(57)【要約】  【課題】画像投射装置として小型化を実現すると共に、設計の自由度を高くするための技術を提供する  【解決手段】  この画像投射装置１００は、シリンドリカルレンズ２００と、シリンドリカル凹面鏡３００と、カバー部材４００と、を備えている。  このシリンドリカルレンズ２００は、光の中心がシリンドリカルレンズ２００からフロントガラス１０に至る経路と、シリンドリカルレンズ２００における集束作用を有する方向と、が垂直となる位置関係であって、さらに、シリンドリカルレンズ２００を透過した光のうち、シリンドリカルレンズ２００にて集束された成分が、フロントガラス１０に反射させた反射光の反射方向と直交する直交面上のｘ軸方向の成分となる位置関係で配置されている。【選択図】図１
2008152102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向から入射する光を反射させるにあたり、該反射方向と直交する直交面上のｘ軸，ｙ軸方向それぞれにおける反射光の集束の度合がｘ軸方向よりもｙ軸方向において大きくなるように形成されたコンバイナに対して、光源から出力された光を入射させる画像投射装置であって、
前記光源から前記コンバイナへと至る光路上に配置され、前記光源から出力された光を、板状のレンズ本体に透過させることにより、該透過した透過光を前記コンバイナに入射させるレンズ部を備えており、
該レンズ部は、
前記光源から出力された光を、前記レンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について所定の度合で集束または発散させるのに対し、他方の方向について集束および発散させることなく、前記レンズ本体を透過させるように構成されていると共に、
光の中心が前記レンズ本体から前記コンバイナに至る経路と前記一方の方向とが垂直となり、また、前記透過光を前記コンバイナに反射させた場合に、該透過光における前記２方向それぞれに対応する成分が、その反射方向と直交する前記直交面上のｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれの成分となる位置関係で配置されている
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記レンズ部は、
前記光源から出力された光を、前記レンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について所定の度合で集束させるのに対し、他方の方向について集束および発散させることなく、前記レンズ本体を透過させるように構成されていると共に、
光の中心が前記レンズ本体から前記コンバイナに至る経路と前記一方の方向とが垂直となり、また、前記透過光を前記コンバイナに反射させた場合に、該透過光における前記２方向それぞれに対応する成分のうち、一方の方向に対応する成分が、前記コンバイナに反射させた反射光の反射方向と直交する直交面上のｘ軸方向の成分となるのに対し、他方の方向に対応する成分が、前記コンバイナに反射させた反射光の反射方向と直交する直交面上のｙ軸方向の成分となる位置関係で配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記光源から前記レンズ部に至る光路上に配置され、前記光源から出力された光を反射面に反射させることにより、該反射した反射光を前記レンズ部に入射させる鏡部材を備えており、
該鏡部材は、
前記光源から出力された光を、該光の中心が前記反射面から前記レンズ部に至る経路と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について集束させて反射させるように構成されていると共に、
前記反射面に反射させた反射光を前記レンズ部に入射させた場合に、該反射光の反射方向と直交する直交面上における前記２方向それぞれに対応する成分のうち、一方の方向に対応する成分が、前記レンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上における前記他方の方向の成分となる位置関係で配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記光源から前記レンズ部に至る光路上に配置され、前記光源から出力された光を板状のレンズ本体に透過させることにより、該透過した透過光を前記レンズ部に入射させる補助レンズ部を備えており、
該補助レンズ部は、
前記光源から出力された光を、そのレンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について集束させるように構成されていると共に、
前記補助レンズ部のレンズ本体を透過させた透過光を、前記レンズ部のレンズ本体に入射させた場合に、該透過光の入射方向と直交する直交面上における前記２方向それぞれに対応する成分のうち、一方の方向に対応する成分が、前記レンズ部のレンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上における前記他方の方向の成分となる位置関係で配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記レンズ部は、
前記光源から出力された光を集束および発散させることなく観察者の目に投射した場合に、該投射した光に基づいて観察者に視認させる画像において交差する２方向それぞれの長さの比と、
前記コンバイナに反射させた反射光を観察者の目に投射した場合に、該投射した光に基づいて観察者に視認させる画像において交差する前記２方向それぞれの長さの比と、が、
所定のしきい値以上に近似したものとなるように、前記レンズ部における光の集束の度合または発散の度合が設定されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記レンズ部におけるレンズ本体は、シリンドリカルレンズである
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記レンズ部におけるレンズ本体は、フレネル形状のレンズである
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記レンズ部は、
前記コンバイナに反射させた反射光を、観察者の目の位置においてその反射方向と直交する直交面に沿って拡がる観察領域に投射させた場合に、その観察領域のｙ軸方向の長さをＨとし、光の中心が前記レンズ部から前記観察領域に至る経路の長さをＬとすると、
前記レンズ本体の厚さ方向と直交する直交面，および，前記レンズ部を透過する透過光と直交する直交面のなす角度Φが、下記の式（１）の条件を満たす位置関係で配置される
Φ  ＞（１／２）ｔａｎ-1（Ｈ／２Ｌ）  …（１）
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の画像投射装置。
【請求項９】
少なくとも前記光源および前記レンズ部を内部に配置すると共に、前記レンズ部を透過した光を外部に透過させるべく形成された透過部を有するカバー部材を備える
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の画像投射装置。
【請求項１０】
前記レンズ部は、前記カバー部材において透過部が形成された面に沿った位置関係で配置される
ことを特徴とする請求項９に記載の画像投射装置。
【請求項１１】
前記レンズ部が、前記カバー部材における透過部として形成されている
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の画像投射装置。
【請求項１２】
車両に搭載されて用いられるものであって、
前記レンズ部は、該車両に備えられた前記光源から出力された光を、前記コンバイナとして用いられるフロントガラスに入射させるように配置されている
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出力された光をコンバイナに投射させる画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光源から画像を示す光を出力し、これをコンバイナに投射させる画像投射装置が利用されている。
このような画像投射装置が車両において搭載される場合には、インストルメントパネルのメータに示される情報や経路案内の情報などを、光源から画像を示す光として出力し、コンバイナとして用いられるフロントガラスに投射させることで実現される。
【０００３】
このように、画像投射装置が搭載された車両においては、光源からの光がフロントガラスに反射して運転者の目に投射されるため、運転者にフロントガラスを介して車両外部を視認させつつ、その視界において光が示す画像（虚像）を視認させることができるようになる。
【０００４】
しかし、車両のフロントガラスは、交差する２方向（例えば、水平方向とこれに垂直な方向）の曲率が異なっていることが一般的であるため、そこに反射させた光は、交差する２方向それぞれにおいて異なる集束の度合で集束された状態で、運転者の目に投射されることとなる。このとき、運転者の目には、交差する２方向が異なる倍率で拡大された歪んだ虚像として視認されることとなってしまう。
【０００５】
そこで、近年では、そのような交差する２方向における倍率の差を補正するために、光源から出力された光を単一方向にのみ集束または発散させる機能を有するレンズ部(シリンドリカルレンズ)を、光源からフロントガラスへと至る経路中に配置した画像投射装置（ヘッドアップディスプレイ）が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−１１５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した画像投射装置においては、レンズ部が、その厚さ方向が光源から出力された光の光路に沿うような位置関係で配置されているため、コンバイナの傾斜角に応じてレンズ部もある程度傾斜させなければならず、結果的に、レンズ部の端部を画像投射装置本体から斜め上方に突出させなければならない。上述した画像投射装置では、このことが、画像投射装置としての小型化を阻害し、また、設計の自由度を低くしてしまう要因となっていた。
【０００７】
本願発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来よりも、画像投射装置として小型化を実現すると共に、設計の自由度を高くするための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した問題点を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、所定方向から入射する光を反射させるにあたり、該反射方向と直交する直交面上のｘ軸，ｙ軸方向それぞれにおける反射光の集束の度合がｘ軸方向よりもｙ軸方向において大きくなるように形成されたコンバイナに対して、光源から出力された光を入射させる画像投射装置であって、前記光源から前記コンバイナへと至る光路上に配置され、前記光源から出力された光を、板状のレンズ本体に透過させることにより、該透過した透過光を前記コンバイナに入射させるレンズ部を備えている。
【０００９】
この画像投射装置におけるレンズ部は、前記光源から出力された光を、前記レンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について所定の度合で集束または発散させるのに対し、他方の方向について集束および発散させることなく、前記レンズ本体を透過させるように構成されていると共に、光の中心が前記レンズ本体から前記コンバイナに至る経路と前記一方の方向とが垂直となり、また、前記透過光を前記コンバイナに反射させた場合に、該透過光における前記２方向それぞれに対応する成分が、その反射方向と直交する前記直交面上のｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれの成分となる位置関係で配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このように構成された画像投射装置では、レンズ部が、そのレンズ本体を透過した透過光のうち、上述した一方の方向に対応する成分のみを集束または発散させ、上述した他方の方向に対応する成分について集束または発散させない。そして、上記透過光における上述した一方および他方の方向に対応する成分は、それぞれ上述したｘ軸，ｙ軸方向のいずれかの成分となる。
【００１１】
その結果、その透過光をコンバイナに反射させた際に、その反射光における上述したｘ軸，ｙ軸方向のうちいずれかに対応する光の成分のみを集束または発散させることができる。
【００１２】
このことから、適切な度合で集束および発散させるレンズ本体を選択したり、そのレンズ本体の配置を調節することによって、コンバイナに反射された反射光が観察者の目に投射された際に、観察者により視認される虚像における交差する２方向（上述したｘ軸，ｙ軸に対応する方向）のうち、いずれかの倍率を任意に調節できるようになる。それにより、コンバイナに反射することによる上述した２方向に対する集束の度合がどのような値であるかに関わらず、観察者により視認される虚像における交差する２方向の長さの比を調節することができる。
【００１３】
また、上述したレンズ部は、他方の方向に関して、光を集束または発散させないものであるので、光源から出力された光がそのレンズ本体に入射する際に、その入射する光と、そのレンズ本体における上述した他方の方向と、がなす角度が変化しても、実質的にそのまま透過される。
【００１４】
そのため、上述した入射する光と、一方の方向と、がなす角度が一定であれば、入射する光と、他方の方向と、がなす角度を変化させても、その透過する光は角度の変化前後で実質的に変化しない。
【００１５】
このことから、上述した画像投射装置では、レンズ部のレンズ本体を配置するにあたって、上述した光と、他方の方向と、がなす角度を所定の角度に制限されることなく設定することが可能となり、画像投射装置の設計における自由度が高くなる。
【００１６】
また、その設計の自由度が高くなることから、画像投射装置の本体から上方に突出しないようにレンズ部を配置することもでき、その結果、画像投射装置としての小型化を実現できる。
【００１７】
ところで、上述した虚像の交差する２方向の長さの比は、どのようなものとしてもよいが、コンバイナに反射された際の集束の影響が小さくなる長さの比に近づけるためには、コンバイナに反射された際の集束の度合が小さい方向に対応する成分を、上記レンズ部により集束させるように構成することが考えられる。
【００１８】
このためには、例えば、請求項１の構成を、請求項２に記載の画像投影装置のように構成することが考えられる。
この画像投影装置において、レンズ部は、前記光源から出力された光を、前記レンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について所定の度合で集束させるのに対し、他方の方向について集束および発散させることなく、前記レンズ本体を透過させるように構成されていると共に、光の中心が前記レンズ本体から前記コンバイナに至る経路と前記一方の方向とが垂直となり、また、前記透過光を前記コンバイナに反射させた場合に、該透過光における前記２方向それぞれに対応する成分のうち、一方の方向に対応する成分が、前記コンバイナに反射させた反射光の反射方向と直交する直交面上のｘ軸方向の成分となるのに対し、他方の方向に対応する成分が、前記コンバイナに反射させた反射光の反射方向と直交する直交面上のｙ軸方向の成分となる位置関係で配置されている。
【００１９】
このように構成された画像投射装置では、レンズ部が、そのレンズ本体を透過した透過光のうち、上述した一方の方向に対応する成分のみを集束させ、上述した他方の方向に対応する成分について集束させない。そして、上記透過光における上述した一方の方向に対応する成分は、上記ｘ軸方向の成分となる。
【００２０】
その結果、その透過光をコンバイナに反射させた際に、その反射光における上述したｘ軸方向に対応する光の成分のみを集束させることができる。
このことから、適切な度合で集束させるレンズ本体を選択したり、そのレンズ本体の配置を調節することによって、コンバイナに反射された反射光が観察者の目に投射された際に、観察者により視認される虚像における交差する２方向のうち、一方（上述したｘ軸に対応する方向）の倍率を任意に調節できるようになる。それにより、コンバイナに反射することによる上述した２方向に対する集束の度合がどのような値であるかに関わらず、観察者により視認される虚像における交差する２方向の長さの比を調節することができる。
【００２１】
また、上述した虚像の交差する２方向の長さの比を、コンバイナに反射された際の集束の影響が小さくなるようにする構成として、上述したものとは別に、上述したレンズ部に、他方の方向に対して集束または発散させないものであって、一方の方向については所定の度合で発散させるものを用いる構成が考えられる。
【００２２】
そのようなレンズ部を用いる場合は、そのレンズ部を、光の中心がそのレンズ本体からコンバイナに至る経路と一方の方向とが垂直となり、また、透過光をコンバイナに反射させた場合に、透過光における２方向それぞれに対応する成分のうち、一方の方向に対応する成分が、コンバイナに反射させた反射光の反射方向と直交する直交面上のｙ軸方向の成分となるのに対し、他方の方向に対応する成分が、コンバイナに反射させた反射光の反射方向と直交する直交面上のｘ軸方向の成分となる位置関係で配置するとよい。
【００２３】
このようにレンズ部を配置することで、上記透過光における上述した一方の方向に対応する成分を、上記ｙ軸方向の成分とすることができ、また、その透過光をコンバイナに反射させた際に、その反射光における上述したｙ軸方向に対応する光の成分のみを発散させることができる。
【００２４】
このとき、適切な度合で発散させるレンズ本体を選択したり、そのレンズ本体の配置を調節することによって、コンバイナに反射された反射光が観察者の目に投射された際に、観察者により視認される虚像の交差する２方向のうち、一方（上述したｙ軸に対応する方向）の倍率を任意に調節できるようになる。それにより、コンバイナに反射することによる上述した２方向に対する集束の度合がどのような値であるかに関わらず、観察者により視認される虚像における交差する２方向の長さの比を調節することができる。
【００２５】
ところで、例えば画像投射装置を小型化するために光源を小さくした場合など、観察者に視認される虚像をより拡大させたい場合には、光源から出力された光を、上述したレンズ部による集束のみでなく、別の手段を併用して集束させるとよい。
【００２６】
このためには、例えば、請求項２に記載の画像投射装置を、請求項３に記載の画像投射装置のように構成することが考えられる。
この画像投射装置は、前記光源から前記レンズ部に至る光路上に配置され、前記光源から出力された光を反射させることにより、該反射した反射光を前記レンズ部に入射させる鏡部材を備えている。
【００２７】
この鏡部材は、前記光源から出力された光を、該光の中心が前記反射面から前記レンズ部に至る経路と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について集束させて反射させるように構成されていると共に、前記反射面に反射させた反射光を前記レンズ部に入射させた場合に、該反射光の反射方向と直交する直交面上における前記２方向それぞれに対応する成分のうち、一方の方向に対応する成分が、前記レンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上における前記他方の方向の成分となる位置関係で配置されている。
【００２８】
このように構成された画像投射装置は、鏡部材によって反射された反射光のうち、コンバイナに反射された際の集束の度合の大きいｙ軸方向に対応する成分を集束させる。
その結果、上述したｙ軸方向に対して拡大された虚像を観察者に視認させることができることから、適切な度合で集束させるレンズ本体および鏡部材を選択したり、それら配置を調節することによって、交差する２方向の長さを適切なものに拡大した虚像を観察者に視認させることができる。
【００２９】
また、光源から出力された光を、上述したレンズ部による集束のみでなく、別の手段を併用して集束させる構成として、上述したものとは別に、請求項２に記載の画像投射装置を、請求項４に記載の画像投射装置のように構成することが考えられる。
【００３０】
この画像投射装置は、前記光源から前記レンズ部に至る光路上に配置され、前記光源から出力された光を板状のレンズ本体に透過させることにより、該透過した透過光を前記レンズ部に入射させる補助レンズ部を備えている。
【００３１】
この補助レンズ部は、前記光源から出力された光を、そのレンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について集束させるように構成されていると共に、前記補助レンズ部のレンズ本体を透過させた透過光を、前記レンズ部のレンズ本体に入射させた場合に、該透過光の入射方向と直交する直交面上における前記２方向それぞれに対応する成分のうち、一方の方向に対応する成分が、前記レンズ部のレンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上における前記他方の方向の成分となる位置関係で配置されている。
【００３２】
このように構成された画像投射装置は、補助レンズ部のレンズ本体を透過させた透過光のうち、コンバイナに反射された際の集束の度合の大きいｙ軸方向に対応する成分を集束させる。
【００３３】
その結果、上述したｙ軸方向に対して拡大された虚像を観察者に視認させることができることから、適切な度合で集束させるレンズ部のレンズ本体および補助レンズ部のレンズ本体を選択したり、それらの配置を調節することによって、交差する２方向の長さを適切なものとした虚像を観察者に視認させることができる。
【００３４】
また、請求項１〜４のいずれかに記載された画像投射装置は、請求項５に記載したように構成してもよい。
この画像投射装置において、前記レンズ部は、前記光源から出力された光を集束および発散させることなく観察者の目に投射した場合に、該投射した光に基づいて観察者に視認させる画像において交差する２方向それぞれの長さの比と、前記コンバイナに反射させた反射光を観察者の目に投射した場合に、該投射した光に基づいて観察者に視認させる画像において交差する前記２方向それぞれの長さの比と、が、所定のしきい値以上に近似したものとなるように、前記レンズ部における光の集束の度合または発散の度合が設定されている。
【００３５】
このように構成された画像投射装置であれば、光源から出力された光をコンバイナに反射させて観察者の目に投射することで、光源から出力された光に集束または発散させることなく観察者の目に投射した場合に、観察者に視認される画像において交差する２方向それぞれの長さの比が近似した虚像を視認させることができる。その結果、観察者は、光源から出力された光を直接視認する場合と近い状態で虚像を視認することができるようになり、その光に示される内容を容易に判断できるようになる。
【００３６】
また、請求項１〜５のいずれかに記載された画像投射装置において、前記レンズ部におけるレンズ本体は、請求項６に記載したように、シリンドリカルレンズを用いるとよい。
このようにレンズ部にシリンドリカルレンズを用いることで、上述したレンズ部の効果を得ることができる。
【００３７】
また、請求項１〜６のいずれかに記載された画像投射装置において、前記レンズ本体は、請求項７に記載したように、フレネル形状のレンズを用いるとよい。
このようにフレネル形状のレンズ本体であれば、その厚みを減らしてレンズ部を薄くすることができるため、画像投射装置の小型化を実現できる。
【００３８】
ところで、上述したレンズ本体の厚さ方向に沿って光が投射された際のその光の光路上に、観察者の目が位置するように構成された画像投射装置によると、コンバイナを介して観察者と反対側からコンバイナを通過して観察者側に到達する光であって、レンズ部からコンバイナに至る経路と平行にコンバイナからレンズ部に向かう光は、レンズ部に反射されると、光源から出力された光と同様にコンバイナに反射されて観察者の目に投射されることになる。そのため、観察者に対して、光源から出力された光と上述した光とが重なることで視認し難くさせることがあった。
【００３９】
このような問題を解決するためには、請求項１〜７のいずれかに記載された画像投射装置を、請求項８に記載したように構成するとよい。
この画像投射装置において、前記レンズ部は、前記コンバイナに反射させた反射光を、観察者の目の位置においてその反射方向と直交する直交面に沿って拡がる観察領域に投射させた場合に、その観察領域のｙ軸方向の長さをＨとし、光の中心が前記レンズ部から前記観察領域に至る経路の長さをＬとすると、前記レンズ本体の厚さ方向と直交する直交面，および，前記レンズ部を透過する透過光と直交する直交面のなす角度Φが、  Φ  ＞（１／２）ｔａｎ-1（Ｈ／２Ｌ）の条件を満たす位置関係で配置される。
【００４０】
このように構成された画像投射装置であれば、上述したコンバイナを通過して観察者側に到達する光が、レンズ部のレンズ本体に反射された際に、観察者の目が位置する方向に投射されなくなるため、コンバイナに反射されて光源から出力された光と重なって観察者の目に投射されることを防止できる。
【００４１】
そのため、光源から出力された光とそれ以外の別の光とが重なった状態で観察者に視認され、観察者が光源からの光を視認し難くなることを防止できる。
また、請求項１〜８のいずれかに記載された画像投射装置は、請求項９に記載したように構成してもよい。
【００４２】
この画像投射装置は、少なくとも前記光源および前記レンズ部を内部に配置すると共に、前記レンズ部を透過した光を外部に透過させるべく形成された透過部を有するカバー部材を備える。
【００４３】
このようなカバー部材を備える画像投射装置であれば、異物がカバー部材の内部に侵入することを防止できるので、それにより画像投射装置が破損したり、汚れたりすることを防止できる。また、光源，レンズ部など、カバー部材内に配置されるものを、カバー部材を介して同時に取り扱うことができるので、それぞれ別々に取り扱う場合に比べて取り扱いが容易になる。
【００４４】
ところで、請求項９に記載の画像投射装置において、レンズ部はどのような位置関係で配置されていてもよいが、カバー部材の小型化の妨げにならないように配置するとよい。
このためには、請求項９に記載の画像投射装置におけるレンズ部は、請求項１０に記載したように、前記カバー部材において透過部が形成された面に沿った位置関係で配置されるように構成することが考えられる。
【００４５】
このように構成された画像投射装置であれば、レンズ部が、カバー部における透過部が形成された面から突出しないように配置される。それによって、カバー部材をレンズ部の配置に合わせて突出させる必要が無くなることから、カバー部材の小型化、ひいては画像投射装置の小型化を実現できる。
【００４６】
また、請求項９または１０におけるレンズ部は、請求項１１に記載したように、前記カバー部材における透過部として形成されていてもよい。
このようにレンズ部が形成された画像投射装置であれば、透過部を別部品として準備する必要がなくなるので、部品点数を減少させることができる。
【００４７】
また、請求項１〜１１に記載した画像投射装置は、請求項１２に記載したように構成してもよい。
この画像投射装置は、車両に搭載されて用いられるものであって、前記レンズ部が、該車両に備えられた前記光源から出力された光を、前記コンバイナとして用いられるフロントガラスに入射させるように配置されている。
【００４８】
このように構成した画像投射装置であれば、車両に搭載して用いることができるので、車両の運転手に対して光源から出力された光により情報を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
本実施形態における画像投射装置１００は、車両１に搭載されて用いられるものであり、コンバイナとして用いられるフロントガラス１０に光源２０から出力された光３０を入射させるものである。
【００５０】
この画像投射装置１００は、図１，および，画像投射装置１００の内部を異なる視点から示す図２に示すように、光源２０からフロントガラス１０へと至る光路上に配置されるシリンドリカルレンズ２００と、光源２０からシリンドリカルレンズ２００に至る光路上に配置されるシリンドリカル凹面鏡３００と、光源２０，シリンドリカルレンズ２００，および，シリンドリカル凹面鏡３００を内部に配置するカバー部材４００と、を備えている。
【００５１】
なお、車両１のフロントガラス１０は、交差する２方向（図１におけるｘ軸，ｙ軸方向）の曲率が異なっており、そこに反射させた光３０は、交差する２方向それぞれにおいて異なる集束の度合（本実施形態においては、反射光の集束の度合がｘ軸方向よりもｙ軸方向において大きくなるように形成される）で集束された状態で、運転者の目に投射される。また、上述した光源２０は、車両のインストルメントパネルのメータに示される情報や経路案内の情報などの画像を示す光を出力するものである。
【００５２】
上述した画像投射装置１００において、シリンドリカルレンズ２００は、図３（ａ）に示すように、その厚さ方向（図３（ａ）におけるＡ方向）と直交する面に沿う２つの面のうち、一方の面が平坦面２０１となっており、他方の面がフレネル形状に形成されたレンズ形成面２０２となっている。
【００５３】
このシリンドリカルレンズ２００における一方の方向（図３（ａ）におけるＢ方向），および，上述したＡ方向に沿った断面は、図４（ａ）に示すように、頂角が徐々に変化する微小プリズムを順に並べた形状となっている。そのため、光３０がこのシリンドリカルレンズ２００を上述したＡ方向に透過すると、その光３０のうち、上述したＢ方向に対応する成分が集束される。
【００５４】
また、シリンドリカルレンズ２００における他方の方向（図３（ａ）におけるＣ方向），および，上述したＡ方向に沿った断面は、図４（ｂ）に示すように矩形となっている。そのため、光３０がこのシリンドリカルレンズ２００を上述したＡ方向に透過しても、その光３０のうち、上述したＣ方向に対応する成分は、集束も発散もされない。
【００５５】
このようにシリンドリカルレンズ２００が形成されていることから、本実施形態の画像投射装置１００では、光源２０から出力された光３０がシリンドリカルレンズ２００を透過する際に、上述したＢ方向について所定の度合で集束されるが、上述したＣ方向について集束も発散もされることなく、シリンドリカルレンズ２００を透過する。
【００５６】
そして、このシリンドリカルレンズ２００は、光３０の中心がシリンドリカルレンズ２００からフロントガラス１０に至る経路と、シリンドリカルレンズ２００における上述したＢ方向と、が垂直となる位置関係であって、さらに、シリンドリカルレンズ２００を透過した光３０をフロントガラス１０に反射させた場合に、その光３０における上述したＢ，Ｃ２方向それぞれに対応する成分のうち、Ｂ方向に対応する成分が、フロントガラス１０に反射させた光３０の反射方向と直交する直交面上のｘ軸方向の成分となるのに対し、Ｃ方向に対応する成分が、上記直交面上のｙ軸方向の成分となる位置関係で配置されている。
【００５７】
また、シリンドリカルレンズ２００は、カバー部材４００において、光源２０から出力された光を外部に透過させるべく形成された透過部として、カバー部材４００の外表面に沿った位置関係で配置されている。さらに、シリンドリカルレンズ２００は、レンズ形成面２０２に埃などの異物がたまることを防止するために、上述したレンズ形成面２０２がカバー部材４００の内側を向くように配置されている。
【００５８】
また、このシリンドリカルレンズ２００における集束の度合は、光源２０から出力された光３０を集束も発散もさせることなく運転者の目に投射した場合に、その投射した光に基づいて運転者が視認する画像において交差する２方向それぞれの長さの比と、フロントガラス１０に反射させた反射光を運転者の目に投射した場合に、その投射した光に基づいて運転者が視認する画像において交差する前記２方向それぞれの長さの比と、が、所定のしきい値０．８以上に近似したものとなるように設定されている。この値以上であれば運転者が画像を見るときの違和感が少なく疲労を感じにくい利点がある。さらに望ましくはしきい値０．９５以上であれば、運転者が違和感を感じることはない。
【００５９】
また、シリンドリカル凹面鏡３００は、その反射面に投射された光を一方の方向（図５におけるＤ方向）について集束させて反射させるように形成されている。そして、本実施形態においては、光源２０から出力された光３０をその反射面で反射させた反射光を、シリンドリカルレンズ２００に入射させた場合に、その反射光の反射方向と直交する直交面上における交差する２方向それぞれに対応する成分のうち、上述したＤ方向に対応する成分が、シリンドリカルレンズ２００におけるＣ方向の成分となる位置関係で配置されている。
【００６０】
このように構成された画像投射装置１００を搭載した車両１において、光源２０から出力された光３０が通過する経路を説明する。
光源２０から出力された光３０は、まず、シリンドリカル凹面鏡３００に投射される。このシリンドリカル凹面鏡３００の反射面において、その投射された光３０は、シリンドリカルレンズ２００に向けて反射される。その際、その反射された光３０は、上述したシリンドリカルレンズ２００におけるＣ方向に対応する成分が集束される。
【００６１】
次に、その反射した光３０は、シリンドリカルレンズ２００に入射する。その入射した光３０は、このシリンドリカルレンズ２００を透過し、フロントガラス１０に向かう。その透過の際、光３０は、シリンドリカルレンズ２００における上述したＢ方向について所定の度合で集束される。
【００６２】
そして、光３０は、フロントガラス１０にて反射する。その際、シリンドリカルレンズ２００を透過した光３０における上述したＢ，Ｃ２方向それぞれに対応する成分のうち、Ｂ方向に対応する成分が、フロントガラス１０に反射させた反射光の反射方向と直交する直交面上のｘ軸方向の成分となり、Ｃ方向に対応する成分が、上記直交面上のｙ軸方向の成分となる。そして、その反射した光３０が、運転者に投射される。
【００６３】
このようにして、画像投射装置１００が搭載された車両１においては、光源２０からの光がフロントガラス１０に反射して運転者の目に投射されるため、運転者にフロントガラス１０を介して車両１外部を視認させつつ、その視界において光が示す画像（虚像）を視認させる。
（２）効果
このように構成された画像投射装置１００では、シリンドリカルレンズ２００を透過した光３０のうち、上述したＢ方向に対応する成分のみを集束させ、上述したＣ方向に対応する成分について集束させない。そして、その光３０をフロントガラス１０に反射させた際に、Ｂ方向に対応する成分が上述したｘ軸方向の成分となり、Ｃ方向に対応する成分が上述したｙ軸方向の成分となる。
【００６４】
そのため、その反射した光３０における上述したｘ軸方向に対応する成分のみを集束させることができる。
このことから、適切な度合で集束させるシリンドリカルレンズ２００を選択したり、そのシリンドリカルレンズ２００の配置を調節することによって、フロントガラス１０に反射された光３０が運転者の目に投射された際に、運転者により視認される虚像における交差する２方向のうち、一方（上述したｘ軸に対応する方向）の倍率を任意に調節できるようになる。それにより、フロントガラス１０に反射することによる上述したｘ軸，ｙ軸の２方向に対する集束の度合がどのような値であるかに関わらず、運転者により視認される虚像の交差する２方向の長さの比を調節することができる。
【００６５】
また、上述したシリンドリカルレンズ２００は、上述したＣ方向に関して、光を集束または発散させないものであるので、光源２０から出力された光がそのシリンドリカルレンズ２００に入射する際に、その入射する光３０と、Ｃ方向と、がなす角度（図３（ｂ）における角度２１０）が変化しても、実質的にそのまま透過される。
【００６６】
そのため、上述した入射する光３０と、Ｂ方向と、がなす角度（図３（ｂ）における角度２１１）が一定であれば、入射する光３０と、Ｃ方向と、がなす角度２１０を変化させても、その透過する光は、角度２１０の変化前後で実質的に変化しない。
【００６７】
仮にＣ方向に光を収束または発散させる効果を持たせると、入射する光３０と、Ｃ方向と、がなす角度２１０を大きくした場合、運転者により視認される虚像の形状が大きく歪んでしまい視認性を悪化させる。
【００６８】
このことから、上述した画像投射装置では、シリンドリカルレンズ２００を配置するにあたって、入射する光３０と、Ｃ方向と、がなす角度２１０を所定の角度に制限されることなく設定することが可能となり、画像投射装置１００の設計における自由度が高くなる。
【００６９】
また、その設計の自由度が高くなることから、カバー部材４００を設計する際に、シリンドリカルレンズ２００をカバー部材４００の外表面から突出しないように配置することができる。それによって、カバー部材４００をシリンドリカルレンズ２００の配置に合わせて突出させる必要がなくなることから、カバー部材４００の小型化、ひいては画像投射装置１００の小型化を実現できる。
【００７０】
また、本実施形態の画像投射装置１００は、シリンドリカル凹面鏡３００が、フロントガラス１０に反射された光３０のうち、集束の度合の大きいｙ軸方向に対応する成分を集束させる。
【００７１】
その結果、上述したｙ軸方向に対して拡大された虚像を運転者に視認させることができることから、適切な度合で集束させるシリンドリカルレンズ２００およびシリンドリカル凹面鏡３００を選択したり、それら配置を調節することによって、交差する２方向の長さを適切なものとした虚像を運転者に視認させることができる。
【００７２】
また、本実施形態の画像投射装置１００において、シリンドリカルレンズ２００における集束の度合は、光源２０から出力された光３０に集束および発散させることなく運転者の目に投射した場合に、その投射した光３０に基づいて運転者に視認させる画像において交差する２方向それぞれの長さの比と、フロントガラス１０に反射させた光３０を運転者の目に投射した場合に、その投射した光３０に基づいて運転者に視認させる画像において交差する前記２方向それぞれの長さの比と、が、所定のしきい値以上に近似したものとなるように設定されている。
【００７３】
そのため、光源２０から出力された光３０をフロントガラス１０に反射させて運転者の目に投射することで、光源２０から出力された光に集束または発散させることなく運転者の目に投射した場合に、運転者に視認される画像において交差する２方向それぞれの長さの比が近似した虚像を視認させることができる。その結果、運転者は、光源２０から出力された光３０を直接視認する場合と近い状態で虚像を視認することができるようになり、その光に示される内容を容易に判断できるようになる。
【００７４】
また、本実施形態の画像投射装置１００は、シリンドリカルレンズ２００を備えているため、シリンドリカルレンズ２００を光が透過する際に、上述したＢ方向の成分のみ集束させるという効果を得ることができる。
【００７５】
さらに、本実施形態の画像投射装置１００において、シリンドリカルレンズ２００は、フレネル形状に形成されている。それにより、その厚みを減らしてシリンドリカルレンズ２００を薄くすることができるため、画像投射装置１００の小型化を実現できる。
【００７６】
また、本実施形態の画像投射装置１００において、カバー部材４００は、光源２０，シリンドリカルレンズ２００，および，シリンドリカル凹面鏡３００を内部に配置している。そのため、異物がカバー部材４００の内部に侵入して、それにより画像投射装置１００が破損したり、汚れたりすることを防止できる。また、光源２０，シリンドリカルレンズ２００など、カバー部材４００内に配置されるものを、カバー部材４００を介して同時に取り扱うことができるので、それぞれ別々に取り扱う場合に比べて取り扱いが容易になる。
【００７７】
また、本実施形態の画像投射装置１００において、シリンドリカルレンズ２００は、そのカバー部材４００において光源２０から出力された光を透過させつつ、カバー部材４００内部への異物の侵入を防止する透過部として機能する。そのため、そのような機能を有する透過部を別部品として準備する必要がなくなるので、部品点数を減少させることができる。
（３）変形例
以上、本考案の実施の形態について説明したが、本考案は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本考案の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【００７８】
例えば、上記実施形態において、シリンドリカルレンズ２００は、光３０が透過する際に、上述したＢ方向について所定の度合で集束させるのに対し、上述したＣ方向について集束および発散させることなく、シリンドリカルレンズ２００を透過させるように構成されたものを例示した。しかし、運転者に視認される虚像における交差する２方向の長さの比を、フロントガラス１０に反射された際の集束の影響が小さくなる長さの比に近づけることが出来れば、そのシリンドリカルレンズ２００は、上述したＢ方向対して所定の度合で発散させるものを用いる構成であってもよい。
【００７９】
そのようなシリンドリカルレンズ２００を用いる場合は、そのシリンドリカルレンズ２００を、光３０の中心がシリンドリカルレンズ２００からフロントガラス１０に至る経路と、上述したＢ方向とが垂直となり、さらに、シリンドリカルレンズ２００を透過した光３０をフロントガラス１０に反射させた場合に、その光３０における上述したＢ，Ｃ２方向それぞれに対応する成分のうち、Ｂ方向に対応する成分が、フロントガラス１０に反射させた光３０の反射方向と直交する直交面上のｙ軸方向の成分となるのに対し、Ｃ方向に対応する成分が、上述した面上のｘ軸方向の成分となる位置関係で配置するとよい。
【００８０】
このようにシリンドリカルレンズ２００を配置することで、シリンドリカルレンズ２００を透過した光３０における上述したＢ方向に対応する成分を、上記ｙ軸方向の成分とすることができ、また、そのｙ軸方向に対応する光３０の成分に対してのみを発散させることができる。
【００８１】
このことから、適切な度合で発散させるシリンドリカルレンズ２００を選択したり、そのシリンドリカルレンズ２００の配置を調節することによって、フロントガラス１０に反射された光３０が運転者の目に投射された際に、運転者により視認される虚像における交差する２方向のうち、一方（上述したｙ軸に対応する方向）の倍率を任意に調節できるようになる。それにより、フロントガラス１０に反射することによる上述した２方向に対する集束の度合がどのような値であるかに関わらず、運転者により視認される虚像における交差する２方向の長さの比を調節することができる。
【００８２】
また、上記実施形態においては、光源２０からシリンドリカルレンズ２００に至る光路上にシリンドリカル凹面鏡３００を配置する構成を例示した。しかし、光源２０から出力された光３０を、上述したシリンドリカルレンズ２００と併用して集束させることができれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、光源２０からシリンドリカルレンズ２００に至る光路上に、補助レンズ部を配置する構成が考えられる。
【００８３】
この場合、その補助レンズ部は、光源２０から出力された光３０を、その補助レンズ部のレンズ本体の厚さ方向と直交する直交面上において交差する２方向のうち、一方の方向について集束させるように構成されると共に、その補助レンズ部のレンズ本体を透過させた光３０を、シリンドリカルレンズ２００に入射させた場合に、その透過させた光３０の入射方向と直交する直交面上における前記２方向それぞれに対応する成分のうち、一方の方向に対応する成分が、シリンドリカルレンズ２００における上述したＣ方向の成分となる位置関係で配置されるとよい。
【００８４】
このように構成された画像投射装置１００であれば、補助レンズ部のレンズ本体を透過させた光３０のうち、フロントガラス１０に反射された際の集束の度合の大きいｙ軸方向に対応する成分を集束させる。
【００８５】
その結果、上述したｙ軸方向に対して拡大された虚像を運転者に視認させることができることから、適切な度合で集束させるシリンドリカルレンズ２００および補助レンズ部のレンズ本体を選択したり、それら配置を調節することによって、交差する２方向の長さを適切なものとした虚像を運転者に視認させることができる。
【００８６】
なお、上述した補助レンズ部のレンズ本体としては、シリンドリカルレンズを用いるとよい。そうすることで、上述した効果を得ることができる。
ところで、この画像投射装置１００において、シリンドリカルレンズ２００の上述したＡ方向に沿って光３０が投射された際のその光３０の光路上に、運転者の目が位置するようにシリンドリカルレンズ２００が配置されている場合において、例えば太陽光のような外部の光が、フロントガラス１０を介して運転者と反対側からフロントガラス１０を通過して運転者側に到達し、シリンドリカルレンズ２００からフロントガラス１０至る経路と平行にフロントガラス１０からシリンドリカルレンズ２００に向かう場合がある。
【００８７】
このとき、図６に示すように、この外部光５１０がシリンドリカルレンズ２００に反射されると、光源２０から出力された光３０と同様にフロントガラス１０反射されて運転者の目に投射されることになる。そのため、運転者は、光源２０から出力された光３０と上述した外部光５１０とが重なることで視認し難くなることがあった。
【００８８】
よって、上記実施形態においては、シリンドリカルレンズ２００が、カバー部材４００の外表面に沿った位置関係で配置される構成を例示したが、上述した問題を解消するためには、以下のように構成するとよい。
【００８９】
その構成とは、図７に示すように、シリンドリカルレンズ２００，後述する観察領域５００，および外部光５１０のみを抽出して考えた場合おいて、フロントガラス１０に反射させた光３０を、運転者の目の位置においてその反射方向と直交する直交面に沿って拡がる観察領域５００に投射させた場合に、その観察領域５００のｙ軸方向の長さをＨとし、光の中心がシリンドリカルレンズ２００から観察領域５００に至る経路の長さをＬとすると、シリンドリカルレンズ２００の上述したＡ方向と直交する直交面，および，前記レンズ部を透過する透過光と直交する直交面のなす角度Φが、  Φ  ＞（１／２）ｔａｎ-1（Ｈ／２Ｌ）の条件を満たす位置関係でシリンドリカルレンズ２００が配置される構成である。
【００９０】
このように構成された画像投射装置１００であれば、外部光５１０が運転者の目に投射されない理由を以下に説明する。
上述した外部光５１０がシリンドリカルレンズ２００で反射され、観察領域５００のｙ軸方向の端部（上端または下端）に到達する場合、そのときの角度Φは、  Φ  ＝（１／２）ｔａｎ-1（Ｈ／２Ｌ）を満たす位置関係となる。
【００９１】
よって、シリンドリカルレンズ２００が、上述したΦ  ＞（１／２）ｔａｎ-1（Ｈ／２Ｌ）の条件を満たす位置関係で配置されていると、上述した外部光５１０は、シリンドリカルレンズ２００に反射されて、観察領域５００より外側に投射される（図７（ａ）参照）。
【００９２】
また、シリンドリカルレンズ２００が、上述したΦの条件を満たさない位置関係で配置されていると、上述した外部光５１０は、シリンドリカルレンズ２００に反射されて、観察領域５００内に投射される（図７（ｂ）参照）。
【００９３】
このことから分かるように、上述した条件を満たすように構成された画像投射装置１００であれば、上述したフロントガラス１０を通過して運転者側に到達する外部光５１０が、シリンドリカルレンズ２００に反射された際に、運転者の目が位置する方向に投射されなくなるため、フロントガラス１０に反射されて光源２０から出力された光３０と重なって運転者の目に投射されることを防止できる。
【００９４】
そのため、光源２０から出力された光３０とそれ以外の外部光５１０とが重なった状態で運転者が視認することで、光源２０からの光３０を視認し難くなることを防止できる。
また、上記実施形態において、シリンドリカルレンズ２００におけるレンズ形成面２０２に対する着色の有無は特に限定していないが、シリンドリカルレンズ２００の上述したＡ方向に沿って形成された面（図４（ａ）における不要面２０３）は、黒色で塗装するなどの非透過処理を施してもよい。
【００９５】
こうすることで、この不要面２０３から光が透過することに伴って発生する迷光の発生やコントラストの低下を抑制できる。
また、上記実施形態において、シリンドリカルレンズ２００は、１枚のみで用いられる構成を例示した。しかし、光源２０から出力される光３０のマルチカラー化またはフルカラー化を実現するために、屈折率と分散の異なる２つの材料からなるフレネル形状のシリンドリカルレンズを複数枚組み合わせて用いてもよい。
【００９６】
この場合は、図８に示すように、凸レンズ形状のシリンドリカルレンズ６１０と凹レンズ形状のシリンドリカルレンズ６２０を貼り合わせた積層構造となっているシリンドリカルレンズ群６００を用いることが考えられる。
【００９７】
これらのシリンドリカルレンズ６１０，６２０は、それぞれ屈折率および分散が異なる。そのため、これらを組み合わせることで、収差の発生を抑制することができ、ひいては表示画像の像質劣化を抑制できる。
【００９８】
なお、これらのシリンドリカルレンズ６１０，６２０は、光源２０から出力された光３０の光路上において、互いに貼り合わせることなく、所定の間隔をあけて配置されていてもよい。
（４）本発明との対応関係
以上説明した実施形態において、シリンドリカルレンズ２００，シリンドリカルレンズ群６００が本発明におけるレンズ部であり、シリンドリカルレンズ２００，６１０，６２０が本発明におけるレンズ本体であり、シリンドリカル凹面鏡３００が本発明における鏡部材である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態を示す図
【図２】光源およびシリンドリカル凹面鏡を異なる視点から見た図
【図３】シリンドリカルレンズを示す図
【図４】シリンドリカルレンズの断面を示す図
【図５】シリンドリカル凹面鏡を示す図
【図６】外部からの光の経路を示す図
【図７】シリンドリカルレンズにおける外部光の反射を示す図
【図８】変形例のシリンドリカルレンズ群を示す図
【符号の説明】
【０１００】
１…車両、１０…フロントガラス、２０…光源、３０…光、１００…画像投射装置、２００，６１０，６２０…シリンドリカルレンズ、２０１…平坦面、２０２…レンズ形成面、２０３…不要面、２１０，２１１…角度、３００…シリンドリカル凹面鏡、４００…カバー部材、５００…観察領域、５１０…外部光、６００…シリンドリカルレンズ群。
【図１】
2008152102.tif 000003
【図２】
2008152102.tif 000004
【図３】
2008152102.tif 000005
【図４】
2008152102.tif 000006
【図５】
2008152102.tif 000007
【図６】
2008152102.tif 000008
【図７】
2008152102.tif 000009
【図８】
2008152102.tif 000010