JP2019053887A - Luminaire - Google Patents

Luminaire Download PDF

Info

Publication number
JP2019053887A
JP2019053887A JP2017176919A JP2017176919A JP2019053887A JP 2019053887 A JP2019053887 A JP 2019053887A JP 2017176919 A JP2017176919 A JP 2017176919A JP 2017176919 A JP2017176919 A JP 2017176919A JP 2019053887 A JP2019053887 A JP 2019053887A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coherent light
area
projection plane
projection
divided
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017176919A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6928897B2 (en
Inventor
尾 俊 平 西
Shumpei NISHIO
尾 俊 平 西
重 牧 夫 倉
Makio Kurashige
重 牧 夫 倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2017176919A priority Critical patent/JP6928897B2/en
Publication of JP2019053887A publication Critical patent/JP2019053887A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6928897B2 publication Critical patent/JP6928897B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

To provide a luminaire capable of lighting up a lit region with uniform lightness.SOLUTION: A luminaire 10 lights up a lit region LZ on a projection surface Pp. The luminaire has: a coherent light source 20; a shaping optical system 30 (a first lens 31 and a second lens 32) which shapes coherent light emitted from the coherent light source; and a diffraction optical element 40 which lights up the lit region LZ by diffracting the coherent light shaped by the shaping optical system, and projects a plurality of unit images lu on the projection surface. The unit images on the projection surface Pp are higher in density in a certain region than other regions which are longer in projection distance than the certain region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、投影面上の被照明領域を照明する照明装置に関する。   The present invention relates to an illumination device that illuminates an illuminated area on a projection surface.

例えば、特許文献1に開示されているように、光源および回折光学素子を含んだ照明装置が知られている。特許文献1に開示された照明装置では、回折光学素子が光源からの光を回折することで、投影面上に位置する被照明領域を所望のパターンで照明することができる。   For example, as disclosed in Patent Document 1, an illumination device including a light source and a diffractive optical element is known. In the illumination device disclosed in Patent Literature 1, the diffractive optical element diffracts the light from the light source, so that the illumination area located on the projection surface can be illuminated with a desired pattern.

特開2015−132707号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-132707

回折光学素子として、計算機合成ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)が知られている。計算機合成ホログラムは、任意の回折特性を持つ構造をコンピュータ上での計算によって設計することで作製される。一具体例として、被照明領域として照明すべき所望のパターンを点像の集合体と考え、各点像からの発散光と回折光学素子への入射を予定された光とによる干渉パターンを計算し、干渉パターンに対応した構造を作製することで、回折光学素子が得られる。   As a diffractive optical element, a computer generated hologram (CGH) is known. A computer-generated hologram is produced by designing a structure having an arbitrary diffraction characteristic by calculation on a computer. As a specific example, a desired pattern to be illuminated as an illuminated area is considered as a collection of point images, and an interference pattern due to diverging light from each point image and light scheduled to enter the diffractive optical element is calculated. By fabricating a structure corresponding to the interference pattern, a diffractive optical element can be obtained.

このようにして作製された回折光学素子によって再生される像は、厳密には、各点像の再生像となる像の集合である。そして、回折光学素子の設計で想定される点像は、回折光学素子の微細構造等の制約から、大きくすることはできない。したがって、各点像を再生する再生光は、被照明領域に分散して入射することになる。この場合、明るさのむらが生じ、更には光が入射していない領域が生じてしまうことすら考えられる。しかしながら、回折光学素子へ入射する入射光の実際の入射角度が、厳密には、設計で想定した入射光の入射角度と異なる。そして、実際の入射光は、若干の拡散角を持つ拡散光となる。これらのこと等に起因して、回折光学素子での再生光も発散光となる。この結果、照明装置によって、投影面上の被照明領域を或る程度一様に照明することができる。   Strictly speaking, the image reproduced by the diffractive optical element manufactured in this way is a set of images to be a reproduced image of each point image. The point image assumed in the design of the diffractive optical element cannot be enlarged due to restrictions such as the fine structure of the diffractive optical element. Therefore, the reproduction light for reproducing each point image is scattered and incident on the illuminated area. In this case, uneven brightness may occur, and even a region where no light is incident may be generated. However, the actual incident angle of the incident light incident on the diffractive optical element is strictly different from the incident angle of the incident light assumed in the design. The actual incident light becomes diffuse light having a slight diffusion angle. Due to these factors, the reproduction light from the diffractive optical element also becomes divergent light. As a result, the illumination device can illuminate the illuminated area on the projection surface uniformly to some extent.

ただし、昨今では、回折光学素子を用いた照明装置の適用範囲が拡大されている。そして、照明装置に対して、より広い被照明領域を照明することや、照明装置の設置上の制約に起因し、投影面に対して大きく傾斜した方向から被照明領域を照明することが、要求されることもある。そして、上述した従来の照明装置では、被照明領域を十分に一様な明るさで照明することができないこともある。   However, in recent years, the application range of illumination devices using diffractive optical elements has been expanded. And, it is required to illuminate the illumination device with a wider illumination area or to illuminate the illumination area from a direction greatly inclined with respect to the projection plane due to restrictions on installation of the illumination device. Sometimes it is done. And in the conventional illuminating device mentioned above, the to-be-illuminated area may not be able to be illuminated with sufficient uniform brightness.

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、被照明領域を一様な明るさで照明することができる照明装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to provide an illuminating device that can illuminate an illuminated area with uniform brightness.

本発明による第1の照明装置は、
投影面上の被照明領域を照明する照明装置であって、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記整形光学系で整形された前記コヒーレント光を回折して、複数の単位像を前記投影面上に投影することで、前記被照明領域を照明する回折光学素子と、を備え、
前記投影面上での前記単位像の密度は、或る領域において、当該或る領域と比較して投影距離が長くなる他の領域よりも、高くなっている。
A first lighting device according to the present invention comprises:
An illumination device that illuminates an illuminated area on a projection surface,
A coherent light source,
A shaping optical system for shaping coherent light emitted from the coherent light source;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system and projects a plurality of unit images on the projection plane, thereby illuminating the illuminated area;
The density of the unit images on the projection plane is higher in a certain area than in other areas where the projection distance is longer than that in the certain area.

本発明による第1の照明装置において、前記被照明領域を複数の分割領域に分割した場合、任意の一つの分割領域における前記投影面上での前記単位像の密度は、当該一つの分割領域よりも投影距離が長くなる他の任意の一つの分割領域における前記投影面上での前記単位像の密度以上となっていてもよい。   In the first illuminating device according to the present invention, when the illuminated area is divided into a plurality of divided areas, the density of the unit images on the projection plane in any one divided area is larger than that of the one divided area. Alternatively, the density may be equal to or higher than the density of the unit image on the projection plane in another arbitrary divided region in which the projection distance becomes long.

本発明による第1の照明装置において、前記或る領域における前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度は、前記他の領域における前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度よりも、小さくなっていてもよい。   In the first illumination device according to the present invention, an incident angle of the coherent light on the projection surface in the certain region is smaller than an incident angle of the coherent light on the projection surface in the other region. May be.

本発明による第1の照明装置において、前記被照明領域を複数の分割領域に分割した場合、前記任意の一つの分割領域における前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度は、前記他の任意の一つの分割領域における前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度以下となっていてもよい。   In the first illuminating device according to the present invention, when the illuminated region is divided into a plurality of divided regions, the incident angle of the coherent light on the projection surface in the one divided region is the other arbitrary The angle of incidence of the coherent light on the projection surface in one divided region may be less than or equal to.

本発明による第2の照明装置は、
投影面上の被照明領域を照明する照明装置であって、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記整形光学系で整形された前記コヒーレント光を回折して、複数の単位像を前記投影面上に投影することで、前記被照明領域を照明する回折光学素子と、を備え、
前記投影面上での前記単位像の密度は、或る領域において、当該或る領域と比較して前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度が大きくなる他の領域よりも、高くなっている。
A second lighting device according to the present invention comprises:
An illumination device that illuminates an illuminated area on a projection surface,
A coherent light source,
A shaping optical system for shaping coherent light emitted from the coherent light source;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system and projects a plurality of unit images on the projection plane, thereby illuminating the illuminated area;
The density of the unit image on the projection surface is higher in a certain region than in other regions where the incident angle of the coherent light on the projection surface is larger than that in the certain region. .

本発明による第2の照明装置において、前記被照明領域を複数の分割領域に分割した場合、任意の一つの分割領域における前記投影面上での前記単位像の密度は、当該一つの分割領域よりも前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度が大きくなる他の任意の一つの分割領域における前記投影面上での前記単位像の密度以上となっている。   In the second illumination device according to the present invention, when the illuminated area is divided into a plurality of divided areas, the density of the unit image on the projection plane in any one divided area is higher than that of the one divided area. Also, the density of the unit image on the projection plane in any one other divided region where the incident angle of the coherent light on the projection plane is large is greater than or equal to.

本発明による第1または第2の照明装置において、前記投影面への法線方向に沿って前記投影面から離間した或る面上において、複数の単位像は互いから離間していてもよい。   In the first or second illuminating device according to the present invention, the plurality of unit images may be separated from each other on a certain surface separated from the projection surface along a normal direction to the projection surface.

本発明による第3の照明装置は、
投影面上の被照明領域を照明する照明装置であって、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記整形光学系で整形された前記コヒーレント光を回折して、複数の単位像を前記投影面上に投影することで、前記被照明領域を照明する回折光学素子と、を備え、
前記投影面への法線方向に沿って前記投影面から離間した或る面上において、一つの単位像を再生するコヒーレント光が入射する領域は、他の単位像を再生するコヒーレント光が入射する領域から離間している。
A third lighting device according to the present invention comprises:
An illumination device that illuminates an illuminated area on a projection surface,
A coherent light source,
A shaping optical system for shaping coherent light emitted from the coherent light source;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system and projects a plurality of unit images on the projection plane, thereby illuminating the illuminated area;
On a certain surface separated from the projection surface along the normal direction to the projection surface, a region where coherent light for reproducing one unit image is incident is coherent light for reproducing another unit image. Separated from the area.

本発明によれば、被照明領域を十分に一様な明るさで照明することができる。   According to the present invention, it is possible to illuminate the illuminated area with sufficiently uniform brightness.

図1は、本開示による一実施の形態を説明するための図であって、照明装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a lighting device for explaining an embodiment according to the present disclosure. 図2は、照明装置によって再生される単位像を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a unit image reproduced by the illumination device. 図3は、照明装置によって照明される被照明領域を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an illuminated area illuminated by the illumination device. 図4は、回折光学素子の作製方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing a diffractive optical element. 図5は、回折光学素子と被照明領域との位置関係をyz平面で示す図であって、単位像の投影面積の変化を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element and the illuminated region on the yz plane, and is a diagram for explaining a change in the projected area of the unit image. 図6は、回折光学素子と被照明領域との位置関係をyz平面で示す図であって、単位像の投影面積の変化を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element and the illuminated region on the yz plane, and is a diagram for explaining a change in the projected area of the unit image. 図7は、投影距離と単位像の投影面積との関係を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the projection distance and the projection area of the unit image. 図8は、投影距離と単位像の投影面積との関係を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the projection distance and the projection area of the unit image. 図9は、回折光学素子と被照明領域との位置関係をyz平面で示す図であって、入射角度と単位像の投影面積との関係を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element and the illuminated region on the yz plane, and is a diagram for explaining the relationship between the incident angle and the projected area of the unit image. 図10は、図1に対応する図であって、照明装置の一変形例を示す斜視図である。FIG. 10 corresponds to FIG. 1 and is a perspective view showing a modification of the lighting device. 図11は、図1に対応する図であって、照明装置の他の変形例を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view corresponding to FIG. 1 and showing another modified example of the illumination device. 図12は、図1に対応する図であって、照明装置の更に他の変形例を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view corresponding to FIG. 1 and showing still another modification of the lighting device.

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。   Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale, the vertical / horizontal dimension ratio, and the like are appropriately changed and exaggerated from those of the actual product.

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。   In addition, as used in this specification, the shape and geometric conditions and the degree thereof are specified. For example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “identical”, length and angle values, etc. are strictly Without being bound by any meaning, it should be interpreted including the extent to which similar functions can be expected.

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、被照明領域LZを照明する装置である。本実施の形態による照明装置10は、コヒーレント光源20と、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系30と、整形光学系30で整形されたコヒーレント光を回折して被照明領域LZに向ける回折光学素子40と、を有している。この照明装置10は、回折光学素子40でコヒーレント光を回折して複数の単位像Iuを投影面Ppに投影することで、投影面Pp上の被照明領域LZを照明する。とりわけ本実施の形態による照明装置10では、被照明領域LZを一様な明るさで照明するための工夫が成されている。以下、図示された具体例を参照しながら、一実施の形態による照明装置10について説明していく。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the illumination device 10. The illumination device 10 is a device that illuminates the illuminated area LZ. The illumination device 10 according to the present embodiment includes a coherent light source 20, a shaping optical system 30 that shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20, and the coherent light shaped by the shaping optical system 30 to diffract the illuminated region LZ. And a diffractive optical element 40 directed toward the surface. The illumination device 10 illuminates the illuminated region LZ on the projection plane Pp by diffracting coherent light with the diffractive optical element 40 and projecting a plurality of unit images Iu onto the projection plane Pp. In particular, the lighting device 10 according to the present embodiment is devised to illuminate the illuminated area LZ with uniform brightness. Hereinafter, the lighting device 10 according to an embodiment will be described with reference to the illustrated specific example.

上述したように、照明装置10は、投影面Pp上の被照明領域LZを照明する装置である。図示された例において、実空間における被照明領域LZは、長手方向dlを有した細長い領域となっている。この被照明領域LZは、例えば、長手方向dlへの長さの短手方向dwへの長さに対する比が10以上、さらには、この比が100以上となる被照明領域LZ、典型的にはライン状の被照明領域LZとすることもできる。このような照明装置は、例えば、自動車や船等の移動体に適用され得る。移動体では、進行方向の前方に広がる領域を照明する必要がある。とりわけ、高速で走行する自動者の前照灯、いわゆるヘッドランプは、当該自動車の前方近傍から前方遠方までの路面を明るく照らすことが好ましい。   As described above, the illumination device 10 is a device that illuminates the illuminated region LZ on the projection plane Pp. In the illustrated example, the illuminated area LZ in real space is an elongated area having a longitudinal direction dl. The illuminated area LZ has, for example, a ratio of the length in the longitudinal direction dl to the length in the lateral direction dw of 10 or more, and further, the illuminated area LZ in which this ratio is 100 or more, typically A line-shaped illuminated region LZ can also be used. Such an illuminating device can be applied to moving bodies, such as a motor vehicle and a ship, for example. In the moving body, it is necessary to illuminate a region extending forward in the traveling direction. In particular, it is preferable that a headlight of an automatic person traveling at a high speed, a so-called headlamp, brightly illuminates the road surface from the vicinity of the front of the automobile to the distance of the front.

図示された例において、投影面Ppは、長手方向dlと平行なz方向および幅方向dwと平行なx方向によって画定されるxz平面となっている。また、法線方向ndは、xz平面と直交するy方向と平行になっている。   In the illustrated example, the projection plane Pp is an xz plane defined by a z direction parallel to the longitudinal direction dl and an x direction parallel to the width direction dw. The normal direction nd is parallel to the y direction orthogonal to the xz plane.

ただし、図示された例に限られず、照明装置10が、所定の輪郭を有した領域を照明するようにしてもよい。   However, it is not restricted to the illustrated example, You may make it the illuminating device 10 illuminate the area | region which has a predetermined outline.

上述したように、図示された照明装置10は、その構成要素として、コヒーレント光源20、整形光学系30及び回折光学素子40を有している。以下、照明装置10の各構成要素について順に説明していく。   As described above, the illustrated illumination apparatus 10 includes the coherent light source 20, the shaping optical system 30, and the diffractive optical element 40 as its constituent elements. Hereafter, each component of the illuminating device 10 is demonstrated in order.

コヒーレント光源20として、種々の型式の光源を用いることができる。典型的には、コヒーレント光源20として、レーザー光を発振するレーザー光源を用いることができ、一具体例として、半導体レーザー光源を例示することができる。図1に示された例において、コヒーレント光源20は、単一の光源を含んでいる。したがって、図示された例では、コヒーレント光源20から発振されるコヒーレント光の波長域に対応した色で、被照明領域LZが照明される。   Various types of light sources can be used as the coherent light source 20. Typically, a laser light source that oscillates laser light can be used as the coherent light source 20, and a semiconductor laser light source can be exemplified as a specific example. In the example shown in FIG. 1, the coherent light source 20 includes a single light source. Therefore, in the illustrated example, the illuminated region LZ is illuminated with a color corresponding to the wavelength region of the coherent light oscillated from the coherent light source 20.

ただし、コヒーレント光源20が複数のコヒーレント光源20を含み、各コヒーレント光源20から射出した光が重ね合わされた後、整形光学系30及び回折光学素子40に向かうようにしてもよい。また、図10及び図11に示された変形例のように、各コヒーレント光源20から射出した光が当該コヒーレント光源20に対応して設けられた整形光学系30A,30B,30C及び回折光学素子40A,40B,40Cを経て、その後に被照明領域LZ上で重ね合わされてもよい。このような例において、コヒーレント光源20に含まれる複数のコヒーレント光源20は、同一の波長域の光を射出するようにしてもよい。コヒーレント光源20が同一の波長域の光を射出するコヒーレント光源20を含むことで、被照明領域LZを明るく照明することが可能となる。   However, the coherent light source 20 may include a plurality of coherent light sources 20, and the light emitted from each of the coherent light sources 20 may be superposed and then directed toward the shaping optical system 30 and the diffractive optical element 40. Further, as in the modification examples shown in FIGS. 10 and 11, the shaping optical systems 30A, 30B, and 30C and the diffractive optical element 40A in which the light emitted from each coherent light source 20 is provided corresponding to the coherent light source 20 are provided. , 40B, and 40C, and then may be superimposed on the illuminated area LZ. In such an example, the plurality of coherent light sources 20 included in the coherent light source 20 may emit light in the same wavelength region. Since the coherent light source 20 includes the coherent light source 20 that emits light in the same wavelength region, the illuminated region LZ can be illuminated brightly.

なお、図10及び図11に示す例において、コヒーレント光源20は、第1コヒーレント光源20A、第2コヒーレント光源20B及び第3コヒーレント光源20Cを有している。コヒーレント光源20が、複数のコヒーレント光源を含む場合には、各コヒーレント光源20からのコヒーレント光の射出、より具体的には射出の発停および射出量を調節することで、被照明領域LZの照明色や被照明領域LZの明るさを制御するようにしてもよい。   10 and 11, the coherent light source 20 includes a first coherent light source 20A, a second coherent light source 20B, and a third coherent light source 20C. When the coherent light source 20 includes a plurality of coherent light sources, the illumination of the illuminated region LZ is adjusted by adjusting the emission of coherent light from each of the coherent light sources 20, more specifically, adjusting the emission start / stop and the emission amount. The color and the brightness of the illuminated area LZ may be controlled.

次に、整形光学系30について説明する。整形光学系30は、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を整形する。言い換えると、整形光学系30は、コヒーレント光の光軸に直交する断面での形状や、コヒーレント光の光束の立体的な形状を整形する。典型的には、整形光学系30は、コヒーレント光の光軸に直交する断面でのコヒーレント光の光束断面積を拡大させる。   Next, the shaping optical system 30 will be described. The shaping optical system 30 shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20. In other words, the shaping optical system 30 shapes the shape of the cross section orthogonal to the optical axis of the coherent light and the three-dimensional shape of the light flux of the coherent light. Typically, the shaping optical system 30 expands the beam cross-sectional area of the coherent light in a cross section orthogonal to the optical axis of the coherent light.

図示された例において、整形光学系30は、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を拡幅した平行光束に整形する。すなわち、整形光学系30は、コリメート光学系として機能する。図1に示すように、整形光学系30は、コヒーレント光の光路に沿った順で、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は、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を発散光束に整形する。第2レンズ32は、第1レンズ31で生成された発散光束を、平行光束に整形し直す。すなわち、第2レンズ32は、コリメートレンズとして機能する。   In the illustrated example, the shaping optical system 30 shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20 into a widened parallel light beam. That is, the shaping optical system 30 functions as a collimating optical system. As shown in FIG. 1, the shaping optical system 30 includes a first lens 31 and a second lens 32 in the order along the optical path of coherent light. The first lens 31 shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20 into a divergent light beam. The second lens 32 reshapes the divergent light beam generated by the first lens 31 into a parallel light beam. That is, the second lens 32 functions as a collimating lens.

次に、回折光学素子40について説明する。回折光学素子40は、コヒーレント光源20から射出した光に対して回折作用を及ぼす素子である。回折光学素子40は、コヒーレント光源20からの光を回折して、被照明領域LZに向ける。したがって、被照明領域LZは、回折光学素子40での回折光によって、照明されることになる(図1参照)。   Next, the diffractive optical element 40 will be described. The diffractive optical element 40 is an element that exerts a diffractive action on the light emitted from the coherent light source 20. The diffractive optical element 40 diffracts the light from the coherent light source 20 and directs it to the illuminated region LZ. Therefore, the illuminated region LZ is illuminated by the diffracted light from the diffractive optical element 40 (see FIG. 1).

回折光学素子40は、典型的には、ホログラム素子である。回折光学素子40としてホログラム素子を用いることで、ホログラム素子の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LZ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。   The diffractive optical element 40 is typically a hologram element. By using a hologram element as the diffractive optical element 40, it becomes easier to design the diffraction characteristics of the hologram element, and the hologram element that illuminates the entire illuminated area LZ having a predetermined position, size, and shape is relatively designed. It can be done easily.

被照明領域LZは、回折光学素子40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xyz座標の実空間に設定されている。被照明領域LZの位置、サイズおよび形状は、回折光学素子40の回折特性に依存しており、回折光学素子40の回折特性を調整することで、被照明領域LZの位置、サイズおよび形状を任意に調整することができる。従って、回折光学素子40を設計する際には、まず被照明領域LZ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LZの全域を照明できるように、回折光学素子40の回折特性を調整すればよい。   The illuminated area LZ is set in a real space of xyz coordinates in a predetermined size and shape at a predetermined position with respect to the diffractive optical element 40. The position, size, and shape of the illuminated area LZ depend on the diffraction characteristics of the diffractive optical element 40, and the position, size, and shape of the illuminated area LZ can be arbitrarily adjusted by adjusting the diffraction characteristics of the diffractive optical element 40. Can be adjusted. Therefore, when designing the diffractive optical element 40, first, the position, size, and shape of the illuminated region LZ are determined, and the diffractive characteristics of the diffractive optical element 40 can be illuminated so that the entire illuminated region LZ can be illuminated. Can be adjusted.

回折光学素子40は、計算機合成ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)として作製され得る。計算機合成ホログラムは、任意の回折特性を持つ構造をコンピュータ上で計算することによって作製される。したがって、計算機合成ホログラムを回折光学素子40として採用することで、コヒーレント光源や光学系を用いた物体光及び参照光の生成や、露光によるホログラム記録材料への干渉縞の記録を不要とすることができる。照明装置10は、例えば図1に示すように、回折光学素子40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の被照明領域LZを照明することを想定されている。被照明領域LZに関する情報をパラメータとしてコンピュータに入力することで、この被照明領域LZを照明可能な回折特性を持つ構造、例えば凹凸面を、コンピュータでの演算によって特定することができる。特定された構造を、例えば樹脂賦型により形成することで、計算機合成ホログラムとしての回折光学素子40を、簡易な手順にて低コストで作製することができる。   The diffractive optical element 40 can be produced as a computer generated hologram (CGH). A computer-generated hologram is produced by calculating a structure having arbitrary diffraction characteristics on a computer. Therefore, by adopting a computer-generated hologram as the diffractive optical element 40, it is possible to eliminate generation of object light and reference light using a coherent light source or an optical system and recording of interference fringes on a hologram recording material by exposure. it can. For example, as illustrated in FIG. 1, the illumination device 10 is assumed to illuminate an illuminated region LZ having a predetermined size and shape at a predetermined position with respect to the diffractive optical element 40. By inputting information on the illuminated area LZ as a parameter to the computer, a structure having diffraction characteristics that can illuminate the illuminated area LZ, for example, an uneven surface, can be specified by computation on the computer. By forming the specified structure by, for example, resin molding, the diffractive optical element 40 as a computer-generated hologram can be manufactured at a low cost by a simple procedure.

回折光学素子40で回折された光が、照明光として、被照明領域LZを照明する。図示された例において、回折光学素子40と被照明領域LZとの間には、他の光学素子等が介在していない。したがって、回折光学素子40での回折光は、被照明領域LZに直接入射する。回折光学素子40上の各点における回折光は、被照明領域LZの少なくとも一部を照明する。すなわち、回折光学素子40上の各点における回折光は、所定の拡散角度範囲内を進行して、被照明領域LZを照明する。   The light diffracted by the diffractive optical element 40 illuminates the illuminated region LZ as illumination light. In the illustrated example, no other optical element or the like is interposed between the diffractive optical element 40 and the illuminated region LZ. Therefore, the diffracted light from the diffractive optical element 40 is directly incident on the illuminated region LZ. Diffracted light at each point on the diffractive optical element 40 illuminates at least a part of the illuminated region LZ. That is, the diffracted light at each point on the diffractive optical element 40 travels within a predetermined diffusion angle range to illuminate the illuminated area LZ.

本実施の形態による回折光学素子40は、図2に示すように、整形光学系30からのコヒーレント光を回折して、複数の単位像Iuを投影面Pp上に生成する。投影面Pp上の被照明領域LZは、複数の単位像Iuの集合体によって、照明されることになる。この回折光学素子40は、次のようにして設計される。まず、図3に示すように、被照明領域LZの形状を設定する。次に、図3に示すように、各単位像Iuの原像となる点像Ipを仮想面Pv上に配列してなる点像パターンを設定する。例えば、点像Ipは、被照明領域LZ内に敷き詰められる。図3に示された例において、点像パターンの外輪郭は、被照明領域LZの外輪郭に概ね一致している。   As shown in FIG. 2, the diffractive optical element 40 according to the present embodiment diffracts coherent light from the shaping optical system 30 to generate a plurality of unit images Iu on the projection plane Pp. The illuminated area LZ on the projection plane Pp is illuminated by an aggregate of a plurality of unit images Iu. The diffractive optical element 40 is designed as follows. First, as shown in FIG. 3, the shape of the illuminated area LZ is set. Next, as shown in FIG. 3, a point image pattern formed by arranging point images Ip, which are original images of the unit images Iu, on the virtual plane Pv is set. For example, the point image Ip is spread in the illuminated area LZ. In the example shown in FIG. 3, the outer contour of the point image pattern substantially matches the outer contour of the illuminated area LZ.

次に、図4に示すように、回折光学素子40への入射光Liと、各点像Ipから回折光学素子40に向かう発散光Ldと、を設定する。ここで、「回折光学素子40への入射光Li」は、回折光学素子40が照明装置10に組み込まれた状態において整形光学系30から回折光学素子40へ入射するようになる光と同一の光路を進む光とする。「各点像Ipから回折光学素子40に向かう発散光Ld」は、照明装置10の実際の使用時に、回折光学素子40の各位置で回折されて各点像Ipに向かうようになる回折光の光路を逆向きに進んで、点像Ipの位置から回折光学素子40内の各位置へ入射する光とする。その後、回折光学素子40への入射光と各点像Ipから回折光学素子40に向かう発散光とによって形成される回折光学素子40上での干渉パターンを形成し、この干渉パターンに対応した微細構造を作製する。微細構造としては、凹凸パターンが例示される。干渉パターンの計算は、「回折光学素子40への入射光」や「各点像Ipから回折光学素子40に向かう発散光」のモデル設計を含め、計算機によって実行される。また、凹凸パターンからなる微細構造は、フォトリソグラフィー技術を利用した樹脂成形により、作製され得る。   Next, as shown in FIG. 4, incident light Li to the diffractive optical element 40 and divergent light Ld from each point image Ip toward the diffractive optical element 40 are set. Here, the “incident light Li to the diffractive optical element 40” is the same optical path as the light that enters the diffractive optical element 40 from the shaping optical system 30 in a state where the diffractive optical element 40 is incorporated in the illumination device 10. Let the light go on. “Divergent light Ld traveling from each point image Ip toward the diffractive optical element 40” is diffracted light that is diffracted at each position of the diffractive optical element 40 and travels toward each point image Ip when the illumination apparatus 10 is actually used. The light travels in the opposite direction and is incident on each position in the diffractive optical element 40 from the position of the point image Ip. Thereafter, an interference pattern on the diffractive optical element 40 formed by the incident light on the diffractive optical element 40 and the divergent light from each point image Ip toward the diffractive optical element 40 is formed, and the fine structure corresponding to the interference pattern Is made. An example of the fine structure is an uneven pattern. The calculation of the interference pattern is performed by a computer including model design of “incident light on the diffractive optical element 40” and “divergent light directed from each point image Ip toward the diffractive optical element 40”. Moreover, the fine structure which consists of an uneven | corrugated pattern can be produced by resin molding using a photolithographic technique.

次に、以上に説明した照明装置10の作用について説明する。   Next, the effect | action of the illuminating device 10 demonstrated above is demonstrated.

図1に示すように、光源20から射出したコヒーレント光は、まず、整形光学系30に入射する。整形光学系30では、光源20から射出した光を拡大する。すなわち、光軸に直交する断面においてコヒーレント光が占める領域が広がるよう、整形光学系30は光を整形する。整形光学系30は、第1レンズ31及び第2レンズ32を有している。図1に示すように、整形光学系30の第1レンズ31は、光源20から射出した光を発散させて発散光束に変換する。そして、整形光学系30の第2レンズ32は、発散光束を平行光束へとコリメートする。   As shown in FIG. 1, the coherent light emitted from the light source 20 first enters the shaping optical system 30. The shaping optical system 30 expands the light emitted from the light source 20. That is, the shaping optical system 30 shapes the light so that a region occupied by the coherent light spreads in a cross section orthogonal to the optical axis. The shaping optical system 30 includes a first lens 31 and a second lens 32. As shown in FIG. 1, the first lens 31 of the shaping optical system 30 divides the light emitted from the light source 20 and converts it into a divergent light beam. The second lens 32 of the shaping optical system 30 collimates the divergent light beam into a parallel light beam.

整形光学系30で整形された光は、次に、回折光学素子40へと向かう。回折光学素子40は、整形光学系30からのコヒーレント光を回折して、被照明領域LZに向ける。図2に示すように、回折光学素子40は、整形光学系30からのコヒーレント光を回折することで、複数の点像Ipの各々に対応した複数の単位像Iuを投影面Pp上に再生する。複数の単位像Iuは、投影面Pp上において被照明領域LZ内に投影される。そして、この単位像Iuの集合体により、被照明領域LZが照明される。   The light shaped by the shaping optical system 30 is then directed to the diffractive optical element 40. The diffractive optical element 40 diffracts the coherent light from the shaping optical system 30 and directs it to the illuminated region LZ. As shown in FIG. 2, the diffractive optical element 40 reproduces a plurality of unit images Iu corresponding to each of the plurality of point images Ip on the projection plane Pp by diffracting the coherent light from the shaping optical system 30. . The plurality of unit images Iu are projected into the illuminated area LZ on the projection plane Pp. The illuminated area LZ is illuminated by the aggregate of the unit images Iu.

上述したように、このような回折特性を有した回折光学素子40は、仮想面Pv上に配列された多数の点像Ipを再生する素子として計算機合成ホログラムにより作製され得る。この計算機合成ホログラムによって構成される回折光学素子40は、各点像Ipからの発散光と使用時に回折光学素子40へ入射する入射光との干渉パターンに対応する微細構造として、作製される。この作製時に、微細構造を作製するにあたっての制約や、計算機での計算量の制約等から、点像Ipの数を無条件に増やすことは不可能であり、また点像Ipは点として設計される。したがって、照明装置10の実際の使用においては、投影面Pp上の被照明領域LZ内に点像Ipの配列に起因した明るさのむらが生じてしまう可能性がある。さらには、被照明領域LZ内に再生された隣り合う二つの単位像Iuの間に隙間が生じることも想定され得る。このような不具合は、被照明領域LZが大面積の場合にとりわけ顕著となる。   As described above, the diffractive optical element 40 having such a diffraction characteristic can be produced by a computer-generated hologram as an element for reproducing a large number of point images Ip arranged on the virtual plane Pv. The diffractive optical element 40 configured by the computer-generated hologram is manufactured as a fine structure corresponding to an interference pattern between divergent light from each point image Ip and incident light incident on the diffractive optical element 40 in use. At the time of this production, the number of point images Ip cannot be increased unconditionally due to restrictions in producing a fine structure, computational complexity in a computer, etc., and the point image Ip is designed as a point. The Therefore, in actual use of the illuminating device 10, there may be uneven brightness due to the arrangement of the point images Ip in the illuminated area LZ on the projection plane Pp. Furthermore, it can be assumed that a gap is generated between two adjacent unit images Iu reproduced in the illuminated region LZ. Such a problem becomes particularly prominent when the illuminated region LZ has a large area.

一方、本実施の形態では、被照明領域LZ内に明るさのむらが生じてしまうといった不具合に対処するため、以下の三つの工夫を提案する。なお、以下の三つの工夫は、互いから独立して照明装置10又は回折光学素子40に適用することができる。そして、照明装置10又は回折光学素子40が、以下の三つの工夫のうちのいずれか一以上の工夫を有していることで、被照明領域LZ内の明るさのむらを効果的に抑制することも可能である。   On the other hand, in the present embodiment, the following three ideas are proposed in order to cope with a problem such as uneven brightness in the illuminated area LZ. The following three ideas can be applied to the illumination device 10 or the diffractive optical element 40 independently of each other. And the illumination device 10 or the diffractive optical element 40 effectively suppresses uneven brightness in the illuminated region LZ by having one or more of the following three devices. Is also possible.

図5及び図6を参照しながら、第1の工夫について説明する。   The first device will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

上述したように、点像Ipは仮想面Pvに配列されているものと想定して、回折光学素子40に付与されるべき構造が特定される。そして、単位像Iuを投影される投影面Ppが仮想面Pvと重なる場合、設計通りの回折特性を付与された回折光学素子40の各位置で回折されて一つの点像Ipを原像とする単位像Iuを再生する回折光は、図5及び図6において点線で示すように、投影面Pp上における極めて狭い領域に集光する。   As described above, assuming that the point image Ip is arranged on the virtual plane Pv, the structure to be added to the diffractive optical element 40 is specified. When the projection plane Pp onto which the unit image Iu is projected overlaps the virtual plane Pv, the point image Ip is diffracted at each position of the diffractive optical element 40 to which the designed diffraction characteristics are given, and the single point image Ip is used as the original image. The diffracted light that reproduces the unit image Iu is condensed in a very narrow region on the projection plane Pp as indicated by a dotted line in FIGS.

一方、図5及び図6から明らかなように、回折光学素子40の各位置で回折されて一つの単位像Iuを再生する回折光の光束の断面積は、仮想面Pv上で最も小さくなる。すなわち、回折光によって仮想面Pv上に再生される単位像Iuの面積は、最も小さくなる。したがって、仮想面Pv上において、一つの単位像Iuを再生するコヒーレント光が入射する領域は、他の単位像Iuを再生するコヒーレント光が入射する領域から離間しやすくなる。ここで、光束の断面積とは、当該光束の光軸に直交する断面において光束が占める面積、言い換えると光束が通過する面積のことを意味する。また、光束の光軸とは、光束の最も中心を通過する軸線のことを意味する。   On the other hand, as is apparent from FIGS. 5 and 6, the cross-sectional area of the diffracted light beam that is diffracted at each position of the diffractive optical element 40 to reproduce one unit image Iu is smallest on the virtual plane Pv. That is, the area of the unit image Iu reproduced on the virtual plane Pv by the diffracted light is the smallest. Therefore, on the virtual plane Pv, the area where the coherent light for reproducing one unit image Iu is easily separated from the area where the coherent light for reproducing the other unit image Iu is incident. Here, the cross-sectional area of the light beam means an area occupied by the light beam in a cross section orthogonal to the optical axis of the light beam, in other words, an area through which the light beam passes. Further, the optical axis of the light beam means an axis that passes through the center of the light beam.

そこで、本実施の形態の第1の工夫では、投影面Ppへの法線方向ndに沿って投影面Ppから仮想面Pvをずらす。すなわち、回折光学素子40の回折特性を設計する際における回折光学素子40と仮想面Pvとの相対位置関係と、実際の使用における回折光学素子40と投影面Ppとの相対位置関係が異なる。この結果、投影面Pp上に投影された一つの単位像Iuの面積は、投影面Ppの法線方向ndに沿って投影面Ppからずれた或る面上に投影された当該一つの単位像Iuの面積よりも大きくすることができる。少なくとも、投影面Pp上に投影された一つの単位像Iuの面積は、回折光学素子40に対して回折特性設計時における仮想面Pvと同一の相対位置にある面上に投影される一つの単位像Iuの面積と比較して、大きくなる。   Therefore, in the first device of the present embodiment, the virtual plane Pv is shifted from the projection plane Pp along the normal direction nd to the projection plane Pp. That is, the relative positional relationship between the diffractive optical element 40 and the virtual plane Pv when designing the diffraction characteristics of the diffractive optical element 40 is different from the relative positional relationship between the diffractive optical element 40 and the projection plane Pp in actual use. As a result, the area of one unit image Iu projected on the projection plane Pp is the one unit image projected on a certain plane shifted from the projection plane Pp along the normal direction nd of the projection plane Pp. It can be larger than the area of Iu. At least the area of one unit image Iu projected on the projection plane Pp is one unit projected on the plane at the same relative position as the virtual plane Pv when designing the diffraction characteristics with respect to the diffractive optical element 40. It becomes larger than the area of the image Iu.

したがって、このような照明装置10を用いた場合、投影面Ppへの法線方向ndに沿って投影面Ppから離間した或る面上において、一つの単位像Iuを再生するコヒーレント光が入射する領域が、その他の単位像Iuを再生するコヒーレント光が入射する領域から離間することもある。言い換えると、このような照明装置10を用いた場合、投影面Ppへの法線方向ndに沿って投影面Ppから離間した或る面上において、一つの単位像Iuを再生するコヒーレント光が入射する領域が、その他の単位像Iuを再生するコヒーレント光が入射する領域との間に隙間をあけることも起こり得る。   Therefore, when such an illuminating device 10 is used, coherent light for reproducing one unit image Iu is incident on a certain plane spaced from the projection plane Pp along the normal direction nd to the projection plane Pp. The region may be separated from the region where the coherent light for reproducing the other unit image Iu is incident. In other words, when such an illuminating device 10 is used, coherent light that reproduces one unit image Iu is incident on a certain surface separated from the projection surface Pp along the normal direction nd to the projection surface Pp. It is also possible that a gap is formed between the area to which the coherent light for reproducing the other unit image Iu is incident.

図5に示された具体例では、回折特性を設計する際の仮想面Pvは、実際の投影面Ppよりも法線方向ndにそって上方に位置している。回折光学素子40の各位置で回折した回折光L5は、投影面Ppに到達する前に集光し、その後、発散しながら投影面Ppに接近する。結果として、一つの点像Ipを再生する単位像Iuが投影される投影面Pp上の領域を、仮想面Pv上に再生される点像Ipの大きさよりも、格段に大きくすることができる。   In the specific example shown in FIG. 5, the virtual plane Pv when designing the diffraction characteristics is located above the actual projection plane Pp along the normal direction nd. The diffracted light L5 diffracted at each position of the diffractive optical element 40 is condensed before reaching the projection plane Pp, and then approaches the projection plane Pp while diverging. As a result, the area on the projection plane Pp on which the unit image Iu for reproducing one point image Ip is projected can be made much larger than the size of the point image Ip reproduced on the virtual plane Pv.

同様に、図6に示された具体例では、仮想面Pvは、実際の投影面Ppよりも法線方向ndにそって下方に位置している。回折光学素子40の各位置で回折した回折光L6は、仮想面Pvで集光または収束する前に、投影面Ppに到達する。結果として、一つの点像Ipを再生する単位像Iuが投影される投影面Pp上の領域を、仮想面Pv上に再生される点像Ipの大きさよりも、格段に大きくすることができる。   Similarly, in the specific example shown in FIG. 6, the virtual plane Pv is located below the actual projection plane Pp along the normal direction nd. The diffracted light L6 diffracted at each position of the diffractive optical element 40 reaches the projection plane Pp before being condensed or converged on the virtual plane Pv. As a result, the area on the projection plane Pp on which the unit image Iu for reproducing one point image Ip is projected can be made much larger than the size of the point image Ip reproduced on the virtual plane Pv.

以上のような照明装置10に対する第1の工夫によれば、複数の単位像Iuを隙間無く投影面Pp上に投影して、被照明領域LZを一様な明るさでむらなく照明することが可能となる。その一方で、単位像Iuの数を必要以上に多く設定することを回避して、回折特性設計時における点像Ipの数が増加することも効果的に抑制することができる。これにより、回折特性設計時における計算機の負担を必要以上に増大させることなく、明るさのむらを抑制し得る照明装置10を簡易に作製することが可能となる。   According to the first device for the illumination device 10 as described above, a plurality of unit images Iu can be projected onto the projection plane Pp without gaps, and the illuminated area LZ can be uniformly illuminated with uniform brightness. It becomes possible. On the other hand, setting the number of unit images Iu more than necessary can be avoided, and an increase in the number of point images Ip at the time of designing the diffraction characteristics can be effectively suppressed. Accordingly, it is possible to easily manufacture the lighting device 10 that can suppress uneven brightness without increasing the burden on the computer at the time of designing the diffraction characteristics more than necessary.

なお、図5及び図6に示すように、法線方向ndに沿って仮想面Pv及び投影面Ppがずれて配置されると、仮想面Pv上における点像Ipの位置と、投影面Pp上における単位像Iuの位置は、仮想面Pv及び投影面Ppの面方向に沿ってずれてしまう。法線方向ndに沿って仮想面Pv及び投影面Ppをずらして回折光学素子40を製造する場合、このようなずれを考慮して、仮想面Pv上における点像Ipの配列パターンを決定することが好ましい。   As shown in FIGS. 5 and 6, when the virtual plane Pv and the projection plane Pp are displaced along the normal direction nd, the position of the point image Ip on the virtual plane Pv and the projection plane Pp The position of the unit image Iu is shifted along the plane directions of the virtual plane Pv and the projection plane Pp. When manufacturing the diffractive optical element 40 by shifting the virtual plane Pv and the projection plane Pp along the normal direction nd, the arrangement pattern of the point images Ip on the virtual plane Pv is determined in consideration of such shift. Is preferred.

図7及び図8を参照しながら、第2の工夫について説明する。   The second device will be described with reference to FIGS.

上述したように回折光学素子40を作製する際の回折特性の設計では、回折光学素子40に点像Ipを再生する回折特性を付与しようとしている。しかしながら、実際に作製された回折光学素子40では、図7及び図8に示すように、回折光学素子40の各位置で回折されて投影面Pp上に一つの単位像Iuを再生するコヒーレント光は、入射光の拡散特性等に依存して、いくらかの拡散角をもった拡散光となる。したがって、投影面Pp上に再生される単位像Iuは、一定の面積を持った領域となる。そして、図8に示すように、回折光学素子40の各位置から当該位置で回折された回折光の投影面Pp上への入射位置までの距離を表す投影距離Lpが長くなれば、投影面Pp上に単位像Iuが大きく投影される。逆に、図7に示すように、投影距離Lpが短くなれば、投影面Pp上に単位像Iuが小さく投影される。   As described above, in the design of the diffraction characteristics when the diffractive optical element 40 is manufactured, the diffraction characteristics for reproducing the point image Ip are to be imparted to the diffractive optical element 40. However, in the actually produced diffractive optical element 40, as shown in FIGS. 7 and 8, coherent light that is diffracted at each position of the diffractive optical element 40 and reproduces one unit image Iu on the projection plane Pp is Depending on the diffusion characteristics of incident light, it becomes diffused light with some diffusion angle. Therefore, the unit image Iu reproduced on the projection plane Pp is a region having a certain area. As shown in FIG. 8, when the projection distance Lp representing the distance from each position of the diffractive optical element 40 to the incident position of the diffracted light diffracted at that position onto the projection plane Pp becomes longer, the projection plane Pp The unit image Iu is projected onto the top. On the contrary, as shown in FIG. 7, when the projection distance Lp is shortened, the unit image Iu is projected onto the projection plane Pp to be small.

したがって、投影面Ppに投影される単位像Iuの大きさが小さくなる傾向のある被照明領域LZ内における投影距離Lpが短くなる領域に、より多くの単位像Iuが投影されることが好ましい。そこで、本実施の形態の第2の工夫では、投影面Pp上での単位像Iuの密度を、被照明領域LZ内で変化させている。具体的には、投影面Pp上での単位像Iuの密度を、或る領域において、当該或る領域と比較して投影距離が長くなる他の領域よりも、高くしている。すなわち、投影距離Lpが長くなり単位像Iuが大きくなる傾向のある投影面Pp上の領域とは別の投影面Pp上の領域において、単位像Iuを高密度で再生するようにしている。   Therefore, it is preferable that a larger number of unit images Iu be projected onto a region where the projection distance Lp in the illuminated region LZ, which tends to be smaller in size, is projected on the projection plane Pp. Therefore, in the second device of the present embodiment, the density of the unit images Iu on the projection plane Pp is changed in the illuminated area LZ. Specifically, the density of the unit images Iu on the projection plane Pp is higher in a certain area than in other areas where the projection distance is longer than that in the certain area. That is, the unit image Iu is reproduced at a high density in a region on the projection plane Pp different from the region on the projection plane Pp where the projection distance Lp tends to be long and the unit image Iu tends to be large.

上述したように、図3は、被照明領域LZ内に設定された多数の点像Ipの配列パターンの一例を示している。ただし、図3に示された例において、投影面Ppは、仮想面Pvと重なる位置に配置され、上述した第1の工夫はなされていないものとする。したがって、照明装置10で照明を行う場合、被照明領域LZ内には、図3に示された点像Ipの各々に対応して単位像Iuが再生されることになる。   As described above, FIG. 3 shows an example of an array pattern of a large number of point images Ip set in the illuminated area LZ. However, in the example shown in FIG. 3, the projection plane Pp is disposed at a position overlapping the virtual plane Pv, and the first device described above is not made. Therefore, when the illumination device 10 performs illumination, the unit image Iu is reproduced in the illuminated area LZ corresponding to each of the point images Ip shown in FIG.

図3に示された例において、被照明領域LZは長手方向dlを有している。照明装置10は、長手方向dlにおける一側から被照明領域LZを照明する。図3に示された例において、被照明領域LZは、単位像Iuの密度を説明する便宜上、長手方向dlに沿った六つの分割領域DZに区分けされている。第1〜第6分割領域DZ1〜DZ6は同一の面積を有している。図示された被照明領域LZは、長手方向dlにおける照明装置10に近接する一側から、照明装置10から離間する他側に向けて、第1〜第6分割領域DZ1〜DZ6を含んでいる。投影距離Lpは、第6分割領域DZ6で最も長くなり、第1分割領域DZ1で最も短くなる。投影距離Lpは、第6分割領域DZ6から第1分割領域DZ1へとしだいに短くなっていく。そして、投影距離Lpが短くなれば、上述したように投影面Pp上に単位像Iuが小さく再生されるようになる。   In the example shown in FIG. 3, the illuminated area LZ has a longitudinal direction dl. The illumination device 10 illuminates the illuminated area LZ from one side in the longitudinal direction dl. In the example shown in FIG. 3, the illuminated area LZ is divided into six divided areas DZ along the longitudinal direction dl for convenience of explaining the density of the unit image Iu. The first to sixth divided regions DZ1 to DZ6 have the same area. The illustrated illuminated region LZ includes first to sixth divided regions DZ1 to DZ6 from one side close to the illumination device 10 in the longitudinal direction dl toward the other side separated from the illumination device 10. The projection distance Lp is the longest in the sixth divided area DZ6 and the shortest in the first divided area DZ1. The projection distance Lp gradually decreases from the sixth divided area DZ6 to the first divided area DZ1. When the projection distance Lp is shortened, the unit image Iu is reproduced on the projection plane Pp as described above.

一方、図3に示すように、各分割領域DZ内に位置する点像Ipの数は異なっている。このため、照明装置10で照明を行った際に、各分割領域DZ内に投影される単位像Iuの数も異なるようになる。つまり、単位面積あたりに存在する単位像Iuの数を表す単位像Iuの密度は、複数の分割領域DZの間で異なっている。とりわけ、図示された例では、任意の一つの分割領域DZにおける投影面Pp上での単位像Iuの密度は、当該一つの分割領域DZよりも投影距離Lpが長くなる他の任意の一つの分割領域DZにおける投影面Pp上での単位像Iuの密度以上となっている。より具体的には、各分割領域DZ内における単位像Iuの密度は、第6分割領域DZ6から第1分割領域DZ1に向けて次第に高くなっていく。   On the other hand, as shown in FIG. 3, the number of point images Ip located in each divided region DZ is different. For this reason, when the illumination device 10 performs illumination, the number of unit images Iu projected in each divided region DZ is also different. That is, the density of the unit images Iu representing the number of unit images Iu existing per unit area differs among the plurality of divided regions DZ. In particular, in the illustrated example, the density of the unit image Iu on the projection plane Pp in any one divided region DZ is any other one division in which the projection distance Lp is longer than the one divided region DZ. The density is equal to or higher than the density of the unit image Iu on the projection plane Pp in the region DZ. More specifically, the density of the unit images Iu in each divided area DZ gradually increases from the sixth divided area DZ6 toward the first divided area DZ1.

図3に示された例によれば、被照明領域LZを区分けしてなる各分割領域DZに再生される単位像Iuの密度は、分割領域DZまでの投影距離Lpが短くなるにつれて、高くなっていく。つまり、一つ単位像Iuの投影面積が小さくなる分割領域DZに、より高密度で単位像Iuを再生することができる。これにより、投影面Pp上の被照明領域LZ内での明るさのむらをさらに効果的に抑制することができる。例えば、投影面Pp上に隙間無く単位像Iuを再生することも可能となる。   According to the example shown in FIG. 3, the density of the unit image Iu reproduced in each divided area DZ obtained by dividing the illuminated area LZ increases as the projection distance Lp to the divided area DZ decreases. To go. That is, the unit image Iu can be reproduced at a higher density in the divided region DZ where the projected area of one unit image Iu is smaller. Thereby, the uneven brightness in the illuminated area LZ on the projection plane Pp can be more effectively suppressed. For example, the unit image Iu can be reproduced without a gap on the projection plane Pp.

以上のような照明装置10に対する第2の工夫によれば、複数の単位像Iuを隙間無く投影面Pp上に再生して、被照明領域LZを一様な明るさでむらなく照明することが可能となる。その一方で、単位像Iuの数を必要以上に多く設定することを回避して、回折特性設計時における点像Ipの数が増加することも効果的に抑制することができる。これにより、回折特性設計時における計算機の負担を必要以上に増大させることなく、明るさのむらを抑制し得る照明装置10を簡易に作製することが可能となる。   According to the second device for the illumination device 10 as described above, a plurality of unit images Iu can be reproduced on the projection plane Pp without gaps, and the illuminated area LZ can be uniformly illuminated with uniform brightness. It becomes possible. On the other hand, setting the number of unit images Iu more than necessary can be avoided, and an increase in the number of point images Ip at the time of designing the diffraction characteristics can be effectively suppressed. Accordingly, it is possible to easily manufacture the lighting device 10 that can suppress uneven brightness without increasing the burden on the computer at the time of designing the diffraction characteristics more than necessary.

図9を参照しながら、第3の工夫について説明する。   The third device will be described with reference to FIG.

上述したように、実際に作製された回折光学素子40を用いた場合、回折光学素子40の各位置で回折されて投影面Pp上に一つの単位像Iuを再生するコヒーレント光は、入射光の拡散特性等に依存して、いくらかの拡散角をもった拡散光となる。したがって、投影面Pp上に再生される単位像Iuは、一定の面積を持った領域に生成される。図9に示すように、単位像Iuを再生するコヒーレント光の投影面Ppへの入射方向が投影面Ppの法線方向ndに対して傾斜していると、単位像Iuは投影面Pp上において更に広がる。より具体的には、図1に示すように、単位像Iuは、当該単位像Iuを再生するコヒーレント光の入射方向を、投影面Ppの法線方向ndに沿って投影面Ppに投影した投影面Pp上の方向dxに、延びる。   As described above, when the actually produced diffractive optical element 40 is used, the coherent light that is diffracted at each position of the diffractive optical element 40 and reproduces one unit image Iu on the projection plane Pp is the incident light. Depending on the diffusion characteristics and the like, the diffused light has a certain diffusion angle. Therefore, the unit image Iu reproduced on the projection plane Pp is generated in a region having a certain area. As shown in FIG. 9, when the incident direction of the coherent light for reproducing the unit image Iu onto the projection plane Pp is inclined with respect to the normal direction nd of the projection plane Pp, the unit image Iu is on the projection plane Pp. Further spread. More specifically, as shown in FIG. 1, the unit image Iu is a projection obtained by projecting the incident direction of coherent light for reproducing the unit image Iu onto the projection plane Pp along the normal direction nd of the projection plane Pp. It extends in the direction dx on the surface Pp.

そして、単位像Iuを再生するコヒーレント光の投影面Ppへの入射方向が投影面Ppの法線方向ndに対してなす角度を表すコヒーレント光の投影面Ppへの入射角度θiが大きくなれば、投影面Pp上に単位像Iuが大きく投影される。逆に、入射角度θiが小さくなれば、投影面Pp上に単位像Iuが小さく投影される。ここで、図9に示された例において、回折光L91の拡散角θdは、回折光L92の拡散角θdと同一となっている。そして、入射角度θiが大きくなる回折光L91によって投影面Pp上に投影される単位像Iuの面積は、入射角度θiが小さくなる回折光L92によって投影面Pp上に投影される単位像Iuの面積よりも大きくなっている。   If the incident angle θi of the coherent light that reproduces the unit image Iu on the projection plane Pp representing the angle formed by the normal direction nd of the projection plane Pp with respect to the projection plane Pp of the coherent light increases. The unit image Iu is greatly projected on the projection plane Pp. On the other hand, when the incident angle θi decreases, the unit image Iu is projected smaller on the projection plane Pp. In the example shown in FIG. 9, the diffusion angle θd of the diffracted light L91 is the same as the diffusion angle θd of the diffracted light L92. The area of the unit image Iu projected onto the projection plane Pp by the diffracted light L91 with the increased incident angle θi is the area of the unit image Iu projected onto the projection plane Pp with the diffracted light L92 with the decreased incident angle θi. Is bigger than.

したがって、投影面Ppに投影される単位像Iuの大きさが小さくなる傾向のある被照明領域LZ内における入射角度θiが小さくなる領域に、より多くの単位像Iuが投影されることが好ましい。そこで、本実施の形態の第3の工夫では、投影面Pp上での単位像Iuの密度を、被照明領域LZ内で変化させている。具体的には、投影面Pp上での単位像Iuの密度を、或る領域において、当該或る領域と比較して入射角度θiが大きくなる他の領域よりも、高くしている。すなわち、入射角度θiが大きくなり単位像Iuが大きくなる傾向のある投影面Pp上の領域とは別の投影面Pp上の領域において、単位像Iuを高密度で再生するようにしている。   Therefore, it is preferable that a larger number of unit images Iu are projected onto a region where the incident angle θi is smaller in the illuminated region LZ where the size of the unit image Iu projected onto the projection plane Pp tends to be smaller. Therefore, in the third device of the present embodiment, the density of the unit images Iu on the projection plane Pp is changed in the illuminated area LZ. Specifically, the density of the unit images Iu on the projection plane Pp is higher in a certain area than in other areas where the incident angle θi is larger than that in the certain area. That is, the unit image Iu is reproduced at a high density in a region on the projection plane Pp different from the region on the projection plane Pp where the incident angle θi tends to increase and the unit image Iu tends to increase.

ここで、図3に示された被照明領域LZは、長手方向dlにおける照明装置10に近接する一側から、照明装置10から離間する他側に向けて、第1〜第6分割領域DZ1〜DZ6を含んでいる。そして、入射角度θiは、第6分割領域DZ6で最も大きくなり、第1分割領域DZ1で最も小さくなる。入射角度θiは、第6分割領域DZ6から第1分割領域DZ1へとしだいに小さくなっていく。   Here, the illuminated area LZ shown in FIG. 3 is from the one side close to the illuminating device 10 in the longitudinal direction dl toward the other side separated from the illuminating device 10, and the first to sixth divided regions DZ1 to DZ1. DZ6 is included. The incident angle θi is the largest in the sixth divided region DZ6 and the smallest in the first divided region DZ1. The incident angle θi gradually decreases from the sixth divided region DZ6 to the first divided region DZ1.

その一方で、図3に示された例において、単位面積あたりに存在する単位像Iuの数を表す単位像Iuの密度は、複数の分割領域DZの間で異なっている。とりわけ、図示された例では、任意の一つの分割領域DZにおける投影面Pp上での単位像Iuの密度は、当該一つの分割領域DZよりも入射角度θiが大きくなる他の任意の一つの分割領域DZにおける投影面Pp上での単位像Iuの密度以上となっている。より具体的には、各分割領域DZ内における単位像Iuの密度は、第6分割領域DZ6から第1分割領域DZ1に向けて次第に高くなっていく。   On the other hand, in the example shown in FIG. 3, the density of the unit images Iu representing the number of unit images Iu existing per unit area is different among the plurality of divided regions DZ. In particular, in the illustrated example, the density of the unit image Iu on the projection plane Pp in any one divided region DZ is the other arbitrary one divided with an incident angle θi larger than that of the one divided region DZ. The density is equal to or higher than the density of the unit image Iu on the projection plane Pp in the region DZ. More specifically, the density of the unit images Iu in each divided area DZ gradually increases from the sixth divided area DZ6 toward the first divided area DZ1.

図3に示された例によれば、被照明領域LZを区分けしてなる各分割領域DZに再生される単位像Iuの密度は、分割領域DZまでの入射角度θiが小さくなるにつれて、高くなっていく。つまり、一つ単位像Iuの投影面積が小さくなる分割領域DZに、より高密度で単位像Iuを再生することができる。これにより、投影面Pp上の被照明領域LZ内での明るさのむらをさらに効果的に抑制することができる。例えば、投影面Pp上に隙間無く単位像Iuを再生することも可能となる。   According to the example shown in FIG. 3, the density of the unit image Iu reproduced in each divided area DZ obtained by dividing the illuminated area LZ increases as the incident angle θi to the divided area DZ decreases. To go. That is, the unit image Iu can be reproduced at a higher density in the divided region DZ where the projected area of one unit image Iu is smaller. Thereby, the uneven brightness in the illuminated area LZ on the projection plane Pp can be more effectively suppressed. For example, the unit image Iu can be reproduced without a gap on the projection plane Pp.

以上のような照明装置10に対する第3の工夫によれば、複数の単位像Iuを隙間無く投影面Pp上に再生して、被照明領域LZを一様な明るさでむらなく照明することが可能となる。その一方で、単位像Iuの数を必要以上に多く設定することを回避して、回折特性設計時における点像Ipの数が増加することも効果的に抑制することができる。これにより、回折特性設計時における計算機の負担を必要以上に増大させることなく、明るさのむらを抑制し得る照明装置10を簡易に作製することが可能となる。   According to the third device for the illumination device 10 as described above, a plurality of unit images Iu can be reproduced on the projection plane Pp without gaps, and the illuminated area LZ can be uniformly illuminated with uniform brightness. It becomes possible. On the other hand, setting the number of unit images Iu more than necessary can be avoided, and an increase in the number of point images Ip at the time of designing the diffraction characteristics can be effectively suppressed. Accordingly, it is possible to easily manufacture the lighting device 10 that can suppress uneven brightness without increasing the burden on the computer at the time of designing the diffraction characteristics more than necessary.

なお、図3に示された例では、入射角度θiが大きくなる分割領域DZにおいて、投影距離Lpが長くなり、入射角度θiが小さくなる分割領域DZにおいて、投影距離Lpが短くなっている。したがって、上述した第2の工夫と第3に工夫とが同時に実現され、極めて効果的に、被照明領域LZを一様な明るさでむらなく照明することが可能となる。   In the example shown in FIG. 3, the projection distance Lp is longer in the divided area DZ where the incident angle θi is larger, and the projection distance Lp is shorter in the divided area DZ where the incident angle θi is smaller. Therefore, the above-described second device and third device are realized at the same time, and it becomes possible to illuminate the illuminated region LZ evenly with uniform brightness.

上述した一実施の形態において、照明装置10は、コヒーレント光源20と、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系30と、整形光学系30で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子40と、を含んでいる。そして、回折光学素子40がコヒーレント光を回折して複数の単位像Iuを投影面Pp上に再生することで、被照明領域LZを照明する。回折光学素子40の各位置で回折されて投影面Pp上に一つの単位像Iuを再生するコヒーレント光は、入射光の拡散特性等に依存して、いくらかの拡散角をもった拡散光となる。したがって、投影面Pp上において、単位像Iuは、一定の面積を持った領域に投影される。そして、回折光学素子40の各位置から当該位置で回折された回折光の投影面Pp上への入射位置までの距離を表す投影距離Lpが長くなれば、投影面Pp上に単位像Iuが大きく再生される。逆に、投影距離Lpが短くなれば、投影面Pp上に単位像Iuが小さく再生される。そして、上述した一実施の形態では、投影面Pp上での単位像Iuの密度は、或る領域において、当該或る領域と比較して投影距離Lpが長くなる他の領域よりも、高くなっている。すなわち、投影距離Lpが長くなり単位像Iuが大きくなる傾向のある投影面Pp上の領域とは別の投影面Pp上の領域において、単位像Iuを高密度で再生することができる。したがって、投影面Pp上の被照明領域LZ内での明るさのむらを効果的に抑制し、被照明領域LZを十分に一様な明るさで照明することが可能となる。   In the above-described embodiment, the illumination apparatus 10 includes the coherent light source 20, the shaping optical system 30 that shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20, and the diffractive optical that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system 30. Element 40. Then, the diffractive optical element 40 diffracts the coherent light and reproduces the plurality of unit images Iu on the projection plane Pp, thereby illuminating the illuminated area LZ. Coherent light that is diffracted at each position of the diffractive optical element 40 and reproduces one unit image Iu on the projection surface Pp becomes diffused light having a certain diffusion angle depending on the diffusion characteristics of incident light and the like. . Therefore, the unit image Iu is projected onto a region having a certain area on the projection plane Pp. When the projection distance Lp representing the distance from each position of the diffractive optical element 40 to the incident position of the diffracted light diffracted at that position on the projection plane Pp becomes longer, the unit image Iu becomes larger on the projection plane Pp. Played. On the contrary, if the projection distance Lp is shortened, the unit image Iu is reproduced on the projection plane Pp to be small. In the above-described embodiment, the density of the unit image Iu on the projection plane Pp is higher in a certain area than in other areas where the projection distance Lp is longer than that in the certain area. ing. That is, the unit image Iu can be reproduced with high density in a region on the projection plane Pp different from the region on the projection plane Pp where the projection distance Lp tends to be long and the unit image Iu tends to be large. Therefore, uneven brightness in the illuminated area LZ on the projection surface Pp can be effectively suppressed, and the illuminated area LZ can be illuminated with sufficiently uniform brightness.

上述した一実施の形態の具体例において、被照明領域LZを複数の分割領域DZに分割した場合、任意の一つの分割領域DZにおける投影面Pp上での単位像Iuの密度は、当該一つの分割領域DZよりも投影距離Lpが長くなる他の任意の一つの分割領域DZにおける投影面Pp上での単位像Iuの密度以上となっている。このような例では、被照明領域LZを区分けしてなる各分割領域DZに再生される単位像Iuの密度は、分割領域DZまでの投影距離Lpが短くなるにつれて、高くなっていく。つまり、一つ単位像Iuの面積が小さくなる分割領域DZに、より高密度で単位像Iuを再生することができる。これにより、投影面Pp上の被照明領域LZ内での明るさのむらをさらに効果的に抑制することができる。例えば、投影面Pp上に隙間無く単位像を再生することも可能となる。   In the specific example of the embodiment described above, when the illuminated region LZ is divided into a plurality of divided regions DZ, the density of the unit image Iu on the projection plane Pp in any one divided region DZ is the one The density is equal to or higher than the density of the unit images Iu on the projection plane Pp in any one other divided area DZ in which the projection distance Lp is longer than the divided area DZ. In such an example, the density of the unit image Iu reproduced in each divided area DZ obtained by dividing the illuminated area LZ increases as the projection distance Lp to the divided area DZ decreases. That is, the unit image Iu can be reproduced at a higher density in the divided region DZ where the area of one unit image Iu is smaller. Thereby, the uneven brightness in the illuminated area LZ on the projection plane Pp can be more effectively suppressed. For example, it is possible to reproduce a unit image without a gap on the projection plane Pp.

また、上述した一実施の形態において、照明装置10は、コヒーレント光源20と、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系30と、整形光学系30で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子40と、を含んでいる。そして、回折光学素子40がコヒーレント光を回折して複数の単位像Iuを投影面Pp上に再生することで、被照明領域LZを照明する。このとき、単位像Iuを再生するコヒーレント光の投影面Ppへの入射方向が投影面Ppの法線方向ndに対して傾斜していると、単位像Iuは投影面Pp上において広がる。単位像Iuを再生するコヒーレント光の投影面Ppへの入射方向が投影面Ppの法線方向ndに対してなす角度を表すコヒーレント光の投影面Ppへの入射角度θiが大きくなれば、投影面Pp上に単位像Iuが大きく再生される。逆に、入射角度θiが短くなれば、投影面Pp上に単位像Iuが小さく再生される。そして、上述した一実施の形態では、投影面Pp上での単位像Iuの密度は、或る領域において、当該或る領域と比較して投影面Ppへのコヒーレント光の入射角度θiが大きくなる他の領域よりも、高くなっている。すなわち、入射角度θiが大きくなり単位像Iuが大きくなる傾向のある投影面Pp上の領域とは別の投影面Pp上の領域に、単位像Iuを高密度で再生することができる。したがって、投影面Pp上の被照明領域LZ内での明るさのむらを効果的に抑制し、被照明領域LZを十分に一様な明るさで照明することが可能となる。   In the embodiment described above, the illumination device 10 diffracts the coherent light source 20, the shaping optical system 30 that shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20, and the coherent light shaped by the shaping optical system 30. And a diffractive optical element 40. Then, the diffractive optical element 40 diffracts the coherent light and reproduces the plurality of unit images Iu on the projection plane Pp, thereby illuminating the illuminated area LZ. At this time, if the incident direction of the coherent light for reproducing the unit image Iu to the projection plane Pp is inclined with respect to the normal direction nd of the projection plane Pp, the unit image Iu spreads on the projection plane Pp. If the incident angle θi of the coherent light that reproduces the unit image Iu on the projection plane Pp representing the angle formed by the normal direction nd of the projection plane Pp with respect to the projection plane Pp increases, A large unit image Iu is reproduced on Pp. On the contrary, if the incident angle θi is shortened, the unit image Iu is reproduced small on the projection plane Pp. In the embodiment described above, the density of the unit image Iu on the projection plane Pp is such that the incident angle θi of coherent light on the projection plane Pp is larger in a certain area than in the certain area. It is higher than other areas. That is, the unit image Iu can be reproduced at a high density in a region on the projection plane Pp different from the region on the projection plane Pp where the incident angle θi tends to increase and the unit image Iu tends to increase. Therefore, uneven brightness in the illuminated area LZ on the projection surface Pp can be effectively suppressed, and the illuminated area LZ can be illuminated with sufficiently uniform brightness.

上述した一実施の形態の具体例において、被照明領域LZを複数の分割領域DZに分割した場合、任意の一つの分割領域DZにおける投影面Pp上での単位像Iuの密度は、当該一つの分割領域DZよりも投影面Ppへのコヒーレント光の入射角度θiが大きくなる他の任意の一つの分割領域DZにおける投影面Pp上での単位像Iuの密度以上となっている。このような例では、被照明領域LZを区分けしてなる各分割領域DZに再生される単位像Iuの密度は、分割領域DZまで投影面Ppへのコヒーレント光の入射角度θiが大きくなるにつれて、高くなっていく。つまり、一つ単位像Iuの面積が小さくなる分割領域DZに、より高密度で単位像Iuを再生することができる。これにより、投影面Pp上の被照明領域LZ内での明るさのむらをさらに効果的に抑制することができる。例えば、投影面Pp上に隙間無く単位像Iuを再生することも可能となる。   In the specific example of the embodiment described above, when the illuminated region LZ is divided into a plurality of divided regions DZ, the density of the unit image Iu on the projection plane Pp in any one divided region DZ is the one The incident angle θi of the coherent light on the projection plane Pp is larger than the density of the unit image Iu on the projection plane Pp in any other divided area DZ than in the division area DZ. In such an example, the density of the unit image Iu reproduced in each divided area DZ obtained by dividing the illuminated area LZ is increased as the incident angle θi of the coherent light to the projection plane Pp increases to the divided area DZ. It gets higher. That is, the unit image Iu can be reproduced at a higher density in the divided region DZ where the area of one unit image Iu is smaller. Thereby, the uneven brightness in the illuminated area LZ on the projection plane Pp can be more effectively suppressed. For example, the unit image Iu can be reproduced without a gap on the projection plane Pp.

上述した一実施の形態において、照明装置10は、コヒーレント光源20と、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系30と、整形光学系30で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子40と、を含んでいる。そして、回折光学素子40がコヒーレント光を回折して複数の単位像Iuを投影面Pp上に再生することで、被照明領域LZを照明する。このような回折光学素子40は、仮想面Pv上に配列された多数の点像Ipを再生する計算機合成ホログラムとして作製され得る。この場合、各点像Ipからの発散光および想定される入射光の干渉パターンに対応する微細構造として、計算機合成ホログラムは作製され得る。このとき、微細構造を作製するにあたっての制約や、計算機での計算量の制約等から、点像Ipの数は無条件に増やすことは不可能であり、また点像Ipは点として設計される。このため、照明装置10の実際の使用においては、投影面Pp上の被照明領域LZ内に点像Ipの配列に起因した明るさのむらが生じてしまう可能性がある。一方、上述した一実施の形態では、回折光学素子40の設計において点像Ipが配列される仮想面Pvは、実際の投影面Ppから当該投影面Ppへの法線方向ndに沿ってずらして設定することができる。そして、上述した一実施の形態によれば、投影面Ppの法線方向ndに沿って投影面Ppから離間した仮想面Pv上において、一つの単位像Iuを再生するコヒーレント光が入射する領域は、他の単位像Iuを再生するコヒーレント光が入射する領域から離間するようになるが、実際の投影面Pp上では、各単位像Iuを再生するコヒーレント光は仮想面Pv上よりも拡散してより広い領域に入射することができる。したがって、投影面Pp上の被照明領域LZ内での明るさのむらを効果的に抑制し、被照明領域LZを十分に一様な明るさで照明することが可能となる。   In the above-described embodiment, the illumination apparatus 10 includes the coherent light source 20, the shaping optical system 30 that shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20, and the diffractive optical that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system 30. Element 40. Then, the diffractive optical element 40 diffracts the coherent light and reproduces the plurality of unit images Iu on the projection plane Pp, thereby illuminating the illuminated area LZ. Such a diffractive optical element 40 can be produced as a computer-generated hologram that reproduces a large number of point images Ip arranged on the virtual plane Pv. In this case, a computer-generated hologram can be produced as a fine structure corresponding to the interference pattern of diverging light from each point image Ip and assumed incident light. At this time, the number of point images Ip cannot be increased unconditionally due to restrictions in manufacturing a fine structure, restrictions on the amount of calculation in a computer, and the point images Ip are designed as points. . For this reason, in the actual use of the illuminating device 10, there may be uneven brightness due to the arrangement of the point images Ip in the illuminated area LZ on the projection plane Pp. On the other hand, in the embodiment described above, the virtual plane Pv on which the point image Ip is arranged in the design of the diffractive optical element 40 is shifted along the normal direction nd from the actual projection plane Pp to the projection plane Pp. Can be set. According to the embodiment described above, the region on which the coherent light that reproduces one unit image Iu is incident on the virtual plane Pv that is separated from the projection plane Pp along the normal direction nd of the projection plane Pp is However, on the actual projection plane Pp, the coherent light that reproduces each unit image Iu is more diffused than on the virtual plane Pv. It can be incident on a wider area. Therefore, uneven brightness in the illuminated area LZ on the projection surface Pp can be effectively suppressed, and the illuminated area LZ can be illuminated with sufficiently uniform brightness.

一実施の形態を複数の具体例により説明してきたが、これらの具体例が一実施の形態を限定することを意図していない。上述した一実施の形態は、その他の様々な具体例で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。   Although one embodiment has been described with a plurality of specific examples, these specific examples are not intended to limit the one embodiment. The embodiment described above can be implemented in various other specific examples, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.

以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した具体例と同様に構成され得る部分について、上述の具体例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。   Hereinafter, an example of modification will be described with reference to the drawings. In the following description and the drawings used in the following description, for parts that can be configured in the same manner as the specific examples described above, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the specific examples described above are used, and overlapping descriptions are given. Is omitted.

上述した一実施の形態の具体例として、照明装置10が、細長い領域を照明する例を示したが、これに限られない。照明装置10が、所定の輪郭を有した領域を照明し、したがって、所定の輪郭を表示する装置として機能するようにしてもよい。所定の輪郭として、例えば矢印等を例示することができる。   As a specific example of the above-described embodiment, an example in which the illumination device 10 illuminates a long and narrow area has been described. The illuminating device 10 may illuminate a region having a predetermined contour, and thus function as a device that displays the predetermined contour. An example of the predetermined contour is an arrow.

また、図12に示す例のように、回折光学素子40が、複数の要素回折光学素子41を含み、各要素回折光学素子が、複数の単位像Iuを投影面Pp上に投影するようにしてもよい。この場合、各要素回折光学素子41が、それぞれ、被照明領域LZの全域を照明するようにしてもよいし、被照明領域LZの一部分を照明するようにしてもよい。複数の要素回折光学素子41が、互いに異なる領域を照明する場合、各要素回折光学素子41によって照明される領域は、互いに重なり合っていてもよいし、或いは、互いからずれていて重なり合わないようにしてもよい。   Further, as in the example shown in FIG. 12, the diffractive optical element 40 includes a plurality of element diffractive optical elements 41, and each element diffractive optical element projects a plurality of unit images Iu onto the projection plane Pp. Also good. In this case, each element diffractive optical element 41 may illuminate the entire illuminated area LZ, or may illuminate a part of the illuminated area LZ. When the plurality of element diffractive optical elements 41 illuminate different areas, the areas illuminated by the element diffractive optical elements 41 may overlap each other, or may be shifted from each other so as not to overlap. May be.

10 照明装置
20 コヒーレント光源
20A 第1コヒーレント光源
20B 第2コヒーレント光源
20C 第3コヒーレント光源
30 整形光学系
31 第1レンズ
32 第2レンズ
40 回折光学素子
41 要素回折光学素子
dl 長手方向
dw 幅方向
nd 法線方向
Iu 単位像
Ip 点像
θd 拡散角
Lp 投影距離
θi 入射角度
Pv 仮想面
Pp 投影面
LZ 被照明領域
DZ 分割領域
10 illuminating device 20 coherent light source 20A first coherent light source 20B second coherent light source 20C third coherent light source 30 shaping optical system 31 first lens 32 second lens 40 diffractive optical element 41 element diffractive optical element dl longitudinal direction dw width direction nd method Line direction Iu Unit image Ip Point image θd Diffusion angle Lp Projection distance θi Incident angle Pv Virtual surface Pp Projection surface LZ Illuminated area DZ Divided area

Claims (8)

投影面上の被照明領域を照明する照明装置であって、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記整形光学系で整形された前記コヒーレント光を回折して、複数の単位像を前記投影面上に投影することで、前記被照明領域を照明する回折光学素子と、を備え、
前記投影面上での前記単位像の密度は、或る領域において、当該或る領域と比較して投影距離が長くなる他の領域よりも、高い、照明装置。
An illumination device that illuminates an illuminated area on a projection surface,
A coherent light source,
A shaping optical system for shaping coherent light emitted from the coherent light source;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system and projects a plurality of unit images on the projection plane, thereby illuminating the illuminated area;
The illumination device, wherein the density of the unit images on the projection plane is higher in a certain area than in other areas where the projection distance is longer than that in the certain area.
前記被照明領域を複数の分割領域に分割した場合、任意の一つの分割領域における前記投影面上での前記単位像の密度は、当該一つの分割領域よりも投影距離が長くなる他の任意の一つの分割領域における前記投影面上での前記単位像の密度以上である、請求項1に記載の照明装置。   When the illuminated area is divided into a plurality of divided areas, the density of the unit image on the projection plane in any one divided area is any other arbitrary projection distance that is longer than the one divided area. The illumination device according to claim 1, wherein the illumination device has a density equal to or higher than the density of the unit images on the projection plane in one divided region. 前記或る領域における前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度は、前記他の領域における前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度よりも、小さい、請求項1又は2に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, wherein an incident angle of the coherent light on the projection surface in the certain region is smaller than an incident angle of the coherent light on the projection surface in the other region. 前記被照明領域を複数の分割領域に分割した場合、前記任意の一つの分割領域における前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度は、前記他の任意の一つの分割領域における前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度以下である、請求項2に記載の照明装置。   When the illuminated region is divided into a plurality of divided regions, the incident angle of the coherent light on the projection surface in the one arbitrary divided region is the projection angle on the projection surface in the other arbitrary one of the divided regions. The illumination device according to claim 2, wherein the illumination device has an incident angle equal to or smaller than an incident angle of the coherent light. 投影面上の被照明領域を照明する照明装置であって、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記整形光学系で整形された前記コヒーレント光を回折して、複数の単位像を前記投影面上に投影することで、前記被照明領域を照明する回折光学素子と、を備え、
前記投影面上での前記単位像の密度は、或る領域において、当該或る領域と比較して前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度が大きくなる他の領域よりも、高い、照明装置。
An illumination device that illuminates an illuminated area on a projection surface,
A coherent light source,
A shaping optical system for shaping coherent light emitted from the coherent light source;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system and projects a plurality of unit images on the projection plane, thereby illuminating the illuminated area;
The density of the unit image on the projection plane is higher in a certain area than in other areas where the incident angle of the coherent light on the projection plane is larger than that in the certain area. .
前記被照明領域を複数の分割領域に分割した場合、任意の一つの分割領域における前記投影面上での前記単位像の密度は、当該一つの分割領域よりも前記投影面への前記コヒーレント光の入射角度が大きくなる他の任意の一つの分割領域における前記投影面上での前記単位像の密度以上である、請求項5に記載の照明装置。   When the illuminated area is divided into a plurality of divided areas, the density of the unit image on the projection plane in any one divided area is higher than that of the one divided area. The illumination device according to claim 5, wherein the illumination device has a density equal to or higher than the density of the unit image on the projection plane in any one other divided region in which the incident angle becomes large. 前記投影面への法線方向に沿って前記投影面から離間した或る面上において、複数の単位像は互いから離間する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, wherein the plurality of unit images are separated from each other on a certain surface separated from the projection surface along a normal direction to the projection surface. 投影面上の被照明領域を照明する照明装置であって、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記整形光学系で整形された前記コヒーレント光を回折して、複数の単位像を前記投影面上に投影することで、前記被照明領域を照明する回折光学素子と、を備え、
前記投影面への法線方向に沿って前記投影面から離間した或る面上において、一つの単位像を再生するコヒーレント光が入射する領域は、他の単位像を再生するコヒーレント光が入射する領域から離間している、照明装置。
An illumination device that illuminates an illuminated area on a projection surface,
A coherent light source,
A shaping optical system for shaping coherent light emitted from the coherent light source;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system and projects a plurality of unit images on the projection plane, thereby illuminating the illuminated area;
On a certain surface separated from the projection surface along the normal direction to the projection surface, a region where coherent light for reproducing one unit image is incident is coherent light for reproducing another unit image. A lighting device spaced from the area.
JP2017176919A 2017-09-14 2017-09-14 Lighting device Active JP6928897B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017176919A JP6928897B2 (en) 2017-09-14 2017-09-14 Lighting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017176919A JP6928897B2 (en) 2017-09-14 2017-09-14 Lighting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019053887A true JP2019053887A (en) 2019-04-04
JP6928897B2 JP6928897B2 (en) 2021-09-01

Family

ID=66013873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017176919A Active JP6928897B2 (en) 2017-09-14 2017-09-14 Lighting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6928897B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021032791A (en) * 2019-08-28 2021-03-01 株式会社スペースフォトン Size measurement device and size measurement method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170217361A1 (en) * 2016-02-02 2017-08-03 Jeffrey James Miller Optical Warning Illumination Array
WO2017145972A1 (en) * 2016-02-24 2017-08-31 大日本印刷株式会社 Lighting device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170217361A1 (en) * 2016-02-02 2017-08-03 Jeffrey James Miller Optical Warning Illumination Array
WO2017145972A1 (en) * 2016-02-24 2017-08-31 大日本印刷株式会社 Lighting device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021032791A (en) * 2019-08-28 2021-03-01 株式会社スペースフォトン Size measurement device and size measurement method
JP7315920B2 (en) 2019-08-28 2023-07-27 株式会社スペースフォトン Size measuring device and size measuring method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6928897B2 (en) 2021-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016208628A1 (en) Illumination apparatus
US11359785B2 (en) Illumination device
JP7022394B2 (en) Lighting equipment
JP2019089547A (en) Illumination device
JP7092123B2 (en) Lighting equipment
JP6803009B2 (en) Lighting device
JP6569958B2 (en) Lighting device
JP6928897B2 (en) Lighting device
WO2017145972A1 (en) Lighting device
JP6850424B2 (en) Light source device and lighting device
JP6936978B2 (en) Lighting equipment, manufacturing method of lighting equipment, lighting method
JP6579302B2 (en) Optical device and vehicle equipped with optical device
JP6146680B2 (en) Lighting device
JP7011787B2 (en) Lighting equipment
JP6722411B2 (en) Lighting equipment
JP2019148711A (en) Method of designing diffraction characteristic of diffraction optical element, and illumination device
JP7249510B2 (en) lighting equipment
JP6611001B2 (en) Lighting device
JP7131153B2 (en) Lighting devices and lighting units
JP6146681B2 (en) Lighting device
JP2018163851A (en) Lighting device
JP2018106852A (en) Luminaire

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200728

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210427

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210428

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210616

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210709

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210722

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6928897

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150