(57)【要約】【課題】十分に大径の照射光を確保しつつ、照射光の径を増減する光照射装置を提供する。【解決手段】光照射装置１は、光源２からの入射光を、光軸５に対する外向き角を減少させて出射するレンズ３と、その出射光が入射される液晶光学装置４とを備える。液晶光学装置４は、光入射側及び光出射側にプリズム部１３及び液晶部１４をそれぞれ有している。プリズム部１３は、その光軸５上に位置する中央領域６に頭頂点を光軸方向の液晶部１４側に向けて形成される複数の円錐２１と、中央領域６を包囲する周辺領域７に突出側を液晶部１４側に向けて同心状に配列される複数の円周突条２３とを備え、円錐２１の側面は、円周突条２３の外周面よりも光軸５に対する傾斜が急峻に形成されている。液晶部１４は、光軸方向への印加電圧に応じて液晶分子の長軸方向を変化させることにより屈折率を変化させる。【選択図】図５
2014186223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの入射光を、光軸に対する外向き角を減少させて出射するレンズと、
前記レンズからの光が入射するプリズム部、及び該プリズム部からの入射光を反対側へ出射するとともに光軸方向への印加電圧に応じて液晶分子の長軸方向を変化させることにより屈折率を変化させる液晶部を有する液晶光学装置とを備え、
前記プリズム部は、
光軸上に位置する中央領域に頭頂点を前記光軸方向の液晶部側に向けて形成された複数の錐体と、
前記中央領域を包囲する周辺領域に突出側を前記光軸方向の液晶部側に向けて同心状に配列される複数の環状突条とを有し、
前記錐体の側面は、前記光軸方向に対する傾斜が前記環状突条の外周面よりも急峻に形成されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
請求項１記載の光照射装置において、
前記液晶光学装置として、前記光軸上にそれぞれ前記レンズに近い側及び遠い側に配設される第１及び第２液晶光学装置を備え、
前記第１及び第２液晶光学装置の液晶部の電圧印加時には、該液晶部の液晶分子の長軸方向が前記光軸方向に変化し、
前記第１及び第２液晶光学装置の液晶部の電圧無印加時には、該液晶部の液晶分子の配向が前記液晶部の光入射側において前記錐体又は前記環状突条の周方向に設定され、
前記第１液晶光学装置の液晶部には、該液晶部の光出射側における偏光面を前記液晶部の光入射側における偏光面に対して前記光軸の周りに９０°回転させるカイラル剤が混入されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項３】
請求項２記載の光照射装置において、
前記第１及び第２液晶光学装置の液晶部の電圧無印加時の前記第１及び第２液晶光学装置の液晶部の光入射側における配向は、前記プリズム部を射出成形する際に用いた金型に、前記錐体又は前記環状突条を射出成形する凹部を刃物が周方向に削って形成する時に該凹部の表面に形成された加工傷に対応する前記錐体又は前記環状突条の表面傷により設定されることを特徴とする光照射装置。
【請求項４】
請求項１記載の光照射装置において、
前記液晶光学装置として、前記光軸上にそれぞれ前記レンズに近い側及び遠い側に配設される第１及び第２液晶光学装置を備え、
前記第１及び第２液晶光学装置は、液晶分子の配向を所定の直線方向に規定して前記液晶部の光入射側に配設された配向膜を有し、
前記第１液晶光学装置の配向膜の配向と第２液晶光学装置の配向膜の配向とは、前記光軸の周りに相互に９０°ずれていることを特徴とする光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶光学装置を備える光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１の光照射装置は、光軸を揃えて配列される２つの液晶光学装置を備え、各液晶光学装置は、三角形断面の直線状突条が複数、平行に配列されているプリズム層と、屈折率が電圧無印加時と電圧印加時とで変化する液晶層と、液晶層の電圧無印加時の液晶分子の配向を規定する配向膜とを備えている。
【０００３】
特許文献１の光照射装置では、上記の構造により、２つの液晶光学装置の液晶層を共に電圧印加状態にしたときは、光軸に平行に入射して来る光が、２つの液晶光学装置をそのまま直進し、また、２つの液晶光学装置の液晶層を共に電圧無印加状態にしたときは、光軸に平行に入射して来る光のＰ波及びＳ波の内の一方及び他方が、最初の液晶光学装置においてそれぞれ屈折及び直進し、次の液晶光学装置においてそれぞれ直進及び屈折し、最終的には、Ｐ波及びＳ波の両方が同一の屈折方向へ出射することになっている（特許文献１／図７及び図８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０７６１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の光照射装置は、照射光の方向を直進及び屈折の２方向に切替えているのみであり、照射光の径は変化しない。
【０００６】
本発明の目的は、十分に大径の照射光を確保しつつ、照射光の径を増減する光照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光照射装置は、光源と、前記光源からの入射光を、光軸に対する外向き角を減少させて出射するレンズと、前記レンズからの光が入射するプリズム部、及び該プリズム部からの入射光を反対側へ出射するとともに光軸方向への印加電圧に応じて液晶分子の長軸方向を変化させることにより屈折率を変化させる液晶部を有する液晶光学装置とを備え、前記プリズム部は、光軸上に位置する中央領域に頭頂点を前記光軸方向の液晶部側に向けて形成された複数の錐体と、前記中央領域を包囲する周辺領域に突出側を前記光軸方向の液晶部側に向けて同心状に配列される複数の環状突条とを有し、前記錐体の側面は、前記光軸方向に対する傾斜が前記環状突条の外周面よりも急峻に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、液晶部は、光軸方向への印加電圧に応じて屈折率が変化するとともに、プリズム部の中央領域の錐体の側面は、光軸方向に対する傾斜が周辺領域の環状突条の外周面よりも急峻に形成されている。この結果、液晶部の屈折率がプリズム部の屈折率より大きくなったときには、中央領域の錐体の側面から出射する光が、光軸に対して十分に大きな外向き角で出射し、周辺領域の環状突条から分散して出射して来る光の周辺側へ進む。これにより、十分に大径の照射光を確保することができる。
【０００９】
本発明によれば、液晶部の屈折率がプリズム部の屈折率に近いときには、レンズからの光は、プリズム部及び液晶部を、光軸に対する外向き角を抑制されて通過する。これにより、光照射装置からの照射光を小径にすることができる。
【００１０】
好ましくは、前記液晶光学装置として、前記光軸上にそれぞれ前記レンズに近い側及び遠い側に配設される第１及び第２液晶光学装置を備え、前記第１及び第２液晶光学装置の液晶部の電圧印加時には、該液晶部の液晶分子の長軸方向が前記光軸方向に変化し、前記第１及び第２液晶光学装置の液晶部の電圧無印加時には、該液晶部の液晶分子の配向が前記液晶部の光入射側において前記錐体又は前記環状突条の周方向に設定され、前記第１液晶光学装置の液晶部には、該液晶部の光出射側における偏光面を前記液晶部の光入射側における偏光面に対して前記光軸の周りに９０°回転させるカイラル剤が混入されている。
【００１１】
この構成によれば、偏光面が９０°相違するＰ波及びＳ波は、同一の屈折条件で第１及び第２液晶光学装置のいずれか１つにおいてのみ屈折することになるので、光照射装置からの出射時では、Ｐ波及びＳ波から同一径の照射光が生成される。この結果、大径の照射光を生成する時にも、十分に明るい照射光を生成することができる。
【００１２】
好ましくは、前記第１及び第２液晶光学装置の液晶部の電圧無印加時の前記第１及び第２液晶光学装置の液晶部の光入射側における配向は、前記プリズム部を射出成形する際に用いた金型に、前記錐体又は前記環状突条を射出成形する凹部を刃物が周方向に削って形成する時に該凹部の表面に形成された加工傷に対応する前記錐体又は前記環状突条の表面傷により設定される。
【００１３】
この構成によれば、第１及び第２液晶光学装置における配向膜を省略することができる。
【００１４】
好ましくは、前記液晶光学装置として、前記光軸上にそれぞれ前記レンズに近い側及び遠い側に配設される第１及び第２液晶光学装置を備え、前記第１及び第２液晶光学装置は、液晶分子の配向を所定の直線方向に規定して前記液晶部の光入射側に配設された配向膜を有し、前記第１液晶光学装置の配向膜の配向と第２液晶光学装置の配向膜の配向とは、前記光軸の周りに相互に９０°ずれている。
【００１５】
この構成によれば、偏光面が９０°相違するＰ波及びＳ波は、同一の屈折条件で第１及び第２液晶光学装置のいずれか１つにおいてのみかつ必ず屈折することになるので、光照射装置からの出射時では、Ｐ波及びＳ波から同一径の照射光が生成される。この結果、大径の照射光を生成する時にも、十分に明るい照射光を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の光照射装置を側方から示した構成図。
【図２】第１実施形態の光照射装置を光軸方向から見たときの構成要素の寸法比及び形状を示す図。
【図３】光軸を含む平面に沿って液晶光学装置を切断した部分断面図。
【図４】プリズム部における円錐と円周突条との分布密度を示す図。
【図５】光照射装置の作動原理についての説明図。
【図６】図２の仮想水平面Ｖh−Ｖhにおける照射光の配光パターンを示す図。
【図７】液晶光学装置を２つ装備する第２実施形態の光照射装置の構成図。
【図８】図７の光照射装置の作動原理についての説明図。
【図９】図７の光照射装置が生成した大径の照射光について配光パターンを示す図。
【図１０】図７の光照射装置のシミューレーションにおける光線の進路を示す図。
【図１１】図７の光照射装置において図７第１及び第２液晶光学装置に代えて使用する別の第１及び第２液晶光学装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
図１を参照して、光照射装置１の構成について説明する。光照射装置１及び後述の光照射装置３１（図７）は、例えば、  デジタルカメラのストロボやビデオカメラのビデオライトとして利用される。
【００１８】
光照射装置１は、同一の光軸上に、すなわち光軸５を共通にして光の進行方向に順番にＬＥＤ（発光ダイオード）２、レンズ３及び液晶光学装置４を備えている。レンズ３は凸レンズであり、ＬＥＤ２の中心は、レンズ３のＬＥＤ２側の焦点位置に設定される。これにより、レンズ３は、コリメータレンズとして、ＬＥＤ２からの放射光線を、光軸方向にほぼ揃えて、液晶光学装置４の方へ出射する。液晶光学装置４は、光軸５に対して直交する面上に、中心が光軸５上に位置する内側の中央領域６と、これを包囲する外側の周辺領域７とを有している。
【００１９】
図２は、光軸方向に光照射装置１を見たときのＬＥＤ２、レンズ３及び液晶光学装置４の寸法比及び形状を示している。光軸５は光照射装置１の中心を貫通している。ＬＥＤ２及び液晶光学装置４は、光軸５の軸方向に見たときの外形が正方形となる。レンズ３及び中央領域６は、光軸方向に見たときの外形が円となる。寸法の一例を述べると、レンズ３の直径は１２．６ｍｍφであり、中央領域６の直径は４ｍｍφであり、液晶光学装置４の一辺は２０ｍｍである。
【００２０】
なお、図２の仮想水平面Ｖh−Ｖhは、後述の図６において、配光パターンの説明に使用するものであり、光照射装置１の構成とは関係ない。仮想水平面Ｖh−Ｖhについては、図６において詳細に説明する。
【００２１】
図３を参照して、液晶光学装置４の構造について説明する。図３は、光軸５を含む平面に沿って液晶光学装置４を切断したときの部分断面図である。図３において左側がレンズ３側となっており、図３の左側及び右側がそれぞれ液晶光学装置４の光入射側及び光出射側となる。
【００２２】
液晶光学装置４は、光軸方向にレンズ３側から順番にガラス板１１、透明電極１２、プリズム部１３、液晶部１４、透明電極１５及びガラス板１６を有している。ガラス板１１，１６の厚さは０．７ｍｍである。透明電極１２，１５は、それぞれガラス板１１，１６の内面側に形成されている。液晶光学装置４において、レンズ３からの光は、プリズム部１３に入射し、液晶部１４は、プリズム部１３からの入射光を反対側へ出射する。
【００２３】
プリズム部１３は、中央領域６において錐体として円錐２１を有し、周辺領域７において円周突条２３を有する。プリズム部１３は、円錐２１に代えて、正四角錐２２を有することもできる。中央領域６に形成される錐体は、円錐２１及び正四角錐２２の他に、底面が５辺以上の正多角錐であってもよい。錐体としての正三角錐は、頭頂点から見て周方向の各位置の強度分布がその他の正多角錐の場合に比して不均一性が大きいという問題がある。正三角錐は、中央領域６における錐体として推奨されないものの、採用することは任意である。
【００２４】
円錐２１及び正四角錐２２は、光照射装置１における機能としては同一であるので、以降、円錐２１が中央領域６に形成されているとして、光照射装置１を説明する。円錐２１について説明したことは、正四角錐２２についても適用される。
【００２５】
円錐２１は、光軸方向の液晶部１４側に頭頂点を向けている。円周突条２３は、突出側を光軸方向の液晶部１４側に向けている。複数の円錐２１は、合同に形成され、中央領域６に均一に分布している。
【００２６】
複数の円周突条２３は、光軸５を中心とする同心円に配列されている。各円周突条２３は、図３の断面において、合同であり、内周面は光軸５に対して平行に形成され、外周面は光軸５に対して傾斜する傾斜面に形成されている。円錐２１の側面は、円周突条２３の外周面よりも光軸５に対する傾斜が急峻に形成されている。この理由については、液晶部１４における光の進路を説明するときに、説明する。
【００２７】
図４は、プリズム部１３における円錐２１と円周突条２３との分布密度を示している。図４において、円錐２１は、縦縞と横縞とに仕切られる升内に１つずつ存在する。図４において、周辺領域７の円は、円周突条２３の突出端を連ねた稜線を示している。中央領域６における円錐２１の分布密度（単位面積当たりの円錐２１の個数）は、周辺領域７における円周突条２３の分布密度（単位面積当たりの円周突条２３の個数）より格段に大きくなっている。
【００２８】
なお、縦、横又は斜めに隣接する円錐２１の間は、平面部が存在し、該平面部から光軸方向へ出射する光は、液晶部１４の電圧印加状態及び電圧無印加状態に関係なく、そのまま、液晶部１４を直進で抜けて、光照射装置１から光軸方向へ出射する。正四角錐２２の場合には、そのような平面部は存在しないので、中央領域６に入射した光は、必ず正四角錐２２の側面部から出射する。
【００２９】
図５において、光照射装置１の作動原理について説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ液晶部１４が電圧無印加状態及び電圧印加状態にあるときの光の進路を示している。なお、図５は、光照射装置１の作動原理を説明する便宜上、各構成要素の寸法比は、光照射装置１を適用した製品における寸法比を反映したものではなく、一部が他部より誇張されて大きくなっている。
【００３０】
液晶部１４の屈折率は、光軸方向両側の透明電極１２，１５からの液晶部１４への印加電圧に応じて液晶部１４内の液晶分子の長軸方向が変化することにより、変化する。液晶部１４の屈折率は、電圧が光軸５の方向に透明電極１２，１５を介して液晶部１４に印加されていないときは、例えば１．７４であり、電圧が印加されているときは、例えば１．５４となる。一方、プリズム部１３の屈折率は例えば１．５４である。したがって、液晶部１４の屈折率は、電圧無印加時では、プリズム部１３の屈折率より大きく、電圧印加時では、プリズム部１３の屈折率と等しくなる。なお、空気の屈折率は１としている。
【００３１】
液晶部１４の屈折率が電圧無印加時と電圧印加時とで相違するのは、電圧無印加時と電圧印加時とで液晶部１４内の液晶分子の長軸方向が切替わるためである。液晶部１４の液晶分子の長軸の方向は、液晶部１４が透明電極１２，１５を介して光軸方向に電圧を印加されているときは、光軸５に対して平行になる。
【００３２】
これに対し、液晶部１４が透明電極１２，１５を介して光軸方向に電圧を印加されていないときは、プリズム部１３側の液晶部１４の液晶分子の長軸の方向は、プリズム部１３の表面傷に沿った方向、すなわち中央領域６では円錐２１の周方向になり、周辺領域７では円周突条２３の周方向になる。
【００３３】
プリズム部１３の表面に形成される表面傷について説明する。液晶光学装置４は、配光膜を備えていないが、プリズム部１３の円錐２１及び円周突条２３には、それらの周方向に延在する多数の表面傷が生成されている。なぜなら、液晶部１４を製造する際には、プリズム部１３の雌型として金型が使用される。金型には、円錐２１及び円周突条２３を射出成形するための凹部が形成されている。該凹部は、金型を作成する際に刃物により、削られて形成されたものであり、刃物は、凹部内を周回しつつ深さ方向に変位して、凹部を形成する。したがって、凹部には、周方向の加工傷が残る。この加工傷に対応するのが、プリズム部１３の表面傷であって、該表面傷は、金型の加工傷に合わさるように、長さ方向を周方向にして形成される。この結果、液晶部１４の液晶分子の長軸方向は、液晶部１４のプリズム部１３側では、円錐２１又は円周突条２３の周方向に揃う。
【００３４】
図５（ａ）では、液晶部１４が電圧無印加状態にあるので、プリズム部１３及び液晶部１４の屈折率は、それぞれ１．５４及び１．７４である。光線Ｌaは、偏光面が円錐２１の側面からの出射点における液晶部１４の液晶分子の配向に対して直交するので、円錐２１からの出射時、屈折することなく、したがって、光軸５に対する外向き角（外向き角については図６で後述する。）をほぼ維持して、液晶部１４へ入射する。
【００３５】
これに対し、光線Ｌbは、偏光面が円錐２１の側面からの出射点における液晶部１４の液晶分子の配向に対して平行であるので、円錐２１の側面からの出射時、出射点における法線に近付く方向へ屈折して、すなわち光軸５に対する外向き角を大きく増大して、液晶部１４へ入射する。
【００３６】
光線Ｌcは、偏光面が円周突条２３の外周面からの出射点における液晶部１４の液晶分子の配向に対して直交するので、円周突条２３の外周面からの出射時、屈折することなく、したがって、光軸５に対する外向き角をほぼ維持して、液晶部１４へ入射する。
【００３７】
これに対し、光線Ｌdは、偏光面が円周突条２３の外周面からの出射点における液晶部１４の液晶分子の配向に対して平行となるので、円周突条２３の外周面からの出射時、出射点における法線に近付く方向へ屈折し、すなわち光軸５に対する外向き角を増大して、液晶部１４へ入射する。
【００３８】
前述したように、円錐２１の側面は、円周突条２３の外周面よりも光軸５に対する傾斜が急峻に形成されているので、光軸５に対する外向き角は、光線Ｌdより光線Ｌbの方が大きい。これにより、光線Ｌbと光線Ｌdとの内外が光照射装置１からの出射後まもなくして逆転し、この光線Ｌbが照射光の横断面（光軸５に対して直交する面）において光線Ｌdの外周側へ進む。この結果、照射光の径は増大し、大径の照射光が生成される。
【００３９】
なお、ＬＥＤ２の光には、相互に直角のＰ波及びＳ波が含まれているが、液晶光学装置４において光軸５に対する外向き角が増大されるのが、Ｐ波及びＳ波の一方のみとはならない。前述したように、プリズム部１３の表面傷の方向は、円錐２１又は円周突条２３の周方向となっているので、周方向の部位によって接線方向、すなわち液晶分子の長軸方向が異なる。したがって、液晶部１４の電圧の無印加時、液晶部１４の光入射側において、周方向のある部位では、Ｐ波が配向に対して平行になり、別の部位では、Ｓ波が配向に対して平行になる。この結果、液晶光学装置４では、Ｐ波の半分が光軸５に対する外向き角を増大して、プリズム部１３から液晶部１４へ出射し、残りの半分が光軸５に対する外向き角をほぼ保持して、プリズム部１３から液晶部１４へ出射する。Ｓ波も同様である。
【００４０】
図５（ｂ）では、液晶部１４が電圧印加状態にあるので、液晶部１４内の液晶分子の長軸は、光軸５に対して平行に揃い、プリズム部１３及び液晶部１４の屈折率は共に１．５４となる。この結果、図５（ａ）の光線Ｌb，Ｌdに相当する光は生成されず、光線Ｌa，Ｌcのみとなり、照射光の径は減少し、小径の照射光が生成される。
【００４１】
図６は、図２の仮想水平面Ｖh−Ｖh上の照射光の配光パターンを示す。仮想水平面Ｖh−Ｖhは、光軸５を含む平面の一例として定義したものである。図６において、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ光照射装置１が生成する大径及び小径の照射光の配光パターンＰ１，Ｐ２であり、それぞれ図５（ａ）及び（ｂ）の出射光線により生成される。
【００４２】
図６において、原点Ｏは、照射光の出射位置を示し、ほぼＬＥＤ２の位置に相当する。図６において原点Ｏから上方にまっすぐに延びる点線は、光軸５に一致する。光軸５に対する外向き角θは、図５に図示している角度の絶対値として定義する。図５では、原点Ｏから光軸５上を前方へ延びる直線の角度をθ＝０°とし、右側の角度を＋θ、左側の角度を−θと定義している。
【００４３】
配光パターンは、仮想水平面Ｖh−Ｖh上で角度＝０°の直線に対して左右対称となる。照射光の外向き角θは、図６の実験結果によれば、図６（ａ）の大径の照射光の配光パターンＰ１では、（５８／２）°となり、図６（ｂ）の小径の照射光の配光パターンＰ２では、（４５／２）°となっている。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、図７〜図１０を参照して本発明の第２実施形態としての光照射装置３１について説明する。図７は、光照射装置３１の構成図であり、光照射装置３１を光軸５に直交する方向から見ている。光照射装置３１において、図１の光照射装置１の構成要素と同一の構成要素については、光照射装置１の構成要素に付けた符号と同一の符号を付けて、説明は省略し、相違点についてのみ説明する。
【００４５】
光照射装置３１は、液晶光学装置として２つの第１及び第２液晶光学装置３２，３３を備える。第１及び第２液晶光学装置３２，３３は、それらの光軸を光軸５に揃えて、レンズ３に近い側及び遠い側にそれぞれ配設される。第１液晶光学装置３２は、光照射装置１の液晶光学装置４とは、第１液晶光学装置３２の液晶部１４にカイラル剤が液晶分子と共に所定量混入されている点でのみ相違し、他は光照射装置１の液晶光学装置４と同一の構造になっている。第１液晶光学装置３２は、液晶部１４にカイラル剤を混入される結果、光は、第１液晶光学装置３２に入射した時にもつ偏光面を、第１液晶光学装置３２から出射した時には光軸５の周りに９０°回転して、第２液晶光学装置３３に出射する。
【００４６】
第２液晶光学装置３３は、光照射装置１の液晶光学装置４と同一の構造である。しかし、第１液晶光学装置３２と同一の構造のもの、すなわち液晶光学装置４の液晶部１４にカイラル剤を混入させたものを使うこともできる。
【００４７】
第１液晶光学装置３２の液晶部１４にカイラル剤を混入させて、偏光面を光軸５の周りに９０°回転させた理由は、ＬＥＤ２の光には、相互に直角のＰ波及びＳ波が含まれており、液晶部において偏向できる光は、偏光面が液晶分子の長軸に対して平行になっている光のみであり、光照射装置１では、液晶部１４の電圧無印加時に光の半分しか、外向き角θを増大させることができないからである。
【００４８】
これに対し、光照射装置３１では、第１液晶光学装置３２において偏光面が光軸５の周りに９０°回転することにより、第１及び第２液晶光学装置３２，３３の液晶部１４の電圧無印加時に、第１液晶光学装置３２において外向き角θを増大されなかった光は、次の第２液晶光学装置３３において外向き角θを増大される。この結果、レンズ３からの光は、Ｐ波及びＳ波共に、同一の外向き角θで第２液晶光学装置３３から出射するので、横断面における大径の照射光の照度分布が均一化する。
【００４９】
なお、図７の仮想スクリーンＶs及び仮想水平面Ｖi−Ｖiは、後述の図９において配光パターンの説明に使用するものであり、光照射装置３１の構成とは関係ない。仮想スクリーンＶs及び仮想水平面Ｖi−Ｖiについては、図９において詳細に説明する。
【００５０】
図８において、光照射装置３１の作動原理について具体的に説明する。図８は、第１及び第２液晶光学装置３２，３３の液晶部１４が共に電圧無印加状態にあるときの光の進路を示している。
【００５１】
第１及び第２液晶光学装置３２，３３の液晶部１４が共に電圧印加状態にあるときの光の進路については、図示が省略されているが、光照射装置１についての図５（ｂ）の場合と実質的に同一となる。すなわち、レンズ３からの光は、第１液晶光学装置３２に入射後、第１及び第２液晶光学装置３２，３３において光軸５に対する外向き角θを維持したまま、第２液晶光学装置３３から出射し、小径の照射光を生成する。
【００５２】
図８において、レンズ３から出射して第１及び第２液晶光学装置３２，３３を通過する光線は、図示では、光線Ｌp，Ｌq，Ｌr，Ｌsの４つに分けている。
【００５３】
光線Ｌp，Ｌqは、レンズ３から光軸５にほぼ平行に第１液晶光学装置３２の方へ進行し、第１液晶光学装置３２の中央領域６に入射する。光線Ｌr，Ｌsは、レンズ３から、光軸５の対して少し外向きに第１液晶光学装置３２の方へ進行し、第１液晶光学装置３２の周辺領域７に入射する。光線Ｌp，Ｌrは、第１液晶光学装置３２のプリズム部１３からの出射点における液晶部１４の液晶分子の長軸が偏光面に対して直角となっている。これに対し、光線Ｌq，Ｌsは、第１液晶光学装置３２のプリズム部１３からの出射点における液晶部１４の液晶分子の長軸が偏光面に対して平行となっている。
【００５４】
光線Ｌp，Ｌrは、第１液晶光学装置３２のプリズム部１３からの出射点における液晶部１４の液晶分子の長軸が偏光面に対して直角となっているので、第１液晶光学装置３２において、光軸５に対する外向きの角度をほぼ維持して、プリズム部１３から液晶部１４へ入射する。これに対し、光線Ｌq，Ｌsは、第１液晶光学装置３２のプリズム部１３からの出射点における液晶部１４の液晶分子の長軸が偏光面に対して平行となっているので、円錐２１又は円周突条２３の外周面の出射点における法線の方向へ近づくように、屈折して、すなわち、光軸５に対する外向き角θを増大して、プリズム部１３から液晶部１４へ入射する。
【００５５】
光は、第１液晶光学装置３２の液晶部１４を通過中、液晶部１４におけるカイラル剤の作用により偏光面を光軸５の周りに９０°回転して、第１液晶光学装置３２から第２液晶光学装置３３へ出射する。
【００５６】
第２液晶光学装置３３におけるプリズム部１３の出射点における液晶部１４の液晶分子の長軸方向に対する光線Ｌp，Ｌq，Ｌr，Ｌsの偏光面の角度関係は、第１液晶光学装置３２の液晶部１４における光軸５の周りの偏光面の９０°の回転のために、第１液晶光学装置３２におけるプリズム部１３の出射点における液晶部１４の液晶分子の長軸方向に対する光線Ｌp，Ｌq，Ｌr，Ｌsの偏光面の角度関係とは逆になる。すなわち、第２液晶光学装置３３において、光線Ｌp，Ｌrは、プリズム部１３の出射点における液晶部１４の液晶分子の長軸方向に対して、平行になり、光線Ｌq，Ｌsは、プリズム部１３の出射点における液晶部１４の液晶分子の長軸方向に対して直角となる。
【００５７】
この結果、第１液晶光学装置３２から光線Ｌp，Ｌrとして出射された光線は、第２液晶光学装置３３のプリズム部１３の出射点では、円錐２１又は円周突条２３の外周面の出射点における法線の方向へ近づくように、屈折して、すなわち、第１液晶光学装置３２からの光線Ｌq，Ｌsと同一の外向き角θになって、プリズム部１３から液晶部１４へ入射する。また、第１液晶光学装置３２から光線Ｌq，Ｌsとして出射された光線は、第２液晶光学装置３３のプリズム部１３の出射点では、光軸５に対する外向き角θをほぼ維持して、プリズム部１３から液晶部１４へ入射する。
【００５８】
このように、光照射装置３１では、レンズ３から中央領域６に向かった全光線は、光線Ｌqとして出射され、レンズ３から周辺領域７に向かった全光線は、光線Ｌsとして出射される。
【００５９】
図９は、光照射装置３１が生成した大径の照射光について光軸５に対して直角の断面内の照射光の配光パターンを示している。図９の配光パターンは、第１及び第２液晶光学装置３２，３３を合わせた配光パターンである。（ａ）は第１及び第２液晶光学装置３２，３３の中央領域６の円錐２１が生成する配光パターンであり、（ｂ）は第１及び第２液晶光学装置３２，３３の周辺領域７の円周突条２３が生成する配光パターンであり、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）の配光パターンを重畳した配光パターンである。
【００６０】
また、（ａ）〜（ｃ）において、左側は、図７の仮想スクリーンＶs上の配光パターン、右側は図７の仮想水平面Ｖi−Ｖi上の配光パターンとなっている。仮想スクリーンＶsは、図７の光照射装置３１において光軸５を含む平面の一例として設定されている。仮想スクリーンＶsは、図７の光照射装置３１から光軸５上で所定距離離れた位置に光軸５に対して直交するスクリーンとして設定されている。
【００６１】
前述したように、中央領域６の円錐２１の側面は、周辺領域７の円周突条２３の外周面よりも光軸５に対する傾斜が急峻に形成されているので、第１及び第２液晶光学装置３２，３３の液晶部１４への電圧無印加時では、光軸５に対する外向き角θは、光線Ｌsより光線Ｌqの方が大きく、この光線Ｌqと光線Ｌsとの内外が光照射装置１からの出射後まもなくして逆転し、光照射装置１から光軸方向へ所定距離以上離れた仮想スクリーンＶs上の配光パターンでは、中央部側が光線Ｌsによるもの、周辺部側が光線Ｌqによるものとなる。
【００６２】
第１及び第２液晶光学装置３２，３３の液晶部１４への電圧無印加時では、中央領域６の円錐２１からの出射光は、図９（ａ）に示すように、光軸５を中心とする所定直径の円環状の配光パターンを生成する。周辺領域７の円周突条２３からの出射光は、図９（ｂ）に示すように、光軸５を中心とする該所定直径の円形状の配光パターンを生成する。図９（ａ）の円環状の配光パターンの内周円の直径は、図９（ｂ）の円形状の配光パターンの直径にほぼ等しい。この結果、図９（ａ）及び（ｂ）の配光パターンを合わせた配光パターンでは、図９（ａ）の円環状配光パターンの内周に図９（ｂ）の円形状配光パターンが嵌入されて、全体として大きな円形の配光パターンが生成される。
【００６３】
図１０は、光照射装置３１のシミューレーションにおける光線の進路を、光軸５を含む切断面で示した図である。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ大径及び小径の照射光を生成するときの光線進路を示している。スクリーン３８は、ＬＥＤ２から１００ｍｍ先において光軸５に対して直角に配置されている。
【００６４】
図１０（ａ）に示すように、大径の照射光を生成するときは、中央領域６からの出射光と周辺領域７からの出射光とが光軸方向の中間において交差し、スクリーン３８に投影された円形の照射光は、中央領域６からの出射光が周辺部分を照射し、周辺領域７からの出射光が中央部分を照射している。
【００６５】
図１０（ｂ）に示すように、小径の照射光を生成するときは、中央領域６からの出射光と周辺領域７からの出射光とは、中間において交差することなく、スクリーン３８に達し、スクリーン３８では、中央領域６からの出射光が中心部を、周辺領域７からの出射光が周辺部を照射している。
【００６６】
図１１は、光照射装置３１において第１及び第２液晶光学装置３２，３３の代わりに使用する第１及び第２液晶光学装置４２，４３の構成を示している。なお、図１１において、レンズ３に対する第１及び第２液晶光学装置４２，４３の寸法関係を示すために、レンズ３の輪郭を破線で示している。第１及び第２液晶光学装置４２，４３は、配向膜がプリズム部１３と液晶部１４との間に配設される。第１及び第２液晶光学装置４２，４３は、配向が光軸５の周りに９０°ずらして、光軸５上に配設される。第１液晶光学装置４２は、配光膜を装備する結果、液晶部１４へのカイラル剤の混入が不要になる。
【００６７】
図１１において、液晶分子４５は、第１及び第２液晶光学装置４２，４３の液晶部１４への電圧無印加時の第１及び第２液晶光学装置４２，４３の液晶部１４における光入射側における向きで示されている。第１及び第２液晶光学装置４２，４３における配光膜により、第１及び第２液晶光学装置４２，４３の液晶部１４における光入射側における液晶分子４５の長軸は、光軸５の周りに９０°ずれる。第１及び第２液晶光学装置４２，４３の液晶部１４への電圧無印加時において、第１及び第２液晶光学装置４２，４３の液晶部１４における光入射側における液晶分子４５の長軸の方向は、それぞれレンズ３の光のＰ波及びＳ波に対して平行及び直角の直線方向に設定されるか、その逆にそれぞれ直角及び平行の直線方向に設定される。この実施形態では、前者に設定されているものとして、作用を説明する。
【００６８】
図１１の第１及び第２液晶光学装置４２，４３を用いた光照射装置では、第１液晶光学装置４２に入射した光は、偏光面を光軸５の周りに９０°回転されることなく、第１液晶光学装置４２を通過し、第２液晶光学装置４３に入射される。したがって、第１及び第２液晶光学装置４２，４３の液晶部１４への電圧無印加時では、Ｐ波及びＳ波は、第１液晶光学装置４２では光軸５に対する外向き角θをそれぞれ増大及び維持し、第２液晶光学装置４３ではそれぞれ外向き角θをほぼ維持及び増大する。結局、光照射装置から出射するときは、Ｐ波及びＳ波は、共に等しい外向き角θとなって出射する。
【００６９】
本発明を実施形態について説明したが、本発明は実施形態に限定することなく、種々に変形して実施することができる。
【００７０】
例えば、実施形態では、光源としてのＬＥＤ２はレンズ３の焦点位置に配設されて、レンズ３はコリメート光を生成しているが、本発明のレンズは、ＬＥＤ２からの入射光を、光軸５に対する外向き角θを減少させて、液晶光学装置４、第１液晶光学装置３２又は第１液晶光学装置４２の方へ出射するレンズであれば、コリメート光を生成しないレンズであってもよい。特に、図２において、レンズ３の円より外側の周辺領域７にＬＥＤ２からの光を入射させようとするときは、レンズの周辺部から液晶光学装置４の方へ出射する光は、光軸５に対して平行にすることなく、光軸５に対して少し外向きになるように、レンズの周辺部の輪郭を規定することが望ましい。
【００７１】
実施形態では、周辺領域７に突出側を光軸方向の液晶部側に向けて同心状に配列される環状突条として円周突条２３が用いられているが、楕円状突条を用いることもできる。その場合、中央領域６を楕円状にして、横断面が楕円状の照射光を生成することもできる。さらに、環状突条を正三角形や正方形として、照射光の横断面形状を円形以外に設定することも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１，３１・・・光照射装置、２・・・ＬＥＤ（光源）、３・・・レンズ、４・・・液晶光学装置、５・・・光軸、６・・・中央領域、７・・・周辺領域、１３・・・プリズム部、１４・・・液晶部、２１・・・円錐（錐体）、２２・・・正四角錐（錐体）、２３・・・円周突条（環状突条）、３２，４２・・・第１液晶光学装置、３３，４３・・・第２液晶光学装置、４５・・・液晶分子。
【図５】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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