特許 7515332 照明用光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-04

(45)【発行日】2024-07-12

(54)【発明の名称】照明用光学系

(51)【国際特許分類】

   F21V 9/40 20180101AFI20240705BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20240705BHJP

   F21S 41/64 20180101ALI20240705BHJP

   F21V 9/14 20060101ALI20240705BHJP

   F21W 102/13 20180101ALN20240705BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240705BHJP

【ＦＩ】

F21V9/40 400

G02F1/13 505

F21S41/64

F21V9/14

F21W102:13

F21Y115:10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020125731

(22)【出願日】2020-07-22

(65)【公開番号】P2022021867

(43)【公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-06-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100091340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 敬四郎

(72)【発明者】

【氏名】岩本 宜久

(72)【発明者】

【氏名】北園 卓也

【審査官】河村 勝也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０７１１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１００８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｖ ９／４０

Ｇ０２Ｆ １／１３

Ｆ２１Ｓ ４１／００

Ｆ２１Ｖ ９／１４

Ｆ２１Ｗ １０２／１３

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源から出射する照明光の光軸に沿って順に積層配置された第１の偏光子、第１の液晶素子、第２の偏光子、第２の液晶素子、第３の偏光子を含み、
前記第１、第２の液晶素子の少なくとも１つは視野内の第１の領域の配光を調節する複数の電極パターンを含み、
前記第１、第２、第３の偏光子の少なくとも１つは、視野内の前記第１の領域と重ならない第２の領域に対応する領域には配置されていない、
照明用光学系。

【請求項2】

光源から出射する照明光の光軸に沿って配置された第１の偏光子、第１の液晶素子、第２の偏光子、第２の液晶素子、第３の偏光子を含み、
前記第１、第２の液晶素子の少なくとも１つは視野内の第１の領域の配光を調節する複数の電極パターンを含み、
前記第１、第２、第３の偏光子の少なくとも１つは、視野内の前記第１の領域と重ならない第２の領域に対応する領域には配置されていない、
照明用光学系であって、
前記第１の偏光子、前記第１の液晶素子、前記第２の偏光子の重なり領域がノーマリーホワイトモードを実現し、前記第３の偏光子が視野内の前記第２の領域に相当する領域には配置されていず、前記第２の偏光子、前記第２の液晶素子、前記第３の偏光子の重なり領域がノーマリーブラックモードを実現する、
照明用光学系。

【請求項3】

光源から出射する照明光の光軸に沿って配置された第１の偏光子、第１の液晶素子、第２の偏光子、第２の液晶素子、第３の偏光子を含み、
前記第１、第２の液晶素子の少なくとも１つは視野内の第１の領域の配光を調節する複数の電極パターンを含み、
前記第１、第２、第３の偏光子の少なくとも１つは、視野内の前記第１の領域と重ならない第２の領域に対応する領域には配置されていない、
照明用光学系であって、
前記第１の偏光子が視野内の前記第２の領域に相当する領域には配置されていず、前記第１の偏光子、前記第１の液晶素子、前記第２の偏光子の重なり領域がノーマリーブラックモードを実現し、前記第２の偏光子、前記第２の液晶素子、前記第３の偏光子がノーマリーホワイトモードを実現する、
照明用光学系。

【請求項4】

光源から出射する照明光の光軸に沿って配置された第１の偏光子、第１の液晶素子、第２の偏光子、第２の液晶素子、第３の偏光子を含み、
前記第１、第２の液晶素子の少なくとも１つは視野内の第１の領域の配光を調節する複数の電極パターンを含み、
前記第１、第２、第３の偏光子の少なくとも１つは、視野内の前記第１の領域と重ならない第２の領域に対応する領域には配置されていない、
照明用光学系であって、
前記第２の偏光子が視野内の前記第２の領域に相当する領域には配置されていず、前記第１の偏光子、前記第１の液晶素子、前記第２の液晶素子、前記第３の偏光子の重なり領域がノーマリーホワイトモードを実現し、前記第２の偏光子、前記第２の液晶素子、前記第３の偏光子の重なり領域がノーマリーブラックモードを実現する、
照明用光学系。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用前照灯等に適した照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車両用前照灯において、前方の状況、即ち対向車や前走車等の有無及びその位置に応じて配光形状をリアルタイムで制御する技術（adaptive driving beam ＡＤＢ等と呼ばれる）が注目されている。

【0003】

この技術によれば、例えば走行用の配光形状すなわちハイビームでの走行中に対向車を検出した場合、前照灯に照射される領域の内、当該対向車の領域のみに向う光をリアルタイムで低減することが可能となる。ドライバに対しては常にハイビームに近い視界を与え、その一方で対向車に対しては眩惑光（グレア）を与えることを防止できる。

【0004】

また、車両の進行方向を変化させる場合、ハンドルの舵角に合わせて進行しようとする方向の配光を調整する前照灯システム（adaptive front-lighting systemＡＦＳ等と呼ばれる）が一般化されつつある。

【0005】

複数のＬＥＤ素子を配列してマトリクスＬＥＤを形成し、所望領域内のＬＥＤ素子のオン／オフを制御することによりＡＤＢ機能を実現すれば、信頼性の高いシステムを構成できるであろう。但し、個々のＬＥＤのオン／オフを制御しようとすると、マトリクスＬＥＤ内のＬＥＤ素子数に応じた電源が必要になる。構成が複雑化し、コストが嵩んでしまう。

【0006】

光源から供給される照明光を１平面上に供給し、その平面に、入射側偏光子、駆動電極を備えた１対の基板間に液晶層を配置した液晶素子、出射側偏光子を含む液晶素子を配置し、駆動電極の電位を変化させることにより、液晶素子内で照明光のスイッチングを行うことが可能である。照明に必要な光強度を形成するために、例えば複数のＬＥＤ光源を用いるとしてもその数は限られ、光源用の電源は極めて簡単な構成でよい。液晶素子および液晶素子用制御装置は、要求される機能に応じて、極めて容易かつ安価に入手できる。液晶素子を用いる車両用前照灯の構成は、光源、光源用電源、液晶素子、液晶素子制御回路、制御電源等を含むものとなろう。

【0007】

液晶素子を用いる車両用前照灯において、液晶素子の制御回路等に故障が起きることが考えられる。車両用前照灯の機能として、何らかの故障が生じた時も安全を維持できるフェールセーフ機能を備えることが望まれる。制御回路等の故障時に、照明が失われてしまうと最も危険な状態となる。自車両の近傍の照明は維持して、自車両近傍（近場）の歩行者、他の車両の安全を図ることが必要である。言い換えると、制御回路などの故障時にも、安全を維持するため、近場の照明は維持するノーマリーホワイトの構成とするのが好ましい。

【0008】

一方、制御回路等の故障時にも、ハイビームが照射され続け、対向車にハイビームを照射し、対向車の運転手にグレアを与えることは好ましくない。制御回路等に故障が起きた場合には、対向車に対するグレアを防止するため、遠場の照明は断つノーマリーブラックの構成とするのが好ましい。

【0009】

ノーマリーホワイトの構成例として以下のような構成が考えられる：（１）垂直配向セルの両側にパラレルニコル偏光子を配置する構成；（２）面内配向方向が全厚さ方向で９０度回転するツイステッドネマチックセルの両側に、隣接する液晶分子配向方向と平行な（相互には直交する）偏光軸を持つ偏光子を配置する構成；（３）全液晶分子の配光が無電界で面内の第１の方向に揃っており、電圧印加により面内で第１の方向に直交する第２の方向に液晶分子の配向が変化するＩＰＳセルの両側に、第１の方向と平行な偏光軸を持つパラレルニコル偏光子を配置する構成。

【0010】

ノーマリーブラックの構成例として以下のような構成が考えられる：（１）垂直配向セルの両側にクロスニコル偏光子を配置する構成；（２）ツイステッドネマチックセルの入力側、出力側の少なくとも一方の液晶分子配向方向と直交するパラレルニコル偏光子を配置する構成；（３）全液晶分子の配向が無電界で面内の第１の方向に揃っており、電圧印加で全液晶分子の配向が面内で第１の方向に直交する第２の方向に変化するＩＰＳセルの両側に、第１の方向と垂直な偏光軸を持つパラレルニコル偏光子を配置する構成。

【0011】

例えば特許文献１は、図１に示すように、光源１０６と、入射側偏光子１１０と、ＴＮ（ツイステッドネマチック）型液晶素子１０９と、出射側偏光子１１１とを光軸上に配置し、投影レンズ１１２を介して反転投影を行う車両用前照灯であって、出射側偏光子１１１を偏光軸方向が直交する上下２領域１１１ｄ、１１１ｃに分割し、入射側偏光子１１０と合わせて、上側領域はクロスニコル偏光子を構成し、下側領域はパラレルニコル偏光子を構成する構造を提案している。

【0012】

液晶素子に制御電圧が印加されない時、液晶素子に入射する偏光はＴＮ動作により偏光軸を９０度回転する。クロスニコル偏光子に挟まれた上側液晶素子部は透光（ノーマリーホワイト）し、パラレルニコル偏光子に挟まれた下側液晶素子部は遮光（ノーマリーブラック）する。投影レンズで反転投影されると、上側領域を通過した照明光により、近場の照明のみがされることになる。

【0013】

但し、本構成のポイントとなる、ノーマリーホワイト領域とノーマリーブラック領域とを並列的に実現する、偏光方向の直交する上下領域を含む偏光子をどのように作成できるかの実施可能開示は見い出せない。

【0014】

図２Ａは、前照灯システムの概略構成を示すブロック図である。前照灯システム２００は、左右それぞれの車両用前照灯１００、配光制御ユニット１０２、前方監視ユニット１０４等を備えている。車両用前照灯１００は、ＬＥＤからなる光源と、液晶装置を用いた配光制御装置と、投影レンズと、それらを収容する灯体等を有する。

【0015】

車載カメラ１０８、レーダ１０６、車速センサ１０７等の各種センサが接続されている前方監視ユニット１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置等配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは車内ＬＡＮ等を介して配光制御ユニット１０２や各種車載機器に発信される。

【0016】

車速センサ１０７、舵角センサ１１４、ＧＰＳナビゲーション１１６、前照灯スイッチ１１８等が接続されている配光制御ユニット１０２は、前方監視ユニット１０４から送出されてくる路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターンを決定する。配光制御ユニット１０２は、その配光パターンを実現するために必要な配光可変前照灯の制御量を決定する。

【0017】

ドライバ１２０は、配光制御ユニット１０２からの制御量の情報を、前照灯１００内の駆動装置や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。

【0018】

図２Ｂは、前照灯１００に相当する照明装置の構成例を示す断面図である。ＬＥＤ等の光源１０６を出た光は、リフレクタ１２１により反射され、液晶素子１０９に集光される。液晶素子の前後には１枚ずつの偏光子Ｐ１，Ｐ２が配置される。液晶素子１０９の上側領域に沿ってλ／２波長板１１３が配置されている。上側領域のみに設けられたλ／２波長板１１３は、上側領域に入射する波長λの直線偏光を９０度回転させる。上側領域の波長λの透過偏光は、下側領域の波長λの透過偏光に対して、偏光方向が９０度異なる（直交する）ことになる。

【0019】

液晶素子１０９を通過した光は再び広がりながら投影光学系１１２のレンズに入光する。レンズ１１２を出た光は前方に投影される。液晶素子１０９の電極パターン部分がレンズの焦点になるように設計配置されている。液晶素子１０９の電極パターンに接続された端子部は、配光制御ユニット、駆動回路を含む制御回路１２５に接続されている。リフレクタをレンズ光学系に置換することも可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0020】

【文献】特開２０１９－０７１１９２号公報

【文献】特開２０１９－１１４３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

ＡＤＢ動作が可能な液晶装置を含み、かつ液晶装置の故障時にはフェールセーフの安全措置ができる実用的な照明用光学系が求められている。フェールセーフの安全措置としては、ロービームが投影されることが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0022】

本発明の実施例によれば、
光源から出射する照明光の光軸に沿って順に積層配置された第１の偏光子、第１の液晶素子、第２の偏光子、第２の液晶素子、第３の偏光子を含み、
前記第１、第２の液晶素子の少なくとも１つは視野内の第１の領域の配光を調節する複数の電極パターンを含み、
前記第１、第２、第３の偏光子の少なくとも１つは、視野内の前記第１の領域と重ならない第２の領域に対応する領域には配置されていない、
照明用光学系
が提供される。

【0023】

前記第２の領域、すなわちロービームエリアに偏光子が配置されていないと、入射する光が遮光されない。ロービームエリアをノーマリーホワイト照明して、フェールセーフ構成を形成するのに役立つ。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】特許文献１の提案する、クロスニコルとパラレルニコルとを並列的に有する車両用前照灯の分解斜視図である。

【図2】図２Ａは一般的な前照灯の概略構成を示すブロック図であり、図２Ｂは前照灯に相当する照明装置の構成例を示す断面図である。

【図3】図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、第１の実施例による照明用光学系を示す概略断面図、機能略示図、詳細機能表である。

【図4】図４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、第２の実施例による照明用光学系を示す概略断面図、機能略示図、詳細機能表である。

【図5】図５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、第３の実施例による照明用光学系を示す概略断面図、機能略示図、詳細機能表である。

【符号の説明】

【0025】

ＬＳ 光源、 Ｐ 偏光子、
ＬＣ 液晶素子

【発明を実施するための形態】

【0026】

第１の実施例
図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、第１の実施例による照明用光学系を示す。図３Ａは、光学系の概略断面図であり、光源ＬＳから出射する発光の光軸上に、第１偏光子Ｐ１，第１液晶素子ＬＣ１，第２偏光子Ｐ２，第２液晶素子ＬＣ２，第３偏光子Ｐ３がこの順序で配置されている。

【0027】

図３Ｂに光源以外の各構成要素の例をより具体的に示す。第１偏光子Ｐ１の吸収軸は偏光子のｘｙ面内でｘ軸から約４５度の角度に配置されている。第１の偏光子Ｐ１から出射する光は略１３５度の偏光角を持つ直線偏光となる。第１の液晶素子ＬＣ１は、駆動電圧無印加時に、液晶分子が基板面にほぼ平行に配向し、配向方向が基板間で左ねじれ方向に略９０度ねじれるツイステッドネマチック（ＴＮ）モードを形成する。両基板面の液晶層側配向方位は隣接する偏光子透過軸に対し略平行又は略直交に配置する。前記液晶素子の液晶層中央分子配向方位は２つの偏光子の透過軸に対し略４５度に配置されている。ｘ軸から略１３５度の偏光角を持つ直線偏光は９０度回転して、略２２５度の偏光角を持つようになる。第２の偏光子Ｐ２はｘ軸から略１３５度の吸収軸を有し、略２２５度の偏光角を持つ直線偏光を透過する。第１偏光子Ｐ１，第１液晶素子ＬＣ１，第２偏光子Ｐ２はノーマリーホワイトモードを構成する。

【0028】

第２液晶素子ＬＣ２は、例えば垂直配向（ＶＡ）モードであり、駆動電圧無印加状態では入射する偏光の偏光軸を変化させない。駆動電圧を印加されると、液晶分子が垂直配向から例えば基板面内ｙ軸方向成分を持つように変位する。第３偏光子Ｐ３は、ｘｙ面内で約４５度の角度の吸収軸を有し、下側のＨｉ領域（第１の領域に関連する）のみに存在し、上側のＬｏ領域（第２の領域に関連する）には存在しない。

【0029】

下側のＨｉ領域では第２偏光子Ｐ２と第３偏光子Ｐ３がクロスニコル偏光子を構成するので、駆動電圧無印加時には入射光は遮光される。駆動電圧印加時には、直線偏光が一部解消され、光が透過するようになる。上側領域では第３偏光子Ｐ３が存在しないので、第２液晶素子ＬＣ２を透過してきた光はそのまま出射する。

【0030】

図３Ｃは、第１偏光子Ｐ１から第１液晶素子ＬＣ１に入射した偏光が、第１液晶素子ＬＣ１、第２液晶素子ＬＣ２の駆動電圧印加（Ｏｎ）／無印加（Ｏｆｆ）状態に応じて、第２偏光子Ｐ２の後、および第３偏光子Ｐ３の後でどのように変化するかを、第３偏光子Ｐ３の状態と共に示す表である。

【0031】

第１液晶素子ＬＣ１が駆動電圧無印加状態（Ｏｆｆ）であれば、入射光の偏光軸を約９０度回転し、第２偏光子Ｐ２から出射する。この動作を図３Ｃでは、ＬＣ１が「Ｏｆｆ」の時、Ｐ２後が「明」と表記されている。第１液晶素子ＬＣ１が駆動電圧印加状態（Ｏｎ）であれば、ＴＮ液晶分子が基板垂直方向に立ち上がり、入射した偏光は回転されず、偏光方向が直交する第２偏光子Ｐ２で遮光される。この動作が、ＬＣ１が「Ｏｎ」、Ｐ２後「暗」と表記されている。第１偏光子Ｐ１、第１液晶素子ＬＣ１、および第２偏光子Ｐ２は、ノーマリーホワイトモードを実現している。

【0032】

前記第１液晶素子においては内部に少なくともＬｏ／Ｈｉ領域を分割する複数の電極が配置される。Ｌｏ領域には電極が配置されずＨｉ領域のみに配置されていてもよい。

【0033】

第２偏光子の出射側にはＨｉ照射パターンを形成するための垂直配向（ＶＡ）型の第２液晶素子を配置し、第２液晶素子の出射側にはＨｉ領域のみをカバーする第３偏光子が配置されている。表中、Ｐ３の欄は、第３偏光子Ｐ３が存在しない状態を、「窓」と表記している。窓状態では、第２液晶素子ＬＣ２を透過した光はそのまま出射する。Ｌｏ領域のＰ３後の状態はＰ２後の状態と等しくなる。

【0034】

第２液晶素子ＬＣ２が駆動電圧無印加（Ｏｆｆ）であれば、ＶＡセルは偏光を変化させないので、Ｈｉ領域のクロスニコル偏光子Ｐ２－Ｐ３は入射光を遮光する。Ｐ２後が「暗」であった状態は更に遮光されて「暗暗」となり、Ｐ２後が「明」であった状態は「暗」となる。

【0035】

第２の液晶素子ＬＣ２が駆動電圧印加（Ｏｎ）であれば、垂直配向の液晶分子が基板に対して水平になるよう傾き、複屈折率効果が生じて、透光状態となる。Ｐ２後が「暗」の場合は、ＬＣ２の動作に関わらずそのまま「暗」となり、Ｐ２後が「明」であれば、そのまま「明」となる。

【0036】

第２の偏光子Ｐ２から第２の液晶素子ＬＣ２を介して第３の偏光子Ｐ３までのＨｉ領域の構成は、ノーマリーブラックモードを形成する。

【0037】

第２の実施例
図４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、第２の実施例による照明用光学系を示す概略断面図、機能略示図、詳細機能表である。図４Ａに示すように、光源ＬＳから出射する発光の光軸上に、Ｈｉ領域のみに配置された第１偏光子Ｐ１、少なくともＨｉ領域に配向パターンを有する垂直配向（ＶＡ）型の第１液晶素子ＬＣ１、Ｌｏ／Ｈｉ領域を内包する第２偏光子Ｐ２、Ｌｏ／Ｈｉ領域を内包し、第１液晶素子ＬＣ１のＨｉ領域の配光パターンに関連する複数のセグメント分割パターンを有するツイステッドネマチック（ＴＮ）型の第２の液晶素子ＬＣ２、第３の偏光子Ｐ３がこの順序で配置されている。

【0038】

図４Ｂに示すように、下側のＨｉ領域のみに配置された第１偏光子Ｐ１の吸収軸は偏光子のｘｙ面内でｘ軸から略４５度に配置されている。第１の偏光子Ｐ１から出射する光はｘ軸から略１３５度の偏光角を持つ直線偏光となる。第１の液晶素子ＬＣ１は、例えば垂直配向（ＶＡ）モードであり、駆動電圧無印加時には液晶分子が基板面にほぼ垂直に配向し、入射する直線偏光の偏光角度を変化させない。第１偏光子Ｐ１で偏光した入射光はクロスニコル配置の第２偏光子Ｐ２で遮光される。

【0039】

第１液晶素子ＬＣ１に駆動電圧を印加されると、液晶分子は基板に対して水平になるように変位する。例えば、第１液晶素子ＬＣ１に駆動電圧印加時、液晶層の中央の液晶配向方位は偏光軸に対し４５度とする。第２の偏光子Ｐ２はｘ軸から略１３５度の吸収軸を有し、ｘ軸から略４５度の偏光角を持つ直線偏光を透過させる。

【0040】

Ｈｉ領域のみに存在する第１偏光子Ｐ１，第１液晶素子ＬＣ１，第２偏光子Ｐ２は、Ｈｉ領域にノーマリーブラックモードを構成する。Ｌｏ領域における、第１偏光子の窓、第１液晶素子ＬＣ１、第２偏光子Ｐ２は、第２偏光子Ｐ２の偏光軸に平行な偏光を透過する明領域を形成する。

【0041】

第２偏光子Ｐ２の後段にＴＮ配向の第２液晶素子ＬＣ２が配置され、その後段に第３偏光子Ｐ３が配置されている。第１偏光子Ｐ１にＬｏ領域がなく、第２偏光子Ｐ２のＬｏ領域から出射する光は、ｘ軸から略４５度の偏光角を有する偏光となる。駆動電圧無印加時の第２ＴＮモード液晶素子ＬＣ２を通過する偏光は、偏光方向を略９０度回転してｘ軸から略１３５度の偏光となり、第３の偏光子Ｐ３を透過する。液晶素子ＬＣ２に駆動電圧を印加すると液晶素子内の偏光回転がなくなり、クロスニコル配置の第２偏光子Ｐ２、第３偏光子Ｐ３が遮光機能を持つ。

【0042】

第２偏光子Ｐ２、第２液晶素子ＬＣ２、第３偏光子Ｐ３は、ノーマリーホワイトモードを実現できる。例えば、第２偏光子Ｐ２の透過軸と第３偏光子Ｐ３の透過軸とを、クロスニコル配置とし、第２液晶素子ＬＣ２をＴＮ配向液晶層とすればよい。

【0043】

第２液晶素子ＬＣ２に駆動電圧を印加して、第２、第３偏光子Ｐ２，Ｐ３が暗状態を構成すれば、グレアをさらに低減できる。

【0044】

図４Ｃは、第１偏光子Ｐ１から第１液晶素子ＬＣ１に入射した偏光が、第１液晶素子ＬＣ１、第２液晶素子ＬＣ２の駆動電圧印加（Ｏｎ）／無印加（Ｏｆｆ）状態に応じて、第２偏光子Ｐ２の後、および第３偏光子Ｐ３の後でどのように変化するかを、第１偏光子Ｐ１の状態と共に示す表である。

【0045】

第１偏光子Ｐ１は、Ｈｉ領域にのみ存在し、Ｌｏ領域は入射光が透過する窓となる。Ｈｉ領域において、第１液晶素子ＬＣ１が駆動電圧無印加状態（Ｏｆｆ）であれば、垂直配向（ＶＡ）液晶の第１液晶素子は入射偏光の偏光軸を変化せず、クロスニコル偏光子の第１偏光子Ｐ１，第２偏光子Ｐ２は遮光する。この動作を図４Ｃでは、ＬＣ１が「Ｏｆｆ」の時、Ｐ２後が「暗」と表記している。

【0046】

第１液晶素子ＬＣ１が駆動電圧印加状態（Ｏｎ）になれば、液晶分子が基板に対して水平に変化して複屈折効果により、第１偏光子Ｐ１，第２偏光子Ｐ２を透過する成分が生じる。図４Ｃでは、ＬＣ１が「Ｏｎ」の時、Ｐ２後が「明」と表記している。

【0047】

Ｈｉ領域の第１偏光子Ｐ１、第１液晶素子ＬＣ１、および第２偏光子Ｐ２は、ノーマリーブラックモードを実現している。第１偏光子Ｐ１が存在しないＬｏ領域には第１偏光子が存在せず、第１液晶素子ＬＣ１の動作状態に依存せず、入射光は第２偏光子Ｐ２を透過し、「明」となる。

【0048】

第２の液晶素子ＬＣ２に駆動電圧無印加（Ｏｆｆ）であれば、ＴＮセルは偏光を９０度回転し、第３の偏光子Ｐ３を透過させる。Ｐ２後が「明」であった状態は「明」、Ｐ２後が「暗」であった状態は「暗」のままとなる。

【0049】

駆動電圧を印加（Ｏｎ）すれば、偏光回転がなくなり、クロスニコル偏光子の第２偏光子Ｐ２，第３偏光子Ｐ３が遮光状態を形成する。Ｐ２後が「暗」であった状態は更に遮光されて「暗暗」となり、Ｐ２後が「明」であった状態は「暗」となる。第２の偏光子Ｐ２から第２の液晶素子ＬＣ２を介して第３の偏光子Ｐ３までのＨｉ領域の構成は、ノーマリーホワイトモードを形成する。

【0050】

図５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、第３の実施例による照明用光学系を示す概略断面図、機能略示図、詳細機能表である。図５Ａに示すように、光源ＬＳから出射する発光の光軸上に、Ｌｏ／Ｈｉ領域を内包する第１偏光子Ｐ１、少なくともＨｉ領域に配向パターンを有する垂直配向（ＶＡ）型の第１液晶素子ＬＣ１、Ｈｉ領域のみに配置された第２偏光子Ｐ２、Ｌｏ／Ｈｉ領域を内包し、第１液晶素子ＬＣ１のＨｉ領域の配光パターンに関連する複数のセグメント分割パターンを有する垂直配向（ＶＡ）型の第２の液晶素子ＬＣ２、第３の偏光子Ｐ３がこの順序で配置されている。

【0051】

図５Ｂに示すように、第１偏光子Ｐ１の吸収軸は偏光子のｘｙ面内でｘ軸から略４５度に配置されている。第１偏光子Ｐ１から出射する光はｘ軸から略１３５度の偏光角を持つ直線偏光となる。第１液晶素子ＬＣ１は、例えば垂直配向（ＶＡ）モードであり、駆動電圧無印加時には液晶分子が基板面に完全または略垂直に配向し、入射する直線偏光の偏光角度を変化させない。駆動電圧を印加されると、液晶分子は基板に対して水平に変位する。例えば、第１液晶素子ＬＣ１に駆動電圧印加時、液晶層の配向方位は偏光軸に対し４５度とする。

【0052】

第２偏光子Ｐ２は、Ｈｉ領域にのみ存在し、Ｌｏ領域には存在しない。Ｈｉ領域では、ｘ軸から略１３５度の吸収軸を有し、ｘ軸から略４５度の偏光角を持つ直線偏光を透過させる。第１偏光子Ｐ１と第２偏光子Ｐ２とはクロスニコル偏光子を構成する。

【0053】

第１偏光子Ｐ１，第１液晶素子ＬＣ１，Ｈｉ領域のみに存在する第２偏光子Ｐ２は、Ｈｉ領域にノーマリーブラックモードを構成する。Ｌｏ領域は、第２偏光子Ｐ２が存在しない（窓部のみの）ため、光が透過する明状態となる。

【0054】

Ｈｉ領域の第２偏光子Ｐ２、第２液晶素子ＬＣ２、第３偏光子Ｐ３の構成により、ノーマリーブラックモードを実現できる。例えば、第２液晶素子ＬＣ２を垂直配向（ＶＡ）モードとし、第２偏光子Ｐ２の透過軸と第３偏光子Ｐ３の透過軸とを、クロスニコル配置とすればよい。

【0055】

第２偏光子Ｐ２はＨｉ領域にのみ存在する。Ｌｏ領域においては、第１偏光子Ｐ１，第１液晶素子ＬＣ１，第２液晶素子ＬＣ２，第３偏光子Ｐ３が存在する。

【0056】

図５Ｃに示すように、第２偏光子Ｐ２は、Ｈｉ領域のみに存在し、Ｌｏ領域では単に光を通過させる窓となる。Ｌｏ領域には、第２偏光子Ｐ２による遮光機能は形成されず、Ｐ２後は「明」となる。

【0057】

Ｌｏ領域において、第１偏光子Ｐ１，第３偏光子Ｐ３はパラレルニコルを構成している。第１液晶素子ＬＣ１、第２液晶素子ＬＣ２共に駆動電圧無印加（Ｏｆｆ）であれば、偏光軸の回転は生ぜず、第３偏光子Ｐ３後に光が到達し、「明」となる。

【0058】

第１液晶素子ＬＣ１、第２液晶素子ＬＣ２が共にＯｎの場合、２回の偏光軸の回転によって偏光軸の方向が元に戻り、第３偏光子Ｐ３後は「明」となる。

【0059】

第１液晶素子ＬＣ１、第２液晶素子ＬＣ２のいずれか一方がＯｎの場合、偏光軸の回転が生じて第３偏光子Ｐ３が遮光の機能を得、第３偏光子Ｐ３後は「暗」となる。

【0060】

Ｈｉ領域においては、第１液晶素子ＬＣ１と第２液晶素子ＬＣ２との間に第２偏光子Ｐ２が存在する。第１液晶素子ＬＣ１の駆動電圧無印加Ｏｆｆの場合、第１偏光子Ｐ１で偏光した入射光はクロスニコル配置の第２偏光子Ｐ２で遮光され、第２偏光子Ｐ２後が「暗」となる。第１液晶素子ＬＣ１が駆動電圧印加Ｏｎとなると、複屈折効果が生じて、第２偏光子Ｐ２を透過する光成分が生じ、第２偏光子Ｐ２後が「明」となる。

【0061】

第２液晶素子ＬＣ２が駆動電圧印加Ｏｎであれば、第２偏光子Ｐ２を通過した偏光に複屈折効果が生じ、第３偏光子Ｐ３後が「明」となる。第２液晶素子ＬＣ２が駆動電圧無印加Ｏｆｆであれば、第２偏光子Ｐ２を通過した偏光に偏光は変化せず、第３偏光子Ｐ３が遮光機能を示し、第３偏光子Ｐ３後が「暗」となる。

【0062】

第２偏光子Ｐ２が入射光を遮光し、第２偏光子Ｐ２後が「暗」の場合、第２液晶素子ＬＣ２，第３偏光子Ｐ３への入射光はない。第２液晶素子ＬＣ２が駆動電圧印加Ｏｎ状態であれば、複屈折効果の可能性、光透過の可能性があるが、そもそもの入射光がないので、第３偏光子Ｐ３後は「暗」となる。第２液晶素子ＬＣ２が駆動電圧無印加Ｏｆｆであれば、第２液晶素子ＬＣ２における複屈折効果はなく、第２偏光子Ｐ２，第３偏光子Ｐ３のクロスニコル構成により遮光機能が生じ、第３偏光子Ｐ３後は「暗暗」となる。グレアがさらに低減されうる。

【0063】

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。種々の変形、改良、組み合わせ、置換などが可能なことは当業者に自明であろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】