JP2020126215A - レンズアレイ及び照明光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射分布に偏りを持たせたレンズ構成で大きな段差がないレンズアレイ及び照明光学装置を提供すること。【解決手段】レンズアレイ１０は、互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する入射レンズ１１ａを、光学パワーの大きい他方向に整列させた入射レンズ集合体１１Ａと、互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する出射レンズ１１ｂを、入射レンズに光学的に対向して設置されると共に、他方向に整列させた出射レンズ集合体１１Ｂと、を備え、前記入射レンズは、照射面において１つ以上のレンズから照射される複数の照射範囲の集合により予め設定された照射領域になるように、レンズ寸法が形成され、前記出射レンズは、前記照射領域を形成する複数の異なる位置に照射される前記照射範囲のいずれかになると共に、前記照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、レンズ頂点ＴＬｂの位置を形成する。【選択図】図１

Description

本開示は、レンズアレイ及び照明光学装置に関する。

近年、ＬＣＤ（リキッド・クリスタル・デバイス）、ＬＣＯＳ（リキッド・クリスタル・オン・シリコン），ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間変調素子の応用製品としてＡＤＢ（配光可変型ヘッドライト）の開発が注目されている。従来の照明光学装置は、発光源と、入射側レンズと、出射側レンズとを備えている。そして、照明光学装置は、入射側レンズの少なくとも１個の開口形状は、被照射面にちょうど結像する形状より小さな形状とし、被照射面の中央部での照度を高く、周辺部を低くするように面分布を調整している。（特許文献１：段落０００７参照）。

特開平０９−２２２５８１号公報

しかし、従来の照明光学装置の構成では、照射分布に偏りを作るために、入射側レンズ及び出射側レンズにおいて隣接する単レンズの大きさが極端に変わる部分が必要となり、隣接する単レンズの接続部分の段差の大きな出射側レンズあるいは入射側レンズの構成となる。そのため、入射側レンズあるいは出射側レンズは、照射分布に偏りを持たせると段差が大きくなり、製造が困難になってしまう。

そこで、本開示に係る実施形態は、照射分布に偏りを持たせたレンズ構成としても大きな段差を形成することがないレンズアレイ及び照明光学装置を提供することを課題とする。

本開示に係る実施形態のレンズアレイは、互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する入射レンズを、光学パワーの大きい他方向に整列させた入射レンズ集合体と、互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する出射レンズを、前記入射レンズに光学的に対向して設置されると共に、他方向に整列させた出射レンズ集合体と、を備え、前記入射レンズは、照射面において１つ以上のレンズから照射される複数の照射範囲の集合により予め設定された照射領域になるように、レンズ寸法が形成され、前記出射レンズは、前記照射領域を形成する複数の異なる位置に照射される前記照射範囲のいずれかになると共に、前記照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、レンズ頂点の位置を形成する。

また、本開示に係る実施形態の照明光学装置は、光源からの光路中に配置され前記光源からの光を略平行光とする第１光学部材と、前記レンズアレイと、前記レンズアレイからの光の光路中に配置される第２光学部材と、前記第２光学部材から光を入射して光路を変えて出射する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投影する投影レンズとを備えることとした。

本開示の実施形態に係るレンズアレイでは、照射分布に偏りを持たせたレンズ構成としても大きな段差を形成することがない。
本開示の実施形態に係る照明光学装置は、照射分布に偏りを持たせたレンズ構成としても大きな段差を形成することがなく製造も容易となり、例えばヘッドライトに適した照射領域を整形することができる。

第１実施形態に係るレンズアレイと照射領域との関係を模式的に示す説明図である。 第１実施形態に係るレンズアレイを模式的に示す側面図である。 第１実施形態に係るレンズアレイの入射レンズ集合体側を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態に係るレンズアレイの出射レンズ集合体側を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態に係る入射レンズ及び出射レンズの光学的な対向関係を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態に係るレンズアレイの水平方向において照射される光の照射領域の関係を模式的に示す説明図である。 第１実施形態に係るレンズアレイの照射領域の垂直方向における照射位置を説明するための説明図である。 第１実施形態に係るレンズアレイの第１出射レンズ群から出射された光の照射範囲の垂直方向における照射位置を説明するための説明図である。 第１実施形態に係るレンズアレイの第２出射レンズ群から出射された光の照射範囲の垂直方向における照射位置を説明するための説明図である。 第１実施形態に係るレンズアレイの第３出射レンズ群から出射された光の照射範囲の垂直方向における照射位置を説明するための説明図である。 出射レンズ集合体を同じ垂直レンズ幅の出射レンズとして、入射レンズ集合体を他の構成とするレンズアレイの第５変形例を模式的に示す模式図である。 出射レンズ集合体を同じ垂直レンズ幅の出射レンズとして、入射レンズ集合体を他の構成とするレンズアレイの第６変形例を模式的に示す模式図である。 レンズアレイの入射レンズ又は出射レンズをトロイダルレンズで形成した状態を模式的に示す説明図である。 トロイダルレンズの構成を示す斜視図である。 レンズアレイの入射レンズ及び出射レンズがトロイダルレンズを用いた状態を模式的に示す平面図である。 トロイダルレンズとシリンドリカルレンズとの光の照射範囲の関係を説明するための説明図である。 照射範囲の第１変形例により形成される照射領域を模式的に示す模式図である。 照射範囲の第２変形例により形成される照射領域を模式的に示す模式図である。 照射範囲の第３変形例により形成される照射領域を模式的に示す模式図である。 レンズユニットの第７変形例と照射領域とを模式的に示す説明図である。 レンズユニットの第８変形例と照射領域とを模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置の全体を模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係る照明光学装置において第１光学部材に反射光学系を用いた構成を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置において第１光学部材に他の反射光学系を用いた構成を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置を一例として自動車のヘッドライトに適用したときのフロント部分の一部を省略して模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係る照明光学装置を一例として自動車のヘッドライトに適用したときの第１ヘッドライト、第２ヘッドライト及びベースライトからの光の照射範囲を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の一例を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の他の一例を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の第１明暗状態を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の第２明暗状態を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る照明光学装置から照射される照射光の第３明暗状態を模式的に示す説明図である。

以下、発明に係る実施形態について、適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。また、参照する図面では、一例として、レンズアレイのＺ方向及び上下方向を垂直方向、レンズアレイのＸ方向及び幅方向を水平方向、レンズアレイのＹ方向を厚み方向として説明する。さらに、レンズアレイは入射レンズ集合体を正面とする。

（レンズアレイの概要及び照射領域の概要）
図１乃至図４に示すように、レンズアレイ１０は、互いに直交する一方向（Ｘ方向：水平方向）及び他方向（Ｚ方向：垂直方向）に異なる光学パワー（屈折力）を有する入射レンズ１１ａを、他方向に整列させた入射レンズ集合体１１Ａと、互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する出射レンズ１１ｂを、入射レンズ１１ａに光学的に対向して設置されると共に、他方向に整列させた出射レンズ集合体１１Ｂと、を備えている。そして、入射レンズ１１ａは、照射面において１つ以上のレンズから照射される複数の照射範囲の集合により予め設定された照射領域ＥＡになるように、レンズ寸法が形成されている。また、出射レンズ１１ｂは、照射領域ＥＡを形成する複数の異なる位置に照射される照射範囲のいずれかになると共に、照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、レンズ頂点ＴＬｂ（図５参照）の位置を形成している。

なお、図１乃至図８Ｃにおいて、一例として、レンズアレイ１０の入射レンズ１１ａの寸法（サイズ）は、全て同じ水平レンズ幅で、垂直レンズ幅が異なる３種類のものを使用した場合で、出射レンズ１１ｂは、すべて同じ水平レンズ幅でかつ同じ垂直レンズ幅のものを使用した場合について説明する。
また、レンズアレイ１０の照射領域ＥＡは、図１に示すように、大きく分けて第１照射範囲Ｅ１と、第２照射範囲Ｅ２と、第３照射範囲Ｅ３とにより設定されている。そして、照射領域ＥＡは、所定の光照射強度の分布となるように設定され、ここでは中央がより光照射強度の強い分布になる、つまり、中央が明るくなるように設定されている。また、レンズアレイ１０は、複数のレンズを一群とするレンズ群がレンズ面中心ＣＬに向かうに従って、垂直レンズ幅を小さくするように配置されている。

なお、図２及び図５に示すように、光学的に対向するとは、１つの入射レンズ１１ａから出た光（ＢＬ）を１つの出射レンズ１１ｂに入射させるように対向している位置関係にあることとする。また、ここでは、光の入射方向から見た形状が矩形のレンズを用いた例として説明し、レンズ寸法とは、水平レンズ幅及び垂直レンズ幅であるＺ方向及びＸ方向における寸法を示すこととする。さらに、各図において、光を示す線、及び、光が照射される領域、範囲等を示す線は、理解を助けるために記載しており実際には存在しない。

（入射レンズ）
以下、図１乃至図５を適宜参照して入射レンズ１１ａについて説明する。
入射レンズ集合体１１Ａは、複数の入射レンズ１１ａにより形成されている。入射レンズ１１ａは、光源側からの光を入射し、光学的に対向する出射レンズ１１ｂに入射した光を供給するものである。入射レンズ１１ａは、一例として、水平レンズ幅を同じとし、垂直レンズ幅を異ならせた矩形の凸型シリンドリカルレンズで形成されている。凸型シリンドリカルレンズは、直交する一方向となる水平方向には光学パワーである屈折力がなく、直交する他方向である垂直方向に光学パワーである屈折力を有するレンズである。入射レンズ１１ａは、ここでは、垂直レンズ幅が異なる、第１入射レンズ１１ａ１、第２入射レンズ１１ａ２及び第３入射レンズ１１ａ３を使用している。入射レンズ１１ａは、垂直方向（Ｚ方向：他方向）に互いに隣接して整列させることで入射レンズ集合体１１Ａが形成される。なお、入射レンズ１１ａは、整列させると、図２に示すように、入射レンズ集合体１１Ａにおいて、入射レンズ面の形状が波型となるように形成している。すなわち、入射レンズ集合体１１Ａは、入射レンズ面が、対面する出射レンズ集合体１１Ｂに向かって垂直方向における中央が凹となる入射側凹曲面１１ＲＡ１となり、その両端側が凸である入射側凸曲面１１ＲＡ２，１１ＲＡ３となる曲面の波型に形成されている。

なお、入射側凹曲面１１ＲＡ１及び入射側凸曲面１１ＲＡ２，１１ＲＡ３の垂直方向の位置により形成される曲面形状は、入射レンズ１１ａの垂直レンズ幅の異なるレンズの並び順により異なる。つまり、入射レンズ集合体１１Ａでは、垂直方向においてレンズ面中心ＣＬに垂直レンズ幅の小さな第３入射レンズ１１ａ３を配置し、レンズ面中心ＣＬから垂直方向の上下端側に向かうに従って垂直レンズ幅が大きくなるように第２入射レンズ１１ａ２及び第１入射レンズ１１ａ１が設置されている。そのため、入射レンズ集合体１１Ａでは、レンズ面中心ＣＬ側に入射側凹曲面１１ＲＡ１が形成されその上下側に入射側凸曲面１１ＲＡ２，１１ＲＡ３が形成される形状となっている。

（第１入射レンズ）
図１乃至図３に示すように、第１入射レンズ１１ａ１は、凸状のシリンドリカルレンズのレンズ頂点ＴＬａ（図５参照）の位置が、それぞれ光学的に対向する出射レンズ１１ｂに入射できる位置になるように形成されている。ここでは、第１入射レンズ１１ａ１は、第１照射範囲Ｅ１に光を出射する第１出射レンズ１１ｂ１に光を供給するように形成されている。第１入射レンズ１１ａ１は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅のレンズを整列させ垂直方向に１個又は複数個が設置されている。一例として、第１入射レンズ１１ａ１は、入射レンズ集合体１１Ａにおいて、上端側及び下端側から所定数（第１個目及び第２個目）が設置されている。そして、第１入射レンズ１１ａ１は、複数（ここでは２つ）のレンズを１群である第１入射レンズ群１１ＮＬ１として上端側及び下端側にそれぞれ設置されている。第１入射レンズ群１１ＮＬ１は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第１入射レンズ１１ａ１が整列することで形成されている。また、第１入射レンズ群１１ＮＬ１は、垂直方向においてレンズ面中心ＣＬとなる位置から上下対称になるように離れて２カ所に配置されている。

第１入射レンズ群１１ＮＬ１では、第１入射レンズ１１ａ１からの光を、対向する第１出射レンズ群１１ＵＬ１の第１出射レンズ１１ｂ１に入射させるようにレンズ頂点ＴＬａの位置を形成している。入射レンズ１１ａは、光学的に対向する出射レンズ１１ｂに光を入射させるようにレンズ頂点ＴＬａの偏芯量が設定されることと、照射領域の範囲を設定するようにレンズサイズが設定されている。つまり、第１入射レンズ１１ａ１は、レンズの中心に対向して第１出射レンズ１１ｂ１の中心が配置されている場合には、レンズ頂点ＴＬａの位置は、レンズの中心に一致するように偏芯量なく形成される。また、第１入射レンズ１１ａ１は、レンズの中心に対向して第１出射レンズ１１ｂ１の中心が一致していない場合には、レンズ頂点ＴＬａの位置を第１出射レンズ１１ｂ１の中心に一致するように偏芯量を調整して偏芯させて形成される。そして、第１入射レンズ１１ａ１のサイズは、第１照射範囲Ｅ１の垂直領域を設定する垂直レンズ幅と、レンズの大きさを特定するために所定の水平レンズ幅と、なるように形成されている。ちなみに、第１照射範囲Ｅ１は、第１入射レンズ１１ａ１のレンズ幅の略相似形状を複数重ねて整列させその合計した領域として形成されている。入射レンズ１１ａの垂直レンズ幅は、照射される領域の垂直領域サイズに対応して略相似形状として照射される領域に反映される。また、入射レンズ１１ａの水平レンズ幅は、レンズの機械的な大きさを設定している。そして、照射される領域の水平領域サイズは、入射レンズ１１ａに入射する光の入射角度が影響しており、その入射角度が水平領域サイズとして反映されている。

（第２入射レンズ）
第２入射レンズ１１ａ２は、レンズ頂点ＴＬａの位置が、それぞれ光学的に対向する出射レンズ１１ｂに入射できる位置になるように形成されている。ここでは、第２入射レンズ１１ａ２は、第２照射範囲Ｅ２を照射する第２出射レンズ１１ｂ２に光を供給するように形成されている。第２入射レンズ１１ａ２は、第１入射レンズ１１ａ１と同じ水平レンズ幅で、かつ、第１入射レンズ１１ａ１よりも垂直レンズ幅が小さく形成された凸状のシリンドリカルレンズが用いられている。第２入射レンズ１１ａ２は、入射レンズ集合体１１Ａのレンズ面中心ＣＬに対して上下対称となるように、整列して配置されている。

図２及び図３に示すように、第２入射レンズ１１ａ２は、一例として、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅のレンズが垂直方向に１個又は複数個で整列するように形成されている。また、第２入射レンズ１１ａ２は、入射レンズ集合体１１Ａにおいて、上端側及び下端側から第１入射レンズ１１ａ１に連続して所定数（第３個目及び第４個目）を整列して設置されている。そして、第２入射レンズ１１ａ２は、２つのレンズにより第２入射レンズ群１１ＮＬ２を形成している。第２入射レンズ群１１ＮＬ２は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第２入射レンズ１１ａ２が整列することで形成されている。また、第２入射レンズ群１１ＮＬ２は、垂直方向においてレンズ面中心ＣＬとなる位置から上下対称になるように離れて２カ所に配置されている。第２入射レンズ１１ａ２のサイズ及び光の入射角度と第２照射範囲Ｅ２との関係、及び、レンズ頂点ＴＬａの偏芯量について、既に説明した第１入射レンズ１１ａ１と同様である。

（第３入射レンズ）
第３入射レンズ１１ａ３は、レンズ頂点ＴＬａの位置が、光学的に対向する第３出射レンズ１１ｂ３に光を入射するように形成されている。ここでは、第３入射レンズ１１ａ３は、第３照射範囲Ｅ３を照射する第３出射レンズ１１ｂ３に光を供給するように形成されている。第３入射レンズ１１ａ３は、第２入射レンズ１１ａ２の垂直レンズ幅より小さく形成されている。第３入射レンズ１１ａ３は、同じ垂直レンズ幅のレンズを所定数（第５乃至第８個目）が整列して設置されている。
そして、第３入射レンズ１１ａ３は、複数（ここでは４つ）のレンズを１群である第３入射レンズ群１１ＮＬ３として垂直方向の中央に設置している。第３入射レンズ群１１ＮＬ３は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第３入射レンズ１１ａ３が整列することで形成されている。また、第３入射レンズ群１１ＮＬ３は、垂直方向においてレンズ面中心ＣＬとなる位置から上下対称になるように配置されている。

第３入射レンズ群１１ＮＬ３では、第３入射レンズ１１ａ３からの光を、対向する第３出射レンズ群１１ＵＬ３の第３出射レンズ１１ｂ３に入射させるようにレンズ頂点ＴＬａの位置を形成している。第３入射レンズ１１ａ３のサイズ及び光の入射角度と第３照射範囲Ｅ３との関係、及び、レンズ頂点ＴＬａの偏芯量について、既に説明した第１入射レンズ１１ａ１と同様である。

なお、入射レンズ１１ａでは、出射レンズ１１ｂに光を入射するようにレンズ頂点ＴＬａの偏芯量を調整するとして説明したが、ここでいう偏芯量を調整するとは、レンズ中心の光軸と重なる位置にレンズ頂点ＴＬａが形成されている場合も含むものである。つまり、入射レンズ１１ａは、対向する出射レンズ１１ｂに光を供給することができるようにレンズ頂点ＴＬａが形成されていればよい。

（出射レンズ）
次に、出射レンズ１１ｂについて、図１乃至図８Ｃを適宜参照して説明する。なお、出射レンズ１１ｂは、出射レンズ集合体１１Ｂにおいて、全ての垂直レンズ幅及び全ての水平レンズ幅を同じサイズ（寸法）として設置されている構成として説明する。
出射レンズ１１ｂは、入射レンズ１１ａからの光を入射して予め設定された方向の照射領域ＥＡ（図６及び図７参照）に光を出射するものである。一例として、出射レンズ１１ｂは、入射レンズ１１ａの光学パワーの大きい側となる焦点近傍の位置に配置される。出射レンズ１１ｂは、ここでは、凸状のシリンドリカルレンズが用いられている。そして、出射レンズ１１ｂは、入射レンズ１１ａからの光を入射できる光学的に対向する位置にそれぞれが垂直方向（Ｚ方向、他方向）に配置されている。出射レンズ１１ｂは、第１出射レンズ１１ｂ１、第２出射レンズ１１ｂ２及び第３出射レンズ１１ｂ３を備えている。出射レンズ１１ｂは、第１出射レンズ１１ｂ１乃至第３出射レンズ１１ｂ３を隣接して整列させることで出射レンズ集合体１１Ｂが形成されている。

なお、図２に示すように、出射レンズ１１ｂは、整列させると、出射レンズ集合体１１Ｂにおいて、レンズ面の形状が波型となる。すなわち、出射レンズ集合体１１Ｂは、レンズ面の形状が、水平方向（Ｘ方向：一方向）に平行で垂直方向に沿って出射側凸曲面１１ＲＢ１及び出射側凹曲面１１ＲＢ２，１１ＲＢ３の形状を連続して側面視において曲面状である波型となるように形成されている。この出射レンズ集合体１１Ｂでは、出射レンズ１１ｂの垂直レンズ幅の異なるレンズの並び順によりレンズ面の形状が異なる。つまり、出射レンズ集合体１１Ｂでは、垂直方向においてレンズ面中心ＣＬに垂直レンズ幅の小さな第３出射レンズ１１ｂ３を配置し、レンズ面中心ＣＬから垂直方向の上下端側に向かうに従って垂直レンズ幅が大きくなるように第２出射レンズ１１ｂ２及び第１出射レンズ１１ｂ１が設置されている。そのため、出射レンズ集合体１１Ｂでは、レンズ面中心ＣＬ側に出射側凸曲面１１ＲＢ１が形成されその上下側に出射側凹曲面１１ＲＢ２，１１ＲＢ３が形成される形状となっている。出射レンズ集合体１１Ｂのレンズ面は、入射レンズ集合体１１Ａのレンズ面に略平行となるように形成されている。また、出射レンズ集合体１１Ｂは、出射レンズ１１ｂが、光学系を介して照射面における照射領域ＥＡを照射するように設置されている。

（第１出射レンズ）
図１乃至図３に示すように、第１出射レンズ１１ｂ１は、第１入射レンズ１１ａ１からの光を入射して第１照射範囲Ｅ１を照射するものである。第１出射レンズ１１ｂ１は、１個又は複数の同じ形状のレンズが整列するように設置されている。一例として、第１出射レンズ１１ｂ１は、出射レンズ集合体１１Ｂにおいて、上端側及び下端側から第１個目及び第２個目に整列して形成されている。そして、第１出射レンズ１１ｂ１は、複数（ここでは２つ）のレンズを１群である第１出射レンズ群１１ＵＬ１として形成して上端側及び下端側にそれぞれ設置している。第１出射レンズ群１１ＵＬ１は、同じ垂直レンズ幅及び同じ水平レンズ幅となる第１出射レンズ１１ｂ１が整列することで形成されている。また、第１出射レンズ群１１ＵＬ１は、垂直方向においてレンズ面中心ＣＬとなる位置から上下対称になるように離れて２カ所に配置されている。

（第１出射レンズ及びその照射範囲）
第１出射レンズ群１１ＵＬ１では、第１出射レンズ１１ｂ１のそれぞれは、第１入射レンズ１１ａ１からの光を入射して照射面において第１照射範囲Ｅ１に光を出射させるようにレンズ頂点ＴＬｂの位置が形成されている。第１出射レンズ群１１ＵＬ１では、出射レンズ集合体１１Ｂの上端側及び下端側から第１照射範囲Ｅ１に照射した光が重なるように各第１出射レンズ１１ｂ１のレンズ頂点ＴＬｂがそれぞれ形成されている。
なお、図８Ａに示すように、レンズアレイ１０では、第１出射レンズ群１１ＵＬ１は、レンズ面中心ＣＬに対して対称に２カ所に形成されているため、その２カ所の第１出射レンズ群１１ＵＬ１からの光により第１照射範囲Ｅ１を形成している。

（第２出射レンズ）
次に、第２出射レンズ１１ｂ２は、第２入射レンズ１１ａ２からの光を入射して第２照射範囲Ｅ２に向けて光を照射するものである。第２出射レンズ１１ｂ２は、１個又は複数の同じ形状のレンズが整列するように設置されている。一例として、第２出射レンズ１１ｂ２は、出射レンズ集合体１１Ｂにおいて、上端側及び下端側から第３個目及び第４個目に整列して形成されている。そして、第２出射レンズ１１ｂ２は、複数（ここでは２つ）のレンズを１群である第２出射レンズ群１１ＵＬ２として形成して上端側及び下端側の第１出射レンズ群１１ＵＬ１に連続する位置にそれぞれ設置している。第２出射レンズ群１１ＵＬ２は、垂直方向においてレンズ面中心ＣＬとなる位置から上下対称になるように離れて２カ所に配置されている。
（第２出射レンズ及びその照射範囲）
図１及び図８Ｂに示すように、第２出射レンズ群１１ＵＬ２では、第２出射レンズ１１ｂ２は、第２照射範囲Ｅ２に光を照射できるようにレンズ頂点ＴＬｂの位置を偏芯して形成している。そして、第２照射範囲Ｅ２は、出射レンズ集合体１１Ｂにおいて２か所の第２出射レンズ群１１ＵＬ２の各第２出射レンズ１１ｂ２から照射される光の集合により形成されている。

（第３出射レンズ）
第３出射レンズ１１ｂ３は、第３入射レンズ１１ａ３からの光を入射して第３照射範囲Ｅ３に向けて光を照射するものである。第３出射レンズ１１ｂ３は、１個又は複数の同じ形状のレンズが整列するように設置されている。一例として、第３出射レンズ１１ｂ３は、出射レンズ集合体１１Ｂにおいて、上端側及び下端側から第５個目及び第６個目に整列して形成されている。つまり、第３出射レンズ１１ｂ３は、出射レンズ集合体１１Ｂの中央に連続して４つが配置されている。第３出射レンズ１１ｂ３は、複数（ここでは４つ）のレンズを１群である第３出射レンズ群１１ＵＬ３として形成して中央に第２出射レンズ群１１ＵＬ２に連続して設置している。第３出射レンズ群１１ＵＬ３は、垂直方向においてレンズ面中心ＣＬとなる位置から上下対称になるように連続して配置されている。
（第３出射レンズ及びその照射範囲）
図１及び図８Ｃに示すように、第３出射レンズ群１１ＵＬ３では、第３出射レンズ１１ｂ３は、第３照射範囲Ｅ３に光を照射できるようにレンズ頂点ＴＬｂの位置を形成している。そして、第３照射範囲Ｅ３は、出射レンズ集合体１１Ｂにおいて中央の第３出射レンズ群１１ＵＬ３の各第３出射レンズ１１ｂ３から照射される光の集合により形成されている。

（照射領域及び照射範囲）
図１、図８Ａに示すように、照射領域ＥＡは、照射面において、第１照射範囲Ｅ１と同じ大きさとなるように、設定されている。なお、照射領域ＥＡ及び第１照射範囲Ｅ１は、線が重なって分かりにくいので、線の位置をずらして示している。照射領域ＥＡは、照射面において、少なくとも一部が重なるように設定された第１照射範囲Ｅ１乃至第３照射範囲Ｅ３の集合により形成されている。ちなみに、照射領域ＥＡでは、光が照射される領域の中央の光照射強度が一番高くなるように、第１照射範囲Ｅ１、第２照射範囲Ｅ２及び第３照射範囲Ｅ３の中央が重なるように設定されている。つまり、入射レンズ集合体１１Ａでは、第１照射範囲Ｅ１、第２照射範囲Ｅ２及び第３照射範囲Ｅ３の垂直方向における照射幅となるように、入射レンズ群ごとの入射レンズ１１ａのそれぞれの垂直レンズ幅が設定されている。そして、出射レンズ集合体１１Ｂでは、出射レンズ１１ｂが、照射領域ＥＡの中央で、第１照射範囲Ｅ１、第２照射範囲Ｅ２及び第３照射範囲Ｅ３のそれぞれの中心が重なって光が照射されるように各レンズ頂点ＴＬｂを形成している。

（照射領域）
照射領域ＥＡは、水平方向の照射される範囲が、シリンドリカルレンズのような直交する一方と他方に異なる光学パワー（屈折力）を有する場合には、水平方向の照射される領域が入射レンズ１１ａに入射される光の角度により設定され、垂直方向の照射される領域が、入射レンズ１１ａの垂直レンズ幅により設定される。なお、レンズアレイ１０では、平行光として光を入射するようにしているが、ここで使用する光源が点光源ではないＬＥＤなので、光源に広がりがあることにより、光に入射角度が形成され、その入射角度により第１照射範囲Ｅ１乃至第３照射範囲Ｅ３の水平領域の範囲が設定されている。そして、レンズアレイ１０では、第１照射範囲Ｅ１の垂直方向の照射幅を、第１入射レンズ群１１ＮＬ１のそれぞれの第１入射レンズ１１ａ１の垂直レンズ幅により設定し、照射方向を第１出射レンズ群１１ＵＬ１のそれぞれの第１出射レンズ１１ｂ１のレンズ頂点ＴＬｂの位置で設定している。
従って、レンズアレイ１０では、照射領域ＥＡ全体に対して中央の光照射強度が高く、照射領域ＥＡの上下端に向かって光照射強度が低くなるように分布を設定でき、所望の階調分布となるように光が出射されることになる。

また、図８Ａ乃至図８Ｃに示すように、第１照射範囲Ｅ１は、長方形の照射領域ＥＡと同等に設定され、レンズアレイ１０の上下２カ所に設置された第１出射レンズ群１１ＵＬ１から光が照射されその集合で形成される。同様に、第２照射範囲Ｅ２は、レンズアレイ１０の上下２カ所に設置された第２出射レンズ群１１ＵＬ２から、長方形の照射領域ＥＡの中央領域に向かって照射される光の集合により形成される。同様に、第３照射範囲Ｅ３は、レンズアレイ１０の中央に設置された第３出射レンズ群１１ＵＬ３から、長方形の照射領域ＥＡの中央領域に向かって照射される光の集合により形成される。

従って、レンズアレイ１０では、照射領域の全体に対して領域中心ＨＣＬ側の光照射強度が高く、領域上側及び下側に向かうに従って光照射強度が低くなるような分布に設定することを容易に行うことができる。また、照射領域ＥＡである第１照射範囲Ｅ１に対して、第２照射範囲Ｅ２及び第３照射範囲Ｅ３を、５０％以下に垂直範囲が設定されることで、照射領域ＥＡ内での光照射強度の分布の調整がし易く設定の自由度を高めることができる。
また、レンズアレイ１０では、レンズ面中心ＣＬに向かって垂直方向に対称となるように各レンズ群及び各レンズが配置されている。そして、第１出射レンズ１１ｂ１乃至第３出射レンズ１１ｂ３が、レンズ面中心ＣＬに向かって、水平レンズ幅及び垂直レンズ幅を同等として設定されている。そのため、レンズアレイ１０を形成するときにも各レンズを揃え易く、接続し易く形成することが可能となる。なお、レンズアレイ１０では、入射側では、３つの垂直レンズ幅が異なるレンズを用い、また、出射側では、垂直レンズ幅が同じレンズを用いて形成することとして説明したが、入射側の垂直レンズ幅は、２つ以上であれば、４〜１０等その数は限定されない。さらに、レンズアレイ１０では、出射側のレンズを入射側のレンズの垂直レンズ幅に合わせて形成するようにしてもよい。

（レンズアレイの変形例）
レンズアレイは、以下に示す変形例としても形成することができる。なお、第１乃至第４の変形例のレンズアレイでは、一例として第１出射レンズ１１ｂ１乃至第３出射レンズ１１ｂ３を、全て同じ垂直レンズ幅に形成している。
以下に示すレンズアレイは、入射レンズ集合体１１Ａのレンズ群の並び順を変えて形成される。
例えば、第１の変形例におけるレンズアレイは、垂直方向の中心側に垂直レンズ幅が中間の大きさの第２入射レンズ１１ａ２の第２入射レンズ群１１ＮＬ２を配置し、第２入射レンズ群１１ＮＬ２の上下に垂直レンズ幅が最小の第３入射レンズ１１ａ３からなる第３入射レンズ群１１ＮＬ３を配置してもよい。そして、レンズアレイは、上側の第３入射レンズ群１１ＮＬ３の上方と、下側の第３入射レンズ群１１ＮＬ３の下方とに、垂直レンズ幅が最大の第１入射レンズ１１ａ１からなる第１入射レンズ群１１ＮＬ１をそれぞれ配置してもよい。このレンズアレイでは、各レンズ群が上下対称になるように配置されている。

また、第２の変形例におけるレンズアレイは、垂直方向の中心側にレンズ幅が最小の第３入射レンズ１１ａ３からなる第３入射レンズ群１１ＮＬ３を配置し、第３入射レンズ群１１ＮＬ３の上下に垂直レンズ幅が最大の第１入射レンズ１１ａ１からなる第１入射レンズ群１１ＮＬ１を配置してもよい。そして、レンズアレイは、上側の第１入射レンズ群１１ＮＬ１の上方と、下側の第１入射レンズ群１１ＮＬ１の下方とに、垂直レンズ幅が中間の第２入射レンズ１１ａ２からなる第２入射レンズ群１１ＮＬ２をそれぞれ配置してもよい。このレンズアレイでは、各レンズ群が上下対称になるように配置されている。

さらに、第３の変形例におけるレンズアレイは、垂直方向の中心側に垂直レンズ幅の最大の第１入射レンズ１１ａ１からなる第１入射レンズ群１１ＮＬ１を配置し、第１入射レンズ群１１ＮＬ１の上下に垂直レンズ幅が中間の第２入射レンズ１１ａ２からなる第２入射レンズ群１１ＮＬ２を配置してもよい。そして、レンズアレイは、上側の第２入射レンズ群１１ＮＬ２の上方と、下側の第２入射レンズ群１１ＮＬ２の下方とに、垂直レンズ幅が最小の第３入射レンズ１１ａ３からなる第３入射レンズ群１１ＮＬ３をそれぞれ配置してもよい。このレンズアレイでは、各レンズ群が上下対称になるように配置されている。

そして、第４の変形例におけるレンズアレイは、垂直方向の中心側に垂直レンズ幅の中間の第２入射レンズ１１ａ２からなる第２入射レンズ群１１ＮＬ２を配置し、第２入射レンズ群１１ＮＬ２の上下に垂直レンズ幅が最大の第１入射レンズ１１ａ１からなる第１入射レンズ群１１ＮＬ１を配置してもよい。そして、レンズアレイは、上側の第１入射レンズ群１１ＮＬ１の上方と、下側の第１入射レンズ群１１ＮＬ１の下方とに、垂直レンズ幅が最小の第３入射レンズ１１ａ３からなる第３入射レンズ群１１ＮＬ３をそれぞれ配置してもよい。このレンズアレイでは、各レンズ群が上下対称になるように配置されている。
以上説明した第１乃至第４の変形例の各レンズアレイでは、入射レンズ１１ａの垂直レンズ幅を３つ異なるサイズとしているので、出射レンズ１１ｂのレンズ頂点ＴＬｂの偏芯量を調整して、例えば、図１と同じ照射領域ＥＡの第１照射範囲Ｅ１から第３照射範囲Ｅ３と同じ範囲に光を照射するようにできる。

また、レンズアレイは、図９Ａ及び図９Ｂに示す構成としてもよい。なお、図９Ａでは、一例として、入射レンズのレンズ幅を同等とすると共に出射レンズのレンズ幅を同等として説明する。また、図９Ｂでは、一例として、入射レンズのレンズ幅を同等とすると共に出射レンズのレンズ幅を同等とし、かつ、入射レンズのレンズ幅が、出射レンズのレンズ幅よりも小さく形成されることとして説明する。

図９Ａに示すように、レンズアレイ１０Ｅは、垂直方向に整列される入射レンズ１１ａ及び出射レンズ１１ｂの垂直レンズ幅を同じとして形成している。そして、レンズアレイ１０Ｅでは、第１照射範囲Ｅ１、第２照射範囲Ｅ２及び第３照射範囲Ｅ３が照射する範囲を徐々に上から下に向かってシフトして設定するように、出射レンズ１１ｂのレンズ頂点ＴＬｂが形成されている。さらに、第１照射範囲Ｅ１から第３照射範囲Ｅ３の集合を照射領域ＥＡとしている。第１照射範囲Ｅ１から第３照射範囲Ｅ３では、その一部が互いに重なるように形成され、照射領域ＥＡの中央の光照射強度が高くなるように形成されている。なお、レンズアレイ１０Ｅでは、出射レンズ面が、垂直方向の上下端側よりも中央が凹んだ状態に形成されている。

さらに、図９Ｂに示すように、レンズアレイ１０Ｆは、垂直方向に整列される入射レンズ１１ａの垂直レンズ幅を同じとして形成し、垂直方向に整列される出射レンズ１１ｂの垂直レンズ幅を同じとして形成し、入射レンズ１１ａの垂直レンズ幅を出射レンズの垂直レンズ幅よりも小さく形成している。また、レンズアレイ１０Ｆは、入射レンズ面及び出射レンズ面が円周上に沿って円弧状に形成され略同心円状にそれぞれのレンズ面が位置するように形成されている。このレンズアレイ１０Ｆでは、図９Ａに示すレンズアレイ１０Ｅの照射領域ＥＡと比較した場合、照射領域ＥＡを同じ面積とすると、第１照射範囲Ｅ１から第３照射範囲Ｅ３の光照射強度がレンズアレイ１０Ｅよりも高くなっている。これは、入射レンズ１１ａは、入射レンズ幅がレンズアレイ１０Ｅの入射レンズ１１ａよりも小さく、出射レンズ１１ｂの出射レンズ幅が、レンズアレイ１０Ｅ，１０Ｆで同じであるため、照射幅を小さくできる。そのため、レンズアレイ１０Ｆは、光が重なった部分においてレンズアレイ１０Ｅよりも光照射強度を高くすることができる。

以上説明したように、各レンズアレイ１０等では、シリンドリカルレンズを用いて形成した例として説明したが、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、トロイダルレンズ１１ｔを用いてよい。トロイダルレンズ１１ｔは、入射レンズ及び/又は出射レンズとして用いることができる。なお、各レンズアレイ１０，１０Ａ〜１０Ｆでは、トロイダルレンズ１１ｔを用いた場合には、水平方向において同じ曲率となるレンズを、入射レンズ或いは出射レンズ、入射レンズ及び出射レンズとして用いることができる。トロイダルレンズ１１ｔは、垂直方向に大きな屈折力をもち、垂直方向に直交する水平方向に垂直方向よりも小さな屈折力をもつレンズである。

トロイダルレンズ１１ｔは、出射レンズ１１ｂに用いることで、図１１に示すように、レンズアレイは、シリンドリカルレンズを使用した照射領域ＥＡＳよりも、トロイダルレンズ１１ｔを使用した照射領域ＥＡＴで示すように照射面積を大きく形成することが可能となる。
図１０Ｃに示すように、トロイダルレンズ１１ｔを入射レンズ及び出射レンズとして用いる場合では、照射領域ＥＡにおいてシリンドリカルレンズを用いた場合よりも照射する領域を広くできる。

（応用例としての照射領域の構成）
また、レンズアレイ１０、１０Ｅ〜１０Ｆでは、照射領域ＥＡを第１照射範囲Ｅ１〜第３照射範囲Ｅ３として設定した例として説明したが、例えば、図１２Ａ乃至図１２Ｃに示すように、照射範囲が複数の範囲の集合で形成されることや、面積の異なる照射範囲の集合で形成されることとしてもよい。なお、図１２Ｃでは、照射範囲を示す線が重なって分かりにくくなるため、照射される水平方向の範囲を変えて示しているが、同じ水平方向の範囲に光が照射されているものとして説明する。
例えば、図１２Ａに示すように、第２照射範囲Ｅ２を、第１照射区分Ｅ２ａ及び第２照射区分Ｅ２ｂの集合としてもよい。この場合、例えば、レンズアレイ１０であれば、２つある第２出射レンズ１１ｂ２の一方で第１照射区分Ｅ２ａを照射することとし、２つある第２出射レンズ１１ｂ２の他方で第２照射区分Ｅ２ｂを照射するようにレンズ頂点ＴＬｂの偏芯量を調整することで形成することができる。

また、図１２Ｂに示すように、第１照射範囲Ｅ１及び第２照射範囲Ｅ２により照射領域ＥＡの全体の領域を形成し、第３照射範囲Ｅ３により照射領域ＥＡの中央の光照射強度を高くするように設定することとしてもよい。この場合、例えば、第１入射レンズ及び第２入射レンズの垂直レンズ幅を同じとし、第３入射レンズの垂直レンズ幅を小さくし、出射レンズのレンズ頂点ＴＬｂの偏芯量を調整することで照射方向を設定するように形成することができる。
そして、図１２Ｃに示すように、第１照射範囲Ｅ１を第１照射区分Ｅ１ａ及び第２照射区分Ｅ１ｂから形成し、第２照射範囲Ｅ２を第１照射区分Ｅ２ａ及び第２照射区分Ｅ２ｂから形成し、第３照射範囲Ｅ３を第１照射区分Ｅ３ａ及び第２照射区分Ｅ３ｂとから形成するようにしてもよい。この場合、例えば、レンズアレイ１０であれば、それぞれ２つずつある第１出射レンズ１１ｂ１〜第３出射レンズ１１ｂ３の一方と他方を、第１照射区分及び第２照射区分に振り分けることで形成することができる。

さらに、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すようなレンズアレイ１０Ｇ，１０Ｈの構成であってもかまわない。なお、図１３Ｂに示す第１照射範囲Ｅ１と第２照射範囲とにおいて、線が重なって分かりにくくなるために、水平方向の大きさを適宜変えて示しているが、同じ水平方向の範囲に光が照射されるものとして説明する。
図１３Ａに示すように、レンズアレイ１０Ｇは、入射レンズ集合体１１Ａを第１入射レンズ１１ａ１及び第２入射レンズ１１ａ２により形成している。そして、第１入射レンズ１１ａ１の垂直レンズ幅を第２入射レンズ１１ａ２の垂直レンズ幅よりも大きく形成している。また、レンズアレイ１０Ｇは、出射レンズ集合体１１Ｂを、垂直レンズ幅を同じにした出射レンズ１１ｂにより形成している。
レンズアレイ１０Ｇは、出射レンズ１１ｂからの光により照射面において所定の照射領域ＥＡとなるように設定され、照射領域ＥＡを、第１照射範囲Ｅ１及び第２照射範囲Ｅ２により形成している。そして、照射領域ＥＡでは、第１照射範囲Ｅ１の一部に第２照射範囲Ｅ２の一部が重なるように形成されている。つまり、レンズアレイ１０Ｇでは、一方の出射レンズ１１ｂのレンズ頂点ＴＬｂの位置を第１照射範囲Ｅ１に向けて照射するように形成すると共に、他方の出射レンズ１１ｂのレンズ頂点ＴＬｂの位置を第２照射範囲Ｅ２に向けて照射するように形成されている。

また、図１３Ｂに示すように、レンズアレイ１０Ｈは、入射レンズ集合体１１Ａとして、垂直レンズ幅が互いに異なる、第１入射レンズ１１ａ１及び第２入射レンズ１１ａ２を備え、出射レンズ集合体１１Ｂとして、垂直レンズ幅が同じ出射レンズ１１ｂを備えている。第１入射レンズ１１ａ１は、垂直方向において上端と下端に配置されている。第２入射レンズ１１ａ２は、垂直方向において中央に３つのレンズが配置されている。そして、第２入射レンズ１１ａ２は、３つのレンズにより第２入射レンズ群１１ＮＬ２を形成している。出射レンズ１１ｂは、垂直方向において上端と下端とに配置される第１出射レンズ１１ｂ１が第１入射レンズ１１ａ１からの光を入射し、中央に配置される３つの第２出射レンズ１１ｂ２が第２入射レンズ１１ａ２からの光を入射するように形成されている。また、中央の３つの第２出射レンズ１１ｂ２は、第２出射レンズ群１１ＵＬ２を形成している。このレンズアレイ１０Ｈでは、単体のレンズと、複数のレンズからなるレンズ群とにより形成されている。

レンズアレイ１０Ｈのよる照射領域ＥＡは、例えば、第１照射範囲Ｅ１及び第２照射範囲Ｅ２の集合により形成される。そして、第１照射範囲Ｅ１は、第１照射区分Ｅ１ａと第２照射区分Ｅ１ｂとにより形成される。また、第２照射範囲Ｅ２は、第１照射区分Ｅ２ａと、第２照射区分Ｅ２ｂと、第３照射区分Ｅ２ｃとにより形成されている。
レンズアレイ１０Ｈでは、一方の第１出射レンズ１１ｂ１が第１照射範囲Ｅ１の第１照射区分Ｅ１ａに光を照射するようにレンズ頂点ＴＬｂの偏芯量を調整して形成され、他方の第１出射レンズ１１ｂ１が第２照射区分Ｅ１ｂに光を照射するようにレンズ頂点ＴＬｂの偏芯量を調整して形成されている。
また、レンズアレイ１０Ｈでは、第２照射範囲Ｅ２の第１照射区分Ｅ２ａ乃至第３照射区分Ｅ２ｃのそれぞれに光を照射するように、第２出射レンズ１１ｂ２のそれぞれがレンズ頂点ＴＬｂの偏芯量を調整して形成されている。
以上の説明のように、図１３Ａで示すレンズアレイ１０Ｇでは、最小の構成として２つの入射レンズ及び２つの出射レンズを備えていればよく、単レンズの集合で形成することができる。また、図１３Ｂで示すレンズアレイ１０Ｈでは、単レンズ及びレンズ群による組み合わせにより形成することができる。
従って、図１乃至図１３Ｂまでで説明してきた各レンズアレイでは、単レンズのみ、或いは、レンズ群のみ、更に、単レンズ及びレンズ群により形成することが可能である。

（照明光学装置）
次に、図１４を参照して照明光学装置１００について説明する。なお、ここでは、レンズアレイ１０を一例として使用する構成として説明するが、勿論、他のレンズアレイを用いてもよい。
照明光学装置１００は、例えば、車両や船舶あるいは航空機の各種灯具として使用される。照明光学装置１００は、光源２０からの光路中に配置され光源２０からの光を略平行光とする第１光学部材３０と、第１光学部材３０からの光を入射して所望の光照射強度の分布として出射するレンズアレイ１０と、レンズアレイ１０からの光の光路中に配置される第２光学部材５５と、第２光学部材５５から光を入射して光路を変えて出射する光変調装置６０と、光変調装置６０からの光を投影する投影レンズ７０とを備えている。なお、光源２０から投影レンズ７０までがフレーム内に収納された状態となっている。

光源２０は、例えば白色の光を出射するように構成されている。光源２０は、例えば、発光素子をパッケージに収納して透光性部材を設けた発光装置が使用されている。ここで使用される発光素子は、公知のものを利用でき、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードを用いるのが好ましい。また、発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。さらに、赤色の発光素子としては、他にもＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることができる。なお、発光素子は、前記した以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。発光素子は、組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。

また、パッケージは、例えば発光素子を実装するリードフレームや配線等の導電部材と、セラミックスや樹脂成形体により形成されている。パッケージの樹脂成形体は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等を用いた反射性部材が使用されている。パッケージのセラミックスはアルミナや窒化アルミニウムが使用される。そして、導電部材を介して発光素子と外部との電気的な接続を行う。透光性部材は、リードフレームのインナーリード部分に実装された発光素子を覆うように設けられる。透光性部材は、蛍光体等の波長変換部材や拡散材を含有する構成としてもよい。

第１光学部材３０は、一例として、コリメートレンズが使用され、ここでは第１コリメートレンズ３１及び第２コリメートレンズ３２により光源２０からの光を平行光にしている。ここで使用されるコリメートレンズは、光源２０からの光を平行光にできる構成であれば、凹レンズ及び凸レンズの組み合わせや、凸レンズの組み合わせ等、複合レンズで構成されるものや単レンズで構成されるものであっても構わない
レンズアレイ１０は、既に説明した構成を備えている。このレンズアレイ１０により所望の光照射強度の分布が光変調装置６０の照射面に照射されるように設定されている。なお、レンズアレイ１０は、所望の光照射強度の分布が得られるものであれば、レンズ群の数やレンズ列の数を制限されるものではない。また、レンズアレイ１０は、入射レンズ集合体１１Ａのレンズ面の形状あるいは出射レンズ集合体１１Ｂのレンズ面の形状が特に限定されるものではない。

第２光学部材５５は、レンズアレイ１０からの光を光変調装置６０に照射面に入射させるようにレンズアレイ１０と光変調装置６０との間の光路中に配置されている。この第２光学部材５５は、ここでは、凹レンズ４０及び反射鏡５０を使用している。凹レンズ４０は、レンズアレイ１０からの光を光変調装置６０に重畳させるためのレンズである。この凹レンズ４０は、レンズアレイ１０から出射した光を、反射鏡５０を介して光変調装置６０の照射面に合せた範囲となるように集光させている。反射鏡５０は、光変調装置６０への入射角度を調整するものである。

光変調装置６０は、レンズアレイ１０で所望の光照射強度の分布として第２光学部材５５を介して送られてきた光を、光路を変えて、かつ、配光可変可能として出力することができる。この光変調装置６０は、例えば、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）である。光変調装置６０は、複数のマイクロミラーを制御して光を出したい部分と光を出したくない部分とを調整することができる。光変調装置６０は、送られてきた光が既に所望の光照射強度の分布を形成しているので、１００％階調で分布成形でき光束のロスがない状態で光をマイクロミラーで反射して投影レンズ７０に送り出すことができる。つまり、光変調装置６０では、例えば、ヘッドライトで求められている光度分布として、全体の照射領域の中央の光照射強度が高く、照射領域の周縁に向かって光照射強度が低くなるような分布に偏りを持つ特性を光束のロスがない状態として実現することができることになる。なお、光変調装置６０は、反射鏡５０により反射した光を投影レンズ７０に反射して送るように一例として形成されている。

投影レンズ７０は、光変調装置６０から送られてきた光を拡大して結像面に出射するものである。この投影レンズ７０は、単一レンズあるいは複合レンズで構成されていてもよい。そして投影レンズ７０は、予め設定された距離の結像面に光変調装置６０で送られる所望の光照射強度の分布の状態の光を送りだす。
以上の構成を備える照明光学装置１００では、光源２０からの光を所望の光照射強度の分布にレンズアレイ１０を介して調整し、光変調装置６０により光束のロスがない状態で出力し投影レンズ７０により外部に光を照射することができる。また、レンズアレイ１０は、大きな段差を形成することがなく形成が容易となる。

（照明光学装置の変形例）
なお、照明光学装置１００では、第１光学部材３０として、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すような構成であってもよい。
図１５Ａに示すように、第１光学部材３０Ａとして、放物面反射鏡３３を備える構成であってもよい。放物面反射鏡３３は、光源２０から照射された光を反射して平行光としてレンズアレイ１０に入射させるように配置される。なお、放物面反射鏡３３を用いるときには、光源２０からの光を、放物面反射鏡３３に向かって照射するように光源２０が設置される。そして、光源２０は、放物面反射鏡３３の焦点位置に配置される。
図１５Ｂに示すように、第１光学部材３０Ｂとして、楕円反射鏡３４を備える構成であってもよい。楕円反射鏡３４は、楕円曲面の上半分を用いて光源２０からの光を平行光として反射する。光源２０は、楕円反射鏡３４に向かって照射した光が平行光となる角度と位置に設置される。

（各構成の変形例）
以上説明したように、レンズアレイ１０，１０Ｅ〜１０Ｈ及び照明光学装置１００では、前記した各構成に限定されるものではない。
例えば、照射範囲は、２つから３つの集合により照射領域となるように説明したが、それ以上の複数で照射領域を形成することとしてもよい。また、各照射範囲は、複数の照射区画から設定されるようにしてもよい。各照射範囲は、単独の照射範囲と、複数の照射区画からなる照射範囲とのいずれからなる設定でもよい。また、照射領域は、複数の照射範囲を異なる照射面積として説明したが、同じ照射面積の範囲を、出射位置を変えることで設定されるようにしても構わない。さらに、レンズアレイの各レンズ群は、水平レンズ幅を揃えていれば、垂直レンズ幅が徐々に大きくなる順番に、あるいは、徐々に小さくなる順番に配置しなくてもよい。つまり、レンズアレイは、例えば、奇数番目のレンズ群の後に偶数番目のレンズ群を配置してレンズ面中心ＣＬから上下対称となるように設定してもよい。そして、レンズアレイ１０，１０Ｅ乃至１０Ｈでは、レンズ面中心ＣＬから垂直方向に対称として、レンズ群が２組で同じ照射する領域あるいは範囲に光を出射するとして説明したが、１組のレンズ群により１つの照射する領域あるいは範囲に光を出射する構成としてもよい。

さらに、各レンズアレイは、レンズ幅を列方向あるいは行方向のいずれか一方で揃えることと併せて、レンズ群の数や、そのレンズ群を構成するレンズの数を全て同じにすることや、一部を異なる数にすることや、全て異なるようにしてもよい。つまり、レンズ群のレンズ数を調整することで、照射領域ＥＡに対する設定の自由度が向上する。また、各レンズアレイは、入射レンズ集合体と出射レンズ集合体を一体に形成した構成であっても、別体に形成して接続部材を介して間を開けて所定間隔に接合する構成であってもよい。
また、照明光学装置１００では、光変調装置６０としてＤＭＤを例示して説明したがその他の装置である例えば空間光変調器等であってもよい。

なお、前記したレンズアレイを用いた照明光学装置１００は、一例として、自動車のフロント部分に使用するヘッドライトとして用いることができる。例えば、図１６乃至図１９Ｃに示すように、ヘッドライト３００の第１ヘッドライト３０１として使用される場合に、光源からレンズアレイ１０を介して、光変調装置（ＤＭＤ等）６０に送られてくる光のオンオフを行い、照射される光の状態を制御して使用することができる。なお、ヘッドライト３００は、例えば、光変調装置６０を有する照明光学装置１００からの照射光を用いる第１ヘッドライト３０１と、ＬＥＤ等（例えばＣＯＢ［チップオンボード］タイプのＬＥＤ）の光源を使用する第２ヘッドライト３０２と、ＬＥＤ等の光源が使用されるベースライト３０３とを備えている。

そして、ヘッドライト３００からの照射領域は、図１７に示すように、第１ヘッドライト３０１では、車が左側通行である場合、車道Ｌｒｄにおいて、路面ＲＳのセンターラインＲＣＬと車線の幅を示す一方のサイドラインＳＬ１との左側車線領域で車から正面となる第１領域ＤＭ１０の範囲に光を照射する。また、ヘッドライト３００は、第２ヘッドライトからの光を、第１領域ＤＭ１０よりも広い範囲で、両方のサイドラインＳＬ１、ＳＬ２よりも広い領域となる第２領域ＣＬＥに照射するように設定されている。さらに、ヘッドライト３００は、ベースライト３０３からの光を、第１領域ＤＭ１０よりも車から手前となる位置から第２領域ＣＬＥに届く範囲で、第２領域ＣＬＥよりも広い第３領域ＢＬＥとなるように照射している。

ヘッドライト３００は、ここでは、第１ヘッドライト３０１、第２ヘッドライト３０２、ベースライト３０３の光を照射する一部の領域が重なるように照射範囲を設定しているが、いずれか一つの領域、或いは、全部の領域が重なることがなく設定されてもよく、特に限定されるものではない。また、ヘッドライト３００は、第１ヘッドライト３０１のみで構成されることや、第１ヘッドライト３０１及び第２ヘッドライトの組み合わせ、或いは、第１ヘッドライト及びベースライト３０３の組み合わせで構成されてもよい。

そして、第１ヘッドライト３０１では、ＤＭＤなどの反射鏡を複数有する光変調装置６０を制御することで、路面ＲＳに光で文字や記号等を表示すると共に照明光として照射することができる。一例として、図１８Ａに示すように、第１ヘッドライト３０１では、光変調装置６０を制御して、第１領域ＤＭ１０の所定の範囲を照明光とし、第１領域ＤＭ１０の残りの範囲を、路面ＲＳに光を照射してスピードメータＭ１０を表示する光とすることもできる。同様に、図１８Ｂに示すように、第１ヘッドライト３０１により、第１領域ＤＭ１０の一部の範囲で照明光を照射すると共に、第１領域ＤＭ１０の残りの範囲で路面ＲＳに右折表示及び距離表示Ｍ１１を光で表示する等、予め設定される所望の表示を光で示すことができる。なお、光変調装置６０では、第１領域ＤＭ１０を照射する範囲に整列する複数の反射鏡を制御することで、照明光や文字等の表示する光を形成している。

さらに、第１ヘッドライト３０１では、光変調装置６０を制御することで、光を照射する第１領域ＤＭ１０の範囲において、光を照射したくない部分のみを消灯した状態とすることもできる。例えば、図１９Ａに示すように、第１ヘッドライト３０１から光を照射し、第１領域ＤＭ１０において、中央から下半分の範囲を照明光領域ＬＥ１として使用する。そして、第１領域ＤＭ１０において、照明光領域ＬＥ１の上端部分でカットラインＣＵＴを形成する。このようにカットラインＣＵＴを第１領域ＤＭ１０に形成することで、対向車線に対向車が存在するときには、対向車の運転手が眩しくないようにすることもできる。

また、図１９Ｂに示すように、第１ヘッドライト３０１から光を照射して第１領域ＤＭ１０の中央から上半分の範囲を照明光領域ＬＥ２として使用する。そして、第１領域ＤＭ１０の下半分において光で表示してセンターラインＲＣＬの部分Ｍ１２を表示すると共に、対向車線の対向車の運転手が眩しくないように対向車の領域Ｎ１２を消灯した状態とすることも可能となる。なお、図１９Ｂでは、右側通行の場合における第１ヘッドライト３０１からの光による第１領域ＤＭ１０として示している。

さらに、図１９Ｃに示すように、第１ヘッドライト３０１から光を照射して第１領域ＤＭ１０の上半分の範囲を照明光領域ＬＥ３とし、下半分の範囲を光による文字等の表示する領域として使用することもできる。そして、第１領域ＤＭにおいて、光による表示の例として、矢印及び制限速度の文字記号表示部Ｍ１３と、センターラインＲＣＬの第１標識表示部Ｍ１４やサイドラインＳＬ１，ＳＬ２の第２標識表示部Ｍ１５，Ｍ１６を路面ＲＳに表示することができる。

なお、照明光学装置１００では、ヘッドライトでの効率として以下のような一例としての数値となる。すなわち、第１ヘッドライトの光源を、電流値５Ａ、ジャンクション温度８８℃のときに光束が３７０１ｌｍのＬＥＤとし、デューティ―比９２％で駆動した場合、ヘッドライト駆動時のＬＥＤの光束は３４０５ｌｍ［３７０１×０．９２］となる。このとき、ヘッドライト駆動時の灯具光束は１５８７ｌｍとなり、効率は４６．６％（１５８７ｌｍ／３４０５ｌｍ）である。
以上、照明光学装置１００を自動車のヘッドライトとして使用した一例について、説明したが、図面で例示した以外であっても光を照射して様々な文字や図形を表示することができる。また、照明光学装置１００は、自動車のヘッドライトに限定されるものではなく、光を照射するスポットライトやディスプレイ等様々な使用対応ができることは勿論である。

本発明に係るレンズアレイ及び照明光学装置は、オートバイ、自動車等の車両あるいは船舶、航空機等の乗り物の各種灯具用光源の光学系あるいは照明装置として使用することができる。また、その他、スポットライト等の各種照明用光源、ディスプレイ用光源、車載部品、室内照明、屋外照明など、種々の光源に用いる光学系あるいは照明装置に使用することができる。

１０，１０Ｅ〜１０Ｈ レンズアレイ
１１Ａ 入射レンズ集合体 １１Ｂ 出射レンズ集合体
１１ａ 入射レンズ １１ｂ 出射レンズ
１１ａ１ 第１入射レンズ １１ｂ１ 第１出射レンズ
１１ａ２ 第２入射レンズ １１ｂ２ 第２出射レンズ
１１ａ３ 第３入射レンズ １１ｂ３ 第３出射レンズ
１１ＮＬ１ 第１入射レンズ群 １１ＵＬ１ 第１出射レンズ群
１１ＮＬ２ 第２入射レンズ群 １１ＵＬ２ 第２出射レンズ群
１１ＮＬ３ 第３入射レンズ群 １１ＵＬ３ 第３出射レンズ群
１１ＲＡ１ 入射側凹曲面 １１ＲＢ１ 出射側凸曲面
１１ＲＡ２ 入射側凸曲面 １１ＲＢ２ 出射側凹曲面
１１ＲＡ３ 入射側凸曲面 １１ＲＢ３ 出射側凹曲面
１２ レンズ上枠部 １３ レンズ下枠部
１４ レンズ左側枠部 １５ レンズ右側枠部
２０ 光源 ３０ 第１光学部材
３１ 第１コリメートレンズ ３２ 第２コリメートレンズ
４０ 凹レンズ ５０ 反射鏡
５５ 第２光学部材 ６０ 光変調装置
７０ 投影レンズ １００ 照明光学装置
ＣＬ レンズ面中心
Ｅ１ 第１照射領域 Ｅ２ 第２照射領域
ＥＡ，ＥＡ１，ＥＡ２ 照射領域 ＨＣＬ 領域中心
ＴＬｂ 出射レンズのレンズ頂点 ＴＬａ 入射レンズのレンズ頂点

Claims (21)

1. 互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する入射レンズを、光学パワーの大きい他方向に整列させた入射レンズ集合体と、
   互いに直交する一方向及び他方向に異なる光学パワーを有する出射レンズを、前記入射レンズに光学的に対向して設置されると共に、他方向に整列させた出射レンズ集合体と、を備え、
   前記入射レンズは、照射面において１つ以上のレンズから照射される複数の照射範囲の集合により予め設定された照射領域になるように、レンズ寸法が形成され、
   前記出射レンズは、前記照射領域を形成する複数の異なる位置に照射される前記照射範囲のいずれかになると共に、前記照射範囲の少なくとも一部が互いに重なるように、レンズ頂点の位置を形成するレンズアレイ。
2. 前記入射レンズ集合体において、前記入射レンズは、前記複数の照射範囲において他方向に沿った照射幅が同等になるように、他方向のレンズ幅を同等に形成する請求項１に記載のレンズアレイ。
3. 前記入射レンズ集合体において、前記入射レンズは、前記複数の照射範囲において他方向に沿った照射幅が異なるように、他方向のレンズ幅を異ならせて形成される請求項１に記載のレンズアレイ。
4. 前記入射レンズ集合体において、前記入射レンズは、他方向の中心から他方向の両端側に向かうに従って他方向のレンズ幅が大きくなるように形成されている請求項１に記載のレンズアレイ。
5. 前記出射レンズ集合体において、前記出射レンズは、他方向のレンズ幅が同等に形成される請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
6. 前記入射レンズ集合体において、前記入射レンズは、他方向のレンズ幅を同等とし、
   前記出射レンズ集合体において、前記出射レンズは、他方向のレンズ幅を同等とし、
   前記入射レンズの他方向の前記レンズ幅が、前記出射レンズの前記レンズ幅よりも小さく形成される請求項１に記載のレンズアレイ。
7. 前記入射レンズ集合体において、前記入射レンズは、前記照射領域の中心を同じにした前記照射範囲の大きさが異なる複数の前記照射範囲となるように、他方向のレンズ幅を形成し、
   前記出射レンズ集合体において、前記出射レンズは、前記照射領域の中心を同じにした前記照射範囲の大きさが異なる複数の前記照射範囲に光を照射するように、レンズ頂点の位置を形成する請求項１に記載のレンズアレイ。
8. 前記入射レンズ集合体は、前記入射レンズの複数を１群とする入射レンズ群ごとに、前記複数の照射範囲のいずれかを形成するようにレンズ幅が形成され、
   前記出射レンズ集合体は、前記出射レンズの複数を１群とする出射レンズ群ごとに、前記複数の照射範囲のいずれかに光を照射するようにレンズ頂点が形成される請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
9. 前記入射レンズ集合体は、前記複数の照射範囲のいずれかとなるように、前記入射レンズのレンズ幅及び前記入射レンズの複数を１群とする入射レンズ群における入射レンズのレンズ幅が形成され、
   前記出射レンズ集合体は、前記出射レンズ及び前記出射レンズの複数を１群とする出射レンズ群により、前記複数の照射範囲のいずれかに光を照射するようにレンズ頂点の位置が形成されている請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
10. 前記入射レンズ集合体において、他方向における中央に他方向の前記レンズ幅の最小となる前記入射レンズ群が配置されると共に、他方向における両端側に他方向の前記レンズ幅の最大となる前記入射レンズ群が配置され、
    前記出射レンズ集合体において、他方向における中央の前記出射レンズ群が、前記照射領域において最小となる照射範囲に光を照射するようにレンズ頂点の位置を形成する共に、他方向における両端側の前記出射レンズ群が、前記照射領域において最大となる照射範囲に光を照射するようにレンズ頂点の位置を形成する請求項８又は請求項９に記載のレンズアレイ。
11. 前記入射レンズ群のそれぞれは、入射レンズの数が同じ数により形成され、
    前記出射レンズ群のそれぞれは、出射レンズの数が同じ数により形成され、
    前記入射レンズ群を形成する入射レンズと、前記出射レンズ群を形成する出射レンズの数とが同じ数になるように形成される請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
12. 前記入射レンズ群は、少なくとも１つの入射レンズ群が他の入射レンズ群と異なる入射レンズの数で形成され、
    前記出射レンズ群は、前記入射レンズ群を形成する入射レンズの数と同じ数となるように、それぞれの出射レンズ群が形成されている請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
13. 前記出射レンズは、前記照射領域の中央の光照射強度が高く、前記照射領域の周縁に向かって光照射強度が低くなる分布となるように、前記出射レンズのレンズ頂点の位置を形成する請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
14. 前記入射レンズ集合体の入射レンズ面は、対向する出射レンズ集合体に向かって他方向における中央が凹となり両端側が凸となる曲面に形成され、
    前記出射レンズ集合体の出射レンズ面は、前記入射レンズ面と略平行となる曲面を形成する請求項４に記載のレンズアレイ。
15. 前記入射レンズ集合体の入射レンズ面は、対向する出射レンズ集合体に向かって円弧状に形成され、
    前記出射レンズ集合体の出射レンズ面は、前記入射レンズ面に対して略同心円となる円弧状に形成される請求項６に記載のレンズアレイ。
16. 前記出射レンズは、前記入射レンズの前記光学パワーの大きい側となる焦点近傍の位置に配置される請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
17. 前記入射レンズ集合体の入射レンズ又は前記出射レンズ集合体の出射レンズは、トロイダルレンズが用いられ、
    前記他方向に整列するトロイダルレンズは、前記一方向に同じ曲率で形成されている請求項１に記載のレンズアレイ。
18. 光源からの光路中に配置され前記光源からの光を略平行光とする第１光学部材と、請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載のレンズアレイと、前記レンズアレイからの光の光路中に配置される第２光学部材と、前記第２光学部材から光を入射して光路を変えて出射する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投影する投影レンズとを備える照明光学装置。
19. 前記光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードである請求項１８に記載の照明光学装置。
20. 前記第１光学部材は、前記光源からの光を略平行光とするコリメートレンズである請求項１８に記載の照明光学装置。
21. 前記第１光学部材は、前記光源からの光を反射して略平行光とする反射鏡である請求項１８に記載の照明光学装置。