(57)【要約】      （修正有）【課題】コンバイナの背面からの屈折画像の反射を除去又は低減することによってコンバイナからの二重像を抑制するヘッドアップディスプレイシステム及び方法を提供する。【解決手段】コンバイナは、屈折後の偏光したプロジェクタ画像の透過及びそれに引き続く反射を減衰させるが前方の外部光景イメージに対して高い透過率を維持する傾斜軸偏光構造を含む。【選択図】図１
2020115209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射された画像を外部光景の像の上に重ね合わせるためのヘッドアップディスプレイシステムであって、
第１面と第２面を有し一軸性吸収偏光構造を含んだコンバイナと、
偏光された光を前記コンバイナ上に投射するように構成された偏光画像発生システムと、
を備え、
前記一軸性吸収偏光構造は、局所的な吸収軸を有し、前記第１面を規定するように前記コンバイナ上に配置されるか又は前記第１面と前記背面の間において前記コンバイナ内に配置され、前記局所的な吸収軸は、各点において、前記ヘッドアップディスプレイシステムの設計視点に向かって前記コンバイナの中を伝達される前記外部光景の像の伝搬方向に実質的に整列しており、前記コンバイナは、前記画像発生システムからの前記偏光された光の第１部分を、前記第１面から前記ヘッドアップディスプレイシステムの前記設計視点へ向けて反射するように構成され、前記一軸性吸収偏光構造は、前記画像発生システムからの前記偏光された光の第２部分を実質的に吸収するように構成される、
ヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項２】
コンバイナと偏光画像発生システムとを備えるヘッドアップディスプレイシステムであって、
前記コンバイナは、
第１面と第２面を有し第１像を第１方向に透過させるように構成された透明層と、
前記第１面上又は前記透明層内の一方に配置された偏光層であって、前記第１面は、表面の各点における接平面を規定し、前記偏光層は、前記接平面に対して非ゼロの角度の一軸性吸収軸を有し、それによって、前記透明層を通過して前記第２面から反射する偏光画像によって生成される屈折画像を抑制するように構成される、偏光層と、
を備え、
前記偏光画像発生システムは、前記偏光画像を前記コンバイナ上に投射するように構成され、反射された画像と前記第１像は、前記第１方向において結合される、
ヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項３】
関連する設計視点を有する光学ウィンドウであって、
第１面と第２面を有する光伝達エレメントと、
前記第１面と前記第２面との間において前記光伝達エレメント内に配置された偏光構造と、
を備え、
前記光伝達エレメントと前記偏光構造は、
前記第１面、前記第２面、及び前記設計視点を通して、任意の偏光の光をその偏光が前記偏光構造によって実質的に変化することなく透過させ、
前記設計視点を通さずに前記第１面、前記第２面、及び前記偏光構造を通して光を透過させ、その結果、前記光が前記偏光構造によって少なくとも部分的に偏光され減衰されるようにする、
ように構成される、
光学ウィンドウ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は、概してヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に関し、より具体的には、コンバイナからの二重像を抑制（低減又は除去）するＨＵＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、航空宇宙産業においてますますポピュラーになりつつある。既知のＨＵＤは、典型的には、少なくともプロジェクタ、コンバイナ、及びイメージジェネレータを含む。プロジェクタは、イメージジェネレータから供給される画像を受け取り、ＨＵＤは、典型的には、無限遠若しくは他の遠距離に存在するように知覚される像を作り出すための、凸レンズ又は凹面鏡などの光学コリメータを含むだろう。
【０００３】
[0003]  コンバイナは、プロジェクタによって投射された像を、視界と投射された無限遠像とが同時に見えるような方法で反射させる。コンバイナは、典型的には、非常に精密に設計され制御された光学エレメントであり、平板状又は湾曲していてよい。いくつかのコンバイナは、プロジェクタからコンバイナ上に投射されたある波長の光を反射する一方で他の波長の光を透過させる、特別なコーティングを有することもある。
【０００４】
[0004]  伝統的な従来技術のＨＵＤは、典型的には、航空電子工学用途向けの性能要求を満たすために精巧な光学系に依拠している。これらの性能要求は、精密な角度制御と、パイロット若しくは他のユーザの両眼を取り囲むほど十分大きい射出瞳又はヘッドボックスにわたる均一性とを含む。一例として、嵩の大きいオーバーヘッドユニット（ＯＨＵ）のサイズ、重さ、及びコストは、要求される性能のレベルによって大いに影響され得る。
【０００５】
[0005]  図１を参照すると、例えば航空機に含まれるような既知のＨＵＤ１００は、プロジェクタ１０２と、例えば航空機の風防に近接した部分反射エレメントである、像１１３及び１１６をレシーバ１０６、例えば人の目へ方向付けるコンバイナ１０４とを含む。伝統的な航空機のＨＵＤでは、コンバイナ１０４は、典型的には、非常に精密に設計され制御された別々の光学エレメントであり、前面１０８即ち内面と、背面１１０即ち外面とを含む。プロジェクタ１０２は、画像１１２を前面１０８上に投射し、ここで所望の像１１３が、レシーバ１０６へ向けて反射されるとともに、画像１１２のうちのいくらかは、コンバイナ１０４の中を伝搬して、潜在的に不要な像１１６として背面１１０から反射する。前面１０８に対する背面１１０の反射率を低減するか、あるいは２つの反射像を効果的に位置合わせする方策がとられるのでないかぎり、像１１３及び１１６は二重像をレシーバ１０６へ提示し得る。外側のビュー１１８が背面１１０においてコンバイナ１０４へ入り、コンバイナ１０４を通ってレシーバ１０６まで伝搬して、反射されたＨＵＤ像１１３及び１１６と結合される。コンバイナ１０４は、この例では風防又は風除けから離れ且つ近接した光学エレメントとして説明されたが、ある乗り物ＨＵＤの構成、とりわけ自動車ＨＵＤは、別のエレメントを用いるのではなくコンバイナとして風除け又は風防を利用することがある。これらもまた、目に見える多重反射像の可能性を伴うだろう。
【０００６】
[0006]  非常に多くの場合、また特に湾曲したコンバイナでは、注意深く設計され蒸着されたコーティングが、前面及び背面に適用されることがある。これらのコーティングの選択には、複数の目的がある。１つの典型的な目標は、前方の光景の高い「シースルー」透過率を維持するのと同時にＨＵＤイメージの適切な反射率を提供することである。一般には部分反射コーティングが、片方の面、最も普通には前面の上に適用されるであろう。
他の目的は、前方の光景への着色を最小化しながらＨＵＤ反射の輝度を最大化することを含んでよい。更に別の目的は、コンバイナのリア面からの反射に関連した不要な視覚的アーティファクトを最小化することであってよい。一例として、コンバイナ面は、狭帯域反射多層干渉コーティングを有し、リア面は、何らかのタイプの反射防止コーティングを有してもよい。しかしながら、乗り物の風除け又は風防をコンバイナとして利用する際には、そのようなリアコーティングの実用性と有効性は、例えば雨又は他の汚染物の蓄積に起因して影響を受けることがあるだろう。
【０００７】
[0007]  したがって、コンバイナの背面からのＨＵＤディスプレイの反射を除去又は低減することによって、コンバイナからの二重像を抑制するＨＵＤを提供することが望まれる。更に、例示的な実施態様の他の望ましい特徴及び特性は、付随する図面並びに前述の技術分野及び背景技術とともに捉えれば、後続の詳細な説明及び添付のクレームから明らかとなるだろう。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]  ＨＵＤシステム及び方法が、コンバイナの背面（外面）によるＨＵＤ画像の反射を除去又は低減する。
【０００９】
[0009]  例示的な一実施態様では、 投射された画像を外部光景の像の上に重ね合わせ
るためのヘッドアップディスプレイシステムであって、第１面と第２面を有し一軸性吸収偏光構造を含んだコンバイナと、偏光された光を前記コンバイナ上に投射するように構成された偏光画像発生システムと、を備え、前記一軸性吸収偏光構造は、局所的な吸収軸を有し、前記第１面を規定するように前記コンバイナ上に配置されるか又は前記第１面と前記背面の間において前記コンバイナ内に配置され、前記局所的な吸収軸は、各点において、前記ヘッドアップディスプレイシステムの設計視点に向かって前記コンバイナの中を伝達される前記外部光景の像の伝搬方向に実質的に整列しており、前記コンバイナは、前記画像発生システムからの前記偏光された光の第１部分を、前記第１面から前記ヘッドアップディスプレイシステムの前記設計視点へ向けて反射するように構成され、前記一軸性吸収偏光構造は、前記画像発生システムからの前記偏光された光の第２部分を実質的に吸収するように構成される、ヘッドアップディスプレイシステム。
【００１０】
[0010]  別の例示的な実施態様では、 ヘッドアップディスプレイシステムは、コンバ
イナと偏光画像発生システムとを備え、前記コンバイナは、第１面と第２面を有し第１像を第１方向に透過させるように構成された透明層と、前記第１面上又は前記透明層内の一方に配置された偏光層であって、前記第１面は、表面の各点における接平面を規定し、前記偏光層は、前記接平面に対して非ゼロの角度の一軸性吸収軸を有し、それによって、前記透明層を通過して前記第２面から反射する偏光画像によって生成される屈折画像を抑制するように構成される、偏光層と、を備え、前記偏光画像発生システムは、前記偏光画像を前記コンバイナ上に投射するように構成され、反射された画像と前記第１像は、前記第１方向において結合される。
【００１１】
[0011]  更に別の例示的な実施態様では、方法は、偏光画像発生システムからの偏光画像をコンバイナと関連して配置された偏光構造上に投射するステップであって、前記偏光画像の第１部分は、前記偏光構造に到達するよりも前に前記コンバイナの第１面によって第１方向に反射される、ステップと、前記コンバイナの第２面から反射された屈折した偏光画像の第２部分を、前記偏光構造を通過する際に減衰させることによって低減させるステップと、非偏光像が、前記偏光構造によって偏光されることなく前記コンバイナ及び前記偏光層を前記反射された第１部分の方向に透過するようにするステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
[0012]  以下、本発明は次の図とともに説明される。図において、同様の符号は同様の要素を表す。
【００１３】
【図１】[0013]  図１は、航空機又は他の乗り物における使用に適した既知のＨＵＤシステムの図である。
【図２】[0014]  図２は、二重像を抑制するＨＵＤシステムの第１の例示的な実施態様である。
【図３】[0015]  図３は、二重像を抑制するＨＵＤシステムの第２の例示的な実施態様である。
【図４】[0016]  図４は、二重像を抑制するＨＵＤシステムの第３の例示的な実施態様である。
【図５】[0017]  図５は、二重像を抑制するＨＵＤシステムの第４の例示的な実施態様である。
【図６】[0018]  図６は、二重像を抑制するコンバイナの例示的な実施態様である。
【図７】[0019]  図７は、二重像を抑制するコンバイナシステムの別の例示的な実施態様である。
【図８】[0020]  図８は、例示的な実施態様による例示的な方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0021]  以下の詳細な説明は本質的に単なる例示であり、本主題又は本願の実施態様及びそのような実施態様の使用を限定するようには意図されていない。例示として本明細書で説明される如何なる実装も、他の実装より好ましい又は有利であると必ずしも解されてはならない。更にまた、前述の技術分野、背景技術、発明の概要、又は以下の詳細な説明において提示される、如何なる明示的若しくは暗示的な理論によっても拘束される意図は何ら存在しない。
【００１５】
[0022]  この書面では、例えば第１及び第２等の相関的な用語が用いられることがあるが、それは１つのエンティティ又はアクションを別のエンティティ又はアクションから区別するためだけのものであり、必ずしも実際のそのような関係性又はそのようなエンティティ若しくはアクション間の順序を要件とし、あるいは暗示するのではない。「第１」、「第２」、「第３」等のような序数は、単に複数のうちの異なる１つを表すだけであり、クレームの言語によって明確に定義されるのでない限り、如何なる順序あるいはシーケンスも意味しない。クレームのいずれかにおける文章のシーケンスは、クレームの言語によって明確に定義されるのでない限り、処理ステップがそのようなシーケンスによる時間的又は論理的な順序で実施されなければならないということを意味しない。処理ステップは、クレームの言語と矛盾せず、また論理的に無意味でない限度において、本発明の範囲から逸脱することなく任意の順序で相互に交換されてよい。
【００１６】
[0023]  簡潔さの目的のために、光学システムに関するありふれた手法、並びにあるシステム及びサブシステム（及びそれらの個々の動作部品）の他の機能的側面は、本明細書において詳しくは説明されないことがある。多くの代替的若しくは付加的な機能的関係又は物理的関連が、本主題の実施態様には存在し得るということが留意されるべきである。
【００１７】
[0024]  本明細書で説明される実施態様は航空機のＨＵＤシステムに特有であるけれども、本発明の主題の原理は、海上航行船舶及び自動車におけるＨＵＤなどの他の乗り物のディスプレイシステムに適用されることができること、並びに画像のいくつか又は全てが、可視光以外の周波数として伝搬されてよいことが、認識されるべきである。
【００１８】
[0025]  本明細書において技術は、機能的及び／又はブロックコンポーネントの点から、並びに様々なコンピューティングコンポーネント又はデバイスによって実施されること
のできる動作、処理タスク、及び機能の象徴的な表現に関連して説明されることがある。そのような動作、タスク、及び機能は、時には、コンピュータ実行、コンピュータ化、ソフトウェア実装、又はコンピュータ実装される、と称される。実際、１又は複数のプロセッサデバイスは、システムメモリ内の記憶域にあるデータビットを表す電気信号の操作によって、また信号の他の処理によって、説明される動作、タスク、及び機能を実行することが可能である。図に示される様々なブロックコンポーネントは、特定の機能を実施するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアコンポーネントによって実現されることができる、ということが認識されるべきである。
【００１９】
[0026]  この説明の過程において、様々な例示的実施態様を示す異なる図による同様の要素を特定するために、同様の符号が用いられることがある。
【００２０】
[0027]  図２を参照すると、ＨＵＤシステム２００の一実施態様の機能的なブロック図が描かれており、偏光画像発生システム２０１と、前面２０８に隣接して位置する偏光層２０５を有したコンバイナ２０４とを含む。この例示的な実施態様では偏光層２０５はコンバイナ２０４の前面に隣接して位置しているが、偏光層２０５は、代替的に、コンバイナ内のどこかに形成又は配置されてもよい。偏光画像発生システム２０１は、例えば、偏光画像２１２を投射するためのプロジェクタ２０２と偏光子（偏光フィルタ）２０３とを含んでよい。
【００２１】
[0028]  この例示的な実施態様では、コンバイナ２０４は航空機における風防である。しかしながら、他の例示的な実施態様では、コンバイナ２０４は、風を逸らす以外の他の目的に用いられることのできる透明層であってよい。例示的な実施態様によれば、コンバイナ２０４は、数多くの既知のコンバイナのうちのいずれか１つを用いて、又は、今後開発され、操作者が見ることのできるフォーマットでテキスト情報、画像情報、及び／又はアイコン的情報を提供するのに適したコンバイナを用いて、実現されることができる。例えば、ＨＵＤ用途向けに説明される有益性に加えて、説明される構成の更なる有益性が考慮されることが可能である。
【００２２】
[0029]  プロジェクタ２０２は、ユーザによって所望される情報、例えば、航空環境において用いられる場合はフライトのパラメータ又は条件に関連する情報を投射する機能を実現するように、様々に構成されてよい。具体的に、ＨＵＤシステム２００は、ホスト航空機の現在のフライト状態データを処理するように構成されてよい。この点に関し、フライト状態データのソースは、ホスト航空機の動作状態、ホスト航空機が動作している環境、フライトパラメータ等に関連した様々な種類のデータを生成、測定、及び／又は提供する。フライト状態データのソースによって提供されるデータは、限定なしに、対気速度データ、対地速度データ、高度データ、ピッチデータとロールデータを含む姿勢データ、ヨーデータ、ＧＰＳデータなどの地理的位置データ、時間／日付情報、進行方向情報、気象情報、飛行経路データ、進路データ、レーダ高度データ、幾何学的高度データ、風速データ、風向データ等を含んでよい。
【００２３】
[0030]  プロジェクタ２０２は様々に実現されることができ、適合能力を有するのであってよいということが認識されるだろう。本明細書で用いられる「適合能力を有する（conformal-capable）」という用語は、説明される実施態様が、コンバイナ又は他のイメー
ジコンバイナエレメントを通して観察可能な前方の光景に実質的に適合した（conformal to）イメージを表示するように構成されることが可能である、ということを示すが、本システムは、非適合（non-conformal）モード及びアプリケーションでも、外の光景に対し
てほとんど又は全くシースルーでない構成でも用いられることができる。
【００２４】
[0031]  偏光子２０３は、画像２１２の電磁放射を偏光させるようにプロジェクタ２０
２の上に配置され、又は他の方法でプロジェクタ２０２と結合される。代替的に、偏光子２０３は、もし偏光画像２１２が偏光画像発生システム２０１によって本来的に偏光されているなら、省略されてもよい。好ましい偏光子２０３は一軸性吸収型偏光子エレメントであるが、これは限定的であるようには意図されず、他の種類の偏光エレメント（例えば、反射型、誘電体型、及びビームスプリット型偏光子、ワイヤグリッド偏光子、又はコレステリック偏光子と適切な１／４波長位相差フィルムとの組み合わせ）が偏光子２０３に用いられることが可能である。
【００２５】
[0032]  図２は、説明の目的及び記載の平易さのためのディスプレイシステム２００の簡略化した表現であり、本主題の適用性又は範囲を限定するようには何ら意図されていない、ということが理解されるべきである。実際、ディスプレイシステム２００は、当該分野において認識されるように、付加的な機能及び特徴を提供するための数多くの他のデバイス並びにコンポーネントを、単独で、又は追加のシステムと組み合わせて含んでよい。
【００２６】
[0033]  例示的な実施態様によれば、本明細書で説明される装置及び方法は、偏光が一般に２次元パラメータではなく３次元パラメータであるという事実を利用する。図２は、任意の偏光を有した前方の外部光景からの（外側のビューと称されることがある）光２１８が、コンバイナ２０４を通り抜けて目２０６へ向けて伝搬され、反射画像２１３と結合される例示的な実施態様である。偏光画像発生システム２０１（コリメート光学系はオプションである）からの画像２１２はコンバイナ２０４の方へ向けられ、画像２１２の第１部分が（外側のビュー２１８と結合される）画像２１３として目２０６へ向けて反射される。第２部分２１４（「屈折光線」）はコンバイナに入り、その一部２１５がコンバイナの背面２１０によって反射される。この屈折光線２１４はその後反射光線２１５となって、潜在的な二重像である光線２１６として目へ向かって進行し得る。しかしながら、本明細書で説明される発明は、以下で論じられるように、第２部分２１４、２１５、２１６、及びしたがって二重像を除去し、あるいは実質的に低減する。様々な図がコンバイナ２０４の反射面又はコンポーネントを前面２０８であるとして示すが、前面の上には付加的な層がオプションとして存在することが可能であろう、ということが留意されるべきである。開示される実施態様は、画像２１２に関係する光線が、偏光層２０５に到達するより前にコンバイナの前面又は反射面に到達することを想定するが、当該前面又は反射面が大気に接する外部面であることは要求されない。
【００２７】
[0034]  図２はディスプレイからの１本の光線の経路をトレースしているが、本発明は複数の画像の問題に対して上手く作用する。複数の画像を有する例については、米国特許５，０１３，１３４の図２を参照されたい。同図は、（コリメートされていない）画像上の共通の点から放出された２つの光線が、どのように観察者の網膜上の別個の点に行き着くことができるかを示す。当該特許はまた、ゴースト像を少なくともある程度はある範囲の角度及び位置にわたって主画像の上に重ね合わせることを許容するテーパー状の風除けのアプローチ（図６を参照）を教示する。二重像が互いに重ね合わされる別の確立された特別なケースは、平行平面から反射するよくコリメートされたイメージのケースに存在する。
【００２８】
[0035]  図２の実施態様は、（短い平行な線によって表された）傾斜軸２０９を有する偏光層２０５を含むことによって多重像の問題に対処する。このコンバイナ２０４内の一軸性吸収軸に対しては、傾斜軸２０９と実質的に揃った伝搬方向を持つどんな光も吸収されない。何故なら、その光の両方の偏光軸が傾斜軸２０９と直交しているからである。傾斜軸２０９は、偏光層２０５の面（あるいは、もし湾曲しているなら、偏光層に関する当該特定の近傍若しくは場所における局所的な平面又は接平面）に対して非ゼロの角度に向けられている。
【００２９】
[0036]  しかしながら、偏光画像発生システム２０１からの屈折光線２１４は、その光の少なくとも一部分を傾斜軸２０９に沿って偏光させることが可能であり、即ち電界は傾斜軸２０９に直交ではなく、それにより、傾斜軸２０９によって減衰させられる。傾斜軸２０９の偏光度に加えて、偏光画像発生システム２０１の出力偏光を適切に調整することによって、例えばコンバイナのところでＰ偏光を優勢にすることによって、第２面２１０の反射２１６は効果的に低減又は除去されることが可能である。
【００３０】
[0037]  別の例示的な実施態様によれば、傾斜軸偏光子２０５は、図２におけるようにコンバイナ２０４に取り付けられたエレメントである。傾斜軸偏光子２０５は、恒久的に積層されることが可能であろうし、又は代替的に、コンバイナ２０４のビューエリア若しくはオプションとしてコンバイナ２０４のより大きなエリアをカバーする塗布膜であってもよいであろう。
【００３１】
[0038]  図３の例示的な実施態様は、コンバイナ２０４内、例えば多層コンバイナ２０４の内部に埋め込まれた、傾斜軸２０９を有した偏光子２０５を備える。
【００３２】
[0039]  更に別の例示的な実施態様では、設計視点（design eye point）（ＤＥＰ）からの外側ビューの減衰が許容できる限りにおいて、傾斜軸２０９は、外側ビューの内部伝搬角度と完全には揃わず、偏光層２０５の局所的な平面に対して垂直（図４を参照。同図では、短い平行な線２０９が偏光層２０５の面に直角である）、即ち垂直（homeotropic
）軸又はｚ軸であってもよいであろう。外側ビュー２１８と、存在する場合には屈折光線２１４の反射２１５の両方が、層２０５によるいくらかの僅かな減衰を受けるであろうが、屈折光線２１４は更に、関与する細かい反射及び屈折角にもちろん依存して、相当量の減衰を経験することが可能であろう。
【００３３】
[0040]  所望の反射面によってどの波長又は偏光が優先的に反射されるかを選択的に変更するために、付加的なコーティングが膜又はコンバイナの中に／上へ組み込まれることが可能であろう。図５を参照すると、コンバイナ２０４は、偏光層２０５に加えてコーティング２０５’及び２０５”を含む。これは、特に偏光画像発生システム２０１の画像２１２がコンバイナ２０４の反射に対してＰ偏光である場合に望ましいだろう。あるいはまた、例えば、Ｓ偏光を有する入射光を反射して、屈折光線の偏光をより効果的に吸収されるように回転させるために、偏光位相差層２０５’、２０５”が用いられることが可能であろう。同様に、傾斜軸偏光子２０５とコンバイナ２０４のリア面２１０との間に、ＨＵＤシステム２００内の当該領域を通過する光の偏光を回転させるために、位相差層が追加されることが可能であろう。
【００３４】
[0041]  図６に示された湾曲したコンバイナの例示的な実施態様を参照すると、偏光軸２０９の傾斜は、その軸がＤＥＰからのある角度範囲の視線に揃うように、コンバイナ２０４のエリアにわたって変化することが可能であろう。同様のバリエーションが、いくつかの前の図に描かれたような平板状のコンバイナのケースに適用されることも可能であろう。
【００３５】
[0042]  傾斜した一軸配向を有する単一の偏光層を表すほか、図６の図は、従来型偏光子の技術を利用する付加的な実施態様を描写するものと解釈されることも可能である。偏光層内の短い線を傾斜した吸収軸として解釈するのではなく、それらの線は、バルク層の中に埋め込まれた従来型の偏光子シート又は偏光子片を表すことが可能であろう。一例として、そのようなバルク層は、数ミリメートルの厚さであってよいであろう。図６又は７には示されていないが、ガラスなどの更なる支持層も同様に存在し得る。そのような偏光子片は、示されたような直線軸に直交ではない偏光を有する入射光の一部を吸収するだろうが、観察者の目には実質的に透明のままであるだろう。何故なら、それらの光線方向の
それぞれは、示されたような直線軸に対して実質的に垂直な両方の偏光を有するだろうからである。この実施態様は、従来型偏光子を用いて多重反射の抑制を可能にするが、同時に、航空機の操縦などのある用途においてＨＵＤに通常必要とされる、例えば８０％以上の高い透過率を維持する。重要なのは、注意深く材料の屈折率整合をとることと、視覚的アーティファクトを乱すことにつながる可能性があり得る空気溜まりを避けることであろう。観察時のジオメトリは、視覚的アーティファクトを防止するために設計視点（ＤＥＰ）の視線配置に適切に一致すべきである。ここで、ＤＥＰは、外の光景を観察する際にパイロットの目２０６に対するノミナル位置であるとみなされる。
【００３６】
[0043]  厚さ及び詳細な投射ジオメトリに応じて、この「積層された」従来型の偏光子構造は、積層された層間がはっきりと分離して、潜在的に非常にまばらであることが可能である。
【００３７】
[0044]  この代替的な構成は、従来型のシート又は小片の吸収軸が、Ｓ偏光を有する入射光を優先的に吸収するように紙面に対して垂直であるということを仮定することによって、より一層広く解釈されることが可能である。しかしながら、このケースでは、コンバイナを透過した外部の前方光景の中に明暗の縞が現れることを回避するために、層がＤＥＰの視線に一致することがより一層重要であるだろう。
【００３８】
[0045]  なおも図６を参照して、更に別の例示的な実施態様では、積層された層のそれぞれは、当該層の中へ屈折してくる両方の偏光を実質的に吸収する、交差した偏光子を含むことが可能であろう。これを達成するためのより単純な方法は、埋め込まれて積層された層が、あるいはファイバさえもが、偏光子タイプの機能を必要とすることなく、非常に薄く且つ濃色である、あるいは不透明な黒色でさえあることであろう。これは、軸外（off-axis）伝搬を低減するための光ファイバフェイスプレート内の域外吸収（extramural absorption）（ＥＭＡ）材料の使用、軸外スループットを低減するための埋め込みルーバ
ーの使用、あるいは同様に、Ｘ線コリメータ内で用いられるようなソーラスリット（Soller slit）の使用に幾分類似しているであろうが、ＨＵＤの前面反射と連携した有用な実
施態様の点において顕著な特質を持つ。Ｓ偏光を吸収する上述の積層体と同様に、もしＤＥＰ視線の高透過率と最小透過率の変調が重要であるならば、位置合わせトレランスは必然的に厳しくなるであろう。
【００３９】
[0046]  図７を参照すると、例えば図６の調整された傾斜角は、垂直（homeotropic）
偏光子の小片又はシート２２０を用いることによって達成されることも可能であろう。このケースでは、個々のシートは、各小片の垂直（homeotropic）吸収軸がその場所におけ
るノミナルな視線と実質的に揃うように、図６の従来型の偏光子片のケースに対しておよそ９０度回転するであろう。そのようなケースでは、屈折光線のカバー範囲に明白なギャップが存在しないように、小片を互い違いにする又はオーバーラップさせることが好ましいであろう。
【００４０】
[0047]  偏光層（又は本明細書でいくつかが開示された、関連する偏光構造 ）２０５
は、風防／コンバイナ兼用、又は、風防若しくは風除けとは分離したコンバイナのどちらに関して用いられるのにも有効であろう。分離したエレメントであるケースでは、明示されてはいないが、典型的には、様々な図２乃至７におけるコンバイナ２０４の近傍且つ左側に別の透明な風防構造が存在するであろう。そのような分離した風防とコンバイナとの相対的な角度によっては、その風防は、潜在的にＨＵＤイメージの更なる多重反射に寄与し得るであろうが、本発明は、それらの反射も同様に減衰又は除去するであろう。何故なら本発明は、もし存在するならそのような分離した風防に到達する前に光線を減衰させることによって機能するからである。
【００４１】
[0048]  図１−７は様々な平板状及び湾曲したコンバイナの領域を示しているが、代替的なコンバイナの湾曲が同様に考慮されることが可能である、ということが理解されるべきである。例えば、ある表面によって規定される「平面」への言及がなされる場合、湾曲面についての対応する解釈は、言及されている当該点に対する局所的な平面又は接平面であろう。
【００４２】
[0049]  好ましい実施態様では、傾斜軸構造は、例えば安定性の高い二色性色素又は（大抵の従来型偏光膜におけるような）ヨウ素系構造の使用によって、光度測定的に（photometrically）安定である。しかしながら、様々な傾斜の吸収軸を含む、傾斜した吸収軸
を有したそのような偏光子を作製するための様々な実施態様が可能である。
【００４３】
[0050]  一例として、適切な二色性ゲスト色素／吸収材料を含んだ配向可能なホスト材料の架橋（又は乾燥）中における固定又は可変印可場の使用など、傾斜角を垂直から変更するための様々な方法が可能である。
【００４４】
[0051]  傾斜を実現又は変更するための代替的な方法は、ほぼ垂直な（homeotropic）
偏光膜に印可される機械的な剪断力の使用によることが可能であろう。剪断力は局所的に、又は膜の大きなエリアにわたって印可されることが可能であろう。更に別のものは、膜を特定の表面に適合させることによるものである。
【００４５】
[0052]  本発明の別の顕著な利益は、本発明は外部面２１０による反射の特性に依存しないということである。何故なら本発明は、屈折光線２１４を当該外部面２１０に到達する前に減衰させるからである。例えば、外部面２１０上の曇りや雨は（屈折光線２１４として）外部面に到達するＨＵＤ光２１２の拡散散乱を引き起こし得るであろうが、この開示されたアプローチは、当該外部面２１０に到達する前にそのような光２１４を減衰させるであろう。
【００４６】
[0053]  本明細書で説明される方法は、観察される像の実効性及び／又は明瞭性に影響を与える望まれない反射を低減するための、既知の又はまだ説明されていない他の方法と共にもちろん用いられてよい。
【００４７】
[0054]  図８は、ディスプレイシステム、例えば操縦室のディスプレイ又は自動車のディスプレイでの使用に適した方法８００の例示的な実施態様を示すフローチャートである。説明の目的のために、方法８００の以下の記載は、前述の図と共に上で言及された要素を参照することがある。方法８００は任意の数の付加的な又は代替的なタスクを含んでよいこと、図８に示されたタスクは図示された順序で実施される必要はないこと、及び、方法８００は本明細書では詳しく説明されない追加の機能性を有したより包括的な手順又は方法に統合されてよいことが、認識されるべきである。その上、図８に示されたタスクの１又は複数は、意図された全体の機能性が損なわれないでいる限り、方法８００の実施態様から省略されることが可能であろう。
【００４８】
[0055]  図８の例示的な方法によれば、方法８００は、偏光画像発生システムからの偏光画像をコンバイナ内に配置された偏光構造上に投射するステップ８０２であって、前記偏光画像の第１部分は、前記偏光構造に到達するよりも前に前記コンバイナによって第１方向に反射される、ステップと、前記コンバイナの背面から反射された屈折した偏光画像の第２部分を、前記偏光構造を通過する際に減衰させることによって低減させるステップ８０４と、非偏光像が、前記偏光構造によって偏光されることなく前記コンバイナ及び前記偏光層を透過するようにするステップ８０６と、を含む。
【００４９】
[0056]  特定の実施態様に関する利益、他の利点、及び課題に対する解決策が上述され
た。しかしながら、当該利益、利点、課題に対する解決策、及び、任意の利益、利点、若しくは解決策が生じる又はより明白になるようにするあらゆる要素は、いずれか若しくは全てのクレームの決定的な、必須の、又は本質的な特徴又は要素として解されてはならない。本明細書で用いられる際、用語「含む（comprises）」、「含む（comprising）」、
又はそれらの任意の他の変化形は、非排他的な包含をカバーするように意図され、したがって、要素のリストを含む処理、方法、品目、又は装置は、それらの要素だけを含むのではなく、明示的に列挙されていない又はそのような処理、方法、品目、若しくは装置に内在していない他の要素を含んでよい。
【００５０】
[0057]  少なくとも１つの例示的な実施態様が前述の詳細な説明において提示されたけれども、膨大な数の変形が存在するということが認識されるべきである。例示的な実施態様は例に過ぎず、本発明の範囲、適用性、又は構成を何ら限定するようには意図されていない、ということも認識されるべきである。そうではなく、前述の詳細な説明は、本発明の例示的な実施態様を具現化するための便利なロードマップを当業者に提供し、添付のクレームに記載される本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施態様において説明された要素の機能及び構成に様々な変更がなされることができる、ということが理解されるだろう。
【図１】
2020115209.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020115209.tif 000005
【図４】
2020115209.tif 000006
【図５】
2020115209.tif 000007
【図６】
2020115209.tif 000008
【図７】
2020115209.tif 000009
【図８】
2020115209.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月30日(2020.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射された画像を外部光景の像の上に重ね合わせるためのヘッドアップディスプレイシステムであって、
第１面と第２面を有するコンバイナであって、前記第１面を規定するように前記コンバイナ上に配置されるか又は前記第１面と前記第２面の間において前記コンバイナ内に配置された一軸性吸収偏光構造を含んだコンバイナと、
偏光された光を前記コンバイナ上に投射するように構成された偏光画像発生システムと、
を備え、
前記一軸性吸収偏光構造は、局所的な吸収軸を有し、前記局所的な吸収軸は、前記一軸性吸収偏光構造の各点において、前記ヘッドアップディスプレイシステムの設計視点に向かって前記コンバイナの中を伝達される前記外部光景の像の屈折した伝搬方向に実質的に整列しており、前記コンバイナは、前記画像発生システムからの前記偏光された光の第１部分を、前記第１面から前記ヘッドアップディスプレイシステムの前記設計視点へ向けて反射するように構成され、前記一軸性吸収偏光構造は、前記画像発生システムからの前記偏光された光の第２部分を実質的に吸収するように構成される、
ヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項２】
コンバイナと偏光画像発生システムとを備えるヘッドアップディスプレイシステムであって、
前記コンバイナは、
第１面と第２面を有し第１像を第１方向に透過させるように構成された透明層と、
前記第１面上又は前記透明層内に配置された偏光層であって、前記第１面は、表面の各点における接平面を規定し、前記偏光層は、前記表面の各点における前記接平面に対して非ゼロの角度の一軸性吸収軸を有し、それによって、前記透明層を通過して前記第２面から反射する偏光画像によって生成される屈折画像を抑制するように構成される、偏光層と、
を備え、
前記偏光画像発生システムは、前記偏光画像を前記コンバイナ上に投射するように構成され、反射された画像と前記第１像は、前記第１方向において結合される、
ヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項３】
関連する設計視点を有する光学ウィンドウであって、
第１面と第２面を有する光伝達エレメントと、
前記第１面と前記第２面との間において前記光伝達エレメント内に配置された偏光構造と、
を備え、
前記光伝達エレメントと前記偏光構造は、
前記第１面、前記第２面、及び前記設計視点を通して、任意の偏光の光をその偏光が前記偏光構造によって実質的に変化することなく透過させ、
前記設計視点を通さずに前記第１面、前記第２面、及び前記偏光構造を通して光を透過させ、その結果、前記光が前記偏光構造によって少なくとも部分的に偏光され減衰されるようにする、
ように構成される、
光学ウィンドウ。