JP2019168655A - 照明光学系およびこれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、小型な照明装置を実現可能な照明光学系及びこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】 光源からの光を照明領域に導くための照明光学系であって、前記照明領域の側から順に、第１レンズユニットと、第２レンズユニットと、を備え、前記照明領域の面積を大きくする際に前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間の間隔が小さくなり、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズユニットの焦点距離をｆ２とするとき、ｆ１＞ｆ２を満足する、ことを特徴とする照明光学系。【選択図】 図１

Description

本発明は、照明光学系およびこれを用いた照明装置に関する。

スタジオ、舞台、ショーウインドウ、博物館や美術館での展示、イベントなどの各種演出空間において用いられるスポットライト（照明装置）には、照明対象の大きさに合わせて照明領域の大きさを変更可能であることが求められている。特許文献１には、内部に設けられた２枚のレンズ間の間隔を変化させて照明領域の大きさを変更可能なスポットライトが開示されている。

特開２００９−１５８１６８号公報

前述のように特許文献１には照明領域の大きさを変更可能なスポットライトが開示されているが、スポットライト内部の２枚のレンズ間の適切な屈折力の関係については開示されていない。光源側に位置する第２レンズの屈折力が小さすぎると、第２レンズからの光が充分に収束せずに照明対象側に位置する第１レンズに向かう。この場合に第２レンズからの光を充分に第１レンズで取り込もうとすると第１レンズを大きくする必要があり、スポットライト全体が大型化してしまう。

そこで本発明は、小型な照明装置を実現可能な照明光学系及びこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の照明光学系は、
光源からの光を照明領域に導くための照明光学系であって、
前記照明領域の側から順に、
第１レンズユニットと、
第２レンズユニットと、を備え、
前記照明領域の面積を大きくする際に前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間の間隔が小さくなり、
前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズユニットの焦点距離をｆ２とするとき、
ｆ１＞ｆ２
を満足する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、小型な照明装置を実現可能な照明光学系及びこれを用いた照明装置を提供することが可能となる。

第１実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明光学系の構成説明図 第１実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明領域を示す図 照明光学系の値の定義についての説明図 第２実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明光学系の構成説明図 第３実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明光学系の構成説明図 第４実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明光学系の構成説明図 第５実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明光学系の構成説明図 第６実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明光学系の構成説明図 第７実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明光学系の構成説明図 第８実施例の挟角配光状態及び広角配光状態における照明光学系の構成説明図

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

＜第１実施例＞
（スポットライト１００及び照明光学系１０の構成）
図１は本実施例におけるスポットライト（照明装置）１００の構成を示す図である。図１に示すように、スポットライト１００は、光源２０と、光源２０からの光を照明領域に導くための照明光学系１０を備えている。照明領域は不図示であるが、図１において紙面左側にある。照明領域は舞台上の床や壁など上のスポットライト１００からの光が当たっている領域である。光源２０はＬＥＤである。

照明光学系１０は、第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２を備える。第１レンズユニット１１は正の屈折力を有しており、第２のレンズユニット１２も正の屈折力を有している。

第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２との間の間隔を変化させることが可能である。より詳細には、図１（ａ）の狭角配光状態から図１（ｂ）の広角配光状態にするにあたり、第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２の間隔は狭くなる。言い換えれば、照明領域の面積を大きくする際に第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２との間の間隔が小さくなる。さらに言い換えれば、照明光学系１０全体の焦点距離が短くなる際に第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２との間の間隔が小さくなる。

ここでいう挟角配光状態とは、あるスポットライトにおいて、そのスポットライトからの光の発散角が最も小さい状態のことをいう。同様に広角配光状態とは、あるスポットライトにおいて、そのスポットライトからの光の発散角が最も大きい状態のことをいう。つまり、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、挟角配光状態においては照明領域の面積が最小になり、広角配光状態においては照明領域の面積が最大となる。また、挟角配光状態においては照明光学系１０全体の焦点距離は最大となり、広角配光状態においては照明光学系１０全体の焦点距離は最小となる。

なお、照明領域の面積は次のように計測すればよい。照明領域において最も照度（あるいは輝度、エネルギー強度）が高い位置Ｐｍａｘから、照度が位置Ｐｍａｘにおける照度の半値となる位置Ｐｈａｌｆまでの距離を半径とする円の面積を照明領域の面積とすればよい。位置Ｐｈａｌｆが複数ある場合には、複数のＰｈａｌｆのうち位置Ｐｍａｘから最も離れている位置Ｐｈａｌｆから位置Ｐｍａｘまでの距離を半径とする円の面積を照明領域の面積とすればよい。

本実施例においては、照明領域の面積を変化させる際に、第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２のうち一方は不動であり、他方は照明光学系１０の光軸方向に移動する。より詳細には、照明領域の面積を変化させる際に、第２レンズユニット１２及び光源２０は不動であり、第１レンズユニット１１が照明光学系１０の光軸方向に移動可能である。

また、本実施例においては、光源２０は、照射光学系１０に照射領域側の無限遠方から平行光を入射させたときに光束が集光する焦点３０よりも第２レンズユニット１２側に配置されている。光源２０をこのような位置に設けることによって、照明領域を意図的にぼかすことで、舞台上での演出効果を高めることができる。

（小型な照明装置を実現可能な理由）
ここで、第１レンズユニット１１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズユニット１２の焦点距離をｆ２とするとき、照明光学系１０は、
ｆ１＞ｆ２ （１）
を満足する。条件式（１）を満足することは、第１レンズユニット１１の屈折力よりも第２レンズユニット１２の屈折力が大きいことを意味する。第２レンズユニット１２の屈折力が小さすぎると、第２レンズユニット１２からの光が充分に収束せずに第１レンズユニット１１に向かう。この場合に第２レンズユニット１２からの光を充分に第１レンズユニット１１で取り込もうとすると第１レンズユニット１１を大きくする必要があり、スポットライト１００全体が大型化してしまう。つまり、本実施例では、第２レンズユニット１２の屈折力を充分に大きくすることで、第２レンズユニット１２からの光が広がりすぎることを抑制している。この結果、第１レンズユニット１１の大型化を抑制し、照明光学系１０全体及びスポットライト１００全体の大型化を抑制している。

なお、第１レンズユニット１１が複数のレンズを備える場合には、焦点距離ｆ１はこの複数のレンズの合成焦点距離である。これは焦点距離ｆ２についても同様である。

（より好ましい形態）
照明光学系１０は、
２≦ｆ１／ｆ２≦３０ （２）
も満足している。照明光学系１０が条件式（２）を満足することは、第１レンズユニット１１の屈折力と第２レンズユニット１２の屈折力が適切なバランスになっていることを意味する。

条件式（２）の下限値を逸脱すると、第２レンズユニット１２の屈折力が不充分になり、光源２０からの光の取り込み効率が低下して、所望の明るさを得ることができないために好ましくない。また、条件式（２）の下限値を逸脱すると、第２レンズユニット１２の屈折力が不充分になり、前述のように照明光学系１０が大型化してしまうために好ましくない。条件式（２）の上限値を逸脱すると、第１レンズユニット１１の屈折力が不充分になり、第１レンズユニット１１が配光角度を調整する機能を充分に果たすことができなくなるために好ましくない。

また、第１レンズユニット１１の屈折力が不充分だと、所望の配光角度あるいは照明領域の面積を実現する際に必要な第１レンズユニット１１の移動量が増えてしまう。この結果、第１レンズユニット１１の移動量を増やすためには、第１レンズユニット１１とその他の部品との干渉を回避する必要がある。そのために第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２との間の間隔を広げると、照明光学系１０全体及びスポットライト１００全体が大型化してしまうために好ましくない。

本実施例においては、第１レンズユニット１１が配光角度をおもに調整する役割を有し、第２レンズユニット１２が光源２０から発せられた光束を効率的に集める役割を有している。

照明光学系１０が、
３≦ｆ１／ｆ２≦２０ （２ａ）
も満足するとより好ましい。条件式（２）あるいは（２ａ）の上限値は１５としてもよい。本実施例においては、ｆ１＝１６２．３０ｍｍ、ｆ２＝４５．２６ｍｍであり、ｆ１／ｆ２＝３．５９となっており、照明光学系１０は条件式（１）、（２）、（２ａ）を満足している。

第２レンズユニット１２は、光源側の面が平面であり、反対側の面は第１レンズユニット１１側に凸の非球面になっている非球面レンズを備える。第２レンズユニット１２の第１レンズユニット１１側の面を非球面とすることによって、第２レンズユニット１２の強い屈折力で光源２０からの光が曲げられることによって生じる収差、特に球面収差の発生を抑制することができる。

また、第２レンズユニット１２の第１レンズユニット１１側の面は、中心部の曲率よりも周辺部の曲率が緩い非球面であるとより好ましい。これによって生産性が向上する。

図３に示すように、照明光学系１０に照明領域の側の無限遠方から光を入射させたときの焦点３０から、第２レンズユニット１２の最も光源２０の側の面までの距離であるバックフォーカスをＢＦとする。そして、光源２０から第２レンズユニット１２の最も光源２０の側の面までの距離をＬとする。このとき、照明光学系１０は、
０＜Ｌ／ＢＦ≦１．０ （３）
を満足している。条件式（４）を満足することは、距離Ｌが最大でもバックフォーカスＢＦと同じであることを意味する。ＬＥＤである光源２０からの光は広い発散角を有している。このため、距離Ｌが大きい、つまり、光源２０と第２レンズユニット１２間の距離が離れていると、第２レンズユニット１２は光源２０からの光を充分に取り込むことができず、光の取り込み効率が低下してしまう。距離Ｌが大きい状態で光の取り込み効率の低下を抑制するために、第２レンズユニット１２を大きくすると、照明光学系１０全体が大型化してしまうために好ましくない。このため、照明光学系１０は条件式（４）を満足し、距離ＬがバックフォーカスＢＦに対して大きすぎない値に設定されていることが好ましい。

なお、第２レンズユニット１２が複数のレンズを備える場合にはこの複数のレンズのうち最も光源２０に近いレンズの光源２０側の面から光源２０までの距離が距離Ｌである。

また、より多くの光量を取り込むために狭角配光状態から広角配光状態に至るうちのどこかの状態で、照明光学系１０が、
０．０５≦Ｌ／ＢＦ≦０．８５ （３ａ）
を満足することが好ましい。条件式（３ａ）の上限値を上回ると、前述のように、第２レンズユニット１２が取り込める光量が低下し、充分な明るさが得られなくなるために好ましくない。条件式（３ａ）の下限値を下回るほどにバックフォーカスＢＦが長いことは、照明光学系１０に照明領域側から平行光を入れた場合に、この平行光が第２レンズユニット１２の光源２０側の面で充分に屈折せずに焦点に集光することを意味する。つまり、条件式（３ａ）の下限値を下回ると、第２レンズユニット１２の光源２０側の屈折面での光束屈曲効果がほぼなくなってしまい、第２レンズユニット１２での集光作用が不十分となってしまうために好ましくない。

照明光学系１０が、狭角配光状態から広角配光状態に至るうちのどこかの状態で、
０．１０≦Ｌ／ＢＦ≦０．７５ （３ｂ）
を満足するとより好ましい。本実施例においては、挟角配光状態でのＢＦ＝７．６ｍｍ、広角配光状態でのＢＦ＝１３．３ｍｍ、挟角配光状態及び広角配光状態でのＬ＝１．０ｍｍである。このため、挟角配光状態でのＬ／ＢＦ＝０．１３であり、広角配光状態でのＬ／ＢＦ＝０．０８である。

なお、条件式（３）は狭角配光状態から広角配光状態に至る全ての状態において満足していることが好ましいが、条件式（３ａ）あるいは（３ｂ）は、前述のように、狭角配光状態から広角配光状態に至るうちのどこかの状態で照明光学系１０が満足すればよい。言い換えれば、照明領域の面積が所定の範囲内であるとき、あるいは照明領域の面積が所定の面積であるときに、照明光学系１０が条件式（３ａ）あるいは（３ｂ）を満足することが好ましい。

また、第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２との間の間隔の挟角配光状態から広角配光状態への変化量をΔＤとする。そして、第２レンズユニット１２と光源２０との間の間隔の挟角配光状態から広角配光状態への変化量をΔＬとする。このとき、照明光学系１０が、
ΔＤ＞ΔＬ （４）
を満足することが好ましい。照明光学系１０が条件式（４）を満足することは、ΔＬがΔＤに対して小さいことを意味する。条件式（４）の範囲を逸脱するほどにΔＬが大きいと、第２レンズユニット１２が光源２０から大きく離れてしまうことになる。第２レンズユニット１２が光源２０から大きく離れていると、第２レンズユニット１２で光源２０からの光を充分に取り込むために、第２レンズユニット１２の径を大きくする必要がある。その結果、照明光学系１０全体、スポットライト１００全体が大型化してしまうために好ましくない。後述の表１に示すように、本実施例においてはΔＤ＝４０ｍｍ、ΔＬ＝０ｍｍであり、条件式（４）を満足している。

＜第２実施例＞
図４は本実施例における照明光学系１０の構成を示した図である。図４（ａ）は挟角配光状態における照明光学系１０を示しており、図４（ｂ）は広角配光状態における照明光学系１０を示している。

第１レンズユニット１１及び第２レンズユニット１２は前述の第１実施例と本実施例とで同じ構成になっている。前述の第１実施例と本実施例との違いは、照明領域の面積を変化させる際に、光源２０が照明光学系１０の光軸方向に移動することである。

より具体的には、挟角配光状態から広角配光状態に変化する際に、つまり、照明領域の面積を大きくする際に、光源２０が第２レンズユニット１２に近づく。その結果、本実施例においては、挟角配光状態から広角配光状態に変化する際に、つまり、照明領域の面積を大きくする際に、第２レンズユニット１２と光源２０との間の間隔である距離Ｌが小さくなる。このような構成にすることにより、狭角配光時の光線平行度を前述の第１実施例と比較してより高めることができる。

本実施例においては、狭角配光状態ではＬ＝７．６ｍｍ、ＢＦ＝７．６ｍｍ、Ｌ／ＢＦ＝１．０となる。広角配光状態では前述の第１実施例と同様に、Ｌ＝１．０ｍｍ、ＢＦ＝１３．３ｍｍ、Ｌ／ＢＦ＝０．０８となる。つまり、本実施例においても照明光学系１０は常に条件式（３）を満足し、かつ、少なくとも広角配光状態では、照明光学系１０は条件式（３ａ）を満足している。

なお、狭角配光時もあまり絞り過ぎる必要のない場合は、狭角配光状態での距離Ｌを５．７ｍｍ未満とし、挟角配光状態でのＬ／ＢＦを０．７５以下になるようにしてもよい。このようにすることで、光源２０からの光束をより多く取り込んで、より明るいスポットライトを実現できる。

後述の表１に示すように、本実施例ではΔＤ＝５９ｍｍ、ΔＬ＝９．０ｍｍであり、条件式（４）を満足している。

本実施例のように、ΔＬが０ｍｍよりも大きい場合には、照明光学系１０が、
１．５≦ΔＤ／ΔＬ≦１５ （４ａ）
を満足するとさらに好ましく、
２．３≦ΔＤ／ΔＬ≦９ （４ｂ）
を満足するとさらに好ましい。本実施例ではΔＤ／ΔＬ＝６．６であり、条件式（４ａ）も（４ｂ）も満足している。

条件式（４ａ）あるいは（４ｂ）の下限値を逸脱するほどにΔＬが大きいと、広角配光状態でのＬが大きくなってしまい、広角配光状態で第２レンズユニット１２が光源２０から大きく離れてしまうために好ましくない。条件式条件式（４ａ）あるいは（４ｂ）の上限値を逸脱するほどにΔＤが大きいと、大きいΔＤを実現するために第１レンズユニット１１の移動量を大きくする必要があるために好ましくない。

＜第３実施例＞
図５は本実施例における照明光学系１０の構成を示した図である。図５（ａ）は挟角配光状態における照明光学系１０を示しており、図５（ｂ）は広角配光状態における照明光学系１０を示している。

前述の第１及び第２実施例と比較して、本実施例においては第１レンズユニット１１の屈折力を弱め、配光角変化よりも、光源光束集光の機能（光源２０からの光の取り込み効率）を優先している。

本実施例ではｆ１＝１５０７ｍｍ、ｆ２＝１１６．２ｍｍ、ｆ１／ｆ２＝１２．９７であり、本実施例においても照明光学系１０は条件式（１）、（２）、（２ａ）を満足している。

そして、挟角配光状態でのＬ＝４７ｍｍ、広角配光状態でのＬ＝１６ｍｍ、挟角配光状態及び広角配光状態でのＢＦ＝８３ｍｍであり、挟角配光状態でのＬ／ＢＦ＝０．５７、広角配光状態でのＬ／ＢＦ＝０．１９である。このように、本実施例においても照明光学系１０は条件式（３）、（３ａ）、（３ｂ）を満足している。

そして、本実施例ではΔＤ＝８７ｍｍ、ΔＬ＝３１．３ｍｍ、ΔＤ／ΔＬ＝２．８であり、条件式（４）、（４ａ）、（４ｂ）を満足している。

ここで、第１レンズユニット１１の屈折率あるいは平均屈折率をｎ１とし、第２レンズユニットの屈折率あるいは平均屈折率をｎ２とする。このとき、照明光学系１０が、
ｎ１−ｎ２＞０ （５）
を満足すると好ましい。条件式（５）に示すように、第２レンズユニット１２と比較して口径の大きい第１レンズユニット１１に第２のレンズユニット１２よりも屈折率の高い硝材を用いることで、第１レンズユニット１１を薄型化することができる。この結果、照明光学系１０を軽量化することができる。

第１レンズユニット１１が複数のレンズを備える場合には、屈折率ｎ１はこの複数のレンズの平均屈折率である。これは屈折率ｎ２も同様である。本実施例及び後述の第５実施例において、ｎ１＝１．５１６、ｎ２＝１．４７１、ｎ１−ｎ２＝０．０４５である。前述の第１及び第２実施例においてはｎ１＝ｎ２＝１．４７１である。

＜第４実施例＞
図６は本実施例における照明光学系１０の構成を示した図である。図６（ａ）は挟角配光状態における照明光学系１０を示しており、図６（ｂ）は広角配光状態における照明光学系１０を示している。

前述の第１〜第３実施例においては照明光学系１０にとっての光源は実光源である光源２０であった。これに対して本実施例では実光源ではなく仮想光源２０´を照明光学系１０にとっての光源としている。仮想光源２０´は、実光源である光源２０からの光をリレー光学系４０によって一旦空中結像させたものである。つまり、仮想光源２０´は光源像（光源２０の像）である。

リレー光学系４０は光源２０と第２レンズユニット１２との間に設けられており、光源２０からの光はリレー光学系４０によって、第２レンズユニット１２とリレー光学系４０との間に結像する。

リレー光学系４０は、光源２０からの光を第２レンズユニット１２とリレー光学系４０との間に結像する作用を持っていれば、どのような構成であってもよい。つまり、リレー光学系４０の構成は、全体として正の屈折力を持っていれば、レンズのみ、ミラーのみで、レンズもミラーも備える構成のいずれでもよい。

本実施例における照射光学系１０の構成は前述の第１実施例と同じであり、焦点距離などの値も同じである。各条件式も前述の第１実施例と同様に満足している。

＜第５実施例＞
図７は本実施例における照明光学系１０の構成を示した図である。図７（ａ）は挟角配光状態における照明光学系１０を示しており、図７（ｂ）は広角配光状態における照明光学系１０を示している。

本実施例では、前述の各実施例と比較して、第１レンズユニット１１及び第２レンズユニット１２の移動量をより大きくしている。これにより、光源２０からの光の取り込み効率を維持しつつ、挟角配光状態から広角配光状態までの範囲を広げ、照明角度（照明領域の面積）をより大きく変化させることができる。なお、第２レンズユニット１２の照明領域の側（第１レンズユニット１１の側）の面は非球面である。

＜第６、第７、第８実施例＞
図８から図１０は第６、第７、第８実施例における照明光学系１０の構成を示した図である。図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）は挟角配光状態における照明光学系１０を示しており、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）は広角配光状態における照明光学系１０を示している。

第６、第７、第８実施例の照明光学系においては、第１レンズユニット１１及び第２レンズユニット１２の少なくとも一方にフレネルレンズを持たせている。より詳細には、第６実施例の照明光学系１０においては第１レンズユニット１１にフレネルレンズを持たせている。第７実施例の照明光学系１０においては第２レンズユニット１２にフレネルレンズを持たせている。そして、第８実施例の照明光学系１０においては第１レンズユニット１１及び第２レンズユニット１２の両方にフレネルレンズを持たせている。

フレネルレンズを用いることで、前述の各実施例と比較して各レンズユニットがより薄くなり、より軽量な照明光学系１０及びスポットライト１００を実現することができる。第６実施例の照明光学系１０においては第２レンズユニット１２よりも径の大きい第１レンズユニット１１にフレネルレンズを持たせているために、径の大きなレンズが薄型化され、軽量化の効果を充分に得ることができる。

第７実施例の照明光学系１０においては径の大きな第１レンズユニット１１にはフレネルレンズを持たせていないために、軽量化の効果は第６実施例の照明光学系１０よりも小さい。しかしながら、第７実施例の照明光学系１０においては、第１レンズユニット１１よりも強い屈折力を持つ第２レンズユニット１２にフレネルレンズを持たせている。強い屈折力を持つ非球面レンズでは偏肉比が強くなって加工や成形が困難になるおそれがある。これに対してフレネルレンズであれば、強い屈折力を持たせつつ、非球面レンズと比較して容易に加工や成形を行うことができる。なお、ここでいう偏肉比とは、あるレンズにおいて最も薄い部分の厚みと最も厚い部分の厚みとの比である。

第８実施例の照明光学系１０においては、第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２の両方にフレネルレンズを持たせている。このため、第８実施例の照明光学系１０は、前述の軽量化の効果と加工や成形が容易になる効果の両方を得ることができる。

以下の表１は前述の第１〜第４実施例及び本実施例における各条件式の計算結果を示している。

＜数値実施例＞
以下、前述の第１〜第５実施例に対応する第１〜第５数値実施例を示す。（Ａ）にレンズデータを示し、面番号は照明領域側から数えた対応する面を示す。ｒは曲率半径、ｄは対応する面番号の面とその面の光源側に位置する次の（隣の）面の間隔であり、各々の単位はｍｍである。ｎは各々対応する面番号における光学部材のｄ線を基準とした屈折率を示す。

面番号に＊が付記された面は、以下の関数に従った非球面形状であり、（Ｂ）にその係数を示す。ｙは径方向の座標、ｚは光軸方向の座標、ｋはコーニック係数を示す。また、Ｅ^−Ｘは１０^−Ｘを示す。
ｚ（ｙ）＝（ｙ^２／ｒｉ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ^２／ｒｉ^２）｝^１／２］＋Ｃ４・ｙ^４＋Ｃ６・ｙ^６＋Ｃ８・ｙ^８＋Ｃ１０・ｙ^１０

（Ｃ）には各数値実施例における照明光学系１０全系の焦点距離ｆをｍｍ単位で示す。（Ｄ）には、（Ａ）のレンズデータにおいて可変である面の面間隔をｍｍ単位で示す。

（第１数値実施例）
（Ａ）レンズ構成
面番号 ｒ ｄ ｎｄ
1 78.87 30 1.471
2 -2191.6 D
3＊ 21.32 30 1.471
4 ∞ L
（Ｂ）非球面係数
面番号 3
ｋ -0.5194
Ｃ４ 0
Ｃ６ 0
Ｃ８ 0
Ｃ１０ 0
（Ｃ）焦点距離
挟角配光状態 広角配光状態
ｆ 61.83 41.31
（Ｄ）面間隔
挟角配光状態 広角配光状態
D 50 10
L 1 1

（第２数値実施例）
（Ａ）レンズ構成
面番号 ｒ ｄ ｎｄ
1 78.87 30 1.471
2 -2191.6 D
3＊ 21.32 30 1.471
4 ∞ L
（Ｂ）非球面係数
面番号 3
ｋ -0.5194
Ｃ４ 0
Ｃ６ 0
Ｃ８ 0
Ｃ１０ 0
（Ｃ）焦点距離
挟角配光状態 広角配光状態
ｆ 53.31 41.31
（Ｄ）面間隔
挟角配光状態 広角配光状態
D 69 10
L 10 1

（第３数値実施例）
（Ａ）レンズ構成
面番号 ｒ ｄ ｎｄ
1 300 15 1.51633
2 480 D
3＊ 54.7 35 1.471
4 ∞ L
（Ｂ）非球面係数
面番号 3
ｋ -0.3292
Ｃ４ 0
Ｃ６ 0
Ｃ８ 0
Ｃ１０ 0
（Ｃ）焦点距離
挟角配光状態 広角配光状態
ｆ 118.2 111.7
（Ｄ）面間隔
挟角配光状態 広角配光状態
D 116.6 30
L 47.38 16.05

（第４数値実施例）
（Ａ）レンズ構成
面番号 ｒ ｄ ｎｄ
1 78.87 30 1.471
2 -2191.6 D
3＊ 21.32 30 1.471
4 ∞ L
（Ｂ）非球面係数
面番号 3
ｋ -0.5194
Ｃ４ 0
Ｃ６ 0
Ｃ８ 0
Ｃ１０ 0
（Ｃ）焦点距離
挟角配光状態 広角配光状態
ｆ 61.83 41.31
（Ｄ）面間隔
挟角配光状態 広角配光状態
D 50 10
L 1 1

（第５数値実施例）
（Ａ）レンズ構成
面番号 ｒ ｄ ｎｄ
1 87.17 26.9 1.51633
2 133.76 D
3＊ 38.46 26.71 1.471
4 ∞ L
（Ｂ）非球面係数
面番号 3
ｋ 38.456
Ｃ４ -5.3118
Ｃ６ -2.61E-07
Ｃ８ -1.27E-10
Ｃ１０ 4.55E-13
（Ｃ）焦点距離
挟角配光状態 広角配光状態
ｆ 96.1 74.97
（Ｄ）面間隔
挟角配光状態 広角配光状態
D 100 3
L 44.1 17.3

＜変形例＞
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、前述の各実施例においては第１レンズユニット１１も第２レンズユニット１２もレンズを１枚しか有していないが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。第１レンズユニット１１と第２レンズユニット１２の少なくとも一方が複数のレンズを備える構成などであってもよい。例えば、第１レンズユニット１１が２枚のレンズを備え、第２レンズユニット１２がレンズを１枚のみ備える場合には、この２枚のレンズは、照明領域の面積を変える際には一体となって移動する。この結果、この２枚のレンズのうち第２レンズユニット１２側のレンズと、第２レンズユニット１２が備える１枚のレンズとの間の間隔が変化する。つまり、各レンズユニット間の境界線は、照明領域を変える際に変化するレンズ間隔内にある。

また、前述の各実施例において光源２０はＬＥＤであるが、光源２０はＬＥＤではなくＬＤやランプであってもよい。

また、スポットライトではなく、光源と、光変調素子とを備えるプロジェクタ（投射型表示装置）に装着された、あるいは、着脱可能な投射レンズに前述の各実施例に記載の照明光学系を適用してもよい。

また、前述の各実施例に記載の構成に第３レンズユニットをさらに加えてもよい。この第３レンズユニットは第１レンズユニット１１よりも照明領域側にあってもよいし、第２レンズユニット１２側にあってもよい。第１レンズユニット１１及び第２レンズユニット１２以外のレンズユニットが存在する場合には、前述のｆ１を第２レンズユニット１２よりも照明領域側にあるいずれかのレンズユニットの焦点距離に置き換えて考えても良い。つまり、照明光学系が備える複数のレンズユニットのうち、最も光源側（照明領域とは反対側）にあるレンズユニットの焦点距離をｆ２とし、このレンズユニットよりも照明領域側にあるいずれかのレンズユニットをｆ１とする。このときに、照明光学系が、ｆ１＞ｆ２を満足すればよい。もちろん、第４レンズユニット、第５レンズユニットをさらに備える構成であってもよい。

１０ 照明光学系
１１ 第１レンズユニット
１２ 第２レンズユニット

Claims (24)

1. 光源からの光を照明領域に導くための照明光学系であって、
   前記照明領域の側から順に、
   第１レンズユニットと、
   第２レンズユニットと、を備え、
   前記照明領域の面積を大きくする際に前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間の間隔が小さくなり、
   前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズユニットの焦点距離をｆ２とするとき、
   ｆ１＞ｆ２
   を満足する、
   ことを特徴とする照明光学系。
2. ２≦ｆ１／ｆ２≦３０
   を満足する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. ３≦ｆ１／ｆ２≦２０
   を満足する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
4. 前記第１レンズユニットの屈折率あるいは平均屈折率をｎ１とし、前記第２レンズユニットの屈折率あるいは平均屈折率をｎ２とするとき、
   ｎ１−ｎ２＞０
   を満足する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明光学系。
5. 前記照明領域の面積を変化させる際に前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットのうち一方は不動であり、他方は前記照明光学系の光軸方向に移動する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明光学系。
6. 前記照明領域の面積を変化させる際に前記第１レンズユニットは不動であり、前記第２レンズユニットは前記照明光学系の光軸方向に移動する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記照明領域の面積を変化させる際に前記第１レンズユニット及び前記第２レンズユニットは前記照明光学系の光軸方向に移動する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明光学系。
8. 前記第１レンズユニットは正の屈折力を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明光学系。
9. 前記第２レンズユニットは正の屈折力を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明光学系。
10. 前記照明光学系に前記照明領域の側の無限遠方から光を入射させたときの焦点から、前記第２レンズユニットの最も前記光源の側の面までの距離であるバックフォーカスをＢＦとし、
    前記光源から前記第２レンズユニットの最も前記光源の側の面までの距離をＬとするとき、
    ０＜Ｌ／ＢＦ≦１．０
    を満足する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明光学系。
11. 前記照明光学系に前記照明領域の側の無限遠方から光を入射させたときの焦点から、前記第２レンズユニットの最も前記光源の側の面までの距離であるバックフォーカスをＢＦとし、
    前記光源から前記第２レンズユニットの最も前記光源の側の面までの距離をＬとするとき、
    前記照明領域の面積が所定の範囲内であるときに、
    ０．０５≦Ｌ／ＢＦ≦０．８５
    を満足する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明光学系。
12. ０．１０≦Ｌ／ＢＦ≦０．７５
    を満足する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の照明光学系。
13. 前記照明領域の面積が最小の状態を挟角配光状態とし、前記照明領域の面積が最大の状態を広角配光状態とし、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間の間隔の前記挟角配光状態から前記広角配光状態への変化量をΔＤとし、前記第２レンズユニットと前記光源との間の間隔の前記挟角配光状態から前記広角配光状態への変化量をΔＬとするとき、
    ΔＤ＞ΔＬ
    を満足する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明光学系。
14. 前記第２レンズユニットは、前記第１レンズユニットの側の面が非球面の非球面レンズを備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の照明光学系。
15. 前記第２レンズユニットは、前記第１レンズユニットの側の面が、中心部の曲率よりも周辺部の曲率が緩い非球面の非球面レンズを備える、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の照明光学系。
16. 前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットのうち少なくとも一方はフレネルレンズを備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の照明光学系。
17. 前記第１レンズユニットはフレネルレンズを備え、前記第２レンズユニットはフレネルレンズを備えない、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の照明光学系。
18. 前記第１レンズユニットはフレネルレンズを備えず、前記第２レンズユニットはフレネルレンズを備える、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の照明光学系。
19. 前記第１レンズユニット及び前記第２レンズユニットの両方がフレネルレンズを備える、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の照明光学系。
20. 前記照明光学系は、前記光源と前記第２レンズユニットとの間に設けられたリレー光学系を有し、
    前記光源からの光は前記リレー光学系によって、前記第２レンズユニットと前記リレー光学系との間に結像する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の照明光学系。
21. 前記光源と、
    請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の照明光学系と、を備える、
    ことを特徴とする照明装置。
22. 前記照明領域の面積を変化させる際に、前記第２レンズユニットと前記光源との間の間隔が変化する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の照明装置。
23. 前記照明領域の面積を変化させる際に、前記光源が前記照明光学系の光軸方向に移動する、
    ことを特徴とする請求項２２に記載の照明装置。
24. 前記光源はＬＥＤである、
    ことを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の照明装置。