WO2017094209A1 - 映像表示装置および映像表示装置を搭載したヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

映像表示装置（１２０）はヘッドアップディスプレイに用いられる。映像表示装置（１２０）は、照明部と導光板（１１２）と光線制御部（１１４）と表示部（１１５）とを備える。照明部は複数の光源（１１１）を有する。導光板（１１２）は、照明部からの光が入射して、複数の光源（１１１）とそれぞれ対向する複数の凸面（１１２ｂ）を含む入射面（１１２１）と、入射面（１１２１）に交差する方向に配置されて、入射面（１１２１）から入射した光が出射する出射面（１１２３）と、を有する。光線制御部（１１４）は、出射面（１１２３）から出射した光の進行方向を制御する。表示部（１１５）は、光線制御部（１１４）から出射した光を透過させて映像を表示する。

Description

映像表示装置および映像表示装置を搭載したヘッドアップディスプレイ

　本開示は、導光板を用いた映像表示装置と、この映像表示装置を搭載したヘッドアップディスプレイに関する。

　特許文献１は、光源から出射した光線を、リニアフレネルレンズを用いて偏向して導光板に入射させる方法を開示している。これにより光の進行方向に対して垂直な方向に広がる配光分布が狭くなり、正面輝度が高くなる。

特開２００７－７３４６９号公報

　本開示における映像表示装置は、ヘッドアップディスプレイに用いられる。映像表示装置は、照明部と、導光板と、光線制御部と、表示部と、を備える。照明部は、複数の光源を有する。導光板は、照明部からの光が入射して、複数の光源とそれぞれ対向する複数の凸面を含む入射面と、入射面に交差する方向に配置されて、入射面から入射した光が出射する出射面と、を有する。光線制御部は、出射面から出射した光の進行方向を制御する。表示部は、光線制御部から出射した光を透過させて映像を表示する。

　本開示におけるヘッドアップディスプレイは、映像表示装置と、映像表示装置から出射した光を反射させる反射光学ユニットと、を備える。ヘッドアップディスプレイは、反射光学ユニットから出射した光を、透明部材を介して観察者のアイボックスに導入させて、観察者に虚像を視認させる。映像表示装置は、照明部と、導光板と、光線制御部と、表示部と、を備える。照明部は、複数の光源を有する。導光板は、照明部からの光が入射して、複数の光源とそれぞれ対向する複数の凸面を含む入射面と、入射面に交差する方向に配置されて、入射面から入射した光が出射する出射面と、を有する。光線制御部は、出射面から出射した光の進行方向を制御する。表示部は、光線制御部から出射した光を透過させて映像を表示する。

　本開示における映像表示装置およびヘッドアップディスプレイは、高い正面輝度を得られる。

図１は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイを搭載した車両の模式図である。 図２は、実施の形態１における映像表示装置の模式図である。 図３は、実施の形態１における映像表示装置の断面の模式図である。 図４は、実施の形態１における導光板への入射光線の模式図である。 図５は、比較例における導光板への入射光線の模式図である。 図６は、実施の形態１と比較例の導光板における輝度と角度との関係を示すグラフである。 図７は、実施の形態２における映像表示装置の模式図である。 図８は、実施の形態２における映像表示装置の断面の模式図である。 図９は、実施の形態２における導光板への入射光線の模式図である。 図１０は、実施の形態３における映像表示装置の模式図である。 図１１Ａは、ヘッドアップディスプレイの光路の一部を示す模式図である。 図１１Ｂは、ヘッドアップディスプレイの光路の一部を示す模式図である。

　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

　なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

　（実施の形態１）
　以下、図１～図６を用いて、実施の形態１を説明する。

　［１－１．概要］
　図１は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ１００を搭載した車両２００の模式図である。車両２００には、観察者３００として、例えばドライバーが乗車する。車両２００は、透明部材としてのウインドシールド２３０、すなわちフロントガラスを備える。

　ヘッドアップディスプレイ１００の液晶パネル（後述する透過型表示パネル１１５）から出射した光は、ウインドシールド２３０を介して、観察者３００のアイボックス６００内に導かれる。これにより観察者３００は、虚像４００を視認する。なお、アイボックス６００とは、観察者３００が虚像を欠けることなく視認できる領域のことである。

　ヘッドアップディスプレイ１００は、映像表示装置１２０を備える。図２は、実施の形態１における映像表示装置１２０の模式図である。映像表示装置１２０は、導光板１１２を有する。導光板１１２の入射面１１２１は、凸面１１２ｂを有する。

　導光板１１２に入射する光は、凸面１１２ｂにより偏向される。これにより、導光板１１２へ導入される光の配光分布を狭くできる。そしてその結果、映像表示装置１２０の正面輝度を向上できる。

　なお、導光板１１２に導入される光線の配光分布を狭くするために、例えば光源１１１と入射面１１２１との間にリニアフレネルレンズを配置することもできる。しかし、このようにリニアフレネルレンズを用いる場合と比べて実施の形態１では、少ない部材でも映像表示装置１２０の正面輝度を向上できる。

　［１－２．構成］
　［１－２－１．ヘッドアップディスプレイの構成］
　以下、図１を用いて本実施の形態のヘッドアップディスプレイ１００の構成について説明する。

　ヘッドアップディスプレイ１００は、映像表示装置１２０と、反射光学ユニット１３０と、を備える。ヘッドアップディスプレイ１００は、筐体１４０内に配置されている。なお、図１では、理解を容易にするため、ヘッドアップディスプレイ１００及び筐体１４０を拡大して示す。

　映像表示装置１２０の構成については、後述する。

　反射光学ユニット１３０は、第１ミラー１３１および第２ミラー１３２を備える。第１ミラー１３１は、後述する映像表示装置１２０の透過型表示パネル１１５から出射された光を第２ミラー１３２に向けて反射する。第２ミラー１３２は、第１ミラー１３１からの光をウインドシールド２３０に向けて反射する。第２ミラー１３２の反射面の形状は、凹面形状である。反射光学ユニット１３０は、必ずしも２枚のミラーで構成される必要はない。ミラーの数は、１枚であっても、３枚以上であっても良い。また、反射光学ユニット１３０は、光路上にレンズなどの屈折光学系を備えていても良い。

　筐体１４０は、開口１４１を有する。開口１４１には、透明のカバーを備えていてもよい。

　［１－２－２．映像表示装置の構成］
　以下、図２を用いて本実施の形態の映像表示装置１２０の構成について説明する。なお、以下の説明において、（光の）出射側とは図２の上側を意味する。

　映像表示装置１２０は、複数の光源１１１と、導光板１１２と、反射部材としての鏡面反射部材１１３と、光線制御部材１１４と、表示部としての透過型表示パネル１１５と、を備える。

　複数の光源１１１は、図１に示す照明部としての照明装置１１０に含まれる。図２に示すように、複数の光源１１１は、映像表示装置１２０に対し第１の方向（ｘ軸方向）に一列に配列されている。光源１１１は、透過型表示パネル１１５に照明光を供給する発光体である。光源１１１は、例えばチップ型発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。

　導光板１１２は、複数の光源１１１に対して第２の方向（ｙ軸方向）に並んで配置される。導光板１１２は、複数の光源１１１の出射光が漏れない程度に光源１１１に近接させて配置される。導光板１１２は、光を導光する透明の板である。導光板１１２の表面は、入射面１１２１と、出射面１１２３と、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂと、対向面１１２４と、を有する。

　入射面１１２１には、複数の光源１１１からの出射光が入射する。入射面１１２１は、各光源１１１にそれぞれ対向する複数の凸面１１２ｂを有する。それぞれの凸面１１２ｂは、各光源１１１に対向する方向に突出して湾曲する湾曲面である。そしてそれぞれの凸面１１２ｂの曲率中心の軸は、ｘｙ平面に対して垂直である。つまり、各凸面１１２ｂの曲率中心の軸は、第３の方向（ｚ軸方向）に平行である。導光板１１２の、各凸面１１２ｂを有する部分を、それぞれシリンドリカル形状部１１２ａとする。それぞれのシリンドリカル形状部１１２ａの形状は、第３の方向に平行な直線を母軸とする半円柱形状である。なお、第３の方向とは、第１の方向と第２の方向の双方に直交する方向とする。それぞれのシリンドリカル形状部１１２ａのｙｚ断面およびｘｚ断面の形状は、いずれも矩形状である。複数のシリンドリカル形状部１１２ａは、第１の方向に配列されている。各シリンドリカル形状部１１２ａは、導光板１１２と一体に形成されている。

　出射面１１２３は、入射面１１２１に交差する方向に配置される。出射面１１２３からは、入射面１１２１から入射した光が出射する。出射面１１２３は、第１の方向と、第１の方向と直交する第２の方向とで規定される面である。

　なお、出射面１１２３には、レンチキュラーレンズ形状部を有することが好ましい。レンチキュラーレンズ形状部は、複数のシリンドリカル形状部からなる。各シリンドリカル形状部の母軸は、第２の方向に平行であることが好ましい。これらのシリンドリカル形状部は、第１の方向に配列される事が好ましい。これらのシリンドリカル形状部により、第２の方向に平行で、第１の方向に並んだ縞状の輝度むらを軽減できる。

　対向面１１２４は、出射面１１２３と対向する。対向面１１２４は、出射面１１２３に対して傾斜している。そして対向面１１２４と出射面１１２３との間隔は、入射面１１２１から離れる程広い。前述の、対向面１１２４と出射面１１２３との間隔とは、第３の方向の間隔を意味する。この間隔が徐々に広がるため、導光板１１２の、第２の方向と第３の方向で規定される断面（ｙｚ断面）の形状は、楔形である。

　なお、対向面１１２４には、レンチキュラーレンズ形状部を有することが好ましい。レンチキュラーレンズ形状部は、複数のシリンドリカル形状部からなる。各シリンドリカル形状部の母軸は、第１の方向に平行であることが好ましい。これらのシリンドリカル形状部は、第２の方向に配列されることが好ましい。これらのシリンドリカル形状部により、第１の方向に平行で、第２の方向に並んだ縞状の輝度むらを低減できる。

　傾斜面は、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂの二面を含む。傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂは、いずれも入射面１１２１と対向する。傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂは、いずれも出射面１１２３および対向面１１２４の双方に対して傾斜している。傾斜面の数は、一面でもよく、二面以上であってもよい。傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂは、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂまで導光された光線の第２の方向に対する角度を変化させる。

　鏡面反射部材１１３は、少なくとも出射面１１２３の反対側、すなわち対向面１１２４側に配置される。実施の形態１では、導光板１１２の表面のうち、入射面１１２１および出射面１１２３以外の面に、導光板１１２に沿って配置される。鏡面反射部材１１３は、入射面１１２１から導光板１１２に入射した光が出射面１１２３以外の面から出射しようとする際に、導光板１１２の内方向へ再び光を反射させる。鏡面反射部材１１３の材料は、可能な限り反射率の高いものであることが望ましい。例えば鏡面反射部材１１３の材料は、金属である。鏡面反射部材１１３は、導光板１１２上に金属膜を蒸着させたり、あるいは金属膜を貼り付けたりすることで形成される。

　光線制御部材１１４は、導光板１１２の出射側に配置される。すなわち光線制御部材１１４、導光板１１２と透過型表示パネル１１５との間に配置される。光線制御部材１１４は、導光板１１２と向かい合う面に、三角形状プリズムの列を有する。これらの三角形状プリズムの形状は、第１の方向に平行な軸を母軸とする三角柱形状である。これらの三角形状プリズムは、第２の方向に配列されている。三角形状プリズムの頂角は、約６０度が好ましい。ここで、導光板１１２から光線制御部材１１４へ出射してきた光線は、第３の方向へ立ち上がる。導光板１１２からは全反射条件が破れた角度で光線が出射されるため、この出射光の角度は、第３の方向に対して、６０～７０度の角度を有している。三角形状プリズムの頂角を、約６０度とすることにより、映像表示装置１２０を第３の方向から見る時、最も輝度を高くできる。光線制御部材１１４の、三角形状プリズムが形成された面の反対側の面、つまり出射側の面には、円筒状レンズの列を有する。これらの円筒状レンズは、第１の方向に平行な軸を母軸とする半円柱形状である。これらの円筒状レンズは、第２の方向に配列されている。円筒状レンズは、三角形状プリズムにより第３の方向へ立ち上げられた光を偏向し、正面輝度を向上させる。三角形状プリズムの列と円筒状レンズの列のピッチは、それぞれ等しい。各三角形状プリズムと各円筒状レンズとは、第３の方向の位置が合うように向かい合って配置されることが好ましい。このように三角形状プリズムと円筒状レンズを配置することで、映像表示装置１２０の表示を第３の方向から観察する場合に、全体的に輝度分布の均一性が向上する。また、三角形状プリズムの列と円筒状レンズの列のピッチを等ピッチとし、かつ各三角形状プリズムと各円筒状レンズの第３の方向の位置をずらしてもよい。このような形態にすれば、第３の方向に対して角度をもった方向から観察する場合に、輝度を最も高くできる。なお、三角形状プリズムの列と円筒状レンズの列のピッチは視認できない程度に小さくすることが望ましい。具体的には、０．１ｍｍ以下程度にすることが望ましい。

　透過型表示パネル１１５は、光線制御部材１１４の出射側に配置される。透過型表示パネル１１５とは、例えばドットマトリクス表示方式のＴｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＦＴ）透過型液晶パネルである。

　上述の導光板１１２および光線制御部材１１４の材料は、所定の屈折率を有する透明材料である。透明材料の屈折率は、例えば１．４から１．６程度である。このような透明材料としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等の樹脂が挙げられる。本実施の形態では、耐熱性を考慮してポリカーボネイトを用いている。また本実施の形態では、映像表示装置１２０を、比較的アイボックス６００の範囲が限定されるヘッドアップディスプレイ１００に用いる。換言すると、映像表示装置１２０の出射する光は、指向性が比較的高い。したがって、導光板１１２の材料には、実質的に散乱材を含まない材料を用いる。これにより導光板１１２の内部では、指向性を持った光線が反射を繰り返しながら導光される。

　［１－３．光路の詳細説明］
　以下、光源１１１から出射し、透過型表示パネル１１５を出射するまでの、光線の光路について説明する。

　図３は、本実施の形態における映像表示装置１２０の断面の模式図である。この断面は、第２の方向と第３の方向とで規定される面であり、すなわちｙｚ断面である。図３の一点鎖線は、光源１１１からの出射光が、導光板１１２と光線制御部材１１４とを介して透過型表示パネル１１５から出射するまでの光路を示す。

　まず、複数の光源１１１から光が出射する。各光源１１１から出射した光は導光板１１２の入射面１１２１に入射し、導光板１１２の内部を第２の方向に沿って進む。導光板１１２の第３の方向の厚みは、入射面１１２１から第２の方向に離れるほど厚くなっているため、光線とｙ軸とがなす角θは、光が第２の方向に沿って進むにしたがって小さくなる。したがって、光は、導光板１１２の外へ漏れることはほとんどなく、第２の方向へ導かれる。

　導光板１１２へ導かれた光は、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂで反射し、入射面１１２１側に向かって導光板１１２の内部を導かれる。ここで、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂとｙ軸との成す角のうち小さい方の角度が大きくなるに従って、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂから反射した反射光の角度θは大きくなる。この角度θが大きくなるほど、傾斜面１１２２ａからの反射光は、導光板１１２の傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂの近くから出射面１１２３を介して取り出され、第３の方向へ導かれる。また、導光板１１２の形状は、反射光にとっては、進行方向に向かって薄くなる楔形となっている。したがって、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂからの反射光の角度θは、反射を繰り返すうちに徐々に大きくなる。よって、この反射光は、徐々に全反射条件を破っていく。すなわち傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂからの反射光は、徐々に出射面１１２３から取り出される。その結果、映像表示装置の輝度分布の均一性が増す。

　出射面１１２３から取り出された光線は、光線制御部材１１４により第３の方向に対する角度を変換され、透過型表示パネル１１５を透過する。

　対向面１１２４から取り出される光線は、鏡面反射部材１１３で反射される。そしてその反射光は、出射面１１２３を通過する。出射面１１２３を通過した光は、光線制御部材１１４により第３の方向への角度を変換され、透過型表示パネル１１５を透過する。

　ここで、導光板１１２の内部での光線の配光分布について説明する。図４は、本実施の形態における導光板１１２への入射光線を示す模式図である。図４は、導光板１１２を第３の方向から見た図である。シリンドリカル形状部１１２ａにより、光源１１１から出射した光線の、第１の方向に広がる角度が偏向される。したがって、入射面１１２１に入射した光線は、ｙ軸に対し、ｘ軸方向に広がる角度がθ１である配光分布を有する。

　他方、図５は、本実施の形態に対する比較例における導光板１１２への入射光線を示す模式図である。図５は、導光板１１２を第３の方向から見た図である。この比較例では、入射面１１２１にシリンドリカル形状部１１２ａを有していない。比較例の場合、光源１１１からの出射光は光源１１１からそのまま入射面１１２１に入射する。入射面１１２１に入射した光線は、ｙ軸に対し、ｘ軸方向に広がる角度がθ２の配光分布を有する。

　本実施の形態では、入射面１１２１のシリンドリカル形状部１１２ａにより、入射面１１２１に入射した光のｘ軸方向に広がる角度が偏向される。したがって、角度θ１は、角度θ２よりも小さくなる。その結果本実施の形態では、第１の方向（ｘ軸方向）に広がる配光分布を狭めることができる。

　また図６は、本実施の形態と比較例における配光分布と正面輝度との関係を示すグラフである。本実施の形態において、角度θ１における正面輝度は、ピーク値の半分の値である。また比較例において、角度θ２における正面輝度は、ピーク値の半分の値である。図６に示すように、角度θ１が角度θ２よりも小さいため、本実施の形態の方が比較例よりも配光分布が狭くなる。また本実施の形態の正面輝度のピーク値は、比較例の正面輝度のピーク値よりも高くなることが分かる。

　他方、図４、図５に示すように、導光板１１２の入射面１１２１付近においては、光の入射しない範囲１１２ｎおよび範囲１１２ｍが存在する。本実施の形態の範囲１１２ｎの面積は、比較例の範囲１１２ｍに比べて広い。このため、本実施の形態では、図３に示すとおり、導光板１１２への入射光を傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂで反射させ、この反射光を出射面１１２３から取り出している。導光板１１２の内部で光が反射を繰り返すことで、配光分布をある程度広げることができる。

　［１－４．効果等］
　以上のように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ用の映像表示装置１２０は、照明装置１１０と、導光板１１２と、光線制御部材１１４と、透過型表示パネル１１５と、を備えている。照明装置１１０は、複数の光源１１１を有する。導光板１１２は、照明装置１１０からの光が入射し、複数の光源１１１とそれぞれ対向する複数の凸面１１２ｂを含む入射面１１２１と、入射面１１２１に交差する方向に配置され、入射面１１２１から入射した光が出射する出射面１１２３と、を有する。光線制御部材１１４は、出射面１１２３から出射した光の進行方向を制御する。透過型表示パネル１１５は、光線制御部材１１４から出射した光を透過させて映像を表示する。

　これにより映像表示装置１２０は、配光分布を狭めることができる。その結果、映像表示装置１２０を第３の方向から見た場合の正面輝度を向上できる。

　また本実施の形態では、各凸面１１２ｂは、各光源１１１とそれぞれ対向する方向に突出して湾曲する。そして各凸面１１２ｂの曲率中心の軸は、ｘｙ平面に対して垂直である。これにより本実施の形態では、光源１１１から導光板１１２内に入射した光の、第２の方向（ｙ軸方向）に対して第１の方向（ｘ軸方向）に広がる配光分布を狭くできる。その結果、映像表示装置１２０を第３の方向から見た場合の正面輝度を向上できる。

　また本実施の形態では、対向面１１２４が出射面１１２３に対して傾斜している。さらに対向面１１２４の少なくとも一部と出射面１１２３との間隔は、入射面１１２１から離れる程広い。これにより本実施の形態では、入射面１１２１から入射した光のｙ軸方向との成す角度θを徐々に大きくしながら、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂへと導光できる。そして傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂで光を反射させ、さらに導光板１１２内で反射を繰り返しながら取り出すことができる。導光板１１２内で光が反射を繰り返すため、配光分布をある程度広げることができる。したがって、導光板１１２内で、光が広がる光路を十分に確保できる。その結果、映像表示装置１２０の正面輝度を高めつつ、輝度分布の均一性を向上できる。

　また本実施の形態では、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂの角度を調整することにより前述の角度θが大きくなるように偏向できる。したがって、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂの近傍の出射面１１２３から光を取り出すことができる。その結果、輝度分布の均一性を向上できる。

　また導光板１１２の形状は楔形であり、反射光にとっては、進行方向に向かって、すなわち傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂから入射面１１２１に向かって薄くなっている。したがって、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂからの反射光の角度θは、徐々に大きくなる。したがって、この反射光を徐々に出射面１１２３から取り出すことができる。その結果、映像表示装置１２０の輝度分布の均一性を向上できる。

　以上より本実施の形態では、正面輝度を高めることができ、さらに輝度分布の均一性を向上できる。また映像表示装置１２０の正面輝度を向上させることで、ヘッドアップディスプレイ１００のウインドシールド２３０に投影される表示の正面輝度を向上できる。また映像表示装置１２０の輝度分布の均一性を向上させることで、ヘッドアップディスプレイ１００のウインドシールド２３０に投影される表示の輝度分布の均一性を向上できる。

　（実施の形態２）
　以下、図７～図９を用いて、実施の形態２を説明する。本実施の形態では、導光板１１６の形状が実施の形態１と異なる。実施の形態１と同様の構成及び機能を有する部材については、同様の符号を付し、その詳細な説明や同様の効果の記載を省略する場合がある。

　［２－１．映像表示装置の構成］
　図７は、本実施の形態における映像表示装置の構成を示す模式図である。なお、以下の説明において、（光の）出射側とは図７の上側を意味する。

　映像表示装置２２０は、複数の光源１１１と、導光板１１６と、鏡面反射部材１１３と、光線制御部材１１４と、透過型表示パネル１１５と、を備える。光源１１１は、図１に示す照明装置１１０に含まれる。映像表示装置２２０は、図１に示すヘッドアップディスプレイ１００に用いられる。

　図７に示すように、複数の光源１１１は、第１の方向（ｘ軸方向）に一列に配列されている。

　導光板１１６は、複数の光源１１１に対して第２の方向（ｙ軸方向）に並ぶように配置される。導光板１１６は、光源１１１からの出射光が漏れない程度に光源１１１に近接させて配置される。導光板１１６の表面は、入射面１１６１と、出射面１１６３と、対向面１１６４と、を有する。導光板１１６は、第１領域１１６５と、第２領域１１６６とを有する。第１領域１１６５は、入射面１１６１から第２の方向に所定の長さを有する領域である。第１領域１１６５の、第３の方向（ｚ軸方向）の厚みは、第２の方向の位置に関わらず一定である。第２領域１１６６は、導光板１１６の、第１領域１１６５を除く領域であり、第１領域１１６５から第２の方向に所定の長さを有する領域である。第２領域１１６６では、第２の方向に沿って入射面１１６１から遠ざかるにしたがい、第３の方向の厚みが薄くなる。第２領域１１６６の形状は、楔形である。

　入射面１１６１は、複数の光源１１１からの出射光を入射する。入射面１１６１は、複数の凸面１１６ｂを有する。各凸面１１６ｂは、各光源１１１に対向する。それぞれの凸面１１６ｂは、第２の方向に突出して湾曲する湾曲面である。それぞれの凸面１１６ｂの曲率中心となる軸は、ｘｙ平面に垂直である。導光板１１６の、各凸面１１６ｂを有する部分を、それぞれシリンドリカル形状部１１６ａとする。それぞれのシリンドリカル形状部１１６ａの形状は、第３の方向（ｚ軸方向）に平行な軸を母軸とする半円柱形状である。それぞれのシリンドリカル形状部１１６ａのｙｚ断面およびｘｚ断面の形状は、いずれも矩形状である。複数のシリンドリカル形状部１１６ａは、第１の方向に配列されている。各シリンドリカル形状部１１６ａは、導光板１１６と一体に形成されている。

　出射面１１６３は、入射面１１６１に交差する方向に配置される。出射面１１６３からは、入射面１１６１から入射した光が出射する。出射面１１６３は、第１の方向と、第１の方向と直交する第２の方向とで規定される面である。

　なお、出射面１１６３は、レンチキュラーレンズ形状部を有することが好ましい。レンチキュラーレンズ形状部は、複数のシリンドリカル形状部からなる。シリンドリカル形状部の配列方向は、第１領域１１６５と第２領域１１６６とで異なる事が好ましい。第１領域１１６５では、各シリンドリカル形状部の母軸は第１の方向に平行であることが好ましい。第１領域１１６５のシリンドリカル形状部は、第２の方向に配列されることが好ましい。これにより、第１の方向に平行で、第２の方向へ並んだ縞状の輝度むらを軽減できる。また、第２領域１１６６では、各シリンドリカル形状部の母軸は第２の方向に平行であることが好ましい。第２領域１１６６のシリンドリカル形状部は、第１の方向に配列されることが好ましい。これにより、第２の方向に平行で、第１の方向へ並んだ縞状の輝度むらを軽減できる。

　対向面１１６４は、出射面１１６３に対向する。第１領域１１６５では、対向面１１６４と出射面１１６３とは平行である。第２領域１１６６では、対向面１１６４は出射面１１６３に対して傾斜している。対向面１１６４と出射面１１６３の第３の方向の間隔は、入射面１１６１から離れる程狭い。

　なお、第１領域１１６５の対向面１１６４は、複数のプリズム形状部を有することが好ましい。第１領域１１６５のプリズム形状部の母軸は、第１の方向に平行であることが好ましい。また第１領域１１６５のプリズム形状部は、第２の方向に配列されることが好ましい。これにより、第２の方向に対する光線の角度（図８に示す角度θ）を大きくすることができる。したがって、光源１１１付近の出射面１１６３から光を取り出すことができる。

　また、第２領域１１６６の対向面１１６４も、複数のプリズム形状部を有することが好ましい。第２領域１１６６のプリズム形状部の母軸は、第１の方向に平行であることが好ましい。また第２領域１１６６のプリズム形状部は、第２の方向に配列されることが好ましい。これにより、第２の方向に対する光線の角度（図８に示す角度θ）を大きくすることができる。したがって、導光板１１６の第２領域１１６６での光の取り出し効率を向上できる。

　なお、対向面１１６４のプリズム形状部によって、光線が第３の方向へ立ち上げられる。したがって入射面１１６１の近傍では、第１の方向に平行な縞状のむらが発生することがある。しかし本実施の形態では、第１領域１１６５の出射面１１６３に第１の方向に平行なシリンドリカル形状部を有する。したがって、第１の方向に平行な縞状の輝度むらを低減できる。

　鏡面反射部材１１３は、導光板１１６の、出射面１１６３の反対側の面、すなわち対向面１１６４側に配置される。

　光線制御部材１１４は、導光板１１６の出射側に配置される。すなわち、導光板１１６と透過型表示パネル１１５との間に配置される。本実施の形態では、光線制御部材１１４は、導光板１１６の第２領域１１６６の上に配置される。光線制御部材１１４は、第１領域１１６５の上には配置されていない。光線制御部材１１４は、導光板１１６と向かい合う面に、三角形状プリズムの列を有する。これらの三角形状プリズムの形状は、第１の方向を母軸とする三角柱形状である。これらの三角形状プリズムは、第２の方向に配列される。光線制御部材１１４の、三角形状プリズムが形成された面の反対側の面、つまり出射側の面には、円筒状レンズの列を有する。円筒状レンズの形状は、第１の方向を母軸とする半円柱形状である。これらの円筒状レンズは、第２の方向に配列されている。円筒状レンズの列は、三角形状プリズム列と平行である。

　透過型表示パネル１１５は、光線制御部材１１４の出射側に配置される。すなわち、透過型表示パネル１１５は、光線制御部材１１４を介して第２領域１１６６の上に配置されている。透過型表示パネル１１５は、第１領域１１６５の上には配置されていない。

　［２－２．光路の詳細説明］
　以下、本実施の形態の光路について説明する。図８は、本実施の形態における映像表示装置２２０の断面（ｙｚ断面）の模式図である。図８の一点鎖線は、光源１１１からの出射光が、導光板１１６と光線制御部材１１４とを介して透過型表示パネル１１５から出射するまでの光路を示す。

　まず、複数の光源１１１から光が出射する。各光源１１１から出射した光は導光板１１６の入射面１１６１に入射し、第２の方向に沿って進む。ここで、図８に示すｙｚ平面において、光線とｙ軸とがなす角のうち小さい方の角度を角度θとする。第１領域１１６５では、光は、対向面１１６４に形成されたプリズム形状部により角度θを大きくしながら導かれる。これにより、透過型表示パネル１１５の光源１１１付近から光を取り出すことができる。また、第２領域１１６６では、出射面１１６３と対向面１１６４との第３の方向の間隔が、入射面１１６１から第２の方向に離れるほど狭くなる。したがって、入射面１１６１から第２の方向に離れるにしたがって、徐々に角度θは大きくなる。さらに導光板１１６に導かれた光は、対向面１１６４に形成されたプリズム形状部により、角度θが大きくなるように偏向される。このように、光は、導光板１１６の内部で、徐々に角度θを大きくしながら第２の方向へ導かれる。これにより、光を出射面１１６３から徐々に取り出すことができる。その結果、映像表示装置２２０の輝度分布の均一性が増す。

　出射面１１６３から取り出された光線は、光線制御部材１１４により第３の方向に対する角度を変換され、透過型表示パネル１１５を透過する。

　また対向面１１６４から取り出される光線は、鏡面反射部材１１３で反射する。そしてその反射光は、出射面１１６３を通過する。出射面１１６３を通過した光は、光線制御部材１１４により第３の方向への角度を変換され、透過型表示パネル１１５を透過する。

　ここで、導光板１１６内での光線の配光分布について説明する。図９は、本実施の形態における導光板１１６への入射光線を示す模式図である。図９は、導光板１１６を第３の方向から見た図である。

　本実施の形態では、入射面１１６１のシリンドリカル形状部１１６ａにより、光源１１１からの出射光の、第１の方向に広がる角度が偏向される。そして入射面１１６１に入射した光線は、角度θ１を有する配光分布となる。したがって、第１の方向に広がる光の配光分布を狭くできる。

　また、導光板１１６の入射面１１６１に近い側には、第３の方向の厚みが一定である第１領域１１６５を有する。したがって、第１領域１１６５で光を十分に広げることができる。

　［２－４．効果等］
　本実施の形態では、入射面１１６１に設けたシリンドリカル形状部１１６ａにより、第１の方向に広がる光の配光分布を狭くできる。その結果、映像表示装置２２０を第３の方向から見た時の正面輝度を向上できる。

　また本実施の形態では、複数の凸面１１６ｂは、複数の光源１１１とそれぞれ対向する方向に突出して湾曲する湾曲面である。そしてそれぞれの凸面１１６ｂの曲率中心となる軸は、出射面１１６３に垂直である。これにより本実施の形態では、光源１１１から導光板１１６内に入射した光の、第２の方向に対して第１の方向に広がる配光分布を狭くできる。その結果、映像表示装置２２０を第３の方向から見た場合の正面輝度を向上できる。

　また本実施の形態では、導光板１１６の第２領域１１６６では、出射面１１６３と対向面１１６４との第３の方向の間隔が、入射面１１６１から離れる程狭い。これにより導光板１１６に導入された光の、ｙ軸に対する角度θを徐々に大きくできる。したがって、光を出射面１１６３から徐々に取り出すことができる。その結果、映像表示装置２２０の輝度分布の均一性が増す。

　さらに本実施の形態では、入射面１１６１の近傍に、出射面１１６３と対向面１１６４とがほぼ平行な第１領域１１６５を有する。これにより第１領域１１６５で光を十分に拡散することができる。したがって、透過型表示パネル１１５の光源１１１付近においても、輝度むらを低減できる。

　また本実施の形態では、光線制御部材１１４および透過型表示パネル１１５は、第２領域１１６６の上に設けられている。そして第２領域１１６６の出射面１１６３を透過した光を透過型表示パネル１１５に入射させている。すなわち、導光板１１６の第１領域１１６５の内部で十分に拡散させた光を第２領域１１６５の出射面１１６３から徐々に取り出し、透過型表示パネル１１５に入射させている。したがって、映像表示装置２２０の輝度分布の均一性を向上できる。

　以上より本実施の形態では、映像表示装置２２０の正面輝度を高め、さらに輝度分布の均一性を向上できる。

　また映像表示装置２２０の正面輝度を向上させることで、ヘッドアップディスプレイ１００のウインドシールド２３０に投影される表示の正面輝度を向上できる。また映像表示装置２２０の輝度分布の均一性を向上させることで、ヘッドアップディスプレイ１００のウインドシールド２３０に投影される表示の輝度分布の均一性を向上できる。

　なお、本実施の形態では、第２領域１１６６の上に光線制御部材１１４および透過型表示パネル１１５を配置し、第１領域１１６５の上には配置していない。しかし、たとえば第１領域１１６５の一部であって、第２領域１１６６側（入射面１１６１と反対側）の領域の上にも光線制御部材１１４および透過型表示パネル１１５を配置してもよい。第１領域１１６５であっても、第２領域１１６５に近づくにつれて、光が充分に拡散していく。したがって、この領域の出射面１１６３から光を取り出せば、輝度分布の均一性を向上できる。

　（実施の形態３）
　以下、図１０、図１１Ａ、図１１Ｂを用いて、実施の形態３を説明する。実施の形態３の映像表示装置３２０は、実施の形態１の構成に加えて、偏光回転部材１１７と、偏光反射部材１１８と、光線偏向部材１１９と、を備えている。実施の形態１と同様の構成及び機能を有する部材については、同様の符号を付し、その詳細な説明や同様の効果の記載を省略する場合がある。

　［３－１．映像表示装置の構成］
　図１０は、本実施の形態における映像表示装置３２０の構成を示す模式図である。なお、以下の説明において、（光の）出射側とは図１０の上側を意味する。

　映像表示装置３２０は、複数の光源１１１と、導光板１１２と、鏡面反射部材１１３と、偏光回転部材１１７と、偏光反射部材１１８と、光線制御部材１１４と、光線偏向部材１１９と、透過型表示パネル１１５と、を備える。光源１１１は、図１に示す照明装置１１０に含まれる。映像表示装置３２０は、図１に示すヘッドアップディスプレイ１００に用いられる。

　図１０に示すように、複数の光源１１１は、第１の方向（ｘ軸方向）に一列に配列されている。

　導光板１１２は、複数の光源１１１に対して第２の方向（ｙ軸方向）に並ぶように配置される。導光板１１２の表面は、入射面１１２１と、傾斜面１１２２ａおよび傾斜面１１２２ｂと、出射面１１２３と、対向面１１２４と、を有する。

　入射面１１２１は、複数の光源１１１からの出射光を入射する。入射面１１２１は、複数の凸面１１２ｂを有する。各凸面１１２ｂは、各光源１１１に対向する。導光板１１６の、各凸面１１２ｂを有する部分を、それぞれシリンドリカル形状部１１２ａという。

　出射面１１２３は、入射面１１２１に交差する方向に配置される。出射面１１２３からは、入射面１１２１から入射した光が出射する。出射面１１２３は、第１の方向と、第２の方向とで規定される面である。

　対向面１１２４は、出射面１１２３に対向する。対向面１１２４と出射面１１２３の第３の方向の間隔は、入射面１１２１から離れる程広くなる。したがって、導光板１１２のｙｚ断面の形状は、楔形である。

　鏡面反射部材１１３は、対向面１１２４上と、傾斜面１１２２ａ上および傾斜面１１２２ｂ上に配置される。

　偏光回転部材１１７は、出射面１１２３に対向する。偏光回転部材１１７は、偏光反射部材１１８からの光を回転させ、第３の方向へ導く。本実施の形態では、偏光回転部材１１７は、偏光反射部材１１８からの光を９０度回転させる。偏光回転部材１１７としては、１／４波長板が挙げられる。偏光回転部材１１７は、偏光を回転させることができれば、その他の材料で構成されてもよい。例えば、偏光回転部材１１７は、複屈折性を示す透明フィルムでもよい。

　偏光反射部材１１８は、偏光回転部材１１７の出射側に配置される。すなわち偏光反射部材１１８は、偏光回転部材１１７と光線制御部材１１４との間に配置される。偏光反射部材１１８は、透過型表示パネル１１５を透過する偏光を透過し、透過型表示パネル１１５を透過する偏光と垂直な偏光を反射する。偏光反射部材１１８で反射された光を、前述の偏光回転部材で９０度回転させれば、効率よく光線制御部材１１４へ光を導くことができる。偏光反射部材１１８は偏光回転部材１１７と貼り合わせてもよい。

　光線偏向部材１１９は、光線制御部材１１４の出射側に配置される。

　光線偏向部材１１９は、映像表示装置３２０を観察する位置に合わせて光線偏向部材１１９の各位置での光線の出射方向を変える機能を有する。例えば、図１のように映像表示装置３２０をヘッドアップディスプレイ１００に適用する場合、アイボックス６００に入射する光線は、図１１Ａ及び図１１Ｂのように表される。なお、アイボックス６００とは、反射光学ユニット１３０やウインドシールド２３０を含む虚像光学系５００を介して虚像の見える範囲である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、透過型表示パネル１１５からの出射光の出射角度は透過型表示パネル１１５の中央部と端部で異ならせることが求められる。透過型表示パネル１１５の端部では、透過型表示パネル１１５に対して外向きに出射することが必要である。ここで、図１１Ａでは、出射光の、透過型表示パネル１１５の中央部からの出射角度をα１とし、端部からの出射角度をα２とする。出射角度α２を出射角度α１と異ならせるように、光線偏向部材１１９で角度を調整できる。この場合、光線偏向部材１１９としては、凹レンズを用いることが望ましい。

　光線制御部材１１４は、偏光反射部材１１８の出射側に配置される。すなわち光線制御部材１１４は、偏光反射部材１１８と光線偏向部材１１９との間に配置される。

　光線制御部材１１４は、偏光反射部材１１８と向かい合う面に、三角形状プリズムの列を有する。各三角形状プリズムの母軸は、第１の方向に平行である。これらの三角形状プリズムは、第２の方向に配列されている。光線制御部材１１４は、出射側の面に、円筒レンズの列を有する。各円筒レンズの母軸は、第１の方向に平行である。これらの円筒レンズは、第２の方向に配列されている。円筒レンズの列と三角形状プリズムの列とは平行である。

　透過型表示パネル１１５は、光線偏向部材１１９の出射側に配置される。

　なお、映像表示装置３２０をヘッドアップディスプレイに適用した際の透過型表示パネル１１５からの出射光の光路を、図１１Ａおよび図１１Ｂに示す。図１１Ａに示す光路は、透過型表示パネル１１５の長辺側の断面（ｘｚ断面）から見た光路である。図１１Ｂに示す光路は、透過型表示パネルの短辺側の断面（ｙｚ断面）から見た光路である。

　図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、透過型表示パネル１１５からの出射光の配光角は異なり、長辺方向の配光角β１の方が短辺方向の配光角β２より大きい。本実施の形態においては、第２の方向（ｙ軸方向）に広がる配光角β２の方が第１の方向（ｘ軸方向）に広がる配光角β１より小さくすることが容易である。したがって、第１の方向に透過型表示パネル１１５の長辺方向が対応するように透過型表示パネル１１５を配置することが望ましい。

　［３－２．効果等］
　本実施の形態では、偏光回転部材１１７および偏光反射部材１１８を用いることで、光源１１１からの出射光を効率よく利用できる。

　また光線制御部１１４と透過型表示パネル１１５との間に、光線偏向部材１１９を配置することで、アイボックス６００を所望の範囲に設定できる。

　（他の実施の形態）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１～３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、実施の形態１～３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

　そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

　上記の実施の形態では、透過型表示パネル１１５としてＴＦＴ透過型液晶パネルを例示したが、透過型の表示装置であれば他の表示素子を用いることもできる。

　上記の実施の形態では、光線偏向部材１１９として凹レンズを示したが、フレネルレンズを用いることも可能である。これにより、レンズの薄型化が達成できる。

　上記の実施の形態では、導光板１１２あるいは導光板１１６と透過型表示パネル１１５とが平行になるように配置されているが、傾けて配置することもできる。

　上記の実施の形態３では、偏光回転部材１１７を、導光板１１２と偏光反射部材１１８との間に配置したが、導光板１１２と鏡面反射部材１１３との間に配置してもよい。

　上記の実施の形態では、光源１１１としてＬＥＤを例示したが、レーザーダイオードや有機発光ダイオードなどを用いることもできる。

　本実施の形態のヘッドアップディスプレイ１００が搭載される移動体は、自動車の車両に限られず、鉄道車両、バイク、航空機、ヘリコプター、船舶、及びその他の人を搬送する各種の装置を含む。

　以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

　したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

　また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

　本開示は、映像表示装置に適用可能である。具体的には、ヘッドアップディスプレイに本開示は適用可能である。

　１００　ヘッドアップディスプレイ
　１１０　照明装置（照明部）
　１１１　光源
　１１２，１１６　導光板
　１１２ａ，１１６ａ　シリンドリカル形状部
　１１２ｂ，１１６ｂ　凸面
　１１２１，１１６１　入射面
　１１２２ａ，１１２２ｂ　傾斜面
　１１２３，１１６３　出射面
　１１２４，１１６４　対向面
　１１６５　第１領域
　１１６６　第２領域
　１１３　鏡面反射部材（反射部材）
　１１４　光線制御部材（光線制御部）
　１１５　透過型表示パネル（表示部）
　１１７　偏光回転部材
　１１８　偏光反射部材
　１１９　光線偏向部材
　１２０，２２０，３２０　映像表示装置
　１３０　反射光学ユニット
　１３１　第１ミラー
　１３２　第２ミラー
　１４０　筐体
　１４１　開口
　２００　車両
　２３０　ウインドシールド
　３００　観察者
　４００　虚像
　５００　虚像光学系
　６００　アイボックス

Claims (10)

1. ヘッドアップディスプレイに用いられる映像表示装置であって、
   　複数の光源を有する照明部と、
   　　　　前記照明部からの光が入射して、前記複数の光源とそれぞれ対向する複数の凸面を含む入射面と、
   　　　　前記入射面に交差する方向に配置されて、前記入射面から入射した光が出射する出射面と、
   　を有する導光板と、
   　前記出射面から出射した光の進行方向を制御する光線制御部と、
   　前記光線制御部から出射した光を透過させて映像を表示する表示部と、
   を備える映像表示装置。
2. 　前記複数の凸面は、前記複数の光源とそれぞれ対向する方向に突出して湾曲し、
   　それぞれの前記複数の凸面の曲率中心となる軸は、前記出射面に垂直である、
   請求項１に記載の映像表示装置。
3. 　前記導光板は、前記出射面に対向する対向面を有し、
   　前記対向面の少なくとも一部は、前記出射面に対して傾斜している、
   請求項１に記載の映像表示装置。
4. 　前記導光板は、前記対向面の側に配置された反射部材を有する、
   請求項３に記載の映像表示装置。
5. 　前記対向面の少なくとも一部と前記出射面との間隔は、前記入射面から離れる程広い、
   請求項３に記載の映像表示装置。
6. 　前記対向面の少なくとも一部と前記出射面との間隔は、前記入射面から離れる程狭い、
   請求項３に記載の映像表示装置。
7. 　前記導光板は、前記入射面に対向し、前記出射面及び前記対向面に対して傾斜している傾斜面を有する、
   請求項３に記載の映像表示装置。
8. 　前記導光板は、前記出射面と前記対向面とがほぼ平行な第１領域と、前記対向面が前記出射面に対して傾斜している第２領域とを有する、
   請求項３に記載の映像表示装置。
9. 　前記光線制御部と前記表示部との間には、凹レンズを備える、
   請求項１に記載の映像表示装置。
10. 　複数の光源を有する照明部と、
    　　　　前記照明部からの光が入射して、前記複数の光源とそれぞれ対向する複数の凸面を含む入射面と、
    　　　　前記入射面に交差する方向に配置されて、前記入射面から入射した光が出射する出射面と、
    　を有する導光板と、
    　前記出射面から出射した光の進行方向を制御する光線制御部と、
    　前記光線制御部から出射した光を透過させて映像を表示する表示部と、
    を有する映像表示装置と、
    前記映像表示装置から出射した光を反射させる反射光学ユニットと、
    を備え、
    前記反射光学ユニットから出射した光を、透明部材を介して観察者のアイボックスに導入させて、前記観察者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ。

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