JP7011787B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置に関する。

例えば、特許文献１に開示されているように、光源および回折光学素子を含んだ照明装置が知られている。特許文献１に開示された照明装置では、回折光学素子が光源からの光を回折することで、所望パターンの被照明領域を照明することができる。

特開２０１５－１３２７０７号公報

ただし、被照明領域が広くなると、回折光学素子での回折角度範囲が広くなり、当該回折光学素子での回折効率が低下する。この結果、照明装置のエネルギー効率が低下し、被照明領域を明るく照明することができない。本発明は以上の点を考慮してなされた発明であり、照明装置のエネルギー効率の改善を目的とする。

本発明による第１の照明装置は、
被照明領域を照明する照明装置であって、
光源と、
前記光源から射出した光を回折する回折光学素子と、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、
異なる要素回折光学素子で回折された光は、前記被照明領域を区分けしてなる複数の要素被照明領域のうちの異なる要素被照明領域を照明する。

本発明による第１の照明装置において、各要素回折光学素子から射出する０次光は、当該要素回折光学素子に対応する要素被照明領域に進むようにしてもよい。

本発明による第２の照明装置は、
光源と、
前記光源から射出した光を回折する回折光学素子と、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、
各要素回折光学素子は、当該要素回折光学素子から射出する０次光の光路を含む領域に光を回折する、照明装置。

本発明による第１又は第２の照明装置において、異なる要素回折光学素子への入射光の光軸は非平行となっていてもよい。

本発明による第１又は第２の照明装置において、互いに異なる要素回折光学素子に入射する光を射出する複数の光源が設けられていてもよい。

本発明による第１又は第２の照明装置は、前記複数の光源からそれぞれ射出した光が入射する単一のレンズを、更に備えるようにしてもよい。

本発明による第１又は第２の照明装置は、前記光源から射出した光の光路に沿って前記光源と前記回折光学素子との間に位置し、前記光源から射出した光を分割し且つ分割された光の進行方向を調節するプリズム素子を、更に備えるようにしてもよい。

本発明による第１又は第２の照明装置は、前記回折光学素子から射出した光の進行方向を調節するプリズム素子を、更に備えるようにしてもよい。

本発明によれば、照明装置のエネルギー効率を改善することができる。

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。 図２は、図１の照明装置を示す側面図である。 図３は、図１の照明装置の作用を説明するための図であって、照明装置の回折光学素子と被照明領域とを示す側面図である。 図４は、図１の照明装置の作用を説明するための図であって、照明装置の回折光学素子と被照明領域とを示す斜視図である。 図５は、図２に対応する図であって、照明装置の一変形例を示す側面図である。 図６は、図２に対応する図であって、照明装置の他の変形例を示す側面図である。 図７は、図２に対応する図であって、照明装置の更に他の変形例を示す側面図である。

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。

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。

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。図示された例において、実空間における被照明領域Ｚは、長手方向ｄｌを有した細長い領域となっている。この被照明領域Ｚは、例えば、長手方向ｄｌへの長さの短手方向ｄｗへの長さに対する比が１０以上、さらには、この比が１００以上となる被照明領域Ｚ、典型的にはライン状の被照明領域Ｚとすることができる。このような照明装置は、例えば、自動車や船等の乗り物に適用され得る。乗り物では、進行方向の前方に広がる領域を照明する必要がある。とりわけ、高速で走行する自動者の前照灯、いわゆるヘッドランプは、当該自動車の前方近傍から前方遠方までの路面を明るく照らすことが好ましい。

図１に示すように、照明装置１０は、光を投射する光源１５と、光源１５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、光源１５から射出した光の光路に沿って、光源１５と回折光学素子４０との間に、整形光学系３０及び光軸調整光学系３５を有している。図示された例において、光源１５から射出した光は、整形光学系３０、光軸調整光学系３５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。

光源１５は、種々の型式の光源を用いることができる。一例として、コヒーレント光を射出する光源、例えばレーザー光源２０を、光源１５として用いることができる。レーザー光源から投射されるレーザー光は、直進性に優れ、被照明領域Ｚを高精度に照明するための光として好適である。

図示された光源１５は、単一のレーザー光源２０を含んでいる。したがって、図示された例では、レーザー光源２０から発振されるレーザー光の波長域に対応した色で、被照明領域Ｚが照明される。被照明領域Ｚを所望の色に照明することができるよう、光源１５が複数のレーザー光源２０を含み、各レーザー光源２０から射出した光が重ね合わされた後、整形光学系３０、光軸調整光学系３５及び回折光学素子４０に向かうようにしてもよいし、各レーザー光源２０から射出した光が当該レーザー光源２０に対応して設けられた整形光学系３０、光軸調整光学系３５及び回折光学素子４０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、光源１５に含まれる複数のレーザー光源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。光源１５が同一の波長域の光を射出するレーザー光源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。

次に、整形光学系３０について説明する。整形光学系３０は、レーザー光源２０から射出したレーザー光を整形する。言い換えると、整形光学系３０は、レーザー光の光軸に直交する断面での形状や、レーザー光の光束の立体的な形状を整形する。図示された例において、整形光学系３０は、レーザー光源２０から射出したレーザー光を拡幅した平行光束に整形する。図１に示すように、整形光学系３０は、レーザー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を有している。レンズ３１は、レーザー光源２０から射出したレーザー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、平行光束に整形し直す。

次に、光軸調整光学系３５について説明する。図２に示すように、光軸調整光学系３５は、光源１５から射出した光の光軸の向きを調整する。図示された例において、光軸調整光学系３５は、回折光学素子４０に入射する光の光軸ｄｏ１，ｄｏ２を調整する。後述するように、光軸調整光学系３５での光軸調整機能により、回折光学素子４０での回折光が、当該回折光学素子４０で回折されずに当該回折光学素子４０を透過する０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２（図３参照）の光路を含む角度範囲に拡散される。言い換えると、回折光学素子４０で回折されずに透過した０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２も、回折光によって照明される被照明領域Ｚ内に入射する。なお、「光軸」とは、対象となる光または光束が通過する領域の中心をたどる光路に沿った方向のことである。

図２に示された光軸調整光学系３５は、プリズム素子３６を有している。このプリズム素子３６は、光源１５から射出した光を分割し、且つ、分割された光の進行方向を調節する。このプリズム素子３６は、第１プリズム３７及び第２プリズム３８を有している。第１プリズム３７は、整形光学系３０でコリメートされた光束が通過する領域の一部、より具体的には当該領域の半分を覆うように配置されている。第２プリズム３８は、整形光学系３０でコリメートされた光束が通過する領域の他の一部、より具体的には当該領域の残り半分を覆うように配置されている。したがって、図示された例では、整形光学系３０で形成された平行光束の略半分が、第１プリズム３７に入射し、残りの略半分が、第２プリズム３８に入射する。

プリズム３７，３８は、それぞれ、入射面３７ａ，３８ａ及びプリズム面３７ｂ，３８ｂを有している。入射面３７ａ，３８ａは、光軸調整光学系３５への入射光の光軸と垂直な面となっている。プリズム面３７ｂ，３８ｂは、光軸調整光学系３５への入射光の光軸に対して傾斜している。したがって、整形光学系３０で平行光束に整形された光は、進行方向を変化させることなくプリズム３７，３８に入射し、次に、プリズム面３７ｂ，３８ｂでの屈折により進行方向を変化させてプリズム３７，３８から出射する。第１プリズム３７のプリズム面３７ｂと第２プリズム３８のプリズム面３８ｂは非平行である。したがって、第１プリズム３７を通過した光の進行方向は、第２プリズム３８を通過した光の進行方向と異なるようになる。

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、光源１５から射出した光に対して回折作用を及ぼす素子である。図示された回折光学素子４０は、光源１５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４参照）。

ここで、被照明領域Ｚは、回折光学素子４０によって照明されるニアフィールドの被照明領域と考えることができる。この被照明領域Ｚは、実際の被照射面積（照明範囲）だけでなく、後述するように、一定の座標軸を設定した上で角度空間における角度範囲によっても表現することができる。

回折光学素子４０は、複数の要素回折光学素子４１を含んでいる。図示された例において、回折光学素子４０が複数に平面分割され、各領域が要素回折光学素子４１を形成している。異なる要素回折光学素子４１は、異なる回折特性を有している。そして、この照明装置１０において、異なる要素回折光学素子４１で回折された光は、少なくとも部分的に異なる領域を照明する。とりわけ図示された例では、異なる要素回折光学素子４１で回折された光は、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Ｚｅ１，Ｚｅ２を照明する。被照明領域Ｚは、一つのまとまった領域であり、したがって、被照明領域Ｚを平面分割してなる複数の要素被照明領域Ｚｅの各々は、少なくとも他の一つの要素被照明領域Ｚｅと隣接するようになる。

図１及び図２に示すように、図示された照明装置１０において、回折光学素子４０は、第１要素回折光学素子４１ａ及び第２要素回折光学素子４１ｂを含んでいる。図２に示すように、光軸調整光学系３５の第１プリズム３７で光軸ｄｏ１を調整された光が、回折光学素子４０の第１要素回折光学素子４１ａに入射し、光軸調整光学系３５の第２プリズム３８で光軸ｄｏ２を調整された光が、回折光学素子４０の第２要素回折光学素子４１ｂに入射する。さらに、図３に示すように、第１要素回折光学素子４１ａで回折された光は、被照明領域Ｚのうちの第１要素被照明領域Ｚｅ１に入射し、第２要素回折光学素子４１ｂで回折された光は、被照明領域Ｚのうちの第２要素被照明領域Ｚｅ２に入射する。

図１及び図２に示された例において、回折光学素子４０及び要素回折光学素子４１の面方向は、鉛直方向ｄｖ及び水平方向と平行になっている。そして、複数の要素回折光学素子４１は、被照明領域Ｚが設けられた面、例えば路面等の地面に対して垂直な鉛直方向ｄｖに配列されている。そして、図示された具体例では、地面や水面よりも鉛直方向上方に配置された回折光学素子４０からの回折光で、地面や水面等の水平面ｐｌ上を照明することを想定しており、この水平面ｐｌ上に被照明領域Ｚが形成される。

一例として、回折光学素子４０は、干渉縞パターンを記録されたホログラム記録媒体として構成される。干渉縞パターンを種々に調整することで、各要素回折光学素子４１で回折される光の進行方向、言い換えると、各要素回折光学素子４１で拡散される光の進行方向を、制御することができる。

各要素回折光学素子４１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、要素回折光学素子４１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、要素回折光学素子４１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ー光が用いられ、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。

要素回折光学素子４１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回折光学素子４１に向けてレーザー光を照射することで、要素回折光学素子４１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。要素回折光学素子４１を作製する際に用いた物体光の元となる散乱板が均一な面散乱をしていれば、要素回折光学素子４１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Ｚとすることができる。

また、各要素回折光学素子４１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回折光学素子４１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１０が地面上や水面上の一定の大きさを有した被照明領域Ｚ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回折光学素子４１として用いることが好適である。

また、各要素回折光学素子４１上の各点における拡散角度特性が同じであるフーリエ変換ホログラムを計算機合成により形成してもよい。さらに、要素回折光学素子４１の下流側にレンズなどの光学部材を設けて、照明されるべき要素被照明領域Ｚｅの全域に入射するように調整してもよい。

要素回折光学素子４１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。また、要素回折光学素子４１は、透過型であってもよいし、反射型であってもよい。

次に、以上に説明した構成からなる照明装置１０の作用について説明する。

光源１５から射出したレーザー光は、まず、整形光学系３０に入射する。整形光学系３０では、光源１５から射出した光を拡大する。すなわち、光軸に直交する断面において光が占める領域が広がるよう、整形光学系３０は光を整形する。整形光学系３０は、レンズ３１及びコリメートレンズ３２を有している。図１及び図２に示すように、整形光学系３０のレンズ３１は、光源１５から射出した光を発散させて発散光束に変換する。そして、整形光学系３０のコリメートレンズ３２は、発散光束を平行光束へとコリメートする。

整形光学系３０で整形された光は、次に、光軸調整光学系３５に向かう。光軸調整光学系３５は、整形光学系３０で整形された光束の光路上に配置された第１プリズム３７及び第２プリズム３８を有している。第１プリズム３７及び第２プリズム３８は、平行光束を分割し、且つ、各光束の光軸ｄｏ１，ｄｏ２の向きを調整する。図２に示すように、第１プリズム３７から進み出る光束および第２プリズム３８から進み出る光束は、それぞれ、平行光束に維持される。ただし、第１プリズム３７から進み出る光束の光軸ｄｏ１および第２プリズム３８から進み出る光束の光軸ｄｏ２は非平行となっている。

次に、光軸調整光学系３５で光軸ｄｏ１，ｄｏ２の向きを調整された各光束は、回折光学素子４０へと向かう。回折光学素子４０は、光軸調整光学系３５に含まれる複数のプリズム３７，３８の各々に対応して設けられた複数の要素回折光学素子４１を有している。具体的には、回折光学素子４０は、第１プリズム３７に対応する第１要素回折光学素子４１ａと、第２プリズム３８に対応する第２要素回折光学素子４１ｂを有している。第１プリズム３７で光軸ｄｏ１を調整された光は、第１要素回折光学素子４１ａに入射し、第２プリズム３８で光軸ｄｏ２を調整された光は、第２要素回折光学素子４１ｂに入射する。各要素回折光学素子４１は、光軸調整光学系３５からの光を回折して、被照明領域Ｚに向ける。より具体的には、第１要素回折光学素子４１ａで回折された回折光は、第１要素被照明領域Ｚｅ１の全域に入射し、第１要素被照明領域Ｚｅ１を照明する。第２要素回折光学素子４１ｂで回折された回折光は、第２要素被照明領域Ｚｅ２の全域に入射し、第１要素被照明領域Ｚｅ２を照明する。

ところで、回折光学素子を用いた照明装置によれば、回折光学素子での回折により、所望パターンの被照明領域を照明することができる。ただし、従来の照明装置では、被照明領域が広くなると、被照明領域を明るく照明することができないという不具合が生じた。被照明領域が広くなると、入射光が回折光学素子での回折によって広い角度範囲にわたって拡散されるようになる。そして、回折角度範囲が広くなると、回折光学素子での回折効率が低下してしまうことが知見された。

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。このことが、従来の照明装置で被照明領域を明るく照明することができない理由の一つと考えられた。なお、図示された例のように、被照明領域が長手方向を有する場合、従来の照明装置では被照明領域を明るく照明することができなかった。このような事実は、上述した推測とも合致する。

このような不具合に対処するため、本実施の形態では、異なる要素回折光学素子４１で回折された光は、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なっている。具体的な例として図３及び図４に示すように、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。しかも、第１要素被照明領域Ｚｅ１及び第２要素被照明領域Ｚｅ２は、長手方向に配列されている。一方、回折光学素子４０は、第１要素回折光学素子４１a及び第２要素回折光学素子４１ｂを有している。そして、第１要素回折光学素子４１ａで拡散した光が第１要素被照明領域Ｚｅ１を照明し、第２要素回折光学素子４１ｂで拡散した光が第２要素被照明領域Ｚｅ２を照明する。このように被照明領域Ｚを分割、とりわけ被照明領域Ｚを長手方向に分割することにより、一つの要素回折光学素子４１での回折角度範囲Ｒθ１，Ｒθ２を効果的に小さくすることができる。この結果、各要素回折光学素子４１での回折効率が著しく低下することを防止することができる。

図４では、実空間における被照明領域Ｚを斜視図で示すとともに、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Ｚａも示している。角度空間での被照明領域Ｚａは、水平方向の角度θ_Ｈを表す横軸と垂直方向ｄｖの角度θ_Ｖを表す縦軸とのグラフ上に示されている。上述したように、回折光学素子４０の回折効率の低下が、回折角度範囲Ｒθ１，Ｒθ２の広さに依存することから、実空間における被照明領域Ｚを等分して区分けするよりも、角度空間における被照明領域Ｚａを、角度範囲が均等になるように、区分けすることが、回折効率の低下を防止する観点から好ましい。すなわち、実空間での複数の要素被照明領域Ｚｅの広さがばらついたとしても、角度空間での複数の要素被照明領域Ｚｅａの広さを均等にすることが、回折効率の低下を防止する観点から好ましい。このとき、実空間においては、回折光学素子４０の近傍において要素被照明領域Ｚｅが狭く設定され、回折光学素子４０から離間すると要素被照明領域Ｚｅが広く設定される。

なお、図３では、被照明領域Ｚが二つの要素被照明領域Ｚｅを有する例を示した。ただし、回折効率の低下を防止する観点からは、要素被照明領域Ｚｅが三以上に区分けされ、各要素被照明領域Ｚｅに対応して要素回折光学素子４１が設けられていることが好ましい。図４においては、実線および二点鎖線により、要素被照明領域Ｚｅ，Ｚｅａ及び要素回折光学素子４１を四つに区分けした例も示している。

ところで、上記従来の照明装置の不具合を検討する中で、回折角度θｄが大きくなると、回折効率が低下することも知見された。この知見に基づき、本実施の形態による照明装置１０は、さらに、回折光学素子４０の回折効率を向上させる別の特徴を有している。すなわち、本実施の形態では、回折光学素子４０への入射光の光軸ｄｏ１，ｄｏ２の向きを調整している。これにより、回折光学素子４０から射出する０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２の光路を調整している。結果として、図３に示すように、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Ｌｘ１，Ｌｘ２の光路を含む領域に光を回折する。言い換えると、各要素回折光学素子から射出する０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２は、当該要素回折光学素子４１に対応する要素被照明領域Ｚｅに進むようになっている。このような構成を採用することで、各方向に回折される回折光の回折角度θｄが大きくなることを効果的に抑制することができる。つまり、回折角度θｄを所定が所定の範囲内とすることが可能となる。加えて、回折角度θｄが大きくならないので、要素被照明領域Ｚｅ，Ｚｅａ内の各位置での明るさばらつきも抑制することができる。

なお、本実施の形態では、光軸調整光学系３５による光軸調整機能だけでなく、被照明領域Ｚを要素被照明領域Ｚｅに分割することによっても、回折角度θｄを小さくすることができる。これにより、回折角度θｄが大きくなることに起因した回折効率の低下を効果的に抑制することができ、さらに、回折角度θｄが大きくばらつくことに起因した明るさのむらを効果的に抑制することができる。

以上に説明してきた一実施の形態において、被照明領域Ｚを照明する照明装置１０は、光源１５と、光源１５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。回折光学素子４０は、複数の要素回折光学素子４１を含んでいる。異なる要素回折光学素子４１で回折された光は、被照明領域Ｚ，Ｚａを区分けしてなる複数の要素被照明領域Ｚｅ，Ｚｅａのうちの異なる要素被照明領域Ｚｅ，Ｚｅａを照明するようになっている。このような一実施の形態によれば、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、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，Ｚａを明るく照明することができる。

また、上述した一実施の形態において、各要素回折光学素子４１から射出する０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２は、当該要素回折光学素子４１に対応する要素被照明領域Ｚｅ，Ｚｅａに進む。このような一実施の形態によれば、０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２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θｄ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での回折効率をより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より効果的に向上させることができる。

以上に説明してきた一実施の形態において、被照明領域Ｚを照明する照明装置１０は、光源１５と、光源１５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。回折光学素子４０は、複数の要素回折光学素子４１を含んでいる。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Ｌｘ１，Ｌｘ２の光路を含む領域に光を回折する。このような一実施の形態によれば、０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２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θｄを小さくすることができる。すなわち回折角度θｄを所定値以下とすることができる。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、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，Ｚａを明るく照明することができる。

さらに、上述した一実施の形態において、異なる要素回折光学素子４１への入射光の光軸ｄｏ１，ｄｏ２は互いに非平行である。このような一実施の形態では、入射光の光軸ｄｏ１，ｄｏ２を調節することで、要素回折光学素子４１の構成を複雑化させることなく、異なる要素回折光学素子４１から射出する回折光の進行方向を区分けすることができる。さらには、各要素回折光学素子４１で回折された光束の光路が０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２の光路を含むようにすることが容易に実現され、回折角度θｄを小さくすることにも有効である。これらのことから、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、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。

さらに、上述した一実施の形態において、照明装置１０は、光源１５から射出した光の光路に沿って光源１５と回折光学素子４０との間に位置し、光源１５から射出した光を分割し且つ分割された光の進行方向を調節するプリズム素子３６を、更に備えている。このような一実施の形態によれば、光源１５の数に依らず、要素回折光学素子４１への入射光の光軸ｄｏ１，ｄｏ２をプリズム素子３６によって容易に調節することができる。これにより、要素回折光学素子４１の構成を複雑化させることなく、異なる要素回折光学素子４１から射出する回折光の進行方向を区分けすることができる。さらには、各要素回折光学素子４１で回折された光束の光路が０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２の光路を含むようにすることが容易に実現され、回折角度θｄを小さくすることにも有効である。これらのことから、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、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。

なお、上述した一実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した一実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の一実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。

上述した一実施の形態において、単一の光源１５から射出した光が、光軸調整光学系３５で分割され、複数の要素回折光学素子４１に振り分けられる例を示したが、これに限られない。例えば図５及び図６に示すように、照明装置１０が、互いに異なる要素回折光学素子４１に入射する光を射出する複数の光源１５を有するようにしてもよい。図５及び図６に示す例において、照明装置１０は、第１光源１５Ａ及び第２光源１５Ｂを有している。第１光源１５Ａ及び第２光源１５Ｂは、例えば同一の波長域の光を射出するレーザー光源とすることができる。たとえば、複数のレーザー光源２０は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数のレーザー光源２０を並べて配置した光源モジュールであってもよい。図５及び図６に示された例において、整形光学系３０は、第１光源１５Ａから射出した光を発散させる第１レンズ３１ａと、第２光源１５Ｂから射出した光を発散させる第２レンズ３１ｂと、レンズ３１ａ，３１ｂで発散光束に整形された光をコリメートするコリメートレンズ３２と、を有している。第１レンズ３１ａからの光と第２レンズ３１ｂからの光は、同一のコリメートレンズ３２に入射している。この例では、コリメートレンズ３２が光軸調整光学系３５として機能し、回折光学素子４０に入射する光の光軸ｄｏ１，ｄｏの向きを調整する。コリメートレンズ３２は、第１レンズ３１ａからの光の光ｄｏ１軸を調整して、回折光学素子４０の第１要素回折光学素子４１ａに向ける。また、コリメートレンズ３２は、第２レンズ３１ｂからの光の光軸ｄｏ２を調整して、回折光学素子４０の第２要素回折光学素子４１ｂに向ける。

なお、図５に示された例と図６に示された例では、コリメートレンズ３２の焦点距離が異なっている。図６に示された例では、各レンズ３１ａ，３１ｂから射出した光が、コリメートレンズ３２で大きく曲げられることで交差して、回折光学素子４０に向かっている。

図５及び図６に示された例によれば、照明装置１０は、互いに異なる要素回折光学素子４１に入射する光を射出する複数の光源１５を備えている。このような例では、要素回折光学素子４１への入射光の光軸ｄｏ１，ｄｏ２を容易に調節することができる。これにより、要素回折光学素子４１の構成を複雑化させることなく、異なる要素回折光学素子４１から射出する回折光の進行方向を区分けすることができる。さらには、各要素回折光学素子４１で回折された光束の光路が０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２の光路を含むようにすることが容易に実現され、回折角度θｄを小さくすることにも有効である。これらのことから、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、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。

また、図５及び図６に示された例によれば、照明装置１０は、複数の光源１５Ａ，１５Ｂからそれぞれ射出した光が入射する単一のレンズ３２を、さらに備えている。このような例によれば、簡易な構成により、複数の光源１５Ａ，１５Ｂから射出した光の進行方向を高い自由度で調節することができる。とりわけ、レンズ３２が整形光学系３０またはコリメータとしても機能している場合、実質的に追加の素子を設けることなく、複数の光源１５Ａ，１５Ｂから射出した光の進行方向を調節することになり、照明装置１０の簡易小型化に有効である。

また、上述した一実施の形態において、回折光学素子４０から射出した光が、その後に光路を調節されることなく、被照明領域Ｚに向かう例を示したが、この例に限られない。図７に示されるように、照明装置１０が、回折光学素子４０から射出した光の進行方向を調節するプリズム素子３６を、更に備えるようにしてもよい。このようなプリズム素子３６を用いても、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，Ｚａを区分けしてなる複数の要素被照明領域Ｚｅ，Ｚｅａのうちの異なる要素被照明領域を照明することを実現することができる。

また、図７に示された例においても、回折光学素子４０の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Ｌｘ１，Ｌｘ２の光路を含む範囲に光を回折している。したがって、プリズム素子３６は、回折光の進行方向とともに０次光の進行方向も変化させ、回折光および０次光を対応する要素被照明領域Ｚｅ，Ｚｅａに向けることができる。結果として、各要素回折光学素子４１から射出する０次光Ｌｘ１，Ｌｘ２は、当該要素回折光学素子４１に対応する要素被照明領域Ｚｅ，Ｚｅａに進むことができる。

さらに、図７に示された例によれば、回折光学素子４０での回折に加え、プリズム素子３６での光路調整によって、被照明領域Ｚ，Ｚａに照明光を向けることができる。したがって、回折光学素子４０での回折角度θｄを大きく設定する必要がなく、これにより、回折光学素子４０での回折効率を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向上させることができる。

さらに、上述した一実施の形態において、照明装置１０が、細長い領域を照明する例を示したが、これに限られない。照明装置１０が、所定の輪郭を有した領域を照明し、したがって、所定の輪郭を表示する装置として機能するようにしてもよい。所定の輪郭として、例えば矢印等を例示することができる。

なお、上述した一実施の形態についての複数の変形例を説明してきたが、これらの複数の変形例を組み合わせることも可能である。

ｄｌ 長手方向
ｄｗ 幅方向
ｄｖ 垂直方向
ｄｏ１，ｄｏ２ 光軸
Ｌｘ１、Ｌｘ２ ０次光
Ｒθ１、Ｒθ２ 回折角度範囲
θｄ 回折角度
Ｚ，Ｚａ 被照明領域
Ｚｅ，Ｚｅａ 要素被照明領域
Ｚｅ１，Ｚｅａ１ 第１要素被照明領域
Ｚｅ２，Ｚｅａ２ 第２要素被照明領域Ｚｅ
１０ 照明装置
１５ 光源
１５Ａ 第１光源
１５Ｂ 第２光源
２０ レーザー光源
３０ 整形光学系
３１ レンズ
３１ａ 第１レンズ
３１ｂ 第２レンズ
３２ コリメートレンズ
３５ 光軸調整光学系
３６ プリズム素子
３７ 第１プリズム
３７ａ 入射面
３７ｂ プリズム面
３８ 第２プリズム
３８ａ 入射面
３８ｂ プリズム面
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

Claims (11)

1. 長手方向を有する被照明領域を照明する照明装置であって、
   光源と、
   前記光源から射出した光を回折する回折光学素子と、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、
   異なる要素回折光学素子で回折された光は、前記被照明領域を前記長手方向に区分けしてなる複数の要素被照明領域のうちの異なる要素被照明領域を照明する、照明装置。
2. 一つの要素被照明領域の前記長手方向に沿った長さは、当該一つの要素被照明領域よりも前記回折光学素子に接近した他の一つの要素被照明領域の前記長手方向に沿った長さよりも長い、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記回折光学素子が設けられた位置を基準とした角度空間において、複数の要素被照明領域の前記長手方向に相当する軸に沿った角度範囲は均等である、請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記被照明領域の前記長手方向は、前記回折光学素子の前方近傍から前方遠方へ延びる、請求項１～３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記被照明領域はライン状である、請求項１～４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 各要素回折光学素子から射出する０次光は、当該要素回折光学素子に対応する要素被照明領域に進む、請求項１～５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 異なる要素回折光学素子への入射光の光軸は非平行である、請求項１～６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 互いに異なる要素回折光学素子に入射する光を射出する複数の光源が設けられている、請求項１～７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記複数の光源からそれぞれ射出した光が入射する単一のレンズを、更に備える、請求項８に記載の照明装置。
10. 前記光源から射出した光の光路に沿って前記光源と前記回折光学素子との間に位置し、前記光源から射出した光を分割し且つ分割された光の進行方向を調節するプリズム素子を、更に備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 前記回折光学素子から射出した光の進行方向を調節するプリズム素子を、更に備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の照明装置。

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