JP6761602B2 - 照明装置 - Google Patents

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。

レーザ光源は、高圧水銀ランプなどよりも長寿命で、光学系を小型化でき、消費電力も少ないことから、レーザ光源を用いた照明装置が普及しつつある。

例えば特許文献１は、レーザ発振装置を光源として使用可能な車両用灯具を開示する。
この車両用灯具はホログラム素子を具備し、このホログラム素子には、参照光が照射されることで再生される回折光が所定光度分布の配光パターンを形成するように計算されたホログラムパターンが記録される。

特開２０１２−１４６６２１号公報

上述のようにホログラム素子などの光学素子をレーザ光源と組み合わせて使うことで、比較的広範囲の所望領域に対してレーザ光を効率良く照射することができる。このような照明装置を使って例えば照明範囲全体を均等な明るさで照明するには、レーザ光源から発せられたレーザ光を光学素子の全体に対して均等に照射し、光学素子から照明範囲全体に向かってレーザ光を均等に出射させればよい。

一方、照明範囲の全体を均等に照明するのではなく、照明範囲内の一部範囲を他の範囲よりも明るく又は暗く照明することが求められる場合もある。この場合、光学素子から照明範囲の一部範囲に向かって出射されるレーザ光が他の範囲に向かって出射されるレーザ光よりも明るく又は暗くなるように、レーザ光源から発せられるレーザ光の出力をコントロールして光学素子に照射されるレーザ光の強さを調整する手法が考えられる。

しかしながら、レーザ光源のレーザ光の出力をコントロールすることで照明範囲内の一部範囲を明るく又は暗く調整するには、非常に繊細且つ微妙な出力コントロールが求められる。特に、光学素子上でレーザ光を走査させてレーザ光による光学素子の照射箇所を連続的に変えることで照明範囲を連続的に変更するケースでは、レーザ光の走査に応じてレーザ光の出力コントロールを行う必要があり、処理構成が複雑になってしまう。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、処理構成を複雑にすることなく、照明範囲内の一部範囲を他の範囲よりも明るく又は暗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。

本発明の一態様は、コヒーレント光を発するコヒーレント光源と、複数の要素拡散素子を有する光学素子であって、当該複数の要素拡散素子の各々が入射されたコヒーレント光を導いて対応の要素被照明領域を照明する光学素子と、コヒーレント光源から発せられたコヒーレント光を導いて複数の要素拡散素子上で走査させる光走査部と、を備え、複数の要素拡散素子は、大きさが異なる要素拡散素子を含む照明装置に関する。

望ましくは、複数の要素拡散素子の各々におけるコヒーレント光の入射領域の大きさは、対応の要素被照明領域において必要とされる光束量に応じて定められている。

望ましくは、複数の要素拡散素子の各々は、対応の要素被照明領域において必要とされる光束量が多いほど、コヒーレント光の入射領域が大きい。

望ましくは、コヒーレント光源から発せられるコヒーレント光の出力は一定である。

望ましくは、光走査部は、複数の要素拡散素子上においてコヒーレント光を一定の速度で走査させる。

望ましくは、光走査部は、コヒーレント光を導く回転体を有し、回転体の角速度を一定にすることで複数の要素拡散素子上においてコヒーレント光を一定の速度で走査させる。

望ましくは、照明装置は、光走査部を制御して複数の要素拡散素子上におけるコヒーレント光の光照射位置をコントロールする光走査制御部を更に備える。

望ましくは、照明装置は、コヒーレント光源のコヒーレント光の発光をコントロールする発光制御部を更に備える。

望ましくは、発光制御部は、複数の要素拡散素子上におけるコヒーレント光の光照射位置に応じて、コヒーレント光源のコヒーレント光の発光をコントロールする。

望ましくは、発光制御部は、複数の要素拡散素子上における光照射位置に応じてコヒーレント光源のコヒーレント光の発光をコントロールし、複数の要素拡散素子を選択的にコヒーレント光によって照射する。

望ましくは、複数の要素拡散素子は、配光方向が相互に異なり、相互に異なる要素被照明領域を照明する。

望ましくは、光学素子は、ホログラム記録媒体であり、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を有する要素ホログラム素子である。

望ましくは、複数の要素拡散素子のそれぞれは、複数のレンズを有するレンズアレイであり、光学素子は、複数のレンズアレイを含むレンズアレイ群である。

本発明によれば、複数の要素光拡散素子の入射領域の大きさに応じて照明範囲の明るさが調整されるため、処理構成を複雑にすることなく、照明範囲内の一部範囲を他の範囲よりも明るく又は暗く照明することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の概略構成を示す図である。 光走査部によるレーザ光の走査を説明するための図である。 光学素子で拡散されたレーザ光が被照明領域に入射される様子を示す図である。 ホログラム領域の一例を示す断面図である。 ホログラム領域の他の例を示す断面図である。 レーザ光源から発せられるレーザ光の出力をコントロールすることで照明範囲内の一部範囲を明るく又は暗く調整する例を説明する図であり、（ａ）は被照明領域における目標とする照明の一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す被照明領域を照明するのに利用される光学素子（要素拡散素子）を示し、（ｃ）は光学素子（要素拡散素子）上におけるレーザ光の光照射位置と光束量との関係例を示す。 要素拡散素子の入射領域のサイズを調整することで照明範囲内の一部範囲を明るく又は暗く調整する例を説明する図であり、（ａ）は被照明領域における目標とする照明の一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す被照明領域を照明するのに利用される光学素子（要素拡散素子）を示し、（ｃ）は光学素子（要素拡散素子）上におけるレーザ光の光照射位置と光束量との関係例を示す。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置によって照明範囲内の一部範囲を明るく又は暗く調整する例を説明する図であり、（ａ）は被照明領域における目標とする照明の一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す被照明領域を照明するのに利用される光学素子（要素拡散素子）を示し、（ｃ）は光学素子（要素拡散素子）上におけるレーザ光の光照射位置と光束量との関係例を示す。 照明装置の応用例を示す概略図である。

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

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」、「均等」及び「一定」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置１の概略構成を示す図である。図１の照明装置１は、照射装置２と、光学素子３とを備えている。照射装置２は、コヒーレント光源として機能するレーザ光源４と、発光制御部５と、光走査部６と、光走査制御部８とを有する。

レーザ光源４は、発光波長域がそれぞれ相違する複数のコヒーレント光であるレーザ光を発する複数の光源部７を有する。これら複数の光源部７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７を並べて配置した光源モジュールであってもよい。本実施形態のレーザ光源４は、発光波長域がそれぞれ相違する少なくとも２つの光源部７を有していればよく、発光波長域の種類は２つ以上であればよい。また、発光強度を高めるために、発光波長域毎に複数個ずつの光源部７を設けてもよい。

図１に示す例では、レーザ光源４が、赤色の発光波長域の光源部７ｒと、緑色の発光波長域の光源部７ｇと、青色の発光波長域の光源部７ｂとを有する。したがって、これらの光源部７ｒ、７ｇ、７ｂが発光した３種類のレーザ光を重ね合わせることで、白色の照明光を生成することも可能である。

発光制御部５は、レーザ光源４を制御して当該レーザ光源４のコヒーレント光の発光をコントロールする。発光制御部５は、光走査部６による複数のレーザ光の走査タイミングに同期させて、発光波長域がそれぞれ相違する複数のレーザ光の発光タイミングを個別独立に制御する。すなわち、発光波長域がそれぞれ相違する複数のレーザ光に対応して複数の光源部７が設けられている場合、発光制御部５は、複数の光源部７からレーザ光を発光させる発光タイミングを、光源部７毎に制御する。上述したように、レーザ光源４が赤緑青の３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、赤緑青のうち任意の色の照明光又は赤緑青のうち任意の２色以上の色を混ぜ合わせた色の照明光を生成可能となる。

発光制御部５は、各光源部７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７から発光されたレーザ光を光走査部６の入射面に導光するか否かを切り替えてもよい。後者の場合、各光源部７と光走査部６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／遮断を切り替えることができる。また発光制御部５は、各光源部７におけるレーザ光の発光強度を制御してもよく、各光源部７から発光強度の強いレーザ光や弱いレーザ光を発光させることもできる。

光走査部６は、レーザ光源４からのレーザ光の進行方向を経時的に変化させて、レーザ光の進行方向が一定にならないようにする。すなわち光走査制御部８は光走査部６を制御して光学素子３上におけるレーザ光の光照射位置をコントロールする。この結果、光走査部６を出射したレーザ光は、光学素子３の入射面上を走査するようになる。このように光走査部６は、レーザ光源４から発せられたレーザ光を導いて、当該レーザ光を光学素子３上で走査させる。

図２は、光走査部６によるレーザ光の走査を説明するための図である。光走査部６は、例えば図２に示すように、互いに交差する方向に延在する二つの回転軸１１、１２周りに回転可能な反射デバイス１３を有する。レーザ光源４から反射デバイス１３の反射面１３ａに入射したレーザ光は、反射面１３ａの傾斜角度に応じた角度で反射され、光学素子３の入射面３ａに向かって進行する。したがって反射デバイス１３を二つの回転軸１１、１２周りに回転させることで、レーザ光は光学素子３の入射面３ａ上を二次元的に走査することになる。反射デバイス１３は例えば一定の周期で二つの回転軸１１、１２周りに回転する動作を繰り返すため、この周期に同期して、レーザ光は光学素子３の入射面３ａ上を繰り返し二次元走査する。

本実施形態では、光走査部６を一つだけ設けることを想定しており、レーザ光源４で発光された複数のレーザ光はいずれも、共通の光走査部６に入射されて、この光走査部６で進行方向が経時的に変化させられて、光学素子３上を走査する。なお複数の光走査部６が設けられてもよく、例えば光源部７の数だけ光走査部６を設けて、各光源部７からのレーザ光を対応の光走査部６によって導くことで、複数の光源部７からのレーザ光を光学素子３で走査させてもよい。

光学素子３は、光源部７を成すレーザ光源４から光走査部６を介してレーザ光が入射する入射面３ａを有し、この入射面３ａに入射した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、光学素子３で拡散された複数のレーザ光は、被照明領域１０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。

被照明領域１０は、光学素子３内の各拡散領域１４によって重ねて照明されるニアフィールドの照明範囲に対応する。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で表現されるよりも、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」という用語は、実際の被照射面積又は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の照明装置によって照明される所定範囲は、図１に示すニアフィールドの被照明領域１０よりもはるかに広い領域となりうる。

図３は、光学素子３で拡散されたレーザ光が被照明領域１０に入射される様子を示す図である。光学素子３は複数の拡散領域１４を有し、各拡散領域１４は、レーザ光源４から発せられる複数種類のレーザ光の各々に対応し、各拡散領域１４には対応するレーザ光が入射される。したがって光学素子３は、赤色（Ｒ）レーザ光が入射する拡散領域１４、緑色（Ｇ）レーザ光が入射する拡散領域１４及び青色（Ｂ）レーザ光が入射する拡散領域１４を有する。各拡散領域１４は、入射されたレーザ光を拡散させ、全体として被照明領域１０の全域を照明する。各拡散領域１４は複数の要素拡散素子１５を有する。複数の要素拡散素子１５は、配光方向が相互に異なり、相互に異なる要素被照明領域を照明する。すなわち複数の要素拡散素子１５の各々は、入射されたレーザ光を拡散させながら導いて、被照明領域１０内の対応の部分領域、すなわち対応する要素被照明領域１９を照明する。
被照明領域１０は複数の要素被照明領域１９に区画され、各要素被照明領域１９は対応の要素拡散素子１５からのレーザ光によって照明される。

光学素子３は、ホログラム記録媒体１６によって構成される。ホログラム記録媒体１６は、上述の「複数の拡散領域１４」として機能する複数のホログラム領域１７を有し、各ホログラム領域１７は、波長域が相互に異なる複数のレーザ光のそれぞれに対応して設けられる。各ホログラム領域１７は対応するレーザ光が入射される入射面１７ａを有し、各ホログラム領域１７の入射面１７ａに入射して拡散されたレーザ光は被照明領域１０を照明する。したがって例えば、ホログラム記録媒体１６がＲＧＢレーザ光の各々に対応する３つのホログラム領域１７を有する場合、各ホログラム領域１７で拡散されたＲＧＢレーザ光は、それぞれ被照明領域１０の全域を照明する。したがって、レーザ光源４からＲレーザ光、Ｇレーザ光及びＢレーザ光が発せられている場合には、被照明領域１０はこれらのＲＧＢレーザ光が照射されて白色で照明されることになる。

図３では、赤、青又は緑の波長域で発光する３つのレーザ光に対応づけて３つのホログラム領域１７を設ける例を示しているが、レーザ光の種類やホログラム領域１７の数は特に限定されない。レーザ光源４から発せられるレーザ光の種類に応じてホログラム領域１７が設けられることが好ましく、レーザ光源４から発せられるレーザ光が複数種類であれば、ホログラム記録媒体１６が有するホログラム領域１７も複数であることが好ましい。

ホログラム記録媒体１６における各ホログラム領域１７のサイズ、すなわち面積は必ずしも同じである必要はなく、レーザ光を照射可能な被照明領域のサイズはホログラム領域１７間で同じであってもよいし異なっていてもよい。ホログラム領域１７間で被照明領域のサイズが異なっていても、各ホログラム領域１７の入射面１７ａに形成される干渉縞をホログラム領域１７毎に調整することで、各ホログラム領域１７は共通の被照明領域１０を照明することができる。

複数のホログラム領域１７のそれぞれは、上述の「複数の要素拡散素子１５」として機能する複数の要素ホログラム領域１８を有する。複数の要素ホログラム領域１８のそれぞれは、入射されたレーザ光を拡散することにより、被照明領域１０内の部分領域である要素被照明領域１９を照明する。各要素ホログラム領域１８が照明する要素被照明領域１９の少なくとも一部は要素ホログラム領域１８間で相違し、異なる要素ホログラム領域１８が照明する要素被照明領域１９同士は、少なくとも一部が相違する。

複数の要素ホログラム領域１８の入射面１７ａには、それぞれ相違する干渉縞パターンが形成されている。各要素ホログラム領域１８の入射面１７ａに入射したレーザ光は、入射面１７ａの干渉縞パターンに応じて回折され、被照明領域１０における対応する要素被照明領域１９を照明する。したがって各要素ホログラム領域１８の入射面１７ａに形成される干渉縞パターンを調整することで、各要素ホログラム領域１８で回折されて拡散されるレーザ光の進行方向を所望方向に変えて、所望の要素被照明領域１９をレーザ光によって照明することができる。

なおホログラム記録媒体１６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、ホログラム記録媒体１６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、ホログラム記録媒体１６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。

ホログラム記録媒体１６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ホログラム記録媒体１６に向けてレーザ光を照射することで、ホログラム記録媒体１６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。ホログラム記録媒体１６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、ホログラム記録媒体１６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被照明領域１０となる。

各要素ホログラム領域１８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ホログラム記録媒体は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）とも呼ばれる。また、各要素ホログラム領域１８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、被照明領域１０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及び位置を設定してもよい。

ホログラム記録媒体１６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１６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１６でもよいし、レリーフ型のホログラム記録媒体１６でもよい。

光学素子３としてホログラム記録媒体１６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る。またホログラム記録媒体１６のその他の利点の一つは、ホログラム記録媒体１６が指向性の面光源として利用可能になるため、従来の点光源として機能するランプ光源と比較して、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、被照明領域１０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。

このように、レーザ光源４から光走査部６を介してホログラム記録媒体１６に入射されるレーザ光は、各要素ホログラム領域１８により案内されて対応の要素被照明領域１９を照明する。また、光走査部６は、ホログラム記録媒体１６の要素ホログラム領域１８におけるレーザ光の入射位置及び入射角度を経時的に変化させる。一つの要素ホログラム領域１８内に入射されるレーザ光は、その要素ホログラム領域１８内のどの位置に入射されても共通の要素被照明領域１９を照明し、要素被照明領域１９の各点に入射されるレーザ光の入射角度が経時的に変化する。この入射角度の変化は、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。したがって被照明領域１０の各要素被照明領域１９は、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重ねられて平均化された状態で、観察者に観察されることになり、スペックルを目立ちにくくすることができる。

異なる要素ホログラム領域１８を通過したレーザ光は被照明領域１０内の異なる要素被照明領域１９を照明するが、異なる要素ホログラム領域１８を通過したレーザ光によって照明される要素被照明領域１９の少なくとも一部が重なっていてもよい。また、被照明領域１０を構成する複数の要素被照明領域１９のサイズは、同じであってもよいし、相互に異なっていてもよい。さらに、要素ホログラム領域１８の配列順序に従って、対応する要素被照明領域１９が被照明領域１０内で配列されている必要はない。すなわち、ホログラム領域１７内での要素ホログラム領域１８の配列順序と、被照明領域１０内での対応する要素被照明領域１９の配列順序とは、必ずしも一致している必要はない。

図４は、ホログラム領域１７の一例を示す断面図である。図５は、ホログラム領域１７の他の例を示す断面図である。ホログラム領域１７の具体的な配置態様は特に限定されない。例えば各種のレーザ光に対応して設けられるホログラム領域１７ｒ、１７ｇ、１７ｂは、典型的には図４に示すように隣接配置され、ホログラム領域１７ｒ、１７ｇ、１７ｂの入射面１７ａが同一平面上に配置され、特有の干渉縞パターン２１ｒ、２１ｇ、２１ｂも同一層に設けられる。ただしホログラム領域１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ及び干渉縞パターン２１ｒ、２１ｇ、２１ｂは必ずしも隣接して同一層に設けられる必要はなく、ホログラム領域１７ｒ、１７ｇ、１７ｂが積層方向に配置されたホログラム記録媒体１６が用いられてもよい（図５参照）。この場合、干渉縞パターン２１ｒ、２１ｇ、２１ｂは、それぞれ対応のホログラム領域１７ｒ、１７ｇ、１７ｂにおいて層状に形成される。この場合、光走査部６からのレーザ光が入射されるホログラム記録媒体１６の表面である入射面１７ａから離れた奥の方にある干渉縞パターンまでレーザ光ができるだけロスなく到達するように、各ホログラム領域１７ｒ、１７ｇ、１７ｂの可視光透過率をできるだけ高くするのが望ましい。また、積層方向に重なる位置にホログラム領域１７ｒ、１７ｇ、１７ｂを形成すると入射面１７ａから離れた奥の方に存在する干渉縞パターンにはレーザ光が届きにくくなる。そのため、図５に示すように、積層方向と垂直を成す方向に関して相互にずらした位置に干渉縞パターン２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを形成するのが望ましい。

上述の構成を有する光学素子３において、複数の要素拡散素子１５は、大きさが異なる少なくとも２種類以上の要素拡散素子１５を含む。

図６は、レーザ光源４から発せられるレーザ光の出力をコントロールすることで照明範囲内の一部範囲を明るく又は暗く調整する例を説明する図であり、（ａ）は被照明領域１０における目標とする照明の一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す被照明領域１０を照明するのに利用される光学素子３を示し、（ｃ）は光学素子３上におけるレーザ光の光照射位置と光束量、すなわち光束（単位は、ｌｍ；ルーメン）との関係例を示す。

図６（ａ）において、濃度の濃い箇所ほど照明が明るく濃度の薄い箇所ほど照明が暗いことを示す。したがって、中央の要素被照明領域１９−５が最も明るく照明され、中央の要素被照明領域１９−５から離れるに従って徐々に暗く照明され、光束量に関して要素被照明領域１９−１〜１９−９は以下の関係を有する。
（照明関係例）
１９−５＞１９−２＝１９−４＝１９−６＝１９−８
＞１９−１＝１９−３＝１９−７＝１９−９

光学素子３を構成する複数の要素拡散素子１５−１〜１５−９は、上述のように、それぞれ対応の要素被照明領域１９−１〜１９−９がレーザ光によって照射されるように、光走査部６からのレーザ光を拡散して導く。特に図６（ｂ）に示す光学素子３は、レーザ光の入射領域の大きさが相互に等しい要素拡散素子１５−１〜１５−９によって構成される。

光走査部６によるレーザ光の走査速度を一定に保ちつつ、図６（ｂ）に示す光学素子３（要素拡散素子１５−１〜１５−９）によって図６（ａ）に示す照明態様を実現するには、レーザ光源４から発せられるレーザ光の出力を図６（ｃ）に示す光照射位置と光束量との関係を満たすようにコントロールする必要がある。すなわち、被照明領域１０のうち明るくすることが求められている要素被照明領域１９を照明する際には、レーザ光源４から発せられるレーザ光の出力を相対的に大きくし、対応の要素拡散素子１５に対するレーザ光の照射強度を強くする必要がある。一方、被照明領域１０のうち暗くすることが求められている要素被照明領域１９を照明する際には、レーザ光源４から発せられるレーザ光の出力を相対的に小さくし、対応の要素拡散素子１５に対するレーザ光の照射強度を弱くする必要がある。

したがって図６に示す例において、最も明るくすることが求められている中央の要素被照明領域１９−５を照明する際には、レーザ光源４から発せられるレーザ光の出力を最大にして、対応の要素拡散素子１５−５を照射するレーザ光の光束量を最も大きくする。また最も暗くすることが求められている四隅の要素被照明領域１９−１、１９−３、１９−７、１９−９を照明する際には、レーザ光源４から発せられるレーザ光の出力を最小にして、対応の要素拡散素子１５−１、１５−３、１５−７、１５−９を照射するレーザ光の光束量を最も小さくする。また中間的な明るさにすることが求められている他の要素被照明領域１９−２、１９−４、１９−６、１９−８を照明する際には、レーザ光源４から発せられるレーザ光の出力を中間的な大きさに設定し、対応の要素拡散素子１５−２、１５−４、１５−６、１５−８を照射するレーザ光の光束量を中間的にする。

このようにレーザ光源４のレーザ光出力をコントロールすることで被照明領域１０の照明を調整する場合には、光学素子３上のレーザ光照射位置に応じてレーザ光の出力を変える必要があり、レーザ光の出力コントロールが非常に煩雑である。特にレーザ光を光学素子３上で走査させる場合には、要素拡散素子１５のサイズが小さく走査速度が速いため、レーザ光の出力を非常に高速に変更調整する必要があり、レーザ光の出力コントロールを安定的且つ的確に行うための処理構成が非常に複雑になる。

一方、本実施形態では、光学素子３を構成する複数の要素拡散素子１５の各々におけるレーザ光の入射領域の大きさは、対応の要素被照明領域１９において必要とされる光束量に応じて定められている。

図７は、要素拡散素子１５の入射領域のサイズを調整することで照明範囲内の一部範囲を明るく又は暗く調整する例を説明する図であり、（ａ）は被照明領域１０における目標とする照明の一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す被照明領域１０を照明するのに利用される光学素子３を示し、（ｃ）は光学素子３上におけるレーザ光の光照射位置と光束量との関係例を示す。

図７（ａ）に示す照明例は上述の図６（ａ）に示す照明例と同じであり、中央の要素被照明領域１９−５が最も明るく照明され、中央の要素被照明領域１９−５から離れるに従って徐々に暗く照明される（上述の「照明関係例」参照）。

光学素子３を構成する複数の要素拡散素子１５のサイズが一定ではなく、対応の要素被照明領域１９における目標とする光束量の比率に応じて、要素拡散素子１５におけるレーザ光の入射領域の大きさが定められている。すなわち、被照明領域１０のうち明るくすることが求められている要素被照明領域１９に対応する要素拡散素子１５では、レーザ光の入射領域が相対的に大きく設定される。一方、被照明領域１０のうち暗くすることが求められている要素被照明領域１９に対応する要素拡散素子１５では、レーザ光の入射領域が相対的に小さく設定される。したがって、複数の要素拡散素子１５の各々は、対応の要素被照明領域１９において必要とされる光束量が多いほど、レーザ光の入射領域が大きく、対応の要素被照明領域１９において必要とされる光束量が小さいほど、レーザ光の入射領域が小さくなる。

したがって図７に示す例において、最も明るくすることが求められている中央の要素被照明領域１９−５に対応する要素拡散素子１５−５の大きさが最も大きく設定され、最も暗くすることが求められている四隅の要素被照明領域１９−１、１９−３、１９−７、１９−９に対応する要素拡散素子１５−１、１５−３、１５−７、１５−９の大きさが最も小さく設定される。また中間的な明るさにすることが求められている他の要素被照明領域１９−２、１９−４、１９−６、１９−８に対応する要素拡散素子１５−２、１５−４、１５−６、１５−８は、中間的な大きさに設定される。

このようにレーザ光の入射領域の大きさである要素拡散素子１５の大きさを調整することで、光学素子３から発せられるレーザ光の出力や光走査部６によるレーザ光の走査速度を変えることなく、被照明領域１０を所望態様で照明することができる。

例えば、光学素子３を構成する複数の要素拡散素子１５間の「レーザ光の入射領域の大きさ」の比率を「対応の要素被照明領域１９における目標とする光束量の比率」と一致させて、光学素子３から発せられるレーザ光の出力を一定にし、光走査部６が光学素子３上においてレーザ光を一定の速度で走査させることで、所望の照明態様を簡単に実現することができる。

上述のように、光走査部６によるレーザ光の走査に応じて光学素子３のレーザ光の出力をコントロールするには、必要とされる処理が複雑になり、照明範囲を所望の態様で的確に照明することが難しい。一方、本実施形態の照明装置１によれば、光学素子３を構成する各要素拡散素子１５の大きさ、すなわちレーザ光の入射領域の大きさを、当該要素拡散素子１５に対応する要素被照明領域１９における目標とする光束量に基づいて調整しておけば、光学素子３から発せられるレーザ光の出力や光走査部６によるレーザ光の走査速度を変えずに一定に維持した状態で、照明範囲を所望の態様で的確に照明することができる。

このように本実施形態に係る照明装置１によれば、処理構成を複雑にすることなく、的確に、照明範囲内の一部範囲を他の範囲よりも明るく又は暗く照明することができる。

＜第２の実施形態＞
本実施形態において、上述の第１の実施形態と同じ構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

上述の第１の実施形態では、レーザ光源４から発せられるレーザ光の出力が一定であり、光走査部６が光学素子３上においてレーザ光を一定の速度で走査させるケースについて例示したが、本発明の適用例はこれに限定されない。例えば、発光制御部５は、複数の要素拡散素子１５上における光照射位置に応じて、レーザ光源４のレーザ光の発光をコントロールしてもよい。より具体的には、発光制御部５は、複数の要素拡散素子１５上における光照射位置に応じてレーザ光源４のレーザ光の発光をコントロールし、複数の要素拡散素子１５を選択的にレーザ光によって照射してもよい。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置１によって照明範囲内の一部範囲を明るく又は暗く調整する例を説明する図であり、（ａ）は被照明領域１０における目標とする照明の一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す被照明領域１０を照明するのに利用される光学素子３を示し、（ｃ）は光学素子３上におけるレーザ光の光照射位置と光束量との関係例を示す。

図８（ｂ）に示す光学素子３は、上述の図７（ｂ）に示す光学素子３（要素拡散素子１５）と同じ「レーザ光の入射領域の大きさ」を有し、光学素子３を構成する複数の要素拡散素子１５は、レーザ光の入射領域の大きさが異なる少なくとも２種類以上の要素拡散素子１５を含む。

図８（ｃ）に示す光照射位置と光束量との関係を満たすように、複数の要素拡散素子１５上における光照射位置に応じてレーザ光源４のレーザ光の発光がコントロールされる。
具体的には、被照明領域１０の中央の要素被照明領域１９−５に対応する要素拡散素子１５−５を照射するレーザ光の出力が、他の要素拡散素子１５−１〜１５−４、１５−６〜１５−９を照射するレーザ光の出力よりも低く設定されるように、レーザ光源４のレーザ光の発光の出力がコントロールされる。これにより、図８（ａ）に示すように被照明領域１０のうち中央の要素被照明領域１９−５のみ照明を暗くすることができる。例えば被照明領域１０の中央の要素被照明領域１９−５に存在する人間が照明装置１からのレーザ光を過剰に浴びて眩しさが感じることがないようにするケースに好適である。

また図８に示す例では特定の要素被照明領域１９のみが他の要素被照明領域１９よりも暗く照明されるが、特定の要素被照明領域１９のみを他の要素被照明領域１９よりも明るく照明するという照明を行うことも可能である。発光制御部５はレーザ光源４のレーザ光の出力をコントロールし、特定の要素被照明領域１９に対応する要素拡散素子１５を照射するレーザ光の出力が他の要素拡散素子１５を照射するレーザ光の出力よりも高く設定することで、特定の要素被照明領域１９を他の要素被照明領域１９よりも明るく照明することができる。例えば特定の要素被照明領域１９に存在する人間を他の要素被照明領域１９よりも明るく照らすことで、その人間を際立たせたいケースに好適である。

以上説明したように本実施形態の照明装置１によれば、「特定の要素被照明領域１９を選択的に他の要素被照明領域１９よりも明るく又は暗く照明する」という複雑な照明態様を、比較的簡単なレーザ光の出力コントロールによって簡便に実現することができる。

＜応用例＞
図９は、照明装置１の応用例を示す概略図である。照明装置１は、上述のレーザ光源４、光走査部６として機能するポリゴンミラー２８及び光学素子３として機能する光拡散素子３０に加え、ビームエクスパンダ２５、第１の集光レンズ２６、レンズアレイ２７及び第２の集光レンズ２９を備える。なお図示は省略するが、図１に示す照明装置１と同様に発光制御部５及び光走査制御部８も設けられている。

レーザ光源４から発せられたレーザ光は、ビームエクスパンダ２５によって拡径され、第１の集光レンズ２６によって平行光に調整され、レンズアレイ２７によって配光角度及び拡散角度が調整される。ビーム整形素子として機能するビームエクスパンダ２５、第１の集光レンズ２６及びレンズアレイ２７は、図９に示す例ではレーザ光源４とポリゴンミラー２８との間に配置されるが、これに限定されず、ポリゴンミラー２８と第２の集光レンズ２９との間等に配置されてもよい。

第２の集光レンズ２９は、レンズアレイ２７によって配光角度が調整されてポリゴンミラー２８によって走査位置がコントロールされたレーザ光が入射され、当該レーザ光を集光して光拡散素子３０上に照射する。図９における図示は省略するが、光拡散素子３０もレーザ光の入射領域の大きさが異なる少なくとも２種類以上の要素拡散素子１５を含み（図７（ｂ）の符号１５−１〜１５−９参照）、処理構成を複雑にすることなく簡便且つ的確に、照明範囲内の一部範囲を他の範囲よりも明るく又は暗く照明することができる。

なお光走査部６は、回転体として構成されるポリゴンミラー２８を有し、回転するポリゴンミラー２８によってレーザ光が所望箇所に導かれる。したがって、複数の要素拡散素子１５上においてレーザ光を一定の速度で走査させるには、ポリゴンミラー２８の回転に関する角速度を一定にすればよく、非常に簡単に、複数の要素拡散素子１５上においてレーザ光を一定の速度で走査させることができる。

＜他の変形例＞
図１では、光走査部６からのレーザ光が光学素子３を透過して拡散する例を示したが、光学素子３は、レーザ光を拡散反射させるものであってもよい。例えば、光学素子３としてホログラム記録媒体１６を用いる場合、ホログラム記録媒体１６は反射型でも透過型でもよい。一般に、反射型のホログラム記録媒体１６（以下、「反射型ホロ」と称する）は、透過型のホログラム記録媒体１６（以下、「透過型ホロ」と称する）に比べて、波長選択性が高い。すなわち、反射型ホロは、異なる波長に対応した干渉縞を積層させても、所望の層のみで所望の波長のコヒーレント光を回折させることができる。また、０次光の影響を除去しやすい点でも、反射型ホロは優れている。一方、透過型ホロは、回折可能なスペクトルが広く、レーザ光源４の許容度が広いが、異なる波長に対応した干渉縞パターンを積層させると、所望の層以外の層でも所望の波長のコヒーレント光が回折されてしまう。よって、一般には、透過型ホロは、積層構造にするのが困難である。

また光学素子３の具体的な形態はホログラム記録媒体１６に限定されるものではなく、複数の要素拡散素子１５に細かく分割することが可能な各種の拡散部材でもよい。例えば、複数の要素拡散素子１５のそれぞれは、複数のレンズを有するレンズアレイであり、光学素子３は、複数のレンズアレイを含むレンズアレイ群であってもよい。この場合、要素拡散素子１５毎にレンズアレイが設けられ、各レンズアレイを構成する各レンズが被照明領域１０内の要素被照明領域１９を照明するように各レンズの形状が設計される。この場合にも上述の実施形態と同様に、要素拡散素子１５として機能する複数のレンズアレイは、コヒーレント光であるレーザ光の入射領域の大きさが異なる少なくとも２種類以上のレンズアレイを含む。これにより、処理構成を複雑にすることなく、的確に、照明範囲内の一部範囲を他の範囲よりも明るく又は暗く照明することができる。

またレーザ光源４が具備する光源部７の数は特に限定されず、複数であってもよいし、単数であってもよい。またレーザ光源４の光源部７から発せられるレーザ光の種類も特に限定されず、複数種類であってもよいし、単一種類であってもよい。したがってレーザ光源４は、例えば同一波長域のレーザ光を発する複数の光源部７を具備してもよく、この場合、レーザ光を発する光源部７の数を発光制御部５によってコントロールすることで被照明領域１０の照明強度を簡単に高くしたり低くしたりできる。

なお上述の照明装置１の適用対象は特に限定されず、例えば、車両、航空機等の飛行体、列車、船舶、潜水物などの乗り物やその他の移動体に照明装置１が搭載されてもよいし、特定の場所に照明装置１が設置されてもよい。

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

１ 照明装置、２ 照射装置、３ 光学素子、４ レーザ光源、５ 発光制御部、６ 光走査部、７ 光源部、８ 光走査制御部、１０ 被照明領域、１１ 回転軸、１２ 回転軸、１３ 反射デバイス、１４ 拡散領域、１５ 要素拡散素子、１６ ホログラム記録媒体、１７ ホログラム領域、１８ 要素ホログラム領域、１９ 要素被照明領域、２１ 干渉縞パターン、２５ ビームエクスパンダ、２６ 第１の集光レンズ、２７ レンズアレイ、２８ ポリゴンミラー、２９ 第２の集光レンズ、３０ 光拡散素子

Claims (15)

1. 波長域が相互に異なる複数のコヒーレント光を発するコヒーレント光源と、
   前記複数のコヒーレント光のそれぞれに対応して設けられる複数の拡散領域を有する光学素子であって、前記複数の拡散領域の各々は複数の要素拡散素子を含み、当該複数の要素拡散素子の各々が入射された前記コヒーレント光を導いて対応の要素被照明領域を照明する光学素子と、
   前記コヒーレント光源から発せられた前記コヒーレント光を導いて前記複数の要素拡散素子上で走査させる光走査部と、を備え、
   前記複数の拡散領域は、同一層に設けられ、
   前記複数の要素拡散素子の各々における前記コヒーレント光の入射領域の大きさは、前記対応の要素被照明領域において必要とされる光束量に応じて定められている照明装置。
2. 波長域が相互に異なる複数のコヒーレント光を発するコヒーレント光源と、
   前記複数のコヒーレント光のそれぞれに対応して設けられる複数の拡散領域を有する光学素子であって、前記複数の拡散領域の各々は複数の要素拡散素子を含み、当該複数の要素拡散素子の各々が入射された前記コヒーレント光を導いて対応の要素被照明領域を照明する光学素子と、
   前記コヒーレント光源から発せられた前記コヒーレント光を導いて前記複数の要素拡散素子上で走査させる光走査部と、を備え、
   前記複数の拡散領域は、同一層に設けられ、
   前記コヒーレント光源から発せられる前記コヒーレント光の出力は一定である照明装置。
3. 波長域が相互に異なる複数のコヒーレント光を発するコヒーレント光源と、
   前記複数のコヒーレント光のそれぞれに対応して設けられる複数の拡散領域を有する光学素子であって、前記複数の拡散領域の各々は複数の要素拡散素子を含み、当該複数の要素拡散素子の各々が入射された前記コヒーレント光を導いて対応の要素被照明領域を照明する光学素子と、
   前記コヒーレント光源から発せられた前記コヒーレント光を導いて前記複数の要素拡散素子上で走査させる光走査部と、を備え、
   前記複数の拡散領域は、同一層に設けられ、
   前記光走査部は、前記複数の要素拡散素子上において前記コヒーレント光を一定の速度で走査させる照明装置。
4. 波長域が相互に異なる複数のコヒーレント光を発するコヒーレント光源と、
   前記複数のコヒーレント光のそれぞれに対応して設けられる複数の拡散領域を有する光学素子であって、前記複数の拡散領域の各々は複数の要素拡散素子を含み、当該複数の要素拡散素子の各々が入射された前記コヒーレント光を導いて対応の要素被照明領域を照明する光学素子と、
   前記コヒーレント光源から発せられた前記コヒーレント光を導いて前記複数の要素拡散素子上で走査させる光走査部と、を備え、
   前記複数の拡散領域は、積層方向に相互にずれた位置に配置され、
   前記複数の要素拡散素子の各々における前記コヒーレント光の入射領域の大きさは、前記対応の要素被照明領域において必要とされる光束量に応じて定められている照明装置。
5. 波長域が相互に異なる複数のコヒーレント光を発するコヒーレント光源と、
   前記複数のコヒーレント光のそれぞれに対応して設けられる複数の拡散領域を有する光学素子であって、前記複数の拡散領域の各々は複数の要素拡散素子を含み、当該複数の要素拡散素子の各々が入射された前記コヒーレント光を導いて対応の要素被照明領域を照明する光学素子と、
   前記コヒーレント光源から発せられた前記コヒーレント光を導いて前記複数の要素拡散素子上で走査させる光走査部と、を備え、
   前記複数の拡散領域は、積層方向に相互にずれた位置に配置され、
   前記コヒーレント光源から発せられる前記コヒーレント光の出力は一定である照明装置。
6. 波長域が相互に異なる複数のコヒーレント光を発するコヒーレント光源と、
   前記複数のコヒーレント光のそれぞれに対応して設けられる複数の拡散領域を有する光学素子であって、前記複数の拡散領域の各々は複数の要素拡散素子を含み、当該複数の要素拡散素子の各々が入射された前記コヒーレント光を導いて対応の要素被照明領域を照明する光学素子と、
   前記コヒーレント光源から発せられた前記コヒーレント光を導いて前記複数の要素拡散素子上で走査させる光走査部と、を備え、
   前記複数の拡散領域は、積層方向に相互にずれた位置に配置され、
   前記光走査部は、前記複数の要素拡散素子上において前記コヒーレント光を一定の速度で走査させる照明装置。
7. 前記光学素子は、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を有する要素ホログラム素子であり、
   前記干渉縞パターンは、前記積層方向と垂直を成す方向に関し、前記複数の拡散領域間で相互にずれた位置に配置される請求項４〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記複数の要素拡散素子の各々は、前記対応の要素被照明領域において必要とされる光束量が多いほど、前記コヒーレント光の前記入射領域が大きい請求項１又は４に記載の照明装置。
9. 前記光走査部は、前記コヒーレント光を導く回転体を有し、当該回転体の角速度を一定にすることで前記複数の要素拡散素子上において前記コヒーレント光を一定の速度で走査させる請求項３又は６に記載の照明装置。
10. 前記光走査部を制御して前記複数の要素拡散素子上における前記コヒーレント光の光照射位置をコントロールする光走査制御部を更に備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 前記コヒーレント光源の前記コヒーレント光の発光をコントロールする発光制御部を更に備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。
12. 前記発光制御部は、前記複数の要素拡散素子上における前記コヒーレント光の光照射位置に応じて、前記コヒーレント光源の前記コヒーレント光の発光をコントロールする請求項１１に記載の照明装置。
13. 前記発光制御部は、前記複数の要素拡散素子上における前記光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コントロールし、前記複数の要素拡散素子を選択的に前記コヒーレント光によって照射する請求項１２に記載の照明装置。
14. 前記複数の要素拡散素子は、配光方向が相互に異なり、相互に異なる前記要素被照明領域を照明する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明装置。
15. 前記複数の要素拡散素子のそれぞれは、複数のレンズを有するレンズアレイであり、
    前記光学素子は、複数の前記レンズアレイを含むレンズアレイ群である請求項１〜１４のいずれか一項に記載の照明装置。