JP6690460B2 - 照明ユニット及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明ユニット及びそれの設けられたヘッドアップディスプレイ装置に、関する。

従来、表示ユニットにより形成された表示像を投影部材へ投影することで、当該表示像の虚像を視認領域にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」という。）は、広く知られている。

こうしたＨＵＤ装置において、表示ユニットの透過照明によって表示像を発光させるのに好適な照明ユニットとしては、例えば特許文献１に開示される如き構造の照明ユニットがある。この照明ユニットには、光源からの放射光を集光するために、複数段の集光レンズが設けられている。

特開２０１５−２３２６０８号公報

さて、特許文献１に開示の照明ユニットでは、複数段の集光レンズのうち光源と最も近接した初段レンズに、最大の正パワーが与えられている。そこで、複数段の集光レンズに関する合成焦点から、最大正パワーの初段レンズまでの範囲に光源が配置されることで、集光効率が高められている。

しかし、このような初段レンズの光軸に対しては、光源の相対位置が設計上の理想的な所期位置から大きくずれると、照明ユニットによる照度ムラや照度低下が特に顕著となる。またそうした場合、照明ユニットによる照明対象が上述の如きＨＵＤ装置であると、表示像の虚像において輝度ムラや輝度低下が生じ易くなるので、望ましくない。

本発明は、以上説明した問題に鑑みて創作されたものである。そこで、本発明の目的は、集光効率を高めた上で照度ムラ及び照度低下を抑制する照明ユニットを提供することにある。また、本発明の他の目的は、表示像の虚像における輝度ムラ及び輝度低下を抑制するＨＵＤ装置を提供することにある。

以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。尚、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上述の課題を解決するために開示された発明のひとつは、
光を放射する光源（２０）と、
光源が実装されている基板（２８１）と、
光源からの放射光を集光する複数段の集光レンズ（２１，２２，２４，２０２１，２０２２）とを、備える照明ユニット（２，２００２）であって、
複数段の集光レンズのうち、光源と最も近接して最大の正パワーを与えられている初段レンズ（２２，２０２２）は、
複数段の集光レンズに関する合成焦点（Ｐｃ）から初段レンズまでの範囲（Ｒ）にて光源の収容される収容空間部（２２１ａ）を、基板側への突出により仕切っている仕切り壁部（２２１，１２２１）と、
仕切り壁部に設けられ、基板に対して凹凸嵌合により位置決めされている位置決め部（２２２，１２２２）とを、有し、
光源と複数段の集光レンズとを一組の照明単位（２６，２０２６）とすると、複数組の照明単位が仮想直線（Ｌ）に沿って並んでおり、
複数組の照明単位における初段レンズは、レンズアレイ状に一体化されて仕切り壁部及び位置決め部を共有し、
複数組の照明単位（２６）における初段レンズ（２２）は、同一組の光源と対向する凹部であって、収容空間部と連通する補助空間部を収容空間部よりも狭い範囲に形成している凹部（２２３）を、共有している。
また、上述の課題を解決するために開示された発明の他のひとつは、
光を放射する光源（２０）と、
光源が実装される基板（２８１）と、
光源からの放射光を集光する複数段の集光レンズ（２１，２２，２４，２０２１，２０２２）とを、備える照明ユニット（２，２００２）であって、
複数段の集光レンズのうち、光源と最も近接して最大の正パワーを与えられている初段レンズ（２２，２０２２）は、
複数段の集光レンズに関する合成焦点（Ｐｃ）から初段レンズまでの範囲（Ｒ）にて光源の収容される収容空間部（２２１ａ）を、基板側への突出により仕切っている仕切り壁部（２２１，１２２１）と、
仕切り壁部に設けられ、基板に対して凹凸嵌合により位置決めされている位置決め部（２２２，１２２２）とを、有し、
光源と複数段の集光レンズとを一組の照明単位（２６，２０２６）とすると、複数組の照明単位が仮想直線（Ｌ）に沿って並んでおり、
複数組の照明単位における初段レンズは、レンズアレイ状に一体化されて仕切り壁部及び位置決め部を共有し、
複数組の照明単位（２６，２０２６）における初段レンズ（２２，２０２２）は、同一組の光源を収容する凹部であって、収容空間部と連通する補助空間部を収容空間部よりも狭い範囲に形成している凹部（１２２３，２２２３）を、個別に形成している。

これらの発明の照明ユニットによると、複数段の集光レンズのうち、光源と最も近接して最大の正パワーを与えられた初段レンズでは、それら集光レンズに関する合成焦点から自身までの範囲にて、光源が収容空間部に収容される。その結果として集光効率の高められる照明ユニットでは、光源を実装した基板側への突出により収容空間部を仕切っている仕切り壁部に、位置決め部が設けられることとなる。これによれば、光源の実装基板に対して位置決め部が凹凸嵌合により位置決めされることで、初段レンズの光軸に対する光源の相対位置が所期位置からずれ難くなる。故に、集光効率を高めた上で照明ユニットによる照度ムラ及び照度低下を抑制することが可能となる。

また、上述の課題を解決するために開示された発明の他のひとつは、
表示ユニット（５）により形成された表示像（１０）を投影部材（８１）へ投影することにより、当該表示像の虚像（１０ａ）を視認領域（９１）にて視認可能に表示するＨＵＤ装置（１）であって、
表示ユニットを透過照明して表示像を発光させる照明ユニット（２，２００２）を、含んで構成されており、
照明ユニットは、
表示ユニットを透過照明するために光を放射する光源（２０）と、
光源が実装されている基板（２８１）と、
光源からの放射光を集光する複数段の集光レンズ（２１，２２，２４，２０２１，２０２２）とを、備えており、
複数段の集光レンズのうち、光源と最も近接して最大の正パワーを与えられている初段レンズ（２２，２０２２）は、
複数段の集光レンズに関する合成焦点（Ｐｃ）から初段レンズまでの範囲（Ｒ）にて光源の収容される収容空間部（２２１ａ）を、基板側への突出により仕切っている仕切り壁部（２２１，１２２１）と、
仕切り壁部に設けられ、基板に対して凹凸嵌合により位置決めされている位置決め部（２２２，１２２２）とを、有し、
光源と複数段の集光レンズとを一組の照明単位（２６，２０２６）とすると、複数組の照明単位が仮想直線（Ｌ）に沿って並んでおり、
複数組の照明単位における初段レンズは、レンズアレイ状に一体化されて仕切り壁部及び位置決め部を共有し、
複数組の照明単位（２６）における初段レンズ（２２）は、同一組の光源と対向する凹部であって、収容空間部と連通する補助空間部を収容空間部よりも狭い範囲に形成している凹部（２２３）を、共有している。
また、上述の課題を解決するために開示された発明の他のひとつは、
表示ユニット（５）により形成された表示像（１０）を投影部材（８１）へ投影することにより、当該表示像の虚像（１０ａ）を視認領域（９１）にて視認可能に表示するＨＵＤ装置（１）であって、
表示ユニットを透過照明して表示像を発光させる照明ユニット（２，２００２）を、含んで構成されており、
照明ユニットは、
表示ユニットを透過照明するために光を放射する光源（２０）と、
光源が実装されている基板（２８１）と、
光源からの放射光を集光する複数段の集光レンズ（２１，２２，２４，２０２１，２０２２）とを、備えており、
複数段の集光レンズのうち、光源と最も近接して最大の正パワーを与えられている初段レンズ（２２，２０２２）は、
複数段の集光レンズに関する合成焦点（Ｐｃ）から初段レンズまでの範囲（Ｒ）にて光源の収容される収容空間部（２２１ａ）を、基板側への突出により仕切っている仕切り壁部（２２１，１２２１）と、
仕切り壁部に設けられ、基板に対して凹凸嵌合により位置決めされている位置決め部（２２２，１２２２）とを、有し、
光源と複数段の集光レンズとを一組の照明単位（２６，２０２６）とすると、複数組の照明単位が仮想直線（Ｌ）に沿って並んでおり、
複数組の照明単位における初段レンズは、レンズアレイ状に一体化されて仕切り壁部及び位置決め部を共有し、
複数組の照明単位（２６，２０２６）における初段レンズ（２２，２０２２）は、同一組の光源を収容する凹部であって、収容空間部と連通する補助空間部を収容空間部よりも狭い範囲に形成している凹部（１２２３，２２２３）を、個別に形成している。

これらの発明のＨＵＤ装置に設けられた照明ユニットによると、複数段の集光レンズのうち、光源と最も近接して最大の正パワーを与えられた初段レンズでは、それら集光レンズに関する合成焦点から自身までの範囲にて、光源が収容空間部に収容される。その結果として集光効率の高められる照明ユニットでは、光源を実装した基板側への突出により収容空間部を仕切っている仕切り壁部に、位置決め部が設けられることとなる。これによれば、光源の実装基板に対して位置決め部が凹凸嵌合により位置決めされることで、初段レンズの光軸に対する光源の相対位置が所期位置からずれ難くなる。故に、集光効率の高められた上で照度ムラ及び照度低下の抑制される照明ユニットにより表示ユニットを透過照明する第二発明のＨＵＤ装置では、発光する表示像の虚像において輝度ムラ及び輝度低下を抑制することが可能となる。

第一実施形態によるＨＵＤ装置を示す構成図である。 第一実施形態によるＨＵＤ装置の照明ユニットを示す断面図である。 図２の初段レンズアレイを示す斜視図である。 図２の初段レンズアレイを示す平面図である。 第二実施形態によるＨＵＤ装置の照明ユニットを示す断面図である。 図５の初段レンズアレイを示す平面図である。 図２の変形例を示す断面図である。 図２の変形例を示す断面図である。 図４の変形例を示す断面図である。 図４の変形例を示す断面図である。 図２の変形例を示す断面図である。 図２の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。

（第一実施形態）
図１に示すように、本発明の第一実施形態によるＨＵＤ装置１は、移動体としての車両８に搭載されて、インストルメントパネル８０の内部に収容されている。ＨＵＤ装置１は、車両８の投影部材であるウインドシールド８１へ表示像１０を投影する。その結果、車両８の室内では、ウインドシールド８１により反射した表示像１０の光が視認者９のアイポイント９０に到達する。視認者９は、アイポイント９０への到達光を知覚することにより、ウインドシールド８１の前方に表示像１０の虚像１０ａを視認する。このとき虚像１０ａの視認は、アイポイント９０が車両８の室内のうち所定の視認領域９１に位置する場合に、限られる。換言すれば、アイポイント９０が視認領域９１から外れている場合には、視認者９による虚像１０ａの視認が困難となる。

ＨＵＤ装置１は、照明ユニット２、表示ユニット５、拡大光学系６及び制御ユニット７を含んで構成されている。

照明ユニット２には、図１，２に示すように照明ケーシング２８が設けられている。図２に示すように照明ケーシング２８は、ケーシング本体２８０、基板２８１、スペーサ２８２、拡散板２８４及び射出カバー２８３を備えている。

ケーシング本体２８０は、例えば樹脂等の不透光性材料により中空の略矩形筒状に形成されている。基板２８１は、例えばセラミックス等のプリント基板材料により略矩形平板状に形成されている。

基板２８１は、ケーシング本体２８０のうち一方の開口２８０ａを囲んだ外周縁部２８０ｂに嵌合固定されることで、当該開口２８０ａを覆蓋している。

スペーサ２８２は、例えば樹脂等の不透光性材料により中空の略矩形筒状に形成されている。スペーサ２８２は、ケーシング本体２８０の内部に収容されて光路空間部２８２ａを囲んでいる。

拡散板２８４は、例えば樹脂又はガラス等の透光性材料により略矩形板状に形成されている。拡散板２８４は、ケーシング本体２８０のうち他方の開口２８０ｃを囲んだ外周縁部２８０ｄに嵌合固定されることで、当該開口２８０ｄを覆蓋している。拡散板２８４には、例えば微小な凹凸の形成又は拡散剤の添加等により、光を拡散させる機能が与えられている。

射出カバー２８３は、例えば樹脂等の不透光性材料により略矩形枠状に形成されている。射出カバー２８３は、光を射出するための射出口２８３ａを形成している。射出カバー２８３は、ケーシング本体２８０の外周縁部２８０ｄに嵌合固定されている。

図１，２に示すように照明ユニット２には、一つの光源２０及び複数段の集光レンズ２１を一組の照明単位２６として、複数組の照明単位２６がさらに設けられている。ここで、第一実施形態では図２に示すように三組設けられた照明単位２６は、それぞれの光源２０毎に二段ずつ対応した集光レンズ２１として、初段レンズ２２及び後段レンズ２４を備えている。即ち、第一実施形態の照明ユニット２は、光源２０と初段レンズ２２と後段レンズ２４とを、互いに同数の三つずつ備えている。

各組の照明単位２６における光源２０は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状発光源であり、基板２８１のうちケーシング本体２８０側の実装面２８１ａに実装されている。これにより各組の照明単位２６では、ケーシング本体２８０の内部のうち、図１，２に示すように拡大光学系６を挟んで視認領域９１と共役な共役位置Ｐｓに、それぞれ光源２０が配置された状態となる。各組の照明単位２６において光源２０は、通電に従って発光することで、例えば白色等の光を放射する。

各組の照明単位２６において初段レンズ２２は、図２，３に示すように、同一組の光源２０と最も近接して配置された集光レンズ２１である。各組の照明単位２６における初段レンズ２２は、初段レンズ面２２０をそれぞれ個別に形成することで、同一組の集光レンズ２１の中で最大の正パワーを与えられている。ここで第一実施形態の初段レンズ面２２０は、同一組の光源２０とは反対側にて初段レンズ２２の光軸Ａｆ上に設けられた、凸レンズ面となっている。

各組の照明単位２６における初段レンズ２２同士は、例えば樹脂又はガラス等の透光性材料により一体形成されることで、全体として略六角形板状の初段レンズアレイ２２ａを構成している。即ち、各組照明単位２６の初段レンズ２２は、レンズアレイ状に一体化されている。図２に示すように初段レンズアレイ２２ａは、基板２８１に嵌合固定されている。それと共に初段レンズアレイ２２ａは、基板２８１とスペーサ２８２との間に挟持されている。

各組の照明単位２６において後段レンズ２４は、同一組の光源２０から同一組の初段レンズ２２よりも離間して配置された集光レンズ２１である。各組の照明単位２６における後段レンズ２４は、同一組の初段レンズ２２と光軸Ａｆ，Ａｌ同士を実質一致させている。各組の照明単位２６における後段レンズ２４は、後段レンズ面２４０ａ，２４０ｂの対をそれぞれ個別に形成することで、同一組の初段レンズ２２よりも小さな正パワーを与えられている。

ここで一方の後段レンズ面２４０ａは、同一組の初段レンズ２２とは反対側にて後段レンズ２４の光軸Ａｌ上に設けられ且つ基板２８１の実装面２８１ａに沿った基準方向Ｄｘにおいて分割された、フレネルレンズ面となっている。それと共に他方の後段レンズ面２４０ｂは、同一組の初段レンズ２２側にて後段レンズ２４の光軸Ａｌ上に設けられ且つ実装面２８１ａに沿った別の基準方向Ｄｙにおいて分割された、フレネルレンズ面となっている。尚、図２〜４に示すように基準方向Ｄｘ，Ｄｙは、互いに垂直な二次元方向として定義される。

図２に示すように、各組の照明単位２６における後段レンズ２４同士は、例えば樹脂又はガラス等の透光性材料により一体形成されることで、全体として略矩形板状の後段レンズアレイ２４ａを構成している。即ち、各組照明単位２６の後段レンズ２４は、レンズアレイ状に一体化されている。後段レンズアレイ２４ａは、ケーシング本体２８０の内周部２８０ｅに嵌合固定されている。それと共に後段レンズアレイ２４ａは、ケーシング本体２８０の外周縁部２８０ｄとスペーサ２８２との間に挟持されている。

以上の構成により、各組の照明単位２６において初段レンズ２２は、同一組の光源２０から放射された放射光を、集光する。さらに、各組の照明単位２６において後段レンズ２４は、同一組の光源２０から同一組の初段レンズ２２により集光されて共通の光路空間部２８２ａを通過した放射光を、集光する。こうして各組の照明単位２６において集光された放射光は、拡散板２８４と表示ユニット５と拡大光学系６とを順次経由して、視認領域９１に結像される。このとき、各組の照明単位２６において後段レンズ２４は、同一組の光源２０からの放射光に関して視認領域９１での結像位置を調整することとなる。

表示ユニット５は、例えばＴＦＴ液晶パネル又は有機ＥＬパネル等の画像表示器であり、図１，２に示すように画面５０を有している。図２に示すように表示ユニット５は、照明ケーシング２８の内部においてケーシング本体２８０の外周縁部２８０ｄ及び拡散板２８４と、射出カバー２８３との間に挟持されることで、射出口２８３ａを通して画面５０を同ケーシング２８の外部に露出させている。表示ユニット５は、表示像１０としてのモノクロ画像又はカラー画像を画面５０に形成する。

表示ユニット５の画面５０は、各組の照明単位２６において光源２０から初段レンズ２２及び後段レンズ２４を通して集光された放射光を射出口２８３ａとは反対側から受けることで、透過照明される。ここで画面５０では、各組の照明単位２６により光を受ける受光エリアが互いにずらされることで、実質全域となる広い面積にて透過照明を受けることが可能となっている。こうした透過照明を受けて表示ユニット５は、画面５０に形成の表示像１０を発光させる。尚、表示像１０は、例えば車両８の走行速度や進行方向、ウォーニング等の車両関連情報を表示するための光像として、形成される。

図１に示すように拡大光学系６は、単一の凹面鏡６０を主体に構成され、照明ケーシング２８の外部に配置されている。凹面鏡６０は、例えば樹脂又はガラス等の基材にアルミニウム等の金属反射膜を蒸着させることで、反射面６０ａを形成している。凹面鏡６０は、表示ユニット５の画面５０から照明ケーシング２８の射出口２８３ａを通して入射した光を、反射面６０ａにより反射する。これにより凹面鏡６０は、画面５０に形成されて発光した表示像１０を、拡大させてウインドシールド８１へと投影することで、当該表示像１０の虚像１０ａを視認領域９１にて視認可能に表示させる。しがたって、視認領域９１は、凹面鏡６０の姿勢に応じて決まる領域となる。

尚、凹面鏡６０については、視認領域９１の位置を変更するように姿勢を可変としてもよいし、視認領域９１の位置を不変とするように姿勢を固定としてもよい。また、拡大光学系６としては、複数の凹面鏡６０により表示像１０の拡大投影を実現するものであってもよいし、凹面鏡６０以外の反射鏡又はレンズにより表示像１０を実現するものであってもよい。

制御ユニット７は、マイクロコンピュータを主体に構成され、照明ケーシング２８の外部又は内部に配置されている。制御ユニット７は、各組の照明単位２６における光源２０と表示ユニット５とに電気接続されている。さらに制御ユニット７は、車両８のうち例えば他の制御ユニット及び各種センサ等と通信可能に接続されている。制御ユニット７は、各組の照明単位２６における光源２０への通電を車両関連情報に応じて制御することで、それらの光源２０から光を放射させる。それと共に制御ユニット７は、表示ユニット５の画面５０における表示像１０の形成を車両関連情報に応じて制御することで、視認者９への虚像１０ａの表示を実現する。

（照明ユニットの詳細構造）
次に、第一実施形態による照明ユニット２の詳細構造を、説明する。

図２に示すように複数組の照明単位２６は、基板２８１の実装面２８１ａに対して実質平行な仮想直線Ｌに沿って、一列に並んでいる。ここで仮想直線Ｌは、第一実施形態では表示ユニット５の画面５０に対しても実質平行である。

具体的に、実装面２８１ａ上において各組照明単位２６の光源２０同士は、仮想直線Ｌに沿う上記の基準方向Ｄｘに所定間隔ずつをあけるようにして、実質等ピッチに配列されている。各組照明単位２６の光源２０は、同一組の初段レンズ２２に設けられた初段レンズ面２２０の光軸Ａｆ上に、配置されている。それと共に各組照明単位２６の光源２０は、同一組の集光レンズ２１として初段レンズ２２及び後段レンズ２４を光学的に合成した合成レンズが想定される場合に、当該合成レンズの合成焦点Ｐｃから同一組の初段レンズ２２までの範囲Ｒに、配置されている。

図２〜４に示すように、各組照明単位２６の初段レンズ２２同士は、初段レンズアレイ２２ａにおいて基準方向Ｄｘに連続するようにして、実質等ピッチに配列されている。図２，４に示すように、初段レンズアレイ２２ａにおいて各組照明単位２６の初段レンズ２２は、仕切り壁部２２１及と位置決め部２２２と凹部２２３とを共有している。

初段レンズアレイ２２ａにおいて仕切り壁部２２１は、全組照明単位２６の初段レンズ２２を仮想直線Ｌ上にて挟んだ両側に、それぞれ一つずつ分離して設けられている。これにより初段レンズアレイ２２ａでは、各組照明単位２６の初段レンズ２２において初段レンズ面２２０が設けられている光学領域Ｏの全てから、外れた箇所にて各仕切り壁部２２１が配置されている。

初段レンズアレイ２２ａにおいて各仕切り壁部２２１は、各組照明単位２６の光源２０側となる基板２８１側へと向かって、基準方向Ｄｘ及び実装面２８１ａに対する垂直方向Ｄｚに突出している。これにより各仕切り壁部２２１は、各組照明単位２６の光源２０をいずれも上記の範囲Ｒにて収容させる収容空間部２２１ａを、仕切っている。ここで、各仕切り壁部２２１が全組照明単位２６の初段レンズ２２を挟んで設けられている第一実施形態では、図４に示すように、それら各組照明単位２６における光源２０の側方箇所Ｓにて収容空間部２２１ａが開放されている。

図２，４に示すように、初段レンズアレイ２２ａにおいて位置決め部２２２は、全組照明単位２６の初段レンズ２２を仮想直線Ｌ上にて挟んだ両側にて、それぞれ対応する仕切り壁部２２１に一つずつ設けられている。これにより初段レンズアレイ２２ａでは、各組照明単位２６の初段レンズ２２における光学領域Ｏの全てから外れた箇所にて、各位置決め部２２２も配置されている。

初段レンズアレイ２２ａにおいて各位置決め部２２２は、それぞれ対応する仕切り壁部２２１から、さらに基板２８１側へと向かう垂直方向Ｄｚに突出している。各位置決め部２２２は、基板２８１において少なくとも実装面２８１ａに開口した一対の孔部２８１ｂのうち、それぞれ対応するものに凹凸嵌合している。これにより、基板２８１に対して位置決めされている各位置決め部２２２は、初段レンズアレイ２２ａにおける全組照明単位２６の初段レンズ２２を基板２８１に対して位置決めさせている、ともいえる。

ここで図２に示すように、第一実施形態における一方の孔部２８１ｂ１は、基板２８１を実装面２８１ａから反対面まで貫通する貫通円筒孔状に形成されることで、対応する円柱状の位置決め部２２２に自身の軸方向全域且つ周方向全域を外嵌させている。これに対し、第一実施形態における他方の孔部２８１ｂ２は、基板２８１を実装面２８１ａから反対面まで貫通する貫通長孔状に形成されることで、対応する円柱状の位置決め部２２２に自身の軸方向全域且つ周方向の一部を外嵌させている。このような外嵌構造では、長孔状の孔部２８１ｂ２と円柱状の位置決め部２２２との間に生じる隙間２８１ｃにより、初段レンズアレイ２２ａ及び基板２８１の製造公差を基準方向Ｄｘにて吸収することが可能となっている。

図２，４に示すように、初段レンズアレイ２２ａにおいて凹部２２３は、全組照明単位２６の初段レンズ２２に跨って一つ設けられている。この凹部２２３は、初段レンズアレイ２２ａにおいて各組照明単位２６の初段レンズ面２２０とは反対側へ向かって、開口している。これにより凹部２２３は、収容空間部２２１ａと連通する補助空間部２２３ａを、内部に形成している。ここで、凹部２２３による補助空間部２２３ａの形成範囲は、収容空間部２２１ａよりも狭い範囲に設定されている。また、各組照明単位２６の光源２０はいずれも第一実施形態では、凹部２２３の外部に配置されて補助空間部２２３ａには収容されていない。

（作用効果）
以上説明した第一実施形態の作用効果を、以下に説明する。

第一実施形態の照明ユニット２によると、複数段の集光レンズ２１のうち、光源２０と最も近接して最大の正パワーを与えられた初段レンズ２２では、それら集光レンズ２１に関する合成焦点Ｐｃから自身までの範囲Ｒにて、光源２０が収容空間部２２１ａに収容される。その結果として集光効率の高められる照明ユニット２では、光源２０を実装した基板２８１側への突出により収容空間部２２１ａを仕切っている仕切り壁部２２１に、位置決め部２２２が設けられることとなる。これによれば、光源２０の実装基板２８１に対して位置決め部２２２が凹凸嵌合により位置決めされることで、初段レンズ２２の光軸Ａｆに対する光源２０の相対位置が所期位置からずれ難くなる。故に、集光効率を高めた上で照明ユニット２による照度ムラ及び照度低下を抑制することが可能となる。しかも、こうして集光効率の高められた上で照度ムラ及び照度低下の抑制される照明ユニット２により表示ユニット５を透過照明する第一実施形態のＨＵＤ装置１では、発光する表示像１０の虚像１０ａにおいて輝度ムラ及び輝度低下を抑制することが可能となる。

また、第一実施形態の初段レンズ２２によると、最大の正パワーを与える光学領域Ｏから外れた箇所では、位置決め部２２２が配置されて光源２０の実装基板２８１に凹凸嵌合した状態となる。これによれば、光源２０からの放射光を最大の正パワーにより集光する光学領域Ｏには、凹凸嵌合による歪みの影響が及び難くなる。故に、そうした歪みに起因して初段レンズ２２の光軸Ａｆに対する光源２０の相対位置が所期位置からずれる事態を回避して、照明ユニット２による照度ムラ及び照度低下の抑制に貢献することが可能となる。

さらに、第一実施形態の初段レンズ２２によると、光源２０の側方箇所Ｓにて仕切り壁部２２１が収容空間部２２１ａを開放させているので、当該収容空間部２２１ａに収容される光源２０からの放射熱を逃がすことができる。これによれば、光源２０からの放射熱により初段レンズ２２に生じる歪みは、低減され得る。故に、そうした歪みに起因して初段レンズ２２の光軸Ａｆに対する光源２０の相対位置が所期位置からずれる事態を回避して、照明ユニット２による照度ムラ及び照度低下の抑制に貢献することが可能となる。

またさらに、第一実施形態の照明ユニット２によると、光源２０と複数段の集光レンズ２１とを一組の照明単位２６として、仮想直線Ｌに沿って並ぶ複数組の照明単位２６では、初段レンズ２２がレンズアレイ状に一体化されて仕切り壁部２２１及び位置決め部２２２を共有している。これによれば、各組の照明単位２６における初段レンズ２２は、共有の仕切り壁部２２１により仕切られた収容空間部２２１ａには光源２０を収容させた状態下、共有の位置決め部２２２により当該光源２０の実装基板２８１に対しては一括して位置決めされ得る。故に、初段レンズ２２の光軸Ａｆに対する光源２０の相対位置を照明単位２６毎の所期位置に合わせ易くして、照明ユニット２による照度ムラ及び照度低下の抑制に貢献することが可能となる。

加えて、第一実施形態の照明ユニット２によると、複数組の照明単位２６において初段レンズ２２に共有された位置決め部２２２は、それら照明単位２６を仮想直線Ｌ上にて挟んだ両側に設けられて、光源２０の実装基板２８１に凹凸嵌合した状態となる。これによれば、各組の照明単位２６における初段レンズ２２を一体化したレンズアレイ２２ａは、仮想直線Ｌまわりの回転及び仮想直線Ｌに対して傾斜する側への回転を、光源２０の実装基板２８１により規制され得る。故に各組の照明単位２６では、そうした回転に起因して初段レンズ２２の光軸Ａｆに対する光源２０の相対位置が所期位置から一挙にずれる事態を回避して、照明ユニット２による照度ムラ及び照度低下の抑制に貢献することが可能となる。

また加えて、第一実施形態の照明ユニット２によると、複数組の照明単位２６において初段レンズ２２は、凹部２２３と対向する同一組の光源２０からは、可及的に離間し得る。これによれば、光源２０からの放射熱により初段レンズ２２に生じる歪みが低減され得る。故に、そうした歪みに起因して初段レンズ２２の光軸Ａｆに対する光源２０の相対位置が所期位置からずれる事態を回避して、照明ユニット２による照度ムラ及び照度低下の抑制に貢献することが可能となる。しかも第一実施形態の照明ユニット２によると、各組の照明単位２６における初段レンズ２２に共有の凹部２２３では、それら照明単位２６の光源２０から放射光が入射する箇所にて、当該放射光を回折させるエッジ部が現出するのを回避し得る。故に各組の照明単位２６では、そうした回折に起因して照明ユニット２による照度ムラが生じる事態を抑制することも可能となる。

さらに加えて、第一実施形態の照明ユニット２によると、拡大光学系６を挟んで視認領域９１とは共役な共役位置Ｐｓに配置された光源２０からの放射光により、表示ユニット５が透過照明されて表示像１０が発光する。これによれば、表示像１０を視認領域９１まで導くために光源２０から放射される放射光を、当該視認領域９１にて結像させることができる。故に、集光効率の高効率化を促進しつつ、初段レンズ２２の光軸Ａｆに対する光源２０の相対位置が所期位置からずれる事態を回避して、照明ユニット２による照度ムラ及び照度低下の抑制に貢献することが可能となる。

（第二実施形態）
図５，６に示すように本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の照明ユニット２００２では、各組の照明単位２０２６の集光レンズ２０２１のうち初段レンズ２０２２の構成が、第一実施形態と異なっている。

具体的に、各組照明単位２０２６の初段レンズ２０２２は、同一組の集光レンズ２０２１のうち最大の正パワーを与える初段レンズ面２２２０を、それぞれ同一組の光源２０側に個別に形成している。それと共に各組照明単位２０２６の初段レンズ２０２２は、初段レンズ面２２２０を凹底面として内部の補助空間部２２２３ａを収容空間部２２１ａと連通させる凹部２２２３を、それぞれ同一組の光源２０側に個別に形成している。

さらに各組照明単位２０２６の初段レンズ２０２２は、初段レンズ面２２２０と共に光学領域Ｏに設けられている全反射面２２２４を、それぞれ同一組の光源２０側から反対側へ向かう略テーパ面状に個別に形成している。これにより各組照明単位２０２６の初段レンズ２０２２は、第二実施形態では所謂ＴＩＲレンズとなっている。尚、第二実施形態の照明ユニット２００２について、以上説明した以外の構成は第一実施形態の照明ユニット２と実質同一であるため、説明を省略する。

このような第二実施形態の照明ユニット２００２によると、複数組の照明単位２０２６における初段レンズ２０２２では、個別の凹部２２２３に収容される同一組の光源２０から放射光の入射する入射面積が、可及的に大きく確保され得る。故に、集光効率の高効率化を促進しつつ、各組の照明単位２０２６では初段レンズ２２の光軸Ａｆに対する光源２０の相対位置が所期位置からずれる事態を回避して、照明ユニット２００２による照度ムラ及び照度低下の抑制に貢献することが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。尚、後述する図７〜１２は、第一実施形態に関する変形例を代表して示している。

具体的に、第一及び第二実施形態に関する変形例１としては、図７に示すように、各仕切り壁部２２１において少なくとも基板２８１側へ向かって開口した孔状に、位置決め部１２２２が設けられてもよい。かかる変形例１において各位置決め部１２２２は、基板２８１において実装面２８１ａから各仕切り壁部２２１側へと向かって突出した一対の突部１２８１ｄのうち、それぞれ対応するものに凹凸嵌合することで、当該基板２８１に対して位置決めされる。

ここで、図７の変形例１において一方の位置決め部１２２２ａ１は、仕切り壁部２２１の突出側先端面に開口した有底円筒孔状に形成されることで、対応する円柱状の突部１２８１ｄに自身の軸方向全域且つ周方向全域を外嵌させる。これに対し、図７の変形例１において他方の位置決め部１２２２ａ２は、仕切り壁部２２１の突出側先端面に開口した有底長孔状に形成されることで、対応する円柱状の突部１２８１ｄに自身の軸方向全域且つ周方向の一部を外嵌させる。このような外嵌構造では、長孔状の位置決め部１２２２ａ２と円柱状の突部１２８１ｄとの間に生じる隙間１２８１ｃにより、初段レンズアレイ２２ａ及び基板２８１の製造公差を基準方向Ｄｘにて吸収することが可能となる。

第一及び第二実施形態に関する変形例２としては、図８に示すように、仕切り壁部２２１において外フランジ状に突出したフランジ部１２２１ｂに、位置決め部２２２が設けられてもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例３としては、図９に示すように、仮想直線Ｌ上からは外れた箇所に位置決め部２２２が設けられてもよい。ここで、図９の変形例３において位置決め部２２２は、各仕切り壁部２２１において仮想直線Ｌを挟む両側の実質対称位置に、それぞれ設けられている。

第一及び第二実施形態に関する変形例４としては、仕切り壁部２２１及び位置決め部２２２が初段レンズ２２，２０２２の光学領域Ｏに配置されてもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例５としては、仕切り壁部２２１及び位置決め部２２２が各組照明単位２６，２０２６の初段レンズ２２，２０２２毎に個別に設けられて、それら初段レンズ２２，２０２２に共有されなくてもよい。

第一及び第二実施形態に関する変形例６としては、図１０に示すように、各照明単位２６，２０２６の光源２０に対する側方箇所Ｓでは収容空間部２２１ａを開放しないで取り囲むように、仕切り壁部１２２１が環壁状に設けられてもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例７としては、拡大光学系６を挟んで視認領域９１と共役な共役位置Ｐｓからは外れて、各組照明単位２６，２０２６の光源２０が配置されてもよい。

第一実施形態に関する変形例８としては、図１１に示すように、各組照明単位２６の初段レンズ２２に共有された凹部２２３内部の補助空間部２２３ａに、それら照明単位２６の光源２０が収容されてもよい。第一実施形態に関する変形例９としては、図１２に示すように第二実施形態に準じて、各組照明単位２６の初段レンズ２２に個別に形成された凹部１２２３内部の補助空間部１２２３ａに、それら照明単位２６の光源２０が収容されてもよい。

第一及び第二実施形態に関する変形例１０としては、各基準方向Ｄｘ，Ｄｙに延伸する仮想直線Ｌに沿って、照明単位２６，２０２６が複数組ずつ並べられてもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例１１としては、表示ユニット５の画面５０に対して傾斜した仮想直線Ｌに沿って、各組照明単位２６，２０２６が並べられてもよい。

第一及び第二実施形態に関する変形例１２としては、各組照明単位２６，２０２６において初段レンズ２２，２０２２よりも正パワーの小さな後段レンズ２４が、複数段ずつ設けられてもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例１３としては、各組照明単位２６，２０２６の後段レンズ２４に設けられる後段レンズ面が、両面側のフレネルレンズ面以外、例えば片面のみのフレネルレンズ面、又は両面側もしくは片面のみの凸レンズ面等であってもよい。

第一及び第二実施形態に関する変形例１４としては、各組照明単位２６，２０２６において初段レンズ２２，２０２２の光軸Ａｆからは基準方向Ｄｘに外れて、同一組の光源２０が配置されてもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例１５としては、各組照明単位２６，２０２６において初段レンズ２２，２０２２の光軸Ａｆからは基準方向Ｄｘに外れた光軸Ａｌが、同一組の後段レンズ２４に与えられてもよい。

第一及び第二実施形態に関する変形例１６としては、照明単位２６，２０２６の組数が三組以外であってもよい。即ち、照明ユニット２，２００２は、光源２０と初段レンズ２２，２０２２と後段レンズ２４とを、それぞれ三つ以外の数ずつ備えていてもよい。

第一及び第二実施形態に関する変形例１７として車両８の投影部材は、ウインドシールド８１以外の要素、例えばウインドシールド８１の室内側の面に装着された又はウインドシールド８１とは別体に形成されたコンバイナ等であってもよい。第一及び第二実施形態に関する変形例１８としては、車両８以外、例えば船舶又は飛行機等の移動体に搭載されるＨＵＤ装置１及びその照明ユニット２，２００２に、本発明が適用されてもよい。

１ ＨＵＤ装置、２，２００２ 照明ユニット、５ 表示ユニット、６ 拡大光学系、１０ 表示像、１０ａ 虚像、２０ 光源、２１，２０２１ 集光レンズ、２２，２０２２ 初段レンズ、２２ａ 初段レンズアレイ、２４ 後段レンズ、２４ａ 後段レンズアレイ、２６，２０２６ 照明単位、８１ ウインドシールド、９１ 視認領域、２２０，２２２０ 初段レンズ面、２２１，１２２１ 仕切り壁部、２２１ａ 収容空間部、２２２，１２２２ 位置決め部、２２３，１２２３，２２２３ 凹部、２８１ 基板、２８１ａ 実装面、Ａｆ 光軸、Ｌ 仮想直線、Ｏ 光学領域、Ｐｃ 合成焦点、Ｐｓ 共役位置、Ｒ 範囲、Ｓ 側方箇所

Claims (8)

1. 光を放射する光源（２０）と、
   前記光源が実装される基板（２８１）と、
   前記光源からの放射光を集光する複数段の集光レンズ（２１，２２，２４，２０２１，２０２２）とを、備える照明ユニット（２，２００２）であって、
   前記複数段の集光レンズのうち、前記光源と最も近接して最大の正パワーを与えられている初段レンズ（２２，２０２２）は、
   前記複数段の集光レンズに関する合成焦点（Ｐｃ）から前記初段レンズまでの範囲（Ｒ）にて前記光源の収容される収容空間部（２２１ａ）を、前記基板側への突出により仕切っている仕切り壁部（２２１，１２２１）と、
   前記仕切り壁部に設けられ、前記基板に対して凹凸嵌合により位置決めされている位置決め部（２２２，１２２２）とを、有し、
   前記光源と前記複数段の前記集光レンズとを一組の照明単位（２６，２０２６）とすると、複数組の照明単位が仮想直線（Ｌ）に沿って並んでおり、
   前記複数組の照明単位における前記初段レンズは、レンズアレイ状に一体化されて前記仕切り壁部及び前記位置決め部を共有し、
   前記複数組の照明単位（２６）における前記初段レンズ（２２）は、同一組の前記光源と対向する凹部であって、前記収容空間部と連通する補助空間部を前記収容空間部よりも狭い範囲に形成している凹部（２２３）を、共有している照明ユニット。
2. 光を放射する光源（２０）と、
   前記光源が実装される基板（２８１）と、
   前記光源からの放射光を集光する複数段の集光レンズ（２１，２２，２４，２０２１，２０２２）とを、備える照明ユニット（２，２００２）であって、
   前記複数段の集光レンズのうち、前記光源と最も近接して最大の正パワーを与えられている初段レンズ（２２，２０２２）は、
   前記複数段の集光レンズに関する合成焦点（Ｐｃ）から前記初段レンズまでの範囲（Ｒ）にて前記光源の収容される収容空間部（２２１ａ）を、前記基板側への突出により仕切っている仕切り壁部（２２１，１２２１）と、
   前記仕切り壁部に設けられ、前記基板に対して凹凸嵌合により位置決めされている位置決め部（２２２，１２２２）とを、有し、
   前記光源と前記複数段の前記集光レンズとを一組の照明単位（２６，２０２６）とすると、複数組の照明単位が仮想直線（Ｌ）に沿って並んでおり、
   前記複数組の照明単位における前記初段レンズは、レンズアレイ状に一体化されて前記仕切り壁部及び前記位置決め部を共有し、
   前記複数組の照明単位（２６，２０２６）における前記初段レンズ（２２，２０２２）は、同一組の前記光源を収容する凹部であって、前記収容空間部と連通する補助空間部を前記収容空間部よりも狭い範囲に形成している凹部（１２２３，２２２３）を、個別に形成している照明ユニット。
3. 前記位置決め部は、前記初段レンズにおいて最大の正パワーを与える光学領域（Ｏ）から外れた箇所に、配置されている請求項１又は２に記載の照明ユニット。
4. 前記仕切り壁部は、前記光源の側方箇所にて前記収容空間部を開放させている請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明ユニット。
5. 前記位置決め部は、前記仮想直線上にて前記複数組の照明単位を挟んだ両側に、設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明ユニット。
6. 表示ユニット（５）により形成されて拡大光学系（６）により拡大された表示像（１０）を投影部材（８１）へ投影することにより、当該表示像の虚像（１０ａ）を視認領域（９１）にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置（１）において、前記拡大光学系を挟んで前記視認領域と共役な共役位置（Ｐｓ）に配置された前記光源からの放射光により、前記表示ユニットを透過照明して前記表示像を発光させる請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明ユニット。
7. 表示ユニット（５）により形成された表示像（１０）を投影部材（８１）へ投影することにより、当該表示像の虚像（１０ａ）を視認領域（９１）にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置（１）であって、
   前記表示ユニットを透過照明して前記表示像を発光させる照明ユニット（２，２００２）を、含んで構成されており、
   前記照明ユニットは、
   前記表示ユニットを透過照明するために光を放射する光源（２０）と、
   前記光源が実装される基板（２８１）と、
   前記光源からの放射光を集光する複数段の集光レンズ（２１，２２，２４，２０２１，２０２２）とを、備え、
   前記複数段の集光レンズのうち、前記光源と最も近接して最大の正パワーを与えられている初段レンズ（２２，２０２２）は、
   前記複数段の集光レンズに関する合成焦点（Ｐｃ）から前記初段レンズまでの範囲（Ｒ）にて前記光源の収容される収容空間部（２２１ａ）を、前記基板側への突出により仕切っている仕切り壁部（２２１，１２２１）と、
   前記仕切り壁部に設けられ、前記基板に対して凹凸嵌合により位置決めされている位置決め部（２２２，１２２２）とを、有し、
   前記光源と前記複数段の前記集光レンズとを一組の照明単位（２６，２０２６）とすると、複数組の照明単位が仮想直線（Ｌ）に沿って並んでおり、
   前記複数組の照明単位における前記初段レンズは、レンズアレイ状に一体化されて前記仕切り壁部及び前記位置決め部を共有し、
   前記複数組の照明単位（２６）における前記初段レンズ（２２）は、同一組の前記光源と対向する凹部であって、前記収容空間部と連通する補助空間部を前記収容空間部よりも狭い範囲に形成している凹部（２２３）を、共有しているヘッドアップディスプレイ装置。
8. 表示ユニット（５）により形成された表示像（１０）を投影部材（８１）へ投影することにより、当該表示像の虚像（１０ａ）を視認領域（９１）にて視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置（１）であって、
   前記表示ユニットを透過照明して前記表示像を発光させる照明ユニット（２，２００２）を、含んで構成されており、
   前記照明ユニットは、
   前記表示ユニットを透過照明するために光を放射する光源（２０）と、
   前記光源が実装される基板（２８１）と、
   前記光源からの放射光を集光する複数段の集光レンズ（２１，２２，２４，２０２１，２０２２）とを、備え、
   前記複数段の集光レンズのうち、前記光源と最も近接して最大の正パワーを与えられている初段レンズ（２２，２０２２）は、
   前記複数段の集光レンズに関する合成焦点（Ｐｃ）から前記初段レンズまでの範囲（Ｒ）にて前記光源の収容される収容空間部（２２１ａ）を、前記基板側への突出により仕切っている仕切り壁部（２２１，１２２１）と、
   前記仕切り壁部に設けられ、前記基板に対して凹凸嵌合により位置決めされている位置決め部（２２２，１２２２）とを、有し、
   前記光源と前記複数段の前記集光レンズとを一組の照明単位（２６，２０２６）とすると、複数組の照明単位が仮想直線（Ｌ）に沿って並んでおり、
   前記複数組の照明単位における前記初段レンズは、レンズアレイ状に一体化されて前記仕切り壁部及び前記位置決め部を共有し、
   前記複数組の照明単位（２６，２０２６）における前記初段レンズ（２２，２０２２）は、同一組の前記光源を収容する凹部であって、前記収容空間部と連通する補助空間部を前記収容空間部よりも狭い範囲に形成している凹部（１２２３，２２２３）を、個別に形成しているヘッドアップディスプレイ装置。

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