JP2017226251A - 画像表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影距離が等しい情報を大画面で表示する状態と、投影距離が異なる複数の画像を表示する状態とを切換え可能な画像表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置を、低コストで実現する。【解決手段】第１反射光学素子が光路内へ配置された第１状態では、中間画像表示体からの出射光の一部は、第１反射光学素子で反射され、その反射光は第２反射光学素子で反射されて投影光学系に入射し、さらに投影光学系によって被投影体に投影され、第１反射光学素子が光路外へ退避した第２状態では、中間画像表示体からの出射光は、投影光学系に直接入射し、投影光学系によって被投影体に投影される。【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置、および、これを備えたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、複数の車両情報を表示するヘッドアップディスプレイにおいては、情報の種類によって、運転者から見て異なる距離に、対応する虚像を形成することが望まれている。例えば、車速は手前側に表示し、右左折の指示矢印のようなナビゲーション情報は奥側に表示するというものである。特許文献１に記載の車両用表示装置は、インストルメントパネル内の表示体から投影される表示画像をフロントガラス内面の反射体で反射させ、虚像としてフロントガラスの前方に表示させる装置である。この車両用表示装置においては、複数の情報を表示するために、上記表示体を、反射体までの光路距離が互いに異なる複数の表示板で構成し、これによって複数の虚像を異なる位置に提示させるようにしている。

特開２００４−１６８２３０号公報

しかしながら、特許文献１の車両用表示装置においては、複数の虚像を互いに異なる位置に形成することはできるが、複数の表示板が必要であることから、部品点数が多くなりコストの低減を困難にしている。また、表示体が複数の表示板で構成されているため、投影距離の異なる複数の情報を、小さな表示範囲にそれぞれ表示することはできても、投影距離が等しい情報を反射体全体に大きく表示させることは困難であった。

そこで本発明は、投影距離が等しい情報を大画面で表示する状態と、投影距離が異なる複数の画像を表示する状態とを容易に切換え可能な画像表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置を、低コストで実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、中間画像が形成される中間画像表示体と、中間画像表示体からの出射光の光路の内外へ進退可能な第１反射光学素子、および、中間画像表示体からの出射光の光路外に配置された第２反射光学素子を有する反射光学系と、第１反射光学素子を中間画像表示体からの出射光の光路内へ配置し、または、第１反射光学素子を光路外へ退避させる進退機構とを備え、第１反射光学素子が光路内へ配置された第１状態では、中間画像表示体からの出射光の一部は、第１反射光学素子で反射され、その反射光は第２反射光学素子で反射されて投影光学系に入射し、さらに投影光学系によって被投影体に投影され、第１反射光学素子が光路外へ退避した第２状態では、中間画像表示体からの出射光は、投影光学系に直接入射し、投影光学系によって被投影体に投影されることを特徴としている。

これにより、投影距離が異なる複数の画像を表示する第１状態と、投影距離が等しい情報を大画面で表示する第２状態とを低コストで容易に切換えることが可能となる。

本発明の画像表示装置において、進退機構は、第１反射光学素子を回動させることにより、第１反射光学素子を光路内へ配置し、または、光路外へ退避させることが好ましい。
これにより、第１反射光学素子の光路内への配置、および、光路外への退避を容易に行うことができる。

本発明の画像表示装置において、第２反射光学素子は、反射光学素子の回動に連動し、第１反射光学素子の角度に対応した角度に設定されることが好ましい。
これにより、第１反射光学素子からの反射光を第２反射光学素子から所望の方向に反射させることができる。さらに、第２反射光学素子の角度を変えることができるため、第２状態においては、装置内への外光の入射を抑えることが可能となり、これにより、外光が入射することによるノイズ画像の発生を抑えることができる。

本発明の画像表示装置において、反射光学系は、第２状態において、光路内への外光の入射を遮る角度とされていることが好ましい。
これにより、第２状態において、外光の入射に起因するノイズ画像の発生を抑えることができる。

本発明の画像表示装置において、中間画像表示体と反射光学系は、１つの筐体内に配置されていることが好ましい。
これにより、筐体が１つになることからコストの低減となる。さらに、中間画像表示体と反射光学系を別個の筐体におさめる場合に発生する組み付け誤差を抑えることができるため、組み付け誤差に起因する、投影距離や投影位置のばらつきを抑えることが可能となる。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上記のいずれか１つの画像表示装置を備え、被投影体は、車両のウインドシールド、または、ウインドシールドの内側に配置されるコンバイナであることを特徴としている。
これにより、投影距離が異なる複数の画像を表示する第１状態と、投影距離が等しい情報を大画面で表示する第２状態とを低コストで容易に切換えることが可能なヘッドアップディスプレイ装置を実現することができる。

本発明によると、投影距離が等しい情報を大画面で表示する状態と、投影距離が異なる複数の画像を表示する状態とを容易に切換え可能な画像表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置を、低コストで実現することができる。

第１実施形態に係る画像表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す側面図である。 第１実施形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における、ディフューザ、第１ミラー、第２ミラー、および、駆動モータの配置を示す斜視図である。 （Ａ）は、第１状態における、ディフューザ、第１ミラー、および第２ミラーの関係を示す側面図、（Ｂ）は、第２状態における、ディフューザ、第１ミラー、および第２ミラーの関係を示す側面図である。 第２実施形態における、ディフューザ、第１ミラー、第２ミラー、およびリンク部材の関係を示す側面図である。 第３実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。 図６に示す筐体の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る画像表示装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態は、画像表示装置１０と、この画像表示装置１０における被投影体をウインドシールド５０としたヘッドアップディスプレイ装置とに関する。図１は、第１実施形態に係る画像表示装置１０およびヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す側面図である。図２は、画像表示装置１０の構成を示すブロック図である。図３は、ディフューザ１２、第１ミラー２１、第２ミラー２２、および、駆動モータ２３の配置を示す斜視図である。図４（Ａ）は、第１状態における、ディフューザ１２、第１ミラー２１、および第２ミラー２２の関係を示す側面図、図４（Ｂ）は、第２状態における、ディフューザ１２、第１ミラー２１、および第２ミラー２２の関係を示す側面図である。図１および図３は、第１ミラー２１が第１状態にあるとき、すなわち図４（Ａ）に対応する状態を示している。また、図１、図３、および図４には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｚ方向は、ディフューザ１２の光軸１２ｃの方向に沿っており、Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面である。

図１に示すように、画像表示装置１０は、光学エンジン１１と、中間画像表示体としてのディフューザ１２と、第１反射光学素子としての第１ミラー２１と、第２反射光学素子としての第２ミラー２２と、投影光学系としての投影ミラー３０とを備える。さらに、図２に示すように、画像表示装置１０は、駆動モータ２３と、メモリ４１とを備える。ここで、第１ミラー２１と第２ミラーは反射光学系を構成する。

光学エンジン１１は、制御部４０の制御に基づいてディフューザ１２上に中間画像を形成するユニットである。光学エンジン１１としては、例えば、光源としてのＬＥＤと、このＬＥＤからの出射光を反射する走査ミラーと、この走査ミラーからの反射光をディフューザ１２の光軸１２ｃに平行な光としてディフューザ１２に入射させるコリメータレンズとからなる。光学エンジン１１およびディフューザ１２は画像表示装置１０のベース部材（不図示）に固定されている。

中間画像表示体としてのディフューザ１２としては、例えば、マイクロレンズアレイ、拡散板、ランダム位相板、回折格子が挙げられる。
また、光学エンジン１１は、ディフューザ１２上に形成される画像に対応する、予めメモリ４１に保存された制御データにしたがって駆動される。

光学エンジン１１の走査ミラーは、２次元スキャナとして、互いに直交する２つの回動軸を中心として反射面が回動する。この走査ミラーにおいては、第１の回動軸を中心とした回動によって１ライン分の光がコリメータレンズに入射し、第２の回動軸を中心とした所定量の回動の後に、第１の回動軸を中心とする回動を行うことによって次の１ライン分の光がコリメータレンズに入射し、これらを繰り返すことによって１フレーム分の光がコリメータレンズ上に照射される。コリメータレンズに照射された光はディフューザ１２へ出射され、ディフューザ１２上に中間画像が形成される。

また、走査ミラーに代えて、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）やＬＣＯＳ（商標、Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いることもできる。ＤＭＤを用いる場合は、光源からの入射光をマトリックス状に配列した複数のマイクロミラーのそれぞれで反射させ、ディフューザ１２上に中間画像を形成する。ＬＣＯＳは、透過型と反射型のいずれを用いることができ、ＬＣＯＳでの透過光または反射光によってディフューザ１２上に中間画像を形成する。

さらにまた、光学エンジン１１とディフューザ１２に代えて、自発光デバイス、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子）を用いることもできる。

第２反射光学素子としての第２ミラー２２は、画像表示装置１０のベース部材（不図示）に固定されており、ディフューザ１２からの出射光の光路Ｐの外側に配置される。第２ミラー２２は、Ｘ方向に沿ってみたときに、図４（Ａ）に示す第１状態における第１ミラー２１と平行となるように傾けて配置されている。この傾斜配置により、第１ミラー２１の反射面２１ｒで反射されてＹ方向に沿って進行した光Ｌ１２は、第２ミラー２２の反射面２２ｒで反射され、Ｚ方向に沿った反射光Ｌ１３として投影ミラー３０へ入射する。
なお、第１ミラー２１と第２ミラー２２の配置は、ディフューザ１２からの出射光が、ディフューザ１２にもどることなく、第１ミラー２１、第２ミラー２２の順に反射されて投影ミラー３０へ入射すれば任意に設定可能である。

第１反射光学素子としての第１ミラー２１は、制御部４０の制御によって回動する駆動モータ２３によって、回動軸２１ｃを中心として回動する。駆動モータ２３は、画像表示装置１０のベース部材（不図示）に固定されている。図３に示すように、回動軸２１ｃは、第１ミラー２１に対して、第１ミラー２１の幅方向（Ｘ方向）に沿って延びるように固定され、その長手方向（Ｘ方向）の端部には同心状に歯車２１ｇが設けられている。この歯車２１ｇは、駆動モータ２３の駆動軸２３ｃの先端に設けた歯車２３ｇと噛み合っており、駆動モータ２３の駆動によって、歯車２３ｇ、２１ｇを介して、回動軸２１ｃが回動し、これにともなって第１ミラー２１が回動する。これにより、駆動モータ２３と回動軸２１ｃは、第１ミラー２１をディフューザ１２からの出射光の光路Ｐ内へ配置し、または、第１ミラー２１を光路Ｐの外側へ退避させる進退機構として機能する。

また、第１ミラー２１においては、回動軸２１ｃと平行に延びるように、ディフューザ１２側の端部に所定重量のカウンターウエイト２１ｗが設けられている。カウンターウエイト２１ｗを設けることによって、第１ミラー２１の回動時の微小振動を抑えることが可能となり、これにより第１ミラー２１の回動を安定したものとすることができる。

さらに、画像表示装置１０のベース部材の上壁部１０ａには、ダンパー部材２４が設けられている。このダンパー部材２４は、弾性材料、例えばゴム材料で構成される。ダンパー部材２４は、第１ミラー２１が回動してディフューザ１２の光軸１２ｃと略平行になった状態（図４（Ｂ）に示す第２状態）において、第１ミラー２１における、投影ミラー３０側の端部の上面２１ｕが弾性的に接触するように配置されている。このように、第２状態において、回動した第１ミラー２１の端部の上面２１ｕがダンパー部材２４に接触することによって、第１ミラー２１の回動が規制され、第１ミラー２１の第２状態が保持される。

以上の構成の第１ミラー２１は、駆動モータ２３の駆動によって回動し、図４（Ａ）に示す第１状態と、図４（Ｂ）に示す第２状態とのいずれかの状態をとる。
図４（Ａ）に示すように、第１状態においては、ディフューザ１２の出射面１２ａから垂直な方向（Ｚ方向）に沿って出射するディフューザ１２の出射光の光路Ｐ内に、第１ミラー２１の反射面２１ｒが配置され、かつ、第１ミラー２１の反射面２１ｒは、ディフューザ１２の光軸１２ｃに対して所定の角度をなしている。この所定の角度は、０よりも大きく９０よりも小さな角度であって、第２ミラー２２の位置と角度に合わせて設定され、本実施形態では、Ｙ方向下方に配置された第２ミラー２２の反射面２２ｒと平行になるように設定されている。このような第１状態において、ディフューザ１２からの出射光のうち、第１ミラー２１に入射した光Ｌ１１は反射面２１ｒによって反射され、第２ミラー２２に入射する。第２ミラー２２に入射した光は、第２ミラー２２の反射面２２ｒで反射され、Ｚ方向に沿った反射光Ｌ１３として投影ミラー３０へ入射する。
一方、第１ミラー２１に入射しなかった光Ｌ２１は投影ミラー３０へ直接入射する。

これに対して、第２状態においては、図４（Ｂ）に示すように、第１ミラー２１は、回動によって反射面２１ｒがＺ方向に沿うように配置され、ディフューザ１２の出射光の光路Ｐの外側へ退避した状態となっている。これにより、ディフューザ１２からの出射光Ｌ３１、Ｌ３２は、第１ミラー２１と第２ミラー２２のいずれにも入射することがなく、投影ミラー３０に直接入射する。

投影光学系としての投影ミラー３０は、図１に示すように、ディフューザ１２側に反射面３０ｒを有する凹面鏡（拡大鏡）である。ディフューザ１２で結像した画像を含むイメージ光は、投影ミラー３０で拡大・反射される。投影ミラー３０からの反射光は、被投影体としての、車両のウインドシールド５０の表示領域に投影される。このウインドシールド５０は半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、対象者としての運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールド５０の前方位置に虚像が形成され、運転者の目Ｅには、ステアリングホイールの前方に、ディフューザ１２に結像された中間画像に対応する情報が表示されているように見える。

図１と図４（Ａ）に示す第１状態においては、ディフューザ１２からの出射光のうち第１ミラー２１に入射せずに直接投影ミラー３０に入射した光Ｌ２１は、投影ミラー３０で反射されてウインドシールド５０に入射し、ウインドシールド５０で反射されるととともにウインドシールド５０の前方位置に虚像５１を形成する。また、ディフューザ１２からの出射光のうち第１ミラー２１と第２ミラー２２に順に反射されて投影ミラー３０に入射した光Ｌ１３は、投影ミラー３０で反射されてウインドシールド５０に入射し、ウインドシールド５０で反射されるととともにウインドシールド５０の前方位置に虚像５２を形成する。ディフューザ１２から直接投影ミラー３０に入射した光と、第１ミラー２１と第２ミラー２２で順に反射されてから投影ミラー３０に入射した光とでは、ウインドシールド５０に至るまでの光路長に違いがあるため、それぞれに対応する虚像５１、５２とウインドシールド５０との距離も上記光路長に応じて異なったものとなり、第１ミラー２１に入射せずに直接投影ミラー３０に入射した光Ｌ２１に対応する虚像５１よりも虚像５２の方がより前方に形成される。したがって、２つの虚像５１、５２は運転者から見た奥行き方向（Ｚ方向）において異なる位置に形成されることから、異なる位置に異なる情報を表示することが可能となり、運転状況等に応じて、所望の情報を所望の位置に表示させることが可能となる。

一方、図４（Ｂ）に示す第２状態においては、ディフューザ１２からの出射光、例えば図４（Ｂ）に示す出射光Ｌ２１、Ｌ３１は、第１ミラー２１と第２ミラー２２によって反射されることなく投影ミラー３０に直接入射し、投影ミラー３０で反射されてウインドシールド５０に入射し、そしてウインドシールド５０で反射されるととともにウインドシールド５０の前方位置に虚像を形成する。したがって、ウインドシールド５０の前方位置に、分割されていない大きな面積で情報を表示させることができ、また、駆動モータ２３による第１ミラー２１の回動によって、複数の情報を異なる位置に形成できる第１状態と、単一の情報を大きな画面で表示する第２状態とを、運転状況等に応じた所望のタイミングで容易に切り替えることができる。

以上のように構成されたことから、上記第１実施形態によれば、投影距離が異なる複数の画像を表示する第１状態と、投影距離が等しい情報を大画面で表示する第２状態とを低コストで容易に切換えることが可能となる。また、第１ミラー２１を回動させて光路Ｐ内へ配置し、または、光路Ｐの外側へ退避させるため、第１ミラー２１の光路Ｐ内への配置、および、光路Ｐの外部への退避を容易に行うことができる。

以下に変形例について説明する。
上記第１実施形態においては、駆動モータ２３によって第１ミラー２１を回動軸２１ｃを中心として回動させていたが、第１ミラー２１の回動は、駆動モータ２３以外のアクチュエータ、例えば、ばねやソレノイドを用いて行っても良い。

上記第１実施形態においては、第１ミラー２１と第２ミラー２２の２つのミラーを用いて反射経路を形成して、ディフューザ１２からの出射光の一部を投影ミラー３０に入射させていたが、３つ以上のミラーで１つの反射経路を形成してもよい。

また、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す例では、ディフューザ１２から直接投影ミラー３０に入射する経路と、第１ミラー２１および第２ミラー２２を経由して投影ミラー３０に入射する経路との２つの経路を実現する形態としていたが、これ以外にも経路を設けてもよい。

第１状態においてディフューザ１２からの出射光を順に反射することができれば、第１反射光学素子および第２反射光学素子として、ミラー以外の光学素子、例えばプリズムを用いてもよい。

上記第１実施形態においては、駆動モータ２３によって第１ミラー２１を回動軸２１ｃを中心として回動させることによって、第１ミラー２１をディフューザ１２からの出射光の光路Ｐ内へ配置し、または、光路Ｐの外側へ退避させていたが、これに代えて、所定の角度、例えば図４（Ａ）に示す角度に固定したミラーを、回動させることなくＹ方向に上下に移動可能に設けてもよい。このミラーは、ばね、ソレノイドなどのアクチュエータによって移動可能であり、ディフューザ１２からの出射光の光路Ｐの内側と外側の２つの位置のいずれかに配置させる。これにより、図４（Ａ）に示す状態と同様にディフューザ１２からの出射光を第２ミラー２２側へ反射する第１状態と、ディフューザ１２からの出射光がミラーで反射されることなく投影ミラー３０へ直接入射する第２状態とを実現することができる。

また、上記第１実施形態では、投影ミラー３０からの反射光を、被投影体としてのウインドシールド５０に投影させていたが、被投影体としてウインドシールド５０のうち側にコンバイナを配置し、投影ミラー３０からの反射光をコンバイナに投影する構成も可能である。この構成においては、コンバイナが半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、対象者としての運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールド５０の前方位置に虚像が形成される。

＜第２実施形態＞
図５を参照しつつ、第２実施形態に係る画像表示装置について説明する。図５は、第２実施形態における、ディフューザ１１２、第１ミラー１２１、第２ミラー１２２、およびリンク部材１２５の関係を示す側面図である。図５では、第１ミラー１２１、第２ミラー１２２、およびリンク部材１２５の第１状態を実線で示し、第２状態を破線で示している。図５には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｚ方向は、ディフューザ１１２の光軸１１２ｃの方向に沿っており、Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面である。

第２実施形態においては、反射光学系としての２つのミラー１２１、１２２が互いに連動して回動する点が第１実施形態と異なる。第１実施形態の光学エンジン１１と投影ミラー３０は第２実施形態においても同様の構成、配置、作用効果を有するため、その説明は省略する。また、第２実施形態のディフューザ１１２（図５）も第１実施形態のディフューザ１２と同様の構成、配置、作用効果を有する。

第１反射光学素子としての第１ミラー１２１は、第１実施形態の第１ミラー２１と同様に、制御部４０の制御によって回動する駆動モータ１２３によって、回動軸１２１ｃを中心として回動し、図５において実線で示す第１状態と、破線で示す第２状態とのいずれかの状態をとる。回動軸１２１ｃ、歯車１２１ｇ、反射面１２１ｒ、カウンターウエイト１２１ｗ、駆動軸１２３ｃ、および、歯車１２３ｇは、第１実施形態の回動軸２１ｃ、歯車２１ｇ、反射面２１ｒ、カウンターウエイト２１ｗ、駆動軸２３ｃ、および、歯車２３ｇと同様の構成・作用効果を有する。また、図示しないが、第１実施形態のダンパー部材２４と同様にダンパー部材を設けている。第１ミラー１２１が回動してディフューザ１１２の光軸１１２ｃと略平行になった状態（図５において破線で示す第２状態）において、第１ミラー１２１における、投影ミラー３０側の端部の上面１２１ｕがダンパー部材に弾性的に接触し、第１ミラー１２１の回動範囲が規制される。ここで、駆動モータ１２３と回動軸１２１ｃは、第１ミラー１２１をディフューザ１１２からの出射光の光路Ｐ２内へ配置し、または、第１ミラー１２１を光路Ｐ２の外側へ退避させる進退機構である。

第１ミラー１２１の投影ミラー３０側の端部１２１ｅには、リンク部材１２５の上端部が連結されており、このリング部材１２５の下端部には、第２反射光学素子としての第２ミラー１２２の投影ミラー３０側の端部１２２ｅが連結されている。第２ミラー１２２は、画像表示装置のベース部材（不図示）に固定された回動軸１２２ｃに対して、ディフューザ１１２側の端部が回動自在に支持されている。また、リンク部材１２５は、ディフューザ１１２からの出射光の進行を妨げない位置、例えば、第１ミラー１２１および第２ミラー１２２のＸ方向の両端部に設けられている。

以上の構成においては、駆動モータ１２３の動作にしたがって第１ミラー１２１が回動軸１２１ｃを中心にして回動すると、リンク部材１２５で連結された第２ミラー１２２は、第１ミラー１２１の動きに連動して、回動軸１２２ｃを中心として回動し、図５において実線で示す第１状態と、破線で示す第２状態とのいずれかの状態をとる。図５に示す例において、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２は、Ｘ方向から見て略平行な関係を維持するようにそれぞれが回動し、実線で示す第１状態では、第１ミラー１２１の反射面１２１ｒと第２ミラー１２２の反射面１２２ｒはディフューザ１１２の光軸１１２ｃに対して所定の角度をなしており、破線で示す第２状態ではディフューザ１１２の光軸１１２ｃの方向に沿うように位置している。ここで、第１状態における所定の角度は、０よりも大きく９０よりも小さな角度である。また、第１ミラー１２１の反射面１２１ｒは、第１状態においてはディフューザ１１２からの出射光の光路Ｐ２内に位置し、第２状態においては光路Ｐ２の外側に退避される。一方、第２ミラー１２２の反射面１２２ｒは、第１状態および第２状態のいずれにおいても光路Ｐ２の外側に位置する。
なお、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２の配置は、ディフューザ１１２からの出射光が、ディフューザ１１２にもどることなく、第１ミラー１２１、第２ミラー１２２の順に反射されて投影ミラー３０へ入射すれば任意に設定可能である。

第１状態においては、図５の実線で示すように、ディフューザ１１２の出射面１１２ａからの出射光のうち第１ミラー１２１への入射光Ｌ１１１が、反射面１２１ｒで反射され、その反射光Ｌ１１２は第２ミラー１２２に入射し、さらに第２ミラー１２２の反射面１２２ｒで反射した光は、Ｚ方向に沿った反射光Ｌ１１３として投影ミラー３０へ入射する。
一方、第１ミラー１２１に入射しなかった光Ｌ１２１は投影ミラー３０へ直接入射する。

これに対して、第２状態においては、図５の破線で示すように、第１ミラー１２１および第２ミラー１２２は、回動によって、それぞれの反射面１２１ｒ、１２２ｒがＺ方向に沿うように配置され、ディフューザ１１２の出射光の光路Ｐ２の外側へそれぞれ退避した状態となっている。これにより、ディフューザ１１２からの出射光Ｌ１２１は、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２のいずれにも入射することがなく、投影ミラー３０に直接入射する。

第２実施形態によれば、駆動モータ１２３を動作させることによって、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２を連動して回動させることができ、これにより、第１ミラー１２１からの反射光を第２ミラー１２２から所望の方向に反射させることができる。さらに、第２ミラー１２２の角度を変えることができるため、第２状態においては、装置内への外光の入射を抑えることが可能となり、これにより、外光によるノイズ画像の発生を抑えることができる。
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
図６と図７を参照しつつ、第３実施形態に係る画像表示装置について説明する。図６は、第３実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。図７は、図６に示す筐体２２０の構成を示す斜視図である。図６では、第１状態における、ディフューザ２１２、第１ミラー２２１、および、第２ミラー２２２の関係を示しており、図７では、第２状態におけるディフューザ２１２、第１ミラー２２１、および、第２ミラー２２２の関係を示している。図６と図７には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｚ方向は、ディフューザ２１２の光軸２１２ｃの方向に沿っており、Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面である。

第３実施形態においては、中間画像表示体としてのディフューザ２１２、反射光学系としての２つのミラー２２１、２２２が共通の筐体２２０内に配置されており、また、投影光学系として２つの投影ミラー２３１、２３２を備えている点が第１実施形態と異なる。

図６に示すように、第３実施形態に係る画像表示装置は、光学エンジン２１１と、ディフューザ２１２および２つのミラー２２１、２２２を収容した筐体２２０と、２つの投影ミラー２３１、２３２とを備え、これらは、画像表示装置のベース部材２００ｂ上に配置されている。光学エンジン２１１は第１実施形態の光学エンジン１１と同様の構成であり、出射光がディフューザ２１２の光軸２１２ｃに沿って、筐体２２０内のディフューザ２１２に入射するように配置されている。筐体２２０からの出射光は第１投影ミラー２３１、第２投影ミラー２３２の順に反射・拡大され、その反射光は車両のウインドシールドへ投影され、第１実施形態と同様に、運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドの前方位置に虚像が形成される。

図６と図７に示すように、筐体２２０は略直方体状の外形を備える。図７に示すように、筐体２２０の光学エンジン２１１側の背面２２０ａには、光学エンジン２１１からの出射光が直接入射可能なようにディフューザ２１２が固定されている。ディフューザ２１２は、第１実施形態のディフューザ１２と同様の構成、配置、作用効果を有する。

図７に示すように、筐体２２０の第１投影ミラー２３１側の前面２２０ｂには、ディフューザ２１２に対応する形状の開口部２２０ｐが設けられている。この開口部２２０ｐはＺ方向から見て矩形状であって、その中心がディフューザ２１２の光軸２１２ｃ上に位置するように設けられている。
また、筐体２２０には、Ｘ方向において互いに対向する２つの側面２２０ｃ、２２０ｄが、Ｚ方向に沿って延びるように設けられ、筐体２２０の外部から外光が入射することを防ぐ。
このような構成によって、筐体２２０内において、Ｚ方向に沿って、ディフューザ２１２の出射面２１２ａから開口部２２０ｐへ向かう光路が形成される。

図７に示すように、筐体２２０の上面２２０ｅには、回動軸２２１ｃを介して、第１反射光学素子としての第１ミラー２２１が回動可能に支持されている。回動軸２２１ｃは、不図示の駆動モータによって駆動され、この回動軸２２１ｃの回動にしたがって、回動軸２２１ｃを中心として第１ミラー２２１が回動する。これにより、第１ミラー２２１は、図６に示す第１状態と図７に示す第２状態とのいずれかの状態をとる。第１状態において、第１ミラー２２１は、ディフューザ２１２からの出射光の光路内へ傾斜した状態で配置され、また、第２状態において、第１ミラー２２１は、Ｚ方向に沿って延びるように配置され、ディフューザ２１２からの出射光の光路の外側へ退避する。第２状態においては、第１ミラー２２１が筐体２２０の上面２２０ｅを閉じる形となり、筐体２２０の内部への外光の入射を遮蔽する。

ここで、回動軸２２１ｃを駆動する駆動モータ（不図示）と回動軸２２１ｃとの間には、第１実施形態の第１ミラー２１と駆動モータ２３と同様に、歯車や駆動軸が設けられているが図６と図７ではこれらの図示を省略している。また、第１ミラー２２１には、第１実施形態の第１ミラー２１と同様にカウンターウエイトを設けることが好ましい。さらに、第１実施形態のダンパー部材２４と同様に、筐体２２０の上面２２０ｅにダンパー部材を設け、これによって第１ミラー２２１の回動を規制することが好ましい。ここで、回動軸２２１ｃと不図示の駆動モータは、第１ミラー２２１をディフューザ２１２からの出射光の光路内へ配置し、または、第１ミラー２２１を前記光路の外側へ退避させる進退機構である。

図７に示すように、筐体２２０の下面２２０ｆには、回動軸２２２ｃを介して、第２反射光学素子としての第２ミラー２２２が回動可能に支持されている。回動軸２２２ｃは、不図示の駆動モータによって駆動され、この回動軸２２２ｃの回動にしたがって、ディフューザ２１２からの出射光の光路の外側において、回動軸２２２ｃを中心として第２ミラー２２２が回動し、これにより、第２ミラー２２２は、図６に示す第１状態と図７に示す第２状態とのいずれかの状態をとる。第１状態において、第２ミラー２２２は第１ミラー２２１に対応して傾斜した状態で配置され、また、第２状態において、第２ミラー２２２は、Ｚ方向に沿って延びるように配置される。また、第２状態においては、第２ミラー２２２が筐体２２０の下面２２０ｆを閉じる形となり、筐体２２０の内部への外光の入射を遮蔽する。

また、駆動モータ（不図示）と回動軸２２２ｃとの間には、第１実施形態の第１ミラー２１と駆動モータ２３と同様に、歯車や駆動軸が設けられているが図６と図７ではこれらの図示を省略している。また、第２ミラー２２２には、第１実施形態の第１ミラー２１と同様にカウンターウエイトを設けることが好ましい。また、第１実施形態のダンパー部材２４と同様に、筐体２２０の下面２２０ｆにダンパー部材を設け、これによって第２ミラー２２２の回動を規制することが好ましい。
なお、第１ミラー２２１と第２ミラー２２２は、それぞれを回動させるための駆動モータの動作を同期させることが好ましく、これにより、投影画像の切り替えを適切なタイミングで行うことが可能となる。

第１状態においては、ディフューザ２１２の出射面２１２ａから出射光の光路内に、第１ミラー２２１が配置され、その反射面２２１ｒが、ディフューザ２１２の光軸２１２ｃに対して所定の角度をなす。また、第２ミラー２２２は、筐体２２０の下面２２０ｆよりも下方に傾いた状態となる。この状態においては、図６に示すように、ディフューザ２１２からの出射光のうち、第１ミラー２２１に入射した光Ｌ２１１は反射面２２１ｒによって反射され、第２ミラー２２２に入射する。第２ミラー２２２に入射した光Ｌ２１２は、第２ミラー２２２の反射面２２２ｒで反射され、Ｚ方向に沿った反射光Ｌ２１３として第１投影ミラー２３１へ入射する。
一方、第１ミラー２２１に入射しなかった光Ｌ２２１は第１投影ミラー２３１へ直接入射する。

これに対して、図７に示す第２状態においては、第１ミラー２２１は、回動によって反射面２２１ｒがＺ方向に沿うように配置され、ディフューザ２１２の出射光の光路の外側へ退避した状態となっている。これにより、ディフューザ２１２からの出射光は、第１ミラー２２１と第２ミラー２２２のいずれにも入射することがなく、第１投影ミラー２３１に直接入射する。

第１投影ミラー２３１と第２投影ミラー２３２は、筐体２２０からの出射光を順に反射・拡大する凹面鏡（拡大鏡）であり、投影光学系を構成する。ディフューザ２１２で結像した画像を含むイメージ光は、これらの投影ミラー２３１、２３２で順に拡大・反射される。第２投影ミラー２３２からの反射光は、被投影体としての、車両のウインドシールド５０の表示領域に投影される。このウインドシールド５０は半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、対象者としての運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールド５０の前方位置に虚像が形成される。
なお、第１投影ミラー２３１と第２投影ミラー２３２の一方を、拡大機能を有しないミラーとしてもよい。また、３枚以上の凹面鏡やミラーによって投影光学系を構成してもよい。

第３実施形態の画像表示装置によれば、筐体が１つになることからコストの低減が可能となる。さらに、ディフューザと反射光学系を別個の筐体におさめる場合に発生する組み付け誤差を抑えることができるため、組み付け誤差に起因する、投影距離や投影位置のばらつきを抑えることが可能となる。
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る画像表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置は、複数の情報の同時投影と、単一の情報の大画面での表示との切り替えが必要な場合に有用である。

１０ 画像表示装置
１１ 光学エンジン
１２、１１２ ディフューザ
１２ａ、１１２ａ 出射面
１２ｃ、１１２ｃ 光軸
２１、１２１ 第１ミラー
２１ｃ、１２１ｃ 回動軸
２１ｇ、１２１ｇ 歯車
２１ｒ、１２１ｒ 反射面
２１ｗ、１２１ｗ カウンターウエイト
２２、１２２ 第２ミラー
２２ｒ、１２２ｒ 反射面
２３、１２３ 駆動モータ
２３ｃ、１２３ｃ 駆動軸
２３ｇ、１２３ｇ 歯車
２４ ダンパー部材
３０ 投影ミラー
３０ｒ 反射面
４０ 制御部
４１ メモリ
５０ ウインドシールド
５１、５２ 虚像
１２１ｅ、１２２ｅ 端部
１２２ｃ 回動軸
１２５ リンク部材
２００ｂ ベース部材
２１１ 光学エンジン
２１２ ディフューザ
２１２ａ 出射面
２１２ｃ 光軸
２２０ 筐体
２２０ｐ 開口部
２２１ 第１ミラー
２２１ｃ 回動軸
２２１ｒ 反射面
２２２ 第２ミラー
２２２ｃ 回動軸
２２２ｒ 反射面
２３１ 第１投影ミラー
２３２ 第２投影ミラー

Claims (6)

1. 中間画像が形成される中間画像表示体と、
   前記中間画像表示体からの出射光の光路の内外へ進退可能な第１反射光学素子、および、前記中間画像表示体からの出射光の光路外に配置された第２反射光学素子を有する反射光学系と、
   前記第１反射光学素子を前記中間画像表示体からの出射光の光路内へ配置し、または、前記第１反射光学素子を前記光路外へ退避させる進退機構とを備え、
   前記第１反射光学素子が前記光路内へ配置された第１状態では、前記中間画像表示体からの出射光の一部は、前記第１反射光学素子で反射され、その反射光は前記第２反射光学素子で反射されて投影光学系に入射し、さらに前記投影光学系によって被投影体に投影され、
   前記第１反射光学素子が前記光路外へ退避した第２状態では、前記中間画像表示体からの出射光は、前記投影光学系に直接入射し、前記投影光学系によって前記被投影体に投影されることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記進退機構は、前記第１反射光学素子を回動させることにより、前記第１反射光学素子を前記光路内へ配置し、または、前記光路外へ退避させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第２反射光学素子は、前記反射光学素子の回動に連動し、前記第１反射光学素子の角度に対応した角度に設定されることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記反射光学系は、前記第２状態において、前記光路内への外光の入射を遮る角度とされていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記中間画像表示体と前記反射光学系は、１つの筐体内に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像表示装置を備え、
   前記被投影体は、車両のウインドシールド、または、前記ウインドシールドの内側に配置されるコンバイナであることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

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