WO2024090492A1 - 照明システム、照明光観察システム、照明光撮像システム、照明装置、照明システムの設計方法 - Google Patents

照明システム、照明光観察システム、照明光撮像システム、照明装置、照明システムの設計方法 Download PDF

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WO2024090492A1
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diffractive optical
optical element
projection
length
light
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PCT/JP2023/038603
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牧夫 倉重
俊平 西尾
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大日本印刷株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2113/00—Combination of light sources
    • F21Y2113/10—Combination of light sources of different colours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the present disclosure relates to an illumination system, an illumination light observation system having an illumination system, an illumination light imaging system having an illumination system, an illumination device, and a method for designing an illumination system.
  • a lighting device that projects a projection pattern onto a projection surface such as a road surface is known.
  • a projection pattern having a line shape extending in one direction is projected by the lighting device.
  • Light projected from a lighting device may be observed at close range. If the light for projecting a projection pattern is concentrated in a narrow area, high-intensity light will enter the eyes when the light projected from a lighting device is observed at close range. This is undesirable for eye safety.
  • the present disclosure aims to narrow the width of a projection pattern extending in one direction while reducing the intensity of light at close range.
  • the lighting system of the present disclosure comprises: A projection plane parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction; an illumination device that projects a projection pattern extending in the first direction on the projection surface; the illumination device includes a light source and a diffractive optical element that diffracts light from the light source to form the projection pattern; the diffractive optical element includes a plurality of element diffractive optical elements each of which diffracts light from the light source;
  • the minimum length of the projection pattern in the second direction is shorter than the maximum length over which light incident on the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface, and is longer than the maximum length over which the element diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of an illumination light observation system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an observer wearing an observation auxiliary device.
  • FIG. 3 is a top view illustrating an example of the lighting system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating an example of the lighting device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a view of the diffractive optical element according to the first embodiment, observed from a first direction.
  • FIG. 6 is a side view illustrating an example of the lighting device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a top view showing a modification of the lighting system according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a view of the diffractive optical element of the illumination system shown in FIG. 7 viewed from a first direction.
  • FIG. 8 is a view of the diffractive optical element of the illumination system shown in FIG. 7 viewed from a first direction.
  • FIG. 9 is a side view illustrating an example of an illumination light imaging system according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view showing a display device of the illumination light imaging system shown in FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating an example of a lighting device according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a view of the optical element according to the third embodiment, observed from a first direction.
  • An illumination system wherein the length of the projection pattern in the second direction at the end closer to the illumination device in the first direction is shorter than the maximum length over which light incident on the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface, and is longer than the maximum length over which the element diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface.
  • An illumination system wherein the length of the projection pattern in the second direction at the position where the illuminance is maximum is shorter than the maximum length of the length over which the light incident on the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface, and is longer than the maximum length of the length over which the element diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface.
  • the light incident on the diffractive optical element is wider in a direction of a line where the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection plane than in a third direction non-parallel to the projection plane,
  • the illumination system according to any one of claims [1] to [3], wherein the light diffracted by the diffractive optical element spreads in the third direction from the direction of a line where the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection plane.
  • a length of the light incident on the diffractive optical element in a direction of a line where the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface is 7 mm or more.
  • An illumination system wherein a minimum length of the projection pattern in the second direction is shorter than a maximum length of a length over which light incident on the optical element intersects a plane parallel to the projection surface.
  • An illumination device that projects a projection pattern extending in a first direction onto a projection surface parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction, the illumination device includes a light source and a diffractive optical element that diffracts light from the light source to form the projection pattern; the diffractive optical element includes a plurality of element diffractive optical elements each of which diffracts light from the light source; an illumination device, wherein the minimum length of the projection pattern in the second direction is shorter than the maximum length of the length over which light incident on the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface, and is longer than the maximum length of the length over which the element diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface.
  • An illumination device that projects a projection pattern extending in a first direction onto a projection surface parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction, the illumination device includes a light source and a diffractive optical element that diffracts light from the light source to form the projection pattern; the diffractive optical element includes a plurality of element diffractive optical elements each of which diffracts light from the light source; an illumination device, wherein the length of the projection pattern in the second direction at the end closer to the illumination device in the first direction is shorter than the maximum length over which light incident on the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface, and is longer than the maximum length over which the element diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface.
  • An illumination device that projects a projection pattern extending in a first direction onto a projection surface parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction, the illumination device includes a light source and a diffractive optical element that diffracts light from the light source to form the projection pattern; the diffractive optical element includes a plurality of element diffractive optical elements each of which diffracts light from the light source; an illumination device, wherein the length of the projection pattern in the second direction at the position where the illuminance is maximum is shorter than the maximum length over which the light incident on the diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface, and is longer than the maximum length over which the element diffractive optical element intersects with a plane parallel to the projection surface.
  • An illumination device that projects a projection pattern extending in a first direction onto a projection surface parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction, a light source and an optical element that acts on light from the light source to form the projection pattern; an illumination device, wherein a minimum length among lengths of the projection pattern in the second direction is shorter than a maximum length among lengths over which light incident on the optical element intersects with a plane parallel to the projection surface.
  • a method for designing an illumination system in which a projection pattern extending in a first direction is projected onto a projection plane parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction by an illumination device including a diffractive optical element comprising the steps of: determining a diffraction characteristic of the diffractive optical element such that a minimum length of the length of the projection pattern in the second direction is shorter than a maximum length of a length of the light incident on the diffractive optical element intersecting a plane parallel to the projection surface; and determining the diffraction characteristics of the element diffractive optical element so that the minimum length of the length of the projection pattern in the second direction is longer than the maximum length of the lengths of the multiple element diffractive optical elements contained in the diffractive optical element that intersect with a plane parallel to the projection surface.
  • a method for designing an illumination system in which a projection pattern extending in a first direction is projected onto a projection plane parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction by an illumination device including a diffractive optical element comprising the steps of: determining a diffraction characteristic of the diffractive optical element such that a length of the projection pattern in the second direction at an end portion closer to the illumination device in the first direction is shorter than a maximum length of a length of the light incident on the diffractive optical element intersecting with a plane parallel to the projection surface; determining the diffraction characteristics of the element diffractive optical element so that the length of the projection pattern in the second direction at an end closer to the illumination device in the first direction is longer than the maximum length among lengths of the element diffractive optical elements contained in the diffractive optical element that intersect with a plane parallel to the projection surface.
  • a method for designing an illumination system in which a projection pattern extending in a first direction is projected onto a projection plane parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction by an illumination device including a diffractive optical element comprising the steps of: determining the diffraction characteristics of the diffractive optical element so that the length of the projection pattern in the second direction at a position where the illuminance is maximum is shorter than the maximum length of the length of the light incident on the diffractive optical element intersecting with a plane parallel to the projection surface; and determining the diffraction characteristics of the element diffractive optical element so that the length of the projection pattern in the second direction at a position where the illuminance is maximum is longer than the maximum length among the lengths of the element diffractive optical elements contained in the diffractive optical element that intersect with a plane parallel to the projection surface.
  • a method for designing an illumination system that projects a projection pattern extending in a first direction onto a projection surface parallel to a first direction and a second direction perpendicular to the first direction by an illumination device including an optical element, the method comprising the steps of:
  • a method for designing an illumination system comprising a step of determining optical characteristics of the optical element so that a minimum length of the projection pattern in the second direction is shorter than a maximum length of a length of light incident on the optical element that intersects with a plane parallel to the projection surface.
  • First Embodiment Fig. 1 is a perspective view showing an illumination light observation system according to a first embodiment.
  • the illumination light observation system 10 according to the first embodiment includes an illumination system 30 and an observation assistance device 11.
  • the illumination system 30 includes a projection surface 40 and an illumination device 50.
  • the illumination device 50 emits light and projects a projection pattern 41 onto the projection surface 40.
  • An observer 5 can observe the projection pattern 41 projected onto the projection surface 40.
  • the observer 5 wears the observation assistance device 11.
  • the observation assistance device 11 includes a wearing device 13 and an optical filter 15.
  • the wearing device 13 enables the observer 5 to easily wear the observation assistance device 11.
  • the wearing device 13 may hold the optical filter 15.
  • the optical filter 15 faces the eyes of the observer 5.
  • the observer 5 wearing the observation assistance device 11 observes the projection pattern 41 through the optical filter 15.
  • the wearing device 13 is a pair of glasses.
  • the wearing device 13 is not limited to the illustrated example, and may have any shape as long as the optical filter 15 can be positioned so as to face the viewer's eyes.
  • the wearing device 13 may be goggles or contact lenses.
  • the optical filter 15 has a higher average transmittance in a specific wavelength range than in other wavelength ranges.
  • the optical filter 15 has a higher average transmittance at the wavelength of the light projected by the illumination device 50 onto the projection surface 40 than at other wavelengths.
  • the average transmittance of the optical filter 15 at the wavelength of the light projected by the illumination device 50 onto the projection surface 40 may be 50% or more, 70% or more, or 80% or more.
  • the average transmittance of the optical filter 15 at the wavelength of the light projected by the illumination device 50 onto the projection surface 40 may be 100% or less, or 90% or less.
  • the average transmittance of the optical filter 15 at wavelengths other than the wavelength of the light projected by the illumination device 50 onto the projection surface 40 may be 1% or less, 0.1% or less, or 0.01% or less.
  • the optical filter 15 selectively transmits the light projected by the illumination device 50 onto the projection surface 40.
  • Transmittance refers to the total light transmittance measured at an angle of incidence of 0° using a spectrophotometer conforming to JIS K 0115 (Shimadzu Corporation's "Ultraviolet-Visible-Infrared Spectrophotometer UV-3100PC").
  • the average transmittance is the average value of the transmittance measured every 1 nm in the visible light wavelength range.
  • the visible light wavelength range is 380 nm to 780 nm.
  • the wavelength range of the light projected by the lighting device 50 is narrow enough so that the optical filter 15 can selectively transmit the light projected by the lighting device 50.
  • the light projected by the lighting device 50 may be coherent light.
  • the projection surface 40 is a display surface that displays the projection pattern 41 projected from the lighting device 50 so that the observer 5 can observe it.
  • the projection surface 40 is separated from the lighting device 50.
  • the projection surface 40 is preferably a flat surface so that the projection pattern 41 is appropriately displayed. As shown in FIG. 1, the projection surface 40 is a surface parallel to the first direction D1 and the second direction D2.
  • the second direction D2 is perpendicular to the first direction D1.
  • the projection surface 40 may be, for example, a road surface, a sidewalk, a ground such as a playground or a park, a water surface such as the sea surface, or a part of an outer wall surface, an inner wall surface, a passageway, a floor, or a ceiling of a building such as a school, a company, a building, a factory, a meeting hall, an auditorium, a gymnasium, a stadium, or a venue.
  • the projection pattern 41 is observed by the observer 5 by being projected onto the projection surface 40.
  • the projection pattern 41 contains light in the wavelength range of visible light so that it can be observed by the observer 5.
  • the projection pattern 41 extends in the first direction D1.
  • FIG. 3 is a top view showing the projection pattern 41 projected from the lighting device 50 onto the projection surface 40.
  • the projection pattern 41 has a line shape with the first direction D1 as the longitudinal direction.
  • the length of the projection pattern 41 in the first direction D1 is longer than the maximum length of the length of the projection pattern 41 in the second direction D2.
  • the length of the projection pattern 41 in the first direction D1 is 50 times or more the maximum length of the length of the projection pattern 41 in the second direction D2.
  • the length of the projection pattern 41 in the first direction D1 is, for example, 1 m or more and 200 m or less.
  • the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is, for example, 1 mm or more and 50 mm or less.
  • the length of the projection pattern 41 in the first direction D1 is determined as follows.
  • a maximum illuminance position Pmax where the illuminance of the projection pattern 41 is maximum is determined.
  • a position where the illuminance of the projection pattern 41 is 2% of the maximum illuminance, moving from the maximum illuminance position Pmax toward the lighting device 50 along the first direction D1, is determined as the first end E1.
  • the illuminance is 2% of the maximum illuminance, the illuminance is too low and the projection pattern 41 is not observed.
  • the part where the illuminance is 2% or more of the maximum illuminance is observed as the projection pattern 41.
  • the first end E1 is the end of the projection pattern 41 that is closer to the lighting device 50 in the first direction D1.
  • the second end E2 is the end of the projection pattern 41 that is farther from the lighting device 50 in the first direction D1.
  • the length between the first end E1 and the second end E2 is the length of the projection pattern 41 in the first direction D1.
  • the projection pattern 41 extends between the first end E1 and the second end E2 in the first direction D1.
  • the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 can be determined.
  • the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is determined as follows. A second direction maximum illuminance position where the illuminance of the projection pattern 41 is maximum along the second direction D2 is determined. Two ends are determined along the second direction D2 from the second direction maximum illuminance position where the illuminance of the projection pattern 41 is 1 /e2 of the maximum illuminance. The length between the two ends is the length of the projection pattern 41 in the second direction D2.
  • the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is the width of the projection pattern 41.
  • the illuminance is measured using an illuminance meter (Konica Minolta's "Spectroradiometer CL-500A") in accordance with JIS C 1609-1:2006.
  • the lighting device 50 projects a projection pattern 41 onto the projection surface 40 by using light emitted from the emission portion 50a.
  • the lighting device 50 is fixed by a tripod.
  • the lighting device 50 may be movable.
  • the lighting device 50 may be applied to moving bodies such as vehicles, ships, airplanes, and trains.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the configuration of the illumination device 50.
  • the illumination device 50 includes a light source 51, a shaping optical system 53, and a diffractive optical element 55.
  • the illumination device 50 may further include a housing that houses the light source 51, the shaping optical system 53, and the diffractive optical element 55.
  • the light source 51 emits coherent light, which is light with a uniform wavelength and phase. Coherent light has excellent linearity.
  • the light source 51 that emits the coherent light may be a laser light source that emits laser light.
  • the light source 51 may be a semiconductor laser light source.
  • the light source 51 includes a single coherent light source. Coherent light of a color corresponding to the wavelength of the coherent light emitted from the light source 51 is projected from the lighting device 50 onto the projection surface 40.
  • the light source 51 may have multiple coherent light sources.
  • the light source 51 may emit coherent light of red, green, and blue wavelengths.
  • the shaping optical system 53 shapes the light emitted by the light source 51.
  • the shaping optical system 53 shapes the shape of the light from the light source 51 in a cross section perpendicular to the optical axis and the three-dimensional shape of the light.
  • the shaping optical system 53 may expand the cross-sectional area of the light in a cross section perpendicular to the optical axis.
  • the shaping optical system 53 shapes the light emitted by the light source 51 into a widened parallel light.
  • the shaping optical system 53 functions as a collimating optical system.
  • the shaping optical system 53 has a first shaping lens 53a and a second shaping lens 53b arranged along the optical path.
  • the first shaping lens 53a shapes the light emitted by the light source 51 into a diverging light.
  • the second shaping lens 53b shapes the diverging light generated by the first shaping lens 53a into a parallel light.
  • the second shaping lens 53b functions as a collimating lens.
  • the light shaped by the shaping optical system 53 enters the diffractive optical element 55.
  • the diffractive optical element 55 diffracts the light that has passed through the shaping optical system 53 to form the projection pattern 41.
  • the light diffracted by the diffractive optical element 55 is projected onto the projection surface 40.
  • the projection pattern 41 has a shape that corresponds to the diffraction pattern of the diffractive optical element 55.
  • the diffractive optical element 55 is designed so that the desired projection pattern 41 is projected.
  • the diffractive optical element 55 includes a plurality of element diffractive optical elements 56.
  • the element diffractive optical elements 56 are minute thin plate-like members.
  • the plurality of element diffractive optical elements 56 are two-dimensionally arranged on the same plane in the diffractive optical element 55 without gaps.
  • the element diffractive optical elements 56 diffract light.
  • the light diffracted by the element diffractive optical elements 56 is emitted from the emission section 50a.
  • Each of the plurality of element diffractive optical elements 56 diffracts light from the shaping optical system 53.
  • the light diffracted by each element diffractive optical element 56 is projected onto the projection surface 40 to form the projection pattern 41.
  • each element diffractive optical element 56 may form the entire projection pattern 41 or may form a part of it at a time.
  • the light diffracted by the diffractive optical element 55 is dispersed by the element diffractive optical elements 56 and emitted from the emission section 50a. This prevents each position of the diffractive optical element 55 from becoming too bright, improving laser safety.
  • the element diffractive optical element 56 is, for example, a hologram element. If the element diffractive optical element 56 is a hologram element, the diffraction characteristics of the element diffractive optical element 56 can be easily designed.
  • the element diffractive optical element 56 can be produced as a computer generated hologram (CGH).
  • CGH computer generated hologram
  • a computer generated hologram is produced by calculating a structure having any diffraction characteristics on a computer. If the element diffractive optical element 56 is a computer generated hologram, it is possible to eliminate the need to generate object light and reference light using a light source and an optical system, and to record interference fringes on a hologram recording material by exposure. It is assumed that the illumination device 50 projects a projection pattern 41 on the projection surface 40 with a predetermined contour shape, size, and orientation at a predetermined position relative to the illumination device 50.
  • a structure having diffraction characteristics capable of projecting diffracted light onto the projection surface 40, such as an uneven surface can be specified by computer calculation.
  • the specified structure for example, by resin molding, the element diffractive optical element 56 as a computer generated hologram can be produced at low cost using a simple procedure.
  • the element diffractive optical element 56 may be designed, for example, using an iterative Fourier transform method.
  • processing may be performed on the assumption that the projection surface 40 is located far away from the element diffractive optical element 56, and the projection pattern 41 projected onto the projection surface 40 may be a Fraunhofer diffraction image.
  • the projection surface 40 may be non-parallel to the diffractive surface of the element diffractive optical element 56.
  • Figure 5 is a view of the diffractive optical element 55 at the exit portion 50a observed from the first direction D1.
  • the hatched portion in Figure 5 indicates the portion of the diffractive optical element 55 where light is incident.
  • the light incident on the diffractive optical element 55 is wider in the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with the plane parallel to the projection surface than in the third direction D3.
  • the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with the plane parallel to the projection surface coincides with the second direction D2.
  • the third direction D3 is a direction non-parallel to the projection surface 40.
  • the third direction D3 is a direction non-parallel to the first direction D1 and the second direction D2.
  • the third direction D3 may be a direction inclined to the first direction D1 and perpendicular to the second direction D2.
  • the light incident on the diffractive optical element 55 has an elliptical shape that is wider in the second direction D2 than in the third direction D3.
  • the length of the light incident on the diffractive optical element 55 in the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection plane is 7 mm or more.
  • FIG. 6 is a side view showing light diffracted by the diffractive optical element 55 and emitted from the emission portion 50a.
  • the light diffracted by the diffractive optical element 55 spreads widely in the third direction D3. This results in a projection pattern 41 extending in the first direction D1 being projected.
  • the light diffracted by the diffractive optical element 55 hardly spreads in the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40, which in the illustrated example is the second direction D2.
  • the light diffracted by the diffractive optical element 55 spreads in the third direction D3 from the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40. This results in a projection pattern 41 whose length in the first direction D1 is longer than the maximum length of the lengths in the second direction D2 being projected.
  • the radiation intensity of the light diffracted by the diffractive optical element 55 is stronger at a position away from the projection surface 40 than near the projection surface 40.
  • the radiation intensity of the light diffracted by the diffractive optical element 55 at a position Py away from the projection surface 40 of the diffractive optical element 55 is stronger than the radiation intensity of the light diffracted by the diffractive optical element 55 at a position Px near the projection surface 40 of the diffractive optical element 55.
  • the radiant intensity of light means the energy of light contained in a unit solid angle.
  • the radiant intensity of light is a value defined in JIS Z 8000-7:2014.
  • the radiant intensity is calculated from the distance from the light source and the measured radiant intensity by measuring the radiant intensity at a position sufficiently far from the light source.
  • the radiant illuminance for calculating the radiant intensity is a value measured using an illuminance meter (Konica Minolta's "Spectroradiant Illuminance Meter CL-500A") in accordance with JIS C 1609-1:2006.
  • the lighting device 50 is oriented in a specific direction relative to the projection surface 40, so that it can project a specific projection pattern 41.
  • the lighting device 50 may be provided with an alignment mark so that the orientation relative to the projection surface 40 at which the specific projection pattern 41 can be projected can be easily recognized.
  • the alignment mark is, for example, a pattern or projections and recesses provided on the housing of the lighting device 50.
  • the length of the projection pattern 41 near the lighting device 50 in the second direction D2 is longer than the length over which the element diffractive optical element 56 intersects with a plane parallel to the projection surface 40, which is the length La in the second direction D2 in the illustrated example.
  • the length La over which the element diffractive optical element 56 intersects with a plane parallel to the projection surface 40 is, for example, 0.3 mm or more and 6.0 mm or less.
  • each element diffractive optical element 56 diffracts light so that the light diffracted by the entire diffractive optical element 55 is narrowed in the second direction D2 in the projection pattern 41.
  • the light diffracted by the diffractive optical element 55 is focused in the second direction D2. If the diffraction characteristics of each element diffractive optical element are all designed to be the same, the diffracted light does not overlap at the same position on the projection surface 40, so that the radiation intensity of the projection pattern 41 gradually decreases at the ends of the pattern, the contrast when viewed becomes poor, and it becomes difficult to recognize the pattern when viewed.
  • the light diffracted by the entire diffractive optical element 55 can be narrowed in the second direction D2 in the projection pattern 41.
  • the light diffracted by the diffractive optical element 55 can be focused in the second direction D2.
  • the length of the projection pattern 41 near the lighting device 50 in the second direction D2 is shorter than the maximum length of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, which in the illustrated example is the maximum length Lc of the length in the second direction.
  • the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40 is, for example, 4.0 mm or more and 60 mm or less.
  • the length of the projection pattern 41 near the lighting device 50 in the second direction D2 is the minimum length Lb1 of the projection pattern 41 in the second direction D2.
  • the minimum length Lb1 of the projection pattern 41 in the second direction D2 is shorter than the maximum length Lc of the length over which the light incident on the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La over which the element diffractive optical element 56 intersects with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the minimum length Lb1 of the projection pattern 41 in the second direction D2 is, for example, 2.0 mm or more and 20 mm or less.
  • the length in the second direction D2 of the projection pattern 41 near the lighting device 50 is the length Lb2 in the second direction D2 of the projection pattern 41 at the first end E1, which is the end closer to the lighting device 50 in the first direction D1. That is, the length Lb2 in the second direction D2 of the projection pattern 41 at the end closer to the lighting device 50 in the first direction D1 is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length Lb2 in the second direction D2 of the projection pattern 41 at the first end E1, which is the end closer to the lighting device 50 in the first direction D1 is, for example, 2.0 mm or more and 40 mm or less.
  • the length in the second direction D2 of the projection pattern 41 at the second end E2, which is the end farthest from the lighting device 50 in the first direction D1, may be shorter than the maximum length Lc of the length over which the light incident on the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40, and longer than the length La over which the element diffractive optical element 56 intersects with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 near the lighting device 50 is the length Lb3 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the maximum illuminance position Pmax, which is the position where the illuminance is maximum.
  • the length Lb3 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the position where the illuminance is maximum is shorter than the maximum length Lc of the lengths over which the light incident on the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La over which the element diffractive optical element 56 intersects with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length Lb3 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the position where the illuminance is maximum is, for example, 2.0 mm or more and 30 mm or less.
  • the illumination system 30 is designed so that the diffraction characteristics of the diffractive optical element 55 and the diffraction characteristics of the element diffractive optical elements 56 satisfy the above-mentioned conditions. That is, the diffraction characteristics of the diffractive optical element 55 are determined so that the minimum length Lb1 of the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is shorter than the maximum length of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the diffraction characteristics of the element diffractive optical elements are determined so that the minimum length Lb1 of the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is longer than the maximum length La of the length of the multiple element diffractive optical elements 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the diffraction characteristics of the diffractive optical element 55 are determined so that the length Lb2 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the first end E1, which is the end closer to the illumination device 50 in the first direction D1, is shorter than the maximum length Lc of the length over which the light incident on the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the diffraction characteristics of the element diffractive optical element 56 are determined so that the length Lb2 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the first end E1, which is the end closer to the illumination device 50 in the first direction D1, is longer than the maximum length La of the length over which the multiple element diffractive optical elements 56 intersect with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the diffraction characteristics of the diffractive optical element 55 are determined so that the length Lb3 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the position where the illuminance is maximum is shorter than the maximum length Lc of the length over which the light incident on the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the diffraction characteristics of the element diffractive optical element 56 are determined so that the length Lb3 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the position where the illuminance is maximum is longer than the maximum length La of the length over which the multiple element diffractive optical elements 56 intersect with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the lighting device 50 projects a projection pattern 41 onto the projection surface 40.
  • the observer 5 can observe the projection pattern 41 projected onto the projection surface 40.
  • the projection pattern 41 may display various information.
  • the projection pattern 41 may indicate a planned work area to the observer 5 performing the work.
  • the observer 5, who is a worker can use the projection pattern 41 when drawing, for example, white or orange lines on roads, sidewalks, and parking lots.
  • the projection pattern 41 may display a direction such as an arrow.
  • the projection pattern 41 may display a travel route or an evacuation route.
  • a lighting device projects a projection pattern having a line shape extending in one direction
  • the width of the projection pattern By narrowing the width of the projection pattern, the light for projecting the projection pattern is concentrated in a narrow range.
  • the projection pattern is observed to be bright.
  • the projection pattern can be easily recognized even in the presence of a lot of ambient light such as sunlight.
  • the width of the projection pattern By narrowing the width of the projection pattern, the error in identifying the center of the line indicated by the projection pattern is reduced.
  • the line shape of the projection pattern can be easily and accurately recognized.
  • Conventional lighting devices have lenses such as cylindrical lenses and rod lenses.
  • Conventional lighting devices project a line-shaped projection pattern by focusing and diffusing light with a lens.
  • the light is focused with a lens.
  • the light focused by the lens is focused at a certain point, but diffuses as it moves away from that point. It is difficult to narrow the width of the entire projection pattern that extends a sufficient length in one direction.
  • high-intensity light enters the eye. This is not desirable for eye safety. If the intensity of the light emitted by the light source is reduced to prevent high-intensity light from entering the eye, the projection pattern becomes darker.
  • the line shape of the projection pattern becomes difficult to recognize.
  • the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 near the lighting device 50 is longer than the length of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is shorter than the maximum length of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40. More specifically, the minimum length Lb1 of the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length Lb2 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the end closer to the lighting device 50 in the first direction D1 is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length Lb3 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the position where the illuminance is maximum is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the light diffracted by each element diffractive optical element 56 spreads in the direction intersecting with the plane parallel to the projection surface 40, and the light diffracted by the entire diffractive optical element 55 narrows in the direction intersecting with the plane parallel to the projection surface 40.
  • each element diffractive optical element 56 diffuses light, even when observed at a close distance from the lighting device 50, high-intensity light is unlikely to enter the eye. Since the light diffracted by the entire diffractive optical element 55 is concentrated, the width of the projection pattern 41 can be narrowed. The length of the projection pattern 41 extending in the first direction D1 in the second direction D2 can be shortened while reducing the intensity of light at close range.
  • the light incident on the diffractive optical element 55 is wider in the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with the plane parallel to the projection surface 40 than in the third direction D3, and the light diffracted by the diffractive optical element 55 spreads in the third direction D3 than in the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with the plane parallel to the projection surface 40.
  • the light emitted from the lighting device 50 spreads in both the third direction D3 and the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with the plane parallel to the projection surface 40.
  • the light spreads in a planar shape.
  • the radiation intensity of the light emitted from the emission section 50a is reduced.
  • the intensity of light at close range can be reduced.
  • the length of the light incident on the diffractive optical element 55 in the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40 is 7 mm or more.
  • the length of the light emitted from the lighting device 50 is 7 mm or more. Even if the light from the lighting device 50 is observed at close range, the light spreads sufficiently, so the intensity of the light observed at close range can be reduced.
  • the size of the pupil of the human eye is specified as 7 mm in diameter in a dark place.
  • the radiation intensity of the light diffracted by the diffractive optical element 55 is stronger at positions away from the projection surface 40 than near the projection surface 40.
  • the light diffracted by the diffractive optical element 55 at positions away from the projection surface 40 in the third direction D3 affects the brightness of the projection pattern 41 at positions away from the lighting device 50 in the first direction D1. Since the radiation intensity of the light diffracted by the diffractive optical element 55 is stronger at positions away from the projection surface 40 than near the projection surface 40, the brightness of the projection pattern 41 in the first direction D1 can be made closer to uniform.
  • the illumination light observation system 10 includes an illumination system 30 and an observation assistance device 11.
  • the observation assistance device 11 includes an optical filter 15.
  • the observer 5 wears the observation assistance device 11 and can observe the projection pattern 41.
  • the observer 5 wearing the observation assistance device 11 observes the projection pattern 41 through the optical filter 15.
  • the optical filter 15 has a higher average transmittance at the wavelength of light projected by the illumination device 50 onto the projection surface 40 than the average transmittance at other wavelengths.
  • the observer 5 wearing the observation assistance device 11 can clearly observe the projection pattern 41 even if there is a lot of ambient light, such as sunlight.
  • the lighting system 30 of the first embodiment includes a projection surface 40 parallel to a first direction D1 and a second direction D2 perpendicular to the first direction D1, and a lighting device 50 that projects a projection pattern 41 extending in the first direction D1 onto the projection surface 40.
  • the lighting device 50 has a light source 51 and a diffractive optical element 55 that diffracts light from the light source 51 to form the projection pattern 41.
  • the diffractive optical element 55 includes a plurality of element diffractive optical elements 56 that each diffracts light from the light source 51.
  • the minimum length Lb1 of the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length Lb2 in the second direction D2 of the projection pattern 41 at the end closer to the illumination device 50 in the first direction D1 is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length Lb3 in the second direction D2 of the projection pattern 41 at the position where the illuminance is maximum is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the light diffracted by each element diffractive optical element 56 spreads in a direction intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and the light diffracted by the entire diffractive optical element 55 narrows in a direction intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • each element diffractive optical element 56 diffuses light, high-intensity light is unlikely to enter the eye even when observed at close range from the lighting device 50. Because the light diffracted by the entire diffractive optical element 55 is concentrated, the width of the projection pattern 41 can be narrowed. While reducing the light intensity at close range, the length of the projection pattern 41 extending in the first direction D1 in the second direction D2 can be shortened.
  • the observer 5 may observe the projection pattern 41 projected onto the projection surface 40 without wearing the observation assistance device 11.
  • the observer 5 may observe the projection pattern 41 projected onto the projection surface 40 without passing through the optical filter 15.
  • FIGS. 7 and 8 show a modified version of the lighting system 30 of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a top view of the lighting system 30 of the modified version.
  • FIG. 8 is a view of the diffractive optical element 55 in the emission section 50a of the modified version observed from the first direction D1.
  • the lighting device 50 projects the projection pattern 41 onto the projection surface 40 along the first direction D1.
  • the projection pattern 41 is projected onto the projection surface 40 from a direction tilted with respect to the first direction D1.
  • the projection pattern 41 can be appropriately projected onto the projection surface 40 even from a direction tilted with respect to the first direction D1.
  • the direction of the line where the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface does not coincide with the second direction D2.
  • the maximum length Lc of the length where the light incident on the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40 does not coincide with the length of the diffractive optical element 55 along the second direction D2.
  • the length La where the element diffractive optical element 56 intersects with a plane parallel to the projection surface does not coincide with the length of the element diffractive optical element 56 along the second direction D2.
  • the minimum length Lb1 of the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is shorter than the maximum length Lc of the length over which the light incident on the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La over which the element diffractive optical element 56 intersects with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length Lb2 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the end closer to the lighting device 50 in the first direction D1 is shorter than the maximum length Lc of the length over which the light incident on the diffractive optical element 55 intersects with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La over which the element diffractive optical element 56 intersects with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the length Lb3 of the projection pattern 41 in the second direction D2 at the position where the illuminance is maximum is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the diffractive optical element 55 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40, and is longer than the length La of the element diffractive optical element 56 intersecting with a plane parallel to the projection surface 40.
  • Second Embodiment Fig. 9 is a side view showing an illumination light imaging system according to the second embodiment.
  • the illumination light imaging system 20 according to the second embodiment includes an illumination system 30 and an imaging device 21.
  • the illumination system 30 has a similar configuration to the illumination system 30 according to the first embodiment described above.
  • the imaging device 21 captures the projection pattern 41 by the lighting system 30.
  • the observer 5 can observe the projection pattern 41 from the image captured by the imaging device 21.
  • the imaging device 21 includes an imaging element 23 and an optical filter 25.
  • the optical filter 25 has the same configuration as the optical filter 15 of the first embodiment described above.
  • the imaging device 21 captures the light incident on the imaging element 23.
  • the imaging device 21 is configured so that the light transmitted through the optical filter 25 is incident on the imaging element 23.
  • the imaging device 21 captures the light transmitted through the optical filter 25.
  • the observer 5 can observe the projection pattern 41 from the image captured of the light transmitted through the optical filter 25.
  • the observer 5 can clearly observe the projection pattern 41 even if there is a lot of ambient light, such as sunlight.
  • the imaging device 21 does not need to include the optical filter 25.
  • the observer 5 may observe the projection pattern 41 through an image captured without passing through the optical filter 25.
  • the illumination light imaging system 20 may further include a display device 27.
  • the display device 27 is connected to the imaging device 21.
  • the display device 27 displays an image captured by the imaging device 21.
  • the observer 5 may observe the image of the projection pattern 41 displayed on the display device 27.
  • FIG. 10 shows an example of an image displayed on the display device 27.
  • the display device 27 displays a portion of the projection pattern 41.
  • a portion of the projection pattern 41 extending in the first direction D1 is difficult to observe due to ambient light, etc.
  • an image processing device By processing the image captured by the imaging device 21 with an image processing device (not shown), it is possible to predict and compensate for the unobserved portion of the projection pattern 41 from the observed portion of the projection pattern 41.
  • the display device 27 may display an image in which the unobserved portion of the projection pattern 41 has been compensated for.
  • the imaging device 21 and the display device 27 may be movable.
  • the imaging device 21 and the display device 27 may be applied to a moving object such as a vehicle, a ship, an airplane, or a train.
  • Third Embodiment 11 is a perspective view showing the lighting device 50 of the third embodiment.
  • the lighting device 50 of the third embodiment can be replaced with the lighting device 50 of the first embodiment and the second embodiment.
  • the lighting system 30 of the first embodiment and the second embodiment may include the lighting device 50 of the third embodiment instead of the lighting device 50 of each embodiment.
  • the projection pattern 41 projected onto the projection surface 40 has a line shape with the first direction D1 as the longitudinal direction.
  • the length of the projection pattern 41 in the first direction D1 is, for example, 0.1 m or more and 100 m or less.
  • the lighting device 50 of the third embodiment has a light source 51, a shaping optical system 53, and an optical element 57.
  • the light source 51 and the shaping optical system 53 have the same configuration as the light source 51 and the shaping optical system 53 of the first embodiment described above.
  • the optical element 57 acts on the light from the light source 51.
  • the optical element 57 includes a first lens 58 and a second lens 59. In the lighting device 50, the light shaped by the shaping optical system 53 passes through the first lens 58 and the second lens 59 and is emitted from the emission section 50a.
  • the first lens 58 focuses the light incident in the second direction D2.
  • the first lens 58 is, for example, a convex lens that is curved in the second direction D2.
  • the focal length of the first lens 58 is longer than the length of the projection pattern 41 in the first direction D1.
  • the second lens 59 diffuses the light incident in the third direction D3.
  • the second lens 59 is, for example, a concave lens that is curved in the third direction D3.
  • the light that passes through the second lens spreads in the third direction D3, forming a projection pattern 41 that extends in the first direction D1.
  • FIG. 12 is a view of the optical element 57 at the emission section 50a, observed from the first direction D1.
  • the shaded area in FIG. 12 indicates the portion of the optical element 57 where light is incident.
  • the first lens 58 narrows the light passing through the optical element 57 in the second direction D2 over almost the entire projection pattern 41.
  • the minimum length Lb1 of the projection pattern in the second direction D2 is shorter than the maximum length of the length where the light incident on the optical element 57 intersects with a plane parallel to the projection surface 40, or the maximum length Lc of the length in the second direction D2 in the illustrated example.
  • the lighting system 30 is designed so that the optical characteristics of the optical element 57 satisfy the above-mentioned conditions.
  • the optical characteristics of the optical element 57 are determined so that the minimum length Lb1 of the length of the projection pattern 41 in the second direction D2 is shorter than the maximum length Lc of the length of the light incident on the optical element 57 that intersects with a plane parallel to the projection surface 40.
  • the first lens 58 focuses the light incident in the second direction D2, making it possible to narrow the width of the projection pattern 41. While reducing the light intensity at close range, the length of the projection pattern 41 extending in the first direction D1 in the second direction D2 can be shortened.
  • Reference Signs List 5 Observer 10 Illumination light observation system 11 Observation assistant device 15 Optical filter 20 Illumination light imaging system 21 Imaging device 25 Optical filter 30 Illumination system 40 Projection surface 41 Projection pattern 50 Illumination device 51 Light source 53 Shaping optical system 55 Diffractive optical element 56 Element diffractive optical element 57 Optical element 58 First lens 59 Second lens

Landscapes

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Abstract

照明システム（３０）は、投影面（４０）と、照明装置（５０）と、を備える。投影面（４０）は、第１方向（Ｄ１）及び第１方向（Ｄ１）に直交する第２方向（Ｄ２）に平行である。照明装置（５０）は、投影面（４０）に第１方向（Ｄ１）に延びる投影パターン（４１）を投影する。照明装置（５０）は、光源（５１）と、光源（５１）からの光を回折して投影パターン（４１）を形成する回折光学素子（５５）と、を有する。回折光学素子（５５）は、各々が光源（５１）からの光を回折する複数の要素回折光学素子（５６）を含む。投影パターン（４１）の第２方向（Ｄ２）における長さのうち最小の長さ（Ｌｂ１）は、回折光学素子（５５）に入射する光が投影面（４０）に平行な面と交差する長さのうち最大の長さ（Ｌｃ）より短く、且つ、要素回折光学素子（５６）が投影面（４０）に平行な面と交差する長さのうち最大の長さ（Ｌａ）より長い。

Description

照明システム、照明光観察システム、照明光撮像システム、照明装置、照明システムの設計方法
　本開示は、照明システム、照明システムを有する照明光観察システム、照明システムを有する照明光撮像システム、照明装置及び照明システムの設計方法に関する。
　特開２０１５－１６２４２４号公報に記載されているような、路面等の投影面に投影パターンを投影する照明装置が知られている。例えば路面での作業のために、一方向に延びるライン形状を有する投影パターンが照明装置によって投影される。
　一方向に延びる投影パターンの幅を狭くすることが求められている。投影パターンの幅を狭くすると、投影パターンを投影するための光を狭い範囲に集めることになる。投影パターンが明るく観察される。環境光が多くても、投影パターンを容易に認識できる。投影パターンの幅を狭くすることで、投影パターンが示す線の中心を特定する際の誤差が小さくなる。投影パターンの幅を狭くすることで、投影パターンが有するライン形状を容易且つ精度よく認識できる。
　照明装置から至近距離で投影される光が観察されることがある。投影パターンを投影するための光を狭い範囲に集めると、照明装置から至近距離で投影される光を観察した際に、高強度の光が目に入ることになる。目の安全のためには好ましくない。本開示は、至近距離での光の強度を低減しながら、一方向に延びる投影パターンの幅を狭くすることを目的とする。
　本開示の照明システムは、
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い。
　本開示によれば、至近距離での光の強度を低減しながら、一方向に延びる投影パターンの幅を狭くできる。
図１は、第１の実施の形態の照明光観察システムの一例を示す斜視図である。 図２は、観察補助装置を装着した観察者を示す斜視図である。 図３は、第１の実施の形態の照明システムの一例を示す上面図である。 図４は、第１の実施の形態の照明装置の一例を示す斜視図である。 図５は、第１の実施の形態の回折光学素子を第１方向から観察した図である。 図６は、第１の実施の形態の照明装置の一例を示す側面図である。 図７は、第１の実施の形態の照明システムの一変形例を示す上面図である。 図８は、図７に示した照明システムの回折光学素子を第１方向から観察した図である。 図９は、第２の実施の形態の照明光撮像システムの一例を示す側面図である。 図１０は、図９に示した照明光撮像システムの表示装置を示す平面図である。 図１１は、第３の実施の形態の照明装置の一例を示す斜視図である。 図１２は、第３の実施の形態の光学素子を第１方向から観察した図である。
　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。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ため、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いる場合がある。
　本明細書において用いる、形状や幾何学的条件なら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される。
　本開示の各実施の形態及び変形例は、以下の［１］乃至［１８］に関する。
［１］
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明システム。
［２］
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
　前記第１方向において前記照明装置に近い方の端部での前記第２方向における前記投影パターンの長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明システム。
［３］
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
　照度が最大となる位置での前記第２方向における前記投影パターンの長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明システム。
［４］
　前記回折光学素子に入射する光は、前記投影面に非平行な第３方向より、前記回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する線の方向に広く、
　前記回折光学素子で回折された光は、前記回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する線の方向より、前記第３方向に広がる、［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の照明システム。
［５］
　前記回折光学素子に入射する光の前記回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する線の方向における長さは、７ｍｍ以上である、［１］乃至［４］のいずれか一項に記載の照明システム。
［６］
　前記投影面に非平行な第３方向において、前記回折光学素子で回折された光の放射強度は、前記投影面の近くより前記投影面から離れた位置で強い、［１］乃至［５］のいずれか一項に記載の照明システム。
［７］
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光に作用して前記投影パターンを形成する光学素子と、を有し、
　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短い、照明システム。
［８］
　［１］乃至［７］のいずれか一項に記載の照明システムと、
前記照明装置が前記投影面に投影する光の波長での平均透過率が他の波長での平均透過率より高い光学フィルタを有する、照明光観察システム。
［９］
　［１］乃至［７］のいずれか一項に記載の照明システムと、
　前記投影パターンを撮像する撮像装置と、を備える、照明光撮像システム。
［１０］
　前記撮像装置は、前記照明装置が前記投影面に投影する光の波長での平均透過率が他の波長での平均透過率より高い光学フィルタを有する、［９］に記載の照明光撮像システム。
［１１］
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置であって、
　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明装置。
［１２］
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置であって、
　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
　前記第１方向において前記照明装置に近い方の端部での前記第２方向における前記投影パターンの長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明装置。
［１３］
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置であって、
　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
　照度が最大となる位置での前記第２方向における前記投影パターンの長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明装置。
［１４］
　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置であって、
　光源と、前記光源からの光に作用して前記投影パターンを形成する光学素子と、を有し、
　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短い、照明装置。
［１５］
　回折光学素子を含む照明装置によって第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明システムの設計方法であって、
　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さが前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、前記回折光学素子の回折特性を決定する工程と、
　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さが前記回折光学素子が含む複数の要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長くなるように、前記要素回折光学素子の回折特性を決定する工程と、を含む、照明システムの設計方法。
［１６］
　回折光学素子を含む照明装置によって第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明システムの設計方法であって、
　前記第１方向において前記照明装置に近い方の端部での前記第２方向における前記投影パターンの長さが前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、前記回折光学素子の回折特性を決定する工程と、
　前記第１方向において前記照明装置に近い方の端部での前記第２方向における前記投影パターンの長さが前記回折光学素子が含む複数の要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長くなるように、前記要素回折光学素子の回折特性を決定する工程と、を含む、照明システムの設計方法。
［１７］
　回折光学素子を含む照明装置によって第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明システムの設計方法であって、
　照度が最大となる位置での前記第２方向における前記投影パターンの長さが前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、前記回折光学素子の回折特性を決定する工程と、
　照度が最大となる位置での前記第２方向における前記投影パターンの長さが前記回折光学素子が含む複数の要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長くなるように、前記要素回折光学素子の回折特性を決定する工程と、を含む、照明システムの設計方法。
［１８］
　光学素子を含む照明装置によって第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明システムの設計方法であって、
　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さが前記光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、前記光学素子の光学特性を決定する工程を含む、照明システムの設計方法。
＜第１の実施の形態＞
　図１は、第１の実施の形態の照明光観察システムを示す斜視図である。図１に示されているように、第１の実施の形態の照明光観察システム１０は、照明システム３０と、観察補助装置１１と、を含んでいる。照明システム３０は、投影面４０と、照明装置５０と、を含んでいる。照明装置５０は、光を出射して、投影面４０に投影パターン４１を投影する。観察者５は、投影面４０に投影された投影パターン４１を観察できる。観察者５は、観察補助装置１１を装着している。
　観察補助装置１１は、装着具１３と、光学フィルタ１５と、を含んでいる。装着具１３は、観察者５が容易に観察補助装置１１を装着することを可能にする。装着具１３は、光学フィルタ１５を保持していてもよい。観察者５が観察補助装置１１を装着した状態において、光学フィルタ１５は、観察者５の目に対面する。観察補助装置１１を装着した観察者５は、光学フィルタ１５を介して投影パターン４１を観察する。
　図１に示された例では、装着具１３は、眼鏡である。図示された例に限らず、装着具１３は、光学フィルタ１５を観察者の目に対面するように配置できれば、任意の形態であってもよい。例えば、装着具１３は、ゴーグルであってもよいし、コンタクトレンズであってもよい。
　光学フィルタ１５は、特定の波長域の平均透過率が他の波長域の平均透過率よりも高くなっている。照明光観察システム１０において、光学フィルタ１５は、照明装置５０が投影面４０に投影する光の波長での平均透過率が他の波長での平均透過率よりも高くなっている。照明装置５０が投影面４０に投影する光の波長での光学フィルタ１５の平均透過率は、５０％以上でもよく、７０％以上でもよく、８０％以上でもよい。照明装置５０が投影面４０に投影する光の波長での光学フィルタ１５の平均透過率は、１００％以下でもよく、９０％以下でもよい。照明装置５０が投影面４０に投影する光の波長以外の波長での光学フィルタ１５の平均透過率は、１％以下でもよく、０．１％以下でもよく、０．０１％以下でもよい。光学フィルタ１５は、照明装置５０が投影面４０に投影する光を選択的に透過させる。
　透過率は、ＪＩＳ　Ｋ　０１１５に準拠した分光光度計（島津製作所製「紫外可視赤外分光光度計ＵＶ－３１００ＰＣ」）を用いて、入射角０°で測定した、全光線透過率を意味する。平均透過率は、可視光波長域において１ｎｍ毎に測定された透過率の平均値とする。可視光の波長域は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下である。
　照明装置５０が投影する光を光学フィルタ１５が選択的に透過できるよう、照明装置５０が投影する光の波長域は十分に狭いことが好ましい。照明装置５０が投影する光は、コヒーレント光でもよい。
　投影面４０は、照明装置５０から投影される投影パターン４１を観察者５が観察できるように表示する表示面である。投影面４０は、照明装置５０から離れている。投影面４０は、投影パターン４１が適切に表示するよう、平坦面であることが好ましい。図１に示されているように、投影面４０は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に平行な面である。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に直交している。投影面４０は、例えば路面、歩道、運動場、公園等の地面、海面等の水面、学校、会社、ビル、工場、集会場、講堂、体育館、競技場、会場等の建物の外壁面、内壁面、通路、床、天井の一部であってもよい。
　投影パターン４１は、投影面４０に投影されることで観察者５に観察される。投影パターン４１は、観察者５に観察可能なよう、可視光の波長域の光を含んでいる。投影パターン４１は、第１方向Ｄ１に延びている。図３は、照明装置５０から投影面４０に投影された投影パターン４１を示す上面図である。図３に示されているように、投影パターン４１は、第１方向Ｄ１を長手方向とするライン形状を有している。投影パターン４１は、第１方向Ｄ１の長さが第２方向Ｄ２の長さのうち最大の長さより長くなっている。例えば、第１方向Ｄ１における投影パターン４１の長さは、第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さのうち最大の長さの５０倍以上である。第１方向Ｄ１における投影パターン４１の長さは、例えば１ｍ以上２００ｍ以下である。第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さは、例えば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
　第１方向Ｄ１における投影パターン４１の長さは、以下のように定める。投影パターン４１において照度が最大となる最大照度位置Ｐｍａｘを決める。最大照度位置Ｐｍａｘから第１方向Ｄ１に沿って照明装置５０に近づいて、投影パターン４１の照度が当該最大の照度の２％となる位置を第１端部Ｅ１と決める。照度が最大の照度の２％となる位置においては、照度が低すぎて投影パターン４１は観察されない。照度が最大の照度の２％以上となる部分が、投影パターン４１として観察される。第１端部Ｅ１は、第１方向Ｄ１において投影パターン４１の照明装置５０に近い方の端部である。最大照度位置Ｐｍａｘから第１方向Ｄ１に沿って照明装置５０から遠ざかって、投影パターン４１の照度が当該最大の照度の２％となる位置を第２端部Ｅ２と決める。第２端部Ｅ２は、第１方向Ｄ１において投影パターン４１の照明装置５０から遠い方の端部である。第１端部Ｅ１と第２端部Ｅ２との間の長さが、第１方向Ｄ１における投影パターン４１の長さである。投影パターン４１は、第１方向Ｄ１において第１端部Ｅ１と第２端部Ｅ２との間を延びている。
　第１方向Ｄ１に沿った各位置において、第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さを定めることができる。第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さは、以下のように定める。第２方向Ｄ２に沿って投影パターン４１の照度が最大となる第２方向最大照度位置を決める。第２方向最大照度位置から第２方向Ｄ２に沿って投影パターン４１の照度が当該最大の照度の1/e2となる２つの端部を決める。２つの端部の間の長さが、第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さである。第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さは、投影パターン４１の幅である。
　ｅは、ネイピア数である。
　照度は、ＪＩＳ　Ｃ　１６０９－１：２００６に準拠して、照度計（コニカミノルタ製「分光放射照度計ＣＬ－５００Ａ」）を用いて測定された値とする。
　照明装置５０は、出射部５０ａから出射する光によって、投影面４０に投影パターン４１を投影する。図１に示されている例では、照明装置５０は、三脚によって固定されている。照明装置５０は、移動可能であってもよい。照明装置５０は、車両や船舶、飛行機、列車などの移動体に適用されてもよい。
　図４は、照明装置５０の構成の一例を示す斜視図である。図４に示されているように、照明装置５０は、光源５１と、整形光学系５３と、回折光学素子５５と、を含んでいる。照明装置５０は、光源５１、整形光学系５３及び回折光学素子５５を収容する筐体をさらに含んでいてもよい。
　光源５１は、例えば波長及び位相が揃った光であるコヒーレント光を放出する。コヒーレント光は直進性に優れる。照明装置５０が遠方の投影面４０に投影パターン４１を投影する場合、光源５１がコヒーレント光を放出することは好適である。コヒーレント光を出射する光源５１は、レーザー光を発振するレーザー光源であってもよい。光源５１は、半導体レーザー光源であってもよい。図４に示されている例では、光源５１は、単一のコヒーレント光源を含んでいる。光源５１から発振されるコヒーレント光の波長に対応した色のコヒーレント光が、照明装置５０から投影面４０に投影される。図示された例に限らず、光源５１は、複数のコヒーレント光源を有してもよい。例えば、光源５１は、赤、緑、青の波長のコヒーレント光を発振してもよい。
　整形光学系５３は、光源５１が放出した光を整形する。整形光学系５３は、光源５１からの光の光軸に直交する断面での形状や、光の立体的な形状を整形する。整形光学系５３は、光の光軸に直交する断面での光の断面積を拡大させてもよい。図４に示された例において、整形光学系５３は、光源５１が放出した光を拡幅した平行光に整形する。整形光学系５３は、コリメート光学系として機能する。図４に示された例では、整形光学系５３は、光路に沿って配置された第１整形レンズ５３ａ及び第２整形レンズ５３ｂを有している。第１整形レンズ５３ａは、光源５１が放出した光を発散光に整形する。第２整形レンズ５３ｂは、第１整形レンズ５３ａで生成された発散光を平行光に整形する。第２整形レンズ５３ｂは、コリメートレンズとして機能する。整形光学系５３で整形された光は、回折光学素子５５に入射する。
　回折光学素子５５は、整形光学系５３を通過した光を回折させて、投影パターン４１を形成する。回折光学素子５５で回折された光が、投影面４０に投影される。投影パターン４１は、回折光学素子５５の回折パターンに応じた形状となる。所望の投影パターン４１が投影されるように、回折光学素子５５は設計されている。
　図４に示されているように、回折光学素子５５は、複数の要素回折光学素子５６を含んでいる。要素回折光学素子５６は、微小な薄板状の部材である。複数の要素回折光学素子５６は、回折光学素子５５において同一平面上に隙間をあけることなく二次元配列されている。要素回折光学素子５６は、光を回折させる。要素回折光学素子５６で回折された光は、出射部５０ａから出射する。複数の要素回折光学素子５６は、それぞれで整形光学系５３からの光を回折させる。それぞれの要素回折光学素子５６で回折された光が投影面４０に投影されることで、投影パターン４１が形成される。各要素回折光学素子５６で回折された光は、投影パターン４１の全体を形成してもよいし、一部ずつを形成してもよい。回折光学素子５５が回折する光は、要素回折光学素子５６によって分散して出射部５０ａから出射する。回折光学素子５５の各位置が明るくなり過ぎることが抑制され、レーザー安全性を向上できる。
　要素回折光学素子５６は、例えばホログラム素子である。要素回折光学素子５６がホログラム素子であると、要素回折光学素子５６の回折特性を容易に設計できる。
　要素回折光学素子５６は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）として作製され得る。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計算することによって作製される。要素回折光学素子５６が計算機合成ホログラムであると、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にできる。照明装置５０は、当該照明装置５０に対して予め定めた位置に、予め定めた輪郭形状、大きさ及び向きで投影面４０に投影パターン４１を投影することが想定されている。投影面４０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、投影面４０に回折光を投影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によって、計算機合成ホログラムとしての要素回折光学素子５６を、簡易な手順にて低コストで作製できる。
　要素回折光学素子５６の設計には、例えば反復フーリエ変換法を用いてもよい。反復フーリエ変換法を用いた場合、投影面４０が要素回折光学素子５６から遠方にあることを前提として処理し、投影面４０に投影される投影パターン４１をフラウンホーファ回折像としてもよい。この場合、投影面４０は、要素回折光学素子５６の回折面と非平行であってもよい。
　図５は、出射部５０ａにおける回折光学素子５５を第１方向Ｄ１から観察した図である。図５の斜線部は、回折光学素子５５において光が入射する部分を示している。図５に示されているように、回折光学素子５５に入射する光は、第３方向Ｄ３より、回折光学素子５５が投影面に平行な面と交差する線の方向に広くなっている。図５に示されている例では、回折光学素子５５が投影面に平行な面と交差する線の方向は、第２方向Ｄ２と一致する。第３方向Ｄ３は、投影面４０に非平行な方向である。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に非平行な方向である。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１に傾斜し且つ第２方向Ｄ２に直交する方向であってもよい。図５に示されている例では、回折光学素子５５に入射する光は、第３方向Ｄ３より第２方向Ｄ２に広がった楕円形状となっている。回折光学素子５５に入射する光の回折光学素子５５が投影面に平行な面と交差する線の方向における長さは、７ｍｍ以上である。
　図６は、回折光学素子５５で回折されて出射部５０ａから出射する光を示す側面図である。図６に示されているように、回折光学素子５５で回折された光は、第３方向Ｄ３に大きく広がる。これにより、第１方向Ｄ１に延びる投影パターン４１が投影される。回折光学素子５５で回折された光は、回折光学素子５５が投影面４０に平行な面と交差する線の方向、図示された例では第２方向Ｄ２にはほとんど広がらない。回折光学素子５５で回折された光は、回折光学素子５５が投影面４０に平行な面と交差する線の方向より、第３方向Ｄ３に広がる。これにより、第１方向Ｄ１の長さが第２方向Ｄ２の長さのうち最大の長さより長くなっている投影パターン４１が投影される。
　第３方向Ｄ３において、回折光学素子５５で回折された光の放射強度は、投影面４０の近くより投影面４０から離れた位置で強くなっている。図５及び図６に示した例において、回折光学素子５５の投影面４０の近くの位置Ｐｘにおける回折光学素子５５で回折された光の放射強度より、回折光学素子５５の投影面４０から離れた位置Ｐｙにおける回折光学素子５５で回折された光の放射強度が強い。
　光の放射強度とは、単位立体角に含まれる光のエネルギーを意味している。光の放射強度は、ＪＩＳ　Ｚ　８０００－７：２０１４で定義される値である。放射強度は、十分光源から離れた位置で放射照度を測定し、光源からの距離と測定された放射照度から算出される。具体的には、光源からｄ［ｍ］離れた距離に放射照度計を光源に正対するように設置し、そのときの測定される放射照度の値をＥ［Ｗ／ｍ２］とすると、放射強度Ｉ［Ｗ／ｓｒ］は、Ｉ＝Ｅ×ｄ２と算出される。放射強度を算出するための放射照度は、ＪＩＳ　Ｃ　１６０９－１：２００６に準拠して、照度計（コニカミノルタ製「分光放射照度計ＣＬ－５００Ａ」）を用いて測定された値とする。
　照明装置５０は、投影面４０に対して所定の向きとなっていることで、所定の投影パターン４１を投影できる。所定の投影パターン４１を投影できる投影面４０に対する向きが容易に認識できるよう、照明装置５０には、アラインメントマークが設けられていてもよい。アラインメントマークは、例えば照明装置５０の筐体に設けられた絵柄や凹凸である。
　要素回折光学素子５６で回折された光は、出射部５０ａから出射されると、第２方向Ｄ２に広がる。要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さ、図示されている例では第２方向Ｄ２における長さＬａより、照明装置５０の近くの投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さは、長くなっている。要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａは、例えば０．３ｍｍ以上６．０ｍｍ以下である。
　第１の実施の形態では、回折光学素子５５の全体で回折された光が投影パターン４１において第２方向Ｄ２に狭まるように、各要素回折光学素子５６で光を回折する。言い換えると、回折光学素子５５で回折された光は、第２方向Ｄ２の中で集光する。各要素回折光学素子の回折特性が全て同じ特性に設計されている場合、回折される光は、投影面４０上で同じ位置に重ならない、そのため投影パターン４１は、そのパターンの端部で徐々に放射強度が低下していき、視認した際のコントラストが悪くなり、視認時にパターンの認識がされにくくなる。要素回折光学素子５６の回折特性を適切に設計することで、回折光学素子５５の全体で回折された光が投影パターン４１において第２方向Ｄ２の中で狭めることができる。回折光学素子５５が複数の要素回折光学素子５６を含むことにより、回折光学素子５５で回折された光を第２方向Ｄ２の中で集光させることができる。回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さ、図示されている例では第２方向における長さのうち最大の長さＬｃより、照明装置５０の近くの投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さは、短くなっている。回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃは、例えば４．０ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。
　照明装置５０の近くの投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さとは、投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さのうち最小の長さＬｂ１である。すなわち、投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さのうち最小の長さＬｂ１は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さのうち最小の長さＬｂ１は、例えば２．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
　あるいは、照明装置５０の近くの投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さとは、第１方向Ｄ１において照明装置５０に近い方の端部である第１端部Ｅ１における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ２である。すなわち、第１方向Ｄ１において照明装置５０に近い方の端部における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ２は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。第１方向Ｄ１において照明装置５０に近い方の端部である第１端部Ｅ１における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ２は、例えば２．０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。
　第１方向Ｄ１において照明装置５０に遠い方の端部である第２端部Ｅ２における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さが、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長くてもよい。
　あるいは、照明装置５０の近くの投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さとは、照度が最大となる位置である最大照度位置Ｐｍａｘにおける投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ３である。すなわち、照度が最大となる位置における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ３は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。照度が最大となる位置における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ３は、例えば２．０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
　照明システム３０は、回折光学素子５５の回折特性及び要素回折光学素子５６の回折特性が上述した条件を満たすように設計される。すなわち、第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さのうち最小の長さＬｂ１が回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、回折光学素子５５の回折特性は決定される。第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さのうち最小の長さＬｂ１が複数の要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬａより長くなるように、要素回折光学素子の回折特性は決定される。
　あるいは、第１方向Ｄ１において照明装置５０に近い方の端部である第１端部Ｅ１での第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さＬｂ２が回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短くなるように、回折光学素子５５の回折特性は決定される。第１方向Ｄ１において照明装置５０に近い方の端部である第１端部Ｅ１での第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さＬｂ２が複数の要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬａより長くなるように、要素回折光学素子５６の回折特性が決定される。
　あるいは、照度が最大となる位置での第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さＬｂ３が回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短くなるように、回折光学素子５５の回折特性が決定される。照度が最大となる位置での第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さＬｂ３が複数の要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬａより長くなるように、要素回折光学素子５６の回折特性が決定される。
　照明光観察システム１０及び照明システム３０の作用について説明する。
　図１等に示されているように、照明装置５０は、投影面４０に投影パターン４１を投影する。観察者５は、投影面４０に投影された投影パターン４１を観察できる。投影パターン４１は、種々の情報を表示してもよい。例えば、投影パターン４１は、作業を実施する観察者５に作業予定領域を示してもよい。観察者５である作業者は、例えば道路、歩道、駐車場における白色の線や橙色の線を引く際に、投影パターン４１を利用できる。この例に限られず、投影パターン４１は、矢印等の方向を表示してもよい。この例によれば、投影パターン４１は、移動経路や避難経路を表示してしてもよい。
　照明装置が一方向に延びるライン形状を有する投影パターンを投影する場合、投影パターンの幅を狭くすることが求められている。投影パターンの幅を狭くすると、投影パターンを投影するための光を狭い範囲に集めることになる。投影パターンが明るく観察される。太陽光等の環境光が多くても、投影パターンを容易に認識できる。投影パターンの幅を狭くすることで、投影パターンが示す線の中心を特定する際の誤差が小さくなる。投影パターンの幅を狭くすることで、投影パターンが有するライン形状を容易且つ精度よく認識できる。
　従来の照明装置は、シリンドリカルレンズやロッドレンズ等のレンズを有している。従来の照明装置は、レンズによって光を集光及び拡散することで、ライン形状を有する投影パターンを投影している。従来の照明装置が投影する投影パターンの幅を狭くするためには、レンズによって光を集光させることになる。レンズによって集光した光は、ある点には集光するが、当該点から遠ざかると拡散する。一方向に十分な長さで延びる投影パターンの全体において幅を狭くすることは困難である。レンズによって集光した光を照明装置から至近距離で観察した際に、高強度の光が目に入ることになる。目の安全のためには好ましくない。高強度の光が目に入ることを抑制するために光源が放出する光の強さを低くすると、投影パターンが暗くなる。投影パターンが有するライン形状を認識しにくくなる。
　第１の実施の形態では、照明装置５０の近くの投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さは、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さより長く、且つ、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短い。より詳しくは、投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さのうち最小の長さＬｂ１は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。あるいは、第１方向Ｄ１において照明装置５０に近い方の端部における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ２は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。あるいは、照度が最大となる位置における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ３は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。投影パターン４１において、各要素回折光学素子５６で回折された光は投影面４０に平行な面と交差する方向に広がり、回折光学素子５５の全体で回折された光は投影面４０に平行な面と交差する方向に狭まる。各要素回折光学素子５６では光を拡散しているため、照明装置５０から至近距離で観察しても、高強度の光が目に入りにくい。回折光学素子５５の全体で回折された光は集光しているため、投影パターン４１の幅を狭くできる。至近距離での光の強度を低減しながら、第１方向Ｄ１に延びる投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さを短くできる。
　回折光学素子５５に入射する光は第３方向Ｄ３より回折光学素子５５が投影面４０に平行な面と交差する線の方向に広く、回折光学素子５５で回折された光は回折光学素子５５が投影面４０に平行な面と交差する線の方向より第３方向Ｄ３に広がる。照明装置５０から出射する光は、第３方向Ｄ３及び回折光学素子５５が投影面４０に平行な面と交差する線の方向の両方に広がる。光が面状に広がることになる。出射部５０ａから出射する光の放射強度を小さくなる。至近距離での光の強度を低減できる。
　回折光学素子５５に入射する光の回折光学素子５５が投影面４０に平行な面と交差する線の方向における長さは、７ｍｍ以上である。回折光学素子５５が投影面４０に平行な面と交差する線の方向において、照明装置５０から出射する光の長さは７ｍｍ以上となる。至近距離で照明装置５０からの光が観察されても、光が十分に広がるため、至近距離で観察される光の強度を低減できる。人の目の瞳孔の大きさは、ＩＥＣ６０８２５－１：２０１４によると、暗所で７ｍｍ径と規定されている。照明装置から出射する光の長さが７ｍｍ以上に広がっていることで、至近距離で照明装置５０からの光が観察されても、目へのダメージを低減できる。
　第３方向Ｄ３において、回折光学素子５５で回折された光の放射強度は、投影面４０の近くより投影面４０から離れた位置で強い。回折光学素子５５で回折された光のうち第３方向Ｄ３において投影面４０から離れた位置での光は、第１方向Ｄ１において照明装置５０から離れた位置での投影パターン４１の明るさに影響する。回折光学素子５５で回折された光の放射強度が投影面４０の近くより投影面４０から離れた位置で強いことで、第１方向Ｄ１における投影パターン４１の明るさを均一に近付けることができる。
　照明光観察システム１０は、照明システム３０と、観察補助装置１１と、を有している。観察補助装置１１は、光学フィルタ１５を含む。観察者５は、観察補助装置１１を装着して、投影パターン４１を観察できる。観察補助装置１１を装着した観察者５は、光学フィルタ１５を介して、投影パターン４１を観察する。光学フィルタ１５は、照明装置５０が投影面４０に投影する光の波長での平均透過率が他の波長での平均透過率よりも高くなっている。光学フィルタ１５を介して投影パターン４１を観察することで、観察される投影パターン４１の明るさを維持しながら、環境光の明るさを抑制できる。観察補助装置１１を装着した観察者５は、例えば太陽光等の環境光が多くても、投影パターン４１を明瞭に観察できる。
　第１の実施の形態の照明システム３０は、第１方向Ｄ１及び第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に平行な投影面４０と、投影面４０に第１方向Ｄ１に延びる投影パターン４１を投影する照明装置５０と、を備える。照明装置５０は、光源５１と、光源５１からの光を回折して投影パターン４１を形成する回折光学素子５５と、を有する。回折光学素子５５は、各々が光源５１からの光を回折する複数の要素回折光学素子５６を含む。投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さのうち最小の長さＬｂ１は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。あるいは、第１方向Ｄ１において照明装置５０に近い方の端部における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ２は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。あるいは、照度が最大となる位置における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ３は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。投影パターン４１において、各要素回折光学素子５６で回折された光は投影面４０に平行な面と交差する方向に広がり、回折光学素子５５の全体で回折された光は投影面４０に平行な面と交差する方向に狭まる。各要素回折光学素子５６では光を拡散しているため、照明装置５０から至近距離で観察しても、高強度の光が目に入りにくい。回折光学素子５５の全体で回折された光は集光しているため、投影パターン４１の幅を狭くできる。至近距離での光の強度を低減しながら、第１方向Ｄ１に延びる投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さを短くできる。
　上述した実施の形態に対して、様々な変更を加えることができる。
　観察者５は、観察補助装置１１を装着せずに、投影面４０に投影された投影パターン４１を観察してもよい。観察者５は、光学フィルタ１５を介さずに、投影面４０に投影された投影パターン４１を観察してもよい。
　図７及び図８には、第１の実施の形態の照明システム３０の一変形例が示されている。図７は、一変形例の照明システム３０の上面図である。図８は、一変形例の出射部５０ａにおける回折光学素子５５を第１方向Ｄ１から観察した図である。上述した第１の実施の形態では、照明装置５０は、第１方向Ｄ１に沿って投影面４０に投影パターン４１を投影している。図７に示された一変形例では、第１方向Ｄ１に対して傾斜した方向から投影面４０に投影パターン４１を投影している。回折光学素子５５の回折特性を適切に設計することで、第１方向Ｄ１に対して傾斜した方向からでも、投影面４０に投影パターン４１を適切に投影できる。
　この変形例において、図８に示されているように、回折光学素子５５が投影面に平行な面と交差する線の方向は、第２方向Ｄ２と一致しない。回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃは、回折光学素子５５の第２方向Ｄ２に沿った長さと一致しない。要素回折光学素子５６が投影面に平行な面と交差する長さＬａは、要素回折光学素子５６の第２方向Ｄ２に沿った長さと一致しない。
　この変形例においても、上述した第１の実施の形態と同様に、投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さのうち最小の長さＬｂ１は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。あるいは、第１方向Ｄ１において照明装置５０に近い方の端部における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ２は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。あるいは、照度が最大となる位置における投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さＬｂ３は、回折光学素子５５に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短く、且つ、要素回折光学素子５６が投影面４０に平行な面と交差する長さＬａより長い。これにより、至近距離での光の強度を低減しながら、第１方向Ｄ１に延びる投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さを短くできる。
＜第２の実施の形態＞
　図９は、第２の実施の形態の照明光撮像システムを示す側面図である。図９に示されているように、第２の実施の形態の照明光撮像システム２０は、照明システム３０と、撮像装置２１と、を含んでいる。照明システム３０は、上述した第１の実施の形態における照明システム３０と同様の構成を有している。
　撮像装置２１は、照明システム３０による投影パターン４１を撮像する。観察者５は、撮像装置２１によって撮像された画像によって、投影パターン４１を観察できる。撮像装置２１は、撮像素子２３と、光学フィルタ２５と、を含んでいる。光学フィルタ２５は、上述した第１の実施の形態の光学フィルタ１５と同様の構成である。撮像装置２１は、撮像素子２３に入射した光を撮像する。撮像装置２１は、光学フィルタ２５を透過した光が撮像素子２３に入射するよう構成されている。撮像装置２１は、光学フィルタ２５を透過した光を撮像する。観察者５は、光学フィルタ２５を透過した光を撮像した画像によって、投影パターン４１を観察できる。観察者５は、例えば太陽光等の環境光が多くても、投影パターン４１を明瞭に観察できる。
　撮像装置２１は、光学フィルタ２５を含んでいなくてもよい。観察者５は、光学フィルタ２５を透過させずに撮像した画像によって、投影パターン４１を観察してもよい。
　図９に示すように、照明光撮像システム２０は、表示装置２７をさらに含んでいても追い。表示装置２７は、撮像装置２１と接続している。表示装置２７は、撮像装置２１によって撮像された画像を表示する。観察者５は、表示装置２７に表示される投影パターン４１の画像を観察してもよい。
　図１０は、表示装置２７に表示された画像の一例を示す。図１０に示されている例では、表示装置２７は、投影パターン４１の一部を表示している。図１０に示されている例では、環境光等により、第１方向Ｄ１に延びる投影パターン４１の一部が観察されにくくなっている。撮像装置２１が撮像した画像を図示しない画像処理装置で処理することで、投影パターン４１の観察されている部分から、投影パターン４１の観察されない部分を予測して補うことができる。表示装置２７は、投影パターン４１の観察されない部分が補われた画像を表示してもよい。
　撮像装置２１及び表示装置２７は、移動可能であってもよい。撮像装置２１及び表示装置２７は、車両や船舶、飛行機、列車などの移動体に適用されてもよい。
＜第３の実施の形態＞
　図１１は、第３の実施の形態の照明装置５０を示す斜視図である。第３の実施の形態の照明装置５０は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の照明装置５０に置き換えられ得る。第１の実施の形態及び第２の実施の形態の照明システム３０は、各実施の形態の照明装置５０に代えて、第３の実施の形態の照明装置５０を含んでいてもよい。
　第３の実施の形態の照明装置５０を有する照明システム３０において、投影面４０に投影される投影する投影パターン４１は、第１方向Ｄ１を長手方向とするライン形状を有している。第１方向Ｄ１における投影パターン４１の長さは、例えば０．１ｍ以上１００ｍ以下である。
　図１１に示すように、第３の実施の形態の照明装置５０は、光源５１と、整形光学系５３と、光学素子５７と、を有している。光源５１及び整形光学系５３は、上述した第１の実施の形態の光源５１及び整形光学系５３と同様の構成である。光学素子５７は、光源５１からの光に作用する。光学素子５７は、第１レンズ５８と、第２レンズ５９と、を含んでいる。照明装置５０において、整形光学系５３で整形された光は、第１レンズ５８及び第２レンズ５９を透過して、出射部５０ａから出射される。
　第１レンズ５８は、第２方向Ｄ２において入射した光を集光させる。第１レンズ５８は、例えば第２方向Ｄ２において湾曲した凸レンズである。第１レンズ５８の焦点距離は、第１方向Ｄ１における投影パターン４１の長さより長い。これにより、第１レンズ５８を透過した光は、投影パターン４１において照明装置５０から遠ざかっても拡散することなく、投影パターン４１のほぼ全体において第２方向Ｄ２に狭まる。
　第２レンズ５９は、第３方向Ｄ３において入射した光を拡散させる。第２レンズ５９は、例えば第３方向Ｄ３において湾曲した凹レンズである。第２レンズを透過した光が第３方向Ｄ３に広がって、第１方向Ｄ１に延びる投影パターン４１を形成できる。
　図１２は、出射部５０ａにおける光学素子５７を第１方向Ｄ１から観察した図である。図１２の斜線部は、光学素子５７において光が入射する部分を示している。第１レンズ５８により、光学素子５７を透過する光は、投影パターン４１のほぼ全体において第２方向Ｄ２に狭まる。第２方向Ｄ２における投影パターンの長さのうち最小の長さＬｂ１は、光学素子５７に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さ、図示された例では第２方向Ｄ２の長さのうち最大の長さＬｃより短くなる。
　照明システム３０は、光学素子５７の光学特性が上述した条件を満たすように設計される。すなわち、第２方向Ｄ２における投影パターン４１の長さのうち最小の長さＬｂ１が光学素子５７に入射する光が投影面４０に平行な面と交差する長さのうち最大の長さＬｃより短くなるように、光学素子５７の光学特性が決定される。
　第２レンズ５９によって第３方向Ｄ３に光を広げているため、照明装置５０から至近距離で観察しても、高強度の光が目に入りにくい。第１レンズ５８によって第２方向Ｄ２において入射した光を集光させることで、投影パターン４１の幅を狭くできる。至近距離での光の強度を低減しながら、第１方向Ｄ１に延びる投影パターン４１の第２方向Ｄ２における長さを短くできる。
　各実施の形態及びその変形例を適宜組み合わせることも可能である。
　５　　観察者
１０　　照明光観察システム
１１　　観察補助装置
１５　　光学フィルタ
２０　　照明光撮像システム
２１　　撮像装置
２５　　光学フィルタ
３０　　照明システム
４０　　投影面
４１　　投影パターン
５０　　照明装置
５１　　光源
５３　　整形光学系
５５　　回折光学素子
５６　　要素回折光学素子
５７　　光学素子
５８　　第１レンズ
５９　　第２レンズ

Claims (18)

  1. 　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
    　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
    　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
    　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
    　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明システム。
  2. 　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
    　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
    　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
    　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
    　前記第１方向において前記照明装置に近い方の端部での前記第２方向における前記投影パターンの長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明システム。
  3. 　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
    　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
    　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
    　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
    　照度が最大となる位置での前記第２方向における前記投影パターンの長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明システム。
  4. 　前記回折光学素子に入射する光は、前記投影面に非平行な第３方向より、前記回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する線の方向に広く、
    　前記回折光学素子で回折された光は、前記回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する線の方向より、前記第３方向に広がる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明システム。
  5. 　前記回折光学素子に入射する光の前記回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する線の方向における長さは、７ｍｍ以上である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明システム。
  6. 　前記投影面に非平行な第３方向において、前記回折光学素子で回折された光の放射強度は、前記投影面の近くより前記投影面から離れた位置で強い、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明システム。
  7. 　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面と、
    　前記投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置と、を備え、
    　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光に作用して前記投影パターンを形成する光学素子と、を有し、
    　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短い、照明システム。
  8. 　請求項１乃至３または７のいずれか一項に記載の照明システムと、
    前記照明装置が前記投影面に投影する光の波長での平均透過率が他の波長での平均透過率より高い光学フィルタと、を備える、照明光観察システム。
  9. 　請求項１乃至３または７のいずれか一項に記載の照明システムと、
    　前記投影パターンを撮像する撮像装置と、を備える、照明光撮像システム。
  10. 　前記撮像装置は、前記照明装置が前記投影面に投影する光の波長での平均透過率が他の波長での平均透過率より高い光学フィルタを有する、請求項９に記載の照明光撮像システム。
  11. 　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置であって、
    　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
    　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
    　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明装置。
  12. 　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置であって、
    　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
    　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
    　前記第１方向において前記照明装置に近い方の端部での前記第２方向における前記投影パターンの長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明装置。
  13. 　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置であって、
    　前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を回折して前記投影パターンを形成する回折光学素子と、を有し、
    　前記回折光学素子は、各々が前記光源からの光を回折する複数の要素回折光学素子を含み、
    　照度が最大となる位置での前記第２方向における前記投影パターンの長さは、前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短く、且つ、前記要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長い、照明装置。
  14. 　第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明装置であって、
    　光源と、前記光源からの光に作用して前記投影パターンを形成する光学素子と、を有し、
    　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さは、前記光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短い、照明装置。
  15. 　回折光学素子を含む照明装置によって第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明システムの設計方法であって、
    　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さが前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、前記回折光学素子の回折特性を決定する工程と、
    　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さが前記回折光学素子が含む複数の要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長くなるように、前記要素回折光学素子の回折特性を決定する工程と、を含む、照明システムの設計方法。
  16. 　回折光学素子を含む照明装置によって第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明システムの設計方法であって、
    　前記第１方向において前記照明装置に近い方の端部での前記第２方向における前記投影パターンの長さが前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、前記回折光学素子の回折特性を決定する工程と、
    　前記第１方向において前記照明装置に近い方の端部での前記第２方向における前記投影パターンの長さが前記回折光学素子が含む複数の要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長くなるように、前記要素回折光学素子の回折特性を決定する工程と、を含む、照明システムの設計方法。
  17. 　回折光学素子を含む照明装置によって第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明システムの設計方法であって、
    　照度が最大となる位置での前記第２方向における前記投影パターンの長さが前記回折光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、前記回折光学素子の回折特性を決定する工程と、
    　照度が最大となる位置での前記第２方向における前記投影パターンの長さが前記回折光学素子が含む複数の要素回折光学素子が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより長くなるように、前記要素回折光学素子の回折特性を決定する工程と、を含む、照明システムの設計方法。
  18. 　光学素子を含む照明装置によって第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な投影面に前記第１方向に延びる投影パターンを投影する照明システムの設計方法であって、
    　前記第２方向における前記投影パターンの長さのうち最小の長さが前記光学素子に入射する光が前記投影面に平行な面と交差する長さのうち最大の長さより短くなるように、前記光学素子の光学特性を決定する工程を含む、照明システムの設計方法。
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WO2019009260A1 (ja) * 2017-07-03 2019-01-10 大日本印刷株式会社 回折光学素子、光照射装置、照射パターンの読取り方法
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