JP2014202835A - Illumination device and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光利用効率が高く且つ輝度分布均一性が高い照明装置及びこの照明装置を用いた画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination device having high light utilization efficiency and high luminance distribution uniformity, and an image display device using the illumination device.
自動車のフロントガラス又は半透過板等の表示面に画像を投影することによって、ドライバーに、実際の風景に重ねて表示画像を見せるヘッドアップディスプレイ(HUD)が種々提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。HUDは、実際の風景を背景画像とするので、実際の風景を背景画像としない直視型の画像表示装置の場合よりも、画像を高輝度に表示することが要求される。また、一般に、HUDは、1人又は限られた少数の人が鑑賞するための画像を投影する装置であるから、液晶表示パネルから表示面に向う画像光の出射角は小さくてよい。 Various head-up displays (HUD) have been proposed in which an image is projected onto a display surface such as a windshield or a transflective plate of an automobile so that a driver can view the display image superimposed on an actual landscape (for example, Patent Documents). 1 and 2). Since the HUD uses the actual landscape as the background image, it is required to display the image with higher brightness than in the case of the direct-view image display device that does not use the actual landscape as the background image. In general, the HUD is a device that projects an image for viewing by one person or a limited number of people, and therefore the emission angle of image light from the liquid crystal display panel toward the display surface may be small.
特許文献1は、液晶表示パネルに照射される照明光の分布ムラを抑制するために、複数のLED(Light Emitting Diode)から発せられた光をコリメート(平行化)するレンズアレイを備え、レンズアレイを構成する複数の集束レンズの各々の位置に応じて、集束レンズの形状を変えた照明装置を提案している。
特許文献2は、複数のLEDから発せられ、レンズアレイを透過した照明光を、縦方向及び横方向に異なる集光特性を持つレンチキュラレンズによって広げて、アイボックス(鑑賞者が映像を見ることができる目の位置範囲)に照射し、且つ、アイボックス以外の位置に達する照明光を少なくして、画像の高輝度化を図るHUDを提案している。 In Patent Document 2, illumination light emitted from a plurality of LEDs and transmitted through a lens array is spread by a lenticular lens having different condensing characteristics in the vertical and horizontal directions, and an eye box (a viewer can view images). A HUD has been proposed that increases the brightness of an image by irradiating the range of possible eye positions) and reducing illumination light reaching positions other than the eye box.
しかしながら、特許文献1に記載された照明装置においては、照明光が重複する領域を無くするためにレンズアレイに設けられた凹部に入射した光が利用されないので、光利用効率が低下するという問題がある。また、特許文献1に記載された照明装置においては、レンズのみによって輝度分布ムラを補正しているので、隣接するLED間に、なだらかな輝度分布ムラが存在するという問題がある。
However, in the illuminating device described in
特許文献2に記載されたHUDにおいては、レンズのみによって輝度分布ムラを補正しているので、画像表示パネルの面内の輝度分布ムラを十分に抑制することができないという問題がある。また、特許文献2に記載されたHUDにおいては、レンズのみによってLED光源から発せられた光を平行化しているので、LED光源の発光面積が大きい場合には、光線の平行度が低下し、アイボックスに入射させることができる角度範囲に光線の方向を制御することが難しく、アイボックスに入射されない光線が増えて、光利用効率が低下するという問題がある。 In the HUD described in Patent Document 2, since the luminance distribution unevenness is corrected only by the lens, there is a problem that the in-plane luminance distribution unevenness cannot be sufficiently suppressed. Further, in the HUD described in Patent Document 2, since the light emitted from the LED light source is collimated only by the lens, the parallelism of the light rays decreases when the light emitting area of the LED light source is large, and the eye There is a problem in that it is difficult to control the direction of the light beam within an angle range that can be incident on the box, and the light beam that is not incident on the eye box increases, resulting in a decrease in light use efficiency.
また、液晶表示パネルでは、1対の偏光子の間に光の偏光方向を電気的に変化させることのできる液晶層を設けている。そのために、液晶表示パネルの入射側偏光子の透過偏光軸に平行な偏光方向の光成分は、画像の表示に利用されるが、入射側偏光子の透過偏光軸に直交する偏光方向の光成分は、画像の表示に利用されず、入射側偏光子で吸収される。このため、特許文献1及び2に記載された装置においては、液晶表示パネルの入射側偏光子における光損失が大きく、光利用効率が低いという問題がある。
In the liquid crystal display panel, a liquid crystal layer capable of electrically changing the polarization direction of light is provided between a pair of polarizers. Therefore, the light component in the polarization direction parallel to the transmission polarization axis of the incident-side polarizer of the liquid crystal display panel is used for image display, but the light component in the polarization direction orthogonal to the transmission polarization axis of the incident-side polarizer. Is not used for image display and is absorbed by the incident-side polarizer. For this reason, in the apparatus described in
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、光利用効率が高く且つ輝度分布均一性が高い照明装置及びこの照明装置を用いた画像表示装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and provides an illumination device with high light utilization efficiency and high luminance distribution uniformity and an image display device using the illumination device. With the goal.
本発明に係る照明装置は、少なくとも1つの照明ユニットを有する照明装置であって、前記照明ユニットは、光源と、凹面状の光反射面を有し、前記光反射面によって前記光源から出射された光を反射させるリフレクタと、前記光反射面に対向して配置され、特定の偏光方向の光を透過させ、前記特定の偏光方向以外の偏光方向の光を反射させる反射型偏光フィルムと、前記反射型偏光フィルムに対向して配置された複数の第1の集光レンズ部であって、第1の平面上に規則的に配置された前記複数の第1の集光レンズ部を有する第1のレンズアレイと、前記複数の第1の集光レンズ部に対向して配置された複数の貫通孔を有し、光を反射させるプレート反射面を前記第1のレンズアレイ側に有する開口プレートと、前記複数の貫通孔に対向して配置された複数の第2の集光レンズ部であって、第2の平面上に規則的に配置された前記複数の第2の集光レンズ部を有する第2のレンズアレイとを備え、第1のレンズアレイ、前記開口プレート、及び前記第2のレンズアレイは、前記複数の第1の集光レンズ部の後側焦点位置が前記複数の貫通孔内にそれぞれ位置し、前記複数の第2の集光レンズ部の前側焦点位置が前記複数の貫通孔内にそれぞれ位置するように、配置されることを特徴とする。 The illumination device according to the present invention is an illumination device having at least one illumination unit, and the illumination unit has a light source and a concave light reflection surface, and is emitted from the light source by the light reflection surface. A reflector that reflects light, a reflective polarizing film that is disposed opposite the light reflecting surface, transmits light in a specific polarization direction, and reflects light in a polarization direction other than the specific polarization direction; and the reflection A plurality of first condensing lens portions arranged to face the polarizing film, wherein the first condensing lens portions are regularly arranged on a first plane. An aperture plate having a lens array, and a plurality of through-holes arranged to face the plurality of first condenser lens portions, and having a plate reflection surface on the first lens array side for reflecting light; Opposing to the plurality of through holes A plurality of second condensing lens portions arranged in a second plane, the second lens array having the plurality of second condensing lens portions regularly arranged on a second plane, In the first lens array, the aperture plate, and the second lens array, rear focal positions of the plurality of first condenser lens portions are respectively located in the plurality of through holes, and the plurality of first lenses The front focusing positions of the two condenser lens portions are arranged so as to be positioned in the plurality of through holes, respectively.
本発明に係る画像表示装置は、少なくとも1つの照明ユニットを有する照明装置と、前記照明装置によって光が照射される画像表示パネルと、前記画像表示パネルに表示された画像を投写する投写光学系とを有する画像表示装置であって、前記照明ユニットは、光源と、凹面状の光反射面を有し、前記光反射面によって前記光源から出射された光を反射させるリフレクタと、前記光反射面に対向して配置され、特定の偏光方向の光を透過させ、前記特定の偏光方向以外の偏光方向の光を反射させる反射型偏光フィルムと、前記反射型偏光フィルムに対向して配置された複数の第1の集光レンズ部であって、第1の平面上に規則的に配置された前記複数の第1の集光レンズ部を有する第1のレンズアレイと、前記複数の第1の集光レンズ部に対向して配置された複数の貫通孔を有し、光を反射させるプレート反射面を前記第1のレンズアレイ側に有する開口プレートと、前記複数の貫通孔に対向して配置された複数の第2の集光レンズ部であって、第2の平面上に規則的に配置された前記複数の第2の集光レンズ部を有する第2のレンズアレイとを備え、第1のレンズアレイ、前記開口プレート、及び前記第2のレンズアレイは、前記複数の第1の集光レンズ部の後側焦点位置が前記複数の貫通孔内にそれぞれ位置し、前記複数の第2の集光レンズ部の前側焦点位置が前記複数の貫通孔内にそれぞれ位置するように、配置されることを特徴とする。 An image display apparatus according to the present invention includes an illumination apparatus having at least one illumination unit, an image display panel irradiated with light by the illumination apparatus, and a projection optical system that projects an image displayed on the image display panel. The illumination unit includes a light source, a reflector having a concave light reflection surface, the light reflection surface reflecting light emitted from the light source, and the light reflection surface. A reflective polarizing film that is disposed opposite to transmit light in a specific polarization direction and reflects light in a polarization direction other than the specific polarization direction; and a plurality of reflective polarizing films that are disposed to face the reflective polarizing film A first lens array having a plurality of first condenser lens portions regularly arranged on a first plane, and the plurality of first condenser lenses; Pair with lens An aperture plate having a plate reflection surface on the first lens array side for reflecting light, and a plurality of second holes arranged to face the plurality of through holes. And a second lens array having the plurality of second condenser lens portions regularly arranged on a second plane, the first lens array, the aperture In the plate and the second lens array, rear focal positions of the plurality of first condenser lens portions are respectively located in the plurality of through holes, and front sides of the plurality of second condenser lens portions. It is arranged so that the focal position is located in each of the plurality of through holes.
本発明に係る照明装置及び画像表示装置によれば、リフレクタ、反射型偏光フィルム、及び開口プレートのプレート反射面の組み合わせによって、反射型偏光フィルムを透過できなかった光及び開口プレートの貫通孔を通過できなかった光を反射又は拡散させて再利用可能としているので、光源で発生した光の光利用効率を向上させることができる。 According to the illuminating device and the image display device of the present invention, the combination of the reflector, the reflective polarizing film, and the plate reflecting surface of the aperture plate allows the light that could not pass through the reflective polarizing film and the through hole of the aperture plate to pass through. Since the light that could not be reflected is reflected or diffused and can be reused, the light utilization efficiency of the light generated by the light source can be improved.
また、本発明に係る照明装置及び画像表示装置によれば、反射型偏光フィルムを透過する光の偏光方向を液晶表示パネルの入射側偏光子の透過偏光軸の方向に応じて適切に設定できるので、光源で発生した光の光利用効率を向上させることができる。 Further, according to the illumination device and the image display device according to the present invention, the polarization direction of the light transmitted through the reflective polarizing film can be appropriately set according to the direction of the transmission polarization axis of the incident side polarizer of the liquid crystal display panel. The light utilization efficiency of the light generated by the light source can be improved.
また、本発明に係る照明装置によれば、第1のレンズアレイ、開口プレート、及び第2のレンズアレイの組み合わせによって、照明光の平行度を高くしているので、輝度分布ムラが少なく且つ高輝度な光を照射することができる。 Further, according to the illumination device of the present invention, the parallelism of the illumination light is increased by the combination of the first lens array, the aperture plate, and the second lens array. Bright light can be irradiated.
また、本発明に係る画像表示装置によれば、輝度分布ムラが少なく且つ高輝度な光をアイボックスに照射することができるので、高品質且つ高輝度な画像を表示することができる。 In addition, according to the image display device of the present invention, it is possible to irradiate the eye box with light with high brightness and less uneven brightness distribution, so that a high quality and high brightness image can be displayed.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る照明装置1及び画像表示装置4の構造を概略的に示す断面図であり、図2は、図1に示される照明装置1の外観を概略的に示す斜視図である。また、図3は、図1に示される液晶表示パネル40を図1の右側から見た概略的な正面図であり、図4は、図1に示される第1のレンズアレイ14を概略的に示す斜視図である。また、図5は、図1に示される開口プレート15を図1の右側から見た概略的な正面図であり、図6は、図1に示される第2のレンズアレイ16を概略的に示す斜視図である。また、図7は、図1に示される光源11から発せられた光の主要な光路を示す説明図であり、図8は、図1に示される反射型偏光フィルム13の機能を示す説明図である。なお、図において、x軸、y軸、z軸は、3次元直交座標系の座標軸であり、光源11の発光面に平行な面をxy平面とし、光源11から液晶表示パネル40に向かう光軸を+z軸方向としている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the
図1、図2、及び図7に示されるように、実施の形態1に係る画像表示装置4は、照明装置1と、液晶表示パネル40とを有する。照明装置1は、少なくとも1つの照明ユニット10を有する。実施の形態1においては、照明装置1は、1つの照明ユニット10を有する。図1及び図2に示されるように、照明ユニット10は、光源11と、リフレクタ12と、反射型偏光フィルム13と、第1のレンズアレイ14と、開口プレート15と、第2のレンズアレイ16とを有する。
As shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 7, the image display device 4 according to the first embodiment includes a
図1及び図2に示されるように、光源11は、xy平面に平行な発光面111を有する。光源11は、1又は複数の半導体発光素子112を備えた光源である。光源11としては、複数のLEDを備えたLED光源が好適である。LED光源は、赤、緑、青、白色などの種々の発光色があるが、これらの発光色に限定されない。光源11の発光色は、表示画面の仕様、表示される画像の種類及び大きさ、使用者の要求などの各種条件に基づいて決定することができる。また、光源11には、レーザー光源を用いることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1、図2及び図7に示されるように、リフレクタ12は、凹面状の光反射面121を有し、光反射面121によって光源11から出射された光を反射させる。凹面鏡の焦点位置に光源11の発光部の中心を配置することによって、光源11から出射された光束のうちの、z軸に平行ではなく、直接リフレクタ12に入射する光束を、リフレクタ12の光反射面121によって略平行化して、反射型偏光フィルム13に向けることができる。なお、光反射面121の凹面形状としては、球面状、楕円面状、放物面状などの形状があるが、光源11から出射された光の大部分の進行方向を反射型偏光フィルム13に向かう方向に変えることができる形状を採用することが望ましい。また、リフレクタ12の光反射面121は、鏡などに用いられるアルミ蒸着又は銀コートなどによって製造されることが望ましい。ただし、光反射面121の材料は、これらに限定されるものではなく、拡散反射特性を持つ塗料、例えば、硫酸バリウムなどであってもよい。
As shown in FIGS. 1, 2, and 7, the
図1及び図8に示されるように、反射型偏光フィルム13は、リフレクタ12内において光源11及び光反射面121に対向して配置され、特定の偏光方向の光成分を透過させ、この特定の偏光方向以外の偏光方向の光成分を反射させる。図8に示されるように、反射型偏光フィルム13は、入射光の光成分であるp偏光(符号p)を透過させ、p偏光の偏光方向に直交する偏光方向の光成分であるs偏光(符号s)を反射させる。反射型偏光フィルム13は、例えば、輝度上昇フィルム(3M社製、商品名「DBEF」など)であることが望ましい。反射型偏光フィルム13で反射又は拡散反射した光の中には、偏光方向を変えて、リフレクタ12の光反射面121で反射し、再び反射型偏光フィルム13に向うものがある。すなわち、反射型偏光フィルム13によって反射した光は、光源11の外装部分及び発光面など、リフレクタ12の光反射面121、反射型偏光フィルム13で多数回反射する際に徐々に偏光軸が回転し、p偏光の光成分を含む光となり、反射型偏光フィルム13に向う光となる。このとき、反射型偏光フィルム13は、入射光の内のp偏光(符号p)を透過させ、s偏光(符号s)を反射させる。このように、反射型偏光フィルム13で反射又は拡散反射した光は、リフレクタ12の光反射面121などで反射し、再び反射型偏光フィルム13に向う動作を繰り返す。以上のような反射型偏光フィルム13の機能を、光リサイクル機能ともいう。なお、反射型偏光フィルム13の透過偏光軸の方向が、液晶表示パネル40における入射側偏光子の透過偏光軸の方向と一致するように、反射型偏光フィルム13と液晶表示パネル40を配置することが望ましい。
As shown in FIGS. 1 and 8, the reflective
図1及び図4に示されるように、第1のレンズアレイ14は、反射型偏光フィルム13に対向して配置された複数の第1の集光レンズ部141であって、xy平面に平行な第1の平面142上に規則的に配置された複数の第1の集光レンズ部(レンズセル)141を有する。第1の集光レンズ部141の各々は、例えば、反射型偏光フィルム13に凸を向けた凸レンズである。なお、図には、第1のレンズアレイ14が4行6列の第1の集光レンズ部141を有する場合を例示しているが、第1の集光レンズ部141の配列は、複数行複数列であれば、他の行数及び他の列数であってもよい。また、複数の第1の集光レンズ部141の形状は互いに同じ形状とすることができる望ましいが、異なる形状とすることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
図1及び図5に示されるように、開口プレート15は、複数の第1の集光レンズ部141に対向して配置された複数の貫通孔151を有し、光を反射させる反射面(以下「プレート反射面」とも言う)152を第1のレンズアレイ14側に有し、プレート反射面152を支持する支持板153を第2のレンズアレイ16側に有する。複数の貫通孔(開口部)151の各々の開口形状は、円形である。複数の貫通孔151は、互いに同じ形状とすることが望ましいが、異なる形状とすることも可能である。プレート反射面152は、拡散反射面であることが望ましいが、鏡面としてもよい。開口プレート15のプレート反射面152が拡散反射面とするときには、拡散反射特性を持つ塗料、例えば、硫酸バリウムなどで構成することが望ましい。また、プレート反射面152を拡散性を持たない反射面とする場合には、アルミ蒸着又は銀コートなどを用いることができる。開口プレート15のプレート反射面152で反射した光の一部は、反射型偏光フィルム13を透過してリフレクタ12に向かい、リフレクタ12、反射型偏光フィルム13、開口プレート1のプレート反射面152で多数回反射する過程で、z軸に平行な光束を含むようになり、z軸に平行な光束は、第1のレンズアレイ14、開口プレート15の貫通孔151を通過する。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
図1及び図6に示されるように、第2のレンズアレイ16は、複数の貫通孔151に対向して配置された複数の第2の集光レンズ部(レンズセル)161であって、xy平面に平行な第2の平面162上に規則的に配置された複数の第2の集光レンズ部161を有する。第2の集光レンズ部161の各々は、例えば、液晶表示パネル40に凸を向けた凸レンズである。なお、第2レンズ部161は、光線を略平行化する機能を持つコリメータレンズとしての役割を持つ。図には、第2のレンズアレイ16が4行6列の第2の集光レンズ部161を有する場合を例示しているが、第2の集光レンズ部161の配列は、複数行複数列であれば、他の行数及び他の列数であってもよい。また、複数の第2の集光レンズ部161の形状は互いに同じ形状とすることができることが望ましいが、異なる形状とすることもできる。第1のレンズアレイ14、第2のレンズアレイ16の各レンズセルの数は、同数が望ましいが、これに限定するものではなく、レンズセルの数が異なってもよい。また、第2のレンズアレイ16を光軸方向にスライド可能に備えてもよく、この場合には、第2のレンズアレイ16のスライドに応じて、出射光の平行度を変化させることができる。
As shown in FIGS. 1 and 6, the
図1に示されるように、液晶表示パネル40は、透過型液晶表示パネルである。ただし、液晶表示パネル40として、反射型液晶表示パネルを用いることもできる。また、液晶表示パネル40は、入力信号に応じた画像を表示し画像光を生成可能な画像表示パネルであれば、デジタルマイクロミラーデバイスなどのような他の方式のライトバルブであってもよい。
As shown in FIG. 1, the liquid
また、x軸方向及びy軸方向の各々において、第1のレンズアレイ14を構成する第1の集光レンズ部(レンズセル)141の個数は偶数であることが望ましく、第2のレンズアレイ16を構成する第2の集光レンズ部(レンズセル)161の個数は偶数であることが望ましい。これは、x軸方向及びy軸方向の各々において、第1のレンズアレイ14を構成する第1の集光レンズ部141の個数が奇数であり、第2のレンズアレイ16を構成する第2の集光レンズ部161の個数が奇数である場合には、光源11の中心位置の真正面に第1のレンズアレイ14の中心のレンズセルと第2のレンズアレイ16の中心のレンズセルが配置されることになり、画面の中心に輝度が高い領域が発生するおそれがあるからである。このため、特に、光源11の発光領域のサイズが、レンズセルのサイズよりも小さい場合には、第1のレンズアレイ14を構成する第1の集光レンズ部141の個数を偶数とし、第2のレンズアレイ16を構成する第2の集光レンズ部161の個数を偶数として、図1に示されるように、光源11の中心位置の真正面に隣接するレンズセルの境界が位置するようにすることが望ましい。
Further, in each of the x-axis direction and the y-axis direction, the number of first condenser lens portions (lens cells) 141 constituting the
図9は、実施の形態1に係る照明装置1における第1のレンズアレイ14、開口プレート15、及び第2のレンズアレイ16の要部を概略的に示す拡大断面図である。図9に示されるように、第1のレンズアレイ14、開口プレート15、及び第2のレンズアレイ16は、複数の第1の集光レンズ部141の後側焦点位置が複数の貫通孔151内にそれぞれ位置し、複数の第2の集光レンズ部161の前側焦点位置が複数の貫通孔151内にそれぞれ位置するように、配置される。複数の第1の集光レンズ部141の後側焦点位置と複数の第2の集光レンズ部161の前側焦点位置とが、同じ位置Fであることが望ましい。また、開口プレート15を挟んで対向する第1のレンズアレイ14と第2のレンズアレイ16とは、同じ形状を持つことが望ましい。
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view schematically showing main parts of the
図9において、p1,p2,p3は、光軸方向(z軸方向)に対して略平行の光線を示し、p4,p5は、光軸に対して傾斜した方向の光線を示している。第1のレンズアレイ14に入射した光線p1,p2,p3は、第1のレンズアレイ14の光軸方向に距離f1離れた位置(集光位置)Fに集光スポットをつくる。この集光スポットの位置Fは、開口プレート15の貫通孔151内にある。光線p1,p2,p3は、貫通孔151を通過して第2のレンズアレイ16に入射し、略平行化された光線p1,p2,p3として、光軸方向に進む。また、光軸に対して傾斜した光線p4,p5は、集光位置Fに集光されず、貫通孔151を通過できず、開口プレート15の支持層153上に設けられた反射部であるプレート反射面152によって反射される。この反射光は、光源11、リフレクタ12、反射型偏光フィルム13、開口プレート15のプレート反射面152によって多数回反射して、光軸方向に略平行な光線になると貫通孔151を通過して照明に利用される。以上のような、開口プレート15の貫通孔151を通過できなかった光を反射又は拡散反射させて貫通孔151を通過する光に変更して利用する機能を、光リサイクル機能ともいう。
In FIG. 9, p1, p2, and p3 indicate light rays that are substantially parallel to the optical axis direction (z-axis direction), and p4 and p5 indicate light rays that are inclined with respect to the optical axis. The light rays p1, p2, and p3 incident on the
図10は、実施の形態1に係る照明装置1が適用された画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイ(HUD)7を概略的に示す図である。図10に示されるように、HUD7は、少なくとも1つの照明ユニット10を有する照明装置1と、照明装置1によって光が照射される画像表示パネル40と、画像表示パネル40に表示された画像を、例えば、自動車のフロントガラス72などの表示面に投写する投写光学系(例えば、反射ミラー)71とを有する。照明装置1から出射された光(図1におけるL0)は、入力信号に応じた表示画像を表示する液晶表示パネルを透過して画像光L1となり、反射ミラーで反射してフロントガラス72に投影される。画像の鑑賞者であるドライバー70は、フロントガラス72を通して見える実際の風景に重ねて投影された画像の虚像である表示画像73を見ることができる。図10の照明装置1は、後述する実施の形態2及び3の照明装置であってもよい。また、照明装置1の位置は、図10の例に限定されず、他の位置であってもよい。さらに、投写光学系の構成及び配置も図10の例に限定されず、他の構成及び配置であってもよい。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a head-up display (HUD) 7 as an image display device to which the
以上に説明したように、実施の形態1に係る照明装置1によれば、図9に示されるよう、第1のレンズアレイ14によって貫通孔151内に集光し、貫通光151を通過した光線は、貫通孔151内に前側焦点を有する第2のレンズアレイ16の第2の集光レンズ部161によって平行化される(すなわち、進行方向が概ね同じ方向である平行光束となる)。このとき、貫通孔151のようなピンホールに集光し、貫通光151を通過した光は、点光源から発せられた光のように振る舞うために、第2のレンズアレイ16によって平行化された光を、非常に高い平行度を持つ光とすることができる。
As described above, according to the illuminating
また、実施の形態1に係る照明装置1によれば、第2のレンズアレイ16と開口プレート15間の距離を第2のレンズアレイ16の焦点距離からずらして取り付けることによって、又は、第2のレンズアレイ16を光軸方向にスライド可能に構成してスライドさせることによって、照明光L0の平行度を変化させることができる。これによって、例えば、HUD7においては、ドライバー70が画像を視認することが可能となる目の位置の範囲を示すアイボックス(図10に一例を示す)のサイズを変更することができる。
Moreover, according to the illuminating
また、実施の形態1に係る照明装置1及び画像表示装置4によれば、第2のレンズアレイ16から出射された照明光L0の偏光軸が一定方向に揃っており、また、この偏光軸の方向を、液晶表示パネル40の透過偏光軸の方向と一致させている。このため、自然光が入射する場合にくらべ、照明光L0は、液晶表示パネル40によって光量を大きく損失することなく透過し、さらに、平行度が高い光であるから、高輝度化を実現することができる。
Further, according to the
また、実施の形態1に係る照明装置1及び画像表示装置4によれば、リフレクタ12の出射面の領域を第1のレンズアレイ14及び第2のレンズアレイ16によって細分化、且つ、各レンズセルのサイズにおいて積分及び平均化されて、液晶表示パネル40を照明するため、液晶表示パネル40における輝度分布の均一性の高めることができる。
In addition, according to the
また、光源11の発光領域中心付近に第1のレンズアレイ14におけるレンズセルの境界を配置し、且つ、光源11の発光領域中心付近に第2のレンズアレイ16におけるレンズセルの境界を配置することによって、光源11の発光領域中心付近からz軸方向に出射される平行光の成分を複数のレンズセルに分散して入射させることができるため、液晶表示パネル40への均一照明性を向上させることができる。
Further, the boundary of the lens cell in the
実施の形態2.
図11は、本発明の実施の形態2に係る照明装置2及び画像表示装置5の構造を概略的に示す断面図である。また、図12(a)〜(c)は、図11に示される照明装置2における第1のレンズアレイ24、開口プレート25、及び第2のレンズアレイ26の構造を概略的に示す斜視図である。図11において、図1に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、同じ符号を付す。実施の形態2に係る照明装置2は、第1のレンズアレイ24、開口プレート25、及び第2のレンズアレイ26の構造の点のみが、実施の形態1に係る照明装置1と相違する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing structures of the illumination device 2 and the image display device 5 according to Embodiment 2 of the present invention. FIGS. 12A to 12C are perspective views schematically showing structures of the
図12(a)に示されるように、第1のレンズアレイ24は、x軸方向に長く、凸部を反射型偏光フィルム13に向けた第1のシリンドリカルレンズ(第1の集光レンズ部)241をy軸方向に複数行に配列した構造を有する。図12(a)は、第1のシリンドリカルレンズ241が4行配列されている場合を示しているが、第1のシリンドリカルレンズ241の行数は4行以外であってもよい。
As shown in FIG. 12A, the
また、図12(b)に示されるように、開口プレート25は、複数行複数列に配列された貫通孔(開口部)251を有する。貫通孔251の開口形状は、x軸方向に長い長方形である。図12(b)は、貫通孔251が4行6列配列されている場合を示しているが、貫通孔251の配列は、図示の例に限定されない。
As shown in FIG. 12B, the opening
また、図12(c)に示されるように、第2のレンズアレイ26は、x軸方向に長く、凸部を外側に向けた第2のシリンドリカルレンズ(第2の集光レンズ部)261をy軸方向に複数行に配列した構造を有する。図12(c)は、第2のシリンドリカルレンズ261が4行配列されている場合を示しているが、第2のシリンドリカルレンズ261の行数は4行以外であってもよい。
Also, as shown in FIG. 12C, the
HUDにおけるアイボックスは、その設計仕様に応じて、立方体(xy平面に平行な断面が正方形)又は直方体(xy平面に平行な断面が長方形)となることがある。HUDは、鑑賞者(例えば、自動車のドライバーや航空機の操縦者など)の片目のみで画像を視認できるように設計することもあるが、一般的には、鑑賞者の両目によって画像を視認させる必要があり、この場合には、鑑賞者の両目がアイボックス内に収まるように、アイボックスのxy平面に平行な断面を長方形にする設計する必要がある。この場合には、液晶表示パネル40から出射される出射光の角度分布を、x軸方向に長い横長のアイボックスの形状に応じて、調整する必要がある。そのため、第1のレンズアレイ24及び第2のレンズアレイ26を、x軸方向に曲率を持たせずに(すなわち、曲率が0)、y軸方向にのみ曲率を持たせたシリンドリカル形状とすることによって、液晶表示パネル40から出射される画像光L1の縦方向の角度分布を調整し易くなる。なお、第1のレンズアレイ24、第2のレンズアレイ26間の距離が、それぞれのレンズアレイの焦点距離の和(f1+f2)と同じであるとき、第2のレンズアレイ26からの出射光L0の平行度が最大となる。
The eye box in the HUD may be a cube (a cross section parallel to the xy plane is a square) or a cuboid (a cross section parallel to the xy plane is a rectangle) depending on the design specifications. The HUD may be designed so that an image can be viewed with only one eye of a viewer (for example, a driver of an automobile or an aircraft operator), but in general, the image needs to be viewed with both eyes of the viewer. In this case, it is necessary to design the cross section parallel to the xy plane of the eye box to be rectangular so that both eyes of the viewer can fit within the eye box. In this case, it is necessary to adjust the angular distribution of the emitted light emitted from the liquid
以上に説明したように、実施の形態2に係る照明装置2によれば、第1のレンズアレイ24の第1の集光レンズ部(シリンドリカルレンズ)241によって貫通孔251内に集光し、貫通孔251を通過した光線は、貫通孔251内に前側焦点を有する第2のレンズアレイ26の第2の集光レンズ部(シリンドリカルレンズ)261によって平行化される(すなわち、進行方向が概ね同じ方向である平行光束となる)。このため、第2のレンズアレイ26によって平行化された光を、非常に平行度が高い光とすることができる。
As described above, according to the illuminating device 2 according to the second embodiment, the light is condensed in the through
また、実施の形態2に係る照明装置2によれば、第2のレンズアレイ26と開口プレート25間の距離を第2のレンズアレイ16の焦点距離からずらして取り付けることによって、又は、第2のレンズアレイ26を光軸方向にスライド可能に構成してスライドさせることによって、照明光L0の平行度を変化させることができる。これによって、例えば、HUD7においては、ドライバー70のアイボックスの縦方向のサイズを変更することができる。
Moreover, according to the illuminating device 2 which concerns on Embodiment 2, the distance between the
また、実施の形態2に係る照明装置2及び画像表示装置5によれば、第2のレンズアレイ26から出射された照明光L0の偏光軸が一定方向に揃っており、また、この偏光軸の方向は、液晶表示パネル40の透過偏光軸の方向と一致させている。このため、照明光L0は、液晶表示パネル40によって光量を大きく損失することなく透過し、さらに、平行度が高い光であるから、高輝度化を実現することができる。
Further, according to the illumination device 2 and the image display device 5 according to Embodiment 2, the polarization axes of the illumination light L0 emitted from the
また、実施の形態2に係る照明装置2及び画像表示装置5によれば、リフレクタ12の出射面の領域を第1のレンズアレイ24及び第2のレンズアレイ26によって細分化、且つ、各レンズセルのサイズにおいて積分及び平均化されて、液晶表示パネル40を照明するため、液晶表示パネル40における輝度分布の均一性を高めることができる。
In addition, according to the illumination device 2 and the image display device 5 according to the second embodiment, the region of the exit surface of the
また、光源11の発光領域中心付近に第1のレンズアレイ24におけるレンズセルの境界を配置し、且つ、光源11の発光領域中心付近に第2のレンズアレイ26におけるレンズセルの境界を配置することによって、光源11の発光領域中心付近からz軸方向に出射される平行光の成分を複数のレンズセルに分散して入射させることができるため、液晶表示パネル40への均一照明性を向上させることができる。
Further, the boundary of the lens cell in the
実施の形態3.
図13は、本発明の実施の形態3に係る照明装置3及び画像表示装置6の構造を概略的に示す断面図である。また、図14は、図13に示される照明装置3を概略的に示す斜視図である。図13において、図1に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、同じ符号を付す。実施の形態3に係る照明装置3は、照明ユニット10(又は20)を複数有する点のみが、実施の形態1又は2に係る照明装置1又は2と相違する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing structures of illumination device 3 and image display device 6 according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 14 is a perspective view schematically showing the illumination device 3 shown in FIG. In FIG. 13, the same reference numerals are given to the same or corresponding components as those shown in FIG. The illumination device 3 according to the third embodiment is different from the
実施の形態1(又は2)では、1つの液晶表示パネル40に対して、1つの照明ユニット10(又は20)を対向させた場合を説明したが、図13及び図14に示されるように、1つの液晶表示パネル40に対し、複数の照明ユニット10(又は20)を対向させてもよい。図には、複数の照明ユニット10が2行2列の4台である場合を例示しているが、照明ユニット10の数及び配列は、4台以外であってもよく、2行2列以外であってもよい。
In the first embodiment (or 2), the case where one illumination unit 10 (or 20) is opposed to one liquid
実施の形態3に係る照明装置3及び画像表示装置6によれば、複数の照明ユニット10(又は20)によって画像表示パネル40を照明するので、HUDによって表示された画像を高輝度化することができる。
According to the illumination device 3 and the image display device 6 according to the third embodiment, the
1,2,3 照明装置、 4,5,6 画像表示装置、 7 ヘッドアップディスプレイ(画像表示装置)、 10,20 照明ユニット、 11 光源、 12 リフレクタ、 13 反射型偏光フィルム、 14,24 第1のレンズアレイ、 15,25 開口プレート、 16,26 第2のレンズアレイ、 40,50 液晶表示パネル、 111 発光面、 112 半導体発光素子、 121 光反射面、 141 第1の集光レンズ部(レンズセル)、 151,251 貫通孔(開口部)、 152,252 プレート反射面、 161 第2の集光レンズ部(レンズセル)、 241 第1の集光レンズ部(シリンドリカルレンズ)、 261 第2の集光レンズ部(シリンドリカルレンズ)、 L0 照明光、 L1 画像光。 1, 2, 3 Illumination device, 4, 5, 6 Image display device, 7 Head-up display (image display device), 10, 20 Illumination unit, 11 Light source, 12 Reflector, 13 Reflective polarizing film, 14, 24 1st Lens array, 15, 25 aperture plate, 16, 26 second lens array, 40, 50 liquid crystal display panel, 111 light emitting surface, 112 semiconductor light emitting element, 121 light reflecting surface, 141 first condenser lens portion (lens Cell), 151,251 through-hole (opening), 152,252 plate reflecting surface, 161 second condenser lens part (lens cell), 241 first condenser lens part (cylindrical lens), 261 second Condensing lens part (cylindrical lens), L0 illumination light, L1 image light.
Claims (13)
前記照明ユニットは、
光源と、
凹面状の光反射面を有し、前記光反射面によって前記光源から出射された光を反射させるリフレクタと、
前記光反射面に対向して配置され、特定の偏光方向の光を透過させ、前記特定の偏光方向以外の偏光方向の光を反射させる反射型偏光フィルムと、
前記反射型偏光フィルムに対向して配置された複数の第1の集光レンズ部であって、第1の平面上に規則的に配置された前記複数の第1の集光レンズ部を有する第1のレンズアレイと、
前記複数の第1の集光レンズ部に対向して配置された複数の貫通孔を有し、光を反射させるプレート反射面を前記第1のレンズアレイ側に有する開口プレートと、
前記複数の貫通孔に対向して配置された複数の第2の集光レンズ部であって、第2の平面上に規則的に配置された前記複数の第2の集光レンズ部を有する第2のレンズアレイと、
を備え、
第1のレンズアレイ、前記開口プレート、及び前記第2のレンズアレイは、前記複数の第1の集光レンズ部の後側焦点位置が前記複数の貫通孔内にそれぞれ位置し、前記複数の第2の集光レンズ部の前側焦点位置が前記複数の貫通孔内にそれぞれ位置するように、配置される
ことを特徴とする照明装置。 A lighting device comprising at least one lighting unit,
The lighting unit is:
A light source;
A reflector having a concave light reflecting surface, and reflecting the light emitted from the light source by the light reflecting surface;
A reflective polarizing film that is disposed to face the light reflecting surface, transmits light in a specific polarization direction, and reflects light in a polarization direction other than the specific polarization direction;
A plurality of first condensing lens portions arranged to face the reflective polarizing film, the first condensing lens portions being regularly arranged on a first plane. 1 lens array;
An aperture plate having a plurality of through-holes arranged to face the plurality of first condenser lens portions and having a plate reflecting surface on the first lens array side for reflecting light;
A plurality of second condensing lens portions arranged to face the plurality of through holes, the second condensing lens portions regularly arranged on a second plane. Two lens arrays;
With
In the first lens array, the aperture plate, and the second lens array, rear focal positions of the plurality of first condenser lens portions are respectively located in the plurality of through holes, and the plurality of first lenses The illuminating device is arranged such that front focal positions of the two condenser lens portions are respectively positioned in the plurality of through holes.
前記複数の第2の集光レンズ部は、前記第2の平面上に複数行複数列に配列された複数の凸レンズであり、
前記複数の貫通孔は、複数行複数列に配列された
ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 The plurality of first condenser lens portions are a plurality of convex lenses arranged in a plurality of rows and a plurality of columns on the first plane,
The plurality of second condenser lens portions are a plurality of convex lenses arranged in a plurality of rows and a plurality of columns on the second plane,
The lighting device according to claim 1, wherein the plurality of through holes are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns.
前記複数の第2の集光レンズ部は、前記第2の平面上に複数行に配列された複数のシリンドリカルレンズであり、
前記複数の貫通孔は、複数行に配列された
ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 The plurality of first condenser lens units are a plurality of cylindrical lenses arranged in a plurality of rows on the first plane,
The plurality of second condenser lens units are a plurality of cylindrical lenses arranged in a plurality of rows on the second plane,
The lighting device according to claim 1, wherein the plurality of through holes are arranged in a plurality of rows.
前記複数の第2の集光レンズ部は、互いに同じ形状を有し、
前記複数の貫通孔は、互いに同じ形状を有する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の照明装置。 The plurality of first condenser lens portions have the same shape as each other,
The plurality of second condenser lens portions have the same shape as each other,
The lighting device according to claim 1, wherein the plurality of through holes have the same shape as each other.
前記複数の照明ユニットにおける複数の前記第2のレンズアレイが同一平面上に配列されるように、前記複数の照明ユニットを配置した
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の照明装置。 The at least one lighting unit is a plurality of lighting units;
10. The plurality of illumination units are arranged such that the plurality of second lens arrays in the plurality of illumination units are arranged on the same plane. 10. Lighting equipment.
前記照明装置によって光が照射される画像表示パネルと、
前記画像表示パネルに表示された画像を投写する投写光学系と
を有する画像表示装置であって、
前記照明ユニットは、
光源と、
凹面状の光反射面を有し、前記光反射面によって前記光源から出射された光を反射させるリフレクタと、
前記光反射面に対向して配置され、特定の偏光方向の光を透過させ、前記特定の偏光方向以外の偏光方向の光を反射させる反射型偏光フィルムと、
前記反射型偏光フィルムに対向して配置された複数の第1の集光レンズ部であって、第1の平面上に規則的に配置された前記複数の第1の集光レンズ部を有する第1のレンズアレイと、
前記複数の第1の集光レンズ部に対向して配置された複数の貫通孔を有し、光を反射させるプレート反射面を前記第1のレンズアレイ側に有する開口プレートと、
前記複数の貫通孔に対向して配置された複数の第2の集光レンズ部であって、第2の平面上に規則的に配置された前記複数の第2の集光レンズ部を有する第2のレンズアレイと、
を備え、
第1のレンズアレイ、前記開口プレート、及び前記第2のレンズアレイは、前記複数の第1の集光レンズ部の後側焦点位置が前記複数の貫通孔内にそれぞれ位置し、前記複数の第2の集光レンズ部の前側焦点位置が前記複数の貫通孔内にそれぞれ位置するように、配置される
ことを特徴とする画像表示装置。 A lighting device having at least one lighting unit;
An image display panel irradiated with light by the illumination device;
A projection optical system for projecting an image displayed on the image display panel,
The lighting unit is:
A light source;
A reflector having a concave light reflecting surface, and reflecting the light emitted from the light source by the light reflecting surface;
A reflective polarizing film that is disposed to face the light reflecting surface, transmits light in a specific polarization direction, and reflects light in a polarization direction other than the specific polarization direction;
A plurality of first condensing lens portions arranged to face the reflective polarizing film, the first condensing lens portions being regularly arranged on a first plane. 1 lens array;
An aperture plate having a plurality of through-holes arranged to face the plurality of first condenser lens portions and having a plate reflecting surface on the first lens array side for reflecting light;
A plurality of second condensing lens portions arranged to face the plurality of through holes, the second condensing lens portions regularly arranged on a second plane. Two lens arrays;
With
In the first lens array, the aperture plate, and the second lens array, rear focal positions of the plurality of first condenser lens portions are respectively located in the plurality of through holes, and the plurality of first lenses An image display device, wherein the front focal positions of the two condensing lens portions are disposed so as to be respectively located in the plurality of through holes.
前記複数の照明ユニットにおける複数の前記第2のレンズアレイが同一平面上に配列されるように、前記複数の照明ユニットが配置され、
前記画像表示パネルは、前記複数の照明ユニットに対向して配置される
ことを特徴とする請求項11又は12に記載の画像表示装置。
The at least one lighting unit is a plurality of lighting units;
The plurality of illumination units are arranged such that the plurality of second lens arrays in the plurality of illumination units are arranged on the same plane,
The image display device according to claim 11, wherein the image display panel is disposed to face the plurality of illumination units.
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