(57)【要約】  簡素な構成を有する照明装置であって、コンパクトに構成可能な光拡散素子を介して複数の領域を照明可能な照明装置を提供する。照明装置１０は、レーザー光源（コヒーレント光源）１２、光走査装置１４、光路調整素子１６及び光拡散素子１８を備える。レーザー光源１２は、レーザー光（コヒーレント光）Ｌを発する。光走査装置１４は、レーザー光源１２からのレーザー光Ｌの光路を変更可能である。光路調整素子１６は、光走査装置１４からのレーザー光Ｌが入射し、光走査装置１４によって定められる光路に応じてレーザー光Ｌの入射位置が変動し、当該入射位置に応じてレーザー光Ｌの出射角が変動する。光拡散素子１８は、光路調整素子１６からのレーザー光Ｌが入射し、当該レーザー光Ｌを拡散して拡散光を出射し、レーザー光Ｌの入射角に応じて拡散光の出射角が変動する。
2017051868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を発するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源からの前記コヒーレント光の光路を変更可能な光走査装置と、
前記光走査装置からの前記コヒーレント光が入射する光路調整素子であって、前記光走査装置によって定められる前記光路に応じて前記コヒーレント光の入射位置が変動し、当該入射位置に応じて前記コヒーレント光の出射角が変動する光路調整素子と、
前記光路調整素子からの前記コヒーレント光が入射し、当該コヒーレント光を拡散して拡散光を出射する光拡散素子であって、前記コヒーレント光の入射角に応じて前記拡散光の出射角が変動する光拡散素子と、を備える照明装置。
【請求項２】
前記光路調整素子は、前記光走査装置からの前記コヒーレント光の入射位置にかかわらず、前記光拡散素子の特定の範囲に前記コヒーレント光を入射させる請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光拡散素子は、入射する前記コヒーレント光の拡散角よりも大きな拡散角を持つ前記拡散光を出射する請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光路調整素子は、単一の光学素子によって構成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光路調整素子は、複数の光学素子によって構成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記光路調整素子は、コリメート光学素子及び集光光学素子を含む請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光拡散素子は、ホログラム記録媒体である請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光拡散素子は、複数のレンズを有するレンズアレイを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光路調整素子は、当該光路調整素子に入射する前記コヒーレント光のビーム径よりも、当該光路調整素子から出射するコヒーレント光のビーム径を大きくする請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光走査装置から前記光路調整素子に向かって進行する前記コヒーレント光のビーム径は一定である請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記光走査装置から前記光路調整素子に向かって進行する前記コヒーレント光のビーム径は変化する請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記光走査装置によって光路が変えられる前記コヒーレント光は、相互に異なる波長を有する光成分を含み、
前記光路調整素子と前記光拡散素子との間には分光ユニットが設けられており、
前記光路調整素子からの前記コヒーレント光は、前記分光ユニットを介して前記光拡散素子に入射し、
前記分光ユニットは、前記光路調整素子からの前記コヒーレント光を分光して相互に異なる波長を有する複数の光成分に分離し、当該複数の光成分を前記光拡散素子に向けて出射する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記分光ユニットは、
第１の波長域の光成分を透過して前記光拡散素子に導くとともに、他の波長域の光成分を反射する第１分光ガイド体と、
前記第１分光ガイド体によって反射された前記他の波長域の光成分を前記光拡散素子に導く第２分光ガイド体と、を含む請求項１２に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光を用いて所定範囲を照明する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光源は、高圧水銀ランプなどよりも長寿命で、光学系を小型化でき、消費電力も少ないことから、レーザー光源を用いた照明装置が普及しつつある。特にホログラムなどの光拡散素子とレーザー光源とを組み合わせることで、指向性を持った広がりのある光によって特定の領域を照明することができる。【０００３】
例えば特許文献１は、ホログラム記録媒体で拡散されたレーザー光などのコヒーレント光によって被照明領域を照らす照明装置を開示する。また特許文献２は、相互に異なる再生像が割り当てられた複数の領域を有する透過型ホログラムを備え、この透過型ホログラムの各領域にレーザー光を入射させて割り当てられたホログラム再生像を路面に投影可能な表示装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０３３１７４号
【特許文献２】特開２０１５−１３２７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようにホログラムを介してコヒーレント光を所望領域に照射する装置が知られているが、そのような装置では、ホログラム上のコヒーレント光の照射位置とホログラムから出射される拡散光による照明位置とが１対１で対応する。【０００６】
例えば特許文献１には、赤青緑のコヒーレント光のそれぞれに対応した３つの記録領域を有するホログラム記録媒体が開示されており、赤青緑のコヒーレント光は、それぞれに対応づけられた異なる記録領域に入射する。この装置においてコヒーレント光は、走査デバイスによってホログラム記録媒体上の照射位置がコントロールされるが、ホログラム記録媒体上の同一の照射位置に対しては同一の角度で入射し、その後、ホログラム記録媒体から同一の角度で出射して被照明領域中の同一の場所を照らす。また特許文献１には、３つのホログラム記録媒体を含む光学素子が開示されており、これらの３つのホログラム記録媒体にはそれぞれ相互に異なる３つの被照明領域が対応づけられ、コヒーレント光は入射したホログラム記録媒体に対応づけられた被照明領域を照らす。この装置においてもコヒーレント光は、各ホログラム記録媒体上を走査するが、ホログラム記録媒体上の同一の照射位置に対しては同一の角度で入射し、その後、ホログラム記録媒体から同一の角度で出射して被照明領域中の同一の場所を照らす。【０００７】
また特許文献２の表示装置では、レーザー光がミラーを介して透過型ホログラムに入射し、レーザー光の透過型ホログラム上の入射位置に応じたホログラム再生像が路面に投影される。この装置においてレーザー光は、ミラーによって透過型ホログラム上の照射位置がコントロールされるが、透過型ホログラム上の同一の照射位置に対しては同一の角度で入射し、その後、透過型ホログラムから同一の角度で出射して路面上の同一の場所を照らす。【０００８】
このように「ホログラム上のコヒーレント光の照射位置とホログラムから出射される拡散光による照明位置とが１対１で対応する照明装置」によって複数の異なる領域を照明する場合、照明領域毎にホログラム領域を用意する必要がある。すなわち複数の照明領域のそれぞれに対応する複数のホログラム領域をコヒーレント光の光路上に設置し、所望の領域を照明する場合には、その所望の領域に対応づけられたホログラム領域にコヒーレント光を導く必要がある。【０００９】
したがって「ホログラム上のコヒーレント光の照射位置とホログラムから出射される拡散光による照明位置とが１対１で対応する照明装置」によって複数の異なる領域を照明するには、照明領域と同数の相互に異なるホログラム領域を設ける必要がある。そのため想定される照明領域の数が多い場合には、ホログラム領域の数も増大して装置構成が複雑化するとともに、ホログラム領域全体のサイズが大型化する。したがってホログラムの設置スペースが限られている場合等には、「ホログラム上のコヒーレント光の照射位置とホログラムから出射される拡散光による照明位置とが１対１で対応する照明装置」は必ずしも好ましくなく、より簡素且つコンパクトな構成のホログラムを具備する照明装置が好ましい。【００１０】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成を有するホログラム等の光拡散素子であって、コンパクトに構成可能な光拡散素子を介して複数の領域を照明可能な照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、コヒーレント光を発するコヒーレント光源と、コヒーレント光源からのコヒーレント光の光路を変更可能な光走査装置と、光走査装置からのコヒーレント光が入射する光路調整素子であって、光走査装置によって定められる光路に応じてコヒーレント光の入射位置が変動し、当該入射位置に応じてコヒーレント光の出射角が変動する光路調整素子と、光路調整素子からのコヒーレント光が入射し、当該コヒーレント光を拡散して拡散光を出射する光拡散素子であって、コヒーレント光の入射角に応じて拡散光の出射角が変動する光拡散素子と、を備える照明装置に関する。【００１２】
本態様によれば、光走査装置によってコヒーレント光の光路調整素子に対する入射位置を変えることで、光拡散素子からの拡散光の出射角をコントロールでき、単一の光拡散素子から出射される出射角が異なる拡散光によって複数の領域を照明できる。このように、簡素且つコンパクトに構成可能な光拡散素子を介し、複数の領域を選択的に照明することが可能である。【００１３】
光路調整素子は、光走査装置からのコヒーレント光の入射位置にかかわらず、光拡散素子の特定の範囲にコヒーレント光を入射させてもよい。【００１４】
本態様によれば、光路調整素子からのコヒーレント光の出射角に応じて、光拡散素子に対するコヒーレント光の入射角を変えることができる。【００１５】
光拡散素子は、入射するコヒーレント光の拡散角よりも大きな拡散角を持つ拡散光を出射してもよい。【００１６】
本態様によれば、広がりを有する照明対象の各領域を、光拡散素子からの拡散光によって適切に照明できる。【００１７】
光路調整素子は、単一の光学素子によって構成されてもよい。【００１８】
本態様によれば、照明装置を簡素に構成できる。【００１９】
光路調整素子は、複数の光学素子によって構成されてもよい。【００２０】
本態様によれば、光路調整素子を柔軟に設計することができる。【００２１】
光路調整素子は、コリメート光学素子及び集光光学素子を含んでもよい。【００２２】
本態様によれば、平行化（コリメート）されて集光されたコヒーレント光を光拡散素子に入射させることができる。【００２３】
光拡散素子は、ホログラム記録媒体であってもよい。【００２４】
光拡散素子は、複数のレンズを有するレンズアレイを含んでもよい。【００２５】
光路調整素子は、当該光路調整素子に入射するコヒーレント光のビーム径よりも、当該光路調整素子から出射するコヒーレント光のビーム径を大きくしてもよい。【００２６】
光走査装置から光路調整素子に向かって進行するコヒーレント光のビーム径は一定であってもよい。【００２７】
光走査装置から光路調整素子に向かって進行するコヒーレント光のビーム径は変化してもよい。【００２８】
光走査装置によって光路が変えられるコヒーレント光は、相互に異なる波長を有する光成分を含み、光路調整素子と光拡散素子との間には分光ユニットが設けられており、光路調整素子からのコヒーレント光は、分光ユニットを介して光拡散素子に入射し、分光ユニットは、光路調整素子からのコヒーレント光を分光して相互に異なる波長を有する複数の光成分に分離し、当該複数の光成分を光拡散素子に向けて出射してもよい。【００２９】
分光ユニットは、第１の波長域の光成分を透過して光拡散素子に導くとともに、他の波長域の光成分を反射する第１分光ガイド体と、第１分光ガイド体によって反射された他の波長域の光成分を光拡散素子に導く第２分光ガイド体と、を含んでもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、コヒーレント光の光路調整素子に対する入射位置を光走査装置によって変えることで、光拡散素子からの拡散光の出射角をコントロールでき、簡素且つコンパクトに構成可能な光拡散素子を介して複数の領域を照明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る照明装置の概略構成を示す概念図である。
【図２】図２は、光拡散素子の拡散性能を説明するための概念図である。
【図３】図３は、レーザー光源及び光走査装置を統括的に制御するコントローラの機能構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、図１に示す実施形態と同じ構成を有する照明装置におけるレーザー光のビーム径の変化の一例を概略的に示す概念図である。
【図５】図５は、照明装置の一変形例を示す概念図である。
【図６】図５に示す照明装置の一変形例におけるレーザー光のビーム径の変化の一例を概略的に示す概念図である。
【図７】図６に示す照明装置の一変形例におけるレーザー光のビーム径の変化の一例を概略的に示す概念図である。
【図８】他の変形例に係る照明装置の概略構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明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、適宜縮尺及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。
【００３３】
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うる程度の範囲を含めて解釈することとする。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係る照明装置１０の概略構成を示す概念図である。
【００３５】
本実施形態に係る照明装置１０では、レーザー光源（コヒーレント光源）１２、光走査装置１４、光路調整素子１６及び光拡散素子１８が順次配置される。
【００３６】
レーザー光源１２は、レーザー光（コヒーレント光）Ｌを発する光源であり、典型的には半導体レーザー光源をレーザー光源１２として用いることができる。レーザー光源１２を構成する光源の数は、単数であってもよいし、複数であってもよい。複数の光源によってレーザー光源１２が構成される場合、当該複数の光源から発せられるレーザー光Ｌの波長域は、互いに同じであってもよいし、互いに相違してもよい。レーザー光源１２から発せられるレーザー光Ｌの発光強度を高めるためには、複数の光源から発せられるレーザー光Ｌの波長域が重複していることが好ましい。レーザー光源１２を構成する複数の光源から発せられるレーザー光Ｌの波長域がそれぞれ相違する場合、複数の光源は、互いに独立して設けられてもよいし、共通の基板上に並べられて光源モジュールを形成してもよい。例えばレーザー光源１２を構成する複数の光源が赤色波長域、緑色波長域及び青色波長域のレーザー光Ｌを発光可能な場合には、これらの３種類のレーザー光Ｌを重ね合わせることで、白色の照明光を生成することも可能である。
【００３７】
なおレーザー光源１２は、レーザー光の発光をコントロールする発光制御部（図示省略）を含み、当該発光制御部は後述の発光タイミング制御部２７（図３参照）によって制御される。発光制御部は、例えば、発光波長域がそれぞれ相違する複数のレーザー光の発光タイミングを個別独立に制御してもよい。すなわち、発光波長域がそれぞれ相違する複数のレーザー光に対応して複数の光源が設けられている場合、発光制御部は、複数の光源からレーザー光を発光させる発光タイミングを、光源毎に制御できる。したがってレーザー光源１２が赤緑青の３つのレーザー光を発光可能である場合、各レーザー光の発光タイミングを制御することで、赤緑青のうち任意の色の照明光又は赤緑青のうち任意の２色以上の色を混ぜ合わせた色の照明光を生成可能となる。また発光制御部は、各光源におけるレーザー光の発光強度を制御してもよく、各光源から発光強度の強いレーザー光や弱いレーザー光を発光させることもできる。
【００３８】
光走査装置１４は、レーザー光源１２からのレーザー光Ｌの光路を変更可能であり、レーザー光源１２からのレーザー光Ｌを光路調整素子１６に導き、レーザー光Ｌを光路調整素子１６上で走査させることが可能である。特に本実施形態では、後述のように、レーザー光Ｌの光路調整素子１６に対する入射位置に応じて最終的な照明領域が変わるため、光走査装置１４が光路を調整してレーザー光Ｌの光路調整素子１６に対する入射位置を変えることで、照明領域が変更される。なお図１には、光走査装置１４によって光路が変更され光路調整素子１６上の異なる位置（入射位置Ｐ１、入射位置Ｐ２及び入射位置Ｐ３）に入射する３種類のレーザー光（第１レーザー光Ｌ１、第２レーザー光Ｌ２及び第３レーザー光Ｌ３）が例示されているが、レーザー光の入射位置はこれらの３箇所に限定されず、光走査装置１４は光路調整素子１６の任意の位置にレーザー光を導いて入射させることが可能である。
【００３９】
このような光走査装置１４は、後述の光走査制御部２８（図３参照）の制御下でレーザー光Ｌの光路を調整することができる装置であれば、どのような構成を有していてもよい。例えばポリゴンミラー、２軸ガルバノミラー、共振ミラーなどのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ
Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、或いは数十ミリメートル（ｍｍ）の径の反射面を有する大口径型の２軸共振ミラー等のミラー類を使って、光走査装置１４を簡便に構成することができる。
【００４０】
光路調整素子１６は、光走査装置１４からのレーザー光Ｌが入射し、光拡散素子１８の特定の範囲Ｒｓに向けてレーザー光Ｌを出射する。レーザー光Ｌの光路調整素子１６上の入射位置（図１の符号「Ｐ１」、「Ｐ２」及び「Ｐ３」参照）は、光走査装置１４によって定められるレーザー光Ｌの光路に応じて変動し、レーザー光Ｌの光路調整素子１６上の入射位置に応じてレーザー光Ｌの光路調整素子１６からの出射角が変動する。図１には、光路調整素子１６の光軸を基準とした「第２レーザー光Ｌ２の出射角θｅ２」及び「第３レーザー光Ｌ３の出射角θｅ３」が例示されている。なお、光路調整素子１６の光軸に平行な方向に当該光軸上を進行する第１レーザー光Ｌ１の、光路調整素子１６の光軸を基準とした出射角（θｅ１）は０度である。
【００４１】
搬送光学素子として機能する光路調整素子１６は、光走査装置１４からのレーザー光Ｌの入射位置にかかわらず、光拡散素子１８の特定の範囲（図１の符号「Ｒｓ」参照）にレーザー光Ｌを入射させる。したがって、光路調整素子１６から出射する上述の第１レーザー光Ｌ１、第２レーザー光Ｌ２及び第３レーザー光Ｌ３は、いずれも、光拡散素子１８上の特定の範囲Ｒｓに入射する。ここでいう光拡散素子１８上の特定の範囲Ｒｓは、その具体的な位置や大きさについては特に限定されず、後述のようにレーザー光Ｌの入射角に応じて出射光（拡散光）の出射角が変わる偏向光拡散機能を奏する光拡散素子１８上のスポットによって、この「特定の範囲Ｒｓ」が構成される。
【００４２】
このような光路調整素子１６は、例えば凸レンズ等の集光光学素子によって構成可能である。光走査装置１４の位置に点光源を配置した場合に当該点光源からの光（発散光束）が光路調整素子１６を介して集光する位置（結像位置）に基づいて、光拡散素子１８の配置位置を定めることができる。この場合、光拡散素子１８の配置位置はそのような結像位置と一致していることが好ましいが、必ずしもそのような結像位置と厳密に一致している必要はない。したがって光拡散素子１８は、光路調整素子１６からのレーザー光Ｌを光拡散素子１８上の特定の範囲Ｒｓに入射させることが可能な範囲（例えば結像位置の近傍範囲）に配置されてもよい。
【００４３】
光拡散素子１８は、光路調整素子１６からのレーザー光Ｌが特定の範囲Ｒｓに入射し、当該レーザー光Ｌを拡散して指向性を持った拡散光を出射する。光拡散素子１８から出射される拡散光の出射角は、光拡散素子１８に対するレーザー光Ｌの入射角に応じて変動する。例えば図１に示す例において、「光拡散素子１８に垂直に入射する入射角（θｉ１）が０度の第１レーザー光Ｌ１」、「光拡散素子１８に対する入射角θｉ２が第１レーザー光Ｌ１とは異なる第２レーザー光Ｌ２」及び「光拡散素子１８に対する入射角θｉ３が第１レーザー光Ｌ１及び第２レーザー光Ｌ２とは異なる第３レーザー光Ｌ３」は、光拡散素子１８によって、それぞれ異なる領域を照明する「第１拡散光Ｄ１」、「第２拡散光Ｄ２」及び「第３拡散光Ｄ３」となる。なお本実施形態において「拡散光が占める領域」と「拡散光によって瞬間的に照明可能な領域（要素照明領域）」とは同じであり、図１に示す例では、第１拡散光Ｄ１によって照明可能な要素照明領域が第１要素照明領域Ｒ１として表され、第２拡散光Ｄ２によって照明可能な要素照明領域が第２要素照明領域Ｒ２として表され、第３拡散光Ｄ３によって照明可能な要素照明領域が第３要素照明領域Ｒ３として表されている。
【００４４】
光拡散素子１８から出射される拡散光の出射角は、任意の基準で定められ、例えば、「拡散光の進行方向の中心を定める出射角基準線（図１の符号「Ｓ１」、「Ｓ２」及び「Ｓ３」参照）」と「光拡散素子１８の出射面と垂直な方向」とが成す角度によって定められてもよい。図１には、上述の第２レーザー光Ｌ２から作られる第２拡散光Ｄ２の出射角が符号「θｄ２」により表され、第３レーザー光Ｌ３から作られる第３拡散光Ｄ３の出射角が符号「θｄ３」により表されており、第１レーザー光Ｌ１から作られる第１拡散光Ｄ１の出射角（θｄ１）は０度となっている。
【００４５】
このように光拡散素子１８から出射される拡散光は指向性を持ち、光拡散素子１８は、入射するレーザー光Ｌの拡散角よりも大きな拡散角を持つ拡散光を出射する。レーザー光Ｌの拡散角及び拡散光の拡散角は、任意の基準で規定可能であり、例えば光強度等の光特性に基づいて定められてもよい。典型的には、最大光強度（ピーク強度値）に対して１３％以上〜５０％以上の光強度を示す角度範囲をこれらの光（レーザー光Ｌ及び拡散光）の拡散角として定めることができる。したがって、例えば最大光強度の半値全幅に基づいてこれらの光（レーザー光Ｌ及び拡散光）の拡散角が定められてもよいし、最大光強度の「１／（ｅ＾２）（≒１３．５％）」以上の光強度を示す角度範囲に基づいてこれらの光（レーザー光Ｌ及び拡散光）の拡散角が定められてもよい。
【００４６】
図２は、光拡散素子１８の拡散性能を説明するための概念図である。一例として、光拡散素子１８の入射面に垂直に入射する第１レーザー光Ｌ１、及び光拡散素子１８の出射面に垂直な方向に出射する第１拡散光Ｄ１について説明する。本例において、第１レーザー光Ｌ１の拡散角基準線ＳＬ及び第１拡散光Ｄ１の拡散角基準線ＳＤは、光拡散素子１８の入射面及び出射面と垂直な同方向に延在する。また第１レーザー光Ｌ１及び第１拡散光Ｄ１の最大広がり方向は、第１レーザー光Ｌ１及び第１拡散光Ｄ１の最外部を定める部分に基づいて表される。図２に示す例において、第１レーザー光Ｌ１の拡散角は符号「θＬ」によって表され、第１拡散光Ｄ１の拡散角は符号「θＤ」によって表されている。上述のように本実施形態の光拡散素子１８は入射するレーザー光Ｌの拡散角よりも大きな拡散角を持つ拡散光を出射するので、図２に示す例に関しては「θＬ＜θＤ」の関係が成り立つ。
【００４７】
なお、光の拡散角の具体的な測定手法は特に限定されないが、典型的には以下の手法に基づいて拡散角を測定することが可能である。すなわち、測定対象の光のある位置（以下「第１の測定位置」とも称する）における光の幅に相当するサイズを「光の第１のサイズａ」として表す。また、第１の測定位置から光の進行方向に関して下流側へ距離ｌだけ離れた位置（以下「第２の測定位置」とも称する）における光の幅に相当するサイズを「光の第２のサイズｂ」として表す。光の拡散角θは、これらの「光の第１のサイズａ」、「光の第２のサイズｂ」及び「距離ｌ」の関数である「ｔａｎθ＝（ｂ−ａ）／（２×ｌ）」によって表される。したがって、第１の測定位置における「光の第１のサイズａ」、第２の測定位置における「光の第２のサイズｂ」、及び第１の測定位置と第２の測定位置との間の「距離ｌ」を測定することによって、任意の光の拡散角θを取得することができる。「光の第１のサイズａ」及び「光の第２のサイズｂ」は、ビームプロファイラーを用いて測定することができる。具体的には、上述した最大光強度（ピーク強度値）に対して１３％以上〜５０％以上の光強度を示す角度範囲をレーザー光Ｌ及び拡散光の拡散角として定める場合には、ビームプロファイラーを用いて、任意の測定位置においてレーザー光Ｌ及び拡散光の中の光強度最大値の１３％以上〜５０％以上の位置までの光の幅を測定し、その幅を光のサイズとして特定することができる。
【００４８】
本実施形態では、光拡散素子１８から出射される拡散光の拡散角に応じて瞬間的に照明可能な領域（要素照明領域）が定まる。そのため、光拡散素子１８を基準とした要素照明領域の角度範囲と光拡散素子１８に入射するレーザー光Ｌの入射面積及び拡散角とに応じて、光拡散素子１８から出射される拡散光の拡散角が定められる。
【００４９】
上述の光学特性を有する光拡散素子１８の具体的な構成は特に限定されないが、典型的には、光拡散素子１８はホログラム記録媒体によって実現される。また他の例として、光拡散素子１８は、複数のレンズ（マイクロレンズ）を有するレンズアレイ（マイクロレンズアレイ）を含んでいてもよい。
【００５０】
一般に、ホログラムに入射するレーザー光（コヒーレント光）Ｌの波長を「λ」で表し、レーザー光のホログラムに対する入射角を「α」で表し、レーザー光のホログラムからの出射角（回折角）を「β」で表し、ホログラムの微細構造ピッチ（回折ピッチ）を「ｐ」で表した場合、「ｓｉｎ（α）±ｓｉｎ（β）＝λ／ｐ」の関係式が成立する。したがって光拡散素子１８がホログラムを有する場合に、ホログラムの微細構造ピッチｐが一定であり、レーザー光Ｌの波長λが一定であれば、上記関係式の「λ／ｐ」が定数となるため、レーザー光Ｌの入射角αに応じて出射角βが変わることが上記関係式からも分かる。
【００５１】
上述の構成を有する照明装置１０は、所望の領域（要素照明領域）を照明することができ、特に「レーザー光源１２からのレーザー光Ｌの出射のオン−オフの制御」及び「光走査装置１４によるレーザー光Ｌの光路の調整（レーザー光Ｌの走査）の制御」を組み合わせることで、１又は複数の要素照明領域を選択的に照明できる。
【００５２】
図３は、レーザー光源１２及び光走査装置１４を統括的に制御するコントローラ２６の機能構成例を示すブロック図である。本例のコントローラ２６はレーザー光源１２及び光走査装置１４に接続され、レーザー光源１２を制御する発光タイミング制御部２７と、光走査装置１４を制御する光走査制御部２８とを含む。
【００５３】
発光タイミング制御部２７は、光走査制御部２８と協働し、光走査装置１４によるレーザー光Ｌの走査に応じて、レーザー光Ｌの発光タイミングを制御する。これにより、照明領域のうちの一部領域（要素照明領域）を、光拡散素子１８からの拡散光によって選択的に照明したり、照明しなかったりすることができる。
【００５４】
例えば図１に示す例において第１拡散光Ｄ１、第２拡散光Ｄ２及び第３拡散光Ｄ３のうちのいずれか一つのみによって同じ要素照明領域を連続的に照明する場合、発光タイミング制御部２７はレーザー光源１２を制御してレーザー光源１２からレーザー光Ｌを連続的に発し、光走査制御部２８は光走査装置１４を制御して光走査装置１４によるレーザー光Ｌのガイド方向を固定し、照明対象である要素照明領域に対応する角度でレーザー光Ｌを光拡散素子１８に入射させる。
【００５５】
一方、第１拡散光Ｄ１、第２拡散光Ｄ２及び第３拡散光Ｄ３のうちの少なくともいずれか２つによって複数の要素照明領域を連続的に照明する場合、光走査制御部２８が光走査装置１４を制御してレーザー光Ｌを光路調整素子１６上で走査させつつ、発光タイミング制御部２７がレーザー光源１２を制御してレーザー光Ｌの発光タイミングをコントロールする。
【００５６】
上述のように要素照明領域は光拡散素子１８からの拡散光の範囲によって定められ、拡散光の範囲は光拡散素子１８に対するレーザー光Ｌの入射角によって定められる。また光拡散素子１８に対するレーザー光Ｌの入射角は、光路調整素子１６に対するレーザー光Ｌの入射位置によって定められ、光路調整素子１６に対するレーザー光Ｌの入射角は光走査装置１４によるレーザー光Ｌのガイド方向によって定められる。したがって各要素照明領域は、「光走査装置１４によるレーザー光Ｌのガイド方向」及び「レーザー光Ｌの光路調整素子１６上の入射位置」の各々に対応づけられ、光走査装置１４によりレーザー光Ｌのガイド方向を変えることによって、光拡散素子１８からの拡散光によって照らされる領域（要素照明領域）を変えることができる。そのため上述のように複数の要素照明領域を連続的に照明する場合には、その「照明対象の複数の要素照明領域に対応づけられる光路調整素子１６上のレーザー光Ｌの入射位置（以下、「照明対象入射位置」とも称する）」にレーザー光Ｌを連続的に入射させればよい。
【００５７】
したがってコントローラ２６（発光タイミング制御部２７及び光走査制御部２８）はレーザー光源１２及び光走査装置１４を制御し、レーザー光源１２からのレーザー光Ｌの進行方向を光走査装置１４によって経時的に変えつつ、レーザー光Ｌの走査位置が上述の「照明対象入射位置」に対応するタイミングでレーザー光源１２からのレーザー光の出射をオンにし、レーザー光Ｌの走査位置が「照明対象入射位置」に対応しないタイミングではレーザー光源１２からのレーザー光の出射をオフにする。これにより、光路調整素子１６上の照明対象入射位置にのみ光走査装置１４からのレーザー光が連続的に入射し、光拡散素子１８から出射される拡散光によって所望の複数の要素照明領域を連続的に照明することができる。
【００５８】
なお光走査装置１４によるレーザー光Ｌの走査方式は特に限定されず、例えばラスタースキャン方式であってもよいし、リサージュスキャン方式であってもよい。また照明領域における各要素照明領域の区画方式は特に限定されない。光拡散素子１８からの拡散光によって瞬間的に照明可能な範囲が、要素照明領域として定められる。そのため各要素照明領域は、光走査装置１４によって間接的に制御される「光拡散素子１８に対するレーザー光Ｌの入射角」及び「光拡散素子１８からのレーザー光Ｌの出射角」に応じて定められる。したがって、例えば図１に示すように要素照明領域（第１要素照明領域Ｒ１、第２要素照明領域Ｒ２及び第３要素照明領域Ｒ３）同士が相互に重ならないように各要素照明領域が設定されてもよいし、要素照明領域同士が相互に重なるように各要素照明領域が設定されてもよいし、相互に重なる要素照明領域と相互に重ならない要素照明領域とが照明領域において混在してもよい。
【００５９】
なお光拡散素子１８からの拡散光によって照らされる各照明領域（要素照明領域）は、拡散光の拡散角に応じて、光拡散素子１８から離れるに従って徐々に大きく広がる。そのため照明装置１０によって照明される各照明領域（要素照明領域）は、光拡散素子１８から相対的に近い位置（ニアフィールド）よりも相対的に遠い位置（ファーフィールド）の方が広い領域となる。したがって要素照明領域の大きさは、要素照明領域の実際の寸法で表現されるよりも、角度空間における角度分布で表現された方が便利なことが多い。本明細書における「照明領域」という用語は、実際の被照射面積及び照明範囲に加え、角度空間における照明領域の角度範囲も包含しうる。
【００６０】
図４は、図１に示す実施形態と同じ構成を有する照明装置１０におけるレーザー光Ｌのビーム径の変化の一例を概略的に示す概念図である。図４において、レーザー光Ｌのビーム径は、実線、点線、一点鎖線及び二点鎖線によって概念的に図示されている。図４に示すレーザー光源１２から発せられるレーザー光Ｌは、光走査装置１４に向かって進行するに従ってビーム径が徐々に縮小する。また光走査装置１４から光路調整素子１６に向かって進行するレーザー光Ｌのビーム径も変化し、図４に示す例では、光走査装置１４から出射した直後のレーザー光Ｌのビーム径よりも光路調整素子１６に入射する直前のレーザー光Ｌのビーム径の方が大きい。そして、レーザー光Ｌは光路調整素子１６によってコリメートされ、ほぼ一定のビーム径で光路調整素子１６から光拡散素子１８に向かって進行し、光拡散素子１８上の特定の範囲Ｒｓに導かれる。
【００６１】
一般に、レーザー光源１２から発せられるレーザー光Ｌの強さが一定の場合、レーザー光Ｌのビーム径が大きくなるほど、レーザー光Ｌのエネルギー密度は低下し、例えば人間の目に対する安全性は高まる。上述の図４に示す照明装置１０では、ビーム径が大きくされた後にコリメートされたレーザー光Ｌが光拡散素子１８に入射する。このようにレーザー光Ｌのビーム径が大きく調整されることによって、安全性を向上させることができる。また、コリメートされたレーザー光Ｌが光拡散素子１８に入射することによって、光拡散素子１８からの出射光のボケを低減することができる。
【００６２】
以上説明したように、レーザー光源１２から出射したレーザー光Ｌは、光走査装置１４によって様々な方向へガイドされるが、その後、光路調整素子１６によって光拡散素子１８上の特定の範囲Ｒｓに導かれる。したがって、光走査装置１４によるレーザー光Ｌのガイド方向に応じて、光拡散素子１８に対するレーザー光Ｌの入射角が変動し、光走査装置１４は光拡散素子１８に対するレーザー光Ｌの入射角を間接的に制御することができる。光走査装置１４によって光拡散素子１８上に入射するレーザー光Ｌの角度を制御することで、光拡散素子１８から様々な方向に照明用の拡散光を出射することができ、単一の光拡散素子１８によって複数の照明領域（要素照明領域）を照明することができる。
【００６３】
したがって本実施形態に係る照明装置１０によれば、照明対象の領域（要素照明領域）と同数の光拡散素子（ホログラム領域等）１８を設ける必要がなく、光拡散素子１８を簡素且つコンパクトに構成しつつ、複数の要素照明領域を適切に照明することができる。
【００６４】
＜変形例＞
本発明は上述の実施形態に限定されず、他の変形が加えられてもよい。
【００６５】
例えば、光路調整素子１６は、単一の光学素子によって構成されてもよいし、複数の光学素子によって構成されてもよい。図５は、照明装置１０の一変形例を示す概念図である。図１には単一の光学素子によって光路調整素子１６が示されているが、図５に示す変形例のように、光路調整素子１６は、例えばコリメート光学素子２１及び集光光学素子２２を含む複数の光学素子によって構成されてもよい。本変形例において、光走査装置１４からのレーザー光（図５に示す第１レーザー光Ｌ１、第２レーザー光Ｌ２及び第３レーザー光Ｌ３参照）は、コリメート光学素子２１によって平行化（コリメート）される。そして、コリメート光学素子２１によって平行化されたレーザー光Ｌは、集光光学素子２２によって光拡散素子１８上の特定の範囲Ｒｓに導かれる。このようにレーザー光Ｌを一旦平行化した後に光拡散素子１８上の特定の範囲Ｒｓに入射させることによって、光路調整素子１６を構成する光学素子の選択の自由度が上がり、光拡散素子１８の配置位置を柔軟に調整することが可能である。
【００６６】
図６は、図５に示す照明装置１０の一変形例におけるレーザー光Ｌのビーム径の変化の一例を概略的に示す概念図である。図６において、レーザー光Ｌのビーム径は、実線、点線、一点鎖線及び二点鎖線によって概念的に図示されている。図６に示すレーザー光源１２から発せられるレーザー光Ｌはほぼ一定のビーム径を有し、光走査装置１４から光路調整素子１６に向かって進行するレーザー光Ｌのビーム径もほぼ一定である。図６に示す例では、ビーム径調整素子２３及びコリメート光学素子２４によって光路調整素子１６が構成されている。光走査装置１４からのレーザー光Ｌはビーム径調整素子２３に入射し、ビーム径調整素子２３から出射したレーザー光Ｌはコリメート光学素子２４に入射し、コリメート光学素子２４から出射したレーザー光Ｌは光拡散素子１８に入射する。ビーム径調整素子２３は、レーザー光Ｌの進行とともにレーザー光Ｌのビーム径が徐々に変化するようにレーザー光Ｌのビーム径を調整し、ビーム径調整素子２３に入射するレーザー光Ｌのビーム径よりもコリメート光学素子２４に入射するレーザー光Ｌのビーム径の方が大きくなる。コリメート光学素子２４は、レーザー光Ｌをコリメートして光拡散素子１８に導く。
【００６７】
上述のように、ビーム径調整素子２３及びコリメート光学素子２４によって構成される光路調整素子１６は、光路調整素子１６（特にビーム径調整素子２３）に入射するレーザー光Ｌのビーム径よりも、光路調整素子１６（特にコリメート光学素子２４）から出射するレーザー光Ｌのビーム径を大きくする。このように図６に示す照明装置１０においても、ビーム径が大きくされた後にコリメートされたレーザー光Ｌが光拡散素子１８に入射するため、安全性を向上しつつ光拡散素子１８からの出射光のボケを低減することができる。
【００６８】
図７は、図６に示す照明装置１０の一変形例におけるレーザー光Ｌのビーム径の変化の一例を概略的に示す概念図である。図７において、レーザー光Ｌのビーム径は、実線、点線、一点鎖線及び二点鎖線によって概念的に図示されている。図７に示す照明装置１０も、図６に示す１０と同様に光路調整素子１６がビーム径調整素子２３及びコリメート光学素子２４によって構成されているが、レーザー光源１２から発せられるレーザー光Ｌは、光走査装置１４に向かって進行するに従ってビーム径が徐々に変化して縮小する。また光走査装置１４から光路調整素子１６に向かって進行するレーザー光Ｌのビーム径も変化し、図７に示す例では、光走査装置１４から出射した直後のレーザー光Ｌのビーム径よりも光路調整素子１６（特にビーム径調整素子２３）に入射する直前のレーザー光Ｌのビーム径の方が小さくなる。そして、ビーム径調整素子２３は、レーザー光Ｌの進行とともにレーザー光Ｌのビーム径が徐々に変化するようにレーザー光Ｌのビーム径を調整し、ビーム径調整素子２３に入射するレーザー光Ｌのビーム径よりもコリメート光学素子２４に入射するレーザー光Ｌのビーム径の方が大きくなる。そしてコリメート光学素子２４は、レーザー光Ｌをコリメートして光拡散素子１８に導く。
【００６９】
図７に示す照明装置１０においても、光路調整素子１６は、光路調整素子１６（特にビーム径調整素子２３）に入射するレーザー光Ｌのビーム径よりも、光路調整素子１６（特にコリメート光学素子２４）から出射するレーザー光Ｌのビーム径の方が大きくなるように、レーザー光Ｌのビーム径を調整する。このようにビーム径が大きくされた後にコリメートされたレーザー光Ｌが光拡散素子１８に入射することで、安全性を向上しつつ光拡散素子１８からの出射光のボケを低減することができる。
【００７０】
なお、レーザー光源１２から発せられるレーザー光Ｌは、単一波長の光成分が含まれていてもよいし、相互に異なる波長を有する複数の光成分が含まれていてもよい。
【００７１】
図８は、他の変形例に係る照明装置１０の概略構成を示す概念図である。本実施形態において、上述の図５に示す照明装置１０と同一又は類似の要素については、同一の符合を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
図８に示す照明装置１０において、レーザー光源１２から発せられ光走査装置１４によって光路が変えられるレーザー光Ｌは、相互に異なる波長を有する光成分を含む。また光路調整素子１６（特に集光光学素子２２）と光拡散素子１８との間には分光ユニット６０が設けられている。光路調整素子１６からのレーザー光Ｌは、分光ユニット６０を介して光拡散素子１８に入射する。分光ユニット６０は、光路調整素子１６からのレーザー光Ｌを分光して相互に異なる波長を有する複数の光成分に分離し、当該複数の光成分を光拡散素子１８に向けて出射する。
【００７３】
図８に示す分光ユニット６０は、第１分光ガイド体６１及び第２分光ガイド体６２を含む。第１分光ガイド体６１は、第１の波長域の光成分を透過して光拡散素子１８に導くとともに他の波長域の光成分を反射するダイクロイックミラーを有する。第２分光ガイド体６２は、第１分光ガイド体６１のダイクロイックミラーによって反射された他の波長域の光成分を光拡散素子１８に導く。第１分光ガイド体６１及び第２分光ガイド体６２により導かれる波長の異なる光成分は、光拡散素子１８のうちの異なる箇所に導かれ、例えばホログラムにより構成される対応の光拡散素子１８に入射する。そして、各光成分は、対応の光拡散素子１８により拡散される。
【００７４】
例えば赤色波長域の光成分、緑色波長域の光成分及び青色波長域の光成分がレーザー光源１２からのレーザー光Ｌに含まれている場合、分光ユニット６０に入射したレーザー光Ｌは各波長域の光成分に分離される。そして、赤色波長域の光成分は、赤色波長域の光成分に最適化された光拡散素子１８に入射するように分光ユニット６０によって導かれる。同様に緑色波長域の光成分及び青色波長域の光成分も、それぞれに最適化された光拡散素子１８に入射するように分光ユニット６０によって導かれる。なお本変形例においても、コントローラ２６により、光走査装置１４の走査制御と連動して、レーザー光源１２からのレーザー光Ｌの発光のタイミングが各波長域の光成分毎に制御される。したがって、赤色波長の光成分、緑色波長の光成分及び青色波長の光成分を含むレーザー光Ｌを出射可能なレーザー光源１２を使用することで、所望の要素照明領域をフルカラーの光で照らすことも可能である。
【００７５】
また、光走査装置１４からのレーザー光Ｌを光拡散素子１８上の特定の範囲Ｒｓに導くことができるのであれば、光路調整素子１６の具体的な構成は限定されない。例えばレンズ（凸レンズ等）及び反射ミラー（凹面鏡等）のうちのいずれか一方によって又は両方を組み合わせることによって、光路調整素子１６が構成されてもよい。また照明装置１０を構成する各要素は必ずしも同一平面上に配置されている必要はなく、３次元空間の様々な位置に設置可能である。
【００７６】
また図１及び図５には、光路調整素子１６からのレーザー光Ｌが光拡散素子１８を透過して拡散する例を示したが、光拡散素子１８は、レーザー光Ｌを拡散反射させるものであってもよい。例えば、光拡散素子１８としてホログラム記録媒体を用いる場合、ホログラム記録媒体は反射型でも透過型でもよい。また光拡散素子１８としてホログラム記録媒体を用いる場合、このホログラム記録媒体の具体的な構造は特に限定されず、例えば表面に凹凸形状を有するエンボス型のホログラム記録媒体であってもよいし、様々な屈折率を持つ複数の層が積層した体積型のホログラム記録媒体であってもよい。エンボス型及び体積型のどちらのホログラム記録媒体も、反射型のホログラム記録媒体を構成することが可能であり、また透過型のホログラム記録媒体を構成することが可能である。ホログラム記録媒体は、これらの各種タイプ（反射型・透過型及びエンボス型・体積型）に応じた特徴を持ち、例えば波長選択性に関してはエンボス型のホログラム記録媒体よりも体積型のホログラム記録媒体の方が有利なことが多い。したがって、具体的な使用条件に応じて選ばれる最適なタイプのホログラム記録媒体を使って光拡散素子１８を構成することが好ましい。
【００７７】
なお上述の照明装置１０の適用対象は特に限定されず、例えば、車両、航空機等の飛行体、列車、船舶或いは潜水物などの乗り物やその他の移動体に照明装置１０が搭載されてもよいし、特定の場所に照明装置１０が設置されてもよい。
【００７８】
本発明の態様は、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、本発明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及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  照明装置
１２  レーザー光源
１４  光走査装置
１６  光路調整素子
１８  光拡散素子
２１  コリメート光学素子
２２  集光光学素子
２６  コントローラ
２７  発光タイミング制御部
２８  光走査制御部
６０  分光ユニット
６１  第１分光ガイド体
６２  第２分光ガイド体
【図１】
2017051868.tif 000003
【図２】
2017051868.tif 000004
【図３】
2017051868.tif 000005
【図４】
2017051868.tif 000006
【図５】
2017051868.tif 000007
【図６】
2017051868.tif 000008
【図７】
2017051868.tif 000009
【図８】
2017051868.tif 000010
【国際調査報告】
2017051868.tif 000011
2017051868.tif 000012