CN110720071B - 光源装置和平视显示器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供小型轻量、光利用效率高、模块化为面状光源而能够容易利用的光源装置。本发明的光源装置(10)包括：光源部，其包括多个半导体光源元件(14)；准直仪(15)，其包括在多个半导体光源元件(14)各自的发光轴上配置的多个准直仪元件；配置在准直仪的出射侧的偏振变换元件(21)；和配置在偏振变换元件的出射侧的导光体(17)，多个半导体光源元件和多个准直仪元件排列在与发光轴正交的第一方向(X方向)上，偏振变换元件(21)在第一方向上延伸，包括配置在关于第一方向(X方向)和对应于发光轴的第二方向(Y方向)所成的平面对称的位置的偏振分束器和相位片。

Description

光源装置和平视显示器装置

技术领域

本发明涉及光源装置和影像显示装置等技术。另外，本发明涉及作为车载的平视显示器(Head Up Display：HUD)装置等的影像显示装置的光源适用的光源装置。另外，本发明涉及使用固体发光元件的面状光源和能够用作照明的光源装置。

背景技术

随着近年来的发光二极管(LED：Light Emitting Diode)等固体发光元件的显著发展，将该元件用作光源的照明装置作为小型、轻量并且低耗电而在环境保护方面也优异的长寿命的光源，在各种照明器具中能够广泛地被利用。

现有技术中，例如，根据日本特开2016-33668号公报(专利文献1)，作为投影仪(投射型显示装置)用的光源装置，公知的是简单的结构的半导体光源装置，且是能够高效地冷却半导体发光元件而明亮地发光的半导体元件光源装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-33668号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，在上述的现有技术(专利文献1)中所公开的半导体光源装置中，提供的是主要通过高效地冷却半导体发光元件，防止该元件短路而不能发挥功能的情况，从而高效且明亮地发光的半导体元件光源装置。另外，是来自该元件的光利用与该元件相对地设置的单个或多个透镜进行聚光的结构。因此，在现有技术中，能够实现作为半导体光源的LED带来的发光效率的提高。但是，将发出的光充分地聚光而利用是困难的，尤其是要求高光量的发光性能的投影仪、以及HUD装置或车辆用的头灯装置等中，在其光利用效率特性和均匀照明特性方面还不充分，存在各种改善的余地。

因此，本发明的目的在于提供一种小型、轻量、发出的光的利用效率高、模块化而作为面状光源能够容易地利用的光源装置。更具体而言，本发明的目的在于提供一种进一步提高来自LED光源的光的利用效率和均匀的照明特性、并且达成小型化和模块化、而且作为能够以低成本制造的照明用光源适用的光源装置。

用于解决课题的技术手段

本发明中代表性的实施方式是光源装置等，其特征在于具有以下所示的结构。一个实施方式的光源装置包括：光源部，其包括产生光的多个半导体光源元件；准直仪，其包括在所述多个半导体光源元件各自的发光轴上配置的多个准直仪元件；配置在所述准直仪的出射侧的偏振变换元件；和配置在所述偏振变换元件的出射侧的导光体，所述多个半导体光源元件和所述多个准直仪元件排列在与所述发光轴正交的第一方向上，所述偏振变换元件在所述第一方向上延伸，包括配置在关于所述第一方向和对应于所述发光轴的第二方向所成的平面对称的位置的偏振分束器和相位片。

发明效果

依据本发明的代表性的实施方式，能够提供小型、轻量的、发出的光的利用效率高的、能够模块化而作为面状光源容易利用的光源装置。更具体而言，能够提供进一步提高来自LED光源的光的利用效率和均匀的照明特性，并且达成小型化和模块化，而且能够以低成本制造的适合作为照明用光源的光源装置。另外，能够提供低消耗电力且在环境保护方面优异的光源装置。另外，能够提供将来自LED光源的光充分地聚光后照射到LCD等显示元件的光源装置。另外，能够提供作为HUD装置等的光源具有适当的取向特性的光源装置。另外，能够提供作为利用该光源装置的HUD装置，虚像的显示特性良好的装置。

附图说明

图1是作为应用本发明的光源装置的一个实施例(实施方式1)，表示包括光源装置和影像显示装置的HUD装置的整体概观的展开立体图。

图2是表示上述影像显示装置的内部结构的概观的立体图。

图3是表示上述光源装置的内部的光学系统等的结构的一例的立体图。

图4是表示构成上述光源装置的LED准直仪的具体结构的截面图。

图5是表示构成上述光源装置的LED准直仪的比较例的截面图。

图6是表示构成上述光源装置的LED准直仪的另一例的截面图。

图7是表示相对于构成上述光源装置的LED准直仪的另一例的比较例的截面图。

图8是说明具有偏振功能的光源装置中的偏振光的产生动作的俯视图和侧面图。

图9是用于说明构成上述光源装置的导光体的详情的整体立体图和包括其一部分放大截面的截面图。

图10是说明上述导光体的光的导光作用的侧面图。

图11是表示应用了本发明的光源装置的影像显示装置的又一例的整体概观的立体图。

图12是说明代替合成扩散模块而配置有取向控制板的结构中的光的导光作用的俯视图和侧面图。

图13是说明上述图12所示的影像显示装置的光源装置的另一例的俯视图和侧面图。

图14是表示应用本发明的光源装置的另一例的内部结构的立体图及其展开立体图。

图15是表示应用上述图14的光源装置的另一例的整体概观的立体图及其展开立体图。

图16是表示从侧面观看搭载有HUD装置的车辆的驾驶席附近时的大致结构的图，其中，该HUD装置包括本发明的实施方式2的光源装置和影像显示装置。

图17是表示上述HUD装置的功能模块结构的图。

图18表示比较例的HUD装置中的结构概要和外光入射时的动作和课题等的说明图。

图19是表示实施方式2的HUD装置的结构概要和外光入射时的动作等的说明图。

图20是表示上述影像显示装置和调节光学系统等的结构概要的图。

图21是表示上述影像显示装置的外观的立体图。

图22是表示上述光源装置的内部结构的一个实施例的立体图。

图23是表示上述光源装置的光源部、LED准直仪、偏振变换元件等的结构和取向的局部放大截面图。

图24是用于说明上述光源部的LED元件和LED准直仪的尺寸等的结构的截面图。

图25是表示上述偏振变换元件的结构的立体图。

图26是表示相对上述偏振变换元件的多个LED元件等的配置结构例的平面图。

图27是表示上述光源装置的多个LED元件等的配置结构例的图。

图28是表示相对于上述光源装置的多个LED元件等的配置结构例的比较例的结构的图。

图29是表示实施方式2的光源装置的多个光源元件(N＝5时)的第一实施例的俯视图和侧面图。

图30是表示实施方式2的光源装置的多个光源元件(N＝6时)的第二实施例的俯视图和侧面图。

图31是表示上述光源装置的导光体的整体详细结构的立体图和侧面图。

图32是表示上述导光体的反射部的详情的侧面图。

图33是作为上述导光体的制造方法的一例的、模具的加工状况的说明图。

图34是表示实施方式2的光源装置中的取向控制的结构的截面图。

图35是表示上述光源装置的取向控制板的结构的图。

图36是用于说明上述光源装置的扩散板的光散射面的特性的、包括特性曲线的图。

图37是关于由上述扩散板的光散射面产生的光散射效果的说明图。

图38是表示比较例的导光体和扩散板的光散射的侧面图。

图39是表示实施方式2的光源装置中的自由曲面的式子和系数的说明图。

图40是表示实施方式2的第1变形例的光源装置和影像显示装置中的导光体等的大致结构的截面图。

图41是表示实施方式2的第2变形例的光源装置和影像显示装置中的导光体等的大致结构的截面图。

图42是表示实施方式2的第3变形例的光源装置和影像显示装置的结构的立体图和局部截面图。

图43是表示第3变形例中的导光体的整体的立体图。

图44的表示上述导光体的自由曲面的式子和系数的说明图。

图45是表示实施方式2的第4变形例的光源装置和影像显示装置的结构的立体图。

图46是表示实施方式2的第5变形例的光源装置和影像显示装置的结构的立体图。

图47是表示实施方式2的第6变形例的光源装置中，导光体的纹理的结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。此外，在用于说明实施方式的全部附图中原则上在相同部位标注相同的附图标记而省其大致重复的说明。另外，关于在某一附图中标注附图标记而进行了说明的部位，也有在其它的附图的说明时不再次图示而利用相同的附图标记提及的情况。

(实施方式1)

利用图1～图15对于本发明的一个实施方式(作为实施方式1)的光源装置等进行说明。

[1-1：HUD装置]

图1是显示HUD装置的整体外观的展开立体图，该HUD装置包括应用了本发明的一个实施方式的光源装置的影像显示装置。图1表示将光源装置作为一个例子应用于HUD装置1的例子。此外，在图1等中，图中横向对应水平方向，图中纵向对应铅垂方向。包括光源装置的影像显示装置30安装在作为其壳体的外装壳55的一部分。在该外装壳55的内部收纳有凹面反射镜41和畸变校正透镜43等。在上部外装壳56的上表面形成有影像光向挡风玻璃(未图示)投射的开口部。该开口部被防眩板57(眩光陷阱)覆盖。另外，凹面反射镜驱动部42由用于调节凹面反射镜41的位置的电动机等构成。

在该结构的HUD装置1中，从影像显示装置30出射的影像光经由在此处未图示的显示距离调节机构或反射镜驱动部等投射在车辆(未图示)的挡风玻璃。另外，通过调节凹面反射镜41的角度，能够调节将影像投射于挡风玻璃的位置，也可以将驾驶员看到的虚像的显示位置在上下方向上调节。此外，作为虚像显示的内容没有特别的限定，例如，能够适当地显示车辆信息或导航信息、未图示的摄像机影像(监控摄像机或全景环视系统等)所拍摄到的前方的风景的影像等。

[1-2：影像显示装置]

图2是表示一个实施方式的影像显示装置的内部结构的概观的立体图。接着，下面对于上述的影像显示装置30使用图2进行详细的说明。此外，在图2等中，作为说明上的方向表示X方向、Y方向、Z方向。

影像显示装置30例如在由塑料等形成的光源装置壳体11的内部，收纳有在后文详细说明的LED、准直仪、偏振变换元件、导光体等。另外，在影像显示装置30的上表面安装有液晶显示元件50。在影像显示装置30的一个侧面安装有LED基板12，该LED基板12安装有作为半导体光源的LED元件和其控制电路。而且，在该LED基板12的外侧面安装有散热器(散热翼片)13，该散热器(散热翼片)13用于冷却上述LED元件和控制电路产生的热。

另外，在上述的影像显示装置30中，安装于光源装置壳体11的上表面的液晶显示元件50包括：液晶显示面板框架51；安装在该液晶显示面板框架51的液晶显示面板52；和与该液晶显示面板52电连接的FPC(挠性配线基板)53。

此外，根据以上的说明可知，例如，在HUD装置的情况下，由于要向车辆的仪表盘这样的狭小的空间内组装，对于包含构成HUD装置1的光源装置的影像显示装置30，尤其要求通过模块化使其小型化且为高效率，能够良好地使用。

[1-3：影像显示装置-光学系统]

图3是显示一个实施方式的光源装置的内部结构的一例的立体图。

图3中表示被收纳在影像显示装置30的内部即光源装置壳体11内的光学系统的结构。即，构成光源的多个(本例中为2个)LED元件14a、14b(此处未图示)相对于LED准直仪15被安装在规定位置。

此外，在该LED准直仪15的光的出射侧，设置有相对于LED准直仪的中心轴左右对称地配置的偏振分束器、相位片等光学部件所构成的偏振变换元件21，详情在后文说明。而且在偏振变换元件21的出射侧设置有矩形形状的合成扩散模块16。即，从LED元件14a或者LED元件14b出射的光通过LED准直仪15的作用成为平行光后向合成扩散模块16入射。

进而，在上述合成扩散模块16的出射面侧，如果显示一个例子则如后述的图8所示，隔着第一扩散板18a设置有截面大致三角形的棱锥状的导光体17。在导光体17的上表面安装有第二扩散板18b。由此，上述LED准直仪15的水平光通过该导光体17的作用被向图面的上方(铅垂上方向、Z方向)反射，导入上述液晶显示元件50的入射面。此外，这时，利用第一扩散板18a和第二扩散板18b使该光的强度均匀化。接着，下面对于构成上述的光源装置的主要部件，包括其各部分的详情地进行说明。

[1-4：光源装置-LED准直仪]

图4是表示构成一个实施方式的光源装置的LED准直仪的具体结构的截面图。此外，在图4等中用点划线显示光轴。在图4中，Z方向对应于与图面垂直的方向。X方向是图面内的纵方向，对应于多个(2个)LED元件14、LED准直仪部、偏振变换元件21的多个部件被配置的方向。Y方向是图面内的横向，对应于发光轴的方向。

如图4中所示，一个实施方式的光源装置构成为包括形成在LED基板12上的作为多个(2个)半导体发光元件(固体光源元件)的LED元件14(14a、14b)和与该LED元件14的发光面相对地配置的LED准直仪15。其中，LED准直仪15例如由聚碳酸酯等透光性的树脂形成。如图4的(a)所示，LED准直仪15在LED基板12上以LED元件14(14a、14b)为中心并以将其周围包围的方式形成。更具体而言，LED准直仪15具有将大致抛物线截面旋转而得到的圆锥形状的外周面156，并且在作为光的入射侧的其顶部形成有具有规定弯曲面的凹部153。在该凹部153的大致中央部配置有LED元件14。此外，形成LED准直仪15的圆锥形状的外周面156的抛物面(反光部)和凹部153的弯曲面一起被设定成：从LED元件14向周边方向出射而通过凹部153内的空气入射到该LED准直仪15的内部的光，在能够在该抛物面(外周面156)进行全反射的角度的范围内入射。

另外，如图4的(b)所示，在LED元件14的比发光部靠外侧的位置设置有LED支承体14j，而且在LED支承体14j比凹部153大的情况下，可以将LED准直仪15的外周面156的前端部截断，形成为避免与LED支承体14j干涉的形状。像这样，通过利用在抛物面的全反射，不需要在LED准直仪15的外周面156形成金属的反射膜等工序，因此能够以更低价格制造装置。

另外，在LED准直仪15的凹部153的中央部形成有具有规定的弯曲面的入射面(透镜面)157，与在相对的面(出射面)154所形成的凸状部(透镜面)155一起形成所谓的具有聚光作用的凸透镜。此外，该凸状部155也可以形成于平面或者向内侧凹陷的凹状的透镜面之中。即，LED准直仪15在其圆锥形状的外形的中央部具有将来自LED元件14的光聚集到出射面侧的聚光透镜的功能，并且在其外周面156(反光部)也同样具有将从LED元件14向周边方向出射的光聚光后导出到出射面侧的功能。

此外，如图4所示，上述LED基板12的表面上的LED元件14(14a、14b)分别以相对于LED准直仪15位于凹部153的中央部的方式配置且被固定。依据该结构，从LED元件14辐射的光中、尤其是从其中央部分向出射光轴(图面的右右方向、Y方向)辐射的光通过上述的LED准直仪15由形成准直仪15的外形的2个凸透镜面(入射面157、凸状部155)聚光而成为平行光。另外，从LED元件14的其它部分向周边方向辐射的光，由LED准直仪15的形成圆锥形状的外周面156(反光部)的抛物面反射，同样被聚光而成为平行光。换言之，通过采用在其中央部构成凸透镜、并且在其周边部形成抛物面的LED准直仪15，能够使由LED元件14产生的光的大致全部成为平行光而被取出。由此，能够提高所产生的光的利用效率。

[1-5：光源装置-偏振变换元件]

接着，说明在使用液晶显示元件的影像显示装置和光源装置中，对于实现高效率光源有效的偏振变换元件21。如图4所示，偏振变换元件21配置在LED准直仪15的出射面154的后方。如下文所述，偏振变换元件21由透光性部件(棱镜)、偏振分束器(简记作“PBS”)、相位片等构成。偏振变换元件21通过将沿着垂直于图面的方向(Z方向)延伸的截面为平行四边形的柱状(平行四边形柱)的透光性部件214、和截面为三角形的柱状(三角形柱)的透光性部件215组合而构成。偏振变换元件21通过将平行四边形柱的透光性部件214和三角形柱的透光性部件215平行于与来自LED准直仪15的平行光的光轴正交的面(在本例中是沿着图面的方向)地阵列状排列多个、而且各部件相对于LED准直仪15的中心轴15c对称地排列的方式构成。而且，在这些排列为阵列状的相邻的透光性部件214、215之间的分界面，交替地设置有PBS膜211和反射膜212。另外，在向偏振变换元件21入射并透过PBS膜211的光所出射的出射面中，设置有作为相位片的1/2λ相位片213。

像这样，偏振变换元件21成为配置有相对于所谓的LED准直仪的光轴面，左右对称地配置有PBS、相位片等光学部件的构造，上述LED准直仪的光轴面是由来自LED准直仪15的平行光的光轴(Y方向)和平行四边形柱的透光性部件214的延伸方向(Z方向)形成的面(垂直于图面地延伸的垂直面、Y-Z平面)。图4的(a)的偏振变换元件21构成为相对于来自2个LED准直仪15(准直仪部)的平行光在垂直方向(X方向)上分为2组的、各个偏振变换元件21。

基于如上所述构成的偏振变换元件21，根据图4可以明白，例如从LED元件14(14a、14b)出射并通过LED准直仪15成为平行光的入射光中、S偏振波(参照图中的符号(×)。与入射面垂直的波。)由PBS膜211反射，之后，进一步由反射膜212反射而到达合成扩散模块16的入射面。另一方面，P偏振波(参照图中的上下的箭头。与入射面平行的波。)透过PBS膜211之后，经由1/2λ相位片213成为S偏振波，到达合成扩散模块16的入射面。像这样，利用偏振变换元件21，从多个LED元件14(14a、14b)出射后经由LED准直仪15成为平行光的光，全部变成S偏振波而入射到合成扩散模块16的入射面。而且，如上所述，通过将PBS和相位片等各光学部件以相对于LED准直仪15的中心轴对称的方式配置，能够实现装置的小型化。

[1-6：光源装置-比较例]

图5是表示构成一个实施方式的光源装置的LED准直仪的比较例的截面图。作为比较例，将通常的偏振变换元件21b的配置例表示于

图5中。从LED元件14(14a、14b)出射并通过LED准直仪15成为了平行光的入射光中、S偏振波由PBS膜211反射，之后进一步由反射膜212反射后到达合成扩散模块16的入射面。另一方面，P偏振波在透过PBS膜211之后，通过1/2λ相位片213而成为S偏振波，到达合成扩散模块16的入射面。

像这样，根据偏振变换元件21b，从多个LED元件14出射并通过LED准直仪15成为了平行光的光的全部变成S偏振波，入射到合成扩散模块16的入射面。因此，与图4中所示的结构同样地，在使用了液晶显示装置的光源中，能够实现高效率。但是，偏振变换元件21b的厚度相比于图4所示的结构变厚，不能实现光源装置的小型化。另外，由于偏振变换元件的厚度增加，使用材料增加，不能实现低成本化。进而由于增加厚度，在PBS膜反射的光束与透过的光束的光程长的差变得更大。由于光程长的差异变大，两者的光束形状的差异更容易发生。尤其是使用了多个光源和LED准直仪的系统中，以光束形状的不同为主要原因，亮度分布均匀性的实现变得困难。

因此，在如HUD装置那样要求小型化、且使用多个LED、需要亮度的均匀化的结构中，如图4所示，采用相对于各LED元件14的中心轴将构成偏振变换元件21的多个光学部件对称地配置的结构，由此对于减小在偏振变换元件21的PBS膜211反射的光束与透过的光束的光程长的差是有用的。

[1-7：光源装置-LED准直仪(2)]

进而，为了达成HUD装置的高亮度化和广视角，要求LED光源的高输出化。在LED光源的高输出化方面，有增加LED的个数、或者实现LED光源的大面积化的手段。

图6是表示构成一个实施方式的光源装置的LED准直仪15的另一例的截面图。在使用液晶显示装置的情况下，为了实现光源的高效率化，有效的偏振变换元件21如图6所示具有入射光束的限制宽度21w。研究的结果可知，入射光束的限制宽度21w的方向的LED光源(LED元件14)的宽度w相对于限制宽度21w成为1/4以上时，LED准直仪15的出射面154平坦的情况下，发生图7所示的不良状况。

图7是显示对于LED准直仪15的另一例的比较例的截面图。即，如图7的(a)所示，为了确保从LED光源(LED元件14)出射的光的取入量，使LED准直仪15的凹部153的形状比LED光源的宽度w大时，由于LED准直仪15的外周面156的形状限制，不能取入从LED光源出射的发散角度大的光线L303、L304，效率降低。另一方面，如图7的(b)所示，当使LED准直仪15的凹部153的形状形成为能够取入发散角度大的光线L303、L304的形状时，凹部153的大小变得比LED光源的宽度w小，不能取入从LED周缘部出射的光线(未图示)，效率降低。

深入研究的结果得知，如图6的(a)所示，在LED准直仪15的出射面154的面在靠近入射光束的限制宽度21w的内侧设置凹面158，由此能够将LED准直仪15的外周面156的形状形成得比图7的(a)所示的形状大。由此，能够消除上述的不良状况。即，通过使LED准直仪15的外周面156的形状增大，在外周面156反射的光如图6的(a)的光线L301、L302所示那样变成收敛的光，大致转换为平行而从出射面154出射。因此，能够实现效率和特性良好的光源装置。

另外，关于从LED元件14出射并在LED准直仪15的凸状的入射面(透镜面)157折射的光线，利用表示从X方向看图6的(a)的形状而得的形状的图6的(b)进行说明。从LED元件14的中心部出射的光L30由于LED准直仪15的入射面157为凸透镜状，而转换为大致平行光后到达出射面154。另一方面，当考虑从LED元件14的Z方向的端部出射，特别是在中心轴交叉的光线L3001、L3002时，因为该光线相对于LED准直仪15的凸状的入射面157以接近垂直的角度入射，所以其折射角小，向LED准直仪15的出射面154的外周部前进。

此外，在图6的(b)所示的方向(Z方向)上，上述的偏振变换元件21的入射光束的限制宽度为偏振变换元件保持器60的开口高度21h。在本例中，在LED准直仪15的出射面154的外周部如图所示形成有凸透镜形状部159，透过该凸透镜形状部159的面向下一光学元件(例如，合成扩散模块或偏振变换元件21等)入射。此外，这里，当LED准直仪15的出射面154的外周部不是凸透镜形状部159而是平坦的情况下(参照图6的(b)的凸透镜形状部159附近的虚线部)，光L3001d、L3002d在该面较大地折射(未图示)或者如虚线的箭头所示那样发生全反射。即，在其平坦的情况下，就不能有效地充分利用该光线，光的利用效率降低。

像这样，依据上述的LED准直仪15，由LED元件14发出的光中，当然包括沿着出射光轴出射的光、而且包括在其周边方向出射的光在内地能够聚光后向出射面侧引导。据此，能够提供发出的光的利用效率高、能够作为模块化的面状的光源容易地利用的光源装置。更具体而言，能够提供作为进一步提高来自LED光源的光的利用效率和均匀的照明特性、并且达成光源装置的小型化和模块化、而且能够以低成本制造的照明用光源的优异的光源装置。此外，关于图6的偏振变换元件21、偏振变换元件保持器60、取向控制板6b分别在后文中说明。另外，这些部件的内部的光L3001c、L3002c、L3001d、L3002d的传送方向由箭头表示。

[1-8：光源装置-合成扩散模块和扩散板]

图8是说明一个实施方式的具有偏振功能的光源装置的偏振光的产生动作的俯视图和侧面图。接着，关于作为上述影像显示装置30的其它构成要素的合成扩散模块16等，参照图8进行说明。

在由丙烯酸等透光性的树脂形成为棱柱状的合成扩散模块16中，根据图8的(a)可知，在其出射面形成有大量的截面大致三角形形状的纹理161。由于该纹理161的作用，从LED准直仪15出射的光向以下所述的导光体17的入射部(面)171的X方向扩散。由于上述大致三角形形状的纹理161和以下所述的扩散板18a、18b的相互作用，即使LED准直仪15被离散地配置，也能够使从导光体17的出射部173出射的光的强度分布均匀化。

尤其是，基于上述的纹理161，能够将扩散方向限定于导光体17的侧面方向(X方向)，而且能够实现侧面方向的扩散性的控制。据此，能够使上述第一扩散板18a和第二扩散板18b的各向同性扩散性减弱。其结果是，能够实现光利用效率提高、特性良好的光源装置。此外，在本例中，作为大致三角形形状的纹理161的一例，能够表示三角形的斜面的角度为30度、其形成节距为0.5mm的例子。

[1-9：光源装置-导光体]

图9是用于对构成一个实施方式的光源装置的导光体的详细内容进行说明的整体立体图和包括其局部放大截面的截面图。接着，对于构成上述影像显示装置30的导光体17的详细内容在下文参照图9进行说明。此外，该导光体17具有将从上述的光源装置作为平行光取得的光向所希望的方向引导、并且使该光作为具有所希望的面积的面状光取得的功能。图9的(a)是表示导光体17的整体的立体图，图9的(b)是表示其截面的(Y-Z平面)的截面图，图9的(c)和(d)是表示截面的详情的局部放大截面图。

导光体17例如是由丙烯酸等透光性的树脂形成为截面大致三角形(参照图9的(b))的棒状的部件。根据图9的(a)可知，导光体17包括：与上述合成扩散模块16(图8)的出射面隔着第一扩散板18a相对的导光体光入射部(面)171；形成斜面的导光体光反射部(面)172；和隔着第二扩散板18b与上述液晶显示元件50的液晶显示面板52相对的导光体光出射部(面)173。此外，存在将其分别记载为入射部(入射面)、反射部(反射面)、出射部(出射面)等的情况。

在该导光体17的导光体光反射部(面)172，如作为其局部放大图的图9的(c)和(d)所示，大量的反射面172a和连接面172b交替地形成为锯齿状。反射面172a(图9中向右上方的线段)相对于在

图9中由点划线表示的水平面形成角度αn(n为自然数，在本例中为1～130)，作为一例，这里角度αn设定为43度以下(且为0度以上)。

另一方面，连接面172b(图9中向右下方的线段)相对于水平面形成角度βn(n为自然数，在本例中为1～130)。即，导光体光反射部(面)172的连接面172b倾斜成相对于入射光在后述的散射体的半值角的范围中形成影的角度。在后文详细说明，作为角度αn的α1、α2、α3、α4、……形成反射面仰角，作为角度βn的β1、β2、β3、β4、……形成反射面172a与连接面172b的相对角度，作为其一例，设定为90度以上(且180度以下)。此外，在本例中，β1＝β2＝β3＝β4＝……＝β122＝……＝β130。

图10是说明上述导光体17对光的导光作用的侧面图。图10中，为了进行说明，表示了相对于导光体17使反射面172a和连接面172b的大小相对较大的示意图。关于导光体17的导光体光入射部(面)171，形成为主要的光线相对于反射面172a向入射角变大的方向偏转角度δ(参照图8的(b)、图12的(b))。即，导光体光入射部(面)171形成为向光源侧倾斜的湾曲的凸形状。由此，来自合成扩散模块16的出射面的平行光经由第一扩散板18a被扩散而入射，根据图10可知，由导光体光入射部(面)171稍微向上方(Z方向)弯曲(偏转)而到达导光体光反射部(面)172。

此外，在该导光体光反射部(面)172中，大量反射面172a与连接面172b交替地形成为锯齿状，扩散光在各个反射面172a上被全反射而朝向上方，进而经由导光体光出射部(面)173和第二扩散板18b作为平行的扩散光向液晶显示面板52入射。因此，作为反射面仰角的角度αn(α1、α2、……)以各个反射面172a相对于上述扩散光成为临界角以上的角度的方式被设定。另一方面，作为反射面172a与连接面172b的相对角度的角度βn(β1、β2、……)如上所述被设定为一定的角度、更优选设定为90度以上的角度(βn≥90°)。

根据上述的结构，形成为各反射面172a相对于上述扩散光总是成为临界角以上的角度的结构。因此，能够实现具有导光体17的光源装置，该导光体17在导光体光反射部(面)172即使没有形成金属等的反射膜也能够全反射，能够以低成本将光向所希望的方向引导，并且具有能够取出具有所希望的面积的面状的光的功能。

依据上述导光体17的导光体光反射部(面)172的形状，能够满足主要的光的全反射条件，不必在导光体光反射部(面)172设置铝等反射膜，也能够将光高效地反射，不需要伴随有制造成本的上升的铝薄膜的蒸镀操作等，能够以更低的成本实现明亮的光源。另外，作为各相对角的角度βn被设定为，连接面172b相对于主要的光线30由合成扩散模块16和扩散板18a扩散后的光成为阴影的角度。由此，通过抑制不必要的光向连接面172b入射，能够减少不必要的光的反射，从而能够实现特性良好的光源装置。

另外，依据上述的导光体17，尤其是通过适当地设定反射面172a与连接面172b的比率，能够自由地改变在光轴方向上的导光体光出射部(面)173的长度。据此，能够实现相对于导光体光入射部(面)171，使导光体光出射部(面)173的大小(面积尺寸)能够变更为对于上述液晶显示面板52等装置合适的、恰当且必要的大小(面积尺寸)的光源装置。该技术能够不依赖于构成光源的LED元件14(14a、14b)的配置形状地，将导光体光出射部(面)173形成为所希望的形状。由此，能够获得所希望的形状的面状的发光源。而且，也能够确保包括构成光源的LED元件14(14a、14b)的配置在内的设计上的自由度，对于装置整体的小型化是有利的。

[1-10：影像显示装置(应用例之一)]

在上述图2和图3中，显示了将本发明的一个实施方式的光源装置应用于HUD装置1的例子，以下，进一步表示其它例子(实施例)。

图11是表示应用本发明的一个实施方式的光源装置的另一例的影像显示装置的整体概观的立体图。另外，在图11表示的例子中，没有示出其详细内容，但其形成为由LED基板12产生的热通过导热板13d由配置在装置下部的散热器(散热翼片)13c冷却的构造。此外，依据本结构例，能够实现全长(尤其是Z方向的长度)更短的光源装置。

[1-11：影像显示装置(应用例之二)]

图12是说明作为其它的例子代替合成扩散模块16而配置有取向控制板16b的结构中的光的导光作用的俯视图和侧面图。而且，在图12中，在上述的影像显示装置中，构成光源的LED元件14(14a、14b、14c)的数量为3个，各个LED准直仪15(准直仪部)成为相连接的一体的部件。而且，在LED准直仪15与取向控制板16b之间设置有偏振变换元件21。另外，本结构中的特征在于，对于LED准直仪15的形状，如图6所示使用了比较大的LED元件14的结构。与此相应地，LED准直仪15的入射部(凹部)153的形状形成为相比于其它实施例较大的形状。

使用图12的(a)进行说明，从LED元件14a向倾斜方向出射的光L301和光L302，从LED准直仪15的入射部(凹部153)入射并在外周面156略微收敛地被反射，到达LED准直仪15的出射面154。LED准直仪15的出射面154、尤其是其略微周缘部1581成为凹面形状。因此，在该周缘部1581的部分，光L301、L302发生折射，变换为大致平行，入射到偏振变换元件21的光入射部。通过采用本结构，即使在图12的(a)所示的偏振变换元件21的光入射部的限制宽度21w窄的情况下，也能够使来自LED元件14的光更高效地入射到偏振变换元件21，能够实现高效率的光源。

接着，关于从LED元件14(14a、14b、14c)出射并在LED准直仪15的入射侧在凸状的入射面(凹部153)折射的光线，使用图12的(b)进行说明。从LED元件14(14a、14b、14c)的中心部出射的光L30，由于LED准直仪15的入射面(凹部153)在入射侧成为凸状，因此被变换为大致平行光，经由偏振变换元件21，再经由扩散板18a、导光体17、扩散板18b而入射到液晶显示面板52。另一方面，当考虑从LED元件14(14a、14b、14c)的端部出射、尤其是在中心轴交叉的光线L3001、L3002时，由于该光线相对于LED准直仪15的入射面(凹部153)以接近垂直的角度入射，所以其折射角小，向LED准直仪15的出射面154的外周部前进。

LED准直仪15的出射面154的外周部如图所示形成有凸透镜形状部159。光线透过凸透镜形状部159的面、并透过偏振变换元件21之后，经由取向控制板16b，如光L3001b、L3002b所示经由扩散板18a、导光体17、扩散板18b而向液晶显示面板52入射。

在此，在LED准直仪15的出射面154的外周部159不是凸形状而是平坦的情况下，如光L3001d、L3002d所示，由于在该面产生较大的折射(未图示)、或者如图所示发生了全反射，因此效率降低。另外，在没有取向控制板16b的情况下，如光L3001c、L3002c所示从导光体17的光入射部偏离，因此不能有效地充分利用该光线，同样地效率会降低。

[1-12：影像显示装置(应用例之三)]

图13是说明图12所示的影像显示装置的光源装置的另一例的俯视图和侧面图。图13表示在图12所示的结构中，进一步添加3个LED元件14的排，即配置有3×2＝6个(在X方向上3个、在Z方向上2个)LED元件14和LED准直仪15的例子。其中，与6个LED元件14对应的6个LED准直仪15(准直仪部)，与上述同样地相连接地形成为一体。此外，当考虑到偏振变换元件21的制作上的容易性时，这些多个LED元件14和LED准直仪15(准直仪部)优选正方地配置。

在本例中，通过增加作为光源的LED元件14的个数，能够实现更明亮的光源装置或者照明区域更广的光源。此外，LED元件14的Z方向的排数并不限定于2排，如果进一步增大，则能够获得更明亮和/或照明区域更广的光源装置。另外，依据上述的结构，例如，通过在多个LED元件14的排列中控制其发光量，所谓的区域调光(Local dimming)等的实现变得容易。

[1-13：光源装置-直接光学系统]

另外，本发明的光源装置并不限于具有上述各种说明的使用导光体的照明光学系统，也可以在进行直接照射的光学系统中灵活使用。即，作为其一例，在图14和图15中表示了将通过LED准直仪聚光后的来自LED元件的光不经由导光体地进行利用的光源装置的一例。

图14是显示应用一个实施方式的光源装置的另一例的内部结构的立体图及其展开立体图。图14的(a)和(b)是具有多个(本例中为3×2＝6个)LED元件14(14a、14b、14c、14d、14e、14f)、LED准直仪15、取向控制板16b和偏振变换元件21的实现单元化的光源装置的整体结构的立体图及其展开图。此外，在图14中，Z方向(图面中的纵方向)对应于光轴的方向，并且是对应于出射光不经由导光体地向显示元件入射的方向。X方向对应于配置3个LED元件14、并且配置有偏振变换元件21的多个部件的方向。Y方向对应于配置2个LED元件14、偏振变换元件21的部件延伸的方向。

根据图14可知，LED准直仪15与上述同样地多个相连接而一体地形成。该LED准直仪15和安装有LED元件14(14a～14f)的LED基板12，通过形成在散热器(散热翼片)13的定位销136a、136b、形成在LED准直仪15上的定位孔(未图示)、以及形成在LED基板12上的定位孔126a、126b相嵌合，能够在X方向和Y方向上被定位。同时，通过LED准直仪15的安装部158a、158b和LED基板12相抵接而能够决定Z方向上的位置。

偏振变换元件21被收纳在偏振变换元件保持器60的内部，利用形成在该偏振变换元件保持器60的内侧的台阶部601而被定位。另外，偏振变换元件21同时通过将形成在LED准直仪15上的凸部156a、156b和形成在偏振变换元件保持器60背面的凹部(未图示)嵌合而被定位。进而，优选在偏振变换元件保持器60的出射侧，设置有将在偏振变换元件21的PBS膜211(图4)所反射的一部分光束遮光的遮光部608。相对于透过了上述PBS膜211的光束，反射的光束由于元件的构造而光路相对地变长，所以存在光束扩大的趋势，为了实现亮度的均匀性，有时优选将该光束的一部分遮光。

通过在形成于取向控制板16b的孔(未图示)中贯通螺栓90a、90b，将偏振变换元件保持器60、LED准直仪15、LED基板12一起固定在散热器13上，由此完成作为单元化(组件化)的光源装置的光源单元71。此外，在该光源单元71内，最为要求相对的定位精度的LED基板12与LED准直仪15的定位，通过定位销136a、136b与定位孔(未图示)的嵌合、以及LED准直仪的安装部158a、158b与LED基板12的抵接来进行，因此能够进行精度良好的定位。此外，在图14所示的单元结构，是在图14前所示的使用导光体的光源中也能够应用的结构，对这一点本领域技术人员是自明的。

此外，在上述的光源装置中，根据附图可知，从作为光源的LED元件14(14a～14f)辐射的光由LED准直仪15聚光而成为平行光，在偏振变换元件21中变换为规定的S偏振光或者P偏振光之后，从取向控制板16b出射。此外，在不需要该偏振变换的情况下，当然可以不设置偏振变换元件21。

[1-14：光源装置-直接光学系统(2)]

图15是表示应用了图14的光源装置的另一例的整体概观的立体图及其展开立体图。图15表示了作为一个例子将上述的光源装置作为构成在上述实施例中所示的HUD装置的影像显示装置30的光源的方式。根据图15的(a)可知，影像显示装置30在将其散热器(散热翼片)13露出于外部的状态下被收纳在光源装置壳体11内。另外，根据图15的(b)可知，在该光源装置壳体11内，在构成光源装置的取向控制板16b的上方配置有液晶显示元件50。从作为光源的多个LED元件辐射且被聚光的光，根据需要被变换为S偏振光或者P偏振光之后，从取向控制板16b向上方照射到液晶显示元件50，由此能够获得影像显示装置30的影像光。此外，为了实施精密的取向，上述取向控制板16b的出射面为接近大致圆柱面，为了实现更精密的取向，如图15的(b)所示，棱线部的中央部形成为稍凹形状，周边部成为凸形状。即，配向控制板16b的至少一面采用所谓的非球面或自由曲面形状，由此能够实现更精密的取向。此外，在图15的(b)中，显示了使取向控制板为1个的构造，但本发明并不限定于此，可以设置多个取向控制板，实现更精密且复杂的取向。

此外，依据该结构，由于能够将作为光源的LED元件的个数配置多个，于是能够实现更明亮的光源装置。另外，能够将光的出射面更加扩大，适合作为具有显示区域更广的光出射面的光源装置使用，或者也适合于与显示区域广的液晶显示面板相组合地使用的情况。另外，依据该结构，通过将光的出射面分割为与单个或者多个LED元件对应的多个显示区域，独立地控制该LED元件的发光输出(点亮)等，能够实现所谓的区域调光，而且能够实现显示图像的高对比度化和消耗电力的降低。

另外，在基于上述的单独的LED控制的区域调光之外，如果利用控制基板(未图示)，与LED元件的单独控制一起与液晶显示面板组合地进行控制，则能够实现更好的低消耗电力的光源装置，而且能够实现使用它的车辆用头灯装置。

进而，在上述内容中，说明了液晶显示面板对S偏振波的透过率优异，但是，在对P偏振波的透过率优异的情况下，利用具有与上述同样的结构的偏振变换元件，也能够得到同样的作用、效果，对此本领域技术人员是自明的。

(实施方式2)

使用图16～图47对于本发明的另一实施方式(作为实施方式2)的光源装置等进行说明。实施方式2的光源装置具有特有的光源的结构，包括以下的结构点。实施方式2的光源装置具有与实施方式1不同的特有的偏振变换元件的配置结构(后述的图22、图23等)。该偏振变换元件以相对于实施方式1的偏振变换元件21在X-Z面内旋转了90度的状态配置。即，该偏振变换元件中，PBS膜等部件的延伸方向成为作为水平方向之一的X方向(对应于显示区域的横向的方向)，多个部件的排列方向成为作为铅垂方向的Z方向。偏振变换元件的多个部件配置在相对于光轴在Z方向上对称的位置。对于该偏振变换元件的结构，多个LED元件和准直仪元件同样配置在X方向上。实施方式2的光源装置在上述特有的光源(LED元件、LED准直仪、偏振变换元件等)的结构之外，还具有进行基于导光体等的取向控制的结构。在它们组合的结构中，实现光源装置的规定的取向控制的特性。

[2-1：HUD装置]

图16中作为利用包括实施方式2的光源装置10的影像显示装置30构成的车载HUD装置1的概念结构，表示了从横向看搭载有HUD装置1的车辆2的驾驶席附近的概略结构。表示了从坐在驾驶席的驾驶员的眼睛5(也记作视点)看到的通过前方的挡风玻璃3的显示区域4透过的实际景象(例如道路等的风景)、由HUD装置1与实际景象重叠显示的虚像7(例如箭头图像)的样子。在图16中，作为说明上的方向表示出X方向、Y方向、Z方向。X方向(与图面垂直的方向)对应于第一水平方向、车辆2的左右方向、显示区域4的横向。Y方向(图面中的横向)对应于第二水平方向、车辆2的前后方向、显示区域4的前后方向。Z方向(图面中的纵向)对应于铅垂方向、车辆2的上下方向、显示区域4的纵向。

挡风玻璃3由玻璃等构成，具有光透过性的观看区域。观看区域是从驾驶员观察能够看到像的区域。在挡风玻璃3的观看区域内，构成HUD装置1的显示区域4。显示区域4是由HUD装置1投射影像光的区域，对应于虚像7能够显示的范围。

HUD装置1搭载在车辆2，例如作为车载系统的一部分设置。HUD装置1设置在例如车辆2的仪表盘的一部分。HUD装置1包括影像显示装置30和光学系统。HUD装置1在作为壳体的外装壳内，配置并收纳有影像显示装置30的构成部件和光学系统的构成部件。在壳体的一部分、例如上表面的一部分具有开口部。开口部由防眩板(眩光陷阱)等覆盖。光学系统的部件包括后述的反射镜41、42、折射元件43等。

影像显示装置30包括光源装置(光源模块)10、作为显示元件的液晶显示元件50。影像显示装置30是基于影像数据生成并出射影像光，进行对挡风玻璃3(或者未图示的合成显示器等)的投射显示的投影仪。合成显示器是设置在挡风玻璃3的眼前的专用的显示板。光源装置10包括在上述的实施方式1中所示的LED元件和照明光学系统，生成并照射对液晶显示元件50的照明光。

液晶显示元件50基于来自显示信号和光源装置10的照明光而生成影像光，向光学系统(尤其是记作调节光学系统)出射。调节光学系统作为光学部件具有折射元件43和反射镜42、41。这些光学部件实现对于挡风玻璃3的影像光的投射位置和显示距离等的调节功能(显示距离调节机构)。HUD装置1将从影像显示装置30的液晶显示元件50出射的影像光经由折射元件43等光学元件由反射镜41和反射镜42反射和扩大后，投射在挡风玻璃3的一部分区域。

折射元件43由使影像光折射的透镜等构成。在折射元件43可以连接有用于改变配置角度等的电动机等驱动部，使得能够调节光轴、折射的方向。反射镜42例如为平面反射镜，将从液晶显示元件50例如大致地在铅垂方向(Z方向)上出射的光，向大致位于前方(在Y方向上左侧)的反射镜41反射。反射镜41例如为凹面反射镜，将大致从Y方向入射的影像光向大致位于铅垂方向(Z方向)的上方的挡风玻璃3反射。在反射镜41、42可以连接有用于调节配置角度等的电动机等驱动部，使得能够调节光轴的方向。

从HUD装置1(反射镜42)出射的影像光由挡风玻璃3的一部分区域(显示区域4)的面大致向Y方向的右侧反射，入射到驾驶员的眼睛5，在视网膜成像。由此，驾驶员通过观看该影像光，在视野的前方的挡风玻璃3的显示区域4中，将在透过的实像上重叠显示的影像或图像看作虚像7。

将影像光的光轴、从驾驶员的眼睛5看虚像7时的视线6用点划线表示。另外，将从车辆2的外部例如上方向挡风玻璃3和HUD装置1内部入射的太阳光等外光的光轴用双点划线表示。

[2-2：HUD装置-功能模块]

图17中表示图16的HUD装置1的内部的功能模块结构。HUD装置1包括控制部1A、影像显示装置30、调节光学系统40。影像显示装置30包括显示控制部30A、光源装置10、作为显示元件的液晶显示元件50。液晶显示元件50是透射型或者反射型液晶显示装置。

光源装置10包括上述那样的光源部301和照明光学系统302。光源部301如在上述的实施方式1中所示那样由LED元件14等构成。照明光学系统302如上述的实施方式1中所示那样由LED准直仪15、偏振变换元件21、导光体17等构成。偏振变换元件21如上述那样由透光性部件(棱镜)、PBS膜、相位片等构成。调节光学系统40由折射元件43、反射镜42、41等构成。至少在反射镜43连接有用于对配置角度可变地进行调整的驱动部44。

HUD装置1连接于车载系统的情况下，能够根据来自未图示的发动机控制部(ECU)等的控制进行动作。HUD装置1的控制部1A控制影像显示装置30的显示控制部30A、调节光学系统40的驱动部44等，控制向显示区域4的虚像的显示。显示控制部31根据来自控制部1A的控制，生成用于虚像的显示的影像数据，向光源装置10和液晶显示元件50提供驱动控制信号和显示信号。光源装置10根据驱动控制信号控制LED元件14的发光的开启/关闭等而生成并出射照明光。由光源部301产生的光通过照明光学系统302被聚光和均匀化，作为面状的照明光照射到液晶显示元件50的面。液晶显示元件50包括显示驱动电路，根据显示信号和照明光生成影像光并出射。照明光学系统302中，利用光学部件，进行用于生成适合于液晶显示元件50和HUD装置1的照明光的规定的特性的取向控制。

此外，作为显示元件并不限于液晶显示元件50，也能够应用其它种类的元件。此时，以配合该显示元件的特性的方式，来采用包括调节光学系统40和光源装置10的取向控制的特性。

[2-3：比较例、课题等]

图18表示关于相对于实施方式2的比较例的HUD装置180的大致结构和外光的影响的课题等的说明图。图18的HUD装置180的部件配置大致与图16相同。比较例的HUD装置180具有与上述的实施例同样的构成要素。光源装置180在Y方向上从前(图面的左方)到后(图面的右方)依次地配置有散热器13、LED基板12、LED元件14、LED准直仪15、偏振变换元件21、合成扩散模块16、扩散板18a和导光体17。LED元件14的发光轴为Y方向，由光轴a1表示。导光体17是截面为三角形的柱状。从导光体17向Z方向的上方依次地配置有扩散板18b、液晶显示元件50、折射元件43、反射镜42。从反射镜42向Y方向的前方(左)配置有反射镜41。在反射镜41的Z方向的上方具有壳体80的开口部81。

从LED元件14的发光点起的在Y方向上延伸的发光轴由光轴a1表示。光轴a1由导光体17的反射部变换为Z方向的光轴a2。导光体17的入射面和出射面为平面。导光体17的出射面和扩散板18b配置在水平的X-Y平面上。在Z方向上，在导光体17的出射面和扩散板18b的上方，液晶显示元件50的面板面配置在水平的X-Y平面。在光轴a2上，在液晶显示元件50的上方配置有折射元件43。

在光轴a2上，来自液晶显示元件50的出射光即影像光经由折射元件43入射到反射镜42的点Q2。光轴a2通过在反射镜42的点Q2反射而成为大致朝向Y方向的左侧的光轴a3。光轴a3入射到反射镜41的点Q1。光轴a3通过在反射镜41的点Q1反射而成为大致朝向Z方向的上方的光轴a4。光轴a4入射到挡风玻璃3的显示区域4的点Q3而被反射，成为大致朝向Y方向的右侧的光轴a5，入射到驾驶员的眼睛5。

将反射镜41的角度用角度θ1表示。该角度θ1例如对应于以X方向的旋转轴为中心的旋转角度(在本例中是以水平面为基准0度的角度)，通过驱动部44能够改变。

在想要使HUD装置180的高度方向(Z方向)的尺寸小时，如本比较例所示，采用使用导光体17将光轴在Y方向和Z方向弯曲的方式，在Y方向上配置散热器13、LED基板12、LED准直仪15、偏振变换元件21等部件。由此，Z方向的尺寸能够被抑制得较小，但Y方向的尺寸变得比较大。尤其是，为了增大光量而使用多个LED元件14时，为了提高散热性能而使用大的散热器13等的情况下，Y方向的尺寸增大。由此，不利于HUD装置1的小型化。

在想要使HUD装置1的进深方向(Y方向)的尺寸小时，例如如上述的实施例(图14等)所示，采用具有Z方向的光轴、直线性的光学系统的方式，在Z方向上配置各部件。由此，Y方向的尺寸能够被抑制得较小，但Z方向的尺寸变得比较大。

HUD装置例如设置在车辆内的仪表盘等有限的空间中，所以要求更小型且高效率的装置。影像显示装置30和光源装置10为了适合于HUD装置等的安装而优选作为更小型且高效率的模块来实现。另外，要求使HUD装置小型化、并且生成用于虚像的适当的影像光等。为了生成适当的影像光，要求来自光源装置10的适当的照明光。另外，也要求光源部的冷却性能等。光源装置10需要产生配合HUD装置180和液晶显示元件50等的特性的、适当的面状的照明光。该照明光例如要求规定的光量、面尺寸、面内的光强度分布的均匀性等。要求确保这些特性并且实现装置的小型化等。

来自影像显示装置30的影像光经由调节光学系统40受到折射、反射、扩大等的作用后，被投射在挡风玻璃3的显示区域4，以规定的收敛角度入射到驾驶员的眼睛5。从驾驶员来看时，与规定的收敛角度对应的虚像7能够隔着显示区域4被观察到。规定的收敛角度在HUD光学系统中可以是各种角度，但大概是相对于驾驶员在水平方向(水平光)上为4～10°程度、在垂直方向(垂直光)上为1.5～5°程度。作为HUD的影像光为了能够获得适当的规定的收敛角度，在入射到反射镜41前，需要将影像光充分扩大。尤其是，作为水平光的收敛角度为了实现4°至10°，大致需要将影像光扩大200mm以上。因此，需要由光源装置10扩大出射光、利用调节光学系统40的折射元件43和反射镜42扩大出射光等的手段。尤其是为了用折射元件43扩大出射光，需要将其表面形状形成为凹状的曲面(凹面)。

另外，图18的包括比较例的光学系统的结构中，来自光源装置10(导光体17)的出射光的Z方向的光轴a2与液晶显示元件50和折射元件43的轴(法线方向)以规定的角度配置。在这样的结构中，如以下所述也存在外光的影响的问题。在图18中，将外光入射到HUD装置180内时的光路用双点划线的光轴b1～b4等表示。光轴b1～b4相对于影像光的出射的光路(光轴a1～a5)在反方向上行进。此外，由于光轴b2等与光轴a4等重叠，所以稍微错开地进行图示。

在外光入射到HUD装置180内时，外光通过调节光学系统40的反射镜41、42入射到折射元件43和液晶显示元件50。而且，该外光在折射元件43等被反射，在光路上向反方向返回，外光的一部出射到HUD装置180外。也存在该外光被挡风玻璃3反射而入射到驾驶员的眼睛5的情况。由此，驾驶员在外光作为噪声反映在显示区域4的虚像7的影像光中的状态下观看虚像7。因此，存在驾驶员难以看清虚像7的情况。即，虚像7的显示品质降低。

首先，来自车辆2的上方的外光的光轴b1入射到挡风玻璃3的显示区域4的点Q3。外光的一部分由挡风玻璃3的面反射等。入射到挡风玻璃3内的外光的光轴b2经由开口部81入射到反射镜41的点Q1。在点Q1被反射的外光的光轴b3入射到反射镜42的点Q2。在点Q2被反射的外光的光轴b4入射到折射元件43和液晶显示元件50。被折射元件43等反射的外光如光轴b5、b6、b7所示向与入射时相反的方向返回。该外光从HUD装置180内出射到外部，在挡风玻璃3的显示区域4的点Q3被反射，如光轴b8所示入射到驾驶员的眼睛5。

HUD装置180的光源装置10和调节光学系统40中，为了得到用于形成适当的显示区域4的虚像7的适当的影像光，需要进行实现规定的收敛角度的取向控制。为了该取向控制，例如采用图18所示的结构。在该结构中，如上所述，由于入射到HUD装置180内的外光的反射等，产生了返回到HUD装置180外的外光成分(有时记载为返回外光)。因此，在该返回外光入射到驾驶员的眼睛5时，使虚像7的显示品质降低。即，入射的外光虽然通过将折射元件43和液晶显示元件50一定程度地倾斜，利用挡风玻璃3和HUD装置1的开口部81的功能能够一定程度地被反射或吸收等而被排除，但是特别是由于折射元件43的表面形成为凹面，一部分的反射光在入射光路上逆行，而不能被完全排出。

因此，在实施方式2的光源装置等中，为了提高HUD的显示品质，提供能够防止或者降低上述的外光的影响的功能。在实施方式2的光源装置等中，通过研究光源部301和照明光学系统302的构造，相对于液晶显示元件50和折射元件43等的光轴的方向与比较例的结构不同(后述的图19等)。根据研究可知，相对于照明光和影像光的光轴，使折射元件43等的有效面(影像光透过或反射的面)的法线倾斜角度至少为10°以上是有效的。根据该研究，在实施方式2的光源装置等中，能够以满足生成适当的影像光和防止返回外光等两者的方式实现规定的取向控制的特性。基于光源装置中的规定的取向控制而生成的照明光被供给到液晶显示元件。能够生成并出射用于HUD装置的显示区域的具有规定的优异特性的影像光。该影像光经由包括折射元件43等的调节光学系统，向挡风玻璃的显示区域投射。在此，因为如上所述在光源装置进行了规定的取向控制，所以在折射元件43内的折射角的分布，不需要如比较例那样设定得较广。即，折射元件43的表面形状不必像比较例那样严格地使凹面倾斜。由此，在实施方式2的光源装置等中，在外光入射到HUD装置内时，通过使折射元件43和液晶显示元件50一定程度地倾斜，即使该外光在调节光学系统和液晶显示元件进行反射，也几乎不会返回到HUD装置外，即几乎不产生返回外光。因此，能够防止或降低由于返回外光入射到驾驶员的眼睛而使虚像的显示品质降低。即，在实施方式2中，能够获得能够确保适当的影像光、并且防止或降低返回外光、抑制由于外光的影响导致虚像的视认性降低的效果。

此外，在比较例中，为了减少外光的影响，在HUD装置180内的调节光学系统40中以错开外光而使其不向显示区域4反射的方式设置了光学元件等的情况下，必然对影像光的特性造成影响。因此，为了减少返回外光的影响并且确保规定的适宜影像光的特性，需要对光源装置10、液晶显示元件50、折射元件43等的整体进行研究、控制取向控制的特性。

通过采用实施方式2的设置法线角度的结构，在影像光的光路逆行而入射的外光的、由折射元件43等反射的光，以相对于入射光至少上述法线倾斜角度(例如10°)的2倍的角度(例如20°)偏离方向。因此，能够防止或者减少该反射光从HUD装置1(开口部81)出射到外部而作为返回外光再次由挡风玻璃3反射后入射到驾驶员的眼睛5。但是，为了满足这样的外光回避的条件，折射元件43、反射镜41、42等的调节光学系统40的构造自然受到限制。

由于存在上述制限，仅通过上述的由折射元件43等的调节光学系统40扩大光的方法，不能实现适当的影像光(用于显示区域4的充分扩大了的光)。因此，为了实现适当的影像光，对于将由调节光学系统40扩大出射光的结构和由光源装置10扩大照明光的结构一起使用需要进行研究。各种研究的结果可知，作为能够同时实现光源装置的小型化、薄型化、高效率化、照明光的扩大控制的结构，将导光体的入射面或者出射面的至少一者作为自由曲面形状进行取向控制的结构是有效的。

[2-4：HUD装置-取向控制]

图19表示相对于图18的比较例，包括实施方式2的光源装置10和影像显示装置30的HUD装置1的大致结构、取向控制等。也表示了外光入射到HUD装置1内时的光路等。实施方式2的光源装置10和影像显示装置30具有与比较例不同的取向控制的特性。此外，图19等是大致的结构，实际安装的尺寸等并不限定于图19等。

在图19中，光源部301包括安装有多个LED元件14和控制电路的LED基板12。在LED基板12的背面侧设置有散热器13。照明光学系统302包括配置在Y方向上的LED准直仪15、偏振变换元件21、导光体17、配置在Z方向上的扩散板18b等。LED准直仪15将来自LED元件14的Y方向的光轴a1的光聚光而变换为平行光。偏振变换元件21对于来自LED准直仪15的入射光，以使光束方向偏光将光束宽度扩大的方式进行光学变换后将其出射。导光体17以将来自LED元件14的Y方向的光轴a1的方向变换为向液晶显示元件50照射的Z方向的光轴a2的方向的方式进行导光。在实施方式2中，导光体17具有截面大致为梯形的柱状，将光的方向从大致Y方向(水平方向)向Z方向(铅垂方向)变换。详细而言，来自导光体17的出射光通过导光体17的出射面(相对于水平面具有规定角度的斜面)的自由曲面形状，成为相对于Z方向以规定的角度倾斜的光轴。

照明光和影像光的光轴与液晶显示元件50和折射元件43的轴(法线倾斜角度)如上所述具有规定的角度(例如10°)。来自导光体17的出射光即照明光入射到配置于水平面(X-Y平面)的液晶显示元件50，生成影像光。来自液晶显示元件50的影像光具有相对于Z方向以规定的角度倾斜的光轴。该影像光入射到配置于水平面(X-Y平面)的折射元件43。该影像光通过折射元件43折射之后，入射到反射镜42的点Q2而被反射。反射后的光轴a3的光入射到反射镜41的点Q1而被反射。反射光的光轴a4经由开口部81入射到挡风玻璃3的显示区域4的点Q3而被反射。该反射光的光轴a5入射到驾驶员的眼睛5。

在调节光学系统40连接有例如用于改变反射镜42的角度的驱动部44。驱动部44通过电动机等的驱动来改变反射镜41的角度θ1(与光轴方向具有规定的对应关系)。驱动部44基于来自HUD装置1的控制部1A的控制、或者驾驶员的手动输入操作，改变反射镜41的角度θ1。通过反射镜41的角度θ1的改变，能够改变来自HUD装置1的影像光的投射方向(光轴a4)。由此，能够改变影像光向挡风玻璃3的投射位置，能够改变显示区域4的位置。因此，从驾驶员来看能够以将挡风玻璃3中的显示区域4的位置在例如Z方向的上下进行移动的方式来进行调节。根据驾驶员的眼睛5的位置等能够适当地调节显示区域4的位置。

在实施方式2的光源装置10中，通过LED基板12、LED准直仪15、偏振变换元件21等的改善，能够确保光利用效率而且实现装置小型化，使Y方向的尺寸更小。实施方式2的HUD装置1的光源装置10和调节光学系统40中，为了生成适当的影像光，需要实现规定的收敛角度的取向控制。在实施方式2的HUD装置1中，也需要用于返回外光防止功能的规定的取向控制。为了实现满足这两者的取向控制，在实施方式2的HUD装置1中，采用图19的结构。在该结构中，相对于来自光源装置10的照明光和来自液晶显示元件50的影像光的光轴，折射元件43等的光学元件的轴(法线倾斜角度)以具有规定的角度(10°以上)的方式而不同(参照后述的图20的角度

等)。

在图19中外光入射到HUD装置1内时的光路如以下所述。与比较例同样表示外光的入射时的光轴b1～b4。光轴b4表示在反射镜42的点Q2被反射而向折射元件43等入射的光。该光轴b4相对于折射元件43和液晶显示元件50的轴(法线倾斜角度)具有角度而不同。因此，光轴b4的光在折射元件43和液晶显示元件50被反射后的光向与上述的光轴b5不同的方向行进。该反射外光因为与壳体80触碰而衰减等，所以能够防止或减少从开口部81出射到外部的情况。由此，能够防止或减少返回外光入射到驾驶员的眼睛5。

[2-5：HUD装置-取向控制(2)]

图20表示实施方式2的光源装置10、影像显示装置30、调节光学系统40等的结构概要。在图20中，表示比图19更详细的结构例。在图20中，光源装置10在Y方向上从左向右依次地配置有散热器13、LED基板12(LED元件14)、LED准直仪15、偏振变换元件21、取向控制板16b、导光体17。在LED基板14的X方向上排列有多个LED元件14(图22等)。LED元件14的发光面以与LED准直仪15的凹部的顶面相接触而向外突出的方式配置。在LED准直仪15的X方向上与多个LED元件14的位置相对应地配置有多个准直仪元件15A(图22等)。偏振变换元件21中，PBS膜等部件的延伸方向为X方向，多个部件的配置方向为Z方向。相对于来自LED元件14的Y方向的光轴a1，以在Z方向上下对称的位置和形状配置有多个部件。在取向控制板16b的出射侧，配置有导光体17的入射部171(入射面s1)。

由此，在采用在X方向上排列配置有多个LED元件14等部件的方式时，能够在X方向上将多个部件紧凑地配置，能够降低装置的X方向的尺寸，对于小型化等有贡献。或者，在装置的X方向的规定尺寸内，能够配置更多的部件，例如通过大量LED元件14的配置能够确保更大的光量。另外，由于在X方向的部件的配置的自由度变高，能够应对HUD装置1的多种多样的安装方式。例如，与各种显示区域4的尺寸配合的安装变得容易。

导光体17在图示的Y-Z截面中为大致梯形形状。导光体17具有入射部171(包括入射面s1)、反射部172(包括反射面s2)、出射部173(包括出射面s3)、头顶部175(包括头顶面s5)。入射部171的入射面s1在本例中以相对于铅垂的Z方向具有规定的角度的方式配置，但也可以形成为Z方向的平面。反射部172的反射面s2与实施方式1同样地具有多个反射面和连接面交替地重复设置的结构。在Y方向上入射面s1的相反侧具有头顶面s5。通过设置头顶部175，出射部173的出射面s3基本上构成为相对于水平的Y方向具有规定的角度

的斜面。而且，出射面s3具有自由曲面形状。该自由曲面形状是用于实现规定的取向控制的形状。此外，将出射面s3的自由曲面形状以凸状表示，但并不限定于此，详细内容在后文说明。

折射元件43由具有规定折射率的透镜等光学元件构成，作为详细的形状，例如是如图20所示在入射侧和出射侧具有凹面的形状。该折射元件43的凹面的倾斜比图18的比较例的折射元件43的凹面的倾斜平缓。换言之，凹面的中心与周边的高度的差比较小。并不限定于此，折射元件43例如也可以如图1所示，是入射侧为凹面、出射侧为凸面的形状。

下面对于影像光的光路等进行说明。概略来说，来自LED元件14的Y方向的光轴a1通过在导光体17的反射而大致成为Z方向的光轴a2。来自导光体17的出射光的光轴a2通过出射面s3的作用而变换为相对于Z方向具有规定的角度

的方向(光轴a22、a23)。相对于该光轴，液晶显示元件50和折射元件43的轴形成规定的角度

在本例中，液晶显示元件50的面板面和折射元件43以相对于X-Y平面具有一定程度的倾斜的方式配置。如上所述，相对于液晶显示元件50和折射元件43的轴，光轴a23、a24、a25为非正交，而具有角度

将LED元件14的发光点用点p1表示。来自点p1的Y方向的光轴表示为光轴a1。在导光体17的入射面s1中光轴a1通过的点表示为点p2。在导光体17的反射面s2中光轴a1接触的点表示为点p3。通过在点p3反射，由光轴a1变换为Z方向的光轴a21。在出射面s3中光轴a21通过的点表示为点p4。通过出射面s3的点p4折射后的光轴表示为光轴a22。光轴a22经由扩散板18b入射到液晶显示元件50的点p5。来自液晶显示元件50的点p5的影像光的光轴表示为光轴a23。光轴a22和光轴a23具有上述角度

光轴a23的影像光入射到折射元件43的点p6，受到折射的作用而成为光轴a24。光轴a24具有相对于Z方向的规定的角度

光轴a24的影像光入射到反射镜42的点Q2而被反射，成为上述的光轴a3。

另外，在上述的外光入射到HUD装置1内时，来自反射镜41的外光的光轴b3在反射镜42的点Q2被反射而成为光轴b4(光轴a24的反方向)。光轴b4的外光入射到折射元件43的点p6。在实施方式2中，通过采用使光轴具有角度

的结构，带来不易产生返回外光的特性。光轴b4的外光中由折射元件43所反射的外光向与比较例不同的方向行进。将光轴b4的外光中的、与对应于显示区域4的范围的最外部对应的反射外光的光线用光线b9表示。相对于光轴b4，光线b9以对应于角度

的2倍的角度偏离。反射外光的光线b9触碰到壳体80等而衰减，由此不易从开口部81返回外部。同样地，光轴b4的外光中，将通过折射元件43入射到液晶显示元件50时的反射外光的光线用光线b10表示。光线b10同样地以与影像光不同的光轴行进，由于衰减等而不易从开口部81返回外部。在视线6的光轴a5上几乎没有返回外光成分。如此一来，能够防止和降低返回外光入射到驾驶员的眼睛5的情况。由此，驾驶员以视线6通过显示区域4的点Q3观看虚像7时，能够很好地看到虚像7。

如上所述，依据实施方式2，能够确保装置小型化和HUD的适当的影像光，并且能够防止或降低返回外光，而且抑制外光导致的虚像7的品质降低。此外，可以不限定于图20的光轴等的结构，只要是在入射面s1或者出射面s3具有自由曲面形状的结构、以及光轴具有规定角度

的结构即可。作为另一实施例的结构，也可以采用使来自导光体17的出射光的光轴a22以相对于Z方向向Y方向左侧倾斜的方式具有规定的角度

的结构。也可以是通过在导光体17的入射面s1或者出射面s3设置自由曲面形状，而使与液晶显示元件50的面板面对应的面内的各个位置或区域的取向特性不同的设计。由此，能够实现高效地抑制返回外光的特性。

[2-6：光源模块]

图21是表示作为实施方式2的光源装置10的光源模块的安装结构例的外观的立体图。在该安装结构例中，设置有LED元件14等的LED基板12作为LED模块120被安装。在LED模块120的Y方向的背面侧固定有散热器13。散热器13以多个散热翼片从光源装置壳体11向外突出的状态配置。在LED模块120的Y方向的前面侧固定有上述的光源装置壳体11，在其内部收纳有LED准直仪15、偏振变换元件21和导光体17等。在光源装置壳体11的Z方向的上表面安装有液晶显示元件50。液晶显示元件50包括液晶显示面板框架51、液晶显示面板52、FPC53。由此，影像显示装置30构成为模块。此外，液晶显示元件50的面板面和HUD装置1的显示区域4在本例中构成在X方向上相对较长而在Z方向上相对较短的横长的画面。因此，光源装置10具有与该形状对应的安装方式。

在光源装置10中，LED基板12、LED准直仪15等的各部件在外周等的位置通过螺钉、定位销、凹凸形状等的结构来定位和彼此固定，由此构成为模块。LED基板12与LED准直仪15例如通过定位销与定位孔的嵌合以及由前后的部件夹持而被固定，从而以高精度被定位和固定。上述光源装置10和影像显示装置30的各部分被固定在HUD装置1的壳体80。

[2-7：光源模块-壳体内部]

图22是表示上述光源装置10的光源装置壳体11内部的结构。将LED基板12省略了图示，在X方向上具有多个(本例中为6个)LED元件14(14a、14b、14c、14d、14e、14f)，以规定节距配置。在多个LED元件14的Y方向的后段，配置有具有对应的多个(6个)准直仪元件15A的LED准直仪15。将具有上述的凹部153和外周面156的各个准直仪部作为准直仪元件15A。在各个准直仪元件15A的顶面的中央部配置有LED元件14。多个准直仪元件15A例如由透光性的树脂相对于共用基板部分一体地形成。在LED准直仪15的后段配置有偏振变换元件21。

偏振变换元件21整体上具有在X方向上相对较长而在Z方向上相对较短的板形状。偏振变换元件21中，上述的PBS膜211、透光性部件214等部件在X方向上延伸，多个部件以在Z方向上对称的形状排列。偏振变换元件21被收纳在未图示的偏振变换元件保持器内。偏振变换元件21的相位片的后段配置有取向控制板16b。在取向控制板16b的后段配置有导光体17的入射部171。在导光体171的X方向的侧面部174、头顶部175设置有对于壳体80的安装部。在作为导光体171的上表面的出射部173的出射面s3具有如图所示的自由曲面形状。在出射部173的Z方向的上方配置有扩散板18b。此外，也可以是不设置取向控制板16b、扩散板18b的方式。

在本实施例中，没有设置合成扩散模块16，与此相应地Y方向的尺寸能够减小。

[2-8：光源部、LED准直仪、偏振变换元件]

图23是将光源部301的LED基板12、LED元件14、LED准直仪15和偏振变换元件21的部分构造和光线等放大地概要表示的、从装置侧面方向(X方向)观看到的Y-Z截面图。相对于从LED基板12的主面向Y方向出射的LED元件14的包括点p1在内的发光面，在相对的位置配置有LED准直仪15的凹部153。凹部153的顶面以与LED元件14的发光面接触的方式配置。准直仪元件15A如上所述包括作为入射侧的透镜部的凹部153、作为反光部的外周面156、作为出射侧的透镜部的出射面154。凹部153在Y方向的底面侧具有入射面157，在入射侧具有凸状的弯曲面。在出射面154，在与凹部153的入射面157相对的部分，形成有向出射侧呈凸状的凸状部155。由入射面157和凸状部155构成具有聚光作用的凸透镜功能。

来自LED元件14的点p1的发出光通过准直仪元件15A的凹部153内的空气，如图示的光线的例子所示那样行进，出射到凹部153的外部。从凹部153出射的光线中，一部分光线由大致圆锥形状的外周面156(反光部)反射并被聚光。向光轴a1的周边方向行进的光被外周面156的抛物面全反射。这些光线通过出射面154后在Z方向上作为平行光出射。以偏振变换元件21的入射面与出射面154接触的方式配置。

偏振变换元件21被入射来自在X方向上有多个(6个)的LED元件14和准直仪元件15A的平行光。这些各个LED元件14的光轴a1的截面如图23所示是相同的。偏振变换元件21与上述同样地由平行四边形柱的透光性部件214、三角形柱的透光性部件215、PBS膜211、反射膜212、1/2λ相位片213等构成。透光性部件214在Y-Z截面中为平行四边形，透光性部件215在Y-Z截面中为三角形。各部件关于Y方向的光轴a1上下对称地配置。在配置于光轴a1上的透光性部件215与配置于其上下的透光性部件214的分界面设置有PBS膜211。在透光性部件214与配置于比其更靠外侧的位置的透光性部件215的分界面设置有反射膜212。在透光性部件214的Y方向的出射侧的面设置有1/2λ相位片213。

向偏振变换元件21入射的光中通过透光性部件214并透过了PBS膜211的光(P偏振波)，通过透光性部件215从出射面出射。向偏振变换元件21入射的光中通过透光性部件214在PBS膜211被向Z方向反射的光(S偏振波)，在反射膜212被向Y方向反射。该反射光从透光性部件214的出射面通过1/2λ相位片213作为相位调整后的光(P偏振波)出射。即，在偏振变换元件21中，来自多个LED元件14的全部的光成为P偏振波而出射。由此，能够使光程长的差减小，提高亮度分布的面均匀性。

如上所述，在实施方式2中，偏振变换元件21相对于实施方式1的偏振变换元件21的配置以在X-Z面内旋转了90度的状态(将纵横倒置了的状态)配置。由此，在实施方式2中，与实施方式1相比，相对偏振变换元件21的多个LED元件14和准直仪元件15A的配置位置的容差和自由度变高(后述)。因此，光源装置10对应于HUD装置1的规格等的各种设计和安装变得容易，制造的生产率提高。

在偏振变换元件21的入射面中，具有对应于透光性部件214等的入射光束的限制宽度21w。准直仪元件15A与实施方式1同样，与偏振变换元件21的入射光束的限制宽度21w相配合地设计。准直仪元件15A的外周面156和出射面154的直径(后述的图26的距离D2)比限制宽度21w大。比限制宽度21w靠内侧地设置有凸状部155。

在使用了实施方式2的光源装置10和液晶显示元件50的影像显示装置30、HUD装置1中，为了实现规定的高功率和高效率的LED光源，使每单位面积中配置的LED元件14等的个数尽可能多，能够实现大光量和亮度、高的光利用效率、面内的光强度的均匀性。或者，即使为与现有技术同样的LED元件14的个数的情况下，也能够实现装置所需要的面积和尺寸等的小型化。此时，在实施方式2中，LED元件14、LED准直仪15、偏振变换元件21等部件，关于尺寸和配置关系需要满足规定条件。关于该条件表示在图24中。

[2-9：LED元件、LED准直仪]

图24是表示实施方式2和变形例中的、关于图23的LED元件14和LED准直仪15的尺寸等条件的说明图。图24的(a)表示1个LED元件14和1个准直仪元件15A的局部的Y-Z截面概要。使包括LED元件14的发光点即点p1在内的面14p中的Z方向和X方向的宽度(直径)为宽度W1。使准直仪元件15A的凹部153(顶部的圆形)中的Z方向和X方向的宽度(直径)为宽度W2。宽度W2大于宽度W1(W2>W1)。将LED元件14的宽度W1与凹部153的宽度W2之差的一半表示为宽度W3(W3＝(W2-W1)÷2)。宽度W3大于0(W3>0)。另外，在Y方向上，LED元件14从LED基板12的面12p突出的距离(LED元件14的厚度)为距离H1。面12p为搭载LED元件14的基板面。准直仪元件15的凹部153中的、LED元件14的面14p与底面的入射面157的凸部的距离为距离H2。LED基板12的面12b与准直仪元件15A的凹部153的顶面153p的距离为距离H3。

在实施方式2中，LED元件14的至少一部分配置在凹部153的外侧(H3>0)。在本例中，在Y方向上，LED元件14的包括含有发光点的面14p在内的相对较薄的一部分配置在凹部153内，其它的相对较厚的部分配置在凹部153外。作为条件，凹部153的宽度W2比LED元件14的宽度W1大，具有直径之差的宽度W3。

凹部153为了确保来自LED元件14的出射光的取入量，具有顶面153p的规定的宽度W2和距离H2。在实施方式2中，准直仪元件15A的形状规定为，相对于LED元件14的形状具有规定的尺寸关系。具体而言，作为条件，距离H2比宽度W1的2倍大((2×W1)<H2)。根据该结构，从LED元件14出射，入射到入射面157的光线倾斜的正切值的绝对值为1/4以下(相当于±14°的范围)，在准直仪元件15A的入射面157折射并入射到偏振变换元件21的光线的平行度，能够大致收敛在入射角允许范围±15°的范围，能够实现效率良好的光源。

图24的(b)表示实施方式2的变形例中的、LED元件14和准直仪元件15A的配置。在该变形例中，在Y方向上，LED元件14的包含点p1的面14p与凹部153的顶面153p隔开间隔。换言之，LED基板12的面12p与凹部153的顶面153p之间的距离H3、与LED元件14的厚度的距离H1的关系成为H3>H1。由于存在距离H3，在X方向和Z方向上能够形成空气的流路，因此能够提高散热性能。距离H3越大则冷却效率越高，而距离H3越小则光利用效率越高。以形成距离H3的方式，LED基板12的LED元件14和LED准直仪15的准直仪元件15A利用上述的LED模块120等被固定。作为安装例，满足条件(2×W1<H2)的形状，例如W1＝1.15mm、H2＝3.1mm。

通过采用满足上述条件的结构，能够提高LED光源的光利用效率和冷却性能。

[2-10：偏振变换元件]

图25的(a)是表示偏振变换元件21的1组偏振变换元件部的部件配置等的结构的立体图。与偏振变换元件21对应地配置的多个LED元件14和多个准直仪元件15A的大致位置也用虚线表示。在X方向上排列的LED元件14等的个数为N。在此表示了N＝3个的情况。偏振变换元件21的Y方向的前侧的X-Z平面中，多个点q分别表示来自各个LED元件14的点p1的光轴a1所通过的点。点q的周围的圆形对应于外周面156的端部。用虚线表示大致圆锥形状的外周面156。

作为构成偏振变换元件21的部件的、PBS膜211、反射膜212、1/2λ相位片213、透光性部件214和透光性部件215，在X方向上延伸。这些各部件与相对于光轴a1正交的面(X-Z平面)平行地排列。这些各部件相对于与光轴a1和准直仪元件15A的中心轴对应的Y方向和X方向所形成的X-Y平面(设想平面)，在Z方向上以上下对称的位置和形状配置。在Z方向上配置在光轴a1的位置的透光性部件215为三棱柱形状。相对于透光性部件215上下对称地配置的2个透光性部件214为四棱柱形状。进一步配置在其外侧的2个透光性部件215b是截面为直角三角形的三棱柱形状。PBS膜211和反射膜212配置为相对于Y方向的光轴a1具有规定的正负角度ε的斜面。此外，如图25的(b)所示，偏振变换元件21可以构成为在贴合面216粘贴上侧构成部件21u和下侧构成部件21d的结构。另外，贴合面216优选是在粘贴后在光学上透明的结构。在该结构中，上侧构成部件21u和下侧构成部件21d可以由相同的部件构成。即，将上侧构成部件绕图示的Z轴旋转180°，进而绕Y轴旋转180°就成为下侧构成部件的配置。基于该结构能够实现部件的共用化和结构的简单化，而且能够实现更低的成本。

[2-11：多个LED元件、准直仪、偏振变换元件]

图26表示了相对于偏振变换元件21在X方向上排列多个(N)LED元件14和多个准直仪元件15A的结构例的、从Y方向观看的X-Z平面。另外，在图26中，特别的是作为变形例表示了在Z方向上排列2组偏振变换元件21的情况的结构例。图26的(a)中，在Z方向的上侧配置有第一偏振变换元件部21-1、在下侧配置有第二偏振变换元件部21-2。各偏振变换元件部的构造如图26所示是相同的。

在X方向上，与多个LED元件14和多个准直仪元件15A对应的点q以规定的节距的距离D1配置。在(a)中，在上下偏振变换元件部中各点q的位置是相同的。在X-Z平面中，与多个LED元件14的发光轴对应的点q配置为矩形。另外，与准直仪元件15A的外周面156对应的圆形区域的直径由距离D2表示。在本例中，在X方向上多个准直仪元件15A确保各自的距离D2并且尽可能多地配置。以在各凹部153的顶面内容纳有LED元件14的面的方式配置。

图26的(b)表示作为另一结构例在Z方向的上下的偏振变换元件部21-1、21-2中，多个LED元件14等的点q的配置位置错开了的情况。相对于上侧的偏振变换元件部21-1，下侧的偏振变换元件部21-2的LED元件14等的位置以节距(距离D2)的一半的距离错开。X-Z平面中，与多个LED元件14等的发光轴对应的点q配置为三角形。同样地，根据需要在Z方向上并不限定于排列2列，能够形成排列多组偏振变换元件部的形态。

如上所述，在实施方式2中，对于偏振变换元件21的配置结构，在X方向上配置多个LED元件14等时的限制较小，配置的自由度较高。在上述的实施方式1中，例如如图4的(a)所示，偏振变换元件21为多个部件在Z方向上延伸且在X方向上排列。因此，偏振变换元件21是在X方向上作为多个(2个)组的偏振变换元件部而分开地构成，与各个组相对应地具有在X方向上的光轴15c的位置和限制宽度21w。对应于这样的偏振变换元件21的结构，需要在规定的位置配置LED元件14和准直仪部。因此，即使例如想要在X方向的规定尺寸内配置大量LED元件14等，由于受到限制也只能以规定距离以上来配置。

另一方面，在实施方式2中，如图25和图26所示，相对于实施方式1，关于X方向上的LED元件14等部件的配置的限制较小，配置的自由度变高。偏振变换元件21在X方向上没有被分为多个部位(组)，而是部件连续地延伸。因此，在X方向上，能够一定程度上在自由的位置配置LED元件14等。例如，如图26的(a)所示，在X方向上能够将多个(N)LED元件14等以尽可能短的节距(距离D1)靠紧地来排列。通过在X方向的规定尺寸内排列大量LED元件14等，能够使光源的光量增大并且对装置的小型化作出贡献。

[2-12：多个LED元件(N＝5)]

图27中表示关于实施方式2中多个LED元件14和多个准直仪元件15A、偏振变换元件21的配置结构等的说明图。在本实施例中，表示了在X方向上排列的LED元件14等的数量为N＝5个的情况。图27的(a)表示X-Y平面的结构，(b)表示对应的偏振变换元件21的X-Z平面的结构，(c)表示对应的偏振变换元件21的Y-Z平面的结构。在本例中，与LED元件14(14a～14e)对应地、作为准直仪元件15A具有准直仪元件15a～15e。

将LED准直仪15和偏振变换元件21的X方向的宽度用距离DA表示。偏振变换元件21的Z方向的高度用距离DB表示。距离DB中，作为其一半的、相对于光轴a1上下对称的部分的宽度用距离DC表示。偏振变换元件21(除了1/2λ相位片213)的Y方向的厚度用距离DD表示。

在本实施例中，偏振变换元件21的距离DB例如为17.6±0.2mm，距离DC为8.8±0.1mm，距离DD为4.4±0.1mm。PBS膜211和反射膜212的斜面的角度ε，当设单位为度(°)、分(′)时为(45°±20′)。1/2λ相位片213(Half wave plate：半波片)为不从边界突出的形状，X方向的长度与透光性部件214等的长度相同，Z方向的宽度与透光性部件214的出射面的宽度相同。偏振变换元件21的距离DA例如在比较小型的第一类型的实施例中形成为44±0.2mm，在比较大型的第二类型的实施例中形成为74±0.2mm。

[2-13：比较例]

图28同样地表示对于图27的N＝5个的结构的比较例的结构。在该比较例中，同样地在X方向上排列N＝5个LED元件14和准直仪元件15A。在该比较例中，偏振变换元件21在X方向上使用5组的偏振变换元件部而构成。1组偏振变换元件部的宽度的距离DB与图27的宽度相同。在该比较例中，由于对应于偏振变换元件21的结构的限制，LED元件14和准直仪元件15A的配置的节距(距离D1b)比图27的节距(距离D1)大，装置整体的X方向的尺寸(距离DAb)比图27的尺寸(距离DA)大。

如上所述，根据实施方式2，相比于比较例能够实现装置的小型化等。或者，根据实施方式2，在与比较例形成相同的规定尺寸(距离DAb)的情况下，在该范围内能够配置更多的LED元件14等而实现大光量。在实施方式2的光源装置10中，能够增加在X方向的规定宽度内能够配置的LED元件14的个数(N)，能够产生更明亮的照明光。或者，在设置规定个数的LED元件14的光源部301等中，能够使X方向的宽度更小。

依据实施方式2，对于偏振变换元件21能够在X方向上将多个LED元件14等在规定条件内比较自由地配置。因此，对应于HUD装置1的规格等(例如显示区域4的尺寸等)，作为光源装置10的安装方式，能够使变更LED元件14等的排列数量或位置等的安装方式容易地实现。在各种安装方式中，能够使偏振变换元件21的结构共同化，部件能够共用，因此能够以低成本进行制造。

[2-14：多个LED元件的安装例(N＝5)]

图29中，作为实施方式2的光源装置10中的、包括多个LED元件14等的排列的安装例，表示了与图27对应的N＝5个的情况。图29的(a)表示在X-Y平面的俯视图，(b)表示在对应的Y-Z平面的侧面图。在X方向上，将LED基板12、LED准直仪15、偏振变换元件21、偏振控制板16b、导光体17等的大致宽度用距离DA1表示。在距离DA1的范围内，在X方向上5个LED元件14和对应的5个准直仪元件15A(15a～15e)以规定节距的距离D11来配置。例如，作为光源装置10，在以小尺寸、低成本、低消耗电力等为优先的安装方式中，如

图29的安装例所示，在规定距离DA1内，能够配置N＝5个的LED元件14等。

[2-15：多个LED元件的安装例(N＝6)]

图30中，作为变形例的光源装置10，包括多个LED元件14等的排列的安装例，与图29同样地表示了N＝6个的情况。在X方向上，LED基板12等的大致尺寸用距离DA2表示。在距离DA2的范围内，在X方向上6个LED元件14(14a～14f)和对应的6个准直仪元件15A(15a～15f)以规定节距(距离D12)来配置。例如，在使X方向的LED数量尽可能多而增大光源光量的安装方式的情况下，如图30所示，在规定距离DA2内，使N＝6个的LED元件14等以尽可能短的规定节距的距离D12来配置。

如上所述，在实施方式2中，对于偏振变换元件21的结构，X方向的多个LED元件14等的配置的自由度高，因此图29和图30的实施例的任一者均能够容易地实现。即，根据HUD装置1的规格等，改变LED元件14的数量(N)的安装方式能够比较容易地实现。例如，从图30的结构减少LED的数量(N)而变更为图29的结构是容易的。

[2-16：导光体]

图31是表示导光体17的出射部173的出射面s3的自由曲面形状等的立体图。图31的(a)是立体图，(b)表示观看侧面部174的Y-Z平面的结构。在(a)中，在出射部173的出射面s3中，在外周的平面部173b的内侧具有自由曲面部173a。在(b)中，入射部171的入射面s1成为具有相对于铅垂方向即Z方向的倾斜角度

的斜面。在头顶部175的头顶面s5也具有向壳体的安装部。出射面s3成为具有相对水平面的角度

的斜面。在该斜面中，具有自由曲面部173a。

图32表示导光体17的反射部172等的结构。图32的(a)表示Y-Z平面的结构，(b)表示反射面s2的局部放大图。在(a)中，将出射面s3与反射面s2的距离表示为面间距离Dt。面间距离Dt在入射面s1的附近具有最大距离Dtmax，且在头顶面s5的附近具有最小距离Dtmin(Dtmax>Dtmin)。与距离Dtmin对应的头顶面s5的高度比与距离Dtmax对应的入射面s1的高度低。在本实施例中形成为Dtmax/Dtmin≈2。

反射面s2配置为基本上相对于水平面具有规定角度的斜面。反射面s2详细而言与实施方式1同样，具有反射面172a和连接面172b交替地反复设置的锯齿形状(台阶形状)。(b)表示靠近入射面s1的、n＝1～9左右的反射面172a和连接面172b的部分。(c)表示靠近头顶面s5的、n＝64～75左右的反射面172a和连接面172b的部分。此外，与上述同样地，将多个反射面172a的Y方向的节距用P1等表示，将反射面172a相对于水平面的角度用角度αn表示，连接面172b相对于反射面172a的角度用角度βn表示。

像这样采用包括入射部171、反射部172、出射部173和头顶部175的导光体17的构造，能够实现规定的取向控制，在出射光中形成具有相对于Z方向的倾斜角度

和相对于折射元件43等的轴的倾斜角度

的光轴a22(与图20的结构对应)。

另外，这样的导光体17的形状也具有在制造时容易制作的优点。在将导光体17大量地以低成本生产时，例如能够使用注塑成型等的制造方法来制造。在使用该制造方法时，作为比较例为图9那样的截面为大致三角形的导光体17的情况下，在与三角形的锐角的顶点对应的边部，难以确保注塑成型的精度，存在成本变高的问题。详细而言，关于注塑成型时的模具内的熔融树脂的冷却速度，存在与导光体17的部位(入射面及其相反侧的边部)的不同对应的不均匀性，因此高精度的成形是比较困难的。导光体17的形状设计成具有规定的取向控制的特性，在导光体17的注塑成型后的形状相对于设计的形状偏差较大时，取向控制的特性的品质降低。

另一方面，在实施方式2中，如图32所示导光体17的截面为大致梯形，具有头顶部175。在实施方式2中，相比于比较例，在入射部171和头顶部175的形状差异变小。因此，该导光体17在利用注塑成型的制造方法进行制作时，关于注塑成型时的模具内的熔融树脂的冷却速度，与部位(入射面171和头顶部175)的不同对应的不均匀性得到抑制。由此，该导光体17能够实现更高精度的成形，能够提高取向控制的特性的品质，具有能够实现大量且低成本的生产的优点。

图33是表示导光体17的、尤其是反射部172的制作时的模具的加工例的说明图。作为导光体17的制造方法，使用将树脂在模具中进行注塑成型的方法。图33表示了将用于导光体17的反射部172(反射面s2)的模具178利用钻头179的前端进行切削加工的状况。该模具178的加工面中，具有与n个反射面172a和连接面172b对应的、反射面178a和连接面178b。反射面178a与连接面178b所成的角度形成为βn。通过这样的制造方法，能够将反射面172a和连接面172b这2个面同时地加工、形成，因此能够高效地制作具有适当的特性的导光体17，能够实现低成本的光源装置。

[2-17：取向控制]

图34表示实施方式2的光源装置10和影像显示装置30的取向控制的结构，将光源装置10的照明光和影像显示装置30的影像光的光轴和各光线在从X方向观看到的Y-Z截面中表示。此外，对导光体17的反射面172a和连接面172b比实际放大地示意性地表示。在本实施例中，导光体17的入射面s1成为具有相对于Z方向的角度

地倾斜配置的平面。来自LED元件14的点p1的Y方向的光轴a11入射到导光体17的入射面s1的点p2而发生规定的折射，成为光轴a12。光轴a12在反射面s2的点p3被反射，成为Z方向的光轴a21。出射面s3具有自由曲面形状并具有规定的折射特性，该自由曲面形状具有相对于Y方向的角度

地倾斜配置。来自反射面s3的Z方向的光轴a21通过出射面s3的自由曲面的点p4而折射，成为具有相对于Z方向的角度

(相对于液晶显示元件50等的轴的角度

)的光轴a22。光轴a22的照明光入射到液晶显示元件50的面板面的点p5。由液晶显示元件50产生的影像光成为同样具有角度

等的光轴a23。光轴a23的影像光的光线L30入射到上述的折射元件43。

另外，在本实施例中，在导光体17的出射部173的Z方向的上方，在液晶显示元件50的背面的附近配置有扩散板18b。扩散板18b和液晶显示元件50配置于大致水平面。详细而言，扩散板18b和液晶显示元件50配置在相对于水平面具有角度

的面。

在照明光学系统302中，为了实现上述适当的照明光并且防止返回外光，要求复杂的取向控制。该取向控制通过图34的取向控制能够实现。图34的沿着Y-Z平面的取向控制由光轴a11、a12、a21、a22、a23等表示。该取向控制由导光体17的入射面s1的折射角度、反射面s2的反射角度和出射面s3的自由曲面形状产生的折射角度等来实现。另外，X方向的取向控制通过出射面s3的自由曲面形状产生的折射角度等来实现。另外，取向控制板16b控制X方向的光扩散等。另外，扩散板18b控制X方向和Y方向的光扩散等。由于这样的实施方式2的光源装置10的取向控制的特性，相比于现有技术能够提高对应于照明光的取向角的自由度，能够提高HUD装置1所要求的适宜的影像光的特性。与HUD装置1的调节光学系统40和液晶显示元件50的特性相配合，具有规定的取向控制的特性的光源装置10的实现变得容易。例如，通过导光体17的出射部173的自由曲面形状的设计，能够调节照明光的特性。另外，能够调节用于实现适宜的影像光和防止返回外光的取向控制的特性。

[2-18：取向控制板]

图35表示实施方式2的光源装置10中的取向控制板16b的截面结构。图35的(a)表示取向控制板16b的X-Y截面。取向控制板16b形成为在Y方向上入射侧为平面、出射侧为锯齿状的面。图35的(b)将取向控制板16b的出射面的一部分放大表示。在出射面中，在X方向上多个三角形截面反复形成从而形成为纹理(texture)。多个三角形斜面中，具有相对于X方向的正的角度γ的第一斜面和具有相对于X方向的负的角度γ的第二斜面交替地反复形成。X方向的三角形的配置的节距用距离D35来表示。在本实施例中，设角度γ＝30度，设节距的距离D35＝0.5mm。由于出射面的纹理的作用，来自偏振变换元件21的光向入射部171的X方向扩散。取向控制板16b也可以是例如扩散角形成为椭圆分布的扩散板。

取向控制板16b具有X方向的光扩散性。扩散板18b具有Y方向的光扩散性。通过取向控制板16b和扩散板18b的作用，使来自导光体17的出射光的面内的强度分布均匀化，能够获得优秀的面状照明光。此外，在实施方式2中，与实施方式1相比，在X方向上多个LED元件14等能够配置在靠近的位置，因此与取向控制板16b的扩散性相辅相成使得X方向的均匀性进一步提高。此外，Z方向的均匀性如实施方式1的图10中所说明的，通过控制在导光体17的反射部172形成的反射面172a与连接部172b的比率而能够实现。其结果是，能够实现所需要的最小限度的扩散性，并且能够提高光利用效率、生成适宜的面状照明光。

[2-19：功能性散射面]

图36表示作为变形例，在光源装置10的取向控制板16b、扩散板18b、导光体17的入射面s1或者出射面s3中的至少一者设置规定的功能性散射面时的、加工面空间频率分布。该功能性散射面中，以将光扩散并使光的强度均匀化的方式来进行规定的取向控制。该功能性散射面通过降低空间频率高的成分的表面粗糙度，能够实现不必要的发散光成分的减少。该功能性散射面通过对于对象面的规定加工来形成。取向控制板、扩散板设置在偏振变换元件21与导光体17的入射部171之间、或者导光体17的出射部173与液晶显示元件50之间的至少一者。在图34的实施例中，在入射侧设置有取向控制板16b，在出射侧设置有扩散板18b。图36的(a)表示设置功能性散射面时的分布，(b)表示没有设置功能性散射面的比较例中的分布。图36的图表的横轴表示空间频率，纵轴表示振幅，点划线表示1/f分布。实线表示例如在入射面s1设置有功能性散射面的情况下的在Z方向所测量到的表面粗糙度空间频率成分，虚线表示在X方向所测量到的表面粗糙度空间频率成分。像这样，在设置有功能性散射面的光源装置10中，相比于比较例能够实现更好的取向控制的特性。

[2-20：导光体-光扩散性]

图37在Y-Z平面表示在导光体17的入射部171的入射面s1处的Z方向的光扩散。(a)表示实施方式2的特性。与Y方向的光轴a1对应地入射的光束在入射面s1在Z方向上扩散为多个光线。(b)表示比较例的特性。(a)的特性与(b)的特性相比，Z方向的光扩散性较少。(c)表示实施方式2的变形例的特性，表示Z方向的光扩散性更少的情况。

图38表示比较例的导光体和扩散板的光扩散的特性。该导光体为大致三棱柱形状，是具有反射部172的反射面s2(多个反射面172a)的构造，入射面s1和出射面s3为平面。在该导光体中，在入射侧的Y方向的光轴上，来自取向控制板16b的具有Z方向的扩散性的扩散光在反射部172的各反射面172a被分开地反射。向Z方向的反射光例如像光线L30、L31、L32所示那样被分开，成为具有Y方向的扩散的光。各反射光在扩散板18b进一步在Y方向上扩散，入射到液晶显示元件50的面板面。

但是，上述导光体中，入射光中的一部分光(例如对应于光线L31b的光)不能在反射面172a全反射，因此产生光的损失。由此，与该损失的量相应地，作为照明光难以确保大的光量而导致亮度不足。或者，当通过光源的增加等来应对该亮度不足时，导致装置的大型化和消耗电力的增加。因此，当采用实施方式2的结构时，通过导光体17的自由曲面形状实现的取向控制等，能够容易地确保作为照明光的大的光量，对于装置的小型化和抑制消耗电力有贡献。

[2-21：导光体-自由曲面形状]

使用图31和图39对于实施方式2的导光体17的出射部173的自由曲面形状的详情进行说明。此外，自由曲面是能够作为CAD等的3维对象来处理的曲面之一，是在空间中设定几个交点和曲率，能够由高阶方程式来表现的曲面。

首先，在上述的图31的(a)，出射部173的出射面s3中，在外框的平面部173b的内侧具有自由曲面部173a。用(x、y、z)来表示该自由曲面中的基准坐标系的取得方式的例子。具有通过自由曲面的中心的点K2(与点p4对应)且正交的x轴和y轴。具有x轴对应于X方向、y轴对应于Y方向的对应关系。将导光体17的出射部173的基准位置用虚线表示。基准位置本例中是靠入射面s1侧的斜面的起始位置。图31的(b)中，将从导光体17的出射部173的基准位置至自由曲面的基准坐标系的x轴(点K2)的距离用距离Dy0表示。在本例中，设Dy0＝18mm。y轴的中心为导光体17的中心。另外，设水平面与y轴所成的角度为角度θy，在本例中设θy＝17°。基准坐标系的z轴从点K2起垂直于x轴和y轴、且以向出射面s3内侧为正。

自由曲面的范围设为-21mm≤x≤21mm、-15mm≤y≤16mm。大致X方向的宽度为42mm、Y方向的宽度为31mm。另外，在本实施例中，当z(x、y)的值为负时强制为0。换言之，如图31的(b)所示，在出射面s3中，外侧被截断为平面，从该平面起向内侧如虚线所示存在自由曲面的凹部分。此外，作为另一实施例，也可以形成为从出射面向外侧(出射方向)存在自由曲面的凸部分的构造。

图39表示规定实施方式2的导光体17的出射部173的自由曲面形状的式子及其系数。图39的(a)表示作为通常表现的自由曲面公式的式1。自由曲面如式1所示，由z(x,y)＝Σ{ai·bi(x,y)}表示。Σ为从下标i＝0至14的相加。ai·bi表示系数、变量。z(x,y)表示与(x,y)的位置坐标的值对应的z值。単位为mm。

图39的(b)以表的形式表示出式1的系数、变量。例如，i＝0时，b0＝1、a0≈1.0269。i＝1时，b1＝x、a1≈-0.0015。i＝2时，b2＝y、a2≈-0.0032。i＝3时，b3＝x^2、a3≈-0.0052。i＝14时，b14＝y^4、a14＝5.3049E-06。E为指数，例如E-06表示1/10的6次方。其它同样如表所示。z(x，y)＝a1·b1(x，y)+a2·b2(x，y)+……+a14·b14(x，y)≈1.0269-0.0015x-0.0032y-0.0052x^2+……+5.3049/(10^6)×y^4。

[2-22：效果等]

如上所述，依据实施方式2的光源装置10的主要结构，与实施方式1同样地能够提供小型、轻量的、光利用效率高的、模块化为面状光源而能够容易地使用的光源装置。更具体而言，能够进一步提高来自LED光源的光利用效率和均匀的照明特性。而且，能够提供能够以低成本制造的作为照明用光源适宜的光源装置。另外，能够提供与HUD装置1和液晶显示元件50的特性相配合地生成适宜的影像光的影像显示装置30、生成适宜的照明光的光源装置10。另外，能够提高能够防止返回外光、虚像的显示特性良好的HUD装置1。通过光源装置10中的取向控制，对于照明光扩大影像光的面积的安装方式等容易实现。

(1)在实施方式2的光源装置10中，偏振变换元件21的部件在X方向上延伸，部件相对于光轴上下对称地配置。多个LED元件14等相对于该偏振变换元件21在X方向上排列。由此，LED元件14等的配置的自由度提高，对应于液晶显示元件50和HUD装置1的规格的各种安装方式容易实现。相对于偏振变换元件21的LED元件14等部件的定位公差大，能够提高产品的产量。

(2)光源装置10中，作为LED元件14与LED准直仪15的尺寸关系，满足图24的条件(2×H2<W1)。因此，LED准直仪15的平行光的平行度提高，PBS的透射、反射率的波长变动得以改善。由此，能够获得防止透射光发生颜色不均等效果。

(3)在光源装置10中，如图24所示，使LED元件14与准直仪元件15A的凹部153之间的距离H3为0以上。因此，LED元件14和准直仪元件15A的散热效率提高，能够抑制温度上升。

(4)在实施方式2的光源装置10中，在上述偏振变换元件21的结构的基础上，在偏振变换元件21的出射侧设置有实现规定的取向控制的导光体17等。由此，通过在光源装置10中的规定的取向控制，能够减少对液晶显示元件50和调节光学系统40(折射元件43等)要求的取向控制的负担，外光耀斑对策变得容易。

[2-23：第1变形例]

图40中在Y-Z平面表示实施方式2的第1变形例的光源装置10的结构。在该第1变形例中，将导光体17的入射部171的入射面s1形成为自由曲面形状，将出射部173的出射面s3形成为平面形状。通过采用包括入射面s1的自由曲面形状的结构，能够实现规定的取向控制的特性。入射部171的入射面s1作为基准平面具有相对于Z方向的倾斜角度

在该入射面s1的基准平面具有自由曲面形状。另外，在图40的结构例中，来自反射部172的光轴、来自出射面s3的光轴相对于Z方向向Y方向的左侧以角度

倾斜，相对于配置在水平面的液晶显示元件50等的轴以角度

倾斜。

[2-24：第2变形例]

图41在Y-Z平面表示实施方式2的第2变形例的光源装置10和影像显示装置30的结构。在该第2变形例中，相比于图34和图40的实施例的不同的构成点是，不仅导光体17的出射部173而且入射部171的入射面s1也具有自由曲面形状。入射部171的入射面s1同样地作为基准平面具有相对于Z方向的倾斜角度

相对于入射面s1的基准平面在入射侧具有凸状的自由曲面形状。以与入射面s1的自由曲面的特性和出射面s3的自由曲面的特性相配合，而具有导光体17的规定的取向控制的特性的方式来设计。像这样，通过使入射部171和出射部173这两者形成为自由曲面形状，能够使取向控制的自由度变大，实现更精密且更复杂的取向控制。由此，能够更精密地实现适宜的影像光和防止返回外光等特性。

[2-25：第3变形例]

图42中作为实施方式2的第3变形例的光源装置10和影像显示装置30，表示了实现大面积用光源的比较大型的光源装置10的实施例的立体图。在该第3变形例中，与上述的图14的实施例同样，具有在对应于铅垂方向的Z方向上的直线的光轴。与此相应地，在该第3变形例中，具有向Z方向导光的导光体19。该导光体19为实现规定的取向控制的特性的取向控制部件。

在图42的(a)中，表示了壳体内的部件配置，省略了LED基板12等的图示。在Z方向上从下向上依次配置有多个LED元件14、LED准直仪15、偏振变换元件21、取向控制板16b、导光体19和液晶显示元件50。这些部件分别大致在X-Y平面上为平板状，X方向的边比Y方向的边长。X方向的边对应于液晶显示元件50和HUD装置1的显示区域4的横长的边。

偏振变换元件21用在Y方向上排列的2组偏振变换元件部21a、21b来构成。在Y方向上，图示的左侧具有第一偏振变换元件部21a，右侧具有第二偏振变换元件部21b，彼此相邻地配置。各组的偏振变换元件部为相同的构造，部件在X方向上延伸。

与偏振变换元件21的结构对应地，在X方向上排列有多个LED元件14和准直仪元件15A。对于一个偏振变换元件部21a，在X方向上例如以规定的节距配置有N＝9个LED元件14(14-1、14-2、……、14-9)。与这些LED元件14对应地在X方向上配置有9个准直仪元件15A。同样地，对于另一个偏振变换元件部21b，在X方向上以规定的节距配置有N＝9个LED元件14(14-10、14-11、……、14-18)和对应的准直仪元件15A。即，在本实施例中，在X方向上9个为1排、在Y方向上排列2列、在X-Y平面中共计排列有18个LED元件14和准直仪元件15A。由此，能够构成比较大面积的面状光源。

在Z方向上，在取向控制板16b与液晶显示元件50之间的空间配置有导光体19。导光体19如图所示具有大致鞍形状。在导光体19的上方，液晶显示元件50的面板面大致配置在水平面上。

图42的(b)表示(a)中的一部分的截面图，表示了在X方向上中央附近的LED元件14-5的位置的Y-Z截面。导光体19在Z方向的下侧具有入射部191(包括入射面)，在Z方向的上侧具有出射部192(包括出射面)。入射面和出射面分别具有自由曲面形状。入射面和出射面的自由曲面在Y-Z截面看时，具有向Z方向的上方(出射侧)凸状的曲线。入射面和出射面的自由曲面在X-Z截面看时，在Z方向上具有凹状的曲线。表示了经由偏振变换元件21和导光体19的光轴a31、a32。光轴a31、a32通过自由曲面产生规定的折射、光扩散等。利用这样的导光体19的自由曲面形状，设计了规定的取向控制的特性。由此，依据该第3变形例的光源装置10，能够实现适宜的影像光和防止返回外光等的特性。

利用图43、图44说明图42的导光体19的自由曲面形状。图43表示导光体19的立体图，表示了自由曲面的基准坐标系(x、y、z)的取得方法的例子。出射部192的出射面的基准坐标采用相对于由点划线表示的水平面的方向以角度θy(例如θy＝1°)倾斜的坐标。y轴以相对于导光体19的中央位置以规定距离(例如-1.2mm)偏置了的位置(点K4)的坐标为基准。入射面的基准坐标的偏置使角度θy和y轴均没有。

图44表示自由曲面公式和系数。图44的(a)表示与上述同样的自由曲面公式，(b)表示出射部192的出射面的系数、变量的一例，(c)表示入射部191的入射面的系数、变量的一例。导光体19的自由曲面的范围形成为-40mm≤x≤40mm，-22mm≤y≤2mm。大致X方向的宽度为80mm、Y方向的宽度大致为24mm。另外，在入射面中，当z(x、y)的值比-8mm小时，强制地使该值为-8mm。换言之，对于向Z方向的下侧较大地凸出的部分(图示的Y方向的两端附近)在-8mm的位置截断而为平面。

[2-26：第4变形例]

图45中，作为实施方式2的第4变形例的光源装置10和影像显示装置30，表示了以比较小的面积实现小型的光源时的实施例。图45的(a)表示光源装置10的壳体内部的结构，表示安装有液晶显示元件50的状态的立体图，(b)表示安装有液晶显示元件50的状态的包括一部分截面的立体图和取向等。在该光源装置10中，LED元件14的光轴a1为Y方向。在Y方向上，依次地配置有LED基板12、多个LED元件14、LED准直仪15、偏振变换元件21和取向控制板16b。在取向控制板16b之后配置有导光体19b。该导光体19b换言之是取向控制板，具有大致向Y方向导光的规定的取向控制的特性。导光体19b具有入射部19b1、出射部19b2。导光体19b为了实现其特性而在入射面和出射面两者具有自由曲面形状。在导光体19b的Y-Z截面中，入射面和出射面形成为在Y方向的入射侧包括凸状的曲线的自由曲面。

在Y方向上，在导光体19b的出射侧还配置有反射镜450，该反射镜450以具有相对于水平面倾斜的倾斜角度的状态配置。Y方向的光轴通过在反射镜450反射而变换成大致Z方向的光轴。在反射镜450的Z方向的上方，扩散板18b和液晶显示元件50配置在X-Y平面。

关于多个LED元件14，在X方向上N＝5个LED元件14(14a～14e)按规定节距尽可能多地排列。LED准直仪15同样是多个准直仪元件15A在X方向上排列。由此，构成比较小面积的面状光源部301。来自LED元件14的Y方向的光通过取向控制板16b之后入射到导光体19b的入射部19b1的入射面。入射到入射部19b1的入射面的光沿着自由曲面形状折射并被导光，从出射部19b2的出射面出射。具体而言，如在(b)中表示的光线的例子所示，出射光被向反射镜45聚光，Z方向上的光线的范围变窄。例如，通过在Z方向上比中央的光轴靠上侧的位置的光线被变换为向斜下方的光线，通过Z方向上的下侧位置的光线被变换为向斜上方的光线。

通过了导光体19b的光在反射镜450向Z方向的上方被反射。反射光通过扩散板18b被扩散并且作为照明光入射到液晶显示元件60的面板面。该照明光通过导光体19b和反射镜450被聚光，变换为比较小面积的照明光。在扩散板18b的平面中，通过聚光产生的照明区域451由虚线表示。照明光通过该照明区域451。照明区域451的面积是比液晶显示元件50的面板面的面积小的面积。本实施例中，作为向液晶显示元件50的照明光，如该照明区域451所示是小面积的面状的照明光即可，例如对应于HUD装置1的显示区域4为比较小面积的情况。在这样的用途中，优选该第4变形例这样的光源装置10的结构。

[2-27：第5变形例]

图46是表示实施方式2的第5变形例的光源装置10和影像显示装置30的结构的立体图。图46中，比Z方向的虚线461靠Y方向右侧的部分的结构与上述的图33等的结构相同，反射部173具有出射部172、头顶部175。比虚线461靠Y方向左侧的部分的结构是不同的。在该结构中，LED元件14的光轴a51大致地沿着铅垂的Z方向，从上向下行进。散热器13、LED基板12、LED元件14、LED准直仪15、偏振变换元件21和取向控制板16b的结构与上述相同，但配置方向不同。

导光体17为在入射侧进一步添加了入射部176(包括入射面s6)和反射部177(包括反射面s7)的构造。作为导光体17的比虚线461靠Y方向左侧的部分的形状，具有大致三棱柱形状，在X方向上延伸，Y-Z截面为大致三角形。入射部176的入射面s6大致配置在水平面(X-Y平面)。反射部177的反射面s7形成为相对于水平面具有规定角度的斜面。反射部177的反射面s7与右侧的反射部173同样地通过反复设置反射面和连接面而形成，但并不限定于此，也可以由反射膜等构成。

来自LED元件14等的光轴a51在通过取向控制板16b之后，入射到入射面s6的点p51。该光轴a56在反射部177的反射面s7的点p52被反射，成为大致向Y方向的右侧行进的光轴a52。该光轴a52与上述光轴a1同样地在反射部173的反射面s3的点p3被反射，成为大致向Z方向的上方的光轴a2(a21、a22、a23等)。

在该第5变形例的结构中，使用导光体17的入射部176和反射部177，将光源部301等部件配置在Z方向上，因此与实施方式1、2的结构相比，能够将Y方向(进深方向)的尺寸抑制得较小。该结构例如在车辆的仪表盘的配置空间的进深方向有限等时优选。在第5变形例的结构中，将入射部176的入射面s6形成为平面，但并不限定于此，也可以形成为用于实现规定的取向控制的特性的自由曲面形状。

[2-28：第6变形例]

图47是表示实施方式2的第6变形例的光源装置10中的、导光体17的入射部171的入射面s1或者出射部173的出射面s3的纹理的结构的平面图。例如，也可以在上述的实施方式2的图20和图34的导光体17的入射部171的入射面s1(大致X-Z平面)和出射部173的出射面s3(大致X-Y平面)中设置图47这样的纹理。同样地，在图40等的各变形例的入射面s1和出射面s3中也可以设置图47这样的纹理。

图47的(a)示意性地表示对象面(入射面s1或者出射面s3)的纹理的第一例。图47的(b)示意性地表示对象面的纹理的第二例。(a)中的纹理中多个反射面与连接面的交界以直线状配置、形成。直线的延伸方向与多个LED元件14等排列的X方向对应。通过采用这样的纹理，能够进行多个交界所配置的方向(例如在入射面s1的Z方向、出射面s3的Y方向)上的光扩散等的取向控制。(b)中的纹理中，多个反射面与连接面的交界以曲线状配置、形成。该曲线形状例如与配置多个LED元件14和准直仪元件15A的位置等对应地形成。由此，能够实现更精密的取向控制。

以上，基于实施方式对本发明进行了具体的说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。能够进行实施方式的构成要素的添加或删除、分离或合并、置换、组合等。

附图标记的说明

1……平视显示器(HUD)装置、3……挡风玻璃、4……显示区域、5……眼睛、6……视线、7……虚像、10……光源装置、12……LED基板、13……散热器、14……LED元件、15……LED准直仪、16b……取向控制板、17……导光体、18b……扩散板、21……偏振变换元件、30……影像显示装置、41、42……反射镜、43……折射元件、50……液晶显示元件、80……壳体、81……开口部、171……入射部、172……反射部、173……出射部。

Claims (11)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

光源部，其包括产生光的多个半导体光源元件；

准直仪，其包括在所述多个半导体光源元件各自的发光轴上配置的多个准直仪元件；

配置在所述准直仪的出射侧的偏振变换元件；和

配置在所述偏振变换元件的出射侧的导光体，该导光体将从所述偏振变换元件出射的平行光向与所述平行光的方向不同的规定方向引导，

所述多个半导体光源元件和所述多个准直仪元件排列在与所述发光轴正交的第一方向上，

所述光源部、所述准直仪、所述偏振变换元件和所述导光体配置在与所述发光轴对应的第二方向上，

所述导光体具有在所述第一方向上延伸的柱形状，且包括反射部，该反射部具有将从入射面入射的所述第二方向的光向与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向反射，而使其从出射面出射的反射面，所述反射部包括交替地形成的多个反射面和多个连接面，

所述导光体中，在所述第二方向上相对于所述入射面的相反侧具有头顶部，该头顶部具有与所述出射面的一个边和所述反射部的一个边相接触的头顶面，所述头顶面以从所述反射部的一个边在所述第三方向上向出射侧突出的方式设置，使所述出射面成为相对于所述第二方向具有规定角度的斜面。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述偏振变换元件在所述第一方向上延伸，包括配置在关于所述第一方向和对应于所述发光轴的第二方向所成的平面对称的位置的偏振分束器和相位片，

所述偏振变换元件的所述相位片配置在所述偏振分束器的反射侧的光路中。

3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述准直仪元件在对应于所述发光轴的中央部的入射侧，具有用于将来自所述半导体光源元件的光聚光的凹部，

所述第二方向的所述凹部的底面与所述半导体光源元件的发光面的距离，比与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的所述半导体发光元件的宽度的2倍大。

4.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述准直仪元件在与所述发光轴对应的中央部的入射侧，具有用于将来自所述半导体光源元件的光聚光的凹部，

在所述第一方向、以及与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上，所述凹部的宽度比所述半导体光源元件的宽度大。

5.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述准直仪元件在与所述发光轴对应的中央部的入射侧，具有用于将来自所述半导体光源元件的光聚光的凹部，

在所述第二方向上，安装有所述半导体光源元件的基板面与所述凹部的顶面具有规定的距离。

6.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述准直仪元件在与所述发光轴对应的中央部的入射侧，具有用于将来自所述半导体光源元件的光聚光的凹部，在相对于所述中央部的外周部具有反光部，在出射面侧的与所述凹部对应的中央部，具有用于将来自所述凹部和所述反光部的光聚光成为平行光的透镜部。

7.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述导光体在所述入射面或所述出射面的至少一者具有用于实现规定的取向控制的自由曲面形状。

8.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

在所述第二方向上，在所述偏振变换元件的出射侧配置有用于规定的取向控制的取向控制板或者扩散板。

9.一种平视显示器装置，其对车辆的挡风玻璃或者合成显示器的显示区域投射影像光，利用反射光向驾驶员提供虚像，该平视显示器装置的特征在于，包括：

影像显示装置，其包括生成照明光并将其出射的光源装置和基于所述照明光生成所述影像光并将其出射的显示元件；和

调节光学系统，其包括用于使所述影像光反射并且将其导向所述挡风玻璃或者所述合成显示器的所述显示区域的光学元件，

所述光源装置包括：

光源部，其包括产生光的多个半导体光源元件；

准直仪，其包括在所述多个半导体光源元件各自的发光轴上配置的多个准直仪元件；

配置在所述准直仪的出射侧的偏振变换元件；和

配置在所述偏振变换元件的出射侧的导光体，该导光体将从所述偏振变换元件出射的平行光向与所述平行光的方向不同的规定方向引导，

所述多个半导体光源元件和所述多个准直仪元件排列在与所述发光轴正交的第一方向上，

所述偏振变换元件在所述第一方向上延伸，包括配置在关于所述第一方向和对应于所述发光轴的第二方向所成的平面对称的位置的偏振分束器和相位片，

所述光源部、所述准直仪、所述偏振变换元件和所述导光体配置在与所述发光轴对应的第二方向上，

所述导光体具有在所述第一方向上延伸的柱形状，且包括反射部，该反射部具有将从入射面入射的所述第二方向的光向与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向反射，而使其从所述出射面出射的反射面，所述反射部包括交替地形成的多个反射面和多个连接面，

所述导光体中，在所述第二方向上相对于所述入射面的相反侧具有头顶部，该头顶部具有与所述出射面的一个边和所述反射部的一个边相接触的头顶面，所述头顶面以从所述反射部的一个边在所述第三方向上向出射侧突出的方式设置，使所述出射面成为相对于所述第二方向具有规定角度的斜面。

10.如权利要求9所述的平视显示器装置，其特征在于：

相对于来自所述光源装置的出射光的光轴的方向，所述显示元件的显示面的法线方向和所述光学元件的法线方向形成10°以上的角度。

11.如权利要求10所述的平视显示器装置，其特征在于：

作为所述调节光学系统的所述光学元件包括：使来自所述显示元件的所述影像光折射的折射元件；和使所述折射后的光反射的1个以上的反射镜，

所述折射元件的法线方向相对于来自所述光源装置的出射光的光轴的方向形成10°以上的角度。

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