(57)【要約】【課題】光利用効率及び輝度分布均一性が高い照明装置及び画像表示装置を提供する。【解決手段】照明ユニット１０を有する照明装置１であって、照明ユニット１０は、光源１１と、光反射面１２１を有するリフレクタ１２と、特定の偏光方向の光を透過させ、他の偏光方向の光を反射させる反射型偏光フィルム１３と、複数の第１の集光レンズ部１４１を有する第１のレンズアレイ１４と、複数の貫通孔１５１を有し、光を反射させるプレート反射面を第１のレンズアレイ１４側に有する開口プレート１５と、複数の第２の集光レンズ部１６１を有する第２のレンズアレイ１６とを備え、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。【選択図】図１
2014202835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数の第１の集光レンズ部は、前記第１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。
【請求項３】
前記複数の貫通孔の各々の開口形状は、円形であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記複数の第１の集光レンズ部は、前記第１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。
【請求項５】
前記複数の貫通孔の各々の開口形状は、長方形であることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記光源は、少なくとも１つの半導体発光素子を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記複数の第１の集光レンズ部は、互いに同じ形状を有し、
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。
【請求項８】
前記複数の第１の集光レンズ部の後側焦点位置と前記複数の第２の集光レンズ部の前側焦点位置とが、同じ位置であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記開口プレートを挟んで対向する前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとが、同じ形状を持つことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの照明ユニットは、複数の照明ユニットであり、
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。
【請求項１１】
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
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
前記反射型偏光フィルムを透過する前記特定の偏光方向は、前記液晶表示パネルを構成する入射側偏光子の透過偏光軸の方向に平行であることを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの照明ユニットは、複数の照明ユニットであり、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７６８３２号公報
【特許文献２】特開２００９−１６９３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る照明装置及び画像表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る照明装置の外観を概略的に示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る照明装置における液晶表示パネルを図１の右側から（すなわち、−ｚ軸方向に）見た概略的な正面図である。
【図４】実施の形態１に係る照明装置における第１のレンズアレイを概略的に示す斜視図である。
【図５】実施の形態１に係る照明装置における開口プレートを図１の右側から（すなわち、−ｚ軸方向に）見た概略的な正面図である。
【図６】実施の形態１に係る照明装置における第２のレンズアレイを概略的に示す斜視図である。
【図７】実施の形態１に係る照明装置における光源から発せられた光の主要な光路を示す説明図である。
【図８】実施の形態１に係る照明装置における反射型偏光フィルムの機能を示す説明図である。
【図９】実施の形態１に係る照明装置における第１のレンズアレイ、開口プレート、及び第２のレンズアレイの要部を概略的に示す拡大断面図である。
【図１０】実施の形態１に係る照明装置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を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る照明装置及び画像表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２に係る照明装置における第１のレンズアレイ、開口プレート、第２のレンズアレイの構造を概略的に示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る照明装置及び画像表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図１４】実施の形態３に係る照明装置を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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