JP4768360B2 - 照明手段および一次光学素子 - Google Patents

Description

本願特許明細書はドイツ連邦共和国特許明細書第１０ ２００４ ０４１ ８７２．１号、第１０ ２００５ ０１５ １４９．３号および第１０ ２００５ ０１７ ５２８．７号の優先権を主張し、したがってこれらの特許明細書のそれぞれの開示内容は参照により本願明細書に取り入れられる。

本発明は照明手段および一次光学素子に関する。

この種の照明手段は例えば自動車においてヘッドライトに使用される。自動車のヘッドライトの放射特性に関しては多くの国において、例えば、自動車ドライバにとっての交通空間の十分な照明も、対向車両の乗員の眩惑の回避も保障されるべきものとする法的な規格が定められている。このような規格においては通常の場合、放射特性に関する鮮明な明暗移行部が規定されている。

従来のヘッドライトにおいては光源として白熱ランプまたは放電ランプが設けられている。ここでは所定の放射特性が、ビーム路内に配置されているシェードまたはブレードとしてのいわゆる「シャッター」を用いて、また必要に応じて、例えばレンズが後置されているリフレクタのような光学系も用いて実現される。これらのシャッターは殊に鮮明な明暗移行部を達成するために使用される。

もっともこの種のシャッターはこのシャッターに入射する光を吸収するか、光を不所望な方向に偏向させるので、その光をもはや有効光として使用することができない。これによって、相応のヘッドライトの効率は低減される。

したがって本発明の課題は、効率が改善されている冒頭で述べたような照明手段を提供することである。さらには、この種の照明手段のための有利な一次光学素子が提供されるべきである。

照明手段に係る課題は、光源と光学装置との間には、光入射部および光射出部を有する一次光学素子が配置されており、一次光学素子は所定の放射特性に対応する放射特性を、一次光学素子における所期の反射と、光学装置を用いる光射出部の所期の投影または光源から放射される光のビーム路内に存在する仮想の面の所期の投影とによって形成するによって解決される。

一次光学素子に係る課題は、一次光学素子が非結像式のコンセントレータとして構成されており、コンセントレータは、コンセントレータの通常の使用に比べて反対方向にビームを通過させるために設けられており、一次光学素子の光射出部は平面的に見て、第１の横の辺および第１の横の辺と向かい合う第２の横の辺を有する細長い形状を有し、第１の横の辺から光入射部までの距離は、第２の横の辺から光入射部までの距離よりも短いことによって解決される。

所定の放射特性を有する本発明による照明手段は、放射方向において光学装置が後置されている光源を有し、光源と光学装置との間には、光入射部および光射出部とを備えた一次光学素子が配置されている。所定の放射特性に対応する放射特性の形成は、光学装置を用いる光射出部の面またはビーム路内に存在する仮想の面の投影を含む。仮想の面は放射方向において光射出部に後置することができるか、完全にまたは部分的に一次光学素子の内部に設けることができる。仮想の面は平面状、非平面状および／または湾曲状に形成することができる。

照明手段の実施形態においては、有利には所定の放射特性が、一次光学素子の光射出部の横断面の相応の形状によって光射出面または仮想の面の投影と関連して達成される。

有利には、所望の放射特性の形成は一次光学素子内での所期の反射を含む。すなわち一次光学素子は、光錐体の所望の特性が一次光学素子において特別な形状および／または特別な延在経過を有する一次光学素子の反射性の面における所期の反射よって形成され、その結果照明手段の所定の放射特性に対応する放射特性を、光錐体が入射する実際の面または仮想の面の光学装置を用いる投影によって実質的に生じさせることができるように形成されている。

照明手段は殊に有利には、自動車、電車、飛行機などの輸送手段のためのヘッドライト照明手段である。

所定の放射特性は有利には、主放射方向に対して垂直な横断面において不均質な光密度分布を有する光錐体を含む。このことは有利にはただ１つの照明手段を用いるだけで実現することができる。

光錐体は有利には、横断面の端部において最も明るい領域または隣接する複数の最も明るい領域を有する。最も明るい領域は例えば走行方向における道路を照明するために使用され、これに対して対向車および路肩は比較的弱いビーム強度でもって放射される。最も明るい領域を生じさせるために、光が有利には光射出部の第１の横の辺の線分上または第１の横の辺の近傍に収束される。

付加的にまたは択一的に、光錐体は横断面の端部において有利には急峻な明暗移行部を有する。「急峻な」明暗移行部とは有利には、光錐体の横断面がこの横断面の面積に比べて小さい領域内の端部において少なくとも９０％、有利には少なくとも９５％、殊に有利には少なくとも９８％の光強度の低減を有する。光強度が急峻に低減する領域の幅は有利には、光錐体の横断面の最も長い個所よりも少なくとも１０倍、有利には１５倍、殊に有利には少なくとも２０倍短い。非常に有利には、殊に光錐体の横断面が照明手段から２５ｍの距離を置く。照明手段からのこの程度の距離では、有利には放射される光錐体が起こりうる他の所定の特性も有するべきである。殊にこのことは、通常の場合放射特性が遠い場所において重要となるヘッドライト照明手段に該当する。この種の明暗移行部でもって、不所望または不要な領域の照明を回避することができ、また同時に所望の領域の効果的な照明を達成することができる。

照明手段の有利な実施形態においては、急峻な明暗移行部の輪郭が２つの部分区間を有し、これらの部分区間の主延在方向は、これらの主延在方向が光錐体の横断面の外側において１６０°以上且つ１７０°以下の角度を形成するように相互に傾斜されている。このような形状の光錐体は殊に自動車のロービームのために設けられている。このロービームは照明手段を用いることにより簡単且つ効果的に形成することができる。

光源は別の実施形態によれば少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。有利には光源は複数の発光ダイオードを有する。複数の発光ダイオードは有利には線形状に配置されている。複数の発光ダイオードに一次光学素子を１つだけ対応付けることによって、殊に高い光強度を有する小型の寸法の照明手段を実現することができる。さらには一次光学素子を複数の発光ダイオードに所期のように適合させることは、所望の放射特性を効率的に実現するために有利である。

発光ダイオードは好適にはビーム放射型の半導体ボディおよびルミネセンス変換エレメントを有し、このルミネセンス変換エレメントは半導体ボディによって形成されるビームを少なくとも部分的に別の波長のビームに変換する。これによって殊に白い光を形成することができる。このために半導体ボディによって形成されるビームとルミネセンス変換エレメントによって形成されるビームとが有利には一次光学素子において混合される。

ルミネセンス変換エレメントは好適には半導体ボディに、有利には層状に被着されている。

照明手段の殊に有利な実施形態によれば、光入射部は光入射面または光入射開口部を有し、これらは１つまたは複数の発光ダイオードの側方の広がりの１．５倍以下、有利には１．２５倍以下の幅を有し、この際１つまたは複数の発光ダイオードの側方の広がりは光入射面または光入射開口部の幅に沿った長さを有する。

このような小さい光入射部は、電磁ビームが放射される立体角を光学素子でもって、可能な限り半導体チップの近傍において小さくするためには有利である。そのような場所においては一次光学素子の横断面の面積、したがってビーム錐体の横断面の面積も小さい。このことは、可能な限り小さい面に可能な限り高いビーム強度を投影することに照明手段が適しているべき場合には殊に有利である。幾何学的な光学系における重要な保存量はエテンデュー、すなわちビーム密度である。ビーム密度は光源の面積と、ビームが放射される立体角との積である。エテンデューを保持することによって、拡散性のビーム源、例えば半導体発光ダイオードの光をもはや集中させることができなくなる、すなわち拡張部が比較的小さい面にもはや偏光させることができなくなるので、そのために可能な限り小さい横断面を有する光束が光学素子に入射することが有利である。

したがって、光入射部が小さい場合に半導体チップから放射される全てのビームを光学素子に到達させることができるようにするために、光入射部と発光ダイオードチップが相互に可能な限り短い距離を有することが必要である。この距離は有利には、５０μｍ以下、有利には３０μｍ以下、殊に有利には１０μｍ以下である。択一的には少なくとも１つの発光ダイオードチップが直接的に光入射部に接している。発光ダイオードチップにルミネセンス変換材料が設けられている場合には、相応にこのルミネセンス変換材料が光入射部に接している。

一次光学素子は入射する光錐体の発散を有利には、光錐体が光射出部からの放射後に０°から４５°、有利には０°から３０°の開口角度を有するように低減する。

光源は有利には白色光を放射する。

光学装置は有利にはレンズまたはレンズ結合体である。有利には、光学装置は少なくとも１つの自由形状レンズを包含する。

照明手段に適した一次光学素子は有利には、一種の非結像式のコンセントレータとして構成されている。この一次光学素子はコンセントレータの通常の使用と比較すると、反対方向にビームを通過させるために設けられている。この種のコンセントレータは好適には、光射出部よりも小さい横断面を有する光入射部を有する。

一次光学素子は有利には、光入射部から光射出部に延在し、且つ光を所期のように反射することに適している反射性の側壁を有し、その結果所望の特性を有する光錐体を成形することができる。光錐体の特性は殊に僅かな発散、所定の横断面形状、急峻な明暗移行部および／または横断面内の不均質な光密度分布または照明強度分布である。付加的に、光は光入射部から光射出部への経路において有利には混合されるので、一次光学素子は非結像式である。光は有利には、入射する光錐体の光入射部側に存在するビーム特性が光射出部側では混合に基づき失われるように、もしくは所定の放射特性を達成するために著しく変化するように混合される。

殊に有利には一次光学素子の光射出部が、平面図で見ると、細長い形状の輪郭を有し、この輪郭は第１の横の辺と、この第１の横の辺と向かい合う第２の横の辺とを有する。

殊に有利には第１の横の辺から光入射部までの距離は、第２の横の辺から光入射部までの距離よりも短い。これによって殊に不均質な光密度分布を効果的に光射出部に結像させることができる。

好適な実施形態においては一次光学素子が基体を有し、この基体は空隙を規定し、またこの空隙の内壁は少なくとも可視電磁ビームのスペクトル部分領域に対して反射性である。この種の一次光学素子は、例えば空隙内に配置することができるおよび／または基体に統合することができる光源と良好に組み合わせることができる。

択一的には、一次光学素子は誘電性のコンセントレータとして構成されており、このコンセントレータの基体は適切な屈折率を有する誘電性の材料からなる中実体であるので、光入射部を介して入力結合される光は中実体の側方の境界面における全反射によって、光入射部を光射出部と繋いでいる包囲媒体に反射される。この実施形態でもって、内部の全反射の高い効率に基づき殊に高い効率を達成することができる。

有利には一次光学素子は、光入射部を介して入射する光を内部反射によってコリメートするように、すなわち入射する光の発散を低減するように構成されている。殊にこのために、コンセントレータとして構成されており、且つコンセントレータの通常の使用と比較すると反対方向にビームを通過させるために設けられている一次光学素子の使用は有利である。

殊に有利には一次光学素子は、光入射部を介して入射し、実質的に所定の光密度分布に対応する不均質な光密度分布を有する光を光射出部または仮想の面において結像するように構成されている。仮想の面は一次光学素子におけるビーム誘導によって設定されているビーム路内に配置されている。有利には、仮想の面が一次光学素子の放射方向において光射出部に後置されている。

不均質な光密度分布または照明強度分布は多くの用途において必要とされ、殊に自動車のヘッドライトにも必要とされる。このような分布は有利にはただ１つの一次光学素子を用いるだけで達成することができ、このことは照明手段の小型の形状を実現する。択一的には、照明手段における複数の一次光学素子または複数の照明手段を、所望の光密度分布または照明強度分布を達成するために相互に組み合わせることもできる。

好適には、一次光学素子は光入射部を介して入射する光を内部反射によって混合するよう構成されている。これによって、光射出部に結像される光特性が実質的に、光入射部に入射する光特性に依存しないことを達成することができる。

別の有利な実施形態においては、一次光学素子が光射出部側において、少なくとも１つの丸められた角を有する多角形の形状の横断面を有する。換言すれば、横断面は実質的に多角形、有利には四角形または五角形の形状を有するが、この多角形の少なくとも１つの角または全ての角は角張っておらず、丸まっている。これによって、明暗移行部をその経過において幾らか弱めることができ、したがって調節することができる。

他方では一次光学素子を用いることにより、少なくとも光射出部側の区間において角張った横断面を有し、光の均質な混合を達成することができるので、角は択一的に丸まっていなくてもよい。

丸まった角を有する一次光学素子は例えば、トランスファー成形または射出成形のような成形法を用いて容易に製造することができる。何故ならば、この種の製造方法においては角を埋めることは比較的困難だからである。

付加的または択一的に、一次光学素子は少なくとも光入射側の区間において、並んで配置されており、且つ光射出部の方向に延在する複数の光チャネルを有し、これらの光チャネルは側方において隣接する光チャネルと重畳している。光チャネルは有利にはそれぞれ円形の横断面を有する。光チャネルを用いることにより、光入射部を介して入射する光に一次光学素子内での優位偏光方位を与えることができ、このことは特別な不均質の光密度分布を形成するために有利である。

光チャネルは光射出部までの経過において殊に有利には、少なくとも１つの光チャネルが完全にその他の光チャネルに吸収されるように収束する。これによって異なる光チャネルの光を共通の領域に偏向、殊に収束することができる。

一次光学素子は光射出部の近傍において殊に有利には、放射すべき光錐体のための所定の横断面形状としての横断面形状を有する。これによって殊に、シェードを使用することなく鮮明な明暗移行部を達成することができ、またこの種の一次発光素子を有する照明手段の効率を相応に上昇させることができる。横断面形状は別の有利な実施形態によれば非対称的である。

殊に有利には、光射出部の第１の横の辺は２つの部分区間を有し、これらの部分区間の主延在方向は、この主延在方向が光射出部の横断面の外側において１６０°以上且つ１７０°以下の角度を形成するように相互に傾斜されている。有利には、光射出部の近傍における一次光学素子の区間も、このように形成された横の辺を有する。これによって、殊に自動車のロービームにとって有利である形状を有する光錐体を形成することができる。

一次光学素子は有利には、複合放物面集光器（Compound Parabolic Concentrators, CPC）、複合楕円面集光器（Compound Elliptic Concentrators, CEC）、複合双曲面集光器（Compound Hyperbolic Concentrators, CHC）として構成されている。殊に有利には、一次光学素子の反射面は所望の放射特性を最適に調節するために自由形状面として構成されており、この場合一次光学素子はその基本形状が有利にはＣＰＣ、ＣＥＣまたはＣＨＣに類似する。

好適には一次光学素子は凸状に湾曲している反射面を有する。これによって光錐体をコリメートすることができ、また横断面構造および／または光密度分布に関して効率的に成形することもできる。同時に照明手段の高い効率をこの種の一次光学素子でもって達成することができる。

一次光学素子の横断面の面積は光入射部から光射出部までの経過において有利には拡大し続ける。択一的に、一次光学素子は、光射出部までの経過において拡大し続ける横断面を有する区間と、一定の横断面を有する区間とからなる。これによっても放射効率を改善することができる。

本発明のさらなる特徴、利点、有効性は図１から２０と関連させた照明手段および一次光学素子に関する実施例の以下の説明から明らかになる。

図面に示した素子は必ずしも縮尺通りに示されているのではなく、むしろより良い理解のために部分的には誇張して大きく示されている。同一の素子または同様に作用する素子には図面において同一の参照符号が付されている。

図１から図３に示されている、所定の放射特性を有する照明手段の実施例は光源１と、光源１に後置されているレンズとしての光学装置２とを包含し、光源１と光学装置２との間には、特別に成形されたＣＰＣ（複合放物面集光器）として構成されている、光入射面４と光射出面５とを備えた一次光学素子３が配置されている。この一次光学素子３の光導性の機能に基づき一次光学素子３を光導体と称することもできるが、照射する光の特性および影響は光導体の機能を遙かに上回るものである。所定の放射特性に対応する放射特性は、光学装置を用いる光射出面５の投影によって達成される。

光学装置を用いることにより、例えば光射出部５における照明強度分布が方向分布または放射特性に変換される。

図２には具体的に説明するために、光線追跡法を用いて求められた光ビーム群が示されている。

光源１として有利には１つのＬＥＤまたは複数のＬＥＤの結合体が使用される。

さらに有利には白色ＬＥＤが使用される。この種のＬＥＤは例えば青色スペクトル領域で放射する半導体チップを有し、この半導体チップにはルミネセンス変換エレメントが後置されている。ルミネセンス変換エレメントは半導体ボディによって形成された光の一部を別の波長、例えば黄橙色スペクトル領域の光に変換し、その結果全体として白色の印象が得られる。均質な色印象に関しては、ルミネセンス変換エレメントを層状に、例えば蛍光体層として半導体ボディに被着することが有利である。

もっともそのようなＬＥＤの投影の際には、半導体チップの発光表面自体が結像される。これによって輝度経過の実現が阻害されるので、このために従来では通常の場合、付加的な拡散体が必要とされている。

これに対して本発明においては、半導体ボディおよびルミネセンス変換エレメントによって形成される光が光導体、例えば特別に成形されているＣＰＣに集光され、混合され、配向されて再び放射される。別個の拡散体を省略することができる。

発光ダイオードとして殊に面放射器、例えば薄膜発光ダイオードチップが適している。

薄膜発光ダイオードチップは殊に以下の特徴により優れたものである：
−ビーム形成エピタキシャル層列において支持素子に対向する第１の主面には、エピタキシャル層列において形成される電磁ビームをこれに逆反射させる反射層が被着されている、もしくは形成されている；
−エピタキシャル層列は２０μｍ以下、殊に１０μｍ以下の範囲の厚さを有する；
−エピタキシャル層列は、混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層を包含し、この半導体層は理想的にはエピタキシャルに作成されたエピタキシャル層列において光をほぼエルゴード的に分散させる。すなわちこのエピタキシャル層列は可能な限りエルゴード的な確率的散乱特性を有する。

薄膜発光ダイオードチップの原理は例えばI. SchnitzerらによるAppl. Phys. Lett. 63 (16)、１９９３年１０月１８日、第２１７４頁から第２１７６頁に記載されており、この刊行物の内容はその限りにおいて参照により本明細書に取り入れられる。

薄膜発光ダイオードチップはランベルトの表面放射器に非常に類似するものであり、したがって照明手段における使用、殊にヘッドライトに非常に適している。

本発明の別の変形形態においては、ＬＥＤとして例えば赤、緑および青のスペクトル領域で放射する複数の半導体ボディを備えたＬＥＤを使用することができる。半導体チップの相応の制御によって、この種のＬＥＤを用いて同様に白色光を形成することができ、ここでもやはり異なる半導体ボディから放射される光の混合は有利である。

白色ＬＥＤの別の変形形態においては、ルミネセンス変換エレメントが、半導体ボディを包囲する成形材料、例えば注型材料の形で実施されており、この成形材料内には相応の蛍光体粒子が分散されている。成形材料として例えば、エポキシ樹脂または（比較的高い放射安定性に基づき有利である）シリコーン樹脂のような反応性樹脂が適している。この変形形態においては確かに原理的には、形成されるビームの波長が異なることに起因する不均質な色印象が成形材料において生じる可能性がある。しかしながらこの色不均質性は有利には、光導体におけるビームの混合によって補償調整される。

光導体の光射出面５は所定の放射特性に応じて成形されており、ここではシャッターが必要とされることなく、外部輪郭のその都度の選択によって鮮明な明暗移行部を実現することができる。したがって本発明は殊に、シャッターが設けられていない所定の放射特性を有する照明手段に関する。

光射出面５の形状は原理的に、光学装置による所定の放射特性の光射出面５への逆投影（Rueckabbildung）によって求めることができる。これに対して光入射面４は最適な光入力結合に関して、光源、例えば上述のような１つまたは複数のＬＥＤに適合されている。自動車ヘッドライトのために特別に成形されたＣＰＣとしての光導体の斜視図が図４および図５に示されている。

図４および図５に示されている一次光学素子は非結像式のコンセントレータとして構成されている。もっともコンセントレータのような一次光学素子３はコンセントレータの通常の使用のために設けられてはいない。むしろ一次光学素子３はコンセントレータの通常の使用に比べて、その使用時には反対方向にビームを通過させる。したがって光入射部４は有利には一次光学素子３の光射出面５よりも小さい横断面積を有する。

一次光学素子３は誘電性のコンセントレータとして構成されており、その基体は適切な屈折率を有する誘電性の材料からなる中実体である。光入射部４は基体の光入射面として構成されており、また光射出部５は基体の光射出面として構成されている。光入射部４と光射出部５は一次光学素子３の側面を介して相互に結ばれており、この側面において光は全反射により向きが変えられる。

少なくとも一次光学素子３の光射出部５は細長い形状を有する。すなわち、光射出部５の横断面は最長延在部と最短延在部、ないし長さ（横）と幅（縦）を有し、この場合長さは幅よりも長い。一次光学素子３の側面は湾曲して構成されており、光射出部５の縦の辺を光入射部と結ぶ側面は、光射出部５の横の辺を光入射部４と結ぶ側面よりも大きな曲率を有する。側面は自由形状面として構成されており、その形状は所定の放射特性を一次光学素子３内でのこの側面における所期の反射によって形成できるよう最適化されている。

側面は殊に、入射する光が内部反射によって混合もコリメートもされるように成形されており、その結果光入射部４に入射する光の像は光射出部５には結像されず、また入射する光は内部反射によって光射出部の側では光入射部の側よりも僅かな発散を有する。

さらには光が例えば一次光学素子で、所期の反射によって、有利には光射出部の限られた領域に配向され、その結果いわゆるホットスポットを有する不均質な光密度分布が生じる。このホットスポットは光射出部５においては横の辺のうちの一方の近傍に存在する。

図４および図５に示されている一次光学素子では、この横の辺が実質的に直線的な２つの部分区画を有し、これらの部分区画の主延在方向は、この主延在方向が光射出部の外側において約１６５°の角度を形成するように相互に傾斜されている。このように構成されている一次光学素子３は自動車のヘッドライト照明手段に殊に適している。自動車用のヘッドライトの放射特性は事前に設定されており、走行方向にある道路が最も明るく照らし出され、且つ光錐体が外面に向かって、すなわち一方では対向車両の側、他方では路肩側において比較的弱い光強度を有するような性質を有する。

対向車のドライバの眩惑を回避するために、さらに有利には、光錐体の上部縁がこの対向車側において実質的に水平方向に延在し、且つ鮮明な明暗移行部を有する。これに対して対向車線から離れた車線側に関しては、水平線に対して斜めに延びる光錐体の上部縁が例えば約１５°の角度を有する。この種の仕様は、前記において図４および図５に基づき説明したような一次光学素子を用いて、ないしは前記において図１から図３に基づき説明したような照明手段を用いて殊に良好に実行することができる。同時に一次光学素子３の光入射部に入力結合される光の効果的な使用が可能である。

図６は、図１から図５に基づき説明した前述の照明手段から２５ｍの距離を置いた検出器の照明強度グラフを示す。

グラフはｘ方向において−５０００ｍｍから５０００ｍｍに伸びており、ｙ方向においては約−２０００ｍｍから２０００ｍｍに伸びている。刻まれている軸に沿った光束もプロットされている。本発明でもってシャッターを要することなく実現される鮮明な明暗移行部が強調されている。さらにはこの照明強度グラフにおいては、光密度分布が光錐体の横断面の中心において最も明るい領域、ホットスポットを有する（ｘ方向の約５００ｍｍにおける最大を参照されたい）。照明手段を用いてこのような照明強度グラフを形成するために重要であることは、一方では一次光学素子３の特別な構成および形状、殊にその反射面であり、他方では光学装置２を用いた一次光学素子３によって形成される光の像の所期の投影である。ここでは、光射出部または、ビーム路において殊に光射出部と光学装置２との間に配置されている仮想の面を光学装置の使用により投影することができる。

図７に示されている照明手段６では光射出部５が実質的に矩形の横断面を有し、この横断面の角は丸められている。角を丸めることによって、放射すべき光錐体の明暗移行部における輝度経過を幾らかぼやけさせることができる。

一方では横の辺および光錐体の上部縁における可能な限り急峻な明暗移行部が望ましいが、この明暗移行部は他方では極端に急峻に構成されるべきものではない。何故ならば、このような急峻な明暗移行部は殊に自動車のヘッドライト照明手段においては障害となる可能性があるためである。

一次光学素子３を用いることにより、この一次光学素子３の側面３４の形状および構成に基づいて、入射する光が効率的に使用される場合には殊に鮮明な明暗移行部を達成することができるので、放射されるビーム強度立体角に関する著しい損失が生じることなく、この移行部をぼやけさせるまたは弱めるための付加的な措置を講じることは有利となる。

実質的に矩形の横断面を有する光射出部５の少なくとも１つの角を丸めることに付加的にまたは択一的に、明暗移行部を簡単にぼやけさせることができるように光学装置２を構成することができる。例えば光学装置を投影レンズとして構成することができ、この光学装置の焦点合わせ領域は湾曲した仮想の面上にある。

焦点合わせ領域の内部領域は例えば光射出部５の主延在平面上にあり、これに対し焦点合わせ領域の外部領域は光射出部５の主延在平面とは離れるように湾曲している仮想の部分面上にある。光学装置２はこのために投影レンズのような自由形状レンズとして構成されている。これによって光射出部の輪郭が投影レンズの鮮明な領域の外部にあることが達成され、したがって所定の放射特性に応じて放射される光錐体の明暗移行部の最適な経過を効率的に構成することができる。明暗移行部を調節するためのこの措置は本発明による全ての一次光学素子ないし全ての照明手段において適用することができる。

図８に示されている照明手段６は、図７に基づき前述した照明手段との相違点として光学的な偏光素子１０を包含し、この偏光素子１０は光源１と一次光学素子３との間のビーム路に配置されている。この種の偏光素子１０は、光源１を一次光学素子３の主放射方向に依存せずに配置または配向することができる。例えば、光源１の主放射方向が一次光学素子の主放射方向に対して実質的に垂直な経過を有するように、光源１を一次光学素子３に対して配向させることができる。

偏光素子１０は反射性の外側面を有する誘電性の中実体として構成することができるか、反射性の内側面を有する中空体としても構成することができる。この偏光素子１０の光入射部は有利には光源に適合されており、またこの偏光素子１０の光出力部は有利には適合された横断面でもって隙間無く一次光学素子３の光入射部４と結ばれている。

図９および図１０に示されている一次光学素子３は基体を有し、この基体は空隙３２を規定する。空隙と接する基体の内壁は反射性に構成されている。空隙３２および反射性の内壁３３を備えたこのような一次光学素子３においては、光源を部分的または完全に一次光学素子３内に配置することができる。択一的に、一次光学素子３を光入射部４側において光源を包囲する枠に繋げることができる。

別の択一形態においては一次光学素子を誘電性の素子として構成することができ、そのような一次光学素子の境界面においては屈折率の急激な変化に基づき全反射が行われる。この種の誘電性の一次光学素子の出力結合の効率は、空隙を有する一次光学素子に比べて高い。何故ならば、１００％までの反射率での内部全反射に基づき、一次光学素子においては光が殆ど吸収されないからである。

光入射部４は細長い形状を有する。光入射部４には例えば複数の発光ダイオードチップが設けられており、これらの発光ダイオードチップは直線状に配置されており、また例えば正方形のビーム出力結合面を有する。択一的に、光入射部４の横断面は細長い形状ではなく、例えば縁が丸まっているもしくは丸まっていない正方形のような形状を有していてもよい。同様に光入射側は円形の横断面または一般的に４段式の対称性を有する横断面、例えば偶数の角を有する多角形の横断面を有していてもよい。

光射出部５は第１の横の辺、第２の横の辺ならびにこれら２つの横の辺を相互に結ぶ２つ縦の辺を持つ長く伸びる横断面を有する。図１０の概略的な断面図から見て取れるように、第１の横の辺５１から光入射部４までの距離は、この第１の横の辺５１と向かい合う第２の横の辺５２から光入射部４までの距離よりも短い。光射出部５の主延在平面への光入射部４の投影までの第１の横の辺５１の距離５３は、光入射部４のこの投影までの第２の横の辺５２からの距離よりも短い。

２つの横の辺５１，５２を光入射部４と結ぶ一次光学素子３の反射性の面３３は、両方とも凸状に湾曲している。第１の横の辺５１を光入射部４と結ぶ側面は、一次光学素子３の主延在方向に関して、第２の横の辺５２を光入射部４と結んでいる、この側面と向かい合う側面の部分よりも急な経過を有する。光射出部５の縦の辺を光入射部４と結ぶ側面は同様に凸状の湾曲部を有する。この湾曲部は例えばその他の側壁の湾曲部よりも大きく湾曲している。

図９および図１０に示されている一次光学素子３でもって、有利には不均質な光密度分布を光射出部５側で形成することができる。この不均質な光密度分布は、殊に第１の横の辺５１の近傍に少なくとも１つの最も明るい領域を有する。したがって一次光学素子は同様に、殊に自動車のヘッドライト照明手段に適している。

光射出部または放射方向において光射出部に後置されている仮想の面における所定の光密度分布の結像に加えて、一次光学素子３に入射される光はこの一次光学素子３において混合およびコリメートされる。

光射出部５の第１の横の辺５１が光射出部５への光入射部４の投影までの距離５３を有し（図１０において波線によって表されている）、且つこの距離５３が第２の横の辺５２から光入射部４の投影までの距離よりも短い場合には、所定の形状を有する光錐体についてのビーム成形および光密度分布は殊に効果的であることが判明した。換言すれば、光射出部５を平面図で見ると、光入射部４は第１の横の辺５１へとずらされている。

光射出部５と光入射部４のこのような相互的な配置は、光入射部４を光射出部５と結ぶ側面を、可能な限り高い光密度の達成、可能な限り大きなコリメートの達成、所望の光密度分布の結像および／または光錐体の所定の横断面の結像に関して最適に構成することを可能にする。側面は殊に自由形状面として構成されており、その形状はそれぞれ前述のパラメータのうちの１つまたは全てのパラメータに関して最適にされている。

側面の形状の他に、光入射部４と光射出部５との間の距離ないし一次光学素子３の長さも重要である。この距離ないし一次光学素子３が長くなればなるほど、一次光学素子３を用いて達成することができる混合および／またはコリメートの度合いはますます良好になる。これに対して、短い長さを有する一次光学素子は有利には非常に小型である。

図９および図１０に示されている一次光学素子の長さは例えば、光入射部４の幅の少なくとも２倍であり、光入射部４の幅の最大で２０倍である。長さ、すなわち光入射部４と光射出部５との間の距離は例えば少なくとも３ｍｍ、有利には少なくとも５ｍｍ、また最大で１５ｍｍである。

これに対して、図１１から図１３に示されている一次光学素子は、光入射部４の幅の少なくとも５倍、有利には光入射部４の幅の少なくとも１０倍、殊に有利には光入射部の幅の少なくとも１５倍である長さを有する。例えば、一次光学素子は光入射部４の幅の２０倍以上の長さを有する。長さは例えば少なくとも１０ｍｍ、有利には少なくとも１５ｍｍまたは２０ｍｍ以上である。

図９および図１０に示されている一次光学素子も、図１１から図１３に示されている一次光学素子も、横断面が矩形状に構成されている光射出部５を有し、この際矩形の角は丸められている。これによって、前述したように放射すべき光錐体の鮮明な明暗移行部を幾らか弱めることができる。明暗移行部の経過、殊に明暗移行部の長さをこの措置によって調節することができる。有利には、光射出部５の横断面だけでなく、光射出部５の近傍における一次光学素子３の少なくとも一部の区間の横断面も丸められた縁を有する。

図１２、殊に図１３から見て取れるように、光射出部５の第１の横の辺５１から光入射部４までの距離５１図は、この光射出部５の第１の横の辺５１と向かい合う第２の横の辺５２から光入射部４までの距離よりも短い。第１の横の辺５１も第２の横の辺５２も光入射面４の横の辺までの側方の距離を有する。すなわち、光射出部５の横の辺５１，５２は光射出部５を平面図で見ると、光入射部４の横の辺から距離を置いている（図１３を参照されたい）。この際、第１の横の辺５１の横方向の距離５３は光射出部５の第２の横の辺の横方向の距離よりも短い。

光入射部４の横の辺は、この横の辺の主延在方向が光射出部５の横の辺５２，５１に対して実質的に平行に経過する。光入射部４の残りの辺はこの光入射部の縦の辺である。これらの関係は、光入射部の縦の辺が光入射部の横の辺と同じ長さであるか、それ以上の長さである場合にも有効である。

光入射部は、線形に配置されている複数の発光ダイオードに対して設けられている。線は有利には直線的な経過を有する。しかしながら線の形状は湾曲部または角を有していてもよい。しかしながら線は有利には真っ直ぐに伸びた形状を有する。

このために半導体チップは殊に有利には一列に配置されている。しかしながら、半導体チップが全体として線形状の配置を形成する限り、半導体チップを複数の列、例えば２つの列に配置することもできる。そのような場合には複数の列が共通して線の形状を形成する。

例えば一次光学素子は少なくとも３つ、有利には少なくとも５つの発光ダイオード１１に対して設けられている。一次光学素子３を備えた照明手段は例えば最大で２０または３０の発光ダイオードチップを有する。

光入射部４は発光ダイオードチップ１１の大きさに適合されている。光入射部４は発光ダイオードチップ１１の相応の拡大部とほぼ同じであるか、僅かに大きい幅を有する。光入射部の幅、すなわち光入射面または光入射開口部の幅は有利には、発光ダイオードの相応の側方の広がりの１．５倍以下であって、この場合発光ダイオードの側方の広がりは光入射面ないし光入射開口部の幅に沿った長さにされる。有利には光入射部の幅は発光ダイオードチップ１１の側方の広がりの１．２５倍以下である。例えば光入射部４の幅は発光ダイオードチップ１１の相応の側方の広がりの１．１倍以下である。

この種の一次光学素子３を備えた照明手段では、発光ダイオードチップが光入射部４の可能な限り近くに配置されている。発光ダイオードチップ１１は例えばそれぞれ固有の発光ダイオードケーシングを有するのではなく、発光ボディ、例えば半導体ボディが例えば１００μｍ以下の僅かな距離を相互において配置されている。有利には、照明手段として例えばＡｌＩｎＧａＮベースの半導体発光ダイオードが使用される。しかしながら付加的または択一的に、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を使用することも可能である。殊に有機発光ダイオードにおいては、ただ１つの発光ダイオードを線形に構成することが可能である。すなわち、発光ダイオードの光結合面が線形に、また有利には真っ直ぐ伸びて構成されている。

前述の図９から図１３に基づき説明した一次光学素子３はいずれも、光入射部４から光射出部５までの経過において横断面は縮小していかない。横断面の面積はこの一次光学素子においては有利には拡大し続ける。しかしながら一次光学素子は横断面の面積が一定である区間を有することもできる。一般的に、横断面の面積が変化することなく横断面の形状を変化させることが可能である。

図１４および図１５ならびに図１６から図１８に示した一次光学素子３においては、光入射部４から光射出部５までの経過において、横断面の面積が縮小する区間が存在する。この場合、横断面の面積は有利には、その面積が最大になる個所を通過すると、光射出部までのさらなる経過において縮小していく。

殊に有利にはこの実施形態においても、光射出部５の第１の横の辺５１を光入射部と結ぶ側面も、光射出部５の第２の横の辺５２を光入射部４と結ぶ側面も湾曲して構成されている。殊に有利には、これらの側面は自由形状面として構成されており、所定の特性を有する光錐体の形成に関して最適化されている。所定の特性には例えば最大限の発散、光密度分布、光錐体の形状ならびに、光錐体の少なくとも１つの横の辺に沿った可能な限り鮮明な明暗移行部が含まれる。

殊に、有利にはただ１つの最も明るい領域または隣接して配置されている複数の最も明るい領域を有する不均質な光密度分布を、特別に成形された側面での内部反射によって実現することができる。

光射出部５はいずれの一次光学素子３においても、第１の横の辺５１と第２の横の辺５２とを備えた細長い形状を有する。第１の横の辺５１は第１の部分区間５６および第２の部分区間５７を有し、これらの部分区間の主延在方向は、これらの主延在方向が光射出部５の外側において１６０°以上且つ１７０°以下の角度５８を形成するように相互に傾斜されている。例えばこの角度５８は約１６５°である。これらの部分区間５６，５７は有利にはそれぞれ直線的に実施されているが、部分的にまたは完全に湾曲した経過を有することもできる。

最大放射角度は実施例に示されている一次光学素子３では非対称的である。

図１４および図１５に示されている一次光学素子３においては、光射出部５の横の辺５１が光入射部４の領域内で側方に伸びるように、光入射部４に向かって側方にずらされている。換言すれば第１の横の辺５１は、光射出部５を平面的に見ると、部分的に光入射部４の内側に配置されている。

第１の横の辺５１も第２の横の辺５２も光入射部４の縦の辺まで距離５３，５４を有する。光射出部５の第１の横の辺５１から光入射部４の一番近い縦の辺までの側方の距離５３は有利には、第２の横の辺から光入射部４の一番近い縦の辺までの側方の距離５４よりも短い。

光射出部５の横断面は複数の角を持つ形状を有する。これらの角は、放射すべき光錐体の明暗移行部の経過を調節するために部分的または完全に丸めることもできる。このことはやはり、図１６から図１８に示されている一次光学素子３、また光射出部５の横断面が角を有する他の全ての一次光学素子に対しても該当する。

長手方向の断面において膨らみを持つ一次光学素子３の形状、また光入射部４と光射出部５の相互の側方の配置でもって、不均質な光密度分布および鮮明な明暗移行部を備えた所定の横断面を有する光錐体を殊に良好に生じさせることができる。

一次光学素子３の光射出部５の幅が変化しているので、その結果光射出部５の半分は他方よりも大きい横断面の面積を有し、ここでは第２の横の辺５２に対して垂直に伸びるとされる線によって半分に分割されている。

図１４および図１５に示されている一次光学素子においては、光出力部５の第１の横の辺５１を光入射部４と結ぶ側壁が、光入射部４から光射出部５まで延在する張り出し部５９を有する。張り出し部５９は例えば角張って構成されている。この張り出し部５９は、一次光学素子３を用いて発生させることができる不均質な光密度分布を調節するために使用される。この張り出し部５９の領域において反射される光は優位偏光方位を得て、殊に光密度分布の生じさせるべきホットスポットのための領域の方向に偏光される。

図１６から図１８に示されている一次光学素子３は同様に張り出し部５９を有し、この張り出し部５９は光入射部４を光射出部５の第１の横の辺５１と結ぶ側面に設けられている。張り出し部５９は例えば丸まった表面を有するが、この表面は角を有してもよい。この張り出し部５９は光入射部４から光射出部５の方向に延在し、また一次光学素子３の外壁に一種の光チャネルを形成し、この光チャネルを用いて光入射部４を介して入射する光に優位偏光方位を与えることができる。このことは不均質な光密度分布を光射出部５または、部分的に光射出部５と重畳している、もしくは一次光学素子３の放射方向において光射出部５に後置されている仮想の面に所期のように結像するために有利である。

張り出し部５９は例えば一次光学素子３の長手方向の一部にのみ延在し、例えば光射出部５までは達しない。

一次光学素子は第１の張り出し部が設けられている側壁とは反対側の側壁において、光チャネルとしての第２の張り出し部を有することができる（図示せず）。光チャネルを例えば一種の楕円のように成形することができ、この楕円は一次光学素子の基体から１つまたは２つの側面において、細長く延びる張り出し部の形で突出している。

第１の横の辺５１は光入射部４までの側方の距離５３を有し、この距離５３はこの第１の横の辺５１と向かい合う第２の横の辺５２から光入射部４までの距離よりも短い。

一次光学素子３に関しては、第１の横の辺５１から光入射部までの側方の距離５３が、第２の横の辺５２から光入射部までの側方の距離５４よりも少なくとも２０％、有利には少なくとも３０％、殊に有利には少なくとも５０％短い。これに関しては図１８を参照されたい。

図１９に示されている一次光学素子３は、横断面の長さが光射出部５の横断面の長さよりも長い光入射部４を有する。しかしながら択一的に、光射出部の横断面の長さを光入射部４の横断面の長さと同じ長さ以上にすることもできる。

一次光学素子は光入射部４側の一部において、並んで配置されており且つ光射出部５の方向に延在する複数の光チャネル８を有し、これらの光チャネル８は側方において隣接する光チャネルと重畳しており、また細長く伸びる複数の張り出し部として認識することができる。例えば、これらの光チャネル８の各々に別個の光源、有利には発光ダイオードチップが対応付けられている。一次光学素子は例えば３つ以上２０以下、有利には少なくとも５つの光チャネル８を有する。

光入射部４から光射出部５への経過において、光チャネル８のうちの少なくとも１つの光チャネルはその他の光チャネルに吸収される。光チャネル８は有利には集合するので、光チャネル８の数は光射出部の近傍においては少なくなる。例えば５つの光チャネル８はただ１つの光チャネルまたは２つの光チャネル８１に集束する。択一的に、全ての光チャネル８を光入射部４から光射出部５まで一次光学素子３の全体の長さにわたって完全に延在させることもできる。

光射出部５の横断面は光入射部４の横断面よりも広い幅を有する。側方において隣接する光チャネルと重畳する複数の光チャネルを備えた一次光学素子３は殊に有利には、所望の放射特性、殊に不均質な光密度分布を有する横断面、また所定の形状に相応し且つ急峻な明暗移行部を有する横断面形状を備えた光錐体を形成するためのものである。

光チャネル８は有利には円形の横断面を有するので、これらの光チャネル８は丸く細長く伸びる複数のアーチをもたらす。択一的または付加的に、光チャネル８のうちの１つ光のチャネル、または光チャネル８の複数の光チャネルは角を持つ横断面を有することもできる。

図１９に示されている一次光学素子は、横断面の面積が光放出部までの経過においてその面積が最小となる個所を通過した後に再び面積が増加していく光射出部５に接する区間を有し、その結果一次光学素子３の端部において漏斗状の形状が形成される。

光チャネルは例えば一次光学素子の基体に組み込まれている楕円状、放物線状、または他のやり方で湾曲または成形されている細長く伸びる面セグメントである。

図２０には、どのようにして一次光学素子３が光源１に取り付けられ、この光源１に相対的に調整することができるかが示されている。このために一次光学素子３はアライメントピン３９を有し、このアライメントピン３９は延長部３８に取り付けられている。この延長部は一次光学素子３の基体から光射出部５側において張り出している。一次光学素子３、延長部３８およびアライメントピン３９を有利には一体的に構成することができる。しかしながらこれらを２つまたはそれ以上の部品を、例えば接着または差し込みすることによって構成することができる。光源1はアライメントピン３９のための孔を有するので、一次光学素子を整合させて被せ嵌めすることができる。

実施例に基づく本発明の説明は、この実施例への限定として理解されるべきではない。本発明は殊に実施例に挙げられた特徴および他の記述において挙げられた特徴の全ての組み合わせを包含するものであり、このことはたとえそれらの組み合わせが請求項の対象でない場合であっても包含されるものである。種々の実施例において説明した個々の特徴は基本的には、他の実施例の特徴およびその実施例自体と組み合わせることができる。

針金格子モデルとしての照明手段の第１の実施例の概略図。 図１に示した照明手段の第１の斜視図。 図１に示した照明手段の第２の斜視図。 一次光学素子の第１の実施例の第１の斜視図。 図４に示した一次光学素子の第２の斜視図。 図４および図５に示した一次光学素子を使用する図１に示した照明手段により照明される検出器の照明強度図。 照明手段の第２の実施例の概略図。 照明手段の第３の実施例の概略図。 一次光学素子の第２の実施例の概略図。 図９に示した一次光学素子の概略図。 一次光学素子の第３の実施例の概略図。 図１１に示した一次光学素子の概略的な断面図。 図１１および１２に示した一次光学素子の光入射部の概略的な平面図。 一次光学素子の第４の実施例の概略図。 図１４に示した一次光学素子の概略的な断面図。 一次光学素子の第５の実施例の概略図。 図１６に示した一次光学素子の概略的な断面図。 図１６および１７に示した一次光学素子の光射出部の概略的な平面図。 一次光学素子の第６の実施例の概略図。 光源を備えた状態、または光源を備えていない状態の一次光学素子の第７の実施例の概略的な斜視図。

Claims (29)

1. 光源と、放射方向において前記光源に後置されている光学装置とを備えた照明手段において、
   前記光源と前記光学装置との間には、光入射部および光射出部を有する一次光学素子が配置されており、該一次光学素子は所定の放射特性に対応する放射特性を、該一次光学素子内の所期の反射と、前記光学装置を用いる前記光射出部の所期の投影、または前記光源から放射される光のビーム路内に存在する仮想の面の所期の投影とによって形成し、
   前記一次光学素子は、非結像式のコンセントレータとして構成されており、該コンセントレータは、コンセントレータの通常の使用に比べて反対方向にビームを通過させるために設けられており、一次光学素子の光射出部は平面的に見て、第１の横の辺および該第１の横の辺と向かい合う第２の横の辺を有する細長い形状を有し、前記第１の横の辺から光入射部までの距離は、前記第２の横の辺から光入射部までの距離よりも短いことを特徴とする、照明手段。
2. 前記所定の放射特性は光錐体を有し、該光錐体は主放射方向に対して垂直な横断面において不均質な光密度分布を有する、請求項１記載の照明手段。
3. 前記光錐体は前記横断面の端部に最も明るい領域を有する、請求項２記載の照明手段。
4. 前記光錐体は前記横断面の端部に急峻な明暗移行部を有する、請求項２または３記載の照明手段。
5. 前記急峻な明暗移行部は２つの部分区間を有し、該部分区間の主延在方向は相互に傾斜されており、前記光錐体の横断面の外側において１６０°以上且つ１７０°以下の角度を形成する、請求項４記載の照明手段。
6. 前記光源は少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する、請求項１記載の照明手段。
7. 前記光源は複数の発光ダイオードを有し、該複数の発光ダイオードは線形に配置されている、請求項６記載の照明手段。
8. 前記発光ダイオードはビーム放射型の半導体ボディおよびルミネセンス変換エレメントを有し、前記ルミネセンス変換エレメントは前記半導体ボディによって形成されるビームを少なくとも部分的に別の波長のビームに変換する、請求項６記載の照明手段。
9. 前記半導体ボディによって形成されるビームと、前記ルミネセンス変換エレメントによって形成されるビームとが前記一次光学素子において混合される、請求項８記載の照明手段。
10. 前記ルミネセンス変換エレメントは前記半導体ボディ上に被着されている、請求項８記載の照明手段。
11. 前記光入射部は、１つまたは複数の前記発光ダイオードの側方の広がりの１．５倍以下の幅を持つ光入射面または光入射開口部を有し、１つまたは複数の前記発光ダイオードの前記側方の広がりは前記光入射面ないし前記光入射開口部の幅に沿った長さを有する、請求項６または７記載の照明手段。
12. 前記光源は白色光を放射する、請求項１または２記載の照明手段。
13. 前記光学装置はレンズまたはレンズ結合体である、請求項１または２記載の照明手段。
14. 前記一次光学素子は基体を有し、該基体は空隙を規定し、該空隙の内壁は可視電磁ビームのスペクトル部分領域に対して少なくとも反射性である、請求項１または２記載の照明手段。
15. 前記一次光学素子は誘電性のコンセントレータとして構成されており、該コンセントレータの基体は適切な屈折率を有する誘電性の材料から構成されている中実体であり、前記光入射部を介して入力結合される光は前記中実体の側方の境界面における全反射によって、前記光入射部を前記光射出部と結ぶ包囲媒体へと反射される、請求項１または２記載の照明手段。
16. 前記一次光学素子は、前記光入射部を介して入射する光を内部反射によってコリメートする、請求項１または２記載の照明手段。
17. 前記一次光学素子は、前記光入射部を介して入射する、所定の不均質な光密度分布を有する光を、前記光射出部または、一次光学素子の放射方向において該光射出部に後置されている仮想の面に結像する、請求項１または２記載の照明手段。
18. 前記一次光学素子は、前記光入射部を介して入射する光を内部反射によって混合する、請求項１または２記載の照明手段。
19. 前記一次光学素子は前記光射出部の側において多角形の横断面を有し、該横断面は少なくとも１つの丸まった角を有する、請求項１または２記載の照明手段。
20. 前記一次光学素子は、少なくとも前記光入射部の側の区間において、並んで配置されており且つ前記光射出部の方向に伸びる複数の光チャネルを有し、該光チャネルはそれぞれ円形の横断面を有し、且つ側方において隣接する光チャネルと重畳している、請求項１または２記載の照明手段。
21. 前記光チャネルは前記光射出部までの経過において集束していき、少なくとも１つの光チャネルは完全に他の光チャネルに吸収される、請求項２０記載の照明手段。
22. 前記一次光学素子は、前記光射出部の近傍において、放射すべき光錐体に対する所定の横断面形状としての横断面形状を有する、請求項２記載の照明手段。
23. 前記横断面形状は非対称的である、請求項２２記載の照明手段。
24. 前記光射出部の第１の横の辺は２つの部分区間を有し、該部分区間の主延在方向は相互に傾斜されており、前記光射出部の外側において１６０°以上且つ１７０°以下の角度を形成する、請求項１または２記載の照明手段。
25. 前記一次光学素子は、複合放物面集光器（ＣＰＣ）、複合楕円面集光器（ＣＥＣ）、複合双曲面集光器（ＣＨＣ）として構成されている、請求項１または２記載の照明装置。
26. 前記一次光学素子の反射性の面が自由形状面として構成されている、請求項１または２記載の照明装置。
27. 前記一次光学素子は凸状に湾曲している反射性の面を有する、請求項１または２記載の照明装置。
28. 前記一次光学素子の横断面の面積は、前記光入射部から前記光射出部までの経過において拡大し続ける、もしくは、
    前記光射出部までの経過において拡大し続ける横断面の面積を有する部分と、一定の横断面の面積を有する部分とからなる、請求項１または２記載の照明装置。
29. 前記光学装置は自由形状レンズである、請求項１または２記載の照明装置。