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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025007153
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/1335 20060101AFI20250109BHJP
G02B 27/28 20060101ALI20250109BHJP
G02B 27/01 20060101ALI20250109BHJP
G02F 1/1347 20060101ALI20250109BHJP
G02F 1/13357 20060101ALI20250109BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20250109BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20250109BHJP
【ＦＩ】
G02F1/1335 510
G02B27/28 Z
G02B27/01
G02F1/1347
G02F1/13357
G02B5/30
G02B5/20 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023108361
(22)【出願日】2023-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】下田 克也
【テーマコード（参考）】
2H148
2H149
2H189
2H199
2H291
2H391
【Ｆターム（参考）】
2H148BD22
2H148BH13
2H149AA01
2H149BA02
2H149BA04
2H149BA23
2H149FD06
2H189AA35
2H189HA06
2H189LA14
2H189LA17
2H189LA20
2H189MA09
2H199AB12
2H199AB42
2H199AB45
2H199AB52
2H199AB62
2H199DA03
2H199DA17
2H199DA20
2H199DA22
2H199DA23
2H199DA42
2H199DA48
2H291FA02Z
2H291FA22X
2H291FA24Z
2H291FA28Z
2H291FA81Z
2H291LA04
2H291MA04
2H391BA01
2H391BA02
2H391BA12
2H391BA28
2H391FA07
(57)【要約】
【課題】映像表示素子の発熱を抑制することができる光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】
光源と、
偏光子と、
映像表示素子と、
検光子と、
を、前記光源から出射される光源光の光路ＯＰ１に対し、この順に備え、
前記映像表示素子が、カラーフィルターと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、前記光路ＯＰ１に対し、この順に備える、光学システム。
【選択図】図２
【解決手段】
光源と、
偏光子と、
映像表示素子と、
検光子と、
を、前記光源から出射される光源光の光路ＯＰ１に対し、この順に備え、
前記映像表示素子が、カラーフィルターと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、前記光路ＯＰ１に対し、この順に備える、光学システム。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源と、
偏光子と、
映像表示素子と、
検光子と、
を、前記光源から出射される光源光の光路ＯＰ１に対し、この順に備え、
前記映像表示素子が、カラーフィルターと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、前記光路ＯＰ１に対し、この順に備える、光学システム。
偏光子と、
映像表示素子と、
検光子と、
を、前記光源から出射される光源光の光路ＯＰ１に対し、この順に備え、
前記映像表示素子が、カラーフィルターと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、前記光路ＯＰ１に対し、この順に備える、光学システム。
【請求項2】
前記検光子が、外光の入射面を有する吸収型偏光板ＡＰ１を備え、
前記映像表示素子及び前記検光子が、前記光路ＯＰ１及び／又は前記外光の光路ＯＰ２に対して、傾斜している、請求項１に記載の光学システム。
前記映像表示素子及び前記検光子が、前記光路ＯＰ１及び／又は前記外光の光路ＯＰ２に対して、傾斜している、請求項１に記載の光学システム。
【請求項3】
前記映像表示素子が、前記液晶層ＬＣ１よりも前記偏光子側に配される液晶層ＬＣ２を更に備え、
前記液晶層ＬＣ２と前記カラーフィルターと前記反射型偏光板ＲＰ１と前記液晶層ＬＣ１とが、前記光路ＯＰ１に対し、この順に配され、
前記液晶層ＬＣ２の画素サイズが、前記液晶層ＬＣ１の画素サイズよりも大きい、請求項１に記載の光学システム。
前記液晶層ＬＣ２と前記カラーフィルターと前記反射型偏光板ＲＰ１と前記液晶層ＬＣ１とが、前記光路ＯＰ１に対し、この順に配され、
前記液晶層ＬＣ２の画素サイズが、前記液晶層ＬＣ１の画素サイズよりも大きい、請求項１に記載の光学システム。
【請求項4】
前記映像表示素子が、前記液晶層ＬＣ２と前記カラーフィルターとの間に、反射型偏光板ＲＰ２を更に備える、請求項３に記載の光学システム。
【請求項5】
前記偏光子が、前記映像表示素子から離隔され、かつ、前記光路ＯＰ１に対して傾斜している、請求項１に記載の光学システム。
【請求項6】
前記偏光子が、反射型偏光板ＲＰ３と、反射型偏光板ＲＰ４と、前記反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４の間に配置される吸収型偏光板ＡＰ２と、を備える、請求項１に記載の光学システム。
【請求項7】
前記吸収型偏光板ＡＰ２が、基材Ｓ１を有し、
前記吸収型偏光板ＡＰ２における前記基材Ｓ１の厚み位相差値ａは、４０ｎｍ以下である、請求項６に記載の光学システム。
前記吸収型偏光板ＡＰ２における前記基材Ｓ１の厚み位相差値ａは、４０ｎｍ以下である、請求項６に記載の光学システム。
【請求項8】
前記反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４が、表面にワイヤグリッド構造を有するワイヤグリッド偏光板である、請求項６に記載の光学システム。
【請求項9】
前記反射型偏光板ＲＰ３の基材の厚み位相差値ｂ１と前記反射型偏光板ＲＰ４の基材の厚み位相差値ｂ２との和が４０ｎｍ以下である、請求項８に記載の光学システム。
【請求項10】
前記光学システムが、前記光源光のうち前記偏光子にて反射される光の照射面を有する内壁を更に備え、
前記照射面の少なくとも一部が、光反射性材料を含む、請求項１に記載の光学システム。
前記照射面の少なくとも一部が、光反射性材料を含む、請求項１に記載の光学システム。
【請求項11】
前記検光子を介して出射される映像光が、車両の運転情報を含む、請求項１に記載の光学システム。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか１項に記載の光学システムを備える、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、光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、車両映像表示装置として、ヘッドアップディスプレイ装置の利用が拡大している。ヘッドアップディスプレイ装置は、車両のダッシュボードに設けられ、映像光を、映写板としてのフロントガラスに投影することにより、運転情報を虚像として表示することができる。
【0003】
ヘッドアップディスプレイ装置の構成については、種々検討されている。例えば、特許文献１においては、所定の構成を具備する映像表示装置をヘッドアップディスプレイ装置として適用することが提案されている。この映像表示装置は、映像表示器を有するものであり、当該映像表示器は、液晶表示パネルと光源とを有し、液晶表示パネルは、液晶セルと、液晶セルの両側に貼着された偏光板（偏光子及び検光子）を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１９／０８２９２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載の映像表示装置によれば、反射鏡として用いる反射型偏光板の偏光反射軸方向を容易に調整できるため、映写板に投影される映像の明るさの均一性を高めることができる点で有利といえる。一方、このような映像表示装置における映像表示器の液晶表示パネルは、外光（典型的には、太陽光）が、映像を表示する光と逆の方向から偏光板に入射した場合、偏光板が光を吸収して発熱する傾向がある。このような発熱を抑制し、映像表示装置としての品質をより高める観点から、特許文献１に記載の技術には依然として改善の余地がある。
【0006】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、映像表示素子の発熱を抑制することができる光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、光学システムにおける各構成部材の配置を工夫することで、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は以下の態様を含む。
［１］
光源と、
偏光子と、
映像表示素子と、
検光子と、
を、前記光源から出射される光源光の光路ＯＰ１に対し、この順に備え、
前記映像表示素子が、カラーフィルターと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、前記光路ＯＰ１に対し、この順に備える、光学システム。
［２］
前記検光子が、外光の入射面を有する吸収型偏光板ＡＰ１を備え、
前記映像表示素子及び前記検光子が、前記光路ＯＰ１及び／又は前記外光の光路ＯＰ２に対して、傾斜している、［１］に記載の光学システム。
［３］
前記映像表示素子が、前記液晶層ＬＣ１よりも前記偏光子側に配される液晶層ＬＣ２を更に備え、
前記液晶層ＬＣ２と前記カラーフィルターと前記反射型偏光板ＲＰ１と前記液晶層ＬＣ１とが、前記光路ＯＰ１に対し、この順に配され、
前記液晶層ＬＣ２の画素サイズが、前記液晶層ＬＣ１の画素サイズよりも大きい、［１］又は［１］に記載の光学システム。
［４］
前記映像表示素子が、前記液晶層ＬＣ２と前記カラーフィルターとの間に、反射型偏光板ＲＰ２を更に備える、［３］に記載の光学システム。
［５］
前記偏光子が、前記映像表示素子から離隔され、かつ、前記光路ＯＰ１に対して傾斜している、［１］～［３］のいずれかに記載の光学システム。
［６］
前記偏光子が、反射型偏光板ＲＰ３と、反射型偏光板ＲＰ４と、前記反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４の間に配置される吸収型偏光板ＡＰ２と、を備える、［１］～［５］のいずれかに記載の光学システム。
［７］
前記吸収型偏光板ＡＰ２が、基材Ｓ１を有し、
前記吸収型偏光板ＡＰ２における前記基材Ｓ１の厚み位相差値ａは、４０ｎｍ以下である、［６］に記載の光学システム。
［８］
前記反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４が、表面にワイヤグリッド構造を有するワイヤグリッド偏光板である、［６］又は［７］に記載の光学システム。
［９］
前記反射型偏光板ＲＰ３の基材の厚み位相差値ｂ１と前記反射型偏光板ＲＰ４の基材の厚み位相差値ｂ２との和が４０ｎｍ以下である、［６］～［８］のいずれかに記載の光学システム。
［１０］
前記光学システムが、前記光源光のうち前記偏光子にて反射される光の照射面を有する内壁を更に備え、
前記照射面の少なくとも一部が、光反射性材料を含む、［１］～［９］のいずれかに記載の光学システム。
［１１］
前記検光子を介して出射される映像光が、車両の運転情報を含む、［１］～［１０］のいずれかに記載の光学システム。
［１２］
［１］～［１１］のいずれかに記載の光学システムを備える、ヘッドアップディスプレイ装置。
［１］
光源と、
偏光子と、
映像表示素子と、
検光子と、
を、前記光源から出射される光源光の光路ＯＰ１に対し、この順に備え、
前記映像表示素子が、カラーフィルターと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、前記光路ＯＰ１に対し、この順に備える、光学システム。
［２］
前記検光子が、外光の入射面を有する吸収型偏光板ＡＰ１を備え、
前記映像表示素子及び前記検光子が、前記光路ＯＰ１及び／又は前記外光の光路ＯＰ２に対して、傾斜している、［１］に記載の光学システム。
［３］
前記映像表示素子が、前記液晶層ＬＣ１よりも前記偏光子側に配される液晶層ＬＣ２を更に備え、
前記液晶層ＬＣ２と前記カラーフィルターと前記反射型偏光板ＲＰ１と前記液晶層ＬＣ１とが、前記光路ＯＰ１に対し、この順に配され、
前記液晶層ＬＣ２の画素サイズが、前記液晶層ＬＣ１の画素サイズよりも大きい、［１］又は［１］に記載の光学システム。
［４］
前記映像表示素子が、前記液晶層ＬＣ２と前記カラーフィルターとの間に、反射型偏光板ＲＰ２を更に備える、［３］に記載の光学システム。
［５］
前記偏光子が、前記映像表示素子から離隔され、かつ、前記光路ＯＰ１に対して傾斜している、［１］～［３］のいずれかに記載の光学システム。
［６］
前記偏光子が、反射型偏光板ＲＰ３と、反射型偏光板ＲＰ４と、前記反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４の間に配置される吸収型偏光板ＡＰ２と、を備える、［１］～［５］のいずれかに記載の光学システム。
［７］
前記吸収型偏光板ＡＰ２が、基材Ｓ１を有し、
前記吸収型偏光板ＡＰ２における前記基材Ｓ１の厚み位相差値ａは、４０ｎｍ以下である、［６］に記載の光学システム。
［８］
前記反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４が、表面にワイヤグリッド構造を有するワイヤグリッド偏光板である、［６］又は［７］に記載の光学システム。
［９］
前記反射型偏光板ＲＰ３の基材の厚み位相差値ｂ１と前記反射型偏光板ＲＰ４の基材の厚み位相差値ｂ２との和が４０ｎｍ以下である、［６］～［８］のいずれかに記載の光学システム。
［１０］
前記光学システムが、前記光源光のうち前記偏光子にて反射される光の照射面を有する内壁を更に備え、
前記照射面の少なくとも一部が、光反射性材料を含む、［１］～［９］のいずれかに記載の光学システム。
［１１］
前記検光子を介して出射される映像光が、車両の運転情報を含む、［１］～［１０］のいずれかに記載の光学システム。
［１２］
［１］～［１１］のいずれかに記載の光学システムを備える、ヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、映像表示素子の発熱を抑制することができる光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】ヘッドアップディスプレイ装置の適用例を示す説明図である。
【図2】光学システムの第１の態様を例示する模式図である。
【図3】光学システムの第２の態様を例示する模式図である。
【図4】光学システムの第３の態様を例示する模式図である。
【図5】光学システムの第４の態様を例示する模式図である。
【図6】光学システムの第５の態様を例示する模式図である。
【図7】光学システムの第５の態様の更なる詳細の一例に係る模式図である。
【図8】吸収型偏光板を有する偏光子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」ともいう。）について詳細に説明する。なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。
【0012】
本実施形態の光学システムは、光源と、偏光子と、映像表示素子と、検光子と、を、前記光源から出射される光源光の光路ＯＰ１に対し、この順に備え、前記映像表示素子が、カラーフィルターと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。本実施形態の光学システムは、このように構成されているため、映像表示素子の発熱を抑制することができる。本実施形態の光学システムは、ヘッドアップディスプレイ装置として好ましく適用することができる。
以下、本実施形態の光学システムをヘッドアップディスプレイ装置として適用する例に基づき、本実施形態の光学システムの各構成を詳述する。
以下、本実施形態の光学システムをヘッドアップディスプレイ装置として適用する例に基づき、本実施形態の光学システムの各構成を詳述する。
【0013】
図１は、本実施形態の光学システムを備えるヘッドアップディスプレイ装置を例示する説明図である。図１に例示するとおり、光学システム１０を備えるヘッドアップディスプレイ装置１は、例えば、車両のダッシュボード２に設けられる。ヘッドアップディスプレイ装置１は、映像光（表示光）３を、映写板としてのフロントガラス４に投影し、運転情報を虚像５として表示することができる。運転者６は、虚像５を、フロントガラス４を通した風景と重畳させて視認することができる。なお、映写板としては、自動車のフロントガラスや、コンバイナと呼ばれる半透過板を挙げることができる。
【0014】
図２は、光学システムの第１の態様に係る一例を示す。
図２に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光源２０から出射される光源光Ｌ１の光路ＯＰ１に対し（すなわち、光源光Ｌ１の光路ＯＰ１に沿って）、この順に備える。図２に例示するように、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。
図２に例示するように、検光子２３は、外光Ｌ２の入射面２３ａを有している。
なお、本実施形態において、反射型偏光板は、入射する可視光のうち、一方の偏光を透過でき、他方の偏光を反射する。本実施形態における反射型偏光板は、入射する可視光の方向、角度によって透過、および、反射する偏光の偏光方向が変化しない固有の偏光軸を有することが好ましい。また、本実施形態において、検光子としては、固有の偏光軸を有した偏光板を用いることが好ましく、特に、他方の偏光を吸収する吸収型偏光板を好ましく採用できる。そのような吸収型偏光板を備える場合、偏光子２１を透過した偏光のうち映像光として不要な光を吸収してカットでき、結果として迷光の発生を防止できる傾向にある。本実施形態において、偏光子と検光子の偏光軸方向としては、例えば、それぞれが直交配置となるようにすることで、映像表示素子で変調された光源光を偏光分離して、映像を生成することができる。図２に例示するように、検光子２３は、平板形状を有し、映像表示素子２２における光源２０と反対側（外側）の面に接着されていてもよい。なお、偏光軸は、反射型偏光板においては偏光透過軸と偏光反射軸を意味し、また、吸収型偏光板においては偏光透過軸と偏光吸収軸を意味する。また、光が入射し透過する方向において、２つの偏光板を重畳させ、互いの偏光透過軸方向が直交となるように配置した場合を、偏光軸方向が直交するという。
図２に例示するように、外光Ｌ２は、入射面２３ａから検光子２３に入射し、検光子２３を通過した後、映像表示素子２２に到達する。ここで、映像表示素子２２においては、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１とが光路ＯＰ１に対してこの順に配されているため（反射型偏光板ＲＰ１がカラーフィルターＣＦよりも外光側に配されているため）、外光Ｌ２の少なくとも一部は、カラーフィルターＣＦに到達する前に、反射型偏光板ＲＰ１で偏光成分として反射される。反射された外光Ｌ２’は、液晶層ＬＣ１と検光子２３とを外光Ｌ２とは逆方向に通過して光学システム１０の系外に導出される。なお、外光Ｌ２がカラーフィルターＣＦに到達する場合は、カラーフィルターＣＦにおいて光が吸収される、すなわち、光エネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、カラーフィルターＣＦが発熱する傾向にある。本実施形態の光学システムにおいては、各構成部材が上記のように配置されているため、外光Ｌ２がカラーフィルターＣＦに到達する前に反射型偏光板ＲＰ１で反射することができ、したがって映像表示素子の発熱（カラーフィルターＣＦにおける発熱）を抑制することができる。
図２に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光源２０から出射される光源光Ｌ１の光路ＯＰ１に対し（すなわち、光源光Ｌ１の光路ＯＰ１に沿って）、この順に備える。図２に例示するように、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。
図２に例示するように、検光子２３は、外光Ｌ２の入射面２３ａを有している。
なお、本実施形態において、反射型偏光板は、入射する可視光のうち、一方の偏光を透過でき、他方の偏光を反射する。本実施形態における反射型偏光板は、入射する可視光の方向、角度によって透過、および、反射する偏光の偏光方向が変化しない固有の偏光軸を有することが好ましい。また、本実施形態において、検光子としては、固有の偏光軸を有した偏光板を用いることが好ましく、特に、他方の偏光を吸収する吸収型偏光板を好ましく採用できる。そのような吸収型偏光板を備える場合、偏光子２１を透過した偏光のうち映像光として不要な光を吸収してカットでき、結果として迷光の発生を防止できる傾向にある。本実施形態において、偏光子と検光子の偏光軸方向としては、例えば、それぞれが直交配置となるようにすることで、映像表示素子で変調された光源光を偏光分離して、映像を生成することができる。図２に例示するように、検光子２３は、平板形状を有し、映像表示素子２２における光源２０と反対側（外側）の面に接着されていてもよい。なお、偏光軸は、反射型偏光板においては偏光透過軸と偏光反射軸を意味し、また、吸収型偏光板においては偏光透過軸と偏光吸収軸を意味する。また、光が入射し透過する方向において、２つの偏光板を重畳させ、互いの偏光透過軸方向が直交となるように配置した場合を、偏光軸方向が直交するという。
図２に例示するように、外光Ｌ２は、入射面２３ａから検光子２３に入射し、検光子２３を通過した後、映像表示素子２２に到達する。ここで、映像表示素子２２においては、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１とが光路ＯＰ１に対してこの順に配されているため（反射型偏光板ＲＰ１がカラーフィルターＣＦよりも外光側に配されているため）、外光Ｌ２の少なくとも一部は、カラーフィルターＣＦに到達する前に、反射型偏光板ＲＰ１で偏光成分として反射される。反射された外光Ｌ２’は、液晶層ＬＣ１と検光子２３とを外光Ｌ２とは逆方向に通過して光学システム１０の系外に導出される。なお、外光Ｌ２がカラーフィルターＣＦに到達する場合は、カラーフィルターＣＦにおいて光が吸収される、すなわち、光エネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、カラーフィルターＣＦが発熱する傾向にある。本実施形態の光学システムにおいては、各構成部材が上記のように配置されているため、外光Ｌ２がカラーフィルターＣＦに到達する前に反射型偏光板ＲＰ１で反射することができ、したがって映像表示素子の発熱（カラーフィルターＣＦにおける発熱）を抑制することができる。
【0015】
なお、図２の例において、光源２０から出射した光源光Ｌ１は、偏光子２１に入射し、光源光Ｌ１の少なくとも一部が偏光子２１を透過し、映像表示素子２２に入射する。次いで、光源光Ｌ１は、映像表示素子２２で変調され、検光子２３で偏光分離され、映像光となる。この映像光は、図１を例にすると、映写板としてのフロントガラス４に投影され、運転情報が虚像５として表示されることとなる。運転者６は、虚像５を、フロントガラス４を通した風景と重畳させて視認することができる。すなわち、本実施形態において、検光子を介して出射される映像光としては、車両の運転情報を含むものとすることができる。
【0016】
上記のとおり、図２に示す例を用いて第１の態様を説明したが、光源２０、偏光子２１、映像表示素子２２（カラーフィルターＣＦ、反射型偏光板ＲＰ１及び液晶層ＬＣ１）並びに検光子２３に係る詳細は同図の内容に限定されず、本実施形態の光学システムは、光源と、偏光子と、映像表示素子と、検光子と、を、光路ＯＰ１に対し、この順に備え、映像表示素子が、カラーフィルターと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える限り、映像表示素子の発熱（カラーフィルターＣＦにおける発熱）を抑制することができる。以降で説明する光学システムの第２の態様～第５の態様についても、第１の態様と同様の構成を備えるものであるから、上述した光学システムの第１の態様と同じく、映像表示素子の発熱（カラーフィルターＣＦにおける発熱）を抑制することができる。
【0017】
図３は、光学システムの第２の態様に係る一例を示す。
図３に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子としての吸収型偏光板ＡＰ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備えていてもよい。
図３に例示するように、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備えていてもよい。図３の例において、吸収型偏光板ＡＰ１は、外光Ｌ２の入射面ＡＰ１ａを有しており、外光Ｌ２は、入射面ＡＰ１ａから吸収型偏光板ＡＰ１に入射し、吸収型偏光板ＡＰ１を通過した後、映像表示素子２２に到達する。ここで、図３に例示するように、光学システム１０においては、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１が、光源光Ｌ１の光路ＯＰ１及び／又は外光Ｌ２の光路ＯＰ２に対して、傾斜していてもよく、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１が、外光Ｌ２の光路ＯＰ２に対して、傾斜していることが好ましい。ここでいう、光路ＯＰ１に対して「傾斜」とは、偏光子２１を経由して映像表示素子２２に到達する光源光Ｌ１の少なくとも一部が、光路ＯＰ１から外れる方向へ偏光反射するように配置されていることを意味する。また、光路ＯＰ２に対して「傾斜」とは、吸収型偏光板ＡＰ１を経由して映像表示素子２２に到達する外光Ｌ２の少なくとも一部が、光路ＯＰ２から外れる方向へ偏光反射するように配置されていることを意味する。すなわち、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１が傾斜している場合、反射型偏光板ＲＰ１で偏光成分として反射された外光Ｌ２’は、映像光の光路外に導出される傾向にあり、結果として、外光Ｌ２’が映像品質に及ぼす影響を低減できる傾向にある。映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１の傾斜角は特に限定されないが、外光Ｌ２の光路ＯＰ２と入射面ＡＰ１ａとがなす角が１～４５度となるように傾斜していてもよい。本実施形態において、反射された外光Ｌ２’を映像光の光路外により導出しやすくする観点から、外光Ｌ２の光路ＯＰ２と入射面ＡＰ１ａとがなす角が３～３５度となるように傾斜していることが好ましい。
上記のように、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１が傾斜している場合、映像表示素子２２に固有の視野角依存性に起因する光学特性への影響を考慮して光学システム１０を設計することが好ましい。その一例として、本実施形態においては、光学システム１０が光学補償板ＣＰを更に備えるものであってもよい。光学補償板ＣＰは、光学特性の低下を抑制する機能を有するものであり、種々公知のものを採用することができる。より具体的には、光学補償板ＣＰとして、例えば、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の異方性を持つ樹脂の延伸品又はコレステリック液晶の積層品等を採用することができる。本実施形態において、光学補償板ＣＰは、光路ＯＰ１上の任意の位置に配置することができるが、設計上、図３に例示するように、映像表示素子２２の偏光子２１側に配置することが好ましい。また、映像表示素子２２の偏光子２１側に光学補償板ＣＰが配置される場合、光学補償板ＣＰと偏光子２１との間に、吸収型偏光板ＡＰ’が配置されていてもよい。
もっとも、図２に例示するように、本実施形態において、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１は、外光Ｌ２の光路ＯＰ２に対して、傾斜していなくてもよい。この場合、映像表示素子２２に固有の視野角依存性に起因する光学特性の変動が生じにくくなる。
図３に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子としての吸収型偏光板ＡＰ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備えていてもよい。
図３に例示するように、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備えていてもよい。図３の例において、吸収型偏光板ＡＰ１は、外光Ｌ２の入射面ＡＰ１ａを有しており、外光Ｌ２は、入射面ＡＰ１ａから吸収型偏光板ＡＰ１に入射し、吸収型偏光板ＡＰ１を通過した後、映像表示素子２２に到達する。ここで、図３に例示するように、光学システム１０においては、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１が、光源光Ｌ１の光路ＯＰ１及び／又は外光Ｌ２の光路ＯＰ２に対して、傾斜していてもよく、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１が、外光Ｌ２の光路ＯＰ２に対して、傾斜していることが好ましい。ここでいう、光路ＯＰ１に対して「傾斜」とは、偏光子２１を経由して映像表示素子２２に到達する光源光Ｌ１の少なくとも一部が、光路ＯＰ１から外れる方向へ偏光反射するように配置されていることを意味する。また、光路ＯＰ２に対して「傾斜」とは、吸収型偏光板ＡＰ１を経由して映像表示素子２２に到達する外光Ｌ２の少なくとも一部が、光路ＯＰ２から外れる方向へ偏光反射するように配置されていることを意味する。すなわち、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１が傾斜している場合、反射型偏光板ＲＰ１で偏光成分として反射された外光Ｌ２’は、映像光の光路外に導出される傾向にあり、結果として、外光Ｌ２’が映像品質に及ぼす影響を低減できる傾向にある。映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１の傾斜角は特に限定されないが、外光Ｌ２の光路ＯＰ２と入射面ＡＰ１ａとがなす角が１～４５度となるように傾斜していてもよい。本実施形態において、反射された外光Ｌ２’を映像光の光路外により導出しやすくする観点から、外光Ｌ２の光路ＯＰ２と入射面ＡＰ１ａとがなす角が３～３５度となるように傾斜していることが好ましい。
上記のように、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１が傾斜している場合、映像表示素子２２に固有の視野角依存性に起因する光学特性への影響を考慮して光学システム１０を設計することが好ましい。その一例として、本実施形態においては、光学システム１０が光学補償板ＣＰを更に備えるものであってもよい。光学補償板ＣＰは、光学特性の低下を抑制する機能を有するものであり、種々公知のものを採用することができる。より具体的には、光学補償板ＣＰとして、例えば、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の異方性を持つ樹脂の延伸品又はコレステリック液晶の積層品等を採用することができる。本実施形態において、光学補償板ＣＰは、光路ＯＰ１上の任意の位置に配置することができるが、設計上、図３に例示するように、映像表示素子２２の偏光子２１側に配置することが好ましい。また、映像表示素子２２の偏光子２１側に光学補償板ＣＰが配置される場合、光学補償板ＣＰと偏光子２１との間に、吸収型偏光板ＡＰ’が配置されていてもよい。
もっとも、図２に例示するように、本実施形態において、映像表示素子２２及び吸収型偏光板ＡＰ１は、外光Ｌ２の光路ＯＰ２に対して、傾斜していなくてもよい。この場合、映像表示素子２２に固有の視野角依存性に起因する光学特性の変動が生じにくくなる。
【0018】
図４は、光学システムの第３の態様に係る一例を示す。
図４に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。図４に例示するように、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備え、かつ、液晶層ＬＣ１よりも偏光子２１側に配される液晶層ＬＣ２を更に備えていてもよい。すなわち、液晶層ＬＣ２とカラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とが、光路ＯＰ１に対し、この順に配されていてもよい。図４の例において、検光子２３は、外光Ｌ２の入射面２３ａを有しており、外光Ｌ２は、入射面２３ａから検光子２３に入射し、検光子２３を通過した後、映像表示素子２２に到達する。ここで、液晶層ＬＣ２の画素サイズは、液晶層ＬＣ１の画素サイズよりも大きいことが好ましい。この場合、液晶層ＬＣ２は、映像表示領域と映像非表示領域とのスイッチングを行う役割を担い、液晶層ＬＣ１は、映像を作る役割を担うものとして、各々、機能させることができるため、映像品位（コントラスト比）が向上する結果、映像表示素子２２は、より高品位の映像を作成できる傾向にある。
図４に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。図４に例示するように、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備え、かつ、液晶層ＬＣ１よりも偏光子２１側に配される液晶層ＬＣ２を更に備えていてもよい。すなわち、液晶層ＬＣ２とカラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とが、光路ＯＰ１に対し、この順に配されていてもよい。図４の例において、検光子２３は、外光Ｌ２の入射面２３ａを有しており、外光Ｌ２は、入射面２３ａから検光子２３に入射し、検光子２３を通過した後、映像表示素子２２に到達する。ここで、液晶層ＬＣ２の画素サイズは、液晶層ＬＣ１の画素サイズよりも大きいことが好ましい。この場合、液晶層ＬＣ２は、映像表示領域と映像非表示領域とのスイッチングを行う役割を担い、液晶層ＬＣ１は、映像を作る役割を担うものとして、各々、機能させることができるため、映像品位（コントラスト比）が向上する結果、映像表示素子２２は、より高品位の映像を作成できる傾向にある。
【0019】
図５は、光学システムの第４の態様に係る一例を示す。
図５に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。図５に例示するように、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備え、かつ、液晶層ＬＣ１よりも偏光子２１側に配される液晶層ＬＣ２を更に備え、かつ、液晶層ＬＣ２とカラーフィルターＣＦとの間に、反射型偏光板ＲＰ２を更に備えていてもよい。すなわち、液晶層ＬＣ２と反射型偏光板ＲＰ２とカラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とが、光路ＯＰ１に対し、この順に配されていてもよい。
図５の例において、検光子２３は、外光Ｌ２の入射面２３ａを有しており、外光Ｌ２は、入射面２３ａから検光子２３に入射し、検光子２３を通過した後、映像表示素子２２に到達する。ここで、液晶層ＬＣ２の画素サイズは、液晶層ＬＣ１の画素サイズよりも大きいことが好ましい。この場合、液晶層ＬＣ２は、映像表示領域と映像非表示領域とのスイッチングを行う役割を担い、液晶層ＬＣ１は、映像を作る役割を担うものとして、各々、機能させることができるため、映像品位（コントラスト比）が向上する結果、映像表示素子２２は、より高品位の映像を作成できる傾向にある。加えて、液晶層ＬＣ２とカラーフィルターＣＦとの間に、反射型偏光板ＲＰ２が配されている場合、液晶層ＬＣ２を透過した映像非表示領域の不要な光源光Ｌ１を、反射型偏光板ＲＰ２で反射させ、偏光子２１で更に反射させて系外に導出することができる。反射型偏光板ＲＰ２で反射された光は、系外への導出及び偏光子（吸収型偏光子）による吸収の少なくとも一方により、迷光になることが抑制される傾向にあり、映像品位が低下することが更に抑制される傾向にある。また、光源光Ｌ１は、液晶層ＬＣ１の映像非表示領域へは到達し難くなり、それによって不要な発熱が更に抑制される傾向にある。
図５の例において、反射型偏光板ＲＰ２の偏光軸方向は、偏光子２１の偏光軸方向と平行であることが好ましい。
また、図５の例において図示しない吸収型偏光板を、反射型偏光板ＲＰ２の液晶層ＬＣ１側に備えることもでき、そのような吸収型偏光板としては、迷光を防止できる程度の比較的低い偏光分離性のものを用いることもできる。
図５に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。図５に例示するように、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備え、かつ、液晶層ＬＣ１よりも偏光子２１側に配される液晶層ＬＣ２を更に備え、かつ、液晶層ＬＣ２とカラーフィルターＣＦとの間に、反射型偏光板ＲＰ２を更に備えていてもよい。すなわち、液晶層ＬＣ２と反射型偏光板ＲＰ２とカラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とが、光路ＯＰ１に対し、この順に配されていてもよい。
図５の例において、検光子２３は、外光Ｌ２の入射面２３ａを有しており、外光Ｌ２は、入射面２３ａから検光子２３に入射し、検光子２３を通過した後、映像表示素子２２に到達する。ここで、液晶層ＬＣ２の画素サイズは、液晶層ＬＣ１の画素サイズよりも大きいことが好ましい。この場合、液晶層ＬＣ２は、映像表示領域と映像非表示領域とのスイッチングを行う役割を担い、液晶層ＬＣ１は、映像を作る役割を担うものとして、各々、機能させることができるため、映像品位（コントラスト比）が向上する結果、映像表示素子２２は、より高品位の映像を作成できる傾向にある。加えて、液晶層ＬＣ２とカラーフィルターＣＦとの間に、反射型偏光板ＲＰ２が配されている場合、液晶層ＬＣ２を透過した映像非表示領域の不要な光源光Ｌ１を、反射型偏光板ＲＰ２で反射させ、偏光子２１で更に反射させて系外に導出することができる。反射型偏光板ＲＰ２で反射された光は、系外への導出及び偏光子（吸収型偏光子）による吸収の少なくとも一方により、迷光になることが抑制される傾向にあり、映像品位が低下することが更に抑制される傾向にある。また、光源光Ｌ１は、液晶層ＬＣ１の映像非表示領域へは到達し難くなり、それによって不要な発熱が更に抑制される傾向にある。
図５の例において、反射型偏光板ＲＰ２の偏光軸方向は、偏光子２１の偏光軸方向と平行であることが好ましい。
また、図５の例において図示しない吸収型偏光板を、反射型偏光板ＲＰ２の液晶層ＬＣ１側に備えることもでき、そのような吸収型偏光板としては、迷光を防止できる程度の比較的低い偏光分離性のものを用いることもできる。
【0020】
図６は、光学システムの第５の態様に係る一例を示す。
図６に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備え、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。また、図６に例示するように、偏光子２１は、映像表示素子２２から離隔され、かつ、光路ＯＰ１に対して傾斜していてもよい。ここでいう「傾斜」とは、光源光Ｌ１の少なくとも一部が、光路ＯＰ１から外れる方向へ偏光反射するように配置されていることを意味する。すなわち、偏光子２１が傾斜している場合、偏光子２１で偏光成分として反射された光源光Ｌ１’は、映像光の光路外に導出される傾向にあり、結果として、外光Ｌ１’が映像品質に及ぼす影響を低減できる傾向にある。偏光子２１の傾斜角は特に限定されないが、光源光Ｌ１の光路ＯＰ１と偏光子２１への光源光Ｌ１の入射面とがなす角が４５度となるように傾斜していてもよい。
図６に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備え、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。また、図６に例示するように、偏光子２１は、映像表示素子２２から離隔され、かつ、光路ＯＰ１に対して傾斜していてもよい。ここでいう「傾斜」とは、光源光Ｌ１の少なくとも一部が、光路ＯＰ１から外れる方向へ偏光反射するように配置されていることを意味する。すなわち、偏光子２１が傾斜している場合、偏光子２１で偏光成分として反射された光源光Ｌ１’は、映像光の光路外に導出される傾向にあり、結果として、外光Ｌ１’が映像品質に及ぼす影響を低減できる傾向にある。偏光子２１の傾斜角は特に限定されないが、光源光Ｌ１の光路ＯＰ１と偏光子２１への光源光Ｌ１の入射面とがなす角が４５度となるように傾斜していてもよい。
【0021】
図７は、光学システムの第５の態様の更なる詳細に係る一例を示す。
図７に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。すなわち、図７の例において、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３は、一方向（図７の上下方向Ｙ）の直線上に配置されている。なお、図７の例においては図示していないが、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備えるものである。
図７に例示するように、光学システム１０は、任意構成として、第１の壁面２４、第２の壁面２５及び第３の壁面２６を有していてもよい。
図７に例示するように、偏光子２１は、全体が板形状を有していてもよい。図７に例示するように、偏光子２１は、映像表示素子２２と離隔され、光源２０から入射する光源光Ｌ１に対して傾斜し、かつ、検光子２３を経由して映像表示素子２２を通って入射する外光Ｌ２の少なくとも一部を反射するように配置されていてもよい。図７の例において、偏光子２１は、一方（図７の水平方向Ｘの第１の方向Ｘ１）の端部２１ａが映像表示素子２２に近づき、他方（図７の水平方向Ｘの第２の方向Ｘ２）の端部２１ｂが光源２０に近づくように傾斜している。図７の例においても、偏光子２１の傾斜角は特に限定されないが、図７の水平方向Ｘに対し４５度傾斜していてもよい。偏光のうち、Ｐ波を透過するように偏光透過軸方向を調整することが好ましいが、表示する映像の偏光状態等を考慮して適宜決定することができ、これに限定されない。
図７に例示するように、光学システム１０は、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備える。すなわち、図７の例において、光源２０と、偏光子２１と、映像表示素子２２と、検光子２３は、一方向（図７の上下方向Ｙ）の直線上に配置されている。なお、図７の例においては図示していないが、映像表示素子２２は、カラーフィルターＣＦと反射型偏光板ＲＰ１と液晶層ＬＣ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備えるものである。
図７に例示するように、光学システム１０は、任意構成として、第１の壁面２４、第２の壁面２５及び第３の壁面２６を有していてもよい。
図７に例示するように、偏光子２１は、全体が板形状を有していてもよい。図７に例示するように、偏光子２１は、映像表示素子２２と離隔され、光源２０から入射する光源光Ｌ１に対して傾斜し、かつ、検光子２３を経由して映像表示素子２２を通って入射する外光Ｌ２の少なくとも一部を反射するように配置されていてもよい。図７の例において、偏光子２１は、一方（図７の水平方向Ｘの第１の方向Ｘ１）の端部２１ａが映像表示素子２２に近づき、他方（図７の水平方向Ｘの第２の方向Ｘ２）の端部２１ｂが光源２０に近づくように傾斜している。図７の例においても、偏光子２１の傾斜角は特に限定されないが、図７の水平方向Ｘに対し４５度傾斜していてもよい。偏光のうち、Ｐ波を透過するように偏光透過軸方向を調整することが好ましいが、表示する映像の偏光状態等を考慮して適宜決定することができ、これに限定されない。
【0022】
図７に例示するように、偏光子２１は、２枚の反射型偏光板を重畳したものであってもよい。図７の例における偏光子２１は、映像表示素子２２側に配される反射型偏光板ＲＰ３と光源２０側に配される反射型偏光板ＲＰ４とを備える。
偏光子２１における反射型偏光板ＲＰ４で反射した一部の光源光Ｌ１は、第２の壁面２５に入射して反射し、反射型偏光板ＲＰ４で再度反射し、第１の壁面２４で反射する。この一部の光源光Ｌ１は、偏光子２１を通過し、映像表示素子２２及び検光子２３を通過し映像光となる。
一方で、外光Ｌ２の少なくとも一部は、検光子２３と映像表示素子２２とを通過して偏光子２１に入射する場合がある。反射型偏光板ＲＰ３は、そのような外光Ｌ２の少なくとも一部を偏光反射することができる。そのように反射された外光Ｌ２は、第３の壁面２６に入射し、吸収或いは拡散されるように光学システム１０を構成することができる。
偏光子２１における反射型偏光板ＲＰ４で反射した一部の光源光Ｌ１は、第２の壁面２５に入射して反射し、反射型偏光板ＲＰ４で再度反射し、第１の壁面２４で反射する。この一部の光源光Ｌ１は、偏光子２１を通過し、映像表示素子２２及び検光子２３を通過し映像光となる。
一方で、外光Ｌ２の少なくとも一部は、検光子２３と映像表示素子２２とを通過して偏光子２１に入射する場合がある。反射型偏光板ＲＰ３は、そのような外光Ｌ２の少なくとも一部を偏光反射することができる。そのように反射された外光Ｌ２は、第３の壁面２６に入射し、吸収或いは拡散されるように光学システム１０を構成することができる。
【0023】
図７の例における第１の壁面２４、第２の壁面２５、及び第３の壁面２６は、同図の紙面上で、偏光子２１の周囲にコの字状に配置されている。なお、図７の例において図示していないが、同図の紙面手前、また、奥に遮光する壁を適宜設けることができ、これによって迷光を防止することもできるが、これらはいずれも任意の設計事項である。
【0024】
図７に例示するように、第１の壁面２４は、偏光子２１の光源２０側（図７の偏光子２１の下側）の位置で、光源２０の周囲に配置することができる。第１の壁面２４は、例えば、映像表示素子２２と平行であり、上方に向けられていてもよい。
図７に例示するように、第２の壁面２５は、偏光子２１の端部２１ａ側（図７の偏光子２１の水平方向Ｘの第１の方向Ｘ１）に配置することができる。第２の壁面２５は、偏光子２１側（第２の方向Ｘ２）に向けられていてもよい。
図７に例示するように、第２の壁面２５は、偏光子２１の端部２１ａ側（図７の偏光子２１の水平方向Ｘの第１の方向Ｘ１）に配置することができる。第２の壁面２５は、偏光子２１側（第２の方向Ｘ２）に向けられていてもよい。
【0025】
図７に例示するように、第１の壁面２４と第２の壁面２５は、偏光子２１に反射した光源光Ｌ１が入射する壁面とすることができる。第１の壁面２４と第２の壁面２５は、一部又は全部が光反射性材料により形成されていてもよい。第１の壁面２４と第２の壁面２５は、例えば、鏡面であってもよい。本実施形態において、鏡面は、偏光状態を変えずに反射できるものを意味する。かかる構成を有する場合、例えば、第２の壁面２５で反射した光源光Ｌ１を、偏光子２１や映像表示素子２２に戻して再利用することもでき、光の利用効率が向上する傾向にある。
【0026】
図７に例示するように、第３の壁面２６は、偏光子２１の端部２１ｂ側（図７の偏光子２１の水平方向Ｘの第２の方向Ｘ２）に配置することができる。第３の壁面２６は、偏光子２１側（第１の方向Ｘ１）に向けられていてもよい。第３の壁面２６は、偏光子２１に反射した外光Ｌ２が入射する壁面であって、その一部又は全部が、光吸収性材料若しくは拡散反射可能な構造を有する部材により形成されていてもよい。光吸収性材料は、例えば黒色材料である。拡散反射可能な構造を有する部材は、例えば、表面が粗い壁である。かかる構成を有する場合、例えば、第３の壁面２６に反射された外光Ｌ２が再反射して迷光になることを防止できる傾向にある。
【0027】
図７に例示するように、光源２０から出射する光源光Ｌ１の多くが直接偏光子２１へ入射するように光源２０を配置したり、第１の壁面２４に照射し反射した光源光Ｌ１を偏光子２１に入射させるように光源２０を配置したりすることもできる。本実施形態における光源としては、特に限定されず、例えば、白色発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）等を採用することができる。光源は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、青色、緑色、赤色の発光ダイオードを複数配置して光源光Ｌ１を合成したり、白色の発光ダイオードを複数配置してエリア毎の明暗を制御したりすることもできる。
【0028】
本実施形態における反射型偏光板は、固有の偏光（反射）軸を有し、可視光から赤外光の波長の光を偏光分離可能なワイヤグリッド偏光板（ワイヤグリッド構造を有する反射型偏光板）とすることができる。
本実施形態において、ワイヤグリッド構造とは、所定の方向に延在する金属細線を整列させたものを意味する。金属細線の周期を、偏光分離を所望する光の波長の１／３、１／４程度以下とすることで、金属細線と平行の偏光を反射し、直交方向の偏光を透過するといった偏光分離が可能となる。４００ｎｍから７００ｎｍの可視光を偏光分離するためにはワイヤグリッド構造の金属細線の周期（ピッチ）を１００ｎｍから１４０ｎｍとすることが好ましい。これにより、赤外光を含む広帯域の外光を適切に偏光分離することができる。また、細線を形成する金属をアルミニウムとすることにより広帯域で偏光反射性を有することになり、偏光子における外光や光源光の反射を多く吸収を少なくすることができ、この結果、光学システム内における熱の発生を更に抑制することができる。なお、基材表面に所望する方向へ延びるナノサイズの凹凸構造を設け、周期性のある前記凹凸構造の凸部の一方側面に金属を成膜することで、ワイヤグリッド構造とすることが可能である。この場合、凹凸構造が延びる方向に対する断面において、基材表面の凸部の一方側面に金属（金属細線）が形成されているため、非対称形となる。偏光子に対して光が傾斜して入光し、Ｐ波を偏光透過させる場合は、凸部の金属（金属細線）が形成されていない他方側面側へ入光、または、当該側面側から透過した偏光が出射するように配置することが好ましい。
本実施形態において、ワイヤグリッド構造とは、所定の方向に延在する金属細線を整列させたものを意味する。金属細線の周期を、偏光分離を所望する光の波長の１／３、１／４程度以下とすることで、金属細線と平行の偏光を反射し、直交方向の偏光を透過するといった偏光分離が可能となる。４００ｎｍから７００ｎｍの可視光を偏光分離するためにはワイヤグリッド構造の金属細線の周期（ピッチ）を１００ｎｍから１４０ｎｍとすることが好ましい。これにより、赤外光を含む広帯域の外光を適切に偏光分離することができる。また、細線を形成する金属をアルミニウムとすることにより広帯域で偏光反射性を有することになり、偏光子における外光や光源光の反射を多く吸収を少なくすることができ、この結果、光学システム内における熱の発生を更に抑制することができる。なお、基材表面に所望する方向へ延びるナノサイズの凹凸構造を設け、周期性のある前記凹凸構造の凸部の一方側面に金属を成膜することで、ワイヤグリッド構造とすることが可能である。この場合、凹凸構造が延びる方向に対する断面において、基材表面の凸部の一方側面に金属（金属細線）が形成されているため、非対称形となる。偏光子に対して光が傾斜して入光し、Ｐ波を偏光透過させる場合は、凸部の金属（金属細線）が形成されていない他方側面側へ入光、または、当該側面側から透過した偏光が出射するように配置することが好ましい。
【0029】
図７に例示するように、反射型偏光板ＲＰ３は、基材４０ａと、基材４０ａの表面に形成されたワイヤグリッド構造４１ａとを有していてもよい。図７に例示するように、反射型偏光板ＲＰ４は、基材４０ｂと、基材４０ｂの表面に形成されたワイヤグリッド構造４１ｂとを有していてもよい。図７に例示するように、反射型偏光板ＲＰ３と反射型偏光板ＲＰ４は、ワイヤグリッド構造４１ａ及びワイヤグリッド構造４１ｂが外側に位置し、基材４０ａ及び基材４０ｂが内側に位置するように互いに重ねて接合されている。反射型偏光板ＲＰ３と反射型偏光板ＲＰ４は、例えば、粘着材等により接合することができる。このように、本実施形態においては、反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４が、表面にワイヤグリッド構造を有するワイヤグリッド偏光板であることが好ましい。
【0030】
図７の例において、反射型偏光板ＲＰ３の基材４０ａの厚み位相差値ｂ１と前記反射型偏光板ＲＰ４の基材４０ｂの厚み位相差値ｂ２との和は、例えば、４０ｎｍ以下とすることができる。
ここで、厚み位相差値Ｒｔｈは、位相差値の測定機器（王子計測機器社製偏光解析装置ＫＯＢＲＡ－ＷＲ）を用いて測定することができる。また、厚み位相差値Ｒｔｈの測定を行うための基材の屈折率の情報は、屈折率測定装置（メトリコン社製、レーザー屈折率測定モデル２０１０）を用いて、波長５３２ｎｍ、６３３ｎｍ及び８２４ｎｍの屈折率の測定結果からコーシーの分散式を利用して屈折率の波長分散図を求め、その波長分散図から波長５５０ｎｍの屈折率を求めることができる。
ここで、厚み位相差値Ｒｔｈは、位相差値の測定機器（王子計測機器社製偏光解析装置ＫＯＢＲＡ－ＷＲ）を用いて測定することができる。また、厚み位相差値Ｒｔｈの測定を行うための基材の屈折率の情報は、屈折率測定装置（メトリコン社製、レーザー屈折率測定モデル２０１０）を用いて、波長５３２ｎｍ、６３３ｎｍ及び８２４ｎｍの屈折率の測定結果からコーシーの分散式を利用して屈折率の波長分散図を求め、その波長分散図から波長５５０ｎｍの屈折率を求めることができる。
【0031】
図７に例示するように、偏光子２１が、２枚のワイヤグリッド偏光板（反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４）を備え、光源２０から入射する光源光Ｌ１に対し傾斜している場合、基材４０の厚み方向位相差値Ｒｔｈの影響を受けて、透過光（量）の面内不均一が発生する傾向がある。偏光子２１の両表面に偏光分離層となるワイヤグリッド構造があり、その基材を透過する光の偏光状態が変化するためである。ここで、基材４０ａの厚み位相差値ｂ１と前記反射型偏光板ＲＰ４の基材４０ｂの厚み位相差値ｂ２との和を４０ｎｍ以下とする場合、厚み方向位相差値Ｒｔｈの影響を抑制して、偏光子２１を透過する偏光の状態を適切に維持でき、かつ、透過光（量）の均一性を確保できる傾向にある。なお、反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４は、相互に複屈折率が異なる複屈折性フィルムを積層した積層体フィルム等であってもよい。
【0032】
【0033】
図８は、光学システムにおける偏光子の一態様を例示する。
図８に例示するように、偏光子２１は、反射型偏光板ＲＰ３と、反射型偏光板ＲＰ４と、反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４の間に配置される吸収型偏光板ＡＰ２と、を備えていてもよい。このように、偏光子２１において、反射型偏光板ＲＰ３と反射型偏光板ＲＰ４の間に吸収型偏光板ＡＰ２が配される場合、光源光Ｌ１が偏光子２１を透過する際に、反射型偏光板ＲＰ３と反射型偏光板ＲＰ４の間で反射する迷光を抑制できる傾向にある。
図８に例示するように、反射型偏光板ＲＰ３と反射型偏光板ＲＰ４の間に、芯材としてのガラス基板６０が設けられてもよい。ガラス基板６０を設ける場合、熱伝導による放熱が可能となり、また、熱や衝撃による偏光子２１の変形等が防止される傾向にある。
図８の例においては、光源２０から映像表示素子２２に向けて、反射型偏光板３０、ガラス基板６０、基材８１、吸収型偏光層８０、基材８２、反射型偏光板３０の順番で配置されている。ここで、ガラス基板６０と吸収型偏光板ＡＰ２は、粘着材により接合することができる。同様に、吸収型偏光板ＡＰ２と反射型偏光板３０も、粘着材により接合することができる。なお、粘着材としては、ガラス転移点が０度以下で、室温では軟質で配向しない粘着性のある材料が好ましく、例えば、アクリル系粘着材、シリコーン系粘着材等を適宜使用できる。
図８に例示するように、偏光子２１は、反射型偏光板ＲＰ３と、反射型偏光板ＲＰ４と、反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４の間に配置される吸収型偏光板ＡＰ２と、を備えていてもよい。このように、偏光子２１において、反射型偏光板ＲＰ３と反射型偏光板ＲＰ４の間に吸収型偏光板ＡＰ２が配される場合、光源光Ｌ１が偏光子２１を透過する際に、反射型偏光板ＲＰ３と反射型偏光板ＲＰ４の間で反射する迷光を抑制できる傾向にある。
図８に例示するように、反射型偏光板ＲＰ３と反射型偏光板ＲＰ４の間に、芯材としてのガラス基板６０が設けられてもよい。ガラス基板６０を設ける場合、熱伝導による放熱が可能となり、また、熱や衝撃による偏光子２１の変形等が防止される傾向にある。
図８の例においては、光源２０から映像表示素子２２に向けて、反射型偏光板３０、ガラス基板６０、基材８１、吸収型偏光層８０、基材８２、反射型偏光板３０の順番で配置されている。ここで、ガラス基板６０と吸収型偏光板ＡＰ２は、粘着材により接合することができる。同様に、吸収型偏光板ＡＰ２と反射型偏光板３０も、粘着材により接合することができる。なお、粘着材としては、ガラス転移点が０度以下で、室温では軟質で配向しない粘着性のある材料が好ましく、例えば、アクリル系粘着材、シリコーン系粘着材等を適宜使用できる。
【0034】
図８に例示するように、吸収型偏光板ＡＰ２は、吸収型偏光層８０と、吸収型偏光層８０の両面に設けられた２枚の基材（基材８１及び基材８２）を有していてもよい。吸収型偏光層８０としては、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコールに二色性染料又はヨウ素を含侵して延伸した層等が挙げられる。基材８１及び基材８２としては、吸収型偏光層８０の両面を保護するものであり、特に限定されないが、例えば、トリアセチルセルロースからなるフィルム等が挙げられる。
吸収型偏光板ＡＰ２の基材の厚み位相差値Ｒｔｈは４０ｎｍ以下とすることができる。この場合、偏光子２１の透過率の低下（不均一）を抑制できる傾向にある。なお、図８に例示するように、吸収型偏光板ＡＰ２が、２枚の基材（基材８１及び基材８２）を有する場合、基材８１及び基材８２の厚み位相差値Ｒｔｈの和が、４０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、吸収型偏光板７０の基材が一枚の場合（「基材Ｓ１」とする）、基材Ｓ１自体の厚み位相差値ａが４０ｎｍ以下であることが好ましい。
吸収型偏光板ＡＰ２の基材の厚み位相差値Ｒｔｈは４０ｎｍ以下とすることができる。この場合、偏光子２１の透過率の低下（不均一）を抑制できる傾向にある。なお、図８に例示するように、吸収型偏光板ＡＰ２が、２枚の基材（基材８１及び基材８２）を有する場合、基材８１及び基材８２の厚み位相差値Ｒｔｈの和が、４０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、吸収型偏光板７０の基材が一枚の場合（「基材Ｓ１」とする）、基材Ｓ１自体の厚み位相差値ａが４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【0035】
なお、図７及び図８においては、各々、反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４が表面にワイヤグリッド構造を有する態様の一例を挙げたが、本実施形態においては、ワイヤグリッド構造を有さない反射型偏光板を適用することもできる。また、図７及び図８においては、各々、偏光子２１が２枚の反射型偏光板（反射型偏光板ＲＰ３及び反射型偏光板ＲＰ４）を有する態様の一例を挙げたが、本実施形態においては、１枚の反射型偏光板を有するものであってもよい。
【0036】
以下、本実施形態の光学システムの更なる任意構成について説明する。
【0037】
【0038】
とりわけ、図２～図６の例示において、偏光子２１が図８に例示する構成を備えないものである場合、光学システム１０は、図２～図６において図示しない、反射型偏光板ＲＰ’を更に備えるものであってもよい。この場合の反射型偏光板ＲＰ’の配置としては、光学システム１０が機能する限り特に限定されないが、例えば、反射型偏光板ＲＰ’が光源２０と偏光子２１との間に配されていてもよい。なお、反射型偏光板ＲＰ’は、隣接する構成部材と接触していてもよいし、接触していなくてもよい。反射型偏光板ＲＰ’の具体的な配置例としては、以下に限定されないが、光学システム１０が、光源２０と、反射型偏光板ＲＰ’と、偏光子２１と、光学補償板ＣＰと、カラーフィルターＣＦと、反射型偏光板ＲＰ１と、液晶層ＬＣ１と、吸収型偏光板ＡＰ１とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備えるもの等が挙げられる。
【0039】
図２～図８の例示において（図２～図６の例示については偏光子２１が図８に例示する構成を備えるか否かにかかわらず）、光学システム１０は、各図において図示しない反射型偏光板であって、反射型偏光板ＲＰ’とは別体の反射型偏光板ＲＰ’’を更に備えるものであってもよい。この場合の反射型偏光板ＲＰ’’の配置としては、光学システム１０が機能する限り特に限定されないが、例えば、光学システム１０の内部と外部とを分画する部材（例えば、光路ＯＰ１上の外光側に配置され得るダストカバー等）との関係で決定することができる。なお、例えば、反射型偏光板ＲＰ’’は、ダストカバーと吸収型偏光板ＡＰ１（検光子２３）との間に配してもよい。反射型偏光板ＲＰ’’は、各々、隣接する構成部材と接触していてもよいし、接触していなくてもよい。反射型偏光板ＲＰ’’の具体的な配置例としては、以下に限定されないが、光学システム１０が、光源２０と、偏光子２１と、光学補償板ＣＰと、カラーフィルターＣＦと、反射型偏光板ＲＰ１と、液晶層ＬＣ１と、吸収型偏光板ＡＰ１と、反射型偏光板ＲＰ’’とを、光路ＯＰ１に対し、この順に備えるもの等が挙げられる。かかる配置例において、反射型偏光板ＲＰ’’の偏光透過軸とこれに隣接する吸収型偏光板ＡＰ１の偏光透過軸とを同一とすることができる。
【0040】
本実施形態において、光学システム１０は、光学システムとして機能する限り、上述した反射型偏光板ＲＰ’及び反射型偏光板ＲＰ’’の双方を備えるものであってもよく、一方のみを備えるものであってもよい。
【0041】
本実施形態の光学システムは、ヘッドアップディスプレイ装置として好ましく適用できる。すなわち、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は、本実施形態の光学システムを備えることができる。もっとも、本実施形態の光学システム及びヘッドアップディスプレイ装置は、車両以外にも適用できる。
【0042】
以上、添付図面を参照しながら本実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。例えば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明は、映像表示素子が高温になることを抑制することができる光学システムを提供する際に有用である。
【符号の説明】
【0044】
１ ヘッドアップディスプレイ装置
１０ 光学システム
２０ 光源
２１ 偏光子
２２ 映像表示素子
２３ 検光子
ＣＦ カラーフィルター
Ｌ１ 光源光
Ｌ２ 外光
ＬＣ１ 液晶層
ＬＣ２ 液晶層
ＲＰ１ 反射型偏光板
ＲＰ２ 反射型偏光板
ＲＰ３ 反射型偏光板
ＲＰ４ 反射型偏光板
１０ 光学システム
２０ 光源
２１ 偏光子
２２ 映像表示素子
２３ 検光子
ＣＦ カラーフィルター
Ｌ１ 光源光
Ｌ２ 外光
ＬＣ１ 液晶層
ＬＣ２ 液晶層
ＲＰ１ 反射型偏光板
ＲＰ２ 反射型偏光板
ＲＰ３ 反射型偏光板
ＲＰ４ 反射型偏光板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】