JP2024063918A - 照明装置及び照明アレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の配光特性が得られ、照明効率が高い照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１は、複数の発光部２を備え、各発光部２は、発光の明るさ又は色の状態を表す発光状態が可変な発光素子１０と、発光素子１０からの光が焦点を結ぶ集光特性を有する光学系１１とを１対１で備え、各光学系１１の焦点Ｆが同一位置である。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置及び照明アレイ装置に関する。

従来より、仮想的な背景と実写の被写体とを合成して映像制作を行うインカメラＶＦＸ（Visual Effects）技術が提案されている（例えば、非特許文献１）。このインカメラＶＦＸ技術は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ウォールと呼ばれる発光ダイオードアレイの表示装置で囲まれたスタジオに被写体を配置し、ＬＥＤウォールに背景映像を表示するものである。

また、ライトフィールド方式のディスプレイ装置も提案されている（例えば、非特許文献２）。このディスプレイ装置は、液晶パネルやバックライトなどの画像表示デバイスと、パララックスバリア又はレンズアレイとの組み合わせによりライトフィールドを再生し、三次元映像を表示するものである。

「インカメラＶＦＸの概要」，［online］，［令和４年９月６日検索］，インターネット＜URL：https://docs.unrealengine.com/4.27/ja/WorkingWithMedia/IntegratingMedia/InCameraVFX/InCameraVFXOverview/＞ 「自然な立体視ができるライトフィールドＨＭＤ」，「技研だより２０２１年１０月号」，［online］，［令和４年９月６日検索］，インターネット＜URL：https://www.nhk.or.jp/strl/publica/giken_dayori/index.html?p=199＞

インカメラＶＦＸでは、十分に輝度の高いＬＥＤウォールを用いることで、被写体に対して照明効果をつけることも可能である。しかし、インカメラＶＦＸでは、ＬＥＤウォールを構成する各発光ダイオードの配光特性が固定的であるため、仮想的な光源位置がＬＥＤウォールの表面上に制限される。すなわち、ＬＥＤウォール表面よりも遠方又は近方にずれた位置からの光線を再現することや、スポット光のスポットサイズを変更することができない。

ライトフィールド方式のディスプレイ装置では、被写体が光源であってもよく、その場合には仮想的に配置した光源からの光線を再現することができる。しかし、ライトフィールド方式のディスプレイ装置を照明として用いた場合、画像表示デバイスから発生した光のうち、パララックスバリアにより遮られなかったごく一部の光線のみが対象表面上に到達する。その結果、バックライトの輝度を十分に高くしなければ、対象表面上における照度を十分に確保することができない。

そもそも、ライトフィールド方式のディスプレイ装置では、レンズアレイを用いた場合でも、以下で説明するように照明効率が十分ではない。ライトフィールド方式のディスプレイ装置では、複数の発光素子からの光線を１個の要素レンズを通して再生することになる。要素レンズの大きさ、収差及び口径食などを考慮すると、ライトフィールド方式のディスプレイ装置では、要素レンズの口径を大きくすることが困難であり、照明効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、所望の配光特性が得られ、照明効率が高い照明装置及び照明アレイ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、複数の発光部を備える照明装置であって、各発光部は、発光の明るさ又は色の状態を表す発光状態が可変な発光素子と、発光素子からの光が焦点を結ぶ集光特性を有する光学系とを１対１で備え、各光学系の焦点が同一位置である構成とした。

かかる構成によれば、照明装置は、焦点を同一とする複数の発光部の発光状態を個別に制御することで、所望の配光特性を実現することができる。さらに、照明装置は、発光素子ごとに光学系を備え、その焦点を同一にすることで、個々の光学系が受け持つ立体角（光を照射する角度）を狭くできるので、より大口径の光学系を採用可能となり、照明効率を高くすることができる。

なお、本発明は、照明装置がアレイ状に配置されている照明アレイ装置として実現することもできる。

本発明によれば、所望の配光特性が得られ、照明効率を高くすることができる。

第１実施形態に係る照明装置の概略構成図である。 図１の発光部の概略構成図である。 図１の照明装置における配置例を説明する説明図である。 第２実施形態に係る照明アレイ装置の概略構成図である。 図４の照明アレイ装置における配置例を説明する説明図である。 第２実施形態における発光状態パターンの第１例を説明する説明図である。 第２実施形態における発光状態パターンの第２例を説明する説明図である。 第２実施形態における発光状態パターンの第３例を説明する説明図である。 第２実施形態における発光状態パターンの第４例を説明する説明図である。 第２実施形態における発光状態パターンの第５例を説明する説明図である。 第２実施形態における発光状態パターンの第５例を説明する説明図である。 第２実施形態における発光状態パターンの第６例を説明する説明図である。 第２実施形態における発光状態パターンの第７例を説明する説明図である。 第３実施形態に係る照明装置の概略構成図である。 図１４の照明装置における配置例を説明する説明図である。 第３実施形態に係る照明アレイ装置の概略構成図である。 図１６の照明アレイ装置における配置例を説明する説明図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に説明する各実施形態は、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、同一の手段には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

（第１実施形態）
［照明装置の構成］
図１及び図２を参照し、第１実施形態に係る照明装置１の構成について説明する。
図１に示すように、照明装置１は、複数の発光部２を備えるものである。また、各発光部２は、後記する発光状態が可変な発光素子１０と、発光素子１０からの光が焦点を結ぶ集光特性を有する光学系１１とを１対１で備える。

照明装置１では、各光学系１１の焦点Ｆが同一位置である。つまり、照明装置１が備える発光部２は、光学系１１の焦点Ｆの３次元位置が一致するように配置する。本実施形態では、各発光部２は、光軸（一点鎖線で図示）が同一の焦点Ｆで交わるように焦点Ｆに向けて配置されている。図１の例では、照明装置１が、５個の発光部２（２_１～２_５）を備えている。そして、５個の発光部２が、同一の焦点Ｆを向くように半円弧状に配置されている。

図２には、各発光部２の構成を図示した。本実施形態では、各発光部２が同一の構成であることとして説明する。
図２に示すように、発光部２は、発光素子１０と、光学系１１とを備える。さらに、発光部２は、発光素子１０及び光学系１１を収容するケース１２を備えてもよい。

発光素子１０は、発光状態を制御できる光源である（発光状態の制御は後記）。例えば、発光素子１０として、発光ダイオード、白熱電球、エレクトロルミネッセンス素子、又は、蛍光灯など任意の光源を用いることができる。より具体的には、発光素子１０は、サイズが１～１０ｎｍのマイクロＬＥＤやＯＬＥＤである。また、発光素子１０は、前記した光源の組み合わせにより構成してもよい。また、発光素子１０は、光学フィルタ（色素を含むフィルタや回折格子）を備えてもよい。

なお、発光状態とは、発光素子１０による発光の明るさ又は色の状態を表す。例えば、発光状態は、明（輝度１００％）及び暗（輝度０％）の２状態であってもよい。また、発光状態は、明（輝度１００％）、暗（輝度０％）、及び、中間（０％＜輝度＜１００％）の３状態であってもよい。さらに、発光状態は、色（波長又はスペクトル分布）の変化であってもよい。

光学系１１は、発光素子１０からの光が焦点を結ぶ集光特性を有するものである。すなわち、光学系１１は、発光素子１０からの光を屈折又は反射することにより、光が焦点を結ぶように構成される。例えば、光学系１１は、凸レンズ、凹面鏡、又は、レンズ若しくは鏡面を組み合わせたものである。より具体的には、光学系１１は、焦点距離が１～１００ｍｍの凸レンズである。図２の例では、光学系１１が１枚の凸レンズであることとした。

ケース１２は、発光素子１０及び光学系１１を収容する筐体である。例えば、ケース１２は、一端に開口を有し、他端に底面を有する筒状である。また、ケース１２は、発光素子１０からの迷光を防止するため、発光素子１０の全体、及び、光学系１１の一部を覆っている。発光素子１０がケース１２の底面内側に位置し、光学系１１がケース１２の開口面側に位置する。例えば、ケース１２は、遮光性がある素材（例えば、アルミなどの金属）であればよく、照明ムラを防ぐために白色であることが好ましい。

図２に示すように、発光素子１０から光学系１１の主点（光学系１１が複数の主点を有する場合、第二主点）までの距離ａが、光学系１１の主点（光学系１１が複数の主点を有する場合、第一主点）から焦点Ｆまでの距離ｂよりも短いことが好ましい。これにより、照明装置１は、発光素子１０からの光を光学系１１に効率的に集光し、光学系１１を備えない場合に比べ、出射する光束を増加させることができる。
なお、光学系１１の焦点距離をｆとする。また、単玉レンズにおいて、第一主点と第二主点との位置が一致する場合、単に主点と記載する。

ここで、焦点距離ｆ、距離ａ，ｂの関係は、以下の式（１）で表される。

発光素子１０からの光を光学系１１が屈折又は反射することにより、光が焦点を結ぶためには、以下の式（２）を満たす必要がある。

また、発光素子１０からの光を有効活用するため、ａ＜ｂとなるように、以下の式（３）を満たすことが好ましい。この式（３）を満たす場合、距離ａが、焦点距離ｆの半分を超え、焦点距離ｆ未満となる。

図１では発光部２の配置を概念的に図示したので、図３を参照し、発光部２の実際の配置例を説明する。図３の照明装置１では、７個の発光部２（２_１～２_７）を六角形状のプレート１３に固定している。発光部２_１がプレート１３の中心に配置され、中心の発光部２_１を囲うように発光部２_２～２_７が等間隔で、プレート１３の外周側に配置されている。

各発光部２は、六角柱状のケース１２を備えている。図３の例では、図面手前側にケース１２の底面が位置しているので、ケース１２に収容されている発光素子１０及び光学系１１を図示していない。つまり、各発光部２は、図面手前側から図面奥側に向けて光を出射することになる。このため、各発光部２からの光が同一の焦点Ｆで交差するように、周囲の発光部２_２～２_７は、ケース１２の開口面側を中心の発光部２_１の側に傾斜させている。このとき、発光部２が備える各光学系１１は、それぞれの焦点距離が異なってもよい。図３の例では、中心の発光部２_１の焦点距離が、周囲の発光部２_２～２_７の焦点距離よりも短くなる。

なお、発光部２の配置は、図３の例に限定されないことは言うまでもない。つまり、照明装置１は、各光学系１１の焦点Ｆが同一位置であれば、各発光部２の配置及び個数は任意である。例えば、照明装置１では、平面視において、水平方向に５個、垂直方向に５個、計２５個の発光部２をアレイ状に配置してもよい。

［作用・効果］
以上のように、第１実施形態に係る照明装置１は、焦点Ｆを同一とする複数の発光部２の発光状態を個別に制御することで、所望の配光特性を実現することができる。さらに、照明装置１は、発光素子１０ごとに光学系１１を備え、その焦点Ｆを同一位置にすることで、個々の光学系１１が受け持つ立体角（光を照射する角度）を狭くできるので、より大口径の光学系１１が採用可能となり、照明効率を高くすることができる。

すなわち、照明装置１は、各光学系１１の焦点Ｆが同一であるため、あたかも焦点Ｆに光源を配置したようなライトフィールドを生成することができる。その結果、照明装置１では、各発光部２の発光状態を変化させた場合でも、発生する影（キャストシャドウ）の位置が変化せず、あたかも所望の配光特性を有する単灯が置かれたかのような照明効果を得ることができ、照明演出が容易となる。

さらに、照明装置１は、発光素子１０及び光学系１１が同一軸線上に配置されるので、コマ収差が減少し、照明ムラを抑制できる。

（第２実施形態）
［照明アレイ装置］
図４を参照し、第２実施形態に係る照明アレイ装置３の構成について説明する。
照明アレイ装置３は、照明装置１がアレイ状に複数配置されたものであり、複数の照明装置１と、制御装置４とを備える。

図４の例では、照明アレイ装置３は、３個の照明装置１（１_１～１_３）を備えている。そして、３個の照明装置１が、水平に並ぶように配置されている。ここで、照明装置１_１～１_３は、第１実施形態（図２）と同様の構成であり、それぞれが個別の焦点Ｆを有する。

図４では照明装置１の配置を概念的に図示したので、図５を参照し、照明装置１の実際の配置例を説明する。図５の照明アレイ装置３では、正面視した際、水平方向に４個、垂直方向に４個、計１６個の照明装置１を半個ずらしでアレイ状に配置している。なお、図５では、図面を見やすくするため、制御装置４の図示を省略した。

制御装置４は、予め設定された発光状態パターンで各発光素子１０が発光するように発光素子１０を制御するものである。例えば、制御装置４は、図４に示すように、操作手段４０と、制御手段４１とを備える。

操作手段４０は、照明アレイ装置３の利用者が各種操作を入力するものである。例えば、操作手段４０としては、後記する発光状態パターン（例えば、第１例～第７例）を選択するためのボタン、及び、照明装置１の明るさ（輝度）を変化させるためのスライダがあげられる。そして、操作手段４０は、利用者の操作に応じた指令信号を制御手段４１に出力する。

制御手段４１は、操作手段４０からの指令信号に従って発光状態パターンを決定し、決定した発光状態パターンで各発光素子１０（各発光部２）の発光状態を制御するものである。ここで、発光状態パターンとは、各発光素子１０の発光状態を制御するパターンのことであり、発光素子１０単位で設定してもよく、発光素子１０で構成される照明装置１単位で設定してもよい。

以上のように構成することで、照明アレイ装置３は、照明装置１を様々な発光状態パターンで制御することで、点光源、平行光源、線光源、面光源などの多様な光源を再現できる。以下、発光状態パターンの具体例をあげて説明する。

＜発光状態パターンの第１例：点光源＞
この第１例では、点光源を再現する。図６に示すように、制御装置４では、照明アレイ装置３を構成する全ての照明装置１のうち、何れか一つの照明装置１について、全ての発光部２を点灯させ、残りの照明装置１について、全ての発光部２を消灯させるように発光状態パターンを予め設定する。

図６の例では、照明アレイ装置３が、１０個の照明装置１（１_１～１_１０）を備えていることとする。制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、中央に位置する照明装置１_５の全ての発光部２を点灯させる一方、残りの照明装置１_１～１_４，１_６～１_１０の全ての発光部２を消灯させる。これにより、照明アレイ装置は、照明装置１_５の焦点Ｆに点光源を置いたときの光線（符号Ｌ）を再現できる。
なお、図６では、説明を簡易にするため、点灯している発光部２に〇を付加し、制御装置４の図示を省略し、発光部２が光を照射する範囲Ｌをドットで図示した（図７，８，１１，１２も同様）。

＜発光状態パターンの第２例：点光源＞
この第２例では、点光源を再現する。図７に示すように、制御装置４では、照明アレイ装置３を構成する全ての照明装置１のうち、何れか一つの照明装置１について、一部の発光部２を点灯させ、残りの照明装置１について、全ての発光部２を消灯させるように発光状態パターンを予め設定する。

図７の例では、制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、中央に位置する照明装置１_５が備える５個の発光部２のうち、２個の発光部２を点灯させる。その一方、制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、残りの照明装置１_１～１_４，１_６～１_１０の全ての発光部２を消灯させる。このように、照明アレイ装置３は、照明装置１_５について、点灯させる発光部２を空間的に局在させれば（例えば、隣接する２つの発光部２を点灯させれば）、照明装置１_５の焦点Ｆにスポット光源を置いたときの光線を再現できる。

この第２例において、制御装置４では、照明アレイ装置３が備える各照明装置１のうちの何れを点灯させるか、及び、その照明装置１が備える各発光部２のうちの何れを点灯させるかは、図７の例に限定されず、任意に設定できる。

例えば、ある照明装置１において、発光部２を１個だけ点灯させた場合、非常に狭いスポット光源を再現できる。また、ある照明装置１において、隣接する発光部２を点灯させた場合、点灯させた発光部２の個数に応じて、スポットを広げることができる。
この他、複数の発光部２を任意のパターンで点灯してもよい。例えば、照明装置１が、水平方向及び垂直方向に５個ずつ、計２５個の発光部２を備える場合を考える。この場合、５個並んでいる発光部２を１行おきに点灯させることで、ストライプ状の配光特性を有する点光源を再現できる。

＜発光状態パターンの第３例：平行光源＞
この第３例では、平行光源を再現する。図８に示すように、制御装置４では、照明アレイ装置３を構成する全ての照明装置１について、何れか一つの発光部２を点灯させるように発光状態パターンを予め設定する。

図８の例では、制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、照明装置１_１～１_１０が備える５個の発光部２のうち、右から２番目の発光部２のみを点灯させる。これにより、照明アレイ装置３は、平行光源からの光線を再現できる。ここでは、図８に示すように、各照明装置１において、同一位置（例えば、右から２番目）の発光部２を点灯させると共に、点灯させた発光部２と焦点Ｆとを結ぶ直線が全て平行となる必要がある。

なお、図８では、発光部２が光を照射する範囲Ｌ_１～Ｌ_３の明暗をドットの濃淡で図示した。つまり、１個の発光部２のみが光を照射する範囲Ｌ_１より２個の発光部２からの光が重なる範囲Ｌ_２の方が明るく、２個の発光部２からの光が重なる範囲Ｌ_２より、３個の発光部２からの光が重なる範囲Ｌ_３の方が明るくなる。

＜発光状態パターンの第４例：線光源＞
この第４例では、線光源を再現する。図９に示すように、制御装置４では、正面視において、照明アレイ装置３を構成する全ての照明装置１のうち、縦一列の直線上に位置する照明装置１_Ｗについて、全ての発光部２を点灯させ、残りの照明装置１_Ｂについて、全ての発光部２を消灯させるように発光状態パターンを予め設定する。

図９の例では、照明アレイ装置３が、水平方向に１０個、垂直方向に１０個、計１００個の照明装置１を備えることとする。また、図９では、点灯している照明装置１_Ｗを白抜きで図示し、消灯している照明装置１_Ｗを黒塗りで図示した。

図９に示すように、制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、垂直方向の直線上に位置する１０個の照明装置１_Ｗについて、全ての発光部２を点灯させる。その一方、制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、残りの照明装置１_Ｂについて、全ての発光部２を消灯させる。これにより、照明アレイ装置３は、垂直方向の線光源からの光線を再現できる。なお、線光源の方向（点灯させる照明装置１_Ｗの配列方向）は、垂直方向に限定されず、水平方向など任意に設定できる。

＜発光状態パターンの第５例：面光源＞
この第５例では、面光源を再現する。図１０に示すように、制御装置４では、正面視において、照明アレイ装置３を構成する全ての照明装置１のうち、所定形状の面領域に含まれる照明装置１_Ｗについて、全ての発光部２を点灯させ、残りの照明装置１_Ｂについて、全ての発光部２を消灯させるように発光状態パターンを予め設定する。

図１０に示すように、制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、矩形状の面領域に含まれる２５個の照明装置１_Ｗについて、全ての発光部２を点灯させる。その一方、制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、残りの照明装置１_Ｂについて、全ての発光部２を消灯させる。なお、面光源の形状（点灯させる照明装置１_Ｗの領域形状）は矩形状に限定されず、ひし形状や円形状など任意に設定できる。

図１１には、図１０の照明アレイ装置３において、上から３行目（図１０の一点鎖線）に位置する１０個の照明装置１_１～１_１０を図示した。この場合、図１１に示すように、中央に位置する５個の照明装置１_３～１_７では、全ての発光部２が点灯するので、図１０の照明装置１_Ｗに相当する。一方、左側に位置する２個の照明装置１_１，１_２、及び、右側に位置する３個の照明装置１_８～１_１０では、全ての発光部２が消灯するので、図１０の照明装置１_Ｗに相当する。これにより、照明アレイ装置３は、矩形状の面光源からの光線を再現できる。

なお、図１１では、発光部２が光を照射する範囲Ｌ_１～Ｌ_５の明暗をドットの濃淡で図示した。つまり、４個の発光部２からの光が重なる範囲Ｌ_４より、５個の発光部２からの光が重なる範囲Ｌ_５の方が明るくなる（範囲Ｌ_１～Ｌ_３は図８と同様）。

＜発光状態パターンの第６例：点光源＞
この第６例では、仮想照明位置にある点光源（仮想照明５）を再現する。つまり、第６例では、照明アレイ装置３の設置面（焦点Ｆが含まれる平面）から外れた場所の仮想照明５を再現する。

図１２に示すように、制御装置４では、照明アレイ装置３を構成する全ての照明装置１において、それぞれの焦点Ｆと仮想照明５とを結ぶ直線上に位置する発光部２を点灯させ、残りの発光部２を消灯させるように発光状態パターンを予め設定する。なお、直線上に位置する発光部２が存在しない場合、制御装置４では、最近傍の発光部２又は所定距離以外の発光部２を点灯させるように発光状態パターンを予め設定すればよい。

＜第７例：複数の光源＞
この第７例では、同時に点灯した複数の光源を同時に再現する。この場合、制御装置４では、個々の照明を再現できるように各発光部２の発光状態を求め、その発光状態を重ね合わせた結果（輝度の加算、又は、スペクトル振幅の加算）となるように発光状態パターンを予め設定する。

ここで、第２例の点光源（図７）と第３例の平行光源（図８）を同時に再現する場合を考える。この場合、図１３に示すように、制御装置４は、発光状態パターンに基づいて、照明装置１_５で中央と右から２番目の発光部２の２個を点灯させる（第２例を再現）。さらに、制御装置４は、照明装置１_１～１_１０で右から２番目の発光部２を点灯させる（第３例を再現）。つまり、制御装置４は、図７と図８の発光状態を重ね合わせた状態となるように各発光部２を点灯させる。

なお、照明装置１_５では、右から２番目の発光部２が図７と図８の両方で点灯するので、２倍の輝度となる。また、図１３では、２倍の輝度で点灯する発光部２に◎を付した。

また、制御装置４は、第２例の点光源と第３例の平行光源の単純な加算ではなく、両方の重み付け加算を行ってもよい。この場合、操作手段４０として、第２例の点光源の明るさを表す第１スライダと、第３例の平行光源の明るさを表す第２スライダとを備える。そして、制御装置４は、第１スライダ及び第２スライダそれぞれのスライド量を０～１の数値で正規化し、第２例の点光源及び第３例の平行光源それぞれの重みとする。その後、制御装置４は、算出した重みを用いて、第２例の点光源と第３例の平行光源の重み付け加算を行う。

なお、発光状態パターンは、前記した第１例～第７例に限定されないことは言うまでもない。例えば、発光状態パターンは、照明アレイ装置３で再現した光源の種類や照明装置１の構成に応じて、任意に設定できる。

［作用・効果］
以上のように、第２実施形態に係る照明アレイ装置３は、第１実施形態と同様、所望の配光特性が得られ、照明効率を高くすることができる。
すなわち、照明アレイ装置３は、制御装置４が発光状態パターンに基づいて制御を行うことで、点光源、平行光源、線光源、面光源などの多様な光源を仮想的に設置したときの光線を再現できる。

（第３実施形態）
［照明装置の構成］
図１４及び図１５を参照し、第３実施形態に係る照明装置６の構成について説明する。
図１４に示すように、照明装置６は、複数の発光部７を備えるものである。また、各発光部７は、発光状態が可変な発光素子２０と、発光素子２０からの光が焦点を結ぶ集光特性を有する光学系２１とを１対１で備える。

照明装置６では、各光学系２１の焦点Ｆが同一位置である。つまり、照明装置６が備える発光部７は、光学系２１の焦点Ｆの３次元位置が一致するように配置する。図１４の例では、照明装置６が、７個の発光部７（７_１～７_７）を備えており、各発光部７が同一平面上に配置されている。

図１５には、各発光部７の構成を図示した。本実施形態では、各発光部７が同一の構成であることとして説明する。
図１５に示すように、発光部７は、発光素子２０と、光学系２１とを備える。さらに、発光部７は、発光素子２０及び光学系２１を収容するケース２２を備えてもよい。

発光素子２０は、発光状態を制御できる光源である。例えば、発光素子２０としては、図２の発光素子１０と同様のものがあげられる。
なお、図１４及び図１５では、図面を見やすくするために発光素子２０を別々に図示したが、照明装置６では、複数の発光素子２０がアレイ状に配列された１枚の発光素子アレイを用いることもできる。

光学系２１は、発光素子２０からの光が焦点を結ぶ集光特性を有するものである。例えば、光学系２１としては、図２の光学系１１と同様のものがあげられる。
なお、図１４及び図１５では、図面を見やすくするために光学系２１を別々に図示したが、照明装置６では、複数の光学系２１がアレイ状に配列された１枚の光学系アレイを用いることもできる。

ケース２２は、発光素子２０及び光学系２１を収容する筐体である。このケース２２は、両端に開口を有する筒状であり、発光素子２０からの迷光を防止するため、発光素子２０の全体、及び、光学系２１の一部を覆っている。発光素子２０がケース２２の一端側に位置し、光学系２１がケース２２の他端側に位置する。例えば、ケース２２は、遮光性がある素材であればよく、照明ムラを防ぐために白色であることが好ましい。

図１５に示すように、隣接する光学系２１同士の間隔Ｐ２が、隣接する発光素子２０同士の間隔Ｐ１よりも短くなっている。図１５の例では、隣接する発光部７_３，７_４における間隔Ｐ１，Ｐ２を図示したが、他の発光部７同士でも間隔Ｐ１，Ｐ２の関係は同様である。

本実施形態では、図１４に示すように、水平方向で中央に位置する発光部７_４では、発光素子２０及び光学系２１が垂直方向に並んでおり、垂直方向で発光素子２０と光学系２１との位置ずれがない。その一方、中央より左右に位置する発光部７_２，７_３，７_５，７_６では、発光素子２０及び光学系２１が垂直方向に並んでおらず、垂直方向で発光素子２０と光学系２１との位置ずれが発生する。そして、左右両端の発光部７_１，７_７では、垂直方向で発光素子２０と光学系２１との位置ずれが最大となる。

このように、照明装置６では、発光素子２０に対して光学系２１の位置をシフトさせることで、各発光部７が同一方向を向くように同一平面に配置されていても、同一の焦点Ｆに光線を集光させることができる。

なお、第１実施形態と同様、発光素子２０から光学系２１の主点（光学系２１が複数の主点を有する場合、第二主点）までの距離が、光学系２１の主点（光学系２１が複数の主点を有する場合、第一主点）から焦点Ｆまでの距離よりも短いことが好ましい。つまり、第１実施形態と同様、式（１）が成立することが好ましい。これにより、照明装置６は、発光素子２０からの光を光学系２１に効率的に集光し、光学系２１を備えない場合に比べ、出射する光束を増加させることができる。

［照明アレイ装置の構成］
図１６及び図１７を参照し、第３実施形態に係る照明アレイ装置８の構成について説明する。
照明アレイ装置８は、照明装置６がアレイ状に配置されたものであり、複数の照明装置６と、制御装置４（図４）とを備える。なお、制御装置４は、第２実施形態と同様のため、説明及び図示を省略する。

図１６の例では、照明アレイ装置８は、３個の照明装置６（６_１～６_３）を備えている。そして、３個の照明装置６が、水平に並ぶように配置されている。ここで、照明装置６_１～６_３は、図１４と同様の構成であり、それぞれが個別の焦点Ｆを有する。

図１６では照明装置６の配置を概念的に図示したので、図１７を参照し、照明装置６の実際の配置例を説明する。図１７の照明アレイ装置８では、正面視した際、水平方向に３個、垂直方向に２個、計６個の照明装置６（６_１～６_６）をアレイ状に配置している。

［作用・効果］
以上のように、第３実施形態に係る照明装置６は、第１実施形態と同様、所望の配光特性が得られ、照明効率を高くすることができる。さらに、照明装置６は、発光素子アレイや光学系アレイを利用できるので、製造が容易であり、コストを抑えることができる。
さらに、照明アレイ装置８は、制御装置４が発光状態パターンに基づいて制御を行うことで、点光源、平行光源、線光源、面光源などの多様な光源を仮想的に設置したときの光線を再現できる。

以上、各実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。

１，６ 照明装置
２，７ 発光部
３，８ 照明アレイ装置
４ 制御装置
１０，２０ 発光素子
１１，２１ 光学系
１２，２２ ケース
４０ 操作手段
４１ 制御手段
Ｆ 焦点

Claims (7)

1. 複数の発光部を備える照明装置であって、
   各発光部は、発光の明るさ又は色の状態を表す発光状態が可変な発光素子と、前記発光素子からの光が焦点を結ぶ集光特性を有する光学系とを１対１で備え、
   各光学系の焦点が同一位置であることを特徴とする照明装置。
2. 前記各発光部は、光軸が同一位置の前記焦点で交わるように前記焦点に向けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記各発光部は、
   同一平面上に配置されており、
   隣接する前記光学系同士の間隔が、隣接する前記発光素子同士の間隔よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光学系は、凸レンズ、凹面鏡、又は、レンズ若しくは鏡面を組み合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記発光素子から前記光学系の主点までの距離が、前記光学系の主点から前記焦点までの距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 請求項１に記載の照明装置がアレイ状に複数配置されている照明アレイ装置。
7. 予め設定された発光状態パターンで各発光素子が発光するように前記発光素子を制御する制御装置、をさらに備えることを特徴とする照明アレイ装置。

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