JP2003215312A - 光学素子及び光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力光の平行化のための素子が１層構造であ
っても、出力光の平行度を充分に向上させることができ
る光学素子、その光学素子を用いた光学システム、及び
その光学システムを用いた画像表示装置を提供する。 【解決手段】 光平行化部１０は、中心軸Ｃ上の焦点Ｆ
を有する回転放物面１１を有しており、その焦点Ｆは、
光平行化部１０の光入力側の面１２に突起状に設けられ
る光入力部２０の表面又は内部に含まれる。光入力部２
０の光入力側の面１２に当接する面の面積は、光入力側
の面１２の面積よりも小さくなっている。すなわち、光
入力部２０の光入力面２１に光が入力されると、光平行
化部１０の回転放物面１１で中心軸Ｃに対して平行な方
向に反射され、光平行化部１０の光出力面１３から出力
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力した光を平行
化して出力する光学素子、それを用いた光学システム、
及びその光学システムを用いた画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】出力光を平行化するために放物面鏡等の
光学素子を用いることは古くから行われている。この場
合、光源は、放物面鏡の焦点近傍に配置され、光源から
の光は、放物面鏡で反射されることで平行化され出力す
る。この放物面鏡を用いた光の平行化技術は、例えば、
自動車のヘッドライト、探照灯及び懐中電灯に利用され
ている。

【０００３】また、光を平行化するための光学素子は、
光学素子における光出力側の反対側（光入力側）に光導
波路が設けられる光学システムにも利用される。この場
合には、光学素子と光導波路とは光学的に結合され、光
源からの光は光導波路を介して光学素子に入力される。
そして、光学素子に入力された光は、光学素子で反射さ
れることで平行化され出力される。

【０００４】また、このような光学システムを応用すれ
ば、液晶表示装置などの画像表示装置にも適用できる。
すなわち、微細化された複数個の光学素子を同一面上に
配列し、複数個の光学素子の光入力側に光導波路を設け
ることによって、光源からの光が光導波路を介して複数
個の光学素子のいずれかに入力され、光学素子で平行化
されて出力される。

【０００５】このように、光を平行化する光学素子（光
学システム）を用いた画像表示装置としては、例えば、
特表平8-511129号及び特表平9-505412号に開示されてい
る。

【０００６】すなわち、特表平8-511129号に開示されて
いる画像表示装置では、直方体の導光板上に複数個のマ
イクロプリズムが配置され、導光板の側面（マイクロプ
リズムが配置されている面とその反対側の面とを除く一
面）近傍に光源が配置されている。この複数個のマイク
ロプリズムそれぞれは、導光板の法線方向に対して傾斜
する傾斜面を有しており、光源からの光を、この傾斜面
で反射させることによって平行化しようとするものであ
る。

【０００７】また、特表平9-505412号に開示されている
画像表示装置では、特表平8-511129号に開示されている
複数個のマイクロプリズムに相当するものとして複数個
のマイクロコリメータが設けられている。そして、各マ
イクロコリメータの光出力側には、マイクロレンズが設
けられており、光源からの光をマイクロコリメータとマ
イクロレンズとによって平行化しようとするものであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光学素子を用いた画像表示装置には、以下のような
欠点があった。すなわち、先ず、特表平8-511129号に開
示されている画像表示装置では、出射光の角度は、マイ
クロプリズムの傾斜面に入射する入射光の角度に依存す
るため、入射光の角度によっては充分に平行化されない
光も存在し、全体として出射光の平行度は未だ不充分と
なっていた。また、特表平9-505412号に開示されている
画像表示装置においても、マイクロコリメータによる光
の平行化は未だ充分なものでなく、マイクロレンズによ
りさらに平行化する必要があり、結果として光学素子が
２層構造になってしまうという問題があった。

【０００９】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みてなされたものであり、出力光の平行化のための光学
素子が１層構造であっても、出力光の平行度を充分に向
上させることができる光学素子、その光学素子を用いた
光学システム、及びその光学システムを用いた画像表示
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学素子
は、透光性材料から作られている光学素子であって、光
学素子は、その中心軸上の焦点を有する略回転放物面、
焦点に又は焦点よりも回転放物面の反頂点側に位置する
中心軸上の第一の点を通りかつ中心軸と略直交する第一
の面、並びに、第一の点よりもさらに反頂点側に位置す
る中心軸上の第二の点を通りかつ中心軸と交差する第二
の面によって表面が画成される光平行化部と、第一の面
上に突起状に設けられており、焦点をその表面又は内部
に含む光入力部と、を備えており、光入力部の第一の面
に当接する面の面積は、第一の面の面積よりも小さいこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明の光学素子によれば、光入力部の第
一の面に当接する面の面積が、第一の面の面積よりも小
さくなっているため、光入力部の第一の面に当接する面
の面積と第一の面の面積とが同じ場合に比べて、焦点又
はその近傍を通過する光の比率が向上し、光入力部に入
力される光の大半は略回転放物面の焦点又はその近傍を
通過することとなり、略回転放物面によってより確実に
平行化されることとなる。従って、本発明の光学素子に
よれば、入力される光を充分に平行化することが可能と
なるため、例えば、マイクロレンズのような他の素子を
更に設けなくとも平行度の高い光を出力することができ
る。

【００１２】また、上記光学素子において、焦点から光
平行化部の第二の面の外周上の任意の一点までを結ぶ直
線と、中心軸とが為す角度は、１０°以上６０°以下で
あることが好ましい。前記角度が１０°未満であると、
略回転放物面の高さが高くなり、光学素子が厚くなるた
め製造が困難になる傾向がある。他方、前記角度が６０
°を超えると、略回転放物面に反射されることなく出力
する光の比率が増大して平行化される光の比率が充分で
なくなる傾向がある。

【００１３】また、上記光学素子において、光入力部の
第一の面に当接する面の面積は、第一の面の面積の０．
０５倍以上０．９５倍以下であることが好ましい。光入
力部の第一の面に当接する面の面積が０．０５倍未満で
あると、光入力部に入力される光は充分に平行化される
ものの、光入力部に入力される光の量が充分でなくなる
傾向があり、光入力部の第一の面に当接する面の面積が
０．９５倍を超えると、光入力部に入力される光のわず
かしか、略回転放物面の焦点又はその近傍を通過せず、
光入力部に入力された光は充分に平行化されなくなる傾
向がある。

【００１４】また、上記光学素子において、中心軸に沿
う方向を高さ方向としたとき、光入力部の高さは、光入
力部の第一の面に当接する面において最長距離を為す外
周上の二点間の距離の０．１倍以上１．０倍以下である
ことが好ましい。前記高さが０．１倍未満であると、後
述する光学システムとする際、光導波路との光学的な結
合が不完全になる傾向があり、他方、前記高さが１．０
倍を超えると、光入力部に入力された光が略回転放物面
に到達する前に、光入力部内で反射又は光入力部から屈
折して出射されてしまい好適に平行化される光の比率が
充分でなくなる傾向がある。

【００１５】本発明に係る光学システムは、上記の光学
素子と、光学素子の光入力部と光学的に結合されている
光導波路と、を備えることを特徴とする。

【００１６】本発明の光学システムによれば、光導波路
に入力される光は、光導波路を導波され、上記の光学素
子に入力される。上記の光学素子は、光入力部の第一の
面に当接する面の面積が、第一の面の面積よりも小さく
なっているため、焦点又はその近傍を通過する光の比率
が向上し、光入力部に入力される光の大半は略回転放物
面の焦点又はその近傍を通過することとなり、光導波路
を介して上記の光学素子に入力された光は、略回転放物
面によってより確実に平行化されることとなる。従っ
て、本発明の光学システムによれば、光源からの光を直
接に上記の光学素子に入力させることなく、光導波路を
介して導波させたうえで充分に平行度の高い出力光とし
て出力させることが可能となる。

【００１７】本発明に係る画像表示装置は、上記の光学
システムを備えることを特徴とする。本発明の画像表示
装置によれば、光源からの光は、光学システムにより充
分に平行化されて出力されるので、光源からの光の強度
を増大させることなく、画像表示装置の画面全体を明る
くすることが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。
なお、図面の説明において、同一または相当要素には同
一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００１９】先ず、本発明の光学素子の好適な一実施形
態について説明する。図１は、本実施形態に係る光学素
子１の構成を示す斜視図である。光学素子１は、光源
（図示せず）からの光が入力され、その入力された入力
光を平行度の高い出力光として出力するものであり、そ
の外部の媒質（空気や水や油系の溶剤など）よりも屈折
率の高い物質で形成されている中実体である。

【００２０】また、光学素子１は、入力される光に対し
て透過性が良い物質（透光性材料）で形成されている。
つまり、光学素子１は、可視光が入力される場合、可視
光に対して透過性が良い物質で形成され、可視光以外の
光が入力される場合、その光に対して透過性が良い物質
で形成される。このような透光性材料としては、透明な
ポリマーやガラス類などが好適に使用される。該ポリマ
ーとしては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポ
リエステルなどの樹脂や反応性基を有する有機化合物又
は無機化合物の重合体などが挙げられる。そして、光学
素子１は、光平行化部１０と光入力部２０とを備える。

【００２１】光平行化部１０は、入力した光を平行化し
て出力するものである。光平行化部１０は、光学素子１
の外部の媒質が空気（屈折率１．０）の場合、好ましく
は屈折率が、１．３以上、より好ましくは屈折率が、
１．４以上に設定される。

【００２２】光平行化部１０は、回転放物面１１、光入
力側の面（第一の面）１２及び光出力側の面（第二の
面）１３によって画成される。回転放物面１１は、焦点
Ｆを有し、その焦点Ｆを通る中心軸Ｃを有する。光入力
側の面１２は、焦点Ｆよりも反頂点側（光出力側の面１
３側）に位置する中心軸Ｃ上の点Ａを通り、中心軸Ｃと
略直交している。光出力側の面１３は、光入力側の面１
２が通る中心軸Ｃ上の点Ａよりもさらに反頂点側に位置
する中心軸Ｃ上の別の点Ｂを通り、中心軸Ｃと交差して
おり、平行光出力面（以下「光出力面」という）として
機能する。なお、回転放物面とは、放物線を中心軸を中
心に回転させ、その放物線が通過した点の集合からなる
面である。そして、その中心軸と回転放物面が交わる部
分が頂点である。また、中心軸は、回転放物面の光軸と
実質的に一致している。

【００２３】ここで、焦点Ｆから光出力面１３の外周の
うちの任意の一点までを結ぶ直線と、中心軸Ｃとが為す
角（図２にθで示す）は、１０°以上６０°以下である
ことが好ましい。前記角度が１０°未満であると、回転
放物面１１の高さが高くなり、光学素子が厚くなるため
製造が困難になる傾向があり、他方、前記角度が６０°
を超えると、回転放物面１１に反射されることなく出力
する光の比率が増大して平行化される光の比率が充分で
なくなる傾向がある。

【００２４】光入力部２０は、そこを介して光源等から
の光を光平行化部１０に入力する部分であり、光入力側
の面１２上に突起状に設けられており焦点Ｆを内部又は
表面に含む。また、光入力部２０は、光平行化部１０と
同一の物質で形成されても良いし、略等しい屈折率を有
する物質で形成されても良い。

【００２５】そして、光入力部２０の下面２１は、光源
からの光が光入力部２０内に入力する面であり、光入力
面として機能する。一方、光入力部２０の上面２３（光
入力部の第一の面に当接する面）は、光平行化部１０の
光入力側の面１２に光学的に接続される面であり、光平
行化部１０に向けて光入力部２０から光を出力する接合
面として機能する。そして、側面２２は、下面２１の外
周と上面２３の外周とを接続している。

【００２６】このような光入力部２０において、光入力
部２０の上面２３の面積が、光入力側の面１２の面積よ
りも小さくなっている。そのため、光入力部２０の上面
２３の面積と光入力側の面１２の面積とが同じ場合に比
べて、焦点Ｆ又はその近傍を通過する光の比率が向上
し、光入力部２０に入力される光の大半は回転放物面１
１の焦点Ｆ又はその近傍を通過することとなる。

【００２７】ここで、光入力部２０の上面２３の面積
は、好ましくは光入力側の面１２の面積の０．０５倍以
上０．９５倍以下であり、より好ましくは光入力側の面
１２の面積の０．１０倍以上０．９０倍以下である。

【００２８】光入力部２０の上面２３の面積が前記下限
未満であると、光入力部２０に入力される光は充分に平
行化されるものの、光入力部２０に光が充分に入力され
なくなる傾向があり、光入力部２０の上面２３の面積が
前記上限を超えると、光入力部２０に光が充分に入力さ
れるものの、光入力部２０に入力された光は充分に平行
化されなくなる傾向がある。

【００２９】また、焦点Ｆを通り中心軸Ｃと直交する面
での光入力部２０の断面積は、好ましくは光入力側の面
１２の面積の０．０５倍以上０．９５倍以下であり、よ
り好ましくは光入力側の面１２の面積の０．１０倍以上
０．９０倍以下である。

【００３０】焦点Ｆを通り中心軸Ｃと直交する面での光
入力部２０の断面積が上記数値を満足していると、その
断面積と光入力側の面１２の面積とが同じ場合に比べ
て、焦点Ｆ又はその近傍を通過することとなり、回転放
物面１１によってより確実に平行化される。

【００３１】なお、焦点Ｆを通り中心軸Ｃと直交する面
での光入力部２０の断面積が前記下限未満であると、光
入力部２０に入力される光は充分に平行化されるもの
の、光入力部２０に光が充分に入力され難くなる傾向が
あり、焦点Ｆを通り中心軸Ｃと直交する面での光入力部
２０の断面積が前記上限を超えると、光入力部２０に光
が充分に入力されるものの、光入力部２０に入力された
光は光入力部２０内で反射してしまい好適に平行化され
難くなる傾向がある。

【００３２】なお、本発明の光学素子１において、光入
力部２０の上面２３の面積を変更することにより、光学
素子１から出力される出力光の平行度を調整することが
可能である。すなわち、光入力部２０の上面２３の面積
を小さくすると、平行度の高い出力光が得られるものの
出力光量は減少する傾向にあるので、この平行度と光量
とに応じて光入力部２０を選択すれば好適な光学素子１
を得ることができる。この場合には、光学素子１の用途
に応じて、出力光の平行度が調整されるので、使用目的
に応じた光学素子１を得ることができる。

【００３３】また、中心軸Ｃに沿う方向を高さ方向とし
たとき、光入力部２０の高さは、光入力部２０の上面２
３において最長距離を為す外周上の二点間の距離の０．
１倍以上１．０倍以下であることが好ましい。具体的に
は、光入力部２０が円柱である場合、円柱の高さが、光
入力部２０の上面２３の半径以内である。光入力部２０
の高さが０．１倍未満であると、後述する光学システム
とする際、光導波路との光学的な結合が不完全になる傾
向があり、他方、光入力部２０の高さが１．０倍を超え
ると、光入力部２０に入力された光が回転放物面１１に
到達する前に、光入力部２０内で反射又は光入力部２０
から屈折して出射されてしまい好適に平行化される光の
比率が充分でなくなる傾向がある。

【００３４】なお、本実施形態では、光学素子１の光入
力側の面１２は、焦点Ｆよりも反頂点側の点を通るよう
に形成されているが、これに限られるものではなく、焦
点Ｆを通るように形成されても良い。

【００３５】また、本実施形態では、光学素子１は、光
学素子１との外部との媒質による全反射により、入力さ
れた光を反射しているが、これに限られるものではな
く、金属などの複素屈折率の高い物質を用いた鏡面反射
を利用しても良い。

【００３６】また、光学素子１において、光平行化部１
０と光入力部２０とは、一体に形成されても良く、別々
に形成したものを接合しても良い。また、この光学素子
１は、公知の射出成型や押出成型やプレス成型やエンボ
ス加工により製造可能である。

【００３７】次に、光学素子１における光の平行化につ
いて図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る
光学素子１を、中心軸Ｃを含む平面で切断したときの断
面図である。図２において、光学素子１は、光ａ_inが入
力されその出力光としての光ａ_outが出力されるものと
する。また、同様に、光学素子１は、光ｂ_inが入力され
その出力光としての光ｂ_outが出力されるものとする。

【００３８】ここでは、光ａ_inおよび光ｂ_inは、回転放
物面１１に対して全反射する角度（臨界角以上の角度）
で入射するものとする。先ず、光ａ_inが入力されたとき
の光学素子１の動作について説明する。

【００３９】光入力面２１を介して光入力部２０に、光
ａ_inが入力される。光入力部２０に入力された光ａ
_inは、光入力部２０に含まれる焦点Ｆを通過する。焦点
Ｆを通過した光ａ_inは、光入力部２０の上面２３に光学
的に結合されている光入力側の面１２を介して、光平行
化部１０に入力される。光平行化部１０に入力された光
ａ _inは、回転放物面１１に到達する。

【００４０】光ａ_inは、光入力部２０に含まれる焦点Ｆ
を通過しているため、回転放物面１１で、中心軸Ｃに沿
う平行な方向に反射される。そして、中心軸Ｃに沿う平
行な光ａ_outが出力される。

【００４１】次に、光ｂ_inが入力されたときの光学素子
１における光の平行化について説明する。光入力面２１
を介して光入力部２０に、光ｂ_inが入力される。光入力
部２０に入力された光ｂ_inは、光入力部２０に含まれる
焦点Ｆの近傍を通過する。焦点Ｆの近傍を通過した光ｂ
_inは、光入力部２０の上面２３に光学的に結合されてい
る光入力側の面１２を介して、光平行化部１０に入力さ
れる。光平行化部１０に入力された光ｂ_inは、回転放物
面１１に到達する。

【００４２】光ｂ_inは、光入力部２０に含まれる焦点Ｆ
の近傍を通過しているため、回転放物面１１で、中心軸
Ｃに対してほぼ平行な方向に反射される。そして、中心
軸Ｃに対してほぼ平行な光ｂ_outが出力される。

【００４３】以上説明したように、本実施形態に係る光
学素子１によれば、光入力部２０の上面２３の面積が、
光入力側の面１２の面積よりも小さくなっているため、
光入力部２０に入力した光は基本的に回転放物面１１の
焦点Ｆ又はその近傍を通過することとなり、回転放物面
１１によって、より確実に平行化されることとなる。従
って、本実施形態に係る光学素子１は、出力光を平行化
するためのマイクロレンズのような素子を更に設けなく
とも、入力した光を平行度の高い光として出力すること
ができる。

【００４４】なお、本実施形態に係る光学素子１の光平
行化部１０は、図１及び図２に示される形状に限らな
い。図１及び図２に示される回転放物面１１は、 ｚ＝[１／（４×ｆ）]×（ｘ²＋ｙ²）−ｆ …（１） なる式（１）で算出することができる点の集合体であ
る。ここで、ｘ，ｙ，ｚそれぞれは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ
軸それぞれにおける値を示しており、焦点Ｆの位置は、
座標値（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）で表されてい
る。また、ｘ軸及びｙ軸は、焦点Ｆを含み中心軸Ｃと直
交する面において、それぞれ直交しており、ｚ軸は、図
１および図２では、中心軸Ｃと等しく、焦点Ｆよりも反
頂点側がｚ＞０となっている。また、ｆは、放物面の焦
点距離を示している。

【００４５】この式（１）から得られる放物面を図３に
示す。図３は、式（１）から得られる放物面を示す斜視
図である。但し、式（１）から得られる放物面の一部
は、図３では点線で示してある。本実施形態に係る光学
素子１は、この式（１）から得られる放物面をｚ＝ｃ₁
の面とｚ＝ｃ₂の面（ｃ₂＞ｃ₁＞０）とで切断して得ら
れる形状である。

【００４６】図４は、図３に示す光平行化部１０を中心
軸Ｃと平行な他の軸で回転させて得られる回転光平行化
部１０ａの形状を示す斜視図である。回転光平行化部１
０ａは、図３の光平行化部１０をｘ＝０、ｙ＝１の直線
を軸に回転させ、光平行化部１０が通過した点の集合か
ら得られるものである。このとき、図４に示す回転光平
行化部１０ａは、円形の焦点群Ｆａを含むことになる。
この焦点群Ｆａは、 ｘ²＋（ｙ−１）²＝１，ｚ＝０ で示される点の集合となる。

【００４７】この回転光平行化部１０ａを用いた場合、
光入力部２０がこの焦点群Ｆａを含むことで、回転光平
行化部１０ａは、光平行化部１０と同様に、入力した光
を平行度の高い出力光となるように反射することができ
る。

【００４８】図５は、図３に示す光平行化部１０と類似
の形状を多数の面を用いて形成した面状光平行化部１０
ｂの形状を示す斜視図である。図５に示されるように、
光平行化部１０と類似の形状を多数の面を用いて形成し
た面状光平行化部１０ｂであっても、光平行化部１０と
同様に、入力した光を平行度の高い出力光となるように
反射することができる。

【００４９】図６は、図３に示す光平行化部１０を４つ
組み合わせて形成した複合光平行化部１０ｃの形状を示
す斜視図である。この複合光平行化部１０ｃは、ｚ軸を
（ｘ，ｙ）＝（１，０），（−１，０），（０，１），
（０，−１）の４点に平行移動させて、４点それぞれへ
の移動間に光平行化部１０が通過した点の集合から得ら
れる形状である。このとき、複合光平行化部１０ｃは、
４つ焦点Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ ₃，Ｆ₄を有することになる。そし
て、光入力部２０がこの４つ焦点Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ ₃，Ｆ₄を
すべて含むことで、複合光平行化部１０ｃは、光平行化
部１０と同様に、入力した光を平行度の高い出力光とな
るように反射することができる。

【００５０】このように、光の平行化の機能を有する部
分が放物面を有し、光入力部２０がその放物面の焦点Ｆ
を含むことで、光平行化部１０と同様に、入力した光を
平行度の高い出力光となるように反射することができ
る。また、図２に示す光ａ_inが、回転放物面１１に到達
したときの回転放物面１１上の点Ｄよりも光入力部２０
側の部分については、放物面でも他の形状であっても構
わないが放物面であることが好ましい。

【００５１】また、本実施形態に係る光学素子１の光入
力部２０も、図１及び図２に示される形状に限らない。
図７は、図１及び図２に示される光入力部２０の形状を
示す斜視図である。図１及び図２に示される光入力部２
０は図７に示す円柱形状であり、この光入力部２０の変
形例を図８，図９及び図１０に示す。

【００５２】図８は、光入力部２０の変形例である円錐
台形光入力部２０ａを示す斜視図であり、図９は、光入
力部２０の他の変形例である多角柱形光入力部２０ｂを
示す斜視図であり、図１０は、光入力部２０の更に他の
変形例である多角錐台形光入力部２０ｃを示す斜視図で
ある。

【００５３】円錐台形光入力部２０ａは、図８に示され
る形状であっても、回転放物面１１の焦点Ｆを含んで光
平行化部１０に接続されていれば、入力される光が焦点
Ｆ又はその近傍を通過するようにすることができる。

【００５４】また、図９に示される多角形柱入力部２０
ｂ及び図１０に示される多角錐台形光入力部２０ｃも、
円錐台形光入力部２０ａと同様に、回転放物面１１の焦
点Ｆを含んで光平行化部１０に接続されていれば、入力
される光は焦点Ｆ又はその近傍を通過するようになる。

【００５５】このように、光入力側の面１２上に突起状
に設けられる部分は、その形状にとらわれることなく、
焦点Ｆをその表面又は内部に含んでいれば、入力した光
は焦点Ｆ又はその近傍を通過することになる。

【００５６】なお、図８や図１０に示されるように錐形
状をなす、円錐台形光入力部２０ａや多角錐台形光入力
部２０ｃなどにおいては、光が入力する側の面の面積
は、光入力部２０の上面２３面積の０．５倍以上２．０
倍以下程度であることが好ましい。このような錐形状を
なす光入力部２０ａ，２０ｃを光学素子１が備える場合
において、光が入力する側の面の面積が０．５倍未満で
あると、入力する光量が減少するため、後述する光学シ
ステムとした場合、輝度が低下する傾向にあり、他方、
光が入力する側の面の面積が２．０倍を超えると、入力
した光のうち側面２１で屈折して光入力部２０から外部
に出る光が増加し、光の利用効率が悪くなる傾向にあ
る。

【００５７】また、光入力部２０（他の形状も含む）の
高さは、高すぎない方が好ましい。具体的には、図９に
おいて多角柱の高さが多角柱の対角線の長さの０．１倍
以上１．０倍以下であることが好ましい。この場合に
は、多角形柱光入力部２０ａの高さが０．１倍未満であ
ると、後述する光学システムとする際、光導波路との光
学的な結合が不完全になる傾向があり、他方、多角形柱
光入力部２０ａの高さが１．０倍を超えると、多角形柱
光入力部２０ａに入力された光が回転放物面１１に到達
する前に、多角形柱光入力部２０ａ内で反射又は多角形
柱光入力部２０ａから屈折して出射されてしまい好適に
平行化される光の比率が充分でなくなる傾向がある。

【００５８】また、光出力面１３は、図１及び図２に示
すように、中心軸Ｃと直交する面でなくとも良い。図１
１は、図１に示す光出力面１３と中心軸Ｃとの関係を示
す斜視図である。図１２は、光出力面１３の変形例であ
る傾斜光出力面１３ａと中心軸Ｃとの関係を示す斜視図
である。

【００５９】光出力面１３は、図１１に示すように、中
心軸Ｃと直交する場合に限らず、図１２に示す傾斜光出
力面１３ａのように、中心軸Ｃと直交しなくとも良い。
例えば、本願発明の光学素子を液晶表示装置のバックラ
イト光の平行化装置として使用する場合、平行化された
光は必ずしもバックライト面の法線方向に出力されてい
る必要はなく、用いる液晶表示装置の液晶パネルコント
ラスト比が最も高くなる方向に出射するほうが好ましい
場合がある。このような場合には光出力面を中心軸Ｃと
直交させずに傾斜させることにより、出射光を平行かつ
所望の方向に偏向することが可能になるからである。こ
のとき、傾斜光出力面１３ａと中心軸Ｃと直交する面と
が為す角度φは、０°以上３０°以下程度であることが
好ましい。角度φが３０°を超えると、回転放物面１１
の或る面の高さが高くなるが、他の或る面の高さが低く
なり、回転放物面１１に反射されずに出力してしまう光
の比率が多くなる傾向にある。

【００６０】また、光入力側の面１２は、中心軸Ｃに対
して略直交しているが、多少傾斜を持たせても良い。こ
の場合には、傾斜する光入力側の面１２ａと中心軸Ｃと
直交する面とが為す角度は、０°以上１０°以下程度で
あることが好ましい。

【００６１】次に、本発明に係る光学システムについて
説明する。図１３は、本実施形態に係る光学システム２
の構成を示す斜視図である。光学システム２は、第一〜
第五の光学素子１ａ〜１ｅ及び導光板（光導波路）３０
を含んでおり、この他に、光源４０、凹面反射板５０ａ
及びＬ字状反射板５０ｂを含む。

【００６２】導光板３０は、光を導波させるものであ
り、外部の媒質よりも屈折率の高い物質で形成されてい
る。また、この導光板３０は、入力する光に対して透過
性が良い物質（透光性材料）で形成されている。導光板
３０は、光源４０からの光が入射する端面３２、その反
対側の端面３３、光出力側の面３５、その一部である第
一〜第五の結合部３１ａ〜３１ｅ、及び、光出力側の面
３５の反対側の下面３４を含む直方体である。

【００６３】直方体の光出力側の面３５上には、第一〜
第五の光学素子１ａ〜１ｅが設けられている。導光板３
０は、第一〜第五の結合部３１ａ〜３１ｅを介してそれ
ぞれ第一〜第五の光学素子１ａ〜１ｅと光学的に結合さ
れている。

【００６４】また、導光板３０の端面３２側には、光源
４０及び凹面反射板５０ａが設けられている。導光板３
０は、光源４０から出力される光を端面３２から入力す
るようになっている。

【００６５】光源４０は、光を出力し、導光板３０の端
面３２に入射させるものであり、光源４０の一部は、凹
面反射板５０ａに覆われている。この凹面反射板５０ａ
は、光源４０から導光板３０に向かう方向と逆方向に出
力された光を反射して、導光板３０の端面３２に入射さ
せるものである。

【００６６】また、導光板３０の反対側の端面３３及び
光出力側の面３５の反対側にある下面３４には、Ｌ字状
反射板５０ｂが設けられている。Ｌ字状反射板５０ｂ
は、光源４０から出力され反対側の端面３３に到達した
光を光源４０側に反射し、導光板３０から光が漏れ出さ
ないようにするものであると共に、導光板３０の下面３
４で光を好適に反射させるものである。また、具体的に
は、Ｌ字状反射板５０ｂは、光を鏡面反射させる鏡面反
射板のような非拡散性の反射面であることが好ましい。

【００６７】次に、この光学システム２における光の平
行化について説明する。先ず、光源４０から出力された
光は、導光板３０の端面３２に入射する。このとき、導
光板３０の端面３２と逆方向に出力された光は、凹面反
射板５０ａで反射されて導光板３０の端面３２に入射す
る。

【００６８】導光板３０の端面３２に入射した光は、導
光板３０の下面３４及び光出力側の面３５で反射されな
がら伝搬する。伝搬している光のうち一部は、５つの結
合部３１ａ〜３１ｅのいずれかに到達し、その結合部３
１ａ〜３１ｅを介して光学素子１ａ〜１ｅのいずれかに
入力される。５つの光学素子１ａ〜１ｅのいずれかに入
力された光は、上記したように、充分に平行化されて出
力される。また、伝搬している光のうち残部は、導光板
３０の反対側の端面３３に到達し、Ｌ字状反射板５０ｂ
に反射されて、導光板３０内を伝搬する。この伝搬して
いる光は、５つの結合部３１ａ〜３１ｅのいずれかに到
達すると、その光学素子１ａ〜１ｅに入力され、充分に
平行化されて出力される。

【００６９】以上説明したように、本実施形態に係る光
学システム２によれば、光学素子１と導光板３０とで構
成されるため、導光板３０に入力された光は、導光板３
０を導波され、５つの光学素子１ａ〜１ｅにより充分に
平行化されて出力される。すなわち、光入力部２０に入
力される光の大半は、回転放物面１１の焦点Ｆ又はその
近傍を通過することとなり、導光板３０を介して上記の
光学素子１に入力された光は、回転放物面１１によっ
て、より確実に平行化されることとなる。従って、光学
システム２によれば、光源４０からの光を直接に上記の
光学素子１に入力させることなく、導光板３０を介して
導波させたうえで充分に平行度の高い出力光として出力
させることが可能となる。

【００７０】また、本実施形態に係る光学システム２
は、光出力側の面３５とその反対側の下面３４とを除く
端面３２に光源４０からの光が入射するようになってい
るが、光源４０からの光は光出力側の面３５の反対側の
下面３４に入射するようにしても良い。なお、この場合
には下面３４を覆う反射板が取り除かれる。

【００７１】また、端面３２から光が入射した場合に
は、光源４０からの光を導光板３０の側方から入射させ
るため、光源４０からの光の多くが、全反射条件を満た
す角度で導光板３０内を伝搬し、５つの結合部３１ａ〜
３１ｅのいずれかに入力される。また、光出力側の面３
５の反対側の下面３４から光が入射した場合には、光源
４０からの光を導光板３０の背面から入射させるため、
光源４０からの光の多くが、直接的に導光板３０の光出
力側の面３５に到達して５つの結合部３１ａ〜３１ｅの
いずれかに入力される。従って、好適な光導波を実現さ
せたうえで平行度の高い出力光を出力することができ
る。

【００７２】また、本実施形態に係る光学システム２
は、光源４０からの光が導光板３０に入射するようにな
っているが、導光板３０が、ＥＬ素子（エレクトロルミ
ネッセンス素子）のようなそれ自体が発光する素子であ
っても良い。例えば、ＥＬ素子では、ガラス基板やプラ
スティック基板を用いている。ＥＬ素子で発光した光
は、基板から出射するが、発光した光の一部は全反射条
件を満たすように基板内を伝搬する。そのため、全反射
条件を満たす光は好適に出力されなくなり、ＥＬ素子に
おける発光効率の低下の原因となっている。しかし、基
板上に光学素子１を設けることにより、全反射により基
板内を伝搬している光でも、光学素子１によって平行光
となり出力される。従って、発光効率の低下が指摘され
るＥＬ素子等の発光する素子において、発光効率の改善
が図れることとなる。

【００７３】また、本実施形態に係る光学システム２で
は、導光板３０と外部の媒質による全反射（出力側の面
３５について）によって光を導波しているが、光学素子
１と同様に、鏡面反射を利用しても良い。

【００７４】また、本実施形態に係る光学システム２
は、導光板３０を光ファイバにすることでも実現される
し、別の光を導波する手段でも実現される。さらには、
導光板３０は、直方体に限られるものではなく、楔状の
面を有するなどの別の形状であっても良い。

【００７５】また、この光学システム２は、液晶ディス
プレイ等の画像表示装置に適用することができる。画像
表示装置に適用する場合、光学素子１を微細化して仕様
に合う数だけ導光板３０上に設けることで実現される。
このとき、導光板３０への光学素子１の組み付けは、粘
着材を用いて接着する方法でも良いし、光学素子１を導
光板３０上に配置して加圧する方法でも良い。このよう
に光学システム２を適用した画像表示装置は、光源４０
からの光が光学システム２により充分に平行化されて出
力されるので、光入力部２０の上面２３の面積と光入力
側の面１２の面積とが同じ場合に比べて、光源４０から
の光の強度を増大させることなく、画像表示装置の画面
全体を明るくすることができる。

【００７６】ここで、微細化された光学素子１は、用い
る光の波長に対して充分大きければ、特に制限はない。
光学素子１の光出力面１３の直径は、好ましくは１μｍ
以上１００μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以
上５０μｍ以下である。上記下限未満では、光学素子１
を形成しようとすると、精密に回転放物面１１を形成す
ることが比較的困難となる傾向があり、他方、上記上限
を超えると、光学素子１を形成すると、光出力面１３の
直径が大きいことによって、光学素子１の高さも高くな
って、表示装置全体の厚みが増加する傾向にある。

【００７７】このとき、光学素子１の配置については、
特に制限されず、光学素子１の配置は、単純に規則的で
あっても良いし、干渉防止の観点からある程度の不規則
であっても良いし、出力光が導光板３０全体に渡って均
一の強度で出力されるように光源４０に近い側を粗に遠
い側を密にしても良い。また、光学素子１の大きさ（高
さ、光入力側の面１２の面積など）についても、特に制
限されず、均一であっても、異なる大きさであっても良
い。さらに、光学素子１の大きさを適切に調整すること
で、干渉を防止しても良い。

【００７８】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【００７９】以下に示す実施例及び比較例では、次の方
法を用いて出力光の明るさ及び角度分布を測定する。先
ず、実施例及び比較例における測定シミュレーションの
方法を説明する。図１４は、実施例及び比較例における
シミュレーションの方法を説明する斜視図である。本シ
ミュレーションでは、測定対象の側方に棒状の光源４０
を配置し、測定対象の光出力側には光検出器６０を配置
する。この光検出器６０は、測定対象と向き合う面が３
００μｍ（マイクロメートル）角の大きさであり、所定
の厚さを有する。

【００８０】このシミュレーションは、光線追跡法に基
づくものである。光源４０からは、すべて同じパワーの
１００，０００本の光線が出力され、出力された光は、
測定対象を介して光検出器６０により検出される。ま
た、光線追跡の終了条件は、各光線が多数の界面で反射
されて光源からのエネルギーの１／１００のエネルギー
となった時もしくは界面に１０００回以上反射された時
とした。次に各実施例及び各比較例で用いられた測定対
象について説明する。

【００８１】（実施例１）図１５（ａ）は、実施例１に
おける測定対象を説明する上面図であり、図１５（ｂ）
は、実施例１における測定対象を説明するＩ−Ｉ矢印断
面図である。ここでは、導光板３０として、３００μｍ
角で３０μｍの厚さからなり、屈折率が１．４９である
平行平板を用いる。また、この導光板３０の光出力側の
面３５及び光源４０からの光入力側の端面３２以外の面
を複素屈折率が０．８６＋６．０８ｉ（ｉはｉ²＝−１
を満たす）の反射板５１で覆う。なお、光学素子１とし
ては、以下に示すものを用いる。 １）焦点距離…………………………………………３μｍ ２）角度θ……………………………………………４５° ３）光入力部２０の直径……………………………６μｍ ４）光入力部２０の高さ……………………………３μｍ ５）光出力面１３の面積……………………………７０
６．５ｐｍ² ６）光入力側の面１２の面積………………………１１
３．０ｐｍ² ７）光入力部２０の上面２３の面積………………２８．
３ｐｍ² ８）焦点Ｆを通る光入力部２０の断面の面積……２８．
３ｐｍ² ９）焦点Ｆの位置……………………………………光入力
部２０の上面２３にあって光入力側の面１２の中心 実施例１では、このような光学素子１を複数個導光板３
０上に図１５（ａ）に示すように六方最密充填となるよ
うに配置して測定対象を得る。

【００８２】（実施例２）光入力部２０の直径を３μｍ
とする以外は実施例１と同様の測定対象を得る。

【００８３】（比較例１）図１６（ａ）は、比較例１に
おける測定対象を説明する上面図であり、図１６（ｂ）
は、比較例１における測定対象を説明するＶ−Ｖ矢印断
面図である。ここでは、導光板３０として、３００μｍ
角で３０μｍの厚さからなり、屈折率が１．４９である
平行平板を用いる。この導光板３０の下面３４には、拡
散ドット７０が複数個設けられており、各拡散ドット７
０は、直径１５μｍであり、反射率９９％で反射光がラ
ンバート則に従うものである。また、この導光板３０の
光出力側の面３５及び光源４０からの光入力側の端面３
２以外の面を、反射率９９％で反射光がランバート側に
従う反射板５２で覆う。導光板３０上に設けられる光を
平行化する素子として、三角柱の一面が導光板３０側に
向いており、この三角柱を複数個隙間なく平行に並べ、
その並べたものを光透過性の板上に載置して得られるプ
リズム７１，７２を２枚用いる。

【００８４】但し、この三角柱の断面（光出力側の面に
対して垂直な断面）は、直角二等辺三角形であり、導光
板３０側には、直角二等辺三角形の等辺でない辺を有す
る面が導光板３０側に向いている。また、一方のプリズ
ム７２は、もう一方のプリズム７１上に載置されてい
る。しかも、これらの２枚のプリズム７１，７２は、三
角柱が並べられている方向が互いに直交している。２枚
のプリズム７１，７２は、それぞれ直角二等辺三角形の
頂点が５０μｍ間隔で配置されており、３００μｍ角の
平面と２５μｍの厚さとからなる。プリズム７１，７２
としては、以下に示すものを用いる。 １）二等辺三角形の高さ……………………………………
２５μｍ ２）導光板３０の法線と二等辺三角形の等辺のうちいず
れかの一辺とが為す角度……………………………………
………………………４５° ３）二等辺三角形の頂点（光出力側の頂点）の間隔……
５０μｍ

【００８５】（比較例２）図１７は、比較例２における
光学素子２００を説明する斜視図である。図１７に示す
ように比較例２では、光学素子１の回転放物面１１を円
錐台形状面２０１にする以外は実施例１と同様の測定対
象を得る。

【００８６】（比較例３）図１８は、光学素子１の代わ
りに光学素子３００を用いた以外は実施例１と同様にし
て測定対象を得る。比較例３における光学素子３００を
説明する斜視図である。光学素子３００は、光平行化部
３１０および光入力部３２０からなり、光平行化部３１
０は正方形の光入力面３１２、正方形の光出力面３１３
及び側面３１１からなり、光平行化部３１０の軸（図に
示すｚ軸）に垂直な面で切った断面が正方形の光学素子
である。ここで、光平行化部３１０の側面３１１は、 ｘ＝±[２ｆ×（ｚ＋ｆ）]^0.5 ただし、−[２ｆ×（ｚ＋ｆ）]^0.5≦ｙ≦[２ｆ×（ｚ＋
ｆ）]^0.5 かつ ｙ＝±[２ｆ×（ｚ＋ｆ）]^0.5 ただし、−[２ｆ×（ｚ＋ｆ）]^0.5≦ｘ≦[２ｆ×（ｚ＋
ｆ）]^0.5 かつ ０≦ｚ≦ｈ ここで、ｆ＝３μｍ、ｈ＝１５μｍ を満たす点（ｘ，ｙ，ｚ）の集合からなっている。ま
た、光学素子３００の光入力部３２０は実施例１の光学
素子１の光入力部２０と同じ形状である。

【００８７】（比較例４）図１９（ａ）は、比較例４に
おける測定対象を説明する上面図であり、図１９（ｂ）
は、比較例４における測定対象を説明するＶＩ−ＶＩ矢
印断面図である。ここでは、光学素子１の代わりに特表
平8-511129号に開示されている光を平行化する素子と同
形状のマイクロプリズム７３を用いる。導光板３０と反
射板５１とに関しては、実施例１と同様のものを用い
る。なお、用いたマイクロプリズム７３は、導光板３０
の法線方向に対して傾斜する傾斜面を有する四角柱であ
る。すなわち、マイクロプリズム７３は、２面の平行四
辺形と２面の正方形とからなる４面の側面（導光板３０
と平行でない面）と、正方形の下面（導光板３０と接す
る面）と、正方形の上面（導光板３０と接さず導光板３
０と平行な面）とで構成されている。なお、このマイク
ロプリズム７３としては、以下に示すものを用いる。 １）正方形の面積（上面及び下面）………………９００
ｐｍ² ２）マイクロプリズム７３の高さ…………………３０μ
ｍ ３）傾斜面の傾斜角度………………………………３０° ４）各マイクロプリズム７３間の間隔……………３０μ
ｍ

【００８８】（比較例５）図２０（ａ）は、比較例５に
おける測定対象を説明する上面図であり、図１８（ｂ）
は、比較例５における測定対象を説明するＸ−Ｘ矢印断
面図である。ここでは、光学素子１の代わりに特表平8-
511129号に開示されている光を平行化する別の素子と同
形状であるマイクロプリズム７４を用いる。導光板３０
と反射板５１とに関しては、実施例１と同様のものを用
いる。なお、用いるマイクロプリズム７４は、導光板３
０の法線方向に対して傾斜する４面の傾斜面を有する四
角錐台形状である。すなわち、マイクロプリズム７４
は、台形の４面の側面（導光板３０と平行でない面）
と、正方形の下面（導光板３０と接する面）と、正方形
の上面（導光板３０と接さず導光板３０と平行な面）と
で構成されている。なお、このマイクロプリズム７４と
しては、以下に示すものを用いる。 １）上面の面積………………………………………４１７
８．４６ｐｍ² ２）下面の面積………………………………………９００
ｐｍ² ３）マイクロプリズム７４の高さ…………………３０μ
ｍ ４）傾斜面の傾斜角度………………………………３０° ５）各マイクロプリズム７４間の間隔……………６４．
６μｍ

【００８９】（比較例６）図２１は、比較例６における
光を平行化する素子を説明する斜視図である。ここで
は、以下に示す光学素子を用いて測定対象を得る。 １）焦点距離………………………………………３μｍ ２）角度θ…………………………………………４５° ３）光入力部２０の直径…………………………１２μｍ ４）光入力部２０の高さ…………………………３μｍ ５）光出力面１３の面積…………………………７０６．
５ｐｍ² ６）光入力側の面１２の面積……………………１１３．
０ｐｍ² ７）光入力部２０の上面２３の面積……………１１３．
０ｐｍ² ８）点Ｆを通る光入力部２０の断面の面積……１１３．
０ｐｍ² ９）焦点Ｆの位置……………………………………光入力
部２０が光入力側の面１２と当接する面であって光入力
側の面１２の中心 すなわち、上記の光学素子の光入力部２４は、光入力側
の面１２と同じ面積の上面及び下面を有し、かつ、高さ
が実施例１の光学素子１と等しい円柱体である。

【００９０】次に、各実施例及び各比較例の測定結果を
説明するが、その前に、測定結果である角度分布と明る
さとについて説明する。ここでの角度分布は、導光板３
０の法線方向を０°として法線からの角度（極角）を−
９０°から９０°までで示したものである。さらに、導
光板３０の光出力側の面３５上において導光板３０の端
面３２から反対側の端面３３に向かう方向を０°方向と
し、その０°方向から半時計回りに４５°傾けた方向を
４５°方向とし、さらに４５°方向から半時計回りに４
５°傾けた方向を９０°方向とし、さらに９０°方向か
ら半時計回りに４５°傾けた方向を１３５°方向とした
角度分布がグラフに示されている。また、明るさは、光
源４０から出力された１００，０００本の光を積算した
光の強度を１００％として検出面６０に何％の強度の光
が到達したかを示したものである。

【００９１】図２２は、実施例１の測定対象を用いた場
合の測定結果を示すグラフである。図２２において、横
軸は極角（°）を示し、縦軸は出力光強度（任意単位）
を示している。実施例１の測定対象を用いた場合、極角
の半値全幅は、２０．７°であり、明るさは３０．１％
であった。

【００９２】図２３は、実施例２の測定対象を用いた場
合の測定結果を示すグラフである。図２３において、横
軸は極角（°）を示し、縦軸は出力光強度（任意単位）
を示している。実施例２の測定対象を用いた場合、極角
の半値全幅は、１１．０°であり、明るさは１４．７％
であった。

【００９３】図２４は、比較例１の測定対象を用いた場
合の測定結果を示すグラフである。図２４において、横
軸は極角（°）を示し、縦軸は出力光強度（任意単位）
を示している。比較例１の測定対象を用いた場合、極角
の半値全幅は、３４．６°であり、明るさは１８．６％
であった。また、比較例２及び比較例３それぞれの測定
対象を用いた場合の測定結果では、極角の半値全幅は、
いずれも３０．０°以上となった。

【００９４】図２５は、比較例４の測定対象を用いた場
合の測定結果を示すグラフである。図２５において、横
軸は極角（°）を示し、縦軸は出力光強度（任意単位）
を示している。比較例４の測定対象を用いた場合、出力
光は、広い角度範囲で出力され、実施例１に比べ平行度
が大きく劣るものとなった。

【００９５】図２６は、比較例５の測定対象を用いた場
合の測定結果を示すグラフである。図２６において、横
軸は極角（°）を示し、縦軸は出力光強度（任意単位）
を示している。比較例５の測定対象を用いた場合も比較
例４の測定対象を用いたときと同様に、出力光は、広い
角度範囲で出力され、実施例１に比べ平行度が大きく劣
るものとなった。

【００９６】図２７は、比較例６の測定対象を用いた場
合の測定結果を示すグラフである。図２７において、横
軸は極角（°）を示し、縦軸は出力光強度（任意単位）
を示している。比較例４の測定対象を用いた場合、出力
光は、広い角度範囲で出力され、極角の半値全幅は、３
０．０°以上となった。

【００９７】以上、実施例１，２及び比較例１〜６の結
果より、光入力部２０が回転放物面１１の焦点Ｆをその
表面又は内部に含み、光入力部２０の上面２３の面積が
光入力側の面１２の面積よりも小さい本発明の光学素子
１を用いると（実施例１，２）、本発明以外光学素子を
用いた場合（比較例１〜６）に比べて、出力光の平行度
が向上した出力光を得られることが明らかになった。

【００９８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明の
光学素子によれば、光入力部の光入力側の面に当接する
面の面積が第一の面の面積よりも小さいので、出力光の
平行化のための光学素子が１層構造であっても、出力光
の平行度を充分に向上させることができる。

【００９９】また、本発明の光学素子を用いた光学シス
テムによれば、光学素子の光入力部と光学的に結合され
ている光導波路を備えるので、光源からの光を直接に光
学素子に入力させることなく、光導波路を介して導波さ
せたうえで充分に平行度の高い出力光として出力させる
ことが可能となり、さらにその光学システムを用いた画
像表示装置によれば、光源からの光は光学システムによ
り充分に平行化されて出力されるので、光源からの光の
強度を増大させることなく、画像表示装置の画面全体を
明るくすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る光学素子１の構成を示す斜視
図である。

【図２】本実施形態に係る光学素子１を、中心軸Ｃを含
む平面で切断したときの断面図である。

【図３】式（１）から得られる放物面を示す斜視図であ
る。

【図４】図３に示す光平行化部１０を中心軸Ｃと平行な
軸で回転させて得られる回転光平行化部１０ａの形状を
示す斜視図である。

【図５】図３に示す光平行化部１０と類似の形状を多数
の面を用いて形成した面状光平行化部１０ｂの形状を示
す斜視図である。

【図６】図６は、図３に示す光平行化部１０を４つ組み
合わせて形成した複合光平行化部１０ｃの形状を示す斜
視図である。

【図７】図１及び図２に示される光入力部２０の形状を
示す斜視図である。

【図８】光入力部２０の変形例である円錐台形光入力部
２０ａを示す斜視図である。

【図９】光入力部２０の他の変形例である多角柱形光入
力部２０ｂを示す斜視図である。

【図１０】光入力部２０の更に他の変形例である多角錐
台形光入力部２０ｃを示す斜視図である。

【図１１】図１に示す光出力面１３と中心軸Ｃとの関係
を示す斜視図である。

【図１２】光出力面１３の変形例である傾斜光出力面１
３ａと中心軸Ｃとの関係を示す斜視図である。

【図１３】本実施形態に係る光学システム２の構成を示
す斜視図である。

【図１４】実施例及び比較例におけるシミュレーション
の状態を説明する斜視図である。

【図１５】（ａ）は、実施例１における測定対象を説明
する上面図であり、（ｂ）は、実施例１における測定対
象を説明するＩ−Ｉ矢印断面図である。

【図１６】（ａ）は、比較例１における測定対象を説明
する上面図であり、（ｂ）は、比較例１における測定対
象を説明するＶ−Ｖ矢印断面図である。

【図１７】比較例２における光学素子を説明する斜視図
である。

【図１８】比較例３における光学素子を説明する斜視図
である。

【図１９】（ａ）は、比較例４における測定対象を説明
する上面図であり、（ｂ）は、比較例４における測定対
象を説明するＶＩ−ＶＩ矢印断面図である。

【図２０】（ａ）は、比較例５における測定対象を説明
する上面図であり、（ｂ）は、比較例５における測定対
象を説明するＸ−Ｘ矢印断面図である。

【図２１】比較例６における光を平行化する素子を説明
する斜視図である。

【図２２】実施例１の測定対象を用いた場合の測定結果
を示すグラフである。

【図２３】実施例２の測定対象を用いた場合の測定結果
を示すグラフである。

【図２４】比較例１の測定対象を用いた場合の測定結果
を示すグラフである。

【図２５】比較例４の測定対象を用いた場合の測定結果
を示すグラフである。

【図２６】比較例５の測定対象を用いた場合の測定結果
を示すグラフである。

【図２７】比較例６の測定対象を用いた場合の測定結果
を示すグラフである。

【符号の説明】

１…光学素子、２…光学システム、１０…光平行化部、
１１…回転放物面、１２…光入力側の面、１３…光出力
面、２０…光入力部、３０…導光板、３２…端面、３５
…光出力側の面、４０…光源、Ｃ…中心軸、Ｆ…焦点。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性材料から作られている光学素子で
   あって、前記光学素子は、 その中心軸上の焦点を有する略回転放物面、前記焦点に
   又は前記焦点よりも前記回転放物面の反頂点側に位置す
   る中心軸上の第一の点を通りかつ前記中心軸と略直交す
   る第一の面、並びに、前記第一の点よりもさらに反頂点
   側に位置する中心軸上の第二の点を通りかつ前記中心軸
   と交差する第二の面によって表面が画成される光平行化
   部と、 前記第一の面上に突起状に設けられており、前記焦点を
   その表面又は内部に含む光入力部と、 を備えており、 前記光入力部の前記第一の面に当接する面の面積は、前
   記第一の面の面積よりも小さいことを特徴とする光学素
   子。
2. 【請求項２】 前記焦点から前記光平行化部の前記第二
   の面の外周上の任意の一点までを結ぶ直線と、前記中心
   軸とが為す角度は、１０°以上６０°以下であることを
   特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 【請求項３】 前記光入力部の前記第一の面に当接する
   面の面積は、前記第一の面の面積の０．０５倍以上０．
   ９５倍以下であることを特徴とする請求項１記載の光学
   素子。
4. 【請求項４】 前記中心軸に沿う方向を高さ方向とした
   とき、前記光入力部の高さは、前記光入力部の前記第一
   の面に当接する面において最長距離を為す外周上の二点
   間の距離の０．１倍以上１．０倍以下であることを特徴
   とする請求項１記載の光学素子。
5. 【請求項５】 請求項１記載の光学素子と、 前記光学素子の前記光入力部と光学的に結合されている
   光導波路と、 を備えることを特徴とする光学システム。
6. 【請求項６】 請求項５記載の光学システムを備えるこ
   とを特徴とする画像表示装置。