JP2023104803A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外光による画像照射部の温度上昇を抑制することが可能な画像投影装置を提供する。【解決手段】虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射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（２０）と、表示部を介して画像光を投影画像として視点方向に照射する投影光学部（４０）と、画像照射部（２０）から表示部の間の画像光の光路上に配置され、光を透過する透過モードと光を遮断する遮断モードを切り替えるシャッター部（３０）と、を備える画像投影装置。【選択図】図１

Description

本発明は、画像投影装置に関し、特に虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射す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るため好ましくない。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）も提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。

特開２０１９－１１９２４８号公報 特開２０１９－１１９２６２号公報

このような従来のＨＵＤ装置では、表示部であるウィンドシールドを介して投影画像を照射するため、ウィンドシールドの下方から上方に向けて光を照射するための投影光学系を備えている。そのため、太陽光等の外光がウィンドシールドの上方から入射した場合には、画像を表示する画像照射部まで投影光学系を介して外光が到達してしまう。このとき、投影光学系を介して画像照射部まで到達する外光は、投影光学系の光学パワーによって集光され、温度上昇による劣化を引き起こすという問題があった。

このような温度上昇を抑制するために、投影光学系の光路上に波長カットフィルターを配置して、外光に含まれる赤外光や紫外光をカットすることも提案されている。しかし、外光に含まれる可視光が波長カットフィルターを透過して表示部まで到達することは避けられず、波長カットフィルターの光透過率が１００％ではないため、表示部からの照射光も一部減衰されてしまい画像投影における輝度低下を引き起こす可能性もあった。

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抑制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照射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、前記表示部を介して前記画像光を前記投影画像として視点方向に照射する投影光学部と、前記画像照射部から前記表示部の間の前記画像光の光路上に配置され、光を透過する透過モードと光を遮断する遮断モードを切り替えるシャッター部と、を備え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、シャッター部で光の透過と遮断を切り替えるため、画像照射部からの画像光を透過して画像投影をする透過モードと、外光を遮断して画像照射部の温度上昇を抑制する遮断モードを適宜選択でき、外光による画像照射部の温度上昇を抑制することが可能となる。

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、点灯と消灯を繰り返すパルス駆動によって前記画像光を照射し、前記シャッター部は、前記パルス駆動の点灯期間中に前記透過モードが選択され、前記パルス駆動の消灯期間中に前記遮断モードが選択される。

また、本発明の一態様では、前記シャッター部は、透光部と遮光部を備えた回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動部とを備える。

また、本発明の一態様では、前記シャッター部は、前記画像照射部と前記投影光学部の間に配置されている。

また、本発明の一態様では、前記投影光学部は、前記光路上の中間結像位置で前記画像光を結像し、前記シャッター部は、前記中間結像位置に配置されている。

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、第１画像を照射する第１照射領域と、第２画像を照射する第２照射領域を備え、前記シャッター部は、前記第１照射領域と前記第２照射領域のそれぞれに対して、前記透過モードと前記遮断モードが選択される。

本発明では、外光による画像照射部の温度上昇を抑制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。

本発明の第１実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る画像投影装置１００の構成例を示す模式断面図である。 第１実施形態に係るシャッター部３０の一例を示す模式平面図である。 シャッター部３０による透過モードと遮断モードを説明する模式図であり、図４（ａ）は画像照射部２０における表示領域を示し、図４（ｂ）は透過モードを示し、図４（ｃ）は遮断モードを示している。 第１実施形態の変形例におけるタイミングチャートであり、図５（ａ）はシャッター部３０の開閉タイミングを示し、図５（ｂ）は光源部１０の点消灯を示している。 第２実施形態に係るシャッター部３０の構成と画像照射部２０の関係を示す模式図であり、図６（ａ）は全透過モードを示し、図６（ｂ）は遠方遮断モードを示し、図６（ｃ）は全遮断モードを示し、図６（ｄ）は近方遮断モードを示している。 第３実施形態に係る画像投影装置１００の構成例を示す図であり、図７（ａ）は全体の模式断面図であり、図７（ｂ）はシャッター部３０の一例を示す模式斜視図である。 第４実施形態に係るシャッター部３０の構成例を示す模式図であり、図８（ａ）は略矩形型の構成例を示し、図８（ｂ）は一部の領域にのみ遮断モードを設ける構成例を示している。

（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１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように画像投影装置１００は、光源部１０と、画像照射部２０と、シャッター部３０と、投影光学部４０と、制御部５０とを備えている。画像投影装置１００から投影された光は図示を省略するウィンドシールド（表示部）を介して運転者の視点位置に照射される。

光源部１０は、画像照射部２０に対して光を照射する光源である。光源部１０からの発光は、常時発光であってもよいが、後述するように制御部５０からの制御信号に従ってＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御されるものであることが好ましい。光源部１０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）や有機ＥＬ素子等を用いることができる。

画像照射部２０は、制御部５０からの画像情報に基づいて、画像を含んだ光（画像光）を照射する部分である。画像照射部２０の具体的構成は限定されず、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、レーザ光源と光変調素子の組み合わせ等の従来公知のものを用いることができる。図１に示した例では、液晶表示装置の背面側から光源部１０により光を照射するものを用いている。後述するように、画像照射部２０は、近方画像と遠方画像をそれぞれ表示する近方表示領域２２と遠方表示領域２３を含んで構成されていてもよい。

シャッター部３０は、制御部５０からの制御信号に応じて、光を透過する透過モードと光を遮断する遮断モードを切り替える部分である。シャッター部３０の構成は限定されないが、電気信号に応じて光の透過率を変更できる液晶シャッターや、光の反射方向を切り替えるデジタルミラーデバイス、開口部と遮光部を機械的に切り替える機械的シャッター等を用いることができる。シャッター部３０として機械的シャッターを用いる場合には、シャッター部３０の遮光板を動作させる機構と駆動部をシャッター部３０に備えるとしてもよい。シャッター部３０は外光を遮る遮光部を備えているため、遮った外光によってシャッター部３０自体の温度が上昇しやすい。したがって、シャッター部３０は熱伝導率の高い金属材料で構成することが好ましい。

投影光学部４０は、画像照射部２０からの画像光を表示部であるウィンドシールドに対して照射するための光学部材である。投影光学部４０には複数の光学部材を含むとしてもよく、レンズや凹面鏡、凸面鏡、プリズム等を複数備えて組み合わせるものであってもよい。また、画像照射部２０からの画像光を一つの光路で同じ距離に結像させるとしてもよく、複数の光路に分岐して複数の焦点距離に結像させるとしてもよい。

制御部５０は、各部と情報通信可能に接続されて、各部を制御する部分である。制御部５０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５０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２０に送出する。

図２は、本実施形態に係る画像投影装置１００の構成例を示す模式断面図である。図２に示した例では、ＬＥＤを有する光源部１０の光照射面に、画像照射部２０として透過型の液晶表示装置が配置されており、画像照射部２０の光出射面に対向してシャッター部３０が配置されている。シャッター部３０の具体的な構成例は後述して説明する。また、図２に示した例では、投影光学部４０として光分岐部４１と、自由曲面ミラー４２と、反射鏡４３と、自由曲面ミラー４４を備えている。

光分岐部４１は、画像照射部２０から照射される画像光を分岐する光学部材であり、少なくとも遠方表示領域２３で表示される第１画像を第１画像光Ｌ１とし、近方表示領域２２で表示される第２画像を第２画像光Ｌ２として分岐する。光分岐部４１と画像照射部２０の間にはシャッター部３０が配置されている。光分岐部４１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２に示した例では光分岐部４１としてプリズムを用い、プリズムを画像照射部２０の遠方表示領域２３に重ねて配置している。

ここで、光分岐部４１を画像照射部２０に重ねて配置するとは、平面視において光分岐部４１を配置した領域が画像照射部２０の画像表示領域と重複することを意味している。したがって、遠方表示領域２３から照射された第１画像光Ｌ１は光分岐部４１によって第２画像光Ｌ２とは異なる経路で自由曲面ミラー４２で反射されて自由曲面ミラー４４に到達する。また、近方表示領域２２から照射された第２画像光Ｌ２は反射鏡４３で反射されて自由曲面ミラー４４に到達する。

自由曲面ミラー４４に到達した第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は、上方に反射されて図示しないウィンドシールドに到達し、ウィンドシールドで反射されて搭乗者の視点に入射する。投影光学部４０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、光分岐部４１、自由曲面ミラー４２、反射鏡４３、自由曲面ミラー４４の配置や向きは図２に示されたものに限定されない。また、必要に応じて、第１画像光Ｌ１および／または第２画像光Ｌ２の光路上に、外光を遮蔽する遮蔽板を別途配置するとしてもよい。

自由曲面ミラー４２は、光分岐部４１を介して第１画像光Ｌ１が入射し、第１画像光Ｌ１を自由曲面ミラー４４方向に反射する光学部材である。自由曲面ミラー４２の反射面は、ウィンドシールドを介して虚像として投影するために、運転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。

反射鏡４３は、画像照射部２０から照射された第２画像光Ｌ２が入射し、第２画像光Ｌ２を自由曲面ミラー４４方向に反射する光学部材である。図２に示した例では、反射鏡４３として凸面形状のミラーを示しているが、第２画像光Ｌ２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、反射鏡４３を省略して、画像照射部２０からの第２画像光Ｌ２が自由曲面ミラー４４に直接入射するとしてもよい。

自由曲面ミラー４４は、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２が入射し、ウィンドシールド方向に第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２を反射する凹面鏡である。自由曲面ミラー４４の反射面は、ウィンドシールドを介して虚像として投影するために、運転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。

ウィンドシールド（図示省略）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。ウィンドシールドは、車両の内側面では自由曲面ミラー４４から入射した第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２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を用いた例を示したが、ウィンドシールド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４４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。

虚像は、ウィンドシールドで反射された第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２が運転者等の視点（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。虚像が結像される位置は、画像照射部２０から照射された光が、自由曲面ミラー４２、反射鏡４３、自由曲面ミラー４４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２に示した画像投影装置１００では、遠方表示領域２３に重なる位置に光分岐部４１であるプリズムを配置し、遠方表示領域２３からの第１画像光Ｌ１と近方表示領域２２からの第２画像光Ｌ２の経路を分岐させている。遠方表示領域２３で表示された第１画像は、光分岐部４１、自由曲面ミラー４２、自由曲面ミラー４４およびウィンドシールドを介して搭乗者の視点に到達する。また、近方表示領域２２で表示された第２画像は、反射鏡４３、自由曲面ミラー４４およびウィンドシールドを介して搭乗者の視点に到達する。第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は、それぞれ投影光学部４０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Ｌ１および第２画像光Ｌ２による第１画像および第２画像光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、虚像の結像位置は、第１画像のほうが第２画像よりも視点位置から遠いものとなっている。

図３は、本実施形態に係るシャッター部３０の一例を示す模式平面図である。図３に示した例では、シャッター部３０は略円形の平板状部材で構成された回転体であり、遮光部３１と近方開口部３２と遠方開口部３３が設けられている。遮光部３１は光を遮る材料で構成されており、遮光部３１に到達した第１画像光Ｌ１、第２画像光Ｌ２および外光を遮る部分である。近方開口部３２は、近方表示領域２２に重なる位置に設けられた開口部分である。遠方開口部３３は、遠方表示領域２３に重なる位置に設けられた開口部分である。近方開口部３２および遠方開口部３３は、シャッター部３０に設けられた開口部であるため光を透過し、本発明における透光部に相当している。ここでは透光部として開口部である近方開口部３２および遠方開口部３３を示しているが、シャッター部３０を光透過性の材質で構成して遮光部３１に光を透過しない遮光層を形成し、遮光層が形成されていない領域を透光部としてもよい。

またシャッター部３０は、駆動部としてモータ部（図示省略）を備えており、制御部５０からの制御信号に従って所定の回転速度でシャッター部３０を回転させ、透過モードと遮断モードが切り替え可能とされている。モータ部によるシャッター部３０の回転駆動の機構は限定されず、シャッター部３０の中心軸を直接モータ部の回転軸に連結するとしてもよく、何らかのギヤ機構を介して駆動させるとしてもよい。また、シャッター部３０の外周に回転体を当接させて、当該回転体をモータ部で回転させることで間接的にシャッター部３０を回転させるとしてもよい。また、モータ部の構成は限定されないが、ステッピングモータを用いると回転速度と位相を制御できるため、シャッター部３０の透過モードと遮断モードを正確に切り替えることができる。

図４は、シャッター部３０による透過モードと遮断モードを説明する模式図であり、図４（ａ）は画像照射部２０における表示領域を示し、図４（ｂ）は透過モードを示し、図４（ｃ）は遮断モードを示している。図４（ａ）に示すように、画像照射部２０の全表示領域２１中には、近方表示領域２２と遠方表示領域２３が異なる位置に設けられている。全表示領域２１のうち画像を表示する領域は近方表示領域２２と遠方表示領域２３のみである場合には、遮光部材を全表示領域２１に設けて近方表示領域２２と遠方表示領域２３に対応する開口部を形成するとしてもよい。

近方表示領域２２は、搭乗者から比較的近方の位置に結像されたように視認される近方画像を含んだ第２画像光Ｌ２を照射する領域であり、本発明における第２照射領域に相当している。遠方表示領域２３は、搭乗者から比較的遠方の位置に結像されたように視認される遠方画像を含んだ第１画像光Ｌ１を照射する領域であり、本発明における第１照射領域に相当している。前述したように第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２はそれぞれ投影光学部４０およびウィンドシールドで反射されて搭乗者の視点に到達する。したがって、画像照射部２０上での近方表示領域２２と遠方表示領域２３は、ウィンドシールドでの反射後に矩形状の虚像となるように、図４（ａ）に示したような歪んだ形状の領域とされている。

図４（ｂ）に示すように、シャッター部３０の透過モードでは、近方開口部３２が近方表示領域２２に重なり、遠方開口部３３が遠方表示領域２３に重なる。したがって、近方表示領域２２から照射された第２画像光Ｌ２は、近方開口部３２を透過して光分岐部４１に入射し、自由曲面ミラー４２、自由曲面ミラー４４およびウィンドシールドで反射されて近方画像を虚像として結像する。同様に、遠方表示領域２３から照射された第１画像光Ｌ１は、遠方開口部３３を透過し反射鏡４３に入射し、自由曲面ミラー４４およびウィンドシールドで反射されて遠方画像を虚像として結像する。このとき、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は、透過率が高い近方開口部３２および遠方開口部３３を通過するため光量の減衰が少なく、投影される虚像の輝度を高めることができる。

ここで、近方開口部３２および遠方開口部３３は、円盤形状のシャッター部３０において円周方向に沿って扇形状に曲率を持った形状とされている。したがって、図４（ｂ）に示すように、近方開口部３２と遠方開口部３３の曲がり方向が、近方表示領域２２と遠方表示領域２３の歪み方向と一致するようにシャッター部３０を配置することが好ましい。また、遠方表示領域２３のほうが近方表示領域２２よりも大きな面積とされることが多いため、円盤形状のシャッター部３０において、近方開口部３２を内周側に設け、遠方開口部３３を外周側に設けることが好ましい。

図４（ｃ）に示すように、シャッター部３０の遮断モードでは、遮光部３１が近方表示領域２２および遠方表示領域２３に重なる。したがって、ウィンドシールドから投影光学部４０を介してシャッター部３０に到達した外光は、遮光部３１で遮られて画像照射部２０には到達しない。これにより、画像照射部２０に到達する外光の光量を低減して、画像照射部２０の温度上昇と劣化を抑制することができる。

上述したように本実施形態の画像投影装置１００では、シャッター部３０で光の透過と遮断を切り替えるため、画像照射部２０からの画像光を透過して画像投影をする透過モードと、外光を遮断して画像照射部２０の温度上昇を抑制する遮断モードを適宜選択でき、外光による画像照射部２０の温度上昇を抑制することが可能となる。

（第１実施形態の変形例）
次に、本発明の第１実施形態の変形例について図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。本変形例は、省電力化のために光源部１０がＰＷＭ制御によってパルス駆動されて、点灯と消灯を所定のデューティ比で繰り返す点が第１実施形態とは異なっている。図５は、本変形例におけるタイミングチャートであり、図５（ａ）はシャッター部３０の開閉タイミングを示し、図５（ｂ）は光源部１０の点消灯タイミングを示している。

図５（ａ）（ｂ）に示したようにシャッター部３０は、光源部１０の消灯タイミングでは閉状態つまり遮断モードとされ、光源部１０の点灯タイミングでは開状態つまり透過モードとされる。シャッター部３０を図４（ｂ）（ｃ）に示したように透過モードと遮断モードの間で切り替えることで、図５（ａ）に示したように開閉が切り替えられる。このとき、制御部５０からモータ部の回転を制御して、開閉の切り替えの際にのみシャッター部３０を回転させるとしてもよく、一定速度で継続的にシャッター部３０を回転させるとしてもよい。

光源部１０の消灯タイミングでは光源部１０から光が照射されないため、画像照射部２０に表示されている画像も虚像として投影されない。したがって、光源部１０の消灯タイミングとシャッター部３０の遮断モードを同期させることで、虚像の投影に寄与していない時間には、外光が画像照射部２０に到達せず、外光による画像照射部２０の温度上昇と劣化を抑制できる。

また、光源部１０の点灯タイミングでは光源部１０から光が照射されるため、画像照射部２０に表示されている画像が虚像として投影される。したがって、光源部１０の点灯タイミングとシャッター部３０の透過モードを同期させることで、虚像の投影に寄与する時間には、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２が減衰されずに投影され、投影される虚像の輝度を向上させることができる。

図５では、光源部１０の全時間における点灯時間の比率であるデューティ比を５０％とした例を示したが、光源部１０のデューティ比を変更して輝度を調整するとしてもよい。その場合には、光源部１０の点灯期間がシャッター部３０の透過モードの期間に含まれる範囲でデューティ比を変化させることが好ましい。

図３に示したシャッター部３０では、１８０度の角度範囲に遮光部３１を設けることで、開閉のデューティ比が５０％となっている。しかし、一定の回転速度でシャッター部３０を回転させることで、透過モードと遮断モードを繰り返す場合には、遮光部３１を設ける割合を変化させることでデューティ比を設定するとしてもよい。一例としては、遮光部３１を９０度の範囲に設け、近方開口部３２と遠方開口部３３を２７０度の範囲に設けると、開閉のデューティ比を７５％にすることができる。

また、図５（ａ）（ｂ）に示した例では、シャッター部３０の開閉を切り替えるタイミングと、光源部１０の点消灯のタイミングが一致した例を示したが、点灯期間中に透過モードが含まれ、消灯期間中に前記遮断モードが含まれるように、互いが重なるようにタイミングが選択されればよい。

上述したように本変形例の画像投影装置１００では、画像照射部２０は、点灯と消灯を繰り返す光源部１０のパルス駆動によって画像光を照射し、シャッター部３０は、点灯期間中に透過モードが選択され消灯期間中に遮断モードが選択される。これにより、遮断モードでの外光による画像照射部２０の温度上昇と劣化を抑制しながらも、透過モードでの輝度向上を図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。本実施形態は、第１画像光Ｌ１と第２画像光Ｌ２の透過と遮断を個別に設定する点が第１実施形態とは異なっている。図６は、本実施形態に係るシャッター部３０の構成と画像照射部２０の関係を示す模式図であり、図６（ａ）は全透過モードを示し、図６（ｂ）は遠方遮断モードを示し、図６（ｃ）は全遮断モードを示し、図６（ｄ）は近方遮断モードを示している。

図６（ａ）～図６（ｄ）に示したように、本実施形態のシャッター部３０は、近方開口部３２と遠方開口部３３が９０度異なる位置に設けられている。同様に、遮光部３１は遠方遮光部３１ａと近方遮光部３１ｂを備えており、遠方遮光部３１ａと近方遮光部３１ｂは９０度異なる位置に設けられている。

図６（ａ）に示す全透過モードでは、近方開口部３２が近方表示領域２２に重なり、遠方開口部３３が遠方表示領域２３に重なる。したがって、第１画像光Ｌ１および第２画像光Ｌ２は、透過率が高い近方開口部３２および遠方開口部３３を通過するため光量の減衰が少なく、投影される虚像の輝度を高めることができる。

図６（ｂ）に示す遠方遮断モードでは、近方開口部３２が近方表示領域２２に重なり、遠方遮光部３１ａが遠方表示領域２３に重なる。したがって、近方表示領域２２からの第２画像光Ｌ２は、透過率が高い近方開口部３２を通過するため光量の減衰が少なく、投影される虚像の輝度を高めることができる。また、外光による画像照射部２０の温度上昇は、遠方表示領域２３で顕著になる傾向があるため、制御部５０が遠方遮断モードを選択することで、遠方表示領域２３での温度上昇を効果的に抑制することができる。

図６（ｃ）に示す全遮断モードでは、近方遮光部３１ｂが近方表示領域２２に重なり、遠方遮光部３１ａが遠方表示領域２３に重なる。したがって、ウィンドシールドから投影光学部４０を介してシャッター部３０に到達した外光は、近方遮光部３１ｂおよび遠方遮光部３１ａで遮られて画像照射部２０には到達しない。これにより、画像照射部２０に到達する外光の光量を低減して、画像照射部２０の温度上昇と劣化を抑制することができる。

図６（ｄ）に示す近方遮断モードでは、近方遮光部３１ｂが近方表示領域２２に重なり、遠方開口部３３が遠方表示領域２３に重なる。したがって、遠方表示領域２３からの第１画像光Ｌ１は、透過率が高い遠方開口部３３を通過するため光量の減衰が少なく、投影される虚像の輝度を高めることができる。また、制御部５０が近方遮断モードを選択することで、近方表示領域２２での温度上昇を効果的に抑制することができる。

上述したように本実施形態の画像投影装置１００では、画像照射部２０における温度上昇を抑制したい領域と、輝度を高めたい投影される虚像の表示領域に応じて、制御部５０がシャッター部３０の遮光モードを選択して、多様な状況に対応して画像照射部２０の温度上昇の抑制と輝度向上を実現できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３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。本実施形態では、投影光学部４０において画像光を中間結像させて、中間結像位置にシャッター部３０を配置する点が第１実施形態と異なっている。図７は、本実施形態に係る画像投影装置１００の構成例を示す図であり、図７（ａ）は全体の模式断面図であり、図７（ｂ）はシャッター部３０の一例を示す模式斜視図である。

図７（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態の画像投影装置１００は、光源部１０と、画像照射部２０と、シャッター部３０と、外光遮断部６０とを備えている。また、投影光学部４０として、自由曲面ミラー４２と自由曲面ミラー４４を備えている。画像照射部２０から照射された画像光は、自由曲面ミラー４２および自由曲面ミラー４４で反射されてウィンドシールドに到達し、搭乗者の視点方向に投影される。自由曲面ミラー４２で反射された画像光は、自由曲面ミラー４４に到達する前の中間結像位置において少なくとも一軸方向の成分が集光され、中間結像位置に集光された後に拡大しながら自由曲面ミラー４４に到達する。

外光遮断部６０は、遮光性の材料で構成され、中間結像位置に開口部が設けられた部材である。外光遮断部６０を中間結像位置に配置することで、ウィンドシールドから入射してきた外光のうち、画像照射部２０まで到達しない外光の成分を遮断して、迷光が生じることを防止できる。

図７（ａ）（ｂ）に示したように、シャッター部３０は遮光性の材料で構成され、略円筒形状に形成されている。シャッター部３０の側面には互いに対向する位置に開口部３５ａ，３５ｂが設けられている。シャッター部３０の側面は本発明における遮光部に相当し、開口部３５ａ，３５ｂは本発明における透光部に相当している。

シャッター部３０は、自由曲面ミラー４２の中間結像位置において、中間結像した画像光が開口部３５ａ，３５ｂを透過可能に配置されている。また、シャッター部３０は円筒の中心軸を回転軸として駆動部によって回転駆動され、側面および開口部３５ａ，３５ｂの位置が切り替え可能とされている。したがって、画像光の光路上にシャッター部３０の側面が位置する場合が遮断モードとなり、開口部３５ａ，３５ｂが位置する場合が透過モードとなる。

本実施形態の画像投影装置１００でも、シャッター部３０で光の透過と遮断を切り替えるため、画像照射部２０からの画像光を透過して画像投影をする透過モードと、外光を遮断して画像照射部２０の温度上昇を抑制する遮断モードを適宜選択でき、外光による画像照射部２０の温度上昇を抑制することが可能となる。また、シャッター部３０が中間結像位置に設けられることで、シャッター部３０および画像投影装置１００の小型化と軽量化を図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８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８は、本実施形態に係るシャッター部３０の構成例を示す模式図であり、図８（ａ）は略矩形型の構成例を示し、図８（ｂ）は一部の領域にのみ遮断モードを設ける構成例を示している。

図８（ａ）に示したシャッター部３０では、円盤形状の一部を切り欠いて、切欠部分３６を透光部とし、残された略矩形の部分を遮光部３１としている。このような単純な形状であっても、回転駆動することで切欠部分３６の透光部と遮光部３１とを切り替えることができる。

図８（ｂ）に示したシャッター部３０では、円盤形状の内周側に３６０度にわたって近方開口部３２を設けられ、外周側に１８０度にわたって遠方開口部３３を設けられている。外光による画像照射部２０の温度上昇は、遠方表示領域２３で顕著になる傾向があるため、遠方表示領域２３に対してのみ遮光モードと透過モードを切り替えることで、遠方表示領域２３での温度上昇と劣化を効果的に抑制することができる。また、近方表示領域２２に対しては遮光部３１を設けず常に透過モードとしているため、近方画像の輝度向上を図ることもできる。

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。

１００…画像投影装置
１０…光源部
２０…画像照射部
３０…シャッター部
４０…投影光学部
５０…制御部
６０…外光遮断部
２１…全表示領域
２２…近方表示領域
２３…遠方表示領域
３１…遮光部
３１ａ…遠方遮光部
３１ｂ…近方遮光部
３２…近方開口部
３３…遠方開口部
３５ａ，３５ｂ…開口部
３６…切欠部分
４１…光分岐部
４２，４４…自由曲面ミラー
４３…反射鏡

Claims (6)

1. 虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射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、
   前記表示部を介して前記画像光を前記投影画像として視点方向に照射する投影光学部と、
   前記画像照射部から前記表示部の間の前記画像光の光路上に配置され、光を透過する透過モードと光を遮断する遮断モードを切り替えるシャッター部と、を備え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、
   前記画像照射部は、点灯と消灯を繰り返すパルス駆動によって前記画像光を照射し、
   前記シャッター部は、前記パルス駆動の点灯期間中に前記透過モードが選択され、前記パルス駆動の消灯期間中に前記遮断モードが選択され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、
   前記シャッター部は、透光部と遮光部を備えた回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動部とを備えることを特徴とする画像投影装置。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記シャッター部は、前記画像照射部と前記投影光学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。
5. 請求項１から３の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
   前記投影光学部は、前記光路上の中間結像位置で前記画像光を結像し、
   前記シャッター部は、前記中間結像位置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１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、第１画像を照射する第１照射領域と、第２画像を照射する第２照射領域を備え、
   前記シャッター部は、前記第１照射領域と前記第２照射領域のそれぞれに対して、前記透過モードと前記遮断モードが選択されることを特徴とする画像投影装置。

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