特開 2024-36868 画像投影装置

(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】P2024036868

(43)【公開日】2024-03-18

(54)【発明の名称】画像投影装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20240311BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022141396

(22)【出願日】2022-09-06

(71)【出願人】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001667

【氏名又は名称】弁理士法人プロウィン

(72)【発明者】

【氏名】濱田 由莉

(72)【発明者】

【氏名】村上 一臣

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199DA03

2H199DA15

2H199DA18

2H199DA29

2H199DA48

(57)【要約】

【課題】光による画像照射部の温度上昇を抑制しながらも、汎用性を向上させて製造工程を簡略化することが可能な画像投影装置を提供する。
【解決手段】虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置（１０）であって、画像光を照射する画像照射部（１２～１４）と、画像光を反射して表示部を介して画像光を視点方向に照射する反射光学部（１６，１７）と、反射光学部（１６，１７）と画像照射部（１２～１４）を収容する筐体（１１）と、画像照射部（１２～１４）の少なくとも一部を筐体（１１）に保持する保持部（１５）を有し、保持部（１５）の少なくとも一部は、画像光の照射方向に沿って延伸されて保持遮光部（１５ａ）を構成している画像投影装置（１０）。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置であって、
画像光を照射する画像照射部と、
前記画像光を反射して前記表示部を介して前記画像光を視点方向に照射する反射光学部と、
前記反射光学部と前記画像照射部を収容する筐体と、
前記画像照射部の少なくとも一部を前記筐体に保持する保持部を有し、
前記保持部の少なくとも一部は、前記画像光の照射方向に沿って延伸されて保持遮光部を構成していることを特徴とする画像投影装置。

【請求項2】

請求項１に記載の画像投影装置であって、
前記画像照射部は、前記投影画像を表示する画像表示部と、前記画像表示部に対して光を照射する光源部と、前記画像表示部から照射される前記画像光が透過する光学部材とを備え、
前記保持部は、前記画像表示部、前記光源部および前記光学部材の少なくとも何れか一つを保持することを特徴とする画像投影装置。

【請求項3】

請求項２に記載の画像投影装置であって、
前記画像光は、第１画像光および第２画像光を含み、
前記光学部材は、前記第１画像光と前記第２画像光の間で虚像の結像位置に差を生じさせる結像位置調整部を備えることを特徴とする画像投影装置。

【請求項4】

請求項３に記載の画像投影装置であって、
前記結像位置調整部は反射プリズムであることを特徴とする画像投影装置。

【請求項5】

請求項４に記載の画像投影装置であって、
前記反射プリズムは、第１入射部と、第２入射部と、反射部と、第１出射部と、第２出射部とを備え、
前記第１画像光は前記第１入射部から入射し、前記反射部で反射され、前記第１出射部から出射され、
前記第２画像光は前記第２入射部から入射し、前記第２出射部から出射されることを特徴とする画像投影装置。

【請求項6】

請求項５に記載の画像投影装置であって、
前記画像照射部は、前記第１画像光を照射する第１領域と、前記第２画像光を照射する第２領域を備え、
前記反射プリズムは、前記第１入射部が前記第１領域に対向して配置され、前記第２入射部が前記第２領域に対向して配置されていることを特徴とする画像投影装置。

【請求項7】

請求項３に記載の画像投影装置であって、
前記反射光学部での反射によって前記第１画像光と前記第２画像光の経路は、前記筐体内における交差領域で交差し、
前記保持遮光部は、前記交差領域に向かって延伸されていることを特徴とする画像投影装置。

【請求項8】

請求項１に記載の画像投影装置であって、
前記筐体の一部が延伸して筐体遮光部を構成し、
前記筐体遮光部および前記保持遮光部は共に、前記反射光学部での前記画像光の経路上における画像光通過領域に向かって延伸されていることを特徴とする画像投影装置。

【請求項9】

請求項１から８の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
前記反射光学部は、前記画像照射部からの前記画像光が入射する第１反射部と、前記第１反射部で反射された前記画像光が入射する第２反射部を備え、
前記第１反射部で反射された前記画像光は、前記第１反射部と前記第２反射部の間における中間結像位置において、中間結像されることを特徴とする画像投影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像投影装置に関し、特に虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。

【0003】

しかし、計器盤は車両のフロントガラス（ウィンドシールド）より下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）も提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。

【0004】

また、より多くの情報を提示するために、運転支援ＨＵＤ装置を用いて複数の画像をウィンドシールドに投影することも提案されている。しかし、複数の画像を異なる距離に虚像として投影して結像するためには、画像照射部と自由曲面ミラーの組み合わせを複数備える必要があり、インストルメントパネル内に収容するためには設計の自由度が低いという問題があった。そこで、投影する二つの画像を一つの画像照射部の表示範囲内において表示し、共通の自由曲面ミラーで反射することで、部品点数の削減と省スペース化を図ることも提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１１９２４８号公報

【特許文献2】特開２０１９－１１９２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このような従来のＨＵＤ装置では、表示部であるウィンドシールドを介して投影画像を照射するため、ウィンドシールドの下方から上方に向けて光を照射するための投影光学系を備えている。そのため、太陽光等の外光がウィンドシールドの上方から入射した場合には、画像を表示する画像照射部まで投影光学系を介して外光が到達してしまう。このとき、投影光学系を介して画像照射部まで到達する外光は、投影光学系の光学パワーによって集光され、温度上昇による劣化を引き起こすという問題があった。

【0007】

このような温度上昇を抑制するために、ＨＵＤ装置の筐体に遮光部材を設けて、投影光の光路以外の経路から画像照射部に到達する外光をカットすることも提案されている。しかし、筐体の構造が複雑化して車種ごとの設計が必要になり、汎用性が低下するという問題があった。また、投影光の光路と遮光部材の先端の位置合わせをする必要があり、整合工程が煩雑化するとともに、製造誤差や取付誤差によって投影光がカットされる不具合が発生する可能性があった。

【0008】

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、外光による画像照射部の温度上昇を抑制しながらも、汎用性を向上させて製造工程を簡略化することが可能な画像投影装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の画像投影装置は、虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置であって、画像光を照射する画像照射部と、前記画像光を反射して前記表示部を介して前記画像光を視点方向に照射する反射光学部と、前記反射光学部と前記画像照射部を収容する筐体と、前記画像照射部の少なくとも一部を前記筐体に保持する保持部を有し、前記保持部の少なくとも一部は、前記画像光の照射方向に沿って延伸されて保持遮光部を構成していることを特徴とする。

【0010】

このような本発明の画像投影装置では、保持部の少なくとも一部が、画像光の照射方向に沿って延伸されて保持遮光部を構成しているため、画像光の照射方向と保持遮光部の位置合わせが容易であり、外光による画像照射部の温度上昇を抑制しながらも、汎用性を向上させて製造工程を簡略化することが可能となる。

【0011】

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、前記投影画像を表示する画像表示部と、前記画像表示部に対して光を照射する光源部と、前記画像表示部から照射される前記画像光が透過する光学部材とを備え、前記保持部は、前記画像表示部、前記光源部および前記光学部材の少なくとも何れか一つを保持する。

【0012】

また、本発明の一態様では、前記画像光は、第１画像光および第２画像光を含み、前記光学部材は、前記第１画像光と前記第２画像光の間で虚像の結像位置に差を生じさせる結像位置調整部を備える。

【0013】

また、本発明の一態様では、前記結像位置調整部は反射プリズムである。

【0014】

また、本発明の一態様では、前記反射プリズムは、第１入射部と、第２入射部と、反射部と、第１出射部と、第２出射部とを備え、前記第１画像光は前記第１入射部から入射し、前記反射部で反射され、前記第１出射部から出射され、前記第２画像光は前記第２入射部から入射し、前記第２出射部から出射される。

【0015】

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、前記第１画像光を照射する第１領域と、前記第２画像光を照射する第２領域を備え、前記反射プリズムは、前記第１入射部が前記第１領域に対向して配置され、前記第２入射部が前記第２領域に対向して配置されている。

【0016】

また、本発明の一態様では、前記反射光学部での反射によって前記第１画像光と前記第２画像光の経路は、前記筐体内における交差領域で交差し、前記保持遮光部は、前記交差領域に向かって延伸されている。

【0017】

また、本発明の一態様では、前記筐体の一部が延伸して筐体遮光部を構成し、前記筐体遮光部および前記保持遮光部は共に、前記反射光学部での前記画像光の経路上における画像光通過領域に向かって延伸されている。

【0018】

また、本発明の一態様では、前記反射光学部は、前記画像照射部からの前記画像光が入射する第１反射部と、前記第１反射部で反射された前記画像光が入射する第２反射部を備え、前記第１反射部で反射された前記画像光は、前記第１反射部と前記第２反射部の間における中間結像位置において、中間結像される。

【発明の効果】

【0019】

本発明では、光による画像照射部の温度上昇を抑制しながらも、汎用性を向上させて製造工程を簡略化することが可能な画像投影装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１実施形態に係る画像投影装置１０と結像される虚像の位置を示す模式図である。

【図2】第１実施形態に係る画像投影装置１０の構造例を示す模式図である。

【図3】第１実施形態に係る画像投影装置１０における、画像表示部１３から照射される画像の表示領域を示す模式図である。

【図4】第１実施形態における反射プリズム１４の構造を示す模式図である。

【図5】筐体遮光部１１ｂおよび保持遮光部１５ａの延伸方向と、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の光路の関係について説明する部分拡大図である。

【図6】第２実施形態に係る画像投影装置１０の構造例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る画像投影装置１０と結像される虚像の位置を示す模式図である。

【0022】

図１に示すように、画像投影装置１０から投影された第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２は、ウィンドシールド２０（表示部）を介して運転者の視点位置に照射され、ウィンドシールド２０から所定の距離に虚像３０，４０が結像される。画像投影装置１０は、表示部に対して投影画像を照射して、運転者等に対して虚像３０，４０を表示するための装置である。画像投影装置１０の構成については後述する。

【0023】

ウィンドシールド２０は、車両の運転席前方に設けられて可視光を透過する部分である。ウィンドシールド２０は、車両の内側面では画像投影装置１０から入射した第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を視点方向に対して反射し、車両の外部からの光を視点方向に対して透過するため、本発明における表示部に相当している。ここでは表示部としてウィンドシールド２０を用いた例を示したが、ウィンドシールド２０とは別に表示部としてコンバイナーを用意し、画像投影装置１０からの光を視点方向に反射するとしてもよい。また、車両の前方に位置するものに限定されず、搭乗者の視点に対して画像を投影するものであれば側方や後方に配置するとしてもよい。

【0024】

虚像３０，４０は、ウィンドシールド２０で反射された第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２が運転者等の視点（アイボックス）に到達した際に、空間中に結像されたように表示される画像である。虚像３０，４０が結像される位置は、画像投影装置１０から照射される第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の光路長と、ウィンドシールド２０で反射された後に視点方向に進行する際の拡がり角度とによって決まる。図１に示した例では、後述するように画像投影装置１０内部での第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路長に差を生じさせ、搭乗者の視点位置からの虚像３０と虚像４０の結像位置が異なる場合を示している。

【0025】

図２は、本実施形態に係る画像投影装置１０の構造例を示す模式図である。図２に示すように画像投影装置１０は、筐体１１と、光源部１２と、画像表示部１３と、反射プリズム１４と、保持部１５と、自由曲面ミラー１６，１７とを備えている。ここで、自由曲面ミラー１６、自由曲面ミラー１７および反射プリズム１４の組み合わせが本発明における反射光学部を構成している。図２に示した例では、反射光学部として自由曲面ミラー１６、自由曲面ミラー１７および反射プリズム１４の組み合わせを示したが、反射光学部の構成はこれに限定されない。一例としては、自由曲面ミラー１６，１７の他に反射鏡を用いるとしてもよく、紫外光や赤外光をカットする波長フィルタを用いるとしてもよい。また、光源部１２、画像表示部１３および反射プリズム１４の組み合わせは、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２を照射するため、本発明における画像照射部を構成している。

【0026】

画像投影装置１０は、各部と情報通信可能に接続されて、各部を制御する制御部を備えている（図示省略）。制御部の構成は限定されないが、一例として情報処理を行うためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、メモリ装置、記録媒体、情報通信装置等を備えるものが挙げられる。制御部は、予め定められたプログラムに従って各部の動作を制御し、画像を含んだ情報（画像情報）を画像表示部１３に送出する。

【0027】

筐体１１は、画像投影装置１０の各部を収容して保持する部分であり、図２に示した例では光源部１２と、画像表示部１３と、反射プリズム１４と、保持部１５と、自由曲面ミラー１６，１７が内部に収容されている。筐体１１には、光を透過する投影口１１ａと、筐体遮光部１１ｂが設けられている。筐体１１を構成する材料は限定されないが、可視光を遮る樹脂材料や金属材料を用いることができる。

【0028】

投影口１１ａは、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２を筐体１１の内部から外部に向けて照射するための領域である。図２に示した例では、投影口１１ａとして筐体１１の一部に設けられた開口を示しているが、筐体１１を構成する面の一部に透光性の材料で形成された領域を設けるとしてもよい。

【0029】

筐体遮光部１１ｂは、筐体１１の一部が内部方向に延伸して設けられた部分である。筐体遮光部１１ｂが筐体１１内部に向けて設けられていることで、太陽光などの外光が画像投影装置１０の外部から投影口１１ａを介して筐体１１の内部に到達しても、その一部を筐体遮光部１１ｂでカットすることができる。図２では筐体遮光部１１ｂとして、筐体１１と一体に形成された例を示しているが、別部材として構成されて筐体１１の内壁に固定されるとしてもよい。また、図２では投影口１１ａの外縁に筐体遮光部１１ｂを設けた例を示しているが、投影口１１ａから離れた位置に設けるとしてもよい。また、図２では筐体遮光部１１ｂとして略平坦な板状のものを示しているが、形状は限定されず、複数設けるとしてもよい。また、筐体遮光部１１ｂを設けないとしてもよく、その場合には筐体１１の一部が筐体遮光部１１ｂとして機能する。

【0030】

光源部１２は、画像表示部１３に対して照射光を照射する部分である。図２に示した例では、透過型の画像表示部１３の背面側に光源部１２を配置して、画像表示部１３を照射光が透過する構成を示しているが、反射型の画像表示部１３を用いて表示面側から照射光を照射するとしてもよい。光源部１２の具体的な構成は限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、レーザ光源を用いることができる。また、画像表示部１３として有機ＥＬ表示装置を用いる場合には、光源部１２と画像表示部１３が一体で構成される。

【0031】

画像表示部１３は、制御部からの画像情報に基づいて、投影画像を表示する部分である。画像表示部１３の具体的構成は限定されず、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、光変調素子等の従来公知のものを用いることができる。図２に示した例では、画像表示部１３として液晶表示装置を用いたものを示している。後述するように、画像表示部１３は、近方画像と遠方画像をそれぞれ表示する近方表示領域１３ｂと遠方表示領域１３ｃを含んで構成されている。遠方表示領域１３ｃに表示された遠方画像は第１画像光Ｌ１として照射され、近方表示領域１３ｂに表示された近方画像は第２画像光Ｌ２として照射される。

【0032】

反射プリズム１４は、画像表示部１３から照射される第１画像光Ｌ１を内部で反射した後に出射し、第２画像光Ｌ２をそのまま透過させる。反射プリズム１４は、画像表示部１３から照射される第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２が透過するため、本発明における光学部材に相当している。また、反射プリズム１４の詳細な構造については後述するが、反射プリズム１４の内部で第１画像光Ｌ１が反射されることにより、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２との間で光路差が生じる。したがって反射プリズム１４は、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の間で虚像３０，４０の結像位置に差を生じさせる結像位置調整部としての機能を有している。図２に示した例では、光学部材として反射プリズム１４を示しているが、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２を透過して光路を決定するものであればレンズや導光部材等を用いるとしてもよい。

【0033】

保持部１５は、反射プリズム１４を保持して筐体１１に固定する部分であり、その一部が延伸されて保持遮光部１５ａが構成されている。保持部１５の構造は限定されないが、反射プリズム１４の外周形状と略同一の枠体を用い、当該枠の内部に反射プリズム１４を篏合させて保持することができる。また、保持部１５の一部は筐体１１の内壁にまで延長されており（図示省略）、反射プリズム１４と筐体１１の相対的な位置を決めて固定している。図２に示した例では、反射プリズム１４を保持部１５で保持した例を示したが、画像照射部を構成する光源部１２、画像表示部１３および反射プリズム１４の何れかを保持して筐体１１に固定する部材が、本発明の保持部に相当する。

【0034】

保持遮光部１５ａは、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射方向に沿って保持部１５の一部が延伸された部分であり、遮光性の材料で構成されている。図２では保持遮光部１５ａとして保持部１５と一体に形成された例を示しているが、保持遮光部１５ａを保持部１５とは別体で構成して、保持部１５に設けた取付部に保持遮光部１５ａを取り付けるとしてもよい。本実施形態の画像投影装置１０では、保持部１５が反射プリズム１４を保持しているため、反射プリズム１４と保持遮光部１５ａの相対的な位置関係が決まり、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射方向と、保持遮光部１５ａの延伸方向の相対的な位置関係も決まる。したがって、保持部１５で反射プリズム１４を保持するだけで、保持遮光部１５ａが第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２を遮らないように位置決めすることができる。図２では、保持遮光部１５ａを第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路に平行に延伸した例を示しているが、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路を遮らない形状と長さであれば、保持遮光部１５ａの形状や構造は限定されない。

【0035】

自由曲面ミラー１６は、反射プリズム１４を介して第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２が入射し、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を自由曲面ミラー１７方向に反射する光学部材である。自由曲面ミラー１６の反射面は、ウィンドシールド２０を介して第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を虚像３０，４０として投影するために、運転者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。

【0036】

図２では、自由曲面ミラー１６で反射された第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は、中間結像位置Ｆ（図示省略）で結像された後に自由曲面ミラー１７に到達する例を示している。ここで、中間結像位置Ｆは第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の光路上であれば限定されないが、自由曲面ミラー１６と自由曲面ミラー１７の間に設定することで、保持遮光部１５ａを配置する空間を確保することが容易になるため好ましい。

【0037】

自由曲面ミラー１７は、自由曲面ミラー１６で反射された第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２が入射し、ウィンドシールド２０方向に第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を反射する光学部材である。自由曲面ミラー１７の反射面は、ウィンドシールド２０を介して第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を虚像３０，４０として投影するために、運転者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。

【0038】

図２に示した例では、反射プリズム１４が画像表示部１３の近方表示領域１３ｂおよび遠方表示領域１３ｃに重なるように配置している。ここで、反射プリズム１４を画像表示部１３に重ねて配置するとは、平面視において反射プリズム１４を配置した領域が画像表示部１３の画像表示領域と重複することを意味している。また、反射プリズム１４と画像表示部１３が接触している場合も非接触の場合も重ねて配置に含まれるものとする。また、反射プリズム１４と画像表示部１３の間に光を透過する他の光学部材や、両者の間隔を維持するための保持部１５を介在させている場合も、重ねて配置に含まれる。

【0039】

図３は、本実施形態に係る画像投影装置１０における、画像表示部１３から照射される画像の表示領域を示す模式図である。全表示領域１３ａは、画像表示部１３の画像を表示する領域全体である。全表示領域１３ａの一部は近方表示領域１３ｂであり、他の一部は遠方表示領域１３ｃである。遠方表示領域１３ｃは第１画像が表示され、本発明における第１領域に相当している。近方表示領域１３ｂは第２画像が表示され、本発明における第２領域に相当している。近方表示領域１３ｂに表示される第２画像としては、速度と音量インジケータ、進行方向ガイド等が挙げられる。また、遠方表示領域１３ｃに表示される第１画像としては、注意喚起の画像や緊急情報等の運転に関する補助的な情報が挙げられる。

【0040】

図４は、本実施形態における反射プリズム１４の構造を示す模式図である。図４に示すように反射プリズム１４は、透光性の樹脂により形成されており、断面が平行四辺形の柱状に形成されている。反射プリズム１４を構成する材料は限定されず、可視光を良好に透過するとともに屈折率が高いガラスや樹脂などの材料を用いることができる。

【0041】

反射プリズム１４の一方の面は画像表示部１３に対向して配置される面であり、画像表示部１３から照射された第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２が入射する光入射面とされている。図４に示すように、光入射面のうち遠方表示領域１３ｃと対向する領域が第１入射部１４ａであり、近方表示領域１３ｂと対向する領域が第２入射部１４ｂである。光入射面と対向する面は光出射面であり、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２が外部に出射する領域がそれぞれ第１出射部１４ｃと第２出射部１４ｄとなる。また、第１入射部１４ａと第２出射部１４ｄに挟まれた面が第１反射部１４ｅであり、第２入射部１４ｂと第１出射部１４ｃに挟まれた面が第２反射部１４ｆである。第１反射部１４ｅおよび第２反射部１４ｆは、第１画像光Ｌ１を全反射する反射面とされており、本発明における反射部に相当している。ここで、第１反射部１４ｅおよび第２反射部１４ｆは、第１画像光Ｌ１を全反射せずともよく、全反射してもよい。反射プリズム１４を構成する材料の屈折率と空気の屈折率との差により第１画像光Ｌ１を全反射するとしてもよく、表面に反射膜を形成することで第１画像光Ｌ１を全反射するとしてもよい。また、第１反射部１４ｅおよび第２反射部１４ｆに反射率を向上させる反射膜を形成してもよく、反射シートを貼り付けるとしてもよい。

【0042】

図４に示すように、第１入射部１４ａから反射プリズム１４に入射した第１画像光Ｌ１は、第１反射部１４ｅおよび第２反射部１４ｆで反射されて、第１出射部１４ｃから自由曲面ミラー１６方向に照射される。それに対して、第２入射部１４ｂから反射プリズム１４内に入射した第２画像光Ｌ２は、反射プリズム１４の内部を透過して第２出射部１４ｄから自由曲面ミラー１６方向に照射される。このとき第１反射部１４ｅおよび第２反射部１４ｆが第１入射部１４ａおよび第２出射部１４ｄに対して４５度傾斜している場合には、光入射面と光出射面の間隔をＤとし、幅をＷとすると、反射プリズム１４内部での第１画像光Ｌ１の光路長がＤ＋Ｗとなるのに対して、第２画像光Ｌ２の光路長はＤとなる。したがって、反射プリズム１４を介した第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の照射では、第１画像光Ｌ１のほうがＷだけ光路長が長い画像投影となる。

【0043】

本実施形態の画像投影装置１０では、遠方表示領域１３ｃおよび近方表示領域１３ｂに重なる位置に、結像位置調整部である反射プリズム１４を配置し、遠方表示領域１３ｃからの第１画像光Ｌ１と近方表示領域１３ｂからの第２画像光Ｌ２の経路を分岐させ、光路差を生じさせている。反射プリズム１４の第１出射部１４ｃおよび第２出射部１４ｄから出射した第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は、自由曲面ミラー１６、自由曲面ミラー１７およびウィンドシールド２０を介して運転者の視点に到達する。第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は、反射光学部に含まれる自由曲面ミラー１６，１７によって光径が拡大して視点に到達するため、運転者は第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２による虚像３０，４０が所定距離に結像されているように視認する。ここで、虚像３０，４０の結像位置は、第１画像のほうが第２画像よりも視点位置から遠いものとなっている。

【0044】

本実施形態では、反射プリズム１４を結像位置調整部として用い、反射プリズム１４を画像表示部１３の全表示領域１３ａに対向させて配置し、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路に差を生じさせている。これにより、共通の画像表示部１３と自由曲面ミラー１６，１７を用いて画像投影装置１０の省スペース化を図りながらも、複数の虚像３０，４０の結像位置を異ならせることが可能となる。

【0045】

また反射プリズム１４では、第１入射部１４ａ、第１反射部１４ｅ、第２反射部１４ｆ、第１出射部１４ｃ、第２入射部１４ｂおよび第２出射部１４ｄの相対的な位置関係が予め外形により定まっている。これにより、１つの反射プリズム１４を画像表示部１３に対して位置合わせするだけで、複数回の反射による光路差を生じさせるとともに、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光軸合わせも行うことができる。

【0046】

図２に示したように本実施形態の画像投影装置１０では、筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａは、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の光路を避けて設けられている。したがって、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は、筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａに遮られずに両者の間に存在する空間を通過して投影される。また、ウィンドシールド２０の上方から車両内部に入射してくる太陽光などの外光は、自由曲面ミラー１７で反射されて自由曲面ミラー１６方向に進行してきたとしても、筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａによってその大部分が遮断される。これにより、筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａで外光を効果的に遮って、画像表示部１３まで到達する外光を低減させ、画像表示部１３の温度上昇による劣化を抑制することができる。

【0047】

図２に示した例では、自由曲面ミラー１６で反射された第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２は、自由曲面ミラー１７に向けて折り返されて進行している。そのため、自由曲面ミラー１６に入射する光路と、自由曲面ミラー１７に入射する光路は一部が重なり、保持遮光部１５ａを配置できる空間が限定されている。しかし、保持遮光部１５ａを保持部１５から光路に沿って延伸させることで、限られた空間に保持遮光部１５ａを容易に位置合わせでき、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の通過を妨げることがない。

【0048】

図５は、筐体遮光部１１ｂおよび保持遮光部１５ａの延伸方向と、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の光路の関係について説明する部分拡大図である。図５中に示した破線は第１画像光Ｌ１の光路を模式的に示し、一点鎖線は第２画像光Ｌ２の光路を模式的に示している。また、図５中に示した二点鎖線は、それぞれ筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａの延伸方向に沿った仮想的な延長線を示している。図中に示したように、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路（経路）が交差する位置を交差領域Ｐ１とする。また筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａの先端間に設けられた空間を画像光通過領域Ｐ２とする。

【0049】

ここでは、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路を一本の直線として描いている。しかし、実際の第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２は、画像表示部１３において所定の面積で表示されたものであり、進行方向に垂直な方向に所定の幅をもっている。また、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２は、自由曲面ミラー１６で反射されて光径が縮小されながら進行し、自由曲面ミラー１６，１７の間の中間結像位置Ｆ（図示省略）において中間結像されるとしてもよい。

【0050】

図５に示したように、画像光通過領域Ｐ２は筐体遮光部１１ｂの先端と保持遮光部１５ａの先端の間に存在する空間であるため、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２が遮られずに通過することが可能である。換言すると、画像光通過領域Ｐ２を経由しない光は筐体遮光部１１ｂの先端と保持遮光部１５ａで遮られるため、外部から外光が入射してきても画像表示部１３まで到達する光量を抑制することができる。したがって、画像光通過領域Ｐ２のサイズが小さくなるように筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａを設計することが好ましい。

【0051】

図５に示した例では、筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａは、自由曲面ミラー１６，１７の間において画像光通過領域Ｐ２に向かって延伸されており、筐体遮光部１１ｂと保持遮光部１５ａの延長線が画像光通過領域Ｐ２で交差している。これにより、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２を遮らない範囲で、画像光通過領域Ｐ２を小さくして、画像表示部１３に到達する外光の光量を抑制し、画像表示部１３の温度上昇による劣化を抑制することができる。

【0052】

図５では、交差領域Ｐ１と画像光通過領域Ｐ２が異なる例を示しているが、交差領域Ｐ１は第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２が交差する位置であるため、交差領域Ｐ１が画像光通過領域Ｐ２の範囲内となるように、保持遮光部１５ａを交差領域Ｐ１に向けて延伸させることが好ましい。この場合には、筐体遮光部１１ｂも交差領域Ｐ１に向けて延伸させることがさらに好ましい。保持遮光部１５ａが交差領域Ｐ１に向けて延伸されていることで、画像光通過領域Ｐ２をさらに小さくすることができる。

【0053】

また、自由曲面ミラー１６で反射された第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２を中間結像位置Ｆで結像させる場合には、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の通過する断面積は、自由曲面ミラー１６，１７の間の中間結像位置Ｆで最小となる。したがって、中間結像位置Ｆが画像光通過領域Ｐ２の範囲内となるように、保持遮光部１５ａを中間結像位置Ｆに向けて延伸させることが好ましい。この場合には、筐体遮光部１１ｂも中間結像位置Ｆに向けて延伸させることがさらに好ましい。保持遮光部１５ａが中間結像位置Ｆに向けて延伸されていることで、画像光通過領域Ｐ２をさらに小さくすることができる。

【0054】

上述したように本実施形態の画像投影装置１０では、保持部１５の少なくとも一部が、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の照射方向に沿って延伸されて保持遮光部１５ａを構成しているため、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の照射方向と保持遮光部１５ａの位置合わせが容易であり、外光による画像表示部１３の温度上昇を抑制しながらも、汎用性を向上させて製造工程を簡略化することが可能となる。

【0055】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図６は、本実施形態に係る画像投影装置１０の構造例を示す模式図である。図６に示すように画像投影装置１０は、筐体１１と、光源部１２と、画像表示部１３と、反射プリズム１４と、自由曲面ミラー１６，１７と、保持遮光部１８を備えている。

【0056】

保持遮光部１８は、遮光性の材料で構成されて、画像表示部１３を保持して筐体１１に固定する部分であり、その一部が第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射方向に沿って延伸されている。したがって、保持遮光部１８は本願発明の保持部の機能も備えている。図６では画像表示部１３を保持する構造については図示を省略している。保持遮光部１８の構造は限定されないが、画像表示部１３の外周形状と略同一の枠体を用い、当該枠の内部に画像表示部１３を篏合させて保持することができる。また、保持遮光部１８の一部は筐体１１の内壁にまで延長されており（図示省略）、画像表示部１３と筐体１１の相対的な位置を決めて固定している。

【0057】

本実施形態の画像投影装置１０では、保持遮光部１８が画像表示部１３を保持しているため、画像表示部１３と保持遮光部１８の相対的な位置関係が決まり、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射方向と、保持遮光部１８の延伸方向の相対的な位置関係も決まる。したがって、保持遮光部１８で画像表示部１３を保持するだけで、保持遮光部１８が第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２を遮らないように位置決めすることができる。図６では、保持遮光部１８を第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路に平行に延伸した例を示しているが、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路を遮らない形状と長さであれば、保持遮光部１８の形状や構造は限定されない。

【0058】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態では保持部１５が反射プリズム１４を保持する例を示したが、保持部１５が光源部１２を保持して筐体１１に固定し、保持部１５から保持遮光部１５ａが第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射方向に沿って延伸されるとしてもよい。

【0059】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１０…画像投影装置
２０…ウィンドシールド
３０，４０…虚像
１１…筐体
１１ａ…投影口
１１ｂ…筐体遮光部
１２…光源部
１３…画像表示部
１３ａ…全表示領域
１３ｂ…近方表示領域
１３ｃ…遠方表示領域
１４…反射プリズム
１４ａ…第１入射部
１４ｂ…第２入射部
１４ｃ…第１出射部
１４ｄ…第２出射部
１４ｅ…第１反射部
１４ｆ…第２反射部
１５…保持部
１５ａ，１８…保持遮光部
１６，１７…自由曲面ミラー
Ｌ１…第１画像光
Ｌ２…第２画像光
Ｐ１…交差領域
Ｐ２…画像光通過領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】