JP2017102347A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】裸眼状態での視認性と、偏光サングラスを装用した状態での視認性とを両立するＨＵＤ装置を提供する。【解決手段】ＨＵＤ装置は、車両に搭載され、ウインドシールドに画像を投影し、画像の光がウインドシールドに反射されることで画像を乗員により視認可能に虚像表示する。ＨＵＤ装置は、偏光した画像の光を投射する投射器と、投射器からの画像の光をウインドシールドへ向けて導光する導光部と、導光部とウインドシールドとの間の光路上に配置され、対応する偏光の透過率が最大となる透過軸５２ａを有する偏光板と、を備える。偏光板は、投射偏光方位角α０と透過軸方位角βとを異ならせることにより、ウインドシールドに反射された画像の光の偏光方向が画像縦方向Ｄｉｌ及び画像横方向Ｄｉｓの両方に対して傾くように調整する。【選択図】図５

Description

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。

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、偏光した画像の光を投射する投射器と、投射器からの画像の光を投影部材へ向けて導光する導光部と、導光部と投影部材との間の光路上に配置される偏光板と、を備えている。

ここで、偏光板は、投射器からの迷光を遮光するように、配置されている。

特開２０１０−１５２０２５号公報

さて、虚像を視認する乗員は、裸眼の状態で虚像を視認する場合もあれば、偏光サングラスを装用した状態で虚像を視認する場合もある。ここで、偏光サングラスは、一般的に、車両の上下方向に偏光する光に対して最大透過率となるように、設定されている。

この点、特許文献１のように迷光の遮光のために、偏光板を配置すると、偏光板を透過して投影部材に反射された画像の光において、車両の上下方向の偏光の成分が十分に得られないことが懸念される。車両の上下方向の偏光の成分が十分に得られないと、偏光サングラスを装用した状態で輝度が足りずに、虚像の視認が困難になってしまう。

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、裸眼状態での視認性と、偏光サングラスを装用した状態での視認性とを両立するＨＵＤ装置を提供することにある。

本発明は、車両（１）に搭載され、投影部材（３）に画像を投影し、画像の光が投影部材に反射されることで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、
偏光した画像の光を投射する投射器（２０）と、
投射器からの画像の光を投影部材へ向けて導光する導光部（４０）と、
導光部と投影部材との間の光路上に配置され、対応する偏光の透過率が最大となる透過軸（５２ａ）を有する偏光板（５０）と、を備え、
画像が虚像表示されるときに、車両の上下方向に沿う方向を画像縦方向（Ｄｉｌ）と、画像において画像縦方向と垂直な方向を画像横方向（Ｄｉｓ）と、を定義し、
画像横方向を基準方位とした方位角であって、投射器から投射される画像の光の偏光方向（Ｄｐｐ）の方位角である投射偏光方位角（α_０）と、偏光板の透過軸の方位角である透過軸方位角（β）と、をさらに定義すると、
偏光板は、投射偏光方位角と透過軸方位角とを異ならせることにより、投影部材に反射された画像の光の偏光方向が画像縦方向及び画像横方向の両方に対して傾くように調整する。

このような発明によると、偏光板が導光部と投影部材との間の光路上に配置されている。そして、透過軸方位角と、投射方向方位角とを、異ならせるように偏光板の透過軸を配置する。このようにすることで、例えば搭載スペースの都合等により、投射器から投射された後、導光部に導光されて投影部材へと向かう画像の光の偏極状態が理想の状態でなかったとしても、偏光板により調整が行うことができる。ここで、当該調整は、投影部材に反射された画像の光の偏光方向が画像縦方向及び画像横方向の両方に対して傾くように行われる。こうした傾きにより、画像縦方向に対応する車両の上下方向の偏光の成分と画像横方向に対応する車両の上下方向とは垂直な方向の偏光の成分の両方を容易に得ることができる。したがって、乗員が裸眼の状態で虚像を視認する場合と、偏光サングラスを装用した状態で虚像を視認する場合とで、輝度のバランスを取ることができる。以上により、裸眼状態での視認性と、偏光サングラスを装用した状態での視認性とを両立するＨＵＤ装置を提供することができる。

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。

一実施形態におけるＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す模式図であって、車両左方から車両右方に見た図である。 一実施形態におけるＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す模式図であって、車両後方から車両前方に見た図である。 一実施形態におけるＨＵＤ装置の概略的構成を示す構成図である。 一実施形態における投射器の構成を示す斜視図である。 一実施形態におけるＨＵＤ装置において、方位角等の関係を説明するための模式図である。 ウインドシールドへの入射角６５度の場合の裸眼輝度のシミュレーション結果を示すグラフである。 ウインドシールドへの入射角６５度の場合のサングラス輝度のシミュレーション結果を示すグラフである。 ウインドシールドへの入射角６０度の場合の裸眼輝度のシミュレーション結果を示すグラフである。 ウインドシールドへの入射角６０度の場合のサングラス輝度のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１，２に示すように、本発明の一実施形態によるＨＵＤ装置１００は、車両１に搭載され、インストルメントパネル内の収容スペース１ａ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、当該乗員が当該画像の光を虚像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、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。

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いる。ウインドシールド３において室内側の面は、画像が投影される滑らかな投影面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４ａ，４ｂのうち運転席４ａ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。

また、本実施形態において、インストルメントパネル２内の収容スペース１ａは、車両１の座席とは車両左右方向にずれた位置となっている。特に本実施形態では、インストルメントパネル２の中央部に、収容スペース１ａが設けられている。こうして、収容スペース１ａに対して、車両左右方向にずれた位置に虚像ＶＩが結像される。

ここで本実施形態において、車両下方とは、車両１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を示す。車両上方とは、車両下方の反対方向を示す。車両前方とは、座席４ａに着座した乗員が正面を向く方向を示す。車両後方とは、車両前方の反対方向を示す。車両左方とは、車両前方を向く乗員からみた左の方向を示す。車両右方とは、車両前方を向く乗員から見た右の方向を示す。さらに、車両上下方向とは、車両上方及び車両下方を示すものとする。車両左右方向とは、車両左方及び車両右方を示すものとする。

また、画像が虚像表示されるときに車両上下方向に沿う方向を、画像縦方向Ｄｉｌと定義し、当該画像において画像縦方向Ｄｉｌと垂直な方向を、画像横方向Ｄｉｓと定義する。噛み砕いて言えば、画像において、座席４ａに着座した乗員が縦の方向と認識する方向が画像縦方向Ｄｉｌであり、横の方向と認識する方向が画像横方向Ｄｉｓである。

このようなＨＵＤ装置１００の具体的構成を、図１〜５に基づいて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１００は、図３に示すように、ハウジング１０、投射器２０、導光部４０、及び偏光板５０を備えている。

ハウジング１０は、車両１の収容スペース１ａに対応して、例えば合成樹脂により暗色の中空状に形成されている。ハウジング１０は、投射器２０及び導光部４０を収容及び固定している。また、ハウジング１０は、開口部１２を有している。開口部１２は、ハウジング１０のうちウインドシールド３と対向する箇所において開口しているが、後述するように、結局は偏光板５０によって塞がれている。

投射器２０は、図４にも詳細を示すように、光源２２、集光レンズ２４、拡散板２６、投射レンズ２８、及び液晶パネル３０を有し、例えば箱型中空状の投射器ケースにこれらを収容して形成されている。

光源２２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２２ａ上に配置されている。光源２２は、光源用回路基板２２ａ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２２は、通電により電流量に応じた発光量にて光を集光レンズ２４へ向けて発する。より詳細には、光源２２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。

集光レンズ２４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２２と拡散板２６との間に配置されている。集光レンズ２４は、光源２２からの光源光を集光して拡散板２６へ向けて射出する。

拡散板２６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２４と投射レンズ２８との間に配置されている。拡散板２６は、集光レンズ２４からの光を投射レンズ２８へ向けて拡散することで、輝度の均一性を調整する。

投射レンズ２８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２６と液晶パネル３０との間に配置されている。投射レンズ２８は、拡散板２６からの光を集光して液晶パネル３０へ向けて投射する。

液晶パネル３０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３０であって、画像縦方向Ｄｉｌ及び画像横方向Ｄｉｓの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３０では、一対の液晶用偏光板及び当該一対の液晶用偏光板に挟まれた液晶層等が積層されている。液晶用偏光板は、電場ベクトルが所定方向の偏光を透過させ、電場ベクトルが所定方向と実質垂直な方向の偏光を遮光する性質を有している。一対の液晶用偏光板は、当該所定方向を互いに実質直交して配置されている。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。

したがって、液晶パネル３０が液晶画素毎の透過率を制御することで、投射器２０は、画像の光を投射することが可能となっている。ここで、投射器２０から投射される画像の光は、射出側の液晶用偏光板の配置に応じて、偏光したものとなっている。具体的に本実施形態では、投射器２０から投射される画像の光の偏光方向Ｄｐｐは、画像横方向Ｄｉｓに沿っている。

なお、本実施形態において液晶パネル３０の画面は、画像横方向Ｄｉｓの寸法が画像縦方向Ｄｉｌの寸法よりも長くなっているため、画像において画像横方向Ｄｉｓが長手方向に対応しており、画像縦方向Ｄｉｌが短手方向に対応している。

導光部４０は、投射器２０からの画像の光を、ウインドシールド３へ向けて導光する光学系である。導光部４０は、平面鏡４２及び凹面鏡４４を有している。

平面鏡４２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４２ａ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４２ａは、投射器２０の液晶パネル３０及び凹面鏡４４と向かい合う側に設けられ、平坦な平面状に形成されている。そして、平面鏡４２は、液晶パネル３０からの画像の光を、凹面鏡４４へ向けて反射する。

凹面鏡４４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４４ａ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４４ａは、平面鏡４２及びウインドシールド３と向かい合う側に設けられ、凹面鏡４４の中心が凹む凹面として、滑らかな曲面状に形成されている。そして、凹面鏡４４は、平面鏡４２からの画像の光を、ウインドシールド３へ向けて反射する。

こうして、投射器２０からの画像の光により、図３に示すように、導光部４０及びウインドシールド３を介した光路が構成されている。

偏光板５０は、導光部４０とウインドシールド３との間の光路上に配置されている。特に本実施形態では、偏光板５０は、ハウジング１０の開口部１２の全面を塞いて設けられている。偏光板５０は、偏光素子層５２及び赤外光規制層５４を有しており、これらは互いに積層されている。

偏光素子層５２は、例えばポリビニルアルコールにヨウ素を添加して形成され、ヨウ素分子の配向方向によって透過軸５２ａと遮光軸５２ｂとを互いに実質直交した状態で有している。透過軸５２ａは、対応する偏光の透過率が最大となる軸である。ここで透過軸５２ａに対応する偏光とは、電場ベクトルが当該透過軸５２ａに沿った偏光である。遮光軸５２ｂは、対応する偏光の透過率が最小となる軸である。ここで遮光軸５２ｂに対応する偏光とは、電場ベクトルが当該遮光軸５２ｂに沿った偏光である。このような構成の偏光素子層５２の遮光軸５２ｂは、光を吸収する吸収軸となっている。すなわち、吸収軸としての遮光軸５２ｂに対応する偏光が偏光素子層５２に入射した場合、吸収率が最大となる。

赤外光規制層５４は、例えば偏光素子層５２よりもウインドシールド３側に配置されている。赤外光規制層５４は、例えば互いに屈折率が異なる２種類以上の誘電体膜を積層して形成されている。各誘電体膜における各膜厚は、可視光に対して赤外光うち少なくとも一部の反射率が高くなるような分光特性を得るために、例えばコンピュータにより光の干渉を計算することによって適宜設定される。また、誘電体膜に赤外光の一部を吸収する素材を用いることにより、赤外光規制層５４に入射する赤外光の一部が吸収されるようになっている。こうして、赤外光規制層５４は、可視光である画像の光を透過させつつ、装置１００外から装置１００内へ入射しようとする外光のうち赤外光の透過を規制するようになっている。外光としては、例えばウインドシールド３を透過して装置１００内へ入射しようとする太陽光が挙げられる。

こうした、導光部４０から開口部１２を通じて画像の光の一部をハウジング１０外のウインドシールド３に向けて透過させる偏光板５０の配置について、以下に詳細に説明する。具体的には、虚像ＶＩの輝度を考慮して、偏光板５０において、透過軸５２ａ及び遮光軸５２ｂの方向が以下のように設定される。

乗員が偏光サングラス６を装用した状態で虚像ＶＩを視認する場合、ウインドシールド３に反射された後の画像の光の偏光方向の影響を受けて、虚像ＶＩの輝度が変化する。具体的に、一般的な偏光サングラス６は、透過軸Ｄｓｔ（以下、サングラス透過軸）が鉛直方向に設定され、吸収軸Ｄｓａ（以下、サングラス吸収軸）が水平方向に設定されている。このため、乗員が偏光サングラス６を装用した状態で車両１の座席に着座すると、当該偏光サングラス６は、車両１の上下方向に偏光する光に対して最大透過率となり、車両１の偏光方向とは垂直な方向に偏光する光に対して最小透過率となる。このような偏光サングラス６の透過特性に起因して、視認される虚像ＶＩの輝度（以下、サングラス輝度Ｉ_ｐ）は、透過軸５２ａ及び遮光軸５２ｂの方向の設定に応じて変化する。

他方、乗員が裸眼の状態で虚像ＶＩを視認する場合、ウインドシールド３に反射された後の画像の光は偏光方向の影響を受けないため、一見すると偏光板５０の透過軸５２ａ及び遮光軸５２ｂの配置に依存せずに一定の輝度が得られると思われる。しかしながら、フレネルの式に示されるように、ウインドシールド３での画像の光の反射率は、当該ウインドシールド３に入射する画像の光の偏光方向に依存する。このため、視認される虚像ＶＩの輝度（以下、裸眼輝度Ｉ）は、透過軸５２ａ及び遮光軸５２ｂの方向の設定に応じて変化する。

ここでまず、比較例として、偏光板５０を設けなかった場合を考える。この場合に、裸眼輝度Ｉは数１で表され、サングラス輝度Ｉ_ｐは数２で表される。

なお、数１，２において、Ｉ_０はウインドシールド３入射時の画像の光の輝度である。αは、サングラス吸収軸Ｄｓａと、ウインドシールド３に反射された後の画像の光の偏光方向とがなす角である。θは、サングラス透過軸Ｄｓｔと、ウインドシールド３に反射される画像の光の反射断面の接線方向Ｄｒｔとがなす角である。ここで反射断面とは、ウインドシールド３に入射し、反射される光線と、当該入射及び反射位置におけるウインドシールド３の法線とを含む平面であり、一般的に入射面とも呼ばれている。Ｒ_ｓは、ウインドシールド３のｓ偏光反射率である。Ｒ_ｐは、ウインドシールド３のｐ偏光反射率である。Ｔは、偏光サングラス６のサングラス透過軸Ｄｓｔに沿った偏光に対する透過率である。

数１，２により、裸眼輝度Ｉとサングラス輝度Ｉ_ｐとの比率Ｉ_ｐ／Ｉは、以下の数３で表される。

このような比較例において、裸眼輝度Ｉ、サングラス輝度Ｉ_ｐ、及び比率Ｉ_ｐ／Ｉをコントロールするための変数は、α及びθである。しかしながら、α及びθを変更するには、収容スペース１ａ、ウインドシールド３、及び運転席４ａの位置関係を変更しなければならず、車両１の機能性やデザイン、車両１における他の機器の配置を考慮すると、当該位置関係の変更は極めて困難である。

上述の数１〜３を、偏光板５０が設けられた本実施形態に応用すると、裸眼輝度Ｉは数４で表され、サングラス輝度Ｉ_ｐは数５で表される。

なお、α_０は、サングラス吸収軸Ｄｓａと、偏光板５０に入射する画像の光の偏光方向とがなす角である。βは、サングラス吸収軸Ｄｓａと、偏光板５０の透過軸５２ａとのなす角である。

数４，５により、裸眼輝度Ｉとサングラス輝度Ｉ_ｐとの比率Ｉ_ｐ／Ｉは、以下の数６で表される。

数４〜６によれば、βを適宜設定することにより、裸眼輝度Ｉ、サングラス輝度Ｉ_ｐ、及び比率Ｉ_ｐ／Ｉをコントロールできることがわかる。なお、数１〜６において、サングラス透過軸Ｄｓｔは画像縦方向Ｄｉｌと一致し、サングラス吸収軸Ｄｓａは画像横方向Ｄｉｓと一致することとなるので、これらの読替が可能である。また本実施形態においてｓ偏光反射率Ｒ_ｓは、ｐ偏光反射率Ｒ_ｐよりも大きくなっている。

ここで、投射器２０から導光部４０、偏光板５０、及びウインドシールド３を光路に沿って反射又は透過しつつ伝播してゆく画像の光について、その進行方向Ｄｃに垂直な振動面ＰＶ上において、画像横方向Ｄｉｓを基準方位として各方位角を定義する。具体的に、投射器２０から投射される画像の光の偏光方向Ｄｐｐの方位角を、投射偏光方位角α_０と定義する。偏光板５０の透過軸５２ａの方位角を、透過軸方位角βと定義する。

この他、画像縦方向Ｄｉｌを基準方位とした方位角であって、反射断面の接線方向Ｄｒｔの方位角を、反射断面方位角θと定義する。

図５では、本実施形態のＨＵＤ装置１００において、アイポイントＥＰからウインドシールド３を視認する乗員の視点で（すなわち、画像の光の進行方向Ｄｃとは逆にウインドシールド３を見た視点で）、これら方位角α_０，β，θを重ねあわせて図示がされている。なお、導光部４０の反射素子４２，４４の配置によっては、投射器２０の偏光方向Ｄｐｐに対して、偏光板５０に入射する画像の光の偏光方向が例えば±３度程度（導光部４０の構成によっては±１０度程度）ずれてしまう場合があるが、輝度の比率Ｉ_ｐ／Ｉ等の傾向を知る上では、偏光方向Ｄｐｐと偏光板５０に入射する画像の光の偏光方向とを同じとみなしても差支えない。また、上述の読替を考慮すると、投射偏光方位角α_０は数４〜５におけるα_０と、透過軸方位角βは数４〜６におけるβと、反射断面方位角θは数４〜６におけるθと、それぞれ対応する物理量とみなすことができる。

そして以下では、α_０を投射偏光方位角として、またβを透過軸方位角として、θを反射断面方位角として、説明を続ける。なお、特に本実施形態では、投射器２０から投射される画像の光の偏光方向Ｄｐｐは、画像横方向Ｄｉｓに沿っているため、投射偏光方位角α_０は、０度となっている。

上述の数４〜６の知見を得た発明者らのシミュレーションにより、裸眼輝度Ｉ及びサングラス輝度Ｉ_ｐと、偏光板５０の配置との関係について図６〜９のグラフを用いてさらに詳細に説明する。図６〜９の各グラフでは、透過軸方位角βを横軸にとり、反射断面方位角θを縦軸にとり、これらパラメータβ，θを変化させた場合において、裸眼輝度Ｉ及びサングラス輝度Ｉ_ｐがどのように変化するかが示されている。

シミュレーションＡ（図６，７参照）では、ウインドシールド３に入射する画像の光の入射角が６５度である場合の裸眼輝度Ｉ及びサングラス輝度Ｉ_ｐについて示す。シミュレーションＢ（図８，９参照）では、ウインドシールド３に入射する画像の光の入射角が６０度である場合の裸眼輝度Ｉ及びサングラス輝度Ｉ_ｐについて示す。シミュレーションＡと比較して、シミュレーションＢの入射角は、ブリュースター角近傍という特徴があるため、ｓ偏光反射率Ｒ_ｓに対するｐ偏光反射率Ｒ_ｐがより小さい条件となっている。

また、図６〜９においてＲＨＤとは、右ハンドル車を意味し、ＬＨＤとは、左ハンドル車を意味している。すなわち、一方の右ハンドル車では、インストルメントパネル２中央部の収容スペース１ａに収容されたＨＵＤ装置１００は、ウインドシールド３を介して、車両右方の座席である運転席４ａに着座する乗員に、虚像ＶＩを視認させる。すなわち、収容スペース１ａよりも車両右方にずれた位置に虚像ＶＩが結像される。

他方の左ハンドル車では、インストルメントパネル２中央部の収容スペース１ａに収容されたＨＵＤ装置１００は、ウインドシールド３を介して、車両左方の座席である運転席４ａに着座する乗員に、虚像ＶＩを視認させる。すなわち、収容スペース１ａよりも車両左方にずれた位置に虚像ＶＩが結像される。

なお、図６〜９において反射断面方位角θは、右ハンドル車の場合、換言すると、車両上方に向かうに従って車両右方に反射断面が傾く場合、正となるように設定されている。すなわち反射断面方位角θは、左ハンドル車の場合、換言すると、車両上方に向かうに従って車両左方に反射断面が傾く場合、負となるように設定されている。

また、透過軸方位角βは、図５の視点において基準方位から右回りとなる向きが正となり、基準方位から左回りとなる向きが負となるように設定されている。ここで、図３の偏光板５０上の透過軸５２ａと、図５の視点における透過軸５２ａとでは、ウインドシールド３における反射により、方向が反転した見え方となるので注意が必要である。

シミュレーションＡについて詳細を説明する。図６に示される裸眼輝度Ｉは、透過軸方位角βが０度近傍である場合に、最も大きくなり、透過軸方位角βが大きくなるに従って、輝度が小さくなっていることがわかる。図７に示されるサングラス輝度Ｉ_ｐは、右ハンドル車かつ透過軸方位角βが負である領域（すなわち図７の右上の領域）、及び左ハンドル車かつ透過軸方位角βが正である領域（すなわち図７の左下の領域）にて、大きくなる傾向がある。

したがって、裸眼輝度Ｉ及びサングラス輝度Ｉ_ｐの両方を十分に得るためには、右ハンドル車の場合は、透過軸方位角βが負に設定されることが好適であり、左ハンドル車の場合は、透過軸方位角βが正に設定されることが好適である。特に本実施形態では、右ハンドル車の場合は図６，７の範囲ＡＲ、左ハンドル車の場合は図６，７の範囲ＡＬに設定されることが好適である。

シミュレーションＢについて詳細を説明する。図８に示される裸眼輝度Ｉは、透過軸方位角βが０度近傍である場合に、最も大きくなり、透過軸方位角βが大きくなるに従って、輝度が小さくなっていることがわかる。図９に示されるサングラス輝度Ｉ_ｐは、右ハンドル車かつ透過軸方位角βが負である領域（すなわち図９の右上の領域）、及び左ハンドル車かつ透過軸方位角βが正である領域（すなわち図９の左下の領域）にて、大きくなる傾向がある。

したがって、シミュレーションＡと同様に、裸眼輝度Ｉ及びサングラス輝度Ｉ_ｐの両方を十分に得るためには、右ハンドル車の場合は、透過軸方位角βが負に設定されることが好適であり、左ハンドル車の場合は、透過軸方位角βが正に設定されることが好適である。特に本実施形態では、右ハンドル車の場合は図８，９の範囲ＢＲ、左ハンドル車の場合は図８，９の範囲ＢＬに設定されることが好適である。

このようなシミュレーションＡ，Ｂにより、入射角がブリュースター角近傍である条件下においても、そうでない条件下においても、裸眼輝度Ｉ及びサングラス輝度Ｉ_ｐに同様の傾向があることが示された。

以上に基づいて、本実施形態のＨＵＤ装置１００において、偏光板５０は以下の配置となっている。図３，５に示されるように、偏光板５０は、投射偏光方位角α_０と透過軸方位角βとを異ならせて配置されている。これにより、ウインドシールド３に反射された画像の光の偏光方向は、画像縦方向Ｄｉｌ及び画像横方向Ｄｉｓの両方に対して傾くように調整されている。なお、当該偏光方向は、楕円偏光の長軸方向を含む意義とする。

また、画像の光の進行方向Ｄｃを回転軸として、以下の第１向きＤ１と第２向きＤ２とを比較する。第１向きＤ１は、画像縦方向Ｄｉｌに対して、ウインドシールド３に反射される画像の光の反射断面の接線方向Ｄｒｔが９０度未満に回っている向きである。第２向きＤ２は、投射偏光方位角α_０が示す方向に対して、透過軸方位角βが示す方向が９０度未満に回っている向きである。この第１向きＤ１と第２向きＤ２とが互いに逆回りの向きとなるように、偏光板５０は配置されている。例えば図２，５に示す右ハンドル車の場合では、第１向きＤ１は左回りであり、第２向きＤ２は右回りとなっている。なお、左ハンドル車の場合では、第１向きＤ１は右回りとなり、第２向きＤ２は左回りとなる。

また、投射偏光方位角α_０と透過軸方位角βとの差の絶対値が４５度未満となるように、偏光板５０は配置されている。

（作用効果）
以上説明した本実施形態の作用効果を以下に説明する。

本実施形態によると、偏光板５０が導光部４０と投影部材としてのウインドシールド３との間の光路上に配置されている。そして、透過軸方位角βと、投射偏光方位角α_０とを、異ならせるように偏光板５０の透過軸５２ａを配置する。このようにすることで、例えば搭載スペースの都合等により、投射器２０から投射された後、導光部４０に導光されてウインドシールド３へと向かう画像の光の偏極状態が理想の状態でなかったとしても、偏光板５０により調整が行うことができる。ここで、当該調整は、ウインドシールド３に反射された画像の光の偏光方向が画像縦方向Ｄｉｌ及び画像横方向Ｄｉｓの両方に対して傾くように行われる。こうした傾きにより、画像縦方向Ｄｉｌに対応する車両１の上下方向の偏光の成分と画像横方向Ｄｉｓに対応する車両１の上下方向とは垂直な方向の偏光の成分の両方を容易に得ることができる。したがって、乗員が裸眼の状態で虚像ＶＩを視認する場合と、偏光サングラス６を装用した状態で虚像ＶＩを視認する場合とで、輝度のバランスを取ることができる。以上により、裸眼状態での視認性と、偏光サングラス６を装用した状態での視認性とを両立するＨＵＤ装置１００を提供することができる。

また、本実施形態によると、画像縦方向Ｄｉｌに対して、ウインドシールド３に反射される画像の光の反射断面の接線方向Ｄｒｔが９０度未満に回っている第１向きＤ１と、投射偏光方位角α_０が示す方向に対して、透過軸方位角βが示す方向が９０度未満に回っている第２向きＤ２とは、互いに逆回りの向きとなっている。このように偏光板５０の透過軸５２ａが配置されることで、裸眼輝度及びサングラス輝度を示す数４〜６及びシミュレーション結果に示されるように、乗員が裸眼の状態で虚像ＶＩを視認する場合と、偏光サングラス６を装用した状態で虚像ＶＩを視認する場合とで、輝度のバランスを取ることができる。

また、本実施形態によると、投射器２０から投射される画像の光の偏光方向Ｄｐｐは、画像横方向Ｄｉｓに沿っている。このような投射器２０の偏光方向Ｄｐｐにより、ウインドシールド３の反射断面におけるｓ偏光の光量を確保しつつ、偏光板５０の透過軸５２ａの配置を偏光方向Ｄｐｐに対して微調整に留めながら、乗員が裸眼の状態で虚像ＶＩを視認する場合と、偏光サングラスを装用した状態で虚像ＶＩを視認する場合とで、輝度のバランスを取ることができる。

また、本実施形態によると、投射偏光方位角α_０と、透過軸方位角βとの差の絶対値は、４５度未満である。このようにすることで、画像の光が偏光板５０を透過する際の損失を、半減未満に抑制することができる。

また、本実施形態によると、偏光板５０は、開口部１２の全面を塞いでいる。このような偏光板５０によって、外側からＨＵＤ装置１００の内部構造が見えてしまうことを抑制しつつ、導光部４０からウインドシールド３へ画像の光を通過させることで、裸眼状態での視認性と、偏光サングラス６を装用した状態での視認性とを両立させることができる。

また、本実施形態によると、偏光板５０は、赤外光を吸収する赤外光規制層５４を有する。このようにすると、装置１００外部からの赤外光が投射器２０に到達して、当該投射器２０が発熱することを抑制することができる。したがって、投射器２０の寿命を高めることで、裸眼状態での視認性と、偏光サングラス６を装用した状態での視認性とを、長きにわたって両立することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該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に適用することができる。

具体的に変形例１としては、ウインドシールド３に入射する画像の光の入射角は、６０度及び６５度以外に設定されていてもよい。例えば、当該入射角が２０〜８０度の範囲に設定されていてもよい。

変形例２としては、投射器２０から投射される画像の光の偏光方向Ｄｐｐは、画像横方向Ｄｉｓに沿っていなくてもよい。例えば、投射偏光方位角α_０が−４５〜＋４５度の範囲に設定されていてもよく、一般的な液晶パネルを利用した＋４５度又は−４５度の投射器２０が採用されてもよい。

変形例３としては、偏光板５０は、開口部１２の全面を塞いでいなくてもよい。

変形例４としては、偏光板５０は、赤外光規制層５４を有していなくてもよい。

変形例５としては、投射器２０は、偏光した画像の光を投射するものであれば、液晶パネル３０を用いた方式以外に、例えば直線偏光のレーザーにより画像の光を投射する方式が採用されてもよい。

変形例６としては、導光部４０は、凹面鏡４４のみで構成されていてもよく、他の光学素子が追加された構成としてもよい。

変形例７としては、本発明は、画像のうち一部において適用することができる。

１００ ＨＵＤ装置、１ 車両、３ ウインドシールド（投影部材）、１０ ハウジング、１２ 開口部、２０ 投射器、４０ 導光部、５０ 偏光板、５２ａ 透過軸、５４ 赤外光規制層、Ｄｉｌ 画像縦方向、Ｄｉｓ 画像横方向、Ｄｐｐ 偏光方向、Ｄｃ 進行方向、Ｄ１ 第１向き、Ｄ２ 第２向き、α_０ 投射偏光方位角、β 透過軸方位角

Claims (6)

1. 車両（１）に搭載され、投影部材（３）に画像を投影し、前記画像の光が前記投影部材に反射されることで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、
   偏光した前記画像の光を投射する投射器（２０）と、
   前記投射器からの前記画像の光を前記投影部材へ向けて導光する導光部（４０）と、
   前記導光部と前記投影部材との間の光路上に配置され、対応する偏光の透過率が最大となる透過軸（５２ａ）を有する偏光板（５０）と、を備え、
   前記画像が虚像表示されるときに、前記車両の上下方向に沿う方向を画像縦方向（Ｄｉｌ）と、前記画像において前記画像縦方向と垂直な方向を画像横方向（Ｄｉｓ）と、を定義し、
   前記画像横方向を基準方位とした方位角であって、前記投射器から投射される前記画像の光の偏光方向（Ｄｐｐ）の方位角である投射偏光方位角（α_０）と、前記偏光板の透過軸の方位角である透過軸方位角（β）と、をさらに定義すると、
   前記偏光板は、前記投射偏光方位角と前記透過軸方位角とを異ならせることにより、前記投影部材に反射された前記画像の光の偏光方向が前記画像縦方向及び前記画像横方向の両方に対して傾くように調整するヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記画像の光の進行方向（Ｄｃ）を回転軸として比較したとき、
   前記画像縦方向に対して、前記投影部材に反射される前記画像の光の反射断面の接線方向が９０度未満に回っている第１向き（Ｄ１）と、前記投射偏光方位角が示す方向に対して、前記透過軸方位角が示す方向が９０度未満に回っている第２向き（Ｄ２）とは、互いに逆回りの向きとなっている請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記投射器から投射される前記画像の光の偏光方向は、前記画像横方向に沿っている請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記投射偏光方位角と、前記透過軸方位角との差の絶対値は、４５度未満である請求項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。
5. 前記導光部から前記投影部材へ前記画像の光を通過させる開口部（１２）を有するハウジング（１０）をさらに備え、
   前記偏光板は、前記開口部の全面を塞いでいる請求項１から４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。
6. 前記偏光板は、赤外光の透過を規制する赤外光規制層（５４）を有する請求項１から５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。

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