JPH11224518A - 導光照明装置 - Google Patents
導光照明装置Info
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- JPH11224518A JPH11224518A JP10135862A JP13586298A JPH11224518A JP H11224518 A JPH11224518 A JP H11224518A JP 10135862 A JP10135862 A JP 10135862A JP 13586298 A JP13586298 A JP 13586298A JP H11224518 A JPH11224518 A JP H11224518A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液晶などの自発光性画像表示面を背後から均
等に明るく照明し、プリズムシートなどの光機能性シー
トを節減し、画像表示装置全体の積層厚を薄くする。 【構成】 放電灯２１を反射傘２２で三方を包囲した光
源２０、プリズム面を敷設し又はアフォーカル光学系を
採用した光整向素子３０、端面４１に平面又は近似円柱
面を形成し、裏面４２に臨界角以上の仰角αを有する多
数の溝面４３を敷設し、表面４５に鋸歯状面４６を形成
した導光板４０を、画像表示板７０の背後に組合せて配
置した。 【作用】 光源２０からの放射光線を、光整向素子３０
に通過させて指向性光線束に変換し、導光板４０の端面
４１で平行光線束に整形して導光板４０内に誘導し、裏
面４２に照明して順次に内部全反射させ、表面４６で屈
折させて指向性を与え、視域１３方向へ集束させること
により、画像表示面７０の背後から照明する。
等に明るく照明し、プリズムシートなどの光機能性シー
トを節減し、画像表示装置全体の積層厚を薄くする。 【構成】 放電灯２１を反射傘２２で三方を包囲した光
源２０、プリズム面を敷設し又はアフォーカル光学系を
採用した光整向素子３０、端面４１に平面又は近似円柱
面を形成し、裏面４２に臨界角以上の仰角αを有する多
数の溝面４３を敷設し、表面４５に鋸歯状面４６を形成
した導光板４０を、画像表示板７０の背後に組合せて配
置した。 【作用】 光源２０からの放射光線を、光整向素子３０
に通過させて指向性光線束に変換し、導光板４０の端面
４１で平行光線束に整形して導光板４０内に誘導し、裏
面４２に照明して順次に内部全反射させ、表面４６で屈
折させて指向性を与え、視域１３方向へ集束させること
により、画像表示面７０の背後から照明する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、液晶やエレクトロク
ロミックなどを利用した非発光性画像表示面を背後から
照明して観察するための導光装置に関する。
ロミックなどを利用した非発光性画像表示面を背後から
照明して観察するための導光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の導光照明装置においては、導光板
の裏面側に光散乱性物質を塗布し又は凹凸面形状に形成
し、並びに光反射性シートを貼付し、その表面側にプリ
ズムシートなどの光収束性機能シートを複数枚も重積し
て、光源の放射光線束を導光板へ誘導し裏面で反射さ
せ、表面側で収束して放出していた。
の裏面側に光散乱性物質を塗布し又は凹凸面形状に形成
し、並びに光反射性シートを貼付し、その表面側にプリ
ズムシートなどの光収束性機能シートを複数枚も重積し
て、光源の放射光線束を導光板へ誘導し裏面で反射さ
せ、表面側で収束して放出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の導光
板装置では、光源からの光線束を散乱させながら誘導し
て放出するので、画像表示面を有効に照明できず、視野
の輝度を向上させるには限度があった。
板装置では、光源からの光線束を散乱させながら誘導し
て放出するので、画像表示面を有効に照明できず、視野
の輝度を向上させるには限度があった。
【０００４】また従来の導光板装置では、構成している
光機能性シートが、塵埃の付着や摩擦による損傷が発生
し易くて品質は低下し、かつ購入資材として高価で構成
原価の大半を占めて採算性は極めて悪かった。
光機能性シートが、塵埃の付着や摩擦による損傷が発生
し易くて品質は低下し、かつ購入資材として高価で構成
原価の大半を占めて採算性は極めて悪かった。
【０００５】この発明の目的は、光機能性シートを節減
して、これらの難点を排除して生産性の向上を図ると共
に、光源からの放出光線束を多量に捕捉して視域に集束
させて表示画面を均等に明るく観視できるなど高品質を
獲得するもので、更に導光照明装置の全体を薄く構成し
て商品価値を向上するものである。
して、これらの難点を排除して生産性の向上を図ると共
に、光源からの放出光線束を多量に捕捉して視域に集束
させて表示画面を均等に明るく観視できるなど高品質を
獲得するもので、更に導光照明装置の全体を薄く構成し
て商品価値を向上するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の導光照明装置
は、光源、光整向要素、導光板並びに拡散板を順次に組
み上げて構成される。光源の放出光線束を光整向要素で
集約してほぼ平行に整え、導光板で反射して折り曲げ、
拡散板で光線束を均等化し、画面表示板を背後から照射
して通過させ、そして視域に集中させる。光源の放出光
線束が散乱性の配光特性であっても、光整向要素の屈折
作用で光線束の拡散角が縮小されて光度が増強され、光
整向要素の屈折作用並びに導光板の反射及び屈折作用
で、通過した光線束は全て損失なく視域へ収束される。
は、光源、光整向要素、導光板並びに拡散板を順次に組
み上げて構成される。光源の放出光線束を光整向要素で
集約してほぼ平行に整え、導光板で反射して折り曲げ、
拡散板で光線束を均等化し、画面表示板を背後から照射
して通過させ、そして視域に集中させる。光源の放出光
線束が散乱性の配光特性であっても、光整向要素の屈折
作用で光線束の拡散角が縮小されて光度が増強され、光
整向要素の屈折作用並びに導光板の反射及び屈折作用
で、通過した光線束は全て損失なく視域へ収束される。
【０００７】
【構成】この発明の導光照明装置１０の構成を図１に示
す。導光板４０を中心に、入射光軸１１と射出光軸１２
がほぼ直角に設定される。管状放電灯２１の三方が反射
傘２２で包囲された光源２０、及び光源２０の長手直角
（Ｙ軸）方向に稜線を有する多数の円柱レンズを敷設し
た板を重積した光整向要素３０が、入射光軸１１に沿っ
てそれらの長手（Ｘ軸）方向が一致する姿勢で配置され
る。射出光軸１２に沿って、散乱板６０、画像表示板７
０及び保護板８０が配置される。導光板４０から適切な
視距離ｓ′をおいて射出光軸１２の延長上に視域１３が
設定される。
す。導光板４０を中心に、入射光軸１１と射出光軸１２
がほぼ直角に設定される。管状放電灯２１の三方が反射
傘２２で包囲された光源２０、及び光源２０の長手直角
（Ｙ軸）方向に稜線を有する多数の円柱レンズを敷設し
た板を重積した光整向要素３０が、入射光軸１１に沿っ
てそれらの長手（Ｘ軸）方向が一致する姿勢で配置され
る。射出光軸１２に沿って、散乱板６０、画像表示板７
０及び保護板８０が配置される。導光板４０から適切な
視距離ｓ′をおいて射出光軸１２の延長上に視域１３が
設定される。
【０００８】光整向要素３０は、前置光学部材３１及び
３４と後置光学部材３７とから構成される。光整向要素
３０の前置光学部材３１及び３４は、発散光学素子と収
束光学素子とを分割又は合体して組合せ又は２種類の収
束光学素子を分割又は合体し組合され、アフォーカル光
学系又は準アフォーカル光学系で構成されている。図２
に、各種のアフォーカル光学系の形式を示す。
３４と後置光学部材３７とから構成される。光整向要素
３０の前置光学部材３１及び３４は、発散光学素子と収
束光学素子とを分割又は合体して組合せ又は２種類の収
束光学素子を分割又は合体し組合され、アフォーカル光
学系又は準アフォーカル光学系で構成されている。図２
に、各種のアフォーカル光学系の形式を示す。
【０００９】光整向要素３０の後置光学部材３７は、図
４に示すように、光源２０の長手の直角（Ｙ軸）方向に
稜線を有する鋸歯状溝面３７が、光軸１１に接近するに
従って漸減する傾斜角を有し、光収束性リニアフレネル
レンズを形成する。
４に示すように、光源２０の長手の直角（Ｙ軸）方向に
稜線を有する鋸歯状溝面３７が、光軸１１に接近するに
従って漸減する傾斜角を有し、光収束性リニアフレネル
レンズを形成する。
【００１０】図５において、導光板４０は、端面４１が
円柱面又は近似円柱面で形成される。裏面４２は、多条
のやや湾曲した階段状溝面４４で形成され、横（Ｘ軸）
方向に平行に穿削されたプリズム集積面であり、その傾
斜角αは照射光線１７方向に対して内部全反射の臨界角
以上に傾斜している。表面４５には、階段状溝面４３と
ほぼ同一ピッチで平行に鋸歯状断面の溝面４６が穿削さ
れ、その傾斜角βは周縁から中央付近に沿って漸減する
光収束型リニアフレネルレンズ面で形成されている。
円柱面又は近似円柱面で形成される。裏面４２は、多条
のやや湾曲した階段状溝面４４で形成され、横（Ｘ軸）
方向に平行に穿削されたプリズム集積面であり、その傾
斜角αは照射光線１７方向に対して内部全反射の臨界角
以上に傾斜している。表面４５には、階段状溝面４３と
ほぼ同一ピッチで平行に鋸歯状断面の溝面４６が穿削さ
れ、その傾斜角βは周縁から中央付近に沿って漸減する
光収束型リニアフレネルレンズ面で形成されている。
【００１１】導光板４０の裏面側４２は光散乱性又は指
向性反射板５０が重積される。
向性反射板５０が重積される。
【００１２】拡散板６０は、その表面に微細な凹凸が形
成され、又はその内部に屈折率の異なる物質が混入され
ている。
成され、又はその内部に屈折率の異なる物質が混入され
ている。
【００１３】
【機能】放電灯２１は、図３（ａ）に示すように横（Ｘ
軸）方向の拡散角ｕが広い散乱状態で、反射傘２２の開
口から光線束１４を放射し、光整向要素３０を照射す
る。
軸）方向の拡散角ｕが広い散乱状態で、反射傘２２の開
口から光線束１４を放射し、光整向要素３０を照射す
る。
【００１４】光整向要素３０の前置光学部材３１及び３
４は、アフォーカル光学系を構成する。図２（ａ）で
は、発散光学素子３１と収束光学素子３４とを分割して
構成した例を示す。図２（ｂ）は発散光学素子３１と収
束光学素子３４とを合体した形式、図２（ｃ）は収束光
学素子３１及び３４とを分割した形式、並びに図２
（ｄ）は収束光学素子３１及び３４とを合体した形式を
示す。いずれの形式も、隣接素子に光線が迷走しないよ
うに、光学素子３１及び３４の開口径を同一にするた
め、屈折表面を双曲線や楕円形その他の非球面又は非円
柱面形状で形成される。
４は、アフォーカル光学系を構成する。図２（ａ）で
は、発散光学素子３１と収束光学素子３４とを分割して
構成した例を示す。図２（ｂ）は発散光学素子３１と収
束光学素子３４とを合体した形式、図２（ｃ）は収束光
学素子３１及び３４とを分割した形式、並びに図２
（ｄ）は収束光学素子３１及び３４とを合体した形式を
示す。いずれの形式も、隣接素子に光線が迷走しないよ
うに、光学素子３１及び３４の開口径を同一にするた
め、屈折表面を双曲線や楕円形その他の非球面又は非円
柱面形状で形成される。
【００１５】アフォーカル光学系の角倍率γは、入射側
素子３１の短い焦点距離ｆ１と射出側素子３４の長い焦
点距離ｆ２との比であり、図３（ａ）の放電灯２１の配
光特性を図３（ｂ）に示すように透過光線束１５の横方
向の拡散角ｕ′に狭め、かつ放出方向をほぼ平行に整え
る作用をするものである。関係式を次に示す。 ｕ′＝ｕ・γ＝ｕ・ｆ１／ｆ２＜ｕ
素子３１の短い焦点距離ｆ１と射出側素子３４の長い焦
点距離ｆ２との比であり、図３（ａ）の放電灯２１の配
光特性を図３（ｂ）に示すように透過光線束１５の横方
向の拡散角ｕ′に狭め、かつ放出方向をほぼ平行に整え
る作用をするものである。関係式を次に示す。 ｕ′＝ｕ・γ＝ｕ・ｆ１／ｆ２＜ｕ
【００１６】光整向要素３０の後置光学部材３７は、平
行な入射光線１５を通過させながら横（Ｘ軸）方向から
光軸１１へ近接させ、導光板４０を通過させた後の光線
束１６を光軸１２上の視域１３へ収束させる機能があ
る。
行な入射光線１５を通過させながら横（Ｘ軸）方向から
光軸１１へ近接させ、導光板４０を通過させた後の光線
束１６を光軸１２上の視域１３へ収束させる機能があ
る。
【００１７】導光板４０の円柱面又は近似円柱面４１
は、図５に示すように入射光線束１６を縦（Ｙ軸）方向
にほぼ平行に整えて導光板４０内に誘導する。裏面４２
の溝面４３は、導入された光線束１７を順次に内部全反
射し、やや傾斜させながら表面４５へ折り曲げる。そし
て、表面４５の溝面４６は、反射光線束１８を屈折して
放出し、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２へ接近させ、視域
１３方向に偏向させる。
は、図５に示すように入射光線束１６を縦（Ｙ軸）方向
にほぼ平行に整えて導光板４０内に誘導する。裏面４２
の溝面４３は、導入された光線束１７を順次に内部全反
射し、やや傾斜させながら表面４５へ折り曲げる。そし
て、表面４５の溝面４６は、反射光線束１８を屈折して
放出し、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２へ接近させ、視域
１３方向に偏向させる。
【００１８】反射板５０は、導光板４０の裏面４２の溝
面４３及び４４から漏洩した光線束を反発して、導光板
４０の裏面４２から導光板４０の内部へ回帰させる。
面４３及び４４から漏洩した光線束を反発して、導光板
４０の裏面４２から導光板４０の内部へ回帰させる。
【００１９】保護板１２は、画像表示板７０の表面を外
部損傷から防護する。
部損傷から防護する。
【００２０】
【作用】光源２０からの放出光線束１４は、光整向要素
３０の前置光学部材３１及び３４を通過して横方向の拡
散角ｕがｕ′に収縮されながら、光整向要素３０の後置
光学部材３７を通過して横方向から光軸１１に接近しな
がら進行する。更に、導光板４０の近似円柱面４１で縦
方向へほぼ平行に収縮されて、導光板４０の内部を進入
する。
３０の前置光学部材３１及び３４を通過して横方向の拡
散角ｕがｕ′に収縮されながら、光整向要素３０の後置
光学部材３７を通過して横方向から光軸１１に接近しな
がら進行する。更に、導光板４０の近似円柱面４１で縦
方向へほぼ平行に収縮されて、導光板４０の内部を進入
する。
【００２１】その進入光線束１７は、裏面４２の階段状
溝面４３で順次に反射され、溝面４３の湾曲により、反
射光線束１８は縦（Ｙ軸）方向の拡散角ｖが角ｖ′に開
き、若干の傾斜を容認されながら表面４５に向かう。そ
して、この光線束１８が溝面４６で屈折された光線束１
９は、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２に接近しながら、拡
散板６０及び画面表示板７０を通過する。拡散板６０を
通過して、均等性が与えられる。
溝面４３で順次に反射され、溝面４３の湾曲により、反
射光線束１８は縦（Ｙ軸）方向の拡散角ｖが角ｖ′に開
き、若干の傾斜を容認されながら表面４５に向かう。そ
して、この光線束１８が溝面４６で屈折された光線束１
９は、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２に接近しながら、拡
散板６０及び画面表示板７０を通過する。拡散板６０を
通過して、均等性が与えられる。
【００２２】上述のように、光整向要素３０の前置部材
３１及び３４の光屈折機能により、光源２０からの放射
光線束１４は、図３（ａ）に示すような散乱性拡散角ｕ
の配光特性を有していても、この光整向要素３０の光学
素子３１及び３４を通過すると、図３（ｂ）に示すよう
に適切な拡散角ｕ′に縮小された光線束１５に変形され
る。
３１及び３４の光屈折機能により、光源２０からの放射
光線束１４は、図３（ａ）に示すような散乱性拡散角ｕ
の配光特性を有していても、この光整向要素３０の光学
素子３１及び３４を通過すると、図３（ｂ）に示すよう
に適切な拡散角ｕ′に縮小された光線束１５に変形され
る。
【００２３】この光線束１５は、光整向要素３０の後置
部材３７の光屈折機能により、光軸１１に横（Ｘ軸）方
向から接近する光線束１６となる。さらに、導光板４０
の表面４５の溝面４６で屈折して、光軸１２に縦（Ｙ
軸）方向から接近する光線束１９となり、視域１３に向
かって収縮する。
部材３７の光屈折機能により、光軸１１に横（Ｘ軸）方
向から接近する光線束１６となる。さらに、導光板４０
の表面４５の溝面４６で屈折して、光軸１２に縦（Ｙ
軸）方向から接近する光線束１９となり、視域１３に向
かって収縮する。
【００２４】視域１３の横（Ｘ軸）方向の広さｘ′は、
光線束の拡散角ｕ′及び導光板４０から視域１３までの
視距離ｓ′により、次式で規定される。 ｘ′＝ｕ′・ｓ′
光線束の拡散角ｕ′及び導光板４０から視域１３までの
視距離ｓ′により、次式で規定される。 ｘ′＝ｕ′・ｓ′
【００２５】導光板４０の入射端面４１の大きさｙが、
入射端面４１から反射溝４３までの光軸距離ｓに沿って
視域１３へ投影され、溝面４３の幅Ｗに対する面湾曲半
径Ｒにより光線束１８が角ｖ′に拡張されるので、視域
１３の縦（Ｙ軸）方向の広さｙ′は次式で設定される。
ここで、ｎは導光板４０の材料屈折率とする。 ｙ′＝ｖ′・ｓ′＝（ｙ／ｓ＋２Ｗ／Ｒ）・ｎ・ｓ′
入射端面４１から反射溝４３までの光軸距離ｓに沿って
視域１３へ投影され、溝面４３の幅Ｗに対する面湾曲半
径Ｒにより光線束１８が角ｖ′に拡張されるので、視域
１３の縦（Ｙ軸）方向の広さｙ′は次式で設定される。
ここで、ｎは導光板４０の材料屈折率とする。 ｙ′＝ｖ′・ｓ′＝（ｙ／ｓ＋２Ｗ／Ｒ）・ｎ・ｓ′
【００２６】光線束１７の裏面４２の溝面４３に対する
照度Ｅは、導光板４０内を進行するに従って減衰する。
裏面４５から放出される光線束１９の画像表示板８０へ
の照度Ｅ′は、裏面４２の単位当たりの溝４３の条数と
反射有効面積との積に比例する輝度Ｌに依存する。した
がって、照度Ｅ′を均等に分布させるため、次式を設定
する。 Ｅρ（ｄｚ／ｄｓ）＝Ｌ∽Ｅ′≡一定 （ρは溝面４
３の反射率とする） 裏面４２に溝面４３を等間隔に設定する場合は、裏面４
２の基準面から溝面４３までの深さｚを入射面４１から
の光軸距離ｓに応じて船底形に漸増させる。溝面４２を
一定の深さｚに設定した場合は、溝面４３間隔を粗から
密へと変化させて加工する。
照度Ｅは、導光板４０内を進行するに従って減衰する。
裏面４５から放出される光線束１９の画像表示板８０へ
の照度Ｅ′は、裏面４２の単位当たりの溝４３の条数と
反射有効面積との積に比例する輝度Ｌに依存する。した
がって、照度Ｅ′を均等に分布させるため、次式を設定
する。 Ｅρ（ｄｚ／ｄｓ）＝Ｌ∽Ｅ′≡一定 （ρは溝面４
３の反射率とする） 裏面４２に溝面４３を等間隔に設定する場合は、裏面４
２の基準面から溝面４３までの深さｚを入射面４１から
の光軸距離ｓに応じて船底形に漸増させる。溝面４２を
一定の深さｚに設定した場合は、溝面４３間隔を粗から
密へと変化させて加工する。
【００２７】
【実施例】図２（ａ）乃至（ｄ）に示すアフォーカル光
学系又はこれに準ずる光学系を採用した光整向要素３０
の前置部材３１及び３４の角倍率γは、０．１乃至０．
５が採択される。また、この光学系に代替えして、図２
（ｅ）に示すように、頂角が８０°〜１２０°の二等辺
プリズム面を多数敷設した素子も採択可能である。
学系又はこれに準ずる光学系を採用した光整向要素３０
の前置部材３１及び３４の角倍率γは、０．１乃至０．
５が採択される。また、この光学系に代替えして、図２
（ｅ）に示すように、頂角が８０°〜１２０°の二等辺
プリズム面を多数敷設した素子も採択可能である。
【００２８】光整向要素３０の後置部材３７において、
縦（Ｙ軸）方向に平行な稜線を有するリニアフレネルレ
ンズを、導光板４０と拡散板６０との間に移動すること
は許容される。或いは、この光整向要素３０の後置部材
３７及び導光板４０の表面４５の溝面４６を省略し、保
護板８０を同心円弧状に形成された光収束性フレネルレ
ンズに置換しても、同等の光学作用を呈する。
縦（Ｙ軸）方向に平行な稜線を有するリニアフレネルレ
ンズを、導光板４０と拡散板６０との間に移動すること
は許容される。或いは、この光整向要素３０の後置部材
３７及び導光板４０の表面４５の溝面４６を省略し、保
護板８０を同心円弧状に形成された光収束性フレネルレ
ンズに置換しても、同等の光学作用を呈する。
【００２９】後置部材３７を円柱面４１に合体させた素
子や、後置部材３７相当のリニアフレネルレンズを円柱
面４１に重類した形態は、単なる設計変更である。
子や、後置部材３７相当のリニアフレネルレンズを円柱
面４１に重類した形態は、単なる設計変更である。
【００３０】或いは、前置部材３４の各素子の光軸間隔
を部材３１の各素子の光軸間隔より狭め、各素子が共通
する各光軸がそれぞれ光軸１１に収斂するように設定す
ると、前置部材３１及び３４だけで後置部材３７の収束
作用を兼任するので、後置部材３７を省略することがで
きる。
を部材３１の各素子の光軸間隔より狭め、各素子が共通
する各光軸がそれぞれ光軸１１に収斂するように設定す
ると、前置部材３１及び３４だけで後置部材３７の収束
作用を兼任するので、後置部材３７を省略することがで
きる。
【００３１】導光板４０の裏面４２の階段状溝面４４の
仰角αは、４２°乃至６６°に、好ましくは４５°乃至
５３°に設定される。導光板４０表面４５の溝面４６
は、導光板４０の裏面４２の階段状溝面４３に平行にか
つ同一のピッチで敷設される。この構成により、導光板
４０を通過した光線束１９を視域８０に収束することが
できると共に、溝面４４と溝面４７と相互作用による光
学的干渉縞を発生させない。
仰角αは、４２°乃至６６°に、好ましくは４５°乃至
５３°に設定される。導光板４０表面４５の溝面４６
は、導光板４０の裏面４２の階段状溝面４３に平行にか
つ同一のピッチで敷設される。この構成により、導光板
４０を通過した光線束１９を視域８０に収束することが
できると共に、溝面４４と溝面４７と相互作用による光
学的干渉縞を発生させない。
【００３２】対角線長３０ｃｍ以上の広い画像表示板７
０の光軸上に視域１３を設定するには、表面４５の溝面
４６は必要である。さもないと、裏面４２の溝面４３の
傾斜角が内部全反射臨界角以下に設定してしまい、裏面
４２から光線束が漏洩する。
０の光軸上に視域１３を設定するには、表面４５の溝面
４６は必要である。さもないと、裏面４２の溝面４３の
傾斜角が内部全反射臨界角以下に設定してしまい、裏面
４２から光線束が漏洩する。
【００３３】しかし、対角線長１０乃至２８ｃｍの大き
さの画面表示板７０では、導光板４０の裏面４２の溝面
４３の傾斜を順次に漸増させるだけで、画像面７０のほ
ぼ中心線上に視域１３を設定できる。図６に示すよう
に、表面４５の溝面４６を省略してよい。このとき、縦
（Ｙ軸）方向から光線束１９を視域１３に収束させるに
は、光整向要素３０の後置部材３７が作用する。
さの画面表示板７０では、導光板４０の裏面４２の溝面
４３の傾斜を順次に漸増させるだけで、画像面７０のほ
ぼ中心線上に視域１３を設定できる。図６に示すよう
に、表面４５の溝面４６を省略してよい。このとき、縦
（Ｙ軸）方向から光線束１９を視域１３に収束させるに
は、光整向要素３０の後置部材３７が作用する。
【００３４】更にまた、図７に示すように、導光板４０
の裏面４２の溝面４３を同心円弧状に湾曲させると、光
線束１９を縦（Ｙ軸）方向から視域１３に収束させる機
能が生じるので、光整向要素３０の後置部材３７をも省
略できる。このとき、曲率半径Ｒに湾曲した溝面４３
は、三次元円錐曲面の一部を形成し、屈折率ｎの導光板
４０の入射面４１から溝面４３までの光軸距離ｓと溝面
４３から視域１３までの視距離ｓ′との間に、次式の共
役関係がある。 ２ｎ／Ｒ＝ｎ／ｓ＋１／ｓ′
の裏面４２の溝面４３を同心円弧状に湾曲させると、光
線束１９を縦（Ｙ軸）方向から視域１３に収束させる機
能が生じるので、光整向要素３０の後置部材３７をも省
略できる。このとき、曲率半径Ｒに湾曲した溝面４３
は、三次元円錐曲面の一部を形成し、屈折率ｎの導光板
４０の入射面４１から溝面４３までの光軸距離ｓと溝面
４３から視域１３までの視距離ｓ′との間に、次式の共
役関係がある。 ２ｎ／Ｒ＝ｎ／ｓ＋１／ｓ′
【００３５】対角線長８ｃｍ以下の狭い画像表示板７０
では、光線束１９を視域１３に故意に収束しなくても、
視域１３は必然的に狭い。したがって、光整向要素３０
の後置部材３７は必須要素ではなく、そして導光板４０
表面４５の溝面４６傾斜角βを一定に形成しておいて
も、視認性に支障はきたさない。
では、光線束１９を視域１３に故意に収束しなくても、
視域１３は必然的に狭い。したがって、光整向要素３０
の後置部材３７は必須要素ではなく、そして導光板４０
表面４５の溝面４６傾斜角βを一定に形成しておいて
も、視認性に支障はきたさない。
【００３６】
【発明の効果】この発明は、以上に説明したように構成
されているので、以下に記載するような効果を奏する。
されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３７】光整向要素３０による光屈折作用で、光源
２０から放射される光線束１４を広範囲角度から捕捉
し、導光板４０の近似円柱面４１によりほぼ平行に整え
るので、導光板３０内で光線束１７を有効に誘導し、画
像表示板７０を明るく照明する。
２０から放射される光線束１４を広範囲角度から捕捉
し、導光板４０の近似円柱面４１によりほぼ平行に整え
るので、導光板３０内で光線束１７を有効に誘導し、画
像表示板７０を明るく照明する。
【００３８】導光板４０の溝面４３の仰角αは、光線１
７の進行方向に対して素材の内部全反射の臨界角以上に
設定されるので、全ての光線束を漏洩せずに確実に反射
する。導光板４０の裏面４２側に重積する反射板５０
は、必須の要素ではない。
７の進行方向に対して素材の内部全反射の臨界角以上に
設定されるので、全ての光線束を漏洩せずに確実に反射
する。導光板４０の裏面４２側に重積する反射板５０
は、必須の要素ではない。
【００３９】導光板４０の溝面４４及び４６は、導光板
４０内に誘導された光線束１７を均等に反射して偏向す
るので、画像表示板８０の視野を均等に照明する。
４０内に誘導された光線束１７を均等に反射して偏向す
るので、画像表示板８０の視野を均等に照明する。
【００４０】光整向要素３０の後置素子３７及び導光板
４０表面４５の溝面４６は、光線東１５乃至１８を任意
の方向へ折り曲げ、視域１３に収束させる。この視域１
３を、画像表示面７０の大きさに応じて、画像表示板７
０を観察するための適切な場所に、必要十分な大きさに
構築できる。また、この視域１３から画像表示板７０を
眺望したとき、極めて明るい視野が得られる。在来使用
していた高価で取扱い困難な特殊光学機能シートを配置
する必要がない。
４０表面４５の溝面４６は、光線東１５乃至１８を任意
の方向へ折り曲げ、視域１３に収束させる。この視域１
３を、画像表示面７０の大きさに応じて、画像表示板７
０を観察するための適切な場所に、必要十分な大きさに
構築できる。また、この視域１３から画像表示板７０を
眺望したとき、極めて明るい視野が得られる。在来使用
していた高価で取扱い困難な特殊光学機能シートを配置
する必要がない。
【００４１】そして、合成樹脂材料を用いて単純に成形
加工でき、構造が簡潔になり、装置全体を薄型に設計で
きる。
加工でき、構造が簡潔になり、装置全体を薄型に設計で
きる。
【図１】 この発明の導光照明装置の構成を示す光学素
子の配置斜視図である。
子の配置斜視図である。
【図２】 光整向要素前置素子群の部分横断面及び光線
束挙動を示す図である。
束挙動を示す図である。
【図３】 光源からの放出光線束の横方向配光曲線図及
び光整向要素からの射出光線束の横方向配光曲線図であ
る。
び光整向要素からの射出光線束の横方向配光曲線図であ
る。
【図４】 光整向要素の後置素子群の部分横断面図であ
る。
る。
【図５】 導光板の縦断面における進行光線束と視域と
の関係図である。
の関係図である。
【図６】 別の実施例を示す導光板の縦断面図である。
【図７】 別の実施例を示す導光板の裏面平面図であ
る。
る。
１０ 導光装置 ２０ 光源 ３０ 光整向要素 ４０ 導光板 ５０ 反射板 ６０ 拡散板 ７０ 画像表示板 ８０ 保護板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年７月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】 図５において、導光板４０は、端面４１
が平面、円柱面又は近似円柱面で形成される。裏面４２
は、複数の凸形又は凹形のＵ字状又はＶ字状溝面４４で
形成され、横（Ｘ軸）方向に平行に穿削されたプリズム
集積面であり、その溝面の傾斜角αは照射光線１７方向
に対して内部全反射の臨界角以上に傾斜している。表面
４５には、溝面４３に平行に鋸歯状断面の溝面４６が穿
削され、その傾斜角βは周縁から中央付近に沿って漸減
する光収束型リニアフレネルレンズ面で形成されてい
る。
が平面、円柱面又は近似円柱面で形成される。裏面４２
は、複数の凸形又は凹形のＵ字状又はＶ字状溝面４４で
形成され、横（Ｘ軸）方向に平行に穿削されたプリズム
集積面であり、その溝面の傾斜角αは照射光線１７方向
に対して内部全反射の臨界角以上に傾斜している。表面
４５には、溝面４３に平行に鋸歯状断面の溝面４６が穿
削され、その傾斜角βは周縁から中央付近に沿って漸減
する光収束型リニアフレネルレンズ面で形成されてい
る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】 その進入光線束１７は、裏面４２の傾斜
した溝面４３で順次に反射され、溝面４３の湾曲によ
り、反射光線束１８は縦（Ｙ軸）方向の拡散角ｖが角
ｖ′に開き、若干の傾斜を容認されながら表面４５に向
かう。そして、この光線束１８が溝面４６で屈折された
光線束１９は、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２に接近しな
がら、拡散板６０及び画面表示板７０を通過する。拡散
板６０を通過して、均等性が与えられる。
した溝面４３で順次に反射され、溝面４３の湾曲によ
り、反射光線束１８は縦（Ｙ軸）方向の拡散角ｖが角
ｖ′に開き、若干の傾斜を容認されながら表面４５に向
かう。そして、この光線束１８が溝面４６で屈折された
光線束１９は、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２に接近しな
がら、拡散板６０及び画面表示板７０を通過する。拡散
板６０を通過して、均等性が与えられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】 導光板４０の入射端面４１の大きさｙ
が、入射端面４１から反射溝４３までの光軸距離ｓに沿
って視域１３へ投影され、溝面４３の幅Ｗに対する面湾
曲半径ｒにより光線束１８が角ｖ′に拡張されるので、
視域１３の縦（Ｙ軸）方向の広さｙ′は次式で設定され
る。ここで、ｎは導光板４０の材料屈折率とする。 ｙ′＝ｖ′・ｓ′＝（ｙ／ｓ＋２Ｗ／ｒ）・ｎ・ｓ′
が、入射端面４１から反射溝４３までの光軸距離ｓに沿
って視域１３へ投影され、溝面４３の幅Ｗに対する面湾
曲半径ｒにより光線束１８が角ｖ′に拡張されるので、
視域１３の縦（Ｙ軸）方向の広さｙ′は次式で設定され
る。ここで、ｎは導光板４０の材料屈折率とする。 ｙ′＝ｖ′・ｓ′＝（ｙ／ｓ＋２Ｗ／ｒ）・ｎ・ｓ′
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】 光線束１７の裏面４２の溝面４３に対す
る照度Ｅは、導光板４０内を進行するに従って減衰す
る。表面４５から放出される光線束１９の画像表示板８
０への照度Ｅ′は、裏面４２の単位面積当たりの溝４３
の条数と反射有効面積との積にほぼ比例する輝度Ｌに依
存する。したがって、照度Ｅ′を均等に分布させるた
め、次式を基本とする。 Ｅρ（ｄｚ／ｄｓ）＝Ｌ∽Ｅ′≡一定 （ρは溝面４
３の反射率とする） 裏面４２に溝面４３を等間隔に設定する場合は、裏面４
２の基準面から溝面４３までの深さｚを入射面４１から
の光軸距離ｓに応じて船底形に漸増させる。溝面４２を
一定の深さｚに設定した場合は、溝面４３間隔を粗から
密へと変化させて加工する。
る照度Ｅは、導光板４０内を進行するに従って減衰す
る。表面４５から放出される光線束１９の画像表示板８
０への照度Ｅ′は、裏面４２の単位面積当たりの溝４３
の条数と反射有効面積との積にほぼ比例する輝度Ｌに依
存する。したがって、照度Ｅ′を均等に分布させるた
め、次式を基本とする。 Ｅρ（ｄｚ／ｄｓ）＝Ｌ∽Ｅ′≡一定 （ρは溝面４
３の反射率とする） 裏面４２に溝面４３を等間隔に設定する場合は、裏面４
２の基準面から溝面４３までの深さｚを入射面４１から
の光軸距離ｓに応じて船底形に漸増させる。溝面４２を
一定の深さｚに設定した場合は、溝面４３間隔を粗から
密へと変化させて加工する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】 導光板４０の裏面４２の傾斜した溝面４
４の仰角αは、４２°乃至６６°に、好ましくは４５°
乃至５３°に設定される。導光板４０表面４５の溝面４
６は、導光板４０の裏面４２の傾斜した溝面４３に平行
に敷設される。この構成により、導光板４０を通過した
光線束１９を視域８０に収束することができると共に、
溝面４４と溝面４７との相互作用による光学的干渉縞を
発生させない。 ─────────────────────────────────────────────────────
４の仰角αは、４２°乃至６６°に、好ましくは４５°
乃至５３°に設定される。導光板４０表面４５の溝面４
６は、導光板４０の裏面４２の傾斜した溝面４３に平行
に敷設される。この構成により、導光板４０を通過した
光線束１９を視域８０に収束することができると共に、
溝面４４と溝面４７との相互作用による光学的干渉縞を
発生させない。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年１０月２４日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 導光照明装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、液晶やエレクトロク
ロミックなどを利用した非発光性画像表示面を背後から
照明して観察するための導光装置に関する。
ロミックなどを利用した非発光性画像表示面を背後から
照明して観察するための導光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の導光照明装置においては、導光板
の裏面側に光散乱性物質を塗布し又は凹凸面形状に形成
し、並びに光反射性シートを貼付し、その表面側にプリ
ズムシートなどの光収束性機能シートを複数枚も重積し
て、光源の放射光線束を導光板へ誘導し裏面で反射さ
せ、表面側で収束して放出していた。
の裏面側に光散乱性物質を塗布し又は凹凸面形状に形成
し、並びに光反射性シートを貼付し、その表面側にプリ
ズムシートなどの光収束性機能シートを複数枚も重積し
て、光源の放射光線束を導光板へ誘導し裏面で反射さ
せ、表面側で収束して放出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の導光
板装置では、光源からの光線束を散乱させながら誘導し
て放出するので、画像表示面を有効に照明できず、視野
の輝度を向上させるには限度があった。
板装置では、光源からの光線束を散乱させながら誘導し
て放出するので、画像表示面を有効に照明できず、視野
の輝度を向上させるには限度があった。
【０００４】また従来の導光板装置では、構成している
光機能性シートが、塵埃の付着や摩擦による損傷が発生
し易くて品質は低下し、かつ購入資材として高価で構成
原価の大半を占めて採算性は極めて悪かった。
光機能性シートが、塵埃の付着や摩擦による損傷が発生
し易くて品質は低下し、かつ購入資材として高価で構成
原価の大半を占めて採算性は極めて悪かった。
【０００５】この発明の目的は、光機能性シートを節減
して、これらの難点を排除して生産性の向上を図ると共
に、光源からの放出光線束を多量に捕捉して視域に集束
させて表示画面を均等に明るく観視できるなど高品質を
獲得するもので、更に導光照明装置の全体を薄く構成し
て商品価値を向上するものである。
して、これらの難点を排除して生産性の向上を図ると共
に、光源からの放出光線束を多量に捕捉して視域に集束
させて表示画面を均等に明るく観視できるなど高品質を
獲得するもので、更に導光照明装置の全体を薄く構成し
て商品価値を向上するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の導光照明装置
は、光源、光整向要素、導光板並びに拡散板を順次に組
み上げて構成される。光源の放出光線束を光整向要素で
集約してほぼ平行に整え、導光板で折り曲げ、拡散板で
光線束を均等化し、画面表示板を背後から照射して通過
させ、そして視域に集中させる。光源の放出光線束が散
乱性の配光特性であっても、光整向要素の屈折作用で光
線束の拡散角が縮小されて光度が増強され、光整向要素
の屈折作用並びに導光板の反射及び屈折作用で、通過し
た光線束は全て損失なく視域へ収束される。
は、光源、光整向要素、導光板並びに拡散板を順次に組
み上げて構成される。光源の放出光線束を光整向要素で
集約してほぼ平行に整え、導光板で折り曲げ、拡散板で
光線束を均等化し、画面表示板を背後から照射して通過
させ、そして視域に集中させる。光源の放出光線束が散
乱性の配光特性であっても、光整向要素の屈折作用で光
線束の拡散角が縮小されて光度が増強され、光整向要素
の屈折作用並びに導光板の反射及び屈折作用で、通過し
た光線束は全て損失なく視域へ収束される。
【０００７】
【構成】光線を反射して偏向させる導光照明装置１０に
この発明を施した構成を、図１に示す。導光板４０を中
心に、入射光軸１１と射出光軸１２がほぼ直角に設定さ
れる。管状放電灯２１の三方が反射傘２２で包囲された
光源２０、及び光源２０の長手直角（Ｙ軸）方向に稜線
を有する多数の円柱レンズを敷設した板を重積した光整
向要素３０が、入射光軸１１に沿ってそれらの長手（Ｘ
軸）方向が一致する姿勢で配置される。射出光軸１２に
沿って、散乱板６０、画像表示板７０及び保護板８０が
配置される。導光板４０から適切な視距離ｓ′をおいて
射出光軸１２の延長上に視域１３が設定される。
この発明を施した構成を、図１に示す。導光板４０を中
心に、入射光軸１１と射出光軸１２がほぼ直角に設定さ
れる。管状放電灯２１の三方が反射傘２２で包囲された
光源２０、及び光源２０の長手直角（Ｙ軸）方向に稜線
を有する多数の円柱レンズを敷設した板を重積した光整
向要素３０が、入射光軸１１に沿ってそれらの長手（Ｘ
軸）方向が一致する姿勢で配置される。射出光軸１２に
沿って、散乱板６０、画像表示板７０及び保護板８０が
配置される。導光板４０から適切な視距離ｓ′をおいて
射出光軸１２の延長上に視域１３が設定される。
【０００８】光整向要素３０は、前置光学部材３１及び
３４と後置光学部材３７とから構成される。光整向要素
３０の前置光学部材３１及び３４は、発散光学素子と収
束光学素子とを分割又は合体して組合せ又は２種類の収
束光学素子を分割又は合体し組合され、アフォーカル光
学系又は準アフォーカル光学系で構成されている。図２
に、各種のアフォーカル光学系の形式を示す。
３４と後置光学部材３７とから構成される。光整向要素
３０の前置光学部材３１及び３４は、発散光学素子と収
束光学素子とを分割又は合体して組合せ又は２種類の収
束光学素子を分割又は合体し組合され、アフォーカル光
学系又は準アフォーカル光学系で構成されている。図２
に、各種のアフォーカル光学系の形式を示す。
【０００９】光整向要素３０の後置光学部材３７は、図
４に示すように、光源２０の長手の直角（Ｙ軸）方向に
稜線を有する鋸歯状溝面３７が、光軸１１に接近するに
従って漸減する傾斜角を有し、光収束性リニアフレネル
レンズを形成する。
４に示すように、光源２０の長手の直角（Ｙ軸）方向に
稜線を有する鋸歯状溝面３７が、光軸１１に接近するに
従って漸減する傾斜角を有し、光収束性リニアフレネル
レンズを形成する。
【００１０】図５において、導光板４０は、端面４１が
平面、円柱面又は近似円柱面で形成される。裏面４２
は、複数の凸形又は凹形のＵ字状又はＶ字状溝面４４で
形成され、横（Ｘ軸）方向に平行に穿削されたプリズム
集積面であり、その溝面の傾斜角αは照射光線１７方向
に対して内部全反射の臨界角以上に傾斜している。表面
４５には、溝面４３に平行に鋸歯状断面の溝面４６が穿
削され、その傾斜角βは周縁から中央付近に沿って漸減
する光収束型リニアフレネルレンズ面で形成されてい
る。
平面、円柱面又は近似円柱面で形成される。裏面４２
は、複数の凸形又は凹形のＵ字状又はＶ字状溝面４４で
形成され、横（Ｘ軸）方向に平行に穿削されたプリズム
集積面であり、その溝面の傾斜角αは照射光線１７方向
に対して内部全反射の臨界角以上に傾斜している。表面
４５には、溝面４３に平行に鋸歯状断面の溝面４６が穿
削され、その傾斜角βは周縁から中央付近に沿って漸減
する光収束型リニアフレネルレンズ面で形成されてい
る。
【００１１】導光板４０の裏面側４２は光散乱性又は指
向性反射板５０が重積される。
向性反射板５０が重積される。
【００１２】拡散板６０は、その表面に微細な凹凸が形
成され、又はその内部に屈折率の異なる物質が混入され
ている。
成され、又はその内部に屈折率の異なる物質が混入され
ている。
【００１３】
【機能】放電灯２１は、図３（ａ）に示すように横（Ｘ
軸）方向の拡散角ｕが広い散乱状態で、反射傘２２の開
口から光線束１４を放射し、光整向要素３０を照射す
る。
軸）方向の拡散角ｕが広い散乱状態で、反射傘２２の開
口から光線束１４を放射し、光整向要素３０を照射す
る。
【００１４】光整向要素３０の前置光学部材３１及び３
４は、アフォーカル光学系を構成する。図２（ａ）で
は、発散光学素子３１と収束光学素子３４とを分割して
構成した例を示す。図２（ｂ）は発散光学素子３１と収
束光学素子３４とを合体した形式、図２（ｃ）は収束光
学素子３１及び３４とを分割した形式、並びに図２
（ｄ）は収束光学素子３１及び３４とを合体した形式を
示す。いずれの形式も、隣接素子に光線が迷走しないよ
うに、光学素子３１及び３４の開口径を同一にするた
め、屈折表面を双曲線や楕円形その他の非球面又は非円
柱面形状で形成される。
４は、アフォーカル光学系を構成する。図２（ａ）で
は、発散光学素子３１と収束光学素子３４とを分割して
構成した例を示す。図２（ｂ）は発散光学素子３１と収
束光学素子３４とを合体した形式、図２（ｃ）は収束光
学素子３１及び３４とを分割した形式、並びに図２
（ｄ）は収束光学素子３１及び３４とを合体した形式を
示す。いずれの形式も、隣接素子に光線が迷走しないよ
うに、光学素子３１及び３４の開口径を同一にするた
め、屈折表面を双曲線や楕円形その他の非球面又は非円
柱面形状で形成される。
【００１５】アフォーカル光学系の角倍率γは、入射側
素子３１の短い焦点距離ｆ１と射出側素子３４の長い焦
点距離ｆ２との比であり、図３（ａ）の放電灯２１の配
光特性を図３（ｂ）に示すように透過光線束１５の横方
向の拡散角ｕ′に狭め、かつ放出方向をほぼ平行に整え
る作用をするものである。関係式を次に示す。 ｕ′＝ｕ・γ＝ｕ・ｆ１／ｆ２＜ｕ
素子３１の短い焦点距離ｆ１と射出側素子３４の長い焦
点距離ｆ２との比であり、図３（ａ）の放電灯２１の配
光特性を図３（ｂ）に示すように透過光線束１５の横方
向の拡散角ｕ′に狭め、かつ放出方向をほぼ平行に整え
る作用をするものである。関係式を次に示す。 ｕ′＝ｕ・γ＝ｕ・ｆ１／ｆ２＜ｕ
【００１６】光整向要素３０の後置光学部材３７は、平
行な入射光線１５を通過させながら横（Ｘ軸）方向から
光軸１１へ近接させ、導光板４０を通過させた後の光線
束１６を光軸１２上の視域１３へ収束させる機能があ
る。
行な入射光線１５を通過させながら横（Ｘ軸）方向から
光軸１１へ近接させ、導光板４０を通過させた後の光線
束１６を光軸１２上の視域１３へ収束させる機能があ
る。
【００１７】導光板４０の円柱面又は近似円柱面４１
は、図５に示すように入射光線束１６を縦（Ｙ軸）方向
にほぼ平行に整えて導光板４０内に誘導する。裏面４２
の溝面４３は、導入された光線束１７を順次に内部全反
射し、やや傾斜させながら表面４５へ折り曲げる。そし
て、表面４５の溝面４６は、反射光線束１８を屈折して
放出し、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２へ接近させ、視域
１３方向に偏向させる。
は、図５に示すように入射光線束１６を縦（Ｙ軸）方向
にほぼ平行に整えて導光板４０内に誘導する。裏面４２
の溝面４３は、導入された光線束１７を順次に内部全反
射し、やや傾斜させながら表面４５へ折り曲げる。そし
て、表面４５の溝面４６は、反射光線束１８を屈折して
放出し、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２へ接近させ、視域
１３方向に偏向させる。
【００１８】反射板５０は、導光板４０の裏面４２の溝
面４３及び４４から漏洩した光線束を反発して、導光板
４０の裏面４２から導光板４０の内部へ回帰させる。
面４３及び４４から漏洩した光線束を反発して、導光板
４０の裏面４２から導光板４０の内部へ回帰させる。
【００１９】保護板１２は、画像表示板７０の表面を外
部損傷から防護する。
部損傷から防護する。
【００２０】
【作用】光源２０からの放出光線束１４は、光整向要素
３０の前置光学部材３１及び３４を通過して横方向の拡
散角ｕがｕ′に収縮されながら、光整向要素３０の後置
光学部材３７を通過して横方向から光軸１１に接近しな
がら進行する。更に、導光板４０の近似円柱面４１で縦
方向へほぼ平行に収縮されて、導光板４０の内部を進入
する。
３０の前置光学部材３１及び３４を通過して横方向の拡
散角ｕがｕ′に収縮されながら、光整向要素３０の後置
光学部材３７を通過して横方向から光軸１１に接近しな
がら進行する。更に、導光板４０の近似円柱面４１で縦
方向へほぼ平行に収縮されて、導光板４０の内部を進入
する。
【００２１】その進入光線束１７は、裏面４２の傾斜し
た溝面４３で順次に反射され、溝面４３の湾曲により、
反射光線束１８は縦（Ｙ軸）方向の拡散角ｖが角ｖ′に
開き、若干の傾斜を容認されながら表面４５に向かう。
そして、この光線束１８が溝面４６で屈折された光線束
１９は、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２に接近しながら、
拡散板６０及び画面表示板７０を通過する。拡散板６０
を通過して、均等性が与えられる。
た溝面４３で順次に反射され、溝面４３の湾曲により、
反射光線束１８は縦（Ｙ軸）方向の拡散角ｖが角ｖ′に
開き、若干の傾斜を容認されながら表面４５に向かう。
そして、この光線束１８が溝面４６で屈折された光線束
１９は、縦（Ｙ軸）方向から光軸１２に接近しながら、
拡散板６０及び画面表示板７０を通過する。拡散板６０
を通過して、均等性が与えられる。
【００２２】上述のように、光整向要素３０の前置部材
３１及び３４の光屈折機能により、光源２０からの放射
光線束１４は、図３（ａ）に示すような散乱性拡散角ｕ
の配光特性を有していても、この光整向要素３０の光学
素子３１及び３４を通過すると、図３（ｂ）に示すよう
に適切な拡散角ｕ′に縮小された光線束１５に変形され
る。
３１及び３４の光屈折機能により、光源２０からの放射
光線束１４は、図３（ａ）に示すような散乱性拡散角ｕ
の配光特性を有していても、この光整向要素３０の光学
素子３１及び３４を通過すると、図３（ｂ）に示すよう
に適切な拡散角ｕ′に縮小された光線束１５に変形され
る。
【００２３】この光線束１５は、光整向要素３０の後置
部材３７の光屈折機能により、光軸１１に横（Ｘ軸）方
向から接近する光線束１６となる。さらに、導光板４０
の表面４５の溝面４６で屈折して、光軸１２に縦（Ｙ
軸）方向から接近する光線束１９となり、視域１３に向
かって収縮する。
部材３７の光屈折機能により、光軸１１に横（Ｘ軸）方
向から接近する光線束１６となる。さらに、導光板４０
の表面４５の溝面４６で屈折して、光軸１２に縦（Ｙ
軸）方向から接近する光線束１９となり、視域１３に向
かって収縮する。
【００２４】視域１３の横（Ｘ軸）方向の広さｘ′は、
光線束の拡散角ｕ′及び導光板４０から視域１３までの
視距離ｓ′により、次式で規定される。 ｘ′＝ｕ′・ｓ′
光線束の拡散角ｕ′及び導光板４０から視域１３までの
視距離ｓ′により、次式で規定される。 ｘ′＝ｕ′・ｓ′
【００２５】導光板４０の入射端面４１の大きさｙが、
入射端面４１から反射溝４３までの光軸距離ｓに沿って
視域１３へ投影され、溝面４３の幅Ｗに対する面湾曲半
径ｒにより光線束１８が角ｖ′に拡張されるので、視域
１３の縦（Ｙ軸）方向の広さｙ′は次式で設定される。
ここで、ｎは導光板４０の材料屈折率とする。 ｙ′＝ｖ′・ｓ′＝（ｙ／ｓ＋２Ｗ／ｒ）・ｎ−ｓ′
入射端面４１から反射溝４３までの光軸距離ｓに沿って
視域１３へ投影され、溝面４３の幅Ｗに対する面湾曲半
径ｒにより光線束１８が角ｖ′に拡張されるので、視域
１３の縦（Ｙ軸）方向の広さｙ′は次式で設定される。
ここで、ｎは導光板４０の材料屈折率とする。 ｙ′＝ｖ′・ｓ′＝（ｙ／ｓ＋２Ｗ／ｒ）・ｎ−ｓ′
【００２６】光線束１７の裏面４２の溝面４３に対する
照度Ｅは、導光板４０内を進行するに従って減衰する。
表面４５から放出される光線束１９の画像表示板８０へ
の照度Ｅ′は、裏面４２の単位面積当たりの溝４３の条
数と反射有効面積との積にほぼ比例する輝度Ｌに依存す
る。したがって、照度Ｅ′を均等に分布させるため、次
式を基本とする。 Ｅρ（ｄｚ／ｄｓ）＝Ｌ∽Ｅ′≡一定 （ρは溝面４
３の反射率とする） 裏面４２に溝面４３を等間隔に設定する場合は、裏面４
２の基準面から溝面４３までの深さｚを入射面４１から
の光軸距離ｓに応じて漸増させる。溝面４２を一定の深
さｚに設定した場合は、溝面４３間隔を粗から密へと変
化させて加工する。
照度Ｅは、導光板４０内を進行するに従って減衰する。
表面４５から放出される光線束１９の画像表示板８０へ
の照度Ｅ′は、裏面４２の単位面積当たりの溝４３の条
数と反射有効面積との積にほぼ比例する輝度Ｌに依存す
る。したがって、照度Ｅ′を均等に分布させるため、次
式を基本とする。 Ｅρ（ｄｚ／ｄｓ）＝Ｌ∽Ｅ′≡一定 （ρは溝面４
３の反射率とする） 裏面４２に溝面４３を等間隔に設定する場合は、裏面４
２の基準面から溝面４３までの深さｚを入射面４１から
の光軸距離ｓに応じて漸増させる。溝面４２を一定の深
さｚに設定した場合は、溝面４３間隔を粗から密へと変
化させて加工する。
【００２７】
【実施例】図２（ａ）乃至（ｄ）に示すアフォーカル光
学系又はこれに準ずる光学系を採用した光整向要素３０
の前置部材３１及び３４の角倍率γは、０．１乃至０．
５が採択される。また、この光学系に代替えして、図２
（ｅ）に示すように、頂角が８０°〜１２０°の二等辺
プリズム面を多数敷設した素子も採択可能である。
学系又はこれに準ずる光学系を採用した光整向要素３０
の前置部材３１及び３４の角倍率γは、０．１乃至０．
５が採択される。また、この光学系に代替えして、図２
（ｅ）に示すように、頂角が８０°〜１２０°の二等辺
プリズム面を多数敷設した素子も採択可能である。
【００２８】光整向要素３０の後置部材３７において、
縦（Ｙ軸）方向に平行な稜線を有するリニアフレネルレ
ンズを、導光板４０と拡散板６０との間に移動すること
は許容される。或いは、この光整向要素３０の後置部材
３７及び導光板４０の表面４５の溝面４６を省略し、保
護板８０を同心円弧状に形成された光収束性フレネルレ
ンズに置換しても、同等の光学作用を呈する。
縦（Ｙ軸）方向に平行な稜線を有するリニアフレネルレ
ンズを、導光板４０と拡散板６０との間に移動すること
は許容される。或いは、この光整向要素３０の後置部材
３７及び導光板４０の表面４５の溝面４６を省略し、保
護板８０を同心円弧状に形成された光収束性フレネルレ
ンズに置換しても、同等の光学作用を呈する。
【００２９】後置部材３７を円柱面４１に合体させた素
子や、後置部材３７相当のリニアフレネルレンズを円柱
面４１に重類した形態は、単なる設計変更である。
子や、後置部材３７相当のリニアフレネルレンズを円柱
面４１に重類した形態は、単なる設計変更である。
【００３０】或いは、前置部材３４の各素子の光軸間隔
を部材３１の各素子の光軸間隔より狭め、各素子が共通
する各光軸がそれぞれ光軸１１に収斂するように設定す
ると、前置部材３１及び３４だけで後置部材３７の収束
作用を兼任するので、後置部材３７を省略することがで
きる。
を部材３１の各素子の光軸間隔より狭め、各素子が共通
する各光軸がそれぞれ光軸１１に収斂するように設定す
ると、前置部材３１及び３４だけで後置部材３７の収束
作用を兼任するので、後置部材３７を省略することがで
きる。
【００３１】導光板４０の裏面４２の傾斜した溝面４４
の仰角αは、４２°乃至６６°に、好ましくは４５°乃
至５３°に設定される。導光板４０表面４５の溝面４６
は、導光板４０の裏面４２の傾斜した溝面４３に平行に
敷設される。この構成により、導光板４０を通過した光
線束１９を視域８０に収束することができると共に、溝
面４４と溝面４７との相互作用による光学的干渉縞を発
生させない。
の仰角αは、４２°乃至６６°に、好ましくは４５°乃
至５３°に設定される。導光板４０表面４５の溝面４６
は、導光板４０の裏面４２の傾斜した溝面４３に平行に
敷設される。この構成により、導光板４０を通過した光
線束１９を視域８０に収束することができると共に、溝
面４４と溝面４７との相互作用による光学的干渉縞を発
生させない。
【００３２】対角線長３０ｃｍ以上の広い画像表示板７
０の光軸上に視域１３を設定するには、表面４５の溝面
４６は必要である。さもないと、裏面４２の溝面４３の
傾斜角が内部全反射臨界角以下に設定してしまい、裏面
４２から光線束が漏洩する。
０の光軸上に視域１３を設定するには、表面４５の溝面
４６は必要である。さもないと、裏面４２の溝面４３の
傾斜角が内部全反射臨界角以下に設定してしまい、裏面
４２から光線束が漏洩する。
【００３３】しかし、対角線長１０乃至２８ｃｍの大き
さの画面表示板７０では、導光板４０の裏面４２の溝面
４３の傾斜を順次に漸増させるだけで、画像面７０のほ
ぼ中心線上に視域１３を設定できる。図６に示すよう
に、表面４５の溝面４６を省略してよい。このとき、縦
（Ｙ軸）方向から光線束１９を視域１３に収束させるに
は、光整向要素３０の後置部材３７が作用する。
さの画面表示板７０では、導光板４０の裏面４２の溝面
４３の傾斜を順次に漸増させるだけで、画像面７０のほ
ぼ中心線上に視域１３を設定できる。図６に示すよう
に、表面４５の溝面４６を省略してよい。このとき、縦
（Ｙ軸）方向から光線束１９を視域１３に収束させるに
は、光整向要素３０の後置部材３７が作用する。
【００３４】更にまた、図７に示すように、導光板４０
の裏面４２の溝面４３を同心円弧状に湾曲させると、光
線束１９を縦（Ｙ軸）方向から視域１３に収束させる機
能が生じるので、光整向要素３０の後置部材３７をも省
略できる。このとき、曲率半径Ｒに湾曲した溝面４３
は、三次元円錐曲面の一部を形成し、屈折率ｎの導光板
４０の入射面４１から溝面４３までの光軸距離ｓと溝面
４３から視域１３までの視距離ｓ′との間に、次式の共
役関係がある。 ２ｎ／Ｒ＝ｎ／ｓ＋１／ｓ′
の裏面４２の溝面４３を同心円弧状に湾曲させると、光
線束１９を縦（Ｙ軸）方向から視域１３に収束させる機
能が生じるので、光整向要素３０の後置部材３７をも省
略できる。このとき、曲率半径Ｒに湾曲した溝面４３
は、三次元円錐曲面の一部を形成し、屈折率ｎの導光板
４０の入射面４１から溝面４３までの光軸距離ｓと溝面
４３から視域１３までの視距離ｓ′との間に、次式の共
役関係がある。 ２ｎ／Ｒ＝ｎ／ｓ＋１／ｓ′
【００３５】対角線長８ｃｍ以下の狭い画像表示板７０
では、光線束１９を視域１３に故意に収束しなくても、
視域１３は必然的に狭い。したがって、光整向要素３０
の後置部材３７は必須要素ではなく、そして導光板４０
表面４５の溝面４６傾斜角βを一定に形成しておいて
も、視認性に支障はきたさない。
では、光線束１９を視域１３に故意に収束しなくても、
視域１３は必然的に狭い。したがって、光整向要素３０
の後置部材３７は必須要素ではなく、そして導光板４０
表面４５の溝面４６傾斜角βを一定に形成しておいて
も、視認性に支障はきたさない。
【００３６】導入光線束１７を表面から直接放出する導
光板１４０に、この発明を施した別の形態を、図８に示
す。すなわち図１の導光板４０及び拡散板６０を、表面
に鋸歯状溝を形成した導光板１４０及び裏面に多数のプ
リズムを形成した偏向板１６０に置換した構成である。
光板１４０に、この発明を施した別の形態を、図８に示
す。すなわち図１の導光板４０及び拡散板６０を、表面
に鋸歯状溝を形成した導光板１４０及び裏面に多数のプ
リズムを形成した偏向板１６０に置換した構成である。
【００３７】図８の要部を拡大図９に示す。導光板１４
０の導入光線束１７は、裏面１４２及び表面１４５で多
重反射を反復し、表面の鋸歯状溝面１４６から放出され
る。そして、偏向板１６０のプリズム面１６１で屈折
し、プリズム面１６２で全反射してほぼ直角に偏向さ
れ、画像表示板７０及び保護板８０を通過して視域１３
に向かう。
０の導入光線束１７は、裏面１４２及び表面１４５で多
重反射を反復し、表面の鋸歯状溝面１４６から放出され
る。そして、偏向板１６０のプリズム面１６１で屈折
し、プリズム面１６２で全反射してほぼ直角に偏向さ
れ、画像表示板７０及び保護板８０を通過して視域１３
に向かう。
【００３８】この場合、鋸歯状溝１４５を湾曲して形成
することは望ましく、放出光線束は溝面１４６で屈折し
て光軸に接近し、視域１３に収束する。
することは望ましく、放出光線束は溝面１４６で屈折し
て光軸に接近し、視域１３に収束する。
【００３９】なお、光反射性物質が付着された溝面１４
７の場合には、溝面１４６からの放出光線束１１８が溝
面１４７で反射して直接に視域１３へ向かうので、偏向
板１６０を省略できる。
７の場合には、溝面１４６からの放出光線束１１８が溝
面１４７で反射して直接に視域１３へ向かうので、偏向
板１６０を省略できる。
【００４０】また、光整向要素３０の垂直（Ｙ軸）方向
に多数のプリズム面を裏面１４２に形成した導光板１４
０の場合、裏面１４２への見掛けの照射角度が大きくな
り、導入光線束が裏面で確実に全反射する。裏面１４２
からの漏洩が無くなり、反射板５０を省略できる。
に多数のプリズム面を裏面１４２に形成した導光板１４
０の場合、裏面１４２への見掛けの照射角度が大きくな
り、導入光線束が裏面で確実に全反射する。裏面１４２
からの漏洩が無くなり、反射板５０を省略できる。
【００４１】
【発明の効果】この発明は、以上に説明したように構成
されているので、以下に記載するような効果を奏する。
されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００４２】 光整向要素３０による光屈折作用で、光源
２０から放射される光線束１４を広範囲角度から捕捉
し、導光板４０の近似円柱面４１によりほぼ平行に整え
るので、導光板３０内で光線束１７を有効に誘導し、画
像表示板７０を明るく照明する。
２０から放射される光線束１４を広範囲角度から捕捉
し、導光板４０の近似円柱面４１によりほぼ平行に整え
るので、導光板３０内で光線束１７を有効に誘導し、画
像表示板７０を明るく照明する。
【００４３】図１の導光板４０の場合は、 溝面４３の仰
角αが光線１７の進行方向に対して素材の内部全反射の
臨界角以上に設定されるので、全ての光線束を漏洩せず
に確実に反射する。
角αが光線１７の進行方向に対して素材の内部全反射の
臨界角以上に設定されるので、全ての光線束を漏洩せず
に確実に反射する。
【００４４】また、図８の導光板１４０の場合は、光線
束を裏面１４２から漏洩させずに反射させて誘導し、表
面１４５の溝面１４６から順次に均等に放出する。
束を裏面１４２から漏洩させずに反射させて誘導し、表
面１４５の溝面１４６から順次に均等に放出する。
【００４５】 光整向要素３０の後置素子３７及び導光板
４０表面４５の溝面４６は、光線束１５乃至１８を任意
の方向へ折り曲げ、視域１３に収束させる。この視域１
３を、画像表示面７０の大きさに応じて、画像表示板７
０を観察するための適切な場所に、必要十分な大きさに
構築できる。また、この視域１３から画像表示板７０を
眺望したとき、極めて明るい視野が得られる。在来使用
していた高価で塵埃が付着しやすく取扱い困難な特殊光
学機能シートを配置する必要がない。
４０表面４５の溝面４６は、光線束１５乃至１８を任意
の方向へ折り曲げ、視域１３に収束させる。この視域１
３を、画像表示面７０の大きさに応じて、画像表示板７
０を観察するための適切な場所に、必要十分な大きさに
構築できる。また、この視域１３から画像表示板７０を
眺望したとき、極めて明るい視野が得られる。在来使用
していた高価で塵埃が付着しやすく取扱い困難な特殊光
学機能シートを配置する必要がない。
【００４６】光整向要素３０を通過する光線束には指向
性があるので、制御回路１９０を用いて、画像表示板７
０の画素を駆動する信号に同期させながら、光源部２０
に設置した特殊な光源１２１を端部から順次に発光せし
める動作ができる。このとき、駆動されている画素だけ
が照明され、駆動されていない画素に相当する位置の発
光体は作動しないので、光源１２０での消費エネルギー
が節減できる。
性があるので、制御回路１９０を用いて、画像表示板７
０の画素を駆動する信号に同期させながら、光源部２０
に設置した特殊な光源１２１を端部から順次に発光せし
める動作ができる。このとき、駆動されている画素だけ
が照明され、駆動されていない画素に相当する位置の発
光体は作動しないので、光源１２０での消費エネルギー
が節減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の導光照明装置の構成を示す光学素
子の配置斜視図である。
子の配置斜視図である。
【図２】 光整向要素前置素子群の部分横断面及び光線
束挙動を示す図である。
束挙動を示す図である。
【図３】 光源からの放出光線束の横方向配光曲線図及
び光整向要素からの射出光線束の横方向配光曲線図であ
る。
び光整向要素からの射出光線束の横方向配光曲線図であ
る。
【図４】 光整向要素の後置素子群の部分横断面図であ
る。
る。
【図５】 導光板の縦断面における進行光線束と視域と
の関係図である。
の関係図である。
【図６】 別の実施例を示す導光板の縦断面図である。
【図７】 別の実施例を示す導光板の裏面平面図であ
る。
る。
【図８】
この発明を施した別の形態の導光照明装置の
構成を示す光学素子の配置斜視図である。
構成を示す光学素子の配置斜視図である。
【図９】
別の形態の導光照明装置の要部縦断面拡大図
である。
である。
【符号の説明】 １０ 導光装置 ２０ 光源 ３０ 光整向要素 ４０ 導光板 ５０ 反射板 ６０ 拡散板 ７０ 画像表示板 ８０ 保護板１４０ 導光板 １６０ 偏向板
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】追加
【補正内容】
【図８】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】追加
【補正内容】
【図９】
Claims (3)
- 【請求項１】管状光源灯の長手直角方向に稜線を有する
多数の円柱レンズ又はプリズムを敷設した整向板、及び
内部全反射の臨界角以上に傾斜した階段状溝面を形成し
た裏面並びに鋸歯状溝面を有する表面を形成した導光板
とで構成した導光照明装置。 - 【請求項２】管状光源灯の長手直角方向に稜線を有する
多数の円柱レンズ又はプリズムを敷設した整向板、及び
内部全反射の臨界角以上に傾斜した階段状溝面を湾曲さ
せて裏面に形成した導光板とで構成した導光照明装置。 - 【請求項３】光発散性レンズ又は光収束性レンズ及び光
収束性レンズでアフォーカル光学系又はこれに準ずる光
学系を構成した光整向性要素を、導光板の入射側又は射
出側に配置した構成を特徴とする導光照明装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10135862A JPH11224518A (ja) | 1997-12-01 | 1998-04-08 | 導光照明装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36471597 | 1997-12-01 | ||
| JP9-364715 | 1997-12-01 | ||
| JP10135862A JPH11224518A (ja) | 1997-12-01 | 1998-04-08 | 導光照明装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224518A true JPH11224518A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=26469604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10135862A Pending JPH11224518A (ja) | 1997-12-01 | 1998-04-08 | 導光照明装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11224518A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100480795B1 (ko) * | 2000-04-24 | 2005-04-06 | 레디언트 옵토-일렉트로닉스 코포레이션 | 정면 광원 또는 후면 광원을 사용하는 전반사 패턴의 광-안내 패널 |
| JP2006012800A (ja) * | 2004-05-28 | 2006-01-12 | Sun Tec Kk | バックライト用屈折集光板 |
| KR100539461B1 (ko) * | 2002-06-28 | 2006-01-16 | 주식회사 엘 앤 에프 | 프리즘 방식의 백라이트 장치 및 그 제조방법 |
| JP2006301586A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-11-02 | Eastman Kodak Co | 照明装置 |
| KR100807296B1 (ko) * | 2001-07-19 | 2008-02-28 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 액정 표시 장치용 백라이트 |
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