WO2018139157A1 - 照明装置およびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2018139157A1
WO2018139157A1 PCT/JP2017/046835 JP2017046835W WO2018139157A1 WO 2018139157 A1 WO2018139157 A1 WO 2018139157A1 JP 2017046835 W JP2017046835 W JP 2017046835W WO 2018139157 A1 WO2018139157 A1 WO 2018139157A1
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light
lens
illumination light
illumination
surface side
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PCT/JP2017/046835
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English (en)
French (fr)
Inventor
小山　潤
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林テレンプ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device including a plurality of light sources and a head-up display device including the lighting device.
  • a display original image formed by transmitting illumination light through a projection member such as a transmissive liquid crystal panel (LCD) is enlarged by a predetermined optical system, and a display image is shaped.
  • a head-up display device (hereinafter also referred to as a HUD device) that projects and displays on a display member such as a windshield of a moving body (for example, a vehicle) is known.
  • the HUD device is a device that is mounted on a vehicle such as an automobile and displays the display image in the field of view of the driver or passenger who is an observer during driving.
  • the projection member displays the flat LCD data of the display original image.
  • the original display image is optically emitted by transmitting the illumination light therethrough.
  • a display image of character information such as vehicle speed or image information such as a navigation image is displayed on the transparent (or translucent) display member such as a vehicle windshield or a display made of a half mirror called a combiner. Is projected and the scenery in front of the vehicle and the display image are superimposed and recognized by the driver. In the head-up display, the display image is formed at a point at infinity, so when the driver switches the viewpoint from the outside world to the display image, a physiological phenomenon that takes a time of about a few seconds of commas, that is, the physiological refocusing is performed. There is an advantage that the phenomenon does not occur.
  • the demand for the HUD device which is a display that can be viewed without the need for refocusing by the driver during driving, has been increasing.
  • the market for HUD devices is expected to increase by about eight times in FY2022 compared to FY2015.
  • the following conventional HUD illumination device is known.
  • Two stages of condensing lenses having a plurality of convex portions corresponding to LEDs that are a plurality of light sources, and the effective diameter of the condensing lens in the second stage farther from the LEDs is adjusted by adjusting the light imaging position.
  • An illumination unit that can achieve a large display area while reducing the focal length and achieving high illumination efficiency (Patent Document 1).
  • 2. By using a light source that is aligned with the lens optical axis of a condensing lens that has multiple convex parts and a light source that is decentered from the optical axis, the deviation of the imaging position is suppressed and the luminance unevenness of the virtual image is reduced. Lighting unit (Patent Document 2).
  • It includes a plurality of LEDs that are light sources, a lens array that collects light emitted from the light sources, and a field lens that adjusts the direction of the light, and the field lens has a diffusion region in at least a partial region on the incident surface side. Then, by transmitting the overlapping light from the field lens (light of the portion where the adjacent incident light overlaps) to the diffusion region, this uneven light is diffused and the brightness unevenness in which a bright line (bright line) is generated. (Patent Document 3). 4).
  • a lens array having a plurality of convex lenses corresponding to a plurality of light sources is provided, and at least a part of a boundary line that is a valley formed between adjacent convex lenses is formed into a concavo-convex shape, whereby the luminance of light emitted from the boundary line is increased.
  • An illuminating device in which luminance unevenness in which dark lines are generated by averaging is reduced (Patent Document 4).
  • the backlight including the illumination device that emits illumination light in the HUD device includes a light source including, for example, a plurality of LEDs, so that the brightness of the entire device can be improved.
  • a light source including, for example, a plurality of LEDs
  • the illumination light L ⁇ b> 3 emitted from one LED light source 10 and the other adjacent LED light sources 10 are emitted.
  • the illumination light L3 overlaps as shown by a broken line ellipse AA in the figure (the light of the overlapped part is called overlapping light).
  • luminance unevenness in this case, a so-called bright line
  • FIG. 15C depending on the arrangement of the plurality of LED light sources 10 ... 10, illumination light L3 emitted from one LED light source 10 and illumination emitted from another adjacent LED light source 10 are used. While the light L3 does not overlap as indicated by the broken line ellipse CC in the figure, a gap is generated between the illumination lights L3 (the illumination light having this gap is referred to as gap light).
  • the lens array 30 ′ is shown as an example of a collimator lens array having a plurality of adjacent collimator lenses 34 ′ on the exit surface side.
  • a Fresnel lens array having a plurality of adjacent Fresnel lenses on the exit surface side may be used.
  • Patent Document 1 is not a technique for reducing the above-described luminance unevenness and is not a technique for reducing the generation of loss light itself. An increase in the size of the light device cannot be avoided.
  • a light source with an ultra-high luminance of 3 million cd / m 2 or more such as a 1.8-inch size is required.
  • a configuration in which a diffuser is used to provide surface emission uniformity is common, but a multi-lamp low-power LED can also be used.
  • a high-power LED with a small number of lamps is used, the amount of loss light generated increases, leading to an increase in heat dissipation, a larger heat sink, and a larger backlight device.
  • the number of LED lamps is further increased in a configuration that does not reduce loss light generation itself as in the prior arts of Patent Documents 1 to 4, and as a result, This results in an increase in the amount of heat dissipation, an increase in the size of the heat sink, and an increase in the size of the backlight device.
  • the present invention is capable of suppressing an increase in the amount of heat dissipation, that is, reducing power consumption and cost, and enabling an increase in the size of the heat sink and an increase in the size of the backlight device, that is, a space saving of the device. It is another object of the present invention to provide a head-up display device.
  • the lighting device is A plurality of light sources each emitting illumination light in the same direction,
  • the plurality of light sources are arranged on the emission surface side, have a plurality of convex lens portions corresponding to each of the plurality of light sources, and the convex lens portions condense the illumination light emitted from the corresponding light sources.
  • a plurality of Fresnel lenses corresponding to each of the plurality of convex lens portions are disposed on the exit surface side of the condenser lens, and the Fresnel lens converts each illumination light emitted from the convex lens portions into parallel light.
  • a Fresnel lens array A prism plate disposed on the exit surface side of the Fresnel lens array, and when the illumination light emitted from the Fresnel lens array enters and exits, the brightness of the emitted illumination light
  • the prism plate that is uniformized in the plane direction of the prism plate as compared to the illumination light that has been written, and Is provided.
  • each Fresnel lens of the Fresnel lens array receives each illumination light from the convex lens portion.
  • the luminance in the planar view is improved.
  • a prism plate is arranged in the planar direction of the prism plate between the plurality of light sources, that is, between the plurality of Fresnel lenses.
  • the luminance distribution in the planar direction of the prism plate of each outgoing light emitted from the Fresnel lens is made uniform. Therefore, the generation of lost light itself can be reduced, power consumption and cost can be reduced, and the space of the apparatus can be saved. This effect becomes more prominent when a large number of LEDs are used as the light source.
  • a biconcave cylindrical lens is disposed on the exit surface side of the prism plate, and a biconvex cylindrical lens is disposed on the exit surface side of the biconcave cylindrical lens,
  • the axial direction of the biconcave cylindrical lens is preferably parallel to the axial direction of the biconvex cylindrical lens.
  • the plurality of light sources are arranged in a line, and the direction of the line is parallel to the axial direction of the biconcave cylindrical lens and the axial direction of the biconvex cylindrical lens. It is preferable that As a result, since the plurality of point light sources are arranged in a line so as to be a line light source, the light emitted from the biconcave cylindrical lens in a direction perpendicular to the axial direction is provided.
  • the bi-convex cylindrical lens can convert the light from the bi-concave cylindrical lens into parallel light as described above.
  • a diffuser is disposed on the exit surface side of the biconvex cylindrical lens.
  • the use of a diffuser can further reduce luminance unevenness.
  • a head-up display device includes any one of the above illumination devices that emits the illumination light, a projection member that forms and emits a display image by transmitting the illumination light from the illumination device, and an emission An optical system for shaping the displayed image, and projecting the shaped display image onto a display member, thereby displaying a virtual image of the display image so as to be visible to an observer.
  • any one of the illumination devices having the above-described features and operational effects is provided, the generation of loss light itself can be reduced, power consumption and cost can be reduced, and the space of the device can be saved. Can be realized. This becomes more noticeable when a large number of LEDs are used.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a head-up display device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention. It is a schematic side view of the other example of the head-up display device. It is a perspective view which shows the external appearance of the backlight which concerns on one Embodiment of this invention. It is a front view which shows the external appearance of the backlight. It is a disassembled front view which shows the structure of the illuminating device which concerns on one Embodiment of this invention. It is a disassembled perspective view which shows the structure of the illuminating device. It is the top view of each component which looked at the illuminating device from the output surface side.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 7. It is a perspective view which shows the condensing lens which is a component of the illumination device. It is a perspective view which shows the Fresnel lens array which is a component of the illumination device. It is a perspective view which shows the prism board which is a component of the illumination device. It is a perspective view which shows the biconcave cylindrical lens which is a component of the illumination device. It is a perspective view which shows the biconvex cylindrical lens which is a component of the illumination device. (A) is a figure explaining overlapping light, (B) is a figure explaining parallel light without overlapping, and (C) is a figure explaining gap light.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a head-up display (HUD) device 700 mounted on a vehicle 600 according to an embodiment.
  • the HUD device 700 includes a backlight 200 including a lighting device 100 (FIG. 3) described later, a projection member 300, and an optical system 400.
  • the HUD device 700 is placed, for example, in the vicinity of the dashboard 620 of the vehicle 600 where a steering wheel 610 and an instrument panel (not shown) are provided.
  • the backlight 200 includes the illumination device 100 that is covered with, for example, a black upper frame 210 and that has the radiation surface 101 exposed. Illumination light that is, for example, uniform white light is emitted from the radiation surface 101 of the illumination device 100.
  • a projection member 300 in FIG. 1 is a transmissive dot matrix TFT liquid crystal panel (LCD) or the like, and displays flat LCD data of a display original image, which is an image or character data, on the liquid crystal panel, and the radiation of the illumination device 100 there.
  • a display original image is formed, and the display original image is optically emitted.
  • the optical system 400 is a concave mirror in this example, but may be an optical element such as a lens, a prism, or an optical fiber.
  • the display original image is shaped into a display image, and projected onto a display member 500A for display (hereinafter referred to as a windshield 500A) such as a windshield of the vehicle 600.
  • the display original image is enlarged or reduced by the optical system 400 and shaped such as correction of the inclination and distortion, that is, the optical characteristics between the windshield 500A and the HUD device are optimized.
  • the display image is displayed on the display member.
  • a display image that is character information such as the speed of the vehicle and image information such as a navigation image is projected, and the display image and the scenery in front of the vehicle are superimposed and recognized by the driver.
  • the display image appears to float in the landscape ahead of the vehicle 3 to 5 meters ahead of the vehicle.
  • the display image is, for example, only information necessary for driving the vehicle is displayed near the corner of the windshield 500A.
  • the display member on which the display image is projected is the windshield 500A in FIG. 1, but may be a combiner 500B shown in FIG.
  • the combiner 500B is a display composed of, for example, a half mirror, and when a display image is projected, the scenery in front of the vehicle and the display image are superimposed and recognized by the driver via the combiner 500B.
  • the combiner 500B and the HUD device 700 may be sold as an integrated device. In this case, the combiner 500B and the HUD device can be sold as a device with optimized optical characteristics before shipping. It is preferable that it can be simply attached to the vehicle as it is.
  • the illuminating device 100 includes a plurality of light sources 10 that emit illumination light, a condensing lens 20, a Fresnel lens array 30, and a prism plate 40. In this order toward the emission direction (upward direction in FIG. 5). Further, in the illumination device 100, a biconcave cylindrical lens 50 is disposed on the exit surface side of the prism plate 40, and a biconvex cylindrical lens 55 is disposed on the exit surface side of the biconcave cylindrical lens 50. It is arranged at a distance from 50. As shown in the exploded perspective view of the illuminating device 100 in FIG.
  • the plurality of light sources 10 are arranged in a straight line, and the illumination light is directed toward the same direction (upward in FIG. 6) orthogonal to the direction of the single line.
  • Each L1 is emitted.
  • the Fresnel lens array 30, the prism plate 40, the biconcave cylindrical lens 50, and the biconvex cylindrical lens 55 have a substantially rectangular shape having a longitudinal direction in the arrangement direction of the row of the light sources 10 when viewed in the vertical direction.
  • the longitudinal direction of the biconcave cylindrical lens 50 that is, the axial direction orthogonal to the curvature radius described later (axis C1 in FIG. 6)
  • the longitudinal direction of the biconvex cylindrical lens 55 that is, the axial direction orthogonal to the curvature radius described later (axis C2). ) Is in parallel.
  • the intervals between the plurality of light sources 10, the condensing lens 20, the Fresnel lens array 30, the prism plate 40, the biconcave cylindrical lens 50, and the biconvex cylindrical lens 55 are, for example, 1.0 mm, respectively. 7.0 mm, 0.5 mm, 0.5 mm, and 15.0 mm.
  • the diffuser (diffusion sheet) 70 of FIG. 5 is provided on the exit surface side of the biconvex cylindrical lens 55.
  • a transparent glass or a transparent resin (not shown) that protects the diffusion sheet 70 may be present on the foremost surface on the light emitting surface side of the lighting device 100, and in this case, the transparent glass or the transparent resin forms the radiation surface 101.
  • the arrangement direction of the row of the plurality of light sources 10 is parallel to the axial direction C1 of the biconcave cylindrical lens 50 and the axial direction C2 of the biconvex cylindrical lens 55.
  • the light source 10 is, for example, a white LED with a middle power and low cost, such as NJSW170C manufactured by Nichia.
  • a plurality of (four in the example of FIG. 5) light sources 10 shown in FIG. 5 are, for example, soldered onto a wiring board 12 that supplies and controls each light source 10. As shown in FIG. 7, only a plurality of light sources 10 are arranged in the row direction, the arrangement pitch P ⁇ b> 1 (FIG.
  • a heat sink (not shown) that is a cooling member that radiates heat generated by each light source 10 is opposite to the surface on which the plurality of light sources 10 are mounted. It may be attached to the surface in an electrically insulated state.
  • the power per lamp is inferior, but by using a large number of low-cost LEDs and increasing the light utilization efficiency, a significant reduction in size and cost is realized. ing.
  • the power consumption of about 2 W in the example of this embodiment is compared to the unit size of the backlight with a power consumption of less than 10 W of the conventional product (eg, length 70 to 85 ⁇ width 40 to 45 ⁇ height 30 to 35 mm).
  • the backlight unit size is, for example, length 70 ⁇ width 35 ⁇ height 37 mm.
  • the power consumption is also reduced, and as a result, the effect of eliminating the heat sink that has been conventionally required is great, and space saving can be realized. Depending on the required luminance and the size of the backlight, this may occur when a heat sink is required. However, even in this case, the heat sink can be downsized compared to the conventional case, and space saving can be realized.
  • the condensing lens 20 of FIG. 5 has a plurality of convex lens portions 22... 22 corresponding to each of the plurality of light sources 10, and the convex lens portion 22 condenses the illumination light L1 emitted from the corresponding light source 10.
  • the illumination light L2 is emitted. That is, the condensing lens 20 suppresses the spread of the illumination light so as to collect the illumination light L1 emitted from the plurality of light sources 10.
  • the condenser lens 20 is disposed on the emission surface side of the plurality of light sources 10. As shown in FIGS. 8 and 9, the plurality of convex lens portions 22 are disposed apart from each other on the exit surface side of the condenser lens 20, and as shown in FIG. 7, Corresponding by being present at substantially the same position when viewed in the vertical direction. Therefore, the same number of convex lenses 22 as the plurality of light sources 10 is formed on the condenser lens 20.
  • the condenser lens 20 is manufactured by injection molding of a thermoplastic resin such as PMMA or PC (in this embodiment, PC).
  • the condenser lens 20 has a length of about 60 mm, a width of about 8 mm, and a depth of about 3.1 mm.
  • the radius of curvature of each convex lens portion 22 shown in FIG. 10 is, for example, about 3 mm
  • the interval P2 between adjacent convex lens portions 22 is, for example, 8 mm
  • the Fresnel lens array 30 in FIG. 5 has a plurality of Fresnel lenses 34 corresponding to each of the plurality of convex lens portions 22.
  • the Fresnel lens array 30 is disposed on the exit surface side of the condenser lens 20.
  • Each Fresnel lens 34 receives each illumination light L2 emitted from the corresponding convex lens portion 22, and the direction of the illumination light L2 is parallel (viewed substantially parallel) from each Fresnel lens 34.
  • Illumination light L3 converted in a uniform manner is emitted. Specifically, because the Fresnel lens 34 suppresses the spread of the light of each illumination light L2, the illumination light L3 in which the adjacent illumination lights L3 become parallel light without overlapping (at least not overlapped light).
  • the light is emitted from the Fresnel lens 34. Accordingly, the plurality of Fresnel lenses corresponding to the plurality of convex lens portions 22 of the condenser lens 20 convert the illumination light L2 from the convex lens portion 22 into parallel light L3, and the plane direction xy ( FIG. 6) Improves visual brightness.
  • the plurality of Fresnel lenses 34 are arranged adjacent to each other on the emission surface side of the Fresnel lens array 30, and as shown in FIG. 7, the plurality of light sources 10 and the convex lens portions 22 are arranged. Corresponding to each other by being present at substantially the same position when viewed in the vertical direction.
  • each Fresnel lens 34 is shown only by a square frame (for example, the length of one side is about 8 mm) for ease of viewing. Therefore, the same number of the plurality of Fresnel lenses 34 as that of the plurality of light sources 10 are formed on the Fresnel lens array 30. That is, the outgoing light L3 is emitted from the entire surface of the Fresnel lens array 30, but in detail, the outgoing light L3 is emitted by being divided into six light emitting regions.
  • the Fresnel lens array 30 is manufactured by injection molding of a thermoplastic resin such as PMMA or PC (in this embodiment, resin parts other than the condenser lens are PMMA).
  • the Fresnel lens array 30 has a length of about 48 mm, a width of about 8.1 mm, and a depth of about 8.4 mm.
  • each Fresnel lens 34 shown in FIG. 11 has concentric circular protrusions 32 (including a circular protrusion at the center) constituting the lens (pitch length is 0.1 to 0.00).
  • the corresponding Fresnel lens 34 may further suppress the spread of the light and emit the illumination light L3.
  • the lens array 30 ′ is represented as a collimator lens array having a plurality of adjacent collimator lenses 34 ′ on the exit surface side.
  • the prism plate 40 is provided, for example, when the illumination lights L3 emitted from the Fresnel lenses 34 may become the overlapping light or the gap light shown in FIGS. 15 (A) and 15 (C). That is, the prism plate 40 is generated by the boundary of each illumination light (for example, the overlapping light or the gap light) seen between the plurality of light sources 10, that is, between the plurality of Fresnel lenses 34 in the planar direction xy of the prism plate. By making the difference in brightness of the illumination light inconspicuous, the luminance of the illumination light L4 emitted from the prism plate 40 is made uniform compared to the incident illumination light L3.
  • the luminance distribution in the planar direction xy of the prism plate 40 of each outgoing light L3 emitted from the Fresnel lens 34 can be made uniform.
  • the provision of the prism plate 40 prevents the overlapping light or the gap light from being emitted in the emission direction of the illumination light L3 emitted from each Fresnel lens 34 of the Fresnel lens array 30 and the spread of the emitted light L3. Therefore, the step of precisely adjusting the Fresnel lens 34, which is necessary for this purpose, can be eliminated.
  • the prism plate 40 is manufactured by injection molding of acrylic resin.
  • the prism plate 40 has a length of about 50 mm, a width of about 9 mm, and a depth of about 5 mm.
  • the prism plate 40 shown in FIG. 12 has fine protrusions 42 whose cross section is an isosceles triangle in a direction orthogonal to the longitudinal direction (parallel to the axial axis C1 and the axis C2). , And continuously formed at a pitch of about 0.1 mm.
  • the isosceles triangle of the protrusion 42 has an apex angle of 50 to 65 degrees, specifically about 55 degrees and a height of about 0.1 mm.
  • the apex angle, the height, and the plate thickness of the prism plate 40 are optimized by the results of experiments and simulations so that the bright line and the dark line do not occur.
  • the Fresnel lens array 30 and the prism plate 40 described above are provided in addition to the condenser lens 20, at least the generation of overlapping light can be reduced, so that the power consumption and cost of the LED 10 can be reduced. It becomes. Further, since a heat sink (not shown) can be omitted or reduced in size, the space of the apparatus can be saved. This effect becomes more remarkable when a large number of LEDs are used.
  • the biconcave cylindrical lens 50 expands the beam width of the light L4 emitted from the prism plate 40 in a direction orthogonal to the axis C1.
  • the biconvex cylindrical lens 55 collimates the light L5 from the biconcave cylindrical lens into parallel light L6 by suppressing the spread of the light in the direction orthogonal to the axis C1 (ie, the axis C2). And so-called surface emission is realized.
  • the plurality of point light sources 10 are arranged so as to be a linear light source by being arranged in a straight line, so that the biconcave cylindrical lens 50 and the biconvex cylindrical lens 55 are arranged.
  • the linear illumination light L4 (including a substantially strip-like straight line having a slight width) can be converted into the planar illumination light L6, and the illumination device 100 can be a surface light source.
  • the biconcave cylindrical lens 50 and the biconvex cylindrical lens 55 in combination it is possible to realize surface emission with excellent luminance uniformity.
  • the biconcave cylindrical lens 50 shown in FIG. 13 and the biconvex cylindrical lens 55 shown in FIG. 14 are manufactured by injection molding of acrylic resin.
  • the biconcave cylindrical lens 50 and the biconvex cylindrical lens 55 are each aspherical and have a curved cross section in a plane perpendicular to the longitudinal direction (parallel to the axes C1 and C2).
  • the thickness between the two aspherical maximum concave portions of the biconcave cylindrical lens 50 is about 1 mm, the length is about 50 mm, the width is about 10 mm, and the depth is about 3.4 mm.
  • the thickness of the biconvex cylindrical lens 55 (the length between the maximum convex portions of two aspheric surfaces, ie, the depth) is about 7 mm, the length is about 50 mm, and the width is about 24 mm.
  • the diffusion sheet 70 is made of, for example, PET resin, which is a thermoplastic engineering plastic.
  • the diffusion sheet 70 is formed by forming a minute lens array on the surface, or by coating the surface with a resin that diffuses light. Can be diffused to provide more uniform illumination light.
  • the diffusion sheet 70 has a light diffusion function for further diffusing the emitted light L6 from the biconvex cylindrical lens 55 in order to reduce luminance unevenness.
  • SYMBOLS 10 (plurality) light source 20
  • Condensing lens 22 (plurality) convex lens part 30
  • Fresnel lens array 34 Fresnel lens 40
  • Prism plate 50 Biconcave cylindrical lens 55
  • Biconvex cylindrical lens 70 Diffusion sheet (diffuser)
  • Illumination device 300 Projection member 400

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Abstract

低消費電力化および低コスト化が可能であり、省スペース化が可能となる照明装置を提供する。同じ一方向に向けて照明光（L1）を各々出射する複数の光源(10)と、複数の光源(10)の各々に対応する複数の凸レンズ部(22)を有して、対応する光源(10)から出射された照明光(L1)を凸レンズ部(22)が集光する、複数の光源(10)の出射面側に配設された集光レンズ(20)と、複数の凸レンズ部(22)の各々に対応する複数のフレネルレンズ(34)を有し、集光レンズ(20)の出射面側に配設され、前記フレネルレンズが前記凸レンズ部から出射された各照明光(L2)を平行光(L3)に変換するフレネルレンズアレイ(30)と、フレネルレンズアレイ(30)の出射面側に配設され、フレネルレンズアレイ(30)から出射された照明光(L3)が入光してから出光する照明光(L4)の輝度を、照明光(L3)と比べて、平面方向において均一化する前記プリズム板(40)とを備える。

Description

照明装置およびヘッドアップディスプレイ装置 関連出願
　本出願は、２０１７年１月２７日出願の特願２０１７－０１２７５８の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　本発明は、複数の光源を備える照明装置と、この照明装置を具備するヘッドアップディスプレイ装置とに関する。
　従来から、透過型の液晶パネル（ＬＣＤ）のような投影部材に照明光が透過することにより形成された表示原像が、所定の光学系により拡大などされることで整形された表示像を、移動体（例えば車両）のフロントガラスのような表示部材に投影して表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置とも呼ぶ）が知られている。ＨＵＤ装置は、自動車などの車両に装備されて、運転時に、観察者である運転者や同乗者の視野へ上記表示像を映し出す装置であり、投影部材は、表示原像の平面ＬＣＤデータを表示し、そこへ照明光が透過することで表示原像が光学的に出射される。車両のフロントガラスや、コンバイナとも呼ばれるハーフミラーからなるディスプレイ等の透明な（または半透明な）上記表示部材には、車両の速度のような文字情報やナビゲーション用画像のような画像情報の表示像が投影され、車両前方の風景と当該表示像とが重畳して運転者に認識される。ヘッドアップディスプレイでは、表示像は無限遠の点に結像するため、運転者が外界から当該表示像に視点を切り替える際に、コンマ数秒程度の時間を要する生理現象、すなわち焦点を合わせ直すという生理現象が生じない利点がある。こうした、運転時に運転者の焦点合わせ直しが必要無く視認可能となるディスプレイであるＨＵＤ装置は、近年、需要が拡大している。現在、ＨＵＤ装置の市場は、２０１５年度に対して２０２２年度には８倍程度に増加するように見込まれている。
　そこで、例えば次に示すような従来技術のＨＵＤ用照明装置が知られている。
１．複数の光源であるＬＥＤに対応する凸部を複数有する集光レンズを２段備え、ＬＥＤから遠方にある方の２段目の集光レンズが光の結像位置を調整することで、有効径や焦点距離を小さくしつつ広い表示面積とでき、高い照明効率を達成した照明ユニット（特許文献１）。
２．凸部を複数有する集光レンズのレンズ光軸に位置合わせされた光源と、光軸から偏心された光源とを使用することで、結像位置のずれを抑制し、虚像の輝度ムラを低減させた照明ユニット（特許文献２）。
３．複数の光源であるＬＥＤと、光源から照射された光を集光するレンズアレイと、光の方向を調整するフィールドレンズを備え、フィールドレンズが少なくとも入射面側の一部の領域に拡散領域を有し、該拡散領域にフィールドレンズからの重複した光（隣り合う入射光同士が重なり合った部分の光）を透過させることで、この重複した光を拡散させて明線（輝線）が発生する輝度ムラを低減させた照明装置（特許文献３）。
４．複数の光源に対応する凸レンズを複数有するレンズアレイを備え、隣り合う凸レンズ間に形成される谷間である境界線の少なくとも一部を凹凸形状とすることで、該境界線からの出射光の輝度を平均化させて暗線が発生する輝度ムラを低減させた照明装置（特許文献４）。
特開２０１５－２３２６０８号公報 特開２０１５－２３２９４３号公報 特開２０１５－２１９４２５号公報 特許４９５２７６２号
　ＨＵＤ装置において照明光を出射する照明装置を含むバックライトが、例えば複数のＬＥＤからなる光源を備えることで、装置全体の輝度を向上させることができる。しかし、例えば、図１５（Ａ）に示すように、複数のＬＥＤ光源１０…１０の配置によっては、一のＬＥＤ光源１０から発せられた照明光Ｌ３と、隣り合う他のＬＥＤ光源１０から発せられた照明光Ｌ３とが、図中の破線楕円ＡＡで示すように重なり合う（当該重なり合った部分の光を重複光と呼ぶ）。この場合、照明光Ｌ３が重複した領域が他の領域と比べて明るくなることで、バックライトからの出射光に輝度ムラ（この場合、いわゆる明線）が視認される。また、図１５（Ｃ）に示すように、複数のＬＥＤ光源１０…１０の配置によっては、一のＬＥＤ光源１０から発せられた照明光Ｌ３と、隣り合う他のＬＥＤ光源１０から発せられた照明光Ｌ３とが、図中の破線楕円ＣＣで示すように重なり合うことが無い一方で、各照明光Ｌ３の間に隙間が生じる（この隙間を有する照明光を隙間光と呼ぶ）。この場合、各照明光Ｌ３間の隙間の領域が他の領域と比べて暗くなることで、バックライトからの出射光に輝度ムラ（この場合、いわゆる暗線）が視認されることになる。なお、図１５の図（Ａ）～（Ｃ）では、レンズアレイ３０’は、出射面側に、コリメータレンズ３４’を隣り合って複数有するコリメータレンズアレイを例に表されているが、他に、出射面側に、フレネルレンズを隣り合って複数有するフレネルレンズアレイであってもよい。
　一方で、こうした不必要な方向に光を出射している上記重複光や隙間光のようなロス光が多くなると、重複光の場合には、重複光の分だけＬＥＤ出力が過多となり、また隙間光の場合には、隙間光による輝度低下を補うために、ＬＥＤ出力を大きくする必要が生じる。これらの場合のように、ＬＥＤ出力が大きくなることにより、その放熱量が大きくなるので、ＬＥＤ冷却用のヒートシンクが大型化し、結果として、バックライト装置が大型化する。特許文献２～４の従来技術では、上記のような輝度ムラを低減するが、ロス光の発生自体を低減するものではないため、こうした放熱量の増大、ヒートシンクの大型化、およびバックライト装置の大型化を回避できない。なお、特許文献１の従来技術は、上記の輝度ムラを低減する技術ではない上、ロス光の発生自体を低減する技術でもないため、同様に、放熱量の増大、ヒートシンクの大型化、およびバックライト装置の大型化を回避できない。
　加えて、ヘッドアップディスプレイ用のバックライトとしては、１．８インチサイズ等の３００万ｃｄ／ｍ2以上の超高輝度の光源が必要となるため、少数灯の高出力のＬＥＤを用いるとともに、拡散体を用いて面発光均一性を持たせるという構成が一般的であるが、多数灯の低出力ＬＥＤを用いても構成可能である。少数灯の高出力ＬＥＤを用いる場合は、ロス光の発生量が増加するため、放熱量の増大、ヒートシンクの大型化、およびバックライト装置の大型化を招いてしまうが、多数灯の低出力ＬＥＤを用いる場合には、ロス光の発生個所が増加するため、特許文献１～４の従来技術のようなロス光の発生自体を低減しない構成では、ＬＥＤ灯数のさらなる増加を招き、その結果、放熱量の増大、ヒートシンクの大型化、およびバックライト装置の大型化を招くことになる。
　そこで、本発明は、放熱量増大の抑制すなわち低消費電力化および低コスト化が可能であり、ヒートシンクの大型化およびバックライト装置の大型化の抑制すなわち装置の省スペース化が可能となる照明装置および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。
　本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。
　すなわち、本発明にかかる照明装置は、
　同じ一方向に向けて照明光を各々出射する複数の光源と、
　前記複数の光源の出射面側に配設されて、前記複数の光源の各々に対応する複数の凸レンズ部を有し、対応する前記光源から出射された前記照明光を前記凸レンズ部が集光する集光レンズと、
　前記集光レンズの出射面側に配設されて、前記複数の凸レンズ部の各々に対応する複数フレネルレンズを有し、前記フレネルレンズが前記凸レンズ部から出射された各照明光を平行光に変換するフレネルレンズアレイと、
　前記フレネルレンズアレイの出射面側に配設されるプリズム板であって、前記フレネルレンズアレイから出射された照明光が入光してから出光する際に、当該出光した照明光の輝度を、前記入光した照明光と比べて、前記プリズム板の平面方向において均一化する前記プリズム板と、
を備える。
　この構成によれば、集光レンズにより複数の光源から出射した照明光を集光するように当該照明光の広がりを抑制すると共に、フレネルレンズアレイの各フレネルレンズが凸レンズ部からの各照明光を平行光に変換して上記平面方向視における輝度を向上させる。さらに、プリズム板が、前記プリズム板の前記平面方向において、前記複数の光源間、すなわち前記複数のフレネルレンズ間に見られる各照明光の境界（例えば、上記重複光または隙間光により生じる照明光の明暗の差）を目立たなくすることで、前記プリズム板から出光した照明光の輝度を、前記入光した照明光と比べて、均一化する。すなわち、当該構成により、フレネルレンズから出射した各出射光の、前記プリズム板の平面方向における輝度分布が均一化される。よって、ロス光の発生自体を低減でき、低消費電力化および低コスト化が可能であり、装置の省スペース化が可能となる。この効果は、前記光源としてＬＥＤを多数灯用いる場合に、より顕著となる。
　本発明において、前記プリズム板の出射面側には両凹のシリンドリカルレンズが配設され、さらに、前記両凹のシリンドリカルレンズの出射面側には両凸のシリンドリカルレンズが配設されており、前記両凹のシリンドリカルレンズの軸方向と、両凸のシリンドリカルレンズの軸方向とが平行であることが好ましい。これにより、両凹のシリンドリカルレンズが、前記軸方向と直交する方向へプリズム板から出光した光の光線幅を拡大し、両凸のシリンドリカルレンズが、両凹のシリンドリカルレンズからの光を平行光へとコリメートすることで、輝度均一性に優れた面発光を低消費電力および低コストの構成で実現できる。
　上記シリンドリカルレンズを配設する場合において、前記複数の光源が一列に配設されており、当該一列の方向と、前記両凹のシリンドリカルレンズの軸方向および両凸のシリンドリカルレンズの軸方向とが平行であることが好ましい。これにより、複数の点光源が、一列に配設されることで、線光源となるように配設されているので、両凹のシリンドリカルレンズが、前記軸方向と直交する方向へ出光された光の光線幅を拡大して線状光から面状光へと変換し、両凸のシリンドリカルレンズが、上記のように両凹のシリンドリカルレンズからの光を平行光へと変換できる。
　本発明において、前記両凸のシリンドリカルレンズの出射面側に拡散体が配設されていることが好ましい。拡散体の使用により、輝度ムラをさらに低減できる。
　本発明にかかるヘッドアップディスプレイ装置は、前記照明光を出射する上記のいずれかの照明装置と、前記照明装置からの照明光が透過することにより表示像を形成して出射する投影部材と、出射された前記表示像を整形する光学系と、を具備し、整形された前記表示像を表示部材に投影することにより、当該表示像の虚像を観察者から視認可能に表示する。
　この構成によれば、上記の特徴および作用効果を有するいずれかの照明装置を具備するので、ロス光の発生自体を低減でき、低消費電力化および低コスト化が可能であり、装置の省スペース化が可能なヘッドアップディスプレイ装置を実現できる。これは、ＬＥＤを多数灯用いる場合に、より顕著となる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
本発明の一実施形態に係る、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置の概略側面図である。 同ヘッドアップディスプレイ装置の他の例の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係るバックライトの外観を示す斜視図である。 同バックライトの外観を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置の構成を示す分解正面図である。 同照明装置の構成を示す分解斜視図である。 同照明装置を出射面側から見た各構成部品の平面図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図である。 図７のＩＸ－ＩＸ線断面図である。 同照明装置の構成部品である集光レンズを示す斜視図である。 同照明装置の構成部品であるフレネルレンズアレイを示す斜視図である。 同照明装置の構成部品であるプリズム板を示す斜視図である。 同照明装置の構成部品である両凹のシリンドリカルレンズを示す斜視図である。 同照明装置の構成部品である両凸のシリンドリカルレンズを示す斜視図である。 （Ａ）は重複光を説明する図であり、（Ｂ）は重なりの無い平行光を説明する図であり、（Ｃ）は隙間光を説明する図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号は、同一または相当部分を示し、特段変更等の説明がない限り、適宜その説明を省略する。
　図１に、一実施形態に係る車両６００に搭載されたヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置７００の概略側面図を示す。ＨＵＤ装置７００は、後述の照明装置１００（図３）を含むバックライト２００と、投影部材３００と、光学系４００とを具備する。ＨＵＤ装置７００は、例えば車両６００のダッシュボード６２０内部の、ステアリングホイール６１０やインストルメントパネル（不図示）が備えられた付近に載置される。具体的に、バックライト２００は、図３の斜視図、および図４の正面図に示すように、例えば黒色のアッパーフレーム２１０に覆われ、放射面１０１が露出した照明装置１００を有する。照明装置１００の放射面１０１から例えば均一な白色光である照明光が出射される。
　図１の投影部材３００は、透過型のドットマトリクスＴＦＴ液晶パネル（ＬＣＤ）等であり、画像や文字データである表示原像の平面ＬＣＤデータを液晶パネルへ表示し、そこへ照明装置１００の放射面１０１からの照明光が透過することにより、表示原像が形成され、該表示原像が光学的に出射される。光学系４００は、この例では凹面鏡であるが、レンズ、プリズム、光ファイバ等の光学素子であってもよい。光学系４００により、表示原像は、整形されて表示像となり、車両６００のフロントガラス等である表示用の表示部材５００Ａ（以下、フロントガラス５００Ａ）に投影される。このフロントガラス５００Ａの曲面の曲率、およびフロントガラス５００Ａとバックライト２００との間の光学的な向きや位置関係等に依存して、フロントガラス５００Ａに投影される表示像の大きさ、傾きおよび歪み等が決まるので、上記表示原像は、光学系４００により拡大または縮小、および上記傾きや歪みの矯正などの整形が施され、すなわちフロントガラス５００ＡとＨＵＤ装置との間の光学特性が最適化され、表示部材への表示用の表示像となる。
　フロントガラス５００Ａには、車両の速度のような文字情報やナビゲーション用画像のような画像情報である表示像が投影され、当該表示像と車両前方の風景とが重畳して運転者に認識され、運転者の視点（または視野）Ｄでは、例えば表示像が車両前方３～５ｍ先に、車両前方の風景の中に浮かんでいる様に見える。なお運転を阻害しないように、表示像は、例えば車両の運転に必要な情報のみがフロントガラス５００Ａの隅近辺に表示されたものになる。
　なお、表示像が投影される表示部材は、図１ではフロントガラス５００Ａであったが、図２に示すコンバイナ５００Ｂであってもよい。コンバイナ５００Ｂは、例えばハーフミラーからなるディスプレイであり、表示像が投影されると、コンバイナ５００Ｂを介して、車両前方の風景と当該表示像とが重畳して運転者に認識される。コンバイナ５００ＢとＨＵＤ装置７００とは一体化された装置で販売される場合があり、この場合、既に出荷前の段階で、コンバイナとＨＵＤ装置との間の光学特性を最適化した装置で販売可能であり、そのまま車両に取り付けるだけで済むことができて好適である。
　図５の照明装置１００の分解正面図に示すように、照明装置１００は、照明光を出射する複数の光源１０…１０と、集光レンズ２０と、フレネルレンズアレイ３０と、プリズム板４０とを、出射方向（図５の上方向）に向けてこの順で備える。さらに、照明装置１００には、プリズム板４０の出射面側に両凹のシリンドリカルレンズ５０が配設され、両凹のシリンドリカルレンズ５０の出射面側に両凸のシリンドリカルレンズ５５が両凹のシリンドリカルレンズ５０から間隔をあけて配設されている。複数の光源１０は、図６の照明装置１００の分解斜視図に示すように、一列の直線状に配列され、この一列の方向に直交する同じ一方向（図６の上方）に向けて照明光Ｌ１を各々出射する。フレネルレンズアレイ３０、プリズム板４０、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５は、上下方向視で、複数の光源１０の前記一列の配列方向に長手方向を有する概略長方形状である。両凹のシリンドリカルレンズ５０の長手方向すなわち後述の曲率半径と直交する軸方向（図６の軸Ｃ１）と、両凸のシリンドリカルレンズ５５の長手方向すなわち後述の曲率半径と直交する軸方向（軸Ｃ２）とは平行となっている。
　本実施形態では、複数の光源１０、集光レンズ２０、フレネルレンズアレイ３０、プリズム板４０、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５の間の間隔は、例えば各々、１．０ｍｍ、７．０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５ｍｍ、１５．０ｍｍである。本実施形態では、両凸のシリンドリカルレンズ５５の出射面側に、図５の拡散体（拡散シート）７０を備えている。なお、照明装置１００の出射面側の最前面には、拡散シート７０を保護する不図示の透明ガラスもしくは透明樹脂が存在してよく、この場合には該透明ガラスもしくは透明樹脂が放射面１０１を形成する。
　本実施形態では、複数の光源１０の前記一列の配列方向と、上記両凹のシリンドリカルレンズ５０の軸方向Ｃ１および両凸のシリンドリカルレンズ５５の軸方向Ｃ２とは平行となっている。光源１０は、例えば、日亜化学製の品番：NJSW170Cのような、ミドルパワーで低コストの白色ＬＥＤである。図５に示す複数（図５の例では４個）の光源１０は、各光源１０の給電および制御を行う配線基板１２上に例えば半田付けされている。複数の光源１０は、図７に示すように前記一列方向に６個だけ配設されており、配置ピッチＰ１（図８）が８ｍｍで等間隔であり、かつ複数のＬＥＤ素子の向きすなわち出光方向が同じとなるように配列されている。図５に示す配線基板１２には、従来のように、各光源１０で発生する熱を放熱する冷却部材であるヒートシンク（不図示）が、複数の光源１０が実装されている面とは逆の面に、電気絶縁状態で取り付けられてもよい。
　本実施形態の照明装置１００の光源１０では、１灯あたりのパワーは劣るが、低コストのＬＥＤを多数用いて、光の利用効率を高めることにより、大幅なサイズダウン、およびコストダウンを実現している。従来品の消費電力十Ｗ弱のバックライトのユニットサイズ（例：長さ７０～８５×幅４０～４５×高さ３０～３５ｍｍ程度）に対して、本実施形態の例の消費電力約２Ｗのバックライトユニットサイズは、例えば、長さ７０×幅３５×高さ３７ｍｍとなっている。また、後述のように、消費電力の低減も達成しており、これによって、従来必要であったヒートシンクを不要とできた効果も大きく、省スペース化を実現することができている。なお、要求される輝度やバックライトのサイズによっては、ヒートシンクが必要となる場合は生じうる。しかし、この場合でも、従来と比べてヒートシンクを小型化でき、省スペース化を実現できる。
　図５の集光レンズ２０は、複数の光源１０の各々に対応する複数の凸レンズ部２２…２２を有して、対応する光源１０から出射された照明光Ｌ１を前記凸レンズ部２２が集光して、照明光Ｌ２を出射する。すなわち、集光レンズ２０は、複数の光源１０から出射した照明光Ｌ１を集光するように当該照明光の広がりを抑制する。集光レンズ２０は、複数の光源１０の出射面側に配設されている。複数の凸レンズ部２２は、図８及び図９に示すように、集光レンズ２０の出射面側に、互いに離れて配設されており、図７に示すように、複数の光源１０の各々と、上下方向視でほぼ同位置に存在することで、対応している。よって、複数の凸レンズ部２２は、複数の光源１０と同数の６個だけ集光レンズ２０上に形成されている。
　集光レンズ２０は、ＰＭＭＡまたはＰＣなどの熱可塑性樹脂を射出成型して製造される（本実施形態では、ＰＣとする）。集光レンズ２０は、長さ約６０ｍｍ、幅約８ｍｍ、奥行き約３．１ｍｍである。また、本実施形態では、図１０に示す各凸レンズ部２２の曲率半径は例えば約３ｍｍ、隣接する凸レンズ部２２の間隔Ｐ２は、例えば８ｍｍであり、凸レンズ部２２の頂点は、１．６ｍｍだけ集光レンズ２０の主面２４から膨出している（すなわち、凸レンズ部２２の最大厚み＝１．６ｍｍ）。
　図５のフレネルレンズアレイ３０は、複数の凸レンズ部２２の各々に対応する複数のフレネルレンズ３４…３４を有する。フレネルレンズアレイ３０は、集光レンズ２０の出射面側に配設されている。各フレネルレンズ３４には、対応する凸レンズ部２２から出射された各照明光Ｌ２が入光し、これらの各フレネルレンズ３４から、この照明光Ｌ２の光の向きを平行（実質的に平行と見做せる場合を含む）に揃えて変換された照明光Ｌ３が出射される。具体的には、フレネルレンズ３４が各照明光Ｌ２の光の広がりを抑制することで、隣り合う照明光Ｌ３同士が重なりの無い平行光となった（少なくとも重複光とはならない）照明光Ｌ３が、フレネルレンズ３４から各々出射する。これにより、集光レンズ２０の複数の凸レンズ部２２の各々に対応する複数のフレネルレンズが、凸レンズ部２２からの各照明光Ｌ２を平行光Ｌ３に変換して、プリズム板４０の平面方向ｘｙ（図６）視における輝度を向上させる。
　複数のフレネルレンズ３４は、図１１に示すように、フレネルレンズアレイ３０の出射面側に、互いに隣接して配設されており、図７に示すように、複数の光源１０および凸レンズ部２２の各々と、上下方向視でほぼ同位置に存在することで、対応している。なお、図７では、見易さの面から、各フレネルレンズ３４を正方形（例えば一辺の長さが約８ｍｍ）の枠のみで示している。よって、複数のフレネルレンズ３４は、複数の光源１０と同数の６個だけフレネルレンズアレイ３０上に形成されている。すなわち、フレネルレンズアレイ３０全面から出射光Ｌ３が出射されるが、詳細にみると、６個の発光領域毎に分けられて出射光Ｌ３が出射する。
　フレネルレンズアレイ３０は、ＰＭＭＡまたはＰＣなどの熱可塑性樹脂を射出成型して製造される（本実施形態では、集光レンズ以外の樹脂部品は、ＰＭＭＡとする）。フレネルレンズアレイ３０は、長さ約４８ｍｍ、幅約８．１ｍｍ、奥行き約８．４ｍｍである。また、本実施形態では、図１１に示す各フレネルレンズ３４は、レンズを構成する各円環状突起（中心の円形突起も含む）３２が同心円状に形成され（ピッチ長は０．１～０．５ｍｍ程度）、かつ、上記の一辺約８ｍｍの正方形に収まって、隣り合うように形成されており、各円環状突起３２が０．１ｍｍだけフレネルレンズアレイ３０の主面３５から突出している（すなわち、フレネルレンズ３４の最大厚み＝０．１ｍｍ）。
　本実施形態のフレネルレンズ３４では、前述した図１５（Ａ）中の破線楕円ＡＡで示す重複光や、図１５（Ｃ）中の破線楕円ＣＣで示す隙間光が発生することがなく、図１５（Ｂ）に示すように、隣り合う各照明光Ｌ３が重なりの無い平行光となるように、凸レンズ部２２による照明光Ｌ２の広がり抑制に加えて、この凸レンズ部２２から出射された照明光Ｌ２の広がりを、さらに、対応するフレネルレンズ３４が抑制して照明光Ｌ３を出射してもよい。この場合、照明光Ｌ３では光の向きが上記のように平行に揃えられ、本実施形態の照明装置１００は、ロス光（重複光または隙間光）の発生自体を低減でき、後述のプリズム板４０を使用しないで済む可能性がある。なお、図１５の図（Ａ）～（Ｃ）では、レンズアレイ３０’は、出射面側に、コリメータレンズ３４’を隣り合って複数有するコリメータレンズアレイで表されているが、本実施形態では、フレネルレンズ３４（３４’）を隣り合って複数有するフレネルレンズアレイ３０である。
　プリズム板４０は、例えば各フレネルレンズ３４から出射した照明光Ｌ３同士が、図１５（Ａ）、（Ｃ）で示した重複光または隙間光となる可能性がある場合に、設けられる。すなわち、プリズム板４０が、前記プリズム板の平面方向ｘｙにおいて、前記複数の光源１０間、すなわち前記複数のフレネルレンズ３４間に見られる各照明光の境界（例えば、上記重複光または隙間光により生じる照明光の明暗の差）を目立たなくすることで、プリズム板４０から出光した照明光Ｌ４の輝度を、前記入光した照明光Ｌ３と比べて、均一化する。すなわち、当該構成により、フレネルレンズ３４から出射した各出射光Ｌ３の、プリズム板４０の平面方向ｘｙにおける輝度分布が均一化できる。このプリズム板４０が設けられることで、フレネルレンズアレイ３０の各フレネルレンズ３４から出射された照明光Ｌ３の出射方向や当該出射光Ｌ３の広がり等について、上記重複光または隙間光とならないようにするために必要であった、フレネルレンズ３４を精密に調整する工程を不要とできる。
　プリズム板４０は、アクリル樹脂を射出成型して製造される。プリズム板４０は、長さ約５０ｍｍ、幅約９ｍｍ、奥行き約５ｍｍである。また、本実施形態では、図１２に示すプリズム板４０は、長手方向（上記軸方向軸Ｃ１および軸Ｃ２と平行）に直交する方向に、断面が二等辺三角形である微細な突条部４２が、約０．１ｍｍピッチで連続して形成されている。突条部４２の上記二等辺三角形は、頂角が５０～６５度で、具体的には例えば約５５度であり、高さが約０．１ｍｍとなっている。プリズム板４０の前記頂角、前記高さおよび板厚は、前記明線および前記暗線が生じないように、実験やシミュレーションの結果等により、最適化されている。
　本実施形態では、集光レンズ２０に加えて、上記のフレネルレンズアレイ３０およびプリズム板４０を備えることで、少なくとも重複光の発生を低減できるので、ＬＥＤ１０の低消費電力化および低コスト化が可能となる。また不図示のヒートシンクを不要とできる、または小型化できるので、装置の省スペース化が可能となる。この効果は、ＬＥＤを多数灯用いる場合に、より顕著となる。
　両凹のシリンドリカルレンズ５０は、前記軸Ｃ１と直交する方向へプリズム板４０から出光した光Ｌ４の光線幅を拡大する。一方、両凸のシリンドリカルレンズ５５は、両凹のシリンドリカルレンズからの光Ｌ５を、前記軸Ｃ１（すなわち軸Ｃ２）と直交する方向への光の広がりを抑制することで、平行光Ｌ６へとコリメートし、いわゆる面発光を実現する。本実施形態では、複数の点光源１０が、一列の直線状に配設されることで、線光源となるように配設されているので、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５を上記順序で並置されることで、直線（若干幅を有する実質帯状の直線を含む）状の照明光Ｌ４を面状の照明光Ｌ６へと変換でき、照明装置１００を面光源とできる。このように、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５を併用することで、輝度均一性に優れた面発光を実現できる。
　図１３に示す両凹のシリンドリカルレンズ５０、および図１４に示す両凸のシリンドリカルレンズ５５は、アクリル樹脂を射出成型して製造される。また、本実施形態では、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５は、各々、非球面であり、長手方向（軸Ｃ１および軸Ｃ２と平行）に直交する面内で曲線の横断面形状を有する曲面５２、５８を有し、各曲面５２、５８は表裏２面存在している。すなわち、曲面５２、５８は、各々、シリンドリカルレンズ５０および５５の図中上下の両面に存在し、軸心Ｃ１、Ｃ２と直交する面上で曲率半径Ｒ１，Ｒ２を有する。両凹のシリンドリカルレンズ５０の２つの非球面の最大凹部分間の厚さは、約１ｍｍであり、長さ約５０ｍｍ、幅は約１０ｍｍ、奥行き約３．４ｍｍである。また、両凸のシリンドリカルレンズ５５の厚さ（２つの非球面の最大凸部分間の長さ。すなわち奥行き。）は、約７ｍｍであり、長さ約５０ｍｍ、幅は約２４ｍｍである。
　拡散シート７０は、例えば熱可塑性のエンジニアリングプラスチックであるＰＥＴ樹脂等からなり、表面に微小なレンズアレイが形成されることで、または光を拡散する樹脂が表面にコーティングされることで、通過した光を拡散してより均一な照明光を提供しうる。拡散シート７０は、輝度ムラ低減のため、両凸のシリンドリカルレンズ５５からの出射光Ｌ６をさらに拡散させる光拡散機能を有する。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
　１０　　　　　　　　　　　　　　（複数の）光源
　２０　　　　　　　　　　　　　　集光レンズ
　２２　　　　　　　　　　　　　　（複数の）凸レンズ部
　３０　　　　　　　　　　　　　　フレネルレンズアレイ
　３４　　　　　　　　　　　　　　フレネルレンズ
　４０　　　　　　　　　　　　　　プリズム板
　５０　　　　　　　　　　　　　　両凹のシリンドリカルレンズ
　５５　　　　　　　　　　　　　　両凸のシリンドリカルレンズ
　７０　　　　　　　　　　　　　　拡散シート（拡散体）
　１００　　　　　　　　　　　　　照明装置
　３００　　　　　　　　　　　　　投影部材
　４００　　　　　　　　　　　　　光学系
　７００　　　　　　　　　　　　　ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）装置
　Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４　　　　　照明光
　Ｌ５、Ｌ６　　　　　　　　　　　照明光

Claims (5)

  1. 　同じ一方向に向けて照明光を各々出射する複数の光源と、
    　前記複数の光源の出射面側に配設されて、前記複数の光源の各々に対応する複数の凸レンズ部を有し、対応する前記光源から出射された前記照明光を前記凸レンズ部が集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズの出射面側に配設されて、前記複数の凸レンズ部の各々に対応する複数のフレネルレンズを有し、前記フレネルレンズが前記凸レンズ部から出射された各照明光を平行光に変換するフレネルレンズアレイと、
    　前記フレネルレンズアレイの出射面側に配設されるプリズム板であって、前記フレネルレンズアレイから出射された照明光が入光してから出光する際に、当該出光した照明光の輝度を、前記入光した照明光と比べて、前記プリズム板の平面方向において均一化する前記プリズム板と、
    を備える、照明装置。
  2. 　請求項１に記載の照明装置であって、
    　前記プリズム板の出射面側には両凹のシリンドリカルレンズが配設され、さらに、前記両凹のシリンドリカルレンズの出射面側には両凸のシリンドリカルレンズが配設されており、前記両凹のシリンドリカルレンズの軸方向と、両凸のシリンドリカルレンズの軸方向とが平行である、照明装置。
  3. 　請求項２に記載の照明装置であって、
    　前記複数の光源が一列に配設されており、当該一列の方向と、前記両凹のシリンドリカルレンズの軸方向および両凸のシリンドリカルレンズの軸方向とが平行である、照明装置。
  4. 　請求項２または３に記載の照明装置であって、
    　前記両凸のシリンドリカルレンズの出射面側に拡散体が配設されている、照明装置。
  5. 　前記照明光を出射する請求項１～４のいずれか一項に記載の照明装置と、
    　前記照明装置からの照明光が透過することにより表示像を形成して出射する投影部材と、
    　出射された前記表示像を整形する光学系と、
    　を具備し、
    　整形された前記表示像を表示部材に投影することにより、当該表示像の虚像を観察者から視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置。
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