JP6939315B2 - Lighting device - Google Patents

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本開示は、トンネル内への照明を行う照明装置に関する。 The present disclosure relates to a lighting device that illuminates the inside of a tunnel.

従来、車両等が通行するトンネル内の照明には、トンネル内の安全性の向上等を目的としてさまざまな工夫がなされている。例えば特許文献1では、トンネル照明用器具における配光の向き及び形状を工夫することにより、先行する車両の背面を明るく照らし、とりわけ交通量の多い都市部のトンネル等で、照明環境を改善したものが開示されている。 Conventionally, the lighting in the tunnel through which vehicles and the like pass has been devised in various ways for the purpose of improving the safety in the tunnel. For example, in Patent Document 1, by devising the direction and shape of the light distribution in the tunnel lighting equipment, the back surface of the preceding vehicle is brightly illuminated, and the lighting environment is improved especially in a tunnel in an urban area with heavy traffic. Is disclosed.

特許第3296129号公報Japanese Patent No. 3296129

ところで、車両が、太陽光等により照らされる明るい環境からトンネル内に進入する場合、トンネル内が一様に黒く視認され、トンネル内の状況を視認しにくい場合がある。これは、トンネル内を照明していたとしても、太陽光によるトンネル外の明るさと比較して、トンネル内の明るさがはるかに小さいことに起因する。人間の目は、太陽光によるトンネル外の明るさに順応している場合、それよりもはるかに暗いトンネル内における路面や壁面等の明るさの違いを認識できない。したがって、トンネル内は一様に黒く視認され、トンネルが黒い穴のように見える(図21参照)、いわゆるブラックホール現象や、トンネル内にトンネル出口が見えている場合には、トンネル内の壁面、天井及び路面が黒い枠のように見える、いわゆるブラックフレーム現象が起こり得る。この場合、トンネル内に進入する際には、トンネル内の明るさに目が順応するまで、運転者はトンネル内の様子を把握できず、このことが交通事故の原因となることがある。 By the way, when a vehicle enters the tunnel from a bright environment illuminated by sunlight or the like, the inside of the tunnel may be uniformly seen as black, and it may be difficult to visually recognize the situation inside the tunnel. This is because even if the inside of the tunnel is illuminated, the brightness inside the tunnel is much smaller than the brightness outside the tunnel due to sunlight. When the human eye adapts to the brightness outside the tunnel due to sunlight, it cannot recognize the difference in brightness of the road surface, wall surface, etc. inside the tunnel, which is much darker than that. Therefore, the inside of the tunnel is uniformly seen as black, and the tunnel looks like a black hole (see FIG. 21). The so-called black frame phenomenon, in which the ceiling and road surface look like a black frame, can occur. In this case, when entering the tunnel, the driver cannot grasp the inside of the tunnel until the eyes adjust to the brightness in the tunnel, which may cause a traffic accident.

逆に、トンネル内からトンネル外へ出る場合、トンネル内の明るさに順応した目には、トンネル内よりもはるかに明るいトンネル外は眩しく見える。これによりトンネル外及びトンネル内の出口近傍が一様に白く見える、いわゆるホワイトホール現象が起こり得る。 Conversely, when going out of the tunnel from inside the tunnel, the outside of the tunnel, which is much brighter than the inside of the tunnel, looks dazzling to the eyes adapted to the brightness inside the tunnel. As a result, a so-called white hole phenomenon may occur in which the outside of the tunnel and the vicinity of the exit inside the tunnel appear uniformly white.

このような、ブラックホール現象、ブラックフレーム現象又はホワイトホール現象が生じることを抑制するために、従来、トンネル内の出入り口近傍に重点的に照明を配置すること等により、トンネル内の出入り口近傍を明るく照明することも行われている。 In order to suppress the occurrence of such a black hole phenomenon, a black frame phenomenon, or a white hole phenomenon, conventionally, by arranging lighting mainly in the vicinity of the entrance / exit in the tunnel, the vicinity of the entrance / exit in the tunnel is brightened. Lighting is also done.

しかしながら、このような照明によっても、その効果は十分ではなく、トンネル内におけるさらなる照明の改善が求められている。 However, even with such lighting, the effect is not sufficient, and further improvement of lighting in the tunnel is required.

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、トンネル内における効果的な照明を実現することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to realize effective lighting in a tunnel.

本発明による照明装置は、
トンネル内への照明を行う照明装置であって、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記整形光学系で整形された前記コヒーレント光を回折して被照明領域に向ける回折光学素子と、を備える。
The lighting device according to the present invention
A lighting device that illuminates the inside of a tunnel.
With a coherent light source,
A shaping optical system that shapes the coherent light emitted from the coherent light source,
It includes a diffractive optical element that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system and directs it to an illuminated region.

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の光束の断面積を拡大させてもよい。
In the lighting device according to the present invention
The shaping optical system may increase the cross-sectional area of the luminous flux of the coherent light.

本発明による照明装置において、
前記回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含み、
前記複数の要素回折光学素子に含まれる少なくとも二つの要素回折光学素子は、異なる回折特性を有してもよい。
In the lighting device according to the present invention
The diffractive optical element includes a plurality of element diffractive optical elements.
At least two element diffractive optical elements included in the plurality of element diffractive optical elements may have different diffraction characteristics.

本発明による照明装置において、
前記少なくとも二つの要素回折光学素子は、同一の領域を照明してもよい。
In the lighting device according to the present invention
The at least two element diffractive optics may illuminate the same area.

本発明による照明装置において、
前記少なくとも二つの要素回折光学素子は、異なる領域を照明してもよい。
In the lighting device according to the present invention
The at least two element diffractive optics may illuminate different regions.

本発明による照明装置において、
前記少なくとも二つの要素回折光学素子は、前記回折光学素子から前記被照明領域への入射角度が最大となる入射光の光路を含み且つ前記被照明領域への法線方向に平行な面と、前記回折光学素子が位置する仮想面と、の交線に平行な方向に沿って配列されていてもよい。
In the lighting device according to the present invention
The at least two element diffractive optical elements include a plane of incident light having a maximum incident angle from the diffractive optical element to the illuminated region and parallel to the normal direction to the illuminated region, and the above. It may be arranged along a direction parallel to the intersection line with the virtual surface on which the diffractive optical element is located.

本発明による照明装置において、
前記被照明領域は、車線を区画する区画線を含んで、前記トンネルの入口又は出口から前記トンネル内へ向けて所定距離にわたって位置してもよい。
In the lighting device according to the present invention
The illuminated area may include a lane dividing lane marking and may be located over a predetermined distance from the entrance or exit of the tunnel into the tunnel.

本発明による照明装置において、
前記被照明領域は、前記トンネルの入口又は出口から前記トンネル内へ向かうにつれてその照度が小さくなってもよい。
In the lighting device according to the present invention
The illumination of the illuminated area may decrease from the entrance or exit of the tunnel toward the inside of the tunnel.

本発明による照明装置において、
前記被照明領域は、前記トンネルの天井部及び/又は側壁部に位置し、
前記被照明領域は、情報を表示してもよい。
In the lighting device according to the present invention
The illuminated area is located on the ceiling and / or side wall of the tunnel.
The illuminated area may display information.

本発明によれば、トンネル内における効果的な照明を実現することができる。 According to the present invention, effective lighting in a tunnel can be realized.

図1は、本開示による一実施の形態を説明するための図であって、照明装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment according to the present disclosure, and is a perspective view showing a lighting device. 図2は、図1の照明装置の回折光学素子と被照明領域の一例との位置関係をxyz座標系で示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element of the illumination device of FIG. 1 and an example of the illuminated area in an xyz coordinate system. 図3は、図2の回折光学素子と被照明領域との位置関係をθV−θH角度座標系で示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element of FIG. 2 and the illuminated region in a θV−θH angular coordinate system. 図4は、図2の回折光学素子と被照明領域との位置関係をyz座標系で示す図であって、FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element of FIG. 2 and the illuminated area in the yz coordinate system. 図5は、図2の回折光学素子と被照明領域との位置関係をxz座標系で示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element of FIG. 2 and the illuminated region in the xz coordinate system. 図6は、反復フーリエ変換法の処理手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the iterative Fourier transform method. 図7は、図1に対応する図であって、回折光学素子が複数の要素回折光学素子を含む例を示す斜視図である。FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 1 and is a perspective view showing an example in which the diffractive optical element includes a plurality of element diffractive optical elements. 図8は、図2に対応する図であって、図7の照明装置の回折光学素子と被照明領域の他の例との位置関係をxyz座標系で示す図である。FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 2, which shows the positional relationship between the diffractive optical element of the illumination device of FIG. 7 and another example of the illuminated region in the xyz coordinate system. 図9は、図3に対応する図であって、図8の回折光学素子と被照明領域の他の例との位置関係をθV−θH角度座標系で示す図である。FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 3, which shows the positional relationship between the diffractive optical element of FIG. 8 and another example of the illuminated region in a θV−θH angular coordinate system. 図10は、回折光学素子と被照明領域との位置関係をyz座標系で示す図であって、回折光の被照明領域への入射位置のずれを説明するための図である。FIG. 10 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element and the illuminated region in the yz coordinate system, and is a diagram for explaining the deviation of the incident position of the diffracted light in the illuminated region. 図11は、回折光学素子と被照明領域との位置関係をxz座標系で示す図であって、各要素回折光学素子からの回折光によって照明される領域のずれを説明するための図である。FIG. 11 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element and the illuminated region in the xz coordinate system, and is a diagram for explaining the deviation of the region illuminated by the diffracted light from each element diffractive optical element. .. 図12は、回折光学素子と被照明領域との位置関係をyz座標系で示す図であって、要素回折光学素子からの回折光が被照明領域内に異なる領域を照明する例を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram showing the positional relationship between the diffractive optical element and the illuminated region in the yz coordinate system, and is for explaining an example in which the diffracted light from the element diffractive optical element illuminates a different region within the illuminated region. It is a figure of. 図13は、図1に対応する図であって、照明装置の一変形例を示す図である。FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 1 and is a diagram showing a modified example of the lighting device. 図14は、図1に対応する図であって、照明装置の他の変形例を示す図である。FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 1 and is a diagram showing another modification of the lighting device. 図15は、照明装置の一適用例を説明するための図である。FIG. 15 is a diagram for explaining an application example of the lighting device. 図16は、照明装置の一適用例を説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for explaining an application example of the lighting device. 図17は、照明装置の他の適用例を説明するための図である。FIG. 17 is a diagram for explaining another application example of the lighting device. 図18は、照明装置の他の適用例を説明するための図である。FIG. 18 is a diagram for explaining another application example of the lighting device. 図19は、照明装置のさらに他の適用例を説明するための図である。FIG. 19 is a diagram for explaining still another application example of the lighting device. 図20は、照明装置の設置場所の例を説明するための図である。FIG. 20 is a diagram for explaining an example of an installation location of the lighting device. 図21は、ブラックホール現象について説明するための図である。FIG. 21 is a diagram for explaining the black hole phenomenon.

以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, the scale, aspect ratio, etc. are appropriately changed from those of the actual product and exaggerated for the convenience of illustration and comprehension.

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, the terms such as "parallel", "orthogonal", and "same", and the values of length and angle, etc., which specify the shape and geometric conditions and their degrees as used in the present specification, are strictly referred to. It is interpreted to include the range in which similar functions can be expected, without being bound by any meaning.

図1は、照明装置10の全体構成を模式的に示す斜視図である。照明装置10は、被照明領域Zを照明する装置である。後述するように、被照明領域Zは、トンネル1内のいずれかの箇所、例えばトンネル1内の側壁部2、天井部3、道路5上に位置する。被照明領域Zは、特定の領域を照明するものであってもよいし、文字、図形、絵、写真、動画又はこれらの組み合わせを表示するものであってもよい。図1〜図5に示された例において、被照明領域Zは、照明装置10の遠方に位置し、長手方向dlを有する四角形形状の領域となっている。被照明領域Zの長手方向dlは、照明装置10の遠方を横切る方向に延びている。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the lighting device 10. The lighting device 10 is a device that illuminates the illuminated area Z. As will be described later, the illuminated area Z is located at any location in the tunnel 1, for example, on the side wall portion 2, the ceiling portion 3, and the road 5 in the tunnel 1. The illuminated area Z may illuminate a specific area, or may display characters, figures, pictures, photographs, moving images, or a combination thereof. In the example shown in FIGS. 1 to 5, the illuminated area Z is a quadrangular area located far away from the lighting device 10 and having a longitudinal direction dl. The longitudinal direction dl of the illuminated area Z extends in the direction across the distance of the lighting device 10.

ここで説明する照明装置10は、所定の領域を高精度に照明するための工夫を施され、これにより、照明装置10の設置場所の制約を効果的に緩和している。したがって、以下に説明する照明装置10は、被照明領域Zとの相対位置に強い拘束を受けることなく、例えば被照明領域から遠方に離間した位置や、被照明領域Zに対する照明光の入射角度が大きくなってしまう位置等にも、設置することができる。 The lighting device 10 described here has been devised to illuminate a predetermined area with high accuracy, thereby effectively relaxing the restrictions on the installation location of the lighting device 10. Therefore, in the lighting device 10 described below, the position far away from the illuminated area and the incident angle of the illumination light with respect to the illuminated area Z are not strongly constrained by the position relative to the illuminated area Z. It can be installed even in a position where it becomes large.

以下、図示された具体例を参照しながら、一実施の形態について説明する。 Hereinafter, one embodiment will be described with reference to the illustrated specific examples.

図1に示すように、照明装置10は、光を投射するコヒーレント光源20と、コヒーレント光源20から射出した光を回折する回折光学素子40と、を有している。図1及び図2に示すように、照明装置10は、コヒーレント光源20から射出した光の光路に沿って、コヒーレント光源20と回折光学素子40との間に、整形光学系30を有している。図示された例において、コヒーレント光源20から射出した光は、整形光学系30及び回折光学素子40を経て、被照明領域Zに向かう。以下、照明装置10の各構成要素について、順に説明していく。 As shown in FIG. 1, the lighting device 10 includes a coherent light source 20 that projects light and a diffracting optical element 40 that diffracts the light emitted from the coherent light source 20. As shown in FIGS. 1 and 2, the lighting device 10 has a shaping optical system 30 between the coherent light source 20 and the diffractive optical element 40 along the optical path of the light emitted from the coherent light source 20. .. In the illustrated example, the light emitted from the coherent light source 20 goes to the illuminated region Z through the shaping optical system 30 and the diffractive optical element 40. Hereinafter, each component of the lighting device 10 will be described in order.

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

ただし、被照明領域Zを所望の色に照明することができるよう、コヒーレント光源20が複数のコヒーレント光源20を含み、各コヒーレント光源20から射出した光が重ね合わされた後、整形光学系30及び回折光学素子40に向かうようにしてもよい。また、図13及び図14に示された変形例のように、各コヒーレント光源20から射出した光が当該コヒーレント光源20に対応して設けられた整形光学系30A,30B,30C及び回折光学素子40A,40B,40Cを経て、その後に被照明領域Z上で重ね合わされてもよい。このような例において、コヒーレント光源20に含まれる複数のコヒーレント光源20は、異なる波長域の光を射出するだけでなく、同一の波長域の光を射出するようにしてもよい。コヒーレント光源20が同一の波長域の光を射出するコヒーレント光源20を含むことで、被照明領域Zを明るく照明することが可能となる。 However, the coherent light source 20 includes a plurality of coherent light sources 20 so that the illuminated area Z can be illuminated with a desired color, and after the light emitted from each coherent light source 20 is superimposed, the shaping optical system 30 and the diffraction are performed. It may be directed toward the optical element 40. Further, as in the modified examples shown in FIGS. 13 and 14, the shaping optical systems 30A, 30B, 30C and the diffractive optical element 40A provided so that the light emitted from each coherent light source 20 corresponds to the coherent light source 20 is provided. , 40B, 40C, and then overlapped on the illuminated area Z. In such an example, the plurality of coherent light sources 20 included in the coherent light source 20 may not only emit light in different wavelength ranges but also emit light in the same wavelength range. By including the coherent light source 20 in which the coherent light source 20 emits light in the same wavelength range, it is possible to brightly illuminate the illuminated region Z.

なお、図13及び図14に示す例において、コヒーレント光源20は、第1コヒーレント光源20A、第2コヒーレント光源20B及び第3コヒーレント光源20Cを有している。コヒーレント光源20が、複数のコヒーレント光源を含む場合には、各コヒーレント光源20からのコヒーレント光の射出、より具体的には射出の発停および射出量を調節することで、被照明領域Zの照明色や被照明領域Zの明るさを制御するようにしてもよい。 In the examples shown in FIGS. 13 and 14, the coherent light source 20 has a first coherent light source 20A, a second coherent light source 20B, and a third coherent light source 20C. When the coherent light source 20 includes a plurality of coherent light sources, the illumination of the illuminated area Z is performed by adjusting the emission of the coherent light from each coherent light source 20, more specifically, the start / stop and the emission amount of the emission. The color and the brightness of the illuminated area Z may be controlled.

次に、整形光学系30について説明する。整形光学系30は、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を整形する。言い換えると、整形光学系30は、コヒーレント光の光軸に直交する断面での形状や、コヒーレント光の光束の立体的な形状を整形する。典型的には、整形光学系30は、コヒーレント光の光軸に直交する断面でのコヒーレント光の光束断面積を拡大させる。すなわち、整形光学系30に入射する前のコヒーレント光の光路面積la1よりも、整形光学系30から出射した後のコヒーレント光の光路面積la2が、大きい。 Next, the shaping optical system 30 will be described. The shaping optical system 30 shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20. In other words, the shaping optical system 30 shapes the shape of the cross section orthogonal to the optical axis of the coherent light and the three-dimensional shape of the luminous flux of the coherent light. Typically, the shaping optical system 30 increases the luminous flux cross-sectional area of the coherent light in a cross section orthogonal to the optical axis of the coherent light. That is, the optical path area la2 of the coherent light after being emitted from the shaping optical system 30 is larger than the optical path area la1 of the coherent light before being incident on the shaping optical system 30.

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

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

回折光学素子40は、整形光学系30で整形されたコヒーレント光を角度空間における所定の拡散角度範囲内に回折させて、予め定めた位置およびサイズの被照明領域Zを照明する。回折光学素子40は、典型的には、ホログラム素子である。後述するように、回折光学素子40としてホログラム素子を用いることで、ホログラム素子の回折特性を設計しやすくなり、予め定めた位置、サイズおよび形状の被照明領域Zの全域を照明するようなホログラム素子の設計も比較的容易に行うことができる。 The diffractive optical element 40 diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system 30 within a predetermined diffusion angle range in the angular space to illuminate the illuminated region Z at a predetermined position and size. The diffractive optical element 40 is typically a hologram element. As will be described later, by using the hologram element as the diffraction optical element 40, it becomes easy to design the diffraction characteristics of the hologram element, and the hologram element illuminates the entire area of the illuminated region Z having a predetermined position, size and shape. The design of is also relatively easy.

被照明領域Zは、回折光学素子40に対して予め定めた位置に、予め定めたサイズおよび形状で設けられている。被照明領域Zの位置、サイズおよび形状は、回折光学素子40の回折特性に依存しており、回折光学素子40の回折特性を調整することで、被照明領域Zの位置、サイズおよび形状を任意に調整することができる。従って、回折光学素子40を設計する際には、まず被照明領域Zの位置、サイズおよび形状を決定して、決定した被照明領域Zの全域を照明できるように、回折光学素子40の回折特性を調整すればよい。 The illuminated area Z is provided at a predetermined position with respect to the diffractive optical element 40 in a predetermined size and shape. The position, size and shape of the illuminated region Z depend on the diffraction characteristics of the diffractive optical element 40, and the position, size and shape of the illuminated region Z can be arbitrarily adjusted by adjusting the diffraction characteristics of the diffractive optical element 40. Can be adjusted to. Therefore, when designing the diffractive optical element 40, the position, size, and shape of the illuminated area Z are first determined, and the diffraction characteristics of the diffractive optical element 40 are determined so that the entire area of the determined illuminated area Z can be illuminated. Should be adjusted.

回折光学素子40を、計算機合成ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)として作製することができる。計算機合成ホログラムは、任意の回折特性を持つ構造をコンピュータ上での計算によって設計することで作製される。したがって、計算機合成ホログラムを回折光学素子40として採用することで、コヒーレント光源や光学系を用いた物体光及び参照光の生成や、露光によるホログラム記録材料への干渉縞の記録を不要とすることができる。照明装置10は、例えば図1に示すように、回折光学素子40に対して予め定めた位置に、予め定めたサイズおよび形状の被照明領域Zを照明することを想定されている。被照明領域Zに関する情報をパラメータとしてコンピュータに入力することで、この被照明領域Zを照明可能な回折特性を持つ構造、例えば凹凸面を、コンピュータでの演算によって特定することができる。特定された構造を、例えば樹脂賦型により形成することで、計算機合成ホログラムとしての回折光学素子40を、簡易な手順にて低コストで作製することができる。 The diffractive optical element 40 can be produced as a computer-generated hologram (CGH). A computer-synthesized hologram is produced by designing a structure having arbitrary diffraction characteristics by calculation on a computer. Therefore, by adopting the computer-synthesized hologram as the diffractive optical element 40, it is not necessary to generate object light and reference light using a coherent light source or an optical system, and to record interference fringes on the hologram recording material by exposure. can. As shown in FIG. 1, for example, the illuminating device 10 is supposed to illuminate the illuminated area Z having a predetermined size and shape at a predetermined position with respect to the diffractive optical element 40. By inputting information about the illuminated area Z into a computer as a parameter, a structure having a diffraction characteristic capable of illuminating the illuminated area Z, for example, an uneven surface can be specified by a computer calculation. By forming the specified structure by, for example, resin shaping, the diffractive optical element 40 as a computer composite hologram can be manufactured at low cost by a simple procedure.

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

ここで、図2では、実空間における被照明領域Zを斜視図で示している。また、図3では、回折光学素子40が設けられた位置を基準とした角度空間における被照明領域Zを示している。図3において、被照明領域Zは、回折光学素子40上の基準位置に対する角度座標、具体的には、角度θV及び角度θHによって表される座標系で示されている。ここで、角度θVは、図4に示すように、図2のyz面への投影において、回折光学素子40上の基準位置に対する被照明領域Zの相対位置を、z軸方向に対する角度で表している。また、角度θHは、図5に示すように、図2のxz面への投影において、回折光学素子40上の基準位置に対する被照明領域Zの相対位置を、z軸方向に対する角度で表している。 Here, in FIG. 2, the illuminated area Z in the real space is shown in a perspective view. Further, FIG. 3 shows an illuminated region Z in an angular space with reference to the position where the diffractive optical element 40 is provided. In FIG. 3, the illuminated region Z is shown by the angular coordinates with respect to the reference position on the diffractive optical element 40, specifically, the coordinate system represented by the angle θV and the angle θH. Here, as shown in FIG. 4, the angle θV represents the relative position of the illuminated region Z with respect to the reference position on the diffractive optical element 40 in the projection on the yz plane of FIG. 2 as an angle with respect to the z-axis direction. There is. Further, as shown in FIG. 5, the angle θH represents the relative position of the illuminated region Z with respect to the reference position on the diffractive optical element 40 in the projection on the xz plane of FIG. 2 as an angle with respect to the z-axis direction. ..

なお、非限定的な図1〜図5に示された例において、回折光学素子40は、その出射面がxy面上に位置するように配置され、被照明領域Zはxz面上に広がっている。しかしながら、この例に限られず、例えば、被照明領域Zが、xz面に対して傾斜していてもよい。 In the non-limiting example shown in FIGS. 1 to 5, the diffractive optical element 40 is arranged so that its emission surface is located on the xy surface, and the illuminated region Z extends on the xz surface. There is. However, the present invention is not limited to this example, and for example, the illuminated area Z may be inclined with respect to the xz plane.

回折光学素子40の設計には、例えば反復フーリエ変換法が用いられる。図6は反復フーリエ変換法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、被照明領域Z上の放射照度分布から、回折光学素子40からの1次回折光強度の角度空間分布をコンピュータにて計算するとともに、ランダムな位相分布を準備する(ステップS1)。 For the design of the diffractive optical element 40, for example, an iterative Fourier transform method is used. FIG. 6 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the iterative Fourier transform method. First, from the irradiance distribution on the illuminated region Z, the angular spatial distribution of the primary diffracted light intensity from the diffractive optical element 40 is calculated by a computer, and a random phase distribution is prepared (step S1).

次に、ステップS1で計算した角度空間分布にランダムな位相分布を組み合わせた電場の複素振幅分布を生成する(ステップS2)。次に、得られた複素振幅分布に対して逆フーリエ変換(IFT)を施して、被照明領域Z上の電場の複素振幅分布を生成する(ステップS3)。 Next, a complex amplitude distribution of the electric field is generated by combining the angular space distribution calculated in step S1 with a random phase distribution (step S2). Next, the obtained complex amplitude distribution is subjected to an inverse Fourier transform (IFT) to generate a complex amplitude distribution of the electric field on the illuminated region Z (step S3).

得られた複素振幅分布は、ランダムな位相分布を用いて計算したために、そのランダム性を反映した光強度分布を有する。次に、得られた光強度分布を被照明領域Z上の設計照明強度分布に合わせて修正する(ステップS4)。次に、ステップS4で修正した光強度分布と、ステップS3で生成した複素振幅分布の位相情報とを含む複素振幅分布に対してフーリエ変換を施して、回折光学素子40上の電場の複素振幅分布を計算する(ステップS5)。次に、ステップS5で計算した複素振幅分布に含まれる光強度分布を、ステップS1で計算した角度空間分布に置換した複素振幅分布を生成する(ステップS6)。次に、ステップS6で生成した複素振幅分布を用いて、ステップS3以降の処理を繰り返す。 Since the obtained complex amplitude distribution was calculated using a random phase distribution, it has a light intensity distribution that reflects the randomness. Next, the obtained light intensity distribution is modified according to the design illumination intensity distribution on the illuminated area Z (step S4). Next, the complex amplitude distribution including the light intensity distribution corrected in step S4 and the phase information of the complex amplitude distribution generated in step S3 is subjected to a Fourier transform to perform a Fourier transform, and the complex amplitude distribution of the electric field on the diffractive optical element 40 is performed. Is calculated (step S5). Next, a complex amplitude distribution is generated by replacing the light intensity distribution included in the complex amplitude distribution calculated in step S5 with the angular spatial distribution calculated in step S1 (step S6). Next, the processing after step S3 is repeated using the complex amplitude distribution generated in step S6.

ステップS3〜S6の処理を繰り返すうちに、回折光学素子40からの出射角度空間における光強度分布が、ステップS1で計算した光強度分布に近づいていく。 As the processes of steps S3 to S6 are repeated, the light intensity distribution in the emission angle space from the diffractive optical element 40 approaches the light intensity distribution calculated in step S1.

図6の処理手順は、被照明領域Zが回折光学素子40から遠方にあることを前提とした場合の処理であり、被照明領域Z上の回折像は、フラウンホーファ回折像である。したがって、被照明領域Zの法線方向ndが回折光学素子40の出射面の法線方向nd1と非平行であっても、被照明領域Zの全域にわたって、照明強度を均一化でき、被照明領域Z内のボケを抑制できる。 The processing procedure of FIG. 6 is a process on the premise that the illuminated region Z is far from the diffraction optical element 40, and the diffraction image on the illuminated region Z is a Fraunhofer diffraction image. Therefore, even if the normal direction nd of the illuminated area Z is not parallel to the normal direction nd1 of the emission surface of the diffractive optical element 40, the illumination intensity can be made uniform over the entire area of the illuminated area Z, and the illuminated area can be uniformed. Blurring in Z can be suppressed.

ところで、図1に示す例では、被照明領域Zは、照明装置10からz方向に離間して設定され、z方向と直交するx方向に延びている。このような例において、照明装置10からの照明光L1の進行方向が、yz平面内で、ごく僅かにでもずれると、被照明領域Zの幅wが大きく変動する。また、被照明領域Zが照明装置10の近傍に位置していたとしても、照明装置10から射出した照明光L1の被照明領域Zへの入射角度αが大きくなる場合には、同様に、照明光L1の進行方向のごく僅かなずれによって、被照明領域Zの幅wが大きく変動する。そして、幅wが太くなってしまうと、被照明領域Zの近傍に位置する観察者からは、もはや被照明領域Zを細長状の領域として認識することができなくなることも想定される。このような問題から、高精度の照明が要求される照明装置は、従来、その設置位置に制約があり、被照明領域Zの近傍や被照明領域Zへの照明光の入射角度が小さくなる位置に配置する必要があった。 By the way, in the example shown in FIG. 1, the illuminated area Z is set apart from the lighting device 10 in the z direction and extends in the x direction orthogonal to the z direction. In such an example, if the traveling direction of the illumination light L1 from the illumination device 10 deviates even slightly in the yz plane, the width w of the illuminated region Z fluctuates greatly. Further, even if the illuminated area Z is located in the vicinity of the illumination device 10, if the incident angle α of the illumination light L1 emitted from the illumination device 10 to the illuminated area Z becomes large, the illumination is similarly performed. The width w of the illuminated area Z fluctuates greatly due to a slight deviation in the traveling direction of the light L1. Then, if the width w becomes thicker, it is assumed that the illuminated region Z can no longer be recognized as an elongated region by the observer located in the vicinity of the illuminated region Z. Due to such a problem, a lighting device that requires high-precision lighting has conventionally been restricted in its installation position, and is located in the vicinity of the illuminated area Z or at a position where the angle of incidence of the illumination light on the illuminated area Z becomes small. Had to be placed in.

なお、被照明領域Zへの入射角度αとは、入射光の進行方向が被照明領域Zの法線方向ndに対してなす角度のことである。 The incident angle α to the illuminated region Z is an angle formed by the traveling direction of the incident light with respect to the normal direction nd of the illuminated region Z.

その一方で、ここで説明する照明装置10は、回折光学素子40により照明光L1の光路を調整している。一般に、回折光学素子40の光路調整機能は高精度であることから、被照明領域Zを所望のパターンで高精度に照明することができる。このため、被照明領域Zとの相対位置に強い拘束を受けることなく、例えば被照明領域Zから遠方に離間した位置や、被照明領域Zに対する照明光の入射角度αが大きくなってしまう位置等にも、照明装置10を設置することができる。 On the other hand, in the lighting device 10 described here, the optical path of the illumination light L1 is adjusted by the diffractive optical element 40. In general, since the optical path adjusting function of the diffractive optical element 40 is highly accurate, the illuminated area Z can be illuminated with a desired pattern with high accuracy. Therefore, the position relative to the illuminated area Z is not strongly constrained, for example, a position far away from the illuminated area Z, a position where the incident angle α of the illumination light with respect to the illuminated area Z becomes large, and the like. Also, the lighting device 10 can be installed.

例えば、図6を参照して説明した設計により作製された計算機合成ホログラムからなる回折光学素子40によれば、一定の方向から入射する光の進行方向を、角度空間において、±0.01°の精度で調整することができる。このような回折光学素子40を用いることにより、回折光学素子40から1m以上300m以下の距離にある被照明領域Zや、照明光の被照明領域Zへの入射角度αが最小でも45°以上となり最大で89.99°以下となる被照明領域Zを、所望するパターンで高精度に照明することが可能となる。 For example, according to the diffractive optical element 40 made of a computer-synthesized hologram manufactured by the design described with reference to FIG. 6, the traveling direction of light incident from a certain direction is ± 0.01 ° in an angular space. It can be adjusted with precision. By using such a diffractive optical element 40, the incident angle α of the illuminated area Z at a distance of 1 m or more and 300 m or less from the diffractive optical element 40 and the illuminated area Z of the illumination light becomes 45 ° or more at the minimum. It is possible to illuminate the illuminated area Z having a maximum of 89.99 ° or less with a desired pattern with high accuracy.

また、更なる工夫として、図7に示すように、回折光学素子40が、複数の要素回折光学素子41を有するようにしてもよい。複数の要素回折光学素子41は、回折光学素子40を平面分割して配置されている。言い換えると、回折光学素子40は、複数の要素回折光学素子41をタイリングして構成されている。この例においては、各要素回折光学素子41が、コヒーレント光源20から射出した光に対して回折作用を及ぼす。すなわち、各要素回折光学素子41が、上述したようにホログラム素子等として構成される。 Further, as a further device, as shown in FIG. 7, the diffractive optical element 40 may have a plurality of element diffractive optical elements 41. The plurality of element diffractive optical elements 41 are arranged by dividing the diffractive optical element 40 into a plane. In other words, the diffractive optical element 40 is configured by tiling a plurality of element diffractive optical elements 41. In this example, each element diffractive optical element 41 exerts a diffracting action on the light emitted from the coherent light source 20. That is, each element diffractive optical element 41 is configured as a hologram element or the like as described above.

なお、図7に示された例においても、照明装置10によって照明される被照明領域Zは、照明装置10の遠方に位置し、長手方向を有する四角形形状の領域となっている。ただし、被照明領域Zの長手方向dlは、照明装置10から離間する方向、すなわちz方向に延びている。図8及び図9は、それぞれ図2又は図3に対応する図であって、図7の被照明領域Zを実空間または角度空間において示している。 Also in the example shown in FIG. 7, the illuminated area Z illuminated by the illumination device 10 is a quadrangular region located far away from the illumination device 10 and having a longitudinal direction. However, the longitudinal direction dl of the illuminated area Z extends in the direction away from the lighting device 10, that is, in the z direction. 8 and 9 are views corresponding to FIGS. 2 or 3, respectively, and show the illuminated area Z of FIG. 7 in a real space or an angular space.

図10に示すように、回折光学素子40上の二つの位置から光L101,L102が、平行な方向に射出して、被照明領域Zに入射する場合、二つの光L101,L102は、被照明領域Z内の異なる点に入射する。そして、二つの光L101,L102が、被照明領域Zと非平行な方向にずれている場合、被照明領域Z内への入射位置のずれ量a’[m]は、二つの光L101,L102の光路の最小ずれ量a[m]よりも大きくなる。具体的には、被照明領域Zへの法線方向ndに沿った面において、二つの光L101,L102の光路がa[m]だけずれている場合、被照明領域Z上での入射位置のずれ量a’[m]は、被照明領域Zへの入射角度α[°]を用いた次の式によって表される。
a’=a/cosα ・・・式(1)
すなわち、被照明領域Z上でのずれ量a’[m]は、実際の光線のずれ量a[m]以上となる。
As shown in FIG. 10, when lights L101 and L102 are emitted in parallel directions from two positions on the diffractive optical element 40 and are incident on the illuminated region Z, the two lights L101 and L102 are illuminated. It is incident on different points in the region Z. When the two lights L101 and L102 are displaced in a direction non-parallel to the illuminated area Z, the amount of deviation a'[m] of the incident position in the illuminated area Z is the two lights L101 and L102. It becomes larger than the minimum deviation amount a [m] of the optical path of. Specifically, when the optical paths of the two lights L101 and L102 are deviated by a [m] on the surface along the normal direction nd to the illuminated area Z, the incident position on the illuminated area Z The amount of deviation a'[m] is expressed by the following equation using the angle of incidence α [°] on the illuminated area Z.
a'= a / cosα ・ ・ ・ Equation (1)
That is, the deviation amount a'[m] on the illuminated area Z is equal to or greater than the actual deviation amount a [m] of the light beam.

例えば、図7に示された回折光学素子40において、y軸方向に配列された二つの要素回折光学素子41が、同一の回折特性を有していたとすると、この二つの要素回折光学素子41によって照明される領域は、それぞれ、図11に示すように、実線で示された被照明領域Z1および点線で示された被照明領域Z2となり、被照明領域Z1及び被照明領域Z2はz軸方向にずれてしまう。被照明領域Z1及び被照明領域Z2のz軸方向へのずれ量は、y軸方向における二つの要素回折光学素子41のずれ量よりも格段に大きくなる。 For example, in the diffractive optical element 40 shown in FIG. 7, assuming that the two element diffractive optical elements 41 arranged in the y-axis direction have the same diffraction characteristics, the two element diffractive optical elements 41 As shown in FIG. 11, the illuminated areas are the illuminated area Z1 shown by the solid line and the illuminated area Z2 shown by the dotted line, respectively, and the illuminated area Z1 and the illuminated area Z2 are in the z-axis direction. It will shift. The amount of deviation of the illuminated area Z1 and the illuminated area Z2 in the z-axis direction is significantly larger than the amount of deviation of the two element diffractive optical elements 41 in the y-axis direction.

以上の点から、回折光学素子40が複数の要素回折光学素子41を有するようにして、複数の要素回折光学素子に含まれる少なくとも二つの要素回折光学素子41が、異なる回折特性を有することが好ましい。この例において、少なくとも二つの要素回折光学素子41の回折特性を、各要素回折光学素子41によって照明されるべき領域に対する当該要素回折光学素子41の相対位置に応じて設定することができる。例えば、各要素回折光学素子41が、それぞれ、被照明領域Zの全域を照明する場合には、被照明領域Zに対する各要素回折光学素子41の相対位置を考慮して、当該要素回折光学素子41の回折特性を決定すればよい。このような例によれば、複数の要素回折光学素子41の各々が、被照明領域Zを所望のパターンで高精度に照明することができる。 From the above points, it is preferable that the diffractive optical element 40 has a plurality of element diffractive optical elements 41, and at least two element diffractive optical elements 41 included in the plurality of element diffractive optical elements have different diffraction characteristics. .. In this example, the diffraction characteristics of at least two element diffractive optical elements 41 can be set according to the relative position of the element diffractive optical element 41 with respect to the region to be illuminated by each element diffractive optical element 41. For example, when each element diffractive optical element 41 illuminates the entire area of the illuminated area Z, the element diffractive optical element 41 takes into consideration the relative position of each element diffractive optical element 41 with respect to the illuminated area Z. Diffraction characteristics may be determined. According to such an example, each of the plurality of element diffractive optical elements 41 can illuminate the illuminated area Z with a desired pattern with high accuracy.

なお、上述した式(1)が成り立つのは、二つの光L101,L102が、被照明領域Zに直交する面上での二つの光L101,L102の最大間隔が最小ずれ量a[m]となっている場合である。そして、被照明領域Zに直交する面に沿って光L101,L102がずれると、被照明領域Z上での入射位置のずれが最大となり、そのずれ量が上述した式(1)のa’[m]となる。また、式(1)から明らかなように、入射角度α[°]が大きくなると、被照明領域Z上での入射位置のずれ量a’[m]も大きくなり、入射角度α[°]が小さくなると、被照明領域Z上での入射位置のずれ量a’[m]も小さくなる。 The above equation (1) holds that the maximum distance between the two lights L101 and L102 on the plane orthogonal to the illuminated area Z is the minimum deviation amount a [m]. If it is. Then, when the lights L101 and L102 are displaced along the plane orthogonal to the illuminated region Z, the deviation of the incident position on the illuminated region Z becomes maximum, and the deviation amount is the a'[of the above-mentioned equation (1). m]. Further, as is clear from the equation (1), as the incident angle α [°] increases, the amount of deviation a'[m] of the incident position on the illuminated area Z also increases, and the incident angle α [°] increases. As it becomes smaller, the amount of deviation a'[m] of the incident position on the illuminated area Z also becomes smaller.

したがって、被照明領域Zを所望のパターンで高精度に照明する観点からは、図8に示された一つの面pl1と他の一つの面pl2との交線lxに沿って配列された複数の要素回折光学素子41が、それぞれ、その位置に応じて回折特性を調節されていることが好ましい。交線lxを特定する一つ面pl1は、回折光学素子40から被照明領域Zへの入射角度α[°]が最大となる入射光L81の光路を含み且つ被照明領域Zへの法線方向ndに平行な面である。すなわち、この面pl1は、被照明領域Zへの法線方向ndと、この法線方向ndに対して最大の角度α[°]をなすようになる回折光学素子40の出射面上の或る位置と被照明領域Z上の或る位置とを結ぶ直線分laと、を含んでいる。一方、他の一つの面pl2は、回折光学素子40の出射面が位置する仮想面である。図示された例において、この面pl2は、xy面である。 Therefore, from the viewpoint of illuminating the illuminated area Z with a desired pattern with high accuracy, a plurality of objects arranged along the line of intersection lx between one surface pl1 and the other surface pl2 shown in FIG. It is preferable that each of the element diffraction optical elements 41 has its diffraction characteristics adjusted according to its position. One surface pl1 that specifies the line of intersection lx includes the optical path of the incident light L81 that maximizes the incident angle α [°] from the diffractive optical element 40 to the illuminated region Z, and is the normal direction to the illuminated region Z. It is a plane parallel to nd. That is, this surface pl1 is located on the exit surface of the diffractive optical element 40 such that the normal direction nd to the illuminated region Z and the maximum angle α [°] with respect to the normal direction nd are formed. It includes a straight line la that connects the position and a certain position on the illuminated area Z. On the other hand, the other surface pl2 is a virtual surface on which the exit surface of the diffractive optical element 40 is located. In the illustrated example, this plane pl2 is the xy plane.

すなわち、複数の要素回折光学素子41が同一の回折特性を有していると仮定すると、交線lxの方向に沿って異なる位置に配置された要素回折光学素子41からの回折光によって照明される被照明領域Z上の領域が、大きく変化することになる。したがって、この交線lxの方向に配列された要素回折光学素子41の回折特性を、他の要素回折光学素子41とは別途に調節しておくことが、被照明領域Zを所望のパターンで高精度に照明する上で有効である。また、その前提として、回折光学素子40をこの交線lxの方向に分割することが、被照明領域Zを所望のパターンで高精度に照明する上で有効となる。 That is, assuming that the plurality of element diffractive optical elements 41 have the same diffraction characteristics, they are illuminated by the diffracted light from the element diffractive optical elements 41 arranged at different positions along the direction of the intersection line lp. The area on the illuminated area Z will change significantly. Therefore, adjusting the diffraction characteristics of the element diffractive optical elements 41 arranged in the direction of the line of intersection lk separately from the other element diffractive optical elements 41 increases the illuminated area Z in a desired pattern. It is effective for accurate lighting. Further, as a premise, dividing the diffractive optical element 40 in the direction of the line of intersection LX is effective in illuminating the illuminated area Z with a desired pattern with high accuracy.

なお、図7に示された例において、複数の要素回折光学素子41は、マトリクス状に配置されている。言い換えると、回折光学素子40は、交線lxの方向に一致するy軸方向に分割され、さらに、y軸方向に直交するx軸方向にも配列されている。この例では、交線lxの方向に一致するy軸方向に並ぶ複数の要素回折光学素子41の各々が、その配置位置に応じた互いに異なる回折特性を有するようにしてもよい。また、x軸方向に並ぶ複数の要素回折光学素子41の各々も、その配置位置に応じた互いに異なる回折特性を有するようにしてもよい。その一方で、複数の要素回折光学素子41が、交線lxの方向に一致するy軸方向に配列され、且つ、各要素回折光学素子41が、x軸方向に細長く延びるようにしてもよい。 In the example shown in FIG. 7, the plurality of element diffractive optical elements 41 are arranged in a matrix. In other words, the diffractive optical element 40 is divided in the y-axis direction corresponding to the direction of the line of intersection lk, and is further arranged in the x-axis direction orthogonal to the y-axis direction. In this example, each of the plurality of element diffractive optical elements 41 arranged in the y-axis direction corresponding to the direction of the line of intersection lk may have different diffraction characteristics depending on their arrangement positions. Further, each of the plurality of element diffraction optical elements 41 arranged in the x-axis direction may also have different diffraction characteristics depending on their arrangement positions. On the other hand, the plurality of element diffractive optical elements 41 may be arranged in the y-axis direction corresponding to the direction of the line of intersection lk, and each element diffractive optical element 41 may be elongated in the x-axis direction.

さらに別の工夫として、回折光学素子40が複数の要素回折光学素子41を含む例においては、図12に示すように、少なくとも二つの要素回折光学素子41が、異なる領域を照明するようにしてもよい。 As yet another device, in the example in which the diffractive optical element 40 includes a plurality of element diffractive optical elements 41, at least two element diffractive optical elements 41 may illuminate different regions as shown in FIG. good.

0次光の進行方向に対して回折光の進行方向がなす角度を回折角度とすると、この回折角度に応じて、回折を実現するための回折光学素子の構造、例えば干渉縞パターンをなす凹凸のピッチを設計する。また、回折効率を最適化するには、回折角度に応じて設計された回折を実現するための回折光学素子の構造に応じて、回折効率に影響を与え得る構成、一具体例として干渉縞パターンを形成する凹凸の深さを調整することになる。したがって、広範に亘る回折角度を実現するための構造を一つの回折光学素子内に設ける場合、当該一つの回折光学素子内の各位置で回折効率に影響を与え得る構成を最適化する必要がある。例えば、広範に亘るピッチの凹凸を一つの回折光学素子内に設ける必要がある場合、各位置での凹凸のピッチに応じて、当該位置での凹凸の深さを最適化していく必要がある。しかしながら、実際の照明装置にそのような複雑な構成を付与することは実質的に不可能であり、また、商業的にも成立し得ない。この結果、広い回折角度範囲を持ち広範な領域に照明光を拡散させることができる回折光学素子では、回折効率が低下し、これにともなって、照明装置のエネルギー効率が低下してしまっていた。 Assuming that the angle formed by the traveling direction of the diffracted light with respect to the traveling direction of the 0th-order light is the diffraction angle, the structure of the diffraction optical element for realizing diffraction according to this diffraction angle, for example, the unevenness forming an interference fringe pattern Design the pitch. Further, in order to optimize the diffraction efficiency, a configuration that can affect the diffraction efficiency depending on the structure of the diffraction optical element for realizing the diffraction designed according to the diffraction angle, as a specific example, the interference fringe pattern The depth of the unevenness that forms the Therefore, when a structure for realizing a wide range of diffraction angles is provided in one diffractive optical element, it is necessary to optimize a configuration that can affect the diffraction efficiency at each position in the one diffractive optical element. .. For example, when it is necessary to provide unevenness with a wide range of pitches in one diffractive optical element, it is necessary to optimize the depth of unevenness at that position according to the pitch of the unevenness at each position. However, it is virtually impossible to give such a complex configuration to an actual luminaire, nor is it commercially viable. As a result, in a diffractive optical element having a wide diffraction angle range and capable of diffusing the illumination light over a wide range, the diffraction efficiency is lowered, and the energy efficiency of the lighting device is lowered accordingly.

このような不具合に対処するため、図12に示すように、異なる要素回折光学素子41で回折された光が、被照明領域Zを区分けしてなる複数の要素被照明領域Zeのうちの異なる要素被照明領域を照明するようにしてもよい。図12に示された例において、被照明領域Zは、第1要素被照明領域Ze1及び第2要素被照明領域Ze2に区分けされている。一つの要素回折光学素子41aからの回折光によって第1要素被照明領域Ze1を照明し、他の要素回折光学素子41bからの回折光によって第2要素被照明領域Ze2を照明するようにしてもよい。各要素回折光学素子41a,41bでの回折角度範囲Rθ1,Rθ2は、被照明領域Zの全域に回折光を広げる場合の回折角度範囲Rθよりも狭くなっている。これにより、要素回折光学素子41での回折効率を改善し、一定のエネルギーによって、被照明領域Zを明るく照明することができる。このように電源の負担を軽減することができるので、バッテリー等による電力供給も可能となり、この点からも、照明装置10の設置位置に関する自由度を向上させることができる。 In order to deal with such a problem, as shown in FIG. 12, the light diffracted by the different element diffracting optical element 41 divides the illuminated area Z into different elements among the plurality of element illuminated areas Ze. The illuminated area may be illuminated. In the example shown in FIG. 12, the illuminated area Z is divided into a first element illuminated area Ze1 and a second element illuminated area Ze2. The first element illuminated region Ze1 may be illuminated by the diffracted light from one element diffracting optical element 41a, and the second element illuminated region Ze2 may be illuminated by the diffracted light from the other element diffracting optical element 41b. .. The diffraction angle ranges Rθ1 and Rθ2 of the element diffractive optical elements 41a and 41b are narrower than the diffraction angle range Rθ when the diffracted light is spread over the entire area of the illuminated region Z. As a result, the diffraction efficiency of the element diffraction optical element 41 can be improved, and the illuminated area Z can be brightly illuminated with a constant energy. Since the burden on the power source can be reduced in this way, it is possible to supply electric power by a battery or the like, and from this point as well, the degree of freedom regarding the installation position of the lighting device 10 can be improved.

なお、被照明領域Zが含む要素被照明領域Zeの数は二つに限られることなく、三以上としてもよい。図8及び図9に二点鎖線で示す例では、被照明領域Zが四つの要素被照明領域Zeを含んでいる。この例では、回折光学素子40が、四以上の要素回折光学素子41を含み、各要素被照明領域Zeが一以上の要素回折光学素子41からの回折光によって照明される。 The number of element illuminated areas Ze included in the illuminated area Z is not limited to two, and may be three or more. In the example shown by the alternate long and short dash line in FIGS. 8 and 9, the illuminated area Z includes four element illuminated areas Ze. In this example, the diffractive optical element 40 includes four or more element diffractive optical elements 41, and each element illuminated region Ze is illuminated by diffracted light from one or more element diffractive optical elements 41.

また、各要素回折光学素子41は、当該要素回折光学素子41から射出する0次光の光路を含む要素被照明領域Zeに光を回折するようにしてもよい。このような例によれば、0次光の進行方向に対して回折光の進行方向がなす角度、すなわち回折角度を小さくすることができる。これにより、各要素回折光学素子41での回折効率をさらに効果的に改善することができ、結果として、照明装置10のエネルギー効率をさらに効果的に向上させることができる。 Further, each element diffracting optical element 41 may diffract light into the element illuminated region Ze including the optical path of the 0th order light emitted from the element diffracting optical element 41. According to such an example, the angle formed by the traveling direction of the diffracted light with respect to the traveling direction of the 0th-order light, that is, the diffraction angle can be reduced. As a result, the diffraction efficiency of each element diffraction optical element 41 can be further effectively improved, and as a result, the energy efficiency of the lighting device 10 can be further effectively improved.

次に、図15〜図20を参照して、本発明の照明装置10の適用例について説明する。 Next, an application example of the lighting device 10 of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 20.

図15及び図16は、照明装置10の一適用例を説明するための図である。図15は、トンネル1及び当該トンネル1内を通る道路5を示す斜視図であり、図16は、トンネル1及び道路5を示す平面図である。図16では、トンネル1の天井部3の図示を省略している。 15 and 16 are diagrams for explaining an application example of the lighting device 10. FIG. 15 is a perspective view showing the tunnel 1 and the road 5 passing through the tunnel 1, and FIG. 16 is a plan view showing the tunnel 1 and the road 5. In FIG. 16, the ceiling portion 3 of the tunnel 1 is not shown.

トンネル1は、道路5の延びる方向に沿って道路5の一部を覆うように設けられる。図示された例では、トンネル1は、道路5の幅方向の全域にわたって道路5を覆っている。トンネル1は、道路5を挟んで道路5の幅方向に対向した二つの側壁部2と、両側壁部2の上部どうしを接続し道路5の上方を覆う天井部3と、を有している。とりわけ図示された例では、トンネル1は、道路5の延びる方向と直交する断面において略円弧形状を有しており、両側壁部2及び天井部3は、滑らかに連続した壁面を形成している。 The tunnel 1 is provided so as to cover a part of the road 5 along the extending direction of the road 5. In the illustrated example, the tunnel 1 covers the road 5 over the entire width direction of the road 5. The tunnel 1 has two side wall portions 2 facing each other in the width direction of the road 5 with the road 5 in between, and a ceiling portion 3 connecting the upper portions of the side wall portions 2 and covering the upper part of the road 5. .. In particular, in the illustrated example, the tunnel 1 has a substantially arc shape in a cross section orthogonal to the extending direction of the road 5, and the side wall portions 2 and the ceiling portion 3 form a smoothly continuous wall surface. ..

道路5には、車両が走行する車線を区画するための区画線6が設けられている。区画線6は、道路5の延びる方向に沿って、実線状、破線状等の線状に設けられる。図示された例では、道路5には、道路5の幅方向の中央部に、道路5の延びる方向に沿って一方側へ向かう車両が走行すべき車線と他方側へ向かう車両が走行すべき車線とを区画する車道中央線7(区画線6)が設けられ、道路5の幅方向の両端部近傍に、車道と路側帯とを区画する車道外側線8(区画線6)が設けられている。なお、これに限られず、区画線6として、同一方向へ向かう車両が走行すべき複数の車線間を区切る車線境界線等の他の区画線が設けられていてもよい。 The road 5 is provided with a lane marking 6 for partitioning the lane in which the vehicle travels. The lane marking 6 is provided in a linear shape such as a solid line or a broken line along the extending direction of the road 5. In the illustrated example, the road 5 has a lane in which a vehicle heading to one side should travel and a lane in which a vehicle heading to the other side should travel along the extending direction of the road 5 in the central portion in the width direction of the road 5. A roadway center line 7 (carriageway line 6) is provided to partition the road, and a roadway outer line 8 (carriageway line 6) is provided to separate the roadway and the roadside zone near both ends in the width direction of the road 5. .. In addition, the present invention is not limited to this, and other lane markings such as a lane boundary line that separates a plurality of lanes on which vehicles heading in the same direction should travel may be provided as the lane marking 6.

図示された例では、被照明領域Zは、道路5の区画線6上に位置している。とりわけ、被照明領域Zは、区画線6上を含んで、トンネル1の入口又は出口からトンネル内へ向けて所定距離にわたって、位置している。照明装置10は、トンネル1の天井部3に設けられている。なお、後述するように、照明装置10は、側壁部2等の他の箇所に設けられてもよい。 In the illustrated example, the illuminated area Z is located on the lane marking 6 of the road 5. In particular, the illuminated area Z includes the lane marking 6 and is located over a predetermined distance from the entrance or exit of the tunnel 1 toward the inside of the tunnel. The lighting device 10 is provided on the ceiling portion 3 of the tunnel 1. As will be described later, the lighting device 10 may be provided at another location such as the side wall portion 2.

図17及び図18は、照明装置10の他の適用例を説明するための図である。図17は、トンネル1及び当該トンネル1内を通る道路5を示す斜視図であり、図18は、トンネル1及び道路5を示す平面図である。図18では、トンネル1の天井部3の図示を省略している。 17 and 18 are diagrams for explaining another application example of the lighting device 10. FIG. 17 is a perspective view showing the tunnel 1 and the road 5 passing through the tunnel 1, and FIG. 18 is a plan view showing the tunnel 1 and the road 5. In FIG. 18, the ceiling portion 3 of the tunnel 1 is not shown.

図示された例では、被照明領域Zは、トンネル1の側壁部2上に位置している。とりわけ、被照明領域Zは、側壁部2上における、トンネル1の入口又は出口の近傍からトンネル内へ向けて所定距離にわたって、位置している。図視された例では、照明装置10は、被照明領域Zが設けられる側壁部2と対向する側壁部2に設けられている。なお、これに限られず、照明装置10は、天井部3等の他の箇所に設けられてもよい。 In the illustrated example, the illuminated area Z is located on the side wall 2 of the tunnel 1. In particular, the illuminated area Z is located on the side wall portion 2 over a predetermined distance from the vicinity of the entrance or exit of the tunnel 1 toward the inside of the tunnel. In the illustrated example, the lighting device 10 is provided on the side wall portion 2 facing the side wall portion 2 in which the illuminated area Z is provided. Not limited to this, the lighting device 10 may be provided at another location such as the ceiling portion 3.

図15及び図16を参照して説明した適用例及び図17及び図18を参照して説明した適用例によれば、太陽光等により照らされる明るい環境からトンネル内に進入する場合に、トンネル内が一様に黒く視認されるブラックホール現象又はブラックフレーム現象が生じても、トンネル1の入口からトンネル1内へ向けて所定距離にわたって区画線6又は側壁部2が照明されているので、トンネル1内へ進入しようとする車両の乗員から、この区画線6又は側壁部2が容易に視認され得る。したがって、当該車両の乗員は、トンネル1内へ進入する前に、トンネル1内の状況、例えば、道路5がトンネル1内において直線状に延びているか、右または左にカーブしているか、上り坂となっているか、下り坂となっているか、等を容易に認識することができる。これにより、トンネル1の入口への進入前後における安全な運転が可能になる。 According to the application example described with reference to FIGS. 15 and 16 and the application example described with reference to FIGS. 17 and 18, when entering the tunnel from a bright environment illuminated by sunlight or the like, the inside of the tunnel Even if a black hole phenomenon or a black frame phenomenon occurs, the lane marking 6 or the side wall portion 2 is illuminated for a predetermined distance from the entrance of the tunnel 1 to the inside of the tunnel 1, so that the tunnel 1 is illuminated. The section line 6 or the side wall portion 2 can be easily seen by the occupants of the vehicle trying to enter the inside. Therefore, before entering the tunnel 1, the occupants of the vehicle are asked about the situation in the tunnel 1, for example, whether the road 5 extends linearly in the tunnel 1, curves to the right or left, or goes uphill. It is possible to easily recognize whether it is a tunnel or a downhill. This enables safe operation before and after entering the entrance of the tunnel 1.

図19は、照明装置10のさらに他の適用例を説明するための図である。図19は、トンネル1及び当該トンネル1内を通る道路5を示す斜視図である。 FIG. 19 is a diagram for explaining still another application example of the lighting device 10. FIG. 19 is a perspective view showing a tunnel 1 and a road 5 passing through the tunnel 1.

図示された例では、被照明領域Zは、トンネル1の天井部3上に位置している。本適用例では、被照明領域Zは、制限速度を示す数値を含む形状を有している。したがって、被照明領域Zは、トンネル1の天井部3に制限速度情報を表示するように形成される。図示された例では、照明装置10は、トンネル1の手前の路側上に設けられたポール51上に設置されている。なお、これに限られず、被照明領域Zは、側壁部2等の他の箇所に位置してもよい。また、被照明領域Zは、制限速度以外の他の情報を表示するように形成されてもよい。さらに、照明装置10は、トンネル1の側壁部2、天井部3等の他の箇所に設置されてもよい。 In the illustrated example, the illuminated area Z is located on the ceiling 3 of the tunnel 1. In this application example, the illuminated area Z has a shape including a numerical value indicating a speed limit. Therefore, the illuminated area Z is formed so as to display the speed limit information on the ceiling portion 3 of the tunnel 1. In the illustrated example, the lighting device 10 is installed on a pole 51 provided on the road side in front of the tunnel 1. Not limited to this, the illuminated area Z may be located at another location such as the side wall portion 2. Further, the illuminated area Z may be formed so as to display information other than the speed limit. Further, the lighting device 10 may be installed at other places such as the side wall portion 2 and the ceiling portion 3 of the tunnel 1.

本適用例によれば、トンネル1内の天井部3や側壁部2等に、制限速度等の情報を表示することができる。したがって、トンネル1内に情報を表示するために、電光表示板のような追加の表示装置を設ける必要がない。これにより、簡易な構成及び低コストで、トンネル1内に情報を表示することができる。 According to this application example, information such as a speed limit can be displayed on the ceiling portion 3 and the side wall portion 2 in the tunnel 1. Therefore, in order to display information in the tunnel 1, it is not necessary to provide an additional display device such as an electric display board. As a result, information can be displayed in the tunnel 1 with a simple configuration and low cost.

上述の各適用例において、照明装置10の設置場所は、特に限られない。照明装置10は、例えば図20に示すように、トンネル1の側壁部2、天井部3、路側又は車道中央線7上に設けられたポール51上等の、さまざまな箇所に設置することができる。 In each of the above-mentioned application examples, the installation location of the lighting device 10 is not particularly limited. As shown in FIG. 20, the lighting device 10 can be installed at various locations such as the side wall portion 2 of the tunnel 1, the ceiling portion 3, the roadside, or the pole 51 provided on the road center line 7. ..

また、図15及び図16を参照して説明した適用例及び図17及び図18を参照して説明した適用例において、被照明領域Zは、トンネル1の入口又は出口からトンネル1内へ向かうにつれてその照度が小さくなるように形成されることもできる。例えば、トンネル1の入口近傍又は出口近傍の側壁部2、天井部3又はポール51上に照明装置10を設置し、トンネル1内へ向けて、道路5の延びる方向と比較的小さな角度をなす方向へ向けて照明光を射出して、この照明光により被照明領域Zを形成するようにすることで、被照明領域Zを、トンネル1の入口からトンネル1内へ向かうにつれてその照度が小さくなるように形成することができる。 Further, in the application example described with reference to FIGS. 15 and 16 and the application example described with reference to FIGS. 17 and 18, the illuminated area Z gradually increases from the entrance or exit of the tunnel 1 toward the inside of the tunnel 1. It can also be formed so that its illuminance is reduced. For example, a lighting device 10 is installed on a side wall portion 2, a ceiling portion 3, or a pole 51 near the entrance or exit of the tunnel 1, and a direction forming a relatively small angle with the extending direction of the road 5 toward the inside of the tunnel 1. By emitting the illumination light toward the tunnel 1 and forming the illuminated area Z by the illumination light, the illuminance of the illuminated area Z decreases as it goes from the entrance of the tunnel 1 to the inside of the tunnel 1. Can be formed into.

この場合、トンネル1内に進入した車両の乗員の目がトンネル1内の明るさに順応していくにしたがって、被照明領域Zの明るさが小さくなるので、トンネル1内において乗員が被照明領域Zを眩しく感じることがない。これにより、トンネル1の入口への進入前後において、さらに安全な運転が可能になる。 In this case, as the eyes of the occupant of the vehicle entering the tunnel 1 adapt to the brightness in the tunnel 1, the brightness of the illuminated area Z becomes smaller, so that the occupant in the tunnel 1 is in the illuminated area. I don't feel Z dazzling. This enables safer operation before and after entering the entrance of the tunnel 1.

以上に、いくつかの適用例を示したが、当然に、2以上の適用例を組み合わせて用いてもよい。 Although some application examples have been shown above, it is natural that two or more application examples may be used in combination.

以上に説明してきた実施の形態において、照明装置10は、トンネル1内への照明を行う照明装置10であって、コヒーレント光源20と、コヒーレント光源20から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系30と、整形光学系30で整形されたコヒーレント光を回折して被照明領域Zに向ける回折光学素子40と、を含んでいる。このような一実施の形態では、整形光学系30で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子40によって、光の光路が被照明領域Zに向けられる。回折光学素子40によれば、整形光学系30で整形されたコヒーレント光の進行方向を所望の角度空間に高精度に回折することができる。これにより、照明装置10から遠方に離間する被照明領域Zや、回折光学素子40の法線方向nd1に対してその法線方向ndが大きな角度、例えば45°を超えるようになる被照明領域Zを、予定した所望のパターンにて、高精度に照明することができる。このような照明装置10は、高い自由度で、その設置位置を選択することができる。 In the embodiment described above, the lighting device 10 is a lighting device 10 that illuminates the inside of the tunnel 1, and is a coherent light source 20 and a shaping optical system 30 that shapes the coherent light emitted from the coherent light source 20. And a diffractive optical element 40 that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system 30 and directs it toward the illuminated region Z. In such an embodiment, the optical path of the light is directed to the illuminated region Z by the diffractive optical element 40 that diffracts the coherent light shaped by the shaping optical system 30. According to the diffractive optical element 40, the traveling direction of the coherent light shaped by the shaping optical system 30 can be diffracted into a desired angular space with high accuracy. As a result, the illuminated area Z far away from the illuminating device 10 and the illuminated area Z in which the normal direction nd of the diffractive optical element 40 exceeds a large angle, for example, 45 ° with respect to the normal direction nd1. Can be illuminated with high accuracy in a desired desired pattern. The installation position of such a lighting device 10 can be selected with a high degree of freedom.

また、この照明装置10の電力消費量は、プロジェクターと比較して大幅に低い。したがって、例えば太陽電池等を組み合わせたバッテリーとともに設置することで、電力需要をまかなうことも可能である。すなわち、電源の確保が容易であることからも、照明装置10の設置位置の自由度を向上させることができる。 Further, the power consumption of the lighting device 10 is significantly lower than that of the projector. Therefore, for example, it is possible to meet the power demand by installing it together with a battery in which a solar cell or the like is combined. That is, since it is easy to secure a power source, the degree of freedom in the installation position of the lighting device 10 can be improved.

このような照明装置10は、照明が行われる被照明領域Zから離間した位置に配置することができる。この照明装置10の動作は、その用途に応じて、センサ等の検出結果に基づいて自動的に行われるようにしてもよい。例えば、照明装置10が、照度センサを含み、トンネル1外の明るさの変化にともない被照明領域Zを照明するようにしてもよい。すなわち、トンネル1外の明るさが所定の明るさよりも大きい場合に被照明領域Zを照明するようにしてもよい。また、照明装置10が、車両検出センサを含み、トンネル1に車両が近づいたことを検出して、被照明領域Zを照明するようにしてもよい。さらに、照明装置10が、車速検出センサを含み、トンネル1に近づく車両の速度が所定の速度を超えている場合に、被照明領域Zを照明するようにしてもよい。 Such a lighting device 10 can be arranged at a position away from the illuminated area Z where illumination is performed. The operation of the lighting device 10 may be automatically performed based on the detection result of the sensor or the like according to the application. For example, the lighting device 10 may include an illuminance sensor and illuminate the illuminated area Z as the brightness outside the tunnel 1 changes. That is, the illuminated area Z may be illuminated when the brightness outside the tunnel 1 is larger than the predetermined brightness. Further, the lighting device 10 may include a vehicle detection sensor, detect that the vehicle is approaching the tunnel 1, and illuminate the illuminated area Z. Further, the lighting device 10 may include the vehicle speed detection sensor and illuminate the illuminated area Z when the speed of the vehicle approaching the tunnel 1 exceeds a predetermined speed.

また、上述した一実施の形態の一具体例において、整形光学系30は、コヒーレント光の光路面積を拡大させる。このような例によれば、エタンデュの保存則から、整形光学系30で整形されたコヒーレント光は、光路面積の拡大、すなわち光束の断面積の拡大にともなって、その放射立体角を狭めることになる。したがって。整形光学系30で整形されたコヒーレント光の発散角を、整形光学系30の入射する前のコヒーレント光の発散角よりも、大幅に小さくすることができる。すなわち、回折光学素子40への入射光の発散角を、効果的に低減することができる。これにより、回折光学素子40での回折により、被照明領域Zを所望のパターンでさらに高精度に照明することができる。 Further, in one specific example of the above-described embodiment, the shaping optical system 30 expands the optical path area of the coherent light. According to such an example, according to the conservation law of Etandu, the coherent light shaped by the shaping optical system 30 narrows its radiated solid angle as the optical path area increases, that is, the cross-sectional area of the luminous flux increases. Become. therefore. The divergence angle of the coherent light shaped by the shaping optical system 30 can be made significantly smaller than the divergence angle of the coherent light before the incident of the shaping optical system 30. That is, the divergence angle of the incident light on the diffractive optical element 40 can be effectively reduced. As a result, the illuminated area Z can be illuminated with a desired pattern with higher accuracy by diffraction with the diffraction optical element 40.

さらに、上述した一実施の形態の一具体例において、回折光学素子40は、複数の要素回折光学素子41を含み、複数の要素回折光学素子41に含まれる少なくとも二つの要素回折光学素子41は、異なる回折特性を有するようにした。この例では、各要素回折光学素子41の被照明領域Zに対する相対位置に応じて、当該要素回折光学素子41の回折特性を調整することができる。したがって、各要素回折光学素子41が、所定の領域を高精度に照明することができる。 Further, in one specific example of the above-described embodiment, the diffractive optical element 40 includes a plurality of element diffractive optical elements 41, and at least two element diffractive optical elements 41 included in the plurality of element diffractive optical elements 41. It was made to have different diffraction characteristics. In this example, the diffraction characteristics of each element diffractive optical element 41 can be adjusted according to the relative position of each element diffractive optical element 41 with respect to the illuminated region Z. Therefore, each element diffractive optical element 41 can illuminate a predetermined region with high accuracy.

また、この少なくとも二つの要素回折光学素子41は、異なる領域を照明するようにしてもよい。この例によれば、一つの要素回折光学素子41での回折光が照明すべき領域を小さくすることができる。したがって、各要素回折光学素子41での回折角度範囲Rθ1,Rθ2を狭くすることができる。これにより、各要素回折光学素子41での回折効率を改善することができる。結果として、照明装置10のエネルギー効率を向上させることができる。すなわち、入力するエネルギーを増加させることなく、被照明領域Zを明るく照明することができる。 Further, the at least two element diffractive optical elements 41 may illuminate different regions. According to this example, the region to be illuminated by the diffracted light of one element diffracting optical element 41 can be reduced. Therefore, the diffraction angle ranges Rθ1 and Rθ2 in each element diffraction optical element 41 can be narrowed. Thereby, the diffraction efficiency of each element diffraction optical element 41 can be improved. As a result, the energy efficiency of the lighting device 10 can be improved. That is, the illuminated area Z can be brightly illuminated without increasing the input energy.

さらに、この少なくとも二つの要素回折光学素子41が、回折光学素子40から被照明領域Zへの入射角度αが最大となる入射光線の光路L81を含み且つ被照明領域Zへの法線方向ndに平行な面pl1と、回折光学素子40が位置する仮想面pl2と、の交線lxに平行な方向に沿って配列されるようにしてもよい。隣り合う要素回折光学素子41が同一の回折特性を有する場合、各要素回折光学素子41から同一の入射角度αで被照明領域Zに入射する光は、隣り合う要素回折光学素子の配列ピッチを最小ずれ量aとすると、次の式で表されるa’だけ、被照明領域上でずれる。
a’=a/cosα ・・・式(1)
同一の回折特性を有する複数の要素回折光学素子41からの回折光は、回折光学素子40の法線方向nd1に対して非平行な法線方向ndを有する被照明領域Z上において、要素回折光学素子41の配列ピッチa以上ずれた領域に入射する。このずれ量は、入射角度αが最大となる場合に、最も大きくなる。すなわち、上述した面pl1と面pl2との交線lxに沿って配列された複数の要素回折光学素子41が、同一の回折特性を有する場合、各要素回折光学素子41によって照明される領域のずれ量a’が最大となる。したがって、この交線lxに沿って配列された要素回折光学素子41の回折特性を、当該要素回折光学素子41によって照明されるべき被照明領域Z又はその一部の領域に対する相対位置に応じて、設定することで、被照明領域Zを所望のパターンでより高精度に照明することができる。
Further, the at least two element diffractive optical elements 41 include the optical path L81 of the incident light beam having the maximum incident angle α from the diffractive optical element 40 to the illuminated region Z, and are in the normal direction nd to the illuminated region Z. The parallel surface pl1 and the virtual surface pl2 on which the diffractive optical element 40 is located may be arranged along the direction parallel to the line of intersection lx. When the adjacent element diffractive optical elements 41 have the same diffraction characteristics, the light incident on the illuminated region Z from each element diffractive optical element 41 at the same incident angle α minimizes the arrangement pitch of the adjacent element diffractive optical elements. Assuming that the amount of deviation is a, the amount of deviation is a'represented by the following equation in the illuminated area.
a'= a / cosα ・ ・ ・ Equation (1)
The diffracted light from the plurality of element diffractive optical elements 41 having the same diffraction characteristics is subjected to element diffractive optics on the illuminated region Z having the normal direction nd non-parallel to the normal direction nd1 of the diffractive optical element 40. It is incident on a region deviated by the arrangement pitch a or more of the element 41. This amount of deviation becomes maximum when the incident angle α is maximum. That is, when the plurality of element diffractive optical elements 41 arranged along the line of intersection lx between the surface pl1 and the surface pl2 have the same diffraction characteristics, the deviation of the region illuminated by each element diffractive optical element 41 The amount a'is the maximum. Therefore, the diffraction characteristics of the element diffractive optical elements 41 arranged along the intersecting line lp are set according to the relative position with respect to the illuminated region Z to be illuminated by the element diffractive optical element 41 or a part of the region. By setting, the illuminated area Z can be illuminated with a desired pattern with higher accuracy.

一実施の形態を複数の具体例により説明してきたが、これらの具体例は一実施の形態を限定することを意図していない。上述した一実施の形態は、その他の様々な具体例で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Although one embodiment has been described by a plurality of specific examples, these specific examples are not intended to limit one embodiment. The above-described embodiment can be implemented in various other specific examples, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist thereof.

1 トンネル
2 側壁部
3 天井部
5 道路
6 区画線
7 車道中央線
8 車道外側線
10 照明装置
20 コヒーレント光源
20A 第1コヒーレント光源
20B 第2コヒーレント光源
20C 第3コヒーレント光源
30 整形光学系
31 第1レンズ
32 第2レンズ
40 回折光学素子
41 要素回折光学素子
41a 第1要素回折光学素子
41b 第2要素回折光学素子
Z 被照明領域
Ze 要素被照明領域
Ze1 第1要素被照明領域
Ze2 第2要素被照明領域
1 Tunnel 2 Side wall 3 Ceiling 5 Road 6 Section line 7 Road center line 8 Road outside line 10 Lighting device 20 Coherent light source 20A 1st coherent light source 20B 2nd coherent light source 20C 3rd coherent light source 30 Orthopedic optical system 31 1st lens 32 Second lens 40 Diffraction optical element 41 Element Diffractive optical element 41a First element Diffractive optical element 41b Second element Diffractive optical element Z Illuminated area Ze 1 Illuminated area Ze1 First element Illuminated area Ze2 Second element Illuminated area

Claims (7)

トンネル内への照明を行う照明装置であって、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
前記整形光学系で整形された前記コヒーレント光を回折して被照明領域に向ける回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含み、
前記複数の要素回折光学素子に含まれる少なくとも二つの要素回折光学素子は、異なる回折特性を有し、
前記少なくとも二つの要素回折光学素子は、異なる領域を照明する、照明装置。
A lighting device that illuminates the inside of a tunnel.
With a coherent light source,
A shaping optical system that shapes the coherent light emitted from the coherent light source,
E Bei and a diffractive optical element for directing the illuminated region diffracts the coherent light is shaped by the shaping optical system,
The diffractive optical element includes a plurality of element diffractive optical elements.
At least two element diffractive optical elements included in the plurality of element diffractive optical elements have different diffraction characteristics.
The at least two element diffractive optical elements are illuminating devices that illuminate different regions.
前記整形光学系は、前記コヒーレント光の光束の断面積を拡大させる、請求項1に記載の照明装置。 The illuminating device according to claim 1, wherein the shaping optical system expands the cross-sectional area of the luminous flux of the coherent light. 全ての前記要素回折光学素子に、前記コヒーレント光が同時に入射する、請求項1又は2に記載の照明装置。The lighting device according to claim 1 or 2, wherein the coherent light is simultaneously incident on all the element diffractive optical elements. 前記少なくとも二つの要素回折光学素子は、前記回折光学素子から前記被照明領域への入射角度が最大となる入射光の光路を含み且つ前記被照明領域への法線方向に平行な面と、前記回折光学素子が位置する仮想面と、の交線に平行な方向に沿って配列されている、請求項のいずれか一項に記載の照明装置。 The at least two element diffractive optical elements include a plane of incident light having a maximum incident angle from the diffractive optical element to the illuminated region and parallel to the normal direction to the illuminated region, and the above. The lighting device according to any one of claims 1 to 3 , which is arranged along a direction parallel to the line of intersection with the virtual surface on which the diffractive optical element is located. 前記被照明領域は、車線を区画する区画線を含んで、前記トンネルの入口又は出口から前記トンネル内へ向けて所定距離にわたって位置する、請求項1〜のいずれか一項に記載の照明装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the illuminated area includes a lane dividing line and is located over a predetermined distance from the entrance or exit of the tunnel toward the inside of the tunnel. .. 前記被照明領域は、前記トンネルの入口又は出口から前記トンネル内へ向かうにつれてその照度が小さくなる、請求項に記載の照明装置。 The lighting device according to claim 5 , wherein the illuminance of the illuminated area decreases toward the inside of the tunnel from the entrance or exit of the tunnel. 前記被照明領域は、前記トンネルの天井部及び/又は側壁部に位置し、
前記被照明領域は、情報を表示する、請求項1〜のいずれか一項に記載の照明装置。
The illuminated area is located on the ceiling and / or side wall of the tunnel.
The lighting device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the illuminated area displays information.
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