JP6946941B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本開示は、コヒーレント光を用いた照明装置に関する。 The present disclosure relates to a lighting device using coherent light.
ホログラム素子等の光学素子で回折された光で被照明領域を照明する照明装置が知られている(特許文献1参照)。特許文献1では、照明光源としてレーザ光を用いており、光学素子上でレーザ光を走査させるために、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー等の走査部を設けている。走査部を設けると、コストアップになる上に、照明装置を小型化するのが困難になる。また、走査部は、高速にレーザ光を走査させなければならず、消費電力の増大にもつながる。
A lighting device that illuminates an illuminated area with light diffracted by an optical element such as a hologram element is known (see Patent Document 1). In
また、特許文献1には、走査部を設ける代わりに、光シャッタ部にて小領域ごとにレーザ光を通過/遮断させる技術が開示されている。光シャッタ部にて小領域の光を遮断させると、その分、光シャッタ部を通過する光量が少なくなり、被照明領域の照明強度が低下してしまう。
Further,
一方、特許文献2には、KTN結晶素子を用いてレーザ光の進行方向を制御する技術が開示されている。特許文献2では、KTN液晶素子で進行方向を制御したレーザ光を、集光レンズ、電気光学素子及び投射レンズを介してスクリーンに投射している。
On the other hand,
特許文献2では、シンチレーション(スペックル)の低減を目的として、KTN液晶素子でレーザ光の進行方向性を制御しており、KTN液晶素子で進行方向が制御されたレーザ光は、スクリーンの照明に用いることしか念頭に置いていない。また、KTN液晶素子では、レーザ光の進行方向を精度よく制御できる保証がない。特許文献2には、スクリーン上の照明ボケを防止する具体的な構成は開示も示唆もない。
In
本開示が解決しようとする課題は、小型化かつ低消費電力化が可能で、かつきめ細かくコヒーレント光の進行方向を制御可能な照明装置を提供するものである。 The problem to be solved by the present disclosure is to provide a lighting device that can be miniaturized, can reduce power consumption, and can finely control the traveling direction of coherent light.
上記の課題を解決するために、本開示の一態様では、コヒーレント光を出射する光源と、
コヒーレント光の進行方向を制御する光制御部材と、
前記光制御部材から出射されたコヒーレント光を回折させて被照明領域を照明する光学素子と、を備え、
前記光制御部材は、交互に積層される半波長切替素子及び液晶偏光素子を複数個ずつ有し、
前記半波長切替素子は、入射光の位相を半波長ずらして出射するか、又は前記入射光の位相をずらさずに出射するかを電気的に切替可能であり、
前記液晶偏光素子は、入射光の円偏光の回転の向きに応じて正または負の1次方向に前記入射光を回折するか、又は前記入射光の偏光状態を変えずに出射するかを電気的に切替可能であり、
前記光制御部材は、前記複数個の液晶偏光素子のそれぞれと、前記複数個の半波長切替素子のそれぞれとを個別に電気的に制御することにより、前記光制御部材に入射されたコヒーレント光の進行方向を制御する、照明装置が提供される。
In order to solve the above problems, in one aspect of the present disclosure, a light source that emits coherent light and a light source are used.
An optical control member that controls the traveling direction of coherent light,
An optical element that diffracts coherent light emitted from the light control member to illuminate an illuminated area is provided.
The optical control member has a plurality of half-wavelength switching elements and a plurality of liquid crystal polarizing elements that are alternately laminated.
The half-wavelength switching element can electrically switch whether the incident light is emitted with the phase of the incident light shifted by half a wavelength or the incident light is emitted without shifting the phase.
The liquid crystal polarizing element electrically diffracts the incident light in a positive or negative primary direction depending on the direction of rotation of the circularly polarized light of the incident light, or emits the incident light without changing the polarization state. Can be switched
The optical control member electrically controls each of the plurality of liquid crystal polarizing elements and each of the plurality of half-wavelength switching elements individually to electrically control the coherent light incident on the optical control member. A lighting device that controls the direction of travel is provided.
本開示の他の一態様では、コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を回折させる光学素子と、
前記光学素子で回折されたコヒーレント光の進行方向を制御して被照明領域を照明する光制御部材と、を備え、
前記光制御部材は、交互に積層される半波長切替素子及び液晶偏光素子を複数個ずつ有し、
前記半波長切替素子は、入射光の位相を半波長ずらして出射するか、又は前記入射光の位相をずらさずに出射するかを電気的に切替可能であり、
前記液晶偏光素子は、入射光の円偏光の回転の向きに応じて正または負の1次方向に前記入射光を回折するか、又は前記入射光の偏光状態を変えずに出射するかを電気的に切替可能であり、
前記光制御部材は、前記複数個の液晶偏光素子のそれぞれと、前記複数個の半波長切替素子のそれぞれとを個別に電気的に制御することにより、前記光制御部材に入射されたコヒーレント光の進行方向を制御する、照明装置が提供される。
In another aspect of the present disclosure, a light source that emits coherent light and
An optical element that diffracts coherent light emitted from the light source,
An optical control member that controls the traveling direction of coherent light diffracted by the optical element to illuminate an illuminated area is provided.
The optical control member has a plurality of half-wavelength switching elements and a plurality of liquid crystal polarizing elements that are alternately laminated.
The half-wavelength switching element can electrically switch whether the incident light is emitted with the phase of the incident light shifted by half a wavelength or the incident light is emitted without shifting the phase.
The liquid crystal polarizing element electrically diffracts the incident light in a positive or negative primary direction depending on the direction of rotation of the circularly polarized light of the incident light, or emits the incident light without changing the polarization state. Can be switched
The optical control member electrically controls each of the plurality of liquid crystal polarizing elements and each of the plurality of half-wavelength switching elements individually to electrically control the coherent light incident on the optical control member. A lighting device that controls the direction of travel is provided.
前記複数個の半波長切替素子のそれぞれは、隣接して配置される前記液晶偏光素子から出射されたコヒーレント光の円偏光の回転の向きを逆にするか否かを切り替え、
前記複数個の液晶偏光素子のそれぞれは、隣接して配置される前記半波長切替素子から出射されたコヒーレント光の円偏光の回転の向きに応じて、正または負の1次方向に前記コヒーレント光を回折させてもよい。
Each of the plurality of half-wavelength switching elements switches whether or not to reverse the direction of rotation of the circularly polarized light of the coherent light emitted from the liquid crystal polarizing elements arranged adjacent to each other.
Each of the plurality of liquid crystal polarizing elements has positive or negative primary directions depending on the direction of rotation of the circularly polarized light of the coherent light emitted from the half-wavelength switching elements arranged adjacent to each other. May be diffracted.
前記複数個の半波長切替素子のそれぞれに印加する電圧を個別に制御するとともに、前記複数個の液晶偏光素子のそれぞれに印加する電圧を個別に制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部の電圧制御により、前記光制御部材に入射されたコヒーレント光は、積層された個々の前記半波長切替素子及び前記液晶偏光素子を順に通過するたびに、進行方向が制御されてもよい。
A voltage control unit for individually controlling the voltage applied to each of the plurality of half-wavelength switching elements and individually controlling the voltage applied to each of the plurality of liquid crystal polarizing elements is provided.
Even if the coherent light incident on the optical control member is controlled by the voltage control of the voltage control unit, the traveling direction is controlled each time the coherent light passes through the stacked individual half-wavelength switching elements and the liquid crystal polarizing elements in order. good.
前記光学素子は、複数の要素拡散領域を有し、
前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、入射光を拡散させて前記被照明領域の少なくとも一部を照明するか、又は前記被照明領域の少なくとも一部に所定の情報を表示してもよい。
The optical element has a plurality of element diffusion regions and has a plurality of element diffusion regions.
Each of the plurality of element diffusion regions may diffuse incident light to illuminate at least a part of the illuminated area, or may display predetermined information in at least a part of the illuminated area.
前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、入射光に対して固有の拡散特性を有してもよい。 Each of the plurality of element diffusion regions may have a unique diffusion characteristic with respect to the incident light.
前記光学素子は、複数の要素ホログラムを有するホログラム素子であり、
前記複数の要素ホログラムのそれぞれは、固有の回折特性を持つ干渉縞を含んでもよい。
The optical element is a hologram element having a plurality of element holograms.
Each of the plurality of element holograms may include interference fringes having unique diffraction characteristics.
前記光源から出射されたコヒーレント光を整形して前記光制御部材または前記光学素子に入射させる整形光学系を備えてもよい。 A shaping optical system that shapes the coherent light emitted from the light source and causes it to enter the light control member or the optical element may be provided.
本開示によれば、小型化かつ低消費電力化が可能で、かつきめ細かくコヒーレント光の進行方向を制御できる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce the size and power consumption, and to finely control the traveling direction of coherent light.
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.
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。 Furthermore, as used in the present specification, the terms such as "parallel", "orthogonal", and "identical" and the values of length and angle that specify the shape and geometric conditions and their degrees are strictly referred to. Without being bound by meaning, we will interpret it including the range in which similar functions can be expected.
図1は本開示の一実施形態による照明装置1の概略構成を示す図である。図1の照明装置1は、光源2と、整形光学系3と、光制御部材4と、光学素子5とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
光源2は、コヒーレント光を出射する。ここで、コヒーレント光とは、波長および周波数が揃った光であり、典型的にはレーザ光である。以下では、光源2から出射されるコヒーレント光をレーザ光と呼ぶ。光源2は、単一の波長域のレーザ光を出射してもよいし、複数の波長域(例えば、赤、緑、青の3つの波長域)のレーザ光を出射してもよい。複数の波長域のレーザ光は、厳密には別々の光源2から出射されるが、図示の簡略化のために、図1には一つの光源2のみが示されている。
The
整形光学系3は、光源2から出射されたレーザ光を整形する。言い換えると、整形光学系3は、レーザ光の光軸に直交する断面での形状や、レーザ光の光束の立体的な形状を整形する。一具体例では、整形光学系3は、光源2から出射されたレーザ光を拡幅した平行光束に整形する。図1の整形光学系3は、レーザ光の光路に沿った順で、レンズ31及びコリメートレンズ32を有する。レンズ31は、光源2から出射されたレーザ光を発散光束に整形する。コリメートレンズ32は、レンズ31で生成された発散光束を平行光束に整形する。コリメートレンズ32で平行化されたレーザ光は、光制御部材4に入射される。
The shaping
なお、整形光学系3は、必須の構成部材ではなく、省略してもよい。整形光学系3を省略した場合には、光源2から出射されたレーザ光が光制御部材4に入射される。例えば、光源2の内部に、レーザ光をコリメートする機能が設けられている場合には、光源2とは別個に整形光学系3を設ける必要はなくなる。以下では、整形光学系3を備える例を説明する。
The shaping
光制御部材4は、整形光学系3で整形(コリメート)されたレーザ光の進行方向を制御する。光制御部材4は、図2に断面構造を示すように、交互に積層される半波長切替素子4aと液晶偏光素子4bを複数個ずつ有する。
The
半波長切替素子4aは、入射光の位相を半波長ずらして出射するか、又は入射光の位相をずらさずに出射するかを電気的に切替可能である。半波長切替素子4aは、隣接して配置される液晶偏光素子4bから出射されたコヒーレント光の円偏光の回転の向きを逆にするか否かを電気的に切り替えることができる。
The half-
液晶偏光素子4bは、入射光の円偏光の回転の向きに応じて正または負の1次方向に入射光を回折するか、入射光の偏光状態を変えずに出射するかを電気的に切替可能である。液晶偏光素子4bは、隣接して配置される半波長切替素子4aから出射されたコヒーレント光の円偏光の回転の向きに応じて、正または負の1次方向にコヒーレント光を回折させることができる。
The liquid crystal
複数個の半波長切替素子4aと複数個の液晶偏光素子4bには、電圧制御部6が接続されている。電圧制御部6は、複数個の半波長切替素子4aのそれぞれに印加する電圧を個別に制御するとともに、複数個の液晶偏光素子4bのそれぞれに印加する電圧を個別に制御する。より具体的には、半波長切替素子4aは、電圧制御部6により所定の電圧が印加されると、円偏光の回転の向きを逆にし、電圧が印加されなくなると、入射光の偏光状態を変更せずに透過させる。また、液晶偏光素子4bは、電圧制御部6により所定の電圧が印加されると、正の1次または負の1次方向に円偏光を回折し、電圧が印加されなくなると、入射光の偏光状態を変更せずに透過させる。電圧制御部6の電圧制御により、光制御部材4に入射されたレーザ光は、積層された個々の半波長切替素子4aと液晶偏光素子4bを順に通過するたびに、進行方向が制御される。
A
このように、光制御部材4に入射されたレーザ光は、積層された個々の半波長切替素子4aと液晶偏光素子4bとを通過するたびに、その進行方向を制御できるため、半波長切替素子4aと液晶偏光素子4bの積層数が多いほど、レーザ光の進行方向をより大きな範囲内で変化させることができる。光制御部材4から出射されるレーザ光のビーム径は、電圧制御部6が個々の半波長切替素子4aと液晶偏光素子4bに印加する電圧に応じて変化し、場合によっては、光制御部材4に入射されたレーザ光のビーム径よりも大きいビーム径のレーザ光を出射することもあれば、光制御部材4に入射されたレーザ光のビームよりも小さいビーム径のレーザ光を出射することもありうる。
In this way, the laser beam incident on the
上述したように、光制御部材4は、レーザ光を二次元方向にスキャンさせることができ、しかも、レーザ光のビーム径を任意に可変させることもできる。光制御部材4は、電圧制御部6による電気的な制御により、レーザ光をスキャンさせるため、光学ミラーを機械的に移動させてレーザ光をスキャンさせる場合のような機械的な機構を持たないため、小型化と低消費電力化が可能となり、摩耗等の問題も生じないため、保守性が向上する。
As described above, the
光制御部材4から出射されたレーザ光は、光学素子5に入射される。光学素子5は、光制御部材4から出射されたレーザ光を回折させて被照明領域7を照明する。ここで、照明とは、被照明領域7内の少なくとも一部を均一な照明強度で照明する場合だけでなく、被照明領域7内の少なくとも一部に、何らかの情報をレーザ光によって表示する場合も含まれる。情報とは、文字、記号、数字、模様、絵柄、画像などであり、情報の具体的内容は問わない。被照明領域7への情報表示は、例えば意匠性や装飾性を持たせる目的や、周囲の人間に注意を喚起する目的や、案内表示の目的や、広告宣伝の目的などで行われる。また、情報表示は、単色(モノクロ)でも複数色(カラー)でもよい。
The laser beam emitted from the
光学素子5は、後述する図3に示すように、複数の要素拡散領域5aで構成されていてもよい。個々の要素拡散領域5aは、個別の拡散特性を有する。複数の要素拡散領域5aのうち一部の要素拡散領域5aは、被照明領域7の照明目的で設けられ、残りの要素拡散領域5aは、被照明領域7内に何らかの情報を表示する目的で設けられてもよい。照明目的の各要素拡散領域5aで拡散されたレーザ光は、被照明領域7内の少なくとも一部を重複して照明してもよいし、被照明領域7内の別々の場所を照明してもよい。また、情報表示目的の各要素拡散領域5aは、被照明領域7内のそれぞれ別々の場所に何らかの情報を表示してもよい。
As shown in FIG. 3 described later, the
光学素子5は、例えばホログラム記録媒体を用いたホログラム素子8で構成可能である。ホログラム素子8には干渉縞が形成されており、ホログラム素子8への入射光は、干渉縞で干渉されて所定の方向に回折され、この回折光によって被照明領域7への照明が行われる。
The
ホログラム素子8は、複数の要素ホログラムに分割されていてもよい。個々の要素ホログラムには干渉縞が形成されており、個別の回折特性を有する。これにより、個々の要素ホログラムで回折されたレーザ光が、被照明領域7内の同一領域を重ねて照明することもできるし、別々の領域を照明することもできる。また、個々の要素ホログラムで回折されたレーザ光の照明範囲も任意に設定できる。
The
図3は複数の要素ホログラム8aを有するホログラム素子8が被照明領域7を照明する様子を模式的に示す図である。図3のホログラム素子8内の一部の要素ホログラム8aは被照明領域7内の少なくとも一部を照明するために設けられ、他の要素ホログラム8aは被照明領域7内の一部に何らかの情報を表示するために設けられている。照明目的の各要素ホログラム8aは、被照明領域7内の同一範囲を重ねて照明してもよいし、別々の範囲を照明してもよい。また、各要素ホログラム8aが照明する範囲のサイズは同じでも異なっていてもよい。一方、情報表示目的の各要素ホログラム8aは、それぞれ別々の情報を被照明領域7内の別々の場所に表示してもよいし、複数の要素ホログラム8aが共同で一つの情報を形成して被照明領域7内の所定の場所に表示してもよい。
FIG. 3 is a diagram schematically showing how a
被照明領域7を照明または情報表示する色は任意であり、例えば、光制御部材4が複数の波長域のレーザ光を出射する場合には、レーザ光の波長域と要素ホログラム8aとを対応づけておき、特定の波長域のレーザ光を、特定の要素ホログラム8aに入射させればよい。光制御部材4は、電圧制御部6の電圧制御によって、レーザ光の進行方向を制御できるため、特定の波長域のレーザ光を、対応する要素ホログラム8aに入射させることも、電圧制御部6の電圧制御によって可能である。
The color for illuminating the
要素ホログラム8aは、例えば実物の散乱板からの散乱光を物体光として用いて作製することができる。より具体的には、要素ホログラム8aの母体であるホログラム感光材料に、互いに干渉性を有するコヒーレント光からなる参照光と物体光とを照射すると、これらの光の干渉による干渉縞がホログラム感光材料に形成されて、要素ホログラム8aが作製される。参照光としては、コヒーレント光であるレーザ光が用いられ、物体光としては、例えば安価に入手可能な等方散乱板からの散乱光が用いられる。
The
要素ホログラム8aを作製する際に用いた参照光の光路を逆向きに進むよう要素ホログラム8aに向けてレーザ光を照射することで、要素ホログラム8aを作製する際に用いた物体光の元となる散乱板の配置位置に、散乱板の再生像が生成される。要素ホログラム8aを作製する際に用いた物体光の元となる散乱板が均一的な面散乱をしていれば、要素ホログラム8aにより得られる散乱板の再生像も、均一な面照明となり、この散乱板の再生像が生成される領域を被照明領域7とすることができる。
By irradiating the
また、各要素ホログラム8aに形成される複雑な干渉縞のパターンは、現実の物体光と参照光を用いて形成する代わりに、予定した再生照明光の波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計することが可能である。このようにして得られた要素ホログラム8aは、計算機合成ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)とも呼ばれる。例えば、照明装置1が地面上や水面上の一定の大きさを有した被照明領域7を照明することに用いられる場合、物体光を生成することが困難であり、計算機合成ホログラムを要素ホログラム8aとして用いることが好適である。
Further, the complex interference fringe pattern formed on each
また、各要素ホログラム8a上の各点における拡散角度範囲が同じであるフーリエ変換ホログラムを計算機合成により形成してもよい。さらに、ホログラム素子8の下流側にレンズなどの光学部材を設けて、回折光が被照明領域7の全域に入射するように調整してもよい。
Further, a Fourier transform hologram having the same diffusion angle range at each point on each
ホログラム素子8を用いることによる利点の一つは、光源2からの光、例えばレーザ光の光エネルギー密度を拡散により低下できることである。また、その他の利点の一つは、要素ホログラム8aが指向性の面光源2として利用可能になるため、従来のランプ光源2(点光源2)と比較して、同じ照度分布を達成するための光源2面上の輝度を低下できることである。これらにより、光源2としてレーザ光源2を用いた場合でも、レーザ光の安全性向上に寄与することができ、被照明領域7内からレーザ光を人間の目で直視しても、単一点光源2を直視する場合に比べ、人間の目に悪影響を与えるおそれが少なくなる。
One of the advantages of using the
一方、ホログラム素子8を複数の要素ホログラム8aで構成することによる利点は、詳しくは後述するように、被照明領域7、とりわけ有限距離内の被照明領域7を照明する際に、エッジを鮮明にできる点である。ホログラム素子8が、単一のフーリエ型ホログラムであれば、ホログラムの面積の大きさに応じたぼけが被照明領域7に生じる。本実施の形態では、被照明領域7との位置関係を考慮した上で各要素ホログラム8aの回折特性を設計することが可能となり、エッジの鮮明さを格段に向上させることができる。すなわち、一つのホログラム素子8に、回折特性が異なる複数の要素ホログラム8aを含むことで、エッジを鮮明にしながら被照明領域7を照明することができる。なお、単一のフレネル型のホログラムを撮影で作製することには、物体光を用意することの困難さから制約が生じ、また、単一のフレネル型計算機合成ホログラムを作製することは、ホログラムの全域に亘って計算を行うことを意味し、計算量の観点から実質的な制約が生じる。
On the other hand, the advantage of configuring the
さらに、レーザ光に代表されるコヒーレント光を用いた場合、例えばWO2012/034174に開示されているように、スペックルの発生という問題が生じる。スペックルは、斑点模様として認識され、生理的な不快感を与え得る。ホログラム素子8が複数の要素ホログラム8aを含むことで、各要素ホログラム8aからの回折光にそれぞれ対応して生成されたスペックルパターンが被照明領域7において重なり合って平均化し、観察者に観察されることになる。これにより、各要素被照明領域において、スペックルを目立ちにくくすることができる。
Further, when coherent light typified by laser light is used, there arises a problem of generation of speckle, as disclosed in WO2012 / 034174, for example. Speckles are perceived as speckled patterns and can cause physiological discomfort. When the
要素ホログラム8aの具体的な形態としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラム記録媒体でもよいし、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラム記録媒体でもよいし、レリーフ型(エンボス型)のホログラム記録媒体でもよい。
The specific form of the
図4は光制御部材4から出射されるレーザ光のビーム径8bとホログラム素子8内の各要素ホログラム8aのサイズとの関係を示す図である。上述したように、光制御部材4から出射されるレーザ光のビーム径8bは、光制御部材4への入射光のビーム径8bよりも大きくなる場合がありうる。このため、光制御部材4から出射されてホログラム素子8に入射されるレーザ光のビーム径8bは、図4に示すように、複数の要素ホログラム8aにまたがるおそれがある。仮にホログラム素子8が複数の要素ホログラム8aに分割されていない場合は、ホログラム素子8は、小面積のビーム径のレーザ光が入射されることを前提に干渉縞が形成されるため、大面積のビーム径のレーザ光が入射された場合には、照明範囲のエッジ付近がぼけやすくなり、照明ボケの要因になる。これに対して、図4のようにホログラム素子8が複数の要素ホログラム8aに分割されている場合は、各要素ホログラム8aが個別の干渉縞にて入射光を回折するため、複数の要素ホログラム8aにまたがるようにレーザ光が入射されても、個々の要素ホログラム8aは、予め定めた回折特性に従って入射光を回折する。この結果、被照明領域7の照明ボケを低減できる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the
図1では、光制御部材4から出射されたレーザ光を光学素子5に入射させて、光学素子5から出射されたレーザ光で被照明領域7を照明しているが、図5に示すように光制御部材4と光学素子5の位置関係を逆にしてもよい。
In FIG. 1, the laser beam emitted from the
図5の照明装置1は、整形光学系3で整形されたレーザ光を光学素子5に入射させている。光学素子5は、上述したように、例えば複数の要素拡散領域5aに分割されており、各要素拡散領域5aは、個別の拡散特性にて入射光を拡散させる。光学素子5で拡散されたレーザ光は、光制御部材4に入射される。光制御部材4は、電圧制御部6が個々の半波長切替素子4aと液晶偏光素子4bに所定の電圧を印加するか否かを制御することで、入射光の進行方向を制御する。光制御部材4から出射されたレーザ光の一部は、被照明領域7の照明を行い、残りのレーザ光は、被照明領域7内の所定の範囲に情報を表示させる。
In the
図5の照明装置1も、図1の照明装置1と同様に、被照明領域7を鮮明に照明できるとともに、被照明領域7内に任意の情報を表示できる。ただし、レーザ光の偏光状態が光学素子5を通過する間に変化した場合には、光制御部材4の内部で所望の円偏光が得られなくなり、光制御部材4内でレーザ光の進行方向を意図した通りに制御できなくなるおそれがある。よって、図5の照明装置1では、光学素子5をレーザ光が通過する間に偏光状態が変化しないようにするか、もし偏光状態が変化する場合には、それに合わせて光学素子5内に所望の円偏光が得られるように偏光状態を調整する層を設けるのが望ましい。
Like the
このように、本実施形態による照明装置1は、光源2からのレーザ光の進行方向を電気的に細かく制御可能な光制御部材4を備えており、光制御部材4で進行方向が制御されたレーザ光を光学素子5に入射させる。光学素子5は、例えば複数の要素ホログラム8aからなるホログラム素子8で構成されるため、光制御部材4から出射されたレーザ光の回折方向を、レーザ光が入射された各要素ホログラム8aごとに個別に制御できる。これにより、被照明領域7の全域を照明ボケなしに鮮明に照明でき、また被照明領域7内の任意の範囲を任意の色で鮮明に照明することもでき、さらには被照明領域7内の任意の場所に任意の色で任意の情報を表示することも可能となる。
As described above, the
光制御部材4は、光源2からのレーザ光の進行方向を電気的に制御するものであり、液晶シャッタのように入射光の一部を遮断するものではないため、光源2からのレーザ光の利用効率を向上でき、被照明領域7の照明強度を高くできるとともに、光源2の光強度をいたずらに高めなくて済むことから、消費電力の削減が図れる。
The
また、光制御部材4は、半波長切替素子4aと液晶偏光素子4bとを交互に積層した積層体であるため、MEMSミラー等により機械的にレーザ光を走査するよりも、軽薄短小化が可能となり、また機械的な接点も持たないため、壊れにくく、保守性が向上する。
Further, since the
さらに、光制御部材4の出射光はビーム径が大きいという問題があるが、ホログラム素子8等からなる光学素子5を要素拡散領域5aに分割して、各要素拡散領域5aごとに個別に拡散特性を持たせることで、被照明領域7内の照明範囲のエッジ付近を鮮明に照明できるとともに、被照明領域7内に微細な線画により種々の情報を表示できる。
Further, although there is a problem that the emitted light of the
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 The aspects of the present disclosure are not limited to the individual embodiments described above, but also include various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present disclosure are not limited to the contents described above. That is, various additions, changes and partial deletions are possible without departing from the conceptual idea and purpose of the present disclosure derived from the contents defined in the claims and their equivalents.
1 照明装置、2 光源、3 整形光学系、4 光制御部材、4a 半波長切替素子、4b 液晶偏光素子、5 光学素子、5a 要素拡散領域、6 電圧制御部、7 被照明領域、8 ホログラム素子、8a 要素ホログラム 1 Lighting device, 2 Light source, 3 Orthopedic optical system, 4 Light control member, 4a Half-wavelength switching element, 4b Liquid crystal polarizing element, 5 Optical element, 5a element diffusion region, 6 Voltage control unit, 7 Illuminated region, 8 Hologram element , 8a element hologram
Claims (8)
コヒーレント光の進行方向を制御する光制御部材と、
前記光制御部材から出射されたコヒーレント光を回折させて被照明領域を照明する光学素子と、を備え、
前記光制御部材は、交互に積層される半波長切替素子及び液晶偏光素子を複数個ずつ有し、
前記半波長切替素子は、入射光の位相を半波長ずらして出射するか、又は前記入射光の位相をずらさずに出射するかを電気的に切替可能であり、
前記液晶偏光素子は、入射光の円偏光の回転の向きに応じて正または負の1次方向に前記入射光を回折するか、又は前記入射光の偏光状態を変えずに出射するかを電気的に切替可能であり、
前記光制御部材は、前記複数個の液晶偏光素子のそれぞれと、前記複数個の半波長切替素子のそれぞれとを個別に電気的に制御することにより、前記光制御部材に入射されたコヒーレント光の進行方向を制御する、照明装置。 A light source that emits coherent light and
An optical control member that controls the traveling direction of coherent light,
An optical element that diffracts coherent light emitted from the light control member to illuminate an illuminated area is provided.
The optical control member has a plurality of half-wavelength switching elements and a plurality of liquid crystal polarizing elements that are alternately laminated.
The half-wavelength switching element can electrically switch whether the incident light is emitted with the phase of the incident light shifted by half a wavelength or the incident light is emitted without shifting the phase.
The liquid crystal polarizing element electrically diffracts the incident light in a positive or negative primary direction depending on the direction of rotation of the circularly polarized light of the incident light, or emits the incident light without changing the polarization state. Can be switched
The optical control member electrically controls each of the plurality of liquid crystal polarizing elements and each of the plurality of half-wavelength switching elements individually to electrically control the coherent light incident on the optical control member. A lighting device that controls the direction of travel.
前記光源から出射されたコヒーレント光を回折させる光学素子と、
前記光学素子で回折されたコヒーレント光の進行方向を制御して被照明領域を照明する光制御部材と、を備え、
前記光制御部材は、交互に積層される半波長切替素子及び液晶偏光素子を複数個ずつ有し、
前記半波長切替素子は、入射光の位相を半波長ずらして出射するか、又は前記入射光の位相をずらさずに出射するかを電気的に切替可能であり、
前記液晶偏光素子は、入射光の円偏光の回転の向きに応じて正または負の1次方向に前記入射光を回折するか、又は前記入射光の偏光状態を変えずに出射するかを電気的に切替可能であり、
前記光制御部材は、前記複数個の液晶偏光素子のそれぞれと、前記複数個の半波長切替素子のそれぞれとを個別に電気的に制御することにより、前記光制御部材に入射されたコヒーレント光の進行方向を制御する、照明装置。 A light source that emits coherent light and
An optical element that diffracts coherent light emitted from the light source,
An optical control member that controls the traveling direction of coherent light diffracted by the optical element to illuminate an illuminated area is provided.
The optical control member has a plurality of half-wavelength switching elements and a plurality of liquid crystal polarizing elements that are alternately laminated.
The half-wavelength switching element can electrically switch whether the incident light is emitted with the phase of the incident light shifted by half a wavelength or the incident light is emitted without shifting the phase.
The liquid crystal polarizing element electrically diffracts the incident light in a positive or negative primary direction depending on the direction of rotation of the circularly polarized light of the incident light, or emits the incident light without changing the polarization state. Can be switched
The optical control member electrically controls each of the plurality of liquid crystal polarizing elements and each of the plurality of half-wavelength switching elements individually to electrically control the coherent light incident on the optical control member. A lighting device that controls the direction of travel.
前記複数個の液晶偏光素子のそれぞれは、隣接して配置される前記半波長切替素子から出射されたコヒーレント光の円偏光の回転の向きに応じて、正または負の1次方向に前記コヒーレント光を回折させる、請求項1または2に記載の照明装置。 Each of the plurality of half-wavelength switching elements switches whether or not to reverse the direction of rotation of the circularly polarized light of the coherent light emitted from the liquid crystal polarizing elements arranged adjacent to each other.
Each of the plurality of liquid crystal polarizing elements has the coherent light in a positive or negative primary direction depending on the direction of rotation of the circularly polarized light of the coherent light emitted from the half-wavelength switching elements arranged adjacent to each other. The lighting device according to claim 1 or 2, wherein the light is diffracted.
前記電圧制御部の電圧制御により、前記光制御部材に入射されたコヒーレント光は、積層された個々の前記半波長切替素子及び前記液晶偏光素子を順に通過するたびに、進行方向が制御される、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の照明装置。 A voltage control unit for individually controlling the voltage applied to each of the plurality of half-wavelength switching elements and individually controlling the voltage applied to each of the plurality of liquid crystal polarizing elements is provided.
By the voltage control of the voltage control unit, the traveling direction of the coherent light incident on the optical control member is controlled each time it passes through the stacked individual half-wavelength switching elements and the liquid crystal polarizing elements in order. The lighting device according to any one of claims 1 to 3.
前記複数の要素拡散領域のそれぞれは、入射光を拡散させて前記被照明領域の少なくとも一部を照明するか、又は前記被照明領域の少なくとも一部に所定の情報を表示する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の照明装置。 The optical element has a plurality of element diffusion regions and has a plurality of element diffusion regions.
Each of the plurality of element diffusion regions diffuses incident light to illuminate at least a part of the illuminated area, or displays predetermined information in at least a part of the illuminated area. The lighting device according to any one of 4.
前記複数の要素ホログラムのそれぞれは、固有の回折特性を持つ干渉縞を含む、請求項5または6に記載の照明装置。 The optical element is a hologram element having a plurality of element holograms.
The lighting device according to claim 5 or 6, wherein each of the plurality of element holograms includes interference fringes having unique diffraction characteristics.
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