CN117321335A - 照明装置、车辆用灯具系统 - Google Patents

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CN117321335A CN202280035617.XA CN202280035617A CN117321335A CN 117321335 A CN117321335 A CN 117321335A CN 202280035617 A CN202280035617 A CN 202280035617A CN 117321335 A CN117321335 A CN 117321335A
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龟井松雄
岩本宜久
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Abstract

提高使用液晶元件的照明装置等中的照射光的明亮度。一种照明装置，其包含：光源；聚光部，其以使从所述光源射出的光在规定位置形成焦点的方式进行聚光；液晶元件，其与所述焦点的位置对应地配置；第一偏振元件，其配置于所述液晶元件的光入射面侧；第二偏振元件，其配置于所述液晶元件的光出射面侧；以及投影透镜，其以将由所述液晶元件、所述第一偏振元件以及所述第二偏振元件产生的像放大的方式投影该像，所述液晶元件以所述光入射面和/或所述光出射面相对于所述投影透镜的光轴成非垂直且非平行的规定角度的方式倾斜配置。

Description

照明装置、车辆用灯具系统
技术领域
本公开涉及照明装置、车辆用灯具系统。
背景技术
在日本特开2019-128449号公报(专利文献1)中，作为使用了垂直取向型的液晶元件的照明装置的一例，记载了可变配光头灯。但是，在提高从照明装置射出的照射光的明亮度方面存在改良的余地。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-128449号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本公开的具体方式的目的之一在于，提高使用液晶元件的照明装置等中的照射光的明亮度。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的照明装置包含：(a)光源；(b)聚光部，其以使从所述光源射出的光在规定位置形成焦点的方式进行聚光；(c)液晶元件，其与所述焦点的位置对应地配置；(d)第一偏振元件，其配置于所述液晶元件的光入射面侧；(e)第二偏振元件，其配置于所述液晶元件的光出射面侧；以及(f)投影透镜，其以将由所述液晶元件、所述第一偏振元件和所述第二偏振元件产生的像放大的方式投影该像，(g)所述液晶元件以所述光入射面和/或所述光出射面相对于所述投影透镜的光轴成非垂直且非平行的规定角度的方式倾斜配置。
本发明的一个方式的照明装置包含：(a)光源；(b)聚光部，其以使从所述光源射出的光在规定位置形成焦点的方式进行聚光；(c)液晶元件，其与所述焦点的位置对应地配置；(d)第一偏振元件，其配置于所述液晶元件的光入射面侧；(e)第二偏振元件，其配置于所述液晶元件的光出射面侧；以及(f)投影透镜，其以将由所述液晶元件、所述第一偏振元件和所述第二偏振元件产生的像放大的方式投影该像，(g)所述液晶元件具有配置在一对基板间的液晶层，所述液晶元件以该液晶层的层厚方向相对于所述投影透镜的光轴成非垂直且非平行的规定角度的方式倾斜配置。
本发明的一个方式的照明装置具有：(a)光源；(b)聚光部，其以从所述光源射出的光在规定位置形成焦点的方式进行聚光；(c)液晶元件，其与所述焦点的位置对应地配置；(d)第一偏振元件，其配置于所述液晶元件的光入射面侧；(e)第二偏振元件，其配置于所述液晶元件的光出射面侧；以及(f)投影透镜，其以将由所述液晶元件、所述第一偏振元件和所述第二偏振元件产生的像放大的方式投影该像；(g)第一棱镜阵列，其配置在所述液晶元件与所述第一偏振元件之间；以及(h)第二棱镜阵列，其配置在所述液晶元件与所述第二偏振元件之间，(i)所述液晶元件以所述光入射面和/或所述光出射面与所述投影透镜的光轴大致垂直的方式配置，(j)所述第一棱镜阵列使朝向所述液晶元件的光以行进方向弯折的方式向所述液晶元件入射，所述第二棱镜阵列使从所述液晶元件射出的光以行进方向弯折的方式向所述第二偏振元件入射。
本发明的一个方式的车辆用灯具系统包含：所述[1]～[3]中的任意一项的照明装置；以及控制器，其与该照明装置连接而进行动作控制。
根据上述结构，能够提高使用液晶元件的照明装置等中的照射光的明亮度。
附图说明
图1是表示一实施方式的车辆用灯具系统的结构的图。
图2的(A)是表示液晶元件的结构例的示意性剖视图。图2的(B)是用于说明对各取向膜的单轴取向处理的方向的图。
图3的(A)是表示液晶元件的透射率特性的测定例的图。图3的(B)是用于说明透射率测定中的测定系统的配置的图。
图4的(A)是表示将液晶元件设为不倾斜的配置时的结构的图。图4的(B)、图4的(C)分别是表示将液晶元件倾斜配置时的结构例的图。
图5的(A)～图5的(C)是表示来自投影透镜的出射光的10m处投影像中央部的相对光度的测定例的图。
图6的(A)、图6的(B)分别是表示与像素部的俯视形状对应的投影光的形状的一例的图。
图7的(A)是表示代替使液晶元件倾斜而使用棱镜阵列时的结构例的图。图7的(B)、图7的(C)分别是表示棱镜阵列的结构例的图。
图8的(A)是表示取向方向扭转角与容许的预倾角的关系的一例的计算结果的曲线图。图8的(B)是表示取向方向扭转角与允许的倾斜角度(俯仰角度)的关系的一例的计算结果的曲线图。
图9的(A)、图9的(B)是表示将液晶元件和光学补偿板倾斜配置时的结构例的图。图9的(C)是表示代替使液晶元件倾斜而使用棱镜阵列并配置光学补偿板时的结构例的图。
具体实施方式
图1是表示一实施方式的车辆用灯具系统的结构的图。图1所示的车辆用灯具系统构成为包括车辆用灯具(灯单元)1、控制器2以及摄像头3。该车辆用前照灯系统基于由摄像头3拍摄的图像来检测存在于本车辆的周围的前方车辆、行人的面部等的位置，将包含前方车辆等的位置的一定范围设定为非照射范围(减光区域)，将除此以外的范围设定为光照射范围来进行选择性的光照射，并且向路面上照射各种形状的光。
车辆用灯具1配置于车辆前部的规定位置，形成用于对车辆前方进行照明的照射光。此外，车辆用灯具1在车辆的左右分别各设置一个，但在此仅图示一个。
控制器2进行车辆用灯具1的光源10、液晶元件16的动作控制。该控制器2例如使用具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等的计算机系统，通过在该计算机系统中执行规定的动作程序来实现。本实施方式的控制器2根据设置于驾驶席的灯开关(未图示)的操作状态使光源10点亮，并且设定与由摄像头3检测到的前方车辆(对向车辆、先行车辆)、行人、道路标识、路上白线等对象体对应的配光图案，将用于形成与该配光图案对应的像的控制信号向液晶元件11供给。
摄像头3拍摄本车辆的前方空间来生成图像，对该图像进行规定的图像识别处理来检测上述的前方车辆等对象体的位置、范围、大小、类别等。图像识别处理的检测结果被提供给与摄像头3连接的控制器2。摄像头3设置于本车辆的车室内的规定位置(例如，前挡风玻璃上部)，或者设置于本车辆的车室外的规定位置(例如，前保险杠内)。在车辆具备用于其他用途(例如，自动制动系统等)的摄像头的情况下，也可以共用该摄像头。
此外，也可以由控制器2代替摄像头3中的图像识别处理的功能。在该情况下，摄像头3将生成的图像向控制器2输出，在控制器2侧基于该图像进行图像识别处理。或者，也可以从摄像头3向控制器2供给图像和基于该图像进行图像识别处理的结果双方。在该情况下，控制器2也可以使用从摄像头3得到的图像进一步进行独自的图像识别处理。
图1所示的车辆用灯具1构成为包括光源10、反射器(反射部件)11、13、偏振分束器12、1/4波长板14、液晶元件15、光学补偿板16、偏振片17、投影透镜18。这些各要素例如收容于一个壳体(框体)而一体化。另外，光源10和液晶元件15分别与控制器2连接。此外，在本实施方式中，偏振分束器12对应于“第一偏振元件”，偏振片17对应于“第二偏振元件”。
光源10在控制器2的控制下发射光。该光源10例如构成为包含若干个白色LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等发光元件和驱动电路。另外，光源10的结构不限于此。例如，作为光源10，可以使用激光元件、以及灯泡、放电灯等通常用于车辆用灯具的光源。
反射器11与光源10对应地配置，使从光源10发射的光以在规定位置形成焦点的方式反射并会聚，而向偏振分束器12的方向引导光，使光向液晶元件15入射。反射器11例如是具有椭圆面状的反射面的反射镜。在该情况下，光源10能够配置于反射器11的反射面的焦点附近。此外，也可以代替反射器11而使用聚光透镜作为聚光部。
偏振分束器12是透过反射型偏振元件，其使入射光的特定方向上的偏振光透过并反射与该特定方向垂直的方向上的偏振光，并且配置在液晶元件15的光入射面侧。作为这样的偏振分束器12，例如可以使用线栅型偏振元件、多层膜偏振元件等。
反射器13设置在由偏振分束器12反射的光能够入射的位置，使入射的光向偏振分束器12的方向反射。
1/4波长板14配置在偏振分束器12与反射器13之间的光路上，对入射的光赋予相位差。在本实施方式中，被偏振分束器12反射的光透过1/4波长板14，被反射器13反射而再次透过1/4波长板14，由此偏振方向旋转90°而再次入射到偏振分束器12。由此，再次入射的光成为更容易透过偏振分束器12的状态，因此光的利用效率提高。
液晶元件15与分别由反射器11、13反射和会聚的光的焦点对应地配置，并被配置成供该光入射。液晶元件15具备能够相互独立地控制的多个像素部(光调制部)。在本实施方式中，液晶元件15具有用于对各像素部赋予驱动电压的驱动器(未图示)。驱动器基于从控制器2供给的控制信号，对液晶元件15赋予用于单独驱动各像素部的驱动电压。如图所示，入射到液晶元件15的光相对于液晶元件15的光入射面以广角入射。具体而言，光相对于光入射面的法线方向以40°～60°左右的广角入射。
光学补偿板16用于补偿透过液晶元件15的光的相位差，提高偏振度，配置在液晶元件15的光出射面侧。具体而言，关于光学补偿板16，以与液晶层15的相位差相加而得到的相位差成为0或者接近0的值的方式设定其相位差。此外，也可以省略光学补偿板16。
偏振片17配置在液晶元件15的光出射面侧。通过偏振分束器12、偏振片17和配置在它们之间的液晶元件12，形成与向本车辆的前方照射的光的配光图案对应的像。
投影透镜18配置于通过反射器11、13而反射且会聚并透过液晶元件15的光能够入射的位置，将该入射的光向本车辆的前方投影。投影透镜18以其焦点与液晶元件15的液晶层的位置对应的方式配置。投影透镜18的光轴如图中单点划线所示，沿着图中的左右方向。
图2的(A)是表示液晶元件的结构例的示意性剖视图。在此例示分段显示型的液晶元件。具体而言，例示的液晶元件15构成为包含对置配置的第一基板51和第二基板52、多个布线53、公共电极(对置电极)54、绝缘层(绝缘膜)55、多个像素电极56、取向膜57、58以及液晶层59。
第一基板51和第二基板52分别是例如在俯视时呈矩形的基板，彼此相对地配置。作为各基板，例如能够使用玻璃基板、塑料基板等透光性基板。在第一基板51与第二基板52之间分散配置有例如由树脂膜等构成的球状间隔件(省略图示)，通过这些球状间隔件将基板间隙保持为所希望的大小(例如数μm左右)。此外，也可以代替球状间隔件，将由树脂等构成的柱状体设置于第一基板51侧或者第二基板52侧，并将它们用作间隔件。在本实施方式中，以第一基板51与偏振片17对置、第二基板52与偏振分束器12对置的方式配置各基板。即，以第一基板51侧成为液晶元件15的光射出侧、第二基板52成为液晶元件15的光入射侧的方式配置各基板。
多个布线53在第二基板52的一面侧设置于绝缘层55的下层侧。这些布线53例如通过将铟锡氧化物(ITO)等透明导电膜适当图案化而构成。各布线53用于从驱动器对各像素电极56赋予电压。
公共电极54设置于第一基板51的一面侧。该公共电极54以与第二基板52的各像素电极56对置的方式一体地设置。公共电极54例如通过将铟锡氧化物(ITO)等透明导电膜适当图案化而构成。
绝缘层55在第二基板52的一面侧以在各布线53的上侧覆盖各布线53的方式设置。在本实施方式中，绝缘层55在第二基板52的一面侧以覆盖大致整体的方式设置。该绝缘层55例如是SiO2膜、SiON膜，能够通过溅射法等气相工艺或者溶液工艺形成。另外，作为该绝缘层55，也可以使用有机绝缘膜。绝缘层55的层厚例如为1μm左右。
多个像素电极56在第二基板52的一面侧设置于绝缘层55的上侧。这些像素电极56例如通过将铟锡氧化物(ITO)等透明导电膜适当图案化而构成。在本实施方式中，在各像素电极56与公共电极54相对的部分构成像素部。
各像素电极56经由设置于绝缘层55的通孔与任意的布线53物理连接且电连接。这样，通过将各像素电极56和各布线53设置于不同的层，不需要在像素电极56的相互间设置布线，因此能够减少像素电极56的相互间的间隙而提高开口率，使透射光量增加。另外，关于各布线53，布局的自由度也提高。
取向膜57在第一基板51的一面侧以覆盖各像素电极56的方式配置在它们的上侧。取向膜58在第二基板52的一面侧以覆盖公共电极54的方式配置在其上侧。这些取向膜57和58用于限制液晶层59的取向状态。各取向膜57、58例如被实施了摩擦处理等单轴取向处理，具有沿着其方向限制液晶层59的液晶分子的取向的单轴取向限制力。对各取向膜57、58的取向处理的方向例如设定为相互不同(反平行)。各取向膜57、58与液晶层59的界面附近的预倾角例如为89°左右。
液晶层59设置在第一基板51与第二基板52之间。液晶层59例如使用具有流动性的向列型液晶材料构成。在本实施方式中，液晶层59具有负的介电常数各向异性，使用添加了左旋的手性材料的液晶材料构成。手性材料的添加量例如能够设定为d/p＝0.31。这里，d是液晶层59的层厚，p是手性间距。液晶层59的层厚例如能够设为4μm左右。
另外，作为液晶元件15，只要能够自如地调制透射光而形成期望的像，则内部结构、驱动方法没有特别限定。例如，在上述的结构例中，示出了布线和像素电极形成于不同的层的例子，但并不限定于此，也可以形成于同层。另外，作为液晶元件15，可以使用将薄膜晶体管与各像素对应起来而构成的有源矩阵型的液晶元件，也可以使用将多个条纹状的透明电极对置配置并将这些透明电极彼此重叠的各区域用作像素部的单纯矩阵型的液晶元件。进而，作为液晶元件15，可以使用如下分段显示型的液晶元件，该液晶元件具有设置在一个基板上的任意形状的多个像素电极和设置在另一个基板上的1个(或多个)对置电极，关于该情况下的驱动方法，可以采用多路驱动，也可以采用静态驱动。
图2的(B)是用于说明对各取向膜的单轴取向处理的方向的图。这里，示出从第一基板11侧俯视液晶元件15时的对各取向膜的单轴取向处理的方向。如图所示，例如设为表面侧(光射出侧)的偏振片17的透射轴b1配置在90°-270°方位，背面侧(光入射侧)的偏振分束器12的透射轴b2配置在0°-180°方位。并且，与表面侧对应的第一基板51的取向膜57中的单轴取向处理的方向a1设定为225°方位，与背面侧对应的第二基板52的取向膜58中的单轴取向处理的方向a2设定为45°方位。即，配置为各单轴取向处理的方向a1、a2相对于各透射轴b1、b2成45°的角度。需要说明的是，实际上由于制造时的位置偏移等而相对角度可能产生差异，因此单轴取向处理的方向a1、a2相对于各透射轴b1、b2的相对角度例如允许45°±5°左右的范围。
第一基板51的取向膜57在未向液晶层59施加电压的初始状态下具有沿着方向a1的单轴取向限制力，第二基板52的取向膜58在未向液晶层59施加电压的初始状态下具有沿着方向a2的单轴取向限制力。由此，液晶层59在初始取向状态下受到各取向膜57、58的单轴取向限制力而成为均匀取向(单畴取向)。另外，在向液晶层59施加电压时，液晶分子的取向方向以向与各基板51、52的基板面接近平行的方向倾倒的方式变化，并且受到手性材料的影响而呈现扭转取向。例如，在对液晶层59施加液晶材料的阈值电压的2.5倍以上的电压的情况下，在与表面侧对应的第一基板51和液晶层59的界面附近，液晶分子的实质取向方向为180°方位(图示的方向c1)，在与背面侧对应的第二基板52和液晶层59的界面附近，液晶分子的实质取向方向为90°方位(图示的方向c2)。
图3的(A)是表示液晶元件的透射率特性的测定例的图。另外，图3的(B)是用于说明透射率测定中的测定系统的配置的图。如图3的(B)所示，极角θ以与液晶元件的各基板面大致垂直的轴为基准来定义，方位角φ以与液晶元件的各基板面大致平行的轴为基准来定义。液晶元件与各偏振片(表面侧偏振片、背面侧偏振片)的相对配置关系与图2的(B)相同。在该测定系统中，构成为来自光源的光透过液晶元件而被受光器接收，能够可变地设定此时的极角θ、方位角φ。
在图3的(A)中，关于极角θ，以同心圆状设定轴，圆的中心与极角θ＝0对应，最外周与极角θ＝40°对应。另外，关于方位角φ，图中的左右方向对应于0°-180°，图中的上下方向对应于90°-270°。另外，该测定例是对液晶元件的液晶层59施加了阈值电压的2.5倍以上的足够高的电压(例如12V)的情况。如图所示，最佳视觉辨认方位是φ＝225°的方位(7点半方位)，如图中表示该方位的透射率的具体的数值例那样，存在极角θ越大则透射率越上升的倾向。另外，在与最佳视觉辨认方位垂直的两个方位中透射率也比较高，但在与最佳视觉辨认方位相差180°的方位即反视觉辨认方向(φ＝45°的方位)上透射率相对变低。这是因为，在施加电压时的液晶层59中产生了单畴取向，该单畴取向是液晶分子向一个方向倾斜取向的状态。需要说明的是，这样的倾向在使用上述偏振分束器12作为偏振元件的情况下也同样存在，另外，在使用基于光学多层膜的透过反射偏振片的情况下也同样存在。根据上述的研究，得到如下见解：通过与最佳视觉辨认方位对应地倾斜配置液晶元件15(具体而言为液晶层59)，能够有效利用增大了上述极角θ时的透射率而使来自车辆用灯具1的照射光的最大光度上升。以下，对应用了该见解的液晶元件15的配置进行具体说明。
图4的(A)是表示液晶元件不倾斜配置时的结构(基准结构)的图。在此，为了使说明容易理解，示出作为主要结构的液晶元件15及其前后的偏振分束器12、偏振片17和投影透镜18。另外，图示的光传播方向是向图1中的液晶元件15入射的光的主要传播方向，具体而言，光轴是与图1的左右方向平行的方向的轴即通过液晶元件15的轴。另外，光传播方向与投影透镜18的光轴平行。这里所说的投影透镜18的光轴是通过投影透镜18的中心和焦点的假想的直线。
以图4的(A)所示的配置为基准，将与液晶元件15的各基板平行且沿着与液晶元件15的左右方向平行的方向(与纸面垂直的方向)的轴定义为x轴，将与液晶元件15的各基板平行且沿着液晶元件15的上下方向(纸面的上下方向)的轴定义为y轴。x轴、y轴都是与光传播方向交叉的轴。在本实施方式中，x轴对应于上述图2的(B)所示的0°-180°方向，y轴对应于上述图2的(B)所示的90°-270°方向。另外，在图4的(A)所示的配置中，x轴与车辆用灯具1的左右方向对应，y轴与车辆用灯具1的上下方向对应。在图4的(A)所示的状态下，液晶元件15的x轴上的旋转角度、y轴上的旋转角度均为0°。另外，液晶元件15的液晶层59中的层厚方向的大致中央的液晶分子的取向方向为图3的(B)中的45°方位。这是相对于图中的x轴和y轴分别成45°的角度的方向。
图4的(B)是表示倾斜配置液晶元件时的结构例的图。在图示的例子中，液晶元件15以x轴为中心旋转规定角度而配置。将图中的顺时针的旋转角度定义为正，将逆时针的旋转角度定义为负。在图示的例子中，x轴方向的旋转角度被设定为负值。这样，通过将液晶元件15相对于投影透镜18的光轴非垂直且非平行地倾斜配置，光传播方向与液晶元件15的液晶层59斜交。换言之，以投影透镜18的光轴与液晶层59的层厚方向成大于0°且小于90°的角度的方式配置液晶元件15。此外，虽然省略图示，但也能够同样地在以y轴为中心旋转了规定角度的位置配置液晶元件15。进而，如图4的(C)所示，也可以在以x轴和y轴双方为中心旋转了规定角度的位置配置液晶元件15。
图5的(A)～图5的(C)是表示来自投影透镜的出射光的10m处投影像中央部的相对光度的测定例的图，具体而言，是将图4的(A)所示的基准的配置中的透射光的光度设为100％而求出光度比率的旋转角度依赖性的图表。图5的(A)表示使液晶元件15以x轴为中心旋转配置时的光度比率的旋转角度依赖性。该配置相当于以上述图3的(B)中的0°-180°方位为轴旋转的情况。可知在与向透射率上升的270°方位旋转的情况相当的旋转角度、即负值的旋转角度，光度比率上升，在正值的旋转角度，光度比率降低。另外，以广角入射到液晶元件15的光的入射角度大致为-40°至+40°左右的范围，与此对应于地，将旋转角度设为-40°至+40°。
图5的(B)表示使液晶元件15以y轴为中心旋转配置时的光度比率的旋转角度依赖性。该配置相当于以上述图3的(B)中的90°-270°方位为轴旋转的情况。可知在与向透射率上升的180°方位旋转的情况相当的旋转角度、即负值的旋转角度，光度比率上升，在正值的旋转角度，光度比率降低。
图5的(C)表示使液晶元件15以x轴及y轴为中心旋转配置时的光度比率的旋转角度依赖性。该配置相当于以上述图3的(B)中的135°-315°方位为轴旋转的情况。可知在与向透射率上升的225°方位旋转的情况相当的旋转角度、即负值的旋转角度，光度比率上升，在正值的旋转角度，光度比率降低。另外，与仅以x轴或y轴为中心的情况相比，光度比率的上升更大。
这样，通过倾斜配置液晶元件15，使光传播方向与液晶层59斜交，能够实现光度比率的上升。即，能够提高从车辆用灯具1射出的照射光的光度(明亮度)。
在此，在本实施方式中设想了作为车辆用灯具的用途，因此在多数情况下，上下方向的配光角度设定得小，左右方向的配光角度设定得大。在该情况下，认为想要由液晶元件15的像素部控制的段分割被设定为在x轴方向上长、在y轴方向上短。作为光学系统，使焦点与液晶元件15的x轴和y轴的交点一致，因此，如果液晶元件15的像素部的位置从其原本的位置偏移，则可能产生照射光中的图案的焦点偏移的现象，因此，在沿左右方向扩展的照射配光图案的情况下，认为优选以x轴方向为中心进行旋转。另一方面，如果照射配光图案在上下方向上扩展，则认为优选以y轴方向为中心旋转。如果想要得到与向225°方位倾斜的倾斜角度同等的效果，则认为优选设定为的1/√2倍的角度，根据图3的(A)，最大透射率在225°方位为约38°，因此认为在x轴方向、y轴方向的旋转的情况下为约27°。
另外，当倾斜配置液晶元件15时，相对于像素部的俯视形状，由该像素部形成的投影光的俯视形状产生变形。例如，如图6的(A)所示，在像素部70的俯视形状为矩形的情况下，若在以x轴为中心旋转后的位置配置液晶元件15，则投影的光所形成的照射像71的形状变形为梯形。对此，例如如图6的(B)所示，通过使用预先考虑变形的程度而构成俯视形状的像素部70a，能够抑制照射光71a的变形。在以y轴为中心旋转的情况、x轴、y轴均为中心旋转的情况下也同样，只要预先考虑变形的程度来决定像素部的俯视形状即可。结果，像素部的俯视形状与照射像的俯视形状成为相互不相似的形状。
另外，在将液晶元件15倾斜配置时，关于光出射面侧的偏振片17，优选不与液晶元件15对应地倾斜，而是如图5的(A)～图5的(C)所示那样配置成入射面与光传播方向或投影透镜18的光轴大致垂直。这是因为，若将偏振片17倾斜配置，则遮挡透射光时的漏光变大。
图7的(A)是表示代替使液晶元件倾斜而使用棱镜阵列时的结构例的图。如图所示，关于液晶元件15，x轴、y轴都不具有旋转角度而设定为0°，也可以在液晶元件15的光入射面侧和光出射面侧分别配置棱镜阵列20、21。例如，图7的(B)表示用于得到与以x轴为中心设置旋转角度的情况同样的效果的棱镜阵列20、21的结构例。图示的棱镜阵列20(或21)构成为在y轴方向上排列多个截面为三角形且沿着x轴延伸的棱镜。通过使用这样的棱镜阵列20、21，也能够构成为光传播方向与液晶元件15的液晶层59的层厚方向成非垂直且非平行的角度地斜交。另外，通过将棱镜阵列20和棱镜阵列21配置为彼此的棱镜斜面大致平行，能够使向偏振片17入射的入射光的光传播方向与入射面大致垂直。
此外，虽然省略图示，但为了得到与以y轴为中心设置旋转角度的情况相同的效果，使用使图7的(B)所示的棱镜阵列20(或者21)旋转90°的结构的棱镜阵列即可。另外，为了得到与使液晶元件15以x轴及y轴为中心旋转配置的情况同样的效果，使用图7的(C)所示的结构例的棱镜阵列20、21即可。具体而言，棱镜阵列20(或21)构成为，各棱镜的延伸方向不与x轴平行，也不与y轴垂直，相对于各轴成规定角度。换言之，构成为各棱镜的延伸方向是与液晶元件15的外形边非垂直且非平行的方向。
通过这样使用棱镜阵列20、21，不使液晶元件15自身倾斜就能够得到同样的效果，因此车辆用灯具1的液晶元件15周边的布局变得容易，并且光学设计也变得容易。另外，还期待使照射光的照射像的轮廓更尖锐的效果。
接着，说明使液晶元件15倾斜时的优选角度的数值例。如图2的(A)所示，由于液晶元件15的液晶层59的层厚方向的大致中央的液晶分子的配光方向被设定为45°方位，所以优选与其相反侧的方位即225°方位对应地设置倾斜角度。此时，在图3的(A)所示的观察例中，透射率最高的极角的角度在方位角225°时约为38°。但是，如果以这样的角度倾斜，则在液晶元件15未被施加电压时，有可能产生由于从斜向观察液晶元件15而引起的漏光。在各偏振元件(偏振分束器12、偏振片17)的透射轴与液晶元件15的配置关系为图2的(B)所示的结构的情况下，实际样品中的外观观察的结果是，容许漏光的预倾角为84°以上。在2个偏振元件之间倾斜配置预倾角89°的液晶元件15时的倾斜角度的容许值被认为是由于倾斜而与之前的预倾角容许值同等的液晶层上的光入射角度，因此，当设液晶元件15的外侧的空气层的折射率为1、构成液晶元件15的各基板(玻璃基板)的折射率为1.52、液晶材料的寻常光折射率为1.48、异常光折射率为1.59时，容许的倾斜角度约为9°。此外，在使用棱镜阵列的结构的情况下，与该倾斜角度对应地进行棱镜阵列的折射角等的设计即可。
在此，在上述的各实施方式中，示出了将对第一基板11和第二基板12各自的单轴取向处理的方向a1、a2设为彼此反向平行的反平行取向的情况，但是，当将液晶层59的层厚方向的大致中央处的液晶分子的取向方向固定而不使其发生变化、将对第一基板11和第二基板12各自的单轴取向处理的方向a1、a2设定为彼此不平行、使取向沿着液晶层59的层厚方向产生扭曲时，上述所示的容许的预倾角发生变化。此外，以下将第一基板11和第二基板12统称为“表背基板”。
图8的(A)表示使用SHINTEC制液晶显示元件一维分析软件求出表背基板间的取向方向的扭转角变化的情况下所允许的预倾角的变化的计算结果。如图所示，可知随着扭转角变大，所允许的预倾角变低。标绘点为计算结果，虚线是通过4次函数进行最小二乘曲线拟合而得到的曲线。该4次函数如下所示，在该图中将表背基板间取向方向扭转角设为x，将所允许的预倾角设为y。
y＝0.00000002x4+0.00000065x3+0.00027097x2-0.0337896x+84.00164621
另外，以图8的(A)的计算结果为基础根据斯涅耳定律计算从空气层向表背基板(玻璃基板)入射的光入射角度、即与容许的入射角度对应的倾斜角度(俯仰角度)时，如图8的(B)所示。标绘点是计算结果，虚线是用4次函数进行最小二乘曲线拟合的曲线。在该图中，若将表背基板间取向方向扭转角设为x，将容许的倾斜角度(俯仰角度)设为y，则如下表示。
0.00000005x4-0.00000645x3+0.00032779x2+0.01697639x+8.99308058≥y>0
上述是向225°方位设定了倾斜角度时的角度，但在仅使图4的(A)所示的x轴方向或y轴方向旋转的情况下，成为1/√2倍，因此如下。
0.00000004x4-0.00000456x3+0.00023178x2+0.01200412x+6.35906826≥y>0
另一方面，在图1的光学系统中，在偏振元件之间配置有液晶元件15和光学补偿板16。关于光学补偿板16，在将图1中纸面的上下方向设为y轴，纸面的近前/进深方向设为x轴，光传播方向即光学补偿板16的面内法线方向设为z轴，光学补偿板16的xyz轴方向的折射率设为nx、ny、nz时，光学补偿板16具有nx≈ny＞nz的负的单轴光学各向异性。此时，例如，如在图9的(A)或图9的(B)中所示的结构例那样，在光学补偿板16中产生与液晶元件15的倾斜相同角度的倾斜，使得允许的倾斜角度不受上述限制。此外，光学补偿板16的倾斜角度可以不必与液晶元件15的倾斜角度相同。另外，在使用棱镜阵列的情况下也同样，例如如图9的(C)所示，可以在液晶元件15与棱镜阵列21之间以与液晶元件15大致平行的方式配置光学补偿板16。另外，在光学补偿板16具有nx＜ny＜nz的负的双轴光学各向异性的情况下，也能够得到同样的效果。这是因为在液晶元件15的液晶层59中产生的相位差可以被光学补偿板16的相位差抵消。但是，若以使用线栅偏振片、由光学多层膜构成的透过反射偏振片作为偏振元件的情况为前提，则实现相位差抵消的光学补偿板16的厚度方向相位差Rth优选为Δnd×0.8≤Rth≤Δnd×1.2的范围。另外，d是液晶元件15的液晶层59的层厚，Δn是液晶层59的折射率各向异性。另一方面，从光源10经由反射器11向液晶元件15入射的光的入射角度在全方位为极角40°范围，因此液晶元件15的倾斜角度最大也小于50°。
根据以上那样的各实施方式，能够提高使用液晶元件的照明装置等中的照射光的明亮度。
此外，本公开并不限定于上述的实施方式的内容，能够在本公开的主旨的范围内进行各种变形来实施。例如，在上述实施方式中，作为照明装置的一例，列举了车辆用灯具，但本公开的应用范围不限于此。例如能够将本公开的结构应用于路灯、道口照明装置、方向引导照明装置等各种照明装置。另外，车辆用灯具的光学系统也不限于上述实施方式的结构。
附图标记说明
1：车辆用灯具、2：控制器、3：摄像头、10：光源、11、13：反射器、12：偏振分束器、14：1/2波长板、15：液晶元件、16：光学补偿板、17：偏振片、18：投影透镜、20、21：棱镜阵列、51：第一基板51、52：第二基板、53：布线、54：公共电极(对置电极)、55：绝缘层(绝缘膜)、56：像素电极、57、58：取向膜、59：液晶层

Claims (10)

1.一种照明装置，其包含：
光源；
聚光部，其以使从所述光源射出的光在规定位置形成焦点的方式进行聚光；
液晶元件，其与所述焦点的位置对应地配置；
第一偏振元件，其配置于所述液晶元件的光入射面侧；
第二偏振元件，其配置于所述液晶元件的光出射面侧；以及
投影透镜，其以将由所述液晶元件、所述第一偏振元件以及所述第二偏振元件产生的像放大的方式投影该像，
所述液晶元件以所述光入射面和/或所述光出射面相对于所述投影透镜的光轴成非垂直且非平行的规定角度的方式倾斜配置。
2.一种照明装置，其包含：
光源；
聚光部，其以使从所述光源射出的光在规定位置形成焦点的方式进行聚光；
液晶元件，其与所述焦点的位置对应地配置；
第一偏振元件，其配置于所述液晶元件的光入射面侧；
第二偏振元件，其配置于所述液晶元件的光出射面侧；以及
投影透镜，其以将由所述液晶元件、所述第一偏振元件以及所述第二偏振元件产生的像放大的方式投影该像，
所述液晶元件具有配置于一对基板间的液晶层，所述液晶元件以该液晶层的层厚方向相对于所述投影透镜的光轴成非垂直且非平行的规定角度的方式倾斜配置。
3.一种照明装置，其包含：
光源；
聚光部，其以使从所述光源射出的光在规定位置形成焦点的方式进行聚光；
液晶元件，其与所述焦点的位置对应地配置；
第一偏振元件，其配置于所述液晶元件的光入射面侧；
第二偏振元件，其配置于所述液晶元件的光出射面侧；以及
投影透镜，其以将由所述液晶元件、所述第一偏振元件以及所述第二偏振元件产生的像放大的方式投影该像；
第一棱镜阵列，其配置在所述液晶元件与所述第一偏振元件之间；以及
第二棱镜阵列，其配置在所述液晶元件与所述第二偏振元件之间，
所述液晶元件配置为所述光入射面和/或所述光出射面与所述投影透镜的光轴大致垂直，
所述第一棱镜阵列使朝向所述液晶元件的光以行进方向弯折的方式向所述液晶元件入射，所述第二棱镜阵列使从所述液晶元件射出的光以行进方向弯折的方式向所述第二偏振元件入射。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的照明装置，其中，
所述第一偏振元件是反射第一方向的偏振光并使与该第一方向垂直的第二方向的偏振光透过的透过反射型偏振元件。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的照明装置，其中，
所述第二偏振元件配置为光入射面与所述投影透镜的光轴大致垂直。
6.根据权利要求1或2所述的照明装置，其中，
所述液晶元件以第一轴和第二轴中的至少1个为中心倾斜配置，该第一轴和第二轴是相互垂直的2个轴，且分别是与所述投影透镜的光轴大致垂直的轴。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的照明装置，其中，
所述液晶元件具有至少一个像素部，
由所述投影透镜投影的照射像的俯视形状是与所述像素部的俯视形状不相似的形状。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的照明装置，其中，
所述液晶元件是单畴垂直取向的液晶元件。
9.根据权利要求3所述的照明装置，其中，
所述第一棱镜阵列和所述第二棱镜阵列分别包含沿一个方向延伸的多个棱镜，
所述多个棱镜各自的延伸方向是与所述液晶元件的外形边非平行且非垂直的方向。
10.一种车辆用灯具系统，其包含：
权利要求1～9中的任意一项所述的照明装置；以及
控制器，其与该照明装置连接而进行动作控制。
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