JP6146680B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、コヒーレント光を用いて所定範囲を照明する照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device that illuminates a predetermined range using coherent light.
例えば、特許文献１に開示されているように、コヒーレント光源を用いた照明装置が広く利用に供されている。コヒーレント光源として、典型的には、レーザ光を発振するレーザ光源が用いられている。 For example, as disclosed in Patent Document 1, illumination devices using a coherent light source are widely used. Typically, a laser light source that oscillates laser light is used as the coherent light source.
特許文献１は、車両用灯具を開示している。この車両用灯具は、レーザ発振装置によって構成され得る光源と、四つのホログラム素子と、を有している。各ホログラム素子は、回転駆動装置によって、光源からのレーザ光を受光し得る位置に配置される。各ホログラム素子は、レーザ光を回折し、所定の配光パターンでの照明を実現する。レーザ光が照射されるホログラム素子を適宜選択することで、所望の配光パターンでの照明を実現することができる。この車両用灯具では、意図しない領域へ照明光が照射されることを防止する観点から、四つのホログラム素子の位置を変更している間、レーザ光の照射を規制する必要ある。この場合、光源が発光を停止している期間が長くなる。したがって、光源の性能を十分に活用して、被照明領域を十分に明るい光量で照明することができない。 Patent Document 1 discloses a vehicular lamp. This vehicular lamp has a light source that can be constituted by a laser oscillation device, and four hologram elements. Each hologram element is arranged at a position where the laser light from the light source can be received by the rotation driving device. Each hologram element diffracts the laser light and realizes illumination with a predetermined light distribution pattern. By appropriately selecting a hologram element that is irradiated with laser light, illumination with a desired light distribution pattern can be realized. In this vehicular lamp, it is necessary to regulate the irradiation of laser light while changing the positions of the four hologram elements from the viewpoint of preventing illumination light from being irradiated to an unintended region. In this case, the period during which the light source stops emitting light becomes longer. Therefore, it is not possible to illuminate the illuminated area with a sufficiently bright light quantity by fully utilizing the performance of the light source.
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、コヒーレント光源の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域を明るく照明することができる照明装置を、提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and provides an illuminating device that can fully illuminate an illuminated area with a desired light distribution pattern by fully utilizing the performance of a coherent light source. For the purpose.
本発明による照明装置は、
入射光を拡散する複数の要素拡散素子を有した光拡散素子と、
コヒーレント光を発光するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記コヒーレント光の進行方向を調整して、当該コヒーレント光を前記光拡散素子上で走査させる走査装置と、
前記整形光学系から前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路に設けられた集光光学系と、を備え、
前記集光光学系は、前記光拡散素子上でのスポット領域が前記要素拡散素子よりも小さくなるように、前記コヒーレント光を集光し、
各要素拡散素子は、入射したコヒーレント光を拡散して、当該要素拡散素子に対応した要素被照明領域を照明する。
The lighting device according to the present invention comprises:
A light diffusing element having a plurality of element diffusing elements for diffusing incident light;
A coherent light source that emits coherent light;
A shaping optical system for shaping the coherent light;
A scanning device that adjusts the traveling direction of the coherent light and scans the coherent light on the light diffusing element;
A condensing optical system provided in the optical path of the coherent light from the shaping optical system to the light diffusing element,
The condensing optical system condenses the coherent light so that a spot area on the light diffusing element is smaller than the element diffusing element,
Each element diffusing element diffuses the incident coherent light and illuminates an element illuminated area corresponding to the element diffusing element.
本発明による照明装置において、
前記整形光学系は、前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を複数の光束に分割し、
前記集光光学系は、前記複数の光束の各々が前記光拡散素子上で少なくとも部分的に重なるよう、前記複数の光束の光路を調整するようにしてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The shaping optical system divides coherent light emitted from the coherent light source into a plurality of light beams,
The condensing optical system may adjust the optical paths of the plurality of light beams so that each of the plurality of light beams overlaps at least partially on the light diffusing element.
本発明による照明装置において、前記集光光学系は、その焦点位置に前記光拡散素子が配置されているレンズであってもよい。 In the illumination device according to the present invention, the condensing optical system may be a lens in which the light diffusing element is disposed at a focal position.
本発明による照明装置において、前記整形光学系は、コリメートレンズと、前記コリメートレンズから前記集光光学系までの光路中に設けられたレンズアレイと、を有するようにしてもよい。 In the illumination device according to the present invention, the shaping optical system may include a collimating lens and a lens array provided in an optical path from the collimating lens to the condensing optical system.
本発明による照明装置において、
前記レンズアレイは、複数の要素レンズを含み、
前記複数の要素レンズから出射した光束は、互いに同一の配光となるようにしてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The lens array includes a plurality of element lenses;
The light beams emitted from the plurality of element lenses may have the same light distribution.
本発明による照明装置において、前記整形光学系は、ビームホモジナイザであるようにしてもよい。 In the illumination device according to the present invention, the shaping optical system may be a beam homogenizer.
本発明による照明装置が、前記コヒーレント光源からの前記コヒーレント光の射出を制御する発光制御部を、さらに備えるようにしてもよい。 The illumination device according to the present invention may further include a light emission control unit that controls emission of the coherent light from the coherent light source.
本発明による照明装置において、前記発光制御部は、前記光拡散素子上における前記コヒーレント光の照射位置に応じて、前記コヒーレント光源の前記コヒーレント光の発光を制御するようにしてもよい。 In the illumination device according to the present invention, the light emission control unit may control light emission of the coherent light of the coherent light source according to an irradiation position of the coherent light on the light diffusing element.
本発明による照明装置において、
前記光拡散素子は、ホログラム記録媒体であり、
前記複数の要素拡散素子は、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成された要素ホログラムであるようにしてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The light diffusing element is a hologram recording medium;
The plurality of element diffusion elements may be element holograms in which different interference fringe patterns are formed.
本発明による照明装置において、
前記光拡散素子は、複数のレンズアレイを有するレンズアレイ群であり、
前記複数の要素拡散素子は、前記レンズアレイを有するようにしてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The light diffusing element is a lens array group having a plurality of lens arrays,
The plurality of element diffusion elements may include the lens array.
本発明によれば、コヒーレント光源の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域を明るく照明することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the to-be-illuminated area can be illuminated brightly with a desired light distribution pattern fully utilizing the performance of a coherent light source.
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention 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 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、コヒーレント光を用いて被照明領域Ｚを照明する。照明装置１０は、コヒーレント光源として機能するレーザ光源１５を有する。レーザ光源１５は、コヒーレント光の一例としてレーザ光を発振する。照明装置１０は、レーザ光源１５から射出した光に作用する整形光学系２０、走査装置３０、集光光学系４０及び光拡散素子５０を有している。図１に示された例において、整形光学系２０、走査装置３０、集光光学系４０及び光拡散素子５０は、レーザ光源１５からのレーザ光の光路に沿ってこの順で配置され、この順でレーザ光に対して作用する。ここで説明する照明装置１０は、以下に詳述するように、整形光学系２０及び集光光学系４０での光学作用によって、コヒーレント光源の性能を十分に活用しながら、所望の配光パターンで被照明領域Ｚを高光量で照明することができる。以下、各構成要素について、順に説明していく。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the illumination device 10. The illuminating device 10 illuminates the illuminated area Z using coherent light. The illumination device 10 has a laser light source 15 that functions as a coherent light source. The laser light source 15 oscillates laser light as an example of coherent light. The illuminating device 10 includes a shaping optical system 20 that acts on light emitted from the laser light source 15, a scanning device 30, a condensing optical system 40, and a light diffusing element 50. In the example shown in FIG. 1, the shaping optical system 20, the scanning device 30, the condensing optical system 40, and the light diffusing element 50 are arranged in this order along the optical path of the laser light from the laser light source 15. Acts on the laser beam. As will be described in detail below, the illumination device 10 described here has a desired light distribution pattern while fully utilizing the performance of the coherent light source by the optical action of the shaping optical system 20 and the condensing optical system 40. The illuminated area Z can be illuminated with a high amount of light. Hereinafter, each component will be described in order.
図１に示された例において、レーザ光源１５は、レーザ光を発光する複数の光源部１７を有する。複数の光源部１７は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数の光源部１７を並べて配置した光源モジュールであってもよい。複数の光源部１７は、一例として、赤色の発光波長域の光を発振する第１光源部１７ａと、緑色の発光波長域の光を発振する第２光源部１７ｂと、青色の発光波長域の光を発振する第３光源部１７ｃと、を有している。この例によれば、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが発光した三つのレーザ光を重ね合わせることで、白色の照明光を含む種々の色の照明光を生成することができる。 In the example shown in FIG. 1, the laser light source 15 includes a plurality of light source units 17 that emit laser light. The plurality of light source units 17 may be provided independently, or may be a light source module in which a plurality of light source units 17 are arranged side by side on a common substrate. As an example, the plurality of light source units 17 include a first light source unit 17a that oscillates light in a red emission wavelength region, a second light source unit 17b that oscillates light in a green emission wavelength region, and a blue light emission wavelength region. And a third light source unit 17c that oscillates light. According to this example, it is possible to generate illumination lights of various colors including white illumination light by superimposing the three laser beams emitted from the plurality of light source units 17a, 17b, and 17c.
なお、以下において、レーザ光源１５が、発光波長域が互いに異なる三つの光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有する例について説明するが、この例に限られない。レーザ光源１５は、発光波長域が互いに相違する二つの光源部１７又は四つ以上の光源部１７を有するようにしてもよい。また、発光強度を高めるために、発光波長域ごとに、複数個ずつの光源部１７が設けられていてもよい。 Hereinafter, an example in which the laser light source 15 includes three light source units 17a, 17b, and 17c having different emission wavelength ranges will be described. However, the present invention is not limited to this example. The laser light source 15 may include two light source units 17 or four or more light source units 17 having different emission wavelength ranges. In order to increase the emission intensity, a plurality of light source units 17 may be provided for each emission wavelength region.
ところで、図１に示すように、照明装置１０は、レーザ光源１５と接続された発光制御部１２を有している。発光制御部１２は、レーザ光源１５によるレーザ光の発光タイミングを制御する。とりわけ、発光制御部１２は、各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の射出およびレーザ光の射出停止を、他の光源部から独立して、切り替えることができる。発光制御部１２によるレーザ光の射出の有無の制御は、走査装置３０による複数のレーザ光の走査タイミングに基づいて、言い換えると、光拡散素子５０上におけるレーザ光の入射位置に基づいて、実施される。上述したように、レーザ光源１５が赤青緑の三つのレーザ光を発光可能である場合、各レーザ光の発光タイミングを制御することで、赤青緑のうち任意の二色以上の色を混ぜ合わせた色の照明光を生成することが可能となる。 By the way, as shown in FIG. 1, the illumination device 10 includes a light emission control unit 12 connected to a laser light source 15. The light emission control unit 12 controls the light emission timing of the laser light from the laser light source 15. In particular, the light emission control unit 12 can switch the emission of the laser light from each of the light source units 17a, 17b, and 17c and the emission stop of the laser light independently from the other light source units. The control of whether or not the laser light is emitted by the light emission control unit 12 is performed based on the scanning timing of the plurality of laser lights by the scanning device 30, in other words, based on the incident position of the laser light on the light diffusion element 50. The As described above, when the laser light source 15 can emit three laser beams of red, blue and green, by controlling the emission timing of each laser beam, two or more colors of red, blue and green can be mixed. It is possible to generate illumination light of a combined color.
発光制御部１２は、各光源部１７からレーザ光を発光させるか否か、すなわち発光のオン／オフを制御してもよいし、各光源部１７から射出した後のレーザ光の光路を遮断するか否かを切り替えてもよい。後者の場合、各光源部１７と整形光学系２０との間に不図示の光シャッタ部を設けて、この光シャッタ部でレーザ光の通過及び遮断を切り替えればよい。 The light emission control unit 12 may control whether to emit laser light from each light source unit 17, that is, control on / off of light emission, or block the optical path of the laser light emitted from each light source unit 17. Or not. In the latter case, an optical shutter unit (not shown) may be provided between each light source unit 17 and the shaping optical system 20, and the passage and blocking of the laser light may be switched by this optical shutter unit.
次に、整形光学系２０について説明する。整形光学系２０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を整形する。言い換えると、整形光学系２０は、レーザ光の光軸に直交する断面での形状や、レーザ光の光束の立体的な形状を整形する。 Next, the shaping optical system 20 will be described. The shaping optical system 20 shapes the laser light emitted from the laser light source 15. In other words, the shaping optical system 20 shapes the shape of the cross section perpendicular to the optical axis of the laser light and the three-dimensional shape of the laser light beam.
図２は、照明装置１０を示す平面図である。図２に示すように、整形光学系２０は、レーザ光の光路に沿った順で、ビームエクスパンダ２１、コリメートレンズ２２及びレンズアレイ２３を有している。ビームエクスパンダ２１は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を発散光束に整形する。コリメートレンズ２２は、ビームエクスパンダ２１で生成された発散光束を、平行光束ｌｆ１に整形し直す。レンズアレイ２３は、コリメートレンズ２２に対面する位置に配置された複数の要素レンズ２４を含んでいる。各要素レンズ２４は、その光軸ｄ２４が、コリメートレンズ２２の光軸ｄ２２と平行となるようにして配置されている。また、複数の要素レンズ２４は、コリメートレンズ２２の光軸ｄ２２に直交する仮想面ｖｌ上に配列されている。各要素レンズ２４は、コリメートレンズ２２で整形された後に入射してくる平行光束ｌｆ１を収束光束ｌｆ２に整形する。 FIG. 2 is a plan view showing the illumination device 10. As shown in FIG. 2, the shaping optical system 20 includes a beam expander 21, a collimating lens 22, and a lens array 23 in the order along the optical path of the laser light. The beam expander 21 shapes the laser light emitted from the laser light source 15 into a divergent light beam. The collimating lens 22 reshapes the divergent light beam generated by the beam expander 21 into a parallel light beam lf1. The lens array 23 includes a plurality of element lenses 24 arranged at positions facing the collimating lens 22. Each element lens 24 is arranged such that its optical axis d 24 is parallel to the optical axis d 22 of the collimating lens 22. The plurality of element lenses 24 are arranged on a virtual plane vl orthogonal to the optical axis d 22 of the collimating lens 22. Each element lens 24 shapes the parallel light beam lf1 incident after being shaped by the collimator lens 22 into a convergent light beam lf2.
図２に示された例において、整形光学系２０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を複数の光束ｌｆ２に分割する。整形光学系２０は、レンズアレイ２３に含まれる要素レンズ２４の数と同数の光束ｌｆ２に分割する。図示された例において、各要素レンズ２４は、コリメートレンズ２２で整形された後に入射してくる平行光束ｌｆ１を収束光束ｌｆ２に整形する。すなわち、整形光学系２０で分割された各光束ｌｆ２は、収束光束となっている。また、図示された例において、複数の要素レンズ２４は、互いに同一に構成されている。したがって、複数の要素レンズ２４から出射した複数の光束ｌｆ２は、互いに同一の配光となっている。例えば、複数の光束ｌｆ２は、同一の収束角度や収束位置を有し、複数の光束ｌｆ２の光軸ｄｌｆ２は、互いに平行となる。 In the example shown in FIG. 2, the shaping optical system 20 divides the laser light emitted from the laser light source 15 into a plurality of light beams lf2. The shaping optical system 20 divides the light beam lf2 into the same number as the number of element lenses 24 included in the lens array 23. In the illustrated example, each element lens 24 shapes the parallel light beam lf1 incident after being shaped by the collimator lens 22 into a convergent light beam lf2. That is, each light beam lf2 divided by the shaping optical system 20 is a convergent light beam. In the illustrated example, the plurality of element lenses 24 are configured identically. Therefore, the plurality of light beams lf2 emitted from the plurality of element lenses 24 have the same light distribution. For example, the plurality of light beams lf2 have the same convergence angle and convergence position, and the optical axes d lf2 of the plurality of light beams lf2 are parallel to each other.
整形光学系２０は、レーザ光源１５に含まれる各光源部１７に対応して、複数設けられるようにしてもよい。また、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の光路を調整し得る単一の整形光学系２０が設けられるようにしてもよい。図２に示された例では、図２の紙面の奥行き方向に複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが配列され、ビームエクスパンダ２１が、図２の紙面の面内でのみレーザ光を発散させ、整形光学系２０のコリメートレンズ２２及びレンズアレイ２３の要素レンズ２４が、それぞれ、図２の紙面の奥行き方向に一定の断面形状で延びるシリンドリカルレンズとして構成されていてもよい。この例によれば、コリメートレンズ２２及びレンズアレイ２３を、複数の光源部１７の間で共用することができる。 A plurality of shaping optical systems 20 may be provided corresponding to each light source unit 17 included in the laser light source 15. In addition, a single shaping optical system 20 that can adjust the optical path of the laser light from the plurality of light source units 17a, 17b, and 17c may be provided. In the example shown in FIG. 2, a plurality of light source sections 17a, 17b, and 17c are arranged in the depth direction of the paper surface of FIG. 2, and the beam expander 21 diverges laser light only within the paper surface of FIG. The collimating lens 22 of the shaping optical system 20 and the element lens 24 of the lens array 23 may each be configured as a cylindrical lens extending in a certain cross-sectional shape in the depth direction of the paper surface of FIG. According to this example, the collimating lens 22 and the lens array 23 can be shared among the plurality of light source units 17.
次に、走査装置３０について説明する。走査装置３０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光の進行方向を調整する。走査装置３０は、レーザ光の進行方向を経時的に変化させる。走査装置３０での光路調整により、レーザ光源１５から射出したレーザ光は、光拡散素子５０上を走査する。図１及び図２に示された例において、走査装置３０は、六つの反射面を有したポリゴンミラー３１として形成されている。ポリゴンミラー３１は、その中心軸線を回転軸線ｒａとして回転することにより、一定方向から入射する光の反射方向を周期的に変化させることができる。ポリゴンミラー３１の六つの反射面の各々は、平坦面として形成されている。したがって、図３に示すように、整形光学系２０で整形された三つの光束ｌｆ３は、ポリゴンミラー３１での反射によって進路を変更された後においても、その光軸ｄｌｆ３を平行に保っている。ここで図３は、走査装置３０から光拡散素子５０までの光路を示す部分拡大平面図である。 Next, the scanning device 30 will be described. The scanning device 30 adjusts the traveling direction of the laser light emitted from the laser light source 15. The scanning device 30 changes the traveling direction of the laser light with time. The laser light emitted from the laser light source 15 scans the light diffusing element 50 by adjusting the optical path in the scanning device 30. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the scanning device 30 is formed as a polygon mirror 31 having six reflecting surfaces. The polygon mirror 31 can periodically change the reflection direction of light incident from a certain direction by rotating the central axis about the rotation axis ra. Each of the six reflecting surfaces of the polygon mirror 31 is formed as a flat surface. Therefore, as shown in FIG. 3, the three light beams lf3 shaped by the shaping optical system 20 keep their optical axes d lf3 in parallel even after their paths are changed by reflection on the polygon mirror 31. . Here, FIG. 3 is a partially enlarged plan view showing an optical path from the scanning device 30 to the light diffusing element 50.
とりわけ、図示された例において、ポリゴンミラー３１の回転軸線ｒａと平行な方向に、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが配列されている（図１参照）。ポリゴンミラー３１の反射面は、その回転軸線ｒａに沿って、第１反射部３１ａ、第２反射部３１ｂ及び第３反射部３１ｃを含んでいる。第１反射部３１ａは、第１光源部１７ａから射出したレーザ光を反射し、回転軸線ｒａに直交する面内において、当該レーザ光の進行方向を周期的に変化させる。また、第２反射部３１ｂは、第２光源部１７ｂから射出したレーザ光を反射し、第３反射部３１ｃは、第３光源部１７ｃから射出したレーザ光を反射する。 In particular, in the illustrated example, a plurality of light source units 17a, 17b, and 17c are arranged in a direction parallel to the rotation axis ra of the polygon mirror 31 (see FIG. 1). The reflecting surface of the polygon mirror 31 includes a first reflecting portion 31a, a second reflecting portion 31b, and a third reflecting portion 31c along the rotation axis ra. The first reflecting unit 31a reflects the laser beam emitted from the first light source unit 17a, and periodically changes the traveling direction of the laser beam in a plane orthogonal to the rotation axis ra. The second reflecting portion 31b reflects the laser light emitted from the second light source portion 17b, and the third reflecting portion 31c reflects the laser light emitted from the third light source portion 17c.
なお、図２に示すように、ポリゴンミラー３１は、レンズアレイ２３の要素レンズ２４の焦点位置又はその近傍となる位置において整形光学系２０からの光を反射するよう、整形光学系２０に対して位置決めされている。したがって、図３に示すように、ポリゴンミラー３１から反射された光は、概ね、ポリゴンミラー３１の反射面を発散点とする発散光束ｌｆ３となる。 As shown in FIG. 2, the polygon mirror 31 reflects the light from the shaping optical system 20 at the focal position of the element lens 24 of the lens array 23 or a position near the focal position. It is positioned. Therefore, as shown in FIG. 3, the light reflected from the polygon mirror 31 generally becomes a divergent light beam lf <b> 3 having a reflection surface of the polygon mirror 31 as a divergence point.
なお、走査装置３０は、図示されたポリゴンミラー３１に限られない。走査装置３０として、一定方向から入射する光の進行方向を二軸方向で立体的に変化させる装置を用いることもできる。一例として、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：digital micromirror device）等のＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）を、走査装置３０として用いることができる。 The scanning device 30 is not limited to the illustrated polygon mirror 31. As the scanning device 30, a device that three-dimensionally changes the traveling direction of light incident from a certain direction can be used. As an example, micro electro mechanical systems (MEMS) such as a digital micromirror device (DMD) can be used as the scanning device 30.
次に、集光光学系４０について説明する。集光光学系４０は、整形光学系２０から光拡散素子５０までのレーザ光の光路中に配置される。集光光学系４０は、整形光学系２０で整形されたレーザ光に対して光学作用を及ぼす。集光光学系４０は、レーザ光を集光して、光拡散素子５０上でのスポット領域Ｓ、すなわち、ある瞬間に光拡散素子５０上でレーザ光を照射されている領域を小面積化する。 Next, the condensing optical system 40 will be described. The condensing optical system 40 is disposed in the optical path of laser light from the shaping optical system 20 to the light diffusing element 50. The condensing optical system 40 exerts an optical action on the laser light shaped by the shaping optical system 20. The condensing optical system 40 condenses the laser light to reduce the area of the spot region S on the light diffusing element 50, that is, the region irradiated with the laser light on the light diffusing element 50 at a certain moment. .
図示された例において、集光光学系４０は、焦点Ｐｆを有した集光レンズ４１によって形成されている。集光レンズ４１は、走査装置３０から光拡散素子５０へ向かうレーザ光の光路中に配置されている。上述したように、整形光学系２０は、レーザ光を複数の光束ｌｆ３に分割する。そして、図３に示すように、複数の光束ｌｆ３の光軸ｄｌｆ３は、互いに平行となっている。したがって、図３に示すように、集光レンズ４１でのレンズ作用によって、三つの光束ｌｆ４の光軸ｄｌｆ４は、集光レンズ４１の光軸ｄ４０に沿って集光レンズ４１の焦点距離ｆ４０だけ集光レンズ４１から離間した仮想面ｖｌｆ上の位置Ｐｘにおいて、交わっている。図示された例において、集光レンズ４１の光軸ｄ４０に沿って集光レンズ４１の焦点距離ｆ４０だけ集光レンズ４１から離間した仮想面ｖｌｆ上に、光拡散素子５０が配置されている。このため、整形光学系２０で整形された三つの光束ｌｆ３は、集光光学系４０での集光作用により、少なくとも部分的に光拡散素子５０上において重ねて合わせられる。 In the illustrated example, the condensing optical system 40 is formed by a condensing lens 41 having a focal point Pf. The condensing lens 41 is disposed in the optical path of the laser light from the scanning device 30 toward the light diffusing element 50. As described above, the shaping optical system 20 divides the laser light into the plurality of light beams lf3. As shown in FIG. 3, the optical axes d lf3 of the plurality of light beams lf3 are parallel to each other. Therefore, as shown in FIG. 3, due to the lens action of the condenser lens 41, the optical axis d lf4 of the three light beams lf 4 is along the optical axis d 40 of the condenser lens 41 and the focal length f of the condenser lens 41. 40 intersects at a position Px on the virtual plane vlf separated from the condenser lens 41 by 40 . In the illustrated example, on a virtual plane vlf that along the optical axis d 40 of the condenser lens 41 spaced from the focal length f 40 only the condenser lens 41 of the condenser lens 41, light diffuser 50 is disposed . For this reason, the three light beams lf <b> 3 shaped by the shaping optical system 20 are combined and overlapped on the light diffusing element 50 at least partially by the light collecting action of the light collecting optical system 40.
とりわけ図示された例では、図３に示すように、ポリゴンミラー３１は、集光レンズ４１の光軸ｄ４０に沿って集光レンズ４１の焦点距離ｆ４０だけ集光レンズ４１から離間した位置または当該位置の近傍において、整形光学系２０からのレーザ光を反射するよう、走査装置３０及び集光光学系４０は配置されている。さらに、上述したように、ポリゴンミラー３１で反射されて集光光学系４０へ入射する複数の光束ｌｆ３の各々は、発散光束ｌｆ３であり、当該発散光束の発散点は、ポリゴンミラー３１の反射面上またはその近傍に位置している。したがって、各光束ｌｆ３は、集光レンズ４１を透過することで平行光束ｌｆ４に変換される。この結果、整形光学系２０で整形された複数の光束ｌｆ４は、集光光学系４０での集光機能により、光拡散素子５０上の同一領域に照射される、つまり、光拡散素子５０上で高精度に重ね合わせられる。そして、走査装置３０がレーザ光の進行方向を経時的に変化させることで、複数の光束ｌｆ４が集光光学系４０に集光されてなるスポット領域Ｓは、光拡散素子５０上で経時的に位置を変化させるようになる。 In particular, in the illustrated example, as shown in FIG. 3, the polygon mirror 31 is positioned away from the condenser lens 41 by the focal length f 40 of the condenser lens 41 along the optical axis d 40 of the condenser lens 41 or In the vicinity of the position, the scanning device 30 and the condensing optical system 40 are arranged so as to reflect the laser light from the shaping optical system 20. Further, as described above, each of the plurality of light beams lf3 reflected by the polygon mirror 31 and incident on the condensing optical system 40 is a divergent light beam lf3, and the divergence point of the divergent light beam is a reflection surface of the polygon mirror 31. Located at or near the top. Therefore, each light beam lf3 is converted into a parallel light beam lf4 by passing through the condenser lens 41. As a result, the plurality of light beams lf4 shaped by the shaping optical system 20 are irradiated to the same region on the light diffusing element 50 by the condensing function of the condensing optical system 40, that is, on the light diffusing element 50. Overlaid with high accuracy. The scanning device 30 changes the traveling direction of the laser light with time, so that the spot region S in which the plurality of light beams lf4 are condensed on the condensing optical system 40 is formed on the light diffusing element 50 with time. The position will change.
集光光学系４０は、レーザ光源１５に含まれる各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃに対応して、複数設けられるようにしてもよい。また、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の光路を調整し得る単一の集光光学系４０が設けられるようにしてもよい。例えば、レーザ光が、図３の紙面と平行な面内においてのみ、発散又は収束する場合、集光光学系４０をなす集光レンズ４１は、図２の紙面の奥行き方向に一定の断面形状で延びるシリンドリカルレンズとして構成されてもよい。この例によれば、集光レンズ４１を、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃで発光されたレーザ光の間で共通して利用することが可能となる。 A plurality of condensing optical systems 40 may be provided corresponding to the light source units 17a, 17b, and 17c included in the laser light source 15. Further, a single condensing optical system 40 that can adjust the optical path of the laser light from the plurality of light source units 17a, 17b, and 17c may be provided. For example, when the laser light diverges or converges only in a plane parallel to the paper surface of FIG. 3, the condensing lens 41 forming the condensing optical system 40 has a constant cross-sectional shape in the depth direction of the paper surface of FIG. It may be configured as an extending cylindrical lens. According to this example, the condenser lens 41 can be used in common among the laser beams emitted by the plurality of light source units 17a, 17b, and 17c.
次に、光拡散素子５０について説明する。光拡散素子５０は、レーザ光を拡散させて、所定範囲を照明する。より具体的には、光拡散素子５０で拡散されたレーザ光は、被照明領域Ｚを通過した後、実際の照明範囲である所定範囲を照明する。 Next, the light diffusing element 50 will be described. The light diffusing element 50 diffuses laser light to illuminate a predetermined range. More specifically, the laser light diffused by the light diffusing element 50 illuminates a predetermined range that is an actual illumination range after passing through the illuminated region Z.
ここで、被照明領域Ｚ及びその一部をなす要素被照明領域Ｚｐは光拡散素子５０内の各要素拡散素子５５によって重ねて照明されるニアフィールドの被照明領域である。ファーフィールドの照明範囲は、実際の被照明領域の寸法よりも、角度空間における拡散角度分布として表現されることが多い。本明細書における「被照明領域」及び「要素被照明領域」という用語は、実際の被照射面積（照明範囲）に加え角度空間における拡散角度範囲も包含するものとする。したがって、図１及び図４の照明装置１０によって照明される所定範囲は、図１及び図４に示すニアフィールドの被照明領域Ｚよりもはるかに広い領域となりうる。 Here, the illuminated area Z and the element illuminated area Zp that forms part of the illuminated area Z are near-field illuminated areas that are overlaid by the element diffusion elements 55 in the light diffusion element 50. The far field illumination range is often expressed as a diffuse angle distribution in the angle space rather than the actual size of the illuminated area. In the present specification, the terms “illuminated area” and “element illuminated area” include a diffusion angle range in an angle space in addition to an actual irradiated area (illumination range). Therefore, the predetermined range illuminated by the illuminating device 10 of FIGS. 1 and 4 can be a much wider area than the illuminated area Z of the near field shown in FIGS.
図４は、光拡散素子５０を、当該光拡散素子５０によって光が向けられるようになる被照明領域Ｚともに、示す平面図である。図示された例において、光拡散素子５０は、レーザ光源１５が複数の第１〜第３光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有することに対応して、第１光拡散素子５０ａ、第２光拡散素子５０ｂ及び第３光拡散素子５０ｃを有している。第１光源部１７ａからのレーザ光は、第１光拡散素子５０ａに入射し、第２光源部１７ｂからのレーザ光は、第２光拡散素子５０ｂに入射し、第３光源部１７ｃからのレーザ光は、第３光拡散素子５０ｃに入射する。各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの全域に入射して拡散したレーザ光を用いて、互いに同一の被照明領域Ｚの全域を照明することができる。したがって、第１光拡散素子５０ａが第１光源部１７ａからの赤色光を被照明領域Ｚに向け、第２光拡散素子５０ｂが第１光源部１７ｂからの緑色光を被照明領域Ｚに向け、第３光拡散素子５０ｃが第３光源部１７ｃからの青色光で被照明領域Ｚを向けることで、被照明領域Ｚを白色に照明することができる。図１に示すように、各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、それぞれ、走査装置３０をなすポリゴンミラー３１の回転軸線ｒａに直交する方向に細長く形成されている。そして、複数の光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、その長手方向と直交する方向に並べられている。 FIG. 4 is a plan view showing the light diffusing element 50 together with the illuminated region Z in which light is directed by the light diffusing element 50. In the illustrated example, the light diffusing element 50 includes a first light diffusing element 50a and a second light diffusing element corresponding to the laser light source 15 having a plurality of first to third light source portions 17a, 17b, and 17c. 50b and a third light diffusing element 50c. Laser light from the first light source unit 17a enters the first light diffusion element 50a, laser light from the second light source unit 17b enters the second light diffusion element 50b, and laser light from the third light source unit 17c. The light enters the third light diffusing element 50c. The same entire illuminated area Z can be illuminated using laser light that has been diffused by being incident on the entire area of each of the light diffusing elements 50a, 50b, and 50c. Therefore, the first light diffusing element 50a directs the red light from the first light source part 17a to the illuminated area Z, the second light diffusing element 50b directs the green light from the first light source part 17b to the illuminated area Z, Since the third light diffusing element 50c directs the illuminated area Z with the blue light from the third light source unit 17c, the illuminated area Z can be illuminated in white. As shown in FIG. 1, each of the light diffusing elements 50a, 50b, and 50c is formed to be elongated in a direction perpendicular to the rotation axis ra of the polygon mirror 31 that constitutes the scanning device 30. The plurality of light diffusing elements 50a, 50b, and 50c are arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction.
図４に点線で示すように、各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、複数の要素拡散素子５５を有している。各要素拡散素子５５は、その入射面内における各領域への入射光を当該領域の位置に応じた特定の方向に向ける光路制御機能を有している。ここで説明する要素拡散素子５５は、その任意の領域または任意の位置への入射光の進行方向を補正して所定の領域に向ける。すなわち、要素拡散素子５５の入射面を平面分割してなる各領域に照射されたレーザ光は、要素拡散素子５５を経由した後に、少なくとも一部分において重なり合う領域を照明するようになる。 As indicated by dotted lines in FIG. 4, each light diffusion element 50 a, 50 b, 50 c has a plurality of element diffusion elements 55. Each element diffusing element 55 has an optical path control function for directing incident light to each region in the incident surface in a specific direction according to the position of the region. The element diffusing element 55 described here corrects the traveling direction of incident light to an arbitrary region or an arbitrary position and directs it to a predetermined region. That is, the laser light applied to each region obtained by dividing the incident surface of the element diffusing element 55 into planes illuminates at least a part of the overlapping region after passing through the element diffusing element 55.
図示された例では、走査装置３０を経て要素拡散素子５５内の微小領域に入射した光は、要素拡散素子５５で拡散して、一定の要素被照明領域Ｚｐの全域を照明する。要素被照明領域Ｚｐは、被照明領域Ｚの一部分をなしている。一つの要素拡散素子５５に対応する要素被照明領域Ｚｐは、少なくとも部分的に、他の要素拡散素子５５に対応する要素被照明領域Ｚｐと重なっていない。すなわち、複数の要素拡散素子５５に対応した要素被照明領域Ｚｐの集合が、照明装置１０によって照明可能な被照明領域Ｚとなる。 In the illustrated example, the light incident on the minute region in the element diffusing element 55 via the scanning device 30 is diffused by the element diffusing element 55 and illuminates the entire area of the certain element illuminated region Zp. The element illuminated area Zp is a part of the illuminated area Z. The element illuminated area Zp corresponding to one element diffusion element 55 does not at least partially overlap the element illuminated area Zp corresponding to another element diffusion element 55. That is, a set of element illuminated areas Zp corresponding to the plurality of element diffusion elements 55 becomes an illuminated area Z that can be illuminated by the illumination device 10.
図４に示された例では、九つの要素拡散素子５５が、各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの長手方向に沿って一直線上に並べられている。被照明領域Ｚは、格子状に九つの要素被照明領域Ｚｐに平面分割されている。すなわち、図示された例において、一つの要素被照明領域Ｚｐは、他の要素被照明領域Ｚｐと重なっていない。各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの第１の要素拡散素子５５ａは、第１の要素被照明領域Ｚｐ１を照明する。同様に、各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの第２〜第８の要素拡散素子５５ｂ〜５５ｉは、それぞれ、第２〜第９の要素被照明領域Ｚｐ２〜ＺＰ９を照明する。 In the example shown in FIG. 4, nine element diffusing elements 55 are arranged in a straight line along the longitudinal direction of each light diffusing element 50a, 50b, 50c. The illuminated area Z is divided into nine element illuminated areas Zp in a grid pattern. That is, in the illustrated example, one element illuminated area Zp does not overlap with another element illuminated area Zp. The first element diffusion element 55a of each light diffusion element 50a, 50b, 50c illuminates the first element illuminated area Zp1. Similarly, the second to eighth element diffusing elements 55b to 55i of the light diffusing elements 50a, 50b, and 50c illuminate the second to ninth element illuminated areas Zp2 to ZP9, respectively.
走査装置３０がレーザ光の進行方向を経時的に変化させることによって、図４に示すように、各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの長手方向に沿って、レーザ光が光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上を走査する。図４に示すように、或る瞬間にレーザ光を照射されている光拡散素子５０上の領域、すなわちスポット領域Ｓは、要素拡散素子５５よりも小さい面積となっている。スポット領域Ｓは、第１〜第９の要素拡散素子５５ａ〜５５ｉを順に走査する。 When the scanning device 30 changes the traveling direction of the laser light with time, the laser light is distributed along the longitudinal direction of each of the light diffusing elements 50a, 50b, and 50c as shown in FIG. , 50c. As shown in FIG. 4, the area on the light diffusing element 50 that is irradiated with the laser light at a certain moment, that is, the spot area S is smaller than the element diffusing element 55. The spot area S sequentially scans the first to ninth element diffusion elements 55a to 55i.
光拡散素子５０は、例えばホログラム記録媒体５２を用いて形成される。図１及び図４に示された例において、各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃにそれぞれ対応して、三つのホログラム記録媒体５２ａ，５２ｂ，５２ｃが、設けられている。各ホログラム記録媒体５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、波長域が異なる複数のレーザ光のそれぞれに対応して設けられている。各ホログラム記録媒体５２ａ，５２ｂ，５２ｃの全域に入射して拡散された複数波長域のレーザ光を用いることで、互いに同一の被照明領域Ｚの全域を照明することが可能となっている。 The light diffusing element 50 is formed using, for example, a hologram recording medium 52. In the example shown in FIGS. 1 and 4, three hologram recording media 52a, 52b, and 52c are provided corresponding to the light diffusing elements 50a, 50b, and 50c, respectively. Each hologram recording medium 52a, 52b, 52c is provided corresponding to each of a plurality of laser beams having different wavelength ranges. It is possible to illuminate the entire illuminated area Z by using laser beams of a plurality of wavelength bands that are diffused by being incident on the entire areas of the hologram recording media 52a, 52b, and 52c.
各ホログラム記録媒体５２ａ，５２ｂ，５２ｃが、複数の要素拡散素子５５に区分けされている。各要素拡散素子５５は、互いに異なる干渉縞パターンを記録された要素ホログラム５７から構成されている。各要素ホログラム５７に入射したレーザ光は、干渉縞パターンによって回折されて、被照明領域Ｚ上の対応する要素被照明領域Ｚｐを照明する。干渉縞パターンを種々に調整することで、各要素ホログラム５７で回折されるレーザ光の進行方向、言い換えると、各要素ホログラム５７で拡散されるレーザ光の進行方向を、制御することができる。 Each hologram recording medium 52 a, 52 b, 52 c is divided into a plurality of element diffusion elements 55. Each element diffusing element 55 includes an element hologram 57 in which different interference fringe patterns are recorded. The laser light incident on each element hologram 57 is diffracted by the interference fringe pattern and illuminates the corresponding element illuminated area Zp on the illuminated area Z. By adjusting the interference fringe pattern in various ways, the traveling direction of the laser light diffracted by each element hologram 57, in other words, the traveling direction of the laser light diffused by each element hologram 57 can be controlled.
要素ホログラム５７は、例えば実物の散乱板からの散乱光を物体光として用いて作製することができる。より具体的には、要素ホログラム５７の母体であるホログラム感光材料に、互いに干渉性を有するコヒーレント光からなる参照光と物体光とを照射すると、これらの光の干渉による干渉縞がホログラム感光材料に形成されて、要素ホログラム５７が作製される。参照光としては、コヒーレント光であるレーザ光が用いられ、物体光としては、例えば安価に入手可能な等方散乱板の散乱光が用いられる。 The element hologram 57 can be produced using, for example, scattered light from a real scattering plate as object light. More specifically, when the hologram photosensitive material that is the base material of the element hologram 57 is irradiated with reference light and object light made of coherent light having coherence with each other, interference fringes due to interference of these lights are generated on the hologram photosensitive material. Thus, the element hologram 57 is produced. As reference light, laser light which is coherent light is used, and as object light, for example, scattered light from an isotropic scattering plate available at low cost is used.
要素ホログラム５７を作製する際に用いた参照光の光路を逆向きに進むよう要素拡散素子５５に向けてレーザ光を照射することで、要素ホログラム５７を作製する際に用いた物体光の元となる散乱板の配置位置に、散乱板の再生像が生成される。要素ホログラム５７を作製する際に用いた物体光の元となる散乱板が均一的な面散乱をしていれば、要素ホログラム５７により得られる散乱板の再生像も、均一な面照明となり、この散乱板の再生像が生成される領域が要素被照明領域Ｚｐとなる。 By irradiating the element diffusing element 55 with laser light so that the optical path of the reference light used when the element hologram 57 is manufactured is reversed, the source light of the object light used when the element hologram 57 is manufactured A reproduced image of the scattering plate is generated at the scattering plate arrangement position. If the scattering plate that is the source of the object light used when producing the element hologram 57 has a uniform surface scattering, the reproduced image of the scattering plate obtained by the element hologram 57 will also have a uniform surface illumination. The region where the reproduced image of the scattering plate is generated is the element illuminated region Zp.
各要素ホログラム５７に形成される複雑な干渉縞のパターンは、現実の物体光と参照光を用いて形成する代わりに、予定した再生照明光の波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計することが可能である。このようにして得られた要素ホログラム５７は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）とも呼ばれる。また、各要素ホログラム５７上の各点における拡散角度特性が同じであるフーリエ変換ホログラムを計算機合成により形成してもよい。さらに、要素被照明領域Ｚｐの光軸後方側にレンズなどの光学部材を設けて、実際の照明範囲のサイズおよび位置を設定してもよい。 The complex interference fringe pattern formed on each element hologram 57 is not formed by using the actual object light and reference light, but the expected wavelength and incident direction of the reproduction illumination light and the image to be reproduced. It is possible to design using a computer based on the shape and position. The element hologram 57 obtained in this way is also called a computer generated hologram (CGH). A Fourier transform hologram having the same diffusion angle characteristic at each point on each element hologram 57 may be formed by computer synthesis. Further, an optical member such as a lens may be provided on the rear side of the optical axis of the element illuminated region Zp to set the size and position of the actual illumination range.
要素拡散素子５５として要素ホログラム５７を設けることによる利点の一つは、レーザ光の光エネルギー密度を拡散により低下できることであり、また、その他の利点の一つは、要素ホログラム５７が指向性の面光源として利用可能になるため、従来のランプ光源（点光源）と比較して、同じ照度分布を達成するための光源面上の輝度を低下できることである。これにより、レーザ光の安全性向上に寄与でき、要素被照明領域Ｚｐを通過したレーザ光を人間の目で直視しても、単一点光源を直視する場合に比べ、人間の目に悪影響を与えるおそれが少なくなる。 One of the advantages of providing the element hologram 57 as the element diffusion element 55 is that the light energy density of the laser beam can be reduced by diffusion, and one of the other advantages is that the element hologram 57 has directivity. Since it can be used as a light source, the luminance on the light source surface for achieving the same illuminance distribution can be reduced as compared with a conventional lamp light source (point light source). As a result, the safety of the laser beam can be improved, and even if the laser beam that has passed through the element illuminated region Zp is directly viewed by the human eye, the human eye is adversely affected as compared with the case where the single point light source is directly viewed. The fear is reduced.
要素拡散素子５５の具体的な形態としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラム記録媒体でもよいし、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラム記録媒体でもよいし、レリーフ型（エンボス型）のホログラム記録媒体でもよい。 As a specific form of the element diffusion element 55, a volume hologram recording medium using a photopolymer may be used, or a volume hologram recording medium of a type that records using a photosensitive medium containing a silver salt material may be used. A relief type (emboss type) hologram recording medium may be used.
次に、以上のような構成からなる照明装置１０の作用について説明する。 Next, the operation of the illumination device 10 having the above configuration will be described.
まず、図１に示すように、発光制御部１２からの制御信号に基づき、各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが各波長域のレーザ光を発振する。レーザ光源１５から射出したレーザ光は、まず、整形光学系２０に進む。図２に示された例において、各波長域のレーザ光は、整形光学系２０のビームエクスパンダ２１及びコリメートレンズ２２によって、平行光束ｌｆ１に整形される。その後、各波長域の平行光束ｌｆ１は、それぞれ、レンズアレイ２３の要素レンズ２４によって、複数の収束光束ｌｆ２に分割される。各波長域のレーザ光について、複数の収束光束ｌｆ２は、同様に整形され、且つ、且つ収束光束ｌｆ２の光軸ｄｌｆ２は互いに平行となる。 First, as shown in FIG. 1, based on a control signal from the light emission control unit 12, each light source unit 17a, 17b, 17c oscillates laser light in each wavelength region. The laser light emitted from the laser light source 15 first proceeds to the shaping optical system 20. In the example shown in FIG. 2, the laser light in each wavelength region is shaped into a parallel light beam lf <b> 1 by the beam expander 21 and the collimator lens 22 of the shaping optical system 20. Thereafter, the parallel light beam lf1 in each wavelength region is divided into a plurality of convergent light beams lf2 by the element lens 24 of the lens array 23, respectively. For the laser light in each wavelength region, the plurality of convergent light beams lf2 are similarly shaped, and the optical axes d lf2 of the convergent light beams lf2 are parallel to each other.
整形光学系２０で整形されたレーザ光、すなわち、複数の収束光束ｌｆ２は、走査装置３０をなすポリゴンミラー３１に向かう。ポリゴンミラー３１は、回転軸線ｒａを中心として連続的に回転している。したがって、ポリゴンミラー３１の反射面は、所定の角度域内で周期的に傾斜角度を変化させている。この結果、ポリゴンミラー３１による、レーザ光の反射方向は、周期的に変化する。 The laser light shaped by the shaping optical system 20, that is, the plurality of convergent light beams lf <b> 2 are directed to the polygon mirror 31 constituting the scanning device 30. The polygon mirror 31 is continuously rotated about the rotation axis ra. Therefore, the reflection surface of the polygon mirror 31 is periodically changed in inclination angle within a predetermined angle range. As a result, the reflection direction of the laser light by the polygon mirror 31 changes periodically.
なお、図２に示すように、ポリゴンミラー３１は、複数の収束光束ｌｆ２が収束する位置、又は、その近傍の位置において、複数の収束光束ｌｆ２を反射する。したがって、複数の収束光束ｌｆ２は、ポリゴンミラー３１で反射されることで、ポリゴンミラー３１の反射位置またはその近傍を発散点とする複数の発散光束ｌｆ３に変換される。また、ポリゴンミラー３１の六つの反射面の各々は、整形光学系２０で整形された複数の収束光束ｌｆ２のすべてを反射するのに十分な広さを有している。したがって、図３に示すように、ポリゴンミラー３１で反射されたレーザ光からなる複数の発散光束ｌｆ３は、その光軸ｄｌｆ３を平行に維持している。なお、ポリゴンミラー３１は、複数の光束ｌｆ３を収束した状態で反射するため、ポリゴンミラー３１が大型化してしまうことを効果的に回避することもできる。 As shown in FIG. 2, the polygon mirror 31 reflects the plurality of convergent beams lf2 at a position where the plurality of convergent beams lf2 converge or at a position in the vicinity thereof. Accordingly, the plurality of convergent light beams lf2 are reflected by the polygon mirror 31 and converted into a plurality of divergent light beams lf3 having a reflection position of the polygon mirror 31 or the vicinity thereof as a divergence point. In addition, each of the six reflecting surfaces of the polygon mirror 31 is wide enough to reflect all of the plurality of convergent light beams lf2 shaped by the shaping optical system 20. Therefore, as shown in FIG. 3, a plurality of divergent light beams lf3 made of laser light reflected by the polygon mirror 31 maintain their optical axes d lf3 in parallel. In addition, since the polygon mirror 31 reflects the plurality of light beams lf3 in a converged state, the polygon mirror 31 can be effectively prevented from being enlarged.
また、ポリゴンミラー３１は、その回転軸線ｒａに沿って、第１反射部３１ａ、第２反射部３１ｂ及び第３反射部３１ｃを有している。そして、これらの反射部３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、同期して動作することから、第１光源部１７ａからのレーザ光、第２光源部１７ｂからのレーザ光、及び、第３光源部１７ｃからのレーザ光は、同期して、進行方向を変化させる。 Further, the polygon mirror 31 includes a first reflecting portion 31a, a second reflecting portion 31b, and a third reflecting portion 31c along the rotation axis ra. And since these reflection parts 31a, 31b, and 31c operate | move synchronously, the laser beam from the 1st light source part 17a, the laser beam from the 2nd light source part 17b, and the 3rd light source part 17c The laser light changes the traveling direction in synchronization.
図３に示すように、走査装置３０で光路を調整された複数の発散光束ｌｆ３は、集光光学系４０へ入射する。複数の発散光束ｌｆ３の光軸ｄｌｆ３は、互いに平行に維持され、且つ、集光光学系４０をなす集光レンズ４１の焦点Ｐｆ上に、光拡散素子５０が配置されている。このため、集光レンズ４１で光路を調整された複数の光束ｌｆ４は、集光レンズ４１で集光され、その光軸ｄｌｆ４を光拡散素子５０上で交差させるようになる。とりわけ、図示された例では、集光レンズ４１の後側の焦点位置またはその近傍に、ポリゴンミラー３１の反射位置が位置している。したがって、ポリゴンミラー３１から集光レンズ４１に向かう複数の光束ｌｆ３は、集光レンズ４１でのレンズ効果によって、平行光束ｌｆ４に変換される。そして、複数の平行光束ｌｆ４は、光拡散素子５０上で互いに重ねられる。 As shown in FIG. 3, the plurality of divergent light beams lf <b> 3 whose optical paths are adjusted by the scanning device 30 are incident on the condensing optical system 40. The optical axes d lf3 of the plurality of divergent light beams lf3 are maintained parallel to each other, and the light diffusing element 50 is disposed on the focal point Pf of the condensing lens 41 forming the condensing optical system 40. For this reason, the plurality of light beams lf 4 whose optical paths are adjusted by the condenser lens 41 are condensed by the condenser lens 41, and their optical axes d lf 4 intersect on the light diffusing element 50. In particular, in the illustrated example, the reflection position of the polygon mirror 31 is located at or near the focal position on the rear side of the condenser lens 41. Accordingly, the plurality of light beams lf3 from the polygon mirror 31 toward the condensing lens 41 are converted into parallel light beams lf4 by the lens effect of the condensing lens 41. The plurality of parallel light beams lf4 are superimposed on each other on the light diffusing element 50.
複数の平行光束ｌｆ４が光拡散素子５０上で互いに重ね合わせられる領域、すなわちスポット領域Ｓは、走査装置３０の動作にともなって、細長状の光拡散素子５０の長手方向に沿って光拡散素子５０上を走査する。この結果、図４に示すように、複数の要素拡散素子５５にレーザ光を順に照明していくことになる。各要素拡散素子５５に照射されたレーザ光は、当該要素拡散素子５５で拡散され、当該要素拡散素子５５に対応した要素被照明領域Ｚｐの全域を照明する。 A region where the plurality of parallel light beams lf4 are superimposed on each other on the light diffusing element 50, that is, the spot region S is the light diffusing element 50 along the longitudinal direction of the elongated light diffusing element 50 in accordance with the operation of the scanning device 30. Scan up. As a result, as shown in FIG. 4, the plurality of element diffusion elements 55 are sequentially illuminated with laser light. The laser light applied to each element diffusion element 55 is diffused by the element diffusion element 55 and illuminates the entire area to be illuminated Zp corresponding to the element diffusion element 55.
発光制御部１２は、光拡散素子５０上におけるレーザ光の照射位置に応じて、光源部１７からのレーザ光の発光を制御する。したがって、被照明領域Ｚの内の所望の要素被照明領域Ｚｐのみを選択して照明することができる。また、発光制御部１２は、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃについて、独立して発光を制御することができる。したがって、特定の要素被照明領域Ｚｐを、第１光源部１７ａ、第２光源部１７ｂ及び第３光源部１７ｃのうちから選択された一以上で発光された光で照明することも可能となる。すなわち、被照明領域Ｚに含まれる第１〜第９の要素被照明領域Ｚｐ１〜Ｚｐ９の各々を、他の要素被照明領域から独立して、照明の有無、明るさの程度および照明光の色を調整することができる。 The light emission control unit 12 controls the light emission of the laser light from the light source unit 17 according to the irradiation position of the laser light on the light diffusion element 50. Therefore, it is possible to select and illuminate only the desired element illuminated area Zp in the illuminated area Z. Moreover, the light emission control part 12 can control light emission independently about several light source part 17a, 17b, 17c. Therefore, it is possible to illuminate a specific element illuminated area Zp with light emitted by one or more selected from the first light source unit 17a, the second light source unit 17b, and the third light source unit 17c. That is, each of the first to ninth element illuminated areas Zp1 to Zp9 included in the illuminated area Z is independently illuminated from the other element illuminated areas, the presence or absence of illumination, the degree of brightness, and the color of the illumination light Can be adjusted.
なお、コヒーレント光を用いた場合、ＷＯ２０１２／０３３１７４に開示されているように、スペックルの発生という問題が生じる。スペックルは、斑点模様として認識され、生理的な不快感を与え得る。 When coherent light is used, there is a problem of speckle generation as disclosed in WO2012 / 033174. Speckle is recognized as a speckled pattern and can give physiological discomfort.
図示された照明装置１０では、図４に示すように、任意の瞬間に光拡散素子５０上においてレーザ光が照射されている領域、すなわち、複数の平行光束ｌｆ４が重ねて照射されている光拡散素子５０上のスポット領域Ｓは、要素拡散素子５５よりも小さくなっている。そして、スポット領域Ｓは、走査装置３０の動作にともなって、要素拡散素子５５内を移動する。要素拡散素子５５は、例えばホログラム記録媒体５２としての要素ホログラム５７からなり、その任意の一部分に特定の方向またはその近傍の方向から入射する特定波長域の光を拡散して、当該要素拡散素子５５に対応した要素被照明領域Ｚｐの全域を照明する。したがって、スポット領域Ｓが、一つの要素拡散素子５５内を移動する間、要素被照明領域Ｚｐの各位置に入射する照明光の入射方向は経時的に変化する。この入射方向の変化は、人間の目で分解不可能な速さであり、結果として、人間の目には、相関の無いコヒーレント光の散乱パターンが多重化されて観察される。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重なり合って平均化し、観察者に観察されることになる。これにより、各要素被照明領域Ｚｐにおいて、スペックルを目立ちにくくすることができる。 In the illustrated illuminating device 10, as shown in FIG. 4, a region where a laser beam is irradiated on the light diffusing element 50 at an arbitrary moment, that is, a light diffusion where a plurality of parallel light beams lf 4 are irradiated in an overlapping manner. The spot area S on the element 50 is smaller than the element diffusion element 55. The spot region S moves in the element diffusion element 55 in accordance with the operation of the scanning device 30. The element diffusing element 55 is composed of, for example, an element hologram 57 as the hologram recording medium 52. The element diffusing element 55 diffuses light in a specific wavelength region that is incident on an arbitrary part from a specific direction or a direction in the vicinity thereof, and The entire element illuminated region Zp corresponding to is illuminated. Therefore, while the spot region S moves in one element diffusion element 55, the incident direction of the illumination light incident on each position of the element illuminated region Zp changes with time. This change in the incident direction is a speed that cannot be resolved by the human eye, and as a result, a non-correlated coherent light scattering pattern is multiplexed and observed in the human eye. Therefore, speckles generated corresponding to each scattering pattern are overlapped and averaged and observed by an observer. As a result, speckles can be made inconspicuous in each element illuminated region Zp.
ところで、走査装置３０の制御を単純化するため、走査装置３０は、レーザ光が光拡散素子５０上の全域を周期的に走査し得るように動作することが好ましい。図４に示された例においては、各光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの長手方向に沿って当該光拡散素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの全長に亘りレーザ光が走査するよう、走査装置３０が動作することが好ましい。そして、特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明したい場合には、走査装置３０の動作に応じて、言い換えると、レーザ光が照射されるべき光拡散素子５０上の位置に応じて、発光制御部１２が、レーザ光源１５によるレーザ光の発停を制御すればよい。 By the way, in order to simplify the control of the scanning device 30, it is preferable that the scanning device 30 operates so that the laser light can periodically scan the entire area on the light diffusion element 50. In the example shown in FIG. 4, the scanning device 30 operates so that the laser light scans along the longitudinal direction of each light diffusion element 50a, 50b, 50c over the entire length of the light diffusion element 50a, 50b, 50c. It is preferable to do. When it is desired to illuminate only a specific element illumination region Zp, the light emission control unit is operated according to the operation of the scanning device 30, in other words, according to the position on the light diffusing element 50 to be irradiated with the laser light. 12 may control the on / off of the laser beam by the laser light source 15.
その一方で、レーザ光源等のコヒーレント光源から射出したコヒーレント光は、通常、そのスポット領域内において照度の不均一性をともなっている。一般的には、図６に示すように、スポット領域Ｓｐの中心において最も明るく、スポット領域Ｓｐの周縁に向けてしだいに暗くなっていく。典型的には、スポット領域Ｓｐの中心から周縁に向けて、照度分布はガウシアン分布となる。すなわち、スポット領域Ｓｐは、照度が低い広い裾野部分を有している。したがって、図６に示すように、このスポット領域Ｓｐの全体が、特定の要素被照明領域Ｚｐに対応した一つの要素拡散素子５５の内側に位置するようになる有効走査区間ｓｃｐ１は、比較的に短くなる。その一方で、図６に示すように、このスポット領域Ｓｐの一部分のみが、当該一つの要素拡散素子５５内に位置するようになる非有効走査区間ｓｃｐ２、図６に示された例では、スポット領域Ｓｐが、走査方向ｓｄに隣り合う二つの要素拡散素子５５に跨がって位置するようになる非有効走査区間ｓｃｐ２は、比較的に長くなってしまう。図６に示された例において、有効走査区間ｓｃｐ１が、非有効走査区間ｓｃｐ２よりも大幅に短くなっている。 On the other hand, coherent light emitted from a coherent light source such as a laser light source usually has non-uniform illuminance in the spot region. In general, as shown in FIG. 6, it is brightest at the center of the spot region Sp, and gradually becomes darker toward the periphery of the spot region Sp. Typically, the illuminance distribution is a Gaussian distribution from the center of the spot region Sp toward the periphery. That is, the spot region Sp has a wide base portion with low illuminance. Therefore, as shown in FIG. 6, the effective scanning section scp1 in which the entire spot area Sp is located inside one element diffusion element 55 corresponding to the specific element illuminated area Zp is relatively Shorter. On the other hand, as shown in FIG. 6, only a part of the spot region Sp is positioned within the one element diffusion element 55, the non-effective scanning section scp2, in the example shown in FIG. The ineffective scanning section scp2 in which the region Sp is located across the two element diffusion elements 55 adjacent in the scanning direction sd is relatively long. In the example shown in FIG. 6, the effective scanning period “scp1” is significantly shorter than the non-effective scanning period “scp2”.
図６に示された例において、特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明する場合には、発光制御部１２は、スポット領域Ｓｐの中心が有効走査区間ｓｃｐ１内に位置するようになる状態でレーザ光を発光し、スポット領域Ｓｐの中心が非有効走査区間ｓｃｐ２内に位置するようになる状態でレーザ光の発光を停止することになる。したがって、走査装置３０が一定速度で動作する場合、図６に示された例では、レーザ光の発光を停止している時間が極めて長くなる。このことは、レーザ光源１５を効率的に利用していることにならない。さらに、短期間の発光で要素被照明領域Ｚｐを十分に明るく照明するには、高出力のレーザ光源を用意する必要が生じる。 In the example shown in FIG. 6, when only the specific element illuminated region Zp is illuminated, the light emission control unit 12 performs laser operation in a state where the center of the spot region Sp is positioned within the effective scanning section scp1. Light is emitted, and the emission of the laser light is stopped in a state where the center of the spot region Sp is positioned within the ineffective scanning section scp2. Therefore, when the scanning device 30 operates at a constant speed, in the example shown in FIG. 6, the time during which the laser light emission is stopped is extremely long. This does not mean that the laser light source 15 is used efficiently. Furthermore, in order to illuminate the element illuminated area Zp sufficiently brightly with short-time light emission, it is necessary to prepare a high-power laser light source.
この点、本実施の形態における照明装置１０では、整形光学系２０及び走査装置３０が設けられている。整形光学系２０は、レーザ光源１５から射出したコヒーレント光を整形する。集光光学系４０は、整形光学系２０から光拡散素子５０までのコヒーレント光の光路に設けられ、光拡散素子５０上でのスポット領域Ｓが要素拡散素子５５よりも小さくなるように、コヒーレント光を集光する。この整形光学系２０及び走査装置３０により、光拡散素子５０上でのスポット領域Ｓの形状及び大きさを整えることができるだけでなく、スポット領域Ｓの照度分布を均一化することも可能となる。 In this regard, in the illumination device 10 according to the present embodiment, the shaping optical system 20 and the scanning device 30 are provided. The shaping optical system 20 shapes the coherent light emitted from the laser light source 15. The condensing optical system 40 is provided in the optical path of coherent light from the shaping optical system 20 to the light diffusing element 50, and the coherent light is such that the spot region S on the light diffusing element 50 is smaller than the element diffusing element 55. Condensing. The shaping optical system 20 and the scanning device 30 can not only adjust the shape and size of the spot region S on the light diffusing element 50 but also make the illuminance distribution of the spot region S uniform.
したがって、図５に示すように、このスポット領域Ｓの全体が、特定の要素被照明領域Ｚｐに対応した一つの要素拡散素子５５内のみに位置するようになる有効走査区間ｓｃ１を、比較的長くすることができる。その一方で、図５に示すように、このスポット領域Ｓの一部分のみが、当該一つの要素拡散素子５５内に位置するようになる非有効走査区間ｓｃ２、図示された例では、スポット領域Ｓｐが、走査方向ｓｄに隣り合う二つの要素拡散素子５５に跨がって位置するようになる非有効走査区間ｓｃ２を、比較的短くすることができる。図５に示された例において、有効走査区間ｓｃ１が、非有効走査区間ｓｃ２よりも大幅に長くなっている。したがって、特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明する場合においても、レーザ光が発光している時間を長くすることができる。この点から、高出力のレーザ光源１５を用いることなく、レーザ光源１５の効率的な利用を図ることで要素拡散素子５５を十分に明るく照明することが可能となる。したがって、レーザ光源１５の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域Ｚを十分に明るい光量で照明することができる。 Therefore, as shown in FIG. 5, the effective scanning section sc1 in which the entire spot area S is located only in one element diffusing element 55 corresponding to a specific element illuminated area Zp is relatively long. can do. On the other hand, as shown in FIG. 5, the ineffective scanning section sc2 in which only a part of the spot area S is located in the one element diffusing element 55, in the illustrated example, the spot area Sp is The ineffective scanning section sc2 that is located across the two element diffusion elements 55 adjacent in the scanning direction sd can be made relatively short. In the example shown in FIG. 5, the effective scanning period sc1 is significantly longer than the non-effective scanning period sc2. Therefore, even when only the specific element illuminated region Zp is illuminated, the time during which the laser light is emitted can be lengthened. From this point, it is possible to illuminate the element diffusion element 55 sufficiently brightly by using the laser light source 15 efficiently without using the high-power laser light source 15. Therefore, the performance of the laser light source 15 can be fully utilized to illuminate the illuminated area Z with a sufficiently bright light amount with a desired light distribution pattern.
とりわけ、図４及び図５に示された例において、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向に沿ったスポット領域Ｓの寸法ｗｓｘは、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに直交する方向に沿った寸法ｗｓｙよりも大幅に小さい、とりわけ寸法ｗｓｙの半分よりも小さくなっている。そして、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向において、スポット領域Ｓの寸法ｗｓｘは、要素拡散素子５５の寸法ｗｐｘよりも大幅に小さく、とりわけ寸法ｗｐｘの半分よりも小さくなっている。したがって、このスポット領域Ｓの一部分のみが、当該一つの要素拡散素子５５内に位置している非有効走査区間ｓｃ２を非常に短くすることができる。このため図４及び図５に示された例によれば、レーザ光源１５がレーザ光の発光を停止している時間を大幅に短くすることができる。すなわち、レーザ光源１５をより効率的に活用することができる。 In particular, in the example shown in FIGS. 4 and 5, the dimension wsx of the spot region S along the direction parallel to the scanning direction sd of the spot region S is along the direction orthogonal to the scanning direction sd of the spot region S. It is much smaller than the dimension wsy, especially smaller than half of the dimension wsy. In the direction parallel to the scanning direction sd of the spot area S, the dimension wsx of the spot area S is significantly smaller than the dimension wpx of the element diffusion element 55, and particularly smaller than half of the dimension wpx. Accordingly, the ineffective scanning section sc2 in which only a part of the spot region S is located in the one element diffusion element 55 can be made very short. For this reason, according to the example shown in FIGS. 4 and 5, the time during which the laser light source 15 stops emitting the laser light can be significantly shortened. That is, the laser light source 15 can be used more efficiently.
また、図５に示すように、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに直交する方向において、スポット領域Ｓの寸法ｗｓｙは、要素拡散素子５５の寸法ｗｐｙとほぼ同一または若干小さくなっている。したがって、走査装置３０の動作にともなって、光拡散素子５０の大部分にコヒーレント光を照射することができる。すなわち、光拡散素子５０の全面を有効に利用して、照明装置１０の大型化を抑制することもできる。 As shown in FIG. 5, the dimension wsy of the spot region S is substantially the same as or slightly smaller than the dimension wpy of the element diffusion element 55 in the direction orthogonal to the scanning direction sd of the spot region S. Therefore, in accordance with the operation of the scanning device 30, most of the light diffusing element 50 can be irradiated with coherent light. That is, it is possible to effectively use the entire surface of the light diffusing element 50 to suppress an increase in the size of the lighting device 10.
さらに、整形光学系２０及び集光光学系４０を用いて、スポット領域Ｓの形状およびスポット領域Ｓ内の照度分布を調整することは、スペックルを目立たなくさせる観点からも都合が良い。 Furthermore, adjusting the shape of the spot region S and the illuminance distribution in the spot region S using the shaping optical system 20 and the condensing optical system 40 is convenient from the viewpoint of making speckles inconspicuous.
まず、図５に示すように、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向に沿ったスポット領域Ｓの寸法ｗｓｘを小さくすることで、要素拡散素子５５の各位置がコヒーレント光を照射され続けている期間を、比較的短くなる。すなわち、要素被照明領域Ｚｐの各位置に向けた照明光の要素拡散素子５５からの出射位置が、短時間で切り替わっていく。さらに言い換えると、要素被照明領域Ｚｐの各位置に向けた照明光の入射方向が高速で変化していく。この結果、経時的なスペックルパターンの重ね合わせにより、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。 First, as shown in FIG. 5, by reducing the dimension wsx of the spot region S along the direction parallel to the scanning direction sd of the spot region S, each position of the element diffusing element 55 is continuously irradiated with coherent light. The period of time is relatively short. That is, the emission position of the illumination light from the element diffusing element 55 directed to each position of the element illuminated region Zp is switched in a short time. In other words, the incident direction of the illumination light toward each position of the element illuminated area Zp changes at high speed. As a result, speckles can be effectively made inconspicuous by overlapping speckle patterns over time.
また、図５に示すように、スポット領域Ｓ内の照度分布を均一化することで、各瞬間でのスペックルを効果的に目立たなくさせることができる。図６に示すように、スポット領域Ｓｐ内における照度分布の均一性が低い場合、任意の瞬間に、スポット領域Ｓｐ内の各位置から要素被照明領域Ｚｐ内の一つの位置Ｐｓに向かう位相強度が不均一となる。したがって、各瞬間におけるスペックルパターンの重ね合わせが不十分となり、スペックル低減効果を十分有効に発揮することができない。その一方で、図５に示すように、スポット領域Ｓｐ内での照度分布が均一化されていると、スポット領域Ｓ内の各位置から要素被照明領域Ｚｐ内の一つの位置Ｐｓに向かう位相強度も均一化される。このため、各瞬間において、スペックルパターンの重ね合わせが有効に実現され、スペックル低減効果を効果的に発揮することができる。 Further, as shown in FIG. 5, by making the illuminance distribution in the spot region S uniform, speckles at each moment can be effectively made inconspicuous. As shown in FIG. 6, when the uniformity of the illuminance distribution in the spot area Sp is low, the phase intensity from each position in the spot area Sp toward one position Ps in the element illuminated area Zp is arbitrary at any moment. It becomes non-uniform. Therefore, the superposition of speckle patterns at each moment becomes insufficient, and the speckle reduction effect cannot be exhibited sufficiently effectively. On the other hand, as shown in FIG. 5, when the illuminance distribution in the spot region Sp is uniform, the phase intensity from each position in the spot region S toward one position Ps in the element illuminated region Zp. Is also made uniform. For this reason, at each moment, the superposition of speckle patterns is effectively realized, and the speckle reduction effect can be effectively exhibited.
とりわけ図５に示された例では、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに直交する方向におけるスポット領域Ｓの寸法ｗｓｙを大きく確保している。したがって、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向におけるスポット領域Ｓの寸法ｗｓｘを小さくしながら、スポット領域Ｓの広がりを有効に確保することができる。この結果、各瞬間において、スペックルパターンの重ね合わせをより効果的に実現することができる。 In particular, in the example shown in FIG. 5, a large dimension wsy of the spot region S in the direction orthogonal to the scanning direction sd of the spot region S is ensured. Therefore, it is possible to effectively ensure the spread of the spot region S while reducing the dimension wsx of the spot region S in the direction parallel to the scanning direction sd of the spot region S. As a result, it is possible to more effectively realize speckle pattern superposition at each moment.
以上に説明したように、本実施の形態において、照明装置１０は、コヒーレント光を整形する整形光学系２０と、整形光学系２０から光拡散素子５０までのコヒーレント光の光路に設けられた集光光学系４０と、を有している。集光光学系４０は、光拡散素子５０上でのスポット領域Ｓが要素拡散素子５５よりも小さくなるように、コヒーレント光を集光する。各要素拡散素子５５は、入射したコヒーレント光を拡散して、当該要素拡散素子５５に対応した要素被照明領域Ｚｐを照明する。そして、本実施の形態によれば、整形光学系２０及び集光光学系４０により、スポット領域Ｓの形状およびスポット領域Ｓの照度分布を調整することができる。この結果、コヒーレント光源１５の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域Ｚを十分に明るい光量で照明することができる。 As described above, in the present embodiment, the illuminating device 10 includes the shaping optical system 20 that shapes coherent light, and the light condensing provided in the optical path of the coherent light from the shaping optical system 20 to the light diffusing element 50. And an optical system 40. The condensing optical system 40 condenses coherent light so that the spot region S on the light diffusing element 50 is smaller than the element diffusing element 55. Each element diffusion element 55 diffuses the incident coherent light and illuminates the element illuminated area Zp corresponding to the element diffusion element 55. And according to this Embodiment, the shape of the spot area | region S and the illumination intensity distribution of the spot area | region S can be adjusted with the shaping optical system 20 and the condensing optical system 40. FIG. As a result, the performance of the coherent light source 15 can be fully utilized to illuminate the illuminated area Z with a sufficiently bright light amount with a desired light distribution pattern.
また、本実施の形態において、整形光学系２０は、コヒーレント光源１５から射出したコヒーレント光を複数の光束ｌｆ２に分割する。そして、集光光学系４０は、複数の光束ｌｆ３が光拡散素子５０上で少なくとも部分的に重なるよう、複数の光束ｌｆ３の光路を調整する。したがって、コヒーレント光源１５からの射出時におけるコヒーレント光の照度分布が不均一であったとしても、当該照度分布を分割して重ね合わせることで、照度分布を効果的に均一化することができる。とりわけ、コヒーレント光源１５からの射出時におけるコヒーレント光の照度分布が、典型的なガウシアン分布となっている場合には、当該照度分布を平面分割して重ね合わせることで、極めて効果的に照度分布を均一化することができる。これにより、所望の配光パターンで被照明領域Ｚをより明るく照明することができる。 In the present embodiment, the shaping optical system 20 divides the coherent light emitted from the coherent light source 15 into a plurality of light beams lf2. The condensing optical system 40 adjusts the optical paths of the plurality of light beams lf3 so that the plurality of light beams lf3 overlap at least partially on the light diffusing element 50. Therefore, even if the illuminance distribution of the coherent light at the time of emission from the coherent light source 15 is nonuniform, the illuminance distribution can be effectively uniformed by dividing and superimposing the illuminance distribution. In particular, when the illuminance distribution of the coherent light at the time of emission from the coherent light source 15 is a typical Gaussian distribution, the illuminance distribution can be extremely effectively obtained by dividing the illuminance distribution into planes and superimposing them. It can be made uniform. Thereby, the to-be-illuminated area Z can be illuminated more brightly with a desired light distribution pattern.
さらに、本実施の形態において、集光光学系４０は、その焦点位置Ｐｆに光拡散素子５０が配置されているレンズ４１である。このような集光光学系４０によれば、単純な構成を採用しながら、集光光学系４０に任意の瞬間に入射する光を、集光光学系４０上のスポット領域Ｓに高効率で集光し、スポット領域Ｓの照度分布を効果的に均一化することができる。 Further, in the present embodiment, the condensing optical system 40 is a lens 41 in which the light diffusing element 50 is disposed at the focal position Pf. According to such a condensing optical system 40, while adopting a simple configuration, light incident on the condensing optical system 40 at an arbitrary moment can be collected in the spot region S on the condensing optical system 40 with high efficiency. It is possible to effectively uniformize the illuminance distribution of the spot area S.
さらに、本実施の形態において、整形光学系２０は、コリメートレンズ２２と、コリメートレンズ２２から集光光学系４０までの光路中に設けられたレンズアレイ２３と、を有している。このような整形光学系２０によれば、集光光学系４０に入射する複数の光束ｌｆ３の光軸ｄｌｆ３を平行にすることができる。この場合、集光レンズ４１を用いた集光光学系４０によって、整形光学系２０によって整形された複数の光束の光軸ｄｌｆ４を光拡散素子５０上で交差させることが可能となり、スポット領域Ｓの照度分布をより効果的に均一化することができる。 Further, in the present embodiment, the shaping optical system 20 includes a collimating lens 22 and a lens array 23 provided in the optical path from the collimating lens 22 to the condensing optical system 40. According to such a shaping optical system 20, the optical axes d lf3 of the plurality of light beams If3 incident on the condensing optical system 40 can be made parallel. In this case, the condensing optical system 40 using the condensing lens 41 makes it possible to cross the optical axes d lf4 of the plurality of light beams shaped by the shaping optical system 20 on the light diffusing element 50, so that the spot region S The illuminance distribution can be made uniform more effectively.
さらに、本実施の形態において、レンズアレイ２３は、複数の要素レンズ２４を含んでいる。そして、複数の要素レンズ２４から出射した光束ｌｆ２は、互いに同一の配光とすることができる。この場合、集光レンズ４１を用いた集光光学系４０によって、整形光学系２０によって整形された複数の光束を光拡散素子５０上で高精度に互いに重ね合わせることが可能となる。したがって、スポット領域Ｓの形状をより高精度に調整することができ、且つ、スポット領域Ｓの照度分布をより効果的に均一化することができる。 Further, in the present embodiment, the lens array 23 includes a plurality of element lenses 24. The light beams lf2 emitted from the plurality of element lenses 24 can have the same light distribution. In this case, the condensing optical system 40 using the condensing lens 41 makes it possible to superimpose a plurality of light beams shaped by the shaping optical system 20 on the light diffusing element 50 with high accuracy. Therefore, the shape of the spot area S can be adjusted with higher accuracy, and the illuminance distribution of the spot area S can be more effectively uniformized.
なお、上述した一実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。 Various modifications can be made to the above-described embodiment. Hereinafter, an example of modification will be described. In the drawings used in the following description, for parts that can be configured in the same manner as the above-described embodiment, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above-described embodiment are used, and redundant description is omitted. To do.
上述した一実施の形態において、整形光学系２０が、ビームエクスパンダ２１、コリメートレンズ２２及びレンズアレイ２３を有する例を示したが、この例に限られない。整形光学系２０が、均一強度分布を形成するビームホモジナイザ２５によって構成されていてもよい。ビームホモジナイザ２５としては、回折光学素子（ＤＯＥ：diffractive Optical elements）を用いた部材や、非球面レンズ又は自由曲面レンズを用いた部材を採用することができる。 In the above-described embodiment, an example in which the shaping optical system 20 includes the beam expander 21, the collimator lens 22, and the lens array 23 is shown, but the present invention is not limited to this example. The shaping optical system 20 may be configured by a beam homogenizer 25 that forms a uniform intensity distribution. As the beam homogenizer 25, a member using a diffractive optical element (DOE), a member using an aspherical lens, or a free-form surface lens can be adopted.
また、上述した一実施の形態において、光拡散素子５０が、ホログラム記録媒体５２によって構成されている例を示したが、この例に限られない。例えば、各要素拡散素子５５をそれぞれ一つのレンズアレイとするレンズアレイ群を用いて光拡散素子５０を構成してもよい。この場合、要素拡散素子５５ごとにレンズアレイが設けられ、各レンズアレイが被照明領域Ｚ内の要素被照明領域Ｚｐを照明するように各レンズアレイの形状が設計される。そして、各要素被照明領域Ｚｐの位置は、少なくとも一部が相違している。 In the embodiment described above, the example in which the light diffusing element 50 is configured by the hologram recording medium 52 has been described. However, the present invention is not limited to this example. For example, the light diffusing element 50 may be configured using a lens array group in which each element diffusing element 55 is one lens array. In this case, a lens array is provided for each element diffusion element 55, and the shape of each lens array is designed so that each lens array illuminates the element illuminated area Zp in the illuminated area Z. And the position of each element illuminated area Zp is at least partially different.
さらに、上述した一実施の形態では、ポリゴンミラー３１が、要素レンズ２４の焦点距離だけ要素レンズ２４の光軸ｄ２４に沿って要素レンズ２４から離間した位置において、レーザ光を反射する例を示したが、この例に限られない。また、上述した実施の形態において、ポリゴンミラー３１が、集光レンズ４１の焦点距離だけ集光レンズ４１の光軸ｄ４０に沿って集光レンズ４１から離間した位置において、レーザ光を反射する例を示したが、この例に限られない。例えば、集光レンズ４１が、要素レンズ２４から走査装置３０に向かう光路中に配置されていてもよい。また、複数の要素レンズ２４を含むレンズアレイ２３が、走査装置３０から集光光学系４０に向かう光路中に配置されていてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, an example is shown in which the polygon mirror 31 reflects laser light at a position separated from the element lens 24 along the optical axis d 24 of the element lens 24 by the focal length of the element lens 24. However, it is not limited to this example. Further, in the embodiment described above, the polygon mirror 31, reflected at a position spaced from the condenser lens 41 along the optical axis d 40 of the focal distance condenser lens 41 of the condenser lens 41, the laser beam examples However, the present invention is not limited to this example. For example, the condenser lens 41 may be disposed in the optical path from the element lens 24 toward the scanning device 30. Further, a lens array 23 including a plurality of element lenses 24 may be disposed in an optical path from the scanning device 30 toward the condensing optical system 40.
さらに、上述した一実施の形態では、コヒーレント光源としてのレーザ光源１５が、複数の波長域のレーザ光を発光する例を示したが、この例に限られない。コヒーレント光源は、単一の波長域のコヒーレント光を発光する光源として構成されていてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the laser light source 15 as a coherent light source emits laser light in a plurality of wavelength ranges has been described, but the present invention is not limited to this example. The coherent light source may be configured as a light source that emits coherent light in a single wavelength region.
さらに、上述した照明装置１０は、乗物に搭載されてもよいし、或いは、特定の場所に設置されるようにしてもよい。また、乗物に搭載する場合、乗物は、自動車等の車両、航空機等の飛行体、列車、船舶、潜水物などの各種の移動体にも適用することができる。 Furthermore, the above-described lighting device 10 may be mounted on a vehicle, or may be installed at a specific place. In addition, when mounted on a vehicle, the vehicle can be applied to various moving bodies such as vehicles such as automobiles, flying bodies such as airplanes, trains, ships, and divers.
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。 In addition, although the some modification with respect to embodiment mentioned above was demonstrated above, naturally, it is also possible to apply combining several modifications suitably.
Ｚ 被照明領域
Ｚｐ 要素被照明領域
Ｓ スポット領域
ｒａ 回転軸線
Ｐｆ 焦点
ｓｄ 走査方向
１０ 照明装置
１２ 発光制御部
１５ レーザ光源
１７ 光源部
１７ａ 第１光源部
１７ｂ 第２光源部
１７ｃ 第３光源部
２０ 整形光学系
２１ ビームエクスパンダ
２２ コリメートレンズ
２３ レンズアレイ
２４ 要素レンズ
２５ ビームホモジナイザ
３０ 走査装置
３１ ポリゴンミラー
３１ａ 第１反射部
３１ｂ 第２反射部
３１ｃ 第３反射部
４０ 集光光学系
４１ 集光レンズ
５０ 光拡散素子
５０ａ 第１光拡散素子
５０ｂ 第２光拡散素子
５０ｃ 第３光拡散素子
５２ ホログラム記録媒体
５２ａ 第１ホログラム記録媒体
５２ｂ 第２ホログラム記録媒体
５２ｃ 第３ホログラム記録媒体
５３ レンズアレイ群
５５ 要素拡散素子
５７ 要素ホログラム
５８ レンズアレイ
Z Illuminated area Zp Element illuminated area S Spot area ra Rotation axis Pf Focus sd Scanning direction 10 Illuminating device 12 Light emission control unit 15 Laser light source 17 Light source unit 17a First light source unit 17b Second light source unit 17c Third light source unit 20 Shaping Optical system 21 Beam expander 22 Collimating lens 23 Lens array 24 Element lens 25 Beam homogenizer 30 Scanning device 31 Polygon mirror 31a First reflecting portion 31b Second reflecting portion 31c Third reflecting portion 40 Condensing optical system 41 Condensing lens 50 Light Diffusion element 50a First light diffusion element 50b Second light diffusion element 50c Third light diffusion element 52 Hologram recording medium 52a First hologram recording medium 52b Second hologram recording medium 52c Third hologram recording medium 53 Lens array group 55 Element diffusion element 57 element hologram 58 lens array
Claims (12)
コヒーレント光を発光するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記コヒーレント光の進行方向を調整して、当該コヒーレント光を前記光拡散素子上で走査させる走査装置と、
前記整形光学系から前記光拡散素子までの前記コヒーレント光の光路に設けられた集光光学系と、を備え、
前記集光光学系は、前記光拡散素子上でのスポット領域が前記要素拡散素子よりも小さくなるように、前記コヒーレント光を集光し、
前記スポット領域の走査方向に平行な方向に沿った寸法（ｗｓｘ）は、前記スポット領域の前記走査方向に直交する方向に沿った寸法（ｗｓｙ）よりも小さく、
各要素拡散素子は、入射したコヒーレント光を拡散して、当該要素拡散素子に対応した要素被照明領域を照明する、照明装置。 A light diffusing element having a plurality of element diffusing elements for diffusing incident light;
A coherent light source that emits coherent light;
A shaping optical system for shaping the coherent light;
A scanning device that adjusts the traveling direction of the coherent light and scans the coherent light on the light diffusing element;
A condensing optical system provided in the optical path of the coherent light from the shaping optical system to the light diffusing element,
The condensing optical system condenses the coherent light so that a spot area on the light diffusing element is smaller than the element diffusing element,
The dimension (wsx) along the direction parallel to the scanning direction of the spot area is smaller than the dimension (wsy) along the direction perpendicular to the scanning direction of the spot area,
Each element diffusing element diffuses incident coherent light, and illuminates an element illuminated area corresponding to the element diffusing element.
前記集光光学系は、前記複数の光束が前記光拡散素子上で少なくとも部分的に重なるよう、前記複数の光束の光路を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。 The shaping optical system divides coherent light emitted from the coherent light source into a plurality of light beams,
4. The illumination device according to claim 1, wherein the condensing optical system adjusts optical paths of the plurality of light beams such that the plurality of light beams overlap at least partially on the light diffusion element. .
前記複数の要素レンズから出射した光束は、互いに同一の配光となる、請求項６に記載の照明装置。 The lens array includes a plurality of element lenses;
The illumination device according to claim 6 , wherein light beams emitted from the plurality of element lenses have the same light distribution.
前記複数の要素拡散素子は、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成された要素ホログラムである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。 The light diffusing element is a hologram recording medium;
The illumination device according to any one of claims 1 to 10, wherein the plurality of element diffusion elements are element holograms in which different interference fringe patterns are formed.
前記複数の要素拡散素子は、前記レンズアレイを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。 The light diffusing element is a lens array group having a plurality of lens arrays,
Wherein the plurality of elements diffusing element having a lens array, an illumination device according to any one of claims 1 to 10.
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