WO2020004093A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2020004093A1
WO2020004093A1 PCT/JP2019/023800 JP2019023800W WO2020004093A1 WO 2020004093 A1 WO2020004093 A1 WO 2020004093A1 JP 2019023800 W JP2019023800 W JP 2019023800W WO 2020004093 A1 WO2020004093 A1 WO 2020004093A1
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light
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display
image
outside
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PCT/JP2019/023800
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English (en)
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Inventor
聖弥 小堀内
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日本精機株式会社
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B2027/0145—Head-up displays characterised by optical features creating an intermediate image

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display device.
  • a head-up display in which display light representing an image projected on a screen from a projector is emitted toward a translucent member (for example, a windshield of a vehicle) so that the image is visually recognized as a virtual image through the translucent member.
  • a head-up display is disclosed, for example, in Patent Document 1.
  • the contrast of a displayed image may be lower than that of a HUD device of a type that generates display light using, for example, a TFT (Thin-Film-Transistor) liquid crystal.
  • a TFT Thin-Film-Transistor
  • post card a phenomenon in which the boundary between the display area and the outside is visually noticeable occurs. If postcards are significantly generated, there is a possibility that good display appearance cannot be maintained.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a head-up display device capable of reducing the occurrence of postcards.
  • a head-up display device includes: A head-up display device that emits display light representing an image toward a translucent member, thereby causing the image to be visually recognized as a virtual image, A projector that emits projection light including light indicating the image, A screen that emits the display light when the projection light reaches and the image is projected, A light-blocking unit that is located between the projector and the screen in the optical path of the projection light and blocks at least a part of the projection light other than the light indicating the image,
  • the screen has a displayable area that is a reachable range of the projection light determined by an exit pupil of the projector, and a display area in which the image is projected, which is an area inside the displayable area.
  • a line along a ray from one end in the radial direction of the exit pupil to a predetermined end of the displayable area is defined as a first outside line
  • the diameter of the exit pupil is When a line along a light ray from the one end in the direction toward the end of the display area on the predetermined end side with respect to the principal ray is a second outside line,
  • the light-shielding portion is located on the first outside line and outside the second outside line.
  • FIG. 1 It is a figure for explaining a display mode of a head up display (HUD) device concerning one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a lighting device.
  • FIG. 1 is a top view of a 1st reflection part and a frame
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining various fields in a screen.
  • (A) is a schematic diagram for explaining a first position condition
  • (b) is a schematic diagram for explaining a second position condition.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a settable area.
  • (A) is a figure which shows the luminance change ratio of the projection light in the display margin area when the light shielding part satisfies the first position condition, and (b) is a display margin when the light shielding part satisfies the second position condition.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a change ratio of luminance of projection light in a region.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a change ratio of luminance of projection light in a region.
  • a head-up display (HUD) device 1 As shown in FIG. 1, a head-up display (HUD) device 1 according to the present embodiment is disposed on a dashboard of a vehicle 2 and transmits a display light L representing an image M schematically shown in FIG. (Front glass).
  • the display light L reflected by the windshield 3 is visually recognized by the observer 4 (mainly, the driver of the vehicle 2) as a virtual image V of the image M in front of the windshield 3.
  • the HUD device 1 displays the image M visually recognized as the virtual image V over the scene in front of the vehicle 2.
  • the image M is an image for notifying vehicle information about the vehicle 2 such as a vehicle speed, an engine speed, and navigation information. Note that the vehicle information includes not only information on the vehicle 2 itself but also information outside the vehicle 2.
  • the HUD device 1 displays an image M by a projection method, and as shown in FIG. 2, a projector 100, a control unit 30, a first reflection unit 40, a frame body 50, a screen 60, It includes a two-reflector 70, a concave mirror 80, and a housing 90.
  • the projector 100 generates the projection light P by, for example, a field sequential method under the control of the control unit 30, and emits the generated projection light P toward the first reflection unit 40.
  • the projector 100 includes the lighting device 10, the reflecting mirror 20, the prism 21, the display element 22, and the projection lens unit 23.
  • the illumination device 10 illuminates the display element 22 with illumination light RGB, which will be described later, via the reflecting mirror 20 and the prism 21. As shown in FIG. 3B, the light source unit 11, the circuit board 12, And multiplexing means 13.
  • the light source unit 11 includes a light source 11r that emits red light R, a light source 11g that emits green light G, and a light source 11b that emits blue light B.
  • Each of the light sources 11r, 11g, and 11b is composed of, for example, a light emitting diode (LED (Light Emitting Diode)).
  • LED Light Emitting Diode
  • Each of the light sources 11r, 11g, and 11b is driven by the control unit 30 in a field sequential manner, and emits light at a predetermined light intensity and timing.
  • the circuit board 12 is made of, for example, a printed circuit board, and has the light sources 11r, 11g, and 11b mounted thereon.
  • the multiplexing means 13 combines the lights R, G, and B emitted from the light sources 11r, 11g, and 11b and arrives, and emits the combined light as illumination light RGB. More specifically, the multiplexing means 13 has a reflecting section 13a and multiplexing sections 13b and 13c formed of dichroic mirrors.
  • the reflecting unit 13a reflects the blue light B emitted from the light source 11b toward the multiplexing unit 13b.
  • the multiplexing unit 13b reflects the green light G emitted from the light source 11g toward the multiplexing unit 13c, and transmits the blue light B from the reflecting unit 13a as it is.
  • the light BG obtained by multiplexing the blue light B and the green light G is emitted from the multiplexing unit 13b toward the multiplexing unit 13c.
  • the multiplexing unit 13c reflects the red light R emitted from the light source 11r toward the reflecting mirror 20, and transmits the light BG from the multiplexing unit 13b as it is. In this way, from the multiplexing unit 13c, the illumination light RGB obtained by multiplexing the light BG and the red light R is emitted toward the reflecting mirror 20.
  • the reflection mirror 20 is, for example, a plane mirror, and reflects the illumination light RGB emitted by the illumination device 10 toward the prism 21.
  • the illumination light RGB from the reflecting mirror 20 passes through the prism 21 and illuminates the display element 22.
  • the display element 22 receiving the illumination light RGB generates the projection light P as described later.
  • the projection light P generated by the display element 22 is reflected toward the projection lens unit 23 by the inclined surface 21a of the prism 21.
  • the display element 22 generates the projection light P including the light indicating the image M based on the image data from the control unit 30.
  • the display element 22 is formed of, for example, a DMD (Digital Micro-mirror Device) having a plurality of movable micromirrors, and each mirror is controlled in one of an ON state and an OFF state under the control of the control unit 30.
  • the illumination light RGB is spatially modulated to generate and emit the projection light P.
  • each mirror is turned on or off.
  • Each mirror is movable about a hinge as a fulcrum.
  • the mirror surface is tilted forward by a predetermined angle (for example, + 12 °) with the hinge as a fulcrum, and when the mirror is off, the mirror surface is hinged. It is inclined by a predetermined angle in the opposite direction as a fulcrum (for example, -12 °).
  • the mirror in the ON state reflects the illumination light RGB toward the prism 21.
  • the illumination light RGB reflected by the mirror in the ON state becomes light that reaches the screen 60.
  • the mirror in the off state does not reflect the illumination light RGB toward the prism 21.
  • the illumination light RGB that has reached the off-state mirror is light that does not reach the screen 60.
  • the projection light P is generated by the illumination light RGB that is selectively reflected by each mirror element that is individually driven based on the image data. By projecting the generated projection light P on the screen 60, an image M having a desired luminance and color is projected on the screen 60.
  • the projection lens unit 23 enlarges the projection light P generated by the display element 22 and arrived via the prism 21, and emits it toward the first reflection unit 40.
  • the projection lens unit 23 may be composed of one lens or a plurality of lenses.
  • the control unit 30 includes a microcomputer, a driver for driving the light source unit 11, a driver for driving the display element 22, and the like.
  • the microcomputer includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.
  • the CPU controls the entire operation of the HUD device 1 by reading and executing an operation program stored in the ROM in advance.
  • the control unit 30 generates image data for displaying an image M indicating vehicle information based on vehicle information from an ECU (Electronic Control Unit) mounted on the vehicle 2. Then, the light source unit 11 and the display element 22 are driven based on image data (including drive signals for driving various drivers). Under the control of the control unit 30, the projector 100 emits projection light P including light indicating the image M.
  • the first reflecting section 40 is formed of, for example, a plane mirror, and has a reflecting surface 41 that reflects the projection light P emitted from the projector 100 toward the screen 60.
  • the reflection surface 41 is, for example, a rectangular surface (in a plan view) as viewed from the normal direction thereof, as shown in FIG.
  • the reflection surface 41 reflects at least light representing the image M of the projection light P toward the screen 60.
  • the first reflecting section 40 may be a curved mirror (including a free-form mirror).
  • the frame body 50 is formed of, for example, a resin and has a light shielding property, and is provided in the first reflection unit 40. As shown in FIG. 4A, the frame body 50 has an opening 51 that determines the shape of the reflection surface 41 in plan view. That is, the opening 51 of the frame body 50 is also formed in a rectangular shape in plan view. A part of the frame 50 constitutes a light-shielding portion S described later. 2 and 4A, the frame 50 is schematically shown, but the exposed area of the reflection surface 41 can be defined by the opening 51, as long as the position condition of the light-shielding portion S described later is satisfied.
  • the shape of the frame body 50 and the method of fixing the frame body 50 to the first reflecting portion 40 are arbitrary.
  • the screen 60 receives the projection light P emitted from the projector 100 and reflected by the first reflection unit 40.
  • the screen 60 is formed in a rectangular shape in plan view, for example, as shown in FIG.
  • the screen 60 is a transmissive screen including a holographic diffuser, a microlens array, a diffusion plate, and the like.
  • the screen 60 receives the projection light P of the first reflection unit 40 on the rear surface (the lower surface in FIG. 2) and the front surface (FIG. 2).
  • Image M is displayed on the upper surface of the image).
  • the display light L representing the image M is emitted toward the second reflection unit 70.
  • the second reflector 70 is, for example, a plane mirror, and reflects the display light L from the screen 60 toward the concave mirror 80.
  • the concave mirror 80 reflects the display light L from the second reflecting section 70 toward the windshield 3. As a result, the virtual image V formed is larger than the image M displayed on the screen 60.
  • the housing 90 arranges the projector 100, the control unit 30, the first reflection unit 40, the frame body 50, the screen 60, the second reflection unit 70, and the concave mirror 80 at appropriate positions satisfying the above functions.
  • the housing 90 may be configured by a combination of a plurality of members.
  • An opening is formed in the housing 90, and a light transmitting plate 91 is provided in the opening.
  • the light transmitting plate 91 is made of a light transmitting resin such as acrylic, and transmits the display light L from the concave mirror 80.
  • the mechanism by which the HUD device 1 displays the virtual image V will be briefly described.
  • the projection light P emitted from the projector 100 is projected as an image M on the screen 60 via the first reflection unit 40.
  • the display light L representing the image M displayed on the screen 60 is emitted to the windshield 3 via the second reflector 70, the concave mirror 80, and the light transmitting plate 91.
  • the display light L emitted from the HUD device 1 is reflected by the windshield 3 in this manner, so that the image M is displayed as a virtual image V in front of the windshield 3.
  • the screen 60 has a displayable region Rc and a display region Ra on a surface facing the incident projection light P (the lower surface in FIG. 2). Since the screen 60 is a transmissive type, the displayable area Rc, the display area Ra, and the display allowance area Rb described later are formed on the emission surface of the display light L on the screen 60 (the upper surface in FIG. 2). You may think that it is done.
  • the displayable region Rc is a region corresponding to the maximum range in which the projection light P can reach, and is a range determined by the exit pupil 101 of the projector 100 (see FIG. 5 and the like).
  • the exit pupil 101 is an image of the aperture stop that is visible when the user looks into the projection lens unit 23. Note that the aperture stop of the projector 100 is not shown because it is appropriately set in the projector 100.
  • the displayable region Rc is a rectangular region when viewed from the direction in which the principal ray Pm of the projection light P extends (in plan view).
  • the display area Ra is an area inside the displayable area Rc, and is an area on which the image M that the viewer 4 actually wants to visually recognize is projected. That is, the display area Ra is an area where the light indicating the image M among the projection lights P reaches.
  • the display area Ra is a rectangular area when viewed from the direction in which the principal ray Pm of the projection light P extends (in plan view). Therefore, the image M displayed as the virtual image V is also visually recognized by the observer 4 in a rectangular state.
  • the area between the displayable area Rc and the display area Ra is a display margin area Rb as shown in FIGS. That is, the sum of the display area Ra and the display margin area Rb becomes the displayable area Rc.
  • the display margin area Rb is an area necessary for correcting, for example, distortion of the image M.
  • the control unit 30 corrects the distortion by controlling the projection light P that reaches the display margin region Rb when the image M desired to be visually recognized in a rectangular shape is distorted in optical design. Therefore, the projection light P that has reached the display margin area Rb is visually recognized as a virtual image V slightly. That is, strictly speaking, not only the image M but also the image represented by the projection light P that has reached the display margin area Rb is visually recognized as a virtual image V slightly around the image M.
  • the luminance of the projection light P in the display margin region Rb is set sufficiently lower than the luminance of the image M displayed in the display region Ra (to achieve high contrast).
  • a postcard may be generated in which the outer edge of the image M displayed as the virtual image V is viewed as being light and bright.
  • the HUD device 1 according to the present embodiment reduces the occurrence of postcards when the light blocking unit S satisfies the position conditions described below.
  • FIG. 5 schematically shows a part of the optical path from the exit pupil 101 of the projector 100 to the screen 60 when viewed from a direction perpendicular to the principal ray Pm of the projection light P.
  • the projection light P actually reaches the screen 60 after being reflected by the first reflection unit 40, but FIG. 5 in which the reflection is considered and FIG. (The same applies to FIGS. 6 to 8 described later).
  • the position condition of the light shielding portion S described below is satisfied in an arbitrary direction among directions perpendicular to the principal ray Pm of the projection light P, and is a vertical direction, a horizontal direction, and an oblique direction in FIG. It is not limited to a specific direction such as.
  • the position conditions of the light-shielding portion S described below include a light ray directed to an area above the principal ray Pm reaching the screen 60 and a light ray directed to an area below the principal ray Pm reaching the screen 60.
  • FIG. 5 and the like show light rays traveling toward an area above the principal ray Pm that reaches the screen 60.
  • a line along a light beam from the upper end (one end) in the radial direction of the exit pupil 101 to the upper end (predetermined end) of the displayable region Rc is referred to as a “first outer line Co”.
  • a line along a light beam from the lower end (the other end) in the radial direction of the exit pupil 101 to the upper end (the predetermined end) of the displayable region Rc is referred to as a “first extension Ci” (an extension in the claims).
  • a line along a ray from the upper end (one end) in the radial direction of the exit pupil 101 to the upper end of the display area Ra (the end of the display area Ra on the predetermined end side with respect to the principal ray Pm) is referred to as “second line”. Outside line Ao ".
  • a line along a ray from the lower end (the other end) in the radial direction of the exit pupil 101 to the lower end of the display area Ra is referred to as a “second internal line Ai”.
  • a line along the light beam from the center of the exit pupil 101 to the upper end (predetermined end) of the displayable region Rc is referred to as “middle line N”.
  • the inventor of the present application positions the light shielding unit S such that a part of the light shielding unit S is included in the settable region D (the region between the first external line Co and the second external line Ao) shown in FIG.
  • the settable region D the region between the first external line Co and the second external line Ao
  • generation of postcards can be reduced.
  • at least the light shielding portion S is located on the first external line Co and is located outside the second external line Ao. Need to be.
  • each of the first area D1, the second area D2, and the third area D3 constituting the settable area D is divided into specific areas, specifically, the position conditions (the first to fourth positions) that the light shielding unit S satisfies.
  • An example of (condition) will be described.
  • the first position condition is a condition for positioning the light shielding unit S such that a part of the light shielding unit S is included in the first region D1 illustrated in FIG.
  • the first region D1 is a region surrounded by the second external line Ao, the first external line Co, and the middle line N.
  • the light-shielding portion S satisfies the condition (the first position condition) that “is located on the first outside line Co and outside the second outside line Ao and outside the middle line N”. Is provided.
  • FIG. 9A is a graph showing a luminance change ratio of the projection light P in the display margin region Rb when the light shielding portion S is provided at a position satisfying the first position condition.
  • the vertical axis of the graph shows the ratio (%) of the luminance of the projection light P in the display margin area Rb when the luminance of the image M displayed (projected) on the display area Ra is 100%.
  • the horizontal axis of the graph indicates the distance (mm) from the outer edge of the display area Ra to the outer edge of the displayable area Rc when the boundary between the display area Ra and the display margin area Rb is 0 mm.
  • FIGS. 9 (b), 10 (a) and 10 (b) described later The same applies to FIGS. 9 (b), 10 (a) and 10 (b) described later.
  • 9A, 9B, 10A, and 10B show that the diameter of the exit pupil 101 (the width in the vertical direction in FIG. 5 and the like) is 14.22 mm and the display margin area Rb is 7 is a graph created based on verification values when the width is 7 mm and the distance from the exit pupil 101 to the screen 60 is 322 mm.
  • the brightness of the projection light P is gradually reduced from the start position (the position on the display region Ra side) of the display margin region Rb. Also, since the brightness of the projection light P at the outer edge of the display margin area Rb can be set to about 80% of the display area Ra, the occurrence of postcards can be reduced.
  • the second position condition is a condition for positioning the light shielding unit S so that a part of the light shielding unit S is included in the second region D2 illustrated in FIG. 6B.
  • the second region D2 is a region surrounded by the second outside line Ao and the first inside line Ci.
  • the light-shielding portion S satisfies the condition (the second position condition) that “is located on the first outside line Co and on the first inside line Ci and outside the second outside line Ao”. Is provided.
  • FIG. 9B is a graph illustrating a luminance change ratio of the projection light P in the display margin region Rb when the light shielding unit S is provided at a position satisfying the second position condition.
  • the brightness of the projection light P is sharply reduced from the start position (the position on the display region Ra side) of the display margin region Rb.
  • the luminance of the projection light P at the outer edge of the display margin area Rb can be set to 0% of the display area Ra, the occurrence of postcards can be reduced favorably.
  • the third position condition is a condition for positioning the light shielding unit S such that a part of the light shielding unit S is included in the third region D3 illustrated in FIG.
  • the third region D3 is a region surrounded by the second outside line Ao, the first inside line Ci, and the middle line N.
  • the condition that the light-shielding portion S is “located on the first outside line Co and the middle line N and outside the second outside line Ao and outside the first inside line Ci” (Third position condition).
  • FIG. 10A shows a case where the light-shielding portion S is provided at a position satisfying the third position condition, and the lower end of the light-shielding portion S (the end on the principal ray Pm side) reaches the first intersection X1.
  • It is a graph which shows the luminance change ratio of the projection light P in the margin area Rb.
  • the first intersection X1 is an intersection between the second outside line Ao and the middle line N, as shown in FIG.
  • the brightness of the projection light P is gradually reduced from the start position (the position on the display region Ra side) of the display margin region Rb.
  • the brightness of the projection light P at the outer edge of the display margin area Rb can be set to 50% or less of the display area Ra. For this reason, it is possible to satisfactorily reduce the occurrence of postcards while satisfying the merits of both the first position condition and the second position condition to some extent.
  • the contrast ratio of a HUD device using a TFT is "2000: 1”
  • the contrast ratio of a projection type HUD device using a DMD is "1000: 1”.
  • the fourth position condition is a condition in which the third position condition is limited, and as shown in FIG. 7B, the lower end (the end on the principal ray Pm side) of the light shielding portion S reaches the vicinity of the second intersection X2.
  • the second intersection X2 is an intersection between the second outside line Ao and the first inside line Ci.
  • the light-shielding portion S is located near the second intersection X2 means, for example, that the lower end of the light-shielding portion S is as far as possible within a range in which the second outer line Ao, which is the outer edge of the image M, is not shielded by the light-shielding portion S.
  • This is a mode approaching the second intersection X2, and includes a state where a deviation of several mm has occurred from the mode due to design requirements.
  • FIG. 10B is a graph illustrating a luminance change ratio of the projection light P in the display margin region Rb when the light shielding portion S is provided at a position satisfying the fourth position condition.
  • the brightness of the projection light P is gradually reduced from the start position of the display margin region Rb (the position on the display region Ra side).
  • the brightness of the projection light P at the outer edge of the display margin area Rb can be set to 0% of the display area Ra. For this reason, it is possible to provide the HUD device 1 that satisfies the merits of both the first position condition and the second position condition, and in which the occurrence of a postcard is extremely unlikely to be recognized.
  • the sum total of the first region D1, the second region D2, and the third region D3 described above is the settable region D. That is, by arranging the light-shielding portion S such that a part of the light-shielding portion S is included in the settable region D shown in FIG. 8, the occurrence of postcards can be reduced.
  • the phrase “the light-shielding portion S is located on the first external line Co” means that the light-shielding portion S has a portion that blocks light rays along the first external line Co.
  • the phrase “the light-shielding portion S is located outside the second external line Ao” means that the end of the light-shielding portion S on the principal ray Pm side is located in a direction away from the principal ray Pm with respect to the second external line Ao.
  • the position and shape of the light-shielding portion S are arbitrary as long as the light-shielding portion S satisfies any of the first to fourth position conditions. You only have to decide. (Characteristic 1) As the end of the light-shielding portion S on the side of the principal ray Pm is closer to the second outer line Ao, the brightness of the projection light P from the start position of the display margin region Rb toward the outer edge starts to decrease earlier. On the other hand, as the end of the light-shielding portion S on the side of the principal ray Pm is further away from the second outer line Ao, the start of the decrease in the brightness of the projection light P from the start position of the display margin region Rb toward the outer edge is delayed.
  • the light-shielding portion S may have a shape along at least one of the four sides of the rectangle in plan view.
  • the light-shielding portion S along each of the four sides of the rectangle such as a frame-like portion surrounding the opening 51 of the frame 50, may be any one of the first to fourth position conditions.
  • the light-shielding portion S has a shape along only one of the four sides of the rectangle and may satisfy any of the first to fourth position conditions.
  • the light-shielding portion S has a shape along any two or three sides of the four sides of the rectangle, and the light-shielding portion S along each side may satisfy any of the first to fourth position conditions. .
  • the reflection surface 41 is sandwiched in plan view so as to correspond to the left and right sides of the observer 4 who views the virtual image V. It is preferable to provide the light-shielding portion S on each of the left and right sides. This is because the observer 4 who visually recognizes the virtual image V is supposed to feel annoying when an unnecessary boundary is seen when the image M is displayed, particularly when the line of sight is shifted in the left-right direction.
  • the light shielding unit S is configured as at least a part of the frame body 50 provided in the first reflection unit 40 (an example of the reflection unit), but the invention is not limited thereto.
  • the light-shielding portion S can be made of any member as long as it satisfies any of the first to fourth position conditions and is located between the projector 100 and the screen 60. It may be realized as a member. Further, an optical member (a lens, a mirror, or the like) other than the first reflection unit 40 may be further provided between the projector 100 and the screen 60. And the member which comprises the light-shielding part S may be provided in the said optical member. Further, the configuration may be such that the projection light P from the projector 100 is projected on the screen 60 without passing through the first reflection unit 40.
  • the screen 60 may of course be configured to be inclined with respect to the principal ray Pm.
  • the HUD device 1 is not limited to a device using DMD as long as it is a projection system that projects the projection light P on the screen 60.
  • a device using LCOS (Liquid Crystal On Silicon) as a reflective display element is used. It may be.
  • the HUD device 1 may be configured to emit the display light L toward a dedicated combiner other than the windshield 3.
  • the vehicle 2 is an example of a vehicle on which the HUD device 1 is mounted, but the invention is not limited to this.
  • the HUD device 1 can also be installed on other vehicles (ships, aircraft, etc.). Further, the present invention is not limited to those installed on vehicles.
  • SYMBOLS 1 Head-up display (HUD) device 2 ... Vehicle, 3 ... Wind shield, 4 ... Observer L ... Display light, V ... Virtual image 100 ... Projector 10 ... Illumination device, RGB ... Illumination light 22 ... Display element, P ...
  • Projection Light 23 Projection lens unit 30: Control unit 40: First reflection unit (an example of a reflection unit), 41: Reflection surface 50: Frame, 51: Opening S: Light shielding unit 60: Screen, M: Image Ra: Display Area, Rb: Display margin area, Rc: Displayable area 101: Exit pupil Co: First external line Ci: First internal line (an example of internal line) Ao: second outer line Ai: second inner line N: middle line Pm: chief ray D: settable area D1: first area D2: second area D3: third area, X1: first intersection X2: second intersection ( Example of intersection)

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Abstract

ポストカードの発生を低減することができるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置を提供する。 ＨＵＤ装置は、画像を虚像として視認させる。ＨＵＤ装置は、画像を示す光を含む投影光を射出するプロジェクタ１００と、投影光が到達するスクリーン６０と、投影光のうち画像を示す光以外の少なくとも一部の光を遮る遮光部Ｓとを備える。スクリーン６０は、投影光の到達可能範囲である表示可能領域Ｒｃと、画像が投影される表示領域Ｒａとを有する。投影光の主光線Ｐｍと垂直な方向から見た場合に、射出瞳１０１の径方向における一端から表示可能領域Ｒｃの所定端へと向かう光線に沿う線を第１外線Ｃｏとし、当該一端から表示領域Ｒａの端へと向かう光線に沿う線を第２外線Ａｏとすると、遮光部Ｓは、第１外線Ｃｏ上に位置するとともに、第２外線Ａｏの外側に位置する。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　プロジェクタからスクリーンに投影された画像を表す表示光を、透光部材（例えば車両のフロントガラス）に向けて射出することで、透光部材越しに当該画像を虚像として視認させるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ；Head-Up Display）装置が、例えば特許文献１に開示されている。
特開２０１７－１１６８８８号公報
　特許文献１に開示されたプロジェクション方式のＨＵＤ装置は、その特性上、例えばＴＦＴ(Thin-Film-Transistor）液晶で表示光を生成する方式のＨＵＤ装置に比べ、表示画像のコントラストが低くなる場合が多い。コントラストが低いことにより、虚像の表示領域の外縁部が薄く光ると、当該表示領域とその外部との境界が目立って視認される現象（いわゆるポストカード）が発生する。顕著にポストカードが発生してしまうと、良好な表示見栄えが保てない虞がある。
　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ポストカードの発生を低減することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
　画像を表す表示光を透光部材に向けて射出することで、前記画像を虚像として視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
　前記画像を示す光を含む投影光を射出するプロジェクタと、
　前記投影光が到達して前記画像が投影されることで、前記表示光を発するスクリーンと、
　前記投影光の光路における前記プロジェクタと前記スクリーンとの間に位置し、前記投影光のうち前記画像を示す光以外の少なくとも一部の光を遮る遮光部と、を備え、
　前記スクリーンは、前記プロジェクタの射出瞳によって定まる前記投影光の到達可能範囲である表示可能領域と、前記表示可能領域よりも内側の領域であって前記画像が投影される表示領域と、を有し、
　前記投影光の主光線と垂直な方向から見た場合に、前記射出瞳の径方向における一端から前記表示可能領域の所定端へと向かう光線に沿う線を第１外線とし、前記射出瞳の径方向における前記一端から前記主光線よりも前記所定端側にある前記表示領域の端へと向かう光線に沿う線を第２外線とすると、
　前記遮光部は、前記第１外線上に位置するとともに、前記第２外線の外側に位置する。
　本発明によれば、ポストカードの発生を低減することができる。
本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の表示態様を説明するための図である。 ＨＵＤ装置の概略構成図である。 （ａ）は、プロジェクタの概略構成図であり、（ｂ）は、照明装置の概略構成図である。 （ａ）は、第１反射部及び枠体の平面図であり、（ｂ）は、スクリーンにおける各種領域を説明するための平面図である。 各種光線に沿う線を説明するための模式図である。 （ａ）は、第１位置条件を説明するための模式図であり、（ｂ）は、第２位置条件を説明するための模式図である。 （ａ）は、第３位置条件を説明するための模式図であり、（ｂ）は、第４位置条件を説明するための模式図である。 設定可能領域を説明するための模式図である。 （ａ）は、遮光部が第１位置条件を満たす場合の表示余裕領域における投影光の輝度変化割合を示す図であり、（ｂ）は、遮光部が第２位置条件を満たす場合の表示余裕領域における投影光の輝度変化割合を示す図である。 （ａ）は、遮光部が第３位置条件を満たす場合の表示余裕領域における投影光の輝度変化割合を示す図であり、（ｂ）は、遮光部が第４位置条件を満たす場合の表示余裕領域における投影光の輝度変化割合を示す図である。
　本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボードに配設され、図２に模式的に示す画像Ｍを表す表示光Ｌをウインドシールド３（フロントガラス）に向けて射出する。ウインドシールド３で反射した表示光Ｌは、ウインドシールド３の前方に画像Ｍの虚像Ｖとして観察者４（主に、車両２の運転者）に視認される。このようにして、ＨＵＤ装置１は、車両２の前方の景色に重ねて、虚像Ｖとして視認される画像Ｍを表示する。画像Ｍは、例えば、車速、エンジン回転数、ナビゲーション情報などの車両２に関する車両情報を報知するための画像である。なお、車両情報は、車両２自体の情報だけでなく、車両２の外部の情報も含む。
　ＨＵＤ装置１は、プロジェクション方式により画像Ｍを表示するものであり、図２に示すように、プロジェクタ１００と、制御部３０と、第１反射部４０と、枠体５０と、スクリーン６０と、第２反射部７０と、凹面鏡８０と、筐体９０と、を備える。
　プロジェクタ１００は、制御部３０の制御により、例えば、フィールドシーケンシャル方式によって投影光Ｐを生成し、生成した投影光Ｐを第１反射部４０に向けて射出する。
　プロジェクタ１００は、図３（ａ）に示すように、照明装置１０と、反射鏡２０と、プリズム２１と、表示素子２２と、投写レンズ部２３と、を備える。
　照明装置１０は、反射鏡２０及びプリズム２１を介して、後述する照明光ＲＧＢで表示素子２２を照明するものであり、図３（ｂ）に示すように、光源部１１と、回路基板１２と、合波手段１３と、を備える。
　光源部１１は、赤色光Ｒを発する光源１１ｒと、緑色光Ｇを発する光源１１ｇと、青色光Ｂを発する光源１１ｂとを有する。光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode））から構成されている。光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々は、制御部３０によってフィールドシーケンシャル方式で駆動され、所定の光強度及びタイミングで発光する。回路基板１２は、例えばプリント回路板からなり、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂが実装されている。
　合波手段１３は、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから発せられ、到達した光Ｒ，Ｇ，Ｂを合波して、照明光ＲＧＢとして射出するものである。具体的には、合波手段１３は、反射部１３ａと、ダイクロイックミラーからなる合波部１３ｂ，１３ｃと、を有する。反射部１３ａは、光源１１ｂが発した青色光Ｂを合波部１３ｂに向けて反射させる。合波部１３ｂは、光源１１ｇが発した緑色光Ｇを合波部１３ｃに向けて反射させると共に、反射部１３ａからの青色光Ｂをそのまま透過させる。これにより、合波部１３ｂからは、青色光Ｂと緑色光Ｇとが合波された光ＢＧが合波部１３ｃに向け射出される。合波部１３ｃは、光源１１ｒが発した赤色光Ｒを反射鏡２０に向けて反射させると共に、合波部１３ｂからの光ＢＧをそのまま透過させる。このようにして、合波部１３ｃからは、光ＢＧと赤色光Ｒとが合波された照明光ＲＧＢが反射鏡２０に向けて射出される。
　反射鏡２０は、例えば平面鏡であり、照明装置１０が発した照明光ＲＧＢを、プリズム２１に向けて反射させる。反射鏡２０からの照明光ＲＧＢは、プリズム２１を透過して表示素子２２を照明する。照明光ＲＧＢを受けた表示素子２２は、後述のように投影光Ｐを生成する。表示素子２２によって生成された投影光Ｐは、プリズム２１の傾斜面２１ａによって、投写レンズ部２３に向けて反射される。
　表示素子２２は、制御部３０からの画像データに基づいて画像Ｍを示す光を含む投影光Ｐを生成する。表示素子２２は、例えば、可動式の複数のマイクロミラーを有するＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）からなり、制御部３０の制御により、各ミラーがオンとオフとのいずれかの状態で制御されることで、照明光ＲＧＢを空間光変調して投影光Ｐを生成し、射出する。
　表示素子２２におけるマイクロミラーの下部には電極が設けられており、この電極により各ミラーを非常に短い周期（例えばμsecのオーダー）で駆動することにより、各ミラーは、オン又はオフ状態となる。各ミラーは、ヒンジを支点に可動可能であり、ミラーがオン状態のときには鏡面がヒンジを支点として順方向に所定の角度だけ傾斜し（例えば＋１２°）、ミラーがオフ状態のときには鏡面がヒンジを支点として逆方向に所定の角度だけ傾斜する（例えば－１２°）。オン状態のミラーは、照明光ＲＧＢをプリズム２１に向けて反射させる。オン状態のミラーで反射した照明光ＲＧＢは、スクリーン６０に到達する光となる。オフ状態のミラーは、照明光ＲＧＢをプリズム２１に向けて反射させない。オフ状態のミラーに到達した照明光ＲＧＢは、スクリーン６０に到達しない光となる。このように、画像データに基づき個別に駆動される各ミラー素子で選択的に反射される照明光ＲＧＢによって投影光Ｐが生成される。生成された投影光Ｐがスクリーン６０に投影されることで、所望の輝度及び色の画像Ｍがスクリーン６０に投影される。
　投写レンズ部２３は、表示素子２２で生成され、プリズム２１を介して到達した投影光Ｐを拡大し、第１反射部４０に向けて射出する。なお、投写レンズ部２３は、１枚のレンズで構成されてもよいし、複数のレンズで構成されてもよい。
　図２に戻って、制御部３０は、マイクロコンピュータ（マイコン）、光源部１１を駆動するドライバ、表示素子２２を駆動するドライバなどから構成される。マイコンは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える。ＣＰＵは、ＲＯＭに予め記憶された動作プログラムを読み出して実行することで、ＨＵＤ装置１の全体動作を制御する。制御部３０は、車両２に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの車両情報に基づき、車両情報を示す画像Ｍを表示するための画像データを生成する。そして、画像データ（各種ドライバを駆動する駆動信号を含む）に基づき、光源部１１及び表示素子２２を駆動する。制御部３０の制御により、プロジェクタ１００は、画像Ｍを示す光を含む投影光Ｐを射出する。
　第１反射部４０は、例えば平面鏡からなり、プロジェクタ１００が射出した投影光Ｐをスクリーン６０に向けて反射させる反射面４１を有する。反射面４１は、例えば、図４（ａ）に示すように、その法線方向から見て（平面視で）矩形の面である。反射面４１は、投影光Ｐのうち少なくとも画像Ｍを示す光をスクリーン６０に向けて反射させる。なお、第１反射部４０は曲面鏡（自由曲面鏡も含む）であってもよい。
　枠体５０は、例えば樹脂により遮光性を有して形成され、第１反射部４０に設けられている。枠体５０は、図４（ａ）に示すように、平面視での反射面４１の形状を定める開口部５１を有する。つまり、平面視で枠体５０の開口部５１も矩形に形成されている。枠体５０の一部によって後述の遮光部Ｓが構成される。なお、図２、図４（ａ）では、枠体５０を模式的に表しているが、開口部５１によって反射面４１の露出領域を規定でき、後述の遮光部Ｓの位置条件を満たす限りにおいては、枠体５０の形状や第１反射部４０への固定方法は、任意である。
　スクリーン６０は、プロジェクタ１００から射出され、第１反射部４０で反射した投影光Ｐを受ける。スクリーン６０は、例えば、図４（ｂ）に示すように平面視で矩形状に形成されている。スクリーン６０は、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等から構成される透過型スクリーンであり、第１反射部４０の投影光Ｐを背面（図２における下面）で受光し、前面（図２における上面）に画像Ｍを表示する。これにより、画像Ｍを表す表示光Ｌが第２反射部７０に向けて射出される。
　第２反射部７０は、例えば平面鏡からなり、スクリーン６０からの表示光Ｌを凹面鏡８０に向けて反射させる。
　凹面鏡８０は、第２反射部７０からの表示光Ｌをウインドシールド３に向けて反射させる。これにより、結像される虚像Ｖは、スクリーン６０に表示された画像Ｍよりも拡大されたものとなる。
　筐体９０は、プロジェクタ１００、制御部３０、第１反射部４０、枠体５０、スクリーン６０、第２反射部７０、及び凹面鏡８０を、上述の機能を充足する適宜の位置に配設するとともに収納する。なお、筐体９０は、複数の部材の組み合わせにより構成されてもよいことは言うまでもない。筐体９０には、開口部が形成され、この開口部には透光板９１が設けられている。透光板９１は、アクリル等の透光性樹脂からなり、凹面鏡８０からの表示光Ｌを透過させる。
　ＨＵＤ装置１が虚像Ｖを表示する機構を簡潔に述べる。プロジェクタ１００が射出した投影光Ｐは、第１反射部４０を介して、スクリーン６０に画像Ｍとして投影される。スクリーン６０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｌは、第２反射部７０、凹面鏡８０、及び透光板９１を介して、ウインドシールド３へ射出される。このようにしてＨＵＤ装置１から射出された表示光Ｌがウインドシールド３で反射することで、ウインドシールド３の前方に画像Ｍが虚像Ｖとして表示される。
（スクリーン６０上の各種領域について）
　続いて、スクリーン６０上の各種領域を、図４（ｂ）を参照して説明する。スクリーン６０は、入射する投影光Ｐに向く面（図２の下面）において、表示可能領域Ｒｃと、表示領域Ｒａとを有する。なお、スクリーン６０は、透過型のものであるため、表示可能領域Ｒｃ、表示領域Ｒａ、及び後述の表示余裕領域Ｒｂについては、スクリーン６０における表示光Ｌの射出面（図２の上面）において形成されると考えてもよい。
　表示可能領域Ｒｃは、投影光Ｐが到達可能な最大範囲に対応する領域であり、プロジェクタ１００の射出瞳１０１（図５等参照）によって定まる範囲である。射出瞳１０１は、投写レンズ部２３をのぞき込んだときに見える開口絞りの像である。なお、プロジェクタ１００の開口絞りについては、プロジェクタ１００において適宜設定されるものであるため、図示省略している。例えば、表示可能領域Ｒｃは、投影光Ｐの主光線Ｐｍが延びる方向から見て（平面視で）、矩形の領域である。
　表示領域Ｒａは、表示可能領域Ｒｃよりも内側の領域であって、実際に観察者４に視認させたい画像Ｍが投影される領域である。つまり、表示領域Ｒａは、投影光Ｐのうち画像Ｍを示す光が到達する領域である。例えば、表示領域Ｒａは、投影光Ｐの主光線Ｐｍが延びる方向から見て（平面視で）、矩形の領域である。したがって、虚像Ｖとして表示される画像Ｍも観察者４に矩形状態に視認される。
　表示可能領域Ｒｃと表示領域Ｒａとの間の領域は、図４（ｂ）、図５等に示すように、表示余裕領域Ｒｂとなる。つまり、表示領域Ｒａと表示余裕領域Ｒｂの和が表示可能領域Ｒｃとなる。
　表示余裕領域Ｒｂは、例えば、画像Ｍの歪みなどを補正する場合に必要となる領域である。例えば、制御部３０は、矩形状に視認させたい画像Ｍに光学設計上で歪みが生じる場合などに、表示余裕領域Ｒｂに到達する投影光Ｐを制御することで、歪みを補正する。したがって、表示余裕領域Ｒｂに到達した投影光Ｐは、若干ながら虚像Ｖとして視認される。つまり厳密には、画像Ｍだけでなく、表示余裕領域Ｒｂに到達した投影光Ｐが表す像も画像Ｍの周囲に若干ながら虚像Ｖとして視認される。
　プロジェクション方式のＨＵＤ装置では、その特性上、この表示余裕領域Ｒｂにおける投影光Ｐの輝度を、表示領域Ｒａに表示される画像Ｍの輝度に対して十分に低くすること（高コントラストを実現すること）が困難であり、何の対策も講じない場合には、虚像Ｖとして表示される画像Ｍの外縁が薄明るく視認されるポストカードが発生することがあった。本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、遮光部Ｓが後述の位置条件を満たすことによりポストカードの発生を低減する。
（遮光部Ｓの位置条件について）
　続いて、遮光部Ｓの位置条件について説明する。まず、当該位置条件を説明するために、図５を参照して各種光線に沿う線を定義する。なお、図６（ａ）、（ｂ）等に示す遮光部Ｓは、枠体５０の一部を示している。
　図５は、投影光Ｐの主光線Ｐｍと垂直な方向から見た場合において、プロジェクタ１００の射出瞳１０１からスクリーン６０までの光路の一部を模式的に示したものである。
　なお、図２に示すように、実際には投影光Ｐは、第１反射部４０で反射した後にスクリーン６０に到達するが、当該反射を考慮したものと、図５は、光学的に同義である（後述の図６～図８も同様）。また、下記に説明する遮光部Ｓの位置条件は、投影光Ｐの主光線Ｐｍと垂直な方向のうち任意の方向において成り立つものであり、図４（ｂ）における上下方向、左右方向、斜め方向などの特定の方向に限定されない。また、下記に説明する遮光部Ｓの位置条件は、スクリーン６０に到達する主光線Ｐｍよりも上側の領域に向かう光線と、スクリーン６０に到達する主光線Ｐｍよりも下側の領域に向かう光線とで同様に考えることができるため、以下では、スクリーン６０に到達する主光線Ｐｍよりも下側の領域に向かう光線についての説明を割愛する。この理由から、図面の見易さを考慮して、図５等では、スクリーン６０に到達する主光線Ｐｍよりも上側の領域に向かう光線を示している。
　図５において、射出瞳１０１の径方向における上端（一端）から、表示可能領域Ｒｃの上端（所定端）へと向かう光線に沿う線を「第１外線Ｃｏ」とする。一方、射出瞳１０１の径方向における下端（他端）から、表示可能領域Ｒｃの上端（所定端）へと向かう光線に沿う線を「第１内線Ｃｉ」（請求項における内線）とする。
　図５において、射出瞳１０１の径方向における上端（一端）から、表示領域Ｒａの上端（主光線Ｐｍよりも所定端側にある表示領域Ｒａの端）へと向かう光線に沿う線を「第２外線Ａｏ」とする。一方、射出瞳１０１の径方向における下端（他端）から、表示領域Ｒａの下端へと向かう光線に沿う線を「第２内線Ａｉ」とする。
　図５において、射出瞳１０１の中心から、表示可能領域Ｒｃの上端（所定端）へと向かう光線に沿う線を「中線Ｎ」とする。
　本願発明者は、図８に示す設定可能領域Ｄ（第１外線Ｃｏと第２外線Ａｏとの間の領域）内に、遮光部Ｓの一部が含まれるように、遮光部Ｓを位置させることで、ポストカードの発生を低減することができることを見出した。具体的には、ポストカードの発生を低減するためには、図８に示すように、少なくとも、遮光部Ｓは、第１外線Ｃｏ上に位置するとともに、第２外線Ａｏよりも外側に位置している必要がある。
　以下では、設定可能領域Ｄを構成する第１領域Ｄ１、第２領域Ｄ２、及び第３領域Ｄ３の各領域に分けて、具体的に、遮光部Ｓが満たす位置条件（第１～第４位置条件）の例を説明する。
（第１位置条件）
　第１位置条件は、図６（ａ）に示す第１領域Ｄ１内に遮光部Ｓの一部が含まれるように、遮光部Ｓを位置させる条件である。第１領域Ｄ１は、第２外線Ａｏと第１外線Ｃｏと中線Ｎとに囲まれる領域である。具体的には、遮光部Ｓは、「第１外線Ｃｏ上に位置するとともに、第２外線Ａｏの外側、且つ、中線Ｎの外側に位置する」という条件（第１位置条件）を満たす位置に設けられる。
　図９（ａ）は、第１位置条件を満たす位置に遮光部Ｓを設けた場合の、表示余裕領域Ｒｂにおける投影光Ｐの輝度変化割合を示すグラフである。グラフの縦軸は、表示領域Ｒａに表示（投影）される画像Ｍの輝度を１００％とした場合の、表示余裕領域Ｒｂにおける投影光Ｐの輝度の割合（％）を示す。グラフの横軸は、表示領域Ｒａと表示余裕領域Ｒｂとの境界を０ｍｍとした場合の、表示領域Ｒａの外縁から表示可能領域Ｒｃの外縁までの距離（ｍｍ）を示す。後述の図９（ｂ）、図１０（ａ）、（ｂ）も同様である。なお、図９（ａ）、（ｂ）、図１０（ａ）、（ｂ）は、射出瞳１０１の直径（図５等での上下方向の幅）を１４．２２ｍｍとし、表示余裕領域Ｒｂの幅を７ｍｍとし、射出瞳１０１からスクリーン６０までの距離を３２２ｍｍとした場合の検証値に基づき作成したグラフである。
　図９（ａ）に示すように、第１位置条件を満たす遮光部Ｓによれば、表示余裕領域Ｒｂの開始位置（表示領域Ｒａ側の位置）から緩やかに投影光Ｐの輝度を低下させつつも、表示余裕領域Ｒｂ外縁における投影光Ｐの輝度を表示領域Ｒａの８０％程度とすることができるため、ポストカードの発生を低減することができる。
（第２位置条件）
　第２位置条件は、図６（ｂ）に示す第２領域Ｄ２内に遮光部Ｓの一部が含まれるように、遮光部Ｓを位置させる条件である。第２領域Ｄ２は、第２外線Ａｏと第１内線Ｃｉとに囲まれる領域である。具体的には、遮光部Ｓは、「第１外線Ｃｏ上、且つ、第１内線Ｃｉ上に位置するとともに、第２外線Ａｏの外側に位置する」という条件（第２位置条件）を満たす位置に設けられる。
　図９（ｂ）は、第２位置条件を満たす位置に遮光部Ｓを設けた場合の、表示余裕領域Ｒｂにおける投影光Ｐの輝度変化割合を示すグラフである。
　図９（ｂ）に示すように、第２位置条件を満たす遮光部Ｓによれば、表示余裕領域Ｒｂの開始位置（表示領域Ｒａ側の位置）から急峻に投影光Ｐの輝度を低下させつつも、表示余裕領域Ｒｂの外縁部における投影光Ｐの輝度を表示領域Ｒａの０％とすることができるため、ポストカードの発生を良好に低減することができる。
（第３位置条件）
　第３位置条件は、図７（ａ）に示す第３領域Ｄ３内に遮光部Ｓの一部が含まれるように、遮光部Ｓを位置させる条件である。第３領域Ｄ３は、第２外線Ａｏと第１内線Ｃｉと中線Ｎとに囲まれる領域である。具体的には、遮光部Ｓは、「第１外線Ｃｏ上、且つ、中線Ｎ上に位置するとともに、第２外線Ａｏの外側、且つ、第１内線Ｃｉの外側に位置する」という条件（第３位置条件）を満たす位置に設けられる。
　図１０（ａ）は、第３位置条件を満たす位置に遮光部Ｓを設けた場合であって、遮光部Ｓの下端（主光線Ｐｍ側の端）が第１交点Ｘ１に達する場合の、表示余裕領域Ｒｂにおける投影光Ｐの輝度変化割合を示すグラフである。第１交点Ｘ１は、図７（ａ）に示すように、第２外線Ａｏと中線Ｎとの交点である。
　図１０（ａ）に示すように、第３位置条件を満たす遮光部Ｓによれば、表示余裕領域Ｒｂの開始位置（表示領域Ｒａ側の位置）から緩やかに投影光Ｐの輝度を低下させつつも、表示余裕領域Ｒｂの外縁部における投影光Ｐの輝度を表示領域Ｒａの５０％以下とすることができる。このため、第１位置条件と第２位置条件との双方のメリットをある程度充足しつつ、ポストカードの発生を良好に低減することができる。なお、ＴＦＴを用いたＨＵＤ装置におけるコントラスト比は「２０００：１」、ＤＭＤを用いたプロジェクション方式のＨＵＤ装置におけるコントラスト比は「１０００：１」が一般的であるが、このように、表示余裕領域Ｒｂの外縁部における投影光Ｐの輝度を表示領域Ｒａの５０％以下にすることで、ＴＦＴを用いたＨＵＤ装置に相当する黒画素（つまり、外縁部が薄明るく視認されない表示）を実現することができる。
（第４位置条件）
　第４位置条件は、第３位置条件を限定した条件であり、図７（ｂ）に示すように、遮光部Ｓの下端（主光線Ｐｍ側の端）を第２交点Ｘ２の近傍に達するように、遮光部Ｓを位置させる条件である。第２交点Ｘ２は、第２外線Ａｏと第１内線Ｃｉとの交点である。
　なお、「遮光部Ｓが第２交点Ｘ２の近傍に位置する」とは、例えば、画像Ｍの外縁となる第２外線Ａｏを遮光部Ｓで遮蔽しない範囲で遮光部Ｓの下端を可能な限り第２交点Ｘ２に近づけた態様であるとともに、設計上の要請により当該態様から数ｍｍのずれが生じた状態を含む。
　図１０（ｂ）は、第４位置条件を満たす位置に遮光部Ｓを設けた場合の、表示余裕領域Ｒｂにおける投影光Ｐの輝度変化割合を示すグラフである。
　図１０（ｂ）に示すように、第４位置条件を満たす遮光部Ｓによれば、表示余裕領域Ｒｂの開始位置（表示領域Ｒａ側の位置）から緩やかに投影光Ｐの輝度を低下させつつも、表示余裕領域Ｒｂの外縁における投影光Ｐの輝度を表示領域Ｒａの０％とすることができる。このため、第１位置条件と第２位置条件との双方のメリットを充足しつつ、ポストカードの発生が極めて認識されづらいＨＵＤ装置１を提供することができる。
　以上に説明した第１領域Ｄ１、第２領域Ｄ２、及び第３領域Ｄ３の総和が設定可能領域Ｄとなる。つまり、図８に示す設定可能領域Ｄ内に、遮光部Ｓの一部が含まれるように、遮光部Ｓを位置させることで、ポストカードの発生を低減することができる。
　上記のように、少なくとも遮光部Ｓは、第１外線Ｃｏ上に位置するとともに、第２外線Ａｏよりも外側に位置している必要がある。ここで、遮光部Ｓが「第１外線Ｃｏ上に位置する」とは、遮光部Ｓが第１外線Ｃｏに沿う光線を遮る部分を有するとの意である。また、遮光部Ｓが「第２外線Ａｏの外側に位置」とは、遮光部Ｓの主光線Ｐｍ側の端が、第２外線Ａｏに対して主光線Ｐｍから離れる方向に位置するとともに、第２外線Ａｏに沿う光線を遮らないとの意である。他の線についても、「遮光部Ｓが所定線上に位置する」や、「遮光部Ｓが所定線の外側に位置する」という記載の意味することは同様である。
　なお、遮光部Ｓが、第１～第４位置条件のいずれかを満たしている限りにおいては、遮光部Ｓの位置や形状は任意であり、目的に応じ、下記特性１、２を考慮して定めればよい。
（特性１）遮光部Ｓの主光線Ｐｍ側の端が第２外線Ａｏに近い程、表示余裕領域Ｒｂの開始位置から外縁に向かっての投影光Ｐの輝度の落ち始めが早くなる。一方、遮光部Ｓの主光線Ｐｍ側の端が第２外線Ａｏから離れる程、表示余裕領域Ｒｂの開始位置から外縁に向かっての投影光Ｐの輝度の落ち始めが遅くなる。
（特性２）遮光部Ｓがスクリーン６０に近い程、表示余裕領域Ｒｂの開始位置から外縁に向かっての投影光Ｐの輝度の低下度が急になる。一方、遮光部Ｓがスクリーン６０から遠い程、表示余裕領域Ｒｂの開始位置から外縁に向かっての投影光Ｐの輝度の低下度が緩やかになる。
　また、遮光部Ｓは、平面視で矩形の四辺のうち少なくとも一辺に沿う形状をなしていればよい。例えば、図４（ａ）に示すように、枠体５０の開口部５１を囲む額状の部分のように矩形の四辺の各々に沿う遮光部Ｓが、第１～第４位置条件のいずれかを満たしていることが好ましいが、そうでなくともよい。遮光部Ｓは、矩形の四辺のうち任意の一辺のみに沿う形状であって、第１～第４位置条件のいずれかを満たしていてもよい。また、遮光部Ｓは、矩形の四辺のうち任意の二辺又は三辺に沿う形状であって、各辺に沿う遮光部Ｓが第１～第４位置条件のいずれかを満たしていてもよい。なお、遮光部Ｓを、矩形の四辺のうち任意の二辺以上に沿って設ける場合は、虚像Ｖを視認する観察者４にとっての左右に対応するように、平面視で反射面４１を挟んでの左と右の各々に遮光部Ｓを設けることが好ましい。虚像Ｖを視認する観察者４は、特に左右方向に視線をずらした場合に画像Ｍを表示する際に不要な境界が見えると、煩わしさを覚えると想定されるためである。
　なお、本発明は、以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。
　以上では、第１反射部４０（反射部の一例）に設けた枠体５０の少なくとも一部として遮光部Ｓを構成する例を説明したが、これに限られない。遮光部Ｓは、第１～第４位置条件のいずれかを満たし、且つ、プロジェクタ１００とスクリーン６０との間に位置するものであれば、任意の部材により構成することができ、例えば遮光専用の部材として実現されてもよい。また、プロジェクタ１００とスクリーン６０との間に第１反射部４０以外の光学部材（レンズやミラーなど）をさらに設ける構成としてもよい。そして、当該光学部材に遮光部Ｓを構成する部材を設けてもよい。また、第１反射部４０を介さずに、プロジェクタ１００からの投影光Ｐをスクリーン６０に投影する構成としてもよい。
　また、射出瞳１０１とスクリーン６０上の各種領域との間における各種光線の関係が、上記説明と光学的に同義であれば、射出瞳１０１とスクリーン６０との間において屈折、反射、その他の光学的変調が行われたとしても、本発明の範囲に含まれる。また、主光線Ｐｍに対してスクリーン６０を斜めに傾ける構成としても勿論よい。
　また、ＨＵＤ装置１は、スクリーン６０に投影光Ｐを投影するプロジェクション方式であれば、ＤＭＤを用いたものに限られず、例えば反射型表示素子として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等を用いたものであってもよい。
　以上では、表示光Ｌを車両２のウインドシールド３（フロントガラス）に向けて射出する例を説明したが、これに限られない。ＨＵＤ装置１がウインドシールド３以外の専用のコンバイナに向けて表示光Ｌを射出する構成としてもよい。
　以上の説明では、ＨＵＤ装置１が搭載される乗り物の例を車両２としたが、これに限られない。ＨＵＤ装置１をその他の乗り物（船舶、航空機等）に設置することもできる。さらには、乗り物に設置するものに限られない。
　以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
　　　１…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置
　　　２…車両、３…ウインドシールド、４…観察者
　　　Ｌ…表示光、Ｖ…虚像
　１００…プロジェクタ
　　１０…照明装置、ＲＧＢ…照明光
　　２２…表示素子、Ｐ…投影光
　　２３…投写レンズ部
　　３０…制御部
　　４０…第１反射部（反射部の一例）、４１…反射面
　　５０…枠体、５１…開口部
　　　Ｓ…遮光部
　　６０…スクリーン、Ｍ…画像
　　Ｒａ…表示領域、Ｒｂ…表示余裕領域、Ｒｃ…表示可能領域
　１０１…射出瞳
　　Ｃｏ…第１外線
　　Ｃｉ…第１内線（内線の一例）
　　Ａｏ…第２外線
　　Ａｉ…第２内線
　　　Ｎ…中線
　　Ｐｍ…主光線
　　　Ｄ…設定可能領域
　　Ｄ１…第１領域
　　Ｄ２…第２領域
　　Ｄ３…第３領域、Ｘ１…第１交点
　　Ｘ２…第２交点（交点の一例）

Claims (8)

  1. 　画像を表す表示光を透光部材に向けて射出することで、前記画像を虚像として視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記画像を示す光を含む投影光を射出するプロジェクタと、
    　前記投影光が到達して前記画像が投影されることで、前記表示光を発するスクリーンと、
    　前記投影光の光路における前記プロジェクタと前記スクリーンとの間に位置し、前記投影光のうち前記画像を示す光以外の少なくとも一部の光を遮る遮光部と、を備え、
    　前記スクリーンは、前記プロジェクタの射出瞳によって定まる前記投影光の到達可能範囲である表示可能領域と、前記表示可能領域よりも内側の領域であって前記画像が投影される表示領域と、を有し、
    　前記投影光の主光線と垂直な方向から見た場合に、前記射出瞳の径方向における一端から前記表示可能領域の所定端へと向かう光線に沿う線を第１外線とし、前記射出瞳の径方向における前記一端から前記主光線よりも前記所定端側にある前記表示領域の端へと向かう光線に沿う線を第２外線とすると、
    　前記遮光部は、前記第１外線上に位置するとともに、前記第２外線の外側に位置する、
    　ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記主光線と垂直な方向から見た場合に、前記射出瞳の中心から前記所定端へと向かう光線に沿う線を中線とすると、
    　前記遮光部は、前記第１外線上に位置するとともに、前記第２外線の外側、且つ、前記中線の外側に位置する、
    　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記主光線と垂直な方向から見た場合に、前記射出瞳の径方向における他端から前記所定端へと向かう光線に沿う線を内線とすると、
    　前記遮光部は、前記第１外線上、且つ、前記内線上に位置するとともに、前記第２外線の外側に位置する、
    　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　前記主光線と垂直な方向から見た場合に、前記射出瞳の中心から前記所定端へと向かう光線に沿う線を中線とし、前記射出瞳の径方向における他端から前記所定端へと向かう光線に沿う線を内線とすると、
    　前記遮光部は、前記第１外線上、且つ、前記中線上に位置するとともに、前記第２外線の外側、且つ、前記内線の外側に位置する、
    　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　前記遮光部は、前記第２外線と前記内線との交点の近傍に位置する、
    　請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　前記プロジェクタが射出した前記投影光を前記スクリーンに向けて反射させる反射面を有する反射部と、
    　前記反射部に設けられ、前記反射面を覗かせる開口部を有する枠体と、をさらに備え、
    　前記遮光部は、前記枠体の少なくとも一部によって構成されている、
    　請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　前記表示可能領域は、平面視で矩形の領域であり、
    　前記遮光部は、平面視で前記矩形の四辺のうち少なくとも一辺に沿う形状をなす、
    　請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　車両に搭載され、前記透光部材としての前記車両のフロントガラスに向けて前記表示光を射出する、
    　請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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