JP2019021471A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コヒーレント光の安全性に配慮しつつ、被照明領域のボケを抑制する。【解決手段】照明装置１は、コヒーレント光を射出する光源２と、光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系３と、整形光学系にてコリメートされたコヒーレント光の進行方向を個別に調整する複数の単位光方向調整部を有する光方向調整部材４と、光方向調整部材からの複数のコヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向に複数のコヒーレント光を回折させて被照明領域を照明する回折光学素子５と、を備え、複数の単位光方向調整部は、回折光学素子へのコヒーレント光の入射角度を個別に調整する。【選択図】図１

Description

本開示は、被照明領域を照明する照明装置に関する。

コヒーレント光を発光するレーザ光源は、一般に、ＬＥＤ（Light Emitting Device)に比べて発光強度が高く、また、レーザ光源から発光された光はコヒーレントであることから、配光を細かく制御できるとともに、遠方まで光を届けることができるという利点がある。

特許文献１には、レーザ光を光偏向器で二次元的に走査させて、投影レンズを通して所定の配光パターンを形成する車両用灯具が開示されている。

特開２０１２−１４６６２１号公報

特許文献１の場合、励起光源からのレーザ光を集光させた後に光偏向器に入射させており、光偏向器からレンズに入射されるレーザ光の単位面積当たりの光強度は非常に高くなる。特許文献１では、光偏向器によりレンズ上でレーザ光を走査させているが、レンズ上の各位置には瞬時的に強いレーザ光が入射されるため、レーザ光の安全性に対する配慮が十分とは言えない。

また、レーザ光は、例えばＬＥＤ光などの光に比べて、発光部の面積が小さいことから、出射光の角度の制御を高精度で行えるため、原理的には被照明領域を鮮明に照明できるものの、実際には、レーザ光源から出射されるレーザ光のビーム径などに起因して、被照明領域内の照明にボケが生じてしまう。

本開示は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、コヒーレント光の安全性に配慮しつつ、被照明領域のボケを抑制可能な照明装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系と、
前記整形光学系にてコリメートされたコヒーレント光の進行方向を個別に調整する複数の単位光方向調整部を有する光方向調整部材と、
前記光方向調整部材からの複数のコヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向に前記複数のコヒーレント光を回折させて被照明領域を照明する回折光学素子と、を備え、
前記複数の単位光方向調整部は、前記回折光学素子へのコヒーレント光の入射角度を個別に調整する、照明装置が提供される。

前記複数の単位光方向調整部は、前記回折光学素子で回折された複数のコヒーレント光が同一位置に設けられる同一サイズの前記被照明領域を重ねて照明するように、前記回折光学素子へのコヒーレント光の入射角度を調整してもよい。

前記光方向調整部材は、複数の単位プリズムを有するプリズムアレイであり、
前記複数の単位プリズムは、前記回折光学素子へのコヒーレント光の入射角度を個別に調整してもよい。

コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系と、
前記整形光学系にてコリメートされたコヒーレント光を所定の拡散角度空間内に回折させる回折光学素子と、
前記回折光学素子にて回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて被照明領域を照明する投影光学系と、を備えてもよい。

前記投影光学系は、前記回折光学素子および前記被照明領域の位置に応じた焦点距離を有してもよい。

前記投影光学系は、前記回折光学素子および前記被照明領域の位置に応じた角度に傾斜して配置してもよい。

前記回折光学素子は、それぞれが固有の方向にコヒーレント光を拡散させる複数の要素回折部を有し、
前記投影光学系は、前記複数の要素回折部にて拡散された複数のコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、同一位置に設けられる同一サイズの前記被照明領域を重ねて照明してもよい。

前記回折光学素子は、それぞれが固有の方向にコヒーレント光を拡散させる複数の要素回折部を有し、
前記投影光学系は、前記複数の要素回折部にて拡散された複数のコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、前記被照明領域内のそれぞれ固有の位置に設けられる照明範囲を照明してもよい。

前記回折光学素子は、それぞれが固有の方向にコヒーレント光を拡散させる複数の要素回折部を有し、
前記投影光学系は、前記複数の要素回折部に対応づけて設けられる複数の要素光学系を有し、
前記複数の要素光学系は、対応する要素回折部にて拡散されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、前記被照明領域内のそれぞれ固有の位置に設けられる照明範囲を照明してもよい。

前記複数の要素回折部は、互いに交差する第１方向および第２方向に沿った二次元方向に配置されており、
前記複数の要素光学系は、前記第２方向に沿った一次元方向に配置されており、
前記第２方向の所定位置に配置された２以上の要素回折部で回折されたコヒーレント光は、対応する要素光学系にて、いったん集光された後に拡散されて、前記被照明領域内の対応する位置に設けられる照明範囲を重ねて照明してもよい。

前記複数の要素回折部は、互いに交差する第１方向および第２方向に沿った二次元方向に配置されており、
前記複数の要素光学系は、前記第１方向および前記第２方向に沿った二次元方向に、前記複数の要素回折部に対応づけて配置されており、
前記要素回折部で回折されたコヒーレント光は、対応する前記要素光学系を通過して、いったん集光された後に拡散されて、前記被照明領域内の対応する位置に設けられる照明範囲を重ねて照明してもよい。

前記複数の要素回折部のうち２以上の要素回折部で回折されたコヒーレント光は、対応する前記要素光学系を通過して、前記被照明領域内の同一位置に設けられる照明範囲を重ねて照明し、
前記２以上の要素回折部は、前記回折光学素子内の前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一方において隣接しないように配置されてもよい。

前記複数の要素光学系は、前記投影光学系から前記被照明領域側に１００ｍｍの距離に７ｍｍ径の開口部を有するアパーチャを配置したときに、前記開口部を通過したコヒーレント光にて前記被照明領域の全域を照明してもよい。

本開示によれば、コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系と、
前記整形光学系にてコリメートされたコヒーレント光を回折させる回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて被照明領域を照明する複数の要素回折部を有する、照明装置が提供される。

前記複数の要素回折部は、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、それぞれが固有の前記被照明領域を照明してもよい。

前記複数の要素回折部は、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、同一位置に設けられる同一サイズの前記被照明領域を重ねて照明してもよい。

本開示によれば、コヒーレント光の安全性に配慮しつつ、被照明領域のボケを抑制できる。

第１の実施形態による照明装置の概略構成を示す斜視図。 プリズムアレイの一部の断面構造を拡大した図。 一比較例による照明装置の光線軌跡を示す図。 本実施形態による回折光学素子のコヒーレント光の拡散範囲を示す図。 第２の実施形態による照明装置の概略構成を示す斜視図。 レンズアレイ内の２つの単位レンズの焦点距離が等しい場合の照明範囲を示す図。 レンズアレイ内の２つの単位レンズの焦点距離、レンズの傾きが異なる場合の照明範囲を示す図。 照明装置から被照明領域までの距離が長い例を示す図。 照明装置から被照明領域までの距離が短い例を示す図。 回折光学素子と被照明領域との距離が短い例を示す図。 回折光学素子と被照明領域との距離が長い例を示す図。 第１具体例による照明装置の光線軌跡を示す図。 第２具体例による照明装置の光線軌跡を示す図。 第３具体例による照明装置の光線軌跡を示す図。 第３の実施形態による照明装置の概略構成を示す斜視図。 第３の実施形態の第１変形例による照明装置の概略構成を示す斜視図。 第３の実施形態の第２変形例による照明装置の概略構成を示す斜視図。 第３の実施形態の第３変形例による照明装置の概略構成を示す斜視図。 第４の実施形態による照明装置の概略構成を示す斜視図。 図１６の照明装置の光線軌跡を示す図。 本実施形態による照明装置の光線軌跡をより具体的に示す図。 一比較例による照明装置の光線軌跡を示す図。

以下、図面を参照して本開示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。

さらに、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。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による照明装置１の概略構成を示す斜視図である。図１の照明装置１は、例えば乗物のヘッドライトの一部として用いられるものである。ただし、図１の照明装置１は、乗物のテールライトや、サーチライトなどの種々の照明灯としても適用可能である。また、乗物とは、自動車や自転車等の車両だけでなく、船舶や飛行機、列車などの照明装置１を備えた種々の乗物を含む趣旨である。以下では、一例として、車両のヘッドライトの一部に図１の照明装置１を適用した例を説明する。

図１の照明装置１は、光源２と、整形光学系３と、光方向調整部材４と、回折光学素子５とを備えている。光源２は、典型的には、コヒーレント光すなわちレーザ光を放射するレーザ光源である。レーザ光源には、半導体レーザなどの種々のタイプがあるが、いずれのタイプのレーザ光源でもよい。ここで、コヒーレント光とは、位相および周波数が揃った光である。

整形光学系３は、光源２から射出されたコヒーレント光をコリメートする。コリメートとは、光源２から出射されたコヒーレント光のビーム径を広げて平行化することである。より具体的には、整形光学系３は、光源２から出射されたコヒーレント光のビーム径を広げる第１レンズ３ａと、第１レンズ３ａを通過した光を平行化する第２レンズ３ｂとを有する。

光方向調整部材４は、整形光学系３にてコリメートされたコヒーレント光の進行方向を個別に調整する複数の単位光方向調整部４ａを有する。光方向調整部材４の一例は、複数の単位プリズム６ａが二次元方向に配置されたプリズムアレイ６である。この他、光方向調整部材４は、複数のミラーを備え、各ミラーの傾斜角度を個別に細かく調整可能なＤＭＤ（Digital Mirror Device)でもよい。以下では、光方向調整部材４としてプリズムアレイ６を用いた例を説明する。

図２はプリズムアレイ６の一部の断面構造を拡大した図である。プリズムアレイ６は、図２に示すように、基材層６ｂの上に、複数の単位プリズム６ａを一体成形したものであり、各単位プリズム６ａの傾斜面の角度を各単位プリズム６ａごとに調整することで、各単位プリズム６ａで屈折されたコヒーレント光の進行方向を任意に可変させることができる。

図１の回折光学素子５は、プリズムアレイ６からの複数のコヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向に複数のコヒーレント光を回折させて被照明領域７を照明する。回折光学素子５は、典型的には、ホログラム素子である。後述するように、回折光学素子５としてホログラム素子を用いることで、回折特性を設計しやすくなり、予め定めた位置、サイズおよび形状の被照明領域７の全域を照明するようなホログラム素子の設計も比較的容易に行うことができる。

被照明領域７は、回折光学素子５に対して予め定めた位置に、予め定めたサイズおよび形状で設けられている。被照明領域７の位置、サイズおよび形状は、回折光学素子５の回折特性に依存しており、回折光学素子５の回折特性を調整することで、被照明領域７の位置、サイズおよび形状を任意に調整できる。従って、回折光学素子５を設計する際には、まず被照明領域７の位置、サイズおよび形状を決定して、決定した被照明領域７の全域を照明できるように、回折光学素子５の回折特性を調整すればよい。

回折光学素子５は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）でもよいし、その他のホログラム（例えば、体積ホログラム）でもよい。ＣＧＨは、コンピュータにより干渉パターンを設計できるため、被照明領域７の照明態様を複雑化したい場合や、被照明領域７に文字等の何らかの情報を表示させたい場合には、有効である。

回折光学素子５は、それぞれが異なる回折特性を有する複数の要素回折部に分割されていてもよいし、分割されていなくてもよい。以下では、複数の要素回折部に分割されていない回折光学素子５について説明する。

図１の回折光学素子５は、コヒーレント光の入射角度に応じた方向にコヒーレント光を拡散させて被照明領域７を照明する。図３は一比較例による照明装置１の光線軌跡を示す図である。図３では、ｙ軸上に回折光学素子５が位置する例を示している。図３の一比較例による照明装置１は、図１の照明装置１からプリズムアレイ６を省略したものであり、整形光学系３でコリメートされたコヒーレント光が回折光学素子５に入射される。図３の回折光学素子５は、任意の点に入射されたコヒーレント光が同一の被照明領域７を照明するように設計されているものとする。

図３に示す一比較例の場合、回折光学素子５上の各点にはほぼ平行なコヒーレント光が入射される。例えば、回折光学素子５の点Ａ１に入射されたコヒーレント光は、回折光学素子５で回折されて、照明範囲ａ１を照明する。また、点Ａ２に入射されたコヒーレント光は、回折光学素子５で回折されて、照明範囲ａ２を照明する。図３に示すように、照明範囲ａ１とａ２は一部が重複しているものの、位置がずれており、これがボケの要因になる。

図４は本実施形態による回折光学素子５のコヒーレント光の拡散範囲を示す図である。本実施形態による照明装置１は、整形光学系３と回折光学素子５との間にプリズムアレイ６を配置しており、プリズムアレイ６内の各単位プリズム６ａごとに、回折光学素子５に入射されるコヒーレント光の入射角度を調整可能としている。図４では、回折光学素子５の点Ａ１に入射されるコヒーレント光の入射角度は図３の点Ａ１への入射角度と同じにしているが、図４の点Ａ２への入射角度を図３の点Ａ２への入射角度とは相違させている。このような回折光学素子５の各点への入射角度の調整は、プリズムアレイ６にて行われる。これにより、回折光学素子５の点Ａ２に入射されたコヒーレント光は、点Ａ１と同様の照明範囲ａ１を照明することができる。すなわち、本実施形態では、回折光学素子５の任意の点に入射されたコヒーレント光が同一の被照明領域７を照明するように、プリズムアレイ６内の各単位プリズム６ａの光学特性を調整する。各単位プリズム６ａの光学特性の調整は、例えば各単位プリズム６ａごとに、傾斜面の角度を可変させればよい。

このように、本実施形態による回折光学素子５では、プリズムアレイ６内の各単位プリズム６ａごとにコヒーレント光の進行方向を個別に調整するため、例えば回折光学素子５上の任意の点に入射されたコヒーレント光により、同一の照明範囲を照明させることも可能となる。よって、本実施形態によれば、被照明領域７でのボケを抑制できる。

なお、上記の説明では、回折光学素子５上の任意の点に入射されたコヒーレント光が同一の照明範囲を照明するように、各単位プリズム６ａにてコヒーレント光の進行方向を個別に調整する例を説明したが、回折光学素子５上の複数の点に入射されたコヒーレント光がそれぞれ別々の照明範囲を照明してもよい。本実施形態では、回折光学素子５に入射されるコヒーレント光の入射角度を調整することで、予め設計された回折光学素子５の回折特性通りに、ボケなく被照明領域７を照明することができる。

（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態による照明装置１の概略構成を示す斜視図である。図５の照明装置１は、光源２と、整形光学系３と、回折光学素子５と、投影光学系８とを備えている。光源２と整形光学系３は図１の照明装置１と同様であるため、詳細な説明を割愛する。

図５の回折光学素子５は、整形光学系３にてコリメートされたコヒーレント光を所定の拡散角度空間内に回折させる。回折光学素子５で回折されたコヒーレント光は、投影光学系８に入射される。回折光学素子５は、それぞれが固有の回折特性を有する複数の要素回折部に分割されていてもよいし、分割されていなくてもよい。

投影光学系８は、回折光学素子５にて回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて被照明領域７を照明する。投影光学系８は、回折光学素子５および被照明領域７の位置に応じた焦点距離を有する。あるいは、投影光学系８は、回折光学素子５および被照明領域７の位置に応じた角度に傾斜して配置されていてもよい。

投影光学系８は、回折光学素子５内の複数の要素回折部５ａに対応づけて設けられる複数の要素光学系８ａを有していてもよい。より具体的には、投影光学系８は、複数の単位レンズ９ａを有するレンズアレイ９であってもよい。あるいは、投影光学系８は、単一の投影レンズ１０で構成されていてもよい。以下では、投影光学系８として、レンズアレイ９または単一の投影レンズ１０を使用する例を説明する。

図６Ａはレンズアレイ９内の２つの単位レンズ９ａの照明範囲を示す図である。回折光学素子５の点Ａ１に入射されて拡散されたコヒーレント光は、対応する単位レンズ９ａに入射される。この単位レンズ９ａは、入射されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて照明範囲ａ１を照明する。回折光学素子５の点Ａ２に入射されて拡散されたコヒーレント光は、対応する単位レンズ９ａに入射された後、いったん集光してから拡散されて照明範囲ａ２を照明する。図６Ａに示すように、２つの単位レンズ９ａの焦点距離、傾きが同じである場合は、照明範囲ａ１とａ２は一部が重複しているものの、位置がずれてしまい、これがボケの要因になる。

図６Ｂは本実施形態による回折光学素子５のコヒーレント光の拡散範囲を示す図である。本実施形態による照明装置１では、各単位レンズ９ａごとに焦点距離、傾きを相違させている。これにより、点Ａ１を通って単位レンズ９ａから出射されたコヒーレント光と、点Ａ２を通って単位レンズ９ａから出射されたコヒーレント光はともに、いったん集光してから拡散されて、同じ照明範囲ａ１を照明する。これにより、被照明領域７でのボケを抑制できる。

このように、本実施形態では、投影光学系８としてレンズアレイ９を用いる場合には、レンズアレイ９内の各単位レンズ９ａごとに焦点距離を調整することで、被照明領域７のボケを抑制できる。なお、被照明領域７のボケを抑制するには、レンズアレイ９内の各単位レンズ９ａごとに焦点距離を調整する以外に、各単位レンズ９ａの傾斜角度を個別に調整してもよい。

図７Ａと図７Ｂは、回折光学素子５が要素回折部に分割されておらず、かつ投影光学系８が単一の投影レンズ１０で構成されている場合のコヒーレント光の追跡図である。図７Ａは照明装置１から被照明領域７までの距離が長い例、図７Ｂは照明装置１から被照明領域７までの距離が短い例を示している。

図７Ａと図７Ｂにおいて、回折光学素子５にて回折すなわち拡散されたコヒーレント光は、投影レンズ１０に入射された後、いったん集光してから拡散されて投影面１１に投影される。被照明領域７は、投影面１１と同じ位置に設けられていてもよいし、投影面１１から例えば９０度傾いた面に設けられていてもよい。

被照明領域７（投影面１１）までの距離が短い場合は、被照明領域７（投影面１１）までの距離が長い場合よりも、投影レンズ１０の焦点距離は短く設定される。図７Ａと図７Ｂでは、回折光学素子５から投影レンズ１０までの距離をａ、投影レンズ１０から集光点Ｐまでの距離をｂとしている。ａ、ｂ、ｆの間には、以下の（１）式が成り立つ。

（１）式からわかるように、投影レンズ１０の焦点距離ｆが大きくなると、距離ａ、ｂも大きくなり、照明装置１から被照明領域７までの距離が長くなる。

図８Ａおよび図８Ｂは、投影光学系８なしで、回折光学素子５で拡散されたコヒーレント光により直接、被照明領域７を照明する例を示している。図８Ａは回折光学素子５と被照明領域７との距離が短い例、図８Ｂは回折光学素子５と被照明領域７との距離が長い例を示している。回折光学素子５の回折特性を調整することで、図８Ａのように回折光学素子５の近くに位置する被照明領域７を照明したり、図８Ｂのように回折光学素子５の遠くに位置する被照明領域７を照明することが可能となる。ところが、被照明領域７が回折光学素子５から遠くなりすぎると、回折光学素子５の角度解像度が不足してしまい、被照明領域７にボケが生じてしまう。

これに対して、図７Ａおよび図７Ｂのように、回折光学素子５と被照明領域７の間に投影レンズ１０を設けた場合、回折光学素子５で回折されたコヒーレント光を投影レンズ１０に入射させた後、いったん集光させてから拡散させる。したがって、被照明領域７が遠方にある場合には、投影レンズ１０の焦点距離を長くすればよく、回折光学素子５の角度解像度の不足により被照明領域７がぼけるという不具合が起きなくなる。

本実施形態による回折光学素子５は、第１の実施形態と同様に、例えばＣＧＨや体積ホログラムなどで構成可能である。回折光学素子５は、それぞれが固有の回折特性を有する複数の要素回折部に分割されていてもよい。

本実施形態による照明装置１における回折光学素子５が複数の要素回折部に分割されている場合の光学構成として複数通りが考えられる。以下では、そのうちの代表的な第１具体例〜第３具体例を順に説明する。

図９は第１具体例による照明装置１の光線軌跡を示す図である。図９の照明装置１は、複数の要素回折部５ａに分割された回折光学素子５と、単一の投影レンズ１０とを備えている。各要素回折部５ａにて回折すなわち拡散されたコヒーレント光は、投影レンズ１０に入射される。投影レンズ１０は、入射されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、投影面１１に投影する。投影面１１に被照明領域７があってもよいし、投影面１１から９０度傾いた方向に被照明領域７があってもよい。

図９の第１具体例では、各要素回折部５ａで拡散されたコヒーレント光は、それぞれ異なる集光点Ｐで集光した後、同一位置に設けられる同一サイズの投影面１１（被照明領域７）に投影される。これにより、被照明領域７でのボケを抑制できる。回折光学素子５と投影レンズ１０との距離ａ、投影レンズ１０と集光点Ｐまでの距離ｂ、および投影レンズ１０の焦点距離ｆの間には、上述した（１）式の関係が成り立つため、例えば投影面１１での投影像の適性サイズと投影レンズ１０の焦点距離ｆを先に決めることで、（１）式に従って回折光学素子５と投影レンズ１０との距離ａと投影レンズ１０と集光点Ｐとの距離ｂを設定することができる。

また、回折光学素子５の各要素回折部５ａの回折特性を個別に調整することで、各要素回折部５ａで拡散されたコヒーレント光を投影面１１上に重ねて照明でき、被照明領域７でのボケを抑制できる。

図１０は第２具体例による照明装置１の光線軌跡を示す図である。図１０の照明装置１は、図９と同様に、複数の要素回折部５ａに分割された回折光学素子５と、単一の投影レンズ１０とを備えている。図１０の照明装置１では、各要素回折部５ａで拡散されたコヒーレント光が投影レンズ１０を通って、いったん集光された後に拡散し、投影面１１上のそれぞれ別々の場所に投影される点で図９の照明装置１とは異なっている。

図１０の場合、各要素回折部５ａからのコヒーレント光が投影される複数の投影像は、同じ投影面１１上に別個に設けられているが、複数の投影像は少なくとも一部が重なり合ってもよいし、分離して設けられてもよい。

図１１は第３具体例による照明装置１の光線軌跡を示す図である。図１１の照明装置１は、複数の要素回折部５ａに分割された回折光学素子５と、複数の単位レンズ９ａを有するレンズアレイ９とを備えている。複数の単位レンズ９ａは、複数の要素回折部５ａに対応づけて設けられている。各要素回折部５ａで回折（拡散）されたコヒーレント光は、対応する単位レンズ９ａに入射される。各単位レンズ９ａは、入射されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、対応する投影面１１に投影する。

このように、図１１の照明装置１では、各要素回折部５ａで拡散されたコヒーレント光が、それぞれ固有の位置に設けられる投影面１１に投影される。よって、図１１の照明装置１では、複数の要素回折部５ａに対応づけて、複数の単位レンズ９ａと、複数の投影面１１とが設けられることになる。複数の投影面１１のうち少なくとも一部の投影面１１は、レンズアレイ９から同一距離に設けられていてもよい。

このように、第２の実施形態では、回折光学素子５と被照明領域７の間に投影光学系８を設けるため、回折光学素子５で回折されたコヒーレント光を投影光学系８にていったん集光させた後に拡散させて、被照明領域７を照明できる。これにより、投影光学系８から遠方に被照明領域７が存在したとしても、回折光学素子５の角度分解能を不足させることなく被照明領域７を照明でき、被照明領域７のボケを抑制できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第２の実施形態よりもコヒーレント光の安全性を高めたものである。
図１２は第３の実施形態による照明装置１の概略構成を示す斜視図である。図１２の照明装置１は、光源２と、整形光学系３と、回折光学素子５と、投影光学系８とを備えている。

回折光学素子５は、それぞれが固有の回折特性を持つ複数の要素回折部５ａを有する。これら要素回折部５ａは、互いに交差する第１方向ｘおよび第２方向に沿った二次元方向に配置されている。

投影光学系８は、それぞれが固有の光学特性を持つ複数の単位レンズ９ａを有するレンズアレイ９である。各単位レンズ９ａは、第１方向ｘに延在する細長形状のレンズ（例えば、シリンドリカルレンズ）である。複数の単位レンズ９ａは、第２方向ｙに沿った一次元方向に配置されている。

第２方向ｙに配置された要素回折部５ａの数は、第２方向ｙに配置された単位レンズ９ａの数と同数であり、第２方向ｙの同じ位置における第１方向ｘの２以上の要素回折部５ａで回折されたコヒーレント光は、対応する単位レンズ９ａに入射される。各単位レンズ９ａに入射されたコヒーレント光は、いったん集光された後に拡散されて、被照明領域７内の対応する照明範囲を照明する。

例えば、図１２の回折光学素子５の第２方向ｙの下から３ライン目の各要素回折部５ａで回折されたコヒーレント光は、レンズアレイ９の第２方向ｙの下から３ライン目の単位レンズ９ａに入射される。この単位レンズ９ａに入射されたコヒーレント光は、いったん集光された後に拡散されて、第３方向のレンズアレイ９側から３番目の照明範囲に入射される。

このように、回折光学素子５の第２方向ｙの各ライン上の全要素回折部５ａからのコヒーレント光が対応する単位レンズ９ａを通して、同一の照明範囲を照明するため、被照明領域７のボケを抑制できる。また、各単位レンズ９ａには、回折光学素子５の第２方向ｙの対応するラインの全要素回折部５ａからのコヒーレント光が入射されるため、被照明領域７内の各点に入射されるコヒーレント光の方向が分散され、一方向から光強度の高いコヒーレント光が入射されなくなるため、コヒーレント光の安全性が向上する。

図１３は第３の実施形態の第１変形例による照明装置１の概略構成を示す斜視図である。図１３は、レンズアレイ９内の単位レンズ９ａの分割の仕方が図１２と異なっている。図１３のレンズアレイ９は、第１方向ｘおよび第２方向ｙに沿った二次元方向に配置された複数の単位レンズ９ａを有する。これら複数の単位レンズ９ａは、回折光学素子５内の複数の要素回折部５ａに対応づけて設けられている。すなわち、各要素回折部５ａで回折されたコヒーレント光は、対応する単位レンズ９ａに入射される。

レンズアレイ９内の第２方向ｙの各ラインの全単位レンズ９ａを通過したコヒーレント光は、第２方向ｙの各ラインごとに被照明領域７内の同一の照明範囲を照明する。よって、被照明領域７には、レンズアレイ９内の第２方向ｙのライン数分の照明範囲が設けられる。

図１３では、レンズアレイ９の第２方向ｙの各ラインの全単位レンズ９ａからのコヒーレント光が同一の照明範囲を照明する例を説明したが、レンズアレイ９の第１方向ｘの各ラインの全単位レンズ９ａからのコヒーレント光が第１方向ｘの各ラインごとに同一の照明範囲を照明するようにしてもよい。

このように、被照明領域７内の各照明範囲は、レンズアレイ９内の対応するラインの全単位レンズ９ａを通過したコヒーレント光により重ねて照明されるため、各照明範囲のボケを抑制できる。また、被照明領域７内の各点には、レンズアレイ９内のいずれかのラインの全単位レンズ９ａからのコヒーレント光が入射されるため、被照明領域７に入射されるコヒーレント光の方向が分散されて、コヒーレント光の安全性が向上する。

図１４は第３の実施形態の第２変形例による照明装置１の概略構成を示す斜視図である。図１３では、レンズアレイ９の第１方向ｘまたは第２方向ｙの各ラインの全単位レンズ９ａが各ラインごとに同一の照明範囲を照明する例を示したが、レンズアレイ９内の第１方向または第２方向ｙに隣接しない複数の単位レンズ９ａが同一の照明範囲を照明してもよい。

図１４は、ハッチングされた複数の要素回折部５ａで回折されたコヒーレント光が対応する単位レンズ９ａを介して同一の照明範囲を照明する例を示している。この場合、被照明領域７の各点に入射されるコヒーレント光の入射方向が図１２や図１３よりも広い範囲に広がっており、コヒーレント光の安全性がより向上する。

図１５は第３の実施形態の第３変形例による照明装置１の概略構成を示す斜視図である。図１５の照明装置１は図１４の照明装置１と同じ光学構成を備えている。

レーザの安全基準では、レーザ光源から距離１００ｍｍの場所に開口径７ｍｍのアパーチャ１３を配置して、アパーチャ１３の開口部１３ａを通過したレーザ光の光量とレーザ光の拡散角度から、その装置の危険性を定量的に評価する。

そこで、図１５では、レンズアレイ９から距離１００ｍｍの場所に開口径７ｍｍのアパーチャ１３を配置し、アパーチャ１３の開口部１３ａを通過したコヒーレント光により、被照明領域７の全域を照明できるようにする事で、光の拡散性を高めてレーザー安全性が向上する。

図１５の照明装置１によれば、レーザの安全基準をクリアしつつ、被照明領域７の全域をボケなしで照明することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、回折光学素子５にて回折されたコヒーレント光にて直接、被照明領域７を照明するものである。

図１６は第４の実施形態による照明装置１の概略構成を示す斜視図である。図１６の照明装置１は、光源２と、整形光学系３と、回折光学素子５とを備えている。光源２と整形光学系３は図１の照明装置１と同様であるため、詳細な説明を割愛する。

図１６の回折光学素子５は、整形光学系３にてコリメートされたコヒーレント光を所定の拡散角度空間内に回折させる。より具体的には、回折光学素子５は、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて被照明領域７を照明する。回折光学素子５は、それぞれが固有の回折特性を有する

図１７は図１６の照明装置１の光線軌跡を示す図である。図１７の要素回折部５ａで回折されたコヒーレント光はいったん集光した後に拡散されて投影面１１に投影される。一方、要素回折部５ａで回折されたコヒーレント光はいったん集光した後に拡散されて投影面１１に投影される。

このように、回折光学素子５の各要素回折部５ａは、それぞれ固有の点で集光された後に拡散されて、それぞれ固有の位置にある投影面１１に投影される。２以上の要素回折部５ａが同じ位置にある投影面１１にコヒーレント光を投影してもよい。

各要素回折部５ａは、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて投影面１１に投影するため、回折光学素子５と投影面１１との距離が離れていても、回折光学素子５の角度分解能が不足するおそれがなく、投影面１１でのボケを抑制できる。

図１８Ａは本実施形態による照明装置１の光線軌跡をより具体的に示す図、図１８Ｂは一比較例による照明装置１の光線軌跡を示す図である。

一比較例による回折光学素子５は、図１８Ｂに示すように複数の要素回折部５ａに分割されており、各要素回折部５ａはコヒーレント光を拡散させて投影面１１に投影する。これに対して、本実施形態による回折光学素子５の各要素回折部５ａは、図１８Ａに示すように、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて投影面１１に投影する。

図１８Ｂに示す一比較例の場合、回折光学素子５と投影面１１までの距離が離れるほど、回折光学素子５からの拡散角度範囲が狭くなり、投影面１１が遠方にある場合は、回折光学素子５の角度解像度が不足して、投影像にボケが生じてしまう。

一方、図１８Ａに示す本実施形態の場合、要素回折部５ａで回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて投影面１１を投影するため、投影面１１が遠方にあったとしても、回折光学素子５の角度解像度が不足するおそれがない。よって、図１８Ａの投影面１１の投影像は、図１８Ｂの投影像よりもボケが少なくなる。

このように、第４の実施形態では、回折光学素子５で回折されたコヒーレント光を、いったん集光させてから拡散させて被照明領域７を照明するため、第１および第２の実施形態よりも簡易な光学構成にて、ボケなく被照明領域７を照明できる。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 照明装置、２ 光源、３ 整形光学系、４ 光方向調整部材、４ａ 単位光方向調整部、５ 回折光学素子、６ プリズムアレイ、６ａ 単位プリズム、６ｂ 基材層、７ 被照明領域、８ 投影光学系、９ レンズアレイ、９ａ 単位レンズ、１０ 投影レンズ、１１ 投影面、１３ アパーチャ、１３ａ 開口部

Claims (16)

1. コヒーレント光を射出する光源と、
   前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系と、
   前記整形光学系にてコリメートされたコヒーレント光の進行方向を個別に調整する複数の単位光方向調整部を有する光方向調整部材と、
   前記光方向調整部材からの複数のコヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向に前記複数のコヒーレント光を回折させて被照明領域を照明する回折光学素子と、を備え、
   前記複数の単位光方向調整部は、前記回折光学素子へのコヒーレント光の入射角度を個別に調整する、照明装置。
2. 前記複数の単位光方向調整部は、前記回折光学素子で回折された複数のコヒーレント光が同一位置に設けられる同一サイズの前記被照明領域を重ねて照明するように、前記回折光学素子へのコヒーレント光の入射角度を調整する、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光方向調整部材は、複数の単位プリズムを有するプリズムアレイであり、
   前記複数の単位プリズムは、前記回折光学素子へのコヒーレント光の入射角度を個別に調整する、請求項１または２に記載の照明装置。
4. コヒーレント光を射出する光源と、
   前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系と、
   前記整形光学系にてコリメートされたコヒーレント光を所定の拡散角度空間内に回折させる回折光学素子と、
   前記回折光学素子にて回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて被照明領域を照明する投影光学系と、を備える、照明装置。
5. 前記投影光学系は、前記回折光学素子および前記被照明領域の位置に応じた焦点距離を有する、請求項４に記載の照明装置。
6. 前記投影光学系は、前記回折光学素子および前記被照明領域の位置に応じた角度に傾斜して配置される、請求項４または５に記載の照明装置。
7. 前記回折光学素子は、それぞれが固有の方向にコヒーレント光を拡散させる複数の要素回折部を有し、
   前記投影光学系は、前記複数の要素回折部にて拡散された複数のコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、同一位置に設けられる同一サイズの前記被照明領域を重ねて照明する、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記回折光学素子は、それぞれが固有の方向にコヒーレント光を拡散させる複数の要素回折部を有し、
   前記投影光学系は、前記複数の要素回折部にて拡散された複数のコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、前記被照明領域内のそれぞれ固有の位置に設けられる照明範囲を照明する、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記回折光学素子は、それぞれが固有の方向にコヒーレント光を拡散させる複数の要素回折部を有し、
   前記投影光学系は、前記複数の要素回折部に対応づけて設けられる複数の要素光学系を有し、
   前記複数の要素光学系は、対応する要素回折部にて拡散されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、前記被照明領域内のそれぞれ固有の位置に設けられる照明範囲を照明する、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記複数の要素回折部は、互いに交差する第１方向および第２方向に沿った二次元方向に配置されており、
    前記複数の要素光学系は、前記第２方向に沿った一次元方向に配置されており、
    前記第２方向の所定位置に配置された２以上の要素回折部で回折されたコヒーレント光は、対応する要素光学系にて、いったん集光された後に拡散されて、前記被照明領域内の対応する位置に設けられる照明範囲を重ねて照明する、請求項９に記載の照明装置。
11. 前記複数の要素回折部は、互いに交差する第１方向および第２方向に沿った二次元方向に配置されており、
    前記複数の要素光学系は、前記第１方向および前記第２方向に沿った二次元方向に、前記複数の要素回折部に対応づけて配置されており、
    前記要素回折部で回折されたコヒーレント光は、対応する前記要素光学系を通過して、いったん集光された後に拡散されて、前記被照明領域内の対応する位置に設けられる照明範囲を重ねて照明する、請求項９に記載の照明装置。
12. 前記複数の要素回折部のうち２以上の要素回折部で回折されたコヒーレント光は、対応する前記要素光学系を通過して、前記被照明領域内の同一位置に設けられる照明範囲を重ねて照明し、
    前記２以上の要素回折部は、前記回折光学素子内の前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一方において隣接しないように配置される、請求項１１に記載の照明装置。
13. 前記複数の要素光学系は、前記投影光学系から前記被照明領域側に１００ｍｍの距離に７ｍｍ径の開口部を有するアパーチャを配置したときに、前記開口部を通過したコヒーレント光にて前記被照明領域の全域を照明する、請求項１２に記載の照明装置。
14. コヒーレント光を射出する光源と、
    前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系と、
    前記整形光学系にてコリメートされたコヒーレント光を回折させる回折光学素子と、を備え、
    前記回折光学素子は、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて被照明領域を照明する複数の要素回折部を有する、照明装置。
15. 前記複数の要素回折部は、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、それぞれが固有の前記被照明領域を照明する、請求項１４に記載の照明装置。
16. 前記複数の要素回折部は、回折されたコヒーレント光をいったん集光させた後に拡散させて、同一位置に設けられる同一サイズの前記被照明領域を重ねて照明する、請求項１４に記載の照明装置。