WO2019244619A1 - ヘッドアップディスプレイ装置及びヘッドアップディスプレイ装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｓ偏光による虚像表示とＰ偏光による虚像表示とを可変でき、両方式での映像輝度の違いにより乗員が認識する違和感を改善することができる、へ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。本発明のへッドアップディスプレイ装置（１）は、Ｐ偏光とＳ偏光とを含む映像光（８０）を照射する映像部（３）と、前記映像光が投影される投影部（４）と、前記映像部（３）と前記投影部（４）との間に配置される偏光制御部（５１）と、を備え、前記投影部（４）は、第一透光板（４１）と、第二透光板（４２）と、第一半波長板（４３）と、を備え、前記偏光制御部は、偏光子（５０）と、前記映像部（３）から照射されたＰ偏光とＳ偏光のいずれかを通過させる機構と、を備え、さらに、前記投影部（４）に入射される映像光の強度の可変機構を前記映像部（３）、又は、前記第一透光板（４１）と前記映像部（３）との間の光学系に備え、前記可変機構によって、前記投影部にＰ偏光からなる第一映像光が入射するときの強度は、前記投影部にＳ偏光からなる第二映像光が入射するときの強度よりも大きいものと設定される。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置及びヘッドアップディスプレイ装置の使用方法

　本発明は、車両や航空機などの移動体に搭載されて、乗員の前方視野内の投影部に映像を投影して乗員に視認させるようにしたヘッドアップディスプレイ（以降、ＨＵＤと表記する場合がある）装置に関する。

　ＨＵＤの投影部として、移動体の前方部に設置されるウィンドシールドが用いられている。乗員は、投影部におけるＳ偏光又はＰ偏光の投影光の反射像に基づく虚像表示を視認する。ここで、Ｓ偏光は入射面に対して、偏光の方向が垂直方向に配置されている投影光、他方、Ｐ偏光とは、入射面に対して偏光の方向が平行方向に配置されている投影光のことを言う。

　このＨＵＤ装置では、反射像の二重像、すなわち虚像表示の二重像の抑制は、次のような機構でなされている。投影部を、室内側に配置されるガラス等からなる第一透光板と、室外側に配置される第二透光板と、第一透光板と第二透光板との間に配置される半波長板とを備える積層部材とし、積層部材の各材料は、可視光領域での屈折率が同等になるように調整されたものとする。そして、投影部に対し前述したＳ偏光又はＰ偏光を含む投影光として、映像光がブリュースター角で入射される。

　入射される映像光がＳ偏光からなる場合、第一透光板の室内側主面に反射像が形成される。そして、投影部の半波長板を通過した映像光はＰ偏光に変換される。該Ｐ偏光は、第二透光板の室外側主面に達したときは、該主面で反射されることなく、室外側へと出射される。乗員は、第一透光板の室内側主面に形成された、Ｓ偏光の反射像に基づく虚像表示を視認する。この場合を、Ｓ－ＨＵＤと表記する。

　他方で、入射される映像光がＰ偏光からなる場合、第一透光板の室内側主面では反射は生じない。投影部の半波長板を通過した映像光はＳ偏光に変換される。Ｓ偏光に変換された映像光は、第二透光板の室外側主面に達したとき、一部は該主面で反射像を形成し、残部は該主面を通過する。この反射像を形成した映像光は半波長板を再度通過するので、Ｐ偏光へと変換される。乗員は、第二透光板の室外側主面に形成された反射像に基づく、Ｐ偏光による虚像表示を視認する。この場合を、Ｐ－ＨＵＤと表記する。

　特許文献１には、投影部に入射される映像光をＳ偏光又はＰ偏光とする、Ｓ－ＨＵＤとＰ－ＨＵＤに係るＨＵＤ装置が開示されている。また、乗員が偏光サングラスを使用した場合でのＳ－ＨＵＤでの映像の視認性低下の対策として、特許文献２、３は、直線偏光からなる映像光を、半波長板を通過させる／させない機構を設けて、投影部に入射される映像光を、Ｓ偏光とＰ偏光とに可変できるようにして、Ｓ－ＨＵＤとＰ－ＨＵＤの双方に対応できるＨＵＤ装置を開示している。これら装置では、乗員が偏光サングラスを使用した場合は、Ｐ－ＨＵＤによる映像視認がなされる。

　ＨＵＤ装置の使用において、乗員が偏光サングラスを使用する場合、通常、Ｓ偏光成分をカットするように構成されている偏光サングラスをかけた状態で視認すると、虚像表示が見え難くなり、偏光サングラスとＨＵＤ装置の併用が困難になる。特許文献２、３に開示されたＨＵＤ装置は、乗員の偏光サングラス使用有無に対応して、Ｓ－ＨＵＤとＰ－ＨＵＤとを可変する装置となっている。また、乗員の偏光サングラスの使用に対応できるように、特許文献４に開示されたＨＵＤ装置は、映像光をＳ偏光成分とＰ偏光成分の両方を含んだものとしている。

特開平２－１４１７２０号公報 特開２０１３－０５７８９７号公報 実用新案登録第３２１０９９６号明細書 特開２０１５－２２５２３６号公報

　Ｓ－ＨＵＤは、虚像表示を偏光サングラス越しに視認し難いものである。他方で、Ｐ－ＨＵＤは、室外側主面に形成された反射像に基づくので、室外側主面に雨滴などによって水滴が付着した場合には、像が歪んで表示され、または、像が表示されないなどの不具合が生じやすくなる。偏光サングラス越しに虚像表示を視認するときのＨＵＤ装置の使用タイミングは晴天時であることが多いので、Ｓ－ＨＵＤとＰ－ＨＵＤの可変性を備えるＨＵＤ装置は、乗員にとって、有益性が高い。

　しかしながら、Ｐ－ＨＵＤで表示される映像輝度は、Ｓ－ＨＵＤによるものよりも、低いものとなりやすい。なぜなら、Ｓ－ＨＵＤは、空気側に反射される反射像に基づくのに対し、Ｐ－ＨＵＤは、媒体（第二透光板）側に反射される反射像に基づくからである。

　可変性を備えるＨＵＤ装置において、Ｐ－ＨＵＤの使用は、晴天時に乗員が偏光サングラス越しに映像を視認することを想定しているので、表示された映像を乗員に視認させる点では不利な方向に作用する。そのため、そのようなＨＵＤ装置では、両方式の切り替え時に、乗員に違和感を与えやすいものとなる。

　本発明は、ＨＵＤ装置において、Ｓ－ＨＵＤとＰ－ＨＵＤとを可変でき、両方式での映像輝度の違いにより乗員が認識する違和感を改善することができる、新たな構造のＨＵＤ装置を提供する。

　本発明の第一ＨＵＤ装置は、移動体に搭載され、Ｐ偏光又はＳ偏光の投影部での反射像に基づく虚像表示を前記移動体の乗員に視認させる、ＨＵＤ装置であって、
前記ＨＵＤ装置は、
Ｐ偏光と、Ｓ偏光とを含む映像光を照射する映像部と、
前記映像光が投影される投影部と、
前記映像部と前記投影部との間に配置される偏光制御部と、を備える装置であり、
前記投影部は、前記映像光の入射側となる、前記映像光の偏光状態を維持する第一透光板と、
前記映像光の出射側となる、前記映像光の偏光状態を維持する第二透光板と、
前記第一透光板と、前記第二透光板との間に配置される、第一半波長板と、を備え、
前記偏光制御部は、偏光子と、前記映像部から照射されたＰ偏光とＳ偏光のいずれかを通過させる機構と、を備え、
さらに、前記ＨＵＤ装置は、前記投影部に入射される映像光の強度の可変機構を前記映像部、又は、前記第一透光板と前記映像部との間の光学系に備え、
前記可変機構によって、前記投影部にＰ偏光からなる第一映像光が入射するときの強度は、前記投影部にＳ偏光からなる第二映像光が入射するときの強度よりも大きいものと設定される、ことを特徴とする。

　また、本発明の第二ＨＵＤ装置は、移動体に搭載され、Ｐ偏光又はＳ偏光の投影部での反射像に基づく虚像表示を前記移動体の乗員に視認させる、ＨＵＤ装置であって、
前記ＨＵＤ装置は、
直線偏光からなる映像光を照射する映像部と、
前記映像光が投影される投影部と、
前記映像部と前記投影部との間に配置される偏光制御部と、を備える装置であり、
前記投影部は、前記映像光の入射側となる、前記映像光の偏光状態を維持する第一透光板と、
前記映像光の出射側となる、前記映像光の偏光状態を維持する第二透光板と、
前記第一透光板と、前記第二透光板との間に配置される、第一半波長板と、を備え、
前記偏光制御部は、第二半波長板と、前記映像部から照射された直線偏光をＰ偏光、又はＳ偏光とする機構と、を備え、
さらに、前記ＨＵＤ装置は、前記投影部に入射される映像光の強度の可変機構を前記映像部、又は、前記第一透光板と前記映像部との間の光学系に備え、
前記可変機構によって、前記投影部にＰ偏光からなる第一映像光が入射するときの強度は、前記投影部にＳ偏光からなる第二映像光が入射するときの強度よりも大きいものと設定される、ことを特徴とする。

　前記第一ＨＵＤ装置と、前記第二ＨＵＤ装置において、前記投影部に入射されるＰ偏光からなる第一映像光の強度は、前記投影部にＳ偏光からなる第二映像光が入射するときの強度よりも大きいものと設定される。Ｓ偏光又はＰ偏光の投影部での反射像に基づく虚像表示を前記移動体の乗員に視認させるＨＵＤ装置では、前記第一映像光と、第二映像光とは、前記投影部に対して、ブリュースター角を形成して入射されるので、Ｐ偏光の前記投影部の界面での反射が抑制される。そのため、本発明のＨＵＤ装置では、二重像が抑制された虚像表示につき、Ｐ－ＨＵＤと、Ｓ－ＨＵＤとの両方式での映像輝度の違いにより乗員が認識する違和感を改善することができる。

　また、本発明のＨＵＤ装置の使用方法は、前記第一ＨＵＤ装置又は前記第二ＨＵＤ装置の使用方法であって、
前記乗員が偏光サングラス越しに前記虚像表示を視認する場合は、
前記投影部に入射される映像光は、Ｐ偏光からなるものとし、
前記乗員が前記偏光サングラスの不使用時に前記虚像表示を視認する場合は、前記投影部に入射する映像光はＳ偏光からなるものとする、ことを特徴とする。

　本発明のＨＵＤ装置は、Ｓ－ＨＵＤとＰ－ＨＵＤとを可変でき、両方式での映像輝度の違いにより乗員が認識する違和感を改善することができる。

第一ＨＵＤ装置の第一使用形態の映像光の光路の模式図である。 第一ＨＵＤ装置の第二使用形態の映像光の光路の模式図である。 第二ＨＵＤ装置の第三使用形態の映像光の光路の模式図である。 第二ＨＵＤ装置の第四使用形態の映像光の光路の模式図である。 第一ＨＵＤ装置のための偏光制御部の機構の一例を模式的に説明する図である。 第一ＨＵＤ装置のための偏光制御部の機構の別の一例を模式的に説明する図である。 第二ＨＵＤ装置のための偏光制御部の機構の一例を模式的に説明する図である。

　本発明の第一ＨＵＤ装置及び第二ＨＵＤ装置の具体例と使用例を、図面を用いて説明する。
図１は、第一ＨＵＤ装置１において、Ｐ偏光からなる映像光８１が投影部４に入射される第一使用形態での、映像光の光路の模式図である。図２は、第一ＨＵＤ装置１において、Ｓ偏光からなる映像光８２が投影部４に入射される第二使用形態での、映像光の光路の模式図である。そして、図３は、第二ＨＵＤ装置２において、Ｐ偏光からなる映像光８１が投影部４に入射される第三使用形態での、映像光の光路の模式図である。図４は、第二ＨＵＤ装置２において、Ｓ偏光からなる映像光８２が投影部４に入射される第四使用形態での、映像光の光路の模式図である。図１～図４では、光路は太めの実線で示され、該実線の傍に付されたＳはＳ偏光、ＰはＰ偏光を示している。

＜第一ＨＵＤ装置について＞
　第一ＨＵＤ装置１については、図１、２を参照されたい。映像部３から照射された、Ｐ偏光とＳ偏光とを含む映像光８０は、偏光子５０を備える偏光制御部５１内の偏光子５０を通過する。偏光子５０は、一つの直線偏光に対する透過窓を有し、該透過窓は映像光８０の進行方向に面するように配置される。

　図５は、第一ＨＵＤ装置のための偏光制御部の機構の一例を模式的に説明する図であり、図６は、第一ＨＵＤ装置のための偏光制御部の機構の別の一例を模式的に説明する図である。
偏光制御部５１は該映像部３から照射されたＰ偏光とＳ偏光のいずれかを通過させる機構を有する。
偏光制御部５１は、偏光子５０の透過軸の角度を切り替え可能であり、該偏光子５０を可動とする機構を有することが好ましい。例えば、偏光制御部５１に備えられた回転機構（図示せず）によって、該偏光子５０を図５のように回転させる。
偏光制御部５１をこのように操作することで、該偏光子５０の透過軸を回転させ、映像光８０に含まれるＰ偏光とＳ偏光のいずれかを選択的に取り出すことが可能となり、選択されたいずれか一方の偏光のみが該偏光子５０を通過する。また、Ｐ偏光とＳ偏光のいずれを通過させるかは、必要に応じて切り換え可能である。かくして、投影部４に照射される映像光が、Ｐ偏光からなる第一映像光８１、Ｓ偏光からなる第二映像光８２のいずれかとなり、Ｐ－ＨＵＤとＳ－ＨＵＤとの切り替えが行われる。
図５のように偏光子５０を回転させる機構の他に、図６のように、透過軸の角度の異なる２つの偏光子５０を配置し、スライド機構（図示せず）によって、映像光８０の進行方向にどちらか一方の偏光子５０が面するようにスライドさせ、Ｐ－ＨＵＤとＳ－ＨＵＤとの切り替えを行ってもよい。

　第一映像光８１又は第二映像光８２は、投影部４に対して、ブリュースター角を形成するような角度で、投影部に入射される。
第一使用形態では、Ｐ偏光からなる第一映像光８１が投影部に入射され、投影部の室内側主面４１４では、映像光の反射は生じない。そして、投影部４内を進行した映像光は、第一半波長板４３で、Ｓ偏光に変換され、投影部４の室外側主面４２１で反射像を形成しつつ、主面４２１を通過した映像光はＳ偏光のまま室外側へ放出される。主面４２１での反射像を形成した映像光は、再度、第一半波長板４３を通過し、Ｐ偏光に変換される。移動体の乗員６は、主面４２１での反射像に基づく虚像表示を視認する。この虚像表示は、Ｐ偏光からなるので、乗員６は、偏光サングラス７越しでも、該虚像表示を視認することができる。

　尚、本発明では、移動体において、乗員６は室内に所在するものであるから、投影部４の主面に関する表記として、乗員６に最近接の主面が室内側主面４１４、乗員６から最も離れている主面が、室外側主面４２１と表記されている。

　第二使用形態では、投影部の室内側主面４１４で、Ｓ偏光からなる第二映像光８２が投影部に入射されて反射像が形成され、移動体の乗員６は、主面４１４での反射像に基づく虚像表示を視認する。主面４１４を通過し、投影部４内を進行した映像光は、第一半波長板４３で、Ｐ偏光に変換され、投影部４の室外側主面４２１で反射が生じることなく、映像光はＰ偏光のまま室外側へ放出される。

　Ｐ偏光とＳ偏光とを含む映像光の例としては、あらゆる偏光をランダムに含んだもの（無偏光）、円偏光や楕円偏光、Ｐ偏光とＳ偏光との混合光、Ｐ偏光、Ｓ偏光でもない直線偏光などが挙げられる。第一ＨＵＤ装置１の映像輝度の観点から、映像光８０は無偏光のものが好ましい。映像部３としては、Ｐ偏光とＳ偏光とを含む映像光８０を照射できるプロジェクターが好適に使用される。そのようなプロジェクターの例としては、ＤＭＤ投影システム方式プロジェクター、レーザー走査型ＭＥＭＳ投影システム方式プロジェクター、または、反射型液晶方式プロジェクター等が挙げられる。

　また、偏光子５０としては、消光比の高いものが好ましく、例えば、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長領域において、消光比が１０～１０^５のものが好適に用いられる。また、偏光子５０は、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長領域において透過率が３０％以上であるものとしてもよい。偏光子５０の例としては、ヨウ素ポリビニルアルコール型偏光子、染料系偏光子、ワイヤーグリッド型偏光子、プリズム型偏光子（偏光プリズム）等がある。

　投影部にＰ偏光からなる第一映像光８１が入射するときの強度は、投影部にＳ偏光からなる第二映像光８２が入射するときの強度よりも大きいものとなるように、映像光の強度の可変機構が設定される。この設定は、第二映像光８２が投影部４に到達するまでに、第二映像光８２をＮＤフィルター（図示せず）に透過させて、照射光強度を下げることによって成してもよい。または、映像部から照射される映像光の強度の調整によって、投影部に第一映像光が入射するときの強度が、投影部に第二映像光が入射するときの強度よりも大きくなるようにすることが好ましい。例えば、映像部３を構成するプロジェクターのランプ強度を、第一映像光８１の場合と第二映像光８２の場合とで切り替えるなどの方法によって、映像光８０の強度の調整がなされてもよい。虚像表示の輝度改善の観点からは、後者の方が好ましい。また、Ｐ－ＨＵＤでの虚像表示の輝度改善と、Ｐ－ＨＵＤとＳ－ＨＵＤの切り替え時の乗員にとっての違和感の改善の観点からは、投影部４に第一映像光８１が入射するときの強度は、投影部４に第二映像光８２が入射するときの強度の２倍～１０倍となるように調整することが好ましく、３倍～５倍となるように調整することがより好ましい。

　第一ＨＵＤ装置１の主要構成である投影部４は、後段にて詳述される。

＜第二ＨＵＤ装置について＞
　第二ＨＵＤ装置２については、図３、４を参照されたい。第三、第四使用形態に係る第二ＨＵＤ装置２では、映像部３から照射される映像光は、Ｐ偏光又はＳ偏光の直線偏光とされる。映像部３から照射された該映像光は、第二半波長板５３を有する偏光制御部５２へ入射する。

　図７は、第二ＨＵＤ装置のための偏光制御部の機構の一例を模式的に説明する図である。偏光制御部５２は、第二半波長板５３と、映像部３から照射された直線偏光をＰ偏光又はＳ偏光とする機構とを有する。当該機構は、例えば、該映像部３から照射された映像光を、第二半波長板５３を通過させる／させない、を選択可能な機構であることが好ましく、第二半波長板５３を可動とする機構であることがより好ましい。
図７の例示では、第三使用形態とする場合には、映像部３から照射されたＳ偏光からなる映像光８２は、偏光制御部５２内の第二半波長板５３を通過して、Ｐ偏光からなる映像光８１へと変換される。また、第四使用形態とする場合は、映像部３から照射されたＳ偏光からなる映像光は、第二半波長板５３を通過せずに、そのまま、Ｓ偏光からなる映像光８２とされる。

　第二ＨＵＤ装置２では、偏光制御部５２に設けられたスライド機構（図示せず）などによって、第二半波長板５３をスライドさせるなどして、映像部３からのＳ偏光をＳ偏光のままとすること、または、Ｐ偏光に変換することによって、Ｐ－ＨＵＤとＳ－ＨＵＤとの切り替えが行われる。第三、第四使用形態では、映像部３から照射される映像光として、Ｓ偏光からなる映像光８２が例示されたが、Ｐ偏光からなる映像光８１が映像部３から照射され、偏光制御部５２によって、Ｐ偏光からなる映像光８１、Ｓ偏光からなる映像光８２の切り替えがなされてもよい。図７の例示では、映像部３から照射された偏光がＳ偏光である場合が例示されたが、映像部３から照射された偏光がＰ偏光の場合でも、図７の例と同様のことができる。

　第二ＨＵＤ装置２において、第三、第四使用形態の派生として、映像部３から照射される映像光は、Ｐ偏光、Ｓ偏光でもない直線偏光で、振動方向が角度φ°である直線偏光（このような直線偏光は、Ｐ偏光とＳ偏光とを含む映像光でもある）としてもよい。この場合、偏光制御部５２における、映像部３から照射された直線偏光をＰ偏光又はＳ偏光とする機構は、映像光が第二半波長板５３を通過するものとし、第二半波長板５３の光学軸を角度φ°を基準にして調整できる機構であることが好ましい。このような機構は、図５で例示された偏光制御部の偏光子５０を、第二半波長板５３とすることで成すことができる。尚、直線偏光が、第二半波長板５３を通じて、Ｐ偏光、又はＳ偏光とされる機構については、次の偏光に関する説明を参照されたい。

　偏光は、光のＸ軸方向の進行波と、Ｙ軸方向の進行波との合成波であり、その合成波の振動方向により偏光のタイプが決まる。第二半波長板５３は、入射光のＸ軸方向の進行波の位相と、Ｙ軸方向の進行波の位相とを、波長の半分ずらすものである。直線偏光が半波長板に入射する際、当該直線偏光の電界振動方向（偏光面）が半波長板の光学軸に対してθ°の方位角で入射した場合、入射光の振動方向を基準として光軸側に２θ°回転した直線偏光となって出射される。例えば、半波長板の光学軸に対して、入射光の振動方向が４５°である直線偏光を入射させると、入射光の振動方向に対して９０°回転した直線偏光が出射される。そのため、Ｓ偏光を半波長板に入射させる際、その振動方向が半波長板の光学軸に対して４５°となるように入射させると、Ｓ偏光の振動方向が９０°回転してＰ偏光として出射される。反対に、Ｐ偏光を半波長板に入射させる際、その振動方向が半波長板の光学軸に対して４５°となるように入射させると、Ｐ偏光の振動方向が９０°回転してＳ偏光として出射される。さらに、振動方向がＸ軸方向に対してφ°の直線偏光に対して、半波長板の光学軸をＸ軸方向に対して（１／２）φ°とすると、入射光はＳ偏光に変換され、半波長板の光学軸をＸ軸方向に対して（１／２）φ°＋４５°とすると入射光はＰ偏光に変換される。そのため、映像部３から照射される映像光は、Ｓ偏光であってもＰ偏光であっても良く、さらに、振動方向が角度φ°である直線偏光であっても良い。

　第一映像光８１又は第二映像光８２は、投影部４に対して、ブリュースター角を形成するような角度で、投影部に入射される。第三使用形態では、投影部の室内側主面４１４では、Ｐ偏光からなる第一映像光８１が投影部に入射され、映像光の反射は生じない。そして、投影部４内を進行した映像光は、第一半波長板４３で、Ｓ偏光に変換され、投影部４の室外側主面４２１で反射像を形成しつつ、主面４２１を通過した映像光はＳ偏光のまま室外側へ放出される。主面４２１での反射像を形成した映像光は、再度、第一半波長板４３を通過し、Ｐ偏光に変換される。移動体の乗員６は、主面４２１での反射像に基づく虚像表示を視認する。この虚像表示は、Ｐ偏光からなるので、乗員６は、偏光サングラス７越しでも、該虚像表示を視認することができる。

　第四使用形態では、投影部の室内側主面４１４で、Ｓ偏光からなる第二映像光８２が投影部に入射されて反射像が形成され、移動体の乗員６は、主面４１４での反射像に基づく虚像表示を視認する。主面４１４を通過し、投影部４内を進行した映像光は、第一半波長板４３で、Ｐ偏光に変換され、投影部４の室外側主面４２１で反射が生じることなく、映像光はＰ偏光のまま室外側へ放出される。

　映像部３としては、Ｐ偏光からなる映像光、または、Ｓ偏光からなる映像光を照射できるプロジェクターが使用される。そのようなプロジェクターの例としては、液晶方式プロジェクターが挙げられる。

　Ｐ偏光からなる第一映像光８１を投影部４に照射するときの照射強度は、Ｓ偏光からなる第二映像光８２を投影部４に照射するときの照射強度よりも高いものとなるように映像光の強度の可変機構によって設定される。この設定は、第二映像光８２が投影部４に到達するまでに、第二映像光８２をＮＤフィルター（図示せず）に透過させて、照射光強度を下げることによって成してもよい。または、映像部３から照射される映像光の強度を第一映像光８１の場合と第二映像光８２の場合とで切り替える手法によって成してもよい。虚像表示の輝度改善の観点からは、後者の方が好ましい。

　第二ＨＵＤ装置２の主要構成である投影部４は、後段にて詳述される。

＜投影部４について＞
　図１～図４に示すＨＵＤ装置１及びＨＵＤ装置２における投影部４は、映像光の入射側となる、映像光の偏光状態を維持する第一透光板４１と、映像光の出射側となる、映像光の偏光状態を維持する第二透光板４２と、第一透光板と、第二透光板との間に配置される、第一半波長板４３と、を備える。

　投影部４は、第一透光板４１と、第二透光板４２とが、中間膜４４を介して接合され、一体構造となっていることが好ましい。中間膜４４は、中間膜を構成するポリマーが軟化する温度で、加熱することで、第一透光板４１と、第二透光板４２とを合わせ化するもので、ポリマーとして、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ウレタン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等を使用することができる。なお、中間膜４４は複数の樹脂層で構成されていても良い。

　図１から４で例示された投影部４では、第一半波長板４３は、第一透光板４１に接した位置に配置されているが、第一半波長板４３は、投影部４の光路内に配置されていればよく、例えば、中間膜４４の内部に配置されていてもよいし、第二透光板４２に接する位置に配置されてもよい。

　第一半波長板４３の機能は、第二半波長板５３と同じである。第一半波長板４３、第二半波長板５３としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー等のプラスチックフィルムを一軸又は二軸延伸した位相差素子や、液晶性ポリマーを特定方向に配向させて配向状態を固定化した位相差素子を用いることができる。後者としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明プラスチックフィルムなどの透明基板上に液晶ポリマーを塗布し、せん断力をかけた後、熱処理、冷却して液晶配向を固定化したものを使用できる。液晶ポリマーの例としては、液晶状態でねじれネマティック配向し、液晶転移点以下ではガラス状態となるものは使用することができ、光学活性なポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミドなどの主鎖型液晶ポリマー、光学活性なポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロート、ポリシロキサンなどの側鎖型液晶ポリマーなどが挙げられる。また、光学活性でないこれらの主鎖型あるいは側鎖型ポリマーに、他の低分子あるいは高分子の光学活性化合物を加えたポリマー組成物などを例示することができる。

　第一透光板４１、第二透光板４２は、入射された偏光の状態が維持されるように光学的に等方な材料からなるものが使用される。そのような材料としては、ガラス材料が挙げられ、特には、平板状のガラス板が湾曲形状に加工されたものを好適に使用することができる。ガラス板の材質としては、ＩＳＯ１６２９３－１で規定されているようなソーダ石灰珪酸塩ガラスの他、アルミノシリケートガラスやホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス等の公知のガラス組成のものを使用することができる。第一透光板４１、第二透光板４２の、それぞれの厚みは、例えば、０．４ｍｍ～３ｍｍとしてもよい。また、第一透光板４１と、第二透光板４２との間隔は、０．０５ｍｍ～１ｍｍとしてもよい。

（ＨＵＤ装置の使用方法）
　本発明のＨＵＤ装置の使用方法は、前記第一ＨＵＤ装置又は前記第二ＨＵＤ装置の使用方法であって、
前記乗員が偏光サングラス越しに前記虚像表示を視認する場合は、
前記投影部に入射される映像光は、Ｐ偏光からなるものとし、
前記乗員が前記偏光サングラスの不使用時に前記虚像表示を視認する場合は、前記投影部に入射する映像光はＳ偏光からなるものとする、ことを特徴とする。

　本発明のＨＵＤ装置は、偏光サングラスを使用して偏光サングラス越しに虚像表示を視認する場合と、偏光サングラスの不使用時に虚像表示を視認する場合の両方に使用することができる。
第一ＨＵＤ装置を使用し、偏光サングラスを使用する場合は、図１に示す第一使用形態のように、映像部からＰ偏光とＳ偏光を照射し、偏光制御部においてＰ偏光のみを通過させて、投影部にＰ偏光からなる第一映像光を入射する。
第二ＨＵＤ装置を使用し、偏光サングラスを使用する場合は、図３に示す第三使用形態のように、映像部から直線偏光を照射し、偏光制御部においてＰ偏光のみを通過させて、投影部にＰ偏光からなる第一映像光を入射する。
乗員が偏光サングラスを使用した場合には、Ｐ－ＨＵＤによる映像視認がなされる。

　第一ＨＵＤ装置を使用し、偏光サングラスを使用しない場合は、図２に示す第二使用形態のように、映像部からＰ偏光とＳ偏光を照射し、偏光制御部においてＳ偏光のみを通過させて、投影部にＳ偏光からなる第二映像光を入射する。
第二ＨＵＤ装置を使用し、偏光サングラスを使用しない場合は、図４に示す第四使用形態のように、映像部から直線偏光を照射し、偏光制御部においてＳ偏光のみを通過させて、投影部にＳ偏光からなる第二映像光を入射する。
乗員が偏光サングラスを使用しない場合には、Ｓ－ＨＵＤによる映像視認がなされる。

　自動車などの車両のフロントガラス部を投影部とすると、車両にＳ－ＨＵＤとＰ－ＨＵＤとを可変できるＨＵＤ装置を提供することができる。

１　　　第一ＨＵＤ装置
２　　　第二ＨＵＤ装置
３　　　映像部
４　　　投影部
４１　　第一透光板
４１４　投影部の室内側主面
４２　　第二透光板
４２１　投影部の室外側主面
４３　　第一半波長板
４４　　中間膜
５０　　偏光子
５１　　第一ＨＵＤ装置のための偏光制御部
５２　　第二ＨＵＤ装置のための偏光制御部
５３　　第二半波長板
６　　　移動体の乗員
７　　　偏光サングラス
８０　　Ｐ偏光とＳ偏光とを含む映像光
８１　　Ｐ偏光からなる第一映像光
８２　　Ｓ偏光からなる第二映像光

Claims (6)

1. 移動体に搭載され、Ｐ偏光又はＳ偏光の投影部での反射像に基づく虚像表示を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置であって、
   前記ヘッドアップディスプレイ装置は、
   Ｐ偏光と、Ｓ偏光とを含む映像光を照射する映像部と、
   前記映像光が投影される投影部と、
   前記映像部と前記投影部との間に配置される偏光制御部と、を備える装置であり、
   前記投影部は、前記映像光の入射側となる、前記映像光の偏光状態を維持する第一透光板と、
   前記映像光の出射側となる、前記映像光の偏光状態を維持する第二透光板と、
   前記第一透光板と、前記第二透光板との間に配置される、第一半波長板と、を備え、
   前記偏光制御部は、偏光子と、前記映像部から照射されたＰ偏光とＳ偏光のいずれかを通過させる機構と、を備え、
   さらに、前記ヘッドアップディスプレイ装置は、前記投影部に入射される映像光の強度の可変機構を前記映像部、又は、前記第一透光板と前記映像部との間の光学系に備え、
   前記可変機構によって、前記投影部にＰ偏光からなる第一映像光が入射するときの強度は、前記投影部にＳ偏光からなる第二映像光が入射するときの強度よりも大きいものと設定される、
   ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 移動体に搭載され、Ｐ偏光又はＳ偏光の投影部での反射像に基づく虚像表示を前記移動体の乗員に視認させる、へッドアップディスプレイ装置であって、
   前記ヘッドアップディスプレイ装置は、
   直線偏光からなる映像光を照射する映像部と、
   前記映像光が投影される投影部と、
   前記映像部と前記投影部との間に配置される偏光制御部と、を備える装置であり、
   前記投影部は、前記映像光の入射側となる、前記映像光の偏光状態を維持する第一透光板と、
   前記映像光の出射側となる、前記映像光の偏光状態を維持する第二透光板と、
   前記第一透光板と、前記第二透光板との間に配置される、第一半波長板と、を備え、
   前記偏光制御部は、第二半波長板と、前記映像部から照射された直線偏光をＰ偏光、又はＳ偏光とする機構と、を備え、
   さらに、前記ヘッドアップディスプレイ装置は、前記投影部に入射される映像光の強度の可変機構を前記映像部、又は、前記第一透光板と前記映像部との間の光学系に備え、
   前記可変機構によって、前記投影部にＰ偏光からなる第一映像光が入射するときの強度は、前記投影部にＳ偏光からなる第二映像光が入射するときの強度よりも大きいものと設定される、
   ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記投影部に前記第一映像光が入射するときの強度が、前記投影部に前記第二映像光が入射するときの強度の２倍～１０倍である、請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記映像部から照射される映像光の強度の調整によって、前記投影部に前記第一映像光が入射するときの強度が、前記投影部に前記第二映像光が入射するときの強度よりも大きいものと設定される、請求項１乃至３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記映像部が、ＤＭＤ投影システム方式プロジェクター、レーザー走査型ＭＥＭＳ投影システム方式プロジェクター、または、反射型液晶方式プロジェクターである、請求項１、３、４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置の使用方法であって、乗員が偏光サングラス越しに虚像表示を視認する場合は、投影部に入射される映像光はＰ偏光からなるものとし、
   前記乗員が前記偏光サングラスの不使用時に前記虚像表示を視認する場合は、前記投影部に入射する映像光はＳ偏光からなるものとする、ヘッドアップディスプレイ装置の使用方法。

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