JP7409953B2 - 光源装置およびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびヘッドアップディスプレイ装置に関する。

特許文献１には、小型・軽量で、光利用率が高く、モジュール化されて面状の光源として容易に利用可能な光源装置が開示されている。特許文献１の光源装置は、複数の半導体光源素子を含む光源部と、複数の各々の半導体光源素子の発光軸上に配置された複数の各々のコリメータ素子を含むコリメータと、コリメータの出射側に配置された偏光変換素子と、偏光変換素子の出射側に配置された導光体とを備えている。

また、複数の半導体光源素子および複数のコリメータ素子は、発光軸に対して直交する第１方向（Ｘ方向）に配列され、偏光変換素子は、第１方向に延在し、第１方向と発光軸に対応する第２方向とが成す平面に対して対称の位置に配置されている偏光ビームスプリッタおよび位相板を含む。

国際公開第２０１８／２２９９６１号

特許文献１の光源装置は、例えば車載用のヘッドアップディスプレイ（Head Up Display、以下では「ＨＵＤ」と記載する場合がある）に用いられる。ＨＵＤは、車速やエンジン回転数などの走行情報やナビゲーション情報などの各種情報をウィンドシールド（フロントガラス）などに投射して表示する。ＨＵＤを用いると、運転者は、ダッシュボードに組み込まれる計器盤、いわゆるインパネなどに視線を移動することなく運転に必要な情報を得ることができる。このため、ＨＵＤは、自動車等の安全運転に寄与している。

ところで、光源とコリメータとの相対位置が所定の位置からずれると、表示画像輝度や表示画像輝度ムラが所定の設計値から外れる場合がある。なお、ここでの表示画像輝度ムラとは、表示画像内の最小輝度を表示画像の中心輝度で割った値である。言い換えれば、輝度ムラとは、表示画像の中心輝度に対する表示画像内の最小輝度の割合で規定される。

表示画像輝度や表示画像輝度ムラが設計値から外れた製品は不良品となる。しかし、光源とコリメータとの位置合わせには高い精度が要求されるため、製造歩留まりを向上させることが難しい。

本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、製造歩留まりを向上させることが可能な光源装置等を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。代表的な光源装置は、光源と、光源と対向して配置され光源からコリメータに入射した光の焦点距離を調整する反射部を含むコリメータと、コリメータの出射側に配置される導光体とを備えている。コリメータの反射部は、コリメータの反射部は、光源から出射し、コリメータに入射した光を略平行光に変換する通常焦点エリア、コリメータに入射した光を略平行光に比べ僅かに発散する光に変換する長焦点エリア、コリメータに入射した光を略平行光に比べ僅かに収束する光に変換する短焦点エリアを含む。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、ヘッドアップディスプレイ装置において、製造歩留まりを向上させることが可能になる。

本発明の一実施の形態によるヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両の構成例を示す概略図である。 図１における映像表示ユニット周りの構成例を示す概略図である。 図２における映像表示ユニット周りのより詳細な構成例および動作例を示す図である。 図３の映像表示ユニットを含んだＨＵＤ装置の外形例を示す斜視図である。 光源装置の構成の一例を示す断面図である。 コリメータの構成の一例を示す断面図である。 図１のヘッドアップディスプレイ装置に含まれる制御系の主要部の構成例を示すブロック図である。 図６において、車両情報の取得に関わる箇所の構成例を示すブロック図である。 実施例に係るコリメータの構成を説明する図である。 実施例に係る表示画像輝度の分布を示す図である。 実施例に係る表示画像輝度ムラの分布を示す図である。 従来のコリメータの断面図である。 比較例に係るコリメータの構成を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

《ＨＵＤ装置の概要》
図１は、本発明の一実施の形態によるヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両の構成例を示す概略図である。図１のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１は、車両２に搭載される。車両２は、代表的には、自動車であるが、必ずしもこれに限定されず、場合によっては鉄道車両等であってもよい。ＨＵＤ装置１は、車両２の各部に設置された各種センサなどから車両情報４を取得する。各種センサは、例えば、車両２で生じた各種イベントを検出したり、走行状況に係る各種パラメータの値を定期的に検出したりする。

車両情報４には、例えば、車両２の速度情報やギア情報、ハンドル操舵角情報、ランプ点灯情報、外光情報、距離情報、赤外線情報、エンジンＯＮ／ＯＦＦ情報、車内外のカメラ映像情報、加速度ジャイロ情報、ＧＰＳ（Global Positioning System）情報、ナビゲーション情報、車車間通信情報、および路車間通信情報などが含まれる。ＧＰＳ情報の中には、現在時刻の情報も含まれる。ＨＵＤ装置１は、このような車両情報４に基づいて、映像表示ユニット１２を用いてウィンドシールド３の表示領域５へ投影映像を投影する。これによって、ＨＵＤ装置１は、投影映像が重畳された風景を車両２の運転者に視認させる。

図２は、図１における映像表示ユニット周りの構成例を示す概略図である。図２に示す映像表示ユニット１２は、映像表示装置３５と、反射ミラーＭ１，Ｍ２とを備える。反射ミラーＭ１は、例えば、凹面鏡（拡大鏡）である。映像表示装置３５は、例えば、光源装置１００（詳しくは後述する）から出射される投射光を用いてＬＣＤ（Liquid Crystal Display）に形成された映像を投射するプロジェクタである。ＬＣＤは、制御部から指示された映像データに基づいて映像を作成し、表示する。反射ミラーＭ１，Ｍ２は、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である。反射ミラーＭ２は、映像表示装置３５で作成（表示）された映像をミラーＭ１へ向けて反射する。反射ミラーＭ１は、反射ミラーＭ２で反射された映像をウィンドシールド３へ向けて反射および拡大し、開口部７を介して表示領域５へ投影する。

これにより、運転者６は、表示領域５に投射された投影映像を、透明のウィンドシールド３の先の虚像として、車外の風景（道路や建物、人など）に重畳される形で視認する。投影映像（虚像）の中には、例えば、道路標識や、自車の現速度や、風景上の対象物に付加される各種情報（ＡＲ情報）など、様々なものが含まれる。なお、図２では、例えば、反射ミラーＭ１の設置角度を調整することで、ウィンドシールド３上の表示領域５の位置を調整可能となっており、運転者６が視認する虚像の位置を上下方向に調整可能となっている。また、例えば、反射ミラーＭ１をより大面積化することなどにより、表示領域５の面積を拡大でき、より多くの情報を表示領域５へ投影することが可能になる。これにより、風景上の対象物に各種情報を付加して表示するようなＡＲ機能が実現される。

図３は、図２における映像表示ユニット周りのより詳細な構成例および動作例を示す図である。図４は、図３の映像表示ユニットを含んだＨＵＤ装置の外形例を示す斜視図である。図３に示されるように、図２の映像表示装置３５は、詳細には、投射光を出射する光源装置１００と、光源装置１００からの投射光を変調することで表示領域５へ投影するための映像を作成（表示）する表示パネル６４とを有する。光源装置１００は、代表的には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源を含む。表示パネル６４は、代表的には、液晶パネル（ＬＣＤ）であり、入力された映像データに応じて、光源装置１００からの光の透過率を画素毎に変調することで映像データに対応する映像を形成する。

表示パネル６４と反射ミラーＭ２との間には集光レンズ６３が設置される。反射ミラーＭ１には、反射ミラーＭ１の設置角度を変更するための駆動機構６２が取り付けられる。駆動機構６２は、ステッピングモータ等を含む。駆動機構６２は、反射ミラーＭ１の設置角度を変更することにより虚像の位置を調整する。

また、図３において、映像表示装置３５、駆動機構６２付きの反射ミラーＭ１、反射ミラーＭ２および集光レンズ６３は、図示しない各種制御部と共に筐体６１内に収容される。

図４において、筐体６１には、開口部７が形成され、当該開口部７に、グレアトラップ等と呼ばれる透明色のカバー部材７１が設置される。筐体６１内には、図３に示したように、反射ミラーＭ２からの光をカバー部材７１（開口部７）に向けて反射するように反射ミラーＭ１が設置される。

《光源装置の構成》
次に、光源装置１００の構成について説明する。図５は、光源装置の構成の一例を示す断面図である。図５に示すように、光源装置は、基板上に設けられたＬＥＤ素子（光源）１２０、コリメータ１４０、偏光変換素子１５０、導光体１６０等を備えている。なお、図５には１個のＬＥＤ素子のみ示されているが、基板１１０上には複数（例えば８個）のＬＥＤ素子１２０が設けられている。

コリメータ１４０は、ＬＥＤ素子ごとに設けられ、各コリメータは、対応するＬＥＤ素子１２０に対して所定の位置に（相対位置）に設置されている。すなわち、コリメータ１４０の個数は、ＬＥＤ素子１２０の個数と同数である。コリメータ１４０は、ＬＥＤ素子１２０から出射され、コリメータ１４０に入射する光の進行方向を調整する光学部材である。具体的には、コリメータ１４０は、反射部１４２において、反射部の形状を適宜最適化することにより、入射した光を略平行光に変換する。

コリメータ１４０の出射側すなわちＬＥＤ素子１２０と反対側には、偏光変換素子１５０が設けられている。コリメータ１４０は、ＬＥＤ素子１２０から出射した光が偏光変換素子１５０へ向かうように略平行光に変換する。

図６は、コリメータの構成の一例を示す断面図である。図６に示すように、コリメータ１４０の入射部１４１は、ＬＥＤ素子１２０と対向しており、ＬＥＤ素子１２０に対して凹んだ形状となっている。

ここで以下ＬＥＤ素子１２０の中央から出射する光を、コリメータ１４０の反射部１４２において、略平行光に変換するエリアを通常焦点エリア、前記略平行光に対して、相対的に発散光に変換するエリアを長焦点エリア、前記略平行光に対して相対的に収束光に変換するエリアを短焦点エリアと定義する。

コリメータ１４０の反射部１４２は、図６に示すように、ＬＥＤ素子１２０から出射し、コリメータ１４０に入射した光を略平行光に変換する通常焦点エリア１４２ａ、入射した光を前記略平行光に比べ僅かに発散する光に変換する長焦点エリア１４２ｃ、入射した光を前記平行光に比べ僅かに収束する光に変換する短焦点エリア１４２ｂを含んでいる。

通常焦点エリア１４２ａ、短焦点エリア１４２ｂ、および長焦点エリア１４２ｃは、外側の反射面の曲率がそれぞれ異なる。短焦点エリア１４２ｂは、通常焦点エリア１４２ａよりも反射面の曲率が大きい。一方、長焦点エリア１４２ｃは、通常焦点エリア１４２ａよりも反射面の曲率が小さい。図６では、ＬＥＤ素子１２０側から見て、複数の長焦点エリア１４２ｃと短焦点エリア１４２ｃとが交互に形成されている。また、ＬＥＤ素子１２０から最も遠い位置には通常焦点エリア１４２ａが形成されている。なお、各焦点エリアの配置はこれに限定されず、例えば、通常焦点エリア１４２ａ、短焦点エリア１４２ｂ、および長焦点エリア１４２ｃが交互に設けられてもよい。また、ＬＥＤ素子１２０から最も遠い位置に短焦点エリア１４２ｂまたは長焦点エリア１４２ｃが設けられてもよい。

このように、コリメータ１４０の反射部１４２に通常焦点エリア１４２ａ、短焦点エリア１４２ｂ、および長焦点エリア１４２ｃを設けることにより、ＬＥＤ素子１２０に対するコリメータ１４０の相対位置がずれた場合でも、表示画像輝度や表示画像輝度ムラの変動が抑えられるようになっている。

反射部１４２の形状は、コリメータ１４０ごとに異なってもよい。例えば、複数のコリメータ１４０が一列に配置された場合、中央側のコリメータ１４０と端部側のコリメータ１４０とで反射部１４２の形状が互いに異なってもよい。これにより、光学系を最適化し、光学性能を向上させ、光の利用効率を向上させることが可能となる。

また、隣り合う焦点エリアは滑らかに接続される。図６の例では、短焦点エリア１４２ｂおよび長焦点エリア１４２ｃが滑らかに接続される。また、長焦点エリア１４２ｃおよび通常焦点エリア１４２ａが滑らかに接続される。なお、図６以外にも、短焦点エリア１４２ｂおよび通常焦点エリア１４２ａも滑らかに接続される。すなわち、通常焦点エリア１４２ａ、短焦点エリア１４２ｂ、および長焦点エリア１４２ｃは互いに滑らかに接続される。

具体的には、各焦点エリアの曲率は一様でなく、焦点エリアが接する領域では互いの焦点エリアの曲率がほぼ同じになっている。例えば短焦点エリア１４２ｂおよび長焦点エリア１４２ｃが接続される領域の曲率は、例えば通常焦点エリア１４２ａと同等の曲率となる。したがって、短焦点エリア１４２ｂおよび長焦点エリア１４２ｃは部分的に通常焦点エリア１４２ａと同等の機能を含むこととなる。このため、図６のように通常焦点エリア１４２ａの個数が少なくても、光源装置１００の能力低下は抑えられる。

図１２は、従来のコリメータの断面図である。図１２に示すように、従来のコリメータ５４０の反射部５４２は、通常焦点エリア５４２ａのみとなっている。このため、ＬＥＤ素子１２０に対するコリメータ５４０の相対位置がずれると、表示画像の輝度や表示画像の輝度ムラの変動が大きかった。

偏光変換素子１５０は、図５に示すように、偏光変換プリズム１５１および波長板（位相差板）１５２を含む。偏光変換プリズム１５１は、コリメータ１４０と対向して配置されている。偏光変換プリズム１５１に入射した光の一部は、偏光変換プリズム１５１をそのまま透過する。この光は、偏光変換プリズム１５１の出射側中央部から出射し、導光体１６０へ入射する。

一方、これ以外の光は、偏光変換プリズム１５１内で反射した後、偏光変換プリズム１５１の出射側中央部を取り囲む出射側周辺部から出射する。偏光変換プリズムの出射側周辺部には波長板１５２が設けられ、偏光変換プリズム１５１の出射側周辺部から出射した光は、波長板１５２に入射する。波長板１５２に入射した光は、波長板１５２で所定の偏光変換が行われた後、導光体１６０へ入射する。

導光体１６０は、図５に示すように、例えば断面略三角形の角錐状である。導光体反射部１６２には、図５に示すように、多数の反射面１６２ａと連接面１６２ｂとが交互に鋸歯状に形成されている。導光体入射部１６１から入射した光は、導光体反射部１６２の反射面１６２ａで反射し、導光体出射部へ向けて進行する。

導光体出射部１６３と対向する位置には拡散板１７０が設けられている。また、拡散板１７０の出射側には表示パネル６４が設けられている。導光体出射部１６３から出射した光は、拡散板１７０により強度が均一化される。拡散板１７０から出射した光は、映像の投射光として表示パネル６４へ入射する。このように、コリメータ１４０から出射した光は、導光体１６０の働きにより図示で上方に配置された表示パネル６４の入射面に導かれる。

《ＨＵＤ装置の制御系の構成》
図７は、図１のヘッドアップディスプレイ装置に含まれる制御系の主要部の構成例を示すブロック図である。図８は、図７において、車両情報の取得に関わる箇所の構成例を示すブロック図である。図７に示すヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１は、制御部（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０と、スピーカ１１と、映像表示ユニット１２とを備える。映像表示ユニット１２は、図３に示したような、映像表示装置３５や、駆動機構６２付きの反射ミラーＭ１等を含む。

制御部１０は、主に、ＨＵＤ装置１における投影映像（虚像）の表示の制御や、音声出力の制御などを行う。制御部１０は、例えば、配線基板などによって構成され、当該配線基板は、例えば、図４の筐体６１内に搭載される。制御部１０は、配線基板上に実装される車両情報取得部１５、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）１６、不揮発性メモリ１７、揮発性メモリ１８、音声用ドライバ１９、表示用ドライバ２０、および通信部２１等を備える。ＭＣＵ１６は、広く知られているように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に加えて、各種周辺機能を備えている。したがって、図７の制御部１０内のＭＣＵ１６を除く各ブロックは、適宜、ＭＣＵ１６内に搭載されてもよい。

車両情報取得部１５は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）インタフェースやＬＩＮ（Local Interconnect Network）インタフェースなどであり、ＣＡＮやＬＩＮなどの通信プロトコルに基づいて車両情報４を取得する。車両情報４は、図８に示されるように、車両情報取得部１５に接続される各種センサなどの情報取得デバイスによって生成される。図８には、各種情報取得デバイスの一例が示される。

例えば、車速センサ４１は、図１の車両２の速度を検出し、検出結果となる速度情報を生成する。シフトポジションセンサ４２は、現在のギアを検出し、検出結果となるギア情報を生成する。ハンドル操舵角センサ４３は、現在のハンドル操舵角を検出し、検出結果となるハンドル操舵角情報を生成する。ヘッドライトセンサ４４は、ヘッドライトのＯＮ／ＯＦＦを検出し、検出結果となるランプ点灯情報を生成する。

照度センサ４５および色度センサ４６は、外光を検出し、検出結果となる外光情報を生成する。測距センサ４７は、車両２と外部の物体との間の距離を検出し、検出結果となる距離情報を生成する。赤外線センサ４８は、車両２の近距離における物体の有無や距離などを検出し、検出結果となる赤外線情報を生成する。エンジン始動センサ４９は、エンジンのＯＮ／ＯＦＦを検出し、検出結果となるＯＮ／ＯＦＦ情報を生成する。

加速度センサ５０およびジャイロセンサ５１は、車両２の加速度および角速度をそれぞれ検出し、検出結果として、車両２の姿勢や挙動を表す加速度ジャイロ情報を生成する。温度センサ５２は、車内外の温度を検出し、検出結果となる温度情報を生成する。例えば、温度センサ５２によって、ＨＵＤ装置１の周囲温度Ｔａを検出することが可能である。ただし、図４で述べたように、ＨＵＤ装置１内に、別途、温度センサを搭載してもよい。

路車間通信用無線送受信機５３は、車両２と、道路、標識、信号等との間の路車間通信によって路車間通信情報を生成する。車車間通信用無線送受信機５４は、車両２と周辺の他の車両との間の車車間通信によって車車間通信情報を生成する。車内用カメラ５５および車外用カメラ５６は、それぞれ、車内および車外を撮影することで車内のカメラ映像情報および車外のカメラ映像情報を生成する。具体的には、車内用カメラ５５は、例えば、図２の運転者６の姿勢や、眼の位置、動きなどを撮影するＤＭＳ（Driver Monitoring System）用のカメラなどである。この場合、撮像された映像を解析することで、運転者６の疲労状況や視線の位置などが把握できる。

一方、車外用カメラ５６は、例えば、車両２の前方や後方などの周囲の状況を撮影する。この場合、撮像された映像を解析することで、周辺に存在する他の車両や人などの障害物の有無、建物や地形、雨や積雪、凍結、凹凸などといった路面状況、および道路標識などを把握することが可能になる。また、車外用カメラ５６には、例えば、走行中の状況を映像で記録するドライブレコーダなども含まれる。

ＧＰＳ受信機５７は、ＧＰＳ信号を受信することで得られるＧＰＳ情報を生成する。例えば、ＧＰＳ受信機５７によって、現在時刻を取得することが可能である。ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System、登録商標）受信機５８は、ＶＩＣＳ信号を受信することで得られるＶＩＣＳ情報を生成する。ＧＰＳ受信機５７やＶＩＣＳ受信機５８は、ナビゲーションシステムの一部として設けられてもよい。なお、図８の各種情報取得デバイスに関しては、適宜、削除することや、他の種類のデバイスを追加することや、他の種類のデバイスに置き換えることが可能である。

図７において、ＭＣＵ１６は、このような車両情報４を、車両情報取得部１５を介して受信し、当該車両情報４などに基づいて、スピーカ１１に向けた音声データや、映像表示装置３５に向けた映像データなどを生成する。具体的には、ＭＣＵ１６は、音声データ生成部２７と、映像データ生成部２８と、歪み補正部２９と、光源調整部３０と、ミラー調整部３１と、保護処理部７５とを備える。これらの各部は、主に、不揮発性メモリ１７または揮発性メモリ１８に格納されるプログラムをＣＰＵが実行することで実装される。

音声データ生成部２７は、必要に応じて、車両情報４などに基づく音声データを生成する。音声データは、例えば、ナビゲーションシステムの音声案内を行う場合や、ＡＲ機能によって運転者６に警告を発行する場合などで生成される。音声用ドライバ１９は、当該音声データに基づいてスピーカ１１を駆動し、スピーカ１１に音声を出力させる。

映像データ生成部２８は、車両情報４などに基づいて、図２等の表示領域５に投影される投影映像の表示内容を定める映像データを生成する。歪み補正部２９は、映像データ生成部２８からの映像データに対して歪み補正を加えた補正後の映像データを生成する。具体的には、歪み補正部２９は、図２に示したように、映像表示装置３５からの映像を表示領域５に投影した場合に、ウィンドシールド３の曲率によって生じる映像の歪みを補正する。

表示用ドライバ２０は、歪み補正部２９からの補正後の映像データに基づいて、映像表示装置３５内の表示パネル６４に含まれる各表示素子（画素）を駆動する。これによって、映像表示装置３５は、補正後の映像データに基づき、表示領域５へ投影するための映像を作成（表示）する。光源調整部３０は、映像表示装置３５内の光源６５の輝度を制御する。ミラー調整部３１は、ウィンドシールド３における表示領域５の位置を調整する必要がある場合に、駆動機構６２を介して映像表示ユニット１２内の反射ミラーＭ１の設置角度を変更する。

不揮発性メモリ１７は、主に、ＭＣＵ１６内のＣＰＵで実行されるプログラムや、ＭＣＵ１６内の各部の処理で使用する設定パラメータや、規定の音声データおよび映像データなどを予め記憶する。

揮発性メモリ１８は、主に、取得した車両情報４や、ＭＣＵ１６内の各部の処理過程で使用される各種データを適宜保持する。通信部２１は、ＨＵＤ装置１外部との間で、ＣＡＮやＬＩＮなどの通信プロトコルに基づいて通信を行う。通信部２１は、車両情報取得部１５と一体であってもよい。なお、図４の制御部（ＥＣＵ）１０内の各部は、適宜、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などに実装されてもよい。

［実施例］
次に、本実施の形態のコリメータ１４０を含む光源装置を用いたＨＵＤの実施例について説明する。図９は、実施例に係るコリメータの構成を説明する図である。本実施例では、８個のコリメータ１４０が一列に配置されたものが用いられている。

図９のＺ軸は、ＬＥＤ素子１２０の中心とコリメータ１４０の中心とを通る軸であり、例えばＬＥＤ基板の鉛直方向である。図示で鉛直方向のＲ軸は、コリメータの径方向の軸である。Ｚ軸とＲ軸の交点は基準点Ｏである。一列に並んだコリメータのうち、中央４個の反射部１４２の構成は、図９の式１で表される。一方、一列に並んだコリメータ１４０のうち、両端４個の反射部１４２の構成は、図９の式２で表される。

ここで、反射部１４２における反射面の形状（すなわち外形の形状）は、式１および式２において、Ｒ＞０として、Ｚ軸を回転中心とした同心円形状で定義される。

図１３は、比較例に係るコリメータの構成を説明する図である。図１３に示すＺ軸およびＲ軸は、図９と同様である。比較例のコリメータ５４０の反射部５４２の構成は、図１３の式３で表される。

図１０は、実施例に係る表示画像輝度の分布を示す図である。なお、図１０には、図１２で説明した比較例のコリメータ５４０を用いた結果も示されている。図１０の横軸は、ＬＥＤ素子に対するコリメータの位置ずれ量を示している。横軸の「０」は、ＬＥＤ素子に対するコリメータの理想的な取り付け位置である。図１０の縦軸は、コリメータが理想的な位置にあるときの表示画像輝度（以下、理想表示画像輝度とも称する）に対する表示画像輝度の割合（相対輝度）を示している。

図１０によれば、本実施例に係るコリメータ１４０が理想的な位置よりＬＥＤ素子１２０とは反対側（図示で正側）にずれたとき、表示画像輝度の低下量は、比較例よりも小さくなっている。特に、コリメータ１４０がＬＥＤ素子１２０から離れるにつれて、比較例との表示画像輝度の差分は大きくなっており、表示画像輝度の改善が見られる。

なお、本実施例に係るコリメータ１４０が理想的な位置よりＬＥＤ素子１２０側（図示で負側）にずれたとき、表示画像輝度は、従来のコリメータ５４０を用いた場合よりも小さくなっている。ただし、この領域の表示画像輝度は、理想表示画像輝度の９０％以上となっている。したがって、この場合においても、使用上十分な表示画像輝度を確保できており、この領域での表示画像輝度の低下は問題とならない。このように、本実施例によれば、コリメータ１４０の位置がずれたときでも、表示パネル６４に入射する投射光の光量の変動が抑えられている。

次に、表示画像輝度ムラについて説明する。図１１は、実施例に係る表示画像輝度ムラの分布を示す図である。なお、図１１においても、比較例のコリメータ５４０を用いた結果が示されている。図１１の横軸は、ＬＥＤ素子１２０に対するコリメータ１４０の位置ずれ量を示している。横軸の「０」は、ＬＥＤ素子１２０に対するコリメータ１４０の理想的な位置である。図１１の縦軸は、表示画像の中心輝度に対する表示画像内における最小輝度の割合を表示画像輝度ムラとして示している。詳しくは、図１１の縦軸は、コリメータ１４０が理想的な位置にあるときの表示画像輝度ムラに対する表示画像輝度ムラ（相対輝度ムラ）を示している。

図１１に示すように、コリメータ１４０が理想的な位置よりＬＥＤ素子１２０側（図示で負側）にずれた場合、およびコリメータ１４０が理想的な位置よりＬＥＤ素子１２０とは反対側（図示で正側）にずれた場合のいずれにおいても、相対輝度ムラが改善している。すなわち、本実施例では、表示画像輝度ムラが小さくなっている。このように、本実施例によれば、コリメータ１４０の位置がずれたときでも、表示パネル６４の各領域間における投射光の光量の変動が抑えられている。

＜本実施の形態による主な効果＞
本実施の形態によれば、コリメータ１４０の反射部１４２は、通常焦点エリア１４２ａ、短焦点エリア１４２ｂ、および長焦点エリア１４２ｃを含む。この構成によれば、ＬＥＤ素子１２０に対するコリメータ１４０の位置（相対位置）がずれた場合でも、表示画像輝度の低下が抑えられ、表示画像輝度ムラが改善する。これにより、光源であるＬＥＤ素子１２０とコリメータ１４０との位置合わせの精度が緩和されるので、製造歩留まりを向上させることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、通常焦点エリア１４２ａ、短焦点エリア１４２ｂ、および長焦点エリア１４２ｃにおける反射面の曲率がそれぞれ異なる。具体的には、短焦点エリア１４２ｂは、通常焦点エリア１４２ａよりも反射面の曲率が大きく、長焦点エリア１４２ｃは、通常焦点エリア１４２ａよりも反射面の曲率が小さい。この構成によれば、コリメータ１４０の位置ずれが生じた場合でも、表示パネル６４へ供給される投射光の光量の低下、表示パネル６４の各領域間における投射光の光量の変動が抑えられる。

また、本実施の形態によれば、コリメータ１４０には、複数の長焦点エリア１４２ｃと短焦点エリア１４２ｂとが交互に形成される。この構成によれば、コリメータ１４０の位置ずれが生じた場合でも、表示パネル６４へ供給される投射光の光量の低下、表示パネル６４の各領域間における投射光の光量の変動が抑えられる。

また、本実施の形態によれば、通常焦点エリア１４２ａ、短焦点エリア１４２ｂ、および長焦点エリア１４２ｃは互いに滑らかに接続される。この構成によれば、位置ずれがない場合の光量を確保しつつ、表示パネル６４へ供給される投射光の光量の低下、表示パネル６４の各領域間における投射光の光量の変動が抑えられる。

また、本実施の形態によれば、コリメータ１４０ごとに反射部１４２の形状が異なる。この構成によれば、光源装置１００の光学系を最適化することが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために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、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態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。

１…ＨＵＤ装置、３…ウィンドシールド、５…表示領域、１０…制御部（ＥＣＵ）、３５…映像表示装置、６４…表示パネル、１００…光源装置、１４０…コリメータ、１４２…反射部、１４２ａ…通常焦点エリア、１４２ｂ…短焦点エリア、１４２ｃ…長焦点エリア、１６０…導光体

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源と対向して配置され、前記光源から入射した光の焦点距離を調整する反射部を含むコリメータと、
   前記コリメータの出射側に配置される導光体と、
   を備え、
   前記コリメータの反射部は、前記光源から出射し、前記コリメータに入射した光を略平行光に変換する通常焦点エリア、前記コリメータに入射した光を前記略平行光に比べ僅かに発散する光に変換する長焦点エリア、前記コリメータに入射した光を前記略平行光に比べ僅かに収束する光に変換する短焦点エリアを含む、
   光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記通常焦点エリア、前記短焦点エリア、および前記長焦点エリアにおける反射面の曲率がそれぞれ異なる、
   光源装置。
3. 請求項２に記載の光源装置において、
   前記短焦点エリアは、前記通常焦点エリアよりも前記反射面の曲率が大きく、前記長焦点エリアは、前記通常焦点エリアよりも前記反射面の曲率が小さい、
   光源装置。
4. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記コリメータには、複数の前記長焦点エリアと前記短焦点エリアとが交互に形成される、
   光源装置。
5. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記通常焦点エリア、前記短焦点エリア、および前記長焦点エリアは互いに滑らかに接続される、
   光源装置。
6. 請求項１に記載の光源装置において、
   複数の前記光源と、
   それぞれの前記光源と対応する複数の前記コリメータと、
   を有し、
   前記コリメータごとに前記反射部の形状が異なる、
   光源装置。
7. 請求項１に記載の光源装置において、
   複数の前記光源と、
   それぞれの前記光源と対応する複数の前記コリメータと、
   を有し、
   複数の前記光源は一列に配置され、
   中央側の前記光源に対応する前記コリメータの前記反射部の形状と、端部側の前記光源に対応する前記コリメータの前記反射部の形状とが互いに異なる、
   光源装置。
8. ウィンドシールドの表示領域へ映像を投影することで、前記映像が重畳された風景を車両の運転者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   光源装置と、
   前記光源装置からの光を変調することで前記表示領域へ投影するための映像を作成する表示パネルと、
   前記表示パネルで作成された前記映像を反射して前記表示領域へ投影する反射ミラーと、
   を備え、
   前記光源装置は、
   光源と、
   前記光源と対向して配置され、前記光源から入射した光の焦点距離を調整する反射部を含むコリメータと、
   前記コリメータの出射側に配置される導光体と、
   を備え、
   前記コリメータの反射部は、前記光源から出射し、前記コリメータに入射した光を略平行光に変換する通常焦点エリア、前記コリメータに入射した光を前記略平行光に比べ僅かに発散する光に変換する長焦点エリア、前記コリメータに入射した光を前記略平行光に比べ僅かに収束する光に変換する短焦点エリアを含む、
   ヘッドアップディスプレイ装置。

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