JP2002352611A - 照明装置およびそれを備える表示装置 - Google Patents
照明装置およびそれを備える表示装置Info
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/1336—Illuminating devices
- G02F1/133602—Direct backlight
- G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
- G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い指向性を有するとともに均一な強度分布
の照明光を照射する照明装置が提供する。 【解決手段】 照明装置１０は、光源装置１１と、光源
装置１１から出射された光線の進行方向を所定の方向に
向ける光線方向変換素子１２とを備える。光源装置１１
は複数の光源１１ａ、１１ｂおよび１１ｃを含み、光線
方向変換素子１２は複数の単位変換素子１２ａ、１２ｂ
および１２ｃを含む。単位変換素子のそれぞれは、光源
のそれぞれに対応して設けられており、光源は、それぞ
れ対応する単位変換素子のそれぞれの光軸ＯＸ上に配置
されている。単位変換素子のそれぞれは、複数の光源の
内の対応する光源から入射した光線と、対応する光源以
外の少なくとも１つの光源から入射した光線とを、所定
の方向に向ける第１変換領域Ｍを有する。
の照明光を照射する照明装置が提供する。 【解決手段】 照明装置１０は、光源装置１１と、光源
装置１１から出射された光線の進行方向を所定の方向に
向ける光線方向変換素子１２とを備える。光源装置１１
は複数の光源１１ａ、１１ｂおよび１１ｃを含み、光線
方向変換素子１２は複数の単位変換素子１２ａ、１２ｂ
および１２ｃを含む。単位変換素子のそれぞれは、光源
のそれぞれに対応して設けられており、光源は、それぞ
れ対応する単位変換素子のそれぞれの光軸ＯＸ上に配置
されている。単位変換素子のそれぞれは、複数の光源の
内の対応する光源から入射した光線と、対応する光源以
外の少なくとも１つの光源から入射した光線とを、所定
の方向に向ける第１変換領域Ｍを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置および照
明装置を表示装置に関し、特に、液晶表示装置に好適に
用いられる照明装置およびそれを備えた液晶表示装置に
関する。
明装置を表示装置に関し、特に、液晶表示装置に好適に
用いられる照明装置およびそれを備えた液晶表示装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、ＣＲＴ、ＰＤＰあるい
はＥＬといった画像表示装置とは異なり、自らは発光し
ない液晶表示素子を用いているため、表示を行うための
光を液晶表示素子に照射する照明装置を有している。例
えば、透過型の液晶表示装置は、液晶表示素子の後方
（観察者とは反対側）にバックライトと呼ばれる面状の
照明装置を有し、バックライトから液晶表示素子に照射
された光の透過光量を画素ごとに制御することによって
画像を表示する。
はＥＬといった画像表示装置とは異なり、自らは発光し
ない液晶表示素子を用いているため、表示を行うための
光を液晶表示素子に照射する照明装置を有している。例
えば、透過型の液晶表示装置は、液晶表示素子の後方
（観察者とは反対側）にバックライトと呼ばれる面状の
照明装置を有し、バックライトから液晶表示素子に照射
された光の透過光量を画素ごとに制御することによって
画像を表示する。
【０００３】一般的な液晶表示素子であるツイステッド
ネマティック（ＴＮ）型やスーパーツイステッドネマテ
ィック（ＳＴＮ）型の液晶表示素子は、液晶分子を一対
の基板間でツイスト配向させた液晶層と、これを挟んで
液晶層の後方と前方に配置された一対の偏光板とを有す
る。バックライトから液晶表示素子に照射された光のう
ち、後方の偏光板を透過した偏光が液晶層に入射し、そ
の偏光方向を液晶層によって変化させることによって、
前方の偏光板を透過する光量が制御される。
ネマティック（ＴＮ）型やスーパーツイステッドネマテ
ィック（ＳＴＮ）型の液晶表示素子は、液晶分子を一対
の基板間でツイスト配向させた液晶層と、これを挟んで
液晶層の後方と前方に配置された一対の偏光板とを有す
る。バックライトから液晶表示素子に照射された光のう
ち、後方の偏光板を透過した偏光が液晶層に入射し、そ
の偏光方向を液晶層によって変化させることによって、
前方の偏光板を透過する光量が制御される。
【０００４】ところが、液晶表示装置で表示された画像
は、画像を見る角度、すなわち視角によって品位が変化
する。例えば、コントラスト比、中間調の輝度や色調が
変化し、正常な画像が得られなくなってしまうなどの問
題を有している。これは、中間調を表示する際はツイス
ト配向させた液晶層の液晶分子が傾いた状態であるた
め、液晶分子が傾いている方向から入射する光の偏光方
向は液晶分子の長軸に対してほぼ垂直であり、この光は
複屈折の影響を受けないのに対し、それ以外の方向から
入射する光の偏光方向は液晶分子の長軸に平行な成分を
有するので複屈折の影響を受ける。その結果、視角によ
って表示の光量が変化する。
は、画像を見る角度、すなわち視角によって品位が変化
する。例えば、コントラスト比、中間調の輝度や色調が
変化し、正常な画像が得られなくなってしまうなどの問
題を有している。これは、中間調を表示する際はツイス
ト配向させた液晶層の液晶分子が傾いた状態であるた
め、液晶分子が傾いている方向から入射する光の偏光方
向は液晶分子の長軸に対してほぼ垂直であり、この光は
複屈折の影響を受けないのに対し、それ以外の方向から
入射する光の偏光方向は液晶分子の長軸に平行な成分を
有するので複屈折の影響を受ける。その結果、視角によ
って表示の光量が変化する。
【０００５】液晶表示装置の視角特性を改善するために
（すなわち、視角依存性を低減するために）、照明光の
指向性を高めるとともに液晶表示素子の観察者側に光拡
散素子を設け、液晶表示素子に入射する照明光の角度範
囲を狭くすることによって得られる一定のコントラスト
比、中間調輝度および色調を有する表示画像を、光拡散
素子によって広い視角範囲から観察されるようにする方
法が提案されている。
（すなわち、視角依存性を低減するために）、照明光の
指向性を高めるとともに液晶表示素子の観察者側に光拡
散素子を設け、液晶表示素子に入射する照明光の角度範
囲を狭くすることによって得られる一定のコントラスト
比、中間調輝度および色調を有する表示画像を、光拡散
素子によって広い視角範囲から観察されるようにする方
法が提案されている。
【０００６】例えば、特開平２−１１８５１８号公報に
は、図１９に模式的に示す構成を有する液晶表示装置３
００を開示している。液晶表示装置３００は、照明装置
３１０と、液晶表示素子３２０と、光拡散素子３３０と
を有している。
は、図１９に模式的に示す構成を有する液晶表示装置３
００を開示している。液晶表示装置３００は、照明装置
３１０と、液晶表示素子３２０と、光拡散素子３３０と
を有している。
【０００７】バックライト３１０は、光源３１１と、球
面鏡３１２と、フレネルレンズ３１３とを有し、液晶表
示素子３２０を照明する。光源３１１を挟んでフレネル
レンズ３１３と対向して配置された球面鏡３１２は、光
源３１１からの光線をフレネルレンズ３１３に向かって
反射することで光の利用効率を向上する。
面鏡３１２と、フレネルレンズ３１３とを有し、液晶表
示素子３２０を照明する。光源３１１を挟んでフレネル
レンズ３１３と対向して配置された球面鏡３１２は、光
源３１１からの光線をフレネルレンズ３１３に向かって
反射することで光の利用効率を向上する。
【０００８】ここで、フレネルレンズとは、屈折面が連
続した球面でなく、階段状に傾斜した屈折面（「プリズ
ム面」とも言う。）が形成された平面レンズであり、す
なわち、図２０に模式的に示したように、レンズの曲率
だけをプリズム形状に変換したプリズムが平面上に配列
されたプリズムアレイである。従って、円形のレンズを
フレネルレンズに置き換える場合は、同心円状にプリズ
ムが配列され、シリンドリカルレンズをフレネルレンズ
に置き換える場合は直線状にプリズムが配列される。フ
レネルレンズに形成されるプリズムは、一般に、光軸に
対して略平行な平行面と傾斜した傾斜面を備え、傾斜面
で光を屈折することでレンズの性質を発現する。フレネ
ルレンズは、平面レンズであること、および、一般にア
クリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透明樹脂で形
成されているため、レンズの肉厚を薄くできるととも
に、軽くできるという利点がある。
続した球面でなく、階段状に傾斜した屈折面（「プリズ
ム面」とも言う。）が形成された平面レンズであり、す
なわち、図２０に模式的に示したように、レンズの曲率
だけをプリズム形状に変換したプリズムが平面上に配列
されたプリズムアレイである。従って、円形のレンズを
フレネルレンズに置き換える場合は、同心円状にプリズ
ムが配列され、シリンドリカルレンズをフレネルレンズ
に置き換える場合は直線状にプリズムが配列される。フ
レネルレンズに形成されるプリズムは、一般に、光軸に
対して略平行な平行面と傾斜した傾斜面を備え、傾斜面
で光を屈折することでレンズの性質を発現する。フレネ
ルレンズは、平面レンズであること、および、一般にア
クリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透明樹脂で形
成されているため、レンズの肉厚を薄くできるととも
に、軽くできるという利点がある。
【０００９】上述のように構成されたバックライト３１
０において、光源３１１をフレネルレンズ３１３の焦点
近傍に配置することによって、光源３１１からの光線が
フレネルレンズ３１３に形成されたプリズムによって屈
折されて正面方向に進行し、高指向性の照明光が得られ
る。
０において、光源３１１をフレネルレンズ３１３の焦点
近傍に配置することによって、光源３１１からの光線が
フレネルレンズ３１３に形成されたプリズムによって屈
折されて正面方向に進行し、高指向性の照明光が得られ
る。
【００１０】液晶表示素子３２０は照明装置３１０から
の高指向性の照明光を受け、画素ごとに光の透過率を制
御して画像を表示する。光拡散素子３３０が液晶表示素
子３２０を通過した画像の表示光を拡散することによっ
て、広い視角範囲から表示品位の変化が少ない画像が観
察される。
の高指向性の照明光を受け、画素ごとに光の透過率を制
御して画像を表示する。光拡散素子３３０が液晶表示素
子３２０を通過した画像の表示光を拡散することによっ
て、広い視角範囲から表示品位の変化が少ない画像が観
察される。
【００１１】また、特表平１１−５０４１２４号公報に
は、図２１に示すように、光源４１１と全内面反射（Ｔ
ＩＲ）レンズで４１２で構成された、高指向性の照明光
を照射する照明装置４００が開示されている。
は、図２１に示すように、光源４１１と全内面反射（Ｔ
ＩＲ）レンズで４１２で構成された、高指向性の照明光
を照射する照明装置４００が開示されている。
【００１２】ＴＩＲレンズ４１２は、図２１に示したよ
うに、全体的には焦点を囲むドーム状の形状を有し、焦
点に対向する側の面には多数のプリズムが配列されてい
る。その形状はいずれも光軸に対して略平行な平行面と
傾斜した傾斜面とで構成されるが、傾斜面が有する作用
によって２種類のプリズムに大別される。
うに、全体的には焦点を囲むドーム状の形状を有し、焦
点に対向する側の面には多数のプリズムが配列されてい
る。その形状はいずれも光軸に対して略平行な平行面と
傾斜した傾斜面とで構成されるが、傾斜面が有する作用
によって２種類のプリズムに大別される。
【００１３】すなわち、光軸近傍（領域Ｒ１）に形成さ
れたプリズムは、フレネルレンズに形成されたプリズム
と同様に、傾斜面で光を屈折することによって光の進行
方向を制御する屈折型プリズムであるのに対して、光軸
から遠い領域（領域Ｒ２）に形成されたプリズムは内部
に入射した光を傾斜面で反射することによって進行方向
を制御する反射型プリズムである。
れたプリズムは、フレネルレンズに形成されたプリズム
と同様に、傾斜面で光を屈折することによって光の進行
方向を制御する屈折型プリズムであるのに対して、光軸
から遠い領域（領域Ｒ２）に形成されたプリズムは内部
に入射した光を傾斜面で反射することによって進行方向
を制御する反射型プリズムである。
【００１４】光源４１１を上述の様な構成を有するＴＩ
Ｒレンズ４１２の焦点近傍に配置することによって、光
源４１１からの光線は、屈折型プリズム（領域Ｒ１）お
よび反射型プリズム（領域Ｒ２）によって進行方向が制
御され、正面方向（光軸に平行な方向）に高指向性の照
明光が照射される。
Ｒレンズ４１２の焦点近傍に配置することによって、光
源４１１からの光線は、屈折型プリズム（領域Ｒ１）お
よび反射型プリズム（領域Ｒ２）によって進行方向が制
御され、正面方向（光軸に平行な方向）に高指向性の照
明光が照射される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明者が検討した結
果、上述した従来の照明装置は、指向性が高い照明光が
得られるものの、照明範囲を広げるためには、下記の問
題を解決する必要があることが分かった。
果、上述した従来の照明装置は、指向性が高い照明光が
得られるものの、照明範囲を広げるためには、下記の問
題を解決する必要があることが分かった。
【００１６】まず、図１９に示したフレネルレンズ３１
３を利用した照明装置３１０では、より広い面を照明し
たり照明光の輝度を向上させるためには、図２２に示す
ように、複数の光源３１１’を等間隔で配置し、それぞ
れの光源に１個の単位フレネルレンズ３１３’ａが形成
されたフレネルレンズ３１３’を組み合わせる必要があ
る。すなわち、それぞれの光源３１１’からの光線の進
行方向を対応する単位フレネルレンズ３１３’ａによっ
て制御し、高指向性の照明光を照射する。
３を利用した照明装置３１０では、より広い面を照明し
たり照明光の輝度を向上させるためには、図２２に示す
ように、複数の光源３１１’を等間隔で配置し、それぞ
れの光源に１個の単位フレネルレンズ３１３’ａが形成
されたフレネルレンズ３１３’を組み合わせる必要があ
る。すなわち、それぞれの光源３１１’からの光線の進
行方向を対応する単位フレネルレンズ３１３’ａによっ
て制御し、高指向性の照明光を照射する。
【００１７】従って、光源３１１’の輝度、色調などが
それぞれ異なっていると、照明光の輝度、色調は単位フ
レネルレンズ３１３ａごとに異なるため、単位フレネル
レンズ３１３’ａの境界がくっきりと目視されてしま
う。しかしながら、これを避け得るほどにそれぞれの光
源３１１’の発光特性を一定に制御するように、光源３
１１’を製造または選別することは非常に困難である。
それぞれ異なっていると、照明光の輝度、色調は単位フ
レネルレンズ３１３ａごとに異なるため、単位フレネル
レンズ３１３’ａの境界がくっきりと目視されてしま
う。しかしながら、これを避け得るほどにそれぞれの光
源３１１’の発光特性を一定に制御するように、光源３
１１’を製造または選別することは非常に困難である。
【００１８】同様に、特表平１１−５０４１２４号公報
に開示されている照明装置においても、図２３に示すよ
うに、複数の光源４１１’とそれぞれの光源４１１’に
１個の単位ＴＩＲレンズ４１２’ａが形成されたＴＩＲ
レンズ４１２’によって照明装置を構成すると、光源４
１１’の輝度、色調などの違いが単位ＴＩＲレンズ４１
２’ａごとの照明光に反映され、単位ＴＩＲレンズ４１
２’ａの境界が観察されてしまう。
に開示されている照明装置においても、図２３に示すよ
うに、複数の光源４１１’とそれぞれの光源４１１’に
１個の単位ＴＩＲレンズ４１２’ａが形成されたＴＩＲ
レンズ４１２’によって照明装置を構成すると、光源４
１１’の輝度、色調などの違いが単位ＴＩＲレンズ４１
２’ａごとの照明光に反映され、単位ＴＩＲレンズ４１
２’ａの境界が観察されてしまう。
【００１９】本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたも
のであって、その主な目的は、指向性が高く且つ強度分
布が比較的均一な照明装置およびそれを用いた表示装置
を提供することを目的とする。
のであって、その主な目的は、指向性が高く且つ強度分
布が比較的均一な照明装置およびそれを用いた表示装置
を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明による照明装置
は、複数の光源と、前記複数の光源から出射された光線
の進行方向を所定の方向に向ける光線方向変換素子と、
を備える照明装置であって、前記光線方向変換素子は、
それぞれが、前記複数の光源のそれぞれに対応して設け
られた複数の単位変換素子を有し、前記複数の光源のそ
れぞれは、前記複数の単位変換素子の内の対応する単位
変換素子の光軸上に配置されており、前記複数の単位変
換素子のそれぞれは、前記複数の光源の内の対応する光
源から入射した光線と、前記対応する光源以外の少なく
とも１つの光源から入射した光線とを、前記所定の方向
に向ける第１変換領域を有し、そのことによって上記目
的が達成される。
は、複数の光源と、前記複数の光源から出射された光線
の進行方向を所定の方向に向ける光線方向変換素子と、
を備える照明装置であって、前記光線方向変換素子は、
それぞれが、前記複数の光源のそれぞれに対応して設け
られた複数の単位変換素子を有し、前記複数の光源のそ
れぞれは、前記複数の単位変換素子の内の対応する単位
変換素子の光軸上に配置されており、前記複数の単位変
換素子のそれぞれは、前記複数の光源の内の対応する光
源から入射した光線と、前記対応する光源以外の少なく
とも１つの光源から入射した光線とを、前記所定の方向
に向ける第１変換領域を有し、そのことによって上記目
的が達成される。
【００２１】前記第１変換領域は、前記対応する光源か
らの光線と、前記対応する光源に隣接する少なくとも１
つの光源から入射した光線とを、前記所定の方向に向け
る構成としてもよい。
らの光線と、前記対応する光源に隣接する少なくとも１
つの光源から入射した光線とを、前記所定の方向に向け
る構成としてもよい。
【００２２】前記複数の単位変換素子のそれぞれは、前
記第１変換領域のみから構成されている構成としてもよ
い。
記第１変換領域のみから構成されている構成としてもよ
い。
【００２３】前記複数の単位変換素子のそれぞれは、前
記対応する光源から入射した光線だけを前記所定の方向
に向ける第２変換領域をさらに有する構成としてもよ
い。
記対応する光源から入射した光線だけを前記所定の方向
に向ける第２変換領域をさらに有する構成としてもよ
い。
【００２４】前記第２変換領域は、前記第１変換領域よ
りも前記単位変換素子の光軸に近い位置に設けられてい
ることが好ましい。
りも前記単位変換素子の光軸に近い位置に設けられてい
ることが好ましい。
【００２５】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位フレ
ネルレンズである構成としてもよい。
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位フレ
ネルレンズである構成としてもよい。
【００２６】前記光線方向変換素子はホログラフィック
素子であり、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位
ホログラフィック素子であってもよい。
素子であり、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位
ホログラフィック素子であってもよい。
【００２７】前記光線方向変換素子は回折素子であり、
前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位回折素子であ
ってもよい。
前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位回折素子であ
ってもよい。
【００２８】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第２プリ
ズム面を有し、前記少なくとも１つの隣接する光源から
前記第１変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第１プリズム面において屈折されることによって前
記所定の方向に向けられ、前記対応する光源から前記第
１変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第
２プリズム面において屈折されることによって前記所定
の方向に向けられる構成としてもよい。
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第２プリ
ズム面を有し、前記少なくとも１つの隣接する光源から
前記第１変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第１プリズム面において屈折されることによって前
記所定の方向に向けられ、前記対応する光源から前記第
１変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第
２プリズム面において屈折されることによって前記所定
の方向に向けられる構成としてもよい。
【００２９】前記複数のプリズム面は、前記単位フレネ
ルレンズの前記対応する光源から遠い側の面に形成され
ており、前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位
置において、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレ
ンズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリ
ズム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成す
る角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離を
ｆ、隣接する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前
記単位フレネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ
1およびθ2が、 θ1＝tan-1([{n2f2+(n2-1)(s-x)2}1/2-{f2+(s-x)2}1/2]/(s-x)) (1) θ2＝tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (2) の関係を満足することが好ましい。
ルレンズの前記対応する光源から遠い側の面に形成され
ており、前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位
置において、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレ
ンズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリ
ズム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成す
る角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離を
ｆ、隣接する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前
記単位フレネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ
1およびθ2が、 θ1＝tan-1([{n2f2+(n2-1)(s-x)2}1/2-{f2+(s-x)2}1/2]/(s-x)) (1) θ2＝tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (2) の関係を満足することが好ましい。
【００３０】あるいは、前記複数のプリズム面は、前記
単位フレネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に
形成されている構成においては、前記単位フレネルレン
ズの光軸から距離ｘの位置において、前記第１プリズム
面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角
度をθ1、前記第２プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ2、前記単位フレネ
ルレンズの焦点距離をｆ、隣接する光源間の距離をｓ、
周囲の媒質に対する前記単位フレネルレンズの相対屈折
率をｎとするとき、θ1およびθ2が、 θ1＝tan-1([n{f2+(s-x)2}1/2-f]/(s-x)) (3) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (4) の関係を満足することが好ましい。
単位フレネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に
形成されている構成においては、前記単位フレネルレン
ズの光軸から距離ｘの位置において、前記第１プリズム
面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角
度をθ1、前記第２プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ2、前記単位フレネ
ルレンズの焦点距離をｆ、隣接する光源間の距離をｓ、
周囲の媒質に対する前記単位フレネルレンズの相対屈折
率をｎとするとき、θ1およびθ2が、 θ1＝tan-1([n{f2+(s-x)2}1/2-f]/(s-x)) (3) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (4) の関係を満足することが好ましい。
【００３１】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第２プリ
ズム面を有し、前記少なくとも１つの隣接する光源から
前記第１変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第２プリズム面において屈折されたあと前記第１プ
リズム面によって反射されることによって前記所定の方
向に向けられ、前記対応する光源から前記第１変換領域
に入射した光線の少なくとも一部は、前記第１プリズム
面において屈折させることによって前記所定の方向に向
けられる構成としてもよい。
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第２プリ
ズム面を有し、前記少なくとも１つの隣接する光源から
前記第１変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第２プリズム面において屈折されたあと前記第１プ
リズム面によって反射されることによって前記所定の方
向に向けられ、前記対応する光源から前記第１変換領域
に入射した光線の少なくとも一部は、前記第１プリズム
面において屈折させることによって前記所定の方向に向
けられる構成としてもよい。
【００３２】前記複数のプリズム面は、前記単位フレネ
ルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成されて
おり、前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置
において、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズ
ム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する
角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、
隣接する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単
位フレネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1お
よびθ2が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (5) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (6) の関係を満足することが好ましい。
ルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成されて
おり、前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置
において、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズ
ム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する
角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、
隣接する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単
位フレネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1お
よびθ2が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (5) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (6) の関係を満足することが好ましい。
【００３３】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第２プリ
ズム面を有し、前記少なくとも１つの隣接する光源から
前記第１変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第２プリズム面において屈折されたあと前記第１プ
リズム面によって反射されることによって前記所定の方
向に向けられ、前記対応する光源から前記第１変換領域
に入射した光線の少なくとも一部は、前記第１プリズム
面において屈折されたあと前記第２プリズム面で反射さ
れることによって前記所定の方向に向けられる構成とし
てもよい。
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第２プリ
ズム面を有し、前記少なくとも１つの隣接する光源から
前記第１変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第２プリズム面において屈折されたあと前記第１プ
リズム面によって反射されることによって前記所定の方
向に向けられ、前記対応する光源から前記第１変換領域
に入射した光線の少なくとも一部は、前記第１プリズム
面において屈折されたあと前記第２プリズム面で反射さ
れることによって前記所定の方向に向けられる構成とし
てもよい。
【００３４】前記複数のプリズム面は、前記単位フレネ
ルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成されて
おり、前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置
において、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズ
ム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する
角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、
隣接する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単
位フレネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1お
よびθ2が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (7) θ2＝(cos-1[{f・cosθ1-x・sinθ1}/n{f2+x2}1/2]-θ1)/2 (8) の関係を満足することが好ましい。
ルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成されて
おり、前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置
において、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズ
ム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する
角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、
隣接する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単
位フレネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1お
よびθ2が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (7) θ2＝(cos-1[{f・cosθ1-x・sinθ1}/n{f2+x2}1/2]-θ1)/2 (8) の関係を満足することが好ましい。
【００３５】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第１、第２、第３お
よび第４プリズム面を有し、前記少なくとも１つの隣接
する光源から前記第１変換領域に入射した光線の一部
は、前記第２プリズム面において屈折されたあと前記第
１プリズム面によって反射されることによって前記所定
の方向に向けられ、他の一部は、前記第４プリズム面に
おいて屈折されたあと前記第３プリズム面によって反射
されることによって前記所定の方向に向けられ、前記対
応する光源から前記第１変換領域に入射した光線の一部
は、前記第１プリズム面において屈折させることによっ
て前記所定の方向に向けられ、他の一部は、前記第３プ
リズム面において屈折されたあと前記第４プリズム面で
反射されることによって前記所定の方向に向けられ、前
記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置におい
て、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記第３プリズム面が前記単位フレネルレンズの
光軸に対して形成する角度をθ3、前記第４プリズム面
が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度
をθ4、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、隣接
する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単位フ
レネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1、θ2、
θ3およびθ4が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (9) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (10) θ3＝(cos-1[{f・cosθ4-(s-x)sinθ4}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ4)/2 (11) θ4＝(cos-1[{f・cosθ3-x・sinθ3}/n{f2+x2}1/2]-θ3)/2 (12) の関係を満足することが好ましい。
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第１、第２、第３お
よび第４プリズム面を有し、前記少なくとも１つの隣接
する光源から前記第１変換領域に入射した光線の一部
は、前記第２プリズム面において屈折されたあと前記第
１プリズム面によって反射されることによって前記所定
の方向に向けられ、他の一部は、前記第４プリズム面に
おいて屈折されたあと前記第３プリズム面によって反射
されることによって前記所定の方向に向けられ、前記対
応する光源から前記第１変換領域に入射した光線の一部
は、前記第１プリズム面において屈折させることによっ
て前記所定の方向に向けられ、他の一部は、前記第３プ
リズム面において屈折されたあと前記第４プリズム面で
反射されることによって前記所定の方向に向けられ、前
記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置におい
て、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記第３プリズム面が前記単位フレネルレンズの
光軸に対して形成する角度をθ3、前記第４プリズム面
が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度
をθ4、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、隣接
する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単位フ
レネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1、θ2、
θ3およびθ4が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (9) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (10) θ3＝(cos-1[{f・cosθ4-(s-x)sinθ4}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ4)/2 (11) θ4＝(cos-1[{f・cosθ3-x・sinθ3}/n{f2+x2}1/2]-θ3)/2 (12) の関係を満足することが好ましい。
【００３６】前記第１および第２プリズム面は、前記第
３および第４プリズム面よりも、前記単位フレネルレン
ズの光軸に近い領域に設けられていることが好ましい。
３および第４プリズム面よりも、前記単位フレネルレン
ズの光軸に近い領域に設けられていることが好ましい。
【００３７】前記単位フレネルレンズは、前記対応する
光源から入射した光線だけを前記所定の方向に向ける第
２変換領域をさらに有し、前記複数のプリズム面は、前
記第２変換領域に、前記単位フレネルレンズの光軸に対
して略平行な面と傾斜した面とを有し、前記対応する光
源から前記第２変換領域に入射した光線は、前記傾斜し
た面において屈折されることによって前記所定の方向に
向けられる構成としてもよい。
光源から入射した光線だけを前記所定の方向に向ける第
２変換領域をさらに有し、前記複数のプリズム面は、前
記第２変換領域に、前記単位フレネルレンズの光軸に対
して略平行な面と傾斜した面とを有し、前記対応する光
源から前記第２変換領域に入射した光線は、前記傾斜し
た面において屈折されることによって前記所定の方向に
向けられる構成としてもよい。
【００３８】前記第２変換領域は、前記第１変換領域よ
りも前記単位フレネルレンズの光軸に近い位置に設けら
れていることが好ましい。
りも前記単位フレネルレンズの光軸に近い位置に設けら
れていることが好ましい。
【００３９】本発明による表示装置は、上記のいずれか
の照明装置と、前記照明装置から出射される光を表示に
用いる表示素子とを備えており、そのことによって上記
目的が達成される。
の照明装置と、前記照明装置から出射される光を表示に
用いる表示素子とを備えており、そのことによって上記
目的が達成される。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、ま
ず、本発明による実施形態の照明装置の構造と機能を説
明する。
ず、本発明による実施形態の照明装置の構造と機能を説
明する。
【００４１】図１は、本発明による実施形態の照明装置
１０の構造を模式的に示す断面図である。照明装置１０
は、光源装置１１と、光源装置１１から出射された光線
の進行方向を所定の方向に向ける光線方向変換素子１２
とを備える。光源装置１１は複数の光源１１ａ、１１ｂ
および１１ｃを含み、光線方向変換素子１２は複数の単
位変換素子１２ａ、１２ｂおよび１２ｃを含む。単位変
換素子１２ａ、１２ｂおよび１２ｃのそれぞれは、光源
１１ａ、１１ｂおよび１１ｃのそれぞれに対応して設け
られている。光源１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは、それ
ぞれ対応する単位変換素子１２ａ、１２ｂおよび１２ｃ
のそれぞれの光軸ＯＸ上に配置されている。なお、以下
では、複数の光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・を代表
して光源１１ａで表し、複数の単位変換素子１２ａ、１
２ｂ、１２ｃ・・・を単位変換素子１２ａで代表するこ
とにする。
１０の構造を模式的に示す断面図である。照明装置１０
は、光源装置１１と、光源装置１１から出射された光線
の進行方向を所定の方向に向ける光線方向変換素子１２
とを備える。光源装置１１は複数の光源１１ａ、１１ｂ
および１１ｃを含み、光線方向変換素子１２は複数の単
位変換素子１２ａ、１２ｂおよび１２ｃを含む。単位変
換素子１２ａ、１２ｂおよび１２ｃのそれぞれは、光源
１１ａ、１１ｂおよび１１ｃのそれぞれに対応して設け
られている。光源１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは、それ
ぞれ対応する単位変換素子１２ａ、１２ｂおよび１２ｃ
のそれぞれの光軸ＯＸ上に配置されている。なお、以下
では、複数の光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・を代表
して光源１１ａで表し、複数の単位変換素子１２ａ、１
２ｂ、１２ｃ・・・を単位変換素子１２ａで代表するこ
とにする。
【００４２】光源１１ａは図１の紙面に垂直な方向に伸
びる線状の光源であり、例えば蛍光管である。なお、光
源１１ａは蛍光管に限られず、例えば、線状に配置した
ＬＥＤであってもよい。さらに、複数の光源１１ａはそ
れぞれ独立した光源である必要はなく、例えば、光源装
置１１が導光板であって、それぞれの光源１１ａが、導
光体の一部であってもよい。但し、複数の光源１１ａの
それぞれから出射される光は、図１の紙面の面内に拡散
する光である。
びる線状の光源であり、例えば蛍光管である。なお、光
源１１ａは蛍光管に限られず、例えば、線状に配置した
ＬＥＤであってもよい。さらに、複数の光源１１ａはそ
れぞれ独立した光源である必要はなく、例えば、光源装
置１１が導光板であって、それぞれの光源１１ａが、導
光体の一部であってもよい。但し、複数の光源１１ａの
それぞれから出射される光は、図１の紙面の面内に拡散
する光である。
【００４３】複数の単位変換素子１２ａのそれぞれは、
対応する光源１１ａから入射した光線および対応する光
源１１ａ以外の少なくとも１つの光源（１１ｂおよび１
１ｃ）から入射した光線とを所定の方向に向ける第１変
換領域Ｍを有している。図１に示した単位変換素子１２
ａに着目すると、単位変換素子１２ａは、光源１１ａか
ら入射した光線と、光源１１ａの両側に隣接する光源１
１ｂおよび１１ｃのそれぞれから入射した光線とを所定
の方向に向ける第１変換領域Ｍを有している。単位変換
素子１２ａの第１変換領域Ｍは、典型的には、図１に示
したように、単位変換素子１２ａ内の、隣接する単位変
換領域１２ｂおよび１２ｃに近い側に形成されている。
対応する光源１１ａから入射した光線および対応する光
源１１ａ以外の少なくとも１つの光源（１１ｂおよび１
１ｃ）から入射した光線とを所定の方向に向ける第１変
換領域Ｍを有している。図１に示した単位変換素子１２
ａに着目すると、単位変換素子１２ａは、光源１１ａか
ら入射した光線と、光源１１ａの両側に隣接する光源１
１ｂおよび１１ｃのそれぞれから入射した光線とを所定
の方向に向ける第１変換領域Ｍを有している。単位変換
素子１２ａの第１変換領域Ｍは、典型的には、図１に示
したように、単位変換素子１２ａ内の、隣接する単位変
換領域１２ｂおよび１２ｃに近い側に形成されている。
【００４４】このように、照明装置１０の光線方向変換
素子１２が有する複数の単位変換素子１２ａのそれぞれ
は、対応する光源１１ａから入射した光線および対応す
る光源１１ａ以外の少なくとも１つの光源（１１ｂおよ
び／または１１ｃ）から入射した光線とを所定の方向に
向ける第１変換領域Ｍを有しているので、光源１１ａと
光源１１ｂおよび／または１１ｃとの特性（光の色調や
輝度）が異なっていても、第１変換領域Ｍによって光源
１１ａと１１ｂまたは１１ｃとの間の特性の違いが平均
化される。その結果、照明装置１０からの照明光の強度
の分布（図１の水平方向における）には、光源１１ａと
１１ｂまたは１１ｃとの境界（あるいは、単位変換素子
１２ａと１２ｂまたは１２ｃとの境界）が現れず、比較
的均一な強度分布となる。照明装置１０が出射する照明
光は典型的には平行光であり、その方向は、照明装置１
０の出射面１２Ｅに垂直な方向である。従って、図１の
例では、照明装置１０の光線方向変換素子１２の出射面
１２Ｅに垂直な方向が「所定の方向」ということにな
る。
素子１２が有する複数の単位変換素子１２ａのそれぞれ
は、対応する光源１１ａから入射した光線および対応す
る光源１１ａ以外の少なくとも１つの光源（１１ｂおよ
び／または１１ｃ）から入射した光線とを所定の方向に
向ける第１変換領域Ｍを有しているので、光源１１ａと
光源１１ｂおよび／または１１ｃとの特性（光の色調や
輝度）が異なっていても、第１変換領域Ｍによって光源
１１ａと１１ｂまたは１１ｃとの間の特性の違いが平均
化される。その結果、照明装置１０からの照明光の強度
の分布（図１の水平方向における）には、光源１１ａと
１１ｂまたは１１ｃとの境界（あるいは、単位変換素子
１２ａと１２ｂまたは１２ｃとの境界）が現れず、比較
的均一な強度分布となる。照明装置１０が出射する照明
光は典型的には平行光であり、その方向は、照明装置１
０の出射面１２Ｅに垂直な方向である。従って、図１の
例では、照明装置１０の光線方向変換素子１２の出射面
１２Ｅに垂直な方向が「所定の方向」ということにな
る。
【００４５】なお、図１では、複数の単位変換素子１２
ａのそれぞれが、両側に第１変換領域Ｍを有する例を示
しているが、少なくとも一方に第１変換領域Ｍを有して
おればよい。また、単位変換素子１２ａの第１変換領域
Ｍは、対応する光源１１ａに隣接する光源１１ｂおよび
１１ｃからの光線を所定の方向に変換するものに限られ
ず、他の光源からの光線を所定の方向に向けるものであ
ってもよい。さらに、第１変換領域Ｍは、単位変換素子
１２ａの両側（隣接する単位変換素子１２ｂおよび／ま
たは１２ｃに隣接する領域）に形成される必要は必ずし
も無い。
ａのそれぞれが、両側に第１変換領域Ｍを有する例を示
しているが、少なくとも一方に第１変換領域Ｍを有して
おればよい。また、単位変換素子１２ａの第１変換領域
Ｍは、対応する光源１１ａに隣接する光源１１ｂおよび
１１ｃからの光線を所定の方向に変換するものに限られ
ず、他の光源からの光線を所定の方向に向けるものであ
ってもよい。さらに、第１変換領域Ｍは、単位変換素子
１２ａの両側（隣接する単位変換素子１２ｂおよび／ま
たは１２ｃに隣接する領域）に形成される必要は必ずし
も無い。
【００４６】また、単位変換素子１２ａは、上述した第
１変換領域Ｍに加えて、対応する光源１１ａから入射し
た光線だけを所定の方向に向ける第２変換領域Ｓをさら
に有してもよい。図１に示したように、第２変換領域Ｓ
は、単位変換素子１２ａの光軸ＯＸに近い位置に設けら
れることが好ましい。すなわち、典型的には、単位変換
素子１２ａの両端に形成された２つの第１変換領域Ｍの
間に設けられる。このような構成においても、照明装置
１０からの照明光の強度の分布（図１の水平方向におけ
る）は連続的であり、境界は現れない。もちろん、単位
変換素子１２ａに第２変換領域Ｓを設けず、単位変換素
子１２ａを第１変換領域Ｍだけから構成してもよい。
１変換領域Ｍに加えて、対応する光源１１ａから入射し
た光線だけを所定の方向に向ける第２変換領域Ｓをさら
に有してもよい。図１に示したように、第２変換領域Ｓ
は、単位変換素子１２ａの光軸ＯＸに近い位置に設けら
れることが好ましい。すなわち、典型的には、単位変換
素子１２ａの両端に形成された２つの第１変換領域Ｍの
間に設けられる。このような構成においても、照明装置
１０からの照明光の強度の分布（図１の水平方向におけ
る）は連続的であり、境界は現れない。もちろん、単位
変換素子１２ａに第２変換領域Ｓを設けず、単位変換素
子１２ａを第１変換領域Ｍだけから構成してもよい。
【００４７】典型的には、すべての単位変換素子１２ａ
は実質的に同じ構成を有するが、例えば、照明装置１０
の両端の光源１１ａに対応する単位変換素子１２ａは、
それぞれ１つの単位変換素子１２ａとしか隣接しないの
で、隣接する単位変換素子１２ａの側にのみ第１変換領
域Ｍを設ける構成としてもよい。
は実質的に同じ構成を有するが、例えば、照明装置１０
の両端の光源１１ａに対応する単位変換素子１２ａは、
それぞれ１つの単位変換素子１２ａとしか隣接しないの
で、隣接する単位変換素子１２ａの側にのみ第１変換領
域Ｍを設ける構成としてもよい。
【００４８】いずれの場合にも、複数の単位変換素子１
２ａは、それぞれが独立した素子である必要はなく、一
体に形成されていてもよい。例えば、図１に示したよう
に、光線方向変換素子１２はフレネルレンズであって、
複数の単位変換素子１２ａのそれぞれは単位フレネルレ
ンズ１２ａであってもよい。あるいは、光線方向変換素
子１２はホログラフィック素子であって、複数の単位変
換素子１２ａのそれぞれは単位ホログラフィック素子で
あってもよい。さらに、光線方向変換素子１２は回折素
子であり、複数の単位変換素子１２ａのそれぞれは単位
回折素子であってもよい。
２ａは、それぞれが独立した素子である必要はなく、一
体に形成されていてもよい。例えば、図１に示したよう
に、光線方向変換素子１２はフレネルレンズであって、
複数の単位変換素子１２ａのそれぞれは単位フレネルレ
ンズ１２ａであってもよい。あるいは、光線方向変換素
子１２はホログラフィック素子であって、複数の単位変
換素子１２ａのそれぞれは単位ホログラフィック素子で
あってもよい。さらに、光線方向変換素子１２は回折素
子であり、複数の単位変換素子１２ａのそれぞれは単位
回折素子であってもよい。
【００４９】以下、フレネルレンズを用いて構成された
光線方向変換素子１２を備える照明装置の構造および機
能を説明する。まず、フレネルレンズを用いて構成され
た光線方向変換素子１２が有する第１変換領域Ｍの構造
と機能を説明するために、第１変換領域Ｍだけを有する
フレネルレンズを備える照明装置の構造と機能を説明す
る。
光線方向変換素子１２を備える照明装置の構造および機
能を説明する。まず、フレネルレンズを用いて構成され
た光線方向変換素子１２が有する第１変換領域Ｍの構造
と機能を説明するために、第１変換領域Ｍだけを有する
フレネルレンズを備える照明装置の構造と機能を説明す
る。
【００５０】図２に示した照明装置２０は、複数の光源
１１ａと、それぞれが第１変換領域Ｍを有する複数の単
位フレネルレンズ２２ａとを有している。単位フレネル
レンズ２２ａのそれぞれの光軸ＯＸ上に光源１１ａが配
置されている。単位フレネルレンズ２２ａは、光源１１
ａからの光を受ける面（受光面）２２Ｒが平坦で、出射
面２２Ｅに複数のプリズム面を有している。すなわち、
単位フレネルレンズ２２ａは、光源１１ａから遠い側の
面２２Ｅに複数のプリズム面を有している。
１１ａと、それぞれが第１変換領域Ｍを有する複数の単
位フレネルレンズ２２ａとを有している。単位フレネル
レンズ２２ａのそれぞれの光軸ＯＸ上に光源１１ａが配
置されている。単位フレネルレンズ２２ａは、光源１１
ａからの光を受ける面（受光面）２２Ｒが平坦で、出射
面２２Ｅに複数のプリズム面を有している。すなわち、
単位フレネルレンズ２２ａは、光源１１ａから遠い側の
面２２Ｅに複数のプリズム面を有している。
【００５１】図３（ａ）および（ｂ）を参照しながら、
単位フレネルレンズ２２ａの構造および機能をさらに詳
しく説明する。
単位フレネルレンズ２２ａの構造および機能をさらに詳
しく説明する。
【００５２】出射面２２Ｅに形成されている複数のプリ
ズム面は、第１変換領域Ｍに、単位フレネルレンズ２２
ａの光軸ＯＸに対して傾斜した第１プリズム面Ｐ１およ
び第２プリズム面Ｐ２を有している。単位フレネルレン
ズ２２ａに対応する光源１１ａに隣接する光源（図１中
の光源１１ｂまたは１１ｃ）から単位フレネルレンズ２
２ａの第１変換領域Ｍに入射した光線の少なくとも一部
は、第１プリズム面Ｐ１において屈折されることによっ
て所定の方向に向けられ、対応する光源１１ａから第１
変換領域Ｍに入射した光線の少なくとも一部は、第２プ
リズム面Ｐ２において屈折されることによって所定の方
向に向けられるように、第１プリズム面Ｐ１および第２
プリズム面Ｐ２のそれぞれの傾斜角が設定されている。
このようなプリズム面を有するプリズムを屈折／屈折型
プリズムと呼ぶことにする。
ズム面は、第１変換領域Ｍに、単位フレネルレンズ２２
ａの光軸ＯＸに対して傾斜した第１プリズム面Ｐ１およ
び第２プリズム面Ｐ２を有している。単位フレネルレン
ズ２２ａに対応する光源１１ａに隣接する光源（図１中
の光源１１ｂまたは１１ｃ）から単位フレネルレンズ２
２ａの第１変換領域Ｍに入射した光線の少なくとも一部
は、第１プリズム面Ｐ１において屈折されることによっ
て所定の方向に向けられ、対応する光源１１ａから第１
変換領域Ｍに入射した光線の少なくとも一部は、第２プ
リズム面Ｐ２において屈折されることによって所定の方
向に向けられるように、第１プリズム面Ｐ１および第２
プリズム面Ｐ２のそれぞれの傾斜角が設定されている。
このようなプリズム面を有するプリズムを屈折／屈折型
プリズムと呼ぶことにする。
【００５３】第１プリズム面Ｐ１および第２プリズム面
Ｐ２はそれぞれ複数の存在し、交互の互いに隣接して配
置されており、第１プリズム面Ｐ１と第２プリズム面Ｐ
２との交線がプリズム面の稜線を形成する。また、第１
プリズム面Ｐ１および第２プリズム面Ｐ２の傾斜角θ1
およびθ2は、それぞれのプリズム面Ｐ１およびＰ２の
光軸ＯＸからの位置によって異なる。
Ｐ２はそれぞれ複数の存在し、交互の互いに隣接して配
置されており、第１プリズム面Ｐ１と第２プリズム面Ｐ
２との交線がプリズム面の稜線を形成する。また、第１
プリズム面Ｐ１および第２プリズム面Ｐ２の傾斜角θ1
およびθ2は、それぞれのプリズム面Ｐ１およびＰ２の
光軸ＯＸからの位置によって異なる。
【００５４】プリズム面Ｐ１およびＰ２の傾斜角θ1お
よびθ2は、それぞれ図２の紙面の面内（すなわち、プ
リズムの稜線に垂直な面内）における光軸ＯＸに対する
角度として規定される。図３（ａ）からわかるように、
単位フレネルレンズ２２ａの光軸ＯＸから距離ｘの位置
における傾斜角θ1およびθ2が下記の式（１）および
（２）を満足するとき、光源からの光線は単位フレネル
レンズ２２ａの光軸ＯＸに平行な方向に向けられるた
め、高い指向性の照明光が得られる。なお、下記の式に
おいて、単位フレネルレンズ２２ａの焦点距離をｆ、隣
接する光源１１ａ間の距離をｓ、周囲の媒質に対する単
位フレネルレンズの相対屈折率をｎとする。典型的に
は、フレネルレンズの周囲の媒体は空気であり、相対屈
折率ｎは、フレネルレンズの屈折率ｎ0と一致する。こ
れらのパラメータｆ、ｓおよびｎの定義は、以下で説明
する構成においても共通である。
よびθ2は、それぞれ図２の紙面の面内（すなわち、プ
リズムの稜線に垂直な面内）における光軸ＯＸに対する
角度として規定される。図３（ａ）からわかるように、
単位フレネルレンズ２２ａの光軸ＯＸから距離ｘの位置
における傾斜角θ1およびθ2が下記の式（１）および
（２）を満足するとき、光源からの光線は単位フレネル
レンズ２２ａの光軸ＯＸに平行な方向に向けられるた
め、高い指向性の照明光が得られる。なお、下記の式に
おいて、単位フレネルレンズ２２ａの焦点距離をｆ、隣
接する光源１１ａ間の距離をｓ、周囲の媒質に対する単
位フレネルレンズの相対屈折率をｎとする。典型的に
は、フレネルレンズの周囲の媒体は空気であり、相対屈
折率ｎは、フレネルレンズの屈折率ｎ0と一致する。こ
れらのパラメータｆ、ｓおよびｎの定義は、以下で説明
する構成においても共通である。
【００５５】 θ1＝tan-1([{n2f2+(n2-1)(s-x)2}1/2-{f2+(s-x)2}1/2]/(s-x)) (1) θ2＝tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (2) なお、光源１１ａから単位フレネルレンズ２２ａまで距
離に対し、単位フレネルレンズ２２ａの厚さは十分に小
さいので、図２においては、簡単のために、単位フレネ
ルレンズ２２ａの受光面２２Ｒと光源１１ａとの距離が
単位フレネルレンズ２２ａ焦点距離ｆと一致するとして
示している。以下の構成においても、同様の近似を用い
る。
離に対し、単位フレネルレンズ２２ａの厚さは十分に小
さいので、図２においては、簡単のために、単位フレネ
ルレンズ２２ａの受光面２２Ｒと光源１１ａとの距離が
単位フレネルレンズ２２ａ焦点距離ｆと一致するとして
示している。以下の構成においても、同様の近似を用い
る。
【００５６】図２および図３（ａ）に示した単位フレネ
ルレンズ２２ａを備えるフレネルレンズ２２に代えて、
図３（ｂ）に示す単位フレネルレンズ２２’ａを備える
フレネルレンズを用いることができる。
ルレンズ２２ａを備えるフレネルレンズ２２に代えて、
図３（ｂ）に示す単位フレネルレンズ２２’ａを備える
フレネルレンズを用いることができる。
【００５７】図３（ｂ）に示した単位フレネルレンズ２
２’ａは、出射面２２’Ｅは実質的に平坦で、受光面２
２’Ｒに第１プリズム面Ｐ１および第２プリズム面Ｐ２
を有しており、この単位フレネルレンズ２２’ａにおい
て、第１プリズム面Ｐ１および第２プリズム面Ｐ２のそ
れぞれの傾斜角θ１およびθ２が下記の式（３）および
（４）を満足するとき、光源からの光線は単位フレネル
レンズ２２’ａの光軸ＯＸに平行な方向に向けられるた
め、高い指向性の照明光が得られる。
２’ａは、出射面２２’Ｅは実質的に平坦で、受光面２
２’Ｒに第１プリズム面Ｐ１および第２プリズム面Ｐ２
を有しており、この単位フレネルレンズ２２’ａにおい
て、第１プリズム面Ｐ１および第２プリズム面Ｐ２のそ
れぞれの傾斜角θ１およびθ２が下記の式（３）および
（４）を満足するとき、光源からの光線は単位フレネル
レンズ２２’ａの光軸ＯＸに平行な方向に向けられるた
め、高い指向性の照明光が得られる。
【００５８】 θ1＝tan-1([n{f2+(s-x)2}1/2-f]/(s-x)) (3) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (4) 次に、図４および図５を参照しながら、本発明による他
の照明装置３０の構成と機能を説明する。
の照明装置３０の構成と機能を説明する。
【００５９】図４に示した照明装置３０は、複数の光源
１１ａと、それぞれが第１変換領域Ｍを有する複数の単
位フレネルレン３２ａとを有している。単位フレネルレ
ンズ３２ａのそれぞれの光軸ＯＸ上に光源１１ａが配置
されている。単位フレネルレンズ３２ａは、光源１１ａ
からの光を受ける面（受光面）３２Ｒに複数のプリズム
面を有しており、出射面２２Ｅが平坦である。
１１ａと、それぞれが第１変換領域Ｍを有する複数の単
位フレネルレン３２ａとを有している。単位フレネルレ
ンズ３２ａのそれぞれの光軸ＯＸ上に光源１１ａが配置
されている。単位フレネルレンズ３２ａは、光源１１ａ
からの光を受ける面（受光面）３２Ｒに複数のプリズム
面を有しており、出射面２２Ｅが平坦である。
【００６０】受光面３２Ｒに形成されている複数のプリ
ズム面は、第１変換領域Ｍに、単位フレネルレンズ３２
ａの光軸ＯＸに対して傾斜した第１プリズム面Ｐ１およ
び第２プリズム面Ｐ２を有している。単位フレネルレン
ズ３２ａに対応する光源１１ａに隣接する光源（図１中
の光源１１ｂまたは１１ｃ）から単位フレネルレンズ３
２ａの第１変換領域Ｍに入射した光線の少なくとも一部
は、第２プリズム面Ｐ２において屈折されたあと第１プ
リズム面Ｐ１によって反射されることによって所定の方
向に向けられ、対応する光源１１ａから第１変換領域Ｍ
に入射した光線の少なくとも一部は、第１プリズム面Ｐ
１において屈折されることによって所定の方向に向けら
れるように、第１プリズム面Ｐ１および第２プリズム面
Ｐ２のそれぞれの傾斜角が設定されている。このような
プリズム面を有するプリズムを反射／屈折型プリズムと
呼ぶことにする。
ズム面は、第１変換領域Ｍに、単位フレネルレンズ３２
ａの光軸ＯＸに対して傾斜した第１プリズム面Ｐ１およ
び第２プリズム面Ｐ２を有している。単位フレネルレン
ズ３２ａに対応する光源１１ａに隣接する光源（図１中
の光源１１ｂまたは１１ｃ）から単位フレネルレンズ３
２ａの第１変換領域Ｍに入射した光線の少なくとも一部
は、第２プリズム面Ｐ２において屈折されたあと第１プ
リズム面Ｐ１によって反射されることによって所定の方
向に向けられ、対応する光源１１ａから第１変換領域Ｍ
に入射した光線の少なくとも一部は、第１プリズム面Ｐ
１において屈折されることによって所定の方向に向けら
れるように、第１プリズム面Ｐ１および第２プリズム面
Ｐ２のそれぞれの傾斜角が設定されている。このような
プリズム面を有するプリズムを反射／屈折型プリズムと
呼ぶことにする。
【００６１】図５から分かるように、この単位フレネル
レンズ３２ａにおいて、第１プリズム面Ｐ１および第２
プリズム面Ｐ２のそれぞれの傾斜角θ１およびθ２が下
記の式（５）および（６）を満足するとき、光源からの
光線は単位フレネルレンズ３２ａの光軸ＯＸに平行な方
向に向けられるため、高い指向性の照明光が得られる。
レンズ３２ａにおいて、第１プリズム面Ｐ１および第２
プリズム面Ｐ２のそれぞれの傾斜角θ１およびθ２が下
記の式（５）および（６）を満足するとき、光源からの
光線は単位フレネルレンズ３２ａの光軸ＯＸに平行な方
向に向けられるため、高い指向性の照明光が得られる。
【００６２】 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (5) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (6) 次に、図６および図７を参照しながら、本発明によるさ
らに他の照明装置４０の構成と機能を説明する。
らに他の照明装置４０の構成と機能を説明する。
【００６３】図６に示した照明装置４０は、複数の光源
１１ａと、それぞれが第１変換領域Ｍを有する複数の単
位フレネルレン４２ａとを有している。単位フレネルレ
ンズ４２ａのそれぞれの光軸ＯＸ上に光源１１ａが配置
されている。単位フレネルレンズ４２ａは、光源１１ａ
からの光を受ける面（受光面）４２Ｒに複数のプリズム
面を有しており、出射面２２Ｅが平坦である。
１１ａと、それぞれが第１変換領域Ｍを有する複数の単
位フレネルレン４２ａとを有している。単位フレネルレ
ンズ４２ａのそれぞれの光軸ＯＸ上に光源１１ａが配置
されている。単位フレネルレンズ４２ａは、光源１１ａ
からの光を受ける面（受光面）４２Ｒに複数のプリズム
面を有しており、出射面２２Ｅが平坦である。
【００６４】受光面４２Ｒに形成されている複数のプリ
ズム面は、第１変換領域Ｍに、単位フレネルレンズ４２
ａの光軸ＯＸに対して傾斜した第１プリズム面Ｐ１およ
び第２プリズム面Ｐ２を有している。単位フレネルレン
ズ４２ａに対応する光源１１ａに隣接する光源（図１中
の光源１１ｂまたは１１ｃ）から単位フレネルレンズ４
２ａの第１変換領域Ｍに入射した光線の少なくとも一部
は、第２プリズム面Ｐ２において屈折されたあと第１プ
リズム面Ｐ１によって反射されることによって所定の方
向に向けられ、対応する光源１１ａから第１変換領域Ｍ
に入射した光線の少なくとも一部は、第１プリズム面Ｐ
１において屈折されたあと第２プリズム面Ｐ２で反射さ
れることによって所定の方向に向けられるように、第１
プリズム面Ｐ１および第２プリズム面Ｐ２のそれぞれの
傾斜角が設定されている。このようなプリズム面を有す
るプリズムを反射／反射型プリズムと呼ぶことにする。
ズム面は、第１変換領域Ｍに、単位フレネルレンズ４２
ａの光軸ＯＸに対して傾斜した第１プリズム面Ｐ１およ
び第２プリズム面Ｐ２を有している。単位フレネルレン
ズ４２ａに対応する光源１１ａに隣接する光源（図１中
の光源１１ｂまたは１１ｃ）から単位フレネルレンズ４
２ａの第１変換領域Ｍに入射した光線の少なくとも一部
は、第２プリズム面Ｐ２において屈折されたあと第１プ
リズム面Ｐ１によって反射されることによって所定の方
向に向けられ、対応する光源１１ａから第１変換領域Ｍ
に入射した光線の少なくとも一部は、第１プリズム面Ｐ
１において屈折されたあと第２プリズム面Ｐ２で反射さ
れることによって所定の方向に向けられるように、第１
プリズム面Ｐ１および第２プリズム面Ｐ２のそれぞれの
傾斜角が設定されている。このようなプリズム面を有す
るプリズムを反射／反射型プリズムと呼ぶことにする。
【００６５】図７から分かるように、この単位フレネル
レンズ４２ａにおいて、第１プリズム面Ｐ１および第２
プリズム面Ｐ２のそれぞれの傾斜角θ１およびθ２が下
記の式（７）および（８）を満足するとき、光源からの
光線は単位フレネルレンズ４２ａの光軸ＯＸに平行な方
向に向けられるため、高い指向性の照明光が得られる。
レンズ４２ａにおいて、第１プリズム面Ｐ１および第２
プリズム面Ｐ２のそれぞれの傾斜角θ１およびθ２が下
記の式（７）および（８）を満足するとき、光源からの
光線は単位フレネルレンズ４２ａの光軸ＯＸに平行な方
向に向けられるため、高い指向性の照明光が得られる。
【００６６】 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (7) θ2＝(cos-1[{f・cosθ1-x・sinθ1}/n{f2+x2}1/2]-θ1)/2 (8) なお、上述した反射／屈折型と反射／反射型との両方を
単位フレネルレンズに形成する場合には、後述するよう
に、反射／反射型プリズムを単位フレネルレンズの境界
近傍に形成し、反射／屈折型プリズムを単位フレネルレ
ンズの光軸の近傍に形成することが好ましい。
単位フレネルレンズに形成する場合には、後述するよう
に、反射／反射型プリズムを単位フレネルレンズの境界
近傍に形成し、反射／屈折型プリズムを単位フレネルレ
ンズの光軸の近傍に形成することが好ましい。
【００６７】ここで、単位フレネルレンズが有する複数
のプリズム面が、第１変換領域Ｍに、単位フレネルレン
ズの光軸ＯＸに対して傾斜した第１、第２、第３および
第４プリズム面を有し、少なくとも１つの隣接する光源
から第１変換領域に入射した光線の一部は、第２プリズ
ム面において屈折されたあと第１プリズム面によって反
射されることによって所定の方向に向けられ、他の一部
は、第４プリズム面において屈折されたあと第３プリズ
ム面によって反射されることによって所定の方向に向け
られ、且つ、対応する光源から第１変換領域Ｍに入射し
た光線の一部は、第１プリズム面において屈折させるこ
とによって所定の方向に向けられ、他の一部は、第３プ
リズム面において屈折されたあと第４プリズム面で反射
されることによって所定の方向に向けられるとする。す
なわち、第１プリズム面および第２プリズム面が反射／
屈折型プリズムを形成しており、第３プリズム面および
第４プリズム面が反射／反射型プリズムを形成している
とする。
のプリズム面が、第１変換領域Ｍに、単位フレネルレン
ズの光軸ＯＸに対して傾斜した第１、第２、第３および
第４プリズム面を有し、少なくとも１つの隣接する光源
から第１変換領域に入射した光線の一部は、第２プリズ
ム面において屈折されたあと第１プリズム面によって反
射されることによって所定の方向に向けられ、他の一部
は、第４プリズム面において屈折されたあと第３プリズ
ム面によって反射されることによって所定の方向に向け
られ、且つ、対応する光源から第１変換領域Ｍに入射し
た光線の一部は、第１プリズム面において屈折させるこ
とによって所定の方向に向けられ、他の一部は、第３プ
リズム面において屈折されたあと第４プリズム面で反射
されることによって所定の方向に向けられるとする。す
なわち、第１プリズム面および第２プリズム面が反射／
屈折型プリズムを形成しており、第３プリズム面および
第４プリズム面が反射／反射型プリズムを形成している
とする。
【００６８】そして、単位フレネルレンズの光軸ＯＸか
ら距離ｘの位置において、第１プリズム面が単位フレネ
ルレンズの光軸に対して形成する角度をθ1、第２プリ
ズム面が単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角
度をθ2、第３プリズム面が単位フレネルレンズの光軸
に対して形成する角度をθ3、第４プリズム面が単位フ
レネルレンズの光軸に対して形成する角度をθ4とする
とき、θ1、θ2、θ3およびθ4が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (9) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (10) θ3＝(cos-1[{f・cosθ4-(s-x)sinθ4}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ4)/2 (11) θ4＝(cos-1[{f・cosθ3-x・sinθ3}/n{f2+x2}1/2]-θ3)/2 (12) の関係を満足するようにそれぞれの角度を設定すること
によって、高指向性の照明光を得ることができる。
ら距離ｘの位置において、第１プリズム面が単位フレネ
ルレンズの光軸に対して形成する角度をθ1、第２プリ
ズム面が単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角
度をθ2、第３プリズム面が単位フレネルレンズの光軸
に対して形成する角度をθ3、第４プリズム面が単位フ
レネルレンズの光軸に対して形成する角度をθ4とする
とき、θ1、θ2、θ3およびθ4が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (9) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (10) θ3＝(cos-1[{f・cosθ4-(s-x)sinθ4}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ4)/2 (11) θ4＝(cos-1[{f・cosθ3-x・sinθ3}/n{f2+x2}1/2]-θ3)/2 (12) の関係を満足するようにそれぞれの角度を設定すること
によって、高指向性の照明光を得ることができる。
【００６９】次に、図１、図８（ａ）および図８（ｂ）
を参照しながら、単位フレネルレンズ１２ａが有する第
２変換領域Ｓの構造と機能を説明する。なお、単位フレ
ネルレンズ１２ａが有する第１変換領域Ｍは、上述の屈
折／屈折型プリズム（図２）、反射／屈折型プリズム
（図４）および反射／反射型プリズム（図６）のいずれ
か１つまたはこれらの組み合わせによって構成され得
る。
を参照しながら、単位フレネルレンズ１２ａが有する第
２変換領域Ｓの構造と機能を説明する。なお、単位フレ
ネルレンズ１２ａが有する第１変換領域Ｍは、上述の屈
折／屈折型プリズム（図２）、反射／屈折型プリズム
（図４）および反射／反射型プリズム（図６）のいずれ
か１つまたはこれらの組み合わせによって構成され得
る。
【００７０】単位フレネルレンズ１２ａの第２変換領域
Ｓは、対応する光源１１ａから入射した光線だけを所定
の方向に向ける。第２変換領域Ｓは、図８（ａ）に示し
たように、単位フレネルレンズ１２ａの光軸ＯＸに対し
て略平行な面ＰＰと傾斜した面ＰＩとを有し、対応する
光源１１ａから第２変換領域Ｓに入射した光線は、傾斜
した面ＰＩにおいて屈折されることによって所定の方向
に向けられる。このようなプリズム面を有するプリズム
を屈折型プリズムと呼ぶことにする。なお、光軸ＯＸに
平行な面ＰＰと傾斜した面ＰＩとを有するプリズムは、
従来のフレネルレンズに形成されたプリズムと同様のも
のである。
Ｓは、対応する光源１１ａから入射した光線だけを所定
の方向に向ける。第２変換領域Ｓは、図８（ａ）に示し
たように、単位フレネルレンズ１２ａの光軸ＯＸに対し
て略平行な面ＰＰと傾斜した面ＰＩとを有し、対応する
光源１１ａから第２変換領域Ｓに入射した光線は、傾斜
した面ＰＩにおいて屈折されることによって所定の方向
に向けられる。このようなプリズム面を有するプリズム
を屈折型プリズムと呼ぶことにする。なお、光軸ＯＸに
平行な面ＰＰと傾斜した面ＰＩとを有するプリズムは、
従来のフレネルレンズに形成されたプリズムと同様のも
のである。
【００７１】図８（ａ）に示したように、プリズム面が
受光面１２Ｒに形成されている場合には、単位フレネル
レンズ１２ａの光軸ＯＸからxの距離に形成された傾斜
した面ＰＩの傾斜角θが下記の式（１３）を満足すると
き、光源からの光線は単位フレネルレンズ１２ａの光軸
ＯＸに平行な方向に向けられるため、高い指向性の照明
光が得られる。
受光面１２Ｒに形成されている場合には、単位フレネル
レンズ１２ａの光軸ＯＸからxの距離に形成された傾斜
した面ＰＩの傾斜角θが下記の式（１３）を満足すると
き、光源からの光線は単位フレネルレンズ１２ａの光軸
ＯＸに平行な方向に向けられるため、高い指向性の照明
光が得られる。
【００７２】 θ≒tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (13) 単位フレネルレンズ１２ａに代えて、図８（ｂ）に示し
たような屈折型プリズムが出射面１２Ｅに形成された単
位フレネルレンズ１２’ａを用いてもよい。この場合に
は、単位フレネルレンズ１２’ａの光軸ＯＸからxの距
離に形成された傾斜した面ＰＩの傾斜角θが下記の式
（１４）を満足するとき、光源からの光線は単位フレネ
ルレンズ１２’ａの光軸ＯＸに平行な方向に向けられる
ため、高い指向性の照明光が得られる。
たような屈折型プリズムが出射面１２Ｅに形成された単
位フレネルレンズ１２’ａを用いてもよい。この場合に
は、単位フレネルレンズ１２’ａの光軸ＯＸからxの距
離に形成された傾斜した面ＰＩの傾斜角θが下記の式
（１４）を満足するとき、光源からの光線は単位フレネ
ルレンズ１２’ａの光軸ＯＸに平行な方向に向けられる
ため、高い指向性の照明光が得られる。
【００７３】 θ≒tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (14) 図９および図１０を参照しながら、上述した屈折型プリ
ズム、反射／屈折型プリズムおよび反射／反射型プリズ
ムをそれぞれ用いた照明装置の照明光の指向性を説明す
る。図９および図１０は、シミュレーションの結果であ
り、下記の構成を有する照明装置を想定した。図９は、
単位フレネルレンズの光軸ＯＸの位置で出射する照明光
の強度（例えば輝度）を出射角ごとに測定した結果に対
応する。また、図１０は、単位フレネルレンズの光軸Ｏ
Ｘと平行な方向に出射する照明光の強度（例えば輝度）
を光軸ＯＸからの距離ごとに測定した結果に対応する。
ズム、反射／屈折型プリズムおよび反射／反射型プリズ
ムをそれぞれ用いた照明装置の照明光の指向性を説明す
る。図９および図１０は、シミュレーションの結果であ
り、下記の構成を有する照明装置を想定した。図９は、
単位フレネルレンズの光軸ＯＸの位置で出射する照明光
の強度（例えば輝度）を出射角ごとに測定した結果に対
応する。また、図１０は、単位フレネルレンズの光軸Ｏ
Ｘと平行な方向に出射する照明光の強度（例えば輝度）
を光軸ＯＸからの距離ごとに測定した結果に対応する。
【００７４】それぞれの照明装置においては、プリズム
面が光源と対向する側の面に形成されたフレネルレンズ
を用いる。また、フレネルレンズが有する個々の単位フ
レネルレンズの焦点距離ｆは隣接する光源間の距離ｓの
１／２（ｆ＝ｓ／２）とし、フレネルレンズの材質とし
ては屈折率ｎ0が１．４９の透明なアクリル樹脂を用い
る。それぞれの照明装置において、フレネルレンズの周
囲の媒体は空気であり、それぞれのプリズム面における
フレネルレンズの相対屈折率ｎは、フレネルレンズの屈
折率ｎ0に等しい（ｎ＝１．４９）とする。また、拡散
光源としての冷陰極管の直径は２．６ｍｍとし、焦点距
離ｆは１９ｍｍ、隣接する光源間の距離ｓは３８ｍｍと
する。
面が光源と対向する側の面に形成されたフレネルレンズ
を用いる。また、フレネルレンズが有する個々の単位フ
レネルレンズの焦点距離ｆは隣接する光源間の距離ｓの
１／２（ｆ＝ｓ／２）とし、フレネルレンズの材質とし
ては屈折率ｎ0が１．４９の透明なアクリル樹脂を用い
る。それぞれの照明装置において、フレネルレンズの周
囲の媒体は空気であり、それぞれのプリズム面における
フレネルレンズの相対屈折率ｎは、フレネルレンズの屈
折率ｎ0に等しい（ｎ＝１．４９）とする。また、拡散
光源としての冷陰極管の直径は２．６ｍｍとし、焦点距
離ｆは１９ｍｍ、隣接する光源間の距離ｓは３８ｍｍと
する。
【００７５】図９から分かるように、いずれの照明装置
についても、照明光の指向性は全角で±５°程度と非常
に高指向性であることがわかる。すなわち、屈折型プリ
ズム、反射／屈折型プリズムおよび反射／反射型プリズ
ムのいずれが形成されたフレネルレンズも、光線の進行
方向を所定の方向に十分に制御していることがわかる。
についても、照明光の指向性は全角で±５°程度と非常
に高指向性であることがわかる。すなわち、屈折型プリ
ズム、反射／屈折型プリズムおよび反射／反射型プリズ
ムのいずれが形成されたフレネルレンズも、光線の進行
方向を所定の方向に十分に制御していることがわかる。
【００７６】また、図１０から、単位フレネルレンズの
光軸の近傍では、光源からの光線の進行方向は、屈折型
プリズムまたは反射／屈折型プリズムによって効率よく
制御され、正面方向に照明光が多く照射されることがわ
かる。一方、光軸から離れた隣接する単位フレネルレン
ズとの境界近傍では、反射／反射型プリズムによって光
線の進行方向が効率よく制御され、正面方向に照明光が
多く照射されることがわかる。なお、屈折／屈折型プリ
ズムを第１変換領域に形成すれば、隣接する２つの光源
からの光線の進行方向を制御することは可能であるが、
上述の条件では、正面方向に照射される照明光の強度は
非常に小さい。
光軸の近傍では、光源からの光線の進行方向は、屈折型
プリズムまたは反射／屈折型プリズムによって効率よく
制御され、正面方向に照明光が多く照射されることがわ
かる。一方、光軸から離れた隣接する単位フレネルレン
ズとの境界近傍では、反射／反射型プリズムによって光
線の進行方向が効率よく制御され、正面方向に照明光が
多く照射されることがわかる。なお、屈折／屈折型プリ
ズムを第１変換領域に形成すれば、隣接する２つの光源
からの光線の進行方向を制御することは可能であるが、
上述の条件では、正面方向に照射される照明光の強度は
非常に小さい。
【００７７】従って、単位フレネルレンズの光軸近傍に
は第２変換領域を構成する屈折型プリズムを形成し、境
界近傍には第１変換領域を構成する反射／反射型プリズ
ムを形成することによって光源からの光線の進行方向を
有効に制御することができ、正面方向（単位フレネルレ
ンズの光軸に平行）に効率よく照明光が照射される。さ
らに、反射／反射型プリズムが形成された第１変換領域
からは、単位フレネルレンズに対応した光源からの光線
と隣接する光源からの光線が混合されて照射されるた
め、隣接する光源の輝度や色調などが互いに異なってい
ても、単位フレネルレンズの境界が観察されることな
く、均一な照明光を得ることができる。
は第２変換領域を構成する屈折型プリズムを形成し、境
界近傍には第１変換領域を構成する反射／反射型プリズ
ムを形成することによって光源からの光線の進行方向を
有効に制御することができ、正面方向（単位フレネルレ
ンズの光軸に平行）に効率よく照明光が照射される。さ
らに、反射／反射型プリズムが形成された第１変換領域
からは、単位フレネルレンズに対応した光源からの光線
と隣接する光源からの光線が混合されて照射されるた
め、隣接する光源の輝度や色調などが互いに異なってい
ても、単位フレネルレンズの境界が観察されることな
く、均一な照明光を得ることができる。
【００７８】同様に、単位フレネルレンズの光軸近傍に
は第１変換領域を構成する反射／屈折型プリズムを形成
し、境界近傍には第１変換領域を構成する反射／反射型
プリズムを形成することによって光源からの光の進行方
向を有効に制御することができる。このような構成を採
用すると、単位フレネルレンズが第１変換領域のみで構
成されるため、第２変換領域を有する構成に比べ、さら
に単位フレネルレンズの境界が認識されにくくなり、均
一な照明光を得ることができる。
は第１変換領域を構成する反射／屈折型プリズムを形成
し、境界近傍には第１変換領域を構成する反射／反射型
プリズムを形成することによって光源からの光の進行方
向を有効に制御することができる。このような構成を採
用すると、単位フレネルレンズが第１変換領域のみで構
成されるため、第２変換領域を有する構成に比べ、さら
に単位フレネルレンズの境界が認識されにくくなり、均
一な照明光を得ることができる。
【００７９】ここで、図１０の結果から、上記の条件
（ｆ＝ｓ／２、ｎ＝１．４９）においては、屈折型プリ
ズムは光軸からの距離が０．２ｓの位置より内側に、反
射／反射型プリズムは光軸からの距離が０．２ｓの位置
より外側に形成することが望ましく、同様に、反射／屈
折型プリズムは光軸からの距離が０．２ｓの位置より内
側に、反射／反射型プリズムは光軸からの距離が０．２
ｓの位置より外側に形成することが望ましいことが分か
る。
（ｆ＝ｓ／２、ｎ＝１．４９）においては、屈折型プリ
ズムは光軸からの距離が０．２ｓの位置より内側に、反
射／反射型プリズムは光軸からの距離が０．２ｓの位置
より外側に形成することが望ましく、同様に、反射／屈
折型プリズムは光軸からの距離が０．２ｓの位置より内
側に、反射／反射型プリズムは光軸からの距離が０．２
ｓの位置より外側に形成することが望ましいことが分か
る。
【００８０】但し、それぞれのプリズムの配置は単位フ
レネルレンズの焦点距離ｆ、光源間の距離ｓ、およびフ
レネルレンズに形成されるプリズムの屈折率ｎに応じ
て、適宜設定され得る。特に、照射強度の均一性の観点
からは、ｆに対してｓを小さくすることが好ましい。例
えば、上述したように、ｆ＝ｓ／２、ｎ＝１．４９の場
合には、光軸からの距離が０．２ｓの位置で区切ること
によって、照明光強度の最小値を最大値の６０％程度と
することができるが（例えば図１４および図１７参照）
が、ｆ＞ｓ／２とすることによって照明光の最小値をさ
らに大きくすることができる。逆に、ｆ＜ｓ／２とする
と、最小値は最大値の６０％以下となり、照明光の強度
分布が大きくなる。従って、照明光に許容される強度の
均一性に応じて、ｆ、ｓおよびｎのそれぞれの値を適宜
設定すればよい。
レネルレンズの焦点距離ｆ、光源間の距離ｓ、およびフ
レネルレンズに形成されるプリズムの屈折率ｎに応じ
て、適宜設定され得る。特に、照射強度の均一性の観点
からは、ｆに対してｓを小さくすることが好ましい。例
えば、上述したように、ｆ＝ｓ／２、ｎ＝１．４９の場
合には、光軸からの距離が０．２ｓの位置で区切ること
によって、照明光強度の最小値を最大値の６０％程度と
することができるが（例えば図１４および図１７参照）
が、ｆ＞ｓ／２とすることによって照明光の最小値をさ
らに大きくすることができる。逆に、ｆ＜ｓ／２とする
と、最小値は最大値の６０％以下となり、照明光の強度
分布が大きくなる。従って、照明光に許容される強度の
均一性に応じて、ｆ、ｓおよびｎのそれぞれの値を適宜
設定すればよい。
【００８１】上述した照明装置は、液晶表示装置のバッ
クライトとして使用することができる。本発明による照
明装置は、指向性の高い照明光を照射する照明装置であ
るので、例えば、上述の特開平２−１１８５１８号公報
に記載されているような液晶表示装置のバックライトと
して用いることによって広視野角特性を実現することが
できる。
クライトとして使用することができる。本発明による照
明装置は、指向性の高い照明光を照射する照明装置であ
るので、例えば、上述の特開平２−１１８５１８号公報
に記載されているような液晶表示装置のバックライトと
して用いることによって広視野角特性を実現することが
できる。
【００８２】また、液晶表示装置に用いられる照明装置
は、偏光分離機能を有することによって、光の利用効率
を向上することができる。例えば、上述の照明装置の出
射面側に、液晶素子に照射する偏光を透過する一方この
偏光と直交する偏光を反射する偏光分離素子を設けるこ
とによって、偏光分離機能を備えた照明装置が得られ
る。このような偏光分離素子として、例えば、住友スリ
ーエム株式会社製のＤＢＥＦが挙げられる。
は、偏光分離機能を有することによって、光の利用効率
を向上することができる。例えば、上述の照明装置の出
射面側に、液晶素子に照射する偏光を透過する一方この
偏光と直交する偏光を反射する偏光分離素子を設けるこ
とによって、偏光分離機能を備えた照明装置が得られ
る。このような偏光分離素子として、例えば、住友スリ
ーエム株式会社製のＤＢＥＦが挙げられる。
【００８３】以下に、本発明による具体的な実施形態を
説明する。
説明する。
【００８４】図１１に示す本発明による実施形態の液晶
表示装置１００は、照明装置（バックライト）と、照明
装置１１０からの照明光を受ける液晶表示素子１２０
と、液晶表示素子１２０の観察者側に設けられた光拡散
素子１３０とを備えている。
表示装置１００は、照明装置（バックライト）と、照明
装置１１０からの照明光を受ける液晶表示素子１２０
と、液晶表示素子１２０の観察者側に設けられた光拡散
素子１３０とを備えている。
【００８５】照明装置１１０は、等間隔に配置された複
数の線状光源１１１と、線状光源１１１の背面（液晶表
示素子１２０とは反対側）に設けれた反射シート１１２
と、フレネルレンズ１１３とを有している。
数の線状光源１１１と、線状光源１１１の背面（液晶表
示素子１２０とは反対側）に設けれた反射シート１１２
と、フレネルレンズ１１３とを有している。
【００８６】フレネルレンズ１１３は、複数の単位フレ
ネルレンズ１１３ａを有し、１つの単位フレネルレンズ
１１３ａが１つの線状光源１１１に対応するように配列
されており、それぞれの単位フレネルレンズ１１３ａ
は、線状光源１１１に平行に直線状に形成される。すな
わち、単位フレネルレンズ１１３ａが有する複数のプリ
ズムの稜線は線状光源１１１に平行に延びている。それ
ぞれの線状光源１１１は、それぞれ対応する単位フレネ
ルレンズ１１３ａの焦点（正確には焦線）近傍に配置さ
れており、線状光源１１１から出射された光線（拡散
光）は、単位フレネルレンズ１１３ａによって進行方向
が制御され、正面方向に高指向性の照明光が照射され
る。反射シート１１２は線状光源１１１からの光をフレ
ネルレンズ１１３に向かって反射し、そのことによっ
て、光の利用効率が向上する。線状光源１１１の種類に
よっては、反射シート１１２を省略することができる。
ネルレンズ１１３ａを有し、１つの単位フレネルレンズ
１１３ａが１つの線状光源１１１に対応するように配列
されており、それぞれの単位フレネルレンズ１１３ａ
は、線状光源１１１に平行に直線状に形成される。すな
わち、単位フレネルレンズ１１３ａが有する複数のプリ
ズムの稜線は線状光源１１１に平行に延びている。それ
ぞれの線状光源１１１は、それぞれ対応する単位フレネ
ルレンズ１１３ａの焦点（正確には焦線）近傍に配置さ
れており、線状光源１１１から出射された光線（拡散
光）は、単位フレネルレンズ１１３ａによって進行方向
が制御され、正面方向に高指向性の照明光が照射され
る。反射シート１１２は線状光源１１１からの光をフレ
ネルレンズ１１３に向かって反射し、そのことによっ
て、光の利用効率が向上する。線状光源１１１の種類に
よっては、反射シート１１２を省略することができる。
【００８７】次に、図１２を参照しながら、フレネルレ
ンズ１１３の構造と機能を説明する。
ンズ１１３の構造と機能を説明する。
【００８８】フレネルレンズ１１３は、光源１１１に近
い側の面（受光面）にプリズム面が形成されており、単
位フレネルレンズ１１３ａに隣接する単位フレネルレン
ズ１１３ａとの境界近傍には第１変換領域Ｍが形成され
ており、単位フレネルレンズ１１３ａの光軸ＯＸの近傍
には第２変換領域Ｓが形成されている。単位フレネルレ
ンズ１１３ａの第１変換領域Ｍは反射／反射型プリズム
で構成されており、第２変換領域Ｓは屈折型プリズムで
構成されている。
い側の面（受光面）にプリズム面が形成されており、単
位フレネルレンズ１１３ａに隣接する単位フレネルレン
ズ１１３ａとの境界近傍には第１変換領域Ｍが形成され
ており、単位フレネルレンズ１１３ａの光軸ＯＸの近傍
には第２変換領域Ｓが形成されている。単位フレネルレ
ンズ１１３ａの第１変換領域Ｍは反射／反射型プリズム
で構成されており、第２変換領域Ｓは屈折型プリズムで
構成されている。
【００８９】反射／反射型プリズムは、上述した式
（７）および（８）に従って、第１プリズム面Ｐ１の第
１傾斜角θ1および第２プリズム面Ｐ２の傾斜角θ2をそ
れぞれ求めた。また、屈折型プリズムは、上述した式
（１３）および（１４）に従って、単位フレネルレンズ
１１３ａの光軸ＯＸに対して傾斜した面の傾斜角θを設
定した。
（７）および（８）に従って、第１プリズム面Ｐ１の第
１傾斜角θ1および第２プリズム面Ｐ２の傾斜角θ2をそ
れぞれ求めた。また、屈折型プリズムは、上述した式
（１３）および（１４）に従って、単位フレネルレンズ
１１３ａの光軸ＯＸに対して傾斜した面の傾斜角θを設
定した。
【００９０】本実施形態においては、単位フレネルレン
ズ１１３ａの焦点距離ｆを１９ｍｍとした。また、照明
領域が４００ｍｍ×３００ｍｍの照明装置１１０を構成
するために、線状光源１１１として発光長が４００ｍｍ
の冷陰極管を互いに平行に８本配置し、隣接する冷陰極
管の間隔ｓを３８ｍｍとした。フレネルレンズ１１３の
材質として屈折率ｎが１．４９のアクリル樹脂を用い、
熱プレス法で形成した。フレネルレンズ１１３には、８
個の単位フレネルレンズ１１３ａが一体に形成されてい
る。また、単位フレネルレンズ１１３ａの光軸ＯＸから
の距離ｘが０．２ｓ、すなわち７．６ｍｍの位置より光
軸ＯＸに近い側に第２変換領域Ｓ（屈折型プリズム）を
形成し、遠い側に第１変換領域Ｍ（反射／反射型プリズ
ム）を形成した。
ズ１１３ａの焦点距離ｆを１９ｍｍとした。また、照明
領域が４００ｍｍ×３００ｍｍの照明装置１１０を構成
するために、線状光源１１１として発光長が４００ｍｍ
の冷陰極管を互いに平行に８本配置し、隣接する冷陰極
管の間隔ｓを３８ｍｍとした。フレネルレンズ１１３の
材質として屈折率ｎが１．４９のアクリル樹脂を用い、
熱プレス法で形成した。フレネルレンズ１１３には、８
個の単位フレネルレンズ１１３ａが一体に形成されてい
る。また、単位フレネルレンズ１１３ａの光軸ＯＸから
の距離ｘが０．２ｓ、すなわち７．６ｍｍの位置より光
軸ＯＸに近い側に第２変換領域Ｓ（屈折型プリズム）を
形成し、遠い側に第１変換領域Ｍ（反射／反射型プリズ
ム）を形成した。
【００９１】照明装置１１０は、上述したように、単位
フレネルレンズ１１３ａの光軸ＯＸの近傍に屈折型プリ
ズムが形成されており、隣接する単位フレネルレンズ１
１３ａとの境界近傍に反射／反射型プリズムが形成され
ているので、線状光源１１１からの光線の進行方向を効
果的に正面方向に変換することができるとともに、単位
フレネルレンズ内で照明光の強度の変化が小さい。すな
わち、隣接する光源１１１からの光線と対応する光源１
１１からの光線とが第１変換領域で効果的に正面方向に
向けられるので、隣接する光源１１１の輝度および／ま
たは色調などが互いに異なっていても、照明装置１１０
から出射される照明光の輝度および／または色調の変化
は滑らかであり、単位フレネルレンズ１１３ａの境界が
観察されることがない。
フレネルレンズ１１３ａの光軸ＯＸの近傍に屈折型プリ
ズムが形成されており、隣接する単位フレネルレンズ１
１３ａとの境界近傍に反射／反射型プリズムが形成され
ているので、線状光源１１１からの光線の進行方向を効
果的に正面方向に変換することができるとともに、単位
フレネルレンズ内で照明光の強度の変化が小さい。すな
わち、隣接する光源１１１からの光線と対応する光源１
１１からの光線とが第１変換領域で効果的に正面方向に
向けられるので、隣接する光源１１１の輝度および／ま
たは色調などが互いに異なっていても、照明装置１１０
から出射される照明光の輝度および／または色調の変化
は滑らかであり、単位フレネルレンズ１１３ａの境界が
観察されることがない。
【００９２】照明装置１１０の照明光の指向性を図１３
に示し、単位フレネルレンズ１１３ａ内の照明光の強度
の変化を図１４に示す。図１３は、単位フレネルレンズ
１１３ａの光軸ＯＸの位置で出射する照明光の強度の出
射角依存性を示す。また、図１４は、単位フレネルレン
ズ１１３ａの光軸ＯＸと平行な方向に出射する照明光の
強度の光軸ＯＸからの距離に対する依存性を示す。
に示し、単位フレネルレンズ１１３ａ内の照明光の強度
の変化を図１４に示す。図１３は、単位フレネルレンズ
１１３ａの光軸ＯＸの位置で出射する照明光の強度の出
射角依存性を示す。また、図１４は、単位フレネルレン
ズ１１３ａの光軸ＯＸと平行な方向に出射する照明光の
強度の光軸ＯＸからの距離に対する依存性を示す。
【００９３】図１３から分かるように、照明装置１１０
の照明光は正面方向（単位フレネルレンズ１１３ａの光
軸に平行＝出射角度０°）において最大強度を示し、そ
の半値幅は全角で±５°程度と非常に高指向性である。
また、図１４から分かるように、単位フレネルレンズ１
１３ａ内の照明光の強度は光軸ＯＸにおいて最大値を取
るが、単位フレネルレンズ１１３ａの全範囲において、
最大値の６０％以上の強度が得られている。
の照明光は正面方向（単位フレネルレンズ１１３ａの光
軸に平行＝出射角度０°）において最大強度を示し、そ
の半値幅は全角で±５°程度と非常に高指向性である。
また、図１４から分かるように、単位フレネルレンズ１
１３ａ内の照明光の強度は光軸ＯＸにおいて最大値を取
るが、単位フレネルレンズ１１３ａの全範囲において、
最大値の６０％以上の強度が得られている。
【００９４】図１２に示した照明装置１１０に代えて、
図１５に示す照明装置２１０を用いてもよい。
図１５に示す照明装置２１０を用いてもよい。
【００９５】照明装置２１０は、フレネルレンズ２１３
が有する単位フレネルレンズ２１３ａの構造および機能
が単位フレネルレンズ１１３ａと異なる以外は、照明装
置１１０と実質的に同じなので、共通する構成要素を同
じ参照符号で示し、その説明をここでは省略する。
が有する単位フレネルレンズ２１３ａの構造および機能
が単位フレネルレンズ１１３ａと異なる以外は、照明装
置１１０と実質的に同じなので、共通する構成要素を同
じ参照符号で示し、その説明をここでは省略する。
【００９６】フレネルレンズ２１３は、複数の単位フレ
ネルレンズ２１３ａを有し、１つの単位フレネルレンズ
２１３ａが１つの線状光源１１１に対応するように配列
されており、それぞれの単位フレネルレンズ２１３ａ
は、線状光源１１１に平行に直線状に形成されている。
すなわち、単位フレネルレンズ２１３ａが有する複数の
プリズムの稜線は線状光源１１１に平行に延びている。
それぞれの線状光源１１１は、それぞれ対応する単位フ
レネルレンズ２１３ａの焦点（正確には焦線）近傍に配
置されており、線状光源１１１から出射された光線（拡
散光）は、単位フレネルレンズ２１３ａによって進行方
向が制御され、正面方向に高指向性の照明光が照射され
る。
ネルレンズ２１３ａを有し、１つの単位フレネルレンズ
２１３ａが１つの線状光源１１１に対応するように配列
されており、それぞれの単位フレネルレンズ２１３ａ
は、線状光源１１１に平行に直線状に形成されている。
すなわち、単位フレネルレンズ２１３ａが有する複数の
プリズムの稜線は線状光源１１１に平行に延びている。
それぞれの線状光源１１１は、それぞれ対応する単位フ
レネルレンズ２１３ａの焦点（正確には焦線）近傍に配
置されており、線状光源１１１から出射された光線（拡
散光）は、単位フレネルレンズ２１３ａによって進行方
向が制御され、正面方向に高指向性の照明光が照射され
る。
【００９７】フレネルレンズ２１３においては、光源１
１１に近い側の面（受光面）にプリズム面が形成されて
おり、単位フレネルレンズ２１３ａのすべての領域に亘
って第１変換領域Ｍが形成されている。単位フレネルレ
ンズ２１３ａの光軸ＯＸの近傍には第１変換領域Ｍ１が
形成されており、単位フレネルレンズ２１３ａに隣接す
る単位フレネルレンズ２１３ａとの境界近傍には第１変
換領域Ｍ２が形成されている。第１変換領域Ｍ１は反射
／屈折型プリズムで構成されており、第１変換領域Ｍ２
は反射／反射型プリズムで構成されている。
１１に近い側の面（受光面）にプリズム面が形成されて
おり、単位フレネルレンズ２１３ａのすべての領域に亘
って第１変換領域Ｍが形成されている。単位フレネルレ
ンズ２１３ａの光軸ＯＸの近傍には第１変換領域Ｍ１が
形成されており、単位フレネルレンズ２１３ａに隣接す
る単位フレネルレンズ２１３ａとの境界近傍には第１変
換領域Ｍ２が形成されている。第１変換領域Ｍ１は反射
／屈折型プリズムで構成されており、第１変換領域Ｍ２
は反射／反射型プリズムで構成されている。
【００９８】ここで、第１変換領域Ｍ１を構成する反射
／屈折型プリズムのプリズム面を第１プリズム面および
第２プリズム面とし、隣接する光源から第１変換領域Ｍ
１に入射した光線は、第２プリズム面において屈折され
たあと第１プリズム面によって反射されることによって
所定の方向に向けられ、且つ、対応する光源から第１変
換領域Ｍ１に入射した光線は、第１プリズム面において
屈折させることによって所定の方向に向けられるとす
る。
／屈折型プリズムのプリズム面を第１プリズム面および
第２プリズム面とし、隣接する光源から第１変換領域Ｍ
１に入射した光線は、第２プリズム面において屈折され
たあと第１プリズム面によって反射されることによって
所定の方向に向けられ、且つ、対応する光源から第１変
換領域Ｍ１に入射した光線は、第１プリズム面において
屈折させることによって所定の方向に向けられるとす
る。
【００９９】また、第１変換領域Ｍ２を構成する反射／
反射型プリズムのプリズム面を第３プリズム面および第
４プリズム面とし、隣接する光源から第１変換領域Ｍ２
に入射した光線は、第４プリズム面において屈折された
あと第３プリズム面によって反射されることによって所
定の方向に向けられ、且つ、対応する光源から第１変換
領域Ｍ２に入射した光線は、第３プリズム面において屈
折されたあと第４プリズム面で反射されることによって
所定の方向に向けられるとする。
反射型プリズムのプリズム面を第３プリズム面および第
４プリズム面とし、隣接する光源から第１変換領域Ｍ２
に入射した光線は、第４プリズム面において屈折された
あと第３プリズム面によって反射されることによって所
定の方向に向けられ、且つ、対応する光源から第１変換
領域Ｍ２に入射した光線は、第３プリズム面において屈
折されたあと第４プリズム面で反射されることによって
所定の方向に向けられるとする。
【０１００】上述の様に定義された第１、第２、第３お
よび第４プリズム面が単位フレネルレンズ２１３ａの光
軸ＯＸに対して形成する角をそれぞれθ1、θ2、θ3お
よびθ4とし、上述の式（９）〜（１２）を満足するよ
うに、それぞれの角度を設定した。
よび第４プリズム面が単位フレネルレンズ２１３ａの光
軸ＯＸに対して形成する角をそれぞれθ1、θ2、θ3お
よびθ4とし、上述の式（９）〜（１２）を満足するよ
うに、それぞれの角度を設定した。
【０１０１】なお、本実施形態においても、単位フレネ
ルレンズ２１３ａの焦点距離ｆを１９ｍｍとした。ま
た、照明領域が４００ｍｍ×３００ｍｍの照明装置２１
０を構成するために、線状光源１１１として発光長が４
００ｍｍの冷陰極管を互いに平行に８本配置し、隣接す
る冷陰極管の間隔ｓを３８ｍｍとした。フレネルレンズ
２１３の材質として屈折率ｎが１．４９のアクリル樹脂
を用い、熱プレス法で形成した。フレネルレンズ２１３
には、８個の単位フレネルレンズ２１３ａが一体に形成
されている。また、単位フレネルレンズ２１３ａの光軸
ＯＸからの距離ｘが０．２ｓ、すなわち７．６ｍｍの位
置より光軸ＯＸに近い側に第１変換領域Ｍ１（反射／屈
折型プリズム）を形成し、遠い側に第１変換領域Ｍ２
（反射／反射型プリズム）を形成した。
ルレンズ２１３ａの焦点距離ｆを１９ｍｍとした。ま
た、照明領域が４００ｍｍ×３００ｍｍの照明装置２１
０を構成するために、線状光源１１１として発光長が４
００ｍｍの冷陰極管を互いに平行に８本配置し、隣接す
る冷陰極管の間隔ｓを３８ｍｍとした。フレネルレンズ
２１３の材質として屈折率ｎが１．４９のアクリル樹脂
を用い、熱プレス法で形成した。フレネルレンズ２１３
には、８個の単位フレネルレンズ２１３ａが一体に形成
されている。また、単位フレネルレンズ２１３ａの光軸
ＯＸからの距離ｘが０．２ｓ、すなわち７．６ｍｍの位
置より光軸ＯＸに近い側に第１変換領域Ｍ１（反射／屈
折型プリズム）を形成し、遠い側に第１変換領域Ｍ２
（反射／反射型プリズム）を形成した。
【０１０２】照明装置２１０は、上述したように、単位
フレネルレンズ１１３ａの光軸ＯＸの近傍に反射／屈折
型プリズムが形成されており、隣接する単位フレネルレ
ンズ２１３ａとの境界近傍に反射／反射型プリズムが形
成されているので、線状光源１１１からの光線の進行方
向を効果的に正面方向に変換することができるととも
に、単位フレネルレンズ内で照明光の強度の変化が小さ
い。すなわち、隣接する光源１１１からの光線と対応す
る光源１１１からの光線とが第１変換領域Ｍ（Ｍ１およ
びＭ２）で効果的に正面方向に向けられるので、隣接す
る光源１１１の輝度および／または色調などが互いに異
なっていても、照明装置２１０から出射される照明光の
輝度および／または色調の変化は滑らかであり、単位フ
レネルレンズ２１３ａの境界が観察されることがない。
フレネルレンズ１１３ａの光軸ＯＸの近傍に反射／屈折
型プリズムが形成されており、隣接する単位フレネルレ
ンズ２１３ａとの境界近傍に反射／反射型プリズムが形
成されているので、線状光源１１１からの光線の進行方
向を効果的に正面方向に変換することができるととも
に、単位フレネルレンズ内で照明光の強度の変化が小さ
い。すなわち、隣接する光源１１１からの光線と対応す
る光源１１１からの光線とが第１変換領域Ｍ（Ｍ１およ
びＭ２）で効果的に正面方向に向けられるので、隣接す
る光源１１１の輝度および／または色調などが互いに異
なっていても、照明装置２１０から出射される照明光の
輝度および／または色調の変化は滑らかであり、単位フ
レネルレンズ２１３ａの境界が観察されることがない。
【０１０３】照明装置２１０の照明光の指向性を図１６
に示し、単位フレネルレンズ２１３ａ内の照明光の強度
の変化を図１７に示す。図１６および図１７は、図１３
および図１４にそれぞれ対応する。
に示し、単位フレネルレンズ２１３ａ内の照明光の強度
の変化を図１７に示す。図１６および図１７は、図１３
および図１４にそれぞれ対応する。
【０１０４】図１６から分かるように、照明装置２１０
の照明光は正面方向（単位フレネルレンズ２１３ａの光
軸に平行＝出射角度０°）において最大強度を示し、そ
の半値幅は全角で±５°程度と非常に高指向性である。
また、図１７から分かるように、単位フレネルレンズ２
１３ａ内の照明光の強度は光軸ＯＸにおいて最大値を取
るが、単位フレネルレンズ２１３ａの全範囲において、
最大値の６０％以上の強度が得られている。
の照明光は正面方向（単位フレネルレンズ２１３ａの光
軸に平行＝出射角度０°）において最大強度を示し、そ
の半値幅は全角で±５°程度と非常に高指向性である。
また、図１７から分かるように、単位フレネルレンズ２
１３ａ内の照明光の強度は光軸ＯＸにおいて最大値を取
るが、単位フレネルレンズ２１３ａの全範囲において、
最大値の６０％以上の強度が得られている。
【０１０５】本実施形態の液晶表示装置１００は、照明
装置１１０を備えるので、従来よりも広い視角範囲でコ
ントラスト比、中間調輝度、色調などの変化が少ない画
像を提供することができる。
装置１１０を備えるので、従来よりも広い視角範囲でコ
ントラスト比、中間調輝度、色調などの変化が少ない画
像を提供することができる。
【０１０６】図１１に示したように、液晶表示装置１０
０が有する液晶表示素子１２０は、照明装置１１０から
の高指向性の照明光を受ける。すなわち、液晶表示素子
１２０には、その表示面法線方向に高い指向性を持った
照明光が照明装置１１０から照射される。液晶表示素子
１２０は、照明装置１１０から照射された光を画素毎に
表示信号に応じて変調することによって、光の透過率
（輝度）を制御する。液晶表示素子１２０を透過した指
向性の高い光は、光拡散素子１３０によって拡散され
る。観察者が観察する画像は、液晶表示素子１２０の法
線方向から入射し法線方向に透過した光によって形成さ
れているので、広い視角範囲において、コントラスト
比、中間調輝度、色調などの変化が少ない。
０が有する液晶表示素子１２０は、照明装置１１０から
の高指向性の照明光を受ける。すなわち、液晶表示素子
１２０には、その表示面法線方向に高い指向性を持った
照明光が照明装置１１０から照射される。液晶表示素子
１２０は、照明装置１１０から照射された光を画素毎に
表示信号に応じて変調することによって、光の透過率
（輝度）を制御する。液晶表示素子１２０を透過した指
向性の高い光は、光拡散素子１３０によって拡散され
る。観察者が観察する画像は、液晶表示素子１２０の法
線方向から入射し法線方向に透過した光によって形成さ
れているので、広い視角範囲において、コントラスト
比、中間調輝度、色調などの変化が少ない。
【０１０７】光拡散素子１３０として、レンチキュラー
レンズフィルムを適用した液晶表示装置１００のコント
ラスト比の視角による変化を図１８に示す。ここでは、
図１１中に模式的に示した光拡散素子１３０のように凸
部（ピッチ５５μｍ、高さ２０μｍ）を有するレンチキ
ュラーレンズフィルムを用いた。
レンズフィルムを適用した液晶表示装置１００のコント
ラスト比の視角による変化を図１８に示す。ここでは、
図１１中に模式的に示した光拡散素子１３０のように凸
部（ピッチ５５μｍ、高さ２０μｍ）を有するレンチキ
ュラーレンズフィルムを用いた。
【０１０８】図１８から明らかなように、一般的な従来
の液晶表示装置（例えば、従来の低指向性の照明装置を
備えるＴＮモードの液晶表示装置）は視角によるコント
ラスト比の変化が急激であるのに対して、本実施形態に
よる照明装置を備える液晶表示装置１００のコントラス
ト比の変化は緩和されていることがわかる。また、照明
装置１１０に代えて照明装置２１０を用いても、液晶表
示装置１００とほぼ同様に、従来の液晶表示装置よりも
視角特性に優れた表示特性が実現される。
の液晶表示装置（例えば、従来の低指向性の照明装置を
備えるＴＮモードの液晶表示装置）は視角によるコント
ラスト比の変化が急激であるのに対して、本実施形態に
よる照明装置を備える液晶表示装置１００のコントラス
ト比の変化は緩和されていることがわかる。また、照明
装置１１０に代えて照明装置２１０を用いても、液晶表
示装置１００とほぼ同様に、従来の液晶表示装置よりも
視角特性に優れた表示特性が実現される。
【０１０９】なお、フレネルレンズ１１３を構成する単
位フレネルレンズ１１３ａにおいて、光源１１１からの
光線の進行方向を効果的に制御するために、第１変換領
域Ｍおよび第２変換領域Ｓを形成する位置（ｘの大き
さ）は、単位フレネルレンズ１１３ａの焦点距離ｆ、隣
接する光源１１１間の距離ｓおよびプリズムの屈折率ｎ
によって変化するため、これらの値に応じて適宜設定さ
れる。また、フレネルレンズ２１３を構成する単位フレ
ネルレンズ２１３ａにおける第１変換領域Ｍ１およびＭ
２を形成する位置も、単位フレネルレンズ２１３ａの焦
点距離ｆ、隣接する光源１１１間の距離ｓおよびプリズ
ムの屈折率ｎによって変化するため、これらの値に応じ
て適宜設定される。
位フレネルレンズ１１３ａにおいて、光源１１１からの
光線の進行方向を効果的に制御するために、第１変換領
域Ｍおよび第２変換領域Ｓを形成する位置（ｘの大き
さ）は、単位フレネルレンズ１１３ａの焦点距離ｆ、隣
接する光源１１１間の距離ｓおよびプリズムの屈折率ｎ
によって変化するため、これらの値に応じて適宜設定さ
れる。また、フレネルレンズ２１３を構成する単位フレ
ネルレンズ２１３ａにおける第１変換領域Ｍ１およびＭ
２を形成する位置も、単位フレネルレンズ２１３ａの焦
点距離ｆ、隣接する光源１１１間の距離ｓおよびプリズ
ムの屈折率ｎによって変化するため、これらの値に応じ
て適宜設定される。
【０１１０】単位フレネルレンズに形成されるプリズム
は、例示したプリズムに限らず、少なくとも、対応する
光源からの光線の進行方向を制御して出射させるととも
に、隣接する光源からの光線の進行方向を制御して出射
させるプリズムを設ければよい。但し、単位フレネルレ
ンズ１１３ａの様に、対応する光源１１１からの光線の
進行方向をだけを制御して出射させるプリズム（単位フ
レネルレンズ１１３ａにおいては屈折型プリズム）を設
ける場合には、単位フレネルレンズの光軸ＯＸの近傍に
設けることが好ましい。また、単位フレネルレンズ２１
３ａの様に、単位フレネルレンズの全体に亘って、対応
する光源からの光線の進行方向を制御して出射させると
ともに、隣接する光源からの光線の進行方向を制御して
出射させるプリズムを設ける場合には、単位フレネルレ
ンズの光軸ＯＸの近傍には反射／屈折型プリズムを設
け、隣接する単位フレネルレンズとの境界近傍には反射
／反射型プリズムを設けることが好ましい。なお、反射
／屈折型プリズムに代えて、屈折／屈折型プリズムを用
いることもできる。但し、屈折／屈折型プリズムを用い
る場合は、単位フレネルレンズの焦点距離ｆが隣接光源
管距離ｓよりも大きいことが好ましい。屈折／屈折型プ
リズムは、上述の式（１）および（２）に基づいて設計
される。
は、例示したプリズムに限らず、少なくとも、対応する
光源からの光線の進行方向を制御して出射させるととも
に、隣接する光源からの光線の進行方向を制御して出射
させるプリズムを設ければよい。但し、単位フレネルレ
ンズ１１３ａの様に、対応する光源１１１からの光線の
進行方向をだけを制御して出射させるプリズム（単位フ
レネルレンズ１１３ａにおいては屈折型プリズム）を設
ける場合には、単位フレネルレンズの光軸ＯＸの近傍に
設けることが好ましい。また、単位フレネルレンズ２１
３ａの様に、単位フレネルレンズの全体に亘って、対応
する光源からの光線の進行方向を制御して出射させると
ともに、隣接する光源からの光線の進行方向を制御して
出射させるプリズムを設ける場合には、単位フレネルレ
ンズの光軸ＯＸの近傍には反射／屈折型プリズムを設
け、隣接する単位フレネルレンズとの境界近傍には反射
／反射型プリズムを設けることが好ましい。なお、反射
／屈折型プリズムに代えて、屈折／屈折型プリズムを用
いることもできる。但し、屈折／屈折型プリズムを用い
る場合は、単位フレネルレンズの焦点距離ｆが隣接光源
管距離ｓよりも大きいことが好ましい。屈折／屈折型プ
リズムは、上述の式（１）および（２）に基づいて設計
される。
【０１１１】フレネルレンズは、アクリル樹脂に限られ
ず、公知の様々な透明材料を用いて形成され得る。但
し、アクリル樹脂などの透明樹脂は、上述した熱プレス
成形法のほかに、射出成形法や押出し成形法などの方法
によって簡便に製造でき、且つ、安価で軽量であるので
好ましい。
ず、公知の様々な透明材料を用いて形成され得る。但
し、アクリル樹脂などの透明樹脂は、上述した熱プレス
成形法のほかに、射出成形法や押出し成形法などの方法
によって簡便に製造でき、且つ、安価で軽量であるので
好ましい。
【０１１２】フレネルレンズの代わりに、他の光学素子
を用いることも可能できる。例えば、光の回折によって
進行方向を制御するホログラム素子に代表される回折素
子を利用することができる。また、反射シート１１２と
しては、本実施形態では平面鏡を例示したが、例えば曲
面鏡を用いることもできる。
を用いることも可能できる。例えば、光の回折によって
進行方向を制御するホログラム素子に代表される回折素
子を利用することができる。また、反射シート１１２と
しては、本実施形態では平面鏡を例示したが、例えば曲
面鏡を用いることもできる。
【０１１３】液晶表示素子１２０の観察者側に設けられ
る光拡散素子１３０としては、例示したレンチキュラー
レンズフィルムに限られず、光を拡散するように種々の
形状に加工した光学フィルムや、内部に光を散乱する粒
子を分散させた散乱フィルムなどを用いることができ
る。また、光拡散素子が一体に形成された（例えば、液
晶層を挟持する一対の基板の内の観察者側に配置される
基板と一体に形成された）液晶表示素子を用いることも
できる。
る光拡散素子１３０としては、例示したレンチキュラー
レンズフィルムに限られず、光を拡散するように種々の
形状に加工した光学フィルムや、内部に光を散乱する粒
子を分散させた散乱フィルムなどを用いることができ
る。また、光拡散素子が一体に形成された（例えば、液
晶層を挟持する一対の基板の内の観察者側に配置される
基板と一体に形成された）液晶表示素子を用いることも
できる。
【０１１４】さらに、液晶表示装置用の照明装置として
用いる場合には、光の利用効率を向上するために、照明
装置の光出射側に特定の偏光を選択的に透過する偏光分
離素子を設けてもよい。偏光分離素子としては、例え
ば、住友スリーエム株式会社製のＤＢＥＦを利用するこ
とができる。
用いる場合には、光の利用効率を向上するために、照明
装置の光出射側に特定の偏光を選択的に透過する偏光分
離素子を設けてもよい。偏光分離素子としては、例え
ば、住友スリーエム株式会社製のＤＢＥＦを利用するこ
とができる。
【０１１５】
【発明の効果】本発明によると、高い指向性を有すると
ともに均一な強度分布の照明光を照射する照明装置が提
供される。さらに、本発明による照明装置を用いること
によって、広視野角特性の表示装置を提供することがで
きる。本発明による照明装置は、特に、液晶表示装置の
広視野角化に有効であるが、他の表示装置にも適用する
ことができる。さらに、本発明の照明装置は、複数の光
源を用いて均一で且つ嗜好性の高い照明光を得ることが
できるので、大きなサイズの表示装置に好適に用いられ
る。
ともに均一な強度分布の照明光を照射する照明装置が提
供される。さらに、本発明による照明装置を用いること
によって、広視野角特性の表示装置を提供することがで
きる。本発明による照明装置は、特に、液晶表示装置の
広視野角化に有効であるが、他の表示装置にも適用する
ことができる。さらに、本発明の照明装置は、複数の光
源を用いて均一で且つ嗜好性の高い照明光を得ることが
できるので、大きなサイズの表示装置に好適に用いられ
る。
【図１】本発明による実施形態の照明装置１０の構造を
模式的に示す断面図である。
模式的に示す断面図である。
【図２】フレネルレンズを用いて構成された光線方向変
換素子を備える照明装置２０の構造を模式的に示す断面
図である。
換素子を備える照明装置２０の構造を模式的に示す断面
図である。
【図３】（ａ）は、照明装置２０が有する単位フレネル
レンズ２２ａの構造を示す模式図であり、（ｂ）はその
変形例である単位フレネルレンズ２２’ａの構造を示す
模式図である。
レンズ２２ａの構造を示す模式図であり、（ｂ）はその
変形例である単位フレネルレンズ２２’ａの構造を示す
模式図である。
【図４】本発明による実施形態の他の照明装置３０の構
造を模式的に示す図である。
造を模式的に示す図である。
【図５】照明装置３０が有する単位フレネルレンズ３２
ａの構造を示す模式図である。
ａの構造を示す模式図である。
【図６】本発明による実施形態の他の照明装置４０の構
造を模式的に示す図である。
造を模式的に示す図である。
【図７】照明装置４０が有する単位フレネルレンズ４２
ａの構造を示す模式図である。
ａの構造を示す模式図である。
【図８】（ａ）は、照明装置１０のフレネルレンズ１２
が有する単位フレネルレンズ１２ａの第２変換領域Ｓの
構造を示す模式図であり、（ｂ）はその変形例である単
位フレネルレンズ１２’ａの第２変換領域Ｓの構造を示
す模式図である。
が有する単位フレネルレンズ１２ａの第２変換領域Ｓの
構造を示す模式図であり、（ｂ）はその変形例である単
位フレネルレンズ１２’ａの第２変換領域Ｓの構造を示
す模式図である。
【図９】屈折型プリズム、反射／屈折型プリズムおよび
反射／反射型プリズムをそれぞれを備えるフレネルレン
ズを用いた照明装置の照明光の指向性を示すグラフであ
る。
反射／反射型プリズムをそれぞれを備えるフレネルレン
ズを用いた照明装置の照明光の指向性を示すグラフであ
る。
【図１０】図９示した照明光が得られた照明装置に用い
られた屈折型プリズム、反射／屈折型プリズムおよび反
射／反射型プリズムを備えるフレネルレンズのそれぞれ
の単位フレネルレンズ内の照明光の強度変化を示すグラ
フである。
られた屈折型プリズム、反射／屈折型プリズムおよび反
射／反射型プリズムを備えるフレネルレンズのそれぞれ
の単位フレネルレンズ内の照明光の強度変化を示すグラ
フである。
【図１１】本発明による実施形態の液晶表示装置１００
の構成を示す模式図である。
の構成を示す模式図である。
【図１２】液晶表示装置１００が有する照明装置１１０
の構成を示す模式図である。
の構成を示す模式図である。
【図１３】照明装置１１０からの照明光の指向性を示す
グラフである。
グラフである。
【図１４】照明装置１１０が有する単位フレネルレンズ
１１３ａ内の照明光の強度変化を示すグラフである。
１１３ａ内の照明光の強度変化を示すグラフである。
【図１５】液晶表示装置１００に用いられる他の照明装
置２１０の構成を示す模式図である。
置２１０の構成を示す模式図である。
【図１６】照明装置２１０からの照明光の指向性を示す
グラフである。
グラフである。
【図１７】照明装置２１０が有する単位フレネルレンズ
２１３ａ内の照明光の強度変化を示すグラフである。
２１３ａ内の照明光の強度変化を示すグラフである。
【図１８】液晶表示装置１００のコントラスト比の視角
による変化を示すグラフである。
による変化を示すグラフである。
【図１９】フレネルレンズを備える照明装置を用いた従
来の液晶表示装置３００を模式的に示す図である。
来の液晶表示装置３００を模式的に示す図である。
【図２０】従来のフレネルレンズを説明するための模式
図である。
図である。
【図２１】全内面反射（ＴＩＲ）レンズを備える従来の
照明装置４１０を模式的に示す図である。
照明装置４１０を模式的に示す図である。
【図２２】従来のフレネルレンズを用いて構成した照明
装置の問題点を説明するための図である。
装置の問題点を説明するための図である。
【図２３】従来の全内面反射（ＴＩＲ）レンズを用いて
構成した照明装置の問題点を説明するための図である。
構成した照明装置の問題点を説明するための図である。
１０、２０、３０、４０、１１０、２１０ 照明装置 １１ 光源装置 １１ａ 光源 １２、２２、３２、４２ フレネルレンズ １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、２２ａ、３２ａ、４２ａ 単
位フレネルレンズ １１１ 線状光源 １１２ 反射シート １１３、２１３ フレネルレンズ １１３ａ、２１３ａ 単位フレネルレンズ １２０ 液晶表示素子 １３０ 光拡散素子 ２１３ フレネルレンズ ２２０ 液晶表示素子 ２３０ 光拡散手段 ３００ 液晶表示装置 ３１０、４１０ 照明装置 ３１１、３１１’ 光源 ３１２ 球面鏡 ３１１’ 光源 ３１３、３１３’ フレネルレンズ ３１３’ａ 単位フレネルレンズ ３２０ 液晶表示素子 ３３０ 光拡散素子 ４１１、４１１’ 光源 ４１２、４１２’ 全内面反射（ＴＩＲ）レンズ ４１２’ａ 単位全内面反射（ＴＩＲ）レンズ
位フレネルレンズ １１１ 線状光源 １１２ 反射シート １１３、２１３ フレネルレンズ １１３ａ、２１３ａ 単位フレネルレンズ １２０ 液晶表示素子 １３０ 光拡散素子 ２１３ フレネルレンズ ２２０ 液晶表示素子 ２３０ 光拡散手段 ３００ 液晶表示装置 ３１０、４１０ 照明装置 ３１１、３１１’ 光源 ３１２ 球面鏡 ３１１’ 光源 ３１３、３１３’ フレネルレンズ ３１３’ａ 単位フレネルレンズ ３２０ 液晶表示素子 ３３０ 光拡散素子 ４１１、４１１’ 光源 ４１２、４１２’ 全内面反射（ＴＩＲ）レンズ ４１２’ａ 単位全内面反射（ＴＩＲ）レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 5/18 Ｇ０２Ｂ 5/18 5/32 5/32 Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０２Ｆ 1/1335 1/13357 1/13357 // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 103:00 103:00
Claims (20)
- 【請求項１】 複数の光源と、前記複数の光源から出射
された光線の進行方向を所定の方向に向ける光線方向変
換素子と、を備える照明装置であって、 前記光線方向変換素子は、それぞれが、前記複数の光源
のそれぞれに対応して設けられた複数の単位変換素子を
有し、前記複数の光源のそれぞれは、前記複数の単位変
換素子の内の対応する単位変換素子の光軸上に配置され
ており、 前記複数の単位変換素子のそれぞれは、前記複数の光源
の内の対応する光源から入射した光線と、前記対応する
光源以外の少なくとも１つの光源から入射した光線と
を、前記所定の方向に向ける第１変換領域を有する、照
明装置。 - 【請求項２】 前記第１変換領域は、前記対応する光源
からの光線と、前記対応する光源に隣接する少なくとも
１つの光源から入射した光線とを、前記所定の方向に向
ける、請求項１に記載の照明装置。 - 【請求項３】 前記複数の単位変換素子のそれぞれは、
前記第１変換領域のみから構成されている、請求項１ま
たは２に記載の照明装置。 - 【請求項４】 前記複数の単位変換素子のそれぞれは、
前記対応する光源から入射した光線だけを前記所定の方
向に向ける第２変換領域をさらに有する、請求項１また
は２に記載の照明装置。 - 【請求項５】 前記第２変換領域は、前記第１変換領域
よりも前記単位変換素子の光軸に近い位置に設けられて
いる、請求項４に記載の照明装置。 - 【請求項６】 前記光線方向変換素子はフレネルレンズ
であって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位フ
レネルレンズである、請求項１から５のいずれかに記載
の照明装置。 - 【請求項７】 前記光線方向変換素子はホログラフィッ
ク素子であり、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単
位ホログラフィック素子である、請求項１から５のいず
れかに記載の照明装置。 - 【請求項８】 前記光線方向変換素子は回折素子であ
り、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位回折素子
である、請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。 - 【請求項９】 前記光線方向変換素子はフレネルレンズ
であって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数
のプリズム面を有する単位フレネルレンズであり、 前記複数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第
２プリズム面を有し、 前記少なくとも１つの隣接する光源から前記第１変換領
域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第１プリズ
ム面において屈折されることによって前記所定の方向に
向けられ、 前記対応する光源から前記第１変換領域に入射した光線
の少なくとも一部は、前記第２プリズム面において屈折
されることによって前記所定の方向に向けられる、請求
項２に記載の照明装置。 - 【請求項１０】 前記複数のプリズム面は、前記単位フ
レネルレンズの前記対応する光源から遠い側の面に形成
されており、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置におい
て、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、隣接す
る光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単位フレ
ネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1およびθ2
が、 θ1＝tan-1([{n2f2+(n2-1)(s-x)2}1/2-{f2+(s-x)2}1/2]/(s-x)) (1) θ2＝tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (2) の関係を満足する、請求項９に記載の照明装置。 - 【請求項１１】 前記複数のプリズム面は、前記単位フ
レネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成さ
れており、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置におい
て、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、隣接す
る光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単位フレ
ネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1およびθ2
が、 θ1＝tan-1([n{f2+(s-x)2}1/2-f]/(s-x)) (3) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (4) の関係を満足する、請求項９に記載の照明装置。 - 【請求項１２】 前記光線方向変換素子はフレネルレン
ズであって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複
数のプリズム面を有する単位フレネルレンズであり、 前記複数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第
２プリズム面を有し、 前記少なくとも１つの隣接する光源から前記第１変換領
域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第２プリズ
ム面において屈折されたあと前記第１プリズム面によっ
て反射されることによって前記所定の方向に向けられ、 前記対応する光源から前記第１変換領域に入射した光線
の少なくとも一部は、前記第１プリズム面において屈折
させることによって前記所定の方向に向けられる、請求
項２に記載の照明装置。 - 【請求項１３】 前記複数のプリズム面は、前記単位フ
レネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成さ
れており、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置におい
て、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、隣接す
る光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単位フレ
ネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1およびθ2
が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (5) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (6) の関係を満足する、請求項１２に記載の照明装置。 - 【請求項１４】 前記光線方向変換素子はフレネルレン
ズであって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複
数のプリズム面を有する単位フレネルレンズであり、 前記複数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して傾斜した第１および第
２プリズム面を有し、 前記少なくとも１つの隣接する光源から前記第１変換領
域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第２プリズ
ム面において屈折されたあと前記第１プリズム面によっ
て反射されることによって前記所定の方向に向けられ、 前記対応する光源から前記第１変換領域に入射した光線
の少なくとも一部は、前記第１プリズム面において屈折
されたあと前記第２プリズム面で反射されることによっ
て前記所定の方向に向けられる、請求項２に記載の照明
装置。 - 【請求項１５】 前記複数のプリズム面は、前記単位フ
レネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成さ
れており、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置におい
て、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、隣接す
る光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単位フレ
ネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1およびθ2
が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (7) θ2＝(cos-1[{f・cosθ1-x・sinθ1}/n{f2+x2}1/2]-θ1)/2 (8) の関係を満足する、請求項１４に記載の照明装置。 - 【請求項１６】 前記光線方向変換素子はフレネルレン
ズであって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複
数のプリズム面を有する単位フレネルレンズであり、 前記複数のプリズム面は、前記第１変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して傾斜した第１、第２、
第３および第４プリズム面を有し、 前記少なくとも１つの隣接する光源から前記第１変換領
域に入射した光線の一部は、前記第２プリズム面におい
て屈折されたあと前記第１プリズム面によって反射され
ることによって前記所定の方向に向けられ、他の一部
は、前記第４プリズム面において屈折されたあと前記第
３プリズム面によって反射されることによって前記所定
の方向に向けられ、 前記対応する光源から前記第１変換領域に入射した光線
の一部は、前記第１プリズム面において屈折させること
によって前記所定の方向に向けられ、他の一部は、前記
第３プリズム面において屈折されたあと前記第４プリズ
ム面で反射されることによって前記所定の方向に向けら
れ、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離ｘの位置におい
て、前記第１プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第２プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記第３プリズム面が前記単位フレネルレンズの
光軸に対して形成する角度をθ3、前記第４プリズム面
が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度
をθ4、前記単位フレネルレンズの焦点距離をｆ、隣接
する光源間の距離をｓ、周囲の媒質に対する前記単位フ
レネルレンズの相対屈折率をｎとするとき、θ1、θ2、
θ 3およびθ4が、 θ1＝(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (9) θ2＝tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (10) θ3＝(cos-1[{f・cosθ4-(s-x)sinθ4}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ4)/2 (11) θ4＝(cos-1[{f・cosθ3-x・sinθ3}/n{f2+x2}1/2]-θ3)/2 (12) の関係を満足する、請求項２に記載の照明装置。 - 【請求項１７】 前記第１および第２プリズム面は、前
記第３および第４プリズム面よりも、前記単位フレネル
レンズの光軸に近い領域に設けられている、請求項１６
に記載の照明装置。 - 【請求項１８】 前記単位フレネルレンズは、前記対応
する光源から入射した光線だけを前記所定の方向に向け
る第２変換領域をさらに有し、 前記複数のプリズム面は、前記第２変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して略平行な面と傾斜した
面とを有し、前記対応する光源から前記第２変換領域に
入射した光線は、前記傾斜した面において屈折されるこ
とによって前記所定の方向に向けられる、請求項９から
１７のいずれかに記載の照明装置 - 【請求項１９】 前記第２変換領域は、前記第１変換領
域よりも前記単位フレネルレンズの光軸に近い位置に設
けられている、請求項１８に記載の照明装置。 - 【請求項２０】 請求項１から１９のいずれかに記載の
照明装置と、 前記照明装置から出射される光を表示に用いる表示素子
と、 を備えた表示装置。
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