JP2018018706A - Luminaire and headup display device - Google Patents
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Abstract
【課題】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。【解決手段】2次元マトリクスの面状に配列され、前記面状の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の各々に対応する膨出した複数の出光面32を有し、隣り合う凸レンズ部からの各照明光L3が重なりの無い平行光となるように前記膨出した複数の出光面32から出光する、集光レンズ20の出射面側に配設されたコリメーターレンズアレイ30と、を備える、照明装置100。【選択図】図5[Object] To provide a lighting device capable of reducing power consumption and cost and saving space. A plurality of light sources arranged in a two-dimensional matrix and emitting illumination light in one direction of the surface, and a plurality of convex lens portions corresponding to each of the plurality of light sources are provided. A condensing lens 20 disposed on the exit surface side of the plurality of light sources 10, the convergence lens 20 condensing the illumination light L1 emitted from the corresponding light source 10, and a plurality of convex lens portions 22 A plurality of bulging light-emitting surfaces 32 corresponding to each of the bulging light-emitting surfaces 32, each of which illuminates from the adjacent plurality of convex lens portions so that each of the illuminating lights L3 is a non-overlapping parallel light; A collimator lens array 30 disposed on the exit surface side of the optical lens 20; [Selection diagram] FIG.
Description
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。 The present invention relates to a lighting device including a plurality of light sources and a head-up display device including the lighting device.
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、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、安全性向上を目的として、近年、需要が拡大している。 Conventionally, a display original image formed by transmitting illumination light through a projection member such as a transmissive liquid crystal panel (LCD) is enlarged by a predetermined optical system, and a display image is shaped. A head-up display device (hereinafter also referred to as a HUD device) that projects and displays on a display member such as a windshield of a moving body (for example, a vehicle) is known. The HUD device is a device that is mounted on a vehicle such as an automobile and displays the display image in the field of view of the driver or passenger who is an observer during driving. The projection member displays the flat LCD data of the display original image. The original display image is optically emitted by transmitting the illumination light therethrough. On the transparent (or translucent) display member such as a display made of a half mirror called a vehicle windshield or combiner, a display image of character information such as vehicle speed or image information such as a navigation image is displayed. The image is projected, and the scenery in front of the vehicle and the display image are superimposed and recognized by the driver. In the head-up display, the display image is formed at a point at infinity, so when the driver switches the viewpoint from the outside world to the display image, a physiological phenomenon that takes about several seconds of commas and refocuses occurs. There are no advantages. In recent years, the demand for the HUD device, which is a display that allows the driver to visually recognize the driver without refocusing during driving, has been increasing.
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)。
Therefore, for example, the following conventional HUD illumination device is known.
1. Two stages of condensing lenses having a plurality of convex portions corresponding to LEDs that are a plurality of light sources, and the effective diameter of the condensing lens in the second stage farther from the LEDs is adjusted by adjusting the light imaging position. An illumination unit that can achieve a large display area while reducing the focal length and achieving high illumination efficiency (Patent Document 1).
2. By using a light source that is aligned with the lens optical axis of a condensing lens that has multiple convex parts and a light source that is decentered from the optical axis, the deviation of the imaging position is suppressed and the luminance unevenness of the virtual image is reduced. Lighting unit (Patent Document 2).
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)。
3. It includes a plurality of LEDs that are light sources, a lens array that collects light emitted from the light sources, and a field lens that adjusts the direction of the light, and the field lens has a diffusion region in at least a partial region on the incident surface side. Then, by transmitting the overlapping light from the field lens (light of the portion where the adjacent incident light overlaps) to the diffusion region, this uneven light is diffused and the brightness unevenness in which a bright line (bright line) is generated. (Patent Document 3).
4). A lens array having a plurality of convex lenses corresponding to a plurality of light sources is provided, and at least a part of a boundary line that is a valley formed between adjacent convex lenses is formed into a concavo-convex shape, whereby the luminance of light emitted from the boundary line is increased. An illuminating device in which luminance unevenness in which dark lines are generated by averaging is reduced (Patent Document 4).
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、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(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(いわゆる暗線)が視認されることになる。
A backlight including an illuminating device that emits illuminating light in the HUD device includes a light source including, for example, a plurality of LEDs, whereby the luminance of the entire device can be improved. However, as shown in FIG. 15A, depending on the arrangement of the plurality of
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、重複光の分だけLED出力が過多となり、また、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。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。従来技術2〜4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、従来技術1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。
On the other hand, if the amount of lost light such as the overlapping light or gap light that emits light in such an unnecessary direction increases, the LED output becomes excessive by the amount of the overlapping light, and the luminance reduction due to the gap light is compensated. Therefore, it is necessary to increase the LED output. As the LED output increases, the amount of heat dissipation increases, so the heat sink for cooling the LED increases in size, and as a result, the backlight device increases in size. In the prior arts 2 to 4, although the luminance unevenness as described above is reduced, the generation of loss light itself is not reduced. Therefore, such an increase in the amount of heat dissipation, an increase in the size of the heat sink, and an increase in the size of the backlight device are reduced. It cannot be avoided. Since
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100万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、従来技術1〜4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。
In addition, as a backlight for a head-up display, a light source with an ultra-high luminance of 1 million cd / m 2 or more such as a 1.8-inch size is required. A configuration in which a diffuser is used to provide surface emission uniformity is common, but a multi-lamp low-power LED can also be used. When a high-power LED with a small number of lamps is used, the amount of loss light generated increases, leading to an increase in heat dissipation, a larger heat sink, and a larger backlight device. In the configuration where loss light generation itself is not reduced as in the
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。 Therefore, the present invention is capable of suppressing an increase in the amount of heat dissipation, that is, reducing power consumption and cost, and enabling an increase in the size of the heat sink and an increase in the size of the backlight device, that is, a space saving of the device. It is another object of the present invention to provide a head-up display device.
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。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below.
すなわち、本発明にかかる照明装置は、2次元マトリクスの面状に配列され、前記面状の一方向に向けて照明光を各々出射する複数の光源と、前記複数の光源の各々に対応する複数の凸レンズ部を有して、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、前記複数の光源の出射面側に配設された集光レンズと、前記複数の凸レンズ部の各々に対応する膨出した複数の出光面を有し、隣り合う前記凸レンズ部からの各照明光が重なりの無い平行光となるように前記膨出した複数の出光面から出光する、前記集光レンズの出射面側に配設されたコリメーターレンズアレイと、を備える。 That is, the illumination device according to the present invention is arranged in a planar shape of a two-dimensional matrix, and a plurality of light sources each emitting illumination light in one direction of the planar shape, and a plurality corresponding to each of the plurality of light sources. A converging lens disposed on the exit surface side of the plurality of light sources, and the plurality of convex lenses, the convex lens unit condensing the illumination light emitted from the corresponding light source. Having a plurality of bulging light emitting surfaces corresponding to each of the portions, and emitting light from the plurality of bulging light emitting surfaces so that each illumination light from the adjacent convex lens portions becomes parallel light without overlapping, A collimator lens array disposed on the exit surface side of the condenser lens.
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、コリメーターレンズアレイが、集光レンズの複数の凸レンズ部の各々に対応する膨出した複数の出光面を有し、隣り合う凸レンズ部からの各照明光が重なりの無い平行光となるように、この対応する凸レンズ部から出射された照明光の広がりを、膨出した出光面がさらに抑制して出光する。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、LEDを多数灯用いる場合に、より顕著となる。 According to this configuration, the collimator lens array suppresses the spread of the illumination light so that the illumination light emitted from the plurality of light sources is collected by the condenser lens, and the collimator lens array includes each of the plurality of convex lens portions of the condenser lens. The illumination light emitted from the corresponding convex lens portion is expanded so that each illumination light from the adjacent convex lens portions becomes parallel light without overlapping. The emitted light exit surface further suppresses and emits light. Therefore, the generation of lost light itself can be reduced, power consumption and cost can be reduced, and the space of the apparatus can be saved. This effect becomes more remarkable when a large number of LEDs are used.
上記構成において、前記集光レンズの前記凸レンズ部の曲率半径は、前記コリメーターレンズアレイの前記膨出した出光面の曲率半径よりも小さいことが好ましい。これにより、複数の凸レンズ部から出射した照明光がほとんど漏れなくコリメーターレンズアレイの膨出した出光面に到達することができるので、光の利用効率を高めることができる。 The said structure WHEREIN: It is preferable that the curvature radius of the said convex lens part of the said condensing lens is smaller than the curvature radius of the said bulged light emission surface of the said collimator lens array. As a result, the illumination light emitted from the plurality of convex lens portions can reach the light exit surface where the collimator lens array bulges with almost no leakage, so that the light utilization efficiency can be increased.
上記構成において、前記コリメーターレンズアレイの出射面側に第1の拡散体が配設され、該第1の拡散体の出射面側に第2の拡散体が前記第1の拡散体から間隔をあけて配設されていることが好ましい。拡散体の使用により、輝度ムラを低減できる。2つの拡散体の上記配置により、輝度ムラ低減の確実性を増すことができる。 In the above configuration, the first diffuser is disposed on the exit surface side of the collimator lens array, and the second diffuser is spaced from the first diffuser on the exit surface side of the first diffuser. It is preferable that they are arranged open. Luminance unevenness can be reduced by using a diffuser. With the above arrangement of the two diffusers, the certainty of reducing luminance unevenness can be increased.
前記第1の拡散体および前記第2の拡散体が配設されている場合に、前記第1の拡散体は、前記第2の拡散体よりも、前記照明光の拡散の程度を表すヘイズ値が小さいことが好ましい。これにより、第1の拡散体側に配設された集光レンズやコリメーターレンズアレイ等から照射された光の指向性をなるべく保持させて、輝度ムラの低減とともに光の利用効率を高めることができる。 In the case where the first diffuser and the second diffuser are disposed, the first diffuser has a haze value that represents the degree of diffusion of the illumination light, rather than the second diffuser. Is preferably small. As a result, the directivity of the light emitted from the condenser lens, collimator lens array, or the like disposed on the first diffuser side can be maintained as much as possible to reduce luminance unevenness and increase the light utilization efficiency. .
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。 A head-up display device according to the present invention includes any one of the above illumination devices that emits the illumination light, a projection member that forms and emits a display image by transmitting the illumination light from the illumination device, and an emission An optical system for shaping the displayed image, and projecting the shaped display image onto a display member, thereby displaying a virtual image of the display image so as to be visible to an observer.
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。 According to this configuration, since any one of the illumination devices having the above-described features and operational effects is provided, the generation of loss light itself can be reduced, power consumption and cost can be reduced, and the space of the device can be saved. Can be realized. This becomes more noticeable when a large number of LEDs are used.
本発明に係る照明装置およびヘッドアップディスプレイ装置は、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。 The lighting device and the head-up display device according to the present invention can suppress an increase in heat dissipation, that is, reduce power consumption and cost, and suppress an increase in the size of a heat sink and an increase in the size of a backlight device, that is, a space saving of the device. Can be realized.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts, and the description thereof will be omitted as appropriate unless otherwise specified.
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に覆われ出光部101が露出した照明装置100と、ヒートシンク60とから構成される。照明装置100の出光部101から例えば均一な白色光である照明光が出射される。
FIG. 1 is a schematic side view of a head-up display (HUD)
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、表示原像の画像や文字データである平面LCDデータを液晶パネルへ表示し、そこへ照明装置100の出光部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、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、表示部材への表示用の表示像となる。
The
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。
On the
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。
The display member on which the display image is projected is the
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、コリメーターレンズアレイ30とを、出射方向に向けてこの順で備える。さらに、照明装置100には、コリメーターレンズアレイ30の出射面側に第1の拡散体(拡散シート)40が配設され、第1の拡散シート40の出射面側に第2の拡散体(拡散シート)50が第1の拡散シート40から間隔をあけて配設されている。本実施形態では、複数の光源10、集光レンズ20、コリメーターレンズアレイ30、第1の拡散シート40および第2の拡散シート50の間の間隔は、例えば各々、0.5mm、6.9mm、3.2mm、2.9mmである。なお、照明装置100の出射面側の最前面には、第2の拡散シート50を保護する不図示の透明ガラスが存在してよく、この場合には該透明ガラスが出光部101を形成する。
As shown in the exploded front view of the illuminating
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、2次元マトリクスの面状(xy平面)に配列され、このxy平面の一方向(図6の上方)に向けて照明光L1を各々出射する。光源10は、例えば、日亜化学製の品番:NSSW157のような白色LEDである。図5に示す複数の光源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x方向に9個、y方向に4個だけ配設され、合計36個使用されており、x方向(図8)およびy方向(図9)の配置ピッチP1が6mmで等間隔であり、かつLED素子の向きが同じ向きとなるように配列されている。図3に示す配線基板12には、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60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いる。
The plurality of
また、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を実現している。従来品のバックライトのユニットサイズ(例:長さ70×幅45×高さ35mm)に対して、本実施形態の例のバックライトユニットサイズは、例えば、長さ66×幅40×高さ16mm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、ヒートシンク60を小型化できた効果も大きく、従来他社品のヒートシンク(例:長さ100×幅60×高さ60mm)に対して、本実施形態の例のヒートシンク60のサイズは、長さ90×幅40×高さ40mmとなり、高さが3分の2に低減するなど、省スペース化を実現することができている。
In addition, the
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。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10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、xy方向において、複数の光源10の各々と、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36個だけ集光レンズ20上に形成されている。
The condensing
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、PMMAとする)。また、本実施形態では、図8に示す各凸レンズ部22の曲率半径R1は例えば2mm、隣接する凸レンズ部22の間隔P2は、x方向とy方向の両方とも、例えば6mmであり、凸レンズ部22の頂点は、2.3mmだけ集光レンズ20の主面24から膨出している(最大厚み=2.3mm)。
The condensing
図5のコリメーターレンズアレイ30は、複数の凸レンズ部22の各々に対応する膨出した複数の出光面32…32を有し、具体的には、前記出光面32をそれぞれ有するコリメータレンズ34…34を含む。コリメーターレンズアレイ30は、集光レンズ20の出射面側に配設されている。各コリメータレンズ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、これらの各コリメータレンズ34から、この照明光L2の光の向きを平行に揃えた照明光L3が出射される。具体的には、コリメータレンズ34の膨出した出光面32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(すなわち重複光および隙間光とはならない)照明光L3が、膨出した複数の出光面34から各々出射する。
The
複数のコリメータレンズ34は、図11に示すように、コリメーターレンズアレイ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、xy方向において、複数の光源10および凸レンズ部22の各々と、ほぼ同位置に存在することで、対応している。よって、複数のコリメータレンズ34は、複数の光源10と同数の36個だけコリメーターレンズアレイ30上に形成されている。すなわち、コリメーターレンズアレイ30全面から出射光L3が出射されるが、詳細にみると、36個の発光領域毎に分けられて出射光L3が出射する。
As shown in FIG. 11, the plurality of
コリメーターレンズアレイ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、PMMAとする)。また、本実施形態では、図8に示す各コリメータレンズ34の曲率半径R2は例えば6.3mmであり、膨出した出光面32の頂点は、2.5mmだけコリメーターレンズアレイ30の主面35から膨出している(最大厚み=2.5mm)。このように、本実施形態の集光レンズ20の凸レンズ部22の曲率半径R1は、コリメーターレンズアレイ30の膨出した出光面32の曲率半径R2よりも小さくなっている。
The
本実施形態のコリメータレンズ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、対応するコリメータレンズ34、すなわち膨出した出光面32が抑制して照明光L3を出光する。よって、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る。
In the
つまり、本実施形態では、集光レンズ20に加えて、上記のコリメーターレンズアレイ30を備えることで、ロス光の発生自体を低減でき、LED10の低消費電力化および低コスト化が可能となり、またヒートシンク60が小型化されるので、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。
That is, in the present embodiment, by providing the
なお、図5に示すコリメーターレンズアレイ30の出光面32は、膨出して隣接しているため、各コリメータレンズ34の境界すなわち各発光領域の境界には谷間(谷部37)が形成されており、本実施形態のコリメーターレンズアレイ30には、この谷部37に不図示のシボ(皺)が形成されている。よって、シボは、上記谷部37すなわち各発光領域の境界に沿って、コリメーターレンズアレイ30上に格子状に配置される。各シボの幅は1〜2mm程度である。なお、一方向(x方向)の谷部37と、他方向(y方向)の谷部37とにおいて、シボの濃さ、すなわちシボのピッチ幅および高さは、異なっていてもよい。コリメータレンズ34の各発光領域では、各々に配設された一灯のLED10からの光を主として発光させているため、各LED10の照射範囲のつなぎ目すなわち発光領域の境界が目立って、輝度ムラが発生する。具体的には、コリメーターレンズアレイ30の谷部37に沿って明線または暗線が視認され易い。しかし、このシボの存在により、該境界線(谷部37)からの出射光の輝度を平均化させることができ、輝度ムラの発生を低減できる。
In addition, since the
拡散シート40、50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。第2の拡散シート50は、照明光の拡散の程度を表すヘイズ(HAZE)値が67%である。コリメーターレンズアレイ30の谷部37からの出射光L3は光量が多いため、第2の拡散シート50は、輝度ムラ低減のため、この出射光L3を拡散させる必要がある。そこで、第2の拡散シート50は、HAZE値が後述の第1の拡散シート40よりも高くなっており、第1の拡散シート40よりも強い光拡散機能を有する。ここで、第2の拡散シート50は、この第1の拡散シートの出射面側に、第1の拡散シートから間隔をあけて配設されている。
The
第1の拡散シート40は、HAZE値が29%である。第2の拡散シート50は、第1の拡散シート40で拡散させた出射光を再度拡散させて、更なる輝度ムラを低減させた照明光L4を出射する。なお、第1の拡散シート40と第2の拡散シート50とは、両方設ける必要は無く、何れか一方のみ使用してもよく、例えば第2の拡散シート50のみ使用してもよい。本実施形態では、拡散体として、上記の拡散シートを用いたが、拡散シートに代えて、フライアイレンズ等を用いてもよい。
The
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。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。こうした構成も本発明の範囲内に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various additions, modifications, or deletions are possible within the scope not departing from the gist of the present invention. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention. Such a configuration is also included in the scope of the present invention.
例えば、上記の照明装置100の構成において、以下のような変形がなされてもよい。図12に示すように、コリメーターレンズアレイ30に代えて、凸レンズ体36a(コリメーターレンズ34に相当)と凹レンズ体36bとを交互にアレイ状に有する凹凸混合レンズ体36であってもよい。なお、同図において、拡散シート40AのHAZE値は87%である。この場合、凸レンズ体36aに対応する発光領域の境界である谷間によって発生する明線や暗線による輝度ムラを、同谷間に凹レンズ体36bを対応させることによって低減することができる。また、図13に示すように、集光レンズ20および複数の凸レンズ部22に代えて、例えば凹面28bおよび凸面28aを有する複数のメニスカスレンズ28c(凸レンズ部22に相当)を有する集光レンズ28としてもよい。さらに、図14に示すように、この集光レンズ28と、集光レンズ28の出射面側に配設され、互いに間隔をあけて配設された上述のフライアイレンズ38を2枚使用する構成であってもよい。図13および図14の例でも、発光領域の境界である谷部27に発生する明線または暗線による輝度ムラを、各例で述べたようなレンズ形状(構成)によって低減することができる。
For example, the following modifications may be made in the configuration of the
10 (複数の)光源
20 集光レンズ
22 (複数の)凸レンズ部
28 集光レンズ
28c メニスカスレンズ(凸レンズ部)
30 コリメーターレンズアレイ
32 膨出した(複数の)出光面
34 コリメータレンズ
36a 凸レンズ体(コリメータレンズ)
40 第1の拡散シート(拡散体)
50 第2の拡散シート(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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 (plurality)
30
40 First diffusion sheet (diffuser)
50 Second diffusion sheet (diffuser)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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て、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、前記複数の光源の出射面側に配設された集光レンズと、
前記複数の凸レンズ部の各々に対応する膨出した複数の出光面を有し、隣り合う前記凸レンズ部からの各照明光が重なりの無い平行光となるように前記膨出した複数の出光面から出光する、前記集光レンズの出射面側に配設されたコリメーターレンズアレイと、
を備える、照明装置。 A plurality of light sources arranged in a planar shape of a two-dimensional matrix and emitting illumination light respectively in one direction of the planar shape;
It has a plurality of convex lens parts corresponding to each of the plurality of light sources, and is arranged on the emission surface side of the plurality of light sources, where the convex lens parts collect the illumination light emitted from the corresponding light sources. A condensing lens,
From the plurality of light emitting surfaces bulged so as to have a plurality of bulged light emitting surfaces corresponding to each of the plurality of convex lens portions, and each illumination light from the adjacent convex lens portions becomes parallel light without overlapping. A collimator lens array disposed on the exit surface side of the condenser lens that emits light; and
A lighting device.
前記集光レンズの前記凸レンズ部の曲率半径は、前記コリメーターレンズアレイの前記膨出した出光面の曲率半径よりも小さい、照明装置。 The lighting device according to claim 1,
The illuminating device, wherein a radius of curvature of the convex lens portion of the condenser lens is smaller than a radius of curvature of the bulged light exit surface of the collimator lens array.
前記コリメーターレンズアレイの出射面側に第1の拡散体が配設され、該第1の拡散体の出射面側に第2の拡散体が前記第1の拡散体から間隔をあけて配設されている、照明装置。 The lighting device according to claim 1 or 2,
A first diffuser is disposed on the exit surface side of the collimator lens array, and a second diffuser is disposed on the exit surface side of the first diffuser at a distance from the first diffuser. Lighting equipment.
前記第1の拡散体は、前記第2の拡散体よりも、前記照明光の拡散の程度を表すヘイズ値が小さい、照明装置。 The lighting device according to claim 3,
The first diffuser has a smaller haze value representing the degree of diffusion of the illumination light than the second diffuser.
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 The illumination device according to any one of claims 1 to 4, which emits the illumination light;
A projection member that forms and emits a display image by transmitting illumination light from the illumination device; and
An optical system for shaping the emitted display image;
Comprising
A head-up display device for projecting the shaped display image onto a display member to display a virtual image of the display image so as to be visible from an observer
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