JP2015225236A - 投影部材、ヘッドアップディスプレイ装置、及び偏光サングラス - Google Patents

Abstract

【課題】虚像の視認性を高める投影部材を提供する。
【解決手段】車両に搭載され、光源光を利用して画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置１０において、画像が投影される投影部材４０は、乗員を向く表側において第１面４２ａを有し、偏光状態を維持する第１透光板４２と、表側に対して反対の裏側において第２面４４ａを有し、偏光状態を維持する第２透光板４４と、第１透光板４２と第２透光板４４との間に挟まれ、進相軸及び進相軸に対して位相を遅らせる遅相軸を有する位相差板４６とを備える。光源光は、入射断面に沿って第１面４２ａに斜めに入射し、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含み、位相差板４６の遅相軸は、入射断面に対して傾いている。
【選択図】図４

Description

本発明は、投影部材、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置を略称とする）、及び偏光サングラスに関する。

従来、移動体に搭載され、光源光を利用して画像を乗員により視認可能に虚像表示するＨＵＤ装置において、虚像が投影される投影部材が知られている。特許文献１に開示の投影部材では、乗員を向く表側において第１面を有し、偏光状態を維持する第１透光板と、表側に対して反対の裏側において第２面を有し、偏光状態を維持する第２透光板と、第１透光板と第２透光板との間に挟まれ、進相軸及び進相軸に対して位相を遅らせる遅相軸を有する位相差板とを備えている。そして、光源光は、入射断面に沿って第１面に斜めにｓ偏光の光が入射する。そして、位相差板は、偏光方向を９０°回転させる１／２波長板である。

特開平１０−９６８７４号公報

特許文献１に開示の投影部材では、位相差板を透過する光源光は、ｐ偏光成分となることで、表側の第１面での反射率に対し、裏側の第２面での反射率が小さくなることで、２重像を抑制することが可能となっている。しかしながら、裏側の第２面での反射率が小さくなることで、虚像の輝度が低下するため、虚像の視認性を十分高めることができなかった。

また、乗員が、一般的に遮断軸が水平方向に固定されている偏光サングラスを装用している場合には、ｓ偏光の光源光だけでは、虚像を十分視認することができなかった。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、虚像の視認性を高める投影部材、ＨＵＤ装置、及び偏光サングラスを提供することにある。

開示される発明のひとつとしての投影部材は、移動体（１）に搭載され、光源光を利用して画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（１０）において、画像が投影される投影部材であって、乗員を向く表側において第１面（４２ａ，２４２ａ）を有し、偏光状態を維持する第１透光板（４２，２４２）と、表側に対して反対の裏側において第２面（４４ａ，２４４ａ）を有し、偏光状態を維持する第２透光板（４４，２４４）と、第１透光板と第２透光板との間に挟まれ、進相軸（４６ａ）及び進相軸に対して位相を遅らせる遅相軸（４６ｂ）を有する位相差板（４６）とを備え、光源光は、入射断面（ＰＩ）に沿って第１面に斜めに入射し、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含み、位相差板の遅相軸は、入射断面に対して傾いていることを特徴とする。

このような発明によると、偏光状態を維持する第１透光板のうち表側の第１面に、入射断面に沿って斜めに入射し、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含む光源光は、表側の第１面において、ｓ偏光成分を中心に反射され、ｐ偏光成分を中心に第１透光板を透過する。ここで、位相差板は、入射断面に対して遅相軸が傾いている状態で第１透光板と第２透光板との間に挟まれている。この位相差板の作用により、第１透光板を透過したｐ偏光成分を中心とする光源光の偏光方向は、ｓ偏光側に回転される。さらに、裏側の第２面を有し、偏光状態を維持する第２透光板によれば、位相差板を透過してｓ偏光側に回転した光源光は、当該第２面で反射率が高い状態で表側に反射されるので、乗員により視認される虚像の輝度を高めることができる。したがって、虚像の視認性を高めることができる。

さらに、裏側の第２面で反射された光源光は、再び位相差板を透過し、当該光源光の偏光方向は、ｐ偏光の方向である入射断面に対して傾いている遅相軸を有する位相差板の作用により、再びｐ偏光の方向側に回転される。これによれば、特に乗員が一般的な偏光サングラスを装用している場合であっても、表側の第１面を反射しｓ偏光成分を中心とする光源光と、裏側の第２面を反射しｐ偏光成分を中心とする光源光の両方が一般的な偏光サングラスに入射するので、虚像を視認することができる。

開示される発明の他のひとつとしてのヘッドアップディスプレイ装置は、移動体（１）に搭載され、投影部材（４０，２４０）に画像を投影することにより、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、光源光を発する光源（１２）と、光源光を投影部材に入射させる光学系（１４）とを設けてなり、投影部材は、乗員を向く表側において第１面（４２ａ，２４２ａ）を有し、偏光状態を維持する第１透光板（４２，２４２）と、表側に対して反対の裏側において第２面（４４ａ，２４４ａ）を有し、偏光状態を維持する第２透光板（４４，２４４）と、第１透光板と第２透光板との間に挟まれ、進相軸（４６ａ）及び進相軸に対して位相を遅らせる遅相軸（４６ｂ）を有する位相差板（４６，２４６）とを備え、光学系は、遅相軸に対して傾く入射断面（ＰＩ）に沿って、光源光を第１面に斜めに入射させ、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含むように入射させることを特徴とする。

このような発明によると、光源により発せられた光源光を、光学系により、入射断面に沿って第１面に斜めに入射させ、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含むように入射させる。このような光源光は、表側の第１面において、ｓ偏光成分を中心に反射され、ｐ偏光成分を中心に第１透光板を透過する。ここで、位相差板は、入射断面に対して遅相軸が傾いている状態で第１透光板と第２透光板との間に挟まれている。この位相差板の作用により、第１透光板を透過したｐ偏光成分を中心とする光源光の偏光方向は、ｓ偏光側に回転される。さらに、裏側の第２面を有し、偏光状態を維持する第２透光板によれば、位相差板を透過してｓ偏光側に回転した光源光は、当該第２面で反射率が高い状態で表側に反射されるので、乗員により視認される虚像の輝度を高めることができる。したがって、虚像の視認性を高めることができる。

さらに、裏側の第２面で反射された光源光は、再び位相差板を透過し、当該光源光の偏光方向は、ｐ偏光の方向である入射断面に対して傾いている遅相軸を有する位相差板の作用により、再びｐ偏光の方向側に回転される。これによれば、特に乗員が一般的な偏光サングラスを装用している場合であっても、表側の第１面を反射しｓ偏光成分を中心とする光源光と、裏側の第２面を反射しｐ偏光成分を中心とする光源光の両方が一般的な偏光サングラスに入射するので、虚像を視認することができる。

開示される発明の他のひとつとしての偏光サングラスは、移動体（１）に搭載され、光源光を用いて投影部材（２４０）に画像を投影することにより、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（１０）に利用される偏光サングラスであって、乗員の眼（４）に向かって入射しようとする入射光の偏光方向（ＤＰＳ）に応じて入射光を透過させる透過軸（２７４ｃ）及び入射光を遮断する遮断軸（２７４ｄ）を有する偏光子（２７４ｂ）を設けてなり、投影部材は、乗員を向く表側において第１面（２４２ａ）を有し、偏光状態を維持する第１透光板（２４２）と、表側に対して反対の裏側において第２面（２４４ａ）を有し、偏光状態を維持する第２透光板（２４４）と、第１透光板と第２透光板との間に挟まれ、進相軸（４６ａ）及び進相軸に対して位相を遅らせる遅相軸（４６ｂ）を有する位相差板（２４６）とを備え、遮断軸は、位相差板のリタデーション値（Ｒ）に応じて設定されることを特徴とする。

移動体に搭載され、一般的に遮断軸が水平方向に固定されている偏光サングラスを装用しても、移動体前方の景色において水面や雪面に反射された太陽光等の外光が、投影部材を透過するときに位相差板によって偏光方向が変わるため、偏光サングラスとしての機能を十分に発揮できない。ここで、位相差板のリタデーション値に応じて遮断軸が設定される偏光サングラスでは、水面や雪面に反射された太陽光等の眩しい外光を十分に遮断することができるので、虚像のコントラストが高まり、視認性を高めることができる。

なお、括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定するものではない。

第１実施形態におけるＨＵＤ装置及び投影部材の車両への搭載状態を示す模式図である。 第１実施形態におけるＨＵＤ装置の構成を示す斜視図である。 第１実施形態における投射器の構成を示す斜視図である。 第１実施形態における入射断面に沿った投影部材の断面を部分的に示す図であって、光源光の第１面への入射及び第１面及び第２面での反射を説明するための模式図である。 第１実施形態における光源光の第１面への入射を説明するための模式図である。 比較例におけるシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例におけるシミュレーション結果を示すグラフである。 第１実施形態におけるシミュレーション結果を示すグラフである。 第１実施形態におけるシミュレーション結果を示すグラフである。 第１実施形態における追加シミュレーション結果を示すグラフである。 第１実施形態における追加シミュレーション結果を示すグラフである。 第２実施形態における図１に対応する図である。 第２実施形態における図４に対応する図である。 第２実施形態における偏光サングラスを示す斜視図である。 変形例１における図１に対応する図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態によるＨＵＤ装置１０は、移動体の一種である車両１に搭載され、インストルメントパネル２内に収容されている。ＨＵＤ装置１０は、光源光を利用して、画像を投影部材４０に投影することにより、当該画像を乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、投影部材４０に反射される画像としての光源光が、車両１の室内において乗員の眼４に到達し、乗員が当該光源光を知覚する。そして、乗員は、虚像表示される各種情報を認識することができる。虚像３として表示される各種情報としては、例えば、車速、燃料残量等の車両状態値、又は道路情報、視界補助情報等の車両情報が挙げられる。

ＨＵＤ装置１０は、図２，３に示すように、光源１２、及び光学系１４等を設けてなる。光源１２は、図３に示すように、例えば発光ダイオードからなる発光素子であり、光源用回路基板１３上に配置されている。光源は、光源用回路基板１３上の配線パターン（図示しない）を通じて、制御回路及び電源（図示しない）と電気的に接続されている。光源１２は、通電により電流量に応じた発光量にて光源光を発する。これにより、光源１２は、光源光を光学系１４に向けて投射する。より詳細には、光源１２は、例えば青色発光ダイオードを蛍光体で覆うことにより、疑似白色での発光が実現されている。

光学系１４は、図２，３に示すように、集光レンズ２０、拡散板２２、投射レンズ２４、液晶パネル２６、平面鏡２８、及び凹面鏡３０を有している。光学系１４は、光源１２からの光源光を投影部材４０に入射させる。

ここで、光源１２、集光レンズ２０、拡散板２２、投射レンズ２４、及び液晶パネル２６は、箱状の投射器ケース１６ａに収容され、図３に示す投射器１６を構成している。

集光レンズ２０は、合成樹脂ないしはガラス等からなる透光性の凸レンズであり、投射器１６において光源１２と拡散板２２との間に配置されている。集光レンズ２０は、光源１２からの光源光を集光して拡散板２２に向けて射出する。

拡散板２２は、光拡散材が練り込まれたポリカーボネイト等の合成樹脂により形成された半透明又は乳白色の板であり、集光レンズ２０と投射レンズ２４との間に配置されている。拡散板２２は、拡散により輝度の均一性を調整した光源光を投射レンズ２４に向けて射出する。

投射レンズ２４は、合成樹脂ないしはガラス等からなる透光性の凸レンズであり、拡散板２２と液晶パネル２６との間に配置されている。投射レンズ２４は、拡散板２２からの光源光を集光して液晶パネル２６に向けて投射する。

液晶パネル２６は、光源１２側の面に入射した光源光の一部を透過することにより画像を形成し、当該画像を平面鏡２８側の面から発光表示する透過型液晶パネルである。具体的に、２次元方向に配された複数の液晶画素から形成されるドットマトリクス型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶パネルである。投射レンズ２４からの光源光は、液晶パネル２６中の偏光板（図示しない）を透過することにより、所定の偏光方向を有する直線偏光に変換される。特に本実施形態における所定の偏光方向は、画像の水平方向に対して４５°の角度をなす方向となっている。ここで、本実施形態における偏光方向とは、直線偏光の光においては電場の振動方向、楕円偏光の光においては電場の振幅が最大となる楕円の長軸方向を意味するものとする。

このようにして、投射器１６は、直線偏光の光源光を、平面鏡２８へ向けて投射する。

図２に示すように、平面鏡２８は、合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に、反射面２８ａとしてアルミニウムを蒸着させること等により形成されている。反射面２８ａは、滑らかな平面上に形成されている。そして、平面鏡２８は、液晶パネル２６からの光源光を、凹面鏡３０に向けて反射する。

凹面鏡３０は、合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に、反射面３０ａとしてアルミニウムを蒸着させること等により形成されている。反射面３０ａは、凹面鏡３０の中心が凹む凹面として、滑らかな曲面状に形成されている。そして、凹面鏡３０は、平面鏡２８からの光源光を投影部材４０に向けて反射する。

第１実施形態の投影部材４０は、車両１のウインドシールドとして合わせガラス状の板状に、車両１と一体に形成されている。図４に拡大して示すように、投影部材４０は、表側の第１透光板４２、裏側の第２透光板４４、及び第１透光板４２と第２透光板４４との間に挟まれている位相差板４６を備えている。ここで、投影部材４０における表側とは、乗員を向く側であり、また裏側とは、表側に対して反対側である。

第１透光板４２は、例えばガラスにより透光性の板状に形成され、投影部材４０において、位相差板４６に対して表側に配置されている。第１透光板４２において表側は、車両１室内の空間との界面としての第１面４２ａを形成している。特に第１実施形態では、第１面４２ａにおいて画像が投影される箇所は、滑らかな平面状に形成されている。一方、第１透光板４２において裏側は、位相差板４６と接合されている平面状の接合面４２ｂを形成している。このような第１透光板４２は、媒質中において光源光の偏光状態を実質的に維持するようになっている。

第２透光板４４は、例えばガラスにより透光性の板状に形成され、投影部材４０において、位相差板４６に対して裏側に配置されている。第２透光板４４において裏側は、車両１室外の空間との界面としての第２面４４ａを形成している。特に第１実施形態では、第２面４４ａにおいて画像が投影される箇所は、滑らかな平面状に形成されている。一方、第２透光板４４において表側は、位相差板４６と接合されている平面状の接合面４４ｂを形成している。このような第２透光板４４は、媒質中において光源光の偏光状態を実質的に維持するようになっている。

位相差板４６は、例えば合成樹脂により透光性の板状ないしはフィルム状に形成され、両接合面４２ｂ，４４ｂにおいて第１透光板４２及び第２透光板４４と接合されている。位相差板４６は、接合面４２ｂ，４４ｂの接線方向に沿って、進相軸４６ａ及び当該進相軸４６ａに対して位相を遅らせる遅相軸４６ｂを有している。すなわち、進相軸４６ａに沿った方向の屈折率ηＦに対し、遅相軸４６ｂに沿った方向の屈折率ηＳが大きくなっている。

また、投影部材４０では、第１透光板４２の屈折率η１と空間の屈折率η０との差は、屈折率η１と屈折率ηＦ及びηＳとの差よりも大きく設定されている。同様に、第１透光板４２の屈折率η１と空間の屈折率η０との差は、屈折率η１と屈折率ηＦ及びηＳとの差よりも大きく設定されている。

なお、第１実施形態では、第１面４２ａと第２面４４ａとは、実質平行に形成されており、互いの間隔ＤＳＴは任意の箇所において実質一定となっている。また、位相差板４６の板厚ＴＲは、実質一定となっている。

図４，５に示すように、このような投影部材４０の第１面４２ａに、光学系１４は、入射断面ＰＩに沿って斜めに入射させるようになっている。ここで、本実施形態における入射断面ＰＩとは、第１面４２ａに入射する光源光の光線と、当該光線が第１面４２ａに入射する箇所における第１面４２ａの法線ＮＩを含む平面である。そして、特に本実施形態では、光源光における電場の振動する成分のうち、入射断面ＰＩに垂直な成分をｓ偏光成分とし、入射断面ＰＩに平行な成分をｐ偏光成分とする。このとき、光源光は、光学系１４により、ｓ偏光成分とｐ偏光成分との両方を含むように第１面４２ａに入射するようになっている。

そして、位相差板４６の遅相軸４６ｂは、入射断面ＰＩに対して傾いて配置されている。

本実施形態のように車両１に搭載されるＨＵＤ装置１０及び投影部材４０においては、光学系１４からの光源光が車両１の上下方向Ｄ１に対して車両１の左右方向Ｄ２に角度β傾いた方向から、投影部材４０の第１面４２ａに入射する。すなわち、入射断面ＰＩは、車両１の上下方向Ｄ１に対して角度β傾いている。また、光学系１４からの光源光は、入射断面ＰＩ内において、入射角αで投影部材４０の第１面４２ａに入射する。

ここで、投影部材が位相差板４６を含まず、ガラス単板である場合を、比較例とする。比較例のシミュレーションについて図６，７を用いて以下に説明する。

比較例に対して、第１実施形態に係るＨＵＤ装置１０及び投影部材４０のシミュレーションについて図８，９を用いて以下に説明する。

第１実施形態に係るシミュレーションの条件を説明する。入射角αは、６５°である。また、光学系１４から第１面４２ａに入射する光源光は、入射断面ＰＩに対する角度φとして４５°傾く偏光方向ＤＰ０を有する直線偏光である。光学系１４から第１面４２ａに入射する光源光の波長λは、５５０ｎｍである。なお、本シミュレーションにおける入射断面ＰＩの傾き角度βは、−５°である。ここで、角度βが負の値の場合、入射断面ＰＩは、上下方向Ｄ１に対して、図５のβを示す矢印とは逆方向に傾くものとする（すなわち、図５における光学系１４と眼４との位置を左右入れ替えた配置となる）。

また、投影部材４０において、第１透光板４２は、板厚Ｔ１が５ｍｍ、波長λに対する屈折率η１が１．５１６３３である。また、第２透光板４４は、板厚Ｔ２が５ｍｍ、波長λに対する屈折率η２が１．５１６３３である。位相差板４６の板厚ＴＲは、０．２ｍｍである。位相差板４６のリタデーション値Ｒは、λ／２である。位相差板４６の遅相軸４６ｂの入射断面ＰＩに対する角度θは、４５°である。

なお、比較例のシミュレーションでは、ＨＵＤ装置に対する投影部材の配置は、第１実施形態に係るシミュレーションと同様である。比較例の投影部材では、ガラス単板の板厚はＴ１＋Ｔ２＋ＴＲとする。比較例のシミュレーションにおいてＨＵＤ装置１０の内部の構成は、第１実施形態に係るシミュレーションと同条件となっている。

図６，図８に示すグラフは、各投影部材と乗員の眼４との間に偏光サングラスを想定した偏光板６０（図１の破線参照）を配置し、当該偏光板６０を透過して乗員の眼４に入射する光源光の輝度をｃｄ／ｍ^２単位で示す。円周方向の軸は、偏光板６０の透過軸６０ａの方向を角度として示す。具体的に、図６における０°方向とは、透過軸６０ａが車両１の上下方向Ｄ１と一致する方向を示し、９０°方向とは、透過軸６０ａが車両１の左右方向Ｄ２と一致する方向を示す。なお、一般的な偏光サングラスでは、透過軸６０ａの方向が９０°となる。また、径方向の軸は、透過軸６０ａが各方向である場合の輝度を示している。

比較例では、図６に示すように、偏光板６０を透過して乗員の眼４に入射する光源光の輝度は、透過軸６０ａを回転させると、９０°に近い角度において輝度大きく変動すると共に極小値Ｌｍｉｎをとる。一般的な偏光サングラスに対応する９０°では、輝度はピーク方向の１／５程度しか得られない。また、乗員が一般的な偏光サングラスを装用した場合に、首を横に傾げる等して透過軸６０ａが回転すると、輝度の極小値Ｌｍｉｎを跨ぐことが想定され、輝度の変動により視認性が悪化することが懸念される。

一方、第１実施形態に係るシミュレーションでは、図８に示すように、偏光板６０を透過して乗員の眼４に入射する光源光の輝度は、偏光板６０の透過軸６０ａを回転させても、全方向において比較例より高く、かつ極小値Ｌｍｉｎはあるものの変動が少ない。したがって、乗員が一般的な偏光サングラスを装用した場合に、首を横に振る等して透過軸６０ａが回転しても、比較例よりも虚像３の輝度の変動が少ないことが想定される。偏光板６０の透過軸６０ａの方向が９０°である場合であっても、輝度はピーク方向の１／２以上の輝度を得られている。

さらなる理解を得るため、図７，９に示すグラフを用いて各面を反射する光源光の偏光方向ＤＰ１，ＤＰ２について説明する。なお、図７，９における偏光は、車両１の上下方向Ｄ１に沿って電場が振動する光源光をｐ偏光、また、車両１の左右方向Ｄ２に沿って電場が振動する光源光をｓ偏光としているので、注意されたい。

比較例では、図７に示すように、表側の第１面に反射された光源光の偏光方向ＤＰ１、及び裏側の第２面に反射された光源光の偏光方向ＤＰ２は共に、表側の第１面に入射する光源光の偏光方向ＤＰ０よりもｓ偏光側となる。

一方、第１実施形態に係るシミュレーションでは、図９に示すように、第１面４２ａに反射された光源光の偏光方向ＤＰ１は比較例と同様に、第１面４２ａに入射する光源光の偏光方向ＤＰ０よりもｓ偏光側となっている。ところが、第２面４４ａに反射された光源光の偏光方向ＤＰ２は比較例と異なり、第１面４２ａに入射する光源光の偏光方向ＤＰ０よりもｐ偏光側となる。

本発明者は、第１実施形態に係るＨＵＤ装置１０及び投影部材４０について、裸眼輝度、さらにサングラス輝度を十分に得るための位相差板４６の条件についてさらに追加シミュレーションを実施した。すなわち、位相差板４６のリタデーション値Ｒを変え、また、遅相軸４６ｂの方向を変えた場合の、乗員の眼４に入射する光源光の輝度を調べた。これについて図１０，１１を用いて説明する。ここで、本実施形態における裸眼輝度とは、裸眼の乗員により視認される虚像３の輝度であり、またサングラス輝度とは、前述の一般的な偏光サングラスを装用した乗員により視認される虚像３の輝度である。

追加シミュレーションの条件を説明する。入射角αは、６５°である。また、光学系１４から第１面４２ａに入射する光源光は、入射断面ＰＩに対する角度φとして４５°傾く偏光方向ＤＰ０を有する直線偏光である。光学系１４から第１面４２ａに入射する光源光の波長λは、５５０ｎｍである。なお、本シミュレーションにおける入射断面ＰＩの傾き角度βは、５°である。

また、投影部材４０において、第１透光板４２は、板厚Ｔ１が５ｍｍ、波長λに対する屈折率η１が１．５１６３３である。また、第２透光板４４は、板厚Ｔ２が５ｍｍ、波長λに対する屈折率η２が１．５１６３３である。位相差板４６の板厚ＴＲは、０．２ｍｍである。

また、ＨＵＤ装置１０における光源１２の発光量は、上述の図８，９に対応するシミュレーションとは異なる。

このような条件において、位相差板４６のリタデーション値Ｒを０〜λまで変え、遅相軸４６ｂの方向として角度θを０〜９０°まで変えた。

図１０，１１に示すグラフは、ｘ軸にリタデーション値Ｒを取り、ｙ軸に遅相軸４６ｂの角度θを取り、また、ｚ軸に輝度（図１０では裸眼輝度、図１１ではサングラス輝度）を取っている。

図１０に示すように、裸眼輝度は、リタデーション値Ｒが略λ／２である位置において２つの極値Ｌ１，Ｌ２を取る。一方の極値である極小値Ｌ１周辺では、特許文献１のように位相差板４６を透過する光源光の偏光方向がｐ偏光側に回転していると推測され、第２面４４ａの反射率が低くなり、裸眼輝度が５，０００ｃｄ／ｍ^２を下回る。他方の極値である極大値Ｌ２周辺では、反対に裸眼輝度が７，０００ｃｄ／ｍ^２を超える。

図１１に示すように、サングラス輝度は、リタデーション値Ｒが略λ／２である位置において極大値Ｌ３を有する。極大値Ｌ３周辺では、サングラス輝度が１，０００ｃｄ／ｍ^２を超える。なお、追加シミュレーションにおいても、遅相軸４６ｂの角度θは、入射断面ＰＩに対する角度である。例えば遅相軸４６ｂの角度θが０°であれば遅相軸４６ｂが入射断面ＰＩに沿って配置されていることとなり、遅相軸４６ｂの角度θが４５°であれば、遅相軸４６ｂが本実施形態における第１面４２ａに入射する光源光の偏光方向ＤＰ０と一致して配置されることとなり、また、遅相軸４６ｂの角度が９０°であれば、遅相軸４６ｂが入射断面ＰＩと直交して配置されることとなる。

したがって、裸眼輝度がリタデーション値Ｒが０の場合よりも高くなるような位相差板４６の条件として、遅相軸４６ｂは、入射断面ＰＩに対して４０〜８０°をなすことが好ましい。また、リタデーション値Ｒについては、２／７・λ≦Ｒ≦５／７・λが成立することが好ましい。なお、これらの条件において、サングラス輝度が１，０００ｃｄ／ｍ^２を超えることも考慮されている。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に説明する。

第１実施形態による投影部材４０において、偏光状態を維持する第１透光板４２のうち表側の第１面４２ａに、入射断面ＰＩに沿って斜めに入射し、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含む光源光は、表側の第１面４２ａにおいて、ｓ偏光成分を中心に反射され、ｐ偏光成分を中心に第１透光板４２を透過する。ここで、位相差板４６は、入射断面ＰＩに対して遅相軸４６ｂが傾いている状態で第１透光板４２と第２透光板４４との間に挟まれている。この位相差板４６の作用により、第１透光板４２を透過したｐ偏光成分を中心とする光源光の偏光方向は、ｓ偏光側に回転される。さらに、裏側の第２面４４ａを有し、偏光状態を維持する第２透光板４４によれば、位相差板４６を透過してｓ偏光側に回転した光源光は、当該第２面４４ａで反射率が高い状態で表側に反射されるので、乗員により視認される虚像３の輝度を高めることができる。したがって、虚像３の視認性を高めることができる。

さらに、裏側の第２面４４ａで反射された光源光は、再び位相差板４６を透過し、当該光源光の偏光方向は、ｐ偏光の方向である入射断面ＰＩに対して傾いている遅相軸４６ｂを有する位相差板４６の作用により、再びｐ偏光の方向側に回転される。これによれば、特に乗員が一般的な偏光サングラスを装用している場合であっても、表側の第１面４２ａを反射しｓ偏光成分を中心とする光源光と、裏側の第２面４４ａを反射しｐ偏光成分を中心とする光源光の両方が一般的な偏光サングラスに入射するので、虚像３を視認することができる。

また、第１実施形態によると、入射断面ＰＩに対して４０〜８０°をなす遅相軸４６ｂによれば、光源光の偏光方向が確実にｓ偏光側に回転するので、乗員により視認される虚像３の輝度を高めることができる。

また、第１実施形態によると、２／７・λ≦Ｒ≦５／７・λが成立する。これによれば、第１透光板４２を透過した光源光がｐ偏光成分を中心としたままになること回避できるので、虚像３の視認性を高めることができる。

また、第１実施形態によるＨＵＤ装置１０は、光源により発せられた光源光を、光学系１４により、入射断面ＰＩに沿って第１面４２ａに斜めに入射させ、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含むように入射させる。このような光源光は、表側の第１面４２ａにおいて、ｓ偏光成分を中心に反射され、ｐ偏光成分を中心に第１透光板４２を透過する。ここで、位相差板４６は、入射断面ＰＩに対して遅相軸４６ｂが傾いている状態で第１透光板４２と第２透光板４４との間に挟まれている。この位相差板４６の作用により、第１透光板４２を透過したｐ偏光成分を中心とする光源光の偏光方向は、ｓ偏光側に回転される。さらに、裏側の第２面４４ａを有し、偏光状態を維持する第２透光板４４によれば、位相差板４６を透過してｓ偏光側に回転した光源光は、当該第２面４４ａで反射率が高い状態で表側に反射されるので、乗員により視認される虚像３の輝度を高めることができる。したがって、虚像３の視認性を高めることができる。

さらに、裏側の第２面４４ａで反射された光源光は、再び位相差板４６を透過し、当該光源光の偏光方向は、ｐ偏光の方向である入射断面ＰＩに対して傾いている遅相軸４６ｂを有する位相差板４６の作用により、再びｐ偏光の方向側に回転される。これによれば、特に乗員が一般的な偏光サングラスを装用している場合であっても、表側の第１面４２ａを反射しｓ偏光成分を中心とする光源光と、裏側の第２面４４ａを反射しｐ偏光成分を中心とする光源光の両方が一般的な偏光サングラスに入射するので、虚像３を視認することができる。

（第２実施形態）
図１２〜１４に示すように、本発明の第２実施形態は第１実施形態の変形例である。

第２実施形態の投影部材２４０において、第１透光板２４２、第２透光板２４４、及び位相差板２４６は共同して、図１２，１３に示すように、投影部材２４０のうち画像が投影される箇所において間隔変化部２４８を形成している。間隔変化部２４８においては、第１面２４２ａと第２面２４４ａとの間隔ＤＳＴが入射側から反射側に向かう程増大変化している。ここで、本実施形態における入射側とは、入射断面ＰＩにおける第１面２４２ａに入射する箇所に対して光源光が入射する側であり、反射側とは、入射断面ＰＩにおける第１面２４２ａに入射する箇所に対して光源光が第１面２４２ａにより反射される側である。換言すると、入射する箇所の法線ＮＩを挟んで、光源光が入射する側が入射側であり、光源光が反射される側が反射側である。

このような間隔変化部２４８において、位相差板２４６の板厚ＴＲは、実質一定に形成されている。すなわち第２実施形態では、間隔変化部２４８において、第１透光板２４２及び第２透光板２４４の板厚Ｔ１，Ｔ２が入射側から反射側に向かう程増大変化するように形成されている。

このような投影部材２４０に画像を投影することにより、画像を乗員により視認可能に虚像表示するＨＵＤ装置１０において、第２実施形態では、図１２に示すように、乗員によって偏光サングラス２７０が利用されている。

偏光サングラス２７０は、図１４に示すように、フレーム部２７２、及び一対の偏光フィルタ部２７４を備えている。フレーム部２７２は、乗員の耳に引っ掛けることで偏光サングラス２７０を保持する一対のテンプル部２７２ａ、一対の偏光フィルタ部２７４を保持する一対のリム部２７２ｂ、及び一対のリム部２７２ｂを接続するブリッジ部２７２ｃ等を有している。そして、フレーム部２７２は、実質的に左右対称に形成されている。

一対の偏光フィルタ部２７４は、それぞれ乗員の左眼又は右眼に入射する入射光を制御する。各偏光フィルタ部２７４は、例えばポリカーボネイト等の合成樹脂からなる基材２７４ａにおいて、乗員の眼４とは反対側に偏光子としての偏光フィルム２７４ｂが貼り付けられて形成されている。このような偏光フィルタ部２７４は、例えば、乗員の眼４とは反対側の表面が凸となり、かつ、乗員の眼４の側の表面が凹となるメニスカス形状に形成されている。なお、偏光フィルタ部２７４は、実質的に屈折力を有していなくてもよく、屈折力が与えられることにより乗員により視認される像（虚像３を含む）の結像状態を補正するものであってもよい。

偏光フィルム２７４ｂは、例えばポリビニルアルコールにヨウ素を添加して形成されている。ヨウ素分子の配向方向によって、偏光フィルム２７４ｂは、乗員の眼４に向かって入射しようとする入射光の偏光方向ＤＰＳに応じて当該入射光を透過させる透過軸２７４ｃ、及び当該入射光を遮断する遮断軸２７４ｄを有している。特に本実施形態では、透過軸２７４ｃと遮断軸２７４ｄとは、実質直交しており、また、遮断軸２７４ｄは、入射光を吸収するようになっている。

遮断軸２７４ｄは、その方向を、投影部材２４０の位相差板２４６のリタデーション値Ｒに応じて設定されている。例えば、特に第２実施形態において、Ｒ＝λ／２、遅相軸４６ｂの角度θが移動体である車両１の上下方向Ｄ１に対して４５°をなす場合では、遮断軸２７４ｄは、垂直方向に沿って設定されている。すなわち、遮断軸２７４ｄは、偏光サングラス２７０のフレーム部２７２において、ボクシング方式に基づいて規定された垂直中心線ＨＣに沿って設定されている。ここで、ボクシング方式（ＪＩＳ Ｂ７２８１：２００３参照）とは、偏光フィルタ部２７４に外接する長方形を基準とする寸法測定方式である。なお、λは、ＨＵＤ装置１０が用いる光源光の波長である。

以上説明した第２実施形態においても、投影部材２４０は、乗員を向く表側において第１面２４２ａを有し、偏光状態を維持する第１透光板２４２と、表側に対して反対の裏側において第２面２４４ａを有し、偏光状態を維持する第２透光板２４４と、第１透光板２４２と第２透光板２４４との間に挟まれ、進相軸４６ａ及び進相軸４６ａに対して位相を遅らせる遅相軸４６ｂを有する位相差板２４６とを備える。そして、ＨＵＤ装置１０が利用する光源光は、入射断面ＰＩに沿って第１面２４２ａに斜めに入射し、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含む。さらに、位相差板２４６の遅相軸４６ｂは、入射断面ＰＩに対して傾いている。したがって、第１実施形態に準じた作用効果を奏することが可能となる。

また、第２実施形態によると、第１面２４２ａと第２面２４４ａとの間隔ＤＳＴが入射側から反射側に向かう程増大変化する間隔変化部２４８が形成されている。これによれば、表側の第１面２４２ａを反射する光源光の反射方向と、裏側の第２面２４４ａを反射する光源光の反射方向とが近づくので、第１面２４２ａを反射してできる虚像３と第２面２４４ａを反射してできる虚像３とによる２重像を抑制することができる。このように間隔ＤＳＴが変化する間隔変化部２４８において、位相差板２４６の板厚は、一定である。これによれば、位相差板２４６の作用が、画像の広い範囲にわたって一定に作用するので、虚像３の輝度ムラを抑制することができる。以上により、２重像及び輝度ムラの抑制を両立することができるので、さらに虚像３の視認性が高まる。

また、車両１に搭載され、一般的に遮断軸が水平方向に固定されている偏光サングラスを装用しても、車両１前方の景色において水面や雪面に反射された太陽光等の外光が、投影部材２４０を透過するときに位相差板２４６によって偏光方向が変わるため、偏光サングラスとしての機能を十分に発揮できない。ここで、位相差板２４６のリタデーション値Ｒに応じて遮断軸２７４ｄが設定される第２実施形態の偏光サングラス２７０では、水面や雪面に反射された太陽光等の眩しい外光を十分に遮断することができるので、虚像３のコントラストが高まり、視認性を高めることができる。

また、第２実施形態によると、遮断軸２７４ｄは、垂直方向に沿って設定される。これによれば、位相差板２４６のリタデーション値がＲ＝１／２・λであり、遅相軸４６ｂの方向が車両１の上下方向に対して４５°の場合に、水面や雪面ＳＲに反射された太陽光等の眩しい外光を十分に遮断することができるので、虚像３のコントラストが高まり、視認性を高めることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的に、第１〜第２実施形態に関する変形例１としては、投影部材４０は、車両１のウインドシールドとして車両１と一体に形成されていなくてもよい。この例として、図１５に示すように、投影部材４０は、車両１に設置され、ウインドシールドとは別に設けられたコンバイナであってもよい。

第１〜第２実施形態に関する変形例２としては、遅相軸４６ｂの入射断面ＰＩに対する角度θは、４０〜８０°に限られない。一方、遅相軸４６ｂの入射断面ＰＩに対する角度を５０〜６０°に設定するとさらによい。

第１〜第２実施形態に関する変形例３としては、位相差板４６のリタデーション値Ｒは、２／７・λ≦Ｒ≦５／７・λの範囲に限られない。この例として、位相差板４６のリタデーション値Ｒは、光源光の波長をλと定義し、ｎを０以上の任意の整数と定義すると、（２／７＋ｎ）・λ≦Ｒ≦（５／７＋ｎ）・λが成立するようにしてもよい。さらには、位相差板４６のリタデーション値Ｒは、（２／７＋ｎ）・λ≦Ｒ≦（５／７＋ｎ）・λの範囲でなくてもよい。

第１〜第２実施形態に関する変形例４としては、光源光は、波長λとして、複数波長を含んでいてもよい。例えば、液晶パネル２６に配置されるカラーフィルタ（図示しない）により、画像を形成する光源光の波長λは、例えば赤色に対応するλ１、緑色に対応するλ２、及び青色に対応するλ３となるようにしてもよい。複数波長を含む場合、全ての波長λに対して（２／７＋ｎ）・λ≦Ｒ≦（５／７＋ｎ）・λが成立することが好ましいが、波長λのうち少なくとも１つの波長に対して（２／７＋ｎ）・λ≦Ｒ≦（５／７＋ｎ）・λが成立するようにしてもよい。

第１〜第２実施形態に関する変形例５としては、ＨＵＤ装置１０の光学系１４は、直線偏光及び楕円偏光に限らず、円偏光又はランダム偏光の光源光を第１面４２ａに入射させるようにしてもよい。

第１〜第２実施形態に関する変形例６としては、投影部材４０は、車両１のデザインに合わせて全体が湾曲しているものであってもよい。

変形例７としては、第１実施形態の構成における投影部材４０に投影される画像を、第２実施形態の構成における偏光サングラス２７０を装用した乗員が視認するようにしてもよい。また、第２実施形態の構成における投影部材２４０に投影される画像を、裸眼の乗員又は一般的な偏光サングラスを装用した乗員が視認してもよい。

第２実施形態に関する変形例８としては、遮断軸２７４ｄは、位相差板２４６のリタデーション値Ｒに応じて設定されていれば、垂直方向に沿って設定されていなくてもよい。ここで、位相差板２４６のリタデーション値Ｒに応じた設定とは、投影部材２４０を透過するときに位相差板２４６によって変わった外光の偏光方向ＤＰＳに、遮断軸２７４ｄを合わせることを意味する。

第１〜第２実施形態に関する変形例９としては、車両１以外の船舶ないしは飛行機等の各種移動体（輸送機器）に、本発明を適用してもよい。

１ 車両（移動体）、１０ ＨＵＤ装置、１２ 光源、１４ 光学系、４０，２４０ 投影部材、４２，２４２ 第１透光板、４２ａ，２４２ａ 第１面、４４，２４４ 第２透光板、４４ａ、２４４ａ 第２面、４６，２４６ 位相差板、４６ａ 進相軸、４６ｂ 遅相軸、２４８ 間隔変化部、２７０ 偏光サングラス、２７４ｂ 偏光フィルム（偏光子）、２７４ｃ 透過軸、２７４ｄ 遮断軸、ＤＰＳ 偏光方向、ＤＳＴ 間隔、Ｄ１ 上下方向、ＰＩ 入射断面、Ｒ リタデーション値、ＴＲ 板厚、λ 波長

Claims (10)

1. 移動体（１）に搭載され、光源光を利用して画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（１０）において、前記画像が投影される投影部材であって、
   乗員を向く表側において第１面（４２ａ，２４２ａ）を有し、偏光状態を維持する第１透光板（４２，２４２）と、
   表側に対して反対の裏側において第２面（４４ａ，２４４ａ）を有し、偏光状態を維持する第２透光板（４４，２４４）と、
   前記第１透光板と前記第２透光板との間に挟まれ、進相軸（４６ａ）及び前記進相軸に対して位相を遅らせる遅相軸（４６ｂ）を有する位相差板（４６，２４６）とを備え、
   前記光源光は、入射断面（ＰＩ）に沿って前記第１面に斜めに入射し、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含み、
   前記位相差板の前記遅相軸は、前記入射断面に対して傾いていることを特徴とする投影部材。
2. 前記第１面（２４２ａ）に前記光源光が入射してくる側を入射側と定義し、反射する側を反射側と定義すると、
   前記第１透光板（２４２）、前記第２透光板（２４４）、及び前記位相差板（２４６）が共同して形成する間隔変化部（２４８）では、前記第１面と前記第２面（２４４ａ）との間隔（ＤＳＴ）が入射側から反射側に向かう程増大変化し、
   前記間隔変化部において、前記位相差板の板厚（ＴＲ）は、一定であることを特徴とする請求項１に記載の投影部材。
3. 前記遅相軸（４６ｂ）は、前記入射断面に対して４０〜８０°をなすことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の投影部材。
4. 前記位相差板（４６）のリタデーション値をＲと定義し、前記光源光の波長をλと定義し、ｎを０以上の任意の整数と定義すると、
   （２／７＋ｎ）・λ≦Ｒ≦（５／７＋ｎ）・λ
   が成立することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の投影部材。
5. 移動体（１）に搭載され、投影部材（４０，２４０）に画像を投影することにより、前記画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   光源光を発する光源（１２）と、
   前記光源光を前記投影部材に入射させる光学系（１４）とを設けてなり、
   前記投影部材は、乗員を向く表側において第１面（４２ａ，２４２ａ）を有し、偏光状態を維持する第１透光板（４２，２４２）と、表側に対して反対の裏側において第２面（４４ａ，２４４ａ）を有し、偏光状態を維持する第２透光板（４４，２４４）と、前記第１透光板と前記第２透光板との間に挟まれ、進相軸（４６ａ）及び前記進相軸に対して位相を遅らせる遅相軸（４６ｂ）を有する位相差板（４６，２４６）とを備え、
   前記光学系は、前記遅相軸に対して傾く入射断面（ＰＩ）に沿って、前記光源光を前記第１面に斜めに入射させ、かつ、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方を含むように入射させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記第１面（２４２ａ）に前記光源光が入射してくる側を入射側と定義し、反射する側を反射側と定義すると、
   前記第１透光板（２４２）、前記第２透光板（２４４）、及び前記位相差板（２４６）が共同して形成する間隔変化部（２４８）では、前記第１面と前記第２面（２４４ａ）との間隔（ＤＳＴ）が入射側から反射側に向かう程増大変化し、
   前記間隔変化部において、前記位相差板の板厚（ＴＲ）は、一定であることを特徴とする請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記遅相軸（４６ｂ）は、前記入射断面に対して４０〜８０°をなすことを特徴とする請求項５又は６のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記位相差板（４６）のリタデーション値をＲと定義し、前記光源光の波長をλと定義し、ｎを０以上の任意の整数と定義すると、
   （２／７＋ｎ）・λ≦Ｒ≦（５／７＋ｎ）・λ
   が成立することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
9. 移動体（１）に搭載され、光源光を用いて投影部材（２４０）に画像を投影することにより、前記画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（１０）に利用される偏光サングラスであって、
   乗員の眼（４）に向かって入射しようとする入射光の偏光方向（ＤＰＳ）に応じて前記入射光を透過させる透過軸（２７４ｃ）及び前記入射光を遮断する遮断軸（２７４ｄ）を有する偏光子（２７４ｂ）を設けてなり、
   前記投影部材は、乗員を向く表側において第１面（２４２ａ）を有し、偏光状態を維持する第１透光板（２４２）と、表側に対して反対の裏側において第２面（２４４ａ）を有し、偏光状態を維持する第２透光板（２４４）と、前記第１透光板と前記第２透光板との間に挟まれ、進相軸（４６ａ）及び前記進相軸に対して位相を遅らせる遅相軸（４６ｂ）を有する位相差板（２４６）とを備え、
   前記遮断軸は、前記位相差板のリタデーション値（Ｒ）に応じて設定されることを特徴とする偏光サングラス。
10. 前記リタデーション値をＲと定義し、前記光源光の波長をλと定義し、ｎを０以上の任意の整数と定義すると、
    Ｒ＝（１／２＋ｎ）・λであり、前記遅相軸の方向が前記移動体の上下方向（Ｄ１）に対して４５°をなし、
    前記遮断軸は、垂直方向に沿って設定されることを特徴とする請求項９に記載の偏光サングラス。

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