JPH0836104A

JPH0836104A - 配光素子

Info

Publication number: JPH0836104A
Application number: JP6191117A
Authority: JP
Inventors: Kaneyasu Ookawa; 金保大川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】配光角が大きく、しかも透過率が高い配光特
性を有する配光素子を提供する。【構成】配光素子１１において、入射光束の一部を透
過して偏向射出する第１の透過面１４と、前記入射光束
の他の一部を全反射する全反射面１２と、全反射した後
の光束を透過して偏向射出する第２の透過面１３とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透過型スクリーン、背
面投写型プロジェクションテレビ、液晶表示装置、車載
用照明装置、レーザ光源など特異な配光特性を必要とす
る装置に用いられる配光素子および一般用のレンズとし
て用いられる配光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、配光素子に関するものとして、特
開平２−２９６３７号公報所載の技術が開示されてい
る。図１２において、１０１は投写管、１０２は投写レ
ンズ、１０６ａはフレネルスクリーン、１０６ｂはレン
チキュラースクリーン、１０７は拡散剤である。投写レ
ンズ１０２によりスクリーン上部に向かう光線Ｂは、フ
レネルスクリーン１０６ａのフレネルレンズＤにより略
平行光線となる。このとき、フレネルスクリーン１０６
ａの出射面Ｅはプリズム作用を持たないため光線はその
ままレンチキュラースクリーン１０６ｂに入射し、拡散
剤１０７により拡散され上下に広がる。これに対し、ス
クリーン下部に向かう光線Ｃは、フレネルスクリーン１
０６ａの出射面Ｅのプリズム作用により上方に向く光線
となりレンチキュラースクリーン１０６ｂに入射し拡散
されて上下に広がる。これにより、スクリーン下部の光
線が上方に向き拡散されることから、スクリーン上部と
スクリーン下部が同時に見える範囲を拡大することがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来技
術においては、同時に見える範囲を大きくするほど、す
なわち配光角を大きくするほど、前記プリズム作用によ
る屈折角を大きくしなければならないために、屈折角の
大きい周辺部は透過率が小さくなり、その結果、周辺部
が暗くなるという問題点があった。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、請求項１、２、３、４または５に係る発明の目的
は、配光角が大きく、しかも透過率が高い配光特性を有
する配光素子を提供することである。請求項２に係る発
明の目的は、上記目的に加え、配光素子を薄肉にするこ
とである。請求項３に係る発明の目的は、上記目的に加
え、配光素子の取扱を容易にすることである。請求項４
に係る発明の目的は、上記目的に加え、配光素子の出力
光量の効率を高めることである。請求項５に係る発明の
目的は、上記目的に加え、配光特性を安定させることで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１、２、３、４または５に係る発明は、配光
素子において、入射光束の一部を透過して偏向射出する
第１の透過面と、前記入射光束の他の一部を全反射する
全反射面と、全反射した後の光束を透過して偏向射出す
る第２の透過面とを備えたことを特徴とする。請求項２
に係る発明は、上記手段に加え、少なくとも前記第１の
透過面または前記全反射面および前記第２の透過面を複
数設けたことを特徴とする。請求項３に係る発明は、上
記手段に加え、入射側に第３の透過面を設けたことをこ
とを特徴とする。請求項４に係る発明は、上記手段に加
え、入射側に反射膜が施された第２の反射面を設けたこ
とを特徴とする。請求項５に係る発明は、上記手段に加
え、射出側に光拡散面を設けたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】請求項１、２、３、４または５に係る発明の作
用を説明する。光を偏向させる手段として、光学的境界
面（以後、光学面と呼ぶ）で透過させる手段（以後、透
過偏向と呼ぶ）と、光学面で反射させる手段（以後、反
射偏向と呼ぶ）とがあり、これらはいずれもスネルの法
則に従って偏向するものである。一方、フレネルの公式
により光学面での入射角が大きいほど透過率が小さく反
射率が大きくなることが知られている。特に入射側媒質
の屈折率が射出側媒質の屈折率より大きい場合には、全
反射、すなわち、ある特定の角度（臨界角）以上の入射
角に対して透過率０％、反射率１００％であることも知
られている。

【０００７】本願において、光学素子における入射光線
に対する射出光線のなす角を偏向角、光束を形成する光
線の最大角度差を配光角、光線に対応した強度特性を配
光特性と呼ぶことにする。また、本願において、配光素
子とは、ある定められた配光特性の入射光束を所望の配
光特性の射出光束として出力し得るための光学素子を指
すものである。

【０００８】いま、説明の都合上、平行光束を入射光束
とし、射出光束が大きな配光角となるような透過偏向に
よる配光素子を考える。この場合、偏向角の小さな光線
については、個々の光学面における入射角を小さくする
ことができるので、配光素子全体としての透過率が大き
くなるが、偏向角の大きな光線については、全ての光学
面における入射角を小さくすることができないので、配
光素子全体としての透過率が小さくなるのである。

【０００９】つぎに、「透過偏向による配光素子」を
「反射偏向による配光素子」に置き替えた場合を考え
る。この場合、偏向角の大きな光線については、反射面
における入射角を大きくできるため、反射率が大きくな
る（入射角が臨界角以上の場合は反射率１００％）。こ
の場合、透過面における入射角を小さくしなければ意味
ないことになるが、この入射角を小さくすることは反射
面における入射角を変化させることによって容易に実現
できる。従って配光素子全体としての透過率が大きくな
る。一方、偏向角の小さな光線については、反射面を入
射光線に対して平行に近い配置が要求されるため、反射
面に高い精度が要求され、反射光線の特性がが不安定に
なりやすい。従って配光素子全体として見た場合、配光
特性が安定せず、製造しにくい形状となり好ましくな
い。

【００１０】本請求項に係る発明は、以上の特性を利用
し、偏向角の小さな光線には第１の透過面による透過偏
向を用い、偏向角の大きな光線については全反射面およ
び第２の透過面による反射偏向を用いるように構成した
ので、配光素子全体として、配光角が大きくかつ透過率
が高いものとなっている。

【００１１】請求項２に係る発明は、上記作用に加え、
請求項１記載の少なくとも第１の透過面または全反射面
および第２の透過面を複数とすることにより、薄型の配
光素子を実現する。請求項３に係る発明は、上記作用に
加え、請求項１または請求項２の構成において、入射側
に第３の透過面を設けることにより、取扱が容易となる
配光素子を実現する。請求項４に係る発明は、上記作用
に加え、請求項１または請求項２の構成において、入射
側に反射膜を施した第２の反射面を設けることにより、
出力光量の効率を高めた配光素子を実現する。請求項５
に係る発明は、上記作用に加え、請求項１、２、３、ま
たは４の構成において、射出側に光拡散面を設けること
により、安定した配光特性を有する配光素子を実現す
る。

【００１２】

【実施例１】図１は第１実施例の配光素子を示す正面断
面図である。図１において、１は配光素子たる対物レン
ズであり、光軸を基準とする回転対称に形成されてい
る。２は第３の透過面の一部である周辺透過面であり、
平面をなしている。３は全反射面であり、放物面をなし
ている。周辺透過面２はＲＲ’からＳＳ’の範囲で示さ
れる輪帯状に形成され、この周辺透過面２に入射した平
行な輪帯光束（ＡＡ’からＢＢ’の範囲で示される光
束）は、周辺透過面２を入射角０°で透過し、全反射面
３（ＰＰ’からＳＳ’の範囲で示される部分）に到達す
るようになっている。４は放物面たる全反射面３の焦点
Ｆを中心とし、ＦＰ（またはＦＰ’）を半径とする球面
の輪帯状の一部であり、第２の透過面を形成する。従っ
て、前述のように、全反射面３に到達した輪帯光束は全
反射面３にて全反射し、第２の透過面４を入射角０°に
て透過し、全反射面３の焦点Ｆに集光することになる。
また、周辺透過面２に入射した輪帯光束の外周部の光線
ＢＢ’が全反射面３で全反射した後、第２の透過面４と
交わる点をＱＱ’とすれば、このＱＱ’が第２の透過面
４の端部となる。すなわち、第２の透過面４はＰＰ’か
らＱＱ’の範囲で形成されている。

【００１３】５は第３の透過面の他の一部である中央透
過面であり、球面または非球面で形成されている。Ａ
Ａ’の範囲で示される平行な円光束の外周部の光束Ａ
Ａ’が中央透過面５で小さな入射角にて屈折透過して、
点ＱＱ’を通るように形成されている。６は第１の透過
面であって、平面、球面または非球面で形成される透過
面であり、中央透過面５と合わせて、円光束ＡＡ’が全
反射面３の焦点Ｆに集光するように形成されている。以
上説明してきた周辺透過面２、全反射面３、第２の透過
面４、中央透過面５および第１の透過面６で囲繞された
内部、すなわち、図１のハッチングを施した部分は、光
学ガラス、透明プラスチックなどの光学材料からなって
いる。かかる構成により、第３の透過面（周辺透過面２
と中央透過面５との合成面）に入射した円光束ＢＢ’は
全て全反射面３の焦点Ｆに集光する。

【００１４】本実施例の効果は、配光角が大きい場合
（すなわち、大きなＮＡで結像させる場合）において、
透過率が悪くなる外側の光束についてのみ放物面による
全反射を用いることにより、全体の透過率を大きくする
ことができることである。また、本実施例の特有の効果
は、単体の対物レンズとして取扱が容易になるととも
に、平行光束を微小点に結像できることである。

【００１５】本実施例においては、全反射面３を放物面
としているが、楕円面を用いてもよい。また、全反射面
には、臨界角以上の入射角にて反射するように構成して
いるが、臨界角以下で、これに近い角度を求められる場
合には、全反射面に銀、アルミニュウムなどの反射膜を
蒸着してもよい。さらに対物レンズ１の成形は光学ガラ
スのプレス成形、透明プラスチックの射出成形や射出圧
縮成形などにより、容易に行うことができる。

【００１６】

【実施例２】図２は第２実施例の配光素子を示す正面断
面図である。図２において、１１は配光素子たる水中カ
メラレンズもしくは水中投影レンズであり、光軸を基準
にして回転対称に形成されている。１２は全反射面であ
り、楕円面をなしている。１３は楕円面たる全反射面１
２の第２の焦点Ｆ₂を中心とし、Ｆ₂Ｐ（またはＦ
₂Ｐ’）を半径とする球面の輪帯状の一部であり、第２
の透過面を形成する。１４は第１の透過面であり、球面
または非球面に形成され、第１の焦点Ｆ₁上の物点から
第１の透過面１４に到達する光線は全て第２の焦点Ｆ₂
に集光するように形成されている。ここで、第１の透過
面１４の光軸からの最遠点Ｒ（またはＲ’）がＦ₁Ｐ
（またはＦ₁Ｐ’）（ＰＰ’は全反射面１２の第２焦点
Ｆ₂側の端部を示す）上にあり、第２の透過面１３のＰ
Ｐ’の反対側の端部Ｑ（またはＱ’）がＦ₂Ｓ（または
Ｆ₂Ｓ’）（ＳＳ’は全反射面１２の他の端部を示す）
上にあることが望ましい。

【００１７】１５は第２の透過面１３と第１の透過面１
４を連結するための円筒面であり、１６は配光素子１１
を保持する保持面である。また、各々全反射面１２〜保
持面１６で示される部分は透明な光学材料により一体成
形され、均一な厚さに形成されている。１２’〜１６’
は、この形成された面、すなわち、全反射面１２〜保持
面１６の裏面を示す。図２において、裏面１２’〜１
６’よりも左側は水で満たされており、右側は図示しな
い防水シールにより常に空気で満たされている。配光素
子１１の成形厚さを薄くすることと、成形する光学材料
の屈折率を水の屈折率に近づけることにより、裏面１２
〜１６’の存在を光学的に無視することができる。全反
射面１２の第２の焦点Ｆ₂の位置には、図示を省略した
テレビカメラ、投影用スクリーンまたは解析装置などが
配設される。

【００１８】かかる構成により、楕円面たる全反射面１
２の第１の焦点にある水中の物点Ｆ₁を発した光束の中
で、中心に近い円光束ＡＡ’は第１の透過面１４を屈折
透過し、第２の焦点Ｆ₂に集光する。また、外側の輪帯
光束（ＡＡ’からＢＢ’の範囲で示される光束）は全反
射面１２で全反射した後、第２の透過面１３を入射角０
°にて透過し、やはり第２の焦点Ｆ₂に集光する。すな
わち、円光束ＢＢ’は全て第２の焦点Ｆ₂に集光するす
ることになる。

【００１９】本実施例の効果は、第１実施例と同様に、
配光角が大きい場合（すなわち、大きなＮＡで結像させ
る場合）において、透過率が悪くなる外側の光束につい
てのみ楕円面による全反射を用いることにより、全体の
透過率を大きくすることができることである。また、本
実施例の特有の効果は、水中に存在する近距離物点を簡
単な構成で高解像撮影または投影ができることである。

【００２０】本実施例の全反射面１２も、入射角が臨界
角以下に求められた場合には、第１実施例と同様に、反
射膜の蒸着により対応することができる。また、本実施
例では、第１の焦点Ｆ₁の周辺を水で満たし、配光素子
１１を水に近い屈折率の光学材料としているが、逆に、
配光素子１１の光学材料の屈折率に近い透明な液体によ
り、第１の焦点Ｆ₁の周辺を満たしてもよい。

【００２１】

【実施例３】図３は第３実施例の配光素子を示す正面断
面図である。図３において、２１はＬＣＤディスプレイ
用のバックライト照明部の断面を示す。２２は棒状の蛍
光管、２３は金属製の第１反射板であり、いづれも対向
して２個配置されている。２４は第２反射板であり、第
２の反射面として比較的深さの浅いのこぎり状の表面２
４ａ（紙面に垂直な方向での大きさは、ディスプレイの
長手方向になるので相当量の大きさになる）が形成さ
れ、表面２４ａ上には高反射率の金属が蒸着されてい
る。２５は片側に比較的深さの深いのこぎり状の表面２
５ａと他方に平面２５ｂを有する透明板である。２６は
ＬＣＤ（液晶）であり、透明板２５の平面２５ｂと隣接
して配設されている。第２反射板２４と透明板２５と
は、表面２４ａと表面２５ａとが狭い間隔で対向するよ
うに配設されている。また、この間隔に光が有効に入射
するように蛍光管２２と第１反射板２３が図のように配
設されている。

【００２２】本実施例においては、第１の透過面、全反
射面および第２の透過面は、透明板２５の表面２５ａが
全て担うべく構成されている。蛍光管２２を発した光
は、第２反射板２４の表面２４ａ上の点Ｐ₁に入射し、
表面２４ａで反射し、透明板２５の表面２５ａ上の点Ｑ
₁で小さな入射角で屈折透過し、平面２５ｂ上の点Ｒ₁
を通り、ＬＣＤ２６で振幅変調を受けた後、外部（図３
の右側）に射出する。これは前述の透過偏向に相当する
もので、表面２５ａが第１の透過面に当たる。本実施例
においては、第２反射板２４の表面２４ａとの複合効果
により、配光角の大きな部分の配光特性を向上させるも
のである。一方、直接表面２５ａ上の点Ｐ₂に入射した
光は、表面２５ａを小さな入射角で屈折透過し、反対側
の同面上の点Ｑ₂で全反射し、平面２５ｂ上の点Ｒ₂を
通り、ＬＣＤ２６で振幅変調を受けた後、外部に射出す
る。これは前述の反射偏向に相当するもので、表面２５
ａが全反射面と第２の透過面とを兼ねている。この場合
は配光角の小さな部分の配光特性を確保するものであ
る。

【００２３】以上２本の光線を用いてその作用を説明し
たが、実際には蛍光管２２の大きさと発光時の開き角の
特性があるので、前記２本の光線の近傍で配光特性を有
することになり、また、蛍光管２２と第１反射板２３と
を対向して２個配置することと合わせると、全体として
配光角が大きく、照明効率が高いＬＣＤディスプレイ用
のバックライト照明部が実現する。

【００２４】なお、透明板２５の表面２５ａで形成され
る頂角α（図３参照）は７６°以下とし、６０〜７５°
が好ましい。また、第２反射板２４の表面２４ａで形成
される頂角β（図３参照）は１２０°〜１５０°が好ま
しい。さらに、表面２４ａおよび表面２５ａのピッチは
０．５mm程度が好ましい。

【００２５】

【実施例４】図４〜図６は第４実施例を示し、特に図４
および図５は第４〜第８実施例に共通の概念を示す。図
４は偏向角が小さい場合の配光素子の局部構成を示す断
面図、図５は偏向角が大きい場合の配光素子の局部構成
を示す断面図、図６はこれらの局部構成を合成した配光
素子を示す正面図である。

【００２６】図４において、３１は透過平面、３２ａは
ＡＢ間に入射した光束のみを所定の方向に偏向させるた
めの局部構成された透過面の１つを示し、３２ｂは透過
面の１つ３２ａを複数に連設するための連結面である。
透過平面３１と透過面の１つ３２ａおよび連結面３２ｂ
との間は、透明ガラス、透明プラスチックなどの屈折率
ｎの光学材料で満たされている。透過平面３１と透過面
の１つ３２ａとで透過型プリズムを構成する。ここで透
過面３１および透過面の１つ３２ａは、それぞれ特許請
求項における第３の透過面および第１の透過面に相当す
るものである。

【００２７】透過平面３１上の一点Ｐに入射角θ₀で入
射した光線は、光学材料の屈折率ｎと入射角θ₀とで定
まる屈折角θ₁の方向に偏向し、透過面の１つ３２ａ上
の一点Ｑに向かい、さらに、この透過面の１つ３２ａの
傾きαで定まる入射角ｉ₃でで入射し、さらに偏向して
射出角θ₃の方向に射出する。そして、傾きαを変化さ
せれば、これに従って偏向角（θ₀とθ₃の差）を任意
に得ることができることは、スネルの法則により明らか
である。しかしながら、このような透過型のプリズムの
場合、前記偏向角を大きくするほど透過率が小さくなる
ことは、フレネルの公式により明らかである。すなわ
ち、透過型プリズムにより偏向角を与える場合、大きい
偏向角には適さないことになる。なお、図４において、
透過型プリズムを構成する連結面３２ｂの点Ｂにおける
傾きβは屈折角θ₁と同一に設定し、光束のケラレを防
止している。これらの透過型プリズムを構成している図
４に示された符号は下記の数式にて、その相互関係を表
示する。この中で、数式（１）はスネルの法則から、数
式（５）および（６）はフレネルの公式からそれぞれ導
かれたものである。

【００２８】

【数１】

【００２９】図５において、３１は図４と同じ透過平
面、３２ｃは点ＡＢ間に入射した光束のみを所定の方向
に偏向させるための局部構成された反射面の１つ、３２
ｄは反射面の１つ３２ｃからの反射光束を透過させるた
めの透過面を示す。反射面の１つ３２ｃおよび透過面３
２ｄと透過平面３１との間は、図４の透過型プリズムと
同様に屈折率ｎの光学材料で満たされている。透過平面
３１、反射面の１つ３２ｃおよび透過面３２ｄとで反射
型プリズムを構成するものである。ここで透過面３１、
反射面の１つ３２ｃおよび透過面の３２ｄは、それぞれ
特許請求項における第３の透過面、全反射面および第２
の透過面に相当するものである。

【００３０】透過平面３１上の一点Ｐに入射角θ₀で入
射した光線は、光学材料の屈折率ｎと入射角θ₀とで定
まる屈折角θ₁の方向に偏向し、反射面の１つ３２ｃ上
の一点Ｑに向かい、さらに、この反射面の１つ３２ｃの
傾きαで定まる入射角ｉ₂でで入射し、この反射面の１
つ３２ｃで全反射し、角度θ₂なる光線として、透過面
３２ｄ上の一点Ｒに向かい、さらに、この透過面３２ｄ
の傾きβで定まる入射角ｉ₃で入射し、この面を屈折透
過して射出角θ₃の方向に射出する。この場合も、傾き
αまたはβを変化させれば、これに従って偏向角（θ₀
とθ₃との差）を任意に得ることはスネルの法則により
明らかである。

【００３１】図５の反射型プリズムにおいては、大きな
偏向角の設定に対して透過面における入射角が、図４の
透過型プリズムに比べて小さくでき、しかも反射面にお
ける反射率を１００％となしうるので、透過効率を大き
くできる。逆に全反射面を使うため小さな偏向角の設定
に対しては、透過面における入射角ｉ₃の絶対値が大き
くなるので、透過率が小さくなる。これらの反射型プリ
ズムを構成している図５に示された符号は下記の数式に
て、その相互関係を表示する。この中で、数式（１）は
スネルの法則から、数式（１１）および（１２）はフレ
ネルの公式からそれぞれ導かれたものである。

【００３２】

【数２】

【００３３】図６は、図４の透過型プリズムと図５の反
射型プリズムとを混在させて形成した配光素子を示すも
のである。図６において、３１は透過平面であり、３２
は透過面の１つ３２ａと反射面の１つ３２ｃおよび透過
面３２ｄを混在させて成る合成面である。図６では、合
成面３２は細部を省略して描かれており、点Ｐ₃を通る
光軸を基準として、双方のプリズムは回転対称面に形成
されている。偏向角の小さな点Ｐ₂,Ｐ₃,Ｐ₄において
は、透過型プリズムを形成するように面配置をし、また
偏向角の大きな点Ｐ₁,Ｐ₅においては、反射型プリズム
を形成するように面配置されるものである。

【００３４】本実施例の効果は、以上のように透過型プ
リズムと反射型プリズムを配設したので、偏向角の大小
を問わず、高い透過率が得られるため、配光角が大きい
場合でも高い透過率を得ることができることである。

【００３５】本実施例では、透過平面３１、透過面の１
つ３２ａ、反射面の１つ３２ｃおよび透過面３２ｄを平
面にて形成し、透過型プリズムおよび反射型プリズムと
してきたが、これらの平面に替えて、少なくとも一方を
球面などの曲面で形成することにより、偏向角を大きく
し、さらに優れた配光特性を得ることができる。

【００３６】

【実施例５】図７〜図８は第５実施例を示し、図７は本
実施例の配光素子の正面図、図８は本実施例の変形例の
配光素子の側面図である。なお、本実施例においても、
配光素子の局部構成を示す断面図たる図４および図５
と、符号の関係を示す数１および数２とを引用して説明
する。また、表１は図４、図５および図７における符号
で示されたデータを具体的に表示するものである。

【００３７】図７において、３１は透過平面であり、３
２は透過面の１つ３２ａと反射面の１つ３２ｃおよび透
過面３２ｄとを混在させて成る合成面である。図７で
は、合成面３２は細部を省略して描かれており、光軸を
基準として、双方のプリズムが回転対称面をなしてい
る。すなわち、光軸からの距離ｙが一定の値までは透過
型プリズム、それより周辺では反射型プリズムが形成さ
れている。

【００３８】下記に示す表１において、Ｎは光線番号、
ｙは図４および図５に示す点Ｂと光軸との距離（図７参
照）、ｄは図４および図５に示す光軸方向の距離を示
す。Ａは図５における点Ｓで光束の一部が欠られる場合
の射出光束の大きさと入射光束の大きさの比率（従っ
て、この値が１のときは、点Ｓにおける光束のケラレが
ないことを示す）であり、以後開口率と呼ぶ。Ｒはこの
開口率Ａと透過面での透過率とで理論的に求められる総
合的な透過率を示し、反射防止膜を施せばこの値はさら
に大きくなる。α、β、θ₀,θ₁,θ₂,θ₃は図４および
図５に示す符号と一致している。

【００３９】

【表１】

【００４０】本実施例の効果は、第４実施例の効果に加
え、平行光束を配光角が大きくかつ透過率が高い発散光
束に変換することができることである。また、βをｙに
かかわらず０°としているので、加工が容易である。

【００４１】本実施例は、θ₃がｙに比例する配光特性
が得られる例であるが、 tanθ₃がｙに比例するように
合成面３２を決めることもできる。この場合には、ピッ
チ（図５における点Ｂと隣接する点Ｓとの距離）を小さ
くすることにより、球面収差の小さい凹レンズ（すなわ
ち、平行光束を入射したときに１点から放射するような
発散光束が得られるレンズ）の特性を有する配光素子と
なる。

【００４２】また、図８に示すように、合成面のプリズ
ムが回転対称面ではなく、面対称面となっている場合
は、１方向（図８では左右方向）にのみ広がりをもつ配
光特性が得られる。これは、投写型テレビに用いられて
いる透過型スクリーンとして有効である。この場合、射
出側に拡散面が必要となり、必要に応じて入射側にフレ
ネルレンズを配設して、上下方向に拡散性をもたせれば
よい。また、図４および図５における透過面の１つ３２
ａ、反射面の１つ３２ｃおよび透過面３２ｄは平面とし
ているが、球面にすることにより、連続した強度の配光
特性を得ることができる。

【００４３】

【実施例６】図９は第６実施例の配光素子の正面図であ
る。なお、本実施例においても、配光素子の局部構成を
示す断面図たる図４および図５と、符号の関係を示す数
１および数２とを引用して説明する。また、表２は図
４、図５および図９における符号で示されたデータを具
体的に表示するものである。

【００４４】図９において、３１は透過平面であり、３
２は透過面の１つ３２ａと反射面の１つ３２ｃおよび透
過面３２ｄとを混在させて成る合成面である。図９で
は、合成面３２は細部を省略して描かれており、光軸を
基準として、双方のプリズムが回転対称面をなしてい
る。すなわち、光軸からの距離ｙが一定の値までは透過
型プリズム、それより周辺では反射型プリズムが形成さ
れている。

【００４５】下記に示される表２に用いられる符号は、
表１のものと全く同一である。この場合、常にθ₃＝−
θ₀の条件を満たすため、図９に示すように、点Ｏの共
役像がＯ’に形成できる。すなわち、薄型の等倍レンズ
の機能を有する配光素子となる。

【００４６】

【表２】

【００４７】本実施例の効果は、第４実施例の効果に加
え、広がり角の大きい発散光束を効率よく透過し、収束
光束に変換できることである。

【００４８】本実施例では、合成面３２は回転対称面と
なっているが、これに替えて、面対称面とすることによ
り、点物点または点像を線像に変換することができる。

【００４９】

【実施例７】図１０は第７実施例の配光素子の正面図で
ある。なお、本実施例においても、配光素子の局部構成
を示す断面図たる図４および図５と、符号の関係を示す
数１および数２とを引用して説明する。また、表３は図
４、図５および図１０における符号で示されたデータを
具体的に表示するものである。

【００５０】図１０において、３１は透過平面であり、
３２は透過面の１つ３２ａと反射面の１つ３２ｃおよび
透過面３２ｄとを混在させて成る合成面である。図１０
では、合成面３２は細部を省略して描かれており、光軸
を基準として、双方のプリズムが回転対称面をなしてい
る。すなわち、光軸からの距離ｙが一定の値までは透過
型プリズム、それより周辺では反射型プリズムが形成さ
れている。

【００５１】下記に示される表３に用いられる符号は、
表１のものと全く同一である。この場合、図１０に示す
ように、中心部には配光せず、いわゆる輪帯状の配光特
性が得られる。すなわち、顕微鏡などの照明装置である
暗視野照明などに用いられる効率の高い輪帯照明機能を
有する配光素子となる。さらに、必要に応じて、射出側
にコリメータレンズを配置することも効果的である。

【００５２】

【表３】

【００５３】本実施例の効果は、第４実施例の効果に加
え、広がり角の大きい発散光束を効率良く透過し、輪帯
光束に変換できることである。

【００５４】

【実施例８】第４〜第７実施例に示した配光素子は、合
成面３２が露出しているため、使われ方によっては、キ
ズや汚れにより、表面の機能が劣化する。また、光源ま
たは合成面３２のピッチの大きさによっては、配光特性
がリング状またはストライプ状に明暗を繰り返す配光分
布となる場合がある。この現象は第４実施例での説明の
ように、平面ではなく球面を用いることで大幅に緩和さ
れるが、第８実施例では、より簡単な構造でこれらの欠
点を解消するものである。

【００５５】図１１は第８実施例の配光素子を示す正面
図である。図１１において、配光素子は素子本体３０と
補助部材４０とからなる。素子本体３０は第３の透過面
たる透過平面３１に反射防止膜を施した入射平面３３
と、第４〜第７実施例で示した透過プリズムと反射プリ
ズムとの合成面３２とを備えている。また補助部材４０
は、砂目面３４と、反射防止膜を施した射出平面３５と
を備えている。素子本体３０に設けた段部３６は、光束
の有効範囲外に形成されており、合成面３２と砂目面３
４との間に隙間を与えるためのものである。３７は素子
本体３０と補助部材４０との接合面であり、接着剤にて
図１１のように接合・固着されている。

【００５６】合成面３２からの光束は、砂目面３４にて
散乱光となる。砂目面３４は完全拡散面ではなく、指向
性を保ちつつこれを緩和する機能を有するため、前述の
リング状またはストライプ状に明暗を繰り返す配光分布
とはならず、局部的な配光むらのみが解消される。その
他の作用は第４〜第７実施例と同様である。

【００５７】本実施例の効果は、第４実施例の効果に加
え、安定した配光特性が得られるとともに、配光素子の
取扱が容易であることである。

【００５８】

【発明の効果】請求項１〜５の発明によれば、配光素子
の配光角を大きくすることができ、しかも高い透過率を
得ることができる。請求項２〜５の発明によれば、上記
効果に加え、配光素子を薄肉にすることができる。請求
項３または請求項５の発明によれば、上記効果に加え、
配光素子の取扱いを容易にすることができる。請求項４
〜５の発明によれば、上記効果に加え、光の利用効率を
高くすることができる。請求項５の発明によれば、上記
効果に加え、配光特性を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の配光素子を示す正面断面図である。

【図２】実施例２の配光素子を示す正面断面図である。

【図３】実施例３の配光素子を示す正面断面図である。

【図４】実施例４の偏向角が小さい場合の配光素子の局
部構成を示す断面図である。

【図５】実施例４の偏向角が大きい場合の配光素子の局
部構成を示す断面図である。

【図６】実施例４の局部構成を合成した配光素子を示す
正面図である。

【図７】実施例５の配光素子を示す正面図である。

【図８】実施例５の変形例の配光素子を示す側面図であ
る。

【図９】実施例６の配光素子を示す正面図である。

【図１０】実施例７の配光素子を示す正面図である。

【図１１】実施例８の配光素子を示す正面図である。

【図１２】従来技術の透過型スクリーンを示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１１配光素子１２全反射面１３第２の透過面１４第１の透過面１５円筒面１６保持面

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【手続補正書】

【提出日】平成６年８月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】

【数２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光束の一部を透過して偏向射出する
第１の透過面と、前記入射光束の他の一部を全反射する
全反射面と、全反射した後の光束を透過して偏向射出す
る第２の透過面とを備えたことを特徴とする配光素子。
【請求項２】少なくとも前記第１の透過面または前記
全反射面および前記第２の透過面を複数設けたことを特
徴とする請求項１記載の配光素子。
【請求項３】入射側に第３の透過面を設けたことをこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の配光素
子。
【請求項４】入射側に反射膜が施された第２の反射面
を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載
の配光素子。
【請求項５】射出側に光拡散面を設けたことを特徴と
する請求項１、２、３または４記載の配光素子。