(57)【要約】      （修正有）【課題】遠方の投影面上に情報を含む投影パターンを観察者が正しく認識できるように投影する照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１において、被照明領域６に情報を含む投影パターン６ａを投影する照明装置１は、コヒーレント光を射出する光源２と、光源２からのコヒーレント光を回折させて投影パターンを投影する回折光学素子４と、を備える。回折光学素子４は、回折光学素子の位置及び方向を基準として観察者が視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに所定のサイズ、形状及び傾斜角度で所定の情報を視認する回折特性を有する。【選択図】図１
2020017526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面上に情報を含む投影パターンを投影する照明装置であって、
コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子の位置及び方向を基準として観察者が視点位置から前記投影パターンに視線を向けたときに所定のサイズ、形状及び傾斜角度で前記情報を視認する回折特性を有する、照明装置。
【請求項２】
投影面上に情報を含む投影パターンを投影する照明装置であって、
コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子の位置から前記投影パターンに視線を向けた場合よりも、前記回折光学素子の位置とは異なる視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合に前記情報を視認しやすくする回折特性を有する、照明装置。
【請求項３】
前記回折光学素子は、観察者が前記視点位置から前記投影パターンに視線を向けたときに、前記観察者に対して前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させる回折特性を有する、請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
投影面上に情報を含む投影パターンを投影する照明装置であって、
コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、観察者が視点位置から前記投影パターンに視線を向けたときに、前記観察者に対して前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させる回折特性を有する、照明装置。
【請求項５】
前記回折光学素子は、前記視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの前記投影面上のサイズが相違する回折特性を有する、請求項３又は４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記回折光学素子は、前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となる回折特性を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度の最小値Ｘｍｉｎ、最大値Ｘｍａｘおよび平均値Ｘａｖｅが、次の二つの式（１）及び式（２）を満たす、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
（Ｘｍａｘ−Ｘａｖｅ）／Ｘａｖｅ≦０．４     ・・・式（１）
（Ｘａｖｅ−Ｘｍｉｎ）／Ｘａｖｅ≦０．４     ・・・式（２）
【請求項８】
前記投影パターン上の各点での放射照度の最小値Ｙｍｉｎ、最大値Ｙｍａｘおよび平均値Ｙａｖｅが、次の二つの式（３）及び式（４）を満たす、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。
（Ｙｍａｘ−Ｙａｖｅ）／Ｙａｖｅ≦０．４     ・・・式（３）
（Ｙａｖｅ−Ｙｍｉｎ）／Ｙａｖｅ≦０．４     ・・・式（４）
【請求項９】
前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系を備え、
前記回折光学素子は、前記整形光学系でコリメートされたコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記整形光学系は、前記投影パターンのボケが抑制されるように前記光源から射出されたコヒーレント光の進行方向を調整する、請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
観察者の視点位置及び視線方向と、前記観察者が観察する情報と、を含む観察条件情報を設定するステップと、
前記観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターンを投影する位置と、前記投影面上での投影パターンの形状およびサイズと、を含む投影条件情報を算出するステップと、
前記投影条件情報、及び、前記投影面に前記投影パターンを投影する照明装置の位置に基づいて、前記照明装置から前記投影面に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を含む照明条件情報を算出するステップと、を備える、照明装置の設計方法。
【請求項１２】
前記照明装置には、コヒーレント光を射出する光源と、前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、が設けられており、
前記照明条件情報に基づいて、前記回折光学素子の回折特性を設計するステップをさらに備える、請求項１１に記載の設計方法。
【請求項１３】
前記回折特性は、前記視点位置から前記視線方向に視線を向けたときに前記観察条件情報で定めた前記情報を視認させるように、設計される、請求項１２に記載の設計方法。
【請求項１４】
前記観察条件情報は、前記視点位置から前記視線方向に視線を向けたときに前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させるように、前記非平行な面の方向に関する情報を含む、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の設計方法。
【請求項１５】
前記投影条件情報を算出するステップは、前記視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの形状及びサイズが変化するように、前記投影パターンの形状及びサイズを算出する、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の設計方法。
【請求項１６】
前記観察条件情報は、前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となるように設定された放射輝度の分布を含む、請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の設計方法。
【請求項１７】
観察者の視点位置及び視線方向と、前記観察者が観察する情報と、を含む観察条件情報を設定する観察条件設定部と、
前記観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターンを投影する位置と、前記投影面での投影パターンの形状およびサイズと、を含む投影条件情報を算出する投影条件算出部と、
前記投影条件情報、及び、前記投影面に前記投影パターンを投影する照明装置の位置に基づいて、前記照明装置から前記投影面に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を含む照明条件情報を算出する照明条件算出部と、を備える、照明装置の設計装置。
【請求項１８】
前記照明装置には、コヒーレント光を射出する光源と、前記光源からのコヒーレント光を回折して前記投影パターンを照明する回折光学素子と、が設けられており、
前記照明条件情報に基づいて、前記回折光学素子の回折特性を設計する回折特性設計部をさらに備える、請求項１７に記載の設計装置。
【請求項１９】
前記回折特性設計部は、前記視点位置から前記視線方向に視線を向けたときに前記観察条件情報で定めた前記情報を視認させるように、前記回折特性を設計する、請求項１８に記載の設計装置。
【請求項２０】
前記観察条件情報は、前記視点位置から前記視線方向に視線を向けたときに前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させるように、前記非平行な面の方向に関する情報を含む、請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の設計装置。
【請求項２１】
前記投影条件算出部は、前記視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの形状及びサイズが変化するように、前記投影パターンの形状及びサイズを算出する、請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の設計装置。
【請求項２２】
前記観察条件情報は、前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となるように設定された放射輝度の分布を含む、請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載の設計装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コヒーレント光を用いた照明装置、照明装置の設計方法及び設計装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光を発光するレーザ光源は、一般に、ＬＥＤ（Light Emitting Device)に比べて発光強度が高く、また、レーザ光源から発光された光はコヒーレントであることから、配光を細かく制御できるとともに、遠方まで光を届けることができるという利点がある。
【０００３】
ＪＰ２０１２−１４６６２１Ａ１には、レーザ光を光偏向器で二次元的に走査させて、投影レンズを通して所定の配光パターンを形成する車両用灯具が開示されている。
【０００４】
レーザ光を、例えば路面上に特定の情報を表示する目的で使用する場合、ビーム径が小さいことから、情報を表す文字や絵柄等のエッジの照明ボケを抑制でき、ＬＥＤ光を用いた場合よりも、鮮明に情報を表示できる。
【０００５】
また、レーザ光は、遠方を照明しても、ビーム径の広がりがＬＥＤ光などよりも小さいため、遠方を照明する用途にも適している。ただし、レーザ光と言えども、遠方になるほどビーム径は大きくなるため、例えばレーザ光で遠方の路面を照明すると、照明範囲がレーザ光の進行方向に長く伸びてしまうことがある。このため、レーザ光を用いて遠方の路面上に所定の情報を表示する場合、この情報が路面上に引き延ばされて表示されるために、表示された情報を正しく認識できないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４６６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、コヒーレント光を用いて遠方に所定の情報を表示する場合であっても、この情報を特定の観察者が正しく認識できるようにした照明装置、照明装置の設計方法及び設計装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示による第１の照明装置は、
投影面上に情報を含む投影パターンを投影する照明装置であって、
コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子の位置及び方向を基準として観察者が第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けたときに所定のサイズ、形状及び傾斜角度で前記情報を視認する回折特性を有する。
【０００９】
本開示による第２の照明装置は、
投影面上に情報を含む投影パターンを投影する照明装置であって、
コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子の位置から前記投影パターンに視線を向けた場合よりも、前記回折光学素子の位置とは異なる第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合に前記情報を視認しやすくする回折特性を有する。
【００１０】
本開示による第１及び第２の照明装置において、前記回折光学素子は、前記観察者が前記第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けたときに、前記観察者に対して前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させる回折特性を有するようにしてもよい。
【００１１】
本開示による第３の照明装置は、
投影面上に情報を含む投影パターンを投影する照明装置であって、
コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、前記観察者が第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けたときに、前記観察者に対して前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させる回折特性を有する。
【００１２】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記回折光学素子は、前記第１の視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの前記投影面上のサイズが相違する回折特性を有するようにしてもよい。
【００１３】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記回折光学素子は、前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となる回折特性を有するようにしてもよい。
【００１４】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記回折光学素子は、前記第１の視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの輝度が均一となる回折特性を有するようにしてもよい。
【００１５】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記第１の視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度の最小値Ｘｍｉｎ、最大値Ｘｍａｘおよび平均値Ｘａｖｅが、次の二つの式（１）及び式（２）を満たすようにしてもよい。
（Ｘｍａｘ−Ｘａｖｅ）／Ｘａｖｅ≦０．４     ・・・式（１）
（Ｘａｖｅ−Ｘｍｉｎ）／Ｘａｖｅ≦０．４     ・・・式（２）
【００１６】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記投影パターン上の各点での放射照度の最小値Ｙｍｉｎ、最大値Ｙｍａｘおよび平均値Ｙａｖｅが、次の二つの式（３）及び式（４）を満たすようにしてもよい。
（Ｙｍａｘ−Ｙａｖｅ）／Ｙａｖｅ≦０．４     ・・・式（３）
（Ｙａｖｅ−Ｙｍｉｎ）／Ｙａｖｅ≦０．４     ・・・式（４）
【００１７】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記第１の視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの輝度の最小値Ｚｍｉｎ、最大値Ｚｍａｘおよび平均値Ｚａｖｅが、次の二つの式（５）及び式（６）を満たすようにしてもよい。
（Ｚｍａｘ−Ｚａｖｅ）／Ｚａｖｅ≦（０．４） ・・・式（５）
（Ｚａｖｅ−Ｚｍｉｎ）／Ｚａｖｅ≦（０．４） ・・・式（６）
【００１８】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記投影パターン上の各点での放射照度の最小値Ｗｍｉｎ、最大値Ｗｍａｘおよび平均値Ｗａｖｅが、次の二つの式（７）及び式（８）を満たすようにしてもよい。
（Ｗｍａｘ−Ｗａｖｅ）／Ｗａｖｅ≦０．４     ・・・式（７）
（Ｗａｖｅ−Ｗｍｉｎ）／Ｗａｖｅ≦０．４     ・・・式（８）
【００１９】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記回折光学素子は、前記第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合と前記第１の視点位置とは異なる第２の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合との間で、観察者に対してサイズ、形状及び傾斜角度の少なくとも一つが異なるパターンを視認させる前記回折特性を有するようにしてもよい。
【００２０】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記回折光学素子は、前記第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合と前記第１の視点位置とは異なる第２の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合との間で、観察者に対して異なる情報を視認させる、前記回折特性を有するようにしてもよい。
【００２１】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記光源は、前記第１の視点位置から前記第１の視線方向に視線を向けたときに予め定めた放射輝度で前記情報を視認するように、所定の放射束のコヒーレント光を射出するようにしてもよい。
【００２２】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記光源は、前記第１の視点位置から前記第１の視線方向に視線を向けたときに予め定めた輝度で前記情報を視認するように、所定の光束のコヒーレント光を射出するようにしてもよい。
【００２３】
本開示による第１〜第３の照明装置は、
前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系を備え、
前記回折光学素子は、前記整形光学系でコリメートされたコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影するようにしてもよい。
【００２４】
本開示による第１〜第３の照明装置において、前記整形光学系は、前記投影パターンのボケが抑制されるように前記光源から射出されたコヒーレント光の進行方向を調整するようにしてもよい。
【００２５】
本開示による第１の照明装置の設計方法は、
観察者の視点位置及び視線方向と、前記観察者が観察する情報と、を含む観察条件情報を設定するステップと、
前記観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターンを投影する位置と、前記投影面上での投影パターンの形状およびサイズと、を含む投影条件情報を算出するステップと、
前記投影条件情報、及び、前記投影面に前記投影パターンを投影する照明装置の位置に基づいて、前記照明装置から前記投影面に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を含む照明条件情報を算出するステップと、を備える。
【００２６】
本開示による第２の照明装置の設計方法は、
観察者の視点位置及び視線方向と、前記観察者が観察する情報と、を含む観察条件情報を設定するステップと、
前記観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターンを投影する位置と、前記投影面上での投影パターンの形状およびサイズと、を含む投影条件情報を算出するステップと、
前記投影条件情報、及び、前記投影面に前記投影パターンを投影する照明装置の位置に基づいて、前記照明装置から前記投影面に向けて射出するコヒーレント光の光度の分布を含む照明条件情報を算出するステップと、を備える。
【００２７】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、
前記照明装置には、コヒーレント光を射出する光源と、前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、が設けられており、
前記照明条件情報に基づいて、前記回折光学素子の回折特性を設計するステップをさらに備えるようにしてもよい。
【００２８】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記回折特性は、前記視点位置から前記視線方向に視線を向けたときに予め定めたサイズ、形状及び傾斜角度で前記投影パターンを視認させるように、設計されていてもよい。
【００２９】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記観察条件情報は、前記視点位置から前記視線方向に視線を向けたときに前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させるように、前記非平行な面の方向に関する情報を含んでいてもよい。
【００３０】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記投影条件情報を算出するステップは、前記視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの形状及びサイズが変化するように、前記投影パターンの形状及びサイズを算出するようにしてもよい。
【００３１】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記観察条件情報は、前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となるように設定された放射輝度の分布を含んでいてもよい。
【００３２】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記観察条件情報は、前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの輝度が均一となるように設定された輝度の分布を含んでいてもよい。
【００３３】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記投影条件情報を算出するステップにおいて、前記放射輝度の分布に基づいて前記投影面の前記投影パターンが投影される領域内における放射照度の分布が算出されるようにしてもよい。
【００３４】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記投影条件情報を算出するステップにおいて、前記輝度の分布に基づいて前記投影面の前記投影パターンが投影される領域内における照度の分布が算出されるようにしてもよい。
【００３５】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記照明条件情報を算出するステップにおいて、前記放射照度の分布に基づいて前記放射強度の分布が算出されるようにしてもよい。
【００３６】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記照明条件情報を算出するステップにおいて、前記照度の分布に基づいて前記光度の分布が算出されるようにしてもよい。
【００３７】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記照明条件情報を算出するステップにおいて、前記投影面の前記投影パターンが投影される領域内において放射照度が均一となるように、前記放射強度の分布が算出されるようにしてもよい。
【００３８】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計方法において、前記照明条件情報を算出するステップにおいて、前記投影面の前記投影パターンが投影される領域内において照度が均一となるように、前記光度の分布が算出されるようにしてもよい。
【００３９】
本開示による第１の照明装置の設計装置は、
観察者の視点位置及び視線方向と、前記観察者が観察する情報と、を含む観察条件情報を設定する観察条件設定部と、
前記観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターンを投影する位置と、前記投影面での投影パターンの形状およびサイズと、を含む投影条件情報を算出する投影条件算出部と、
前記投影条件情報、及び、前記投影面に前記投影パターンを投影する照明装置の位置に基づいて、前記照明装置から前記投影面に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を含む照明条件情報を算出する照明条件算出部と、を備える。
【００４０】
本開示による第２の照明装置の設計装置は、
観察者の視点位置及び視線方向と、前記観察者が観察する情報と、を含む観察条件情報を設定する観察条件設定部と、
前記観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターンを投影する位置と、前記投影面上での投影パターンの形状およびサイズと、を含む投影条件情報を算出する投影条件算出部と、
前記投影条件情報、及び、前記投影面に前記投影パターンを投影する照明装置の位置に基づいて、前記照明装置から前記投影面に向けて射出するコヒーレント光の光度の分布を含む照明条件情報を算出する照明条件算出部と、を備える。
【００４１】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、
前記照明装置には、コヒーレント光を射出する光源と、前記光源からのコヒーレント光を回折して前記投影パターンを照明する回折光学素子と、が設けられており、
前記照明条件情報に基づいて、前記回折光学素子の回折特性を設計する回折特性設計部をさらに備えるようにしてもよい。
【００４２】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記回折特性設計部は、前記視点位置から前記視線方向に視線を向けたときに予め定めたサイズ、形状及び傾斜角度で前記投影パターンを視認させるように、前記回折特性を設計するようにしてもよい。
【００４３】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記観察条件情報は、前記視点位置から前記視線方向に視線を向けたときに前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させるように、前記非平行な面の方向に関する情報を含むようにしてもよい。
【００４４】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記投影条件算出部は、前記視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの形状及びサイズが変化するように、前記投影パターンの形状及びサイズを算出するようにしてもよい。
【００４５】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記観察条件情報は、前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となるように設定された放射輝度の分布を含むようにしてもよい。
【００４６】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記観察条件情報は、前記視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの輝度が均一となるように設定された輝度の分布を含むようにしてもよい。
【００４７】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記投影条件算出部は、前記放射輝度の分布に基づいて前記投影面の前記投影パターンが投影される領域内における放射照度の分布を算出するようにしてもよい。
【００４８】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記投影条件算出部は、前記輝度の分布に基づいて前記投影面の前記投影パターンが投影される領域内における照度の分布を算出するようにしてもよい。
【００４９】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記照明条件算出部は、前記放射照度の分布に基づいて前記放射強度の分布を算出するようにしてもよい。
【００５０】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記照明条件算出部は、前記照度の分布に基づいて前記光度の分布を算出するようにしてもよい。
【００５１】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記照明条件算出部は、前記投影面の前記投影パターンが投影される領域内において放射照度が均一となるように、前記放射強度の分布を算出するようにしてもよい。
【００５２】
本開示による第１及び第２の照明装置の設計装置において、前記照明条件算出部は、前記投影面の前記投影パターンが投影される領域内において照度が均一となるように、前記光度の分布を算出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００５３】
本開示によれば、コヒーレント光を用いて遠方に所定の情報を表示する場合であっても、この情報を特定の観察者が正しく認識できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】照明装置の概略構成を模式的に示す斜視図。
【図２】被照明領域の幅方向における回折光学素子の回折特性の設計を説明する図。
【図３】被照明領域の長手方向における回折光学素子の回折特性の設計を説明する図。
【図４Ａ】投影パターン内の所定の情報の第１投影態様を示す図。
【図４Ｂ】投影パターン内の所定の情報の第２投影態様を示す図。
【図４Ｃ】投影パターン内の所定の情報の第３投影態様を示す図。
【図４Ｄ】投影パターン内の所定の情報の第４投影態様を示す図。
【図５】観察者が観察する観察範囲を説明する図。
【図６Ａ】図５の実線の観察範囲内で視認される所定の情報の一例を示す図。
【図６Ｂ】図５の破線の観察範囲内で視認される所定の情報の一例を示す図。
【図７】本実施形態による照明装置を設計する設計装置の概略構成を示すブロック図。
【図８】（ａ）矩形状の投影パターンを示す図、（ｂ）は観察者が認知する投影パターンを示す図。
【図９】（ａ）と（ｂ）は両眼での輻輳角を説明する図。
【図１０】（ａ）と（ｂ）は単眼での輻輳角を説明する図。
【図１１】（ａ）は台形状の投影パターンを示す図、（ｂ）は観察者が認知する投影パターンを示す図。
【図１２Ａ】（ａ）と（ｂ）は投影パターンの台形変換を説明する図。
【図１２Ｂ】投影パターンの台形変換を説明する図。
【図１３】図７の設計装置の処理動作の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
図１は照明装置１の概略構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態による照明装置１は、例えば設置型の情報表示灯の一部として用いられるものである。ただし、本実施形態による照明装置１は、サーチライトなどの種々の照明灯としても適用可能である。また、種々の移動体への搭載も考えられ、すなわち自動車や自転車等の車両だけでなく、船舶や飛行機、列車などの移動体への適用も可能である。以下では、一例として、本実施形態による照明装置１を設置型の情報表示灯に適用した例を説明する。
【００５８】
図１に示すように、本実施形態による照明装置１は、光源２と、整形光学系３と、回折光学素子４とを備えている。照明装置１内の各部は、例えば直方体形状の筐体１ａの内部に収納されている。
【００５９】
光源２は、典型的には、コヒーレント光すなわちレーザ光を放射するレーザ光源２である。レーザ光源２には、半導体レーザなどの種々のタイプがあるが、いずれのタイプのレーザ光源２でもよい。ここで、コヒーレント光とは、位相および周波数が揃った光である。
【００６０】
整形光学系３は、光源２から射出されたコヒーレント光を拡大または縮小し、コリメートする。コリメートとは、光源２から出射されたコヒーレント光を平行化することである。その他必要に応じてマスクなども含みレーザー光の投影サイズ等を調整する機能を有する。より具体的には、整形光学系３は、光源２から出射されたコヒーレント光のビーム径を広げる第１レンズ３ａと、第１レンズ３ａを通過した光を平行化する第２レンズ３ｂとを有する。
【００６１】
回折光学素子４は、整形光学系３にてコリメートされたコヒーレント光を回折させる。回折光学素子４は、典型的には、ホログラム素子４０である。後述するように、回折光学素子４としてホログラム素子４０を用いることで、回折特性を設計しやすくなり、予め定めた位置、サイズおよび形状の情報を被照明領域６内に表示できるようなホログラム素子４０の設計も比較的容易に行うことができる。
【００６２】
回折光学素子４は、複数の要素回折部に分割されていてもよい。この場合、各要素回折部は、所定の情報の全体を表示してもよいし、所定の情報の一部ずつを表示してもよい。
【００６３】
回折光学素子４の各要素回折部が、各要素回折部にそれぞれ対応した被照明領域６内の各照明範囲を正しく照明するように回折光学素子４の回折特性を設計することで、被照明領域６内に表示される所定の情報のボケを抑制できる。
【００６４】
図２および図３は、回折光学素子４が複数の要素回折部４５に分割されており、各要素回折部４５で回折されたコヒーレント光が被照明領域６の全域を照明するように、各要素回折部４５の回折特性を設計する例を示している。回折光学素子４が被照明領域６内に所定の情報を表示する場合にも、図２および図３の例は適用可能である。図２および図３では、回折光学素子４内の複数の要素回折部４５が第１配列方向ｄａと第２配列方向ｄｂに格子状に配置されている例を示している。
【００６５】
図２に示すように、第２配列方向ｄｂにずらして配列された要素回折部４５からの回折光は、要素回折部４５の回折特性が特に調整されず互いに同一であると仮定すると、当該要素回折部４５の配列方向である第２配列方向ｄｂに変位して、被照明領域６が位置する面上に照射される。図２および図３では、各要素回折部４５が矩形状の被照明領域６の全域を照明する例を示している。
【００６６】
図２に示すように、被照明領域６の長手方向ｄｌに沿った任意の位置に入射する一つの要素回折部４５ｓからの回折光の長手方向ｄｌに直交する幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗが、被照明領域６の長手方向ｄｌに沿った任意の位置に入射する他の一つの要素回折部４５ｋからの回折光の幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗと、同一となるように、第２配列方向ｄｂに配列された各要素回折部４５の回折特性を調整する。この回折特性の調整は、被照明領域６の長手方向に沿った全域に亘って行われる。なお、図２は被照明領域６の法線方向から被照明領域６を観察した平面図であり、図３は被照明領域６の法線方向ｎｄと長手方向ｄｌとに延びる面の法線方向から観察した図である。
【００６７】
図２に示された例において、各要素回折部４５から長手方向ｄｌに沿って距離Ｒだけ離間した被照明領域６内の位置に向かう光の回折特性を、被照明領域６の幅に応じて調整する。また、回折特性は、角度空間における拡散角度分布を用いて、調整され得る。まず、基準となる要素回折部４５ｓの回折特性を調整する。例えば図２に示された例では、長手方向ｄｌに沿って距離Ｒだけ離れた位置に向かう基準要素回折部４５ｓの拡散角度特性は、図２に示された座標系によって、次のように特定される。
ｔａｎ（θ１＋）＝ｘ＋／Ｒ
ｔａｎ（θ１−）＝ｘ−／Ｒ
【００６８】
次に、他の要素回折部４５ｋの拡散角度特性を、基準となる要素回折部４５ｓの拡散角度特性と、基準要素回折部４５ｓから当該要素回折部４５ｋまでの第２配列方向ｄｂに沿ったずれ量ａと、を考慮して、決定する。具体的には、つぎのように決定される。
ｔａｎ（θ２＋）＝（ｘ＋＋ａ）／Ｒ
ｔａｎ（θ２−）＝（ｘ−−ａ）／Ｒ
【００６９】
基準要素回折部４５ｓの拡散角度特性の調整は、被照明領域６の長手方向ｄｌに沿った全域に亘って行われる。同様に、他の要素回折部４５ｋの拡散角度特性の調整も、被照明領域６の長手方向ｄｌに沿った全域に亘って行われる。
【００７０】
次に、図３に示すように、第１配列方向ｄａにずらして配列された要素回折部４５からの回折光は、要素回折部４５の回折特性が特に調整されず互いに同一であると仮定すると、要素回折部４５から見た正面方向および当該正面方向に垂直な方向の両方に変位して、すなわち図示された例では、被照明領域６が位置する面上において被照明領域６の長手方向ｄｌ及び幅方向ｄｗの両方に変位して照射される。そこで、第２配列方向ｄｂにずらして配列された要素回折部４５の回折特性の調整（図２）と同様にして、被照明領域６の長手方向ｄｌに沿った任意の位置に入射する一つの要素回折部４５ｓからの回折光の長手方向ｄｌに直交する幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗが、被照明領域６の長手方向ｄｌに沿った前記任意の位置に入射する他の要素回折部４５ｓ，４５ｋからの回折光の幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗと、同一となるように、第１配列方向ｄａに配列された要素回折部４５の回折特性を調整する。
【００７１】
さらに、図３に示すように、被照明領域６の幅方向ｄｗに沿った任意の位置に入射する一つの要素回折部４５ｓからの回折光の長手方向ｄｌに沿った照射長さｉｌが、被照明領域６の幅方向ｄｗに沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素回折部４５ｋからの回折光の長手方向ｄｌに沿った照射長さｉｌと、同一となるように、第１配列方向ｄａに配列された要素回折部４５の回折特性を調整する。
【００７２】
図３に示された例において、第１配列方向ｄａに配列された要素回折部４５から幅方向ｄｗにおける任意の位置に向かう光の回折特性を、被照明領域６の長さに応じて調整する。また、回折特性は、角度空間における拡散角度分布を用いて、調整され得る。まず、基準となる要素回折部４５ｓの回折特性を調整する。例えば図３に示された例では、幅方向ｄｗにおける任意の位置に向かう基準要素回折部４５ｓの拡散角度特性は、図３に示された座標系によって、次のように特定される。
ｔａｎ（θ３＋）＝ｈ／ｙ
ｔａｎ（θ３−）＝ｈ／（ｙ＋ｉｌ）
【００７３】
なお、式中の「ｈ」は、被照明領域６が形成される照射面ｐｌから基準要素回折部４５までの第１配列方向ｄａに沿った距離、すなわち基準要素回折部４５の配置された位置の高さに相当する。
【００７４】
次に、基準要素回折部４５ｓを含むホログラム素子４０に含まれた他の要素回折部４５ｋの拡散角度特性を、基準要素回折部４５ｓの拡散角度特性と、基準要素回折部４５ｓから当該要素回折部４５ｋまでの第１配列方向ｄａに沿ったずれ量ｂと、を考慮して、決定する。具体的には、つぎのように決定される。
ｔａｎ（θ４＋）＝（ｈ−ｂ）／ｙ
ｔａｎ（θ４−）＝（ｈ−ｂ）／（ｙ＋ｉｌ）
【００７５】
さらに、基準要素回折部４５ｓを含むホログラム素子４０とは異なる他のホログラム素子４０に含まれた他の要素回折部４５ｋについても、同様に、拡散特性を決定することができる。すなわち、他のホログラム素子４０に含まれた他の要素回折部４５の拡散角度特性を、基準となる要素回折部４５ｓの拡散角度特性と、基準要素回折部４５ｓから当該要素回折部４５ｋまでの第１配列方向ｄａに沿ったずれ量ｃと、を考慮して、決定することができる。具体的には、つぎのように決定される。
ｔａｎ（θ５＋）＝（ｈ−ｃ）／ｙ
ｔａｎ（θ５−）＝（ｈ−ｃ）／（ｙ＋ｉｌ）
【００７６】
基準要素回折部４５ｓの長手方向ｄｌへの拡散角度特性の調整は、被照明領域６の幅方向ｄｗに沿った全域に亘って行われる。同様に、他の要素回折部４５の拡散角度特性の調整も、被照明領域６の幅方向ｄｗに沿った全域に亘って行われる。
【００７７】
次に、本実施形態による回折光学素子４について説明する。回折光学素子４は、観察者が予め定めた所定の視点位置（第１の視点位置ともいう。）から予め定めた所定の視線方向（第１の視線方向ともいう。）に視線を向けることで投影面上の投影パターン６ａを観察したときに、観察者に対して予め定めたサイズ、形状及び傾斜角度でパターンを観察させることで所定の情報を視認させる回折特性を有している。すなわち、回折光学素子４は、回折光学素子４の位置及び方向を基準として、観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けて投影面上の投影パターン６ａを観察したときに、当該観察者が所定のサイズ、形状及び傾斜角度でパターンを観察することで情報を感知することを可能にする、回折特性を有している。さらに言い換えると、当該回折光学素子４のシート面と非平行な投影面上に投影パターン６ａを投影する際には、投影面上での投影パターン６ａの形状及び大きさとは異なる形状及び大きさのパターンを、第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向ける観察者に観察させることができる。この際は、回折光学素子４は、観察者に対して投影面上に情報を視認させることが可能であるだけでなく、さらに、観察者に対して投影面と非平行な面上に情報を視認させること、言い換えると観察者に対して投影面に対して傾斜角度を有した面上に情報を視認させることも可能である。
【００７８】
すなわち、回折光学素子４の回折特性は、回折光学素子４の位置及び方向を基準として観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに、当該観察者が、投影面上における投影パターン６ａの形状やサイズとは異なる形状やサイズを有したパターンを、投影面上または投影面に対して傾斜角度を有した面上に観察して、当該パターンから情報を把握し得るように、光を回折する。例えば、投影面上の投影パターンの形状は、観察者からの投影パターンの距離に応じて、観察者に視認させたい情報の形状と比較して変化するようにしてもよい。さらに具体的には、投影面上の投影パターンの形状は、観察者の視点位置から投影パターン6aの各部分までの距離が遠くなるにつれて、観察者に視認させたい情報の形状と比較して大きくするようにしてもよい。より具体的に表現すると、投影面上における投影パターン６ａの各部分の大きさに対する実際に観察者によって観察されるパターンの対応する部分の比率は、投影パターン６ａの位置に応じて変化するようにしてもよい。さらに具体的には、投影面上における投影パターン６ａの各部分の大きさに対する実際に観察者によって観察されるパターンの対応する部分の比率は、観察者の視点位置から投影パターン６ａの各部分までの距離が遠くなるにつれて小さくなるようにしてもよい。結果として、回折光学素子４の位置から投影パターン６ａに視線を向けて投影パターン６ａを観察した場合よりも、予め定められた第１の視点位置から投影パターン６ａに視線を向けて投影パターン６ａをした場合に、投影パターン６ａから情報を視認しやすくすることができる。
【００７９】
このように観察者の位置および観察者の視線方向を考慮して、投影面上に投射される投影パターン６ａの形状やサイズを、実際に観察されるべきパターンの形状やサイズからずらしておくことで、観察者がより正確に情報を視認することが可能となる。このような作用効果は、観察者からの観察角度、すなわち、投影面への法線方向に対して視線方向がなす角度が大きい程、具体的には観察角度が７５°以上である場合、さらには８５°以上である場合に、とりわけ有用となる。
【００８０】
また、回折光学素子４の回折特性は、第１の視点位置から投影パターン６ａに視線を向けた場合と、第１の視点位置とは異なる第２の視点位置から投影パターン６ａに視線を向けた場合との間で、観察者がサイズ、形状及び傾斜角度の少なくとも一つが異なるパターンとして同一の投影パターン６ａを視認するようになる、回折特性となっている。この結果として、第１の視点位置から投影パターン６ａに視線を向けた場合と、第２の視点位置から投影パターン６ａに視線を向けた場合との間で、観察者が異なる情報を視認するようにしてもよい。これらの例によれば、特定の視点位置からの観察者に対して特別な情報を表示することができる。
【００８１】
回折光学素子４は、観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者に対して投影パターンの投影面とは非平行な面に情報を視認させる回折特性を有していてもよい。より具体的には、回折光学素子４は、観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者から投影パターン上の各点までの距離に応じて投影パターンの投影面上のサイズが相違する回折特性を有していてもよい。あるいは、回折光学素子４は、回折光学素子４の位置及び方向を基準として観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者の位置で投影パターンの放射輝度が均一となる回折特性を有していてもよい。すなわち、第１の視点位置から投影パターンを観察した際の投影パターンの放射輝度が均一となるようにしてもよい。さらに言い換えると、第１の視点位置と投影パターン上の各点を結ぶ方向における投影パターンの放射輝度が均一となるようにしてもよい。また、回折光学素子４は、回折光学素子４の位置及び方向を基準として観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者から投影パターン上の各点までの距離に応じて投影パターンの投影面上のサイズが相違し、かつ観察者の位置で投影パターンの放射輝度が均一となる回折特性を有していてもよい。ここで、放射輝度とは、単位立体角及び単位面積当たりの光放射量すなわち放射された光エネルギを指す。
【００８２】
回折光学素子４をホログラム素子で構成する場合には、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）を用いることで、上述した回折特性を比較的容易に計算機を用いて設計することができる。
【００８３】
図４Ａは投影パターン６ａによって表される所定の情報６ｂの第１投影態様を示す図、図４Ｂは投影パターン６ａによって表される所定の情報６ｂの第２投影態様を示す図、図４Ｃは投影パターン６ａによって表される所定の情報６ｂの第３投影態様を示す図、図４Ｄは投影パターン６ａによって表される所定の情報６ｂの第４投影態様を示す図である。
【００８４】
図４Ａ〜図４Ｄは、照明装置１から例えば５０ｍ以上の遠方の場所の路面上に所定の情報６ｂを含む投影パターン６ａを投影する例を示している。図４Ａ〜図４Ｄの例では、所定の情報６ｂとして「ＳＴＯＰ」という文字を路面上に表示しているが、表示する情報は任意であり、文字だけでなく、絵柄や画像、記号、数字などを含んでいてもよい。また、所定の情報６ｂの表示色やサイズ、文字線種、線幅も任意であり、所定の情報６ｂの少なくとも一部を複数色で色分けしてもよい。照明装置１から被照明領域６までの距離が離れているため、所定の情報６ｂは引き延ばされて路面上に表示される。
【００８５】
図４Ａの第１投影態様は、照明装置１と対向する側に位置する観察者７が所定の情報６ｂを視認できるように、照明装置１が路面上に投影パターン６ａを投影する例を示している。投影パターン６ａに含まれる所定の情報６ｂは、この観察者７の視点位置および視線方向に合わせた方向及びサイズで投影される。このように、回折光学素子４は、所定の視点位置に位置する観察者７が所定の視線方向に視線を向けた場合に応じた方向及びサイズの所定の情報６ｂを含む投影パターン６ａを投影させる回折特性を有する。この観察者７の視点位置以外の位置に位置する別の観察者７ａ、例えば、所定の情報６ｂの表示位置の側方に位置する観察者７ａが投影パターン６ａの表示位置方向に視線を向けても、投影パターン６ａには所定の情報６ｂが引き延ばされて投影されているために、所定の情報６ｂを正しく認識できない。
【００８６】
図４Ｂの第２投影態様は、所定の情報６ｂの表示位置の側方に位置する観察者７が所定の情報６ｂを正しく認識できるように、照明装置１が路面上に所定の情報６ｂを含む投影パターン６ａを投影する例を示している。図４Ａと図４Ｂでは、観察者７の位置が異なるため、所定の情報６ｂの表示方向も、観察者７の位置に合わせて変更される。
【００８７】
図４Ｃの第３投影態様は、照明装置１の近傍に位置する観察者７が照明装置１からのレーザ光の射出方向に沿った視線方向で所定の情報６ｂを認識できるようにした例を示している。第３投影態様の場合、照明装置１に対向する側に位置する別の観察者７ａや、投影パターン６ａの側方に位置する別の観察者７ａは所定の情報６ｂを正しく認識できない。
【００８８】
図４Ｄの第４投影態様は、路面上の投影パターン６ａの投影位置の上方に位置する観察者７が所定の情報６ｂを認識できるようにした例を示している。第４投影態様の場合、照明装置１の近傍に位置する別の観察者７ａや、投影パターン６ａの近傍に位置する観察者７ａは所定の情報６ｂを正しく認識できない。
【００８９】
このように、回折光学素子４の回折特性を調整することで、投影パターン６ａに含まれる所定の情報６ｂの表示態様を任意に調整でき、所定の情報６ｂの表示態様が変わると、観察者７が観察する見かけの情報の形状やサイズ、傾斜角度が変化する。
【００９０】
また、光源２から射出されるレーザ光の放射束を調整することによって、投影パターン６ａの放射照度を調整することができる。ここで、放射束とは、光放射量すなわち放射された光エネルギを指す。また、放射照度とは、単位面積当たりの受光量すなわち受光された光エネルギを指す。さらに、整形光学系３でレーザ光の進行方向を調整することによって、投影パターン６ａのボケを抑制することも可能となる。
【００９１】
図５は観察者７が観察する観察範囲８を説明する図、図６Ａ及び図６Ｂは観察範囲８で観察される所定の情報６ｂの表示例を示す図である。
【００９２】
図５に示すように、観察者７は、投影面である路面上に投影された投影パターン６ａに視線を向けると、見かけ上、観察範囲８内で所定の情報６ｂを視認することになる。投影パターン６ａによって表される所定の情報６ｂの形状及びサイズを調整することにより、観察範囲８は、図５の実線のように路面の法線方向に近い方向に配置されたり、図５の破線のように路面の面方向に近い方向に傾斜して配置されたりする。
【００９３】
図６Ａは図５の実線の観察範囲８内で視認されやすくなる所定の情報６ｂの一例、図６Ｂは図５の破線の観察範囲８内で視認されやすくなる所定の情報６ｂの一例を示している。図６Ａ及び図６Ｂは、所定の情報６ｂとして矢印マークを表示する例を示している。観察者７が図６Ａに示された形状で投影パターン６ａを観察する場合、所定の情報６ｂが路面の法線方向に延びる矢印となり、観察者７は、実線の観察範囲８内、すなわち投影面に対して垂直な面上に情報６ｂを観察することになる。観察者７に、パターンを単純に観察させたい場合には、投影面に対して垂直な面上に情報６ｂを表示することが有効であることが多い。次に、観察者７が図６Ｂに示された形状で投影パターン６ａを観察する場合、所定の情報６ｂは路面に対して傾斜した方向に延びる矢印として、図５の破線の観察範囲８内、すなわち投影面に対して傾斜した面上に情報６ｂを観察することになる。路面上に実際に投影される投影パターン６ａの形状やサイズを調整することで、観察者７によって所定の視認位置から観察される投影パターン６ａの形状やサイズを変更することができる。そして、視認位置から観察される投影パターン６ａの形状やサイズを調整することで、情報６ｂが視認されるようになる面の投影面への傾斜角度を調節することができる。つまり、このような所定の情報６ｂの見かけ上の傾斜角度は、路面上に実際に投影される投影パターン６ａの形状やサイズを調整することで任意に調整可能である。
【００９４】
したがって、例えば、前記特定の視点位置に位置する観察者７が所定の視線方向に視線を向けた際に、図８の実線の位置に所定の情報６ｂを視認させるようにしたい場合には、観察範囲８内に図６Ａに示された形状の情報６ｂが視認されるように、回折光学素子４の回折光学特性を調整すればよい。このとき所定の視点位置以外の位置から観察者７が投影パターンに視線を向けた際に、図６Ａに示された形状で所定の情報６ｂを視認しにくくすることができる。つまり、実際に投影面に投影される投影パターン６ａの形状やサイズを調節しておくことで、特定の指定位置に位置する観察者7が、意図した面上に情報を視認しやすくなり、特定の指定位置以外に位置する観察者7は、意図した面以外の面上に情報を視認しやすくなる。
【００９５】
路面上に投影される投影パターン６ａは、回折光学素子４からの回折光で形成される。よって、回折光学素子４の回折特性を調整することで、路面上に任意の形状及びサイズの所定の情報６ｂを含む投影パターン６ａを投影できる。また、整形光学系３は、投影パターン６ａのボケを抑制するために、光源２からのレーザ光の進行方向を調整することができる。
【００９６】
図７は本実施形態による照明装置１を設計する設計装置１０の概略構成を示すブロック図である。図７の設計装置１０は、専用のハードウェア機器でも実現できるし、あるいは汎用のＰＣ(Personal Computer）が専用のソフトウェアを実行することでも実現できる。図７の設計装置１０は、観察条件設定部１１と、投影条件算出部１２と、照明条件算出部１３とを備えている。
【００９７】
観察条件設定部１１は、観察者７の視点位置及び視線方向と、観察者７が観察する所定の情報６ｂと、を含む観察条件情報を設定する。観察条件情報は、観察者７が所定の情報６ｂを観察する際の放射輝度の分布を含んでいても良い。一例として、観察条件情報は、視点位置から投影パターンを観察した際の投影パターンの放射輝度が均一となるように設定された放射輝度分布を含んでいてもよい。言い換えると、観察条件情報は、投影パターン上の各点から視点位置に向けた放射輝度が均一となるように設定された放射輝度分布を含んでいてもよい。また、観察条件情報は、情報を視認させる面に関する情報を含むようにしてもよい。とりわけ投影面とは異なる面上に情報に視認させる場合に、観察条件情報が情報を視認させる面に関する情報を含むことが有効である。具体的には、観察条件情報が、観察者が予め定めた第１の視点位置から予め定めた第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者に対して投影パターンの投影面とは非平行な面に情報を視認させるように、非平行な面の方向に関する情報を含んでいてもよい。
【００９８】
投影条件算出部１２は、観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターン６ａを投影する位置と、投影面上における投影パターン６ａの形状およびサイズを含む投影条件情報と、を算出する。投影面上における投影パターン６ａを投影する位置は、投影面の位置や観察条件情報に含まれる観察者７の視点位置及び視線方向に基づいて特定され得る。投影面上における投影パターン６ａの形状およびサイズは、観察条件情報に含まれる観察者が観察すべき情報６ｂの形状及びサイズや、観察条件情報に含まれる視点位置及び視線方向、更には投影面上における投影パターン６ａを投影する位置の情報等に基づいて算出される。
【００９９】
さらに、投影条件算出部１２で算出される投影条件情報に、投影面の投影パターン６ａが投影される領域内における各位置での放射照度の分布が含まれるようにしてもよい。投影条件算出部１２は、観察条件情報に含まれる放射輝度分布、および投影面の光拡散情報に基づいて、投影面の投影パターン６ａが投影される領域内における各位置での放射照度の分布を算出することができる。
【０１００】
投影条件算出部１２は、観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者から投影パターン上の各点までの距離に応じて投影パターンの形状及びサイズが変化するように、投影パターンの形状及びサイズを算出してもよい。また、投影条件算出部１２は、観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者の位置で投影パターンの放射輝度が均一となるように、投影パターンの放射照度を算出してもよい。すなわち、投影条件算出部１２は、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの放射輝度が均一となるように、投影面の投影パターン６ａが投影される領域内における各位置での放射照度の分布を算出してもよい。また、投影条件算出部１２は、観察者が第１の視点位置から第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者から投影パターン上の各点までの距離に応じて投影パターンの形状及びサイズが変化するように、投影パターンの形状及びサイズを算出するとともに、観察者の位置で投影パターンを観察した際の投影パターンの放射輝度が均一となるように、投影パターン内の各位置での放射照度の分布を算出してもよい。なお、投影面での反射が完全拡散である場合、投影面の投影パターン６ａが投影される領域内における各位置での放射照度を均一とすることで、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの放射輝度を均一とすることができる。
【０１０１】
照明条件算出部１３は、投影条件情報、及び、投影面に投影パターン６ａを投影する照明装置１の位置に基づいて、照明装置１から投影面の投影パターン６ａ内の各位置に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を含む照明条件情報を算出する。照明条件算出部１３は、投影条件情報に含まれる放射照度の分布に基づいて、投影パターン６ａ内の各位置に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を算出することができる。例えば、照明条件算出部１３は、投影面の投影パターン６ａが投影される領域内において放射照度が均一となるように放射強度の分布を算出するようにしてもよい。例えば、照明装置１から投影パターン６ａの各点に向けたコヒーレント光の放射強度は、照明装置１から当該点までの距離が長くなるにしたがって、強くするようにしてもよい。このような設定によれば、照明装置１からの距離によらず、投影パターン６ａ内の各点での照度を効果的に均一化することができる。
【０１０２】
この他、図７の設計装置１０は、回折特性設計部１４を備えていてもよい。回折特性設計部１４は、照明条件算出部１３で算出された照明装置１から投影パターン６ａへの角度空間座標と、照明装置１から射出するコヒーレント光の放射強度とに基づいて、回折光学素子４の回折特性を設計する。より具体的には、回折特性設計部１４は、観察者７が予め定めた所定の視点位置から予め定めた所定の視線方向に視線を向けたときに予め定めたサイズ、形状及び傾斜角度で所定の情報６ｂを視認するように回折特性を設計する。
【０１０３】
なお、図５の実線で示す観察範囲８のように、投影面と非平行な面上に投影パターン６ａが視認されるようにしたい場合、典型的には路面の法線方向に投影パターンが視認されるようにしたい場合には、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの放射輝度が均一であることが好ましく、投影面での反射が完全拡散または完全拡散に近い場合には、投影パターン６ａ内の各位置での放射照度が均一であることが好ましい。その一方で、投影パターン６ａ内の各位置での放射照度の分布は、放射強度が均一に近い照明装置である場合、照明装置１から離間する位置にて低下する。したがって、投影パターンのうち照明装置１からより遠方側となる位置での放射強度をより高くすることが望ましい。その結果、投影パターン６ａ内の各位置での放射照度が均一となり、投影面での反射が完全拡散または完全拡散に近い場合には、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの放射輝度が均一となる。また投影パターン６ａの形状については、観察者から離間する位置にある程、観察者がサイズを小さく認識するようになるので、観察者からより遠方側の照明範囲がより広くなるように、回折特性を設計するのが望ましい。このように設計することで、投影パターン６ａ内の照明装置１から離間する側が暗くなる、又は、観察位置から離間する側で投影パターン６ａのサイズが小さくなることに起因した立体感または奥行き感を効果的に解消することができる。結果として、図５の実線で示す観察範囲８のように、投影面と非平行な面上に投影パターン６ａが投影されているかのように、視点位置から投影パターン６ａを観察することができる。
【０１０４】
路面上の所定の高さから、斜め下方にコヒーレント光を照射して路面上に投影パターンを投影する場合、投影パターンは、奥行き方向に引き延ばされて投影される。このような投影パターンを、投影パターンの手前に位置する観察者が観察する場合、観察者は、視点位置から斜め下方に視線を向けて投影パターンを観察することになるため、奥行き方向に引き延ばされた投影パターンが認知される。投影パターンの中に、文字や記号などの情報が含まれる場合は、投影パターンが引き延ばされると、観察者は本来の情報を正しく認知できないおそれがある。例えば、投影パターンの中にバーコードやＱＲコード（登録商標）等のコード情報が含まれており、このコード情報をスマートフォン等を用いて自動認識させる場合、コード情報が引き延ばされて歪んでしまうと、コード情報を自動認識できなくなるおそれがある。また、投影された情報にライセンスを受けた登録商標（例えば、ブランドロゴなど）が含まれる場合、登録商標が歪んで視認されると、ライセンス上の問題が生じることも想定される。
【０１０５】
このため、特定の位置にいる観察者には、本来の情報が正しく認知されるような投影の仕方が望まれる。このような投影手法として、本実施形態では、路面とは非平行な方向に情報があると認知されるような投影パターンの投影ができるようにしている。
【０１０６】
以下、図５の観察範囲８のように、路面とは非平行な方向に情報があると認知される投影手法を説明する。図８（ａ）に示すように、路面上に、幅が均一で、奥行き方向の長さも均一の矩形状の投影パターンを照明する場合を考える。投影パターン内各位置での放射照度は投影パターンの全域にわたって均一であるとする。
【０１０７】
この投影パターンを、観察者が路面上の所定の高さから斜め下方に視線を向けて観察すると、図８（ｂ）に示すように、観察者から遠方ほど照明幅が狭まって視認される。
【０１０８】
図９（ａ）は輻輳角を説明する図である。輻輳角とは、両目で一点を凝視するときに両視線が交わる角度である。凝視点がより近いほど輻輳角は、図９（ａ）中の角度Ａのように、より大きくなり、凝視点がより遠いほど輻輳角は、図９（ａ）中の角度Ｂのように、より小さくなる。人間の目が凝視点を凝視するときの動眼筋の緊張度に応じて、奥行きが認知される。図９（ｂ）に示すように、人間の目には、輻輳角が小さいほど、より遠方にあるものとして認知される。観察者から投影パターンまでの距離が長い場合、観察者の瞳孔間距離を無視することができる。言い換えると、輻輳角による奥行の認知ができず、遠近感が感じにくくなる。
【０１０９】
観察者が投影パターンを観察する際、投影パターンを視認する際のサイズは、視点から投影パターンを観察する際の視角により、決定される。視角は、投影パターンが、視点位置に対して張る角度で定義される。投影パターンの視角に応じて、観察者が視認する投影パターンの大きさは決定される。具体的には、図１０（ａ）に示すように、投影面としての路面に、照明幅が均一な矩形状の投影パターンを照明する場合を考える。この場合、投影パターンの幅は、観察者からの距離に依らず一定であるため、投影パターンの幅方向の視角Ａ，Ｂは、観察者から近方側ほど大きく、遠方側ほど小さくなる。そのため、図１０（ｂ）に示すように、観察者には遠方ほど小さい幅の台形型のパターンとして認知される。
【０１１０】
一方、図１１（ａ）に示すように、投影面としての路面に、観察者から遠方ほど照明幅がより広がる、台形状の投影パターンを照明する場合を考える。この場合、台形状の投影パターンのサイズ及び形状を調整することで、近方側と遠方側で視角Ａ，Ｂをほぼ同一にすることができる。これにより、図１１（ｂ）に示すように、観察者には、照明幅がほぼ一定であると認知される。照明幅がほぼ一定であると認知される場合、観察者には立体感または奥行き感があるように認知されにくくなり、路面とは非平行な方向、すなわち路面から立ち上がった方向に情報があるように認知される。また、投影パターンと観察者との距離が遠い程、輻輳角による奥行の認知機能も低下するため、より奥行き感が認知されにくく、立ち上がった方向に情報があるように認知される。なお、図１１（ａ）に示された例では、投影面への法線方向への投影において、投影パターン６ａを観察する際の視線の中心方向に対して、例えば照明装置１の設計に用いられる視線方向に対して、投影面上に投影された投影パターン６ａの奥行き方向と垂直な平行方向の任意の奥行位置の平行方向の投影幅が、視点位置に対して張る角度（つまり、投影パターンの任意の奥行位置での幅方向の視角）は、当該奥行位置によらず、一定または概ね一定となっている。この場合、観察者は、当該投影パターンが投影面の法線方向に延びるように把握することができる。
【０１１１】
このように、矩形状の投影パターンを台形変換して得られる台形状の投影パターンを路面に投影した場合には、観察者には投影パターンの立体感または奥行き感が感じられなくなる一方で、路面から立ち上がった方向に情報が存在するように認知され、情報の歪みが見かけ上抑制されて感じられる。
【０１１２】
このような台形変換は、以下の簡易的な手順で行うことができる。図１２Ａ（ａ）は観察者が矩形状の均一な投影パターンを視認する例を示す図、図１２Ａ（ｂ）は図１２Ａ（ａ）のような投影パターンが得られるように台形変換して投影面に投影させた投影パターン６ａの一例を示す図、図１２Ｂは観察者の投影面への視線方向を示す図である。観察者の視点は、路面から所定の高さに設けられる。視点から路面上の投影パターンに視線を向けるとき、視線と交差する方向（図１２Ａ（ｂ）のＸ方向）における視角は同一である。このため、図１２Ａ（ａ）の矩形状の投影パターンのＹ方向に延びる境界線Ｌ上の各点に着目し、各点と視点とを結ぶ距離が、視点を路面上に投影した位置から台形変換後の各点までの距離に等しくなるように投影パターンを台形変換すればよい。すなわち、図１２Ａ（ｂ）と図１２Ｂに示すように、Ａ１：Ｂ１＝Ａ２：Ｂ２になるように台形変換を行って、図１２Ａ（ｂ）のような投影パターンを生成すればよい。
【０１１３】
図１１及び図１２に示された例において、視点位置から投影パターン上の各点までの距離に応じて投影パターンの投影面上のサイズが相違している。より具体的には、視点位置から投影パターン上の各点までの距離が長くなるにつれて、投影パターンの投影面上のサイズが大きくなっている。その一方で、観察者からは、視点位置から投影パターン上の各点までの距離感が喪失され、投影パターンから視認される情報が投影面から延び出ている又は立ち上がっているかのように視認され得る。
【０１１４】
なお、観察者が路面上の投影パターンを見たときに、立体感または奥行き感を失わせるために有効と言えるもう一つの要素は、投影パターン上での放射輝度の分布である。人間の脳は、遠いものほど暗い、すなわち暗いものほど遠くにあると意識する。投影パターンの全域を均一な放射強度で照明すると、遠方ほど放射照度が小さくなる。結果として、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの放射輝度は均一とはならず、光源２からより遠方となる領域における放射輝度が低くなる。そこで、光源２からより遠方を照射するコヒーレント光の放射強度をより高くして、投影パターン６ａ内での放射照度を均一化させることが有効である。この場合、観察者には投影パターン６ａが均一な明るさに感じられ、立体感又は奥行き感がないものとして認知される。この効果により、路面上に投影された投影パターンが路面から立ち上がった方向に存在するように認知させることを促進させることができる。
【０１１５】
なお、投影パターン６ａを観察した際に立体感又は奥行き感を消失させる観点から、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの放射輝度の平均値Ｘａｖｅに対する放射輝度の最大値Ｘｍａｘと平均値Ｘａｖｅとの差（＝Ｘｍａｘ−Ｘａｖｅ）の比の値（（Ｘｍａｘ−Ｘａｖｅ）／Ｘａｖｅ）が０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることが更に好ましい。同様に、投影パターン６ａを観察した際に立体感又は奥行き感を消失させる観点から、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの放射輝度の平均値Ｘａｖｅに対する放射輝度の平均値Ｘａｖｅと最小値Ｘｍｉｎとの差（＝Ｘａｖｅ−Ｘｍｉｎ）の比の値（（Ｘａｖｅ−Ｘｍｉｎ）／Ｘａｖｅ）が０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることが更に好ましい。なお、放射輝度の最小値Ｘｍｉｎ、最大値Ｘｍａｘおよび平均値Ｘａｖｅは、コニカミノルタ株式会社製の分光放射輝度計（ＣＳ−２０００Ａ）を用いて測定した値とする。コニカミノルタ株式会社製の分光放射輝度計（ＣＳ−２０００Ａ）によれば、放射輝度の最小値Ｘｍｉｎ、最大値Ｘｍａｘおよび平均値Ｘａｖｅを測定することができる。
【０１１６】
また、投影パターン６ａを観察した際に立体感又は奥行き感を消失させる観点から、投影パターン上の各点での放射照度の平均値Ｙａｖｅに対する放射照度の最大値Ｙｍａｘと平均値Ｙａｖｅとの差（＝Ｙｍａｘ−Ｙａｖｅ）の比の値（（Ｙｍａｘ−Ｙａｖｅ）／Ｙａｖｅ）が０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることが更に好ましい。同様に、投影パターン６ａを観察した際に立体感又は奥行き感を消失させる観点から、投影パターン上の各点での放射照度の平均値Ｙａｖｅに対する放射照度の平均値Ｙａｖｅと最小値Ｙｍｉｎとの差（＝Ｙａｖｅ−Ｙｍｉｎ）の比の値（（Ｙａｖｅ−Ｙｍｉｎ）／Ｙａｖｅ）が０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることが更に好ましい。なお、放射照度の最小値Ｙｍｉｎ、最大値Ｙｍａｘおよび平均値Ｙａｖｅは、コニカミノルタ株式会社製の分光放射照度計（ＣＬ−５００Ａ）を用いて測定した値とする。コニカミノルタ株式会社製の分光放射照度計（ＣＬ−５００Ａ）によれば、放射照度の最小値Ｙｍｉｎ、最大値Ｙｍａｘおよび平均値Ｙａｖｅを測定することができる。
【０１１７】
以上をまとめると、路面を照明する投影パターンが路面とは非平行な方向に存在すると観察者に認知させるには、観察者から遠方ほど投影パターンの照明幅をより大きくするのが望ましく、かつ、投影パターン内での放射照度の分布を均一化させるのが望ましい。
【０１１８】
これにより、路面から任意の傾斜角度の方向に情報があると観察者に認知させることができる。例えば、路面の法線方向に情報があると観察者に認知させる場合、情報の歪みを抑制できる。例えば、情報が文字や記号などの場合、情報の歪みを抑制することで、観察者は情報の内容を把握しやすくなる。
【０１１９】
図１３は図７の設計装置１０の処理動作の一例を示すフローチャートである。まず、観察条件設定部１１は、観察者７の視点位置及び視線方向と、観察者７が観察すべき所定の情報６ｂと、を含む観察条件情報を設定する（ステップＳ１）。視点位置は、路面上の二次元方向の座標だけでなく、路面からの高さも含む。視点の高さが異なると、観察者７の目に入る情報が相違するためである。例えば、視点が低くなるほど、投影パターン６ａ内の所定の情報６ｂは引き延ばされて視認される場合がありうる。また、観察条件情報は、観察者７が所定の情報６ｂを観察する際の放射輝度の分布を含んでいても良い。一例として、観察条件情報は、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの放射輝度が均一となるように設定された放射輝度分布を含んでいてもよい。さらに、観察条件情報は、観察者が予め定めた第１の視点位置から予め定めた第１の視線方向に視線を向けたときに、観察者に対して投影パターンの投影面とは非平行な面に情報を視認させるように、非平行な面の方向に関する情報を含んでいてもよい。
【０１２０】
次に、投影条件算出部１２が、観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターン６ａを投影する位置および投影面上に投影する投影パターン６ａの形状およびサイズを含む投影条件情報を算出する（ステップS２）。投影条件算出部１２が、観察条件情報に含まれる放射輝度分布、および投影面の光拡散情報に基づいて、投影面の投影パターン６ａが投影される領域内における各位置での放射照度の分布を算出するようにしてもよい。投影条件算出部１２は、投影面、投影面上における投影パターン６ａを投影する位置、視点位置等に関するデータを生成し取り扱うようにしてもよい。
【０１２１】
なお、投影面とは非平行な方向に情報が存在すると観察者に認知させるような投影パターンを生成する場合には、上述したように、投影パターンの台形変換処理がステップ２で成される。投影面からどの程度の傾斜角度の方向に情報が存在すると観察者に認知させたいかによって、台形変換後の投影パターンの形状も変化する。
【０１２２】
次に、照明条件算出部１３は、投影条件情報、及び、投影面に投影パターン６ａを投影する照明装置の位置に基づいて、照明装置１から投影面の投影パターン６ａ内の各位置に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を含む照明条件情報を算出する（ステップＳ３）。上述したように、投影パターン６ａに含まれる所定の情報６ｂの形状やサイズを調整することで、観察者７が観察する見かけの情報の形状やサイズ、傾斜角度を任意に調整できる。また、投影面とは非平行な方向に情報が存在すると観察者に認知させるような投影パターンを生成する場合には、上述したように、光源２からより遠方を照射するコヒーレント光の放射強度をより高くして、投影パターンの放射照度を調整することが有効である。より具体的には、投影パターン６ａ内の各点での放射照度の分布を均一化するのが望ましい。
【０１２３】
次に、回折特性設計部１４は、照明条件算出部１３で算出された照明条件情報に基づいて、回折光学素子４の回折特性を設計する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ４の処理の前後に、投影パターン６ａのボケを抑制するために、整形光学系３の光学特性を設計してもよい。
【０１２４】
本実施形態による照明装置１は、上述したように、設置型の情報表示灯として、例えば車両の通行に関する種々の情報を表示する場合に適用できるが、それ以外には、車両が走行する道路の路肩などに本実施形態による照明装置１を設置して、道路を走行する車両に、種々の情報を提供する用途にも適用可能である。例えば、トンネル内で冠水などの通行障害がある場合に、トンネルの手前の路肩に設けた照明装置１から路面上に、通行障害がある旨の情報を表示してもよい。このように、本実施形態による照明装置１は、車両、船舶、列車等の移動体だけでなく、特定の場所に設けられるインフラ設備に組み込んでもよい。
【０１２５】
上述したように、本実施形態では、特定の観察者７の視点位置から投影パターン６ａを見たときに、この観察者７が投影パターン６ａに含まれる所定の情報６ｂを正しく認識できるように、回折光学素子４の回折特性を調整する。従って、照明装置１から遠方に投影パターン６ａが設けられて、所定の情報６ｂが引き延ばされて表示される場合であっても、特定の観察者７には視認しやすい態様の情報を提供できる。特に本実施形態では、路面上に投影した投影パターンを斜め上方から観察者が観察したときに、路面とは非平行な方向に観察者が情報を認知できるように、投影パターンの形状や放射照度を調整する。この調整は、回折光学素子４の回折特性の調整によって行われる。これにより、本実施形態によれば、投影面から任意の傾斜角度の方向に情報があると観察者に認知させることができる。特に、本実施形態によれば、投影面の法線方向に情報があると観察者に認知させることもできるため、情報の歪みを抑制した状態で観察者に情報を認知させることができる。これにより、観察者は、文字や記号、画像等からなる情報の内容を誤解なく認識することができる。
【０１２６】
とりわけ本実施の形態によれば、回折光学素子４を用いて光の配向、例えば放射強度の角度空間での分布を調整している。したがって、遠方でも所望の被照明領域を高精度で照明することができ且つ投影面上における投影パターンの輪郭を鮮明にすることもできる。
【０１２７】
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【０１２８】
例えば、上述した一実施の形態の一具体例として、放射輝度、放射照度、放射強度を調整する例を説明したが、この例に限られず、放射輝度に代えて輝度を調整するようにしてもよいし、放射照度に代えて照度を調整するようにしてもよいし、放射強度に代えて光度を調整するようにしてもよい。
【０１２９】
例えば、回折光学素子４は、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの輝度が均一となる回折特性を有するようにしてもよい。また、観察条件情報が、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの輝度が均一となるように設定された輝度分布を含むようにしてもよい。投影条件算出部１２は、観察条件情報の輝度分布に基づいて投影面の投影パターンが投影される領域内における照度の分布を算出するようにしてもよい。照明条件算出部１３は、投影条件情報に含まれる照度の分布に基づいて、照明装置１から射出するコヒーレント光の光度の分布を算出するようにしてもよい。とりわけ照明条件算出部１３は、投影面の投影パターン６ａが投影される領域内において照度が均一となるように、照明装置１から射出するコヒーレント光の強度の分布を算出するようにしてもよい。
【０１３０】
また、投影パターン６ａを観察した際に立体感又は奥行き感を消失させる観点から、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの輝度の平均値Ｚａｖｅに対する輝度の最大値Ｚｍａｘと平均値Ｚａｖｅとの差（＝Ｚｍａｘ−Ｚａｖｅ）の比の値（（Ｚｍａｘ−Ｚａｖｅ）／Ｚａｖｅ）が０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることが更に好ましい。同様に、投影パターン６ａを観察した際に立体感又は奥行き感を消失させる観点から、視点位置から投影パターン６ａを観察した際の投影パターンの輝度の平均値Ｚａｖｅに対する輝度の平均値Ｚａｖｅと最小値Ｚｍｉｎとの差（＝Ｚａｖｅ−Ｚｍｉｎ）の比の値（（Ｚａｖｅ−Ｚｍｉｎ）／Ｚａｖｅ）が０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることが更に好ましい。なお、輝度の最小値Ｚｍｉｎ、最大値Ｚｍａｘおよび平均値Ｚａｖｅは、コニカミノルタ株式会社製の分光放射輝度計（ＣＳ−２０００Ａ）を用いて測定した値とする。コニカミノルタ株式会社製の分光放射輝度計（ＣＳ−２０００Ａ）によれば、輝度の最小値Ｚｍｉｎ、最大値Ｚｍａｘおよび平均値Ｚａｖｅを測定することができる。
【０１３１】
また、投影パターン６ａを観察した際に立体感又は奥行き感を消失させる観点から、投影パターン上の各点での照度の平均値Ｗａｖｅに対する照度の最大値Ｗｍａｘと平均値Ｗａｖｅとの差（＝Ｗｍａｘ−Ｗａｖｅ）の比の値（（Ｗｍａｘ−Ｗａｖｅ）／Ｗａｖｅ）が０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることが更に好ましい。同様に、投影パターン６ａを観察した際に立体感又は奥行き感を消失させる観点から、投影パターン上の各点での照度の平均値Ｗａｖｅに対する照度の平均値Ｗａｖｅと最小値Ｗｍｉｎとの差（＝Ｗａｖｅ−Ｗｍｉｎ）の比の値（（Ｗａｖｅ−Ｗｍｉｎ）／Ｗａｖｅ）が０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることが更に好ましい。なお、照度の最小値Ｗｍｉｎ、最大値Ｗｍａｘおよび平均値Ｗａｖｅは、コニカミノルタ株式会社製の分光放射照度計（ＣＬ−５００Ａ）を用いて測定した値とする。コニカミノルタ株式会社製の分光放射照度計（ＣＬ−５００Ａ）によれば、照度の最小値Ｗｍｉｎ、最大値Ｗｍａｘおよび平均値Ｗａｖｅを測定することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１  照明装置、１ａ  筐体、２  光源、３  整形光学系、４  回折光学素子、６  被照明領域、６ａ  投影パターン、６ｂ  所定の情報、７  観察者、８  観察範囲、１０  設計装置、１１  観察条件設定部、１２  投影条件算出部、１３  照明条件算出部、１４  回折特性設計部
【図１】
2020017526.tif 000003
【図２】
2020017526.tif 000004
【図３】
2020017526.tif 000005
【図４Ａ】
2020017526.tif 000006
【図４Ｂ】
2020017526.tif 000007
【図４Ｃ】
2020017526.tif 000008
【図４Ｄ】
2020017526.tif 000009
【図５】
2020017526.tif 000010
【図６Ａ】
2020017526.tif 000011
【図６Ｂ】
2020017526.tif 000012
【図７】
2020017526.tif 000013
【図８】
2020017526.tif 000014
【図９】
2020017526.tif 000015
【図１０】
2020017526.tif 000016
【図１１】
2020017526.tif 000017
【図１２Ａ】
2020017526.tif 000018
【図１２Ｂ】
2020017526.tif 000019
【図１３】
2020017526.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月2日(2019.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面上に情報を含む投影パターンを投影する照明装置であって、
コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子の位置及び方向を基準として観察者が第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合と前記第１の視点位置とは異なる第２の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合との間で異なる情報を視認する回折特性を有する、照明装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、前記回折光学素子の位置及び方向を基準として観察者が前記第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合と前記第２の視点位置から前記投影パターンに視線を向けた場合との間でサイズ、形状および傾斜角度の少なくとも一つが異なるパターンとして前記投影パターンを視認する回折特性を有する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記回折光学素子は、観察者が前記第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けたときに、前記観察者に対して前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させる回折特性を有する、請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記回折光学素子は、観察者が前記第１の視点位置から前記投影パターンに視線を向けたときに、前記観察者に対して前記投影面とは非平行な面に前記情報を視認させる回折特性を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記回折光学素子は、前記第１の視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの前記投影面上のサイズが相違する回折特性を有する、請求項３又は４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記回折光学素子は、前記第１の視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となる回折特性を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１の視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度の最小値Ｘｍｉｎ、最大値Ｘｍａｘおよび平均値Ｘａｖｅが、次の二つの式（１）及び式（２）を満たす、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
（Ｘｍａｘ−Ｘａｖｅ）／Ｘａｖｅ≦０．４     ・・・式（１）
（Ｘａｖｅ−Ｘｍｉｎ）／Ｘａｖｅ≦０．４     ・・・式（２）
【請求項８】
前記投影パターン上の各点での放射照度の最小値Ｙｍｉｎ、最大値Ｙｍａｘおよび平均値Ｙａｖｅが、次の二つの式（３）及び式（４）を満たす、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。
（Ｙｍａｘ−Ｙａｖｅ）／Ｙａｖｅ≦０．４     ・・・式（３）
（Ｙａｖｅ−Ｙｍｉｎ）／Ｙａｖｅ≦０．４     ・・・式（４）
【請求項９】
前記光源から射出されたコヒーレント光をコリメートする整形光学系を備え、
前記回折光学素子は、前記整形光学系でコリメートされたコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記整形光学系は、前記投影パターンのボケが抑制されるように前記光源から射出されたコヒーレント光の進行方向を調整する、請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
観察者の第１の視点位置及び第１の視線方向と、前記観察者が前記第１の視点位置から前記第１の視線方向に視線を向けた場合に観察する第１の情報と、観察者の前記第１の視点位置とは異なる第２の視点位置及び前記第１の視線方向とは異なる第２の視線方向と、前記観察者が前記第２の視点位置から前記第２の視線方向に視線を向けた場合に観察する前記第１の情報とは異なる第２の情報と、を含む観察条件情報を設定するステップと、
前記観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターンを投影する位置と、前記投影面上での投影パターンの形状およびサイズと、を含む投影条件情報を算出するステップと、
前記投影条件情報、及び、前記投影面に前記投影パターンを投影する照明装置の位置に基づいて、前記照明装置から前記投影面に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を含む照明条件情報を算出するステップと、を備える、照明装置の設計方法。
【請求項１２】
前記照明装置には、コヒーレント光を射出する光源と、前記光源からのコヒーレント光を回折させて前記投影パターンを投影する回折光学素子と、が設けられており、
前記照明条件情報に基づいて、前記回折光学素子の回折特性を設計するステップをさらに備える、請求項１１に記載の設計方法。
【請求項１３】
前記回折特性は、前記第１の視点位置から前記第１の視線方向に視線を向けたときに前記観察条件情報で定めた前記第１の情報を視認させ、前記第２の視点位置から前記第２の視線方向に視線を向けたときに前記観察条件情報で定めた前記第２の情報を視認させるように設計される、請求項１２に記載の設計方法。
【請求項１４】
前記観察条件情報は、前記第１の視点位置から前記第１の視線方向に視線を向けたときに前記投影面とは非平行な面に前記第１の情報を視認させるように、前記非平行な面の方向に関する情報を含む、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の設計方法。
【請求項１５】
前記投影条件情報を算出するステップは、前記第１の視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの形状及びサイズが変化するように、前記投影パターンの形状及びサイズを算出する、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の設計方法。
【請求項１６】
前記観察条件情報は、前記第１の視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となるように設定された放射輝度の分布を含む、請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の設計方法。
【請求項１７】
観察者の第１の視点位置及び第１の視線方向と、前記観察者が前記第１の視点位置から前記第１の視線方向に視線を向けた場合に観察する第１の情報と、観察者の前記第１の視点位置とは異なる第２の視点位置及び前記第１の視線方向とは異なる第２の視線方向と、前記観察者が前記第２の視点位置から前記第２の視線方向に視線を向けた場合に観察する前記第１の情報とは異なる第２の情報と、を含む観察条件情報を設定する観察条件設定部と、
前記観察条件情報に基づいて、投影面上における投影パターンを投影する位置と、前記投影面での投影パターンの形状およびサイズと、を含む投影条件情報を算出する投影条件算出部と、
前記投影条件情報、及び、前記投影面に前記投影パターンを投影する照明装置の位置に基づいて、前記照明装置から前記投影面に向けて射出するコヒーレント光の放射強度の分布を含む照明条件情報を算出する照明条件算出部と、を備える、照明装置の設計装置。
【請求項１８】
前記照明装置には、コヒーレント光を射出する光源と、前記光源からのコヒーレント光を回折して前記投影パターンを照明する回折光学素子と、が設けられており、
前記照明条件情報に基づいて、前記回折光学素子の回折特性を設計する回折特性設計部をさらに備える、請求項１７に記載の設計装置。
【請求項１９】
前記回折特性設計部は、前記第１の視点位置から前記第１の視線方向に視線を向けたときに前記観察条件情報で定めた前記第１の情報を視認させ、前記第２の視点位置から前記第２の視線方向に視線を向けたときに前記観察条件情報で定めた前記第２の情報を視認させるように前記回折特性を設計する、請求項１８に記載の設計装置。
【請求項２０】
前記観察条件情報は、前記第１の視点位置から前記第１の視線方向に視線を向けたときに前記投影面とは非平行な面に前記第１の情報を視認させるように、前記非平行な面の方向に関する情報を含む、請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の設計装置。
【請求項２１】
前記投影条件算出部は、前記第１の視点位置から前記投影パターン上の各点までの距離に応じて前記投影パターンの形状及びサイズが変化するように、前記投影パターンの形状及びサイズを算出する、請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の設計装置。
【請求項２２】
前記観察条件情報は、前記第１の視点位置から前記投影パターンを観察した際の前記投影パターンの放射輝度が均一となるように設定された放射輝度の分布を含む、請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載の設計装置。