JP4437675B2

JP4437675B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP4437675B2
Application number: JP2004050684A
Authority: JP
Inventors: 尚山添; 貴矢熊木; 輝子横尾; 佐藤　　誠
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: WO2005066688A1; JP2005206133A

Description

本発明は、被照明体を照明する照明装置に関し、例えば、車両用ヘッドアップディスプレイに用いられる照明装置として好適である。

従来より、図７に示すような表示装置が知られており、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの前後面に偏光部材を貼着した液晶表示素子１０と、硬質配線板１１に接続され液晶表示素子１０を照明する光源１２を備え、光源１２にて照明された液晶表示素子１０の発する表示像を反射鏡１３で反射させ車両のフロントガラス，または半透過板（反射板）等の表示部１４に投影するものがある（例えば、特許文献１参照）。このような表示装置はヘッドアップディスプレイと称されている。

このような表示装置は、表示部１４に投影する構造であるため、この投影時に光の一部が透過してしまう、または表示装置内において必要以外の部分を照らしてしまうなど、たくさんの光量を損失してしまうという問題があった。また、昼間においてもコントラスト良く表示像を投影する必要があることから、高輝度を有する光源１２にて液晶表示素子１０を照明する必要があった。そこで、発光ダイオード等の指向性の高い光源を複数用いて効率よく照明することが望まれていた。

一方、表示部１４に投影される表示像は、より大きく表示されることが望まれるとともに、表示装置の小型化が望まれており、凹形状の反射鏡（凹面反射板）１３を用いることによって液晶表示素子１０の表示像を拡大表示して対応していた。
特開平１０−４８５６５号公報

しかしながら、かかる表示装置のように指向性の高い光源を用いることによって、照明の効率は高まるものの、前記光源からの照明光が正面方向に集中して出射されてしまう。したがって、大きな表示像を投影するために広画角表示を行う場合には、表示部に投影される表示像の外側輝度が内側輝度に対して低いため見栄えが悪くなってしまうという問題があった。

そこで本発明の目的は、上述した問題に着目してなされたものであり、複数の光源を用いた照明装置において、輝度むらのない照明を行うことのできる照明装置を提供することにある。

本発明の照明装置は、同形状の球面が直線または平面に連続して複数形成されてなるレンズ部材と、前記レンズ部材と所定間隔おいて略平行に設けられる配線基板と、光軸が前記配線基板に略垂直となるように前記レンズ部材の各球面と前記配線基板との間にそれぞれ設けられる光源と、を備えた照明装置であって、前記光源は、前記球面の形成ピッチと異なるピッチにて前記配線基板に配設されてなることを特徴とするものである。

また、本発明の照明装置は、曲面が直線または平面に連続して複数形成されてなるレンズ部材と、前記レンズ部材と所定間隔おいて略平行に設けられる配線基板と、光軸が前記配線基板に略垂直となるように前記レンズ部材の各曲面と前記配線基板との間にそれぞれ設けられる光源と、を備えた照明装置であって、前記光源は、前記曲面の形成ピッチと異なるピッチにて前記配線基板に配設されてなることを特徴とするものである。

本発明は、複数の光源によって被照明体を照明する照明装置において、輝度むらのない照明を行うことできる照明装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、車両の速度，エンジン回転数等を表示する車両用ヘッドアップディスプレイの表示装置に適用したものを例に挙げ添付図面に基づいて説明する。

図１は、車両用ヘッドアップディスプレイが車両に搭載されたものを示し、車両ＡのダッシュボードＢ上部に設けられた表示装置Ｃが投影する表示像が、フロントガラス（表示部）Ｄ面により観察者Ｅの方向に反射される構造となっている。観察者Ｅは表示像を虚像Ｖとして風景と重畳させて観察することができる。

また、本発明の実施の形態における表示装置Ｃは、ダッシュボードＢ上部に埋め込まれるようにして設けられ、図２を用いて説明する。なお、表示装置Ｃは、ハウジング１内に備えられる、レンズアレイ（レンズ部材）２と、配線基板３と、発光ダイオード（光源）４と、液晶表示素子（被照明部材）５と、筒状反射部材６と、凹面鏡（拡大部材）７と、から主に構成される。

ハウジング１は、遮光性の合成樹脂材からなり、凹面鏡７の配設位置の上部（フロントガラス側）を開口する開口部１ａが設けられる。また、ハウジング１内には、太陽光が後述する液晶表示素子に入射し虚像Ｖが見えにくくなること（ウォッシュアウト）を防止する遮光壁１ｂがハウジング１と一体にして成形されている。また、ハウジング１は、透光性の合成樹脂材（例えばアクリル）からなる透光性カバー１ｃが設けられ、開口部１ａを塞ぐようにして配設されている。

レンズアレイ２は、透光性の合成樹脂材（例えば、アクリル）からなり、ハウジング１内に配設される。レンズアレイ２は、同様な凸形状の球面を複数形成してなり、この球面の頂点が直線上に均一間隔に配設されており、この球面によって発光ダイオード４からの照明光を屈折させて、被照明部材となる液晶表示素子（後述する）に対してむらのない照明光を照射することができる。

配線基板３は、熱伝導性の高いアルミ基板が好適であり、レンズアレイ２と所定間隔おいて平行になるようにハウジング１内に配設される。配線基板３は、少なくとも発光ダイオード４などの電子部品を搭載するものであり、前記電子部品に対して電源を供給するための配線を設けている。なお、前記所定間隔は、発光ダイオード４の指向性やレンズアレイ２の球面形状によって異なり、より輝度むらのないような間隔が選択される。

発光ダイオード４は、チップＬＥＤが適用でき、光軸が配線基板３面に略垂直となるようにレンズアレイ２側の配線基板３面に搭載される。また、発光ダイオード４は、指向性の狭いもの（本実施の形態では２０度から３０度）が用いられており、レンズアレイ２の球面に対応する位置にそれぞれ配設される。

液晶表示素子５は、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの前後面に偏光部材を貼着したものである。液晶表示素子５は、ハウジング１内に設けられ、発光ダイオード４からの照明光がレンズアレイ２を介して届く位置に配設される。液晶表示素子５を透過した照明光は、表示像として凹面鏡７へ投射される。液晶表示素子５は、車両Ａに設けられる車速センサやエンジン回転センサからの出力信号に基づいて車速，エンジン回転数を計測する演算回路（図示しない）及びこの演算結果に基づいて液晶を駆動する液晶駆動回路（図示しない）によって、車両Ａの速度，エンジン回転数の計測値を数値として表すことができる。

筒状反射部材６は、白色の合成樹脂材にて両端を開口する筒形状に形成され、一方の開口が液晶表示素子５にて塞がれるように設けられ、他方の開口側から発光ダイオード４の照明光がレンズアレイ２を介して入射できるようにして配設されている。したがって、筒状反射部材６は、発光ダイオード４からの照明光が筒状反射部材６の内壁に反射されて、液晶表示素子５以外に漏れて照射されないようにするとともに、液晶表示素子３側に集光するようにして配設され効率のよい照明を得ることができる。

凹面鏡７は、ハウジング１内で開口部１ａの下部に設けられ、後述する液晶表示素子５を介して投射される表示像をフロントガラスＤ側に反射させるものであり、観察者Ｅが表示像を視認し易いように角度調節可能に設けられている。また、凹面鏡７は、前記表示像を、フロントガラスＤ上に拡大して表示させるために、所定の曲率を有する反射面７ａにて形成されている。

次に、本発明の主要部となる照明構造について図３，４を用いて説明する。

レンズアレイ２は、発光ダイオード４からの照明光を入射する平滑な入射面２ａと、この照明光を透過して入射面の反対側に設けられる複数の球面２ｂと、を有し、照明光に対して所望の屈折を与えて液晶表示素子５側へ照射（出射）するように構成されている。レンズアレイ２は、同様な凸形状の球面２ｂを複数形成してなるものであり、この球面２ｂの頂点２ｃが直線上に均一な間隔ｘにて配設されている。球面２ｂは、レンズアレイ２の材質（屈折率）、発光ダイオード４やレンズアレイ２の入射面からの距離によって設定されるものであり、発光ダイオード４からの照明光がむらのないように液晶表示素子５へ照射するような曲率や大きさにて形成される。

発光ダイオード４は、その光軸ｋが、配線基板３面および配線基板３と平行に設けられるレンズアレイ２面に対して略垂直となるように配設される。発光ダイオード４は、それぞれの球面２ｂに対応して設けられるものであり、それぞれの球面２ｂに光軸ｋが交わるように配設される。発光ダイオード４は、図３に示すように、外側に設けられる発光ダイオード４は、光軸ｋが球面２ｂの頂点２ｃよりも中央側（内側）の球面２ｂと交わるように配設される。発光ダイオード４は、球面２ｂの間隔ｘよりも、小さな間隔にて配置され、この場合、内側から外側へ配置されるものにつれて、光軸ｋと頂点２ｃとの距離ｙ，ｚが大きくなるようにして設けられる。したがって、外側に設けられる発光ダイオード４の照明光は、対応する球面２ｂによって、外側（端方向）へ屈折する成分が多くなるため、積極的に反射面７ａにおける外側方向へ照射することができ、図４に示すように、凹面鏡７の反射面７ａに対して、液晶表示素子５の前面側（反射面７ａの内側）のみならず外側まで均一な明るさの表示像を投射することができる。

かかる表示装置の照明構造は、請求項１に記載したように、同形状の球面２ｂが直線ま上に連続して複数形成されてなるレンズアレイ２と、レンズアレイ２と所定間隔おいて略平行に設けられる配線基板３と、光軸ｋが配線基板３面に略垂直となるようにレンズアレイ２の各球面２ｂと配線基板３との間にそれぞれ設けられる発光ダイオード４と、を備えた照明装置であって、各発光ダイオード４のうち少なくとも外側に設けられる発光ダイオード４は、光軸ｋが球面２ｂの頂点２ｃよりも内側を通るように、配線基板３面に配設されてなることによって、輝度むらのない照明を行うことできる照明装置を提供することができる。

また、レンズアレイ２の球面２ｂは、均等に整列された間隔に配置されるとともに、発光ダイオード４は、球面２ｂの間隔ｘよりも、小さな間隔にて配置されてなることによって、簡単な構成にて輝度むらのない照明を行うことができる。

発光ダイオード４からレンズアレイ２を介して照射される照明光によって透過照明される液晶表示素子５と、液晶表示素子５を透過する透過光を反射させて拡大表示させる凹面鏡７と、を備えてなることによって、表示像を拡大表示する場合であっても、表示像の外側輝度が内側輝度に対して低くなることを防止することができ、輝度むらのない照明によって見栄えのよい表示を行うことができる。

なお、本発明の実施の形態で示すレンズアレイ２は、入射面２ａが平滑なものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、入射面が球面の位置に対応した凹面もしくは凸面を有するものであってもよい。また、図５に示すような、発光ダイオード４０からの照明光が、対応する球面２０ｂではなく隣の球面２０ｂへ照射しないようにするとともに、液晶表示素子側へ出射するような反射面を有する溝部２０ｄを設けてなるレンズアレイ２０を適用するものであってもよい。

また、例えば、蜂の巣状に球面を有するレンズアレイを設け、これに対応する位置に発光ダイオードを整列させて配置することによって、発光ダイオードを密集して配置することができるため、高輝度な照明を行うことができるが、この場合であっても、本発明を適応することによって、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、図５に示すように、球面２０ｂの形成ピッチよりも大きなピッチにて、光源４０が配線基板３０に配設するとともに、被照明部材（例えば、液晶表示素子）とレンズアレイ２０との間に透光性の光拡散板を設けることによって、よりたくさんの光源によって被照明部材（液晶表示素子）を照明することができ、高輝度で輝度むらのない照明構造となる。

次に、他の実施の形態として、図６を用いて説明する。なお、図６は、上述のレンズアレイ２，２０に対して、出射面側の形状が異なるレンズ２１ａを有するレンズアレイ２１の一部を示すものであって、他の構成については同様であり、詳細な説明を省く。

レンズアレイ２１は、第１の曲面２１ｂと第２の曲面２１ｃとを複合して有する凸形状の各レンズ２１ａを備えている。なお、本実施の形態における曲面とは、球面もしくは非球面からなる形状にて形成されるものである。レンズ２１ａは、発光ダイオード４１の光軸ｋ１を基準とし所定幅で集光させた出射光Ｌ１を得るための第１の曲面２１ｂと、発光ダイオード４１から発せられる光のうち周囲部分を照らす光（第１の曲面２１ｂを透過する光以外の光）を屈折させて出射光Ｌ２を得るための第２の曲面２１ｃとを有している。

かかるレンズアレイ２１を用いた照明手段を車両用ヘッドアップディスプレイの表示装置Ｃに用いると、第１の曲面２１ｂによって、フロントガラスＤで反射される表示像を観察者Ｅが正面から視認した際の表示像の輝度を高めることが可能となるとともに、第２の曲面２１ｃによって、観察者Ｅが虚像Ｖの視認位置（良好に視認できる位置）よりも多少異なる位置から視認した場合であっても表示像を視認することができ、視野角度を広く確保することが可能となる。

なお、上述した本発明の実施の形態の表示装置Ｃは、投影する表示像がフロントガラスＤにより観察者Ｅの方向に反射される構造のものを例に挙げて説明したが、本発明の表示部は、フロントガラスＤではなく、ダッシュボードＢやハウジング１に固定配設され専用に設けられる硬質の反射板、またはフロントガラス４の内側面に張り付けられる透光性の反射板（コンバイナ）によって、表示像を観察者の方向に反射させる構造であってもよい。

また、本発明の構成に加えて、凹面鏡と液晶表示素子との間、または液晶表示素子と光源との間に凹レンズを設けることによって、より大きな比率で拡大表示する場合であっても輝度むらを防ぐことが可能になる。

また、本発明は、凹面鏡７によって拡大表示するものを示したが、レンズによる屈折によって拡大表示するものであってもよい。

また、本発明の実施の形態では、上述した表示装置Ｃを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その構成は同様の効果が得られるものであればよく、例えば、光源は複数設けられるものであればよく、バルブ等の点状光源でもよいし、冷陰極管等の線状光源でもよいが、指向性が高いものであれば効果が大きい。

本発明の実施の形態における車両に搭載されたヘッドアップディスプレイの構成を示す図。同上実施の形態における表示装置の主な構成を示す図。同上実施の形態における表示装置の照明構造を示す図。同上実施の形態における表示装置の照明構造を示す図。照明構造の別例を示す図。照明構造の別例を示す図。従来例を示す図。

符号の説明

２レンズ部材（レンズアレイ）
２ｂ球面
２ｃ頂点
３配線基板
４発光ダイオード（光源）
５液晶表示素子（被照明部材）
７凹面鏡（拡大部材）
ｋ光軸

Claims

同形状の球面が直線または平面に連続して複数形成されてなるレンズ部材と、前記レンズ部材と所定間隔おいて略平行に設けられる配線基板と、光軸が前記配線基板に略垂直となるように前記レンズ部材の各球面と前記配線基板との間にそれぞれ設けられる光源と、を備えた照明装置であって、
前記光源は、前記球面の形成ピッチと異なるピッチにて前記配線基板に配設されてなることを特徴とする照明装置。
曲面が直線または平面に連続して複数形成されてなるレンズ部材と、前記レンズ部材と所定間隔おいて略平行に設けられる配線基板と、光軸が前記配線基板に略垂直となるように前記レンズ部材の各曲面と前記配線基板との間にそれぞれ設けられる光源と、を備えた照明装置であって、
前記光源は、前記曲面の形成ピッチと異なるピッチにて前記配線基板に配設されてなることを特徴とする照明装置。