WO2023176508A1 - 画像投影装置 - Google Patents

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WO2023176508A1
WO2023176508A1 PCT/JP2023/008022 JP2023008022W WO2023176508A1 WO 2023176508 A1 WO2023176508 A1 WO 2023176508A1 JP 2023008022 W JP2023008022 W JP 2023008022W WO 2023176508 A1 WO2023176508 A1 WO 2023176508A1
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WO
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image
light
light emitting
light source
projection device
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/008022
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆延 豊嶋
Original Assignee
株式会社小糸製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小糸製作所 filed Critical 株式会社小糸製作所
Publication of WO2023176508A1 publication Critical patent/WO2023176508A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements

Definitions

  • the present invention relates to an image projection device, and particularly to an image projection device that reflects irradiation light from an image irradiation unit to reach a viewpoint.
  • an instrument panel that displays illuminated icons has been used as a device for displaying various information in a vehicle. Additionally, as the amount of information to be displayed increases, it has also been proposed to embed an image display device in the instrument panel or to configure the entire instrument panel with an image display device.
  • HUDs head-up displays
  • an image irradiation unit emits irradiation light containing an image, the irradiation light is reflected by a free-form mirror, etc., and an image is formed in space via a display unit such as a windshield. to reach the position of the passenger's viewpoint. Thereby, the passenger can perceive that the image is displayed at the imaging position in the depth direction by the irradiation light that has entered the viewpoint.
  • a driving support HUD device to project multiple images onto the windshield.
  • a driving support HUD device to project multiple images onto the windshield.
  • a windshield has a curved surface in a region near its lower end, and is formed approximately symmetrically in the left-right direction of the vehicle.
  • a passenger is seated in a driver's seat or a passenger seat of a vehicle, and in order to project an image toward the passenger, it is necessary to irradiate either the left or right side of the windshield with irradiation light. Therefore, there is a problem in that the image reflected near the lower end of the windshield and the image reflected in the central region are distorted differently.
  • the visibility of the projected image can be improved; however, the visibility of the projected image can be improved.
  • the light emitting surface of the light emitting element required to suppress uneven brightness increases.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and it maintains a high degree of freedom in design even when irradiating multiple images onto different areas of the display section, and provides the necessary light emission to suppress uneven brightness.
  • An object of the present invention is to provide an image projection device that can reduce the number of light emitting surfaces of an element.
  • an image projection device of the present invention is an image projection device that projects a projection image onto a display unit for displaying a virtual image, the image display unit displaying the projected image; a light irradiation unit that irradiates the image display unit with irradiation light; and an irradiation optical unit that irradiates the irradiation light in the viewpoint direction as the projection image through the display unit, and the projection image is including a first image and a second image projected on different areas of a display unit, the image display unit including a first area for displaying the first image and a second area for displaying the second image,
  • the light irradiation section includes a first light source section that irradiates light onto the first region, and a second light source section that irradiates light onto the second region, and the light irradiation section includes a first light source section that irradiates light onto the first region, and a second light source section that irradiates light onto the second
  • the light irradiation section includes a first light source section and a second light source section, and the first light source section and the second light source section are arranged such that the longitudinal direction of the first light source section and the second light source section are inclined by an angle ⁇ .
  • the first region and the second region can be appropriately irradiated with light. This makes it possible to maintain a high degree of design freedom even when irradiating a plurality of images onto different areas of the display section, and to reduce the number of light emitting surfaces of the light emitting elements required to suppress uneven brightness.
  • the first light source section is arranged along the longitudinal direction of the first region, and the second light source section is arranged along the longitudinal direction of the second region.
  • each of the first light source section and the second light source section light emitting surfaces of a plurality of light emitting elements are arranged in an array.
  • a first lens section disposed between the first light source section and the first region and extending along the longitudinal direction of the first light source section; and a second lens section disposed between the two regions and extending along the longitudinal direction of the second light source section.
  • the first lens portion and/or the second lens portion may include a refracting portion disposed at the center and reflecting portions disposed on both sides of the refracting portion. It has a shape that is stretched in the opposite direction.
  • the angle ⁇ is in a range of 0.28 to 45 degrees.
  • the virtual image of the first image and the virtual image of the second image have different imaging positions.
  • the present invention provides image projection that maintains a high degree of design freedom even when irradiating multiple images onto different areas of the display section, and reduces the number of light emitting surfaces of light emitting elements required to suppress uneven brightness. equipment can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an image projection device according to a first embodiment.
  • 3 is a schematic cross-sectional view showing a structural example of an image irradiation unit 10.
  • FIG. 3A is a schematic plan view showing an example of the structure of the image irradiation section 10.
  • FIG. 3A schematically shows the structure of the light source section
  • FIG. 3B schematically shows the structure of the image display section.
  • FIG. 4(a) shows the case where the first light source section and the second light source section are arranged in parallel
  • FIG. 4(b) shows the case where the first light source section and the second light source section are arranged in parallel. This shows the case where the parts are arranged inclined by an angle ⁇ .
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing a structural example of a light source section according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing a structural example of a light source section according to a third embodiment.
  • 7(a) is a schematic plan view showing a structural example of a light source section according to a third embodiment
  • FIG. 7(a) shows an example in which a plurality of light emitting surfaces of light emitting elements are arranged in a staggered manner
  • FIG. 7(b) shows an example of a structure of a light emitting element.
  • An example is shown in which a plurality of light emitting surfaces are arranged in a staggered manner along a curve.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an image projection device according to this embodiment.
  • the image projection device includes an image irradiation section 10 and an irradiation optical section 20.
  • the image projection device also includes a control unit (not shown) that is connected to each unit for information communication and controls each unit.
  • the configuration of the control unit is not limited, one example includes a CPU (Central Processing Unit) for performing information processing, a memory device, a recording medium, an information communication device, and the like.
  • the control section controls the operation of each section according to a predetermined program, and sends information including an image (image information) to the image irradiation section 10.
  • the image irradiation section 10 is a device that irradiates irradiation light (image light) containing image information by being supplied with a signal containing image information of a projected image from an information processing section (not shown).
  • the projected image includes a first image and a second image projected through different areas of the windshield 30.
  • the irradiation light emitted from the image irradiation section 10 enters the irradiation optical section 20.
  • the image irradiation section 10 can use a liquid crystal display device that irradiates light from a light source section (backlight) to the projected image displayed on the image display section.
  • the irradiation optical section 20 is an optical system member that irradiates the irradiation light including image information emitted from the image irradiation section 10 through the windshield 30 in the direction of the viewpoint as a projected image.
  • the irradiation optical section 20 includes a free-form surface mirror 21, a free-form surface mirror 22, a light branching section 23, and a free-form surface mirror 24.
  • the combination of the free-form surface mirror 21 and the free-form surface mirror 22 and the combination of the light branching section 23, the free-form surface mirror 24, and the free-form surface mirror 22 respectively constitute the first optical section and the second optical section in the present invention.
  • a convex lens or a concave lens may be arranged in the first optical section or the second optical section as necessary to enlarge or reduce the optical diameter. Furthermore, the arrangement and orientation of the free-form mirror 21, the free-form mirror 22, the light branching section 23, and the free-form mirror 24 are not limited to those shown in FIG.
  • the windshield 30 is a part that is provided in front of the driver's seat of the vehicle and transmits visible light.
  • the windshield 30 reflects the first image light and the second image light incident from the free-form mirror 22 toward the viewpoint direction on the inner surface of the vehicle, and transmits the light from the outside of the vehicle toward the viewpoint direction.
  • a combiner may be prepared as a display section separately from the windshield 30, and the light from the free-form mirror 22 may be reflected in the viewpoint direction.
  • the device is not limited to being located at the front of the vehicle, but may be placed at the side or rear as long as it projects an image to the passenger's viewpoint.
  • the virtual images 40 and 50 are displayed as if they were formed in space when the first image light and the second image light reflected by the windshield 30 reach the passenger's viewpoint (eye box). It is an image.
  • the positions where the virtual images 40 and 50 are formed are determined by the spread when the light emitted from the image irradiation unit 10 travels toward the viewpoint after being reflected by the free-form mirror 21, the free-form mirrors 22 and 24, and the windshield. Determined by angle.
  • the virtual images 40 and 50 in the example shown in FIG. 1 correspond to the first image and the second image in the present invention, respectively.
  • the free-form surface mirror 21 is an optical member into which the first image light irradiated from the image irradiation unit 10 is incident, and reflects the first image light toward the free-form surface mirror 22 .
  • a convex mirror is shown as the free-form mirror 21, but a mirror with an optical design necessary for projecting the first image light as a virtual image can be used, and as needed.
  • a concave mirror, a plane mirror, a free-form mirror, etc. can be used.
  • the free-form mirror 21 may be omitted and the first image light from the image irradiation section 10 may directly enter the free-form mirror 22.
  • the free-form mirror 22 receives the first image light reflected by the free-form mirror 21 and the second image light reflected by the free-form mirror 24, and transmits the first image light and the second image light in the direction of the windshield 30. It is a concave mirror that reflects The reflective surface of the free-form mirror 22 is designed so that its light diameter expands in the direction of the passenger's viewpoint in order to project it as a virtual image through the windshield 30.
  • the expression "the light diameter expands in the viewpoint direction” includes not only the case where the light diameter consistently expands after reflection, but also the case where the light diameter shrinks and expands after forming an image at an intermediate point.
  • the light branching unit 23 is an optical member that branches the image light irradiated from the image irradiation unit 10, and uses the irradiation light that forms at least the virtual image 40 as the first image light and the irradiation light that forms the virtual image 50 as the first image light. It branches out as second image light.
  • the structure of the light branching section 23 is not limited as long as it is an optical member that branches light, and a prism may be used, or a method such as using a reflecting mirror to make the incident angle and reflection angle of light different may be used. In the example shown in FIG. 1, a prism is used as the light branching section 23, and the prism is arranged to overlap a part of the image irradiation section 10.
  • arranging the light branching section 23 overlapping the image irradiation section 10 means that the area where the light branching section 23 is arranged overlaps with the image display area of the image irradiation section 10 in plan view. Furthermore, both cases where the light branching section 23 and the image irradiation section 10 are in contact with each other and cases where they are not in contact with each other are included in the arrangement. Further, a case in which an optical member that transmits light or a holding member for maintaining a distance between the two is interposed between the light branching section 23 and the image irradiation section 10 is also included in the overlapping arrangement.
  • the free-form surface mirror 24 is an optical member into which the second image light branched by the light branching section 23 is incident, and reflects the second image light toward the free-form surface mirror 22 .
  • a concave mirror is shown as the free-form mirror 24, but a mirror with an optical design necessary for projecting the second image light as a virtual image can be used, and if necessary, A convex mirror, a plane mirror, a free-form mirror, etc. can be used.
  • the irradiation light emitted from the image irradiation section 10 is branched into first image light and second image light at the light branching section 23.
  • a dashed line and a broken line in FIG. 1 schematically indicate the optical paths of the first image light and the second image light, respectively.
  • a dashed line and a broken line in FIG. 1 indicate extension lines in the direction of incidence of the first image light and the second image light from the viewpoint position of the passenger, respectively.
  • the first image light incident on the free-form mirror 21 is reflected by the free-form mirror 22 and the windshield 30 and reaches the viewpoint position.
  • the passenger visually recognizes the formation of the virtual image 40 on the outside of the windshield 30 on the extension line of the incident direction of the first image light.
  • the second image light branched by the light branching section 23 is reflected by the free-form surface mirror 24, the free-form surface mirror 22, and the windshield 30, and reaches the viewpoint position.
  • the passenger visually recognizes the formation of the virtual image 50 on the outside of the windshield 30 on the extension line of the incident direction of the second image light.
  • the first image light is irradiated near the lower end of the windshield 30, and the second image light is irradiated near the center of the windshield 30.
  • the passenger can be The virtual images of the first image and the second image are visually recognized as being formed at a predetermined distance.
  • the imaging positions of the virtual images 40 and 50 are such that the virtual image 40 is closer to the viewpoint position than the virtual image 50.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a structural example of the image irradiation section 10.
  • the image irradiation section 10 includes a substrate 11, light emitting surfaces 12a and 12b of light emitting elements, lens sections 13a and 13b, a common lens 14, a light shielding plate 15, a diffusion plate 16, An image display section 17 is provided.
  • the substrate 11 is a substantially plate-shaped member on which the light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements are mounted and held.
  • a wiring pattern is formed on the surface of the substrate 11, and the light emitting surfaces 12a and 12b of a plurality of light emitting elements are electrically connected to the wiring pattern.
  • a drive circuit may be formed on the substrate 11 to drive and control light emission by supplying current to the light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements.
  • a control section for controlling each section of the image projection apparatus may be mounted on the substrate 11.
  • the light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements are light emitting surfaces of electronic components that are mounted on the substrate 11 and emit irradiation light.
  • the light-emitting surfaces 12a and 12b of the light-emitting element refer to a portion of an electronic component that emits light, and do not necessarily coincide with the position of the electronic component itself.
  • the specific structure of the light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements is not limited, it is preferable to use light emitting surfaces of light emitting diodes (LEDs).
  • the light emitted by the light-emitting surfaces 12a and 12b of the light-emitting elements is preferably white, but it is also possible to use light that emits a single color such as blue, green, or red.
  • a plurality of light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements are arranged in an array along the direction of the paper in FIG. 2, as will be described later.
  • the lens parts 13a and 13b are optical members through which light emitted by the light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements enters from the entrance part, is refracted or reflected, and then exits from the output part.
  • the lens parts 13a and 13b are total internal reflection lenses (TIR lenses) that include a refraction part placed in the center and reflection parts placed on both sides of the refraction part. An example is shown.
  • the lens portions 13a and 13b have a shape extending in the direction of the paper in FIG. It is arranged opposite to 12a and 12b.
  • the common lens 14 is an optical member that refracts the light emitted from the emission parts of the lens parts 13a and 13b and irradiates the light onto a predetermined area of the image display part 17.
  • the structure of the common lens 14 is not limited, it is preferable to expand and irradiate light in the horizontal direction in FIG. 2, and a concave lens or a lenticular lens can be used.
  • the light shielding plate 15 is disposed between the image display section 17 and the light emitting surfaces 12a, 12b of the light emitting elements, and limits the area where light emitted from the light emitting surfaces 12a, 12b of the light emitting elements enters the image display section 17. It is a member that As will be described later, the light-shielding plate 15 is provided with a light-transmitting part to define the first area and the second area, and the light-transmitting part transmits light, but the other areas are made of a light-shielding material. It is formed to block light.
  • the light transmitting portion may be an opening formed in the light shielding plate 15, or may be a light transmitting portion not provided with a light shielding material.
  • the diffuser plate 16 is a member that diffuses or scatters the light that has passed through the light transmitting portion of the light shielding plate 15.
  • the material and structure of the diffuser plate 16 are not limited, and a plate-like or film-like member made of a translucent resin material with a roughened surface can be used. By using the diffuser plate 16, the directivity of transmitted light can be reduced and visibility can be improved.
  • the image display section 17 is a section that displays a projected image in response to an image signal from the control section.
  • the projection image displayed on the image display section 17 is irradiated with light from the light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements, which are backlights, so that the first image light and the second image light are emitted from the image irradiation section 10. is irradiated.
  • the specific configuration of the image display section 17 is not limited, a transmissive liquid crystal display device or the like can be used.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of the structure of the image irradiation section 10, FIG. 3(a) schematically shows the structure of the light source section, and FIG. 3(b) schematically shows the structure of the image display section. It shows.
  • FIG. 3A light emitting surfaces 12a and 12b of a plurality of light emitting elements are arranged in an array on the substrate 11, respectively.
  • 3(a) is a line connecting the centers of the light-emitting surfaces 12a and 12b of the light-emitting element, and is a line that connects the centers of the light-emitting surfaces 12a and 12b of the light-emitting element, respectively, in the longitudinal direction of the arrangement of the light-emitting surfaces 12a and 12b (second light source section and (longitudinal direction of the first light source section).
  • the lens portions 13a and 13b are arranged along the longitudinal direction of the arrangement of the light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements, respectively.
  • the longitudinal direction of the array of the light emitting surface 12a of the light emitting element and the light emitting surface 12b of the light emitting element are arranged so as to be inclined by an angle ⁇ with respect to each other.
  • the angle ⁇ is preferably in the range of 0.28 to 45 degrees.
  • ⁇ is less than 0.28 degrees, it becomes difficult to irradiate light in accordance with the inclinations of the first region and the second region, which will be described later.
  • ⁇ is greater than 45 degrees, the area of the substrate 11 required to mount the light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements becomes large, making it difficult to downsize.
  • the image display section 17 includes a first area 17b for displaying a first image and a second area 17a for displaying a second image within the display surface.
  • the first region 17b has a shape that compensates for distortion caused by curvature in the irradiation optical section 20 and the windshield 30.
  • the first region 17b and the second region 17a are also tilted by the angle ⁇ .
  • the light shielding plate 15 is provided with light transmitting portions 15b and 15a so as to encompass the first region 17b and the second region 17a, respectively.
  • the light emitting surface 12b of the light emitting elements arranged in an array, which is the first light source section is arranged along the longitudinal direction of the first region 17b.
  • the light emitting surfaces 12a of the light emitting elements arranged in an array, which are the second light source section are arranged along the longitudinal direction of the second region 17a. Therefore, the light emitting surfaces 12b and 12a of the light emitting elements irradiate light onto the first region 17b and the second region 17a, respectively.
  • the longitudinal direction of the first region 17b and the second region 17a means a tangential direction to the center line of each region or a linear direction approximate to the center line.
  • the center line of the arrangement of the light emitting surfaces 12b of the light emitting elements overlaps with the approximate straight line of the center line of the first region 17b.
  • the first image displayed in the first area 17b is irradiated from the image irradiation unit 10 to the free-form surface mirror 21 as the first image light, and is reflected by the free-form surface mirror 22 and the windshield 30 to form a virtual image 40. imaged.
  • the second image displayed in the second area 17a is irradiated as second image light from the image irradiation unit 10 and branched by the light branching unit 23, and is transmitted to the free-form surface mirror 24, the free-form surface mirror 22, and the windshield 30. , and a virtual image 50 is formed.
  • FIG. 4 is a photograph showing the imaging state of the virtual image 40.
  • FIG. 4(a) shows the case where the first light source section and the second light source section are arranged in parallel
  • FIG. 4(b) shows the case where the first light source section and the second light source section are arranged in parallel. This shows the case where the second light source section is arranged inclined by an angle ⁇ . As shown in FIG.
  • the formed virtual image 40 has oblique brightness unevenness.
  • the light emitting surfaces 12b of the light emitting elements and the light emitting surfaces 12a of the light emitting elements are arranged in parallel, the light emitting surfaces 12b of the light emitting elements are arranged in a plurality of arrays or in a matrix in order to reduce such brightness unevenness. Therefore, the number of elements required to suppress uneven brightness increases.
  • the arrangement of the light emitting surfaces 12b of the light emitting elements that are the first light source section and the arrangement of the light emitting surfaces 12a of the light emitting elements that are the second light source section are tilted by an angle ⁇ .
  • the relative inclination of the first region 17b and the second region 17a matches the arrangement of the light emitting surfaces 12b and 12a of the light emitting element, and the formed virtual image 40 has no uneven brightness and is uniform. The image is displayed.
  • luminance unevenness can be reduced simply by arranging the light-emitting surfaces 12b of the light-emitting elements in a single line array. The number of elements can be reduced.
  • the light emitting surfaces 12b and 12a of the light emitting elements are arranged so as to be inclined by the angle ⁇ , so that the light emitting surfaces 12b and 12a of the light emitting elements are arranged so as to be properly aligned with respect to the first region 17b and the second region 17a. can be irradiated with light.
  • a high degree of freedom in design can be maintained, and the number of light emitting surfaces of the light emitting elements required to suppress uneven brightness can be reduced.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing a structural example of the light source section according to the present embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that a plurality of lenses are used as the lens portions 13a and 13b.
  • light emitting surfaces 12a and 12b of a plurality of light emitting elements are arranged in an array on the substrate 11, respectively. Further, the longitudinal direction of the array of the light emitting surface 12a of the light emitting element and the light emitting surface 12b of the light emitting element are arranged so as to be inclined by an angle ⁇ with respect to each other. Further, the lens parts 13a and 13b are configured by arranging a plurality of individual lenses each having a circular shape in a plan view, and are arranged so that the center of each individual lens overlaps with the center of the light emitting surface 12a and 12b of the light emitting element. has been done. Therefore, the line connecting the centers of the individual lenses is arranged along the longitudinal direction of the arrangement of the light emitting surfaces 12a, 12b of the light emitting elements.
  • the arrangement of the light emitting surfaces 12b and 12a of the light emitting elements is inclined to each other by the angle ⁇ , so that the first region 17b and the second region 17a can be appropriately irradiated with light. can.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing a structural example of the light source section according to the present embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that the arrangement of the light emitting surfaces 12b of the light emitting elements and the lens portion 13b are curved in plan view.
  • light emitting surfaces 12a and 12b of a plurality of light emitting elements are arranged in an array on the substrate 11. Further, as shown by the dashed line in the figure, the longitudinal direction connecting the centers of the light emitting surfaces 12b of the light emitting elements is curved. The longitudinal direction of the arrangement of the light emitting surfaces 12b of the light emitting elements is inclined by an angle ⁇ with respect to the arrangement of the light emitting surfaces 12a of the light emitting elements.
  • the curved longitudinal direction is inclined by an angle ⁇ , it means that a straight line approximated to the curved longitudinal direction or a tangent in the longitudinal direction, specifically, a tangent at the center of the light emitting surface 12b of the plurality of light emitting elements This means that the light emitting surfaces 12a of the elements are inclined at an angle ⁇ with respect to the longitudinal direction of the arrangement.
  • the longitudinal direction of the lens portion 13b is inclined at an angle ⁇ with respect to the longitudinal direction of the lens portion 13a.
  • the arrangement of the light emitting surfaces 12b and the center line of the lens portion 13b of the light emitting element shown in FIG. 6 substantially coincide with the center line of the first region 17b shown in FIG. 3(b). Since the center lines of the light-emitting surface 12b, the lens portion 13b, and the first region 17b of the light-emitting element substantially match, the light emitted from the light-emitting surface 12b of the light-emitting element is more uniformly irradiated onto the first region 17b. Therefore, uneven brightness can be suppressed while reducing the number of elements on the light emitting surface 12b of the light emitting element.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of the structure of the light source section according to the present embodiment.
  • FIG. 7(a) shows an example in which a plurality of light emitting surfaces of light emitting elements are arranged in a staggered manner
  • FIG. An example is shown in which a plurality of light emitting surfaces of light emitting elements are arranged in a staggered manner along a curve. As shown in FIGS.
  • the light emitting surfaces 12a, 12b of a plurality of light emitting elements are arranged in a staggered manner to constitute a light emitting element group 25a, 25b, 26b. This corresponds to the second light source section and the first light source section in .
  • the light-emitting element groups 25a, 25b, and 26b are regions connecting the outer peripheries of the light-emitting surfaces 12a and 12b of a plurality of light-emitting elements included in each group, and in the example shown in FIG. 7(a), each has a substantially rectangular shape. However, in the example shown in FIG. 7(b), it has a fan shape sandwiched between two circular arcs. Further, the light emitting element groups 25a, 25b, 26b include light emitting surfaces 12a, 12b of a plurality of light emitting elements, and in the example shown in FIGS.
  • each light emitting element group 25a, 25b The light emitting surfaces 12a and 12b of the light emitting elements are alternately arranged in a staggered manner along the center line in the longitudinal direction of the light emitting element 26b. Further, the center lines of the light emitting element groups 25a, 25b, and 26b substantially coincide with the center lines of the lens portions 13a and 13b, respectively.
  • the center line of the light emitting element group 25a and the center lines of the lens portion 13b and the first region 17b substantially match, light emitted from the light emitting surface 12b of the light emitting element is directed to the first region. 17b is irradiated more uniformly, and uneven brightness can be suppressed while reducing the number of elements on the light emitting surface 12b of the light emitting element.

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Abstract

表示部の異なる領域に複数の画像を照射しても設計自由度を高く維持し、輝度ムラを抑制するために必要な発光素子の発光面数を低減することが可能な画像投影装置を提供する。投影画像を表示する画像表示部と、画像表示部に対して照射光を照射する光照射部と、表示部を介して照射光を投影画像として視点方向に照射する照射光学部とを備え、投影画像は表示部の異なる領域に投影される第１画像および第２画像を含み、画像表示部は、第１画像を表示する第１領域（１７ｂ）と、第２画像を表示する第２領域（１７ａ）を備え、光照射部は、第１領域（１７ｂ）に対して光を照射する第１光源部（１２ｂ，１３ｂ）と、第２領域（１７ａ）に対して光を照射する第２光源部（１２ａ，１３ａ）を有し、第１光源部（１２ｂ，１３ｂ）の長手方向と第２光源部（１２ａ，１３ａ）の長手方向は互いに角度θだけ傾いて配置されている。

Description

画像投影装置
　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等の搭乗者が視認するには、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、搭乗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。（例えば、特許文献１，２を参照）。
　従来の画像投影装置は、画像照射部が画像を含んだ照射光を照射し、自由曲面ミラー等で照射光を反射させて、ウィンドシールド等の表示部を介して空間中に画像が結像するように搭乗者の視点の位置に到達させる。これにより、搭乗者は視点に入射した照射光によって、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。
　また、より多くの情報を提示するために、運転支援ＨＵＤ装置を用いて複数の画像をウィンドシールドに投影することも提案されている。しかし、複数の画像を異なる距離に虚像として投影して結像するためには、画像照射部と投影光学系を複数備える必要があり、インストルメントパネル内に収容するためには設計の自由度が低いという問題があった。そこで本願出願人は、一つの画像照射部内に複数の画像を表示し、プリズム等の光分岐部によって各画像の光路を分岐することで、省スペース化を図った画像投影装置を提案している。
特開２０１９－１１９２４８号公報 特開２０１９－１１９２６２号公報
　複数の画像を異なる距離に投影する場合には、ウィンドシールドの面内において異なる領域に画像を照射するため、投影される虚像はウィンドシールドの表面形状や自由曲面ミラーの曲率による影響を受ける。通常、ウィンドシールドは下端近傍の領域において曲面形状とされ、車両の左右方向にほぼ対称に形成されている。また搭乗者は、車両の運転席や助手席に搭乗しており、搭乗者に向けて画像を投影するためには、ウィンドシールドの左右どちらか一方に照射光を照射する必要がある。そのため、ウィンドシールドの下端近傍で反射される画像と、中央領域で反射される画像ではゆがみ方が異なる問題があった。
　また、画像照射部として表示面の裏側に発光素子の発光面を配列した直下型バックライト液晶表示素子を用いた場合には、投影される画像の視認性を向上させることができるが、画像の輝度ムラを抑制するために必要な発光素子の発光面が増加す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、表示部の異なる領域に複数の画像を照射しても設計自由度を高く維持し、輝度ムラを抑制するために必要な発光素子の発光面数を低減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、前記投影画像を表示する画像表示部と、前記画像表示部に対して照射光を照射する光照射部と、前記表示部を介して前記照射光を前記投影画像として視点方向に照射する照射光学部と、を備え、前記投影画像は、前記表示部の異なる領域に投影される第１画像および第２画像を含み、前記画像表示部は、前記第１画像を表示する第１領域と、前記第２画像を表示する第２領域を備え、前記光照射部は、前記第１領域に対して光を照射する第１光源部と、前記第２領域に対して光を照射する第２光源部を有し、前記第１光源部の長手方向と前記第２光源部の長手方向は互いに角度θだけ傾いて配置されていることを特徴とする。
　このような本発明の画像投影装置では、光照射部が第１光源部と第２光源部を備えて、第１光源部と第２光源部の長手方向が角度θだけ傾いて配置されていることで、第１領域と第２領域に対して適切に光を照射することができる。これにより、表示部の異なる領域に複数の画像を照射しても設計自由度を高く維持し、輝度ムラを抑制するために必要な発光素子の発光面数を低減することが可能となる。
　また、本発明の一態様では、前記第１光源部は、前記第１領域の長手方向に沿って配置され、前記第２光源部は、前記第２領域の長手方向に沿って配置されている。
　また、本発明の一態様では、前記第１光源部および前記第２光源部は、それぞれ複数の発光素子の発光面がアレイ状に配列されている。
　また、本発明の一態様では、前記第１光源部と前記第１領域の間に配置され、前記第１光源部の長手方向に沿った第１レンズ部と、前記第２光源部と前記第２領域の間に配置され、前記第２光源部の長手方向に沿った第２レンズ部とを備える。
　また、本発明の一態様では、前記第１レンズ部および／または前記第２レンズ部は、中央部に配置された屈折部、および前記屈折部の両脇に配置された反射部が予め定められた方向に延伸された形状を有している。
　また、本発明の一態様では、前記角度θは、０．２８～４５度の範囲である。
　また、本発明の一態様では、前記第１画像の虚像と前記第２画像の虚像は、結像位置が異なる。
　本発明では、表示部の異なる領域に複数の画像を照射しても設計自由度を高く維持し、輝度ムラを抑制するために必要な発光素子の発光面数を低減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の構成を示す模式図である。 画像照射部１０の構造例を示す模式断面図である。 画像照射部１０の構造例を示す模式平面図であり、図３（ａ）は光源部の構造を模式的に示し、図３（ｂ）は画像表示部の構造を模式的に示している。 虚像４０の結像状態を示す写真であり、図４（ａ）は第１光源部と第２光源部を平行に配置した場合を示し、図４（ｂ）は第１光源部と第２光源部を角度θだけ傾斜させて配置した場合を示している。 第２実施形態に係る光源部の構造例を示す模式平面図である。 第３実施形態に係る光源部の構造例を示す模式平面図である。 第３実施形態に係る光源部の構造例を示す模式平面図であり、図７（ａ）は発光素子の発光面を千鳥状に複数配置した例を示し、図７（ｂ）は発光素子の発光面を曲線に沿った千鳥状に複数配置した例を示している。
　（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は、画像照射部１０と照射光学部２０を備えている。また、画像投影装置は、各部と情報通信可能に接続されて、各部を制御する制御部を備えている（図示省略）。制御部の構成は限定されないが、一例として情報処理を行うためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）や、メモリ装置、記録媒体、情報通信装置等を備えるものが挙げられる。制御部は、予め定められたプログラムに従って各部の動作を制御し、画像を含んだ情報（画像情報）を画像照射部１０に送出する。
　画像照射部１０は、情報処理部（図示省略）から投影画像の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）を照射する装置である。ここで、投影画像には、ウィンドシールド３０の異なる領域を介して投影される第１画像および第２画像を含んでいる。画像照射部１０から照射された照射光は照射光学部２０に入射する。また、画像照射部１０は、画像表示部に表示された投影画像に対して光源部（バックライト）から光を照射する液晶表示装置を用いることができる。
　照射光学部２０は、画像照射部１０から照射された画像情報を含んだ照射光をウィンドシールド３０を介して照射光を投影画像として視点方向に照射する光学系部材である。図１に示した例では、照射光学部２０は、自由曲面ミラー２１と、自由曲面ミラー２２と、光分岐部２３と、自由曲面ミラー２４を備えている。ここで、自由曲面ミラー２１と自由曲面ミラー２２の組み合わせ、および光分岐部２３と、自由曲面ミラー２４と、自由曲面ミラー２２の組み合わせが、それぞれ本発明における第１光学部と第２光学部を構成している。第１光学部や第２光学部には、必要に応じて凸レンズや凹レンズを配置して光径の拡大や縮小をするとしてもよい。また、自由曲面ミラー２１、自由曲面ミラー２２、光分岐部２３、自由曲面ミラー２４の配置や向きは図１に示されたものに限定されない。
　ウィンドシールド３０は、車両の運転席前方に設けられて可視光を透過する部分である。ウィンドシールド３０は、車両の内側面では自由曲面ミラー２２から入射した第１画像光および第２画像光を視点方向に対して反射し、車両の外部からの光を視点方向に対して透過するため、本発明における表示部に相当している。ここでは表示部としてウィンドシールド３０を用いた例を示したが、ウィンドシールド３０とは別に表示部としてコンバイナーを用意し、自由曲面ミラー２２からの光を視点方向に反射するとしてもよい。また、車両の前方に位置するものに限定されず、搭乗者の視点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。
　虚像４０，５０は、ウィンドシールド３０で反射された第１画像光および第２画像光が搭乗者等の視点（アイボックス）に到達した際に、空間中に結像されたように表示される画像である。虚像４０，５０が結像される位置は、画像照射部１０から照射された光が、自由曲面ミラー２１、自由曲面ミラー２２，２４およびウィンドシールド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。図１に示した例における虚像４０，５０は、それぞれ本発明における第１画像および第２画像に相当している。
　自由曲面ミラー２１は、画像照射部１０から照射された第１画像光が入射し、第１画像光を自由曲面ミラー２２方向に反射する光学部材である。図１に示した例では、自由曲面ミラー２１として凸面形状のミラーを示しているが、第１画像光を虚像として投影するために必要な光学設計されたものを用いることができ、必要に応じて凹面鏡、平面鏡、自由曲面ミラー等を用いることができる。また、自由曲面ミラー２１を省略して、画像照射部１０からの第１画像光が自由曲面ミラー２２に直接入射するとしてもよい。
　自由曲面ミラー２２は、自由曲面ミラー２１で反射された第１画像光と、自由曲面ミラー２４で反射された第２画像光が入射し、ウィンドシールド３０方向に第１画像光および第２画像光を反射する凹面鏡である。自由曲面ミラー２２の反射面は、ウィンドシールド３０を介して虚像として投影するために、搭乗者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。
　光分岐部２３は、画像照射部１０から照射される画像の光を分岐する光学部材であり、少なくとも虚像４０を結像する照射光を第１画像光とし、虚像５０を結像する照射光を第２画像光として分岐する。光分岐部２３は光を分岐する光学部材であれば構造は限定されず、プリズムを用いるとしてもよく、反射鏡で光の入射角と反射角を異ならせる等の手法を用いるとしてもよい。図１に示した例では光分岐部２３としてプリズムを用い、プリズムを画像照射部１０の一部に重ねて配置している。
　ここで、光分岐部２３を画像照射部１０に重ねて配置するとは、平面視において光分岐部２３を配置した領域が画像照射部１０の画像表示領域と重複することを意味している。また、光分岐部２３と画像照射部１０が接触している場合も非接触の場合も重ねて配置に含まれるものとする。また、光分岐部２３と画像照射部１０の間に光を透過する光学部材や、両者の間隔を維持するための保持部材を介在させている場合も、重ねて配置に含まれる。
　自由曲面ミラー２４は、光分岐部２３で分岐された第２画像光が入射し、第２画像光を自由曲面ミラー２２方向に反射する光学部材である。図１に示した例では、自由曲面ミラー２４として凹面形状のミラーを示しているが、第２画像光を虚像として投影するために必要な光学設計されたものを用いることができ、必要に応じて凸面鏡、平面鏡、自由曲面ミラー等を用いることができる。
　図１に示したように本実施形態の画像投影装置は、画像照射部１０から照射された照射光が光分岐部２３で第１画像光と第２画像光に分岐される。図１中における一点鎖線および破線は、それぞれ第１画像光および第２画像光の光路を模式的に示している。図１中における一点鎖線および破線は、それぞれ搭乗者の視点位置からの第１画像光および第２画像光の入射方向における延長線を示している。
　自由曲面ミラー２１に入射した第１画像光は、自由曲面ミラー２２およびウィンドシールド３０で反射されて視点位置に到達する。このとき、搭乗者は第１画像光の入射方向の延長線上において、ウィンドシールド３０の外側に虚像４０の結像を視認する。光分岐部２３で分岐された第２画像光は、自由曲面ミラー２４、自由曲面ミラー２２およびウィンドシールド３０で反射されて視点位置に到達する。このとき、搭乗者は第２画像光の入射方向の延長線上において、ウィンドシールド３０の外側に虚像５０の結像を視認する。
　図１に示した例では、第１画像光はウィンドシールド３０の下端近傍に対して照射され、第２画像光はウィンドシールド３０の中央近傍に対して照射されている。また、第１画像光および第２画像光は、それぞれ第１光学部および第２光学部によって光径が拡大して視点に到達するため、搭乗者は第１画像光および第２画像光による第１画像および第２画像の虚像が所定距離に結像されているように視認する。ここで、虚像４０，５０の結像位置は、虚像４０のほうが虚像５０よりも視点位置に近いものとなっている。
　図２は、画像照射部１０の構造例を示す模式断面図である。図２に示したように、画像照射部１０は、基板１１と、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂと、レンズ部１３ａ，１３ｂと、共通レンズ１４と、遮光板１５と、拡散板１６と、画像表示部１７とを備えている。
　基板１１は、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂを搭載して保持する略板状の部材である。図１では図示を省略しているが、基板１１の表面には配線パターンが形成されており、配線パターンに複数の発光素子の発光面１２ａ，１２ｂが電気的に接続されている。また、基板１１上には発光素子の発光面１２ａ，１２ｂに電流を供給して発光の駆動と制御をする駆動回路が形成されているとしてもよい。また、基板１１上に画像投影装置の各部を制御する制御部を搭載するとしてもよい。
　発光素子の発光面１２ａ，１２ｂは、基板１１上に搭載されて照射光を発光する電子部品の発光面である。ここで、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂとは、発光する電子部品のうち、光を発する部分を示しており、電子部品そのものの位置と一致するとは限らない。発光素子の発光面１２ａ，１２ｂの具体的な構成は限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）の発光面を用いることが好ましい。発光素子の発光面１２ａ，１２ｂが照射する光は白色が好ましいが、青色や緑色、赤色などの単色を発光するものを用いるとしてもよい。発光素子の発光面１２ａ，１２ｂは、後述するように図２における紙面方向に沿ってアレイ状に複数配列されている。
　レンズ部１３ａ，１３ｂは、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂが発光した光が入射部から入射し、屈折または反射させて出射部から出射する光学部材である。図２に示した例では、レンズ部１３ａ，１３ｂとして、中央部に配置された屈折部と、屈折部の両脇に配置された反射部を備える全反射レンズ（ＴＩＲレンズ：Ｔｏｔａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｌｅｎｓ）の例を示している。またレンズ部１３ａ，１３ｂは、後述するように図２における紙面方向に延伸された形状を有しており、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂの配列に沿って、入射部が発光素子の発光面１２ａ，１２ｂに対向して配置されている。
　共通レンズ１４は、レンズ部１３ａ，１３ｂの出射部から照射された光を屈折させて画像表示部１７の所定領域に光を照射する光学部材である。共通レンズ１４の構造は限定されないが、図２中の左右方向に光を拡大して照射することが好ましく、凹レンズやレンチキュラーレンズを用いることができる。
　図２に示した発光素子の発光面１２ａ，１２ｂと、レンズ部１３ａ，１３ｂと、共通レンズ１４の組み合わせは、画像表示部１７に対して照射光を照射する光照射部を構成している。また、アレイ状に配列された複数の発光素子の発光面１２ａ，１２ｂは、それぞれ本発明における第２光源部および第１光源部に相当している。また、レンズ部１３ａ、１３ｂは、それぞれ本発明における第２レンズ部および第１レンズ部に相当している。
　遮光板１５は、画像表示部１７と発光素子の発光面１２ａ，１２ｂとの間に配置されて、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂから照射された光が画像表示部１７に入射する領域を制限する部材である。後述するように遮光板１５には、第１領域と第２領域を確定するための光透過部が設けられており、光透過部は光を透過するが、その他の領域は遮光性材料を用いて形成されて光を遮る。ここで光透過部は、遮光板１５に形成された開口部であってもよく、遮光性材料が設けられていない透光性の部分であるとしてもよい。
　拡散板１６は、遮光板１５の光透過部を通過した光を拡散や散乱する部材である。拡散板１６を構成する材料や構造は限定されず、透光性の樹脂材料で形成された板状またはフィルム状の部材を用い、表面を粗面化した構造等を用いることができる。拡散板１６を用いることで、透過した光の指向性を低減して視認性を向上させることができる。
　画像表示部１７は、制御部からの画像信号に応じて投影画像を表示する部分である。画像表示部１７に表示された投影画像に対して、バックライトである発光素子の発光面１２ａ，１２ｂからの光が照射されることで、画像照射部１０から第１画像光および第２画像光が照射される。画像表示部１７の具体的な構成は限定されないが、透過型液晶表示装置等を用いることができる。
　図３は、画像照射部１０の構造例を示す模式平面図であり、図３（ａ）は光源部の構造を模式的に示し、図３（ｂ）は画像表示部の構造を模式的に示している。図３（ａ）に示したように、基板１１上には複数の発光素子の発光面１２ａ，１２ｂがそれぞれアレイ状に配列されている。図３（ａ）中に示した一点鎖線は、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂの中心を結んだ線であり、それぞれ発光素子の発光面１２ａ，１２ｂの配列の長手方向（第２光源部および第１光源部の長手方向）を示している。また、レンズ部１３ａ，１３ｂは、それぞれ発光素子の発光面１２ａ，１２ｂの配列の長手方向に沿って配置されている。また、発光素子の発光面１２ａと発光素子の発光面１２ｂの配列の長手方向は、互いに角度θだけ傾いて配置されている。
　ここで、角度θは０．２８～４５度の範囲であることが好ましい。θが０．２８度未満の場合には、後述する第１領域と第２領域の傾きに対応させて光を照射することが困難になる。また、θが４５度より大きい場合には、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂを搭載するために必要な基板１１の面積が大きくなり、小型化が困難になる。
　図３（ｂ）に示したように、画像表示部１７は表示面内において、第１画像を表示する第１領域１７ｂと、第２画像を表示する第２領域１７ａを備えている。図３（ｂ）に示した例では、第１領域１７ｂは照射光学部２０およびウィンドシールド３０での曲率によって生じる歪みを補償する形状とされている。また図１に示したように、ウィンドシールド３０内における第１画像光と第２画像光の照射位置と角度が異なっているため、第１領域１７ｂと第２領域１７ａも互いに角度θだけ傾いている。また、遮光板１５には、第１領域１７ｂと第２領域１７ａのそれぞれを包含するように光透過部１５ｂ，１５ａが設けられている。
　図２，３に示したように、第１光源部であるアレイ状に配列された発光素子の発光面１２ｂは、第１領域１７ｂの長手方向に沿って配置されている。また、第２光源部であるアレイ状に配列された発光素子の発光面１２ａは、第２領域１７ａの長手方向に沿って配置されている。したがって、発光素子の発光面１２ｂ，１２ａは、それぞれ第１領域１７ｂおよび第２領域１７ａに対して光を照射する。ここで、第１領域１７ｂ、第２領域１７ａの長手方向とは、それぞれの領域の中心線に対する接線方向または、中心線に近似した直線方向を意味している。一例としては、発光素子の発光面１２ｂの配列の中心線が、第１領域１７ｂの中心線の近似直線と重なっている。
　アレイ状に配列された発光素子の発光面１２ｂから照射された光は、レンズ部１３ｂ、共通レンズ１４、光透過部１５ｂ、拡散板１６を透過して第１領域１７ｂに入射する。これにより、第１領域１７ｂに表示された第１画像は、第１画像光として画像照射部１０から自由曲面ミラー２１に照射され、自由曲面ミラー２２およびウィンドシールド３０で反射されて虚像４０を結像される。
　また、アレイ状に配列された発光素子の発光面１２ａから照射された光は、レンズ部１３ａ、共通レンズ１４、光透過部１５ａ、拡散板１６を透過して第２領域１７ａに入射する。これにより、第２領域１７ａに表示された第２画像は、第２画像光として画像照射部１０から照射されて光分岐部２３で分岐され、自由曲面ミラー２４、自由曲面ミラー２２およびウィンドシールド３０で反射されて虚像５０を結像される。
　図４は、虚像４０の結像状態を示す写真であり、図４（ａ）は第１光源部と第２光源部を平行に配置した場合を示し、図４（ｂ）は第１光源部と第２光源部を角度θだけ傾斜させて配置した場合を示している。図４（ａ）に示したように、第１光源部である発光素子の発光面１２ｂの配列を第２光源部である発光素子の発光面１２ａの配列と平行にした場合には、第１領域１７ｂと第２領域１７ａの相対的な傾きと発光素子の発光面１２ｂ，１２ａの配列が一致しないため、結像された虚像４０に斜めに輝度ムラが生じている。発光素子の発光面１２ｂと発光素子の発光面１２ａを平行に配列する場合には、このような輝度ムラを低減するために、発光素子の発光面１２ｂを複数列のアレイまたはマトリクス状に配置する必要があり、輝度ムラを抑制するために必要な素子数が多くなってしまう。
　それに対して、図４（ｂ）に示したように、第１光源部である発光素子の発光面１２ｂの配列を第２光源部である発光素子の発光面１２ａの配列を角度θだけ傾斜させて配置した場合には、第１領域１７ｂと第２領域１７ａの相対的な傾きと発光素子の発光面１２ｂ，１２ａの配列が一致し、結像された虚像４０には輝度ムラが生じず均一な画像表示となっている。したがって、歪み補償された第１領域１７ｂが第２領域１７ａに対して傾斜して設けられていても、発光素子の発光面１２ｂを一列のアレイ状に配置するだけで輝度ムラを低減し、必要な素子数を低減することができる。
　上述したように本実施形態の画像投影装置では、発光素子の発光面１２ｂ，１２ａの配列が互いに角度θだけ傾いて配置されていることで、第１領域１７ｂと第２領域１７ａに対して適切に光を照射することができる。これにより、ウィンドシールド３０の異なる領域に複数の画像を照射しても設計自由度を高く維持し、輝度ムラを抑制するために必要な発光素子の発光面数を低減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５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５は、本実施形態に係る光源部の構造例を示す模式平面図である。本実施形態では、レンズ部１３ａ，１３ｂとして複数のレンズを用いる点が第１実施形態と異なっている。
　図５に示したように、基板１１上には複数の発光素子の発光面１２ａ，１２ｂがそれぞれアレイ状に配列されている。また、発光素子の発光面１２ａと発光素子の発光面１２ｂの配列の長手方向は、互いに角度θだけ傾いて配置されている。また、レンズ部１３ａ，１３ｂは、平面視で円形状に形成された個別レンズが複数配列されて構成され、それぞれの個別レンズの中心が発光素子の発光面１２ａ，１２ｂの中心に重なるように配置されている。したがって、個別レンズの中心を結んだ線は、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂの配列の長手方向に沿って配置されている。
　本実施形態においても、発光素子の発光面１２ｂ，１２ａの配列が互いに角度θだけ傾いて配置されていることで、第１領域１７ｂと第２領域１７ａに対して適切に光を照射することができる。これにより、ウィンドシールド３０の異なる領域に複数の画像を照射しても設計自由度を高く維持し、輝度ムラを抑制するために必要な発光素子の発光面数を低減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、本実施形態に係る光源部の構造例を示す模式平面図である。本実施形態では、発光素子の発光面１２ｂの配列とレンズ部１３ｂが平面視で湾曲して形成されている点が第１実施形態と異なっている。
　図６に示したように、基板１１上には複数の発光素子の発光面１２ａ，１２ｂがそれぞれアレイ状に配列されている。また、図中において一点鎖線で示したように、発光素子の発光面１２ｂの中心を結んだ長手方向は湾曲している。この発光素子の発光面１２ｂの配列の長手方向は、発光素子の発光面１２ａの配列に対して角度θだけ傾斜している。ここで湾曲した長手方向が角度θだけ傾斜しているとは、湾曲した長手方向に近似した直線または長手方向における接線、具体的には複数の発光素子の発光面１２ｂの中央における接線が、発光素子の発光面１２ａの配列の長手方向に対して角度θだけ傾いていることを意味している。同様に、レンズ部１３ｂの長手方向は、レンズ部１３ａの長手方向に対して角度θだけ傾斜して配置されている。
　図６に示した発光素子の発光面１２ｂの配列およびレンズ部１３ｂの中心線は、図３（ｂ）に示した第１領域１７ｂの中心線と略一致していることが好ましい。発光素子の発光面１２ｂ、レンズ部１３ｂおよび第１領域１７ｂの中心線が略一致していることにより、発光素子の発光面１２ｂから照射された光が第１領域１７ｂに対してより均一に照射され、発光素子の発光面１２ｂの素子数を低減しながらも輝度ムラを抑制することができる。
　（第４実施形態）
　次に、本発明の第４実施形態について図７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７は、本実施形態に係る光源部の構造例を示す模式平面図であり、図７（ａ）は発光素子の発光面を千鳥状に複数配置した例を示し、図７（ｂ）は発光素子の発光面を曲線に沿った千鳥状に複数配置した例を示している。図７（ａ）（ｂ）に示すように本実施形態では、複数の発光素子の発光面１２ａ，１２ｂが千鳥状に配列されて発光素子群２５ａ，２５ｂ，２６ｂを構成しており、本発明における第２光源部および第１光源部に相当している。
　発光素子群２５ａ，２５ｂ，２６ｂは、それぞれに含まれている複数の発光素子の発光面１２ａ，１２ｂの外周を結んだ領域であり、図７（ａ）に示した例では略矩形状を成し、図７（ｂ）に示した例では二つの円弧に挟まれた扇状を成している。また、発光素子群２５ａ，２５ｂ，２６ｂには複数の発光素子の発光面１２ａ，１２ｂが含まれており、図７（ａ）（ｂ）に示した例では、各発光素子群２５ａ，２５ｂ，２６ｂの長手方向における中心線に沿って、発光素子の発光面１２ａ，１２ｂが交互に千鳥状に配列されている。また、発光素子群２５ａ，２５ｂ，２６ｂの中心線は、それぞれレンズ部１３ａ，１３ｂの中心線と略一致している。
　本実施形態においても、発光素子群２５ａの中心線と、レンズ部１３ｂおよび第１領域１７ｂの中心線が略一致していることにより、発光素子の発光面１２ｂから照射された光が第１領域１７ｂに対してより均一に照射され、発光素子の発光面１２ｂの素子数を低減しながらも輝度ムラを抑制することができる。
　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。
　本国際出願は、２０２２年３月１６日に出願された日本国特許出願である特願２０２２－０４１９４５号に基づく優先権を主張するものであり、当該日本国特許出願である特願２０２２－０４１９４５号の全内容は、本国際出願に援用される。
　本発明の特定の実施の形態についての上記説明は、例示を目的として提示したものである。それらは、網羅的であったり、記載した形態そのままに本発明を制限したりすることを意図したものではない。数多くの変形や変更が、上記の記載内容に照らして可能であることは当業者に自明である。
１０…画像照射部
２０…照射光学部
３０…ウィンドシールド
４０，５０…虚像
１１…基板
１２ａ，１２ｂ…発光素子の発光面
１３ａ，１３ｂ…レンズ部
１４…共通レンズ
１５…遮光板
１５ａ，１５ｂ…光透過部
１６…拡散板
１７…画像表示部
１７ａ…第２領域
１７ｂ…第１領域
２１，２２，２４…自由曲面ミラー
２３…光分岐部
２５ａ，２５ｂ，２６ｂ…発光素子群 

Claims (7)

  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、
    　前記投影画像を表示する画像表示部と、
    　前記画像表示部に対して照射光を照射する光照射部と、
    　前記表示部を介して前記照射光を前記投影画像として視点方向に照射する照射光学部と、を備え、
    　前記投影画像は、前記表示部の異なる領域に投影される第１画像および第２画像を含み、
    　前記画像表示部は、前記第１画像を表示する第１領域と、前記第２画像を表示する第２領域を備え、
    　前記光照射部は、前記第１領域に対して光を照射する第１光源部と、前記第２領域に対して光を照射する第２光源部を有し、
    　前記第１光源部の長手方向と前記第２光源部の長手方向は互いに角度θだけ傾いて配置されてい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、
    　前記第１光源部は、前記第１領域の長手方向に沿って配置され、
    　前記第２光源部は、前記第２領域の長手方向に沿って配置されてい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、
    　前記第１光源部および前記第２光源部は、それぞれ複数の発光素子の発光面がアレイ状に配列されていることを特徴とする画像投影装置。
  4. 　請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
    　前記第１光源部と前記第１領域の間に配置され、前記第１光源部の長手方向に沿った第１レンズ部と、
    　前記第２光源部と前記第２領域の間に配置され、前記第２光源部の長手方向に沿った第２レンズ部とを備えることを特徴とする画像投影装置。
  5. 　請求項４に記載の画像投影装置であって、
    　前記第１レンズ部および／または前記第２レンズ部は、中央部に配置された屈折部、および前記屈折部の両脇に配置された反射部が予め定められた方向に延伸された形状を有していることを特徴とする画像投影装置。
  6. 　請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
    　前記角度θは、０．２８～４５度の範囲であることを特徴とする画像投影装置。
  7. 　請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
    　前記第１画像の虚像と前記第２画像の虚像は、結像位置が異なることを特徴とする画像投影装置。 
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