JP6887473B2 - レーザー照明装置 - Google Patents

Description

本発明はレーザー照明装置に関する。

従来、レーザーやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光装置や照明装置には、レーザーやＬＥＤ等の光源と、この光源からの光を透過するレンズとを備えている。また、前記レンズは、光の入射部と、反射部と、出射部とを有している。

特許文献１〜５には、前記入射部、反射部、又は出射部を特殊に構成しており、特許文献１では白色系の発光ＬＥＤの光に含まれるイエローリングの出現を低減し、特許文献２〜５では照度分布の変化や照度ムラを抑制して、照度の均一化を図っている。

ところで、光源にレーザー光源を使用するレーザー照明装置では、スペックルノイズを低減する要求がある。スペックルノイズは、位相が揃ったレーザー光の波が照射面で反射した際に、その反射面の微細な凹凸に起因して光の干渉が人の目や撮像素子上で生じ、これがノイズとなって視認される現象である。

従来、スペックルノイズを低減する技術として、特許文献６に記載された技術がある。特許文献６では、レーザー光源からのレーザー光を平行ビームに変換した後、この平行ビームを分割し、それぞれに光路長差を与えるビームスプリッターや複数のミラーを備えたスペックルコントラスト低減部を設けている。

特許第５９５２１３１号 特開２０１２−９９４０９号公報 特開２０１７−１０７８８号公報 特開２０１４−１４５７９０号公報 特開２０１６−１９４５６８号公報 特開２０１４−１０３０６号公報

しかしながら、特許文献６に記載の技術では、部品点数が増え、光学系が大きくなり、またビームスプリッターや複数のミラーでの光軸を合わせることが困難になるなどの欠点がある。

そこで、例えば、１つのレーザー光源からのレーザー光を複数に分割し、それらのレーザー光間の位相をずらす素子を設けて、それらの位相差のあるレーザー光を合波することが考えられる。また、例えば、複数のレーザー光源を設け、それらの配置角度を相互に変更してレーザー光の偏光角を変えることにより位相差のある複数のレーザー光を作り出すこと、又は、レーザー光の照射面を振動させて照射面の凹凸を平均化するなどが考えられる。

しかし、前記何れの考えも、光学系の複雑化、部品点数や工数の増加を招く欠点がある。

本発明は、かかる点に鑑み、その目的は、レーザー照明装置において、単一のレーザー光源と単一の集光レンズを用いてスペックルノイズを有効に低減できるレーザー照明装置を提供することにある。

本発明にかかるレーザー照明装置は、レーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を集光する集光レンズとを備えたレーザー照明装置であって、前記集光レンズは、前記レーザー光の光軸の周辺に設けられ、前記レーザー光が入射する入射面を有する入射部と、前記光軸上に設けられ、凸面が前記レーザー光源に対向する凸レンズ部と、前記レーザー光が前記凸レンズ部及び入射部に至る前に、前レーザー光を散乱させる光散乱材と、前記入射部に入射したレーザー光を反射する反射面を有する反射部と、前記凸レンズ部からのレーザー光及び前記反射面からのレーザー光を出射する出射面を有する出射部と、を有し、前記凸レンズ部の前記凸面は、該凸面に前記レーザー光源からのレーザー光が到達した際のビーム径よりも大きい幅に設定され、前記光散乱材は前記凸レンズ部の前記凸面に配置されており、前記入射部は、円柱又は円錐台状に設けられた開口であることを特徴とする。
また、本発明にかかるレーザー照明装置は、レーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を集光する集光レンズとを備えたレーザー照明装置であって、前記集光レンズは、前記レーザー光の光軸の周辺に設けられ、前記レーザー光が入射する入射面を有する入射部と、前記光軸上に設けられ、凸面が前記レーザー光源に対向する凸レンズ部と、前記レーザー光が前記凸レンズ部及び入射部に至る前に、前レーザー光を散乱させる光散乱材と、前記入射部に入射したレーザー光を反射する反射面を有する反射部と、前記凸レンズ部からのレーザー光及び前記反射面からのレーザー光を出射する出射面を有する出射部と、を有し、前記凸レンズ部の前記凸面は、該凸面に前記レーザー光源からのレーザー光が到達した際のビーム径よりも大きい幅に設定され、前記光散乱材は前記凸レンズ部の前記凸面に配置されており、前記入射部は、その側面が、略放物線を前記光軸の中心に回転させた略放物面に形成されていることを特徴とする。

前記の構成では、レーザー光源からのレーザー光は、光散乱材で散乱して、凸レンズ部と入射部とに分波する。そして、凸レンズ部を透過したレーザー光が出射面に向かうと共に、入射面に入射したレーザー光は反射面で反射して出射面に向かう。そして、前記出射面に向かったレーザー光同士が出射面で合波して、出射面から出射される。

ここに、レーザー光源からのレーザー光は、凸レンズ部と入射部とに分波する前の段階で光散乱材により散乱して、レーザー光の偏光比が低下する。更に、前記散乱したレーザー光は、凸レンズ部と入射部とに分波し、入射面から反射面へ入光した光は反射面で全反射する際に位相がシフトする。その後、凸レンズ部から入光した光と反射面で全反射した光は、出射面で合波して出射される。従って、前記レーザー光の偏光比の低下と、全反射による位相のシフトと、レーザー光の分波により光路長の異なる光を合波できること、の相乗効果によって、スペックルノイズが効果的に低減されることになる。

本発明のレーザー照明装置は、単一のレーザー光源と、１つの凸レンズ部を有する単一の集光レンズのみを備えるので、従来のようにビームスプリッターや複数のミラーを備える必要がない。

本発明によれば、光学系の複雑化、部品点数や工数の増加を招くことなく、スペックルノイズを有効に低減することができるレーザー照明装置を提供できる。

実施形態１のレーザー照明装置の概略構成を示す縦断面図である。 同レーザー照明装置に備える光散乱材の内部でのレーザー光の散乱の様子を示す模式図である。 同レーザー照明装置のレーザー光源から出力されたレーザー光の各種の光路を示す図である。 同レーザー照明装置の遠方照射での拡散角度に対する照度特性を示す図である。 同光散乱材で散乱した各レーザー光の偏光面がｙ平面上にある場合の様子を例示する図である。 同レーザー光の偏光面がｘ平面上にある場合の様子を例示する図である。 同レーザー光の偏光面がｘ平面からｙ平面に向けて４５°傾いた平面にある場合の様子を例示する図である。 同レーザー照明装置に備える入射部が円柱状の場合に反射部を経て出射部から出射するレーザー光の各種光路を示す図である。 同レーザー照明装置でのスペックルノイズの低減効果を示し、同レーザー照明装置を用いて照射した場合の被照射物の画像を示す図である。 同レーザー照明装置の集光レンズを外してレーザー光源と光散乱材のみを用いて照射した場合の被照射物の画像を示す図である。 実施形態２のレーザー照明装置の概略構成を示す縦断面図である。 同レーザー照明装置のレーザー光源から出力されたレーザー光の各種の光路を示す図である。 実施形態３のレーザー照明装置の概略構成を示す縦断正面図である。 同レーザー照明装置における図１０ＡのＡ−Ａ線断面図である。 レーザー照明装置に備える入射部の変形例を示し、入射部が円錐台の場合におけるレーザー光の各種の光路を示す図である。 同入射部の他の変形例を示し、入射部が放物面の場合におけるレーザー光の各種の光路を示す図である。 前記実施形態１における出射部の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るレーザー照明装置の概略構成を示す縦断面図である。同図において、レーザー照明装置１は、レーザー光源３と、光学部１０と、鏡筒５０とを備えている。

前記レーザー光源３は、図示しないが、内部に半導体レーザー（ＬＤ：Laser Diode）を備える。半導体レーザーは、例えばＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰなどの化合物半導体を有し、この化合物半導体に２本のリード３ａから電源供給を行って電流を流し、誘導放出によりレーザー発振させて、レーザー光を発光する。レーザー光は、波長や位相、偏光面等の性質が同じ光であり、干渉性が強いコヒーレント（coherent）な光である。前記半導体レーザーは、図中上方にレーザー光を照射し、その光軸を同図中符号ｌで示す。半導体レーザーは、レーザー照明装置１の用途に応じて任意の波長のレーザー光を出力するものを選択可能である。レーザー光源３には、内部の半導体レーザーの外周囲を覆うキャップ３ｂが設けられている。

前記光学部１０は、前記レーザー光源３からのレーザー光を集光する集光レンズを構成するものである。その詳細な構成は後述する。

前記鏡筒５０は、光学部１０の外周を覆うものであり、上方に開く中空の円筒形状に構成されている。また、前記鏡筒５０の下部には、前記レーザー光源３及び光学部１０の下部が配置可能なように例えば円形状の開口部５０ａが形成されている。

前記鏡筒５０の下方には、搭載基板５１が配置されている。搭載基板５１の上方には、反射膜５２が形成されている。この反射膜５２には、前記レーザー光源３がその基端部３ｃにて搭載されていると共に、このレーザー光源３の本体部３ｄの外周を囲むように光学部１０の下部が搭載されている。また、前記鏡筒５０も、その下部の開口部５０ａにおいて、レーザー光源３及び光学部１０の下部を収容するように反射膜５２上に搭載されている。

前記搭載基板５１の反射膜５２は、光反射性を有する部材、例えば金属、樹脂等で構成されている。

前記光学部（集光レンズ）１０は、レーザー光源３からのレーザー光が入射されて、光軸ｌ周りに多くの光束を集めてほぼ平行光にして所定の照射スポットに照射するものである。

前記光学部１０は、透光性部材で構成されている。透光性部材は、例えば、シリコーン樹脂等の熱硬化性の樹脂材料、ポリカーボネートやアクリル等の熱可塑性の樹脂材料、ポリエチレン等のポリマー材料、又は光学ガラス等である。これらは例示であり、他の部材でも良く、特に限定はされない。

前記光学部１０は、下に凸な放物線形状を持ち、その放物線の頂点近傍には、下に開く円筒状の開口部１２が形成されている。開口部１２内には、前記レーザー光源３のキャップ３ｂ内に収容される本体部３ｄが配置される。開口部１２の下端開口の周縁１２ａは、搭載基板５１上の反射膜５２に密着しており、レーザー光源３からのレーザー光が開口部１２の下端開口の周縁１２ａから漏れるのを抑えて、レーザー光の利用効率を上げている。

前記光学部１０では、開口部１２内に位置するレーザー光源３のキャップ３ｂの上方に、光散乱材７が設けられている。この光散乱材７は、レーザー光源３からのレーザー光を散乱させる性質を持つ白色フィラー、例えばシリカ、炭酸カルシウム、マイカ等の物質を含む散乱剤入り樹脂層で構成されている。

尚、光散乱材７はレーザー光源３のキャップ３ｂの上方に配置したが、キャップ３ｂ内に収容して、レーザー光源３と一体構成しても良い。

前記光学部１０において、開口部１２の上端部には、凸レンズ部１５が設けられている。凸レンズ部１５は、レーザー光源３のレーザー光の光軸ｌ上に設けられており、その凸面は略球面形状に形成され、レーザー光源３に対向して突出するように配置されている。凸レンズ部１５の外周縁は、開口部１２の上端内周縁に接している。

前記開口部１２において、円筒状の側部は、前記レーザー光源３から出力されて光散乱材７で散乱したレーザー光が入射する入射部２０を構成している。この入射部２０の内周面は、前記散乱したレーザー光が入射する入射面２０ａを構成している。

前記レーザー光源３からのレーザー光は、そのキャップ３ｂ上方の光散乱材７で散乱し、その後、前記凸レンズ部１５に向かう光と、前記入射部２０に向かう光とに分波する。すなわち、光散乱材７は、レーザー光源３からのレーザー光が前記凸レンズ部１５に至る前、及び、入射部２０に至る前の段階で、レーザー光源３からのレーザー光を散乱させる。

また、光学部１０には、入射部２０の外方に反射部３０が設けられている。この反射部３０は、下に凸な放物線形状に形成されており、その内側面が反射面３０ａを形成する。この反射面３０ａは、前記入射面２０ａに入射したレーザー光が反射部３０に到達したとき、このレーザー光を全反射させる面であって、下に凸な略放物線を前記光軸ｌを中心に回転させた略放物面となっている。この略放物面により、反射面３０ａは前記入射面２０ａから入射したレーザー光を反射して、その反射した各レーザー光を図１中上方に向かう相互に光軸ｌと略平行なレーザー光（平行光）としている。

前記光学部１０の上端部には、出射部４０が形成されている。この出射部４０は、略水平な平面形状に形成されており、上面視では円状に形成されている。この出射部４０では、その平坦面４０ａが、前記凸レンズ部１５を透過したレーザー光、及び前記入射面２０ａから反射したレーザー光を略平行光のまま出射する出射面となる。

従って、本実施形態では、レーザー光源３から出力されたレーザー光は、光散乱材７において、図２に示すように、それに含まれる白色フィラー７ａ等の光散乱物質に繰り返し衝突し、散乱する。この散乱とは、レーザー光が光路を種々の方向に変更する様子を言い、拡散のように単に一方向に屈折するだけの様子とは異なる。従って、光散乱材７によって散乱したレーザー光は、その散乱によって偏光面が種々回転したり、相互に光路長差が生じている。

前記偏光面が種々回転したレーザー光は、図３に示すように、凸レンズ部１５と入射部２０とに分波し、凸レンズ部１５に入射したレーザー光は凸レンズ部１５を透過し、屈折して、光軸ｌと平行な光となって出射部４０に入射する。一方、入射部２０に入射したレーザー光は、入射部２０の入射面２０ａを透過し、屈折した後、反射部３０の反射面３０ａで全反射し、光軸ｌと平行な光となって出射部４０に入射する。前記出射部４０に入射した凸レンズ部１５からのレーザー光と、反射面３０ａで全反射したレーザー光とは、合波して、出射部４０の出射面４０ａから略平行光として照射スポットに照射される。

ここに、出射面４０ａから出射された略平行光は、レーザー光であるので、直進性が強い。そのため、図４に示すように、レーザー照明装置１の遠方照射では、狭い拡散角度での照射スポット内の照度が高い特性を得ることができる。同図に破線で示すＬＥＤ（Light Emitting Diode）では、光の拡散角度が大きく、拡散角度が大きくなるに従い照射スポット内で照度が低下するため、レーザー照明は遠方への光照射を効率良く行うことが可能である。

また、レーザー光源３から出射された光は、先ず、光散乱材７により散乱する。この光散乱材７でのレーザー光の散乱は、図５Ａ〜図５Ｃに例示するように、各レーザー光の偏光面を種々回転させる。レーザー光の偏光面を、レーザー光の進行方向と磁界Ｈの振動方向とで作る平面であると定義すると、図５Ａでは偏光面がｙ平面上にあり、図５Ｂではｘ平面上にあり、図５Ｃではｘ平面からｙ平面に向けて４５°傾いた平面にある場合を例示している。このようにレーザー光の偏光面が種々回転することによって、そのレーザー光は偏光比が低下することになる。

そして、このように偏光比が低下したレーザー光が、凸レンズ部１５と入射部２０とに分波し、最終的に出射面４０ａで合波し、略平行光として照射スポットに出射される。すなわち、出射面４０ａから出射されるレーザー光は、前記偏光比が低下したレーザー光であって、全体として、コヒーレンスが弱められる。

そして、光散乱材７によって偏光比が低下したレーザー光が、凸レンズ部１５と入射面２０ａとに向かって分波した後、凸レンズ部１５に向かったレーザー光は、凸レンズ部１５を透過し、集光されて出射面４０ａに入射する。一方、入射面２０ａから反射面３０ａに入光したレーザー光は、その反射面３０ａで全反射する。この反射面３０ａに入光したレーザー光は、その各偏光方向（偏光面の方向）と反射面３０ａへの入射角度とに応じて、反射面３０ａでの全反射の際にレーザー光相互間に位相のシフト（位相差）が生じる。また、反射面３０ａでの全反射によって、偏光面が再度回転する。

そして、前記凸レンズ部１５を透過して出射面４０ａに入射したレーザー光と、反射面３０ａで全反射したレーザー光とが、各々、出射面４ａに入射されて、この光路の異なる２種のレーザー光が出射面４０ａで合波して、照射スポットに照射される。

その結果、前記光散乱材７で散乱したレーザー光の偏光比が低下すること、及び、反射面３０ａで全反射したレーザー光に位相のシフトが生じること、更には、レーザー光が凸レンズ部１５や入射面２０ａに分波した後に、その光路長の異なる２種のレーザー光が出射面４０ａで合波して照射されることの相乗効果によって、照射スポット内の被照射物の材質に微細に凹凸があっても、照射スポットから反射したレーザー光は、観察者の目や撮像素子上で干渉は起こり難くなって、スペックルノイズが有効に低減されることになる。

従って、本実施形態では、単一のレーザー光源３と単一の集光レンズ１０のみを設けるだけで、スペックルノイズを有効に低減できるので、従来のようにビームスプリッターや複数のミラー等を光学系に追加したり、複数のレーザー光源を設けたり、レーザー光の位相をずらす素子等を配置することなく、スペックルノイズを有効に低減することが可能である。

また、本実施形態では、光散乱材７には、シリカ、炭酸カルシウム等のレーザー光を効果的に散乱させる白色フィラーを含んでいるので、単にレーザー光の拡散角度を広げる拡散板に比較して、偏光面を種々回転させてレーザー光の偏光比を低下させたり、相互に光路長差が生じたレーザー光とすることができる。尚、白色フィラーの濃度を上げるとレーザー光の偏光比を更に低下させることが可能であることが実験により確認されている。

前記レーザー光が凸レンズ部１５や入射面２０ａに分波した後に出射面４０ａで合波することについて詳述すると、図３から判るように、光散乱材７で散乱したレーザー光は、凸レンズ部１５を透過し、屈折して出射面４０ａに向かう光と、入射面ａに入射した後に反射面３０ａで全反射して出射面４０ａに向かう光とに分波する。前者の凸レンズ部１５を経て出射面４０ａに至る光路と、後者の入射面２０ａ及び反射面３０ａを経て出射面４０ａに至る光路との間には、光学距離の差（光路長差）が生じており、この光路長差により、この２種のレーザー光の間には位相差が生じる。従って、この２種のレーザー光が合波されて出射面４０ａから出射された際には、この出射されたレーザー光は、前記光散乱材７での偏光比の低下によって弱くなっているコヒーレントが更に弱くなっている。その結果、出射面４０ａから出射されたレーザー光が照射スポットで反射した際にも、その照射スポット内の材質に微細な凹凸があっても光の干渉はより生じ難く、スペックルノイズは大きく低減されることになる。

尚、本実施形態では、光学部１０の開口（入射部）２０内に光散乱材７を設けているが、この光散乱材７に代えて、白色フィラーを含まない拡散板を設けた場合には、レーザー光はその拡散板の表面で拡散し、その拡散角度を広げるものの、凸レンズ部１５に向かうレーザー光と反射面３０ａに向かうレーザー光とは、相互に位相が揃って出射面４０ａから出射されるため、拡散角度の増大に伴ってスペックルノイズは増大する。一方、本実施形態のように光散乱材７を用いる場合には、光散乱材７の内部においてレーザー光の散乱が生じ、この光散乱材７の内部でのレーザー光の散乱では、白色フィラーの濃度を高めてレーザー光の発散角度を広げると、所定角度（例えば３０°程度）まではスペックルノイズは増大するが、その所定角度を越える角度範囲では、スペックルノイズは大きく低減することが実測されている。このスペックルノイズの低減は、レーザー光の偏光面の回転により偏光比が低下したり、光路長差が生じて位相のずれ（位相差）が大きく発生することが要因であると考えられる。

また、本実施形態では、入射部２０が円柱状に設けられた開口であるので、図６に示したように、反射面３０ａが下に凸な放物線形状である場合には、出射面４０ａからの配光を、光軸ｌに対する平行光に比べてやや広角にすることが可能である。尚、同図では、図中光軸ｌより右側に向かう各レーザー光の光路を示している。また、同図に示す破線は、入射面２０ａに対する垂線である。

更に、反射面３０ａは、反射部３０（光学部１０）がシリコーン樹脂等の透光性部材から成っていて、レーザー光を全反射させる面である。また、下に凸な放物線を光軸ｌの中心に回転させた下に凸な放物面である。従って、入射面２０ａから入射したレーザー光を出射面４０ａに向けて全反射させ、集光して、光軸ｌにほぼ平行な平行光とすることが可能である。

加えて、出射面４０ａは、光軸ｌに対して垂直に設けられた平面形状であるので、凸レンズ部１５から上方に向かうレーザー光を、そのまま光軸ｌに対して平行な平行光として出射することが可能である。

図７は、本実施形態のレーザー照明装置１を用いた場合のスペックルノイズの低減の程度を示す。図７Ａはレーザー照明装置１を用いてレーザー光を照射し、照射スポットの被照射物を撮像素子にて撮影したものである。図７Ｂはレーザー照明装置１のレーザー光源３及び光散乱材７のみを用い、光学部１０を外した状態でレーザー光を照射して照射スポットの被照射物を撮像素子にて撮影した比較例を示す。図７Ａでは、図７Ｂの比較例に比べて、画像のざらつきが改善され、スペックルノイズが大きく低減されていることが判る。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。

図８は、実施形態２のレーザー照明装置の概略構成を示す縦断面図である。

本実施形態では、光散乱材７の配置位置を実施形態１と異ならせている。すなわち、実施形態１では、レーザー光源３のキャップ３ｂの上方に光散乱材７を配置したが、本実施形態では、図８に示したように、光散乱材７を凸レンズ部１５の凸面に配置し、レーザー光源３のキャップ３ｂの上方には配置していない。従って、光散乱材７は、レーザー光源３に対峙した位置に配置されている。

前記凸レンズ部１５の略球面状の凸面の幅（直径）は、レーザー光源３からのレーザー光の拡散角度θに応じて、そのレーザー光が凸レンズ部１５の凸面に到達した際のビーム径よりも大きい幅に設定されている。従って、レーザー光源３からのレーザー光の全ては、凸レンズ部１５の凸面上の光散乱材７で散乱する構成である。

前記レーザー光源３からのレーザー光は、出射すると、その全てが光散乱材７に向かい、この光散乱材７で散乱して、その一部が光散乱材７を透過し、屈折して、出射面４０ａに向かう。その他のレーザー光は光散乱材７で反射し、入射部２０の入射面２０ａに入射して、反射部３０の反射面３０ａで全反射する。すなわち、本実施形態においても、前記光散乱材７は、レーザー光源３からのレーザー光が凸レンズ部１５に至る前、及び入射部２０に至る前の段階で、レーザー光源３からのレーザー光を散乱させる。

従って、本実施形態においては、レーザー光源３から出力されたレーザー光は、その全部が凸レンズ部１５に向かい、光散乱材７で散乱して、その散乱した各レーザー光の偏光面が種々回転して偏光比が低下することになる。従って、これらのレーザー光が凸レンズ部１５や入射面２０ａ及び反射面３０ａを経て出射面４０ａから出射されると、これらのレーザー光は、偏光比の低下によってコヒーレントが弱くなったレーザー光として、照射スポットに照射される。その結果、その照射スポットでレーザー光が反射した際にも、その照射スポット内の物質に微細な凹凸があっても光の干渉は生じ難く、スペックルノイズは低減されることになる。

しかも、本実施形態では、入射面２０ａに向かうレーザー光は、図９に示すように、先ずレーザー光源３から凸レンズ部１５に向かい、その表面上の光散乱材７で散乱した後、その一部が入射面２０ａに入射する光路となる。この光路は、前記実施形態１での図３に示した光路（すなわち、レーザー光源３からそのキャップ３ｂの上方に配置した光散乱材７を経て直接に入射面２０ａに入射する光路）と比較して、光路長が長くなる。その結果、光散乱材７から凸レンズ部１５を経て出射面４０ａに至る光路と、前記光散乱材７で散乱（反射）して入射面２０ａに入射した後に反射面３０ａで全反射して出射面４０ａに至る光路との間の光路長差は、前記実施形態１の場合よりも大きくなる。従って、本実施形態では、光散乱材７でのレーザー光の散乱によるレーザー光の偏光比の低下、及び反射面３０ａでの全反射による位相シフトの発生に加えて、前記光路長差の拡大によって、レーザー光のコヒーレンスを一層に弱めることが可能であるので、照射スポットでレーザー光が反射した際のスペックルノイズをより大きく低減することが可能である。

（実施形態３）
続いて、本発明の実施形態３を説明する。

図１０Ａは、本実施形態のレーザー照明装置１の概略構成を示す縦断面図である。図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ線断面図を示す。

本実施形態では、レーザー光源３からのレーザー光の出射パターンに応じて凸レンズ部１５の形状を変更するものである。

具体的に、前記実施形態２では、レーザー光源３からのレーザー光の出射パターンは、平面視で球面状であるのに対し、本実施形態では、平面視で楕円球面状である。すなわち、図１０Ａでは、レーザー光源３からのレーザー光の出射角度は、所定角度θ１であるが、図１０Ｂ、すなわち図１０Ａの紙面で垂直方向の断面図では、前記所定角度θ１よりも小さい角度θ２（θ１＞θ２）に設定されている。

これに伴い、本実施形態では、凸レンズ部１５の凸面も、前記レーザー光の出射パターンに応じて、楕円球面状に形成されている。

本実施形態では、前記凸レンズ部１５の楕円球面状の凸面に光散乱材７を設けている。

従って、本実施形態では、レーザー光の特殊な出射パターンを持つレーザー光源３が選定された場合であっても、その出射パターンに合わせて凸レンズ部１５の形状を変更し、その凸面に光散乱材７を設けるだけで、無駄を生じることなく、レーザー光源３からのレーザー光の全てを光散乱材７により散乱させて、そのレーザー光の偏光比を低下させることが可能である。

（入射部の変形例）
図１１は前記実施形態１における入射部２０の変形例を示す。

図１１Ａは入射部２０を円錐台状に構成した変形例を示し、図１１Ｂは入射部２０を断面で上に凸な略放物線形状に構成して、その側面の入射面２０ａを、前記上に凸な略放物線を光軸ｌを中心に回転させた形状の上に凸な略放物面とした変形例を示す。

図１１Ａ及び図１１Ｂでは、前記実施形態１及び２と同様に、反射面３０ａの形状を、下に凸な略放物線を光軸ｌを中心に回転させた略放物面とした場合において、図１１Ａでは、光散乱材７で散乱したレーザー光は、矢印で示す各種光路の通り、円錐台状の入射面２０ａに入射し、略放物面の反射面３０ａで反射して、出射面４０ａからは光軸ｌと平行な方向よりもやや光軸ｌ側に向かう配光とすることができる。

一方、図１１Ｂでは、光散乱材７で散乱したレーザー光は、上に凸な略放物面状の入射面２０ａと、逆に下に凸な略放物面状の反射面３０ａとによって、出射面４０ａから出射するレーザー光を、光軸ｌとほぼ平行な平行光とすることができる。

尚、図１１Ａ及びＢに示した入射部２０の変形例は例示であって、その他の形状に変更しても良い。また、本変形例では実施形態１の入射部２０の形状を変形したが、前記実施形態２又は実施形態３の入射部２０の形状を変形しても良い。

（出射部の変形例）
図１２は前記実施形態１における出射部４０の変形例を示す。

同図では、出射部４０には、その平坦面（出射面）４０ａに多数の凸レンズ４５がアレイ状に並んで配置されている。この各凸レンズ４５は、その凸面がレーザー光源３とは反対側、すなわち、レーザー光の出射方向に向けて配置されている。これらの凸レンズ４５は、各々、前記凸レンズ部１５から入射するレーザー光や反射面３０ａから入射するレーザー光を拡散する。従って、これらの凸レンズ４５の全体で、レーザー光の散乱を制御すると共に、レーザー照明装置１からのレーザー光の照射スポット内の照度の均一化を図ることが可能である。
尚、本変形例では、実施形態１の出射部４０の変形例を示したが、前記実施形態２又は実施形態３において出射部４０を前記と同様に変形しても良い。

本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他の種々な形で実施することができる。そのため、上述の実施形態は例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

この出願は、２０１８年１０月２４日にアメリカ合衆国で出願された仮出願、出願番号６２／７４９７９０に基づく優先権を主張する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。

本発明は、単一のレーザー光源と単一の集光レンズのみを用いてスペックルノイズを有効に低減したので、光学系の複雑化や部品点数の増大、工数の増加を招くことがなく、レーザー照明装置に適用して、有用である。

１ レーザー照明装置
３ レーザー光源
７ 光散乱材
７ａ フィラー
１０ 光学部（集光レンズ）
１５ 凸レンズ部
２０ 入射部
２０ａ 入射面
３０ 反射部
３０ａ 反射面
４０ 出射部
４０ａ 出射面
４５ 凸レンズ
５０ 鏡筒
ｌ 光軸
５１ 搭載基板
５２ 反射膜

Claims (7)

1. レーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を集光する集光レンズとを備えたレーザー照明装置であって、
   前記集光レンズは、
   前記レーザー光の光軸の周辺に設けられ、前記レーザー光が入射する入射面を有する入射部と、
   前記光軸上に設けられ、凸面が前記レーザー光源に対向する凸レンズ部と、
   前記レーザー光が前記凸レンズ部及び入射部に至る前に、前レーザー光を散乱させる光散乱材と、
   前記入射部に入射したレーザー光を反射する反射面を有する反射部と、
   前記凸レンズ部からのレーザー光及び前記反射面からのレーザー光を出射する出射面を有する出射部と、を有し、
   前記凸レンズ部の前記凸面は、該凸面に前記レーザー光源からのレーザー光が到達した際のビーム径よりも大きい幅に設定され、
   前記光散乱材は前記凸レンズ部の前記凸面に配置されており、
   前記入射部は、円柱又は円錐台状に設けられた開口である
   ことを特徴とするレーザー照明装置。
2. レーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を集光する集光レンズとを備えたレーザー照明装置であって、
   前記集光レンズは、
   前記レーザー光の光軸の周辺に設けられ、前記レーザー光が入射する入射面を有する入射部と、
   前記光軸上に設けられ、凸面が前記レーザー光源に対向する凸レンズ部と、
   前記レーザー光が前記凸レンズ部及び入射部に至る前に、前レーザー光を散乱させる光散乱材と、
   前記入射部に入射したレーザー光を反射する反射面を有する反射部と、
   前記凸レンズ部からのレーザー光及び前記反射面からのレーザー光を出射する出射面を有する出射部と、を有し、
   前記凸レンズ部の前記凸面は、該凸面に前記レーザー光源からのレーザー光が到達した際のビーム径よりも大きい幅に設定され、
   前記光散乱材は前記凸レンズ部の前記凸面に配置されており、
   前記入射部は、その側面が、略放物線を前記光軸の中心に回転させた略放物面に形成されている
   ことを特徴とするレーザー照明装置。
3. 前記光散乱材は、白色フィラーを含む
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザー照明装置。
4. 前記レーザー光源から前記凸レンズ部を経て前記出射面に至るレーザー光の光路と、前記レーザー光源から前記入射部及び反射部を経て前記出射面に至るレーザー光の光路との間には、光路長差が生じている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のレーザー照明装置。
5. 前記反射面は、前記レーザー光を全反射させる面であって、略放物線を前記光軸の中心に回転させた略放物面である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のレーザー照明装置。
6. 前記出射面は、光軸に対して垂直に設けられた平面形状である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のレーザー照明装置。
7. 前記出射面には、前記出射面からのレーザー光の照射スポットの照度分布を均一にする複数の凸レンズがアレイ状に配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のレーザー照明装置。

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