(57)【要約】【課題】車両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。【解決手段】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４２ａと、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側に反射する第２光学面４４ａと、第１光学面４２ａと第２光学面４４ａとの間に、光学軸を車両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。【選択図】図７
2018041046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記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、前記投影光を反射することで前記虚像の結像に用いられる投影部材であって、
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。
【請求項２】
前記光学軸は、前記移動体の水平方向に対して４５度傾いて配置されている請求項１に記載の投影部材。
【請求項３】
移動体（１）に搭載され、前記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、前記投影光を前記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、
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。
【請求項４】
前記固定投影部材は、乗員側を向く固定光学面（２５２）を備え、
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。
【請求項５】
前記光学軸は、前記移動体の水平方向に対して４５度傾いて配置されている請求項３又は４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２５２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す模式図である。
【図２】第１実施形態におけるＨＵＤ装置及びウインドシールドを示す模式図である。
【図３】第１実施形態における液晶表示部を示す模式図である。
【図４】第１実施形態における液晶パネルの正面図である。
【図５】図４のV部を拡大して示す図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】第１実施形態におけるウインドシールドの断面を部分的に示す図であって、各箇所における投影光の偏極状態を説明するための図である。
【図８】比較例における偏光角度毎の輝度分布の実測結果を示すグラフである。
【図９】第１実施形態における偏光角度毎の輝度分布の実測結果を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態のＨＵＤ装置において、可動コンバイナが光路外空間に配置された姿勢の場合を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態のＨＵＤ装置において、可動コンバイナが光路外空間に配置された姿勢の場合を示す模式図である。
【図１２】第１実施形態における固定コンバイナ及び可動コンバイナの断面を部分的に示す図であって、可動コンバイナが光路中空間に配置された姿勢の場合を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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）。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【符号の説明】
【００７１】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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