JP2017107768A - 面状照明装置、及びそれを備える光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光を導光板を用いて効率良く出射することのできる面状照明装置を提供する。【解決手段】面状照明装置１００は、ＬＥＤ光源２と、導光板１とを備える。導光板１の出射面１ｅよりも側面１i１、１i２に近接した領域、出射面１ｅに対向する反射領域よりも側面１i１、１i２に近接した領域のうち、少なくとも一方には、導光板１の側面１i１、１i２から入射した光を反射領域に反射させるプリズムアレイＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、ＰＡ４が設けられ、反射領域には、プリズムアレイＰＡ１、ＰＡ２，ＰＡ３，ＰＡ４で反射した光を出射面１ｅに反射させるプリズムアレイｐＡが設けられる。プリズムアレイＰＡ１、ＰＡ２，ＰＡ３，ＰＡ４の傾斜面の傾斜角は、側面１i１、１i２からの距離に応じて相違し、側面１i１、１i２から入射した光は、プリズムアレイＰＡ１、ＰＡ２，ＰＡ３，ＰＡ４の傾斜面に入射して、互いに略平行に反射される。【選択図】図１

Description

本発明は導光板を用いる面状照明装置、及び該面状照明装置を備える光学機器に関する。

自動車等の車両の運転者に速度等の情報を表示する装置として、ヘッドアップディスプレイの使用が広がっている。ヘッドアップディスプレイは、前方を注視した運転者の視界内で速度等の情報を表示する装置であり、フロントガラス（ウィンドシールド）に情報を表示するウィンドシールドヘッドアップディスプレイと、ダッシュボードの上面に配置されるコンバイナに情報を表示するコンバイナヘッドアップディスプレイとに大別される。

ウィンドシールドやコンバイナへの情報の表示は、透過型の液晶パネルに形成された画像を、液晶パネルの背後に配置された面状照明装置によってウィンドシールドやコンバイナへ投影することによって行われる。ヘッドアップディスプレイに使用される面状照明装置の一例として、特許文献１は、導光板を用いる面状照明装置を開示している。

特開２００７−７３４６９号公報

導光板を用いる面状照明装置は、装置の薄型化という点で有利であるが、光源からの光の利用効率を高めて高輝度化を図ることが望ましい。

そこで本発明は、光源からの光を、導光板を用いて効率良く出射することのできる面状照明装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、
光源と、
互いに対向する第１面および第２面と、前記第１面と前記第２面を接続する側面とを有し、前記光源から前記側面に入射した光を、前記第１面に設けられた出射領域から出射させる導光板とを備える面状照明装置であって、
前記第１面のうち前記出射領域よりも前記側面に近接した領域または前記第２面のうち前記出射領域に対向する位置に設けられた反射領域よりも前記側面に近接した領域のうち少なくとも一方には、傾斜面を有し、前記側面から入射した光を当該傾斜面によって前記反射領域に反射させる複数の第１プリズムが設けられ、
前記反射領域には、前記複数の第１プリズムの傾斜面で反射した光を前記出射領域に反射させる複数の第２プリズムが設けられ、
前記複数の第１プリズムの前記傾斜面の傾斜角は、前記側面からの距離に応じて相違し、前記側面から入射した光は前記複数の第１プリズムの前記傾斜面にそれぞれ入射して、それぞれの傾斜面から互いに略平行に反射される面状照明装置が提供される。
ここで「傾斜面」は、平面状の傾斜面及び曲面状の傾斜面の両方を含む。また、「互いに略平行に反射される」とは、それぞれの傾斜面からの光の進行方向が互いに完全に平行である場合、及び光の進行方向の間に約１０°、好ましくは約５°程度の差が存在する場合の両方を含む。

第１の態様の面状照明装置において、前記複数の第１プリズムは、前記側面から前記出射領域にわたる配列方向に沿って配列されていてもよく、前記複数の第１プリズムの配列のうち、前記配列方向に沿って画成される第１区間に含まれる複数のプリズムの傾斜面の傾斜角は前記側面から離れるにつれて小さくなってもよく、前記配列方向に沿って画成される第２区間に含まれる複数のプリズムの傾斜面の傾斜角は前記側面から離れるにつれて大きくなってもよい。

第１の態様の面状照明装置において、第１区間が前記側面と第２区間との間に画成されてもよい。

第１の態様の面状照明装置において、前記複数の第２プリズムの各々は、前記第１プリズムで反射した光を前記出射領域に反射させる傾斜面を有してもよく、前記複数の第２プリズムの各々の傾斜面の傾斜角は相等しくてもよい。
ここで、「相等しい」とは、複数の第２プリズムの各々の傾斜面の傾斜角が互いに完全同一である場合と、互いの傾斜角の間に約１０°以下、好ましくは約５°以下の差がある場合の両方を含む。

第１の態様の面状照明装置において、前記第１面における複数の第１プリズムの、前記側面から前記出射領域にわたる配列方向におけるピッチ、又は前記第２面における複数の第１プリズムの前記配列方向におけるピッチが５０μｍ〜１５０μｍであってもよい。

第１の態様の面状照明装置において、前記複数の第１プリズムは前記導光板の第１面及び第２面に設けられていてもよく、前記出射領域は平坦面であってもよい。

第１の態様の面状照明装置において、前記複数の第２プリズムのうち、前記側面に近い位置に配置されたプリズムは第１面に設けられた前記複数の第１プリズムからの光を前記出射領域に反射させてもよく、前記側面に遠い位置に配置されたプリズムは第２面に設けられた前記複数の第１プリズムからの光を前記出射領域に反射させてもよい。

第１の態様の面状照明装置において、前記導光板の前記側面に対向する対向側面に対向光源を更に備えてもよく、前記導光板の、第１面及び／又は第２面の前記出射領域よりも前記対向光源に近い領域には、傾斜面を有し、前記対向側面から入射した光を当該傾斜面によって前記反射領域に反射させる複数の第３プリズムが設けられていてもよく、前記複数の第３プリズムの前記傾斜面の傾斜角は、前記対向側面からの距離に応じて相違してもよく、前記対向側面から入射した光は前記複数の第３プリズムの前記傾斜面にそれぞれ入射して、それぞれの傾斜面から互いに略平行に反射されてもよい。

第１の態様の面状照明装置において、第１面又は第２面において、前記側面から前記対向側面にわたる方向における前記複数の第１プリズムが設けられた領域の幅が、該方向における前記出射領域の幅の０．４倍〜０．６倍であってもよい。

第１の態様の面状照明装置において、前記複数の第１プリズムと前記複数の第３プリズムとが前記出射領域を挟んで対称な形状を有してもよい。

第１の態様の面状照明装置において、前記複数の第１プリズム、前記複数の第２プリズム及び前記複数の第３プリズムは、前記側面から前記対向側面にわたる方向に直交して延在する複数の線状プリズムであってもよい。

第１の態様の面状照明装置は、前記出射領域から出射された光を、略平行光に配向するプリズム板を更に備えてもよい。

第１の態様の面状照明装置において、前記側面には前記導光板の厚さ方向に延在する線状フレネルレンズが形成されていてもよく、前記光源は前記線状フレネルレンズの焦点位置に配置されていてもよい。

本発明の第２の態様に従えば、第１の態様の面状照明装置を用いた光学機器が提供される。

図１（ａ）は本発明の実施形態の面状照明装置の概略的な平面図であり、図１（ｂ）は本発明の実施形態の面状照明装置の概略的な側面図である。 図２は、導光板の非照明領域に設けられたプリズムアレイの拡大図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）は、導光板の照明領域に設けられたプリズムアレイの拡大図であり、該プリズムアレイが、導光板に設けられた異なるプリズムアレイからの光を反射する様子をそれぞれ示す。 図４は、導光板の照明領域に設けられたプリズムアレイの拡大図であり、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示された各光線の全てを反射する様子を示す。 図５は、導光板の非照明領域に設けられたプリズムアレイの各線状プリズムの傾斜角を決定する方法を説明するための図である。 図６は、導光板の非照明領域に設けられたプリズムアレイの各線状プリズムの傾斜角を決定する方法を説明するための図である。 図７は、導光板の非照明領域に設けられたプリズムアレイの各線状プリズムの傾斜角を決定する方法を説明するための図である。 図８は、本発明の実施形態の面状照明装置を含むヘッドアップディスプレイの概略図である。 図９は、変形例の面状照明装置に用いられる導光板の一部を拡大した拡大平面図である。

＜実施形態＞
図１〜図８を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示す通り、本実施形態の面状照明装置１００は、略平板状の導光板１と、導光板１の一対の側面１i_１、１i_２に対向して配置された複数のＬＥＤ光源２と、導光板１の一方の表面１ｅを覆うように配置された略平板状のプリズム板３とを含んで構成される。ＬＥＤ光源２から出射された光は、図１（ｂ）に示す通り導光板１の一対の側面１ｉ_１、１i_２から導光板１に入射し、表面１ｅから出射する。以下、導光板の一対の側面１i_１、１i_２、及び表面１ｅを、それぞれ第１入射面１i_１、第２入射面１i_２、及び出射面１ｅと呼ぶ。出射面１ｅから出射した光は、プリズム板３を介して面状照明装置１００の外部に出射する。

以下の説明においては、導光板１（導光板１の出射面１ｅ）及びプリズム板３に直交し、出射面１ｅ、プリズム板３の中央を通る軸を面状照明装置１００の光軸ＯＡとする。また略平板状の導光板１及びプリズム板３の延在方向のうち、２つの入射面１i_１、１i_２が対向する方向を第１方向、第１方向に直交する方向を第２方向と呼ぶ。第１方向は、第１入射面１i_１から出射面１ｅにわたる方向であり、後述するプリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４、プリズムアレイｐＡの配列方向である。

導光板１は、第１方向の寸法と第２方向の寸法とが略等しい略正方形の板状光学部材であり、第１方向の中央部に画成された照明領域ＩＲと、照明領域ＩＲの第１方向の両側に画成された第１、第２非照明領域ＮＲ１、ＮＲ２とを有する。

第１非照明領域ＮＲ１の第１方向の端面には第１入射面１i_１（側面）が画成されており、第１非照明領域ＮＲ１の光軸方向の一面（第１面）にはプリズムアレイＰＡ１が、他面（第２面）にはプリズムアレイＰＡ２が設けられている。

第１入射面１i_１は、第２方向に長く光軸方向に短い矩形状の平坦面である。複数のＬＥＤ光源２（図では６つ）は、その光軸が第１入射面１i_１に直交した状態で、第２方向に沿って相互に離間するように並置されている。ＬＥＤ光源２から出射した光の一部（光束Ｆ１）は第１入射面１i_１を介してプリズムアレイＰＡ１に向かい、他の一部（光束Ｆ２）は第１入射面１i_１を介してプリズムアレイＰＡ２に向かう。

図２に示す通り、プリズムアレイＰＡ１は、第２方向に延在する複数の線状プリズムＰ_ｘ（ｘ＝１、２、…、ｍ）を有する。複数の線状プリズムＰ_ｘの断面形状はいずれも直角三角形である。複数の線状プリズムＰ_ｘの傾斜面ＰＳ_ｘ（ｘ＝１、２、…、ｍ）の傾斜角α_ｘ（ｘ＝１、２、…、ｍ）は、第１入射面１i_１からの光束Ｆ１に含まれる複数の光線Ｌ_ｘ（ｘ＝１、２、…、ｍ）を、光軸方向に対して同一の角度（反射角）θ_ｒで平行に反射し、後述する照明領域ＩＲのプリズムアレイｐＡに同一の角度で入射させるように構成されている。プリズムアレイＰＡ１の詳しい構成及び作用は後述する。

プリズムアレイＰＡ２は、プリズムアレイＰＡ１と同一の構成を有し、光軸方向において、プリズムアレイＰＡ１と鏡面対称に設けられている（図１（ｂ））。プリズムアレイＰＡ２は、第１入射面１i_１からの光束Ｆ２に含まれる複数の光線を光軸方向に対して同一の角度θ_ｒで平行に反射し、照明領域ＩＲの出射面１ｅに同一の角度θ_ｒで入射させるように構成されている。

第２非照明領域ＮＲ２は、第１方向において、照明領域ＩＲの第１非照明領域ＮＲ１とは反対側に設けられている。第２非照明領域ＮＲ２の第１方向の端面には、第１入射面１i_１と対向する第２入射面１i_２（対向側面）が画成されており、第２非照明領域ＮＲ２の光軸方向の一面にはプリズムアレイＰＡ３が、他面にはプリズムアレイＰＡ４が画成されている。

第２入射面１i_２は、第１入射面１i_１と同様に、第２方向に長く光軸方向に短い矩形状の平坦面である。複数のＬＥＤ光源２（図では６つ）は、その光軸が第２入射面１i_２に直交した状態で、第２方向に沿って相互に離間するように並置されている。ＬＥＤ光源２から出射した光の一部（光束Ｆ３）は第２入射面１i_２を介してプリズムアレイＰＡ３に向かい、他の一部（光束Ｆ４）は第２入射面１i_２を介してプリズムアレイＰＡ４に向かう。

プリズムアレイＰＡ３、プリズムアレイＰＡ４は、プリズムアレイＰＡ１と同一の構成を有する。プリズムアレイＰＡ３は、プリズムアレイＰＡ１と、光軸ＯＡを中心とした回転対称に設けられている。プリズムアレイＰＡ４は、光軸方向において、プリズムアレイＰＡ３と鏡面対称に設けられている。プリズムアレイＰＡ３は、第２入射面１i_２からの光束Ｆ３に含まれる複数の光線を光軸方向に対して同一の角度θ_ｒで平行に反射し、プリズムアレイｐＡに同一の角度で入射させるように構成されている。プリズムアレイＰＡ４は、第２入射面１i_２からの光束Ｆ４に含まれる複数の光線を光軸方向に対して同一の角度θ_ｒで平行に反射し、照明領域ＩＲの出射面１ｅに同一の角度θ_ｒで入射させるように構成されている。

照明領域ＩＲは、光軸方向の一面側のプリズムアレイＰＡ１とプリズムアレイＰＡ３とに挟まれた位置に画成された平坦な出射面１ｅ（出射領域）と、出射面１ｅに対向する対向面（反射領域）に設けられたプリズムアレイｐＡとを備える。

図４に示す通り、プリズムアレイｐＡは、第２方向に延在する複数の線状プリズムｐ_ｘ（ｘ＝１、２、…、２ｍ）を含む。各線状プリズムｐ_ｘの断面形状は互いに同一であり、それぞれ傾斜角α_０を有する二等辺三角形である。すなわち、複数の線状プリズムｐ_ｘは、第１方向に一定のピッチで配置されている。

第１非照明領域ＮＲ１のプリズムアレイＰＡ１で反射された光束Ｆ１に含まれる複数の光線Ｌ_ｘ（図３（ａ）及び図４において実線で示される光線）は、プリズムアレイｐＡの複数の線状プリズムｐ_ｘの内、第１非照明領域ＮＲ１に近い領域に配置された線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍに同一の入射角で入射してこれらに反射され、出射面１ｅから出射してプリズム板３に向かう。

第１非照明領域ＮＲ１のプリズムアレイＰＡ２で反射された光束Ｆ２は、臨界角よりも大きな入射角θ_ｒで出射面１ｅに入射し（図１（ｂ））、出射面１ｅ（の内面）によって反射角θ_ｒで全反射され、プリズムアレイｐＡに向かう。出射面１ｅによって全反射されたプリズムアレイＰＡ２からの光束Ｆ２に含まれる複数の光線（図３（ｂ）及び図４において点線で示される光線）は、プリズムアレイｐＡの複数の線状プリズムｐ_ｘの内、第２非照明領域ＮＲ２に近い領域に配置された半分の線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍに同一の入射角で入射してこれらに反射され、出射面１ｅから出射してプリズム板３に向かう。

第２非照明領域ＮＲ２のプリズムアレイＰＡ３で反射された光束Ｆ３に含まれる複数の光線（図３（ｃ）及び図４において一点鎖線で示される光線）は、プリズムアレイｐＡの複数の線状プリズムｐ_ｘの内、第２非照明領域ＮＲ２に近い領域に配置された線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍに同一の入射角で入射してこれらに反射され、出射面１ｅから出射してプリズム板３に向かう。

第２非照明領域ＮＲ２のプリズムアレイＰＡ４で反射された光束Ｆ４は、臨界角よりも大きな入射角θ_ｒで出射面１ｅに入射し（図１（ｂ））、出射面１ｅ（の内面）によって反射角θ_ｒで全反射され、プリズムアレイｐＡに向かう。出射面１ｅによって全反射されたプリズムアレイＰＡ４からの光束Ｆ４に含まれる複数の光線（図３（ｄ）及び図４において二点鎖線で示される光線）は、プリズムアレイｐＡの複数の線状プリズムｐ_ｘの内、第１非照明領域ＮＲ１に近い領域に配置された半分の線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍに同一の入射角で入射してこれらに反射され、出射面１ｅから出射してプリズム板３に向かう。

プリズムアレイｐＡにおける光束Ｆ１〜Ｆ４の反射光路は後に詳述する。

プリズム板３は、第２方向に延在する複数の線状プリズムを含むプリズムアレイ３Ｐを一面側に有し、他面側が平面である板状の光学部材である。プリズム板３はプリズムアレイ３Ｐを導光板１の出射面１ｅに対向させた状態で、導光板１と平行に配置されている。プリズムアレイ３Ｐの各線状プリズムは、導光板１の出射面１ｅからの光を、光軸方向に進む平行光に配向するように構成されている。したがって、プリズムアレイ３Ｐからの出射光は、光軸方向に平行に進む。

次に、図２、及び図５〜図７を参照して、第１非照射領域ＮＲ１のプリズムアレイＰＡ１の詳しい構成及び作用を述べる。なお、ここで述べられるプリズムアレイＰＡ１の詳しい構成及び作用は、プリズムアレイＰＡ２〜ＰＡ４についても同様に当てはまる。

プリズムアレイＰＡ１は、第１方向に配列されたｍ個の線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍによって構成されており、第１入射面１i_１に最も近い位置に線状プリズムＰ_１が、出射面１ｅに最も近い位置に線状プリズムＰ_ｍが配置されている。線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍの断面形状はいずれも直角三角形である。一方で線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍの傾斜面ＰＳ_１〜ＰＳ_ｍの傾斜角α_１〜α_ｍは、第１入射面１i_１からの複数の光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍ、即ち、第１入射面１i_１に異なる入射角で入射し且つ第１入射面１i_１で異なる屈折角で屈折する光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍを光軸方向に対して等しい角度θ_ｒで反射するように、第１方向におけるＬＥＤ光源２及び第１入射面１i_１からの距離に応じて異なっている。

ＬＥＤ光源２から出射され、第１入射面１i_１を介してプリズムアレイＰＡ１に入射する光束Ｆ１を構成する複数の光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍのうち、ＬＥＤ光源２の光軸から最も遠くに位置する光線Ｌ_１は、第１入射面１i_１を介して線状プリズムＰ_１に入射する。光線Ｌ_１は、図２に示す通り、線状プリズムＰ_１の傾斜面ＰＳ_１において、光軸方向に対して角度θ_ｒの方向に反射する。

光束Ｆ１を構成する複数の光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍのうち、ＬＥＤ光源２の光軸に最も近くに位置する光線Ｌ_ｍは、第１入射面１i_１を介して線状プリズムＰ_ｍに入射する。光線Ｌ_ｍは、図２に示す通り、線状プリズムＰ_ｍの傾斜面ＰＳ_ｍにおいて、光軸方向に対して角度θ_ｒの方向に反射する。

光線Ｌ_１と光線Ｌ_ｍの中央部の近傍に位置する光線Ｌ_ｍ／２、光線Ｌ_{（ｍ／２）＋１}は、それぞれ、第１入射面１i_１を介して線状プリズムＰ_ｍ／２、Ｐ_{（ｍ／２）＋１}の傾斜面ＰＳ_ｍ／２、ＰＳ_{（ｍ／２）＋１}において、光軸方向に対して角度θ_ｒの方向に反射する。

このように、光束Ｆ１に含まれる複数の光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍは、プリズムアレイＰＡ１を構成する複数の線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍのいずれかによって、光軸方向に対してθ_ｒの方向に反射される。すなわち、光束Ｆ１に含まれる複数の光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍは、傾斜面ＰＳ_１〜ＰＳ_ｍから互いに平行に反射される。

線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍから出射する光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍの、光軸方向に対する角度を全てθ_ｒとするためには、線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍの傾斜面ＰＳ_１〜ＰＳ_ｍの傾斜角α_１〜α_ｍを次の通り設計すればよい。

図５は、導光板１に入射する光線Ｌ_ｘの屈折と反射の様子を示す。図５に示すように、ＬＥＤ光源２から、ＬＥＤ光源２の光軸に対して出射角θ_Ａｘの方向に出射する光線Ｌ_ｘが、第１入射面１i_１を経て、第１入射面１i_１から第１方向に距離ａだけ離れた位置において導光板１の光軸方向の一面（以下「上面」と呼ぶ）に入射する場合を考える。この時、第１入射面１i_１で屈折する光線Ｌ_ｘの屈折角をθ_Ｂｘ、光線Ｌ_ｘの導光板１の上面に対する入射角をθ_Ｃｘとする。

図６は、線状プリズムＰ_ｘで反射される光線の様子を示す。導光板１の上面の光線Ｌ_ｘが入射する位置に、図６に示すような傾斜角α_ｘを有する線状プリズムＰ_ｘが形成されているとする。この時、線状プリズムＰ_ｘの傾斜面ＰＳ_ｘの傾斜角がα_ｘであるため、光軸方向に延びる軸Ａ_ＯＡと、線状プリズムＰ_ｘの傾斜面ＰＳ_ｘに直交する方向に延びる軸Ａ_Ｎとの間の角度もα_ｘである。したがって、光線Ｌ_ｘは、線状プリズムＰ_ｘの傾斜面ＰＳ_ｘに対して、θ_Ｃｘ＋α_ｘの入射角を有して入射する。

また、傾斜面ＰＳ_ｘは平坦面であるため、傾斜面ＰＳ_ｘに入射する入射光の入射角と、傾斜面ＰＳ_ｘから出射する反射光の反射角とは互いに等しい。従って、図６に示す通り、線状プリズムＰ_ｘから出射される光線Ｌ_ｘと、軸Ａ_Ｎとの間の角度はθ_Ｃｘ＋α_ｘとなる。そして、軸Ａ_ＯＡと軸Ａ_Ｎとの間の角度は上述の通りα_ｘであるため、線状プリズムＰ_ｘから出射される光線Ｌ_ｘと、軸Ａ_ＯＡとの間の角度、すなわち線状プリズムＰ_ｘから出射する光線Ｌ_ｘの光軸方向に対する角度θ_ｒは、次の式で表される。

よって、導光板１の一面上の、第１入射面１i_１から距離ａの位置に形成された線状プリズムＰ_ｘの傾斜角α_ｘは、

と表される。

次に、（式１）中のθ_ｒ及びθ_Ｃｘは下記のようにして求めることができる。

図７は、非照明領域から照明領域に向かう光線の様子を示す。本実施形態の面状照明装置１００においては、角度θ_ｒは、プリズムアレイＰＡ１の最も第１入射面１i_１に近い位置に配置された線状プリズムＰ_１から出射される光線Ｌ_１が表示領域ＩＲのプリズムアレイｐＡの最も第１非表示領域ＮＲ１に近い位置に配置された線状プリズムｐ_１に入射し、プリズムアレイＰＡ１の最も出射面１ｅに近い位置に配置された線状プリズムＰ_ｍから出射される光線Ｌ_ｍが表示領域ＩＲのプリズムアレイｐＡの最も光軸ＯＡに近い位置に配置された線状プリズムｐ_ｍに入射するような角度とすることが好ましい。したがって、図７に示す通り、第１非表示領域ＮＲ１の第１方向の長さ（プリズムアレイＰＡ１の第１方向の長さ）をｄ_ＮＲ、導光板１の厚さをｔとすると、角度θ_ｒは次の式で表わされる。

また、図５に示す通り、光軸方向における導光板１の中心位置（ＬＥＤ光源２の光軸位置）と光線Ｌ_ｘの第１入射面１i_１への入射位置との光軸方向の距離をｔ１、光線Ｌ_ｘの第１入射面１i_１への入射位置と導光板１の上面との光軸方向の距離をｔ２、ＬＥＤ光源２と第１入射面１i_１との間の第１方向の距離をｂとすると、

である。また、

であるため、

となる。

一方、導光板１の屈折率をｎとすると、スネルの法則より、

であり、

である。

したがって、（式３）と（式４）より、任意の距離ａにおいて導光板１の上面に入射する光の出射角θ_Ａｘ、屈折角θ_Ｂｘを求めることができ、

より、任意の距離ａにおいて導光板１の上面に入射する光の入射角θ_Ｃｘを求めることができる。このようにして求めた角度θ_ｒ及び入射角θ_Ｃｘを（式１）に代入すれば、第１入射面１i_１から任意の距離ａの位置に形成される線状プリズムＰ_ｘの傾斜角α_ｘを決定することができる。なお、（式１）を用いて求めた傾斜角α_ｘが負の値となった場合には、傾斜面ＰＳ_ｘは図６に示される状態とは反対に、出射面１ｅ側から第１入射面１i_１側に向かうにしたがって徐々に導光板１の外側に離間するように傾斜する。すなわち、図２の線状プリズムＰ_{（ｍ／２）＋１}〜Ｐ_ｍのような傾斜となる。より詳細には、図２において、水平線（基準線）から反時計回りの方向を正方向、時計回りの方向を負方向とする。したがって、基準線から反時計回りの方向に画成される角度は正の値をとり、基準線から時計回りの方向に画成される角度は負の値をとる。なお、本明細書では傾斜角の大きさとは傾斜角の絶対値の大きさを意味するものとする。したがって、プリズムアレイＰＡ１の複数の線状プリズムの内、第１入射面１i_１寄りの区間（第１区間）に配置された線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍ／２の傾斜面ＰＳ_１〜ＰＳ_ｍ／２の傾斜角α_１〜α_ｍ／２は、第１入射面１i_１から離れるにつれて小さくなっており、出射面１ｅよりの区間（第２区間）に配置された線状プリズムＰ_{（ｍ／２）＋１}〜Ｐ_ｍの傾斜面ＰＳ_{（ｍ／２）＋１}〜ＰＳ_ｍの傾斜角α_{（ｍ／２）＋１}〜α_ｍは、第１入射面１i_１から離れるにつれて大きくなっている。

次に、図３（ａ）〜図３（ｄ）、図４を参照してプリズムアレイｐＡにおける光束Ｆ１〜Ｆ４の反射光路を説明する。

第１プリズムアレイＰＡ１から出射した光束Ｆ１に含まれる複数の光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍは、図３（ａ）に実線で示す通り、照明領域ＩＲに形成されたプリズムアレイｐＡに向かい、プリズムアレイｐＡに反射される。具体的には、プリズムアレイＰＡ１の線状プリズムＰ_１によって反射された光線Ｌ_１は、プリズムアレイｐＡの線状プリズムｐ_１に入射し、その第１非照明領域ＮＲ１側を向く傾斜面で反射されて出射面１ｅに向かう。同様に、プリズムアレイＰＡ１の線状プリズムＰ_ｍ／２、Ｐ_{（ｍ／２）＋１}、Ｐ_ｍによって反射された光線Ｌ_ｍ／２、Ｌ_{（ｍ／２）＋１}、Ｌ_ｍは、それぞれプリズムアレイｐＡの線状プリズムｐ_ｍ／２、ｐ_{（ｍ／２）＋１}、ｐ_ｍに入射し、その第１非照射領域ＮＲ１側を向く傾斜面によって反射されて出射面１ｅに向かう。ここで、光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍの線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍへの入射角は全て同一であり、線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍの第１非照射領域ＮＲ１側を向く傾斜面の傾斜角α_０も全て同一である。従って光線Ｌ_１〜Ｌ_ｍは、線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍにおいて同一の反射角θ_Ｒで出射面１ｅに向けて反射される。

プリズムアレイＰＡ２及び出射面１ｅで反射された光束Ｆ２に含まれる複数の光線は、図３（ｂ）に点線で示す通り、プリズムアレイｐＡの線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍに入射し、その第１非照明領域ＮＲ１側を向く傾斜面によって反射されて出射面１ｅに向かう。ここで、光束Ｆ２に含まれる複数の光線の線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍへの入射角は全て同一であり、線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍの第１非照射領域ＮＲ１側を向く傾斜面の傾斜角α_０も全て同一である。従って光束Ｆ２に含まれる複数の光線は、線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍにおいて同一の反射角θ_Ｒで出射面１ｅに向けて反射される。この反射角θ_Ｒは、線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍにおいて反射される光束Ｆ１に含まれる複数の光線の反射角θ_Ｒに等しい。

プリズムアレイＰＡ３で反射された光束Ｆ３に含まれる複数の光線は、図３（ｃ）に一点鎖線で示す通り、プリズムアレイｐＡの線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍに入射し、その第２非照明領域ＮＲ２側を向く傾斜面によって反射されて出射面１ｅに向かう。ここで、光束Ｆ３に含まれる複数の光線の線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍへの入射角は全て同一であり、線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍの第２非照射領域ＮＲ２側を向く傾斜面の傾斜角α_０も全て同一である。従って光束Ｆ３に含まれる複数の光線は、線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍにおいて同一の反射角θ_Ｒで出射面１ｅに向けて反射される。またこの反射角θ_Ｒは、線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍにおいて反射される光束Ｆ１に含まれる複数の光線の反射角θ_Ｒに等しい。

プリズムアレイＰＡ４及び出射面１ｅで反射された光束Ｆ４に含まれる複数の光線は、図３（ｄ）に示す通り、プリズムアレイｐＡの線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍに入射し、その第２非照明領域ＮＲ２側を向く傾斜面によって反射されて出射面１ｅに向かう。ここで、光束Ｆ４に含まれる複数の光線の線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍへの入射角は全て同一であり、線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍの第２非照射領域ＮＲ２側を向く傾斜面の傾斜角α_０も全て同一である。従って光束Ｆ４に含まれる複数の光線は、線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍにおいて同一の反射角θ_Ｒで出射面１ｅに向けて反射される。またこの反射角は、線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍにおいて反射される光束Ｆ１に含まれる複数の光線の反射角θ_Ｒに等しい。

図３（ａ）〜（ｄ）に示した光束Ｆ１〜光束Ｆ４に含まれる複数の光線のプリズムアレイｐＡでの反射の様子を、図４にまとめて示す。

本実施形態の面状照明装置１００は、一例としてヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用の光源として使用することができる。図８に示す通り、面状照明装置１００を光源として使用するヘッドアップディスプレイＨにおいては、面状照明装置１００は透過型の液晶パネルＰの背後に設置される。透過型の液晶パネルＰに生成された画像は、面状照明装置１００に照らされて、凹面ミラーＭを介してウィンドシールドＷＳに投影される。運転者Ｄは、ウィンドシールドＷＳに投影された画像の虚像画像Ｉを視認して速度等の情報を得る。

このようなヘッドアップディスプレイＨでは、運転者が直接、ディスプレイとしての液晶パネルＰを見ることはなく、液晶パネルＰやそれを照明する面状照明装置１００はダッシュボード内に収容されている。このため、液晶パネルＰや面状照明装置１００が運転者の視界をさえぎることはない。従って、液晶パネルＰや面状照明装置１００のサイズは運転の安全性の見地からは制限されない。それゆえ、面状照明装置１００の導光板１の照明領域の両側に比較的大きな第１、第２非照明領域ＮＲ１、ＮＲ２を設けても問題はない。したがって第１、第２非照明領域ＮＲ１、ＮＲ２を導光板１の照明領域の両側に配置することで、ヘッドアップディスプレイＨ自体を大型化することなく、輝度の向上を図ることができる。

本実施形態の面状照明装置１００の効果は次の通りである。

本実施形態の面状照明装置１００は、一面（第１面）のうち出射面１ｅ（出射領域）よりも第１入射面１i_１（側面）に近接した領域に配置されたプリズムアレイＰＡ１（複数の第１プリズム）を用いて、ＬＥＤ光源２からの光をプリズムアレイｐＡ（複数の第２プリズム）に反射し、プリズムアレイｐＡにより反射された光を出射面１ｅから出射している。また、プリズムアレイＰＡ１の複数の線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍの傾斜面ＰＳ_１〜ＰＳ_ｍの傾斜角は、第１入射面１i_１からの距離に応じて相違しており、第１入射面１i_１から入射した光はプリズムアレイＰＡ１の複数の線状プリズムＰ_１〜Ｐ_ｍの傾斜面ＰＳ_１〜ＰＳ_ｍにそれぞれ入射して、それぞれの傾斜面から互いに略平行に反射される。したがって、本実施形態の面状照明装置１００によれば、透過光の発生を抑制してＬＥＤ光源２からの光の大部分をプリズムアレイｐＡに送ることができ、ＬＥＤ光源２からの光を効率良く使用することができる。

本実施形態の面状照明装置１００は、出射面１ｅの一方側に配置されたＬＥＤ光源２からの光束の一部をプリズムアレイＰＡ１及びプリズムアレイｐＡを介して出射面１ｅから出射し、他の一部をプリズムアレイＰＡ２及びプリズムアレイｐＡを介して出射面１ｅから出射している。また出射面１ｅの他方側に配置されたＬＥＤ光源２からの光束の一部をプリズムアレイＰＡ３及びプリズムアレイｐＡを介して出射面１ｅから出射し、他の一部をプリズムアレイＰＡ４及びプリズムアレイｐＡを介して出射面１ｅから出射している。本実施形態の面状照明装置１００は、このように出射面１ｅの周囲に配置された複数のプリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４を用いて光源からの光を効率よくプリズムアレイｐＡに導き出射面１ｅから出射しているため、光の利用効率が高く高輝度である。

本実施形態の面状照明装置１００は、光源からの距離に応じて傾斜面ＰＳ_ｘの傾斜角α_ｘが異なる複数の線状プリズムＰ_ｘを含むプリズムアレイＰＡ１、及びプリズムアレイＰＡ１と同一の構成を有するプリズムアレイＰＡ２〜ＰＡ４を用いてＬＥＤ光源２からの光をプリズムアレイｐＡに導いている。このような構成を有するプリズムアレイによれば、導光板１の光軸方向の厚みを大きくすることなく指向性の高い光をプリズムアレイｐＡに送ることができる。したがって本実施形態の面状照明装置１００は、コンパクトであり、且つ光の利用効率が高く高輝度である。

本実施形態の面状照明装置１００は、導光板１の出射面１ｅと平行に配置されたプリズム板３を有する。したがって、出射面１ｅから出射された光を、良好に光軸方向に出射することができる。

本実施形態の面状照明装置１００に用いられる導光板１、プリズム板３は、ポリカーボネート、アクリル、シリコーン等の樹脂を用いて、射出成形により形成することができる。または、樹脂に代えてガラスを使用してもよい。材料は、設計上必要とされる透過性や屈折率、コスト等を考慮して適宜選択できる。

＜実施例＞
次に面状照明装置１００の実施例を示す。

実施例の面状照明装置において、導光板１はポリカーボネートで形成し、その寸法は４５ｍｍ（第１方向）×４５ｍｍ（第２方向）×３ｍｍ（光軸方向）とした。また導光板１の出射面１ｅの寸法は２０．５ｍｍ（第１方向）×４１ｍｍ（第２方向）とし、第１非照明領域ＮＲ１、第２非照明領域ＮＲ２の寸法はそれぞれ１０ｍｍ（第１方向）×４１ｍｍ（第２方向）とした。

第１非照明領域ＮＲ１に設けられたプリズムアレイＰＡ１は、断面形状が直角三角形の線状プリズム１００個を、ピッチ１００μｍで配列した構成とした。プリズムアレイＰＡ１の１００個の線状プリズムの内、第１入射面１i_１に最も近い位置に設けられた線状プリズムの傾斜面の傾斜角は９°、出射面１ｅに最も近い位置に設けられた線状プリズムの傾斜面の傾斜角は−５°とした。

照明領域ＩＲに設けられたプリズムアレイｐＡは、断面形状が二等辺三角形の線状プリズム２５０個を、ピッチ１００μｍで配列した構成とした。プリズムアレイｐＡの２５０個の線状プリズムの第１非照明領域ＮＲ１側を向く傾斜面の傾斜角、及び第２非照明領域ＮＲ２側を向く傾斜面の傾斜角は全て等しく２０°とした。

ＬＥＤ光源２は、消費電力が５．８Ｗのものを１６灯使用し、第１入射面１i_１に対向して８灯、第２入射面１i_２に対向して８灯配置した。プリズム板３は断面形状が正三角形の線状プリズムを使用した。

上記実施例の面状照明装置の出射面１ｅから出射される光の平均輝度を測定したところ、１３２万ｃｄ／ｍ^２であった。導光板を用いた従来の面状照明装置では、出射面から出射される光の平均輝度は７９万ｃｄ／ｍ^２程度であるため、出射光の輝度が１．５倍以上に高まっていることが分かる。

なお、第１非照明領域ＮＲ１の第１方向の寸法、第２非照明領域ＮＲ２の第１方向の寸法は、それぞれ、照明領域ＩＲ（出射面１ｅ）の第１方向の寸法に対して０．４倍〜０．６倍程度であってもよい。したがって、第１非照明領域ＮＲ１の第１方向の寸法と第２非照明領域ＮＲ２の第１方向の寸法の合計は、照明領域ＩＲ（出射面１ｅ）の第１方向の寸法に対して０．８倍〜１．２倍程度であってもよい。

プリズムアレイＰＡ１の複数の線状プリズムＰ_ｘのうち、第１入射面１i_１に最も近い位置に設けられた線状プリズムＰ_１の傾斜面ＰＳ_１の傾斜角α_１は５°程度であってもよい。同様に、プリズムアレイＰＡ２の複数の線状プリズムのうち第１入射面１i_１に最も近い位置に設けられた線状プリズムの傾斜面の傾斜角、プリズムアレイＰＡ３、ＰＡ４の複数の線状プリズムのうち第２入射面１i_２に最も近い位置に設けられた線状プリズムの傾斜面の傾斜角も５°程度であってもよい。

プリズムアレイＰＡ１の複数の線状プリズムＰ_ｘのピッチは５０μｍ〜１５０μｍ程度であることが好ましい。同様に、プリズムアレイＰＡ２〜ＰＡ４の複数の線状プリズムのピッチも５０μｍ〜１５０μｍ程度であることが好ましい。複数の線状プリズムのピッチが５０μｍよりも小さくなると回折が生じて光の利用効率が低下してしまう。一方で、複数の線状プリズムのピッチが１５０μｍよりも大きくなると反射光の進む方向を十分に制御できなくなり、プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４からの反射光を良好にプリズムアレイｐＡに送ることが難しくなる。

上記実施形態において、次の変形態様を採用してもよい。

図９に示すように、導光板１の第１入射面１i_１には、複数の線状フレネルレンズＬＦが第２方向に配列して設けられていてもよい。各線状フレネルレンズＬＦを構成する線状プリズムは光軸方向に延在する。複数のＬＥＤ光源２は、複数の線状フレネルレンズＬＦの各焦点位置に配置される。このような構成によれば、ＬＥＤ光源２から出射され線状フレネルレンズＬＦを介した光を平行光として複数のＬＥＤ光源２からの光の第２方向における幅を一定とすることができ、第２方向における輝度の均一性を高めることができる。同様に、導光板１の第２入射面１i_２にも複数の線状フレネルレンズＬＦを第２方向に配列して設けてもよい。なお、線状フレネルレンズＬＦは、ＬＥＤ光源２からの光を必ずしも完全な平行光とする必要はなく、略平行光としてもよい。ここで略平行光とは、ＬＥＤ光源２から出射され線状フレネルレンズＬＦを介して第２方向に進む複数の光線が、それぞれ第１方向（ＬＥＤ光源２の光軸方向）に対して約１０°よりも小さい角度、好ましくは約５°よりも小さい角度を有するような光束を意味するものとする。また、ＬＥＤ光源２が配置される線状フレネルレンズＬＦの焦点位置とは、厳密な焦点位置のみならず、厳密な焦点位置の近傍の位置であって、当該位置に設けられたＬＥＤ光源２から出射され線状フレネルレンズＬＦを介して第１方向に進む複数の光線が略平行光となるような位置をも含む。

このような構成を有する面状照明装置においては、ＬＥＤ光源２からの光の第２方向における幅が一定であるため、ＬＥＤ光源２からの光は、出射面１ｅ内の平面視で略矩形状の領域から出射される。したがって、複数のＬＥＤ光源２のうちのいずれかのみを選択して点灯させることで、出射面１ｅ内の所望の領域のみを発光させることができる。すなわち、出射面１ｅのエリア発光が可能となる。また、所定のＬＥＤ光源２のみを高い消費電力で高輝度に発光させることができるように構成すれば、必要に応じて、出射面１ｅの所定のエリアのみを高輝度で発光させることができる。この時、他のＬＥＤ光源２は消灯されているため、面状照明装置１００全体としては消費電力の増加は抑制されている。

上記実施形態の面状照明装置１００においては、ＬＥＤ光源２は、第１入射面１i_１、第２入射面１i_２から離間して配置されていたが、ＬＥＤ光源２は第１入射面１i_１、第２入射面１i_２に接触して配置されていてもよい。

上記実施形態の面状照明装置１００においては、プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４の複数の線状プリズム、及びプリズムアレイｐＡの複数の線状プリズムは第２方向、即ち第１方向（第１入射面１i_１から第２入射面１i_２にわたる方向）に直交して延在しているがこれには限られない。プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４の複数の線状プリズム、及びプリズムアレイｐＡの複数の線状プリズムは第１方向（第１入射面１i_１から第２入射面１i_２にわたる方向）に略直交して延在してもよい。ここで第１方向に略直交して延在するとは、第１方向に対して約８０°〜約１００°の角度、好ましくは約８５°〜約９５°の角度を有して延在する場合を意味するものとする。

上記実施形態の面状照明装置１００の導光板１に形成されたプリズムアレイＰＡ１の複数の線状プリズムＰ_ｘの断面形状は直角三角形には限られない。例えばプリズムＰ_ｘの光軸方向に沿って延在する面を傾斜面ＰＳ_ｘと反対向きに傾斜する傾斜面としてもよい。なお、この場合は該傾斜面に入射するＬＥＤ光源２からの光の全部又は一部が透過光として導光板１の外部に出射されてしまうため、光の利用効率は低下する。したがって、限定はされないが、プリズムアレイＰＡ１の複数の線状プリズムＰ_ｘの断面形状は直角三角形であることが好ましい。プリズムアレイＰＡ２〜プリズムアレイＰＡ４の複数の線状プリズムの断面形状についても同様である。

また、プリズムアレイＰＡ１の複数の線状プリズムＰ_ｘの傾斜面ＰＳ_ｘは、曲面であってもよい。（式１）〜（式４）に示される通り、第１入射面１i_１からの光線を光軸方向に対して角度θ_ｒで反射させるための線状プリズムＰ_ｘの傾斜面ＰＳ_ｘの傾斜角α_ｘは、第１方向における第１入射面１i_１からの距離ａに応じて異なる。したがって、傾斜面ＰＳ_ｘを曲面として、傾斜面ＰＳ_ｘの第１方向における全位置において（式１）〜（式４）を用いて求められるα_ｘの値を実現してもよい。プリズムアレイＰＡ２〜プリズムアレイＰＡ４の複数の線状プリズムの傾斜面についても同様である。

上記実施形態の面状照明装置１００の導光板１は、プリズムアレイＰＡ３又はプリズムアレイＰＡ４のうちいずれか一方を具備する構成であってもよく、プリズムアレイＰＡ３およびプリズムアレイＰＡ４の双方が省略される構成としてもよい（即ち第２非照明領域ＮＲ２を有さなくてもよい）。また上記実施形態の面状照明装置１００の導光板１は、プリズムアレイＰＡ１又はプリズムアレイＰＡ２のうちいずれか一方を具備する構成であってもよい。プリズムアレイＰＡ２〜ＰＡ４を具備しない構成にあっては、プリズムアレイｐＡは線状プリズムｐ_１〜ｐ_ｍを具備すれば足り、プリズムアレイＰＡ１、ＰＡ３、ＰＡ４を具備しない構成にあっては、プリズムアレイｐＡは線状プリズムｐ_ｍ＋１〜ｐ_２ｍを具備すればよい。

上記実施形態の面状照明装置１００の導光板１においては、プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４は全て同一の構成であったがこれには限られない。ＬＥＤ光源２からの光を照明領域ＩＲにより高い効率で導くよう、プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４をそれぞれ異なる構成としてもよい。この時、必要であれば、出射面１ｅにプリズムアレイを形成してもよい。また、プリズムアレイｐＡに含まれる線状プリズムｐ_ｘの断面形状は二等辺三角形には限られない。出射面１ｅから出射する光の状態が所望の状態となるよう、線状プリズムｐ_ｘの形状を適宜設定することができる。また、プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４は、複数の入射光線を同一の反射角で反射するように構成されていれば線状プリズムからなるプリズムアレイでなくてもよく、四角錐状のプリズム等の他の形状のプリズムを含むプリズムアレイであってもよい。同様にプリズムアレイｐＡも線状プリズムからなるプリズムアレイでなくてもよく、四角錐状のプリズム等の他の形状のプリズムを含むプリズムアレイであってもよい。以上の説明から理解される通り、プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ２は、傾斜面を有し、前記側面から入射した光を互いに略平行になるように当該傾斜面によって前記反射領域に反射させる「複数の第１プリズム」として包括的に表現される。同様にプリズムアレイＰＡ３〜ＰＡ４は、傾斜面を有し、対向側面から入射した光を互いに略平行になるように当該傾斜面によって反射領域に反射させる「複数の第３プリズム」として包括的に表現される。

上記実施形態の面状照明装置１００においては、プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４の複数の線状プリズムは、入射する光束Ｆ１〜Ｆ４に含まれる複数の光線を同一の角度で反射するものとして説明したが、反射角は厳密に同一ではなく略同一であってもよい。すなわち、プリズムアレイＰＡ１〜ＰＡ４の複数の線状プリズムの傾斜面からそれぞれ反射される光線は互いに略平行であってもよい。「反射角が略同一である」、「光線が互いに略平行である」とは、互いの反射角の間に約１０°以下、好ましくは約５°以下の差が存在する場合（光線の進行方向の間に約１０°、好ましくは約５°以下の差が存在する場合）を含む。また上記実施形態の面状照明装置１００においては、光束Ｆ１〜Ｆ４に含まれる複数の光線が、プリズムアレイｐＡの複数の線状プリズム、出射面１ｅに対して同一の入射角で入射するものとして説明したが、これらの入射角は厳密に同一ではなく略同一であってもよい。ここで略同一とは、互いの反射角、入射角の間に約１０°、好ましくは約５°以下の差が存在する場合を含む。

本実施形態の面状照明装置１００のプリズム板３は、導光板１の出射面１ｅからの光を、光軸方向に進む平行光に配向するように構成されていたがこれには限られない。プリズム板３は、導光板１の出射面１ｅからの光を略平行光に配向する構成であってもよい。ここで略平行光とは、含まれる光線同士が互いに約１０°以下、好ましくは約５°以下の角度のみを有している光を意味するものとする。また、以上に説明した実施形態では、面状照明装置１００がプリズム板３を具備する構成を例示したが、面状照明装置１００からプリズム板３が省略される構成も適宜採用され得る。

本実施形態の面状照明装置１００は、プリズム板２の導光板１とは反対側に、入射位置に応じて光路を変える光路変換素子（例えば、フレネルレンズ）を更に備えてもよい。このような光路変換素子でプリズム板２からの光の出射方向を制御することで、ヘッドアップディスプレイＨの凹面ミラーＭやウィンドシールドＷＳなどの面状照明装置１００以降の光学系に対して適切な分布の光を送ることができる。

上記実施形態の面状照明装置１００においては、第２方向に６つのＬＥＤ光源２が配置されていたが、第２方向に配置されるＬＥＤ光源２の数は任意である。また上記実施形態の面状照明装置１００においては光源としてＬＥＤ光源を用いたが、ＬＥＤ光源に代えてレーザーダイオード（ＬＤ）などの他の光源を用いても良い。また点光源に代えて、第２方向に延在する線状の光源を使用してもよい。

上記実施形態の面状照明装置１００をヘッドアップディスプレイの光源以外の用途に使用することもできる。例えば上記実施形態の面状照明装置１００を様々な光学機器、例えば、室内用あるいは室外用の照明器具、医療用や産業用などの作業用照明、植物工場で植物の光合成を促進するために使用される植物育成用照明、プロジェクター等に使用することができる。

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、実際の形状は、図面や明細書の記載とまったく同一でなくてもよく、作製方法の影響による角の丸みなどが含まれてもよい。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置は、光源（ＬＥＤ光源２）と、互いに対向する第１面（一面）および第２面（他面）と、前記第１面と前記第２面を接続する側面（第１入射面１i_１）とを有し、前記光源から前記側面に入射した光を、前記第１面に設けられた出射領域（出射面１ｅ）から出射させる導光板（導光板１）とを備える。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記第１面のうち前記出射領域（出射面１ｅ）よりも前記側面（第１入射面１i_１）に近接した領域（非照明領域ＮＲ１）または前記第２面のうち前記出射領域に対向する位置に設けられた反射領域（対向面）よりも側面に近接した領域（非照明領域ＮＲ１）のうち少なくとも一方には、傾斜面（傾斜面ＰＳ_ｘ）を有し、前記側面から入射した光を当該傾斜面によって前記反射領域に反射させる複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１又はプリズムアレイＰＡ２）が設けられ、前記反射領域には、前記複数の第１プリズムの傾斜面で反射した光を前記出射領域に反射させる複数の第２プリズム（プリズムアレイｐＡ）が設けられ、前記複数の第１プリズムの前記傾斜面の傾斜角（傾斜角α_ｘ）は、前記側面からの距離に応じて相違し、前記側面から入射した光は前記複数の第１プリズムの前記傾斜面にそれぞれ入射して、それぞれの傾斜面から互いに略平行に反射される。これらの面状照明装置は、複数の光線のそれぞれに適した傾斜角を有する複数の傾斜面によって、透過光の発生を抑制して光源からの光の大部分を複数の第２プリズムに送ることができ、光源からの光を効率良く使用することができる。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１又はプリズムアレイＰＡ２）は、前記側面（第１入射面１i_１）から前記出射領域（出射面１ｅ）にわたる配列方向に沿って配列されており、前記複数の第１プリズムの配列のうち、前記配列方向に沿って画成される第１区間に含まれる複数のプリズムの傾斜面（傾斜面ＰＳ_ｘ）の傾斜角（傾斜角α_ｘ）は前記側面から離れるにつれて小さくなり、前記配列方向に沿って画成される第２区間に含まれる複数のプリズムの傾斜面の傾斜角は前記側面から離れるにつれて大きくなる。また上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、第１区間が前記側面と第２区間との間に画成される。これらの面状照明装置は、この構成により、導光板の厚さの増大を抑制しつつ、複数の第１プリズムにおける透過光の発生を抑制して、光源からの光の大部分を効率良く複数の第２プリズムに送ることができる。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記複数の第２プリズム（プリズムアレイｐＡ）の各々は、前記第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１又はプリズムアレイＰＡ２）で反射した光を前記出射領域（出射面１ｅ）に反射させる傾斜面を有し、前記複数の第２プリズムの各々の傾斜面の傾斜角は相等しい。よってこれらの面状照明装置は、複数の第１プリズムからの互いに略平行な光を、複数の第２プリズムによって互いに略平行に反射して互いに略平行な光として出射領域に入射させ、効率よく出射領域から出射させることができる。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記第１面（一面）における複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１）の、前記側面（第１入射面１i_１）から前記出射領域（出射面１ｅ）にわたる配列方向におけるピッチ、又は前記第２面（他面）における複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ２）の前記配列方向におけるピッチが５０μｍ〜１５０μｍである。このような面状照明装置によれば、回折の発生を防止して光源からの光を効率よく複数の第２プリズムに送ることができ、且つ反射光の進む方向を良好に制御できる。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１及びプリズムアレイＰＡ２）は前記導光板（導光板１）の第１面（一面）及び第２面（他面）に設けられており、前記出射領域は平坦面である。これらの面状照明装置によれば、対向して設けられた複数の第１プリズムによって光源からの光をより効率よく複数の第２プリズムに送ることができる。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記複数の第２プリズム（プリズムアレイｐＡ）のうち、前記側面（第１入射面１i_１）に近い位置に配置されたプリズムは第１面（一面）に設けられた前記複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１）からの光を前記出射領域（出射面１ｅ）に反射させ、前記側面に遠い位置に配置されたプリズムは第２面（他面）に設けられた前記複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ２）からの光を前記出射領域に反射させる。これらの面状照明装置は、光源からの光を、対向して設けられた複数の第１プリズムを用いて平面状に設けられた複数の第２プリズムに導くため、導光板の寸法の増大を抑制しつつ、複数の第１プリズムからの光を効率良く出射領域に導くことができる。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記導光板（導光板１）の前記側面（第１入射面１i_１）に対向する対向側面（第２入射面１i_２）に対向光源（ＬＥＤ光源２）を更に備え、前記導光板の、第１面（一面）及び／又は第２面（他面）の前記出射領域（出射面１ｅ）よりも前記対向光源に近い領域には、傾斜面（ＰＳ_ｘ）を有し、前記対向側面から入射した光を当該傾斜面によって前記反射領域に反射させる複数の第３プリズム（プリズムアレイＰＡ３及び／又はプリズムアレイＰＡ４）が設けられ、前記複数の第３プリズムの前記傾斜面の傾斜角（傾斜角α_ｘ）は、前記対向側面からの距離に応じて相違し、前記対向側面から入射した光は前記複数の第３プリズムの前記傾斜面にそれぞれ入射して、それぞれの傾斜面から互いに略平行に反射される。これらの面状照明装置は、このように出射面の周囲に配置された複数の第１プリズム及び複数の第３プリズムを用いて光源からの光を効率よく複数の第２プリズムに導き出射面から出射しているため、光の利用効率が高く高輝度である。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、第１面（一面）又は第２面（他面）において、前記側面（第１入射面１i_１）から前記対向側面（第２入射面１i_２）にわたる方向における前記複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１及び／又はプリズムアレイＰＡ２）が設けられた領域の幅が、該方向における前記出射領域（出射面１ｅ）の幅の０．４倍〜０．６倍である。これらの面状照明装置は光源からの光を効率よく利用でき、且つ大型化が防止されている。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１及び／又はプリズムアレイＰＡ２）と前記複数の第３プリズム（プリズムアレイＰＡ３及び／又はプリズムアレイＰＡ４）とが前記出射領域（出射面１ｅ）を挟んで対称な形状を有する。よって、これらの面状照明装置においては、複数の第１プリズム及び複数の第３プリズムによって反射された光の光路も対称となるため、これらの光を反射するための複数の第２プリズムの構成を単純化することができる。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかにおいては、前記複数の第１プリズム（プリズムアレイＰＡ１及び／又はプリズムアレイＰＡ２）、前記複数の第２プリズム（プリズムアレイｐＡ）及び前記複数の第３プリズム（プリズムアレイＰＡ３及び／又はプリズムアレイＰＡ４）は、前記側面（第１入射面１i_１）から前記対向側面（第２入射面１i_２）にわたる方向に直交して延在する複数の線状プリズム（Ｐ_ｘ）である。これらの面状照明装置においては、複数の第１プリズム、複数の第２プリズム、複数の第３プリズムの構成が単純であるため、製造面、コスト面で有利である。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかは、前記出射領域（出射面１ｅ）から出射された光を、（第１入射面１i_１と垂直な面内において）光軸に対して略平行となるように配向（変向）するプリズム板（プリズム板３）を更に備える。よって、これらの面状照明装置は、出射面から出射された光を良好に光軸方向に出射することができる。

上記の実施形態及び変形態様の面状照明装置のいくつかは、前記側面（第１入射面１i_１）または前記対向側面（第２入射面１i_２）に前記導光板（導光板１）の厚さ方向に延在する線状フレネルレンズ（線状フレネルレンズＬＦ）が形成されており、前記光源は前記線状フレネルレンズの焦点位置に配置されている。このような構成によれば、光源から出射され線状フレネルレンズを介した光を平行光として光源からの光の幅を一定とすることができ（出射領域から出射される光の、第１入射面１i_１と平行な面内の配向分布を狭くすることができ）、出射領域から出射される光の輝度および輝度の均一性を高めることができる。

本発明によれば、高輝度且つコンパクトな面状照明装置が提供される。このような面状照明装置を、例えばヘッドアップディスプレイの光源として使用すれば、装置を大型化することなく、高輝度な表示を実現することができる。

１ 導光板
２ ＬＥＤ光源
３ プリズム板
１００ 面状照明装置
Ｈ ヘッドアップディスプレイ
ＩＲ 照明領域
ＮＲ１ 第１非照明領域
ＮＲ２ 第２非照明領域
ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、ＰＡ４、ｐＡ プリズムアレイ
Ｐ_ｘ、ｐ_ｘ 線状プリズム
ＰＳ_ｘ 傾斜面

Claims (14)

1. 光源と、
   互いに対向する第１面および第２面と、前記第１面と前記第２面を接続する側面とを有し、前記光源から前記側面に入射した光を、前記第１面に設けられた出射領域から出射させる導光板と、
   を備える面状照明装置であって、
   前記第１面のうち前記出射領域よりも前記側面に近接した領域または前記第２面のうち前記出射領域に対向する位置に設けられた反射領域よりも前記側面に近接した領域のうち少なくとも一方には、傾斜面を有し、前記側面から入射した光を当該傾斜面によって前記反射領域に反射させる複数の第１プリズムが設けられ、
   前記反射領域には、前記複数の第１プリズムの傾斜面で反射した光を前記出射領域に反射させる複数の第２プリズムが設けられ、
   前記複数の第１プリズムの前記傾斜面の傾斜角は、前記側面からの距離に応じて相違し、前記側面から入射した光は前記複数の第１プリズムの前記傾斜面にそれぞれ入射して、それぞれの傾斜面から互いに略平行に反射される面状照明装置。
2. 前記複数の第１プリズムは、前記側面から前記出射領域にわたる配列方向に沿って配列されており、
   前記複数の第１プリズムの配列のうち、前記配列方向に沿って画成される第１区間に含まれる複数のプリズムの傾斜面の傾斜角は前記側面から離れるにつれて小さくなり、前記配列方向に沿って画成される第２区間に含まれる複数のプリズムの傾斜面の傾斜角は前記側面から離れるにつれて大きくなる請求項１に記載の面状照明装置。
3. 第１区間が前記側面と第２区間との間に画成される請求項２に記載の面状照明装置。
4. 前記複数の第２プリズムの各々は、前記第１プリズムで反射した光を前記出射領域に反射させる傾斜面を有し、
   前記複数の第２プリズムの各々の傾斜面の傾斜角は相等しい請求項１〜３のいずれか一項に記載の面状照明装置。
5. 前記第１面における複数の第１プリズムの、前記側面から前記出射領域にわたる配列方向におけるピッチ、又は前記第２面における複数の第１プリズムの前記配列方向におけるピッチが５０μｍ〜１５０μｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載の面状照明装置。
6. 前記複数の第１プリズムは前記導光板の第１面及び第２面に設けられており、
   前記出射領域は平坦面である請求項１〜５のいずれか一項に記載の面状照明装置。
7. 前記複数の第２プリズムのうち、前記側面に近い位置に配置されたプリズムは第１面に設けられた前記複数の第１プリズムからの光を前記出射領域に反射させ、前記側面に遠い位置に配置されたプリズムは第２面に設けられた前記複数の第１プリズムからの光を前記出射領域に反射させる請求項６に記載の面状照明装置。
8. 前記導光板の前記側面に対向する対向側面に対向光源を更に備え、
   前記導光板の、第１面及び／又は第２面の前記出射領域よりも前記対向光源に近い領域には、傾斜面を有し、前記対向側面から入射した光を当該傾斜面によって前記反射領域に反射させる複数の第３プリズムが設けられ、
   前記複数の第３プリズムの前記傾斜面の傾斜角は、前記対向側面からの距離に応じて相違し、前記対向側面から入射した光は前記複数の第３プリズムの前記傾斜面にそれぞれ入射して、それぞれの傾斜面から互いに略平行に反射される請求項１〜７のいずれか一項に記載の面状照明装置。
9. 第１面又は第２面において、前記側面から前記対向側面にわたる方向における前記複数の第１プリズムが設けられた領域の幅が、該方向における前記出射領域の幅の０．４倍〜０．６倍である請求項８に記載の面状照明装置。
10. 前記複数の第１プリズムと前記複数の第３プリズムとが前記出射領域を挟んで対称な形状を有する請求項８又は９に記載の面状照明装置。
11. 前記複数の第１プリズム、前記複数の第２プリズム及び前記複数の第３プリズムは、前記側面から前記対向側面にわたる方向に直交して延在する複数の線状プリズムである請求項８〜１０のいずれか一項に記載の面状照明装置。
12. 前記出射領域から出射された光を、略平行光に配向するプリズム板を更に備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載の面状照明装置。
13. 前記側面には前記導光板の厚さ方向に延在する線状フレネルレンズが形成されており、前記光源は前記線状フレネルレンズの焦点位置に配置されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の面状照明装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の面状照明装置を用いた光学機器。
    

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