(57)【要約】【課題】表示画面の拡大化を図ると共に、筐体の小型化を図ることができる投影装置及び車両用表示装置を提供する。【解決手段】投影装置１Ａは、基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射する表示器３Ａと、筐体２の開口２ａを閉塞し、表示器３Ａから出射された第１直線偏光を反射させる透明カバー５Ｂと、透明カバー５Ｂから入射する第１直線偏光を、基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換して透過させる１／２波長板１０とを備える。透明カバー５Ｂは、筐体２の内方に向けて突出させた凸状曲面５ａを有し、表示器３Ａから出射された第１直線偏光を１／２波長板に向けて反射させ、かつ反射ミラー７Ｂからの第２直線偏光をコンバイナ２０に向けて透過させる構造を有する。【選択図】図１
2019144415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられた被投影部材に投影される表示画像を表示光として出射する表示器と、
筐体に設けられた開口を閉塞し、かつ前記表示器から出射された前記表示光を反射させるカバー部材と、
前記表示器から前記被投影部材までの前記表示光の光路を折り返す位置にあって、前記カバー部材から入射された前記表示光を反射させる非球面ミラーと、
前記表示光の光路上にあって前記カバー部材と対向する位置に配置され、前記カバー部材から入射する前記表示光を前記非球面ミラーに向けて透過させる１／２波長板と、
を備え、
前記表示器は、
基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射し、
前記１／２波長板は、
前記カバー部材から入射する前記第１直線偏光を、前記基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換して透過させ、
前記カバー部材は、
前記筐体の内方に向けて突出させた凸状曲面を有し、前記表示器から出射された前記第１直線偏光を前記１／２波長板に向けて反射させ、かつ前記非球面ミラーからの前記第２直線偏光を前記被投影部材に向けて透過させる構造を有する
ことを特徴とする投影装置。
【請求項２】
車両に設けられた被投影部材に投影される表示画像を表示光として出射する表示器と、
筐体に設けられた開口を閉塞し、かつ前記表示器から出射された前記表示光を反射させるカバー部材と、
前記表示器から前記被投影部材までの前記表示光の光路を折り返す位置にあって、前記カバー部材から入射された前記表示光を反射させる非球面ミラーと、
前記表示光の光路上にあって前記カバー部材と対向する位置に配置され、前記非球面ミラーから入射する前記表示光を前記カバー部材に向けて透過させる１／２波長板と、
を備え、
前記表示器は、
基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射し、
前記１／２波長板は、
前記非球面ミラーから入射する前記第１直線偏光を、前記基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換して透過させ、
前記カバー部材は、
前記筐体の内方に向けて突出させた凸状曲面を有し、前記表示器から出射された前記第１直線偏光を前記非球面ミラーに向けて反射させ、かつ前記１／２波長板を透過した前記第２直線偏光を前記被投影部材に向けて透過させる構造を有する
ことを特徴とする投影装置。
【請求項３】
被投影部材に投影される表示画像を表示光として出射する表示器と、
車両の車室内側でかつ前記車両の前後方向の前方側に当該車両の前後方向と交差する幅方向に沿って延在して設けられる内装部材の一部を構成し、前記表示器から出射される前記表示光の少なくとも一部を反射させる偏光部材と、
前記偏光部材から前記被投影部材までの前記表示光の光路を折り返す位置にあって前記表示光を反射させる反射部材と、
前記表示光の光路上にあって前記表示光を透過させる波長板と、
を備え、
前記表示器は、
基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射し、
前記波長板は、
前記第１直線偏光を、前記基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換し、
前記偏光部材は、
前記第１直線偏光を反射し、かつ前記第２直線偏光を前記被投影部材に向けて透過させる構造を有する
ことを特徴とする車両用表示装置。
【請求項４】
前記波長板は、
前記偏光部材と前記反射部材との間に配置され、前記偏光部材または前記反射部材のいずれか一方で反射された前記第１直線偏光を前記第２直線偏光に変換する
請求項３に記載の車両用表示装置。
【請求項５】
前記被投影部材は、
光透過性を有し、前記車室内側に向かって前記車室内のドライバが目視可能な位置に配置される
請求項３または４に記載の車両用表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影装置及び車両用表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車両には、ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ：Head  Up  Display）等の車両用表示装置を搭載するものがある。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示器に表示される表示画像を反射ミラー等を介してウインドシールドまたはコンバイナに投影することで、運転者に虚像として視認させるものである（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された車両用表示装置では、インストルメントパネルの開口部に表示画像を透過させる透明カバーが設けられ、この透明カバーによって装置の内部に埃等が入り込まないようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、車両用表示装置では、反射ミラーに非球面の凹面ミラーを用いて表示画像の大画面化が図られている。しかしながら、反射ミラーの曲率を大きくして拡大倍率を上げるにも限度がある。また、複数の反射ミラーを配置することで対応が可能であるが、複数の反射ミラーを収容する筐体が大型化するおそれがある。
【０００５】
本発明は、表示画面の拡大化を図ると共に、筐体の小型化を図ることができる投影装置及び車両用表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る投影装置は、車両に設けられた被投影部材に投影される表示画像を表示光として出射する表示器と、筐体に設けられた開口を閉塞し、かつ前記表示器から出射された前記表示光を反射させるカバー部材と、前記表示器から前記被投影部材までの前記表示光の光路を折り返す位置にあって、前記カバー部材から入射された前記表示光を反射させる非球面ミラーと、前記表示光の光路上にあって前記カバー部材と対向する位置に配置され、前記カバー部材から入射する前記表示光を前記非球面ミラーに向けて透過させる１／２波長板と、を備え、前記表示器は、基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射し、前記１／２波長板は、前記カバー部材から入射する前記第１直線偏光を、前記基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換して透過させ、前記カバー部材は、前記筐体の内方に向けて突出させた凸状曲面を有し、前記表示器から出射された前記第１直線偏光を前記１／２波長板に向けて反射させ、かつ前記非球面ミラーからの前記第２直線偏光を前記被投影部材に向けて透過させる構造を有することを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る投影装置は、車両に設けられた被投影部材に投影される表示画像を表示光として出射する表示器と、筐体に設けられた開口を閉塞し、かつ前記表示器から出射された前記表示光を反射させるカバー部材と、前記表示器から前記被投影部材までの前記表示光の光路を折り返す位置にあって、前記カバー部材から入射された前記表示光を反射させる非球面ミラーと、前記表示光の光路上にあって前記カバー部材と対向する位置に配置され、前記非球面ミラーから入射する前記表示光を前記カバー部材に向けて透過させる１／２波長板と、を備え、前記表示器は、基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射し、前記１／２波長板は、前記非球面ミラーから入射する前記第１直線偏光を、前記基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換して透過させ、前記カバー部材は、前記筐体の内方に向けて突出させた凸状曲面を有し、前記表示器から出射された前記第１直線偏光を前記非球面ミラーに向けて反射させ、かつ前記１／２波長板を透過した前記第２直線偏光を前記被投影部材に向けて透過させる構造を有することを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用表示装置は、被投影部材に投影される表示画像を表示光として出射する表示器と、車両の車室内側でかつ前記車両の前後方向の前方側に当該車両の前後方向と交差する幅方向に沿って延在して設けられる内装部材の一部を構成し、前記表示器から出射される前記表示光の少なくとも一部を反射させる偏光部材と、前記偏光部材から前記被投影部材までの前記表示光の光路を折り返す位置にあって前記表示光を反射させる反射部材と、前記表示光の光路上にあって前記表示光を透過させる波長板と、を備え、前記表示器は、基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射し、前記波長板は、前記第１直線偏光を、前記基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換し、前記偏光部材は、前記第１直線偏光を反射し、かつ前記第２直線偏光を前記被投影部材に向けて透過させる構造を有することを特徴とする。
【０００９】
上記車両用表示装置において、前記波長板は、前記内装部材と前記反射部材との間に配置され、前記内装部材または前記反射部材のいずれか一方で反射された前記第１直線偏光を前記第２直線偏光に変換するものである。
【００１０】
上記車両用表示装置において、前記被投影部材は、光透過性を有し、前記車室内側に向かって前記車室内のドライバが目視可能な位置に配置されるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る投影装置及び車両用表示装置によれば、表示画面の拡大化を図ると共に、筐体の小型化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態に係る投影装置の概略構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る投影装置の表示光の変化を示す模式図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。
【図４】図４は、第３実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。
【図５】図５は、第４実施形態に係る投影装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る投影装置及び車両用表示装置の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００１４】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る投影装置１Ａについて図１、図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る投影装置の概略構成図である。図２は、第１実施形態に係る投影装置の表示光の変化を示す模式図である。なお、図２は、図１に示す表示器３Ｂａからコンバイナ２０までの表示光の光路を表したものである。
【００１５】
投影装置１Ａは、例えば自動車等の車両１００のインストルメントパネル（不図示）の内側に配置され、ウインドシールド１０１及びコンバイナ２０の少なくとも一方に表示画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置である。投影装置１Ａは、ウインドシールド１０１に表示画像を投影して、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に虚像１１０を表示する。ウインドシールド１０１は、被投影部材であり、入射する光の一部を反射し、他の一部を透過させる半透過性を有している。具体的には、ウインドシールド１０１は、車両１００の前景を透過させながら、投影装置１Ａから投影される表示画像を表示光としてドライバ２００のアイポイント２０１に反射する。ウインドシールド１０１は、車両１００のインストルメントパネルの上方に配置されている。アイポイント２０１は、車両１００のドライバ２００の視点位置として予め想定される。ドライバ２００は、ウインドシールド１０１によって反射された表示画像を虚像１１０として認識する。虚像１１０は、ドライバ２００にとって、ウインドシールド１０１よりも前方に認識される。
【００１６】
投影装置１Ａは、コンバイナ２０に表示画像を投影して、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に虚像１１１を表示する。コンバイナ２０は、被投影部材であり、例えば、矩形に成形されたハーフミラー等から成る凹面ミラーである。コンバイナ２０は、入射する光の一部を反射し、他の一部を透過させる半透過性を有している。コンバイナ２０は、筐体２の前後方向の前方の縁部に立設され、遮光壁２ｂの上下方向の上方側に延在する。
【００１７】
なお、本明細書において、特に記載しない限り、「前後方向」は車両１００の前後方向を示すものとする。また、特に記載しない限り、「上下方向」は車両１００の上下方向を示し、「幅方向」は車両１００の車幅方向を示すものとする。
【００１８】
投影装置１Ａは、筐体２と、表示器３Ｂａ，３Ｂｂと、透明カバー５Ｂと、１／２波長板１０と、反射ミラー７Ａ，９Ａ，７Ｂとを含んで構成される。本実施形態の投影装置１Ａは、表示器３Ｂａからコンバイナ２０までの表示光の光路と、表示器３Ｂｂからウインドシールド１０１までの表示光の光路とを有するものである。
【００１９】
筐体２は、内部が中空の箱状に形成され、内部空間に複数の表示器３Ｂａ，３Ｂｂ、複数の反射ミラー７Ａ，９Ａ等を収容するものである。筐体２は、ウインドシールド１０１及びコンバイナ２０に向けて出射される表示光が通過する開口２ａが形成されている。開口２ａは、筐体２の上下方向の上方側に当該筐体２の前後方向及び幅方向に沿って延在して設けられ、ウインドシールド１０１に対向する位置に配置される。筐体２は、開口２ａの前後方向の前方の縁部に遮光壁２ｂが立設されている。遮光壁２ｂは、上下方向の上方に突出し、かつ幅方向に沿って延在して形成される。具体的には、遮光壁２ｂは、透明カバー５Ｂの前後方向の前方の縁部から上方に突出し、当該透明カバー５Ｂの幅方向に沿って延在して形成される。遮光壁２ｂは、透明カバー５Ｂの前後方向の前方にて外光ＳＬを遮光し、当該透明カバー５Ｂで外光ＳＬが反射することを防止する。外光ＳＬは、例えば車両１００の外部から車両内に入射する太陽光、街灯の光等である。
【００２０】
表示器３Ｂａは、コンバイナ２０に投影される表示画像を表示光として出射するものである。表示器３Ｂａは、例えば、液晶パネル（不図示）、バックライトユニット（不図示）を含んで構成される。液晶パネルは、例えば光透過型または光半透過型のＴＦＴ液晶（Thin  Film  Transistor  Liquid  Crystal  Display）等から成る。液晶パネルは、裏面側から照明されることで表面側の表示面が発光する。バックライトユニットは、液晶パネルを裏面側から照明するものである。バックライトユニットは、例えば、車両１００内のバッテリー（不図示）から得られる電力により駆動する。本実施形態の表示器３Ｂａは、図２に示すように、基準振動方向に振動する直線偏光を表示光Ｌ１として出射する。
【００２１】
表示器３Ｂｂは、ウインドシールド１０１に投影される表示画像を表示光として出射するものである。表示器３Ｂｂは、表示器３Ｂａと同様に、液晶パネル（不図示）、バックライトユニット（不図示）を含んで構成される。本実施形態の表示器３Ｂｂは、基準振動方向と直交する方向に振動する直線偏光を出射する。つまり、表示器３Ｂｂは、水平方向の偏光軸を有し、当該偏光軸と平行な表示光Ｌ３を出射するものである。表示器３Ｂｂは、例えば、液晶パネルを構成する偏光板のうち、光が出射する側の偏光板の偏光軸（透過軸）が水平方向になるように配置される。
【００２２】
透明カバー５Ｂは、筐体２に設けられた開口２ａを閉塞し、表示光の少なくとも一部を反射させるカバー部材である。透明カバー５Ｂは、開口２ａを閉塞することで、外部から筐体２内へのホコリ等の侵入を防止する。透明カバー５Ｂは、表示器３Ｂａ，３Ｂｂから出射された表示光を透過させる光透過性を有する部材、例えば、ガラスやアクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂等と、当該部材に組み合わされた偏光部材とで構成される。偏光部材は、例えば偏光フィルム等が含まれる。偏光フィルムは、例えば、透明カバー５Ｂの筐体内側に向けた面に貼付され、光透過性を有する部材に組み合わされる。偏光部材は、典型的には偏光軸を有し、当該偏光軸と平行に振動する光を透過する一方、当該偏光軸と直交する方向に振動する光を反射する。すなわち、透明カバー５Ｂは、図２に示すように、垂直方向と直交する水平方向の偏光軸を有し、当該偏光軸と平行な方向（基準振動方向に直交する方向）に振動する表示光Ｌ３を透過させる一方、偏光軸と直交する方向（基準振動方向）に振動する表示光Ｌ１を反射させる。本実施形態の透明カバー５Ｂは、表示器３Ｂａから出射された表示光を１／２波長板１０に向けて反射させる一方、反射ミラー７Ｂで反射された表示光をコンバイナ２０に向けて透過させる構成を有する。また、透明カバー５Ｂは、反射ミラー７Ａで反射された表示光をウインドシールド１０１に向けて透過させることができる。
【００２３】
透明カバー５Ｂは、筐体２の内方に向けて突出させた凸状曲面５ａと、凸状曲面５ａの反対側の面に設けられ、筐体２の外方に凹んだ凹状曲面５ｂとを有する。凸状曲面５ａ及び凹状曲面５ｂは、例えば、非球面（自由曲面を含む）で構成される。本実施形態の凸状曲面５ａは、反射ミラー７Ａ等の光学系に含まれる曲面、及び車両１００のウインドシールド１０１の表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する。本実施形態の凹状曲面５ｂは、車両１００の外部から透明カバー５Ｂに入射する外光ＳＬを反射させる反射ミラーとしての機能を有する。すなわち、凹状曲面５ｂは、透明カバー５Ｂに入射する外光ＳＬを、ドライバ２００のアイポイント２０１に向かうアイポイント方向とは異なる方向に向けて反射させる。例えば、凹状曲面５ｂは、入射する外光ＳＬを遮光壁２ｂに向けて反射させる。凸状曲面５ａと凹状曲面５ｂ間の厚み、すなわち透明カバー５Ｂの厚みは、強度を考慮すると厚くすることが好ましいが、当該厚みを厚くした場合に、凸状曲面５ａや凹状曲面５ｂの裏面反射による表示画像への影響が大きくなる可能性もあるので、それらを考慮した厚みであることが好ましい。透明カバー５Ｂは、凸状曲面５ａ側に、反射面５ａａと、透過面５ａｂとを有する。反射面５ａａは、表示器３Ｂａから出射された垂直方向の直線偏光（第１直線偏光）を１／２波長板１０に向けて反射する面である。透過面５ａｂは、透明カバー５Ｂから１／２波長板１０を透過して偏光された水平方向の直線偏光（第２直線偏光）をウインドシールド１０１に向けて透過させる面である。本実施形態の反射面５ａａ及び透過面５ａｂは、透明カバー５Ｂにおける凸状曲面５ａ側の異なる位置に設けられている。これにより、１／２波長板１０の配置位置を容易に確保することができる。なお、反射面５ａａ及び透過面５ａｂは、透明カバー５Ｂにおける凸状曲面５ａ側の同一の位置に設けられていてもよい。
【００２４】
１／２波長板１０は、表示光の光路上にあって、透明カバー５Ｂと対向する位置に配置され、透明カバー５Ｂから入射される表示光を反射ミラー７Ｂに向けて透過させる。１／２波長板１０は、いわゆる波長板の一種であり、例えば複屈折材料等で構成される。１／２波長板１０は、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光に位相差（光路差）を持たせたものである。本実施形態の１／２波長板１０は、表示器３Ｂａから出射される表示光の振動方向を基準振動方向として、透明カバー５Ｂから入射する表示光Ｌ１を、基準振動方向に対して９０°傾けた方向に振動する表示光Ｌ３に変換する。すなわち、１／２波長板１０は、図２に示すように、透明カバー５Ｂの凸状曲面５ａにより反射された直線偏光（表示光Ｌ１）を、基準振動方向と直交する方向に振動する直線偏光（表示光Ｌ３）に変換する。このように、１／２波長板１０は、透過する直線偏光の偏光軸を、垂直方向から水平方向に変換する。
【００２５】
反射ミラー７Ａ，９Ａは、表示器３Ｂｂからウインドシールド１０１までの表示光の光路を折り返す位置にあって、表示光を反射させるものである。反射ミラー７Ａ，９Ａは、筐体２内において、表示器３Ｂｂから出射された表示光の光路を変更する光学系である。本実施形態の反射ミラー７Ａ，９Ａは、拡大ミラーであり、例えば、反射面が凹状の非球面ミラー（自由曲面ミラーを含む）で形成される。本実施形態の反射ミラー９Ａは、表示器３Ｂｂから出射された表示光を反射ミラー７Ａに向けて全反射させる。本実施形態の反射ミラー７Ａは、反射ミラー９Ａにより反射された表示光をウインドシールド１０１に向けて全反射させる。反射ミラー７は、筐体２に固定されているが、ウインドシールド１０１に照射する表示光の反射角度を微調整するための調整機構により支持されていてもよい。
【００２６】
反射ミラー７Ｂは、表示器３Ｂａからコンバイナ２０までの表示光の光路を折り返す位置にあって、表示光を反射させるものである。反射ミラー７Ｂは、筐体２内において、表示器３Ｂａから出射された表示光の光路を変更する光学系である。本実施形態の反射ミラー７Ｂは、拡大ミラーであり、例えば、反射面が凹状の自由曲面を有する凹面ミラーで構成される。すなわち、反射ミラー７Ｂは、当該反射ミラー７Ｂにて反射する前の表示光が表す表示画像と比較して当該反射ミラー７Ｂにて反射した後の表示光が表す表示画像が相対的に大きくなるように当該表示画像を拡大して反射する。本実施形態の反射ミラー７Ｂは、透明カバー５Ｂにより反射された表示光をコンバイナ２０に向けて全反射させる。反射ミラー７Ｂは、筐体２に固定支持されているが、コンバイナ２０に照射する表示光の反射角度を微調整するための調整機構により支持されていてもよい。
【００２７】
次に、投影装置１Ａにおける投影動作について図１を参照して説明する。まず、表示器３Ｂａから出射された表示光は、透明カバー５Ｂに向かう。透明カバー５Ｂは、表示器３Ｂａから入射する表示光を、凸状曲面５ａにより１／２波長板１０に向けて反射させる。１／２波長板１０は、透明カバー５Ｂから入射する表示光を、反射ミラー７Ｂに向けて透過させる。反射ミラー７Ｂに入射する表示光は、凹状の反射面により全反射して、再度、透明カバー５Ｂに向かう。透明カバー５Ｂは、反射ミラー７Ｂから入射する表示光を、凸状曲面５ａから凹状曲面５ｂを介してコンバイナ２０に向けて透過させる。これにより、コンバイナ２０に表示画像が投影され、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に虚像１１１が表示される。
【００２８】
一方、表示器３Ｂｂから出射された表示光は、反射ミラー９Ａに向かう。反射ミラー９Ａに入射する表示光は、凹状の反射面により全反射して、反射ミラー７Ａに向かう。反射ミラー７Ａは、反射ミラー９Ａから入射する表示光を、透明カバー５Ｂに向けて全反射させる。透明カバー５Ｂは、反射ミラー７Ａから入射する表示光を、凸状曲面５ａから凹状曲面５ｂを介してウインドシールド１０１に向けて透過させる。これにより、ウインドシールド１０１に表示画像が投影され、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に虚像１１０が表示される。
【００２９】
以上説明した投影装置１Ａは、筐体２の開口２ａを閉塞する透明カバー５Ｂを有し、透明カバー５Ｂが、表示器３Ｂａから出射された表示光を１／２波長板１０に向けて反射させ、反射ミラー７Ｂから反射された表示光をコンバイナ２０に向けて透過させる。このように、表示光を透明カバー５Ｂで反射させることで、表示光の光路長を伸ばすことができ、長くなった光路長で表示光を表す表示画像を拡大して、表示画面の拡大化を図ることができる。また、新たな光学系部品を追加することなく、表示光の光路長を伸ばすことができるので、筐体２の小型化を図ることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、表示器３Ｂａは、透明カバー５Ｂを透過する水平方向の直線偏光に対して、垂直方向に振動する直線偏光を出射するが、これに限定されるものではない。例えば、表示器３Ｂａが水平方向に振動する直線偏光を出射し、透明カバー５Ｂが垂直方向に振動する直線偏光を透過させるように構成してもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、投影装置１Ａは、表示器３Ｂａからコンバイナ２０までの表示光の光路上に２つの反射ミラー７Ａが配置されているが、これに限定されず、当該光路上に複数の反射ミラーが配置されていてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、透明カバー５Ｂは、凸状曲面５ａが像面湾曲の収差を補正する形状を有する。これにより、表示光が透明カバー５Ｂの凸状曲面５ａを反射することで表示光が表す表示画像の表示歪みを補正することが可能となり、表示品位の向上を図ることができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、反射ミラー７Ａ，７Ｂ，９Ａは、拡大ミラーとしての機能を有するが、これに限定されず、上述した補正ミラーとしての機能を有してもよい。拡大ミラー及び補正ミラーとして機能する反射ミラー７Ａ，７Ｂ，９Ａは、球面、放物面と異なり、光軸に対して非対称な形状の自由曲面ミラーとして形成される。
【００３４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る車両用表示装置１Ｂについて図３を参照して説明する。図３は、第２実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。なお、以下では、上述した実施形態と同様の構成要素には共通の符号を付すとともに、共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略する。
【００３５】
車両用表示装置１Ｂは、例えば自動車等の車両１００のインストルメントパネル（以下、単に「インパネ」とも呼ぶ。）１０２の内側に配置され、スクリーンＳに表示画像を投影する投影装置である。インパネ１０２は、車両１００において運転席等が設けられる車室内側でかつ車両１００の前後方向の前方側に当該車両１００の前後方向と交差する幅方向に沿って延在して設けられる内装部材である。車両用表示装置１Ｂは、スクリーンＳに表示画像を投影して、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に表示画像を表示する。スクリーンＳは、被投影部材であり、インパネ１０２に設けられるスクリーンである。スクリーンＳは、インパネ１０２において、車両用表示装置１Ｂから表示画像を表す表示光が投影される部材であり、任意の位置に配置される。スクリーンＳは、インパネ１０２において、車両用表示装置１Ｂ側から車室内側のアイポイント２０１側に光を透過し、かつ当該透過する光を散乱させる透過型のスクリーンを構成する。なお、アイポイント２０１は、車両１００のドライバ２００を想定しているがこれに限らず、車両１００の他の乗員を想定してもよい。スクリーンＳは、リアプロジェクションスクリーンなどと呼ばれる場合もある。すなわち、スクリーンＳは、車両用表示装置１Ｂから表示画像を表す表示光が入射すると、その表示光を透過させると共に散乱させることで、ドライバ２００等に表示画像を視認させる。スクリーンＳは、インパネ１０２において車両用表示装置１Ｂから投影される表示画像を表す表示光を良好に透過、散乱させるため、例えば、ビニル樹脂やアクリル樹脂、ガラス等の光透過性の半透明部材によって構成される。スクリーンＳは、全体が車両用表示装置１Ｂと接するように設けられる。
【００３６】
車両用表示装置１Ｂは、筐体２と、表示器３Ａと、偏光部材５Ａと、反射ミラー７と、１／２波長板１０とを含んで構成される。本実施形態の車両用表示装置１Ｂは、表示器３ＡからスクリーンＳまでの表示光の光路を有するものである。
【００３７】
筐体２は、内部が中空の箱状に形成され、内部空間に表示器３Ａ、反射ミラー７、及び１／２波長板１０を収容するものである。筐体２は、前後方向の後方に形成され、かつインパネ１０２の一部を構成する壁面２１を有する。壁面２１は、インパネ１０２の車室内側で当該インパネ１０２と同一面に形成される。
【００３８】
表示器３Ａは、スクリーンＳに投影される表示画像を表示光として出射するものである。表示器３Ａは、例えば、液晶パネル（不図示）、バックライトユニット（不図示）を含んで構成される。液晶パネルは、例えば光透過型または光半透過型のＴＦＴ液晶（Thin  Film  Transistor  Liquid  Crystal  Display）等から成る。液晶パネルは、裏面側から照明されることで表面側の表示面が発光する。バックライトユニットは、液晶パネルを裏面側から照明するものである。バックライトユニットは、例えば、車両内のバッテリー（不図示）から得られる電力により駆動する。本実施形態の表示器３Ａは、基準振動方向に振動する直線偏光（第１直線偏光）を出射する。ここで基準振動方向は、例えば垂直方向であり、表示器３Ａの偏光軸と平行な方向である。つまり、表示器３Ａは、垂直方向の偏光軸を有し、当該偏光軸と平行な表示光を出射するものである。表示器３Ａは、例えば、液晶パネルを構成する偏光板のうち、光が出射する側の偏光板の偏光軸（透過軸）が垂直方向になるように配置される。
【００３９】
偏光部材５Ａは、表示器３Ａと対向する位置に配置され、表示器３Ａから出射される表示光の少なくとも一部を反射させるものである。本実施形態の偏光部材５Ａは、インパネ１０２の一部を構成する筐体２の壁面２１に設けられている。すなわち、偏光部材５Ａは、インパネ１０２の一部を構成する。偏光部材５Ａは、壁面２１と共に、インパネ１０２の車室内側と同一面となるように形成されているが、これに限定されるものではない。偏光部材５Ａは、表示器３Ａから出射された表示光を透過させる光透過性を有する部材、例えば、ガラスやアクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂等と、当該部材に組み合わされた偏光フィルムとで構成される。偏光部材５Ａは、垂直方向と直交する水平方向の透過軸を有し、垂直方向（基準振動方向）に振動する直線偏光を反射させ、当該透過軸と平行な水平方向（基準振動方向に直交する方向）に振動する直線偏光を透過させるものである。本実施形態の偏光部材５Ａは、図１に示すように、表示器３Ａから出射された垂直方向の直線偏光（第１直線偏光）を反射ミラー７に向けて反射し、かつ反射ミラー７から１／２波長板１０を透過して偏光された水平方向の直線偏光（第２直線偏光）をスクリーンＳに向けて透過させる構成を有する。偏光部材５Ａは、反射面５Ａａと、透過面５Ａｂとを有する。反射面５Ａａは、表示器３Ａから出射された垂直方向の直線偏光（第１直線偏光）を反射ミラー７に向けて反射する面である。透過面５Ａｂは、反射ミラー７から１／２波長板１０を透過して偏光された水平方向の直線偏光（第２直線偏光）をスクリーンＳに向けて透過させる面である。本実施形態の反射面５Ａａ及び透過面５Ａｂは、偏光部材５Ａにおける異なる位置に設けられている。これにより、１／２波長板１０の配置位置を容易に確保することができる。なお、反射面５Ａａ及び透過面５Ａｂは、偏光部材５Ａにおける同一の位置に設けられていてもよい。
【００４０】
反射ミラー７は、反射部材であり、表示器３ＡからスクリーンＳまでの表示光の光路を折り返す位置にあって表示光を反射させるものである。反射ミラー７は、表示器３Ａから出射された表示光の光路を変更する光学系である。本実施形態の反射ミラー７は、拡大ミラーとしての機能を有し、例えば、反射面が非球面の凹状曲面（または凸状曲面）で形成される。すなわち、反射ミラー７は、当該反射ミラー７にて反射する前の表示光が表す表示画像と比較して当該反射ミラー７にて反射した後の表示光が表す表示画像が相対的に大きくなるように当該表示画像を拡大して反射する。本実施形態の反射ミラー７は、偏光部材５Ａから入射した表示光を、１／２波長板１０に向けて全反射させる。反射ミラー７は、筐体２に固定支持されているが、スクリーンＳに照射する表示光の反射角度を微調整するための調整機構により支持されていてもよい。
【００４１】
１／２波長板１０は、表示光の光路上にあって表示光を透過させる波長板である。１／２波長板１０は、反射ミラー７と偏光部材５Ａとの間の表示光の光路上に配置され、反射ミラー７側から入射した表示光を偏光部材５Ａに向けて透過させる。１／２波長板１０は、いわゆる波長板の一種であり、例えば複屈折材料等で構成される。１／２波長板１０は、典型的には、入射する直線偏光の振動方向を９０°回転させるものである。すなわち、１／２波長板１０は、反射ミラー７から入射される第１直線偏光を透過して第２直線偏光に変換する。本実施形態の１／２波長板１０は、表示器３Ａから出射される表示光の振動方向を基準振動方向として、反射ミラー７から入射する表示光を、基準振動方向に対して９０°傾けた方向に振動する表示光に変換して透過させる。すなわち、１／２波長板１０は、偏光部材５Ａにより反射された垂直方向の直線偏光（第１直線偏光）を、水平方向の直線偏光（第２直線偏光）に変換する。なお、１／２波長板１０は、反射ミラー７と偏光部材５Ａとの間の表示光の光路上において、反射ミラー７を基準とする上流側（表示器３Ａ側）に配置されていてもよいし、図３に示すように、下流側（１／２波長板側）に配置されていてもよい。
【００４２】
次に、車両用表示装置１Ｂにおける表示動作について図１を参照して説明する。まず、表示器３Ａから出射された表示光は、偏光部材５Ａに向かう。偏光部材５Ａは、表示器３Ａから入射する表示光を、反射ミラー７に向けて反射させる。反射ミラー７に入射する表示光は、凹状の反射面により全反射して、１／２波長板１０に向かう。１／２波長板１０は、反射ミラー７から入射する表示光を偏光部材５Ａに向けて透過させる。偏光部材５Ａは、１／２波長板１０から入射する表示光をスクリーンＳに向けて透過させる。これにより、スクリーンＳに表示画像が投影され、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に表示画像が表示される。
【００４３】
以上説明した車両用表示装置１Ｂは、インパネ１０２の一部を構成し表示器３Ａからの第１直線偏光を反射させる偏光部材５Ａを有し、偏光部材５Ａが、１／２波長板１０を透過させて第１直線偏光から変換された第２直線偏光をスクリーンＳに向けて透過させる。このように、表示光を偏光部材５Ａで反射させることで、表示光の光路長を伸ばすことができ、長くなった光路長で表示光を表す表示画像を拡大して、表示画面の拡大化を図ることができる。また、新たな光学系部品を追加することなく、表示光の光路長を伸ばすことができるので、筐体２の小型化及び薄型化を図ることができる。また、表示光の光路長を伸ばすことで、表示画像の遠視点表示が容易になる。
【００４４】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る車両用表示装置１Ｃについて図４を参照して説明する。図４は、第３実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。本実施形態に係る車両用表示装置１Ｃは、上記車両用表示装置１Ｂに対して、反射ミラー７と偏光部材５Ａとの間の表示光の光路上に、１／２波長板１０に代えて１／４波長板１１が配置されている点が異なる。車両用表示装置１Ｃは、筐体２と、表示器３Ａと、偏光部材５Ａと、反射ミラー７と、１／４波長板１１とを含んで構成される。
【００４５】
１／４波長板１１は、表示光の光路上にあって反射ミラー７と対向する位置に配置され、偏光部材５Ａから入射される表示光を透過し、かつ反射ミラー７から入射される表示光を透過するものである。１／４波長板１１は、いわゆる波長板の一種であり、例えば複屈折材料等で構成される。１／４波長板１１は、典型的には、入射する直線偏光の振動方向を４５°傾けた方向に振動する円偏光に変えるものである。本実施形態の１／４波長板１１は、表示器３Ａから出射される表示光の振動方向を基準振動方向として、偏光部材５Ａから入射する表示光を、基準振動方向に対して４５°傾けた方向に振動する表示光（円偏光）に変換して透過させる。すなわち、１／４波長板１１は、偏光部材５Ａにより反射された直線偏光を４５°傾けた左回りの円偏光に変換する。また、１／４波長板１１は、反射ミラー７で反射して偏光部材５Ａに向けて透過する表示光を、基準振動方向と直交する方向に振動する表示光（円偏光）に変換する。すなわち、１／４波長板１１は、反射ミラー７で反射された円偏光を、基準振動方向と直交する直線偏光に変換する。このように、１／４波長板１１は、透過する直線偏光を円偏光に変換し、かつ、透過する円偏光を直線偏光に変換する。ここで、反射ミラー７から偏光部材５Ａ側に向けて１／４波長板１１を透過した円偏光は、偏光部材５Ａから反射ミラー７側に向けて１／４波長板１１を透過した円偏光に対して逆回りの円偏光となる。
【００４６】
次に、車両用表示装置１Ｃにおける表示動作について図４を参照して説明する。まず、表示器３Ａから出射された表示光は、偏光部材５Ａに向かう。偏光部材５Ａは、表示器３Ａから入射する表示光を、１／４波長板１１に向けて反射させる。１／４波長板１１は、偏光部材５Ａから入射する表示光を、反射ミラー７に向けて透過させる。反射ミラー７に入射する表示光は、凹状の反射面により全反射して、再度、１／４波長板１１に向かう。１／４波長板１１は、反射ミラー７から入射する表示光を、偏光部材５Ａに向けて透過させる。偏光部材５Ａは、１／４波長板１１から入射する表示光を、スクリーンＳに向けて透過させる。これにより、スクリーンＳに表示画像が投影され、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に表示画像が表示される。
【００４７】
以上説明した車両用表示装置１Ｃは、インパネ１０２の一部を構成し表示器３Ａからの第１直線偏光を反射させる偏光部材５Ａを有し、偏光部材５Ａが、表示器３Ａから出射された表示光を１／４波長板１１に向けて反射させ、反射ミラー７から反射された表示光をスクリーンＳに向けて透過させる。このように、表示光を偏光部材５Ａで反射させることで、上記車両用表示装置１Ｂにより得られる効果と同様の効果が得られる。
【００４８】
なお、上記第２及び第３実施形態では、偏光部材５Ａは、光透過性を有する部材と偏光フィルムとを組み合わせて成形されたものであるが、これに限定されず、光透過性を有する部材と偏光板とが一体的に成形されたものであってもよい。
【００４９】
また、上記第２及び第３実施形態では、反射ミラー７は、拡大ミラーとしての機能を有するが、これに限定されず、上述した補正ミラーとしての機能を有してもよい。拡大ミラー及び補正ミラーとして機能する反射ミラー７，９は、球面、放物面と異なり、光軸に対して非対称な形状の自由曲面ミラーとして形成される。これにより、表示光が反射ミラー７を反射することで表示光が表す表示画像の表示歪みを補正することが可能となり、表示品位の向上を図ることができる。
【００５０】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る投影装置１Ｄについて図５を参照して説明する。図５は、第４実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。本実施形態に係る投影装置１Ｄは、上記投影装置１Ａに対して、１／２波長板１０が、透明カバー５Ｂと対向する位置に配置され、かつ反射ミラー７Ａから入射される表示光を透明カバー５Ｂに向けて透過させる点が異なる。投影装置１Ｄは、筐体２と、表示器３Ｂａと、透明カバー５Ｂと、１／２波長板１０と、反射ミラー７Ａ，９Ａとを含んで構成される。
【００５１】
１／２波長板１０は、表示光の光路上にあって透明カバー５Ｂと対向する位置に配置され、反射ミラー７Ａから入射する表示光を透明カバー５Ｂに向けて透過させる。本実施形態の１／２波長板１０は、表示器３Ｂａから出射される表示光の振動方向を基準振動方向として、反射ミラー７Ａから入射する表示光を、基準振動方向に対して９０°傾けた方向に振動する表示光に変換して透過させる。１／２波長板１０は、透明カバー５Ｂの凸状曲面５ａにより反射された直線偏光を、基準振動方向と直交する方向に振動する直線偏光に変換する。
【００５２】
本実施形態の反射ミラー７Ａ，９Ａは、筐体２内において、透明カバー５Ｂにより反射された表示光を１／２波長板１０に向けて反射させるものである。本実施形態の反射ミラー９Ａは、透明カバー５Ｂで反射された表示光を反射ミラー７Ａに向けて全反射させる。本実施形態の反射ミラー７Ａは、反射ミラー９Ａにより反射された表示光を、１／２波長板１０及び透明カバー５Ｂを介してウインドシールド１０１に向けて全反射させる。
【００５３】
次に、投影装置１Ｄにおける投影動作について図５を参照して説明する。まず、表示器３Ｂａから出射された表示光は、透明カバー５Ｂに向かう。透明カバー５Ｂは、表示器３Ｂａから入射する表示光を、凸状曲面５ａ（の反射面５ａａ）により反射ミラー９Ａに向けて反射させる。反射ミラー９Ａは、透明カバー５Ｂから入射する表示光を、反射ミラー７Ａに向けて反射させる。反射ミラー７Ａに入射する表示光は、凹状の反射により全反射して、１／２波長板１０に向かう。１／２波長板１０は、反射ミラー７Ａから入射する表示光を、透明カバー５Ｂに向けて透過させる。透明カバー５Ｂは、１／２波長板１０から入射する表示光を、凸状曲面５ａ（透過面５ａｂ）から凹状曲面５ｂを介してウインドシールド１０１に向けて透過させる。これにより、ウインドシールド１０１に表示画像が投影され、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に虚像１１０が表示される。
【００５４】
以上説明した投影装置１Ｄは、透明カバー５Ｂが、表示器３Ｂａから出射された第１直線偏光を反射させ、１／２波長板１０により第１直線偏光から変換された第２直線偏光をウインドシールド１０１に向けて透過させる。このように、透明カバー５Ｂに偏光板としての機能を持たせ表示光を透明カバー５Ｂで反射及び透過させることで、上記投影装置１Ａにより得られる効果と同様の効果が得られる。
【００５５】
上記第１〜第４実施形態では、本発明を車両１００に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば船舶や航空機等の車両１００以外のものに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１Ａ  投影装置
１Ｂ，１Ｃ  車両用表示装置
２  筐体
２ａ  開口
２ｂ  遮光壁
３Ｂａ，３Ｂｂ  表示器
５Ａ  偏光部材
７  反射ミラー
１０  １／２波長板
１１  １／４波長板
２１  壁面
１００  車両
１０１  ウインドシールド
１１０，１１１  虚像
２００  ドライバ
２０１  アイポイント
Ｓ  スクリーン
【図１】
2019144415.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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