JP2024128898A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示部を介した視線移動の少ない虚像投影と、偏光サングラスを用いても優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能な画像投影装置を提供する。
【解決手段】第１表示部（ＷＳ）と第２表示部（３０）に対して投影画像を投影する画像投影装置（１００）であって、第１表示部（ＷＳ）に対して第１画像光を照射し、第２表示部（３０）に対して第２画像光を照射する画像照射部（１０）を備え、第１画像光は第１表示部に対するＳ偏光を含んでおり、第２画像光は第２表示部に対するＰ偏光を含んでいる画像投影装置（１００）。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像投影装置に関する。

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。

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等の搭乗者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があり好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、搭乗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）のような画像投影装置が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。

特許文献１，２の画像投影装置は、画像照射部が画像を含んだ照射光を照射し、自由曲面ミラー等で照射光を反射させて、ウィンドシールド等の表示部を介して空間中に画像が結像するように搭乗者の視点の位置に到達させる。これにより、搭乗者は視点に入射した照射光によって、奥行き方向における結像位置に画像が表示されているように認識することができる。

特開２０１９－１１９２４８号公報 特開２０１９－１１９２６２号公報

このような従来の画像投影装置では、ウィンドシールド等の表示部におけるＰ偏光の反射率が低いため、虚像の結像に用いられる画像光はＳ偏光の成分が多くなる。よって、運転者等が偏光サングラス等を装着していた場合には、表示部で反射された画像光のＳ偏光が偏光サングラスでカットされて視認が困難になるという問題があった。特に、メータ表示等の情報を画像光に含める場合には、運転動作における優先度が高いため、偏光サングラス装着による視認性低下の影響が大きくなってしまう。

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、表示部を介した視線移動の少ない虚像投影と、偏光サングラスを用いても優先度の高い情報の視認性の確保を両立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。

上記課題を解決するために、本発明の画像投影装置は、第１表示部と第２表示部に対して投影画像を投影する画像投影装置であって、前記第１表示部に対して第１画像光を照射し、前記第２表示部に対して第２画像光を照射する画像照射部を備え、前記第１画像光は、前記第１表示部に対するＳ偏光を含んでおり、前記第２画像光は、前記第２表示部に対するＰ偏光を含んでいることを特徴とする。

このような本発明の画像投影装置では、第１表示部でのＳ偏光の第１画像光による投影と、第２表示部でのＰ偏光の第２画像光による投影を行うことで、視線移動の少ない虚像投影と優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能となる。

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、一つの画像表示部において前記第１画像光を表示する第１領域と、前記第２画像光を表示する第２領域を有し、前記第１領域または前記第２領域の一方に重ねて配置され、偏光方向を９０度回転させる二分の一波長板を備える。

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、前記第１領域の裏面に放熱部材が配置されており、前記第２領域の裏面に裏側発光部が配置されている。

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、無偏光のバックライト光を照射する光源と、前記バックライト光に含まれる所定方向の偏光を反射し、前記所定方向に交差する方向の偏光を透過して分岐する第１偏光反射部と、前記第１偏光反射部で分岐された前記バックライト光が入射し、前記第１画像光を照射する第１画像表示部と、前記第２画像光を照射する第２画像表示部とを備える。

また、本発明の一態様では、前記第１画像光または前記第２画像光の一方を反射し他方を透過して分岐する第２偏光反射部を備える。

また、本発明の一態様では、前記第２偏光反射部が前記第２表示部であり、
前記第２表示部を透過した前記第１画像光が前記第１表示部に到達する。

本発明では、表示部を介した視線移動の少ない虚像投影と、偏光サングラスを用いても優先度の高い情報の視認性の確保を両立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。

第１実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。 画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの表示とメータ等表示Ｍの表示を説明する模式図である。 第２実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。 第３実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。 第４実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。 第５実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。 第６実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。 第７実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図であり、図８（ａ）は概観を示す模式図であり、図８（ｂ）は画像照射部１０の詳細を説明する部分拡大図である。 第８実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。

（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。以下の説明では、本発明に係る画像投影装置１００を、車両等に搭載されるＨＵＤに適用した形態を例示して説明する。図１は、本実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。

図１に示すように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、第１ミラー２０と、Ｐ偏光表示部３０と、二分の一波長板４０と、警告灯部５０と、筐体６０を備えている。画像投影装置１００では、各部と情報通信可能に接続された制御部（図示省略）を用いて各部を制御している。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）を画像照射部１０に送出する。

画像照射部１０は、制御部からの画像情報に基づいて、画像を含んだ光を画像光として第１ミラー２０に対して照射する部分である。画像照射部１０の具体的な構成は限定されないが、一例としては光源１１と、レンズ１２と、画像表示部１３を備えて、光源１１から照射された照射光が、レンズ１２で配光分布を調整されて、画像表示部１３に表示された画像を画像光として照射する。画像照射部１０は、一つの表示領域内に遠方表示領域と近方表示領域が区分けされており、遠方表示領域に表示された遠方画像が第１画像光として第１ミラー２０に照射され、近方表示領域に表示された近方画像が第２画像光としてＰ偏光表示部３０に照射される。遠方表示領域に表示される遠方画像としては、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。また、近方表示領域に表示される近方画像としては、速度メータや音量インジケータ、進行方向ガイド等が挙げられる。

光源１１は、一例としてはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）等の半導体発光素子であり、予め定められた方向（図２の紙面奥行き方向）に配列されている。光源１１の発光色は特に限定されないが、本実施形態では一例として白色としている。なお、本実施形態では光源１１の配列数を１列としているが、２列以上であってもよい。また光源１１はＬＥＤに限らず半導体レーザや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子等であってもよい。

レンズ１２は、複数の光源１１の光出射方向に配置され、光源１１から照射された照射光の配光分布を調整し、例えば平行光、あるいは平行光に近い光（以下、両者を併せて「略平行光」という）として出射する機能を有する光学部材である。レンズ１２の一例としては、中央に光を屈折する屈折部が設けられ、屈折部の両側に光を反射する反射部が設けられたＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）レンズが挙げられる。

画像表示部１３は、光源１１から照射された光が背面から入射し、画像情報によって変調した光を出射面から出射する空間光変調部として機能する。画像表示部１３の具体的な構成は限定されないが、一例としては、背面から入射した光を透過して表面から出射する透過型液晶表示装置を用いることができる。透過型液晶表示装置では、所定方向の偏光のみが透過されるため、当該偏光方向をウィンドシールドＷＳに対するＳ偏光となるように配置する。

第１ミラー２０は、画像照射部１０の遠方表示領域から到達した画像光をウィンドシールドＷＳ方向に反射する光学部材である。図１に示した例では第１ミラー２０を凹面の反射鏡として例を示しているが、平面または凸面の反射鏡を用いるとしてもよい。また、第１ミラー２０を曲面で構成する場合には、曲率が一定なものに限定されず、回転放物面や楕円面、自由曲面ミラー等を用いることができる。また、図１では第１ミラー２０を一枚で構成した例を示したが、複数のミラーを用いて繰り返し反射させてウィンドシールドＷＳに画像光を照射するとしてもよい。第１ミラー２０で反射される画像光は、画像表示部１３を透過する偏光方向であるため、ウィンドシールドＷＳに対するＳ偏光が主たる成分として含まれている。

第１ミラー２０の反射面は、ウィンドシールドＷＳを介して第１画像光を虚像Ｐ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。第１ミラー２０は、ウィンドシールドＷＳを介して第１画像光を投影する機能を有しており、本発明における投影光学部に相当している。

Ｐ偏光表示部３０は、第１ミラー２０の近方表示領域から二分の一波長板４０を介して到達した画像光を視点位置方向に照射する光学部材である。図１では、Ｐ偏光表示部３０として凹面鏡を用いた例を示しているが、平面鏡や凸面鏡を用いるとしてもよい。また、Ｐ偏光表示部３０の表面は鏡面で無くとも、画像を投影するスクリーン状であってもよい。さらに、Ｐ偏光表示部３０は画像光を反射する光学部材に限定されず、透過型スクリーン等を用いるとしてもよい。Ｐ偏光表示部３０は、後述するようにＰ偏光で近方画像の第２画像光を視点位置に照射するため、本発明における第２表示部に相当している。

二分の一波長板４０は、スロー軸とファスト軸における屈折率が異なる複屈折材料で構成された光学部材である。また、二分の一波長板４０は、入射した光が出射するまでに光の波長の半分だけスロー軸とファスト軸で位相差が生じるように設計されている。また、二分の一波長板４０のスロー軸とファスト軸は、近方表示領域から照射された光の偏光方向に対して４５度異なる向きに配置されている。したがって、画像照射部１０の近方表示領域に表示されてＳ偏光で照射された第２画像光は、二分の一波長板４０を透過した後にＰ偏光に変換されて、Ｐ偏光表示部３０に照射される。

また、二分の一波長板４０は、光の波長に対し正確に５０％の位相差である必要はなく、５０％に近い位相差を生じさせるものであれば、面内における偏光方向の回転という機能を発揮することができる。二分の一波長板４０に対する入射角度が垂直とは限らないため、角度依存性の小さな二分の一波長板４０を用いることが好ましい。

図１に示した例では、二分の一波長板４０を画像照射部１０の近方表示領域に重ねて配置した例を示したが、遠方表示領域に重ねて配置するとしてもよい。この場合には、画像表示部１３から照射される第１画像光および第２画像光をウィンドシールドＷＳに対するＰ偏光とし、遠方表示領域から照射されるＰ偏光の第１画像光を二分の一波長板４０でＳ偏光に変換する。

警告灯部５０は、画像照射部１０とは別に設けられて、警告灯などの優先度の最も高い情報を表示する部分である。警告灯部５０の構成は限定されず、液晶表示装置を用いるとしてもよく、アイコンを模ったシェードの開口部からバックライトを透過するとしてもよい。図１では、警告灯部５０を筐体６０の外側において視点位置に近いダッシュボードＤＢ上に設けた例を示しているが、警告灯部５０を配置する位置は限定されない。

筐体６０は、遮光性の材料で形成され、画像投影装置１００の外形の一部を構成して、画像投影装置１００を構成する各部の少なくとも一部を収容する部分である。図１に示した例では、筐体６０は車両のダッシュボードＤＢよりも上方に突出して配置されており、内部には第１ミラー２０の一部と、Ｐ偏光表示部３０と、二分の一波長板４０の一部が収用されている。また、図１に示した例では図示を省略しているが、筐体６０には、第１ミラー２０から照射される第１画像光を透過するための第１光出射口と、Ｐ偏光表示部３０から照射される第２画像光を透過するための第２光出射口が設けられている。第１光出射口と第２光出射口は、筐体６０に設けられた開口部であってもよく、部分的に透光性材料で構成された領域であってもよい。

ウィンドシールドＷＳ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ＷＳは、車両の内側面では画像投影装置１００から入射したＳ偏光の第１画像光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、本発明における第１表示部に相当している。ここでは第１表示部としてウィンドシールドＷＳを用いた例を示したが、ウィンドシールドＷＳとは別に第１表示部としてコンバイナーを用意し、画像投影装置１００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。

虚像Ｐは、ウィンドシールドＷＳで反射された画像光が搭乗者の視点（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Ｐが結像される位置は、画像投影装置１００に含まれる第１ミラー２０とウィンドシールドＷＳの合成焦点距離によって決まる。

図１では、第１画像光および第２画像光の光路を一本の直線として描いている。しかし、実際の画像光は、画像照射部１０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面積をもっている。図１では、画像照射部１０から照射されたＳ偏光の第１画像光を実線で示し、二分の一波長板４０でＰ偏光に変換された第２画像光を破線で示している。また第１画像光は、第１ミラー２０で反射されて光径が縮小されながら進行し、第１ミラー２０とウィンドシールドＷＳ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。

図１に示したように、画像表示部１３の遠方表示領域から照射されたＳ偏光の第１画像光は、第１ミラー２０およびウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に到達する。運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。本実施形態では画像投影装置１００が第１画像光を投影して一つの虚像Ｐが結像される例を示しているが、虚像Ｐの数は限定されず、複数の虚像Ｐが異なる奥行位置に結像されるとしてもよい。

画像表示部１３の近方表示領域から照射された第２画像光は、二分の一波長板４０でＳ偏光からＰ偏光に変換され、Ｐ偏光表示部３０で反射されて運転者の視点位置に到達する。運転者は、第２画像光が入射してきた光路の延長方向にメータ等表示Ｍを視認する。また運転者は、警告灯部５０に表示された警告表示を視認する。このとき、ウィンドシールドＷＳから視点位置に進行する第１画像光はＳ偏光であり、Ｐ偏光表示部３０から視点位置に進行する第２画像光はＰ偏光である。したがって、運転者が偏光サングラスを装着している場合でも、Ｐ偏光表示部３０でのＰ偏光の第２画像光による近方画像の表示を良好に視認できる。また、運転者が偏光サングラスを装着していない場合には、Ｐ偏光表示部３０での近方画像の表示に加えて、前方からの視線移動を小さくしてウィンドシールドＷＳを介したＳ偏光の第１画像光を視認できる。

図２は、画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの表示とメータ等表示Ｍの表示を説明する模式図である。図２（ａ）～図２（ｃ）に示したように、運転者は車両のステアリングＳＴより遠方に設けられたダッシュボードＤＢと、ダッシュボードＤＢ上に突出した筐体６０と、筐体６０よりも遠方に位置するウィンドシールドＷＳ（透明であるため図示省略）を視認可能である。また運転者は、ウィンドシールドＷＳを介して投影された虚像Ｐと、筐体６０内に表示されたメータ等表示Ｍを視認可能である。本実施形態の画像投影装置１００では、筐体６０を車両のダッシュボードＤＢ上に突出させて、筐体６０内にＰ偏光表示部３０を配置しているため、Ｐ偏光の第２画像光での近方画像の表示もステアリングＳＴよりも上方に位置することとなり、近方画像を視認するための視線移動量を低減することができる。

図２（ａ）では、警告灯部５０を筐体６０の外部に設けない例を示している。この場合には、運転者は筐体６０内のメータ等表示Ｍと、ウィンドシールドＷＳを介した虚像Ｐの結像を視認することができる。また、Ｐ偏光表示部３０として背面からの光を透過し、表面で光を反射するコンバイナーを用いるとしてもよい。この場合には、コンバイナーであるＰ偏光表示部３０の背面側に警告灯部５０を配置し、コンバイナー背面から警告灯部５０での警告灯の表示を透過させるとしてもよい。

図２（ｂ）では、警告灯部５０を筐体６０内の両側に配置した例を示している。この場合には、運転者は筐体６０内のメータ等表示Ｍと、警告灯の表示を横方向に並べて視認することができる。よって、警告灯部５０での警告灯の表示を視認する際にも、前方からの視線移動量を低減することができる。また、ウィンドシールドＷＳを介した虚像Ｐの結像を視認するための視線移動量を低減することができる。

図２（ｃ）では、警告灯部５０をステアリングＳＴの上端およびダッシュボードＤＢよりも下方に配置し、ステアリングＳＴ越しに警告灯部５０を視認する例を示している。この場合には、運転者は筐体６０内のメータ等表示Ｍと、ウィンドシールドＷＳを介した虚像Ｐの結像と、警告灯の表示を縦方向に並べて視認することができる。これにより、横方向の視線移動量を低減することができる。また、警告灯部５０をダッシュボードＤＢよりも下方に配置しているため、メータ等表示Ｍに必要な面積を確保しながらも、筐体６０のダッシュボードＤＢからの突出量を抑制することができる。

上述したように、本実施形態の画像投影装置１００では、ウィンドシールドＷＳでのＳ偏光の第１画像光による虚像Ｐの投影と、Ｐ偏光表示部３０でのＰ偏光の第２画像光によるメータ等表示Ｍの表示を行うことで、視線移動の少ない虚像投影と優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３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３は、本実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。図３に示したように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、第１ミラー２０と、二分の一波長板４０と、筐体６０と、偏光反射部７０を備えている。図３では警告灯部５０を省略しているが、第１実施形態と同様に警告灯部５０を設けるとしてもよい。

本実施形態の画像投影装置１００では、車両の後方に向けて第１画像光および第２画像光を照射するように画像照射部１０が配置されている。また、第１ミラー２０の反射面は車両前方に向けられており、画像照射部１０から照射された第１画像光および第２画像光は、ともに第１ミラー２０に到達して反射される。第１ミラー２０で反射された第１画像光および第２画像光は、筐体６０内に配置された偏光反射部７０に到達する。

また図３に示した例では、画像照射部１０は画像表示部１３を傾斜させて僅かに下方に向けて配置されており、第１ミラー２０に対して打ち下ろして第１画像光および第２画像光を照射する。この場合には、画像照射部１０の一部がダッシュボードＤＢよりも上方に位置することが好ましく、筐体６０の外形も画像照射部１０の一部を収納できるように下部がウィンドシールドＷＳ方向に延伸されていることが好ましい。

偏光反射部７０は、所定方向の偏光を反射し、所定方向に直交する偏光を透過して分岐する光学部材である。図３に示した例では、偏光反射部７０はウィンドシールドＷＳに対するＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過する向きに配置されている。また、偏光反射部７０は筐体６０の内部に配置されている。

画像照射部１０から照射された第２画像光は、二分の一波長板４０でＰ偏光に変換されて第１ミラー２０に到達する。偏光反射部７０に到達したＰ偏光の第２画像光は、偏光反射部７０で反射されて、運転者の視点位置に進行する。したがって、本実施形態の画像投影装置１００では、偏光反射部７０は本発明における第２表示部を兼ねている。

また、画像照射部１０から照射された第１画像光は、第１ミラー２０で反射されて偏光反射部７０に到達する。偏光反射部７０に到達したＳ偏光の第１画像光は、偏光反射部７０を透過して筐体６０に設けられた出射口を経てウィンドシールドＷＳに到達する。ウィンドシールドＷＳに到達した第１画像光は、ウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に進行し、運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。

本実施形態の画像投影装置１００でも、ウィンドシールドＷＳでのＳ偏光の第１画像光による虚像Ｐの投影と、Ｐ偏光表示部３０でのＰ偏光の第２画像光によるメータ等表示Ｍの表示を行うことで、視線移動の少ない虚像投影と優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能となる。また、偏光反射部７０を用いてＳ偏光の第１画像光とＰ偏光の第２画像光を分岐し、偏光反射部７０を透過した第１画像光をウィンドシールドＷＳで反射しているため、偏光反射部７０とウィンドシールドＷＳの間に第１画像光の光路を確保する必要が無く、省スペース化と設置自由度の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４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４は、本実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。図４に示したように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、第１ミラー２０と、二分の一波長板４０と、筐体６０と、偏光反射部７０を備えている。図４では警告灯部５０を省略しているが、第１実施形態と同様に警告灯部５０を設けるとしてもよい。

本実施形態の画像投影装置１００では、車両の前方に向けて第１画像光および第２画像光を照射するように画像照射部１０が配置されている。また、第１ミラー２０の反射面は車両後方に向けられており、画像照射部１０から照射された第１画像光および第２画像光は、ともに第１ミラー２０に到達して反射される。第１ミラー２０で反射された第１画像光および第２画像光は、筐体６０内に配置された偏光反射部７０に到達する。図４に示した例では、画像照射部１０は画像表示部１３の表示面を垂直にした例を示しているが、上方や下方に向けて配置するとしてもよく、傾斜して配置するとしてもよい。

本実施形態の画像投影装置１００でも、偏光反射部７０はウィンドシールドＷＳに対するＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過する向きに配置されている。また、偏光反射部７０は筐体６０の内部に配置されている。画像照射部１０から照射された第２画像光は、二分の一波長板４０でＰ偏光に変換されて第１ミラー２０に到達する。偏光反射部７０に到達したＰ偏光の第２画像光は、偏光反射部７０で反射されて、運転者の視点位置に進行する。したがって、本実施形態の画像投影装置１００では、偏光反射部７０は本発明における第２表示部を兼ねている。

また、画像照射部１０から照射された第１画像光は、第１ミラー２０で反射されて偏光反射部７０に到達する。偏光反射部７０に到達したＳ偏光の第１画像光は、偏光反射部７０を透過して筐体６０に設けられた出射口を経てウィンドシールドＷＳに到達する。ウィンドシールドＷＳに到達した第１画像光は、ウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に進行する。運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。

本実施形態の画像投影装置１００でも、ウィンドシールドＷＳでのＳ偏光の第１画像光による虚像Ｐの投影と、Ｐ偏光表示部３０でのＰ偏光の第２画像光によるメータ等表示Ｍの表示を行うことで、視線移動の少ない虚像投影と優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能となる。また、偏光反射部７０を用いてＳ偏光の第１画像光とＰ偏光の第２画像光を分岐し、偏光反射部７０を透過した第１画像光をウィンドシールドＷＳで反射しているため、偏光反射部７０とウィンドシールドＷＳの間に第１画像光の光路を確保する必要が無く、省スペース化と設置自由度の向上を図ることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図５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５は、本実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。図５に示したように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、第１ミラー２０と、Ｐ偏光表示部３０と、二分の一波長板４０と、筐体６０と、偏光反射部７０を備えている。図５では警告灯部５０を省略しているが、第１実施形態と同様に警告灯部５０を設けるとしてもよい。

本実施形態の画像投影装置１００では、車両の前方に向けて第１画像光および第２画像光を照射するように画像照射部１０が配置されている。また、偏光反射部７０は、ダッシュボードＤＢよりも下方において、画像照射部１０から照射された第１画像光および第２画像光の経路上に配置されており、第１画像光および第２画像光の進行方向に対して傾斜して配置されている。また、第１ミラー２０の反射面は車両後方に向けられている。また、Ｐ偏光表示部３０は筐体６０内に配置されている。

本実施形態の画像投影装置１００でも、偏光反射部７０はウィンドシールドＷＳに対するＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過する向きに配置されている。画像照射部１０から照射された第１画像光は、偏光反射部７０を透過して第１ミラー２０に到達し、第１ミラー２０で反射されてウィンドシールドＷＳに到達する。ウィンドシールドＷＳに到達した第１画像光は、ウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に進行し、運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。

画像照射部１０から照射された第２画像光は、二分の一波長板４０でＰ偏光に変換されて偏光反射部７０に到達する。偏光反射部７０に到達したＰ偏光の第２画像光は、偏光反射部７０で反射されて、Ｐ偏光表示部３０に到達して反射され、運転者の視点位置に進行する。

画像照射部１０から照射された第１画像光は、偏光反射部７０を透過して第１ミラー２０に到達する。第１ミラー２０に到達したＳ偏光の第１画像光は、第１ミラー２０で反射されてウィンドシールドＷＳに到達する。ウィンドシールドＷＳに到達した第１画像光は、ウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に進行する。運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。

本実施形態の画像投影装置１００でも、ウィンドシールドＷＳでのＳ偏光の第１画像光による虚像Ｐの投影と、Ｐ偏光表示部３０でのＰ偏光の第２画像光によるメータ等表示Ｍの表示を行うことで、視線移動の少ない虚像投影と優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能となる。また、偏光反射部７０を用いてＳ偏光の第１画像光とＰ偏光の第２画像光を分岐し、第１ミラー２０で第１画像光をウィンドシールドＷＳで反射し、Ｐ偏光表示部３０で第２画像光を反射するため、第１画像光と第２画像光の光路設計の自由度が向上する。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５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１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。図６に示したように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、第１ミラー２０と、Ｐ偏光表示部３０と、二分の一波長板４０と、筐体６０と、プリズム８０を備えている。図６では警告灯部５０を省略しているが、第１実施形態と同様に警告灯部５０を設けるとしてもよい。

プリズム８０は、光を透過する材料で構成され、光の入射角と出射角を異ならせて光の進行方向を変更する光学部材である。図６に示した例では、プリズム８０の光出射面が第２画像光の進行方向に対して所定角度で傾斜しており、プリズム８０を構成する材料の屈折率によって第２画像光を屈折させている。また、図６に示した例では、プリズム８０の光出射面に二分の一波長板４０を配置しているが、プリズム８０の光入射面に二分の一波長板４０を配置するとしてもよい。また、プリズム８０と二分の一波長板４０を密着させて配置した例を示しているが、両者を離間させて配置するとしてもよい。

画像照射部１０から照射された第２画像光は、プリズム８０に入射して屈折され、二分の一波長板４０でＰ偏光に変換されてＰ偏光表示部３０に到達する。Ｐ偏光表示部３０に到達した第２画像光はＰ偏光表示部３０で反射され、運転者の視点位置に進行する。

画像照射部１０から照射された第１画像光は、第１ミラー２０で反射されてウィンドシールドＷＳに到達する。ウィンドシールドＷＳに到達した第１画像光は、ウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に進行する。運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。

本実施形態の画像投影装置１００でも、ウィンドシールドＷＳでのＳ偏光の第１画像光による虚像Ｐの投影と、Ｐ偏光表示部３０でのＰ偏光の第２画像光によるメータ等表示Ｍの表示を行うことで、視線移動の少ない虚像投影と優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能となる。また、プリズム８０を用いて第１画像光と第２画像光を分岐しているため、画像投影装置１００の小型化を図ることができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図７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７は、本実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。図７に示したように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、第１ミラー２０と、Ｐ偏光表示部３０と、筐体６０と、プリズム８０と、偏光変換反射部９０を備えている。図７では警告灯部５０を省略しているが、第１実施形態と同様に警告灯部５０を設けるとしてもよい。

偏光変換反射部９０は、入射した光の偏光方向を９０度回転させるとともに反射する光学部材であり、反射板９１と四分の一波長板９２を備えている。反射板９１は入射した光の偏光方向を維持して反射する反射面を有する略板状の部材である。図７に示した例では、反射板９１は、画像照射部１０から照射された第２画像光の光路上に配置され、第２画像光の進行方向に対して所定角度で傾斜して配置されている。

四分の一波長板９２は、反射板９１の反射面に重ねて配置され、スロー軸とファスト軸における屈折率が異なる複屈折材料で構成された光学部材である。また、四分の一波長板９２の厚さは、一方の面に入射した光が対向する面に到達するまでに光の波長の四分の一だけスロー軸とファスト軸で位相差が生じるように設計されている。また、四分の一波長板９２のスロー軸とファスト軸は、近方表示領域から照射された光の偏光方向に対して４５度異なる向きに配置されている。

したがって、偏光変換反射部９０に入射した光は、四分の一波長板９２を通過して反射板９１に到達する間にスロー軸とファスト軸での位相が四分の一波長異なるものとなる。また、反射板９１で反射された光は、四分の一波長板９２を通過する間にさらに位相が四分の一波長異なるものとなる。これにより、偏光変換反射部９０に入射した光は合計で波長の半分だけスロー軸とファスト軸で位相差が生じて反射されることとなる。つまり、Ｓ偏光の光はＰ偏光に変換されて反射され、Ｐ偏光の光はＳ偏光に変換されて反射される。

また、四分の一波長板９２は、光の波長に対し正確に２５％の位相差である必要はなく、２５％に近い位相差を生じさせるものであれば、面内における偏光方向の回転という機能を発揮することができる。四分の一波長板９２に対する入射角度が垂直とは限らないため、角度依存性の小さな四分の一波長板９２を用いることが好ましい。

画像照射部１０から照射された第２画像光は、偏光変換反射部９０に入射してＰ偏光に変換されるとともに反射されてＰ偏光表示部３０に到達する。Ｐ偏光表示部３０に到達した第２画像光はＰ偏光表示部３０で反射され、運転者の視点位置に進行する。

画像照射部１０から照射された第１画像光は、第１ミラー２０で反射されてウィンドシールドＷＳに到達する。ウィンドシールドＷＳに到達した第１画像光は、ウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に進行する。運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。

本実施形態の画像投影装置１００でも、ウィンドシールドＷＳでのＳ偏光の第１画像光による虚像Ｐの投影と、Ｐ偏光表示部３０でのＰ偏光の第２画像光によるメータ等表示Ｍの表示を行うことで、視線移動の少ない虚像投影と優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能となる。また、偏光変換反射部９０を用いて第１画像光と第２画像光を分岐し、第２画像光の偏光を変換しているため、画像投影装置１００の小型化を図ることができる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について図８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８は、本実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図であり、図８（ａ）は概観を示す模式図であり、図８（ｂ）は画像照射部１０の詳細を説明する部分拡大図である。

図８（ａ）に示したように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、第１ミラー２０と、Ｐ偏光表示部３０と、二分の一波長板４０と、筐体６０と、プリズム８０を備えている。また図８（ｂ）に示したように、本実施形態の画像照射部１０は、光源１１と、レンズ１２と、画像表示部１３と、搭載基板１４と、裏側発光部１５と、裏側表示部１６と、放熱部材１７を備えている。

搭載基板１４は、表面側に光源１１を搭載し、裏面側に裏側発光部１５を搭載し、光源１１および裏側発光部１５に電力を供給する基板である。搭載基板１４の一部の領域は、画像表示部１３の近方表示領域と遠方表示領域に対応しており、裏側発光部１５が搭載される領域は近方表示領域に対応している。また、搭載基板１４における画像表示部１３の遠方表示領域に対応する領域には、裏面側に放熱部材１７が設けられている。

裏側発光部１５は、搭載基板１４の裏面側に搭載され、光源１１とは反対方向に光を照射する部材である。裏側発光部１５は、一例としてはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）等の半導体発光素子である。光源１１の発光色は特に限定されないが、本実施形態では一例として白色としている。なお、本実施形態では光源１１の配列数を１列としているが、２列以上であってもよい。また光源１１はＬＥＤに限らず半導体レーザや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子等であってもよい。

裏側表示部１６は、裏側発光部１５からの光が入射する位置に配置され、所定の画像またはアイコンを表示する部材である。裏側表示部１６の具体的な構成は限定されず、液晶表示装置やアイコンを模ったシェードの開口部等を用いることができる。運転者は、裏側発光部１５からの光によって照射された裏側表示部１６の表示内容を視認する。裏側表示部１６で表示する内容は限定されないが、警告灯部５０と同様に警告灯などの優先度の最も高い情報を表示することが好ましい。

放熱部材１７は、搭載基板１４の裏面側に設けられ、光源１１での発光に伴って生じた熱を放熱する部材である。放熱部材１７の具体的な材料や構造は限定されないが、熱伝導率の高い金属で構成され、複数の放熱フィンを有することが好ましい。

画像照射部１０から照射された第２画像光は、プリズム８０に入射して屈折され、二分の一波長板４０でＰ偏光に変換されてＰ偏光表示部３０に到達する。Ｐ偏光表示部３０に到達した第２画像光はＰ偏光表示部３０で反射され、運転者の視点位置に進行する。

画像照射部１０から照射された第１画像光は、第１ミラー２０で反射されてウィンドシールドＷＳに到達する。ウィンドシールドＷＳに到達した第１画像光は、ウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に進行する。運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。

画像照射部１０において、遠方表示領域で表示される遠方画像は、第１画像光としてウィンドシールドＷＳを介して視点位置に照射されることで虚像Ｐが表示される。上述したように虚像Ｐの投影は、ウィンドシールドＷＳが透過する背景からの外光と重ね合わされるため、虚像Ｐを良好に視認するためには遠方表示領域の照射光量は大きくする必要があり、遠方表示領域に対応した光源１１での発熱量は比較的に大きくなる。よって、搭載基板１４の遠方表示領域に対応する領域の裏面側に放熱部材１７を設けることで、光源１１を効果的に冷却し、光源１１の温度上昇による発光効率や波長の変化を抑制することができる。

また、画像照射部１０において、近方表示領域で表示される近方画像は、筐体６０内に収容されたＰ偏光表示部３０を介して第２画像光として視点位置に照射される。したがって、近方画像であるメータ等表示Ｍの表示は、ウィンドシールドＷＳを介した虚像Ｐの投影よりも照射光量が小さくなり、近方表示領域に対応した光源１１での発熱量は比較的に小さくなる。よって、搭載基板１４の近方表示領域に対応する領域の裏面側には、放熱部材１７を設けず、裏側発光部１５および裏側表示部１６を搭載することができる。これにより、省スペース化と小型化を図りながらも、第１画像光および第２画像光の照射方向と反対方向に対して、裏側表示部１６での表示を行うことができる。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について図９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９は、本実施形態に係る画像投影装置１００を用いた虚像Ｐの投影を説明する模式図である。図９に示したように画像投影装置１００は、画像照射部１０と、第１ミラー２０と、筐体６０を備えている。図９では警告灯部５０を省略しているが、第１実施形態と同様に警告灯部５０を設けるとしてもよい。また、本実施形態の画像照射部１０は、光源１１と、レンズ１２と、第１画像表示部１３ａと、第２画像表示部１３ｂと、偏光反射部７０を備えている。

第１画像表示部１３ａは、第１画像を表示して第１画像光を照射する部分である。第２画像表示部１３ｂは、第２画像を表示して第２画像光を照射する部分である。第１画像表示部１３ａと第２画像表示部１３ｂは、それぞれ別体で構成されており、表示面が互いに９０度交差して配置されている。本実施形態では、第１画像表示部１３ａおよび第２画像表示部１３ｂとして、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用い、入射した偏光が９０度回転した偏光として照射される。また、第１画像表示部１３ａはＳ偏光の光を照射する向きに配置され、第２画像表示部１３ｂはＰ偏光の光を照射する向きに配置されている。

偏光反射部７０は、第１画像表示部１３ａと光源１１の間に配置され、第１画像表示部１３ａおよび第２画像表示部１３ｂに対して４５度傾斜して配置されている。本実施形態では、偏光反射部７０はウィンドシールドＷＳに対するＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する向きに配置されている。

光源１１で照射された無偏光のバックライト光は、レンズ１２で配光分布が調整されて偏光反射部７０に到達する。偏光反射部７０に到達したバックライト光のうち、ウィンドシールドＷＳに対するＰ偏光の光が透過し、第１画像表示部１３ａに到達する。第１画像表示部１３ａでは、Ｐ偏光の光がＳ偏光となって第１画像光が照射される。第１画像表示部１３ａから照射された第１画像光は、第１ミラー２０で反射されてウィンドシールドＷＳに到達する。ウィンドシールドＷＳに到達した第１画像光は、ウィンドシールドＷＳで反射されて運転者の視点位置に進行する。運転者は、第１画像光が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐを視認する。

偏光反射部７０に到達したバックライト光のうち、ウィンドシールドＷＳに対するＳ偏光の光は反射され、第２画像表示部１３ｂに到達する。第２画像表示部１３ｂでは、Ｓ偏光の光がＰ偏光となって第２画像光が照射される。第２画像表示部１３ｂから照射された第２画像光は、Ｐ偏光表示部３０に到達して反射され、運転者の視点位置に進行する。

本実施形態の画像投影装置１００でも、ウィンドシールドＷＳでのＳ偏光の第１画像光による虚像Ｐの投影と、Ｐ偏光表示部３０でのＰ偏光の第２画像光によるメータ等表示Ｍの表示を行うことで、視線移動の少ない虚像投影と優先度の高い情報の視認性の確保を両立することが可能となる。また、光源１１から照射される無偏光のバックライト光を偏光反射部７０で分岐して、第１画像表示部１３ａおよび第２画像表示部１３ｂにそれぞれ照射しているため、バックライト光の偏光成分を無駄なく利用して光の利用効率を高め、省電力化を図ることができる。

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。

１００…画像投影装置
１０…画像照射部
１１…光源
１２…レンズ
１３…画像表示部
１３ａ…第１画像表示部
１３ｂ…第２画像表示部
１４…搭載基板
１５…裏側発光部
１６…裏側表示部
１７…放熱部材
２０…第１ミラー
３０…Ｐ偏光表示部
４０…二分の一波長板
５０…警告灯部
６０…筐体
７０…偏光反射部
８０…プリズム
９０…偏光変換反射部
９１…反射板
９２…四分の一波長板

Claims (6)

1. 第１表示部と第２表示部に対して投影画像を投影する画像投影装置であって、
   前記第１表示部に対して第１画像光を照射し、前記第２表示部に対して第２画像光を照射する画像照射部を備え、
   前記第１画像光は、前記第１表示部に対するＳ偏光を含んでおり、
   前記第２画像光は、前記第２表示部に対するＰ偏光を含んでいることを特徴とする画像投影装置。
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、一つの画像表示部において前記第１画像光を表示する第１領域と、前記第２画像光を表示する第２領域を有し、
   前記第１領域または前記第２領域の一方に重ねて配置され、偏光方向を９０度回転させる二分の一波長板を備えることを特徴とする画像投影装置。
3. 請求項２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領域の裏面に放熱部材が配置されており、
   前記第２領域の裏面に裏側発光部が配置されていることを特徴とする画像投影装置。
4. 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、無偏光のバックライト光を照射する光源と、
   前記バックライト光に含まれる所定方向の偏光を反射し、前記所定方向に交差する方向の偏光を透過して分岐する第１偏光反射部と、
   前記第１偏光反射部で分岐された前記バックライト光が入射し、前記第１画像光を照射する第１画像表示部と、前記第２画像光を照射する第２画像表示部とを備えることを特徴とする画像投影装置。
5. 請求項３または４に記載の画像投影装置であって、
   前記第１画像光または前記第２画像光の一方を反射し他方を透過して分岐する第２偏光反射部を備えることを特徴とする画像投影装置。
6. 請求項５に記載の画像投影装置であって、
   前記第２偏光反射部が前記第２表示部であり、
   前記第２表示部を透過した前記第１画像光が前記第１表示部に到達することを特徴とする画像投影装置。
   

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