JP4159466B2 - 投影配置構成 - Google Patents

Description

本発明は、投影装置と投影面とを有する投影配置構成であって、投影面上に像を形成するために、投影装置が形成すべき像の各々の画素に対する光線束で投影面を照明し、さらに投影面が当該投影面を通過する光線を拡散させるための光線拡散装置を有しているものに関する。

ドイツ特許第１９５４０１０８C２号により公知の同種の投影配置構成は、自動車の計
器盤内に配置されていて、投影面の後方に写像光学系を有しており、その対象側の焦点は投影装置と光線拡散装置との間に位置している。そうすることによって、投影面上の像はフロントガラスに反射して拡大されて、観察者によって虚像として知覚され得る。

しかし、このようにフロントガラスに虚像を拡大して写し出すことは、写像光学系が必要なために、計器盤内に大きなスペースを要する。だが、このようなスペースは自動車ではほとんど確保できない。なぜならば、計器盤内には計器や操作要素のための電気配線や、換気扇用のダクトなどが密集しているからである。写像光学系を計器盤の下方の領域に配置しようとすれば、自動車の設計を大幅に変更することが必要となるであろう。さらに、光が妨げられずに進出するためには計器盤内に非常に大きい開口部が必要となるが、これはデザイン上の理由から受け入れられない。

さらに、ドイツ特許出願公開第１９７３０５６３A１号により自動車のためのホログラ
フィック投影面が知られている。像情報の放射は、ホログラムを形成する際にあらかじめ設定された調節可能な角度範囲で観察者に向かって行われ、ホログラフィック投影面は周囲光を吸収して、像表示に必要な光のみを観察者に向けて偏向することになっている。しかしこのような投影面の短所は、この種類の投影面の性質が入射光線束の波長と有効光の光線束の入射方向に依存して、ほとんど制御できない点である。さらに、像表示の品質も、投影面それ自体の状態も、観察方向に非常に強く依存している。

本発明の課題は、冒頭で述べた種類の投影配置構成を改良して、質的に高い像表示を実現することである。

この課題を解決するために、冒頭に記載した種類の投影配置構成において、投影面が鏡を包含していて、投影面に入射する光線束の方向で見て鏡の前方に光線拡散装置が設けられており、鏡が、投影装置から来て光線拡散装置を通過して鏡に当たる各々の光線束を反射して、光線拡散装置を通過する少なくとも１つの出射光線束が主光線で形成されるようにし、しかも第１の方向で隣接している投影面の場所（もしくは投影面上の個所）から出発する出射光線束の主光線が、１つの平面内にある仮想の観察視野に収斂し、さらに光線拡散装置によって引き起こされた各々の出射光線束の拡散は、出射光線束がその都度拡散して、平面内で観察視野以上は照明しないようにされている。鏡で反射し、また光線拡散装置によって出射光線束を拡散させることにより、有利にもほぼ全光エネルギーが観察視野に到達することができるので、像の明るさは著しく高くなる。本発明による投影配置構成を自動車などの交通手段に組み込むと、最大１：５００のコントラスト比を達成できる。

さらに、投影配置構成の構造は投影面に基づき比較的単純であり、それによって投影配置構成は特に廉価に実現できる。
投影面の指向特性と、それに基づく像の高い明るさにより、投影配置構成の電力消費も極めて低く、たとえば５０ワット未満であり得る。

本発明による投影配置構成の有利な構成において、投影面が湾曲している。この湾曲は種々の方向で異なっていてよく、特に投影面が、たとえば波打っているように湾曲を選択することもできる。しかし投影面に存在する湾曲にかかわりなく常に指向特性が与えられているので、投影面の幾何学的形状はその光学的性質とは関係なく選択できることが有利である。このことを利用して、たとえば本発明による投影配置構成を自動車内で使用する場合に、投影面を計器盤の（湾曲した）形状に適合して計器盤上に設けるか、又は計器盤と一体化することができる。そうすることによって、特に自動車製造において高いデザインに対する要求が満たされる。

本発明による投影配置構成の好適な構成において、光線拡散装置が散乱層を包含しており、散乱層は特にフォイルとして形成されてよい。この散乱層により、出射光線束を極めて単純なやり方で所望通りに拡散させることができる。このような散乱層は、鏡との隙間を小さくして、又は直接鏡の上に設けることができ、それによって最適な像品質が達成される。散乱層は、好ましくは投影面と同じ湾曲を有することができ、したがって極めてコンパクトに形成できる。

さらに、本発明による投影配置構成において、出射光線束の強度分布を光線拡散装置によって規定して、各々の光線束において主光線の強度が最大であり、残りの光線に対しては主光線に対する角度が増すに連れて減少するようにできる。このような強度分布によって、像の良好な品質が達成される。

特に光線拡散装置は、さらに投影装置から来る光線束の方向や出射光の方向とは異なる方向から来る入射光を遮断する遮光板を包含してよい。このような遮光板により、入射光線束が妨げられずに鏡に当たり、出射光線束が観察者によって知覚される一方で、好ましくない周囲光が遮断され、したがって像表示の品質が低下しないことが保証される。さらにこの投影配置構成を自動車に使用する場合は遮光板によって、自動車の外部の投影面が明るく発光する面として知覚されないことが確保される。さらに遮光板は計器盤と同じ色で着色でき、そうすることによって投影面を視覚的に完全に計器盤と一体化することができる。

特にこのような遮光板は、投影面に入射する光線束の方向で見て散乱層の前方に位置することができる。このような配置構成では、遮光板の作用は非常に効果的である。遮光板はさらに互いに離間して平行に延びている複数の薄板を包含し、これらの薄板に当たる光を遮蔽するようになっている。遮光板はさらに互いに離間して平行に延びている複数の第２の薄板を有することができ、これらの薄板は当該薄板に当たる光を遮蔽し、かつ第１の薄板に対して横断方向に配置されている。薄板を有するこのような遮光板は、たとえば米国特許第６２６９９１１B1号明細書に記載されており、フォイルとして市販されているので、本発明による投影配置構成は簡単に実現できる。

さらに本発明による投影配置構成では、鏡が湾曲して連続している反射層を包含してよい。これはたとえば、支持体の鏡面加工した表面によって実現でき、この表面は連続的に延びる自由成形面として形成されている。この場合、自由成形面の湾曲は、入射光線束の鏡面反射において対応する画素に対して主光線の収斂がなされるように選択されている。

択一的に、本発明による投影配置構成において鏡が複数の平滑な鏡面を有する多面鏡と
して形成されていることも可能である。この場合、各々の鏡面上に散乱層の一部を被覆として直接設けることができる。このような多面鏡では、投影面の所望の湾曲とかかわりなく鏡面の傾きを規定することが可能である。

特に鏡面は、少なくとも２つの鏡面の面法線が互いに平行ではないように配置できる。好ましくは反射によって主光線の収斂が引き起こされるような配置が選択される。これにより、投影面の指向特性は投影面の所望の湾曲にかかわりなく調節でき、投影面を容易に所定の基本条件に適合させることができる。

本発明による投影配置構成の特に好ましい構成例において、各々の鏡面の面積が、投影面上に形成すべき像の画素の大きさよりも小さい。この場合、鏡要素の数が画素数の２倍であると、像品質は著しく改善される。この構成例では、入射光線束が複数の鏡面に反射することにより、１つの入射光線束から、複数の平行でない出射光線束が形成され得る。

本発明による投影配置構成の有利な構成例において、鏡は反射鏡である。この場合は、汚れ、及び汚れに起因する像表示の劣化は効果的に防げる。
さらに、本発明による投影配置構成において鏡は透明プレートを包含でき、当該プレートの少なくとも片側が構造化されていて、プレートを通過する光線束の方向が変化するようにした。そうすることによって鏡を特に簡単に実現することができる。またプレートも、当該プレートに起因する方向変化に基づき、主光線の収斂が引き起こされる。

好ましくはプレートの、光線拡散装置とは反対側が構造化され、鏡面加工されていて、鏡は唯一の要素によってコンパクトな形で実現できる。これにより、鏡の、ひいては本発明による投影配置構成の製作コストを低減することも可能である。

本発明による投影配置構成においては、第２の方向で隣接している投影面の場所から出発する出射光線束の主光線が、鏡における反射に基づいて観察視野に収斂し、しかも第２の方向は第１の方向とは異なっている。特に両方向は90°の角度を包囲できる。とりわけ、出射光線束のすべての主光線が観察視野に収斂できる。この構成例により、像の明るさを高めることができることが有利である。

特に本発明による投影配置構成において、投影装置が強度調整された光線束を形成し、投影面によって偏向させて像を形成することができる。光線束のこの偏向は、走査パターン状（偏向は全像範囲にわたって線状に行われ、光線束は暗い画素では暗く走査される）か、又はベクトル状（偏向は主として明るい画素に沿ってのみ行われる）に行なわれる。それによって、投影面上に実像を形成することが簡単に可能になる。

光線束はほぼ共線的であり、エミッタンスは０．２ｍｍ ｍｒａｄ未満（たとえば０．１ｍｍ ｍｒａｄ）であり得ることが好都合である。このような光線束はレーザーによって特に簡単かつ効率的に形成でき、単色であるか、又はカラー像については多色とすることもできる。

このような記述型投影装置を使用することと並んで、写像型投影装置を設けることも可能である。写像型投影装置においては、たとえば振動鏡マトリクス又はLCDモジュールに
よって所望の像を形成でき、投影光学系によって投影面上に投影できる。

本発明による投影配置構成は、所定の表面形状を有する面から像が特定の放射特性をもって放射される場合に使用すると有利である。なぜならば、本発明による投影配置構成の投影面は所定の表面形状に応じて形成できるからである。

本発明による投影配置構成を自動車内で使用すると特に有利であり、投影面は好ましくは計器盤上に形成されるか、又はその構成部部分として形成されている。
本発明による投影配置構成は、投影面上の実像が観察者にとって直接把握できるように構成できる。この場合、質的に非常に高い実像の表示が達成される。

択一的に、本発明による投影配置構成は、投影面の前方に配置された（好ましくはほぼ平滑な）反射面を有することができ、この反射面に出射光線束が反射して、投影面上に形成された像が虚像として把握され得る。それゆえ有利には観察者から直接見られないように投影面を配置することができ、そうすることによって投影面の配置構成の可能性が高められている。

本発明による投影配置構成を自動車に使用すると、反射面はフロントガラス（あるいはまた自動車内でフロントガラスのすぐ前方に配置した、好ましくは平滑なガラス板）によって特に簡単に実現できる。像は投影面上に所望の大きさで形成できるので、投影面と反射面との間に写像光学系が必要ないことが有利である。

この場合に特に有利なのは、この虚像が観察者によってフロントガラス前方（すなわち自動車外部）の光景像の中で把握され得ることであり、観察者もしくは運転者は虚像を観察する際に眼をほんのわずかだけ適合させればよい。

フロントガラスが湾曲していると、場合によって像の寸法がわずかに変化する。この場合、傾斜投影で知られている像のジオメトリ修正を行うことができる。これはたとえばDE19737374C2に記載されている。

本発明による投影配置構成では、出射光線束の拡散が好ましくは等方性に行なわれるので、光線拡散装置を特に単純に構成できる。本発明による投影配置構成を自動車に使用すると、自動車内で典型的なスペース状況において、出射光線束の発散角は２ないし10°であることができ、特に発散角は５°であると非常に有利であることが分かった。たとえば観察視野が種々の幅と高さを有する場合に、出射光線束の拡散を異方性に引き起こすことも可能である。

さらに、鏡面反射が行なわれる鏡の反射層は、反射時に同時に光線拡散装置の機能も引き起こされるように構造化することができる。そのような鏡は、たとえば所望の表面構造をプレートの表面に模造した後で、構造化された表面を鏡面加工することによって製造できる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１には、本発明による投影配置構成の実施形態の側面図が示されている。この投影配置構成は、自動車に組み込まれていて、投影装置１と投影面２を包含している。投影装置１は自動車内の天井区域でフロントガラス３の近傍に配置されており、投影面２は計器盤４上に設けられている。この場合、投影面２の形状は通常種々の方向で湾曲の異なる計器盤４の形状に適合している。もちろん、投影面２を同時に計器盤４の一体的な部分として構成することも可能であり、それは典型的には幅35cm、高さ10cmの大きさを有することができる。

投影装置１は、ほぼ平行な強度調整された光線束５を形成する。光線束５は、図１に略示するように投影面２によって偏向されて、その上に実像を生じさせる。投影面２は、投影装置１から来る光を出射光線束６として、所定の空間領域７においてのみ運転者８に向かって放射する。その結果、運転者が自動車の運転席に座ると、投影面２上に実像を把握
することができる。

この投影面２の所定の放射性質に基づき、投影面２上の像は投影面からのあらゆる間隔において、１つの平面内に位置する観察視野の内部でのみ見ることができる。図１では、観察視野９は直接運転者の眼１０の範囲に記入されている。

観察視野９の大きさは投影面２の放射特性によって規定され、またこの放射特性は以下に詳述する方策によって調整されて、種々異なる体格の運転者８が投影面の像を見ることができるようになっている。さらに、頭の通常の運動範囲（したがってまた眼の運動範囲）が考慮され、ここでは四角形の観察視野９が投影面２から約800mm離れた位置で約30×30cmの延長を有している。

投影面２の所望の放射特性を形成するために、投影面２は、図２に示す投影面２の部分の分解図に見られるように多面鏡１１を有しており、その上に散乱層１３とブラインド型遮光板１４とからなる光線拡散装置１２が載せられている。

投影面２の多面鏡１１は、投影装置１の入射光線束５を局所的に個別に反射させる働きをし、反射した光線束６を所望通り拡散させるために散乱層１３が設けられている。ブラインド型遮光板１４は、必要ならば、散乱層１３によって引き起こされる光線拡散を制限するために使用できる。さらに、ブラインド型遮光板１４は、好ましくない周囲光が多面鏡１１に当たって像表示を劣化させ、また実像が第三者によって見られることを防ぐ。多面鏡１１、散乱層１３及びブラインド型遮光板１４は、それらの光学的役割に関して最適化されている。

たとえば多面鏡１１はPMMAプレート１５（PMMA：ポリメタクリル酸メチル）を包含しており、その散乱層１３に向けられた表面は構造化及び鏡面加工されている。構造化は、多数のマイクロプリズム１６が形成され、しかも各々のプリズム面が平滑な鏡面１７として利用されるように実施する。マイクロプリズム１６を適切に形成することにより、鏡面１７の傾きを完全に互いに独立に、また投影面２の幾何学的（肉眼的）形状にかかわりなく広い限界内で調整することも可能である。この調整は、投影面２の公知の形状もしくは所定の形状では、以下に詳述するように、鏡面１７で反射した光線束が空間領域７でのみ反射するように行なわれる。

散乱層１３はフォイルとして形成されている。フォイルは多面鏡１１の上に直接載っており、図２に記入された散乱ローブ１８で略示するように、散乱層１３を通過する光線束の発散角（光線束の開放角の半分）を拡大させる。ここでは散乱層１３によって引き起こされた拡散は、出射光線束６の発散角が２ないし10°の範囲にあるように選択されている。散乱層１３には、たとえばPOC Physical Optics Corporation Torrance社（カナダ、トランス）のホログラフィック拡散体を使用できる。これはここで使用する波長に対して透過がほぼ依存しないという利点を有している。

散乱層１３上にはブラインド型遮光板１４が設けられている。これはフォイルとして形成されていて、互いに離間して平行に延びている多数の薄板１９を有しており、薄板１９は当該薄板に当たった光を吸収する。薄板１９の間隔、それらのフォイル内の傾き、及び高さにより、入射光と出射光の角度範囲は薄板１９に対して横断方向に制限できる。この場合、ブラインド型遮光板１４は、入射光線束５と出射光線束６とがブラインド型遮光板を妨げられずに通過できるように構成されている。ブラインド型遮光板１４は特に、不都合にも投影面２に当たる外部光（たとえば太陽光や室内照明）が運転者８によって投影面２上に知覚されるのを妨げる。さらに、ブラインド型遮光板１４は計器盤４と同じ色で着色して、投影面２の外観を計器盤に適合させることができる。さらに、ブラインド型遮光
板１４によって、投影面２が自動車の外部に発光面として現われるのを防ぐ。所望の性質（たとえば薄板の傾き）を有するそのようなブラインド型フォイル１４は、たとえば３Ｍ社から購入できる。

図３の側面図で最もよく見ることができるように、投影装置１はそれぞれ強度調整された共線的（もしくはほぼ共線的）な光線束を、それぞれいずれかの原色、すなわち赤、緑及び青で放射３つのレーザー光源２０、２１、２２と、光線集合装置２３とを包含している。光線集合装置２３は、レーザー光源２０、２１、２２の３つの光線束を１つの共通の赤・緑・青光線束に重ね合わせる。次いでこの光線束は投影装置１の２軸式に作動する偏向装置２４により、行方向（フロントガラス３と平行）及びこれに対して垂直な列方向で投影面２にわたって走査される。列方向における偏向角はψであり、運転者８の視線で見た図４に記入されているように、行方向における偏向角はφである。さらに、投影面２上の種々の画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５及びＰ６に対する光線経路が示されている（列方向におけるＰ１−Ｐ３及び行方向におけるＰ４−Ｐ６は隣り合っている）。像の大きさは、角ψとφの大きさ及び偏向装置２４と投影面２との間隔によって決まる。図示の例ではこの間隔は約700mm、ψ＝４°及びφ＝28°であり、像の大きさは約10×35cmとなる
。角ψ及びφが偏向装置２４によって固定した値として設定されていて、投影面２上で所望する像の大きさが得られない場合（たとえば組み付け条件により投影間隔が決められている場合）、偏向装置の後方の光線経路に公知の変換光学系を配置して、偏向角及び像の大きさを所望通りに適合させることができる。

図３に見られるように、ほぼ共線的な光線束５は、エミッタンスが0.2mm mrad未満（たとえば0.1mm mrad）であり、画素P1ないしP6を形成するために投影面２に向けられ、投影面２からそれぞれ主光線２５を有する発散光線束６として放射される（主光線２５とは、光線拡散のない鏡面反射に基づいて、つまり反射の法則（入射角と出射角は等しい）に従って生み出される光線である）。この場合、すべての主光線２５は観察視野９における眼点２６に、もしくは眼点２６を包含する空間領域に収斂する。これは、画素Ｐ１からＰ６の各々に対応する鏡面１７が傾いていて、入射光線束５の鏡面反射時に主光線２５が眼点２６に向かって偏向されることによって達成される。

したがって鏡面１７の傾きは、投影面２内の局所的な位置、眼点２６からの距離、及び反射の法則に従って投影面２に当たる光線束５の入射角に応じて調整される。この反射を明瞭に示すために、図３では画素Ｐ２について光学垂線２７が記入され、図４には画素Ｐ５について光学垂線２７′が記入されている。

さらに、図３及び図４に示すように、投影面２に画素Ｐ２に対する肉眼的な面法線２８と、Ｐ５に対する肉眼的な面法線２８′を割り当てると、行方向でも列方向でも光学垂線２７、２７′と面法線２８、２８′は傾きが異なっている。図３及び図４には、これらの線によって囲まれる角γ及びδが記入されている。ここから、投影面２の（肉眼的な）表面形状は反射光線束６の所望された方向とはかかわりなく選択できることが明らかである。それゆえ、投影面２の所望された光学的性質は、投影面２の形状（もしくは湾曲）にほぼ関係なく形成することが可能である。

さらに、鏡面１７に反射した光線束は散乱層１３によって拡散されて、列方向における出射光線束６の発散角Θ及び行方向における発散角τはそれぞれ所定の値を取るようになっている。これらの値は観察視野９と投影面２との間隔から生じ、発散光線束６がそれぞれ観察視野９を照らすように選択される。

ここで説明する例では運転者８、したがってまた観察視野９と投影面２との間隔は約800mmであり、観察視野は20×20cmの広がりを有するので、出射光線束６の発散角Θ及びτ
は好ましくはそれぞれ５°に調整される。それによって散乱層１３による拡散は等方性に行なわれ、発散角Θ及びτは等しい。

もちろん発散角Θ及びτが異なる値を有することも可能である。この場合、観察視野の広がりも行方向と列方向では異なる。
さらに、図３及び図４でも、図示された出射光線束６に対する散乱ローブ１８が記入されている。これらの散乱ローブ１８から、像の明るさは観察視野９の中心が最高であり、周縁に向かうに連れて減少することが分かる。この場合、減少は中心を起点にして最初は比較的少なく、周縁領域で非常に強く減少する。そうすることによって全観察視野にわたって像の明るさを比較的一様に分布させることが可能となる。

投影面２の指向的な放射特性により、有利には投影に使用されるほぼすべての光エネルギーが観察視野９で、したがって眼１０の運動範囲で写像されることも達成される。そうすることによって投影された像の十分な明るさを引き起こすことができ、昼間でも像は運転者８に良く見えるようになる。

図５に、投影面２の部分を拡大して断面図で示す。図５に見られるように、投影面２は各々の入射光線束５から、主光線２５を有する出射光線束６を生み出す。主光線２５の方向は、鏡面加工されたマイクロプリズム面１７でも鏡面反射に基づいて決まる。出射光線束６の発散角Θ及びτは散乱層１３によって調整される。図５に示した例では、さらにブランド型遮光板１４も発散角の制限に寄与する。なぜならば、ブラインド型遮光板１４が発散角を大きくする原因となる散乱光線を吸収するからである。したがってブラインド型遮光板４により、散乱層１３によって形成された出射光線束６の発散角をさらに計画的に小さくできる。

図６に、多面鏡１１の別の実現可能性を分解図で示す。多面鏡１１は第１のPMMAプレート２９と第２のPMMAプレート３０を包含している。第１のプレート２９の表面上には、互いに平行に延びる溝３１が形成されている。これらの溝３１は（拡大した部分図に示すように）Ｖ字形断面を有している。この表面は鏡面加工されていて、平滑な鏡面１７は４０°の入射角が付けられている。第２のPMMAプレート３０は第１のプレート２９に向けられた平坦な側３０′、及びこれと反対側の第２の側３２を有している。第２の側３２は、互いに平行に延びる多数のＶ字形断面の溝３３を包含している。この場合、Ｖ字形断面の一方の側は平坦な側３０′に対してほぼ垂直であり、光学的作用面３４として働くＶ字形断面の他方の側が平坦な側３０′と共に第１の側よりも小さい角度を包囲する。さらに、溝３３の作用面３４の傾き角は第２のプレート３０の中央Ｍから、溝の方向に対して直交方向で両外側に向かって大きくなっている。円柱レンズに等しい作用をする第２のPMMAプレート３０は、第１のPMMAプレート２９の上に載せて溝３３が溝３１と直角に交わるようにする。そうすることによって出射光線束６の偏向は、一方では第２のプレート３０における屈折により、他方では第１のプレート２９における反射により形成される。

図６に示す多面鏡により、主光線２５の収斂は、溝３１の溝方向で隣接している投影面の場所から出発する出射光線束６に対してのみ引き起こされ、溝方向に対して直交方向で隣接している場所から出発する光線束６の主光線は平行に、又は広がって進むことができる。この場合、この方向における出射光線束の拡散は、出射光線束が眼１０の範囲でなおも重なり合うように選択される。

図７に示す多面鏡１１の別の可能な構成では、PMMAプレート３５の下側に、Ｖ字形断面の溝３６を有する溝構造が形成されていて、この溝構造が鏡面加工されている。プレート３５の上側にはPMMAプレート３０に対応する溝構造が設けられているので、多面鏡１１は裏面鏡として形成されている。

本発明による投影配置構成の別の実施形態を図８に示す。図１に示した実施形態との違いは、投影装置１が自動車の天井区域にはなく、計器盤４の内部又はその後方に組み込まれている点である。

投影装置１から放射された光線束は、フロントガラス３とほぼ平行に進み、自動車内部の天井区域でフロントガラス３の近傍に配置された反射鏡３７に当たり、ここで反射されて、再びフロントガラス３とほぼ平行に進み、投影面２に当たる。反射鏡３７の位置は、像の位置を運転者の希望に合わせるために調整したり、固定したりできる。運転者は光線経路を曲げるためにのみ用いることが好ましい。そうすると投影装置１を計器盤４内に配置でき、運転者に接近できる自動車室内で投影配置構成に要するスペースは（小型の）反射鏡３７のみとなる。

反射鏡３７の組み込みスペースは、たとえばバックミラー３８で隠すことができる。図８に示すように、フロントガラス３上にさらに遮光板３９が設けられていると、反射鏡３７は自動車の外部からも見えなくなる。このように反射鏡３７を隠すことは、図１に示した実施形態における投影装置１についても同様に可能である。

図９には、本発明による投影配置構成の別の実施形態が示されている。上述の実施形態とは異なり、投影面２、特にブラインド型遮光板１４は、投影面２が直接運転者８からは見えないように形成されている。運転者８は、投影面２で生み出された実像（中間像）がフロントガラス３の内側４０で反射した像を見る。そのため運転者８にとっては、投影面２で生み出された実中間像の（虚）像４１がフロントガラス３の前方にある実際の光景像の中に現われる。図９に示す投影配置構成のその他の要素は、図１に示した実施形態の要素にほぼ対応しているので、同じ参照符号を付ける。

特にレーザー光源を有する投影装置１を使用する場合は、ガラスと空気の界面に存在する反射度により十分明るい像の印象が得られる。フロントガラス３の外側の界面における反射によって生じ得るゴーストを抑制するために、公知の方策、たとえばフロントガラス３の内面４０で広帯域反射を高めることを実施できる。

図９に示す実施形態では、計器盤４の範囲にもフロントガラス３の内側４０に遮光板４２を設けることができるので、投影面２は外から見えない。
図１０に示す投影配置構成は、図９に示した実施形態と比べて少し異なり、投影装置１は自動車の天井区域ではなく、（図８に示す投影配置構成と同様に）計器盤４の内部に配置されている。さらに、自動車の天井区域でバックミラー３８と遮光板３９との間に反射鏡３７が配置されている。投影装置１から放射された光線束５はフロントガラス３にほぼ平行に進み、反射鏡３７に当たる。反射鏡３７は光線束５を投影面２に反射する。投影面２から出発する光線束６はフロントガラス３の内側４０で反射されて、再び運転者８にとって自動車外部のフロントガラス３の前方に実際の光景像の中に虚像４１が見える。

もちろん上述の実施例のほかに、投影装置１を天井面の別の区域又はフロントガラス３の側方枠、たとえばＡピラーの領域に配置して、投影面２に斜めに投影し、又は場合によって必要な反射鏡を設けることも可能である。

本発明による投影配置構成の実施形態の側面図。 図１に示した投影面の拡大部分の分解図。 図１に示した実施形態において、説明のために光線経路を付加した側面図。 図３に示した実施形態を運転者から見た図。 図３に示した投影面の部分の拡大断面図。 投影面の鏡の実施形態を示す図である。 投影面の鏡の別の実施形態を示す図。 本発明による投影配置構成の別の実施形態の側面図。 本発明による投影配置構成の別の実施形態の側面図。 本発明による投影配置構成のさらに別の実施形態の側面図。

Claims (19)

1. 投影装置（１）と投影面（２）とを有し、投影面（２）上に像を形成するために、投影装置（１）が形成すべき像の各々の画素（Ｐ１−Ｐ６）に対する光線束（５）で投影面（２）を照明し、さらに投影面（２）が当該投影面（２）を通過する光線を拡散させるための光線拡散装置（１２）を備えている投影配置構成において、
   投影面（２）が鏡（１１）を包含していて、投影面（２）に入射する光線束（５）の方向で見て鏡（１１）の前方に光線拡散装置（１２）が設けられており、鏡（１１）が、投影装置（１）から来て光線拡散装置（１２）を通過して鏡（１１）に当たる各々の光線束（５）を反射して、光線拡散装置（１２）を通過する少なくとも１つの出射光線束（６）が主光線（２５）で形成されるようにし、しかも第１の方向で隣接している投影面（２）の場所から出発する出射光線束（６）の主光線（２５）が、１つの平面内にある仮想の観察視野（９）に収斂し、さらに光線拡散装置（１２）によって引き起こされる各々の出射光線束（６）の拡散は、出射光線束がその都度拡散し、しかも所定の平面内で観察視野（９）の範囲のみ照明し、
   鏡（１１）は複数の平滑な鏡面（１７）を有する多面鏡として形成され、各々の鏡面（１７）はそれぞれ光学垂線（２７，２７’）を定義し、各々の光学垂線（２７，２７’）はそれぞれ対応する鏡面（１７）に対して垂直であり、各々の鏡面（１７）に入射する光束線（５）の入射角と、各々の画素からの主光線（２５）の出射角とをそれぞれ光学垂線（２７，２７’）を基準として計測すると入射角と出射角は等しく、
   投影面（２）の肉眼的な表面形状は、複数の画素（Ｐ１−Ｐ６）を含む湾曲した部分を有し、各々の画素（Ｐ１−Ｐ６）はそれぞれ肉眼的面法線（２８，２８’）を定義し、肉眼によって観察すると各々の肉眼的面法線（２８，２８’）はそれぞれ対応する画素（Ｐ１−Ｐ６）に対して垂直であり、
   さらには各々の鏡面（１１）によって肉眼的面法線（２８，２８’）と光学垂線（２７，２７’）とが異なる傾きをなすように設定可能にされ、投射面（２）の表面形状を反射光束線（６）の所望される方向とは無関係に選択可能とすることを特徴とする投影配置構成。
2. 投影面（２）が湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の投影配置構成。
3. 光線拡散装置（１２）が散乱層（１１）を包含していることを特徴とする請求項１又は２に記載の投影配置構成。
4. 散乱層（１３）が鏡（１１）に付着されていることを特徴とする請求項３に記載の投影配置構成。
5. 光線拡散装置（１２）が遮光板（１４）を包含しており、当該遮光板（１４）は投影装置（１）から来る光線束（５）の方向及び出射光（６）の方向とは異なる方向から来る入射光を遮断し、さらに遮光板（１４）が好ましくは、投影面（２）に入射する光線束（５）の方向で見て散乱層（１３）の前方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影配置構成。
6. 遮光板（１４）はさらに互いに離間して平行に延びている複数の薄板（１９）を包含して、当該薄板（１９）に当たる光を遮蔽することを特徴とする請求項５に記載の投影配置構成。
7. 遮光板はさらに互いに離間して平行に延びている複数の第２の薄板を包含しており、これらの薄板は当該薄板に当たる光を遮蔽し、かつ第１の薄板（１９）に対して横断方向に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の投影配置構成。
8. 鏡が湾曲して連続している反射層を包含していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影配置構成。
9. 鏡面（１７）は、少なくとも２つの鏡面（１７）の面法線が互いに平行にならない向きに整えられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投影配置構成。
10. 鏡面（１７）は、反射によって主光線の収斂が達成される向きに整えら れていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投影配置構成。
11. 各々の鏡面（１７）の面積が、投影面（２）上に形成すべき像の画素の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の投影配置構成。
12. 鏡（１１）が透明プレート（３０、３５）を包含しており、当該プレートの少なくとも片側が構造化されていて、プレート（３０、３５）を通過する光線束の方向が変化するようにしたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の投影配置構成。
13. プレート（３０、３５）によって引き起こされる方向変化に基づき、主光線の収斂が達成されることを特徴とする請求項１２に記載の投影配置構成。
14. プレート（３５）の、光線拡散装置とは反対側が構造化されていて、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の投影配置構成。
15. 第２の方向で隣接している投影面（２）の場所から出発する出射光線束（６）の主光線（２５）が、鏡（１１）における反射に基づいて観察視野（９）に収斂し、しかも第２の方向は第１の方向とは異なっていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の投影配置構成。
16. 出射光線束（６）のすべての主光線（２５）が観察視野（９）に収斂することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の投影配置構成。
17. 投影装置（１）が強度調整された光線束を形成し、投影面（２）によって偏向して像を形成することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の投影配置構成。
18. 投影面（２）の前方に設けた反射面（３）は、出射光線束（６）がこの反射面（３）で反射され、それによって投影面（２）上に形成された像が虚像として把握されるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の投影配置構成。
19. 鏡と光線拡散装置とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の投影配置構成。

Images