JP2024065775A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外光による画像照射部の温度上昇を抑制しつつ、部品点数の減少と小型化を図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投影する画像投影装置（１００）であって、第１画像光および第２画像光を照射する画像照射部（１０）と、表示部を介して第１画像光および第２画像光を照射する照射光学部を備え、照射光学部は第１画像光と第２画像光の間で虚像の結像位置に差を生じさせる反射プリズム（２０）を備え、反射プリズム（２０）は第１入射部と第２入射部と第１反射部と第２反射部と第１出射部と第２出射部とを備え、第１画像光は第１入射部から入射し、第１反射部および第２反射部で反射され、第１出射部から出射され、第２画像光は第２入射部から入射し、第２出射部から出射され、反射プリズム（２０）の何れかの面に、光を選択的に反射または透過する光選択部を設けた画像投影装置（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投影する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）。

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、画像照射部と投影光学系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。そこで本願出願人は、一つの画像照射部内に複数の画像を表示し、プリズム等の光分岐部によって各画像の光路を分岐することで、省スペース化を図った画像投影装置を提案している。

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、表示部であるウィンドシールドを介して投影画像を投影するため、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投影光学部を備えている。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、投影光学部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。

このような温度上昇を抑制するために、ウィンドシールドと投影光学部の間に赤外光フィルタや紫外光フィルタ等の波長フィルタを配置し、画像照射部に到達する外光の可視光以外の波長をカットして温度上昇を抑制することも提案されている。しかし、外光の入射経路全体を覆うためには大面積の波長フィルタが必要であり、波長フィルタを保持するための部材や構造も必要となるため、部品点数の削減や装置の小型化が難しくなるという問題があった。

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つつ、部品点数の減少と小型化を図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、虚像を表示するための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、第１画像光および第２画像光を照射する画像照射部と、前記表示部を介して前記第１画像光および前記第２画像光を照射する照射光学部を備え、前記照射光学部は、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反射プリズムを備え、前記反射プリズムは、第１入射部と、第２入射部と、第１反射部と、第２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、前記第１反射部および前記第２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、前記反射プリズムの何れかの面に、光を選択的に反射または透過する光選択部を設けたことを特徴とする。

このような本発明の画像投影装置では、前記反射プリズムの何れかの面に、光を選択的に反射または透過する光選択部を設けているため、外光による画像照射部の温度上昇を抑制しつつ、部品点数の減少と小型化を図ることが可能となる。

また、本発明の一態様では、前記光選択部は、前記第１反射部または前記第２反射部に設けられ、前記第１画像光の偏光を反射し、前記第１画像光の偏光と直交する偏光を透過する反射型偏光部材である。

また、本発明の一態様では、前記光選択部は、前記第１反射部または前記第２反射部に設けられ、赤外光または紫外光を透過し、可視光を反射する波長選択ミラーである。

また、本発明の一態様では、前記光選択部は、前記第１入射部、前記第２入射部、前記第１出射部または前記第２出射部に設けられ、前記第１画像光および前記第２画像光の偏光を透過し、前記第１画像光および前記第２画像光の偏光と直交する偏光を吸収する吸収型偏光部材である。

また、本発明の一態様では、前記光選択部は、前記第１入射部、前記第２入射部、前記第１出射部または前記第２出射部に設けられ、赤外光または紫外光を反射または吸収し、可視光を透過するバンドパスフィルターである。

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。

また、本発明の一態様では、前記虚像の結像位置は、前記第１画像光のほうが前記第２画像光よりも視点位置から遠い。

本発明では、外光による画像照射部の温度上昇を抑制しつつ、部品点数の減少と小型化を図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の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る反射プリズム２０の構造例と、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射について説明する模式図である。 光選択部の一例である偏光部材の光反射特性を示すグラフである。 第２実施形態に係る反射プリズム２０の構造例と、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射について説明する模式図である。 第３実施形態に係る反射プリズム２０の構造例と、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射について説明する模式図である。 反射プリズム２０の変形例を示す模式図である。

（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。図１は、本実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示す模式図である。図１に示すように、画像投影装置１００は、画像照射部１０と、反射プリズム２０と、第１ミラー３０と、第２ミラー４０を備えている。図１に示すように、画像投影装置１００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（表示部）ＷＳで反射されて運転者の視点位置に照射される。運転者は、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２が入射してきた光路の延長上に結像された虚像Ｐ１，Ｐ２を視認する。

図１に示した画像投影装置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、画像を含んだ光照射する部分である。画像照射部１０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、レーザ光源と光変調素子の組み合わせ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、液晶表示装置の背面側から発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）により光を照射するものを用いている。画像照射部１０は、遠方画像と近方画像をそれぞれ表示する遠方表示領域（第１領域）と近方表示領域（第２領域）を含んで構成されている。

反射プリズム２０は、画像照射部１０から照射される画像の光を第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２に分岐するとともに、両者の光路長に差を生じさせる光学部材である。図１に示した例では、遠方表示領域で表示される第１画像を第１画像光Ｌ１とし、近方表示領域で表示される第２画像を第２画像光Ｌ２として分岐する。反射プリズム２０の詳細な構造については後述する。

図１に示した例では反射プリズム２０を画像照射部１０の遠方表示領域と近方表示領域に重ねて配置している。ここで、反射プリズム２０を画像照射部１０に重ねて配置するとは、平面視において反射プリズム２０を配置した領域が画像照射部１０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２０と画像照射部１０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２０と画像照射部１０の間に光を透過する光学部材や、両者の間隔を維持するための保持部材を介在させている場合も、重ねて配置に含まれる。

第１ミラー３０は、反射プリズム２０から出射された第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を第２ミラー４０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３０として第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を虚像Ｐ１，Ｐ２として投影するために必要な光学設計された凹面形状の自由曲面ミラーを示している。

第２ミラー４０は、第１ミラー３０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、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２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２ミラー４０として第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を虚像Ｐ１，Ｐ２として投影するために必要な光学設計された凹面形状の自由曲面ミラーを示している。

第１ミラー３０および第２ミラー４０の反射面は、ウィンドシールドＷＳを介して第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を虚像Ｐ１，Ｐ２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。反射プリズム２０、第１ミラー３０および第２ミラー４０の組み合わせは、ウィンドシールドＷＳを介して第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を投影する機能を有しており、本発明における照射光学部に相当している。

図１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。また、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２は、第１ミラー３０で反射されて光径が縮小されながら進行し、第１ミラー３０と第２ミラー４０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。

第１ミラー３０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、第１ミラー３０と第２ミラー４０の間の中間結像位置Ｆで最小となる。また図１では、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路は、第１ミラー３０と第２ミラー４０の間における交差位置において交差している。

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、車両の内側面では第２ミラー４０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ＷＳを用いた例を示したが、ウィンドシールドＷＳとは別に表示部としてコンバイナーを用意し、第２ミラー４０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Ｐ１，Ｐ２は、ウィンドシールドＷＳ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Ｐ１，Ｐ２が結像される位置は、画像照射部１０から照射された光が、第１ミラー３０、第２ミラー４０およびウィンドシールドＷＳで反射された後に視点方向に進行する際の拡がり角度によって決まる。

画像投影装置１００では、画像照射部１０の遠方表示領域に表示された遠方画像が第１画像光Ｌ１として照射され、近方表示領域に表示された近方画像が第２画像光Ｌ２として照射される。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、速度と音量インジケータ、進行方向ガイド等が挙げられる。

第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２は、反射プリズム２０に入射して、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の光路差が生じ、第１ミラー３０に到達して反射される。第１ミラー３０で反射された第１画像光Ｌ１は、反射プリズム２０を介して第２ミラー４０に到達する。また、第１ミラー３０で反射された第２画像光Ｌ２も第２ミラー４０に到達する。第２ミラー４０で反射された第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２は、それぞれウィンドシールドＷＳで反射され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、第１ミラー３０および第２ミラー４０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Ｐ１，Ｐ２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Ｐ１，Ｐ２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。

図２は、本実施形態に係る反射プリズム２０の構造例と、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射について説明する模式図である。図２では簡便のために、画像照射部１０のうち画像を表示する画像表示部１１のみを示している。また、図中の破線は画像表示部１１の遠方表示領域から照射された第１画像光Ｌ１の光路を示し、図中の実線は画像表示部１１の近方表示領域から照射された第２画像光Ｌ２の光路を示している。

反射プリズム２０としては、透光性材料で構成された断面が平行四辺形の部材が挙げられる。反射プリズム２０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。平行四辺形の対向する一対の面は光の入射面２１ａおよび出射面２１ｂであり、入射面２１ａと出射面２１ｂに隣接する一対の面は、入射した光が全反射する角度で切り出されて反射面２１ｃ、２１ｄが形成されている。ここでは反射プリズム２０として、反射面２１ｃ、２１ｄが第１画像光Ｌ１を全反射する角度で切り出された例を示しているが、反射面２１ｃ、２１ｄでの反射は全反射でなくともよい。

反射プリズム２０の入射面２１ａは、画像表示部１１に対向して配置される面であり、画像表示部１１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２に示した例では、入射面２１ａのうち遠方表示領域と対向する領域が第１入射部であり、近方表示領域と対向する領域が第２入射部である。また出射面２１ｂのうち、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出射部と第２出射部である。また、第１入射部と第２出射部に挟まれた反射面２１ｃが第１反射部であり、第２入射部と第１出射部に挟まれた反射面２１ｄが第２反射部である。

また、図２に示した例では、反射面２１ｃに波長選択ミラー２３が設けられ、反射面２１ｄに反射型偏光部材２４が設けられている。波長選択ミラー２３は、赤外光または紫外光を透過し、可視光を反射する光学特性を有する光学部材である。反射型偏光部材２４は、特定方向の偏光を反射し、当該特定方向と直交する方向の偏光を透過する光学特性を有する光学部材である。ここで、波長選択ミラー２３と反射型偏光部材２４は、それぞれ反射プリズム２０の面に設けられて、光を選択的に反射または透過する機能を有しているため、本願発明における光選択部に相当している。

波長選択ミラー２３の具体的な構成は限定されず、反射面２１ｃとシート状の波長選択ミラー２３の間に接着層を設けて、波長選択ミラー２３を貼り付ける構成とすることができる。また、反射型偏光部材２４の具体的な構成は限定されず、反射面２１ｄとシート状の反射型偏光部材２４の間に接着層を設けて、反射型偏光部材２４を貼り付ける構成とすることができる。ここで、反射型偏光部材２４が反射する特定方向の偏光は、画像照射部１０から照射される第１画像光Ｌ１の偏光である。反射型偏光部材２４が反射する偏光方向と第１画像光Ｌ１の偏光方向は厳密に一致しなくともよく、両者の偏光方向が数度程度の角度差をもって配置されているとしてもよい。反射型偏光部材２４の一例としては、旭化成株式会社製の反射型偏光フィルムＷＧＦや、スリーエムジャパン株式会社製の反射型偏光板フィルム等を用いることができる。

また、図２では反射面２１ｃに波長選択ミラー２３を設け、反射面２１ｄに反射型偏光部材２４を設けた例を示したが、反射面２１ｃに反射型偏光部材２４を設け、反射面２１ｄに波長選択ミラー２３を設けるとしてもよい。さらに、反射面２１ｃ，２１ｄの両方に反射型偏光部材２４を設けるとしてもよい。この場合には、反射面２１ｃに設けた反射型偏光部材２４と、反射面２１ｄに設けた反射型偏光部材２４とで、それぞれ反射率が高い偏光方向を数度から３０度程度異ならせるとしてもよい。二つの反射型偏光部材２４で反射率が高い偏光方向が異なっていることで、第１画像光Ｌ１と外光に対する反射率を任意に変更することができる。

図３は、光選択部の一例である偏光部材の光反射特性を示すグラフである。図３は、反射型偏光部材２４の光学特性を一例として示しており、図中の実線はｓ偏光に対する反射率の波長依存性を示し、破線はｐ偏光に対する反射率の波長依存性を示している。図３に示したように、ｓ偏光に対しては波長４００～８００ｎｍ程度の可視光の範囲において高い反射率を有し、８００ｎｍ以上の赤外光の波長では反射率が低下する。また、ｐ偏光に対しては波長４００～８００ｎｍ程度の可視光の範囲および８００ｎｍ以上の赤外光の波長で反射率が低い。

図２に示すように、第１画像光Ｌ１は可視光であり、入射面２１ａの第１入射部から反射プリズム２０に入射して、波長選択ミラー２３で反射される。また第１画像光Ｌ１はｓ偏光で照射され、反射型偏光部材２４の反射率が高い偏光方向がｓ偏光に適合されているため、第１画像光Ｌ１は反射型偏光部材２４で反射される。これにより、第１画像光Ｌ１は、波長選択ミラー２３および反射型偏光部材２４で反射されて、出射面２１ｂの第１出射部から第１ミラー３０方向に照射される。

第２画像光Ｌ２は、入射面２１ａの第２入射部から反射プリズム２０に入射し、反射プリズム２０の内部を透過して出射面２１ｂの第２出射部から第１ミラー３０方向に照射される。このとき第１反射部および第２反射部が第１入射部および第２出射部に対して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２０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２０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。

本実施形態の画像投影装置１００では、外部から入射した外光は、第１ミラー３０および第２ミラー４０で反射されて反射プリズム２０まで到達する。しかし、第１出射部から反射面２１ｄ方向に入射した外光は、ｓ偏光の可視光のみが反射型偏光部材２４で反射されて反射面２１ｃまで到達する。このとき、外光のうちｐ偏光は反射型偏光部材２４を透過するため、反射型偏光部材２４で反射される外光のエネルギーは半減する。また、反射面２１ｃまで到達した外光は、可視光のみが波長選択ミラー２３で反射されて画像表示部１１の遠方表示領域に到達する。このとき、外光のうち紫外光と赤外光は波長選択ミラー２３を透過するため、遠方表示領域まで到達する外光のエネルギーはさらに低減される。

本実施形態では、第２出射部から反射プリズム２０に入射して、第２入射部を介して近方表示領域に到達する外光については、光量を低減していない。しかし、画像投影装置１００では、遠方表示領域から照射された第１画像光Ｌ１の光路を逆行する外光のほうが、画像表示部１１の表面において集光されやすく、画像表示部１１の温度上昇を引き起こしやすい。そのため、反射面２１ｃ、２１ｄにそれぞれ波長選択ミラー２３と反射型偏光部材２４を設けるだけでも、画像表示部１１の温度上昇とそれによる劣化を効果的に抑制することができる。また、反射プリズム２０の反射面２１ｃ、２１ｄに波長選択ミラー２３と反射型偏光部材２４を貼り付けているため、波長選択ミラー２３と反射型偏光部材２４の面積を小さくするとともに、別途保持部材を設ける必要が無く、部品点数の減少と小型化を図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、本実施形態に係る反射プリズム２０の構造例と、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射について説明する模式図である。

図４に示した例では、入射面２１ａに吸収型偏光部材２５が設けられ、出射面２１ｂにバンドパスフィルター２６が設けられている。吸収型偏光部材２５は、特定方向の偏光を透過し、当該特定方向と直交する方向の偏光を吸収する光学特性を有する光学部材である。バンドパスフィルター２６は、赤外光または紫外光を反射または吸収し、可視光を透過する光学特性を有する光学部材である。ここで、吸収型偏光部材２５とバンドパスフィルター２６は、それぞれ反射プリズム２０の面に設けられて、光を選択的に反射または透過する機能を有しているため、本願発明における光選択部に相当している。

吸収型偏光部材２５の具体的な構成は限定されず、入射面２１ａとシート状の吸収型偏光部材２５の間に接着層を設けて、吸収型偏光部材２５を貼り付ける構成とすることができる。また、バンドパスフィルター２６の具体的な構成は限定されず、出射面２１ｂとシート状のバンドパスフィルター２６の間に接着層を設けて、バンドパスフィルター２６を貼り付ける構成とすることができる。ここで、吸収型偏光部材２５が透過する特定方向の偏光は、画像照射部１０から照射される第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の偏光である。吸収型偏光部材２５が透過する偏光方向と第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の偏光方向は厳密に一致しなくともよく、両者の偏光方向が数度程度の角度差をもって配置されているとしてもよい。

また、図４では入射面２１ａに吸収型偏光部材２５を設け、出射面２１ｂにバンドパスフィルター２６を設けた例を示したが、入射面２１ａにバンドパスフィルター２６を設け、出射面２１ｂに吸収型偏光部材２５を設けるとしてもよい。

図４に示すように、第１画像光Ｌ１はｓ偏光で照射され、吸収型偏光部材２５の透過軸はｓ偏光に適合されているため、第１画像光Ｌ１は吸収型偏光部材２５を透過して第１入射部から反射プリズム２０に入射する。第１画像光Ｌ１は反射プリズム２０内で反射面２１ｃ，２１ｄで反射されて出射面２１ｂの第１出射部に到達する。第１画像光Ｌ１は可視光であるため、第１画像光Ｌ１はバンドパスフィルター２６を透過して第１出射部から第１ミラー３０方向に照射される。

また第２画像光Ｌ２もｓ偏光で照射され、吸収型偏光部材２５の透過軸はｓ偏光に適合されているため、第２画像光Ｌ２は吸収型偏光部材２５を透過して第２入射部から反射プリズム２０に入射する。第２画像光Ｌ２は反射プリズム２０内を透過して出射面２１ｂの第２出射部に到達する。第２画像光Ｌ２は可視光であるため、第２画像光Ｌ２はバンドパスフィルター２６を透過して第２出射部から第１ミラー３０方向に照射される。

本実施形態の画像投影装置１００では、外部から入射した外光は、第１ミラー３０および第２ミラー４０で反射されて反射プリズム２０まで到達する。しかし、第１出射部および第２出射部に到達した外光は、バンドパスフィルター２６で紫外光または赤外光が吸収されて可視光のみが透過する。よって、バンドパスフィルター２６を透過して出射面２１ｂから反射プリズム２０内に到達する外光のエネルギーは低減される。

第１出射部から反射プリズム２０内に入射した外光は、反射面２１ｄ，２１ｃで反射されて第１入射部に到達する。また第２出射部から反射プリズム２０内に入射した外光は、反射プリズム２０内を透過して第２入射部に到達する。第１入射部および第２入射部に到達した外光は、それぞれ吸収型偏光部材２５に入射し、ｐ偏光が吸収されてｓ偏光が透過するため、吸収型偏光部材２５を透過して画像表示部１１まで到達する外光のエネルギーは半減する。

本実施形態では、第１出射部および第２出射部から反射プリズム２０に入射した外光のどちらも、吸収型偏光部材２５とバンドパスフィルター２６で一部が吸収されて、画像表示部１１まで到達する外光のエネルギーが低減される。これにより画像表示部１１の温度上昇とそれによる劣化を効果的に抑制することができる。また、反射プリズム２０の入射面２１ａと出射面２１ｂに吸収型偏光部材２５とバンドパスフィルター２６を貼り付けているため、吸収型偏光部材２５とバンドパスフィルター２６の面積を小さくするとともに、別途保持部材を設ける必要が無く、部品点数の減少と小型化を図ることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３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、本実施形態に係る反射プリズム２０の構造例と、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２の照射について説明する模式図である。

図５に示した例では、入射面２１ａの第１入射部に吸収型偏光部材２５が設けられ、出射面２１ｂの第１出射部にバンドパスフィルター２６が設けられている。また、入射面２１ａの第２入射部と、出射面２１ｂの第２出射部には、吸収型偏光部材２５とバンドパスフィルター２６は設けられていない。本実施形態でも、吸収型偏光部材２５とバンドパスフィルター２６は、それぞれ反射プリズム２０の面に設けられて、光を選択的に反射または透過する機能を有しているため、本願発明における光選択部に相当している。

図５に示すように、第１画像光Ｌ１はｓ偏光で照射され、吸収型偏光部材２５の透過軸はｓ偏光に適合されているため、第１画像光Ｌ１は吸収型偏光部材２５を透過して第１入射部から反射プリズム２０に入射する。第１画像光Ｌ１は反射プリズム２０内で反射面２１ｃ，２１ｄで反射されて出射面２１ｂの第１出射部に到達する。第１画像光Ｌ１は可視光であるため、第１画像光Ｌ１はバンドパスフィルター２６を透過して第１出射部から第１ミラー３０方向に照射される。第２画像光Ｌ２は、入射面２１ａの第２入射部から反射プリズム２０に入射し、反射プリズム２０の内部を透過して出射面２１ｂの第２出射部から第１ミラー３０方向に照射される。

本実施形態の画像投影装置１００では、外部から入射した外光は、第１ミラー３０および第２ミラー４０で反射されて反射プリズム２０まで到達する。しかし、第１出射部に到達した外光は、バンドパスフィルター２６で紫外光または赤外光が吸収されて可視光のみが透過する。よって、バンドパスフィルター２６を透過して出射面２１ｂから反射プリズム２０内に到達する外光のエネルギーは低減される。第１出射部から反射プリズム２０内に入射した外光は、反射面２１ｄ，２１ｃで反射されて第１入射部に到達する。第１入射部に到達した外光は、吸収型偏光部材２５に入射し、ｐ偏光が吸収されてｓ偏光が透過するため、吸収型偏光部材２５を透過して画像表示部１１まで到達する外光のエネルギーは半減する。

本実施形態でも、遠方表示領域から照射された第１画像光Ｌ１の光路を逆行する外光のほうが、画像表示部１１の表面において集光されやすく、画像表示部１１の温度上昇を引き起こしやすい。そのため、第１入射部にのみ吸収型偏光部材２５を設け、第１出射部にのみバンドパスフィルター２６を設けるだけでも、画像表示部１１の温度上昇とそれによる劣化を効果的に抑制することができる。また、反射プリズム２０において入射面２１ａの第１入射部と出射面２１ｂの第１出射部に吸収型偏光部材２５とバンドパスフィルター２６を貼り付けているため、吸収型偏光部材２５とバンドパスフィルター２６の面積をさらに小さくするとともに、別途保持部材を設ける必要が無く、部品点数の減少と小型化を図ることが可能となる。

（変形例）
図６は、反射プリズム２０の変形例を示す模式図である。第１実施形態および第２実施形態では、反射プリズム２０の複数の面に光選択部である波長選択ミラー２３、反射型偏光部材２４、吸収型偏光部材２５、バンドパスフィルター２６を貼り付けた例を示したが、何れか一つの面に反射型偏光部材２４または吸収型偏光部材２５を設けるとしてもよい。また、反射プリズム２０の表面ではなく、反射プリズム２０自体を、可視光を透過し、赤外線または紫外線を吸収する材料で構成してもよい。

図６（ａ）では、反射面２１ｃにのみ反射型偏光部材２４を貼り付けた例を示している。図６（ｂ）では、反射面２１ｄにのみ反射型偏光部材２４を貼り付けた例を示している。どちらの場合にも、第１画像光Ｌ１は入射面２１ａの第１入射部から反射プリズム２０に入射し、反射面２１ｃ,２１ｄと反射型偏光部材２４で反射されて出射面２１ｂの第１出射部から第１ミラー３０方向に照射される。第１出射部から反射プリズム２０に入射した外光は、ｓ偏光の可視光のみが反射面２１ｃまたは反射面２１ｄに設けられた反射型偏光部材２４で反射されて画像表示部１１まで到達する。このとき、外光のうちｐ偏光は反射型偏光部材２４を透過するため、反射型偏光部材２４で反射される外光のエネルギーは半減する。

図６（ｃ）では、入射面２１ａにのみ吸収型偏光部材２５を貼り付けた例を示している。図６（ｄ）では、出射面２１ｂにのみ吸収型偏光部材２５を貼り付けた例を示している。どちらの場合にも、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２はｓ偏光で照射され、吸収型偏光部材２５の透過軸はｓ偏光に適合されているため、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は吸収型偏光部材２５を透過して、出射面２１ｂの第１出射部および第２出射部から第１ミラー３０方向に照射される。反射プリズム２０の第１出射部および第２出射部に到達した外光は、バンドパスフィルター２６で紫外光または赤外光が吸収されて可視光のみが透過する。よって、バンドパスフィルター２６を透過して画像表示部１１に到達する外光のエネルギーは低減される。

本変形例でも、反射プリズム２０の何れかの面に反射型偏光部材２４または吸収型偏光部材２５を貼り付けることで、画像表示部１１まで到達する外光のエネルギーを低減して、画像表示部１１の温度上昇とそれによる劣化を抑制することができる。また、反射型偏光部材２４または吸収型偏光部材２５の面積をさらに小さくするとともに、別途保持部材を設ける必要が無く、部品点数の減少と小型化を図ることが可能となる。

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
２０…反射プリズム
３０…第１ミラー
４０…第２ミラー
１１…画像表示部
２１ａ…入射面
２１ｂ…出射面
２１ｃ，２１ｄ…反射面
２３…波長選択ミラー
２４…反射型偏光部材
２５…吸収型偏光部材
２６…バンドパスフィルター

Claims (7)

1. 虚像を表示するための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、
   第１画像光および第２画像光を照射する画像照射部と、
   前記表示部を介して前記第１画像光および前記第２画像光を照射する照射光学部を備え、
   前記照射光学部は、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反射プリズムを備え、
   前記反射プリズムは、第１入射部と、第２入射部と、第１反射部と、第２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、前記第１反射部および前記第２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、
   前記反射プリズムの何れかの面に、光を選択的に反射または透過する光選択部を設けた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、
   前記光選択部は、前記第１反射部または前記第２反射部に設けられ、前記第１画像光の偏光を反射し、前記第１画像光の偏光と直交する偏光を透過する反射型偏光部材であることを特徴とする画像投影装置。
3. 請求項１に記載の画像投影装置であって、
   前記光選択部は、前記第１反射部または前記第２反射部に設けられ、赤外光または紫外光を透過し、可視光を反射する波長選択ミラーであ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、
   前記光選択部は、前記第１入射部、前記第２入射部、前記第１出射部または前記第２出射部に設けられ、前記第１画像光および前記第２画像光の偏光を透過し、前記第１画像光および前記第２画像光の偏光と直交する偏光を吸収する吸収型偏光部材であることを特徴とする画像投影装置。
5. 請求項１に記載の画像投影装置であって、
   前記光選択部は、前記第１入射部、前記第２入射部、前記第１出射部または前記第２出射部に設けられ、赤外光または紫外光を反射または吸収し、可視光を透過するバンドパスフィルターであることを特徴とする画像投影装置。
6. 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。
7. 請求項１から６の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記虚像の結像位置は、前記第１画像光のほうが前記第２画像光よりも視点位置から遠いことを特徴とする画像投影装置。
   

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