(57)【要約】【課題】複数の光源を用いながら、レンズアレイから出射される光に、縞として認識される輝度ムラが含まれることが抑制された照明装置を提供する。【解決手段】複数の光源からなる光源体と、個々の光源に対応するレンズを複数有するレンズアレイと、を備える照明装置であって、レンズアレイは、レンズとして、第１レンズと、該第１レンズと隣接する第２レンズとを少なくとも有し、レンズアレイにおける光源体との対向面の裏面に、第１レンズを構成する、裏面側に凸となる第１曲面と、第２レンズを構成する、裏面側に凸となる第２曲面とが少なくとも形成され、第１レンズと第２レンズとの間に形成される境界線の形状が、弧状となっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源からなる光源体と、個々の前記光源に対応するレンズを複数有するレンズアレイと、を備える照明装置であって、
前記レンズアレイは、前記レンズとして、第１レンズと、該第１レンズと隣接する第２レンズとを少なくとも有し、
前記レンズアレイにおける前記光源体との対向面の裏面に、前記第１レンズを構成する、裏面側に凸となる第１曲面と、前記第２レンズを構成する、裏面側に凸となる第２曲面とが少なくとも形成され、
前記第１レンズと前記第２レンズとの間に形成される境界線の形状が、弧状となっていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第１レンズと前記第２レンズそれぞれの平面形状が円形状であり、
前記第２レンズにおける前記第１レンズとの隣接部位が、前記第１レンズにおける前記第２レンズと隣接する円弧形状の端部に沿って、切り欠いた形状となっており、
前記レンズアレイの平面方向に沿い、前記第１レンズと前記第２レンズとが並んで配置された並列方向に垂直な方向に沿うレンズ径の長さが、前記第２レンズよりも、前記第１レンズの方が長いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記レンズアレイから出射される光を拡散する拡散板を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記照明装置は、画素毎若しくはセグメント毎に光の透過率を制御する液晶表示パネルを有するヘッドアップディスプレイであって、
前記ヘッドアップディスプレイは、前記レンズアレイから出射された光が、前記液晶表示パネルを介して車両のフロントパネルに照射され、前記フロントパネルにて反射された光が、前記車両に乗車した観測者の瞳に照射されるように、前記車両に搭載されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源からなる光源体と、個々の光源に対応するレンズを複数有するレンズアレイと、を備える照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ハロゲンランプを光源としたヘッドアップディスプレイが提案されている。また、特許文献２には、ヘッドアップディスプレイの光源としてＬＥＤを採用した照明装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、ハロゲンランプから照射された光が、インテグレータレンズによって集光され、その集光された光が受光型表示素子を介してフロントパネルに照射され、フロントパネルにて反射された光が観視者（観測者）に照射されるようになっている。
【０００４】
特許文献２に記載のヘッドアップディスプレイは、複数のＬＥＤが配設された光源体から出射された光が、レンズアレイによって集光され、その集光された光が液晶表示パネルを介してフロントパネルに照射され、フロントパネルにて反射された光が利用者（観測者）に照射されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１０４９７９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記したように、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、光源としてハロゲンランプを採用している。ハロゲンランプは、熱輻射によって発光するものなので、その光には、可視光の他に赤外線（熱線）も含まれる。したがって、赤外線が可視光とともに受光型表示素子に照射され、これによって受光型表示素子が発熱して損傷する虞がある。
【０００７】
上記した問題を解消するべく、特許文献２では、光源としてＬＥＤを採用している。ＬＥＤは、半導体のエネルギーギャップ（半導体固有の値）に対応した波長の光を発光するものなので、ＬＥＤの光として可視光を選んだ場合、ＬＥＤから照射される光に赤外線は含まれない。したがって、光源から照射された光による、液晶表示パネル（受光型表示素子）の発熱が抑制される。
【０００８】
ところで、ヘッドアップディスプレイの光源としてＬＥＤを採用した場合、ＬＥＤの方がハロゲンランプよりも輝度が低いために、複数のＬＥＤを用意する必要がある。そして、この場合、各ＬＥＤから照射される光を一方向に集光する光学系が必要となる。特許文献２では、そのような機能を果たす光学系として、上記したレンズアレイを採用している。
【０００９】
特許文献２に示されるレンズアレイは、１つのＬＥＤから照射された光を集光する凸レンズを複数備えるものである。レンズアレイにおけるＬＥＤとの対向面は平面形状となっており、その対向面の裏面は、裏面側に凸となる曲面（凸レンズ）が複数連結された形状となっている（特許文献２の図３及び図４参照）。ＬＥＤの光軸と、そのＬＥＤと対応する凸レンズの頂点とは一致しており、凸レンズで集光された光は、凸レンズの頂点をピークとする輝度分布を形成する。このような輝度分布を有する光が各凸レンズから出射され、液晶表示パネルとフロントパネルを介して観測者に照射される。
【００１０】
光の輝度分布は観測者の観測方向によって異なるが、以下では、ＬＥＤの発光面に対して垂直な方向を観測方向とした場合の光の輝度分布を説明する。
【００１１】
１つの凸レンズから出射された光の輝度分布は、凸レンズの頂点で最も輝度が高く、その頂点から、１つの凸レンズ（曲面）とそれと隣接する凸レンズ（曲面）との間に形成される境界線に向かうに従って輝度が低くなる。このように、１つの凸レンズの頂点と、上記した境界線との間で輝度が急激に変化すると、光の輝度差が顕著となる。更に、特許文献２に示されるレンズアレイでは、上記した境界線の形状が直線形状となっているので、輝度が最も低い領域の形状も直線形状となる。以上示したような、光の輝度差が顕著であり、輝度が最も低い領域の形状が直線形状の輝度ムラを含む光が観測者に照射されると、観測者は、輝度が最も低い領域を縞として認識する可能性がある。
【００１２】
観測者が縞として認識する輝度ムラを含む光（以下、このような光を、便宜上、縞を含む光と示す）が、液晶表示パネルとフロントパネルを介して、観測者に照射されると、観測者は、フロントパネルに表示された光情報を視認し難たくなる、という問題が生じる。
【００１３】
なお、観測者に照射される光の輝度分布は、観測者の観測方向（視線方向）に依存するので、ある観測方向では、縞を含む光が観測者に照射され難いこともある。しかしながら、観測者の観測方向は一定ではないので、結局のところ、観測者は縞を含む光を観測することとなり、観測者が、フロントパネルに表示された光情報を視認し難たくなる、という問題が生じる。
【００１４】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、複数の光源を用いながら、レンズアレイから出射される光に、縞として認識される輝度ムラが含まれることが抑制された照明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】
【００１５】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の光源からなる光源体と、個々の光源に対応するレンズを複数有するレンズアレイと、を備える照明装置であって、レンズアレイは、レンズとして、第１レンズと、該第１レンズと隣接する第２レンズとを少なくとも有し、レンズアレイにおける光源体との対向面の裏面に、第１レンズを構成する、裏面側に凸となる第１曲面と、第２レンズを構成する、裏面側に凸となる第２曲面とが少なくとも形成され、第１レンズと第２レンズとの間に形成される境界線の形状が、弧状となっていることを特徴とする。
【００１６】
このように本発明によれば、第１レンズと第２レンズとの間に形成される境界線の形状が、弧状となっている。人間は、曲線形状よりも直線形状のほうを認識し易い、という性質を有しているので、境界線の形状が直線形状の場合と比べて、観測者が光に含まれる低輝度領域を縞として認識することが抑制される。
【００１７】
以下、本発明の更なる効果を説明するために、第１レンズに対応する光源を第１光源と呼び、第２レンズに対応する光源を第２光源と呼ぶ。また、第１レンズにおける境界線側の端部を第１端部と呼び、その第１端部と隣接する、第２レンズにおける境界線側の端部を第２端部と呼ぶこととする。
【００１８】
上記したように、本発明では、第１レンズと第２レンズとの境界線の形状が弧状となっている。したがって、第１光源と第１端部との距離と、第２光源と第２端部との距離に差が生じ、第１端部と第２端部とに輝度差が生じる。その結果、境界線に明暗領域が隣接して形成され、境界領域にて、第１端部の輝度と、第２端部の輝度とが重ね合わさる。その結果、境界線の輝度の変化が緩くなり、第１レンズと第２レンズとの境界線付近における輝度差が緩和される。これにより、レンズアレイから出射される光に、縞として認識される可能性がある輝度ムラが含まれることが抑制される。
【００１９】
請求項２に記載のように、第１レンズと第２レンズそれぞれの平面形状が円形状であり、第２レンズにおける第１レンズとの隣接部位が、第１レンズにおける第２レンズと隣接する円弧形状の端部に沿って、切り欠いた形状となっており、レンズアレイの平面方向に沿い、第１レンズと第２レンズとが並んで配置された並列方向に垂直な方向に沿うレンズ径の長さが、第２レンズよりも、第１レンズの方が長い構成が好ましい。
【００２０】
これによれば、切り欠いた形状を有する第２レンズのレンズ径が、第１レンズのレンズ径よりも長い構成、若しくは、第１レンズと第２レンズそれぞれのレンズ径が同一の構成と比べて、第１光源と第１端部との距離と、第２光源と第２端部との距離に生じる差が大きくなる。その結果、境界線付近に形成される明暗領域の輝度差が大きくなるので、緩和される輝度差の量がより大きくなり、境界線付近の輝度の変化がより緩くなる。
【００２１】
請求項３に記載のように、レンズアレイから出射される光を拡散する拡散板を有する構成が好ましい。これによれば、レンズアレイから出射される光に含まれる輝度差を拡散板によって低減することができる。すなわち、拡散板から出射される光に、縞として認識される輝度ムラが含まれることを抑制することができる。
【００２２】
なお、照明装置としては、請求項４に記載のように、画素毎若しくはセグメント毎に光の透過率を制御する液晶表示パネルを有するヘッドアップディスプレイを採用することができる。上記したヘッドアップディスプレイは、レンズアレイから出射された光が、液晶表示パネルを介して車両のフロントパネルに照射され、フロントパネルにて反射された光が、車両に乗車した観測者の瞳に照射されるように、車両に搭載される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイの概略構成を示す断面図である。
【図２】バックライトの概略構成を示す断面図である。
【図３】レンズアレイの概略構成を示す平面図である。
【図４】レンズアレイの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る照明装置を、車両用ヘッドアップディスプレイに適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイの概略構成を示す断面図である。図２は、バックライトの概略構成を示す断面図である。図３は、レンズアレイの概略構成を示す平面図である。なお、以下においては、ＬＥＤ１２の発光面に沿い、複数のＬＥＤ１２が並んで配置される方向をｘ方向、ＬＥＤ１２の発光面に沿い、ｘ方向に垂直な方向をｙ方向、ＬＥＤ１２の発光面に対して垂直な方向を、ｚ方向と示す。なお、ｘ−ｙ方向が、特許請求の範囲に記載の平面方向に相当し、ｘ方向が、特許請求の範囲に記載の並列方向に相当する。
【００２５】
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ１００は、要部として、バックライト１０と、シリンドリカルレンズ３０と、液晶表示パネル５０と、を有する。ヘッドアップディスプレイ１００の主要な構成要素１０，３０，５０は、ｚ方向に並んで配置されており、ヘッドアップディスプレイ１００は、バックライト１０から照射された光がシリンドリカルレンズ３０と液晶表示パネル５０を介してフロントガラスに設けられたフロントパネル７０に照射され、フロントパネル７０で反射された光が観測者の瞳に入射するように、車両に搭載される。なお、バックライト１０は、シリンドリカルレンズ３０のバックライト１０側の焦点３０ｆから、シリンドリカルレンズ３０側に配置されている。
【００２６】
バックライト１０は、図２に示すように、回路基板１１に実装された、発光量が同一である複数のＬＥＤ１２と、該ＬＥＤ１２から照射された光を一方向に集束するレンズ１３を複数有するレンズアレイ１４と、該レンズアレイ１４から出射された光を拡散する拡散板１５と、を有する。回路基板１１には、外部電源が電気的に接続されており、ＬＥＤ１２は、回路基板１１から供給される電気によって発光する。複数のＬＥＤ１２は、所定の間隔を置いてｘ方向に並んで配置され、複数のレンズ１３も、ＬＥＤ１２と対応してｘ方向に並んで配置されている。拡散板１５は、透明基板の一面の全てに、ガラスビーズなどの微粒子を吹き付けることで、透明基板の一面に微小な凹凸形状が形成されたものであり、レンズアレイ１４を介して、ＬＥＤ１２と対向する位置に配置されている。上記したＬＥＤ１２が、特許請求の範囲に記載の光源に相当し、回路基板１１とＬＥＤ１２とによって、特許請求の範囲に記載の光源体が構成されている。なお、レンズアレイ１４は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１００の特徴点なので、後で詳説する。
【００２７】
シリンドリカルレンズ３０は、光を一方向に集光する機能を果たす光学系である。シリンドリカルレンズ３０は、円柱を半分に割った蒲鉾状をなし、バックライト１０との対向面が平面形状となっており、その裏面が、液晶表示パネル５０側に凸となる曲面形状となっている。シリンドリカルレンズ３０は、長手方向がｘ方向に沿うように配置されており、バックライト１０から出射された光が、シリンドリカルレンズ３０によってｙ方向に集光される。
【００２８】
液晶表示パネル５０は、一対の透明基板（図示略）と、一対の透明基板の間に封入された液晶層（図示略）と、を有する。透明基板には、液晶層に電圧を印加するための透明電極（図示略）が形成されており、透明基板に印加される電圧を制御することで、液晶層に照射される光の透過率が、画素毎若しくはセグメント毎に制御される。したがって、液晶表示パネル５０を透過した光には画素毎若しくはセグメント毎に輝度差が形成され、その結果、液晶表示パネル５０を透過した光に車両速度などの車両情報が含まれる。この車両情報を含む光が、フロントパネル７０に出射される。
【００２９】
次に、ヘッドアップディスプレイ１００の動作について説明する。ＬＥＤ１２に回路基板１１から電気が供給されると、ＬＥＤ１２が発光して、ＬＥＤ１２から光が照射される。ＬＥＤ１２から照射された光は、レンズ１３によってｚ方向に集光され、集光された光が、拡散板１５によって拡散される。拡散された光は、シリンドリカルレンズ３０によってｙ方向に集光され、集光された光は、液晶表示パネル５０を介してフロントパネル７０に入射される。フロントパネル７０に入射した光の一部は、フロントパネル７０によって反射され、反射された光が、乗車している観測者の瞳に入射する。上記したように、液晶表示パネル５０を透過した光には車両情報が含まれている。したがって、この車両情報を含む光が、フロントパネル７０を介して、観測者に照射される。
【００３０】
なお、本実施形態では、上記したように、バックライト１０が、焦点３０ｆよりもシリンドリカルレンズ３０側に配置されている。したがって、観測者には、バックライト１０よりも見かけ上の大きさが拡大された虚像１０ａが発する光が入射されることとなる。このように、見かけ上の発光面積が拡大されると、観測者に入射する光に含まれる輝度ムラが低減される。
【００３１】
次に、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１００の特徴点であるレンズアレイ１４とその作用効果を説明する。レンズアレイ１４は、溶融したアクリル等の透光性樹脂材料を金型内に注入して、溶融した樹脂を冷却固化することで形成される。図２及び図３に示すように、レンズアレイ１４は、ＬＥＤ１２の発光面との対向面が、平面形状となっており、その裏面が、液晶表示パネル５０側に凸となる凸面が複数連結された形状となっている。そして、１つのレンズ１３が、裏面側に形成された１つの凸面によって構成され、その凸面は、ＬＥＤ１２と対応して、ｘ方向に並んで配置されている。ＬＥＤ１２の光軸と、凸面（レンズ１３）の頂点とが一致しており、レンズ１３で集光された光は、レンズ１３の頂点をピークとする輝度分布を形成する。このような輝度分布を有する光が各レンズ１３から出射され、液晶表示パネル５０とフロントパネル７０を介して観測者に照射される。
【００３２】
図３に示すように、レンズアレイ１４では、レンズ径が異なる２つのレンズ１３ａ，１３ｂがｘ方向に隣接している。第１レンズ１３ａと第２レンズ１３ｂそれぞれの平面形状は円形状となっており、ｙ方向に沿うレンズ径が、第２レンズ１３ｂよりも、第１レンズ１３ａの方が長くなっている。そして、第２レンズ１３ｂにおける第１レンズ１３ａとの隣接部位が、第１レンズ１３ａにおける第２レンズ１３ｂと隣接する円弧形状の端部に沿って、切り欠いた形状となっている。これにより、２つのレンズ１３ａ，１３ｂの間に形成される境界線１６の形状が弧状となっている。ところで、人間は、曲線形状よりも直線形状のほうを認識し易い、という性質を有している。したがって、上記したように、境界線１６の形状が曲線形状の場合、境界線１６の形状が直線形状の場合と比べて、観測者が光に含まれる低輝度領域を縞として認識することが抑制される。
【００３３】
上記効果を詳しく説明すれば、境界線１６の形状が弧状の場合、第１レンズ１３ａと第２レンズ１３ｂとが、境界線１６を介してｘ方向で非対称となる。このため、第１レンズ１３ａと第２レンズ１３ｂそれぞれから出射される光の輝度分布もｘ方向で非対称となる。このため、光の輝度分布の形状が複雑化し、縞として認識する可能性がある低輝度領域の形状が不明瞭となる。その結果、観測者が光に含まれる低輝度領域を縞として認識することが抑制される。
【００３４】
また、上記したように、境界線１６の形状が弧状となっているので、境界線１６が直線形状の場合とは異なり、第１レンズ１３ａにおける境界線１６側の端部（以下、第１端部と示す）と、それと隣接する第２レンズ１３ｂにおける境界線１６側の端部（以下、第２端部と示す）とでは、対応するＬＥＤ１２との距離が異なる。したがって、第１端部と、第２端部とで輝度差が生じ、境界線１６に明暗領域が隣接して形成される。その結果、第１端部の輝度と第２端部の輝度とが境界線１６で重ね合わさり、境界線１６付近の輝度の変化が緩やかとなり、境界線１６付近の輝度差が緩和される。これにより、レンズアレイ１４から出射される光に、縞として認識される可能性がある輝度ムラが含まれることが抑制される。
【００３５】
以上により、観測者が縞として認識する可能性がある輝度ムラを含む光が、液晶表示パネル５０とフロントパネル７０を介して観測者に照射され、観測者が、フロントパネル７０に表示された光情報を視認し難たくなる、という不具合が生じることが抑制される。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３７】
本実施形態では、レンズ径が異なる２つのレンズ１３ａ，１３ｂが隣接して配置された例を示した。しかしながら、例えば図４に示すように、ｙ方向に沿うレンズ径が同一である、２つのレンズ１３ａ，１３ｂが隣接して配置された構成を採用することもできる。
【００３８】
なお、この場合、第１レンズ１３ａと対応するＬＥＤ１２（以下、第１ＬＥＤ１２と示す）と第１端部との距離と、第２レンズ１３ｂと対応するＬＥＤ１２（以下、第２ＬＥＤ１２と示す）と第２端部との距離に差が小さくなるので、第１ＬＥＤ１２から第１端部に照射される光の量と、第２ＬＥＤ１２から第２端部に照射される光の量とに生じる差が小さくなる。そのため、効果の点では、前述した実施形態よりも多少劣ることとなるが、境界線１６付近の輝度差を緩和する、という効果を奏することは可能である。
【００３９】
また、本実施形態では、ｙ方向に沿うレンズ径が、第２レンズ１３ｂよりも、第１レンズ１３ａの方が長くなっており、第２レンズ１３ｂにおける第１レンズ１３ａとの隣接部位が、第１レンズ１３ａにおける第２レンズ１３ｂと隣接する円弧形状の端部に沿って、切り欠いた形状となっている例を示した。しかしながら、ｙ方向に沿うレンズ径が、第１レンズ１３ａよりも、第２レンズ１３ｂの方が長く、第２レンズ１３ｂにおける第１レンズ１３ａとの隣接部位が、第１レンズ１３ａにおける第２レンズ１３ｂと隣接する円弧形状の端部に沿って、切り欠いた形状となっている構成を採用することもできる。
【００４０】
なお、この場合、切り欠いた分、第１ＬＥＤ１２と第１端部との距離と、第２ＬＥＤ１２と第２端部との距離に生じる差が小さくなるので、第１ＬＥＤ１２から第１端部に照射される光の量と、第２ＬＥＤ１２から第２端部に照射される光の量とに生じる差が小さくなる。そのため、効果の点では、前述した実施形態よりも多少劣ることとなるが、境界線１６付近の輝度差を緩和する、という効果を奏することは可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０・・・バックライト
１２・・・ＬＥＤ
１３・・・レンズ
１４・・・レンズアレイ
１６・・・境界線
３０・・・シリンドリカルレンズ
５０・・・液晶表示パネル
１００・・・ヘッドアップディスプレイ
【図１】
2011085658.tif 000003
【図２】
2011085658.tif 000004
【図３】
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【図４】
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