JP2022550834A - 偏光最適化型ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

光学システムは、最大横寸法Ｄを有するアクティブディスプレイ領域を含み、かつ、観察者の眼によって見られるための画像を発出するように構成されたディスプレイであって、アクティブディスプレイ領域は、ディスプレイ中心と、及び当該ディスプレイ中心を含む所定の領域とを含み、所定の領域は、最大横寸法ｄを有し、ｄ／Ｄ≦０．２５である、ディスプレイと、乗り物のウィンドシールドと、アクティブディスプレイ領域によって発出された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分をウィンドシールドに向かって反射又は透過するように構成された光学フィルムであって、ウィンドシールドは、光学フィルムによって反射又は透過された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分を眼に向かって反射するように構成されており、アクティブディスプレイ領域の所定の領域内の少なくとも１つの第１の位置について、発出された画像は、第１の位置から発出された第１の発出画像コーンを含み、第１の発出画像コーンは、第１の位置から発出された第１の発出中心画像光線を含み、光学フィルムは、第１の発出中心画像光線を、ウィンドシールドに入射したときに、入射面内で実質的に偏光させるように配向されている、光学フィルムと、を含む。

Description

本明細書のいくつかの態様では、光学システムであって、最大横寸法Ｄを有するアクティブディスプレイ領域を有し、かつ、観察者の眼によって見られるための画像を発出するように構成されたディスプレイであって、アクティブディスプレイ領域は、ディスプレイ中心と、及び当該ディスプレイ中心を含む所定の領域とを含み、所定の領域は、最大横寸法ｄを有し、ｄ／Ｄ≦０．２５である、ディスプレイと、乗り物のウィンドシールドと、アクティブディスプレイ領域によって発出された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分をウィンドシールドに向かって反射又は透過するように構成された光学フィルムであって、ウィンドシールドは、光学フィルムによって反射又は透過された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分を眼に向かって反射するように構成されており、アクティブディスプレイ領域の所定の領域内の少なくとも１つの第１の位置について、発出された画像は、第１の位置から発出された第１の発出画像コーンを含み、第１の発出画像コーンは、第１の位置から発出された第１の発出中心画像光線を含み、光学フィルムは、第１の発出中心画像光線を、ウィンドシールドに入射したときに、入射面内で実質的に偏光させるように配向されている、光学フィルムと、を備える、光学システムが提供される。

先行技術に見られるような、ヘッドアップディスプレイの上部概略図である。 本明細書の一実施形態に係る、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイシステムの断面図である。 本明細書の一実施形態に係る、ディスプレイシステム及び光学フィルムの正面図ある。 本明細書の一実施形態に係る、吸収偏光子に関連する様々なタイプの偏光を示す図である。 本明細書の一実施形態に係る、吸収偏光子の側面図である。 本明細書の一実施形態に係る、反射偏光子の断面図である。 本明細書の代替実施形態に係る、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイシステムの断面図である。 本明細書の別の代替実施形態に係る、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイシステムの断面図である。 本明細書の一実施形態に係る、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイの効果を図示するグラフィカルプロットである。 本明細書の一実施形態に係る、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイの効果を図示するグラフィカルプロットである。

以下の説明では、本明細書の一部を形成し様々な実施形態が例示として示されている添付図面が参照される。図面は、必ずしも実際の縮尺ではない。他の実施形態が想到され、本明細書の範囲又は趣旨から逸脱することなく実施されてもよい点を理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味では解釈されない。

現代のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システムでは、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイが、乗り物のウィンドシールド上に画像を投影し、その画像を乗り物の操作者又は乗員が見ることができる。ＨＵＤシステムにおいて見られる１つの一般的な問題は、投影された画像が前側のガラスと空気との境界面（ウィンドシールドの内面）と後側のガラスと空気との境界面（ウィンドシールドの外面）の両方から反射するときの「ゴースト発生」の問題であり、２つの反射画像が、異なる入射角で観察者に「跳ね返り」、メイン画像と、メイン画像からオフセットした見かけ上の第２の「ゴースト」画像を生成し、これは、表示された情報の読み取り易さを低下させることがある。このゴースト発生の問題に対処する１つの一般的な方法は、ウィンドシールドの製造業者がウィンドシールドの外面と内面との間にくさび形状を生成することである。すなわち、外側のガラスと空気との境界面は、内側のガラスと空気との境界面とはわずかに異なる角度で配置されており、これは、少なくとも１つの理想的な視野角（例えば、平均的な身長の運転者の視野角）に対して、２つの反射画像を単一の画像に位置合わせすることを意図している。ゴースト発生の問題に対する別の解決策は、ウィンドシールドの中にくさび形状を生成するのではなく、２枚のガラスの間に弱反射偏光子を埋め込んで（すなわち、内部ガラスシートと外部ガラスシートとの間に挟んで）、線形偏光された光を反射偏光子から反射させることである。反射偏光子の１つのそのような例は、３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造される３Ｍ（商標）Ｗｉｎｄｓｈｉｅｌｄ Ｃｏｍｂｉｎｅｒ Ｆｉｌｍ（３Ｍ（商標）ＷＣＦ）である。反射偏光子が使用されるとき、ディスプレイからの画像光線は、（例えば、Ｐ偏光状態、又はＰ偏光画像光線で）線形偏光され、ブルースター角の一定の角度で、又はブルースター角の非常に近い角度で、ウィンドシールドに向かって方向付けられる。ブルースター角は、Ｐ偏光光が反射せずに内側のガラスと空気との境界面を通過して反射偏光子に衝突し、Ｐ偏光光の少なくとも一部分が、単一の画像として観察者に向かって反射される（すなわち、画像は、反射偏光子でのみ反射し、内側又は外側のガラスと空気との境界面では反射しない）、入射角である。この手法は、ブルースター角付近の入射角について、前側及び後側のガラスと空気との境界面からのゴースト画像を強力に低減するためにうまく機能する。しかしながら、ＨＵＤ画像の幅が広くなると、（例えば、ウィンドシールドの固有の曲線、又は画像に対するドライバの角度を理由にして）画像が観察者に対して水平スキュー角で表示されたときに、軸方向入射プレイに従って定義されるＰ偏光画像光線が、Ｐ偏光光とＳ偏光光の混合へと変換され、その結果、ゴースト画像反射がより高くなる。

本明細書のいくつかの態様によれば、ウィンドシールドのすくい角及びスキュー角に応じた出力偏光の最適化に基づく光学システムが説明される。いくつかの実施形態では、最適化は、ディスプレイ自体で行われ得る。いくつかの実施形態では、最適化は、ディスプレイからウィンドシールドまでの光路内の任意の適切な点で行われ得る。例えば、最適化は、光路（反射偏光子など）内における光学フィルムの配向、あるいは、光学反射体（例えば、光路を折り畳むために使用されるミラー）の配向、光路内におけるビームスプリッタの配向、又は、光路内におけるリターダ層（例えば、４分の１波長板若しくは２分の１波長板）の配向を制御することによって行われ得る。これらの例は、限定を意図するものではない。

いくつかの実施形態では、光学システム（例えば、ヘッドアップディスプレイ、又はＨＵＤ）は、ディスプレイと、乗り物のウィンドシールドと、ディスプレイによって発出された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分をウィンドシールドに向かって反射又は透過するように構成された光学フィルムと、を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＥＤ）、有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、デジタル光処理（ＤＬＰ）ディスプレイ、又は任意の他の適切な画像生成ユニット（picture generating unit、ＰＧＵ）であってもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、最大横寸法（すなわち、アクティブディスプレイ領域の対角線）Ｄを有するアクティブディスプレイ領域を有してもよく、ディスプレイは、乗り物の操作者の眼など、観察者の眼によって見られるための画像を発出するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、アクティブディスプレイ領域は、ディスプレイ中心（すなわち、水平寸法と垂直寸法の両方におけるディスプレイの物理的中心）と、及びディスプレイ中心の周りのディスプレイ中心を含む所定の領域（すなわち、所定の領域は、アクティブディスプレイ領域全体のサブセット又は一部分である）とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、所定の領域は、最大横寸法ｄを有してもよく、比ｄ／Ｄは、約０．２５以下である（すなわち、所定の領域は、アクティブディスプレイ領域全体の約４分の１であり得る）。いくつかの実施形態では、比ｄ／Ｄは、約０．２以下、約０．１５以下、又は約０．１以下であってもよい。

いくつかの実施形態では、光学システムは、ディスプレイ中心点からウィンドシールドに、かつ観察者の眼へと延びる光軸を中心としてもよい。いくつかの実施形態では、光軸は、第１の発出中心画像光線によって画定され得る。

いくつかの実施形態では、ウィンドシールドは、ガラスウィンドシールドであってもよい。いくつかの実施形態では、ウィンドシールドは、水平方向、垂直方向、又はその両方のいずれかにおいて湾曲してもよい。いくつかの実施形態では、ウィンドシールドは、すくい角であってもよい（すなわち、垂直から操作者に向かって角度が付いていてもよい）。いくつかの実施形態では、ウィンドシールドは、対応するブルースター角を有する第１の境界面（例えば、内側のガラス／空気の境界面）を含んでもよく、第１の発出中心画像光線は、ウィンドシールドの第１のインターフェースにブルースター角で入射する。

いくつかの実施形態では、光学フィルムは、アクティブディスプレイ領域によって発出された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分をウィンドシールドに向かって反射又は透過するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ウィンドシールドは、光学フィルムによって反射又は透過された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分を眼に向かって反射するように構成され得る。アクティブディスプレイ領域の所定の領域内の少なくとも１つの第１の位置について、発出された画像は、第１の位置から発出された第１の発出画像コーンを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の発出画像コーンは、第１の位置から発出された第１の発出中心画像光線を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学フィルムは、第１の発出中心画像光線を、ウィンドシールドに入射したときに、入射平面内で実質的に偏光させるように配向されてもよい。別の言い方をすると、少なくとも中心画像光線が、画像がウィンドシールドに衝突したときに入射平面内にある偏光を有するように「調整」されるように、光学フィルムの配向を調節（例えば、回転）してもよい。いくつかの実施形態では、光学フィルムは、第１の発出中心画像光線の偏光の少なくとも約９０％、又は少なくとも約９５％が、光学フィルムに入射したときに、入射平面内になるように配向され得る。

いくつかの実施形態では、光学フィルムは、反射偏光子であってもよい。いくつかの実施形態では、実質的に垂直な入射光について、かつ約４２０ｎｍ～約６７０ｎｍにわたる可視波長範囲内の少なくとも１つの可視波長について、反射偏光子は、第１の偏光状態を有する入射光（例えば、Ｐ偏光光）の約２０％～約４０％を反射し、直交する第２の偏光状態を有する入射光（例えば、線形Ｓ偏光タイプの光、又はＳ偏光光）の少なくとも６０％を透過する。いくつかの実施形態では、反射偏光子は、合計で約３０よりも多くの数の、又は合計で約５０より多くの数の、又は合計で約１００よりも多くの数の複数の層を含む多層光学フィルムであってもよい。いくつかの実施形態では、反射偏光子の複数の層は、複数の交互の第１の層と第２の層とを含む。いくつかの実施形態では、第１の層及び第２の層の各々は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、第１の偏光状態に沿った第１の層と第２の層との屈折率の差は、約０．０５より大きくてもよい。いくつかの実施形態では、実質的に垂直な入射光について、かつ約７００ｎｍ～約１５００ｎｍにわたる波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について、反射偏光子は、第１の偏光状態及び第２の偏光状態のうちの少なくとも１つについて、入射光の少なくとも４０％を反射してもよい。換言すると、いくつかの実施形態では、反射偏光子は、太陽光からの熱を反射して、熱がＨＵＤシステムに入ることを防止するように機能することができる。

いくつかの実施形態では、光学フィルムは、吸収偏光子であってもよい。いくつかの実施形態では、実質的に垂直な入射光について、吸収偏光子は、第１の方向に沿って偏光された入射光の少なくとも６０％を透過し、直交する第２の方向に沿って偏光された入射光の約６０％を吸収してもよく、第１の発出中心画像光線は、吸収偏光子に入射したときに、第３の方向に沿って偏光され、第１の方向及び第３の方向は、約５度よりも大きい傾斜角度を形成する。

いくつかの実施形態では、光学フィルムは、光学反射体（例えば、光学ミラー）であってもよい。いくつかの実施形態では、光学反射体は、アクティブディスプレイ領域によって発出された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分をウィンドシールドに向かって反射するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ウィンドシールドは、光学反射体によって反射された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分を観察者の眼に向かって反射するように構成され得る。いくつかの実施形態では、光学反射体は、第１の発出中心画像光線を、ウィンドシールドに入射したときに、入射平面内で実質的に偏光させるように配向されてもよい。いくつかの実施形態では、実質的に垂直な入射光について、かつ約４２０ｎｍ～約６７０ｎｍにわたる可視波長範囲内の少なくとも１つの可視波長について、光学反射体は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向の各々に沿って偏光された入射光（例えば、線形Ｐ偏光光又は線形Ｓ偏光光）の少なくとも６０％を反射してもよい。いくつかの実施形態では、実質的に垂直な入射光について、かつ約７００ｎｍ～約１５００ｎｍにわたる波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について、光学反射体は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向のうちの少なくとも１つに沿って偏光された入射光の少なくとも４０％を透過する。いくつかの実施形態では、光学反射体は、複数の交互の第１の層と第２の層とを含む多層光学フィルムであってもよく、第１の層及び第２の層の各々は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有する。

いくつかの実施形態では、光学システムは、光学フィルムとウィンドシールドとの間に配置されたリターダ層（例えば、４分の１波長板又は半波長板）を更に含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学フィルムは、アクティブディスプレイ領域によって発出された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分をウィンドシールドに向かって反射するように構成された光学反射体であってもよい。いくつかの実施形態では、ウィンドシールドは、光学反射体によって反射された画像がリターダ層を通過した後に、反射された画像を受け取り、受け取った画像の少なくとも一部分を眼に向かって反射するように構成され得る。いくつかの実施形態では、リターダ層は、第１の発出中心画像光線を、ウィンドシールドに入射したときに、入射平面内で実質的に偏光させるように配向される。

ここで図面を参照すると、図１は、先行技術に見られるような、ヘッドアップディスプレイの上部概略図である。図１に示すように、典型的なヘッドアップディスプレイ２００は、ウィンドシールド４０上に画像を投影し、その画像を観察者３０が、反射画像２２として見る。今日入手可能なほとんどのウィンドシールドは、時には、（図１の上面図に示されるような）水平方向と垂直方向（すなわち、観察者３０が見たときに上部から下部）の両方において湾曲している。例えば、図１に示すように、ＨＵＤ２００によってウィンドシールド４０上に投影された画像は、約１０度の水平スキュー角でウィンドシールドに衝突し、これは、現代の車には珍しくなく、時には、１０度よりも大きいことさえあり得る。ＨＵＤ２００の位置は、乗り物のタイプに応じて変動してもよく、観察者３０から図１に示されるよりも遠くに離れた点に配置されてもよい（反射画像２２に更に大きなスキュー角度を付与する）ことに留意することも重要である。画像が軸方向入射面に対して（つまり、光軸に対して）主にＰ偏光光になるように投影されるとき、光は、有意な水平スキュー角で表面上に投影されることに起因して、Ｐ偏光光とＳ偏光光との混合へとシフトする。この増大したＳ偏光成分により、観察者３０が見たときのゴースト発生が増大することがある。

図２Ａは、本明細書の一実施形態に係る、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイシステムの断面図である。いくつかの実施形態では、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）３００は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、又は他のＰＧＵなどのディスプレイ１０を含む。ディスプレイ１０は、光軸６０に沿って画像２０を発出するように構成されており、第１の境界面４４（例えば、ウィンドシールド４０の内側にある空気とガラスとの間の境界面）を有するウィンドシールド４０上に投影される。発出された画像２０は、ディスプレイ上の第１の位置１４から発出された発出光円錐２３を含み、発出光円錐２３は、発出中心画像光線２４を含む。いくつかの実施形態では、発出された画像２０は、光学フィルム５０を通過し、画像の少なくとも一部分２１は、それを透過してウィンドシールド４０上に投影され、画像の少なくとも一部分２１は、次いで、反射画像２２としてウィンドシールドから反射され、観察者３０の眼まで進む。いくつかの実施形態では、中心画像光線２４は、光軸６０と一致してもよい。

いくつかの実施形態では、ウィンドシールド４０は、内側の反射偏光子層１４０（例えば、内側のガラス層と外側のガラス層との間に挟まれたポリマーフィルム反射偏光子）を含み得る。いくつかの実施形態では、これは、第１の偏光状態を有する入射光の２０％～４０％を反射し、第２の直交偏光状態を有する入射光の少なくとも６０％を透過させる、弱反射偏光子であり得る。反射偏光子１４０は、本明細書の他の場所で図３の議論においてより詳細に論じられる。

図２Ｂは、ディスプレイ１０及び光学フィルム５０の正面図であり、更なる詳細を示している。図２Ａ及び図２Ｂを連携させると、以下の議論について最もよく考察することができる。ディスプレイ１０のアクティブディスプレイ領域１１の所定の領域１３は、ディスプレイ中心１２（水平方向と垂直寸法の両方におけるディスプレイの物理的中心）と、光円錐２３を発出する第１の位置１４とを含む。いくつかの実施形態では、第１の位置１４及びディスプレイ中心１２は、一緒に配置されてもよい（すなわち、同じ点であってもよい）。発出光円錐２３は、少なくとも第１の発出中心画像光線２４を含み、これは、ディスプレイ１０によって発出され、光学フィルム５０を通って進み、ウィンドシールド４０から反射され、観察者３０の眼まで連続する。いくつかの実施形態では、第１の発出中心画像光線２４は、光軸６０と一致してもよく、あるいは光軸６０に実質的に平行であってもよい。図２Ｂを参照すると、所定の領域１３は、最大横寸法ｄを有することができ、アクティブディスプレイ領域１１は、最大横寸法Ｄを有することができ、ｄ／Ｄの比は、約０．２５、又は約０．２、又は約１．５、又は約１．０である。換言すると、所定の領域１３は、アクティブディスプレイ領域１１の中央部分を表す。

いくつかの実施形態では、光学フィルム５０は、第１の発出中心画像光線２４が、ウィンドシールド４０に入射したときに、入射平面内で実質的に偏光されるように配向（例えば、回転）されてもよい。換言すると、第１の発出中心画像光線２４の偏光がウィンドシールド４０との入射点で実質的に偏光されるように、光学フィルム５０を「従来の」配向から回転しても、さもなければ配向してもよく、これは、前述のように、湾曲したウィンドシールド４０上で観察者３０に対して実質的なスキュー角であり得る。このようにして、システムは、ウィンドシールドのスキュー角に起因して、観察者３０には見える任意のゴースト発生を補償することができる。

光学フィルム５０は、ディスプレイ１０に対して物理的に回転される矩形の形状を有するものとして図２Ｂに示されていることに留意されたい。しかしながら、物理的な光学フィルム５０の形状は任意であり、光学フィルム５０内の偏光特徴部の配向が重要である。また、本明細書に記載の他の実施形態に見られるように、画像光線２４の偏光の最適化は、画像光線２４の光路に沿った他の位置で行われてもよい。

図２Ｃ及び図２Ｄは、光学フィルム５０が吸収偏光子７０である実施形態を示す。図２Ｃ及び図２Ｄを連携させると、以下の議論について最もよく考察することができる。光学フィルム５０が吸収偏光子７０である場合、垂直な入射光７１（中心画像光線２４を含み得る）について、吸収偏光子７０は、第１の方向（図２Ｃに示すような、偏光方向７２）に沿って偏光された入射光７１の少なくとも６０％を透過し、直交する第２の方向（偏光方向７３）に沿って偏光された入射光７１の少なくとも６０％を吸収することができる。いくつかの実施形態では、吸収偏光子７０は、吸収偏光子７０を通過する光が新しい第３の方向７４に沿って偏光できるように配向されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の方向７２及び第３の方向７４は、それらの間に、約５度より大きい傾斜角度αを成す。別の言い方をすれば、図２Ｄを参照すると、中心画像光線２４は、２４（ｐ７２）と示されるように偏光方向７２で吸収偏光子７０に入射し、画像光線２４の少なくとも一部分は、２４（ｐ７４）として示される偏光方向７４で、吸収偏光子７０から出射する。換言すると、中心画像光線２４の偏光は、光学フィルム５０によって回転され、歪曲したウィンドシールド上の入射平面内で実質的に偏光される。

図２Ａに関して論じたように、ウィンドシールド４０は、内部に埋め込まれた反射偏光子１４０を含んでもよい。図３は、そのような反射偏光子１４０の一実施形態の断面図である。いくつかの実施形態では、反射偏光子１４０は、多層光学フィルム（multilayer optical film、ＭＯＦ）として構成されてもよい。いくつかの実施形態では、反射偏光子１４０は、複数の交互の第１のポリマー層１４２と第２のポリマー層１４３とを含む。いくつかの実施形態では、組み合わされた交互の第１のポリマー層１４２及び第２のポリマー層１４３の個数は、３０～７００であり得る。いくつかの実施形態では、第１のポリマー層１４２及び第２のポリマー層１４３は各々、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有してもよい。

いくつかの実施形態では、第１のポリマー層１４２は、実質的に等方性であってもよい（すなわち、異なる方向において測定したときに実質的に同一の屈折率を示す）。いくつかの実施形態では、第２のポリマー層１４３は、実質的に複屈折性であってもよく（すなわち、直交する異なる方向で測定したときに２つの異なる屈折率を示す）、直交する方向に沿って平面内屈折率ｎｘ及びｎｙを有し、ｎｘとｎｙとの差は、約０．０５よりも大きくても、又は約０．０３よりも大きくても又は約０．０１よりも大きくてもよい。いくつかの実施形態では、追加の層１４１（例えば、接着剤層、他の基材層）が、反射偏光子１４０の外面上に存在してもよい。

いくつかの実施形態では、反射偏光子１４０は、比較的弱くてもよく、入射光１４５がフィルムに衝突したときに、約４２０ｎｍ～約６７０ｎｍにわたる可視波長範囲内の少なくとも１つの可視波長について、反射偏光子は、第１の偏光状態を有する入射光１４５（例えば、Ｐ偏光光）の約２０％～約４０％を反射し、直交する第２の偏光状態を有する入射光（例えば、Ｓ偏光光）の少なくとも６０％を透過する。

いくつかの実施形態では、実質的に垂直な入射光１４５について、かつ約７００ｎｍ～約１５００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について、反射偏光子は、第１の偏光状態及び第２の偏光状態のうちの少なくとも１つについて、入射光の少なくとも４０％を反射してもよい。いくつかの実施形態では、これは、太陽光がウィンドシールドの外面に衝突することに起因する（ＨＵＤへの）望ましくない熱の伝達を低減するのに役立ち得る。

図４及び図５は、本明細書に係る、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイシステムの代替実施形態の断面図である。図４及び図５、並びに図２Ａの要素のうちの多くは共通である。同様の数字が付けられた参照符号を共有する図２Ａ、図４、及び図５の要素は、同一の機能を有し、前述の説明を超える追加の説明は提供されないことがある。

図４では、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイシステム４００は、（光軸６０により定義したときに）「折り畳まれた」光路を有し、画像２０’は、ディスプレイ１０のアクティブディスプレイ領域１１から発出され、最初に、光学反射体９０（例えば、ミラー、反射フィルムなど）から反射され、その後、画像２１’の少なくとも一部分がウィンドシールド４０に向かって方向転換される。いくつかの実施形態では、リターダ層１００（例えば、４分の１波長板又は２分の１波長板）が光学反射体９０上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光学反射体９０及びリターダ層１００の一方又は両方は、第１の発出中心画像光線２４を、ウィンドシールド４０に入射したときに、入射平面内で実質的に偏光させるように配向されてもよい。画像２１’がウィンドシールド４０から反射された後、画像２２’の少なくとも一部分は、知覚画像として、観察者３０に向かって方向転換される。いくつかの実施形態では、光学反射体９０は、実質的に平坦な形態、湾曲した（例えば、力を加えるように凸状又は凹状の）形態、又は自由形態であってもよい。いくつかの実施形態では、光学反射体９０は、別個のリターダ層１００なしで偏光を回転することが可能な偏光反射体（例えば、偏光反射多層光学フィルム）であってもよい。

図５では、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイシステム５００は、光軸６０によって表される光路に更なる屈曲を追加する。ディスプレイ１０は、アクティブディスプレイ領域１１から画像２０’を発出する。画像２０’は、光学ビームスプリッタ８０に向かって進む。いくつかの実施形態では、光学ビームスプリッタ８０は、第１の偏光状態の入射光（例えば、線形Ｓ偏光光）を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態の入射光（例えば、線形Ｐ偏光光）を実質的に透過する反射偏光子であってもよい。一実施形態では、中心画像光線２４は、Ｓ偏光状態を有する光として発出されてもよく、光学ビームスプリッタ８０によって反射され、光学反射体９０に向かって方向転換されてもよい。次いで、光学反射体上に配置されたリターダ層１００は、画像２１’の少なくとも一部分が光学ビームスプリッタ８０に向かって方向転換されたときにＳ偏光光をＰ偏光光に変換してもよく、今度は通過する。画像２１’は、ウィンドシールド４０から反射され、画像２２’の少なくとも一部分は、観察者３０に向かって方向転換される。ビームスプリッタ８０の配向及び回転角を使用して、入射平面において見られる出力偏光を設定してもよい。図４及び図５の実施形態では、光学ビームスプリッタ８０、光学反射体９０、及びリターダ層１００を含む要素のうちのいずれかを、画像（画像光線２４を含む）が、歪曲したウィンドシールド４０上の入射点において実質的に偏光されるように配向してもよい。

最後に、図６Ａ及び図６Ｂは、本明細書による、偏光最適化型ヘッドアップディスプレイの効果を図示するグラフィカルプロットを提供する。図６Ａは、偏光最適化調整が実行されない（すなわち、図２Ａの実施形態の場合、光学フィルム５０はディスプレイ１０に対して回転されない）ときの、Ｐ偏光されたヘッドアップディスプレイの出力のゴースト画像のコントラスト比の割合のプロットを提供する。図６Ａのｘ軸は、軸方向平面に対するウィンドシールドの水平スキュー角（画像の入射点における軸方向平面からの角度）をプロットしている。ｙ軸は、垂直な入射角をプロットしている。破線の矩形ボックスは、乗り物の操作者が見た場合の、表示された画像の「アイボックス」又はアクティブ閲覧領域（約５°×１２°）を表す。図６Ａの影付きの輪郭は、ゴースト画像のコントラスト比が、「アイボックス」の右側に向かって著しく増大し、２パーセントを超え、３パーセントに近づくことを示している。

図６Ｂは、ＨＵＤの出力偏光が約５度回転したときに達成される、同じシステムの改善された性能を示す。図６Ｂの「アイボックス」全体は、ほぼ１％未満のゴーストコントラスト比を示し、操作者によって知覚されるゴースト画像が大幅に低減される。

「約（about）」などの用語は、これらが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者によって理解されよう。特徴部のサイズ、量、及び物理的特性を表す量に適用される「約」の使用が、これが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「約」とは、特定の値の１０パーセント以内を意味すると理解されよう。約特定の値として与えられる量は、正確に特定の値であり得る。例えば、それが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、約１の値を有する量とは、その量が０．９～１．１の値を有することを意味し、その値が１であり得ることを意味する。

「実質的に（substantially）」などの用語は、これらが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者によって理解されよう。「実質的に等しい（substantially equal）」の使用が、本発明の記載に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「実質的に等しい」は、ほぼ（about）が上記のとおりであるときには、ほぼ等しいことを意味する。「実質的に平行（substantially parallel）」の使用が、これが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「実質的に平行」は、平行の３０度以内を意味する。互いに実質的に平行として記載されている方向又は表面は、いくつかの実施形態において、平行の２０度以内、若しくは１０度以内であってもよく、又は平行若しくは名目上平行であってもよい。「実質的に位置合わせされる（substantially aligned）」の使用が、本発明の記載に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「実質的に位置合わせされる」は、位置合わせされる対象の幅の２０％以内で位置合わせされることを意味する。実質的に位置合わせされると記載される対象は、いくつかの実施形態において、位置合わせされる対象の幅の１０％以内又は５％以内で位置合わせされてもよい。

上記において参照された参照文献、特許、又は特許出願の全ては、それらの全体が参照により本明細書に一貫して組み込まれている。組み込まれた参照文献の部分と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先される。

図中の要素についての説明は、別段の指示がない限り、他の図中の対応する要素に等しく適用されると理解されたい。特定の実施形態が本明細書において図示及び説明されているが、図示及び記載されている特定の実施形態は、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な代替的実施態様及び／又は等価の実施態様によって置き換えられ得ることが、当業者には理解されよう。本出願は、本明細書で論じられた特定の実施形態のいずれの適応例又は変形例も包含することが意図されている。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが意図されている。

Claims (15)

1. 光学システムであって、
   最大横寸法Ｄを有するアクティブディスプレイ領域を備え、かつ、観察者の眼によって見られるための画像を発出するように構成されたディスプレイであって、前記アクティブディスプレイ領域は、ディスプレイ中心と、及び前記ディスプレイ中心を含む所定の領域とを含み、前記所定の領域は、最大横寸法ｄを有し、ｄ／Ｄ≦０．２５である、ディスプレイと、
   乗り物のウィンドシールドと、
   前記アクティブディスプレイ領域によって発出された前記画像を受け取り、受け取った前記画像の少なくとも一部分を前記ウィンドシールドに向かって反射又は透過するように構成された光学フィルムであって、前記ウィンドシールドは、前記光学フィルムによって反射又は透過された前記画像を受け取り、受け取った前記画像の少なくとも一部分を前記眼に向かって反射するように構成されており、前記アクティブディスプレイ領域の前記所定の領域内の少なくとも１つの第１の位置について、発出された前記画像は、前記第１の位置から発出された第１の発出画像コーンを含み、前記第１の発出画像コーンは、前記第１の位置から発出された第１の発出中心画像光線を含み、前記光学フィルムは、前記第１の発出中心画像光線を、前記ウィンドシールドに入射したときに、入射面内で実質的に偏光させるように配向されている、光学フィルムと、
   を備える、光学システム。
2. 前記ディスプレイ中心から前記眼まで延びる光軸を実質的に中心とする、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記光軸は、前記第１の発出中心画像光線を含む、請求項２に記載の光学システム。
4. 前記ディスプレイは、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、デジタル光処理ディスプレイを含む、請求項１に記載の光学システム。
5. ｄ／Ｄ≦０．２である、請求項１に記載の光学システム。
6. 前記ウィンドシールドは、第１の境界面及び対応する第１のブルースター角を含み、前記第１の発出中心画像光線は、前記ウィンドシールドの前記第１の境界面に前記第１のブルースター角で入射する、請求項１に記載の光学システム。
7. 前記ウィンドシールドは、内部に埋め込まれた反射偏光子を備える、請求項１に記載の光学システム。
8. 実質的に垂直な入射光について、かつ約４２０ｎｍ～約６７０ｎｍにわたる可視波長範囲内の少なくとも１つの可視波長について、前記反射偏光子は、第１の偏光状態を有する前記入射光の約２０％～約４０％を反射し、直交する第２の偏光状態を有する前記入射光の少なくとも６０％を透過する、請求項７に記載の光学システム。
9. 前記実質的に垂直な入射光について、かつ約７００ｎｍ～約１５００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について、前記反射偏光子は、前記第１の偏光状態及び前記第２の偏光状態のうちの少なくとも１つについて、前記入射光の少なくとも４０％を反射する、請求項８に記載の光学システム。
10. 前記反射偏光子は、合計で約３０よりも多くの数の、複数の交互の第１の層と第２の層とを含む複数の層を備え、前記第１の層及び前記第２の層の各々は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、前記第１の偏光状態に沿った前記第１の層と前記第２の層との屈折率の差は、約０．０５よりも大きい、請求項８に記載の光学システム。
11. 前記光学フィルムは、吸収偏光子を備え、実質的に垂直な入射光について、前記吸収偏光子は、第１の方向に沿って偏光された前記入射光の少なくとも６０％を透過し、直交する第２の方向に沿って偏光された前記入射光の約６０％を吸収し、前記第１の発出中心画像光線は、前記吸収偏光子に入射したときに、第３の方向に沿って偏光され、前記第１の方向及び前記第３の方向は、約５度よりも大きい傾斜角度を形成する、請求項１に記載の光学システム。
12. 前記光学フィルムは、前記アクティブディスプレイ領域によって発出された前記画像を受け取り、受け取った前記画像の少なくとも一部分を前記ウィンドシールドに向かって反射するように構成された光学反射体を備え、前記ウィンドシールドは、前記光学反射体によって反射された前記画像を受け取り、受け取った前記画像の少なくとも一部分を前記眼に向かって反射するように構成されており、前記光学反射体は、前記第１の発出中心画像光線を、前記ウィンドシールドに入射したときに、前記入射面内で実質的に偏光させるように配向されている、請求項１に記載の光学システム。
13. 実質的に垂直な入射光について、かつ約４２０ｎｍ～約６７０ｎｍにわたる可視波長範囲内の少なくとも１つの可視波長について、前記光学反射体は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向の各々に沿って偏光された前記入射光の少なくとも６０％を反射する、請求項１２に記載の光学システム。
14. 前記実質的に垂直な入射光について、かつ約７００ｎｍ～約１５００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について、前記光学反射体は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向のうちの少なくとも１つに沿って偏光された前記入射光の少なくとも４０％を透過する、請求項１２に記載の光学システム。
15. 前記光学フィルムと前記ウィンドシールドとの間に配置されたリターダ層を更に備え、前記光学フィルムは、光学反射体を備え、前記光学反射体は、前記アクティブディスプレイ領域によって発出された前記画像を受け取り、受け取った前記画像の少なくとも一部分を前記ウィンドシールドに向かって反射するように構成されており、前記ウィンドシールドは、前記光学反射体によって反射された前記画像が前記リターダ層を通過した後に、反射された前記画像を受け取り、受け取った前記画像の少なくとも一部分を前記眼に向かって反射するように構成されており、前記リターダ層は、前記第１の発出中心画像光線を、前記ウィンドシールドに入射したときに、前記入射面内で実質的に偏光させるように配向されている、請求項１に記載の光学システム。

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