(57)【要約】  低消費電力化および低コスト化が可能であり、省スペース化が可能となる照明装置を提供する。同じ一方向に向けて照明光（L1）を各々出射する複数の光源(10)と、複数の光源(10)の各々に対応する複数の凸レンズ部(22)を有して、対応する光源(10)から出射された照明光(L1)を凸レンズ部(22)が集光する、複数の光源(10)の出射面側に配設された集光レンズ(20)と、複数の凸レンズ部(22)の各々に対応する複数のフレネルレンズ(34)を有し、集光レンズ(20)の出射面側に配設され、前記フレネルレンズが前記凸レンズ部から出射された各照明光(L2)を平行光(L3)に変換するフレネルレンズアレイ(30)と、フレネルレンズアレイ(30)の出射面側に配設され、フレネルレンズアレイ(30)から出射された照明光(L3)が入光してから出光する照明光(L4)の輝度を、照明光(L3)と比べて、平面方向において均一化する前記プリズム板(40)とを備える。
2018139157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ一方向に向けて照明光を各々出射する複数の光源と、
前記複数の光源の出射面側に配設されて、前記複数の光源の各々に対応する複数の凸レンズ部を有し、対応する前記光源から出射された前記照明光を前記凸レンズ部が集光する集光レンズと、
前記集光レンズの出射面側に配設されて、前記複数の凸レンズ部の各々に対応する複数のフレネルレンズを有し、前記フレネルレンズが前記凸レンズ部から出射された各照明光を平行光に変換するフレネルレンズアレイと、
前記フレネルレンズアレイの出射面側に配設されるプリズム板であって、前記フレネルレンズアレイから出射された照明光が入光してから出光する際に、当該出光した照明光の輝度を、前記入光した照明光と比べて、前記プリズム板の平面方向において均一化する前記プリズム板と、
を備える、照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記プリズム板の出射面側には両凹のシリンドリカルレンズが配設され、さらに、前記両凹のシリンドリカルレンズの出射面側には両凸のシリンドリカルレンズが配設されており、前記両凹のシリンドリカルレンズの軸方向と、両凸のシリンドリカルレンズの軸方向とが平行である、照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置であって、
前記複数の光源が一列に配設されており、当該一列の方向と、前記両凹のシリンドリカルレンズの軸方向および両凸のシリンドリカルレンズの軸方向とが平行である、照明装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の照明装置であって、
前記両凸のシリンドリカルレンズの出射面側に拡散体が配設されている、照明装置。
【請求項５】
前記照明光を出射する請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの照明光が透過することにより表示像を形成して出射する投影部材と、
出射された前記表示像を整形する光学系と、
を具備し、
整形された前記表示像を表示部材に投影することにより、当該表示像の虚像を観察者から視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１７年１月２７日出願の特願２０１７−０１２７５８の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、複数の光源を備える照明装置と、この照明装置を具備するヘッドアップディスプレイ装置とに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来から、透過型の液晶パネル（ＬＣＤ）のような投影部材に照明光が透過することにより形成された表示原像が、所定の光学系により拡大などされることで整形された表示像を、移動体（例えば車両）のフロントガラスのような表示部材に投影して表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置とも呼ぶ）が知られている。ＨＵＤ装置は、自動車などの車両に装備されて、運転時に、観察者である運転者や同乗者の視野へ上記表示像を映し出す装置であり、投影部材は、表示原像の平面ＬＣＤデータを表示し、そこへ照明光が透過することで表示原像が光学的に出射される。車両のフロントガラスや、コンバイナとも呼ばれるハーフミラーからなるディスプレイ等の透明な（または半透明な）上記表示部材には、車両の速度のような文字情報やナビゲーション用画像のような画像情報の表示像が投影され、車両前方の風景と当該表示像とが重畳して運転者に認識される。ヘッドアップディスプレイでは、表示像は無限遠の点に結像するため、運転者が外界から当該表示像に視点を切り替える際に、コンマ数秒程度の時間を要する生理現象、すなわち焦点を合わせ直すという生理現象が生じない利点がある。こうした、運転時に運転者の焦点合わせ直しが必要無く視認可能となるディスプレイであるＨＵＤ装置は、近年、需要が拡大している。現在、ＨＵＤ装置の市場は、２０１５年度に対して２０２２年度には８倍程度に増加するように見込まれている。【０００４】
そこで、例えば次に示すような従来技術のＨＵＤ用照明装置が知られている。
１．複数の光源であるＬＥＤに対応する凸部を複数有する集光レンズを２段備え、ＬＥＤから遠方にある方の２段目の集光レンズが光の結像位置を調整することで、有効径や焦点距離を小さくしつつ広い表示面積とでき、高い照明効率を達成した照明ユニット（特許文献１）。
２．凸部を複数有する集光レンズのレンズ光軸に位置合わせされた光源と、光軸から偏心された光源とを使用することで、結像位置のずれを抑制し、虚像の輝度ムラを低減させた照明ユニット（特許文献２）。【０００５】
３．複数の光源であるＬＥＤと、光源から照射された光を集光するレンズアレイと、光の方向を調整するフィールドレンズを備え、フィールドレンズが少なくとも入射面側の一部の領域に拡散領域を有し、該拡散領域にフィールドレンズからの重複した光（隣り合う入射光同士が重なり合った部分の光）を透過させることで、この重複した光を拡散させて明線（輝線）が発生する輝度ムラを低減させた照明装置（特許文献３）。
４．複数の光源に対応する凸レンズを複数有するレンズアレイを備え、隣り合う凸レンズ間に形成される谷間である境界線の少なくとも一部を凹凸形状とすることで、該境界線からの出射光の輝度を平均化させて暗線が発生する輝度ムラを低減させた照明装置（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２３２６０８号公報
【特許文献２】特開２０１５−２３２９４３号公報
【特許文献３】特開２０１５−２１９４２５号公報
【特許文献４】特許４９５２７６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＨＵＤ装置において照明光を出射する照明装置を含むバックライトが、例えば複数のＬＥＤからなる光源を備えることで、装置全体の輝度を向上させることができる。しかし、例えば、図１５（Ａ）に示すように、複数のＬＥＤ光源１０…１０の配置によっては、一のＬＥＤ光源１０から発せられた照明光Ｌ３と、隣り合う他のＬＥＤ光源１０から発せられた照明光Ｌ３とが、図中の破線楕円ＡＡで示すように重なり合う（当該重なり合った部分の光を重複光と呼ぶ）。この場合、照明光Ｌ３が重複した領域が他の領域と比べて明るくなることで、バックライトからの出射光に輝度ムラ（この場合、いわゆる明線）が視認される。また、図１５（Ｃ）に示すように、複数のＬＥＤ光源１０…１０の配置によっては、一のＬＥＤ光源１０から発せられた照明光Ｌ３と、隣り合う他のＬＥＤ光源１０から発せられた照明光Ｌ３とが、図中の破線楕円ＣＣで示すように重なり合うことが無い一方で、各照明光Ｌ３の間に隙間が生じる（この隙間を有する照明光を隙間光と呼ぶ）。この場合、各照明光Ｌ３間の隙間の領域が他の領域と比べて暗くなることで、バックライトからの出射光に輝度ムラ（この場合、いわゆる暗線）が視認されることになる。なお、図１５の図（Ａ）〜（Ｃ）では、レンズアレイ３０’は、出射面側に、コリメータレンズ３４’を隣り合って複数有するコリメータレンズアレイを例に表されているが、他に、出射面側に、フレネルレンズを隣り合って複数有するフレネルレンズアレイであってもよい。【０００８】
一方で、こうした不必要な方向に光を出射している上記重複光や隙間光のようなロス光が多くなると、重複光の場合には、重複光の分だけＬＥＤ出力が過多となり、また隙間光の場合には、隙間光による輝度低下を補うために、ＬＥＤ出力を大きくする必要が生じる。これらの場合のように、ＬＥＤ出力が大きくなることにより、その放熱量が大きくなるので、ＬＥＤ冷却用のヒートシンクが大型化し、結果として、バックライト装置が大型化する。特許文献２〜４の従来技術では、上記のような輝度ムラを低減するが、ロス光の発生自体を低減するものではないため、こうした放熱量の増大、ヒートシンクの大型化、およびバックライト装置の大型化を回避できない。なお、特許文献１の従来技術は、上記の輝度ムラを低減する技術ではない上、ロス光の発生自体を低減する技術でもないため、同様に、放熱量の増大、ヒートシンクの大型化、およびバックライト装置の大型化を回避できない。【０００９】
加えて、ヘッドアップディスプレイ用のバックライトとしては、１．８インチサイズ等の３００万ｃｄ／ｍ2以上の超高輝度の光源が必要となるため、少数灯の高出力のＬＥＤを用いるとともに、拡散体を用いて面発光均一性を持たせるという構成が一般的であるが、多数灯の低出力ＬＥＤを用いても構成可能である。少数灯の高出力ＬＥＤを用いる場合は、ロス光の発生量が増加するため、放熱量の増大、ヒートシンクの大型化、およびバックライト装置の大型化を招いてしまうが、多数灯の低出力ＬＥＤを用いる場合には、ロス光の発生個所が増加するため、特許文献１〜４の従来技術のようなロス光の発生自体を低減しない構成では、ＬＥＤ灯数のさらなる増加を招き、その結果、放熱量の増大、ヒートシンクの大型化、およびバックライト装置の大型化を招くことになる。【００１０】
そこで、本発明は、放熱量増大の抑制すなわち低消費電力化および低コスト化が可能であり、ヒートシンクの大型化およびバックライト装置の大型化の抑制すなわち装置の省スペース化が可能となる照明装置およびヘッドアップディスプレイ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】
【００１１】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。【００１２】
すなわち、本発明にかかる照明装置は、
同じ一方向に向けて照明光を各々出射する複数の光源と、
前記複数の光源の出射面側に配設されて、前記複数の光源の各々に対応する複数の凸レンズ部を有し、対応する前記光源から出射された前記照明光を前記凸レンズ部が集光する集光レンズと、
前記集光レンズの出射面側に配設されて、前記複数の凸レンズ部の各々に対応する複数フレネルレンズを有し、前記フレネルレンズが前記凸レンズ部から出射された各照明光を平行光に変換するフレネルレンズアレイと、
前記フレネルレンズアレイの出射面側に配設されるプリズム板であって、前記フレネルレンズアレイから出射された照明光が入光してから出光する際に、当該出光した照明光の輝度を、前記入光した照明光と比べて、前記プリズム板の平面方向において均一化する前記プリズム板と、
を備える。【００１３】
この構成によれば、集光レンズにより複数の光源から出射した照明光を集光するように当該照明光の広がりを抑制すると共に、フレネルレンズアレイの各フレネルレンズが凸レンズ部からの各照明光を平行光に変換して上記平面方向視における輝度を向上させる。さらに、プリズム板が、前記プリズム板の前記平面方向において、前記複数の光源間、すなわち前記複数のフレネルレンズ間に見られる各照明光の境界（例えば、上記重複光または隙間光により生じる照明光の明暗の差）を目立たなくすることで、前記プリズム板から出光した照明光の輝度を、前記入光した照明光と比べて、均一化する。すなわち、当該構成により、フレネルレンズから出射した各出射光の、前記プリズム板の平面方向における輝度分布が均一化される。よって、ロス光の発生自体を低減でき、低消費電力化および低コスト化が可能であり、装置の省スペース化が可能となる。この効果は、前記光源としてＬＥＤを多数灯用いる場合に、より顕著となる。【００１４】
本発明において、前記プリズム板の出射面側には両凹のシリンドリカルレンズが配設され、さらに、前記両凹のシリンドリカルレンズの出射面側には両凸のシリンドリカルレンズが配設されており、前記両凹のシリンドリカルレンズの軸方向と、両凸のシリンドリカルレンズの軸方向とが平行であることが好ましい。これにより、両凹のシリンドリカルレンズが、前記軸方向と直交する方向へプリズム板から出光した光の光線幅を拡大し、両凸のシリンドリカルレンズが、両凹のシリンドリカルレンズからの光を平行光へとコリメートすることで、輝度均一性に優れた面発光を低消費電力および低コストの構成で実現できる。【００１５】
上記シリンドリカルレンズを配設する場合において、前記複数の光源が一列に配設されており、当該一列の方向と、前記両凹のシリンドリカルレンズの軸方向および両凸のシリンドリカルレンズの軸方向とが平行であることが好ましい。これにより、複数の点光源が、一列に配設されることで、線光源となるように配設されているので、両凹のシリンドリカルレンズが、前記軸方向と直交する方向へ出光された光の光線幅を拡大して線状光から面状光へと変換し、両凸のシリンドリカルレンズが、上記のように両凹のシリンドリカルレンズからの光を平行光へと変換できる。【００１６】
本発明において、前記両凸のシリンドリカルレンズの出射面側に拡散体が配設されていることが好ましい。拡散体の使用により、輝度ムラをさらに低減できる。【００１７】
本発明にかかるヘッドアップディスプレイ装置は、前記照明光を出射する上記のいずれかの照明装置と、前記照明装置からの照明光が透過することにより表示像を形成して出射する投影部材と、出射された前記表示像を整形する光学系と、を具備し、整形された前記表示像を表示部材に投影することにより、当該表示像の虚像を観察者から視認可能に表示する。【００１８】
この構成によれば、上記の特徴および作用効果を有するいずれかの照明装置を具備するので、ロス光の発生自体を低減でき、低消費電力化および低コスト化が可能であり、装置の省スペース化が可能なヘッドアップディスプレイ装置を実現できる。これは、ＬＥＤを多数灯用いる場合に、より顕著となる。【００１９】
請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置の概略側面図である。
【図２】同ヘッドアップディスプレイ装置の他の例の概略側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るバックライトの外観を示す斜視図である。
【図４】同バックライトの外観を示す正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る照明装置の構成を示す分解正面図である。
【図６】同照明装置の構成を示す分解斜視図である。
【図７】同照明装置を出射面側から見た各構成部品の平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】同照明装置の構成部品である集光レンズを示す斜視図である。
【図１１】同照明装置の構成部品であるフレネルレンズアレイを示す斜視図である。
【図１２】同照明装置の構成部品であるプリズム板を示す斜視図である。
【図１３】同照明装置の構成部品である両凹のシリンドリカルレンズを示す斜視図である。
【図１４】同照明装置の構成部品である両凸のシリンドリカルレンズを示す斜視図である。
【図１５】（Ａ）は重複光を説明する図であり、（Ｂ）は重なりの無い平行光を説明する図であり、（Ｃ）は隙間光を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号は、同一または相当部分を示し、特段変更等の説明がない限り、適宜その説明を省略する。
【００２３】
図１に、一実施形態に係る車両６００に搭載されたヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置７００の概略側面図を示す。ＨＵＤ装置７００は、後述の照明装置１００（図３）を含むバックライト２００と、投影部材３００と、光学系４００とを具備する。ＨＵＤ装置７００は、例えば車両６００のダッシュボード６２０内部の、ステアリングホイール６１０やインストルメントパネル（不図示）が備えられた付近に載置される。具体的に、バックライト２００は、図３の斜視図、および図４の正面図に示すように、例えば黒色のアッパーフレーム２１０に覆われ、放射面１０１が露出した照明装置１００を有する。照明装置１００の放射面１０１から例えば均一な白色光である照明光が出射される。
【００２４】
図１の投影部材３００は、透過型のドットマトリクスＴＦＴ液晶パネル（ＬＣＤ）等であり、画像や文字データである表示原像の平面ＬＣＤデータを液晶パネルへ表示し、そこへ照明装置１００の放射面１０１からの照明光が透過することにより、表示原像が形成され、該表示原像が光学的に出射される。光学系４００は、この例では凹面鏡であるが、レンズ、プリズム、光ファイバ等の光学素子であってもよい。光学系４００により、表示原像は、整形されて表示像となり、車両６００のフロントガラス等である表示用の表示部材５００Ａ（以下、フロントガラス５００Ａ）に投影される。このフロントガラス５００Ａの曲面の曲率、およびフロントガラス５００Ａとバックライト２００との間の光学的な向きや位置関係等に依存して、フロントガラス５００Ａに投影される表示像の大きさ、傾きおよび歪み等が決まるので、上記表示原像は、光学系４００により拡大または縮小、および上記傾きや歪みの矯正などの整形が施され、すなわちフロントガラス５００ＡとＨＵＤ装置との間の光学特性が最適化され、表示部材への表示用の表示像となる。
【００２５】
フロントガラス５００Ａには、車両の速度のような文字情報やナビゲーション用画像のような画像情報である表示像が投影され、当該表示像と車両前方の風景とが重畳して運転者に認識され、運転者の視点（または視野）Ｄでは、例えば表示像が車両前方３〜５ｍ先に、車両前方の風景の中に浮かんでいる様に見える。なお運転を阻害しないように、表示像は、例えば車両の運転に必要な情報のみがフロントガラス５００Ａの隅近辺に表示されたものになる。
【００２６】
なお、表示像が投影される表示部材は、図１ではフロントガラス５００Ａであったが、図２に示すコンバイナ５００Ｂであってもよい。コンバイナ５００Ｂは、例えばハーフミラーからなるディスプレイであり、表示像が投影されると、コンバイナ５００Ｂを介して、車両前方の風景と当該表示像とが重畳して運転者に認識される。コンバイナ５００ＢとＨＵＤ装置７００とは一体化された装置で販売される場合があり、この場合、既に出荷前の段階で、コンバイナとＨＵＤ装置との間の光学特性を最適化した装置で販売可能であり、そのまま車両に取り付けるだけで済むことができて好適である。
【００２７】
図５の照明装置１００の分解正面図に示すように、照明装置１００は、照明光を出射する複数の光源１０…１０と、集光レンズ２０と、フレネルレンズアレイ３０と、プリズム板４０とを、出射方向（図５の上方向）に向けてこの順で備える。さらに、照明装置１００には、プリズム板４０の出射面側に両凹のシリンドリカルレンズ５０が配設され、両凹のシリンドリカルレンズ５０の出射面側に両凸のシリンドリカルレンズ５５が両凹のシリンドリカルレンズ５０から間隔をあけて配設されている。複数の光源１０は、図６の照明装置１００の分解斜視図に示すように、一列の直線状に配列され、この一列の方向に直交する同じ一方向（図６の上方）に向けて照明光Ｌ１を各々出射する。フレネルレンズアレイ３０、プリズム板４０、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５は、上下方向視で、複数の光源１０の前記一列の配列方向に長手方向を有する概略長方形状である。両凹のシリンドリカルレンズ５０の長手方向すなわち後述の曲率半径と直交する軸方向（図６の軸Ｃ１）と、両凸のシリンドリカルレンズ５５の長手方向すなわち後述の曲率半径と直交する軸方向（軸Ｃ２）とは平行となっている。
【００２８】
本実施形態では、複数の光源１０、集光レンズ２０、フレネルレンズアレイ３０、プリズム板４０、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５の間の間隔は、例えば各々、１．０ｍｍ、７．０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５ｍｍ、１５．０ｍｍである。本実施形態では、両凸のシリンドリカルレンズ５５の出射面側に、図５の拡散体（拡散シート）７０を備えている。なお、照明装置１００の出射面側の最前面には、拡散シート７０を保護する不図示の透明ガラスもしくは透明樹脂が存在してよく、この場合には該透明ガラスもしくは透明樹脂が放射面１０１を形成する。
【００２９】
本実施形態では、複数の光源１０の前記一列の配列方向と、上記両凹のシリンドリカルレンズ５０の軸方向Ｃ１および両凸のシリンドリカルレンズ５５の軸方向Ｃ２とは平行となっている。光源１０は、例えば、日亜化学製の品番：NJSW170Cのような、ミドルパワーで低コストの白色ＬＥＤである。図５に示す複数（図５の例では４個）の光源１０は、各光源１０の給電および制御を行う配線基板１２上に例えば半田付けされている。複数の光源１０は、図７に示すように前記一列方向に６個だけ配設されており、配置ピッチＰ１（図８）が８ｍｍで等間隔であり、かつ複数のＬＥＤ素子の向きすなわち出光方向が同じとなるように配列されている。図５に示す配線基板１２には、従来のように、各光源１０で発生する熱を放熱する冷却部材であるヒートシンク（不図示）が、複数の光源１０が実装されている面とは逆の面に、電気絶縁状態で取り付けられてもよい。
【００３０】
本実施形態の照明装置１００の光源１０では、１灯あたりのパワーは劣るが、低コストのＬＥＤを多数用いて、光の利用効率を高めることにより、大幅なサイズダウン、およびコストダウンを実現している。従来品の消費電力十Ｗ弱のバックライトのユニットサイズ（例：長さ７０〜８５×幅４０〜４５×高さ３０〜３５ｍｍ程度）に対して、本実施形態の例の消費電力約２Ｗのバックライトユニットサイズは、例えば、長さ７０×幅３５×高さ３７ｍｍとなっている。また、後述のように、消費電力の低減も達成しており、これによって、従来必要であったヒートシンクを不要とできた効果も大きく、省スペース化を実現することができている。なお、要求される輝度やバックライトのサイズによっては、ヒートシンクが必要となる場合は生じうる。しかし、この場合でも、従来と比べてヒートシンクを小型化でき、省スペース化を実現できる。
【００３１】
図５の集光レンズ２０は、複数の光源１０の各々に対応する複数の凸レンズ部２２…２２を有して、対応する光源１０から出射された照明光Ｌ１を前記凸レンズ部２２が集光して、照明光Ｌ２を出射する。すなわち、集光レンズ２０は、複数の光源１０から出射した照明光Ｌ１を集光するように当該照明光の広がりを抑制する。集光レンズ２０は、複数の光源１０の出射面側に配設されている。複数の凸レンズ部２２は、図８及び図９に示すように、集光レンズ２０の出射面側に、互いに離れて配設されており、図７に示すように、複数の光源１０の各々と、上下方向視でほぼ同位置に存在することで、対応している。よって、複数の凸レンズ部２２は、複数の光源１０と同数の６個だけ集光レンズ２０上に形成されている。
【００３２】
集光レンズ２０は、ＰＭＭＡまたはＰＣなどの熱可塑性樹脂を射出成型して製造される（本実施形態では、ＰＣとする）。集光レンズ２０は、長さ約６０ｍｍ、幅約８ｍｍ、奥行き約３．１ｍｍである。また、本実施形態では、図１０に示す各凸レンズ部２２の曲率半径は例えば約３ｍｍ、隣接する凸レンズ部２２の間隔Ｐ２は、例えば８ｍｍであり、凸レンズ部２２の頂点は、１．６ｍｍだけ集光レンズ２０の主面２４から膨出している（すなわち、凸レンズ部２２の最大厚み＝１．６ｍｍ）。
【００３３】
図５のフレネルレンズアレイ３０は、複数の凸レンズ部２２の各々に対応する複数のフレネルレンズ３４…３４を有する。フレネルレンズアレイ３０は、集光レンズ２０の出射面側に配設されている。各フレネルレンズ３４には、対応する凸レンズ部２２から出射された各照明光Ｌ２が入光し、これらの各フレネルレンズ３４から、この照明光Ｌ２の光の向きを平行（実質的に平行と見做せる場合を含む）に揃えて変換された照明光Ｌ３が出射される。具体的には、フレネルレンズ３４が各照明光Ｌ２の光の広がりを抑制することで、隣り合う照明光Ｌ３同士が重なりの無い平行光となった（少なくとも重複光とはならない）照明光Ｌ３が、フレネルレンズ３４から各々出射する。これにより、集光レンズ２０の複数の凸レンズ部２２の各々に対応する複数のフレネルレンズが、凸レンズ部２２からの各照明光Ｌ２を平行光Ｌ３に変換して、プリズム板４０の平面方向ｘｙ（図６）視における輝度を向上させる。
【００３４】
複数のフレネルレンズ３４は、図１１に示すように、フレネルレンズアレイ３０の出射面側に、互いに隣接して配設されており、図７に示すように、複数の光源１０および凸レンズ部２２の各々と、上下方向視でほぼ同位置に存在することで、対応している。なお、図７では、見易さの面から、各フレネルレンズ３４を正方形（例えば一辺の長さが約８ｍｍ）の枠のみで示している。よって、複数のフレネルレンズ３４は、複数の光源１０と同数の６個だけフレネルレンズアレイ３０上に形成されている。すなわち、フレネルレンズアレイ３０全面から出射光Ｌ３が出射されるが、詳細にみると、６個の発光領域毎に分けられて出射光Ｌ３が出射する。
【００３５】
フレネルレンズアレイ３０は、ＰＭＭＡまたはＰＣなどの熱可塑性樹脂を射出成型して製造される（本実施形態では、集光レンズ以外の樹脂部品は、ＰＭＭＡとする）。フレネルレンズアレイ３０は、長さ約４８ｍｍ、幅約８．１ｍｍ、奥行き約８．４ｍｍである。また、本実施形態では、図１１に示す各フレネルレンズ３４は、レンズを構成する各円環状突起（中心の円形突起も含む）３２が同心円状に形成され（ピッチ長は０．１〜０．５ｍｍ程度）、かつ、上記の一辺約８ｍｍの正方形に収まって、隣り合うように形成されており、各円環状突起３２が０．１ｍｍだけフレネルレンズアレイ３０の主面３５から突出している（すなわち、フレネルレンズ３４の最大厚み＝０．１ｍｍ）。
【００３６】
本実施形態のフレネルレンズ３４では、前述した図１５（Ａ）中の破線楕円ＡＡで示す重複光や、図１５（Ｃ）中の破線楕円ＣＣで示す隙間光が発生することがなく、図１５（Ｂ）に示すように、隣り合う各照明光Ｌ３が重なりの無い平行光となるように、凸レンズ部２２による照明光Ｌ２の広がり抑制に加えて、この凸レンズ部２２から出射された照明光Ｌ２の広がりを、さらに、対応するフレネルレンズ３４が抑制して照明光Ｌ３を出射してもよい。この場合、照明光Ｌ３では光の向きが上記のように平行に揃えられ、本実施形態の照明装置１００は、ロス光（重複光または隙間光）の発生自体を低減でき、後述のプリズム板４０を使用しないで済む可能性がある。なお、図１５の図（Ａ）〜（Ｃ）では、レンズアレイ３０’は、出射面側に、コリメータレンズ３４’を隣り合って複数有するコリメータレンズアレイで表されているが、本実施形態では、フレネルレンズ３４（３４’）を隣り合って複数有するフレネルレンズアレイ３０である。
【００３７】
プリズム板４０は、例えば各フレネルレンズ３４から出射した照明光Ｌ３同士が、図１５（Ａ）、（Ｃ）で示した重複光または隙間光となる可能性がある場合に、設けられる。すなわち、プリズム板４０が、前記プリズム板の平面方向ｘｙにおいて、前記複数の光源１０間、すなわち前記複数のフレネルレンズ３４間に見られる各照明光の境界（例えば、上記重複光または隙間光により生じる照明光の明暗の差）を目立たなくすることで、プリズム板４０から出光した照明光Ｌ４の輝度を、前記入光した照明光Ｌ３と比べて、均一化する。すなわち、当該構成により、フレネルレンズ３４から出射した各出射光Ｌ３の、プリズム板４０の平面方向ｘｙにおける輝度分布が均一化できる。このプリズム板４０が設けられることで、フレネルレンズアレイ３０の各フレネルレンズ３４から出射された照明光Ｌ３の出射方向や当該出射光Ｌ３の広がり等について、上記重複光または隙間光とならないようにするために必要であった、フレネルレンズ３４を精密に調整する工程を不要とできる。
【００３８】
プリズム板４０は、アクリル樹脂を射出成型して製造される。プリズム板４０は、長さ約５０ｍｍ、幅約９ｍｍ、奥行き約５ｍｍである。また、本実施形態では、図１２に示すプリズム板４０は、長手方向（上記軸方向軸Ｃ１および軸Ｃ２と平行）に直交する方向に、断面が二等辺三角形である微細な突条部４２が、約０．１ｍｍピッチで連続して形成されている。突条部４２の上記二等辺三角形は、頂角が５０〜６５度で、具体的には例えば約５５度であり、高さが約０．１ｍｍとなっている。プリズム板４０の前記頂角、前記高さおよび板厚は、前記明線および前記暗線が生じないように、実験やシミュレーションの結果等により、最適化されている。
【００３９】
本実施形態では、集光レンズ２０に加えて、上記のフレネルレンズアレイ３０およびプリズム板４０を備えることで、少なくとも重複光の発生を低減できるので、ＬＥＤ１０の低消費電力化および低コスト化が可能となる。また不図示のヒートシンクを不要とできる、または小型化できるので、装置の省スペース化が可能となる。この効果は、ＬＥＤを多数灯用いる場合に、より顕著となる。
【００４０】
両凹のシリンドリカルレンズ５０は、前記軸Ｃ１と直交する方向へプリズム板４０から出光した光Ｌ４の光線幅を拡大する。一方、両凸のシリンドリカルレンズ５５は、両凹のシリンドリカルレンズからの光Ｌ５を、前記軸Ｃ１（すなわち軸Ｃ２）と直交する方向への光の広がりを抑制することで、平行光Ｌ６へとコリメートし、いわゆる面発光を実現する。本実施形態では、複数の点光源１０が、一列の直線状に配設されることで、線光源となるように配設されているので、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５を上記順序で並置されることで、直線（若干幅を有する実質帯状の直線を含む）状の照明光Ｌ４を面状の照明光Ｌ６へと変換でき、照明装置１００を面光源とできる。このように、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５を併用することで、輝度均一性に優れた面発光を実現できる。
【００４１】
図１３に示す両凹のシリンドリカルレンズ５０、および図１４に示す両凸のシリンドリカルレンズ５５は、アクリル樹脂を射出成型して製造される。また、本実施形態では、両凹のシリンドリカルレンズ５０および両凸のシリンドリカルレンズ５５は、各々、非球面であり、長手方向（軸Ｃ１および軸Ｃ２と平行）に直交する面内で曲線の横断面形状を有する曲面５２、５８を有し、各曲面５２、５８は表裏２面存在している。すなわち、曲面５２、５８は、各々、シリンドリカルレンズ５０および５５の図中上下の両面に存在し、軸心Ｃ１、Ｃ２と直交する面上で曲率半径Ｒ１，Ｒ２を有する。両凹のシリンドリカルレンズ５０の２つの非球面の最大凹部分間の厚さは、約１ｍｍであり、長さ約５０ｍｍ、幅は約１０ｍｍ、奥行き約３．４ｍｍである。また、両凸のシリンドリカルレンズ５５の厚さ（２つの非球面の最大凸部分間の長さ。すなわち奥行き。）は、約７ｍｍであり、長さ約５０ｍｍ、幅は約２４ｍｍである。
【００４２】
拡散シート７０は、例えば熱可塑性のエンジニアリングプラスチックであるＰＥＴ樹脂等からなり、表面に微小なレンズアレイが形成されることで、または光を拡散する樹脂が表面にコーティングされることで、通過した光を拡散してより均一な照明光を提供しうる。拡散シート７０は、輝度ムラ低減のため、両凸のシリンドリカルレンズ５５からの出射光Ｌ６をさらに拡散させる光拡散機能を有する。
【００４３】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【００４４】
１０                            （複数の）光源
２０                            集光レンズ
２２                            （複数の）凸レンズ部
３０                            フレネルレンズアレイ
３４                            フレネルレンズ
４０                            プリズム板
５０                            両凹のシリンドリカルレンズ
５５                            両凸のシリンドリカルレンズ
７０                            拡散シート（拡散体）
１００                          照明装置
３００                          投影部材
４００                          光学系
７００                          ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）装置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４          照明光
Ｌ５、Ｌ６                      照明光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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