JP6812742B2

JP6812742B2 - 照明装置

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Publication number: JP6812742B2
Application number: JP2016204540A
Authority: JP
Inventors: 田一敏石; 重牧夫倉
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JP2018067424A

Description

本開示の実施形態は、互いから離間して配置された複数の発光部を有する光源を含む照明装置に関する。

例えば、特許文献１に示されているように、レーザ光をホログラム素子に照射して、任意の像を投影する照明装置が広く利用されている。任意の像には単なる矩形状等も含まれ、この例では、ホログラム素子での回折により所定の領域を照明することが可能となる。特許文献１は、表示装置を開示している。この表示装置は、レーザ光源と、透過型ホログラム素子と、を有している。レーザ光源は、レーザ発振部を有する発光部を有しており、発光部から射出されたレーザ光をホログラム素子に入射させることによって、路面上に所定の像を投影することができる。ただし、ホログラム素子が再生する像を単なる矩形状等の領域または角度領域とすることもできる。この例では、レーザ光源とホログラム素子とによって照明装置が構成され、ホログラム素子回折により所定の領域を照明することが可能となる。

特開２０１５−１３２７０７号公報

ところで、昨今の照明装置に対するニーズの一つとして、或る程度大面積の領域を明るく照明することがある。このようなニーズに応えるべく、複数のレーザ光を並べて一つのレーザ光源として用いることがある。この場合、発光部同士の間隔が狭すぎると、互いの発する熱によって、レーザ光の出力が落ちてしまう。このため、複数の発光部を含むレーザ光源においては、発光部は、互いから所定距離以上離間して配置される必要がある。

そして、このような光源からの光を大面積の被照明領域、例えば大面積のホログラム素子に入射させるには、光路幅を拡大する光路幅拡大光学系を用いることが有効である。

また、ホログラム素子での回折効率を向上させ、かつ高効率でホログラム再生像を意図した方向又は領域に再生するためには、ホログラム素子への入射光束を平行度の高い平行光束とすることが好ましい。エタンデュ保存則を考慮すれば、光路幅を拡大する光路幅拡大光学系を用いて光路幅を拡げることにより、ホログラムへの入射光束の平行度を改善することができる。

その一方で、互いから離間して配置された複数の発光部から射出された複数の光束をそのまま拡大すると、複数の発光部間のスペーサも拡大され、大面積の領域を均一な明るさで照明することができない。

本開示の実施形態は、以上の点を考慮してなされたものであり、大面積の領域を均一な明るさで照明することが可能な照明装置を提供することを目的とする。

本開示の一実施形態による照明装置は、
第１発光部と前記第１発光部から離間して配置された第２発光部とを有する光源と、
前記第１発光部から射出した第１光束及び前記第２発光部から射出した第２光束のうちの少なくとも一方の光束の光路を調整して、前記第１光束の光軸及び前記第２光束の光軸を接近させる光路調整光学系と、
前記第１光束の光路幅を拡大し且つ前記第２光束の光路幅を拡大する光路幅調整光学系と、を備える。

本開示の一実施形態による照明装置において、前記光路調整光学系は、前記光源から射出した光の光路に沿って前記光源と前記光路幅調整光学系との間に位置してもよい。

本開示の一実施形態による照明装置において、前記第１光束及び前記第２光束は、前記光路幅調整光学系の出射後において、平行光束となっていてもよい。

本開示の一実施形態による照明装置が、前記光路幅調整光学系で光路幅を拡大された前記第１光束及び前記第２光束を回折するホログラムを更に備えていてもよい。

本開示の一実施形態による照明装置において、前記光路幅調整光学系は、第１の光学部材及び第２の光学部材を有し、前記第１光束は、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の両方で光路を調整され、前記第２光束は、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の両方で光路を調整されるようにしてもよい。

本開示の一実施形態による照明装置において、前記光路調整光学系は、前記少なくとも一方の光束が通過する入射面及び出射面を有し、前記入射面及び前記出射面は、平行であってもよい。

本開示の一実施形態による照明装置において、前記光路調整光学系は、前記第１光束が通過する第１入射面及び第１出射面を有し、前記第１入射面及び前記第１出射面は、平行であり、前記光路調整光学系は、前記第２光束が通過する第２入射面及び第２出射面を更に有し、前記第２入射面及び前記第２出射面は、平行であってもよい。

また、本開示の一実施形態による光路調整光学系は、底面の形状が互いに相似な第１の角柱と第２の角柱とを、平面視において、前記第１の角柱の底面の各辺と、当該各辺に対応する前記第２の角柱の底面の各辺と、が互いに平行となるように組み合せた形状を有してもよい。この場合、第１及び第２の角柱は、三角柱または台形柱であってもよい。

あるいは、本開示の一実施形態による光路調整光学系は、互いに相似な第１の角錐と第２の角錐とを、前記第１の角錐の各面と、当該各面に対応する前記第２の角錐の各面と、が互いに平行となるように組み合わせた形状を有してもよい。

本開示によれば、複数の発光部が必要となる大面積の領域を、構成部品の多い複雑で大型の照明装置を用いることなく、均一な明るさで照射することができる。

図１は、本開示の実施形態を説明するための図であって、照明装置の一例を説明するための図である。図２は、図１に対応する図であって、照明装置の一変形例を説明するための図である。図３は、図１に対応する図であって、照明装置の他の変形例を説明するための図である。図４は、光源と光路調整光学系の一変形例を説明するための図である。図５は、光源と光路調整光学系の他の変形例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本開示の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。

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

図１は本開示による実施の形態を説明するための図である。図１は、照明装置１の全体構成を模式的に示す平面図である。照明装置１は、光を射出する光源１０と、光源１０から射出した光に作用する光路調整光学系２０、光路幅調整光学系２５及びホログラム５０を有している。図１に示された例において、光路調整光学系２０、光路幅調整光学系２５及びホログラム５０は、光源１０からの光の光路に沿ってこの順で配置され、この順で光に対して作用する。この照明装置１は、ホログラム５０を照射することによって、ホログラム５０に記録されたホログラム再生像を被投影面に投影する装置である。

ここで説明する照明装置１は、以下に詳述するように、光源１０によってホログラム５０の大面積の領域を照明することができ、また、光路調整光学系２０での光学作用によって、ホログラム５０上の被照明領域における照度バラツキを低減することができる。以下、各構成要素について、順に説明していく。

図１に示された例において、光源１０は、レーザ光を発光する複数の発光部１１，１２を有する。複数の発光部１１，１２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発光部１１，１２を並べて配置した光源モジュールであってもよい。ここで、複数の発光部が近接して配置されていると、互いから発せられる熱によって発光強度が弱められてしまって光源１０から所望の発光強度の光束が得られない、という不具合が生じる。このような不具合を防ぐため、図１に示す例においては、第１発光部１１及び第２発光部１２は、互いから距離ｘだけ離間して配置されている。第１発光部１１及び第２発光部１２は、第１発光部１１から射出される第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａと、第２発光部１２から射出される第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａと、が互いに概ね平行となるように配置されている。以下、当該２つの光軸ｄ１ａ，ｄ２ａの中心を通る線を中心線Ｌとする。

第１発光部１１及び第２発光部１２は、同色の発光波長域の光束を射出するものであってもよいし、異なる色の発光波長域の光束を射出するものであってもよい。また、第１発光部１１及び第２発光部１２は、レーザ発振部を有し、レーザ光を射出するものであってもよい。さらに、第１発光部１１及び第２発光部１２は、コリメータを含み、発散する光束が平行光束に変換された光束を射出するものであってもよい。

ところで、大面積のホログラム５０に光を入射させるには、光源から射出した光束の光路幅を拡大する必要がある。しかしながら、互いから離間して配置された複数の発光部１１，１２から射出された複数の光束ｆ１，ｆ２の光路幅を拡大しようとすると、一般に、光路幅調整光学系が大型化してしまう。また、このような複数の光束ｆ１，ｆ２の光路幅を拡大すると、複数の光束ｆ１，ｆ２間のギャップも拡大される。結果として、ホログラム５０上の領域を均一な明るさで照明することができず、ホログラム５０は所定の像を所望のように再生することができないという不具合が生じやすい。

このような事情を考慮して、本開示の実施形態の照明装置１は、第１発光部１１から射出した第１光束ｆ１及び第２発光部１２から射出した第２光束ｆ２のうちの少なくとも一方の光束の光路を調整して、第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａ及び第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａを接近させる光路調整光学系２０を有している。好適には、光路調整光学系２０は、第１発光部１１から射出した第１光束ｆ１及び第２発光部１２から射出した第２光束ｆ２のうちの少なくとも一方の光束の光路を、調整前後の光軸のなす角度が−５°から＋５°の範囲内、好適には−１°から＋１°の範囲内、さらに好適には平行となるように、調整する。

図１に示す例では、光路調整光学系２０は、第１発光部１１から射出した第１光束ｆ１の光路を、調整前の第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａと、調整後の第１光束ｆ１の光軸ｄ１ｃと、が平行となるように、調整するものである。また、光路調整光学系２０は、第２発光部１２から射出した第２光束ｆ２の光路を、調整前の第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａと、調整後の第２光束ｆ２の光軸ｄ２ｃと、が平行となるように、調整するものである。そして、調整前の第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａ及び第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａの距離が距離Ｗａであるのに対し、調整後の第１光束ｆ１の光軸ｄ１ｃ及び第２光束ｆ２の光軸ｄ２ｃの距離が距離Ｗａよりも短い距離Ｗｃとなるように、光束ｆ１，ｆ２の光路を調整するものである。

より具体的には、光路調整光学系２０は、少なくとも一方の光束が通過する入射面及び出射面を有し、当該入射面及び当該出射面は、平行である。特に図１に示す例においては、光路調整光学系２０は、第１光束ｆ１が通過する第１入射面Ａ１及び第１出射面ａ１を有し、第１入射面Ａ１及び第１出射面ａ２は、平行である。また、光路調整光学系２０は、第２光束ｆ２が通過する第２入射面Ａ２及び第２出射面ａ２を更に有し、第２入射面Ａ２及び第２出射面ａ２は、平行である。

図１に示す例では、光路調整光学系２０は、底面の形状が互いに相似な第１の角柱２１と第２の角柱２２とを、平面視において、第１の角柱２１の底面の各辺と、当該各辺に対応する第２の角柱２２の底面の各辺と、が互いに平行となるように組み合せた形状を有する。とりわけ、図１に示す例では、第１及び第２の角柱２１，２２は、三角柱である。

図１を参照してより詳細に説明すると、光路調整光学系２０は、底面が二等辺三角形の形状である三角柱状に形成された第１プリズム部分２１と、第１プリズム部分２１の底面形状と相似な底面形状を有する三角柱状に形成された第２プリズム部分２２であって、底面の寸法が第１プリズム部分２１の底面の寸法よりも小さい第２プリズム部分２２と、を含んでいる。第１プリズム部分２１は、二等辺三角形状の底面の等辺を各々含む２つの主側面Ａ１，Ａ２と、当該２つの主側面Ａ１，Ａ２が形成する頂部Ｐ１に対向する面である副側面ＡＳと、を有している。同様に、第２プリズム部分２２は、二等辺三角形状の底面の等辺を各々含む２つを主側面ａ１，ａ２と、当該２つの主側面ａ１，ａ２が形成する頂部Ｐ２に対向する面である副側面ａｓと、を有している。そして、光路調整光学系２０は、第１プリズム部分２１の副側面ＡＳと第２プリズム部分２２の副側面ａｓとが、第１プリズム部分２１の頂部Ｐ１を通り副側面ＡＳに垂直な仮想面と、第２プリズム部分２２の頂部Ｐ２を通り副側面ａｓに垂直な仮想面と、が一致するように接合されている。第１プリズム部分２１と第２プリズム部分２２とは、屈折率の等しい材料で形成されている。

第１プリズム部分２１は、第１主側面Ａ１が、第１光束ｆ１の光路を横切るように、且つ、第２主側面Ａ２が、第２光束ｆ２の光路を横切るように配置されている。これにより、第１プリズム部分２１の主側面Ａ１，Ａ２は、それぞれ、第１入射面Ａ１及び第２入射面Ａ２とされる。第１主側面Ａ１及び第２主側面Ａ２は、非平行、すなわち交差している。したがって、図１に示すように、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、第１入射面Ａ１及び第２入射面Ａ２を通過して第１プリズム部分２１を通過する際に、屈折によってその進行方向を曲げる。

また、第２プリズム部分２２は、第１主側面ａ１が、第１プリズム部分２１を通過して進行方向を曲げた第１光束ｆ１の光路を横切るように、且つ、第２主側面ａ２が、第１プリズム部分２１を通過して進行方向を曲げた第２光束ｆ２の光路を横切るように配置されている。これにより、第２プリズム部分２２の主側面ａ１，ａ２は、それぞれ、第１出射面ａ１及び第２出射面ａ２とされる。

なお、第１プリズム部分２１の頂部Ｐ１の角度、第２プリズム部分２２の頂部Ｐ２の角度、第１プリズム部分２１の寸法、第２プリズム部分２２の寸法、並びに、第１プリズム部分２１及び第２プリズム部分２２の屈折率は、光源１０から出射した光束ｆ１，ｆ２が、各々、第１プリズム部分２１の入射面Ａ１，Ａ２に入射して屈折した後、第２プリズム部分２２の出射面ａ１，ａ２から出射することができるように、調整される。また、光路調整光学系２０は、第２プリズム部分２２の出射面ａ１，ａ２から出射した光束ｆ１，ｆ２の光軸ｄ１ｃ，ｄ２ｃが所望の程度に十分近接するように、設計及び／または位置決めされる。具体的には、光路調整光学系２０内を進行する光束ｆ１，ｆ２の光軸ｄ１ｂ，ｄ２ｂの交点Ｃｆが、第２プリズム部分２２の頂部Ｐ２に十分接近するように、調整される。

なお、図１に示す例では、第１プリズム部分２１と第２プリズム部分２２とは、別体で形成されているが、一体形成されてもよい。また、第１プリズム部分２１及び第２プリズム部分２２は、三角柱状に形成されていなくてもよく、例えば、台形柱状に形成されて頂部Ｐ１，Ｐ２を含まないようにしてもよい。頂部Ｐ１，Ｐ２を含まないプリズム部分２１，２２であっても、第１光束ｆ１が通過する第１入射面Ａ１及び第１出射面ａ１が平行であり、第２光束ｆ２が通過する第２入射面Ａ２及び第２出射面ａ２が平行であれば、頂部Ｐ１，Ｐ２を含むプリズム部分２１，２２と同様の作用効果を発揮することができる。また、第１プリズム部分２１の底面の寸法と、第２プリズム部分２２の底面の寸法と、は、等しくてもよいし、第１プリズム部分２１と第２プリズム部分２２とは、互いから離間していてもよい。

さらに、図１に示す例では、光路調整光学系２０の入射面及び出射面は、平行であるが、これに限られない。具体的には、調整前後の光軸ｄ１ａ，ｄ１ｃあるいはｄ２ａ，ｄ２ｃのなす角度が−５°から＋５°の範囲内、より好適には−１°から＋１°の範囲内となれば、当該入射面及び出射面は、平行でなくてもよい。

次に、光路幅調整光学系２５について説明する。光路幅調整光学系２５は、第１光束ｆ１の光路幅Ｖ１ｃを拡大し且つ第２光束ｆ２の光路幅Ｖ２ｃを拡大するものである。図示された例において、光路幅調整光学系２５は、第１光束ｆ１を平行光束に維持して、その光路幅を拡大している。同様に、光路幅調整光学系２５は、第２光束ｆ２を平行光束に維持して、その光路幅を拡大している。さらに、図示された例において、光路幅調整光学系２５は、拡大前の第１光束ｆ１の光軸ｄ１ｃと、拡大後の第１光束ｆ１の光軸ｄ１ｅと、が平行となるようにして、第１光束ｆ１の光路幅を拡大している。同様に、光路幅調整光学系２５は、拡大前の第２光束ｆ２の光軸ｄ２ｃと、拡大後の第２光束ｆ２の光軸ｄ２ｅと、が平行となるようにして、第２光束ｆ２の光路幅を拡大している。

具体的な構成として、図１に示された光路幅調整光学系２５は、第１の光学部材３０と、第２の光学部材４０と、を有している。第１の光学部材３０は、入射してくる平行光束としての第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２を発散させる。第２の光学部材４０は、第１の光学部材３０で発散された第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２をコリメートする。図１に示された例において、第１の光学部材３０及び第２の光学部材４０は、凸レンズから構成されている。第１の光学部材３０をなす凸レンズ及び第２の光学部材４０をなす凸レンズは、光軸が中心線Ｌと平行になるようにして、配置されている。第１の光学部材３０の主点及び第２の光学部材４０の主点は、第１の光学部材３０をなす凸レンズの焦点距離と第２の光学部材４０をなす凸レンズの焦点距離とを足し合わせた距離だけ、中心線Ｌに沿って互いから離間している。

ただし、この例に限られず、第１の光学部材３０は、凹面鏡から構成されていてもよいし、第２の光学部材４０は、凹面鏡から構成されていてもよい。

ホログラム５０は、光路幅調整光学系２５で光路幅を拡大された第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２を回折するものである。ホログラム５０は、透過型ホログラムであってもよいし、反射型ホログラムであってもよい。また、ホログラムとしては、エンボスホログラム、体積型ホログラム、電子ホログラムなどを挙げることができる。さらに、計算機を用いた演算により所定の記録面上に干渉縞を記録させて作成する計算機合成ホログラムなども挙げることができる。また、計算機合成ホログラムのうち、フーリエ変換光学系を用いた計算機合成ホログラムであるフーリエ変換ホログラムを用いるようにしてもよい。

次に、以上の構成からなる照明装置１の作用について説明する。

まず、図１に示すように、光源１０において互いから距離ｘだけ離間して配置された第１発光部１１及び第２発光部１２が、各々、レーザ光を発振し、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２を射出する。第１発光部１１から射出された第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａと、第２発光部１２から射出された第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａと、は互いに概ね平行であり、第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａと第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａとの間隔は、距離Ｗａである。光源１０から射出された第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、まず、光路調整光学系２０に向かい、各々、第１プリズム部分２１の第１入射面Ａ１及び第２入射面Ａ２に入射する。

光路調整光学系２０の第１入射面Ａ１に入射した第１光束ｆ１及び第２入射面Ａ２に入射した第２光束ｆ２は、屈折によってその進行方向を互いに向けて曲げ、各々の光軸ｄ１ｂ，ｄ２ｂ間の距離を縮めながら第２プリズム部分２２に向かう。

第２プリズム部分２２に入射した第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、第１プリズム部分２１と第２プリズム部分２２とが屈折率の等しい材料で形成されていることにより、進行方向を曲げることなく、第２プリズム部分２２内を進む。そして、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、第２プリズム部分２２において交差し、各々、第１出射面ａ１及び第２出射面ａ２に向かう。このとき、光束ｆ１，ｆ２は、第２プリズム部分２２の頂部Ｐ２に十分接近した位置で交差する。そして、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、各々、第１入射面Ａ１に平行な第１出射面ａ１及び第２入射面Ａ２に平行な第２出射面ａ２から出射する。

第１出射面ａ１が第１入射面Ａ１に平行であることにより、第１出射面ａ１から出射した第１光束ｆ１は、その光軸ｄ１ｃが第１入射面Ａ１に入射する第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａと平行となるように進行方向を曲げる。また、第１光束ｆ１の光路幅は、第１入射面Ａ１への入射前と第１出射面ａ１からの出射後とで同一となる。同様に、第２出射面ａ２が第２入射面Ａ２に平行であることにより、第２出射面ａ２から出射した第２光束ｆ２は、その光軸ｄ２ｃが第２入射面Ａ２に入射する第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａと平行となるように進行方向を曲げる。また、第２光束ｆ２の光路幅は、第２入射面Ａ２への入射前と第２出射面ａ２からの出射後とで同一となる。このようにして、第１発光部１１から出射した第１光束ｆ１及び第２発光部１２から出射した第２光束ｆ２は、光路調整光学系２０において、その光路を、当該光束ｆ１，ｆ２の光軸が調整前後で平行となるように、調整される。

また、光束ｆ１，ｆ２が第２プリズム部分２２の頂部Ｐ２に十分接近した位置で交差することにより、第１出射面ａ１から出射した第１光束ｆ１の光軸ｄ１ｃと、第２出射面ａ２から出射した第２光束ｆ２の光軸ｄ２ｃと、の間の距離Ｗｃは、光路調整光学系２０に入射する第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａと、光路調整光学系２０に入射する第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａと、の間の距離Ｗａよりも十分に小さい。このようにして、第１発光部１１から射出された第１光束ｆ１及び第２発光部１２から射出された第２光束ｆ２は、光路調整光学系２０において、その光路を、当該光束ｆ１，ｆ２の光軸が接近するように、調整される。これにより、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２間のギャップが狭められる。

光路調整光学系２０から出射した光束ｆ１，ｆ２は、その光軸ｄ１ｃ，ｄ２ｃの間の距離を距離Ｗｃに維持したまま、光路幅調整光学系２５に向かう。光路幅調整光学系２５において、光束ｆ１，ｆ２は、まず、第１の光学部材３０に入射する。このとき、光束ｆ１，ｆ２の光路幅は、各々、光路幅Ｖ１ｃ，Ｖ２ｃである。第１の光学部材３０を出射した光束ｆ１，ｆ２は、一度その焦点に向かって収束した後、発散して、第２の光学部材４０に向かう。このようにして、光束ｆ１，ｆ２の光路幅は、第１の光学部材３０に入射する前よりも拡大されて、第２の光学部材４０に入射する際には、各々、光路幅Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄとなる。このとき、光束ｆ１，ｆ２間のギャップも拡大されるが、当該ギャップは光路調整光学系２０を通過した際に十分に狭められているため、光路調整光学系２０により調整される前の光束ｆ１，ｆ２のギャップよりも、十分小さいままである。

光路幅調整光学系２５の第２の光学部材４０に入射した光束ｆ１，ｆ２は、第２の光学部材４０においてコリメートされて平行光束に変換されて第２の光学部材４０から出射する。第２の光学部材４０から出射した第１光束ｆ１は、その光軸ｄ１ｅが拡大前の第１光束ｆ１の光軸ｄ１ｃと平行となるように、ホログラム５０に向けて進む。また、第２の光学部材４０から出射した第２光束ｆ２は、その光軸ｄ２ｅが拡大前の第２光束ｆ２の光軸ｄ２ｃと平行となるように、ホログラム５０に向けて進む。すなわち、光路幅調整光学系２５において、第１光束ｆ１の光路幅は、入射前の光路幅Ｖ１ｃから出射後の光路幅Ｖ１ｄまで拡大される。同様に、第２光束ｆ２の光路幅は、入射前の光路幅Ｖ２ｃから出射後の光路幅Ｖ２ｄまで拡大される。エタンデュの保存則からすれば、光路幅の拡大にともない第１光束ｆ１の発散角及び第２光束ｆ２の発散角は小さくなり、この結果、第１光束ｆ１の平行度及び第２光束ｆ２の平行度が改善される。

光束ｆ１，ｆ２は、その改善された平行度、拡大された光路幅Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄ、及び、光束ｆ１，ｆ２間の縮小されたギャップを維持したまま、ホログラム５０に入射する。ホログラム５０に入射した光束ｆ１，ｆ２は、回折されて、ホログラム５０に記録されたホログラム再生像が、図示しない被投射面に投影される。とりわけ、光路幅調整光学系２５での光路幅の調整にともなって光束の平行度が改善されているため、ホログラムは高効率でホログラム再生像を意図した方向又は領域に再生することができる。

以上のような本開示の実施形態によれば、照明装置１は、第１発光部１１と第１発光部１１から離間して配置された第２発光部１２とを有する光源１０と、第１発光部１１から射出した第１光束ｆ１及び第２発光部１２から射出した第２光束ｆ２のうちの少なくとも一方の光束の光路を調整して、第１光束ｆ１の光軸及び第２光束ｆ２の光軸を接近させる光路調整光学系２０と、第１光束ｆ１の光路幅を拡大し且つ第２光束ｆ２の光路幅を拡大する光路幅調整光学系２５と、を備える。このような照明装置１では、光路調整光学系２０が、複数の発光部１１，１２から射出した光束ｆ１，ｆ２の光軸を調整して光束間のギャップを狭め、且つ、光路幅調整光学系２５が、複数の発光部１１，１２から射出した光束の光路幅を拡大することができる。したがって、この照明装置１によれば、必要となる大面積の領域を均一な明るさで照明することができ、この結果、照明装置１を種々の用途やアプリケーションに使用することができる。特に、図１に示す例のように、照明装置１がホログラム５０を用いてホログラム再生像を照射するものである場合、ホログラム５０の必要となる大面積の領域に平行光を当てることが容易である。この結果、ホログラム再生像を意図した方向または領域に照射することができる。さらに、光路調整光学系２０で複数の光束ｆ１，ｆ２のギャップを狭めることができるため、光路調整光学系２０よりも光路の下流側に配置される光学系を小型かつ単純な構成にすることができる。この結果、照明装置１を小型化し、その構成を単純化することが可能である。

また、本開示の実施形態によれば、光路調整光学系２０は、光源１０から射出した光の光路に沿って光源１０と光路幅調整光学系２５との間に位置している。光路調整光学系２０が光源１０と光路幅調整光学系２５との間に位置することにより、光源１０から射出した光束が光路幅調整光学系２５で拡大される前に、光束ｆ１，ｆ２間のギャップが狭められる。これにより、二光束ｆ１，ｆ２が入射する光路幅調整光学系２５の大型化を効果的に抑制しながら、大面積の領域を、より確実に均一な明るさで照明することができる。

また、本開示の実施形態によれば、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、光路幅調整光学系２５の出射後において、平行光束となっている。平行光束は取り扱いが容易なので、さらに広い分野の用途やアプリケーションに使用することができる。典型的には、ホログラムを利用した光路を最終的に調整するアプリケーションに好適である。したがって、本開示の実施形態によれば、照明装置１は、光路幅調整光学系２０で光路幅を拡大された第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２を回折するホログラム５０を更に備えている。ホログラム５０は、入射光が平行光束であると、比較的作製が容易かつ安価となり、また、回折効率が向上して、高効率でホログラム再生像を意図した方向又は領域に再生することができる。

また、本開示の実施形態によれば、光路幅調整光学系２５は、第１の光学部材３０及び第２の光学部材４０を有し、第１光束ｆ１は、第１の光学部材３０及び第２の光学部材４０の両方で光路を調整され、第２光束ｆ２は、第１の光学部材３０及び第２の光学部材４０の両方で光路を調整される。この場合、光路幅調整光学系２５を、簡単に構成することができる。第１の光学部材３０、第２の光学部材４０は、例えば凸レンズ、凹レンズ、非球面レンズ等の各種レンズ類又は凹面鏡である。この場合、光路幅が拡大された光束ｆ１，ｆ２を、取り扱いの容易な平行光束として出射させることができる。また、光源１０が平行光束ｆ１，ｆ２を射出するものである場合にあっては、光束ｆ１，ｆ２を、平行光束に維持して、その光路幅を拡大させることが可能である。このことは、取り扱いが容易な平行光束の平行度を維持することができる、という点で好ましい。

また、本開示の実施形態によれば、光路調整光学系２０は、少なくとも一方の光束ｆ１が通過する入射面Ａ１及び出射面ａ１を有し、入射面Ａ１及び出射面ａ１は、平行である。この場合、極めて簡単な構成により、光束のプロファイル（光軸や外輪郭）を維持しながら光軸を平行移動させることができる。

また、本開示の実施形態によれば、光路調整光学系２０は、第１光束ｆ１が通過する第１入射面Ａ１及び第１出射面ａ１を有し、第１入射面Ａ１及び第１出射面ａ１は、平行である。また、光路調整光学系２０は、第２光束ｆ２が通過する第２入射Ａ２面及び第２出射面ａ２を更に有し、第２入射面Ａ２及び第２出射面ａ２は、平行である。この場合も、極めて簡単な構成により、二つの光束のプロファイル（光軸や外輪郭）を維持しながら光軸を平行移動させることができる。また、光路調整光学系２０は二つの光束の光路をシフトさせることができるので、照明装置の占有面積を小型化することができる。

特に、本開示の実施形態によれば、光路調整光学系２０は、底面の形状が互いに相似な第１の角柱２１と第２の角柱２２とを、平面視において、第１の角柱２１の底面の各辺と、当該各辺に対応する第２の角柱２２の底面の各辺と、が互いに平行となるように組み合せた形状を有し、とりわけ、第１及び第２の角柱２１，２２は、三角柱である。この場合、光路調整光学系２０の作製が容易である。

なお、上述した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、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明及び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。

図２は、図１に対応する図であって、図１に示す照明装置１の一変形例を説明するための図である。図２に示す照明装置２０１は、図１に示す照明装置１と比較して、光源２１０が第１発光部１１と第２発光部１２との間に第３発光部１３を更に有し、また、光路調整光学系２２０が、底面の形状が互いに相似な第１の台形柱２２１と第２の台形柱２２２とを、当該底面に対して垂直な方向に見る平面視において、第１の台形柱２２１の底面の各辺と、当該各辺に対応する第２の台形柱２２２の底面の各辺と、が互いに平行となるように組み合わせた形状を有している点が異なっているのみである。

図２を参照して、更に詳細に説明すると、光源２１０は、第１発光部１１と、第３発光部１３と、第２発光部１２と、を有している。第１発光部１１と、第３発光部１３と、は、互いから距離ｘだけ離間して配置されており、第２発光部１２と、第３発光部１３と、は、互いから距離ｘだけ離間して配置されている。

光路調整光学系２２０は、図１に示す第１プリズム部分２１の頂部Ｐ１及び第２プリズム部分２２の頂部Ｐ２を含まない台形柱状に形成されている。光路調整光学系２２０の第１プリズム部分２２１は、副側面ＡＳに対向し、且つ、副側面ＡＳに平行な第３主側面Ａ３を有している。また、光路調整光学系２２０の第２プリズム部分２２２は、副側面ａｓに対向し、且つ、副側面ａｓに平行な第３主側面ａ３を有している。第１プリズム部分２２１の副側面ＡＳと、第２プリズム部分２２２の副側面ａｓと、は接合されているので、第１プリズム部分２２１の第３主側面Ａ３と、第２プリズム部分２２２の第３主側面ａ３と、は、互いに平行である。光路調整光学系２２０は、第１プリズム部分２２１の第３主側面Ａ３が、第３発光部１３に対向し、且つ、第３発光部１３からの光束ｆ３の光軸ｄ３ａに対して垂直になるように、配置されている。このように光路調整光学系２２０を配置することにより、第３発光部１３からの光束ｆ３が第３主側面Ａ３に入射し、第３主側面ａ３から出射することとなる。これにより、第１プリズム部分２２１の第３主側面Ａ３は、第３入射面Ａ３とされ、第２プリズム部分２２２の第３主側面ａ３は、第３出射面ａ３とされる。

以上の構成からなる照明装置２０１の作用を簡単に説明する。

第１発光部１１及び第２発光部１２から出射した第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、図１に示す例と同様に、各々、光路調整光学系２２０の第１入射面Ａ１及び第２入射面Ａ２に入射し、光路調整光学系２２０内で交差して、第１出射面ａ１及び第２出射面ａ２から出射する。一方、第１発光部１１と第２発光部１２との間に配置された第３発光部１３から出射した第３光束ｆ３は、まず、光路調整光学系２２０に向かう。このとき、第１光束ｆ１及び第３光束ｆ３の光軸ｄ１ａ，ｄ３ａ間の距離は、距離Ｗａ１である。また、第２光束ｆ２及び第３光束ｆ３の光軸ｄ２ａ，ｄ３ａ間の距離は、距離Ｗａ２である。

第３光束ｆ３は、光路調整光学系２２０の第３入射面Ａ３に入射し、その進行方向を維持したまま、第３出射面ａ３から出射する。第２プリズム部分２２２から出射した第３光束ｆ３は、光路調整光学系２２０を通って光路を調整された第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２と共に、光路幅調整光学系２５に向かう。このとき、第１光束ｆ１及び第３光束ｆ３の光軸ｄ１ｃ，ｄ３ｃ間の距離は、距離Ｗａ１より小さい距離Ｗｃ１である。また、第２光束ｆ２及び第３光束ｆ３の光軸ｄ２ｃ，ｄ３ｃ間の距離は、距離Ｗａ２より小さい距離Ｗｃ２である。

光路幅調整光学系２５に入射した第３光束ｆ３は、第１の光学部材３０によって、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２と共にその光路幅を光路幅Ｖ３ｃから光路幅Ｖ３ｄに拡大され、また、第２の光学部材４０によって、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２と共にコリメートされて平行光束に変換される。光路幅調整光学系２５を出射した第３光束ｆ３は、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２と共に、ホログラム５０に入射する。

本変形例によれば、光路調整光学系２２０が、底面の形状が互いに相似な第１の台形柱２２１と第２の台形柱２２２とを、平面視において、第１の台形柱２２１の底面の各辺と、当該各辺に対応する第２の台形柱２２２の底面の各辺と、が互いに平行となるように組み合わせた形状を有している。これにより、さらに多くの発光部１１，１２，１３が必要となるより大面積の領域を均一な明るさで照明することができる。また、第１発光部１１と第２発光部１２との間に配置された第３発光部１３から出射する第３光束ｆ３が被照明領域に入射するため、被照明領域の中央領域を確実に照明することができる。

次に、図３を参照して、図１に示す照明装置１の更に他の変形例について説明する。

図３は、図１に対応する図であって、図１に示す照明装置１の他の変形例を説明するための図である。図３に示す照明装置３０１は、図１に示す照明装置１と比較して、光路調整光学系３２０の形状が平行四辺形柱状である点が異なっているのみである。

図３を参照して、更に詳細に説明すると、光路調整光学系３２０は、一対の平行な辺を有する平行四辺形状、とりわけ菱形状の底面を有している。光路調整光学系３２０は、また、当該一対の平行な辺のうち一方の辺を含む第１主側面Ａ１と、他方の辺を含む第２主側面ａ１と、を含んでいる。第１主側面Ａ１は、第１発光部１１からの光束ｆ１の光路を横切るように、且つ、当該光束ｆ１の光軸ｄ１ａに対して非垂直に配置されている。第２主側面ａ１は、第１主側面Ａ１に入射し、屈折によってその進行方向を曲げた第１光束ｆ１の光路を横切るように配置されている。これにより、光路調整光学系３２０の主側面Ａ１，ａ１は、ぞれぞれ、第１入射面Ａ１及び第１出射面ａ１とされる。

なお、第１入射面Ａ１の光軸ｄ１ａに対する角度、並びに、光路調整光学系３２０の寸法、屈折率及び配置は、第１発光部１１から射出した第１光束ｆ１が、入射面Ａ１に入射して、第２発光部１２からの第２光束ｆ２に向けて屈折した後、第２光束ｆ２に所望の程度に十分接近して出射面ａ１から出射することができるように、調整される。また、光路調整光学系３２０は、第２発光部１２からの第２光束ｆ２の光路を横切ってその光路を屈折させることのないように、配置される。図示された例では、光路調整光学系３２０の他方の一対の平行な辺が、第２光束ｆ２の光軸ｄ２ａと略平行となり、且つ、他方の一方の平行な辺に含まれる一つの辺が、第２光束ｆ２の光路に接近して配置される。

次に、以上の構成からなる照明装置３０１の作用について簡単に説明する。

第２発光部１２から射出した第２光束ｆ２は、その進行方向を維持したまま、光路調整光学系３２０に入射することなく、光路幅調整光学系２５に向かう。一方、第１発光部１１から射出した第１光束ｆ１は、図１に示す例と同様に、光路調整光学系３２０に向かう。このとき、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２の光軸ｄ１ａ，ｄ２ａの間の距離は、距離Ｗａである。第１光束ｆ１は、光路調整光学系３２０の入射面Ａ１に入射し、その進行方向を第２光束ｆ２の側に曲げて、出射面ａ１から出射する。出射面ａ１から出射した第１光束ｆ１は、出射面ａ１が入射面Ａ１と平行であることにより、その光軸ｄ１ｃが入射面Ａ１に入射する第１光束ｆ１の光軸ｄ１ａと平行となるように進行方向を曲げ、光路幅調整光学系２５に向かう。このとき、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２の光軸ｄ１ｃ，ｄ２ａの間の距離は、距離Ｗａよりも小さい距離Ｗｃである。

光路幅調整光学系２５に入射した第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、図１に示す例と同様に、第１の光学部材３０によって、その光路幅を光路幅Ｖ１ｃ，Ｖ２ｃから光路幅Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄに拡大され、また、第２の光学部材４０によって、コリメートされて平行光束に変換される。光路幅調整光学系２５を出射した第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２は、ホログラム５０に入射する。

本変形例によっても、複数の発光部１１，１２が必要となる大面積の領域を均一な明るさで照明することができる。また、図１に示す光路調整光学系２２よりもさらに簡単な構成の光路調整光学系３２０により、光束のプロファイル（光軸や外輪郭）を維持しながら光軸を平行移動させることができる。

なお、以上において、図１乃至図３を参照して図１乃至図３の紙面と平行な平面内に配置された複数の発光部を含む光源を用いて大面積の領域を照明する照明装置について説明してきたが、これに限られない。

図４を参照して、光源が、図１の紙面と平行な平面内に並んだ発光部１１，１２の他に、図１の紙面垂直方向に並んだ発光部を含む場合の、変形例について説明する。

図４は、発光部１１，１２からなる発光部対Ｔ１の他に、発光部１１，１２と同様の発光部を含む発光部対Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が、発光部対Ｔ１と共に図１の紙面の垂直方向に複数並んでなる光源４１０の側面図である。各発光部対Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４からは、各々、第１光束ｆ１及び第２光束ｆ２、第１光束ｆ２１及び第２光束ｆ２２、第１光束ｆ３１及び第２光束ｆ３２、並びに、第１光束ｆ４１及び第２光束ｆ４２が射出する。図４に示す例においては、光路調整光学系２０は、その第１プリズム部分２１の入射面Ａ１，Ａ２及び出射面ａ１，ａ２が、発光部対Ｔ１乃至Ｔ４から射出する第１光束ｆ１，ｆ２１，ｆ３１，ｆ４１及び第２光束ｆ２，ｆ２２，ｆ３２，ｆ４２の光路を横切ることができるよう、十分な長さを有している。また、光路幅調整光学系２５をなす第１の光学部材３０及び第２の光学部材４０も、例えば柱状に形成されたシリンドリカルレンズとして構成され、多数対の発光部の配列方向（図１の紙面に垂直な方向）に十分な長さを有している。

本変形例によっても、図１に示す照明装置１と同様の効果を得ることができ、さらに、図１の紙面垂直方向により広い面積の領域を照明することができる。なお、図２に示す照明装置２０１や図３に示す照明装置３０１についても、同様の変形例が適用可能である。

次に、図５を参照して、光源が、図１の紙面と平行な平面内に並んだ発光部１１，１２の他に、図１の紙面垂直方向に並んだ発光部を含む場合の、更なる変形例について説明する。

図５に示す例においては、光源５１０は、発光部１１，１２と同様に構成され配置された発光部５１１，５１２からなる第１の発光部対Ｔ１の他に、発光部５１１，５１２と同様の発光部５１３，５１４を含む第２の発光部対Ｔ２であって、発光部５１３，５１４の各々が発光部５１１，５１２を中心線Ｌに垂直な面内において中心線Ｌを軸として９０度回転させた位置に配置されている第２の発光部対Ｔ２を有するものとする。また、図５に示す例においては、第１の発光部対Ｔ１から射出する第１光束及び第２光束の光路の調整だけでなく、第２の発光部対Ｔ２から射出する第３光束及び第４光束の光路も調整されるものとする。すなわち、第２の発光部対Ｔ２から射出する第３光束及び第４光束の光路を、当該２つの光束の光軸が調整前後で平行となるように、調整して、第２の発光部対Ｔ２から射出する第３光束の光軸及び第４光束の光軸を接近させるものとする。

この場合、図５に示すように、光路調整光学系として、互いに相似な第１の角錐５２１と第２の角錐５２２とを組み合わせた形状を有する光路調整光学系５２０であって、第１の角錐５２１の各面と、当該各面に対応する第２の角錐５２２の各面と、が互いに平行である光路調整光学系５２０が採用可能である。とりわけ図５に示す例においては、光路調整光学系５２０は、四角錐形状の第１プリズム部分５２１及び第２プリズム部分５２２から構成されている。この場合、第１プリズム部分５２１の対向する一対の三角形状の面が、各々、第１の発光部対Ｔ１に含まれる第１発光部５１１及び第２発光部５１２から射出する第１光束及び第２光束が入射する入射面Ａ１１，Ａ１２となる。また、第１プリズム部分５２１の他の対向する一対の三角形状の面が、各々、第２の発光部対Ｔ２に含まれる第３発光部５１３及び第４発光部５１４から射出する第３光束及び第４光束が入射する入射面Ａ１３，Ａ１４となる。そして、第２プリズム部分５２２の三角形状の面のうち、入射面Ａ１１に平行な面ａ１１、入射面Ａ１２に平行な面ａ１２、入射面Ａ１３に平行な面ａ１３及び入射面Ａ１４に平行な面ａ１４が、各々、入射面Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４に入射した光束が出射する出射面ａ１１，ａ１２，ａ１３，ａ１４となる。

本変形例によれば、光路調整光学系５２０は、互いに相似な第１の角錐５２１と第２の角錐５２２とを、第１の角錐５２１の各面と、当該各面に対応する第２の角錐５２２の各面と、が互いに平行となるように組み合わせた形状を有している。これにより、発光部５１１，５１２から射出する第１光束及び第２光束の間のギャップだけでなく、図１の紙面垂直方向に並んだ第２の発光部対Ｔ２の発光部５１３，５１４から射出する第３光束及び第４光束の間のギャップも縮小される。これにより、図１の紙面垂直方向により広い面積の領域を、均一な明るさで照明することができる。なお、第１プリズム部分５２１及び第２プリズム部分５２２は、頂部Ｐ１，Ｐ２を含まない錘台形状であってもよい。また、第１プリズム部分５２１及び第２プリズム部分５２２を錘台形状とすることにより、図３に示す照明装置２０１についても、同様の変形例が適用可能である。

本開示は、上述の実施形態及び変形例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が加えられた各種態様も含みうるものであり、本開示によって奏される効果も上述の事項に限定されない。したがって、本開示の技術的思想及び趣旨を逸脱しない範囲で、特許請求の範囲及び明細書に記載される各要素に対して種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１照明装置
１０光源
１１第１発光部
１２第２発光部
２０光路調整光学系
２５光路幅調整光学系
３０第１の光学部材
４０第２の光学部材
５０ホログラム
ｆ１第１光束
ｆ２第２光束
Ｌ中心軸

Claims

第１発光部と前記第１発光部から離間して配置された第２発光部とを有する光源と、
前記第１発光部から射出した第１光束及び前記第２発光部から射出した第２光束のうちの少なくとも一方の光束の光路を調整して、前記第１光束の光軸及び前記第２光束の光軸を接近させる光路調整光学系と、
前記第１光束の光路幅を拡大し且つ前記第２光束の光路幅を拡大する光路幅調整光学系と、を備え、
前記第１発光部及び前記第２発光部は、前記第１発光部から射出した前記第１光束の光軸と前記第２発光部から射出した前記第２光束の光軸とが互いに平行になるように配置されており、
前記光路調整光学系は、当該光路調整光学系に入射する前記第１光束の光軸と当該光路調整光学系から出射する前記第１光束の光軸とが平行になるように、且つ、当該光路調整光学系に入射する前記第２光束の光軸と当該光路調整光学系から出射する前記第２光束の光軸とが平行になるように、前記第１光束及び前記第２光束のうちの少なくとも一方の光束の光路を調整し、
前記光路幅調整光学系は、光路幅が拡大される前の前記第１光束の光軸と拡大された後の前記第１光束の光軸とが平行となるように、且つ、光路幅が拡大される前の前記第２光束の光軸と拡大された後の前記第２光束の光軸とが平行となるように、前記第１光束の光路幅及び前記第２光束の光路幅を拡大する、照明装置。
前記光路調整光学系は、前記光源から射出した光の光路に沿って前記光源と前記光路幅調整光学系との間に位置している、請求項１に記載の照明装置。
前記第１光束及び前記第２光束は、前記光路幅調整光学系の出射後において、平行光束となっている、請求項１又は２に記載の照明装置。
前記光路幅調整光学系で光路幅を拡大された前記第１光束及び前記第２光束を回折するホログラムを更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
前記光路幅調整光学系は、第１の光学部材及び第２の光学部材を有し、
前記第１光束は、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の両方で光路を調整され、
前記第２光束は、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の両方で光路を調整される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
前記光路調整光学系は、前記少なくとも一方の光束が通過する入射面及び出射面を有し、前記入射面及び前記出射面は、平行である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
前記光路調整光学系は、前記第１光束が通過する第１入射面及び第１出射面を有し、前記第１入射面及び前記第１出射面は、平行であり、
前記光路調整光学系は、前記第２光束が通過する第２入射面及び第２出射面を更に有し、前記第２入射面及び前記第２出射面は、平行である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
前記光路調整光学系は、底面の形状が互いに相似な第１の角柱と第２の角柱とを、平面視において、前記第１の角柱の底面の各辺と、当該各辺に対応する前記第２の角柱の底面の各辺と、が互いに平行となるように組み合せた形状を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
前記第１及び第２の角柱は、三角柱である、請求項８に記載の照明装置。
前記第１及び第２の角柱は、台形柱である、請求項８に記載の照明装置。
前記光路調整光学系は、互いに相似な第１の角錐と第２の角錐とを、前記第１の角錐の各面と、当該各面に対応する前記第２の角錐の各面と、が互いに平行となるように組み合わせた形状を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。