JP7837760B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投影装置に関し、特に画像照射部からの照射光を反射して視点に到達させる画像投影装置に関する。

従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。

しかし、計器盤は車両のフロントガラス（ウィンドシールド）より下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があり好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）のような画像投影装置が提案されている。

図７は、従来の画像投影装置の構成を示す模式図である。図７に示したように従来の画像投影装置は、画像照射部１と、自由曲面ミラー２，３とを備えている。このような画像投影装置では、画像照射部１が画像を含んだ照射光Ｌ１を照射し、自由曲面ミラー２，３で照射光Ｌ１を反射させて、ウィンドシールド４を介して空間中に画像が結像するように運転者等の視点５の位置に到達させる。これにより、運転者等は視点５に入射した照射光Ｌ１によって、奥行き方向における結像位置に画像が表示されているように認識することができる。

しかし図７に示した画像投影装置では、外部から太陽光などが外光ＬＯとして入射してきた場合に、外光ＬＯが自由曲面ミラー２，３によって画像照射部１の表面上に集光されてしまい、画像照射部１の温度が上昇して劣化する可能性があった。そこで、複数の自由曲面ミラー２，３の間で照射光Ｌ１を中間結像させて、中間結像位置の近傍に遮蔽部を配置し、外部から画像照射部に到達する外光ＬＯの影響を低減するものも提案されている。（例えば、特許文献１を参照）

国際公開第２０１７／１９５７４０号公報

しかし、特許文献１に記載された遮光部を用いる構造では、照射光の光路を確保するための空間から外光が画像照射部まで到達することは避けられず、外光の入射を制限するには限界があった。

また、ウィンドシールド４での光の反射では、Ｐ偏光の成分の反射率が低く、Ｓ偏光の成分の反射率が高いという傾向がある。このため、画像照射部１から照射される照射光Ｌ１の偏光方向は、ウィンドシールド４に対するＳ偏光となるように設定される。これにより、視点５の位置に到達する照射光Ｌ１は、Ｐ偏光を含まないＳ偏光のみの光となる。

しかし、外光ＬＯが強い環境や雪道での走行時には、搭乗者が偏光サングラスを装着してウィンドシールド４から外部を視認する場合がある。このとき、車外の物体によって反射された光もＳ偏光であるため、偏光サングラスはＳ偏光をカットしてＰ偏光を透過するように設定されている。したがって、偏光サングラスを装着した搭乗者には、ウィンドシールド４で反射された照射光Ｌ１のＳ偏光が偏光サングラスでカットされてしまい、照射光Ｌ１によって結像された画像の視認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、外光による画像照射部の温度上昇を効果的に抑制するとともに、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能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、虚像を表示するための表示部に対して投影画像を投影する画像投影装置であって、画像光を照射する画像照射部と、前記表示部に対して前記画像光を前記投影画像として照射する照射光学部と、前記表示部に設けられた偏光反射調整部と、を備え、前記照射光学部は、前記画像光の所定の偏光方向の光を透過する偏光部を備え、前記照射光学部から照射される前記画像光は、前記表示部に対するＰ偏光を含んでおり、前記偏光反射調整部は、入射角が２０度以上４０度以下の範囲において、Ｐ偏光成分の反射率がＳ偏光成分の反射率以上となる範囲を有し、前記偏光反射調整部は、前記表示部の内側面に貼り付けられており、前記偏光反射調整部に対する前記画像光の入射角度が２０度以上４０度以下の範囲であることを特徴とする。
また、本発明の一態様では、前記偏光反射調整部は、彩度が２０以下である。

このような本発明の画像投影装置では、照射光学部が偏光部を備えて、表示部に対してＰ偏光を含んだ画像光を照射するため、外光の一部を偏光部でカットして画像照射部の温度上昇を効果的に抑制するとともに、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能となる。

また、本発明の一態様では、前記照射光学部は、前記画像光の光路上に位相差板を備える。

また、本発明の一態様では、前記位相差板は、前記偏光部よりも前記表示部側に配置されている。

また、本発明の一態様では、前記偏光部は、前記位相差板よりも前記表示部側に配置されている。

また、本発明の一態様では、前記位相差板は、四分の一波長板である。

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、前記表示部に対するＳ偏光を含んだ前記画像光を照射し、前記位相差板は、二分の一波長板である。

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、前記表示部に対するＰ偏光を含んで前記画像光を照射し、前記偏光部は、前記Ｐ偏光を透過する。

また、本発明の一態様では、前記照射光学部は、前記画像照射部から照射された前記画像光を反射する反射部を備え、前記偏光部は、前記反射部と前記表示部の間に配置されている。

本発明では、外光による画像照射部の温度上昇を効果的に抑制するとともに、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能な画像投影装置を提供することができる。

第１実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示す模式図である。 偏光反射調整部１５でのＰ偏光とＳ偏光の反射特性の一例を模式的に示すグラフである。 第２実施形態に係る画像投影装置１１０の構成を示す模式図である。 第３実施形態に係る画像投影装置１２０の構成を示す模式図である。 第３実施形態の変形例に係る画像投影装置１２０の構成を示す模式図である。 第４実施形態に係る画像投影装置１３０の構成を示す模式図である。 従来の画像投影装置の構成を示す模式図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について、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の構成を示す模式図である。

図１に示すように画像投影装置１００は、画像照射部１１と、自由曲面ミラー１２，１３と、偏光部１６を備えている。自由曲面ミラー１２，１３および偏光部１６は、本発明における照射光学部２０を構成している。図１中では、画像照射部１１から照射された照射光Ｌ１の代表的な光路を模式的に実線矢印で示し、太陽光などの外光ＬＯの代表的な光路を破線矢印で示している。また、画像投影装置１００の外部には車両のウィンドシールド１４および偏光反射調整部１５が設けられており、運転者等は視点５の位置から偏光反射調整部１５を介して照射光Ｌ１による画像を視認する。

画像照射部１１は、情報処理部（図示省略）から画像情報を含んだ信号が供給されることで画像情報を含んだ照射光（画像光）Ｌ１を照射する装置である。画像照射部１１から照射された照射光Ｌ１は自由曲面ミラー１２に入射する。画像照射部１１としては、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、マイクロＬＥＤ表示装置、ＤＭＤ(Ｄｅｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ－ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ)、レーザ光源を用いたプロジェクター装置等が挙げられる。画像照射部１１から照射される照射光Ｌ１は、図中に両矢印で示したように、ウィンドシールド１４に対してＰ偏光となる光を含むように構成されている。画像照射部１１からの照射光Ｌ１が特定方向の偏光である場合には、その偏光面がウィンドシールド１４に対してＰ偏光となるように画像照射部１１の表示面の向きを設定する。特定の偏光の照射光Ｌ１を照射する画像照射部１１としては、液晶表示装置、レーザ光源を用いたプロジェクター装置、反射型液晶プロジェクター装置等が挙げられる。

自由曲面ミラー１２は、画像照射部１１から照射された照射光Ｌ１が入射し、自由曲面ミラー１３方向に反射する鏡である。自由曲面ミラー１２の反射面形状は、曲率が一定ではなく二次元的に変化する自由曲面で構成されている。図１では自由曲面ミラー１２の形状として凸面鏡を示しているが、凹面鏡を用いるとしてもよく、平面鏡を用いるとしてもよい。

自由曲面ミラー１３は、自由曲面ミラー１２で反射された照射光Ｌ１が入射し、偏光部１６を介してウィンドシールド１４方向に反射する凹面鏡である。自由曲面ミラー１３の反射面形状は、曲率が一定ではなく二次元的に変化する自由曲面で構成されている。図１では自由曲面ミラー１３の形状として凹面鏡を示しているが、凸面鏡を用いるとしてもよく、平面鏡を用いるとしてもよい。自由曲面ミラー１２，１３は本発明における反射部に相当している。

偏光部１６は、透過軸方向の偏光を透過し、透過軸方向に直交する偏光を遮断する光学特性を有する光学部材であり、公知の偏光板または偏光フィルムを用いることができる。また偏光部１６は、自由曲面ミラー１３とウィンドシールド１４の間に配置されている。図１では偏光部１６を自由曲面ミラー１３とウィンドシールド１４の間に配置した例を示したが、偏光部１６の位置は、偏光反射調整部１５からウィンドシールド１４までの照射光Ｌ１の光路上であれば限定されない。また、偏光部１６の透過軸は、ウィンドシールド１４に対するＰ偏光を透過するように配置されている。

ウィンドシールド１４は、車両の運転席前方に設けられており、車両の外部からの光を視点５の方向に対して透過する。また、ウィンドシールド１４は車両の外部からの光のうち少なくとも可視光を透過するため、太陽光などの外光ＬＯが上方から車内に入射した場合にも、図１中に破線矢印で示したように、外光ＬＯは偏光部１６および自由曲面ミラー１３にまで到達する。また、ウィンドシールド１４の内側面には偏光反射調整部１５が設けられている。

偏光反射調整部１５は、ウィンドシールド１４の内側面に設けられた光学部材であり、入射した光のＳ偏光成分とＰ偏光成分を同程度に反射する光学特性を有している。また、偏光反射調整部１５は、入射面に垂直方向からの傾斜である入射角度に応じて反射率が変化する光学特性を有している。また、偏光反射調整部１５の彩度は２０以下であることが好ましい。彩度がこの条件を満たすことで、照射光Ｌ１の色彩を悪化させず、投影される虚像の品質劣化を抑制することができる。図１に示した例では、偏光反射調整部１５は略平板状のフィルム形状として構成されており、ウィンドシールド１４の内側面における曲率に沿って貼り付けられている。図１では偏光反射調整部１５をウィンドシールド１４の一部に設けた例を示したが、ウィンドシールド１４の前面に貼り付けるとしてもよい。

図２は、偏光反射調整部１５でのＰ偏光とＳ偏光の反射特性の一例を模式的に示すグラフである。グラフの横軸は偏光反射調整部１５の表面に垂直な方向を０度とし、０度から傾斜した角度を入射角度として示している。またグラフの縦軸は、偏光反射調整部１５の０度方向と光の入射方向を含む面内方向での偏光（Ｐ偏光）の反射率と、Ｐ偏光に垂直なＳ偏光の反射率を示している。図２に示すように偏光反射調整部１５は、入射角度が小さく垂直方向に近く入射した光に対しては反射率が小さく（透過率が大きく）、入射角度が増加するにしたがって反射率が増加し（透過率が低下し）、所定の入射角度以上では反射率が大きくなる光学特性を有している。また、図２に示したように偏光反射調整部１５は、入射角度が２０～４０度の範囲においてＰ偏光とＳ偏光の反射率が同程度となっている。

図２に示したような光学特性を有する偏光反射調整部１５としては、東レ株式会社製の積層フィルム（商品名「ＰＩＣＡＳＵＳ（登録商標） ＶＴ」）や、特開２０２１－５４０６１号公報等に記載された積層フィルムを用いることができる。図２に示した例では入射角度が４０度近辺で反射率が最大値に近くなる例を示しているが、最大値の反射率と最大値に到達する入射角度はこれに限定されない。

また、図１では表示部としてウィンドシールド１４に偏光反射調整部１５を貼り付けた例を示したが、ウィンドシールド１４とは別に表示部としてコンバイナーを用意し、コンバイナーの内側面に偏光反射調整部１５を貼り付け、自由曲面ミラー１３からの光を視点方向に反射するとしてもよい。また、表示部は車両の前方に位置するものに限定されず、搭乗者の視点５に対して画像を投影するものであれば側方や後方に配置するとしてもよい。視点５は、車両の運転者または搭乗者の目（アイボックス）であり、照射光Ｌ１がアイボックスに入射して網膜に光が到達することで、運転者または搭乗者は結像された虚像を視認する。

虚像は、偏光反射調整部１５で反射された照射光Ｌ１が運転者等の視点（アイボックス）５に到達した際に、空間中に結像されたように表示される。虚像が結像される位置は、画像照射部１１から照射された光が、自由曲面ミラー１２，１３および偏光反射調整部１５で反射された後に視点方向に進行する際の拡がり角度によって決まる。このとき運転者または搭乗者は、ウィンドシールド１４よりも遠方の結像位置に虚像が存在するように認識する。ここで、虚像の結像位置は、主として自由曲面ミラー１２および自由曲面ミラー１３の合成焦点距離に依存する。ウィンドシールド１４が平坦面ではなく曲面形状であったとしても、曲率半径が自由曲面ミラー１２および自由曲面ミラー１３と比較して大きいため、ウィンドシールド１４による光学的パワーの影響は無視できる程度である。

図１に示したように、画像照射部１１からの照射光Ｌ１はウィンドシールド１４に対するＰ偏光を含んでおり、自由曲面ミラー１２，１３で反射された照射光Ｌ１もＰ偏光を含んでいる。また、偏光部１６はウィンドシールド１４に対するＰ偏光を透過するように配置されているため、照射光Ｌ１は偏光部１６を透過して偏光反射調整部１５にまで到達する。偏光反射調整部１５は図２に示したようにＳ偏光とＰ偏光の反射率が同程度とされているため、照射光Ｌ１のＰ偏光成分も良好に反射されて視点５に到達する。したがって、虚像はＰ偏光によって投影されるものとなり、搭乗者が偏光サングラスを装着している場合であっても良好に視認することが可能となる。ここで、図２に示したように偏光反射調整部１５は入射角度が２０～４０度の範囲でＳ偏光とＰ偏光の反射率差が小さいため、偏光反射調整部１５に対する照射光Ｌ１の入射角度を２０～４０度に設定しておくことが好ましい。

また図１に示したように、太陽光などの外光ＬＯはウィンドシールド１４の上方から入射し、その一部が偏光反射調整部１５および偏光部１６を透過して、自由曲面ミラー１３と自由曲面ミラー１２で反射されて画像照射部１１にまで到達する。ここで、車両の外部から入射する外光ＬＯはあらゆる偏光方向の成分が含まれた無偏光であるが、ウィンドシールド１４に対してＰ偏光の成分のみが偏光部１６を透過できる。したがって、外光ＬＯのうちＳ偏光成分は偏光部１６でカットされ、画像照射部１１に到達する光量を抑制することができる。これにより、外光ＬＯが画像照射部１１に到達することによる温度上昇を抑制して劣化を防止することができる。

上述したように、本実施形態の画像投影装置１００では、照射光学部２０が偏光部１６を備えて、表示部に対してＰ偏光を含んだ照射光Ｌ１を投影するため、外光ＬＯの一部を偏光部１６でカットして画像照射部１１の温度上昇を効果的に抑制するとともに、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３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３は、本実施形態に係る画像投影装置１１０の構成を示す模式図である。図３に示すように画像投影装置１１０は、画像照射部１１と、自由曲面ミラー１２，１３と、偏光部１６と、四分の一波長板１７を備えている。自由曲面ミラー１２，１３、偏光部１６および四分の一波長板１７は、本発明における照射光学部２０を構成している。

四分の一波長板１７は、照射光（画像光）Ｌ１の光路上に配置され、互いに直交するファスト軸とスロー軸において、四分の一波長だけ位相差を生じさせる光学部材であり、本発明における位相差板に相当している。四分の一波長板１７は、偏光部１６よりも表示部側に配置されていることが好ましく、図３に示した例では偏光部１６と偏光反射調整部１５の間に配置されている。また、四分の一波長板１７のファスト軸は、照射光Ｌ１のＳ偏光成分およびＰ偏光成分とそれぞれ４５度異なるように配置されている。

図３に示したように、本実施形態の画像投影装置１１０では、画像照射部１１からの照射光Ｌ１はウィンドシールド１４に対するＳ偏光を含んでおり、自由曲面ミラー１２，１３で反射された照射光Ｌ１もＳ偏光を含んでいる。また、偏光部１６はウィンドシールド１４に対するＳ偏光を透過するように配置されているため、照射光Ｌ１は偏光部１６を透過して、四分の一波長板１７を透過した後に偏光反射調整部１５にまで到達する。四分の一波長板１７では、Ｓ偏光の偏光方向とファスト軸が４５度異なっているため、四分の一波長板１７を透過した照射光Ｌ１は円偏光Ｃとなる。円偏光Ｃは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分が四分の一波長ずれた光であり、Ｐ偏光を含んでいる。

偏光反射調整部１５は図２に示したようにＳ偏光とＰ偏光の反射率が同程度とされているため、円偏光Ｃの照射光Ｌ１はＰ偏光成分もＳ偏光成分も良好に反射されて視点５に到達する。したがって、虚像は円偏光Ｃによって投影されるものとなる。このとき、照射光Ｌ１はＳ偏光で照射され偏光部１６はＳ偏光を透過するため、照射光Ｌ１は偏光部１６および四分の一波長板１７を透過しても特定の偏光成分がカットされることはない。ここで偏光サングラスは円偏光Ｃを透過するため、搭乗者が偏光サングラスを装着している場合であっても虚像を良好に視認することが可能となる。

また図３に示したように、太陽光などの外光ＬＯはウィンドシールド１４の上方から入射し、その一部が偏光反射調整部１５、四分の一波長板１７および偏光部１６を透過して、自由曲面ミラー１３と自由曲面ミラー１２で反射されて画像照射部１１にまで到達する。ここで、車両の外部から入射する外光ＬＯはあらゆる偏光方向の成分が含まれた無偏光であり、四分の一波長板１７を透過しても無偏光となる。また偏光部１６では、ウィンドシールド１４に対してＳ偏光の成分のみが透過できる。したがって、外光ＬＯのうちＰ偏光成分は偏光部１６でカットされ、画像照射部１１に到達する光量を抑制することができる。これにより、外光ＬＯが画像照射部１１に到達することによる温度上昇を抑制して劣化を防止することができる。

図３では、画像照射部１１からＳ偏光の照射光Ｌ１が照射され、偏光部１６でＳ偏光を透過する例を示したが、照射光Ｌ１の偏光を四分の一波長板１７で円偏光Ｃに変換することができれば偏光方向は限定されない。一例としては、画像照射部１１からＰ偏光の照射光Ｌ１が照射され、偏光部１６でＰ偏光を透過するとしても、照射光Ｌ１は四分の一波長板１７を透過して円偏光Ｃとなり、偏光サングラスを介しても虚像を良好に視認できる。

上述したように、本実施形態の画像投影装置１１０では、照射光学部２０が偏光部１６と四分の一波長板１７を備えて、表示部に対してＰ偏光を含んだ円偏光Ｃとして照射光Ｌ１を投影する。これにより、外光ＬＯの一部を偏光部１６でカットして画像照射部１１の温度上昇を効果的に抑制するとともに、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４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４は、本実施形態に係る画像投影装置１２０の構成を示す模式図である。図４に示すように画像投影装置１２０は、画像照射部１１と、自由曲面ミラー１２，１３と、偏光部１６と、二分の一波長板１８を備えている。自由曲面ミラー１２，１３、偏光部１６および二分の一波長板１８は、本発明における照射光学部２０を構成している。

二分の一波長板１８は、照射光（画像光）Ｌ１の光路上に配置され、互いに直交するファスト軸とスロー軸において、二分の一波長だけ位相差を生じさせる光学部材であり、本発明における位相差板に相当している。二分の一波長板１８は、偏光部１６よりも表示部側に配置されていることが好ましく、図４に示した例では偏光部１６と偏光反射調整部１５の間に配置されている。また、二分の一波長板１８のファスト軸は、照射光Ｌ１のＳ偏光成分およびＰ偏光成分とそれぞれ４５度異なるように配置されている。

図４に示したように、本実施形態の画像投影装置１２０では、画像照射部１１からの照射光Ｌ１はウィンドシールド１４に対するＳ偏光を含んでおり、自由曲面ミラー１２，１３で反射された照射光Ｌ１もＳ偏光を含んでいる。また、偏光部１６はウィンドシールド１４に対するＳ偏光を透過するように配置されているため、照射光Ｌ１は偏光部１６を透過して、二分の一波長板１８を透過した後に偏光反射調整部１５にまで到達する。二分の一波長板１８では、Ｓ偏光の偏光方向とファスト軸が４５度異なっているため、二分の一波長板１８を透過した照射光Ｌ１はＰ偏光となる。

偏光反射調整部１５は図２に示したようにＳ偏光とＰ偏光の反射率が同程度とされているため、照射光Ｌ１のＰ偏光成分は良好に反射されて視点５に到達する。したがって、虚像はＰ偏光によって投影されるものとなる。ここで偏光サングラスはＰ偏光を透過するため、搭乗者が偏光サングラスを装着している場合であっても虚像を良好に視認することが可能となる。

また図４に示したように、太陽光などの外光ＬＯはウィンドシールド１４の上方から入射し、その一部が偏光反射調整部１５、二分の一波長板１８および偏光部１６を透過して、自由曲面ミラー１３と自由曲面ミラー１２で反射されて画像照射部１１にまで到達する。ここで、車両の外部から入射する外光ＬＯはあらゆる偏光方向の成分が含まれた無偏光であり、二分の一波長板１８を透過しても無偏光となる。また偏光部１６では、ウィンドシールド１４に対してＳ偏光の成分のみが透過できる。したがって、外光ＬＯのうちＰ偏光成分は偏光部１６でカットされ、画像照射部１１に到達する光量を抑制することができる。これにより、外光ＬＯが画像照射部１１に到達することによる温度上昇を抑制して劣化を防止することができる。

上述したように、本実施形態の画像投影装置１２０では、照射光学部２０が偏光部１６と二分の一波長板１８を備えて、表示部に対してＰ偏光の照射光Ｌ１を投影する。これにより、外光ＬＯの一部を偏光部１６でカットして画像照射部１１の温度上昇を効果的に抑制するとともに、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能となる。

（第３実施形態の変形例）
次に、本発明の第３実施形態の変形例について図５を用いて説明する。図５は、本変形例に係る画像投影装置１２０の構成を示す模式図である。本変形例では二分の一波長板１８が、偏光部１６と自由曲面ミラー１３の間に配置され、偏光部１６はウィンドシールド１４に対するＰ偏光を透過するように配置されている点が、第３実施形態と異なっている。

図５に示したように、本実施形態の画像投影装置１２０では、画像照射部１１からの照射光Ｌ１はウィンドシールド１４に対するＳ偏光を含んでおり、自由曲面ミラー１２，１３で反射された照射光Ｌ１もＳ偏光を含んでいる。二分の一波長板１８では、Ｓ偏光の偏光方向とファスト軸が４５度異なっているため、二分の一波長板１８を透過した照射光Ｌ１はＰ偏光となる。偏光部１６はウィンドシールド１４に対するＰ偏光を透過するように配置されているため、照射光Ｌ１は偏光部１６を透過した後に偏光反射調整部１５にまで到達する。

偏光反射調整部１５は図２に示したようにＳ偏光とＰ偏光の反射率が同程度とされているため、照射光Ｌ１のＰ偏光成分は良好に反射されて視点５に到達する。したがって、虚像はＰ偏光によって投影されるものとなる。ここで偏光サングラスはＰ偏光を透過するため、搭乗者が偏光サングラスを装着している場合であっても虚像を良好に視認することが可能となる。

また図５に示したように、太陽光などの外光ＬＯはウィンドシールド１４の上方から入射し、その一部が偏光反射調整部１５、偏光部１６および二分の一波長板１８を透過して、自由曲面ミラー１３と自由曲面ミラー１２で反射されて画像照射部１１にまで到達する。ここで偏光部１６では、ウィンドシールド１４に対してＰ偏光の成分のみが透過できる。したがって、外光ＬＯのうちＳ偏光成分は偏光部１６でカットされ、画像照射部１１に到達する光量を抑制することができる。ここで、偏光部１６を透過したＰ偏光は、二分の一波長板１８を透過してＳ偏光に変換されるが、光量は大きく変化しない。これにより、外光ＬＯが画像照射部１１に到達することによる温度上昇を抑制して劣化を防止することができる。

上述したように、本変形例の画像投影装置１２０でも、照射光学部２０が二分の一波長板１８と偏光部１６を備えて、表示部に対してＰ偏光の照射光Ｌ１を投影する。これにより、外光ＬＯの一部を偏光部１６でカットして画像照射部１１の温度上昇を効果的に抑制するとともに、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図６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、本実施形態に係る画像投影装置１３０の構成を示す模式図である。図６に示すように画像投影装置１３０は、画像照射部１１と、自由曲面ミラー１２，１３と、偏光部１６と、位相差板１９を備えている。自由曲面ミラー１２，１３、偏光部１６および位相差板１９は、本発明における照射光学部２０を構成している。

位相差板１９は、照射光（画像光）Ｌ１の光路上に配置され、互いに直交するファスト軸とスロー軸において位相差を生じさせる光学部材である。位相差板１９は、偏光部１６よりも表示部側に配置されていることが好ましく、図６に示した例では偏光部１６と偏光反射調整部１５の間に配置されている。また、位相差板１９のファスト軸は、照射光Ｌ１のＳ偏光成分およびＰ偏光成分とそれぞれ４５度異なるように配置されていることが好ましいが、角度は限定されない。

図６に示したように、本実施形態の画像投影装置１３０では、画像照射部１１からの照射光Ｌ１はウィンドシールド１４に対するＳ偏光を含んでおり、自由曲面ミラー１２，１３で反射された照射光Ｌ１もＳ偏光を含んでいる。また、偏光部１６はウィンドシールド１４に対するＳ偏光を透過するように配置されているため、照射光Ｌ１は偏光部１６を透過して、位相差板１９を透過した後に偏光反射調整部１５にまで到達する。位相差板１９では、Ｓ偏光の偏光方向とファスト軸が異なっているため、位相差板１９を透過した照射光Ｌ１は楕円偏光Ｅとなる。楕円偏光Ｅは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の位相がずれた光であり、Ｐ偏光を含んでいる。

偏光反射調整部１５は図２に示したようにＳ偏光とＰ偏光の反射率が同程度とされているため、楕円偏光Ｅの照射光Ｌ１はＰ偏光成分もＳ偏光成分も良好に反射されて視点５に到達する。したがって、虚像は楕円偏光Ｅによって投影されるものとなる。ここで偏光サングラスは楕円偏光Ｅを透過するため、搭乗者が偏光サングラスを装着している場合であっても虚像を良好に視認することが可能となる。

また図６に示したように、太陽光などの外光ＬＯはウィンドシールド１４の上方から入射し、その一部が偏光反射調整部１５、位相差板１９および偏光部１６を透過して、自由曲面ミラー１３と自由曲面ミラー１２で反射されて画像照射部１１にまで到達する。ここで、車両の外部から入射する外光ＬＯはあらゆる偏光方向の成分が含まれた無偏光であり、位相差板１９を透過しても無偏光となる。また偏光部１６では、ウィンドシールド１４に対してＳ偏光の成分のみが透過できる。したがって、外光ＬＯのうちＰ偏光成分は偏光部１６でカットされ、画像照射部１１に到達する光量を抑制することができる。これにより、外光ＬＯが画像照射部１１に到達することによる温度上昇を抑制して劣化を防止することができる。

図６では、画像照射部１１からＳ偏光の照射光Ｌ１が照射され、偏光部１６でＳ偏光を透過する例を示したが、照射光Ｌ１の偏光を位相差板１９で楕円偏光Ｅに変換することができれば偏光方向は限定されない。一例としては、画像照射部１１からＰ偏光の照射光Ｌ１が照射され、偏光部１６でＰ偏光を透過するとしても、照射光Ｌ１は位相差板１９を透過して楕円偏光Ｅとなり、偏光サングラスを介しても虚像を良好に視認できる。

上述したように、本実施形態の画像投影装置１３０では、照射光学部２０が偏光部１６と位相差板１９を備えて、表示部に対してＰ偏光を含んだ楕円偏光Ｅとして照射光Ｌ１を投影する。これにより、外光ＬＯの一部を偏光部１６でカットして画像照射部１１の温度上昇を効果的に抑制するとともに、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能となる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第１実施形態から第４実施形態では、偏光反射調整部１５の光学特性として、入射した光のＳ偏光成分とＰ偏光成分を同程度に反射するものを用いた。しかし、Ｓ偏光成分よりもＰ偏光成分を高い反射率で反射する光学特性を有する偏光反射調整部１５を用いてもよい。

図１、図４および図５に示した例では、画像投影装置からウィンドシールド１４に対して照射される照射光はＰ偏光とされている。また、図６に示した例では、照射光として楕円偏光を用いており、Ｐ偏光成分がＳ偏光成分よりも大きくなるような楕円偏光にすることができる。したがって、Ｐ偏光成分をＳ偏光成分よりも高い反射率で反射する偏光反射調整部１５を用いても、反射率の高いＰ偏光成分での画像投影を行うことができ、偏光サングラス等を使用した場合にも視認性を確保することが可能となる。

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。

１００、１１０，１２０，１３０…画像投影装置
１１…画像照射部
１２，１３…自由曲面ミラー
１４…ウィンドシールド
１５…偏光反射調整部
１６…偏光部
１７…四分の一波長板
１８…二分の一波長板
１９…位相差板
２０…照射光学部

Claims (9)

1. 虚像を表示するための表示部に対して投影画像を投影する画像投影装置であって、
   画像光を照射する画像照射部と、
   前記表示部に対して前記画像光を前記投影画像として照射する照射光学部と、
   前記表示部に設けられた偏光反射調整部と、を備え、
   前記照射光学部は、前記画像光の所定の偏光方向の光を透過する偏光部を備え、
   前記照射光学部から照射される前記画像光は、前記表示部に対するＰ偏光を含んでおり、
   前記偏光反射調整部は、入射角が２０度以上４０度以下の範囲において、Ｐ偏光成分の反射率がＳ偏光成分の反射率以上となる範囲を有し、
   前記偏光反射調整部は、前記表示部の内側面に貼り付けられており、
   前記偏光反射調整部に対する前記画像光の入射角度が２０度以上４０度以下の範囲であることを特徴とする画像投影装置。
2. 請求項１に記載の画像投影装置であって、
   前記偏光反射調整部は、彩度が２０以下であることを特徴とする画像投影装置。
3. 請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
   前記照射光学部は、前記画像光の光路上に位相差板を備えることを特徴とする画像投影装置。
4. 請求項３に記載の画像投影装置であって、
   前記位相差板は、前記偏光部よりも前記表示部側に配置されていることを特徴とする画像投影装置。
5. 請求項３に記載の画像投影装置であって、
   前記偏光部は、前記位相差板よりも前記表示部側に配置されていることを特徴とする画像投影装置。
6. 請求項３から５の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記位相差板は、四分の一波長板であることを特徴とする画像投影装置。
7. 請求項３から５の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記画像照射部は、前記表示部に対するＳ偏光を含んだ前記画像光を照射し、
   前記位相差板は、二分の一波長板であることを特徴とする画像投影装置。
8. 請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
   前記画像照射部は、前記表示部に対するＰ偏光を含んで前記画像光を照射し、
   前記偏光部は、前記Ｐ偏光を透過することを特徴とする画像投影装置。
9. 請求項１から８の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記照射光学部は、前記画像照射部から照射された前記画像光を反射する反射部を備え、
   前記偏光部は、前記反射部と前記表示部の間に配置されていることを特徴とする画像投影装置。