば、ポリカーボネート又はシクロオレフィンポリマーのフィルムを位相差が波長の１／２となるように一軸延伸すること、又は、水平配向する重合性液晶を位相差が波長の１／２となるような厚さで配向させることによって得ることができる。光学層２３０は、可視光域全般におけるＰ偏光又はＳ偏光を変換することが好ましい。
光学層２３０は、入射した光の偏光方向を９０°変換させる機能、すなわち、Ｐ偏光をＳ偏光に、又はＳ偏光をＰ偏光に変換する機能を有する。このような機能を有する光学層２３０として、旋光子、例えば１／２波長板が挙げられる。光学層２３０は、例えば、ポリカーボネート又はシクロオレフィンポリマーのフィルムを位相差が波長の１／２となるように一軸延伸すること、又は、水平配向する重合性液晶を位相差が波長の１／２となるような厚さで配向させることによって得ることができる。光学層２３０は、可視光域全般におけるＰ偏光又はＳ偏光を変換することが好ましい。
（中間膜）
第１の中間膜２２０及び第２の中間膜２４０は、例えば、熱可塑性樹脂を用いて形成される。一般的に用いられている熱可塑性樹脂は、例えば、ポリビニルブチラール系樹脂（ＰＶＢ）、ポリビニルアルコール系樹脂（ＰＶＡ）又はエチレン－酢酸ビニル共重合系樹脂（ＥＶＡ）であり、ＰＶＢが好ましい。第１の中間膜２２０及び第２の中間膜２４０の厚み、硬さは、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計することができる。第１の中間膜２２０及び第２の中間膜２４０は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、異なっていることが好ましい。
第１の中間膜２２０及び第２の中間膜２４０は、例えば、熱可塑性樹脂を用いて形成される。一般的に用いられている熱可塑性樹脂は、例えば、ポリビニルブチラール系樹脂（ＰＶＢ）、ポリビニルアルコール系樹脂（ＰＶＡ）又はエチレン－酢酸ビニル共重合系樹脂（ＥＶＡ）であり、ＰＶＢが好ましい。第１の中間膜２２０及び第２の中間膜２４０の厚み、硬さは、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計することができる。第１の中間膜２２０及び第２の中間膜２４０は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、異なっていることが好ましい。
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の映像投射装置を示す模式図であり、雨天時（降雪時）に本実施形態における映像投射装置の表示器から投射されたＳ偏光の光路が例示されている。図２で示されるように、本実施形態の映像投射装置１００は、表示画像を示す表示光をＳ偏光にして投射する表示器３００と、表示器３００から投射されたＳ偏光が入射する光学積層体２００を備えている。表示器３００から投射したＳ偏光を反射鏡５００で反射させ、この反射された表示光が光学積層体２００に到達する。光学積層体２００は、光学層２３０と、その両側に第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０、さらにその両外側に第１の基材２１０と第２の基材２５０とを有している。また、雨天時（降雪時）を想定していることから、第２の基材２５０の外側には水の層２６０が付着している。尚、図２において、図１に示す映像投射装置１００と共通する構成要素については同一の符号を付し、その機能も同一であるものとする。すなわち、第１の実施形態で説明した、表示器３００、反射鏡５００、第１の基材２１０及び第２の基材２５０、光学層２３０、第１の中間膜２２０及び第２の中間膜２４０、光学積層体２００は、第２の実施形態の映像投射装置１００でも同様に使用することができ、これらの機能も同一であるものとする。これらの構成については、上述した第１の実施の形態と同一であるため説明を省略する。
図２は、本発明の第２の実施形態の映像投射装置を示す模式図であり、雨天時（降雪時）に本実施形態における映像投射装置の表示器から投射されたＳ偏光の光路が例示されている。図２で示されるように、本実施形態の映像投射装置１００は、表示画像を示す表示光をＳ偏光にして投射する表示器３００と、表示器３００から投射されたＳ偏光が入射する光学積層体２００を備えている。表示器３００から投射したＳ偏光を反射鏡５００で反射させ、この反射された表示光が光学積層体２００に到達する。光学積層体２００は、光学層２３０と、その両側に第１の中間膜２２０と第２の中間膜２４０、さらにその両外側に第１の基材２１０と第２の基材２５０とを有している。また、雨天時（降雪時）を想定していることから、第２の基材２５０の外側には水の層２６０が付着している。尚、図２において、図１に示す映像投射装置１００と共通する構成要素については同一の符号を付し、その機能も同一であるものとする。すなわち、第１の実施形態で説明した、表示器３００、反射鏡５００、第１の基材２１０及び第２の基材２５０、光学層２３０、第１の中間膜２２０及び第２の中間膜２４０、光学積層体２００は、第２の実施形態の映像投射装置１００でも同様に使用することができ、これらの機能も同一であるものとする。これらの構成については、上述した第１の実施の形態と同一であるため説明を省略する。
このような構成の映像投射装置１００において、表示器３００から投射されたＳ偏光の入射光１２０を光学積層体２００にブリュースター角θBの入射角で入射させる。入射光１２０は、第１の基材２１０と空気の界面２１１で反射し、反射光１２１を生じる。
反射光１２１として反射されず、光学積層体２００に入射する入射光１２０は、光学層２３０中を伝搬し、Ｐ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された入射光１２０は、第２の基材２５０と水の層２６０の界面２５１、水の層２６０と空気の界面２６１をブリュースター角θBで伝搬する。そのため、第２の基材２５０と水の層２６０の界面２５１での反射光１２２、水の層２６０と空気の界面２６１での反射光１２３は、実質的に０にすることができ、一方で、Ｐ偏光に変換された入射光１２０は、透過光１２４として水の層２６０の外側を透過する。
これにより、第１の基材２１０と空気の界面２１１において反射した反射光１２１のみを、表示画像として視認できる。
このように、図１及び図２に示した本実施形態の映像投射装置１００は、表示器３００が偏光方向変換部を有することにより、さらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することなく、天候状況に応じて、投射するＳ偏光又はＰ偏光を任意に切換えることができる。例えば、サングラスを必要とする晴天時には、Ｐ偏光を映像投射装置１００の表示器３００から投射でき、雨天時（降雪時）には、Ｓ偏光を映像投射装置１００の表示器３００から投射できるように、表示器３００から投射される偏光の切換えが行われる。これにより、サングラスを必要とする晴天時、雨天時（降雪時）等の様々な天候状況下において、二重像の発生を抑制し、表示画像の良好な視認性を示す表示画像を実現できる。
（第１の比較例）
図３は、従来の映像投射装置において、サングラスを必要とする晴天時に表示光からＳ偏光を投射した場合の光の経路を示す模式図である。図３に示される映像投射装置１０１は、本実施形態の映像投射装置１００が有する表示器３００ではなく、偏光方向変換部を有していない表示器３１０を備えている。このような表示器３１０では、表示器３１０から投射されるＳ偏光又はＰ偏光は、光源で予め設定されるか、光源に加え、１／２波長板等のさらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することにより設定される。すなわち、表示器３１０では、光源から投射される表示光をＳ偏光又はＰ偏光のいずれかに設定すると、１／２波長板等をさらに意図的に配置しない限り、表示器３１０から投射する偏光を切換えることができない。そのため、表示器３１０から出射されるＳ偏光は、任意に切換えることができず、一定の偏光方向に保たれる。その結果、例えば、Ｓ偏光の投射が好ましい雨天時（降雪時）の使用から、Ｐ偏光の投射が好ましい晴天時の使用にシフトすることができず、天候状況に応じた表示画像の良好な視認性を実現することが困難である。
図３は、従来の映像投射装置において、サングラスを必要とする晴天時に表示光からＳ偏光を投射した場合の光の経路を示す模式図である。図３に示される映像投射装置１０１は、本実施形態の映像投射装置１００が有する表示器３００ではなく、偏光方向変換部を有していない表示器３１０を備えている。このような表示器３１０では、表示器３１０から投射されるＳ偏光又はＰ偏光は、光源で予め設定されるか、光源に加え、１／２波長板等のさらなる光学部材を予め配置し、偏光方向を固定することにより設定される。すなわち、表示器３１０では、光源から投射される表示光をＳ偏光又はＰ偏光のいずれかに設定すると、１／２波長板等をさらに意図的に配置しない限り、表示器３１０から投射する偏光を切換えることができない。そのため、表示器３１０から出射されるＳ偏光は、任意に切換えることができず、一定の偏光方向に保たれる。その結果、例えば、Ｓ偏光の投射が好ましい雨天時（降雪時）の使用から、Ｐ偏光の投射が好ましい晴天時の使用にシフトすることができず、天候状況に応じた表示画像の良好な視認性を実現することが困難である。
図３に示される映像投射装置１０１では、表示器３１０から投射されたＳ偏光の入射光１３０を光学積層体２００にブリュースター角θBの入射角で入射させる。入射光１３０は、第１の基材２１０と空気の界面２１１で反射し、反射光１３１を生じる。反射光１３１はＳ偏光のため、Ｓ偏光を遮断する偏光サングラス４００を使用すると反射光１３１は透過されず、偏光サングラス４００で遮断される。そのため、透過光１３２は実質的に０となり、透過光１３２は、表示画像として視認できなくなる。
反射光１３１として反射されず、光学積層体２００に入射する入射光１３０は、光学層２３０中を伝搬し、Ｐ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された入射光１３０は、第２の基材２５０と空気の界面２５１をブリュースター角θBで伝搬する。そのため、第２の基材２５０と空気の界面２５１での反射光１３３は、実質的に０となり、Ｐ偏光に変換された入射光１３０は、透過光１３４として第２の基材２５０の外側を透過する。
（第２の比較例）
図４は、従来の映像投射装置において、雨天時（降雪時）に表示光からＰ偏光を投射した場合の光の経路を示す模式図である。図４に示される映像投射装置１０１は、図３と同様、本実施形態の映像投射装置１００が有する表示器３００ではなく、偏光方向変換部を有していない表示器３１０を備えている。そのため、表示器３１０から出射されるＰ偏光は、任意に切換えることができず、一定の偏光方向に保たれる。その結果、例えば、Ｐ偏光の投射が好ましい晴天時の使用からＳ偏光の投射が好ましい雨天時（降雪時）の使用にシフトすることができず、天候状況に応じた表示画像の良好な視認性を実現することが困難である。
図４は、従来の映像投射装置において、雨天時（降雪時）に表示光からＰ偏光を投射した場合の光の経路を示す模式図である。図４に示される映像投射装置１０１は、図３と同様、本実施形態の映像投射装置１００が有する表示器３００ではなく、偏光方向変換部を有していない表示器３１０を備えている。そのため、表示器３１０から出射されるＰ偏光は、任意に切換えることができず、一定の偏光方向に保たれる。その結果、例えば、Ｐ偏光の投射が好ましい晴天時の使用からＳ偏光の投射が好ましい雨天時（降雪時）の使用にシフトすることができず、天候状況に応じた表示画像の良好な視認性を実現することが困難である。
図４に示される映像投射装置１０１では、表示器３１０から投射されたＰ偏光の入射光１４０を光学積層体２００にブリュースター角θBの入射角で入射させると、入射光１４０は、光学層２３０中を伝搬し、Ｓ偏光に変換される。入射角がブリュースター角θBであるため、第１の基材２１０と空気の界面２１１での反射光１４３は、実質的に０である。
Ｓ偏光に変換された入射光１４０は、第２の基材２５０と水の層２６０の界面２５１で反射されて反射光１４１が生じる。また、Ｓ偏光に変換された入射光１４０は、水の層２６０と空気の界面２６１でも反射されて反射光１４２が生じる。反射光１４１と反射光１４２の２つの反射光がそれぞれ視認可能であるため、観察者に視認される表示画像は二重像となる。また、平坦性のない水の層２６０と空気の界面２６１で反射された反射光１４２により視認される映像は、鮮明度を欠いた映像として視認される。
本発明の映像投射装置は、天候状況に応じて表示光からの投射光を切り替えることにより、様々な天候状況下でも鮮明な映像を写すことができる。このような映像投射装置は、屋外、例えば自動車等のヘッドアップディスプレイ装置への使用に有用である。
１００、１０１ 映像投射装置
１１０、１２０、１３０、１４０ 入射光
１１１、１１２、１１４、１２１、１２２、１２３、１３１、１３２、 １３３、１４１、１４２、１４３ 反射光
１１３、１２４、１３４、１４４ 透過光
２００ 光学積層体
２１０ 第１の基材
２１１、２５１、２６１ 界面
２２０ 第１の中間膜
２３０ 光学層
２４０ 第２の中間膜
２５０ 第２の基材
２６０ 水の層
２７０ 中間積層体
３００、３１０ 表示器
４００ 偏光サングラス
５００ 反射鏡
１１０、１２０、１３０、１４０ 入射光
１１１、１１２、１１４、１２１、１２２、１２３、１３１、１３２、 １３３、１４１、１４２、１４３ 反射光
１１３、１２４、１３４、１４４ 透過光
２００ 光学積層体
２１０ 第１の基材
２１１、２５１、２６１ 界面
２２０ 第１の中間膜
２３０ 光学層
２４０ 第２の中間膜
２５０ 第２の基材
２６０ 水の層
２７０ 中間積層体
３００、３１０ 表示器
４００ 偏光サングラス
５００ 反射鏡
Claims (7)
- 表示画像を示す表示光をＳ偏光又はＰ偏光にして投射する表示器と、前記表示器から投射される表示光が入射される光学積層体と、を備え、
前記光学積層体が、少なくとも２つの基材と、入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層とを有し、
前記表示器が、Ｓ偏光又はＰ偏光を任意に切換え可能な偏光方向変換部を有することを特徴とする映像投射装置。 - 前記偏光方向変換部が、Ｓ偏光又はＰ偏光を自動的に切換える偏光制御器を備える、請求項１に記載の映像投射装置。
- 前記偏光制御器が、天候情報を検知する検知部を有し、
前記検知部で検知された情報に基づき、前記表示器から投射される表示光がＳ偏光又はＰ偏光に変換される、請求項２に記載の映像投射装置。 - 前記表示器が、前記光学積層体の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにＳ偏光又はＰ偏光の表示光を投射する、請求項１乃至３までのいずれか１項に記載の映像投射装置。
- 前記光学層が１／２波長板である、請求項１乃至４までのいずれか１項に記載の映像投射装置。
- 前記光学積層体が、前記光学層が２枚の中間膜に挟持された中間積層体を有し、前記中間積層体が前記少なくとも２つの基材に挟持されている、請求項１乃至５までのいずれか１項に記載の映像投射装置。
- 請求項１乃至６までのいずれか１項に記載の映像投射装置を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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