(57)【要約】【課題】観察者に対して遠い位置にある対象物に焦点を合わせて画像表示する場合であっても、設置スペースを確保することができる車両用画像表示ユニットを実現する。【解決手段】画像表示ユニット（１Ａ）は、車両の位置情報を取得する位置情報取得部（１０Ａ）と、位置情報取得部（１０Ａ）から取得された位置情報に関連する位置情報関連画像を表示領域に表示する画像表示装置（１１）と、画像表示装置（１１）からの画像光を伝搬させる導光板（１４）を有し、画像表示装置（１１）により表示された画像を導光板（１４）から投影して、スクリーンのない空間に結像させる結像部と、を備え、前記結像部は、当該結像部における観察者と反対側の空間に前記位置情報関連画像を結像させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部から取得された位置情報に関連する位置情報関連画像を表示領域に表示する画像表示部と、
前記画像表示部からの画像光を伝搬させる導光板を有し、前記画像表示部により表示された画像を前記導光板から投影して、スクリーンのない空間に結像させる結像部と、を備え、
前記結像部は、当該結像部における観察者と反対側の空間に前記位置情報関連画像を結像させることを特徴とするたことを特徴とする車両用画像表示ユニット。
【請求項２】
前記導光板は、前記車両の側方の窓に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用画像表示ユニット。
【請求項３】
前記導光板は、前記車両のダッシュボード部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用画像表示ユニット。
【請求項４】
前記位置情報取得部により取得された位置情報及び車両の進行方向情報に応じて、前記導光板から観察される観察領域を特定し、該観察領域に表示すべき位置情報関連画像を特定する位置情報特定部を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用画像表示ユニット。
【請求項５】
前記結像部は、
前記画像表示部からの画像光を入射する入射面を有し、該入射面から入射した前記画像光を反射または屈折させ出射面へ出射させる複数の出射構造部が設けられ、前記入射面の長手方向に直交する方向において平行光化された前記画像光を入射する導光板を備え、
前記複数の出射構造部のそれぞれは、前記表示領域における、前記入射面の長手方向と直交する方向において互いに異なる位置から発した光を所定の視点へ向けて前記導光板の一方の面である光出射面から出射させることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の車両用画像表示ユニット。
【請求項６】
前記結像部は、
前記画像表示部と前記導光板の入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と直交する方向において平行光化するコリメートレンズを備えていることを特徴とする請求項５に記載の車両用画像表示ユニット。
【請求項７】
前記画像表示部は、前記画像光が前記入射面の長手方向に出射するように配置されており、
前記結像部は、
平行光化された前記画像光を前記入射面の長手方向に伝搬させるとともに、該伝搬光を反射または屈折させることにより前記導光板の前記入射面へ向けて出射させる複数の光路変換部が設けられた導光部材を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の車両用画像表示ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用画像表示ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
運転者に対して車両状態等の伝達情報を運転者や搭乗者へ認識させる装置として、所謂ヘッドアップディスプレイが従来技術として知られている。ヘッドアップディスプレイは、画像の画像光を投影する投影機と、投影機から投影された画像を表示する表示部と、を備えている。例えば、特許文献１には、車両の開閉部のインナパネル内側のシールドガラス寄り位置に投影機が設けられた車載画像表示装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、対向する一対の放物面鏡を用いて、表示対象物の立体的な虚像を表示させる光学表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１１６９０２号公報（２０１５年  ６月２５日公開）
【特許文献２】特開２００８−３０４７８３号公報（２００８年１２月１８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような従来技術では、画像表示装置の構成部材を設置するスペースを確保することが困難であるという問題がある。
【０００６】
特許文献１に記載の車載画像表示装置における投影機は、例えば、光源と、光源からの出射光を入射して透過させる透過型液晶パネルと、透過型液晶パネルを透過した画像光を反射させる平面鏡と、平面鏡にて反射された画像光を拡大反射させる凹面鏡等を有している。このような構成では、例えば、車窓から観察する観察者に対して遠くにある山等の情報を、山を観察する焦点距離に合せて表示する場合、遠くの山に焦点を合わせて表示する必要があるための部材スペースを確保することが困難である。車窓から見える対象物に対して観測者の焦点に合わせて、比較的長い焦点距離にて画像表示する場合、特許文献１に記載の装置では、透過型液晶パネルと平面鏡との光学距離や平面鏡と凹面鏡との光学距離等を十分に長く確保する必要がある。このため、車両の開閉部のインナパネル内側という限られた空間内で、これら光学距離を確保することは困難である。
【０００７】
本発明の一態様は、観察者に対して遠い位置にある対象物に焦点を合わせて画像表示する場合であっても、設置スペースを確保することができる車両用画像表示ユニットを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る車両用画像表示ユニットは、車両の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報取得部から取得された位置情報に関連する位置情報関連画像を表示領域に表示する画像表示部と、前記画像表示部からの画像光を伝搬させる導光板を有し、前記画像表示部により表示された画像を前記導光板から投影して、スクリーンのない空間に結像させる結像部と、を備え、前記結像部は、当該結像部における観察者と反対側の空間に前記位置情報関連画像を結像させることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、前記画像表示部により表示された画像を導光板から投影して、スクリーンのない空間に結像させている。このように導光板を介して画像を空間結像させている構成では、反射ミラー等による反射を利用していないため、前記導光板の構造や前記導光板の配置等により、観察者に対して遠い位置にある対象物に焦点を合わせて、前記導光板における観察者と反対側の空間に画像を結像することができる。それゆえ、上記の構成によれば、観察者に対して遠い位置にある対象物に焦点を合わせて画像表示する場合であっても、設置スペースを確保することができる。
【００１０】
本発明の一態様に係る車両用画像表示ユニットでは、前記導光板は、前記車両の側方の窓に設けられている構成であってもよい。
【００１１】
上記の構成によれば、前記導光板は、前記車両の側方の窓に設けられているので、側方の窓から観察される観察領域に合わせて、位置情報関連画像を表示することができる。
【００１２】
本発明の一態様に係る車両用画像表示ユニットでは、前記導光板は、前記車両のダッシュボード部に設けられている構成であってもよい。
【００１３】
上記の構成によれば、前記導光板は、前記車両のダッシュボード部に設けられているので、前方の窓から観察される観察領域に合わせて、例えば位置情報に対応したナビゲーション情報を含む位置情報関連画像を表示することができる。
【００１４】
本発明の一態様に係る車両用画像表示ユニットでは、前記位置情報取得部により取得された位置情報及び車両の進行方向情報に応じて、前記導光板から観察される観察領域を特定し、該観察領域に表示すべき位置情報関連画像を特定する位置情報特定部を備えた構成であってもよい。
【００１５】
上記の構成によれば、車両内の観察者からの観察方向に適した位置情報関連画像を表示することができる。
【００１６】
本発明の一態様に係る車両用画像表示ユニットでは、前記結像部は、前記画像表示部からの画像光を入射する入射面を有し、該入射面から入射した前記画像光を反射または屈折させ出射面へ出射させる複数の出射構造部が設けられ、前記入射面の長手方向に直交する方向において平行光化された前記画像光を入射する導光板を備え、前記複数の出射構造部のそれぞれは、前記表示領域における、前記入射面の長手方向と直交する方向において互いに異なる位置から発した光を所定の視点へ向けて前記導光板の一方の面である光出射面から出射させる構成であることが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、所定の視点において、光出射面から出射された画像光が結像した画像を視認することができる。すなわち、画像表示ユニットは、画像表示部に表示された画像を、当該画像表示ユニットの外部のスクリーンのない空間で鮮明に表示することができる。
【００１８】
本発明の一態様に係る車両用画像表示ユニットは、前記結像部は、前記画像表示部と前記導光板の入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と直交する方向において平行光化するコリメートレンズを備えている構成であってもよい。
【００１９】
これにより、画像表示ユニットは、画像表示部に表示された画像を、当該画像表示ユニットの外部のスクリーンのない空間で鮮明に表示することができる。
【００２０】
本発明の一態様に係る車両用画像表示ユニットでは、前記画像表示部は、前記画像光が前記入射面の長手方向に出射するように配置されており、前記結像部は、前記コリメートレンズにより平行光化された前記画像光を前記入射面の長手方向に伝搬させるとともに、該伝搬光を反射または屈折させることにより前記導光板の前記入射面へ向けて出射させる複数の光路変換部が設けられた導光部材を備えた構成であることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、記画像表示部は、前記画像光が前記入射面の長手方向に出射するように配置されている構成であるので、結像部の小型化を実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様によれば、観察者に対して遠い位置にある対象物に焦点を合わせて画像表示する場合であっても、設置スペースを確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用画像表示ユニットの概要を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る車両用画像表示ユニットの概要を示す側面図である。
【図３】図１及び図２に示す車両用画像表示ユニットの変形例の概略構成を示す図である。
【図４】図１及び図２に示す車両用画像表示ユニットのさらに他の変形例の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る車両用画像表示ユニットの車内での設置位置を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る車両用画像表示ユニットが車内に設置された状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（車両用画像表示ユニットの構成）
本実施形態における車両用画像表示ユニット（以下、単に画像表示ユニットと記す）１Ａの要部構成の一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、画像表示ユニット１Ａの概要を示す模式図である。図２は、画像表示ユニット１Ａの概要を示す側面図である。
【００２５】
画像表示ユニット１Ａは、図１及び図２に示すように、位置情報取得部１０Ａと、位置情報特定部１０Ｂと、画像表示装置１１（画像表示部）と、結像レンズ１２と、コリメートレンズ１３と、導光板１４と、マスク１５とを備えている。画像表示ユニット１Ａにおける、画像表示装置１１により表示される画像を空間に結像する結像部は、結像レンズ１２と、コリメートレンズ１３と、導光板１４と、マスク１５とを備えている。本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａでは、導光板１４は、例えば、車両の側方の窓に設けられている。
【００２６】
なお、Ｙ軸方向に沿って、画像表示装置１１、結像レンズ１２、コリメートレンズ１３、および導光板１４が順番に配置されている。また、Ｚ軸方向に沿って、導光板１４およびマスク１５が、この順番で配置されている。なお、ここでは、導光板１４の底面１４ｂと平行な面において、入射面１４ａの長手方向をＸ方向とし、入射面１４ａの法線方向をＹ方向とする。そして、導光板１４の底面１４ｂと反対側の表面側に位置する光出射面１４ｃの法線方向をＺ方向とする。
【００２７】
位置情報取得部１０Ａは、車両の位置情報を取得するものであれば特に限定されない。位置情報取得部１０Ａは、例えば、ＧＰＳ情報に基づいて車両の位置を取得する機器等が挙げられる。
【００２８】
位置情報特定部１０Ｂは、位置情報取得部１０Ａにより取得された位置情報及び車両の進行方向情報に応じて、例えば導光板１４が取り付けられた窓から観察される観察領域を特定する。そして、この特定結果に基づき、該観察領域に表示すべき位置情報関連画像を特定する。この位置情報特定部１０Ｂを備えたことにより、車両内の観察者からの観察方向に適した位置情報関連画像を表示することができる。
【００２９】
このように、画像表示ユニット１Ａでは、位置情報取得部１０Ａ、及び位置情報特定部１０Ｂにより、位置情報取得部１０Ａから取得された位置情報に関連する位置情報関連画像を生成するようになっている。それゆえ、車両の位置情報に連動して、当該位置情報に基づく位置情報関連画像を生成するようになっている。
【００３０】
画像表示装置１１は、位置情報特定部１０Ｂから受信した位置情報関連画像の画像信号に応じて、２次元画像または３次元画像を表示領域に表示する。画像表示装置１１は、表示領域に画像を表示することによって、画像光を出力することができる、例えば一般的な液晶ディスプレイである。なお、図示の例において、画像表示装置１１の表示領域、および当該表示領域に対向する、導光板１４の入射面１４ａは、ともにＸＺ平面と平行となるように配置されている。また、導光板１４の、後述するプリズム１４１が配置されている底面１４ｂ、および当該底面１４ｂに対向する、マスク１５に対して光を出射する光出射面１４ｃは、ともにＸＹ平面と平行となるように配置されている。さらに、マスク１５の、後述するスリット１５１が設けられている面も、ＸＹ平面と平行になるように配置されている。なお、画像表示装置１１の表示領域と導光板１４の入射面１４ａとは、対向して配置されてもよいし、画像表示装置１１の表示領域が入射面１４ａに対して傾けて配置されてもよい。
【００３１】
結像レンズ１２は、画像表示装置１１と入射面１４ａとの間に配置されている。結像レンズ１２は、画像表示装置１１の表示領域から出力された画像光を、入射面１４ａの長手方向と平行なＸＹ平面において収束光化した後、コリメートレンズ１３へ出射する。結像レンズ１２は、画像光を収束光化できるのであれば、どのようなものであってもよい。例えば、結像レンズ１２は、バルクレンズ、フレネルレンズ、または回折レンズなどであってもよい。また、結像レンズ１２は、Ｙ軸方向に沿って配置された複数のレンズの組み合わせであってもよい。
【００３２】
コリメートレンズ１３は、画像表示装置１１と入射面１４ａとの間に配置されている。コリメートレンズ１３は、結像レンズ１２にて収束光化された画像光を、入射面１４ａの長手方向と直交するＹＺ平面において平行光化する。コリメートレンズ１３は、平行光化した画像光について、導光板１４の入射面１４ａに対して出射する。コリメートレンズ１３は、結像レンズ１２と同様に、バルクレンズおよびフレネルレンズであってもよい。なお、結像レンズ１２とコリメートレンズ１３とは、その配置順が逆であってもよい。また、結像レンズ１２とコリメートレンズ１３の機能について、１つのレンズによって実現してもよいし、多数のレンズの組み合わせによって実現してもよい。すなわち、画像表示装置１１が表示領域から出力した画像光を、ＸＹ平面においては収束光化し、ＹＺ平面においては平行光化することができるのであれば、結像レンズ１２およびコリメートレンズ１３の組み合わせは、どのようなものであってもよい。
【００３３】
導光板１４は、透明な部材によって構成されており、コリメートレンズ１３によって平行光化された画像光を入射面１４ａにて受光し、光出射面１４ｃから出射する。図示の例において、導光板１４は平板状に形成された直方体の外形を備えており、コリメートレンズ１３に対向する、ＸＺ平面と平行な面を入射面１４ａとする。また、ＸＹ平面と平行かつＺ軸の負方向側に存在する面を底面１４ｂとし、ＸＹ平面と平行かつ底面１４ｂに対向する面を光出射面１４ｃとする。導光板１４は、複数のプリズム（出射構造部）１４１を備えている。
【００３４】
複数のプリズム１４１は、導光板１４の入射面１４ａから入射した画像光を反射する。プリズム１４１は、導光板１４の底面１４ｂに、底面１４ｂから光出射面１４ｃへ向けて突出して設けられている。複数のプリズム１４１は、例えば、画像光の伝搬方向がＹ軸方向であるときに、当該Ｙ軸方向に所定の間隔（例えば、１ｍｍ）で配置された、Ｙ軸方向に所定の幅（例えば、１０μｍ）を有する略三角形状の溝である。プリズム１４１は、プリズム１４１が有する光学面のうち、画像光の導光方向（＋Ｙ軸方向）に対して入射面１４ａから近い側の面である反射面（光学面）１４１ａを備えている。図示の例において、複数のプリズム１４１は、底面１４ｂ上に、Ｘ軸と平行に設けられている。これにより、Ｙ軸方向に伝搬する入射面１４ａから入射した画像光が、Ｙ軸に直交するＸ軸と平行に設けられた複数のプリズム１４１の反射面１４１ａによって反射させられる。複数のプリズム１４１のそれぞれは、画像表示装置１１の表示領域で入射面１４ａの長手方向と直交するＺ軸方向において互いに異なる位置から発した画像光を、所定の視点１００へ向けて導光板１４の一方の面である光出射面１４ｃから出射させる。反射面１４１ａの詳細については後述する。
【００３５】
マスク１５は、可視光に対して不透明な材料にて構成され、複数のスリット１５１を備えている。マスク１５は、導光板１４の光出射面１４ｃから出射された光のうち、平面１０２上の結像点１０１へ向かう光のみを、複数のスリット１５１を用いて透過させることができる。
【００３６】
複数のスリット１５１は、導光板１４の光出射面１４ｃから出射された光のうち、平面１０２上の結像点１０１へ向かう光のみを透過させる。図示の例において、複数のスリット１５１は、Ｘ軸と平行となるように設けられている。また、個々のスリット１５１は、複数のプリズム１４１のうち、いずれかのプリズム１４１と対応している。
【００３７】
以上の構成を有することにより、画像表示ユニット１Ａは、画像表示装置１１に表示された画像を、当該画像表示ユニット１Ａの外部の仮想の平面１０２上に結像させ、投影する。具体的には、まず、画像表示装置１１の表示領域から出射された画像光は、結像レンズ１２およびコリメートレンズ１３を通した後、導光板１４の端面である、入射面１４ａへ入射する。次に、導光板１４へ入射した画像光は、当該導光板１４の内部を伝搬し、導光板１４の底面１４ｂに設けられたプリズム１４１に到達する。プリズム１４１に到達した画像光は、当該プリズム１４１の反射面１４１ａによってＺ軸の正方向へ反射させられ、ＸＹ平面と平行となるように配置された、導光板１４の光出射面１４ｃから出射される。そして、光出射面１４ｃから出射した画像光のうち、マスク１５のスリット１５１を通過した画像光は、平面１０２上の結像点１０１にて結像する。すなわち、画像表示装置１１の表示領域の個々の点から発した画像光について、ＸＹ平面においては収束光化し、ＹＺ平面においては平行光化した後、平面１０２上の結像点１０１に投影することができる。表示領域の全ての点に対して前記の処理を行うことにより、画像表示ユニット１Ａは、画像表示装置１１の表示領域に出力された画像を、平面１０２上に投影することができる。これにより、ユーザは、視点１００から仮想の平面１０２を見たときに、空中に投影された画像を視認することができる。なお、平面１０２は、投影された画像が結像する仮想的な平面であるが、視認性を向上させるためにスクリーンなどを配置してもよい。
【００３８】
なお、Ｚ軸方向について、入射面１４ａの中心と、コリメートレンズ１３の光軸とが一致するようにコリメートレンズ１３が配置されている場合は、平面１０２上に投影された画像について、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、コリメートレンズ１３の光軸と直交するＸＺ平面内で、Ｚ軸方向に対して光軸を挟んだ等距離である２点のそれぞれから発して、入射面１４ａを介して導光板１４内に入射した光は、底面１４ｂに対して同じ角度をなすことになる。そのため、それら２点からの光は、同じプリズム１４１により反射されて平面１０２へ向かう。そのため、視点１００からは、それら２点が重なって見えるという問題がある。
【００３９】
したがって、画像表示装置１１は、Ｚ軸方向について、導光板１４よりも正方向側、または、負方向側に表示領域全体が位置するように配置されることが好ましい。本実施形態では、画像表示装置１１の表示領域全体が、導光板１４よりも負方向側に配置される。この場合、画像表示装置１１からコリメートレンズ１３を経由して導光板１４内に入射する光の量を増やすために、図２において点線で示される位置にミラー２０を配置してもよい。ミラー２０は、Ｚ軸方向について、コリメートレンズ１３の光軸を挟んで画像表示装置１１とは反対側に配置され、かつ、光出射面１４ｃと平行かつ画像表示装置１１へ向けられた反射面を持つことが好ましい。
【００４０】
また、図２に示すように、画像表示装置１１の表示領域のうち、Ｚ軸の正方向側にある点から発した画像光よりも、負方向側にある点から発した画像光の方が、より画像表示装置１１に近い位置にあるプリズム１４１に入射する。そして、プリズム１４１にて反射し、当該プリズム１４１に対応するスリット１５１を透過することがわかる。
【００４１】
図３は、図１及び図２に示す画像表示ユニット１Ａの変形例の概略構成を示す図である。なお、図３では、概略構成を示し、位置情報取得部１０Ａ、位置情報特定部１０Ｂ、画像表示装置１１、コリメートレンズ１３、導光板１４のみの構成を示している。
【００４２】
図３に示すように、画像表示ユニット１Ｂは、プリズム１４１によって反射された光によって、導光板１４の光出射面１４ｃに関して観察者とは反対側にある平面１１２に虚像を結像する点で、画像表示ユニット１Ａと異なる。
【００４３】
図３に示すように、画像表示ユニット１Ｃは、図１及び２に示す結像レンズ１２を備えていない構成である。それゆえ、画像表示装置１１の表示領域から出力された画像光は、入射面１４ａの長手方向と平行なＸＹ平面において収束光化することなく、発散されて、導光板１４の入射面１４ａに入射する。このようにＸＹ平面おいて発散された画像光は、導光板１４を伝搬し、プリズム１４１にて反射し、光出射面１３ｃから出射する。このとき、複数のプリズム１４１それぞれは、画像表示装置１１の表示領域で入射面１４ａの長手方向と直交するＺ軸方向において互いに異なる位置から発した画像光を、所定の視点１００へ向けて導光板１４の一方の面である光出射面１４ｃから出射させる。
【００４４】
このとき、導光板１４を伝搬する画像光がＸＹ平面おいて発散された光であるため、複数のプリズム１４１によって反射させられた光は、視点１００に向けて収束するのではなく発散した光となる。このため、複数のプリズム１４１によって反射させられた光は、導光板１４の光出射面１４ｃに関して観察者とは反対側にある平面１１２の結像点１１１から出射されたように光出射面１４ｃから出射される。すなわち、複数のプリズム１４１によって反射された光によって、平面１１２に虚像が結像される。これにより、観察者は、導光板１４に関して観察者とは反対側の空間に立体画像を視認することができる。
【００４５】
なお、図３に示す構成は、結像レンズ１２を設けることなく、ＸＹ平面おいて発散された画像光を導光板１４に入射させた構成であった。しかし、画像表示ユニット１Ｂは、ＸＹ平面おいて発散された画像光を導光板１４に入射させることが可能な構成であれば、図３に示す構成に限定されない。例えば、画像表示装置１１と導光板１４との間に、画像光をＸＹ平面おいて発散させて出射する凹レンズが設けられた構成であってもよい。
【００４６】
また、図１及び図２に示された画像表示ユニット１Ａでは、結像レンズ１２の焦点距離に応じて、結像される平面１０２が調節可能である。それゆえ、結像レンズ１２を備えた図１及び図２に示す構成であっても、焦点距離を適宜設定することにより、観察者とは反対側にある平面１１２に虚像が結像することが可能である。
【００４７】
図４は、図１及び図２に示す画像表示ユニット１Ａのさらに他の変形例の概略構成を示す図である。この変形例としての画像表示ユニット１Ｃは、図１及び図２に示す画像表示ユニット１Ａにおいて、コリメートレンズ１３の代わりに、画像表示装置１１からの画像光を導光板１４へ向けて導光させる導光部材が用いられている。
【００４８】
画像表示ユニット１Ｃでは、画像表示装置１１から発した画像光が、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２を介して導光板１４の入射面１４ａへ達し、かつ、その光は、ＹＺ平面では画像表示装置１１上の位置に応じた角度を持つ平行光となり、ＸＹ平面でも平行光となるように、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２が配置される。なお、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２は、コリメート部材の他の一例である。また、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２は、導光板１４とともに結像部を構成する。
【００４９】
具体的には、導光部材１３２は、直方体状に形成された透明な部材であり、短手方向の一方の面が入射面１３２ａとして形成される。また、導光部材１３２の長手方向に沿った一面が、入射面１３２ａから入射した光を出射させる出射面１３２ｃとして形成され、出射面１３２ｃと対向する面が拡散面１３２ｂとして形成される。そして導光部材１３２の長手方向の長さは、入射面１４ａの長手方向の長さと略等しくなり、かつ、ＹＺ平面における導光部材１３２の厚さは、導光板１４のＹＺ平面における厚さよりも厚くなるように、導光部材１３２は形成されることが好ましい。これにより、導光部材１３２は、画像表示装置１１の表示面上のＺ方向の位置による光の角度を維持しつつ、画像表示装置１１からの光を導光板１４へ導光できる。
【００５０】
また、導光部材１３２の出射面１３２ｃが導光板１４の入射面１４ａと対向するように、導光部材１３２は配置される。また、画像表示装置１１は、コリメートレンズ１３１を介して導光部材１３２の入射面１３２ａと対向し、かつ、コリメートレンズ１３１の前側焦点に位置するように配置される。すなわち、この例では、画像表示装置１１の表示面が、導光板１４の入射面１４ａと直交する方向と平行となるように、画像表示装置１１は配置される。そのため、この変形例では、画像表示装置を小型化することができるとともに、表示装置全体も小型化される。なお、この変形例においても、導光部材の入射面と出射面とがなす角が直交する角度以外となるように、例えば、テーパ状となるように、入射面が形成されてもよい。また、導光部材１３２と導光板１４とは、一体的に形成されてもよい。
【００５１】
画像表示装置１１から発した光は、コリメートレンズ１３１により、方向によらず平行化されて導光部材１３２の入射面１３２ａから導光部材１３２へ入射する。すなわち、画像表示装置１１から発した光は、画像表示装置１１上の表示位置に応じた方向を向く平行光となる。そしてその平行化された光は、導光部材１３２内を全反射しながら伝搬し、導光部材１３２の拡散面１３２ｂに設けられた複数のプリズム１３３（光路変換部）により、出射面１３２ｃへ向けて反射される。
【００５２】
各プリズム１３３は、Ｘ方向、すなわち、導光板１４の入射面１４ａの長手方向に沿って所定のピッチ（例えば、１ｍｍ）で格子状に配置されている。各プリズム１３３は、例えば、Ｚ方向に沿って延伸され、Ｘ方向において所定の幅（例えば、１０μｍ）を持つ略三角形状の溝として形成される。そして各プリズム１３３は、拡散面１３２ｂに対して所定の角度βをなし、かつ、入射面１３２ａと対向するように向けられた反射面を有する。なお、所定の角度βは、導光部材１３２へ入射した画像表示装置１１からの光を全反射させて、出射面１３２ｃへ向ける角度、例えば、拡散面１３２ｂに対して３７〜４５°をなすように設定される。また、ＸＹ平面において同じ方向を向く光が、所定の結像面にて一点に集光するように、入射面１３２ａから離れたプリズム１３３ほど角度βは大きくなるように各プリズム１３３は形成される。これにより、画像表示ユニット１Ａと同様に、導光部材１３２を出射した光は、導光板１４の入射面１４ａの短手方向（すなわち、厚さ方向）に関して平行化され、一方、入射面１４ａの長手方向について収束光化される。したがって、画像表示ユニット１Ａと同様に、画像表示ユニット１Ｂは、画像表示装置１１に表示された画像を空間投影できる。
【００５３】
なお、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２は、それぞれ、例えば、可視光に対して透明な材料、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーといった樹脂を成型することで形成される。
【００５４】
なお、導光部材１３２の出射面１３２ｃと導光板１４の入射面１４ａとの間に、入射面１４ａの長手方向について正のパワーを持つシリンドリカルレンズが配置されてもよい。この場合には、入射面１４ａの長手方向に関して、シリンドリカルレンズにより画像表示装置１１からの光は収束光化されるので、導光部材１３２の各プリズム１３３の反射面の角度は互いに同一であってもよい。
【００５５】
上述した画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃは、画像表示装置１１と、画像表示装置１１からの画像光を平行光化するコリメート部と、導光板１４とを備えた構成であるといえる。例えば、画像表示ユニット１Ａでは、前記コリメート部は、結像レンズ１２及びコリメートレンズ１３に相当する。そして、画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃは、画像表示装置１１と前記コリメート部とは別体であった。しかし、本実施形態に係る画像表示ユニットは、このような構成に限定されず、導光板１４の入射面１２ａに画像表示装置１１からの画像光が平行光として入射する構成であれよい。例えば、画像表示装置１１と前記コリメート部とが一体となった構成、すなわち画像表示装置１１そのものが平行光化された画像光を出射する構成であってもよい。
【００５６】
本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃは、以上のように、車両の位置情報を取得する位置情報取得部１０Ａと、位置情報取得部１０Ａから取得された位置情報に関連する位置情報関連画像を表示領域に表示する画像表示装置１１と、画像表示装置１１からの画像光を伝搬させる導光板１４を有し、画像表示装置１１により表示された画像を導光板１４から投影して、スクリーンのない空間に結像させる結像部と、を備えている。そして、前記結像部は、当該結像部における観察者と反対側の空間に前記位置情報関連画像を結像させている。
【００５７】
本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃでは、画像表示装置１１により表示された画像を導光板１４から投影して、スクリーンのない空間に結像させている。このように導光板１４を介して画像を空間結像させている構成では、反射ミラー等による反射を利用していないため、導光板１４のプリズム１４１の構成や導光板１４の配置等により、観察者に対して遠い位置にある対象物に焦点を合わせて、導光板１４における観察者と反対側の空間に画像を結像することができる。それゆえ、観察者に対して遠い位置にある対象物に焦点を合わせて画像表示する場合であっても、設置スペースを確保することができる。
【００５８】
図５は、本実施形態に係る画像表示ユニットの車内での設置位置を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態に係る画像表示ユニットは、観察者に対して遠くの空間位置にある平面１１２に、導光板１４を介して画像を結像する構成になっている。この場合、導光板１４が車両のドアにおける窓に設けられていることにより、観察者に対して遠い位置にある対象物に焦点を合わせて画像表示することができる。また、画像表示装置１１は、導光板１４の側面と対向するように配置されている。導光板１４における画像表示装置１１と対向する側面が画像光の入射面となる。このように側方のドアという限られたスペースであっても、導光板１４の位置を設定することにより容易に画像表示することができる。観察者に対して遠くの空間位置にある平面１１２に、導光板１４を介して画像を結像するので、実際に観察される景色に重ねて情報を表示することができる。
【００５９】
図６は、本実施形態に係る画像表示ユニットが車内に設置された状態を示す模式図である。図６に示すように、本実施形態によれば、位置情報取得部１０Ａ及び位置情報特定部１０Ｂにより、位置情報取得部１０Ａから取得された位置情報に関連する位置情報関連画像を生成するようになっている。それゆえ、車両の位置情報に連動して、当該位置情報に基づく位置情報関連画像を生成するようになっている。それゆえ、進行中の車両の窓から観察領域に存在する対象物に対応するように、位置情報関連画像を、観察者に対して遠くの空間位置にある平面１１２に結像させることができる。図６に示された例では、位置情報関連画像は、山の名前である。そして、位置情報関連画像では、進行中の車両の窓にて観察される山に合わせて、矢印にて山の名前を指し示すようになっている。
【００６０】
なお、前記位置情報画像は、山などの情報に限定されず、例えば、車両が通過する店舗の情報（例えば広告情報）が表示された画像であってもよい。
【００６１】
また、位置情報関連画像は、位置情報に基づくナビゲーション情報が表示された画像であってもよい。この場合、位置情報関連画像を空間結像する導光板１４は、運転者が視認可能な位置に配置されていることが好ましい。例えば、導光板１４は、車両内のダッシュボード部の上に配置されていてもよい。この場合、導光板１４を介して運転者から遠い位置に結像画像を前方の窓により反射させて表示させる。ヘッドアップディスプレイを用いた表示装置と比較して、ナビゲーション情報を遠くに観察することができるので、適切な位置で情報を視認することができる。
【００６２】
本発明は上述した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、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】
【００６３】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  画像表示ユニット
１０Ａ  位置情報取得部
１０Ｂ  位置情報特定部
１１  画像表示装置（画像表示部）
１２  結像レンズ（結像部）
１３、１３１  コリメートレンズ（結像部）
１３ｃ、１４ｃ  光出射面
１４  導光板
１４ａ、１３２ａ  入射面
１４ｂ  底面
１３２  導光部材
１３２ｂ  拡散面
１３２ｃ  出射面
１３３  プリズム（光路変換部）
１４１  プリズム（出射構造部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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