JP2023101953A - Optical system and head-up display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to optical systems and head-up display devices.
特許文献1には、ヘッドアップディスプレイ装置(車両映像表示装置)が開示されている。ヘッドアップディスプレイ装置は、車両のダッシュボードに設けられ、映像光を、映写板としてのフロントガラスに投影し、運転情報を虚像として表示するものである。
上述のヘッドアップディスプレイ装置は、映像表示器を有する。映像表示器は、液晶表示パネルと光源とを有し、液晶表示パネルは、液晶セルと、液晶セルの両側に貼着された偏光板(偏光子、検光子)を有している。 The head-up display device described above has a video display. The image display has a liquid crystal display panel and a light source, and the liquid crystal display panel has a liquid crystal cell and polarizing plates (polarizer, analyzer) attached to both sides of the liquid crystal cell.
しかし、上記映像表示器の液晶表示パネルは、外光(太陽光)が、映像を表示する光と逆の方向から偏光板に入射した場合、偏光板が光を吸収して発熱する傾向がある。偏光板が発熱すると、液晶セルが高温になり、液晶セルの動作が不安定となったり、破損したりする。特に光源側に配置される偏光子は、高光量の光源光も照射されるため、負荷が大きくなり、発熱が大きくなる傾向がある。 However, in the liquid crystal display panel of the image display device, when external light (sunlight) is incident on the polarizing plate from the direction opposite to the light for displaying the image, the polarizing plate tends to absorb the light and generate heat. When the polarizing plate heats up, the temperature of the liquid crystal cell becomes high, and the operation of the liquid crystal cell becomes unstable or is damaged. In particular, the polarizer arranged on the light source side is exposed to a large amount of light from the light source, so that the load tends to increase and the heat generation tends to increase.
本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、液晶セルなどの映像表示素子が高温になることを抑制することができる光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することをその目的とする。 The present application has been made in view of this point, and an object of the present application is to provide an optical system and a head-up display device capable of suppressing an image display element such as a liquid crystal cell from becoming hot.
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、偏光子を、映像表示素子と離隔し、なおかつ光源から入射する光源光に対して傾斜させることで、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明の態様は以下を含む。 As a result of intensive research, the present inventor found that the above problem can be solved by separating the polarizer from the image display element and tilting it with respect to the light source light incident from the light source, and completed the present invention. That is, aspects of the present invention include the following.
(1)光源と、反射型偏光板を有する偏光子と、映像表示素子と、検光子とが、前記光源から出射した光源光の光路に対し、この順に配置され、前記偏光子は、前記映像表示素子と離隔され、前記光源から入射する光源光に対して傾斜し、なおかつ、前記検光子を経由し前記映像表示素子を通って入射する外光の少なくとも一部を偏光反射するように配置されている、光学システム。
(2)前記偏光子にて反射した前記光源光が照射される壁面は、その少なくとも一部が光反射性材料で覆われるように構成されている、(1)に記載の光学システム。
(3)前記反射型偏光板を有する偏光子にて偏光反射した前記外光が照射される壁面は、その少なくとも一部が光吸収性材料、又は拡散反射可能な構造を有する部材で形成されるように構成されている、(1)又は(2)に記載の光学システム。
(4)前記偏光子は、2枚の前記反射型偏光板を備える、(1)から(3)のいずれか一項に記載の光学システム。
(5)前記偏光子は、前記2枚の反射型偏光板の間に配置された吸収型偏光板を備える、(4)に記載の光学システム。
(6)前記吸収型偏光板は、基材を有し、前記吸収型偏光板における基材の厚み位相差値Rthは、40nm以下である、(5)に記載の光学システム。
(7)前記反射型偏光板は、表面にワイヤグリッド構造を有する、(1)から(6)のいずれか一項に記載の光学システム。
(8)前記偏光子の前記反射型偏光板は、基材の表面にワイヤグリッド構造を有したワイヤグリッド偏光板であり、前記偏光子は、2枚のワイヤグリッド偏光板を備え、前記2枚のワイヤグリッド偏光板の前記基材の厚み位相差値Rthの和が40nm以下である、(4)に記載の光学システム。
(9)前記偏光子は、前記2枚のワイヤグリッド偏光板の前記基材の間に吸収型偏光板を有する、(8)に記載の光学システム。
(10)導光体をさらに備え、前記導光体は、前記偏光子の前記反射型偏光板にて偏光反射した外光を導光し前記光源光として利用するように構成されている、(1)から(9)のいずれか一項に記載の光学システム。
(11)前記映像表示素子は2枚の液晶パネルを備え、前記2枚の液晶パネルのうち前記偏光子側の前記液晶パネルの画素サイズは前記検光子側の前記液晶パネルの画素サイズよりも大きく、前記検光子側の前記液晶パネルはカラーフィルターを有する、(1)から(10)のいずれか一項に記載の光学システム。
(12)前記2枚の液晶パネル間に反射型偏光板を備える、(11)に記載の光学システム。
(13)(1)から(12)のいずれか一項に記載の光学システムを有する、ヘッドアップディスプレイ装置。
(1) An optical system in which a light source, a polarizer having a reflective polarizing plate, an image display element, and an analyzer are arranged in this order with respect to the optical path of the light source light emitted from the light source, the polarizer is spaced apart from the image display element, inclined with respect to the light source light incident from the light source, and arranged so as to polarize and reflect at least part of external light incident through the image display element via the analyzer.
(2) The optical system according to (1), wherein the wall surface irradiated with the light source light reflected by the polarizer is at least partially covered with a light reflecting material.
(3) The optical system according to (1) or (2), wherein the wall surface irradiated with the external light polarized and reflected by the polarizer having the reflective polarizing plate is at least partially formed of a light-absorbing material or a member having a structure capable of diffuse reflection.
(4) The optical system according to any one of (1) to (3), wherein the polarizer comprises two reflective polarizers.
(5) The optical system of (4), wherein the polarizer comprises an absorptive polarizer positioned between the two reflective polarizers.
(6) The optical system according to (5), wherein the absorptive polarizer has a base material, and the thickness retardation value Rth of the base material in the absorptive polarizer is 40 nm or less.
(7) The optical system according to any one of (1) to (6), wherein the reflective polarizing plate has a wire grid structure on its surface.
(8) The optical system according to (4), wherein the reflective polarizing plate of the polarizer is a wire grid polarizing plate having a wire grid structure on the surface of a substrate, the polarizer includes two wire grid polarizing plates, and the sum of the substrate thickness retardation values Rth of the two wire grid polarizing plates is 40 nm or less.
(9) The optical system of (8), wherein the polarizer comprises an absorptive polarizer between the substrates of the two wire grid polarizers.
(10) The optical system according to any one of (1) to (9), further comprising a light guide, wherein the light guide is configured to guide external light polarized and reflected by the reflective polarizing plate of the polarizer and use it as the light source light.
(11) The optical system according to any one of (1) to (10), wherein the image display element includes two liquid crystal panels, and the pixel size of the liquid crystal panel on the polarizer side of the two liquid crystal panels is larger than the pixel size of the liquid crystal panel on the analyzer side, and the liquid crystal panel on the analyzer side has a color filter.
(12) The optical system according to (11), comprising a reflective polarizing plate between the two liquid crystal panels.
(13) A head-up display device comprising the optical system according to any one of (1) to (12).
本発明によれば、映像表示素子が高温になることを抑制することができる光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical system and head-up display apparatus which can suppress that an image display element becomes high temperature can be provided.
本発明の実施の形態について、以下具体的に説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されるものではない。同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be specifically described below. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited only to these embodiments. The same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. In addition, unless otherwise specified, positional relationships such as top, bottom, left, and right in the drawings are based on the positional relationships shown in the drawings. Furthermore, the dimensional ratios of the drawings are not limited to the illustrated ratios.
図1は、本実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置1の適用例を示す説明図である。図1に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置1は、例えば、車両のダッシュボード2に設けられる。ヘッドアップディスプレイ装置1は、映像光(表示光)3を、映写板としてのフロントガラス4に投影し、運転情報を虚像5として表示することができる。運転者6は、虚像5を、フロントガラス4を通した風景と重畳させて視認することができる。なお、映写板としては、自動車のフロントガラスや、コンバイナと呼ばれる半透過板を挙げることができる。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an application example of a head-up
図2は、ヘッドアップディスプレイ装置1の光学システム10の一例を示す。光学システム10は、光源20と、偏光子21と、映像表示素子22と、検光子23、第1の壁面24、第2の壁面25、第3の壁面26を有している。
FIG. 2 shows an example of the
光源20と、偏光子21と、映像表示素子22と、検光子23は、光源20から出射した光源光L1の光路に対し、この順に配置されている。本実施の形態において、光源20と、偏光子21と、映像表示素子22と、検光子23は、一方向(図2の上下方向Y)の直線上に配置されている。
The
光源20は、特に制限はなく、例えば白色発光する発光ダイオード(LED)等である。光源20は、単数または複数あってもよい。光源20から出射する光源光L1の多くが直接偏光子21へ入射するように光源20を配置したり、第1の壁面24に照射し反射した光源光L1を偏光子21に入射させるように光源20を配置したりすることもできる。また、青色、緑色、赤色の発光ダイオードを複数配置して光源光L1を合成したり、白色の発光ダイオードを複数配置してエリア毎の明暗を制御したりすることもできる。
The
偏光子21は、反射型偏光板を有する。反射型偏光板は、入射する可視光のうち、一方の偏光を透過でき、他方の偏光を反射する。入射する可視光の方向、角度によって透過、および、反射する偏光の偏光方向が変化しない固有の偏光軸を有することが好ましい。また、2枚の反射型偏光板30を重畳することも可能である。反射型偏光板30は、固有の偏光(反射)軸を有し、可視光から赤外光の波長の光を偏光分離可能なワイヤグリッド偏光板とすることができる。例えば、各反射型偏光板30をワイヤグリッド偏光板とした場合、基材40と、基材40の表面に形成されたワイヤグリッド構造41を有する。2枚の反射型偏光板30は、ワイヤグリッド構造41が外側に位置し、基材40が内側に位置するように互いに重ねて接着されている。2枚の反射型偏光板30同士は、粘着材により接合されている。2枚の反射型偏光板30の基材40の厚み位相差値Rthの和は、40nm以下である。
Polarizer 21 has a reflective polarizer. A reflective polarizing plate can transmit one polarized light of incident visible light and reflects the other polarized light. It is preferable to have a unique polarization axis in which the polarization direction of transmitted and reflected polarized light does not change depending on the direction and angle of incident visible light. It is also possible to superimpose two reflective polarizing
ここで、厚み位相差値Rthは、位相差値の測定機器(王子計測機器社製偏光解析装置KOBRA-WR)を用いて測定することができる。また、厚み位相差値Rthの測定を行うための基材の屈折率の情報は、屈折率測定装置(メトリコン社製、レーザー屈折率測定モデル2010)を用いて、波長532nm、633nm及び824nmの屈折率の測定結果からコーシーの分散式を利用して屈折率の波長分散図を求め、その波長分散図から波長550nmの屈折率を求めることができる。 Here, the thickness retardation value Rth can be measured using a retardation value measuring device (ellipsometer KOBRA-WR manufactured by Oji Scientific Instruments Co., Ltd.). In addition, the refractive index information of the substrate for measuring the thickness retardation value Rth can be obtained by using a refractive index measurement device (Laser refractive index measurement model 2010 manufactured by Metricon) to obtain a wavelength dispersion diagram of the refractive index from the measurement results of the refractive index at wavelengths of 532 nm, 633 nm and 824 nm using Cauchy's dispersion formula, and from the wavelength dispersion diagram, the refractive index at a wavelength of 550 nm can be obtained.
偏光子21は、全体が板形状を有している。偏光子21は、映像表示素子22と離隔され、光源20から入射する光源光L1に対して傾斜し、なおかつ、検光子23を経由して映像表示素子22を通って入射する外光L2の少なくとも一部を反射するように配置されている。偏光子21は、例えば、一方(図2の水平方向Xの第1の方向X1)の端部21aが映像表示素子22に近づき、他方(図2の水平方向Xの第2の方向X2)の端部21bが光源20に近づくように傾斜している。例えば偏光子21は、水平方向Xに対し45度傾斜している。偏光のうち、P波を透過するように偏光透過軸方向を調整することが好ましいが、表示する映像の偏光状態等を考慮する必要があり、これに限定されない。
The
例えば映像表示素子22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パネル(液晶セル)である。映像表示素子22は厚みのある平板形状を有する。
For example, the
検光子23は固有の偏光軸を有した偏光板を用いることが好ましい。他方の偏光を吸収する吸収型偏光板は偏光子を透過した偏光のうち映像光として不要な光を吸収してカットできるため、迷光の発生を防止でき、好適に使用できる。一方で、外光も吸収
してしまうが、これを防止するために、外光入射側へ反射型偏光板を設ける等、対策することができる。偏光子21と検光子23の偏光軸方向としては、例えば、それぞれが直交配置となるようにすることで、映像表示素子22で変調された光源光L1を偏光分離して、映像を生成することができる。検光子23は、平板形状を有し、映像表示素子22における光源20と反対側(外側)の面に接着されている。なお、偏光軸は、反射型偏光板においては偏光透過軸と偏光反射軸を意味し、また、吸収型偏光板においては偏光透過軸と偏光吸収軸を意味する。また、光が入射し透過する方向において、2つの偏光板を重畳させ、互いの偏光透過軸方向が直交となるように配置した場合を、偏光軸方向が直交するという。
The
第1の壁面24、第2の壁面25、第3の壁面26は、図2の紙面上において、偏光子21の周囲にコの字状に配置されている。なお、本図に記載は無いものの、図2の紙面手前、また、奥に遮光する壁を適宜設けることができ、これによって迷光を防止することもできるが、任意の設計事項である。
The
例えば第1の壁面24は、偏光子21の光源20側(図2の偏光子21の下側)の位置で、光源20の周囲に配置されている。第1の壁面24は、例えば、映像表示素子22と平行であり、上方に向けられている。
For example, the
第2の壁面25は、偏光子21の端部21a側(図2の偏光子21の水平方向Xの第1の方向X1)に配置されている。第2の壁面25は、偏光子21側(第2の方向X2)に向けられている。
The
第1の壁面24と第2の壁面25は、偏光子21に反射した光源光L1が入射する壁面である。第1の壁面24と第2の壁面25は、一部若しくは全部が光反射性材料により形成されている。第1の壁面24と第2の壁面25は、例えば鏡面である。鏡面は、偏光状態を変えずに反射できるものである。
The
第3の壁面26は、偏光子21の端部21b側(図2の偏光子21の水平方向Xの第2の方向X2)に配置されている。第3の壁面26は、偏光子21側(第1の方向X1)に向けられている。第3の壁面26は、偏光子21に反射した外光L2が入射する壁面である。第3の壁面26は、一部若しくは全部が光吸収性材料、又は拡散反射可能な構造を有する部材により形成されている。光吸収性材料は、例えば黒色材料である。拡散反射可能な構造を有する部材は、例えば表面が粗い壁である。
The
次に、以上のように構成された光学システム10の動作について説明する。
Next, the operation of the
光源20から出射した光源光L1は、偏光子21に入射し、一部が偏光子21を透過し、映像表示素子22に入射する。そして、光源光L1は、映像表示素子22で変調され、検光子23で偏光分離され、映像光となる。この映像光は、図1に示すように、映写板としてのフロントガラス4に投影され、運転情報が虚像5として表示される。運転者6は、虚像5を、フロントガラス4を通した風景と重畳させて視認する。
The light source light L1 emitted from the
図2に示すように、偏光子21の反射型偏光板30で反射した一部の光源光L1は、第2の壁面25に入射して反射し、反射型偏光板30で再度反射し、第1の壁面24で反射する。この一部の光源光L1は、偏光子21を通過し、映像表示素子22及び検光子23を通過し映像光となる。
As shown in FIG. 2, part of the light source light L1 reflected by the reflective
一方、フロントガラス4側から光学システム10に太陽光などの外光L2が入射することがある。外光L2は、検光子23を偏光透過して映像表示素子22へ入射し、偏光子21の反射型偏光板30まで至った外光L2を偏光反射する。反射した外光L2は、第3の壁面26に入射し、吸収或いは拡散される。
On the other hand, external light L2 such as sunlight may enter the
本実施の形態によれば、光学システム10が、反射型偏光板30を有する偏光子21を有し、偏光子21は、映像表示素子22と離隔され、光源20から入射する光源光L1に対して傾斜し、なおかつ、検光子23を経由し映像表示素子22を通って入射する外光L2の少なくとも一部を偏光反射するように配置されている。これにより、外光L2は、映像表示素子22を通過し、映像表示素子22と離れた偏光子21の反射型偏光板30で反射し、映像光3、あるいは光源光L1の光路から外れる。これにより、映像表示素子22が外光L2を吸収して発熱することが抑制され、映像表示素子22が高温になることを抑制することができる。検光子23や偏光子21の劣化も抑制することができ、前記光路から外れる方向へ偏光反射するため、外光再反射による映像品位の低下を抑制できる。
According to the present embodiment, the
第2の壁面25は、偏光子21に反射した光源光L1が入射する壁面であり、その少なくとも一部が光反射性材料で覆われるように構成されている。かかる構成により、第2の壁面25で反射した光源光L1を、偏光子21や映像表示素子22に戻して再利用することができ、光の利用効率を向上することができる。
The
第3の壁面26は、偏光子21の反射型偏光板30に反射した外光L2が入射する壁面であり、その少なくとも一部が光吸収性材料、又は拡散反射可能な構造を有する部材で構成されている。かかる構成により、第3の壁面26に反射された外光L2が再反射して迷光になることを防止することができる。
The
偏光子21は、2枚の反射型偏光板30を備えるので、光源光L1と外光L2の反射を十分に行うことができる。
Since the
偏光子21の反射型偏光板30は、表面に異方性のあるワイヤグリッド構造41を有するものである。ワイヤグリッド構造とは、所定の方向に延在する金属細線を整列させたものである。前記金属細線の周期を、偏光分離を所望する光の波長の1/3、1/4程度以下とすることで、金属細線と平行の偏光を反射し、直交方向の偏光を透過するといった偏光分離が可能となる。400nmから700nmの可視光を偏光分離するためにはワイヤグリッド構造の金属細線の周期(ピッチ)を100nmから140nmとすることが好ましい。これにより、赤外光を含む広帯域の外光L2を適切に偏光分離することができる。また、細線を形成する金属をアルミニウムとすることにより広帯域で偏光反射性を有することになり、偏光子21における外光L2や光源光L1の反射を多く吸収を少なくすることができ、この結果、熱の発生を抑制することができる。なお、基材表面に所望する方向へ延びるナノサイズの凹凸構造を設け、周期性のある前記凹凸構造の凸部の一方側面に金属を成膜することで、ワイヤグリッド構造とすることが可能である。この場合、凹凸構造が延びる方向に対する断面において、基材表面の凸部の一方側面に金属(金属細線)が形成されているため、非対称形となる。偏光子21に対し光は傾斜して入光するため、P波を偏光透過させる場合は、凸部の金属(金属細線)が形成されていない他方側面側へ入光、または、当該側面側から透過した偏光が出射するように配置することが好ましい。
The reflective
偏光子21の反射型偏光板30は、基材40の表面にワイヤグリッド構造41を有したワイヤグリッド偏光板であり、偏光子21は、2枚のワイヤグリッド偏光板を備え、2枚のワイヤグリッド偏光板の基材40の厚み位相差値Rthの和が40nm以下である。偏光子21が、2枚のワイヤグリッド偏光板を備え、その表面にワイヤグリッド構造41を有し、光源20から入射する光源光L1に対し傾斜している場合、基材40の厚み方向位相差値Rthの影響を受けて、透過光(量)の面内不均一が発生する傾向がある。偏光子21の両表面に偏光分離層となるワイヤグリッド構造があり、その基材を透過する光の偏光状態が変化するためである。基材40の厚み位相差値Rthの和が40nm以下とすることで、厚み方向位相差値Rthの影響を抑制して、偏光子21を透過する偏光の状態を適切に維持でき、かつ透過光(量)の均一性を確保することができる。なお、反射型偏光板30は、相互に複屈折率が異なる複屈折性フィルムを積層した積層体フィルム等であってもよい。
The reflective
上記実施の形態において、図3に示すように偏光子21は、2枚の反射型偏光板30の間に、芯材としてのガラス基板60が設けられてもよい。ガラス基板60を設けることにより、熱伝導による放熱が可能となり、また、熱や衝撃による偏光子21の変形等を防止できる。
In the above embodiment, the
上記実施の形態において、図4に示すように偏光子21は、2枚の反射型偏光板30の間に吸収型偏光板70を備えていてもよい。
In the above embodiment, the
例えば吸収型偏光板70は、吸収型偏光層80と、吸収型偏光層80の両面に設けられた2枚の基材81、82を有する。例えば吸収型偏光層80は、ポリビニルアルコールに二色性染料、あるいはヨウ素を含侵し延伸した層を含む。基材81、82は、吸収型偏光層80の両面を保護するものであり、例えば、トリアセチルセルロースからなるフィルムを含む。2枚の基材81、82の厚み位相差値Rth(総和)は、40nm以下である。
For example, the absorptive
光源20から映像表示素子22に向けて、反射型偏光板30、ガラス基板60、基材81、吸収型偏光層80、基材82、反射型偏光板30の順番で配置される。ガラス基板60と吸収型偏光板70、吸収型偏光板70と反射型偏光板30は、粘着材により接合されている。なお、粘着材としては、ガラス転移点が0度以下で、室温では軟質で配向しない粘着性のある材料が好ましく、例えば、アクリル系粘着材、シリコーン系粘着材等を適宜使用できる。
The reflective
かかる例によれば、偏光子21の反射型偏光板30の間に吸収型偏光板70を含むので、光源光L1が偏光子21を透過する際に反射型偏光板30の間で反射する迷光を抑制することができる。また、吸収型偏光板70の基材81、82の厚み位相差値Rthが40nm以下であるので、偏光子21の透過率の低下(不均一)を抑制することができる。なお、吸収型偏光板70の基材が一枚の場合、その一枚の基材の厚み位相差値Rthを40nm以下とする。
According to this example, since the absorptive
上記実施の形態において、図5に示すように映像表示素子22は2枚の液晶パネル90、91を備えていてもよい。また、映像表示素子22は、2枚の液晶パネル90、91間に反射型偏光板92を備えていてもよい。前記反射型偏光板92の偏光軸方向は、偏光子21の偏光軸方向と平行が好ましい。また、吸収型偏光板を反射型偏光板92の液晶パネル91側に備えることもでき、前記吸収型偏光板は迷光を防止できる程度の比較的低い偏光分離性のものを用いることもできる。
In the above embodiment, the
液晶パネル90は、反射型偏光板92の偏光子21側に配置され、液晶パネル91は、反射型偏光板92の検光子23側に配置される。偏光子21側の液晶パネル90の画素サイズは、検光子23側の液晶パネル91の画素サイズよりも大きい。液晶パネル91は、カラーフィルターを有し、液晶パネル90は、カラーフィルターを有していない。これにより、液晶パネル90は、映像表示領域と映像非表示領域とのスイッチングを行い、液晶パネル91は、映像を作る。
The
かかる例によれば、映像表示素子22は2枚の液晶パネル90、91を備え、液晶パネル90の画素サイズは、液晶パネル91の画素サイズよりも大きく、液晶パネル91は、カラーフィルターを有する。これにより、映像品位(コントラスト比)が向上し、映像表示素子22が高品位の映像を作成することができる。
According to this example, the
映像表示素子22は、2枚の液晶パネル90、91間に反射型偏光板92を備えているので、液晶パネル90を透過した映像非表示領域の不要な光源光L1が、反射型偏光板92で反射し、偏光子21で反射して系外に出る。これにより、不要な光源光L1が多重反射して迷光することがないため、映像品位が低下することを抑制することができる。また、光源光L1は、液晶パネル91の映像非表示領域へは到達しないため、不要な発熱を抑制することができる。
Since the
液晶パネル90がカラーフィルターを有さないので、不要な発熱を抑制することができる。
Since the
以上の実施の形態において、図6に示すように光学システム10は、導光体100を備え、導光体100は、偏光子21の反射型偏光板30に偏光反射した外光L2を導光し光源光L1として利用するように構成されていてもよい。
In the above embodiment, as shown in FIG. 6, the
導光体100は、第3の壁面26に配置される。例えば導光体100は、表面に微細な形状を有した導光板101と、導光板101を通過した光を第1の壁面24側に反射させる反射板102を有する。なお、導光体100は、拡散板、回析格子等であってもよい。例えば光源20は、第3の壁面26と反対側の第2の壁面25に配置され、第1の壁面24側に向けられていてもよい。第1の壁面24には、光源20や反射板102から出射した光源光L1を偏光子21側に反射させる拡散反射板110が設けられている。拡散反射板110は、映像光を明るくするために、大きな周期の凹凸形状の中に比較的小さな周期の凹凸形状を作成する等の拡散構造を設け、光源光の反射方向を制御することができる。偏光子21と映像表示素子22との間には、拡散反射板110に反射し偏光子21を通過した光を整えるレンズ111が設けられている。レンズ111の正面位相差値は20nm以下が好ましく、また、厚み方向位相差値は40nm以下が好ましい。なお、レンズ111に代えて、光源20と偏光子21の間に、光源光L1の照射方向を制御するため、表面にプリズム形状を有した光制御板や低ヘイズ値の拡散板を用いることも可能である。
A
かかる場合、外光L2が、検光子23及び映像表示素子22を通過し、偏光子21の反射型偏光板30で偏光反射し、第3の壁面26の導光体100に入射する。導光体100に入射した光は、導光板101を通り、反射板102で反射して第1の壁面24側に出射し、第1の壁面24の拡散反射板110で反射して光源光L1として再利用される。すなわち、外光L2を起源とする光源光L1は、偏光子21、レンズ111を通過し、映像表示素子22及び検光子23を通過し、映像光となる。
In this case, the external light L2 passes through the
かかる例によれば、外光L2を光源光L1として再利用することができる。 According to this example, the external light L2 can be reused as the light source light L1.
以上の実施の形態において、反射型偏光板30は、表面にワイヤグリッド構造41を有するものであったが、ワイヤグリッド構造を有さない他の反射型偏光板であってよい。以上の実施の形態において、偏光子21は、2枚の反射型偏光板30を有するものであったが、1枚の反射型偏光板を有するものであってもよい。光学システム10及びヘッドアップディスプレイ装置1は、車両以外にも適用できる。
In the above embodiment, the reflective
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。たとえば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. Various modifications are possible without departing from the gist of the present invention. For example, some components in one embodiment can be added to other embodiments within the scope of ordinary creativity of those skilled in the art. Also, some components in one embodiment may be replaced with corresponding components in other embodiments.
本発明は、映像表示素子が高温になることを抑制することができる光学システムを提供する際に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in providing an optical system capable of suppressing an image display element from becoming hot.
1 ヘッドアップディスプレイ装置
10 光学システム
20 光源
21 偏光子
22 映像表示素子
23 検光子
30 反射型偏光板
L1 光源光
L2 外光
Claims (13)
前記偏光子は、前記映像表示素子と離隔され、前記光源から入射する光源光に対して傾斜し、なおかつ、前記検光子を経由し前記映像表示素子を通って入射する外光の少なくとも一部を偏光反射するように配置されている、光学システム。 A light source, a polarizer having a reflective polarizing plate, an image display element, and an analyzer are arranged in this order with respect to the optical path of the light source light emitted from the light source,
The optical system, wherein the polarizer is spaced apart from the image display element, is inclined with respect to light source light incident from the light source, and is disposed so as to polarize and reflect at least part of external light incident through the image display element via the analyzer.
請求項1に記載の光学システム。 The wall surface irradiated with the light source light reflected by the polarizer is configured such that at least a portion thereof is covered with a light reflective material.
2. The optical system of claim 1.
請求項1又は2に記載の光学システム。 At least a part of the wall surface irradiated with the external light polarized and reflected by the polarizer having the reflective polarizing plate is formed of a light-absorbing material or a member having a structure capable of diffuse reflection.
3. An optical system according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載の光学システム。 The polarizer comprises two of the reflective polarizing plates,
4. An optical system according to any one of claims 1-3.
請求項4に記載の光学システム。 the polarizer comprises an absorptive polarizer positioned between the two reflective polarizers;
5. Optical system according to claim 4.
前記吸収型偏光板における基材の厚み位相差値Rthは、40nm以下である、
請求項5に記載の光学システム。 The absorptive polarizing plate has a base material,
The thickness retardation value Rth of the substrate in the absorptive polarizing plate is 40 nm or less.
6. Optical system according to claim 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載の光学システム。 The reflective polarizing plate has a wire grid structure on its surface,
7. An optical system according to any one of claims 1-6.
前記偏光子は、2枚のワイヤグリッド偏光板を備え、
前記2枚のワイヤグリッド偏光板の前記基材の厚み位相差値Rthの和が40nm以下である、
請求項4に記載の光学システム。 The reflective polarizing plate of the polarizer is a wire grid polarizing plate having a wire grid structure on the surface of the base material,
The polarizer comprises two wire grid polarizers,
The sum of the thickness retardation values Rth of the substrates of the two wire grid polarizers is 40 nm or less.
5. Optical system according to claim 4.
請求項8に記載の光学システム。 The polarizer has an absorptive polarizer between the substrates of the two wire grid polarizers.
9. Optical system according to claim 8.
前記導光体は、前記偏光子の前記反射型偏光板にて偏光反射した外光を導光し前記光源光として利用するように構成されている、
請求項1から9のいずれか一項に記載の光学システム。 further comprising a light guide,
The light guide is configured to guide external light polarized and reflected by the reflective polarizing plate of the polarizer and use it as the light source light.
10. An optical system according to any one of claims 1-9.
前記2枚の液晶パネルのうち前記偏光子側の前記液晶パネルの画素サイズは前記検光子側の前記液晶パネルの画素サイズよりも大きく、
前記検光子側の前記液晶パネルはカラーフィルターを有する、
請求項1から10のいずれか一項に記載の光学システム。 The image display element includes two liquid crystal panels,
Among the two liquid crystal panels, the pixel size of the liquid crystal panel on the polarizer side is larger than the pixel size of the liquid crystal panel on the analyzer side,
The liquid crystal panel on the analyzer side has a color filter,
11. An optical system according to any one of claims 1-10.
請求項11に記載の光学システム。 A reflective polarizing plate is provided between the two liquid crystal panels,
12. Optical system according to claim 11.
ヘッドアップディスプレイ装置。 having an optical system according to any one of claims 1 to 12,
Head-up display device.
Priority Applications (1)
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