JP2015049290A - Optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学システムに関する。 The present invention relates to an optical system.
現在、車両のフロントガラス等に表示光を投影し、虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている。 Currently, various vehicle head-up display devices that project display light onto a windshield or the like of a vehicle to display a virtual image have been proposed.
例えば、特許文献1に示されている車両用のヘッドアップディスプレイ装置は、透光性の窓部を備えたハウジングに映像表示器及び反射鏡を収容したものであり、車両のダッシュボード内に配設される。映像表示器は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを透過照明する発光ダイオード等の発光素子と、を備えたものである。液晶表示パネルを駆動する駆動回路及び発光素子を駆動する駆動回路は、回路基板に搭載されている。
For example, the head-up display device for a vehicle shown in
このような構成からなるヘッドアップディスプレイ装置では、投射する表示光Lはフロントガラスにより観察者に反射され、観察者は虚像を風景と重畳させて視認することができる(特許文献1図4及び図5参照)。
In the head-up display device having such a configuration, the display light L to be projected is reflected to the observer by the windshield, and the observer can visually recognize the virtual image superimposed on the landscape (
しかしながら、映像表示器から発せられる迷光Mによってゴースト像が生ずることがある。つまり、映像表示器から発せられた表示光Lが反射鏡で反射されて窓部から出光する正規の光路以外に、映像表示器から発せられた迷光Mが窓部から出光する光路があり、迷光Mがフロントガラスに投影されてゴースト像になるという問題がある。 However, a ghost image may be generated by stray light M emitted from the video display. That is, in addition to the normal optical path in which the display light L emitted from the video display is reflected by the reflecting mirror and emitted from the window, there is an optical path in which the stray light M emitted from the video display is emitted from the window. There is a problem that M is projected onto the windshield to become a ghost image.
このような問題を解決するために、特許文献2に示されるような偏光を利用したヘッドアップディスプレイ装置が提案されている。前記ヘッドアップディスプレイ装置では、液晶表示パネルに設けられた第1の偏光部材と、窓部に設けられた第2の偏光部材と、を構成する偏光分離素子がクロスニコル配置となっている。液晶表示パネルから出光した表示光Lは直線偏光となり、前記表示光Lは、表面に位相差板を設けた第1の反射鏡に入光する。透光性である位相差板は、複屈折特性を有するため、表示光Lは、位相差板を透過する際に偏光軸方向が変化し、表示光Lに対して直交する直線偏光の表示光L2となる。次に、表示光L2は、第2の反射鏡で反射し、窓部に向かう。窓部には、第2の偏光部材が配置されており、表示光L2は第2の偏光部材を通過して、フロントガラスに虚像を投影する。一方、液晶表示パネルから出光した迷光Mは、位相差板を通過しないため、偏光軸方向の変化が無く、第2の偏光部材で遮られ、ゴースト像の発生を防止できる。 In order to solve such a problem, a head-up display device using polarized light as shown in Patent Document 2 has been proposed. In the head-up display device, the polarization separation elements that constitute the first polarizing member provided on the liquid crystal display panel and the second polarizing member provided on the window portion are in a crossed Nicols arrangement. The display light L emitted from the liquid crystal display panel becomes linearly polarized light, and the display light L enters a first reflecting mirror having a retardation plate on the surface. Since the light-transmitting retardation plate has birefringence characteristics, the display light L changes its polarization axis direction when passing through the retardation plate, and is linearly polarized display light orthogonal to the display light L. L2. Next, the display light L2 is reflected by the second reflecting mirror and travels toward the window. A second polarizing member is disposed in the window, and the display light L2 passes through the second polarizing member and projects a virtual image on the windshield. On the other hand, since the stray light M emitted from the liquid crystal display panel does not pass through the retardation plate, there is no change in the polarization axis direction and is blocked by the second polarizing member, thereby preventing the generation of a ghost image.
しかしながら、反射鏡に位相差板を設けることは一般的ではなく、光学システムの部品種数の増加させ、品質管理の難しさから、高コスト化の一因となりえる。また、特許文献2は、クロスニコル配置させた第1の偏光部材と第2の偏光部材間の光路上に配置された位相差板で偏光状態を変化させて迷光防止を行うものであるが、位相差板には角度依存性及び波長依存性があるため、第1の偏光部材を出光した直線偏光を広帯波長域で直交する直線偏光へ変調することが難しく、映像の品位を低下させてしまうことが多い。その他、ヘッドアップディスプレイ装置は外光(太陽光)の照射により、高温化し易いため、延伸された樹脂製のフィルムからなる位相差板を用いることは難しい。さらに、高温度耐性の高い無機系の複屈折性結晶を用いる場合にはコストが問題となる。 However, it is not common to provide a phase difference plate in the reflecting mirror, which can contribute to an increase in cost due to an increase in the number of parts of the optical system and difficulty in quality control. Patent Document 2 is for preventing stray light by changing the polarization state with a phase difference plate arranged on the optical path between the first polarizing member and the second polarizing member arranged in crossed Nicols. Since the retardation plate has an angle dependency and a wavelength dependency, it is difficult to modulate the linearly polarized light emitted from the first polarizing member into a linearly polarized light that is orthogonal in the wide band wavelength region, which reduces the image quality. It often ends up. In addition, since the head-up display device is easily heated to high temperature by irradiation with external light (sunlight), it is difficult to use a retardation plate made of a stretched resin film. Further, when an inorganic birefringent crystal having high temperature resistance is used, cost becomes a problem.
上述のような迷光による問題は、ヘッドアップディスプレイ装置に限らない。例えば、ヘッドマウントディスプレイ装置でも部品点数の増加及び大型化の問題がある。また、光学リモートコントロールシステム等においては、本来受光すべき光源以外の光源(太陽光や照明)からの光が正常な動作を妨げることがある。また、光センサにおいても、本来の光路以外の光による誤作動の問題がある。これらに用いる光学システムにおいても、簡単な構成で且つ安価で問題を解決することが求められている。 The problem due to stray light as described above is not limited to the head-up display device. For example, even a head mounted display device has problems of an increase in the number of parts and an increase in size. In an optical remote control system or the like, light from a light source (sunlight or illumination) other than the light source that should be received may interfere with normal operation. In addition, the optical sensor also has a problem of malfunction due to light other than the original optical path. Also in the optical system used for these, it is required to solve the problem with a simple configuration and at a low cost.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で且つ安価で迷光等による製品の品位低下を防止できる光学システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide an optical system that has a simple configuration, is inexpensive, and can prevent deterioration of product quality due to stray light or the like.
本発明者らは、直線偏光が反射鏡の反射部に傾斜入光して反射した前後で、偏光成分が変化することを利用することにより、反射鏡の表面に位相差板を設けなくても迷光等を防止できることを見出した。すなわち、本発明は、以下の通りである。 The present inventors have made use of the fact that the polarization component changes before and after the linearly polarized light is incident on the reflecting portion of the reflecting mirror and reflected, so that a retardation plate is not provided on the surface of the reflecting mirror. It was found that stray light can be prevented. That is, the present invention is as follows.
本発明の光学システムは、偏光成分を有する対象光を発する光源部と、前記対象光を反射可能な反射鏡と、所定の偏光を偏光分離可能な検光子と、を具備し、前記光源部から出光した前記対象光が前記反射鏡に傾斜入光され、前記反射鏡の反射部で反射した前記対象光が前記検光子に入光し、前記反射鏡で反射する前記対象光と同一の偏光成分を有する非対象光が前記反射鏡を介することなく前記検光子に直接入光し、且つ、前記対象光の軌跡が、前記反射部に平行な面に投影されることによって得られる直線に対して垂直であると共に前記反射部に対して直角となる架空平面において、前記反射鏡で反射する前の前記対象光の偏光成分と、反射した後の前記対象光の偏光成分と、が概略線対称となるように構成されていることを特徴とする。 An optical system of the present invention includes a light source unit that emits target light having a polarization component, a reflecting mirror that can reflect the target light, and an analyzer that can polarization-separate predetermined polarized light. The emitted target light is obliquely incident on the reflecting mirror, the target light reflected by the reflecting portion of the reflecting mirror is incident on the analyzer, and is the same polarization component as the target light reflected by the reflecting mirror Non-target light having a direct incident on the analyzer without passing through the reflecting mirror, and a trajectory of the target light is projected on a plane parallel to the reflecting portion. In an imaginary plane that is perpendicular and perpendicular to the reflecting portion, the polarization component of the target light before being reflected by the reflecting mirror and the polarization component of the target light after being reflected are approximately line symmetric. It is configured to be
本発明の光学システムによれば、反射鏡の反射部で反射した前後で光の偏光成分が変化するため、反射鏡の反射部で反射した後に検光子に入光する対象光と、反射鏡を介することなく検光子に入光する非対象光と、の架空平面における偏光成分が異なるため、検光子を透過する対象光の光量と、非対象光の光量とが異なる。これを利用して、迷光等の問題を解決することができる。 According to the optical system of the present invention, since the polarization component of the light changes before and after being reflected by the reflecting portion of the reflecting mirror, the target light that enters the analyzer after being reflected by the reflecting portion of the reflecting mirror, and the reflecting mirror are Since the polarization component in the aerial plane differs from the non-target light that enters the analyzer without passing through, the light amount of the target light that passes through the analyzer is different from the light amount of the non-target light. Using this, problems such as stray light can be solved.
本発明の光学システムにおいて、前記検光子を透過する前記対象光の光量と、前記検光子を透過する前記非対象光の光量から算出される明暗比が、10以上であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that a light / dark ratio calculated from the amount of the target light transmitted through the analyzer and the amount of the non-target light transmitted through the analyzer is 10 or more.
本発明の光学システムにおいて、前記光源部は、非偏光を発する光源と、前記非偏光を偏光分離して前記対象光を出光する偏光子と、を具備することが好ましい。 In the optical system according to the aspect of the invention, it is preferable that the light source unit includes a light source that emits non-polarized light and a polarizer that separates the non-polarized light and emits the target light.
本発明の光学システムにおいて、前記偏光子及び前記検光子が直線偏光子であり、前記反射部に傾斜入光する前記対象光がp偏光及びs偏光ではないことが好ましい。 In the optical system according to the aspect of the invention, it is preferable that the polarizer and the analyzer are linear polarizers, and the target light incident on the reflection unit is not p-polarized light and s-polarized light.
本発明の光学システムにおいて、前記検光子が楕円偏光子であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the analyzer is an elliptical polarizer.
本発明の光学システムにおいて、前記偏光子が楕円偏光子であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the polarizer is an elliptical polarizer.
本発明の光学システムにおいて、前記検光子が直線偏光子であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the analyzer is a linear polarizer.
本発明の光学システムにおいて、前記偏光子が直線偏光子であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the polarizer is a linear polarizer.
本発明の光学システムにおいて、前記直線偏光子が、固有の偏光軸を有することが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the linear polarizer has a specific polarization axis.
本発明の光学システムにおいて、前記検光子が反射型偏光子であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the analyzer is a reflective polarizer.
本発明の光学システムにおいて、前記偏光子が反射型偏光子であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the polarizer is a reflective polarizer.
本発明の光学システムにおいて、前記検光子がワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the analyzer is a wire grid polarizer.
本発明の光学システムにおいて、前記偏光子がワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the polarizer is a wire grid polarizer.
本発明の光学システムにおいて、前記対象光が直線偏光であり、前記架空平面における前記対象光の偏光成分の偏光角αが、25度以上65度以下又は115度以上155度以下であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the target light is linearly polarized light, and a polarization angle α of a polarization component of the target light on the aerial plane is 25 degrees or more and 65 degrees or less, or 115 degrees or more and 155 degrees or less. .
本発明の光学システムにおいて、前記偏光子及び前記検光子が平板状であり且つ対向して配置され、前記偏光子及び前記検光子のなす角度が140度以下であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the polarizer and the analyzer have a flat plate shape and are arranged to face each other, and an angle formed by the polarizer and the analyzer is 140 degrees or less.
本発明の光学システムにおいて、前記偏光子及び前記検光子が同一の偏光分離素子で構成されることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the polarizer and the analyzer are composed of the same polarization separation element.
本発明の光学システムにおいて、前記偏光子、前記反射鏡及び前記検光子を、1枚の平板状の反射型偏光板を3つの領域に分け、1つの領域で前記偏光子を、他の1つの領域で前記反射鏡を、もう1つの領域で前記検光子をそれぞれ構成することが好ましい。 In the optical system of the present invention, the polarizer, the reflecting mirror, and the analyzer are divided into one flat reflection type polarizing plate in three regions, and the polarizer in one region and the other in one region. It is preferable that the reflecting mirror is configured in a region and the analyzer is configured in another region.
本発明の光学システムにおいて、前記反射鏡が反射型液晶表示部であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the reflecting mirror is a reflective liquid crystal display unit.
本発明の光学システムにおいて、前記光源部が映像表示器を具備することが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the light source unit includes an image display.
本発明の光学システムにおいて、前記検光子を透過した光を受光する受光素子をさらに具備することが好ましい。 In the optical system of the present invention, it is preferable that the optical system further includes a light receiving element that receives light transmitted through the analyzer.
本発明の映像表示装置は、上記記載の光学システムが用いられていることを特徴とする。 The video display apparatus of the present invention uses the above-described optical system.
本発明の液晶表示装置は、上記記載の光学システムが用いられていることを特徴とする。 The liquid crystal display device of the present invention uses the above-described optical system.
本発明の光学リモートコントロールシステムは、上記記載の光学システムが用いられていることを特徴とする。 The optical remote control system of the present invention uses the above-described optical system.
本発明の光学リモートコントロールシステムにおいて、前記偏光子及び前記検光子のうち、少なくとも一方を回転できる回転機構を具備することが好ましい。 The optical remote control system of the present invention preferably includes a rotation mechanism capable of rotating at least one of the polarizer and the analyzer.
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上記記載の光学システムが用いられており、前記光源部として映像表示器を具備することを特徴とする。 The head-up display device of the present invention uses the above-described optical system, and includes a video display as the light source unit.
本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記検光子がワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。 In the head-up display device of the present invention, it is preferable that the analyzer is a wire grid polarizer.
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上記記載の光学システムが用いられており、前記光源部としての映像表示器と、前記検光子を透過した前記対象光を映像として投影表示される偏光分離素子で構成された表示部と、を具備することを特徴とする。 The head-up display device of the present invention uses the above-described optical system, and includes an image display as the light source unit and a polarization separation element that projects and displays the target light transmitted through the analyzer as an image. And a configured display unit.
本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記偏光分離素子が、固有の偏光軸を有する反射型偏光子であることが好ましい。 In the head-up display device of the present invention, it is preferable that the polarization separation element is a reflective polarizer having a specific polarization axis.
本発明のヘッドマウントディスプレイ装置は、上記記載の光学システムが用いられていることを特徴とする。 The head-mounted display device of the present invention is characterized by using the optical system described above.
本発明の光学センサは、上記記載の光学システムが用いられ、前記対象光を受光する受光器を具備し、前記光源部及び前記受光器の間を通過する物体を検知することを特徴とする。 The optical sensor of the present invention uses the optical system described above, includes a light receiver that receives the target light, and detects an object passing between the light source unit and the light receiver.
本発明によれば、簡単な構成で且つ安価に迷光等による製品の品位低下を防止できる光学システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical system which can prevent the quality reduction of the product by a stray light etc. with a simple structure and low cost can be provided.
以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as “embodiment”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary.
以下の説明において、「偏光」には、直線偏光と楕円偏光が含まれ、さらに楕円偏光には円偏光が含まれる。なお、同位相の複数の直線偏光が含まれる場合には、最も高強度の直線偏光を本発明の直線偏光とみなす。また、任意の入射面に傾斜入光する光の電場が、入射面内で振動している直線偏光をp偏光、入射面に垂直に振動している直線偏光をs偏光とする。 In the following description, “polarized light” includes linearly polarized light and elliptically polarized light, and elliptically polarized light includes circularly polarized light. When a plurality of linearly polarized lights having the same phase are included, the highest intensity linearly polarized light is regarded as the linearly polarized light of the present invention. In addition, the linearly polarized light oscillating in the incident plane is p-polarized light, and the linearly polarized light oscillating perpendicular to the incident plane is s-polarized light.
光源から直線偏光子に自然光や楕円偏光が入射されると、直線偏光子の透過軸方向に振動する直線偏光となる。また、楕円偏光子に自然光や直線偏光が入射されると、電磁ベクトルEx、Eyに位相差を生じた楕円偏光となる。直線偏光及び楕円偏光のいずれにおいても、光の進行方向に対して垂直な平面(以下、2次元面という)に投影した場合、光波の軌跡が描く直線又は楕円の長軸がx軸からなす角で傾いており、この角を方位角Ψという。 When natural light or elliptically polarized light is incident on the linear polarizer from the light source, it becomes linearly polarized light that vibrates in the transmission axis direction of the linear polarizer. Further, when natural light or linearly polarized light is incident on the elliptical polarizer, it becomes elliptically polarized light having a phase difference between the electromagnetic vectors Ex and Ey. For both linearly polarized light and elliptically polarized light, the angle formed by the long axis of the straight line or ellipse drawn by the trajectory of the light wave from the x axis when projected onto a plane perpendicular to the traveling direction of light (hereinafter referred to as a two-dimensional surface) This angle is called the azimuth angle Ψ.
一方、p偏光及びs直線以外の直線偏光及び楕円偏光が反射鏡の反射部に傾斜入光して反射すると、反射の前後で偏光に、方位角Ψに変化が生じる。 On the other hand, when linearly polarized light and elliptically polarized light other than p-polarized light and s-line are incident on the reflecting portion of the reflecting mirror and reflected, the azimuth angle Ψ changes in the polarized light before and after the reflection.
図1は、本実施の形態に係る光学システムの原理を説明するための説明図である。図1に示す光学システム10は、ある光源部(図示せず)からの光L1が、偏光子11を経て光L2として反射鏡12の表面の一部(以下、反射部という)に傾斜入光し、反射した光L3が検光子13に入光し、検光子13を透過した光L4が出光されるような構成になっている。これらのL1〜L4で表される光を対象光という。対象光L1〜L4は直進するため、反射鏡12の表面方向を上から見たときに直線となっている。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle of the optical system according to the present embodiment. In the
また、光学システム10において、偏光子11に、光L1とは異なる方向から光M1が入光し、偏光子11から出光された光M2が、反射鏡12を介することなく、検光子13に直接に入光するが、遮光され又は一部が透過して光M3となるような構成にもなっている。これらのM1〜M3で表される光を、非対象光という。非対象光M1〜M3は直進するため、反射鏡12の表面方向を上から見たときに直線となっている。
In the
図2A〜図2Cは、本実施の形態に係る光学システムの原理を説明するための説明図である。以下の説明では、光L2及び光M2が直線偏光である場合、つまり、偏光子11が直線偏光子である場合を例に挙げて説明する。
2A to 2C are explanatory diagrams for explaining the principle of the optical system according to the present embodiment. In the following description, the case where the light L2 and the light M2 are linearly polarized light, that is, the case where the
光源から偏光子11に入光される光L1は非偏光である。光L1が偏光子11の透過軸と同一方向に振動する偏光が偏光子11を透過し、光L2として出光される。
The light L1 incident on the
光学システム10において、対象光L1〜L4の軌跡が、反射鏡12の反射部に平行な面に投影されることによって得られる直線に対して垂直であると共に反射部に対して直角となる面(以下、架空平面という)を想定する。この架空平面は、対象光L1〜L4の軌跡上のいずれの位置にも想定することができる。図2Aに示すように、偏光子11から反射鏡12に至る間に位置する架空平面S1において、光L2の偏光成分を観察すると、図2B中の矢印の通りの方向に振動している。
In the
また、図2Aに示すように、反射鏡12から検光子13に至る間に位置する架空平面S2において、光L2の偏光成分を観察すると、図2Cに示す矢印で示す通りの方向に振動している。なお、図2B及び図2Cにおいて、右辺側が図2Aの紙面手前方向であり、下辺側が反射鏡側である。
Further, as shown in FIG. 2A, when the polarization component of the light L2 is observed on the aerial plane S2 located between the reflecting
図2B及び図2Cに示す偏光成分(矢印)が、架空平面S1、S2上において、x軸からなす角が、架空平面内の方位角αである。すなわち、反射鏡12の反射部に平行な面の面方向を0度と定め、反時計回り(左回り)に架空平面S1、S2面内で回転したときの角度が架空平面内の方位角αである。したがって、方位角αが反射部と垂直になる方向は90度である。
The angle formed by the polarization components (arrows) shown in FIGS. 2B and 2C on the imaginary planes S1 and S2 from the x axis is the azimuth angle α in the imaginary plane. That is, the plane direction of the plane parallel to the reflecting portion of the reflecting
光学システム10においては、図2B及び図2Cを対比してわかるように、反射鏡12に入光する前の光L2の偏光成分と、反射鏡12で反射した後の光L3の偏光成分と、が概略線対称となっている。
In the
この現象は、直線偏光が、物質の表面で反射した場合、反射の前後で直線偏光の架空平面内での偏光成分が変化する、すなわち、互いに異なることに起因している。また、位相差板を透過する前後で生じるような大きな偏光成分の変化はなく、例えば、直線偏光が自然光に変わるような偏光状態の変化は生じない。したがって、物質表面での反射においては、位相差板が有するような角度依存性及び波長依存性が小さく、架空平面内での偏光成分の変化を広帯波長域で行うことが可能となり、例えば映像表示機器においては、映像の品位を低下させることが少ない。 This phenomenon is caused by the fact that when the linearly polarized light is reflected on the surface of the material, the polarization components in the imaginary plane of the linearly polarized light change before and after the reflection, that is, are different from each other. Further, there is no large change in the polarization component that occurs before and after passing through the retardation plate, and for example, there is no change in the polarization state in which linearly polarized light is changed to natural light. Therefore, the reflection on the surface of the material has little angle dependency and wavelength dependency as the retardation plate has, and it is possible to change the polarization component in the aerial plane in a wide band wavelength region. In a display device, the quality of video is rarely lowered.
このような現象が生じるためには、直線偏光は、p偏光及びs偏光以外である必要がある。 In order for such a phenomenon to occur, linearly polarized light needs to be other than p-polarized light and s-polarized light.
本実施の形態に係る光学システム10においては、検光子13は、その透過軸を反射後の光L3が透過する方向に合わせている。これにより、以下のような原理により、対象光は透過するが、非対象光は透過しないか、一部が透過する。
In the
対象光については、上述の通り、反射鏡12の反射部で反射することにより、反射の前後で架空平面S1、S2内における偏光成分が概略線対称となるので、検光子13を光L4が透過するようになる。
As described above, the target light is reflected by the reflecting portion of the reflecting
しかし、非対象光については、図1に示すように、偏光子11から出光した光M2が、反射鏡12の反射部を介することなく、検光子13に直接入光する。光M2は、光L2と同じく検光子13を通過した光であるため、同一の偏光成分である。このため、光M2は、光L4とは偏光成分が異なるため、検光子13に少なくとも一部が遮られる。この結果、検光子13を透過する光L4の光量よりも、検光子13を透過する光M3の光量を少なくすることができる。この原理を利用して、迷光等の問題を解決することができる。
However, as shown in FIG. 1, for the non-target light, the light M <b> 2 emitted from the
以上、p偏光及びs偏光以外の直線偏光を例に挙げて説明したが、楕円偏光についても同じ原理が成立する。 As described above, linearly polarized light other than p-polarized light and s-polarized light has been described as an example, but the same principle holds true for elliptically polarized light.
以下、上述の原理を利用した本実施の形態に係る光学システムの基本構成について説明する。 The basic configuration of the optical system according to the present embodiment using the above principle will be described below.
本実施の形態に係る光学システムに用いられる光源部は、所定の波長の偏光を発するものであり、例えば、偏光(図1に示す光L2に相当する)を発するレーザー光源や、LED等の所定の波長の非偏光(図1に示す光L1に層とする)を発する光源と、偏光子とを組み合わせたものを用いることができる。 The light source unit used in the optical system according to the present embodiment emits polarized light having a predetermined wavelength. For example, a laser light source that emits polarized light (corresponding to the light L2 shown in FIG. 1), a predetermined light source such as an LED, or the like. A combination of a light source that emits non-polarized light having a wavelength of (a layer on the light L1 shown in FIG. 1) and a polarizer can be used.
光源部として、非偏光を発する光源を用いる場合に用いられる偏光子は、非偏光を直線偏光又は楕円偏光に偏光するものであれば特に限定されない。偏光子は、所定の波長の光を偏光分離する偏光分離素子で構成されていることが好ましい。 The polarizer used when using a light source that emits non-polarized light as the light source unit is not particularly limited as long as it polarizes the non-polarized light into linearly polarized light or elliptically polarized light. The polarizer is preferably composed of a polarization separation element that separates light of a predetermined wavelength.
本実施の形態に係る光学システムに用いられる検光子は、所定の架空平面内の方位角αの光を透過する透過軸を有するものであれば特に限定されない。検光子は、所定の波長の光を偏光分離する偏光分離素子で構成されていることが好ましい。 The analyzer used in the optical system according to the present embodiment is not particularly limited as long as it has a transmission axis that transmits light having an azimuth angle α within a predetermined aerial plane. The analyzer is preferably composed of a polarization separation element that polarizes and separates light of a predetermined wavelength.
偏光分離素子は、所定の波長の光を偏光分離できる特性を有していれば形状等に制限は無く、四角柱状、湾曲した板状や平板状等のものを用いることができる。 The shape of the polarization separation element is not limited as long as it has a characteristic capable of polarization separation of light of a predetermined wavelength, and a rectangular column shape, a curved plate shape, a flat plate shape, or the like can be used.
偏光分離素子は、楕円偏光子であっても、直線偏光子であってもよいが、固有の軸方向を有する直線偏光子が好ましい。 The polarization separation element may be an elliptical polarizer or a linear polarizer, but a linear polarizer having a unique axial direction is preferable.
偏光分離素子には、特定の偏光成分の光を透過し異なる成分の光を反射する反射型偏光子や、特定の偏光成分の光を透過し異なる成分の光を吸収する吸収型偏光子が含まれる。 Polarization separation elements include reflective polarizers that transmit light of specific polarization components and reflect light of different components, and absorption polarizers that transmit light of specific polarization components and absorb light of different components It is.
偏光分離素子は、例えば、異なる屈折率の誘電体を複層化したもの、複屈折性樹脂の積層体からなるもの、ワイヤグリッド型のもの、コレステリック相液晶からなるもの、ヨウ素又は二色性染料が吸着配向されたポリビニルアルコール系樹脂からなるもの、及び、これらの偏光分離素子を組み合わせたものが挙げられる。 Examples of the polarization separating element include a multilayered dielectric of different refractive indexes, a multilayered birefringent resin, a wire grid type, a cholesteric phase liquid crystal, iodine or a dichroic dye. And those composed of a polyvinyl alcohol resin in which is adsorbed and oriented, and those obtained by combining these polarization separation elements.
また、直線偏光を透過できる偏光分離素子、すなわち直線偏光子に複屈折性の位相差素子を組み合わせると楕円偏光子となり、本実施の形態に係る光学システムに用いることができる。 Further, when a polarization separation element capable of transmitting linearly polarized light, that is, a linear polarizer is combined with a birefringent phase difference element, an elliptical polarizer is obtained, and can be used in the optical system according to the present embodiment.
偏光子又は検光子のうち少なくともいずれか一方を構成する偏光分離素子は、ワイヤグリッド型の偏光分離素子(以下、ワイヤグリッド偏光子ともいう)であることが好ましい。ワイヤグリッド偏光子は、金属細線のピッチが入光する光の波長よりも十分に小さい場合、入光する光のうち、金属細線の延在方向と直交する電場ベクトルを有する直線偏光成分の光は透過させ、金属細線の延在方向の電場ベクトルを有する直線偏光成分の光を反射する特性を有するため、広範な波長で偏光分離特性を示し、また、金属細線の延在方向の電場ベクトルを有する直線偏光成分の光の透過率(直交透過率)に対する金属細線の延在方向と直交する電場ベクトルを有する直線偏光成分の光の透過率(平行透過率)の割合として表現される明暗比を高くできるため、好適に用いることができる。 The polarization separation element constituting at least one of the polarizer and the analyzer is preferably a wire grid type polarization separation element (hereinafter also referred to as a wire grid polarizer). When the pitch of the fine metal wires is sufficiently smaller than the wavelength of the incident light, the wire grid polarizer has a linearly polarized light component having an electric field vector orthogonal to the extending direction of the fine metal wires. Because it has the property of transmitting and reflecting linearly polarized light having an electric field vector in the extending direction of the thin metal wire, it exhibits polarization separation characteristics in a wide range of wavelengths, and has an electric field vector in the extending direction of the thin metal wire The light-to-dark ratio expressed as the ratio of the light transmittance (parallel transmittance) of the linearly polarized light component having the electric field vector perpendicular to the extending direction of the thin metal wire to the light transmittance (orthogonal transmittance) of the linearly polarized light component is increased. Therefore, it can be preferably used.
反射鏡は、所定の波長の光を反射できれば形状等に制限は無いものの、例えば、直線偏光が自然光に変わるような偏光状態の変化を生じさせるものは使用が難しい。また、反射鏡としては、例えば、誘電体薄膜をガラス基板上に積層し、反射率を高めたミラーや、アルミニウム、銀、銅、白金、金等の金属又はこれらの金属を主成分とする合金を使用した金属膜ミラーを挙げることができる。 The shape of the reflecting mirror is not limited as long as it can reflect light of a predetermined wavelength. However, it is difficult to use a reflecting mirror that causes a change in polarization state such that linearly polarized light changes to natural light. In addition, as the reflecting mirror, for example, a dielectric thin film is laminated on a glass substrate and the reflectance is increased, a metal such as aluminum, silver, copper, platinum, or gold, or an alloy containing these metals as a main component. A metal film mirror using
反射鏡は、光源部からの出光される対象光(図1に示す光L2に相当する)が傾斜入光し得る位置に配置する。また、検光子は、反射鏡を反射した対象光(図1に示す光L3に相当する)が入光し得る位置に配置する。さらに、検光子は、反射鏡を介さずに非対象光(図1に示す光M2に相当する)が入光し得る位置に配置する。 The reflecting mirror is disposed at a position where the target light emitted from the light source unit (corresponding to the light L2 shown in FIG. 1) can be incident on the inclined surface. Further, the analyzer is arranged at a position where target light reflected by the reflecting mirror (corresponding to the light L3 shown in FIG. 1) can enter. Furthermore, the analyzer is arranged at a position where non-target light (corresponding to the light M2 shown in FIG. 1) can enter without passing through the reflecting mirror.
図1を用いて説明した本実施の形態の原理において、対象光L3と非対象光M2とが互いに直交してない場合や、非対象光M2が楕円偏光である場合には、非対象光M2の一部の偏光成分が検光子13を透過することができるので、対象光及び非対象光のいずれも検光子を透過するが、これらの光量には差が生じる。つまり、検光子13の透過軸次第で、対象光と非対象光のいずれか一方を高透過とし、他方を低透過とすることができる。この場合、検光子を透過して出光する対象光(図1に示す光L4に相当する)と、検光子を透過して出光する非対象光との比(以下、明暗比という)が10以上であることが好ましい。
In the principle of the present embodiment described with reference to FIG. 1, when the target light L3 and the non-target light M2 are not orthogonal to each other, or when the non-target light M2 is elliptically polarized light, the non-target light M2 Since some of the polarization components can pass through the
図2Aに示す光学システム10において、反射鏡12の反射部に傾斜入光する対象光L2が直線偏光である場合、架空平面S1における偏光成分の方位角αは、25度以上65度以下、又は、115度以上155度以下であることが好ましい。方位角αが25度未満、65度超115度未満又は155度超の場合、検光子13を透過させたい光の透過光量が低下し、また、検光子13で透過させたくない光の透過光量が増加してしまい、明暗比が低下してしまうためである。
In the
また、偏光子11及び検光子13が平板状の偏光板で構成される場合、両者は対向して配置され、両者がなす角度が140度以下であることが好ましい。140度を超えると、光学システム10が大型化してしまい、また、偏光子11及び検光子13の透過軸の調整が困難となって明暗比が低下してしまうためである。
Moreover, when the
さらに、偏光子11及び検光子13を1枚の平板状の反射型偏光板で構成しても良い。図3は、本実施の形態に係る光学システムにおける偏光子及び検光子の一例を示す説明図である。図3に示すように、1枚の反射型偏光板30を折り曲げて偏光子31と検光子32を構成している。折り曲げる代わりに、反射型偏光板30を湾曲させても良い。
Further, the
図4は、本実施の形態に係る光学システムにおける偏光子及び検光子の他の例を示す説明図である。図4に示すように、例えば、1枚の反射型偏光板40を折り曲げて、3つの領域に分け、1つの領域で偏光子41を、他の1つの領域で反射鏡42を、もう1つの領域で検光子43をそれぞれ構成するようにしても良い。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating another example of a polarizer and an analyzer in the optical system according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, for example, one reflective
1つの平板状の反射型偏光板を折り曲げて又は湾曲させて用いる場合には、対象光の光量を高くし、且つ、対象光と非対象光との明暗比を高くするために、折り曲げ又は湾曲方向に平行な方向を0度として、平板状の反射型偏光板の透過軸方向を10度以上60度以下、又は、120度以上170度以下とすることが好ましい。 When one flat reflective polarizing plate is used by being bent or curved, it is bent or curved in order to increase the light quantity of the target light and to increase the contrast ratio between the target light and the non-target light. Preferably, the direction parallel to the direction is 0 degree, and the transmission axis direction of the flat reflective polarizing plate is 10 degrees or more and 60 degrees or less, or 120 degrees or more and 170 degrees or less.
1つの平板状の反射型偏光板で、偏光子及び検光子、又は、偏光子、反射鏡及び検光子を構成することにより、光学システムを用いた製品において部品点数を減らし、製品を小型化し、且つ、製造の工数を減らすことができる。 By configuring a polarizer and analyzer, or a polarizer, a reflector, and an analyzer with one flat reflective polarizing plate, the number of parts in the product using the optical system is reduced, and the product is downsized. In addition, the number of manufacturing steps can be reduced.
なお、図3に示すように、1枚の反射型偏光板30を折り曲げ又は湾曲させて偏光子31と検光子32を構成する場合、反射型偏光板に限定されず、同一の偏光分離素子を用いることができる。
As shown in FIG. 3, when the
(ヘッドアップディスプレイ装置)
以下、本実施の形態に係る光学システムを用いた映像表示装置について説明する。図5は、本実施の形態に係る映像表示装置を示す断面模式図である。図5に示すように、映像表示装置100は、映像表示器101及び反射鏡102をハウジング103に収容したものである。本実施の形態の映像表示装置100は、液晶を用いた液晶表示装置であるが、特に限定されない。
(Head-up display device)
Hereinafter, an image display apparatus using the optical system according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the video display apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the
映像表示器101は、液晶表示パネル104と、発光ダイオード等の発光素子105と、発光素子105に固着されたヒートシンク106を備えている。
The
液晶表示パネル104は、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セル104aを具備する。また、液晶セル104aの後面には偏光板104bが貼着され、前面に偏光板104cが貼着されている。液晶表示パネル104の後方には、発光素子105が配置され、液晶表示パネル104を透過照明する。液晶表示パネル104に入光した光源光は非偏光であり、偏光板104bにより偏光分離される。偏光板104bを透過した偏光は、液晶セル104aで変調されて偏光板104cに入光する。偏光板104cに入光された光のうち、偏光分離されて透過した表示光Lは、直線偏光であり、液晶セル104aに表示された映像情報を有している。
The liquid
反射鏡102は、所定の波長の光を反射でき、例えばアルミニウムミラーである。反射鏡102に入光した表示光Lは、反射鏡102の反射部で反射し、表示光Bとして出光される。本実施の形態では、反射鏡102は、ハウジング103に固定された不動の支持部材107で支持されているが、支持部材を回動可能とすることも可能である。この場合、表示光Bの出光方向を任意に調整できる。
The reflecting
ハウジング103には、表示光Bが外部に出光するための開口部108が設けられている。開口部108には窓部109が配置されている。窓部109は、例えば、アクリル系樹脂等の所定の波長の光を透過可能な透明性樹脂基板109aと、透明性樹脂基板109aの表面に貼着された、所定の波長の光を偏光分離できる偏光分離素子で構成された偏光板109bと、で構成されている。
The
上述のような構成からなる映像表示装置100において、本実施の形態に係る光学システムの原理が利用されている。すなわち、液晶表示パネル104は、図1に示す対象光L2である表示光Lを出光する光源部に相当する。液晶表示パネル104の偏光板104cは、図1に示す偏光子11に相当する。液晶表示パネル104は、直線偏光からなる表示光Lを反射鏡102に傾斜入光している。反射鏡102は、表示光Lを反射して、表示光Bを窓部109の方向へ出光する。表示光Bは、図1に示す対象光L3に相当する。窓部109を構成する偏光板109bは、図1に示す検光子13に相当し、偏光板109bの透過軸方向の偏光成分を偏光分離する。
In the
表示光Lを反射鏡102の反射部に対してp偏光及びs偏光以外とし、反射鏡102での反射によって、反射前の表示光Lの架空平面における偏光成分と、反射後の表示光Bの架空平面における偏光成分と、は概略線対称となるように偏光板104bの偏光軸方向を調整する。これにより、表示光Lと表示光Bとは異なった偏光成分を有するようになる。
The display light L is made to be other than p-polarized light and s-polarized light with respect to the reflecting portion of the reflecting
窓部109の偏光板109bの透過軸方向は、表示光Bの偏光成分が高い光量で透過できるが、迷光Mは光量が低くなるように調整する。これにより、反射鏡102で反射した表示光Bは窓部109を透過することができる。一方、液晶表示パネル104から窓部109に直接入光する、非対象光である迷光Mは、表示光Lと同一の偏光成分であり、表示光Bと偏光成分が異なっているので、窓部109を透過する迷光Mの光量は減り、迷光Mは遮られる。この結果、映像表示装置100におけるゴースト像の発生を防止できる。
The transmission axis direction of the
偏光板104b及び偏光板109bは、好ましくは、架空平面内においてクロスニコル配置で、且つ、反射鏡102に垂直な対称軸に対して偏光板104b及び偏光板109bが対象となるように調整することが好ましい。
The
また、太陽光等の外光が液晶表示パネル104に入光して投影映像の品位が低下する、ウォッシュアウト現象を防止できる。
In addition, it is possible to prevent a washout phenomenon in which external light such as sunlight enters the liquid
次に、本実施の形態に係る光学システムを利用したヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図6は、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図である。図6に示す通り、ヘッドアップディスプレイ装置200は、映像表示器201、平面鏡202及び凹面鏡203等をハウジング204に収めたものである。
Next, a head-up display device using the optical system according to the present embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the head-up display device according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the head-up
映像表示器201は、液晶表示パネル205と、発光素子206と、で構成されている。液晶表示パネル205は、液晶セル205aと、液晶セル205aの前面及び後面(発光素子206側)に貼着された偏光板205bと偏光板205cとで構成されている。
The
平面鏡202は、ハウジング204に固定部材207で固定されている。凹面鏡203はミラーホルダー208に支持され、ステッピングモータ209及び支持部材210により、回動可能である。
The
平面鏡202は、例えば、アルミニウムミラーで構成されている。凹面鏡203は、例えば樹脂(例えばポリカーボネート)に金属(例えばアルミニウム)を蒸着させ反射面を形成したものであり、反射面は凹面となっている。
The
ハウジング204には、開口部211が設けられている。開口部211には窓部212が配置されている。窓部212は、透明性樹脂基板212aと、透明性樹脂基板212aの表面に貼着された偏光板212bと、で構成されている。
An
平面鏡202から凹面鏡203への光路上には、反射型偏光板213が配置されている。反射型偏光板213の上端部は、ハウジング204の一部である遮光壁204aに固定されている。反射型偏光板213の下端部は、ハウジング204の内側底面部204cに固定されている。
A reflective
上述のような構成からなるヘッドアップディスプレイ装置200において、本実施の形態に係る光学システムの原理が利用されている。すなわち、液晶表示パネル205は、図1に示す対象光L2に相当する表示光Laを出光する光源部に相当する。液晶表示パネル205の偏光板205bは、図1に示す偏光子11に相当する。液晶表示パネル205は、映像情報を含む直線偏光からなる表示光Laを平面鏡202に傾斜入光している。平面鏡202は、図1に示す反射鏡12に相当し、その表面で反射した表示光Lbを凹面鏡203の方向へ投射する。反射した表示光Lbは、図1に示す対象光L3に相当し、反射型偏光板213に入光する。反射型偏光板213は、図1に示す検光子13に相当し、表示光Lbのうち反射型偏光板213の透過軸方向の偏光成分を偏光分離し、透過する。
In the head-up
表示光Laが平面鏡202の反射部に対してp偏光及びs偏光以外となるように、偏光板205bを調整する。これによって、平面鏡202での反射によって、架空平面における反射前の表示光Laの偏光成分と、反射後の表示光Lbの偏光成分と、は概略線対称となり、互いに異なった偏光成分を有するようになる。
The
平面鏡202を介さずに反射型偏光板213に至る表示光、すなわち迷光Mの偏光成分は、表示光Laと同じである。これにより、表示光Lbと迷光Mとの偏光成分は互いに異なることとなる。そこで、検光子としての反射型偏光板213の透過軸方向を調整することにより、反射型偏光板213を透過する表示光Lbの光量を高くし、迷光Mは低くする。迷光Mは、ゴースト像を発生させる場合があるため、映像品位の観点から表示光Lbと迷光Mとの明暗比は10以上が好ましい。明暗比は、検光子としての反射型偏光板213の透過軸方向を調整することにより、調整可能である。
The display light that reaches the reflective
偏光子としての液晶表示パネル205の偏光板205bの透過軸方向は、架空平面における表示光Lbの偏光成分の方位角αが25度以上65度以下、又は115度以上155度以下となるように調整することが好ましい。
The transmission axis direction of the
また、偏光板205b(偏光子)と反射型偏光板213(検光子)とがなす角度を140度以下とすることにより、反射型偏光板213を透過する表示光Lbの光量を高くでき、迷光Mの光量を低くできるために明暗比を高くできる。したがって、表示光Lbは明るくなり、また、迷光Mの発生を少なくできるため、高品位の映像を表示できるヘッドアップディスプレイ装置200を提供することが可能となる。
In addition, by setting the angle formed between the
次に本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置200における、外光、特に太陽光による問題について説明する。図7は、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図である。図7において、図6を用いて説明したヘッドアップディスプレイ装置200と同一の構成については同一の番号を付して説明を省略する。
Next, a problem caused by outside light, particularly sunlight, in the head-up
自動車に備えられたヘッドアップディスプレイ装置は太陽光に晒される。太陽光は、光量が高く、且つ、可視光や赤外光といった広帯域の光を含むため、ヘッドアップディスプレイ装置内部まで太陽光が入光した場合、照射された部分の高温化のおそれがある。高温化により、例えば、液晶セル205aの破損が危惧される。
A head-up display device provided in an automobile is exposed to sunlight. Sunlight has a high light amount and includes broadband light such as visible light and infrared light. Therefore, when sunlight enters the head-up display device, there is a risk that the irradiated part may be heated. Due to the high temperature, for example, the
しかし、検光子として反射型偏光板213を設けたことにより、入光する太陽光を偏光分離して入光量を低減でき、破損を防止できる。図7に示すように、太陽光SL1が窓部212に入光する。太陽光SL1は窓部212の偏光板212bを通過するため、偏光板212bの透過軸方向の偏光成分のみ、すなわち太陽光SL2のみを偏光分離する。この結果、太陽光SLの光量は低減される。
However, by providing the reflective
次に、ハウジング204内に入光した太陽光SL2は凹面鏡203に傾斜入光し、反射する。反射した太陽光SL2は、反射型偏光板213に入光する。太陽光SL2のうち、反射型偏光板213の透過軸方向の偏光成分、すなわち太陽光SL3が偏光分離され、透過する。太陽光SL3は、平面鏡202で反射し、液晶表示パネル205へ至るが、反射型偏光板213を通過することにより、太陽光SLの光量はさらに低減されている。
Next, the sunlight SL2 having entered the
以上の説明では、太陽光SL2が凹面鏡203の表面で反射する場合を例に挙げて説明したが、太陽光SL2が凹面鏡203を介することなく、反射型偏光板213を通過する場合にも、太陽光SLの光量は低減される。
In the above description, the case where the sunlight SL2 is reflected by the surface of the
検光子は、太陽光SLの入光量の低減のために、様々な方向から入光する太陽光SLを偏光分離できる、固有の偏光軸を有した直線偏光板で構成することが好ましい。 The analyzer is preferably composed of a linear polarizing plate having a specific polarization axis that can separate the sunlight SL incident from various directions in order to reduce the amount of incident light of the sunlight SL.
また、太陽光SLを低光吸収で偏光分離できるために、劣化し難い反射型偏光板を使用することが好ましい。 In addition, since the sunlight SL can be polarized and separated with low light absorption, it is preferable to use a reflective polarizing plate that hardly deteriorates.
ワイヤグリッド偏光子は、固有の偏光軸を有した反射型偏光板であり、且つ、高温度化の一因となる赤外光までも偏光分離が可能な広帯域の偏光分離素子であるため、特に好適に使用することができる。 The wire grid polarizer is a reflection type polarizing plate having a specific polarization axis, and is a broadband polarization separation element capable of separating polarization even to infrared light that contributes to high temperature. It can be preferably used.
さらに、映像を投影表示する表示部である半透過板(図示せず)に偏光分離素子を用いることは、投影される映像は高コントラストとなり、且つ、ヘッドアップディスプレイ装置200への太陽光SLの入光を低減できるため、好ましい。
Furthermore, using a polarization separation element for a transflective plate (not shown), which is a display unit for projecting and displaying an image, makes the projected image have a high contrast, and the sunlight SL to the head-up
吸収型偏光板は、光を吸収して熱を発するため、太陽光SLが窓部109から入光すると、劣化が進みやすい。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置200において、検光子として反射型偏光板213を用いているため、吸収型偏光板に比べて劣化し難い。また、液晶セル205aに貼着された偏光板205b、205cの少なくともいずれか一方が吸収型偏光板であったとしても、反射型偏光板213により太陽光SLが遮られるため、劣化を防ぐことができる。
The absorption-type polarizing plate absorbs light and emits heat. Therefore, when sunlight SL enters from the
以上説明したように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置において、本実施の形態に係る光学システムを利用することにより、反射鏡に位相差板を用いた場合に比べて、部品点数を減らし、且つ、製造の工数を減らしながら、迷光によるゴースト像の発生を防止し、製品品位を高めることができる。 As described above, in the head-up display device according to the present embodiment, by using the optical system according to the present embodiment, the number of components is reduced as compared with the case where a retardation plate is used as a reflecting mirror. In addition, while reducing the number of manufacturing steps, generation of a ghost image due to stray light can be prevented and product quality can be improved.
(光学リモートコントロールシステム)
本実施の形態に係る光学システムを用いた光学リモートコントロールシステムについて説明する。
(Optical remote control system)
An optical remote control system using the optical system according to the present embodiment will be described.
様々な電子機器に内蔵されているリモコン受光部に対し、リモコン送信装置から赤外線信号を無線送信する場合、赤外光ノイズ源の位置によっては、リモコン操作できない場合が生じている。 When an infrared signal is wirelessly transmitted from a remote control transmission device to a remote control light receiving unit incorporated in various electronic devices, the remote control operation may not be possible depending on the position of the infrared light noise source.
一例として、プロジェクタ装置を挙げることができる。図8は、本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムを用いたプロジェクタ装置を示す模式図である。図8に示すプロジェクタ装置300は、天吊り金具(図示せず)を用いて天井301に設置されている。プロジェクタ装置300には、リモコン送信装置302から送信された赤外線信号IRを受光するリモコン受光部303が内蔵されている。リモコン受光部303は、受光素子を備え、受信した赤外線信号IRを電気信号に変換する。変換された電気信号は、プロジェクタ装置300の制御部に入力され、プロジェクタ装置300の各種操作制御が行われる。
An example is a projector device. FIG. 8 is a schematic diagram showing a projector apparatus using the optical remote control system according to the present embodiment. The
天井301に設置された蛍光灯304は赤外光ノイズ源となる。蛍光灯304からの赤外光ノイズNがリモコン受光部303に入光し、赤外線信号IRに重畳され、リモコン操作が効かなくなるという問題が生じている。
The
図9は、本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムにおけるリモコン受光部を示す模式図である。リモコン受光部303は、少なくとも、赤外光を偏光分離可能な偏光子310(図1に示す偏光子11に相当する)と、反射可能な反射鏡311(図1に示す反射鏡12に相当する)と、赤外光を偏光分離可能な検光子312(図1に示す検光子13に相当する)と、赤外光を受光する受光素子313と、を具備している。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a remote control light receiving unit in the optical remote control system according to the present embodiment. The remote control
図8に示すように、光源として、リモコン送信装置302と、蛍光灯304が存在し、リモコン送信装置302からの赤外線信号IRが対象光であり、蛍光灯304からの赤外光ノイズNが非対象光である。リモコン送信装置302と蛍光灯304とは異なる位置より赤外光を発するため、リモコン受光部303への入光方向が異なる。図8及び図9中、リモコン受光部303に対して赤外光を受光したい入光方向を範囲A、赤外光を遮蔽したい入光方向を範囲B、でそれぞれ示した。図8に示すように、プロジェクタ装置300を天井に設置した場合、下方から赤外線信号IRが入光し、概略正面方向から赤外光ノイズNが入光する。
As shown in FIG. 8, there are a
図9に示すように、リモコン受光部303は、赤外線信号IRが、偏光子310を介して反射鏡311に傾斜入光し、反射した赤外線信号IRが検光子312を透過して、受光素子313に達するように構成されていると共に、赤外光ノイズNが、偏光子310を介してリモコン受光部303内に入光するが、反射鏡311で反射することなく、検光子312に至るように構成されている。
As shown in FIG. 9, in the remote control
赤外線信号IRは、偏光子310により偏光分離され、反射鏡311に傾斜入光する。反射鏡311の反射部に対してp偏光及びs偏光以外となるように偏光子310の透過軸方向を調整することにより、反射鏡311での反射によって、反射前の赤外線信号IRの架空平面における偏光成分と、反射後の赤外線信号IRの架空平面における偏光成分と、は概略線対称となるように調整する。これにより、反射の前後で赤外線信号IRは異なった偏光成分を有するようになる。
The infrared signal IR is polarized and separated by the
一方、赤外光ノイズNは、偏光子310により偏光されるが、反射鏡311で反射しないので、反射前の赤外線信号IRと同一の偏光成分となり、反射後の赤外線信号IRと偏光成分が異なっているので、検光子312を透過する赤外線信号IRの光量が高くなり、検光子312を透過する赤外光ノイズNの光量が低くなるように、検光子312の透過軸方向を調整することにより、赤外光ノイズNは遮られる。この結果、赤外光ノイズNによるプロジェクタ装置300のリモコン操作の誤作動を防止できる。
On the other hand, the infrared light noise N is polarized by the
上述の光学リモートコントロールシステムにおいて、偏光子310及び検光子312には、ワイヤグリッド偏光子を用いることが好ましい。赤外光を高透過率で透過でき、且つ、明暗比を高くできるためである。また、ワイヤグリッド偏光子は、偏光分離層が固有の軸方向を有する。これにより、電場の振動方向が固有の軸方向に対して平行又は直交する光の成分をそれぞれ反射又は透過できる。このため、偏光分離された反射光の偏光成分(偏光反射成分)及び透過光の偏光成分(偏光透過成分)は、光の入光方向及び入光角度に依存しない。つまり、広角に入光する光を一様に偏光分離できるので、本システムに好適である。
In the optical remote control system described above, it is preferable to use wire grid polarizers for the
また、リモコン操作の誤作動を防止する観点から、検光子312を透過する赤外線信号IRと赤外光ノイズNとの明暗比が10以上になるように、偏光子310及び検光子312の透過軸方向を調整することが好ましい。赤外光ノイズNの透過をより低くするために、反射鏡311に入光する赤外線信号IRの架空平面における偏光成分の方位角αが90度を除いた40度以上140度以下となるように、偏光子310及び検光子312の透過軸方向を調整することが望ましい。
Further, from the viewpoint of preventing malfunction of the remote control operation, the transmission axes of the
以上、天井に設置されたプロジェクタ装置300における光学リモートコントロールシステムについて説明したが、プロジェクタ装置300は机に設置されて使用されることもある。図10は、本実施の形態に係る光学リモートコントロールシステムを用いたプロジェクタ装置を示す模式図である。図10に示すように、プロジェクタ装置300は机320の上に設置され、スクリーン321に向けられている。操作者がスクリーン321の脇に立ってリモコン送信装置302をプロジェクタ装置300に向けて操作することを想定している。この場合、リモコン送信装置302からの赤外線信号IRはリモコン受光部303に対して正面方向から入光する。蛍光灯304は天井301にあるので、赤外光ノイズNは上方からリモコン受光部303に入光する。
The optical remote control system in the
このように、プロジェクタ装置300を天井301に設置したり、机320に設置したり、設置場所を変えることにより、リモコン送信装置302と、蛍光灯304との位置関係が変化してしまう。そこで、図10に示す偏光子310及び検光子312のうち、少なくとも一方を回転できる回転機構を設けることにより、赤外線を受光したい入光方向の範囲A、遮断したい入光方向の範囲Bを変化させることが好ましい。
As described above, when the
以上説明したように、本実施の形態に係るプロジェクタ装置300において、本実施の形態に係る光学システムを利用することにより、反射鏡に位相差板を用いた場合に比べて、部品点数を減らし、且つ、製造の工数を減らしながら、赤外光ノイズによるリモコン操作の誤作動を防止し、製品品位を高めることができる。
As described above, in the
(ヘッドマウントディスプレイ装置)
本実施の形態に係る光学システムを用いたヘッドマウントディスプレイ装置について説明する。観察者の頭部に装着して、映像を見ることが可能なヘッドマウントディスプレイ装置が種々提案されている。ヘッドマウントディスプレイ装置には、眼鏡に似た形状をし、眼鏡フレームの側面部であるテンプルに光源や液晶表示パネルを備え、観察者の眼の前に配置したスクリーンに映像を投影するものがある。
(Head-mounted display device)
A head mounted display device using the optical system according to the present embodiment will be described. Various head-mounted display devices that can be mounted on an observer's head and view an image have been proposed. Some head-mounted display devices have a shape similar to eyeglasses, and include a light source and a liquid crystal display panel on the temple that is the side surface of the eyeglass frame, and project an image on a screen placed in front of the eyes of the observer .
図11は、本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置の一部を示す模式図である。図11に示すヘッドマウントディスプレイ装置400は、テンプル部401と、レンズ部402と、で構成されている。テンプル部401は、光源403と、液晶表示パネル404と、反射鏡405と、検光子406と、を少なくとも具備する。液晶表示パネル404には、光源403からの光源光が透過照明される。液晶表示パネル404は、液晶セル404aと、液晶セル404aの前面側に貼着された偏光板404bと、裏面側(光源403側)に貼着された偏光板404cと、で構成されている。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a part of the head mounted display device according to the present embodiment. A head mounted
一方、レンズ部402は、観察者の眼407の前に配置された反射型偏光板408と、反射型偏光板408の近傍に配置された位相差板409と、凹面鏡410と、で構成されている。
On the other hand, the
光源403及び液晶表示パネル404は、本実施の形態に係る光学システムにおける光源部に相当する。光源403を出光した光源光は、偏光板404cにより偏光分離される。偏光板404cを透過した偏光は、液晶セル404aで変調されて偏光板404bに入光する。偏光板404bに入光した光のうち、偏光分離されて透過した表示光L1は、反射鏡405に入光する。反射鏡405は、傾斜入光された表示光L1を反射し、表示光L2をレンズ部402の反射型偏光板408に向かって出光させる。
The
レンズ部402においては、表示光L2が、反射型偏光板408に入光する。反射型偏光板408を透過した表示光L2は、位相差板409を透過した後、凹面鏡410で90度反射し、再び位相差板409を透過し、反射型偏光板408に戻る。この際、表示光L2は、位相差板409により変調されている。位相差板409は、直線偏光である表示光L2に所定の位相差を与えるものであり、所定の波長の直線偏光に1/4波長の位相差を与えることが好ましい。位相差板409により変調され、位相差を与えられた表示光L2は、反射型偏光板408を透過せずに反射し、反射した表示光L2は観察者の眼407に達する。この結果、観察者は、液晶表示パネル404の映像を見ることができる。
In the
上述のような構成からなるヘッドマウントディスプレイ装置400において、液晶表示パネル404を出光した表示光L1のうち、反射鏡405に入光せずに、観察者の眼407の前面方向へ出光する迷光Mが生じる場合がある。迷光Mは、ゴースト像の発生を招き、ヘッドマウントディスプレイ装置400の製品品位を低下させてしまう。
In the head-mounted
そこで、本実施の形態に係る光学システムを応用して迷光Mの外部への出光を防止する。つまり、反射鏡405と反射型偏光板408との間、より具体的には、テンプル部401のレンズ部402との連結部分に、検光子406を配置する。
Therefore, the stray light M is prevented from being emitted to the outside by applying the optical system according to the present embodiment. In other words, the
すなわち、液晶セル404aに貼着された偏光板404bが図1に示す偏光子11に相当し、反射鏡405が図1に示す反射鏡12に相当し、検光子406が図1に示す検光子13に相当する。このような構成において、上述のように偏光板404bから出光した表示光L1は、反射鏡405に傾斜入光する。反射鏡405の反射部での反射により表示光L1は偏光成分の変化を生じ、偏光成分が異なる表示光L2が出光される。表示光L2は検光子406を透過して反射型偏光板408へ至る。
That is, the
ここで、偏光板404bの透過軸方向は、反射前の表示光L1の架空平面における偏光成分と、反射後の表示光L2の偏光成分とが、概略線対称となるように調整する。また、検光子406の透過軸方向は、対象光である表示光L2を高い光量で透過し、非対象光である迷光Mを低い光量で透過するように調整する。
Here, the transmission axis direction of the
このため、表示光L1は、反射鏡405の反射部に対してp偏光及びs偏光ではない偏光になるように、偏光板404bの透過軸方向を調整する。表示光L1の架空平面における方位角αが、好ましくは25度以上65度以下、又は、115度以上155度以下に、好ましくは、35度以上55度以下、又は、125度以上145度以下になるように、偏光板404bの透過軸方向を調整する。
Therefore, the transmission axis direction of the
偏光板404b及び検光子406は、ヘッドマウントディスプレイ装置400を小型化する観点から平板状であることが好ましく、互いのなす角度が140度以下であることが好ましい。
The
上述のように偏光板404b及び検光子406の透過軸方向を調整する場合、多くは、検光子406を出光した表示光L2は、反射型偏光板408に対してp偏光及びs偏光以外となる。したがって、反射型偏光板408は、固有の偏光軸を有する直線偏光子であることが好ましい。また、観察者の前面方向への表示光L2の反射を防止するために、反射型偏光板408の、表示光L2の入光側の表面に吸収型偏光板411を貼着することが好ましい。
When adjusting the transmission axis directions of the
ヘッドマウントディスプレイ装置400の一層の小型化や製造工数の低減のために、偏光板404b及び検光子406を、図3を用いて説明したように、1枚の偏光板を用いて作製することができる。また、偏光板404b、反射鏡405及び検光子406を、図4を用いて説明したように、1枚の偏光板を用いて作製することもできる。このように、1つの平板状の偏光板を折り曲げて又は湾曲させて用いる場合には、対象光の光量を高くし、且つ、対象光と非対象光との明暗比を高くするために、折り曲げ又は湾曲方向に平行な方向を0度として、平板状の偏光板の透過軸方向を10度以上60度以下、又は、120度以上170度以下とすることが好ましい。
In order to further reduce the size of the head-mounted
また、本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置400においては、光源403からの光源光を液晶表示パネル404に入光させ、映像情報を有した直線偏光である表示光L1を反射鏡405で反射させ、偏光成分が変化した表示光L2を検光子406に入射させている。しかしながら、光源光を偏光板に入光させて偏光分離し、偏光分離された直線偏光を、反射鏡405の替りに設置した反射型液晶表示部へ入光させ、映像情報が付与された反射光を検光子406に入光させても良い。これにより、検光子406から出光した表示光を、レンズ部402で上述と同様にして観察者の眼407に到達させ、観察者に映像を見せることが可能である。
In the head mounted
以上説明したように、本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置400において、本実施の形態に係る光学システムを利用することにより、反射鏡に位相差板を用いた場合に比べて、部品点数を減らし、且つ、製造の工数を減らしながら、迷光によるゴースト像の発生を防止し、製品品位を高めることができる。
As described above, in the head mounted
(光センサ)
本実施の形態に係る光学システムを用いた光センサについて説明する。光源と、受光器との間を物体が通過するときに、光が遮られることを利用して物体を検知する光センサがよく知られている。
(Optical sensor)
An optical sensor using the optical system according to the present embodiment will be described. 2. Description of the Related Art An optical sensor that detects an object by using the fact that light is blocked when the object passes between a light source and a light receiver is well known.
図12は、従来の光センサを示す模式図である。図12に示す光センサ500において、光源501からの光は、受光器502で受光されるように構成されている。光源501及び受光器502の間を物体が通過して光を遮光する位置を、検出位置という。例えば、金属製の物体503が、検出位置を通過するとき、光が遮られて受光器502での受光量が低下する。これにより、受光量の低下に基づいて物体503を検知することができる。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a conventional optical sensor. In the
しかしながら、例えば、複数の物体504、503、505が連続して、検出位置を追加するとき、物体503が検出位置にある場合、先に検出位置を通過した物体504の表面で光源501からの光が反射し、受光器502に達することがある。この場合、物体503が検出位置にあるにも関わらず、受光器502での受光量が低下せず、物体503を検知できない誤動作が発生する。
However, for example, when a plurality of
本実施の形態に係る光学システムの原理を、上述のような光センサ500での誤作動の防止に応用することができる。図13において、図12と同様の構成については同一の番号を付し、説明を省略する。図13は、本実施の形態に係る光センサを示す模式図である。図13に示すように、光センサ600において、物体504で反射して受光器502に達する光と、検出位置を通過して受光器502に達する光の明暗比を大きくするために、光源501と検出位置にある物体503との間に偏光子601を、受光器502と物体503との間に検光子602をそれぞれ設け、架空平面における物体504で反射した後の光の偏光成分と、検出位置を通過する光の偏光成分とが概略線対称、且つ、概略直交となるように、偏光子601と検光子602との透過軸方向を調整する。これにより、物体504で反射して受光器502に達する光量は小さくできるものの、検出位置を通過して受光器502に達する光量は十分大きくできるため、有効である。
The principle of the optical system according to this embodiment can be applied to the prevention of malfunction in the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change and implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.
本発明は、光学システムにおいて、迷光等の非対象光に起因する問題を解決することに関し、例えば、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、光学リモートコントロールシステム、及び、光センサ等に好適に利用することができる。 The present invention relates to solving a problem caused by non-target light such as stray light in an optical system, and is suitably used for, for example, a head-up display, a head-mounted display, an optical remote control system, and an optical sensor. Can do.
10 光学システム
11、31、41、310、601 偏光子
12、42、102、311、405 反射鏡
13、32、43、312、406、602 検光子
30、40 反射型偏光板
100 映像表示装置
101、201 映像表示器
104b、104c、109b、205b、205c、212b、404b、404c 偏光板
104、205、404 液晶表示パネル
104a、205a、404a 液晶セル
105、206 発光素子
200 ヘッドアップディスプレイ装置
202 平面鏡
203、410 凹面鏡
213、408 反射型偏光板
300 プロジェクタ装置
302 リモコン送信装置
303 リモコン受光部
304 蛍光灯
313 受光素子
400 ヘッドマウントディスプレイ装置
401 テンプル部
402 レンズ部
403、501 光源
409 位相差板
411 吸収型偏光板
500、600 光センサ
502 受光器
503、504、505 物体
DESCRIPTION OF
Claims (30)
前記対象光を反射可能な反射鏡と、
所定の偏光を偏光分離可能な検光子と、を具備し、
前記光源部から出光した前記対象光が前記反射鏡に傾斜入光され、前記反射鏡の反射部で反射した前記対象光が前記検光子に入光し、
前記反射鏡で反射する前記対象光と同一の偏光成分を有する非対象光が前記反射鏡を介することなく前記検光子に直接入光し、且つ、
前記対象光の軌跡が、前記反射部に平行な面に投影されることによって得られる直線に対して垂直であると共に前記反射部に対して直角となる架空平面において、前記反射鏡で反射する前の前記対象光の偏光成分と、反射した後の前記対象光の偏光成分と、が概略線対称となるように構成されている
ことを特徴とする光学システム。 A light source unit that emits target light having a polarization component;
A reflecting mirror capable of reflecting the target light;
An analyzer capable of polarizing and separating predetermined polarized light,
The target light emitted from the light source unit is incident on the reflecting mirror at an angle, and the target light reflected by the reflecting unit of the reflecting mirror is incident on the analyzer,
Non-target light having the same polarization component as the target light reflected by the reflecting mirror directly enters the analyzer without passing through the reflecting mirror, and
Before the object light trajectory is reflected by the reflecting mirror on an imaginary plane that is perpendicular to a straight line obtained by being projected onto a plane parallel to the reflecting portion and perpendicular to the reflecting portion. An optical system, wherein the polarization component of the target light and the polarization component of the target light after being reflected are substantially line symmetric.
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