特開 2024-25239 光学部材および照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024025239

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】光学部材および照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20240216BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 481

G02B3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128517

(22)【出願日】2022-08-10

(71)【出願人】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001667

【氏名又は名称】弁理士法人プロウィン

(72)【発明者】

【氏名】野村 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】豊嶋 隆延

【テーマコード（参考）】

3K244

【Ｆターム（参考）】

3K244AA01

3K244BA08

3K244BA11

3K244CA02

3K244DA01

3K244FA03

3K244GA02

(57)【要約】

【課題】所定方向に沿って配光分布を均一化するとともに、光の利用効率を向上させることが可能な光学部材および照明装置を提供する。
【解決手段】光が入射する光入射面と、光入射面と対向して配された光出射面を有し、光入射面および光出射面は、所定方向に沿って形成されており、所定方向の中央に位置する中央領域（１１３ａ）と、所定方向に沿って中央領域（１１３ａ）の両側に位置する両側領域（１１３ｂ）とを有し、中央領域（１１３ａ）は負の光学的パワーを有し、両側領域（１１３ｂ）は正の光学的パワーを有する光学部材（１１３）。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光が入射する光入射面と、前記光入射面と対向して配された光出射面を有し、
前記光入射面および前記光出射面は、所定方向に沿って形成されており、
前記所定方向の中央に位置する中央領域と、
前記所定方向に沿って前記中央領域の両側に位置する両側領域とを有し、
前記中央領域は負の光学的パワーを有し、前記両側領域は正の光学的パワーを有することを特徴とする光学部材。

【請求項2】

請求項１に記載の光学部材であって、
前記中央領域は、前記所定方向において中心近傍が薄く端部が厚い凹レンズ形状であり、
前記両側領域は、前記所定方向において端部が薄い凸レンズ形状であることを特徴とする光学部材。

【請求項3】

請求項１に記載の光学部材であって、
前記中央領域は、前記所定方向において前記光入射面および前記光出射面が前記光の入射方向に湾曲したメニスカスレンズ形状であることを特徴とする光学部材。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一つに記載の光学部材であって、
前記光入射面または前記光出射面には、前記所定方向と直交する第２方向に沿って凹凸が繰り返されるレンチキュラー部が形成されていることを特徴とする光学部材。

【請求項5】

請求項１から３の何れか一つに記載の光学部材と、
前記光入射面側に配置された複数の発光部と、
前記光学部材と前記発光部の間に配置されたコリメートレンズを有することを特徴とする照明装置。

【請求項6】

請求項５に記載の照明装置であって、
複数の前記発光部は、前記所定方向に沿って配置されており、
前記コリメートレンズは、前記所定方向と直交する第２方向に沿った中央に配置された屈折部と、前記屈折部の両脇に配置された反射部を備えた内部全反射レンズであることを特徴とする照明装置。

【請求項7】

請求項６に記載の照明装置であって、
前記内部全反射レンズは、前記所定方向に前記屈折部および前記反射部が延伸されていることを特徴とする照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学部材および照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来全反射を利用したレンズ、いわゆるＴＩＲレンズを用いた光源装置が知られている。ＴＩＲレンズは中央部に配置された屈折部、および屈折部の周囲に配置された反射部を備えている。ＴＩＲレンズを用いた光源装置を開示した文献として、例えば特許文献１が知られている。

【0003】

特許文献１に開示された光学ユニット（光源装置）は複数の光源（発光素子）、複数の光源上に各々配置されたコリメートレンズの機能を有する複数の光学手段（ＴＩＲレンズ）、複数の光学手段の出射面側に配置された複数のレンズアレイを備え、複数の異なる配光パターンを形成している。特許文献１に開示された光学ユニットの用途は、主に車両用灯具である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１８９３０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような光源装置は例えば車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」という場合がある）の照明装置（バックライト）として用いられる場合もある。ＨＵＤに用いる光源装置においては、特に明るく、むらのない、すなわち、高輝度で均一な輝度分布であることが求められる。換言すれば、光束の利用効率が高く、適切な配光であることが求められる。上記のＴＩＲレンズは、発光素子からの出射光において出射軸とのなす角度（指向角）が大きく外側に広がる光も集光させることができるので、この目的に適合する光学手段として用いられる場合も多い。

【0006】

図９は、従来のＴＩＲレンズを用いた照明装置の概要と光照射について説明する模式図である。図９に示すように、従来の照明装置は複数の発光素子１と、ＴＩＲレンズ２と、配光調整レンズ３と、拡散シート４と、表示部５を備えている。図中における矢印は、各発光素子１から照射される光の進行方向を模式的に示している。

【0007】

複数の発光素子１は図中横方向（所定方向）に沿って配列されており、ＴＩＲレンズ２方向に光を照射する。ＴＩＲレンズ２は図中横方向に延伸して形成されており、図９の紙面に対して垂直な方向（第２方向）において発光素子１からの光をコリメートする。配光調整レンズ３は、ＴＩＲレンズ２を介した発光素子１からの光を屈折して、拡散シート４および表示部５に対して照射する。拡散シート４は照射された光を拡散または散乱しながら透過する。表示部５は、液晶表示装置等の光を透過して画像を表示する部分であり、拡散シート４で拡散された背面側からの光によって画像表示を行う。

【0008】

図９に示した従来技術の照明装置では、一例として配光調整レンズ３として図中横方向（所定方向）の全域にわたって光入射面および光出射面が凹形状である凹レンズを用いている。これにより、ＴＩＲレンズ２を透過した光の照射範囲を所定方向に沿って拡大して、拡散シート４および表示部５における広い範囲を良好に照射することができる。

【0009】

しかし、配光調整レンズ３として凹レンズを用いることで、ＴＩＲレンズ２および配光調整レンズ３の所定方向における両端に入射した光はさらに外部方向に拡大されるため、光の一部が拡散シート４および表示部５の範囲外に進行して、発光素子１からの出射光の利用効率が低下してしまうという問題があった。

【0010】

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、所定方向に沿って配光分布を均一化するとともに、光の利用効率を向上させることが可能な光学部材および照明装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明の光学部材は、光が入射する光入射面と、前記光入射面と対向して配された光出射面を有し、前記光入射面および前記光出射面は、所定方向に沿って形成されており、前記所定方向の中央に位置する中央領域と、前記所定方向に沿って前記中央領域の両側に位置する両側領域とを有し、前記中央領域は負の光学的パワーを有し、前記両側領域は正の光学的パワーを有することを特徴とする。

【0012】

このような本発明の光学部材では、光学部材が所定方向の中央領域で負の光学的パワーを有し、両側領域で正の光学的パワーを有することで、中央領域の近傍では光を拡大しつつ両側領域では光を照射範囲内に集め、所定方向に沿って配光分布を均一化するとともに、光の利用効率を向上させることが可能となる。

【0013】

また、本発明の一態様では、前記中央領域は、前記所定方向において中心近傍が薄く端部が厚い凹レンズ形状であり、前記両側領域は、前記所定方向において端部が薄い凸レンズ形状である。

【0014】

また、本発明の一態様では、前記中央領域は、前記所定方向において前記光入射面および前記光出射面が前記光の入射方向に湾曲したメニスカスレンズ形状である。

【0015】

また、本発明の一態様では、前記光入射面または前記光出射面には、前記所定方向と直交する２軸方向に沿って凹凸が繰り返されるレンチキュラー部が形成されている。

【0016】

また上記課題を解決するために、本発明の照明装置は、上記何れか一つの態様の光学部材と、前記光入射面側に配置された複数の発光部と、前記光学部材と前記発光部の間に配置されたコリメートレンズを有することを特徴とする。

【0017】

また、本発明の一態様では、複数の前記発光部は、前記所定方向に沿って配置されており、前記コリメートレンズは、前記所定方向と直交する第２方向に沿った中央に配置された屈折部と、前記屈折部の両脇に配置された反射部を備えた内部全反射レンズである。

【0018】

また、本発明の一態様では、前記内部全反射レンズは、前記所定方向に前記屈折部および前記反射部が延伸されている。

【発明の効果】

【0019】

本発明では、所定方向に沿って配光分布を均一化するとともに、光の利用効率を向上させることが可能な光学部材および照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１実施形態に係る照明装置１００の概要を模式的に説明する図であり、図１（ａ）は所定方向に沿った模式断面図であり、図１（ｂ）は第２方向に沿った模式断面図である。

【図2】第２実施形態に係る照明装置２００の概要を模式的に説明する図であり、所定方向に沿った模式断面図である。

【図3】照明装置１００，２００における光の進行について説明する模式図であり、図３（ａ）は配光調整レンズ１１３を示し、図３（ｂ）は配光調整レンズ２１３を示している。

【図4】光学的パワーの正負が切り替わる境界近傍での光の進行について説明する模式図であり、図４（ａ）は配光調整レンズ１１３を示し、図４（ｂ）は配光調整レンズ２１３を示している。

【図5】配光調整レンズ２１３における最大の厚みを有する範囲２１３ｄを模式的に示す図である。

【図6】照明装置１００，２００での虚像表示と輝度を示す図であり、図６（ａ）は照明装置１００で得られる虚像を示し、図６（ｂ）は照明装置２００で得られる虚像を示し、図６（ｃ）は照明装置１００の輝度分布を示し、図６（ｄ）は照明装置２００の輝度分布を示している。

【図7】照明装置１００，２００の輝度分布を示すグラフであり、図７（ａ）は照明装置１００の相対輝度分布を示し、図７（ｂ）は照明装置２００の相対輝度分布を示している。

【図8】配光調整レンズ２１３の光入射面にレンチキュラー部２１３ｃを設けた場合を示す図であり、図８（ａ）は所定方向に沿った模式断面図であり、図８（ｂ）は模式斜視図である。

【図9】従来のＴＩＲレンズを用いた照明装置の概要と光照射について説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る照明装置１００の概要を模式的に説明する図であり、図１（ａ）は所定方向に沿った模式断面図であり、図１（ｂ）は第２方向に沿った模式断面図である。図１（ａ）における横方向をｘ軸方向（所定方向）とし、縦方向をｚ軸方向とし、紙面に垂直な方向をｙ軸方向（第２方向）とする。また、図１（ｂ）における横方向はｙ軸方向に対応し、縦方向はｚ軸方向に対応し、紙面に垂直な方向はｘ軸方向に対応している。図１（ａ）（ｂ）に示すように、照明装置１００は、発光素子１１１と、ＴＩＲレンズ１１２と、配光調整レンズ１１３と、拡散シート１１４と、表示部１１５を有している。

【0022】

発光素子１１１は、配線が形成された搭載基板（図示省略）に搭載されて、駆動回路によって電流が供給されることで所定の色で発光する電子部品である。発光素子１１１は複数個がｘ軸方向（所定方向）に沿って配置されており、本発明における発光部に相当している。ここではｘ軸方向に沿って配置とは、実質的にｘ軸方向と見做せる場合を含み、数度の傾斜や千鳥状の配置等であってもよい。発光素子１１１の具体的な構造は限定されないが、一次光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と、一次光の一部を二次光に波長変換する波長変換部材を組み合わせたＬＥＤパッケージを用いることができる。また、発光ダイオードの材料も限定されず、公知の材料および構造を用いることができる。一例としては、青色光を発光するＧａＮ系ＬＥＤを用いることができる。また、波長変換部材の材料も限定されず、一例としては青色光で励起されて黄色光を発光するＹＡＧ系蛍光体材料等を用いることができる。なお、本実施形態では発光素子１１１の配列数を１列としているが、２列以上であってもよい。また発光素子１１１はＬＥＤに限らず半導体レーザー等であってもよい。

【0023】

ＴＩＲレンズ１１２は、複数の発光素子１１１と配光調整レンズ１１３の間に配置され、発光素子１１１の配列方向（ｘ軸方向）に沿って延伸されている。また、ＴＩＲレンズ１１２は、ｘ軸方向と直交するｙ軸方向（第２方向）において、中央に配置された屈折部１１２ａと、屈折部１１２ａの両脇に配置された反射部１１２ｂを備えている。また、反射部１１２ｂはｙ軸方向の外側面が傾斜した反射面１１２ｃを有している。また、屈折部１１２ａおよび反射部１１２ｂの配光調整レンズ１１３と対向する面は出射面１１２ｄを有している。発光素子１１１から照射された光の一部は、屈折部１１２ａに入射して屈折率差に応じて屈折され、屈折部１１２ａ内を透過して出射面１１２ｄから配光調整レンズ１１３に照射される。また、発光素子１１１から照射された光の他の一部は、屈折部１１２ａと反射部１１２ｂの境界に設けられた内側面から反射部１１２ｂに入射し、反射面１１２ｃで全反射されて出射面１１２ｄから配光調整レンズ１１３に照射される。

【0024】

図１（ｂ）に示したように、ＴＩＲレンズ１１２はｙ軸方向において、内部全反射（ＴＩＲ：Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）により、大きな指向角を有する発光素子１１１からの出射光を集光し、例えば平行光、あるいは平行光に近い光（以下、両者を併せて「略平行光」という）として出射するコリメートレンズとしての機能を有する。したがって、ＴＩＲレンズ１１２は、本発明における内部全反射レンズに相当している。発光素子１１１からの指向角が大きい出射光とは、例えば図１（ｂ）においてｙ軸方向の外側に広がる光である。すなわち、ＴＩＲレンズ１１２は発光素子１１１からの出射光を効率よく集光することができる。

【0025】

配光調整レンズ１１３は、ＴＩＲレンズ１１２の出射面１１２ｄ側に配置されており、光が入射する光入射面と、光入射面と対向して配された光出射面を有している。また配光調整レンズ１１３は、ｘ軸方向に沿って延伸して形成されており、中央領域１１３ａと、両側領域１１３ｂとを有している。また、配光調整レンズ１１３の光入射面側には、ｙ軸方向に沿って凹凸が繰り返されるレンチキュラー部１１３ｃが形成されている。本実施形態ではレンチキュラー部１１３ｃを光入射面側に設けた例を示しているが、レンチキュラー部１１３ｃを光出射面側に設けるとしてもよく、レンチキュラー部１１３ｃを省略するとしてもよい。

【0026】

中央領域１１３ａは、ｘ軸方向の中央に位置しており、負の光学的パワーを有する部分である。また、両側領域１１３ｂは、中央領域１１３ａの両側に位置しており、正の光学的パワーを有する部分である。中央領域１１３ａと両側領域１１３ｂの境界は、形状の上では明確に定まらない場合があるが、光入射面側から平行光が入射した場合に、光出射面側から出射する光が拡大する領域が中央領域１１３ａに相当し、光が集光される領域が両側領域１１３ｂに相当する。したがって、配光調整レンズ１１３は本発明における光学部材に相当している。中央領域１１３ａおよび配光調整レンズ１１３の具体的な形状は限定されないが、図１（ａ）に示したような、中心近傍が薄く端部が厚い凹レンズ形状の中央領域１１３ａと、端部が薄い凸レンズ形状の両側領域１１３ｂの組み合わせを用いることができる。

【0027】

ＴＩＲレンズ１１２および配光調整レンズ１１３は、両者相まって発光素子１１１から出射した光を照明対象の照明領域に導く機能を有する。本実施形態では照明領域の一例として拡散シート１１４の裏面（発光素子１１１側の面）としている。しかしながら、どこを照明領域とするかは光源装置の仕様等を勘案して決定すればよく、例えば表示部１１５の裏面を直接照射するとしてもよい。ＴＩＲレンズ１１２および配光調整レンズ１１３は、例えばアクリル樹脂等の樹脂、ガラス等によって形成されている。

【0028】

拡散シート１１４は、配光調整レンズ１１３と表示部１１５の間に配置されて、配光調整レンズ１１３から照射された光を拡散または散乱しながら透過する光学部材である。したがって拡散シート１１４は、ＴＩＲレンズ１１２および配光調整レンズ１１３で偏向した指向性の高い光を拡散させて表示部１１５に出射し、表示部１１５がより均一に照明されるように機能する。拡散シート１１４の具体的な材料や構成は限定されず、樹脂に光散乱粒子を分散した略板状のものを用いるとしてもよく、樹脂材料の表面に微小な凹凸を形成した構造のシートを用いるとしてもよい。

【0029】

表示部１１５は、図示しない制御部からの画像信号に応じて画像を表示する装置である。表示部１１５の具体的な構成は限定されないが、背面側（発光素子１１１側）からの光を透過して画像を表示する液晶表示装置等を用いることができる。

【0030】

図１（ａ）（ｂ）に示したように、発光素子１１１から照射された光は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に拡大しながらＴＩＲレンズ１１２に入射する。また図１（ａ）に示したように、ＴＩＲレンズ１１２は、屈折部１１２ａと反射部１１２ｂの構造がｘ軸方向に沿って延伸されているため、ｘ軸方向に広がった光はそのまま出射面１１２ｄから配光調整レンズ１１３に向けて拡大して照射される。配光調整レンズ１１３の中央領域１１３ａに入射した光は、負の光学的パワーを受けてより拡大する方向に屈折され、拡散シート１１４および表示部１１５の中央近傍に対して広い範囲で照射される。配光調整レンズ１１３の両側領域１１３ｂに入射した光は、正の光学的パワーを受けて集光する方向に屈折され、拡散シート１１４および表示部１１５の両側近傍に対して集光または平行光で照射される。

【0031】

また図１（ｂ）に示したように、ＴＩＲレンズ１１２はｙ軸方向において屈折部１１２ａと反射部１１２ｂが設けられているため、ｙ軸方向に対してはコリメートレンズとして機能して出射面１１２ｄから略平行光として光が照射される。ｙ軸方向でコリメートされた光は、配光調整レンズ１１３の光入射面に設けられたレンチキュラー部１１３ｃで屈折された後に拡散シート１１４に照射される。

【0032】

複数の発光素子１１１はｘ軸方向に配列されているため、複数の発光素子１１１からの光が重なり合って到達するｘ軸中央近傍は光の強度が相対的に大きくなり、端部の発光素子１１１からの光のみが到達するｘ軸両端近傍は光の強度が相対的に小さくなる傾向がある。しかし、本実施形態の照明装置１００では、配光調整レンズ１１３の中央領域１１３ａで負の光学的パワーを光に与え、ｘ軸中央に入射する光を拡大して、出射光の配光分布を広げることができる。また、配光調整レンズ１１３の両側領域１１３ｂで正の光学的パワーを光に与え、ｘ軸両端に入射する光を集光して、拡散シート１１４の範囲内に照射される光量を多くすることができる。したがって、配光調整レンズ１１３を介して拡散シート１１４に照射される光は、ｘ軸方向に沿って配光分布を均一化されるとともに、光の利用効率が向上する。

【0033】

上述したように、本実施形態の配光調整レンズ１１３および照明装置１００では、配光調整レンズ１１３がｘ軸方向の中央領域１１３ａで負の光学的パワーを有し、両側領域１１３ｂで正の光学的パワーを有することで、中央領域１１３ａの近傍では光を拡大しつつ両側領域１１３ｂでは光を照射範囲内に集め、ｘ軸方向に沿って配光分布を均一化するとともに、光の利用効率を向上させることが可能となる。

【0034】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図２は、本実施形態に係る照明装置２００の概要を模式的に説明する図であり、所定方向に沿った模式断面図である。図２に示したように、照明装置２００は、発光素子２１１と、ＴＩＲレンズ２１２と、配光調整レンズ２１３と、拡散シート２１４と、表示部２１５を有している。ＴＩＲレンズ２１２のｙ軸方向に沿った屈折部１１２ａと反射部１１２ｂの構造は第１実施形態と同様であり、説明を省略する。

【0035】

本実施形態の照明装置２００においても、配光調整レンズ２１３は、ｘ軸方向に沿って延伸して形成されており、中央領域２１３ａと、両側領域２１３ｂとを有している。また、中央領域２１３ａは負の光学的パワーを有し、両側領域１１３ｂは正の光学的パワーを有している。図２に示すように本実施形態では、中央領域２１３ａは、ｘ軸方向において光入射面および光出射面が発光素子２１１方向（光の入射方向）に湾曲しており、メニスカスレンズ形状を有している。

【0036】

本実施形態の配光調整レンズ２１３および照明装置２００でも、配光調整レンズ２１３がｘ軸方向の中央領域２１３ａで負の光学的パワーを有し、両側領域２１３ｂで正の光学的パワーを有することで、中央領域２１３ａの近傍において光を拡大しつつ両側領域２１３ｂにおいて光を照射範囲内に集め、ｘ軸方向に沿って配光分布を均一化するとともに、光の利用効率を向上させることが可能となる。

【0037】

（配光分布の均一化についての説明）
図３は、照明装置１００，２００における光の進行について説明する模式図であり、図３（ａ）は配光調整レンズ１１３を示し、図３（ｂ）は配光調整レンズ２１３を示している。図３（ａ）（ｂ）では、中央領域１１３ａ，２１３ａのうち、両側領域１１３ｂ，２１３ｂとの境界近傍において負の光学的パワーを受ける光の経路について模式的に示している。配光調整レンズ１１３，２１３の中央領域１１３ａ，２１３ａおよび両側領域１１３ｂ，２１３ｂにおいて、入射した光がそれぞれ負の光学的パワーと正の光学的パワーを受け、ｘ軸方向に沿って配光分布を均一化するとともに、光の利用効率を向上させることが可能なことは第１実施形態と同様である。

【0038】

図３（ａ）に示したように、照明装置１００の配光調整レンズ１１３では、中央領域１１３ａが凹レンズ形状であり、両側領域１１３ｂが凸レンズ形状であるため、両者の境界において光入射面と光出射面の曲率変化が大きくなる。特に、中央領域１１３ａのうち両側領域１１３ｂの近傍では、中央領域１１３ａの中央よりも負の光学的パワーが大きくなり、拡散シート１１４よりも外側に進行する光が生じる。特に、中央領域１１３ａを挟んで反対側に配置された発光素子１１１から入射した光については、光の進行方向が拡散シート１１４内に収まるように適切に設定することが困難である。

【0039】

図３（ｂ）に示したように、照明装置２００の配光調整レンズ２１３では、中央領域２１３ａがメニスカスレンズ形状であり、両側領域２１３ｂが凸レンズ形状であるため、両者の境界において光入射面と光出射面の曲率変化を配光調整レンズ１１３よりも小さくできる。したがって、中央領域２１３ａにおける負の光学的パワーは当該領域全体で同程度となり、拡散シート２１４よりも外側に進行する光を抑制することができる。特に、中央領域２１３ａを挟んで反対側に配置された発光素子２１１から入射した光についても、光の進行方向が拡散シート２１４内に収まるように設定することができ、拡散シート２１４内に入射する光量を増加させて、さらなる均一化を図ることができる。

【0040】

図４は、光学的パワーの正負が切り替わる境界近傍での光の進行について説明する模式図であり、図４（ａ）は配光調整レンズ１１３を示し、図４（ｂ）は配光調整レンズ２１３を示している。配光調整レンズ１１３では図４（ａ）に示したように、中央領域１１３ａにおいて光入射面の端部に斜め方向に入射した光の一部は、負の光学的パワーを強く受けてｘ軸方向外側に広がり、両側領域１１３ｂの光出射面から出射される場合がある。両側領域１１３ｂでは正の光学的パワーを強く受けるため、さらにｘ軸方向外側に向かって光が進行することとなる。

【0041】

それに対して配光調整レンズ２１３では図４（ｂ）に示したように、中央領域２１３ａにおいて光入射面の端部に斜め方向に入射した光は、負の光学的パワーを受けるが、両側領域２１３ｂの光出射面においてより中央領域２１３ａに近い側に到達して出射される。したがって、両側領域２１３ｂで受ける正の光学的パワーは配光調整レンズ１１３よりも弱くなり、ｘ軸方向外側に向かう光の角度を小さくして、拡散シート２１４の範囲内にすることができる。

【0042】

図５は、配光調整レンズ２１３における最大の厚みを有する範囲２１３ｄを模式的に示す図である。図５では、配光調整レンズ２１３として光学的パワーを有する部分だけを示しているが、適切に保持および固定するための保持部材を配光調整レンズ２１３と一体に形成するとしてもよい。保持部材が配光調整レンズ２１３と一体に形成されている場合には、配光調整レンズ２１３の厚みとは、光学的パワーを有して光の屈折に寄与する部分の厚みを示す。配光調整レンズ２１３は、メニスカスレンズ形状の中央領域２１３ａと凸レンズ形状の両側領域２１３ｂを有しており、ｘ軸方向の何れかの位置においてｚ軸方向での厚みが最大値を有している。この配光調整レンズ２１３が最大の厚みを有する位置を最厚位置とする。ｘ軸方向での中央を０％とし両端を１００％と表現した場合には、最厚位置が５％以上９５％以内の範囲２１３ｄ内に存在することが好ましい。最厚位置が範囲２１３ｄよりも小さい場合には、中央領域２１３ａによる光の拡大が不十分になる。また、最厚位置が範囲２１３ｄよりも大きい場合には、両側領域２１３ｂでの集光が不十分になり拡散シート２１４よりも外側に到達する光量が増加してしまう。図５では中央領域２１３ａがメニスカスレンズ形状の配光調整レンズ２１３のみを示しているが、中央領域１１３ａが凹レンズ形状の配光調整レンズ１１３でも同様である。また、図５では配光調整レンズ２１３として左右対称形状の例を示したが、左右非対称であってもよく、左右それぞれの範囲２１３ｄにおける最大の厚さおよび最厚位置が異なっていてもよい。

【0043】

図６は、照明装置１００，２００での虚像表示と輝度を示す図であり、図６（ａ）は照明装置１００で得られる虚像を示し、図６（ｂ）は照明装置２００で得られる虚像を示し、図６（ｃ）は照明装置１００の輝度分布を示し、図６（ｄ）は照明装置２００の輝度分布を示している。図６（ａ）～図６（ｄ）に示した虚像および輝度断面は、照明装置１００，２００をＨＵＤ装置のバックライトとして用い、運転者の目が存在しうると想定される領域(アイボックス)の左端から見たものである。図６（ａ）～図６（ｄ）に示したように、虚像および虚像輝度のどちらにおいても、ｘ軸方向に対して均一な配光分布で光照射されていることが理解できる。特に、図６（ｂ）（ｄ）に示した照明装置２００では、配光調整レンズ２１３の中央領域２１３ａがメニスカスレンズ形状であるため、図中右端の領域においてより配光分布の均一性が向上している。

【0044】

図７は、照明装置１００，２００の輝度分布を示すグラフであり、図７（ａ）は照明装置１００の相対輝度分布を示し、図７（ｂ）は照明装置２００の相対輝度分布を示している。図７（ａ）（ｂ）に示した相対輝度分布は、図６（ｃ）（ｄ）に実線で示したように、拡散シート１１４，２１４のｙ軸方向における中央で測定した。図７（ａ）（ｂ）に示したように、配光調整レンズ１１３，２１３の何れにおいても、広い範囲にわたって相対輝度を０．７以上で照射しており、ｘ軸方向に沿って配光分布を均一化し、光の利用効率を向上できていることがわかる。特に、図７（ｂ）に示した配光調整レンズ２１３を用いた場合には、両端近傍においても相対輝度を０．７以上で照射できており、より配光分布の均一化と光の利用効率を向上できる。

【0045】

図８は、配光調整レンズ２１３の光入射面にレンチキュラー部２１３ｃを設けた場合を示す図であり、図８（ａ）は所定方向に沿った模式断面図であり、図８（ｂ）は模式斜視図である。図８に示したようにレンチキュラー部２１３ｃは、光入射面のｙ軸方向に周期的な凹凸形状として形成されており、ｘ軸方向に沿って当該凹凸形状が延伸されている。図８ではレンチキュラー部２１３ｃを光入射面側に設けた例を示しているが、レンチキュラー部２１３ｃを光出射面側に設けるとしてもよく、光入射面側と光出射面側の両方に設けるとしてもよい。配光調整レンズ２１３のｙ軸方向に凹凸形状のレンチキュラー部２１３ｃを設けることで、ｙ軸方向に対する配光分布を調整することができる。

【0046】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態および第２実施形態では、配光調整レンズ１１３，２１３として中央領域１１３ａ，２１３ａと両側領域１１３ｂ，２１３ｂの光入射面および光出射面が滑らかに連続して形成された例を示したが、ｘ軸方向に複数の区分に分割して段差を設けたフレネルレンズ形状としてもよい。

【0047】

配光調整レンズ１１３，２１３をフレネルレンズ形状としても、光入射面と光出射面の形状を適切に設計することで、中央領域１１３ａ，２１３ａでは負の光学的パワーを有し、両側領域１１３ｂ，２１３ｂでは正の光学的パワーを有することができる。また、配光調整レンズ１１３，２１３をフレネルレンズ形状とすることで、薄型化を図ることが可能となる。

【0048】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態および第２実施形態では、配光調整レンズ１１３，２１３としてｙ軸方向に中央領域１１３ａ，２１３ａおよび両側領域１１３ｂ，２１３ｂが延伸された四辺形状のものを示したが、配光調整レンズ１１３，２１３を円形状としてもよい。

【0049】

配光調整レンズ１１３，２１３を円形状とした場合には、円形の中心近傍が中央領域１１３ａ，２１３ａとなり負の光学的パワーを有し、外周近傍が両側領域１１３ｂ，２１３ｂとなり正の光学的パワーを有するものとなる。この場合、ＴＩＲレンズ１１２，２１２も円形状のものを用いることが好ましい。また、ＴＩＲレンズ１１２，２１２とは異なる形状のコリメートレンズを用いるとしてもよい。

【0050】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0051】

１００，２００…照明装置
１１１，２１１…発光素子
１１２，２１２…ＴＩＲレンズ
１１２ａ…屈折部
１１２ｂ…反射部
１１２ｃ…反射面
１１２ｄ…出射面
１１３，２１３…配光調整レンズ
１１３ａ，２１３ａ…中央領域
１１３ｂ，２１３ｂ…両側領域
１１３ｃ，２１３ｃ…レンチキュラー部
１１４，２１４…拡散シート
１１５，２１５…表示部
２１３ｄ…範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】