JP2017021148A - 投射型表示装置及び該投射型表示装置を用いた車載用ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】特別な配線が不要で、車両周囲の明るさが変化しても、運転者による情報の視認性が維持され、視野が遮られない投射型表示装置を提供する。
【解決手段】投射型表示装置１０は、第１の光１２０を出射する光源１１０を有する投射ユニット１００と、投射ユニット１００から出射された第１の光１２０の一部を反射して反射光１３０を生成するハーフミラー２１０及び第１の光１２０の入射方向とは反対方向から入射した第２の光５００を透過させる液晶シャッタ２３０を積層して構成されたコンバイナ２００と、第２の光５００の強度に応じた大きさの起電力を発生する光電変換素子３００と、該起電力の大きさに基づいて第１の光１２０の強度を制御する制御部４００と、を備える。投射型表示装置１０において、液晶シャッタ２３０は光電変換素子３００の起電力により作動し、液晶シャッタ２３０の透過率は起電力の大きさに応じて変化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、投射型表示装置及び該投射型表示装置を用いた車載用ヘッドアップディスプレイに関する。

近年、ＬＥＤやレーザ光を光源として用いて画像等の情報を投射する投射型表示装置が開発されている。また、投射型表示装置を車両に搭載し、該表示装置で車両の運転者の視野内に車両速度やエンジン回転数等の情報を画像により表示して、運転者が運転しながら当該情報を認識することを可能にする車載用ヘッドアップディスプレイも開発されている。

車両用ヘッドアップディスプレイは、例えば、車両が昼間走行しているときと、夜間走行しているときとでは、車両周囲の明るさが異なるため、車両周囲の明るさによって運転者による情報の視認性が変化する。すなわち、車両の昼間走行時には車両周囲が明るいため、情報を表示する光の輝度が相対的に低下し、運転者が情報を視認しづらくなることがある。一方、車両の夜間走行時には車両周囲が暗いため、情報を表示する光の輝度が相対的に高くなり、運転者が表示を眩しく感じることがある。

特許文献１には、光源の点灯に伴い表示光を発する液晶表示素子と、表示光を反射させる凹面鏡と、該液晶表示素子及び凹面鏡を収容するハウジングとを備え、凹面鏡によって反射された表示光をハウジングに形成された透光性カバーを通じて表示光をフロントガラスに投射して運転者に対し虚像の表示を行う車両用ヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。該車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、フロントガラスを通じて透光性カバーへと照射される外光の照度を検出して照度データを出力する外光検出素子と、照度データに基づいて光源の輝度を調整する制御手段とを備えている。制御手段は、日時情報と車両の位置情報と車両の進行方向情報と、に基づいて、照度データが所定の閾値を超えたと判断したときに、光源を消灯動作させる。

特許文献２には、太陽が重なって逆光となり得る状態を検知した際に、自動的にスクリーン部の液晶シャッタに電圧を印加して外光の入射を遮蔽するヘッドアップディスプレイが開示されている。外光の入射が遮蔽されていても、液晶シャッタの手前側に重複するよう貼り合わせたハーフミラーによってヘッドアップディスプレイプロジェクタからの投影表示画像を明確に表示し続けることができる。また、スクリーン部の背景が黒く表示されることで、液晶シャッタは一種のサンバイザーとして機能する。液晶シャッタへの電圧印加は、車両のバッテリに接続された電源供給部から行われる。電源供給部による電圧の印加と遮断はシャッタ制御部が制御している。

特開２０１３−２２４０６８号公報 特開２０１４−２０６７０６号公報

特許文献１においては、光源を消灯動作させると、表示光がフロントガラスに投射されないので、虚像が表示されず、運転者が虚像を視認できなくなるという問題がある。

特許文献２においては、液晶シャッタの状態が外光の透過と遮蔽の２種類しかなく、しかも液晶シャッタにより外光の入射が遮蔽されると、スクリーン部の背景が黒く表示されるので、運転者の視野の一部が遮られてしまい、安全性の確保について問題がある。また、液晶シャッタが外光を透過するか遮蔽するかに関わらず、レーザ光源部から出射される光量は変化しないので、外光が強い場合には液晶シャッタが外光を遮蔽した状態であっても運転者にとって表示画像の視認が困難となる場合がある。更に、液晶シャッタに電圧を印加するためにバッテリから電源供給部を経由する特別な配線が必要となる。

このように、特別な配線が不要で、車両周囲の明るさが変化しても、運転者による情報の視認性が維持され、視野が遮られない投射型表示装置が求められている。

本発明に係る投射型表示装置の１つの実施形態は、第１の光を出射する光源を有する投射ユニットと、前記投射ユニットから出射された前記第１の光の一部を反射して反射光を生成するハーフミラー、及び、前記第１の光の入射方向とは反対方向から入射した第２の光を透過させる液晶シャッタを積層して構成されたコンバイナと、前記第２の光の強度に応じた大きさの起電力を発生する光電変換素子と、前記光電変換素子の前記起電力の大きさに基づいて前記第１の光の強度を制御する制御部と、を備え、前記液晶シャッタは前記光電変換素子の前記起電力により作動し、前記液晶シャッタの透過率は前記起電力の大きさに応じて変化する。

このような構成を有する投射型表示装置であれば、第２の光の強度に応じて発生した光電変換素子の起電力の大きさに基づいて制御部が光源から出射される第１の光の強度を制御し、該起電力に応じて液晶シャッタの透過率が変化することにより、第２の光の強度が変化しても常に投射型表示装置から投射される情報を含んだ画像（以下、情報画像と称する）が表示され、且つ、その視認性を維持することができる。また、光電変換素子の起電力でコンバイナの液晶シャッタを作動させるので、液晶シャッタを作動させるための特別な配線は必要ない。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタの前記透過率は、前記制御部の制御により変化する。

光電変換素子の起電力に応じた透過率の変化では投射型表示装置から投射された情報画像の視認性が十分得られない場合であっても、制御部が液晶シャッタの透過率を制御して変化させることにより、情報画像の視認性を維持することができる。

投射型表示装置の１つの実施形態は、前記ハーフミラーの周囲の第３の光の強度を検出する内光検出素子を更に備え、前記光電変換素子の前記起電力の大きさと前記第３の光の強度とに基づいて、前記第１の光の強度を制御する。

このような構成を有する投射型表示装置であれば、光電変換素子の起電力（第２の光の強度）と第３の光の強度に基づいて、光源から出射される第１の光の強度を制御することにより、投射型表示装置から投射される情報画像の視認性を更に高めることができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記ハーフミラーは金属膜を有する。また、前記金属膜には、膜厚方向に沿って複数の穴が形成されていてもよい。更に、前記２種類の金属膜の表面にはヘアライン加工が施されていてもよい。

金属膜を有するハーフミラーであれば、金属膜の膜厚を変えることにより光の透過率や反射率を変化させることができる。また、金属膜の膜厚方向に沿って複数の穴が形成されていれば、膜厚が一定であっても穴の開口率を変えることにより光の透過率や反射率を変化させることができる。このとき、金属膜の面内の膜厚分布を変える、あるいは、金属膜の面内の穴の密度分布を変えることにより、ハーフミラーの面内の透過率や反射率の分布を変化させることができる。更に、これらの金属膜にヘアラインを形成すると第１の光の反射方向を制御してハーフミラーに反射指向性を付与することができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記ハーフミラーは誘電体膜を有する。

誘電体膜における光の吸収率は小さいので、入射光の損失はほとんどない。誘電体膜の材料や膜厚、積層膜数を変化させることによりハーフミラーの光の透過率や反射率を変化させることができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記ハーフミラーは半透過型偏光板である。また、前記ハーフミラーは反射型偏光板であってもよい。

ハーフミラーとして半透過反射板を偏光板に貼り合せた構成の半透過型偏光板を用いると、ハーフミラーに入射した第１の光は半透過反射板でその一部が反射されて反射光を生成する。第２の光のうち液晶シャッタを透過してハーフミラーに入射した光は偏光板によって透過軸の直線偏光成分は透過し、吸収軸の直線偏光成分は吸収される。また、ハーフミラーとしてワイヤグリッド構成の反射型偏光板を用いると、ハーフミラーに入射した光（第１の光、液晶シャッタを透過した光を問わず）のうち、透過軸の直線偏光成分を透過させ、吸収軸の直線偏光成分を反射させることができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタは捻れ配向ネマティック液晶からなる液晶層を有する。また、投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタは垂直配向ネマティック液晶からなる液晶層を有する。

液晶層が捻れ配向ネマティック液晶又は垂直配向ネマティック液晶から構成されていると、液晶シャッタに印加する電圧の大きさにより液晶層の液晶分子の配向状態を変化させることができ、これにより液晶シャッタの透過率を変化させることができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタは高分子分散型液晶からなる液晶層を有する。

液晶シャッタを高分子分散型液晶からなる液晶層で構成すると、偏光板が不要になり、光の利用効率を高めることができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側に被印刷物が印刷された印刷シートが配設されている。

被印刷物の表示は情報画像とは異なり変化しないので、常時視認する必要がある不変情報を被印刷物として印刷シートに印刷しておけば、その不変情報を投射画像として容易に表示することができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側に液晶表示パネルが配設されている。

液晶表示パネルにより表示される画像は、変化させることが可能であり、又、該画像は投射型表示装置により投射される情報画像とは独立しているので、投射型表示装置からは投射されず、且つ、変化する画像や動画を容易に表示することができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側にフォトクロミック層が形成されている。

フォトクロミック層として、例えば、紫外線量が増えるとフォトクロミック層の色が濃くなり、紫外線量が減ると色が薄くなる化合物を用いると、第２の光の強度が強いときにはフォトクロミック層の色が濃くなるので、液晶シャッタに入射する光量を低減させることができる。これにより、投射型表示装置により投射される情報画像の視認性を高めることができると共に、紫外線による液晶シャッタの劣化を防止することができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、少なくとも前記投射ユニットと前記コンバイナとの間に円偏光板が配設されている。

投射ユニットとコンバイナとの間に円偏光板を配設することにより、コンバイナに入射する光の反射を低減することができるので、投射型表示装置により投射される情報画像の視認性を高めることができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、少なくとも前記投射ユニットと前記コンバイナとの間にタッチパネルが配設されている。

投射ユニットとコンバイナとの間にタッチパネルを配設することにより、投射型表示装置により投射される情報画像に重畳させて入力機能を容易に付加することができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側に集光シートが配設されている。

集光シートを用いることにより、あらゆる方向から入射する第２の光の指向性を一方向に揃えて液晶シャッタに入射させることができるので、第２の光の利用効率を高めることができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側にサイドライトを有するバックライトが配設されている。

バックライトを用いることにより、第２の光の強度が不足しているときに、コンバイナを透過する光の強度を高めることができる。また、入射する第２の光の指向性を一方向に揃えて液晶シャッタに入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。

投射型表示装置の１つの実施形態においては、前記コンバイナは湾曲している。

コンバイナが湾曲していると、投射ユニットからコンバイナに直接投射して情報画像を表示させることができるので、投射ユニットとコンバイナの間に配設される凹面ミラーが不要となり、投射型表示装置を安価に構成することができる。

本発明に係る車載用ヘッドアップディスプレイの１つの実施形態は、上記実施形態のいずれか１つに記載の投射型表示装置を備えている。

上記の投射型表示装置を用いると、第２の光の強度が変化しても、投射される情報画像の視認性が高い状態で維持される車載用ヘッドアップディスプレイを得ることができる。

第１実施形態に係る投射型表示装置を用いた車載用ヘッドアップディスプレイの構成を表す概略図である。 第１実施形態に係る投射型表示装置の構成を表す概略図である。 第１実施形態に係るハーフミラーの構成を表す断面図である。 別のハーフミラーの構成を表す断面図である。 別のハーフミラーの構成を表す断面図である。 別のハーフミラーの構成を表す断面図である。 別のハーフミラーの構成を表す断面図である。 別のハーフミラーの構成を表す断面図である。 第１実施形態に係る液晶シャッタの構成を表す断面図である。 別の液晶シャッタの構成を表す断面図である。 太陽電池の起電力を液晶シャッタに印加する構成を表す概略図である。 外光の強度に対する太陽電池の起電力と液晶シャッタの透過率の変化を表すグラフである。 外光の強度に対する発光強度変換係数の変化を表すグラフである。 車両周囲の明るさが変化したときに視認コントラスト比を一定に維持するための各光の強度や透過率等を示す表である。 視認コントラスト比を一定に維持する制御方法を表すフローチャートである。 投射画像の白色表示の割合を考慮して光源から出射される第１の光の強度を制御する方法を表すフローチャートである。 投射画像の白色表示の割合に対する発光強度補正係数の変化を表すグラフである。 第２実施形態に係る投射型表示装置の構成を表す概略図である。 内光を考慮して光源から出射される第１の光の強度を制御する方法を表すフローチャートである。 外光と内光の強度差に対する発光強度補正係数の変化を表すグラフである。 印刷シートを配設したコンバイナの構成を表す概略図である。 液晶表示パネルを配設したコンバイナの構成を表す概略図である。 フォトクロミック層を形成したコンバイナの構成を表す概略図である。 円偏光板を配設したコンバイナの構成を表す概略図である。 タッチパネルを配設したコンバイナの構成を表す概略図である。 集光シートを配設したコンバイナの構成を表す概略図である。 バックライトを配設したコンバイナの構成を表す概略図である。 湾曲したコンバイナを有する投射型表示装置を用いた車載用ヘッドアップディスプレイの構成を表す概略図である。

１．第１実施形態
〔ヘッドアップディスプレイの構成〕
以下、本発明の第１実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１に第１実施形態に係る投射型表示装置１０を車両に搭載して車載用ヘッドアップディスプレイ（以下、単にヘッドアップディスプレイと称する）５０に適用した状態を表す概略図である。図１に示すヘッドアップディスプレイ５０は、投射型表示装置１０と凹面ミラー８０により構成されている。投射型表示装置１０は、図２に示すように、光源１１０を有する投射ユニット１００と、コンバイナ２００と、太陽電池３００と、インバータ３０２と、制御部４００を備えている。太陽電池３００は光電変換素子の一例である。

ヘッドアップディスプレイ５０は、人間の視野内に重ねて情報を表示させる装置である。これにより、車両の運転者３０の視野内にあるコンバイナ２００に向けて投射ユニット１００から出射された第１の光１２０に含まれる情報を含んだ画像（以下、情報画像と称する）をコンバイナ２００上に表示して、運転者３０が運転しながら当該情報を視認することを可能にする。

ヘッドアップディスプレイ５０においては、図１に示すように、車両のダッシュボードに埋め込まれた投射ユニット１００から出射された第１の光１２０が凹面ミラー８０で反射されてコンバイナ２００に投射されて表示される。投射された第１の光１２０には、情報画像が含まれている。コンバイナ２００に表示された情報画像は車外の遠方の点に結像しており、運転者３０には遠方にある仮想スクリーン９０に該情報画像が表示されているように見える。従って、運転者３０は、車両の運転中に進行方向の遠方を注視した状態で、該情報画像に焦点を合わせて該情報を視認することができる。

なお、運転者３０が視認する情報画像を含む光の強度は投射ユニット１００から出射された第１の光１２０のうちコンバイナ２００で反射された光（以下、反射光１３０と称する）と、車外からコンバイナ２００に入射した外光５００のうちコンバイナ２００を透過した光（以下、透過光５１０と称する）の合成光に基づいて定まる。外光５００は第２の光の一例である。

〔投射型表示装置の構成〕
投射型表示装置１０の投射ユニット１００においては、ＬＥＤやレーザダイオード等の光源１１０から出射された第１の光１２０が不図示の空間光変調素子に入射して変調された後、外部に出射される。空間光変調素子に入射する前の第１の光１２０には表示される情報画像は含まれていないが、空間光変調素子を透過して投射ユニット１００から出射された第１の光１２０には、情報画像が含まれている。投射ユニット１００の構造は公知であるため、これ以上の具体的な説明は省略する。

コンバイナ２００は、ハーフミラー２１０と液晶シャッタ２３０とを積層して構成されている。ハーフミラー２１０は入射する光の一部を反射させ、一部を透過させることができる。液晶シャッタ２３０は、その内部を透過する光の透過率を変化させることができる。ハーフミラー２１０は、投射ユニット１００から出射された第１の光１２０を反射させて反射光１３０を生成し、液晶シャッタ２３０は、外光５００の一部を透過させてハーフミラー２１０に入射させる。ハーフミラー２１０を透過した光は透過光５１０となる。

ハーフミラー２１０は、図３に示すように透光性のフィルム等からなる基材２１２の上にアルミ等の金属膜２１４を形成して構成される。ハーフミラー２１０は、基材２１２が液晶シャッタ２３０に対向し、金属膜２１４の表面に第１の光１２０が入射するように配置される。金属膜２１４の膜厚を変えることによりハーフミラー２１０の光の透過率や反射率を変化させることができる。また、金属膜２１４の面内の膜厚分布を変えることにより、ハーフミラー２１０の面内の透過率や反射率の分布を変化させることができる。

ハーフミラー２１０は、図４に示すように、金属膜２１４の膜厚方向に沿って多数の微小な穴２１６（直径０．１ｍｍ以下）を形成してもよい。穴２１６はエッチングにより形成することができる。金属膜２１４に穴２１６を形成すると、金属膜２１４の膜厚が一定であっても穴２１６の開口率を変えることによりハーフミラー２１０の透過率や反射率を変化させることができる。また、金属膜２１４の面内の穴２１６の密度分布を変えることにより、ハーフミラー２１０の面内の透過率や反射率の分布を変化させることができる。

図３、図４に示すハーフミラー２１０の金属膜２１４の表面には、単一方向に延在する凹凸であるヘアライン２１７を形成してもよい。ヘアライン２１７は金属膜２１４の形成後に、金属膜２１４の表面に機械的加工を行ったり、金属ローラを押し当てることにより形成することができる。図５は、図３に示すハーフミラー２１０にヘアライン２１７を形成したときの、ヘアライン２１７の延在方向に垂直な方向の断面を表す。図５に示すように、例えば、一方向が表面に対して斜面となった三角形断面を有するヘアライン２１７を金属膜２１４に形成すると、第１の光１２０の反射方向を一定方向にして反射指向性を付与することができる。これにより、運転者３０が視認する情報画像の視野方向を制御することができる。

ハーフミラー２１０は、図６に示すように、基材２１２の上に誘電体多層膜２１８を形成して構成されてもよい。誘電体多層膜２１８は、スパッタリングや化学気相成長（ＣＶＤ）により、基材２１２の上に低屈折率の誘電体膜と高屈折率の誘電体膜を交互に形成して多層膜としたものである。誘電体多層膜２１８における光の吸収率は小さいので、入射光の損失はほとんどない。誘電体多層膜２１８の材料や膜厚、膜の積層数を変えることによりハーフミラー２１０の光の透過率や反射率を変化させることができる。なお、誘電体多層膜２１８は誘電体膜の一例である。

ハーフミラー２１０は、図７に示すように、基材２１２の上に金属膜２１４を形成して半透過反射板とし、その上に更に偏光板２２０を貼り合わせて半透過型偏光板として構成されてもよい。ハーフミラー２１０として半透過型偏光板を用いると、ハーフミラー２１０に入射した第１の光１２０は半透過反射板でその一部が反射されて反射光１３０を生成する。外光５００のうち液晶シャッタ２３０を透過してハーフミラー２１０に入射した光は偏光板２２０によって透過軸の直線偏光成分は透過し、吸収軸の直線偏光成分は吸収される。偏光板２２０は、後述する液晶シャッタ２３０を構成する偏光板２４６（図９参照）として機能している。このため、ハーフミラー２１０として半透過型偏光板を用いると、液晶シャッタ２３０において偏光板２４６は不要となる。

また、ハーフミラー２１０として、図８に示すように、基材２１２の上にスリット状金属膜２２２が形成されたワイヤグリッド構成の反射型偏光板を用いてもよい。ワイヤグリッド構成の反射型偏光板はハーフミラー２１０に入射した光（第１の光１２０、液晶シャッタ２３０を透過した光を問わず）のうち、透過軸の直線偏光成分を透過させ、吸収軸の直線偏光成分を反射させる。

液晶シャッタ２３０は、液晶層２３２（図９）、液晶層２５０（図１０）の両端に設けられた電極層２４２、２４４に電圧を印加することにより液晶層２３２、２５０内の液晶分子の配向状態を変化させて内部を透過する光の偏光状態を変化させる。これにより、内部を透過する光の透過率を変化させる。

図９に示す液晶シャッタ２３０は、透光性の基板２３４、２３６の間に透光性の液晶層２３２を設けると共に、液晶層２３２と基板２３４、２３６の間に液晶層２３２の液晶分子を配向させる透光性の配向層２３８、２４０と、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性材料からなり電圧を印加して液晶層２３２に作用させる電界を発生させる電極層２４２、２４４を備えている。基板２３４、２３６の外側には、偏光板２４６、２４８が設けられている。電極層２４２、２４４は交流電源２５５に接続されている。本実施形態において、交流電源２５５は、太陽電池３００で発生した直流の起電力をインバータ３０２で交流変換した後の交流出力を意味する（図１１参照）。詳細は後述する。なお、液晶層２３２は、捻れ配向ネマティック液晶、又は、垂直配向ネマティック液晶の一例である。

以下、液晶層２３２が捻れ配向ネマティック液晶である場合の液晶シャッタ２３０の動作について説明する。

外光５００は偏光板２４８に入射すると、偏光板２４８の偏光の向きと一致する特定の偏光を有する光のみが透過する。偏光板２４８を透過した光は液晶層２３２に入射する。電極層２４２、２４４に交流電源２５５による電圧が印加されていないときは、入射した光は、液晶層２３２で液晶分子の配列に沿って偏光の向きが９０度変化し、偏光板２４６に向けて出射する。偏光板２４８と偏光板２４６とは偏光の向きが９０度異なっており、偏光板２４６に入射する光の偏光の向きは全て偏光板２４６の偏光の向きと一致しているので、全ての入射光が偏光板２４６を透過する。

交流電源２５５により電極層２４２、２４４に電圧が印加されると、電極層２４２、２４４間に発生した電界により液晶層２３２の液晶分子の配向状態が変化する。配向状態は交流電源２５５の電圧の大きさに応じて変化し、これにより、偏光板２４８を透過する光の偏光の向きは液晶層２３２中で９０度から０度の範囲で変化する。そして、液晶層２３２を透過した特定の偏光を有する光のうち、偏光板２４６の偏光の向きと平行な成分のみが偏光板２４６を透過する。例えば、液晶層２３２を透過する間に光の偏光の向きが４５度変化した場合には、液晶層２３２を透過した光のうち約半分の光が偏光板２４６を透過し、液晶層２３２を透過する間に光の偏光の向きが変化しない場合には、液晶層２３２を透過した光は偏光板２４６を全く透過しない。

次に、液晶層２３２が垂直配向ネマティック液晶である場合の液晶シャッタ２３０の動作について説明する。

液晶層２３２が垂直配向ネマティック液晶である場合、偏光板２４８の偏向の向きと偏光板２４６の偏光の向きとは同じである。そのため、電極層２４２、２４４に電圧が印加されていないときには、偏光板２４８を透過する光は液晶層２３２中をそのまま透過して偏光板２４６を透過する。

交流電源２５５により電極層２４２、２４４に電圧が印加されると、電極層２４２、２４４間に発生した電界により液晶層２３２の液晶分子の配向状態が変化する。配向状態は交流電源２５５の電圧の大きさに応じて変化し、これにより、偏光板２４８を透過する光の偏光の向きは液晶層２３２中で、偏光板２４８を透過する光の偏光の向きを０度としたとき、０度の直線偏光から円偏光を経て９０度の直線偏光までの範囲で変化する。そして、液晶層２３２を透過した特定の偏光を有する光のうち、偏光板２４６の偏光の向きと平行な成分のみが偏光板２４６を透過する。

例えば、電界により液晶層２３２が４分の１波長の位相差を与える場合、偏光板２４８を透過する光の偏光の向きが液晶層２３２の配向方向に対して４５度の方位角で入射すると、液晶層２３２を透過する間に直線偏光が円偏光に変わり、液晶層２３２を透過した光のうち約半分の光が偏光板２４６を透過する。また、電界により液晶層２３２が２分の１波長の位相差を与える場合、偏光板２４８を透過する光の偏光の向きが液晶層２３２の配向方向に対して４５度の方位角で入射すると、液晶層２３２を透過する間に直線偏光の偏光方向が９０度回転し、液晶層２３２を透過した光は偏光板２４６を全く透過しない。

また、液晶シャッタ２３０は、図１０に示すように、液晶層２３２の代わりに高分子分散型液晶からなる液晶層２５０を用いてもよい。液晶層２５０は交流電源２５５の電圧の大きさにより入射光の散乱度合が変化し、これにより光の透過率を変化させるものであり、偏光の向きの変化により光の透過率を変えるものではない。そのため、液晶シャッタ２３０に液晶層２５０を用いると偏光板２４６、２４８が不要になり、光の利用効率を高めることができる。

太陽電池３００は照射された光の強度に応じた起電力を発生させる装置である。太陽電池３００は、図２、図１１に示すように、インバータ３０２を介して液晶シャッタ２３０に接続されており、液晶シャッタ２３０は太陽電池３００で発生した起電力により作動する。インバータ３０２は、太陽電池３００で発生した直流の起電力を交流に変化して出力する回路である。インバータ３０２の構成は公知であるため、詳細な説明は省略する。このように、液晶シャッタ２３０を太陽電池３００で作動させるので、液晶シャッタ２３０を作動させるための特別な配線（車両のバッテリからの配線等）は不要となる。太陽電池３００は、車両のダッシュボード等の外光５００の照射を受けやすい場所に配設されている。

〔投射型表示装置の制御方法〕
次に、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ５０における投射型表示装置１０の制御方法について説明する。投射型表示装置１０は図２に示す制御部４００により制御される。制御部４００は、光源１１０と太陽電池３００とに接続されている。制御部４００は、ＣＰＵを中核として、光源１１０を制御するために必要な機能がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

制御部４００には、太陽電池３００で発生した起電力の大きさに応じた電圧である外光検出電圧が入力される。制御部４００は、外光検出電圧の値に応じて、不図示の外部電源から光源１１０に印加する電圧を変化させて光源１１０から、ひいては投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を変化させる。すなわち、制御部４００は、外光５００の強度に応じて、光源１１０から出射される第１の光１２０の強度を制御する。

上述したように、液晶シャッタ２３０（正確には、電極層２４２、２４４）には、太陽電池３００で発生した起電力をインバータ３０２により交流変換した交流電圧（以下、単に交流電圧と称する）が印加される。太陽電池３００の起電力とインバータ３０２から出力される交流電圧の間には正の相関があるので、太陽電池３００の起電力が大きいほど、インバータ３０２から出力されて液晶シャッタ２３０に印加される交流電圧の大きさも大きくなる。液晶シャッタ２３０に印加される交流電圧が大きいと液晶層２３２の液晶分子の配向状態は大きく変化し、液晶層２３２を透過する光の偏光の向きは大きく変化する。この結果、偏光板２４８を透過する光量は小さくなる。すなわち、太陽電池３００の起電力が大きくなると、液晶シャッタ２３０の透過率は小さくなる。

このように、本実施形態において液晶シャッタ２３０を交流駆動するための駆動周波数を作り出すためには、インバータ３０２に印加するタイミングパルスだけが必要であり、これだけで太陽電池３００で発生する起電力の大きさ、すなわち、外光５００の強度に応じて液晶シャッタ２３０の透過率を変化させることができる。これにより、液晶シャッタ２３０の透過率を制御部４００で制御する必要がなく、制御部４００の回路構成を単純にすることができる。

外光５００の強度が変化したときの太陽電池３００の起電力の変化、及び、液晶シャッタ２３０の透過率の変化を図１２に示す。図１２に示すように、外光５００の強度が大きくなるにつれて、太陽電池３００の起電力は大きくなり、液晶シャッタ２３０の透過率は小さくなる。

外光５００の強度が変化したときの投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を変化させるための発光強度変換係数の変化を図１３に示す。発光強度変換係数は、外光５００の強度が１０のときの係数を１．０として、外光５００の強度が大きくなるにつれて係数が大きくなる。そして、発光強度変換係数を、外光５００の強度が１０のときに光源１１０に印加する電圧値に乗じることで、光源１１０に印加する電圧値を求めることができる。以下、発光強度変換係数が１．０のときに光源１１０に印加する電圧値を「基準電圧」と定義する。なお、光の強度の数値（例えば「１０」）は、本実施形態において、光のエネルギーの大きさを表す相対的な数値であり、単位は任意である。

この制御方法においては、発光強度変換係数に「１００」を乗じた値が、光源１１０から出射される第１の光１２０の最大強度となる。この乗数「１００」は、図１３に示すように、発光強度変換係数が１．０であるときの「外光５００の強度が１０」であり、図１４の「夜間」に示すように、「外光５００の強度が１０」のときに第１の光１２０の最大強度が「１００」であることに基づいて定められる。以下、この「１００」を「基準強度」と定義する。第１の光１２０のコントラスト比は投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度と最小強度の比であり、投射ユニット１００の光学系設計や光学部材に依存して特性が決まる。本実施形態における投射ユニット１００は、第１の光１２０のコントラスト比が常に１００となる特性を有する。なお、最大強度、最小強度とは、それぞれ、情報画像において白色を表示する光の強度、黒色を表示する光の強度を意味する。

図１３に示すように、外光５００の強度が大きくなるにつれて、制御部４００は、光源１１０に印加する電圧値を大きくするよう制御して、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を大きくする。図１３に示す、外光５００の強度が変化したときの発光強度変換係数の変化を表すデータは、制御部４００を構成する不図示のメモリ内に記憶され、外光検出電圧の値に対応して読み出される。

次に、コンバイナ２００に投射された情報画像の運転者３０による視認性について説明する。本実施形態において、視認性とは、運転者３０に到達する光（情報画像が含まれている）の最大強度と最小強度の比であるコントラスト比（以下、視認コントラスト比と称する）を意味し、視認性が変化しないとは、視認コントラスト比が一定となることを意味する。そして、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ５０は、投射型表示装置１０を制御することにより、図１４に示すように、朝日、夕日の直射時、晴天時、曇天時、夜間時のいずれの場合でも、視認コントラスト比が一定値の１７．５となるように構成されている。

朝日、夕日の直射時とは、車外が明るく、且つ、外光５００が直接コンバイナ２００の液晶シャッタ２３０に入射しているときであり、この時、外光５００の強度は２０００である。朝日、夕日の直射時には、太陽電池３００の起電力が最も大きくなり、制御部４００は太陽電池３００から入力された外光検出電圧により、車外が朝日、夕日が直射していると判断する。このとき、図１２より液晶シャッタ２３０の透過率は０．０１であり、図１３より発光強度変換係数は４．０である。そして、制御部４００は、基準電圧に発光強度変換係数４．０を乗じた電圧を光源１１０に印加させる。このとき、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度は４００（＝基準強度×４．０）となる。

本実施形態におけるコンバイナ２００のハーフミラー２１０は入射する光の反射率が０．２５、透過率が０．２５となる特性を有している。

投射ユニット１００から出射された第１の光１２０の一部はハーフミラー２１０で反射され、反射光１３０となって運転者３０に到達する。ハーフミラー２１０の反射率が０．２５なので、反射光１３０の最大強度は１００、最小強度は１となる。一方、液晶シャッタ２３０に入射する強度が２０００の外光５００は、液晶シャッタ２３０の透過率が０．０１でハーフミラー２１０の透過率が０．２５であるので、運転者３０に到達する透過光５１０の強度は５となる。視認コントラスト比は（反射光１３０の最大強度＋透過光５１０の強度）／（反射光１３０の最小強度＋透過光５１０の強度）により求められ、その値は１７．５（＝（１００＋５）／（１＋５））となる。

晴天時とは、コンバイナ２００の液晶シャッタ２３０に入射する外光５００の強度が１０００の時である。図１２に示すように、晴天時には、朝日、夕日の直射時と比べて太陽電池３００の起電力はやや小さくなり、制御部４００は太陽電池３００から入力された外光検出電圧により、車外が晴天であると判断する。このとき、図１２より液晶シャッタ２３０の透過率は０．０１であり、図１３より発光強度変換係数は２．０である。そして、制御部４００は、基準電圧に発光強度変換係数２．０を乗じた電圧を光源１１０に印加させる。このとき、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度は２００（＝基準強度×２．０）となる。

投射ユニット１００から出射された第１の光１２０の反射光１３０が運転者３０に到達する。ハーフミラー２１０の反射率が０．２５なので、反射光１３０の最大強度は５０、最小強度は０．５となる。一方、液晶シャッタ２３０に入射する強度が１０００の外光５００は、液晶シャッタ２３０の透過率が０．０１でハーフミラー２１０の透過率が０．２５であるので、運転者３０に到達する透過光５１０の強度は２．５となる。これにより、視認コントラスト比は、朝日、夕日の直射時と同じ１７．５（＝（５０＋２．５）／（０．５＋２．５））となる。

曇天時とは、コンバイナ２００の液晶シャッタ２３０に入射する外光５００の強度が１００の時である。図１２に示すように、曇天時には、晴天時に比べて太陽電池３００の起電力はかなり小さくなり、制御部４００は太陽電池３００から入力された外光検出電圧により、車外が曇天であると判断する。このとき、図１２より液晶シャッタ２３０の透過率は０．０８であり、図１３より発光強度変換係数は１．６である。そして、制御部４００は、基準電圧に発光強度変換係数１．６を乗じた電圧を光源１１０に印加させる。このとき、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度は１６０（＝基準強度×１．６）となる。

投射ユニット１００から出射された第１の光１２０の反射光１３０が運転者３０に到達する。ハーフミラー２１０の反射率が０．２５なので、反射光１３０の最大強度は４０、最小強度は０．４となる。一方、液晶シャッタ２３０に入射する強度が１００の外光５００は、液晶シャッタ２３０の透過率が０．０８でハーフミラー２１０の透過率が０．２５であるので、運転者３０に到達する透過光５１０の強度は２となる。これにより、視認コントラスト比は、朝日、夕日の直射時と同じ１７．５（＝（４０＋２）／（０．４＋２））となる。

夜間時とは、コンバイナ２００の液晶シャッタ２３０に入射する外光５００の強度が１０の時である。図１２に示すように、夜間時には、曇天時に比べて太陽電池３００の起電力は更に小さくなり、制御部４００は太陽電池３００から入力された外光検出電圧により、車外が夜間であると判断する。このとき、図１２より液晶シャッタ２３０の透過率は０．５であり、図１３より発光強度変換係数は１．０である。そして、制御部４００は、基準電圧に発光強度変換係数１．０を乗じた電圧を光源１１０に印加させる。このとき、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度は１００（＝基準強度×１．０）となる。

投射ユニット１００から出射された第１の光１２０の反射光１３０が運転者３０に到達する。ハーフミラー２１０の反射率が０．２５なので、反射光１３０の最大強度は２５、最小強度は０．２５となる。一方、液晶シャッタ２３０に入射する強度が１０の外光５００は、液晶シャッタ２３０の透過率が０．５でハーフミラー２１０の透過率が０．２５であるので、運転者３０に到達する透過光５１０の強度は１．２５となる。これにより、視認コントラスト比は、朝日、夕日の直射時と同じ１７．５（＝（２５＋１．２５）／（０．２５＋１．２５））となる。

次に、上記の視認コントラスト比を一定にする制御について、図１５に示すフローチャートを用いて説明する。

ヘッドアップディスプレイ５０を作動させると（＃１５０１のＹｅｓ）、太陽電池３００は起電力の出力を開始する（＃１５０２）。太陽電池３００の起電力はインバータ３０２により交流変換されて液晶シャッタ２３０に印加される（＃１５０３）と共に、制御部４００は太陽電池３００の起電力を外光検出電圧として検知する（＃１５０４）。制御部４００は、投射ユニット１００から第１の光１２０が仮設定された最大強度が１６０で出射されるように、外部電源を制御して光源１１０に仮の電圧を印加させる（＃１５０５）。これにより情報画像が表示されるので、運転者３０は、ヘッドアップディスプレイ５０が正しく作動していることを認識する。ただし、このときの視認コントラスト比は所望の値になっていない。

そして、制御部４００は、太陽電池３００の外光検出電圧により、外光５００の強度が２０００以上であると判断したら（＃１５０６のＹｅｓ）、基準電圧に図１３に示す発光強度変換係数（４．０以上）を乗じた電圧を光源１１０に印加させるよう、外部電源を制御する。このとき、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度は４００以上（＝基準強度×発光強度変換係数）となる（＃１５０７）。このとき、液晶シャッタ２３０には外光５００の強度に応じた交流電圧が印加され、透過率は０．０１となっている（図１２参照）。

制御部４００は、太陽電池３００の外光検出電圧により、外光５００の強度が２０００未満（＃１５０６のＮｏ）且つ１０００以上であると判断したら（＃１５０８のＹｅｓ）、基準電圧に図１３に示す発光強度変換係数（２．０以上４．０未満）を乗じた電圧を光源１１０に印加させるよう、外部電源を制御する。このとき、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度は２００以上４００未満（＝基準強度×発光強度変換係数）となる（＃１５０９）。このとき、液晶シャッタ２３０には外光５００の強度に応じた交流電圧が印加され、透過率は０．０１となっている（図１２参照）。

制御部４００は、太陽電池３００の外光検出電圧により、外光５００の強度が１０００未満（＃１５０８のＮｏ）且つ１００以上であると判断したら（＃１５１０のＹｅｓ）、基準電圧に図１３に示す発光強度変換係数（１．６以上２．０未満）を乗じた電圧を光源１１０に印加させるよう、外部電源を制御する。このとき、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度は１６０以上２００未満（＝基準強度×発光強度変換係数）となる（＃１５１１）。このとき、液晶シャッタ２３０には外光５００の強度に応じた交流電圧が印加され、透過率は０．０１を超え０．０８以下となっている（図１２参照）。

制御部４００は、太陽電池３００の外光検出電圧により、外光５００の強度が１００未満（＃１５１０のＮｏ）且つ１０以上であると判断したら（＃１５１２のＹｅｓ）、基準電圧に図１３に示す発光強度変換係数（１．０以上１．６未満）を乗じた電圧を光源１１０に印加させるよう、外部電源を制御する。このとき、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の最大強度は１００以上１６０未満（＝基準強度×発光強度変換係数）となる（＃１５１３）。このとき、液晶シャッタ２３０には外光５００の強度に応じた交流電圧が印加され、透過率は０．０８を超え０．５以下となっている（図１２参照）。

制御部４００は、太陽電池３００の外光検出電圧により、外光５００の強度が１０未満（＃１５１２のＮｏ）又はヘッドアップディスプレイ５０の作動が継続している場合には（＃１５１４のＮｏ）、＃１５０６に戻る。

ヘッドアップディスプレイ５０の作動を停止する場合には（＃１５１４のＹｅｓ）、制御部４００は、外部電源による光源１１０への電圧の印加を停止させ（＃１５１５）、太陽電池３００からの外光検出電圧の検出を停止し（＃１５１６）、太陽電池３００の起電力の液晶シャッタ２３０への印加を遮断させ（＃１５１７）、太陽電池３００の動作を停止させる（＃１５１８）。

このように、制御部４００は、外光５００の強度が大きいとき（朝日、夕日の直射時、晴天時）は、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を大きくするよう制御する。このとき同時に、外光５００の強度に応じた交流電圧が液晶シャッタ２３０に印加され、液晶シャッタ２３０の透過率が小さくなる。これにより、相対的に反射光１３０の強度は大きく、透過光５１０の強度は小さくなる。従って、運転者３０は、反射光１３０に含まれる情報画像を透過光５１０の影響を受けることなく視認することができる。

一方、外光５００の強度が小さいとき（夜間時）には、制御部４００は、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を小さくするよう制御する。このとき同時に、外光５００の強度に応じた交流電圧が液晶シャッタ２３０に印加され、液晶シャッタ２３０の透過率が大きくなる。これにより、相対的に反射光１３０の強度は小さく、透過光５１０の強度は大きくなる。従って、運転者３０は、反射光１３０に含まれる情報画像を眩しく感じることなく視認することができる。

このように、投射型表示装置１０においては、外光５００の強度、すなわち太陽電池３００の起電力の大きさに応じて制御部４００が光源１１０から出射される第１の光１２０の強度を制御し、外光５００の強度に応じて液晶シャッタ２３０の透過率が変化する。このような構成により、特別な配線が不要で、車両の周囲の明るさが変化しても運転者３０が常に情報画像を視認でき、且つ、その情報画像の視認コントラスト比を一定にして視認性を維持できる投射型表示装置１０を得ることができる。

なお、朝日、夕日の直射時、晴天時、曇天時、夜間時に設定した外光５００の強度、及び、視認コントラスト比は上記の設定値に限られるものではない。運転者３０の情報画像の視認性が維持されるような値であればよい。

また、本実施形態においては、図１２〜図１５に示すように、制御部４００のメモリに記憶された外光５００の強度に対する光源１１０の印加電圧のデータを読み出して、制御部４００が外光５００の強度に応じて投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を制御する一方、制御部４００は液晶シャッタ２３０の透過率を制御していない。しかし、外光５００の強度に応じて、制御部４００が投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度と液晶シャッタ２３０の透過率の両方を制御するように、投射型表示装置１０を構成してもよい。

例えば、図１２に示す外光５００の強度と液晶シャッタ２３０の透過率との関係では視認コントラスト比を一定に維持できない場合、インバータ３０２に出力可変タイプを用いて、制御部４００が外光検出電圧に基づいてインバータ３０２の出力電圧を制御して液晶シャッタ２３０の透過率を変化させるように投射型表示装置１０を構成して、視認コントラスト比を一定に維持することができる。このとき、外光５００の強度が変化したときに液晶シャッタ２３０が所望の透過率になるようなインバータ３０２の出力電圧に関するデータは、制御部４００を構成する不図示のメモリ内に記憶され、入力された外光検出電圧の値に対応して読み出される。

〔投射型表示装置の他の制御方法〕
次に、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ５０において、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を制御する他の制御方法について説明する。この方法において、第１の光１２０の強度は、外光５００の強度の変化、及び、投射ユニット１００から投射される情報画像における第１の光１２０の最大強度の割合に基づいて制御される。最大強度の割合とは、情報画像の中で白色表示されている割合のことである。この方法では、視認コントラスト比は一定にならない。以下、その制御方法について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。

ヘッドアップディスプレイ５０を作動させると（＃１６０１のＹｅｓ）、太陽電池３００は起電力の出力を開始する（＃１６０２）。太陽電池３００の起電力はインバータ３０２により交流変換されて液晶シャッタ２３０に印加される（＃１６０３）と共に、制御部４００は太陽電池３００の起電力を外光検出電圧として検知する（＃１６０４）。制御部４００は、投射ユニット１００から第１の光１２０が仮設定された最大強度が１００で出射されるように、不図示の外部電源を制御して光源１１０に仮の電圧を印加させる（＃１６０５）。

そして、制御部４００は、太陽電池３００の外光検出電圧により外光５００の強度が１０以上であると判断したら（＃１６０６のＹｅｓ）、外光５００の強度に応じて図１３に示す発光強度変換係数を取得し（＃１６０７）、続いて、投射ユニット１００から最大強度が１００で出射されている第１の光１２０の情報画像に含まれる白色表示の割合を検出する（＃１６０８）。白色表示の割合は、空間光変調素子における各画素に入力される情報画像の信号（各画素の表示色）に基づいて検出することができる。

次に検出した白色表示の割合に基づいて図１７に示す発光強度補正係数を取得し（＃１６０９）、先に取得した発光強度変換係数と発光強度補正係数の積を求める。そして、その積に基準電圧を乗じることで、光源１１０に印加する電圧値を算出する（＃１６１０）。そして、制御部４００は、外部電源を制御して、＃１６１０で算出された電圧値を光源１１０に印加させる（＃１６１１）。この制御方法においては、発光強度変換係数と発光強度補正係数の積に基準強度を乗じた値が、光源１１０から出射される第１の光１２０の最大強度となる。

このとき、液晶シャッタ２３０の透過率は、外光５００の強度に応じて変化する（図１２参照）。

制御部４００は、太陽電池３００の外光検出電圧により、外光５００の強度が１０未満（＃１６０６のＮｏ）又はヘッドアップディスプレイ５０の作動が継続している場合には（＃１６１２のＮｏ）、＃１６０６に戻る。

ヘッドアップディスプレイ５０の作動を停止する場合には（＃１６１２のＹｅｓ）、制御部４００は、外部電源による光源１１０への電圧の印加を停止させ（＃１６１３）、太陽電池３００からの外光検出電圧の検出を停止し（＃１６１４）、太陽電池３００の起電力の液晶シャッタ２３０への印加を遮断させ（＃１６１５）、太陽電池３００の動作を停止させる（＃１６１６）。

このように、制御部４００が外光５００の強度の変化、及び、投射ユニット１００から投射される情報画像における第１の光１２０の最大強度の部分の割合に基づいて第１の光１２０の強度を制御することにより、車両の周囲の明るさが変化しても、運転者３０が見る情報画像の視認コントラスト比を十分に確保することができる。

２．第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態に係る投射型表示装置２０について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。

図１８に示すように、本実施形態に係る投射型表示装置２０は、ヘッドアップディスプレイ５０として使用する際に車内の明るさ（内光５２０の強度）、特にコンバイナ２００の近傍の内光５２０の強度を検出してその強度に応じた内光検出電圧を出力する内光検出素子３１０を備えている。なお、内光５２０は第３の光の一例である。

車内が明るい、すなわち内光５２０の強度が大きいときは、外光５００の強度が大きいときと同様に、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を大きくすると共に、液晶シャッタ２３０の透過率を小さくする必要がある。一方、内光５２０の強度が小さいときは、外光５００の強度が小さいときと同様に、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を小さくすると共に、液晶シャッタ２３０の透過率を大きくする必要がある。液晶シャッタ２３０の透過率については、図１２に示すように、上記の要件を充足する。本実施形態においては、車内の明るさに応じて投射ユニット１００から出射される第１の光１２０の強度を変化させる方法について説明する。

図１９に示すように、内光検出素子３１０が内光５２０の強度を検出し出力した内光検出電圧が制御部４００に入力されると（＃１９０１）、制御部４００は、図２０に示す外光５００と内光５２０の強度差に対する発光強度補正係数のデータを不図示のメモリから読み出す。そして、外光５００と内光５２０の強度差、すなわち、そのときの外光５００の強度（太陽電池３００の起電力の大きさ）に応じた外光検出電圧と前述の内光検出電圧との差に基づいて、発光強度補正係数を決定する（＃１９０２）。次に、制御部４００は、決定された発光強度補正係数と、外光５００の強度により定まる発光強度変換係数（図１３参照）との積を求め、その積に基準電圧を乗じることで、光源１１０に印加する電圧値を算出する（＃１９０３）。そして、制御部４００は、外部電源を制御して、＃１９０３で算出された電圧値を光源１１０に印加させる（＃１９０４）。この制御方法においては、発光強度変換係数と発光強度補正係数の積に基準強度を乗じた値が、光源１１０から出射される第１の光１２０の最大強度となる。

このように、外光５００と内光５２０の強度に応じて光源１１０から出射される第１の光１２０の強度を制御することにより、車両の周囲の明るさが変化しても、運転者３０が見る情報画像の視認コントラスト比を一定に維持しつつ、更に視認性を高めることができる。

３．第１、第２実施形態の変形例
以下、本発明の第１実施形態、第２実施形態に係る投射型表示装置１０、２０の変形例について図面に基づいて詳細に説明する。本変形例の説明においては、第１実施形態、第２実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。

（１）図２１には、液晶シャッタ２３０のハーフミラー２１０が積層された側と反対側に印刷シート２６０を配設したコンバイナ２００が図示されている。印刷シート２６０は透光性の樹脂等からなるシートの片面又は両面に、例えば文字、数字、模様のような被印刷物が印刷されている。この被印刷物は、投射型表示装置１０、２０により投射される情報画像に重畳されて運転者３０が視認する。被印刷物の表示は情報画像とは異なり変化しないので、運転者３０に常時視認させる必要がある不変情報を被印刷物として印刷シート２６０に印刷しておけば、その不変情報を投射画像として容易に表示することができる。

（２）図２２には、液晶シャッタ２３０のハーフミラー２１０が積層された側と反対側に液晶表示パネル２６５を配設したコンバイナ２００が図示されている。液晶表示パネル２６５の構成と動作原理は公知なので詳細な説明は省略する。液晶表示パネル２６５により表示された画像は、投射型表示装置１０、２０により投射される情報画像に重畳されて運転者３０が視認する。液晶表示パネル２６５により表示される画像は、変化させることが可能であり、又、投射型表示装置１０、２０により投射される情報画像とは独立しているので、投射型表示装置１０、２０からは投射されず、且つ、変化する画像や動画を運転者３０に容易に視認させることができる。

（３）図２３には、液晶シャッタ２３０のハーフミラー２１０が積層された側と反対側にフォトクロミック化合物からなる層（フォトクロミック層）２７０を形成したコンバイナ２００が図示されている。フォトクロミック化合物には様々な種類がありそれぞれ異なった特性を有するが、例えば、紫外線量が増えるとフォトクロミック層２７０の色が濃くなり、紫外線量が減ると色が薄くなる化合物がある。このような特性を持つフォトクロミック層２７０を用いると、外光５００の強度が強いときにはフォトクロミック層２７０の色が濃くなるので、液晶シャッタ２３０に入射する光量を低減させることができる。これにより、投射型表示装置１０、２０により投射される情報画像の運転者３０による視認性を高めることができると共に、紫外線による液晶シャッタ２３０の劣化を防止することができる。

（４）図２４には、ハーフミラー２１０の液晶シャッタ２３０が積層された側と反対側に円偏光板２７５を配設したコンバイナ２００が図示されている。円偏光板２７５をハーフミラー２１０の手前に配設することにより、運転者３０の側からコンバイナ２００（ハーフミラー２１０）に入射する光の反射を低減することができるので、投射型表示装置１０、２０により投射される情報画像の運転者３０による視認性を高めることができる。

（５）図２５には、ハーフミラー２１０の液晶シャッタ２３０が積層された側と反対側にタッチパネル２８０を配設したコンバイナ２００が図示されている。タッチパネル２８０の構成は公知であるので、詳細な説明は省略する。タッチパネル２８０をハーフミラー２１０の手前に配設することにより、投射型表示装置１０、２０により投射される情報画像に重畳させて入力機能を容易に付加することができる。

（６）図２６には、液晶シャッタ２３０のハーフミラー２１０が積層された側と反対側に集光シート２８５を配設したコンバイナ２００が図示されている。集光シート２８５を用いることにより、あらゆる方向から入射する外光５００の指向性を一方向に揃えて液晶シャッタ２３０に入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。

（７）図２７には、液晶シャッタ２３０のハーフミラー２１０が積層された側と反対側にサイドライトを有するバックライト２９０を配設したコンバイナ２００が図示されている。バックライト２９０は導光板とサイドライトからなり、サイドライトから出射された光が導光板で面状に広げられ液晶シャッタ２３０に向けて均一な光を出射する機能を有する。バックライト２９０を用いることにより、夜間など外光５００の強度が不足しているときに、透過光５１０の強度を高めることができる。また、入射する外光５００の指向性を一方向に揃えて液晶シャッタ２３０に入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。

（８）図２８には、湾曲したコンバイナ２００を有するヘッドアップディスプレイ５０が図示されている。コンバイナ２００が湾曲しているので、凹面ミラー８０を用いることなく、投射ユニット１００からコンバイナ２００に直接投射して情報画像を表示させることができる。また、凹面ミラー８０が不要になるので、投射型表示装置１０、２０を安価に構成することができる。

上記各変形例の構成は可能な限り組み合わせることができる。

上記の各実施形態においては、外光５００の透過率を変化させる装置として液晶シャッタ２３０を用いたが、透過光５１０の強度を変化させる機能を有する装置であれば、液晶シャッタ２３０に代えて用いてもよい。例えば、電気泳動、エレクトロクロミック、エレクトロウエッティング等を利用した装置を用いることができる。

上記の各実施形態においては、投射型表示装置１０、２０の車載用ヘッドアップディスプレイ５０への適用について説明したが、車載用に限らず、航空機や電車等、あらゆる輸送機器のヘッドアップディスプレイに適用することができる。また、ヘッドアップディスプレイに限らず、投射ユニット１００から出射される第１の光１２０をハーフミラーに投射するプロジェクタ（ディスプレイ、テレビ等）の用途に利用することができ、特にショーウィンドウや中吊り広告のコンバイナに好適に利用することができる。

本発明は、投射型表示装置及び該投射型表示装置を用いた車載用ヘッドアップディスプレイに利用することが可能である。

１０、２０ 投射型表示装置
５０ 車載用ヘッドアップディスプレイ
１００ 投射ユニット
１１０ 光源
１２０ 第１の光
１３０ 反射光
２００ コンバイナ
２１０ ハーフミラー
２１４ 金属膜
２１８ 誘電体多層膜（誘電体膜）
２３０ 液晶シャッタ
２３２ 液晶層（捻れ配向ネマティック液晶、垂直配向ネマティック液晶）
２５０ 液晶層（高分子分散型液晶）
２６０ 印刷シート
２６５ 液晶表示パネル
２７０ フォトクロミック層
２７５ 円偏光板
２８０ タッチパネル
２８５ 集光シート
２９０ バックライト
３００ 太陽電池（光電変換素子）
３１０ 内光検出素子
４００ 制御部
５００ 外光（第２の光）
５２０ 内光（第３の光）

Claims (21)

1. 第１の光を出射する光源を有する投射ユニットと、
   前記投射ユニットから出射された前記第１の光の一部を反射して反射光を生成するハーフミラー、及び、前記第１の光の入射方向とは反対方向から入射した第２の光を透過させる液晶シャッタを積層して構成されたコンバイナと、
   前記第２の光の強度に応じた大きさの起電力を発生する光電変換素子と、
   前記光電変換素子の前記起電力の大きさに基づいて前記第１の光の強度を制御する制御部と、を備え、
   前記液晶シャッタは前記光電変換素子の前記起電力により作動し、前記液晶シャッタの透過率は前記起電力の大きさに応じて変化する投射型表示装置。
2. 前記液晶シャッタの前記透過率は、前記制御部の制御により変化する、請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記ハーフミラーの周囲の第３の光の強度を検出する内光検出素子を更に備え、
   前記光電変換素子の前記起電力の大きさと前記第３の光の強度とに基づいて、前記第１の光の強度を制御する請求項１又は２に記載の投射型表示装置。
4. 前記ハーフミラーは金属膜を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
5. 前記金属膜には、膜厚方向に沿って複数の穴が形成されている請求項４に記載の投射型表示装置。
6. 前記金属膜の表面にはヘアライン加工が施されている請求項４又は５に記載の投射型表示装置。
7. 前記ハーフミラーは誘電体膜を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
8. 前記ハーフミラーは半透過型偏光板である請求項１〜３のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
9. 前記ハーフミラーは反射型偏光板である請求項１〜３のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
10. 前記液晶シャッタは捻れ配向ネマティック液晶からなる液晶層を有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
11. 前記液晶シャッタは垂直配向ネマティック液晶からなる液晶層を有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
12. 前記液晶シャッタは高分子分散型液晶からなる液晶層を有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
13. 前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側に被印刷物が印刷された印刷シートが配設されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
14. 前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側に液晶表示パネルが配設されている請求項１〜１３のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
15. 前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側にフォトクロミック層が形成されている請求項１〜１４のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
16. 少なくとも前記投射ユニットと前記コンバイナとの間に円偏光板が配設されている請求項１〜１５のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
17. 少なくとも前記投射ユニットと前記コンバイナとの間にタッチパネルが配設されている請求項１〜１６のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
18. 前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側に集光シートが配設されている請求項１〜１７のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
19. 前記液晶シャッタの少なくとも前記ハーフミラーが積層された側とは反対側にサイドライトを有するバックライトが配設されている請求項１〜１８のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
20. 前記コンバイナは湾曲している請求項１〜１９のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
21. 請求項１から２０のいずれか一項に記載の投射型表示装置を備えた、車載用ヘッドアップディスプレイ。

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