JP5901037B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、面光源を備える照明装置に関する。

一般的な照明装置として、例えば図６２に示す照明装置９００が知られている。

上記照明装置９００は、図６２に示すように、メニスカスレンズＬ１と非球面レンズＬ２とを含むコリメート光学系ＬＣを有し、この光学系の焦点位置にＬＥＤ光源１０を配置した構成となっている。

ここで、ＬＥＤ光源１０の光軸ＡＸ上に存在する一点から出射される光については、図６２に示すように、上記光軸ＡＸに平行なコリメート光として取り出される。一方、ＬＥＤ光源１０は点光源ではなく面光源である為、光軸ＡＸから外れた場所から出射される光も存在する。光軸ＡＸから外れた場所から出射された光は、光軸ＡＸと異なる方向に照射する為、前述の光軸ＡＸ上に存在する一点から出射された光と異なる場所に照射される。このため、照射面内での照度均一性が得られないという問題が生じる。

しかも、メニスカスレンズＬ１とＬＥＤ光源１０が離れている為、ＬＥＤ光源１０から大きな角度で発光する光がメニスカスレンズＬ１に入射されないおそれがある。

特許文献１および２には、ＬＥＤ発光体から出射される光の殆ど全てを利用できる光源が開示されている。

特許文献１に記載の光源は、ＬＥＤ発光体と、ＬＥＤ発光体を内包する内部レンズと、これらを覆うメニスカスレンズとを有している。また、特許文献２に記載の光源は、ＬＥＤ発光体と、空隙を空けてＬＥＤ発光体を覆うメニスカスレンズとを有している。これらの光源において、メニスカスレンズの内側面によって形成される虚像Ｖｌ₁は、ＬＥＤ発光体よりもさらに外側（レンズの光出射面側）に生成される。

上記のように、メニスカスレンズ内側面によって形成される虚像Ｖｌ₁が、ＬＥＤ発光体よりもさらに外側に生成される場合、ＬＥＤ発光体から出射される光の殆どがメニスカスレンズに入射されるようになる。このことによって、ＬＥＤ発光体から出射される光の利用効率を高めることができる。

米国特許第７，７９８，６７８号 国際公開第２００８／０１６９０８号

しかしながら、特許文献１および２の光源では、上述のように、ＬＥＤ発光体から出射される光のほとんど全てを利用することができるものの、照射面の均一性を実現することは考慮されていない。例えば、レンズの光軸から外れた場所から発光する光は、光軸上から発光する光と異なる領域を照射してしまい、照射面の均一性は得られない可能性があった。また、面光源における光出射面で生じ得る強度のムラが、照射領域に反映してしまい、これによって、不均一な照射領域が形成されてしまう場合もあった。

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、照射光強度の均一性が高い照明装置を提供することをその目的とする。

本発明の実施形態による照明装置は、光出射面を有する面光源と、第１の焦点を有し前記面光源の前記光出射面側に配置された第１レンズと、第２の焦点を有し前記第１レンズの光出射面側に配置された第２レンズとを備え、前記第１レンズによって第１の虚像が形成され、かつ、前記第２レンズによって第２の虚像が形成されるように、前記面光源、前記第１レンズおよび前記第２レンズが構成されている照明装置であって、前記第２の焦点と、前記第１レンズとの間に、前記第１の虚像が形成され、前記第２の焦点は、前記第２レンズの主点から所定焦点距離ｆ’だけ離れた位置よりも前記面光源とは反対の側に位置しており、前記第２レンズの主点と前記第１の虚像の位置との間の距離をｌ’とし、前記第２レンズの有効径をＤとし、前記面光源の光出射面のサイズまたは前記面光源に含まれる複数の発光素子の配列ピッチのいずれか一方である光源サイズファクタをεとすると、前記所定焦点距離ｆ’は、ｌ’＝（Ｄ／（ε＋Ｄ））・ｆ’を満たす。

ある実施形態において、前記第１レンズによって形成される前記第１の虚像が、前記第２レンズの焦点よりも前記面光源側に位置している。

ある実施形態において、前記第１の焦点と前記第１レンズとの間に前記第１の虚像が形成され、かつ、前記第２の焦点と前記第２レンズとの間に前記第２の虚像が形成される。

ある実施形態において、前記第１レンズと前記第２レンズとの合成焦点と、前記第１レンズとの間において、前記第１の虚像および前記第２の虚像が形成される。

ある実施形態において、前記第１レンズと前記第２レンズとを含む第１の光学系の光出射側に、第２の光学系がさらに設けられている。

ある実施形態において、前記第２の光学系は、前記第１の光学系に対して最も近接する凹レンズと、前記第１の光学系に対して前記凹レンズの次に近接する凸レンズとを含む。

ある実施形態において、前記第１レンズの光出射面と前記第２レンズの光入射面とが接合している。

ある実施形態において、前記第１レンズと前記第２レンズとは、樹脂により一体成型されている。

ある実施形態において、前記第１レンズの前記面光源に対向する側のレンズ面は凹曲面であり、光軸上における前記面光源の光出射面から前記第１レンズの凹曲面までの距離をｄ、前記第１レンズの前記凹曲面が有する曲率半径をＲとしたとき、前記光出射面を配置可能な位置の範囲幅ｈは、ｈ≦２√（ｄ（２Ｒ−ｄ））で表される。

ある実施形態において、前記第１レンズおよび第２レンズを含む光学レンズ部の主点から、前記光出射面までの距離をａ、前記光学レンズ部の主点から焦点位置までの距離をｆとしたとき、ａ＜ｆ／２を満たす。

ある実施形態において、前記面光源は、互いに離間して配置された複数の発光素子を含む。

ある実施形態において、前記第１レンズおよび前記第２レンズは、アッベ数が５４以上の材料から形成されている。

ある実施形態において、前記第１レンズおよび前記第２レンズは、耐熱性を有する材料から形成されている。

ある実施形態において、前記第１レンズおよび前記第２レンズのうちの少なくとも一方は、アクロマートレンズである。

ある実施形態において、前記アクロマートレンズは、凹レンズと前記凹レンズに密着する凸レンズとから構成されており、前記凹レンズと前記凸レンズとの中央部における接合界面が平面である。

ある実施形態において、前記面光源と前記第１レンズとの間に設けられた光拡散層をさらに有する。

ある実施形態において、前記光拡散層のヘイズ値は５％〜５０％である。

ある実施形態において、前記面光源は、ピッチＰで並べられた複数の発光素子と、前記複数の発光素子と重なるように配置された蛍光体とを含み、前記蛍光体のエッジと、前記蛍光体のエッジに最も近い位置に配置された発光素子のエッジとの間の距離をＡとしたとき、Ａ≦Ｐを満たす。

ある実施形態において、前記第２レンズの光出射側に配置され、前記第２レンズから出射された光の一部のみを遮るように設けられたフードをさらに備える。

ある実施形態において、光軸上における、前記面光源の発光面の位置から前記フードの先端の位置までの距離Ｌｆ１＋Ｌｆ２は、角度−相対照度グラフの傾きが−０．１よりも小さくなる最小の角度をθ１とし、迷光領域の光束／（照射領域の光束＋迷光領域の光束）で表される迷光割合が１％以下となる出射角度をθ２とし、前記フードの半径をＲｆとしたとき、Ｒｆ／tanθ２＜Ｌｆ１＋Ｌｆ２＜Ｒｆ／tanθ１を満たす。

ある実施形態において、前記第１レンズの光出射面および光入射面ならびに第２レンズの光出射面および光入射面のうちの少なくとも１つにおいて反射防止層が設けられている。

ある実施形態において、前記第１レンズおよび前記第２レンズの少なくとも一方のコバに、光吸収層がもうけられている。

ある実施形態において、前記面光源、前記第１レンズおよび前記第２レンズを収容する空間を有する筺体をさらに備え、前記収容する空間の外側を規定する筺体部分の少なくとも一部において光吸収層が設けられている。

ある実施形態において、上記のいずれかに記載の照明装置は、自動車のヘッドライトとして用いられる。

ある実施形態において、スクリーン上に光を照射したときに得られる照射角度−相対照度グラフにおいて、相対照度０．１０となる点の接線と照射角度を示す軸との交点よりも内側の領域を照射領域とし、前記照射領域の外側の領域を迷光領域としたときに、迷光領域の光束／（照射領域の光束＋迷光領域の光束）によって表される迷光割合が３％以下である。

本発明の実施形態による照明装置によれば、光学レンズ部の光軸上に存在する発光部中心から射出される光と、発光部の中心から外れた位置から射出される光とを、ほぼ等しい角度分布で光学レンズ部から射出することが可能となる。従って、発光部中心から射出される光も発光部中心から外れた位置から射出される光も所定の照射領域の全域を同じように照射することができるので、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることが可能となる。

しかも、発光部中心から射出される光と発光部中心から外れた位置から射出される光は、ほぼ等しい角度分布で光学レンズ部から射出することが可能となるので、当該光学レンズ部に射出されない光を殆ど無くすことができ、この結果、高い光利用効率を実現することが可能となる。

従って、発光部から射出される光のほぼ全ての光を利用することができ、高い光利用効率を実現するとともに、発光部の異なる場所から射出する光をほぼ等しい照射領域へ照射することが可能となり、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることができるという顕著な効果を奏する。

上記同様の効果を奏するには、例えば、発光部の光照射面側に、複数の光学レンズからなるレンズ部を配置した照明装置において、上記光学レンズ部を構成する各光学レンズの焦点を合成した合成焦点位置が、上記各光学レンズによって発生するそれぞれの虚像に対して、当該全ての虚像の上記発光部に対向する面とは反対側に存在していてもよい。

上記構成によっても、各レンズによる虚像を発光部に近い位置で発生させることができるので、発光部から射出される光のほぼ全ての光を利用することができ、高い光利用効率を実現するとともに、発光部の異なる場所から射出する光をほぼ等しい照射領域へ照射することが可能となり、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることができるという顕著な効果を奏する。

さらに上記構成によれば、光学レンズ部を構成する各光学レンズの焦点を合成した合成焦点位置が、上記各光学レンズによって発生するそれぞれの虚像に対して、当該全ての虚像の上記発光部に対向する面とは反対側に存在していることで、各レンズによる虚像を発光部に、さらに近い位置で発生させることができる。これにより、光学レンズ部から射出する光の角度を拡げることができるので、より広い照射領域の均一性を飛躍的に向上させることが可能となる。

上記光学レンズ部を第１光学レンズ部としたとき、上記第１光学レンズ部の光射出側に、第２光学レンズ部が設けられていてもよい。

上記構成によれば、第１光学レンズ部から射出された光の射出角を、第２光学レンズ部によって変更することが可能となる。つまり、第２光学レンズ部の光学特性を調整することにより、第１光学レンズ部から射出された光の射出角を狭めたり、あるいは拡げたりすることが可能となる。

これにより、第２光学レンズ部の設計の仕方によって、光の照射領域の面積を自由に変更させることができる。

上記第２光学レンズ部は、第１光学レンズ部に一番近いレンズを凹レンズ、次に近いレンズを凸レンズで構成されていてもよい。

このように、凹レンズと凸レンズとの組み合わせにより、各レンズで発生する収差を補正し合うことができるので、第１光学レンズ部から射出される光の特性を壊さないようにすることができる。

これにより、第１光学レンズ部から射出される光の射出角が調整可能で、且つ、発光部から射出される光のほぼ全ての光を利用することができ、高い光利用効率を実現するとともに、発光部の異なる場所から射出する光をほぼ等しい照射領域へ照射することが可能となり、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることができるという顕著な効果を奏する。

上記光学レンズ部は、上記各レンズ界面の一部が一体的に形成されていてもよい。

このように、光学レンズ部を構成している各レンズの一部が一体的に形成されていることで、発光部の発光面と光学レンズ部との位置合わせを簡単にできる。

また、発光部と光学レンズ部との固定も簡単に行うことができる。

２枚レンズの一体的な形成方法としては、樹脂による一体成型、接着剤による接着が考えられる。上記２枚レンズが樹脂により一体成型されていてもよい。

この場合、２枚レンズが樹脂により一体成型されていることで、光学レンズ部を形成する際の成型回数を２回（レンズ２枚の場合）から１回に減らすことができるため、製造コストの低下を図ることができる。

上記光学レンズ部を構成するレンズのうち、上記発光部に最も近いレンズ面を、当該発光部に向かって窪んだ凹面とする第１光学レンズ、上記発光部の発光面から光軸上の第１光学レンズの界面までの距離をｄ、上記第１光学レンズの内側レンズ曲率半径をＲ、上記発光部の上記光軸上の配置範囲をｈとしたとき、ｈ≦２√（ｄ（２Ｒ−ｄ））であってよい。このように、発光部の配置範囲ｈが上記のように設定されていることで、当該発光部から射出される光が全て第１光学レンズに取り込まれるようになり、光利用効率を向上させることができる。

上記光学レンズ部の主点から、発光部の発光面までの距離をａ、上記光学レンズ部の主点から焦点位置までの距離をｆとしたとき、ａ＜ｆ／２を満たしていてもよい。

このように、光学レンズ部の主点から、発光部の発光面までの距離ａを、光学レンズ部の主点から焦点位置までの距離ｆの半分より短くすることによって、常に、虚像位置を光学レンズ部の焦点位置よりも相対的に光学レンズ部へ近付けることが出来る。

上記発光部は、複数の発光体を含んでいてもよい。この場合、発光部の発光面には、複数の発光体が配置されることになるが、各発光体の発光量にバラツキがあっても、照射面では、これらのバラツキを吸収するようにして光が照射される。つまり、どの発光体においても、同じ照射領域に光を照射するようになっているので、発光体の発光量にバラツキがあっても、このバラツキが吸収されることになる。

本発明の実施形態による照明装置によれば、均一な照度分布を実現することができる。

本発明の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。 図２に示す照明装置における光線挙動を示す図である。 （ａ）は図２に示す照明装置の概略構成を示し、（ｂ）は比較例の照明装置の概略構成を示す図である。 （ａ）は図４（ａ）に示す照明装置の光線挙動を示す図であり、（ｂ）は図３（ｂ）に示す照明装置の光線挙動を示す図である。 照明装置から１ｍ離れた距離に評価面を設置した例を示す図である。 図６に示す評価面における照射強度分布を示す図である。 図７に示す照射強度分布における相対照度と照射位置との関係示すグラフである。 （ａ）は微小発光面を複数配置した例を示し、（ｂ）は微小発光面の一部が暗い場合の例を示し、（ｃ）は同図（ｂ）のときの照射強度分布を示す図である。 照明装置と評価面との関係を示す図である。 （ａ）は図１０に示す評価面ａにおける２次元照度分布を示し、（ｂ）は図１０に示す評価面ｂにおける２次元照度分布を示す図である。 （ａ）は図１に示す照明装置を実際に製作した光学レンズ条件を示し、（ｂ）は図１に示す照明装置を実際に製作した場合に得られた照射領域における照度状態を示す図である。 （ａ）は図２に示す照明装置を実際に製作した光学レンズ条件を示し、（ｂ）は図２に示す照明装置を実際に製作した場合に得られた照射領域における照度状態を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。 図１４に示す照明装置の要部Ａの拡大図である。 図１４に示す照明装置における照射強度分布を示す図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。 図１７に示す照明装置の要部Ｂの拡大図である。 図１７に示す照明装置における照射強度分布を示す図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。 照明装置と評価面との関係を示す図である。 図２２に示す評価面における照射強度分布を示す図である。 照明装置と評価面との関係を示す図である。 図２４に示す評価面における照射強度分布を示す図である。 本発明の照明装置における発光部の配置範囲を説明するための図である。 第１レンズおよび第２レンズの焦点と、各レンズが形成する虚像の位置との関係を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ別の配置関係を示す。 面光源の光出射面に生じる照度ムラを示す図である。 基準焦点ｆ’と第２レンズの焦点Ｆ２との位置関係を示す図である。 （ａ）はパンフォーカス状態を説明するための図であり、（ｂ）は照明装置に適用した場合を説明するための図である。 光源サイズファクタ（許容錯乱円）εの大きさに応じて基準焦点ｆ’の位置が変化することを説明するための図である。 面光源における繰り返しピッチを説明するための図であり、（ａ）は３色のＬＥＤが用いられる場合を示し、（ｂ）は特性の異なる２種類のＬＥＤ列が設けられる場合を示す。 ＬＥＤからの出射角度と、照射領域における照度の分布との関係を示す図である。 ＬＥＤからの出射角度と、分光スペクトル強度との関係を示す図である。 分光放射輝度の測定方法を説明するための図である。 実施形態４−１の照明装置を示す図である。 （ａ）は図３６に示す照明装置におけるＢＲ差分の分布を示す図であり、（ｂ）は参考例の照明装置におけるＢＲ差分の分布を示す図である。 実施形態４−１の変形例の照明装置を示す図である。 図３８に示す照明装置におけるＢＲ差分の分布を示す図である。 実施形態４−１の別の変形例の照明装置を示す図である。 図４０に示す照明装置におけるＢＲ差分の分布を示す図である。 実施形態４−２の照明装置が備える光源を示す図であり、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ別の形態を示し、（ｃ）は本実施形態で設ける光拡散層の配置を説明するための図である。 （ａ）は、比較例の照明装置の光源を示す図であり、（ｂ）〜（e）は、実施形態４−３の照明装置の光源を示す図である。 図４３（ｃ）に示す照明装置におけるＢＲ差分の分布を示す図である。 照射領域の周辺部における相対照度を示す図である。 照射領域、迷光領域および迷光割合の定義を説明するための図である。 実施形態４−４の照明装置を示す図である。 照射領域および迷光領域における相対照度を示す図である。 実施形態４−５の照明装置を示す図である。 実施形態４−６の照明装置を示す図である。 実施形態４−６の別の照明装置を示す図である。 実施形態４−６のさらに別の照明装置を示す図である。 照射エリアの端部（周辺）の色づきと照明装置の光線の挙動との関係について説明するための図であり、（ａ）は、本発明の実施の形態に係る照明装置の光線挙動を示す図であり、（ｂ）は、参考例の照明装置の光線挙動を示す図であり、（ｃ）は、レンズの構成材料と、屈折率およびアッベ数との関係を示す表である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の光学的特性を説明するための図であり、（ａ）は、本発明の実施の形態に係る照明装置において、照射光に電球色、青色、赤色の３種類の光を含めたときの照度分布を示し、（ｂ）は、参考例の照明装置の照度分布を示し、（ｃ）は、カラーチャートを示す 照射エリアの端部（周辺）の色づきとアッベ数との関係を説明するための図であり、（ａ）は、レンズの構成材料と、屈折率およびアッベ数との関係を示す表であり、（ｂ）は、アッベ数と、照射エリアの端部（周辺）における色変化の距離との関係を示すグラフである。 本発明のさらに他の実施形態に係る照明装置の概略構成図である。 図５６に示す照明装置の光学的特性を説明するための図であり、（ａ）は、照明光の照射角度を狭角としたときの各レンズの配置を示し、（ｂ）は、照明光の照射角度を広角としたときの各レンズの配置を示す。 図５７（ａ）に示す照明装置の光学的特性を説明するための図であり、（ａ）は、照射光に電球色、青色、赤色の３種類の光を含めたときの照度分布を示し、（ｂ）は、カラーチャートを示す。 図５７（ｂ）に示す照明装置の光学的特性を説明するための図であり、（ａ）は、照射光に電球色、青色、赤色の３種類の光を含めたときの照度分布を示し、（ｂ）は、カラーチャートを示す。 本発明のさらに他の実施形態に係る照明装置の概略構成図である。 図６０に示す照明装置の光学的特性を説明するための図であり、（ａ）は、照射光に電球色、青色、赤色の３種類の光を含めたときの照度分布を示し、（ｂ）は、カラーチャートを示す。 従来の照明装置を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限られるものではない。

＜実施の形態１＞
図１、および図２は、本実施の形態に係る照明装置１１の概略構成を示す図である。

図３は、図２に示す照明装置１１における光照射状態を示す図である。

（照明装置の構成）・・・図１、２、３
上記照明装置１１は、図１に示すように、光源（発光部）１と、当該光源１の光取り出し側である、光出射面側の光軸ＡＸ上に配置された光学レンズ部２とを含み、上記光源１で発光された光を、光学レンズ部２を通して照射するように構成されている。

上記光源１は、面発光を行う面発光体であるＬＥＤ発光体を含む。なお、面発光を行う面発光体であれば、ＬＥＤ発光体に限定されるものではない。

上記光学レンズ部２は、２枚の光学レンズＬ１、Ｌ２を備えており、上記光源１に近い側から順に、光学レンズＬ１（第１レンズＬ１と呼ぶことがある）、光学レンズＬ２（第２レンズＬ２と呼ぶことがある）が配置された構造となっている。なお、光学レンズＬ１、Ｌ２は、それぞれの中心が上記光軸ＡＸを通るように配置されている。

上記光学レンズＬ１は、少なくとも上記光源１の発光面の最大幅よりも大きな直径を有しており、上記光源１側の面が凹面形状となった光学レンズからなる。

上記光学レンズＬ２は、少なくとも１枚目の光学レンズである光学レンズＬ１の最大径よりも大きな直径を有しており、光射出面側は凸形状となったレンズからなる。

ここで、上記光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置、および各光学レンズＬ１、Ｌ２通過後に発生する虚像について説明する。

光学レンズＬ１の焦点位置をｆ１（焦点Ｆ１と呼ぶことがある）、光源１からの光が光学レンズＬ１を通過することによって発生する虚像をＬ１虚像（虚像Ｉ１と呼ぶことがある）とする。また、光学レンズＬ２の焦点位置をｆ２（焦点Ｆ２と呼ぶことがある）、光学レンズＬ１で発生したＬ１虚像からの光が光学レンズＬ２を通過することによって発生する虚像をＬ２虚像（虚像Ｉ２と呼ぶことがある）とする。さらに、光学レンズＬ１、Ｌ２の合成焦点位置をｆ１＋ｆ２（合成焦点Ｆ（１＋２）と呼ぶことがある）とする。

図１に示す照明装置１１では、光学レンズ部２を構成する光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点ｆ１、ｆ２が、光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生するそれぞれの虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）に対して、それぞれの虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の光源１に対向する面とは反対側に存在するように、光学レンズ部２が設計されている。この構成において、焦点ｆ１とレンズＬ１との間に第１の虚像Ｉ１が形成され、かつ、焦点ｆ２とレンズＬ２との間に第２の虚像Ｉ２が形成されている。

また、本実施形態の他の設計による照明装置１１は、図２に示すように、光源（発光部）１と、当該光源１の光出射面側の光軸ＡＸ上に配置された光学レンズ部２とを含み、光源１で発光された光を、光学レンズ部２を通して光照射するように構成されている。

光源１は、面発光を行う面発光体であるＬＥＤ発光体を含む。なお、面発光を行う面発光体であれば、ＬＥＤ発光体に限定されるものではない。

光学レンズ部２は、２枚の光学レンズＬ１（第１光学レンズ）、Ｌ２を備えており、光源１に近い側から順に、光学レンズＬ１、光学レンズＬ２が配置された構造となっている。なお、光学レンズＬ１、Ｌ２は、それぞれの中心が光軸ＡＸを通るように配置されている。

光学レンズＬ１は、少なくとも光源１の発光面の最大幅よりも大きな直径を有しており、光源１側の面が凹面形状となった光学レンズからなる。

光学レンズＬ２は、少なくとも１枚目の光学レンズである光学レンズＬ１の最大径よりも大きな直径を有しており、光射出面側は凸形状となったレンズからなる。

ここで、光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置、および各光学レンズＬ１、Ｌ２通過後に発生する虚像について説明する。

光学レンズＬ１の焦点位置をｆ１、光源１からの光が光学レンズＬ１を通過することによって発生する虚像をＬ１虚像とする。また、光学レンズＬ２の焦点位置をｆ２、光学レンズＬ１で発生したＬ１虚像からの光が光学レンズＬ２を通過することによって発生する虚像をＬ２虚像とする。さらに、光学レンズＬ１、Ｌ２の合成焦点位置をｆ１＋ｆ２とする。

図２に示す照明装置１１では、光学レンズ部２を構成する光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点ｆ１、ｆ２を合成した合成焦点位置ｆ１＋ｆ２が、光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生するそれぞれの虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）に対して、当該全ての虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の光源１に対向する面とは反対側に存在するように、光学レンズ部２が設計されている。この構成において、レンズＬ１とレンズＬ２との合成焦点位置ｆ１＋ｆ２と、レンズＬ１との間において、Ｌ１虚像およびＬ２虚像が形成されている。

光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置、および各光学レンズＬ１、Ｌ２通過後に発生する虚像が、図２に示すような関係にある照明装置１１では、図３に示すように、光源１の発光面からの光線を全て光学レンズ部２に導き、照射面に対して効率よく光照射することが可能となる。つまり、上記構成の照明装置１１によれば、高い光利用効率と照射面の均一性の向上との両立を図ることが可能となる。

以下に、上記構成の照明装置１１によって得られる効果について説明する。

（本実施形態のポイント）・・・・図４、５
図４（ａ）は、図２の照明装置１１のレンズ構成（２枚レンズ構成）における、各光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置、および各光学レンズＬ１、Ｌ２通過後に発生するＬ１虚像、Ｌ２虚像についてのモデル図を示し、図４（ｂ）は、別の形態における各光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置、および各光学レンズＬ１、Ｌ２通過後に発生するＬ１虚像、Ｌ２虚像についてのモデル図を示している。

照明装置１１は、図４（ａ）に示すように、光源の位置に対して、各光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置ｆ１、ｆ２、および合成焦点位置ｆ１＋ｆ２が、各光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生する虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の位置よりも光源側とは反対側に存在するように、光学レンズ部２が設計されている。

上記構成において、各光学レンズＬ１、Ｌ２での虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）は、光源の比較的近傍に形成されることになる。ここで、複数レンズ（光学レンズＬ１、Ｌ２）通過後の光は最終レンズによって発生する虚像（図４（ａ）ではＬ２虚像）から光が出射するものと見なせる為、Ｌ２虚像が光源付近に発生することによって、図５（ａ）に示すような効果が期待できる。

図５（ａ）は、図４（ａ）に示すレンズ構成の場合における、光源中心から射出する光（図５（ａ）中の細線）と光源上端より発光する光（図５（ａ）中の太線）の経路を示している。ここで、光源の中心とは、光学レンズ部２の中心を通る光軸ＡＸを通る部分をいう。

図５（ａ）に示すように、図４（ａ）に示すレンズ構成の場合、光源中心から出射する光と光源上端から出射する光とは、ほぼ等しい角度分布で光学レンズ部２を出射していることがわかる。これにより、図４（ａ）に示すレンズ構成によれば、光源中心から出射する光も、光源上端部から出射する光も、所定の照射領域の全域を同じように照射することができ、照射領域の均一性を向上させることが可能となる。

一方、別の形態のレンズ構成では、図４（ｂ）に示すように、２枚目の光学レンズＬ２によってＬ２虚像が比較的離れた位置に形成されており、上記図４（ａ）に示した形態とは異なり、光学レンズＬ２とその焦点位置ｆ２との間にＬ２虚像が配置されていない。また、光学レンズＬ２の焦点位置ｆ２は、Ｌ１虚像に比較的近い場所に配置されている。この構成では、Ｌ２虚像が、光学レンズＬ２の焦点位置ｆ２よりも光源から遠い場所に発生し、図５（ｂ）に示すような結果となる場合がある。

ただし、後述するように、Ｌ２虚像が光源１から離れている場合であっても、少なくとも光学レンズＬ２の焦点位置ｆ２よりも光源側にＬ１虚像が形成され、かつ、光学レンズＬ１が形成する虚像Ｉ１、および、光学レンズＬ２の焦点位置ｆ２が、後述するように、光源１から所定の距離以上離れるように光学系が構成されている場合には、照射領域における照度の均一性を向上させ得る。

なお、図５（ｂ）は、図４（ｂ）のレンズ構成を採用した場合において、Ｌ１虚像が光源の近傍に形成される場合における、光源中心から出射する光（図５（ｂ）中の細線）と、光源上端から出射する光（図５（ｂ）中の太線）との経路の一例を示している。図５（ｂ）に示す例では、図５（ａ）に示した場合と異なり、光源中心から出射する光と、光源上端から出射する光とが、それぞれ異なる角度分布で光学レンズＬ２を出射している。このような特性では、光源の異なる場所から出射した光が別々の範囲を照射することになり、照射領域の均一性が得られないおそれがある。

以上に説明したように、上記の図４（ａ）に示した実施形態では、光源の光出射面側に配置する光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置ｆ１、ｆ２を、各光学レンズＬ１、Ｌ２が形成するＬ１虚像、Ｌ２虚像よりも後ろ側（レンズ射出側の反対方向）の遠くへ配置させている。これによって、光源、及び虚像位置を相対的に、光学レンズＬ１、Ｌ２へ近付けることができる。

このような構成では、光学レンズ部の光軸上に存在する光源中心から出射される光と、光源の中心から外れた位置から出射される光とを、ほぼ等しい角度分布で光学レンズ部２の特に光学レンズＬ１に出射することが可能となる。このことによって、光源中心から出射される光も光源中心から外れた位置から出射される光も所定の照射領域の全域を同じように照射することができるので、照射領域の照度均一性を向上させることが可能となる。

しかも、光源中心から出射される光と光源中心から外れた位置から出射される光とは、ほぼ等しい角度分布で光学レンズ部に出射することが可能となるので、当該光学レンズ部２に出射されない光を殆ど無くすことができ、その結果、高い光利用効率を実現することが可能となる。

従って、光源から出射される光のほぼ全ての光を利用することができ、高い光利用効率を実現するとともに、光源の異なる場所から出射する光をほぼ等しい照射領域へ照射することが可能となる。このことによって、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることができる。

さらに、各光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置ｆ１、ｆ２、および合成焦点位置ｆ１＋ｆ２が、光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生するそれぞれの虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）に対して、当該全ての虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の光源１に対向する面とは反対側に存在していることで、各レンズによる虚像を発光部に更に近い位置で発生させることができる。これにより、光学レンズ部から射出する光の角度を拡げることができるので、より広い照射領域の均一性を飛躍的に向上させることが可能となる。

ただし、レンズＬ２によって形成される虚像Ｉ２の位置は、必ずしも光源１の近傍に形成される必要はなく、虚像Ｉ２が光源から比較的遠い位置に形成されていてもよい。この場合、照明装置は、比較的狭角に光を照射する。ただし、このように狭角に光を照射する形態においては、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２が、Ｌ１虚像Ｉ１または光源から所定の距離以上離れた位置に設けられていることが、照射領域の照度均一性を向上させるために好適である。

図２７（ａ）〜（ｅ）は、各レンズＬ１、Ｌ２の焦点Ｆ１、Ｆ２の位置と、虚像Ｉ１、Ｉ２との様々な位置関係を示す。図２７（ａ）〜（ｅ）のいずれの形態においても、第１レンズＬ１とその焦点Ｆ１との間に光源１が配置されており、第１レンズＬ１によって光源の虚像Ｉ１が形成されている。また、この虚像Ｉ１は、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２よりも内側（光源側）に存在している。これにより、第２レンズＬ２によって虚像Ｉ２が形成される。

ただし、虚像Ｉ１が、第２レンズの焦点Ｆ２の近傍に位置している場合、面光源１の発光面での強度および色度ムラや、発光面の形状自体が、スクリーン上の照射領域にも反映されるおそれがあることを本発明者らは見出した。

図２８は、図２７（ａ）に示すように、第１レンズＬ１によって形成される光源１の虚像Ｉ１が、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２の近傍にある場合における、スクリーン上での照射領域の様子を示す。焦点Ｆ２と虚像Ｉ１とが近すぎると、第２レンズＬ２によって虚像Ｉ１がスクリーン上であたかも結像しているかのように、面光源１の発光面において複数の素子ＬＥＤによって形成される強度および色度ムラが、スクリーン上の照射領域においても観察されやすくなるおそれがある。

このようなあたかも結像している状態が生じることを避け、発光面での強度および色度ムラが照射領域に反映されにくくするためには、焦点Ｆ２が、虚像Ｉ１よりも、ある程度の距離以上だけ遠位側（光源側とは反対側）に存在することが好ましい。さらに、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２の焦点距離は、所定の大きさ以上であることが好ましい。後述するように、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２の位置は、例えば、面光源１のサイズによって応じて決定されていてよい。また、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２の位置は、例えば、面光源１が複数の発光素子を含む場合には、発光素子の配列ピッチに応じて決定されてもよい。

図２９は、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２が、光軸上の所定の基準位置ｆ’（基準焦点ｆ’と呼ぶ場合がある）に対して遠位側にある場合（Ｆ２＜ｆ’）と、所定の基準位置ｆ’に対して近位側にある場合（Ｆ２≧ｆ’：焦点Ｆ２が基準位置ｆ’にある場合を含む）とを示す。本発明の実施形態による照明装置では、焦点Ｆ２が基準位置ｆ’よりも遠位側に存在するように、光学系が設計されている。

ここで、基準位置（または基準焦点）ｆ’について説明する。基準位置ｆ’は、第２レンズの焦点Ｆ２がこの位置ｆ’よりも遠位側に存在する場合に、光照射領域において、面光源の形状や強度および色度ムラが視認されにくくなる位置である。

逆に、焦点Ｆ２が、基準位置ｆ’と同じ位置、または、基準位置ｆ’よりも手前の位置に存在すると、第２レンズＬ２は、虚像Ｉ１を概ねピントが合った状態で像面上に投射することになる。この結果、発光面の形状や、発光面の強度および色度ムラが、照射領域において反映される現象が生じる。

この現象は、カメラなどの撮像装置で広角レンズ（焦点距離が比較的短いレンズ）を用い、絞りの調節によりＦ値を大きく設定した場合などにおいて、後側被写界深度が無限遠まで深くなる現象（パンフォーカスまたはディープフォーカスと呼ばれる）と類似の原理によって生じるものと考えられる。

図３０（ａ）は、上記のパンフォーカスを説明するための図である。ここでは、レンズの厚さを無視し、開口径Ｄを有し焦点ｆ’を有するレンズ（Ｆ値は、Ｆno.＝ｆ’／Ｄで与えられる）が用いられているとする。また、被写体とレンズとの間の距離をｓとし、レンズと像面との間の距離をｓ’とする。一般的に、ある被写体をあるレンズを用いて像面に結像させる場合、この像面にピントが合う被写体の位置は１つのみとなり、その前後に被写体がある場合はピントがずれてボケてしまうはずである。しかし、図３０（ａ）に示すような場合において、平面上の被写体を光軸上である範囲内に前後に移動させても、像面上ではあたかもピントが合っているように見える。これは像面上では実際にはピントが合わずボケているのであるが、ある大きさ以下のボケはボケとして検出できず、あたかもピントが合っているように見えるからである。ここで、像面の位置において、ボケの許容限界の大きさを許容錯乱円εとして設定すると、許容錯乱円ε以下のサイズを有する点は、ピントのボケが生じていない点として見なしてよい。

また、ガウスの結像公式１／ｓ’−１／ｓ＝１／ｆ’から、ｓ’＝ｆ’・ｓ／（ｆ’＋ｓ）が導かれる。ここで、パンフォーカスが実現される条件は、レンズから被写体までの距離ｓ＝ｆ’²／εＦno.（過焦点距離）にピントが合っているときである。

この過焦点距離ｓを、レンズと像面との間の距離ｓ’について書き直すと、ｓ’＝（Ｄ／（ε＋Ｄ））・ｆ’が得られ、この関係式を満たすときにパンフォーカスが実現される。このような撮像装置におけるパンフォーカスが、本実施形態の照明装置でも実現され得ることを本発明者らは見出した。

図３０（ｂ）は、本実施形態の照明装置において、上記パンフォーカスと同様の原理にて、面光源の像がボケずに、あたかもピントが合った状態で照射領域に形成される（すなわち、面光源の形状や、強度および色度ムラが照射領域に反映される）条件を説明するための図である。

照明装置においては、上記のｓ’＝（Ｄ／（ε＋Ｄ））・ｆ’を、第２レンズＬ２（レンズの厚みを考慮する場合には光源側主点）から虚像Ｉ１までの距離をｌ’を用いて、ｌ’＝（Ｄ／（ε＋Ｄ））・ｆ’で表すことができる。この関係式においてｌ’、Ｄおよびεを決定することによって、第２レンズＬ２についての基準焦点ｆ’を求めることができる。

ここで、有効径Ｄは第２レンズＬ２の有効径である。また、第２レンズＬ２から虚像Ｉ１までの距離ｌ’は、光源１から第２レンズＬ２までの距離、および光源１から虚像ｌ１までの距離から計算することができる。また、光源１から虚像ｌ１までの距離は、光源１と第１レンズＬ１との位置関係、および、第１レンズＬ１の屈折率やレンズ面の形状などから計算することができる。

また、パンフォーカスにおける許容錯乱円εは、本実施形態の照明装置に適用した場合、面光源の発光面サイズに応じて設定されるファクタと見なすことができる。あるいは、許容錯乱円εは、面光源が間隔を空けて配列された複数の発光素子を含む場合、それらの配列ピッチ（強度および色度ムラのピッチ）によって設定されるファクタと見なすこともできる。このように、本実施形態の照明装置に適用する場合、パンフォーカスにおける許容錯乱円εは、発光面のサイズや発光素子の配列ピッチによって規定されるので、これらを「光源サイズファクタε」と称する場合がある。上記関係式から理解されるように、光源サイズファクタεをどのように設定するかによって、基準焦点ｆ’の位置も変化する。

図３１は、光源サイズファクタεの大きさに応じて、基準焦点ｆ’が変化する様子を示す。パターン（Ａ）に示すように、ＬＥＤチップのピッチを光源サイズファクタεとして考えた場合、ピッチのオーダーでの強度および色度ムラがスクリーン上で視認される条件としての基準焦点ｆ’は、比較的光源に近い側に設定される。また、パターン（Ｂ）に示すように、ＬＥＤチップのピッチよりも大きく、光源全体のサイズよりも小さいサイズを光源サイズファクタεとして考えた場合、基準焦点ｆ’は、パターン（Ａ）の場合よりは遠位に設定される。さらに、パターン（Ｃ）に示すように、光源全体のサイズを光源サイズファクタεとして考えた場合、基準焦点ｆ’は、パターン（Ｂ）の場合よりさらに遠位に設定される。

つまり、光源サイズファクタε（以下、ファクタεと呼ぶ）を大きく設定すれば、基準焦点ｆ’は光源から遠ざかり、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２は基準焦点よりもさらに光源から遠位に設定される。また、図において、２つの円によって示すように、発光面上におけるファクタεに対応する領域が、スクリーン上の所定の領域に集まる。

上記の構成において、第２焦点Ｆ２＝ｆ‘を満たす場合について形成される像について考察する。

パターン（A）に示すように、ファクタεがＬＥＤ発光面の強度および色度ムラ（ＬＥＤ素子の配置の最小ピッチ）より小さい場合、その強度および色度ムラの像がスクリーン上に反映される。発光面上の２つの円のそれぞれで囲む領域で光出射特性が違うため、スクリーン上の２つの円にそれぞれ到達する特性も異なり、それがＬＥＤチップの像として写ることになる。

また、好ましい例として、パターン（Ｂ）に示すように、ファクタεの範囲内に上記の強度および色度ムラが複数入る場合（ＬＥＤ素子の配置の最小ピッチ以上）、発光面上の２つの円で囲む領域の光出射特性は平均化され、スクリーン上でも強度および色度ムラの像が視認されない。しかし、ＬＥＤ発光面のサイズが、ファクタεの範囲を超えていると、ＬＥＤ発光面とその外側の領域との間の強度および色度の差（つまり、ＬＥＤ発光面の形状）が反映され、スクリーン上ではＬＥＤ発光面の形状を有する像が写り、問題となる場合がある。

また、さらに好ましい例として、パターン（Ｃ）に示すように、ファクタεが発光面全体を包含する大きさである場合、発光面形状が反映されにくくなり、スクリーン上で良好な照射が実現される。

ただし、光源サイズファクタεは、他の形態によって設定されていても良い。光源サイズファクタεを他の形態によって設定する例を以下に説明する。

図３２（ａ）には、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤとが、所定のパターンで配列されている形態が示されている。この場合、図に示すように、異なる３色のＬＥＤを１つのセットとして、繰り返し最小ピッチＰａで、３色ＬＥＤが配列されている。この場合、光源サイズファクタεとして、繰り返しピッチ最小Ｐａを選択することで、照射領域での上記３色ＬＥＤごとの配列によるムラが観察されることが防止される。

また、図３２（ｂ）には、蛍光体の種類、濃度、厚さなどが異なる２種類の縦に延びる領域が列ごとに繰り返されるパターンで発光面が形成されている場合を示す。それぞれの発光素子の特性は同じであって良いが、蛍光体の種類が異なる為、２種類の領域で発光面から射出する波長分光特性が異なっている。この場合、２列ごとの配列の繰り返しピッチ最小Ｐｂを光源サイズファクタεとして設定しても良い。これによって、照射領域において波長分光特性の異なる２種類の領域が形成する縞状のムラの発生を防止することができる。なお、図３２（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤ素子の配列の一例を示しているに過ぎず、面内に発光強度、波長分光特性の異なる領域が存在する他の配列においても、繰り返し最小ピッチを光源サイズファクタεとすることができる。

また、図２７（ａ）〜（ｅ）に示すように、第２レンズの焦点Ｆ２と、第１レンズＬ１による虚像Ｉ１との位置関係によって、照射される光の角度範囲（照射領域の広さ）が変わる。一般的に、光学レンズは発光源が焦点位置に存在する場合に最も出射角度を狭くすることができ、発光源が焦点位置よりもレンズ側に近付く程、出射角度は広がりを持つ。換言すると、第２レンズの焦点Ｆ２と、第１レンズＬ１による虚像Ｉ１との位置が近いほど、照射角度は狭くなり、虚像ｌ１が遠いほど、照射角度は広くなる。

この照射角度は、例えば、配向角によって表すことができる。ここで、配向角とは、スクリーン上に形成された照射領域において、その中心における照度を１００％としたときに、照射領域の中心での照度に対して５０％以上の照度を有する領域の幅（円形の照射領域が形成される場合には、その直径）と、光源とスクリーンとの間の距離とによって算出される角度である。配向角が小さい場合、照明装置が狭角に光を照射することを意味し、配向角が大きい場合、照明装置が広角に光を照射することを意味する。

本実施形態の照明装置では、上記のように、第２レンズの焦点Ｆ２が、基準位置ｆ’よりも遠位側に設けられており、この場合において、例えば、８度以上の配向角を有する照射光を照射する照明装置が得られる。

なお、図２７（ａ）〜（ｃ）に示す形態では、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２が、第１レンズＬ１による虚像Ｉ１と、第２レンズＬ２による虚像Ｉ２との間に存在している。ただし、焦点Ｆ２は、焦点Ｆ１よりも光源側に位置している。これらの形態においても、上記の基準位置ｆ’よりも焦点Ｆ２が遠位に設けられている限りにおいて、均一な照度分布の照度領域を形成することができる。

一方、図２７（ｄ）および（ｅ）に示すように、焦点Ｆ２よりも焦点Ｆ１が光源側に位置する場合であっても、均一な照度分布の照度領域を形成することができる。なお、図２７（ｅ）は、図１に示した実施形態における、各レンズの焦点ｆ１、ｆ２（Ｆ１、Ｆ２）、各虚像の位置（Ｉ１、Ｉ２）および合成焦点ｆ１＋ｆ２（Ｆ（１＋２））の位置関係をそれぞれ示している。図２７（ｅ）からわかるように、図１に示した形態では、比較的大きい配向角で、発光面での強度及び色度ムラが目立たないように、広角に光を照射することができる。

以上に説明したように、第２レンズの焦点を、上記発光面のサイズファクタεや第２レンズの有効径Ｄなどから求められる基準焦点ｆ’よりも遠位側に設定することによって、ムラの低減された、すなわち均一性の高い照明を実現することができる。

なお、第２レンズＦ２の有効口径Ｄを調節するための機構が設けられていてもよい。この場合、取り得る任意の有効口径Ｄに対して、発光面の形状や強度及び色度ムラが照射領域に反映されないように、第２レンズの焦点距離が設定されていることが好ましい。

以上、第１レンズと第２レンズとから構成されている場合の光学設計について説明したが、より多数のレンズを用いて光学系が構成されていてもよい。この場合、光源側からｎ個のレンズが並んでいると仮定すると、上記に説明した第１レンズを、１個目〜ｎ−１個目までのレンズ群が全体として有する特性を持つレンズとして考えればよく、第２レンズを、ｎ個目のレンズとして考えればよい。

（レンズ形状の設計について）
上記照明装置１１における光学レンズ部２に含まれる光学レンズ形状は、光軸近傍では焦点位置や虚像位置の配置により決定されてよい。ただし、光軸外も含めたレンズ形状については、以下の設計方針によって決定することがより好ましい。

具体的には、有限の大きさを有する光源１から射出する光の利用効率を最大限に引き出し、照射領域面内の照度均一性を確保する為に、光源１を出来る限り光源１近傍の光学レンズに近付け、近軸理論的には概ね等倍系の虚像関係を維持しながら、面光源の大きさに対して軸外のコマ収差を補正するようにし、且つ、スポット径が軸上像点も軸外像点も同型になるようにレンズ系を形成する。

上記コマ収差とは、光軸から離れた１点から出た光が、像面で１点に集まらずに、尾を引いた彗星のような像になる現象のことをいい、像面での集光状態をスポット形状（スポットダイヤグラム）と称する。

上記の軸とは、レンズの光軸を示しており、軸上とはレンズの光軸を通る場所、軸外とは光軸から離れた場所を示す。

ここで、「近軸理論的に概ね等倍系の虚像関係」とは、図４（ａ）におけるＬ１虚像、Ｌ２虚像の大きさが光源に対して１〜数倍となり、かつ、光源付近にＬ１虚像、Ｌ２虚像を発生させる条件を示している。

また、「軸外のコマ収差を補正する」とは、光軸から離れた場所から出た光が像面で１点に集まるように軸外のレンズ形状を変化させて補正することである。

また、「スポット径が軸上像点も軸外像点も同型になる」とは、軸上から出た光と軸外から出た光の像面でのスポット形状の範囲を同等程度となるように、軸外のレンズ形状を変化させて補正することである。

（本実施形態の効果）・・・・図６〜１１
上記構成の照明装置１１における効果の詳細について、図６〜１１を参照しながら以下に説明する。

図６に示すように、図２のような照明装置１１から１ｍ離れた距離に評価面を設置した場合、その評価面上での照度分布は図７に示す結果となった。図７では照度強度に応じてモノクロで面内分布を示しており、黒表示部は照度最小、白表示部は照度最大を示している。

また、図７に示すように、中心部での照度分布の断面プロファイルを確認した結果、図８に示すように、照射領域内がほぼ均一な照度となることが確認できた。

本実施形態の照明装置では、光源１の発光面全ての領域が均一に発光している場合だけでなく、図９（ａ）に示すように、たとえば、光源１の発光面上に複数の微小発光面を複数配置させた場合においても、所定の照明領域を均一に照明することが可能となる。例えば、光源１の発光面に複数のＬＥＤ発光体を配置することが考えられる。

また、図９（ｂ）に示すように、光源１の発光面上に配置する複数の微小発光面において、一部の発光面で発光量が少ない場合においても、所定の照明領域を均一に照明することが可能となる。これは、図５（ａ）を用いて説明した場合のように、光源１の発光面において、光軸から外れた場所からの光であっても、光軸上からの光と同じ照射領域に光を照射することができるためである。つまり、発光面のどの場所から光も同じ照射領域に光を照射することができるので、発光面の一部に発光光量の少ない場所があっても、照射領域における照射の均一性に影響を及ぼさないためである。

図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す光源１の発光面による照度分布を示す。この照度分布からも、照射領域における照射の均一性に影響を及ぼさないことがわかる。

また、図９（ａ）における複数の微小発光面が図３２（ａ）や（ｂ）に示すように、それぞれ異なる主波長の光を出射してもよいし、異なる主波長の光を出射する発光物を複数組合せてもよい。その場合において、それぞれ異なる色光が同一照明領域をほぼ均一に照射することにより、広い色再現性を持つ照明装置を実現することが可能となる。

このように、異なる主波長の光を出射する複数の発光物を組合せて用いることにより、広範囲の色度座標上の色を再現させることが可能となる。

ところで、ＬＥＤ光源は発光体の製造プロセスでの様々なバラツキにより、発光量、発光主波長や発光波長領域などの発光特性に大きなバラツキを持っている。現状、ＬＥＤ光源を用いる場合において、発光特性が似ているものを選別して使用しているが、この選別作業がコストアップ要因となっている。

ここで、図９（ａ）に示す光源１の一つの発光面を一つのＬＥＤ光源で実現することを想定した場合、図９（ｂ）に示すように、発光面を構成するＬＥＤ光源の発光特性にバラツキがあっても、図９（ｃ）に示すように、照射領域における照射の均一性に影響を及ぼさないので、ＬＥＤ光源のバラツキを照射領域内において平均化することが可能となる。これにより、ＬＥＤ光源の選別が不要となり、低コスト化が実現可能となる。

また、これらの結果より、複数の発光物を配置可能となる為、発光物が１つ故障により点灯不能となった場合においても、照射領域の均一性は変化しない。その為、照明機器全体を取りかえる必要が無く、照明機器の使用時間の延長化が見込まれる。

図１０に示すように、照明装置１１から１ｍ離れた距離、５ｍ離れた距離のそれぞれの断面照度分布は、図１１（ａ）および（ｂ）に示すようになる。

図１１（ａ）は、照明装置１１から１ｍ離れた場所の断面照度分布を示し、図１１（ｂ）は、照明装置１１から５ｍ離れた場所の断面照度分布を示している。

なお、図示しないが、照明装置１１から２ｍ、３ｍ、それ以外の任意の距離だけ離れた場所における断面照度分布においても、図１１（ａ）および（ｂ）と同様に、いずれも均一な照度分布を有している。

これらのことから、照明装置１１から射出する光の断面照度分布は、ある距離以上離れていれば、どの位置においても均一な照度分布を有することがわかる。ここで、ある距離以上とは、照明装置１１の光学レンズ部２を構成している光学レンズＬ１、Ｌ２の最大直径の２倍以上とする。

（実施例）・・・・・図１２、図１３
ここで、図１に示す照明装置１１の試作例を図１２の（ａ）に示す。

光源１として、約６ｍｍ×６ｍｍの白色ＬＥＤパッケージを用いた。

光学レンズ部２の１枚目の光学レンズＬ１として、屈折率ｎｄ＝約１．５８５のポリカーボネートを材料とし、光源側に配置される光入射面の曲率半径を９．２ｍｍ、光出射面の曲率半径を６．０ｍｍ、レンズ外形を１２ｍｍ、レンズ厚みを５ｍｍで製作した光学レンズを用いた。

２枚目の光学レンズＬ２として、屈折率ｎｄ＝約１．４９のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を材料とし、光入射面を平面、光出射面の曲率半径を２０．９６６ｍｍ、コーニック定数を０．２８１１９、４次、６次、８次、１０次、１２次の高次の非球面係数をそれぞれ−５．２×１０^-7、−１．８９１４×１０^-8、３．４８５８×１０^-10、−９．７４１９×１０^-13、２．６２３５×１０^-16とし、レンズ外形を３５ｍｍ、レンズ厚みを１０．５ｍｍで製作した光学レンズを用いた。

白色ＬＥＤパッケージ、１枚目の光学レンズＬ１、および２枚目の光学レンズＬ２の中心がそれぞれ光軸上と一致するように配置させ、かつ、光軸上における白色ＬＥＤパッケージの発光面と１枚目の光学レンズＬ１の光入射面との距離を１．５ｍｍ、また、光軸上における１枚目の光学レンズＬ１の光射出面と２枚目の光学レンズＬ２の入射面との距離を２．０ｍｍとして配置させた。

このとき、光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点距離はそれぞれ１８．５２ｍｍ、４２．４７ｍｍであり、合成焦点距離は１４．１２ｍｍであった。また、各光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置ｆ１、ｆ２、および合成焦点位置ｆ１＋ｆ２の位置は、光源部の発光面を０（原点）として、出射方向を＋方向に軸を取った場合、それぞれ−１１．３０ｍｍ、−２６．９４ｍｍ、−５．１４ｍｍであった。

一方、各光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生する虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の位置を計算により導出した結果、Ｌ１虚像は−１．６１ｍｍ、Ｌ２虚像は−９．７４ｍｍであった。

これにより、照明装置１１は、各光学レンズ光学レンズ部２を構成する光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点ｆ１、ｆ２が、光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生するそれぞれの虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）に対して、それぞれの虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の光源１に対向する面とは反対側に存在していることになり、図１に示すように設計されていることを確認した。

上記構成の照明装置１１による照度実験を行った。

この実験結果を図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）から、所定の照明領域が均一な照度で照らされていることが分かった。

また、図２に示す照明装置１１の試作例について図１３の（ａ）に示す。

光源１として、直径２ｍｍの白色ＬＥＤパッケージを用いた。

光学レンズ部２の１枚目の光学レンズＬ１として、屈折率ｎｄ＝約１．８０６のガラス材料ＳＬＡＨ５３を材料とし、光源側に配置される光入射面の曲率半径を２．９６ｍｍ、光出射面の曲率半径を２．６９ｍｍ、レンズ外形を５ｍｍ、レンズ厚みを１．６ｍｍで製作した光学レンズを用いた。

２枚目の光学レンズＬ２として、屈折率ｎｄ＝約１．４９のＰＭＭＡを材料とし、光源側に配置される光入射面の曲率半径を６５．４ｍｍ、コーニック定数を‐５．０、４次、６次、８次の高次の非球面係数をそれぞれ−５．９７×１０^-5、−７．９２７×１０^-6、−７．２７８×１０^-7とした。また、光出射面の曲率半径を８．０ｍｍ、コーニック定数を０．７３、４次、６次、８次、１０次、１２次の高次の非球面係数をそれぞれ１．２２５×１０^-4、−３．７７７×１０^-6、−１．０５４×１０^-7、−１．８３×１０^-9、４．２３９７×１０^-11とし、レンズ外形を１０ｍｍ、レンズ厚さを３．０ｍｍで製作した光学レンズを用いた。

白色ＬＥＤパッケージ、１枚目の光学レンズＬ１、および２枚目の光学レンズＬ２の中心がそれぞれ光軸上と一致するように配置させ、かつ、光軸上における白色ＬＥＤパッケージの発光面と１枚目の光学レンズＬ１の光入射面との距離を０．５ｍｍ、また、光軸上における１枚目の光学レンズＬ１の光射出面と２枚目の光学レンズＬ２の入射面との距離を０．１ｍｍとして配置させた。

このとき、光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点距離はそれぞれ９，８９９ｍｍ、１４．６９ｍｍであり、合成焦点距離は５．８１ｍｍであった。また、各光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置ｆ１、ｆ２、および合成焦点位置ｆ１＋ｆ２の位置は、光源部の発光面を０（原点）として、射出方向を＋方向に軸を取った場合、それぞれ−６．７６ｍｍ、−１０．６８ｍｍ、−２．８５ｍｍであった。

一方、各光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生する虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の位置を計算により導出した結果、Ｌ１虚像は−０．１０ｍｍ、Ｌ２虚像は−０．７５ｍｍであった。

これにより、上記構成の照明装置１１は、各光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置ｆ１、ｆ２、および合成焦点位置ｆ１＋ｆ２が、光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生するそれぞれの虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）に対して、当該全ての虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の光源１に対向する面とは反対側に存在していることになり、図２に示すように設計されていることを確認した。

上記構成の照明装置１１を用いて行った照度実験の結果を図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）からわかるように、照明装置１１によれば、所定の照明領域を均一な照度で照らすことができる。

＜実施の形態２＞
本発明の他の実施の形態について説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１と同一の機能を有する部材には、同一の番号を付記し、詳細な説明を省略する。

（照明装置の構成）・・・図１４、１５
図１４は、本実施の形態に係る照明装置１２の概略構成を示す図である。

図１５は、図１４に示す要部Ａの拡大図である。

照明装置１２は、図１４に示すように、前記実施の形態１の光学レンズ部２の出射側に、更に光学レンズ３、４が追加された構造を有している。

つまり、照明装置１２は、光学レンズ部２を第１光学レンズ部としたとき、第１光学レンズ部の光射出側に、少なくとも２枚の光学レンズからなる第２光学レンズ部（光学レンズ３、４）が設けられている構造を有している。

光学レンズ３は、凹レンズであり、光学レンズ部２に一番近く、且つ、凹面側を光学レンズ部２に向けて配置されている。

光学レンズ４は、凸レンズであり、光学レンズ３よりも光学レンズ部２から遠い位置に配置されている。

このように、光学レンズ部２の外側にさらに光学レンズ３、４を配置することで、図１５に示すように、照明装置１２から照射される光の射出角度を狭くすることができる。

（本実施形態の効果）・・・図１６〜１９
上記構成の照明装置１２において、追加する光学レンズ３、４のレンズ形状を最適化することにより、図１６に示すように、照射領域内を均一に照明することが可能となる。

この場合、出射角度の狭角度化と照明領域の均一化を両立する為には、上記のように、凹レンズと凸レンズとを組合せて用いることがより好ましい。これは、凹レンズと凸レンズとを組合せて用いることにより、各レンズで発生する収差を補正し合い、照射領域の均一性を実現させることが可能となるためである。

また、追加するレンズの配置は、図１４の配置位置に限定されるものではなく、他の位置であってもよい。

図１７は、図１４に示す光学レンズ３、４の配置とは異なる位置に、光学レンズ３、４を配置した場合の照明装置１２の概略構成を示す図である。

図１８は、図１７に示す要部Ｂの拡大図である。

図１７に示すように、図１４において追加配置した光学レンズ３、４の一部を異なる場所へ配置させることで、この照明装置１２から出射される光の角度分布を変化させることができる。

なお、角度分布を変化させた場合においても、図１９に示すように、照射領域内をほぼ均一に照明することが可能となる。

以上のように、前記実施の形態１で説明した照明装置１１に対して、光出射側にさらに光学レンズ３、４を追加することによって、出射角度を狭くすることが可能となる。また、追加する光学レンズの配置を変化させることにより、出射角度を調整（制御）することも可能となる。

このように、光学レンズ３、４を追加して、出射角度を制御しても、図１６、図１９に示すように、それぞれの場合においても、照射領域内の照度均一性を保つことが可能となる。

なお、第２光学レンズ部は、図１４に示す光学レンズ３、４に限定されるものではなく、例えば、光学レンズ３の替わりに、光学レンズ３と同様の光学特性を持つように組合せられた複数の光学レンズを用いても良い。第２光学レンズ部を構成する光学レンズの枚数に特段の制限は設けない。

しかし、光学レンズの枚数が増加すると、面内均一性の向上、照射角度制御が容易になる一方、レンズ界面増加に伴う光透過率の低下、レンズ枚数増加に伴うコストアップなどの課題を考慮する必要がある。

＜実施の形態３＞
本発明のさらに他の実施の形態について説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１、２と同一の機能を有する部材には、同一の番号を付記し、詳細な説明を省略する。ここでは、光学レンズ部２の２枚構成の光学レンズを一体化した例について説明する。

（照明装置の構成）・・・図２０、２１
図２０は、本実施の形態に係る照明装置１３ａの概略構成を示す図である。

図２１は、本実施の形態に係る照明装置１３ｂの概略構成を示す図である。

図２０に示す照明装置１３ａでは、光学レンズＬ１、Ｌ２を一体成型して光学レンズ部２２を構成する例を示している。

具体的には、アクリル材質等の樹脂を材料として用いて、金型によって光学レンズＬ１、Ｌ２を一体成型して光学レンズ部２２としている。

一方、図２１に示す照明装置１３ｂでは、光学レンズＬ１、Ｌ２を接着して光学レンズ部２３とした例を示している。

具体的には、光源１の発光面に近いレンズ（光学レンズＬ１）と発光面から遠いレンズ（光学レンズＬ２）とをそれぞれ成型した後、各レンズの中心付近で接着させて光学レンズ部２３としている。

ここで、実施の形態１で示した光学レンズ部２（図１）と、図２０に示す光学レンズ部２２との光学レンズ形状を比較すると、光源１から広角に出射する光においては、どちらも同じ４つの空気界面での屈折によって、光の進行方向を大きく変化させている。

一方、図１における光源面に垂直な方向に出射する光は、光学レンズ部２の各空気界面において、概ね垂直に入射している。その為、図２０のように、光学レンズ部２２の中央付近の一部を接触または接合させても、射出角度分布に大きな影響を及ぼすことなく、照射領域の均一性が実現される。

（本実施形態の効果）・・・図２２、２３
図２０に示すように、光学レンズを一体成型した場合の光学レンズ部２２を用いた照明装置１３ａにおいて、図２２に示すように、照明装置１３ａより１ｍ離れた場所に発光面と平行となるように評価面を配置する場合、図２３に示すように、照射領域の照度分布は概ね均一となる。

このように、光学レンズを構成する２枚のレンズを接着する場合のメリットとしては、発光面と光学レンズとの位置合わせの簡素化による低コスト化が挙げられる。また、使用中における発光面と光学レンズとの固定方法においても、簡素化することが可能となる。

さらに、光学レンズを一体成型する場合のメリットとしては、前述した位置合わせ・固定方法の簡素化による低コスト化だけでなく、成型回数が２回から１回に減少することによる低コスト化も挙げられる。また、２枚のレンズを接着するプロセスも省略することが可能となり、低コスト化に寄与する。

＜変形例＞・・・図２４、２５
図２４は、前記実施の形態１の照明装置１１の光出射側に、六角形の開口（アパチャー）部５を設けた場合を示す。照明装置１１から出射された光のうち、六角形の開口部５に向かう光のみがこれを透過し、それ以外の光は反射・吸収されることになる。

図２５は、照明装置１１から１ｍ離れた場所に評価面を配置した場合の２次元照度分布を示しているが、概ね開口部５と同じ形状で照明され、かつ、照射領域内は均一な照度で照明されることが可能となる。さらに、評価面を面光源照明装置から離した場合においても、照射領域の形状、均一性は保たれたまま照明されることも可能である。

＜補足説明＞・・・図２６
（１）図２６を用いて、光源１の配置範囲の制限について説明する。

光源１の配置範囲は下記式を満たす範囲内に制限されることがより好ましい。
ｈ≦２√（ｄ（２Ｒ−ｄ））

ここで、ｈは発光部の配置範囲の幅、ｄは光源から光軸上の光学レンズＬ１界面との距離、Ｒは光学レンズＬ１の内側レンズ曲率半径を示している。

上記範囲内に光源１を配置させることによって、光源１から射出する光を全て１枚目レンズである光学レンズＬ１に取込むことが可能となり、光利用効率を向上させることができる。

（２）光学レンズ部２の焦点位置と虚像位置、光源位置との関係について説明する。

上記構成のように、光源１の射出面側に配置する光学レンズ部２の焦点位置を各光学レンズＬ１、Ｌ２で発生するＬ１虚像、Ｌ２虚像の位置よりも後ろ側（レンズ射出側の反対方向）の遠くへ配置させることによって、光源１、及び虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）位置を相対的に、光学レンズ部２へ近付けることができる。

このとき、光学レンズ部２のレンズ主点から焦点位置までの距離をｆ、レンズ主点から光源までの距離をａ、レンズ主点から虚像までの距離をｂとすると、以下の関係式が成立する。ここでレンズ主点とは、レンズに入射する光線と出射する光線の振るまいだけを代表させて、レンズ厚さの無視できる薄肉レンズで置き換えた場合の薄肉レンズの位置を示す。
１/ａ ― １/ｂ ＝ １/ｆ ・・・（１）

上記構成の照明装置１１では、虚像位置を光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置ｆ１、ｆ２よりも相対的に光学レンズ部２へ近付ける為、以下の関係式が成立する。
ｆ＞ｂ ・・・（２）

ここで、上記式（１）より、以下の関係式が導かれる。
１/ａ ＝ １/ｂ ＋ １/ｆ ＝ （ｂ＋ｆ）/ｂｆ ・・・（３）

さらに式（３）を展開すると、以下の関係式となる。
ａ ＝ ｂｆ/（ｂ＋ｆ） ＝ ｆ/（１＋ｆ/ｂ） ・・・（４）

ここで、式（２）より、以下の関係式が導かれる。
ｆ/ｂ＞１ ・・・（５）

よって、式（４）に式（５）の関係式を代入すると、以下の関係式が成立する。
ａ＜ｆ/２

つまり、レンズ主点から光源までの距離ａを、レンズ主点から焦点位置までの距離ｆの半分より短くすることによって、常に、虚像位置を光学レンズの焦点位置よりも相対的に光学レンズへ近付けることが出来る。

（３）光学レンズ部２のレンズ界面にて一部の光が反射される為、各光学レンズのレンズ表面に反射防止用の表面処理を行う方がより好ましい。一般的な反射防止用の表面処理として、複数の屈折率の異なる薄膜を成膜させて表面反射を低減させる反射防止膜が挙げられる。また、その他の方法として、各光学レンズのレンズ表面上に１ミクロン以下の微小凹凸形状（モスアイ構造）を形成させて界面反射を低減させる方法も挙げられる。

各光学レンズのレンズ表面での界面反射を低減させる方法については、上記の方法のみに限定されるものではない。

（４）光源部の発光波長は可視光に限定されるものではない。紫外域や赤外域の波長を発する発光素子を用いても良い。

（５）以上に説明した実施形態において、レンズ形状は全て回転対称系の形状としているがこれに限定されるものではなく、図面奥行き方向に一様な形状とするレンチキュラー形状であってもよい。これによれば、レンチキュラー形状のレンズ断面方向に平行な方向のみ効果が発せられる。例えば、冷陰極管や直列配置されたＬＥＤランプを光源として用いる場合に適している。棒状の光源部とレンチキュラー形状の光学レンズを組み合わせることによって、均一照明領域を丸みを帯びた矩形とすることが可能となる。

以下、本発明のさらに別の実施形態を説明する。

〔照射領域の周辺部で発生する色付きや迷光を抑制するための形態〕
上記のように構成された照明装置を用いることによって、均一な強度の照射領域を実現することができるが、一方で、照射領域の周辺部において、その中心部とは異なる色の環状の色つき領域が観察されることがある（イエローリング）。これは、レンズによる色収差が原因であると考えられる。

これとは別に、ＬＥＤ照明装置の分野において、照射領域の周辺部に黄色成分を多く含む光が到達し、照射領域周辺ほど黄色くなり、照射領域全体では色度むらとして観察されることが知られている（色むら）。さらに、この照射領域周辺部への照射光の黄色成分増加がレンズによる色収差に畳重されることによって、イエローリングがさらに強い色つきで形成されることが分かった。また、照射領域の周辺部では、光学系で発生する意図しない光の反射、散乱などによって、迷光が観察されることがある。

ここで、照射領域の周辺部において、異なる色合いの領域が形成される要因について説明する。

図３３は、ＬＥＤを用いて構成された面光源１からレンズを介しての光を照射する場合における、ＬＥＤからの光の出射角度と、照射位置との関係を示すグラフである。図３３からわかるように、おおよそ正面方向（出射角度０〜３０°）に出射された光は、照射領域の中央部にピークを持つ山型の強度分布を形成する。これに対して、より大きい出射角度で出射された光は、照射領域の周辺領域での強度がより高くなるように強度分布が形成される。特に、出射角度６０°〜９０°で出射された光は、照射領域の中央部に到達することはほとんどなく、その多くは照射領域の周辺部に照射される。

また、図３４に示すように、ＬＥＤから出射された光は、その出射角度によって、分光スペクトルが変化する。より具体的には、出射角度が大きい（約６０°）の光の波長約６１０ｎｍでの相対強度のピークＰ６０は、正面方向（出射角度０°）の光の波長約６１０ｎｍでの相対強度のピークＰ０に比べて大きい。これは、出射角度がより大きい光は、ＬＥＤを覆うように設けられた蛍光体に対して斜めに入射するので、まっすぐに入射する光に比べて蛍光体を通過する距離が長く、これによって、蛍光を生じさせる確率が高くなるためであると考えられる。

以上の説明からわかるように、ＬＥＤから大きい出射角度で出射された光は、長波長の成分を比較的多く含むとともに、その大部分が照射領域の周辺部に到達する。この結果、照射領域の中央部と比べて黄色づいた領域がその周辺部に形成されることになる。

また、イエローリング以外にも、照明装置の内部で意図しない光の反射、散乱などが生じ、これによって、照射領域の外側に迷光が発生することがある。

照明装置の分野では、所定の照射領域以外の領域に光が照射されることは好ましくない。そこで、以下に説明する実施の形態４−１〜４−６では、上記のような照射領域の周辺部で観察される所望としない照射光を防止する形態を説明する。

＜実施の形態４−１：アクロマートレンズを用いる形態＞
図３６は、実施の形態４−１の照明装置４１０の構成を示す図である。照明装置４１０は、上記実施の形態１〜３で説明した照明装置と同様に、面光源１と、面光源１の光出射側に配置された第１レンズＬ１と、第１レンズの光出射側に配置された第2レンズＬ２とを備える。

照明装置４１０も、実施の形態１〜３で説明した照明装置と同様に、照射領域に均一に光が照射されるように構成されている。より具体的には、第1レンズＬ１によって形成される虚像Ｉ１が第2レンズＬ２の焦点Ｆ２よりも光源側に位置するように、光学系が構成されている。また、本実施形態においても、図２９を用いて説明したように、第２レンズＬ２の焦点Ｆ２が、サイズファクタεを考慮して決定される基準位置ｆ’よりも遠位側に設けられている。これにより、均一な強度の照射領域を形成することができる。

ただし、本実施形態では、第1レンズＬ１が、間に空気層を介さずに互いに密着するように配置された凹レンズＬ１−１と凸レンズＬ１−２とから構成されている。凹レンズＬ１−１と凸レンズＬ１−２とは、屈折率が異なる材料から形成されており、このような２つのレンズ組み合わせて用いることによって、色収差を補正するアクロマートレンズとして機能させることができる。

第２レンズＬ２もまた、材質の異なる凹レンズＬ２−１と凸レンズＬ２−２とから構成されており、アクロマートレンズとして機能させることができる。

色収差を補正するためには、組み合わせるレンズの材料を適切に選択する必要があり、例えば、凹レンズＬ１−１、Ｌ２−１を、屈折率が１．５９のポリカーボネート樹脂（ＰＣ）から作製し、凸レンズＬ１−２、Ｌ２−２を、屈折率が１．４９のポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）から作製する。

ただし、凹レンズＬ１−１、Ｌ２−１および凸レンズＬ１−２、Ｌ２−２は、その他の樹脂材料、あるいは、ガラスなどの無機材料から形成されていてもよい。ただし、照射領域の周辺部で生じるイエローリングの発生を適切に抑制するためには、アクロマートレンズを構成する凹凸レンズの屈折率差が０．０５以上であることが好ましい。また、比較的屈折率の高い材料を用いることによって、レンズの厚さを薄くし、光源１からの光を取り込みやすい光学系を得ることがより容易になる。

また、従来のアクロマートレンズは、色収差を補正し軸上で高精度に結像するように構成されているが、本実施形態では、特定の位置で結像させる必要はなく照射面周辺部へ照射される各波長の光線の方向を近づけることで効果が得られる。このため、従来の一般に使用される結像させる場合に比べて熱膨張などによるレンズ形状の変化に対して許容度が大きく、上記のようにガラスに比べて線膨張係数が大きい樹脂製のレンズの組み合わせを用いることができる。

下記表１に、各レンズＬ１−１、Ｌ１−２、Ｌ２−１、Ｌ２−２の具体的な設計例を挙げる。なお、表１において、「座標」は、光源１の位置を原点とし、光出射側を正方向としたときの、光軸上における各レンズの光入射面の位置を示している。また、表１におけるコーニック（出射側）とは、非球面レンズを用いた場合において、非球面の形状を規定するための非球面関数に含まれるコーニック定数の値を示している。

図３７（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の照明装置４１０と、アクロマートレンズを用いていない照明装置（参考例）とのそれぞれについて、照度領域の中心からの距離と、色つきの指標としてのＢＲ差分（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）との関係を示す図である。

ここでＢＲ差分とは、白色のスクリーンへ照射した場合における照射領域中心でのＢ光（波長４５０ｎｍ）とＲ光（波長６１０ｎｍ）の分光放射輝度（規格化輝度）をそれぞれ１としたときの、各点でのＲ光の分光放射輝度（相対値）とＢ光の分光放射輝度（相対値）を測定し、この測定結果から（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）を計算したものである。

図３７（ａ）に示すように、アクロマートレンズを用いた場合、ＢＲ差分（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）は、照射領域の中心から離れた周辺部において、比較的低い値を示す。一方で、図３７（ｂ）からわかるように、アクロマートレンズを用いなかった場合には、（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）が照射領域の周辺部において比較的高い値を示す。これらのグラフの違いから、アクロマートレンズを用いることで、照射領域の周辺部での色つきを低減できることがわかる。

また、イエローリングの発生を主観にて評価したところ、上記のＢＲ差分が０．３以下の場合に１００ルクスの照度下でイエローリングを視認することはなく、ＢＲ差分が０．２５以下の場合に５０ルクスの照度下でイエローリングを視認することはなかった。

なお、上記の分光放射輝度の測定は、図３５に示すように、スクリーン法線方向に照明装置４１０を設置し、分光放射輝度計ＳＲ３を左右に移動させてスクリーン上の各点の分光放射輝度を測定することによって行われた。各点で測定された４５０ｎｍ、６１０ｎｍの分光放射輝度を、照射領域の中央でのそれぞれの測定値によって規格化し、これによってＢＲ差分（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）を求めることができる。

以下、本実施形態の変形例の照明装置４１２を説明する。

図３８は、変形例の照明装置４１２を示す。照明装置４１２は、光源１と第１のレンズＬ１と第２のレンズＬ２とを備える。本変形例では、第１のレンズＬ１は、１枚のメニスカスレンズによって構成されており、第２のレンズＬ２としてのみ凹レンズＬ２−１と凸レンズＬ２−２との組み合わせからなるアクロマートレンズが用いられている。なお、本変形例でも、第１のレンズＬ１によって形成される虚像が、第２のレンズＬ２の焦点Ｆ２よりも光源側に位置するように、光学系が設計されている。

本変形例においても、図３８に示すように、ＲＢ差分（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）は、照射領域の周辺部において比較的低い値を示す。このように、第２レンズＬ２としてアクロマートレンズを用いるだけでも、イエローリングの発生を適切に抑制し得る。

下記の表２に、各レンズＬ１、Ｌ２−１、Ｌ２−２の具体的な設計例を挙げる。なお、表におけるコーニック（出射側）とは、非球面レンズを用いた場合のコーニック定数の値を示している。

変形例の照明装置４１２では、レンズの貼り合わせ工程が少なくなるという製造上の利点が得られる。また、貼り合わせるレンズの数が少ないので、設計上、公差を大きく取ることができる。

なお、第２レンズを構成する凹レンズＬ２−１の端面に入射した光の一部は、端面をそのまま通過する。このような光は、照射領域には到達せず、迷光となる可能性がある。そこで、凹レンズＬ２−１の端面に、光吸収層や反射層を設け、迷光を防止する構成としてもよい。

上記の変形例では、第２レンズＬ２としてアクロマートレンズを用いる形態を説明したが、第１レンズＬ１としてアクロマートレンズを用い、かつ、第２レンズとしてアクロマートレンズを用いない形態も考えられる。しかし、この場合には、第２レンズＬ２を通過する光が屈折率波長分散の影響を受け、色収差が適切に補正されない場合がある。このため、少なくとも第２レンズＬ２としてアクロマートレンズを用いることが好ましい。

なお、第２レンズＬ２としては、回折レンズを用いることも可能である。この場合、第２レンズＬ２を薄型化および軽量化することができる。

図３９は、照明装置４１２が形成する照射領域において測定されたＢＲ差分を示す。図３９〜わかるように、Ｌ２レンズのみにアクロマートレンズを用いた場合であっても、ＢＲ差分（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）は、照射領域の中心から離れた周辺部において、比較的低い値を示す。従って、イエローリングの発生が適切に防止される。

本実施形態の照明装置において、レンズの周辺部分を透過する光に対して色収差を軽減できるようにレンズが構成されていればよく、必ずしも、光軸近傍を通過する光の色収差の補償は行われなくて良い。

そこで、以下にさらなる変形例として、レンズの周辺部のみが、アクロマートレンズ化されている形態を説明する。

図４０は、本変形例の照明装置４１４を示す。アクロマートが必要とされる領域（以下、アクロマート部分と呼ぶことがある）は、レンズ面の最周辺部でよく、例えば、レンズ半径において周辺の例えば５０％がアクロマートレンズ化されていれば良い。これによりさらなる効果としてアクロマートレンズの軽量、薄型が実現される。

以下の表３に、具体的な設計例を示す。照明装置４１４では、第２レンズＬ２の凹レンズＬ２−１の光軸近辺（レンズ中央部）での厚さを０．８ｍｍに設定している。ただし、レンズ中央部での厚さを０ｍｍ、すなわち、中央部に空洞を有するドーナツ状のレンズ形状としてもよい。なぜなら、照射領域の周辺部でＢＲ差分を小さくする為には、少なくともレンズ外周領域を通過する光に対してアクロマート化すればよいからである。なお、本明細書では、その一部においてのみアクロマート部分が形成されているレンズもアクロマートレンズと呼ぶ場合がある。

このように、レンズの周辺部のみをアクロマートレンズ化してもよく、周辺部のみの色収差を補正したときにも、イエローリングの発生を防止することができる。なお、通常のアクロマートレンズは、光軸上の色収差を補正するように設計されるが、本構成では、非軸光線の色収差を補正するように設計する点で、従来のアクロマートレンズと異なっている。

図４１は、照明装置４１４が形成する照射領域において測定されたＢＲ差分を示す。図４１からわかるように、Ｌ２レンズの周辺部のみにアクロマートレンズを用いた場合であっても、ＢＲ差分（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）は、照射領域の中心から離れた周辺部において、比較的低い値を示す。従って、イエローリングの発生が適切に防止される。

＜実施の形態４−２：光拡散層を光源とレンズとの間に設ける形態＞
図４２（ａ）は、本実施形態の照明装置が備える光源１の近傍を示しており、複数のＬＥＤチップ１ａを封止する封止層１ｂの上に、透光性を有する拡散層４０ａが設けられている。拡散層４０ａは、その表面において、典型的には不規則に配置された多数の微細な凹凸を有している。

また、図４２（ｂ）は、変形例の照明装置が備える光源１の近傍を示しており、ＬＥＤチップ１ａを封止する封止層１ｂの上に、複数の微粒子を含む透明樹脂などから形成される拡散層４０ｂが設けられている。

図４２（ｃ）に示すように、本実施形態では、光源１と、第１レンズＬ１との間に、光を散乱・拡散させる光学素子が配置されている。

下記の表４に、図４２（ａ）および（ｂ）に対応する実施例（ａ）および（ｂ）、その他の実施例（ｃ１）〜（ｃ５）について、周辺色度ムラ、着色の発生の結果および光利用効率を示す。その他の実施例では、拡散層を、実施例（ａ）および（ｂ）と同様に光源と第１レンズとの間に設けるとともに、拡散層のヘイズ値を３％〜７０％の範囲でそれぞれ設定している。また、表４には、比較例として、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に拡散層を設けた場合も示している。

なお、表４において、色度ムラや着色が確認された場合を「×」で示し、確認されなかった場合を「○」で示し、わずかに確認された場合を「△」で示している。

表４からわかるように、ヘイズ値が５％の場合には、十分な着色解消の効果は得られず、ヘイズ値が６０％の場合には、着色解消の効果は得られるものの効率低下を引き起こす。また、比較例に示されるように、第１レンズと第２レンズとの間に拡散層を設けた場合、照射領域の均一性、照射領域の境界の明確化、光利用効率の低下の問題が引き起こされ得る。

本実施形態の構成では、光源からの出射角度とその光の照射位置には、従来の照明装置にはない強い相関関係があることがわかった。そして、本構成では、このスペクトルの出射角度依存性が照射面で色度むらとして視認される。これは、本構成で特有の問題であり、このような光源のスペクトルの出射角度依存性を低減させるためには、第１レンズと光源との間に光拡散層を設けることが好ましいことがわかった。

ただし、ヘイズ値が大きければ、周辺着色の低減効果はあるが、照射面の均一性の低下、最周辺部のきれの低下が発生する。

本方式の配光特性において散乱層の効果的な特性を評価した結果、ヘイズ値が５％〜５０％に設定することが好ましいことが判明した。

さらに、ヘイズ値を５％〜３０％に設定した場合には、周辺着色解消と同時に照射領域内での色むらの解消の効果も得られる。

なお、「ヘイズ値」とは「曇り度」を示す値である。ヘイズ値は、全光線透過率をＴｔ（％）とし、拡散透過率をＴｄ（％）とした場合、以下の式で定義される。
ヘイズ値（％）＝（Ｔｄ／Ｔｔ）×１００

ここで、全光線透過率Ｔｔは、入射光（平行光線）強度に対する拡散透過光および平行透過光の合計強度の比率である。また、拡散透過率Ｔｄは、入射光（平行光線）強度に対する拡散透過光の強度の比率である。ヘイズ値が小さいほど光拡散層の明度は増し、ヘイズ値が大きいほど光拡散層の曇り度が強くなる。ヘイズ値は、例えば、積分球式光線透過率測定装置によって測定することができる。

＜実施の形態４−３：蛍光体の配置範囲と光源のピッチとの関係＞
図４３（ａ）はＬＥＤ照明装置に用いられる一般的な光源（比較例）を示し、図４３（ｂ）〜（ｅ）は、本実施形態の照明装置で用いられる種々の光源を示す。

各光源において、複数のＬＥＤが、ピッチＰの間隔で、互いに離間されるように配置されている。また、光源には、ＬＥＤとともに、蛍光体が設けられている。蛍光体は、ＬＥＤからの光を受けて適切に蛍光を生じさせるように、例えば、複数のＬＥＤを覆うように層状に設けられている。

ここで、図４３（ａ）〜（ｅ）のそれぞれに示すように、最も外側のＬＥＤと、このＬＥＤの外側に存在する蛍光体のエッジとの間の距離のうち、最も長い距離をＡ、最も短い距離をＢとする。このとき、図４３（ｂ）〜（ｅ）に示すように、ＬＥＤチップの配列ピッチP（不規則な配置の場合、または2種類以上の場合は平均）に対して、上記の距離Ａ≦ＰかつＢ≦Ｐであることが好ましい。なお、ＬＥＤチップの配置は図示するものに限定されない。

図４３（ａ）に示す比較例では、Ａ≧ＰかつＢ≧Ｐである。このように、ＬＥＤチップの外側の蛍光体領域が広い場合、そこのスペクトルは黄色成分が比較的多くなる傾向がある。これが、照射領域でのイエローリングの発生の要因の一つとなる。

これに対して、図４３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ外側の蛍光体形成領域をより小さくする（ここでは、Ｂ≦Ｐ）ことによってイエローリングを低減することができる。ただし、図４３（ｂ）に示した例では、コーナー部とそれ以外とでは蛍光体の形成領域が異なる。その結果、イエローリングの濃淡が照射領域周辺で発生する場合がある。

したがって、さらに好ましい形態としては、図４３（ｃ）および（ｄ）に示すように、任意の場所で、ＬＥＤの外側の蛍光体形成領域のエッジまでの距離が略同等に設定し、これをピッチＰ以下の距離となるようすることで（すなわち、Ａ≦ＰかつＢ≦Ｐに設定することで）、イエローリングをより効果的に低減することができる。また、図４３（ｅ）に示すように、遮光層を形成して、蛍光体の発光面を図４３（ｄ）に示す場合と同様にしてもよい。

このように、蛍光体の発光領域とＬＥＤの配列ピッチＰとを適切に設定することで、光源の周辺部から発せられる光のスペクトルの黄色成分を減らすことができ、イエローリングや色度むらの発生を抑制することができる。

図４４は、図４３（ｃ）に示した光源を用いた場合に形成される照射領域において測定されたＢＲ差分を示す。図４４からわかるように、ＢＲ差分（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）は、照射領域の中心から離れた周辺部において、比較的低い値を示しており、従って、イエローリングの発生が適切に防止される。

＜実施の形態４−４：レンズフードを設ける形態＞
本実施形態では、図４７に示すように、照明装置４４０の光出射側において遮光部材としての筒状のフード４８を設ける。後述するように、照明装置４４０から発せられる光の配向角に応じて適切にフード４８の長さＬｆ２を調節することによって、光の利用効率を高くしたまま、照射領域周辺で発生する迷光を防止することができる。

まず、本実施形態の照明装置の詳細を説明する前に、フード４８によって遮断する迷光について説明する。

図４５は、照射領域の周辺部における相対照度を示す。上記のように均一な照射領域を形成する照明装置において、照射領域のエッジ部分で照度が急激に低下する。しかし、照射領域の周囲において迷光が形成する迷光領域が形成される。

迷光は、光学系での意図しない光の反射やレンズの端面を透過する光などによって生じるものと考えられる。このような迷光は、意図する照射領域の周辺に観察されるものであり、照明装置では発生を防止することが望まれている。

ここで、本明細書で用いる「照射領域」、「迷光領域」、「迷光割合」の定義を説明する。

照射領域は、図４６に示すように、照明装置から１ｍ離れたスクリーン（サイズ１ｍ×１ｍ）上に、光を照射したときに、図４５に示す角度−相対照度グラフにおいて、相対照度０．１０の接線とＸ軸（角度）の交点よりも内側の領域を意味するものとする。

また、迷光領域は、上記のようにして規定された照射領域の外側の領域を意味するものとする。

さらに、迷光割合とは、迷光領域の光束／（照射領域の光束＋迷光領域の光束）によって表される照射光全体における迷光の割合を意味するものとする。

次に、図４７を参照しながら本実施形態の照明装置４４０を説明する。

照明装置４４０は、実施形態４−１で説明したように、光源１と、第１レンズＬ１と、アクロマートレンズである第２レンズＬ２とを備えている。第２レンズＬ２は、凹レンズＬ２−１と、これに組み合わされた凸レンズＬ２−２とから構成されている。光源１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２は、筺体４７の収容空間内に保持されている。

下記の表５に、第１レンズおよび第２レンズの設計例を示す。ただし、その他の種々の設計が可能であることは言うまでもない。なお、表における、非球面係数４次および非球面係数６次とは、非球面レンズを用いた場合における、非球面を規定するための４次および６次の項の非球面係数をそれぞれ示している。

照明装置４４０は、さらに、第２レンズＬ２の光出射面の周囲を囲うように設けられたフード４８を有しており、フード４８は筺体４７に対して固定されている。フード４８は、例えば、樹脂や金属材料から形成されており、典型的にはその内面側が光を吸収するように構成されている。

従来より、照明装置において、照射範囲を制御するためにフードを設置する手法が利用されている。しかし、従来の照明装置においてフードを設置する場合、照射光が大きく損失する。これは、従来の照射装置の配光特性がガウシアン分布となっているためである。

これに対して、照明装置４４０では、例えば図４８に示すように、所定の照射領域の内側では略均一な照度が実現されるとともに、照射領域の外側で急激に照度が低下する。このような照射光に対しては、フード４８を設けることによって、照射領域への照射される光の損失を抑制しつつ、迷光を効果的に低減することができる。

ここで、フード４８の長さＬｆ２について説明する。

フード４８を長くしすぎると、迷光だけでなく、照射光の一部をも吸収または散乱させてしまうので、光の利用効率が大きく低下する。一方でフードを短くしすぎると、照射領域の周辺に到達する迷光を防止することができない。

例えば、下記の表６に示すように、フードがない場合、利用効率は高くなるものの、迷光割合が大きく、十分に迷光を抑制することができない。そこで、実施例４（ａ）および（ｂ）に示すように４０ｍｍまたは６０ｍｍの長さのフードを設けると、利用効率を大幅に低下させることなく、迷光を防止することができ、迷光割合とし３％以下を実現できる。ただし、フード長が８０ｍｍと長いと、光利用効率が大幅に低下してしまうために好ましくない場合がある。

以下、より具体的なフードの長さのより詳細な設計について説明する。

フードの長さは、図４７に示す出射角度θ１、出射角度θ２、および、フード半径Ｒｆに応じて決定されていてよい。

ここで、フードの長さの上限L２ｙは、スクリーン上での相対照度が急激に低下する出射角度θ１を用いて規定できる。θ１は、例えば、図４８に示す角度−相対照度のグラフの傾きが−０．１よりも小さくなる最小の角度に設定されていてよい。例えば、図４８に示すような照度分布が得られる場合、θ１は２５°である。

この出射角度θ１を用いて、フード長さ上限Ｌ２ｙは、下記の式によって求められる。
Ｌ２ｙ＝Ｒｆ／tanθ１−Lｆ１

ここで、Lf１は、光軸上における、面光源１から筺体端部（フード４８との接続部）までの距離である。すなわち、光軸上における面光源１からフードの先端までの距離はLｆ１＋Lｆ２で表すことができる。

フードが上限Ｌ２ｙよりも長い場合、照射領域に到達すべき光が、フードによって遮られることになる。したがって、光の利用効率が大幅に低下し、また、照射領域エッジでの照度の急峻な立下りが実現できなくなる可能性がある。

他方、フードの長さの下限L２ｓは、上記に説明した迷光割合（＝迷光領域の光束／（照射領域の光束＋迷光領域の光束））が１％以下となる出射角度θ２を用いて規定できる。θ２は、例えば、図４８に示すような照度分布が得られる場合、上記迷光割合が１％となる角度としてθ２＝３８°が、照度の測定により決定される。

この出射角度θ２を用いて、フード長さ下限Ｌ２ｓは、下記の式によって求められる。
Ｌ２ｓ＝Ｒｆ／tanθ２−Lｆ１

フードが下限Ｌ２ｓよりも短い場合、照射領域の周辺に到達する光のうち、フードによって遮光される光がほとんどない。このため、下限Ｌ２ｙ以下の長さのフードでは、照射領域の周辺で生じる迷光を遮光することがほとんどできない。

以上のように、フード単体の長さL２ｆ（あるいは、面光源からフード端までの光軸上での距離L１ｆ＋L２ｆ）は、下記の式を満たすように設定されることが好ましい。
Ｒｆ／tanθ２−Lｆ１＜Ｌｆ２＜Ｒｆ／tanθ１−Lｆ１

以下に例を挙げると、θ１＝２５°、θ２＝３８°、Lｆ１＝２８ｍｍ、Ｒｆ＝５０ｍｍの場合において、３６．０ｍｍ＜Ｌｆ２＜７９．２ｍｍに設定すれば、光利用効率を低下させずに、照射領域周辺の迷光を効果的に防止することが可能になる。なお、光源からフード先端までの距離Lｆ１＋Lｆ２に書き直すと、６４．０ｍｍ＜Lｆ１＋Lｆ２＜１０７．２ｍｍを満たすように、フードの長さ等を適宜設定することが好ましい。

このように、本実施形態の照明装置では、配光特性がガウシアン分布ではなく、迷光領域と照射領域が区別されるので、フードの形状を適切な構成とすることにより迷光のみを効率よく低減させることができることができる。

＜実施の形態４−５：レンズ面に反射層を設ける形態＞
本実施形態では、図４９に示すように、照明装置４５０に設けられた第１レンズL１の光入射側面および／または光出射側面において、また、第２レンズL２の両側面において反射防止層５０（以下、ＡＲ層５０と呼ぶことがある）を設ける形態を説明する。

以下の表７に、第１レンズL１の出射側面、第１レンズＬ１の入射側面、第２レンズＬ２の両側面の少なくともいずれかにおいてＡＲ層５０を設けたときの、迷光割合、光利用効率などを示す。なお、表７におけるカップ反射率とは、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２を収容する筺体４７の内側面の反射率を示しており、本実施形態では特に反射防止処理を施していないため、全ての実施例で９０％に設定されている。

また、比較例５として、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２のいずれにもＡＲ層を設けていない形態を示す。ＡＲ層を設けない場合、レンズ面の反射率は４％であることが示されている。

実施例５（ａ）〜５（ｃ）では、第１レンズＬ１の出射側面の反射率が２％、１％、および、０．５％のそれぞれになるようにＡＲ層５０が設けられている。なお、表に記載の反射率は、Ｄ６５光源における正面反射率である。

また、実施例５（ｄ）〜５（ｆ）では、第１レンズＬ１の出射側面および入射側面の両方の反射率が２％、１％、および、０．５％のそれぞれになるようにＡＲ層５０が設けられている。

さらに、実施例５（ｇ）〜５（ｉ）では、第１レンズＬ１の出射側面および入射側面の両方、および、第２レンズＬ２の出射側面および入射側面の両方の反射率が２％、１％、および、０．５％のそれぞれになるようにＡＲ層５０が設けられている。

また、本実施形態における各レンズの設計例は下記の表８に示す通りである。

本実施形態では、第１レンズＬ１は、光源に最も近いレンズである。なお、図４９には、第１レンズＬ１としてメニスカスレンズを用いた形態が示されているが、これに限られない。第１レンズＬ１として凹凸２枚のレンズからなるアクロマートレンズが用いられている場合は、一体化されたものを第１レンズＬ１として考えることができる。また、３枚以上のレンズを用いて光学系が構成されている場合、光源に最も近いレンズを第１レンズＬ１として考え、その他のレンズのどちらか一方を第２レンズＬ２として考えればよい。

図４９からわかるように、本実施形態の照明装置４５０において、レンズと空気と界面は少なくとも４箇所存在する。また、一般に反射防止層を設置することは製造工程の増加、コスト増大の要因になる。

最も反射防止層を設けることが好ましい面を特定するために、迷光の発生源を解析した結果、約８０％以上の迷光が、第１レンズＬ１の出射側面のレンズ−空気界面における反射によって生じていることがわかった。このため、少なくとも第１レンズＬ１の照射面側に反射防止層を設けることが好ましい。

上記表７の実施例５（ａ）〜（ｃ）に示したように、第１レンズＬ１の照射面側にのみ反射防止層を設置することによって、迷光割合を十分に低下させながら、製造コストの上昇を防ぐことができる。これらの構成は、特に、蒸着法によるＡＲ層を形成する場合、製造コスト面で、有利な構成であると言える。

また、上記表７の実施例５（ｄ）〜（ｉ）に示したように、さらに他のレンズ面にもＡＲ層を設けることで、迷光割合をさらに低下させ得る。なお、これらの構成は、特にＤＩＰ法によってＡＲ層を形成する場合には、製造コストを大幅に上昇させることないので、有利な構成であると言える。

＜実施の形態４−６：コバや筺体内部に光吸収層を設ける形態＞
図５０に示す本実施形態の照明装置４６０において、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２のコバに吸収層Ｌｓａが設けられている。なお、コバとは、レンズの縁の側面部分（典型的には円筒側面をなす面）を意味する。また、吸収層Ｌｓａは、レンズのコバを黒塗りすることによって形成している。

下記表９に、実施例および比較例を示す。比較例６は、レンズ面のＡＲ層およびコバの吸収層を設けない構成である。また、実施例６（ａ）は、実施例５（ｂ）の構成において、さらにコバに吸収層を設けた構成である。実施例６（ｂ）、（ｃ）は、実施例５（ｅ）、実施例５（ｈ）の構成において、さらにコバに吸収層Ｌｓａを設けた構成である。また、実施例６（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、実施例５（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）の構成において、さらにコバに吸収層を設けた構成である。また、実施例６（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）は、実施例６（ｂ）、（e）、（h）の構成において、さらにカップ（筺体内部）に吸収層を設けた構成である。カップに吸収層を設けることで、反射率は５％に低下する。

表９の結果からわかるように、コバに吸収層を設けることで、さらに迷光を低減することができ、迷光割合を１．６％以下にすることができる。なお、コバに吸収層を設ける代わりに、コバの表面を散乱させることによっても迷光を低減させることができる。また、コバに設ける吸収層の反射率は１０％以下に設定することが好ましい。さらに筺体内部の反射率を小さくすることによっても迷光を低減させることができる。

以下、実施形態４−４〜実施形態４−６の組み合わせによる形態を説明する。図５１に示す照明装置４６２のように、実施形態４−４に示したフードを設けるとともに、さらに、実施形態４−５および４−６に示したようにレンズ面に反射層を設ける、及び／又は、コバに吸収層を設けてもよい。

下記の表１０に各実施例７（ａ）〜（ｈ）と比較例７とを示している。レンズ面にＡＲ層を設け、コバおよびカップに吸収層を設け、さらにフードを併用することによって（実施例7（ｈ））、迷光割合を相当に低減することができる。

また、図５２に示す照明装置４６４のように筺体内部を黒塗りすることによって迷光を低減することができ、迷光割合を１．５％以下にすることができる。下記表１１には、各実施例８（ａ）〜（ｌ）と比較例８とを示している。筺体内部を黒塗りすることによって、カップ反射率は、９０％から５％に低下している。

以上、照射領域の周辺部で発生するイエローリングや迷光を抑制するための種々の形態を説明したが、各実施形態を任意に組み合わせても良いことは言うまでもない。

以下、本発明のさらに別の実施形態を説明する。

〔レンズを構成する材料を選択することによって色ムラの発生の抑制する形態〕
上記のように凸レンズおよびメニスカスレンズの組み合わせを用いた場合、レンズを構成する材料が適切に選択されていないと、照射エリアの端部が、中心付近と異なる色を呈する現象（色づき現象）が生じてしまう可能性があることを本発明者らは見出した。

以下、このような色づき現象を防止するための形態を説明する。

＜実施の形態５−１＞
本実施形態の照明装置は、図１に示した照明装置と同様の構成を有している。すなわち、照明装置は、図１に示すように、光源（発光部）１と、光源１の光取り出し側である、光出射面側の光軸Ａｘ上に配置された光学レンズ部２ａとを含み、光源１で発光された光を、光学レンズ部２（第１光学レンズ部）ａを通して光照射するようになっている。

（光源１）
光源１は、面発光を行う面発光体であるＬＥＤ発光体からなる。なお、面発光を行う面発光体であれば、ＬＥＤ発光体に限定されるものではない。例えば、発光部として蛍光体を含む発光部を用い、光源と発光部とを分離したリモートフォスファー構造を採用しても良い。なお、本実施形態のＬＥＤ発光体（面発光体）の発光面の形状は矩形形状であり、この矩形の面積は６ｍｍ×６ｍｍ程度である。

（光学レンズＬ１）
光学レンズＬ１は、少なくとも光源１の発光面の最大幅よりも大きな直径を有しており、光源１側の面が凹面形状となった光学レンズからなる。

より具体的には、光軸Ａｘ方向に対する厚み：５．０ｍｍ、光軸Ａｘに垂直な断面（最大）の直径：１２．０ｍｍ、入射面（凹）の曲率半径：９．２ｍｍ、出射面（凸）の曲率半径：６．０ｍｍである。

光学レンズＬ１の構成材料は、透光性および／または耐熱性を有する樹脂材料またはガラス材料が好ましく、本実施形態では、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート：アッべ数ν＝５８）を用いているが、これに限定されない。例えば、ＰＭＭＡ以外の候補としては高アッべ数のレンズ材料であるクラウンガラス（例えばSchott社製のＢＫ７：アッべ数６４．７など）や、オレフィン系樹脂（例えば日本ゼオン社製のＺＥＯＮＥＸ、ＪＳＲ社製のＡＲＴＯＮ、三井化学社製のＡＰＬ：アッべ数５６程度）などがある。これらは高アッべ数かつ耐熱性と透明性を両立しているためＰＭＭＡよりも好ましい。

（光学レンズＬ２）
光学レンズＬ２は、少なくとも１枚目の光学レンズである光学レンズＬ１の最大径よりも大きな直径を有しており、光射出面側は凸形状となったレンズからなる。

より具体的には、光軸Ａｘ方向に対する厚み：１０．５ｍｍ、光軸Ａｘに垂直な断面（最大）の直径：３５．０ｍｍ、入射面：平面、出射面（凸）の曲率半径：２１ｍｍ、出射面（凸）のコーニック定数：−０．２８、非球面係数４次：−５．２×１０^-7、非球面係数６次：−１．９×１０^-8、非球面係数８次：３．５×１０^-10、非球面係数１０次：−９．７×１０^-13、非球面係数１２次：２．６×１０^-16である。

光学レンズＬ２の構成材料は、本実施形態では、光学レンズＬ１と同様ＰＭＭＡを用いているが、これに限定されない。例えば、ＰＭＭＡ以外の候補としては上記のクラウンガラスや、オレフィン系樹脂などを例示することができる。

白色ＬＥＤパッケージ、１枚目の光学レンズＬ１、および２枚目の光学レンズＬ２の中心がそれぞれ光軸上と一致するように配置させ、かつ、光軸上における白色ＬＥＤパッケージの発光面と１枚目の光学レンズＬ１の光入射面との距離を１．５ｍｍ、また、光軸上における１枚目の光学レンズＬ１の光射出面と２枚目の光学レンズＬ２の入射面との距離を２．０ｍｍとして配置させた。

このとき、光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点距離はそれぞれ２３．０５ｍｍ、４２．４７ｍｍであり、合成焦点距離は１６．１４ｍｍであった。また、各光学レンズＬ１、Ｌ２の焦点位置ｆ１、ｆ２、および合成焦点位置ｆ１＋ｆ２の位置は、光源部の発光面を０（原点）として、出射方向を＋方向に軸を取った場合、それぞれ−１５．２０ｍｍ、−２６．９４ｍｍ、−６．４４ｍｍであった。一方、各光学レンズＬ１、Ｌ２によって発生する虚像（Ｌ１虚像、Ｌ２虚像）の位置を計算により導出した結果、Ｌ１虚像は−１．２６ｍｍ、Ｌ２虚像は−８．７６ｍｍであった。

ここで、本実施形態の照明装置において、光学レンズＬ１、Ｌ２のぞれぞれは、比較的高いアッベ数（ν＝５４以上）の構成材料のものを採用することが好ましい。

より具体的には、本実施形態では、上記のようにレンズの構成材料としてＰＭＭＡを用いており、この場合、波長５８７．６ｎｍ、４８６．１ｎｍ、および６５６．３ｎｍの光に対する屈折率を、それぞれ、ｎｄ、ｎＦ、ｎＣとすると、アッベ数ν＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）＝５８となる。

また、上記のように、光学レンズＬ１、Ｌ２のぞれぞれの構成材料は、透光性を有する材料であれば良く、必ずしも無色透明である必要はない。

また、上記のように、光学レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれの構成材料は、耐熱性を有する材料であることが好ましい。これにより、光学レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれの周辺の温度上昇によりレンズが変形してしまうことを抑制することができる。

次に、上記のように適切にアッベ数が選択されたレンズを用いることの利点を説明する。

本発明者は、上記特許文献１の光源にて照射面を均一に近づけると、照射エリアの端部が中心付近と異なる色となる現象（色づき現象）が生じてしまうことを新たに見出した。そこで、本発明者が上記の色づき現象が生じる原因について鋭意検討したところ、レンズの構成材料のアッベ数が低いほど、色づきの程度が大きいことが新たに判明した。これは、定性的には、アッベ数が低いほど、レンズを通過する波長の異なる複数の光の波長の違いによる屈折率の差が大きくなるからであると考えられる。

そこで、本実施形態の照明装置では、光学レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれの構成材料のアッベ数を５４以上としている（比較的高いアッベ数；本実施形態では、ＰＭＭＡを用いアッベ数５８としている）。これにより、光学レンズ部２ａを構成する光学レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれを通過する波長の異なる複数の光の波長の違いによる屈折率の差が小さくなるため、波長の異なる複数の光の光線間のずれが小さくなる。このため、照射エリアの中心付近と端部の色変化を小さくすることができる。

このように、本実施形態では、照射光の照射エリア（スポット）の中心付近と端部の色変化を小さくすることができるというさらなる効果が得られる。

（図２に示す照明装置と同様の構成）
また、本実施形態の照明装置は、図２に示した照明装置と同様の構成であっても良い。以下、本構成において、上記のように適切にアッベ数が選択されたレンズを用いることの利点を説明する。

図２に示す照明装置と同様の構成を採用する場合においても、光学レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれの構成材料のアッベ数を５４以上としている（比較的高いアッベ数；本実施形態では、ＰＭＭＡを用いアッベ数５８としている）。これにより、光学レンズ部２ａを構成する光学レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれを通過する波長の異なる複数の光の波長の違いによる屈折率の差が小さくなるため、波長の異なる複数の光の光線間のずれが小さくなる。このため、照射エリアの中心付近と端部の色変化を小さくすることができる。

従って、照射光の照射エリア（スポット）の中心付近と端部の色変化を小さくすることができるというさらなる効果が得られる。

以下、図５３を参照しながら、照射エリアの端部（周辺）の色づきと照明装置１１ａの光線の挙動との関係について説明する。

図５３（ａ）は、本実施形態の照明装置１１ａの光線挙動を示す図である。また、図５３（ｂ）は、参考例（sample 2）の照明装置（コリメート光学系ＬＣ２）の光線挙動を示す図である。さらに、図５３（ｃ）は、各レンズの構成材料と、屈折率またはアッベ数との関係を示す表である。

ここでは、照明装置１１ａと、参考例の照明装置において、光源１から出射された赤色光（波長７００ｎｍ；薄い実線）および青色光（波長４３５ｎｍ；濃い実線）の各光線の追跡結果を示す。

図５３（ｂ）に示す参考例の照明装置では、高屈折率（＝低アッべ数）の材料を使用しており、その波長分散性から赤色光と青色光の各光線が大きくずれていることがわかる。

一方、図５３（ａ）に示す本実施形態の照明装置１１ａのように、アッべ数が高いレンズ材料を用いると、波長による屈折率の差が小さくなるため、赤色光と青色光の各光線のずれが少ないことがわかる。

次に、図５４に基づき、本実施形態の照明装置１１ａの光学的特性について説明する。図５４（ａ）は、照明装置１１ａにおいて、照射光に電球色（３０００Ｋ）、青色（波長４３５ｎｍ）、赤色（波長７００ｎｍ）の３種類の光を含めたときの照度分布を示す。また、図５４（ｂ）は、参考例のコリメート光学系ＬＣ２の照度分布を示す。さらに、図５４（ｃ）は、図５４（ａ）に示す照明装置のカラーチャートを示す。

図５４（ａ）および（ｃ）に示すように、照明装置１１ａについては、照度エリアは均一であり、さらに赤色光と青色光の照度エリアの差も１０００ｍｍ先でもほとんどないため、照射エリア（スポット）の中心付近と端部の色変化はほとんどわからない。

一方、レンズ位置・形状が照明装置１１ａと同じでも、コリメート光学系ＬＣ２の照明装置のように、低アッべ数の材料（光学レンズＬ１にポリカーボネイト（ＰＣ）；アッべ数３０）を使った場合、赤色光と青色光の各光線に差が発生するエリア（色変化の距離）が異なる。

例えば、照明装置１１ａにおいて色変化の距離が７０ｍｍ程度に対して、コリメート光学系ＬＣ２では、色変化の距離が１２０ｍｍ程度、すなわち、照射エリアの周辺の色づきエリアが大きくなる。

次に、図５５に基づき、照射エリアの端部（周辺）の色づきとアッベ数との関係（臨界的意義）について説明する。

図５５（ａ）は、レンズの構成材料と、屈折率およびアッベ数との関係を示す表である。また、図５５（ｂ）は、アッベ数と、照射エリアの端部（周辺）における色変化の距離との関係を示すグラフである。

本発明者は、アッべ数の違いによる効果を確認するために、図５５（ａ）の表に示す各材料について、アッベ数と、照射エリアの端部（周辺）における色変化の距離との関係について評価した。

その結果、図５５（ｂ）のグラフに示されているように、アッべ数が５４付近を境界として、色変化の距離が急激に変化することが判明した。

同図では、アッベ数が５４未満のとき、色変化の距離は、ほぼ１１２ｍｍ以上、もしくは、ほぼ１２０ｍｍ以上となっている。一方、アッベ数が５４以上のとき、色変化の距離は、９６ｍｍ以下、もしくは、ほぼ６８ｍｍ以下となっている。

なお、アッベ数は、高ければ高いほど良いわけではなく、アッべ数が非常に高い材料（たとえばＨＯＹＡ社製：ＦＣＤガラス；アッベ数８２）では改善効果は収束する（不図示）。以上より、アッベ数は、５４以上８２以下、より好ましくは、５６以上６５以下であることが好ましい。

＜実施の形態５−２＞
図５６および図５７は本実施の形態に係る照明装置１１ｃの概略構成を示す図である。

（照明装置１１ｃの構成）・・・図５６、５７
照明装置１１ｃは、上記の光学レンズ部２ａの他に、さらに２枚の照射角度調整用レンズである光学レンズＬ３、Ｌ４からなる光学レンズ部２ｂが、光学レンズ部２ａの光射出側に設けられている点で、上記の照明装置１１ａ、１１ｂと異なっている。

光学レンズ部２ａについては、上述したとおりなので、以下では、光学レンズ部２ｂについて説明する。

（光学レンズ部２ｂ）
光学レンズ部２ｂは、２枚の光学レンズＬ３、Ｌ４からなり、光学レンズ部２ａの光出射側に近い側から順に、光学レンズＬ３、光学レンズＬ４が配置された構造となっている。なお、光学レンズＬ３、Ｌ４は、それぞれの中心が光軸Ａｘを通るように配置されている。

（光学レンズＬ３）
光学レンズＬ３は、少なくとも光学レンズＬ２の光軸Ａｘに垂直な断面（最大）の直径よりも大きな直径を有しており、光学レンズＬ２側の面が凹面形状となった光学レンズからなる。

より具体的には、光軸Ａｘ方向に対する厚み：１０ｍｍ、光軸Ａｘに垂直な断面（最大）の直径：５０ｍｍ、入射面（凹）の曲率半径：７８ｍｍ、出射面（凸）の曲率半径：１８０ｍｍである。

光学レンズＬ３の構成材料は、光学レンズＬ１、Ｌ２と同様、高アッべ数のものが好ましく、本実施形態ではＰＭＭＡを用いているが、これに限定されない。例えば、ＰＭＭＡ以外の候補としては上記のクラウンガラスや、オレフィン系樹脂などを例示することができる。

また、光学レンズＬ２、Ｌ３間の距離は、光学レンズＬ２、Ｌ４と干渉しない範囲で可変となっており、図５７（ａ）および（ｂ）に示すように、この距離を変化させることで照射角度調整して、広角または狭角への変更が可能となっている。

なお、図５７（ａ）は、照明光の照射角度を狭角としたときの各レンズの配置を示す。また、図５７（ｂ）は、照明光の照射角度を広角としたときの各レンズの配置を示す。

（光学レンズＬ４）
光学レンズＬ４は、少なくとも１枚目の光学レンズである光学レンズＬ３の最大径よりも大きな直径を有しており、光射出面側は凸形状となったレンズからなる。

より具体的には、光軸Ａｘ方向に対する厚み：１８ｍｍ、光軸Ａｘに垂直な断面（最大）の直径：１００ｍｍ、入射面（凹）の曲率半径：３３０ｍｍ、出射面（凸）の曲率半径：９０ｍｍである。

光学レンズＬ４の構成材料は、本実施形態では、光学レンズＬ１と同様ＰＭＭＡを用いているが、これに限定されない。例えば、ＰＭＭＡ以外の候補としては上記のクラウンガラスや、オレフィン系樹脂などを例示することができる。

なお、図５６に示す光学レンズＬ２〜Ｌ４の距離は、５０ｍｍ程度である。

（照明装置１１ｃの効果）
照明装置１１ｃによれば、発光部から出射される光のほぼ全ての光を利用することができ、高い光利用効率を実現するとともに、発光部の異なる場所から出射する光をほぼ等しい照射領域へ照射することが可能となり、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることができ、照射光の照射エリア（スポット）の中心付近と端部の色変化を小さくしながら、広角または狭角への変更が可能となる。

次に、図５８および５９に基づき、照明装置１１ｃの光学的特性について説明する。

図５８（ａ）は、狭角のレンズ配置において、照射光に電球色（３０００Ｋ）、青色（波長４３５ｎｍ）、赤色（波長７００ｎｍ）の３種類の光を含めたときの照度分布を示す。また、図５８（ｂ）は、カラーチャートを示す。一方、図５９（ａ）は、広角のレンズ配置において、照射光に電球色、青色、赤色の３種類の光を含めたときの照度分布を示す。さらに、図５９（ｂ）は、カラーチャートを示す。

これらの図に示すように、照明装置１１ｃについては、照度エリアは均一であり、さらに赤色光と青色光の照度エリアの差も１０００ｍｍ先でもほとんどないため、照射エリア（スポット）の中心付近と端部の色変化はほとんどわからない。

＜実施の形態５−３＞
本発明のさらに他の実施の形態について説明すれば以下の通りである。ここでは、光学レンズ部２の２枚構成の光学レンズを一体化した例について説明する。

（照明装置の構成）・・・図６０
図６０は、本実施の形態に係る照明装置１１ｄの概略構成を示す図である。

同図に示すように照明装置１１ｄは、光源１（発光部）と、２枚構成の光学レンズＬ１、Ｌ２が一体化された光学レンズ部２ｃとを備える。

（光源１）
光源１は、面発光を行う面発光体であるＬＥＤ発光体からなる。なお、面発光を行う面発光体であれば、ＬＥＤ発光体に限定されるものではない。例えば、発光部として蛍光体を含む発光部を用い、光源と発光部とを分離した構造を採用しても良い。なお、本実施形態のＬＥＤ発光体（面発光体）の発光面の形状は、略円形状であり直径は２ｍｍΦである。

（光学レンズ部２ｃ）
光源１の発光面に垂直な方向に射出する光は、光学レンズＬ２の各空気界面において、概ね垂直入射している。その為、同図に示すように、光学レンズＬ１、Ｌ２の各レンズの中央付近の一部を接触または接合させても、射出角度分布に大きな影響を及ぼすことなく、照射領域の均一性が実現される。

（光学レンズＬ１）
光学レンズＬ１は、少なくとも光源１の発光面の最大幅よりも大きな直径を有しており、光源１側の面が凹面形状となった光学レンズからなる。

より具体的には、光軸Ａｘ方向に対する厚み：２．０ｍｍ、光軸Ａｘに垂直な断面（最大）の直径：８．０ｍｍ、入射面（凹）の曲率半径：６．６ｍｍ、出射面（凸）の曲率半径：４．０ｍｍである。

光学レンズＬ１の構成材料は、本実施形態では、上記と同様ＰＭＭＡを用いているが、これに限定されない。例えば、ＰＭＭＡ以外の候補としては上記のクラウンガラスや、オレフィン系樹脂などを例示することができる。

（光学レンズＬ２）
光学レンズＬ２は、少なくとも１枚目の光学レンズである光学レンズＬ１の最大径よりも大きな直径を有しており、光射出面側は凸形状となったレンズからなる。

より具体的には、光軸Ａｘ方向に対する厚み：４．０ｍｍ、光軸Ａｘに垂直な断面（最大）の直径：１６ｍｍ、入射面：平面、出射面（凸）の曲率半径：１２ｍｍ、出射面（凸）のコーニック定数：−０．２０である。

光学レンズＬ２の構成材料は、本実施形態では、光学レンズＬ１と同様ＰＭＭＡを用いているが、これに限定されない。例えば、ＰＭＭＡ以外の候補としては上記のクラウンガラスや、オレフィン系樹脂などを例示することができる。

（製造方法）
図６０に示す照明装置１１ｄでは、光学レンズＬ１、Ｌ２を一体成型または、光学レンズＬ１、Ｌ２を接合させて光学レンズ部２ｃとした例を示している。
（１）一体成型：具体的には、アクリル材質等の樹脂（本実施形態では、アッベ数５８のＰＭＭＡを使用）を金型によって光学レンズＬ１、Ｌ２を一体成型して光学レンズ部２ｃとする。
（２）接合：一方、光源１の発光面に近いレンズ（光学レンズＬ１）と発光面から遠いレンズ（光学レンズＬ２）とをそれぞれ成型した後、各レンズの中心付近で接着させて光学レンズ部２ｃとしても良い。

より具体的には、照明装置１１ｄの製造方法は、以下の工程を含む。
（ａ）レンズ作成工程：アッベ数が５４以上の透光性材料を用いて複数の光学レンズのそれぞれを作成するレンズ作成工程。
（ｂ）接合工程：光学レンズ部２ｃを構成する各光学レンズのそれぞれの焦点位置が、各光学レンズによって発生するそれぞれの虚像に対して、発光部に対向する面とは反対側に存在するように、（ａ）のレンズ作成工程で作成した複数の光学レンズのそれぞれを、光軸調整を行って接合する。

なお、本実施形態では、「接合」の一例として、接着剤を使用した接着によって、２枚構成の光学レンズを一体化しているが、これに限定されない。例えば、「接合」のその他の例として溶着、圧着などを挙示することができる。

次に、図６１に基づき、照明装置１１ｄの光学的特性について説明する。図６１（ａ）は、照射光に電球色（３０００Ｋ）、青色（波長４３５ｎｍ）、赤色（波長７００ｎｍ）の３種類の光を含めたときの照度分布を示す。また、図６１（ｂ）は、カラーチャートを示す。

これらの図に示すように、照度エリアは均一であり、さらに赤色光と青色光の照度エリアの差も１０００ｍｍ先でもほとんどないため中心付近と端部の色変化はほとんどわからなくなる。

以上に説明したように、本実施形態の照明装置は、発光部の光取り出し側に、複数の光学レンズからなる光学レンズ部を配置した照明装置において、上記光学レンズ部は、各光学レンズのそれぞれの焦点位置が、上記各光学レンズによって発生するそれぞれの虚像に対して、上記発光部に対向する面とは反対側に存在しており、上記複数の光学レンズのそれぞれの構成材料のアッベ数が５４以上であってよい。

また、本実施形態の照明装置の製造方法は、発光部の光取り出し側に、複数の光学レンズからなる光学レンズ部を配置した照明装置の製造方法であって、アッベ数が５４以上の透光性材料を用いて上記複数の光学レンズのそれぞれを作成するレンズ作成工程と、上記光学レンズ部を構成する各光学レンズのそれぞれの焦点位置が、上記各光学レンズによって発生するそれぞれの虚像に対して、上記発光部に対向する面とは反対側に存在するように、上記レンズ作成工程で作成した複数の光学レンズのそれぞれを、光軸調整を行って接合するレンズ接合工程と、を含んでいても良い。

上記構成または方法によれば、各レンズによる虚像を発光部に近い位置で発生させることができる。

これにより、光学レンズ部の光軸上に存在する発光部中心から射出される光と、発光部の中心から外れた位置から射出される光とを、ほぼ等しい角度分布で光学レンズ部から射出することが可能となるので、発光部中心から射出される光も発光部中心から外れた位置から射出される光も所定の照射領域の全域を同じように照射することができるので、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることが可能となる。

しかも、発光部中心から射出される光と発光部中心から外れた位置から射出される光は、ほぼ等しい角度分布で光学レンズ部から射出することが可能となるので、当該光学レンズ部に射出されない光を殆ど無くすことができ、この結果、高い光利用効率を実現することが可能となる。

また、上記のように、本発明者は、上記特許文献１の光源にて照射面を均一に近づけると、照射エリアの端部が中心付近と異なる色となる現象（色づき現象）が生じてしまうことを新たに見出した。そこで、本発明者が上記の色づき現象が生じる原因について鋭意検討したところ、レンズの構成材料のアッベ数が低いほど、色づきの程度が大きいことが新たに判明した。これは、定性的には、アッベ数が低いほど、レンズを通過する波長の異なる複数の光の波長の違いによる屈折率の差が大きくなるからであると考えられる。

そこで、上記の構成または方法では、複数の光学レンズのそれぞれの構成材料のアッベ数を５４以上（比較的高いアッベ数）としている。これにより、光学レンズ部を構成する複数の光学レンズのそれぞれを通過する波長の異なる複数の光の波長の違いによる屈折率の差が小さくなるため、波長の異なる複数の光の光線間のずれが小さくなる。このため、照射エリアの中心付近と端部の色変化を小さくすることができる。

従って、発光部から射出される光のほぼ全ての光を利用することができ、高い光利用効率を実現するとともに、発光部の異なる場所から射出する光をほぼ等しい照射領域へ照射することが可能となり、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることができ、照射光のスポットの中心付近と端部との色変化を小さくすることができる。

また、本実施形態による照明装置は、発光部の光照射面側に、複数の光学レンズからなるレンズ部を配置した照明装置において、上記光学レンズ部を構成する各光学レンズの焦点を合成した合成焦点位置が、上記各光学レンズによって発生するそれぞれの虚像に対して、当該全ての虚像の上記発光部に対向する面とは反対側に存在していても良い。

また、上記構成によれば、光学レンズ部を構成する各光学レンズの焦点を合成した合成焦点位置が、上記各光学レンズによって発生するそれぞれの虚像に対して、当該全ての虚像の上記発光部に対向する面とは反対側に存在していることで、各レンズによる虚像を発光部に、更に近い位置で発生させることができる。これにより、光学レンズ部から射出する光の角度を拡げることができるので、より広い照射領域の均一性を飛躍的に向上させることが可能となる。

さらに、上記構成によっても、各レンズによる虚像を発光部に近い位置で発生させることができるので、発光部から射出される光のほぼ全ての光を利用することができ、高い光利用効率を実現するとともに、発光部の異なる場所から射出する光をほぼ等しい照射領域へ照射することが可能となり、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることができる。また、上記構成によっても、光学レンズ部を構成する複数の光学レンズのそれぞれを通過する波長の異なる複数の光の波長の違いによる屈折率の差が小さくなるため、波長の異なる複数の光の光線間のずれが小さくなる。このため、照射エリアの中心付近と端部の色変化を小さくすることができる。

上記複数の光学レンズのそれぞれの構成材料が、耐熱性を有する材料であっても良い。

上記構成によれば、複数の光学レンズのそれぞれの周辺の温度上昇によりレンズが変形してしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態による照明装置は、上記光学レンズ部を第１光学レンズ部としたとき、上記第１光学レンズ部の光射出側に、第２光学レンズ部が設けられていても良い。

上記構成によれば、第１光学レンズ部から射出された光の射出角を、第２光学レンズ部によって変更することが可能となる。つまり、第２光学レンズ部の光学特性を調整することにより、第１光学レンズ部から射出された光の射出角を狭めたり、あるいは拡げたりすることが可能となる。

これにより、第２光学レンズ部の設計の仕方によって、光の照射領域の面積を自由に変更させることができる。

また、本実施形態による照明装置は、上記第２光学レンズ部は、第１光学レンズ部に一番近いレンズを凹レンズ、次に近いレンズを凸レンズで構成されていても良い。

このように、凹レンズと凸レンズとの組み合わせにより、各レンズで発生する収差を補正し合うことができるので、第１光学レンズ部から射出される光の特性を壊さないようにすることができる。

これにより、第１光学レンズ部から射出される光の射出角が調整可能で、且つ、発光部から射出される光のほぼ全ての光を利用することができ、高い光利用効率を実現するとともに、発光部の異なる場所から射出する光をほぼ等しい照射領域へ照射することが可能となり、照射領域の均一性を飛躍的に向上させることができる。

また、本実施形態による照明装置は、上記光学レンズ部は、上記各レンズ界面の一部が一体的に形成されていても良い。

このように、光学レンズ部を構成している各レンズの一部が一体的に形成されていることで、発光部の発光面と光学レンズ部との位置合わせを簡単にできる。

また、発光部と光学レンズ部との固定も簡単に行うことができる。

２枚レンズの一体的な形成方法としては、樹脂による一体成型、接着剤による接着が考えられる。

また、本実施形態による照明装置は、上記２枚レンズが樹脂により一体成型されていても良い。

この場合、２枚レンズが樹脂により一体成型されていることで、光学レンズ部を形成する際の成型回数を２回（レンズ２枚の場合）から１回に減らすことができるため、製造コストの低下を図ることができる。

また、本実施形態による照明装置は、上記光学レンズ部を構成するレンズのうち、上記発光部に最も近いレンズ面を、当該発光部に向かって窪んだ凹面とする第１光学レンズ、上記発光部の発光面から光軸上の第１光学レンズの界面までの距離をｄ、上記第１光学レンズの内側レンズ曲率半径をＲ、上記発光部の上記光軸上の配置範囲をｈとしたとき、ｈ≦２√（ｄ（２Ｒ−ｄ））を満たしていても良い。

このように、発光部を上記配置範囲ｈ内に配置することで、当該発光部から射出される光が全て第１光学レンズに取り込まれるようになり、光利用効率を向上させることができる。

また、本実施形態による照明装置は、上記光学レンズ部の中心から、発光部の発光面までの距離をａ、上記光学レンズ部の中心から焦点位置までの距離をｆとしたとき、ａ＜ｆ／２を満たしていても良い。

このように、光学レンズ部の中心から、発光部の発光面までの距離ａを、光学レンズ部の中心から焦点位置までの距離ｆの半分より短くすることによって、常に、虚像位置を光学レンズ部の焦点位置よりも相対的に光学レンズ部へ近付けることができる。

また、本実施形態による照明装置は、上記発光部は、複数の発光体からなっていても良い。

この場合、発光部の発光面には、複数の発光体が配置されることになるが、各発光体の発光量にバラツキがあっても、照射面では、これらのバラツキを吸収するようにして光が照射される。つまり、どの発光体においても、同じ照射領域に光を照射するようになっているので、発光体の発光量にバラツキがあっても、このバラツキが吸収されることになる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の実施形態による照明装置は、狭い範囲のみ照明するスポットライトや投光機、やや広範囲を均一に照らす街灯や読書灯、室内用間接照明や自動車の室内灯、より大光量タイプの自動車のヘッドライト等、多くの照明製品に利用することができる。また、舞台照明装置用として、円形以外の照射領域を形成するスポットライトとして好適に利用できる。

また、光源の発光波長は可視光だけではなく、赤外光を用いた赤外センサー用光源や、紫外光を用いたスポット露光照明、殺菌用照明などに利用できる。

１ 光源（発光部）
２ 光学レンズ部
３ 光学レンズ
４ 光学レンズ
５ 開口部
１１ 照明装置
１２ 照明装置
１３ａ 照明装置
１３ｂ 照明装置
２２ 光学レンズ部
２３ 光学レンズ部
ＡＸ 光軸
Ｌ１ 光学レンズ （第１レンズ）
Ｌ２ 光学レンズ （第２レンズ）
ｆ１ 第１の焦点位置
ｆ２ 第２の焦点位置
Ｆ１ 第１レンズの焦点
Ｆ２ 第２レンズの焦点

Claims (20)

1. 光出射面を有する面光源と、
   第１の焦点を有し、前記面光源の前記光出射面側に配置された第１レンズと、
   第２の焦点を有し、前記第１レンズの光出射面側に配置された第２レンズと
   を備え、
   前記第１レンズによって第１の虚像が形成され、かつ、前記第２レンズによって第２の虚像が形成されるように、前記面光源、前記第１レンズおよび前記第２レンズが構成されている照明装置であって、
   前記第２の焦点と、前記第１レンズとの間に、前記第１の虚像が形成され、
   前記第２の焦点は、前記第２レンズの主点から所定焦点距離ｆ’だけ離れた位置よりも前記面光源とは反対の側に位置しており、
   前記第２レンズの主点と前記第１の虚像の位置との間の距離をｌ’とし、前記第２レンズの有効径をＤとし、前記面光源の光出射面のサイズまたは前記面光源に含まれる複数の発光素子の配列ピッチのいずれか一方である光源サイズファクタをεとすると、
   前記所定焦点距離ｆ’は、ｌ’＝（Ｄ／（ε＋Ｄ））・ｆ’を満たす、照明装置。
2. 前記第１レンズによって形成される前記第１の虚像が、前記第２レンズの焦点よりも前記面光源側に位置している、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１の焦点と前記第１レンズとの間に前記第１の虚像が形成され、かつ、前記第２の焦点と前記第２レンズとの間に前記第２の虚像が形成される、請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１レンズと前記第２レンズとの合成焦点と、前記第１レンズとの間において、前記第１の虚像および前記第２の虚像が形成される、請求項３に記載の照明装置。
5. 前記第１レンズと前記第２レンズとを含む第１の光学系の光出射側に、第２の光学系がさらに設けられている、請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記第２の光学系は、前記第１の光学系に対して最も近接する凹レンズと、前記第１の光学系に対して前記凹レンズの次に近接する凸レンズとを含む、請求項５に記載の照明装置。
7. 前記第１レンズの光出射面と前記第２レンズの光入射面とが接合している、請求項１から６のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記第１レンズと前記第２レンズとは、樹脂により一体成型されている、請求項７に記載の照明装置。
9. 前記第１レンズの前記面光源に対向する側のレンズ面は凹曲面であり、
   光軸上における前記面光源の光出射面から前記第１レンズの凹曲面までの距離をｄ、前記第１レンズの前記凹曲面が有する曲率半径をＲとしたとき、
   前記光出射面を配置可能な位置の範囲幅ｈは、
   ｈ≦２√（ｄ（２Ｒ−ｄ））
   で表される、請求項１から８のいずれかに記載の照明装置。
10. 前記第１レンズおよび第２レンズを含む光学レンズ部の主点から、前記光出射面までの距離をａ、前記光学レンズ部の主点から焦点位置までの距離をｆとしたとき、
    ａ＜ｆ／２
    を満たす、請求項１から９のいずれかに記載の照明装置。
11. 前記面光源は、互いに離間して配置された複数の発光素子を含む請求項１から１０のいずれかに記載の照明装置。
12. 前記第１レンズおよび前記第２レンズは、耐熱性を有する材料から形成されている請求項１から１１のいずれかに記載の照明装置。
13. 前記第１レンズおよび前記第２レンズのうちの少なくとも一方は、アクロマートレンズである請求項１から１２のいずれかに記載の照明装置。
14. 前記アクロマートレンズは、凹レンズと前記凹レンズに密着する凸レンズとから構成されており、前記凹レンズと前記凸レンズとの中央部における接合界面が平面である、請求項１３に記載の照明装置。
15. 前記面光源は、ピッチＰで並べられた複数の発光素子と、前記複数の発光素子と重なるように配置された蛍光体とを含み、前記蛍光体のエッジと、前記蛍光体のエッジに最も近い位置に配置された発光素子のエッジとの間の距離をＡとしたとき、Ａ≦Ｐを満たす、請求項１から１４のいずれかに記載の照明装置。
16. 前記第２レンズの光出射側に配置され、前記第２レンズから出射された光の一部のみを遮るように設けられたフードをさらに備える、請求項１から１５のいずれかに記載の照明装置。
17. 光軸上における、前記面光源の発光面の位置から前記フードの先端の位置までの距離Ｌｆ１＋Ｌｆ２は、角度−相対照度グラフの傾きが−０．１よりも小さくなる最小の角度をθ１とし、迷光領域の光束／（照射領域の光束＋迷光領域の光束）で表される迷光割合が１％以下となる出射角度をθ２とし、前記フードの半径をＲｆとしたとき、Ｒｆ／tanθ２＜Ｌｆ１＋Ｌｆ２＜Ｒｆ／tanθ１を満たす、請求項１６に記載の照明装置。
18. 前記第１レンズの光出射面および光入射面ならびに前記第２レンズの光出射面および光入射面のうちの少なくとも１つにおいて反射防止層が設けられている、請求項１から１７のいずれかに記載の照明装置。
19. 前記面光源、前記第１レンズおよび前記第２レンズを収容する空間を有する筺体をさらに備え、前記収容する空間の外側を規定する筺体部分の少なくとも一部において光吸収層が設けられている請求項１から１８のいずれかに記載の照明装置。
20. 前記第１の焦点が、前記第２の焦点よりも前記面光源側に位置している、請求項１から１９のいずれかに記載の照明装置。

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