JP2011096448A

JP2011096448A - 照明装置

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Publication number: JP2011096448A
Application number: JP2009247844A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Kurokawa; 和雅黒川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP5310482B2

Abstract

【課題】消費電力や発熱量をより抑えることを可能にする照明装置を提供する。
【解決手段】バックライト１０に配列される複数のレンズ１３のうち、少なくともいずれかのレンズ１３については、当該レンズ１３からの射出光の指向半値角内における少なくともいずれかの光がシリンドリカルレンズ３０の側面に臨界角以上で入射するよう設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、透過型の表示素子を照明する照明装置に関するものである。

例えば特許文献１に開示されているように、ハロゲンランプを光源としたヘッドアップディスプレイが知られている。詳しくは、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイでは、ハロゲンランプから照射された光が、インテグレータレンズによって集光され、その集光された光が表示素子を介してフロントパネルに照射され、フロントパネルにて反射された光が観視者（観測者）に照射されるようになっている。

しかしながら、ハロゲンランプは、熱輻射によって発光するものなので、その光には、可視光の他に赤外線（熱線）も含まれる。従って、赤外線が可視光とともに表示素子に照射され、これによって表示素子が発熱して損傷する虞がある。

そこで、この問題を解決する手段として、ヘッドアップディスプレイの光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることが提案されている。ところが、ヘッドアップディスプレイの光源としてＬＥＤが用いられる場合、ＬＥＤは点状光源であるため、複数のＬＥＤを用いると多点光源となる。従って、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイのような構成で光源としてＬＥＤを用いると、表示の明るさのむらが大きくなってしまうという問題点があった。

特開平５−１０４９７９号公報

このような点に鑑みて、本出願人は、光源として複数のＬＥＤを用いた場合であっても表示の明るさのむらを低減できる照明装置を発明し、出願した（特願２００８−３３０９９６号）。

この照明装置では、表示素子に向かって発光する複数のＬＥＤを備えた発光体（発光部）の虚像が表示素子と発光部との間に配置された第１凸レンズ部（以下、拡大レンズと呼ぶ）によって拡大して形成されるため、表示素子による表示像を見る使用者（観測者）にとっては、表示素子の背後の発光部が見かけ上拡大されることになる。従って、この照明装置では、光源として複数のＬＥＤを用いた場合であっても表示の明るさのむらを低減できる。

しかしながら、以上のような構成では、観測者の視点位置が表示像の正面から上下左右に移動した場合であっても正面から見たのと同様に明るさのむらのない表示を可能にしようとすれば、大型の発光部が必要となってしまう。

詳しくは、正面から上下左右に視点位置を移動させると、拡大レンズを通して発光部側に向かう観測者の視線が、拡大レンズの光軸（つまり、中心軸）からより離れる方向に向かいやすくなる。そのため、正面から上下左右に視点位置を移動した場合であっても正面から見たのと同様に明るさのむらのない表示を可能にしようとすれば、拡大レンズの中心軸からより外側に離れる方向にＬＥＤの配列数および配列領域を広げる必要が生じ、大型の発光部が必要となってしまう。

そして、大型の発光部が必要となることにより、照明装置の消費電力や発熱量が大きくなってしまうという問題点が生じる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、消費電力や発熱量をより抑えることを可能にする照明装置を提供することにある。

請求項１の照明装置によれば、少なくともいずれかの第１レンズからの射出光の指向半値角内における少なくとも一部の光が第１レンズの配列方向と交差する第２レンズの側面に臨界角以上で入射するので、当該光を第２レンズの側面で全反射させて表示素子を照明することができる。また、第２レンズの当該側面で全反射させた光を利用して表示素子を照明するので、実際に第１レンズが配置された位置よりも第１レンズの配列方向における外側から第２レンズに入射する光を用いるのと同様にして表示素子を照明することが可能になる。さらに、第１レンズからの射出光の指向半値角内における少なくともいずれかの光が第２レンズの当該側面で全反射されるので、全反射された先に視点を有する観測者にとって、光源から感じられる最大の明るさの半分以上といった十分な明るさで表示を行うことが可能になる。

よって、以上の構成によれば、第２レンズの光軸（中心軸）からより離れる方向に光源および第１レンズの配列数ならびに配列領域を実際に広げなくても、第２レンズの当該側面で全反射させた光を利用することにより、光源および第１レンズの配列数ならびに配列領域を広げた場合と同様の明るさで表示を行うことが可能になる。従って、以上の構成によれば、発光部を大型化しなくても、観測者の視点位置が表示像の正面から上下左右に移動した場合に正面から見たのと同様に明るさのむらのない表示を可能にすることができる。その結果、発光部の大型化を抑え、消費電力や発熱量をより抑えることが可能になる。

また、請求項２のように、配列された複数の第１レンズのうち、最も外側に位置する第１レンズからの射出光の指向半値角内における少なくとも一部の光が第２レンズの当該側面に臨界角以上で入射するように第１レンズが設けられている態様としてもよい。

また、請求項３のように、配列された複数の第１レンズのうち、最も外側に位置する第１レンズについては、当該第１レンズからの射出光の指向半値角内における少なくともいずれかの光が、複数の第１レンズの配列方向における当該第１レンズが位置する側に存在する第２レンズの側面に臨界角以上で入射するよう設けられている態様としてもよい。

また、請求項４のように、第２レンズとして、凸面側が表示素子に向くように配置される平凸シリンドリカルレンズを用いる態様としてもよい。これによれば、発光部の虚像が平凸シリンドリカルレンズによって当該平凸シリンドリカルレンズの短手方向に拡大して形成されるので、表示素子による表示像を見る観測者にとっては、表示素子の背後の発光部が上記短手方向に見かけ上拡大され、表示の明るさのむらをより低減することができる。

また、以上の構成によれば、発光部の虚像が平凸シリンドリカルレンズによって当該平凸シリンドリカルレンズの長手方向には拡大して形成されないので、上記長手方向についてはレンズによる歪みがない表示像を観測者が見ることができる。

また、請求項５のように、第２レンズとして、前記複数の第１レンズの配列方向と交差する側面が平面状になっている両凸レンズを用いる態様としてもよい。

さらに、請求項６のように、前記複数の第１レンズの配列方向と交差する側面が平面状になっているとともに凸面側が表示素子に向くように配置される片凸レンズを用いる態様としてもよい。

請求項５および６の構成によれば、発光部の虚像がこれらの凸レンズによって当該凸レンズの半径方向に拡大して形成されるので、表示素子による表示像を見る観測者にとっては、表示素子の背後の発光部が当該凸レンズの半径方向に見かけ上拡大され、表示の明るさのむらをより低減することができる。

また、請求項７の構成によれば、複数の第１レンズからの射出光がそれぞれ拡散透過部材によって拡散透過するため、表示の明るさのむらをより低減することができる。

また、請求項８のように、上記の照明装置は、表示素子を透過した光が車両のフロントウインドシールドに投影される車両用ヘッドアップディスプレイ装置に用いることができる。

ヘッドアップディスプレイ装置１００の概略的な構成の一例を示す模式図である。バックライト１０の概略的な構成を示す模式図である。本発明の照明装置の要部を拡大した拡大図である。ヘッドアップディスプレイ装置２００の概略的な構成の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明を行う。本実施形態の照明装置は、車両に搭載される車両用ヘッドアップディスプレイ装置に適用されている。図１は、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００の概略的な構成の一例を示す模式図である。また、図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、バックライト１０、シリンドリカルレンズ３０、および液晶表示パネル５０を備えている。

ヘッドアップディスプレイ装置１００において、バックライト１０、シリンドリカルレンズ３０、液晶表示パネル５０は、光路上においてバックライト１０と液晶表示パネル５０との間にシリンドリカルレンズ３０が配置されるように並んで配置されている。また、バックライト１０は、シリンドリカルレンズ３０のバックライト１０側の焦点（前側焦点）３０ｆよりも内側（シリンドリカルレンズ３０寄り）に位置している。

バックライト１０は、液晶表示パネル５０を照明するものである。ここで、図２を用いてバックライト１０の概略的な構成について説明を行う。なお、図２は、バックライト１０の概略的な構成を示す模式図である。図２に示すように、バックライト１０は、平板状の回路基板１１に実装された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２と、ＬＥＤ１２から発せられた光を集光する複数のレンズ１３と、レンズ１３から射出された光（つまり、射出光）を拡散透過させる拡散板１４と、を有している。

回路基板１１には、外部電源が電気的に接続されており、ＬＥＤ１２は、回路基板１１から供給される電気によって発光する。なお、光源としてはＬＥＤ１２に限らず、種々の点状光源を用いることができる。複数のＬＥＤ１２は、例えば所定の間隔を置いて直線上に一列に並んで配置され、ＬＥＤ１２の数と同数の複数のレンズ１３もＬＥＤ１２にそれぞれ対応して直線上に一列に並んで配置されている。より詳しくは、各ＬＥＤ１２の光軸上にレンズ１３が１つずつ重なるように配置されている。

なお、レンズ１３の配列方向を以下ではｘ方向とし、レンズ１３が配列されている平面上においてｘ方向と直交する方向を以下ではｙ方向とする。そして、レンズ１３が配列されている平面と垂直に交わる方向を以下ではｚ方向とする。

拡散板１４は、透明基板の一面に拡散処理を行ったものであり、レンズ１３を介して、ＬＥＤ１２と対向する位置に配置されている。なお、ＬＥＤ１２は請求項の光源に相当し、レンズ１３は請求項の第１レンズに相当し、拡散板１４は請求項の拡散透過部材に相当する。また、バックライト１０は請求項の発光部に相当し、シリンドリカルレンズ３０は請求項の第２レンズに相当する。

なお、レンズ１３については、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の特徴点なので、後に詳述する。

図１に戻って、シリンドリカルレンズ３０は、光を一方向に集光する平凸型のシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ３０は、円筒形の屈折面を待った蒲鉾状の形状をしており、凸面側が液晶表示パネル５０に向くとともに、凸面側の裏面である平面側がバックライト１０に向くように配置されている。また、シリンドリカルレンズ３０は、長手方向がｘ方向に沿うように配置されており、バックライト１０から出射された光が、シリンドリカルレンズ３０によってｙ方向に集光される。なお、シリンドリカルレンズ３０は、長手方向の中心がレンズ１３の配列中心と重なっている。また、シリンドリカルレンズ３０の長手方向の幅は、例えばＬＥＤ１２の配列幅よりも広いものとする。さらに、シリンドリカルレンズ３０は、複数のレンズ１３の配列方向と交差する側面を有し、その側面が平面状になっている。

液晶表示パネル５０は、互いに対向して貼り合わされた一対の透明基板と当該透明基板同士の間に封止された液晶層とを有している。また、透明基板には、液晶層に電圧を印加するための透明電極が形成されており、透明基板に印加される電圧を制御することによって、液晶層に照射される光の透過率を画素毎またはセグメント毎に制御できるようになっている。これにより、液晶表示パネル５０では、車両速度等の車両情報を表す表示像が形成される。

なお、液晶表示パネル５０は、請求項の表示素子に相当する。また、バックライト１０およびシリンドリカルレンズ３０が請求項の照明装置に相当する。なお、バックライト１０とシリンドリカルレンズ３０とを合わせたものを以降では照明装置と呼ぶ。

また、液晶表示パネル５０で形成された表示像は、バックライト１０からの照明光によりフロントウインドシールド７０に投影され、ドライバー等の車両の乗員（観測者）によって視認されるようになっている。

次に、ヘッドアップディスプレイ装置１００の動作について説明を行う。ＬＥＤ１２に回路基板１１から電気が供給されると、ＬＥＤ１２が発光して、ＬＥＤ１２から光が発せられる。ＬＥＤ１２から発せられた光は、レンズ１３によって集光され、集光された光が拡散板１４によって拡散される。拡散された光は、シリンドリカルレンズ３０によって集光され、集光された光によって液晶表示パネル５０で表示像が形成される。

また、液晶表示パネル５０で形成された表示像はフロントウインドシールド７０に投影される。続いて、フロントウインドシールド７０に投影された表示像を形成している光の一部は、フロントウインドシールド７０によって反射され、車両に乗車している観測者の瞳に入射する。そして、この結果、観測者は液晶表示パネル５０で形成された表示像を見ることができる。

なお、ヘッドアップディスプレイ装置１００では、前述したように、バックライト１０が、前側焦点３０ｆよりもシリンドリカルレンズ３０寄りに位置している。従って、観測者には、バックライト１０よりも見かけ上の大きさが拡大された虚像１０ａが発する光が入射されることとなる。このように、ヘッドアップディスプレイ装置１００では、バックライト１０の見かけ上の発光面積が拡大されるので、観測者に入射する光に含まれる輝度ムラが低減される。詳しくは、バックライト１０に含まれるＬＥＤ１２ごとの見かけ上の発光面積が拡大されるので、ＬＥＤ１２ごとの発光面の虚像同士が重なり合い、観測者に入射する光に含まれる輝度ムラが低減される。

次に、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の特徴点であるレンズ１３について図３を用いて説明を行う。図３は、本発明の照明装置の要部を拡大した図である。なお、図３では、配列された複数のレンズ１３のうち、最も外側に位置する２つのレンズ１３の一方（レンズ１３ａとする）を例に挙げている。

また、図３のＡで示す破線の矢印は、レンズ１３ａに対応するＬＥＤ１２ａから発せられた光の指向半値角における光を示している。なお、矢印Ａは、レンズ１３ａ通過後にはレンズ１３ａからの射出光の指向半値角における光にも該当する。また、Ｂで示す破線の矢印はＬＥＤ１２ａから発せられた光の中心軸を示している。なお、矢印Ｂは、レンズ１３ａ通過後にはレンズ１３ａからの射出光の中心軸における光にも該当する。また、図３のＣで示す破線も、レンズ１３ａに対応するＬＥＤ１２ａから発せられた光の指向半値角における光を示している。なお、破線Ｃは、レンズ１３ａ通過後にはレンズ１３ａからの射出光の指向半値角における光にも該当する。

さらに、矢印Ａは、レンズ１３ａの配列中心寄りの指向半値角（以下、中心寄り指向半値角と呼ぶ）βとレンズ１３の配列中心から外側寄りの指向半値角（以下、外側より指向半値角と呼ぶ）αとのうちの、外側寄り指向半値角αにおける光の進路を示している。また、破線Ｃは、配列中心寄りの指向半値角βにおける光の進路を示している。

レンズ１３は両凸型のレンズであって、例えばアクリル等の透光性樹脂材料をもとに形成される。また、図３中に図示はしていないが、配列された複数のレンズ１３のうち、最も外側に位置する２つのレンズ１３を除く残りのレンズ１３については、その中心軸を基準として左右対称に形成されており、レンズ１３からの射出光の中心軸がｚ方向に向くようになっている。なお、レンズ１３の光軸（optical axis）をレンズ１３からの射出光の中心軸として扱ってもよい。

これに対して、図３中に示すように、配列された複数のレンズ１３のうち、最も外側に位置する最外側のレンズ１３（図３の例ではレンズ１３ａ）は、最外側のレンズ１３からの射出光の外側寄り指向半値角αにおける光が破線の矢印Ａで示すようにシリンドリカルレンズ３０の側面に臨界角以上で入射するよう設けられている。例えば、図２における右端のレンズ１３では、射出光の外側寄り指向半値角αにおける光がシリンドリカルレンズ３０の図２中右側の側面に臨界角以上で入射するよう設けることになる。また、図２における左端のレンズ１３では、射出光の外側寄り指向半値角αにおける光がシリンドリカルレンズ３０の図２中左側の側面に臨界角以上で入射するよう設けることになる。

なお、最外側のレンズ１３からの射出光の外側寄り指向半値角αにおける光がシリンドリカルレンズ３０の側面に臨界角以上で入射するようにレンズ１３を設ける方法としては、例えばレンズ１３の形状自体を変えて形成することによって実現する構成としてもよいし、例えば左右対称に形成されたレンズ１３を射出光の中心軸がｚ方向に対して傾くように傾けて取り付けることによって実現する構成としてもよい。また、レンズ１３からの射出光の中心軸や指向半値角は、ＬＥＤ１２とレンズ１３との位置関係およびレンズ１３の屈折率、曲率等をもとに算出してもよいし、実験的に求めてもよい。

以上の構成によれば、最外側のレンズ１３からの射出光の少なくとも外側寄り指向半値角αにおける光がシリンドリカルレンズ３０の側面に臨界角以上で入射するので、当該光をシリンドリカルレンズ３０の側面で全反射させて液晶表示パネル５０を照明することができる。また、シリンドリカルレンズ３０の側面で全反射させた光を利用して液晶表示パネル５０を照明するので、実際に最外側のレンズ１３が配置された位置よりもレンズ１３の配列方向における外側からシリンドリカルレンズ３０に入射する光を用いるのと同様にして液晶表示パネル５０を照明することが可能になる。

さらに、以上の構成によれば、最外側のレンズ１３からの射出光の外側寄り指向半値角αにおける光がシリンドリカルレンズ３０の側面で全反射されるので、全反射された先に視点を有する観測者にとって、光源から感じられる最大の明るさの少なくとも半分以上といった十分な明るさで表示を行うことが可能になる。

よって、以上の構成によれば、シリンドリカルレンズ３０の光軸からより外側に離れる方向にＬＥＤ１２およびレンズ１３の配列数ならびに配列領域を実際に広げなくても、シリンドリカルレンズ３０の側面で全反射させた光を利用することにより、ＬＥＤ１２およびレンズ１３の配列数ならびに配列領域を広げた場合と同様の明るさで表示を行うことが可能になる。従って、以上の構成によれば、バックライト１０を大型化しなくても、観測者の視点位置が表示像の正面から上下左右に移動した場合に正面から見たのと同様に明るさのむらのない表示を可能にすることができる。その結果、バックライト１０の大型化を抑え、消費電力や発熱量をより抑えることが可能になる。

また、以上の構成によれば、バックライト１０の虚像がシリンドリカルレンズ３０によってシリンドリカルレンズ３０の短手方向に拡大して形成されるので、液晶表示パネル５０による表示像を見る観測者にとっては、液晶表示パネル５０の背後のバックライト１０が上記短手方向に見かけ上拡大され、表示の明るさのむらをより低減することができる。

さらに、以上の構成によれば、バックライト１０の虚像がシリンドリカルレンズ３０によってシリンドリカルレンズ３０の長手方向には拡大して形成されないので、上記長手方向についてはレンズによる歪みがない表示像を観測者が見ることができる。

また、凸シリンドリカルレンズの側面のレンズ厚さ方向の広さは、一般的な両凸レンズ等の凸レンズに比べて比較的広いため、バックライト１０からの光をより多く全反射することができる。また、側面のレンズ厚さ方向の広さが比較的広いため、本発明の照明装置に既存の平凸シリンドリカルレンズを利用しやすく、コストを抑えることができる。

なお、シリンドリカルレンズ３０の側面に存在する平面のレンズ厚さ方向の広さは、シリンドリカルレンズ３０の側面での全反射が維持できる程度の広さがあればよく、任意に設定可能である。上記広さとしては、例えば、外側寄り指向半値角内における光のうちの少なくとも半分以上が全反射される広さなどといった、効果的な全反射が維持できるだけの広さとすればよい。

さらに、以上の構成によれば、複数のレンズ１３からの射出光がそれぞれ拡散板１４によって拡散透過するため、表示像の明るさのむらをさらに低減することができる。

なお、前述の実施形態では、最外側のレンズ１３からの射出光の少なくとも外側寄り指向半値角αにおける光がシリンドリカルレンズ３０の側面に臨界角以上で入射するようレンズ１３を設ける構成を示したが、必ずしもこれに限らない。

例えば、最外側のレンズ１３からの射出光の中心軸における光がシリンドリカルレンズ３０の側面に臨界角以上で入射するようレンズ１３を設ける構成としてもよい。また、最外側のレンズ１３からの射出光の指向半値角内（つまり、指向半値角β〜指向半値角αの範囲内）における少なくとも一部の光がシリンドリカルレンズ３０の側面に臨界角以上で入射するようレンズ１３を設ける構成としてもよい。さらに、最外側のレンズ１３からの射出光の指向半値角内（つまり、指向半値角β〜指向半値角αの範囲内）におけるすべての光がシリンドリカルレンズ３０の側面に臨界角以上で入射するようレンズ１３を設ける構成としてもよい。

なお、上記いずれの構成においても、最外側のレンズ１３からの射出光は、レンズ１３の配列中心を基準としたときにその最外側のレンズ１３が配置されている側と同じ側のシリンドリカルレンズ３０の側面に少なくとも入射することが好ましいものとする。

さらに、前述の実施形態では、最外側のレンズ１３からの射出光がシリンドリカルレンズ３０の側面で全反射されるようにレンズ１３を設ける構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、複数のレンズ１３のうち、最外側の２つのレンズ１３を除く残りのレンズ１３の少なくともいずれかからの射出光がシリンドリカルレンズ３０の側面で全反射されるようにレンズ１３を設ける構成としてもよい。また、最外側の２つのレンズ１３に加え、上記残りのレンズ１３の少なくともいずれかからの射出光もシリンドリカルレンズ３０の側面で全反射されるようにレンズ１３を設ける構成としてもよい。

なお、ヘッドアップディスプレイ装置１００において、液晶表示パネル５０をｘ方向に対して傾けて設ける場合には、液晶表示パネル５０の傾きに応じて、最外側のレンズ１３を除くレンズ１３からの射出光の中心軸を傾ける微調整を行ってもよい
また、前述の実施形態では請求項の第２レンズとして平凸型のシリンドリカルレンズであるシリンドリカルレンズ３０を用いる構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、請求項の第２レンズとして片凸型や両凸型の凸レンズを用いる構成としてもよい。

ここで、請求項の第２レンズとして両凸型の凸レンズである凸レンズ４０を用いたヘッドアップディスプレイ装置２００について図４を用いて説明を行う。なお、図４は、ヘッドアップディスプレイ装置２００の概略的な構成の一例を示す模式図である。図４に示すヘッドアップディスプレイ装置２００は、シリンドリカルレンズ３０の代わりに凸レンズ４０を備えていることを除けばヘッドアップディスプレイ装置１００と同様の構成である。

凸レンズ４０は、光を集光する両凸型のレンズであって、中心点を通り軸に垂直な断面が、ｘ方向に平行に配置されている。また、凸レンズ４０は、中心軸がレンズ１３の配列中心と重なっており、バックライト１０から出射された光が、凸レンズ４０によって集光されｚ方向に導かれる。なお、凸レンズ４０の幅（つまり、ｘ方向の長さ）は、ＬＥＤ１２の配列幅よりも広いものとする。

また、凸レンズ４０は、少なくともｘ方向と交差する側面が平面状になっている。そして、この凸レンズ４０のｘ方向と交差する側面のレンズ厚さ方向の広さは、例えば一般的な両凸レンズのｘ方向と交差する側面のレンズ厚さ方向の広さよりも広いことが好ましい。

そして、ヘッドアップディスプレイ装置２００のバックライト１０に配列された複数のレンズ１３のうち、最も外側に位置する２つのレンズ１３は、最外側のレンズ１３からの射出光の外側寄り指向半値角αにおける光が凸レンズ４０の側面に臨界角以上で入射するよう設けられている。これによって、ヘッドアップディスプレイ装置２００では、図４中の実線の矢印で示したように、レンズ１３からの射出光を凸レンズ４０のｘ方向と交差する側面で全反射して利用するようになっている。

また、前述の実施形態では、最外側のレンズ１３からの射出光の少なくとも外側寄り指向半値角における光が凸レンズ４０のｘ方向と交差する側面に臨界角以上で入射するようレンズ１３を設ける構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、最外側のレンズ１３からの射出光の中心軸における光が凸レンズ４０のｘ方向と交差する側面に臨界角以上で入射するようレンズ１３を設ける構成としてもよい。また、最外側のレンズ１３からの射出光の指向半値角内（つまり、指向半値角β〜指向半値角αの範囲内）における少なくとも一部の光が凸レンズ４０のｘ方向と交差する側面に臨界角以上で入射するようレンズ１３を設ける構成としてもよい。さらに、最外側のレンズ１３からの射出光の指向半値角内（つまり、指向半値角β〜指向半値角αの範囲内）におけるすべての光が凸レンズ４０のｘ方向と交差する側面に臨界角以上で入射するようレンズ１３を設ける構成としてもよい。

なお、上記いずれの構成においても、最外側のレンズ１３からの射出光は、レンズ１３の配列中心を基準としたときにその最外側のレンズ１３が配置されている側と同じ側のシリンドリカルレンズ３０のｘ方向と交差する側面に少なくとも入射することが好ましいものとする。

また、凸レンズ４０のｘ方向と交差する側面のレンズ厚さ方向の広さは、凸レンズ４０のｘ方向と交差する側面での全反射が維持できる程度の広さがあればよく、任意に設定可能である。上記広さとしては、例えば、外側寄り指向半値角内αにおける光のうちの少なくとも半分以上が全反射される広さなどといった、効果的な全反射が維持できるだけの広さとすればよい。

なお、以上の構成については、請求項の第２レンズとして凸面側が液晶表示パネル５０に向くように配置される片凸レンズを用いた場合にも同様であるものとする。

以上の構成によっても、請求項の第２レンズとしてシリンドリカルレンズ３０を用いた場合と同様に、レンズ１３からの射出光を凸レンズ４０のｘ方向における側面で全反射して利用することができるので、バックライト１０の大型化を抑え、消費電力や発熱量をより抑えることが可能になる。

また、以上の構成によれば、バックライト１０の虚像が凸レンズ４０によって凸レンズ４０の半径方向に拡大して形成されるので、液晶表示パネル５０による表示像を見る観測者にとっては、液晶表示パネル５０の背後のバックライト１０が凸レンズ４０の半径方向に見かけ上拡大され、表示の明るさのむらをより低減することができる。

なお、前述の実施形態では、凸レンズ４０の少なくともｘ方向と交差する側面が平面状になっている構成を示したが、必ずしもこれに限らず、凸レンズ４０の少なくともｘ方向と交差する側面が曲面状になっている構成であってもよい。ただし、この場合であっても、当該側面はｙ方向において湾曲するのみであって、ｚ方向においては湾曲しないものとする。

また、請求項の第２レンズとして球面レンズと非球面レンズとのうちのいずれを用いる構成としてもよい。

なお、図２では、レンズ１３を５つ配列する構成を例に挙げたが、必ずしもこれに限らない。例えば、レンズ１３を５つ以外の複数個配列する構成としてもよい。なお、レンズ１３を５つ以外の複数個配列する構成とした場合であっても、最外側の２つのレンズ１３を除く残りのレンズ１３については、例えば射出光の中心軸がｚ方向に向くように設ける構成とすればよい。

また、前述の実施形態では、レンズ１３を一列の列状に配列する構成を例に挙げて説明を行ったが、必ずしもこれに限らない。例えば、レンズ１３を各列が平行に並んだ複数列の列状（つまり、アレイ状）に配列する構成としてもよい。なお、この場合には、ｘ方向についてだけでなく、ｙ方向についても、同様にしてレンズ１３を設ける構成としてもよい。また、レンズ１３をアレイ状に配列する構成とする場合には、複数のレンズ１３として、フライアイレンズのようなレンズアレイを用いる構成としてもよい。

なお、前述の実施形態では車両用ヘッドアップディスプレイ装置に適用する場合を例に挙げたが、必ずしもこれに限らず、直視型の表示装置等の他の装置に適用してもよい。

また、前述の実施形態では、透過型の表示素子として液晶表示パネル５０を例に挙げたが、必ずしもこれに限らず、他の表示素子を用いることもできる。

さらに、前述の実施形態では、表面実装型のＬＥＤを用いる場合を例に挙げたが、必ずしもこれに限らず、砲弾型のＬＥＤを用いる構成としてもよい。

なお、前述の実施形態では、レンズ１３として両凸型のレンズを用いる構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、レンズ１３として片凸型のレンズを用いる構成としてもよい。また、レンズ１３としては球面レンズと非球面レンズとのうちのいずれを用いる構成としてもよい。

また、前述の実施形態では、拡散透過部材として拡散板１４を用いる構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、透過型のスクリーンや拡散シートを拡散透過部材として用いる構成としてもよい。

さらに、前述の実施形態では、バックライト１０に拡散透過部材として拡散板１４を備える構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、バックライト１０に拡散透過部材を備えない構成としてもよい。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１０バックライト（発光部、照明装置）、１１回路基板、１２・１２ａＬＥＤ（光源）、１３・１３ａレンズ（第１レンズ）、１４拡散板（拡散透過部材）、３０シリンドリカルレンズ（第２レンズ、照明装置）、４０凸レンズ（第２レンズ）、５０液晶表示パネル（表示素子）、１００・２００ヘッドアップディスプレイ装置

Claims

列状に配列された複数の光源と当該複数の光源のそれぞれに対応して配列された複数の第１レンズとを有し、当該光源から発せられた光を、当該第１レンズを通して透過型の表示素子に向かって出射する発光部と、
前記表示素子と前記発光部との間に配置される第２レンズとを備え、前記表示素子を照明する照明装置であって、
前記第２レンズは、前記複数の第１レンズの配列方向と交差する側面を有し、
配列された前記複数の第１レンズのうち、少なくともいずれかの第１レンズについては、当該第１レンズからの射出光の指向半値角内における少なくとも一部の光が前記第２レンズの当該側面に臨界角以上で入射するよう設けられていることを特徴とする照明装置。
配列された前記複数の第１レンズのうち、最も外側に位置する第１レンズが、当該第１レンズからの射出光の指向半値角内における少なくとも一部の光が前記第２レンズの側面に臨界角以上で入射するよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記最も外側に位置する第１レンズについては、当該第１レンズからの射出光の指向半値角内における少なくともいずれかの光が、前記複数の第１レンズの配列方向における当該第１レンズが位置する側に存在する前記第２レンズの側面に臨界角以上で入射するよう設けられていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記第２レンズは、凸面と平面とを有する平凸シリンドリカルレンズからなり、前記凸面側が前記表示素子に向くように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記第２レンズは、前記複数の第１レンズの配列方向と交差する側面が平面状になっている両凸レンズからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記第２レンズは、前記複数の第１レンズの配列方向と交差する側面が平面状になっているとともに凸面側が前記表示素子に向くように配置される片凸レンズからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記発光部は、前記複数の第１レンズからの射出光を拡散透過させる拡散透過部材をさらに有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
車両用ヘッドアップディスプレイ装置に用いられ、
前記表示素子を透過した光が車両のフロントウインドシールドに投影されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。