WO2021014963A1

WO2021014963A1 - 投影表示装置

Info

Publication number: WO2021014963A1
Application number: PCT/JP2020/026555
Authority: WO
Inventors: 剛史高沢
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2021-01-28
Also published as: JP2021018383A

Abstract

各種映像を表示させるための映像光を投射する投影機（１）と、投影機からの映像光のうち所定の偏光成分の光を透過させる第１偏光部（２）と、第１偏光部を介した映像光を反射する透明スクリーン（３２）と透明スクリーンを透過した映像光の一部または全部を吸収する第２偏光部（３３）と第２偏光部を隔てて透明スクリーンとは反対側に配置された透明基材（３４）とを有してなる透明部材（３）と、を備える。第２偏光部は、偏光透過軸が第１偏光部を透過した映像光を吸収する配置とされている吸収型偏光子である。

Description

投影表示装置

関連出願への相互参照

　本出願は、２０１９年７月２３日に出願された日本特許出願番号２０１９－１３５５０３号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

　本開示は、投影表示装置に関する。

　従来、例えばヘッドアップディスプレイ装置のように、ウィンドシールド等の透明部材に向けて投影機から映像光を投射し、透明部材の表面またはその内部で当該映像光を所定方向に反射させ、ユーザに映像として視認可能にする投影表示装置が知られている。この種の投影表示装置では、透明部材を反射型透明スクリーンとして用いるため、映像光の一部が透明部材を透過してしまい、当該透明部材を投影機側の面とは反対側の面から見た場合にも映像として視認可能な状態となり得る。プライバシー保護の観点からは、このような状態は好ましくない。上記の課題を解決する投影表示装置としては、例えば特許文献１に記載のものが挙げられる。この投影表示装置は、投影機と、反射型透明スクリーンとして用いる透明部材とを備え、透明部材に可視光透過率の調整が可能な調光部材が重畳されてなる。この表示装置は、投影機から映像光を投射する際に、調光部材の可視光透過率が所定以下にされることで、透明部材の一方の面側からのみ映像を視認可能な状態となる。

特開２０１７－９０６１７号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の投影表示装置では、映像表示時に調光部材の可視光透過率が下がるため、映像を視認可能なユーザは、透明部材の前方を視認することができなくなる。例えば、ウィンドシールドを透明部材とするような車載用途の場合では、車室内から車室外の光景が見えなくなるため、安全性の観点から好ましくない。また、意匠性の観点から、透明部材の一部または全部を不透明な状態としたくないというニーズも存在する。

　本開示は、透明部材の透明性を確保しつつも、外部の者が当該透明部材を投影機側の面とは反対側の面から見たときに映像を視認させない構成とされた投影表示装置に関する。

　本開示の１つの観点によれば、投影表示装置は、投影表示装置であって、各種映像を表示させるための映像光を投射する投影機と、投影機からの映像光のうち所定の偏光成分の光を透過させる第１偏光部と、第１偏光部を介した映像光を反射する透明スクリーンと、透明スクリーンを透過した映像光の一部または全部を吸収する第２偏光部と、第２偏光部を隔てて透明スクリーンとは反対側に配置された透明基材とを有してなる透明部材と、を備え、第２偏光部は、偏光透過軸が第１偏光部を透過した映像光を吸収する配置とされている吸収型偏光子である。

　これにより、投影機からの映像光が第１偏光部を介して所定の偏光状態とされた後、透明部材に投射され、透明部材中の透明スクリーンで反射し、所定の映像を視認させることが可能な投影表示装置となる。また、第２偏光部が透明スクリーンを透過した映像光を吸収するため、映像光が透明部材を透過することを抑制される。さらに、透明部材が透明基材側からの光のうち所定の偏光状態の光を投影機側に透過させる構成であるため、外界の視野を確保しつつも、映像光が外部から視認できない状態とすることが可能な投影表示装置となる。

　なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態の投影表示装置を車載用途に適用した一例について示す図である。第１実施形態の投影表示装置の構成を説明するための説明図である。第２実施形態の投影表示装置の構成を説明するための説明図である。第３実施形態の投影表示装置の構成を説明するための説明図である。

　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

　（第１実施形態）
　第１実施形態の投影表示装置Ｓ１について、図１、図２を参照して説明する。図２では、後述する偏光部２、３３の偏光透過軸を両矢印で示している。

　本実施形態では、例えば図１に示すように、投影表示装置Ｓ１が自動車等の車両Ｖに搭載され、ウィンドシールド表示装置として適用された例を代表例として説明するが、この用途に限定されるものではない。

　本実施形態の投影表示装置Ｓ１は、図１もしくは図２に示すように、投影機１と、第１偏光部２と、第１透明基材３１、透明スクリーン３２、第２偏光部３３および第２透明基材３４によりなる透明部材３と、を備える。投影表示装置Ｓ１は、投影機１が映像光を透明部材３に向けて投射し、当該映像光が第１偏光部２を介して所定の偏光成分とされた後に、当該映像光の一部が透明スクリーン３２で反射することで、乗員に映像を視認させる構成とされている。また、投影表示装置Ｓ１は、第１偏光部２を介した映像光の一部であって、透明スクリーン３２を透過したものが第２偏光部３３に吸収され、車室外に透過しない構成とされている。

　投影機１は、任意のプロジェクタであり、各種映像を表示させるための映像光を透明部材３に投射するものである。投影機１は、本実施形態では、第１偏光部２を介することで直線偏光とされた映像光を透明スクリーン３２に向けて投射する。

　第１偏光部２は、本実施形態では、投影機１からの映像光のうち所定の直線偏光成分の光のみを透過させるものであり、例えば任意の偏光子とされる。第１偏光部２は、投影機１の一部として構成されてもよいし、投影機１とは別体であってもよい。ここで、以下、説明の便宜上、鉛直方向を法線とする平面を「基準面」とし、基準面上における車両左右方向を「基準軸」とする。このとき、第１偏光部２は、基準面に対して平行でない配置とされると共に、第１偏光部２のなす平面のうち基準軸に平行な直線に対して例えば右回りに４５°傾いた直線に平行な直線偏光成分の光を透過する配置とされている。なお、便宜上、このときの第１偏光部２の偏光透過軸を４５°と称する。

　透明部材３は、本実施形態では、車両Ｖのウィンドシールドとされており、第１透明基材３１、透明スクリーン３２、第２偏光部３３および第２透明基材３４がこの順に重畳されてなる。透明部材３は、透明スクリーン３２と第２偏光部３３とがこの順で投影機１と向き合う配置とされる。言い換えると、透明部材３は、第２透明基材３４が第２偏光部３３を隔てて透明スクリーン３２の反対側に配置された構成となっている。

　第１透明基材３１および第２透明基材３４は、例えばガラスとされる。

　透明スクリーン３２は、第１偏光部２を介した映像光を所定の方向に反射もしくは散乱させるものであり、当該映像光を乗員に各種映像として視認させる役割を果たす。透明スクリーン３２は、少なくとも第１偏光部２により偏光制御された映像光を反射し、かつその偏光状態に影響を与えない構成であればよく、例えば、不規則な凹凸形状を備える光散乱シートやマイクロレンズアレイ、マイクロミラーアレイを備えるシート等の任意のものとされる。

　第２偏光部３３は、本実施形態では、所定の直線偏光状態の光を透過させる一方で、第１偏光部２により偏光制御された映像光のうち透明スクリーン３２を透過したものを吸収するものであり、任意の吸収型偏光子とされる。つまり、第２偏光部３３は、車両Ｖの車室外の外光のうち所定の偏光状態の光を透過させることで外界の視野を確保すると共に、透明スクリーン３２を透過した映像光の一部または全部を吸収することで車室外から映像を視認させない役割を果たす。

　なお、吸収型偏光子としては、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）フィルムにヨウ素化合物を吸着させて延伸配向されたものなどが挙げられるが、これに限定されない。また、第１偏光部２を構成する偏光子は、所定の偏光状態の光を透過すればよく、吸収型であってもよいし、反射型であってもよい。反射型偏光子としては、例えば任意の透明基材にアルミニウムなどの金属材料によるなるワイヤグリッドを備えるものなどが挙げられるが、これに限定されない。

　第２偏光部３３は、例えば、その偏光透過軸が第１偏光部２の偏光透過軸４５°に対して直交する１３５°となるように配置される。つまり、第２偏光部３３は、その偏光透過軸が第１偏光部２の偏光透過軸に対して交差する配置、好ましくは略直交となる配置とされ、第２透明基材３４からの外光のうち透過軸に平行な成分の光を主に透過する。これにより、第１偏光部２を介した映像光が車室外に透過することを抑制し、車室外から映像を視認できない状態となるため、プライバシーを保護できる。また、第２偏光部３３を透過した外光は、基準軸に対して右回りに１３５°傾いた角度、すなわち左回りに４５°傾いた角度を持ち、かつ映像光も基準軸に対し右回りに４５°傾いた角度を持つ。そのため、透過軸が基準軸に対して垂直な成分とされたサングラス、いわゆる偏光サングラスを乗員が装着している場合であっても、当該乗員が外光と映像光のどちらも視認できるという利点がある。

　なお、透明部材３は、例えばＰＶＢ（ポリビニルブチラール）樹脂などの図示しない透明接着剤を介して、第１透明基材３１、透明スクリーン３２、第２偏光部３３および第２透明基材３４がこの順に積層されてなる。また、以下、説明の便宜上、透明部材３の表裏の関係にある外表面のうち投影機１側の面を「一面」と称し、その反対面を「他面」と称する。

　本実施形態によれば、投影機１から透明部材３の一面に向けて投射された映像光を所定の方向に反射し、一面側からは映像を視認できる一方で、当該映像光を他面に透過させないことで他面側から映像を視認できない構成の投影表示装置となる。そのため、透明部材３の透明性を確保することで安全性を高めつつ、透明部材３の他面からの映像視認を抑制でき、プライバシー保護が可能となる。

　（第２実施形態）
　第２実施形態の投影表示装置Ｓ２について、図３を参照して説明する。図３では、図２と同様に、偏光部２、３３の偏光透過軸を両矢印で示している。

　本実施形態の投影表示装置Ｓ２は、第１偏光部２と第２偏光部３３の偏光透過軸が第１実施形態における偏光透過軸に対してさらに４５°傾いている関係となっている点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。

　第１偏光部２は、本実施形態では、投影機１から投射された映像光のうち基準軸と垂直な直線偏光成分のみを透過する配置とされている。言い換えると、第１偏光部２は、透明スクリーン３２において基準軸に対して垂直な直線偏光成分の映像光が反射される配置となっている。なお、図３に示すように、便宜上、このような配置とされた第１偏光部２の偏光透過軸を「垂直」と称する。

　第２偏光部３３は、例えば図３に示すように、その偏光透過軸が第１偏光部２の偏光透過軸と略直交する配置、すなわち「水平」となる配置とされ、第１偏光部２を介して偏光制御された映像光を吸収する。言い換えると、本実施形態では、第２偏光部３３は、第２透明基材３４からの外光のうち基準軸に対して平行な偏光成分を透過する配置とされている。

　これにより、第２偏光部３３は、透明スクリーン３２を透過した映像光の残部を吸収し、第２透明基材３４側に映像光が透過することを抑制できる。

　本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、外光が第２偏光部３３を透過することで基準軸に対して平行な偏光成分となっており、ユーザは、いわゆる偏光サングラスをかけると外光が見えなくなる。その一方で、第１偏光部２を透過した映像光については、基準軸に対して垂直な偏光成分となっており、ほとんど偏光サングラスを透過するため、ユーザが映像表示に集中できるという利点がある。

　（第３実施形態）
　第３実施形態の投影表示装置Ｓ３について、図４を参照して説明する。図４では、第１偏光部２および第２偏光部３３の偏光透過軸を矢印で示している。

　本実施形態の投影表示装置Ｓ３は、投影機１の映像光が第１偏光部２を介して円偏光とされ、第１偏光部２の偏光透過軸が右円偏光とされ、第２偏光部３３の偏光透過軸が左円偏光とされている点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。

　投影機１は、本実施形態では、第１偏光部２を介して、直線偏光ではなく、円偏光とされた映像光を投射する構成とされている。

　第１偏光部２は、右円偏光成分または左円偏光成分を透過させる偏光子であり、本実施形態では、例えば図４に示すように、その偏光透過軸が右円偏光とされている。

　第２偏光部３３は、右円偏光成分または左円偏光成分を吸収する偏光子であり、本実施形態では、その偏光透過軸が左円偏光とされている。これにより、第２偏光部３３は、第１偏光部２を介した映像光を吸収しつつ、第２透明基材３４からの外光のうち所定の偏光状態の光を透過させる。

　なお、第１偏光部２および第２偏光部３３は、その偏光透過軸が逆の関係であってもよい。つまり、第２偏光部３３は、その偏光透過軸が第１偏光部２の偏光透過軸に対して反対となる配置であればよい。

　本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、投影表示装置Ｓ３は、偏光サングラスを装着したユーザが頭を傾けた状態にしたとしても、映像光による映像の明るさや第２透明基材３４からの外光の明るさが変化しにくい構成となる。つまり、ユーザが偏光サングラスを装着した状態での映像や外界の視認性が、上記第１実施形態および第２実施形態に比べて、向上するとの効果が得られる。

　（他の実施形態）
　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、それらの一要素のみ、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。

　（１）例えば、上記各実施形態では、透明部材３が第１透明基材３１と第２透明基材３４とを有してなる構成とされた例について説明したが、投影機１側の第１透明基材３１を有しない構成とされてもよい。

　（２）上記各実施形態では、第２偏光部３３により偏光制御された映像光のうち透明スクリーン３２で反射したものを除くすべて（以下、「映像光の残部」という）を吸収する例について説明したが、これに限定されるものではない。第２偏光部３３は、第２透明基材３４側から映像を視認できない程度に映像光の残部を吸収できればよい。

　例えば、第２偏光部３３が映像光の残部の９割程度を吸収し、その残りが透過した場合であっても、第２透明基材３４側に透過する映像光の光量が１／１０程度になるため、第２透明基材３４側から映像を視認することが困難となる。

　具体的には、昼間のように環境輝度が高い状況においては、第２透明基材３４側から透明部材３を見たとき、第２偏光部３３を透過した映像光が外光に紛れてしまうため、映像を視認することが困難である。一方、夜間のように環境輝度が低い状況においては、投影機１の出力を昼間と同じにすると、ユーザが眩しく感じるため、出力を落とし、映像光の輝度（光量）を下げる必要がある。そのため、夜間では、映像光の光量が少なくされた結果、第２偏光部３３を透過する映像光の光量が非常に少なくなり、第２透明基材３４側から映像を視認することが困難である。

　上記したように、第２偏光部３３は、映像光の残部を所定以上の割合で吸収できる構成や配置であればよい。なお、本発明者らの検討結果によれば、第２偏光部３３の消光比が１０：１程度であっても第２透明基材３４側からの映像の視認を防止する効果が得られる。

　（３）上記各実施形態では、ウィンドシールド表示装置として適用された例について説明したが、これに限定されず、透明部材３は、サイドウィンドウやリアウィンドウであってもよい。また、本投影表示装置は、車載用途だけでなく、他の用途に適用され得る。

Claims

　投影表示装置であって、
　各種映像を表示させるための映像光を投射する投影機（１）と、
　前記投影機からの前記映像光のうち所定の偏光成分の光を透過させる第１偏光部（２）と、
　前記第１偏光部を介した前記映像光を反射する透明スクリーン（３２）と、前記透明スクリーンを透過した前記映像光の一部または全部を吸収する第２偏光部（３３）と、前記第２偏光部を隔てて前記透明スクリーンとは反対側に配置された透明基材（３４）とを有してなる透明部材（３）と、を備え、
　前記第２偏光部は、偏光透過軸が前記第１偏光部を透過した前記映像光を吸収する配置とされている吸収型偏光子である、投影表示装置。
　前記投影機は、前記映像光を投射し、
　前記第１偏光部は、所定の直線偏光成分の光を透過させる偏光子であり、
　前記第２偏光部は、所定の直線偏光成分の光を吸収すると共に、偏光透過軸が、前記第１偏光部の偏光透過軸に対して交差する配置とされている、請求項１に記載の投影表示装置。
　前記投影機は、前記映像光を投射し、
　前記第１偏光部は、右偏光成分または左偏光成分の光を透過させる偏光子であり、
　前記第２偏光部は、右偏光成分または左偏光成分の光を吸収すると共に、偏光透過軸が、前記第１偏光部の偏光透過軸に対して反対の配置とされている、請求項１に記載の投影表示装置。