(57)【要約】  本発明は、小型・軽量で、光利用効率が高く、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を提供する。  本発明の光源装置（１０）は、複数の半導体光源素子（１４）を含む光源部と、複数の各々の半導体光源素子（１４）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（１５）と、コリメータの出射側に配置された偏光変換素子（２１）と、偏光変換素子の出射側に配置された導光体（１７）とを備え、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（２１）は、第１方向に延在し、第１方向（Ｘ方向）と発光軸に対応する第２方向（Ｙ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。
2018229961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する複数の半導体光源素子を含む光源部と、  前記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、  前記コリメータの出射側に配置された偏光変換素子と、  前記偏光変換素子の出射側に配置された導光体と、  を備え、  前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に対して直交する第１方向に配列され、  前記偏光変換素子は、前記第１方向に延在し、前記第１方向と前記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、  光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の光源装置において、  前記コリメータ素子は、前記発光軸に対応する中央部における入射側に、前記半導体光源素子からの発光を集光するための凹部を有し、  前記第２方向の前記凹部の底面と前記半導体光源素子の発光面との距離は、前記第１方向と前記第２方向とに直交する第３方向の前記半導体発光素子の幅の２倍よりも大きい、  光源装置。
【請求項３】
請求項１記載の光源装置において、  前記コリメータ素子は、前記発光軸に対応する中央部における入射側に、前記半導体光源素子からの発光を集光するための凹部を有し、  前記第１方向、および前記第１方向と前記第２方向とに直交する第３方向において、前記凹部の幅は、前記半導体光源素子の幅よりも大きい、  光源装置。
【請求項４】
請求項１記載の光源装置において、  前記コリメータ素子は、前記発光軸に対応する中央部における入射側に、前記半導体光源素子からの発光を集光するための凹部を有し、  前記第２方向において、前記半導体光源素子がマウントされた基板面と前記凹部の頂面とが所定の距離を有する、  光源装置。
【請求項５】
請求項１記載の光源装置において、  前記コリメータ素子は、前記発光軸に対応する中央部における入射側に、前記半導体光源素子からの発光を集光するための凹部を有し、前記中央部に対する外周部に、リフレクター部を有し、出射面側の前記凹部に対応する中央部に、前記凹部および前記リフレクター部からの光を平行光に集光するためのレンズ部を有する、  光源装置。
【請求項６】
請求項１記載の光源装置において、  前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に直交する第１方向に配列され、  前記光源部、前記コリメータ、前記偏光変換素子、および前記導光体は、前記発光軸に対応する第２方向に配置され、  前記導光体は、前記第１方向に延在する柱形状を有し、前記入射面から入射した前記第２方向の光を前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に反射して前記出射面から出射させる反射面を持つ反射部を含む、  光源装置。
【請求項７】
請求項１記載の光源装置において、  前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に直交する第１方向に配列され、  前記光源部、前記コリメータ、前記偏光変換素子、および前記導光体は、前記発光軸に対応する第２方向に配置され、  前記導光体は、前記入射面から入射した前記第２方向の光を前記第２方向に導光して前記出射面から出射させる、  光源装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の光源装置において、  前記導光体は、前記入射面または前記出射面の少なくとも一方に、所定の配光制御を実現するための自由曲面形状を有する、  光源装置。
【請求項９】
請求項６記載の光源装置において、  前記導光体は、前記入射面に対して反対側に前記出射面の一方の辺および前記反射部の一方の辺に接する頭頂面を持つ頭頂部を有し、前記出射面が前記第２方向に対して所定の角度を持つ斜面となっている、  光源装置。
【請求項１０】
請求項１記載の光源装置において、  前記第２方向において、前記偏光変換素子の出射側に、所定の配光制御のための配光制御板または拡散板が配置されている、  光源装置。
【請求項１１】
車両のウィンドシールドまたはコンバイナの表示領域に対して映像光を投射して反射光によって運転者に虚像を提供するヘッドアップディスプレイ装置であって、  照明光を生成し出射する光源装置、および前記照明光に基づいて前記映像光を生成し出射する表示素子を含む映像表示装置と、  前記映像光を反射させながら前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナの前記表示領域に導くための光学素子を含む調整光学系と、  を備え、  前記光源装置は、  光を発生する複数の半導体光源素子を含む光源部と、  前記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、  前記コリメータの出射側に配置された偏光変換素子と、  前記偏光変換素子の出射側に配置された導光体と、  を備え、  前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に対して直交する第１方向に配列され、  前記偏光変換素子は、前記第１方向に延在し、前記第１方向と前記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、  ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、  前記光源装置からの出射光の光軸の方向に対し、前記表示素子の表示面の法線方向および前記光学素子の法線方向が、１０°以上の角度を成す、  ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のヘッドアップディスプレイ装置において、  前記調整光学系の前記光学素子として、前記表示素子からの前記映像光を屈折させる屈折素子と、前記屈折させた光を反射させる１つ以上の反射ミラーとを有し、  前記光源装置からの出射光の光軸の方向に対し、前記屈折素子の法線方向が、１０°以上の角度を成す、  ヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光源装置および映像表示装置等の技術に関する。また、本発明は、車載のヘッドアップディスプレイ（Head Up Display：ＨＵＤ）装置等の映像表示装置の光源として適した光源装置に関する。また、本発明は、固体発光素子を用いた面状の光源および照明として利用可能な光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年における発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の固体発光素子の著しい発展に伴って、当該素子を光源として利用した照明装置は、小型・軽量で、かつ、低消費電力で環境保護にも優れた長寿命な光源として、各種の照明器具において広く利用されてきている。【０００３】  従来、例えば、特開２０１６−３３６６８号公報（特許文献１）によれば、プロジェクタ（投射型表示装置）用の光源装置として、シンプルな構成の半導体光源装置であって、効率よく半導体発光素子を冷却して明るく発光する半導体素子光源装置が既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−３３６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、上述した従来技術（特許文献１）において開示された半導体光源装置では、主に、半導体発光素子を効率よく冷却することにより、当該素子がショートして機能しなくなることを防止し、もって、効率よくかつ明るく発光する半導体素子光源装置を提供するものである。また、当該素子からの発光は、当該素子に対向して設けられた単数または複数のレンズを利用して集光する構成であった。そのため、従来技術では、半導体光源であるＬＥＤによる発光効率の向上を可能とする。しかしながら、発光光を十分に集光して利用することは難しく、特に、高い光量の発光性能が求められるプロジェクタや、更にはＨＵＤ装置や車両用のヘッドランプ装置等においては、その光利用効率特性や均一照明特性において、未だ不十分であり、種々の改善の余地が存在していた。【０００６】  そこで、本発明は、小型・軽量であり、発光光の利用効率が高く、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を提供することを目的とする。より具体的には、本発明は、ＬＥＤ光源からの光の利用効率や均一な照明特性をより向上すると共に、小型化やモジュール化を達成し、加えて、低コストで製造可能な照明用光源として好適な光源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】
【０００７】  本発明のうち代表的な実施の形態は、光源装置等であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。一実施の形態の光源装置は、光を発生する複数の半導体光源素子を含む光源部と、前記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、前記コリメータの出射側に配置された偏光変換素子と、前記偏光変換素子の出射側に配置された導光体と、を備え、前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に対して直交する第１方向に配列され、前記偏光変換素子は、前記第１方向に延在し、前記第１方向と前記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。
【発明の効果】
【０００８】  本発明のうち代表的な実施の形態によれば、小型・軽量であり、発光光の利用効率が高く、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を提供できる。より具体的には、ＬＥＤ光源からの光の利用効率や均一な照明特性をより向上すると共に、小型化やモジュール化を達成し、加えて、低コストで製造可能な照明用光源として好適な光源装置を提供できる。また、低消費電力でかつ環境保護にも優れた光源装置を提供できる。また、ＬＥＤ光源からの光を十分に集光してＬＣＤ等の表示素子に照射する光源装置を提供できる。また、ＨＵＤ装置等の光源として好適な配光特性を持つ光源装置を提供できる。また、その光源装置を利用したＨＵＤ装置として、虚像の表示特性が良好な装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の光源装置を適用した一実施例（実施の形態１）として、光源装置および映像表示装置を含んで構成されるＨＵＤ装置の全体概観を示す展開斜視図である。
【図２】上記映像表示装置の内部構成の概観を示す斜視図である。
【図３】上記光源装置の内部の光学系等の構成の一例を示す斜視図である。
【図４】上記光源装置を構成するＬＥＤコリメータの具体的構成を示す断面図である。
【図５】上記光源装置を構成するＬＥＤコリメータの比較例を示す断面図である。
【図６】上記光源装置を構成するＬＥＤコリメータの他の例を示す断面図である。
【図７】上記光源装置を構成するＬＥＤコリメータの他の例に対しての比較例を示す断面図である。
【図８】偏光機能を備えた光源装置における偏光光の発生動作を説明する上面図と側面図である。
【図９】上記光源装置を構成する導光体の詳細について説明するための全体斜視図およびその一部拡大断面を含む断面図である。
【図１０】上記導光体による光の導光作用を説明する側面図である。
【図１１】本発明の光源装置を適用した映像表示装置の更に他の例の全体概観を示す斜視図である。
【図１２】合成拡散ブロックの代わりに配向制御板を配置した構成における光の導光作用を説明する上面図と側面図である。
【図１３】上記図１２に示した映像表示装置の光源装置の他の例を説明する上面図と側面図である。
【図１４】本発明の光源装置を適用した他の例の内部構成を示す斜視図とその展開斜視図である。
【図１５】上記図１４の光源装置を適用した他の例の全体概観を示す斜視図とその展開斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の光源装置および映像表示装置を含んで構成されるＨＵＤ装置を搭載した車両の運転座席付近を横から見た場合の概略的な構成を示す図である。
【図１７】上記ＨＵＤ装置の機能ブロック構成を示す図である。
【図１８】比較例のＨＵＤ装置における構成概要、および外光が入射する場合の挙動や課題等を示す説明図である。
【図１９】実施の形態２のＨＵＤ装置における構成概要、および外光が入射する場合の挙動等を示す説明図である。
【図２０】上記映像表示装置および調整光学系等の構成概要を示す図である。
【図２１】上記映像表示装置の外観を示す斜視図である。
【図２２】上記光源装置の内部構成の一実施例を示す斜視図である。
【図２３】上記光源装置の光源部、ＬＥＤコリメータ、偏光変換素子等の構成、および配光を示す一部拡大断面図である。
【図２４】上記光源部のＬＥＤ素子とＬＥＤコリメータのサイズ等の構成を説明するための断面図である。
【図２５】上記偏光変換素子の構成を示す斜視図である。
【図２６】上記偏光変換素子に対する複数のＬＥＤ素子等の配置構成例を示す平面図である。
【図２７】上記光源装置の複数のＬＥＤ素子等の配置構成例を示す図である。
【図２８】上記光源装置の複数のＬＥＤ素子等の配置構成例に対する比較例の構成を示す図である。
【図２９】実施の形態２の光源装置の複数の光源素子（Ｎ＝５の場合）の第１実施例を示す上面図および側面図である。
【図３０】実施の形態２の光源装置の複数の光源素子（Ｎ＝６の場合）の第２実施例を示す上面図および側面図である。
【図３１】上記光源装置の導光体の全体詳細構成を示す斜視図および側面図である。
【図３２】上記導光体の反射部の詳細を示す側面図である。
【図３３】上記導光体の製造方法の一例として、金型の加工の様子の説明図である。
【図３４】実施の形態２の光源装置における配向制御の構成を示す断面図である。
【図３５】上記光源装置の配光制御板の構成を示す図である。
【図３６】上記光源装置の拡散板の光散乱面の特性を説明するための特性曲線を含む図である。
【図３７】上記拡散板の光散乱面による光散乱効果に関する説明図である。
【図３８】比較例の導光体および拡散板の光散乱を示す側面図である。
【図３９】実施の形態２の光源装置における自由曲面の式および係数を示す説明図である。
【図４０】実施の形態２の第１変形例の光源装置および映像表示装置における導光体等の概略構成を示す断面図である。
【図４１】実施の形態２の第２変形例の光源装置および映像表示装置における導光体等の概略構成を示す断面図である。
【図４２】実施の形態２の第３変形例の光源装置および映像表示装置の構成を示す斜視図および一部断面図である。
【図４３】第３変形例における導光体の全体を示す斜視図である。
【図４４】上記導光体の自由曲面の式および係数を示す説明図である。
【図４５】実施の形態２の第４変形例の光源装置および映像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図４６】実施の形態２の第５変形例の光源装置および映像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図４７】実施の形態２の第６変形例の光源装置で、導光体のテクスチャーの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  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部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示をせずに同一の符号で言及する場合がある。
【００１１】  （実施の形態１）  図１〜図１５を用いて、本発明の一実施の形態（実施の形態１とする）の光源装置等について説明する。
【００１２】  ［１−１：ＨＵＤ装置］  図１は、本発明の一実施の形態の光源装置を適用した映像表示装置を含んで構成されるＨＵＤ装置の全体外観を示す展開斜視図である。図１は、光源装置を一例としてＨＵＤ装置１に適用した例を示している。なお、図１等において、図面横方向が水平方向に対応し、図面縦方向が鉛直方向に対応している。光源装置を含む映像表示装置３０は、その筐体である外装ケース５５の一部に取り付けられている。当該外装ケース５５の内部には、凹面ミラー４１および歪み補正レンズ４３等が収納されている。そして、上部外装ケース５６の上面には、映像光がウィンドシールド（図示せず）に向かって投射される開口部が形成されている。当該開口部は防眩板５７（グレアトラップ）によって覆われている。また、凹面ミラー駆動部４２は、凹面ミラー４１の位置を調整するための電動モータ等により構成される。
【００１３】  かかる構成のＨＵＤ装置１では、映像表示装置３０から出射した映像光は、ここでは図示しない表示距離調整機構やミラー駆動部等を介して車両（図示せず）のウィンドシールドに投射される。また、凹面ミラー４１の角度を調整することで、映像をウィンドシールドに投射する位置を調整することにより、運転者が見る虚像の表示位置を上下方向に調整可能としてもよい。なお、虚像として表示する内容は特に限定されず、例えば、車両情報やナビゲーション情報、図示しないカメラ映像（監視カメラやアラウンドビュアー等）で撮影した前方の風景の映像等を適宜表示することができる。
【００１４】  ［１−２：映像表示装置］  図２は、一実施の形態の映像表示装置の内部構成の概観を示す斜視図である。続いて、上述した映像表示装置３０について、図２を用いて以下に詳細に説明する。なお、図２等において、説明上の方向として、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を示す。
【００１５】  映像表示装置３０は、例えば、プラスチック等により形成された光源装置ケース１１の内部に、後にも詳述するＬＥＤ、コリメータ、偏光変換素子、導光体等を収納して構成されている。また、映像表示装置３０の上面には、液晶表示素子５０が取り付けられている。映像表示装置３０の１つの側面には、半導体光源であるＬＥＤ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。更に、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（放熱フィン）１３が取り付けられている。
【００１６】  また、上述した映像表示装置３０では、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、当該液晶表示パネルフレーム５１に取り付けられた液晶表示パネル５２と、更に、当該液晶表示パネル５２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。
【００１７】  なお、以上の説明からも明らかなように、例えば、ＨＵＤ装置の場合には、車両のダッシュボードと言う狭小な空間内へ組み込まれるという事情から、ＨＵＤ装置１を構成する光源装置を含む映像表示装置３０に対しては、特に、モジュール化により小型でかつ高効率であり、好適に利用可能であることが求められる。
【００１８】  ［１−３：映像表示装置−光学系］  図３は、一実施の形態の光源装置の内部構成の一例を示す斜視図である。図３には、映像表示装置３０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。即ち、光源を構成する複数（本例では２個）のＬＥＤ素子１４ａ，１４ｂ（ここでは図示せず）が、ＬＥＤコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。
【００１９】  なお、当該ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には、詳細は後述するが、ＬＥＤコリメータの中心軸に対して、左右対称に配置された偏光ビームスプリッタ、位相板等の光学部材からなる偏光変換素子２１が設けられている。更に偏光変換素子２１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。すなわち、ＬＥＤ素子１４ａまたはＬＥＤ素子１４ｂから射出された光は、ＬＥＤコリメータ１５の働きにより平行光となって合成拡散ブロック１６へ入射する。
【００２０】  更に、上記合成拡散ブロック１６の出射面側には、一例を示すと後述の図８に示すように、第１の拡散板１８ａを介して、断面略三角形の角錐状の導光体１７が設けられている。導光体１７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の働きにより図面の上方（鉛直上方向、Ｚ方向）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、第１の拡散板１８ａおよび第２の拡散板１８ｂによって、その光の強度が均一化される。続いて、上述した光源装置を構成する主要な部品について、その各部の詳細を含めて以下に説明する。
【００２１】  ［１−４：光源装置−ＬＥＤコリメータ］  図４は、一実施の形態の光源装置を構成するＬＥＤコリメータの具体的構成を示す断面図である。なお、図４等で、光軸を一点鎖線で示す。図４で、Ｚ方向は、図面に垂直な方向に対応する。Ｘ方向は、図面内の縦方向であり、複数（２個）のＬＥＤ素子１４やＬＥＤコリメータ部、偏光変換素子２１の複数の部品が配置されている方向に対応する。Ｙ方向は、図面内の横方向であり、発光軸の方向に対応する。
【００２２】  図４にも示すように、一実施の形態の光源装置は、ＬＥＤ基板１２上に形成された、複数（２個）の半導体発光素子（固体光源素子）であるＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）と、当該ＬＥＤ素子１４の発光面に対向して配置されたＬＥＤコリメータ１５とから構成されている。なお、ＬＥＤコリメータ１５は、例えば、ポリカーボネート等の透光性の樹脂により形成されている。図４の（ａ）にも示すように、ＬＥＤコリメータ１５は、ＬＥＤ基板１２上において、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）を中心としてその周囲を取り囲むように形成されている。より具体的には、ＬＥＤコリメータ１５は、略放物断面を回転して得られる円錐形状の外周面１５６を有すると共に、光の入射側であるその頂部には、所定の湾曲面を有する凹部１５３が形成されている。その凹部１５３の略中央部にＬＥＤ素子１４が配置されている。なお、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面（リフレクター部）は、凹部１５３の湾曲面と共に、ＬＥＤ素子１４から周辺方向に出射して凹部１５３内の空気を通って当該ＬＥＤコリメータ１５の内部に入射する光が、当該放物面（外周面１５６）において全反射する角度の範囲内で入射するように設定されている。
【００２３】  また、図４の（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１４の発光部より外側にＬＥＤ支持体１４ｊが設けられ、更にＬＥＤ支持体１４ｊが、凹部１５３より大きい場合は、ＬＥＤコリメータ１５の外周面１５６の先端部をカットし、ＬＥＤ支持体１４ｊとの干渉を避ける形状にしてもよい。このように、放物面における全反射を利用することによれば、ＬＥＤコリメータ１５の外周面１５６に金属の反射膜を形成する等の工程を必要としないことから、装置をより安価に製造することが可能となる。
【００２４】  また、ＬＥＤコリメータ１５の凹部１５３の中央部には、所定の湾曲面を有する入射面（レンズ面）１５７が形成されており、対向する面（出射面）１５４に形成された凸状部（レンズ面）１５５と共に、いわゆる、集光作用を有する凸レンズを形成している。なお、この凸状部１５５は、平面または内側に凹んだ凹状のレンズ面の中に形成してもよい。すなわち、ＬＥＤコリメータ１５は、その円錐形状の外形の中央部には、ＬＥＤ素子１４からの発光を出射面側に集める集光レンズの機能を有すると共に、その外周面１５６（リフレクター部）においても、同様に、ＬＥＤ素子１４から周辺方向に出射する光を集光して出射面側に導く機能を有している。
【００２５】  なお、上記ＬＥＤ基板１２は、図４にも示すように、ＬＥＤコリメータ１５に対して、その表面上のＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が、それぞれ、凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定されている。かかる構成によれば、ＬＥＤ素子１４から放射される光のうち、特に、その中央部分から出射光軸（図面の右方向、Ｙ方向）に向かって放射される光は、上述したＬＥＤコリメータ１５により、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面（入射面１５７、凸状部１５５）により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって放射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６（リフレクター部）を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ素子１４により発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となる。これにより、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。
【００２６】  ［１−５：光源装置−偏光変換素子］  続いて、液晶表示素子を用いた映像表示装置及び光源装置において、高効率光源を実現するために有効な偏光変換素子２１に関して説明する。図４に示すように、偏光変換素子２１は、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４の後方に配置されている。下記のように、偏光変換素子２１は、透光性部材（プリズム）、偏光ビームスプリッタ（「ＰＢＳ」と省略する）、位相板等で構成されている。偏光変換素子２１は、図面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿って伸びた、断面が平行四辺形である柱状（平行四辺形柱）の透光性部材２１４と、断面が三角形である柱状（三角形柱）の透光性部材２１５とを組み合わせて構成されている。偏光変換素子２１は、平行四辺形柱の透光性部材２１４と三角形柱の透光性部材２１５とを、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（本例では図面に沿った方向）に、複数、アレイ状に、かつ各部材がＬＥＤコリメータ１５の中心軸１５ｃに対して対称となるよう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２１４，２１５間の界面には、交互に、ＰＢＳ膜２１１と反射膜２１２とが設けられている。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、位相板である１／２λ位相板２１３が設けられている。
【００２７】  このように、偏光変換素子２１は、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸（Ｙ方向）と平行四辺形柱の透光性部材２１４の延伸方向（Ｚ方向）とで形成される面（図面に垂直に伸びた垂直面、Ｙ−Ｚ平面）、いわゆる、ＬＥＤコリメータの光軸面に対して、左右対称に配置されたＰＢＳ、位相板等の光学部材が配置された構造となっている。そして、図４の（ａ）の偏光変換素子２１は、２個のＬＥＤコリメータ１５（コリメータ部）からの平行光に対して、垂直方向（Ｘ方向）に２組に分かれた、それぞれの偏光変換素子２１を構成している。
【００２８】  以上のように構成された偏光変換素子２１によれば、図４からも明らかなように、例えば、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）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。入射面に垂直な波。）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。入射面に平行な波。）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素子１４（１４ａ，１４ｂ）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。更に、前述したように、ＰＢＳおよび位相板等の各光学部材をＬＥＤコリメータ１５の中心軸に対して対称となるように配置したことにより、装置の小型化が図れる。
【００２９】  ［１−６：光源装置−比較例］  図５は、一実施の形態の光源装置を構成するＬＥＤコリメータの比較例を示す断面図である。比較例として、一般的な偏光変換素子２１ｂの配置例を図５に示す。ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）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。
【００３０】  このように、偏光変換素子２１ｂによれば、複数のＬＥＤ素子１４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。そのため、図４で示した構成と同様に、液晶表示装置を用いた光源においては、高効率が実現できる。しかし、偏光変換素子２１ｂの厚みが、図４に示した構成に比べ厚くなり、光源装置の小型化ができない。また、偏光変換素子の厚みが増すことにより、使用材料が増え、低コスト化が実現できない。更に厚みを増すことにより、ＰＢＳ膜を反射した光束と透過した光束との光路長差がより大きくなる。そして、光路長差が大きくなることから、両者の光束形状の差がより発生しやすくなる。特に複数の光源およびＬＥＤコリメータを用いた系では、光束形状の違いが要因となる輝度分布均一性の実現が困難となる。
【００３１】  従って、ＨＵＤ装置のように小型化が要求され、かつ複数のＬＥＤを用いて、輝度の均一化が必要となる構成においては、図４で示したように、各ＬＥＤ素子１４の中心軸に対して、偏光変換素子２１を構成する複数の光学部材を対称に配置する構成を採用することにより、偏光変換素子２１のＰＢＳ膜２１１を反射する光束と透過する光束との光路長差を小さくすることが有用である。
【００３２】  ［１−７：光源装置−ＬＥＤコリメータ（２）］  更に、ＨＵＤ装置の高輝度化かつ広視野角を達成するために、ＬＥＤ光源の高出力化が望まれる。ＬＥＤ光源の高出力化には、ＬＥＤの個数を増やす、あるいはＬＥＤ光源の大面積化を図る手段がある。
【００３３】  図６は、一実施の形態の光源装置を構成するＬＥＤコリメータ１５の他の例を示す断面図である。液晶表示装置を用いた場合、光源の高効率化を図るために、有効となる偏光変換素子２１は、図６に示すように、入射光束の制限幅２１ｗがある。検討の結果、入射光束の制限幅２１ｗの方向のＬＥＤ光源（ＬＥＤ素子１４）の幅ｗが、制限幅２１ｗに対して１／４以上になると、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４が平坦な場合、図７に示すような不具合が発生することが分かった。
【００３４】  図７は、ＬＥＤコリメータ１５の他の例に対しての比較例を示す断面図である。すなわち、図７の（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源（ＬＥＤ素子１４）からの出射する光の取込量を確保するために、ＬＥＤコリメータ１５の凹部１５３の形状を、ＬＥＤ光源の幅ｗより大きくすると、ＬＥＤコリメータ１５の外周面１５６の形状制限から、ＬＥＤ光源から出射する発散角度の大きい光線Ｌ３０３，Ｌ３０４の取込ができなくなり、効率が低下する。一方、図７の（ｂ）に示すように、ＬＥＤコリメータ１５の凹部１５３の形状を、発散角度の大きい光線Ｌ３０３，Ｌ３０４を取込可能な形状にすると、凹部１５３の大きさが、ＬＥＤ光源の幅ｗより小さくなり、ＬＥＤ周縁部から出射する光線（図示せず）を取り込むことができなくなり、効率が低下する。
【００３５】  鋭意検討の結果、図６の（ａ）に示すように、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４の面で入射光束の制限幅２１ｗに近い内側に凹面１５８を設けることにより、ＬＥＤコリメータ１５の外周面１５６の形状を図７の（ａ）で示した形状より大きくすることが可能となる。これにより、前述したような不具合を解消できることが分かった。すなわち、ＬＥＤコリメータ１５の外周面１５６の形状が大きくなったことにより、外周面１５６で反射した光は、図６の（ａ）の光線Ｌ３０１，Ｌ３０２で示すように収束ぎみの光になるが、ほぼ平行に変換されて出射面１５４から出射する。そのため、効率および特性が良い光源装置が実現できる。
【００３６】  また、ＬＥＤ素子１４から出射し、ＬＥＤコリメータ１５の凸状の入射面（レンズ面）１５７で屈折する光線については、図６の（ａ）の形状をＸ方向から見た形状を示す図６の（ｂ）を用いて説明する。ＬＥＤ素子１４の中心部から出射した光Ｌ３０は、ＬＥＤコリメータ１５の入射面１５７が凸レンズ状となっているので、そこで略平行光に変換されて出射面１５４に達する。一方、ＬＥＤ素子１４のＺ方向の端部から出射し、特に中心軸で交差する光線Ｌ３００１，Ｌ３００２を考えると、その光線は、ＬＥＤコリメータ１５の凸状の入射面１５７に対して垂直に近い角度で入射するので、その屈折角は小さく、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４の外周部に進む。
【００３７】  なお、図６の（ｂ）で示す方向（Ｚ方向）では、前述した偏光変換素子２１の入射光束の制限幅は、偏光変換素子ホルダー６０の開口高さ２１ｈとなる。本例では、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４の外周部には、図示するように、凸レンズ形状部１５９が形成されており、その凸レンズ形状部１５９の面を透過して、次の光学素子（例えば、合成拡散ブロックや偏光変換素子２１等）へ入射することとなる。なお、ここで、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４の外周部が凸レンズ形状部１５９でなく、平坦の場合（図６の（ｂ）の凸レンズ形状部１５９近傍の破線部を参照）には、光Ｌ３００１ｄ，Ｌ３００２ｄは、その面で大きく屈折するか（図示せず）、あるいは、破線の矢印で示したように全反射してしまう。すなわち、その平坦の場合、有効にその光線を活用することができずに、光の利用効率が低下してしまうこととなる。
【００３８】  このように、上述したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ素子１４により発光された光は、出射光軸に沿って出射した光はもちろんのこと、その周辺方向に出射した光も含めて集光して出射面側に導くことが可能となる。このことから、発光光の利用効率が高く、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を提供することが可能となる。より具体的には、ＬＥＤ光源からの光の光利用効率や均一な照明特性をより向上すると共に、光源装置の小型化やモジュール化を達成し、加えて、低コストで製造可能な照明用光源として好適な光源装置を提供することが可能となる。なお、図６における偏光変換素子２１、偏光変換素子ホルダー６０、配向制御板１６ｂについては、それぞれ後にも説明する。また、それらの内部における光Ｌ３００１ｃ，Ｌ３００２ｃ，Ｌ３００１ｄ，Ｌ３００２ｄの伝搬方向が矢印で示されている。
【００３９】  ［１−８：光源装置−合成拡散ブロックと拡散板］  図８は、一実施の形態の偏光機能を備えた光源装置における偏光光の発生動作を説明する上面図と側面図である。続いて、上記映像表示装置３０の他の構成要素である、合成拡散ブロック１６等について、図８を参照しながら説明する。
【００４０】  アクリル等の透光性の樹脂により角柱状に形成された合成拡散ブロック１６では、図８の（ａ）からも明らかなように、その出射面には、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。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、以下に述べる導光体１７の入射部（面）１７１のＸ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、以下に述べる拡散板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から出射する光の強度分布を均一化することが可能となる。
【００４１】  特に、上述したテクスチャー１６１によれば、拡散方向を導光体１７の側面方向（Ｘ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。このことから、上記第１の拡散板１８ａおよび第２の拡散板１８ｂの等方拡散性を弱くすることが可能となる。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、三角形の斜面の角度を３０度、その形成ピッチを０．５ｍｍとした例を示す。
【００４２】  ［１−９：光源装置−導光体］  図９は、一実施の形態の光源装置を構成する導光体の詳細について説明するための全体斜視図およびその一部拡大断面を含む断面図である。続いて、上記映像表示装置３０を構成する導光体１７の詳細について、以下に図９を参照しながら説明する。なお、この導光体１７は、上述した光源装置から平行光として取り出した光を所望の方向へ導くと共に、所望の面積を有する面状の光として取り出す機能を有している。図９の（ａ）は、導光体１７の全体を示す斜視図、図９の（ｂ）はその断面（Ｙ−Ｚ平面）、そして、図９の（ｃ）および（ｄ）は、断面の詳細を示す一部拡大断面図である。
【００４３】  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９の（ｂ）を参照）の棒状に形成された部材である。そして、導光体１７は、図９の（ａ）からも明らかなように、上記合成拡散ブロック１６（図８）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。なお、それぞれを、入射部（入射面）、反射部（反射面）、出射部（出射面）等と記載する場合がある。
【００４４】  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９の（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９では右上がりの線分）は、図９において一点鎖線で示す水平面に対して角度αｎ（ｎは自然数であり、本例では１〜１３０である）を形成しており、その一例として、ここでは、角度αｎを４３度以下（但し、０度以上）に設定している。
【００４５】  他方、連接面１７２ｂ（図９では右下がりの線分）は、水平面に対して角度βｎ（ｎは自然数であり、本例では１〜１３０である）を形成している。すなわち、導光体光反射部（面）１７２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、角度αｎであるα１，α２，α３，α４，……は、反射面仰角を形成し、角度βｎであるβ１，β２，β３，β４，……は、反射面１７２ａと連接面１７２ｂ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。
【００４６】  図１０は、上記導光体１７による光の導光作用を説明する側面図である。図１０には、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の導光体光入射部（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角度δだけ偏向されている（図８の（ｂ）、図１２の（ｂ）を参照）。すなわち、導光体光入射部（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１０からも明らかなように、導光体光入射部（面）１７１により上方（Ｚ方向）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。
【００４７】  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、反射面仰角である角度αｎ（α１，α２，……）は、各々の反射面１７２ａが上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いる。他方、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの相対角度である角度βｎ（β１，β２，……）は、上述したように一定の角度、より好ましくは９０度以上の角度（βｎ≧９０°）に設定されている。
【００４８】  上述した構成により、各反射面１７２ａが上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。そのため、導光体光反射部（面）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、低コストで、所望の方向に光を導くと共に、所望の面積を有する面状の光として取り出す機能を有する、導光体１７を備えた光源装置を実現できる。
【００４９】  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、導光体光反射部（面）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、各相対角である角度βｎ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。
【００５０】  また、上述した導光体１７によれば、特に、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの比率を適宜設定することにより、光軸方向における導光体光出射部（面）１７３の長さを自由に変更することができる。このことから、導光体光入射部（面）１７１に対して、導光体光出射部（面）１７３の大きさ（面サイズ）を、上記液晶表示パネル５２等の装置に対して適合した、適宜必要な大きさ（面サイズ）に変更可能な光源装置を実現することが可能となる。このことは、また、光源を構成するＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）の配置形状に依存することなく、導光体光出射部（面）１７３を所望の形状にすることが可能となる。これにより、所望の形状の面状の発光源が得られることとなる。更には、光源を構成するＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）の配置を含む設計における自由度の確保にもつながり、装置全体の小型化にも有利であろう。
【００５１】  ［１−１０：映像表示装置（適用例その１）］  上記図２および図３には、本発明の一実施の形態の光源装置をＨＵＤ装置１に適用した例を示したが、以下には、更に他の例（実施例）について示す。
【００５２】  図１１は、本発明の一実施の形態の光源装置を適用した他の例の映像表示装置の全体概観を示す斜視図である。また、図１１に示す例では、その詳細は示さないが、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（放熱フィン）１３ｃで冷却する構造となっている。なお、本構成例によれば、全長（特にＺ方向の長さ）のより短い光源装置が実現可能となる。
【００５３】  ［１−１１：映像表示装置（適用例その２）］  図１２は、他の例として、合成拡散ブロック１６の代わりに配向制御板１６ｂを配置した構成における光の導光作用を説明する上面図と側面図である。更に、図１２では、上述した映像表示装置において、光源を構成するＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の数を３個で構成し、各々のＬＥＤコリメータ１５（コリメータ部）は、連接された一体の部品となっている。かつ、ＬＥＤコリメータ１５と配向制御板１６ｂとの間には、偏光変換素子２１を設けている。また、本構成では、ＬＥＤコリメータ１５の形状に対して、図６で示したように比較的大きなＬＥＤ素子１４を用いた構成を特色とする。それに合わせ、ＬＥＤコリメータ１５の入射部（凹部）１５３の形状は、他の実施例と比較して大きめの形状となっている。
【００５４】  図１２の（ａ）を用いて説明すると、ＬＥＤ素子１４ａから斜め方向に出射した光Ｌ３０１と光Ｌ３０２は、ＬＥＤコリメータ１５の入射部（凹部１５３）から入射し外周面１５６でやや収束光ぎみに反射され、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４に達する。ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４、特にそのやや周縁部１５８１は凹面形状になっている。そのため、この周縁部１５８１の部分で光Ｌ３０１，Ｌ３０２は屈折し、ほぼ平行に変換され、偏光変換素子２１の光入射部に入射する。本構成を採用することにより、図１２の（ａ）に示すような偏光変換素子２１の光入射部の制限幅２１ｗが狭い場合でも効率よく偏光変換素子２１にＬＥＤ素子１４からの光を入射させることができ、高効率の光源が実現できる。
【００５５】  続いて、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）から出射し、ＬＥＤコリメータ１５の入射側に凸状の入射面（凹部１５３）で屈折する光線について、図１２の（ｂ）を用いて説明する。ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の中心部から出射した光Ｌ３０は、ＬＥＤコリメータ１５の入射面（凹部１５３）が入射側に凸状になっているので、そこで略平行光に変換され、偏光変換素子２１を経て、拡散板１８ａ、導光体１７、拡散板１８ｂを経て、液晶表示パネル５２に入射する。一方、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の端部から出射し、特に中心軸で交差する光線Ｌ３００１，Ｌ３００２を考えると、その光線はＬＥＤコリメータ１５の入射面（凹部１５３）に対して、垂直に近い角度で入射するので、その屈折角は小さく、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４の外周部に進む。
【００５６】  ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４の外周部は、図示するように、凸レンズ形状部１５９が形成されている。光線は、凸レンズ形状部１５９の面を透過し、偏光変換素子２１を透過した後、配向制御板１６ｂを経て、光Ｌ３００１ｂ，Ｌ３００２ｂに示すように、拡散板１８ａ、導光体１７、拡散板１８ｂを経て、液晶表示パネル５２に入射する。
【００５７】  ここで、ＬＥＤコリメータ１５の出射面１５４の外周部１５９が凸形状でなく、平坦の場合には、光Ｌ３００１ｄ，Ｌ３００２ｄに示すように、その面で大きく屈折するか（図示せず）、図示したように全反射してしまうので、効率が低下する。また、配向制御板１６ｂが無い場合には、光Ｌ３００１ｃ，Ｌ３００２ｃに示したように、導光体１７の光入射部からそれてしまうので、有効にその光線を活用することができず、同様に効率が低下する。
【００５８】  ［１−１２：映像表示装置（適用例その３）］  図１３は、図１２に示した映像表示装置の光源装置の他の例を説明する上面図と側面図である。図１３は、図１２に示した構成において、更に、３個のＬＥＤ素子１４の列を加え、すなわち、３×２＝６個（Ｘ方向で３個、Ｚ方向で２個）のＬＥＤ素子１４およびＬＥＤコリメータ１５を配置した例を示している。なお、６個のＬＥＤ素子１４に対応する６個のＬＥＤコリメータ１５（コリメータ部）は、上記と同様に、連接して一体に形成されている。なお、偏光変換素子２１の作製上の容易性等を考慮すると、これら複数のＬＥＤ素子１４およびＬＥＤコリメータ１５（コリメータ部）は、正方に配置することが望ましいであろう。
【００５９】  本例では、光源であるＬＥＤ素子１４の個数が増加したことにより、より明るい光源装置を、あるいは、より照射エリアが広い光源を実現可能となる。なお、ＬＥＤ素子１４のＺ方向の列の数は、２列に限定されず、更に増大することによれば、より明るく、および／または、より照射エリアが広い光源装置が得られる。また、上記構成によれば、例えば、複数のＬＥＤ素子１４の配列においてその発光量を制御することにより、いわゆる、ローカルディミング等の実現が容易となろう。
【００６０】  ［１−１３：光源装置−直接光学系］  また、本発明の光源装置は、上記に種々説明して導光体を用いた照明光学系を備えたものに限らず、直接照射する光学系での活用も可能である。すなわち、その一例として、図１４および図１５には、ＬＥＤコリメータにより集光したＬＥＤ素子からの光を、導光体を介さずに利用する光源装置の一例を示す。
【００６１】  図１４は、一実施の形態の光源装置を適用した他の例の内部構成を示す斜視図とその展開斜視図である。図１４の（ａ）および（ｂ）は、複数（本例では３×２＝６個）のＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ）、ＬＥＤコリメータ１５、配向制御板１６ｂと共に、偏光変換素子２１を備えてユニット化を図った光源装置の全体構成の斜視図とその展開図である。なお、図１４では、Ｚ方向（図面内の縦方向）は、光軸の方向に対応し、導光体を介さずに出射光が表示素子に入射される方向に対応する。Ｘ方向は、３個のＬＥＤ素子１４が配置され、偏光変換素子２１の複数の部品が配置されている方向に対応する。Ｙ方向は、２個のＬＥＤ素子１４が配置され、偏光変換素子２１の部品が延在している方向に対応する。
【００６２】  図１４からも明らかなように、ＬＥＤコリメータ１５は、上記と同様に複数が連接して一体で形成されている。当該ＬＥＤコリメータ１５と、ＬＥＤ素子１４（１４ａ〜１４ｆ）が実装されたＬＥＤ基板１２とは、ヒートシンク（放熱フィン）１３に形成された位置決めピン１３６ａ，１３６ｂと、ＬＥＤコリメータ１５上に形成された位置決め穴（図示せず）と、更には、ＬＥＤ基板１２上に形成された位置決め穴１２６ａ，１２６ｂとに嵌合することにより、Ｘ方向およびＹ方向において位置決めされる。同時に、ＬＥＤコリメータ１５の取付け部１５８ａ，１５８ｂと、ＬＥＤ基板１２とが突き当たることにより、Ｚ方向が位置決めされる。
【００６３】  偏光変換素子２１は、偏光変換素子ホルダー６０の内部に収容されており、当該偏光変換素子ホルダー６０の内側に形成された段部６０１により、位置決めされる。また、偏光変換素子２１は、同時に、ＬＥＤコリメータ１５上に形成された凸部１５６ａ，１５６ｂと偏光変換素子ホルダー６０裏面に形成された凹部（図示せず）とを嵌合することにより位置決めされる。更に偏光変換素子ホルダー６０の出射側に、偏光変換素子２１のＰＢＳ膜２１１（図４）で反射された一部の光束を遮光する遮光部６０８を設けた方が良い。上記ＰＢＳ膜２１１を透過した光束に対して、反射した光束は、素子の構造から、相対的に光路が長くなるので、光束がより広がる傾向があり、輝度の均一性を図るため、その光束の一部を遮光した方が望ましい場合がある。
【００６４】  そして、配向制御板１６ｂに形成された穴（図示せず）にボルト９０ａ，９０ｂを通し、偏光変換素子ホルダー６０、ＬＥＤコリメータ１５、ＬＥＤ基板１２を共に、ヒートシンク１３上に固定することにより、ユニット化された光源装置である光源ユニット７１が完成する。なお、この光源ユニット７１内において、最も相対的な位置決精度を要するＬＥＤ基板１２とＬＥＤコリメータ１５との位置決めは、位置決めピン１３６ａ，１３６ｂと位置決め穴（図示せず）との嵌合、および、ＬＥＤコリメータの取付け部１５８ａ，１５８ｂとＬＥＤ基板１２との突き当てにより行われることから、精度良く位置決めを行うことが可能となる。なお、図１４で示したユニット構成は、図１４以前で示した、導光体を用いた光源でも適用可能な構成であることは、当業者なら明らかである。
【００６５】  なお、上述した光源装置では、図面からも明らかなように、光源であるＬＥＤ素子１４（１４ａ〜１４ｆ）から放射された光は、ＬＥＤコリメータ１５により集光されて平行光となり、偏光変換素子２１において所定のＳ偏光光またはＰ偏光光に変換された後、配向制御板１６ｂから出射される。なお、当該偏光変換が不要の場合には、偏光変換素子２１は設けられないことは当然であろう。
【００６６】  ［１−１４：光源装置−直接光学系（２）］  図１５は、図１４の光源装置を適用した他の例の全体概観を示す斜視図とその展開斜視図である。図１５は、上述した光源装置を、一例として、上記実施例でも示したＨＵＤ装置を構成する映像表示装置３０の光源とした形態を示している。図１５の（ａ）にも明らかなように、映像表示装置３０は、そのヒートシンク（放熱フィン）１３を外部に露出した状態で光源装置ケース１１内に収納されている。また、図１５の（ｂ）にも明らかなように、当該光源装置ケース１１内では、光源装置を構成する配向制御板１６ｂの上方には液晶表示素子５０が配置されている。光源である複数のＬＥＤ素子から放射されて集光された光は、必要に応じてＳ偏光光またはＰ偏光光に変換された後、配向制御板１６ｂから上方に向かって液晶表示素子５０に照射され、もって、映像表示装置３０の映像光が得られる。なお、精密な配光を実施するためには、上記配光制御板１６ｂの出射面は、略シリンドリカル面に近い面であるが、より精密な配光を実現するために、図１５の（ｂ）で示すように、稜線部の中央部はやや凹形状とし、周辺部は凸形状とした。すなわち、配光制御板１６ｂの少なくとも一面は、いわゆる非球面か自由曲面形状を採用することにより、より精密な配光を実現できる。なお、図１５の（ｂ）では、配光制御板を１枚とした構造を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、配光制御板を複数枚設け、より精密かつ複雑な配光を実現できる。
【００６７】  なお、かかる構成によれば、光源であるＬＥＤ素子の個数を多く配置することが可能であることから、より明るい光源装置を実現することが可能となる。また、光の出射面をより拡大することもでき、表示エリアが広い光出射面を備えた光源装置として、あるいは、表示エリアが広い液晶表示パネルと組み合わせて使用する場合に好適である。また、かかる構成によれば、光の出射面を、単数または複数のＬＥＤ素子に対応する複数の表示エリアに分割して、当該ＬＥＤ素子の発光出力（点灯）を独立して制御する等により、いわゆる、ローカルディミングを実現し、更には、表示画像の高コントラスト化や消費電力の低減が可能となろう。
【００６８】  また、上述した個別のＬＥＤの制御によるローカルディミングに加えて、制御基板（図示せず）により、ＬＥＤ素子の個別制御と共に、液晶表示パネルと組み合わせて制御することによれば、より好適で低消費電力の光源装置、更には、それを用いた車両用ヘッドライト装置を実現することも可能となろう。
【００６９】  更に、上記では、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。
【００７０】  （実施の形態２）  図１６〜図４７を用いて、本発明の他の実施の形態（実施の形態２とする）の光源装置等について説明する。実施の形態２の光源装置は、特有の光源の構成を有し、以下の構成点を含む。実施の形態２の光源装置は、実施の形態１とは異なる特有の偏光変換素子の配置構成を有する（後述の図２２，図２３等）。この偏光変換素子は、実施の形態１の偏光変換素子２１に対してＸ−Ｚ面内で９０度回転した状態で配置されている。すなわち、この偏光変換素子は、ＰＢＳ膜等の部品の延在方向が、水平方向の１つであるＸ方向（表示領域の横方向に対応する方向）となっており、複数の部品の配列方向が、鉛直であるＺ方向となっている。偏光変換素子の複数の部品は、光軸に対してＺ方向で対称の位置に配置されている。この偏光変換素子の構成に対し、複数のＬＥＤ素子やコリメータ素子が同じくＸ方向に配置されている。実施の形態２の光源装置は、上記特有の光源（ＬＥＤ素子、ＬＥＤコリメータ、偏光変換素子等）の構成に加え、導光体等による配向制御を行う構成を有する。それらの組み合わせの構成において、光源装置の所定の配光制御の特性を実現している。
【００７１】  ［２−１：ＨＵＤ装置］  図１６は、実施の形態２の光源装置１０を含む映像表示装置３０を利用して構成される車載のＨＵＤ装置１の概念構成として、ＨＵＤ装置１を搭載した車両２の運転座席付近を横から見た概略構成を示す。運転座席に座った運転者の目５（視点とも記載する）から、前方のウィンドシールド３の表示領域４を通じて、透過される実像（例えば道路等の風景）や、ＨＵＤ装置１によって実像に対し重畳表示される虚像７（例えば矢印画像）を見る様子を示している。図１６で、説明上の方向として、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を示す。Ｘ方向（図面に垂直な方向）は、第１水平方向、車両２の左右方向、表示領域４の横方向に対応する。Ｙ方向（図面内の横方向）は、第２水平方向、車両２の前後方向、表示領域４の前後方向に対応する。Ｚ方向（図面内の縦方向）は、鉛直方向、車両２の上下方向、表示領域４の縦方向に対応する。
【００７２】  ウィンドシールド３は、ガラス等で構成され、光透過性の視認領域を有する。視認領域は、運転者から見て像が視認できる領域である。ウィンドシールド３の視認領域内に、ＨＵＤ装置１の表示領域４が構成される。表示領域４は、ＨＵＤ装置１によって映像光が投射される領域であり、虚像７が表示可能な範囲に対応する。
【００７３】  ＨＵＤ装置１は、車両２に搭載されており、例えば車載システムの一部として設けられる。ＨＵＤ装置１は、例えば車両２のダッシュボードの一部に設置されている。ＨＵＤ装置１は、映像表示装置３０や光学系を含んで構成される。ＨＵＤ装置１は、筐体である外装ケース内に、映像表示装置３０の構成部品や光学系の構成部品が配置、収容されている。筐体の一部、例えば上面の一部には、開口部を有する。開口部は、防眩板（グレアトラップ）等で覆われている。光学系の部品は、後述する反射ミラー４１，４２、屈折素子４３等を有する。
【００７４】  映像表示装置３０は、光源装置（光源モジュール）１０と、表示素子である液晶表示素子５０とを含んで構成される。映像表示装置３０は、映像データに基づいて映像光を生成し出射して、ウィンドシールド３（または図示しないコンバイナ等）に対する投射表示を行うプロジェクタである。コンバイナは、ウィンドシールド３の直前に設けられる専用の表示板である。光源装置１０は、前述の実施の形態１でも示したようなＬＥＤ素子や照明光学系を含み、液晶表示素子５０に対する照明光を生成し照射する。
【００７５】  液晶表示素子５０は、表示信号および光源装置１０からの照明光に基づいて映像光を生成し、光学系（特に調整光学系と記載する）へ出射する。調整光学系は、光学部品として、屈折素子４３や反射ミラー４２，４１を有する。これらの光学部品は、ウィンドシールド３に対する映像光の投射位置や表示距離等を調整する機能（表示距離調整機構）を実現する。ＨＵＤ装置１は、映像表示装置３０の液晶表示素子５０から出射された映像光を、屈折素子４３等の光学素子を介して、反射ミラー４１及び反射ミラー４２によって反射および拡大させて、ウィンドシールド３の一部の領域に投射する。
【００７６】  屈折素子４３は、映像光を屈折させるレンズ等で構成される。屈折素子４３には、光軸、屈折の方向を調整可能とするように、配置角度等を変更するためのモータ等の駆動部が接続されていてもよい。反射ミラー４２は、例えば平面ミラーであり、液晶表示素子５０から例えば概略的に鉛直方向（Ｚ方向）に出射された光を、概略的に前方（Ｙ方向で左）にある反射ミラー４１の方へ反射させる。反射ミラー４１は、例えば凹面ミラーであり、概略的にＹ方向から入射された映像光を、概略的に鉛直方向（Ｚ方向）の上方にあるウィンドシールド３の方へ反射させる。反射ミラー４１，４２には、光軸の方向を調整可能とするように、配置角度等を調整するためのモータ等の駆動部が接続されていてもよい。
【００７７】  ＨＵＤ装置１（反射ミラー４２）から出射した映像光は、ウィンドシールド３の一部の領域（表示領域４）の面によって概略的にＹ方向の右に反射されて、運転者の目５に入射し、網膜に結像する。これにより、運転者は、その映像光を見ることで、視界の前方のウィンドシールド３の表示領域４において、透過されている実像上に重畳表示される映像や画像を虚像７として視認する。
【００７８】  映像光の光軸や、運転者の目５から虚像７を見る場合の視線６を、一点鎖線で示す。また、車両２の外部、例えば上方からウィンドシールド３およびＨＵＤ装置１内部に対して入射する太陽光等の外光の光軸を二点鎖線で示す。
【００７９】  ［２−２：ＨＵＤ装置−機能ブロック］  図１７は、図１６のＨＵＤ装置１の内部の機能ブロック構成を示す。ＨＵＤ装置１は、制御部１Ａ、映像表示装置３０、調整光学系４０を含む。映像表示装置３０は、表示制御部３０Ａ、光源装置１０、表示素子である液晶表示素子５０を含む。液晶表示素子５０は、透過型または反射型液晶表示装置である。
【００８０】  光源装置１０は、前述のような光源部３０１、照明光学系３０２を含む。光源部３０１は、前述の実施の形態１でも示したようにＬＥＤ素子１４等で構成される。照明光学系３０２は、前述の実施の形態１でも示したようにＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１、導光体１７等で構成される。偏光変換素子２１は、前述のように、透光性部材（プリズム）、ＰＢＳ膜、位相板等で構成される。調整光学系４０は、屈折素子４３、反射ミラー４２，４１等で構成される。少なくとも反射ミラー４３には、配置角度を可変に調整するための駆動部４４が接続されている。
【００８１】  ＨＵＤ装置１は、車載システムに接続されている場合、図示しないエンジン制御部（ＥＣＵ）等からの制御に従って動作可能である。ＨＵＤ装置１の制御部１Ａは、映像表示装置３０の表示制御部３０Ａや、調整光学系４０の駆動部４４等を制御することで、表示領域４への虚像の表示を制御する。表示制御部３１は、制御部１Ａからの制御に従って、虚像の表示のための映像データを生成し、光源装置１０や液晶表示素子５０に駆動制御信号や表示信号を与える。光源装置１０は、駆動制御信号に従ってＬＥＤ素子１４の発光のオン／オフ等を制御することで照明光を生成し出射する。光源部３０１から発生した光は、照明光学系３０２によって集光および均一化されて、面状の照明光として、液晶表示素子５０の面に照射される。液晶表示素子５０は、表示駆動回路を含み、表示信号および照明光に従って映像光を生成し出射する。照明光学系３０２では、光学部品によって、液晶表示素子５０およびＨＵＤ装置１に好適な照明光を生成するための所定の特性の配向制御が行われる。
【００８２】  なお、表示素子としては、液晶表示素子５０に限らず、他の種類の素子も適用可能である。その場合、その表示素子の特性に合わせるように、調整光学系４０や光源装置１０の配光制御を含む特性が実装される。
【００８３】  ［２−３：比較例、課題等］  図１８は、実施の形態２に対する比較例のＨＵＤ装置１８０の概略構成、および外光の影響の課題等に関する説明図を示す。図１８のＨＵＤ装置１８０の部品配置概略は図１６と同様である。比較例のＨＵＤ装置１８０は、前述の実施例と同様の構成要素を有する。光源装置１８０は、Ｙ方向において前（図面の左）から後（図面の右）へ順に、ヒートシンク１３、ＬＥＤ基板１２、ＬＥＤ素子１４、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１、合成拡散ブロック１６、拡散板１８ａ、導光体１７が配置されている。ＬＥＤ素子１４の発光軸はＹ方向であり、光軸ａ１で示す。導光体１７は、断面が三角形の柱状である。導光体１７からＺ方向の上方へ順に、拡散板１８ｂ、液晶表示素子５０、屈折素子４３、反射ミラー４２が配置されている。反射ミラー４２からＹ方向の前方（左）に反射ミラー４１が配置されている。反射ミラー４１のＺ方向の上方に筐体８０の開口部８１がある。
【００８４】  ＬＥＤ素子１４の発光点からのＹ方向に延在する発光軸を光軸ａ１で示す。光軸ａ１は、導光体１７の反射部によって、Ｚ方向の光軸ａ２に変換されている。導光体１７の入射面および出射面は平面である。導光体１７の出射面および拡散板１８ｂは、水平のＸ−Ｙ平面に配置されている。Ｚ方向において、導光体１７の出射面および拡散板１８ｂの上方に、液晶表示素子５０のパネル面が、水平のＸ−Ｙ平面に配置されている。光軸ａ２上で、液晶表示素子５０の上方に、屈折素子４３が配置されている。
【００８５】  光軸ａ２上で、液晶表示素子５０からの出射光である映像光は、屈折素子４３を経由して、反射ミラー４２の点Ｑ２に入射する。光軸ａ２は、反射ミラー４２の点Ｑ２で反射によって概略的にＹ方向の左への光軸ａ３となる。光軸ａ３は、反射ミラー４１の点Ｑ１に入射する。光軸ａ３は、反射ミラー４１の点Ｑ１で反射によって概略的にＺ方向の上方向への光軸ａ４となる。光軸ａ４は、ウィンドシールド３の表示領域４の点Ｑ３に入射して反射され、概略的にＹ方向の右への光軸ａ５となり、運転者の目５に入射する。
【００８６】  反射ミラー４１の角度を角度θ１で示す。この角度θ１は、例えば、Ｘ方向の回転軸を中心とした回転角度（本例では水平面を基準の０度とした角度）に対応し、駆動部４４を通じて変更可能である。
【００８７】  ＨＵＤ装置１８０の高さ方向（Ｚ方向）のサイズを小さくしたい場合、本比較例のように、導光体１７を用いて、光軸をＹ方向とＺ方向とで曲げる形態とし、Ｙ方向においてヒートシンク１３、ＬＥＤ基板１２、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１等の部品を配置する。これにより、Ｚ方向のサイズが小さく抑えられるが、Ｙ方向のサイズは比較的大きくなる。特に、光量を大きくするために複数のＬＥＤ素子１４を用いる場合や、放熱性能を高くするために大きなヒートシンク１３等を用いる場合、Ｙ方向のサイズが増大する。これにより、ＨＵＤ装置１の小型化には不利となる。
【００８８】  ＨＵＤ装置１の奥行き方向（Ｙ方向）のサイズを小さくしたい場合、例えば前述の実施例（図１４等）のように、Ｚ方向の光軸、直線的な光学系を備える形態とし、Ｚ方向に各部品を配置する。これにより、Ｙ方向のサイズが小さく抑えられるが、Ｚ方向のサイズは比較的大きくなる。
【００８９】  ＨＵＤ装置は、例えば車両内のダッシュボード等の限られた空間に設置されるので、より小型で高効率な装置が要求されている。映像表示装置３０や光源装置１０は、ＨＵＤ装置等の実装に好適なように、より小型かつ高効率なモジュールとして実現されることが望ましい。また、ＨＵＤ装置を小型化しつつ、虚像のための好適な映像光の生成等が要求される。好適な映像光の生成のためには、光源装置１０からの好適な照明光が要求される。また、光源部の冷却性能等も要求されている。光源装置１０は、ＨＵＤ装置１８０および液晶表示素子５０等の特性に合わせた、好適な面状の照明光を発生させる必要がある。その照明光は、例えば所定の光量、面サイズ、面内の光強度の分布の均一性等が要求される。それらの特性を確保しつつ、装置の小型化等も要求される。
【００９０】  映像表示装置３０からの映像光は、調整光学系４０を経由して屈折や反射や拡大等の作用を受けて、ウィンドシールド３の表示領域４に投射され、所定の収束角度で運転者の目５に入射する。運転者からみると、所定の収束角度に対応した虚像７が、表示領域４越しに観察される。所定の収束角度は、ＨＵＤ光学系で様々であるが、概ね運転者に対して水平方向（水平光）で４〜１０°程度、垂直方向（垂直光）で１．５〜５°程度がある。ＨＵＤの映像光として好適な所定の収束角度を得るためには、反射ミラー４１に入射する前に、映像光を充分拡大する必要がある。特に、水平光の収束角度として４°から１０°を実現するためには、概ね映像光を２００ｍｍ以上に拡大する必要がある。そのためには、光源装置１０で出射光を拡大する、調整光学系４０の屈折素子４３や反射ミラー４２で出射光を拡大する等の方策が必要になる。特に屈折素子４３で出射光を拡大するためには、その表面形状を凹状の曲面（凹面）にする必要がある。
【００９１】  また、図１８の比較例の光学系を含む構成では、光源装置１０（導光体１７）からの出射光のＺ方向の光軸ａ２と、液晶表示素子５０および屈折素子４３の軸（法線方向）とが所定の角度で配置されている。このような構成では、以下のように外光の影響の課題もある。図１８で、外光がＨＵＤ装置１８０内に入射する場合の光路を、二点鎖線の光軸ｂ１〜ｂ４等で示す。光軸ｂ１〜ｂ４は、映像光の出射の光路（光軸ａ１〜ａ５）に対して逆方向を進む。なお、光軸ｂ２等は光軸ａ４等と重なっているので、少しずらして図示している。
【００９２】  ＨＵＤ装置１８０内に外光が入射した場合、外光が調整光学系４０の反射ミラー４１，４２を通じて屈折素子４３や液晶表示素子５０に入射する。更に、その外光が屈折素子４３等で反射され、光路を逆方向に戻り、外光の一部がＨＵＤ装置１８０外に出る。そして、その外光がウィンドシールド３で反射されて運転者の目５に入射する場合がある。これにより、運転者は、表示領域４の虚像７の映像光に外光がノイズとして反映された状態で虚像７を視認する。そのため、運転者は、虚像７が視認しにくい場合がある。すなわち、虚像７の表示品質が低下する。
【００９３】  まず、車両２の上方からの外光の光軸ｂ１がウィンドシールド３の表示領域４の点Ｑ３に入射する。外光の一部は、ウィンドシールド３の面で反射等される。ウィンドシールド３内に入射した外光の光軸ｂ２は、開口部８１を経由して反射ミラー４１の点Ｑ１に入射する。点Ｑ１で反射された外光の光軸ｂ３は、反射ミラー４２の点Ｑ２に入射する。点Ｑ２で反射された外光の光軸ｂ４は、屈折素子４３や液晶表示素子５０に入射する。屈折素子４３等で反射された外光は、光軸ｂ５，ｂ６，ｂ７のように、入射時と逆方向に戻る。その外光は、ＨＵＤ装置１８０内から外に出て、ウィンドシールド３の表示領域４の点Ｑ３で反射され、光軸ｂ８のように運転者の目５に入射する。
【００９４】  ＨＵＤ装置１８０の光源装置１０および調整光学系４０では、好適な表示領域４の虚像７を形成するための好適な映像光のために、所定の収束角度を実現する配光制御が必要である。その配光制御のために、例えば図１８のような構成をとる。この構成では、上記のように、ＨＵＤ装置１８０内に入射した外光の反射等によってＨＵＤ装置１８０外に戻る外光成分（戻り外光と記載する場合がある）が生じる。そのため、その戻り外光が運転者の目５に入射した場合に、虚像７の表示品質を低下させる。すなわち、入射する外光は、屈折素子４３や液晶表示素子５０をある程度傾けることでウィンドシールド３やＨＵＤ装置１の開口部８１の機能によってある程度までは反射や吸収等によって排除されるが、特に屈折素子４３の表面が凹面になっているので、一部の反射光が入射光路を逆行し、完全には排除できない。
【００９５】  そこで、実施の形態２の光源装置等では、ＨＵＤの表示品質を高めるために、上記のような外光の影響を防止または低減できる機能を提供する。実施の形態２の光源装置等では、光源部３０１および照明光学系３０２の構造の工夫によって、液晶表示素子５０および屈折素子４３等に対する光軸の方向が、比較例の構成とは異なる（後述の図１９等）。検討によれば、照明光および映像光の光軸に対して、屈折素子４３等の有効面（映像光が透過や反射する面）の法線傾き角度を、少なくとも１０°以上とすることが有効であるとわかった。この工夫によって、実施の形態２の光源装置等では、好適な映像光の生成と、戻り外光防止等との両方を満たすように、所定の配光制御の特性を実現する。光源装置での所定の配光制御に基づいて生成された照明光が、液晶表示素子に供給される。そして、ＨＵＤ装置の表示領域のための所定の好適な特性を持つ映像光が生成され出射される。その映像光が、屈折素子４３等を含む調整光学系を経由して、ウィンドシールドの表示領域へ投射される。ここで、前述のように光源装置で所定の配光制御がなされるので、屈折素子４３内での屈折角の分布は、比較例ほど広く取る必要がなくなる。すなわち、屈折素子４３の表面形状は、比較例ほど凹面の傾斜をきつくする必要が無い。これにより、実施の形態２の光源装置等では、ＨＵＤ装置内に外光が入射した場合に、屈折素子４３や液晶表示素子５０をある程度傾けることで、その外光が調整光学系や液晶表示素子で反射しても、ＨＵＤ装置外には殆ど戻らず、すなわち戻り外光が殆ど生じない。そのため、戻り外光が運転者の目に入射することで虚像の表示品質が低下することが防止または低減される。すなわち、実施の形態２では、好適な映像光を確保しつつ、戻り外光を防止または低減し、外光の影響による虚像の視認性の低下を抑制する効果が得られる。
【００９６】  なお、比較例において、外光の影響を減らすために、ＨＵＤ装置１８０内の調整光学系４０で外光をそらして表示領域４へ反射しないように光学素子等を設置した場合、必然的に、映像光の特性に影響してしまう。そのため、戻り外光の影響を減らしつつ所定の好適な映像光の特性が確保されるように、光源装置１０、液晶表示素子５０、屈折素子４３等の全体で配光制御の特性を工夫、制御する必要がある。
【００９７】  実施の形態２の法線傾き角度を設ける構成の採用により、映像光の光路を逆行して入射する外光における、屈折素子４３等で反射した光は、入射光に対して少なくとも上記法線傾き角度（例えば１０°）の２倍の角度（例えば２０°）を持って方向がずれる。そのため、その反射光が、ＨＵＤ装置１（開口部８１）から外に出て戻り外光として再びウィンドシールド３で反射されて運転者の目５に入射することが防止または低減できる。ただし、このような外光回避の条件を満足するためには、屈折素子４３や反射ミラー４１，４２等の調整光学系４０の構造が自ずと制限される。
【００９８】  上記制限があるため、前述の屈折素子４３等の調整光学系４０で光を拡大する方策のみでは、好適な映像光（表示領域４のために十分に拡大した光）が実現できない。したがって、好適な映像光の実現のためには、調整光学系４０で出射光を拡大する構成と、光源装置１０で照明光を拡大する構成との併用での工夫が必要になる。種々の検討の結果、光源装置の小型化、薄型化、高効率化と、照明光の拡大制御とが同時に実現可能な構成として、導光体の入射面または出射面の少なくとも一方を自由曲面形状として配向制御を行う構成が有効であるとわかった。
【００９９】  ［２−４：ＨＵＤ装置−配光制御］  図１９は、図１８の比較例に対し、実施の形態２の光源装置１０および映像表示装置３０を含むＨＵＤ装置１の概略構成、配向制御等を示す。ＨＵＤ装置１内に外光が入射する場合の光路等も示す。実施の形態２の光源装置１０および映像表示装置３０は、比較例とは異なる配光制御の特性を有する。なお、図１９等は概略構成であって、実装のサイズ等は図１９等に限定されない。
【０１００】  図１９で、光源部３０１は、複数のＬＥＤ素子１４や制御回路を実装したＬＥＤ基板１２を含む。ＬＥＤ基板１２の背面側にはヒートシンク１３が設けられている。照明光学系３０２は、Ｙ方向に配置されているＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１、導光体１７、Ｚ方向に配置されている拡散板１８ｂ等を含む。ＬＥＤコリメータ１５は、ＬＥＤ素子１４からのＹ方向の光軸ａ１の光を集光し平行光に変換する。偏光変換素子２１は、ＬＥＤコリメータ１５からの入射光について、光束方向を偏光し光束幅を拡げるように光学変換を行って出射する。導光体１７は、ＬＥＤ素子１４からのＹ方向の光軸ａ１の方向を、液晶表示素子５０へ照射するＺ方向の光軸ａ２の方向へ変換するように導光する。実施の形態２では、導光体１７は、断面が概略的に台形の柱状を有し、光の方向を概略的にＹ方向（水平方向）からＺ方向（鉛直方向）へ変換する。詳しくは、導光体１７からの出射光は、導光体１７の出射面（水平面に対して所定の角度を持つ斜面）の自由曲面形状を通じて、Ｚ方向に対し所定の角度で傾いた光軸となる。
【０１０１】  照明光および映像光の光軸と、液晶表示素子５０および屈折素子４３の軸（法線傾き角度）とが、前述のように所定の角度（例えば１０°）を有する。導光体１７からの出射光である照明光が、水平面（Ｘ−Ｙ平面）に配置されている液晶表示素子５０に入射し、映像光が生成される。液晶表示素子５０からの映像光は、Ｚ方向に対し所定の角度で傾いた光軸を有する。その映像光が、水平面（Ｘ−Ｙ平面）に配置されている屈折素子４３に入射する。その映像光が、屈折素子４３を通じて屈折した後、反射ミラー４２の点Ｑ２に入射して反射される。反射後の光軸ａ３の光は、反射ミラー４１の点Ｑ１に入射して反射される。反射光の光軸ａ４は、開口部８１を経由して、ウィンドシールド３の表示領域４の点Ｑ３に入射して反射される。その反射光の光軸ａ５は、運転者の目５に入射する。
【０１０２】  調整光学系４０には、例えば反射ミラー４２の角度を変更するための駆動部４４が接続されている。駆動部４４は、モータ等の駆動によって、反射ミラー４１の角度θ１（光軸方向と所定の対応関係を持つ）を変更する。駆動部４４は、ＨＵＤ装置１の制御部１Ａからの制御、あるいは運転者の手動入力操作に基づいて、反射ミラー４１の角度θ１を変更する。反射ミラー４１の角度θ１の変更によって、ＨＵＤ装置１からの映像光の投射方向（光軸ａ４）が変更される。これにより、ウィンドシールド３への映像光の投射位置が変更され、表示領域４の位置が変更される。そのため、運転者から見てウィンドシールド３における表示領域４の位置を例えばＺ方向の上下に移動するように調整できる。運転者の目５の位置等に応じて表示領域４の位置を好適に調整可能である。
【０１０３】  実施の形態２の光源装置１０では、ＬＥＤ基板１２、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１等の工夫によって、光利用効率の確保と共に装置小型化を図り、Ｙ方向のサイズをより小さくする。実施の形態２のＨＵＤ装置１の光源装置１０や調整光学系４０では、好適な映像光の生成のために、所定の収束角度を実現する配光制御が必要である。そして、実施の形態２のＨＵＤ装置１では、戻り外光防止機能のための所定の配光制御も必要である。それらの両方を満たす配光制御の実現のために、実施の形態２のＨＵＤ装置１では、図１９のような構成をとる。この構成では、光源装置１０からの照明光、および液晶表示素子５０からの映像光の光軸に対して、屈折素子４３等の光学素子の軸（法線傾き角度）が、所定の角度（１０°以上）を持つように異なっている（後述の図２０の角度φ２等を参照）。
【０１０４】  図１９で、外光がＨＵＤ装置１内に入射した場合の光路は以下である。比較例と同様に、外光の入射時の光軸ｂ１〜ｂ４を示す。光軸ｂ４は、反射ミラー４２の点Ｑ２で反射されて屈折素子４３等へ入射する光を示す。この光軸ｂ４は、屈折素子４３や液晶表示素子５０の軸（法線傾き角度）に対して角度を持って異なっている。そのため、光軸ｂ４の光が屈折素子４３や液晶表示素子５０で反射された光は、前述の光軸ｂ５とは異なる方向に進む。その反射外光は、筐体８０に当たって減衰等するので、開口部８１から外に出ることが防止または低減される。これにより、戻り外光が運転者の目５に入射することが防止または低減される。
【０１０５】  ［２−５：ＨＵＤ装置−配光制御（２）］  図２０は、実施の形態２の光源装置１０、映像表示装置３０、調整光学系４０等の構成概要を示す。図２０では、図１９よりも詳細構成例を示す。図２０で、光源装置１０は、Ｙ方向で左から右へ順に、ヒートシンク１３、ＬＥＤ基板１２（ＬＥＤ素子１４）、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１、配光制御板１６ｂ、導光体１７が配置されている。ＬＥＤ基板１４のＸ方向に複数のＬＥＤ素子１４が配列されている（図２２等）。ＬＥＤ素子１４の発光面は、ＬＥＤコリメータ１５の凹部の頂面に接して外に出るように配置されている。ＬＥＤコリメータ１５のＸ方向には複数のＬＥＤ素子１４の位置に対応付けられて複数のコリメータ素子１５Ａが配列されている（図２２等）。偏光変換素子２１は、ＰＢＳ膜等の部材の延在方向がＸ方向となっており、複数の部材の配置方向がＺ方向となっている。ＬＥＤ素子１４からのＹ方向の光軸ａ１に対し、Ｚ方向で上下対称の位置および形状で複数の部材が配置されている。配光制御板１６ｂの出射側には、導光体１７の入射部１７１（入射面ｓ１）が配置されている。
【０１０６】  これにより、Ｘ方向で複数のＬＥＤ素子１４等の部品を並列に配置する形態の場合に、Ｘ方向で複数の部品をコンパクトに配置でき、装置のＸ方向のサイズが低減でき、小型化等に寄与できる。あるいは、装置のＸ方向の所定のサイズ内に、より多くの部品を配置でき、例えば多数のＬＥＤ素子１４の配置によってより大きい光量を確保できる。また、Ｘ方向における部品の配置の自由度が高くなるため、ＨＵＤ装置１の多様な実装に対応しやすくなる。例えば、各種の表示領域４のサイズに合わせた実装が容易になる。
【０１０７】  導光体１７は、図示のＹ−Ｚ断面において概略台形状である。導光体１７は、入射部１７１（入射面ｓ１を含む）、反射部１７２（反射面ｓ２を含む）、出射部１７３（出射面ｓ３を含む）、頭頂部１７５（頭頂面ｓ５を含む）を有する。入射部１７１の入射面ｓ１は、本例では、鉛直のＺ方向に対して所定の角度を持って配置されているが、Ｚ方向の平面としてもよい。反射部１７２の反射面ｓ２は、実施の形態１と同様に、複数の反射面および連接面の交互の繰り返しの構造を有する。Ｙ方向で入射面ｓ１の反対側には、頭頂面ｓ５を有する。頭頂部１７５を設けたことで、出射部１７３の出射面ｓ３は、基本的に、水平のＹ方向に対して所定の角度φ１を持つ斜面として構成されている。更に、出射面ｓ３は、自由曲面形状を有する。この自由曲面形状は、所定の配光制御を実現するための形状である。なお、出射面ｓ３の自由曲面形状を凸状として示しているが、これに限るものではなく、詳細は後述する。
【０１０８】  屈折素子４３は、所定の屈折率を持つレンズ等の光学素子で構成され、詳細な形状としては、例えば図２０のように入射側および出射側で凹面の形状を有する。この屈折素子４３の凹面の傾斜は、図１８の比較例の屈折素子４３の凹面の傾斜よりも緩やかである。言い換えると、凹面の中心と周辺とで高さの差が比較的小さい。これに限らず、屈折素子４３は、例えば図１のように、入射側が凹面、出射側が凸面の形状としてもよい。
【０１０９】  映像光の光路等については以下である。概略的には、ＬＥＤ素子１４からのＹ方向の光軸ａ１は、導光体１７での反射を通じて、概略的にＺ方向の光軸ａ２となる。導光体１７からの出射光の光軸ａ２は、出射面ｓ３の作用を通じて、Ｚ方向に対して所定の角度φ２を持つ方向（光軸ａ２２，ａ２３）に変換されている。その光軸に対し、液晶表示素子５０および屈折素子４３の軸は、所定の角度φ２を成している。液晶表示素子５０のパネル面および屈折素子４３は、本例ではＸ−Ｙ平面にある程度の傾きを持って配置されている。上記のように、液晶表示素子５０および屈折素子４３の軸に対して光軸ａ２３，ａ２４，ａ２５が非直交であり、角度φ２を有する。
【０１１０】  ＬＥＤ素子１４の発光点を点ｐ１で示す。点ｐ１からのＹ方向の光軸ａ１を示す。導光体１７の入射面ｓ１で光軸ａ１が通る点ｐ２を示す。導光体１７の反射面ｓ２で光軸ａ１が当たる点ｐ３を示す。点ｐ３で反射されることで、光軸ａ１からＺ方向の光軸ａ２１に変換されている。出射面ｓ３で光軸ａ２１が通る点ｐ４を示す。出射面ｓ３の点ｐ４を通じて屈折後の光軸ａ２２を示す。光軸ａ２２は、拡散板１８ｂを経由して液晶表示素子５０の点ｐ５に入射する。液晶表示素子５０の点ｐ５からの映像光の光軸ａ２３を示す。光軸ａ２２および光軸ａ２３は、上記角度φ２を有する。光軸ａ２３の映像光は、屈折素子４３の点ｐ６に入射し、屈折の作用を受けて、光軸ａ２４となる。光軸ａ２４は、Ｚ方向に対する所定の角度φ３を有する。光軸ａ２４の映像光は、反射ミラー４２の点Ｑ２に入射して反射され、前述の光軸ａ３となる。
【０１１１】  また、前述の外光がＨＵＤ装置１内に入射した場合、反射ミラー４１からの外光の光軸ｂ３は、反射ミラー４２の点Ｑ２で反射されて光軸ｂ４（光軸ａ２４の逆方向）となる。光軸ｂ４の外光は、屈折素子４３の点ｐ６に入射する。実施の形態２では、光軸に角度φ２を有する構成によって、戻り外光が生じにくい特性となっている。光軸ｂ４の外光のうち、屈折素子４３で反射された外光は、比較例とは異なる方向に進む。光軸ｂ４の外光における、表示領域４に対応する範囲の最外部に対応する反射外光の光線を光線ｂ９で示す。光軸ｂ４に対し、光線ｂ９は、角度φ２の２倍に対応する角度でずれる。反射外光の光線ｂ９は、筐体８０等に当たって減衰することで、開口部８１から外に戻りにくい。同様に、光軸ｂ４の外光のうち、屈折素子４３を通過して液晶表示素子５０に入射した場合の反射外光の光線を光線ｂ１０で示す。光線ｂ１０は、同様に、映像光とは異なる光軸で進み、減衰等によって、開口部８１から外に戻りにくい。視線６の光軸ａ５上には戻り外光成分が殆ど無い。このようにして、戻り外光が運転者の目５に入射することが防止および低減される。これにより、運転者が視線６で表示領域４の点Ｑ３を通じて虚像７を見る場合に、虚像７を好適に視認できる。
【０１１２】  上記のように、実施の形態２によれば、装置小型化と共に、ＨＵＤの好適な映像光を確保しつつ、戻り外光も防止または低減し、外光による虚像７の品質低下を抑制できる。なお、図２０の光軸等の構成に限らず可能であり、入射面ｓ１または出射面ｓ３に自由曲面形状を持つ構成、および光軸に所定の角度φ２を持つ構成であればよい。他の実施例の構成としては、導光体１７からの出射光の光軸ａ２２を、Ｚ方向に対してＹ方向で左に傾くように所定の角度φ２を持つ構成としてもよい。導光体１７の入射面ｓ１または出射面ｓ３に自由曲面形状を設けることで、液晶表示素子５０のパネル面に対応する面内の位置や領域毎に配光の特性を異ならせる設計も可能である。これにより、効率的に戻り外光を抑制する特性を実現できる。
【０１１３】  ［２−６：光源モジュール］  図２１は、実施の形態２の光源装置１０の光源モジュールとしての実装構成例の外観を示す斜視図である。この実装構成例では、ＬＥＤ素子１４等が設けられたＬＥＤ基板１２は、ＬＥＤモジュール１２０として実装されている。ＬＥＤモジュール１２０のＹ方向の背面側にはヒートシンク１３が固定されている。ヒートシンク１３は、複数の放熱フィンが光源装置ケース１１から外に出る状態で配置される。ＬＥＤモジュール１２０のＹ方向の前面側には、前述の光源装置ケース１１が固定されており、その内部にＬＥＤコリメータ１５や偏光変換素子２１や導光体１７等が収容されている。光源装置ケース１１のＺ方向の上面には、液晶表示素子５０が取り付けられている。液晶表示素子５０は、液晶表示パネルフレーム５１、液晶表示パネル５２、ＦＰＣ５３を有する。これにより、映像表示装置３０がモジュールとして構成されている。なお、液晶表示素子５０のパネル面、およびＨＵＤ装置１の表示領域４は、本例では相対的にＸ方向に長くＺ方向に短い横長の画面を構成している。そのため、光源装置１０は、その形状に対応した実装を有している。
【０１１４】  光源装置１０において、ＬＥＤ基板１２、ＬＥＤコリメータ１５等の各部品は、外周等の位置で、ねじ、位置決めピン、凹凸形状等の手段によって位置決めおよび相互に固定されることで、モジュールとして構成されている。ＬＥＤ基板１２とＬＥＤコリメータ１５は、例えば位置決めピンと位置決め穴との嵌合、および前後の部品によって挟み込まれて固定されることで、高い精度で位置決めおよび固定されている。上記光源装置１０および映像表示装置３０の各部は、ＨＵＤ装置１の筐体８０に固定される。
【０１１５】  ［２−７：光源モジュール−筐体内部］  図２２は、上記光源装置１０の光源装置ケース１１内部の構成を示す。ＬＥＤ基板１２を図示省略し、Ｘ方向に複数（本例では６個）のＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ）を有し、所定のピッチで配置されている。複数のＬＥＤ素子１４のＹ方向の後段には、対応する複数（６個）のコリメータ素子１５Ａを持つＬＥＤコリメータ１５が配置されている。前述の凹部１５３や外周面１５６を持つ個々のコリメータ部を、コリメータ素子１５Ａとする。個々のコリメータ素子１５Ａの頂面の中央部にＬＥＤ素子１４が配置されている。複数のコリメータ素子１５Ａは、例えば透光性の樹脂により、共通基板部分に対して一体に形成されている。ＬＥＤコリメータ１５の後段に、偏光変換素子２１が配置されている。
【０１１６】  偏光変換素子２１は、全体では相対的にＸ方向に長くＺ方向に短い板形状を有する。偏光変換素子２１は、前述のＰＢＳ膜２１１、透光性部材２１４等の部品がＸ方向に延在しており、複数の部品がＺ方向に対称形状で配列されている。偏光変換素子２１は、図示しない偏光変換素子ホルダー内に収容されてもよい。偏光変換素子２１の位相板の後段に、配向制御板１６ｂが配置されている。配向制御板１６ｂの後段には、導光体１７の入射部１７１が配置されている。導光体１７１のＸ方向の側面部１７４や、頭頂部１７５には、筐体８０への取り付け部が設けられている。導光体１７１の上面である出射部１７３の出射面ｓ３には、図示するように自由曲面形状を有する。出射部１７３のＺ方向の上方に拡散板１８ｂが配置されている。なお、配光制御板１６ｂや拡散板１８ｂを設けない形態も可能である。
【０１１７】  本実施例では、合成拡散ブロック１６を設けておらず、その分、Ｙ方向のサイズを小さくできる。
【０１１８】  ［２−８：光源部、ＬＥＤコリメータ、偏光変換素子］  図２３は、光源部３０１のＬＥＤ基板１２、ＬＥＤ素子１４、ＬＥＤコリメータ１５、および偏光変換素子２１の部分の構造や光線等を拡大で概略的に示す、装置側面方向（Ｘ方向）から見たＹ−Ｚ断面図である。ＬＥＤ基板１２の主面からＹ方向に出たＬＥＤ素子１４の点ｐ１を含む発光面に対し、対向する位置に、ＬＥＤコリメータ１５の凹部１５３が配置されている。凹部１５３の頂面が、ＬＥＤ素子１４の発光面に接するように配置されている。コリメータ素子１５Ａは、前述のように、入射側のレンズ部である凹部１５３と、リフレクター部である外周面１５６と、出射側のレンズ部である出射面１５４とを含む。凹部１５３は、Ｙ方向の底面側に、入射面１５７を有し、入射側に凸状の湾曲面を有する。出射面１５４には、凹部１５３の入射面１５７に対向する部分に、出射側に凸状である凸状部１５５が形成されている。入射面１５７と凸状部１５５とで、集光作用を有する凸レンズ機能が構成されている。
【０１１９】  ＬＥＤ素子１４の点ｐ１からの発光は、コリメータ素子１５Ａの凹部１５３内の空気を通って、図示する光線の例のように進み、凹部１５３の外に出射する。凹部１５３から出た光線は、一部の光線が概略円錐形状の外周面１５６（リフレクター部）で反射されつつ、集光される。光軸ａ１の周辺方向に進む光は、外周面１５６の放物面で全反射される。それらの光線は、出射面１５４を通ってＺ方向に平行光として出射される。出射面１５４に、偏光変換素子２１の入射面が接するように配置されている。
【０１２０】  偏光変換素子２１は、Ｘ方向で複数（６個）のＬＥＤ素子１４およびコリメータ素子１５Ａからの平行光が入射される。それらの個々のＬＥＤ素子１４の光軸ａ１の断面は、図２３のように同じである。偏光変換素子２１は、前述と同様に、平行四辺形柱の透光性部材２１４、三角形柱の透光性部材２１５、ＰＢＳ膜２１１、反射膜２１２、１／２λ位相板２１３等で構成されている。透光性部材２１４は、Ｙ−Ｚ断面で平行四辺形であり、透光性部材２１５は、Ｙ−Ｚ断面で三角形である。Ｙ方向の光軸ａ１に対し、各部品が上下対称に配置されている。光軸ａ１上に配置されている透光性部材２１５と、その上下に配置されている透光性部材２１４との界面に、ＰＢＳ膜２１１が設けられている。透光性部材２１４と、更にその外側に配置されている透光性部材２１５との界面に、反射膜２１２が設けられている。透光性部材２１４のＹ方向の出射側の面に、１／２λ位相板２１３が設けられている。
【０１２１】  偏光変換素子２１へ入射した光のうち、透光性部材２１４を通ってＰＢＳ膜２１１を透過した光（Ｐ偏光波）は、透光性部材２１５を通って出射面から出射する。偏光変換素子２１へ入射した光のうち、透光性部材２１４を通ってＰＢＳ膜２１１でＺ方向に反射された光（Ｓ偏光波）は、反射膜２１２でＹ方向へ反射される。その反射光は、透光性部材２１４の出射面から１／２λ位相板２１３を通って位相調整された光（Ｐ偏光波）として出射される。すなわち、偏光変換素子２１では、複数のＬＥＤ素子１４からの全ての光がＰ偏光波となって出射する。これにより、光路長差が小さいので、輝度分布の面均一性が高い。
【０１２２】  上記のように、実施の形態２では、偏光変換素子２１は、実施の形態１の偏光変換素子２１の配置に対してＸ−Ｚ面内で９０度回転した状態（縦横を転置した状態）で配置されている。これにより、実施の形態２では、実施の形態１に比べ、偏光変換素子２１に対する複数のＬＥＤ素子１４およびコリメータ素子１５Ａの配置位置の許容度および自由度が高くなる（後述）。そのため、光源装置１０は、ＨＵＤ装置１の仕様等に応じた各種の設計および実装が容易になり、製造の歩留まりが向上する。
【０１２３】  偏光変換素子２１の入射面において、透光性部材２１４等に対応した入射光束の制限幅２１ｗを有する。コリメータ素子１５Ａは、実施の形態１と同様に、偏光変換素子２１の入射光束の制限幅２１ｗに合わせて設計されている。コリメータ素子１５Ａの外周面１５６や出射面１５４の径（後述の図２６の距離Ｄ２）は、制限幅２１ｗよりも大きくしている。制限幅２１ｗよりも内側に凸状部１５５を設けている。
【０１２４】  実施の形態２の光源装置１０、および液晶表示素子５０を用いた映像表示装置３０、ＨＵＤ装置１では、所定の高出力や高効率のＬＥＤ光源の実現のために、単位面積あたりに配置するＬＥＤ素子１４等の個数をなるべく多くして、大きな光量や輝度、高い光利用効率、面内の光強度の均一性を実現する。もしくは、従来と同じＬＥＤ素子１４の個数とする場合でも、装置に必要な面積やサイズ等の小型化を実現する。その場合に、実施の形態２で、ＬＥＤ素子１４、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１等の部品は、寸法や配置関係に関して所定の条件を満たす必要がある。図２４には、その条件について示す。
【０１２５】  ［２−９：ＬＥＤ素子、ＬＥＤコリメータ］  図２４は、実施の形態２および変形例における、図２３のＬＥＤ素子１４とＬＥＤコリメータ１５のサイズ等の条件に関する説明図を示す。図２４の（ａ）は、１つのＬＥＤ素子１４および１つのコリメータ素子１５Ａの部分のＹ−Ｚ断面概略を示す。ＬＥＤ素子１４の発光点である点ｐ１を含む面１４ｐにおけるＺ方向およびＸ方向の幅（直径）を、幅Ｗ１とする。コリメータ素子１５Ａの凹部１５３（頂部の円形）におけるＺ方向およびＸ方向の幅（直径）を、幅Ｗ２とする。幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも大きい（Ｗ２＞Ｗ１）。ＬＥＤ素子１４の幅Ｗ１と、凹部１５３の幅Ｗ２との差分の半分を、幅Ｗ３で示す（Ｗ３＝（Ｗ２−Ｗ１）÷２）。幅Ｗ３が０より大きい（Ｗ３＞０）。また、Ｙ方向において、ＬＥＤ素子１４がＬＥＤ基板１２の面１２ｐから出ている距離（ＬＥＤ素子１４の厚み）を、距離Ｈ１とする。面１２ｐは、ＬＥＤ素子１４がマウントされた基板面である。コリメータ素子１５の凹部１５３における、ＬＥＤ素子１４の面１４ｐと、底面の入射面１５７の凸部との距離を、距離Ｈ２とする。ＬＥＤ基板１２の面１２ｂとコリメータ素子１５Ａの凹部１５３の頂面１５３ｐとの距離を距離Ｈ３とする。
【０１２６】  実施の形態２では、ＬＥＤ素子１４の少なくとも一部が凹部１５３の外側に配置されている（Ｈ３＞０）。本例では、Ｙ方向で、ＬＥＤ素子１４の発光点を含む面１４ｐを含む相対的に薄い一部が凹部１５３内に配置されており、その他の相対的に厚い部分が凹部１５３外に配置されている。条件として、凹部１５３の幅Ｗ２がＬＥＤ素子１４の幅Ｗ１よりも大きく、径の差分の幅Ｗ３を有する。
【０１２７】  凹部１５３は、ＬＥＤ素子１４からの出射光の取込量を確保できるように、頂面１５３ｐの所定の幅Ｗ２、および距離Ｈ２を有する。実施の形態２で、コリメータ素子１５Ａの形状は、ＬＥＤ素子１４の形状に対し、所定のサイズの関係を持つように規定される。具体的には、条件として、距離Ｈ２は幅Ｗ１の２倍よりも大きい（（２×Ｗ１）＜Ｈ２）。この構成により、ＬＥＤ素子１４から出射し、入射面１５７に入射する光線傾きの正接値の絶対値が１／４以下（±１４°の範囲に相当）になり、コリメータ素子１５Ａの入射面１５７を屈折し偏光変換素子２１に入射する光線の平行度が、入射角許容範囲±１５°にほぼ納めることが可能となり、効率の良い光源を実現できる。
【０１２８】  図２４の（ｂ）は、実施の形態２の変形例における、ＬＥＤ素子１４とコリメータ素子１５Ａの配置を示す。この変形例では、Ｙ方向において、ＬＥＤ素子１４の点ｐ１を含む面１４ｐと、凹部１５３の頂面１５３ｐとが離れている。言い換えると、ＬＥＤ基板１２の面１２ｐと凹部１５３の頂面１５３ｐとの間の距離Ｈ３と、ＬＥＤ素子１４の厚みの距離Ｈ１との関係は、Ｈ３＞Ｈ１となる。距離Ｈ３によって、Ｘ方向およびＺ方向に空気の流路ができるため、放熱性能を高めることができる。距離Ｈ３を大きくするほど冷却効率が高くなり、小さくするほど光利用効率が高くなる。距離Ｈ３を構成するように、ＬＥＤ基板１２のＬＥＤ素子１４およびＬＥＤコリメータ１５のコリメータ素子１５Ａが、前述のＬＥＤモジュール１２０等によって固定されている。実装例としては、条件（２×Ｗ１＜Ｈ２）を満たす形状として、Ｗ１＝１．１５ｍｍ、Ｈ２＝３．１ｍｍである。
【０１２９】  上記のような条件を満たす構成によって、ＬＥＤ光源の光利用効率および冷却性能を高めることができる。
【０１３０】  ［２−１０：偏光変換素子］  図２５の（ａ）は、偏光変換素子２１の１組の偏光変換素子部の部品配置等の構成を示す斜視図である。偏光変換素子２１に対応して配置される複数のＬＥＤ素子１４および複数のコリメータ素子１５Ａの概略的な位置も破線で示す。Ｘ方向に配列されるＬＥＤ素子１４等の個数をＮとする。ここではＮ＝３個の場合を示す。偏光変換素子２１のＹ方向の前側のＸ−Ｚ平面において、複数の各々の点ｑは、各々のＬＥＤ素子１４の点ｐ１からの光軸ａ１が通る点を示す。点ｑの周りの円形は、外周面１５６の端部に対応する。概略円錐形状の外周面１５６を破線で示している。
【０１３１】  偏光変換素子２１を構成する部品である、ＰＢＳ膜２１１、反射膜２１２、１／２λ位相板２１３、透光性部材２１４、および透光性部材２１５は、Ｘ方向に延在している。これらの各部品は、光軸ａ１に対して直交する面（Ｘ−Ｚ平面）に平行に配列されている。これらの各部品は、光軸ａ１およびコリメータ素子１５Ａの中心軸に対応するＹ方向とＸ方向とが成すＸ−Ｙ平面（仮想平面）に対して、Ｚ方向で上下対称の位置および形状で配置されている。Ｚ方向で光軸ａ１の位置に配置されている透光性部材２１５は、三角柱形状である。透光性部材２１５に対して上下対称に配置されている２つの透光性部材２１４は、四角柱形状である。更にそれらの外側に配置されている２つの透光性部材２１５ｂは、断面が直角三角形の三角柱形状である。ＰＢＳ膜２１１および反射膜２１２は、Ｙ方向の光軸ａ１に対して所定の正負の角度εを持つ斜面として配置されている。なお、図２５の（ｂ）で示したように、偏光変換素子２１は、貼り合わせ面２１６で、上側構成部品２１ｕと下側構成部品２１ｄを貼り合わせる構成でもよい。また、貼り合わせ面２１６は、貼り合わせ後、光学的に透明な構成が望ましい。この構成では、それぞれ上側構成部品２１ｕと下側構成部品２１ｄは、同一の部品で構成可能である。すなわち、上側構成部品を図示したＺ軸まわりに１８０°回転させ、さらにＹ軸まわりに１８０°回転させれば、下側構成部品の配置となる。この構成による部品の共通化および構成の単純化が達成でき、より低コスト化が可能となる。
【０１３２】  ［２−１１：複数のＬＥＤ素子、コリメータ、偏向変換素子］  図２６は、偏光変換素子２１に対してＸ方向に複数（Ｎ）のＬＥＤ素子１４および複数のコリメータ素子１５Ａを配列する構成例に関するＹ方向から見たＸ−Ｚ平面を示す。また、図２６では、特に、変形例として、Ｚ方向に２組の偏光変換素子２１を配列する場合の構成例を示す。図２６の（ａ）は、Ｚ方向の上側に第１の偏光変換素子部２１−１、下側に第２の偏光変換素子部２１−２が配置されている。各偏光変換素子部の構造は、図２６のように同じである。
【０１３３】  Ｘ方向において、複数のＬＥＤ素子１４および複数のコリメータ素子１５Ａに対応する点ｑが、所定のピッチの距離Ｄ１で配置されている。（ａ）では、上下の偏光変換素子部において、各点ｑの位置が同じである。Ｘ−Ｚ平面において、複数のＬＥＤ素子１４の発光軸に対応する点ｑは、矩形に配置されている。また、コリメータ素子１５Ａの外周面１５６に対応する円形領域の径を、距離Ｄ２で示す。本例では、Ｘ方向に複数のコリメータ素子１５Ａが、個々の距離Ｄ２を確保しつつ、なるべく詰めて配置されている。各凹部１５３の頂面内にＬＥＤ素子１４の面が収まるように配置されている。
【０１３４】  図２６の（ｂ）は、他の構成例として、Ｚ方向の上下の偏光変換素子部２１−１，２１−２において、複数のＬＥＤ素子１４等の点ｑの配置位置をずらした場合である。上側の偏光変換素子部２１−１に対し、下側の偏光変換素子部２１−２のＬＥＤ素子１４等の位置は、ピッチ（距離Ｄ２）の半分の距離でずれている。Ｘ−Ｚ平面において、複数のＬＥＤ素子１４等の発光軸に対応する点ｑは、三角形に配置されている。同様に、必要に応じて、Ｚ方向で、２列に限らず、複数組の偏光変換素子部を配列する形態が可能である。
【０１３５】  上記のように、実施の形態２では、偏光変換素子２１の配置構成に対し、Ｘ方向では、複数のＬＥＤ素子１４等を配置する際の制約が小さく、配置の自由度が高い。前述の実施の形態１では、例えば図４の（ａ）のように、偏光変換素子２１は、複数の部品がＺ方向に延在し、Ｘ方向に配列されている。そのため、偏光変換素子２１は、Ｘ方向では、複数（２個）の組の偏光変換素子部として分かれて構成されており、それぞれの組に対応して、Ｘ方向での光軸１５ｃの位置や制約幅２１ｗを有する。そのような偏光変換素子２１の構成に対応させて、所定の位置にＬＥＤ素子１４およびコリメータ部が配置される必要がある。そのため、例えばＸ方向の所定のサイズ内において多数のＬＥＤ素子１４等を配置しようとしても、制約から、所定の距離以上でしか配置できない。
【０１３６】  一方、実施の形態２では、図２５や図２６のように、実施の形態１に対し、Ｘ方向におけるＬＥＤ素子１４等の部品の配置に関する制約が小さく、配置の自由度が高い。偏光変換素子２１は、Ｘ方向では、複数の部位（組）には分けられておらず、連続的に部品が延在している。そのため、Ｘ方向では、ある程度自由な位置にＬＥＤ素子１４等を配置できる。例えば、図２６の（ａ）のように、Ｘ方向で複数（Ｎ）のＬＥＤ素子１４等をなるべく短いピッチ（距離Ｄ１）で詰めて配列することも可能である。Ｘ方向の所定のサイズ内に多数のＬＥＤ素子１４等を配列することで、光源の光量を大きくできると共に、装置の小型化に寄与できる。
【０１３７】  ［２−１２：複数のＬＥＤ素子（Ｎ＝５）］  図２７は、実施の形態２で、複数のＬＥＤ素子１４および複数のコリメータ素子１５Ａ、偏光変換素子２１の配置構成等に関する説明図を示す。本実施例では、Ｘ方向に配列するＬＥＤ素子１４等の数としてＮ＝５個とした場合を示す。図２７の（ａ）は、Ｘ−Ｙ平面の構成を示し、（ｂ）は、対応する偏光変換素子２１のＸ−Ｚ平面の構成を示し、（ｃ）は、対応する偏光変換素子２１のＹ−Ｚ平面の構成を示す。本例では、ＬＥＤ素子１４（１４ａ〜１４ｅ）に対応させて、コリメータ素子１５Ａとして、コリメータ素子１５ａ〜１５ｅを有する。
【０１３８】  ＬＥＤコリメータ１５および偏光変換素子２１のＸ方向の幅を距離ＤＡで示す。偏光変換素子２１のＺ方向の高さを距離ＤＢで示す。距離ＤＢのうち、その半分である、光軸ａ１に対する上下対称の部分の幅を距離ＤＣで示す。偏光変換素子２１（１／２λ位相板２１３を除く）のＹ方向の厚さを距離ＤＤで示す。
【０１３９】  本実施例では、偏光変換素子２１の距離ＤＢが例えば１７．６±０．２ｍｍ、距離ＤＣが８．８±０．１ｍｍ、距離ＤＤが４．４±０．１ｍｍである。ＰＢＳ膜２１１および反射膜２１２の斜面の角度εは、単位を度（°）、分（´）とすると、（４５°±２０´）である。１／２λ位相板２１３（Half wave plate）は、境界からはみ出さない形状であり、Ｘ方向の長さが透光性部材２１４等の長さと同じであり、Ｚ方向の幅が透光性部材２１４の出射面の幅と同じである。偏光変換素子２１の距離ＤＡは、例えば比較的小型とする第１タイプの実施例では４４±０．２ｍｍ、比較的大型とする第２タイプの実施例では７４±０．２ｍｍとする。
【０１４０】  ［２−１３：比較例］  図２８は、図２７のＮ＝５個の構成に対する比較例の構成を同様に示す。この比較例では、同じくＸ方向にＮ＝５個のＬＥＤ素子１４及びコリメータ素子１５Ａが配列されている。この比較例では、偏光変換素子２１は、Ｘ方向で５組の偏光変換素子部を用いて構成されている。１組の偏光変換素子部の幅の距離ＤＢは図２７の幅と同じとする。この比較例では、偏光変換素子２１の構成に対応した制約から、ＬＥＤ素子１４およびコリメータ素子１５Ａの配置のピッチ（距離Ｄ１ｂ）が図２７のピッチ（距離Ｄ１）よりも大きく、装置全体のＸ方向のサイズ（距離ＤＡｂ）が図２７のサイズ（距離ＤＡ）よりも大きい。
【０１４１】  上記のように、実施の形態２によれば、比較例よりも装置の小型化等が実現できる。あるいは、実施の形態２によれば、比較例と同じ所定のサイズ（距離ＤＡｂ）とした場合に、その範囲内でより多数のＬＥＤ素子１４等を配置して光量を大きくできる。実施の形態２の光源装置１０では、Ｘ方向の所定の幅内に配置できるＬＥＤ素子１４の個数（Ｎ）を増加でき、より明るい照明光を生成できる。あるいは、所定の個数のＬＥＤ素子１４を設ける光源部３０１等において、Ｘ方向の幅をより小さくできる。
【０１４２】  実施の形態２によれば、偏光変換素子２１に対してＸ方向で複数のＬＥＤ素子１４等を所定の条件内で比較的自由に配置できる。そのため、ＨＵＤ装置１の仕様等（例えば表示領域４のサイズ等）に応じて、光源装置１０の実装として、ＬＥＤ素子１４等の配列の数や位置等を変更する実装が容易に可能である。各種の実装において、偏光変換素子２１の構成を共通化でき、部品が共通に使用できるため、低コストで製造可能である。
【０１４３】  ［２−１４：複数のＬＥＤ素子の実装例（Ｎ＝５）］  図２９は、実施の形態２の光源装置１０における、複数のＬＥＤ素子１４等の配列を含む実装例として、図２７に対応するＮ＝５個の場合を示す。図２９の（ａ）はＸ−Ｙ平面での上面図を示し、（ｂ）は対応するＹ−Ｚ平面での側面図を示す。Ｘ方向において、ＬＥＤ基板１２、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１、偏光制御板１６ｂ、導光体１７等の概略的な幅を、距離ＤＡ１で示す。距離ＤＡ１の幅内において、Ｘ方向で５個のＬＥＤ素子１４および対応する５個のコリメータ素子１５Ａ（１５ａ〜１５ｅ）が、所定のピッチの距離Ｄ１１で配置されている。例えば、光源装置１０として、小サイズ、低コスト、低消費電力等を優先する実装の場合、図２９の実装例のように、所定の距離ＤＡ１内において、Ｎ＝５個のＬＥＤ素子１４等が配置される。
【０１４４】  ［２−１５：複数のＬＥＤ素子の実装例（Ｎ＝６）］  図３０は、変形例の光源装置１０として、複数のＬＥＤ素子１４等の配列を含む実装例として、Ｎ＝６個の場合を図２９と同様に示す。Ｘ方向において、ＬＥＤ基板１２等の概略的なサイズを距離ＤＡ２で示す。距離ＤＡ２の幅内において、Ｘ方向で６個のＬＥＤ素子１４（１４ａ〜１４ｆ）および対応する６個のコリメータ素子１５Ａ（１５ａ〜１５ｆ）が、所定のピッチ（距離Ｄ１２）で配置されている。例えば、Ｘ方向のＬＥＤ数をなるべく多くして光源光量を大きくしたい実装の場合、図３０のように、所定の距離ＤＡ２内において、Ｎ＝６個のＬＥＤ素子１４等がなるべく短い所定のピッチの距離Ｄ１２で配置される。
【０１４５】  前述のように、実施の形態２では、偏光変換素子２１の構成に対して、Ｘ方向の複数のＬＥＤ素子１４等の配置の自由度が高いため、図２９や図３０の実施例のいずれも容易に実現できる。すなわち、ＨＵＤ装置１の仕様等に応じて、ＬＥＤ素子１４の数（Ｎ）を変更する実装が比較的容易に実現できる。例えば、図３０の構成からＬＥＤの数（Ｎ）を減らして図２９の構成に変更することも容易である。
【０１４６】  ［２−１６：導光体］  図３１は、導光体１７の出射部１７３の出射面ｓ３の自由曲面形状等について示す斜視図である。図３１の（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面部１７４をみたＹ−Ｚ平面の構成を示す。（ａ）で、出射部１７３の出射面ｓ３において、外周の平面部１７３ｂの内側に、自由曲面部１７３ａを有する。（ｂ）で、入射部１７１の入射面ｓ１は、鉛直であるＺ方向に対する傾きの角度φ４を有する斜面となっている。頭頂部１７５の頭頂面ｓ５には筐体への取り付け部も有する。出射面ｓ３は、水平面に対する角度φ１を有する斜面となっている。その斜面において、自由曲面部１７３ａを有する。
【０１４７】  図３２は、導光体１７の反射部１７２等の構造を示す。図３２の（ａ）はＹ−Ｚ平面の構成、（ｂ）は反射面ｓ２の一部拡大を示す。（ａ）で、出射面ｓ３と反射面ｓ２との距離を、面間距離Ｄｔとして示す。面間距離Ｄｔは、入射面ｓ１の近くでは、最大の距離Ｄｔｍａｘを有し、頭頂面ｓ５の近くでは、最小の距離Ｄｔｍｉｎを有する（Ｄｔｍａｘ＞Ｄｔｍｉｎ）。距離Ｄｔｍｉｎに対応する頭頂面ｓ５の高さは、距離Ｄｔｍａｘに対応する入射面ｓ１の高さよりも低い。本実施例では、Ｄｔｍａｘ／Ｄｔｍｉｎ≒２としている。
【０１４８】  反射面ｓ２は、基本的に水平面に対して所定の角度を持つ斜面として配置されている。反射面ｓ２は、詳しくは実施の形態１と同様に、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に繰り返される鋸歯形状（階段形状）を有する。（ｂ）は、入射面ｓ１に近い、ｎ＝１〜９程度の反射面１７２ａおよび連接面１７２ｂの部分を示す。（ｃ）は、頭頂面ｓ５に近い、ｎ＝６４〜７５程度の反射面１７２ａおよび連接面１７２ｂの部分を示す。なお、前述と同様に、複数の反射面１７２ａのＹ方向のピッチをＰ１等で示し、反射面１７２ａの水平面に対する角度を角度αｎで示し、連接面１７２ｂの反射面１７２ａに対する角度を角度βｎで示す。
【０１４９】  このように入射部１７１、反射部１７２、出射部１７３、および頭頂部１７５を含む導光体１７の構造によって、所定の配向制御が実現され、出射光においてＺ方向に対する傾きの角度φ３および屈折素子４３等の軸に対する傾きの角度φ２を持つ光軸ａ２２が構成される（図２０の構成と対応する）。
【０１５０】  また、このような導光体１７の形状は、製造時に作製が容易である利点もある。導光体１７を大量に低コストで生産する場合、例えば射出成形等の製造方法を用いて作製することが有効である。その製造方法を用いる場合、比較例として図９のような断面が概略三角形の導光体１７の場合には、三角形の鋭角の頂点に対応する辺部において、射出成形の精度を確保することが比較的難しく、高コストになるという課題がある。詳しくは、射出成形時の型内の溶融樹脂の冷却速度に関して、導光体１７の部位（入射面とその反対側の辺部）の違いに応じた不均一性があるため、高精度の成形が比較的難しい。導光体１７の形状は、所定の配向制御の特性を持つように設計されているので、導光体１７の射出成形後の形状が設計の形状に対してずれが大きい場合、配光制御の特性の品質が低下する。
【０１５１】  一方、実施の形態２では、図３２のように、導光体１７の断面が概略台形であり、頭頂部１７５を有する。実施の形態２では、比較例よりも、入射部１７１と頭頂部１７５とで形状の違いが小さくなっている。そのため、この導光体１７の射出成形の製造方法による作製時には、射出成形時の金型内の溶融樹脂の冷却速度に関して、部位（入射面１７１と頭頂部１７５）の違いに応じた不均一性が抑制される。よって、この導光体１７は、より高精度の成形が実現でき、配光制御の特性の品質を高くでき、大量で低コストの生産が可能となる利点がある。
【０１５２】  図３３は、導光体１７の特に反射部１７２の作製時の金型の加工例を示す説明図である。導光体１７の製造方法として、金型に樹脂を射出成形する方法を用いる。図３３は、導光体１７の反射部１７２（反射面ｓ２）のための金型１７８を、ドリル１７９の先端によって切削加工している様子を示す。この金型１７８の加工面において、ｎ個の反射面１７２ａおよび連接面１７２ｂに対応する、反射面１７８ａおよび連接面１７８ｂを有する。反射面１７８ａと連接面１７８ｂとが成す角度βｎが形成されている。このような製造方法によって、反射面１７２ａおよび連接面１７２ｂの２つの面を同時に加工、形成できるので、好適な特性を持つ導光体１７を効率良く作製でき、低コストの光源装置を実現できる。
【０１５３】  ［２−１７：配向制御］  図３４は、実施の形態２の光源装置１０および映像表示装置３０の配向制御の構成を示し、光源装置１０の照明光や映像表示装置３０の映像光の光軸および各光線を、Ｘ方向から見たＹ−Ｚ断面で示す。なお、導光体１７の反射面１７２ａと連接面１７２ｂを実際より拡大して模式的に示す。本実施例では、導光体１７の入射面ｓ１は、Ｚ方向に対する角度φ４を持って斜めに配置された平面となっている。ＬＥＤ素子１４の点ｐ１からのＹ方向の光軸ａ１１は、導光体１７の入射面ｓ１の点ｐ２に入射して所定の屈折が生じ、光軸ａ１２となる。光軸ａ１２は、反射面ｓ２の点ｐ３で反射され、Ｚ方向の光軸ａ２１となる。出射面ｓ３は、Ｙ方向に対する角度φ１を持って斜めに配置された自由曲面形状を有し、所定の屈折特性を有する。反射面ｓ３からのＺ方向の光軸ａ２１は、出射面ｓ３の自由曲面の点ｐ４を通って屈折し、Ｚ方向に対する角度φ３（液晶表示素子５０等の軸に対しては角度φ２）を持つ光軸ａ２２となる。光軸ａ２２の照明光が液晶表示素子５０のパネル面の点ｐ５に入射する。液晶表示素子５０で生成された映像光が、同様に角度φ３等を持つ光軸ａ２３となる。光軸ａ２３の映像光の光線Ｌ３０は、前述の屈折素子４３に入射される。
【０１５４】  また、本実施例では、導光体１７の出射部１７３のＺ方向の上方で、液晶表示素子５０の背面の近くに、拡散板１８ｂが配置されている。拡散板１８ｂおよび液晶表示素子５０は、概略的に水平面に配置されている。詳しくは、拡散板１８ｂおよび液晶表示素子５０は、水平面に対して角度φ５を持つ面に配置されている。
【０１５５】  照明光学系３０２では、前述の好適な照明光のために、かつ、戻り外光防止を実現するために、複雑な配光制御が要求される。この配光制御は、図３４の配向制御で実現されている。図３４のＹ−Ｚ平面に沿った配光制御は、光軸ａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２，ａ２３等で表される。この配向制御は、導光体１７の入射面ｓ１の屈折角度、反射面ｓ２の反射角度、および出射面ｓ３の自由曲面形状による屈折角度等によって実現される。また、Ｘ方向の配光制御は、出射面ｓ３の自由曲面形状による屈折角度等によって実現される。また、配光制御板１６ｂは、Ｘ方向の光拡散等を制御する。また、拡散板１８ｂは、Ｘ方向およびＹ方向の光拡散等を制御する。このような実施の形態２の光源装置１０の配向制御の特性によって、照明光の配向角に対応する自由度を、従来技術よりも向上でき、ＨＵＤ装置１に要求される好適な映像光の特性を向上できる。ＨＵＤ装置１の調整光学系４０や液晶表示素子５０の特性に合わせて、所定の配向制御の特性を持つ光源装置１０の実装が容易になる。例えば、導光体１７の出射部１７３の自由曲面形状の設計によって、照明光の特性を調整できる。また、好適な映像光、かつ戻り外光防止のための配光制御の特性を調整できる。
【０１５６】  ［２−１８：配光制御板］  図３５は、実施の形態２の光源装置１０における配光制御板１６ｂの断面構成を示す。図３５の（ａ）は、配光制御板１６ｂのＸ−Ｙ断面を示す。配光制御板１６ｂは、Ｙ方向で入射側が平面、出射側が鋸歯状の面となっている。図３５の（ｂ）は、配光制御板１６ｂの出射面の一部拡大を示す。出射面には、Ｘ方向において複数の三角形断面が繰り返してテクスチャーとして形成されている。複数の三角形の斜面は、Ｘ方向に対する正の角度γを持つ第１斜面と、Ｘ方向に対する負の角度γを持つ第２斜面とが、交互に繰り返されている。Ｘ方向の三角形の配置のピッチを距離Ｄ３５で示す。本実施例では、角度γ＝３０度、ピッチの距離Ｄ３５＝０．５ｍｍとした。出射面のテクスチャーの働きにより、偏光変換素子２１からの光が、入射部１７１のＸ方向に拡散される。配光制御板１６ｂは、例えば拡散角が楕円分布となる拡散板としてもよい。
【０１５７】  配向制御板１６ｂは、Ｘ方向の光拡散性を持つ。拡散板１８ｂは、Ｙ方向の光拡散性を持つ。配向制御板１６ｂおよび拡散板１８ｂの作用によって、導光体１７からの出射光の面内の強度分布が均一化され、好適な面状の照明光が得られる。なお、実施の形態２では、実施の形態１に比べ、Ｘ方向で複数のＬＥＤ素子１４等が近い位置に配置できるため、配向制御板１６ｂの拡散性と相まって、Ｘ方向の均一性がより向上する。なお、Ｚ方向の均一性は、実施の形態１の図１０で説明したように、導光体１７の反射部１７２に形成された反射面１７２ａと連接部１７２ｂの比率を制御することにより実現可能である。その結果、必要最小限の拡散性が実現でき、光利用効率が向上し、好適な面状の照明光を生成できる。
【０１５８】  ［２−１９：機能性散乱面］  図３６は、変形例として、光源装置１０の配向制御板１６ｂ、拡散板１８ｂ、導光体１７の入射面ｓ１または出射面ｓ３の少なくとも１つに、所定の機能性散乱面を設ける場合における、加工面空間周波数分布を示す。この機能性散乱面では、光を拡散し、光の強度を均一化するように、所定の配向制御を行う。この機能性散乱面は、空間周波数の高い成分の面粗さを低減することにより、不要な発散光成分の低減を図る。この機能性散乱面は、対象面に対する所定の加工によって形成される。配向制御板や拡散板は、偏光変換素子２１と導光体１７の入射部１７１との間、または、導光体１７の出射部１７３と液晶表示素子５０との間、の少なくとも一方に設けられる。図３４の実施例では、入射側に配向制御板１６ｂ、出射側に拡散板１８ｂを設けている。図３６の（ａ）は、機能性散乱面を設ける場合の分布を示し、（ｂ）は、機能性散乱面を設けない比較例での分布を示す。図３６のグラフの横軸は空間周波数、縦軸は振幅を示し、一点鎖線は１／ｆ分布を示す。実線は例えば入射面ｓ１に機能性散乱面を設けた場合のＺ方向に測定した面粗さ空間周波数成分、破線はＸ方向に測定した面粗さ空間周波数成分を示す。このように、機能性散乱面を設ける光源装置１０では、比較例よりも好適な配光制御の特性を実現する。
【０１５９】  ［２−２０：導光体−光拡散性］  図３７は、導光体１７の入射部１７１の入射面ｓ１におけるＺ方向の光拡散をＹ−Ｚ平面で示す。（ａ）は、実施の形態２での特性を示す。Ｙ方向の光軸ａ１に対応して入射する光束は、入射面ｓ１でＺ方向に複数の光線に拡散する。（ｂ）は、比較例の特性を示す。（ａ）の特性は、（ｂ）の特性に比べ、Ｚ方向の光拡散性が少ない。（ｃ）は、実施の形態２の変形例の特性を示し、Ｚ方向の光拡散性をより少なくした場合を示す。
【０１６０】  図３８は、比較例の導光体および拡散板の光拡散の特性を示す。この導光体は、概略三角柱形状で、反射部１７２の反射面ｓ２（複数の反射面１７２ａ）を持つ構造であり、入射面ｓ１および出射面ｓ３が平面である。この導光体では、入射側のＹ方向の光軸において、配光制御板１６ｂからのＺ方向の拡散性を持つ拡散光は、反射部１７２の各反射面１７２ａに分かれて反射される。Ｚ方向への反射光は、例えば光線Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３２のように分かれており、Ｙ方向の拡散を持つ光となっている。各反射光は、拡散板１８ｂで更にＹ方向に拡散されて、液晶表示素子５０のパネル面に入射される。
【０１６１】  しかし、上記導光体において、入射光のうちの一部の光（例えば光線Ｌ３１ｂに対応する光）については、反射面１７２ａで全反射ができないので、光の損失が生じる。これにより、その損失の分、照明光として大きい光量を確保しにくく、明るさ不足につながる。あるいは、この明るさ不足を、光源の増加等によって対応しようとすると、装置の大型化や消費電力の増大につながる。そこで、実施の形態２の構成を採用すれば、導光体１７の自由曲面形状による配光制御等によって、照明光として大きい光量を確保しやすく、装置の小型化や消費電力抑制に寄与できる。
【０１６２】  ［２−２１：導光体−自由曲面形状］  図３１や図３９を用いて、実施の形態２における導光体１７の出射部１７３の自由曲面形状の詳細について説明する。なお、自由曲面は、ＣＡＤ等の３次元オブジェクトとして扱うことができる曲面の１つであり、空間内にいくつかの交点と曲率を設定し、高次方程式で表現できる曲面である。
【０１６３】  まず、前述の図３１の（ａ）で、出射部１７３の出射面ｓ３のうち、外枠の平面部１７３ｂの内側に自由曲面部１７３ａを有する。この自由曲面における基準座標系の取り方の例を（ｘ，ｙ，ｚ）で示す。自由曲面の中心の点Ｋ２（点ｐ４と対応する）を通り直交するｘ軸およびｙ軸を有する。ｘ軸はＸ方向、ｙ軸はＹ方向と対応関係を持つ。導光体１７の出射部１７３の基準位置を破線で示す。基準位置は、本例では入射面ｓ１側に近い斜面の始まりの位置としている。図３１の（ｂ）で、導光体１７の出射部１７３の基準位置から、自由曲面の基準座標系のｘ軸（点Ｋ２）までの距離を、距離Ｄｙ０で示す。本例では、Ｄｙ０＝１８ｍｍとした。ｙ軸の中心は、導光体１７の中心とした。また、水平面とｙ軸との成す角度を角度θｙとし、本例ではθｙ＝１７°とした。基準座標系のｚ軸は、点Ｋ２から、ｘ軸およびｙ軸に垂直で、出射面ｓ３内側向きを正として示す。
【０１６４】  自由曲面の範囲は、−２１ｍｍ≦ｘ≦２１ｍｍ、−１５ｍｍ≦ｙ≦１６ｍｍとした。概略的に、Ｘ方向の幅が４２ｍｍ、Ｙ方向の幅が３１ｍｍである。また、本実施例では、ｚ（ｘ，ｙ）の値が負の場合には強制的に０とした。言い換えると、図３１の（ｂ）に示すように、出射面ｓ３において、外側は平面としてカットされており、その平面から内側に点線で示すように自由曲面の凹部分が存在する。なお、他の実施例としては、出射面から外側（出射方向）に自由曲面の凸部分が存在する構造としてもよい。
【０１６５】  図３９は、実施の形態２における導光体１７の出射部１７３の自由曲面形状を規定する式およびその係数を示す。図３９の（ａ）は、一般的な表現の自由曲面式である式１を示す。自由曲面は、式１に示すように、ｚ（ｘ，ｙ）＝Σ｛ａｉ・ｂｉ（ｘ，ｙ）｝で表される。Σは、添え字ｉ＝０から１４までの加算である。ａｉ・ｂｉは、係数、変数を示す。ｚ（ｘ，ｙ）は、（ｘ，ｙ）の位置座標の値に応じたｚ値を表している。単位はｍｍとする。
【０１６６】  図３９の（ｂ）は、式１の係数、変数を表形式で示す。例えば、ｉ＝０では、ｂ０＝１、ａ０≒１．０２６９である。ｉ＝１では、ｂ１＝ｘ、ａ１≒−０．００１５である。ｉ＝２では、ｂ２＝ｙ、ａ２≒−０．００３２である。ｉ＝３では、ｂ３＝ｘ＾２、ａ３≒−０．００５２である。ｉ＝１４では、ｂ１４＝ｙ＾４、ａ１４＝５．３０４９Ｅ−０６である。Ｅは指数であり例えばＥ−０６は１／１０の６乗を示す。その他同様に表の通りである。ｚ（ｘ，ｙ）＝ａ１・ｂ１（ｘ，ｙ）＋ａ２・ｂ２（ｘ，ｙ）＋……＋ａ１４・ｂ１４（ｘ，ｙ）≒１．０２６９−０．００１５ｘ−０．００３２ｙ−０．００５２ｘ＾２＋……＋５．３０４９／（１０＾６）×ｙ＾４である。
【０１６７】  ［２−２２：効果等］  上記のように、実施の形態２の光源装置１０の主な構成によれば、実施の形態１と同様に、小型・軽量で、光利用効率が高く、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を提供できる。より具体的には、ＬＥＤ光源からの光利用効率や均一な照明特性をより向上できる。加えて、低コストで製造可能な照明用光源として好適な光源装置を提供できる。また、ＨＵＤ装置１や液晶表示素子５０の特性に合わせて、好適な映像光を生成する映像表示装置３０、好適な照明光を生成する光源装置１０を提供できる。また、戻り外光を防止でき、虚像の表示特性が良好なＨＵＤ装置１を提供できる。光源装置１０での配光制御によって、照明光に対し映像光の面積を拡大する実装等も容易である。
【０１６８】  （１）実施の形態２の光源装置１０では、偏光変換素子２１の部品がＸ方向に延在し、光軸に対し部品が上下対称に配置されている。その偏光変換素子２１に対して複数のＬＥＤ素子１４等がＸ方向に配列されている。これにより、ＬＥＤ素子１４等の配置の自由度が高く、液晶表示素子５０やＨＵＤ装置１の仕様に応じて各種の実装が容易である。偏光変換素子２１に対するＬＥＤ素子１４等の部品の位置決め交差が大きくてよく、製品歩留まりが向上できる。
【０１６９】  （２）光源装置１０では、ＬＥＤ素子１４とＬＥＤコリメータ１５とのサイズ関係として図２４のような条件（２×Ｈ２＜Ｗ１）を満たす。そのため、ＬＥＤコリメータ１５の平行光の平行度が向上し、ＰＢＳの透過、反射率の波長変動が改善する。これにより、透過光の色ムラ発生防止等の効果が得られる。
【０１７０】  （３）光源装置１０では、図２４のようにＬＥＤ素子１４とコリメータ素子１５Ａの凹部１５３との間の距離Ｈ３が０以上とされている。そのため、ＬＥＤ素子１４とコリメータ素子１５Ａにおける放熱効率が高くなり、温度上昇が抑制される。
【０１７１】  （４）実施の形態２の光源装置１０では、上記偏光変換素子２１の構成に加え、偏光変換素子２１の出射側に、所定の配向制御を実現する導光体１７等が設けられている。これにより、光源装置１０での所定の配光制御によって、液晶表示素子５０と調整光学系４０（屈折素子４３等）で要求される配光制御の負担を低減でき、外光フレア対策が容易になる。
【０１７２】  ［２−２３：第１変形例］  図４０は、実施の形態２の第１変形例の光源装置１０の構成をＹ−Ｚ平面で示す。この第１変形例では、導光体１７の入射部１７１の入射面ｓ１を自由曲面形状とし、出射部１７３の出射面ｓ３を平面形状としている。入射面ｓ１の自由曲面形状を含む構造によって、所定の配光制御の特性が実現される。入射部１７１の入射面ｓ１は、基準平面としてはＺ方向に対する傾きの角度φ４を有する。その入射面ｓ１の基準平面に、自由曲面形状を有する。また、図４０の構成例では、反射部１７２からの光軸、出射面ｓ３からの光軸は、Ｚ方向に対してＹ方向の左側に角度φ３で傾いており、水平面に配置されている液晶表示素子５０等の軸に対して角度φ２で傾いている。
【０１７３】  ［２−２４：第２変形例］  図４１は、実施の形態２の第２変形例の光源装置１０および映像表示装置３０の構成をＹ−Ｚ平面で示す。この第２変形例では、図３４や図４０の実施例に対して異なる構成点としては、導光体１７の出射部１７３だけでなく入射部１７１の入射面ｓ１にも自由曲面形状を有する。入射部１７１の入射面ｓ１は、同様に基準平面としてはＺ方向に対する傾きの角度φ４を有する。入射面ｓ１の基準平面に対し、入射側に凸状である自由曲面形状を有する。入射面ｓ１の自由曲面の特性と、出射面ｓ３の自由曲面の特性とを合わせて、導光体１７の所定の配光制御の特性を持つように設計されている。このように、入射部１７１と出射部１７３との両方を自由曲面形状とすることで、配光制御の自由度が大きくなり、より精密でより複雑な配光制御が実現できる。これにより、好適な映像光、かつ戻り外光防止等の特性をより精密に実現できる。
【０１７４】  ［２−２５：第３変形例］  図４２は、実施の形態２の第３変形例の光源装置１０および映像表示装置３０として、大面積用光源を実現する比較的大型の光源装置１０の実施例の斜視図を示す。この第３変形例では、前述の図１４の実施例と同様に、鉛直に対応するＺ方向での直線的な光軸を有する。それに対応して、この第３変形例では、Ｚ方向に導光する導光体１９を有する。この導光体１９は、所定の配光制御の特性を実現する配光制御部材である。
【０１７５】  図４２の（ａ）では、ケース内の部品配置を示し、ＬＥＤ基板１２等の図示を省略している。Ｚ方向で下から上へ順に、複数のＬＥＤ素子１４、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１、配向制御板１６ｂ、導光体１９、液晶表示素子５０が配置されている。これらの部品は、それぞれ、概略的にＸ−Ｙ平面での平板状であり、Ｘ方向の辺がＹ方向の辺よりも長い。Ｘ方向の辺は、液晶表示素子５０およびＨＵＤ装置１の表示領域４の横長の辺に対応している。
【０１７６】  偏光変換素子２１は、Ｙ方向に配列された２組の偏光変換素子部２１ａ，２１ｂを用いて構成されている。Ｙ方向で図示の左側に第１の偏光変換素子部２１ａ、右側に第２の偏光変換素子部２１ｂを有し、隣接して配置されている。各組の偏光変換素子部は、同じ構造であり、部品がＸ方向に延在している。
【０１７７】  偏光変換素子２１の構成に対応させて、複数のＬＥＤ素子１４およびコリメータ素子１５ＡがＸ方向に配列されている。一方の偏光変換素子部２１ａに対し、Ｘ方向で例えばＮ＝９個のＬＥＤ素子１４（１４−１，１４−２，……，１４−９）が所定のピッチで配置されている。それらのＬＥＤ素子１４に対応して、Ｘ方向で９個のコリメータ素子１５Ａが配置されている。同様に、他方の偏光変換素子部２１ｂに対し、Ｘ方向でＮ＝９個のＬＥＤ素子１４（１４−１０，１４−１１，……，１４−１８）および対応するコリメータ素子１５Ａが所定のピッチで配置されている。すなわち、本実施例では、Ｘ方向の９個で１列、Ｙ方向で２列、Ｘ−Ｙ平面では合計で１８個のＬＥＤ素子１４およびコリメータ素子１５Ａが配列されている。これにより、比較的大面積の面状の光源が構成されている。
【０１７８】  Ｚ方向において、配光制御板１６ｂと液晶表示素子５０との間の空間に、導光体１９が配置されている。導光体１９は、図示のように概略的には鞍形状を有する。導光体１９の上方に、液晶表示素子５０のパネル面が概略的に水平面に配置されている。
【０１７９】  図４２の（ｂ）は、（ａ）のうちの一部断面図を示し、Ｘ方向で中央付近のＬＥＤ素子１４−５の位置でのＹ−Ｚ断面を示す。導光体１９は、Ｚ方向の下側に入射部１９１（入射面を含む）を有し、Ｚ方向の上側に出射部１９２（出射面を含む）を有する。入射面および出射面は、それぞれ自由曲面形状を有する。入射面および出射面の自由曲面は、Ｙ−Ｚ断面でみると、Ｚ方向の上（出射側）に凸状の曲線を有する。入射面および出射面の自由曲面は、Ｘ−Ｚ断面でみると、Ｚ方向で凹状の曲線を有する。偏光変換素子２１および導光体１９を経由する光軸ａ３１，ａ３２を示す。光軸ａ３１，ａ３２は、自由曲面によって所定の屈折、光拡散等が生じる。このような導光体１９の自由曲面形状によって、所定の配光制御の特性が設計されている。これにより、この第３変形例の光源装置１０によれば、好適な映像光、かつ戻り外光防止等の特性が実現される。
【０１８０】  図４３，図４４を用いて、図４２の導光体１９の自由曲面形状について説明する。図４３は、導光体１９の斜視図を示し、自由曲面の基準座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の取り方の例を示す。出射部１９２の出射面の基準座標は、一点鎖線で示す水平面の方向に対して角度θｙ（例えばθｙ＝１°）で傾けた座標とする。ｙ軸は、導光体１９の中央の位置に対して所定の距離（例えば−１．２ｍｍ）でオフセットさせた位置（点Ｋ４）の座標を基準とする。入射面の基準座標のオフセットは、角度θｙおよびｙ軸ともに無しとする。
【０１８１】  図４４は、自由曲面式および係数を示す。図４４の（ａ）は、前述と同様の自由曲面式を示し、（ｂ）は、出射部１９２の出射面の係数、変数の一例を示し、（ｃ）は、入射部１９１の入射面の係数、変数の一例を示す。導光体１９の自由曲面の範囲は、−４０ｍｍ≦ｘ≦４０ｍｍ，−２２ｍｍ≦ｙ≦２ｍｍとした。概略的にＸ方向の幅が８０ｍｍ、Ｙ方向の幅が２４ｍｍである。また、入射面において、ｚ（ｘ，ｙ）の値が−８ｍｍより小さくなった場合には、その値を強制的に−８ｍｍとした。言い換えると、Ｚ方向の下側に大きく凸となる部分（図示のＹ方向の両端付近）については−８ｍｍの位置でカットして平面とした。
【０１８２】  ［２−２６：第４変形例］  図４５は、実施の形態２の第４変形例の光源装置１０および映像表示装置３０として、比較的小面積で小型の光源を実現する場合の実施例を示す。図４５の（ａ）は、光源装置１０のケース内部の構成で、液晶表示素子５０を取り付けた状態の斜視図を示し、（ｂ）は、液晶表示素子５０を取り外した状態の一部断面を含む斜視図および配光等を示す。この光源装置１０では、ＬＥＤ素子１４の光軸ａ１がＹ方向である。Ｙ方向において、ＬＥＤ基板１２、複数のＬＥＤ素子１４、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１、配光制御板１６ｂが順に配置されている。配光制御板１６ｂの後には、導光体１９ｂが配置されている。この導光体１９ｂは、言い換えると配光制御板であり、概略的にＹ方向に導光する所定の配光制御の特性を有する。導光体１９ｂは、入射部１９ｂ１、出射部１９ｂ２を有する。導光体１９ｂは、その特性のために、入射面および出射面の両方に自由曲面形状を有する。導光体１９ｂのＹ−Ｚ断面では、入射面および出射面は、Ｙ方向の入射側に凸状の曲線を含む自由曲面となっている。
【０１８３】  Ｙ方向で導光体１９ｂの出射側には、更に反射ミラー４５０が水平面に対し斜めに傾きの角度を持つ状態で配置されている。Ｙ方向の光軸は、反射ミラー４５０で反射を通じて概略的にＺ方向の光軸に変換される。反射ミラー４５０のＺ方向の上方には、拡散板１８ｂおよび液晶表示素子５０がＸ−Ｙ平面に配置されている。
【０１８４】  複数のＬＥＤ素子１４は、Ｘ方向でＮ＝５個のＬＥＤ素子１４（１４ａ〜１４ｅ）が所定のピッチでなるべく詰めて配列されている。ＬＥＤコリメータ１５は、同様に複数のコリメータ素子１５ＡがＸ方向に配列されている。これにより、比較的小面積の面状の光源部３０１が構成されている。ＬＥＤ素子１４からのＹ方向の光は、配光制御板１６ｂを通過した後、導光体１９ｂの入射部１９ｂ１の入射面に入射する。入射部１９ｂ１の入射面に入射した光は、自由曲面形状に沿って屈折しながら導光され、出射部１９ｂ２の出射面から出射する。具体的には、（ｂ）に示す光線の例のように、出射光は、反射ミラー４５へ向かって集光され、Ｚ方向での光線の範囲が狭くなる。例えば、Ｚ方向で中央の光軸よりも上側の位置を通る光線は、斜め下に向く光線に変換され、Ｚ方向で下側の位置を通る光線は、斜め上に向く光線に変換されている。
【０１８５】  導光体１９ｂを通過した光は、反射ミラー４５０でＺ方向の上方に反射される。反射光は、拡散板１８ｂを通過して拡散されながら、液晶表示素子６０のパネル面に照明光として入射される。この照明光は、導光体１９ｂおよび反射ミラー４５０を通じて集光されて、比較的小面積の照明光に変換されている。拡散板１８ｂの平面において、集光による照明エリア４５１を点線で示している。照明光はこの照明エリア４５１を通過する。照明エリア４５１は、液晶表示素子５０のパネル面の面積よりも小面積である。本実施例は、液晶表示素子５０への照明光として、この照明エリア４５１で示すように小面積の面状の照明光でよい場合であり、例えばＨＵＤ装置１の表示領域４が比較的小面積である場合に対応する。このような用途の場合、この第４変形例のような光源装置１０の構成が好適である。
【０１８６】  ［２−２７：第５変形例］  図４６は、実施の形態２の第５変形例の光源装置１０および映像表示装置３０の構成を示す斜視図である。図４６で、Ｚ方向の破線４６１よりもＹ方向で右側の部分の構成は、前述の図３３等の構成と同様であり、反射部１７３、出射部１７２、頭頂部１７５を有する。破線４６１よりもＹ方向で左側の部分の構成が異なっている。この構成では、ＬＥＤ素子１４の光軸ａ５１が概略的に鉛直のＺ方向に沿っており、上から下へ進む。ヒートシンク１３、ＬＥＤ基板１２、ＬＥＤ素子１４、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１、および配光制御板１６ｂの構造は前述と同様であり、配置方向が異なっている。
【０１８７】  導光体１７は、入射側に更に入射部１７６（入射面ｓ６を含む）および反射部１７７（反射面ｓ７を含む）が追加された構造である。導光体１７の破線４６１よりもＹ方向で左側の部分の形状としては、概略的に三角柱形状を有し、Ｘ方向に延在しており、Ｙ−Ｚ断面が概略三角形である。入射部１７６の入射面ｓ６は、概略的に水平面（Ｘ−Ｙ平面）に配置されている。反射部１７７の反射面ｓ７は、水平面に対して所定の角度を持つ斜面になっている。反射部１７７の反射面ｓ７は、右側の反射部１７３と同様に反射面と連接面との繰り返しとして形成されてもよいし、それに限らず、反射膜等で構成されてもよい。
【０１８８】  ＬＥＤ素子１４等からの光軸ａ５１は、配向制御板１６ｂを通過後に、入射面ｓ６の点ｐ５１に入射する。その光軸ａ５６は、反射部１７７の反射面ｓ７の点ｐ５２で反射されて、概略的にＹ方向の右に進む光軸ａ５２となる。その光軸ａ５２は、前述の光軸ａ１と同様に、反射部１７３の反射面ｓ３の点ｐ３で反射されて概略的にＺ方向の上方への光軸ａ２（ａ２１，ａ２２，ａ２３等）となる。
【０１８９】  この第５変形例の構成では、導光体１７の入射部１７６および反射部１７７を用いて、光源部３０１等の部品をＺ方向に配置しているので、実施の形態１，２の構成に比べて、Ｙ方向（奥行き方向）の寸法を比較的小さく抑えることができる。この構成は、例えば車両のダッシュボードの配置スペースの奥行き方向が限られている場合等に好適である。第５変形例の構成では、入射部１７６の入射面ｓ６を平面としているが、これに限らず、所定の配光制御の特性を実現するための自由曲面形状としてもよい。
【０１９０】  ［２−２８：第６変形例］  図４７は、実施の形態２の第６変形例の光源装置１０における、導光体１７の入射部１７１の入射面ｓ１または出射部１７３の出射面ｓ３のテクスチャーの構成を示す平面図である。例えば、前述の実施の形態２の図２０や図３４の導光体１７の入射部１７１の入射面ｓ１（概略的にＸ−Ｚ平面）および出射部１７３の出射面ｓ３（概略的にＸ−Ｙ平面）において、図４７のようなテクスチャーを設けてもよい。同様に、図４０等の各変形例の入射面ｓ１や出射面ｓ３において、図４７のようなテクスチャーを設けてもよい。
【０１９１】  図４７の（ａ）は、対象面（入射面ｓ１または出射面ｓ３）のテクスチャーの第１例を模式的に示す。図４７の（ｂ）は、対象面のテクスチャーの第２例を模式的に示す。（ａ）のテクスチャーでは、複数の反射面と連接面の境界が直線状に配置、形成されている。直線の延在方向は、複数のＬＥＤ素子１４等が配列されるＸ方向と対応している。このようなテクスチャーによって、複数の境界が配置される方向（例えば入射面ｓ１でのＺ方向、出射面ｓ３でのＹ方向）における光拡散等の配光制御が行われる。（ｂ）のテクスチャーでは、複数の反射面と連接面の境界が曲線状に配置、形成されている。この曲線形状は、例えば複数のＬＥＤ素子１４やコリメータ素子１５Ａが配置されている位置等に対応させて形成されている。これにより、より精密な配光制御が可能である。
【０１９２】  以上、本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ず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。実施の形態の構成要素の追加や削除、分離や併合、置換、組合せ等が可能である。
【符号の説明】
【０１９３】  １…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置、３…ウィンドシールド、４…表示領域、５…目、６…視線、７…虚像、１０…光源装置、１２…ＬＥＤ基板、１３…ヒートシンク、１４…ＬＥＤ素子、１５…ＬＥＤコリメータ、１６ｂ…配向制御板、１７…導光体、１８ｂ…拡散板、２１…偏光変換素子、３０…映像表示装置、４１，４２…反射ミラー、４３…屈折素子、５０…液晶表示素子、８０…筐体、８１…開口部、１７１…入射部、１７２…反射部、１７３…出射部。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月24日(2019.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する複数の半導体光源素子を含む光源部と、
前記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、
前記コリメータの出射側に配置された偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の出射側に配置され、前記偏光変換素子から出射された平行光を前記平行光の方向とは異なる所定の方向へ導く導光体と、
を備え、
前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に対して直交する第１方向に配列され、
前記偏光変換素子は、前記第１方向に延在し、前記第１方向と前記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、
光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の光源装置において、
前記偏光変換素子の前記位相板は、前記偏光ビームスプリッタの反射側光路に配置されている、
光源装置。
【請求項３】
請求項１記載の光源装置において、
前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に直交する第１方向に配列され、
前記光源部、前記コリメータ、前記偏光変換素子、および前記導光体は、前記発光軸に対応する第２方向に配置され、
前記導光体は、前記第１方向に延在する柱形状を有し、前記入射面から入射した前記第２方向の光を前記第１方向に直交する第３方向に反射して前記出射面から出射させる反射面を持つ反射部を含み、前記反射部は、交互に形成されている複数の反射面および複数の連接面からなる、
光源装置。
【請求項４】
請求項１記載の光源装置において、
前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に直交する第１方向に配列され、
前記光源部、前記コリメータ、前記偏光変換素子、および前記導光体は、前記発光軸に対応する第２方向に配置され、かつ、前記導光体は、入射面、出射面の少なくとも一方が自由曲面で構成されており、
前記導光体は、前記入射面から入射した前記第２方向の光を前記第２方向に導光して前記出射面から出射させる、
光源装置。
【請求項５】
請求項３記載の光源装置において、
前記導光体は、前記入射面または前記出射面の少なくとも一方に、所定の配光制御を実現するための自由曲面形状を有する、
光源装置。
【請求項６】
請求項３記載の光源装置において、
前記導光体は、前記入射面に対して反対側に前記出射面の一方の辺および前記反射部の一方の辺に接する頭頂面を持つ頭頂部を有し、前記出射面が前記第２方向に対して所定の角度を持つ斜面となっている、
光源装置。
【請求項７】
請求項１記載の光源装置において、
前記第２方向において、前記偏光変換素子の出射側に、所定の配光制御のための配光制御板または拡散板が配置されている、
光源装置。
【請求項８】
車両のウィンドシールドまたはコンバイナの表示領域に対して映像光を投射して反射光によって運転者に虚像を提供するヘッドアップディスプレイ装置であって、
照明光を生成し出射する光源装置、および前記照明光に基づいて前記映像光を生成し出射する表示素子を含む映像表示装置と、
前記映像光を反射させながら前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナの前記表示領域に導くための光学素子を含む調整光学系と、
を備え、
前記光源装置は、
光を発生する複数の半導体光源素子を含む光源部と、
前記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、
前記コリメータの出射側に配置された偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の出射側に配置され、前記偏光変換素子から出射された平行光を前記平行光の方向とは異なる所定の方向へ導く導光体と、
を備え、
前記複数の半導体光源素子および前記複数のコリメータ素子は、前記発光軸に対して直交する第１方向に配列され、
前記偏光変換素子は、前記第１方向に延在し、前記第１方向と前記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、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
請求項８記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記光源装置からの出射光の光軸の方向に対し、前記表示素子の表示面の法線方向および前記光学素子の法線方向が、１０°以上の角度を成す、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
請求項９記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記調整光学系の前記光学素子として、前記表示素子からの前記映像光を屈折させる屈折素子と、前記屈折させた光を反射させる１つ以上の反射ミラーとを有し、
前記光源装置からの出射光の光軸の方向に対し、前記屈折素子の法線方向が、１０°以上の角度を成す、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【国際調査報告】
2018229961.tif 000050
2018229961.tif 000051
2018229961.tif 000052
2018229961.tif 000053