JP2020020955A - 照明システム、表示システム、及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】空間光変調素子からの光の投影範囲において輝度の平滑化を図ることが可能な照明システム、表示システム、及び移動体を提供する。【解決手段】照明システム１は、光を出射する光源１０と、光源１０からの光を空間光変調素子３０に入射させる光学部材２０とを備える。空間光変調素子３０は、光源１０から光学部材２０を介して入射された光を変調して出射する。光学部材２０は、光源１０からの光の投影範囲を広げるように配光する。【選択図】図１

Description

本開示は、照明システム、表示システム、及び移動体に関する。より詳細には、本開示は、空間光変調素子に光を照射する照明システム、表示システム、及び移動体に関する。

特許文献１には、表示素子である液晶パネル（空間光変調素子）を照明する照明システムと、液晶パネルから出射された光を反射する反射光学ユニットと、を備えたヘッドアップディスプレイが開示されている。ヘッドアップディスプレイは、ウィンドシールドを備える車両に搭載されている。照明システムは、複数の光源素子と、光源素子の出射方向に配置された第１レンズと、第１レンズの出射方向に配置された第２レンズと、第２レンズの出射方向に配置された拡散板とを備えている。第１レンズは、複数の光源素子の配列方向と各光源素子の光の出射方向とにそれぞれ直交する方向において、各光源素子の光を集光し、略平行光に偏向して出射する。第２レンズは、第１レンズからの出射光を、所定の角度に傾けた方向に偏向して、拡散板に出射する。拡散板は、第２レンズによって偏向された光を拡散させて、液晶パネルに出射する。すなわち、特許文献１に開示された照明システムでは、光源素子からの出射光は、正の屈折力を有する第１レンズによって略平行光となるように偏向され、第１レンズからの出射光は第２レンズによって所定の角度に傾けた方向に偏向される。

国際公開第２０１６／１０３５４９号

特許文献１に開示された照明システムにおいて、反射光学ユニットが備えるミラーを大型化するためには、液晶パネルからの光の投影範囲を広げる必要がある。ここで、第１レンズは正の屈折力を有し、第２レンズは第１レンズからの出射光の向きを所定の角度に傾けているだけなので、液晶パネルからの光の投影範囲が広がると、投影範囲の中央部分と外縁部分とで輝度の差が大きくなる可能性があった。

本開示の目的は、空間光変調素子からの光の投影範囲において輝度の平滑化を図ることが可能な照明システム、表示システム、及び移動体を提供することにある。

本開示の一態様の照明システムは、光を出射する光源と、前記光源からの光を空間光変調素子に入射させる光学部材とを備える。前記空間光変調素子は、前記光源から前記光学部材を介して入射された光を変調して出射する。前記光学部材は、前記光源からの光の投影範囲を広げるように配光する。

本開示の一態様の表示システムは、前記照明システムと、前記空間光変調素子と、を備える。

本開示の一態様の移動体は、前記表示システムと、前記表示システムが搭載される移動体本体と、を備える。

本開示によれば、空間光変調素子からの光の投影範囲において輝度の平滑化を図ることが可能な照明システム、表示システム、及び移動体を提供することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る照明システムを備えた表示システムの概略的な説明図である。 図２は、同上の表示システムの概略的な斜視図である。 図３は、同上の表示システムを搭載した移動体の概略的な説明図である。 図４は、同上の表示システムの概略的な説明図である。 図５は、同上の表示システムを用いた場合のユーザの視野を示す概念図である。 図６は、本開示の一実施形態の変形例１に係る照明システムを備えた表示システムの概略的な説明図である。 図７は、変形例１の表示システムの概略的な斜視図である。 図８は、本開示の一実施形態の変形例２に係る照明システムを備えた表示システムの概略的な説明図である。 図９は、本開示の一実施形態の他の変形例に係る照明システムが備える光学部材の断面図である。

（実施形態）
（１）概要
図１は、一実施形態の照明システム１及び照明システム１を備える表示システム１００を示す。

照明システム１は、図２に示すように、光を出射する光源１０と、光源１０からの光を空間光変調素子３０に入射させる光学部材２０とを備える。空間光変調素子３０は、光源１０から光学部材２０を介して入射された光を変調して出射する。光学部材２０は、光源１０からの光の投影範囲を広げるように配光する。

ここで、空間光変調素子（SLM:Spatial Light Modulator）３０は、例えば、光の振幅変調と位相変調と偏光の変調との少なくとも１つを行うために使用されるデバイスである。空間光変調素子３０は、本実施形態では例えば液晶パネルである。空間光変調素子３０は、例えば制御部６０から入力される画像データにしたがって入射光を変調することで、画像データに応じた画像を出射面３０ｂに表示する。

本実施形態の照明システム１では、光学部材２０が光源１０からの光が投影される範囲を広げるように配光する。したがって、空間光変調素子３０からの出射光の投影範囲を広げる場合でも、空間光変調素子３０からの出射光の投影範囲において輝度の平滑化を図ることができる。

また、本実施形態の表示システム１００は、照明システム１と、空間光変調素子３０とを備える。

表示システム１００は上記の照明システム１を備えているので、空間光変調素子３０からの出射光の投影範囲において輝度の平滑化を図ることが可能な表示システム１００を提供できる。

（２）詳細
以下、照明システム１及び表示システム１００について更に詳細に説明する。表示システム１００は、一例として、移動体に搭載される。図３は、移動体としての自動車２００を示す。自動車２００は、表示システム１００と、表示システム１００が搭載される移動体本体としての車体２０１とを備えている。

なお、以下の説明において、光源１０の光軸と平行な方向（つまり、光の出射方向）にＺ軸を設定する（図１及び図２参照）。本実施形態では、光源１０の光軸が、光学部材２０の出射面２０ｂと直交している。光学部材２０において入射面２０ａ及び出射面２０ｂの長手方向に平行な方向にＸ軸を設定し、入射面２０ａ及び出射面２０ｂの幅方向に平行な方向にＹ軸を設定する。なお、本実施形態でいう「平行」とは、２つの方向又は面が互いに交わらない状態にあることに限定されず、人の目で見てほぼ平行しているとみなせる状態であれば、数度程度の角度で交差していてもよい。「直交」とは、２つの方向又は面が直角に交差している状態に限定されず、人の目で見てほぼ直交しているとみなせる状態であれば、交差している角度が直角から多少（数度程度）ずれていてもよい。また、図１、図２、及び図４は概略的な説明図であり、図１、図２、及び図４では、説明を分かりやすくするために、照明システム１及び表示システム１００の各構成要素の寸法を適宜調整している。

本実施形態では、表示システム１００は、図３及び図４に示すような画像投影システムに用いられる。具体的には、表示システム１００は、自動車２００において、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）として用いられる。

表示システム１００は、図３及び図４に示すように、自動車２００の車体（移動体本体）２０１のウィンドシールド２０２に下方から画像を投影するように、自動車２００の車室内に設置されている。図３では、ウィンドシールド２０２の下方のダッシュボード２０３内に、表示システム１００が配置されている。表示システム１００からウィンドシールド２０２に画像が投影されると、反射部材としてのウィンドシールド２０２で反射された光がユーザ７００（運転者）のアイボックス７０１に導かれ、ユーザ７００に虚像として視認される。ここで、アイボックス７０１とは、ユーザ７００が虚像を欠けることなく視認できる領域のことであり、ユーザ７００の視点がアイボックス７０１内に存在すれば、ユーザ７００は、表示システム１００によって投影される虚像を視認できる。

表示システム１００によれば、ユーザ７００は、自動車２００の前方（車外）に設定された対象空間４００に投影された虚像３００を、ウィンドシールド２０２越しに視認する。ここでいう「虚像」は、表示システム１００から出射される光がウィンドシールド２０２等の反射物にて反射するとき、その反射光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。ウィンドシールド２０２は光透過性を有しているので、ユーザ７００は、図５に示すように、自動車２００の前方に広がる実空間に重ねて、表示システム１００にて投影される虚像３００を見ることができる。したがって、表示システム１００によれば、種々の運転支援情報を虚像３００として表示し、ユーザ７００に視認させることができる。表示システム１００によって表示される運転支援情報としては、例えば、車速情報、ナビゲーション情報、歩行者情報、前方車両情報、車線逸脱情報、及び車両コンディション情報等がある。図５では、虚像３００は、車速情報を表示する虚像３０１と、ナビゲーション情報を表示する虚像３０２とを含む。車速情報を表示する虚像３０１は、一例として、数字等で車速を表す画像であるが、車速を表示するメータ等の画像でもよい。ナビゲーション情報を表示する虚像３０２は、一例として、車線変更を示す矢印である。これにより、ユーザ７００は、ウィンドシールド２０２の前方に視線を向けた状態から僅かな視線移動だけで、運転支援情報を視覚的に取得することができる。

表示システム１００では、図３に示すように、対象空間４００に形成される虚像３００は、表示システム１００の光軸５００に交差する仮想面５０１上に形成される。本実施形態では、光軸５００は、自動車２００の前方の対象空間４００において、自動車２００の前方の路面６００に沿っている。そして、虚像３００が形成される仮想面５０１は、路面６００に対して略垂直である。例えば、路面６００が水平面である場合には、虚像３００は鉛直面に沿って表示されることになる。なお、虚像３００が形成される仮想面５０１は、光軸５００に対して傾いていてもよい。光軸５００に対する仮想面５０１の傾きの角度は、特に限定されない。

表示システム１００は、図１及び図４に示すように、照明システム１と、空間光変調素子３０とを備えている。照明システム１は、光源１０と、光学部材２０とを備えている。また、表示システム１００は、投影部４０と、制御部６０とを更に備えている。

表示システム１００は、画像を表示するように構成される。特に、表示システム１００は、対象空間４００に虚像３００として投影される画像を表示するために用いられる。

光源１０は、図２に示すように、複数（例えば４個）の発光素子１１を含む。複数の発光素子１１は、例えばチップ型の発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、空間光変調素子３０に光を供給する発光素子である。本実施形態では光源１０は４個の発光素子１１を含んでいるが、発光素子１１の個数は、発光素子１１の指向角、空間光変調素子３０の大きさ等に応じて適宜変更が可能である。

複数の発光素子１１は、空間光変調素子３０である液晶パネルの長手方向（Ｘ軸方向）において一列に配置されている。つまり、複数の発光素子１１は、複数の発光素子１１の各々から光が出射する出射方向が平行になるように、出射方向（Ｚ軸方向）と直交する第１方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。

光学部材２０は、複数の発光素子１１（光源１０）からの光を空間光変調素子３０に入射させる。光学部材２０は、複数の発光素子１１からの光の投影範囲を広げるように配光する。光学部材２０は、例えば、所定の屈折率（例えば１．４〜１．６程度）を有する透明材料で構成されたレンズである。このような透明材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂があるが、本実施形態では例えばポリカーボネート樹脂で光学部材２０が構成されている。

本実施形態の光学部材２０は凹レンズであり、本実施形態では、光学部材２０は、Ｘ軸方向（複数の発光素子１１が配列される第１方向）の寸法が、Ｙ軸方向（第１方向と出射方向とにそれぞれ直交する第２方向）の寸法よりも長い形状に形成されている。より具体的には、光学部材２０は平凹レンズであり、光学部材２０の入射面２０ａは凹面であり、光学部材２０の出射面２０ｂは平面である。光学部材２０の入射面２０ａが凹面であるので、光学部材２０は負の屈折力を有することになる。よって、光学部材２０からの出射光は、入射面２０ａが平面や凸面である場合に比べて広い範囲に投影される。本実施形態では、複数の発光素子１１がＸ軸方向（第１方向）に沿って配置されているので、Ｘ軸方向においては、発光素子１１の個数が１個の場合に比べて広い範囲に光源１０からの光が照射される（図２参照）。そのため、本実施形態では、光学部材２０の入射面２０ａはＹ軸方向のみ凹形状を有しており、Ｘ軸方向においては凸形状を有している。なお、光学部材２０の入射面２０ａはＸ軸方向において凸形状を有しているが、Ｘ軸方向においても凹形状を有していてもよい。光学部材２０の入射面２０ａが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向においてそれぞれ凹形状を有している場合に、Ｘ軸方向における曲率とＹ軸方向における曲率とは同じでもよいし、異なっていてもよく、適宜変更が可能である。また、本実施形態では、光学部材２０の出射面２０ｂが平面であるが、出射面２０ｂはＸ軸方向とＹ軸方向との少なくとも一方における形状が凸形状に形成されていてもよい。

このように、光学部材２０は、出射方向と第１方向とにそれぞれ直交する第２方向（Ｙ軸方向）において負の屈折力を有している。そして、第２方向（Ｙ軸方向）における光学部材２０の屈折力に比べて、第１方向（Ｘ軸方向）における光学部材２０の屈折力が大きくなっている。光学部材２０は、第２方向（Ｙ軸方向）において負の屈折力を有しているので、第２方向（Ｙ軸方向）において光源１０からの光をより広い範囲に出射できる。一方、第１方向（Ｘ軸方向）には複数の発光素子１１が並んでいるので、第１方向では第２方向に比べて光源１０からの光がより広い範囲に出射されている。したがって、第１方向における光学部材２０の屈折力は、第２方向における光学部材２０の屈折力より大きくてもよく、光学部材２０からの光が出射される範囲において輝度の平滑度を向上させることができる。なお、第１方向において光学部材２０は正の屈折力を有していてもよいし、負の屈折力を有していてもよい。

本実施形態では、光学部材２０が、光源１０からの光の投影範囲を広げるように配光しており、光源１０からの光の指向角θ１よりも、光学部材２０からの光の指向角θ３が大きくなるように、光学部材２０が構成されている（図１参照）。ここにおいて、光源１０の指向角θ１とは、光源１０の光が広がる角度を示し、光源１０の中心軸（光源１０から出射する光が最も明るい位置）を０度、中心軸での明るさを１００％とした場合に、明るさが例えば５０％になるときの角度をいう。また、光学部材２０の指向角θ３は、光学部材２０の光が広がる角度を示し、光学部材２０の中心軸（光学部材２０から出射する光が最も明るい位置）を０度、中心軸での明るさを１００％とした場合に、明るさが例えば５０％になるときの角度をいう。これにより、光学部材２０によって、光源１０からの光の投影範囲を広げることができ、空間光変調素子３０からの光がより広い範囲に照射される場合でも、空間光変調素子３０からの光が照射される範囲において輝度の平滑度を向上させることができる。

空間光変調素子３０は例えば液晶パネルで構成されている。本実施形態では空間光変調素子３０を構成する液晶パネルは矩形の板状であり、液晶パネルの両面（入射面３０ａ及び出射面３０ｂ）は平坦である。本実施形態では、入射面３０ａ及び出射面３０ｂが光源１０の光軸に対して斜めに交差するように空間光変調素子３０が配置されている。本実施形態では、入射面３０ａ及び出射面３０ｂが光源１０の光軸に対して斜めに交差するように空間光変調素子３０が配置されている。なお、空間光変調素子３０は、入射面３０ａ及び出射面３０ｂが光源１０の光軸に対して数十度程度の角度で交差するように配置されているが、光源１０の光軸に対する空間光変調素子３０の傾斜角及び傾斜方向は適宜変更が可能である。また、空間光変調素子３０の入射面３０ａ及び出射面３０ｂが光源１０の光軸とそれぞれ直交するように、空間光変調素子３０が配置されてもよい。

空間光変調素子３０は、複数の発光素子１１からの光を選択的に透過させることで、出射面３０ｂに画像を形成する。つまり、空間光変調素子３０の出射面３０ｂが、画像が形成される表示面となる。

ここで、光源１０と光学部材２０と空間光変調素子３０とは、例えば、合成樹脂で形成されたケース１２に収容されている。ケース１２には空間光変調素子３０からの光を外部に出射させるための開口１３が設けられており、空間光変調素子３０からの光はケース１２の開口１３を通して投影部４０に出射される。なお、ケース１２の開口１３は光透過性を有するカバーで塞がれていてもよいし、開放されていてもよい。

投影部４０は、空間光変調素子３０から出射される光の配光を制御する。投影部４０は、対象空間４００に画像（空間光変調素子３０の出射面３０ｂに表示される画像）に対応する虚像３００を投影するために用いられる。本実施形態では、投影部４０は２つのミラー（第１ミラー４１及び第２ミラー４２）で構成される（図３及び図４参照）。

第１ミラー４１は、空間光変調素子３０の出射面３０ｂからの出射光を、第２ミラー４２に向かって反射する。

第２ミラー４２は、第１ミラー４１によって反射された光をウィンドシールド２０２に向かって反射させ、ウィンドシールド２０２に画像を投影する。

これにより、空間光変調素子３０の出射面３０ｂに表示された画像が投影部４０（第１ミラー４１及び第２ミラー４２）で反射されてウィンドシールド２０２に投影される。投影部４０によってウィンドシールド２０２に投影された画像は、ウィンドシールド２０２で反射されて、アイボックス７０１へと導かれる。よって、ユーザ７００は、ウィンドシールド２０２で反射された画像により、対象空間４００に投影された虚像３００を視認することができる。

ここにおいて、第１ミラー４１及び第２ミラー４２は、それぞれ、凹形状の反射面を有する凹面鏡である。すなわち、投影部４０は、正の屈折力を有する光学部品である第１ミラー４１を備えている。第１ミラー４１は正の屈折力を有しているので、第１ミラー４１が平面鏡又は凸面鏡である場合に比べて、第１ミラー４１が大型になる。本実施形態では、光学部材２０が負の屈折力を有し、光源１０からの光の投影範囲を光学部材２０で広げているので、正の屈折力を有する投影部４０に対して、投影範囲を広げた光を出射させることができる。なお、第１ミラー４１及び第２ミラー４２は、例えば、自由曲面である反射面を有している。自由曲面とは、空間に交点と曲率を複数設定し、高次方程式でそれぞれの交点を補間して表現された曲面である。

制御部６０は、表示システム１００の光源１０及び空間光変調素子３０を制御するように構成される。制御部６０には、例えば自動車２００が備える先進運転支援システム（Advanced Driving Assistant System）又はカーナビゲーションシステム（Automotive Navigation System ）等から画像信号が入力される。制御部６０は、画像信号に基づいて光源１０及び空間光変調素子３０を制御する。制御部６０は、画像信号に基づいて光源１０及び空間光変調素子３０を制御することで、空間光変調素子３０の出射面３０ｂに画像を形成する。

また、表示システム１００は、照明システム１、空間光変調素子３０、及び投影部４０を収容する筐体１０１を備えている。筐体１０１は、車体２０１においてウィンドシールド２０２の下方のダッシュボード２０３内に配置されている。筐体１０１は開口１０２を有し、第２ミラー４２によって反射された光は開口１０２を通してウィンドシールド２０２に投影される。なお、筐体１０１の開口１０２は、光透過性を有するカバーで塞がれていてもよいし、開放されていてもよい。

（３）変形例
上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

以下、上記の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

（３．１）変形例１
変形例１に係る照明システム１及び表示システム１００は、図６及び図７に示すように、集光用光学素子５０を更に備える点で上記の実施形態と相違する。以下、上記の実施形態と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

集光用光学素子５０は、光源１０と光学部材２０との間に配置される。集光用光学素子５０は、光源１０からの光を集光して光学部材２０に入射させる。

集光用光学素子５０は、第１方向（Ｘ軸方向）の寸法が、第２方向（Ｙ軸方向）の寸法に比べて長い形状に形成されている。集光用光学素子５０は凸レンズであり、集光用光学素子５０の入射面５０ａおよび出射面５０ｂは、第１方向（Ｘ軸方向）及び第２方向（Ｙ軸方向）のそれぞれにおいて凸形状となっている。集光用光学素子５０は、例えば、所定の屈折率（例えば１．４〜１．６程度）を有する透明材料で構成されたレンズである。このような透明材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂があるが、本実施形態では例えばポリカーボネート樹脂で集光用光学素子５０が構成されている。集光用光学素子５０は、図示例では両凸レンズであるが、入射面５０ａおよび出射面５０ｂのいずれか一方が平面であってもよい。

ここで、光源１０からの光の指向角をθ１、集光用光学素子５０からの光の指向角をθ２、光学部材２０からの光の指向角をθ３とした場合に、θ１＞θ３＞θ２となっている。つまり、光源１０からの光の指向角θ１よりも、光学部材２０からの光の指向角θ３が小さく、光学部材２０からの光の指向角θ３よりも、集光用光学素子５０からの光の指向角θ２が小さくなるように、光源１０、光学部材２０、及び集光用光学素子５０は構成されている。

これにより、変形例１の照明システム１では、集光用光学素子５０が光源１０からの光を集光して光学部材２０に入射させた後、光学部材２０が、出射光の投影範囲を広げている。これにより、集光用光学素子５０が存在しない場合に比べて、光源１０からの光のうち光学部材２０に入射されない漏れ光を低減して、輝度を高めることができる。

なお、光源１０からの光の指向角θ１よりも、光学部材２０からの光の指向角θ３が小さいことは必須ではなく、光源１０からの光の指向角θ１よりも、光学部材２０からの光の指向角θ３が大きくなるように、光源１０、光学部材２０、及び集光用光学素子５０が構成されてもよい。

（３．２）変形例２
変形例２に係る照明システム１及び表示システム１００は、図８に示すように、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）レンズを用いた集光用光学素子５１を備える点で上記の変形例１と相違する。以下、上記の変形例１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

集光用光学素子５１がＴＩＲレンズであり、集光用光学素子５１の下部中央の凹所５１ｄ内に発光素子１１が配置されている。発光素子１１からＺ軸方向に出射された光は、凹所５１ｄに臨む入射面５１ａから集光用光学素子５１内に入射して、出射面５１ｃから光学部材２０に向かって出射する。また、発光素子１１から横方向に出射される漏れ光は、凹所５１ｄに臨む側面から集光用光学素子５１内に入射し、反射面５１ｂによって反射された後、出射面５１ｃから光学部材２０に向かって出射する。このように、ＴＩＲレンズである集光用光学素子５１を用いることで、発光素子１１から出射される光のうち、光学部材２０に入射されない漏れ光が低減されるので、輝度を高めることができる。

（３．３）その他の変形例
上記の実施形態において、照明システム１における複数の機能が、１つのケース１２に集約されていることは照明システム１に必須の構成ではなく、照明システム１の構成要素は、複数のケースに分散して設けられていてもよい。また、表示システム１００における複数の機能が、１つの筐体１０１内に集約されていることは表示システム１００に必須の構成ではなく、表示システム１００の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。さらに、表示システム１００の少なくとも一部の機能、例えば、制御部６０の機能がクラウド（クラウドコンピューティング）等によって実現されてもよい。

上述した空間光変調素子３０の外形形状は、必ずしも矩形でなくてよく、円形、正方形その他の多角形であって許容される。また、光学部材２０及び集光用光学素子５０等の外形形状も適宜変更が可能である。

上記の実施形態では、光源１０が４個の発光素子１１を含んでいるが、発光素子１１の数は４個に限定されず、適宜変更が可能である。また、複数の発光素子１１は１列に並んでいるが、複数の発光素子１１が複数列に配置されていてもよい。

上記の実施形態では光源１０が、発光ダイオードのような点光源である発光素子１１を複数備えているが、光源１０は複数の点光源を備えるものに限定されない。光源１０は、有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）のような面状発光素子を有するものでもよい。

上記の実施形態では、投影部４０が、正の屈折力を有する光学部品として凹面鏡で構成された第１ミラー４１を備えているが、正の屈折力を有する光学部品として凸レンズを備えていてもよい。

上記の実施形態では、光学部材２０の入射面２０ａは凹面であったが、図９に示すように、光学部材３０の入射面２０ａがフレネル形状に形成されていてもよい。つまり、光学部材２０は、光源１０からの光が入射する入射面２０ａ及び出射面２０ｂのいずれか一方がフレネル形状を有する凹面であり、入射面２０ａ及び出射面２０ｂの他方が平面であるような平凹レンズでもよい。また、光学部材２０は、負の屈折力を有する凹レンズであったが、出射光（反射光）の投影範囲が広がるように配光する凸面鏡でもよい。

上記の実施形態において、光学部材２０と空間光変調素子３０との間に、拡散板又は放熱のためのガラス板が配置されていてもよい。ガラス板又は拡散板は、光学部材２０及び空間光変調素子３０の少なくとも一方の表面に接触した状態で配置されてもよい。

上記の実施形態において、光源１０と光学部材２０との間に、光源１０からの光を反射して光学部材２０に入射させる１以上の反射鏡が設けられてもよい。

上記の実施形態では、投影部４０が２つの反射鏡（第１ミラー４１及び第２ミラー４２）で構成されているが、投影部４０は１つの反射鏡で構成されてもよいし、３つ以上の反射鏡で構成されてもよい。また、投影部４０は、１つ以上のレンズを含んでいてもよく、１以上の反射鏡と１以上のレンズとの組み合わせで構成されてもよい。また、投影部４０の第１ミラー４１及び第２ミラー４２が凹面鏡であるが、第１ミラー４１及び第２ミラー４２は平面鏡でもよいし、凸面鏡でもよい。また、投影部４０は、中間像を形成するためのリレー光学系を含んでいてもよいし、リレー光学系を含んでいなくてもよい。

表示システム１００は、ウィンドシールド２０２に画像を投影しているが、ウィンドシールド２０２とは別体の反射部材に画像を投影してもよい。反射部材は光透光性を有しており、ユーザ７００は、反射部材を透過して見える実空間に重ねて、表示システム１００にて投影される虚像３００を見ることができる。

表示システム１００は、自動車２００の進行方向の前方に設定された対象空間４００に虚像３００を投影する構成に限らず、例えば、自動車２００の進行方向の側方、後方、又は上方等に虚像３００を投影してもよい。

また、表示システム１００は、自動車２００に用いられるヘッドアップディスプレイに限らず、例えば、二輪車、電車、航空機、建設機械、及び船舶等、自動車２００以外の移動体にも適用可能である。さらに、表示システム１００は、移動体に限らず、例えば、アミューズメント施設で用いられてもよい。

また、照明システム１及び表示システム１００は、ヘッドアップディスプレイに限らず、ヘッドマウントディスプレイ又はプロジェクタ等にも適用が可能である。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様の照明システム（１）は、光を出射する光源（１０）と、光源（１０）からの光を空間光変調素子（３０）に入射させる光学部材（２０）とを備える。空間光変調素子（３０）は、光源（１０）から光学部材（２０）を介して入射された光を変調して出射する。光学部材（２０）は、光源（１０）からの光の投影範囲を広げるように配光する。

この態様によれば、光学部材（２０）が光源（１０）からの光の投影範囲を広げるように配光する。したがって、空間光変調素子（３０）からの出射光の投影範囲を広げる場合でも、空間光変調素子（３０）からの出射光の投影範囲において輝度の平滑化を図ることができる。

第２の態様の照明システム（１）は、第１の態様において、集光用光学素子（５０）を、更に備える。集光用光学素子（５０）は、光源（１０）と光学部材（２０）との間に配置される。集光用光学素子（５０）は、光源（１０）からの光を集光して光学部材（２０）に入射させる。

この態様によれば、集光用光学素子（５０）によって、光源（１０）から出射される光のうち光学部材（２０）に入射される光を増やすことができ、空間光変調素子（３０）に出射される光量を増やすことができる。

第３の態様の照明システム（１）では、第２の態様において、光源（１０）からの光の指向角をθ１、集光用光学素子（５０）からの光の指向角をθ２、光学部材（２０）からの光の指向角をθ３とした場合に、θ１＞θ３＞θ２である。

この態様によれば、光源（１０）からの光を集光用光学素子（５０）で集光でき、また集光用光学素子（５０）から出力される光の範囲を光学部材（２０）で広げることができる。

第４の態様の照明システム（１）では、第１〜３のいずれかの態様において、光学部材（２０）は、凹レンズである。

この態様によれば、凹レンズである光学部材（２０）によって入射した光を広げることができる。

第５の態様の照明システム（１）では、第４の態様において、凹レンズは、平凹レンズである。平凹レンズは、光源（１０）からの光が入射する入射面（２０ａ）及び出射面（２０ｂ）のいずれか一方がフレネル形状を有する凹面であり、入射面（２０ａ）及び出射面（２０ｂ）の他方が平面である。

この態様によれば、平凹レンズである光学部材（２０）によって入射した光を広げることができる。

第６の態様の照明システム（１）では、第１〜５のいずれかの態様において、空間光変調素子（３０）から出射される光の配光を制御する投影部（４０）が、正の屈折力を有する光学部品（４１）を備える。

この態様によれば、光学部材（２０）は、正の屈折力を有する投影部（４０）に対して、投影される範囲を広げた光を出射させることができる。

第７の態様の照明システム（１）では、第１〜６のいずれかの態様において、光源（１０）は、複数の発光素子（１１）を含む。複数の発光素子（１１）は、光の出射方向が互いに平行になるように、出射方向と直交する第１方向に沿って配置される。出射方向と第１方向とにそれぞれ直交する第２方向において光学部材（２０）は負の屈折力を有する。第２方向における光学部材（２０）の屈折力に比べて、第１方向における光学部材（２０）の屈折力が大きい。

この態様によれば、出射方向と第１方向とにそれぞれ直交する第２方向において、光学部材（２０）からの光が投影される範囲を広げることができる。

第８の態様の表示システム（１００）は、第１〜７のいずれかの態様の照明システム（１）と、空間光変調素子（３０）と、を備える。

この態様によれば、空間光変調素子（３０）からの出力光の投影範囲を広げる場合でも、空間光変調素子（３０）からの出射光の投影範囲において輝度の平滑化を図ることが可能な表示システム（１００）を提供できる。

第９の態様の表示システム（１００）では、第８の態様において、空間光変調素子（３０）から出射される光の配光を制御する投影部（４０）を、更に備える。

この態様によれば、投影部（４０）によって光が配光される領域において輝度の平滑化を図ることができる。

第１０の態様の移動体（２００）は、第８又は９の表示システム（１００）と、表示システム（１００）が搭載される移動体本体（２０１）と、を備える。

この態様によれば、空間光変調素子（３０）からの出力光の投影範囲を広げる場合でも、空間光変調素子（３０）からの出射光の投影範囲において輝度の平滑化を図ることが可能な移動体（２００）を提供できる。

第２〜第７の態様に係る構成については、照明システム（１）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。また、第９の態様に係る構成については、表示システム（１００）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１ 照明システム
１０ 光源
１１ 発光素子
２０ 光学部材
２０ａ 入射面
２０ｂ 出射面
３０ 空間光変調素子
４０ 投影部
４１ 第１ミラー（光学部品）
５０ 集光用光学素子
１００ 表示システム
２００ 自動車（移動体）
２０１ 車体（移動体本体）

Claims (10)

1. 光を出射する光源と、
   前記光源からの光を空間光変調素子に入射させる光学部材とを備え、
   前記空間光変調素子は、前記光源から前記光学部材を介して入射された光を変調して出射し、
   前記光学部材は、前記光源からの光の投影範囲を広げるように配光する、
   照明システム。
2. 前記光源と前記光学部材との間に配置され、前記光源からの光を集光して前記光学部材に入射させる集光用光学素子を、更に備える、
   請求項１に記載の照明システム。
3. 前記光源からの光の指向角をθ１、前記集光用光学素子からの光の指向角をθ２、前記光学部材からの光の指向角をθ３とした場合に、θ１＞θ３＞θ２である、
   請求項２に記載の照明システム。
4. 前記光学部材は、凹レンズである、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明システム。
5. 前記凹レンズは、前記光源からの光が入射する入射面及び出射面のいずれか一方がフレネル形状を有する凹面であり、前記入射面及び前記出射面の他方が平面である平凹レンズである、
   請求項４に記載の照明システム。
6. 前記空間光変調素子から出射される光の配光を制御する投影部が、正の屈折力を有する光学部品を備える、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明システム。
7. 前記光源は、複数の発光素子を含み、
   前記複数の発光素子は、光の出射方向が互いに平行になるように、前記出射方向と直交する第１方向に沿って配置され、
   前記出射方向と前記第１方向とにそれぞれ直交する第２方向において前記光学部材は負の屈折力を有し、
   前記第２方向における前記光学部材の屈折力に比べて、前記第１方向における前記光学部材の屈折力が大きい、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明システムと、
   前記空間光変調素子と、を備える、
   表示システム。
9. 前記空間光変調素子から出射される光の配光を制御する投影部を、更に備える、
   請求項８に記載の表示システム。
10. 請求項８又は９に記載の表示システムと、
    前記表示システムが搭載される移動体本体と、を備える、
    移動体。

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