JP2015034918A - 画像表示方法、画像表示装置、偏光スクリーンならびに偏光板 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光下や明るい照明下で、偏光スクリーンに投影される画像を、偏光板越しに高い画像コントラストで認識可能にする画像表示方法等を提供すること。
【解決手段】 本発明の画像表示方法は、偏光スクリーン（２０）と偏光板（偏光サングラス）（３０）との各透過軸（２０ａ）、（３０ａ）を交差させて、前記偏光スクリーン（２０）にて反射し前記偏光板（３０）を透過する偏光画像光と、前記偏光スクリーン（２０）及び前記偏光板（３０）を透過する外光とを重ねた画像を表示させることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像を外景と重ねて表示するヘッドアップディスプレイ等の画像表示方法、画像表示装置、偏光スクリーンならびに偏光板に関する。

近年、車載ＨＵＤ（Head-Up Display；ヘッドアップディスプレイ）やショーウインドウの広告表示媒体として、透明スクリーンへの情報表示が求められている。車載ＨＵＤは、液晶ディスプレイ等の画像表示体から出射された画像を、自動車のフロントウインド等に組み込まれた透明スクリーン（コンバイナ）に映し、画像を前方の景色に重畳することにより、運転者が運転状態からほとんど視点を動かすことなく画像を読み取れるものである。

特許文献１には、表示すべき情報を光として発生する情報表示源と、前記光を透過または反射する偏光部材と、偏光部材からの前記光を観察者に向けて反射し虚像として表示するコンバイナとを少なくとも備えた情報表示装置が開示されている。また特許文献１に記載されたコンバイナは、光の入射側から順に偏光変調部材、偏光性反射部材が配置された構成であることを特徴としている。

また特許文献２には、特定の方向の偏光面を有する出射表示光を出射する表示部と、前記表示部を照明する照明光源と、前記表示部が出射した前記出射表示光の前記偏光面に対して所定角度、高速軸がずれた状態で、前記表示部に臨むようにして設けられた位相差板と、備える車両用表示装置が記載されている。

特開平１１−２８１９１６号公報 国際公開第２０１３／０３５８５５号パンフレット

特許文献１の情報表示装置では、太陽光下の屋外や明るい照明下で画像を表示した場合、画像光に比べて外光の強度が強くなり画像コントラストがつかず、画像光を認識することができない問題があった。

また、特許文献２の車両用表示装置は、偏光サングラスを装着した際、フロントウインドでの反射画像光が見えなくなるため、反射画像光に位相を持たせるものである。しかしながら反射画像光の画像コントラストをつけるためには、外光強度以上の強い光で投影する必要があり、大きな消費電力が必要となる問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、太陽光下や明るい照明下で、偏光スクリーンに投影される画像を、偏光板越しに高い画像コントラストで認識可能にする画像表示方法、画像表示装置、偏光スクリーンならびに偏光板を提供することを目的とする。

本発明者らは、偏光スクリーンと偏光板との各透過軸を制御することで、偏光板を透過する偏光画像光の光強度を外光よりも強めることができ、画像コントラストの高い画像を表示できる発明に至った。具体的に本発明は以下のように示される。

本発明における画像表示方法は、偏光スクリーンと偏光板との各透過軸を交差させて、前記偏光スクリーンにて反射し前記偏光板を透過する偏光画像光と、前記偏光スクリーン及び前記偏光板を透過する外光とを重ねた画像を表示させることを特徴とする。

また本発明では、次式で示される画像コントラストＣｄ１とＣｄ２の比（Ｃｄ１／Ｃｄ２）が、１．５以上となるように前記偏光スクリーンと偏光板との各透過軸を交差させたことが好ましい。
Ｃｄ１＝（ＲＴｐ_d＋ＲＴｓ_d）/(ＲＴｐ_ｄ＋ＲＴs_ｄ＋ＴＴＰ_Ｇ＋ＴＴＳ_Ｇ)
Ｃｄ２＝（Ｒｐ_d＋Ｒｓ_d）/(Ｒｐ_ｄ＋Ｒs_ｄ＋ＴＰ_Ｇ＋ＴＳ_Ｇ)

ここで、ＲＴｐ_dは、前記偏光スクリーンで反射され、かつ前記偏光板を透過する前記偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、ＲＴｓ_dは、前記偏光スクリーンで反射され、かつ前記偏光板を透過する前記偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、ＴＴＰ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過し、かつ前記偏光板を透過する前記外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＴＳ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過し、かつ前記偏光板を透過する前記外光のＳ偏光の光強度であり、Ｒｐ_dは、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、Ｒｓ_dは、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、ＴＰ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過する前記外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＳ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過する前記外光のＳ偏光の光強度である。

また本発明では、前記偏光スクリーンの透過軸と前記偏光板の透過軸とが直交するように配置されることが好ましい。

また本発明では、前記偏光スクリーンの全光線透過率が４５％以上であることが好ましい。また本発明では、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光の５０％以上がＰ偏光であることが好ましい。

また本発明では、前記偏光スクリーンは、反射型偏光板であることが好ましい。また、前記反射型偏光板は、多層複屈折フィルムであり、あるいは、ワイヤグリッド偏光板であることが好ましい。また本発明では、前記偏光板は、偏光メガネであることが好ましい。

また本発明における画像表示装置は、画像表示体から出射した画像光を偏光画像光として反射する偏光スクリーンと、前記偏光画像光及び前記偏光スクリーンを透過した外光を透過し、透過軸が前記偏光スクリーンの透過軸と交差するように配置された偏光板と、を有して、偏光画像光と、前記外光とを重ねた画像が表示されることを特徴とする。

本発明では、次式で示される画像コントラストＣｄ１とＣｄ２の比（Ｃｄ１/Ｃｄ２）が、１．５以上となるように前記偏光スクリーンと偏光板との各透過軸が交差されたことが好ましい。
Ｃｄ１＝（ＲＴｐ_d＋ＲＴｓ_d）/(ＲＴｐ_ｄ＋ＲＴs_ｄ＋ＴＴＰ_Ｇ＋ＴＴＳ_Ｇ)
Ｃｄ２＝（Ｒｐ_d＋Ｒｓ_d）/(Ｒｐ_ｄ＋Ｒs_ｄ＋ＴＰ_Ｇ＋ＴＳ_Ｇ)

ここで、ＲＴｐ_dは、前記偏光スクリーンで反射され、かつ前記偏光板を透過する前記偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、ＲＴｓ_dは、前記偏光スクリーンで反射され、かつ前記偏光板を透過する前記偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、ＴＴＰ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過し、かつ前記偏光板を透過する外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＴＳ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過し、かつ前記偏光板を透過する前記外光のＳ偏光の光強度であり、Ｒｐ_dは、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、Ｒｓ_dは、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、前記ＴＰ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過する前記外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＳ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過する前記外光のＳ偏光の光強度である。

また本発明では、前記偏光スクリーンの透過軸と前記偏光板の透過軸とが直交するように配置されることが好ましい。

また本発明では、前記偏光スクリーンの全光線透過率が４５％以上であることが好ましい。また本発明では、前記偏光スクリーンで反射された前記偏光画像光の５０％以上がＰ偏光であることが好ましい。

また本発明では、前記偏光スクリーンは、反射型偏光板であることが好ましい。また本発明では、前記反射型偏光板は、多層複屈折フィルムであり、あるいは、ワイヤグリッド偏光板であることが好ましい。また本発明では、前記偏光板は、偏光メガネであることが好ましい。また本発明の画像表示装置は、前記偏光スクリーンと前記偏光板と、前記画像表示体とを含む構成にできる。

また本発明における偏光スクリーンは、上記に記載の画像表示装置に用いられることを特徴とするものである。また本発明における偏光板は、上記に記載の画像表示装置に用いられることを特徴とするものである。

本発明によれば、偏光スクリーンと、偏光スクリーンの透過軸に対して交差する透過軸を有する偏光板を組み合わせることで、太陽光下や明るい照明下でも、偏光スクリーンに投影される画像を、偏光メガネ等の偏光板越しに高い画像コントラストで認識可能になる。

本実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る画像表示装置を構成する偏光スクリーン及び偏光サングラスの透過軸を説明するための模式図である。 実施例１及び比較例１におけるＧ／ｄと画像コントラストＣｄとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す模式図である。

図１に示す画像表示装置１は、偏光スクリーン（半透過偏光反射コンバイナ）２０と、偏光板３０と、を有して構成される。画像表示体１０がスマートフォン等の持ち運び自由なものであれば、画像表示体１０を設置するための設置台４０を有することが好適である。設置台４０の位置や傾き等は、偏光スクリーン２０との相対位置関係で制御することができる。設置台４０を、例えば車両のインストルメント・パネルに配置することができる。本実施の形態の画像表示装置１は、画像表示体１０からの画像光を偏光スクリーン２０に投影させて使用者（画像表示装置１が車両に設置される場合は、運転者や乗車者）が偏光板３０越しに画像を認識するものである。本実施の形態における画像表示装置１では、前記画像光を偏光させるための偏光スクリーンと、偏光画像光を透過させるための偏光板とが構成要素とされる。そして例えば、使用者が設置台４０に画像表示体１０を設置することで、偏光板３０越しに偏光スクリーン２０に画像表示がなされる。あるいは、画像表示体１０は最初から備え付けの構成とすることもできる。このように、本実施の形態の画像表示装置１は、偏光スクリーン２０と偏光板３０とを構成要素として、使用者が画像表示体１０を設置したときに画像表示させる形態、あるいは、画像表示装置１には予め偏光スクリーン２０、偏光板３０及び画像表示体１０が備え付けられており、画像表示装置１を立ち上げると、自動あるいは手動により所定の画像表示がなされる形態とすることもできる。

また本実施の形態では、図１に示す画像表示装置１に用いられる偏光スクリーン２０を単独で製造・販売することができ、あるいは画像表示装置１に用いられる偏光板３０を単独で製造・販売することもできる。

画像表示体１０としては、スマートフォンやタブレット端末、またプロジェクター等を用いることができる。あるいは画像表示体１０は車両に組み込まれたカーナビゲーション装置等であってもよい。画像表示体１０から出射される画像光は、通常、偏光板３０による視認性の変化を嫌うため、偏光光をランダム光化するフィルムが用いられる場合が多い。しかし、画像コントラストを向上させるため、画像表示体１０から出射される画像光は、Ｐ偏光成分が多い方が好ましく、この場合、偏光光をランダム化せずＰ偏光成分を投影する構成とすることが好ましい。

また、画像表示体１０から出射される画像光のＰ偏光成分に位相を加えることで、偏光スクリーン２０のＰ偏光反射量を調整できることが好ましい。この場合、外光強度に合わせ、Ｐ偏光の反射光量を調整する。

画像表示体１０がスマートフォンやタブレットの場合、縦置きと横置きでは、投影する画像光の偏光成分が９０度変わるため、必要に応じ画像表示体１０と偏光スクリーン２０の光路上に、位相差フィルム等を配置し、Ｐ偏光画像を投影することが好ましい。

また画像表示体１０を、単板ＬＣＤを用いるプロジェクターとし、偏光スクリーン２０に画像光を投影しても良い。この場合、画像を表示するＬＣＤからの画像光はＰ偏光成分が多い方が好ましい。

３ＬＣＤプロジェクターで投影する場合、通常、ＲＧとＢで偏光が９０度異なるが、ＲＧＢの偏光を揃え、画像光はＰ偏光とすることが好ましい。ＤＬＰ方式で、光源にレーザを用いる場合は、レーザの偏光軸をＰ偏光に配置することが好ましい。また、ＤＬＰ方式プロジェクター内の画像光を形成するスクリーン等、プロジェクター内の光路上に配置される部材は複屈折を有さない、すなわち偏光を崩さない部材で構成されることが好ましく、かつプロジェクターから出射する画像光はＰ偏光であることが好ましい。

偏光スクリーン２０は、画像表示体１０からの画像光のうち、所定量のＳ偏光成分を透過し、所定量のＰ偏光成分を反射し、外光のうち、所定量のＳ偏光成分を透過し、所定量のＰ偏光成分を反射する機能を持つことが好ましい。

偏光スクリーン２０は、例えば車両のフロントウインドに組み込まれる。あるいは偏光スクリーン２０は、使用者が持ち運び自由な形態とされてもよい。図１では、偏光スクリーン２０は、画像表示体１０及び偏光板３０の双方に対して所定角度だけ傾いた状態で配置されている。

偏光スクリーン２０は透明であり、偏光スクリーン２０としては、吸収型偏光板でも反射型偏光板でも複合貼り合わせタイプ（吸収型偏光子と反射型偏光子との積層タイプ）でもよいが、反射型偏光板が好適に用いられる。「透明」とは、後述するように例えば全光線透過率が４５％以上、好ましくは５０％以上であり、偏光度が９９．９％以下、具体的には９５％〜５％、好ましくは９０％〜１０％であることを指す。反射型偏光板とは、入射した光のうち特定の偏光成分を反射し、直交する偏光成分を透過する光学素子を意味する。反射型偏光板としては、３Ｍ社製の多層複屈折フィルムＡＰＦ，ＤＢＥＦ、旭化成イーマテリアルズ（株）製のワイヤグリット偏光板（ワイヤグリッド偏光フィルム）、ＭＯＸＴＥＫ社製のワイヤグリッド偏光板等がある。

反射型偏光板は、適宜、反射率や透過率を調整することができる。反射率及び透過率の調整方法としては、前記反射型偏光板が多層複屈折フィルムの場合、フィルムに任意に穴を空けること等によって、偏光性の高い部分と透明性の高い部分を、所望の透過率になるように配分し加工することができる。前記反射型偏光板がワイヤグリッド偏光板の場合、偏光性を発現するアルミ等の金属グリッドをレーザエッチングで直接アルミを除去し、透過率の高い開口を、やはり所望の透過率が得られるように調整及び加工することができる。

またアルミ等の金属部分の除去方法としては、あらかじめ紫外線硬化樹脂や接着剤、粘着剤で所望のパターンにて金属部分をカバーした後、アルカリ等のエッチング液で、エッチングすることで、カバーされた金属部分のみ金属を残すことができ、これにより所望の透過率を有する偏光スクリーン２０を作製することができる。

偏光スクリーン２０の全光線透過率は４５％以上が好ましくさらに５０％以上が好ましい。車載ＨＵＤの場合、透明性が必要なため、偏光スクリーン２０の全光線透過率４５％未満では、偏光板３０との組み合わせにおいてスクリーン透過率が低く、十分な透明性が得られないためである。さらに法規上から本実施の形態の偏光スクリーン２０の全光線透過率７０％以上が好ましい。また、偏光スクリーン２０の偏光度は透明性、反射特性の観点から９９．９％以下であり、具体的には９５％〜５％、透明性、反射特性から、好ましくは９０％〜１０％である。

偏光板３０は、例えば使用者が目に掛ける偏光メガネであることが好ましく、偏光メガネは例えば偏光サングラスである。偏光板３０越しに画像表示がなされれば、必ずしも偏光板３０は、偏光メガネである必要はないが、偏光メガネとすることで、画像表示装置１を簡単な部材で構成することが可能になる。あるいは、偏光スクリーン２０、偏光板３０を一体化したヘッドマウントディスプレイなどの構成にすることも可能である。

図２は、本実施の形態に係る画像表示装置を構成する偏光スクリーン及び偏光サングラスの透過軸を説明するための模式図である。図２Ａでは、偏光板３０を偏光サングラスとして表示した。図２Ａでは、偏光板３０を偏光サングラス３０として説明する。なお図２Ａでは、偏光スクリーン２０及び偏光サングラス３０を模式図で示したものであり、大きさや形状等を特定するものでない。

図２に示すように、偏光スクリーン２０の透過軸２０ａと、偏光サングラス３０の透過軸３０ａとは異なる方向を向いており、これら透過軸２０ａ、３０ａを同じ面４５上に投影してみると、図２Ｂに示すように、偏光スクリーン２０の透過軸２０ａと偏光サングラス３０の透過軸３０ａとは交差している。図２Ｂでは、透過軸２０ａ、３０ａ同士が直交関係にある。面４５は、例えば偏光板３０と平行な仮想面であってもよいし、偏光板３０や偏光スクリーン２０を構成する平坦面であってもよい。なお図１に示す偏光板３０内に表示された線の方向は、偏光板３０の長手方向（凸部の延出方向）を示しており、それに対して直交する方向が偏光板３０の透過軸、すなわち図２に示す偏光サングラス３０の透過軸３０ａとなる。

図１に示すように画像表示体１０から画像光（ｐ_ｄ、ｓ_ｄ）が出射される。ここでｐ_ｄは、画像光のＰ偏光の強度を示し、ｓ_ｄは、画像光のＳ偏光の強度を示している。

図１に示すように、画像光は、偏光スクリーン２０にて反射される。このとき偏光スクリーン２０の透過軸２０ａに基づいて、画像光の一部が偏光スクリーン２０にて反射し、画像光の一部が偏光スクリーン２０を透過する。このとき画像光のうち主にＰ偏光が偏光スクリーン２０にて反射し、偏光スクリーンを透過する画像光は主にＳ偏光であることが好適である。

図１では、偏光スクリーン２０にて反射された画像光を偏光画像光（Ｒｐ_d、Ｒｓ_ｄ）として示している。Ｒｐ_dは、偏光スクリーン２０で反射される偏光画像光のＰ偏光の光強度を示し、Ｒｓ_dは、透明偏光スクリーンで反射される偏光画像光のＳ偏光の光強度を示している。

一方、図１に示すように、太陽光や照明光である外光（Ｐ_Ｇ、Ｓ_Ｇ）が偏光スクリーン２０に到達すると、外光の一部は、偏光スクリーン２０にて反射し、外光の一部は、偏光スクリーン２０を透過する。このとき偏光スクリーン２０の後方からの外光は、偏光スクリーン２０の全光線透過率や偏光度に応じてＰ偏光成分を反射し、Ｓ偏光成分を透過することが好適である。

偏光スクリーン２０を透過した外光（ＴＰ_Ｇ、ＴＳ_Ｇ）は、偏光板３０に到達する。ここで、Ｐ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過する前における外光のＰ偏光の光強度を示し、Ｓ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過する前における外光のＳ偏光の光強度を示し、ＴＰ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過する外光のＰ偏光の光強度を示し、ＴＳ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過する外光のＳ偏光の光強度を示している。

図１に示すように、偏光画像光（Ｒｐ_d、Ｒｓ_ｄ）及び外光（ＴＰ_Ｇ、ＴＳ_Ｇ）が偏光板３０に到達する。図２で示したように、偏光板３０の透過軸３０ａは、偏光スクリーン２０の透過軸２０ａと交差（好ましくは直交）した関係にある。このため、所定方向の透過軸２０ａを有する偏光スクリーン２０にて反射した偏光画像光（Ｒｐ_d、Ｒｓ_ｄ）は、透過軸２０ａと交差方向に透過軸３０ａがある偏光板３０を透過しやすい。一方、所定方向の透過軸２０ａを有する偏光スクリーン２０を透過した外光（ＴＰ_Ｇ、ＴＳ_Ｇ）は、透過軸２０ａと交差方向に透過軸３０ａがある偏光板３０にて反射されやすくなっている。

図２には、偏光スクリーン２０を透過した外光２５及び偏光スクリーン２０にて反射した偏光画像光２６を矢印にて示した。偏光スクリーン２０の透過軸２０ａと偏光方向が同方向の外光２５は、偏光スクリーン２０を透過しやすいが、それ以外の外光は偏光スクリーン２０にて反射されたり吸収されやすい。一方、偏光スクリーン２０にて反射した偏光画像光２６は、偏光スクリーン２０の透過軸２０ａとは異なる方向、図２では直交方向の偏光画像光２６が偏光スクリーン２０にて反射された状態を示している。偏光スクリーン２０を透過した外光２５は、外光２５の偏光方向とは交差する方向に透過軸３０ａを有する偏光板３０で反射されあるいは吸収されやすい。一方、偏光スクリーン２０にて反射した偏光画像光２６は、偏光画像光２６の偏光方向と略同方向に透過軸３０ａを有する偏光板３０で透過されやすくなっており、偏光板３０を透過した偏光画像光２７を得ることができる。

図１では、偏光板３０を透過した偏光画像光（ＲＴｐ_ｄ、ＲＴｓ_d）及び外光（ＴＴＰ_Ｇ、ＴＴＳ_Ｇ）が示されているが、本実施の形態では、偏光板３０を透過する外光を減光させることができ、一方、偏光板３０を透過する偏光画像光の光強度を強く保つことができる。

ここで、ＲＴｐ_ｄは、偏光スクリーン２０で反射され、かつ偏光板３０を透過する偏光画像光のＰ偏光の光強度を示し、ＲＴｓ_dは、偏光スクリーン２０で反射され、かつ偏光板３０を透過する偏光画像光のＳ偏光の光強度を示し、ＴＴＰ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過し、かつ偏光板３０を透過する外光のＰ偏光の光強度を示し、ＴＴＳ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過し、かつ偏光板３０を透過する外光のＳ偏光の光強度を示す。

上記したように、画像光のうち主にＰ偏光が偏光スクリーン２０にて反射し、偏光スクリーンを透過する画像光は主にＳ偏光である。また、外光は、偏光スクリーン２０にてＰ偏光成分を反射し、Ｓ偏光成分を透過する。通常のドライブ用の偏光サングラスは、Ｓ偏光を吸収もしくは反射し、Ｐ偏光を透過する。これはブリュースター角の影響により視認されるＳ偏光の反射写り込みをカットするためである。本実施の形態では、画像認識に不要な外光のＳ偏光成分が偏光板３０により適切にカットされるため、画像光の偏光成分が強調され、画像コントラストを適切に向上させることができる。

本実施の形態によれば、偏光スクリーン２０と偏光板３０の透過軸を、同じ面上に投影させたときに交差する位置関係となるように、偏光スクリーン２０と偏光板３０とを配置している。これにより、画像表示体１０から出射した画像光に対しては、偏光スクリーン２０により所定方向の偏光成分を所定量反射し、偏光板３０では、所定方向の偏光成分を透過させることができ、一方、外光に対しては所定量カットできる。そして偏光板３０越しに偏光スクリーン２０を視認すると、偏光スクリーン２０の偏光度に応じ、偏光スクリーン２０の背景の偏光光（外光）を減光することができ、効果的に画像光の画像コントラストを向上させることができるのである。

本実施の形態では、偏光スクリーン２０によりＰ偏光の反射を増幅し、かつ偏光板３０により画像認識に不要な光をカットすることで、Ｐ偏光画像の視認性を向上させることができる。偏光板３０の偏光度は、不要光を十分カットできるよう、９９％以上であることが好ましい。

図２に示す偏光スクリーン２０及び偏光板３０の透過軸２０ａ、３０ａの方向は一例であり、この方向に限定されるものでない。また、偏光スクリーン２０の透過軸２０ａと偏光板３０の透過軸３０ａとの間の角度θ（図２Ｂ参照）は、１８０°より小さければよく、８０°〜１００°程度とすることが好ましい。角度θは９０°であることがより好ましい。

画像コントラストとは、使用者（観察者）が認識する画像光の光強度と外光の光強度の比であり、本実施の形態における画像コントラストＣｄ１は下記式（１）を用いて算出することができる。
Ｃｄ１＝（ＲＴｐ_d＋ＲＴｓ_d）/(ＲＴｐ_ｄ＋ＲＴs_ｄ＋ＴＴＰ_Ｇ＋ＴＴＳ_Ｇ)（１）

ここで、ＲＴｐ_ｄは、偏光スクリーン２０で反射され、かつ偏光板３０を透過する偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、ＲＴｓ_ｄは、偏光スクリーン２０で反射され、かつ偏光板３０を透過する偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、ＴＴＰ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過し、かつ偏光板３０を透過する外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＴＳ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過し、かつ偏光板３０を透過する外光のＳ偏光の光強度である。

また偏光板３０を用いない場合、すなわち使用者（観察者）が、偏光スクリーン２０の透過軸２０ａの交差する方向に透過軸３０ａが向けられた偏光サングラスなどの偏光板を用いずに画像を認識したときの画像コントラストＣｄ２は下記式（２）のようになる。
Ｃｄ２＝（Ｒｐ_d＋Ｒｓ_d）/(Ｒｐ_ｄ＋Ｒs_ｄ＋ＴＰ_Ｇ＋ＴＳ_Ｇ) （２）

ここで、Ｒｐ_dは、偏光スクリーン２０で反射される偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、Ｒｓ_dは、偏光スクリーン２０で反射される偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、ＴＰ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過する外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＳ_Ｇは、偏光スクリーン２０を透過する外光のＳ偏光の光強度である。

偏光スクリーン２０に投影される画像光の視認性の観点から画像コントラストの比（Ｃｄ１／Ｃｄ２）は、１．５以上となることが好ましい。画像コントラストＣｄ１及びＣｄ２は偏光スクリーン２０の反射率や、偏光板３０の偏光度を適宜、調整することにより、調節することができる。本実施の形態では、次に説明する実施例で示すように、画像コントラストの比（Ｃｄ１／Ｃｄ２）を、１．５以上にすることが可能である。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例をもとに本発明をより詳細に説明する。なお、下記実施の形態における材料、特性（物性）、各部材の配置関係等は例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更して実施することが可能である。そのため、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

図１における画像表示体１０としてスマートフォンを用い、偏光スクリーン２０として全光線透過率７０％あるいは５０％の偏光フィルム、およびＰＭＭＡ製透明スクリーンを用い、偏光板３０として透過率３５％、偏光度９９．９％の偏光サングラスを用いた。スマートフォンからの画像出射光は、ほぼランダム光であった。以下の表１に偏光サングラスと通常眼鏡の光学性能を示す。

ここで表１に示すＴｐは、Ｐ偏光透過率を示し、Ｒｐは、Ｐ偏光反射率を示し、Ｔｓは、Ｓ偏光透過率を示し、Ｒｓは、Ｓ偏光反射率を示す。

なお、偏光スクリーン２０に使用する偏光フィルムには、旭化成イーマテリアルズ（株）製のワイヤグリッド偏光フィルム（透過率４５％、偏光度９９．９％）を用いた。このワイヤグリッド偏光フィルムをレーザエッチングにより、アルミを部分的に飛ばしたのち、ワイヤグリッド偏光フィルムのアルミグリッド面を、３ｍｍ厚のＰＭＭＡ樹脂板に粘着剤を介して貼り合わせ、透過率が５０％あるいは７０％となる透明な偏光スクリーン２０を作製した。

［測定方法］
（全光線透過率）
株式会社日立ハイテクフィールディング社製の日立Ｕ−４１００型分光光度計に角度可変絶対反射付属装置（電動ステージ付）を設置し、クロスニコル位置を検出し、次いで４５度の傾き角におけるＳ偏光透過率とＳ偏光反射率およびＰ偏光透過率とＰ偏光反射率を測定した。全光線透過率は、Ｐ偏光透過率およびＳ偏光透過率を足した値である。各スクリーンの偏光透過率及び反射率を以下の表２に示した。なお表２に示す実施例１、２及び比較例１〜３については、後述する記載を参照されたい。

ここで表２に示すＴｐは、Ｐ偏光透過率を示し、Ｒｐは、Ｐ偏光反射率を示し、Ｔｓは、Ｓ偏光透過率を示し、Ｒｓは、Ｓ偏光反射率を示す。
（画像コントラスト）
画像コントラストＣｄは次式に基づき計算した。
Ｃｄ=（ＲＴｐ_ｄ＋ＲＴｓ_ｄ）／（ＲＴｐ_ｄ＋ＲＴｓ_ｄ＋ＴＴＰ_Ｇ+ＴＴｓ_Ｇ）

ここで、ＲＴｐ_ｄは、偏光スクリーンで反射され、かつ偏光サングラスを透過する偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、画像偏光強度ｐ×偏光スクリーンでのＰ偏光反射率Ｒｐ×偏光サングラスでのＰ偏光透過率Ｔｐで示される。また、ＲＴｓ_dは、偏光スクリーンで反射され、かつ偏光スクリーンを透過する偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、画像偏光強度ｓ×偏光スクリーンでのＳ偏光反射率Ｒｓ×偏光サングラスでのＳ偏光透過率Ｔｓで示される。また、ＴＴＰ_Ｇは、偏光スクリーンを透過し、かつ偏光サングラスを透過する外光のＰ偏光の光強度であり、外光強度Ｐ×偏光スクリーンでのＰ偏光透過率Ｔｐ×偏光サングラスでのＰ偏光透過率Ｔｐで示される。また、ＴＴＳ_Ｇは、偏光スクリーンを透過し、かつ偏光サングラスを透過する外光のＳ偏光の光強度であり、外光強度Ｓ×偏光スクリーンでのＳ偏光透過率Ｔｓ×偏光サングラスでのＳ偏光透過率Ｔｓで示される。

［実施例１］
晴れた屋外にて、透過率が５０％の透明偏光スクリーンをスマートフォン上に４５度傾けて配置し、偏光画像光を、偏光サングラスを通して視認した。このとき、透明偏光スクリーンの透過軸と、偏光サングラスの透過軸とが同じ面上に投影したときに直交関係となるように配置した。また、外光の明るさＧを３０００ルクス、スマートフォンからの画像光強度ｄを３０００ルクスとした。なお、外光の明るさＧ及び画像光強度ｄは、以下の比較例１、比較例２、実施例２及び比較例３の各実験において同じ値とした。

実施例１では、偏光画像光を明確に視認することができた。この場合の画像コントラストの計算値はＣｄ（Ｃｄ１）＝０．７５であった。

［比較例１］
実施例１の偏光画像光を、偏光サングラスを通さず、裸眼で偏光画像光を視認した。外光からの影響が強く、偏光画像光があることは認識できるものの、画像コントラスに差が見られた。この際の画像コントラストの計算値はＣｄ（Ｃｄ２）＝０．３８であった。比較例１にて得られた画像コントラストＣｄ２は、偏光サングラスを装着した実施例１での画像コントラストＣｄ１にくらべ、ほぼ半分となった。

［比較例２］
実施例１の透明偏光スクリーンをＰＭＭＡ板にして、偏光サングラスを通して偏光画像光を視認した。ＰＭＭＡ板で反射された反射画像のほとんどがカットされ、何も視認できない状態であった。この場合の画像コントラストの計算値はＣｄ＝０．００２５であった。比較例２では、ＰＭＭＡ板を用いているが、５０〜６０度の反射角（フロントウインド角度）では、Ｐ偏光の反射光は生じず、反射画像光はＳ偏光のみになる。したがってＰＭＭＡ板の反射画像光はＳ偏光となり、ブリュースター角を利用した偏光サングラス越しでは画像は見えなくなった。

以上より、実施例１の画像コントラストＣｄ（Ｃｄ１）は比較例１のＣｄ（Ｃｄ２）の約１．９５倍となり、比較例２に対しては、約３００倍になり、画像コントラストが向上した画像表示装置を得ることができた。上記の実験結果を以下の表３に示す。

［実施例２］
実施例１の透明偏光スクリーンを透過率が７０％の透明偏光スクリーンに代え、偏光サングラスを通して、偏光画像光を視認した。偏光画像光は内容が確認できる程度に視認することができた。この場合の画像コントラストはＣｄ（Ｃｄ１）＝０．２９であった。

［比較例３］
実施例２において、偏光画像光を、偏光サングラスを通さずに、裸眼で視認した。外光からの影響が強く、偏光画像光があることは認識できるものの、内容の確認はできなかった。この場合の画像コントラストの計算値はＣｄ（Ｃｄ２）＝０．１６であった。

このように、比較例３にて得られた画像コントラストＣｄ（Ｃｄ２）は、偏光サングラスを装着した実施例に比べて、ほぼ半分となった。

なお実施例２の画像コントラストは、比較例１の画像コントラストよりも悪くなっているが、これは用いた偏光スクリーンが異なるためである。同じ偏光スクリーン及び画像表示体を用いて、偏光サングラス（偏光板）の有無で、画像コントラストの比（Ｃｄ１／Ｃｄ２）が評価される。

以上より、実施例２の画像コントラストＣｄ（Ｃｄ１）は比較例３の画像コントラストＣｄ（Ｃｄ２）の約１．８１倍となり、画像コントラストが向上した画像表示装置を得ることができた。上記の実験結果を以下の表４に示す。

ところで、日中の外光強度、すなわち明るさＧは、３万〜１０万ルクスと言われる。一方、画像表示体１０としてのプロジェクターは３０００ルーメン程度のものが一般的である。３０００ルーメンのプロジェクターを１ｍ四方のスクリーンに投影した場合、３０００ルクスに相当する。この投影光を２０ｃｍ四方に集光した場合、７５０００ルクス程度に相当し、これを画像光強度ｄとする。この状態で、Ｇ（太陽光に代表される外光）／ｄ（ディスプレイの輝度）はほぼ１に相当する。

一方、画像表示体１０としてスマートフォンやタブレットを用いた場合、プロジェクターにくらべ画像光強度ｄは小さい。

そのため、画像表示体１０としてスマートフォンやタブレットを用い、偏光スクリーン２０に透明スクリーンを用いた場合には、白反射スクリーンを用いた場合等に比べて、投影光の透過成分が増え、反射成分が低く、かつ背景の照明の影響を受けやすいため、上記した式（１）に当てはめると画像コントラストＣｄ１は低下しやすくなる。

そこで本実施例として画像認識が可能となるＧ／ｄと画像コントラストＣｄとの関係を求めた。

実験で用いた画像表示装置を実施例１及び比較例１と同じ構成とし、Ｇ／ｄを変化させながら、画像コントラストＣｄの変化を測定した。その実験結果が図３に示されている。図３は、実施例１及び比較例１におけるＧ／ｄと画像コントラストＣｄとの関係を示すグラフである。

図３に示すように、実施例１は、比較例１よりも同じＧ／ｄで比較したときに、常に画像コントラストＣｄが大きくなった。

また実施例１では、図３に示すように、背景強度が十分小さい時、例えば、Ｇ／ｄ＝０．０１の時は、偏光スクリーンが透明な偏光スクリーンでも十分、画像コントラストＣｄは高い値（具体的にはＣｄが約１）を得られるが、Ｇ／ｄが大きくなるにつれて、画像コントラストＣｄが低下することがわかった。

本発明者らは鋭意検討した結果、本発明の構成において、Ｇ／ｄ＝１０のとき画像コントラストＣｄが０．２以上あれば、画像光を認識可能であることを見つけた。したがって画像コントラストＣｄが０．２以上となるように、偏光スクリーン等を適宜調整することが好ましい。これにより画像表示体１０としてスマートフォンやタブレットを用いた場合でも十分に対応可能である。

本発明の画像表示方法及び画像表示装置は、明るい照明下や屋外でも、画像コントラストの良い画像を認識可能とし、車載ＨＵＤ、ヘッドマウントディスプレイ、屋外や屋内の明るい照明下で用いられる展示用ディスプレイ等に適用される。

１ 画像表示装置
１０ 画像表示体
２０ 偏光スクリーン
２０ａ、３０ａ 透過軸
２５ 外光
２６、２７ 偏光画像光
３０ 偏光板（偏光サングラス）
４０ 設置台
４５ 面

Claims (21)

1. 偏光スクリーンと偏光板との各透過軸を交差させて、前記偏光スクリーンにて反射し前記偏光板を透過する偏光画像光と、前記偏光スクリーン及び前記偏光板を透過する外光とを重ねた画像を表示させることを特徴とする画像表示方法。
2. 次式で示される画像コントラストＣｄ１とＣｄ２の比（Ｃｄ１／Ｃｄ２）が、１．５以上となるように前記偏光スクリーンと偏光板との各透過軸を交差させたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示方法。
   Ｃｄ１＝（ＲＴｐ_d＋ＲＴｓ_d）/(ＲＴｐ_ｄ＋ＲＴs_ｄ＋ＴＴＰ_Ｇ＋ＴＴＳ_Ｇ)
   Ｃｄ２＝（Ｒｐ_d＋Ｒｓ_d）/(Ｒｐ_ｄ＋Ｒs_ｄ＋ＴＰ_Ｇ＋ＴＳ_Ｇ)
   ここで、ＲＴｐ_dは、前記偏光スクリーンで反射され、かつ前記偏光板を透過する前記偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、ＲＴｓ_dは、前記偏光スクリーンで反射され、かつ前記偏光板を透過する前記偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、ＴＴＰ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過し、かつ前記偏光板を透過する前記外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＴＳ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過し、かつ前記偏光板を透過する前記外光のＳ偏光の光強度であり、Ｒｐ_dは、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、Ｒｓ_dは、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、ＴＰ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過する前記外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＳ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過する前記外光のＳ偏光の光強度である。
3. 前記偏光スクリーンの透過軸と前記偏光板の透過軸とが直交するように配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示方法。
4. 前記偏光スクリーンの全光線透過率が４５％以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像表示方法。
5. 前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光の５０％以上がＰ偏光であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の画像表示方法。
6. 前記偏光スクリーンは、反射型偏光板であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の画像表示方法。
7. 前記反射型偏光板は、多層複屈折フィルムであることを特徴とする請求項６に記載の画像表示方法。
8. 前記反射型偏光板は、ワイヤグリッド偏光板であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示方法。
9. 前記偏光板は、偏光メガネであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の画像表示方法。
10. 画像表示体から出射した画像光を偏光画像光として反射する偏光スクリーンと、
    前記偏光画像光及び前記偏光スクリーンを透過した外光を透過し、透過軸が前記偏光スクリーンの透過軸と交差するように配置された偏光板と、を有して、偏光画像光と、前記外光とを重ねた画像が表示されることを特徴とする画像表示装置。
11. 次式で示される画像コントラストＣｄ１とＣｄ２の比（Ｃｄ１/Ｃｄ２）が、１．５以上となるように前記偏光スクリーンと偏光板との各透過軸が交差されたことを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
    Ｃｄ１＝（ＲＴｐ_d＋ＲＴｓ_d）/(ＲＴｐ_ｄ＋ＲＴs_ｄ＋ＴＴＰ_Ｇ＋ＴＴＳ_Ｇ)
    Ｃｄ２＝（Ｒｐ_d＋Ｒｓ_d）/(Ｒｐ_ｄ＋Ｒs_ｄ＋ＴＰ_Ｇ＋ＴＳ_Ｇ)
    ここで、ＲＴｐ_dは、前記偏光スクリーンで反射され、かつ前記偏光板を透過する前記偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、ＲＴｓ_dは、前記偏光スクリーンで反射され、かつ前記偏光板を透過する前記偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、ＴＴＰ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過し、かつ前記偏光板を透過する外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＴＳ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過し、かつ前記偏光板を透過する前記外光のＳ偏光の光強度であり、Ｒｐ_dは、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光のＰ偏光の光強度であり、Ｒｓ_dは、前記偏光スクリーンで反射される前記偏光画像光のＳ偏光の光強度であり、前記ＴＰ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過する前記外光のＰ偏光の光強度であり、ＴＳ_Ｇは、前記偏光スクリーンを透過する前記外光のＳ偏光の光強度である。
12. 前記偏光スクリーンの透過軸と前記偏光板の透過軸とが直交するように配置されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の画像表示装置。
13. 前記偏光スクリーンの全光線透過率が４５％以上であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
14. 前記偏光スクリーンで反射された前記偏光画像光の５０％以上がＰ偏光であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
15. 前記偏光スクリーンは、反射型偏光板であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
16. 前記反射型偏光板は、多層複屈折フィルムであることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
17. 前記反射型偏光板は、ワイヤグリッド偏光板であることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
18. 前記偏光板は、偏光メガネであることを特徴とする請求項１０ないし請求項１７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
19. 前記偏光スクリーンと前記偏光板と、前記画像表示体とを含むことを特徴とする請求項１０ないし請求項１８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
20. 請求項１０ないし請求項１９のいずれか１項に記載の画像表示装置に用いられることを特徴とする偏光スクリーン。
21. 請求項１０ないし請求項１９のいずれか１項に記載の画像表示装置に用いられることを特徴とする偏光板。
    
    
    

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