JP2021093368A - 光源装置およびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でかつ低コストで製造可能で、ＨＵＤや超小型プロジェクタなどの電子装置の表示デバイスの照明用光源として好適な光源装置を提供する。【解決手段】光源装置は、固体光源と、固体光源から出射された光を略平行光に変換するコリメート光学系、コリメート光学系から出射した光を入射し、その光を入射方向とは別方向に出射する導光体を備える。更に、前記導光体から出射する光の偏光方向を一方向にそろえる偏光変換素子を具備している。【選択図】図１７

Description

本発明は、面状の光源として利用可能な光源装置に関し、特に、小型化を目指した画像表示デバイスを備えた電子装置に用いるのに適した面状の光源装置に関する。

Head Up Display（以下、「ＨＵＤ」）や超小型プロジェクタの表示デバイスの照明用光源として、小型で、かつ、高効率の光源装置が望まれている。

なお、従来、小型かつ高効率の光源装置を実現する上で、透明樹脂上に所定のテクスチャーを形成した導光体を活用した光源装置が、以下の特許文献１により、既に知られている。この特許文献に記載の導光体照明装置は、導光体端部より光を入射し、導光体表面に形成されたテクスチャーにより入射した光を散乱させることにより、薄型の高効率光源装置を実現できることが記載されている。

特開平１１−２２４５１８号公報

近年、固体光源であるＬＥＤの発光効率の向上に伴い、光源装置の発光源としてＬＥＤを用いることが有効である。しかしながら、ＬＥＤおよびその光を略平行光に変換するＬＥＤコリメータを用いた光学系では、上述した従来技術（特許文献１）において開示された光学系の形状では、その光利用効率特性や均一照明特性において、未だ不十分であることが分かった。

そこで、本発明では、具体的には、ＬＥＤ光源からのレーザ光の光利用効率特性や均一照明特性をより向上することにより光源装置の小型化を達成すると共に、低コストで製造可能な、もって、ＨＵＤや超小型プロジェクタなどの電子装置の表示デバイスにおける照明用光源として好適な光源装置を提供し、更には、それを利用した画像表示デバイスを備えた電子装置を提供することをその目的とする。

上記の目的を達成するための一実施の態様として、本発明によれば、固体光源と、前記固体光源から出射された光を略平行光に変換するコリメート光学系と、前記コリメート光学系から出射した光を入射し、その光を入射方向とは別方向に出射する導光体を備えた光源装置であって、更に、前記導光体から出射する光の偏光方向を一方向にそろえる偏光変換素子を具備している光源装置が提供される。

また、本発明によれば、前記の光源装置を画像表示デバイスとして利用した電子装置は、ＨＵＤやプロジェクタを含んでいる。

上述した本発明によれば、低コストで製造可能、かつ、小型化、高効率の光源装置が実現できる。

本発明の実施例１に係る光源装置の全体概観を示す展開斜視図である。 上記実施例１に係る光源装置における光学系の内部構成の概観を示す斜視図である。 上記実施例１に係る光源装置における導光体の詳細について説明する斜視図や一部拡大断面を含む図である。 上記実施例１に係る光源装置における導光体の動作の詳細について説明する側面図である。 上記実施例１に係る光源装置における導光体の動作の詳細について説明する上面および側面図である。 上記実施例１に係る光源装置における導光体の動作を説明するための比較例を示す図である。 上記実施例１に係る光源装置におけるコリメータや合成拡散ブロックの詳細について説明する斜視図である。 上記実施例１に係る光源装置における合成拡散ブロックの詳細について説明する一部拡大断面図である。 上記実施例１に係る光源装置の光学系の構成部品である導光体を成形するために用いる金型の加工方法を説明する図である。 本発明の実施例１に係る光源装置の変形例である光源装置の全体概観を示す外観斜視図である。 本発明の実施例１に係る光源装置の変形例である光源装置の光学系の内部構成の概観を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係る光源装置の他の変形例である光源装置の全体概観を示す外観斜視図である。 本発明の実施例１に係る光源装置におけるコリメータの別形態と合成拡散ブロックの形状を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係る光源装置を、その表示デバイスの照明用光源として利用したＨＵＤの構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る光源装置を、その表示デバイスの照明用光源として利用したプロジェクタの構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る光源装置の光学系の構造の一例を示す斜視図である。 上記実施例２に係る光源装置の光学系における動作を示す側面図である。 上記実施例２に係る光源装置における導光体の動作の詳細について説明する上面および側面図である。 上記実施例２に係る光源装置の光学系の構成部品であるＬＥＤコリメータと合成拡散ブロックの構造の一例を示す斜視図である。 上記実施例２に係る光源装置の光学系の構成部品である合成拡散ブロックの構造の一例を示す斜視図である。 上記実施例２に係る光源装置における合成拡散ブロックの詳細について説明する断面とその一部拡大断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る光源装置の概観を示す展開斜視図である。図からも明らかなように、光源装置（本体）１０は、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部に、後にも詳述するＬＥＤ、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納してなる光源装置ケース１１から構成されている。その上面には、液晶表示素子５０が取り付けられており、また、その一の側面には、半導体光源であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子やその制御回路を実装したＬＥＤ基板１２が取り付けられていると共に、当該ＬＥＤ基板１２の外側面には、上記ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するためのヒートシンク１３が取り付けられている。

更に、光源装置ケース１１の上面に取り付けられた液晶表示素子５０は、液晶表示パネルフレーム５１と、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル５２と、更に、当該パネルに電気的に接続されたＦＰＣ（フレキシブル配線基板）５３とから構成されている。即ち、液晶表示パネル５２は、後にも詳細に説明するが、電子装置を構成する制御回路（ここでは図示せず）からの制御信号によって制御される。

図２は、上記光源装置１０の内部、即ち、光源装置ケース１１内に収納されている光学系の構成を示す。

光源を構成する複数（本例では、４個）のＬＥＤ１４ａ〜１４ｄ（図２においては、ＬＥＤ１４ａ、１４ｂの２個のみを示す）が、略放物断線を回転して得られる円錐凸形状の外形を有するＬＥＤコリメータ１５のそれぞれの底部に取り付けられており、当該コリメータの光の出射側には、矩形状の合成拡散ブロック１６が設けられている。即ち、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂから射出されたレーザ光は、ＬＥＤコリメータ１５の放物線の境界面により反射され、平行光となって合成拡散ブロック１６へ入射する。

更に、上記合成拡散ブロック１６の出射面側には、第１の拡散板１８ａを介して、断面略三角形の棒状の導光体１７が設けられており、その上面には、第２の拡散板１８ｂが取り付けられている。これにより、上記ＬＥＤコリメータ１５の水平光は、当該導光体１７の働きにより図の上方に反射されて、上記液晶表示素子５０の入射面に導かれる。なお、その際、上記第１および第２の拡散板１８ａ、１８ｂによって、その強度が均一化される。

＜導光体の詳細構造＞
続いて、上記光源装置１０を構成する導光体１７の詳細について、以下に、図面を参照しながら説明する。なお、図３（ａ）は、当該導光体１７の全体を示す斜視図を、図３（ｂ）は、その断面を、そして、図３（ｃ）および（ｄ）は、断面の詳細を示す一部拡大断面図である。

導光体１７は、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により断面略三角形（図３（ｂ）参照）の棒状に形成された部材であり、そして、図３（ａ）からも明らかなように、上記合成拡散ブロック１６の出射面に第１の拡散板１８ａを介して対向する導光体光入射部（面）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（面）１７２と、第２の拡散板１８ｂを介して上記液晶表示素子５０の液晶表示パネル５２と対向する導光体光出射部（面）１７３とを備えている。

この導光体１７の導光体光反射部（面）１７２には、その一部拡大図である図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面１７２ａ（図では右上がりの線分）は、図において一点鎖線で示す水平面に対してαｎ（ｎ：自然数であり、本例では、例えば、１〜１３０である）を形成しており、その一例として、ここでは、αｎを５２度以下（但し、４４度以上）に設定している。

他方、連接面１７２ｂ（図では右下がりの線分）は、反射面１７２ａに対してβｎ（ｎ：自然数であり、本例では、例えば、１〜１３０である）なる角度を形成している。即ち、反射部の連接面１７２ｂは、入射光に対して、後に述べる散乱体の半値角の範囲で影になる角度に傾斜されている。後にも詳述するが、α１、α２、α３、α４…は反射面仰角を形成し、β１、β２、β３、β４…は反射面と連接面との相対角度を形成しており、その一例として、９０度以上（但し、１８０度以下）に設定されている。なお、本例では、β１＝β２＝β３＝β４＝ …＝β１２２＝…β１３０である。

図４および図５に、説明のために、導光体１７に対して反射面１７２ａと連接面１７２ｂの大きさを相対的に大きくした模式図を示す。導光体１７の導光体入射部（面）１７１では、主たる光線が、反射面１７２ａに対して入射角が大きくなる方向にδだけ偏向されている（図５（ｂ）参照）。即ち、導光体入射部（面）１７１は、光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。これによれば、合成拡散ブロック１６の出射面からの平行光は、第１の拡散板１８ａを介して拡散されて入射し、図からも明らかなように、導光体入射部（面）１７１により上方に僅かに屈曲（偏向）しながら導光体光反射部（面）１７２に達する（図６の比較例を参照）。

なお、この導光体光反射部（面）１７２には、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されており、拡散光は、各々の反射面１７２ａ上で全反射されて上方に向かい、更には、導光体光出射部（面）１７３や第２の拡散板１８ｂを介して、平行な拡散光として液晶表示パネル５２へ入射する。そのため、反射面仰角α１、α２、α３、α４…は、各々の反射面１７２ａが前記拡散光に対して臨界角以上の角度となるように設定されており、他方、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの相対角度β１、β２、β３、β４…は、上述したように一定の角度、その理由は後にも述べるが、より好ましくは、９０度以上の角度（βn≧90°）に設定されている。

上述した構成により、各反射面１７２ａが前記拡散光に対して常に臨界角以上の角度となるような構成になっているので、反射部１７２に金属等の反射膜を形成しなくても、全反射が可能となり、低コストの光源装置を実現できる。一方、比較例となる図６に示した様に、導光体１７の導光体入射部で、主たる光線の屈曲（偏光）が無い場合は、拡散光の一部３１ｂが反射面１７２ａに対して、臨界角以下になってしまい、十分な反射率が確保できないので、特性の良い（明るい）光源装置が実現できない。

また、反射面仰角α１、α２、α３、α４…は、導光体光反射部（面）１７２の下部から上部に移動するに従って僅からに増加する値となっている。これは、液晶表示素子５０の液晶表示パネル５２を透過した光はある程度の発散角を有しているため、特に液晶表示パネル５２の周辺部を透過した光の一部が、下流に配置されたミラーの周縁でけられるいわゆる周辺減光の生を防止する目的で、図４の光線３０に示す様に、周辺部の光線がやや中心軸方向に偏向させた構成を実現するためである。

上記でも述べたように、β１=β２=β３=β４…βn≧90°としたが、これは、図９にも示すように、導光体１７を射出成形で作製するための金型４０の加工において、底面と側面の相対角度がβのエンドミル３５によって、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが、同時に、加工できるためである。また、反射面１７２ａと連接面１７２ｂに対し、相対的に太い工具で加工が可能であることから、加工時間が大幅に短縮でき加工費の大幅な低減が可能となる。また、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの境界エッジが精度良く加工可能でき、導光体１７の導光特性の向上を図ることができる。

また、図中のＬr１、Ｌr２、Ｌr３、Ｌr４…は反射面１７２ａの水平面に対する投影長さを、そして、Ｌc１、Ｌc２、Ｌc３、Ｌc４…は、連接面１７２ｂの水平面に対する投影長さをそれぞれ表しており、Ｌr/Ｌc、即ち反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの比率は、場所により変更可能な構成とした。導光体１７に入射する主たる光線３０の強度分布は、必ずしも液晶表示パネル入射面で望まれる強度分布と一致しない。そこで、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの比率Ｌr/Ｌcにより、強度分布を調整する構成を採用した。なお、この比率を高めるほど、その部分の反射光の平均的な強度を高めることができる。一般的に、導光体に入射する光線３０は、中央部が強くなりがちなので、それを補正するのに、前記比率Ｌr/Ｌcは、場所により異なる構成とし、特に、中央部が小さくなるようにした。前記比率Ｌr/Ｌcが場所により異なる構成および前述した反射面仰角α１、α２、α３、α４…が場所により異なる構成であるため、反射部１７２の概形状を表す包絡線１７２ｃは、図４に示す様に曲線形状を示す。

更に、Lr1+Lc1=Lr2+Lc2= Lr3+Lc3= Lr4+Lc4…=Lr+Lc≦0.6mmとした。かかる構成を採用することによれば、導光体１７の光出射面１７３から見た反射面の繰り返しピッチを同一とすることができる。また、そのピッチは、０．６ｍｍ以下であることから、拡散板１８a,１８ｂの作用・効果と相まって、液晶表示パネル５２越しで見た場合、個々の出射面が分離せず、連続面として見えることから、液晶表示パネル５２越しの空間輝度の均一化が図れ、もって、表示特性が向上する。即ち、本構成により、液晶表示パネル５２上での入射光強度分布を均一化することが可能となる。他方、Ｌr＋Ｌcの値が０．２ｍｍより小さいと、加工時間がかかるばかりではなく、各反射面１７２ａを精度良く加工するのが困難となるので０．２ｍｍ以上が望ましい。

更に、ここでは図示はしないが、上述したＬr＋Ｌcの値（長さの和）は、全体またはその一部において、Lr1+Lc1＞Lr2+Lc2＞Lr3+Lc3＞Lr4+Lc4…と、または、Lr1+Lc1=Lr2+Lc2=Lr3+Lc3=Lr4+Lc4.....= Lr90+Lc90> Lr91+Lc91= Lr92+Lc92> Lr93+Lc93...> Lr130+Lc130と、または、Lr1+Lc1≧Lr2+Lc2≧ Lr3+Lc3≧ Lr4+Lc4…Lr1+Lc1>Lr130+Lc130のようにした構成でも良い。かかる構成を採用することによれば、導光体１７の出射面１７３から見た反射面１７２ａの繰り返しピッチが、出射面１７３に近づくに従い細かくなる。ひいては本構成により、導光体１７の拡散板１８ｂから見た反射面１７２ａの繰り返しピッチが、拡散板１８ｂに近づくに従い細かくなる。反射面１７２ａの繰り返し構造は、拡散板１８ｂに近づくほど視認性が増し光強度の均一性を損ねるため、拡散板１８ｂの拡散性はある程度必要であるが、本構成を採用することにより、拡散板１８ｂに近い位置に配置される反射面の繰り返しピッチが細かくなるため、散乱板の拡散性が小さくとも光強度の均一性が確保でき、ひいては光利用効率の向上を図れる。また、Ｌr＋Ｌcの値は、上述したように０．２ｍｍ以上、かつ、０．６ｍｍ以下の範囲内に設定することが望ましい。

上述した導光体１７の導光体光反射部（面）１７２の形状によれば、主たる光の全反射条件を満たすことができ、反射部１７２にアルミ等の反射膜を設ける必要がなく、光を効率的に反射することが可能となり、製造コストの上昇を伴うアルミニウム薄膜の蒸着作業なども必要なく、より低コストで、明るい光源が実現できる。また、各相対角βは、連接面１７２ｂが主たる光線３０が合成拡散ブロック１６および拡散板１８aで拡散した光に対して影になるような角度に設定した。これにより、連接面１７２ｂへの不要な光の入射を抑制することで、不要な光の反射を低減でき、特性が良好な光源装置を実現することが可能となる。

液晶表示パネルに入射する主たる光線の傾きは、一般的には、垂直に近い方が望ましいが、しかしながら、液晶表示パネルの特性によっては、図５（ｂ）に示した様に、角度ηだけ傾けることも可能である。即ち、市販されている液晶表示パネルの中には、入射角を５〜１０°程度傾けた方が、特性が良い物があるが、その場合には、上記ηをその特性に応じて５°〜１０°とすることが望ましい。

また、パネルをη傾ける代わりに、反射面１７２ａの角度を調整することにより、液晶表示パネルへの主たる光線の傾きを傾けることも可能である。更に、前記光線の傾きを導光体の側面方向に傾ける必要がある場合には、前記合成拡散ブロック１６の出射面に形成された三角形状のテクスチャー１６１の斜面傾きを左右非対称にするか、反射面１７２ａ、１７２ｂで構成されるテクスチャーの形成方向を変更することにより、実現可能であろう。

続いて、光源装置１０の他の構成要素である、合成拡散ブロック１６について、図７および図８を参照しながら説明する。なお、図７は、上記ＬＥＤコリメータ１５と一体化された合成拡散ブロック１６を示しており、図８（ａ）および（ｂ）は、合成拡散ブロック１６の一部拡大断面が示されている。

図８（ａ）からも明らかなように、合成拡散ブロック１６の出射面には、多数の断面略三角形状のテクスチャー１６１が形成されており、当該テクスチャー１６１の働きにより、ＬＥＤコリメータ１５から出射する光が、上記導光体１７の入射部（面）１７１の図示紙面の鉛直方向に拡散される。そして、上記略三角形状のテクスチャー１６１と拡散板１８ａ、１８ｂの相互作用により、ＬＥＤコリメータ１５が離散的に配置されていても、導光体１７の出射部１７３から出射する光の個強度分布を均一化することが可能となる。特に、テクスチャー１６１により、拡散方向を導光体側面方向に限定すること、更には、側面方向の拡散性の制御が可能となることから、上記第１および第２の拡散板１８ａ、１８ｂの等方拡散性を弱くすることが可能となり、その結果、光利用効率が向上し、特性の良い光源装置が実現できることとなる。なお、本例では、略三角形状のテクスチャー１６１の一例として、角度γ＝３０度、その形成ピッチａ＝０．５ｍｍとした。

以上にも詳述したように、本発明になる光源装置１０によれば、ＬＥＤ光源からのレーザ光の光利用効率やその均一な照明特性をより向上すると同時に、光源装置を小型化し、低コストで製造可能であることから、特に、ＨＵＤや超小型プロジェクタなどの電子装置の表示デバイスにおける照明用光源として好適な光源装置を提供することができる。

＜光源装置の変形例＞
また、図１０および図１１は、本発明の実施例１に係る光源装置の変形例を示しており、変形例として、光源装置１０ｂの全体の外観斜視図とその内部構成が示されている。この変形例では、断面略台形状の合成拡散ブロック１６ｂを利用することにより、ＬＥＤが取り付けられる複数の円錐凸形状を有するＬＥＤコリメータ１５が、装置下方の傾斜した位置に取り付けられている。なお、図中の符号１３ｂは、ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するためのヒートシンクである。

＜光源装置の他の変形例＞
更に、図１２は、本発明の実施例１に係る光源装置の他の変形例を示しており、他の変形例として、光源装置１０ｃの全体外観斜視図が示されている。この他の変形例では、詳細は示さないが、ＬＥＤ基板１２で発生した熱は伝熱プレート１３ｄを通じて装置下部に配置されたヒートシンク１３ｃで冷却する構造となっている。本構成により、全長の短い光源装置が実現できる。

＜光源装置におけるコリメータの別形態＞
更に、図１３は、本発明の実施例１に係る光源装置におけるコリメータ１５ｂの別形態を示しており、前述した合成拡散ブロック１６を合わせた形状例で示している。図７および図８に示したコリメータ形状は、略放物断線を回転して得られる円錐凸形状の外形であったが、本形状は、略四角錐凸形状を基本とし、角部を面取りや曲面形状とした。ＬＥＤから出射した光を導光体１７から出射させる光の効率を考えると、図７、図８に示した回転放物面形状が適切であるが、本構成の方が各略四角錐凸形状の境界がなめらかに連接されているので、より均一性の高い光強度分布が実現できる。

なお、上述した本発明の光源装置の変形例である光源装置１０ｂ、１０ｃも、上記図１に示した光源装置１０と同様の作用・効果を奏することは明であろう。なお、これらの光源装置１０、１０ｂ、１０ｃによれば、これらを適宜、選択することによれば、種々の形状・形態を有するであろうＨＵＤや超小型プロジェクタなどの電子装置においても、その内部の収納空間に適合して確実に取り付けることが可能となる。

＜光源装置の適用例＞
加えて、以下には、上述した本発明の光源装置１０を、その表示デバイスの光源として利用する電子装置の代表的な一例として、ＨＵＤおよび超小型プロジェクタに搭載した例を以下に示す。

図１４（ａ）は、上述した本発明の実施例１に係る光源装置をＨＵＤに適応した例を示している。なお、この図において、ヘッドアップディスプレイ装置１００では、プロジェクタやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などからなる映像表示装置３００に表示された映像を、ミラー１５１やその他のミラー１５２（例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有するミラー等）により反射させて、車両２のウィンドシールド３に投射する。一方、運転者１０５は、ウィンドシールド１０３に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド１０３を通してその前方に虚像として上記映像を視認する。

図１４（ｂ）は、上記ヘッドアップディスプレイ装置１００、特に、その映像表示装置３００の内部構成の一例を示している。この図からも明らかなように、映像表示装置３００がプロジェクタである場合を示しており、映像表示装置３００は、例えば、光源３０１、照明光学系３０２、および表示素子３０３などの各部を有する。なお、当該光源３０１として、上述した本発明の光源装置１０を採用することによれば、投射用の良好な照明光を発生することが可能となる。

なお、この例では、更に、光源３０１で発生した照明光を集光し、より均一化して表示素子３０３に照射する光学系である照明光学系３０２を、加えて、投射する映像を生成する素子である表示素子３０３を含んでいる。しかしながら、これらの素子は、上記の実施例においては、既に、合成拡散ブロック１６、第１の拡散板１８ａ、導光体１７、第２の拡散板１８ｂとして、更には、液晶表示パネル５２として、本発明の光源装置１０内に含まれている。そのため、本発明の光源装置１０は、そのまま、ヘッドアップディスプレイ装置１００の映像表示装置３００とすることも可能である。このことによれば、特に、自動車内のダッシュボードのような狭い空間に容易に取り付けることが可能なヘッドアップディスプレイ装置１００を実現することが可能となる。

なお、上記の映像表示装置３００から射出した光は、更に、表示距離調整機構４００やミラー駆動部５００を介して車両１０２のウィンドシールド１０３に投射されることは、当業者であれば明らかであろう。

図１５は、上述した本発明の光源装置をプロジェクタに適応した例を示している。図からも明らかなように、プロジェクタは、符号Ｇ１〜Ｇ３で示す複数枚のレンズ群と、符号Ｍ１３で示す１枚のミラーから構成されている。なお、図には、投射光を実線と破線の矢印で示す。

また、図中には、プリズム光学素子の対向面には、光源Ｐ０と映像表示素子Ｐ１（反射型映像表示素子）が配置されており、そこで、当該光源Ｐ０として上述した本発明の光源装置１０を採用することによれば、良好な照明光を発生することが可能となる。なお、この例でも、これらの素子も、既に、本発明の光源装置１０内において、合成拡散ブロック１６、第１の拡散板１８ａ、導光体１７、第２の拡散板１８ｂとして、更には、液晶表示パネル５２として、含まれていることから、本発明の光源装置１０は、そのまま、プロジェクタ内に取り付けることが可能である。このことによれば、プロジェクタ内の空間に容易に取り付けることができ、より小型で安価なプロジェクタを実現することが可能となる。

以上に詳細に述べたように、本発明の光源装置１０を、表示デバイスの照明用光源として利用することによれば、狭い空間にも容易に取り付けることが可能で、かつ、より小型で安価な電子装置を実現することが可能となる。

（実施例２）
続いて、以下には、本発明の第２の実施例（実施例２）について、詳細に説明する。なお、この実施例２では、上記実施例１とは異なり、光源装置からの照明光を入射する液晶表示素子５０を構成する液晶表示パネル５２の偏光波に対する透過率の着目し、更に、コリメート光学系から出射した光の偏光方向を一方向にそろえる偏光変換素子を設けることにより、より小型化、高効率の光源装置を実現するものである。

図１６〜１８は、本発明の実施例２に係る光源装置の、特に、その特徴となる光学系の構成を示す。即ち、実施例２では、上述した実施例１の構成において、光源を構成するＬＥＤ１４ａ、１４ｂの数を実施例１の半分の２個で構成すると共に、各々のＬＥＤコリメータ１５と合成拡散ブロック１６との間には、偏光変換素子２１を設ける。なお、図中のその他の構成については、上記実施例１のそれと同様であり、同じ参照符号を付して示されており、ここでは、重複を避けるため、その詳細な説明は省略する。

また、これらの図、特に、図１８（ａ）から明らかなように、偏光変換素子２１は、図の紙面に垂直な方向に沿って伸びた、断面が平行四辺形である柱状（以下、平行四辺形柱）の透光性部材と、断面が三角形である柱状（以下、三角形柱）の透光性部材とを組み合わせ、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に（本例では、図の紙面上の垂直方向）、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と省略する）膜２１１と反射膜２１２とが設けられており、また、偏光変換素子２１へ入射してＰＢＳ膜２１１を透過した光が出射する出射面には、１／２λ位相板２１３が備えられている。

このように、上記偏光変換素子２１は、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸と平行四辺形柱の透光性部材の延伸方向とで形成される面（図の紙面上、垂直に伸びた垂直面）、いわゆる、平行光の光軸面に対して、対称に構成されており、また、その構成要素である透光性部材の平行四辺形柱や三角形柱の傾きは、当該光軸面に対して４５度となっている。そして、この偏光変換素子２１は、２個のＬＥＤコリメータ１５からの平行光に対して、図の垂直方向に２組に分かれた、それぞれの偏光変換素子を構成している。

以上のように構成された偏光変換素子２１によれば、図１８（ａ）に示すように、例えば、ＬＥＤ１４ａから出射してＬＥＤコリメータ１５で平行光となった入射光のうち、Ｓ偏光波（図中の記号（×）を参照）は、ＰＢＳ膜２１１により反射され、その後、更に、反射膜２１２により反射されて合成拡散ブロック１６の入射面に到る。他方、Ｐ偏光波（図中の上下の矢印を参照）は、ＰＢＳ膜２１１を透過した後、１／２λ位相板２１３によりＳ偏光波となって、合成拡散ブロック１６の入射面に到ることとなる。

このように、偏光変換素子２１によれば、（複数の）ＬＥＤから出射してＬＥＤコリメータ１５により平行光となった光は、その全てがＳ偏光波となって、合成拡散ブロック１６の入射面に入射することとなる。その後、当該合成拡散ブロック１６の出射面から射出した光が、上記の第１の拡散板１８ａを介して、既に上記に詳述した導光体１７に入射し、更に、当該導光体１７の働きにより図の上方に反射されて、上記液晶表示素子５０の入射面に導かれることは、上記実施例１におけると同様である。即ち、当該導光体１７の働きについては、既に上記でも詳述しており、重複を避けるため、ここではその説明を省略する。

なお、図１９は、上述した２個のＬＥＤコリメータ１５を上記偏光変換素子２１に取り付けた様子を示す斜視図である。また、図２０は、偏光変換素子の出射面側に取り付けられる合成拡散ブロック１６の外観構成を示す斜視図であり、図２１は、上記成拡散ブロック１６の詳細構造を示す側面図とその一部拡大断面図である。これらの図からも明らかなように、この実施例２においても、同様に、合成拡散ブロック１６の出射面には、多数の断面略三角形状のテクスチャー１６１が形成されている。しかしながら、その詳細については既に上述しており、ここでは省略する。

即ち、上述した実施例２になる光源装置によれば、液晶表示素子５０を構成する液晶表示パネル５２に入射する光を、上記の偏光変換素子２１によってＳ偏光波にすることから、当該光の液晶表示パネルでの透過率を向上することが可能となることから、より少ない発光源（ＬＥＤ）によって、より小型でかつ高効率の光源装置を、より安価に実現することが可能となる。なお、上記では、偏光変換素子２１をＬＥＤコリメータ１５の後に取り付けるものとして説明したが、しかしながら、本発明はそれに限定されることなく、液晶表示素子に到る光路中に設けることによっても同様な同様の作用・効果が得られることは、当業者であれば明らかであろう。

更には、液晶表示パネルはＳ偏光波に対する透過率が優れているとして説明したが、しかしながら、Ｐ偏光波に対する透過率が優れている場合にも、上記と同様の構成を有する偏光変換素子によれば、やはり同様の作用・効果が得られることは、当業者であれば明らかであろう。また、上述した実施例２になる光源装置も、上記実施例１の光源装置と同様に、ヘッドアップディスプレイ装置やプロジェクタなどの電子装置において、その光源装置として利用可能であることも、当業者であれば明らかであろう。

以上、本発明の種々の実施例になる画像表示デバイスを備えた電子装置に用いるのに適した面状の光源装置について述べた。しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…光源装置（本体）、１１…ケース、５０…液晶表示素子、１２…ＬＥＤ基板、１３…ヒートシンク、１４ａ、１４ｂ…ＬＥＤ、１５…ＬＥＤコリメータ、１６…合成拡散ブロック、１７…導光体、１７１…導光体光入射部（面）、１７２…導光体光反射部（面）、１７２ａ…反射面、１７２ｂ…連接面、１７３…導光体光出射部（面）、２１…偏光変換素子、２１１…ＰＢＳ膜、２１２…反射膜、２１３…１／２λ位相板。

Claims (9)

1. 複数の半導体素子からなる固体光源と、
   前記固体光源から出射された光を略平行光に変換するコリメート光学系と、
   前記コリメート光学系から出射した光を入射し、その光を入射方向とは別方向に出射する反射光学素子と、
   を備えた光源装置であって、
   前記複数の半導体素子は、前記コリメート光学系の光軸方向に直交する第一の方向に配置され、
   前記固体光源および前記コリメート光学系は、前記光軸と平行な第二の方向に配置され、
   前記反射光学素子の反射部は、複数の反射面と前記反射面に隣接する複数の連接面とからなり、
   前記反射光学素子は、前記第一の方向に入射した光を、前記第一の方向および前記第二の方向と異なる第三の方向に反射し、かつ、前記反射部の前記反射面と前記連接面とを前記第一の方向および前記第二の方向に対して直交方向にそれぞれ射影した面積比率が、前記反射光学素子に入射する光の強度分布に応じて異なる、光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記反射部の反射面角度は場所により異なり、かつ、前記反射部の隣接する前記連接面との相対角度は場所によらず一定である、光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記反射部の反射面角度は、前記固体光源から遠くなるに従い大きくなる、光源装置。
4. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記反射光学素子の下流に拡散部材が配置され、前記拡散部材の法線は、前記第三の方向に対して所定の角度を有する、光源装置。
5. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記コリメート光学系と前記反射光学素子との間に偏光変換素子を備える、光源装置。
6. 複数の半導体素子からなる固体光源と、
   前記固体光源から出射された光を略平行光に変換するコリメート光学系と、
   前記コリメート光学系から出射した光を入射し、その光を入射方向とは別方向に出射する反射光学素子と、
   映像表示装置と、
   ミラーと、
   を備えたヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記複数の半導体素子は、前記コリメート光学系の光軸方向に直交する第一の方向に配置され、
   前記固体光源および前記コリメート光学系は、前記光軸と平行な第二の方向に配置され、
   前記反射光学素子の反射部は、複数の反射面と前記反射面に隣接する複数の連接面とからなり、
   前記反射光学素子は、前記第一の方向に入射した光を、前記第一の方向および前記第二の方向と異なる第三の方向に反射し、かつ、前記反射部の前記反射面と前記連接面とを前記第一の方向および前記第二の方向に対して直交方向にそれぞれ射影した面積比率が、前記反射光学素子に入射する光の強度分布に応じて異なる、ヘッドアップディスプレイ装置。
7. 請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記反射部の反射面角度は場所により異なり、かつ、前記反射部の隣接する前記連接面との相対角度は場所によらず一定である、ヘッドアップディスプレイ装置。
8. 請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記反射部の反射面角度は、前記固体光源から遠くなるに従い大きくなる、ヘッドアップディスプレイ装置。
9. 請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記コリメート光学系と前記反射光学素子との間に偏光変換素子を備える、ヘッドアップディスプレイ装置。

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