(57)【要約】【課題】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。【解決手段】光源装置１０は、複数のＬＥＤ素子１４を含む光源部と、複数の各々のＬＥＤ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ＬＥＤコリメータ１５と、ＬＥＤコリメータ１５の出射側に配置された導光体１７とを備える。導光体１７は、ＬＥＤ素子１４からの発光軸上の光を入射する入射面を持つ入射部１７１と、光を出射する出射面を持つ出射部１７３とを含み、入射面または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。【選択図】図３０
2019003081.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導光体と、
を備え、
前記導光体は、前記半導体光源素子からの前記発光軸上の光を入射する入射面を持つ入射部と、前記光を出射する出射面を持つ出射部とを含み、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２】
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、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、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４】
請求項２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、
光源装置。
【請求項５】
請求項２記載の光源装置において、
前記反射部は、前記入射面からの平行な拡散光に対して臨界角以上の角度を持つ複数の反射面と複数の連接面とを有し、前記反射面と前記連接面とが交互に鋸歯状に形成されている、
光源装置。
【請求項６】
請求項２記載の光源装置において、
前記反射部は、反射膜または反射ミラーを有する、
光源装置。
【請求項７】
請求項１記載の光源装置において、
前記導光体の前記入射面の入射側、または前記出射面の出射側に、所定の配光制御を行う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】
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、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、
前記導光体の出射側に、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方向に反射させる反射ミラーを有する、
光源装置。
【請求項９】
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、および前記コリメータは、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、前記コリメータからの前記第２方向の光を入射する前記入射面を持つ前記入射部と、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方向に反射させる第１反射面を持つ第１反射部と、前記反射された前記第３方向の光を前記第２方向に反射させる第２反射面を持つ第２反射部と、前記反射された前記第２方向の光を出射する前記出射面を持つ前記出射部とを含む、
光源装置。
【請求項１０】
請求項１記載の光源装置において、
前記コリメータの出射側に配置された偏光変換素子を備え、
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導光体と、
を備え、
前記導光体は、前記半導体光源素子からの前記発光軸上の光を入射する入射面を持つ入射部と、前記光を出射する出射面を持つ出射部とを含み、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、
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い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導光体と、を備え、前記導光体は、前記半導体光源素子からの前記発光軸上の光を入射する入射面を持つ入射部と、前記光を出射する出射面を持つ出射部とを含み、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。
【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い光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例（実施の形態１）に係る光源装置を適用した一例として、映像表示装置を含むヘッドアップディスプレイ装置の全体概観を示す展開斜視図である。
【図２】映像表示装置の内部構成の概観を示す展開斜視図である。
【図３】光源装置の内部構成の一例を示す斜視図である。
【図４】光源装置を構成するコリメータと偏光変換素子の構成と動作を示す一部拡大断面図である。
【図５】コリメータと偏光変換素子の構成の比較例を示す一部拡大断面図である。
【図６】光源装置の内部構成の他の構成例を示す斜視図である。
【図７】光源装置の合成拡散ブロックを示す側面図とその一部を拡大した一部拡大断面図である。
【図８】光源装置を構成する導光体の詳細を示す全体斜視図、その断面図、断面の詳細を示す一部拡大断面図である。
【図９】導光体の説明のために反射面と連接面を拡大して示す模式図である。
【図１０】導光体の説明のために反射面と連接面を拡大して示す上面および側面図である。
【図１１】導光体の比較例を示す側面図である。
【図１２】導光体の変形例を示す側面図である。
【図１３】導光体の他の変形例を示す側面図である。
【図１４】導光体の更に他の変形例を示す側面図である。
【図１５】機能性散乱面を利用した導光体の変形例を示す側面図である。
【図１６】機能性散乱面について説明する特性曲線を含む図である。
【図１７】機能性散乱面による効果を説明するための図である。
【図１８】導光体の加工の一例を説明するための図である。
【図１９】光源装置を適用した映像表示装置の他の例を示す映像表示装置の全体外観斜視図である。
【図２０】より大きな液晶表示装置用の導光体の変形例を示す上面および側面図である。
【図２１】上記図２０の導光体の変形例を示す側面図である。
【図２２】導光体の反射面に形成したテクスチャーの具体例を示す上面図である。
【図２３】導光体を組み合わせたより大型の光源装置の構成の一例を示す全体側面図である。
【図２４】複数の光入射部を備えた導光体からなる光源装置の構成の一例を示す全体側面図である。
【図２５】導光体を偏光変換素子により形成した構成の一例を示す上面および側面図である。
【図２６】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２７】上記ＨＵＤ装置の機能ブロック構成を示す図である。
【図２８】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２９】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３０】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３１】上記映像表示装置の外観を示す斜視図である。
【図３２】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３３】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３４】上記偏光変換素子の構成を示す斜視図である。
【図３５】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３６】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３７】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３８】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３９】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４０】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４１】上記導光体の反射部の詳細を示す側面図である。
【図４２】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４３】上記光源装置の配光制御板の構成を示す図である。
【図４４】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４５】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４６】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４７】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４８】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４９】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５０】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５１】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。
【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２５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、以下に詳述する本発明の実施例（実施の形態１）に係る光源装置を、一例としてＨＵＤ装置１に適用した例を示す展開斜視図である。本発明の実施例に係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１５５の一部に取り付けられ、当該ケースの内部には、凹面ミラー１４１および歪み補正レンズ１４３等が収納されている。そして、上部外装ケース１５１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おり、当該開口部は防眩板１５２（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１４２は、上記凹面ミラー１４１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、上記映像表示装置３０から出射した映像光は、表示距離調整機構やミラー駆動部を介して車両のウィンドシールドに投射されることは、当業者であれば明らかであろう。また、凹面ミラー１４１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］
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。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素子、コリメータ、合成拡散ブロック、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（ＬＣＤ）５０が取り付けられており、その一の側面には、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。
【００１５】
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フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）５３とから構成されている。
【００１６】
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を構成する本発明の実施例に係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好ましい。
【００１７】
［１−３：光学系］
図３には、上記映像表示装置３０の内部、すなわち、光源装置のケース１１内に収納されている光学系の一例として、偏光機能を備えた光学系の構成を示す。すなわち、本発明の実施例に係る光源を構成する複数（本例では２個）のＬＥＤ素子１４ａ，１４ｂ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。
【００１８】
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１５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（Polarizing Beam Splitter：ＰＢＳ）、および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、当該偏光変換素子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偏光変換素子２１へ入射し、偏光変換素子２１により所望の偏光光に変換された後、合成拡散ブロック１６へ入射する。
【００１９】
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、図３にも示すように、第１の拡散板１８ａを介して、断面略三角形の導光体１７が設けられており、その上面には、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に反射され、上記液晶表示素子５０の入射面に導かれる。なお、その際、上記第１の拡散板１８ａおよび第２の拡散板１８ｂによって、その強度が均一化される。
【００２０】
続いて、上述した本発明の実施例に係る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：ＬＥＤ素子、ＬＥＤコリメータ］
図４にも示すように、本発明の実施例に係る光源装置は、ＬＥＤ基板１２上に形成された、単数または複数の半導体発光素子である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耐熱性が優れ、かつ透光性の樹脂により形成されており、図４にも示すように、ＬＥＤ基板１２上において、ＬＥＤ素子１４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が形成されており、その略中央部にＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が配置される。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（１４ａ，１４ｂ）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。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。
【００２２】
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）１５８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１５８は、平面または内側に凹んだ凹状のレンズ面として形成してもよい。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コリメータ１５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（１４ａ，１４ｂ）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。
【００２３】
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、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定される。
【００２４】
かかる構成によれば、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）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）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、図面に矢印で示すように、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７，１５８により集光されて平行光となり、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（リフレクター部）１５６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（１４ａ，１４ｂ）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り、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。
【００２５】
また、本実施例では、当該ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には、偏光ビームスプリッタ、および位相板等の光学部材からなる偏光変換素子２１が設けられており、これらの素子は、図面からも明らかなように、ＬＥＤコリメータ１５の中心軸（図面の一点鎖線を参照）に対して、左右対称に配置されている。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。
【００２６】
［１−５：比較例］
このように、本構成によれば、図５の比較例との比較からも明らかなように、より薄型で、かつ、材料使用量の低減により低コスト化を実現し、光源装置の小型化を可能にする。偏光変換素子の薄型化は、ＰＢＳ膜で反射した光束と透過した光束の光路長差の増大を防止することから、光路長差による両者の光束形状の差が発生し難いため、特に、複数の光源およびＬＥＤコリメータを用いた系においては、光束形状の違いを要因とする輝度分布の不均一性の解消に有効である。
【００２７】
［１−６：光学系］
更に、図６は、上記映像表示装置３０の内部、すなわち、光源装置のケース１１内に収納されている光学系の他の構成例を示す。すなわち、本発明の実施例に係る光源を構成する複数（本例では４個）のＬＥＤ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ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。
【００２８】
なお、本実施例では、当該ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には、矩形状の合成拡散ブロック１６が設けられているが、上述した偏光変換素子２１は設けられておらず、そのため、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）から射出された光は、偏光されずに、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へ入射する構成となっている。
【００２９】
更に、上記合成拡散ブロック１６の出射面側には、一例を示すと図６に示すように、第１の拡散板１８ａを介して、断面略三角形の導光体１７が設けられており、その上面には、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、上記第１の拡散板１８ａおよび第２の拡散板１８ｂによって、その強度が均一化されることは上述の例と同様である。
【００３０】
［１−７：合成拡散ブロック］
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について、図７を参照しながら説明する。なお、図７の（ａ）は、合成拡散ブロック１６の側面を示しており、図７の（ｂ）は、上記合成拡散ブロック１６の一部を拡大した一部拡大断面を示している。
【００３１】
アクリル等の透光性の樹脂により形成された合成拡散ブロック１６では、図７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がピッチＳで形成されており、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の導光体光入射部（面）１７１の鉛直方向において拡散される。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の導光体光出射部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。また、ＨＵＤ装置において、運転者が見る虚像の表示位置は、前述したように、凹面ミラー１４１の角度を調整することが可能であるが、左右位置の調整機能は一般的に無く、かつ虚像の確認は両眼視が前提になるので、虚像が視認できるエリアは、上下方向に対して左右方向が広いことが望まれる。上記のような構成を実現するためには、光源装置の配光角の虚像の左右方向に相当する方向を、その前後方向に比べて広くすることが有効である。本構成では、上記合成拡散ブロックのテクスチャー１６１で拡散され、配向角が広くなる方向を、虚像表示の左右方向とすることにより、虚像が認識できるエリアを左右方向に広くした。
【００３２】
特に、上述したテクスチャー１６１によれば、光の拡散方向を導光体側面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とから、上記第１および第２の拡散板１８ａ，１８ｂの等方拡散性を弱くすることが可能となり、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、角度γ＝３０度、その形成ピッチＳ＝０．５ｍｍとした例を示す。
【００３３】
［１−８：導光体］
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８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入射面から取り入れた光を内部で反射・屈折して所望の方向に導くと共に、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。
【００３４】
図８の（ａ）は、当該導光体１７の全体を示す斜視図、図８の（ｂ）はその断面、そして、図８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。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８の（ｂ））に形成された部材であり、そして、図８の（ａ）からも明らかなように、上記合成拡散ブロック１６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、入射部１７１（入射面）、反射部１７２（反射面）、出射部１７３（出射面）等と記載する場合がある。
【００３５】
この導光体１７の反射部１７２には、その一部拡大図である図８の（ｃ）および（ｄ）に詳細に示すように、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（図面では右上がりの線分）は、図面において一点鎖線で示す水平面に対して角度αｎ（ｎ：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。
【００３６】
他方、連接面１７２ｂ（図面では右下がりの線分）は、反射面１７２ａに対して角度βｎ（ｎ：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、反射部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（α１，α２，α３，α４……）は、反射面仰角を形成し、角度βｎ（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、角度β１＝β２＝β３＝β４＝ …＝β２２＝…β１３０である。
【００３７】
［１−９：導光体（２）］
図９および図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拡大した模式図を示す。導光体１７の入射部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１０の（ｂ））。すなわち、入射部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、図面からも明らかなように、入射部１７１により上方に僅かに屈曲（偏向）しながら反射部１７２に達する（図１１の例と比較）。
【００３８】
なお、この反射部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、出射部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おり、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、その理由は後にも述べるが、より好ましくは、９０度以上の角度（βｎ≧９０°）に設定されている。
【００３９】
［１−１０：比較例］
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ので、反射部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、導光体を備えた光源装置を実現できる。一方、比較例となる図１１に示したように、導光体１７の入射部で、主たる光線の屈曲（偏光）が無い場合は、拡散光の一部が反射面１７２ａに対して、臨界角以下になってしまい、十分な反射率が確保できないので、特性の良い（明るい）光源装置、すなわち、映像表示装置が実現できない。
【００４０】
しかるに上述した導光体１７の反射部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、反射部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等も必要なく、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Ｌ３０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。
【００４１】
また、上述した導光体１７によれば、図９に示すように、連接面１７２ｂ（Ｌｃ１，Ｌｃ２，Ｌｃ３，……）と反射面１７２ａ（Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，……）の長さおよび比率を適宜設定することにより、光軸方向における出射部１７３の長さを自由に変更することができることから、入射部１７１に対して、出射部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、出射部１７３を所望の形状にすることか可能となることを意味し、すなわち、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る。
【００４２】
［１−１１：変形例］
図１２には、上記の変形例を示す。図面からも明らかなように、この変形例では、導光体１７の入射部１７１を、上述した湾曲面とは異なり、上記ＬＥＤコリメータ１５から出射する光に対して垂直な平面とすると共に、当該入射面には、入射する光を上方に僅かに屈曲（偏向）させるための断面垂直三角形状の補助の導光体１７ａを設けている。
【００４３】
更に、図１３には、他の変形例として、導光体１７の入射部１７１を垂直な平面とすると共に、上記ＬＥＤコリメータ１５を僅かに傾斜させ、もって、入射する光が上方に僅かに屈曲（偏向）させる構成が示されている。すなわち、これらの変形例によっても、上記と同様の効果が得られる。
【００４４】
［１−１２：変形例］
また、図１４にも示すように、反射部１７２を構成する連接面１７２ｂを適宜設定する（この例では、その中央部の一部の反射面１７２ａでは光が反射しないようにする）ことによれば、導光体１７の出射部１７３において、反射面１７２ａと連接面１７２ｂの比率（Ｌｒ／Ｌｃ）を場所によって大きく変更することも可能となる。これにより、図示の例では、導光体１７の出射部１７３から出射される光は、光軸の方向において左右に分けられている様子が示される。かかる構成は、例えば、ＨＵＤ装置からの照明光をロス無く上下または左右に分離する場合等において好適であろう。また、上記比率（Ｌｒ／Ｌｃ）を適宜調整することにより、部分的に反射光を強くしまたは弱くすることも可能となる。
【００４５】
［１−１３：変形例］
加えて、上述した導光体１７では、図１５にも示すように、その入射部１７１と出射部１７３の少なくとも一方に、それぞれ、以下に述べる機能性散乱面を付与、形成することにより、上記図６にも示した拡散板１８ａ，１８ｂのいずれかあるいは両方を省略することも可能である。
【００４６】
この機能性散乱面は、空間周波数の高い成分（細かい成分）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ものである。図１６の（ｂ）に、通常の散乱面の面粗さ空間周波数成分を、図１６の（ａ）に、より好ましい散乱特性を有する散乱面の面粗さ空間周波数成分を示す。同図面で、実線は、図１５における導光体の入射面あるいは出射面の図面に対する鉛直方向に測定した場合の面粗さ空間周波数成分を、破線は、図１５における導光体の入射面あるいは出射面の図面に対する平行方向に測定した場合の面粗さ空間周波数成分を示す。
【００４７】
通常の散乱面の面粗さ空間周波数分布は、図１６の（ｂ）に示すように、空間周波数の逆数（１／ｆ）に沿った分布を示す。それに対して、より好ましい面粗さの空間周波数分布は、図１６の（ａ）で示すように、空間周波数１０／ｍｍ以下の低周波および１００／ｍｍ以上の高周波領域で、低い値となっており、面粗さ空間周波数の低周波成分が少なく、中周波成分が適度にあるので、散乱むらが少ない光源が実現できる。また、面粗さ空間周波数の高周波成分が少ないので、散乱光の散乱角が大きくならず、不要光成分が減ることから、明るくかつ均一な輝度分布を有する光源が実現できる。このような特性を実現するためには、更に、上記機能性散乱面は、特に１００／ｍｍ以上の高周波領域での空間周波数成分を１０ｎｍ以下にすると、可視光の範囲（波長４００ｎｍ以上）で、不要な散乱成分の発生を防止できることが、実験により確認された。それに対して、通常の散乱面は、図１６の（ｂ）に示すように、光源として利用可能な方向外にも光が散乱されるので、明るい光源を実現できない。
【００４８】
また、上記範囲内で、図１６の（ａ）に実線および破線で示すように、空間周波数の成分を調整することにより、散乱角を調整できる。ＨＵＤ装置は、前述したように虚像が視認できるエリアは、上下方向に対して左右方向が広いことが望まれるので、光源装置の配向角は、それに対応した方向が広くなるように、散乱角を調整した。具体的には、図１５で示した導光体の入射面および出射面の図面に対して鉛直方向に測定した面粗さの空間周波数分布は、図１６の（ａ）の実線で示す分布とし、それに直交する図面に沿った方向で測定した面粗さの空間周波数分布は、同図面の破線で示すように、実線に対して、相対的に高周波成分が更に少ない分布とした。
【００４９】
上述した機能性散乱面を採用することによれば、導光体１７の入射面と出射面での光の入射・出射の制御自由度が増加することとなり、光源装置からの光の輝度むらを低減し、その下流側に配置される光学系の装置（本例では一例として液晶表示素子５０）の特性に応じたきめ細かい制御が可能となり、更には、装置の低コスト化に有利であろう。
【００５０】
また、導光体１７の入射面は、図１５に示したように、導光体への入射光、出射光に対して平行となる面での断面において、中心部１７１ｃに対して、上端部１７１ａ、下端部１７１ｂの曲率を大きい形状とした。これは図１５に示したように比較的発光部のサイズが大きいＬＥＤ素子１４を用いる場合に有効である。すなわち、ＬＥＤ素子１４の中央部から出射される光は、実線で示す光線Ｌ３０ｃ，Ｌ３０ａ，Ｌ３０ｂのようにＬＥＤコリメータ１５により平行光に変換されるが、ＬＥＤ素子１４の上端、下端から出射した光は、一点鎖線で示す光線Ｌ３０ｄ，Ｌ３０ｅのように平行光ではなく拡散光になるので、その光を平行光に変換するためには、導光体１７の入射面を、上端部１７１ａ、下端部１７１ｂに示すように、中心部１７１ｃに対して曲率を大きくすることが必要となる。以上の構成を採用することにより、比較的サイズが大きいＬＥＤを用いた場合でも、特性の良い光源装置が実現できる。
【００５１】
［１−１４：導光体の製造方法］
また、上記でも述べたように、角度β１＝β２＝β３＝β４……βｎ≧９０°としたが、これは、図１８にも示すように、導光体１７を射出成形で作製するための金型１７８の加工において、底面と側面の相対角度が角度βのエンドミルによって、反射面１７２ｂに対応する反射面１７８ａと連接面１７２ｂに対応する連接面１７８ｂとが、同時に、加工できるためである。また、反射面１７８ａと連接面１７８ｂに対し、相対的に太い工具で加工が可能であることから、加工時間が大幅に短縮でき加工費の大幅な低減が可能となる。また、反射面１７８ａと連接面１７８ｂとの境界エッジが精度良く加工でき、導光体１７の導光特性の向上を図ることができる。
【００５２】
［１−１５：映像表示装置（他の実施例）］
図１９は、上述した光源装置を適用した映像表示装置３０の他の例を示す映像表示装置３０の全体外観斜視図である。この実施例では、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１３ｃで冷却する構造となっている。本構成によれば、全長の短い光源装置が実現される。
【００５３】
［１−１６：光源装置（他の実施例）］
更に、以下には、上述した本発明の実施例に係る光源装置の更に他の実施例を示す。図２０は、上述した実施例と比較し、固体光源であるＬＥＤ素子１４の配置が３個×２列となった、より大きな液晶表示装置向けの光源装置を示している。この実施例に係る光源装置では、導光体１７を射出成形で作製するときに、入射部１７１が厚くなることにより、成形型内での冷却時間が増加し、成形タクトが長くなりコスト増になることを防止するため、当該入射部１７１の一部（図面の上部）を削除したものである。
【００５４】
また、図２１は、上記実施例の光源装置と同様に、固体光源であるＬＥＤ素子１４の配置が３個×２列となったより大きな液晶表示装置向け光源装置を示している。この例では、入射部１７１の一部を削除すると共に、導光体１７の先端部（図面の右側部分）を厚くすることにより、成型時の冷却速度の均一化を図ることにより、より高精度な成形を可能としたものである。なお、この例では、導光体１７は、その先端部を厚くすることにより、主たる光線を、液晶表示パネルへの入射角を所定の角度ηだけ傾けて入射するように構成されている。これは、一般的に、液晶表示パネルに入射する主たる光線の傾きは、垂直に近い方が望ましい。しかしながら、市販されている液晶表示パネルの中には、その特性によっては入射角を５〜１５°程度傾けた方がその特性が良い物があり、その特性に応じて液晶表示パネルへの入射光を角度η＝５°〜１５°だけ傾けて入射する。
【００５５】
［１−１７：導光体のテクスチャー］
更に、図２２は、上記図１５にも示した導光体１７の反射面に形成した上述したテクスチャーの具体例を示す上面図である。この模式図では、その反射面と連接面の境界が直線状に配置・形成された一例を図２２の（ａ）に、そして、図２２の（ｂ）には、例えば、光源であるＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が互いに離隔されて分散されて配置されている等、その必要性に応じて、曲線状に配置・形成された他の例をそれぞれ示している。
【００５６】
［１−１８：映像表示装置（他の実施例）］
以上には、本発明の実施例に係る光源装置を、特に、ＨＵＤ装置１に適用した光源装置の例を示したが、以下には、当該光源装置の更に他の構成を含めた例について示す。
【００５７】
図２３には、上述したＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）や導光体１７等を含む光源装置を、複数個（本例では２個）、その出射部１７３が同一面内となるように組み合わせ、より大型の液晶表示パネル５２に対応した例を示している。なお、かかる組み合わせ構造によれば、更に、より多くの種類の面サイズと光量の出射部１７３を備えた映像表示装置を実現することが可能となる。
【００５８】
［１−１９：映像表示装置（他の実施例）］
図２４は、更に、複数（本例では２個）の入射部１７１Ａ，１７１Ｂを備えた導光体１７’から構成された光源装置を示しており、図面からも明らかなように、当該導光体１７’の両側側面には、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）やＬＥＤコリメータ１５等から構成される光源からの光を入射する入射部１７１Ａ，１７１Ｂが形成されており、当該入射部１７１Ａ，１７１Ｂから入射した平行な光は、屈折して、本例では導光体１７’の底部に形成された反射部１７２に導かれる。この反射部１７２の表面には、断面が波状の凹凸が形成されており、更に、光を反射する反射膜（アルミ膜）が形成されている。これによれば、入射部１７１Ａ，１７１Ｂから入射した平行光は、かかる反射部１７２により図面に矢印で示すように反射されて導光体１７’の上方に向かい、その出射部１７３から、例えば上記液晶表示パネル５２等の装置に向けて出射される。
【００５９】
かかる構成の光源装置によれば、光を照射する液晶表示装置が大型化しても、比較的容易に対応して、すなわち、その出射面を大型化した光源装置を実現することが可能となる。なお、上記からも明らかなように、比較的薄い導光体１７’により光源装置が実現できるので、装置のより薄型化が可能となる。また、導光体１７’の厚みがほぼ均一であり、その成形性は良好である。
【００６０】
また、その入射部１７１Ａ，１７１Ｂから入射した光をその内部において反射・屈折して、その出射部１７３から外部装置（本例では後段の光学装置である液晶表示パネル５２）に出射する導光体１７’では、光入射面の面積ＳＩＮは、一般的に、光出射面の面積ＳＯＵＴよりも大きく設定され（ＳＩＮ＞ＳＯＵＴ）、更に、導光体１７’の形状は、発光素子であるＬＥＤ素子１４の大きさや形状に適合した形状に形成することが可能であろう。
【００６１】
［１−２０：光源装置（他の実施例）］
更に、図２５にも示すように、合成拡散ブロック１６の後方に配置される導光体１７”を偏光変換素子２１’によって構成することも可能である。なお、この構成では、図面からも明らかなように、偏光変換素子２１’を構成する三角形柱の透光性部材２１１’と平行四辺形柱の透光性部材２１２’とを組み合わせる。それらの境界面には、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Ｓ偏光波（図中の記号（×）を参照）を反射するが、他方、Ｐ偏光（図中の上下の矢印を参照）を透過するＰＢＳ膜２１１が形成される。それと共に、平行四辺形柱の透光性部材２１２’の上面には、１／２λ位相板２１３が、そして、その側面には、反射膜２１２がそれぞれ形成されている。
【００６２】
上述した構成によれば、図面からも明らかなように、ＬＥＤ素子１４から出射してＬＥＤコリメータ１５で平行光となった入射光は、導光体１７”を構成する偏光変換素子２１’の働きによりＳ偏光に偏光されて、当該素子の上面から上方に向かって出射されることとなる。即ち、上記構成では、特に、導光体１７”を偏光変換素子２１’によって構成することにより、装置の大幅な小型化や装置の製造コストの大幅な低減を実現することが可能となる。
【００６３】
（実施の形態２）
図２６〜図５１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、特有の導光体の構成を有し、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とは異なる特有の導光体を含む配置構成を有する（後述の図３０等）。この導光体は、入射面または出射面の少なくとも一方に自由曲面形状を有する。その自由曲面形状は、導光体での所定の配光制御の特性を実現する。また、導光体からの出射光の光軸に対し、液晶表示素子５０および屈折素子４３の軸（法線傾き）が斜めになるように所定の角度を有する。導光体の配向制御の特性は、入射面の配置角度や面形状による屈折角度等と、反射面の反射角度等と、出射面の配置角度や自由曲面形状による屈折角度等とから構成される。実施の形態２の光源装置の配光制御の特性は、上記導光体の配光制御の特性と、光源部や照明光学系の他の光学素子の配光制御の特性との組み合わせで構成される。
【００６４】
［２−１：ＨＵＤ装置］
図２６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２６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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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および反射ミラー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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
［２−２：ＨＵＤ装置−機能ブロック］
図２７は、図２６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。
【００７３】
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。
【００７４】
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７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７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。
【００７５】
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。
【００７６】
［２−３：比較例、課題等］
図２８は、実施の形態２に対する比較例のＨＵＤ装置２８０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２８のＨＵＤ装置２８０の部品配置概略は図２６と同様である。比較例のＨＵＤ装置２８０は、前述の実施例と同様の構成要素を有する。光源装置１０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。
【００７７】
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平面にある程度傾いた状態で配置されている。光軸ａ２上で、液晶表示素子５０の上方に、屈折素子４３が同様に傾いた状態で配置されている。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
ＨＵＤ装置２８０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。
【００８１】
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２８０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。
【００８２】
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°から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。
【００８３】
また、図２８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）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２８で、外光がＨＵＤ装置２８０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。
【００８４】
ＨＵＤ装置２８０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２８０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、虚像の表示品質が低下する。
【００８５】
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。それらの外光は、ＨＵＤ装置２８０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。
【００８６】
ＨＵＤ装置２８０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２８のような構成をとる。この構成では、上記のように、ＨＵＤ装置２８０内に入射した外光の反射等によってＨＵＤ装置２８０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。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。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。
【００８７】
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２９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（曲率）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。
【００８８】
なお、比較例において、外光の影響を減らすために、ＨＵＤ装置２８０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（例えば図２８のように液晶表示素子５０や屈折素子４３を水平面に対して傾けて配置した場合）、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。
【００８９】
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倍である例えば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。
【００９０】
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。
【００９１】
［２−４：ＨＵＤ装置−配光制御］
図２９は、図２８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２９等は概略構成であって、実装のサイズ等は図２９等に限定されない。
【００９２】
図２９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。
【００９３】
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）に所定の角度で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）に所定の角度で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。
【００９４】
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。
【００９５】
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、特有の導光体１７を含む図２９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等の光学素子の光軸（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３０の角度φ２等を参照）。
【００９６】
図２９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。
【００９７】
［２−５：ＨＵＤ装置−配光制御（２）］
図３０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３０では、図２９よりも詳細構成例を示す。図３０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（後述の図３２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（後述の図３３等）。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。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（後述の図３５等）。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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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３０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、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（曲率）の差が比較的小さい。これに限らず、屈折素子４３は、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。
【０１０１】
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φ３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平面に対して所定の角度（後述の図４２の角度φ５）で配置されている。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。
【０１０２】
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、Ｚ方向に対する角度φ３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を有し、液晶表示素子５０および屈折素子４３の軸に対する所定の角度φ２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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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３０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。
【０１０５】
［２−６：光源モジュール］
図３１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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
［２−７：光源モジュール−筐体内部］
図３２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。
【０１０８】
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。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。
【０１０９】
［２−８：光源部、ＬＥＤコリメータ、偏光変換素子］
図３３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（ＬＥＤ素子１４がマウントされる基板面）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。
【０１１０】
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Ｙ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。
【０１１１】
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３３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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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３６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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
［２−９：偏光変換素子］
図３４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。
【０１１７】
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平面である仮想平面に対して、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と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。
【０１１８】
［２−１０：複数のＬＥＤ素子、コリメータ、偏向変換素子］
図３５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３５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３５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３４のように同じである。
【０１１９】
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ｐ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。
【０１２０】
図３５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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
一方、実施の形態２では、図３４や図３５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３５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。
【０１２３】
［２−１１：複数のＬＥＤ素子（Ｎ＝５）］
図３６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３５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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
［２−１２：比較例］
図３７は、図３６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３６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３６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３６のサイズ（距離ＤＡ）よりも大きい。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
［２−１３：複数のＬＥＤ素子の実装例（Ｎ＝５）］
図３８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３６に対応するＮ＝５個の場合を示す。図３８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３８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。
【０１３０】
［２−１４：複数のＬＥＤ素子の実装例（Ｎ＝６）］
図３９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３８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３９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。
【０１３１】
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３８や図３９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３９の構成からＬＥＤの数（Ｎ）を減らして図３８の構成に変更することが容易である。
【０１３２】
［２−１５：導光体］
図４０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４０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。
【０１３３】
導光体１７の出射部１７３の出射面ｓ３は、後に配置される液晶表示素子５０のパネル面に対応させた形状を有する。出射面ｓ３と入射面ｓ１は、形状や面積が異なっている。入射面ｓ１の面積よりも出射面ｓ３の面積が大きい。入射部１７１において、一方向（例えばＺ方向）の配光角度は、その一方向に直交する他の一方向（例えばＸ方向）の配光角度よりも広くしてもよい。出射部１７３において、一方向（例えばＹ方向）の配光角度は、その一方向に直交する他の一方向（例えばＸ方向）の配光角度よりも広くしてもよい。入射面ｓ１や出射面ｓ３において、面内で曲率が異なっていてもよい。例えば、面内の中央部よりも周辺部で曲率が大きくてもよい。
【０１３４】
図４１は、導光体１７の反射部１７２等の構造を示す。図４１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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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φ２を持つ光軸ａ２２が構成される（図３０の構成と対応する）。
【０１３７】
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８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。
【０１３８】
一方、実施の形態２では、図４１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。実施の形態２の導光体１７の特に反射部１７２の作製時の金型の加工例は、前述の図１８と同様である。
【０１３９】
［２−１６：配向制御］
図４２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。
【０１４０】
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１８ａが配置されている。拡散板１８ａ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１８ａ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。
【０１４１】
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４２の配向制御で実現されている。図４２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、Ｚ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。
【０１４２】
［２−１７：配光制御板］
図４３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４３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４３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、Ｚ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Ｄ４３で示す。本実施例では、角度γ＝３０度、ピッチの距離Ｄ４３＝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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
［２−１８：機能性散乱面］
実施の形態２の変形例として、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てもよい。その場合、機能性散乱面の特性は、前述の図１６と同様である。
【０１４５】
［２−１９：導光体−光拡散性］
実施の形態２で、導光体１７の入射部１７１の入射面ｓ１に、Ｚ方向の光拡散の特性を設けてもよい。その場合、入射面ｓ１の特性は、前述の図１７と同様である。
【０１４６】
［２−２０：導光体−自由曲面形状］
図４０や図４４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。
【０１４７】
まず、前述の図４０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４０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。
【０１４８】
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４０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。
【０１４９】
図４４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４４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。
【０１５０】
図４４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。
【０１５１】
［２−２１：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、照明光に対して映像光の面積を拡大する実装も容易である。
【０１５２】
（１）実施の形態２の光源装置１０では、導光体１７は、入射面ｓ１または出射面ｓ３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。これにより、好適な照明光、かつ戻り外光防止機能を実現する配光制御の特性が実現される。
【０１５３】
（２）本光源装置１０、映像表示装置３０、ＨＵＤ装置１では、導光体１７からの出射光の光軸に対し、液晶表示素子５０および屈折素子４３の軸（法線傾き）が所定の角度で斜めになっている。導光体１４は、断面が台形形状であり、出射面ｓ３が水平に対し斜面として配置されている。これにより、好適な映像光、かつ戻り外光防止機能を実現する配光制御の特性が実現される。
【０１５４】
（３）本光源装置１０では、導光体１７は、実施の形態１と同様の反射部１７２の構造を有し、これにより、光利用効率が高く、好適な照明光が実現される。
【０１５５】
（４）本光源装置１０では、上記導光体１７の構成に加え、ＬＥＤ素子１４、ＬＥＤコリメータ１５、偏光変換素子２１等を組み合わせた構成を有し、その構成によって光源装置１０の配向制御の特性を実現している。例えば、偏光変換素子２１は、部品がＸ方向に延在しており、それに対応させて、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、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。
【０１５６】
［２−２２：第１変形例］
図４５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４５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、液晶表示素子５０の軸に対して角度φ２で傾いている。
【０１５７】
［２−２３：第２変形例］
図４６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、前述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。
【０１５８】
［２−２４：第３変形例］
図４７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、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。
【０１５９】
図４７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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
図４７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。
【０１６４】
図４８，図４９を用いて、図４７の導光体１９の自由曲面形状について説明する。図４８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。
【０１６５】
図４９は、自由曲面式および係数を示す。図４９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。
【０１６６】
［２−２５：第４変形例］
図５０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５０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。
【０１６７】
Ｙ方向で導光体１９ｂの出射側には、更に反射ミラー５００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５００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５００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。
【０１６８】
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５００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。
【０１６９】
導光体１９ｂを通過した光は、反射ミラー５００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５０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５００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５０１を点線で示している。照明光はこの照明エリア５０１を通過する。照明エリア５０１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５０１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。
【０１７０】
［２−２６：第５変形例］
図５１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５１で、Ｚ方向の破線５１１よりもＹ方向で右側の部分の構成は、前述の図４２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５１１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。
【０１７１】
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５１１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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
［２−２７：第６変形例］
実施の形態２の第６変形例の光源装置１０として、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または反射部１７２の反射面ｓ２に、前述の図２２と同様に、機能性散乱面を構成するテクスチャーを設けてもよい。例えば、前述の実施の形態２や各変形例の導光体１７の反射部１７２の反射面ｓ２において、図２２のようなテクスチャーを設けてもよい。機能性散乱面の面粗さの空間周波数成分は、例えば１００／ｍｍ以上の高周波領域で１０ｎｍ以下とする。
【０１７５】
図２２の（ａ）では、対象面（反射面ｓ２）のテクスチャーの第１例を模式的に示している。図２２の（ｂ）では、対象面のテクスチャーの第２例を模式的に示している。（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（階段状の斜面の方向。対応する出射面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。
【０１７６】
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】
【０１７７】
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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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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