JP6417352B2 - バックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、バックライトを有するヘッドアップディスプレイ装置がある。例えば、特許文献１には、透過照明されることによって所望の情報を表示する表示器と、表示器の背後に配置されて表示器を透過照明する光源と、光源が発する光を均一化する拡散板と、拡散板で均一化された光を表示器へ集光させて表示器を透過照明させる第１集光レンズとを備える表示装置の技術が開示されている。特許文献１の表示装置は、第１集光レンズにより透過照明光の輝度の低下を抑えつつ、拡散板により透過照明光の輝度ムラを低減できるとされている。

特開２００７−１０８４２９号公報

集光レンズによって光源の光を集光させることにより、一定の範囲に投影光を集中させて画像の輝度向上を図ることができる。その一方で、運転者の姿勢の変化などによりアイポイントが変化したときに、視認される画像の輝度が変動してしまうことがある。

本発明の目的は、アイポイントの変化による画像の輝度変動を抑制することができるバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。

本発明のバックライトユニットは、光源と、前記光源が照射する光を集光する集光部と、前記集光部から入射する光を発散させてヘッドアップディスプレイ装置の光透過型の画像表示部に向けて出射する発散部と、を備えることを特徴とする。

上記バックライトユニットにおいて、前記発散部は、前記集光部からの光が入射する入射面および前記画像表示部に向けて光を出射する出射面の少なくとも何れか一方が凹面のレンズであることが好ましい。

上記バックライトユニットにおいて、前記発散部は、前記集光部からの光が入射する入射面および前記画像表示部に向けて光を出射する出射面の両面が凹面のレンズであることが好ましい。

上記バックライトユニットにおいて、前記発散部は、少なくとも、前記画像表示部における車幅方向に対応する方向に光を発散させることが好ましい。

上記バックライトユニットにおいて、前記発散部は、前記画像表示部における車幅方向に対応する方向である横方向および車両上下方向に対応する方向である縦方向にそれぞれ光を発散させ、前記発散部が前記横方向に光を発散させる度合いは、前記縦方向に光を発散させる度合いよりも大きいことが好ましい。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、画像を表示する光透過型の画像表示部と、光源と、前記光源が照射する光を集光する集光部と、前記集光部から入射する光を発散させて前記画像表示部に向けて出射する発散部と、を備え、前記発散部から出射する光によって、運転席前方の光反射部に対して前記画像を投影することを特徴とする。

本発明に係るバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置は、光源と、光源が照射する光を集光する集光部と、集光部から入射する光を発散させてヘッドアップディスプレイ装置の光透過型の画像表示部に向けて出射する発散部と、を備える。本発明に係るバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置は、発散光によって画像表示部の画像を投影することにより、アイポイントの変化による画像の輝度変動を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の斜視図である。 図２は、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の内部を示す斜視図である。 図３は、実施形態に係る投影光出射部の平面図である。 図４は、実施形態に係る投影光出射部の分解斜視図である。 図５は、実施形態に係る光源部の斜視図である。 図６は、実施形態に係る保持部材の斜視図である。 図７は、実施形態に係る集光レンズの斜視図である。 図８は、実施形態に係る発散レンズの背面側の斜視図である。 図９は、実施形態に係る発散レンズの前面側の斜視図である。 図１０は、実施形態に係る投影光出射部の縦方向の断面図である。 図１１は、実施形態に係る投影光出射部の横方向の断面図である。 図１２は、実施形態に係るバックライトユニットの動作を説明する縦方向の断面図である。 図１３は、実施形態に係るバックライトユニットの動作を説明する横方向の断面図である。 図１４は、実施形態のヘッドアップディスプレイ装置に係る輝度分布を示す図である。 図１５は、比較例の輝度分布を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係るバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１から図１５を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、バックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置に関する。図１は、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の斜視図、図２は、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の内部を示す斜視図、図３は、実施形態に係る投影光出射部の平面図、図４は、実施形態に係る投影光出射部の分解斜視図、図５は、実施形態に係る光源部の斜視図、図６は、実施形態に係る保持部材の斜視図、図７は、実施形態に係る集光レンズの斜視図、図８は、実施形態に係る発散レンズの背面側の斜視図、図９は、実施形態に係る発散レンズの前面側の斜視図、図１０は、図３のX−X断面図であり、実施形態に係る投影光出射部の縦方向の断面図、図１１は、図３のXI−XI断面図であり、実施形態に係る投影光出射部の横方向の断面図である。

本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１（以下、単に「ＨＵＤ１」と称する。）は、図示しない車両に搭載される。ＨＵＤ１は、車両の運転席前方の光反射部８（図１２参照）に対して投影光を投影する。光反射部８は、例えば、ウインドシールドやコンバイナ等、入射する光の一部を反射し、一部を透過させる半透過部である。ＨＵＤ１は、車両のインストルメントパネル内部に収容される。ＨＵＤ１は、光反射部８と対向する位置に形成された透過部を有し、この透過部を介して光反射部８に向けて投影光を投影する。

図１および図２に示すように、ＨＵＤ１は、筐体２と、カバー３と、投影光出射部４と、反射部材５と、支持部材６と、平面ミラー９とを有する。筐体２は、車両に対して固定されるものである。筐体２は、投影光出射部４、反射部材５、支持部材６、回転力発生機構７、および平面ミラー９を内部に収容する。筐体２は、合成樹脂により形成されており、車両上側を向く開口部２ａを有する。筐体２は、固定部２２を有する。固定部２２は、車両のインストルメントパネル等に対して、ボルト等の固定部材によって固定される。

カバー３は、筐体２の開口部２ａを閉塞する。カバー３は、蓋状の部材であり、本体部３１および透過部３２を有する。本体部３１は、合成樹脂により形成されている。本体部３１は、係止機構３３によって筐体２に係止されている。透過部３２は、透明、あるいは半透明な合成樹脂により形成され、本体部３１の開口部に挿入され、固定されている。透過部３２は、筐体２の内部から投影される投影光をウインドシールド等の光反射部８に向けて透過させる。光反射部８は、運転者に向けて投影光を反射し、運転者の前方に虚像を表示させる。

本実施形態の平面ミラー９は、図２に示すように、筐体２の底面に配置されている。平面ミラー９は、ミラー本体９１およびミラー覆い部９２を有する。ミラー本体９１の反射面９１ａは、平面であり、投影光出射部４からの光を全反射する。ミラー覆い部９２は、反射面９１ａの一部を覆い隠す。ミラー覆い部９２は、反射面９１ａのうち、投影光出射部４からの光が入射する領域を露出させ、投影光出射部４からの光が入射する領域の外側を覆い隠す。つまり、ミラー覆い部９２は、反射面９１ａの露出部分の形状を投影光出射部４から出射される投影光の形状に対応した形状とする。

反射部材５は、投影光出射部４から出射される投影光を筐体２の外部に向けて反射する。反射部材５は、平面ミラー９によって反射された投影光の光路上に配置されている。反射部材５は、合成樹脂によって形成されており、一方側の面に反射面５１が設けられている。反射面５１は、例えば、蒸着により形成された金属薄膜である。反射面５１は、凹面であり、投影光出射部４からの投影光を全反射する。

支持部材６は、反射部材５を回転自在に支持する。支持部材６は、例えば、反射部材５の回転軸５３の両端部を回転自在に支持する軸受である。図２に一点鎖線で示す回転軸線Ｏ１は、回転軸５３の中心軸線である。反射部材５は、支持部材６によって、回転軸線Ｏ１周りの両方向、すなわちＲ１方向およびＲ２方向に回転自在に支持されている。

回転力発生機構７は、反射部材５を回転させると共に、任意の回転位置で反射部材５を保持する。回転力発生機構７は、図２に示すように、駆動源７１および駆動力伝達機構７２を有する。本実施形態の駆動源７１は、モータである。駆動力伝達機構７２は、駆動源７１の駆動力を回転軸５３に伝達する。

投影光出射部４は、車両走行状態に関する情報、車両の目的地到達までの案内情報、外部環境情報などの画像を投影する。図２に示すように、投影光出射部４の背面には、放熱部材１４が取り付けられている。投影光出射部４は、平面ミラー９に対して投影光を投影することができるように傾斜した姿勢で配置されている。図３および図４に示すように、投影光出射部４は、画像表示部１０、バックライトユニット４０、シールドケース１２、伝熱シート１３、および放熱部材１４を有する。

画像表示部１０は、光反射部８に投影する画像、すなわち運転者の前方に虚像として表示する画像を表示する。本実施形態の画像表示部１０は、背面側から前面側へと光が透過する光透過型の表示器である。光透過型の表示器として、本実施形態では、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶表示器が用いられる。画像表示部１０は、液晶部１１を有する。液晶部１１は、画像を表示し、かつ背面側から前面側へと光が透過可能な光透過型の表示膜である。

バックライトユニット４０は、第一拡散シート４１、ハウジング４２、発散レンズ４３、第二拡散シート４４、集光レンズ４５、保持部材４６、および光源部４７を有する。本実施形態のバックライトユニット４０では、光源部４７から画像表示部１０に向けて、保持部材４６、集光レンズ４５、第二拡散シート４４、発散レンズ４３、第一拡散シート４１の順序で並んでいる。

光源部４７は、光源基板であり、図５に示すように基板本体４７ａおよび複数の光源４７ｂを有する。本実施形態の基板本体４７ａの形状は、矩形である。基板本体４７ａの前面には、複数の光源４７ｂが配置されている。光源４７ｂは、発光素子であり、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。光源部４７において、光源４７ｂは、例えば、複数列に配列される。本実施形態の光源部４７では、１０個の光源４７ｂが５個ずつ２列に配列されている。より詳しくは、１つの光源群４７ｃは、横方向に沿って並ぶ５個の光源４７ｂを有する。２つの光源群４７ｃは、縦方向において所定の間隔をおいて平行に配置されている。なお、投影光出射部４について、横方向および縦方向は、運転者の前方に表示される虚像の横方向および縦方向にそれぞれ対応する。つまり、投影光出射部４の横方向および縦方向は、それぞれ車幅方向および車両上下方向に対応する方向である。基板本体４７ａは、図示しない制御回路を有する。この制御回路は、光源４７ｂの点灯／消灯や、光源４７ｂの光量を制御する。

保持部材４６は、集光レンズ４５および第二拡散シート４４を保持する部材である。図６に示すように、保持部材４６は、板状の本体部４６ａと、柱状突起４６ｂ，４６ｃ，４６ｄと、貫通孔４６ｅとを有する。本体部４６ａは、平面視における形状が矩形の板状の構成部である。柱状突起４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは、本体部４６ａから前面側に向けて突出する柱状の突起部である。本実施形態の柱状突起４６ｂ，４６ｃ，４６ｄの形状は、円柱形状である。貫通孔４６ｅは、本体部４６ａを板厚方向に貫通している。貫通孔４６ｅは、光源部４７の各光源４７ｂに対応する位置に設けられている。本実施形態の保持部材４６では、１０個の貫通孔４６ｅが５個ずつ２列に配列されている。貫通孔４６ｅは、前面側から背面側へ向かうに従って断面積が小さくなるテーパ状に形成されている。本実施形態の貫通孔４６ｅの断面形状は、矩形、例えば正方形である。

図７に示すように、集光レンズ４５は、板状の本体部４５ａと、複数のレンズ４５ｂとを有する。本体部４５ａとレンズ４５ｂとは、合成樹脂によって一体に形成されている。レンズ４５ｂは、本体部４５ａの前面から前面側に向けて突出している凸レンズである。レンズ４５ｂの背面は平面である。各レンズ４５ｂは、光源部４７の各光源４７ｂに対応する。各レンズ４５ｂは、例えば、各光源４７ｂと同軸上に配置される。本実施形態の集光レンズ４５では、１０個のレンズ４５ｂが５個ずつ２列に配列されている。

各レンズ４５ｂは、対応する光源４７ｂが照射する光を集光して平行光とする。つまり、光源４７ｂから照射された発散光は、背面側から集光レンズ４５に入射し、対応するレンズ４５ｂの前面側から平行光となって出射する。本体部４５ａは、貫通孔４５ｃを有する。貫通孔４５ｃは、横方向の両端に配置されている。貫通孔４５ｃは、複数のレンズ４５ｂからなるレンズアレイ４５ｄを間に挟んで２つ設けられている。

図８および図９に示すように、発散レンズ４３は、角柱状のレンズである。発散レンズ４３は、入射面４３ａ、出射面４３ｂ、およびフランジ部４３ｅを有する。フランジ部４３ｅは、角柱状のレンズ本体から光軸Ｃ１と直交する方向に突出している。フランジ部４３ｅには、貫通孔４３ｃおよび切欠き部４３ｄが設けられている。図８に示す入射面４３ａは、光源部４７からの光が入射する面であり、発散レンズ４３の背面である。発散レンズ４３は、発散レンズ４３の光軸Ｃ１が光源４７ｂの光軸と平行となるようにして、レンズアレイ４５ｄの前方に配置される。図９に示す出射面４３ｂは、画像表示部１０に向けて光が出射する面であり、発散レンズ４３の前面である。

発散レンズ４３の入射面４３ａおよび出射面４３ｂは、それぞれ凹面である。つまり、図８に示すように、発散レンズ４３の入射面４３ａは、中央部が外縁部よりも相対的に前面側に位置するように湾曲している。より詳しくは、本実施形態の入射面４３ａは、凹曲面である。図１０を参照して説明すると、縦方向断面における入射面４３ａの断面形状は、前面側に向けて湾曲する曲線形状である。入射面４３ａは、縦方向の両端から中央へ向かうに従って前面側へ向かうように湾曲している。また、図１１に示すように、横方向断面における入射面４３ａの断面形状は、前面側に向けて湾曲する曲線形状である。入射面４３ａは、横方向の両端から中央へ向かうに従って前面側へ向かうように湾曲している。

図９に示すように、発散レンズ４３の出射面４３ｂは、中央部が外縁部よりも相対的に背面側に位置するように湾曲している。より詳しくは、本実施形態の出射面４３ｂは、凹曲面である。図１０を参照して説明すると、縦方向断面における出射面４３ｂの断面形状は、背面側に向けて湾曲する曲線形状である。出射面４３ｂは、縦方向の両端から中央へ向かうに従って背面側へ向かうように湾曲している。また、図１１に示すように、横方向断面における出射面４３ｂの断面形状は、背面側に向けて湾曲する曲線形状である。出射面４３ｂは、横方向の両端から中央へ向かうに従って背面側へ向かうように湾曲している。

図１０および図１１に示すように、発散レンズ４３の出射面４３ｂは、液晶部１１の背面と対向している。出射面４３ｂから出射する光は、液晶部１１に入射し、液晶部１１を透過して光反射部８に向かう投影光となる。言い換えると、ヘッドアップディスプレイ装置１は、発散レンズ４３から出射する光によって、液晶部１１の画像を光反射部８に対して投影する。

図４に示す第一拡散シート４１および第二拡散シート４４は、それぞれ光を拡散させる。第一拡散シート４１は、発散レンズ４３と液晶部１１との間に配置される。第一拡散シート４１は、発散レンズ４３の出射面４３ｂから出射する光を拡散させて液晶部１１に入射させる。第二拡散シート４４は、集光レンズ４５と発散レンズ４３との間に配置される。第二拡散シート４４は、集光レンズ４５から出射する光を拡散させて発散レンズ４３の入射面４３ａに入射させる。従って、本実施形態の投影光出射部４において、光源部４７の光源４７ｂが照射する光は、集光レンズ４５、第二拡散シート４４、発散レンズ４３、第一拡散シート４１、および液晶部１１を通過して光反射部８に投影される。

ハウジング４２は、発散レンズ４３、第二拡散シート４４、および集光レンズ４５のレンズ４５ｂを収容する筒状の筐体である。保持部材４６は、ハウジング４２との間に集光レンズ４５の本体部４５ａを挟み込む。保持部材４６の柱状突起４６ｂは、集光レンズ４５の貫通孔４５ｃおよびハウジング４２の貫通孔４２ａにそれぞれ挿通される。また、保持部材４６の柱状突起４６ｃ，４６ｄは、第二拡散シート４４および発散レンズ４３の貫通孔４４ａ，４３ｃおよび切欠き部４４ｂ，４３ｄにそれぞれ挿通されて、第二拡散シート４４および発散レンズ４３を保持する。

シールドケース１２は、本体１２ａおよび固定部１２ｂを有する。本体１２ａは、枠状の構成部であり、液晶部１１に対応する開口部１２ｃを有する。固定部１２ｂは、本体１２ａから背面側に向けて延出している。固定部１２ｂは、放熱部材１４に対してねじ１５によって固定される。固定部１２ｂと放熱部材１４との間には、光源部４７の基板本体４７ａおよび伝熱シート１３が挟み込まれる。また、本体１２ａとハウジング４２の前面との間には、画像表示部１０および第一拡散シート４１が挟み込まれる。伝熱シート１３は、高い伝熱性を有するシートである。伝熱シート１３は、光源部４７の背面に接触しており、光源４７ｂで発生する熱を放熱部材１４に伝達する。

放熱部材１４は、光源部４７から伝熱シート１３を介して伝達される熱を放熱する。放熱部材１４は、板状の本体１４ａとフィン１４ｂとを有する。本体１４ａの前面は、伝熱シート１３と接触している。フィン１４ｂは、本体１４ａの背面に複数設けられている。

図１２および図１３を参照して、本実施形態に係るバックライトユニット４０の動作について説明する。図１２および図１３に示すように、光源４７ｂから照射される光は、背面側からレンズ４５ｂに入射する。レンズ４５ｂ内を通過した光は、レンズ４５ｂの前面から出射する。レンズ４５ｂの前面から出射する光は、発散レンズ４３の光軸Ｃ１と平行な平行光である。つまり、レンズ４５ｂは、光源４７ｂが照射する発散光を屈折させ、光軸Ｃ１と平行に進む平行光とする。

レンズ４５ｂから出射する平行光は、発散レンズ４３の入射面４３ａに入射する。入射面４３ａは、入射する平行光を屈折させて発散光とする。つまり、入射面４３ａは、レンズ４５ｂ側から入射する入射光を光軸Ｃ１から離間する方向へ屈折させる。入射面４３ａを介して発散レンズ４３に入射した光は、出射面４３ｂから出射する。出射面４３ｂは、出射する光を発散方向へ屈折させるように湾曲している。つまり、本実施形態の発散レンズ４３は、光軸Ｃ１と平行な光が入射面４３ａから入射すると、その入射光を入射面４３ａおよび出射面４３ｂのそれぞれにおいて、光軸Ｃ１に対して発散側に屈折させる。従って、発散レンズ４３に入射した平行光が発散レンズ４３を通過して出射面４３ｂから出射すると、その出射光は出射面４３ｂから前面側へ向けて遠ざかるに従って光軸Ｃ１から離間する方向へ傾斜して進む。

本実施形態の発散レンズ４３は、入射する平行光を縦方向および横方向に発散させる。つまり、発散レンズ４３からの出射光は、図１２に示すように、出射面４３ｂから遠ざかるに従って光軸Ｃ１から離間するように縦方向に発散すると共に、図１３に示すように、出射面４３ｂから遠ざかるに従って光軸Ｃ１から離間するように横方向に発散する。これにより、以下に説明するように、アイポイントのずれに起因する輝度ムラや輝度の変動が抑制される。アイポイントは、運転者の目視位置である。図１２および図１３に示すように、光反射部８には、対応領域８１がある。対応領域８１は、アイポイントについての予め定められた範囲（以下、「所定範囲」と称する。）に対応する領域である。仮に、投影光出射部４の投影光が平行光であるとした場合、投影光は図１２および図１３に破線Ｌｔ１で示すように発散せずに進む。この投影光は、反射部材５の反射面５１によって反射されることで破線Ｌｔ２に示すように拡大され、対応領域８１に投影される。対応領域８１は、投影光をアイポイントの所定範囲に向けて反射する。つまり、対応領域８１は、投影光出射部４から投影される平行光を所定範囲に反射する領域である。

投影光出射部４の投影光が平行光である場合、光源４７ｂの光を対応領域８１に集中させることができる。その結果、光源４７ｂの光をアイポイントの所定範囲に集中させることが可能である。これにより、所定範囲のアイポイントから見た場合の虚像の輝度向上を図ることが可能である。

一方で、運転者の姿勢の変化等により、アイポイントが所定範囲から外れてしまうことがある。この場合、運転者が見ることのできる画像は、光反射部８における対応領域８１の外側部分である周辺領域８２に反射した画像である。投影光出射部４の投影光が平行光である場合、対応領域８１の内外で投影光の輝度の落差が大きく、周辺領域８２は、対応領域８１に比して低輝度である。このため、アイポイントが所定範囲から外れてしまった場合、虚像の輝度が不十分となることなどで、運転者が違和感を覚えることがある。

本実施形態のバックライトユニット４０の発散レンズ４３は、集光レンズ４５から入射する平行光を発散させる。従って、発散レンズ４３の出射面４３ｂから出射する光は、図１２および図１３に符号Ｌｔｄで示すように、平行な投影光の範囲Ｌｔ１，Ｌｔ２の外側へも進む。これにより、投影光が対応領域８１に集中しすぎず、適度に周辺領域８２に分散される。言い換えると、対応領域８１の輝度と周辺領域８２の輝度との落差が小さい。また、光反射部８において、対応領域８１から遠ざかるに従って徐々に輝度が低下する。よって、本実施形態のバックライトユニット４０によれば、アイポイントが変化したときの輝度の変化が抑制される。

図１４には、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１に係る輝度分布が示されている。図１４の輝度分布は、アイポイントの横方向位置［ｍｍ］と、当該位置で計測された投影光の輝度［ｃｄ／ｍ^２］との関係が示されている。図１４において、第一範囲Ａ１は、対応領域８１に対応する範囲である。また、第二範囲Ａ２は、周辺領域８２に対応する範囲である。図１４に示すように、第一範囲Ａ１の輝度と第二範囲Ａ２の輝度に大きな差が生じない。また、横方向位置の変化に対する輝度の変化が緩やかである。

図１５の輝度分布は、比較例に係るものである。比較例では、本実施形態の発散レンズ４３に代えて、平行光を出射する所定レンズが用いられる。比較例の投影光は、平行光である。所定レンズは、例えば、入射する平行光の幅に対して出射する平行光の幅（投影光の幅）を拡大するレンズである。図１５に示すように、比較例では、本実施形態と比較して、第一範囲Ａ１の輝度と第二範囲Ａ２の輝度に大きな差が生じる。また、横方向位置の変化に対する輝度の変化の割合が大きい。

このように、発散レンズ４３を有する本実施形態のバックライトユニット４０、および当該バックライトユニット４０を有する本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１は、アイポイントが変化した場合の輝度の変動を抑制することができる。例えば、アイポイントが所定範囲内から所定範囲外に移動した場合であっても、急激な輝度の低下が起こりにくい。よって、運転者に対して違和感を与えてしまうことが抑制される。

また、本実施形態の発散レンズ４３は、横方向および縦方向にそれぞれ光を発散させる。発散レンズ４３が横方向に光を発散させる度合いは、縦方向に光を発散させる度合いよりも大きい。これにより、以下に説明するように、光源４７ｂに要求される出力の増加を抑制しつつ、アイポイントの変化に起因する輝度変化を抑制することができる。一般的に、アイポイントは、車幅方向に変化しやすく、車両上下方向には変化しにくいと考えられる。車幅方向へのアイポイントの変化量や変化頻度は、車両上下方向へのアイポイントの変化量や変化頻度よりも大きいと考えられる。そこで、本実施形態の発散レンズ４３では、横方向に光を発散させることが縦方向に光を発散させることよりも優先されている。縦方向にはあまり光を発散させないことで、光源４７ｂの出力の増加が抑制される。

ここで、発散レンズ４３が光を発散させる度合いとは、例えば、輝度分布における輝度の変化度合いである。図１４を参照して説明すると、発散レンズ４３が横方向に光を発散させる度合いは、横方向位置の変化に対する輝度の変化度合いに対応する。発散レンズ４３が横方向に光を発散させる度合いが大きくなるに従って、横方向位置の変化に対する輝度変化の度合い、言い換えると輝度分布曲線の傾斜角が小さくなると考えられる。また、発散レンズ４３が横方向に光を発散させる度合いは、第一範囲Ａ１の輝度と第二範囲Ａ２の輝度との輝度差や輝度比に対応する。本実施形態の発散レンズ４３は、横方向における上記の輝度差が縦方向における上記の輝度差よりも小さい。言い換えると、車幅方向にアイポイントが変化した場合の輝度の変化率や変化量が、車両上下方向にアイポイントが変化した場合の輝度の変化率や変化量よりも小さい。

縦方向と横方向とで光の発散度合いを異ならせる構成として、本実施形態の発散レンズ４３では、入射面４３ａおよび出射面４３ｂの形状が以下のように定められている。発散レンズ４３において、横方向断面（図１１）における入射面４３ａの曲率半径は、縦方向断面（図１０）における入射面４３ａの曲率半径よりも小さい。なお、入射面４３ａが非球面である場合には、入射面４３ａの同一点において比較した場合に、横方向断面の曲率半径の値が縦方向断面の曲率半径の値よりも小さいことが好ましい。また、発散レンズ４３において、横方向断面における出射面４３ｂの曲率半径は、縦方向断面における出射面４３ｂの曲率半径よりも小さい。なお、出射面４３ｂが非球面である場合には、出射面４３ｂの同一点において比較した場合に、横方向断面の曲率半径の値が縦方向断面の曲率半径の値よりも小さいことが好ましい。

以上説明したように、本実施形態のバックライトユニット４０は、光源４７ｂと、光源４７ｂが照射する光を集光する集光レンズ４５と、集光レンズ４５から入射する光を発散させてヘッドアップディスプレイ装置１の光透過型の画像表示部１０に向けて出射する発散レンズ４３とを有する。本実施形態のバックライトユニット４０は、発散レンズ４３によって光を発散させることにより、アイポイントが移動した場合に虚像の輝度が変動してしまうことを抑制することができる。例えば、アイポイントが所定範囲内から所定範囲の外側へ移動した場合の輝度の急変が抑制される。

また、本実施形態の発散レンズ４３は、入射面４３ａおよび出射面４３ｂの両面が凹面のレンズである。本実施形態の発散レンズ４３は、入射面４３ａおよび出射面４３ｂの両方によって光を発散させることができる。これにより、発散レンズ４３の総合的な発散度合いや発散角を大きくすることができる。なお、入射面４３ａおよび出射面４３ｂの両面を凹面とする場合に、一方の凹面は横方向に光を発散させる形状のものとし、他方の凹面は縦方向に光を発散させる形状のものとしてもよい。

また、本実施形態の発散レンズ４３は、少なくとも、横方向に光を発散させる。ここで、横方向は、画像表示部１０における車幅方向に対応する方向、言い換えると、光反射部８と正対する運転者の左右方向に対応する方向である。従って、本実施形態の発散レンズ４３は、運転者の姿勢が左右方向に傾いたりずれたりしてアイポイントが車幅方向に移動した場合の虚像の輝度の変動を抑制することができる。

また、本実施形態の発散レンズ４３は、横方向および縦方向にそれぞれ光を発散させる。ここで、縦方向は、画像表示部１０における車両上下方向に対応する方向、言い換えると、光反射部８と正対する運転者の上下方向に対応する方向である。発散レンズ４３が横方向に光を発散させる度合いは、縦方向に光を発散させる度合いよりも大きい。従って、本実施形態の発散レンズ４３は、アイポイントの移動が生じやすい横方向への光の発散を優先する。アイポイントの移動が生じにくい縦方向への光の発散を抑制し、あるいは縦方向へ光を発散させないことで、所定範囲における必要な輝度を確保しつつ光源４７ｂの出力増加を抑制することができる。

本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１は、光透過型の画像表示部１０と、光源４７ｂと、光源４７ｂが照射する光を集光する集光レンズ４５と、集光レンズ４５から入射する光を発散させて画像表示部１０に向けて出射する発散レンズ４３とを有する。ヘッドアップディスプレイ装置１は、発散レンズ４３から出射する光によって、運転席前方の光反射部８に対して画像表示部１０の画像を投影する。つまり、ヘッドアップディスプレイ装置１は、画像表示部１０に対して背面側から発散光を照射し、この発散光によって光反射部８に画像を投影する。従って、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１は、アイポイントが移動した場合の虚像の輝度変動を抑制することができる。

なお、集光レンズ４５の形状や配置、個数等は、本実施形態で例示したものには限定されない。集光レンズ４５は、光源４７ｂと一体であってもよい。また、光源４７ｂが照射する光を集光する集光部は、集光レンズ４５とは異なる光学系であってもよい。

［実施形態の変形例］
実施形態の変形例について説明する。発散レンズ４３の形状や配置は、上記実施形態で例示したものには限定されない。上記実施形態では、入射面４３ａの曲率半径の値が出射面４３ｂの曲率半径の値よりも小さいが、これとは逆に、出射面４３ｂの曲率半径の値が入射面４３ａの曲率半径の値以下とされてもよい。

発散レンズ４３は、入射面４３ａおよび出射面４３ｂの少なくとも何れか一方が凹面のレンズであればよい。例えば、発散レンズ４３は、入射面４３ａおよび出射面４３ｂの何れか一方が平面であってもよい。一例として、発散レンズ４３において、入射面４３ａが平面、出射面４３ｂが凹面とされてもよい。

また、発散レンズ４３は、入射面４３ａおよび出射面４３ｂの何れか一方が凸面であってもよい。この場合、集光レンズ４５から入射する光を発散させて画像表示部１０に向けて出射できるように、入射面４３ａおよび出射面４３ｂの形状（例えば、曲率半径）が定められる。例えば、入射面４３ａが凸面、出射面４３ｂが凹面である場合、出射面４３ｂの曲率半径の値を入射面４３ａの曲率半径の値よりも小さくすることが考えられる。入射面４３ａが凸面、出射面４３ｂが凹面である発散レンズ４３は、光源４７ｂから入射する発散光を凸面である入射面４３ａによって集光して平行光とし、凹面である出射面４３ｂによって光を発散させるものであってもよい。

集光部から入射する光を発散させて画像表示部１０に向けて出射する発散部は、発散レンズ４３には限定されない。発散レンズ４３に代えて、光を発散させる機能を有する他の光学系が採用されてもよい。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）
２ 筐体
３ カバー
４ 投影光出射部
５ 反射部材
６ 支持部材
７ 回転力発生機構
８ 光反射部
９ 平面ミラー
１０ 画像表示部
１１ 液晶部
１２ シールドケース
１３ 伝熱シート
１４ 放熱部材
４０ バックライトユニット
４１ 第一拡散シート
４２ ハウジング
４３ 発散レンズ
４３ａ 入射面
４３ｂ 出射面
４３ｃ 貫通孔
４３ｄ 切欠き部
４３ｅ フランジ部
４４ 第二拡散シート
４５ 集光レンズ
４５ａ 本体部
４５ｂ レンズ
４５ｃ 貫通孔
４５ｄ レンズアレイ
４６ 保持部材
４７ 光源部
４７ａ 基板本体
４７ｂ 光源
４７ｃ 光源群
８１ 対応領域

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源が照射する光を集光する集光部と、
   前記集光部から入射する光を発散させてヘッドアップディスプレイ装置の光透過型の画像表示部に向けて出射する発散部と、
   を備え、
   前記発散部は、前記集光部からの光が入射する入射面および前記画像表示部に向けて光を出射する出射面の両面が凹面のレンズであり、
   前記入射面は、中央部が外縁部よりも相対的に前記出射面側に位置するように湾曲しており、
   前記出射面は、中央部が外縁部よりも相対的に前記入射面側に位置するように湾曲している
   ことを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記発散部は、前記入射面から入射する光を前記入射面および前記出射面のそれぞれにおいて、前記発散部の光軸に対して発散側に屈折させる
   請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記発散部の横方向の断面における前記入射面の曲率半径は、前記発散部の縦方向の断面における前記入射面の曲率半径よりも小さく、
   前記発散部の横方向の断面における前記出射面の曲率半径は、前記発散部の縦方向の断面における前記出射面の曲率半径よりも小さく、
   前記横方向は、前記画像表示部における車幅方向に対応する方向であり、
   前記縦方向は、前記画像表示部における車両上下方向に対応する方向である
   請求項１または２に記載のバックライトユニット。
4. 前記発散部は、前記画像表示部における車幅方向に対応する方向である横方向および車両上下方向に対応する方向である縦方向にそれぞれ光を発散させ、
   前記発散部が前記横方向に光を発散させる度合いは、前記縦方向に光を発散させる度合いよりも大きい
   請求項１または２に記載のバックライトユニット。
5. 前記発散部の前記横方向の断面における前記入射面の曲率半径は、前記発散部の前記縦方向の断面における前記入射面の曲率半径よりも小さく、
   前記発散部の前記横方向の断面における前記出射面の曲率半径は、前記発散部の前記縦方向の断面における前記出射面の曲率半径よりも小さい
   請求項４に記載のバックライトユニット。
6. 画像を表示する光透過型の画像表示部と、
   光源と、
   前記光源が照射する光を集光する集光部と、
   前記集光部から入射する光を発散させて前記画像表示部に向けて出射する発散部と、
   を備え、
   前記発散部は、前記集光部からの光が入射する入射面および前記画像表示部に向けて光を射出する出射面の両面が凹面のレンズであり、
   前記入射面は、中央部が外縁部よりも相対的に前記出射面側に位置するように湾曲しており、
   前記出射面は、中央部が外縁部よりも相対的に前記入射面側に位置するように湾曲しており、
   前記発散部から出射する光によって、運転席前方の光反射部に対して前記画像を投影する
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

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