(57)【要約】【課題】運転手の視線が変化したとしても、表示部を介して第一スクリーンに結像した像を運転手が視認しないようにすることができる車両用表示装置を提供する。【解決手段】車両用表示装置１０１は、第一開口部および第二開口部を有する筐体１と、映像を投射する投射部２と、投射された投射光の一部を反射する分割ミラー５と、第一開口部に設けられ、分割ミラー５で反射されない投射光１６の一部または全部を結像する透過型の第一スクリーン６と、分割ミラー５で反射された投射光１５を結像し、第二開口部に設けられた透過型の第二スクリーン７とを備え、第二スクリーン７は、第一スクリーン６より上方であって、第二スクリーン７で結像した像を虚像として運転手の前方に表示させる表示部１０より下方に位置し、第二スクリーン７および筐体１の少なくとも一方は、第一スクリーン６と表示部１０とを結ぶ光路を妨げる位置に設けられるものである。【選択図】          図４
2016206289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一開口部および第二開口部を有する筐体と、
前記筐体内に設けられ、映像を投射する投射部と、
前記筐体内に設けられ、前記投射部から投射された投射光の一部を反射する分割ミラーと、
前記筐体の前記第一開口部に設けられ、前記投射光のうち前記分割ミラーで反射されない投射光の一部または全部を結像する透過型の第一スクリーンと、
前記投射光のうち前記分割ミラーで反射された投射光を結像し、前記筐体の前記第二開口部に設けられた透過型の第二スクリーンとを備え、
前記第二スクリーンは、前記第一スクリーンより上方であって、前記第二スクリーンで結像した像を虚像として運転手の前方に表示させる表示部より下方に位置し、
前記第二スクリーンおよび前記筐体の少なくとも一方は、前記第一スクリーンと前記表示部とを結ぶ光路を妨げる位置に設けられる
車両用表示装置。
【請求項２】
前記投射部から投射された投射光を反射する折り返しミラーを備え、
前記分割ミラーは、前記投射部から投射され前記折り返しミラーで反射された前記投射光の一部を反射する
請求項１に記載の車両用表示装置。
【請求項３】
前記分割ミラーは、前記第一スクリーンと前記第二スクリーンとを結ぶ光路を遮る位置に設けられる
請求項１または請求項２に記載の車両用表示装置。
【請求項４】
前記第二スクリーンは、前記第一スクリーンより高いスクリーンゲインが得られる
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用表示装置。
【請求項５】
前記投射部は、照明光を発生させる光発生部と、前記照明光を集光させる第一コンデンサレンズと、前記第一コンデンサレンズから出た前記照明光を内部で全反射させる光強度分布均一化素子と、前記光強度分布均一化素子から出た前記照明光を集光させる第二コンデンサレンズと、前記第二コンデンサレンズで集光された前記照明光を変調する光変調素子と、前記光変調素子で変調された変調光を投射光として拡大投射する投射光学部とを有し、
前記光強度分布均一化素子は、前記第一コンデンサレンズの光軸方向に対して傾けて配置され、射出面が前記光変調素子と光学的に共役な位置にあり、前記光変調素子において前記第二スクリーンで結像する像と対応する領域の輝度を前記第一スクリーンで結像する像と対応する領域の輝度より高くする
請求項１〜４のいずれか一項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、車両に搭載され、映像を表示する車両用表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用表示装置は、インストルメントパネルの内部に配置された単一の投影手段から第１映像および第２映像を車体後方に向けて投影すると、インストルメントパネルに設けられた透過型の第１スクリーンに第１映像が車室側から視認できるように映し出され、かつ第１スクリーンの下部に一体に設けられた反射型の第２スクリーンに映し出された第２映像が反射手段に反射されてフロントウインドシールドに車室側から視認できる虚像として投影されるものなどがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６４９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような車両用表示装置にあっては単一の投影手段で、２つのスクリーンにそれぞれ像を結像させ、運転手は第一スクリーンを直接視認し、第二スクリーンを表示部で虚像として視認していた。しかし、運転手の視線が変化すると、表示部を介して第二スクリーンに結像した像だけでなく第一スクリーンに結像した像についても運転手が視認することがあった。
【０００５】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、運転手の視線が変化したとしても、表示部を介して第一スクリーンに結像した像を運転手が視認しないようにすることができる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】
本発明に係る車両用表示装置は、第一開口部および第二開口部を有する筐体と、筐体内に設けられ、映像を投射する投射部と、筐体内に設けられ、投射部から投射された投射光の一部を反射する分割ミラーと、筐体の第一開口部に設けられ、投射光のうち分割ミラーで反射されない投射光の一部または全部を結像する透過型の第一スクリーンと、投射光のうち分割ミラーで反射された投射光を結像し、筐体の第二開口部に設けられた透過型の第二スクリーンとを備え、第二スクリーンは、第一スクリーンより上方であって、第二スクリーンで結像した像を虚像として運転手の前方に表示させる表示部より下方に位置し、第二スクリーンおよび筐体の少なくとも一方は、第一スクリーンと表示部とを結ぶ光路を妨げる位置に設けられるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る車両用表示装置によれば、運転手の視線が変化したとしても、表示部を介して第一スクリーンに結像した像を運転手が視認しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る映像表示装置の前面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る映像表示装置の要部の前面斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る映像表示装置のＡ−Ａ位置を示す正面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る映像表示装置の図３のＡ−Ａ位置での断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る映像表示装置の投射光の光路に関する模式図である。
【図６】映像表示装置の従来例における投射光の光路に関する模式図である。
【図７】折り返しミラーの有無による映像表示装置の大きさの違いを示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る照明光学部の構成を表す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る光変調素子における光強度分布を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る車両用表示装置の断面模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る映像表示装置の前面斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る映像表示装置の要部の前面斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る映像表示装置の断面位置を示す正面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る映像表示装置の図１３のＢ−Ｂ位置での断面模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る映像表示装置の図１３のＣ−Ｃ位置での断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１を図１〜図９により説明する。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１の前面斜視図である。図２は本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１の要部の前面斜視図である。また、図３は本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１のＡ−Ａ位置を示す正面図である。さらに、図４は、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１の図３のＡ−Ａ位置での断面模式図である。
【００１１】
図１に示す映像表示装置１０１は、車両のインストルメントパネル（図示せず）内などに搭載され、映像を表示させ、例えば運転手へ車両の速度、燃費、現在地、または目的地への経路など様々な情報を提示する。
【００１２】
図１に示すＸＹＺ座標において、＋Ｚ方向は車両後方（運転手側の方向）および−Ｚ方向は車両前方（運転手前方の方向）である。＋Ｘ方向は車両の進行方向に対して右方向、および−Ｘ方向は車両の進行方向に対して左方向である。また、＋Ｙ方向は車両上方の方向（鉛直上方の方向）、および−Ｙ方向は車両下方の方向（鉛直下方の方向）である。また、図２は、図１から筐体１を省略して表示しており、図４は、図３に示すＡ−Ａ位置での断面模式図である。ここで、図４において、投射部２については断面図とせず模式的に表している。
【００１３】
図１〜図４より、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１は、筐体１、投射部２、電子回路３、折り返しミラー４、分割ミラー５、第一スクリーン６、第二スクリーン７、第一放熱器８、および第二放熱器９を備える。また、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１の表示部１０は、ＨＵＤ（ヘッド・アップ・ディスプレイ）のコンバイナー、または加工処理が施された車両のフロントガラス（図示せず）などとすることができる。なお、表示部１０を車両のフロントガラスとする場合、映像表示装置１０１は表示部１０を有さない。本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１では、表示部１０としてコンバイナーを例として図示しているが、これに限られるものではない。また、表示部１０は、筐体１より上方（＋Ｙ方向）に、通常設けられている。
【００１４】
筐体１は、投射部２、折り返しミラー４、および分割ミラー５を内部に設ける。また、筐体１は、＋Ｚ方向側に開口した第一開口部および＋Ｙ方向側に開口した第二開口部を有し、第一開口部には第一スクリーン６が配設され、第二開口部には第二スクリーン７が配設される。また、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１では、第一開口部および第二開口部に、それぞれ第一スクリーン６および第二スクリーン７を設けることで、筐体１内部を密閉することができる。筐体１を密閉することで、外部から埃または水などの侵入を防ぐことができる。
【００１５】
なお、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１において、第一スクリーン６は第二スクリーン７よりＸ軸方向における長さが長いが、これに限られるものではなく、同じであっても短くても良い。また、第一スクリーン６または第二スクリーン７は、平面形状としているが曲面形状などでもよく、形状はこれに限られるものではない。
【００１６】
また、車両のインストルメントパネル内に映像表示装置１０１が設けられた場合、第一スクリーン６は、運転手が第一スクリーン６で結像した第一映像を直接視認できる位置に設けられる。一方、第ニスクリーン７は、第二スクリーン７で結像した第二映像を表示部１０が反射し、表示部１０を介して運転手に虚像２０として表示させることができる位置に設けられている。ただし、第二スクリーン７は、運転手が直接視認できない位置に設けられることが好ましい。
【００１７】
投射部２は、投射光学部２ａと照明光学部２ｂを有し、第一スクリーン６および第二スクリーン７に結像させる映像を拡大投射する。図４に示すように、投射光学部２ａおよび照明光学部２ｂは、筐体１内部の上部に設けられている。また、投射光学部２ａは、単一または複数枚のレンズとミラーを内蔵しており、照明光学部２ｂで変調された変調光により、−Ｙ方向に映像を拡大投射する。なお、照明光学部２ｂの詳細については後述する。
【００１８】
電子回路３は、制御部を有し照明光学部２ｂの光源の点灯制御を行い、光変調素子に映像信号を入力する制御を行う。制御部は例えばＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより、動作する。
【００１９】
折り返しミラー４は、投射光学部２ａと対向し、筐体１内において投射光学部２ａより−Ｙ方向に配置される。折り返しミラー４は、投射光学部２ａから−Ｙ方向に映像を拡大投射された投射光を反射するミラーであり、運転手側の＋Ｚ方向に投射光を反射させる。
【００２０】
分割ミラー５は、Ｚ軸方向において折り返しミラー４と第一スクリーン６との間、およびＹ軸方向において第二スクリーン７より−Ｙ方向（図４では折り返しミラー４と第二スクリーン７との間）の筐体１内に設けられているミラーである。本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１において、分割ミラー５は、折り返しミラー４で反射された投射光の一部を第二スクリーン７に反射する。
【００２１】
第一スクリーン６は、透過型のスクリーンであり、筐体１の第一開口部に設けられる。第一スクリーン６は、投射部２から投射され折り返しミラー４で反射された投射光のうち、分割ミラー５で反射されない投射光１６の一部または全部を結像する。本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１では、分割ミラー５で反射されない投射光１６の一部が＋Ｚ方向に投射され、第一スクリーン６で結像し第一映像を表示する。そして、第一映像を運転手が直接視認することができる。
【００２２】
第二スクリーン７は、透過型のスクリーンであり、第一スクリーン６より＋Ｙ方向（上方）であって表示部１０より−Ｙ方向（下方）に位置し、筐体１の第二開口部に設けられる。第二スクリーン７は、投射部２から投射され折り返しミラー４で反射された投射光のうち、分割ミラー５で反射された投射光１５を結像し、第二映像を表示する。ここで、表示部１０は第二スクリーン７で結像した第二映像を反射させることで、虚像２０として運転手の前方に第二スクリーン７で結像した第二映像を表示させる。つまり、第二スクリーン７の第二映像は、表示部１０で反射され、虚像２０として運転手が視認することができる。
【００２３】
なお、第一スクリーン６および第二スクリーン７は、投射部２に対して共役な位置に配置される。ここで、共役な位置とは、投射部２から出た投射光が結像し、像を作る位置関係（フォーカスが合う位置関係）を言う。また、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１では、ＸＹ平面と略平行に第一スクリーン６の面が設けられ、ＸＺ平面と略平行に第二スクリーン７の面が設けられている。さらに、第二スクリーン７にフレネルレンズスクリーンなどを用いることで、第二スクリーン７に入射する投射光１５の主光線の方向を表示部１０に向かう方向に屈折させてから結像させることもできる。
【００２４】
ここで、表示部１０と第一スクリーン６とを結ぶ光路を、第二スクリーン７および筐体１の少なくとも一方が妨げるように、表示部１０、第一スクリーン６、および第二スクリーン７が設けられる。また、分割ミラー５は、第一スクリーン６と第二スクリーン７とを結ぶ光路を遮る位置に設けられてもよい。
【００２５】
第一放熱器８は、電子回路３を冷却し外部に放熱する。第二放熱器９は後述する照明光学部２ｂを冷却し外部に放熱する。
【００２６】
図５は、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１の投射光の光路に関する模式図である。図５において、投射光の光路の把握を容易にするために、図４から投射部２、表示部１０、折り返しミラー４、分割ミラー５、第一スクリーン６、および第二スクリーン７以外の映像表示装置１０１の構成を省略している。
【００２７】
ここで、図５を用いて本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１の動作を説明する。投射光学部２ａから投射された投射光は、折り返しミラー４で反射される。折り返しミラー４で反射された投射光は、一部が分割ミラー５で反射され、分割ミラー５で反射されない投射光１６の一部または全部が第一スクリーン６で結像する。
【００２８】
実施の形態１では分割ミラー５で反射されない投射光１６の一部が第一スクリーン６で結像し、残りは筐体１の壁面に投射される（図示せず）。しかしながら、折り返しミラー４の角度を調整し、折り返しミラー４で反射された投射光のうち分割ミラー５で反射されない投射光１６の全部を第一スクリーン６で結像させ、第一映像を表示させてもよい。
【００２９】
折り返しミラー４で反射され、さらに一部が分割ミラー５で反射された投射光１５は、第二スクリーン７で結像する。第二スクリーン７において、分割ミラー５で反射された投射光１５が拡散し、視野角特性の範囲内で視認可能な第二映像となり、係る第二映像が表示部１０で反射される。ここで、図４および図５に運転手の眼の位置３０を示しており、さらに運転手が表示部１０を見る際の運転手の視線３１を示している。図４および図５において第二スクリーン７の虚像２０は、上向きの矢印として示している。運転手の視線３１が示すように、運転手からは、第二スクリーン７で結像した第二映像を虚像２０として視認することができる。また、第一スクリーン６で結像した第一映像は、運転手が直接視認できる。
【００３０】
次に、映像表示装置１０１が、分割ミラー５と折り返しミラー４とを備える利点を説明する。図６は、映像表示装置１０１の従来例における投射光の光路に関する模式図である。図６の従来の映像表示装置では、分割ミラー５を備えておらず、図６における第二スクリーン７ａは第一スクリーン６と略平行にあり、ここで第二スクリーン７ａは反射型スクリーンとしている。折り返しミラー４で反射された投射光１６、１６ａは、第一スクリーン６と第二スクリーン７ａにそれぞれ結像し、さらに第二スクリーン７ａで結像した映像は表示部１０に反射され、虚像２０として運転手に表示される。
【００３１】
しかしながら、図６の映像表示装置の従来例では、運転手の視線３１の変化により、表示部１０を介して第一スクリーン６に結像した第一映像を虚像２０として視認する恐れがあることを示している。図６では、一点鎖線で表した運転手の視線３１から破線で表した運転手の視線３２に変化すると、第一スクリーン６の第一映像を虚像として視認する恐れがある。それゆえ、第二スクリーン７ａと第一スクリーン６との間に、遮光板（図示せず）を設けることが考えられるが、設置スペースが極めて狭いことから、遮光板が投射光と干渉し、影を生じる可能性がある。すると、遮光板を設けることで映像サイズの縮小化および映像品質の低下が生じる恐れがある。
【００３２】
一方、図４に示すように、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１では、分割ミラーを備えることで第二スクリーンを筐体１の上部に設けることができる。すると、表示部１０と第一スクリーン６とを結ぶ光路が第二スクリーン７および筐体１の少なくとも一方により妨げられる。それゆえ、運転手が表示部１０を介して第二スクリーン７に結像した映像を虚像２０として視認する際に、第一スクリーン６に結像した映像を虚像２０として視認する恐れがない。
【００３３】
次に、図７は、折り返しミラー４の有無による映像表示装置１０１の大きさの違いを示す模式図である。図７において、一点鎖線で囲われた範囲３５は、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１の大きさであり、破線で囲われた範囲３６は、折り返しミラー４が無い場合の映像表示装置１０１の大きさを示す。折り返しミラー４が無い場合、第一スクリーン６および第二スクリーン７に映像を投射するため、破線で示す位置に投射光学部２ａａを設ける。係る場合、図７において二点鎖線で囲われた範囲３７（図７の紙面左上）は、デッドスペースとなる。
【００３４】
一方、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置１０１では、図７に示す一点鎖線で囲われた範囲３５の紙面左上に投射光学部２ａが設けられ、一点鎖線で囲われた範囲３５の紙面左下に折り返しミラー４が設けられている。これにより、デッドスペースが生じず、破線で囲われた範囲３６より一点鎖線で囲われた範囲３５は小さくなり、折り返しミラー４を設けることで映像表示装置１０１を小型化できる。
【００３５】
次に、虚像２０の輝度に関する説明を行う。一般に、ＨＵＤで用いられる表示部１０は、半透過の樹脂またはガラスを材質とした透過性の高い部品を用いている。それゆえ、運転手は表示部１０を通して、表示部１０の向こう側の景色を認識できる。一方で、表示部１０で反射させ運転手が視認する虚像２０の輝度は、第二スクリーン７に結像された第二映像の輝度と、表示部１０の反射率とを乗じたものとなる。それゆえ、第一スクリーン６で結像された第一映像よりも輝度が大きく減少してしまう。
【００３６】
しかしながら、晴天下でも虚像２０の視認性を良くするため、より明るい輝度が必要となる。そこで、単純に照明光学部２ｂの光源の発光量を増加させる、光源の数を増やすなどした場合、第一スクリーン６と第二スクリーン７の両方が明るくなってしまい、消費電力の増加または照明光学部２ｂの光源が増加することによる装置の大型化が問題となる。
【００３７】
図８は、本発明の実施の形態１に係る照明光学部２ｂの構成を表す模式図である。照明光学部２ｂは、照明光を発生させる光発生部と第一コンデンサレンズ４８、第二コンデンサレンズ４９、光強度分布均一化素子５０、および光変調素子５１を有している。また、光発生部は、第一面発光光源４０、第二面発光光源４１、第三面発光光源４２、コリメートレンズ４３、４４、４５、およびダイクロイックミラー４６、４７を有している。
【００３８】
光発生部において、第一面発光光源４０は青色の光を放射し、第二面発光光源４１は緑色の光を放射し、第三面発光光源４２は赤色の光を放射する。図８では、青色の光を破線、緑色の光を点線、赤色の光を一点鎖線、各色合成された光を二点鎖線で示している。第一面発光光源４０、第二面発光光源４１、および第三面発光光源４２は、例えば発光ダイオード、エレクトロルミネッセンス素子、レーザーダイオードまたはこれらの組み合わせで構成される。本発明の実施の形態１に係る照明光学部２ｂは、発光ダイオードを用いている。
【００３９】
図８に示すように、第一面発光光源４０から放射された青色光は、コリメートレンズ４３によりコリメートレンズ４３の光軸と略平行光になる。第二面発光光源４１から放射された緑色光は、コリメートレンズ４４によりコリメートレンズ４４の光軸と略平行光になる。また、第三面発光光源４２から放射された赤色光は、コリメートレンズ４５によりコリメートレンズ４５の光軸と略平行光になる。コリメートレンズ４３、４４、４５より出射された各色の光は、例えばダイクロイックミラー４６、４７を用いた光合成手段により、合成されて照明光を集光させる第一コンデンサレンズ４８に出射される。
【００４０】
ダイクロイックミラー４６は、緑色光および青色光を透過し、赤色光を反射する。ダイクロイックミラー４７は赤色光および緑色光を透過し、青色光を反射する。なお、光合成手段の構成は、例えば、ダイクロイックミラーを３枚用い、一列に並べた第一面発光光源４０、第二面発光光源４１、および第三面発光光源４２と、それぞれに対応するコリメートレンズ４３、４４、４５および３枚のダイロックミラーとを並べた光合成手段としてもよく、図８に示す構成に限定されるものではない。
【００４１】
第一コンデンサレンズ４８は各色に合成された光を集光し、さらに、光強度分布均一化素子５０の出射面５０ｂに略集光させる。光強度分布均一化素子５０は、一般的に、入射した光の均一化を行う。光強度分布均一化素子５０は、特に限られるものではないが、例えばロッドインテグレータまたはライトパイプなどを用いることができる。
【００４２】
ロッドインテグレータは、例えばガラスまたは透明樹脂材料であり、透明な光学材料で構成された多角柱（ロッド）である。入射面５０ａに入射した光をガラスと空気の界面で全反射を繰り返しながら内部を伝搬し、入射した光の均一化を行う。ライトパイプは、中空のパイプであり、断面は多角形形状をしており、内面で全反射を利用する。中空パイプの側面には、内側に光を反射する光反射膜が形成されている
【００４３】
本発明の実施の形態１に係る照明光学部２ｂでは、光強度分布均一化素子５０を第一コンデンサレンズ４８の光軸方向に対して傾けて配置し、さらに、ダイクロイックミラー４６、４７からなる光合成手段で合成された光が、第一コンデンサレンズ４８により光強度分布均一化素子５０の出射面５０ｂに略集光する。一方で、全ての光が光強度分布均一化素子５０の出射面５０ｂに集光するわけではなく、残りの光は、光強度分布均一化素子５０内で光が全反射を繰り返し、均一化される。ゆえに、光強度分布均一化素子５０の出射面５０ｂにおいて、部分的に光強度分布が高い領域が生じる。
【００４４】
また、光強度分布均一化素子５０から出射した光は、光強度分布均一化素子５０から出た照明光を集光させる第二コンデンサレンズ４９を介して光変調素子５１を照射する。光変調素子５１は、例えば、反射型液晶表示素子またはデジタルマイクロミラーデバイスなどで構成される。光変調素子５１は、映像信号が入力され、第二コンデンサレンズ４９で集光された照明光を映像信号に応じて変調した変調光を出射する。また、光変調素子５１は、光強度分布均一化素子５０の出射面５０ｂと共役な位置に配置され、出射面５０ｂから射出した光が光変調素子５１で結像される。投射光学部２ａは、光変調素子５１からの変調光を投射光として拡大投射する。
【００４５】
図９は、本発明の実施の形態１に係る光変調素子５１における光強度分布を示す模式図である。光変調素子５１における矩形領域Ａは第一スクリーン６と共役な位置にある領域であり、矩形領域Ｂは第二スクリーン７と共役な位置にある領域である。丸型領域Ｃは光強度分布が他の領域より高い領域である。図９に示すように、第二スクリーン７と共役な位置にある光変調素子５１の矩形領域Ｂは、光強度分布が他の領域より高い丸型領域Ｃと大部分が重複しているため、矩形領域Ａより光強度分布が高い。
【００４６】
ここで、矩形領域Ｂは第二スクリーン７と共役な位置にある領域である。ゆえに、光変調素子５１は、第一スクリーン６で結像する第一映像と対応する領域より光強度が強い照明光が、第二スクリーン７で結像する第二映像と対応する領域に照射される。つまり、光強度分布均一化素子５０は、第一コンデンサレンズ４８の光軸方向に対して光変調素子５１において第一スクリーンと対応する領域側に傾けて配置される。すると、出射面５０ｂが光変調素子５１と光学的に共役な位置にあるため、光変調素子５１において第二スクリーン７で結像する第二映像と対応する領域の輝度を第一スクリーン６で結像する第一映像と対応する領域の輝度より高くすることができる。これにより第二スクリーン７に結像される第二映像の輝度を高め、虚像２０を高輝度化することができる。
【００４７】
また、第二スクリーン７は、第一スクリーン６より高いスクリーンゲインが得られる構成としてもよい。スクリーンゲインとは、スクリーン生地の反射特性を示した数値である。第二スクリーン７のスクリーンゲインを第一スクリーン６のスクリーンゲインより高くする方法は、具体的には、第二スクリーン７における拡散層の拡散粒子の濃度が、第一スクリーン６より少ないもの、第二スクリーン７における拡散層の厚みが、第一スクリーン６より薄いもの、第二スクリーン７における光吸収体の量が、第一スクリーン６より少ないもの、またはこれらの組み合わせが行われたものなどを用いることができる。これにより、第二スクリーン７は、第一スクリーン６より高いスクリーンゲインが得られる。
【００４８】
以上のとおり、本発明の実施の形態１における車両用表示装置１０１では、第一開口部および第二開口部を有する筐体１と、筐体１内に設けられ、映像を投射する投射部２と、筐体１内に設けられ、投射部２から投射された投射光の一部を反射する分割ミラー５と、筐体１の第一開口部に設けられ、投射光のうち分割ミラー５で反射されない投射光１６の一部または全部を結像する透過型の第一スクリーン６と、投射光のうち分割ミラー５で反射された投射光１５を結像し、筐体１の第二開口部に設けられた透過型の第二スクリーン７とを備え、第二スクリーン７は、第一スクリーン６より上方であって、第二スクリーン７で結像した像を虚像として運転手の前方に表示させる表示部１０より下方に位置し、
第二スクリーン７および筐体１の少なくとも一方は、第一スクリーン６と表示部１０とを結ぶ光路を妨げる位置に設けられる。
【００４９】
このような構成によれば、運転手の視線３１が変化したとしても、運転手が表示部１０を介して第一スクリーン６に結像した像を虚像２０として視認することを防ぐことができる。
【００５０】
また、本発明の実施の形態１における車両用表示装置１０１は、投射部２から投射された投射光を反射する折り返しミラー４を備え、分割ミラー５は、投射部２から投射され折り返しミラー４で反射された投射光の一部を反射する構成とすることもできる。
【００５１】
このような構成によれば、車両用表示装置１０１は折り返しミラー４を備えることで、折り返しミラー４を備えない場合より車両用表示装置１０１を小型化することができる。
【００５２】
また、本発明の実施の形態１における車両用表示装置１０１は、分割ミラー５は、第一スクリーン６と第二スクリーン７とを結ぶ光路を遮る位置に設けられる構成とすることもできる。
【００５３】
このような構成によれば、新たな構成を加えることなく、分割ミラー５が第一スクリーン６と第二スクリーン７との光路を遮るため、両者を遮光することができる。ゆえに、第一スクリーン６で結像した像の影響で、第二スクリーン７で結像する像の映像品質が劣化することを抑制できる。
【００５４】
また、本発明の実施の形態１における車両用表示装置１０１は、第二スクリーン７は、第一スクリーン６より高いスクリーンゲインが得られる構成とすることもできる。
【００５５】
このような構成によれば、表示部１０を介して運転手が視認できる虚像２０の高輝度化を図ることができる。
【００５６】
また、本発明の実施の形態１における車両用表示装置１０１は、投射部２は、照明光を発生させる光発生部と、照明光を集光させる第一コンデンサレンズ４８と、第一コンデンサレンズから出た照明光を内部で全反射させる光強度分布均一化素子５０と、光強度分布均一化素子５０から出た照明光を集光させる第二コンデンサレンズ４９と、第二コンデンサレンズ４９で集光された照明光を変調する光変調素子５１と、光変調素子５１で変調された変調光を投射光として拡大投射する投射光学部２ａとを有し、光強度分布均一化素子５０は、第一コンデンサレンズ４８の光軸方向に対して傾けて配置され、出射面５０ｂが光変調素子５１と光学的に共役な位置にあり、光変調素子５１において第二スクリーン７で結像する像と対応する領域の輝度を第一スクリーン６で結像する像と対応する領域の輝度より高くする構成とすることもできる。
【００５７】
このような構成によれば、表示部１０を介して運転手が視認できる虚像２０の高輝度化を図ることができる。
【００５８】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る車両用表示装置１０２を図１０により説明する。なお、実施の形態１に係る車両用表示装置１０１においては、第二スクリーン７の面がＸＺ平面と略平行に設けられた場合を説明した。本発明の実施の形態２では、第二スクリーン７の配置の変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は適宜省略する。
【００５９】
図１０は本発明の実施の形態２に係る車両用表示装置１０２の断面模式図である。なお、図１０の断面模式図の断面位置は、図３のＡ−Ａ位置に対応する位置である。図１０では、第二スクリーン７ｂと分割ミラー５ａの設置位置および設置角度が、実施の形態１における図４と異なる。実施の形態１において、第二スクリーン７はＸＺ平面と略平行に設けられているが、実施の形態２において、第二スクリーン７ｂの面はＸＺ平面と略平行の状態からＸ軸を軸に＋Ｙ方向に回転して設けられている。そして、表示部１０と第二スクリーン７ｂが対向している。ここで、分割ミラー５ａは、実施の形態２における第二スクリーン７ｂに映像を結像させる位置に設けられている。
【００６０】
図１０に示すように、第二スクリーン７ｂは表示部１０と対向するように筐体１ａの第二開口部に設けられており、運転手から第二スクリーン７ｂを直接視認することが難しい設置位置および設置角度に設けられている。また、折り返しミラー４で反射され、さらに分割ミラー５で反射された投射光１５ａの進行方向上に、第二スクリーン７と表示部１０が設けられている。
【００６１】
このような構成によれば、運転手から第二スクリーン７ｂを直接視認することが難しいため、運転手が表示部１０を介して虚像２０を視認した際に、第二スクリーン７ｂに結像した映像を同時に視認することを防ぐことができる。また、分割ミラー５で反射された投射光１５ａの進行方向上に、第二スクリーンと表示部１０が設けられているため、第二スクリーン７にフレネルレンズスクリーンなどを用い第二スクリーン７で結像した第二映像を表示部１０に向かう方向に偏光させる必要がない。ゆえに、第二スクリーン７にフレネルレンズスクリーンなどを用いずに、虚像の輝度の低下を抑制することができる。
【００６２】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る車両用表示装置１０３を図１１〜図１５により説明する。なお、実施の形態１に係る車両用表示装置１０１においては、第一スクリーン６が矩形である場合を説明した。本発明の実施の形態３では、第一スクリーン６ａがＵ字型である変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は適宜省略する。
【００６３】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る映像表示装置１０３の前面斜視図である。図１２は、本発明の実施の形態３に係る映像表示装置１０３の要部の前面斜視図である。図１２は、図１１から筐体１ｂを省略して表示した図である。図１１および図１２より、第一スクリーン６ａは、矩形形状に凸部６ａａを有するＵ字型である。第一スクリーン６ａのＵ字型の両端は、Ｘ軸方向の両端であって＋Ｙ方向に凸部６ａａを有しており、本発明の実施の形態１に係る第一スクリーン６に凸部６ａａを設けた形となっている。なお、Ｕ字型の第一スクリーン６ａを設けるため、筐体１ｂの第一開口部も第一スクリーン６ａのＵ字型となっている。
【００６４】
図１３は、映像表示装置１０３の断面位置を示す正面図である。図１３には、図１４および図１５の断面位置であるＢ−Ｂ位置およびＣ−Ｃ位置を示している。図１４は本発明の実施の形態３に係る映像表示装置１０３の図１３のＢ−Ｂ位置での断面模式図、図１５は本発明の実施の形態３に係る映像表示装置１０３の図１３のＣ−Ｃ位置での断面模式図である。
【００６５】
図１４よりＢ−Ｂ位置での断面模式図は、図４に示す実施の形態１に係る映像表示装置１０１と同様に、折り返しミラー４で反射された投射光の一部であって、分割ミラー５で反射された投射光１５が第二スクリーン７で結像し第二映像を表示する。一方、図１５よりＣ−Ｃ位置での断面模式図では分割ミラー５が無く、折り返しミラー４で反射された投射光のうち分割ミラー５で反射されない投射光１６（投射光１６ｂを含む）の全部を第一スクリーン６ａで結像し第一映像を表示する。
【００６６】
本発明の実施の形態３に係る映像表示装置１０３では、第二スクリーン７または分割ミラー５より、第一スクリーン６ａはＸ軸方向に長い。第一スクリーン６ａが凸部６ａａを有することで、分割ミラー５で反射されない投射光１６の全部を第一スクリーン６ａで結像し第一映像を表示する。
【００６７】
なお、本発明の実施の形態３に係る映像表示装置１０３において、分割ミラー５および第二スクリーン７は、Ｘ軸方向において車両用表示装置の中央に配置されているが、配置場所は中央に限定されない。分割ミラー５および第二スクリーン７は、車両用表示装置１０３のＸ軸方向の端部に配置されてもよい。係る場合、第一のスクリーン６ａはＵ字型ではなく、Ｌ字型となる。
【００６８】
このような構成によると、第一スクリーン６ａが凸部６ａａを有するため、分割ミラー５で反射されない投射光１６の一部が筐体１ｂの内壁面に投射されることを抑制し、分割ミラー５で反射されない投射光１６の全部を第一スクリーン６ａで結像し第一映像を表示することができる。また、第一スクリーン６ａのサイズを従来より大きくすることができるため、スクリーンに表示される映像を大きくすることができる。
【００６９】
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１  筐体、２  投射部、４  折り返しミラー、５  分割ミラー、６、６ａ  第一スクリーン、７、７ｂ  第二スクリーン、１５、１６  投射光、４８  第一コンデンサレンズ、４９  第二コンデンサレンズ、５０  光強度分布均一化素子、５１  光変調素子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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