JP2017084624A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光拡散素子上でのスポット領域内の照度バラツキを緩和し且つ配光パターンを高精度に制御して被照明領域を照明することができる照明装置を、提供する。
【解決手段】照明装置１０は、入射光を拡散する複数の要素拡散素子６５を有した光拡散素子６０と、コヒーレント光を発光するコヒーレント光源１５と、光源光の光路を調整するレンズアレイ２５と、レンズアレイから光拡散素子までの光路に設けられ光束を縮小させるアフォーカル光学系３０と、アフォーカル光学系から光拡散素子までの光路に設けられた集光素子５０と、光源光の進行方向を調整して光源光の光拡散素子上での入射位置を変動させる走査装置走査装置４０と、を有する。各要素拡散素子は、光源光を拡散して、要素拡散素子に対応した要素被照明領域Ｚｐを照明する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コヒーレント光を用いて被照明領域を照明する照明装置に関する。

例えば、特許文献１に開示されているように、コヒーレント光源を用いた照明装置が広く利用に供されている。コヒーレント光源として、典型的には、レーザ光を発振するレーザ光源が用いられている。

特許文献１は、車両用灯具を開示している。この車両用灯具は、レーザ光源と、四つのホログラム素子と、を有している。各ホログラム素子は、回転駆動装置によって、レーザ光源からのレーザ光を受光し得る位置に配置される。各ホログラム素子は、光拡散素子として機能し、レーザ光を回折して所定の配光パターンでの照明を実現する。レーザ光が照射されるホログラム素子を適宜選択することで、所望の配光パターンでの照明を実現することができる。この車両用灯具では、意図しない領域へ照明光が照射されることを防止する観点から、四つのホログラム素子の位置を変更している間、レーザ光の射出を規制している。

特開２０１２−１４６６２１号公報

ところで、レーザ光源から発振されたレーザ光をそのままホログラム素子等の光拡散素子へ入射させた場合、光拡散素子上において各瞬間にレーザ光が照射されている領域、すなわち光拡散素子上でのスポット領域において、照度の分布は均一とはならず、外縁部に低照度の領域が広がるようになる。本件発明者らは、このような光拡散素子上でのスポット領域における照度バラツキが、種々の不具合を引き起こすことを知見した。

まず、第１の不具合として、外縁部に広がる低照度の領域が、レーザ光を照射されるべき所望の光拡散素子とは異なる光拡散素子に入射して、意図しない領域を照明してしまうことがある。この結果、配光パターンを高精度に制御することができず、また、パターン照明を行う際にフリッカーを生じさせ得る。このような不具合を回避するためには、レーザ光のスポット領域が隣接する二つの光拡散素子を跨ぐ間、レーザ光の照射を長時間にわたり停止する必要が生じる。この場合、レーザ光源の停止期間が長くなりレーザ光源の能力を十分に活用することができない。この結果、被照明領域を十分に明るく照明することができない、或いは、高出力のレーザ光源を用いる必要が生じる。

また、第２の不具合として、レーザ光源との組み合わせにおいてスペックルが目立ちやすくなることが確認された。スペックルは、コヒーレント光を用いた際に拡散面上に認識される斑点模様であり、生理的な不快感を与え得る。なお、スポット領域を絞って低面積化することにより、第１の不具合を緩和することができる。ただし、本件発明者らは、実験を繰り返したところ、スポット領域を絞るだけでは、スペックルがより目立ち易くなることが生じた。

これに対し、本件発明者らは、鋭意研究を重ね、上述した不具合を解消し得る照明装置、すなわち、照度バラツキを抑制して第１及び第２の不具合を解消し得る照明装置を発明するに至った。ただし、この照明装置においては、後述するように光拡散素子への入射角度が或る程度の分布範囲を持つようになり、その結果として、光拡散素子による光路制御機能の精度低下を招く可能性がある。そこで、本発明では、さらにこのような不具合に対処した照明装置、すなわち、光拡散素子上でのスポット領域内の照度バラツキを緩和し且つ配光パターンを高精度に制御して被照明領域を照明することができる照明装置を、提供することを目的とする。

本発明による照明装置は、
入射光を拡散する複数の要素拡散素子を有した光拡散素子と、
コヒーレント光を発光するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光の光路を調整するレンズアレイと、
前記レンズアレイから前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路に設けられ、前記光路における上流側より下流側で光束を縮小させるアフォーカル光学系と、
前記アフォーカル光学系から前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路に設けられた集光素子と、
前記コヒーレント光の進行方向を調整して、当該コヒーレント光の前記光拡散素子上での入射位置を変動させる走査装置と、を備え、
前記光拡散素子の各要素拡散素子は、入射する前記コヒーレント光を拡散して、当該要素拡散素子に対応した要素被照明領域を照明する。

本発明による照明装置において、
前記レンズアレイは、前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を複数の光束に分割し、
前記集光素子は、前記複数の光束が前記光拡散素子上で少なくとも部分的に重なるよう、前記複数の光束の光路を調整するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記光拡散素子は、前記集光素子の光軸に沿って前記集光素子の焦点距離だけ前記集光素子から離間した位置に基づく位置に、配置されていてもよい。

本発明による照明装置において、前記光拡散素子は、前記集光素子の光軸に沿って前記集光素子の焦点距離だけ前記集光素子から離間した位置に、配置されていてもよい。

本発明による照明装置において、
前記レンズアレイは、複数の要素レンズを含み、
前記複数の要素レンズから出射した光束は、互いに同一の配光となるようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記アフォーカル光学系は、前記レンズアレイから前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路における上流側に配置された第１レンズと、前記レンズアレイから前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路における下流側に配置され且つ前記第１レンズの焦点距離よりも短い焦点距離を有する第２レンズと、を含むようにしてもよい。

本発明による照明装置が、前記コヒーレント光源からの前記コヒーレント光の射出を制御する発光制御部を、さらに備え、
前記発光制御部は、前記光拡散素子上における前記コヒーレント光の照射位置に応じて、前記コヒーレント光の射出を制御するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、
前記光拡散素子は、ホログラム記録媒体であり、
前記複数の要素拡散素子は、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成された複数の要素ホログラムであってもよい。

本発明による照明装置において、前記光拡散素子は、前記要素拡散素子をなす複数のレンズアレイを有するレンズアレイ群であってもよい。

本発明によれば、光拡散素子上でのスポット領域内の照度バラツキを低減し且つ配光パターンを高精度に制御して被照明領域を照明することができる。

図１は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、照明装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１の照明装置を示す上面図である。 図３は、図１の照明装置をなす構成要素の配置を説明するための模式図である。 図４は、図１の照明装置に組み込まれたアフォーカル光学系を示す平面図である。 図５は、図１の照明装置の走査装置、集光素子及び光拡散素子を示す平面図であり、主として集光素子の機能を説明するための図である。 図６は、図１の照明装置における光拡散素子と当該光拡散素子からの拡散光によって照明される被照明領域とを示す図であり、主として光拡散素子の機能を説明するための図である。 図７は、光拡散素子上でのスポット領域を示す平面図である。 図８は、整形光学系、レンズアレイ及び集光素子を省略した場合における光拡散素子上でのスポット領域を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１は、照明装置１０の全体構成を模式的に示す斜視図である。照明装置１０は、コヒーレント光を用いて被照明領域Ｚを照明する。照明装置１０は、コヒーレント光源として機能するレーザ光源１５を有する。レーザ光源１５は、コヒーレント光の一例としてレーザ光を発振する。照明装置１０は、レーザ光源１５から射出した光に作用する整形光学系２０、レンズアレイ２５、アフォーカル光学系３０、走査装置４０、集光素子５０及び光拡散素子６０を有している。図１に示された例において、整形光学系２０、レンズアレイ２５、アフォーカル光学系３０、走査装置４０、集光素子５０及び光拡散素子６０は、レーザ光源１５からのレーザ光の光路に沿ってこの順で配置され、この順でレーザ光に対して作用する。

ここで説明する照明装置１０は、以下に詳述するように、レンズアレイ２５及び集光素子５０での光学作用によって、光拡散素子上でのスポット領域内の照度バラツキを低減することができ、これにより、コヒーレント光源の性能を十分に活用して所望の配光パターンで被照明領域Ｚを高光量で照明すること並びにスペックルを目立たなくさせることが可能となる。加えて、アフォーカル光学系３０での光学作用により、光拡散素子６０による光路制御機能が効果的に発揮され、配光パターンを高精度に制御しながら、被照明領域Ｚをパターン照明することができる。以下、各構成要素について、順に説明していく。

図１に示された例において、レーザ光源１５は、レーザ光を発光する複数の光源部１７を有する。複数の光源部１７は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数の光源部１７を並べて配置した光源モジュールであってもよい。複数の光源部１７は、一例として、赤色の発光波長域の光を発振する第１光源部１７ａと、緑色の発光波長域の光を発振する第２光源部１７ｂと、青色の発光波長域の光を発振する第３光源部１７ｃと、を有している。この例によれば、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが発光した三つのレーザ光を重ね合わせることで、白色の照明光を含む種々の色の照明光を生成することができる。

なお、以下において、レーザ光源１５が、発光波長域が互いに異なる三つの光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有する例について説明するが、この例に限られない。レーザ光源１５は、発光波長域が互いに相違する二つの光源部１７又は四つ以上の光源部１７を有するようにしてもよい。また、発光強度を高めるために、発光波長域ごとに、複数個ずつの光源部１７が設けられていてもよい。

ところで、図１に示すように、照明装置１０は、レーザ光源１５と接続された発光制御部１２を有している。発光制御部１２は、レーザ光源１５によるレーザ光の発光タイミングを制御する。とりわけ、発光制御部１２は、各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の射出およびレーザ光の射出停止を、他の光源部から独立して、切り替えることができる。発光制御部１２によるレーザ光の射出の有無の制御は、走査装置４０による複数のレーザ光の走査タイミングに基づいて、言い換えると、光拡散素子６０上におけるレーザ光の入射位置に基づいて、実施される。上述したように、レーザ光源１５が赤青緑の三つのレーザ光を発光可能である場合、各レーザ光の発光タイミングを制御することで、赤青緑のうち任意の二色以上の色を混ぜ合わせた色の照明光を生成することが可能となる。

発光制御部１２は、各光源部１７からレーザ光を発光させるか否か、すなわち発光のオン／オフを制御してもよいし、各光源部１７から射出した後のレーザ光の光路を遮断するか否かを切り替えてもよい。後者の場合、各光源部１７と整形光学系２０との間に不図示の光シャッタ部を設けて、この光シャッタ部でレーザ光の通過及び遮断を切り替えればよい。

次に、整形光学系２０について説明する。整形光学系２０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を整形する。言い換えると、整形光学系２０は、レーザ光の光軸に直交する断面での形状や、レーザ光の光束の立体的な形状を整形する。図示された例において、整形光学系２０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を拡幅した平行光束に整形する。

図２及び図３は、照明装置１０を示す平面図である。図２に示すように、整形光学系２０は、レーザ光の光路に沿った順で、レンズ２１及びコリメートレンズ２２を有している。レンズ２１は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を発散光束に整形する。コリメートレンズ２２は、ビームエクスパンダ２１で生成された発散光束を、平行光束ｌｆ１に整形し直す。

次に、レンズアレイ２５について説明する。整形光学系２０で整形されたレーザ光の平行光束ｌｆ１は、レンズアレイ２５に入射する。レンズアレイ２５は、コリメートレンズ２２に対面する位置に配置された複数の要素レンズ２６を含んでいる。図３に示すように、各要素レンズ２６は、その光軸ｄ_２６が、コリメートレンズ２２の光軸ｄ_２２と平行となるようにして、配置されている。また、複数の要素レンズ２６は、コリメートレンズ２２の光軸ｄ_２２に直交する仮想面ｖｌ上に配列されている。各要素レンズ２６は、コリメートレンズ２２で整形された後に入射してくる平行光束ｌｆ１を収束光束ｌｆ２に整形する。

図２に示された例において、レンズアレイ２５は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を複数の光束ｌｆ２に分割する。すなわち、整形光学系２０で整形された平行光束ｌｆ１は、レンズアレイ２５の平行光束ｌｆ１が入射する領域内に位置する要素レンズ２６の数と同数の光束ｌｆ２に分割する。図示された例において、各要素レンズ２６は、整形光学系２０のコリメートレンズ２２で整形された後に入射してくる平行光束ｌｆ１を収束光束ｌｆ２に整形する。すなわち、整形光学系２０で分割された各光束ｌｆ２は、収束光束となっている。また、図示された例において、複数の要素レンズ２６は、互いに同一に構成されている。したがって、複数の要素レンズ２６から出射した複数の光束ｌｆ２は、互いに同一の配光となっている。例えば、複数の光束ｌｆ２は、同一の収束角度や収束位置Ｐ_ｌｆ２を有し、複数の光束ｌｆ２の光軸ｄ_ｌｆ２は、互いに平行となる。

なお、整形光学系２０及びレンズアレイ２５は、レーザ光源１５に含まれる各光源部１７に対応して、複数設けられるようにしてもよい。また、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の光路を調整し得る単一の整形光学系２０及びレンズアレイ２５が設けられるようにしてもよい。図２に示された例では、図２の紙面の奥行き方向に複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが配列され、レンズ２１が、図２の紙面の面内でのみレーザ光を発散させ、整形光学系２０のコリメートレンズ２２及びレンズアレイ２５の要素レンズ２６が、それぞれ、図２の紙面の奥行き方向に一定の断面形状で延びるシリンドリカルレンズとして構成されていてもよい。この例によれば、コリメートレンズ２２及びレンズアレイ２５を、複数の光源部１７の間で共用することができる。

次に、アフォーカル光学系３０について説明する。アフォーカル光学系３０は、レンズアレイ２５から集光素子５０までのレーザ光の光路中に設けられている。図示された例において、レンズアレイ２５で整形されたレーザ光は、その後、アフォーカル光学系３０に入射する。

アフォーカル光学系３０は、入射する平行光束を平行光束として射出し得る光学系である。とりわけ本実施の形態で用いられるアフォーカル光学系３０は、図４に示すように、レーザ光の光路における上流側より下流側で光束を縮小させる光学系である。図４に示された一具体例において、アフォーカル光学系３０は、レーザ光の光路における上流側に配置された第１レンズ３１と、レーザ光の光路における下流側に配置された第２レンズ３２と、を有している。第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２は、第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１よりも短くなっている。

図４に示すように、第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、それぞれの光軸ｄ_３１，ｄ_３２が平行となるように配置されている。とりわけ図示された例において、第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、それぞれの光軸ｄ_３１，ｄ_３２が同一直線上に位置するよう、配置されている。また、第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１と第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２とを足し合わせた距離だけ、互いから離間している。図示されたアフォーカル光学系３０によれば、第１レンズ３１に入射する平行光束は、平行光束として第２レンズ３２から射出する。

また、図４に示された例において、第１レンズ３１の光軸ｄ_３１に沿って第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１だけ第１レンズ３１から上流側にずれて位置する第１レンズ３１の光軸ｄ_３１に直交する面ｐｌｕと、第２レンズ３２の光軸ｄ_３２に沿って第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２だけ第２レンズ３２から下流側にずれて位置する第２レンズ３２の光軸ｄ_３２に直交する面ｐｌｌは、共役な関係となっている。このとき、面ｐｌｕ上に位置する物体像ｏｉは、下流側の面ｐｌｌに結像される。ただし、結像される像ｖｏｉは、物体像ｏｉに対して、第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２の第１レンズ３２の焦点距離ｆ_３１に対する比の値（ｆ_３２／ｆ_３１）だけ拡大または縮小される。

図示された例において、第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２は、第１レンズ３２の焦点距離ｆ_３１よりも短い。したがって、図４に示すように、アフォーカル光学系３０の下流側に結像される像ｖｏｉは、アフォーカル光学系３０の上流側に位置する物体像ｏｉと比較して、第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２の第１レンズ３２の焦点距離ｆ_３１に対する比の値（ｆ_３２／ｆ_３１）だけ縮小される。同様に、第１レンズ３１の光軸ｄ_３１に沿って進む平行光束も、アフォーカル光学系３０を通過することにより、第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２の第１レンズ３２の焦点距離ｆ_３１に対する比の値（ｆ_３２／ｆ_３１）だけ縮小される。

図３に示しょうに、第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、その光軸ｄ_３１，ｄ_３２が、レンズアレイ２５に含まれる要素レンズ２６の光軸ｄ_２６と平行になるように配置されている。したがって、アフォーカル光学系３０に入射する複数の光束ｌｆ２の光軸ｄ_ｌｆ２は、第１レンズ３１の光軸ｄ_３１及び第２レンズ３２の光軸ｄ_３２と平行になっている。

また、図示された例において、レンズアレイ２５で整形された各収束光束ｌｆ２の収束点Ｐ_ｌｆ２は、第１レンズ３１の光軸ｄ_３１に沿って第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１だけ第１レンズ３１から上流側にずれた位置に基づく位置に、位置している。ここで、「焦点距離ｆ_３１だけ上流側にずれた位置に基づく位置」とは、典型的には、「焦点距離ｆ_３１だけ上流側にずれた位置」のことであるが、厳密にこの位置に限られることはなく、「焦点距離ｆ_３１だけ上流側にずれた位置の近傍」も含む意味である。少なくとも「焦点距離ｆ_３１だけ上流側にずれた位置」に収束光束ｌｆ２の収束点Ｐ_ｌｆ２が位置する場合と同程度に知覚される作用効果を期待することができれば、「焦点距離ｆ_３１だけ上流側にずれた位置に基づく位置」に収束光束ｌｆ２の収束点Ｐ_ｌｆ２が位置していると考える。

したがって、図２及び図３に示すように、アフォーカル光学系３０の第１レンズ３１には、複数の発散光束ｌｆ３が入射する。発散光束ｌｆ３の数は、上述した収束光束ｌｆ２の数と同様に、レンズアレイ２５の平行光束ｌｆ１が入射した領域内に位置する要素レンズ２６の数と同数になる。また、図３に示すように、複数の発散光束ｌｆ３の光軸ｄ_ｌｆ３は、第１レンズ３１及び第２レンズ３２の光軸ｄ_３１，ｄ_３２と平行となる。図３に示すように、複数の発散光束ｌｆ３は、第１レンズ３１に入射して平行光束ｌｆ４となる。また、平行光束ｌｆ４は、第２レンズ３２で収束光束ｌｆ５となる。

図３に示すように、アフォーカル光学系３０の第２レンズ３２から出射する各収束光束ｌｆ５の光軸ｄ_ｌｆ５は、第１レンズ３１及び第２レンズ３２の光軸ｄ_３１，ｄ_３２と平行になる。また、各収束光束ｌｆ５の収束点Ｐ_ｌｆ５は、第２レンズ３２の光軸ｄ_３２に沿って第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２だけ第２レンズ３２から下流側にずれた位置に基づく位置に、位置している。ここで、「焦点距離ｆ_３２だけ下流側にずれた位置に基づく位置」との表現の意味は、上述の「焦点距離ｆ_３１だけ上流側にずれた位置に基づく位置」と同様に取り扱う。つまり、「焦点距離ｆ_３２だけ下流側にずれた位置に基づく位置」とは、典型的には、「焦点距離ｆ_３２だけ下流側にずれた位置」のことであるが、厳密にこの位置に限られることはなく、「焦点距離ｆ_３２だけ下流側にずれた位置の近傍」も含む。

なお、アフォーカル光学系３０は、レーザ光源１５に含まれる各光源部１７に対応して、複数設けられるようにしてもよいし、或いは、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の光路を調整し得る単一のアフォーカル光学系３０が設けられるようにしてもよい。

次に、走査装置４０について説明する。走査装置４０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光の進行方向を調整する。走査装置４０は、レーザ光の進行方向を経時的に変化させる。走査装置４０での光路調整により、レーザ光源１５から射出したレーザ光は、光拡散素子６０上を走査する。

図１及び図２に示された例において、走査装置４０は、六つの反射面を有したポリゴンミラー４１として形成されている。ポリゴンミラー４１からなる走査装置４０は、アフォーカル光学系３０から集光素子５０までの光路中に配置されている。したがって、図示された例では、アフォーカル光学系３０から出射する複数の収束光束ｌｆ５が、走査装置４０に入射する。ポリゴンミラー４１は、その中心軸線を回転軸線ｒａとして回転することにより、一定方向から入射する光の反射方向を周期的に変化させることができる。ポリゴンミラー４１の六つの反射面の各々は、平坦面として形成されている。したがって、図５に示すように、アフォーカル光学系３０から射出する複数の光束ｌｆ５は、ポリゴンミラー４１での反射によって進路を変更された後においても、その光軸ｄ_ｌｆ５を平行に維持している。ここで図５は、走査装置４０から光拡散素子６０までの光路を示す部分拡大平面図である。

なお、図示された例において、ポリゴンミラー４１の回転軸線ｒａと平行な方向に、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが配列されている（図１参照）。ポリゴンミラー４１の反射面は、その回転軸線ｒａに沿って、第１反射部４１ａ、第２反射部４１ｂ及び第３反射部４１ｃを含んでいる。第１反射部４１ａは、第１光源部１７ａから射出したレーザ光を反射し、回転軸線ｒａに直交する面内において、当該レーザ光の進行方向を周期的に変化させる。また、第２反射部４１ｂは、第２光源部１７ｂから射出したレーザ光を反射し、第３反射部４１ｃは、第３光源部１７ｃから射出したレーザ光を反射する。

なお、走査装置４０は、図示されたポリゴンミラー４１に限られない。走査装置４０として、一定方向から入射する光の進行方向を二軸方向で立体的に変化させる装置を用いることもできる。一例として、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：digital micromirror device）等のＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）を、走査装置４０として用いることができる。

次に、集光素子５０について説明する。集光素子５０は、アフォーカル光学系３０から光拡散素子６０までのレーザ光の光路中に配置される。集光素子５０は、レンズアレイ２５で分割されたレーザ光からなる光束の光路を重ね合わせあわせるようにして、レーザ光を光拡散素子６０に導く。また、集光素子５０は、レーザ光を集光して、光拡散素子６０上でのスポット領域Ｓ、すなわち、ある瞬間に光拡散素子６０上でレーザ光を照射されている領域を小面積化する。

図示された例において、集光素子５０は、焦点Ｐ_ｆ５０を有した集光レンズ５１によって形成されている。集光レンズ５１は、走査装置４０から光拡散素子６０へ向かうレーザ光の光路中に配置されている。上述したように、レンズアレイ２５は、レーザ光を複数の光束ｌｆ２に分割する。そして、図５に示すように、分割された複数の光束ｌｆ５の光軸ｄ_ｌｆ５は、互いに平行となっている。したがって、図５に示すように、集光レンズ５１でのレンズ作用によって、複数の光束ｌｆ６の光軸ｄ_ｌｆ６は、集光レンズ５１の光軸ｄ_５０に沿って集光レンズ５１の焦点距離ｆ_５０だけ集光レンズ５１から離間した仮想面ｖｌｆ上の位置Ｐ_ｌｆ６において、交わる。

図示された例において、集光レンズ５１の光軸ｄ_５０に沿って集光レンズ５１の焦点距離ｆ_５０だけ集光レンズ５１から下流側にずれた位置に基づく位置に、光拡散素子６０が配置されている。とりわけ、光拡散素子６０は、集光レンズ５１の光軸ｄ_５０に沿って集光レンズ５１の焦点距離ｆ_５０だけ集光レンズ５１から離間した仮想面ｖｌｆ上に配置されている。このため、レンズアレイ２５で整形された複数の光束ｌｆ６は、集光素子５０での集光作用により、少なくとも部分的に光拡散素子６０上において重なり合う。

ここで、「焦点距離ｆ_５０だけ集光レンズ５１から下流側にずれた位置に基づく位置」との表現の意味は、既に説明した類似した表現、例えば「焦点距離ｆ_３１だけ上流側にずれた位置に基づく位置」と同様に取り扱う。つまり、「焦点距離ｆ_５０だけ下流側にずれた位置に基づく位置」とは、典型的には、「焦点距離ｆ_５０だけ下流側にずれた位置」のことであるが、厳密にこの位置に限られることはなく、「焦点距離ｆ_５０だけ下流側にずれた位置の近傍」も含む。以降において用いる「特定の位置や面に基づく位置」との表現の意味は、これまでと同様に、特定の位置や面だけでなく、少なくとも実質的に同程度に知覚される作用効果を期待し得る程度であれば、特定の位置や面の近傍も含むものとして取り扱う。

さらに、とりわけ図示された例では、図３に示すように、集光素子５０は、アフォーカル光学系３０の第２レンズ３２の光軸ｄ_３２と平行な方向に第２レンズ３２から出射したレーザ光の光路に沿って、第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２だけ第２レンズ３２から下流側に離間した位置に基づく位置に、配置されている。すなわち、図３及び図５に示すように、集光素子５０は、アフォーカル光学系３０から出射して走査装置４０で光路を変更された複数の収束光束ｌｆ５の収束点Ｐ_ｌｆ５に基づく位置に、配置されている。したがって、集光素子５０から出射する複数の光束ｌｆ６は、発散光束となる。また、複数の光束ｌｆ６は、仮想面ｖｌｆに基づく位置に配置された光拡散素子６０上の同一領域Ｓに照射される。つまり、複数の光束ｌｆ６は、光拡散素子６０上で高精度に重ね合わせられる。そして、走査装置４０がレーザ光の進行方向を経時的に変化させることで、複数の光束ｌｆ６が集光素子５０に集光されてなるスポット領域Ｓは、光拡散素子６０上で経時的に位置を変化させるようになる。

さらに図示された例では、図５に示すように、ポリゴンミラー４１の反射面は、集光レンズ５１の光軸ｄ_５０に沿って集光レンズ５１の焦点距離ｆ_５０だけ集光レンズ５１から下流側にずれた位置に基づく位置に、位置している。したがって、集光素子５０に入射する光束ｌｆ５は、集光素子５０で光路を変更され、主として、集光素子５０の光軸と平行に進むようになる。すなわち、各瞬間に集光素子から出射する光束ｌｆ６の主光軸が、一定の方向、とりわけ集光素子５０の光軸と平行な方向に揃う。つまり、各瞬間に光拡散素子６０に向かう主光軸が、一定の方向、とりわけ集光素子５０の光軸と平行な方向に揃う。この結果、後に詳述する光拡散素子６０の設計を容易化することができる。

なお、集光素子５０は、レーザ光源１５に含まれる各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃに対応して、複数設けられるようにしてもよい。また、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の光路を調整し得る単一の集光素子５０が設けられるようにしてもよい。例えば、レーザ光が、図５の紙面と平行な面内においてのみ、レーザ光が発散又は収束する場合、集光素子５０をなす集光レンズ５１は、図２の紙面の奥行き方向に一定の断面形状で延びるシリンドリカルレンズとして構成されてもよい。この例によれば、集光レンズ５１を、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃで発光されたレーザ光の間で共通して利用することが可能となる。

次に、光拡散素子６０について説明する。光拡散素子６０は、レーザ光を拡散させて、所定範囲を照明する。より具体的には、光拡散素子６０で拡散されたレーザ光は、被照明領域Ｚを通過した後、実際の照明範囲である所定範囲を照明する。

ここで、被照明領域Ｚ及びその一部をなす要素被照明領域Ｚｐは光拡散素子６０内の各要素拡散素子６５によって重ねて照明されるニアフィールドの被照明領域と考えることができる。ファーフィールドの照明範囲は、実際の被照明領域の寸法よりも、角度空間における拡散角度分布として表現されることが多い。本明細書における「被照明領域」及び「要素被照明領域」という用語は、実際の被照射面積（照明範囲）に加え角度空間における拡散角度範囲も包含するものとする。したがって、図１及び図６の照明装置１０によって照明される所定範囲は、図１及び図６に示すニアフィールドの被照明領域Ｚよりもはるかに広い領域となりうる。

図６は、光拡散素子６０を、当該光拡散素子６０によって光が向けられるようになる被照明領域Ｚともに、示す平面図である。図示された例において、光拡散素子６０は、レーザ光源１５が複数の第１〜第３光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有することに対応して、第１光拡散素子６０ａ、第２光拡散素子６０ｂ及び第３光拡散素子６０ｃを有している。第１光源部１７ａからのレーザ光は、第１光拡散素子６０ａに入射し、第２光源部１７ｂからのレーザ光は、第２光拡散素子６０ｂに入射し、第３光源部１７ｃからのレーザ光は、第３光拡散素子６０ｃに入射する。各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃにそれぞれ入射して拡散したレーザ光を用いて、互いに同一の被照明領域Ｚの全域を照明することができる。したがって、第１光拡散素子６０ａが第１光源部１７ａからの赤色光を被照明領域Ｚに向け、第２光拡散素子６０ｂが第１光源部１７ｂからの緑色光を被照明領域Ｚに向け、第３光拡散素子６０ｃが第３光源部１７ｃからの青色光で被照明領域Ｚを向けることで、被照明領域Ｚを白色に照明することができる。図１に示すように、各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃは、それぞれ、走査装置４０をなすポリゴンミラー４１の回転軸線ｒａに直交する方向に細長く形成されている。そして、複数の光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃは、その長手方向と直交する方向に並べられている。

図６に点線で示すように、各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃは、複数の要素拡散素子６５を有している。各要素拡散素子６５は、その入射面内における各領域への入射光を当該領域の位置に応じた特定の方向に向ける光路制御機能を有している。ここで説明する要素拡散素子６５は、その任意の領域への入射光の進行方向を補正して所定の領域に向ける。すなわち、要素拡散素子６５の入射面を平面分割してなる各領域に照射されたレーザ光は、要素拡散素子６５を経由した後に、少なくとも一部分において重なり合う領域を照明するようになる。

図示された例では、走査装置４０を経て要素拡散素子６５内の微小領域に入射した光は、要素拡散素子６５で拡散して、一定の要素被照明領域Ｚｐの全域を照明する。つまり、図示された例では、一つの要素拡散素子６５内の各領域に入射したレーザ光は、それぞれ、同一の要素被照明領域Ｚｐを照明するようになる。要素被照明領域Ｚｐは、被照明領域Ｚの一部分をなしている。一つの要素拡散素子６５に対応する要素被照明領域Ｚｐは、少なくとも部分的に、他の要素拡散素子６５に対応する要素被照明領域Ｚｐと重なっていない。すなわち、複数の要素拡散素子６５に対応した要素被照明領域Ｚｐの集合が、照明装置１０によって照明可能な被照明領域Ｚとなる。

図６に示された例では、九つの要素拡散素子６５が、各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃの長手方向に沿って一直線上に並べられている。被照明領域Ｚは、格子状に九つの要素被照明領域Ｚｐに平面分割されている。すなわち、図示された例において、一つの要素被照明領域Ｚｐは、他の要素被照明領域Ｚｐと重なっていない。各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃの第１の要素拡散素子６５ａは、第１の要素被照明領域Ｚｐ１を照明する。同様に、各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃの第２〜第８の要素拡散素子６５ｂ〜６５ｉは、それぞれ、第２〜第９の要素被照明領域Ｚｐ２〜ＺＰ９を照明する。

走査装置４０がレーザ光の進行方向を経時的に変化させることによって、図６に示すように、各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃの長手方向に沿って、レーザ光が光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃ上を走査する。図６に示すように、或る瞬間にレーザ光を照射されている光拡散素子６０上の領域、すなわちスポット領域Ｓは、要素拡散素子６５よりも小さい面積となっている。スポット領域Ｓは、第１〜第９の要素拡散素子６５ａ〜６５ｉを順に走査する。

光拡散素子６０は、例えばホログラム記録媒体６２を用いて形成される。図１及び図６に示された例において、各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃにそれぞれ対応して、三つのホログラム記録媒体６２ａ，６２ｂ，６２ｃが、設けられている。各ホログラム記録媒体６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、波長域が異なる複数のレーザ光のそれぞれに対応して設けられている。各ホログラム記録媒体６２ａ，６２ｂ，６２ｃの第１〜第９の要素拡散素子６５ａ〜６５ｉに入射して拡散された複数波長域のレーザ光を用いることで、互いに同一の被照明領域Ｚの全域を照明することが可能となっている。

各ホログラム記録媒体６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、複数の要素拡散素子６５に区分けされている。各要素拡散素子６５は、互いに異なる干渉縞パターンを記録された要素ホログラム６７から構成されている。各要素ホログラム６７に入射したレーザ光は、干渉縞パターンによって回折されて、被照明領域Ｚ上の対応する要素被照明領域Ｚｐを照明する。干渉縞パターンを種々に調整することで、各要素ホログラム６７で回折されるレーザ光の進行方向、言い換えると、各要素ホログラム６７で拡散されるレーザ光の進行方向を、制御することができる。

要素ホログラム６７は、例えば実物の散乱板からの散乱光を物体光として用いて作製することができる。より具体的には、要素ホログラム６７の母体であるホログラム感光材料に、互いに干渉性を有するコヒーレント光からなる参照光と物体光とを照射すると、これらの光の干渉による干渉縞がホログラム感光材料に形成されて、要素ホログラム６７が作製される。参照光としては、コヒーレント光であるレーザ光が用いられ、物体光としては、例えば安価に入手可能な等方散乱板の散乱光が用いられる。

要素ホログラム６７を作製する際に用いた参照光の光路を逆向きに進むよう要素拡散素子６５に向けてレーザ光を照射することで、要素ホログラム６７を作製する際に用いた物体光の元となる散乱板の配置位置に、散乱板の再生像が生成される。要素ホログラム６７を作製する際に用いた物体光の元となる散乱板が均一的な面散乱をしていれば、要素ホログラム６７により得られる散乱板の再生像も、均一な面照明となり、この散乱板の再生像が生成される領域が要素被照明領域Ｚｐとなる。

各要素ホログラム６７に形成される複雑な干渉縞のパターンは、現実の物体光と参照光を用いて形成する代わりに、予定した再生照明光の波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計することが可能である。このようにして得られた要素ホログラム６７は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）とも呼ばれる。また、各要素ホログラム６７上の各点における拡散角度特性が同じであるフーリエ変換ホログラムを計算機合成により形成してもよい。さらに、要素被照明領域Ｚｐの光軸後方側にレンズなどの光学部材を設けて、実際の照明範囲のサイズおよび位置を設定してもよい。

要素拡散素子６５として要素ホログラム６７を設けることによる利点の一つは、レーザ光の光エネルギー密度を拡散により低下できることであり、また、その他の利点の一つは、要素ホログラム６７が指向性の面光源として利用可能になるため、従来のランプ光源（点光源）と比較して、同じ照度分布を達成するための光源面上の輝度を低下できることである。これにより、レーザ光の安全性向上に寄与でき、要素被照明領域Ｚｐを通過したレーザ光を人間の目で直視しても、単一点光源を直視する場合に比べ、人間の目に悪影響を与えるおそれが少なくなる。

要素拡散素子６５の具体的な形態としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラム記録媒体でもよいし、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラム記録媒体でもよいし、レリーフ型（エンボス型）のホログラム記録媒体でもよい。

次に、以上のような構成からなる照明装置１０の作用について説明する。

まず、図１に示すように、発光制御部１２からの制御信号に基づき、各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが各波長域のレーザ光を発振する。レーザ光源１５から射出したレーザ光は、まず、整形光学系２０に進む。図２及び図３に示された例において、各波長域のレーザ光は、整形光学系２０のレンズ２１及びコリメートレンズ２２によって、平行光束ｌｆ１に整形される。その後、各波長域の平行光束ｌｆ１は、それぞれ、レンズアレイ２５の要素レンズ２６によって、複数の収束光束ｌｆ２に分割される。各波長域のレーザ光について、複数の収束光束ｌｆ２は、同様に整形され、且つ、収束光束ｌｆ２の光軸ｄ_ｌｆ２は互いに平行となる。

図３に示すように、整形光学系２０及びレンズアレイ２５で整形されたレーザ光、すなわち、複数の収束光束ｌｆ２は、次に、アフォーカル光学系３０に向かう。図示された例において、アフォーカル光学系３０は、第１レンズ３１及び第２レンズ３２を有している。第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、それぞれの光軸ｄ_３１，ｄ_３２を平行となるようにして配置されている。そして、第１レンズ３１に入射する複数の光束ｌｆ３の光軸ｄ_ｌｆ３は、互いに平行であり、且つ、第１レンズ３１及び第２レンズ３２の光軸ｄ_３１，ｄ_３２とも平行になっている。

図３に示すように、レンズアレイ２５から出射した複数の収束光束ｌｆ２は、収束点Ｐ_ｌｆ２で収束し、当該収束点Ｐ_ｌｆ２を発散点とする複数の発散光束ｌｆ３として、第１レンズ３１へ入射する。上述したように、収束点Ｐ_ｌｆ２は、第１レンズ３１の光軸ｄ_３１に沿って第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１だけ上流側にずれた位置に基づく位置に、位置している。したがって、第１レンズ３１でのレンズ機能により、各発散光束ｌｆ３は、第１レンズ３１を透過した後に平行光束ｌｆ４となる。この平行光束ｌｆ４は、第１レンズ３１の光軸ｄ_３１に沿って第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１だけ第１レンズ３１からずれた下流側の位置Ｐ_ｌｆ４において、交わる。

その後、平行光束ｌｆ４は、第２レンズ３２に入射する。第２レンズ３２でのレンズ機能により、各平行光束ｌｆ４は、第２レンズ３２を透過した後に収束光束ｌｆ５となる。図３に示すように、各収束光束ｌｆ５は、第２レンズ３２の光軸ｄ_３２に沿って第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２だけ第２レンズ３２からずれた下流側の位置Ｐ_ｌｆ５において収束する。また、上述した複数の平行光束ｌｆ４の光軸ｄ_ｌｆ４が交わる位置Ｐ_ｌｆ４は、第２レンズ３２の光軸ｄ_３２に沿って第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２だけ第２レンズ３２から上流側にずれた位置である。したがって、図３に示すように、複数の収束光束ｌｆ５の光軸ｄ_ｌｆ５は、互い平行となる。とりわけ図示された例において、複数の収束光束ｌｆ５の光軸ｄ_ｌｆ５は、第２レンズ３２の光軸ｄ_３２と平行になっている。

以上のようにして、アフォーカル光学系３０から互いに同一に整形された複数の収束光束ｌｆ５が射出する。なお、アフォーカル光学系３０は、レーザ光の光路における上流側より下流側で光束を縮小させる。具体的な構成として、第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１が、第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２よりも、長くなっている。このアフォーカル光学系３０は、第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１に対する第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２の比の値（ｆ_３２／ｆ_３１）の比率で、光束を縮小する。すなわち、図２に示すように、アフォーカル光学系３０から出射した後における複数の光束ｌｆ５の最大光軸間幅ｗｌｆｌは、アフォーカル光学系３０に入射する前における複数の光束ｌｆ３の最大光軸間幅ｗｌｆｕよりも、焦点距離ｆ_３１に対する焦点距離ｆ_３２の比の値（ｆ_３２／ｆ_３１）の比率で、狭くなっている。

アフォーカル光学系３０から出射した複数の収束光束ｌｆ５は、その後、走査装置４０
をなすポリゴンミラー４１に向かう。ポリゴンミラー４１は、回転軸線ｒａを中心として連続的に回転している。したがって、ポリゴンミラー４１の反射面は、所定の角度域内で周期的に傾斜角度を変化させている。加えて、ポリゴンミラー４１の六つの反射面の各々は、複数の収束光束ｌｆ５のすべてを反射するのに十分な広さを有している。この結果、ポリゴンミラー４１による、レーザ光の反射方向は、周期的に変化する。ポリゴンミラー４１の六つの反射面の各々は、平坦面となっている。したがって、各光束ｌｆ５は、収束光束の形状を維持し、且つ、複数の収束光束ｌｆ５の光軸ｄ_ｌｆ５は、平行に保たれる。

なお、上述したように、アフォーカル光学系３０は、複数の光束の最大光軸間幅を縮小する。したがって、レーザ光の光路に沿ってアフォーカル光学系３０よりもポリゴンミラー４１を下流側の配置することで、ポリゴンミラー４１の反射面を小型化することができる。これにより、走査装置４０および照明装置１０の小型化を図ることができる。

また、ポリゴンミラー４１は、その回転軸線ｒａに沿って、第１反射部４１ａ、第２反射部４１ｂ及び第３反射部４１ｃを有している。そして、これらの反射部４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、同期して動作することから、第１光源部１７ａからのレーザ光、第２光源部１７ｂからのレーザ光、及び、第３光源部１７ｃからのレーザ光は、同期して、進行方向を変化させる。

図５に示すように、走査装置４０で光路を調整された複数の収束光束ｌｆ５は、集光素子５０へ向かう。複数の収束光束ｌｆ５の光軸ｄ_ｌｆ５は、互いに平行に維持されている。したがって、複数の収束光束ｌｆ５の光軸ｄ_ｌｆ５は、集光素子５０から進み出た後、集光素子５０の光軸ｄ_５０に沿って集光素子５０の焦点距離ｆ_５０だけ集光素子５０からずれた下流側の位置Ｐ_ｌｆ６で、交わる。そして、この位置Ｐ_ｌｆに基づく位置に、光拡散素子６０が配置されている。したがって、集光素子５０から進み出た複数の光束ｌｆ６は、光拡散素子６０へ入射する際に少なくとも部分的に重なり合う。言い換えると、集光素子５０から進み出た複数の光束ｌｆ６は、それぞれ、光拡散素子６０上の少なくとも部分的に重複する領域に照射される。

また、図示された例では、図３に示すように、集光素子５０は、アフォーカル光学系３０の第２レンズ３２の光軸ｄ_３２と平行な方向に第２レンズ３２から出射したレーザ光の光路に沿って、第２レンズ３２の焦点距離ｆ_３２だけ第２レンズ３２から下流側にずれた位置に基づく位置に、配置されている。すなわち、図３及び図５に示すように、集光素子５０は、アフォーカル光学系３０から出射して走査装置４０で光路を変更された複数の収束光束ｌｆ５の収束点Ｐ_ｌｆ５に基づく位置に、配置されている。したがって、集光素子５０から出射する複数の光束ｌｆ６は、発散光束となる。また、複数の光束ｌｆ６は光拡散素子６０上の同一領域Ｓに照射される。つまり、複数の光束ｌｆ６は、光拡散素子６０上で高精度に重ね合わせられる。

複数の発散光束ｌｆ６が光拡散素子６０上で互いに重ね合わせられる領域、すなわちスポット領域Ｓは、走査装置４０の動作にともなって、細長状の光拡散素子６０の長手方向に沿って光拡散素子６０上を走査する。この結果、図６に示すように、複数の要素拡散素子６５にレーザ光を順に照明していくことになる。各要素拡散素子６５に照射されたレーザ光は、当該要素拡散素子６５で拡散され、当該要素拡散素子６５に対応した要素被照明領域Ｚｐの全域を照明する。

発光制御部１２は、光拡散素子６０上におけるレーザ光の照射位置に応じて、光源部１７からのレーザ光の発光を制御する。したがって、被照明領域Ｚの内の所望の要素被照明領域Ｚｐのみを選択して照明することができる。また、発光制御部１２は、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃについて、独立して発光を制御することができる。したがって、特定の要素被照明領域Ｚｐを、第１光源部１７ａ、第２光源部１７ｂ及び第３光源部１７ｃのうちから選択された一以上で発光された光で照明することも可能となる。すなわち、被照明領域Ｚに含まれる第１〜第９の要素被照明領域Ｚｐ１〜Ｚｐ９の各々を、他の要素被照明領域から独立して、照明の有無、明るさの程度および照明光の色を調整することができる。

なお、コヒーレント光を用いた場合、ＷＯ２０１２／０３４１７４に開示されているように、スペックルの発生という問題が生じる。スペックルは、斑点模様として認識され、生理的な不快感を与え得る。

図示された照明装置１０では、図６に示すように、任意の瞬間に光拡散素子６０上においてレーザ光が照射されている領域、すなわち、複数の発散光束ｌｆ６が重ねて照射されている光拡散素子６０上のスポット領域Ｓは、要素拡散素子６５よりも小さくなっている。そして、スポット領域Ｓは、走査装置４０の動作にともなって、要素拡散素子６５内を移動する。要素拡散素子６５は、例えばホログラム記録媒体６２としての要素ホログラム６７からなり、その任意の一部分に特定の方向またはその近傍の方向から入射する特定波長域の光を拡散して、当該要素拡散素子６５に対応した要素被照明領域Ｚｐの全域を照明する。したがって、スポット領域Ｓが、一つの要素拡散素子６５内を移動する間、要素被照明領域Ｚｐの各位置に入射する照明光の入射方向は経時的に変化する。この入射方向の変化は、人間の目で分解不可能な速さであり、結果として、人間の目には、相関の無いコヒーレント光の散乱パターンが多重化されて観察される。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重なり合って平均化し、観察者に観察されることになる。これにより、各要素被照明領域Ｚｐにおいて、スペックルを目立ちにくくすることができる。

ところで、走査装置４０の制御を単純化するため、走査装置４０は、レーザ光が光拡散素子６０上の全域を周期的に走査し得るように動作することが好ましい。図６に示された例においては、各光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃの長手方向に沿って当該光拡散素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃの全長に亘りレーザ光が走査するよう、走査装置４０が動作することが好ましい。そして、特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明したい場合には、走査装置４０の動作に応じて、言い換えると、レーザ光が照射されるべき光拡散素子６０上の位置に応じて、発光制御部１２が、レーザ光源１５によるレーザ光の発停を制御すればよい。

その一方で、レーザ光源等のコヒーレント光源から射出したコヒーレント光は、通常、そのスポット領域内において照度の不均一性をともなっている。一般的には、図８に示すように、スポット領域Ｓｐの中心において最も明るく、スポット領域Ｓｐの周縁に向けてしだいに暗くなっていく。典型的には、スポット領域Ｓｐの中心から周縁に向けて、照度分布はガウシアン分布となる。すなわち、スポット領域Ｓｐは、照度が低い広い裾野部分を有している。

したがって、図８に示すように、このスポット領域Ｓｐの全体が、特定の要素被照明領域Ｚｐに対応した一つの要素拡散素子６５の内側に位置するようになる有効走査区間ｓｃｐ１は、比較的に短くなる。

その一方で、図８に示すように、このスポット領域Ｓｐの一部分のみが、当該一つの要素拡散素子６５内に位置するようになる非有効走査区間ｓｃｐ２、図８に示された例では、スポット領域Ｓｐが、走査方向ｓｄに隣り合う二つの要素拡散素子６５に跨がって位置するようになる非有効走査区間ｓｃｐ２は、比較的に長くなってしまう。図８に示された例において、有効走査区間ｓｃｐ１が、非有効走査区間ｓｃｐ２よりも大幅に短くなっている。

スポット領域Ｓｐの中心が非有効走査区間ｓｃｐ２内に位置するようになる状態にて光源でレーザ光を発光すると、スポット領域Ｓｐが跨がる二つの要素被照明領域Ｚｐが照明されることになる。この場合、配光パターンを高精度で行うことができず、意図しない要素被照明領域Ｚｐが照明されることにもなる。また、スポット領域Ｓｐの中心が、有効走査区間ｓｃｐ１だけでなく非有効走査区間ｓｃｐ２内に位置する状態において、光源でレーザ光を発光すると、フリッカーと呼ばれる現象、すなわち、意図しない要素被照明領域Ｚｐが断続的に照明される現象を引き起こすことにもなる。

したがって、図８に示された例において、不具合を回避して特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明する場合には、発光制御部１２は、スポット領域Ｓｐの中心が有効走査区間ｓｃｐ１内に位置するようになる状態でレーザ光を発光し、スポット領域Ｓｐの中心が非有効走査区間ｓｃｐ２内に位置するようになる状態でレーザ光の発光を停止することになる。走査装置４０が一定速度で動作する場合、図８に示された例では、レーザ光の発光を停止している時間が極めて長くなる。このことは、レーザ光源１５を効率的に利用していることにならない。さらに、短期間の発光で要素被照明領域Ｚｐを十分に明るく照明するには、高出力のレーザ光源を用意する必要が生じる。

この点、本実施の形態における照明装置１０では、レンズアレイ２５及び集光素子５０が設けられている。レンズアレイ２５は、レーザ光源１５から射出したコヒーレント光の光路を調整して、複数の光束に分割する。集光素子５０は、レンズアレイ２５から光拡散素子６０までのコヒーレント光の光路に設けられ、光拡散素子６０上でのスポット領域Ｓにおいて、複数の光束を重ね合わせる。また、集光素子５０は、光拡散素子６０上でのスポット領域Ｓが要素拡散素子６５よりも小さくなるように、コヒーレント光を集光する。このレンズアレイ２５及び集光素子５０により、光拡散素子６０上でのスポット領域Ｓの形状及び大きさを整えることができるだけでなく、スポット領域Ｓの照度分布を均一化することも可能となる。

したがって、図７に示すように、このスポット領域Ｓの全体が、特定の要素被照明領域Ｚｐに対応した一つの要素拡散素子６５内のみに位置するようになる有効走査区間ｓｃ１を、比較的長くすることができる。その一方で、図７に示すように、このスポット領域Ｓの一部分のみが、当該一つの要素拡散素子６５内に位置するようになる非有効走査区間ｓｃ２、言い換えると、スポット領域Ｓｐが、走査方向ｓｄに隣り合う二つの要素拡散素子６５に跨がって位置するようになる非有効走査区間ｓｃ２を、比較的短くすることができる。図７に示された例において、有効走査区間ｓｃ１が、非有効走査区間ｓｃ２よりも大幅に長くなっている。したがって、特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明する場合においても、レーザ光が発光している時間を長くすることができる。この点から、高出力のレーザ光源１５を用いることなく、レーザ光源１５の効率的な利用を図ることで要素拡散素子６５を十分に明るく照明することが可能となる。したがって、レーザ光源１５の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域Ｚを十分に明るい光量で照明することができる。

とりわけ、図６及び図７に示された例において、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向に沿ったスポット領域Ｓの寸法ｗｓｘは、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに直交する方向に沿った寸法ｗｓｙよりも大幅に小さい、とりわけ寸法ｗｓｙの半分よりも小さくなっている。そして、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向において、スポット領域Ｓの寸法ｗｓｘは、要素拡散素子６５の寸法ｗｐｘよりも大幅に小さく、とりわけ寸法ｗｐｘの半分よりも小さくなっている。したがって、このスポット領域Ｓの一部分のみが、当該一つの要素拡散素子６５内に位置している非有効走査区間ｓｃ２を非常に短くすることができる。このため図６及び図７に示された例によれば、レーザ光源１５がレーザ光の発光を停止している時間を大幅に短くすることができる。すなわち、レーザ光源１５をより効率的に活用することができる。

また、図７に示すように、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに直交する方向において、スポット領域Ｓの寸法ｗｓｙは、要素拡散素子６５の寸法ｗｐｙとほぼ同一または若干小さくなっている。したがって、走査装置４０の動作にともなって、光拡散素子６０の大部分にコヒーレント光を照射することができる。すなわち、光拡散素子６０の全面を有効に利用して、照明装置１０の大型化を抑制することもできる。

さらに、整形光学系２０及び集光素子５０を用いて、スポット領域Ｓの形状およびスポット領域Ｓ内の照度分布を調整することは、スペックルを目立たなくさせる観点からも都合が良い。

まず、図７に示すように、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向に沿ったスポット領域Ｓの寸法ｗｓｘを小さくすることで、要素拡散素子６５の各位置がコヒーレント光を照射され続けている期間を、比較的短くなる。すなわち、要素被照明領域Ｚｐの各位置に向けた照明光の要素拡散素子６５からの出射位置が、短時間で切り替わっていく。さらに言い換えると、要素被照明領域Ｚｐの各位置に向けた照明光の入射方向が高速で変化していく。この結果、経時的なスペックルパターンの重ね合わせにより、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。

また、図７に示すように、スポット領域Ｓ内の照度分布を均一化することで、各瞬間でのスペックルを効果的に目立たなくさせることができる。図８に示すように、スポット領域Ｓｐ内における照度分布の均一性が低い場合、任意の瞬間に、スポット領域Ｓｐ内の各位置から要素被照明領域Ｚｐ内の一つの位置Ｐ_ｓに向かう位相強度が不均一となる。したがって、各瞬間におけるスペックルパターンの重ね合わせが不十分となり、スペックル低減効果を十分有効に発揮することができない。その一方で、図７に示すように、スポット領域Ｓｐ内での照度分布が均一化されていると、スポット領域Ｓ内の各位置から要素被照明領域Ｚｐ内の一つの位置Ｐ_ｓに向かう位相強度も均一化される。このため、各瞬間において、スペックルパターンの重ね合わせが有効に実現され、スペックル低減効果を効果的に発揮することができる。

とりわけ図７に示された例では、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに直交する方向におけるスポット領域Ｓの寸法ｗｓｙを大きく確保している。したがって、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向におけるスポット領域Ｓの寸法ｗｓｘを小さくしながら、スポット領域Ｓの広がりを有効に確保することができる。この結果、各瞬間において、スペックルパターンの重ね合わせをより効果的に実現することができる。

ところで、光拡散素子６０は、入射光の入射角度に依存して、拡散光の出射方向が変化する。例えば、典型的な例として、光拡散素子６０がホログラム記録媒体６２からなる場合、ホログラム記録媒体に入射するレーザ光（コヒーレント光）の波長を「λ」で表し、レーザ光のホログラム記録媒体に対する入射角を「ｘ」で表し、レーザ光のホログラム記録媒体からの出射角（回折角）を「ｙ」で表し、ホログラム記録媒体の微細構造ピッチ（回折ピッチ）を「ｐ」で表した場合、「ｓｉｎ（ｘ）±ｓｉｎ（ｙ）＝λ／ｐ」の関係式が成立する。したがって、光拡散素子５０がホログラム記録媒体を有する場合に、ホログラム記録媒体の微細構造ピッチｐが一定であり、レーザ光の波長λが一定であれば、上記関係式の「λ／ｐ」が定数となるため、レーザ光の入射角ｘに応じて出射角ｙが変わることが上記関係式からも分かる。

一方、本実施の形態では、スポット領域Ｓ内での照度バラツキにともなった不具合を解消するため、レーザ光源１５で発振されたレーザ光を、レンズアレイ２５を用いて、複数の光束ｌｆ２に分割し、その後、集光素子５０を用いて、光拡散素子６０の入射面上で複数の光束ｌｆ６を重ね合わせている。したがって、図５に示すように、光拡散素子６０に入射する際の入射角度は、複数の光束ｌｆ６の間で異なることになる。これにともない、厳密には、各光束ｌｆ６は、光拡散素子６０で異なる方向へ向けて光路を調整されることになる。各光束ｌｆ６の出射方向が大きく異なれば、配光パターンを高精度に制御することができない。

このような不具合を解消するため、本実施の形態では、アフォーカル光学系３０が設けられている。上述したように、アフォーカル光学系３０は、レンズアレイ２５から光拡散素子６０までのレーザ光の光路に設けられている。アフォーカル光学系３０は、レーザ光の光路における上流側より下流側で光束を縮小させる。すなわち、図３に示すように、アフォーカル光学系３０から出射した後における複数の光束ｌｆ５の最大光軸間幅ｗ_ｌｆｌは、アフォーカル光学系３０に入射する前における複数の光束ｌｆ３の最大光軸間幅ｗ_ｌｆｕよりも、狭くなっている。図５に示すように、ある瞬間に、光拡散素子６０へ入射する複数の光束ｌｆ６の入射角度バラツキは、複数の光束ｌｆ６の光軸ｄ_ｌｆ６の最大角度バラツキθ_Δに大きく依存する。そして、集光素子５０で光路を調整される前における最大光軸間幅ｗ_Δを狭くすることによって、この最大角度バラツキθ_Δを低減することができる。すなわち、本実施の形態によれば、アフォーカル光学系３０によって、光拡散素子６０へ入射する複数の光束ｌｆ６の入射角度バラツキを抑制して、配光パターンの精度を改善することができる。

以上に説明したように、本実施の形態において、照明装置１０は、コヒーレント光源１５と、複数の要素レンズ２６を有してコヒーレント光の光路を調整するレンズアレイ２５と、レンズアレイ２５から光拡散素子６０までのコヒーレント光の光路に設けられ上流側より下流側で光束を縮小させるアフォーカル光学系３０と、アフォーカル光学系３０から光拡散素子６０までのコヒーレント光の光路に設けられた集光素子５０と、コヒーレント光を拡散する複数の要素拡散素子６５を有した光拡散素子６０と、コヒーレント光の進行方向を調整して当該コヒーレント光の光拡散素子上での入射位置を変動させる走査装置４０と、を備えている。各要素拡散素子６５は、入射したコヒーレント光を拡散して、当該要素拡散素子６５に対応した要素被照明領域Ｚｐを照明する。このような本実施の形態によれば、レンズアレイ２５及び集光素子５０により、スポット領域Ｓの形状およびスポット領域Ｓの照度分布を調整することができる。この結果、コヒーレント光源１５の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域Ｚを十分に明るい光量で照明することができ、さらに、スペックルを効果的に目立たなくさせることもできる。加えて、本実施の形態によれば、アフォーカル光学系３０により、各瞬間に光拡散素子６０へ入射するコヒーレント光の入射角度の分布範囲を効果的に低減することができる。この結果、光拡散素子６０の光路制御機能を有効に活用して、所望の配光パターンを高精度に実現することができる。

また、本実施の形態において、レンズアレイ２５は、コヒーレント光源１５から射出したコヒーレント光を複数の光束ｌｆ２に分割する。そして、集光素子５０は、複数の光束ｌｆ６が光拡散素子６０上で少なくとも部分的に重なるよう、複数の光束ｌｆ６の光路を調整する。したがって、コヒーレント光源１５からの射出時におけるコヒーレント光の照度分布が不均一であったとしても、当該照度分布を分割して重ね合わせることで、照度分布を効果的に均一化することができる。とりわけ、コヒーレント光源１５からの射出時におけるコヒーレント光の照度分布が、典型的なガウシアン分布となっている場合には、当該照度分布を平面分割して重ね合わせることで、極めて効果的に照度分布を均一化することができる。これにより、所望の配光パターンで被照明領域Ｚをより明るく照明することができ、且つ、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。

さらに、本実施の形態において、光拡散素子６０は、集光素子５０の光軸に沿って集光素子５０の焦点距離ｆ_５０だけ集光素子５０から離間した位置に基づく位置に、配置されている。このような本実施の形態によれば、単純な構成を採用しながら、集光素子５０に任意の瞬間に入射する光を、集光素子５０上のスポット領域Ｓに高効率で集光し、スポット領域Ｓの照度分布を効果的に均一化することができる。

さらに、本実施の形態において、レンズアレイ２５は、複数の要素レンズ２６を含んでいる。そして、複数の要素レンズ２６から出射した光束ｌｆ２は、互いに同一の配光とすることができる。この場合、集光レンズ５１を用いた集光素子５０によって、レンズアレイ２５によって整形された複数の光束ｌｆ２を光拡散素子６０上で高精度に互いに重ね合わせることが可能となる。したがって、スポット領域Ｓの形状をより高精度に調整することができ、且つ、スポット領域Ｓの照度分布をより効果的に均一化することができる。

さらに、本実施の形態において、アフォーカル光学系３０は、レンズアレイ２５から光拡散素子６０までのコヒーレント光の光路における上流側に配置された第１レンズ３１と、レンズアレイ２５から光拡散素子６０までのコヒーレント光の光路における下流側に配置され且つ第１レンズ３１の焦点距離ｆ_３１よりも短い焦点距離ｆ_３２を有する第２レンズ３２と、を含んでいる。すなわち、本実施の形態によれば、簡易且つ安価なアフォーカル光学系３０を用いることで、光拡散素子６０の光路制御機能を有効化することができる。

なお、上述した一実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。以下の説明では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。

上述した一実施の形態において、光拡散素子６０が、ホログラム記録媒体６２によって構成されている例を示したが、この例に限られない。例えば、各要素拡散素子６５をそれぞれ一つのレンズアレイとするレンズアレイ群を用いて光拡散素子６０を構成してもよい。この場合、要素拡散素子６５ごとにレンズアレイ６８が設けられ、各レンズアレイ６８が被照明領域Ｚ内の要素被照明領域Ｚｐを照明するように各レンズアレイ６８の形状が設計される。

また、上述した一実施の形態において、走査装置４０が、アフォーカル光学系３０と集光素子５０との間に配置されている例を示したこの例に限られない。例えば、走査装置４０は、レンズアレイ２５とアフォーカル光学系３０との間に配置されていてもよいし、アフォーカル光学系３０の途中、すなわち、第１レンズ３１及び第２レンズ３２の間に配置されていてもよい。

さらに、上述した一実施の形態では、コヒーレント光源としてのレーザ光源１５が、複数の波長域のレーザ光を発光する例を示したが、この例に限られない。コヒーレント光源は、単一の波長域のコヒーレント光を発光する光源として構成されていてもよい。

さらに、上述した照明装置１０は、乗物に搭載されてもよいし、或いは、特定の場所に設置されるようにしてもよい。また、乗物に搭載する場合、乗物は、自動車等の車両、航空機等の飛行体、列車、船舶、潜水物などの各種の移動体にも適用することができる。

なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。

Ｚ 被照明領域
Ｚｐ 要素被照明領域
Ｓ スポット領域
ｒａ 回転軸線
ｓｄ 走査方向
Ｐ_ｓ 特定位置
１０ 照明装置
１２ 発光制御部
１５ レーザ光源
１７ 光源部
１７ａ 第１光源部
１７ｂ 第２光源部
１７ｃ 第３光源部
２０ 整形光学系
２１ レンズ
２２ コリメートレンズ
２５ レンズアレイ
２６ 要素レンズ
３０ アフォーカル光学系
３１ 第１レンズ
３２ 第２レンズ
４０ 走査装置
４１ ポリゴンミラー
４１ａ 第１反射部
４１ｂ 第２反射部
４１ｃ 第３反射部
５０ 集光素子
５１ 集光レンズ
６０ 光拡散素子
６０ａ 第１光拡散素子
６０ｂ 第１光拡散素子
６０ｃ 第１光拡散素子
６２ ホログラム記録媒体
６３ レンズアレイ群
６５ 要素拡散素子
６７ 要素ホログラム
６８ レンズアレイ

Claims (8)

1. 入射光を拡散する複数の要素拡散素子を有した光拡散素子と、
   コヒーレント光を発光するコヒーレント光源と、
   前記コヒーレント光の光路を調整するレンズアレイと、
   前記レンズアレイから前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路に設けられ、前記光路における上流側より下流側で光束を縮小させるアフォーカル光学系と、
   前記アフォーカル光学系から前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路に設けられた集光素子と、
   前記コヒーレント光の進行方向を調整して、当該コヒーレント光の前記光拡散素子上での入射位置を変動させる走査装置と、を備え、
   前記光拡散素子の各要素拡散素子は、入射する前記コヒーレント光を拡散して、当該要素拡散素子に対応した要素被照明領域を照明する、照明装置。
2. 前記レンズアレイは、前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を複数の光束に分割し、
   前記集光素子は、前記複数の光束が前記光拡散素子上で少なくとも部分的に重なるよう、前記複数の光束の光路を調整する、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光拡散素子は、前記集光素子の光軸に沿って前記集光素子の焦点距離だけ前記集光素子から離間した位置に基づく位置に、配置されている、請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記レンズアレイは、複数の要素レンズを含み、
   前記複数の要素レンズから出射した光束は、互いに同一の配光となる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記アフォーカル光学系は、前記レンズアレイから前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路における上流側に配置された第１レンズと、前記レンズアレイから前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路における下流側に配置され且つ前記第１レンズの焦点距離よりも短い焦点距離を有する第２レンズと、を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記コヒーレント光源からの前記コヒーレント光の射出を制御する発光制御部を、さらに備え、
   前記発光制御部は、前記光拡散素子上における前記コヒーレント光の照射位置に応じて、前記コヒーレント光の射出を制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記光拡散素子は、ホログラム記録媒体であり、
   前記複数の要素拡散素子は、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成された複数の要素ホログラムである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記光拡散素子は、前記要素拡散素子をなす複数のレンズアレイを有するレンズアレイ群である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。