(57)【要約】集束された光束を発生するための装置において、発光ダイオードマトリクス（１、２、３）から成る光源が設けられ、さらに、光源と光射出開口部（９、１８）との間に発光ダイオードから発生される光の集束及び拡散のための光学装置が設けられており、集束及び拡散のための装置は格子状リフレクタ（５）を有し、格子状リフレクタ（５）はそれぞれマトリクス点に対して光チャネルを形成し、格子状リフレクタ（５）の壁面（６）は反射性を有し、さらに、光源（１、２、３）に向かい合った光チャネルの端部は集光レンズ（４）を含む。
2006501503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束された光束を発生するための装置において、
発光ダイオードマトリクス（１、２、３）から成る光源が設けられ、さらに、該光源と前記光射出開口部（９、１８）との間に発光ダイオードから発生される光の集束及び拡散のための光学装置が設けられており、該集束及び拡散のための装置は格子状リフレクタ（５）を有し、該格子状リフレクタ（５）はそれぞれマトリクス点に対して光チャネルを形成し、前記格子状リフレクタ（５）の壁面（６）は反射性を有し、さらに、前記光源（１、２、３）に向かい合った光チャネルの端部は集光レンズ（４）を含むことを特徴とする、集束された光束を発生するための装置。
【請求項２】
全ての光チャネルの集光レンズ（４）は光源（１、２、３）と格子状リフレクタ（５）との間に配置されたプレートと一体構造に結合されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
集光レンズ（４）はグループ毎に光源（１、２、３）と格子状リフレクタ（５）との間に配置されたウェブと一体構造に結合されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項４】
レンズの曲率半径は異なる方向において異なっている（非点収差レンズ）ことを特徴とする、請求項１〜３のうちの１記載の装置。
【請求項５】
光射出開口部にはライトバルブを含む画像再生装置（９）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集束された光束を発生するための装置に関する。
【０００２】
情報が乗り物の運転者の視線を走行すべき道路又は飛行すべき大気圏から逸らす必要なしに、運転者にこれらの情報を伝達するためには、いわゆるヘッドアップディスプレイが公知であり、これらのヘッドアップディスプレイによって情報を表示する画像が乗り物のフロントガラスに挿入される。明るい周囲光においても見えるように、このために画像の高い輝度が必要である。また、別の照明目的のためには集束された光束が必要であり、例えばリーディングランプ又はショーウィンドウ及び展示会のための照明器具として必要である。
【０００３】
本発明の課題は、従って、とりわけ僅かな組み込みサイズ及び僅かな重量を有し、できるだけ小さい損失電力を有し乃至は熱として放出し、従って乗り物における動作にも適している装置によって、光束を発生することである。
【０００４】
上記課題は、本発明によれば、集束された光束を発生するための装置において、発光ダイオードマトリクスから成る光源が設けられ、さらに、光源と光射出開口部との間に発光ダイオードから発生される光の集束及び拡散のための光学装置が設けられており、集束及び拡散のための装置は格子状リフレクタを有し、格子状リフレクタはそれぞれマトリクス点に対して光チャネルを形成し、格子状リフレクタの壁面は反射性を有し、さらに、光源に向かい合った光チャネルの端部は集光レンズを含むことによって解決される。
【０００５】
本発明の装置ではそれぞれマトリクス点が、複数の発光ダイオードによって形成されていると有利であることが判明した。これらの複数の発光ダイオードは異なる色を発生する発光ダイオードでもよい。さらに本発明は光チャネル毎のそれぞれ個々のレンズの適用事例には限定されない。
【０００６】
本発明の装置のコスト安な製造は、全ての光チャネルの集光レンズが光源と格子状リフレクタとの間に配置されたプレートと一体構造に結合されていることによって可能である。このプレートはもちろん横方向の望ましくない光伝達を可能にしてしまう。これは集光レンズがグループ毎に光源と格子状リフレクタとの間に配置されたウェブと一体構造に結合されていることによって阻止される。
【０００７】
本発明の有利な実施形態では、レンズの曲率半径は異なる方向において異なっている（非点収差レンズ）。これによって光分布がとりわけ縦長の光射出開口部において改善される。
【０００８】
別の有利な実施形態では、光射出開口部にはライトバルブを含む画像再生装置が配置されている。この実施形態は、画面全体に亘って高い輝度及び一様な輝度分布を有する高解像度の画像を発生するためのコンパクトな装置を可能にする。この場合、集束及び拡散のための装置は、個々の発光ダイオードの障害的な結像が行われることなしに発光ダイオードにより発生される光が画像再生装置の面に集束されるようにする。本発明の装置の有利な適用領域はビークルアプリケーションのためのグラフィックなヘッドアップディスプレイである。
【０００９】
画像再生装置によって本発明の装置は以下において説明されるさらにいくつかの利点を有する。ＲＧＢ光源とカラーディスプレイとの間の同調によってヘッドアップディスプレイにおけるグラフィックなカラー画像の表示が十分な輝度において可能となる。リフレクタとレンズとの協調によって、液晶ディスプレイの面におけるバックライトの一様な色及び輝度分布が達成される。
【００１０】
液晶カラーディスプレイでは構成可能な画像内容はカラーで表示されうる。従って、画像内容は色状況に適合されうる。画像発生装置全体の組み込みスペースは実際の実施例ではほんの数立方センチメートルである。発光ダイオード及びこれに所属するディスプレイの色の選択によってそれぞれ表示しうる色空間が制御される。例えば、ＲＧＢ発光ダイオードラスタの代わりに赤色・緑色発光ダイオードラスタが選択され、相応のやり方で液晶においてブルーのフィルタエレメントがグリーンのフィルタエレメントによって代替されうる。この場合、はるかに高い輝度を有する制限された色空間が生じる。
【００１１】
本発明は多数の実施形態を許容する。これらのうちのいくつかを概略的に複数の図面に基づいて図示し、以下において記述する。
図１は実施例の断面図であり、
図２は図１の実施例における格子状リフレクタの平面図であり、
図３は更に別の実施例の断面図であり、
図４は異なる詳細を説明するための図１の一部分の拡大表示であり、
図５は別の実施例の一部分の拡大表示であり、
図６はレンズアレイの一部分である。
【００１２】
図１及び図２の実施例では光源としてそれぞれ４つの発光ダイオード１の４×８グループのラスタが設けられており、これらの発光ダイオードは担体２に載置されている。これらのグループの間にはウェブ３があり、これらのウェブ３の傾斜した表面はリフレクタとして使用される。
【００１３】
光源１、２、３の上にレンズアレイ４があり、このレンズアレイ４には格子状リフレクタ５が接合されている。
【００１４】
ウェブ３、レンズアレイ４ならびに格子状リフレクタ５の斜めに延在する表面６は一様な光分布を惹起する。リフレクタ５のウェブ７によるシェーディングを回避するために、フレーム８が設けられており、このフレーム８はリフレクタ５と液晶ディスプレイ９との間の間隔を惹起する。液晶ディスプレイ９の下には拡散板１０が存在し、この結果、液晶ディスプレイ９のバックライトの一様性がさらに改善される。
【００１５】
フレーム８は液晶ディスプレイの傾斜状態を惹起し、この結果、上から入射する光は液晶ディスプレイから出て観察者に到達する光と同じ方向には反射されない。
【００１６】
図２は液晶ディスプレイ９及び拡散板１０を取り去った場合の図１の装置を示す。発光ダイオード１が図２の図示によればそれ自体レンズアレイ４を通して見える。しかし、簡略化のために、発光ダイオード１の相応の歪みは図示されていない。
【００１７】
図３の実施例は照明装置を図示しており、この照明装置において光射出開口部はガラスプレート１８から成り、このガラスプレート１８はフレーム１７の上に配置されている。そのほかはこの実施例は図１の実施例のように構成されている。
【００１８】
図４は基本的に図１の部分拡大図を図示しており、液晶ディスプレイ及び光源の詳細の説明のために使用される。液晶ディスプレイ９は２つのガラスプレート１１、１２との間に液晶１３ならびにカラーフィルタ１４を有す。後者は３つの異なる色の色点のラスタから成り、これは図４では異なるハッチングによって示されている。カラーフィルタのラスタと関連してここには図示されていない制御電極が設けられており、これらの制御電極はそれぞれ液晶とともにライトバルブを形成する。ガラスプレート１１、１２の外側には互いに直交する偏光面を有する偏光子１５、１６が存在する。
【００１９】
図１との関連において短く記述された光源は図４ではより詳しく図示されている。
【００２０】
４つの発光ダイオード１はウェブ３によって形成される穴の中心部に高くサブマウント２０の上に配置されている。これらの発光ダイオードはボンディングワイヤ２１を介して線路２５に接続されており、これらの線路２５は単に概略的にハッチングによってそれによって占められる面積が図示されている。有利な実施形態ではこれらの発光ダイオードのうちの１つが赤に発光し、２つが緑に発光し、第４の発光ダイオードが青に発光する。この配置では光が混合して白くなる。サブマウント２０とウェブ３との間のスペースは白い注封材料２２によって充填されており、この白い注封材料２２の表面２４は発光ダイオード１から側面に放射される光に対するリフレクタとして使用される。透明な注封材料２３は中空スペースの形成を阻止する。
【００２１】
光源１、２、３とレンズアレイ４との間の結合は図４に図示された実施例ではシリコーンゲルから成る層２６、ＰＣＦ層２７及び適当な接着剤２８を介して行われる。
【００２２】
ＰＣＦ層２７によって、発光ダイオードにより発生される光から下部偏光子１５の方向に偏光されている光だけが通過され、この結果、ＰＣＦ層２７での偏光によって光が失われない。これとは異なって偏光されている光はＰＣＦ層２７によって反射され、次いで表面２４によって拡散反射される。これからまた相応の偏光を有する成分がさらにＰＣＦ層２７を通過し、この結果、ＰＣＦ層は全体として輝度の上昇に寄与する。
【００２３】
図５はＰＣＦ層なしの実施例を示す。さらに図５において図示された部分は装置の縁部に存在する。
【００２４】
図６は８つのレンズを有するレンズアレイ３１を示し、これらの８つのレンズはウェブ３２によって一体になっている。図６に図示されたレンズアレイのうちの４つは図４及び５の実施例において並んで配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例の断面図である。
【図２】図１の実施例における格子状リフレクタの平面図である。
【図３】更に別の実施例の断面図である。
【図４】異なる詳細を説明するための図１の一部分の拡大表示である。
【図５】別の実施例の一部分の拡大表示である。
【図６】レンズアレイの一部分である。
【符号の説明】
【００２６】
１  発光ダイオード
２  担体
３  ウェブ
４  レンズアレイ
５  格子状リフレクタ
６  格子状リフレクタの表面
７  ウェブ
８  フレーム
９  液晶ディスプレイ
１０  拡散板
１１  ガラスプレート
１２  ガラスプレート
１３  液晶
１４  カラーフィルタ
１５  偏光子
１６  偏光子
１７  フレーム
１８  ガラスプレート
２０  サブマウント
２１  ボンディングワイヤ
２２  白い注封材料
２３  透明注封材料
２４  白い注封材料の表面、リフレクタ
２５  線路
２６  シリコーンゲルの層
２７  ＰＣＦ層
２８  接着剤
３１  レンズアレイ
３２  ウェブ
【図１】
2006501503.tif 000003
【図２】
2006501503.tif 000004
【図３】
2006501503.tif 000005
【図４】
2006501503.tif 000006
【図５】
2006501503.tif 000007
【図６】
2006501503.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月10日(2005.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束された光束を発生するための装置を有するヘッドアップディスプレイにおいて、
発光ダイオードマトリクス（１、２、３）から成る光源を有し、前記発光ダイオードから発生される光の集束及び拡散のための光学装置を有し、該集束及び拡散のための光学装置が前記光源と前記光射出開口部（９、１８）との間に設けられており、該集束及び拡散のための装置は格子状リフレクタ（５）を有し、該格子状リフレクタ（５）はそれぞれマトリクス点に対して光チャネルを形成し、前記格子状リフレクタ（５）の壁面（６）は反射性を有し、さらに、前記光源（１、２、３）に向かい合った光チャネルの端部は集光レンズ（４）を含み、ライトバルブを含む画像再生装置（９）を有し、該画像再生装置（９）は前記集束及び拡散のための装置の光射出開口部（９、１８）に配置されており、前記画像再生装置（９）と前記光射出開口部（９、１８）との間には拡散板（１０）が設けられていることを特徴とする、集束された光束を発生するための装置を有するヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
全ての光チャネルの集光レンズ（４）は光源（１、２、３）と格子状リフレクタ（５）との間に配置されたプレートと一体構造に結合されていることを特徴とする、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
集光レンズ（４）はグループ毎に光源（１、２、３）と格子状リフレクタ（５）との間に配置されたウェブと一体構造に結合されていることを特徴とする、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
レンズの曲率半径は異なる方向において異なっている（非点収差レンズ）ことを特徴とする、請求項１〜３のうちの１記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
画像再生装置（９）は傾斜状態を有し、この結果、入射する光が前記画像再生装置（９）から離れて観察者に到達する光と同じ方向には反射されないことを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項記載のヘッドアップディスプレイ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源を有し、ライトバルブを含む画像再生装置を有し、集束された光束を発生するための装置を有するヘッドアップディスプレイに関する。
【０００２】
情報が乗り物の運転者の視線を走行すべき道路又は飛行すべき大気圏から逸らす必要なしに、運転者にこれらの情報を伝達するためには、いわゆるヘッドアップディスプレイが公知であり、これらのヘッドアップディスプレイによって情報を表示する画像が乗り物のフロントガラスに挿入される。明るい周囲光においても見えるように、このために画像の高い輝度が必要である。また、別の照明目的のためには集束された光束が必要であり、例えばリーディングランプ又はショーウィンドウ及び展示会のための照明器具として必要である。
【０００３】
集束された光束を発生するための装置は既にＵＳ特許５８３６６７６及び５０４３７１６及び日本公開公報７−１３０２５６からそれぞれ表示器に対する適用において公知である。光束の集束を有する照明器具はＵＳ特許４９３５６６５から公知である。しかし、これらに示された装置はそれらのそれぞれの集束及び拡散特性のためにヘッドアップディスプレイにおける使用に対してほとんど適していない。
【０００４】
本発明の課題は、従って、とりわけ僅かな組み込みサイズ及び僅かな重量を有し、できるだけ小さい損失電力を有し乃至は熱として放出し、従って乗り物における動作にも適している装置によって、光束を発生することである。
【０００５】
上記課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴的構成によって解決される。従属請求項は有利な実施形態を含む。
【０００６】
本発明の装置では、それぞれマトリクス点が、複数の発光ダイオードによって形成されていると有利であることが判明した。これらの複数の発光ダイオードは異なる色を発生する発光ダイオードでもよい。さらに本発明は光チャネル毎のそれぞれ個々のレンズの適用事例には限定されない。
【０００７】
本発明の装置のコスト安な製造は、全ての光チャネルの集光レンズが光源と格子状リフレクタとの間に配置されたプレートと一体構造に結合されていることによって可能である。このプレートはもちろん横方向の望ましくない光伝達を可能にしてしまう。これは集光レンズがグループ毎に光源と格子状リフレクタとの間に配置されたウェブと一体構造に結合されていることによって阻止される。
【０００８】
本発明の有利な実施形態では、レンズの曲率半径は異なる方向において異なっている（非点収差レンズ）。これによって光分布がとりわけ縦長の光射出開口部において改善される。
【０００９】
光射出開口部に配置されているライトバルブを含む画像再生装置は、画面全体に亘って高い輝度及び一様な輝度分布を有する高解像度の画像を発生するためのコンパクトな装置を可能にする。この場合、集束及び拡散のための装置は、個々の発光ダイオードの障害的な結像が行われることなしに発光ダイオードにより発生される光が画像再生装置の面に集束されるようにする。本発明の装置の有利な適用領域はビークルアプリケーションのためのグラフィックなヘッドアップディスプレイである。
【００１０】
画像再生装置によって本発明の装置は以下において説明されるさらにいくつかの利点を有する。ＲＧＢ光源とカラーディスプレイとの間の同調によってヘッドアップディスプレイにおけるグラフィックなカラー画像の表示が十分な輝度において可能となる。リフレクタとレンズとの協調によって、液晶ディスプレイの面におけるバックライトの一様な色及び輝度分布が達成される。
【００１１】
液晶カラーディスプレイでは構成可能な画像内容はカラーで表示されうる。従って、画像内容は色状況に適合されうる。画像発生装置全体の組み込みスペースは実際の実施例ではほんの数立方センチメートルである。発光ダイオード及びこれに所属するディスプレイの色の選択によってそれぞれ表示しうる色空間が制御される。例えば、ＲＧＢ発光ダイオードアレイの代わりに赤色・緑色発光ダイオードアレイが選択され、相応のやり方で液晶においてブルーのフィルタエレメントがグリーンのフィルタエレメントによって代替されうる。この場合、はるかに高い輝度を有する制限された色空間が生じる。
【００１２】
本発明は多数の実施形態を許容する。これらのうちのいくつかを概略的に複数の図面に基づいて図示し、以下において記述する。
図１は実施例の断面図であり、
図２は図１の実施例における格子状リフレクタの平面図であり、
図３は更に別の実施例の断面図であり、
図４は異なる詳細を説明するための図１の一部分の拡大表示であり、
図５は別の実施例の一部分の拡大表示であり、
図６はレンズアレイの一部分である。
【００１３】
図１及び図２の実施例では光源としてそれぞれ４つの発光ダイオード１の４×８グループのアレイが設けられており、これらの発光ダイオードは担体２に載置されている。これらのグループの間にはウェブ３があり、これらのウェブ３の傾斜した表面はリフレクタとして使用される。
【００１４】
光源１、２、３の上にレンズアレイ４があり、このレンズアレイ４には格子状リフレクタ５が接合されている。
【００１５】
ウェブ３、レンズアレイ４ならびに格子状リフレクタ５の斜めに延在する表面６は一様な光分布を惹起する。リフレクタ５のウェブ７によるシェーディングを回避するために、フレーム８が設けられており、このフレーム８はリフレクタ５と液晶ディスプレイ９との間の間隔を惹起する。液晶ディスプレイ９の下には拡散板１０が存在し、この結果、液晶ディスプレイ９のバックライトの一様性がさらに改善される。
【００１６】
フレーム８は液晶ディスプレイの傾斜状態を惹起し、この結果、上から入射する光は液晶ディスプレイから出て観察者に到達する光と同じ方向には反射されない。
【００１７】
図２は液晶ディスプレイ９及び拡散板１０を取り去った場合の図１の装置を示す。発光ダイオード１が図２の図示によればそれ自体レンズアレイ４を通して見える。しかし、簡略化のために、発光ダイオード１の相応の歪みは図示されていない。
【００１８】
図３の実施例は照明装置を図示しており、この照明装置において光射出開口部はガラスプレート１８から成り、このガラスプレート１８はフレーム１７の上に配置されている。そのほかはこの実施例は図１の実施例のように構成されている。
【００１９】
図４は基本的に図１の部分拡大図を図示しており、液晶ディスプレイ及び光源の詳細の説明のために使用される。液晶ディスプレイ９は２つのガラスプレート１１、１２との間に液晶１３ならびにカラーフィルタ１４を有す。後者は３つの異なる色の色点のアレイから成り、これは図４では異なるハッチングによって示されている。カラーフィルタのアレイと関連してここには図示されていない制御電極が設けられており、これらの制御電極はそれぞれ液晶とともにライトバルブを形成する。ガラスプレート１１、１２の外側には互いに直交する偏光面を有する偏光子１５、１６が存在する。
【００２０】
図１との関連において短く記述された光源は図４ではより詳しく図示されている。
【００２１】
４つの発光ダイオード１はウェブ３によって形成される穴の中心部に高くサブマウント２０の上に配置されている。これらの発光ダイオードはボンディングワイヤ２１を介して線路２５に接続されており、これらの線路２５は単に概略的にハッチングによってそれによって占められる面積が図示されている。有利な実施形態ではこれらの発光ダイオードのうちの１つが赤に発光し、２つが緑に発光し、第４の発光ダイオードが青に発光する。この配置では光が混合して白くなる。サブマウント２０とウェブ３との間のスペースは白い注封材料２２によって充填されており、この白い注封材料２２の表面２４は発光ダイオード１から側面に放射される光に対するリフレクタとして使用される。透明な注封材料２３は中空スペースの形成を阻止する。
【００２２】
光源１、２、３とレンズアレイ４との間の結合は図４に図示された実施例ではシリコーンゲルから成る層２６、ＰＣＦ層２７及び適当な接着剤２８を介して行われる。
【００２３】
ＰＣＦ層２７によって、発光ダイオードにより発生される光から下部偏光子１５の方向に偏光されている光だけが通過され、この結果、ＰＣＦ層２７での偏光によって光が失われない。これとは異なって偏光されている光はＰＣＦ層２７によって反射され、次いで表面２４によって拡散反射される。これからまた相応の偏光を有する成分がさらにＰＣＦ層２７を通過し、この結果、ＰＣＦ層は全体として輝度の上昇に寄与する。
【００２４】
図５はＰＣＦ層なしの実施例を示す。さらに図５において図示された部分は装置の縁部に存在する。
【００２５】
図６は８つのレンズを有するレンズアレイ３１を示し、これらの８つのレンズはウェブ３２によって一体になっている。図６に図示されたレンズアレイのうちの４つは図４及び５の実施例において並んで配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例の断面図である。
【図２】図１の実施例における格子状リフレクタの平面図である。
【図３】更に別の実施例の断面図である。
【図４】異なる詳細を説明するための図１の一部分の拡大表示である。
【図５】別の実施例の一部分の拡大表示である。
【図６】レンズアレイの一部分である。
【符号の説明】
【００２７】
１  発光ダイオード
２  担体
３  ウェブ
４  レンズアレイ
５  格子状リフレクタ
６  格子状リフレクタの表面
７  ウェブ
８  フレーム
９  液晶ディスプレイ
１０  拡散板
１１  ガラスプレート
１２  ガラスプレート
１３  液晶
１４  カラーフィルタ
１５  偏光子
１６  偏光子
１７  フレーム
１８  ガラスプレート
２０  サブマウント
２１  ボンディングワイヤ
２２  白い注封材料
２３  透明注封材料
２４  白い注封材料の表面、リフレクタ
２５  線路
２６  シリコーンゲルの層
２７  ＰＣＦ層
２８  接着剤
３１  レンズアレイ
３２  ウェブ
【国際調査報告】
2006501503.tif 000009
2006501503.tif 000010
2006501503.tif 000011
2006501503.tif 000012
2006501503.tif 000013
2006501503.tif 000014