WO2022054760A1

WO2022054760A1 - 画像投影装置

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Publication number: WO2022054760A1
Application number: PCT/JP2021/032683
Authority: WO
Inventors: 幸平望月
Original assignee: 株式会社小糸製作所
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2022-03-17
Also published as: US20240027764A1; EP4212940A1; CN116157291A; JP7479999B2; JP2022045512A; EP4212940A4

Abstract

本発明は、画像の両側における視認性を確保しつつ、組み立て作業と光軸調整が容易な画像投影装置を提供することを目的とする。　本発明の画像投影装置は、照明基板（２５）と、発光素子（２５ａ）からの出射光の光軸を調整するレンズ部（２３）と、表示面に画像を表示し出射光が透過する画像表示部（２２）を備え、画像表示部（２２）の表示面は、中央領域（２２ａ）と両側に位置する側方領域（２２ｂ）を有し、レンズ部（２３）は、中央領域（２２ａ）に対応する第１レンズ領域（２３ｂ）と、側方領域（２２ｂ）に対応する第２レンズ領域（２３ｃ）が一体に形成されており、第２レンズ領域（２３ｃ）を通過した光の照射方向が、第１レンズ領域（２３ｂ）を通過した光の照射方向より側方外側に傾斜している。

Description

画像投影装置

　本発明は、画像投影装置に関し、特に車両内の運転者等に対して画像を表示する画像投影装置に関する。

　近年、車両の操舵や加減速などの運転操作の一部または全部をコンピュータが担う運転支援技術や自動運転技術の開発が進んでいる。また、車両の運転操作を人間が行う手動運転においても、車両に各種センサや通信装置を複数搭載して車両の状態や周辺状況の情報を入手して、走行時の安全性や快適性を高める走行支援技術も開発されている。

　このような運転支援技術、自動運転技術または走行支援技術においては、車両の状態や周辺状況、コンピュータの運転操作状況など、得られた各種情報を搭乗者に画像等を用いて提示している。従来から、各種情報を提示するためには車両内に画像表示装置を搭載して、画像表示装置上に文字や画像を表示することが一般的であった。

　しかし、車両に備えられた画像表示装置で情報を提示すると、搭乗者や運転者が視線を走行方向前方から逸して画像表示装置を見る必要があるため好ましくない。そこで、車両の前方からの視線移動を小さくしながらも画像情報を提示するために、車両のウインドシールドに画像を投影して、反射した光を視認させるＨＵＤ（Ｈｅａｄ　Ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ）装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

　特許文献１に記載された従来技術のＨＵＤ装置は、ハウジングにＰＧＵ（Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｔ）と、平板ミラーと、凹面ミラーが取り付けられている。このＨＵＤ装置では、ＰＧＵ内の液晶等に画像を表示し、光源部から照射された光で画像を照射して平板ミラーおよび拡大ミラーで複数回反射させたうえで、車両のウインドシールドによる反射で搭乗者に画像を視認させている。このようなＨＵＤ装置では、ＰＧＵから照射された画像が平板ミラーと拡大ミラーで繰り返し反射されることで光路長を確保し、投影される画像のサイズを大きくすることができる。

特開２０１９－１１９２６２号公報

　しかし、従来技術のＨＵＤ装置では、ＰＧＵから照射された画像を拡大ミラーで反射するため、画像の中央領域と両側とでは光の進行方向に差が生じ、画像全体の視認性が低下するという問題があった。画像全体の視認性を確保するためには、ＰＧＵ内の液晶パネルとは別に表示部を設け、個別に光源とレンズ光学系部材を配置することが有効であるが、部品点数が増加し組立作業の効率が低下するという問題があった。また、複数の表示部で個別に光源とレンズ光学系部材を備えているため、各部の位置決めと光軸合わせが困難に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、画像の両側における視認性を確保しつつ、組み立て作業と光軸調整が容易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、　複数の発光素子が搭載された照明基板と、前記発光素子からの出射光の光軸を調整するレンズ部と、画像信号に基づいて表示面に画像を表示し、前記出射光が前記表示面を透過光として透過する画像表示部を備え、前記表示面は、幅方向の中央に位置する中央領域と、前記中央領域の両側に位置する側方領域を有し、前記レンズ部は、前記中央領域に対応する位置に形成された第１レンズ領域と、前記側方領域に対応する位置に形成された第２レンズ領域が一体に形成されており、前記第２レンズ領域を通過した光の照射方向が、前記第１レンズ領域を通過した光の照射方向より側方外側に傾斜していることを特徴とする画像投影装置。

　このような本発明の画像投影装置では、レンズ部は第１レンズ領域と第２レンズ領域とが一体に形成されており、第２レンズ領域を通過した光の照射方向が、第１レンズ領域を通過した光の照射方向より側方外側に傾斜していることから、拡大ミラー部に到達する光の入射角度を中央領域と側方領域で異ならせることができ、画像の両側における視認性を確保しつつ、組み立て作業と光軸調整が容易となる。

　また本発明の一態様では、前記画像表示部は、前記中央領域が透過型液晶パネルで構成され、前記側方領域が特定画像の固定された固定表示パネルである。

　また本発明の一態様では、前記透過型液晶パネルの表面を覆う拡散シートを備え、前記固定表示パネルは、前記拡散シートが延長された領域に前記特定画像を固定したものである。

　また本発明の一態様では、前記照明基板と前記レンズ部との間に、前記発光素子に対応した位置に開口部が形成されたスペーサー部を備え、前記スペーサー部の前記照明基板と対向する面には、前記第１レンズ領域と前記第２レンズ領域との間に、前記照明基板側に伸びる第１遮光壁が設けられている。

　また本発明の一態様では、前記スペーサー部の前記照明基板と対向する面には、前記第１レンズ領域内の前記複数の発光素子間に、前記照明基板側に伸びる第２遮光壁が設けられている。

　また本発明の一態様では、前記スペーサー部の表面には先端が前記レンズ部に当接する第１リブが形成され、裏面には先端が前記照明基板に当接する第２リブが形成されており、前記第１リブと前記第２リブは、平面視において同一位置に形成されている。

　また本発明の一態様では、前記第２リブは、前記照明基板上の配線パターンを避けた領域に当接する。

　また本発明の一態様では、前記レンズ部は、前記第１レンズ領域および前記第２レンズ領域と一体に形成された平板状部を有し、前記平板状部から前記画像表示部に向かって複数の支持柱が立設されており、前記支持柱は、先端面が同一の傾斜面を成して前記画像表示部の裏面に当接する。

　また本発明の一態様では、前記支持柱の先端は、前記中央領域と前記側方領域の境界に当接する。

　本発明では、画像の両側における視認性を確保しつつ、組み立て作業と光軸調整が容易な画像投影装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像投影装置１００の概要を示す分解斜視図である。画像投影装置１００のＰＧＵ２０の概要を示す分解斜視図である。ＰＧＵ２０の組み立て状態を示す模式断面図である。画像形成部の構造を示す模式斜視図であり、画像表示部２２を分離した状態を示している。画像形成部の位置関係と光軸を示す模式断面図である。第２実施形態に係る画像形成部の構造を示す模式斜視図であり、画像表示部２２を支持柱２３ｄ，２３ｅで支持した状態を示している。画像表示部２２を支持柱２３ｄ，２３ｅで支持した状態を示す模式断面図である。第３実施形態に係るレンズ部２３と対向する表面側のスペーサー部２４の構造を示す模式斜視図である。照明基板２５と対向する裏面側のスペーサー部２４の構造を示す模式斜視図である。照明基板２５を除いた画像形成部を示す模式斜視図である。

　（第１実施形態）
　以下、本発明の実施の形態について、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の概要を示す分解斜視図である。図１に示すように画像投影装置１００は、筐体１０と、ＰＧＵ２０と、平板ミラー部３０と、拡大ミラー部４０と、天板部５０と、透光カバー６０を備えている。

　筐体１０は、画像投影装置１００の外形を構成する部材であり、上面が開放された容器形状を為している。筐体１０の背面側（図１中における右方向）には、外部にＰＧＵ２０が取り付けられる。筐体１０の内部には、平板ミラー部３０および拡大ミラー部４０が収容されて保持されている。筐体１０の開放された上部には天板部５０が装着されて、天板部５０で筐体１０の内部が覆われている。筐体１０を構成する材料は限定されず、通常の車両内部に用いられる金属や樹脂で構成することができる。

　ＰＧＵ２０は、外部から供給される電力と制御信号に基づいて、画像を含んだ光を筐体１０内部に対して照射するユニットである。筐体１０のＰＧＵ２０取り付け位置に対応して図示しない開口部が形成されており、ＰＧＵ２０が照射する光は当該開口部から筐体１０の内部に照射される。ＰＧＵ２０の構造については後述する。

　平板ミラー部３０は、一方の面に反射鏡が形成された平板状の部材であり、筐体１０の前方（図１中における左方向）において、筐体１０の内側に保持されている。平板ミラー部３０の取り付け位置は、ＰＧＵ２０が照射した光の光路上であり、ＰＧＵ２０からの光の光軸に対して所定の角度傾斜して配置されている。したがって、ＰＧＵ２０が照射した光は、平板ミラー部３０に入射した後に反射されて、筐体１０の背面方向に進行する。

　拡大ミラー部４０は、一方の面に反射鏡が形成された曲面形状を有する部材であり、筐体１０の後方において、筐体１０の内側に保持されている。拡大ミラー部４０の取り付け位置は、平板ミラー部３０が反射した光の光路上であり、平板ミラー部３０からの光の光軸に対して所定の角度傾斜して配置されている。したがって、平板ミラー部３０が反射した光は、拡大ミラー部４０に入射した後に再度反射されて、透光カバー６０方向に進行する。図１では、拡大ミラー部４０の曲面形状として、左右方向に湾曲した凹面鏡を示しているが、画像を投影するための光学設計に適したものであればどのような形状であってもよい。

　天板部５０は、筐体１０の上部に開放された開口部を覆うように配置された蓋状の部材であり、一部に開口部分が形成されている。天板部５０の構造や形状、材料は限定されないが、筐体１０の内部に埃等が侵入しない程度の密閉性を備えていることが好ましい。また、開口部分には透光カバー６０が取り付けられている。

　透光カバー６０は、可視光を透過する材料で構成された板状の部材であり、天板部５０に形成された開口部分を塞ぐように配置されている。透光カバー６０の取り付け位置は、拡大ミラー部４０が反射した光の光路上であり、拡大ミラー部４０からの光を透過して画像投影装置１００の外部に照射する。また、透光カバー６０は、車両のウインドシールド直下に位置しており、透光カバー６０を透過した光はウインドシールドに入射して反射される。

　本実施形態の画像投影装置１００は、車両の室内側においてウインドシールド（図示せず）の直下に搭載され、ウインドシールドに対して画像が投影される。画像投影装置１００では、ＰＧＵ２０が光を照射して画像を投影し、筐体１０内で画像の光が平板ミラー部３０と拡大ミラー部４０で反射される。拡大ミラー部４０で反射された画像の光は、透光カバー６０を介して車両のウインドシールド（図示せず）に照射されて反射され、車両の搭乗者方向に画像が投影される。搭乗者は、視点に入射した光により画像を視認する。本実施形態ではＰＧＵ２０からの光を平板ミラー部３０で反射して拡大ミラー部４０に到達させる構成としているが、平板ミラー部３０を設けずＰＧＵ２０からの光が拡大ミラー部４０に直接到達する構成としてもよい。

　図２は、画像投影装置１００のＰＧＵ２０の概要を示す分解斜視図である。図２に示すようにＰＧＵ２０は、前方ハウジング２１と、画像表示部２２と、レンズ部２３と、スペーサー部２４と、照明基板２５と、制御基板２６と、後方ハウジング２７を備えている。

　前方ハウジング２１は、ＰＧＵ２０の外形の一部を構成する部材であり、ＰＧＵ２０の画像照射方向に配置されている。前方ハウジング２１には部分的に開口部が設けられおり、当該開口部は筐体１０の背面側に設けられた開口部に対応した位置に形成されている。後述する画像形成部から照射された光は、前方ハウジング２１に形成された開口部から筐体１０の開口部を介して筐体１０内に照射される。

　画像表示部２２は、制御基板２６から供給される電力と画像信号に基づいて画像を形成する。画像表示部２２としては液晶表示素子を用いることができ、画素毎に液晶分子の配向を制御することで、背面側から照射された光の透過、非透過を制御する。画像表示部２２は、前方ハウジング２１の背面側に位置決めして固定されており、画像表示部２２を透過した光が前方ハウジング２１の開口部を介して前方に照射される。

　レンズ部２３は、透光性材料で形成された光学部材であり、照明基板２５が照射する光の拡がり角を調整する部材である。図１および図２に示した例では、レンズ部２３は平板状部材に複数の凸面レンズが形成されるとともに複数の支持柱が形成されている。レンズ部２３は画像表示部２２の背面側に配置され、複数の支持柱が画像表示部２２の背面に当接して、凸面レンズと画像表示部２２との距離が確保される。

　スペーサー部２４は、レンズ部２３と照明基板２５との間に配置され、両者の相対的な位置を決めるとともに間隔を確保するための部材である。図１に示した例では、スペーサー部２４は略板状の形状を有しており、レンズ部２３の凸面レンズに対応した位置に複数の開口部が形成されている。スペーサー部２４を構成する材料は限定されないが、照明基板２５から照射された光がレンズ部２３に入射する領域を開口部に限定するために、遮光性の樹脂材料を用いることが好ましい。

　照明基板２５は、配線が形成された基板上に複数のＬＥＤが搭載された部材であり、制御基板２６から供給される電力と制御信号に基づいて、ＬＥＤが点灯して光を前方に照射する。図１に示した例では、照明基板２５上に搭載されたＬＥＤの配置は、レンズ部２３の凸面レンズおよびスペーサー部２４の開口部に対応している。

　画像表示部２２、レンズ部２３、スペーサー部２４および照明基板２５は、本発明における画像形成部を構成している。画像形成部では、照明基板２５のＬＥＤが制御基板２６からの電力と制御信号に基づいて発光し、ＬＥＤの光はスペーサー部２４の開口部を介してレンズ部２３の凸面レンズに入射する。また、画像表示部２２が制御基板２６からの電力と画像信号に基づいて画像を表示し、レンズ部２３に入射した光が拡がり角を調整されて画像表示部２２を透過し、表示された画像が前方ハウジング２１の開口部から前方に投影される。

　制御基板２６は、基板上に配線パターンが形成され、複数の電子部品が搭載されて制御回路（制御部）を構成する部材である。制御基板２６は、画像投影装置１００の外部から電力および信号が供給され、基板上に構成された制御回路によって予め定められた情報処理が実行されて、画像形成部である画像表示部２２および照明基板２５に対して電力と画像信号、制御信号を伝達して、画像形成部を駆動制御する。

　後方ハウジング２７は、ＰＧＵ２０の外形の一部を構成する部材であり、制御基板２６の裏面側（背面側）に配置されている。後方ハウジング２７は前方ハウジング２１に嵌合されて一つの容器を構成し、前方ハウジング２１と後方ハウジング２７は本発明におけるＰＧＵハウジングに相当している。前方ハウジング２１および後方ハウジング２７からなるＰＧＵハウジングの内部には、上述した画像形成部と制御基板２６が収容されている。

　図３は、ＰＧＵ２０の組み立て状態を示す模式断面図である。図３に示したように、前方ハウジング２１の前面には開口部２１ａが形成されており、開口部２１ａに対応する位置に画像表示部２２が隣接して配置されている。画像表示部２２の背面側にはレンズ部２３が配置されており、レンズ部２３の平板状部材から前方に突出した支持柱が画像表示部２２の裏面に当接している。図示したように支持柱の高さは上下で異なっており、その先端面も平板状部材に対して傾斜している。したがって、画像表示部２２の裏面に対して平板状部材は傾斜して配置される。レンズ部２３の背面側にはスペーサー部２４が配置されており、スペーサー部２４の表裏面にそれぞれレンズ部２３と照明基板２５が当接することで、レンズ部２３と照明基板２５の間隔が確保される。前方ハウジング２１からは、後方に突出して位置決めピン２１ｂが形成されており、位置決めピン２１ｂの先端が制御基板２６前面に当接して、ＰＧＵハウジング内での制御基板２６の位置が決められている。

　図４は、画像形成部の構造を示す模式斜視図であり、画像表示部２２を分離した状態を示している。図４に示したように、照明基板２５の表面にはスペーサー部２４が配置され、スペーサー部２４の表面側にはレンズ部２３が配置され、照明基板２５とレンズ部２３との間隔はスペーサー部２４によって確保されている。レンズ部２３の光出射面側には、画像表示部２２が配置される。

　図４に示したように画像表示部２２は、中央領域２２ａと側方領域２２ｂに表示面が区分されている。中央領域２２ａと側方領域２２ｂは、合わせて略矩形な平板状を成している。また、レンズ部２３は、平板状部２３ａと、第１レンズ領域２３ｂと、第２レンズ領域２３ｃと、支持柱２３ｄ，２３ｅと、貫通孔２３ｆを備えている。

　中央領域２２ａは、画像表示部２２の横幅方向（図３における紙面に垂直な方向）の中央に位置しており、画像投影装置１００で投影する画像のうち、メインのコンテンツを表示する領域である。中央領域２２ａは、表示内容を経時的に変化させることが可能とされており、例えば透過型液晶パネル等を用いることが好ましい。

　側方領域２２ｂは、中央領域２２ａの両側に位置しており、画像投影装置１００で投影する画像のうち、補助的な情報を表示する領域である。側方領域２２ｂは、表示内容を経時的に変化させてもよいが、予め定められた固定画像２２ｃを表示し続けるとしてもよい。

　固定画像２２ｃは、側方領域２２ｂの表示領域内に固定された画像であり、例えば注意を喚起するためのアイコン形状等を用いることができる。側方領域２２ｂに固定画像２２ｃを表示する場合には、側方領域２２ｂとして画像表示素子を用いる必要はなく、投光性の板状部材に遮光膜と画像パターンを形成する構造でもよい。特に、中央領域２２ａとして透過型液晶パネルを用いた場合には、光を拡散する拡散シートで透過型液晶パネルの表面を覆い、拡散シートを側方領域２２ｂまで延長する構成としてもよい。拡散シートの側方領域２２ｂ内に、画像パターンが切り抜かれた遮光膜を形成することで、中央領域２２ａと側方領域２２ｂを一体で同一平面とすることができる。

　平板状部２３ａは、第１レンズ領域２３ｂ、第２レンズ領域２３ｃおよび支持柱２３ｄ，２３ｅと一体に形成された略平板状の部分である。平板状部２３ａの表面側（図４中における上方）には、横幅方向の中央に第１レンズ領域２３ｂが形成されており、第１レンズ領域２３ｂの両側に第２レンズ領域２３ｃが形成されている。また、平板状部２３ａの表面側には、第１レンズ領域２３ｂと第２レンズ領域２３ｃの境界近傍に、複数の支持柱２３ｄ，２３ｅが立設されている。

　第１レンズ領域２３ｂは、画像表示部２２の中央領域２２ａに対応した位置に形成された複数のレンズ形状である。第１レンズ領域２３ｂのレンズ形状は、後述する複数の発光素子に対応した位置に形成されており、それぞれ対応する発光素子からの光を屈折して光軸を調整する。図４では、砲弾型レンズの先端部分が２行４列に並んで形成された例を示しているが、レンズ形状と個数は限定されない。発光素子から出射した光は、第１レンズ領域２３ｂを透過して屈折されて、照明基板２５に対して鉛直な方向を第１光軸として中央領域２２ａに入射する。

　第２レンズ領域２３ｃは、画像表示部２２の側方領域２２ｂに対応した位置に形成された複数のレンズ形状である。第２レンズ領域２３ｃのレンズ形状は、複数の発光素子に対応した位置に形成されており、それぞれ対応する発光素子からの光を屈折して光軸を調整する。図４では、砲弾型レンズの先端部分が１つずつ形成された例を示しているが、レンズ形状と個数は限定されない。発光素子から出射した光は、第２レンズ領域２３ｃを透過して屈折されて、第１レンズ領域２３ｂの第１光軸から側方外側に傾斜した方向を第２光軸として側方領域２２ｂに入射する。

　支持柱２３ｄ，２３ｅは、平板状部２３ａの表面から画像表示部２２方向に向かって立設された柱状の部分であり、その先端面が画像表示部２２の裏面側に当接している。支持柱２３ｄ，２３ｅが画像表示部２２の裏面側に当接することで、画像表示部２２の表示面と平板状部２３ａとの距離が一定に確保され、第１光軸で中央領域２２ａに入射する光の入射角度と、第２光軸で側方領域２２ｂに入射する光の入射角度が定められる。支持柱２３ｄ，２３ｅの詳細な構造と、画像表示部２２の支持についての詳細は後述する。

　貫通孔２３ｆは、平板状部２３ａの第２レンズ領域２３ｃよりも外側に設けられており、表面から裏面に貫通する孔である。貫通孔２３ｆは、スペーサー部２４および照明基板２５に設けられた貫通孔に対応する位置に形成されていることが好ましく、位置決めピンや締結部材を複数の部材に設けられた貫通孔に挿入することで、複数の部材を一括して位置決めおよび固定することができる。

　図５は、画像形成部の位置関係と光軸を示す模式断面図である。図５に示すように、スペーサー部２４は、開口部２４ａと、第１遮光壁２４ｂと、第２遮光壁２４ｃを有している。また、照明基板２５の表面には、複数の発光素子２５ａが搭載されている。

　開口部２４ａは、スペーサー部２４において複数の発光素子２５ａのそれぞれに対応した位置に形成された開口である。発光素子２５ａから出射された光は、対応した位置の開口部２４ａを介してレンズ部２３に入射し、画像表示部２２に到達する。このとき、中央領域２２ａに対応した第１レンズ領域２３ｂに入射する光（図中破線矢印）は、進行方向である第１光軸が照明基板２５の表面に対して鉛直方向とされる。また、側方領域２２ｂに対応した第２レンズ領域２３ｃに入射する光は、進行方向である第２光軸が照明基板２５に鉛直（図中実線）な方向から横幅方向の外側に角度θ傾斜した方向とされる。

　このとき中央領域２２ａでは、第１レンズ領域２３ｂのレンズ形状中心と、開口部２４ａの中心と、発光素子２５ａの位置が平面視において第１光軸上で重なっている。一方、側方領域２２ｂでは、第２レンズ領域２３ｂのレンズ形状は、砲弾型レンズが第２光軸方向に傾斜した形状とされ、開口部２４ａの中心と、発光素子２５ａの位置が第２光軸上となっている。

　また、左右に設けられた二つの第２レンズ領域２３ｃおよび開口部２４ａは、形状が左右で非対称とされている。これは、左右の開口部２４ａと第２レンズ領域２３ｃを透過した光がフロントウインドシールドに入射した位置において、フロントウインドシールド表面の傾斜が相違していることによる。よって、左右の第２レンズ領域２３ｃおよび開口部２４ａは、フロントウインドシールドによる反射まで考慮して光学的な設計がされた非対称形状とされている。

　第１遮光壁２４ｂは、第１レンズ領域２３ｂと第２レンズ領域２３ｃの境界位置において、照明基板２５と対向する面に形成された壁状の部分である。第１遮光壁２４ｂが設けられていることで、中央領域２２ａに照射される光と側方領域２２ｂに照射される光が分離され、迷光を防止することができる。

　特に、中央領域２２ａで表示する画像をフルカラーで表示するために白色光を照射し、側方領域をアンバー色などの特定色の光で照射する場合には、第１レンズ領域２３ｂと第２レンズ領域２３ｃに搭載される発光素子２５ａはそれぞれ発光色が異なる。このような場合に、第１遮光壁２４ｂを設けておくことで、発光素子２５ａから斜め方向に進行する光を遮り、中央領域２２ａと側方領域２２ｂの色が混色することを防止し、投影される画像の視認性を向上させることができる。

　第２遮光壁２４ｃは、第１レンズ領域２３ｂ内の複数の発光素子２５ａ同士の間において、照明基板２５と対向する面に形成された壁状の部分である。第２遮光壁２４ｃが設けられていることで、隣接する発光素子２５ａから斜めに照射される光を遮り、第１光軸とは異なる方向に光が進行する迷光を防止できる。

　第１遮光壁２４ｂおよび第２遮光壁２４ｃの高さは、照明基板２５の表面には到達しない程度とされており、これにより照明基板２５の表面に形成された配線パターンに接触して機械的ダメージで配線パターンが破損することを防止できる。また迷光を効果的に防止するためには、第１遮光壁２４ｂおよび第２遮光壁２４ｃは、開口部２４ａの直下に配置された発光素子２５ａから斜めに出射された光が、隣接する開口部２４ａを通過しない程度の高さまで形成する必要がある。

　上述したように本実施形態では、中央領域２２ａと側方領域２２ｂが表示面に形成され、照明基板に対して第１レンズ領域２３ｂの第１光軸が鉛直であり、第２レンズ領域２３ｃの第２光軸が側方外側に傾斜した方向である。これにより、各部材を位置合わせするだけで、中央領域２２ａで表示する画像と、側方領域２２ｂで表示する画像の照射方向を異ならせて、拡大ミラー部で反射された後の画像の視認性を向上させることができる。また、第１レンズ領域２３ｂと第２レンズ領域２３ｃが一体に形成され、中央領域２２ａと側方領域２２ｂが一体に形成されていることで、部品点数の削減をして組み立て作業と光軸調整が容易となる。

　また、スペーサー部２４の裏面側には、隣接する開口部２４ａとの間に第１遮光壁２４ｂと第２遮光壁２４ｃが設けられているため、隣り合う発光素子２５ａからの光が斜め方向に開口部２４ａを進行して迷光となることを抑制し、投影された画像の視認性を向上できる。

　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について図６，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６は、第２実施形態に係る画像形成部の構造を示す模式斜視図であり、画像表示部２２を支持柱２３ｄ，２３ｅで支持した状態を示している。図７は、画像表示部２２を支持柱２３ｄ，２３ｅで支持した状態を示す模式断面図である。スペーサー部２４には、裏面側に第２リブ２４ｄが形成されており、表面側に第１リブ２４ｅが形成されている。スペーサー部２４の詳細な構造については後述する。

　図６，図７に示したように、レンズ部２３に形成された支持柱２３ｄと支持柱２３ｅとは高さが異なっており、それぞれの先端面は同一の傾斜面を成して画像表示部２２の裏面に当接している。また支持柱２３ｄ，２３ｅの先端は、それぞれ画像表示部２２の中央領域２２ａと側方領域２２ｂの境界に当接している。これにより画像表示部２２は、照明基板２５および平板状部２３ａに対して所定角度だけ傾斜した配置とされる。支持柱２３ｄ，２３ｅの先端面の傾斜角度は限定されないが、例えば１０度から１５度の範囲で傾けることが好ましい。

　本実施形態では図３に示したように、画像表示部２２を図中上下方向に沿って配置した場合に、レンズ部２３、スペーサー部２４、照明基板２５が傾斜して配置される。つまり、照明基板２５に対して鉛直方向な第１光軸に照射された光は、中央領域２２ａに対して傾斜した角度で入射する。画像表示部２２を透過した光は、ＰＧＵ２０から出射した後に、平板ミラー部３０および拡大ミラー部４０で反射され、透光カバー６０を透過して車両のフロントウインドシールドで反射されて搭乗者に虚像として視認される。フロントウインドシールドは、車両の前後方向に対して傾斜して配置されているため、画像表示部２２が傾斜した角度で光が進行することで、画像表示部２２で表示されて虚像として投影される画像の視認性を向上できる。

　上述したように本実施形態では、レンズ部２３に支持柱２３ｄ，２３ｅを一体形成し、その先端面を同一の傾斜面として画像表示部２２の裏面に当接させ、画像表示部２２とレンズ部２３の距離を確保するとともに、平板状部２３ａに対する傾斜角度を一定に保っている。これにより、部品点数を削減して、組み立て作業と光軸調整を容易にし、投影される画像の視認性を向上させることができる。

　（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について図８から図１０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、第３実施形態に係るレンズ部２３と対向する表面側のスペーサー部２４の構造を示す模式斜視図である。図９は、照明基板２５と対向する裏面側のスペーサー部２４の構造を示す模式斜視図である。図１０は、照明基板２５を除いた画像形成部を示す模式斜視図である。

　図８、図９に示したように、平板状のスペーサー部２４には開口部２４ａと、第１遮光壁２４ｂと、第２遮光壁２４ｃと、第１リブ２４ｅと、第２リブ２４ｄと、貫通孔２４ｆが設けられている。開口部２４ａは、図１０に示したように照明基板２５上に搭載された複数の発光素子２５ａに対応する位置に形成されている。

　第２リブ２４ｄは、スペーサー部２４の裏面側に形成された突出部である。第１リブ２４ｅは、スペーサー部２４の表面側に形成された突出部である。第２リブ２４ｄおよび第１リブ２４ｅの先端は平坦面とされている。図８、図９に示した例では第２リブ２４ｄおよび第１リブ２４ｅは、横幅方向において第１遮光壁２４ｂよりも外側に４つ設けられており、平面視において重畳して形成されている。

　第２リブ２４ｄの高さは、第１遮光壁２４ｂおよび第２遮光壁２４ｃよりも高く、画像形成部を組み立てた際には、先端面が照明基板２５の表面に当接する。複数の第２リブ２４ｄの高さは同一とされており、第２リブ２４ｄが照明基板２５の表面に当接することで、照明基板２５の表面とスペーサー部２４との間隔が一定に保持される。また、第２リブ２４ｄの形成位置は、照明基板２５に形成された配線パターンを避けた位置を当接領域として確保しておき、当接領域に第２リブ２４ｄの先端を当接させることが好ましい。これにより照明基板２５の表面に形成された配線パターンに第２リブ２４ｄが接触して、機械的ダメージで配線パターンが破損することを防止できる。

　複数の第１リブ２４ｅの高さは同一とされており、第１リブ２４ｅがレンズ部２３の表面に当接することで、スペーサー部２４の表面とレンズ部２３との間隔が一定に保持される。したがって、照明基板２５とレンズ部２３の間にスペーサー部２４を配置することで、照明基板２５とレンズ部２３の間隔を一定に保持することができる。ここで、第２リブ２４ｄと第１リブ２４ｅとが平面視において同一位置に形成されているため、レンズ部２３と照明基板２５の間に外力が加わっても、スペーサー部２４の変形を抑制することができる。

　また、図６および図７に示したように、第２リブ２４ｄと第１リブ２４ｅは、平面視において、支持柱２３ｄ，２３ｅと同一位置に形成されることが好ましい。このように支持柱２３ｄおよび２３ｅが、第２リブ２４ｄおよび第１リブ２４ｅと照明基板２５から画像表示部２２まで一直線状に並ぶことで、画像形成部に外力が加わっても、スペーサー部２４およびレンズ部２３の変形を抑制することができる。

　スペーサー部２４またはレンズ部２３が外力により変形すると、照明基板２５とレンズ部２３の間隔や位置が変化して、発光素子２５ａとレンズ部２３との光軸がずれてしまう。よって、支持柱２３ｄ，２３ｅを第２リブ２４ｄおよび第１リブ２４ｅと一直線に配置することで、スペーサー部２４の変形と光軸ズレを抑制できる。

　また図１０に示したように、支持柱２３ｄ，２３ｅの先端は、画像表示部２２の中央領域２２ａと側方領域２２ｂの境界に当接している。中央領域２２ａと側方領域２２ｂの境界には、透過型液晶パネルのベゼル部分などが存在しており、画像の表示に寄与しない領域が存在する。支持柱２３ｄ，２３ｅの先端を画像の表示に寄与しない領域に当接させることで、支持柱２３ｄ，２３ｅによって画像表示部２２を保持しても、画像の表示および投影に与える影響を低減することができる。

　また、支持柱２３ｄ，２３ｅはレンズ部２３の一部として一体に形成されているため、レンズ部２３を透光性材料で形成する場合には、側面と先端面に遮光膜を形成することが好ましい。これにより、開口部２４ａを通過した光が支持柱２３ｄ，２３ｅの側面に入射して迷光となることを抑制し、投影される画像の視認性が劣化することを防止できる。また、支持柱２３ｄ，２３ｅの部分を遮光性の樹脂材料を用い、レンズ部２３の他の部分は透光性の樹脂材料を用いて、二色成型で形成するとしてもよい。

　貫通孔２４ｆは、スペーサー部２４の横幅方向における両端に設けられており、表面から裏面に貫通する孔である。貫通孔２４ｆは、レンズ部２３に設けられた貫通孔２３ｆに対応する位置に形成されていることが好ましく、位置決めピンや締結部材を複数の部材に設けられた貫通孔２３ｆ，２４ｆに挿入することで、複数の部材を一括して位置決めおよび固定することができる。

　上述したように、本実施形態では、平面視において同一位置に第１リブ２４ｅと第２リブ２４ｄが形成され、第２リブ２４ｄ先端が照明基板２５に当接し、第１リブ２４ｅがレンズ部２３に当接する。また、支持柱２３ｄ，２３ｅも第１リブ２４ｅおよび第２リブ２４ｄと平面視において同一位置に形成される。これにより、画像形成部に外力が加わった場合にも、レンズ部２３とスペーサー部２４の変形と光軸ズレを抑制できる。

　（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、側方領域２２ｂを透光性の板状部材で構成し、固定画像を表示する例を示したが、側方領域２２ｂを画像表示素子で構成するとしてもよい。

　側方領域２２ｂを透過型液晶パネル等の画像表示素子で構成することで、側方領域２２ｂに表示する画像も経時的に変化させることが可能となり、投影される画像の情報量を増加させることができる。

　また、中央領域２２ａと側方領域２２ｂを別体の画像表示素子で構成するとしてもよいが、側方領域２２ｂを中央領域２２ａと同じ画像表示素子で構成するとしてもよい。同じ画像表示素子としては、横幅の長い透過型液晶パネル等が挙げられる。同じ画像表示素子で側方領域２２ｂと中央領域２２ａを構成することで、配線や電源、制御装置等を共通化して部品点数を削減し、軽量化と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。

　本国際出願は、２０２０年９月９日に出願された日本国特許出願である特願２０２０－１５１１３８号に基づく優先権を主張するものであり、当該日本国特許出願である特願２０２０－１５１１３８号の全内容は、本国際出願に援用される。

　本発明の特定の実施の形態についての上記説明は、例示を目的として提示したものである。それらは、網羅的であったり、記載した形態そのままに本発明を制限したりすることを意図したものではない。数多くの変形や変更が、上記の記載内容に照らして可能であることは当業者に自明である。

１００…画像投影装置
１０…筐体
２０…ＰＧＵ
３０…平板ミラー部
４０…拡大ミラー部
５０…天板部
６０…透光カバー
２１…前方ハウジング
２１ａ…開口部
２１ｂ…位置決めピン
２２…画像表示部
２２ａ…中央領域
２２ｂ…側方領域
２２ｃ…固定画像
２３…レンズ部
２３ａ…平板状部
２３ｂ…第１レンズ領域
２３ｃ…第２レンズ領域
２３ｄ、２３ｅ…支持柱
２３ｆ…貫通孔
２４…スペーサー部
２４ａ…開口部
２４ｂ…第１遮光壁
２４ｃ…第２遮光壁
２４ｄ…第２リブ
２４ｅ…第１リブ
２４ｆ…貫通孔
２５…照明基板
２５ａ…発光素子
２６…制御基板
２７…後方ハウジング

Claims

　複数の発光素子が搭載された照明基板と、
　前記発光素子からの出射光の光軸を調整するレンズ部と、
　画像信号に基づいて表示面に画像を表示し、前記出射光が前記表示面を透過光として透過する画像表示部を備え、
　前記表示面は、幅方向の中央に位置する中央領域と、前記中央領域の両側に位置する側方領域を有し、
　前記レンズ部は、前記中央領域に対応する位置に形成された第１レンズ領域と、前記側方領域に対応する位置に形成された第２レンズ領域が一体に形成されており、
　前記第２レンズ領域を通過した光の照射方向が、前記第１レンズ領域を通過した光の照射方向より側方外側に傾斜していることを特徴とする画像投影装置。
　請求項１に記載の画像投影装置であって、
　前記画像表示部は、前記中央領域が透過型液晶パネルで構成され、前記側方領域が特定画像の固定された固定表示パネルであることを特徴とする画像投影装置。
　請求項２に記載の画像投影装置であって、
　前記透過型液晶パネルの表面を覆う拡散シートを備え、
　前記固定表示パネルは、前記拡散シートが延長された領域に前記特定画像を固定したものであることを特徴とする画像投影装置。
　請求項１から３の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
　前記照明基板と前記レンズ部との間に、前記発光素子に対応した位置に開口部が形成されたスペーサー部を備え、
　前記スペーサー部の前記照明基板と対向する面には、前記第１レンズ領域と前記第２レンズ領域との間に、前記照明基板側に伸びる第１遮光壁が設けられていることを特徴とする画像投影装置。
　請求項４に記載の画像投影装置であって、
　前記スペーサー部の前記照明基板と対向する面には、前記第１レンズ領域内の前記複数の発光素子間に、前記照明基板側に伸びる第２遮光壁が設けられていることを特徴とする画像投影装置。
　請求項４または５に記載の画像投影装置であって、
　前記スペーサー部の表面には先端が前記レンズ部に当接する第１リブが形成され、裏面には先端が前記照明基板に当接する第２リブが形成されており、
　前記第１リブと前記第２リブは、平面視において同一位置に形成されていることを特徴とする画像投影装置。
　請求項６に記載の画像投影装置であって、
　前記第２リブは、前記照明基板上の配線パターンを避けた領域に当接することを特徴とする画像投影装置。
　請求項１から７の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
　前記レンズ部は、前記第１レンズ領域および前記第２レンズ領域と一体に形成された平板状部を有し、
　前記平板状部から前記画像表示部に向かって複数の支持柱が立設されており、
　前記支持柱は、先端面が同一の傾斜面を成して前記画像表示部の裏面に当接することを特徴とする画像投影装置。
　請求項８に記載の画像投影装置であって、
　前記支持柱の先端は、前記中央領域と前記側方領域の境界に当接することを特徴とする画像投影装置。