WO2024241981A1 - レンズユニット、灯具及びＬｉＤＡＲ装置 - Google Patents

レンズユニット、灯具及びＬｉＤＡＲ装置 Download PDF

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和也 本橋
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Koito Manufacturing Co Ltd
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    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the present invention relates to a lens unit, a lighting fixture, and a LiDAR device.
  • Lamps in which light emitted from a light source enters a projection lens are known as vehicle headlamps, such as automobile headlights.
  • Patent Document 1 discloses such a vehicle headlamp.
  • a convex lens is used as the projection lens of the vehicle headlamp in the following Patent Document 1. Therefore, the light from the light source is emitted with a small divergence angle by the projection lens.
  • Metalens have multiple nanostructures that modulate the phase of light, and dirt such as dust easily adheres to the minute irregularities of the multiple nanostructures. In addition, it is sometimes impossible to wipe off dirt from the nanostructures because doing so may damage the nanostructures. If dirt such as dust gets into the irregularities of the nanostructures, the functionality of the metalens may deteriorate.
  • the present invention aims to provide a lens unit, a lighting fixture, and a LiDAR device that can suppress deterioration of the function of the metalens.
  • the lens unit of the present invention is characterized by comprising: a first metalens having a first entrance surface on which light is incident and a first exit surface from which the light incident on the first entrance surface exits, and having a plurality of first nanostructures on the first exit surface side that modulate the phase of the light; and a second metalens facing the first exit surface, having a second entrance surface on which the light exiting from the first exit surface is incident and a second exit surface from which the light incident on the second entrance surface exits, and having a plurality of second nanostructures on the second entrance surface side that modulate the phase of the light.
  • This lens unit uses the first metalens and the second metalens to modulate the phase of incident light, thereby making it possible to increase the amount of change in the phase of the light compared to when there is only one metalens. Furthermore, in the lens unit, the first nanostructure of the first metalens and the second nanostructure of the second metalens are arranged facing each other. That is, the first nanostructure and the second nanostructure are arranged facing inward. Therefore, compared to when the first nanostructure and the second nanostructure face outward, the lens unit can prevent the first nanostructure and the second nanostructure from coming into contact with dirt such as dust from the outside. Thus, the lens unit can prevent dirt from adhering to the first nanostructure and the second nanostructure. Therefore, the lens unit can prevent deterioration of function.
  • the lens unit includes a cover body that encloses at least a portion of the space formed between the first metalens and the second metalens.
  • This configuration can block at least a portion of the boundary between the space where the first nanostructure and the second nanostructure meet and the external space. Therefore, the lens unit can more effectively prevent dirt from the external space from adhering to the first nanostructure and the second nanostructure.
  • the distance between the first nanostructure and the second nanostructure facing each other is at least twice the wavelength of the light.
  • the lens unit may further include a third metalens disposed between the first metalens and the second metalens, having a third entrance surface facing the first exit surface onto which the light exiting from the first exit surface is incident, and a third exit surface from which the light entering the third entrance surface is exited, and having a plurality of third nanostructures on at least one of the third entrance surface side and the third exit surface side that modulate the phase of the light, and the light exiting from the first exit surface is incident on the second entrance surface via the third metalens.
  • a third metalens disposed between the first metalens and the second metalens, having a third entrance surface facing the first exit surface onto which the light exiting from the first exit surface is incident, and a third exit surface from which the light entering the third entrance surface is exited, and having a plurality of third nanostructures on at least one of the third entrance surface side and the third exit surface side that modulate the phase of the light, and the light exiting from the first exit surface is incident on the second entrance surface via
  • the lens unit can increase the amount of phase change in the incident light as the light passes through the third metalens. Furthermore, the lens unit can prevent dirt from adhering to the nanostructure of the third metalens by disposing the third metalens between the first metalens and the second metalens.
  • the lighting fixture of the present invention is characterized by comprising any one of the lens units described above and a light source that emits the light.
  • the lighting fixture can emit light modulated by the first nanostructure and the second nanostructure. Furthermore, by using the lens unit described above, the lighting fixture can prevent dirt from adhering to the first structure and the second structure, and can prevent the function of the metalens from deteriorating.
  • the lamp may also have an outer cover that transmits the light and a housing that surrounds the light source, and the lens unit may be at least a part of the outer cover.
  • the lighting fixture can have the metalens installed on the outermost layer of the lighting fixture. This eliminates the need to provide a metalens inside the housing, improving design freedom by enabling the lighting fixture to be made smaller. Furthermore, even if the metalens is installed on the outermost layer of the lighting fixture, the first nanostructure and second nanostructure are not exposed to the outside, so adhesion of dirt to the first nanostructure and second nanostructure can be suppressed, and deterioration of the metalens function can be suppressed. Therefore, with this lighting fixture, changes in the light distribution pattern of the emitted light due to a deterioration in the function of the metalens can be suppressed.
  • the LiDAR device of the present invention may also include a light source that emits light to an object, any of the lens units described above, and a sensor that receives light reflected from the object, and the lens unit may modulate the phase of at least one of the light and the reflected light.
  • the LiDAR device can modulate the light or the reflected light using the first nanostructure and the second nanostructure. Furthermore, by using the lens unit described above, the LiDAR device can prevent dirt from adhering to the first structure and the second structure, and can suppress deterioration of the function of the metalens. Therefore, with this LiDAR device, deterioration of the object detection ability can be suppressed.
  • the present invention provides a lens unit, a lighting fixture, and a LiDAR device that can suppress deterioration of the metalens' functions.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view that illustrates a vehicle headlamp according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the lens unit illustrated in FIG. 1 .
  • 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the lens unit shown in FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a vehicle headlamp according to a second embodiment of the present invention.
  • 5 is an enlarged cross-sectional view showing a portion of the outer cover shown in FIG. 4.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a LiDAR device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a first modified example of the lens unit in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a second modified example of the lens unit in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third modified example of the lens unit in the embodiment
  • the lamp according to the first embodiment is a vehicle headlamp, and emits light when attached to a vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram showing a vehicle headlamp 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic vertical cross section of the vehicle headlamp 1.
  • the direction in which light L travels is defined as the forward direction
  • the direction opposite to the direction in which light L travels is defined as the rearward direction.
  • the vehicle headlamp 1 according to this embodiment mainly comprises a housing 10, a light source 20, and a lens unit 30.
  • the housing 10 constitutes the exterior of the vehicle headlamp 1.
  • the housing 10 mainly comprises an external housing 11 and an outer cover 12.
  • the external housing 11 is formed in a bowl shape and is open at the front.
  • the outer cover 12 is fixed to the external housing 11 so as to cover the opening.
  • the outer cover 12 is formed in a bowl shape and is open at the rear.
  • the opening of the outer cover 12 has approximately the same shape as the opening of the external housing 11.
  • the outer cover 12 transmits light L from the light source 20.
  • the outer cover 12 is made of plastic or glass that transmits light L.
  • a space S1 is formed by the external housing 11 and the outer cover 12.
  • the light source 20 and the lens unit 30 are housed within the space S1. That is, the housing 10 surrounds the light source 20 and the lens unit 30.
  • the light source 20, the lens unit 30, and the outer cover 12 are arranged side by side in the front-to-rear direction within the space S1. Furthermore, the light source 20, the lens unit 30, and the outer cover 12 are arranged in order toward the front.
  • the light source 20 emits light L toward the lens unit 30.
  • the light source 20 has a plurality of light-emitting elements that emit light L, and a circuit board on which the plurality of light-emitting elements are mounted.
  • the plurality of light-emitting elements are arranged in a matrix, have emission surfaces for light L that are positioned on approximately the same plane, and emit light L forward.
  • the light emitted from each light emitting point of each light emitting element is a spherical wave and has a predetermined divergence angle. Therefore, the light L emitted from each light emitting element propagates forward while spreading at a predetermined divergence angle.
  • the amount of light L emitted by the multiple light emitting elements can be changed individually.
  • the light emitting element is an LED (Light Emitting Diode) that emits white light
  • the light source 20 is a so-called LED array.
  • the number and configuration of the light emitting elements are not particularly limited.
  • the light emitting element may be configured to include multiple LEDs that emit light of different wavelengths, or may be configured to include multiple LDs (Laser Diodes) that emit light of different wavelengths and phosphors provided on the LDs.
  • the light source 20 may also be composed of a single light emitting element.
  • the light source 20 having multiple light-emitting elements may be capable of emitting light L having a predetermined light distribution pattern by selecting the light-emitting element that emits the light L, and may be capable of changing the light distribution pattern by changing the selection.
  • the light source 20 may also be capable of adjusting the intensity distribution of the light L in the light distribution pattern by adjusting the amount of light emitted from each light-emitting element. Note that even if the light source 20 has multiple light-emitting elements, it is not necessary that the light distribution pattern of the emitted light L can be changed.
  • the lens unit 30 functions as a projection lens that reduces the divergence angle of the light L from the light source 20.
  • the lens unit 30 modulates the phase of the light L from the light source 20.
  • the lens unit 30 modulates the phase of the light L so as to reduce the divergence angle of the light L from the light source 20.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view that shows the lens unit 30 shown in FIG. 1. Like FIG. 1, FIG. 2 is a cross-sectional view that shows the vertical cross section. As shown in FIG. 2, the lens unit 30 mainly comprises a first metalens 31, a second metalens 32, and a cover body 33. FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the first metalens 31 transmits the light L from the light source 20 and modulates the phase of the light L.
  • the first metalens 31 is configured to reduce the divergence angle of the light L from the light source 20.
  • the first metalens 31 also has a first incident surface 31a on which the light L from the light source 20 is incident.
  • the first incident surface 31a faces backward.
  • the first metalens 31 also has a first exit surface 31b from which the light L incident on the first incident surface 31a exits.
  • the first exit surface 31b faces forward.
  • the first metalens 31 also includes a substrate 310.
  • the substrate 310 is, for example, a circular member having a predetermined thickness.
  • the substrate 310 is formed in a flat shape. Furthermore, the substrate 310 transmits light L.
  • the material of the substrate 310 is glass, resin, or the like.
  • a plurality of first nanostructures 311 that modulate the phase of light L are provided on the first emission surface 31b side of the substrate 310.
  • first nanostructure 311 is labeled with a reference number, and the reference numbers of the other first nanostructures 311 are omitted.
  • the plurality of first nanostructures 311 are arranged across the entire surface of the substrate 310.
  • the first nanostructure 311 extends forward.
  • the shape of the first nanostructure 311 is, for example, cylindrical, and the diameter is smaller than the longest wavelength of the light L emitted from the light source 20.
  • the shape of the first nanostructure 311 is not particularly limited as long as the width of the first nanostructure 311 is smaller than the longest wavelength of the light L emitted from the light source 20.
  • the shape of the first nanostructure 311 may be a rectangular column shape or a pyramidal shape.
  • the first nanostructure 311 may be composed of a pair of square columns arranged at a predetermined interval.
  • the shapes of the first nanostructures 311 may be different. Examples of materials constituting the first nanostructure 311 include glass and resin.
  • the materials constituting the first nanostructure 311 and the substrate 310 may be the same or different.
  • the second metalens 32 is placed in front of the first metalens 31 in the lens unit 30.
  • the second metalens 32 is placed at a predetermined distance from the first metalens 31.
  • the second metalens 32 modulates the phase of the light L from the first metalens 31.
  • the second metalens 32 is configured to reduce the divergence angle of the light L from the first metalens 31.
  • the second metalens 32 also has a second incident surface 32a on which the light L emitted from the first exit surface 31b is incident.
  • the second incident surface 32a faces the first exit surface 31b.
  • the second metalens 32 also has a second exit surface 32b from which the light L incident on the second incident surface 32a is emitted.
  • the second exit surface 32b faces forward.
  • the second metalens 32 includes a substrate 320.
  • the description of the substrate 320 is similar to that of the substrate 310, and therefore will not be repeated.
  • a plurality of second nanostructures 321 that modulate the phase of light L are provided on the second incident surface 32a side of the substrate 320.
  • the plurality of second nanostructures 321 are arranged across the entire surface of the substrate 320.
  • the second nanostructure 321 extends toward the rear. Other explanations of the second nanostructure 321 are omitted because they are similar to those of the first nanostructure 311. In addition, the second nanostructure 321 may be made of the same material or have a different shape than the first nanostructure 311.
  • the second metalens 32 has a second incident surface 32a through which the light L from the first metalens 31 is incident.
  • the second incident surface 32a faces rearward. That is, the second incident surface 32a faces the first exit surface 31b.
  • the second exit surface 32b includes a portion of the rear surface of the substrate 320 where the second nanostructures 321 are not arranged, and the surfaces of the multiple second nanostructures 321.
  • the second metalens 32 also has a second exit surface 32b through which the light L is emitted.
  • the second exit surface 32b faces forward.
  • a space S2 is formed between the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • a plurality of first nanostructures 311 and a plurality of second nanostructures 321 are arranged facing each other.
  • the cover body 33 encloses at least a portion of the space S2.
  • the cover body 33 is a ring-shaped member extending from the outer periphery of the first metalens 31 toward the outer periphery of the second metalens 32.
  • the cover body 33 seals the space S2.
  • the cover body 33 is made of rubber, resin, plastic, or the like.
  • first nanostructures 311 and second nanostructures 321 facing each other are separated by a distance d or more.
  • the distance d is at least twice the longest wavelength of the light L emitted by the light source 20.
  • the respective distances between the first nanostructures 311 and second nanostructures 321 facing each other are at least twice the longest wavelength of the light L.
  • the cover body 33 may be a C-shaped member extending from a part of the outer periphery of the first metalens 31 toward the part of the outer periphery of the second metalens 32 that faces the outer periphery.
  • the lens unit 30 may not be provided with the cover body 33.
  • the space S2 may be filled with a predetermined member that transmits the light L and has a refractive index different from the refractive indexes of the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321.
  • the space S2 may be filled with a resin that transmits the light L.
  • the light source 20 emits light L using power supplied from an external source.
  • the light L emitted from the light source 20 is incident on the first incident surface 31a of the first metalens 31 with a predetermined divergence angle.
  • the light M incident on the first incident surface 31a is modulated by the multiple first nanostructures 311 so that the divergence angle becomes smaller.
  • the light L modulated by the multiple first nanostructures 311 is emitted from the first exit surface 31b and is incident on the second incident surface 32a of the second metalens 32.
  • Light M incident on the second entrance surface 32a is modulated by the multiple second nanostructures 321 so that the divergence angle becomes smaller.
  • Light L modulated by the multiple second nanostructures 321 is emitted from the second exit surface 32b.
  • Light L emitted from the second exit surface 32b passes through the outer cover 12 and is emitted to the outside.
  • the vehicle headlamp 1 configured as described above emits light L from the light source 20 to the outside through the lens unit 30. Therefore, the vehicle headlamp 1 can increase the amount of change in the phase of the light L by modulating the light L using the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the cover body 33 covers at least a portion of the space S2 formed by the first metalens 31 and the second metalens 32. Furthermore, the first nanostructure 311 of the first metalens 31 and the second nanostructure 321 of the second metalens 32 are disposed inside the space S2. Therefore, the cover body 33 of the lens unit 30 can prevent dirt such as dust from the outside from coming into contact with the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321. Therefore, the lens unit 30 can prevent dirt from adhering to the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321, and can suppress deterioration of the functions of the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the vehicle headlamp 1 may further include a lens such as a convex lens.
  • the vehicle headlamp 1 may include a primary lens between the light source 20 and the lens unit 30.
  • the vehicle headlamp 1 may also include a lens between the lens unit 30 and the outer cover 12.
  • the vehicle headlamp 1 may also include multiple lens units 30.
  • FIG. 4 is a diagram showing a vehicle headlamp 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic vertical cross section of the vehicle headlamp 1.
  • FIG. 5 is an enlarged cross section of a portion of the outer cover 12 according to this embodiment.
  • the vehicle headlamp 1 according to this embodiment mainly comprises a housing 10 and a light source 20.
  • the points that differ from the first embodiment will be described.
  • the outer cover 12 mainly comprises a lens unit 30 and a cover member 121.
  • the cover member 121 is formed in a bowl shape and is open at the rear.
  • the rear opening of the cover member 121 has approximately the same shape as the opening of the external housing 11.
  • the front of the cover member 121 is also open.
  • the front opening of the cover member 121 is formed in the center of the outer cover 12 when the outer cover 12 is viewed from the front.
  • the cover member 121 may or may not transmit light L.
  • a lens unit 30 is fixed to the front opening of the cover member 121 so as to cover the opening.
  • the lens unit 30 is configured as at least a part of the outer cover 12.
  • the lens unit 30 is positioned so as to overlap at least a part of the area illuminated by the light L from the light source 20.
  • the lens unit 30 does not include a cover body 33.
  • the outer periphery of the first metalens 31 and the outer periphery of the second metalens 32 are in contact with and fixed to the cover member 121. That is, the cover member 121 surrounds the space S2 formed between the first metalens 31 and the second metalens 32. Therefore, the cover member 121 also serves as a cover body that surrounds the space S2.
  • the light source 20 emits light L using power supplied from an external source.
  • the light L emitted from the light source 20 is incident on the first incident surface 31a of the first metalens 31 with a predetermined divergence angle.
  • the light L incident on the first incident surface 31a is modulated by the multiple first nanostructures 311 so that the divergence angle becomes smaller.
  • the light L modulated by the multiple first nanostructures 311 is emitted from the first exit surface 31b and is incident on the second incident surface 32a of the second metalens 32.
  • the light L incident on the second incident surface 32a is modulated by the multiple second nanostructures 321 so that the divergence angle becomes smaller.
  • the light L modulated by the multiple second nanostructures 321 is emitted to the outside.
  • the vehicle headlamp 1 of this embodiment includes the lens unit 30 as part of the outer cover 12. Therefore, the lens unit 30 is used as the outermost layer of the lamp. Therefore, the lens unit 30 can include other components inside and the external housing 11 can be made smaller, improving design freedom.
  • the lens unit 30 can prevent dirt from adhering to the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321. Therefore, the lens unit 30 can prevent deterioration of the functions of the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the vehicle headlamp 1 may also include a primary lens between the light source 20 and the lens unit 30.
  • the lens unit 30 may also be fixed to the opening of the external housing 11.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic example of the configuration of the LiDAR device 2 according to this embodiment.
  • the direction from the LiDAR device 2 toward the target A is defined as the forward direction
  • the direction opposite to the forward direction is defined as the rearward direction.
  • the LiDAR device 2 measures the distance between itself and each point on the target A.
  • the LiDAR device 2 emits light to the target A, receives the reflected light from the target A, and measures the distance between itself and each point on the target A based on the time between emitting the light and receiving the reflected light.
  • the LiDAR device 2 mainly comprises a lens unit 30, a light source 40, a lens unit 50, a sensor 60, a control device 70, and a bandpass filter 80.
  • the light source 40 and the lens unit 50 are arranged in a line facing forward.
  • the sensor 60, the lens unit 30, and the bandpass filter 80 are also arranged in a line facing forward.
  • the control device 70 is communicatively connected to the light source 40 and the sensor 60 via a signal line or the like.
  • the light source 40 emits light M towards the lens unit 50 in accordance with a control signal from the control device 70.
  • the light source 40 emits laser light having a predetermined divergence angle as the light M.
  • the light source 40 emits a flash as the light M.
  • the light source 40 includes an LD that emits light M.
  • the light source 40 may also include a surface-emitting VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser).
  • the lens unit 50 is disposed in front of the light source 40.
  • the lens unit 50 modulates the phase of the light M from the light source 40 so as to reduce the divergence angle of the light M from the light source 40.
  • the lens unit 50 modulates the phase of the light M so that the light M becomes parallel light.
  • the configuration of the lens unit 50 is generally similar to the configuration of the lens unit 30 according to the first embodiment, so a description of the lens unit 50 is omitted.
  • the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321 provided in the lens unit 50 may be similar to or different from the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321 according to the first embodiment.
  • Bandpass filter 80 transmits light with a predetermined range of wavelengths including the wavelength of light M and blocks other light, thereby extracting reflected light R from light N from object A.
  • bandpass filter 80 includes a dielectric multilayer film.
  • the lens unit 30 modulates the phase of the reflected light R from the bandpass filter 80 so as to focus the reflected light R on the sensor 60.
  • the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321 of the lens unit 30 may be the same as or different from the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321 of the first embodiment or the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321 of the lens unit 50.
  • the sensor 60 converts the reflected light R focused by the lens unit 30 into an electrical signal as an image of a predetermined resolution. That is, the sensor 60 converts the reflected light R from the lens unit 30 into an electrical signal in a plurality of elements corresponding to the predetermined resolution.
  • the sensor 60 transmits the electrical signal converted from the reflected light R to the control device 70 via a signal line or the like.
  • the sensor 60 includes a CCD (Charge Coupled Device), a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), an APD (Avalanche Photodiode), or a SPAD (Single Photon Avalanche Diode), etc.
  • the control device 70 may be, for example, a microcontroller, an integrated circuit such as an IC (Integrated Circuit), an LSI (Large-scale Integrated Circuit), or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or a Numerical Control (NC) device.
  • the control device 70 operates by executing a program.
  • the control device 70 transmits a control signal to the light source 40 to emit light M in accordance with operations by the user, etc.
  • the light source 40 emits light M in accordance with the control signal from the control device 70.
  • the light M emitted from the light source 40 passes through the lens unit 50 and is emitted toward the target A.
  • bandpass filter 80 When light M is emitted to object A and reflected by object A, light N including reflected light R is incident on bandpass filter 80. In bandpass filter 80, reflected light R is extracted from light N, and the extracted reflected light R is incident on lens unit 30. Reflected light R incident on lens unit 30 is focused on sensor 60. Sensor 60 converts the focused reflected light R into an electrical signal and transmits it to control device 70.
  • the control device 70 calculates the distance between each point of the object A and the LiDAR device 2 from the electrical signal from the sensor 60 according to a predetermined algorithm.
  • the control device 70 may store data indicating the calculated distance in an internal memory or the like, or may transmit the data to an external device.
  • the LiDAR device 2 configured as described above modulates light M using the lens unit 50 and emits it to the target A. Therefore, the LiDAR device 2 can increase the amount of change in the phase of light M by modulating light M using the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the LiDAR device 2 modulates the reflected light R using the lens unit 30. Therefore, the LiDAR device 2 can increase the amount of change in the phase of the reflected light R by modulating the reflected light R using the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the lens units 30 and 50 can suppress the adhesion of dirt to the first metalens 31 and the second metalens 32, respectively, and suppress deterioration of the functions of the first metalens 31 and the second metalens 32. Therefore, the LiDAR device 2 can suppress the adhesion of dirt to the first nanostructure 311 and the second nanostructure 321 while using metalenses to modulate the light M and the reflected light R. Therefore, the LiDAR device 2 can suppress deterioration of the functions of the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the bandpass filter 80 provided in the LiDAR device 2 may be disposed between the lens unit 30 and the sensor 60. Also, the LiDAR device 2 does not need to be provided with a bandpass filter 80. In this case, the sensor 60 may convert light of a predetermined range of wavelengths, including the wavelength of the light M, into an electrical signal.
  • one of the lens unit 50 and the lens unit 30 may be composed of a lens such as a convex lens.
  • the LiDAR device 2 may further include a lens in front of or behind the lens unit 30.
  • the LiDAR device 2 may further include a lens in front of or behind the lens unit 50.
  • the LiDAR device 2 may also measure the distance to the object A by scanning light M.
  • light N including reflected light R of the scanned light M may be incident on the bandpass filter 80.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view that shows a schematic view of the lens unit 30 according to this modified example.
  • FIG. 7 is a diagram that shows a schematic view of a vertical cross section of the lens unit 30.
  • the lens unit 30 mainly includes a first metalens 31, a second metalens 32, a cover body 33, and a third metalens 34.
  • the third metalens 34 is installed in the space S2 at a predetermined distance from the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the third metalens 34 modulates the phase of the light L from the light source 20.
  • the third metalens 34 is configured to reduce the divergence angle of the light L from the first metalens 31.
  • the third metalens 34 also has a third entrance surface 34a on which the light L emitted from the first exit surface 31b is incident.
  • the third entrance surface 34a faces the first exit surface 31b.
  • the third metalens 34 also has a third exit surface 34b on which the light L incident on the third entrance surface 34a is emitted.
  • the third exit surface 34b faces the second entrance surface 32a.
  • the third metalens 34 includes a substrate 340.
  • the description of the substrate 340 is similar to that of the substrate 310, and therefore will not be repeated.
  • a plurality of third nanostructures 341 that modulate the phase of light L are provided on the third exit surface 34b side of the substrate 340.
  • the plurality of third nanostructures 341 are arranged across the entire surface of the substrate 340.
  • the description of the third nanostructure 341 is omitted here because it is similar to the description of the first nanostructure 311. Furthermore, the third nanostructure 341 may be made of the same material or have the same shape as the first nanostructure 311 or the second nanostructure 321, or may be different.
  • the third nanostructure 341 and the second nanostructure 321 facing each other are separated by a distance d or more.
  • the distance between the third nanostructure 341 and the second nanostructure 321 facing each other is at least twice the longest wavelength of the light L.
  • each first nanostructure 311 is spaced a distance d from the third incident surface 34a.
  • the distance between each of the multiple first nanostructures 311 and the third incident surface 34a is at least twice the longest wavelength of the light L.
  • the light L emitted from the first exit surface 31b of the first metalens 31 is incident on the third entrance surface 34a of the third metalens 34.
  • the light L incident on the third entrance surface 34a is modulated by the plurality of third nanostructures 341.
  • the light L modulated by the plurality of third nanostructures 341 is emitted from the third exit surface 34b and is incident on the second entrance surface 32a of the second metalens 32. That is, the light L emitted from the first exit surface 31b is incident on the second entrance surface 32a of the second metalens 32 via the third metalens 34.
  • the lens unit 30 configured as described above includes a third metalens 34 between the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the light L from the light source 20 passes through the first metalens 31, the third metalens 34, and the second metalens 32. Therefore, the light L from the light source 20 is also modulated by the third metalens 34.
  • the lens unit 30 can increase the amount of change in the phase of the light L.
  • the lens unit 30 also includes a third metalens 34 in the space S2. Therefore, the lens unit 30 can prevent external dirt such as dust from coming into contact with the third nanostructure 341 of the third metalens 34. Thus, the lens unit 30 can prevent dirt from adhering to the third nanostructure 341, and can prevent deterioration of the function of the third metalens 34.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view that shows a lens unit 30 according to this modified example.
  • FIG. 8 shows a cross-section of the lens unit 30 in the vertical direction.
  • a plurality of third nanostructures 342 that modulate the phase of light L are provided on the third exit surface 34b side of the substrate 340.
  • the plurality of third nanostructures 342 are arranged across the entire surface of the substrate 340.
  • the third nanostructure 342 extends toward the rear. Other explanations of the third nanostructure 342 are omitted because they are similar to those of the first nanostructure 311. Furthermore, the third nanostructure 342 may be of the same material or shape as the first nanostructure 311, the second nanostructure 321, or the third nanostructure 341, or may be different.
  • the third nanostructure 342 and the first nanostructure 311 facing each other are separated by a distance d or more.
  • the distance between the third nanostructure 342 and the first nanostructure 311 facing each other is at least twice the longest wavelength of the light L.
  • each second nanostructure 321 is spaced a distance d from the third exit surface 34b.
  • the distance between each of the second nanostructures 321 and the third exit surface 34b is at least twice the longest wavelength of the light L.
  • the light L emitted from the first exit surface 31b of the first metalens 31 is incident on the third entrance surface 34a of the third metalens 34.
  • the light L incident on the third entrance surface 34a is modulated by the plurality of third nanostructures 342.
  • the light L modulated by the plurality of third nanostructures 342 is emitted from the third exit surface 34b and is incident on the second entrance surface 32a of the second metalens 32. That is, the light L emitted from the first exit surface 31b is incident on the second entrance surface 32a of the second metalens 32 via the third metalens 34.
  • a third modified example of the lens unit 30 will be described. Note that components that are the same as or equivalent to those in the first embodiment will be given the same reference numerals and will not be described again unless otherwise specified.
  • This modified example differs from the first modified example in that the configuration of the third metalens 34 is different.
  • the lens unit 30 according to this modified example may be used in place of the lens unit 30 in the first or second embodiment. In addition, in the second embodiment, the lens unit 30 does not need to include the cover body 33. In addition, the lens unit 30 according to this modified example may be used in place of at least one of the lens unit 30 or the lens unit 50 in the third embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view that shows a lens unit 30 according to this modified example.
  • FIG. 9 shows a cross-section of the lens unit 30 in the vertical direction.
  • a plurality of third nanostructures 341 are provided on the third exit surface 34b side of the third metalens 34.
  • the reference numbers of the other third nanostructures 341 are omitted.
  • third nanostructures 342 are provided on the third entrance surface 34a side of the third metalens 34.
  • third nanostructures 342 are labeled with a reference number, and the reference numbers of the other third nanostructures 342 are omitted.
  • the light L emitted from the first exit surface 31b of the first metalens 31 is incident on the third entrance surface 34a of the third metalens 34.
  • the light L incident on the third entrance surface 34a is modulated by the plurality of third nanostructures 341 and 342.
  • the light L modulated by the plurality of third nanostructures 341 and 342 is emitted from the third exit surface 34b and is incident on the second entrance surface 32a of the second metalens 32. That is, the light L emitted from the first exit surface 31b is incident on the second entrance surface 32a of the second metalens 32 via the third metalens 34.
  • the vehicle headlamp 1 is a headlamp, but this is not particularly limited.
  • the vehicle headlamp 1 may be configured to irradiate an illuminated object such as a road surface with light that constitutes an image.
  • the direction of the light emitted by the vehicle headlamp 1 and the position at which the vehicle headlamp 1 is attached to the vehicle are not particularly limited.
  • the color of the light emitted by the vehicle headlamp 1 is not limited to a specific color.
  • the lens unit 30 that reduces the divergence angle of the light L from the light source 20 has been described as an example.
  • the lens unit 30 may be configured to increase the divergence angle of the light L from the light source 20.
  • the substrates 310 and 320 are formed on a flat surface.
  • the substrates 310 and 320 may be curved.
  • the lens unit 30 in which the third metalens 34 is disposed between the first metalens 31 and the second metalens 32 has been described as an example.
  • the lens unit 30 may include multiple metalenses between the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the lens unit 30 may include a convex lens or a concave lens between the first metalens 31 and the second metalens 32.
  • the lens units 30 according to the first, second and third modified examples may be used in place of the lens unit 30 in the first or second embodiment. Furthermore, when the lens units 30 according to the first, second and third modified examples are used in the second embodiment, the lens units 30 do not need to be provided with the cover body 33. Furthermore, the lens units 30 according to the first, second and third modified examples may be used in place of at least one of the lens units 30 or the lens units 50 in the third embodiment.
  • the present invention provides a lens unit, a lamp, and a LiDAR device that can suppress deterioration of the metalens' functions, and can be used in fields such as headlights for vehicles such as automobiles, and measuring devices for measuring distances.

Landscapes

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Abstract

レンズユニット（３０）は、光が入射する第１入射面（３１ａ）及び第１入射面（３１ａ）に入射する光が出射する第１出射面（３１ｂ）を有し、第１出射面（３１ｂ）側に光の位相を変調する複数の第１ナノ構造体（３１１）が設けられる第１メタレンズ（３１）と、第１出射面（３１ｂ）に対向し前記第１出射面（３１ｂ）から出射する光が入射する第２入射面（３２ａ）及び第２入射面（３２ａ）に入射する光が出射する第２出射面（３２ｂ）を有し、第２入射面（３２ａ）側に光の位相を変調する複数の第２ナノ構造体（３２１）が設けられる第２メタレンズ（３２）と、を備える。

Description

レンズユニット、灯具及びＬｉＤＡＲ装置
　本発明は、レンズユニット、灯具及びＬｉＤＡＲ装置に関する。
　自動車用ヘッドライト等の車両用前照灯として、光源から出射する光が投影レンズに入射する灯具が知られている。下記特許文献１にはこのような車両用前照灯が開示されている。
　下記特許文献１の車両用前照灯の投影レンズとして、凸レンズが用いられている。従って、光源からの光は、投影レンズで発散角が小さくされた状態で出射する。
国際公開第２０２１／１７２１６９号
　車両用前照灯の小型化の要請により、投影レンズの代わりに、メタレンズを用いたいという要請がある。
　メタレンズは、光の位相を変調させる複数のナノ構造体を有し、複数のナノ構造体の微細な凹凸に塵埃などの汚れが付着しやすい。また、ナノ構造体を破損するおそれがあるため、ナノ構造体から汚れをふき取ることができないことがある。ナノ構造体の凹凸に塵埃などの汚れが入り込むと、メタレンズの機能が劣化するおそれがある。
　そこで、本発明は、メタレンズの機能の劣化を抑制し得るレンズユニット、灯具及びＬｉＤＡＲ装置を提供することを目的とする。
　上記の目的の達成のため、本発明のレンズユニットは、光が入射する第１入射面及び前記第１入射面に入射する前記光が出射する第１出射面を有し、前記第１出射面側に前記光の位相を変調する複数の第１ナノ構造体が設けられる第１メタレンズと、前記第１出射面に対向し前記第１出射面から出射する前記光が入射する第２入射面及び前記第２入射面に入射する前記光が出射する第２出射面を有し、前記第２入射面側に前記光の位相を変調する複数の第２ナノ構造体が設けられる第２メタレンズと、を備えることを特徴とする。
　このレンズユニットは、第１メタレンズと第２メタレンズとを用いて入射される光の位相を変調することで、メタレンズが一枚である場合と比較して、当該光の位相の変化量を大きくすることができる。また、レンズユニットにおいて、第１メタレンズの第１ナノ構造体と第２メタレンズの第２ナノ構造体とは、互いに向き合った状態で配置される。即ち、第１ナノ構造体と第２ナノ構造体とは、内側を向いた状態で配置される。そのため、レンズユニットは、第１ナノ構造体と第２ナノ構造体とが外側を向いている場合と比べて、外部からの塵埃などの汚れと第１ナノ構造体及び第２ナノ構造体とが接触することを抑制し得る。よって、レンズユニットは、第１ナノ構造体及び第２ナノ構造体に汚れが付着することを抑制し得る。したがって、レンズユニットは、機能の劣化を抑制し得る。
　また、上記レンズユニットは、前記第１メタレンズと前記第２メタレンズとの間に形成される空間の少なくとも一部を囲うカバー体を備えることが好ましい。
　このような構成により、第１ナノ構造体と第２ナノ構造体とが接する空間と外部の空間との境界の少なくとも一部を遮断することができる。そのため、レンズユニットは、外部の空間からの汚れが第１ナノ構造体と第２ナノ構造体とに付着することをより効果的に抑制し得る。
　また、レンズユニットにおいて、互に対向する前記第１ナノ構造体と前記第２ナノ構造体との間の各距離は、前記光の波長の２倍以上であることが好ましい。
　また、上記レンズユニットは、前記第１メタレンズと前記第２メタレンズとの間に配置され、前記第１出射面に対向し前記第１出射面から出射する前記光が入射する第３入射面及び前記第３入射面に入射する前記光が出射する第３出射面を有し、前記第３入射面側及び前記第３出射面側の少なくとも一方に前記光の位相を変調する複数の第３ナノ構造体が設けられる第３メタレンズを備え、前記第２入射面には、前記第３メタレンズを介して、前記第１出射面から出射する前記光が入射するものであってもよい。
　このような構成により、レンズユニットは、第３メタレンズを光が通過することで、入射する光の位相の変化量を大きくし得る。また、レンズユニットは、第３メタレンズが第１メタレンズと第２メタレンズとの間に配置されることで、第３メタレンズのナノ構造体に汚れが付着することを抑制し得る。
　また、本発明の灯具は、上記に記載のいずれかのレンズユニットと、前記光を出射する光源と、を備えることを特徴とする。灯具は、第１ナノ構造体及び第２ナノ構造体により変調された光を照射し得る。また、灯具は、上記のレンズユニットを用いることで第１構造体及び第２構造体に汚れが付着することを抑止し得、メタレンズの機能が劣化することを抑制し得る。
　また、上記灯具は、前記光を透過するアウターカバーを有し、前記光源を囲う筐体を備え、前記レンズユニットは、前記アウターカバーの少なくとも一部であってもよい。
　このような構成により、灯具は、メタレンズを灯具の最外層に設置することができる。よって、筐体の内部にメタレンズを備えなくともよく、灯具を小型化し得るといった設計の自由度を向上させることができる。また、灯具は、メタレンズを最外層に設置しても、外部に第１ナノ構造体及び第２ナノ構造体が露出していないため第１ナノ構造体及び第２ナノ構造体に汚れが付着することを抑制し得、メタレンズの機能が劣化することを抑制し得る。従って、この灯具によれば、メタレンズの機能低下により出射する光の配光パターンが変化することを抑制し得る。
　また、本発明のＬｉＤＡＲ装置は、対象物に光を出射する光源と、上記に記載のいずれかのレンズユニットと、前記光が前記対象物で反射した反射光を受光するセンサと、を備え、前記レンズユニットは、前記光及び前記反射光の少なくとも一方の位相を変調するもであってもよい。
　このような構成により、ＬｉＤＡＲ装置は、第１ナノ構造体及び第２ナノ構造体により前記光又は前記反射光を変調し得る。また、ＬｉＤＡＲ装置は、上記のレンズユニットを用いることで第１構造体及び第２構造体に汚れが付着することを抑止し得、メタレンズの機能が劣化することを抑制し得る。従って、このＬｉＤＡＲ装置によれば、物体の検知能の劣化を抑制し得る。
　以上のように本発明によれば、メタレンズの機能の劣化を抑制し得るレンズユニット、灯具及びＬｉＤＡＲ装置が提供される。
本発明の第１実施形態における車両用前照灯を模式的に示す断面図である。 図１に示すレンズユニットを模式的に示す断面図である。 図１に示すレンズユニットの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２実施形態における車両用前照灯を模式的に示す断面図である。 図４に示すアウターカバーの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第３実施形態におけるＬｉＤＡＲ装置を模式的に示す概念図である。 本発明の実施形態におけるレンズユニットの第１変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態におけるレンズユニットの第２変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態におけるレンズユニットの第３変形例を示す断面図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、請求項の範囲内において、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。
（第１実施形態）
　第１実施形態に係る灯具は、車両用前照灯であり、車両に取り付けられた状態で光を出射する。
　図１は、本発明の実施形態における車両用前照灯１を示す図である。図１は、車両用前照灯１の鉛直方向の断面を模式的に示す図である。ここでは、光Ｌが進行する方向を前方とし、光Ｌが進行する方向に対向する方向を後方とする。図１に示すように、本実施形態に係る車両用前照灯１は、筐体１０と、光源２０と、レンズユニット３０と、を主な構成として備える。
　筐体１０は、車両用前照灯１の外装を構成する。筐体１０は、外部ハウジング１１及びアウターカバー１２を主な構成として備える。外部ハウジング１１は、椀状に形成され、前方が開口している。当該開口を塞ぐようにアウターカバー１２が外部ハウジング１１に固定されている。
　アウターカバー１２は、椀状に形成され、後方が開口している。アウターカバー１２の開口は、外部ハウジング１１の開口とほぼ同形状である。アウターカバー１２は、光源２０からの光Ｌを透過する。たとえば、アウターカバー１２は、光Ｌが透過するプラスチック又はガラスなどから構成される。
　外部ハウジング１１とアウターカバー１２とによって空間Ｓ１が形成される。空間Ｓ１内に光源２０及びレンズユニット３０が収容される。即ち、筐体１０は、光源２０及びレンズユニット３０を囲う。光源２０、レンズユニット３０及びアウターカバー１２は、空間Ｓ１内において前後方向に沿って並んで配置されている。また、光源２０、レンズユニット３０及びアウターカバー１２は、前方に向かって順に配置されている。
　光源２０は、レンズユニット３０に向かって光Ｌを出射する。たとえば、光源２０は、光Ｌを出射する複数の発光素子と、複数の発光素子が実装される回路基板と、を有する。複数の発光素子は、マトリックス状に配置されて、互いに概ね同じ平面上に位置する光Ｌの出射面を有し、前方に向かって光Ｌを出射する。
　それぞれの発光素子の各発光点から出射する光は、それぞれ球面波であり、所定の発散角を有する。従って、それぞれの発光素子から出射する光Ｌは、所定の発散角で広がりながら前方に伝搬する。複数の発光素子は出射する光Ｌの光量が個別に変更可能である。本実施形態では、発光素子は白色光を出射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、光源２０は所謂ＬＥＤアレイである。なお、発光素子の数や構成は、特に限定されるものではない。例えば、発光素子は、互いに異なる波長の光を出射する複数のＬＥＤを含む構成であってもよく、互いに異なる波長の光を出射する複数のＬＤ（Laser Diode）と当該ＬＤ上に設けられる蛍光体とを含む構成であってもよい。また、光源２０は、１つの発光素子から成ってもよい。
　複数の発光素子を有する光源２０は、光Ｌを出射させる発光素子が選択されることで所定の配光パターンを有する光Ｌを出射することができ、当該選択を変化させることで配光パターンを変化させることができるものであってもよい。また、光源２０は、それぞれの発光素子から出射する光量が調節されることで配光パターンにおける光Ｌの強度分布を調節することができるものであってもよい。なお、光源２０は、複数の発光素子を有する場合であっても、出射する光Ｌの配光パターンを変化させることができなくてもよい。
　レンズユニット３０は、光源２０からの光Ｌの発散角を小さくする投影レンズとして機能する。レンズユニット３０は、光源２０からの光Ｌの位相を変調する。レンズユニット３０は、光源２０からの光Ｌの発散角を小さくするように、光Ｌの位相を変調する。
　図２は、図１に示すレンズユニット３０を模式的に示す断面図である。図２は、図１と同様に、鉛直方向の断面を模式的に示す図である。図２に示すように、レンズユニット３０は、第１メタレンズ３１と、第２メタレンズ３２と、カバー体３３と、を主な構成として備える。また、図３は、第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２との一部の拡大図である。
　第１メタレンズ３１は、光源２０からの光Ｌを透過し、光Ｌの位相を変調する。ここでは、第１メタレンズ３１は、光源２０からの光Ｌの発散角を小さくするように構成されている。また、第１メタレンズ３１は、光源２０からの光Ｌが入射する第１入射面３１ａを備える。第１入射面３１ａは、後方を向く。また、第１メタレンズ３１は、第１入射面３１ａに入射した光Ｌが出射する第１出射面３１ｂを備える。第１出射面３１ｂは、前方を向く。また、第１メタレンズ３１は、基板３１０を含む。
　基板３１０は、所定の厚みを有する、たとえば、円形の部材である。基板３１０は、平面状に形成されている。また、基板３１０は、光Ｌを透過する。たとえば、基板３１０の素材は、ガラス又は樹脂等である。
　基板３１０の第１出射面３１ｂ側に、光Ｌの位相を変調する複数の第１ナノ構造体３１１が設けられている。ここでは、見易さのため、１つの第１ナノ構造体３１１のみに符号を付し、他の第１ナノ構造体３１１の符号は省略されている。本実施形態の第１メタレンズ３１では、複数の第１ナノ構造体３１１は、基板３１０の面の全体に亘って配列されている。
　たとえば、第１ナノ構造体３１１は、前方に向かって延在する。本実施形態では、第１ナノ構造体３１１の形状は、たとえば、円柱形状であり、直径は光源２０から出射する光Ｌの最長波長より小さい。なお、第１ナノ構造体３１１の幅が、光源２０から出射する光Ｌの最長波長より小さければよく、第１ナノ構造体３１１の形状は特に制限されるものではない。例えば、第１ナノ構造体３１１の形状は、角柱形状、錘台形状であってもよい。また、第１ナノ構造体３１１は、所定の間隔をあけて並ぶ一対の四角柱等から構成されてもよい。また、それぞれの第１ナノ構造体３１１の形状が異なっていてもよい。第１ナノ構造体３１１を構成する材料として、例えば、ガラス、樹脂等が挙げられる。なお、第１ナノ構造体３１１と基板３１０とを構成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
　第２メタレンズ３２は、レンズユニット３０において第１メタレンズ３１よりも前方に設置されている。第２メタレンズ３２は、第１メタレンズ３１と所定の距離を開けて設置されている。第２メタレンズ３２は、第１メタレンズ３１からの光Ｌの位相を変調する。ここでは、第２メタレンズ３２は、第１メタレンズ３１からの光Ｌの発散角を小さくするように構成されている。
　また、第２メタレンズ３２は、第１出射面３１ｂから出射する光Ｌが入射する第２入射面３２ａを備える。第２入射面３２ａは、第１出射面３１ｂに対向する。また、第２メタレンズ３２は、第２入射面３２ａに入射した光Ｌが出射する第２出射面３２ｂを備える。第２出射面３２ｂは、前方を向く。
　第２メタレンズ３２は、基板３２０を含む。基板３２０の説明は、基板３１０の説明と同様であるため説明を省略する。
　基板３２０の第２入射面３２ａ側に、光Ｌの位相を変調する複数の第２ナノ構造体３２１が設けられている。ここでは、見易さのため、１つの第２ナノ構造体３２１のみに符号を付し、他の第２ナノ構造体３２１の符号は省略されている。本実施形態の第２メタレンズ３２では、複数の第２ナノ構造体３２１は、基板３２０の面の全体に亘って配列されている。
　たとえば、第２ナノ構造体３２１は、後方に向かって延在する。第２ナノ構造体３２１の他の説明は、第１ナノ構造体３１１の説明と同様であるため省略する。また、第２ナノ構造体３２１は、第１ナノ構造体３１１と同様の素材又は形状であってもよいし、異なってもよい。
　第２メタレンズ３２は、第１メタレンズ３１からの光Ｌを入射する第２入射面３２ａを備える。第２入射面３２ａは、後方を向く。即ち、第２入射面３２ａは、第１出射面３１ｂに対向する。第２出射面３２ｂは、基板３２０の後方側の表面であって第２ナノ構造体３２１が配置されていない部分と、複数の第２ナノ構造体３２１の表面と、を含む。また、第２メタレンズ３２は、光Ｌを出射する第２出射面３２ｂを備える。第２出射面３２ｂは、前方を向く。
　また、第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２との間には、空間Ｓ２が形成される。空間Ｓ２には、複数の第１ナノ構造体３１１と複数の第２ナノ構造体３２１とが向かい合った状態で配置されている。
　カバー体３３は、空間Ｓ２の少なくとも一部を囲う。たとえば、カバー体３３は、第１メタレンズ３１の外周から第２メタレンズ３２の外周に向かって延在するリング状の部材である。この場合、カバー体３３は、空間Ｓ２を封止する。たとえば、カバー体３３は、ゴム、樹脂又はプラスチックなどから構成される。
　また、互いに向き合っている第１ナノ構造体３１１と第２ナノ構造体３２１とのいずれの組み合わせにおいても、第１ナノ構造体３１１と第２ナノ構造体３２１との間は、距離ｄ以上離れている。本実施形態では、距離ｄは、光源２０が出射する光Ｌの最長の波長の２倍以上である。即ち、互いに向かい合う第１ナノ構造体３１１と第２ナノ構造体３２１との間のそれぞれの距離は、光Ｌの最長の波長の２倍以上である。
　なお、カバー体３３は、第１メタレンズ３１の外周の一部から第２メタレンズ３２の当該一部に対向する外周に向かって延在するＣ型の部材であってもよい。また、レンズユニット３０は、カバー体３３を備えなくともよい。また、空間Ｓ２は、光Ｌを透過し第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１の屈折率と異なる屈折率を有する所定の部材で満たされていてもよい。たとえば、空間Ｓ２は、光Ｌが透過する樹脂などで満たされているものであってもよい。
　次に、車両用前照灯１の動作について説明する。光源２０は、外部から供給される電力などによって光Ｌを出射する。光源２０から出射された光Ｌは、所定の発散角を有した状態で第１メタレンズ３１の第１入射面３１ａに入射する。第１入射面３１ａに入射した光Ｍは、複数の第１ナノ構造体３１１によって発散角が小さくなるように変調される。複数の第１ナノ構造体３１１によって変調された光Ｌは、第１出射面３１ｂから出射し、第２メタレンズ３２の第２入射面３２ａに入射する。
　第２入射面３２ａに入射した光Ｍは、複数の第２ナノ構造体３２１によって発散角が小さくなるように変調される。複数の第２ナノ構造体３２１によって変調された光Ｌは、第２出射面３２ｂから出射する。第２出射面３２ｂから出射された光Ｌは、アウターカバー１２を透過し外部に出射する。
　以上の構成の車両用前照灯１は、レンズユニット３０を通じて光源２０からの光Ｌを外部に出射する。よって、車両用前照灯１は、第１メタレンズ３１及び第２メタレンズ３２により光Ｌを変調することで、光Ｌの位相の変化量を大きくすることができる。
　また、レンズユニット３０においてカバー体３３は、第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２とが形成する空間Ｓ２の少なくとも一部を覆う。また、第１メタレンズ３１の第１ナノ構造体３１１と第２メタレンズ３２の第２ナノ構造体３２１とは、空間Ｓ２の内部に配置されている。そのため、レンズユニット３０は、カバー体３３により、外部からの塵埃などの汚れが第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１に接触することが抑制し得る。よって、レンズユニット３０は、第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１に汚れが付着することを抑制し得、第１メタレンズ３１及び第２メタレンズ３２の機能の劣化を抑制し得る。
　なお、車両用前照灯１は、さらに凸レンズなどのレンズを備えるものであってもよい。たとえば、車両用前照灯１は、光源２０とレンズユニット３０との間にプライマリレンズを備えるものであってもよい。また、車両用前照灯１は、レンズユニット３０とアウターカバー１２との間にレンズを備えるものであってもよい。また、車両用前照灯１は、レンズユニット３０を複数個備えるものであってもよい。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本実施形態では、レンズユニット３０がアウターカバー１２の少なくとも一部として構成される点が第１実施形態と異なる。
　図４は、本発明の実施形態における車両用前照灯１を示す図である。図４は、車両用前照灯１の鉛直方向の断面を模式的に示す図である。また、図５は、本実施形態に係るアウターカバー１２の一部を拡大した断面図である。図４に示すように、本実施形態に係る車両用前照灯１は、筐体１０と、光源２０と、を主な構成として備える。ここでは、第１実施形態と異なる点のみを説明する。
　アウターカバー１２は、レンズユニット３０と、カバー部材１２１と、を主な構成として備える。
　カバー部材１２１は、椀状に形成され、後方が開口している。カバー部材１２１の後方の開口は、外部ハウジング１１の開口とほぼ同形状である。また、カバー部材１２１の前方は、開口している。カバー部材１２１の前方の開口は、アウターカバー１２を前方から視たときにアウターカバー１２の中央部に形成される。カバー部材１２１は、光Ｌを透過してもよいし、しなくともよい。
　カバー部材１２１の前方の開口には、当該開口を塞ぐように、レンズユニット３０が固定されている。レンズユニット３０は、アウターカバー１２の少なくとも一部として構成されている。レンズユニット３０は、光源２０からの光Ｌが照らす領域の少なくとも一部と重なるように配置される。
　図５が示すように、本実施形態に係るレンズユニット３０は、カバー体３３を備えない。しかし、図５が示す例では、本実施形態では、第１メタレンズ３１の外周及び第２メタレンズ３２の外周は、カバー部材１２１に接触して固定されている。即ち、カバー部材１２１は、第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２との間に形成される空間Ｓ２を囲っている。よって、カバー部材１２１は、空間Ｓ２を囲うカバー体を兼ねている。
　次に、車両用前照灯１の動作について説明する。光源２０は、外部から供給される電力によって光Ｌを出射する。光源２０から出射された光Ｌは、所定の発散角を有した状態で第１メタレンズ３１の第１入射面３１ａに入射する。第１入射面３１ａに入射した光Ｌは、複数の第１ナノ構造体３１１によって発散角が小さくなるように変調される。複数の第１ナノ構造体３１１によって変調された光Ｌは、第１出射面３１ｂから出射し、第２メタレンズ３２の第２入射面３２ａに入射する。第２入射面３２ａに入射した光Ｌは、複数の第２ナノ構造体３２１によって発散角が小さくなるように変調される。複数の第２ナノ構造体３２１によって変調された光Ｌは、外部に出射する。
　以上の通り、本実施形態の車両用前照灯１は、アウターカバー１２の一部としてレンズユニット３０を備える。そのため、レンズユニット３０は、灯具の最外層の部材として用いられる。よって、レンズユニット３０は、内部に他の部材を備えるたり、外部ハウジング１１を小さくすることができ、設計の自由度を向上させることができる。
　また、レンズユニット３０は、最外層にレンズユニット３０が設置されていても、第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１が外部に露出していないため第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１に汚れが付着することを抑制し得る。よって、レンズユニット３０は、第１メタレンズ３１及び第２メタレンズ３２の機能の劣化を抑制し得る。
　なお、車両用前照灯１は、光源２０とレンズユニット３０との間にプライマリレンズを備えるものであってもよい。また、レンズユニット３０は、外部ハウジング１１の開口に固定されるものであってもよい。
（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本実施形態では、レンズユニット３０がＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）装置に用いられる点が第１実施形態と異なる。
　図６は、本実施形態に係るＬｉＤＡＲ装置２の構成例を模式的に示す図である。ここでは、ＬｉＤＡＲ装置２から対象物Ａに向かう方向を前方とし、前方に対向する方向を後方とする。ＬｉＤＡＲ装置２は、対象物Ａの各点と自身との距離を測定する。ＬｉＤＡＲ装置２は、対象物Ａに光を出射し、対象物Ａから反射光を受光し、光を出射してから反射光を受光するまでの時間に基づいて、対象物Ａの各点と自身との距離を測定する。
　図６に示すように、ＬｉＤＡＲ装置２は、レンズユニット３０と、光源４０と、レンズユニット５０と、センサ６０と、制御装置７０と、バンドパスフィルタ８０と、を主な構成として備える。光源４０及びレンズユニット５０は、前方に向かって順に並んで配置されている。また、センサ６０、レンズユニット３０及びバンドパスフィルタ８０は、前方に向かって順に並んで配置されている。制御装置７０は、信号線などを介して光源４０とセンサ６０とに通信可能に接続する。
　光源４０は、制御装置７０からの制御信号に従って、光Ｍをレンズユニット５０に向かって出射する。光源４０は、光Ｍとして、所定の発散角を有するレーザ光を出射する。光源４０は、光Ｍとしてフラッシュを出射する。たとえば、光源４０は、光Ｍを出射するＬＤを含む構成である。また、光源４０は、面発光するＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などを含むものであってもよい。
　レンズユニット５０は、光源４０の前方に配置されている。レンズユニット５０は、光源４０からの光Ｍの発散角を小さくするように、光源４０からの光Ｍの位相を変調する。ここでは、レンズユニット５０は、光Ｍが平行光となるように、光Ｍの位相を変調する。レンズユニット５０の構成は、第１実施形態に係るレンズユニット３０の構成と概ね同様であるためレンズユニット５０の説明を省略する。なお、レンズユニット５０が備える第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１は、第１実施形態に係る第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１と同様であってもよいし異なってもよい。
　バンドパスフィルタ８０には、対象物Ａからの光Ｎが入射する。光Ｎは、光Ｍが対象物Ａで反射した反射光Ｒ、太陽光などの環境光が対象物Ａで反射した反射光、及び、対象物Ａが出射する光などを含む。バンドパスフィルタ８０は、光Ｍの波長を含む所定の範囲の波長の光を透過し、他の光を遮断することで、対象物Ａからの光Ｎから反射光Ｒを抽出する。たとえば、バンドパスフィルタ８０は、誘電体多層膜を含む。
　レンズユニット３０は、バンドパスフィルタ８０からの反射光Ｒをセンサ６０に集光するように、反射光Ｒの位相を変調する。なお、レンズユニット３０が備える第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１は、第１実施形態に係る第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１又はレンズユニット５０に係る第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１と同様であってもよいし、異なってもよい。
　センサ６０は、所定の解像度の画像として、レンズユニット３０によって集光された反射光Ｒを電気信号に変換する。即ち、センサ６０は、所定の解像度に対応する複数の素子において、レンズユニット３０からの反射光Ｒを電気信号に変換する。センサ６０は、信号線などを介して、反射光Ｒから変換された電気信号を制御装置７０に送信する。たとえば、センサ６０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）、ＡＰＤ（Avalanche Photodiode）、又は、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）などを含む。
　制御装置７０は、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置等を用いることができる。たとえば、制御装置７０は、プログラムを実行することで動作する。
　次に、ＬｉＤＡＲ装置２の動作について説明する。制御装置７０は、ユーザからの操作などに従って、光Ｍを出射させる制御信号を光源４０に送信する。光源４０は、制御装置７０からの制御信号に従って光Ｍを出射する。光源４０から出射した光Ｍは、レンズユニット５０を透過して対象物Ａに向かって出射する。
　光Ｍが対象物Ａに出射されて対象物Ａで反射されると、反射光Ｒを含む光Ｎは、バンドパスフィルタ８０に入射する。バンドパスフィルタ８０では、光Ｎから反射光Ｒが抽出され、抽出された反射光Ｒは、レンズユニット３０に入射する。レンズユニット３０に入射した反射光Ｒは、センサ６０に集光される。センサ６０は、集光された反射光Ｒを電気信号に変換して制御装置７０に送信する。
　制御装置７０は、所定のアルゴリズムに従って、センサ６０からの電気信号から対象物Ａの各点とＬｉＤＡＲ装置２との距離を算出する。制御装置７０は、算出された距離を示すデータを内部のメモリなどに格納してもよいし、外部の装置に送信してもよい。
　以上の構成のＬｉＤＡＲ装置２は、レンズユニット５０を用いて光Ｍを変調し対象物Ａに出射する。よって、ＬｉＤＡＲ装置２は、第１メタレンズ３１及び第２メタレンズ３２により光Ｍを変調することで、光Ｍの位相の変化量を大きくすることができる。
　また、ＬｉＤＡＲ装置２は、レンズユニット３０を用いて反射光Ｒを変調する。よって、ＬｉＤＡＲ装置２は、第１メタレンズ３１及び第２メタレンズ３２により反射光Ｒを変調することで、反射光Ｒの位相の変化量を大きくすることができる。
　また、レンズユニット３０及び５０は、それぞれ第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２とに汚れが付着することを抑制し第１メタレンズ３１及び第２メタレンズ３２の機能の劣化を抑制し得る。そのため、ＬｉＤＡＲ装置２は、光Ｍ及び反射光Ｒの変調にメタレンズを用いつつも、第１ナノ構造体３１１及び第２ナノ構造体３２１に汚れが付着することを抑制し得る。よって、ＬｉＤＡＲ装置２は、第１メタレンズ３１及び第２メタレンズ３２の機能の劣化を抑制し得る。
　なお、ＬｉＤＡＲ装置２が備えるバンドパスフィルタ８０は、レンズユニット３０とセンサ６０との間に配置されるものであってもよい。また、ＬｉＤＡＲ装置２は、バンドパスフィルタ８０を備えなくともよい。この場合、センサ６０は、光Ｍの波長を含む所定の範囲の波長の光を電気信号に変換するものであってもよい。
　また、ＬｉＤＡＲ装置２は、レンズユニット５０及びレンズユニット３０の一方が、凸レンズなどのレンズから成ってもよい。
　また、ＬｉＤＡＲ装置２は、レンズユニット３０の前方又は後方にさらにレンズを備えるものであってもよい。また、ＬｉＤＡＲ装置２は、レンズユニット５０の前方又は後方にさらにレンズを備えるものであってもよい。
　また、ＬｉＤＡＲ装置２は、光Ｍを走査して対象物Ａとの距離を測定するものであってもよい。この場合、バンドパスフィルタ８０には、走査された光Ｍの反射光Ｒを含む光Ｎが入射するものであってもよい。
（第１変形例）
　次に、レンズユニット３０の第１変形例について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本変形例では、レンズユニット３０がさらにメタレンズを備える点が第１実施形態と異なる。図７は、本変形例に係るレンズユニット３０を概略的に示す断面図である。図７は、レンズユニット３０の鉛直方向の断面を概略的に示す図である。図７が示すように、即ち、レンズユニット３０は、第１メタレンズ３１と、第２メタレンズ３２と、カバー体３３と、第３メタレンズ３４と、を主な構成として備える。
　第３メタレンズ３４は、空間Ｓ２に第１メタレンズ３１及び第２メタレンズ３２と所定の距離を開けて設置されている。第３メタレンズ３４は、光源２０からの光Ｌの位相を変調する。ここでは、第３メタレンズ３４は、第１メタレンズ３１からの光Ｌの発散角を小さくするように構成されている。
　また、第３メタレンズ３４は、第１出射面３１ｂから出射する光Ｌが入射する第３入射面３４ａを備える。第３入射面３４ａは、第１出射面３１ｂに対向する。また、第３メタレンズ３４は、第３入射面３４ａに入射した光Ｌが出射する第３出射面３４ｂを備える。第３出射面３４ｂは、第２入射面３２ａに対向する。
　第３メタレンズ３４は、基板３４０を含む。基板３４０の説明は、基板３１０の説明と同様であるため説明を省略する。
　基板３４０の第３出射面３４ｂ側に、光Ｌの位相を変調する複数の第３ナノ構造体３４１が設けられている。ここでは、見易さのため、１つの第３ナノ構造体３４１のみに符号を付し、他の第３ナノ構造体３４１の符号は省略されている。本変形例の第３メタレンズ３４では、複数の第３ナノ構造体３４１は、基板３４０の面の全体に亘って配列されている。
　第３ナノ構造体３４１の説明は、第１ナノ構造体３１１の説明と同様であるため省略する。また、第３ナノ構造体３４１は、第１ナノ構造体３１１又は第２ナノ構造体３２１と同様の素材又は形状であってもよいし、異なってもよい。
　また、互いに向き合っている第３ナノ構造体３４１と第２ナノ構造体３２１とのいずれの組み合わせにおいても、第３ナノ構造体３４１と第２ナノ構造体３２１との間は、距離ｄ以上離れている。即ち、互いに向かい合う第３ナノ構造体３４１と第２ナノ構造体３２１との間のそれぞれの距離は、光Ｌの最長の波長の２倍以上である。
　また、各第１ナノ構造体３１１と第３入射面３４ａとの間は、距離ｄ離れている。即ち、複数の第１ナノ構造体３１１と第３入射面３４ａとの間のそれぞれの距離は、光Ｌの最長の波長の２倍以上である。
　第１変形例に係るレンズユニット３０では、第１メタレンズ３１の第１出射面３１ｂから出射した光Ｌは、第３メタレンズ３４の第３入射面３４ａに入射する。第３入射面３４ａに入射した光Ｌは、複数の第３ナノ構造体３４１によって変調される。複数の第３ナノ構造体３４１によって変調された光Ｌは、第３出射面３４ｂから出射し、第２メタレンズ３２の第２入射面３２ａに入射する。即ち、第２メタレンズ３２の第２入射面３２ａには、第３メタレンズ３４を介して、第１出射面３１ｂから出射する光Ｌが入射する。
　以上の構成のレンズユニット３０は、第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２との間に第３メタレンズ３４を備える。レンズユニット３０では、光源２０からの光Ｌは、第１メタレンズ３１と第３メタレンズ３４と第２メタレンズ３２とを通過する。そのため、光源２０からの光Ｌは、第３メタレンズ３４においても変調される。よって、レンズユニット３０は、光Ｌの位相の変化量を大きくし得る。
　また、レンズユニット３０は、空間Ｓ２内に第３メタレンズ３４を備える。そのため、レンズユニット３０は、外部からの塵埃などの汚れが第３メタレンズ３４の第３ナノ構造体３４１に接触することを抑制し得る。よって、レンズユニット３０は、第３ナノ構造体３４１に汚れが付着することを抑制し得、第３メタレンズ３４の機能の劣化を抑制し得る。
（第２変形例）
　次に、レンズユニット３０の第２変形例について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本変形例では、第３メタレンズ３４の構成が異なる点が第１変形例と異なる。
　図８は、本変形例に係るレンズユニット３０を概略的に示す断面図である。図８は、レンズユニット３０の鉛直方向の断面を概略的に示す図である。
　図８が示すように、基板３４０の第３出射面３４ｂ側に、光Ｌの位相を変調する複数の第３ナノ構造体３４２が設けられている。ここでは、見易さのため、１つの第３ナノ構造体３４２のみに符号を付し、他の第３ナノ構造体３４２の符号は省略されている。本変形例の第３メタレンズ３４では、複数の第３ナノ構造体３４２は、基板３４０の面の全体に亘って配列されている。
　たとえば、第３ナノ構造体３４２は、後方に向かって延在する。第３ナノ構造体３４２の他の説明は、第１ナノ構造体３１１の説明と同様であるため省略する。また、第３ナノ構造体３４２は、第１ナノ構造体３１１、第２ナノ構造体３２１又は第３ナノ構造体３４１と同様の素材又は形状であってもよいし、異なってもよい。
　また、互いに向き合っている第３ナノ構造体３４２と第１ナノ構造体３１１とのいずれの組み合わせにおいても、第３ナノ構造体３４２と第１ナノ構造体３１１との間は、距離ｄ以上離れている。即ち、互いに向かい合う第３ナノ構造体３４２と第１ナノ構造体３１１との間のそれぞれの距離は、光Ｌの最長の波長の２倍以上である。
　また、各第２ナノ構造体３２１と第３出射面３４ｂとの間は、距離ｄ離れている。即ち、複数の第２ナノ構造体３２１と第３出射面３４ｂとの間のそれぞれの距離は、光Ｌの最長の波長の２倍以上である。
　第２変形例に係るレンズユニット３０では、第１メタレンズ３１の第１出射面３１ｂから出射した光Ｌは、第３メタレンズ３４の第３入射面３４ａに入射する。第３入射面３４ａに入射した光Ｌは、複数の第３ナノ構造体３４２によって変調される。複数の第３ナノ構造体３４２によって変調された光Ｌは、第３出射面３４ｂから出射し、第２メタレンズ３２の第２入射面３２ａに入射する。即ち、第２メタレンズ３２の第２入射面３２ａには、第３メタレンズ３４を介して、第１出射面３１ｂから出射する光Ｌが入射する。
（第３変形例）
　次に、レンズユニット３０の第３変形例について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本変形例では、第３メタレンズ３４の構成が異なる点が第１変形例と異なる。本変形例に係るレンズユニット３０は、第１又は第２実施形態におけるレンズユニット３０の代わりに用いられてもよい。また、第２実施形態においては、レンズユニット３０は、カバー体３３を備えなくともよい。また、本変形例に係るレンズユニット３０は、第３実施形態においてレンズユニット３０又はレンズユニット５０の少なくとも１つの代わりに用いられてもよい。
　図９は、本変形例に係るレンズユニット３０を概略的に示す断面図である。図９は、レンズユニット３０の鉛直方向の断面を概略的に示す図である。
　図９が示すように、第３メタレンズ３４の第３出射面３４ｂ側に、複数の第３ナノ構造体３４１が設けられている。ここでは、見易さのため、１つの第３ナノ構造体３４１のみに符号を付し、他の第３ナノ構造体３４１の符号は省略されている。
　また、第３メタレンズ３４の第３入射面３４ａ側に、複数の第３ナノ構造体３４２が設けられている。ここでは、見易さのため、１つの第３ナノ構造体３４２のみに符号を付し、他の第３ナノ構造体３４２の符号は省略されている。
　第３変形例に係るレンズユニット３０では、第１メタレンズ３１の第１出射面３１ｂから出射した光Ｌは、第３メタレンズ３４の第３入射面３４ａに入射する。第３入射面３４ａに入射した光Ｌは、複数の第３ナノ構造体３４１及び３４２によって変調される。複数の第３ナノ構造体３４１及び３４２によって変調された光Ｌは、第３出射面３４ｂから出射し、第２メタレンズ３２の第２入射面３２ａに入射する。即ち、第２メタレンズ３２の第２入射面３２ａには、第３メタレンズ３４を介して、第１出射面３１ｂから出射する光Ｌが入射する。
　以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　例えば、第１及び第２実施形態では、車両用前照灯１は、前照灯とされたが、特に制限されるものではない。例えば、車両用前照灯１は、画像を構成する光を路面等の被照射体に照射するものとされてもよい。また、車両用前照灯１が画像を構成する光を路面等の被照射体に照射するものとされる場合、車両用前照灯１が出射する光の方向や車両用前照灯１が車両に取り付けられる位置は特に限定されない。また、車両用前照灯１が出射する光の色は、特定の色に制限されるものではない。
　また、第１及び第２実施形態では、光源２０からの光Ｌの発散角を小さくするレンズユニット３０を例に説明した。しかし、レンズユニット３０は、光源２０からの光Ｌの発散角を大きくするように構成されてもよい。
　また、第１、第２及び第３実施形態では、平面上に形成された基板３１０及び基板３２０を例に説明した。しかし、基板３１０及び基板３２０は、曲面状であってもよい。しかし、レンズユニット３０を薄くする観点では、基板３１０及び基板３２０は平面状であることが好ましい。
　また、第１、第２及び第３変形例では、第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２との間に第３メタレンズ３４が配置されるレンズユニット３０を例に説明した。しかし、レンズユニット３０は、第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２との間に複数のメタレンズを備えるものであってもよい。また、レンズユニット３０は、第１メタレンズ３１と第２メタレンズ３２との間に凸レンズ又は凹レンズを備えるものであってもよい。
　また、第１、第２及び第３変形例に係るレンズユニット３０は、第１又は第２実施形態におけるレンズユニット３０の代わりに用いられてもよい。また、第２実施形態において第１、第２及び第３変形例に係るレンズユニット３０が用いられる場合は、レンズユニット３０は、カバー体３３を備えなくともよい。また、第１、第２及び第３変形例に係るレンズユニット３０は、第３実施形態においてレンズユニット３０又はレンズユニット５０の少なくとも１つの代わりに用いられてもよい。
　本発明によれば、メタレンズの機能の劣化を抑制し得るレンズユニット、灯具及びＬｉＤＡＲ装置が提供され、自動車等の車両用前照灯、距離を測定する測定装置などの分野において利用可能である。

Claims (7)

  1. 　光が入射する第１入射面及び前記第１入射面に入射する前記光が出射する第１出射面を有し、前記第１出射面側に前記光の位相を変調する複数の第１ナノ構造体が設けられる第１メタレンズと、
    　前記第１出射面に対向し前記第１出射面から出射する前記光が入射する第２入射面及び前記第２入射面に入射する前記光が出射する第２出射面を有し、前記第２入射面側に前記光の位相を変調する複数の第２ナノ構造体が設けられる第２メタレンズと、
    を備える
    ことを特徴とするレンズユニット。
  2. 　前記第１メタレンズと前記第２メタレンズとの間に形成される空間の少なくとも一部を囲うカバー体を備える
    ことを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
  3. 　互いに向かい合う前記第１ナノ構造体と前記第２ナノ構造体との間の各距離は、前記光の波長の２倍以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
  4. 　前記第１メタレンズと前記第２メタレンズとの間に配置され、前記第１出射面に対向し前記第１出射面から出射する前記光が入射する第３入射面及び前記第３入射面に入射する前記光が出射する第３出射面を有し、前記第３入射面側及び前記第３出射面側の少なくとも一方に前記光の位相を変調する複数の第３ナノ構造体が設けられる第３メタレンズを備え、
    　前記第２入射面には、前記第３メタレンズを介して、前記第１出射面から出射する前記光が入射する
    ことを特徴する請求項１に記載のレンズユニット。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズユニットと、
    　前記光を出射する光源と、
    を備える
    ことを特徴とする灯具。
  6. 　前記光を透過するアウターカバーを有し、前記光源を囲う筐体を備え、
    　前記レンズユニットは、前記アウターカバーの少なくとも一部である
    ことを特徴とする請求項５に記載の灯具。
  7. 　対象物に光を出射する光源と、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズユニットと、
    　前記光が前記対象物で反射した反射光を受光するセンサと、
    を備え、
    　前記レンズユニットは、前記光及び前記反射光の少なくとも一方の位相を変調する
    ことを特徴とするＬｉＤＡＲ装置。
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