WO2023140109A1 - 画像投影装置 - Google Patents

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WO2023140109A1
WO2023140109A1 PCT/JP2023/000042 JP2023000042W WO2023140109A1 WO 2023140109 A1 WO2023140109 A1 WO 2023140109A1 JP 2023000042 W JP2023000042 W JP 2023000042W WO 2023140109 A1 WO2023140109 A1 WO 2023140109A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
light
section
unit
shutter
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/000042
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
玄紀 安達
英明 山本
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
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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

Definitions

  • the present invention relates to an image projection device, and more particularly to an image projection device that projects a projection image onto a display unit for displaying a virtual image.
  • instrument panels that light up icons have been used as devices for displaying various types of information in vehicles.
  • image display device it has been proposed to embed an image display device in the instrument panel or to configure the entire instrument panel with an image display device.
  • HUD Head Up Display
  • Such a conventional HUD device is equipped with a projection optical system for irradiating light upward from below the windshield in order to irradiate a projection image through the windshield, which is the display section. Therefore, when external light such as sunlight is incident from above the windshield, the external light reaches the image irradiation unit that displays the image via the projection optical system. At this time, the external light reaching the image irradiation unit via the projection optical system is condensed by the optical power of the projection optical system, causing deterioration due to temperature rise.
  • an object of the present invention is to provide an image projection apparatus capable of suppressing the temperature rise of the image irradiation section due to external light.
  • the image projection apparatus of the present invention is an image projection apparatus that irradiates a projection image onto a display section for displaying a virtual image, and is characterized by comprising: an image irradiation section that irradiates image light; a projection optical section that irradiates the image light as the projected image in a viewing direction through the display section;
  • the shutter section switches between transmission and blocking of light, it is possible to appropriately select a transmission mode in which the image light from the image irradiation section is transmitted and an image is projected, and a blocking mode in which external light is blocked and the temperature rise of the image irradiation section is suppressed.
  • the image irradiation unit irradiates the image light by pulse driving that repeats lighting and extinguishing, and the shutter unit selects the transmission mode during the lighting period of the pulse driving, and selects the blocking mode during the extinguishing period of the pulse driving.
  • the shutter section includes a rotating body including a light-transmitting section and a light-shielding section, and a driving section that rotationally drives the rotating body.
  • the shutter section is arranged between the image irradiation section and the projection optical section.
  • the projection optical section forms an image of the image light at an intermediate imaging position on the optical path
  • the shutter section is arranged at the intermediate imaging position
  • the image irradiation unit includes a first irradiation region that emits a first image and a second irradiation region that emits a second image, and the shutter unit selects the transmission mode and the blocking mode for each of the first irradiation region and the second irradiation region.
  • an image projection device capable of suppressing the temperature rise of the image irradiation section due to external light.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image projection device 100 according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an image projection device 100 according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of a shutter section 30 according to the first embodiment
  • FIG. 4(a) shows a display area in the image irradiation unit 20,
  • FIG. 4(b) shows the transmission mode
  • FIG. 4(c) shows the interruption mode.
  • Fig.5 (a) shows the opening-and-closing timing of the shutter part 30,
  • FIG.5(b) has shown turning on/off of the light source part 10.
  • FIG. 6A and 6B are schematic diagrams showing the relationship between the configuration of the shutter unit 30 and the image irradiation unit 20 according to the second embodiment, in which FIG. 6A shows a total transmission mode, FIG. 6B shows a distant blocking mode, FIG. 6C shows a total blocking mode, and FIG. 7A and 7B are diagrams showing a configuration example of an image projection device 100 according to a third embodiment, FIG. 7A being a schematic cross-sectional view of the whole, and FIG. 8A is a schematic diagram showing a configuration example of a shutter unit 30 according to a fourth embodiment, FIG. 8A shows a substantially rectangular configuration example, and FIG. 8B shows a configuration example in which a cutoff mode is provided only in a part of the area.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image projection device 100 according to this embodiment.
  • the image projection device 100 includes a light source section 10 , an image irradiation section 20 , a shutter section 30 , a projection optical section 40 and a control section 50 .
  • the light projected from the image projection device 100 is irradiated to the driver's viewpoint position through a windshield (display unit) not shown.
  • the light source unit 10 is a light source that irradiates the image irradiation unit 20 with light.
  • Light emission from the light source unit 10 may be constant light emission, but is preferably PWM (Pulse Width Modulation) controlled in accordance with a control signal from the control unit 50 as described later.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • a specific configuration of the light source unit 10 is not limited, but a light emitting diode (LED), an organic EL element, or the like can be used.
  • the image irradiation unit 20 is a part that irradiates light containing an image (image light) based on image information from the control unit 50 .
  • the specific configuration of the image irradiation unit 20 is not limited, and conventionally known devices such as a liquid crystal display device, an organic EL display device, and a combination of a laser light source and an optical modulation element can be used. In the example shown in FIG. 1, light is emitted from the back side of the liquid crystal display device by the light source section 10 .
  • the image irradiation unit 20 may include a near display area 22 and a far display area 23 that display a near image and a far image, respectively.
  • the shutter section 30 is a section that switches between a transmission mode for transmitting light and a blocking mode for blocking light according to a control signal from the control section 50 .
  • the structure of the shutter unit 30 is not limited, but a liquid crystal shutter that can change the light transmittance according to an electric signal, a digital mirror device that switches the reflection direction of light, a mechanical shutter that mechanically switches between the opening and the light shielding portion, etc. can be used.
  • the shutter section 30 may be provided with a mechanism for operating the light shielding plate of the shutter section 30 and a driving section. Since the shutter section 30 has a light blocking section that blocks external light, the temperature of the shutter section 30 itself tends to rise due to the blocked external light. Therefore, it is preferable that the shutter section 30 is made of a metal material having high thermal conductivity.
  • the projection optical unit 40 is an optical member for irradiating the image light from the image irradiation unit 20 onto the windshield which is the display unit.
  • the projection optical section 40 may include a plurality of optical members, and may be a combination of a plurality of lenses, concave mirrors, convex mirrors, prisms, and the like. Further, the image light from the image irradiation unit 20 may be imaged at the same distance in one optical path, or may be branched into a plurality of optical paths and imaged at a plurality of focal distances.
  • the control section 50 is a section that is connected to each section so as to be able to communicate with each other and controls each section.
  • the configuration of the control unit 50 is not limited, but 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 unit 50 controls the operation of each unit according to a predetermined program, and sends information (image information) including an image to the image irradiation unit 20 .
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the image projection device 100 according to this embodiment.
  • a transmissive liquid crystal display device is arranged as the image irradiation unit 20 on the light irradiation surface of the light source unit 10 having LEDs, and the shutter unit 30 is arranged so as to face the light emission surface of the image irradiation unit 20.
  • the projection optical unit 40 includes a light branching unit 41, a free-form surface mirror 42, a reflecting mirror 43, and a free-form surface mirror 44.
  • the light splitting unit 41 is an optical member that splits the image light emitted from the image irradiating unit 20, and at least splits the first image displayed in the far display area 23 as the first image light L1, and splits the second image displayed in the near display area 22 as the second image light L2.
  • a shutter section 30 is arranged between the light branching section 41 and the image irradiation section 20 .
  • the structure of the light splitter 41 is not limited as long as it is an optical member that splits light.
  • a prism may be used, or a technique such as using a reflecting mirror to make the incident angle and the reflection angle of light different may be used. In the example shown in FIG. 2 , a prism is used as the light branching section 41 and the prism is arranged so as to overlap the distant display area 23 of the image irradiation section 20 .
  • arranging the light branching unit 41 over the image irradiation unit 20 means that the area where the light branching unit 41 is arranged overlaps the image display area of the image irradiation unit 20 in plan view. Therefore, the first image light L1 emitted from the distant display area 23 is reflected by the free-form surface mirror 42 through a path different from that of the second image light L2 by the light splitter 41 and reaches the free-form surface mirror 44 . Also, the second image light L2 emitted from the near display area 22 is reflected by the reflecting mirror 43 and reaches the free curved surface mirror 44 .
  • the first image light L1 and the second image light L2 that have reached the free-form surface mirror 44 are reflected upward, reach a windshield (not shown), are reflected by the windshield, and enter the passenger's viewpoint.
  • a convex lens or a concave lens may be arranged in the projection optical unit 40 as necessary to enlarge or reduce the light diameter.
  • the arrangement and orientation of the light branching section 41, the free-form surface mirror 42, the reflecting mirror 43, and the free-form surface mirror 44 are not limited to those shown in FIG.
  • a shielding plate for shielding external light may be additionally arranged on the optical path of the first image light L1 and/or the second image light L2.
  • the free-form surface mirror 42 is an optical member that receives the first image light L1 through the light branching section 41 and reflects the first image light L1 toward the free-form surface mirror 44 .
  • the reflecting surface of the free-form surface mirror 42 is designed so that the light diameter expands in the direction of the driver's viewpoint in order to project a virtual image through the windshield.
  • the expansion of the light diameter in the viewing direction includes not only the case where the light diameter is consistently expanded after reflection, but also the case where the light diameter is reduced and expanded after forming an image at an intermediate point.
  • the reflecting mirror 43 is an optical member that receives the second image light L2 emitted from the image irradiation unit 20 and reflects the second image light L2 toward the free-form surface mirror 44 .
  • a convex mirror is shown as the reflecting mirror 43, but it is possible to use a mirror that is optically designed to project the second image light L2 as a virtual image, and if necessary, a concave mirror, a plane mirror, a free-form surface mirror, or the like can be used.
  • the reflecting mirror 43 may be omitted and the second image light L2 from the image irradiation section 20 may be directly incident on the free-form surface mirror 44 .
  • the free-form surface mirror 44 is a concave mirror that receives the first image light L1 and the second image light L2 and reflects the first image light L1 and the second image light L2 in the direction of the windshield.
  • the reflecting surface of the free-form surface mirror 44 is designed so that the light diameter expands in the direction of the driver's viewpoint in order to project a virtual image through the windshield.
  • the expansion of the light diameter in the viewing direction includes not only the case where the light diameter is consistently expanded after reflection, but also the case where the light diameter is reduced and expanded after forming an image at an intermediate point.
  • the windshield (not shown) is a part that is provided in front of the driver's seat of the vehicle and transmits visible light.
  • the windshield reflects the first image light L1 and the second image light L2 incident from the free-form surface mirror 44 on the inner surface of the vehicle in the direction of the viewpoint, and transmits light from the outside of the vehicle in the direction of the viewpoint.
  • a combiner may be prepared as a display section separately from the windshield to reflect the light from the free-form surface mirror 44 in the direction of the viewpoint.
  • the position is not limited to the position in front of the vehicle, and may be positioned to the side or rear as long as it projects an image to the viewpoint of the passenger.
  • the virtual image is an image that is displayed as if it were formed in space when the first image light L1 and the second image light L2 reflected by the windshield reach the driver's viewpoint (eye box).
  • the position where the virtual image is formed is determined by the spread angle when the light irradiated from the image irradiation unit 20 travels in the direction of the viewpoint after being reflected by the free-form surface mirror 42, the reflecting mirror 43, the free-form surface mirror 44, and the windshield.
  • a prism which is the light branching unit 41, is arranged at a position overlapping the far display area 23, and the paths of the first image light L1 from the far display area 23 and the second image light L2 from the near display area 22 are branched.
  • the first image displayed in the far display area 23 reaches the viewpoint of the passenger via the light splitter 41, the free-form surface mirror 42, the free-form surface mirror 44, and the windshield.
  • the second image displayed in the near display area 22 reaches the passenger's viewpoint via the reflecting mirror 43, the free-form surface mirror 44, and the windshield.
  • the passenger perceives the virtual images of the first image light L1 and the second image light L2 as if they were formed at a predetermined distance.
  • the imaging position of the virtual image is farther from the viewpoint position in the first image than in the second image.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of the shutter section 30 according to this embodiment.
  • the shutter section 30 is a rotating body made up of a substantially circular plate-like member, and is provided with a light blocking section 31, a near opening 32, and a far opening 33.
  • the light blocking portion 31 is made of a light blocking material, and is a portion that blocks the first image light L1, the second image light L2 reaching the light blocking portion 31, and external light.
  • the near opening 32 is an opening provided at a position overlapping the near display area 22 .
  • the far-field opening 33 is an opening provided at a position overlapping the far-field display area 23 .
  • the near opening 32 and the far opening 33 are openings provided in the shutter section 30, so that they transmit light and correspond to the light transmitting section in the present invention.
  • the near opening 32 and the far opening 33, which are openings, are shown as the light transmitting portions, but the shutter portion 30 may be made of a light transmissive material, a light shielding layer that does not transmit light may be formed in the light shielding portion 31, and the region where the light shielding layer is not formed may be the light transmitting portion.
  • the shutter section 30 also includes a motor section (not shown) as a driving section, which rotates the shutter section 30 at a predetermined rotation speed according to a control signal from the control section 50, and can switch between transmission mode and blocking mode.
  • the mechanism for rotationally driving the shutter section 30 by the motor section is not limited, and the central shaft of the shutter section 30 may be directly connected to the rotating shaft of the motor section, or may be driven via some gear mechanism.
  • the shutter section 30 may be rotated indirectly by bringing a rotating body into contact with the outer periphery of the shutter section 30 and rotating the rotating body with the motor section.
  • the configuration of the motor section is not limited, if a stepping motor is used, the rotation speed and the phase can be controlled, so that the transmission mode and the blocking mode of the shutter section 30 can be switched accurately.
  • FIG. 4A and 4B are schematic diagrams for explaining the transmission mode and the blocking mode of the shutter unit 30.
  • FIG. 4(a) shows the display area in the image irradiation unit 20
  • FIG. 4(b) shows the transmission mode
  • FIG. 4(c) shows the blocking mode.
  • a near display area 22 and a far display area 23 are provided at different positions in the entire display area 21 of the image irradiation unit 20 . If the near display area 22 and the far display area 23 are the only areas in which an image is displayed in the entire display area 21, a light blocking member may be provided in the entire display area 21 to form openings corresponding to the near display area 22 and the far display area 23.
  • the near display area 22 is an area irradiated with the second image light L2 including a near image that is viewed as if it were formed at a relatively near position from the passenger, and corresponds to the second irradiation area in the present invention.
  • the distant display area 23 is an area irradiated with the first image light L1 including a distant image visually recognized as if it were formed at a position relatively far from the passenger, and corresponds to the first irradiation area in the present invention.
  • the first image light L1 and the second image light L2 are reflected by the projection optical unit 40 and the windshield, respectively, and reach the viewpoint of the passenger. Therefore, the near display area 22 and the far display area 23 on the image irradiation unit 20 are distorted areas as shown in FIG.
  • the near opening 32 overlaps the near display area 22, and the far opening 33 overlaps the far display area 23. Therefore, the second image light L2 emitted from the near display region 22 passes through the near opening 32 and enters the light branching portion 41, is reflected by the free curved surface mirror 42, the free curved surface mirror 44 and the windshield, and forms a near image as a virtual image. Similarly, the first image light L1 emitted from the far display area 23 passes through the far opening 33, enters the reflecting mirror 43, is reflected by the free-form surface mirror 44 and the windshield, and forms a virtual image of the far image. At this time, since the first image light L1 and the second image light L2 pass through the near opening 32 and the far opening 33 having high transmittance, the amount of light is less attenuated, and the brightness of the projected virtual image can be increased.
  • the near opening 32 and the far opening 33 have a sector-shaped curvature along the circumferential direction of the disk-shaped shutter part 30 . Therefore, as shown in FIG. 4B, it is preferable to dispose the shutter section 30 so that the bending directions of the near and far openings 32 and 33 match the distortion directions of the near and far display areas 22 and 23 . In addition, since the far display area 23 is often larger than the near display area 22, it is preferable to provide the near opening 32 on the inner peripheral side and the far opening 33 on the outer peripheral side in the disk-shaped shutter section 30.
  • the light blocking section 31 overlaps the near display area 22 and the far display area 23 . Therefore, external light that reaches the shutter section 30 from the windshield through the projection optical section 40 is blocked by the light blocking section 31 and does not reach the image irradiation section 20 . As a result, the amount of external light reaching the image irradiation section 20 can be reduced, and temperature rise and deterioration of the image irradiation section 20 can be suppressed.
  • the shutter unit 30 switches between light transmission and blocking, it is possible to appropriately select a transmission mode in which the image light from the image irradiation unit 20 is transmitted and an image is projected, and a blocking mode in which external light is blocked and the temperature rise of the image irradiation unit 20 is suppressed.
  • FIGS. 5A and 5B are timing charts in this modified example, FIG. 5A shows the opening/closing timing of the shutter section 30, and FIG.
  • the shutter section 30 is in a closed state, that is, in a blocking mode when the light source section 10 is turned off, and is in an open state, that is, in a transmission mode when the light source section 10 is turned on.
  • the control unit 50 may control the rotation of the motor unit to rotate the shutter unit 30 only when switching between opening and closing, or may rotate the shutter unit 30 continuously at a constant speed.
  • the image displayed on the image irradiation unit 20 is not projected as a virtual image. Therefore, by synchronizing the turn-off timing of the light source unit 10 and the cutoff mode of the shutter unit 30, the outside light does not reach the image irradiation unit 20 during the time not contributing to the projection of the virtual image, and the temperature rise and deterioration of the image irradiation unit 20 due to the outside light can be suppressed.
  • the image displayed on the image irradiation unit 20 is projected as a virtual image. Therefore, by synchronizing the lighting timing of the light source unit 10 and the transmission mode of the shutter unit 30, the first image light L1 and the second image light L2 are projected without being attenuated during the time that contributes to the projection of the virtual image, and the brightness of the projected virtual image can be improved.
  • FIG. 5 shows an example in which the duty ratio, which is the ratio of the lighting time of the light source unit 10 to the total time, is 50%
  • the duty ratio of the light source unit 10 may be changed to adjust the luminance. In that case, it is preferable to change the duty ratio within a range in which the lighting period of the light source section 10 is included in the transmission mode period of the shutter section 30 .
  • the open/close duty ratio is 50% by providing the light shielding section 31 in the angular range of 180 degrees.
  • the duty ratio may be set by changing the ratio of the light blocking section 31 provided. For example, if the light blocking portion 31 is provided in the range of 90 degrees and the near opening 32 and the far opening 33 are provided in the range of 270 degrees, the opening/closing duty ratio can be 75%.
  • the timing for switching the opening/closing of the shutter unit 30 and the timing for turning on/off the light source unit 10 are the same.
  • the timings may be selected such that the transmission mode is included in the lighting period and the blocking mode is included in the light-out period so that the timings overlap each other.
  • the image irradiation unit 20 emits image light by pulse driving the light source unit 10 that repeats turning on and off, and the shutter unit 30 selects the transmission mode during the lighting period and the blocking mode during the turning off period.
  • the shutter unit 30 selects the transmission mode during the lighting period and the blocking mode during the turning off period.
  • FIG. 6A and 6B are schematic diagrams showing the relationship between the configuration of the shutter unit 30 and the image irradiation unit 20 according to the present embodiment, in which FIG. 6A shows the total transmission mode, FIG. 6B shows the distant blocking mode, FIG. 6C shows the total blocking mode, and FIG.
  • the near opening 32 and the far opening 33 are provided at positions different from each other by 90 degrees.
  • the light shielding portion 31 includes a distant light shielding portion 31a and a near light shielding portion 31b, and the far light shielding portion 31a and the near light shielding portion 31b are provided at positions different from each other by 90 degrees.
  • the near aperture 32 overlaps the near display area 22 and the far aperture 33 overlaps the far display area 23 . Therefore, since the first image light L1 and the second image light L2 pass through the near opening 32 and the far opening 33 with high transmittance, the amount of light is less attenuated, and the brightness of the projected virtual image can be increased.
  • the near-field opening 32 overlaps the near-field display area 22, and the far-field light blocking part 31a overlaps the far-field display area 23. Therefore, since the second image light L2 from the near display region 22 passes through the near opening 32 having a high transmittance, the amount of light is less attenuated, and the brightness of the projected virtual image can be increased. In addition, since the temperature rise of the image irradiation unit 20 due to external light tends to be noticeable in the distant display area 23, the temperature rise in the distant display area 23 can be effectively suppressed by the control unit 50 selecting the far distance blocking mode.
  • the near display area 31b overlaps the near display area 22, and the far display area 31a overlaps the distant display area 23. Therefore, external light that reaches the shutter section 30 from the windshield through the projection optical section 40 is blocked by the near-field light blocking section 31b and the far-field light blocking section 31a and does not reach the image irradiation section 20.
  • the amount of external light reaching the image irradiation section 20 can be reduced, and temperature rise and deterioration of the image irradiation section 20 can be suppressed.
  • the near light blocking portion 31b overlaps the near display area 22, and the far opening 33 overlaps the far display area 23. Therefore, since the first image light L1 from the distant display area 23 passes through the distant opening 33 having a high transmittance, the amount of light is less attenuated, and the brightness of the projected virtual image can be increased. In addition, the temperature rise in the near display area 22 can be effectively suppressed by the controller 50 selecting the near cutoff mode.
  • the control unit 50 selects the light shielding mode of the shutter unit 30 according to the region where the temperature rise in the image irradiation unit 20 is desired to be suppressed and the display region of the projected virtual image whose brightness is desired to be increased, thereby suppressing the temperature rise and improving the brightness of the image irradiation unit 20 in response to various situations.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams showing a configuration example of the image projection device 100 according to the present embodiment, FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of the whole, and FIG. 7B is a schematic perspective view showing an example of the shutter section 30.
  • the image projection device 100 of this embodiment includes a light source section 10, an image irradiation section 20, a shutter section 30, and an external light blocking section 60.
  • a free-form surface mirror 42 and a free-form surface mirror 44 are provided as the projection optical unit 40 .
  • the image light irradiated from the image irradiation unit 20 is reflected by the free-form surface mirror 42 and the free-form surface mirror 44, reaches the windshield, and is projected in the direction of the passenger's viewpoint.
  • the image light reflected by the free-form surface mirror 42 has at least one axial component condensed at an intermediate imaging position before reaching the free-form surface mirror 44, and reaches the free-form surface mirror 44 while expanding after being condensed at the intermediate image forming position.
  • the external light blocking part 60 is a member made of a light blocking material and provided with an opening at an intermediate imaging position. By arranging the external light blocking section 60 at the intermediate image forming position, it is possible to block the external light component that does not reach the image irradiating section 20 out of the external light incident from the windshield, thereby preventing the occurrence of stray light.
  • the shutter section 30 is made of a light-shielding material and has a substantially cylindrical shape. Opening portions 35a and 35b are provided on the side surface of the shutter portion 30 at positions facing each other.
  • the side surface of the shutter section 30 corresponds to the light shielding section of the invention, and the openings 35a and 35b correspond to the light transmitting section of the invention.
  • the shutter section 30 is arranged at the intermediate image forming position of the free-form surface mirror 42 so that the intermediately imaged image light can pass through the openings 35a and 35b. Further, the shutter part 30 is rotationally driven by the drive part with the central axis of the cylinder as the rotation axis, and the positions of the side surfaces and the openings 35a and 35b can be switched. Therefore, when the side surface of the shutter section 30 is positioned on the optical path of the image light, the blocking mode is set, and when the openings 35a and 35b are positioned, the transmission mode is set.
  • the shutter unit 30 switches between light transmission and blocking, it is possible to appropriately select a transmission mode in which the image light from the image irradiation unit 20 is transmitted and an image is projected, and a blocking mode in which external light is blocked to suppress the temperature rise of the image irradiation unit 20, and it is possible to suppress the temperature rise of the image irradiation unit 20 due to external light. Further, by providing the shutter section 30 at the intermediate imaging position, it is possible to reduce the size and weight of the shutter section 30 and the image projection device 100 .
  • FIG. 8A and 8B are schematic diagrams showing a configuration example of the shutter unit 30 according to the present embodiment, FIG. 8A showing a substantially rectangular configuration example, and FIG.
  • the shutter section 30 shown in FIG. 8( a ) a portion of the disk shape is cut away, the cutout portion 36 is used as the light transmission portion, and the remaining substantially rectangular portion is used as the light shielding portion 31 . Even with such a simple shape, it is possible to switch between the translucent portion of the notch portion 36 and the light shielding portion 31 by rotationally driving.
  • the near opening 32 is provided over 360 degrees on the inner peripheral side of the disk shape, and the far opening 33 is provided over 180 degrees on the outer peripheral side. Since the temperature rise of the image irradiation part 20 due to external light tends to become noticeable in the distant display area 23, the temperature rise and deterioration in the distant display area 23 can be effectively suppressed by switching the light blocking mode and the transmission mode only for the distant display area 23. ⁇ Further, since the near display area 22 is always in the transmission mode without the light shielding portion 31, it is possible to improve the brightness of the near image.

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Abstract

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。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。

Description

画像投影装置
　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。
　本国際出願は、２０２２年１月１８日に出願された日本国特許出願である特願２０２２－００６０１２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２０２２－００６０１２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。
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、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または２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、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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