JP7132748B2 - 照明装置、光投影システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両用灯具として用いて好適な照明装置並びに当該照明装置を用いた光投影システムに関する。

特許第５２３８１２４号公報（特許文献１）には、互いに隣接するグレーティング部と非グレーティング部を備える液晶光学素子を光源とレンズの間に配置することで配光パターンを可変に設定する車両用灯具が記載されている。この車両用灯具の液晶光学素子は、電圧無印加時にはグレーティング部と非グレーティング部の分子配列及び屈折率の均一性によって透明状態を示し、電圧印加持にはグレーティング部６と非グレーティング部７との屈折率差によって液晶層内を導光される光が所定方向に屈折されて散乱状態を示す。そして、液晶光学素子へ電圧が印加されていない場合には光源とレンズで定まる基本配光パターンが得られ、電圧印加時には基本配光パターンよりも水平方向に広がった配光パターンが得られる。

ところで、上記した従来の車両用灯具では、液晶光学素子への印加電圧を増減することによって配光パターンの水平方向の幅を可変に設定することが可能であるが、それ以外の配光パターンを得ることはできないという点で改良の余地がある。例えば、自車両の前方に存在する他車両や歩行者等の状況に応じた種々の配光パターンを得たいような場合、上記の車両用灯具ではその実現が難しかった。これについて、例えば上記の車両用灯具における液晶光学素子に置き換えて公知の偏光板を備えた液晶素子を用いることも考えられるが、この場合には光利用効率が低下するという不都合がある。なお、このような課題は車両用灯具としての用途に限らず、種々の配光パターンを設定することが望まれる照明装置一般においても同様に生じ得るものである。

特許第５２３８１２４号公報

本発明に係る具体的態様は、種々の配光パターンを得ることが可能であり光利用効率にも優れた照明装置等を提供することを目的の１つとする。

［１］本発明に係る一態様の照明装置は、（ａ）光源と、（ｂ）前記光源からの出射光を略平行光にする光変換部と、（ｃ）前記略平行光が入射し得るように配置される複数の画素領域を有しており、当該画素領域の各々において光透過状態と光散乱状態とを個別に切り替え可能な光変調部と、（ｄ）前記略平行光の光路上であって前記光変調部の光出射側に配置されており、入光口の大きさが前記略平行光の大きさと略等しく、前記略平行光を用いて前記光変調部により形成される像を投影する投影レンズと、（ｅ）貫通孔を有しており当該貫通孔が前記略平行光の光路上に位置するようにして前記光変換部と前記光変調部との間に配置され、かつ光入射面が当該光路に対して斜交するように配置されている第１反射型光絞り部材と、（ｆ）前記第１反射型光学絞り部材によって生じる反射光を反射する反射部材と、を含む、照明装置である。
［２］本発明に係る一態様の照明装置は、（ａ）光源と、（ｂ）前記光源からの出射光を略平行光にする光変換部と、（ｃ）前記略平行光が入射し得るように配置される複数の画素領域を有しており、当該画素領域の各々において光透過状態と光散乱状態とを個別に切り替え可能な光変調部と、（ｄ）前記略平行光の光路上であって前記光変調部の光出射側に配置されており、入光口の大きさが前記略平行光の大きさと略等しく、前記略平行光を用いて前記光変調部により形成される像を投影する投影レンズと、（ｅ）貫通孔を有しており当該貫通孔が前記略平行光の光路上に位置するようにして前記光変調部と前記投影レンズとの間に配置され、かつ光入射面が当該光路に対して斜交するように配置されている反射型光絞り部材と、（ｆ）前記反射型光学絞り部材によって生じる反射光を反射する反射部材と、を含む、照明装置である。
［３］本発明に係る一態様の光投影システムは、上記の照明装置と、当該照明装置の前記光変調部における前記複数の画素領域の各々の動作を制御する制御装置と、を含む、光投影システムである。

上記構成によれば、種々の配光パターンを得ることが可能であり光利用効率にも優れた照明装置等が得られる。

図１は、第１実施形態の光投影システムの光学系を説明するための模式的な斜視図である。 図２は、第１実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。 図３は、拡散型液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。 図４は、拡散型液晶素子における液晶層の構成例について説明するための図である。 図５は、拡散型液晶素子における液晶層の構成例について説明するための図である。 図６は、拡散型液晶素子における液晶層の構成例について説明するための図である。 図７は、拡散型液晶素子の変形例の構成を概略的に示す図である。 図８は、第２実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。 図９は、第３実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。 図１０は、第４実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。 図１１は、第５実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。 図１２は、第６実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。 図１３は、第７実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の光投影システムの光学系を説明するための模式的な斜視図である。また、図２は、第１実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。各図に示す本実施形態の光投影システムは１００、車両に設けられて車両前方へ光照射するための車両用灯具システムとして用いられるものである。本実施形態の光投影システム１００は、車両前方に存在する他の車両や歩行者などの対象体の状況に応じて、例えば、ハイビーム（走行ビーム）を照射する際に、他の車両の存在する領域へは光を照射しないようにする等、ハイビームの照射範囲において選択的な光照射を行うものである。図示の光投影システム１００は、光源１、コリメート光学系（コリメート部）２、拡散型液晶素子３、投影レンズ４、カメラ１５、制御装置１６、液晶駆動装置１７を含んで構成されている。

光源１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはレーザダイオード（ＬＤ）などの半導体発光素子とその駆動回路を含んで構成されており、例えば白色光を放出する。この白色光については、例えばレーザダイオードから放出される光を蛍光体によって光変換して得られたものであってもよい。また、光源１が青色光を放出するレーザダイオードを含んで構成されている場合には、図中に点線で示したように、光路上における液晶素子３の光出射側に蛍光体６を配置し、この蛍光体６によって青色光を白色光に変換してもよい。

コリメート光学系（光変換部）２は、光源１から入射する光を略平行光（スポット光）Ｌに変換して出射させる。本実施形態のコリメート光学系２は、例えば光源１から広がりながら出射する光を±３°程度ないしそれ以下の広がり角度で進行する略平行光に変換して液晶素子３へ入射させる。このようなコリメート光学系２としては、例えば公知の各種レンズや反射板を組み合わせた光学系を用いることができる。レンズとしては、コリメートレンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）回折光学素子などを用いることができる。また、例えば特開２０１６－１１５４１２号公報などの公知文献に記載されているコリメートレンズを用いてもよい。

拡散型液晶素子（光変調部）３は、コリメート光学系２から出射する略平行光Ｌの光路上に配置されており、この略平行光を用いて像を形成する。本実施形態の拡散型液晶素子３は、複数の画素領域を備えており、各画素領域ごとに透明な状態（光透過状態）とするか入射光を散乱させる状態（散乱状態）とするかを個別に制御可能である。略平行光が拡散型液晶素子３を通過することにより、所望の明暗パターンを有する像が形成される。本実施形態では、拡散型液晶素子３は、光路上において投影レンズ４の焦点付近に配置されることが好ましい。

投影レンズ４は、拡散型液晶素子３を通過した光によって形成される像を投影（反転投影）する。これにより、例えば車両の前方数十メートルの位置に想定される仮想スクリーン５には、所望の明暗を有する配光パターンが得られる。図２（Ｂ）に拡大図を示すように、投影レンズ４は、コリメート光学系２によって形成されて液晶素子３を透過する略平行光Ｌのスポット径φと同程度もしくはそれより少し小さい径の入光口４ａを備えている。図示の例では、投影レンズ４の平坦面の外側を筐体等で適宜覆おうことで入光口４ａの径が設定されているが、投影レンズ４自体のサイズを調整して平坦面がそのまま入光口４ａとして適した径となるようにしてもよい。これにより、拡散型液晶素子３において光透過状態に制御された画素領域を通過して直進する光を投影レンズ４に入射させるとともに、散乱状態に制御された画素領域に入射して拡散される光を投影レンズ４に入射させにくくする効果が高くなり、配光パターンのコントラストを高めることができる。

カメラ１５は、車両の所定位置（例えば、車室内のフロントガラス上側）に配置されており、車両の前方空間を撮影して得られた画像に対して所定の画像処理を行うことにより、車両前方に存在する他車両や歩行者などの対象体を検出する。なお、他の用途（例えば、自動ブレーキシステム等）のためのカメラが予め車両に備わっている場合にはそのカメラを共用してもよい。

制御装置１６は、カメラ１５による他車両等の検出結果に応じて、例えば他車両等の存在する領域を非照射範囲としてそれ以外の領域を光照射範囲とした配光パターンを設定し、この配光パターンに対応した像を拡散型液晶素子３によって形成するための制御信号を生成して液晶駆動装置１７へ供給する。また、制御装置１６は、光源１の点消灯の動作を制御するための制御信号を生成し、この制御信号を光源１へ供給する。この制御装置１６は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータシステムにおいて所定の動作プログラムを実行させることによって実現される。

液晶駆動装置１７は、制御装置１６から供給される制御信号に基づいて、拡散型液晶素子３に駆動信号（駆動電圧）を供給することにより、拡散型液晶素子３の各画素領域における液晶層の配向状態を個別に制御するものである。

図３は、拡散型液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。拡散型液晶素子３は、対向配置された上基板（第１基板）２１および下基板（第２基板）２２、上基板１１に設けられた対向電極（共通電極）２３、下基板１２に設けられた複数の画素電極（個別電極）２４、上基板２１と下基板２２の間に配置された液晶層２５を含んで構成されている。なお、説明の便宜上、図示を省略しているが、上基板２１、下基板２２には、それぞれ液晶層２５の配向状態を規制するための配向膜が適宜設けられる。

上基板２１および下基板２２は、それぞれ、平面視において矩形状の基板であり、互いに対向して配置されている。各基板としては、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板を用いることができる。上基板２１と下基板２２の間には、例えば多数のスペーサーが均一に分散配置されており、それらスペーサーによって基板間隙が所望の大きさ（例えば数μｍ程度）に保たれている。スペーサーとしては、乾式散布機によって散布可能なプラスチックボールを用いてもよいし、樹脂材料などにより基板上に予め設けられる柱状体を用いてもよい。

対向電極（共通電極）２３は、上基板２１の一面側に設けられている。この対向電極２３は、下基板２２の各画素電極２４と対向するようにして一体に設けられている。対向電極２３は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。

複数の画素電極（個別電極）２４は、下基板２２の一面側に設けられている。これらの画素電極２４は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。各画素電極２４は、例えば平面視において矩形状の外縁形状を有しており、ｘ方向およびｙ方向に沿ってマトリクス状に配列されている。各画素電極２４の間には隙間が設けられている。上記の対向電極２３と各画素電極２４との重なる領域のそれぞれが上記した画素領域（光制御領域）２６を構成する。

液晶層２５は、上基板２１と下基板２２の間に設けられている。本実施形態においては、各画素領域２６ごとに個別に入射光を透過させるか散乱させるかを自在に切り換え可能となるように液晶層２５が構成されている。この液晶層２５の具体的構成については後述する。

本実施形態の拡散型液晶素子３は、対向電極２３と各画素電極２４が平面視において重なる領域の各々として画定される領域である画素領域２６を数十～数百個有しており、これらの画素領域２６は平面視においてマトリクス状に配列されている。本実施形態において各画素領域２６の形状は例えば正方形状に構成されているが、長方形状と正方形状を混在させるなど各画素領域２６の形状は任意に設定することができる。また、画素領域２６はマトリクス状に配列されているが、マトリクス状に配列されていなくてもよい。対向電極２３、各画素電極２４は、図示しない配線部を介して液晶駆動装置１７と接続されており、例えばスタティック駆動される。その際の印加電圧は、例えば１００Ｈｚ～１ｋＨｚ程度の方形波電圧が用いられ、電圧範囲は０～２５０Ｖ程度である。

図４は、拡散型液晶素子における液晶層の構成例について説明するための図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す液晶層２５は、いわゆるノーマルモードのポリマーネットワーク型液晶素子における液晶層であり、この液晶層２５には液晶材料とポリマーネットワークが含まれている。図中、液晶材料の液晶分子を棒状に表し、ポリマーネットワークを曲線状に表している（以下においても同様）。ポリマーネットワーク（高分子ネットワーク）は、液晶層２５の液晶材料における常光屈折率ｎｏと同程度の材料が用いられており、例えば図示のように網目状に形成されている。また、液晶材料は、誘電率異方性Δεが正の材料を用いて形成されている。この場合、上記した配向膜として水平配向膜を用いて液晶層２５の初期配向状態が規定されるが、液晶分子は完全には水平配向とならず、場所によって配向方向が異なる。

このような液晶層２５を有する拡散型液晶素子３においては、液晶層２５へ電圧を印加しない場合においては、液晶分子とポリマーネットワークとの界面において屈折率差を生じることから入射光が散乱される（図４（Ａ）参照）。このため、正面方向へ透過する光が極めて少なくなり、暗状態として視認される。また、液晶層２５へ電圧が印加された場合には、その電界Ｅの方向に液晶分子の配向方向が再配列するので、ポリマーネットワークと液晶材料との界面での屈折率差が実質的にない状態（ないし極めて少ない状態）となり、入射光がそのまま透過する（図４（Ｂ）参照）。このため、正面方向へ透過する光が多くなり、明状態として視認される。このような明暗状態の切り換えを画素領域２６ごとに行うことができる。

図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示す液晶層２５は、いわゆるリバースモードのポリマーネットワーク型液晶素子における液晶層であり、この液晶層２５には液晶材料とポリマーネットワークが含まれている。ポリマーネットワーク（高分子ネットワーク）は、液晶層２５の液晶材料における常光屈折率ｎｏと同程度の材料が用いられており、例えば図示のように網目状に形成されている。また、液晶材料は、誘電率異方性Δεが負の材料を用いて形成されている。この場合、上記した配向膜として垂直配向膜を用いて液晶層２５の初期配向状態が規定され、液晶分子は概ね基板面と垂直方向に配向する。

このような液晶層２５を有する拡散型液晶素子３においては、上記したノーマルモードの場合とは逆の動作が得られる。すなわち、液晶層２５へ電圧を印加しない場合においてはポリマーネットワークと液晶材料との界面での屈折率差が実質的にない状態（ないし極めて少ない状態）となり、入射光がそのまま透過する（図４（Ｃ）参照）。このため、正面方向へ透過する光が多くなり、明状態として視認される。また、液晶層２５へ電圧が印加された場合には、その電界Ｅの方向と直交する方向へ向かって液晶分子の配向方向が再配列するので、液晶分子とポリマーネットワークとの界面において屈折率差を生じることから入射光が散乱される（図４（Ｄ）参照）。このため、正面方向へ透過する光が極めて少なくなり、暗状態として視認される。このような明暗状態の切り換えを画素領域２６ごとに行うことができる。

図５は、拡散型液晶素子における液晶層の構成例について説明するための図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す液晶層２５は、ポリマー分散型液晶素子における液晶層であり、この液晶層２５には液晶材料を含有する液滴（ドロップレット）２５ａとポリマー部分２５ｂが含まれている。ポリマー部分２５ｂは、液晶層２５の液晶材料における常光屈折率ｎｏと同程度の材料が用いられている。液晶材料は、例えば図示の例では誘電率異方性Δεが正の材料を用いて形成されているが負の材料であってもよい。

このような液晶層２５を有する拡散型液晶素子３においては、液晶層２５へ電圧を印加しない場合においては液滴２５ａ内の液晶分子がランダムに配向していることから、液滴２５ａとポリマー部分２５ｂとの界面で屈折率差を生じ、その結果入射光が散乱する。このため、正面方向へ透過する光が極めて少なくなり、暗状態として視認される。また、液晶層２５へ電圧が印加された場合には、その電界Ｅの方向に液晶分子の配向方向が再配列するので、ポリマーネットワークと液晶材料との界面での屈折率差が実質的にない状態（ないし極めて少ない状態）となり、入射光がそのまま透過する（図５（Ｂ）参照）。このため、正面方向へ透過する光が多くなり、明状態として視認される。このような明暗状態の切り換えを画素領域２６ごとに行うことができる。

図５（Ｃ）に示す液晶層２５は、液晶／高分子相分離相構造の液晶素子における液晶層であり、この液晶層２５には、ポリマーネットワーク層２５ｃと液晶材料部分２５ｄが含まれている。ポリマーネットワーク層２５ｃは、一方基板（例えば第１基板２１）と液晶層２５の界面付近に形成されたポリマーネットワークからなる層である。例えば、モノマー濃度を５重量％以下にして液晶材料へ混合し、重合させることで界面付近に優先的にポリマー化されるという現象が知られており、そのようにして界面付近にポリマーネットワーク層２５ｃを形成することができる。ポリマーネットワーク層２５ｃは、液晶層２５の液晶材料における常光屈折率ｎｏと同程度の材料が用いられている。

このような液晶層２５を有する拡散型液晶素子３においては、ポリマーネットワーク層２５ｃの表面に微小な凹凸を生じることから、液晶材料部分２５ｄの初期配向をランダムな水平配向としておくと、電圧無印加時においては液晶材料の異常光屈折率ｎｅとポリマーネットワーク層２５ｃの屈折率差により微小な凹凸を通過する光が散乱する。このため、正面方向へ透過する光が極めて少なくなり、暗状態として視認される。他方、電圧印加時においては液晶材料部分２５ｄの液晶分子が電界方向へ揃うことから、液晶材料の常光屈折率ｎｏとポリマーネットワーク層２５ｃの屈折率差がないため、光が散乱されずに透過する。このため、正面方向へ透過する光が多くなり、明状態として視認される。このような明暗状態の切り換えを画素領域２６ごとに行うことができる。

図５（Ｄ）に示す液晶層２５は、基板面に微細な凹凸を設けてなる液晶素子における液晶層である。この液晶層２５は、液晶層２５と接する上下の各界面に設けられた微細な凹凸部２３ａ、２４ａと接して配置されている。本実施形態では、凹凸部２３ａは対向電極２３の表面に設けられ、凹凸部２４ａは各画素電極２４の表面に設けられる。このような凹凸部２３ａ、２４ａは、例えば各電極表面に対してサンドブラスト等の処理を行うことによって得られる。

このような液晶層２５を有する拡散型液晶素子３においては、液晶層２５との各界面に微小な凹凸があることから、液晶層２５の初期配向をランダムな水平配向としておくと、電圧無印加時においては液晶材料の異常光屈折率ｎｅと各凹凸部２３ａ、２４ａの屈折率差により微小な凹凸を通過する光は散乱する。このため、正面方向へ透過する光が極めて少なくなり、暗状態として視認される。他方、電圧印加時においては液晶層２５の液晶分子が電界方向へ揃うことから、液晶材料の常光屈折率ｎｏと各凹凸部２３ａ、２４ａの屈折率差がないため、光が散乱されずに透過する。このため、正面方向へ透過する光が多くなり、明状態として視認される。このような明暗状態の切り換えを画素領域２６ごとに行うことができる。

図６（Ａ）に示す液晶層２５は、基板面と平行な一方向（図中左右方向）において１つずつ交互に配置された複数のグレーティング部２５ｆと非グレーティング部２５ｇを有している。グレーティング部２５ｆは、例えば図中の紙面と直交方向に延在するストライプ状に形成されており、各々の線幅（図中左右方向の幅）が１０～１００μｍ程度である。非グレーティング部２５ｇについても同様であり、ストライプ状に形成され、その幅が１０～１００μｍ程度である。グレーティング部２５ｆの各々は、液晶材料に対して液晶性モノマーを含有させてこれを重合させてポリマー化することによって形成される。なお、このような液晶層２５を有する液晶素子は、例えば特許第５２３８１２４号公報において詳細に開示されている。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す液晶層を有する拡散型液晶素子の動作原理について説明するための図である。まず、液晶層２５に電圧が印加されていない場合、グレーティング部２５ｆと非グレーティング部２５ｇの間には屈折率の大きく異なる界面が存在しない。これは、ポリマー化されたグレーティング部６は液晶の初期配向が固定された構造となっており、また重合前の液晶性モノマーと液晶の屈折率分布がほぼ一致しており、この屈折率分布が重合後においても維持されているためである。このため、光が散乱されずに透過するので、正面方向へ透過する光が多くなり、明状態として視認される。

他方で、液晶層２５に対してその層厚方向に電圧が印加された場合、グレーティング部２５ｆにおいては構造が固定されているため変化がないが、非グレーティング部２５ｇでは印加電圧に応じて液晶分子の配向方向が変化する。このため、非グレーティング部２５ｇとグレーティング部２５ｆとの間に屈折率の異なる界面が発生する。グレーティング部２５ｆと非グレーティング部２５ｇとの界面に進む光は、その屈折率差に応じた方向へ屈折することになる。この際、界面における屈折率差は光の進入角度によって異なる値となる。加えて、紫外線照射によりポリマー化したグレーティング部２５ｆの表面には微小な凸凹が存在するため、界面に入射した光はその出射方向にばらつきが生じる。このため、液晶層２５を通過する光に散乱が生じることから、正面方向へ透過する光が極めて少なくなり、暗状態として視認される。このような明暗状態の切り換えを画素領域２６ごとに行うことができる。

図７は、拡散型液晶素子の変形例の構成を概略的に示す図である。ここでは電極構造の相違点について詳細に説明するためにそれ以外の要素を省略した概略図を示している。図７（Ａ）に示す拡散型液晶素子３は、各画素領域２６ごとに、第２基板２２の一面側に一対の電極３４ａ、３４ｂが設けられている。なお、各電極は第１基板２１側に設けられてもよい。図示を省略しているが第１基板２１と第２基板２２の間には液晶層が設けられている。各電極３４ａ、３４ｂの幅は、例えば２μｍ程度と比較的狭く設定することが好ましい。また、電極３４ａと電極３４ｂの相互間距離も２μｍ程度に設定することが好ましい。また、液晶層の層厚は、例えば２０μｍ程度に設定することが好ましい。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す拡散型液晶素子３の動作を説明するための概略図である。ここでは、液晶層を平面視した場合の液晶分子の配向状態が示されている。図中のｘ，ｙ各方向が第１基板２１あるいは第２基板２２の基板面と平行な方向であり、ｚ方向が液晶層の層厚方向である。各電極３４ａ、３４ｂの間に電圧を印加すると、図示のように液晶分子は電極間に生じる電界方向に沿ってｘ方向へ配向する。各電極３４ａ、３４ｂの直上では液晶分子の配向が変化しない。このため、電圧印加時にはこの液晶層を通過する光が散乱し、正面方向へ透過する光が極めて少なくなり、暗状態として視認される。他方で、電圧無印加時には液晶分子の配向が一様であることから液晶層を通過する光には散乱を生じないため、正面方向へ透過する光が多くなり、明状態として視認される。このような明暗状態の切り換えを画素領域２６ごとに行うことができる。

図７（Ｃ）に示す拡散型液晶素子３は、各画素領域２６ごとに、第２基板２２の一面側に一対の電極３４ａ、３４ｂが設けられているとともに、第１基板２１の一面側に一対の電極３３ａ、３３ｂが設けられている。各電極３３ａ、３３ｂの延在方向と各電極３４ａ、３４ｂの延在方向は互いに交差（一例として直交）している。図示を省略しているが第１基板２１と第２基板２２の間には液晶層が設けられている。各電極３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂの幅、相互間距離の好適値は上記と同様である。また、液晶層の層厚は、例えば２０μｍ程度に設定することが好ましい。

図７（Ｄ）は、図７（Ｃ）に示す拡散型液晶素子３の動作を説明するための概略図である。ここでは、液晶層を平面視した場合の液晶分子の配向状態が示されている。図中のｘ，ｙ各方向が第１基板２１あるいは第２基板２２の基板面と平行な方向であり、ｚ方向が液晶層の層厚方向である。各電極３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂの間に電圧を印加すると、図示のように液晶分子は電極間に生じる電界方向に沿って、場所によりｘ方向、ｙ方向、斜め方向へ配向する。また、各電極３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂの直上においても液晶分子の配向が変化する。このため、電圧印加時にはこの液晶層を通過する光が散乱し、正面方向へ透過する光が極めて少なくなり、暗状態として視認される。図７（Ａ）に示した拡散型液晶素子３に比べてより強い散乱が得られる。また、電圧無印加時には液晶分子の配向が一様であることから液晶層を通過する光には散乱を生じないため、正面方向へ透過する光が多くなり、明状態として視認される。このような明暗状態の切り換えを画素領域２６ごとに行うことができる。

以上のような第１実施形態によれば、種々の配光パターンを得ることが可能であり光利用効率にも優れた車両用灯具（照明装置）および車両用灯具システム（光投影システム）が得られる。具体的には、各画素領域において光透過状態と光散乱状態を制御することで各画素電極に対応した明暗を有する像を形成し、その像を投影することで種々の配光パターンを得ることができる。また、偏光板を用いる必要のない拡散型液晶素子を用いていることで透過率を高めることができるので、光利用効率を向上することが可能となる。さらに、構成要素が少ないので光学系がシンプルとなり、光学設計が容易になるとともに部品点数減による低コスト化も実現できる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。なお、第２実施形態の光投影システム１００ａの光学系の構成は第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図１参照）、また電気的な構成についても第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図２参照）、拡散型液晶素子を２つ備えているという点のみ相違している。よって、共通する事項およびそれらによって得られる効果については説明を省略し、相違する事項とその効果について以下に説明する。

拡散型液晶素子３ａ、３ｂは、コリメート光学系２から出射する略平行光Ｌの光路上に配置されており、この略平行光Ｌを用いて像を形成する。拡散型液晶素子３ａは、コリメート光学系２に近い側に配置されており、拡散型液晶素子３ｂは、投影レンズ４に近い側に配置されている。第１実施形態の場合と同様に、拡散型液晶素子３ａ、３ｂは、複数の画素領域を備えており、各画素領域ごとに透明な状態とするか入射光を散乱させる状態とするかを個別に制御可能である。略平行光Ｌが拡散型液晶素子３ａ、３ｂを通過することにより、所望の明暗パターンを有する像が形成される。２つの拡散型液晶素子３ａ、３ｂを用いることで投影像のコントラストをより高くすることができる。なお、投影レンズ４の焦点を各拡散型液晶素子３ａ、３ｂの中間もしくは出射光側の拡散型液晶素子３ｂの位置Ｐ１付近に配置することが好ましい。

（第３実施形態）
図９（Ａ）は、第３実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。なお、第３実施形態の光投影システム１００ｂの光学系の構成は第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図１参照）、また電気的な構成についても第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図２参照）、拡散型液晶素子３の前後に２つの光学絞り部材７ａ、７ｂを備えているという点のみ相違している。よって、共通する事項およびそれらによって得られる効果については説明を省略し、相違する事項とその効果について以下に説明する。

光学絞り部材７ａ、７ｂは、それぞれ平板状の部材であり、図９（Ｂ）に斜視図を示すように中央に貫通孔を有している。これらの光学絞り部材７ａ、７ｂは、コリメート光学系２によって形成される略平行光Ｌの光路上に各貫通孔が位置するように設けられている。本実施形態では、各光学絞り部材７ａ、７ｂは、各々の光入射面および光出射面が平行光の進行方向に対して略直交するように配置されている。

拡散型液晶素子３と投影レンズ４の間に光学絞り部材７ｂを設けていることで、投影レンズ４による投影像のコントラストを高めることができる。このため、光学絞り部材７ｂのみを設けるように構成してもよい。また、コリメート光学系２と拡散型液晶素子３の間に光学絞り部材７ａを設けていることで、投影像のコントラストをより高めることができる。この第３実施形態においては、コリメート光学系２を用いないように構成することも可能であるが、光使用効率の観点ではコリメート光学系２により略平行光を形成することがより好ましい。

（第４実施形態）
図１０（Ａ）は、第４実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。なお、第４実施形態の光投影システム１００ｃの光学系の構成は第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図１参照）、また電気的な構成についても第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図２参照）、拡散型液晶素子３と投影レンズ４の間の光路上にルーバー８ａ、８ｂを備えているという点のみ相違している。よって、共通する事項およびそれらによって得られる効果については説明を省略し、相違する事項とその効果について以下に説明する。

各ルーバー８ａ、８ｂは、それぞれ図１０（Ｂ）に示すように、平板状の部材の一面側にこの一面と直交する方向へ突起した複数の遮光壁を有している。これらの遮光壁は、紙面と直交する方向に延在している。そして、図１０（Ｃ）に模式図を示すように、各ルーバー８ａ、８ｂは、ルーバー８ａの各遮光壁の延在方向とルーバー８ｂの各遮光壁の延在方向とを互いに交差（直交）させるようにして重ねて配置されている。

このように重ねて配置されたルーバー８ａ、８ｂを拡散型液晶素子３の光出射面側に配置することで、二方向に広がる光を遮光することができる。すなわち、拡散型液晶素子３の透明状態に制御された画素領域２６を通過した光は各ルーバー８ａ、８ｂを透過するが、散乱状態に制御された画素領域２６を通過した光は各ルーバー８ａ、８ｂの遮光壁で吸収される。このため、投影像のコントラストを向上させることができる。なお、同様のルーバーをコリメート光学系２と拡散型液晶素子３の間にも更に配置することも好ましい。

（第５実施形態）
図１１（Ａ）は、第５実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。なお、第５実施形態の光投影システム１００ｄの光学系の構成は第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図１参照）、また電気的な構成についても第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図２参照）、反射型の光学絞り部材７ｃと曲面反射板（反射部材）９と投影レンズ１０をさらに備えているという点のみ相違している。よって、共通する事項およびそれらによって得られる効果については説明を省略し、相違する事項とその効果について以下に説明する。

光学絞り部材７ｃは、平板状の部材であり、少なくとも拡散型液晶素子３と対向する面の反射率が高くなるように構成されており、略平行光Ｌの光路上であって拡散型液晶素子３と投影レンズ４の間に配置されている。また、光学絞り部材７ｃは、その光入射面が光路に対して斜交するように配置されている。図示の例の光学絞り部材７ｃは、図中左右方向である略平行光Ｌの光路に対して略４５°の角度をなして斜交している。光学絞り部材７ｃは、上記の光学絞り部材７ａ、７ｂと同様の貫通孔を有しており（図９（Ｂ）参照）、略平行光Ｌの光路上に各貫通孔が位置するように設けられている。また、拡散型液晶素子３と対向する面である光入射面には、例えばアルミニウムや銀などからなる反射率の高い膜が設けられている。

曲面反射板９は、光学絞り部材７ｃによって生じる反射光が入射し得る位置に配置されており、入射した光を投影レンズ１０へ向けて反射させる。

投影レンズ１０は、曲面反射板９によって生じる反射光が入射し得る位置に配置されており、入射した光を投影する。

このような光投影システム１００ｄにおいても、第３実施形態の光投影システム１００ｂと同様に投影像のコントラストを高めることができる。また、図１１（Ｂ）に示すように、拡散型液晶素子３の各画素領域２６において散乱された光は、光学絞り部材７ｃによって略平行光Ｌの光路とは別方向へ反射され、さらに曲面反射板９によって反射されて投影レンズ１０へ入射し、投影レンズ１０によって投影される。このため、散乱によって生じる光の再利用を図ることができる。

（第６実施形態）
図１２は、第６実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。なお、第５実施形態の光投影システム１００ｅの光学系の構成は第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図１参照）、また電気的な構成についても第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図２参照）、反射型の光学絞り部材７ｄ、光学絞り部材７ｅ、曲面反射板９と投影レンズ１０をさらに備えているという点と、コリメート光学系２が疑似コリメート光学系２ａに置き換えられている点が相違している。よって、共通する事項およびそれらによって得られる効果については説明を省略し、相違する事項とその効果について以下に説明する。

光学絞り部材７ｄは、平板状の部材であり、少なくとも疑似コリメート光学系２ａと対向する面の反射率が高くなるように構成されており、略平行光Ｌの光路上であって疑似コリメート光学系２ａと拡散型液晶素子３の間に配置されている。また、光学絞り部材７ｄは、その光入射面が略平行光Ｌの光路に対して斜交するように配置されている。図示の例の光学絞り部材７ｄは、図中左右方向である略平行光Ｌの光路に対して略４５°の角度をなして斜交している。光学絞り部材７ｄは、上記と同様に貫通孔を有しており（図９（Ｂ）参照）、平行光の光路上に各貫通孔が位置するように設けられている。また、疑似コリメート光学系２ａと対向する面である光入射面には、例えばアルミニウムや銀などからなる反射率の高い膜が設けられている。

光学絞り部材７ｅは、平板状の部材であり、拡散型液晶素子３と投影レンズ４の間に配置されている。この光学絞り部材７ｅは、上記の光学絞り部材７ａ、７ｂと同様の貫通孔を有しており（図９（Ｂ）参照）、略平行光Ｌの光路上に貫通孔が位置するように設けられている。光学絞り部材７ｅは、その光入射面および光出射面が略平行光Ｌの進行方向に対して略直交するように配置されている。この光学絞り部材７ｅは、疑似コリメート光学系２ａから出射する光のうち広がって進む成分を反射させるためのものである。

曲面反射板９は、光学絞り部材７ｄによって生じる反射光が入射し得る位置に配置されており、入射した光を投影レンズ１０へ向けて反射させる。

投影レンズ１０は、曲面反射板９によって生じる反射光が入射し得る位置に配置されており、入射した光を投影する。

このような光投影システム１００ｅにおいても、第３実施形態の光投影システム１００ｂと同様に投影像のコントラストを高めることができる。また、第５実施形態の光投影システム１００ｄと同様に、散乱によって生じる光の再利用を図ることができる。また、比較的低コストに実現可能な疑似コリメート光学系を用いることができる。なお、疑似コリメート光学系ではなくコリメート光学系を用いてもよい。

（第７実施形態）
図１３は、第７実施形態の光投影システムの構成を説明するための図である。なお、第５実施形態の光投影システム１００ｆの光学系の構成は第１実施形態の光投影システム１００と同様であり（図１参照）、また電気的な構成についても第１実施形態の光投影システム１００と同様である（図２参照）。また、上記した第６実施形態の同様の疑似コリメート光学系２ａ、光学絞り部材７ｄ、曲面反射板９および投影レンズ１０を備えており、さらに斜め配置された光学絞り部材７ｆを備えている。よって、共通する事項およびそれらによって得られる効果については説明を省略し、相違する事項とその効果について以下に説明する。

光学絞り部材７ｆは、平板状の部材であり、少なくとも拡散型液晶素子３と対向する面の反射率が高くなるように構成されており、略平行光Ｌの光路上であって拡散型液晶素子３と投影レンズ１０の間に配置されている。また、光学絞り部材７ｆは、その光入射面が略平行光Ｌの光路に対して斜交するように配置されている。図示の例の光学絞り部材７ｆは、図中左右方向である略平行光Ｌの光路に対して略４５°の角度をなして斜交している。光学絞り部材７ｆは、上記の光学絞り部材７ａ、７ｂと同様の貫通孔を有しており（図９（Ｂ）参照）、略平行光Ｌの光路上に各貫通孔が位置するように設けられている。

曲面反射板９は、光学絞り部材７ｄおよび光学絞り部材７ｆの各々によって生じる反射光が入射し得る位置に配置されており、入射した光を投影レンズ１０へ向けて反射させる。

このような光投影システム１００ｆにおいても、第３実施形態の光投影システム１００ｂと同様に投影像のコントラストを高めることができる。また、第５実施形態の光投影システム１００ｄと同様に、散乱によって生じる光の再利用を図ることができる。また、第６実施形態の光投影システム１００ｅと同様に、比較的低コストに実現可能な疑似コリメート光学系を用いることができる。なお、疑似コリメート光学系ではなくコリメート光学系を用いてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した説明では本発明を車両用灯具ないしそれを備える車両用灯具システムに適用した場合について例示していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。本発明は、広く照明装置およびこれを備える光投影システム一般に適用することができる。

１：光源、２：コリメート光学系（コリメート部）、３：拡散型液晶素子、４：投影レンズ、４ａ：入光口、５：仮想スクリーン、６：蛍光体、７ａ、７ｂ：光学絞り部材、８ａ、８ｂ：ルーバー、９：反射板、１０：投影レンズ、１５：カメラ、１６：制御装置、１７：液晶駆動装置、２１：上基板（第１基板）、２２：下基板（第２基板）、２３：対向電極（共通電極）、２４：画素電極（個別電極）、２５：液晶層、２６：画素領域、１００：光投影システム、Ｌ：略平行光

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源からの出射光を略平行光にする光変換部と、
   前記略平行光が入射し得るように配置される複数の画素領域を有しており、当該画素領域の各々において光透過状態と光散乱状態とを個別に切り替え可能な光変調部と、
   前記略平行光の光路上であって前記光変調部の光出射側に配置されており、入光口の大きさが前記略平行光の大きさと略等しく、前記略平行光を用いて前記光変調部により形成される像を投影する投影レンズと、
   貫通孔を有しており当該貫通孔が前記略平行光の光路上に位置するようにして前記光変調部と前記投影レンズとの間に配置され、かつ光入射面が当該光路に対して斜交するように配置されている反射型光絞り部材と、
   前記反射型光学絞り部材によって生じる反射光を反射する反射部材と、
   を含む、照明装置。
2. 光源と、
   前記光源からの出射光を略平行光にする光変換部と、
   前記略平行光が入射し得るように配置される複数の画素領域を有しており、当該画素領域の各々において光透過状態と光散乱状態とを個別に切り替え可能な光変調部と、
   前記略平行光の光路上であって前記光変調部の光出射側に配置されており、入光口の大きさが前記略平行光の大きさと略等しく、前記略平行光を用いて前記光変調部により形成される像を投影する投影レンズと、
   貫通孔を有しており当該貫通孔が前記略平行光の光路上に位置するようにして前記光変換部と前記光変調部との間に配置され、かつ光入射面が当該光路に対して斜交するように配置されている第１反射型光絞り部材と、
   前記第１反射型光学絞り部材によって生じる反射光を反射する反射部材と、
   を含む、照明装置。
3. 貫通孔を有しており当該貫通孔が前記略平行光の光路上に位置するようにして前記光変調部と前記投影レンズとの間に配置されている第２反射型光絞り部材、
   を更に含む、請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第２反射型光絞り部材は、光入射面が前記光路に対して斜交するように配置されている、
   請求項３に記載の照明装置。
5. 前記光変調部により形成されて前記投影レンズにより投影される像は、前記複数の画素領域のうち前記光透過状態とされた画素領域に対応する部分が相対的に明るく前記光散乱状態とされた画素領域に対応する部分が相対的に暗い像である、
   請求項１～４の何れか１項に記載の照明装置。
6. 前記光変調部は、前記略平行光の光路上に配置された１つの液晶素子からなり、
   前記投影レンズは、その焦点を前記液晶素子の位置に対応付けて配置される、
   請求項１～５の何れか１項に記載の照明装置。
7. 請求項１～６の何れか１項に記載の照明装置と、
   前記照明装置の前記光変調部における前記複数の画素領域の各々の動作を制御する制御装置と、
   を含む、光投影システム
   

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