WO2022230370A1 - 光学システム、照明システム、表示システム及び移動体 - Google Patents

光学システム、照明システム、表示システム及び移動体 Download PDF

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WO2022230370A1
WO2022230370A1 PCT/JP2022/009908 JP2022009908W WO2022230370A1 WO 2022230370 A1 WO2022230370 A1 WO 2022230370A1 JP 2022009908 W JP2022009908 W JP 2022009908W WO 2022230370 A1 WO2022230370 A1 WO 2022230370A1
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WO
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light
incident
lens
optical system
guide member
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PCT/JP2022/009908
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和平 上水
和政 高田
勝 藤田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F21Y2115/15—Organic light-emitting diodes [OLED]
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility

Definitions

  • the present disclosure relates generally to optical systems, illumination systems, display systems, and mobile objects. More specifically, the present disclosure relates to an optical system, illumination system, display system, and moving body that controls light incident from an entrance surface and emits light from an exit surface.
  • Patent Document 1 discloses an image display device (display system) that projects a virtual image into a target space.
  • This image display device is an automotive HUD (Head-Up Display) device.
  • Projected light which is image light emitted from an automotive HUD device (optical system) in a dashboard, is reflected by the windshield and directed toward the driver, who is a viewer.
  • the user can visually recognize an image such as a navigation image as a virtual image, and visually recognize that the virtual image is superimposed on the background such as the road surface.
  • An optical system includes a light guide member, a prism, and a plurality of light control bodies.
  • the light guide member has an incident surface on which light is incident, and a first surface and a second surface facing each other.
  • the second surface of the light guide member is a light exit surface.
  • the prism is provided on the first surface and reflects light passing through the interior of the light guide member toward the second surface.
  • the plurality of light control bodies are positioned between the light source and the incident surface.
  • the plurality of light control bodies control light output from the light source and incident on the incident surface.
  • Each of the plurality of light control bodies has an incident lens.
  • Each of the plurality of light control bodies causes the light incident on the incident lens from the light source to be incident on the incident surface.
  • At least two light control bodies among the plurality of light control bodies have different optical axis directions of light incident on the incident surface.
  • FIG. 1A is a side sectional view showing an outline of an optical system according to an embodiment.
  • FIG. 1B is an enlarged schematic diagram of the region F1 in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view showing an outline of a light control body of the same optical system.
  • FIG. 3A is a plan sectional view for explaining the direction of the optical axis of light in the same optical system.
  • FIG. 3B is a side cross-sectional view for explaining the direction of the optical axis of light in the same optical system.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an outline of the optical system of the same.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a display system using the same optical system.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a moving body equipped with the same display system.
  • FIG. 7A is a plan view of the same optical system.
  • FIG. 7B is a front view of the same optical system.
  • FIG. 7C is a bottom view of the same optical system.
  • FIG. 7D is a side view of the same optical system.
  • FIG. 8A is a schematic diagram showing an enlarged area A1 in FIG. 7C.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line B1-B1 of FIG. 8A.
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing the luminance distribution of emitted light in the optical system of the comparative example.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing the luminance distribution of emitted light in the optical system of the embodiment.
  • FIG. 11 is a front view showing an outline of a light control body of the optical system; FIG.
  • FIG. 12 is a side cross-sectional view for explaining an optical path in the light control body of the optical system
  • FIG. 13 is a side sectional view for explaining an optical path in the light control body of the optical system
  • 14 is a front view showing an outline of a light control body according to Modification 1.
  • the present disclosure has been made in view of the above reasons, and aims to provide an optical system, lighting system, display system, and moving object that can reduce unevenness in the brightness of an image viewed by a user.
  • the optical system 100 (see FIG. 1A), illumination system 200, display system 300 (see FIG. 5), and moving body B1 (see FIG. 6) according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
  • Each drawing described in the following embodiments is a schematic drawing, and the ratio of the size and thickness of each component in the drawing does not necessarily reflect the actual dimensional ratio. .
  • the following embodiments may be combined as appropriate and implemented.
  • FIG. 1A An overview of an optical system 100 according to the present embodiment and an illumination system 200 using the optical system 100 will be described with reference to FIGS. 1A to 4.
  • FIG. 1A An overview of an optical system 100 according to the present embodiment and an illumination system 200 using the optical system 100 will be described with reference to FIGS. 1A to 4.
  • FIG. 1A An overview of an optical system 100 according to the present embodiment and an illumination system 200 using the optical system 100 will be described with reference to FIGS. 1A to 4.
  • the optical system 100 (see FIGS. 1A and 1B) according to the present embodiment has a function of controlling light incident from the incident surface 10 and emitting it from the exit surface (second surface 12).
  • the optical system 100 includes a light guide member 1, a plurality of light control bodies 2, and a prism 3, as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the optical system 100 constitutes an illumination system 200 together with the light source 4 .
  • the illumination system 200 according to this embodiment includes the optical system 100 and the light source 4 .
  • the light source 4 outputs light incident on the incident surface 10 .
  • the light from the light source 4 does not directly enter the light guide member 1 but passes through the light control bodies 2 to the light guide member 1 . incident on That is, the light emitted from the light source 4 passes through the light control body 2 and enters the incident surface 10 (of the light guide member 1).
  • the optical system 100 further includes a plurality of light control bodies 2 in addition to the light guide member 1 and prism 3 .
  • the plurality of light control bodies 2 are positioned between the light source 4 and the incident surface 10 of the light guide member 1 and control light output from the light source 4 and incident on the incident surface 10 .
  • the light guide member 1 and the plurality of light control bodies 2 are integrated as an integrally molded product.
  • the light guide member 1 and the plurality of light control bodies 2 are integrally molded products and are inseparably integrated.
  • the plurality of light control bodies 2 are seamlessly continuous with respect to the incident surface 10 of the light guide member 1, and the light guide member 1 and the plurality of light control bodies 2 are seamlessly integrated. Therefore, in the present embodiment, the incident surface 10 of the light guide member 1 is a "virtual surface" defined inside the integrally molded product of the light guide member 1 and the plurality of light control bodies 2, and does not involve an entity. .
  • the light guide member 1 has an incident surface 10 on which light is incident, and a first surface 11 and a second surface 12 facing each other.
  • the second surface 12 is a light exit surface.
  • the prism 3 is provided on the first surface 11 .
  • the prism 3 reflects the light passing through the interior of the light guide member 1 toward the second surface 12 .
  • each of the plurality of light control bodies 2 includes an incident lens 21 in this embodiment.
  • Each of the plurality of light control bodies 2 causes the light incident on the incident lens 21 from the light source 4 to be incident on the incident surface 10 .
  • the entrance lens 21 has a main entrance surface 211 and a sub entrance surface 212 .
  • the main incident surface 211 is arranged so as to face the light source 4 .
  • the secondary incident surface 212 faces the normal line L21 of the main incident surface 211 .
  • the normal L21 to the main incidence surface 211 is the normal to the main incidence surface 211 at the tip (apex of the dome).
  • the normal line L21 of the main incident surface 211 is a "virtual line" and has no substance.
  • the secondary entrance surface 212 is positioned at least partially around the main entrance surface 211 .
  • the optical axis P1 of the light (first incident light LT1) incident from the light source 4 coincides with the normal line L21 of the main incident surface 211. As shown in FIG. Also, the optical axis P1 is parallel to the second surface 12 .
  • each of the plurality of light control bodies 2 can control the direction of the optical axis P1 of the first incident light LT1.
  • the first incident light LT1 having the optical axis P1 passes through each of the plurality of light control bodies 2 and passes through the incident surface 10 as the second incident light LT2 having the optical axis P2.
  • the optical axis P1 and the optical axis P2 may intersect or may be parallel.
  • the term “intersection” here means that the angle formed by the optical axis P1 and the optical axis P2 is greater than 0 degrees.
  • the first incident light LT1 is brought closer to parallel light by the light control body 2 and enters the incident surface 10 as the second incident light LT2.
  • the direction of the optical axis P2 of the second incident light LT2 that is made incident on the incident surface 10 by each of at least two light control bodies 2 out of the plurality of light control bodies 2 is different from each other.
  • the optical system 100 includes seven light control bodies 2 (light control bodies 2A to 2G). Each of the light control bodies 2A to 2G is positioned between a plurality of light sources 4 (light sources 4A to 4G) in one-to-one correspondence and the incident surface 10 of the light guide member 1. As shown in FIG. Further, the light control bodies 2A to 2G are arranged in the width direction of the light guide member 1 (the direction in which the light sources 4A to 4G are arranged in FIG. 4). Further, the optical axis P2 (the optical axis P2A to the optical axis P2G ) are different from each other.
  • First incident light LT1 (first incident light LT1A to first incident light LT1G) is incident on each of the light control bodies 2A to 2G from the light sources 4A to 4G, respectively.
  • the directions of the optical axes P1 (optical axes P1A to P1G) of the first incident lights LT1A to LT1G are all the same and parallel to each other.
  • the optical axes P1A to P1G are parallel to the second surface 12 and perpendicular to the plane of incidence 10. As shown in FIG.
  • the first incident light LT1A to first incident light LT1G are converted into parallel light by the incident lenses 21 provided in the light control bodies 2A to 2G, respectively, and optical axes P2 (optical axis P2A to optical axis P2G) is incident on the incident surface 10 as second incident light LT2A to second incident light LT2G.
  • the optical axis P1 and the optical axis P2 may intersect or may be parallel.
  • the optical axis P2A of the second incident light LT2A is on the optical axis P1A of the first incident light LT1A, and the optical axis P1A and the optical axis P2A are parallel.
  • the optical axes P2A to P2G intersect each other. In other words, the directions of the optical axes P2A to P2G are different from each other.
  • the optical system 100 controls the directions of the optical axes P2A to P2G by the light controllers 2A to 2G, respectively, as shown in FIGS. 3A and 3B, respectively.
  • the luminance distribution of emitted light emitted from the surface (second surface 12) can be controlled.
  • the directions of the optical axes P2A to P2G shown in FIGS. 3A and 3B are examples, and the directions of the optical axes P2A to P2G indicate that the emitted light emitted from the second surface 12 has the desired luminance. It can be changed appropriately so as to have a distribution.
  • the emitted light is planar light formed by the second incident light LT2A to the second incident light LT2G reflected by the prism 3, and the luminance distribution of the emitted light means the light amount distribution of the emitted light on the second surface 12. is.
  • the width direction of the light guide member 1 (the direction in which the plurality of light sources 4 are arranged in FIG. 4) is the “X-axis direction”, and the depth direction of the light guide member 1 (the direction from the light source in FIG. 1A). ) is defined as the “Y-axis direction”.
  • the thickness direction of the light guide member 1 (the direction in which the first surface 11 and the second surface 12 are arranged in FIG. 1A) is referred to as the "Z-axis direction.”
  • the X-axis, Y-axis and Z-axis defining these directions are orthogonal to each other.
  • the arrows indicating the "X-axis direction”, “Y-axis direction” and “Z-axis direction” in the drawings are only shown for the sake of explanation and are not substantial.
  • the “extraction efficiency” referred to in the present disclosure means that the amount of second incident light LT2 incident on the incident surface 10 of the light guide member 1 is emitted from the second surface 12 (exit surface) of the light guide member 1. It is the ratio of the amount of emitted light that is emitted. That is, if the relative ratio of the light amount of the emitted light emitted from the second surface 12 of the light guide member 1 to the light amount of the second incident light LT2 incident on the incident surface 10 of the light guide member 1 increases, The light extraction efficiency increases (increases).
  • the light amount of the second incident light LT2 incident on the incident surface 10 of the light guide member 1 is "100"
  • the light amount of the emitted light emitted from the second surface 12 of the light guide member 1 is "100”. 10′′
  • the light extraction efficiency of the light guide member 1 is 10%.
  • optical axis used in the present disclosure means a virtual ray that is representative of the luminous flux that passes through the entire system.
  • the optical axis P1A of the first incident light LT1A entering the light control body 2A from the light source 4A coincides with the rotationally symmetrical axis of the first incident light LT1A.
  • parallel means that the two are substantially parallel, that is, in addition to the case where the two are strictly parallel, and the angle between the two is within a range of several degrees (for example, less than 2 degrees). It means that there is a relationship that fits.
  • the term “perpendicular” as used in the present disclosure means that the two are substantially orthogonal, that is, the two are strictly orthogonal, and the angle between the two is several degrees (for example, less than 2 degrees) based on 90 degrees. ) means that there is a relationship that falls within the range of degree.
  • the lighting system 200 constitutes a display system 300 together with the display device 5, as shown in FIG.
  • the display system 300 includes the lighting system 200 and the display 5 .
  • the display 5 receives light emitted from the illumination system 200 and displays an image.
  • the “image” referred to here is an image displayed in a manner that can be visually recognized by the user U1 (see FIG. 6), and may be a figure, symbol, letter, number, pattern, photograph, or the like, or a combination thereof.
  • Images displayed by the display system 300 include moving images (moving images) and still images (still images). Furthermore, "moving image” includes an image composed of a plurality of still images obtained by frame-by-frame shooting or the like.
  • the display system 300 constitutes a mobile body B1 such as an automobile together with a mobile body B11, as shown in FIG.
  • the mobile body B1 includes the display system 300 and the mobile body B11.
  • a display system 300 is mounted on the mobile body B11.
  • the moving body B1 is an automobile (passenger car) driven by a person.
  • the moving body B1 may be an automatically driven vehicle capable of automatically driving.
  • the user U1 who views the image displayed by the display system 300 is the passenger of the moving object B1, and in this embodiment, as an example, the driver of the automobile as the moving object B1 is the user. Assume U1.
  • the display system 300 is used, for example, in a head-up display (HUD) mounted on the moving body B1.
  • the display system 300 is used, for example, to display driving support information related to the speed information, condition information, driving information, etc. of the moving body B1 in the field of view of the user U1.
  • the driving information of the moving body B1 includes, for example, navigation-related information that displays the travel route and the like, and ACC (Adaptive Cruise Control)-related information that keeps the travel speed and inter-vehicle distance constant.
  • the display system 300 includes an image display section 310, an optical system 320, and a control section 330, as shown in FIGS.
  • the display system 300 further includes a housing 340 that houses the image display section 310 , the optical system 320 and the control section 330 .
  • the housing 340 is composed of, for example, a synthetic resin molding.
  • the housing 340 accommodates the image display unit 310, the optical system 320, the control unit 330, and the like.
  • the housing 340 is attached to the dashboard B13 of the mobile body B11.
  • the light reflected by the second mirror 322 (described later) of the optical system 320 is emitted to the reflecting member (windshield B12) through the opening in the upper surface of the housing 340, and the light reflected by the windshield B12 passes through the eye box C1.
  • the reflecting member is not limited to the windshield B12, and may be realized by, for example, a combiner arranged on the dashboard B13 of the mobile body B11.
  • the user U1 visually recognizes the virtual image projected in the space in front of the moving object B1 (outside the vehicle) through the windshield B12.
  • a “virtual image” as used in the present disclosure means an image formed by the diverging rays of light that appears to be an actual object when the light emitted from the display system 300 diverges from a reflecting member such as the windshield B12. Therefore, the user U1 driving the mobile body B1 visually recognizes the image as a virtual image projected by the display system 300 superimposed on the real space spreading in front of the mobile body B1.
  • the display system 300 according to this embodiment displays a virtual image as an image.
  • Images (virtual images) that can be displayed by the display system 300 include a virtual image E1 superimposed along the traveling surface D1 of the moving body B1 and a virtual image three-dimensionally drawn along a plane PL1 orthogonal to the traveling surface D1. .
  • the image display unit 310 has a case 311 .
  • the image display unit 310 has a function of displaying a stereoscopic image by a light field method that reproduces the light emitted from the object in the image in a plurality of directions to make the object appear stereoscopic. ing.
  • the method by which the image display unit 310 stereoscopically displays a virtual image of an object for stereoscopic drawing is not limited to the light field method.
  • the image display unit 310 may employ a parallax method that allows the user U1 to visually recognize a virtual image of a stereoscopic drawing object by projecting images having parallax on the left and right eyes of the user U1.
  • the image display unit 310 includes the display device 5 and an illumination system 200 including the optical system 100 .
  • the display 5 is, for example, a liquid crystal display or the like, and receives light emitted from the illumination system 200 to display an image. That is, the illumination system 200 emits light from behind the display 5 toward the display 5, and the light from the illumination system 200 passes through the display 5, so that the display 5 displays an image. . In other words, lighting system 200 functions as a backlight for display 5 .
  • the image display unit 310 has a case 311 .
  • the case 311 accommodates the illumination system 200 including the optical system 100 and the light source 4 and the display 5 .
  • the lighting system 200 and the display 5 are held by a case 311 .
  • the display 5 is arranged along the upper surface of the case 311 , and one surface of the display 5 is exposed from the upper surface of the case 311 .
  • the illumination system 200 is arranged below the display 5 in the case 311 and outputs light toward the display 5 from below the display 5 .
  • the upper surface of the case 311 constitutes a display surface 312 on which an image is displayed.
  • the image display unit 310 is accommodated inside the housing 340 with the display surface 312 facing the first mirror 321 (described later).
  • the display surface 312 of the image display unit 310 has a shape (for example, a rectangular shape) that matches the range of the image projected on the user U1, that is, the shape of the windshield B12.
  • a plurality of pixels are arranged in an array on the display surface 312 of the image display unit 310 .
  • a plurality of pixels of the image display section 310 emit light under the control of the control section 330 , and an image is displayed on the display surface 312 by the light output from the display surface 312 of the image display section 310 .
  • the image displayed on the display surface 312 of the image display unit 310 is emitted to the windshield B12, and the light reflected by the windshield B12 is collected on the eyebox C1.
  • the image displayed on the display surface 312 is visually recognized by the user U1 who has a viewpoint within the eyebox C1 through the optical system 320 .
  • the user U1 visually recognizes the virtual image projected in the space in front of the moving object B1 (outside the vehicle) through the windshield B12.
  • the optical system 320 collects the light output from the display surface 312 of the image display section 310 onto the eyebox C1.
  • the optical system 320 includes, for example, a first mirror 321 that is a convex mirror, a second mirror 322 that is a concave mirror, and a windshield B12.
  • the first mirror 321 reflects the light output from the image display unit 310 to enter the second mirror 322 .
  • the second mirror 322 reflects the light incident from the first mirror 321 toward the windshield B12.
  • the windshield B12 reflects the light incident from the second mirror 322 to enter the eyebox C1.
  • the control unit 330 includes, for example, a computer system.
  • a computer system is mainly composed of one or more processors and one or more memories as hardware. Functions of the control unit 330 (for example, drawing control unit 331, image data creation unit 332, output unit 333, etc.) are performed by one or more processors by executing a program recorded in one or more memories or storage unit 334 of the computer system. function) is realized.
  • the program is prerecorded in one or more memories or storage units 334 of the computer system.
  • the program may be provided through an electric communication line, or recorded in a non-temporary recording medium such as a computer system-readable memory card, optical disk, or hard disk drive.
  • the storage unit 334 is realized, for example, by a non-temporary recording medium such as a rewritable non-volatile semiconductor memory.
  • the storage unit 334 stores programs and the like executed by the control unit 330 .
  • the display system 300 is used to display driving support information related to the speed information, condition information, driving information, etc. of the moving body B1 in the field of view of the user U1. Therefore, the type of virtual image displayed by the display system 300 is predetermined.
  • the storage unit 334 stores in advance image data for displaying virtual images (virtual image E1, which is a target for planar drawing, and virtual image, which is a target for three-dimensional drawing).
  • the drawing control unit 331 receives detection signals from various sensors 350 mounted on the moving body B1.
  • Sensor 350 is a sensor for detecting various kinds of information used, for example, in an advanced driving system (ADAS: Advanced Driver Assistance System).
  • the sensor 350 includes, for example, at least one of a sensor for detecting the state of the moving body B1 and a sensor for detecting the surrounding state of the moving body B1.
  • the sensor for detecting the state of the mobile body B1 includes, for example, a sensor for measuring the vehicle speed, temperature, remaining fuel, or the like of the mobile body B1.
  • the sensor for detecting the surrounding state of the moving body B1 includes an image sensor that captures the surroundings of the moving body B1, millimeter wave radar, LiDAR (Light Detection and Ranging), or the like.
  • the drawing control unit 331 Based on the detection signal input from the sensor 350, the drawing control unit 331 acquires from the storage unit 334 one or a plurality of image data for displaying information related to this detection signal. Here, when displaying a plurality of types of information on the image display section 310, the drawing control section 331 acquires a plurality of image data for displaying the plurality of types of information. Based on the detection signal input from the sensor 350, the drawing control unit 331 also obtains position information regarding the position where the virtual image is displayed in the target space where the virtual image is displayed. The drawing control unit 331 then outputs the image data of the virtual image to be displayed and the position information to the image data creation unit 332 .
  • the image data creation unit 332 creates image data for displaying the virtual image to be displayed based on the image data and position information input from the drawing control unit 331 .
  • the output unit 333 outputs the image data created by the image data creation unit 332 to the image display unit 310, and causes the display surface 312 of the image display unit 310 to display an image based on the created image data.
  • An image (virtual image) is displayed by the display system 300 by projecting the image displayed on the display surface 312 onto the windshield B12. Thus, the image (virtual image) displayed by the display system 300 is visually recognized by the user U1.
  • the optical system 100 includes a light guide member 1, a plurality of light control bodies 2 (light control bodies 2A to 2G), and a plurality of prisms 3. That is, the optical system 100 according to this embodiment includes a plurality of light control bodies 2 and a plurality of prisms 3 .
  • the optical system 100 constitutes an illumination system 200 together with the light sources 4A to 4G. That is, the illumination system 200 according to this embodiment includes an optical system 100 and light sources 4A to 4G.
  • the configuration described for one light source 4 is the same for the other light sources 4 unless otherwise specified. .
  • the light source 4 is, for example, a solid light emitting device such as a light emitting diode (LED) device or an organic EL (Organic Electro-Luminescence) device.
  • the light source 4 is a chip-shaped light-emitting diode element.
  • Such a light source 4 actually emits light from a certain area of its surface (light emitting surface), but ideally it can be regarded as a point light source that emits light from one point on its surface. Therefore, in the following description, the light source 4 is assumed to be an ideal point light source.
  • the light source 4 is arranged to face the incident surface 10 of the light guide member 1 with a predetermined gap therebetween.
  • a light control body 2 is positioned between the light source 4 and the incident surface 10 of the light guide member 1 .
  • the light control body 2 is integrated with the light guide member 1 .
  • Integrated as used in the present disclosure means a mode in which a plurality of elements (parts) can be physically handled as one.
  • a plurality of elements being integrated means that the plurality of elements are integrated into one and can be handled as one member.
  • the multiple elements may be in an integral relationship, such as a single piece, or multiple separately manufactured elements may be joined mechanically, such as by welding, gluing or crimping. may be coupled to That is, the light guide member 1 and the light control body 2 should just be integrated in an appropriate manner.
  • the light guide member 1 and the light control body 2 are integrated as an integrally molded product. That is, in the present embodiment, the light guide member 1 and the light control body 2 are integrally molded products and are inseparably integrated. Therefore, as described above, the incident surface 10 of the light guide member 1 is a "virtual surface" defined inside the integrally molded product of the light guide member 1 and the light control body 2, and does not involve an entity.
  • the light sources 4A to 4G are arranged side by side at predetermined intervals in the X-axis direction.
  • the light sources 4A to 4G are in one-to-one correspondence with the plurality of light control bodies 2A to 2G. That is, the light control bodies 2A to 2G are also arranged so as to line up in the X-axis direction, like the light sources 4A to 4G.
  • the pitch of the light sources 4A to 4G in the X-axis direction is equal to the pitch of the light control bodies 2A to 2G.
  • the light guide member 1 is a member that takes the light from the light source 4 into the light guide member 1 from the entrance surface 10 and guides the light through the light guide member 1 to the second surface 12 that is the exit surface, that is, guides the light.
  • the light guide member 1 is a molded article made of a translucent resin material such as an acrylic resin, and is formed in a plate shape. That is, the light guide member 1 is a light guide plate having a certain thickness.
  • the light guide member 1 has an incident surface 10 on which light is incident, and a first surface 11 and a second surface 12 (output surface) facing each other. Furthermore, the light guide member 1 has an end surface 13 facing the incident surface 10 .
  • the light guide member 1 has a rectangular plate-like shape, and two surfaces facing each other in the thickness direction of the light guide member 1 are first surfaces. 11 and a second surface 12 .
  • One of the four end surfaces (peripheral surfaces) of the light guide member 1 is the incident surface 10 . That is, the light guide member 1 is formed in a rectangular shape in plan view (seen from one side in the Z-axis direction).
  • the light guide member 1 is formed in a rectangular shape that is smaller in the Y-axis direction than in the X-axis direction.
  • Both surfaces in the thickness direction (Z-axis direction) of the light guide member 1 constitute a first surface 11 and a second surface 12, respectively. Further, both surfaces of the light guide member 1 in the short direction (Y-axis direction) constitute an incident surface 10 and an end surface 13, respectively.
  • one of the two end faces of the light guide member 1 facing each other in the Y-axis direction is the first incident light LT1 (first 1 incident light LT1A to first incident light LT1G) pass through the light control bodies 2A to 2G, respectively, and enter as second incident light LT2 (second incident light LT2A to second incident light LT2G) at the incident surface 10 be.
  • Two surfaces facing each other in the Z-axis direction of the light guide member 1 are a first surface 11 and a second surface 12, respectively.
  • the first surface 11 is the bottom surface in FIG. 1A
  • the second surface 12 is the top surface in FIG. 1A.
  • the second surface 12 is an emission surface that emits emitted light from the inside of the light guide member 1 to the outside. Therefore, the second incident light LT2 is incident on the light guide member 1 from one end surface, which is the entrance surface 10, so that the second surface 12, which is the exit surface, emits surface light.
  • the second surface 12 is a plane parallel to the XY plane.
  • the plane of incidence 10 is a plane parallel to the XZ plane.
  • the “XY plane” referred to here is a plane including the X-axis and the Y-axis and perpendicular to the Z-axis.
  • the “XZ plane” referred to here is a plane containing the X axis and the Z axis and perpendicular to the Y axis.
  • the second surface 12 is a plane orthogonal to the Z-axis
  • the incident surface 10 is a plane orthogonal to the Y-axis, so the second surface 12 and the incident surface 10 are orthogonal to each other.
  • the first surface 11 is a plane that is not parallel to the XY plane but is inclined with respect to the XY plane. That is, the first surface 11 and the incident surface 10 are not perpendicular to each other. Specifically, the first surface 11 is inclined with respect to the XY plane so as to approach the second surface 12 as the distance from the incident surface 10 increases. That is, in this embodiment, the first surface 11 and the second surface 12 are inclined with respect to each other.
  • the end surface 13 is parallel to the incident surface 10, for example.
  • a light distribution control section 14 is provided on the second surface 12 .
  • Light distribution control unit 14 includes a lens.
  • a cylindrical lens is included as an example. Details of the light distribution control unit 14 will be described in the section “(2.7) Light distribution control unit”. Note that the light distribution control unit 14 is not an essential component of the optical system 100, and can be omitted as appropriate.
  • the light control body 2 is arranged between the light source 4 and the incident surface 10 of the light guide member 1 .
  • the light control body 2 controls light output from the light source 4 and incident on the incident surface 10 .
  • the light control body 2 has a collimating function that makes the first incident light LT1 output from the light source 4 closer to parallel light. That is, the light control body 2 is a collimating lens that, when the first incident light LT1 that spreads radially from the light source 4 is incident, converges the first incident light LT1 toward the incident surface 10, thereby making the light closer to parallel light. .
  • the first incident light LT1 emitted from the light source 4 enters the incident surface 10 of the light guide member 1 through the light control body 2. As shown in FIG.
  • the first incident light LT1 from the light source 4 is controlled to narrow the spread angle by the light control body 2 having a collimating function, and is directed toward the incident surface 10 of the light guide member 1 as the second incident light LT2. emitted.
  • the first incident light LT1 from the light source 4 as an ideal point light source is converted by the light control body 2 into the second incident light LT2 as ideal parallel light. to explain.
  • a plurality of light control bodies 2 are arranged in the X-axis direction at the ends constituting the incident surface 10 of the light guide member 1. formed to line up. That is, in this embodiment, the light control body 2 is integrated with the light guide member 1 . Further, as already described, the light control bodies 2A to 2G are in one-to-one correspondence with the plurality of light sources 4 (light sources 4A to 4G). Therefore, the light control bodies 2A to 2G control the spread angle of the first incident light LT1 (the first incident light LT1A to the first incident light LT1G) emitted by the corresponding light source 4 so that the light is parallel light.
  • a certain second incident light LT2 (second incident light LT2A to second incident light LT2G) is incident on the incident surface 10, respectively. Further, as described above, in the present embodiment, the directions of the optical axes P2 (optical axes P2A to P2G) of the second incident lights LT2A to LT2G are different from each other.
  • angles formed by the optical axis P2A and each of the optical axes P2B to P2G are preferably greater than 0 degrees and within 15 degrees, and more preferably 1 degree or more and 10 degrees or less. .
  • the details of the function of the light control body 2 will be described in the section "(2.4) Light control body".
  • the prism 3 is provided on the first surface 11 and reflects light passing through the interior of the light guide member 1 toward the second surface 12 .
  • a plurality of prisms 3 are provided on the first surface 11 .
  • the prism 3 is configured to totally reflect the incident second incident light LT2.
  • the prism 3 is not limited to a mode in which all of the incident second incident light LT2 is totally reflected. It can also include a mode in which it is emitted to the outside.
  • the light guide member 1 In the light guide member 1, most of the second incident light LT2 incident from the incident surface 10 is not reflected by the first surface 11 or the second surface 12 except for the prism 3, and is reflected by the prism 3. It is emitted from the second surface 12 by being reflected. That is, the light guide member 1 includes a direct optical path L1 that directly reflects the second incident light LT2 incident from the incident surface 10 by the prism 3 and emits it from the second surface 12 as emitted light.
  • the prism 3 is formed on the first surface 11 so that the cross section viewed from one side in the X-axis direction is a triangular concave portion.
  • the prism 3 is formed, for example, by processing the first surface 11 of the light guide member 1 .
  • the prism 3 has a reflecting surface 30 that reflects the second incident light LT2 incident through the interior of the light guide member 1 toward the second surface 12 .
  • FIG. 1B is a schematic end view enlarging the region F1 of FIG. 1A.
  • the angle ⁇ 1 formed by the reflecting surface 30 and the first surface 11 is an angle such that the incident angle ⁇ 0 of the second incident light LT2 incident on the reflecting surface 30 is equal to or greater than the critical angle. be. That is, the reflecting surface 30 is inclined with respect to the first surface 11 so that the incident second incident light LT2 is totally reflected. Further, in the present embodiment, the inclination angle ⁇ 1 of the reflecting surface 30 is set so that the light totally reflected by the reflecting surface 30 is incident on the second surface 12 in a vertical direction, for example. In this embodiment, a plurality of second incident lights LT2 (second incident lights LT2A to LT2G) are incident on the first surface 11 .
  • the inclination angle ⁇ 1 is It differs for each of the plurality of areas A0 (areas A01 to A07).
  • the direction in which the light totally reflected by the reflecting surface 30 enters the second surface 12 is not limited to the vertical direction.
  • FIGS. 8A and 8B the plurality of prisms 3 are arranged in a zigzag pattern on the first surface 11 when viewed from one side in the Z-axis direction.
  • FIG. 8A is a schematic plan view enlarging the area A1 in FIG. 7C.
  • the area A1 is a part of the area A01 on which the second incident light LT2A, which is parallel light incident perpendicularly to the incident surface 10, is incident.
  • FIG. 8B is a drawing schematically showing an end face of line B1-B1 in FIG. 8A.
  • FIG. 8A shows only a portion of the first surface 11 , a plurality of prisms 3 are actually formed over substantially the entire first surface 11 .
  • each prism 3 has a length in the X-axis direction, and a plurality of prisms 3 are arranged side by side at intervals in the longitudinal direction (X-axis direction). Furthermore, the plurality of prisms 3 are formed so as to be spaced apart in the Y-axis direction as well.
  • the rows of the plurality of prisms arranged in the X-axis direction are the first row, the second row, the third row, . 3 and the plurality of prisms 3 included in the odd-numbered rows are located at mutually displaced positions in the X-axis direction.
  • the plurality of prisms 3 included in the even-numbered rows and the plurality of prisms 3 included in the odd-numbered rows are arranged so that their ends in the longitudinal direction (X-axis direction) are aligned, for example, in the Y-axis direction. are arranged so as to overlap in the According to such an arrangement, the plurality of prisms 3 are arranged without gaps in the X-axis direction when viewed from the incident surface 10, and the second incident light LT2 entering the light guide member 1 from the incident surface 10 is , is reflected by one of the plurality of prisms 3 .
  • the plurality of prisms 3 included in the even-numbered rows may be arranged such that the ends in the longitudinal direction (X-axis direction) have different inclinations with respect to the Y-axis direction. Also, the plurality of prisms 3 included in the odd-numbered rows may be arranged such that the ends in the longitudinal direction (X-axis direction) have different inclinations with respect to the Y-axis direction.
  • the plurality of prisms 3 all have the same shape. Therefore, as shown in FIG. 8B, in the plurality of prisms 3 arranged in the Y-axis direction, the inclination angles ⁇ 1 of the reflecting surfaces 30 are the same angle. Further, the prisms 3 have the same size, such as the longitudinal dimension of the prisms 3 and the depth of the concave portion of the prisms 3 (in other words, the height of the prisms 3). That is, in this embodiment, the prisms 3 are arranged in a plurality in the Y-axis direction. Here, in each of the areas A01 to A07, the plurality of prisms 3 have the same shape.
  • the incident angle ⁇ 0 of the second incident light LT2 incident on the reflecting surface 30 in the same area A0 is constant, the light is incident on any prism 3 among the plurality of prisms 3.
  • the direction of the second incident light LT2 reflected by the reflecting surface 30 is the same. Therefore, all the second incident light LT2 reflected by the plurality of prisms 3 within the same area A0 can be made incident on the second surface 12 in a direction perpendicular to it.
  • the depth of the concave portion of the prism 3 (in other words, the height of the prism 3) is 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the pitch of the plurality of prisms 3 in the Y-axis direction is 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the depth of the recesses as the prisms 3 in the region A01 is ten and several ⁇ m, and the pitch of the plurality of prisms 3 in the Y-axis direction is one hundred and several ten ⁇ m.
  • the first incident light LT1A emitted from the light source 4A has its spread angle controlled by passing through the light control body 2A. Then, the second incident light LT2A whose divergence angle is controlled is emitted from the light control body 2A toward the incident surface 10 of the light guide member 1 .
  • the second incident light LT2A emitted from the light control body 2A becomes parallel light that is parallel to the second surface 12 and enters the incident surface 10 perpendicularly.
  • the light guide member 1 includes a direct optical path L1 that directly reflects the second incident light LT2A incident from the incident surface 10 on the prism 3 and emits it from the second surface 12 .
  • the direct optical path L1 includes the optical path of the second incident light LT2A that is totally reflected by the prism 3 .
  • the second incident light LT2A totally reflected by the reflecting surface 30 of the prism 3 traces an optical path orthogonal to the second surface 12 and is emitted from the second surface 12 .
  • the second incident light LT2B to the second incident light LT2G become parallel lights that cross the second incident light LT2A.
  • the second incident light LT2B to the second incident light LT2G become parallel lights that intersect each other. That is, the directions of the optical axes P2A to P2G of the second incident lights LT2A to LT2G are different from each other.
  • the directions of the optical axis P2A to the optical axis P2G are not limited to being different from each other. There may be an optical axis P2 in the same direction among the axes P2G.
  • the second incident light LT2B to second incident light LT2G totally reflected by the reflecting surface 30 of one of the plurality of prisms 3 provided on the first surface 11 are It follows an optical path orthogonal to the second surface 12 and is emitted from the second surface 12 .
  • the second incident light LT2A to second incident light LT2G pass through the direct optical path L1 as described above and pass through the light guide member 1. It is emitted from the second surface 12 as emitted light. As a result, the second surface 12 emits surface light, and the emitted light becomes planar light.
  • the directions of the optical axes P2A to P2G are different from each other, the luminance distribution of the second incident light LT2 incident on the first surface 11 is uneven.
  • the luminance distribution of the emitted light on the second surface 12 is uneven. That is, by controlling the directions of the optical axes P2A to P2G of the second incident lights LT2A to LT2G, respectively, by the light control bodies 2A to 2G, the desired light on the second surface 12 can be obtained. Emitted light with a luminance distribution can be obtained.
  • FIG. 1 Advantages of the optical system 100 of the present embodiment including the light control bodies 2A to 2G will be described below with reference to FIGS. 3A to 3B and FIGS. 9 to 10.
  • FIG. 3A to 3B Advantages of the optical system 100 of the present embodiment including the light control bodies 2A to 2G will be described below with reference to FIGS. 3A to 3B and FIGS. 9 to 10.
  • a plurality of second incident lights LT2 incident on the incident surface 10 from a plurality of light control bodies (hereinafter referred to as a plurality of light control bodies in the comparative example) provided in a general optical system (hereinafter referred to as an optical system 100A in the comparative example) are equal to each other.
  • FIG. 9 shows the luminance distribution of emitted light in the optical system 100A of the comparative example.
  • the plurality of second incident lights LT2 incident on the incident surface 10 from the multiple light control bodies are parallel lights that are parallel to each other, and are incident on the incident surface 10 perpendicularly. In this case, the luminance distribution of the second incident light LT2 incident on the first surface 11 from the incident surface 10 becomes uniform.
  • the luminance distribution AR1 of the emitted light on the second surface 12 is shown in FIG. uniform as shown.
  • the luminance distribution AR1 shown in FIGS. 9 and 10 and the luminance distribution AR2 described later schematically show the luminance distribution of the emitted light on the second surface 12.
  • the luminance distribution AR1 and the luminance distribution AR2 indicate portions where the amount of emitted light is relatively greater than outside the ranges of the luminance distribution AR1 and the luminance distribution AR2.
  • the optical system 100 including a plurality of light control bodies 2 when the optical system 100 including a plurality of light control bodies 2 is applied to the head-up display mounted on the moving body B1, the plurality of light control bodies 2 emit light Non-uniform control of the luminance distribution on the second surface 12 of is required for the following reasons.
  • the display surface 312 of the image display unit 310 of the head-up display receives emitted light emitted from the second surface 12 through the light distribution control unit 14, which will be described later, and displays an image.
  • the display surface 312 has a shape (for example, a rectangular shape) that matches the range of the image projected on the user U1, that is, the shape of the windshield B12.
  • the second surface 12 is also provided in a shape that matches the display surface 312 .
  • the image displayed on the display surface 312 has a portion where the luminance distribution changes until it is reflected by the windshield B12 and visually recognized by the user U1. Therefore, it is necessary to give the emitted light functioning as the backlight of the display surface 312 a luminance distribution in advance so that an optimum image is obtained when viewed by the user U1.
  • the image displayed on the rectangular display surface 312 decreases in intensity of light in the upper left corner of the windshield B12 as seen from the user U1 until the user U1 visually recognizes the image. This is partly because the length of the optical path between the display surface 312 and the eyebox C1 of the user U1 is longer in the upper left region of the windshield B12, and the light is strongly scattered.
  • the upper luminance distribution AR2 is controlled so that the lower right is relatively brighter and the upper left is darker.
  • the vertical direction of the windshield B12 viewed from the user U1 corresponds to the X-axis direction in FIGS.
  • the direction is reversed left and right. Therefore, by controlling the luminance distribution AR2 on the second surface 12 so that the lower right is relatively brighter and the upper left is darker, the decrease in the intensity of the light on the upper left of the windshield B12 is corrected, and uniform brightness is achieved.
  • the image can be visually recognized by the user U1.
  • the directions of the optical axes P2A to P2G are controlled so that the inclinations of the optical axes P2A to P2G are increased.
  • FIG. 3B for example, when viewed from the X-axis direction, the inclinations of the optical axes P2B to P2F with respect to the optical axis P2A are the same, and the inclination of the optical axis P2G with respect to the optical axis P2A is the same as that of the optical axis P2A.
  • the directions of the optical axes P2A to P2G are controlled so as to be larger than the inclinations of the optical axes P2B to P2F.
  • the directions of the optical axes P2A to P2G can be changed as appropriate according to the desired luminance distribution AR2.
  • the light control body 2 has an incident lens 21 .
  • the incident lens 21 included in each of the light control bodies 2B to 2G includes a plurality of lens portions 22 having different lens characteristics such as curvature distribution on the lens.
  • the light control bodies 2B to 2G can change the direction of the optical axis P2 from the direction of the optical axis P1.
  • the incident lens 21 included in the light control body 2A and having a curvature distribution on the lens that is, for example, rotationally symmetrical with respect to the central axis of the lens the first incident light LT1 having the optical axis P1 that coincides with the normal line L21 of the main incident surface 211 is incident, the direction of the optical axis P2 of the second incident light LT2 is the same as the direction of the optical axis P1.
  • the incident lens 21 provided in the light control body 2A does not have to be rotationally symmetrical with respect to the central axis of the lens as long as the direction of the optical axis P2 can be controlled to be the same as the direction of the optical axis P1.
  • each of the light control bodies 2B to 2G has a different curvature distribution in each of the plurality of lens portions 22, so that parallel light having an optical axis P2 different from the direction of the optical axis P1. 2 Incident light LT2 can be incident on the incident surface 10 .
  • the incident lens 21 of the light control bodies 2B to 2G has four lens parts 22 (first lens part 221 to fourth lens part 224).
  • the light control bodies 2B to 2G cause the first incident light LT1, which has entered the first lens portion 221 to the fourth lens portion 224 from the light source 4, to enter the incident surface 10, respectively.
  • each of the first lens portion 221 to the fourth lens portion 224 is provided in a fan shape extending in the outer peripheral direction around the point Q1 where the incident lens 21 intersects the optical axis P1.
  • the first lens portion 221 and the third lens portion 223, which are installed facing each other in the radial direction of a circle centered on the point Q1, are, for example, point symmetrical with respect to the point Q1 when viewed from the optical axis P1 direction. is.
  • the second lens portion 222 and the fourth lens portion 224 which are installed to face each other in the radial direction of a circle centered on the point Q1, are, for example, point symmetrical with respect to the point Q1 when viewed from the optical axis P1 direction. is.
  • the incident lens 21 is equally divided into the first lens portion 221 to the fourth lens portion 224 by a plurality of (two in this embodiment) planes PL2 and PL3 that intersect each other.
  • the straight line formed by the two intersecting planes PL2 and PL3 coincides with the optical axis P1.
  • first lens portion 221 and the third lens portion 223 may not be point-symmetrical with respect to the point Q1 as long as they have the same area when viewed from the direction of the optical axis P1.
  • second lens portion 222 and the fourth lens portion 224 may not be point-symmetrical with respect to the point Q1 as long as they have the same area when viewed from the direction of the optical axis P1.
  • each of the first lens portion 221 to the fourth lens portion 224 is smoothly continuous. That is, the curvature of the incident lens 21 is greater than 0 on each boundary of the first lens portion 221 to the fourth lens portion 224 .
  • the incident lens 21 includes a refractive lens 23 and a reflective lens 24 .
  • the refractive lens 23 is formed to have a circular shape when viewed from the direction of the optical axis P1.
  • the reflecting lens 24 is formed in an annular shape surrounding the entire circumference of the circular refractive lens 23 .
  • the refracting lens 23 has a main incident surface 211 .
  • the main incident surface 211 is arranged to face the light source 4 , and at least part of the first incident light LT1 from the light source 4 enters the refracting lens 23 through the main incident surface 211 .
  • the first incident light LT1 is light that spreads radially from the light source 4
  • at least part of the first incident light LT1 incident on the refracting lens 23 is mainly It is refracted at the plane of incidence 211 .
  • At least part of the first incident light LT1 refracted by the main incident surface 211 enters the incident surface 10 as at least part of the second incident light LT2, which is parallel light.
  • the reflective lens 24 has a sub-incidence surface 212 and an outer peripheral surface 213 .
  • the secondary incident surface 212 faces the normal line L21 of the main incident surface 211. Further, in the present embodiment, the secondary entrance surface 212 is provided in an annular shape surrounding the main entrance surface 211 . Note that the secondary incident surface 212 is not limited to an annular shape surrounding the main incident surface 211 , and may be positioned at least partly around the main incident surface 211 . Also, the secondary incident surface 212 may be parallel (that is, not inclined) or may be inclined with respect to the normal line L21 of the main incident surface 211 .
  • the outer peripheral surface 213 is located on the side opposite to the normal line L21 of the main incident surface 211 when viewed from the secondary incident surface 212 .
  • At least part of the first incident light LT1 enters the reflecting lens 24 from the sub-incidence surface 212. At least part of the first incident light LT ⁇ b>1 incident on the reflecting lens 24 is refracted at the sub-incidence surface 212 according to the incident angle of the ray with respect to the sub-incidence surface 212 . At least part of the first incident light LT1 refracted by the sub incident surface 212 is totally reflected by the outer peripheral surface 213 and enters the incident surface 10 as at least part of the second incident light LT2.
  • the light control body 2A that controls the first incident light LT1 so that the optical axis P2 is on the optical axis P1 at least the first incident light LT1A refracted at the main incident surface 211 A part of the light enters perpendicularly to the incident surface 10 as at least part of the second incident light LT2A, which is parallel light. At least part of the first incident light LT1A refracted by the sub-incidence surface 212 is totally reflected by the outer peripheral surface 213 and vertically enters the incident surface 10 as at least part of the second incident light LT2A.
  • the main incident surface At least part of the first incident light LT1G refracted at 211 obliquely enters the incident surface 10 as at least part of the second incident light LT2G, which is parallel light. At least part of the first incident light LT1G refracted by the sub incident surface 212 is totally reflected by the outer peripheral surface 213 and obliquely enters the incident surface 10 as at least part of the second incident light LT2G.
  • At least part of the first incident light LT1G is refracted, for example, in the same direction regardless of the position on the main incident surface 211 of the light control body 2G. Moreover, at least part of the first incident light LT1G is reflected in the same direction, for example, regardless of the position on the outer peripheral surface 213 . Further, the direction in which at least part of the first incident light LT1G is refracted by the main incident surface 211 and the direction in which it is reflected by the outer peripheral portion 213 are, for example, the same direction.
  • the lens portion 21 may be set so that at least part of the first incident light LT1G is refracted in different directions depending on the position on the main incident surface 211, or at least part of the first incident light LT1G is refracted on the outer peripheral surface. It may be set to reflect in different directions depending on the position on 213 . Further, the lens portion 21 may be set such that the direction in which at least part of the first incident light LT1G is refracted by the main incident surface 211 and the direction in which it is reflected by the outer peripheral portion 213 are different.
  • the incident lens 21 of the light control bodies 2B to 2G includes the first lens portion 221 to the fourth lens portion 224.
  • the incident lens 21 includes a refractive lens 23 and a reflective lens 24 (see FIG. 2).
  • the refracting lens 23 is formed to have, for example, a circular shape when viewed from the direction of the optical axis P1.
  • the reflecting lens 24 is formed, for example, in an annular shape surrounding the entire circumference of the circular refraction lens 23 . Therefore, as shown in FIG.
  • each of the first lens portion 221 to the fourth lens portion 224 is, for example, a refractive lens portion (first refractive lens portion 231 to fourth refractive lens portion 231 to fourth refractive lens portion) which is a part of the circular refractive lens 23 . and a reflecting lens portion (first reflecting lens portion 241 to fourth reflecting lens portion 244) which is a part of the annular reflecting lens 24 surrounding the outer periphery of the refractive lens 23, for example.
  • the first to fourth refractive lens sections 231 to 234 have first to fourth main incident planes 2111 to 2114 which are part of the main incident plane 211, respectively.
  • the first reflecting lens portion 241 to the fourth reflecting lens portion 244 are the first sub-incident surface 2121 to the fourth sub-incident surface 2124 that are part of the sub-incidence surface 212, and the fourth sub-incidence surface that is part of the outer peripheral surface 213, respectively. It has first outer peripheral surface 2131 to fourth outer peripheral surface 2134 .
  • At least part of the first incident light LT1 incident on each of the first refractive lens section 231 to fourth refractive lens section 234 from each of the first main incident surface 2111 to fourth main incident surface 2114 is the first main incident light
  • the light is refracted by the surfaces 2111 to 2114, respectively.
  • At least part of the first incident light LT1 refracted by each of the first main incident surface 2111 to the fourth main incident surface 2114 enters the incident surface 10 as at least part of the second incident light LT2 which is parallel light. .
  • At least part of the first incident light LT1 incident on each of the first reflecting lens portion 241 to the fourth reflecting lens portion 244 from each of the first to fourth secondary entrance surfaces 2121 to 2124 is The light is refracted at each of the sub-incidence surfaces 2121 to 4th sub-incidence surface 2124 . At least part of the first incident light LT1 refracted by each of the first to fourth sub-incident surfaces 2121 to 2124 is totally reflected by each of the first to fourth outer circumferential surfaces 2131 to 2134, It enters the incident surface 10 as at least part of the incident light LT2.
  • At least a part of the first incident light LT1 incident on the first lens part 221 to the fourth lens part 224 is at least a part of the second incident light LT2, respectively.
  • the light becomes light LT24 and enters the incident surface 10 from each of the first to fourth lens portions 221 to 224.
  • each of the second incident light LT21 to the second incident light LT24 is parallel light, for example. Further, the respective optical axes of the second incident light LT21 to the second incident light LT24 are parallel to each other, for example. That is, the second incident light LT2 incident on the incident surface 10 of each of the light control bodies 2B to 2G includes, for example, second incident lights LT21 to LT24 parallel to each other.
  • the light distribution control unit 14 controls the light distribution of emitted light extracted from the second surface 12, which is an emission surface.
  • the term "light distribution of emitted light” used herein means the spread of emitted light.
  • the light distribution control section 14 is provided on the second surface 12 .
  • the light distribution control unit 14 is integrated with the light guide member 1 as an integrally molded product. That is, in the present embodiment, the light guide member 1 and the light distribution control section 14 are integrally molded products and are inseparably integrated.
  • the light guide member 1 reflects the second incident light LT2 entering the light guide member 1 from the incident surface 10 only once by the prism 3 inside the light guide member 1. It includes a direct optical path L1 such that it emerges from the second surface 12 . Therefore, the shapes of the first surface 11 and the second surface 12 do not contribute to guiding the second incident light LT2 inside the light guide member 1, and the light is distributed to the first surface 11 or the second surface 12. Even if the controller 14 is provided, the light guide performance of the light guide member 1 is less likely to deteriorate.
  • the light distribution control unit 14 in this embodiment includes a lens.
  • the light distribution control unit 14 functions as a lens as an optical element for refracting light to diverge or converge.
  • the light distribution control unit 14 can control the light distribution by refracting and diverging or converging the emitted light extracted from the second surface 12, which is the emission surface.
  • the light distribution control unit 14 includes a multi-lens consisting of a group of multiple small lenses 141 .
  • each of the plurality of small lenses 141 is formed in a semi-cylindrical shape.
  • Such a plurality of small lenses 141 are arranged side by side in the X-axis direction.
  • the plurality of small lenses 141 are formed without gaps over the entire second surface 12 .
  • a multi-lens composed of a group of a plurality of small lenses 141 having such a shape constitutes a so-called cylindrical lens.
  • the light distribution control unit 14 maintains the relative luminance distribution of the emitted light on the second surface 12, and the emitted light is displayed on the display surface 312 of the image display unit 310 with an appropriate size. Controls the distribution of emitted light to be projected.
  • the refractive lens 23 is formed to have a circular shape when viewed from the direction of the optical axis P1. Further, the reflecting lens 24 is formed so as to surround the entire circumference of the circular refractive lens 23 . On the other hand, in the optical system 100 of Modification 1, as shown in FIG. 14, the refracting lens 23 is formed so as to have a circular shape with a part missing when viewed from the direction of the optical axis P1.
  • the refracting lens 23 of Modification 1 includes an arc portion 235 and a chord portion 236 on the noncircular outer circumference, and the reflecting lens 24 is formed along the arc portion 235 of the refracting lens 23 .
  • the refracting lenses 23 adjacent to each other in the X-axis direction have a common chord portion 236. is continuous in
  • the optical axes of the second incident lights LT21 to LT24 are parallel to each other.
  • the optical system 100 of Modification 2 is different from the above embodiments in that the directions of at least two of the optical axes of the second incident lights LT21 to LT24 are different.
  • the light control body 2 of Modification 2 can separately control the emission directions of the second incident light LT21 to the second incident light LT24, which are parallel lights.
  • the luminance distribution of the emitted light on the second surface 12 can be controlled more finely than in the case where the emission direction of the second incident light LT2 is controlled for each of the plurality of light control bodies 2 in the above embodiment. can be done.
  • the first refracting lens portion 231 to the fourth refracting lens portion 234 and the first reflecting lens portion 241 to the fourth reflecting lens portion 244 refract the first incident light LT1 incident thereon.
  • the direction may be controlled separately, and the first incident light LT1 incident on each of the first refracting lens portion 231 to the fourth refracting lens portion 234 and the first reflecting lens portion 241 to the fourth reflecting lens portion 244 is refracted. All directions do not have to be the same.
  • the first surface 11 may be a surface orthogonal to the incident surface 10
  • the second surface 12 may be a surface not orthogonal to the incident surface 10 but inclined with respect to the XY plane.
  • both the first surface 11 and the second surface 12 may be surfaces that are not perpendicular to the incident surface 10 and are inclined with respect to the XY plane.
  • the light guide member 1 only needs to include the direct optical path L1, and it is not essential that all of the second incident light LT2 incident from the incident surface 10 pass through the direct optical path L1. That is, the light guide member 1 includes, for example, an indirect optical path in which the light is reflected by the first surface 11 or the second surface 12 one or more times, then reflected by the prism 3 and emitted from the second surface 12 . good too.
  • the first surface 11 may be provided with only one prism 3 instead of a plurality of prisms 3 .
  • the prism 3 may have a plurality of reflecting surfaces 30 that are formed over the entire surface of the first surface 11 and have different inclination angles.
  • the prism 3 is formed by processing the first surface 11 of the light guide member 1, but it is not limited to this aspect.
  • the prisms 3 may be provided on the first surface 11 by attaching a prism sheet on which the prisms 3 are formed to the first surface 11 .
  • one prism 3 may be formed on the prism sheet, or a plurality of prisms 3 may be formed.
  • the prism 3 is not limited to a concave shape with respect to the first surface 11, that is, a shape recessed from the first surface 11, but may be a convex shape with respect to the first surface 11, that is, a shape that protrudes from the first surface 11. good.
  • the end surface 13 of the light guide member 1 is an inclined surface inclined with respect to the incident surface 10 so that the distance from the incident surface 10 in the Y-axis direction is larger on the second surface 12 side than on the first surface 11 side. There may be. Since the end surface 13 is such an inclined surface, even if part of the second incident light LT2 incident from the incident surface 10 reaches the end surface 13 without being incident on the first surface 11, 2 It is possible to emit a part of the incident light LT2 from the second surface 12 . That is, when part of the second incident light LT2 incident from the incident surface 10 enters the end surface 13, part of the second incident light LT2 is totally reflected by the end surface 13 toward the second surface 12, It is emitted from two surfaces 12 .
  • the light distribution control unit 14 may control the light distribution of light extracted from the second surface 12 and may be provided on at least one of the first surface 11 and the second surface 12 . That is, in the above-described embodiment, the light distribution control unit 14 is provided on the second surface 12 as the emission surface, but the configuration is not limited to this, and the light distribution control unit 14 is provided on the first surface 11. Alternatively, it may be provided on both the first surface 11 and the second surface 12 . Furthermore, in the above-described embodiment, the light distribution control unit 14 is integrated with the light guide member 1 as an integrally molded product, but the configuration is not limited to this. For example, the light distribution control section 14 may be provided on the second surface 12 by attaching a light distribution sheet on which the light distribution control section 14 is formed.
  • the light distribution control unit 14 is not limited to a lens, and may be, for example, a diffusion sheet, a prism, a diffraction grating, or the like. Also, the light distribution control unit 14 is not an essential component of the optical system 100 and can be omitted as appropriate.
  • the mobile body B1 on which the display system 300 is mounted is not limited to an automobile (passenger car), but may be, for example, a large vehicle such as a truck or bus, a motorcycle, a train, an electric cart, a construction machine, an aircraft, or a ship.
  • the display system 300 is not limited to a configuration that displays a virtual image like a head-up display.
  • display system 300 may be a liquid crystal display or a projector device.
  • the display system 300 may be a car navigation system, an electronic mirror system, or a multi-information display mounted on the mobile body B11.
  • the lighting system 200 is not limited to the configuration used for the display system 300, and may be used for industrial applications such as resin curing or plant growing, or lighting applications including guide lights.
  • the optical system (100) includes the light guide member (1), the prism (3), and the plurality of light control bodies (2).
  • a light guide member (1) has an incident surface (10) on which light is incident, and a first surface (11) and a second surface (12) facing each other.
  • the second surface (12) of the light guide member (1) is a light exit surface.
  • a prism (3) is provided on the first surface (11) and reflects light passing through the interior of the light guide member (1) toward the second surface (12).
  • a plurality of light control bodies (2) are located between the light source (4) and the entrance surface (10).
  • a plurality of light control bodies (2) control light output from the light source (4) and incident on the incident surface (10).
  • Each of the plurality of light control bodies (2) has an incident lens (21).
  • Each of the plurality of light control bodies (2) causes the light incident on the incident lens (21) from the light source (4) to be incident on the incident surface (10). At least two light control bodies (2) among the plurality of light control bodies (2) have different directions of optical axes of light incident on the entrance surface (10).
  • the luminance distribution of the light emitted from the second surface (12) is controlled by controlling the optical axis of the light incident on the incident surface (10) for each of the plurality of light control bodies (2). can do.
  • the angle formed by the optical axis of the light incident on the incident surface (10) by each of the at least two light control bodies (2) is greater than 0 degrees. It is largely 15 degrees or less.
  • the luminance distribution of light emitted from the second surface (12) can be controlled within an appropriate range on the second surface (12).
  • the entrance lens (21) includes a plurality of lens units (22) having different lens characteristics.
  • Each of the plurality of light control bodies (2) causes the light incident on each of the plurality of lens portions (22) from the light source (4) to be incident on the incident surface (10).
  • At least two lens portions (22) among the plurality of lens portions (22) have different optical axis directions of light incident on the incident surface (10).
  • the luminance distribution of the light emitted from the second surface (12) can be more finely controlled.
  • the incident lens (21) is equally divided into a plurality of lens portions (22) by a plurality of mutually intersecting planes.
  • the luminance distribution of the light emitted from the second surface (12) can be more finely controlled.
  • each of the plurality of lens portions (22) is smoothly continuous in the third or fourth aspect.
  • the light incident on the plurality of lens portions (22) from the light source (4) can be effectively incident on the incident surface (10).
  • the entrance lens (21) has four lens portions (22).
  • the luminance distribution of the light emitted from the second surface (12) can be more finely controlled.
  • the plurality of lens portions (22) includes a refractive lens portion that refracts light and a reflective lens portion that reflects light. and including.
  • the luminance distribution of the light emitted from the second surface (12) can be more finely controlled.
  • the light guide member (1) directs the light incident from the incident surface (10) through the prism (3). It includes a direct optical path (L1) that reflects and emerges from the second surface (12).
  • a lighting system (200) according to a ninth aspect comprises the optical system (100) according to any one of the first to eighth aspects, a light source (4) for outputting light incident on an incident surface (10), Prepare.
  • the luminance distribution of light emitted from the second surface (12) can be controlled.
  • a display system (300) according to a tenth aspect comprises the illumination system (200) according to the ninth aspect, a display (5) that receives light emitted from the illumination system (200) and displays an image, Prepare.
  • the luminance distribution of light emitted from the second surface (12) can be controlled.
  • a moving object (B1) according to the eleventh aspect includes the display system (300) according to the tenth aspect, and a moving object main body (B11) on which the display system (300) is mounted.
  • the luminance distribution of light emitted from the second surface (12) can be controlled.

Abstract

光学システムは、導光部材と、プリズムと、複数の光制御体と、を備える。導光部材は、光が入射する入射面、並びに互いに対向する第１面及び第２面を有する。導光部材は、第２面が光の出射面である。プリズムは、第１面に設けられて、導光部材の内部を通る光を第２面に向けて反射する。複数の光制御体は、光源と入射面との間に位置する。複数の光制御体は、光源から出力されて入射面に入射する光を制御する。複数の光制御体のそれぞれは、入射レンズを備える。複数の光制御体のそれぞれは、光源から入射レンズに入射した光を入射面に入射させる。複数の光制御体のうち少なくとも２つの光制御体のそれぞれが入射面に入射させる光の光軸の方向が互いに異なる。

Description

光学システム、照明システム、表示システム及び移動体
　本開示は、一般に光学システム、照明システム、表示システム及び移動体に関する。より詳細には、本開示は、入射面から入射した光を制御して出射面から出射させる光学システム、照明システム、表示システム及び移動体に関する。
　特許文献１は、対象空間に虚像を投影する画像表示装置（表示システム）を開示する。この画像表示装置は、自動車用ＨＵＤ（Head-Up Display）装置である。ダッシュボード内の自動車用ＨＵＤ装置（光学システム）から発せられる画像光である投射光がフロントガラスで反射され、視認者である運転者に向かう。これにより、ユーザ（運転者）は、ナビゲーション画像等の画像を虚像として視認することができ、路面等の背景に虚像が重畳されているように視認する。
特開２０１７－１４２４９１号公報
　本開示の一態様に係る光学システムは、導光部材と、プリズムと、複数の光制御体と、を備える。前記導光部材は、光が入射する入射面、並びに互いに対向する第１面及び第２面を有する。前記導光部材は、前記第２面が光の出射面である。前記プリズムは、前記第１面に設けられて、前記導光部材の内部を通る光を前記第２面に向けて反射する。前記複数の光制御体は、光源と前記入射面との間に位置する。前記複数の光制御体は、前記光源から出力されて前記入射面に入射する光を制御する。前記複数の光制御体のそれぞれは、入射レンズを備える。前記複数の光制御体のそれぞれは、前記光源から前記入射レンズに入射した光を前記入射面に入射させる。前記複数の光制御体のうち少なくとも２つの光制御体のそれぞれが前記入射面に入射させる光の光軸の方向が互いに異なる。
図１Ａは、実施形態に係る光学システムの概要を示す側断面図である。 図１Ｂは、図１Ａの領域Ｆ１を拡大した模式図である。 図２は、同上の光学システムの光制御体の概要を示す側断面図である。 図３Ａは、同上の光学システムにおける光の光軸の方向を説明するための平断面図である。 図３Ｂは、同上の光学システムにおける光の光軸の方向を説明するための側断面図である。 図４は、同上の光学システムの概要を示す斜視図である。 図５は、同上の光学システムを用いた表示システムの説明図である。 図６は、同上の表示システムを備える移動体の説明図である。 図７Ａは、同上の光学システムの平面図である。 図７Ｂは、同上の光学システムの正面図である。 図７Ｃは、同上の光学システムの下面図である。 図７Ｄは、同上の光学システムの側面図である。 図８Ａは、図７Ｃの領域Ａ１を拡大した模式図である。 図８Ｂは、図８ＡのＢ１－Ｂ１線断面図である。 図９は、比較例の光学システムにおける出射光の輝度分布を模式的に示す平面図である。 図１０は、実施形態の光学システムにおける出射光の輝度分布を模式的に示す平面図である。 図１１は、同上の光学システムの光制御体の概要を示す正面図である。 図１２は、同上の光学システムの光制御体における光路を説明するための側断面図である。 図１３は、同上の光学システムの光制御体における光路を説明するための側断面図である。 図１４は、変形例１に係る光制御体の概要を示す正面図である。
　特許文献１に記載されているような画像表示装置では、ユーザが視認する画像の明るさにむらが生じる可能性があった。
　本開示は上記事由に鑑みてなされ、ユーザが視認する画像の明るさに生じるむらを低減することができる光学システム、照明システム、表示システム及び移動体を提供することを目的とする。
　本開示の実施形態に係る光学システム１００（図１Ａ参照）、照明システム２００、表示システム３００（図５参照）及び移動体Ｂ１（図６参照）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態及び変形例は、本開示の一例に過ぎず、本開示は、実施形態及び変形例に限定されない。この実施形態及び変形例以外であっても、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、下記の実施形態（変形例を含む）は、適宜組み合わせて実現されてもよい。
　（１）概要
　まず、本実施形態に係る光学システム１００、及び光学システム１００を用いた照明システム２００の概要について、図１Ａ～図４を参照して説明する。
　本実施形態に係る光学システム１００（図１Ａ及び図１Ｂ参照）は、入射面１０から入射した光を制御して出射面（第２面１２）から出射させる機能を有する。光学システム１００は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、導光部材１と、複数の光制御体２と、プリズム３と、を備える。
　光学システム１００は、光源４と共に照明システム２００を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る照明システム２００は、光学システム１００と、光源４と、を備える。
　光源４は、入射面１０に入射する光を出力する。詳しくは後述するが、光学システム１００が複数の光制御体２を備える場合には、光源４からの光は、導光部材１に直接入射するのではなく、光制御体２を通して導光部材１に入射する。つまり、光源４から出射した光は、光制御体２を通して（導光部材１の）入射面１０に入射する。
　このように、本実施形態では、光学システム１００は、導光部材１及びプリズム３に加えて、複数の光制御体２を更に備えている。複数の光制御体２は、光源４と導光部材１の入射面１０との間に位置し、光源４から出力されて入射面１０に入射する光を制御する。特に、本実施形態では、導光部材１と複数の光制御体２とは、一体成形品として一体化されている。つまり、本実施形態では、導光部材１と複数の光制御体２とは一体成形品であって、一体不可分の関係にある。言い換えれば、導光部材１の入射面１０に対して複数の光制御体２は継ぎ目なく連続しており、導光部材１と複数の光制御体２とはシームレスに一体化されている。そのため、本実施形態では、導光部材１における入射面１０は、導光部材１及び複数の光制御体２の一体成形品の内部に規定される「仮想面」であって、実体を伴わない。
　本実施形態では、導光部材１は、光が入射する入射面１０、並びに互いに対向する第１面１１及び第２面１２を有している。第２面１２は、光の出射面である。プリズム３は、第１面１１に設けられている。プリズム３は、導光部材１の内部を通る光を第２面１２に向けて反射する。
　また、図２に示すように、本実施形態では、複数の光制御体２のそれぞれは、入射レンズ２１を備えている。複数の光制御体２のそれぞれは、光源４から入射レンズ２１に入射した光を、入射面１０に入射させる。
　入射レンズ２１は、主入射面２１１と、副入射面２１２と、を有している。主入射面２１１は、光源４と対向するように配置される。副入射面２１２は、主入射面２１１の法線Ｌ２１に向けられている。ここで、主入射面２１１の法線Ｌ２１は、例えば、主入射面２１１がドーム状であれば、その先端部（ドームの頂点部）における主入射面２１１の法線である。主入射面２１１の法線Ｌ２１は、「仮想線」であって、実体を伴わない。副入射面２１２は、主入射面２１１の周囲の少なくとも一部に位置する。ここで、図１Ａに示すように、光源４から入射する光（第１入射光ＬＴ１）の光軸Ｐ１は、主入射面２１１の法線Ｌ２１と一致する。また、光軸Ｐ１は、第２面１２と平行である。
　また、複数の光制御体２のそれぞれは、第１入射光ＬＴ１の光軸Ｐ１の方向を制御することができる。詳細には、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、光軸Ｐ１をもつ第１入射光ＬＴ１は、複数の光制御体２のそれぞれを通して、光軸Ｐ２をもつ第２入射光ＬＴ２として入射面１０に入射する。ここで、光軸Ｐ１と光軸Ｐ２とは交差していてもよいし、平行でもよい。なお、ここでいう「交差」とは、光軸Ｐ１と光軸Ｐ２とがなす角度が０度より大きいことと同義である。また、詳細は後述するが、第１入射光ＬＴ１は光制御体２によって平行光に近づけられ、第２入射光ＬＴ２として入射面１０に入射する。
　本実施形態では、複数の光制御体２のうち少なくとも２つの光制御体２のそれぞれが入射面１０に入射させる第２入射光ＬＴ２の光軸Ｐ２の方向が互いに異なる。例えば、本実施形態では、光学システム１００は７つの光制御体２（光制御体２Ａ～光制御体２Ｇ）を備える。光制御体２Ａ～光制御体２Ｇのそれぞれは、一対一に対応する複数の光源４（光源４Ａ～光源４Ｇ）と導光部材１の入射面１０との間に位置する。また、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇは、導光部材１の幅方向（図４において光源４Ａ～光源４Ｇが並ぶ方向）に並んでいる。また、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇのそれぞれから入射面１０に入射する第２入射光ＬＴ２（第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇ）の光軸Ｐ２（光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇ）の方向は互いに異なる。
　光制御体２Ａ～光制御体２Ｇのそれぞれには、光源４Ａ～光源４Ｇのそれぞれから第１入射光ＬＴ１（第１入射光ＬＴ１Ａ～第１入射光ＬＴ１Ｇ）が入射する。このとき、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１入射光ＬＴ１Ａ～第１入射光ＬＴ１Ｇの光軸Ｐ１（光軸Ｐ１Ａ～光軸Ｐ１Ｇ）の方向はすべて等しく、互いに平行である。また光軸Ｐ１Ａ～光軸Ｐ１Ｇは第２面１２と平行であり、入射面１０に対して垂直である。ここで、第１入射光ＬＴ１Ａ～第１入射光ＬＴ１Ｇは、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇのそれぞれが備える入射レンズ２１によって平行光に変換され、それぞれ光軸Ｐ２（光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇ）をもつ第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇとして入射面１０に入射する。なお、光軸Ｐ１と光軸Ｐ２とは交差してもよいし、平行であってもよい。例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように第２入射光ＬＴ２Ａの光軸Ｐ２Ａは第１入射光ＬＴ１Ａの光軸Ｐ１Ａ上にあり、光軸Ｐ１Ａと光軸Ｐ２Ａは平行である。また、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇは互いに交差する。換言すると、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの向きは互いに異なる。
　このように、光学システム１００は、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇのそれぞれの方向を、例えば図３Ａ及び図３Ｂに示すように、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇによってそれぞれ制御することによって、出射面（第２面１２）から出射する出射光の輝度分布を制御することができる。なお、図３Ａ及び図３Ｂに示した光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇのそれぞれの方向は一例であり、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向は、第２面１２から出射する出射光が所望の輝度分布となるように適宜変更可能である。ここで、出射光はプリズム３によって反射された第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇが作る面状の光であり、出射光の輝度分布とは、第２面１２における出射光の光量分布である。
　（２）詳細
　以下、本実施形態に係る光学システム１００、光学システム１００を用いた照明システム２００、照明システム２００を用いた表示システム３００、及び移動体Ｂ１について、図１Ａ～図１３を参照して詳しく説明する。
　（２．１）前提
　以下の説明では、導光部材１の幅方向（図４において複数の光源４が並ぶ方向）を「Ｘ軸方向」、導光部材１の奥行き方向（図１Ａにおいて光源からの光が入射面１０に入射する方向）を「Ｙ軸方向」とする。また、以下の説明では、導光部材１の厚み方向（図１Ａにおいて第１面１１及び第２面１２が並ぶ方向）を「Ｚ軸方向」とする。これらの方向を規定するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する。図面における「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」及び「Ｚ軸方向」を示す矢印は説明のために表記しているに過ぎず、実体を伴わない。
　また、本開示でいう「取り出し効率」とは、導光部材１の入射面１０に入射する第２入射光ＬＴ２の光量に対して、導光部材１の第２面１２（出射面）から出射する出射光の光量が占める割合をいう。すなわち、導光部材１の入射面１０に入射する第２入射光ＬＴ２の光量に対して、導光部材１の第２面１２から出射する出射光の光量の相対的な比率が大きくなれば、光の取り出し効率は高く（大きく）なる。一例として、導光部材１の入射面１０に入射する第２入射光ＬＴ２の光量が「１００」であるのに対して、導光部材１の第２面１２から出射する出射光の光量が「１０」であれば、導光部材１における光の取り出し効率は１０％となる。
　また、本開示でいう「光軸」は、系全体を通過する光束の代表となる仮想的な光線を意味する。一例として、光源４Ａから光制御体２Ａに入射する第１入射光ＬＴ１Ａの光軸Ｐ１Ａは、第１入射光ＬＴ１Ａの回転対称軸と一致する。
　また、本開示でいう「平行」とは、２者間が略平行、つまり２者が厳密に平行な場合に加えて、２者間の角度が数度（例えば２度未満）程度の範囲に収まる関係にあることをいう。
　また、本開示でいう「直交」とは、２者間が略直交、つまり２者が厳密に直交する場合に加えて、２者間の角度が９０度を基準に数度（例えば２度未満）程度の範囲に収まる関係にあることをいう。
　（２．２）表示システム
　まず、表示システム３００について、図５及び図６を参照して説明する。
　本実施形態に係る照明システム２００は、図５に示すように、表示器５と共に表示システム３００を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る表示システム３００は、照明システム２００と、表示器５と、を備える。表示器５は、照明システム２００から出射される光を受けて画像を表示する。ここでいう「画像」は、ユーザＵ１（図６参照）が視認可能な態様で表示される画像であって、図形、記号、文字、数字、図柄若しくは写真等又はこれらの組み合わせであってもよい。表示システム３００にて表示される画像は、動画（動画像）及び静止画（静止画像）を含む。さらに、「動画」は、コマ撮り等により得られる複数の静止画にて構成される画像を含む。
　また、本実施形態に係る表示システム３００は、図６に示すように、移動体本体Ｂ１１と共に自動車等の移動体Ｂ１を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る移動体Ｂ１は、表示システム３００と、移動体本体Ｂ１１と、を備える。移動体本体Ｂ１１は、表示システム３００を搭載する。本実施形態では一例として、移動体Ｂ１は、人が運転する自動車（乗用車）である。なお、移動体Ｂ１は自動運転で走行可能な自動運転車であってもよい。この場合において、表示システム３００にて表示される画像を視認するユーザＵ１は、移動体Ｂ１の乗員であって、本実施形態では一例として、移動体Ｂ１としての自動車の運転者（driver）がユーザＵ１であると仮定する。
　本実施形態においては、表示システム３００は、例えば、移動体Ｂ１に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）に用いられる。表示システム３００は、例えば、移動体Ｂ１の速度情報、コンディション情報及び運転情報等に関連する運転支援情報をユーザＵ１の視界に表示するために用いられる。移動体Ｂ１の運転情報としては、例えば、走行経路等を表示するナビゲーション関連の情報、並びに、走行速度及び車間距離を一定に保つＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）関連の情報等がある。
　表示システム３００は、図５及び図６に示すように、画像表示部３１０と、光学系３２０と、制御部３３０と、を備えている。また、表示システム３００は、画像表示部３１０、光学系３２０及び制御部３３０を収容するハウジング３４０を更に備えている。
　ハウジング３４０は、例えば合成樹脂の成型品等で構成されている。ハウジング３４０には、画像表示部３１０、光学系３２０及び制御部３３０等が収容されている。ハウジング３４０は、移動体本体Ｂ１１のダッシュボードＢ１３に取り付けられている。光学系３２０の第２ミラー３２２（後述する）によって反射された光は、ハウジング３４０の上面の開口部を通して反射部材（ウィンドシールドＢ１２）に出射され、ウィンドシールドＢ１２によって反射された光がアイボックスＣ１に集光される。反射部材は、ウィンドシールドＢ１２に限らず、例えば、移動体本体Ｂ１１のダッシュボードＢ１３上に配置されるコンバイナ等で実現されてもよい。
　このような表示システム３００によれば、ユーザＵ１は、移動体Ｂ１の前方（車外）の空間に投影された虚像を、ウィンドシールドＢ１２越しに視認することになる。本開示でいう「虚像」は、表示システム３００から出射される光がウィンドシールドＢ１２等の反射部材にて発散するとき、その発散光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。そのため、移動体Ｂ１を運転しているユーザＵ１は、移動体Ｂ１の前方に広がる実空間に重ねて、表示システム３００にて投影される虚像としての画像を視認する。要するに、本実施形態に係る表示システム３００は、画像として、虚像を表示する。表示システム３００が表示可能な画像（虚像）は、移動体Ｂ１の走行面Ｄ１に沿って重畳された虚像Ｅ１、及び走行面Ｄ１と直交する平面ＰＬ１に沿って立体的に描画される虚像を含む。
　画像表示部３１０は、ケース３１１を備えている。画像表示部３１０は、画像中の対象物から複数の方向に放出される光を再現することで対象物を立体的に見せるライトフィールド（Light Field）方式により、立体画像を表示する機能を有している。ただし、画像表示部３１０が、立体描画の対象物の虚像を立体的に表示する方式はライトフィールド方式に限定されない。画像表示部３１０は、ユーザＵ１の左右の目に、互いに視差がある画像をそれぞれ投影することで、ユーザＵ１に立体描画の対象物の虚像を視認させる視差方式を採用してもよい。
　画像表示部３１０は、表示器５と、光学システム１００を含む照明システム２００と、を備えている。表示器５は、例えば、液晶ディスプレイ等であって、照明システム２００から出射される光を受けて画像を表示する。つまり、照明システム２００は、表示器５の背後から、表示器５に向けて光を出射し、照明システム２００からの光が、表示器５を透過することで、表示器５は画像を表示する。言い換えれば、照明システム２００は、表示器５のバックライトとして機能する。
　画像表示部３１０は、ケース３１１を備えている。ケース３１１には、光学システム１００及び光源４を含む照明システム２００と、表示器５と、が収容されている。照明システム２００及び表示器５は、ケース３１１に保持されている。ここでは、表示器５はケース３１１の上面に沿って配置されており、ケース３１１の上面から表示器５の一面が露出する。照明システム２００は、ケース３１１内における表示器５の下方に配置されており、表示器５の下方から表示器５に向けて光を出力する。これにより、ケース３１１の上面は、画像が表示される表示面３１２を構成する。
　画像表示部３１０は、ハウジング３４０の内部に、表示面３１２を第１ミラー３２１（後述する）に向けた状態で収容されている。画像表示部３１０の表示面３１２は、ユーザＵ１に投影する画像の範囲、つまりウィンドシールドＢ１２の形状に合わせた形状（例えば矩形状）である。画像表示部３１０の表示面３１２には、複数の画素がアレイ状に配置されている。画像表示部３１０の複数の画素は、制御部３３０の制御に応じて発光し、画像表示部３１０の表示面３１２から出力される光によって、表示面３１２に画像が表示される。
　画像表示部３１０の表示面３１２に表示された画像は、ウィンドシールドＢ１２に出射され、ウィンドシールドＢ１２によって反射された光がアイボックスＣ１に集光される。つまり、表示面３１２に表示された画像は、光学系３２０を通して、アイボックスＣ１内に視点があるユーザＵ１に視認される。このとき、ユーザＵ１は、移動体Ｂ１の前方（車外）の空間に投影された虚像を、ウィンドシールドＢ１２越しに視認することになる。
　光学系３２０は、画像表示部３１０の表示面３１２から出力される光を、アイボックスＣ１に集光する。本実施形態では、光学系３２０は、例えば、凸面鏡である第１ミラー３２１と、凹面鏡である第２ミラー３２２と、ウィンドシールドＢ１２と、を備えている。
　第１ミラー３２１は、画像表示部３１０から出力される光を反射して、第２ミラー３２２に入射させる。第２ミラー３２２は、第１ミラー３２１から入射した光をウィンドシールドＢ１２に向かって反射する。ウィンドシールドＢ１２は、第２ミラー３２２から入射した光を反射してアイボックスＣ１に入射させる。
　制御部３３０は、例えば、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしての１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを主構成とする。コンピュータシステムの１以上のメモリ又は記憶部３３４に記録されたプログラムを１以上のプロセッサが実行することによって、制御部３３０の機能（例えば、描画制御部３３１、画像データ作成部３３２及び出力部３３３等の機能）が実現される。プログラムは、コンピュータシステムの１以上のメモリ又は記憶部３３４に予め記録されている。プログラムは、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク又はハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。
　記憶部３３４は、例えば、書換可能な不揮発性の半導体メモリ等の非一時的記録媒体にて実現される。記憶部３３４は、制御部３３０が実行するプログラム等を記憶する。また、表示システム３００は、既に述べたように、移動体Ｂ１の速度情報、コンディション情報及び運転情報等に関連する運転支援情報をユーザＵ１の視界に表示するために用いられる。このため、表示システム３００が表示する虚像の種類は予め決まっている。そして、記憶部３３４には、虚像（平面描画の対象物である虚像Ｅ１、及び、立体描画の対象物である虚像）を表示するための画像データが予め記憶されている。
　描画制御部３３１は、移動体Ｂ１に搭載された各種のセンサ３５０から検出信号を受け取る。センサ３５０は、例えば先進運転システム（ＡＤＡＳ：Advanced Driver Assistance System）に使用される各種の情報を検出するためのセンサである。センサ３５０は、例えば、移動体Ｂ１の状態を検出するためのセンサ、及び移動体Ｂ１の周囲の状態を検出するためのセンサのうちの少なくとも１つを含む。移動体Ｂ１の状態を検出するためのセンサは、例えば、移動体Ｂ１の車速、温度又は残燃料等を測定するセンサを含む。移動体Ｂ１の周囲の状態を検出するためのセンサは、移動体Ｂ１の周囲を撮影する画像センサ、ミリ波レーダ又はＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）等を含む。
　描画制御部３３１は、センサ３５０から入力される検出信号に基づいて、この検出信号に関する情報を表示するための１又は複数の画像データを記憶部３３４から取得する。ここで、画像表示部３１０に複数種類の情報を表示する場合、描画制御部３３１は、複数種類の情報を表示するための複数の画像データを取得する。また、描画制御部３３１は、センサ３５０から入力される検出信号に基づいて、虚像を表示する対象空間において虚像を表示する位置に関する位置情報を求める。そして、描画制御部３３１は、表示対象の虚像の画像データと位置情報とを、画像データ作成部３３２に出力する。
　画像データ作成部３３２は、描画制御部３３１から入力される画像データ及び位置情報に基づいて、表示対象の虚像を表示するための画像データを作成する。
　出力部３３３は、画像データ作成部３３２によって作成された画像データを画像表示部３１０に出力し、画像表示部３１０の表示面３１２に、作成された画像データに基づく画像を表示させる。表示面３１２に表示された画像が、ウィンドシールドＢ１２に投影されることで、表示システム３００により画像（虚像）が表示される。このようにして、表示システム３００により表示される画像（虚像）は、ユーザＵ１に視認される。
　（２．３）光学システム
　次に、光学システム１００について、図１Ａ～図４、及び図７Ａ～図１０を参照して説明する。
　本実施形態では、光学システム１００は、導光部材１と、複数の光制御体２（光制御体２Ａ～光制御体２Ｇ）と、複数のプリズム３と、を備えている。すなわち、本実施形態に係る光学システム１００は、光制御体２を複数備え、さらに、プリズム３についても複数備えている。
　また、本実施形態では、光学システム１００は、光源４Ａ～光源４Ｇと共に照明システム２００を構成している。すなわち、本実施形態に係る照明システム２００は、光学システム１００と、光源４Ａ～光源４Ｇと、を備えている。
　複数の光源４（光源４Ａ～光源４Ｇ）は、共通の構成を採用しているので、以下、特に断りが無い限り、１つの光源４について説明する構成は、他の光源４についても同様である。
　光源４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）素子又は有機ＥＬ（ＯＥＬ：Organic Electro-Luminescence）素子等の固体発光素子である。本実施形態では一例として、光源４は、チップ状の発光ダイオード素子である。このような光源４は、実際には、その表面（発光面）がある程度の面積をもって発光するが、理想的には、その表面の一点から光を放射する点光源とみなすことができる。そこで、以下では、光源４は、理想的な点光源であると仮定して説明する。
　本実施形態では、光源４は、図２に示すように、導光部材１の入射面１０と所定の間隔を空けて対向するように配置されている。そして、光源４と導光部材１の入射面１０との間には、光制御体２が位置している。
　本実施形態では、光制御体２は、導光部材１と一体である。本開示でいう「一体」は、複数の要素（部位）について物理的に一体として取り扱うことができる態様を意味する。つまり、複数の要素が一体である、とは、複数の要素が一つにまとまっており、１つの部材のように扱うことができる態様にあることを意味する。この場合において、複数の要素は、一体成形品のように一体不可分の関係にあってもよいし、又は、別々に作成された複数の要素が、例えば、溶着、接着又はかしめ接合等により機械的に結合されていてもよい。すなわち、導光部材１と光制御体２とは、適宜の態様で一体化されていればよい。
　より具体的には、本実施形態では、上述したように、導光部材１と光制御体２とは、一体成形品として一体化されている。つまり、本実施形態では、導光部材１と光制御体２とは一体成形品であって、一体不可分の関係にある。そのため、導光部材１における入射面１０は、上述したように、導光部材１及び光制御体２の一体成形品の内部に規定される「仮想面」であって、実体を伴わない。
　ここで、光源４Ａ～光源４Ｇは、図４に示すように、Ｘ軸方向に所定の間隔を空けて並ぶように配置されている。光源４Ａ～光源４Ｇは、複数の光制御体２Ａ～光制御体２Ｇと一対一に対応している。つまり、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇについても、光源４Ａ～光源４Ｇと同様に、Ｘ軸方向に並ぶように配置されている。ここで、Ｘ軸方向における光源４Ａ～光源４Ｇのピッチと、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇのピッチとは等しい。
　導光部材１は、光源４からの光を、入射面１０から導光部材１内に取り込み、導光部材１内を通して出射面である第２面１２に導く、つまり導光する部材である。導光部材１は、本実施形態では一例として、アクリル樹脂等の透光性を有する樹脂材料の成形品であって、板状に形成されている。つまり、導光部材１は、ある程度の厚みを有する導光板である。
　導光部材１は、上述したように、光が入射する入射面１０、並びに互いに対向する第１面１１及び第２面１２（出射面）を有している。さらに、導光部材１は、入射面１０と対向する端面１３を有している。
　具体的には、本実施形態では、図７Ａ～図７Ｄに示すように、導光部材１は、矩形板状であって、導光部材１の厚み方向において対向する２面がそれぞれ第１面１１及び第２面１２である。また、導光部材１の４つの端面（周面）のうちの１つの端面が入射面１０である。つまり、導光部材１は、平面視において（Ｚ軸方向の一方から見て）、矩形状に形成されている。ここでは一例として、導光部材１は、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向の寸法が小さい、長方形状に形成されている。そして、導光部材１の厚み方向（Ｚ軸方向）の両面が、それぞれ第１面１１及び第２面１２を構成する。さらに、導光部材１の短手方向（Ｙ軸方向）の両面が、それぞれ入射面１０及び端面１３を構成する。
　このように、導光部材１のＹ軸方向において互いに対向する２つの端面のうちの一方の端面（図１Ａにおける左面）は、光源４Ａ～光源４Ｇからそれぞれ出射される第１入射光ＬＴ１（第１入射光ＬＴ１Ａ～第１入射光ＬＴ１Ｇ）が、それぞれ光制御体２Ａ～光制御体２Ｇを通して、第２入射光ＬＴ２（第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇ）として入射する入射面１０である。導光部材１のＺ軸方向において互いに対向する２つの面は、それぞれ第１面１１及び第２面１２である。第１面１１は、図１Ａにおける下面であり、第２面１２は、図１Ａにおける上面である。そして、第２面１２は、導光部材１の内部から外部へと出射光を出射する出射面である。したがって、導光部材１は、入射面１０である一方の端面から第２入射光ＬＴ２が入射することにより、出射面である第２面１２が面発光する。
　また、本実施形態では、第２面１２は、Ｘ－Ｙ平面と平行な平面である。また、入射面１０は、Ｘ－Ｚ平面と平行な平面である。ここでいう「Ｘ－Ｙ平面」は、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面であって、Ｚ軸と直交する平面である。同様に、ここでいう「Ｘ－Ｚ平面」とは、Ｘ軸及びＺ軸を含む平面であって、Ｙ軸と直交する平面である。第２面１２はＺ軸と直交する平面であり、入射面１０はＹ軸と直交する平面であるので、第２面１２と入射面１０とは互いに直交する。
　一方、第１面１１は、Ｘ－Ｙ平面に対して平行ではなく、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜した平面である。つまり、第１面１１と入射面１０とは互いに直交していない。具体的には、第１面１１は、入射面１０から遠ざかるにつれて第２面１２に近づくように、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜している。つまり、本実施形態では、第１面１１と第２面１２とは、互いに傾斜している。
　また、本実施形態では、図１Ａに示すように、端面１３は、入射面１０と例えば平行である。
　また、本実施形態では、第２面１２に配光制御部１４が設けられている。配光制御部１４は、レンズを含んでいる。本実施形態では一例として、シリンドリカルレンズを含んでいる。配光制御部１４について詳しくは、「（２．７）配光制御部」の欄で説明する。なお、配光制御部１４は、光学システム１００に必須の構成ではなく、適宜省略が可能である。
　光制御体２は、光源４と導光部材１の入射面１０との間に配置されている。光制御体２は、光源４から出力されて入射面１０に入射する光を制御する。本実施形態では、光制御体２は、光源４から出力された第１入射光ＬＴ１を平行光に近づけるコリメート機能を有している。すなわち、光制御体２は、光源４から放射状に広がる第１入射光ＬＴ１が入射すると、この第１入射光ＬＴ１を入射面１０に向けて集光することで、平行光に近づけるコリメートレンズである。ここで、光源４から出射される第１入射光ＬＴ１は、光制御体２を通して導光部材１の入射面１０に入射する。そのため、光源４からの第１入射光ＬＴ１は、コリメート機能を有する光制御体２にて広がり角を狭めるように制御され、導光部材１の入射面１０に向けて、第２入射光ＬＴ２として出射される。本実施形態では、理想的な点光源としての光源４からの第１入射光ＬＴ１が、光制御体２にて、理想的な平行光である第２入射光ＬＴ２に変換されることと仮定して説明する。
　本実施形態では、図４に示すように、複数の光制御体２（光制御体２Ａ～光制御体２Ｇ）が、導光部材１の入射面１０を構成する端部において、Ｘ軸方向に並ぶように形成されている。つまり、本実施形態では、光制御体２は、導光部材１と一体である。また、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇは、既に述べたように、それぞれ複数の光源４（光源４Ａ～光源４Ｇ）と一対一に対応している。したがって、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇは、それぞれ対応する光源４が出射する第１入射光ＬＴ１（第１入射光ＬＴ１Ａ～第１入射光ＬＴ１Ｇ）の広がり角を制御して、平行光である第２入射光ＬＴ２（第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇ）をそれぞれ入射面１０に入射する。また上述したように、本実施形態では第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇのそれぞれの光軸Ｐ２（光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇ）の方向は互いに異なる。
　本実施形態では、光軸Ｐ２Ａと、光軸Ｐ２Ｂ～光軸Ｐ２Ｇのそれぞれとがなす角度は、０度より大きく１５度以内であることが好ましく、１度以上１０度以下であることがさらに好ましい。光制御体２の機能の詳細は、「（２．４）光制御体」の欄で説明する。
　プリズム３は、第１面１１に設けられており、導光部材１の内部を通る光を第２面１２に向けて反射する。本実施形態では、プリズム３は、第１面１１に複数設けられている。プリズム３は、入射する第２入射光ＬＴ２を全反射するように構成されている。もちろん、プリズム３は、入射する第２入射光ＬＴ２を全て全反射する態様に限らず、第２入射光ＬＴ２の一部が全反射せずにプリズム３の内部を通過して導光部材１の外部に出射する態様も含み得る。
　導光部材１においては、入射面１０から入射した第２入射光ＬＴ２の大部分は、第１面１１又は第２面１２のうちプリズム３を除いた部位で反射することなく、プリズム３にて反射することで、第２面１２から出射される。つまり、導光部材１は、入射面１０から入射した第２入射光ＬＴ２をプリズム３にて直接反射して第２面１２から出射光として出射させるダイレクト光路Ｌ１を含む。
　本実施形態では、プリズム３は、Ｘ軸方向の一方から見た断面が三角形状の凹部となるように、第１面１１に形成されている。プリズム３は、例えば、導光部材１の第１面１１に加工を施すことで形成されている。プリズム３は、図１Ｂに示すように、導光部材１の内部を通って入射する第２入射光ＬＴ２を第２面１２に向けて反射する反射面３０を有している。図１Ｂは、図１Ａの領域Ｆ１を拡大した模式的な端面図である。
　反射面３０と第１面１１とがなす角度（つまり、反射面３０の傾斜角度）θ１は、反射面３０に入射する第２入射光ＬＴ２の入射角θ０が臨界角以上となるような角度である。つまり、反射面３０は、入射する第２入射光ＬＴ２が全反射するように、第１面１１に対して傾斜している。また本実施形態では、反射面３０の傾斜角度θ１は、反射面３０にて全反射した光が、第２面１２に対して例えば垂直な方向で入射するように設定されている。本実施形態では、複数の第２入射光ＬＴ２（第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇ）が第１面１１に入射する。第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇの光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向はそれぞれ異なるため、傾斜角度θ１は第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇのそれぞれが第１面１１に入射する複数の領域Ａ０（領域Ａ０１～領域Ａ０７）毎に異なる。なお、反射面３０にて全反射した光が第２面１２に対して入射する方向は垂直に限定されず、反射面３０にて全反射した光は第２面１２に対して斜めに入射してもよい。
　本実施形態では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、複数のプリズム３は、Ｚ軸方向の一方から見て、第１面１１上において千鳥状（zigzag pattern）に配置されている。ここで、図８Ａは、図７Ｃの領域Ａ１を拡大した模式的な平面図である。ここで領域Ａ１は、入射面１０に垂直に入射する平行光である第２入射光ＬＴ２Ａが入射する領域Ａ０１の一部である。図８Ｂは、図８ＡのＢ１－Ｂ１線の端面を模式的に表す図面である。図８Ａでは、第１面１１の一部のみを示しているが、実際には、第１面１１の略全域にわたって、複数のプリズム３が形成されている。
　具体的には、各プリズム３はＸ軸方向に長さを有しており、その長手方向（Ｘ軸方向）に間隔を空けて複数のプリズム３が並ぶように形成されている。さらに、複数のプリズム３は、Ｙ軸方向においても、間隔を空けて並ぶように形成されている。そして、Ｘ軸方向に並ぶ複数のプリズムの列を、Ｙ軸方向において入射面１０側から数えて１列目、２列目、３列目…とする場合に、偶数列に含まれる複数のプリズム３と、奇数列に含まれる複数のプリズム３とは、互いにＸ軸方向にずれた位置にある。ここで、本実施形態では、偶数列に含まれる複数のプリズム３と、奇数列に含まれる複数のプリズム３とは、各々の長手方向（Ｘ軸方向）の端部同士が、例えばＹ軸方向において重複するように配置されている。このような配置によれば、入射面１０から見て、複数のプリズム３はＸ軸方向に隙間なく並ぶことになり、入射面１０から導光部材１の内部に入射した第２入射光ＬＴ２は、複数のプリズム３のうちのいずれかのプリズム３にて反射することになる。なお、偶数列に含まれる複数のプリズム３は、それぞれの長手方向（Ｘ軸方向）の端部がＹ軸方向に対して互いに異なる傾きを持つように配置されてもよい。また、奇数列に含まれる複数のプリズム３は、それぞれの長手方向（Ｘ軸方向）の端部がＹ軸方向に対して互いに異なる傾きを持つように配置されてもよい。
　本実施形態では一例として、複数のプリズム３は、全て同一の形状である。そのため、図８Ｂに示すように、Ｙ軸方向に並ぶ複数のプリズム３においては、反射面３０の傾斜角度θ１は同一角度である。また、プリズム３の長手方向の寸法、及びプリズム３としての凹部の深さ（言い換えれば、プリズム３の高さ）等の、プリズム３の大きさについても、複数のプリズム３において同一である。すなわち、本実施形態では、プリズム３は、Ｙ軸方向において複数並ぶように設けられている。ここで、領域Ａ０１～領域Ａ０７のそれぞれにおいて、複数のプリズム３は、同一形状である。そのため、同じ領域Ａ０内の反射面３０に入射する第２入射光ＬＴ２の入射角θ０が一定であれば、複数のプリズム３のうちのいずれのプリズム３に光が入射する場合でも、プリズム３の反射面３０で反射された第２入射光ＬＴ２の向きは同一となる。したがって、同じ領域Ａ０内の複数のプリズム３で反射された全ての第２入射光ＬＴ２を、第２面１２に対して垂直な方向で入射させることが可能である。
　さらに、一例として、プリズム３としての凹部の深さ（言い換えれば、プリズム３の高さ）は、１μｍ以上、１００μｍ以下である。同様に、一例として、複数のプリズム３のＹ軸方向におけるピッチは１μｍ以上１０００μｍ以下である。具体例として、領域Ａ０１内のプリズム３としての凹部の深さは十数μｍであって、複数のプリズム３のＹ軸方向におけるピッチは百数十μｍである。
　以下、本実施形態の光学システム１００の発光原理について図１Ａ、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。
　図１Ａに示すように、例えば光源４Ａから出射される第１入射光ＬＴ１Ａは、光制御体２Ａを通過することにより、広がり角が制御される。そして、光制御体２Ａから導光部材１の入射面１０に向かって、広がり角が制御された第２入射光ＬＴ２Ａが出射される。本実施形態では、光制御体２Ａから出射される第２入射光ＬＴ２Ａは、第２面１２と平行な平行光となり、入射面１０に対して垂直に入射する。
　次に、図１Ｂに示すように、入射面１０に入射する第２入射光ＬＴ２Ａの大部分は、第１面１１及び第２面１２にて反射することなく、第１面１１に設けられた複数のプリズム３のうちのいずれかのプリズム３の反射面３０にて全反射する。つまり、導光部材１は、入射面１０から入射した第２入射光ＬＴ２Ａをプリズム３にて直接反射して第２面１２から出射させるダイレクト光路Ｌ１を含んでいる。さらに、本実施形態では、ダイレクト光路Ｌ１は、プリズム３にて全反射する第２入射光ＬＴ２Ａの光路を含んでいる。プリズム３の反射面３０にて全反射した第２入射光ＬＴ２Ａは、第２面１２と直交する光路を辿り、第２面１２から出射される。
　同様に、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、光源４Ｂ～光源４Ｇのそれぞれから出射される第１入射光ＬＴ１Ｂ～第１入射光ＬＴ１Ｇは、光制御体２Ｂ～光制御体２Ｇをそれぞれ通過することにより平行光である第２入射光ＬＴ２Ｂ～第２入射光ＬＴ２Ｇとして入射面１０に入射する。ここで、第２入射光ＬＴ２Ｂ～第２入射光ＬＴ２Ｇは第２入射光ＬＴ２Ａと交差する平行光となる。また、第２入射光ＬＴ２Ｂ～第２入射光ＬＴ２Ｇは互いに交差する平行光となる。つまり、第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇそれぞれの光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向は互いに異なる。なお、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向は、互いに異なる状態に限定されず、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇのうち少なくとも２つの光軸Ｐ２の方向が互いに異なっていれば、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇのうち方向の同じ光軸Ｐ２があってもよい。
　そして、図３Ｂに示すように、第１面１１に設けられた複数のプリズム３のうちいずれかプリズム３の反射面３０にて全反射した第２入射光ＬＴ２Ｂ～第２入射光ＬＴ２Ｇは、第２面１２と直交する光路を辿り、第２面１２から出射される。
　本実施形態では、複数のプリズム３が第１面１１の全域にわたって配置されているので、第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇは、上述したようなダイレクト光路Ｌ１を通して、導光部材１の第２面１２から出射光として出射される。これにより、第２面１２が面発光し、出射光は面状の光となる。本実施形態では、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向が互いに異なるため、第１面１１上に入射する第２入射光ＬＴ２の輝度分布は不均一となる。そして、第１面１１上に入射した第２入射光ＬＴ２はダイレクト光路Ｌ１を辿り第２面１２に垂直に出射されるので、出射光の第２面１２上での輝度分布は不均一となる。つまり、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇによって、第２入射光ＬＴ２Ａ～第２入射光ＬＴ２Ｇのそれぞれの光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向を制御することによって、第２面１２上において所望の輝度分布をもつ出射光を得ることができる。
　以下、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇを備える本実施形態の光学システム１００の利点について、図３Ａ～図３Ｂ及び図９～図１０を参照して以下に説明する。
　一般的な光学システム（以下比較例の光学システム１００Ａと言う）が備える複数の光制御体（以下比較例の複数の光制御体と言う）から入射面１０に入射する複数の第２入射光ＬＴ２のそれぞれの光軸Ｐ２の方向は互いに等しい。図９は比較例の光学システム１００Ａにおける出射光の輝度分布を示している。比較例の光学システム１００Ａでは、複数の光制御体から入射面１０に入射する複数の第２入射光ＬＴ２は互いに平行な平行光であり、入射面１０に対して垂直に入射する。この場合、入射面１０から第１面１１上に入射する第２入射光ＬＴ２の輝度分布は均一になる。そして、第１面１１上に入射した第２入射光ＬＴ２はダイレクト光路Ｌ１を辿り第２面１２に垂直に出射されるので、出射光の第２面１２上での輝度分布ＡＲ１は図９に示すように均一となる。なお、図９及び図１０に示した輝度分布ＡＲ１及び後述する輝度分布ＡＲ２は、出射光の第２面１２上での輝度分布を模式的に示したものである。ここで、輝度分布ＡＲ１及び輝度分布ＡＲ２は、輝度分布ＡＲ１及び輝度分布ＡＲ２の範囲外よりも出射光の光量が相対的に多い部分を示す。
　本実施形態に係る表示システム３００のように、移動体Ｂ１に搭載されるヘッドアップディスプレイに複数の光制御体２を含む光学システム１００を適用する場合、複数の光制御体２については、出射光の第２面１２上での輝度分布を不均一に制御することが、以下のような理由で要求される。
　ヘッドアップディスプレイの画像表示部３１０の表示面３１２は、後述する配光制御部１４を通じて第２面１２から出射される出射光を受けて画像を表示する。表示面３１２はユーザＵ１に投影する画像の範囲、つまりウィンドシールドＢ１２の形状に合わせた形状（例えば矩形状）である。第２面１２も表示面３１２に合わせた形状で設けられる。
　ここで、表示面３１２に表示される画像は、ウィンドシールドＢ１２に反射されてユーザＵ１に視認されるまでに、輝度分布が変化する部分が存在する。よって、表示面３１２のバックライトとして機能する出射光に、ユーザＵ１が視認したときに最適な画像となるような輝度分布を予め与えることが必要となる。
　例えば、本実施形態では、矩形状の表示面３１２に表示される画像は、ユーザＵ１が視認するまでにユーザＵ１から見てウィンドシールドＢ１２の左上の光の強度が低下する。これは、表示面３１２とユーザＵ１のアイボックスＣ１との間の光路の長さが、ウィンドシールドＢ１２の左上の領域ほど長く、光が強く散乱されることが一因である。
　よって本実施形態では、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇによって光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向をそれぞれ制御することによって、出射面（第２面１２）から出射する出射光の第２面１２上の輝度分布ＡＲ２を、図１０に示すように、相対的に右下が明るく左上が暗くなるように制御している。なお本実施形態では、ウィンドシールドＢ１２のユーザＵ１から見た上下方向は、図９及び図１０のＸ軸方向が上下逆転して対応し、ウィンドシールドＢ１２のユーザＵ１から見た左右方向はＹ軸方向が左右逆転して対応する。そのため、第２面１２上の輝度分布ＡＲ２を、相対的に右下が明るく左上が暗くなるように制御することで、ウィンドシールドＢ１２の左上の光の強度低下を補正し、均一な明るさの画像をユーザＵ１に視認させることができる。
　本実施形態では、図１０に示すような輝度分布ＡＲ２を得るために、例えば図３Ａに示すように、光源４Ａ側から光源４Ｇ側に向かうＸ軸方向に沿って、光軸Ｐ２Ａに対する光軸Ｐ２Ｂ～光軸Ｐ２Ｇの傾きが大きくなるように光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向はそれぞれ制御される。また、例えば図３Ｂに示すように、Ｘ軸方向から見て、光軸Ｐ２Ａに対する光軸Ｐ２Ｂ～光軸Ｐ２Ｆの傾きは等しく、光軸Ｐ２Ａに対する光軸Ｐ２Ｇの傾きは、光軸Ｐ２Ａに対する光軸Ｐ２Ｂ～光軸Ｐ２Ｆの傾きよりも大きくなるように光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向はそれぞれ制御される。なお、光軸Ｐ２Ａ～光軸Ｐ２Ｇの方向は、所望の輝度分布ＡＲ２に応じて適宜変更が可能である。
　（２．４）光制御体
　次に、本実施形態に係る光制御体２の形状及び機能について図２及び図１１～図１３を参照して詳しく説明する。
　光制御体２は、入射レンズ２１を備えている。また本実施形態では、光制御体２Ｂ～光制御体２Ｇが有する入射レンズ２１は、例えばレンズ上の曲率の分布等のレンズ特性が互いに異なる複数のレンズ部２２を含む。これにより、光制御体２Ｂ～光制御体２Ｇは、光軸Ｐ２の方向を、光軸Ｐ１の方向から変更することができる。
　光制御体２Ａが備える、レンズ上の曲率分布がレンズの中心軸に対して例えば回転対称な入射レンズ２１では、主入射面２１１の法線Ｌ２１と一致する光軸Ｐ１をもつ第１入射光ＬＴ１が入射した場合、第２入射光ＬＴ２の光軸Ｐ２の方向は光軸Ｐ１の方向と同じ方向となる。なお、光制御体２Ａが備える入射レンズ２１は、光軸Ｐ２の方向を光軸Ｐ１の方向と同じに制御できれば、レンズの中心軸に対して回転対称でなくともよい。
　一方、光制御体２Ｂ～光制御体２Ｇのそれぞれは、複数のレンズ部２２のそれぞれに異なった曲率分布を持たせることによって、光軸Ｐ１の方向と異なる光軸Ｐ２をもつ平行光である第２入射光ＬＴ２を入射面１０に入射することができる。
　図１１に示すように、本実施形態では、例えば光制御体２Ｂ～光制御体２Ｇが有する入射レンズ２１は４つのレンズ部２２（第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４）を有する。光制御体２Ｂ～光制御体２Ｇは、光源４から第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４のそれぞれに入射した第１入射光ＬＴ１を入射面１０にそれぞれ入射する。
　ここで、第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４のそれぞれを第１入射光ＬＴ１の光軸Ｐ１の方向から見た面積は等しい。また、第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４のそれぞれは、入射レンズ２１が光軸Ｐ１と交わる点Ｑ１を中心として外周方向に広がる扇状に設けられる。そして、点Ｑ１を中心とする円の半径方向に互いに対向して設置される第１レンズ部２２１及び第３レンズ部２２３は、光軸Ｐ１方向から見たときに点Ｑ１に対して例えば点対称である。また、点Ｑ１を中心とする円の半径方向に互いに対向して設置される第２レンズ部２２２及び第４レンズ部２２４は、光軸Ｐ１方向から見たときに点Ｑ１に対して例えば点対称である。換言すると、入射レンズ２１は、互いに交差する複数（本実施形態では２つ）の平面ＰＬ２，ＰＬ３によって、第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４に等分割される。なお、本実施形態では交差する２つの平面ＰＬ２，ＰＬ３がつくる直線は光軸Ｐ１と一致する。また、第１レンズ部２２１及び第３レンズ部２２３は、光軸Ｐ１の方向から見た面積が等しければ点Ｑ１に対して点対称でなくてもよい。また、第２レンズ部２２２及び第４レンズ部２２４は、光軸Ｐ１の方向から見た面積が等しければ点Ｑ１に対して点対称でなくてもよい。
　また、第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４のそれぞれは滑らかに連続している。つまり、入射レンズ２１の曲率は、第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４のそれぞれの境界上で０より大きい。
　ところで、図２に示すように入射レンズ２１は、屈折レンズ２３と、反射レンズ２４と、を備える。本実施形態では、屈折レンズ２３は、光軸Ｐ１の方向から見たときに円形状となるように形成される。また、反射レンズ２４は円形状の屈折レンズ２３の外周を全周に渡って取り囲む円環状に形成される。
　屈折レンズ２３は主入射面２１１を有する。主入射面２１１は光源４と対向するように配置され、光源４からの第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は主入射面２１１から屈折レンズ２３に入射する。ここで、第１入射光ＬＴ１は光源４から放射状に広がる光であるため、屈折レンズ２３に入射する第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、主入射面２１１に対する光線の入射角に応じて主入射面２１１にて屈折する。主入射面２１１にて屈折した第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、平行光である第２入射光ＬＴ２の少なくとも一部として入射面１０に入射する。
　反射レンズ２４は副入射面２１２及び外周面２１３を有する。
　副入射面２１２は、主入射面２１１の法線Ｌ２１に向けられている。また、本実施形態では、副入射面２１２は、主入射面２１１の周囲を囲む円環状に設けられる。なお、副入射面２１２は主入射面２１１の周囲を囲む円環状に限定されず、主入射面２１１の周囲の少なくとも一部に位置してもよい。また副入射面２１２は、主入射面２１１の法線Ｌ２１に対して、平行であっても（つまり傾斜していなくても）よいし、傾斜していてもよい。
　外周面２１３は、副入射面２１２から見て、主入射面２１１の法線Ｌ２１とは反対側に位置する。
　第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は副入射面２１２から反射レンズ２４に入射する。反射レンズ２４に入射する第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、副入射面２１２に対する光線の入射角に応じて副入射面２１２にて屈折する。副入射面２１２にて屈折した第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、外周面２１３よって全反射され、第２入射光ＬＴ２の少なくとも一部として入射面１０に入射する。
　例えば図１２に示すように、光軸Ｐ２が光軸Ｐ１上にあるように第１入射光ＬＴ１を制御する光制御体２Ａの場合、主入射面２１１にて屈折した第１入射光ＬＴ１Ａの少なくとも一部は、平行光である第２入射光ＬＴ２Ａの少なくとも一部として入射面１０に垂直に入射する。また、副入射面２１２にて屈折した第１入射光ＬＴ１Ａの少なくとも一部は、外周面２１３によって全反射され、第２入射光ＬＴ２Ａの少なくとも一部として入射面１０に垂直に入射する。
　また、例えば図１３に示すように、光軸Ｐ１と光軸Ｐ２が交差する（０度以上の角度をなす）ように第１入射光ＬＴ１を制御する例えば光制御体２Ｇの場合、主入射面２１１にて屈折した第１入射光ＬＴ１Ｇの少なくとも一部は、平行光である第２入射光ＬＴ２Ｇの少なくとも一部として入射面１０に対して斜めに入射する。また、副入射面２１２にて屈折した第１入射光ＬＴ１Ｇの少なくとも一部は、外周面２１３よって全反射され、第２入射光ＬＴ２Ｇの少なくとも一部として入射面１０に斜めに入射する。ここで、第１入射光ＬＴ１Ｇの少なくとも１部は、光制御体２Ｇが有する主入射面２１１上の位置によらず例えば同じ方向に屈折する。また第１入射光ＬＴ１Ｇの少なくとも１部は、外周面２１３上の位置によらず例えば同じ方向に反射される。また、第１入射光ＬＴ１Ｇの少なくとも１部が主入射面２１１にて屈折する方向と、外周部２１３にて反射される方向は例えば同じ方向である。なおレンズ部２１は、第１入射光ＬＴ１Ｇの少なくとも１部が主入射面２１１上の位置によって異なる方向に屈折するように設定されてもよいし、第１入射光ＬＴ１Ｇの少なくとも１部が外周面２１３上の位置によって異なる方向に反射されるように設定されてもよい。またレンズ部２１は、第１入射光ＬＴ１Ｇの少なくとも１部が主入射面２１１にて屈折する方向と、外周部２１３にて反射される方向が異なるように設定されてもよい。
　ここで、上述したように光制御体２Ｂ～光制御体２Ｇが有する入射レンズ２１は第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４を含む。また上述したように、入射レンズ２１は、屈折レンズ２３と、反射レンズ２４と、を備える（図２参照）。屈折レンズ２３は、光軸Ｐ１の方向から見たときに例えば円形状となるように形成される。また、反射レンズ２４は例えば円形状の屈折レンズ２３の外周を全周に渡って取り囲む円環状に形成される。よって、図１１に示すように、第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４のそれぞれは、例えば円形状の屈折レンズ２３の一部である屈折レンズ部（第１屈折レンズ部２３１～第４屈折レンズ部２３４）と、屈折レンズ２３の外周を取り囲む例えば円環状の反射レンズ２４の一部である反射レンズ部（第１反射レンズ部２４１～第４反射レンズ部２４４）と、を含む。また第１屈折レンズ部２３１～第４屈折レンズ部２３４のそれぞれは、主入射面２１１の一部である第１主入射面２１１１～第４主入射面２１１４を有する。第１反射レンズ部２４１～第４反射レンズ部２４４のそれぞれは、副入射面２１２の一部である第１副入射面２１２１～第４副入射面２１２４、及び外周面２１３の一部である第１外周面２１３１～第４外周面２１３４を有する。
　第１主入射面２１１１～第４主入射面２１１４のそれぞれから、第１屈折レンズ部２３１～第４屈折レンズ部２３４のそれぞれに入射した第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、第１主入射面２１１１～第４主入射面２１１４のそれぞれにて屈折する。第１主入射面２１１１～第４主入射面２１１４のそれぞれにて屈折した第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、平行光である第２入射光ＬＴ２の少なくとも一部として入射面１０に入射する。
　また、第１副入射面２１２１～第４副入射面２１２４のそれぞれから、第１反射レンズ部２４１～第４反射レンズ部２４４のそれぞれに入射した第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、第１副入射面２１２１～第４副入射面２１２４のそれぞれにて屈折する。第１副入射面２１２１～第４副入射面２１２４のそれぞれにて屈折した第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、第１外周面２１３１～第４外周面２１３４のそれぞれによって全反射され、第２入射光ＬＴ２の少なくとも一部として入射面１０に入射する。
　つまり、第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４にそれぞれ入射した第１入射光ＬＴ１の少なくとも一部は、それぞれ、第２入射光ＬＴ２の少なくとも一部である第２入射光ＬＴ２１～第２入射光ＬＴ２４となり、第１レンズ部２２１～第４レンズ部２２４のそれぞれから入射面１０に入射する。
　ここで、第２入射光ＬＴ２１～第２入射光ＬＴ２４のそれぞれは例えば平行光である。また第２入射光ＬＴ２１～第２入射光ＬＴ２４のそれぞれの光軸は例えば互いに平行である。つまり、光制御体２Ｂ～光制御体２Ｇのそれぞれが入射面１０に入射する第２入射光ＬＴ２は、例えば互いに平行な第２入射光ＬＴ２１～第２入射光ＬＴ２４を含む。
　（２．５）配光制御部
　次に、配光制御部１４について、図４を参照して詳しく説明する。
　本実施形態では、第１面１１と第２面１２との少なくとも一方は、配光制御部１４を有している。配光制御部１４は、出射面である第２面１２から取り出される出射光の配光を制御する。なおここで言う「出射光の配光」とは、出射光の広がりを意味する。本実施形態では一例として、配光制御部１４は、第２面１２に設けられている。さらに、本実施形態では、配光制御部１４は、導光部材１と一体成形品として一体化されている。つまり、本実施形態では、導光部材１と配光制御部１４とは一体成形品であって、一体不可分の関係にある。
　要するに、本実施形態では、導光部材１は、入射面１０から導光部材１内に入射した第２入射光ＬＴ２を、導光部材１の内部においてはプリズム３での１回の反射のみで第２面１２から出射させるようなダイレクト光路Ｌ１を含んでいる。そのため、第１面１１及び第２面１２の形状は導光部材１の内部での第２入射光ＬＴ２の導光には寄与しておらず、第１面１１又は第２面１２に配光制御部１４を設けても、導光部材１における導光性能が劣化しにくい。
　具体的には、本実施形態における配光制御部１４は、レンズを含んでいる。つまり、配光制御部１４は、光を屈折させて発散又は集束させるための光学素子としてのレンズの機能を有している。これにより、配光制御部１４では、出射面である第２面１２から取り出される出射光を屈折させて発散又は集束させることにより、その配光を制御することができる。
　より詳細には、配光制御部１４は、複数の小レンズ１４１の群からなるマルチレンズを含んでいる。本実施形態では、複数の小レンズ１４１の各々は、半円柱状に形成されている。このような複数の小レンズ１４１は、Ｘ軸方向に並べて配置されている。ここでは、複数の小レンズ１４１は、第２面１２の全域に隙間なく形成されている。このような形状の複数の小レンズ１４１の群からなるマルチレンズは、いわゆるシリンドリカルレンズを構成する。
　例えば本実施形態では、配光制御部１４は、出射光の第２面１２上の相対的な輝度分布は維持して、画像表示部３１０の表示面３１２に、適切な大きさで出射光が投影されるように出射光の配光を制御する。
　（３）変形例
　以下、上記実施形態の変形例について説明する。ただし上記実施形態と共通する構成要素については同じ参照符号を付して、適宜その説明を省略する。また、以下に説明する変形例の各構成は、上記実施形態で説明した各構成と適宜組み合わせて適用可能である。
　（３．１）変形例１
　上記実施形態の光学システム１００では、屈折レンズ２３は、光軸Ｐ１の方向から見たときに円形状となるように形成される。また、反射レンズ２４は円形状の屈折レンズ２３の円周上を全周に渡って取り囲むように形成される。一方、変形例１の光学システム１００は、図１４に示すように、屈折レンズ２３が光軸Ｐ１の方向から見たときに一部が欠けた円形状（欠円状）となるように形成される点で、上記の実施形態と相違する。変形例１の屈折レンズ２３は欠円状の外周に円弧部２３５と弦部２３６とを含み、反射レンズ２４は屈折レンズ２３の円弧部２３５に沿って形成される。
　この場合、光制御体２Ａ～光制御体２Ｇのそれぞれが備える屈折レンズ２３Ａ～屈折レンズ２３Ｇの内、Ｘ軸方向に隣り合う屈折レンズ２３同士は共通の弦部２３６をもち、共通の弦部２３６において連続している。
　（３．２）変形例２
　上記実施形態の光学システム１００では、第２入射光ＬＴ２１～第２入射光ＬＴ２４のそれぞれの光軸は互いに平行である。一方、変形例２の光学システム１００は、第２入射光ＬＴ２１～第２入射光ＬＴ２４のそれぞれの光軸のうち少なくとも２つの光軸の方向が互いに異なる点で、上記の実施形態と相違する。換言すると、変形例２の光制御体２は、平行光である第２入射光ＬＴ２１～第２入射光ＬＴ２４の出射方向を別々に制御することができる。これにより、上記の実施形態における複数の光制御体２毎に第２入射光ＬＴ２の出射方向を制御する場合と比較して、より細かく第２面１２上の出射光の輝度分布を制御することができる。
　（３．３）その他の変形例
　第１屈折レンズ部２３１～第４屈折レンズ部２３４及び第１反射レンズ部２４１～第４反射レンズ部２４４は、それぞれに入射した第１入射光ＬＴ１の屈折する方向をそれぞれ別々に制御してもよく、第１屈折レンズ部２３１～第４屈折レンズ部２３４及び第１反射レンズ部２４１～第４反射レンズ部２４４のそれぞれに入射した第１入射光ＬＴ１の屈折する方向はすべて同じでなくてもよい。
　第１面１１が入射面１０と直交する面であり、第２面１２が入射面１０と直交せずにＸ－Ｙ平面に対して傾斜した面であってもよい。また、第１面１１及び第２面１２のいずれもが、入射面１０と直交せずにＸ－Ｙ平面に対して傾斜した面であってもよい。
　導光部材１は、ダイレクト光路Ｌ１を含んでいればよく、入射面１０から入射した第２入射光ＬＴ２の全てがダイレクト光路Ｌ１を通ることは必須ではない。すなわち、導光部材１は、例えば、第１面１１又は第２面１２で１回以上反射した後に、プリズム３にて反射して第２面１２から出射させるようなインダイレクト光路を含んでいてもよい。
　また、第１面１１には、複数のプリズム３ではなく、１つのプリズム３のみが設けられていてもよい。この場合、プリズム３は、第１面１１の全面にわたって形成され、かつ、互いに傾斜角度が異なる複数の反射面３０を有していてもよい。
　実施形態１において、プリズム３は、導光部材１の第１面１１を加工することにより形成されているが、この態様に限られない。例えば、プリズム３が形成されたプリズムシートを第１面１１に貼り付けることにより、プリズム３を第１面１１に設けてもよい。この場合、プリズムシートには、１つのプリズム３が形成されていてもよいし、複数のプリズム３が形成されていてもよい。
　プリズム３は、第１面１１に対して凹形状、つまり第１面１１から窪んだ形状に限らず、第１面１１に対して凸形状、つまり第１面１１から突出する形状であってもよい。
　導光部材１の端面１３は、Ｙ軸方向における入射面１０からの距離が、第１面１１側よりも第２面１２側で大きくなるように、入射面１０に対して傾斜する傾斜面であってもよい。端面１３が、このような傾斜面であることによって、入射面１０から入射した第２入射光ＬＴ２の一部が、第１面１１に入射せずに、端面１３まで到達しても、この第２入射光ＬＴ２の一部を第２面１２から出射することが可能である。すなわち、入射面１０から入射した第２入射光ＬＴ２の一部が、端面１３に入射すると、第２入射光ＬＴ２の一部は、端面１３にて第２面１２に向けて全反射され、第２面１２から出射される。その結果、ダイレクト光路Ｌ１を通して第２面１２から導光部材１外に出射される光に加えて、端面１３に達した第２入射光ＬＴ２の一部までも、第２面１２から有効に取り出すことができる。
　配光制御部１４は、第２面１２から取り出される光の配光を制御すればよく、第１面１１と第２面１２との少なくとも一方に設けられていればよい。すなわち、上記実施形態では、配光制御部１４は出射面としての第２面１２に設けられているが、この構成に限らず、配光制御部１４は、第１面１１に設けられていてもよいし、第１面１１及び第２面１２の両方に設けられていてもよい。さらに、上記実施形態では、配光制御部１４は、導光部材１と一体成形品として一体化されているが、この態様に限られない。例えば、配光制御部１４が形成された配光シートを第２面１２に貼り付けることにより、配光制御部１４を第２面１２に設けてもよい。
　配光制御部１４は、レンズに限らず、例えば、拡散シート、プリズム又は回折格子等であってもよい。また、配光制御部１４は光学システム１００に必須の構成ではなく適宜省略が可能である。
　表示システム３００が搭載される移動体Ｂ１は、自動車（乗用車）に限らず、例えば、トラック若しくはバス等の大型車両、二輪車、電車、電動カート、建設機械、航空機又は船舶等であってもよい。
　表示システム３００は、ヘッドアップディスプレイのように虚像を表示する構成に限らない。例えば、表示システム３００は、液晶ディスプレイ又はプロジェクタ装置であってもよい。また、表示システム３００は、移動体本体Ｂ１１に搭載されているカーナビゲーションシステム、電子ミラーシステム又はマルチインフォメーションディスプレイの表示器であってもよい。
　照明システム２００は、表示システム３００に用いられる構成に限らず、例えば、樹脂硬化若しくは植物育成等の産業用途、又は誘導灯を含む照明用途等に用いられてもよい。
　（４）まとめ
　以上述べたように、第１の態様に係る光学システム（１００）は、導光部材（１）と、プリズム（３）と、複数の光制御体（２）と、を備える。導光部材（１）は、光が入射する入射面（１０）、並びに互いに対向する第１面（１１）及び第２面（１２）を有する。導光部材（１）は、第２面（１２）が光の出射面である。プリズム（３）は、第１面（１１）に設けられて、導光部材（１）の内部を通る光を第２面（１２）に向けて反射する。複数の光制御体（２）は、光源（４）と入射面（１０）との間に位置する。複数の光制御体（２）は、光源（４）から出力されて入射面（１０）に入射する光を制御する。複数の光制御体（２）のそれぞれは、入射レンズ（２１）を備える。複数の光制御体（２）のそれぞれは、光源（４）から入射レンズ（２１）に入射した光を入射面（１０）に入射させる。複数の光制御体（２）のうち少なくとも２つの光制御体（２）のそれぞれが入射面（１０）に入射させる光の光軸の方向が互いに異なる。
　この態様によれば、入射面（１０）に入射する光の光軸を複数の光制御体（２）毎に制御することで、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を制御することができる。
　第２の態様に係る光学システム（１００）では、第１の態様において、少なくとも２つの光制御体（２）のそれぞれが入射面（１０）に入射させる光の光軸がなす角度は０度より大きく１５度以下である。
　この態様によれば、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を、第２面（１２）上の適切な範囲内で制御することができる。
　第３の態様に係る光学システム（１００）では、第１又は第２の態様において、入射レンズ（２１）は互いにレンズ特性が異なる複数のレンズ部（２２）を含む。複数の光制御体（２）のそれぞれは、光源（４）から複数のレンズ部（２２）のそれぞれに入射した光を入射面（１０）にそれぞれ入射させる。複数のレンズ部（２２）のうち少なくとも２つのレンズ部（２２）が入射面（１０）にそれぞれ入射させる光の光軸の方向が互いに異なる。
　この態様によれば、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を、より細かく制御することができる。
　第４の態様に係る光学システム（１００）では、第３の態様において、入射レンズ（２１）は、互いに交差する複数の平面によって、複数のレンズ部（２２）に等分割される。
　この態様によれば、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を、より細かく制御することができる。
　第５の態様に係る光学システム（１００）では、第３又は第４の態様において、複数のレンズ部（２２）のそれぞれは滑らかに連続している。
　この態様によれば、光源（４）から複数のレンズ部（２２）に入射する光を有効に入射面（１０）に入射することができる。
　第６の態様に係る光学システム（１００）では、第３～第５のいずれかの態様において、入射レンズ（２１）は４つのレンズ部（２２）を有する。
　この態様によれば、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を、より細かく制御することができる。
　第７の態様に係る光学システム（１００）では、第３～第６のいずれかの態様において、複数のレンズ部（２２）は、光を屈折させる屈折レンズ部と、光を反射させる反射レンズ部と、を含む。
　この態様によれば、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を、より細かく制御することができる。
　第８の態様に係る光学システム（１００）では、第１～第７のいずれかの態様において、導光部材（１）は、入射面（１０）から入射した光をプリズム（３）にて直接反射して第２面（１２）から出射させるダイレクト光路（Ｌ１）を含む。
　この態様によれば、光の取り込み効率の向上を図ることができる。
　第９の態様に係る照明システム（２００）は、第１～第８のいずれかの態様に係る光学システム（１００）と、入射面（１０）に入射する光を出力する光源（４）と、を備える。
　この態様によれば、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を制御することができる。
　第１０の態様に係る表示システム（３００）は、第９の態様に係る照明システム（２００）と、照明システム（２００）から出射される光を受けて画像を表示する表示器（５）と、を備える。
　この態様によれば、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を制御することができる。
　第１１の態様に係る移動体（Ｂ１）は、第１０の態様に係る表示システム（３００）と、表示システム（３００）を搭載する移動体本体（Ｂ１１）と、を備える。
　この態様によれば、第２面（１２）から出射される光の輝度分布を制御することができる。
　本開示によれば、ユーザが視認する画像の明るさに生じるむらを低減することができる、という利点がある。
　１　導光部材
　２　光制御体
　３　プリズム
　４　光源
　５　表示器
１０　入射面
１１　第１面
１２　第２面
２１　入射レンズ
２２　レンズ部
１００　光学システム
２００　照明システム
３００　表示システム
Ｂ１　移動体
Ｂ１１　移動体本体
Ｌ１　ダイレクト光路

Claims (11)

  1. 　光が入射する入射面、並びに互いに対向する第１面及び第２面を有し、前記第２面が光の出射面である導光部材と、
    　前記第１面に設けられて、前記導光部材の内部を通る光を前記第２面に向けて反射するプリズムと、
    　光源と前記入射面との間に位置し、前記光源から出力されて前記入射面に入射する光を制御する複数の光制御体と、を備え、
    　前記複数の光制御体のそれぞれは、入射レンズを備え、
    　前記複数の光制御体のそれぞれは、前記光源から前記入射レンズに入射した光を前記入射面に入射させ、
    　前記複数の光制御体のうち少なくとも２つの光制御体のそれぞれが前記入射面に入射させる光の光軸の方向が互いに異なる
    　光学システム。
  2. 　前記少なくとも２つの光制御体のそれぞれが前記入射面に入射させる光の光軸がなす角度は０度より大きく１５度以下である
    　請求項１に記載の光学システム。
  3. 　前記入射レンズは互いにレンズ特性が異なる複数のレンズ部を含み、
    　前記複数の光制御体のそれぞれは、前記光源から前記複数のレンズ部のそれぞれに入射した光を前記入射面にそれぞれ入射させ、
    　前記複数のレンズ部のうち少なくとも２つのレンズ部が前記入射面にそれぞれ入射させる光の光軸の方向が互いに異なる
    　請求項１又は２に記載の光学システム。
  4. 　前記入射レンズは、互いに交差する複数の平面によって、前記複数のレンズ部に等分割される
    　請求項３に記載の光学システム。
  5. 　前記複数のレンズ部のそれぞれは滑らかに連続している
    　請求項３又は４に記載の光学システム。
  6. 　前記入射レンズは４つのレンズ部を有する
    　請求項３～５のいずれか１項に記載の光学システム。
  7. 　前記複数のレンズ部は、光を屈折させる屈折レンズ部と、光を反射させる反射レンズ部と、を含む
    　請求項３～６のいずれか１項に記載の光学システム。
  8. 　前記導光部材は、前記入射面から入射した光を前記プリズムにて直接反射して前記第２面から出射させるダイレクト光路を含む
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の光学システム。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の光学システムと、
    　前記入射面に入射する光を出力する光源と、を備える
    　照明システム。
  10. 　請求項９に記載の照明システムと、
    　前記照明システムから出射される光を受けて画像を表示する表示器と、を備える
    　表示システム。
  11. 　請求項１０に記載の表示システムと、
    　前記表示システムを搭載する移動体本体と、を備える
    　移動体。
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