(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）の方向に偏光する光として前記画像を投射する投射器（１０）と、
前記画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（４０）と、
前記光路上における前記偏光子と前記投影部材との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（５０）と、
前記光路上における前記投射器と前記偏光子との間に配置されて、中心が凹む凹面である反射面（３２ａ）を有する凹面鏡（３２）と、を備え、
前記位相子の速軸方向（ＤＦ）は、前記偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、前記透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び前記投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差していることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）の方向に偏光する光として前記画像を投射する投射器（１０）と、
前記画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（４０）と、
前記光路上における前記偏光子と前記投影部材との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（５０）と、
前記光路上に配置され、透光性基材の表面に誘電体多層膜を形成してなり、前記画像の光を反射するコールドミラー（３０）と、を備え、
前記位相子は、前記光路上における前記コールドミラーと前記投影部材との間に配置され、
前記位相子の速軸方向（ＤＦ）は、前記偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、前記透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び前記投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差していることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記偏光子及び前記位相子は、互いに貼り合わされた一体板状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記透過軸は、前記偏光軸に対応する方向に沿って配置され、
前記速軸方向の角度をθｆと定義し、前記偏光軸に対応する方向の角度をθｔと定義し、前記投影部材のＳ偏光に対向する方向の角度をθｓと定義し、ｎを任意の整数と定義すると、
【数３】
0006455339.tif 000008
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項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）に対応する方向に偏光する光として前記画像を投射する投射器（１０）と、
前記画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（２４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（２４０）と、
前記光路上における前記投射器と前記偏光子との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（２５０）と、
前記光路上に配置され、透光性基材の表面に誘電体多層膜を形成してなり、前記画像の光を反射するコールドミラー（３０）と、を備え、
前記位相子は、前記光路上における前記コールドミラーと前記投影部材との間に配置され、
前記位相子の速軸方向（ＤＦ）は、前記偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、前記透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び前記投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差していることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記偏光子及び前記位相子は、互いに貼り合わされた一体板状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。
【請求項７】
車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）に対応する方向に偏光する光として前記画像を投射する投射器（１０）と、
前記画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（２４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（２４０）と、
前記光路上における前記投射器と前記偏光子との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（２５０）とを備え、
前記位相子の速軸方向（ＤＦ）は、前記偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、前記透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び前記投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差し、
前記偏光子及び前記位相子は、互いに貼り合わされた一体板状であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記透過軸は、前記投影部材のＳ偏光に対応する方向に沿って配置され、
前記速軸方向の角度をθｆと定義し、前記偏光軸に対応する方向の角度をθｔと定義し、前記投影部材のＳ偏光に対向する方向の角度をθｓと定義し、ｎを任意の整数と定義すると、
【数５】
0006455339.tif 000009
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。
【請求項９】
【数４】
0006455339.tif 000010
が成立することを特徴とする請求項４又は８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記位相差をＲと定義し、前記画像の光の波長をλと定義し、ｍを０以上の任意の整数と定義すると、
【数１】
0006455339.tif 000011
が成立することを特徴とする請求項１から９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。
【請求項１１】
【数２】
0006455339.tif 000012
が成立することを特徴とする請求項１０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、車両に搭載され、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（以下、ＨＵＤ装置を略称とする）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載され、画像を乗員により視認可能に虚像表示するＨＵＤ装置が知られている。特許文献１に開示のＨＵＤ装置は、透光性の投影部材に、画像を投影するものである。そして、このＨＵＤ装置は、偏光軸に対応する方向に偏光する光として画像を投射する投射器と、画像の光がなす光路上に配置されて、透過軸に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子と、当該光路上に配置される位相子を備えている。ここで、位相子は、λ／４の位相差を生じさせることにより、投射器からの直線偏光を円偏光に変換するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７０５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、このようなＨＵＤ装置には、例えば太陽光等の外光が入射することがあり、外光が投射器まで到達することにより当該投射器の温度が上昇してしまうことがあった。そこで、発明者らは、外光の性質について鋭意研究したところ、投影部材を透過してＨＵＤ装置内に入射する外光が、投影部材のＰ偏光に対応した方向に、部分偏光し易いことを見出した。すなわち、当該部分偏光を考慮して適切な位相子を配置することで、虚像表示の輝度低下を抑制しつつ、外光が偏光子により効率的に遮光され、投射器の温度上昇が抑制される可能性が見出されたのである。
【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、虚像表示の輝度低下を抑制しつつ、投射器の温度上昇を抑制するＨＵＤ装置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、車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）の方向に偏光する光として画像を投射する投射器（１０）と、
画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（４０）と、
光路上における偏光子と投影部材との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（５０）と、
光路上における投射器と偏光子との間に配置されて、中心が凹む凹面である反射面（３２ａ）を有する凹面鏡（３２）と、を備え、
位相子の速軸方向（ＤＦ）は、偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差していることを特徴とする。
また、開示される発明の他のひとつは、車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）の方向に偏光する光として画像を投射する投射器（１０）と、
画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（４１）に沿って偏光する光を透
過させる性質を有する偏光子（４０）と、
光路上における偏光子と投影部材との間に配置されて、位相差を生じさせることにより
、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（５０）と、
光路上に配置され、透光性基材の表面に誘電体多層膜を形成してなり、画像の光を反射
するコールドミラー（３０）と、を備え、
位相子は、光路上におけるコールドミラーと投影部材との間に配置され、
位相子の速軸方向（ＤＦ）は、偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、透過軸に対応する方向
（Ｄ１）、及び投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差していること
を特徴とする。
【０００７】
このような発明によると、投射器が投射する画像の光がなす光路上において、位相子が偏光子と投影部材との間に配置される。この配置のＨＵＤ装置に、投影部材を透過した外光が例えば投影部材のＰ偏光に対応した方向に部分偏光した状態で入射すると、位相子の速軸方向が投影部材のＳ偏光に対応する方向と交差しているため、外光の部分偏光の方向を、偏光子に合わせて変える設定が可能となる。そして、偏光軸に対応する方向及び透過軸に対応する方向を速軸方向と交差させて、偏光子において投射器側へ向かう外光を効率的に遮光しつつ、投射器からの画像の光を効率的に投影部材側へ透過させる設定が可能となる。したがって、虚像表示の輝度低下を抑制しつつ、投射器の温度上昇を抑制するＨＵＤ装置を提供することができる。
【０００８】
また、開示される発明の他のひとつは、車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）に対応する方向に偏光する光として画像を投射する投射器（１０）と、
画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（２４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（２４０）と、
光路上における投射器と偏光子との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（２５０）と、
光路上に配置され、透光性基材の表面に誘電体多層膜を形成してなり、画像の光を反射するコールドミラー（３０）と、を備え、
位相子は、光路上におけるコールドミラーと投影部材との間に配置され、
位相子の速軸方向（ＤＦ）は、偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差していることを特徴とする。
また、開示される発明の他のひとつは、車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）に対応する方向に偏光する光として画像を投射する投射器（１０）と、
画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（２４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（２４０）と、
光路上における投射器と偏光子との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（２５０）とを備え、
位相子の速軸方向（ＤＦ）は、偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差し、
偏光子及び位相子は、互いに貼り合わされた一体板状であることを特徴とする。
【０００９】
このような発明によると、投射器が投射する画像の光がなす光路上において、位相子が投射器と偏光子との間に配置される。この配置のＨＵＤ装置において、投射器が投射する画像の光は、位相子の速軸方向が偏光軸に対応する方向と交差しているため、画像の光の偏光方向を、偏光子に合わせて変える設定が可能となる。そして、投影部材を透過した外光が例えば投影部材のＰ偏光に対応した方向に部分偏光した状態で偏光子に入射する場合に、透過軸に対応する方向及び投影部材のＳ偏光に対応する方向が速軸方向と交差しているので、投射器側へ向かう外光を効率的に遮光しつつ、投射器からの画像の光を効率的に投影部材側へ透過させる設定が可能となる。したがって、虚像表示の輝度低下を抑制しつつ、投射器の温度上昇を抑制するＨＵＤ装置を提供することができる。
【００１０】
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】
【００１１】
【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装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】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。
【図４】第１実施形態における画像の光及び外光の偏光について説明するための図である。
【図５】第１実施形態の数４における速軸方向の角度について説明するための図である。
【図６】第１実施形態の数３における速軸方向の範囲について説明するための図である。
【図７】虚像表示の輝度及び太陽光透過率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】第２実施形態におけるＨＵＤ装置の概略構成を示す模式図である。
【図９】第２実施形態における画像の光及び外光の偏光について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（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、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、車両１の投影部材としてのウインドシールド３に画像を投影する。画像の光がウインドシールド３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３に反射される画像の光が、車両１の室内において乗員のアイポイントＥＰに到達し、乗員が画像の光を虚像ＶＩとして知覚する。そして、乗員は、虚像ＶＩにより各種情報を視認することができる。画像として虚像表示される各種情報としては、例えば、車速、燃料残量等の車両状態値、又は、道路情報、視界補助情報等のナビゲーション情報が挙げられる。
【００１４】
車両１のウインドシールド３は、インストルメントパネル２よりも車両上方に位置し、ガラスないしは合成樹脂等により透光性の板状に形成されている。また、ウインドシールド３は、車両上方に向かう程車両後方に傾斜して配置されており、ウインドシールド３において、室内側の面は、画像が投影される投影面３ａを凹面状又は平坦な平面状に形成している。こうして、車両１の座席４に着座して車両前方を向く乗員は、当該ウインドシールド３を通して道路及び道路標識等を含む前景を視認すると共に、画像の虚像表示を視認することができる。
【００１５】
ここで、車両上方とは、車両が平地を走行するとき又は平地に停止するときに重力が生ずる方向とは反対方向を示す。車両前方とは、座席に着座した乗員が正面を向く方向を示す。また、車両後方とは、車両前方の反対方向を示す。
【００１６】
このようなＨＵＤ装置１００の具体的構成を、図２〜６に基づいて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１００は、図２に示すように、投射器１０、平面鏡３０、凹面鏡３２、偏光子としての偏光板４０、及び位相子としての位相差板５０を備えている。各要素１０，３０，３２，４０，５０は、ハウジング６０内に、安定的な保持の下、収容されている。
【００１７】
投射器１０は、図３にも詳細を示すように、光源１２、集光レンズ１４、拡散板１６、投射レンズ１８、及び液晶パネル２０を有し、例えば箱状の投射器ケース１０ａにこれらを収容して形成されている。
【００１８】
光源１２は、例えば複数の発光ダイオード素子であり、光源用回路基板１２ａ上に配置されている。光源１２は、光源用回路基板１２ａ上の配線パターンを通じて、電源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、光源光を集光レンズ１４へ向けて投射する。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。
【００１９】
集光レンズ１４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、光源１２と拡散板１６との間に配置されている。集光レンズ１４は、光源１２からの光源光を集光して拡散板１６へ向けて射出する。
【００２０】
拡散板１６は、合成樹脂ないしはガラス等により形成された板であり、集光レンズ１４と投射レンズ１８との間に配置されている。拡散板１６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１８へ向けて射出する。
【００２１】
投射レンズ１８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１６と液晶パネル２０との間に配置されている。投射レンズ１８は、拡散板１６からの光源光を集光して液晶パネル２０へ向けて投射する。
【００２２】
液晶パネル２０は、例えば薄膜トランジスタ（Thin film Transistor、ＴＦＴ）を用いた液晶パネルであって、２次元方向に配列された複数の液晶画素から形成されるアクティブマトリクス型の液晶パネルである。液晶パネル２０では、一対の偏光板及び当該一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されている。偏光板は、所定方向に沿って偏光する光を透過させ、所定方向に沿って偏光する光を遮光する性質を有し、一対の偏光板は当該所定方向を互いに実質直交して配置される。液晶層は、液晶画素毎の電圧印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射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。
【００２３】
したがって、液晶パネル２０が液晶画素毎の光源光の透過率を制御することで、投射器１０は、画像を投射することが可能となっている。ここで、投射器１０から投射される画像は、射出側の偏光板の所定方向としての偏光軸２１の方向に偏光する光として投射される。こうして、画像の光がなす光路ＯＰが投射器１０からウインドシールド３へ構成される。
【００２４】
平面鏡３０は、光路ＯＰ上に配置され、合成樹脂ないしはガラス等からなる透光性基材の表面に、誘電体多層膜を形成してなるコールドミラーである。平面鏡３０は、可視光を反射させ、赤外光及び紫外光を透過する性質を有している。そして、平面鏡３０は、可視光である投射器１０からの画像の光を、凹面鏡３２へ向けて反射する。
【００２５】
凹面鏡３２は、光路ＯＰ上に配置され、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３２ａ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３２ａは、凹面鏡３２の中心が凹む凹面として、滑らかな平面状に形成されている。そして、凹面鏡３２は、平面鏡３０からの画像の光を偏光板４０へ向けて反射する。
【００２６】
偏光板４０は、図２，４に示すように、光路ＯＰ上に配置され、例えばポリビニルアルコールにヨウ素を添加して、シート状に形成されている偏光子である。偏光板４０は、透過軸４１に沿って偏光する光を透過させ、透過軸４１と実質直交する遮光軸４２に沿って偏光する光を遮光する性質を有する。本実施形態において、遮光軸４２は、光を吸収する吸収軸となっている。そして、後述する透過軸４１の設定により、画像の光は、偏光板４０を透過した後、位相差板５０に入射する。
【００２７】
位相差板５０は、図２，４に示すように、光路ＯＰ上における偏光板４０とウインドシールド３との間に配置され、例えば複屈折材料により、平板状に形成される位相子である。位相差板５０は、偏光板４０と互いに貼り合わされた一体板状となっている。位相差板５０は、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する。すなわち、速軸５１の方向（以下、速軸方向ＤＦ）に偏光する光が、当該速軸方向ＤＦと実質直交する遅軸５２の方向ＤＲに偏光する光よりも進相することで、位相差が生じるようになっている。位相差板５０の位相差Ｒは、投射器１０からの画像の光の波長λを用いて、数式として、以下の数１の範囲に設定される。
【数１】
0006455339.tif 000002
【００２８】
さらに位相差Ｒは、数式として、以下の数２が成立するように設定されることが好ましく、本実施形態においてもそのように設定されている。
【数２】
0006455339.tif 000003
【００２９】
特に本実施形態では、数１，２における波長λとして、画像の光のうち視認される感度が高い緑色の波長である５６０ｎｍが採用されている。なお、数１，２において、ｍは０以上の任意の整数である。
【００３０】
そして、後述する速軸方向ＤＦの設定により、位相差板５０を透過する画像の光は、図４に示すように偏光方向を変化させつつ、図２に示すように車両上方に向けられた防塵窓６２を介してウインドシールド３に入射する。なお、防塵窓６２には、例えばアクリル樹脂からなる透光板６３が設けられており、画像の光を透過させつつ、外部からＨＵＤ装置１００内への異物の侵入を防止する。
【００３１】
ここで、図４〜６を用いて、位相差板５０の速軸方向の設定について詳細に説明する。図４に示すように、第１実施形態の位相差板５０には、投射器１０からの画像の光が入射する。一方、太陽光等の外光が、ウインドシールド３を介して位相差板５０に入射する。外光が例えば車両上方からウインドシールド３を透過すると、ウインドシールド３のＳ偏光反射率がＰ偏光反射率よりも高いため、ウインドシールド３のＰ偏光成分が多い部分偏光となる。なお、例えば外光を太陽光とした場合、車両１の向き及び時間等の状況に応じてウインドシールド３の入射方向は変わることとなるが、ＨＵＤ装置１００に入射する外光については、多少の方向誤差はあっても、このような部分偏光となる。
【００３２】
速軸方向ＤＦは、投射器１０の偏光軸２１に対応する方向ＤＴ、偏光板４０の透過軸４１に対応する方向Ｄ１、及びウインドシールド３のＳ偏光に対応する方向ＤＷＳとそれぞれ交差するように設定される。補足すると、これらの方向ＤＴ，Ｄ１，ＤＷＳは、図５，６に示す位相差板５０の板面において、速軸方向ＤＦと交差するような対応関係となる。
【００３３】
ここで第１実施形態では、偏光板４０の透過軸４１が偏光軸２１に対応する方向ＤＴに沿って配置されており、例えば方向ＤＴと一致する。このような第１実施形態において速軸方向ＤＦの角度θｆは、偏光軸２１に対応する方向ＤＴの角度θｔ、ウインドシールド３のＳ偏光に対応する方向ＤＷＳの角度θｓを用いて、数式として、以下の数３の範囲に設定される。
【数３】
0006455339.tif 000004
【００３４】
さらに角度θｆは、数式として、以下の数４が成立するように設定されることが好ましく、本実施形態においてもそのように設定されている。
【数４】
0006455339.tif 000005
【００３５】
なお、数３，４において、ｎは任意の整数である。図５には、数４における角度θｆの一例が図示されている。すなわち、数４における角度θｆは、角度θｔと角度θｓとの丁度中間となる角度となっている。数２のように位相差Ｒが設定されていると、外光のうち波長λに近傍の波長について、部分偏光の方向は、位相差板５０の透過前ではウインドシールドのＰ偏光に対応する方向ＤＷＰに沿っているが、透過後では、遮光軸４２に対応する方向Ｄ２に沿ったものとなる。なお、図５の状態から位相差板５０を９０°回転した配置であっても、角度θｆは数４の条件を満たすので、同様となる。
【００３６】
また、図６には、数３における角度θｆの範囲が、ドットを用いて、９０°周期で図示されている。すなわち、この角度θｆが数３の範囲に設定されていれば、位相差板５０を設置しなかった場合に比べて、部分偏光の方向が透過軸４１から遠ざかり、遮光軸４２に近づくこととなるのである。なお、図６における実線は、数４を満たす角度θｆを示している。
【００３７】
またなお、図４において、偏光軸２１、透過軸４１、遮光軸４２、速軸５１、及び遅軸５２は、実際にはそれぞれ対応する要素１０，４０，５０において形成されるものであるが、当該図面においては、見易さの確保のため、光路ＯＰとは離れた位置に示した。また、画像の光の偏光方向が光路ＯＰと重なる矢印で、外光の偏光状態が円又は楕円で、それぞれ示されている。
【００３８】
次に、図７を用いて、発明者らによる虚像表示の輝度及び太陽光透過率のシミュレーション結果について説明する。図７は、第１実施形態のＨＵＤ装置１００に対応する構成ＣＡと、比較例としてＨＵＤ装置１００から位相差板５０を取り除いた構成ＣＢとを比較したグラフである。さらに、各構成ＣＡ，ＣＢについて、それぞれ偏光板の透過軸の角度を変化させていった様子が示されている。なお、図７では虚像表示の輝度が実線で示され、また、図７にて破線で示される太陽光透過率は、偏光板における透過率であり、例えば１であれば全透過を示す。
【００３９】
本シミュレーションの詳細条件としては、投射器における画像の水平方向に対応する方向の角度を０°とした場合に、角度θｔが１３５°に、角度θｓが１６９°に、それぞれ設定されている。また、構成ＣＡでは、角度θｆが、数４を満たすように、１５２°に設定されている。
【００４０】
虚像表示の輝度の比較では、構成ＣＢでは最大輝度が８，０００ｃｄ／ｍ２以下であるのに対し、構成ＣＡでは、最大輝度８，０００ｃｄ／ｍ２以上を達成している。そして、第１実施形態では、偏光板４０の透過軸４１が偏光軸２１に対応する方向ＤＴ（構成ＣＡにおける１３５°の場合に相当）に沿って配置されているので、８，０００ｃｄ／ｍ２以上の輝度が得られていることがわかる。
【００４１】
また、構成ＣＢでは、輝度が最大となる透過軸の角度は、太陽光透過率が最低となる透過軸の角度とずれている。これに対し、構成ＣＡでは、輝度が最大となる透過軸の角度は、太陽光透過率が最低となる透過軸の角度とほぼ一致している。
【００４２】
また、この近傍では、虚像表示の輝度及び太陽光透過率は、透過軸の角度に対して、急激に変化するものではないことがわかる。したがって、第１実施形態に対応する構成ＣＡにおいて、偏光板の透過軸が偏光軸に対応する方向に沿って配置されていれば、その角度差が１０°程度あったとしても、構成ＣＢよりも、十分に高い輝度及び低い太陽光透過率が実現可能である。
【００４３】
（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。
【００４４】
第１実施形態によると、投射器１０が投射する画像の光がなす光路ＯＰ上において、位相差板５０が偏光板４０とウインドシールド３との間に配置される。この配置のＨＵＤ装置１００に、ウインドシールド３を透過した外光が例えばウインドシールド３のＰ偏光に対応した方向ＤＷＰに部分偏光した状態で入射すると、位相差板５０の速軸方向ＤＦがウインドシールド３のＳ偏光に対応する方向ＤＷＳと交差しているため、外光の部分偏光の方向を、偏光板４０に合わせて変える設定が可能となる。そして、偏光軸２１に対応する方向ＤＴ及び透過軸４１に対応する方向Ｄ１を速軸方向ＤＦと交差させて、偏光板４０において投射器１０側へ向かう外光を効率的に遮光しつつ、投射器１０からの画像の光を効率的にウインドシールド３側へ透過させる設定が可能となる。したがって、虚像表示の輝度低下を抑制しつつ、投射器１０の温度上昇を抑制するＨＵＤ装置１００を提供することができる。
【００４５】
また、第１実施形態によると、透過軸４１は、偏光軸２１に対応する方向に沿って配置され、数３が成立するように速軸方向ＤＦが設定されている。これによれば、ウインドシールド３を透過した外光が例えばウインドシールド３のＰ偏光に対応した方向ＤＷＰに部分偏光した状態で位相差板５０に入射すると、外光の部分偏光の方向は、偏光板４０に入射するときに確実に透過軸４１から遠ざかるように、変わる。したがって、偏光板４０において投射器１０側へ向かう外光を効率的に遮光することができ、投射器１０の温度上昇を抑制することができる。これと共に、画像の光の偏光方向は、偏光板４０を効率的に透過した後、位相差板５０によりウインドシールド３のＳ偏光に近づくように変わり、ウインドシールド３に高い反射率で反射されることで、虚像表示の輝度低下を抑制することができる。
【００４６】
また、第１実施形態によると、数４が成立するように速軸方向ＤＦが設定されている。そして、ウインドシールド３を透過した外光が例えばウインドシールド３のＰ偏光に対応した方向ＤＷＰに部分偏光した状態で偏光板４０に入射すると、部分偏光の方向が透過軸４１から遠ざかった状態で入射することとなる。このため、画像の光はその偏光方向を透過軸４１に沿わせて偏光板４０を透過した後、Ｓ偏光としてウインドシールド３に反射される。したがって、虚像表示の輝度低下を抑制しつつ、投射器１０の温度上昇を抑制するＨＵＤ装置１００を提供することができる。
【００４７】
また、第１実施形態によると、数１が成立するように位相差Ｒが設定されているので、虚像表示の輝度低下及び投射器１０の温度上昇の抑制効果を確実に得ることができる。
【００４８】
また、第１実施形態によると、数２が成立するように位相差Ｒが設定されているので、虚像表示の輝度低下及び投射器１０の温度上昇の抑制効果をより確実に得ることができる。
【００４９】
また、第１実施形態によると、偏光板４０及び位相差板５０は、互いに貼り合わされた一体板状であるので、透過軸４１に対応する方向Ｄ１と速軸方向ＤＦとの位置関係の精度を高めることが容易となる。したがって、虚像表示の輝度低下を抑制しつつ、投射器１０の温度上昇を抑制するＨＵＤ装置１００を容易に提供することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
図８〜９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。
【００５１】
図８に示すように、第２実施形態のＨＵＤ装置２００における位相差板２５０は、光路ＯＰ上における投射器１０と偏光板２４０との間に配置され、平板状に形成される位相子である。より詳細に、位相差板２５０は、凹面鏡３２と偏光板２４０との間に配置されている。位相差板２５０は、第１実施形態と同様に、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する。そして、遅軸２５２と実質直交する速軸２５１の方向（以下、速軸方向ＤＦ）の設定により、位相差板２５０を透過する画像の光は、偏光方向を変化させつつ、偏光板２４０に入射する。
【００５２】
第２実施形態における偏光板２４０は、光路ＯＰ上における位相差板２５０とウインドシールド３との間に配置され、シート状に形成されている偏光子である。そして、後述する透過軸２４１の設定により、画像の光は、偏光板２４０を透過した後、防塵窓６２を介してウインドシールド３に入射する。
【００５３】
ここで、図９を用いて、位相差板２５０の速軸方向ＤＦについて詳細に説明する。第２実施形態における速軸方向ＤＦは、第１実施形態と同様に、投射器１０の偏光軸２１に対応する方向ＤＴ、偏光板２４０の透過軸２４１に対応する方向Ｄ１、及びウインドシールド３のＳ偏光に対応する方向ＤＷＳとそれぞれ交差するように設定される。補足すると、第１実施形態と同様に、これらの方向ＤＴ，Ｄ１，ＤＷＳは、位相差板２５０の板面において、速軸方向ＤＦと交差するような対応関係となる。
【００５４】
第２実施形態の偏光板２４０には、投射器１０からの画像の光が入射する。一方、太陽光等の外光がウインドシールド３を介して偏光板２４０に入射する。外光は、第１実施形態と同様に、ウインドシールド３のＰ偏光成分が多い部分偏光となっている。
【００５５】
そこで、偏光板２４０の透過軸２４１は、ウインドシールド３のＳ偏光に対応する方向ＤＷＳに沿って配置されており、例えば方向ＤＷＳと一致する。このような第２実施形態において、位相差板２５０の速軸方向ＤＦの角度θｆは、偏光軸２１に対応する方向ＤＴの角度θｔ、ウインドシールド３のＳ偏光に対応する方向ＤＷＳの角度θｓを用いて、数式として、以下の数５の範囲に設定される。
【数５】
0006455339.tif 000006
【００５６】
さらに角度θｆは、数式として、以下の数６が成立するように設定されることが好ましく、本実施形態においてもそのように設定されている。
【数６】
0006455339.tif 000007
【００５７】
なお、数５，６において、ｎは任意の整数である。すなわち、数６における角度θｆは、角度θｔと角度θｓとの丁度中間となる角度となっており、第１実施形態と同様に位相差Ｒが設定されていると、外光のうち波長λに近傍の波長について、位相差板２５０の性質により、画像の光の偏光方向が透過軸２４１に一致する。また、この角度θｆが数５の範囲に設定されていれば、位相差板２５０を設置しなかった場合に比べて、画像の光の偏光方向が遮光軸２４２から遠ざかり、透過軸２４１に近づくこととなるのである。
【００５８】
このような第２実施形態によると、投射器１０が投射する画像の光がなす光路ＯＰ上において、位相差板２５０が投射器１０と偏光板２４０との間に配置される。この配置のＨＵＤ装置２００において、投射器１０が投射する画像の光は、位相差板２５０の速軸方向ＤＦが偏光軸２１に対応する方向と交差しているため、画像の光の偏光方向を、偏光板２４０に合わせて変える設定が可能となる。そして、ウインドシールド３を透過した外光が例えばウインドシールド３のＰ偏光に対応した方向ＤＷＰに部分偏光した状態で偏光板２４０に入射する場合に、透過軸２４１に対応する方向Ｄ１及びウインドシールド３のＳ偏光に対応する方向ＤＷＳが速軸方向ＤＦと交差しているので、投射器１０側へ向かう外光を効率的に遮光しつつ、投射器１０からの画像の光を効率的にウインドシールド３側へ透過させる設定が可能となる。したがって、虚像表示の輝度低下を抑制しつつ、投射器１０の温度上昇を抑制するＨＵＤ装置２００を提供することができる。
【００５９】
また、第２実施形態によると、透過軸２４１は、ウインドシールド３のＳ偏光に対応する方向ＤＷＳに沿って配置され、数５が成立するように速軸方向ＤＦが設定されている。これによれば、画像の光の偏光方向は、位相差板２５０により透過軸２４１及びウインドシールド３のＳ偏光に近づくように変わる。こうして画像の光は、偏光板２４０を効率的に透過した後、ウインドシールド３に高い反射率で反射されることで、虚像表示の輝度低下を抑制することができる。これと共に、ウインドシールド３を透過した外光が例えばウインドシールド３のＰ偏光に対応した方向に部分偏光した状態で偏光板２４０に入射すると、確実に遮光され、投射器１０の温度上昇を抑制することができる。
【００６０】
（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。
【００６１】
具体的に、変形例１としては、偏光板４０と位相差板５０とは、互いに貼り合わされたものでなく、それぞれが分離して配置されていてもよい。
【００６２】
変形例２としては、偏光板４０又は位相差板５０は、光路ＯＰ上において投射器１０と凹面鏡３２との間に配置されていてもよい。一例として、一体板状の偏光板４０及び位相差板５０が、投射器１０と平面鏡３０との間、あるいは平面鏡３０と凹面鏡３２との間に配置されていてもよい。他の一例として、偏光板４０と位相差板５０とが、光路ＯＰ上において平面鏡３０又は凹面鏡３２を挟んでそれぞれ配置されていてもよい。
【００６３】
変形例３としては、光路ＯＰ上に、レンズ、ミラー等の光学素子が追加配置されてもよい。また、平面鏡３０又は凹面鏡３２の詳細構成を変更したり、平面鏡３０又は凹面鏡３２を省略してもよい。
上述した実施形態の技術的特徴をまとめると、以下の通りである。
（技術的特徴１）
ヘッドアップディスプレイ装置は、
車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）の方向に偏光する光として画像を投射する投射器（１０）と、
画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（４０）と、
光路上における偏光子と投影部材との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（５０）とを備え、
位相子の速軸方向（ＤＦ）は、偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差している。
（技術的特徴２）
ヘッドアップディスプレイ装置は、
車両（１）に搭載され、透光性の投影部材（３）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、
偏光軸（２１）に対応する方向に偏光する光として画像を投射する投射器（１０）と、
画像の光がなす光路（ＯＰ）上に配置されて、透過軸（２４１）に沿って偏光する光を透過させる性質を有する偏光子（２４０）と、
光路上における投射器と偏光子との間に配置されて、位相差を生じさせることにより、透過する光の偏光方向を変える性質を有する位相子（２５０）とを備え、
位相子の速軸方向（ＤＦ）は、偏光軸に対応する方向（ＤＴ）、透過軸に対応する方向（Ｄ１）、及び投影部材のＳ偏光に対応する方向（ＤＷＳ）とそれぞれ交差している。
【符号の説明】
【００６４】
１００  ＨＵＤ装置、１  車両、３  ウインドシールド（投影部材）、１０  投射器、２１  偏光軸、４０，２４０  偏光板（偏光子）、４１，２４１  透過軸、５０，２５０  位相差板（位相子）、ＯＰ  光路、ＤＦ，ＤＴ，Ｄ１，ＤＷＳ  方向
【図１】
0006455339.tif 000013
【図２】
0006455339.tif 000014
【図３】
0006455339.tif 000015
【図４】
0006455339.tif 000016
【図５】
0006455339.tif 000017
【図６】
0006455339.tif 000018
【図７】
0006455339.tif 000019
【図８】
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【図９】
0006455339.tif 000021