JP7163804B2 - Lighting unit for head-up display - Google Patents
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Images
Landscapes
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Description
この明細書による開示は、車両に搭載されるように構成され、虚像を表示するヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤを略称とする）に用いられる照明ユニットに関する。 The disclosure of this specification relates to a lighting unit configured to be mounted on a vehicle and used for a head-up display (hereinafter abbreviated to HUD) that displays a virtual image.
従来、ＨＵＤ用照明ユニットが知られている。特許文献１のユニットは、光源、コンデンサレンズ、ライトボックス、レンズアレイ、第１のフォーカスレンズ、第２のフォーカスレンズ、平面鏡、及び拡散板を備えている。
Conventionally, a lighting unit for HUD is known. The unit of
さて、特許文献１のように、レンズでの屈折やミラーでの反射によって光源から発せられた照明光を集光して照明する場合においては、複数のレンズ又はミラーを配置しなければならず、また、光路長も長くなる傾向にある。このため、照明ユニットの体格が増大してしまうことが懸念されており、車両への搭載性が良好なＨＵＤ用照明ユニットの実現が望まれている。
As in
この明細書の開示による目的のひとつは、車両への搭載性が良好なヘッドアップディスプレイ用照明ユニットを提供することにある。 One object of the disclosure of this specification is to provide a lighting unit for a head-up display that can be easily mounted on a vehicle.
ここに開示された態様のひとつは、車両（１）に搭載されるように構成され、虚像（ＶＲＩ）を表示するヘッドアップディスプレイ（１０）に用いられる照明ユニットであって、
単色光を発する単色光源（４２）と、
単色光を、回折により特定方向（ＳＤ）に偏向する回折格子（４９ａ，３４９ａ）を有する回折光学素子（４４，３４４）と、
回折格子により偏向された単色光が照射されることにより、光ルミネセンス現象を生じさせ、光ルミネセンス現象により放出されたルミネセンス光を含む複数色光を照明光として発する光ルミネセンス素子（５１，２５１）と、を備え、
回折光学素子は、一対の板表面（４８，４９）を有する平板状の板状部（４６）を有し、
一対の板表面のうち、光ルミネセンス素子と対向する板表面（４９）に、回折格子が形成され、光ルミネセンス素子とは反対側の板表面（４８）に、鏡面状の面が形成され、
単色光源からの単色光は、一対の板表面間を反射されつつ、回折格子が形成された各箇所を介して光ルミネセンス素子へ向かう特定方向へ偏向され、
回折光学素子と光ルミネセンス素子とは、互いに平行に配置され、
特定方向は、光ルミネセンス素子と対向する板表面の垂直方向に対して傾斜した方向である。
One aspect disclosed herein is a lighting unit configured to be mounted on a vehicle (1) and used in a head-up display (10) for displaying a virtual image (VRI), comprising:
a monochromatic light source (42) emitting monochromatic light;
a diffractive optical element (44, 344) having a diffraction grating (49a, 349a) that deflects monochromatic light in a specific direction (SD) by diffraction;
A photoluminescence element (51, 251) and
The diffractive optical element has a flat plate-like portion (46) having a pair of plate surfaces (48, 49),
Of the pair of plate surfaces, a plate surface (49) facing the photoluminescence element is formed with a diffraction grating, and a plate surface (48) opposite to the photoluminescence element is formed with a mirror surface. ,
Monochromatic light from a monochromatic light source is deflected in a specific direction toward the photoluminescence element through each location where the diffraction grating is formed while being reflected between the pair of plate surfaces,
the diffractive optical element and the photoluminescence element are arranged parallel to each other,
The specific direction is a direction inclined with respect to the vertical direction of the plate surface facing the photoluminescence element .
このような態様によると、回折光学素子は、光源からの光を、特定方向に偏向する回折格子を有する。回折格子による偏向を用いて、指向性が付与されるので、多数のレンズ又はミラーを配置して長い光路長の光学系を形成する必要性を低減できる。 According to this aspect, the diffractive optical element has a diffraction grating that deflects light from the light source in a specific direction. Grating deflection is used to provide directivity, thus reducing the need for a large number of lenses or mirrors to form a long optical system.
回折格子により偏向させる光源からの光は、単色光である。このため、波長依存性を有する回折条件によって、偏向される特定方向が波長毎にずれてしまうことを抑制することができる。すなわち、単色光を光ルミネセンス素子に的確に照射することができる。 The light from the light source that is deflected by the diffraction grating is monochromatic. Therefore, it is possible to suppress deviation of the specific direction of deflection for each wavelength due to diffraction conditions having wavelength dependence. That is, it is possible to accurately irradiate the photoluminescence element with monochromatic light.
そして、光ルミネセンス素子が単色光の照射により励起状態となり、その後基底状態に戻る際に、ルミネセンス光が放出される。上述の的確な照射によって、効率的なルミネセンス光の放出が実現できるため、当該ルミネセンス光を含む複数色光の照明光は、虚像を高輝度でカラー表示することができる。故に、虚像の表示品位を高めることができる。 Luminescence light is emitted when the photoluminescence element enters an excited state by irradiation with monochromatic light and then returns to the ground state. Since the above-described accurate irradiation can realize efficient emission of luminescence light, illumination light of multiple colors including the luminescence light can display a virtual image in color with high brightness. Therefore, the display quality of the virtual image can be enhanced.
したがって、ＨＵＤに求められる光学性能を発揮しつつ、体格増大を抑制することができる。以上により、車両への搭載性が良好なＨＵＤ用照明ユニットを提供することができる。 Therefore, it is possible to suppress an increase in physique while exhibiting the optical performance required for the HUD. As described above, it is possible to provide a HUD lighting unit that is easily mountable on a vehicle.
なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。 It should be noted that the reference numerals in parentheses exemplarily indicate the correspondence with the portions of the embodiment described later, and are not intended to limit the technical scope.
以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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せることができる。 A plurality of embodiments will be described below with reference to the drawings. Note that redundant description may be omitted by assigning the same reference numerals to corresponding components in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configurations of other embodiments previously described can be applied to other portions of the configuration. In addition, not only the combinations of the configurations specified in the description of each embodiment, but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if they are not specified unless there is a particular problem with the combination. .
（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による照明ユニット４０は、ＨＵＤ１０に用いられている。ＨＵＤ１０は、車両１に搭載されるように構成され、当該車両１のインストルメントパネル２内に収容されている。ここで車両１とは、自動車、鉄道車両の他、航空機、船舶、移動しないゲーム筐体等の各種乗り物を含むように広義に解される。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, a
ＨＵＤ１０は、車両１のウインドシールド３に設けられた投影部３ａへ向けて画像の表示光を投影する。ＨＵＤ１０は、画像を、視認者としての乗員により視認可能な虚像ＶＲＩとして表示する。すなわち、投影部３ａにて反射される画像の表示光が車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員は、各種情報を認識することができる。
The
表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両１の状態を表す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報が挙げられる。
The displayed information includes, for example, information representing the state of the
以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面ＨＰ上の車両１を基準として記載される。
Hereinafter, unless otherwise specified, the front, rear, up, down, left, and right directions are described with reference to the
車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透過部材であり、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、画像の表示光が投影される投影部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに投影部３ａが設けられていてもよい。
The
視認領域ＥＢは、ＨＵＤ１０により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように（例えば虚像ＶＲＩ全体が所定の輝度となるように）視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、両眼それぞれに対して設定され、乗員のアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状に設定されている。
The visible region EB is a spatial region where the virtual image VRI displayed by the
このようなＨＵＤ１０の具体的構成を以下に説明する。ＨＵＤ１０は、ハウジング１１、表示器３０、及び導光部２１等により構成されている。
A specific configuration of such a
ハウジング１１は、例えば合成樹脂ないし金属等により、表示器３０及び導光部２１等を収容する中空形状を呈しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１１は、投影部３ａと対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、例えば表示光を透過可能な防塵シート１３で覆われている。
The
表示器３０は、表示画面３３に画像を表示し、その画像の表示光を導光部２１へ向けて投射する。本実施形態の表示器３０は、透過型の液晶表示器となっている。表示器３０は、図２に示すように、画像表示パネル３１及び照明ユニット４０を有し、例えば遮光性を有する箱状のケーシングにこれらを収容されている。
The
導光部２１は、図１に示すように、表示器３０の表示画面３３から発せられた表示光を導光する光路を形成している。導光部２１は、例えば凸面鏡２２及び凹面鏡２４を有している。凸面鏡２２の光学パワー及び凹面鏡２４の光学パワーを合成した、導光部２１の合成パワーは、正である。こうした合成パワーにより、虚像ＶＲＩを表示画面３３上の画像に対して拡大することが可能となっている。
The
凸面鏡２２は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面２３を形成している、凸面鏡２２の反射面２３は、滑らかな凸面状に形成されている。したがって凸面鏡２２は、負の光学パワーを有する光学素子である。表示器３０から凸面鏡２２に入射した表示光は、その反射面２３により凹面鏡２４へ向けて反射される。
The
凹面鏡２４は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面２５を形成している。凹面鏡２４の反射面２５は、滑らかな凹面状に形成されている。したがって凹面鏡２４は、正の光学パワーを有する光学素子である。凸面鏡２２から凹面鏡２４に入射した表示光は、その反射面２５により投影部３ａへ向けて反射される。
The
こうして凹面鏡２４に反射された表示光は、防塵シート１３を透過することでＨＵＤ１０の外部へ射出され、ウインドシールド３の投影部３ａに入射する。投影部３ａに反射された表示光が乗員のアイポイントＥＰに到達すると、当該乗員は虚像ＶＲＩを視認可能となるのである。ここで、投影部３ａは、透過部材としてのウインドシールド３に設けられているので、虚像ＶＲＩは、ウインドシールド３を通して視認される車外の景色と重畳して表示される。
The display light thus reflected by the
また、凹面鏡２４は、ステッピングモータの駆動に応じて、左右方向に伸びる回転軸２４ａのまわりに回動可能となっている。こうした回動によって、虚像ＶＲＩの表示位置を上下方向に変位するように調整することができる。
Further, the
以下では、本実施形態の表示器３０について詳細に説明する。図２に示すように、表示器３０の画像表示パネル３１は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）を用いたＴＦＴ液晶パネルであって、例えば２次元配列にて配列された複数の液晶画素を形成しているアクティブマトリクス型の液晶パネルである。
Below, the
画像表示パネル３１は、平板状に形成されており、輪郭矩形状かつ平面状の表示画面３３を、ケーシングの外部に露出させて配置されている。画像表示パネル３１の本体を挟んで反対側の面は、照明ユニット４０により照明される照明対象面３２となっている。照明対象面３２も、表示画面３３と同等のサイズを有する輪郭矩形状かつ平面状に形成されている。
The
各液晶画素では、表示画面３３及び照明対象面３２の法線方向に光学的に開口して設けられる透過部と、当該透過部を囲んで形成された配線部とが設けられている。
Each liquid crystal pixel is provided with a transmissive portion that is optically opened in the normal direction of the
画像表示パネル３１は、一対の偏光板及び一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されて形成されている。各偏光板は、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有し、透過軸方向に偏光した光を透過させ、吸収軸方向に偏光した光を吸収する性質を有する。一対の偏光板は、透過軸を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。こうして画像表示パネル３１は、偏光方向の回転により、導光部２１側の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素毎に変えることができる。
The
したがって、画像表示パネル３１は、照明対象面３２を介した照明光の入射に対応して、液晶画素毎の透過率が制御されることで、表示画面３３に画像を表示する。隣り合う液晶画素には、互いに異なる色（例えば赤、緑及び青）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより、カラー画像の表示が可能となっている。
Therefore, the
照明ユニット４０は、図２に示すように、照明光を照明対象面３２へ照射するバックライトである。具体的に、照明ユニット４０は、図３に示すように、レーザダイオード４２、回折光学部材４４、及び蛍光部材５１等により構成されている。回折光学部材４４は、蛍光部材５１を挟んで画像表示パネル３１とは反対側に配置されている。さらにレーザダイオード４２は、回折光学部材４４を挟んで蛍光部材５１とは反対側に配置されている。
The
レーザダイオード４２は、単色光を発する単色光源であって、半導体を用いてコヒーレント光を発振するレーザ光源である。具体的にレーザダイオード４２は、ｐｎ接合における電子と正孔との再結合の際に放出される光を増幅させながら共振させることにより、スペクトル幅の狭いコヒーレント光をガウシアンビーム状に発することができる。
The
レーザダイオード４２では、可視領域のうち比較的短波長領域の単色光（すなわちエネルギー準位が比較的高い単色光）が発せられることが好ましい。したがって、レーザダイオード４２は、例えば青色光を発するようになっている。
Preferably, the
回折光学部材４４は、例えばガラスないし合成樹脂による透光性の基材を主体として形成されている。回折光学部材４４は、レーザダイオード４２から発せられた単色光を、回折を用いて拡張すると共に特定方向ＳＤに偏向して射出する部材である。回折光学部材４４は、入射部４５及び板状部４６を有している。
The diffractive
入射部４５は、板状部４６の縁部位からレーザダイオード４２へ向かって突出する突起状に形成されている。入射部４５は、その突起状の先端部に、レーザダイオード４２と近接状態ないし当接状態で配置された導入面４５ａを有している。レーザダイオード４２から発せられた単色光は、導入面４５ａを介して入射部４５の内部に導入され、板状部４６の板厚方向に沿って進行することで、当該板状部４６の内部に導入される。
The
板状部４６は、表示画面３３及び照明対象面３２のサイズに合わせた輪郭矩形状かつ平板状に形成されている。板状部４６は、傾斜ミラー面４７、及び一対の板表面４８，４９を有している。
The plate-
傾斜ミラー面４７は、板状部４６において入射部４５と板厚方向に対向する部位、すなわち板状部４６の縁部位に設けられている。傾斜ミラー面４７は、板状部４６の外縁から中央へ向かう程、入射部４５とは離間するように傾斜し、鏡面状かつ平面状に形成されている。したがって、単色光は、入射部４５から板状部４６の内部に到達すると、傾斜ミラー面４７に入射するようになっており、当該傾斜ミラー面４７によって板状部４６において外縁とは反対側（中央側）へ反射される。
The
一対の板表面４８，４９は、透光性の基材からなる板状部４６の本体を挟むように、互いに所定間隔だけ離間して配置され、板状部４６において空間に露出する表面を形成している。一対の板表面４８，４９は、それぞれ平面状に形成され、互いに実質平行となるように沿設されている。傾斜ミラー面４７に反射された単色光は、まず最初に板表面４９のうち傾斜ミラー面４７の近傍箇所に入射する。その後、単色光の多くは、板状部４６の内部を、一対の板表面４８，４９にジグザグに１回ないし複数回反射されながら、板状部４６の略全体に行き渡るようになっている。こうした多重反射の際に、単色光の一部が板表面４９を介して回折光学部材４４の外部へと射出される。すなわち、傾斜ミラー面４７が板状部４６から面状に単色光を射出するための起点として機能する。
The pair of plate surfaces 48 and 49 are arranged at a predetermined distance from each other so as to sandwich the main body of the plate-
板表面４８は、蛍光部材５１とは反対側に露出しており、鏡面状に形成されている。板表面４９から板表面４８に入射する単色光の入射角は、板表面４９の後に詳述する凹凸構造４９ａによって制御されている。こうした入射角の制御によって、板表面４８は、単色光を全反射することができる。
The
板表面４９は、蛍光部材５１と対向するように、当該蛍光部材５１側に露出している。図３，４に示すように、板表面４９には、当該板表面４９の延設方向に沿うように、凹部４９ｂと凸部４０ｃとが周期的に交互配列された凹凸構造４９ａが形成されている。例えば凹凸構造４９ａは、板表面４９において傾斜ミラー面４７と重なる部分を除く略全面に形成されている。この凹凸構造４９ａは、単色光を回折により特定方向ＳＤに偏向する回折格子となっている。
The
凹凸構造４９ａは、回折次数が０次である０次光と、回折次数が１次である１次光とが、異なる方向に所定の比率で分岐されるように構成されている。より詳細に、凹凸構造４９ａは、傾斜ミラー面４７側から単色光が入射した際に、０次光を、板表面４８へ向かう方向かつ傾斜ミラー面４７から遠ざかる方向へと反射させる。０次光の反射角は、板表面４８への入射角が板表面４８にて全反射を生じさせる角度となるように制御される。したがって、板表面４９により反射された０次光は、板表面４８にて全反射され、板表面４９のうち前回の反射箇所より傾斜ミラー面４７から遠い箇所に、再び入射する。
The concave-convex structure 49a is configured such that the 0th-order light, which is the 0th order of diffraction, and the 1st-order light, which is the 1st order of diffraction, are branched in different directions at a predetermined ratio. More specifically, the concave-convex structure 49 a reflects the 0-order light toward the
凹凸構造４９ａは、傾斜ミラー面４７側から単色光が入射した際に、１次光を、板状部４６の外部へと特定方向ＳＤへ射出させる。本実施形態において、回折格子の周期ＧＰは、変調せずに、一定となるように設定されている。したがって、１次光が射出される特定方向ＳＤは、板表面４８の沿設方向とは実質垂直な垂直方向となっている。
The concave-convex structure 49a emits primary light to the outside of the plate-
さらに凹凸構造４９ａにおいて、図５に模試的に示すように、凹部４９ｂと凸部４９ｃとの高低差ＤＨは、傾斜ミラー面４７から遠ざかる程大きくなっている。したがって、１次光の回折効率は、傾斜ミラー面４７から遠ざかる程高くなっている。傾斜ミラー面４７からの距離に応じた回折効率の増大により、板表面４８のうち凹凸構造４９ａが形成された各箇所から、強度が均一化された単色光が、特定方向ＳＤへと平行光束状に射出される。こうして回折光学部材４４により特定方向ＳＤへ偏向された単色光は、蛍光部材５１へと照射される。
Further, in the concave-convex structure 49a, as shown schematically in FIG. 5, the height difference DH between the
図２，３に示す蛍光部材５１は、表示画面３３及び照明対象面３２のサイズに合わせた輪郭矩形状かつ平板状に形成されている。蛍光部材５１は、蛍光物質の単結晶ないし多結晶により、又はガラス等の透光性の基材中に蛍光物質を分散させた生成物等により形成されている。本実施形態では蛍光部材５１として、多結晶ＹＡＧセラミックスが用いられる。
The
このような蛍光部材５１に単色光が照射されると、当該単色光の一部は当該蛍光部材５１をそのまま透過する。ただし、透過する一部には、蛍光部材５１中で少し拡散される成分も存在する。そして、単色光の他部は、上述の蛍光物質に吸光される。そうすると、蛍光物質が励起され、励起状態から基底状態に戻る際に、そのエネルギーの一部が蛍光として放出される。蛍光は、吸光された単色光よりも長波長の（すなわちエネルギー準位の低い）光であり、例えば青色光よりもエネルギー準位の低い黄色光である。
When such a
したがって、蛍光部材５１は、レーザダイオード４２が発した青色光と、蛍光として放出された黄色光とを、混合状態にて画像表示パネル３１の照明対象面３２へ向けて発する。青色光と黄色光が混合されていることで、複数色光たる疑似的な白色光を照明光とした照明が実現される。照明光が画像表示パネル３１の透過することによって形成された画像の表示光は、好適に視認領域ＥＢへと到達可能となる。
Therefore, the
なお、第１実施形態では、図２に示すように、回折光学部材４４の板状部４６と蛍光部材５１とが実質平行に配置され、画像表示パネル３１は、板状部４６及び蛍光部材５１に対して傾斜して配置されている。したがって、特定方向ＳＤに対して画像表示パネル３１が傾斜して配置され、レーザダイオード４２が発した青色光と、蛍光として放出された黄色光とが照明対象面３２に斜め入射するように、当該照明対象面３２は照明される。
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the plate-
そうすると、表示画面３３からの表示光も表示画面３３に対して傾斜して射出される。すなわち、導光部２１を経る光路の光軸に対して表示画面３３が傾斜して配置される。この結果、太陽光等の外光が窓部１２及び導光部２１を通じて光路を逆方向に辿って表示画面３３に入射しても、外光の表示画面３３による反射光が光軸とは異なる向きに反射される。したがって、外光の反射光と表示光とを分離することができ、当該反射光が虚像ＶＲＩと重なって視認される事態が回避される。
Then, the display light from the
（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。
(Effect)
The effects of the first embodiment described above will be described again below.
第１実施形態によると、回折光学素子としての回折光学部材４４は、光源としてのレーザダイオード４２からの光を、特定方向ＳＤに偏向する回折格子としての凹凸構造４９ａを有する。凹凸構造４９ａによる偏向を用いて、指向性が付与されるので、多数のレンズ又はミラーを配置して長い光路長の光学系を形成する必要性を低減できる。
According to the first embodiment, the diffractive
凹凸構造４９ａにより偏向させるレーザダイオード４２からの光は、単色光である。このため、波長依存性を有する回折条件によって、偏向される特定方向ＳＤが波長毎にずれてしまうことを抑制することができる。すなわち、単色光を光ルミネセンス素子としての蛍光部材５１に的確に照射することができる。
The light from the
そして、蛍光部材５１が単色光の照射により励起状態となり、その後基底状態に戻る際に、ルミネセンス光としての蛍光が放出される。上述の的確な照射によって、効率的な蛍光の放出が実現できるため、当該蛍光を含む複数色光の照明光は、虚像ＶＲＩを高輝度でカラー表示することができる。故に、虚像ＶＲＩの表示品位を高めることができる。
Then, when the
したがって、ＨＵＤ１０に求められる光学性能を発揮しつつ、体格増大を抑制することができる。以上により、車両１への搭載性が良好なＨＵＤ用照明ユニット４０を提供することができる。
Therefore, it is possible to suppress an increase in physique while exhibiting the optical performance required for the
また、第１実施形態によると、蛍光部材５１は、単色光と蛍光とを混合状態にて発する。レーザダイオード４２が発した単色光を照明光の一部にそのまま活用することにより、簡易な構成で照明光を複数色光にすることができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、第１実施形態によると、回折光学部材４４は、一対の板表面４８，４９を有する平板状の板状部４６を有している。一対の板表面４８，４９のうち、蛍光部材５１と対向する板表面４９に、凹凸構造４９ａが形成され、蛍光部材５１とは反対側の板表面４８に、鏡面状の面が形成されている。そして、レーザダイオード４２からの単色光は、一対の板表面４８，４９間を反射されつつ、凹凸構造４９ａが形成された各箇所を介して蛍光部材５１へ向かう特定方向ＳＤへ偏向される。板状の回折光学部材４４から、指向性を有した光を、面状に発光することができるので、照明ユニット４０の体格を抑制しつつ、所定の面積を効率的に照明可能となる。
Further, according to the first embodiment, the diffractive
また、第１実施形態によると、平板状の板状部４６に対向する蛍光部材５１も、平板状に形成されている。板状部４６と蛍光部材５１との両方を平板状にすることによって、互いに積層するような配置が可能となるので、デッドスペースの発生を抑制することができる。さらには、板表面４８の面状部位から照射される単色光は、蛍光部材５１の表面により的確に受光されるので、より効率的に蛍光を放出させることができ、複数色光による照明性能を高めることができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、第１実施形態によると、板状部４６には、板表面４９から単色光を面状に射出するための起点として、傾斜ミラー面３７が設けられ、凹凸構造４９ａの特定方向ＳＤへの回折効率は、傾斜ミラー面３７から遠ざかる程、高くなっている。ここで、一対の板表面４８，４９間を反射される単色光は、少しずつ凹凸構造４９ａから外部へ射出される分、傾斜ミラー面３７から遠ざかる程、徐々に強度が減衰する。こうした強度の減衰に対して、回折効率を高くしていくことで、傾斜ミラー面３７から遠い箇所から射出される単色光の強度が上がるように補うことができる。故に、凹凸構造４９ａの各箇所から照射される単色光の強度を均一化することができる。この結果、虚像ＶＲＩの輝度ムラを抑制することができる。
Further, according to the first embodiment, the plate-
また、第１実施形態によると、レーザダイオード４２が発する単色光は、青色のコヒーレント光である。回折光学部材４４がコヒーレント光を回折するので、回折により偏向される特定方向ＳＤの精度が極めて高いものとなる。そして、可視光の中でも比較的エネルギー準位の高い青色光を、蛍光部材５１に照射できるので、励起光よりもエネルギー準位の低い光として放出される蛍光を、青色とは異なる色の可視光とすることが容易となる。故に、複数色光の照明光を容易に実現することができる。
Further, according to the first embodiment, the monochromatic light emitted by the
（第２実施形態）
図６，７に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
(Second embodiment)
As shown in FIGS. 6 and 7, the second embodiment is a modification of the first embodiment. The second embodiment will be described with a focus on points different from the first embodiment.
第２実施形態の蛍光部材２５１は、第１実施形態と同様に、表示画面３３及び照明対象面３２のサイズに合わせた輪郭矩形状に形成されている。ただし、蛍光部材２５１は、平板状ではなく、径方向ＲＤに延設されたレンズ状に形成されている。板状部４６の沿設方向と蛍光部材２５１の径方向ＲＤとが、実質平行となっている。
As in the first embodiment, the
レンズ状の蛍光部材２５１は、回折光学部材４４と対向する表面２５２を、平面状に形成すると共に、画像表示パネル３１の照明対象面３２と対向する表面２５３を、凹状に湾曲する凹面状に形成している。したがって、蛍光部材２５１は、負の光学パワーを有している。
The lens-shaped
この結果、レーザダイオード４２が単色光として発した青色光と、蛍光として放出された黄色光とは、表面２５３において発散される。こうした発散は、表示器３０による光学系において、画像表示パネル３１よりも照明ユニット２４０側に位置する入射瞳の位置を、画像表示パネル３１側に近づける作用をもたらす。
As a result, the blue light emitted as monochromatic light by
第２実施形態の照明ユニット２４０に対して、第２実施形態の導光部２２１は、例えば平面鏡２２２及び凹面鏡２４を有しており、負の光学パワーを有する光学素子を除外した構成となっている。
In contrast to the
平面鏡２２２は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面２２３を形成している、平面鏡２２２の反射面２２３は、滑らかな平面状に形成されている。表示器３０から平面鏡２２２に入射した表示光は、その反射面２２３により凹面鏡２４へ向けて反射される。凹面鏡２４は、第１実施形態と同様の構成であるが、光学パワーは適宜調整されている。
The
以上説明した第２実施形態によると、蛍光部材２５１は、レンズ状に形成されている。蛍光部材２５１から発せられる照明光が、当該蛍光部材２５１の表面２５３で屈折により集光又は発散されるので、照明光の指向性を調整して、表示光を好適に視認領域ＥＢへ到達させることができる。レンズ部品の追加による照明ユニット２４０の体格の増大を抑制しつつ、虚像ＶＲＩの表示品位を高めることができる。
According to the second embodiment described above, the
（第３実施形態）
図８～１０に示すように、第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第３実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
(Third embodiment)
As shown in FIGS. 8-10, the third embodiment is a modification of the first embodiment. The third embodiment will be described with a focus on points different from the first embodiment.
第３実施形態の照明ユニット３４０では、図８に示すように、回折光学部材３４４の板状部３４６と蛍光部材５１が実質平行に配置され、さらに画像表示パネル３１が板状部４６及び蛍光部材５１と実質平行に配置されている。かかる平行配置により、板状部３４６と蛍光部材５１との間の距離及び蛍光部材５１と画像表示パネル３１との間の距離を同時に小さくすることができ、デッドスペースの発生が抑制されている。
In the
そして、図９，１０に示すように、第３実施形態の板状部３４６において、凹凸構造３４９ａによる回折格子の周期ＧＰは、傾斜ミラー面４７からの距離に応じて少しずつ変化している。こうした周期ＧＰの変調によって、１次光が射出される特定方向ＳＤは、板表面４８の垂直方向に対して傾斜した方向となっている。
9 and 10, in the plate-
この結果、特定方向ＳＤに対して画像表示パネル３１が傾斜して配置され、レーザダイオード４２が発した青色光と、蛍光として放出された黄色光とが混合状態で照明対象面３２に斜め入射するように、当該照明対象面３２は照明される。
As a result, the
以上説明した第３実施形態によると、回折光学部材４４と蛍光部材５１とは、互いに平行に配置される。そして、蛍光部材５１と対向する板表面４９の垂直方向に対して傾斜した方向を特定方向ＳＤとして、板表面４９から単色光が射出される。このようにすると、回折光学部材４４及び蛍光部材５１に対して、画像表示パネル３１を傾斜させなくても、光軸と画像表示パネル３１の法線方向を異ならせることができる。故に、蛍光部材５１と画像表示パネル３１との間にデッドスペースを生じさせ難くすることができ、表示器３０の体格増大を抑制することができる。
According to the third embodiment described above, the diffractive
（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示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。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments have been described above, the present disclosure is not to be construed as being limited to those embodiments, and can be applied to various embodiments and combinations within the scope of the present disclosure. can be done.
具体的に第３実施形態に関する変形例１としては、図１１に示すように、第２実施形態のようなレンズ状の蛍光部材２５１が採用されていてもよい。
Specifically, as a modified example 1 of the third embodiment, as shown in FIG. 11, a lens-shaped
変形例２としては、凹凸構造４９ａの代わりに、周期的な屈折率分布をもつホログラム素子が回折格子として採用されていてもよい。
As a
変形例３としては、蛍光部材５１には、ＹＡＧ以外の各種蛍光物質が用いられてもよい。また、複数の蛍光物質が組み合わされていてもよい。さらに、蛍光部材５１が複数設けていてもよい。
As a
変形例４としては、蛍光部材５１の代わりに、燐光物質を用いた燐光部材が光ルミネセンス素子として用いられてもよい。また、光ルミネセンス素子は、蛍光物質及び燐光物質を両方用いることによって、蛍光及び燐光を両方発するように構成されていてもよい。このように、光ルミネセンス素子は、蛍光又は燐光を問わず光ルミネセンス現象を生じるものであればよい。
As a modification 4, instead of the
変形例５としては、レーザダイオード４２の代わりに、各種レーザ光源、又は単色のＬＥＤ、ＯＬＥＤ等が単色光源として採用されていてもよい。
As a modification 5, instead of the
変形例６としては、単色光源は、可視光源に限られず、紫外光を発する紫外光源であってもよい。この例として、赤、青及び緑の複数色の蛍光物質を有する蛍光部材５１に、紫外光を回折光学部材４４を介して照射して、白色光を得る構成が採用されていてもよい。
As a sixth modification, the monochromatic light source is not limited to a visible light source, and may be an ultraviolet light source that emits ultraviolet light. As an example of this, a configuration may be adopted in which the
１：車両、１０：ＨＵＤ、４０，２４０，３４０：照明ユニット、４２：レーザダイオード（単色光源）、４４，３４４：回折光学部材、４９ａ，３４９ａ：凹凸構造（回折格子）、５１，２５１：蛍光部材（光ルミネセンス素子）、ＳＤ：特定方向、ＶＲＩ：虚像 1: vehicle, 10: HUD, 40, 240, 340: illumination unit, 42: laser diode (monochromatic light source), 44, 344: diffractive optical member, 49a, 349a: uneven structure (diffraction grating), 51, 251: fluorescence Member (photoluminescence element), SD: specific direction, VRI: virtual image
Claims (6)
単色光を発する単色光源（４２）と、
前記単色光を、回折により特定方向（ＳＤ）に偏向する回折格子（４９ａ，３４９ａ）を有する回折光学素子（４４，３４４）と、
前記回折格子により偏向された前記単色光が照射されることにより、光ルミネセンス現象を生じさせ、前記光ルミネセンス現象により放出されたルミネセンス光を含む複数色光を照明光として発する光ルミネセンス素子（５１，２５１）と、を備え、
前記回折光学素子は、一対の板表面（４８，４９）を有する平板状の板状部（４６）を有し、
前記一対の板表面のうち、前記光ルミネセンス素子と対向する前記板表面（４９）に、前記回折格子が形成され、前記光ルミネセンス素子とは反対側の前記板表面（４８）に、鏡面状の面が形成され、
前記単色光源からの前記単色光は、前記一対の板表面間を反射されつつ、前記回折格子が形成された各箇所を介して前記光ルミネセンス素子へ向かう前記特定方向へ偏向され、
前記回折光学素子と前記光ルミネセンス素子とは、互いに平行に配置され、
前記特定方向は、前記光ルミネセンス素子と対向する前記板表面の垂直方向に対して傾斜した方向であるヘッドアップディスプレイ用照明ユニット。 A lighting unit configured to be mounted on a vehicle (1) and used in a head-up display (10) displaying a virtual image (VRI),
a monochromatic light source (42) emitting monochromatic light;
a diffractive optical element (44, 344) having a diffraction grating (49a, 349a) that deflects the monochromatic light in a specific direction (SD) by diffraction;
A photoluminescence element that generates a photoluminescence phenomenon by being irradiated with the monochromatic light that has been deflected by the diffraction grating, and that emits, as illumination light, multi-color light including the luminescence light emitted by the photoluminescence phenomenon. (51, 251) and
The diffractive optical element has a flat plate-like portion (46) having a pair of plate surfaces (48, 49),
Of the pair of plate surfaces, the plate surface (49) facing the photoluminescence element is formed with the diffraction grating, and the plate surface (48) opposite to the photoluminescence element is a mirror surface. shaped surface is formed,
The monochromatic light from the monochromatic light source is deflected in the specific direction toward the photoluminescence element through each location where the diffraction grating is formed while being reflected between the pair of plate surfaces,
the diffractive optical element and the photoluminescence element are arranged parallel to each other,
The lighting unit for a head-up display, wherein the specific direction is a direction inclined with respect to a vertical direction of the plate surface facing the photoluminescence element .
前記回折格子の前記特定方向への回折効率は、前記起点から遠ざかる程、高くなっている請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ用照明ユニット。 The plate-shaped portion is provided with a starting point (37) for planarly emitting the monochromatic light from the plate surface facing the photoluminescence element,
The illumination unit for a head-up display according to any one of claims 1 to 4 , wherein the diffraction efficiency in the specific direction of the diffraction grating increases with increasing distance from the starting point.
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