WO2018225376A1

WO2018225376A1 - 照明ユニット

Info

Publication number: WO2018225376A1
Application number: PCT/JP2018/015217
Authority: WO
Inventors: 中村　健太郎
Original assignee: コニカミノルタ株式会社
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2018-12-13
Also published as: JPWO2018225376A1

Abstract

特定の光源を点灯、消灯することによって、ある領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明を行うのに適した小型な照明ユニットを提供する。複数の光源と、前記光源からの出射光を変調する光学系と、を有する照明ユニットは、前記光学系は、複数のレンズからなるレンズユニットと、前記光源と前記レンズユニットとの間に配置された配光制御合波素子とを有し、前記配光制御合波素子は、前記光源側から前記レンズユニット側へ向かうにつれて広がるテーパー形状を有し前記光源から出射された出射光を導光する複数の導光部と、前記導光部の出射側に配置された平板部とを備え、前記導光部における前記光源からの出射光を入射する入射面の面積に対し、前記導光部に入射した光を前記平板部に対して出射する出射面の面積は１．２倍以上、２．５倍以下に設定されている。

Description

照明ユニット

　本発明は、照明ユニット、より詳細には、複数の光源から放出される光の配光を制御して被照明物体を照明する照明ユニットに関し、特に室内照明装置、建築物照明装置、車載用照明装置、拡大投影装置等の映像装置、あるいは顕微鏡照明装置等に適用可能な照明ユニットに関する。

　近年、地球規模でエネルギー問題が高まりを見せる中、省エネルギーかつ長寿命である発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いたＬＥＤ照明装置が注目され、実際に利用されている。一般に、ＬＥＤ光源から出射される光はランバーシアン配光であるため、例えば看板照明や液晶のバックライト等に使用される場合、照射範囲内を均一の明るさで照明する目的でレンズや拡散板等が用いられることが多い。レンズ等を用いる場合はレンズ系の屈折により配光特性を変換するため、光源とレンズを離して配置する必要があり、この時ＬＥＤから発せられる光を効率よく光学系に入れて光利用効率を高めようとすると、光学系の明るさ（Ｆナンバー）を空気中での限界値Ｆ０．５近くまで明るくする必要が生じるため、加工性や性能の観点から光学系としては非常に製造しにくいものとなる。

　一方、より強く且つより広範囲を照射したい場合には、複数のＬＥＤ光源が配置された基板と、それぞれのＬＥＤからの放射光を集光、またはコリメートするレンズとを用いる手法がとられている。このような光源を使用する場合、複数あるなかの特定のＬＥＤチップを消灯することにより、特定の方向に光を照らさない、あるいは特定のＬＥＤチップを点灯することにより文字や形などを模って光を照らすことも可能となる。

　例えば特許文献１では、面形状に高密度に配列された複数の光源から放射される照明光を、光学手段を用いて面形状被照明物体に照明する照明装置が開示されている。また、特許文献２、３では、ＬＥＤや2次光源から出射する光の利用効率を高めつつ、照度の均一化や配光角を狭めるためにテーパーロッドアレイを用いる構成が開示されている。

特開２００２－２６８００１号公報特開２００７－２８８１６９号公報特開２００８－７０７６９号公報

　一般に光源から放射される照明光を、光学手段によって集光、またはコリメートする場合、照射面における光強度分布は光源の形がそのまま像として投影されることになる。つまり複数の光源を使用する場合、それらが高密度に配列されていたとしても、物理的制約のため光源と光源との間の隙間を完全に無くすのは難しく、例えば矩形の光源を高密度に配列した場合、その隙間が発光しないことから照射面上の光強度分布においてグリッド状の強弱パターンが発生してしまう恐れがある。これは照明装置によっては致命的な問題となり得る。

　特許文献１では、光源を光学手段のベストフォーカス位置ではなく、ベストフォーカス位置から少し遠ざけた位置に設定し、照射面上での強度分布を調整すべく光源の像をピンボケさせエッジをぼやけさせることにより、隣接する光源の出射光を重ねあわせて照射強度分布の均一化を図っている。しかしながら、このようなデフォーカスによる手法は、個々の光源から放射される光の照射面上での強度を落として照射範囲を広げる（強度プロファイルの裾野を広げる）ということを意味するため、照射面においては複数光源の重ねあわせによりグリッド状の明暗を、ある程度解消することはできるが、特定の領域を照らさない、あるいは文字や形を模るといった照明法を実現する場合、このような手法では明暗の境界があいまいになってしまう恐れがある。

　これに対し特許文献２、３では、テーパーロッドアレイを用いることにより光源からの光の利用効率を高めつつ、テーパーロッドアレイで導光された出射光の照度分布均一化や配光角を狭めるという技術が開示されている。この場合、出射光の配光角を狭めるためにはテーパーロッドの入射側と出射側の面積比を大きくして、ロッドの長さを十分長くとる必要がある。更には、光源に複数のＬＥＤを用いて、特定のＬＥＤを点灯、消灯することにより文字や形を形成する場合は、一つのＬＥＤが照射する範囲（照射角）を小さく設定する必要があるため、投影光学系の焦点距離は必然的に長くなり、テーパーロッドの長さも加味すると非常に大型なものとなってしまう恐れがある。

　本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高密度に配列された複数の光源からの光を、高効率で照射面上に均一かつ高い強度で投射でき、特定の光源を点灯、消灯することによって、ある領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明を行うのに適した小型な照明ユニットを提供することを目的とする。

　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した照明ユニットは、複数の光源と、前記光源からの出射光を変調する光学系と、を有する照明ユニットにおいて、
　前記光学系は、複数のレンズからなるレンズユニットと、前記光源と前記レンズユニットとの間に配置された配光制御合波素子と、を有し、
　前記配光制御合波素子は、前記光源側から前記レンズユニット側へ向かうにつれて広がるテーパー形状を有し前記光源からの出射光を導光する複数の導光部と、前記導光部の出射側に配置された平板部と、を備え、前記導光部における前記光源からの出射光を入射する入射面の面積に対し、前記導光部に入射した光を前記平板部に対して出射する出射面の面積は１．２倍以上、２．５倍以下に設定されているものである。

　本発明によれば、高密度に配列された複数の光源からの光を、高効率で照射面上に均一かつ高い強度で投射でき、特定の光源を点灯、消灯することによって、ある領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明を行うのに適した小型な照明ユニットを提供することができる。

本実施形態にかかる照明ユニット１０の模式図である。配光制御合波素子３０を入射面側から見た斜視図である。１つのＬＥＤチップと配光制御合波素子３０とを示す模式図である。光源と配光制御合波素子の断面図である。実施例１のレンズユニットの断面図である。実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。配光制御合波素子なしでの配光特性（ランバーシアン配光）を示す図である。実施例１における配光制御合波素子を通過した後の配光特性を示す図である。ＬＥＤアレイを、８を描くように各セグメントのＯＮ／ＯＦＦを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示す図である。同じ配置のＬＥＤアレイからの出射光を、実施例１の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。実施例２のレンズユニットの断面図である。実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。配光制御合波素子なしでの配光特性（ランバーシアン配光）を示す図である。実施例２における配光制御合波素子を通過した後の配光特性を示す図である。ＬＥＤアレイを、８を描くように各セグメントのＯＮ／ＯＦＦを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示す図である。同じ配置のＬＥＤアレイからの出射光を、実施例２の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。実施例３のレンズユニットの断面図である。実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。配光制御合波素子なしでの配光特性（ランバーシアン配光）を示す図である。実施例３における配光制御合波素子を通過した後の配光特性を示す図である。ＬＥＤアレイを、８を描くように各セグメントのＯＮ／ＯＦＦを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示す図である。同じ配置のＬＥＤアレイからの出射光を、実施例３の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。

　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる照明ユニット１０の模式図である。図１に示すように、照明ユニット１０は、複数のレンズを有するレンズユニット２０と、配光制御合波素子３０と、複数のＬＥＤチップを２次元的に配列した（これをＬＥＤアレイという）光源４０とを有する。但し、ＬＥＤチップは直線上に配置されても良い。ＬＥＤチップ同士の間隔は１５０μｍ以下であると好ましい。ＬＥＤチップは独立して点灯制御可能となっていると，所望の照明形状を形成できるので好ましい。レンズユニット２０と、配光制御合波素子３０とで光学系を構成する。尚、「変調」とは、光の進む方向を変える作用、例えば集光・コリメート・発散する作用を指す。

　レンズユニット２０は、出射側から順に、正レンズＬ１，負レンズＬ２，正レンズＬ３，正レンズＬ４と、これらを保持する鏡胴２１とから構成されている。尚、レンズユニット２０は３枚以上のレンズを有すれば足り、これらの少なくとも１枚をプラスチック製の非球面レンズとすると好ましい。特に、プラスチック非球面レンズはアクリルやポリカーボネートなどの高耐熱性を有する材料から形成されることが好ましい。更に、レンズユニット２０のＦナンバーが０．５８以上、０．８０以下であると好ましい。これによりレンズユニット２０への取り込み光量が多くなるため、光利用効率を高くできる。特に、最も光源側のレンズは曲率が高いことが好ましい。これにより、光源からの光をできるだけ多く確保することができる。

　レンズユニット２０のＦナンバーをＦとし、その焦点距離をｆとし、その最大有効径をφmaxとすると、以下の（３）式を満たすと好ましい。（３）式の値が下限を下回ると、所望のＦナンバーを確保できなくなり、（３）式の値が上限を上回ると、径方向の大型化を招くからである。
　１．０≦φmax／（ｆ／Ｆ）≦１．２　　　（３）

　図２は、配光制御合波素子３０を入射面側から見た斜視図である。配光制御合波素子３０は、熱に強く加工が容易なシリコーン、或いは熱に強く線膨張が小さいため性能的に優位なガラスから一体的に形成されており、薄い平板部３１の一面に複数の導光部３２を２次元的に配置した形状を有する。１つの導光部３２は、１つの正方形状のＬＥＤチップ（不図示）に対向して配置されており、光源（図２で手前）側からレンズユニット（図２で奥）側へ向かうにつれて広がるテーパー形状（ここでは四角錐台状）を有する。テーパー形状を採用することで、配光を狭めることができ、光利用効率の向上に効果的である。又、入射面３２ａから各導光部３２に取り込んだ光を出射面３２ｂで合波できるため、例えばグリッド状の明暗を解消することができる。

　図示していないが、１つの導光部３２が、複数のＬＥＤチップに対向して配置されていてもよい。複数のＬＥＤチップから放射された光を一つの導光部３２に取り込み、合波させることで、複数のＬＥＤチップ間に存在する非発光部の明暗を実質的に消すことができ、かつＬＥＤチップを複数組み合わせることで光束を増やすことが可能となる。

　導光部３２は、光源側の正方形状の入射面３２ａと、レンズユニット側の正方形状の出射面３２ｂと、側面３２ｃとを有する。出射面３２ｂは平板部３１との境界面であって、配光制御合波素子３０の内面に仮想的に形成される平面である。ここでは平面である入射面３２ａの面積に対し、出射面３２ｂの面積は１．２倍以上、２．５倍以下に設定されている。より好ましくは１．２倍以上、２．０倍以下に設定されることが好ましく、この場合、より小型な照明ユニットを提供することが可能となる。

　なお、配光制御合波素子の導光部と平板部は別々に製造された上で、後から接合しても良いし、金型等を用いて導光部と平板部を一体成形しても良い。もちろん平板ガラスに物理、化学加工を施した削り出しによる製法でも構わない。平板部の出射面にレンズ又はプリズムがアレイ状に形成されていても良い。

　導光部３２の入射面３２ａと出射面３２ｂは略正方形状であれば良い。図４を参照して、導光部３２の導光方向長さをＨとし、入射面３２ａの一辺のサイズをＤ１とし、出射面３２ｂの一辺のサイズをＤ２とすると、以下の式を満たすことが望ましい。（１）式の値が下限を下回ると、配光を十分に狭めることができず、レンズユニット２０への入射光に大きなロスが生じる恐れがあり、また（１）式の値が上限を上回ると、導光領域が長くなりすぎて加工性が悪くなる恐れがあるからである。
　４≦Ｈ／(Ｄ２－Ｄ１)≦１４　　　（１）
　より好ましくは，以下の（１’）式を満たすことであり、この場合、より小型な照明ユニットを提供することが可能となる。
　４≦Ｈ／(Ｄ２－Ｄ１)≦１０　　　（１’）

　配光制御合波素子の素材の屈折率ｎｄが以下の式を満たすと好ましい。
　１．４＜ｎｄ＜１．８　　　（２）
さらに以下の式を満たすとより小型な照明ユニットとできるため好ましい。
　１．４＜ｎｄ＜１．５５　　（２’）
（２’）の範囲を満たすガラスは例えばＢＫ７や石英ガラスなどがある。

　配光制御合波素子３０の作用について説明する。図３は、１つのＬＥＤチップと配光制御合波素子３０とを示す模式図である。光源のＬＥＤチップ４１の出射面４１ａは、配光制御合波素子３０の導光部３２の入射面３２ａに近接して配置されている。「近接」とは、例えばＬＥＤチップ４１の一辺の長さの１／５以下、好ましくは１／１０以下の距離である。出射面４１ａの形状に対し、入射面３２ａの形状を相似形状とし、且つ大きく設定することで、光源から出射される光を効率的に素子内に取り込むことができる。

　ＬＥＤチップ４１の出射面４１ａから、いわゆるランバーシアン状に光が出射される。ここで、導光部３２がないとした場合において、出射面４１ａに対して浅い角度で傾いた方向に出射された出射光ＬＢを点線で示す。かかる場合、浅い角度で出射した出射光ＬＢは、直線的に側方に向かって進行するので、配光制御合波素子３０の図３で上方に配置されたレンズユニット（不図示）に入射せず、光の利用効率が低下することとなる。

　これに対し本実施形態によれば、出射面４１ａに対して傾いた方向に出射された出射光ＬＢは、一点鎖線で示すように、導光部３２の入射面３２ａで屈折して導光部３２内に進入し、更に側面３２ｃで全反射して出射面３２ｂから出射し、平板部３１を通過して、レンズユニットに入射することとなる。これにより配光特性を変えて光の利用効率を高めることができる。

　尚、図３の二点鎖線で示すように、入射面３２ａを凸面としてＬＥＤチップ４１の出射面４１ａに当接させても良い。

　上述したように、フォーカスを意図的にピンボケ状態にする従来技術等の手法では強度分布均一化に対しては効果的であるが、特定の領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明法には適していない。また入射側と出射側の面積比を大きく設定したテーパーロッドアレイを用いると光学系が大型なものとなってしまう。これに対し本実施形態では、レンズユニット２０と光源４０との間に配光制御合波素子３０を挿入することによって、光源４０を疑似的に大きくする作用があるため、ピンボケのような状態にせずとも、照射面での照度分布均一化が可能であり、かつピンボケ状態ではないため特定の領域を照らさない、あるいは文字や形を形成するといった照明が可能となる。更には配光制御合波素子３０の導光部３２を光源４０に近接配置することにより光源からの光を効率よく取出した上、導光部３２のテーパー状の側面３２ｃでの全反射によって光の進行方向を光軸と平行な方向に近づけることができ、配光を狭めることで配光制御合波素子３０からの出射光をレンズユニット２０に効率よく入射させることができる。これらの効果が相まって非常に高効率かつ小型な照明ユニットを実現することができる。

　以下、本実施形態に好適な照明ユニットの実施例について説明する。図４は、光源と配光制御合波素子の断面図であって、各部の寸法を表すものである。図４において、光源４１の一辺の長さをＤ３とし、導光部３２の入射面３２ａの一辺の長さをＤ１とし、導光部３２の高さ（入射面３２ａ～出射面３２ｂ）をＨとし、導光部３２のピッチ（光軸間距離）をＰとしている。

　以下の実施例において、非球面係数が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。

ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ　：曲率半径
Ｋ　：円錐定数

（実施例１）
　図４を参照して、光源と、シリコーン製の配光制御合波素子の寸法関係は以下の通りである。
Ｄ３：０．４ｍｍ
Ｄ２：０．５ｍｍ
Ｄ１：０．４４ｍｍ
Ｈ：０．５ｍｍ
Ｐ：０．５ｍｍ
（１）式の値：８．３
出射面と入射面の面積比：１．２９

　以下、実施例１のレンズユニットについて説明する。実施例１のレンズデータを表１に示す。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（たとえば２．５×１０^-02）を、Ｅ（たとえば２．５Ｅ－０２）を用いて表すものとする。Ｆはナンバーであり、ｆは焦点距離である。

［表１］
実施例1
F：0.60
ｆ：28.6mm
（３）式の値：１．０

面番号  曲率半径    間隔    屈折率
（OBJ)  0           ∞      ∞
1       27.367      15.95   1.4884
2       189.028     8.00
3       -15.975     7.00    1.5788
4        31.428     14.26
(絞り)5  ∞         -8.73
6       11.322      19.00   1.4884
7       792.558     4.94
8       13.129      18.00   1.4884
9       77.247      4.58

非球面係数
1面
R=27.367
K=0.0825
A4=2.76E-06
A6=-3.87E-08
A8=1.38E-10
A10=-4.50E-13
A12=6.33E-16
A14=-4.18E-19

2面
R＝189.028
K=-40.0000
A4=1.19E-05
A6=-1.17E-07
A8=2.37E-10
A10=-9.16E-14
A12=-2.78E-16
A14=2.56E-19

3面
R=-15.975
K=-1.4007
A4=7.25E-05
A6=-2.53E-07
A8=7.01E-10
A10=-1.30E-12
A12=1.33E-15
A14=-5.71E-19

4面
R=31.428
K=-40.0000
A4=-3.72E-06
A6=2.37E-07
A8=-6.98E-10
A10=4.04E-13
A12=6.11E-16
A14=-6.37E-19

6面
R=11.322
K=-3.4716
A4=5.66E-05
A6=-3.76E-07
A8=2.22E-09
A10=-7.91E-12
A12=1.53E-14
A14=-1.23E-17

7面
R=792.558
K=-40.0000
A4=-4.32E-05
A6=2.78E-07
A8=-1.41E-09
A10=5.56E-12
A12=-1.14E-14
A14=8.47E-18

8面
R=13.129
K=-0.8460
A4=-2.61E-05
A6=1.84E-07
A8=-2.58E-10
A10=-9.31E-14
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00

9面
R=77.247
K=0.0000
A4=-4.16E-05
A6=-9.55E-07
A8=1.04E-08
A10=-2.93E-11
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00

　図５は実施例１のレンズユニットの断面図である。図中、実施例１のレンズユニットは、出射側から順に、正レンズＬ１，負レンズＬ２，絞りＳ，正レンズＬ３，正レンズＬ４を有している。図６は実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。ここで、球面収差図において、ｃ線、ｄ線、ｇ線に対する球面収差量をそれぞれ表し、非点収差図において、実線Ｓはサジタル面、点線Ｍはメリディオナル面を表す。

　図７は、配光制御合波素子なしでの配光特性を示す図であり、図８は、実施例１における配光制御合波素子を通過した後の配光特性（ランバーシアン配光）を示す図であり、それぞれ縦軸に光度をとり、横軸に角度をとって示している。レンズユニット透過率を８８％とした場合、図７の比較例では光の利用効率が５７．９％であり、図８の実施例１では光の利用効率が７０．２％となり、効率が向上していることが分かる。

　図９は、ＬＥＤアレイを、８を描くように各セグメントのＯＮ／ＯＦＦを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示し、図１０は、同じ配置のＬＥＤアレイからの出射光を、実施例１の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。図９の比較例と図１０の実施例１とを比較して、図９ではＬＥＤチップ間の黒線が明瞭に視認されるが、図１０では全く視認されないことが分かる。

（実施例２）
　図４を参照して、光源と、ガラス製の配光制御合波素子の寸法関係は以下の通りである。
Ｄ３：０．２５ｍｍ
Ｄ２：０．３ｍｍ
Ｄ１：０．２６ｍｍ
Ｈ：０．３ｍｍ
Ｐ：０．３ｍｍ
（１）式の値：７．５
出射面と入射面の面積比：１．３３

　以下、実施例２のレンズユニットについて説明する。実施例２のレンズデータを表２に示す。

［表２］
実施例２
F　0.65
ｆ　19.5mm
（３）式の値：１．０
面番号  曲率半径    間隔    屈折率
（OBJ)  0           ∞      ∞
1        17.428       9.60    1.4884
2        96.833       5.70
3        -10.995      4.50    1.5788
4        21.051       8.23
(絞り)5   ∞          -4.70
6        7.745        12.40   1.4884
7         ∞          2.70
8        8.831        13.00   1.4884
9        24.848       2.57

非球面係数

1面
R=17.428
K=0.1130
A4=-4.26E-06
A6=-2.04E-07
A8=1.26E-09
A10=-1.43E-11
A12=5.53E-14
A14=-1.09E-16

2面
R=96.833
K=27.9955
A4=1.50E-05
A6=-7.17E-07
A8=3.63E-09
A10=-4.91E-12
A12=-2.43E-14
A14=6.42E-17

3面
R=-10.995
K=-1.6093
A4=2.30E-04
A6=-1.72E-06
A8=1.02E-08
A10=-4.15E-11
A12=9.18E-14
A14=-7.85E-17

4面
R=21.051
K=-40.0000
A4=2.18E-05
A6=1.41E-06
A8=-1.09E-08
A10=1.41E-11
A12=5.43E-14
A14=-1.18E-16

6面
R=7.745
K=-3.6110
A4=1.92E-04
A6=-2.66E-06
A8=3.20E-08
A10=-2.43E-10
A12=1.06E-12
A14=-2.02E-15

7面
R=∞
K=0.0000
A4=-1.44E-04
A6=1.96E-06
A8=-2.01E-08
A10=1.69E-10
A12=-7.91E-13
A14=1.36E-15

8面
R=8.831
K=-1.1051
A4=-3.84E-05
A6=1.44E-06
A8=-7.66E-09
A10=2.50E-11
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00

9面
R=24.848
K=0.0000
A4=-5.93E-04
A6=-2.30E-06
A8=1.58E-07
A10=-1.01E-09
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00

　図１１は実施例２のレンズユニットの断面図である。図中、実施例２のレンズユニットは、出射側から順に、正レンズＬ１，負レンズＬ２，絞りＳ，正レンズＬ３，正レンズＬ４を有している。図１２は実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。ここで、球面収差図において、ｃ線、ｄ線、ｇ線に対する球面収差量をそれぞれ表し、非点収差図において、実線Ｓはサジタル面、点線Ｍはメリディオナル面を表す。

　図１３は、配光制御合波素子なしでの配光特性（ランバーシアン配光）を示す図であり、図１４は、実施例２における配光制御合波素子を通過した後の配光特性を示す図であり、それぞれ縦軸に光度をとり、横軸に角度をとって示している。レンズユニット透過率を８８％とした場合、図１３の比較例では光の利用効率が５１．１％であり、図１４の実施例２では光の利用効率が６３．１％となり、効率が向上していることが分かる。

　図１５は、ＬＥＤアレイを、８を描くように各セグメントのＯＮ／ＯＦＦを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示し、図１６は、同じ配置のＬＥＤアレイからの出射光を、実施例２の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。図１５の比較例と図１６の実施例２とを比較して、図１５ではＬＥＤチップ間の黒線が明瞭に視認されるが、図１６では全く視認されないことが分かる。

（実施例３）
　図４を参照して、光源と、ガラス製の配光制御合波素子の寸法関係は以下の通りである。
Ｄ３：０．２５ｍｍ
Ｄ２：０．３５ｍｍ
Ｄ１：０．２６ｍｍ
Ｈ：０．４ｍｍ
Ｐ：０．３５ｍｍ
（１）式の値：４．４
出射面と入射面の面積比：１．８１

　以下、実施例３のレンズユニットについて説明する。実施例３のレンズデータを表３に示す。

［表３］
実施例３
F　0.70
ｆ　21.0mm
（３）式の値：１．０
面番号  曲率半径    間隔    屈折率
（OBJ)  0           ∞      ∞
1       16.440        10.90   1.4884
2       -749.941      3.85
3       -12.165       4.90    1.5788
4       16.543        6.32
(絞り)5  ∞           -2.88
6       7.754         13.50   1.4884
7       422.545       1.93
8       8.917         12.30   1.4884
9       20.561        2.00

非球面係数

1面
R=16.440
K=-0.2898
A4=1.96E-06
A6=-5.88E-08
A8=9.15E-10
A10=-8.53E-12
A12=1.82E-14
A14=-1.42E-17

2面
R=-749.941
K=40.0000
A4=1.69E-05
A6=-4.76E-07
A8=2.11E-09
A10=-2.17E-12
A12=-9.81E-15
A14=4.46E-17

3面
R=-12.165
K=-1.7601
A4=1.87E-04
A6=-1.21E-06
A8=6.04E-09
A10=-2.04E-11
A12=4.45E-14
A14=-2.16E-17

4面
R=16.543
K=-20.3623
A4=7.05E-05
A6=1.16E-06
A8=-5.98E-09
A10=-3.21E-12
A12=-2.80E-14
A14=2.74E-16

6面
R=7.754
K=-3.4020
A4=1.75E-04
A6=-1.86E-06
A8=1.80E-08
A10=-1.19E-10
A12=5.50E-13
A14=-1.51E-15

7面
R=422.545
K=-22.2388
A4=-8.50E-05
A6=-6.08E-07
A8=3.45E-08
A10=-4.91E-10
A12=3.24E-12
A14=-8.83E-15

8面
R=8.917
K=-0.9086
A4=8.54E-06
A6=-3.63E-07
A8=2.40E-08
A10=-1.56E-10
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00

9面
R=20.561
K=0.0000
A4=-4.63E-04
A6=-3.89E-06
A8=1.89E-07
A10=-1.75E-09
A12=0.00E+00
A14=0.00E+00

　図１７は実施例３のレンズユニットの断面図である。図中、実施例３のレンズユニットは、出射側から順に、正レンズＬ１，負レンズＬ２，絞りＳ，正レンズＬ３，正レンズＬ４を有している。図１８は実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。ここで、球面収差図において、ｃ線、ｄ線、ｇ線に対する球面収差量をそれぞれ表し、非点収差図において、実線Ｓはサジタル面、点線Ｍはメリディオナル面を表す。

　図１９は、配光制御合波素子なしでの配光特性（ランバーシアン配光）を示す図であり、図２０は、実施例３における配光制御合波素子を通過した後の配光特性を示す図であり、それぞれ縦軸に光度をとり、横軸に角度をとって示している。レンズユニット透過率を８８％とした場合、図１９の比較例では光の利用効率が５１．１％であり、図２０の実施例３では光の利用効率が６８．８％となり、効率が向上していることが分かる。

　図２１は、ＬＥＤアレイを、８を描くように各セグメントのＯＮ／ＯＦＦを制御し、且つレンズユニットのみを通して照射させた状態を示し、図２２は、同じ配置のＬＥＤアレイからの出射光を、実施例３の配光制御合波素子とレンズユニットを通して照射させた状態を示す図である。図２１の比較例と図２２の実施例３とを比較して、図２１ではＬＥＤチップ間の黒線が明瞭に視認されるが、図２２では全く視認されないことが分かる。

　本発明は、明細書に記載の実施形態・実施例に限定されるものではなく、他の実施形態・実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や実施例や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施形態は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、本発明の撮像レンズは、５枚構成、６枚構成に限られず、７枚以上のレンズから構成されていても良い。

１０　　　　　　照明ユニット
２０　　　　　　レンズユニット
２１　　　　　　鏡胴
３０　　　　　　配光制御合波素子
３１　　　　　　平板部
３２　　　　　　導光部
３２ａ　　　　　入射面
３２ｂ　　　　　出射面
３２ｃ　　　　　側面
４０　　　　　　光源
４１　　　　　　ＬＥＤチップ
４１ａ　　　　　出射面
Ｌ１　　　　　　正レンズ
Ｌ２　　　　　　負レンズ
Ｌ３　　　　　　正レンズ
Ｌ４　　　　　　正レンズ

Claims

　複数の光源と、前記光源からの出射光を変調する光学系と、を有する照明ユニットにおいて、
　前記光学系は、複数のレンズからなるレンズユニットと、前記光源と前記レンズユニットとの間に配置された配光制御合波素子と、を有し、
　前記配光制御合波素子は、前記光源側から前記レンズユニット側へ向かうにつれて広がるテーパー形状を有し前記光源からの出射光を導光する複数の導光部と、前記導光部の出射側に配置された平板部と、を備え、前記導光部における前記光源からの出射光を入射する入射面の面積に対し、前記導光部に入射した光を前記平板部に対して出射する出射面の面積は１．２倍以上、２．５倍以下に設定されている照明ユニット。
　前記配光制御合波素子において、各導光領域の入射面は、前記光源の出射面の形状に相似しており、且つ前記光源の出射面より大きい請求項１に記載の照明ユニット。
　前記配光制御合波素子の導光部は四角錐台形状を有しており、各導光部の入射面が各光源の出射面に近接配置されている請求項１又は２に記載の照明ユニット。
　前記配光制御合波素子の導光部は四角錐台形状を有しており、各導光部の入射面が複数の前記光源の出射面に近接配置されている請求項１又は２に記載の照明ユニット。
　前記導光部の入射面と出射面は略正方形状であり、前記導光部の導光方向長さをＨとし、前記入射面の一辺のサイズをＤ１とし、前記出射面の一辺のサイズをＤ２とすると、以下の式を満たす請求項３又は４に記載の照明ユニット。
　４≦Ｈ／(Ｄ２－Ｄ１)≦１４　　　（１）
　前記導光部の入射面は凸面であり、前記光源の出射面に接している請求項１～５のいずれかに記載の照明ユニット。
　前記平板部の出射面にレンズ又はプリズムがアレイ状に形成されていることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の照明ユニット。
　前記配光制御合波素子はシリコーン製である請求項１～７のいずれかに記載の照明ユニット。
　前記配光制御合波素子はガラス製である請求項１～７のいずれかに記載の照明ユニット。
　前記配光制御合波素子の素材の屈折率ｎｄが以下の式を満たす請求項９に記載の照明ユニット
　１．４＜ｎｄ＜１．８　　　（２）
　前記光学系のレンズユニットは３枚以上のレンズを備え、前記レンズユニットのＦナンバーが０．５８以上、０．８０以下である請求項１～１０のいずれかに記載の照明ユニット。
　前記レンズユニットのＦナンバーをＦとし、その焦点距離をｆとし、その最大有効径をφmaxとすると、以下の式を満たす請求項１～１１のいずれかに記載の照明ユニット。
　１．０≦φmax／（ｆ／Ｆ）≦１．２　　　（３）
　前記レンズユニットは、少なくとも１つのプラスチック非球面レンズを含む請求項１～１２のいずれかに記載の照明ユニット。
　前記光源は、直線状に配列されたＬＥＤアレイである請求項１～１３のいずれかに記載の照明ユニット。
　前記光源は、２次元的に配列されたＬＥＤアレイである請求項１～１３のいずれかに記載の照明ユニット。
　前記複数の光源の間隔が１５０μｍ以下である請求項１～１５のいずれかに記載の照明ユニット。