JP2018041046A - Projection member and head-up display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体に搭載される投影部材及び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)に関する。 The present invention relates to a projection member and a head-up display device (hereinafter abbreviated as a HUD device) mounted on a moving body.
従来、移動体に搭載され、HUD装置により投影光が投影される投影部材が知られている。特許文献1に開示の投影部材は、画像の水平方向に対して45度の角度をなす方向に直線偏光した投影光を、s偏光成分及びp偏光成分の両方を含んだ状態で、第1光学面に入射させるようにしたものである。そして、第1光学面と第2光学面との間に挟まれて配置された1/2波長板の遅相軸が、入射断面に対して傾いている。これにより、虚像の視認性を高めている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a projection member that is mounted on a moving body and onto which projection light is projected by a HUD device is known. The projection member disclosed in Patent Document 1 includes the first optical element in a state in which projection light linearly polarized in a direction that forms an angle of 45 degrees with respect to the horizontal direction of the image includes both the s-polarized component and the p-polarized component. The light is incident on the surface. The slow axis of the half-wave plate disposed between the first optical surface and the second optical surface is inclined with respect to the incident cross section. Thereby, the visibility of a virtual image is improved.
さて、最近のHUD装置では、当該HUD装置から移動体の水平方向に沿って直線偏光した投影光を投影するようにした構成が多くなってきている。そこで、本発明者らは、特許文献1の1/2波長板を採用した投影部材に、移動体の水平方向に沿って直線偏光した投影光を入射させる構成を検討した。しかしながら、この検討された構成では、偏光サングラスを着用していた場合、虚像が視認し難くなる又は視認できなくなるバニシングポイントが発生することが懸念され、虚像の視認性に問題が出ることがわかった。 Now, recent HUD devices are increasingly configured to project linearly polarized projection light along the horizontal direction of the moving body from the HUD device. Therefore, the present inventors examined a configuration in which projection light linearly polarized along the horizontal direction of the moving body is incident on the projection member employing the half-wave plate of Patent Document 1. However, in this studied configuration, it was found that when wearing polarized sunglasses, there was a concern that a burnishing point that would make it difficult or impossible to see the virtual image would cause a problem in the visibility of the virtual image. .
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、移動体の水平方向に沿って直線偏光した投影光を投影するようにしたHUD装置において、偏光サングラスでの虚像の視認性を高める投影部材を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems described above, and an object of the present invention is to provide a virtual image in polarized sunglasses in a HUD apparatus that projects linearly polarized projection light along the horizontal direction of a moving body. An object of the present invention is to provide a projection member that enhances the visibility of the projector.
開示される発明のひとつは、移動体(1)に搭載され、虚像(VI)を表示するヘッドアップディスプレイ装置(100)により、移動体の水平方向に沿って直線偏光した投影光が投影され、投影光を反射することで虚像の結像に用いられる投影部材であって、
投影光をs偏光として入射させ、投影光のうち少なくとも一部を透過させる第1光学面(42a)と、
第1光学面を透過した光のうち少なくとも一部を第1光学面側に反射する第2光学面(44a)と、
第1光学面と第2光学面との間に、光学軸(46a)を移動体の水平方向に対して傾けて配置している1/4波長板(46)と、を備える。
One of the disclosed inventions is that the head-up display device (100) that is mounted on the moving body (1) and displays the virtual image (VI) projects projection light linearly polarized along the horizontal direction of the moving body, A projection member used to form a virtual image by reflecting projection light,
A first optical surface (42a) that makes the projection light incident as s-polarized light and transmits at least part of the projection light;
A second optical surface (44a) that reflects at least a portion of the light transmitted through the first optical surface toward the first optical surface;
A quarter-wave plate (46) is provided between the first optical surface and the second optical surface, with the optical axis (46a) being inclined with respect to the horizontal direction of the moving body.
このような発明によると、HUD装置により投影され、移動体の水平方向に沿って直線偏光した投影光は、投影部材の第1光学面にs偏光として入射する。フレネルの式に基づいて、このうち一部は第1光学面を透過し、他部は第1光学面に反射される。かかる他部は、移動体の水平方向に沿って直線偏光した状態で、虚像として結像され得る。 According to such an invention, the projection light projected by the HUD device and linearly polarized along the horizontal direction of the moving body is incident on the first optical surface of the projection member as s-polarized light. Based on the Fresnel equation, a part of the light is transmitted through the first optical surface, and the other part is reflected by the first optical surface. Such other part can be imaged as a virtual image in a state of being linearly polarized along the horizontal direction of the moving body.
第1光学面を透過した一部は、1/4波長板が光学軸を移動体の水平方向に対して傾斜した状態で配置されているので、直線偏光から円偏光ないしは楕円偏光に変換される。円偏光ないしは楕円偏光に変換された投影光は、第2光学面にて反射され得る。ここで、第2光学面での反射では、反射前とは偏光の回転方向が逆回りとなる。すなわち、反射前に右回り偏光であれば左回り偏光に変換され、反射前に左回り偏光であれば右回り偏光に変換される。第2光学面で反射され、偏光が逆回りとなった投影光は、1/4波長板に再度入射することとなるが、当該1/4波長板の光学軸の方向はそのままであるため、今度は移動体の鉛直方向に沿って直線偏光した状態に変わる。こうした一部の投影光が第1光学面を透過し、移動体の鉛直方向に沿って直線偏光した状態で、虚像として結像され得る。 Part of the first optical surface transmitted is converted from linearly polarized light to circularly polarized light or elliptically polarized light because the ¼ wavelength plate is disposed with the optical axis inclined with respect to the horizontal direction of the moving body. . The projection light converted into circularly polarized light or elliptically polarized light can be reflected by the second optical surface. Here, in the reflection at the second optical surface, the rotation direction of the polarized light is reverse to that before the reflection. That is, if it is clockwise polarized light before reflection, it is converted to counterclockwise polarized light, and if it is counterclockwise polarized light before reflection, it is converted to clockwise polarized light. The projection light reflected by the second optical surface and reversely polarized is incident on the quarter-wave plate again, but the direction of the optical axis of the quarter-wave plate remains the same. This time, it changes to a linearly polarized state along the vertical direction of the moving body. Such a part of the projection light can pass through the first optical surface and be imaged as a virtual image in a state of being linearly polarized along the vertical direction of the moving body.
したがって、移動体の乗員は、移動体の水平方向に沿った直線偏光と移動体の鉛直方向に沿った直線偏光の両方により、虚像を視認することとなる。故に乗員が偏光サングラスを着用していても、虚像が視認し難くなる又は視認できなくなるバニシングポイントが発生する事態を回避することができる。以上により、移動体の水平方向に沿って直線偏光した投影光を投影するようにしたHUD装置において、偏光サングラスでの虚像の視認性を高める投影部材を提供することができる。 Therefore, the occupant of the moving body visually recognizes the virtual image by both the linearly polarized light along the horizontal direction of the moving body and the linearly polarized light along the vertical direction of the moving body. Therefore, even if the occupant wears polarized sunglasses, it is possible to avoid a situation where a burnishing point that makes it difficult or impossible to visually recognize a virtual image. As described above, in the HUD device that projects the linearly polarized projection light along the horizontal direction of the moving body, it is possible to provide a projection member that improves the visibility of the virtual image in the polarized sunglasses.
また、開示される発明の他のひとつは、移動体(1)に搭載され、移動体に対して固定された固定投影部材(250)へ向けて投影光を投影し、投影光を固定投影部材に反射させることで、乗員により視認可能に虚像(VI)を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
移動体の水平方向に沿って直線偏光した投影光を投影する投影光学部(10)と、
投影光の光路外の光路外空間(So)と、投影光の光路中の光路中空間(Si)との間を、移動可能に設けられ、光路中空間に配置された姿勢にて、固定投影部材の代わりに投影光が投影される可動投影部材(260)を、備え、
可動投影部材は、投影光をs偏光として入射させ、投影光のうち少なくとも一部を透過させる第1光学面(262a)を有し、
可動投影部材及び固定投影部材のうち少なくとも一方は、第1光学面を透過した光のうち少なくとも一部を第1光学面側に反射する第2光学面(254)を有し、
可動投影部材は、第1光学面と第2光学面との間に、光学軸(266a)を移動体の水平方向に対して傾けて配置している1/4波長板(266)をさらに有する。
Another aspect of the disclosed invention is that the projection light is projected toward the fixed projection member (250) mounted on the movable body (1) and fixed to the movable body, and the projection light is fixed to the fixed projection member. A head-up display device that displays a virtual image (VI) so that it can be visually recognized by an occupant,
A projection optical unit (10) for projecting linearly polarized projection light along the horizontal direction of the moving body;
Fixed projection in a posture that is movably provided between the optical path space (So) outside the optical path of the projection light and the optical path space (Si) in the optical path of the projection light, and arranged between the optical path hollows. A movable projection member (260) on which projection light is projected instead of the member,
The movable projection member has a first optical surface (262a) that makes the projection light incident as s-polarized light and transmits at least a part of the projection light.
At least one of the movable projection member and the fixed projection member has a second optical surface (254) that reflects at least a part of the light transmitted through the first optical surface toward the first optical surface,
The movable projection member further includes a quarter-wave plate (266) in which the optical axis (266a) is inclined with respect to the horizontal direction of the moving body between the first optical surface and the second optical surface. .
このような発明によると、可動投影部材が光路外空間に配置された姿勢では、投影光学部が投影した投影光は、固定投影部材に入射する。この場合、投影光が固定投影部材に反射されることで、虚像が乗員により視認可能となる。 According to such an invention, in a posture in which the movable projection member is disposed in the space outside the optical path, the projection light projected by the projection optical unit enters the fixed projection member. In this case, the virtual light can be visually recognized by the occupant by reflecting the projection light to the fixed projection member.
一方、可動投影部材が光路中空間に配置された姿勢にて、可動投影部材には、固定投影部材の代わりに投影光が投影される。移動体の水平方向に沿って直線偏光した投影光学部からの投影光は、可動投影部材の第1光学面にs偏光として入射する。フレネルの式に基づいて、このうち一部は第1光学面を透過し、他部は第1光学面に反射される。かかる他部は、移動体の水平方向に沿って直線偏光した状態で、虚像として結像され得る。 On the other hand, projection light is projected onto the movable projection member in place of the fixed projection member in a posture in which the movable projection member is disposed between the optical path hollows. Projection light from the projection optical unit linearly polarized along the horizontal direction of the moving body is incident on the first optical surface of the movable projection member as s-polarized light. Based on the Fresnel equation, a part of the light is transmitted through the first optical surface, and the other part is reflected by the first optical surface. Such other part can be imaged as a virtual image in a state of being linearly polarized along the horizontal direction of the moving body.
第1光学面を透過した一部は、1/4波長板が光学軸を移動体の水平方向に対して傾斜した状態で配置されているので、直線偏光から円偏光ないしは楕円偏光に変換される。円偏光ないしは楕円偏光に変換された投影光は、第2光学面にて反射され得る。ここで、第2光学面での反射では、反射前とは偏光の回転方向が逆回りとなる。すなわち、反射前に右回り偏光であれば左回り偏光に変換され、反射前に左回り偏光であれば右回り偏光に変換される。第2光学面で反射され、偏光が逆回りとなった投影光は、1/4波長板に再度入射することとなるが、当該1/4波長板の光学軸の方向はそのままであるため、今度は移動体の鉛直方向に沿って直線偏光した状態に変わる。こうした一部の投影光が第1光学面を透過し、移動体の鉛直方向に沿って直線偏光した状態で、虚像として結像され得る。 Part of the first optical surface transmitted is converted from linearly polarized light to circularly polarized light or elliptically polarized light because the ¼ wavelength plate is disposed with the optical axis inclined with respect to the horizontal direction of the moving body. . The projection light converted into circularly polarized light or elliptically polarized light can be reflected by the second optical surface. Here, in the reflection at the second optical surface, the rotation direction of the polarized light is reverse to that before the reflection. That is, if it is clockwise polarized light before reflection, it is converted to counterclockwise polarized light, and if it is counterclockwise polarized light before reflection, it is converted to clockwise polarized light. The projection light reflected by the second optical surface and reversely polarized is incident on the quarter-wave plate again, but the direction of the optical axis of the quarter-wave plate remains the same. This time, it changes to a linearly polarized state along the vertical direction of the moving body. Such a part of the projection light can pass through the first optical surface and be imaged as a virtual image in a state of being linearly polarized along the vertical direction of the moving body.
したがって、移動体の乗員は、移動体の水平方向に沿った直線偏光と移動体の鉛直方向に沿った直線偏光の両方により、虚像を視認することとなる。故に乗員が偏光サングラスを着用していても、虚像が視認し難くなる又は視認できなくなるバニシングポイントが発生する事態を回避することができる。ここで、可動投影部材は、光路外空間と光路中空間との間を、移動可能に設けられ、上述の2つの姿勢により異なる虚像の結像状態が実現可能となる。故に、例えば乗員の偏光サングラス着用状態に合わせて可動投影部材を移動することで、状況に応じて虚像の視認性を高めることが可能となるのである。 Therefore, the occupant of the moving body visually recognizes the virtual image by both the linearly polarized light along the horizontal direction of the moving body and the linearly polarized light along the vertical direction of the moving body. Therefore, even if the occupant wears polarized sunglasses, it is possible to avoid a situation where a burnishing point that makes it difficult or impossible to visually recognize a virtual image. Here, the movable projection member is provided so as to be movable between the space outside the optical path and the space in the optical path, so that different virtual image formation states can be realized depending on the above-described two postures. Therefore, for example, by moving the movable projection member in accordance with the occupant's wearing state of polarized sunglasses, the visibility of the virtual image can be increased according to the situation.
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ことを意図したものではない。 In addition, the code | symbol in a parenthesis is not what was intended to limit the content of invention, only to illustrate the structure which respond | corresponds in embodiment mentioned later in order to make an understanding of description content easy.
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。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the overlapping description may be abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the corresponding component in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other part of the configuration. In addition, not only combinations of configurations explicitly described in the description of each embodiment, but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if they are not explicitly specified unless there is a problem with the combination. .
(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100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100は、インストルメントパネル2の上面部に設けられた投影窓2aを通じて、車両1の投影部材としてのウインドシールド40へ投影光を投影する。投影光がウインドシールド40に反射されることで、HUD装置100は、画像を車両1の乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、ウインドシールド40に反射される投影光が車両1の室内において設定された視認領域EBに到達し、当該視認領域EBにアイポイントEPが位置する乗員が当該投影光を虚像VIとして知覚する。そして、乗員は、虚像VIにより各種情報を認識することができる。画像として虚像表示される各種情報としては、車速、燃料残量等の車両の状態、又は、道路情報、視界補助情報等のナビゲーション情報が挙げられる。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
なお、本実施形態において、車両1の水平方向とは、水平面HP上の車両1において当該水平面HPと実質平行となる方向を意味する。同様に、車両1の鉛直方向とは、水平面HP上の車両1において当該水平面HPと実質垂直となる方向を意味する。 In the present embodiment, the horizontal direction of the vehicle 1 means a direction substantially parallel to the horizontal plane HP in the vehicle 1 on the horizontal plane HP. Similarly, the vertical direction of the vehicle 1 means a direction that is substantially perpendicular to the horizontal plane HP in the vehicle 1 on the horizontal plane HP.
視認領域EBは、HUD装置100により表示される虚像VIが明瞭に視認可能となる領域である。通常、視認領域EBは、車両1に設定されたアイリプスと重なるように設けられる。アイリプスは、乗員としての運転者のアイポイントEPの分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、設定されている(詳細は、JISD0021:1998参照)。
The visual recognition area EB is an area where the virtual image VI displayed by the
このようなHUD装置100の具体的構成を、図2に基づいて、以下に説明する。HUD装置100は、投影光学部10、及び当該投影光学部10を収容するハウジング30を備えている。
A specific configuration of such a
投影光学部10は、液晶表示部12及び導光部20を有している。図3に示す液晶表示部12は、光源13、コンデンサレンズ14、フィールドレンズ15及び液晶パネル16を有し、例えば箱状のケーシングにこれらを収容して形成されている。
The projection
光源13は、例えば複数の発光素子13aの配列により形成されている。本実施形態における発光素子13a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た白色発光ダイオード素子である。
The
コンデンサレンズ14及びフィールドレンズ15は、光源13と液晶パネル16との間に配置されている。コンデンサレンズ14は、発光素子13aの数及び配列に合わせて形成された凸レンズ素子によるレンズアレイとなっている。フィールドレンズ15は、平板状に形成されたフレネルレンズとなっている。両レンズ14,15は、光源13からの光を集光して液晶パネル16へ入射させる。
The
本実施形態の液晶パネル16は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、TFT)を用いた液晶パネルであって、例えば2方向に配列された複数の液晶画素17から形成されたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。
The
具体的に図4に示すように、液晶パネル16は、長手方向及び短手方向を有する矩形状を呈している。図5に示すように、液晶画素17が長手方向及び短手方向に配列されることで、導光部20側において画像を光として射出する表示面16bもまた矩形状を呈している。各液晶画素17では、表示面16bの法線方向に貫通して設けられる透過部17aと、当該透過部17aを囲んで形成された配線部17bとが設けられている。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
液晶パネル16は、図6に示すように、一対の偏光板18a,18b及び一対の偏光板18a,18bに挟まれた液晶層18c等が積層されて形成されていることで、平板状を呈している。各偏光板18a,18bは、透過軸と、当該透過軸と直交する吸収軸を有している。各偏光板18a,18bは、透過軸の方向に偏光した光を透過させ、吸収軸の方向に偏光した光を吸収する性質を有しており、一対の偏光板18a,18bは、当該透過軸の方向を互いに直交させて配置されている。液晶層18cは、液晶画素毎の電圧印加により、印加電圧に応じて液晶層18cを透過する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。偏光方向の回転により、導光部20側の偏光板18bを透過する光の割合、すなわち透過率を随時変えることができる。
As shown in FIG. 6, the
したがって、液晶パネル16は、光源13側の表面である照明対象面16aへの光の入射に対して、液晶画素17毎の透過率を制御する。すなわち、液晶パネル16は、画像を形成して、光として射出可能となっている。本実施形態において液晶パネル16から射出される光は、導光部20側の透過軸が液晶パネル16の長手方向に沿っていることにより、当該長手方向に沿った偏光方向に偏光した直線偏光となっている。本実施形態の液晶パネル16は、その長手方向を車両1の水平方向に沿わせた配置となっている。
Therefore, the
隣り合う液晶画素17には、図5に示すように、互いに異なる色(例えば、赤、緑及び青)のカラーフィルタ18dが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が実現されるようになっている。こうした液晶表示部12から射出された光は、導光部20に入射するようになっている。
As shown in FIG. 5, adjacent
導光部20は、図2に示すように、液晶表示部12から射出された光をウインドシールド40側へ導光する。導光部20は、平面鏡22及び凹面鏡24を有している。液晶表示部か12ら射出された光は、先に平面鏡22に入射する。
As shown in FIG. 2, the
平面鏡22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22a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22aは、滑らかな平面状に形成されている。平面鏡22に入射した光は、反射面22aにより凹面鏡24へ向けて反射される。なお、平面鏡22は、コールドミラーであってもよい。
The
凹面鏡24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24a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24aは、凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状に形成されている。凹面鏡24に入射した光は、反射面24aにより反射される。反射面24aにより反射された光は、投影窓2aを通じて、投影光としてウインドシールド40へ向けて投影される。ここでウインドシールド40に投影される投影光は、車両1の水平方向に沿って直線偏光したものとなっている。
The
虚像VIの結像に用いられるウインドシールド40は、車両1の水平方向及び鉛直方向に対して傾斜して配置されている。ウインドシールド40は、全体として、透光性を有した平板状又は湾曲板状に形成されている。本実施形態のウインドシールド40は、図7に示すように、第1透光板42、第2透光板44及び1/4波長板46を備えており、これらが積層されて形成されている。ウインドシールド40の厚みは、各箇所にて実質一定に形成されている。
The
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、第2透光板44及び1/4波長板46よりも室内側に配置されている。第1透光板42は、ウインドシールド40における室内側の表面として、乗員側を向く第1光学面42aを有している。第1光学面42aは、滑らかな平面状又は凹面状に形成されている。
The first
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、第1透光板42及び1/4波長板46よりも室外側に配置されている。第2透光板44は、ウインドシールド40における室外側の表面として、乗員とは反対側を向く第2光学面44aを有している。第2光学面44aは、第1光学面42aと実質平行となっており、滑らかな平面状又は凸面状に形成されている。
The second
1/4波長板46は、第1光学面42aと第2光学面44aとの間に配置されている。特に本実施形態では、第1光学面42aが第1透光板42により、第2光学面44aが第2透光板44により、それぞれ形成されているので、1/4波長板46は、第1透光板42と第2透光板44とに挟まれた平板状を呈している。1/4波長板46は、その光学軸46a(図2参照)を車両1の水平方向に対して傾けて配置している。具体的に光学軸46aは、車両1の水平方向に対して、ウインドシールド40の沿設方向に沿って45度傾いた状態で配置されているが、厳密に45度である必要はない。なお、ここでいう1/4波長板46の光学軸46aとは、当該1/4波長板46を組成する結晶において、色分散をもつ軸(いわゆるC軸)を示す。
The
こうしたウインドシールド40の第1光学面42aに、投影光学部10から車両1の水平方向に直線偏光した投影光がs偏光として入射されるようになっている。ここで、投影光の第1光学面42aに対する入射角は、ウインドシールド40とインストルメントパネル2との位置関係により、40〜80度となる場合が多いが、本実施形態では約60度となっている。ここで第1光学面42aは、投影光のうち少なくとも一部を透過させるようになっている。また、第2光学面44aは、第1光学面42aを透過した光のうち少なくとも一部を第1光学面42a側に反射するようになっている。ウインドシールド40に入射した投影光は、第1光学面42a又は第2光学面44aに反射されることで、室内の視認領域EBに到達することとなる。こうして、投影光学部10からウインドシールド40を介して視認領域EBに至る投影光の経路である光路OPが構成される。
Projection light linearly polarized in the horizontal direction of the vehicle 1 from the projection
ここで、視認領域EBに到達した投影光の偏光角度毎の輝度分布について、図8,9により、発明者らによる実測の結果を示す。図8では、1/4波長板46を備えていないウインドシールドの場合が示されている。図9では、本実施形態のウインドシールド40の場合が示されている。図8,9において、0度又は180度が車両1の鉛直方向に対応し、90度又は270度が車両1の水平方向に対応している。また、図8,9の実測結果は、視認領域EBに偏光板を置き、当該偏光板を回転させながら当該偏光板を透過した投影光の輝度を実測し、実測値を三角関数によりフィッティングした後、プロットされたものである。
Here, with respect to the luminance distribution for each polarization angle of the projection light reaching the visual recognition area EB, results of actual measurement by the inventors are shown in FIGS. FIG. 8 shows a case of a windshield not provided with the
図8の比較例では、90度又は270度において、輝度が略0cd/m2となっている。すなわち、乗員が偏光サングラスを着用している場合、一般的な偏光サングラスでは車両1の水平方向に偏光軸が配置されることとなるので、乗員から虚像VIは消失し、当該虚像が視認できなくなってしまう。
In the comparative example of FIG. 8, the luminance is approximately 0 cd /
一方、図9の本実施形態のウインドシールド40では、90度又は270度においても、輝度が1500cd/m2となっている。このため、乗員が偏光サングラスを着用していたとしても、虚像VIが消失してしまうことはない。
On the other hand, in the
(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。
(Function and effect)
The operational effects of the first embodiment described above will be described below.
第1実施形態によると、HUD装置100により投影され、車両1の水平方向に沿って直線偏光した投影光は、投影部材としてのウインドシールド40の第1光学面42aにs偏光として入射する。フレネルの式に基づいて、このうち一部は第1光学面42aを透過し、他部は第1光学面42aに反射される。かかる他部は、車両1の水平方向に沿って直線偏光した状態で、虚像VIとして結像され得る。
According to the first embodiment, the projection light projected by the
第1光学面42aを透過した一部は、1/4波長板46が光学軸46aを車両1の水平方向に対して傾斜した状態で配置されているので、直線偏光から円偏光ないしは楕円偏光に変換される。円偏光ないしは楕円偏光に変換された投影光は、第2光学面44aにて反射され得る。ここで、第2光学面44aでの反射では、反射前とは偏光の回転方向が逆回りとなる。すなわち、反射前に右回り偏光であれば左回り偏光に変換され、反射前に左回り偏光であれば右回り偏光に変換される。第2光学面44aで反射され、偏光が逆回りとなった投影光は、1/4波長板46に再度入射することとなるが、当該1/4波長板46の光学軸46aの方向はそのままであるため、今度は車両1の鉛直方向に沿って直線偏光した状態に変わる。こうした一部の投影光が第1光学面42aを透過し、車両1の鉛直方向に沿って直線偏光した状態で、虚像VIとして結像され得る。
Part of the first
したがって、車両1の乗員は、車両1の水平方向に沿った直線偏光と車両1の鉛直方向に沿った直線偏光の両方により、虚像VIを視認することとなる。故に乗員が偏光サングラスを着用していても、虚像VIが視認し難くなる又は視認できなくなるバニシングポイントが発生する事態を回避することができる。以上により、車両1の水平方向に沿って直線偏光した投影光を投影するようにしたHUD装置100において、偏光サングラスでの虚像VIの視認性を高めるウインドシールド40を提供することができる。
Therefore, the passenger of the vehicle 1 visually recognizes the virtual image VI by both the linearly polarized light along the horizontal direction of the vehicle 1 and the linearly polarized light along the vertical direction of the vehicle 1. Therefore, even if the occupant wears polarized sunglasses, it is possible to avoid a situation where a burnishing point that makes it difficult or impossible to visually recognize the virtual image VI occurs. As described above, in the
なお、図7において、投影光の各箇所における偏光状態が小グラフで示されている。小グラフから伸びる矢印が指し示す先が、当該小グラフが対応している光路OP上の箇所である。 In FIG. 7, the polarization state at each location of the projection light is shown in a small graph. A point indicated by an arrow extending from the small graph is a position on the optical path OP corresponding to the small graph.
また、第1実施形態によると、光学軸46aは、車両1の水平方向に対して45度傾いて配置されている。このため、1/4波長板46による投影光の偏極状態の変換を確実なものとすることができる。
Further, according to the first embodiment, the optical shaft 46 a is disposed with an inclination of 45 degrees with respect to the horizontal direction of the vehicle 1. For this reason, the conversion of the polarization state of the projection light by the
(第2実施形態)
図10〜12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実施形態について、第1実施形態とは異なる点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
As shown in FIGS. 10-12, 2nd Embodiment of this invention is a modification of 1st Embodiment. The second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment.
HUD装置200は、図10,11投影光学部10、ハウジング30に加えて、固定コンバイナ250、及び可動コンバイナ260を備えている。
The
固定コンバイナ250は、車両1及び投影光学部10に対して固定された固定投影部材として、投影窓2aよりも上部に、車両1の水平方向及び鉛直方向に対して傾斜して配置されている。固定コンバイナ250は、透光板単板からなり、例えば合成樹脂により透光性の板状に形成されている。特に本実施形態の固定コンバイナ250は、図12に示すように、平板状に形成されている。
The fixed
固定コンバイナ250は、表面として、乗員側を向く固定光学面252を有している。固定光学面252は、滑らかな平面状に形成されている。そして、後述する可動コンバイナ260がハウジング30内に収容されている場合には、投影光学部10は、車両1の水平方向に沿って直線偏光した投影光を、固定コンバイナ250の固定光学面252へ向けて投影する。投影光が固定コンバイナ250に反射されることで、HUD装置200は、画像を車両1の乗員により視認可能に虚像表示するのである。
The fixed
可動コンバイナ260は、車両1及び投影光学部10に対して移動可能な可動投影部材として設けられている。具体的に図10,11に示すように、可動コンバイナ260は、投影光の光路OP外の光路外空間Soと、投影光の光路OP中の光路中空間Siとの間を、移動可能に設けられている。可動コンバイナ260は、光路外空間Soに配置された姿勢においては、ハウジング30内の格納空間232に格納されている。可動コンバイナ260は、光路中空間Siに配置された姿勢においては、固定コンバイナ250の代わりに投影光が投影されるようになっている。可動コンバイナ260は、図12に示すように、第1透光板262、第2透光板264及び1/4波長板266を備えており、これらが積層されて形成されている。
The
第1透光板262は、例えば合成樹脂により透光性の板状に形成され、第2透光板264及び1/4波長板266よりも乗員側に配置されている。第1透光板262は、第1実施形態のウインドシールド40と同様に、乗員側の表面として第1光学面262aを有しており、第1光学面262aは、滑らかな平面状に形成されている。
The first
第2透光板264は、例えば合成樹脂により透光性の板状に形成され、第1透光板262及び1/4波長板266よりも乗員とは反対側に配置されている。第2透光板264は、第1実施形態のウインドシールド40と同様に、乗員とは反対側の表面264aは、滑らかな平面状に形成されている。
The second
また、1/4波長板266は、第1実施形態と同様に形成されている。すなわち光学軸266aは、車両1の水平方向に対して、可動コンバイナ260の沿設方向に沿って45度傾いた状態で配置されている(図10,11参照)。
The
こうした可動コンバイナ260が光路中空間Siに配置された姿勢にて、乗員とは反対側の表面264aは、図11,12に示すように、固定コンバイナ250の固定光学面252と密着して配置されている。ここで、第2透光板264の屈折率は固定コンバイナ250の屈折率と同等に設定されている。したがって、可動コンバイナ260における乗員とは反対側の表面264aと、固定コンバイナ250の固定光学面252との間では、反射はあまり起きない。こうして固定コンバイナ250の乗員とは反対側の表面が、第1実施形態の第2光学面44aと同様の第2光学面254として機能する。
In such a posture that the
投影光学部10が車両1の水平方向に沿って直線偏光した投影光を投射すると、可動コンバイナ260が光路外空間Soに配置された姿勢の場合には、図10に示すように、固定コンバイナ250の固定光学面252にs偏光として入射する。一方、可動コンバイナ260が光路中空間Siに配置された姿勢の場合には、図11に示すように、投影光は、固定コンバイナ250の代わりに可動コンバイナ260に投影され、可動コンバイナ260の第1光学面262aにs偏光として入射する。投影光が可動コンバイナ260の第1光学面262aに入射した場合には、第1実施形態のウインドシールド40と同様の作用が得られる。ここで、上述のように、固定コンバイナ250の第2光学面254が第1光学面262aを透過した光のうち少なくとも一部を第1光学面262a側に反射することとなる。
When the projection
可動コンバイナ260の姿勢の切替は、例えば、インストルメントパネル2等に設けられた切替スイッチによって乗員が切り替えることができる。乗員が偏光サングラスを装用していない場合には、可動コンバイナ260が光路外空間Soに配置された姿勢となるように切り替え、また、乗員が偏光サングラスを装用している場合には、可動コンバイナ260が光路中空間Siに配置された姿勢となるように切り替えることができる。
The occupant can switch the posture of the
このような第2実施形態によると、可動投影部材としての可動コンバイナ260が光路外空間Soに配置された姿勢では、投影光学部10が投影した投影光は、固定投影部材としての固定コンバイナ250に入射する。この場合、投影光が固定コンバイナ250に反射されることで、虚像VIが乗員により視認可能となる。
According to the second embodiment, in a posture in which the
一方、可動コンバイナ260が光路中空間Siに配置された姿勢にて、可動コンバイナ260には、固定コンバイナ250の代わりに投影光が投影される。車両1の水平方向に沿って直線偏光した投影光学部10からの投影光は、可動コンバイナ260の第1光学面262aにs偏光として入射する。フレネルの式に基づいて、このうち一部は第1光学面262aを透過し、他部は第1光学面262aに反射される。かかる他部は、車両1の水平方向に沿って直線偏光した状態で、虚像VIとして結像され得る。
On the other hand, in a posture in which the
第1光学面262aを透過した一部は、1/4波長板266が光学軸266aを車両1の水平方向に対して傾斜した状態で配置されているので、直線偏光から円偏光ないしは楕円偏光に変換される。円偏光ないしは楕円偏光に変換された投影光は、第2光学面254にて反射され得る。ここで、第2光学面254での反射では、反射前とは偏光の回転方向が逆回りとなる。すなわち、反射前に右回り偏光であれば左回り偏光に変換され、反射前に左回り偏光であれば右回り偏光に変換される。第2光学面254で反射され、偏光が逆回りとなった投影光は、1/4波長板266に再度入射することとなるが、当該1/4波長板266の光学軸266aの方向はそのままであるため、今度は車両1の鉛直方向に沿って直線偏光した状態に変わる。こうした一部の投影光が第1光学面262aを透過し、車両1の鉛直方向に沿って直線偏光した状態で、虚像VIとして結像され得る。
A part of the light transmitted through the first
したがって、車両1の乗員は、車両1の水平方向に沿った直線偏光と車両1の鉛直方向に沿った直線偏光の両方により、虚像VIを視認することとなる。故に乗員が偏光サングラスを着用していても、虚像VIが視認し難くなる又は視認できなくなるバニシングポイントが発生する事態を回避することができる。ここで、可動コンバイナ260は、光路外空間Soと光路中空間Siとの間を、移動可能に設けられ、上述の2つの姿勢により異なる虚像VIの結像状態が実現可能となる。故に、例えば乗員の偏光サングラス着用状態に合わせて可動コンバイナ260を移動することで、状況に応じて虚像VIの視認性を高めることが可能となるのである。
Therefore, the passenger of the vehicle 1 visually recognizes the virtual image VI by both the linearly polarized light along the horizontal direction of the vehicle 1 and the linearly polarized light along the vertical direction of the vehicle 1. Therefore, even if the occupant wears polarized sunglasses, it is possible to avoid a situation where a burnishing point that makes it difficult or impossible to visually recognize the virtual image VI occurs. Here, the
また、第2実施形態によると、可動コンバイナ260が光路中空間Siに配置された姿勢にて、可動コンバイナ260は、固定コンバイナ250の固定光学面252と密着している。こうした密着によれば、固定コンバイナ250での反射位置と可動コンバイナ260での反射位置を近づけることで、可動コンバイナ260が光路外の場合と光路中の場合とで、投影光の光路OPが変異し難くなる。このため、可動コンバイナ260の移動につき、投影光により投影されるコンバイナ250,260が入れ代わっても、虚像VIにおいて各種収差が発生し難くなり、視認性の低下が抑制されるのである。
Further, according to the second embodiment, the
(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。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not construed as being limited to these embodiments, and various embodiments and combinations can be made without departing from the scope of the present invention. Can be applied.
具体的に変形例1としては、第1実施形態のウインドシールド40は、第1透光板42及び第2透光板44のうち少なくとも一方を有していなくてもよい。すなわち、1/4波長板46の表面が露出し、当該表面が第1光学面42a又は第2光学面44aに対応していてもよい。第2実施形態の可動コンバイナ260についても同様である。
Specifically, as a first modification, the
変形例2としては、第1実施形態のウインドシールド40は、投影光が投影される箇所において、第1光学面42aと第2光学面44aとは、平行でなくてもよい。例えば、第1光学面42aと第2光学面44aとの間隔が投影光学部10から離れる程(すなわち車両上方へ向かう程)、増大するような楔形状に構成されていてもよい。こうした楔形状では、第1光学面42aに反射された投影光と第2光学面44aに反射された投影光とにより、2重像が視認されることが抑制される。第2実施形態の固定コンバイナ250及び可動コンバイナ260についても同様である。
As a second modification, in the
第2実施形態に関する変形例3としては、可動コンバイナ260が光路中空間Siに配置された姿勢にて、可動コンバイナ260は、固定コンバイナ250の固定光学面252と隙間を設けて配置されていてもよい。この場合、可動コンバイナ260の乗員とは反対側の表面264aが、第1光学面262aを透過した光のうち少なくとも一部を第1光学面262a側に反射する第2光学面として機能する。
As a third modified example related to the second embodiment, the
第2実施形態に関する変形例4としては、第2透光板264の屈折率は固定コンバイナ250の屈折率と異なって設定されていてもよい。この場合、可動コンバイナ260の乗員とは反対側の表面264a(当該表面264aと密着している固定光学面252とも換言できる)及び固定コンバイナ250の乗員とは反対側の表面254の両方が、第1光学面262aを透過した光のうち少なくとも一部を第1光学面262a側に反射する第2光学面として機能する。
As a fourth modification related to the second embodiment, the refractive index of the second
第2実施形態に関する変形例5としては、可動コンバイナ260の姿勢は、例えばインストルメントパネル2に乗員の顔を撮影するカメラを設け、当該カメラ画像により乗員がサングラスを着用しているか否かを判定し、当該判定に応じて切り替えるようにしてもよい。すなわち、乗員がサングラスを着用している場合には、可動コンバイナ260が光路中空間Siに配置された姿勢となり、乗員が偏光サングラスを装用していない場合には、可動コンバイナ260が光路外空間Soに配置された姿勢となるように切り替えることができる。
As a fifth modified example related to the second embodiment, the
第2実施形態に関する変形例6としては、HUD装置100は、固定コンバイナ250を備えておらず、固定投影部材としての車両1のウインドシールドを用いた構成であってもよい。
As a sixth modified example related to the second embodiment, the
変形例7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。 As a modified example 7, the present invention may be applied to various moving bodies (transport equipment) such as ships or airplanes other than the vehicle 1.
1 車両(移動体)、10 投影光学部、40 ウインドシールド(投影部材)、42a,262a 第1光学面、44a,254 第2光学面、46,266 1/4波長板、46a,266a 光学軸、100,200 HUD装置、250 固定コンバイナ(固定投影部材)、252 固定光学面、260 可動コンバイナ(可動投影部材)、Si 光路中空間、So 光路外空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle (moving body), 10 Projection optical part, 40 Wind shield (projection member), 42a, 262a 1st optical surface, 44a, 254 2nd optical surface, 46,266 1/4 wavelength plate, 46a, 266a Optical axis , 100, 200 HUD device, 250 fixed combiner (fixed projection member), 252 fixed optical surface, 260 movable combiner (movable projection member), space in Si optical path, space outside optical path
Claims (5)
前記投影光をs偏光として入射させ、前記投影光のうち少なくとも一部を透過させる第1光学面(42a)と、
前記第1光学面を透過した光のうち少なくとも一部を前記第1光学面側に反射する第2光学面(44a)と、
前記第1光学面と前記第2光学面との間に、光学軸(46a)を前記移動体の水平方向に対して傾けて配置している1/4波長板(46)と、を備える投影部材。 The head-up display device (100) mounted on the moving body (1) and displaying the virtual image (VI) projects the linearly polarized projection light along the horizontal direction of the moving body and reflects the projection light. And a projection member used to form the virtual image,
A first optical surface (42a) that makes the projection light incident as s-polarized light and transmits at least a part of the projection light;
A second optical surface (44a) that reflects at least a part of the light transmitted through the first optical surface toward the first optical surface;
A projection comprising: a quarter-wave plate (46) disposed between the first optical surface and the second optical surface with an optical axis (46a) inclined with respect to the horizontal direction of the movable body. Element.
前記移動体の水平方向に沿って直線偏光した前記投影光を投影する投影光学部(10)と、
前記投影光の光路外の光路外空間(So)と、前記投影光の光路中の光路中空間(Si)との間を、移動可能に設けられ、前記光路中空間に配置された姿勢にて、前記固定投影部材の代わりに前記投影光が投影される可動投影部材(260)を、備え、
前記可動投影部材は、前記投影光をs偏光として入射させ、前記投影光のうち少なくとも一部を透過させる第1光学面(262a)を有し、
前記可動投影部材及び前記固定投影部材のうち少なくとも一方は、前記第1光学面を透過した光のうち少なくとも一部を前記第1光学面側に反射する第2光学面(254)を有し、
前記可動投影部材は、前記第1光学面と前記第2光学面との間に、光学軸(266a)を前記移動体の水平方向に対して傾けて配置している1/4波長板(266)をさらに有するヘッドアップディスプレイ装置。 Projected light is projected toward a fixed projection member (250) mounted on the movable body (1) and fixed to the movable body, and the projected light is reflected by the fixed projection member, so that it can be visually recognized by an occupant. A head-up display device that displays a virtual image (VI) as possible,
A projection optical unit (10) for projecting the projection light linearly polarized along the horizontal direction of the moving body;
In an attitude that is movably provided between the optical path space (So) outside the optical path of the projection light and the optical path space (Si) in the optical path of the projection light, and is disposed between the optical path hollows A movable projection member (260) on which the projection light is projected instead of the fixed projection member,
The movable projection member has a first optical surface (262a) that makes the projection light incident as s-polarized light and transmits at least a part of the projection light.
At least one of the movable projection member and the fixed projection member has a second optical surface (254) that reflects at least a part of the light transmitted through the first optical surface toward the first optical surface,
The movable projection member is a quarter-wave plate (266) in which an optical axis (266a) is inclined with respect to the horizontal direction of the movable body between the first optical surface and the second optical surface. A head-up display device.
前記可動投影部材が前記光路中空間に配置された姿勢にて、前記可動投影部材は、前記可動投影部材の前記固定光学面と密着している請求項3に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The fixed projection member includes a fixed optical surface (252) facing the occupant side,
The head-up display device according to claim 3, wherein the movable projection member is in close contact with the fixed optical surface of the movable projection member in a posture in which the movable projection member is disposed between the hollow optical paths.
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