(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光線を放射する光源と、
前記複数の光線を略平行化する第１の光学素子と、
略平行化された前記複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、前記進行方向に直交し、且つ、前記第１の方向と交差する第２の方向とに拡散させる第２の光学素子と、
前記第２の光学素子から射出した光線の角度を調整する第３の光学素子と、
前記第１〜第３の光学素子を通過した前記複数の光線に基づき画像に応じた表示光を射出する液晶表示パネルとを備え、
前記第３の光学素子は、前記第２の光学素子側を向く入射面と前記液晶表示パネル側を向く射出面とのうち少なくとも一方が凹トロイダル面形状であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
複数の光線を放射する光源と、
前記複数の光線を略平行化する第１の光学素子と、
略平行化された前記複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、前記進行方向に直交し、且つ、前記第１の方向と交差する第２の方向とに拡散させる第２の光学素子と、
前記第２の光学素子から射出した光線の角度を調整する第３の光学素子と、
前記第１〜第３の光学素子を通過した前記複数の光線に基づき画像に応じた表示光を射出する液晶表示パネルとを備え、
前記第３の光学素子は、前記第２の光学素子側を向く入射面と前記液晶表示パネル側を向く射出面とのうち少なくとも一方がシリンドリカル面形状であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
前記第２の光学素子は、前記複数の光線が入射する他の入射面と、前記第２の光学素子の内部を通過した前記複数の光線が射出する他の射出面とを備え、
前記他の入射面及び前記他の射出面には、前記第１、第２の方向に沿うように凸形状のレンズ部が複数個アレイ状に配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記表示光を投影部材に向けて反射させる反射ミラーを備え、前記第１の方向は車両の高さ方向に一致し、前記第２の方向は車両の幅方向に一致することを特徴とする請求項１から請求項３のうち何れか１つに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば車両のフロントガラス等に情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示光を発する表示器（液晶表示装置）を備え、表示器から発せられた表示光をフロントガラス等に照射することで、ユーザに表示光が表す像を虚像として視認させる。特許文献１に記載の表示器は、光線を放射する光源と、光源からの光線を平行化するコンデンサレンズと、このコンデンサレンズを通過した光線の拡散角度を縦方向および横方向それぞれに調整するレンズアレイと、レンズアレイで生成される中間像を拡大する２枚のフィールドレンズとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０３１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に係る液晶表示装置では、アイボックスへの光照射効率を向上させるにあたって、４つの光学素子（上述したコンデンサレンズ、レンズアレイ、２枚のフィールドレンズ）を用いる必要があり、これにより液晶表示装置を構成する部品点数が多くなるため、コスト上昇の原因となっていた。
そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、アイボックスへの光照射効率を維持しながら、コスト上昇を抑制することが可能な液晶表示装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の光線を放射する光源と、前記複数の光線を略平行化する第１の光学素子と、略平行化された前記複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、前記進行方向に直交し、且つ、前記第１の方向と交差する第２の方向とに拡散させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子から射出した光線の角度を調整する第３の光学素子と、前記第１〜第３の光学素子を通過した前記複数の光線に基づき画像に応じた表示光を射出する液晶表示パネルとを備え、前記第３の光学素子は、前記第２の光学素子側を向く入射面と前記液晶表示パネル側を向く射出面とのうち少なくとも一方が凹トロイダル面形状であることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、複数の光線を放射する光源と、前記複数の光線を略平行化する第１の光学素子と、略平行化された前記複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、前記進行方向に直交し、且つ、前記第１の方向と交差する第２の方向とに拡散させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子から射出した光線の角度を調整する第３の光学素子と、前記第１〜第３の光学素子を通過した前記複数の光線に基づき画像に応じた表示光を射出する液晶表示パネルとを備え、前記第３の光学素子は、前記第２の光学素子側を向く入射面と前記液晶表示パネル側を向く射出面とのうち少なくとも一方がシリンドリカル面形状であることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、前記第２の光学素子は、前記複数の光線が入射する他の入射面と、前記第２の光学素子の内部を通過した前記複数の光線が射出する他の射出面とを備え、前記他の入射面及び前記他の射出面には、前記第１、第２の方向に沿うように凸形状のレンズ部が複数個アレイ状に配列されていることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記表示光を投影部材に向けて反射させる反射ミラーを備え、前記第１の方向は車両の高さ方向に一致し、前記第２の方向は車両の幅方向に一致することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、初期の目的を達成でき、アイボックスへの光照射効率を維持しながら、コスト上昇を抑制することが可能な液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の模式図である。
【図２】同実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。
【図３】同実施形態による（ａ）は第２のレンズの平面図、（ｂ）は第２のレンズの側面図、（ｃ）は第２のレンズの正面図である。
【図４】同実施形態による（ａ）は第３のレンズの平面図、（ｂ）は第３のレンズの側面図、（ｃ）は第３のレンズの正面図である。
【図５】同実施形態による第１のレンズの斜視図である。
【図６】同実施形態による液晶表示パネルと第１〜第３のレンズと光源との位置関係を模式的に示す図。
【図７】同実施形態による光線の経路を示す概略図である。
【図８】（ａ）は同実施形態による第２のレンズを通過する光線の経路を示す概略図であって、（ｂ）は比較例としての第２のレンズを通過する光線の経路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る液晶表示装置をヘッドアップディスプレイ装置として具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、図１に示すように、例えば、車両２００のダッシュボード内に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のフロントガラス２０１（投影部材の一例）に向けて画像を表す表示光Ｌｏを出射し、フロントガラス２０１で反射した表示光Ｌｏによって前記画像の虚像Ｖを表示する。このように虚像Ｖが表示されることで、視認者１（主に車両２００の運転者）は、フロントガラス２０１を通して虚像Ｖを表示画像として視認可能となる。この表示画像は、例えば、視認者１から見て縦方向および横方向に延びる長方形状をなす。
【００１４】
以下では、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成の理解を容易にするため、図１等に示したＸ、Ｙ、Ｚ座標系を用いて説明する。本実施形態では、Ｘ方向は車両の前後方向に沿い、Ｙ方向は車両の幅方向に沿い、Ｚ方向は車両の高さ方向に沿う。また、図１等において、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系の矢印が向く方向を＋Ｘ、＋Ｙ、＋Ｚと規定し、その反対方向を−Ｘ、−Ｙ、−Ｚと規定する。
【００１５】
（構成）
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、図２に示すように、表示部１１０と、凹面鏡（反射ミラー）１２０と、ハウジング１３０と、放熱部材１４０と、を備える。
【００１６】
ハウジング１３０は、非透光性樹脂材料または金属材料で形成されるとともに、中空の略直方体をなす。ハウジング１３０は、Ｚ方向に互いに対面する上板１３０ａおよび下板１３０ｂを備える。上板１３０ａの−Ｘ側（本例では車両前側）には、その厚さ方向に貫通した開口部１３０ｃが形成されている。この開口部１３０ｃには、表示光Ｌｏが通過するアクリルなどの透光性樹脂材料からなる湾曲板状の窓部（透光部）１３１が嵌め込まれている。
【００１７】
ハウジング１３０は、上板１３０ａおよび下板１３０ｂを＋Ｘ側（本例では車両後側）で連結する側板１３０ｄを備える。側板１３０ｄには、Ｘ方向に貫通した開口部１３２が形成されている。
【００１８】
放熱部材１４０は、ハウジング１３０の開口部１３２内に固定されている。放熱部材１４０は、例えばアルミニウムなどの金属材料または熱伝導性樹脂材料で形成されるフィン型の構造体である。放熱部材１４０は、表示部１１０（具体的には後述する光源１１９）が発する熱を外部に放出可能に構成されている。
【００１９】
ハウジング１３０の上板１３０ａの内面（ハウジング１３０の内部空間に露出する面）には、その面に直交する隔壁１３０ｅが形成され、ハウジング１３０の下板１３０ｂの内面には、その面に直交する隔壁１３０ｆが形成されている。両隔壁１３０ｅ、１３０ｆは互いにＺ方向に沿って対向して位置する。
【００２０】
表示部１１０は、所定の画像を表す表示光Ｌｏを出射するものであり、具体的には、第１〜第３のレンズ１１１〜１１３と、基板１１６と、光源１１９と、第１のケース体１１４と、第２のケース体１１５と、光拡散部材１１７と、後述する画像表示領域Ｄを有する液晶表示パネル１１８とを備えている。
【００２１】
基板１１６は、放熱部材１４０の内面（ハウジング１３０の内部空間に露出する面）に設置され、基板１１６の上面（放熱部材１４０に接する面と反対側の面）には各種配線がプリントされている。図７に示すように基板１１６の上面には、複数（本例では１２個）の光源１１９が実装されている。
【００２２】
光源１１９は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる。光源１１９は、基板１１６上に、マトリックス状に配置されている。具体的には、Ｚ方向が行方向であって、Ｙ方向が列方向である場合、ＬＥＤは２行×６列のマトリックス状に配置される。
【００２３】
第１のケース体１１４は、光源１１９からの光線を外部に漏らさず、その光線を第１のケース体１１４の内部に保持される第１〜第３のレンズ１１１〜１１３に通過させるものである。詳しくは、第１のケース体１１４は、図２に示すように、例えば非透光性樹脂材料にて長方形の筒状に形成され、放熱部材１４０の内面とハウジング１３０の両隔壁１３０ｅ、１３０ｆとの間に設置されている。
【００２４】
第１のケース体１１４は、第１筒部１１４ａと、第２筒部１１４ｂと、鍔部１１４ｃとを備える。第１筒部１１４ａは、その一端（＋Ｘ方向の端部）が基板１１６の周囲を囲みつつ放熱部材１４０の内面に接触し、その他端（−Ｘ方向の端部）が第２筒部１１４ｂに連結されている。第２筒部１１４ｂは、Ｚ方向において第１筒部１１４ａより小さく形成されている。また、第２筒部１１４ｂの他端（＋Ｘ方向の端部）が第１筒部１１４の他端（−Ｘ方向の端部）に段差を持って連結されている。
【００２５】
鍔部１１４ｃは、第１筒部１１４ａの一端から外側に延出するとともに、放熱部材１４０の内面に面接触する。鍔部１１４ｃには、２つの位置決めピン（図示しない）が設けられており、これら位置決めピンを、放熱部材１４０に２個所形成される位置決め孔（図示しない）に挿入することで位置決めされる。この位置決めされた状態で、ねじ（図示しない）を利用して鍔部１１４ｃが放熱部材１４０に締結される。なお、ここでの詳細図示は省略するが、第１のケース体１１４を第１筐体と第２筐体とに分割し、これら第１筐体と第２筐体とをフック固定等の適宜固定手段を用いて固定してもよい。
【００２６】
また、第２筒部１１４ｂの内面には、図２に示すように第２のレンズ１１２を保持するためのＹ方向に延びる一対の凹部１１４ｄが形成されている。一対の凹部１１４ｄは、Ｚ方向において互いに対向して位置する。同様に、第２筒部１１４ｂの内面には、第３のレンズ１１３を保持するためのＹ方向に延びる一対の凹部１１４ｅが形成されている。一対の凹部１１４ｅは、上記一対の凹部１１４ｄよりも隔壁１３０ｅ、１３０ｆに近い位置において、Ｚ方向に互いに対向して位置する。
【００２７】
第１のケース体１１４の内部には、第１〜第３のレンズ１１１〜１１３が保持されている。光源１１９からの光線が第１のレンズ１１１、第２のレンズ１１２及び第３のレンズ１１３の順でそれらの厚さ方向に通過するように、光源１１９に近い方から第１のレンズ１１１、第２のレンズ１１２及び第３のレンズ１１３の順で配置されている。
【００２８】
なお、第１〜第３のレンズ１１１〜１１３が第１のケース体１１４に保持された状態で、本実施形態では、第１〜第３のレンズ１１１〜１１３の縦方向（短手方向）はＺ方向に一致し、第１〜第３のレンズ１１１〜１１３の横方向（長手方向）はＹ方向に一致する。また、第１のレンズ１１１は第１の光学素子に相当し、第２のレンズ１１２は第２の光学素子に相当し、第３のレンズ１１１は第３の光学素子に相当する。
【００２９】
詳しくは、第１のレンズ１１１は、透明光学樹脂または光学ガラスにより長方形板状に形成されている。第１のレンズ１１１は、図２に示すように、複数配置された凸レンズ部１１１ａと、第１筒部１１４ａの内部に嵌め込まれる脚部１１１ｂとを備える。
【００３０】
脚部１１１ｂは、第１のレンズ１１１の縦方向における第１のレンズ１１１の両側部においてＬ字の柱状に形成される。脚部１１１ｂは、凸レンズ部１１１ａの側部から縦方向に沿って延出し、その先端が第１のレンズ１１１の厚さ方向（本例ではＸ方向に一致する方向）に沿うように屈曲するように形成されている。第１のレンズ１１１は、その脚部１１１ｂの先端面が基板１１６の上面に接触するように配置される。これにより、第１のレンズ１１１は、脚部１１１ｂを通じて第１筒部１１４ａ内に保持されている。このとき、第１筒部１１４ａと第２筒部１１４ｂとの段差によっても、第１のレンズ１１１は、脚部１１１ｂにおける基板１１６と離間する方向への移動が規制されている。
【００３１】
第１のレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａは、図５に示すように両凸レンズ状に形成されるとともに、上述した光源１１９と同様に２行×６列のマトリックス状に配置されている。なお、図５においては、脚部１１１ｂは省略して図示されている。各凸レンズ部１１１ａは、図２に示すように各光源１１９からの光線を受けるように、Ｘ方向において各光源１１９に対向して位置する。第１のレンズ１１１の各凸レンズ部１１１ａは、光源１１９から射出される複数の光線を集光するとともに、複数の光線をＸ方向に沿うように略平行化する機能を有する。
【００３２】
なお、本例の場合、液晶表示パネル１１８側から第３のレンズ１１３を見たときに、第１のレンズ１１１（各凸レンズ部１１１ａ）から光線が射出される第１光射出領域Ｒ１は、そのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法が画像表示領域ＤのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法よりも幅広く形成されている（図６参照）。なお、図２ではＺ方向のみ図示されているが、もちろんＹ方向においても、第１光射出領域Ｒ１の幅寸法が画像表示領域Ｄの幅寸法よりも幅広く形成されていることは言うまでもない。
【００３３】
第２のレンズ１１２は、図２に示すように透明光学樹脂または光学ガラスにより長方形板状に形成される。詳しくは、第２のレンズ１１２は、複数の光線が入射する入射面１１２ｉと、第２のレンズ１１２の内部を通過した複数の光線が射出する射出面１１２ｏと、第１のケース体１１４に保持される保持部１１２ｃとを備え、この場合、第１のレンズ１１１から射出される略平行化された複数の光線を、略平行化された光線の進行方向（つまりＸ方向）に直交する後述する第１の方向と、当該進行方向に直交し、且つ、前記第１の方向と直交（交差）する後述する第２の方向とに拡散させる機能を有している。
【００３４】
第２のレンズ１１２の入射面１１２ｉには、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、複数の凸レンズ部１１２ａが形成され、第２のレンズ１１２の射出面１１２ｏには、複数の凸レンズ部１１２ｂが形成されている。
【００３５】
つまり、この場合、入射面１１２ｉ及び射出面１１２ｏには、第２のレンズ１１２の短手方向である第１の方向、及び第２のレンズ１１２の長手方向である第２の方向に沿うように凸形状のレンズ部１１２ａ、１１２ｂが複数個アレイ状に配列されている。なお、ここでの第１の方向は、車両の高さ方向であるＺ方向に一致し、第２の方向は、車幅方向であるＹ方向に一致する。
【００３６】
入射面１１２ｉの凸レンズ部１１２ａ及び射出面１１２ｏの凸レンズ部１１２ｂは、第２のレンズ１１２の厚さ方向に対向する位置に設けられる。また、第２のレンズ１１２の保持部１１２ｃは、第２のレンズ１１２の短手方向の両端において、第２のレンズ１１２の長手方向に延出する四角柱状に形成される。図２に示すように、この第２のレンズ１１２の保持部１１２ｃが、第２筒部１１４ｂの凹部１１４ｄに嵌合することで、第２のレンズ１１２は、第２筒部１１４ｂ内に保持される。
【００３７】
第２のレンズ１１２の入射面１１２ｉ及び射出面１１２ｏは、その凸レンズ部１１２ａ、１１２ｂによって、光線を第２のレンズ１１２の短手方向（つまり縦方向）及び第２のレンズ１１２の長手方向（つまり横方向）に拡散する機能を有する。第２のレンズ１１２の凸レンズ部１１２ａ、１１２ｂのピッチ及び曲率半径に基づき、光線の拡散角度を調整することができる。また、第２のレンズ１１２の射出面１１２ｏは、その凸レンズ部１１２ｂによって、完全に平行化されていない光線の拡散角度を調整する機能を有する。
【００３８】
なお、本例の場合、液晶表示パネル１１８側から第３のレンズ１１３を見たときに、第２のレンズ１１２（射出面１１２ｏ）から光線が射出される第２射出領域Ｒ２は、そのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法が画像表示領域ＤのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法よりも幅広く形成されている（図６参照）。なお、図２ではＺ方向のみ図示されているが、もちろんＹ方向においても、第２射出領域Ｒ２の幅寸法が画像表示領域Ｄの幅寸法よりも幅広く形成されていることは言うまでもない。
【００３９】
第３のレンズ１１３は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように透明光学樹脂または光学ガラスにより長方形板状に形成される。詳しくは、第３のレンズ１１３は、複数の光線が入射する入射面１１３ｉと、第３のレンズ１１３の内部をその厚さ方向に通過した複数の光線が射出する射出面１１３ｏと、第１のケース体１１４に保持される保持部１１３ｂとを備え、この場合、第２のレンズ１１２から射出した光線の角度を調整する機能を有している。
【００４０】
第３のレンズ１１３の入射面１１３ｉは、図４（ｃ）に示すような平面部１１３ａで形成されており、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏは、液晶表示パネル１１８に合わせて光線を拡散可能に凹トロイダル面で形成されている。すなわち、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏには、第３のレンズ１１３の長手方向及び第３のレンズ１１３の短手方向に沿って凹状の曲面が形成されている。
【００４１】
例えば、射出面１１３ｏの短手方向に沿う曲面の曲率半径は、射出面１１３ｏの長手方向に沿う曲面の曲率半径より大きく設定されており、射出面１１３ｏは、液晶表示パネル１１８の画像表示領域Ｄ全域を照明するように光線を拡散する機能を有している。
【００４２】
第３のレンズ１１３の保持部１１３ｂは、第３のレンズ１１３の短手方向の両端に、第３のレンズ１１３の長手方向に延出する四角柱状に形成される。図２に示すように、第３のレンズ１１３の保持部１１３ｂが第２筒部１１４ｂの凹部１１４ｅに嵌合することで、第３のレンズ１１３は第２筒部１１４ｂに保持される。
【００４３】
なお、本例の場合、液晶表示パネル１１８側から第３のレンズ１１３を見たときに、第３のレンズ１１３（射出面１１３ｏ）から光線が射出される第３射出領域Ｒ３は、そのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法が画像表示領域ＤのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法よりも幅広く形成されている（図６参照）。なお、図２ではＺ方向のみ図示されているが、もちろんＹ方向においても、第３射出領域Ｒ３の幅寸法が画像表示領域Ｄの幅寸法よりも幅広く形成されていることは言うまでもない。
【００４４】
第２のケース体１１５は、図２に示すように非透光性樹脂材料にて長方形の枠状に形成されている。第２のケース体１１５は、両隔壁１３０ｅ，１３０ｆにおける第１のケース体１１４と反対側の面に固定される。
【００４５】
光拡散部材１１７及び液晶表示パネル１１８は、それぞれＹＺ平面に沿って延出し、互いに対面した状態で、第２のケース体１１５の内部に保持される。例えば、光拡散部材１１７及び液晶表示パネル１１８は、第２のケース体１１５に接着剤によって接着される。光拡散部材１１７は、第１のケース体１１４に近い位置に設けられ、液晶表示パネル１１８は、ハウジング１３０の内部空間に露出する位置に設けられている。
【００４６】
液晶表示パネル１１８は、例えば透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶層を封入した液晶セルの両面に偏光板を貼着して長方形板状で形成される。そして、液晶表示パネル１１８に備えられる画像表示領域Ｄの各画素が画像に応じて透過状態と不透過状態との間で切り替えられる。これにより、液晶表示パネル１１８は、第１〜第３の光学素子１１１〜１１３を通過した複数の光線に基づき当該画像に応じた表示光Ｌｏを射出する。
【００４７】
光拡散部材１１７は、透明樹脂材料を基材としたフィルム状または板状の部材である。光拡散部材１１７は、ハウジング１３０の内部に進入した外光が第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏに反射した光を拡散可能に構成されている。
【００４８】
凹面鏡１２０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂材料からなるホルダと、そのホルダに例えばアルミニウムなどの金属を蒸着させてなる鏡面とを備える。凹面鏡１２０は、ハウジング１３０内の液晶表示パネル１１８に対向して位置し、表示部１１０からの表示光Ｌｏに対して傾斜する向きで設置される。凹面鏡１２０は、表示部１１０からの表示光Ｌｏをフロントガラス２０１に向けて反射させつつ表示光Ｌｏが表す像を拡大し、その拡大した像をフロントガラス２０１に照射するように構成される。
【００４９】
（作用）
次に、図７を参照しつつ、各光源１１９から発せられる光線が第１〜第３のレンズ１１１〜１１３を通過する際の光線の作用について説明する。以下では、Ｙ方向（横方向）の光線は、画像（虚像Ｖ）の横方向に対応し、Ｚ方向（縦方向）の光線は、画像（虚像Ｖ）の縦方向に対応する。
【００５０】
図７に示すように、各光源１１９から第１のレンズ１１１の各凸レンズ部１１１ａに向けて複数の光線Ｌａが放射状に照射される。第１のレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａは、その入射面及び射出面において光線Ｌａを屈折させることで、光線ＬａはＸ方向に沿うように平行化され、凸レンズ部１１１ａの前記射出面から光線Ｌｂが出てくる。
【００５１】
光線Ｌｂが入射される第２のレンズ１１２の入射面１１２ｉ側の各凸レンズ部１１２ａは、縦方向及び横方向において、当該光線Ｌｂを所定の拡散角度にて拡散する。ここで、第２のレンズ１１２内に導かれる光線Ｌｂは、第２のレンズ１１２の厚み方向に対して平行化された光線Ｐと、第２のレンズ１１２の厚み方向に対して平行化されていない光線Ｑとで構成されており、第２のレンズ１１２の射出面１１２ｏ側の各凸レンズ部１１２ｂは、平行化されていない光線（以下、当該光線を非平行光Ｑとする）を、平行化された光線（以下、当該光線を平行光Ｐとする）と同様に拡散するように調整する。
【００５２】
具体的には、図８（ｂ）に示すように、第２のレンズ１１２の凸レンズ部１１２ｂが省略されて、第２のレンズの射出面２１２ｏが平面で形成されている比較例において、第２のレンズ１１２の射出面２１２ｏの形状（つまり平面形状）に起因して、スネルの法則により当該射出面２１２ｏから出る非平行光Ｑは、その傾斜状態をほぼ保って第２のレンズ１１２から射出される。よって、図８（ｂ）の構成では、非平行光Ｑは調整されない。
【００５３】
一方、本実施形態の構成では、図８（ａ）に示すように、第２のレンズ１１２の射出面１１２ｏの形状（つまり凸レンズ部１１２ｂを構成する凸レンズ形状）に起因して、スネルの法則により当該射出面１１２ｏから出る非平行光Ｑは、各凸レンズ部１１２ｂによって屈折することで、平行光Ｐが第２のレンズ１１２を通過した場合（図７参照）と同様の拡散角度になるように角度調整された上で、第２のレンズ１１２から射出される。よって、第２のレンズ１１２を通過する光線Ｌｂが所定のばらつきをもって縦方向及び横方向に拡散することが抑制される。その結果として、第２のレンズ１１２による縦方向及び横方向における光線（後述する光線Ｌｃ）の拡散角度が制限される。
【００５４】
第２のレンズ１１２を通過した光線は、図７に示すように、第３のレンズ１１３の入射面１１３ｉに光線Ｌｃとして入射する。そして、第３のレンズ１１３内に進む光線Ｌｃは射出面１１３ｏから射出される。この際、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏは、第３のレンズ１１３の内部を通過した光線を所定の拡散角度で拡散し、その拡散した光線を光線Ｌｄとして液晶表示パネル１１８（画像表示領域Ｄ）の全域に照射する。
【００５５】
また、第３のレンズ１１３は、上述した先行技術文献（特許文献１）に記載されているフィールドレンズとは異なり、第２のレンズ１１２を構成する各凸レンズ１１２ｂから射出する光線を、液晶表示パネル１１８（画像表示領域Ｄ）全域にそれぞれ拡大照明することはない。当該各凸レンズ１１２ｂから射出した光線は、液晶表示パネル１１８（画像表示領域Ｄ）の対応する領域のみを照明する。なお、本例の場合、第２のレンズ１１２と第３のレンズ１１３とは、それぞれ独立した配光制御機能を有しているので、第２のレンズ１１２と第３のレンズ１１３との間に形成される隙間を可能な限り小さくすることができ、この場合、表示部１１０をよりコンパクトな構成にすることが可能となる。
【００５６】
ここで、視認者１は、自身の目の位置が仮想的な空間であるアイボックスＩｂ内にあるとき、フロントガラス２０１を反射する表示光Ｌｏを受けて虚像Ｖを視認可能となる。図８（ａ）に示すように、縦方向及び横方向において、上述のように第２のレンズ１１２によって完全に平行化されていない光線の調整が行われるため、アイボックスＩｂ内の輝度を効率的に高めることができる。
【００５７】
（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００５８】
（１）液晶表示装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置１００は、複数の光線を放射する光源１１９と、複数の光線１１９を略平行化する第１のレンズ１１１と、略平行化された複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、進行方向に直交し、且つ、第１の方向と直交する第２の方向とに拡散させる第２のレンズ１１２と、第２のレンズ１１２から射出した光線の角度を調整する第３のレンズ１１３と、第１〜第３のレンズ１１１〜１１３を通過した複数の光線に基づき画像に応じた表示光Ｌｏを射出する液晶表示パネル１１８とを備えている。
【００５９】
従って、第１のレンズ１１１と第２のレンズ１１２と第３のレンズ１１３とで構成される３つのレンズを用いて、液晶表示パネル１１８（画像表示領域Ｄ）の全域を照射することが可能であり、従来技術に比べてレンズの使用個数が１個少なくなるため、部品点数が削減され、アイボックスへの光照射効率を維持しながらコスト上昇を抑制することができる。
【００６０】
（２）第２のレンズ１１２は、複数の光線が入射する入射面１１２ｉと、第２のレンズ１１２の内部を通過した複数の光線が射出する射出面１１２ｏとを備え、入射面１１２ｉ及び射出面１１２ｏには、第１、第２の方向に沿うように凸形状のレンズ部１１２ａ、１１２ｂが複数個アレイ状に配列される。このように入射面１１２ｉ及び射出面１１２ｏに凸形状のレンズ部１１２ａ、１１２ｂが配列（形成）されることで、非平行光Ｑも平行光Ｐと同様の光路を経るように調整される。よって、光線の拡散角度のばらつきが少なくなるため、アイボックスＩｂ内の輝度が効率的に高められる。
【００６１】
（変形例）
なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
【００６２】
上記実施形態における第２のレンズ１１２の出射面１１２ｏに形成される凸レンズ部１１２ｂを省略し、その出射面１１２ｏを平面状に形成してもよい。
【００６３】
上記実施形態では、第２のレンズ１１２及び第３のレンズ１１３は、それぞれ自身の保持部１１２ｃ及び保持部１１３ｂを介して第１のケース体１１４に保持されていたが、これら保持部１１２ｃ、１１３ｂを省略してもよい。この場合、例えば接着剤を用いて第２のレンズ１１２及び第３のレンズ１１３を第１のケース体１１４に接着してもよい。
【００６４】
上記実施形態では、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏは、凹トロイダル面形状を有していたが、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏは、凸レンズ形状、自由曲面形状、単純球面形状、シリンドリカル面形状または非球面形状であってもよい。また、第３のレンズ１１３の入射面１１３ｉは、平面形状を有していたが、これも射出面１１３ｏと同様に凹トロイダル面形状、凸レンズ形状、自由曲面形状、単純球面形状、シリンドリカル面形状または非球面形状であってもよく、このように入射面１１３ｉの形状が平面形状以外の形状であるような場合、射出面１１３ｏの形状を必要に応じて平面形状とすることも可能である。
【００６５】
上記実施形態では、光源１１９はＬＥＤであったが、その他、白熱電球等の光源であってもよい。
【００６６】
また、第２のレンズ１１２の凸レンズ部１１２ａ、１１２ｂのピッチ及び大きさ（曲率半径）は、適宜変更可能であることは言うまでもない。これらを変更することで、光線の拡散角度を調整することができる。
【００６７】
上記実施形態では、第１のレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａは、両凸レンズ状に形成されていたが、平凸レンズ状、フレネルレンズ状で形成してもよい。また、第１のレンズ１１１に替えて第１の光学素子として光線を略平行化するリフレクタを設けてもよい。
【００６８】
上記実施形態における凹面鏡１２０を省略してもよい。この場合、表示部１１０からの表示光Ｌｏが直接、投影部材であるフロントガラス２０１に照射される。
【００６９】
上記実施形態では、第２のレンズ１１２が光を拡散する第１の方向であるＺ方向（縦方向）と、第２の方向であるＹ方向（横方向）とは互いに直交していたが、交わっていればよく、必ずしも直交している必要はない。
【００７０】
上記実施形態では、第１〜第３のレンズ１１１〜１１３は長方形板状で形成されていたが、これに限らず、例えば、正方形、円、楕円または多角形の板状で形成されてもよい。第１〜第３のレンズ１１１〜１１３の形状変更に応じて、第１のケース体１１４の形状も変更する必要がある。
【００７１】
上記実施形態では、本発明に係る液晶表示装置を車載用のヘッドアップディスプレイ装置に適用したが、車載用に限らず、飛行機、船等の乗り物に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に適用してもよい。また、投影部材はフロントガラスに限られず、専用のコンバイナであってもよい。また、本発明に係る液晶表示装置をヘッドアップディスプレイ装置ではなく、屋内または屋外で使用されるプロジェクタ等の液晶表示装置に適用してもよい。また、投影部材は透光性を有するものに限られず、反射型のスクリーンなどであってもよい。また、例えば、本発明に係る液晶表示装置をメガネ型ウェアラブル端末に搭載してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１００    ヘッドアップディスプレイ装置
１１０    表示部
１１１    第１のレンズ（第１の光学素子）
１１１ａ  凸レンズ部
１１２    第２のレンズ（第２の光学素子）
１１２ａ、１１２ｂ  凸レンズ部
１１２ｉ    入射面
１１２ｏ    射出面
１１３    第３のレンズ（第３の光学素子）
１１３ｉ  入射面
１１３ｏ  射出面
１１４    第１のケース体
１１５    第２のケース体
１１７    光拡散部材
１１８    液晶表示パネル
１１９    光源
１２０    凹面鏡（反射ミラー）
２０１    フロントガラス（投影部材）
Ｌｏ    表示光
Ｖ    虚像
【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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