JP5967976B2 - 照明光学系および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系および照明装置に関する。

スポット照明等に好適なように、光照射エリアの拡縮調整が可能な照明装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１の照明装置では、光源の前に配置された凹レンズを光軸に沿って移動させることにより、光源から照射される光束の広がり具合を調整している。

特許第４３７６２８９号

特許文献１の照明装置では、当該文献の図１１（ｂ）または図２１（ｂ）などに示すように、壁面へ照射される光束には粗い部分と密な部分とを有し、照明のムラが生じていることがわかる。特許文献１の照明装置は、当該文献の段落「０００９」などに記載のように、製品検査や植物育成のための光源を想定し、光源からの光をロス無く光照射エリアに導くことが目的である。このため特許文献１の照明装置では、照射される光束に照度ムラが生じることはさほどの問題ではない。

一方で、特許文献１の照明装置をディスプレイ照明や室内照明として用いようとすると、照射される光束に照度ムラが生じることは大きな問題になる。たとえば光の照明領域にドーナツ状の光の輪が生じたり、反対に、光の照明領域の中心付近の照度が極端に高くなるなど、ディスプレイやインテリアのデザインの観点からすると好ましくない。

また、特許文献１の照明装置は、負のパワーを有する凹面レンズだけを用いるので、光源から出射した光束が凹面レンズで発散する。このような構成では、発散する光束を妨げないように照明装置の口径が大型化される。これによれば照明装置の小型化、軽量化、および低コスト化の妨げになる。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、照射される光束の照度ムラを低減させると共に、照明領域を狭い範囲から広い範囲まで連続的に変更させること、または装置の構成を小型化、軽量化、および低コスト化すること、のいずれか１つまたは複数を達成することができる照明光学系および照明装置を提供することを目的とする。

本発明のひとつの観点は、照明光学系としての観点である。本発明の照明光学系は、光源から順に配置される、第１のレンズと、第２のレンズと、第３のレンズと、第２のレンズを光軸方向に沿って移動させる移動機構と、を有し、第１のレンズは、正のパワーを有するレンズであり、光源から出射され、前記第１のレンズを透過した光を、光軸上の光線を含む内側光束と、内側光束の外側に位置する外側光束とし、内側光束と外側光束とが平行でなく互いに交差しない非交差領域を有するように出射し、第２のレンズは、非交差領域を光軸方向に移動することが可能であり、非交差領域における内側光束および外側光束が透過する口径を有するものである。

また、第１のレンズは、光軸上に配置され内側光束を出射する正のパワーを有する内側レンズと、内側レンズの外側に配置されるリフレクタ部と、を有することが好ましい。

また、第２レンズは、正パワーを有し、少なくとも一面は非球面レンズであり、外側光束が透過する領域は、内側光束が透過する領域に比べて、正のパワーが弱いことが好ましい。

さらに、第３のレンズの少なくとも一面は非球面レンズであり、光軸から離れるにしたがって負のパワーが強くなることが好ましい。

また、第３レンズの出射側に光を拡散させる手段を配置することもできる。あるいは、第３のレンズは光散乱機能を有するようにしてもよい。もしくは、第３のレンズの出射側にフレネルレンズを配置するようにしてもよい。

あるいは、本発明の照明光学系において、第２レンズおよび第３レンズの少なくとも一方はフレネルレンズであるようにしてもよい。

本発明の別の観点は、照明装置である。本発明の照明装置は、本発明の照明光学系を有するものである。

本発明によれば、照射される光束の照度ムラを低減させると共に、照明領域を狭い範囲から広い範囲まで連続的に変更させること、または装置の構成を小型化、軽量化、および低コスト化すること、のいずれか１つまたは複数を達成することができる。

本発明の第一の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が狭角の場合のレンズ位置を示す図である。 本発明の第一の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が中間角の場合のレンズ位置を示す図である。 本発明の第一の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が広角の場合のレンズ位置を示す図である。 本発明の第一の実施の形態に係る照明光学系を有する照明装置の斜視図である。 図４に示す照明装置を照明光学系の光軸を含む平面にて切断した断面図である。 図１に示す照明光学系の狭角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 図１に示す照明光学系の狭角のレンズ位置における１ｍ直下の照度分布を示す図である。 図１に示す照明光学系の中間角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 図１に示す照明光学系の中間角のレンズ位置における１ｍ直下の照度分布を示す図である。 図１に示す照明光学系の広角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 図１に示す照明光学系の広角のレンズ位置における１ｍ直下の照度分布を示す図である。 本発明の第二の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が狭角の場合のレンズ位置を示す図である。 図１２に示す照明光学系の狭角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 比較例として拡散シートを用いない場合の図１２に示す照明光学系の狭角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 本発明の第二の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が中間角の場合のレンズ位置を示す図である。 図１５に示す照明光学系の中間角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 比較例として拡散シートを用いない場合の図１５に示す照明光学系の中間角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 本発明の第二の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が広角の場合のレンズ位置を示す図である。 図１８に示す照明光学系の広角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 比較例として拡散シートを用いない場合の図１８に示す照明光学系の広角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 本発明の第三の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が狭角の場合のレンズ位置を示す図である。 図２１に示す照明光学系の狭角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 本発明の第三の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が中間角の場合のレンズ位置を示す図である。 図２３に示す照明光学系の中間角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。 本発明の第三の実施の形態に係る照明光学系の構成図であり照明光学系の照射角が広角の場合のレンズ位置を示す図である。 図２５に示す照明光学系の広角のレンズ位置におけるファーフィールド配光分布を示す図である。

（第一の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態に係る照明光学系１および照明装置について図１〜図１１を参照しながら説明する。

図１〜図３に示すように、照明光学系１は、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)である光源２の側から順に、第１レンズとしてのリフレクタタイプのレンズ３と、第２レンズとしての凸レンズであるレンズ４と、第３レンズとしての凹レンズであるレンズ５と、レンズ４を光軸方向に沿って移動する移動機構６とを備えている。

図１は、照射角が狭角のときの照明光学系１のレンズ４の位置を示している。この場合、照明光学系１から所定の距離だけ離れた位置にある投影面Ｓにおける照明領域は照明領域Ｌ１となる。図２は、照射角が中間角のときの照明光学系１のレンズ４の位置を示している。この場合、照明光学系１から所定の距離だけ離れた位置にある投影面Ｓにおける照明領域は照明領域Ｌ２（＞Ｌ１）となる。図３は、照射角が広角角のときの照明光学系１のレンズ４の位置を示している。この場合、照明光学系１から所定の距離だけ離れた位置にある投影面Ｓにおける照明領域は照明領域Ｌ３（＞Ｌ３）となる。なお、図１〜図３は、説明を分かり易くするために、光束を構成する光線のうち特徴的なものだけを抜粋して示している。よって、実際には、図中に「…」で示すところにも多数の光線が通っている。

レンズ３は、正のパワーを有するレンズであり、光源２から出射された光を、光軸上の光線を含む内側光束７と、内側光束７の外側に位置する外側光束８とし、内側光束７と外側光束８とが互いに交差しない非交差領域Ｎを有するように出射する。さらに詳しく説明すると、レンズ３は、光軸上に配置され内側光束７を出射する正のパワーを有する内側レンズ部９と、内側レンズ部９の外側に配置されるリフレクタ部１０と、を有する。レンズ３の材質は、光源２の発熱に耐え得るものでなければならない。たとえばレンズ３の材質は、ポリカーボネイトである。ポリカーボネイトは、常用耐熱温度が１３０度以下であるため、レンズ３の材質として適する。

レンズ４は、移動機構６により上述の非交差領域Ｎの範囲内を光軸方向に移動することが可能であり、非交差領域Ｎにおける内側光束７および外側光束８が透過する口径を有する。さらに詳しく説明すると、レンズ４は、正パワーを有し、少なくとも一面は非球面レンズであり、外側光束８が透過する領域は、内側光束７が透過する領域に比べて、正のパワーが弱い。

レンズ５は、レンズ４から出射した光束が透過する口径を有する凹レンズである。レンズ５の少なくとも一面は非球面レンズであり、光軸から離れるにしたがって負のパワーが強くなる。

レンズ４，５の材質は、レンズ３のように高い耐熱温度を必要としないため、アクリル（常用耐熱温度９０度以下）などでもよい。

図４および図５に示すように、照明光学系１は、レンズ４を光軸方向に移動する移動機構としてレンズ移動鏡筒Ｚを用いて構成することができる。レンズ３，４，５は、レンズ移動鏡筒Ｚの内部に配置される。レンズ移動鏡筒Ｚは、直進溝１２が形成される固定筒１３と、この固定筒１３が取り付けられる台座部１７と、カム溝１４が形成されるカム筒１５を有する。図５に示すように、レンズ４の外周には、突出部１６が取付けられており、突出部１６が直進溝１２およびカム溝１４に嵌め込まれている。ここでカム筒１５を周方向に回転させると、突出部１６は、直進溝１２により光軸方向前後にガイドされながら、カム溝１４により該前後方向への駆動力を得て、前後方向部直線移動することができる。突出部１６の移動と共に、レンズ４も光軸方向に移動する。

図４および図５に示すように、照明光学系１に光源ユニット１９を備えることで、照明装置１１として構成することができる。光源ユニット１９は、リベット２０によって台座部１７に取り付けられる。さらに、レンズ５の出射側には、保護レンズ２１が設けられている。保護レンズ２１は、たとえば透明な平板であり、光学的にはニュートラルなレンズである。保護レンズ２１の材質は、アクリルなどでよい。また、保護レンズ２１は省略してもよい。

図６は、図１に示したレンズ４の位置（狭角位置）における照明光学系１のファーフィールド配光分布を示している。ここでファーフィールド配光分布とは、照明光学系１の大きさを無視し、１点からの発光とみなす点光源が無限遠にあると仮定し、どちらの方向にどれくらいの強度で光るのかを示す分布である。図６は、照明光学系１の光軸と光測定方向との（同一平面上の）角度を取り、縦軸は、照度強度を最大値で正規化したものである。なお、図１に示したレンズ４の位置（狭角位置）における照明光学系１の測定光強度が光軸位置での最大の測定光強度の半分の値になる配光角である、いわゆる半値配光角は１３．５度である。

図６に示すように、図１に示したレンズ４の位置では、照明光学系１の光軸方向から見た照射光強度が最も強く、光軸と成す角度が大きくなると急に光強度が低下している様子がわかる。

図７は、図１に示したレンズ４の位置（狭角位置）における照明光学系１の光源２から１ｍの距離における照度分布を示している。図７の上段の左側の図は、投影面Ｓに投影された照明領域Ｌ１を示している。図７の下段の図は、横軸に、投影面Ｓに投影された照明光学系１の光軸からの距離（ｍｍ：ミリメートル）をとり、縦軸に、照度（Ｌｕｘ：ルクス）をとり、照明領域Ｌ１におけるＸ方向の照度分布を示している。また、図７の上段の右側の図は、図７の下段の図における照度測定位置とは光軸の周りに９０度ずれた位置（すなわち、照明領域Ｌ１におけるＹ方向）における照度分布を示している。縦軸に、投影面Ｓに投影された照明光学系１の光軸からの距離をとり、横軸に、照度をとっている。

図７に示すように、図１に示したレンズ４の位置では、照明領域Ｌ１の中心部付近に照度の高い小さい領域３０（光軸から半径約１０ｍｍ程度）があり、領域３０の周囲には、領域３０よりは照度が低く領域Ｌ１の大部分を占める領域３１（光軸から半径約５０ｍｍ程度）があり、領域３１の周囲には、領域３１よりも照度が低い小さい領域３２がある。なお、領域３２の周囲にも僅かに照度を有する領域があるが図７での図示は省略する。図７の上段の右側の図の配光分布と図７の下段の図の配光分布とはほぼ同じである。

図８は、図２に示したレンズ４の位置（中間角位置）における照明光学系１のファーフィールド配光分布を示している。なお、図２に示したレンズ４の位置（中間角位置）における照明光学系１の半値配光角は２０度である。図８に示すように、図２に示したレンズ４の位置では、図６に比べて照明光学系１の照明強度が最も強い範囲が広がると共に、配光分布曲線の裾野部分が広がっていることがわかる。すなわち照明領域Ｌ２は照明領域Ｌ１に比べて広範囲となっている。

図９は、図２に示したレンズ４の位置（中間角位置）における照明光学系１の光源２から１ｍの距離における照度分布を示している。図９の上段の左側の図は、投影面Ｓに投影された照明領域Ｌ２を示している。図９に示すように、図２に示したレンズ４の位置では、照明領域Ｌ２の中心部付近にその周囲よりも照度の高い領域４０（光軸から半径約１００ｍｍ程度）があり、領域４０の周囲には、領域４０よりはやや照度が低い領域４１（光軸から半径約１５０ｍｍ程度）がある。なお、領域４１の周囲にも僅かに照度を有する領域があるが図９での図示は省略する。図９の上段の右側の図の照度分布と図９の下段の図の照度分布とはほぼ同じである。図７と比べると照度の異なる領域の数が減少し、照度が広い範囲で均等化していることがわかる。

図１０は、図３に示したレンズ４の位置（広角位置）における照明光学系１のファーフィールド配光分布を示している。なお、図３に示したレンズ４の位置（広角位置）における照明光学系１の半値配光角は３２度である。図１０に示すように、図３に示したレンズ４の位置では、図８に比べて照明光学系１の配光分布曲線の裾野部分がさらに広がっていることがわかる。すなわち照明領域Ｌ３は照明領域Ｌ２に比べて広範囲となっている。

図１１は、図３に示したレンズ４の位置（広角位置）における照明光学系１の光源２から１ｍの距離における照度分布を示している。図１１の上段の左側の図は、投影面Ｓに投影された照明領域Ｌ３を示している。図１１に示すように、図３に示したレンズ４の位置では、照明領域Ｌ３の中心部付近にその周囲よりもやや照度の高い領域５０（光軸から半径約８０ｍｍ程度）があり、領域５０の周囲には、領域５０よりはやや照度が低い領域５１（光軸から半径約３００ｍｍ程度）がある。さらに、領域５１の周囲には、領域５１よりはやや照度が低い領域５２（光軸から半径約４００ｍｍ以上）がある。なお、図１１の上段の右側の図の照度分布と図１１の下段の図の照度分布とはほぼ同じである。図９と比べると照度がさらに広い範囲で均等化していることがわかる。

以上説明したように、照明光学系１は、光源２の側から順に、レンズ３、レンズ４、レンズ５を備え、レンズ４が移動機構６（レンズ移動鏡筒Ｚ）により光軸方向に移動可能に構成されている。係る構成においては、レンズ４が移動することで、レンズ３とレンズ４の間隔、およびレンズ４とレンズ５との間隔が変化し、照明光学系１の配光角（照明領域の広さ）を変化させることができる。すなわち、レンズ４およびレンズ５の間隔を変化させることで、レンズ３の前側の焦点距離を変化させることができる。そのため、照明光学系１から出射する光の照明領域（配光角）を連続的に変化させることができる。

また、照明光学系１のレンズ３は、正のパワーを有するレンズであり、光源２から出射された光を、光軸上の光線を含む内側光束７と、内側光束７の外側に位置する外側光束８とし、内側光束７と外側光束８とが互いに交差しない非交差領域Ｎを有するように出射できる。具体的に説明すると、レンズ３は、光軸上に配置され内側光束７を出射する正のパワーを有する内側レンズ部９と、内側レンズ部９の外側に配置されるリフレクタ部１０と、を有するので、内側光束７と外側光束８とを良好かつ高効率に分離することができる。なお、レンズ３は、光源２から出射された光を平行な光束として出射することができるレンズあるいはリフレクタであってもよい。レンズ３から出射する光を平行な光束とすることで、内側光束７と外側光束８とを非交差の状態とすることができる。

これによれば、内側光束７と外側光束８を次段のレンズ４の異なる部分に透過させることができ、レンズ４の設計において、レンズ３から出射された内側光束７と外側光束８とを分離して制御するように設計が可能になる。すなわちレンズ４の形状を設計する際に、レンズ３から出射された内側光束７は、レンズ４の中央部付近の曲率を調整することで制御し、レンズ３から出射された外側光束８は、レンズ４の外周部の曲率を調整することで制御することができる。このため、照明光学系１では、照射される光束の照度ムラを低減させるようなレンズ４の形状の設計を容易に行うことができる。

さらに、レンズ４は、上述の非交差領域Ｎの範囲内を光軸方向に移動することが可能であり、非交差領域Ｎにおける内側光束７および外側光束８が透過する口径を有する。つまり、レンズ４が非交差領域Ｎを光軸方向に移動しても、内側光束７と外側光束８はレンズ４の異なる部分を透過する。すなわち、内側光束７は中央部付近を透過し、外側光束８はレンズ４の外周部を透過する、これにより、照明光学系１によれば、照射される光束の照度ムラを低減させながら照明領域を狭い範囲から広い範囲まで連続的に変更することができる。

また、レンズ４は、正パワーを有し、少なくとも一面は非球面レンズであり、外側光束８が透過する領域は、内側光束７が透過する領域に比べて、正のパワーが弱いようにしている。レンズ４を正パワーとすることで、レンズ３から出てくる光を広げる(発散させる)ことが無いため、レンズ５の口径を小さくすることができる。つまり、照明光学系１の全体の径を細くすることができる。これによれば照明装置１を小型化、軽量化、および低コスト化することができる。また、レンズ４を非球面レンズとすることにより、レンズ４の外周部の非球面係数の調整を行うことができ、レンズ３から出射された外側光束８をより制御し易くなり、レンズ４の移動範囲の広い範囲に亘って照度斑の低減を図ることができる。また、レンズ４を透過した後においても、なお内側光束７と外側光束８とが非交差である領域を多く作ることができる。これによれば上述のレンズ４の形状の設計と同様に、少なくとも一面は非球面レンズであるレンズ５の形状の設計についてもレンズ４から出射された内側光束７は、レンズ５の中央部付近の曲率を調整することで制御し、レンズ４から出射された外側光束８は、レンズ５の外周部の非球面係数を調整することで制御することができる。このため、照明光学系１では、照射される光束の照度ムラを低減させるようなレンズ５の形状の設計を容易に行うことができる。

さらに、レンズ５の少なくとも一面は非球面レンズであり、光軸から離れるにしたがって負のパワーが強くなるようにしているので、レンズ５を透過した後においても、なお内側光束７と外側光束８とが非交差である領域を多く作ることができる。このようにして照明光学系１によれば、照射される光束の照度ムラを低減させながら照明領域を狭い範囲から広い範囲まで連続的に変更することができる。

（第二の実施の形態）
本発明の第二の実施の形態に係る照明光学系１Ａを図１２〜図１４を参照しながら説明する。照明光学系１Ａは、照明光学系１と一部が異なる。よって、以下では、照明光学系１Ａが照明光学系１とは異なる部分について主に説明し、照明光学系１と共通の部分については説明を省略または簡略化する。

図１２に示すように、照明光学系１Ａは、照明光学系１のレンズ５の出射側に光束を拡散するための拡散シート６０を有する。なお、図４および図５に示した照明装置１１では、保護レンズ２１の代わりに拡散シート６０を設けてもよいし、あるいは保護レンズ２１の出射側にさらに拡散シート６０を設けてもよい。また、照明光学系１Ａの拡散シート６０のヘーズ値（拡散の度合い）はおよそ３５％とした。また、拡散シート６０における光束の拡散によって、照明領域Ｌ４の照度ムラの低減を図ることができる。

図１３は、図１２に示したレンズ４の位置（狭角位置）における照明光学系１Ａのファーフィールド配光分布を示している。なお、図１２に示したレンズ４の位置（狭角位置）における照明光学系１Ａの半値配光角は１４度である。また、図１４は比較例であり、図１２に示したレンズ４の位置（狭角位置）における照明光学系１Ａから拡散シート６０を取り去った場合のファーフィールド配光分布を示している。図１３に示す配光分布では、図１４に示す配光分布と比べて、光軸方向付近での光の照明強度の変化が緩和されていることがわかる。

図１６は、図１５に示したレンズ４の位置（中間角位置）における照明光学系１Ａのファーフィールド配光分布を示している。なお、図１５に示したレンズ４の位置（中間角位置）における照明光学系１Ａの半値配光角は２５度である。また、図１７は比較例であり、図１５に示したレンズ４の位置（中間角位置）における照明光学系１Ａから拡散シート６０を取り去った場合のファーフィールド配光分布を示している。図１６に示す配光分布では、図１７に示す配光分布と比べて、光軸方向付近での光の照明強度の変化が緩和されて均等化されていることがわかる。すなわち、拡散シート６０における光束の拡散によって、照明領域Ｌ５の照度ムラの低減を図ることができる。

図１９は、図１８に示したレンズ４の位置（広角位置）における照明光学系１Ａのファーフィールド配光分布を示している。なお、図１８に示したレンズ４の位置（広角位置）における照明光学系１Ａの半値配光角は３６度である。また、図２０は比較例であり、図１８に示したレンズ４の位置（広角位置）における照明光学系１Ａから拡散シート６０を取り去った場合のファーフィールド配光分布を示している。図１９に示す配光分布では、図２０に示す配光分布と比べて、光軸方向付近での光の照明強度の変化が緩和されていることがわかる。すなわち、拡散シート６０における光束の拡散によって、照明領域Ｌ６の照度ムラの低減を図ることができる。

このように、照明光学系１Ａは、レンズ４のいずれの位置（狭角位置、中間角位置、広角位置）においても光軸方向付近での光の照明強度の変化が緩和されていることがわかる。また、照明光学系１と比べて照明光学系１Ａの半値配光角は大きくなっている。これによれば、照明領域の中心部付近に照度が高い領域が出現し難くなると共に中心部以外の領域での照度変化が緩和されるので、照明光学系１Ａは、照明光学系１よりもさらに照射される光束の照度ムラを低減させながら照明領域を狭い範囲から広い範囲まで連続的に変更することができる。また、照明光学系１Ａによれば、全体の配光角を１４度〜３６度とし、照明光学系１の全体の配光角１３．５度〜３２度に比べて広くしている。照明光学系１Ａによれば、配光角を広げた場合に生じ易くなる光束の照度ムラを拡散シート６０によって解消することができる。

（第三の実施の形態）
本発明の第三の実施の形態に係る照明光学系１Ｂを図２１〜図２６を参照しながら説明する。照明光学系１Ｂは、照明光学系１と一部が異なる。よって、以下では、照明光学系１Ｂが照明光学系１とは異なる部分について主に説明し、照明光学系１と共通の部分については説明を省略または簡略化する。

図２１に示すように、照明光学系１Ｂは、照明光学系１のレンズ５に換えてフレネルレンズ７０を有する。図２２は、図２１に示したレンズ４の位置（狭角位置）における照明光学系１Ｂのファーフィールド配光分布を示している。なお、図２１に示したレンズ４の位置（狭角位置）における照明光学系１Ｂの半値配光角は１５度である。図２２に示す配光分布では、たとえば図１３に示す配光分布と比べて、光軸方向付近での光の照明強度の変化が緩和されていることがわかる。

図２４は、図２３に示したレンズ４の位置（中間角位置）における照明光学系１Ｂのファーフィールド配光分布を示している。なお、図２３に示したレンズ４の位置（中間角位置）における照明光学系１Ｂの半値配光角は２３．５度である。図２４に示す配光分布では、たとえば図１６に示す配光分布と比べて、光軸方向付近での照度変化がさらに緩和されていることがわかる。

図２６は、図２５に示したレンズ４の位置（広角位置）における照明光学系１Ｂのファーフィールド配光分布を示している。なお、図２５に示したレンズ４の位置（広角位置）における照明光学系１Ｂの半値配光角は３２度である。図２６に示す配光分布では、たとえば図１９に示す配光分布と比べて、光軸方向付近での照度変化がさらに緩和されていることがわかる。

このように、照明光学系１Ｂは、レンズ４のいずれの位置（狭角位置、中間角位置、広角位置）においても光軸方向付近での照度変化がさらに緩和されていることがわかる。これによれば、照明光学系１Ｂは、照明光学系１Ａよりもさらに照明領域の中心部付近に照度が高い領域が出現し難くなるので、照明光学系１Ａよりもさらに照射される光束の照度ムラを低減させながら照明領域を狭い範囲から広い範囲まで連続的に変更することができる。すなわち、照明光学系１Ｂは、照明光学系１Ａと同様に、配光角を広げた場合に生じ易くなる光束の照度ムラをフレネルレンズ７０によって解消することができる。また、フレネルレンズ７０を用いることで、照明光学系１Ｂの小型化および軽量化を図ることができる。

（その他の実施の形態）
上述した実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り様々に変更が可能である。たとえば、レンズ４を正のパワーのフレネルレンズとし、レンズ５を負のパワーのフレネルレンズとしてもよい。これによれば、レンズ４，５の厚さを薄くできるので、照明装置１の軽量化、小型化およびコストダウンを図ることができる。あるいは、レンズ４またはレンズ５のいずれか一方だけをフレネルレンズとしてもよい。

また、上述の第二の実施の形態に係る照明光学系１Ａの拡散シート６０を用いずに、レンズ５自体を光散乱体を含有した合成樹脂などで形成してもよい。これによれば拡散シート６０を用いずともレンズ５自体で光束を拡散することができる。

また、照明装置１１のカム溝１４の角度を一定とすれば、カム筒１５の回転に従って狭角〜広角までの照明領域の大きさがスムーズに変化するが、カム溝１４の角度に変化を持たせてもよい。たとえば照明装置１１の照明領域が狭角〜広角まで変化する途中に、比較的配光分布のムラ（照度ムラ）が生じ易い範囲が分かっている場合には、その範囲では急速に照明領域が変化するようにする。これによれば配光分布のムラが生じ易い範囲をユーザが使用しないようにできる。さらには、狭角〜広角の照明領域の変化を無段階的ではなく段階的に行うようにし、上述の比較的配光分布のムラが生じ易い範囲を飛ばして照明領域が変化するようにしてもよい。

また、レンズ３については、ポリカーボネイト製などで内側レンズ部９とリフレクタ部１０とが一体に成形されたものを例示したが、リフレクタ部１０に相当する位置に鏡面の反射板を置くことにより、外側光束８を得るようにしてもよい。この場合、内側光束７は、光源２から直接出射された光束として得ることができる。これによれば、レンズ３を１枚の反射板によって置き換えることができる。

１…照明光学系、２…光源、３…レンズ（第１レンズ）、４…レンズ（第２レンズ）、５…レンズ（第３レンズ）、６…移動機構、７…内側光束、８…外側光束、９…内側レンズ、１０…リフレクタ部、１１…照明装置、Ｎ…非交差領域

Claims (9)

1. 光源から順に配置される、第１のレンズと、第２のレンズと、第３のレンズと、
   前記第２のレンズを光軸方向に沿って移動させる移動機構と、
   を有し、
   前記第１のレンズは、正のパワーを有するレンズであり、前記光源から出射され、前記第１のレンズを透過した光を、光軸上の光線を含む内側光束と、前記内側光束の外側に位置する外側光束とし、前記内側光束と前記外側光束とが平行でなく互いに交差しない非交差領域を有するように出射し、
   前記第２のレンズは、前記非交差領域を光軸方向に移動することが可能であり、前記非交差領域における前記内側光束および前記外側光束が透過する口径を有する、
   ことを特徴とする照明光学系。
2. 請求項１に記載の照明光学系において、
   前記第１のレンズは、
   光軸上に配置され前記内側光束を出射する正のパワーを有する内側レンズと、
   前記内側レンズの外側に配置されるリフレクタ部と、
   を有することを特徴とする照明光学系。
3. 請求項１または２に記載の照明光学系において、
   前記第２レンズは、
   正パワーを有し、
   少なくとも一面は非球面レンズであり、
   前記外側光束が透過する領域は、前記内側光束が透過する領域に比べて、正のパワーが弱い、
   ことを特徴とする照明光学系。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の照明光学系において、
   前記第３のレンズの少なくとも一面は非球面レンズであり、前記光軸から離れるにしたがって負のパワーが強くなる、
   ことを特徴とする照明光学系。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の照明光学系において、
   前記第３レンズの出射側に光を拡散させる手段を配置する、
   ことを特徴とする照明光学系。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の照明光学系において、
   前記第３のレンズは光散乱機能を有する、
   ことを特徴とする照明光学系。
7. 請求項１から４のいずれか１項に記載の照明光学系において、
   前記第３のレンズの出射側にフレネルレンズを配置する、
   ことを特徴とする照明光学系。
8. 請求項１から４のいずれか１項に記載の照明光学系において、
   前記第２レンズおよび前記第３レンズの少なくとも一方はフレネルレンズである、
   ことを特徴とする照明光学系。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の照明光学系を有することを特徴とする照明装置。

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