(57)【要約】      （修正有）【課題】第１方向を有する被照明領域を、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１０は、第１方向に延在するとともに、第１方向に交差する第２方向に延在する被照明領域Ｚを照明する照明装置であって、光源２０と、光源２０からの光を回折して被照明領域Ｚに向ける第１ホログラム素子４０ａ及び第２ホログラム素子４０ｂを有する回折光学素子４０と、を備え、第１ホログラム素子４０ａでの回折光が被照明領域Ｚの全域を照明し且つ第２ホログラム素子４０ｂでの回折光が被照明領域Ｚの全域を照明する。【選択図】図１
2018156950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延在するとともに、前記第１方向に交差する第２方向に延在する被照明領域を照明する照明装置であって、
光源と、
前記光源からの光を回折して前記被照明領域に向ける第１ホログラム素子及び第２ホログラム素子を有する回折光学素子と、を備え、
前記第１ホログラム素子での回折光が前記被照明領域の全域を照明し且つ前記第２ホログラム素子での回折光が前記被照明領域の全域を照明する、照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、長手方向を有した被照明領域を照明する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されているように、光源とホログラム素子とを含んだ照明装置が知られている。特許文献１に開示された照明装置では、ホログラム素子が光源からの光を回折することで、所望のパターンで路面を照明することができる。特許文献１に開示された照明装置では、単一の光源で生成されたレーザー光を単一のホログラム素子で回折している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、照明されるべき領域、すなわち被照明領域のエッジが不鮮明となることを防止するための工夫について、検討がなされていない。被照明領域のエッジの鮮明さは、長手方向を有する被照明領域を照明する場合、とりわけライン状の被照明領域を照明する場合に、より顕著に感知されることになる。また、同一波長域又は異なる波長域の複数の光源を用いて被照明領域を照明する場合に、被照明領域のエッジがより不鮮明となりやすい。
【０００５】
さらに、レーザー光を照射する光源を用いた場合、被照明領域を明るく照明することができる。ただしその一方で、照明装置からの照明光を直視した場合に、人間の目に悪影響を与える虞がある。
【０００６】
本開示は、以上の点を考慮してなされたものであって、長手方向を有する被照明領域を、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる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】
【０００７】
本開示の一態様では、第１方向に延在するとともに、前記第１方向に交差する第２方向に延在する被照明領域を照明する照明装置であって、
光源と、
前記光源からの光を回折して前記被照明領域に向ける第１ホログラム素子及び第２ホログラム素子を有する回折光学素子と、を備え、
前記第１ホログラム素子での回折光が前記被照明領域の全域を照明し且つ前記第２ホログラム素子での回折光が前記被照明領域の全域を照明する、照明装置が提供される。
【０００８】
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する前記第１ホログラム素子からの回折光の前記第１方向に交差する第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する前記第２ホログラム素子からの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一となっていてもよい。
【０００９】
前記被照明領域の前記第１方向に交差する第２方向に沿った任意の位置に入射する前記第１ホログラム素子からの回折光の前記第１方向に沿った照射長さは、前記被照明領域の前記第２方向に沿った前記任意の位置に入射する前記第２ホログラム素子からの回折光の前記第１方向に沿った照射長さと、同一となっていてもよい。
【００１０】
本開示の他の一態様では、第１方向に延在するとともに、前記第１方向に交差する第２方向に延在する被照明領域を照明する照明装置であって、
光源と、
前記光源からの光を回折して前記被照明領域に向ける第１ホログラム素子及び第２ホログラム素子を有する回折光学素子と、を備え、
前記被照明領域の前記第１方向と前記第２方向との少なくとも一方において、前記第１ホログラム素子からの回折光の照明範囲は、前記第２ホログラム素子からの回折光の照明範囲に揃っている、照明装置が提供される。
【００１１】
前記第１ホログラム素子及び前記第２ホログラム素子は、前記被照明領域の第１方向に交差する方向であって且つ前記被照明領域が形成される面への法線方向に交差する方向に、配列されており、
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する前記第１ホログラム素子からの回折光の前記第１方向に交差する第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する前記第２ホログラム素子からの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一となっていてもよい。
【００１２】
前記第１ホログラム素子及び前記第２ホログラム素子は、前記被照明領域の第１方向に交差する方向であって且つ前記被照明領域が形成される面への法線方向に沿った方向に、配列されており、
前記被照明領域の前記第１方向に交差する第２方向に沿った任意の位置に入射する前記第１ホログラム素子からの回折光の前記第１方向に沿った照射長さは、前記被照明領域の前記第２方向に沿った前記任意の位置に入射する前記第２ホログラム素子からの回折光の前記第１方向に沿った照射長さと、同一となっており、
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する前記第１ホログラム素子からの回折光の前記第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する前記第２ホログラム素子からの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一となっていてもよい。
【００１３】
前記第１ホログラム素子は、複数の要素ホログラムを含み、
前記複数の要素ホログラムのうち少なくとも２以上の要素ホログラムからの回折光は、前記被照明領域の全域を照明してもよい。
【００１４】
前記第２ホログラム素子は、複数の要素ホログラムを含み、
前記複数の要素ホログラムのうち少なくとも２以上の要素ホログラムからの回折光は、前記被照明領域の全域を照明してもよい。
【００１５】
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に交差する第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラムからの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一となっていてもよい。
【００１６】
前記被照明領域の前記第１方向に交差する第２方向に沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に沿った照射長さは、前記被照明領域の前記第２方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラム素子からの回折光の前記第１方向に沿った照射長さと、同一となっていてもよい。
【００１７】
前記複数の要素ホログラムは、前記被照明領域の第１方向に交差する方向であって且つ前記被照明領域が形成される面への法線方向に交差する方向に、配列されており、
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に交差する第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラムからの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一となっていてもよい。
【００１８】
前記複数の要素ホログラムは、前記被照明領域の第１方向に交差する方向であって且つ前記被照明領域が形成される面への法線方向に沿った方向に、配列されており、
前記被照明領域の前記第１方向に交差する第２方向に沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に沿った照射長さは、前記被照明領域の前記第２方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に沿った照射長さと、同一となっており、
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する前記一つの要素ホログラムからの回折光の前記第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラムからの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一となっていてもよい。
【００１９】
前記光源は、第１コヒーレント光源及び第２コヒーレント光源を有し、
前記第１コヒーレント光源からの光を整形して前記第１ホログラム素子に向ける第１整形光学系と、前記第２コヒーレント光源からの光を整形して前記第２ホログラム素子に向ける第２整形光学系と、をさらに備えてもよい。
【００２０】
本開示の他の一態様では、第１方向を有した被照明領域を照明する照明装置であって、  光源と、
前記光源からの光を回折して前記被照明領域に向けるホログラム素子を有する回折光学素子と、を備え、
前記ホログラム素子は、複数の要素ホログラムを含み、
前記複数の要素ホログラムのうち少なくとも２以上の要素ホログラムからの回折光は、前記被照明領域の全域を照明する、照明装置が提供される。
【００２１】
前記光源は、長軸方向およびこれに交差する短軸方向を有する発光部を含み、
前記発光部から前記短軸方向に拡がる光を、前記ホログラム素子で前記第１方向に交差する第２方向に拡がるように整形する整形光学系をさらに備えていてもよい。
【００２２】
本開示の他の一態様では、第１方向を有した被照明領域を照明する照明装置であって、  長軸方向およびこれに交差する短軸方向を有し、コヒーレント光を発光する発光部を含む光源と、
前記光源からのコヒーレント光を回折して前記被照明領域に向けるホログラム素子を有する回折光学素子と、を備え、
前記発光部から前記短軸方向に拡がるコヒーレント光が、前記ホログラム素子で前記第１方向に交差する第２方向に拡がるように整形される、照明装置が提供される。
【００２３】
前記光源からのコヒーレント光を整形して前記ホログラム素子に向ける整形光学系を備え、
前記発光部から前記短軸方向に拡がるコヒーレント光が、前記整形光学系で整形された後に前記ホログラム素子で前記第２方向に拡がるように整形されてもよい。
【００２４】
前記整形光学系は、前記光源からのコヒーレント光を平行光に整形するコリメートレンズを含んでもよい。
【００２５】
前記短軸方向は、前記第２方向に平行であってもよい。
【００２６】
前記回折光学素子は、前記被照明領域の前記第１方向に交差する第２方向の中心位置を通って前記第１方向に延びる中心線と、前記回折光学素子の中心位置を通って前記第１方向に延びる照明光線を前記被照明領域上に投影した投影線と、がずれるように、前記被照明領域を照明してもよい。
【００２７】
前記光源から出射される光は、コヒーレント光であり、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子に入射された前記コヒーレント光のうち、前記回折光学素子で回折されずに前記回折光学素子を透過した０次光が、前記被照明領域の前記第１方向における最近端よりも最遠端側に入射されるように、前記被照明領域を照明してもよい。
【００２８】
前記光源から出射されて前記回折光学素子に入射される光は、平行光よりも広がった拡散光であってもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本開示によれば、長手方向を有する被照明領域を、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本開示による一実施の形態を説明するための図であって、照明装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の照明装置のホログラム素子の回折特性を説明するための図である。図２は、被照明領域の長手方向からホログラム素子を示している。
【図３】図３は、図１の照明装置のホログラム素子に含まれる要素ホログラムの回折特性を説明するための図である。図３は、被照明領域の長手方向からホログラム素子を示している。
【図４】図４は、ホログラム素子及び要素ホログラムの回折特性の調整方法を説明するための図である。
【図５】図５は、ホログラム素子及び要素ホログラムの回折特性の調整方法を説明するための図である。
【図６】図６は、図１に対応する斜視図であって、照明装置の一変形例を説明するための図である。
【図７】図７は、同一の回折特性を有した複数のホログラムの配列と照明領域との関係を説明するための図である。
【図８】図８は、同一の回折特性を有した複数のホログラムの配列と照明領域との関係を説明するための図である。
【図９】図９は、照明装置の一変形例を説明するための図である。
【図１０】被照明領域の中心線と投影線がずれている例を示す図。
【図１１】反射型のホログラム素子を有する照明装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図１は、照明装置１０の全体構成を模式的に示す斜視図である。照明装置１０は、第１方向に延在するとともに、この第１方向に交差する第２方向に延在する被照明領域Ｚを照明するものである。被照明領域Ｚの形状およびサイズは任意であるが、典型的には、照明装置１０は、長手方向を有した被照明領域Ｚ、例えば、長手方向の短手方向に対する比が１０以上、さらには、この比が１００以上となる被照明領域Ｚ、典型的にはライン状の被照明領域Ｚを、照明する装置である。この照明装置は、例えば、自動車や船等の乗り物に適用され得る。乗り物では、進行方向の前方に広がる領域を照明する必要がある。とりわけ、高速で走行する自動者の前照灯、いわゆるヘッドランプは、当該自動車の前方近傍から前方遠方までの路面を明るく照らすことが好ましい。また、サーチライトと呼ばれる探照灯においては、前方に広がる細長い領域のみを明るく照らすことが要求されることもある。ここで説明する照明装置１０では、長手方向ｄｌを有した被照明領域Ｚ、とりわけ照明装置１０の前方に位置し且つ照明装置１０から離間する方向に長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明し得るようにするための工夫が、施されている。したがって、前照灯や探照灯への適用においては、照明することが適切ではない領域、例えば対向車線を照明することなく、所定の範囲内のみをそのエッジまで鮮明に照明することができる。また、コンピューターによる画像解析との組み合わせることで、被照明領域Ｚ内に存在する異物や不審物等を高精度に検出することも可能となる。
【００３４】
図１に示すように、照明装置１０は、光を投射する光源装置１５と、光源装置１５からの光を回折して被照明領域Ｚに向けるホログラム素子４０と、を有している。光源装置１５は、光源２０と、光源２０から射出した光を整形する整形光学系３０と、を有している。
【００３５】
図１に示された例において、光源装置１５は、複数の光源２０を有している。光源２０として、レーザー光を発振するレーザー光源を用いることができる。レーザー光源から投射されるレーザー光は、直進性に優れ、被照明領域Ｚを高精度に照明するための光として好適である。複数の光源２０は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数の光源２０を並べて配置した光源モジュールであってもよい。複数の光源２０は、一例として、赤色の発光波長域の光を発振する第１レーザー光源２０ａと、緑色の発光波長域の光を発振する第２レーザー光源２０ｂと、青色の発光波長域の光を発振する第３レーザー光源２０ｃと、を有している。この例によれば、複数の光源２０で発光された三つのレーザー光を重ね合わせることで、白色の照明光を含む種々の色の照明光を生成することができる。ただし、この例に限られず、光源装置１５は、発光波長域が互いに相違する二つの光源２０又は四つ以上の光源２０を有するようにしてもよい。また、発光強度を高めるために、発光波長域ごとに、複数個ずつの光源２０が設けられていてもよい。
【００３６】
次に、整形光学系３０について説明する。整形光学系３０は、光源２０から射出したレーザー光を整形する。言い換えると、整形光学系３０は、レーザー光の光軸に直交する断面での形状や、レーザー光の光束の立体的な形状を整形する。図示された例において、整形光学系３０は、光源２０から射出したレーザー光を拡幅した平行光束に整形する。図１に示すように、整形光学系３０は、レーザー光の光路に沿った順で、レンズ３１及びコリメートレンズ３２を有している。レンズ３１は、光源２０から射出したレーザー光を発散光束に整形する。コリメートレンズ３２は、レンズ３１で生成された発散光束を、平行光束に整形し直す。
【００３７】
図示された例において、光源装置１５は、第１〜第３レーザー光源２０ｃにそれぞれ対応して、第１整形光学系３０ａ、第２整形光学系３０ｂ及び第３整形光学系３０ｃを有している。第１整形光学系３０ａは、第１レンズ３１ａ及び第１コリメートレンズ３２ａを有し、第２整形光学系３０ｂは、第２レンズ３１ｂ及び第２コリメートレンズ３２ｂを有し、第３整形光学系３０ｃは、第３レンズ３１ｃ及び第３コリメートレンズ３２ｃを有している。
【００３８】
次に、ホログラム素子４０について説明する。ホログラム素子４０は、光源装置１５からの光を回折して、被照明領域Ｚに向ける回折光学素子である。したがって、被照明領域Ｚは、ホログラム素子４０での回折光によって、照明されることになる。
【００３９】
図示された例において、照明装置１０は、複数のホログラム素子４０を有している。より具体的には、照明装置１０は、第１ホログラム素子４０ａ、第２ホログラム素子４０ｂ及び第３ホログラム素子４０ｃを有している。各ホログラム素子４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、レーザー光を発振するレーザー光源２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれに対応して設けられている。この例によれば、レーザー光源２０ａ，２０ｂ，２０ｃが異なる波長域のレーザー光を発振する場合にも、各ホログラム素子４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、対応するレーザー光で生成された異なる波長域のレーザー光を高効率で回折することが可能となる。
【００４０】
図２に示すように、本実施の形態では、各ホログラム素子４０ａ，４０ｂ，４０ｃで回折された回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚの全域を照明する。後述するように、各ホログラム素子４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚ内のみをその全域に亘って照明することで、被照明領域Ｚ内における明るさのムラや色のムラを効果的に目立たなくすることができる。なお、本明細書において、「被照明領域Ｚの全域」とは、各ホログラム素子４０ａ，４０ｂ，４０ｃで回折された回折光の照明範囲が完全に一致する場合だけでなく、それぞれの照明範囲のずれが±２０％以内であることを意味する。この数値範囲は、本発明者が作製した照明装置１０のプロトタイプによる実験結果から導出されたものである。
【００４１】
図１及び図２に示された例において、複数のホログラム素子４０は、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに交差する、典型的には垂直な第１配列方向ｄａに配列されている。また、複数のホログラム素子４０が配列された第１配列方向ｄａは、被照明領域Ｚが位置する平坦面としての面ｐｌへの法線方向ｎｄと平行になっている。とりわけ図示された例において、複数のホログラム素子４０が配列された第１配列方向ｄａは、典型的には水平方向に垂直な鉛直方向となっている。すなわち、図示された具体例では、地面や水面よりも鉛直方向上方に配置された複数のホログラム素子４０からの回折光で、地面や水面等の水平面ｐｌ上を照明し、この水平面ｐｌ上に被照明領域Ｚが形成される。そして、複数のホログラム素子４０は、例えば鉛直方向にずらして配置されている。複数のホログラム素子４０は、２つ以上であればよく、数に制限はない。例えば、複数のホログラム素子４０が第１ホログラム素子と第２ホログラム素子を有し、被照明領域Ｚが互いに交差する第１方向と第２方向とに延在する照明範囲を有する場合、被照明領域の第１方向と第２方向の少なくとも一方において、第１ホログラム素子からの回折光の照明範囲は、第２ホログラム素子からの回折光の照明範囲に揃っている。
【００４２】
また、図３に示すように、各ホログラム素子４０は、複数の要素ホログラム４５に区分けされている。各要素ホログラム４５は、干渉縞パターンを記録されたホログラム記録媒体として構成されている。干渉縞パターンを種々に調整することで、各要素ホログラム４５で回折される光の進行方向、言い換えると、各要素ホログラム４５で拡散される光の進行方向を、制御することができる。そして、図３に示すように、各要素ホログラム４５に入射した光源装置１５からの光は、当該要素ホログラム４５で回折されて、それぞれ、被照明領域Ｚの全域を照明する。後述するように、各要素ホログラム素子４５からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚ内のみを全域に亘って照明することで、被照明領域Ｚ内における明るさのムラを効果的目立たなくすることができる。
【００４３】
図３に示された例において、第１ホログラム素子４０ａは複数の第１要素ホログラム４５ａを含み、第２ホログラム素子４０ｂは複数の第２要素ホログラム４５ｂを含み、第３ホログラム素子４０ｃは複数の第３要素ホログラム４５ｃを含んでいる。各ホログラム素子４０において、複数の要素ホログラム４５は、複数のホログラム素子４０の配列方向と平行な第１配列方向ｄａに配列されている。すなわち、各ホログラム素子４０に含まれる複数の要素ホログラム４５は、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに交差する、典型的には垂直な方向であって且つ被照明領域Ｚが形成する面ｐｌへの法線方向ｎｄに交差する、典型的には垂直な第１配列方向ｄａに配列されている。また、各ホログラム素子４０において、複数の要素ホログラム４５は、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに交差する、典型的には垂直な方向であって且つ被照明領域Ｚが形成する面ｐｌへの法線方向ｎｄと平行である第２配列方向ｄｂにも配列されている。図示された例において、複数の４５は、鉛直方向ｄａ及び水平方向ｄｂに配列されている。
【００４４】
ここで、被照明領域Ｚは、ホログラム素子４０によって照明されるニアフィールドの被照明領域と考えることができる。この被照明領域Ｚは、実際の被照射面積（照明範囲）だけでなく、後述するように、一定の座標軸を設定した上で角度空間における拡散角度範囲によっても表現することができる。
【００４５】
要素ホログラム４５は、例えば実物の散乱板からの散乱光を物体光として用いて作製することができる。より具体的には、要素ホログラム４５の母体であるホログラム感光材料に、互いに干渉性を有するコヒーレント光からなる参照光と物体光とを照射すると、これらの光の干渉による干渉縞がホログラム感光材料に形成されて、要素ホログラム４５が作製される。参照光としては、コヒーレント光であるレーザー光が用いられ、物体光としては、例えば安価に入手可能な等方散乱板からの散乱光が用いられる。
【００４６】
要素ホログラム４５を作製する際に用いた参照光の光路を逆向きに進むよう要素ホログラム４５に向けてレーザー光を照射することで、要素ホログラム４５を作製する際に用いた物体光の元となる散乱板の配置位置に、散乱板の再生像が生成される。要素ホログラム４５を作製する際に用いた物体光の元となる散乱板が均一的な面散乱をしていれば、要素ホログラム４５により得られる散乱板の再生像も、均一な面照明となり、この散乱板の再生像が生成される領域を被照明領域Ｚとすることができる。
【００４７】
また、各要素ホログラム４５に形成される複雑な干渉縞のパターンは、現実の物体光と参照光を用いて形成する代わりに、予定した再生照明光の波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計することが可能である。このようにして得られた要素ホログラム４５は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）とも呼ばれる。例えば、照明装置１０が地面上や水面上の一定の大きさを有した被照明領域Ｚを照明することに用いられる場合、物体光を生成することが困難であり、計算機合成ホログラムを要素ホログラム４５として用いることが好適である。
【００４８】
また、各要素ホログラム４５上の各点における拡散角度特性が同じであるフーリエ変換ホログラムを計算機合成により形成してもよい。さらに、ホログラム素子４０の下流側にレンズなどの光学部材を設けて、回折光が被照明領域Ｚの全域に入射するように調整してもよい。
【００４９】
ホログラム素子４０を用いることによる利点の一つは、光源装置１５からの光、例えばレーザー光の光エネルギー密度を拡散により低下できることである。また、その他の利点の一つは、要素ホログラム４５が指向性の面光源として利用可能になるため、従来のランプ光源（点光源）と比較して、同じ照度分布を達成するための光源面上の輝度を低下できることである。これらにより、光源２０としてレーザー光源を用いた場合でも、レーザー光の安全性向上に寄与することができ、被照明領域Ｚ内からレーザー光を人間の目で直視しても、単一点光源を直視する場合に比べ、人間の目に悪影響を与えるおそれが少なくなる。
【００５０】
一方、ホログラム素子を複数の要素ホログラム４５で構成することによる利点は、詳しくは後述するように、被照明領域Ｚ、とりわけ有限距離内の被照明領域Ｚを照明する際に、エッジを鮮明にし得る点である。ホログラム素子が、単一のフーリエ型ホログラムであれば、ホログラムの面積の大きさに応じたぼけが被照明領域Ｚに生じる。本実施の形態では、被照明領域Ｚとの位置関係を考慮した上で各要素ホログラム４５の回折特性を設計することが可能となり、エッジの鮮明さを格段に向上させることができる。すなわち、一つのホログラム素子４０に、回折特性が異なる複数の要素ホログラム４５を含むことで、エッジを鮮明にしながら被照明領域Ｚを照明することができる。なお、単一のフレネル型のホログラムを撮影で作製することには、物体光を用意することの困難さから制約が生じ、また、単一のフレネル型計算機合成ホログラムを作製することは、ホログラムの全域に亘って計算を行うことを意味し、計算量の観点から実質的な制約が生じる。
【００５１】
さらに、レーザー光に代表されるコヒーレント光を用いた場合、例えばＷＯ２０１２／０３４１７４に開示されているように、スペックルの発生という問題が生じる。スペックルは、斑点模様として認識され、生理的な不快感を与え得る。ホログラム素子４０が複数の要素ホログラム４５を含むことで、各要素ホログラム４５からの回折光にそれぞれ対応して生成されたスペックルパターンが被照明領域Ｚにおいて重なり合って平均化し、観察者に観察されることになる。これにより、各要素被照明領域Ｚｐにおいて、スペックルを目立ちにくくすることができる。
【００５２】
要素ホログラム４５の具体的な形態としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラム記録媒体でもよいし、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラム記録媒体でもよいし、レリーフ型（エンボス型）のホログラム記録媒体でもよい。
【００５３】
次に、ホログラム素子４０の回折特性について説明する。
【００５４】
まず、図７及び図８を参照して、ホログラムの回折特性と、ホログラムからの回折光によって照明される照明領域との関係について説明する。ここで、図７及び図８は、同一の回折特性を有した第１ホログラム６０ａ及び第２ホログラム６０ｂからの回折光による照明領域Ｚａ，Ｚｂを示す図である。なお、「同一」とは、第１ホログラム６０ａと第２ホログラム６０ｂの回折特性のずれが±２０％以内であることを意味する。この数値範囲は、本発明者が作製した照明装置１０のプロトタイプによる実験結果から導出されたものである。この例では、第１ホログラム６０ａ及び第２ホログラム６０ｂは、地面や水面等の水平面に回折光を照射し、且つ、当該水平面よりも上方に保持されている。すなわち、第１ホログラム６０ａ及び第２ホログラム６０ｂからの回折光は、水平方向よりも下方に向けて進み、被照明領域Ｚが形成されることを意図された地面ｐｌに照射される。例えば図７及び図８に示された例は、図１〜図６の例と同様に、自動車の前照灯で路面を照明することを想定している。ホログラム６０ａ，６０ｂは、要素ホログラム４５と同様に、前方に位置し且つ前方に細長く延びる被照明領域に光を回折することを意図されている。図７及び図８は、回折光を照射される面ｐｌへの法線方向から、各ホログラム６０ａ，６０ｂでの回折光の照明領域Ｚａ，Ｚｂが示されている。
【００５５】
図７及び図８に示された例において、第１ホログラム６０ａ及び第２ホログラム６０ｂは、本来意図された被照明領域の長手方向ｄｌに交差する、典型的には垂直な方向に沿って、互いからずれた位置に配置されている。とりわけ図７に示された例において、第１ホログラム６０ａ及び第２ホログラム６０ｂの配列方向は、被照明領域が形成される面ｐｌへの法線方向ｎｄに交差する方向、典型的には水平方向に一致している。一方、図８に示された例において、第１ホログラム６０ａ及び第２ホログラム６０ｂの配列方向は、被照明領域が形成される面ｐｌへの法線方向ｎｄと平行な方向、典型的には鉛直方向に一致している。また、各ホログラム６０ａ，６０ｂには、図１に示された光源装置１５から射出した光束が入射する。したがって、図８に示された例では、紙面の奥行き方向に、第１ホログラム６０ａ及び第２ホログラム６０ｂが重ねて配置され、且つ、紙面の奥行き方向に、第１及び第２の光源装置１５が重ねて配置されている。
【００５６】
図７に示された例において、第１ホログラム６０ａでの回折光による照明領域Ｚａと、第２ホログラム６０ｂでの回折光による照明領域Ｚｂは、ホログラム６０ａ，６０ｂの配列方向と平行な方向にずれる。具体的には、第１ホログラム６０ａからの回折光によって照明される照明領域Ｚａ及び第２ホログラム６０ｂからの回折光によって照明される照明領域Ｚｂは、照明領域の長手方向ｄｌに交差する、典型的には垂直な幅方向ｄｗにずれる。したがって、二つのホログラム６０ａ，６０ｂから出射した光によって照明される被照明領域Ｚｘのうち、幅方向ｄｗの両縁に位置し且つ長手方向ｄｌに延びる両縁部分Ｚｙは、二つのホログラム６０ａ，６０ｂのうちの一方から出射した光のみによって照明される。
【００５７】
図８に示された例では、二つのホログラム６０ａ，６０ｂは、回折光を照射される面ｐｌへの法線方向ｎｄにずれて配置されている。すなわち、二つのホログラム６０ａ，６０ｂから回折光を照射される面ｐｌまでの距離は異なっている。したがって、図８に示すように、第１ホログラム６０ａからの回折光によって照明される照明領域Ｚａ及び第２ホログラム６０ｂからの回折光によって照明される照明領域Ｚｂは、照明領域の長手方向ｄｌ及び幅方向ｄｗの両方にずれる。したがって、二つのホログラム６０ａ，６０ｂから出射した光によって照明される被照明領域Ｚｘの周縁部分Ｚｚは、二つのホログラム６０ａ，６０ｂのうちの一方から出射した光のみによって照明される。
【００５８】
一方のホログラム６０からの回折光のみによって照明されるようになる図７の両縁部分Ｚｙ及び図８の周縁部分Ｚｚは、二つのホログラム６０ａ，６０ｂから出射する光の波長域が同一である場合、その他の部分と比較して暗く照明されることになる。また、二つのホログラム６０ａ，６０ｂから出射する光の波長域が異なる場合、図７の両縁部分Ｚｙ及び図８の周縁部分Ｚｚは、その他の部分と比較して異なる色で暗く照明されることになる。すなわち、二つのホログラム６０ａ，６０ｂの回折特性が同一である場合、被照明領域Ｚのエッジが、明るさの低下や色の変化によって、ぼやけてしまう。
【００５９】
図１〜図３に示された照明装置１０において、光源装置１５から各ホログラム素子４０へ向かう光は、図７及び図８に示す例と同様に、平行光束となっている。複数のホログラム素子４０及び複数の要素ホログラム４５は、その入射面および出射面が互いに平行となるように配置され、且つ、各ホログラム素子４０及び各要素ホログラム４５への入射光は、ホログラム素子４０の法線方向及び要素ホログラム４５の法線方向に沿った平行光束となっている。
【００６０】
そして、図３に示すように、各ホログラム素子４０に含まれる複数の要素ホログラム４５は、まず、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに交差、典型的には垂直であり且つ被照明領域Ｚがなす面ｐｌへの法線方向ｎｄに交差する、典型的には垂直な平行である第２配列方向ｄｂに配列されている。そして、第２配列方向ｄｂに配列された要素ホログラム４５の相対位置関係は、図７に示されたホログラム６０ａ，６０ｂの相対位置関係と同様となる。
また、一つのホログラム素子４０に含まれる複数の要素ホログラム４５は、次に、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに交差、典型的には垂直であり且つ被照明領域Ｚがなす面ｐｌへの法線方向ｎｄと平行である第１配列方向ｄａにも配列されている。加えて、複数のホログラム素子４０が、第１配列方向ｄａに配置されていることから、異なるホログラム素子４０に含まれる要素ホログラム４５も、第１配列方向ｄａに配置されていることになる。そして、第１配列方向ｄａに配列された要素ホログラム４５の相対位置関係は、図８に示されたホログラム６０ａ，６０ｂの相対位置関係と同様となる。
【００６１】
その一方で、図２に示すように、各ホログラム素子４０での回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚの全域を照明する。さらに、図示された例では、図３に示すように、各要素ホログラム４５での回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚのみをその全域に亘って照明する。このような照明を実現すべく、各要素ホログラム４５の回折特性は、次に説明するように調整されている。
【００６２】
まず、第２配列方向ｄｂにずらして配列された要素ホログラム４５からの回折光は、要素ホログラム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、図７を参照して説明したように、当該要素ホログラム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Ｚがなす面ｐｌ上に照射される。そこで、図４に示すように、被照明領域Ｚ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ホログラム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Ｚの長手方向ｄｌに沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラム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に配列された要素ホログラム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Ｚの長手方向に沿った全域に亘って行われる。なお、図４は、照明装置１０から照明光を照射されて被照明領域Ｚを含むようになる照射面ｐｌへの法線方向ｎｄからの観察により、ホログラム素子４０及び被照明領域Ｚを示す図である。なお、本明細書において、照射幅ｉｗが「同一」とは、照射幅ｉｗのずれが±２０％以内であることを意味する。この数値範囲は、本発明者が作製した照明装置１０のプロトタイプによる実験結果から導出されたものである。
【００６３】
図４に示された例において、各要素ホログラム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Ｚ内の位置に向かう光の回折特性を、被照明領域Ｚ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、基準となる要素ホログラム４５ｓの回折特性を調整する。例えば図４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ホログラム４５ｓの拡散角度特性は、図４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
【００６４】
次に、他の要素ホログラム４５ｋの拡散角度特性を、基準となる要素ホログラム４５ｓの拡散角度特性と、基準要素ホログラム４５ｓから当該要素ホログラム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
【００６５】
基準要素ホログラム４５ｓの拡散角度特性は、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに沿った全域に亘って行われる。同様に、他の要素ホログラム４５ｋの拡散角度特性も、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに沿った全域に亘って行われる。
【００６６】
次に、第１配列方向ｄａにずらして配列された要素ホログラム４５からの回折光は、要素ホログラム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、図８を参照して説明したように、要素ホログラム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Ｚが位置する面ｐｌ上において被照明領域Ｚ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ホログラム４５の回折特性の調整と同様にして、一具体例として図４を参照して説明した角度空間での回折特性の調整と同様にして、被照明領域Ｚ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ホログラム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Ｚ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ホログラム４５ｔ，４５ｎ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に配列された要素ホログラム４５の回折特性を調整する。
【００６７】
さらに、図５に示すように、被照明領域Ｚの幅方向ｄｗに沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラム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Ｚ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ホログラム４５ｔ，４５ｎ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に配列された要素ホログラム４５の回折特性を調整する。なお、図５は、被照明領域Ｚがなす照射面ｐｌへの法線方向ｎｄと第１配列方向ｄａとの両方に平行な面で、ホログラム素子４０及び被照明領域Ｚを示す図である。なお、本明細書において、照射長さｉｌが「同一」とは、照射長さｉｌのずれが±２０％以内であることを意味する。
この数値範囲は、本発明者が作製した照明装置１０のプロトタイプによる実験結果から導出されたものである。
【００６８】
図５に示された例において、第１配列方向ｄａに配列された要素ホログラム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Ｚ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、基準となる要素ホログラム４５ｓの回折特性を調整する。例えば図５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ホログラム４５ｓの拡散角度特性は、図５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）
なお、式中の「ｈ」は、被照明領域Ｚが形成される照射面ｐｌから基準要素ホログラム４５までの第１配列方向ｄａに沿った距離、すなわち基準要素ホログラム４５の配置された位置の高さに相当する。
【００６９】
次に、基準要素ホログラム４５ｓと同一の第１ホログラム素子４０ａに含まれた他の要素ホログラム４５ｔの拡散角度特性を、基準となる要素ホログラム４５ｓの拡散角度特性と、基準要素ホログラム４５ｓから当該要素ホログラム４５ｔ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。なお、本明細書において、拡散角度特性が「同一」とは、拡散角度特性のずれが±２０％以内であることを意味する。この数値範囲は、本発明者が作製した照明装置１０のプロトタイプによる実験結果から導出されたものである。
ｔａｎ（θ４＋）＝（ｈ−ｂ）／ｙ
ｔａｎ（θ４−）＝（ｈ−ｂ）／（ｙ＋ｉｌ）
【００７０】
さらに、基準要素ホログラム４５ｓと異なるホログラム素子４０に含まれた他の要素ホログラム４５ｎ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、第３ホログラム素子４０ｃに含まれた他の要素ホログラム４５ｎの拡散角度特性を、基準となる要素ホログラム４５ｓの拡散角度特性と、基準要素ホログラム４５ｓから当該要素ホログラム４５ｎ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）
【００７１】
基準要素ホログラム４５ｓの長手方向ｄｌへの拡散角度特性は、被照明領域Ｚの幅方向ｄｗに沿った全域に亘って行われる。同様に、他の要素ホログラム４５ｔ，４５ｎの拡散角度特性も、被照明領域Ｚの幅方向ｄｗに沿った全域に亘って行われる。
【００７２】
以上のようにホログラム素子４０及び要素ホログラム４５の回折特性を調整することで、各ホログラム素子４０からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚのみをその全域に亘って照明し、また、各要素ホログラム４５からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚのみをその全域に亘って照明するようになる。
【００７３】
以上に説明した本実施の形態によれば、複数のホログラム素子４０の配置位置の相違に応じて各ホログラム素子４０の回折特性が調整され、その結果として、各ホログラム素子４０からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚを照明するようになっている。したがって、複数のホログラム素子４０からの回折光が同一波長域の光であれば、被照明領域Ｚを明るく照明することができる。また、複数のホログラム素子４０からの回折光が異なる波長域の光であれば、加法混色による所望の色で被照明領域Ｚを照明することができる。そして本実施の形態では、各ホログラム素子４０からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚを照明するので、発光点が分散されることになり、照明装置１０を直視した人間の目に対する悪影響の程度を小さくすることができる。加えて、各ホログラム素子４０からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚの全域を照明するので、被照明領域Ｚのエッジ近傍における明るさのムラや色のムラを効果的に抑制することができる。これらにより、被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、ホログラム素子４０での回折光により、長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚを照明することになる。したがって、ホログラム素子４０の回折特性を調整することで、被照明領域Ｚが照明装置１０の前方に位置し且つ照明装置１０から離間する方向に長手方向ｄｌを有する場合であっても、照明装置１０から離間した遠くの領域をより高い光照射強度で明るく照明することが可能となる。この結果、長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚ、例えば幅方向ｄｗの長さに対する長手方向ｄｌの長さの比が１０以上、さらにはこの比が１００以上となる被照明領域Ｚ、さらに典型的にはライン状の被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００７５】
なお、複数のホログラム素子４０が、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに垂直な方向であって且つ被照明領域Ｚが形成される面ｐｌへの法線方向ｎｄと平行な第１配列方向ｄａに、配列されている場合における各ホログラム素子４０の回折特性の調整方法として、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに直交する幅方向ｄｗに沿った任意の位置に入射する一つのホログラム素子４０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Ｚ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ホログラム素子４０からの回折光の長手方向ｄｌに沿った照射長さｉｌと、同一となるようにし、さらに、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに沿った任意の位置に入射する一つのホログラム素子４０からの回折光の幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗが、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに沿った前記任意の位置に入射する他の一つのホログラム素子４０からの回折光の幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗと、同一となるようにしてもよい。このような調整は、照明装置１０を簡易小型化しながら実現することが可能である。したがって、照明装置１０の簡易小型化を可能としながら、長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚ、典型的にはライン状の被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００７６】
また、本実施の形態によれば、ホログラム素子４０が複数の要素ホログラム４５を含んでいる。そして、複数の要素ホログラム４５の配置位置の相違に応じて各要素ホログラム４５の回折特性が調整され、その結果として、各要素ホログラム４５からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚの全域を照明する。したがって、被照明領域Ｚのエッジ近傍における明るさのムラを効果的に抑制することができる。これにより、被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、照明することができる。また、一つのホログラム素子４０が、要素ホログラム４５の数量と同数の発光点を有することになり、照明装置１０を直視した人間の目に対する悪影響の程度を小さくすることができる。加えて、各要素ホログラム４５からの回折光が被照明領域Ｚで重ね合わされることになるので、レーザー光を用いた場合においても、スペックルを効果的に目立たなくすることができる。
【００７７】
さらに、各要素ホログラム４５での回折光により、長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚを照明することになる。したがって、要素ホログラム４５の回折特性を調整することで、被照明領域Ｚが照明装置１０の前方に位置し且つ照明装置１０から離間する方向に長手方向ｄｌを有する場合であっても、照明装置１０から離間した遠くの領域をより高い光照射強度で明るく照明することが可能となる。この結果、長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚ、典型的にはライン状の被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００７８】
なお、複数の要素ホログラム４５が、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに垂直であって且つ被照明領域Ｚが形成される面ｐｌへの法線方向ｎｄに垂直な第２配列方向ｄｂに、配列されている場合における各要素ホログラム４５の回折特性の調整方法として、被照明領域Ｚ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ホログラム４５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Ｚの長手方向ｄｌに沿った前記任意の位置に入射する他の一つ要素ホログラム４５からの回折光の幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗと、同一となるようにしてもよい。このような調整は、照明装置１０を簡易小型化しながら実現することが可能である。したがって、照明装置１０の簡易小型化を可能としながら、長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚ、典型的にはライン状の被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００７９】
また、複数の要素ホログラム４５が、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに垂直な方向であって且つ被照明領域Ｚが形成される面ｐｌへの法線方向ｎｄと平行な第１配列方向ｄａに、配列されている場合における各要素ホログラム４５の回折特性の調整方法として、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに直交する幅方向ｄｗに沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラム４５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Ｚ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ホログラム４５からの回折光の長手方向ｄｌに沿った照射長さｉｌと、同一となるようにし、さらに、被照明領域Ｚ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ホログラム４５からの回折光の幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗが、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラム４５からの回折光の幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗと、同一となるようにしてもよい。このような調整は、照明装置１０を簡易小型化しながら実現することが可能である。したがって、照明装置１０の簡易小型化を可能としながら、長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚ、典型的にはライン状の被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００８０】
さらに、上述した一実施の形態において、光源装置１５は、レーザー光を生成する光源２０と、光源２０から射出した光を整形する整形光学系３０と、を有している。とりわけ図示された例において、整形光学系３０は、光源２０からの光を平行光束に変換する。したがって、ホログラム素子４０の各要素ホログラム４５に平行光束が入射することになる。この例によれば、ホログラム素子４０及び要素ホログラム４５の設計及び製作を容易化することができる。また、ホログラム素子４０での回折によって、光を被照明領域Ｚ内の全域に高精度に向けることが可能となる。
【００８１】
なお、上述した一実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
【００８２】
上述した一実施の形態において、図１に示すように、複数のホログラム素子４０が、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに垂直であって且つ被照明領域Ｚが形成される面ｐｌへの法線方向ｎｄと平行となる第１配列方向ｄａに、配列されている例を示した。すなわち、被照明領域Ｚが地面や水面等の水平面に設けられる場合、複数のホログラム素子４０が鉛直方向に配列される例を示した。しかしながら、この例に限られず、複数のホログラム素子４０が、図６に示すように配列されていてもよい。図６に示された例において、複数のホログラム素子４０は、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに垂直であって且つ被照明領域Ｚが形成される面ｐｌへの法線方向ｎｄに垂直となる方向、すなわち上述した第２配列方向ｄｂに、配列されている。より具体的には、被照明領域Ｚが地面や水面等の水平面に設けられる場合に、複数のホログラム素子４０が水平方向に配列されるようにしてもよい。この例においても、複数のホログラム素子４０の配置位置の相違に応じて各ホログラム素子４０の回折特性が調整され、その結果として、各ホログラム素子からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚの全域を照明することが可能となる。このようにホログラム素子４０の回折特性を調整することで、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００８３】
なお、複数のホログラム素子４０が、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに垂直であって且つ被照明領域Ｚが形成される面ｐｌへの法線方向ｎｄに垂直な第２配列方向ｄｂに、配列されている場合における各ホログラム素子４０の回折特性の調整方法として、図４を参照して説明したように、被照明領域Ｚの長手方向ｄｌに沿った任意の位置に入射する一つのホログラム素子４０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Ｚの長手方向ｄｌに沿った前記任意の位置に入射する他の一つホログラム素子４０からの回折光の幅方向ｄｗに沿った照射幅ｉｗと、同一となるようにしてもよい。このような調整は、照明装置１０を簡易小型化しながら実現することが可能である。したがって、照明装置１０の簡易小型化を可能としながら、長手方向ｄｌを有する被照明領域Ｚ、典型的にはライン状の被照明領域Ｚを、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００８４】
また、上述した一実施の形態において、ホログラム素子４０が、複数の要素ホログラム４５に区分けされている例について説明した。しかしながら、この例に限られず、各ホログラム素子４０が、単一のホログラムとして形成されていてもよい。このような変形例においても、照明装置１０に含まれた複数のホログラム素子４０の各々からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚの全域に入射するようにすることで、長手方向を有する被照明領域、典型的にはライン状の被照明領域を、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００８５】
さらに、上述した一実施の形態において、照明装置１０が複数のホログラム素子４０を有する例を示したが、この例に限られず、照明装置１０が単一のホログラム素子４０のみを有するようにしてもよい。この例において、ホログラム素子４０が、複数の要素ホログラム４５を含んでおり、各要素ホログラム４５からの回折光が、それぞれ、被照明領域Ｚの全域に入射するようにすることで、長手方向を有する被照明領域、典型的にはライン状の被照明領域を、そのエッジを鮮明としながら、安全に照明することができる。
【００８６】
さらに、上述した一実施の形態において、複数のホログラム素子４０の各々に対して、それぞれ別個の光源装置１５が用意されている例を示したが、これに限られない。光源２０、整形光学系３０及びレンズ３１のうちのいずれか一つを、複数のホログラム素子４０間で共用してもよい。
【００８７】
さらに、図９に示すように、光源装置１５の第１〜第３レーザー光源２０ａ〜２０ｃのそれぞれは、長軸方向ｄ１およびこれに直交する短軸方向ｄ２を有する第１発光部１５１と、第２発光部１５２と、第３発光部１５３とを有していてもよい。なお、図９では、便宜上、第１〜第３レーザー光源２０ａ〜２０ｃ、第１〜第３整形光学系３０ａ〜３０ｃおよび第１〜第３ホログラム素子４０ａ〜４０ｃのそれぞれを１つにまとめて図示している。実際のレーザー光源２０ａ〜２０ｃ、整形光学系３０ａ〜３０ｃおよびホログラム素子４０ａ〜４０ｃは、図１に示したように鉛直方向に配列されていてもよく、または、図６に示したように、水平方向に配列されていてもよい。
【００８８】
ここで、発光部１５１〜１５３の長軸方向ｄ１とは、発光部１５１〜１５３から発光されるレーザー光の拡散方向のうち拡散角度が最大となる方向である。長軸方向ｄ１は、光軸に直交するレーザー光の断面の最大径に平行な方向ということもできる。図示されている例において、長軸方向ｄ１は、鉛直方向に一致する。また、短軸方向ｄ２とは、発光部１５１〜１５３から発光されるレーザー光の拡散方向のうち拡散角度が最小となる方向である。短軸方向ｄ２は、光軸に直交するレーザー光の断面の最小径に平行な方向ということもできる。図示されている例において、短軸方向ｄ２は、水平方向に一致する。
【００８９】
発光部１５１〜１５３は、短軸方向ｄ２において同一の位置に、長軸方向ｄ１に間隔を空けて配置されている。すなわち、レーザー光源２０ａ〜２０ｃは、それらの発光部１５１〜１５３の短軸方向ｄ２が被照明領域Ｚの幅方向ｄｗすなわち水平方向に平行となる姿勢で光源装置１５の筐体１５０内に配置されている。
【００９０】
このように配置されたレーザー光源２０ａ〜２０ｃの発光部１５１〜１５３から短軸方向ｄ２に拡がるように出射されたレーザー光Ｌは、整形光学系３０ａ〜３０ｃで整形された後に、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃで幅方向ｄｗに拡がるように整形される。
【００９１】
もし、長軸方向ｄ１が幅方向ｄｗに平行な場合、発光部１５１〜１５３は、幅方向ｄｗに大きい拡散角度で拡散したレーザー光を出射する。拡散角度が大きいレーザー光は、整形光学系３０ａ〜３０ｃのコリメートレンズ３２ａ〜３２ｃで十分に平行化することが困難である。平行化が不十分なレーザー光をホログラム素子４０ａ〜４０ｃで所期のビーム形状を有する回折光に整形しようとする場合、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃの形状に負担がかかり、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃのコストが上昇や寸法精度の悪化を招く虞がある。
【００９２】
これに対して、図９に示される例によれば、発光部１５１〜１５３から幅方向ｄｗに小さい拡散角度でレーザー光Ｌを出射できる。拡散角度が小さいレーザー光Ｌは、整形光学系３０ａ〜３０ｃのコリメートレンズ３２ａ〜３２ｃで十分に平行化することができるので、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃの形状に負担をかけずに所期のビーム形状を有する回折光を得ることができる。
【００９３】
したがって、図９に示される例によれば、路面上にエッジが明確なライン状の光を確実かつ低コストで照明できる。
【００９４】
上述した図４は、照明領域の長手方向に直交する幅方向の中心位置を通って長手方向に延びる中心線Ｌ１がホログラム素子４０の中心位置を通って長手方向に延びる照明光線を被照明領域Ｚのある面に投影した投影線Ｌ２と一致している例を示したが、図１０に示すように、被照明領域Ｚの上述した中心線Ｌ１が投影線Ｌ２からずれていてもよい。
【００９５】
図１０では、図４と同様に、被照明領域Ｚの短手方向の幅をｉｗ、ホログラム素子４０の水平方向の幅をａ、ホログラム素子４０から被照明領域Ｚの最近接位置までの最短距離をＲ、被照明領域Ｚの長手方向の第１エッジｅ１とホログラム素子４０の水平方向の第１端部を通過して被照明領域Ｚの長手方向に延びる第１端線ｅ２との距離をｘ+、被照明領域Ｚの長手方向の第２エッジｅ３とホログラム素子４０の水平方向の第２端部を通過して被照明領域Ｚの長手方向に延びる第２端線ｅ４との距離をｘ-としている。また、被照明領域Ｚの任意の位置を通って短軸方向の境界位置をｐ１とｐ２としたときに、位置ｐ１と第１端線ｅ２との為す角度をθ1+、位置ｐ２と第１端線ｅ２との為す角度をθ1-、位置ｐ１と第２端線ｅ４との為す角度をθ2+、位置ｐ２と第２端線ｅ４との為す角度をθ2-とすると、以下の式が成り立つ。
【００９６】
ｔａｎ（θ１＋）＝ｘ＋／Ｒ
ｔａｎ（θ１−）＝（ｘ＋―ｉｗ）／Ｒ
ｔａｎ（θ２＋）＝（ｘ＋＋ａ）／Ｒ
ｔａｎ（θ２−）＝ｘ-／Ｒ
【００９７】
このように、上記の式を満たすように、ホログラム素子４０の回折特性を設計することにより、ホログラム素子４０に対して任意の方向および位置にある被照明領域Ｚを照明することができる。
【００９８】
ホログラム素子４０に入射されたレーザー光の一部は、ホログラム素子４０で回折されることなく、そのまま透過する０次光となる。０次光が被照明領域Ｚに照射される場合、予め設計された被照明領域Ｚ内の０次光照射位置だけが特異的に照度が高くなってしまう。ホログラム素子４０の位置を基準として、０次光が被照明領域Ｚの長手方向における最近端側に照射される場合と最遠端側に照射される場合とを比較すると、最近端側に照射される場合の方が０次光の照射面積が小さくなって、単位面積当たりの照度が高くなり、被照明領域Ｚにおける０次光の照射位置が目立ちやすくなる。そこで、０次光が被照明領域Ｚの長手方向における最近端よりも最遠端側に入射されるように、ホログラム素子４０の回折特性を設計するのが望ましい。これにより、被照明領域Ｚの全域での光強度すなわち照度のばらつきを抑制できる。
【００９９】
図１等では、整形光学系３０ａ〜３０ｃのコリメートレンズ３２ａ〜３２ｃにてレーザー光を平行化した後にホログラム素子４０ａ〜４０ｃに入射している。被照明領域Ｚのボケを抑制するには、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃへの入射光を平行化するのが望ましいが、平行化されたレーザ光は、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃへの入射面積が小さいため、その分、０次光の光強度が大きくなる。よって、０次光の光強度を弱める観点からは、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃへの入射光が完全な平行光よりもわずかに広がった拡散光の方が望ましい。拡散光がホログラム素子４０ａ〜４０ｃに入射されると、被照明領域Ｚのボケ量が増大するおそれがあるが、図３等で説明したように、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃが複数の要素ホログラム４５に区分けされていて、各要素ホログラム４５が被照明領域Ｚの全域を照明するような回折特性を持っている場合には、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃへの入射光が拡散光であったとしても、各要素ホログラム４５内に入射されるレーザー光の入射角度はほとんど同じと考えられるため、各要素ホログラム４５ごとに被照明領域Ｚの全域を照明するように回折特性を設計すれば、ホログラム素子４０ａ〜４０ｃの全体として、被照明領域Ｚを鮮明に照明することができる。
【０１００】
図１等では、回折光学素子として、透過型のホログラム素子４０ａ〜４０ｃを用いる例を示したが、図１１に示すように反射型のホログラム素子４０ａ〜４０ｃを用いてもよい。反射型のホログラム素子４０ａ〜４０ｃであれば、０次光の進行方向が観察者の観察方向と異なるため、０次光に対する安全対策が容易になりうる。
【０１０１】
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
ｄｌ   長手方向
ｄｗ   幅方向
ｄａ   第１配列方向
ｄｂ   第２配列方向
Ｚ     被照明領域
Ｚａ   照明領域
Ｚｂ   照明領域
Ｚｘ   被照明領域
Ｚｙ   両縁部分
Ｚｚ   周縁部分
１０   照明装置
１５   光源装置
２０   光源
２０ａ 第１レーザー光源
２０ｂ 第２レーザー光源
２０ｃ 第３レーザー光源
３０   整形光学系
３０ａ 第１整形光学系
３０ｂ 第２整形光学系
３０ｃ 第３整形光学系
３１   レンズ
３１ａ 第１レンズ
３１ｂ 第２レンズ
３１ｃ 第３レンズ
３２   コリメートレンズ
３２ａ 第１コリメートレンズ
３２ｂ 第２コリメートレンズ
３２ｃ 第３コリメートレンズ
４０   ホログラム素子
４０ａ 第１ホログラム素子
４０ｂ 第２ホログラム素子
４０ｃ 第３ホログラム素子
４５   要素ホログラム
４５ａ 第１要素ホログラム
４５ｂ 第２要素ホログラム
４５ｃ 第３要素ホログラム
６０   ホログラム
６０ａ 第１ホログラム
６０ｂ 第２ホログラム
【図１】
2018156950.tif 000003
【図２】
2018156950.tif 000004
【図３】
2018156950.tif 000005
【図４】
2018156950.tif 000006
【図５】
2018156950.tif 000007
【図６】
2018156950.tif 000008
【図７】
2018156950.tif 000009
【図８】
2018156950.tif 000010
【図９】
2018156950.tif 000011
【図１０】
2018156950.tif 000012
【図１１】
2018156950.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月13日(2018.6.13)
【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】
第１方向に延在するとともに、前記第１方向に交差する第２方向に延在する被照明領域を照明する照明装置であって、
それぞれ異なる波長域のコヒーレント光を発する複数の光源と、
前記複数の光源のそれぞれに対応づけて設けられ、対応するコヒーレント光を回折して、前記被照明領域を重ねて照明する、複数のホログラム素子と、を備え、
前記複数のホログラム素子は、前記被照明領域の前記第１方向に交差する方向に配列されており、
前記複数のホログラム素子は、前記複数のホログラム素子の出射面の法線方向が、前記被照明領域が形成される面の法線方向に交差するように、配置されており、
前記複数のホログラム素子の少なくとも１つは、複数の要素ホログラムを含む、照明装置。
【請求項２】
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する前記複数のホログラム素子からの回折光の前記第１方向に交差する前記第２方向に沿った照射幅は、それぞれ同一である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記被照明領域の前記第１方向に交差する前記第２方向に沿った任意の位置に入射する前記複数のホログラム素子からの回折光の前記第１方向に沿った照射長さは、それぞれ同一である、請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に交差する前記第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラムからの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記被照明領域の前記第１方向に交差する前記第２方向に沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に沿った照射長さは、前記被照明領域の前記第２方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラム素子からの回折光の前記第１方向に沿った照射長さと、同一である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数の要素ホログラムは、前記被照明領域の前記第１方向に交差する方向に配列されており、
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に交差する前記第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラムからの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一である、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】
前記複数の要素ホログラムは、前記被照明領域の前記第１方向に交差する方向に配列されており、
前記被照明領域の前記第１方向に交差する前記第２方向に沿った任意の位置に入射する一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に沿った照射長さは、前記被照明領域の前記第２方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラムからの回折光の前記第１方向に沿った照射長さと、同一であり、
前記被照明領域の前記第１方向に沿った任意の位置に入射する前記一つの要素ホログラムからの回折光の前記第２方向に沿った照射幅は、前記被照明領域の前記第１方向に沿った前記任意の位置に入射する他の一つの要素ホログラムからの回折光の前記第２方向に沿った照射幅と、同一である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記複数の光源のそれぞれに対応づけて設けられ、対応する光源からの光を整形して、対応するホログラム素子に向ける、複数の整形光学系をさらに備える、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。