特開 2024-180546 照明装置、照明方法、照明システムの設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024180546

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】照明装置、照明方法、照明システムの設計方法

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20241219BHJP

   F21V 9/00 20180101ALI20241219BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20241219BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 311

F21S2/00 390

F21V9/00

F21Y115:30

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024179417

(22)【出願日】2024-10-11

(62)【分割の表示】P 2021065321の分割

【原出願日】2021-04-07

(71)【出願人】

【識別番号】000002897

【氏名又は名称】大日本印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(72)【発明者】

【氏名】西尾 俊平

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 知枝

(72)【発明者】

【氏名】倉重 牧夫

(57)【要約】

【課題】投影パターンの情報を観察者に適切に認識させる。
【解決手段】照明システム１は、投影面３と、投影面３に情報を含む投影パターン４を投影する照明装置１０と、を備える。投影パターン４は、投影面３から離間した所定の観察位置７から観察されることが意図されている。投影パターン４は、投影面３に対し観察位置７から降ろした垂線との交差位置８から一方向に離間した所定の位置９から、交差位置８とは逆側へ一方向に並んだ複数の要素パターン５を有する。投影パターン４の一方向の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度θ_Ａは、１０°以下である。各要素パターン５の一方向の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度θ_１、θ２、…、θ_ｎは、５°以下である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

投影面と、
前記投影面に情報を含む投影パターンを投影する照明装置と、を備える照明システムであって、
前記投影パターンは、前記投影面から離間した所定の観察位置から観察されることが意図されており、
前記投影パターンは、前記投影面に対し前記観察位置から降ろした垂線との交差位置から一方向に離間した所定の位置から、前記交差位置とは逆側へ前記一方向に並んだ複数の要素パターンを有し、
前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、１０°以下であり、
各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下である、照明システム。

【請求項2】

前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、３°以上である、請求項１に記載の照明システム。

【請求項3】

各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、０．１°以上である、請求項１または２に記載の照明システム。

【請求項4】

各要素パターンの前記一方向に非平行な他方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明システム。

【請求項5】

各要素パターンの前記一方向に非平行な他方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、０．１°以上である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明システム。

【請求項6】

複数の前記要素パターンは、それぞれ同じ情報を含んでいる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明システム。

【請求項7】

前記照明装置は、コヒーレント光を出射する光源と、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形成する回折光学素子と、を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明システム。

【請求項8】

照明装置によって投影面に投影パターンを投影する照明方法であって、
前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、
前記観察位置と前記配置位置との関係に基づいて、前記照明装置から投影される前記投影パターンを決定する工程と、を備える、照明方法。

【請求項9】

照明装置によって投影面に投影パターンを投影する照明方法であって、
前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記照明装置から投影される前記投影パターンを決定する工程と、
前記観察位置と前記投影パターンとの関係に基づいて、前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、を備える、照明方法。

【請求項10】

照明装置によって投影面に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、 前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記観察位置から観察される観察パターンを決定する工程と、
前記観察位置及び前記観察パターンに基づいて前記投影パターンを決定する工程と、
前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、
前記観察位置と前記配置位置との関係に基づいて、前記照明装置から前記投影面に前記投影パターンが投影されるように、前記照明装置から出射する配光パターンを決定する工程と、
前記配光パターンを形成するよう、前記照明装置が有する回折光学素子を設計する工程と、を備える、照明システムの設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、照明システム、照明方法及び照明システムの設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

照明装置の光源としてコヒーレント光を発光するレーザー光源を用いることがある。レーザー光源は、一般に、ＬＥＤ（Light Emitting Device)に比べて発光点サイズが小さい上、輝度が高い。また、コヒーレント光を発光するため指向性を高めることができ、十分な量の光を遠方まで到達させることができる。さらに、回折光学素子やレンズアレイ等の各種光学素子やマイクロディスプレイ等を用いることにより、配光を細かく制御することも可能となる。

【0003】

このようなレーザー光源と光学素子とを組み合わせて、特許文献１に記載されているような、所望の投影パターンを投影する照明装置が提案されている。特許文献１に開示された照明装置では、単一光源で生成されたレーザー光をホログラム等の単一の光学素子で回折している。光学素子での回折により、単一光源からの光から所望の投影パターンを形成している。この投影パターンが、照明装置から離間した投影面に投影される。

【0004】

照明装置の光源としてレーザー光源と回折光学素子とを用いる場合、結像光学系を用いることなく、所望の投影パターンを投影することができる。また、照明装置の光源としてレーザー光源を用いる場合、照明装置から投射される光の発散角度を小さくすることができる。このことから、光源としてＬＥＤを用いる場合と比較して、投影面に投影される投影パターンを効率よく鮮明に表示することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

ところで、照明装置によって投影される投影パターンの情報が、投影パターンを観察する観察者に認識されにくいことがある。とりわけ、投影パターンが一方向に延びている場合、当該方向の投影パターンを一目で認識することが困難である。本開示は、投影パターンの情報を観察者に適切に認識させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の照明システムは、
投影面と、
前記投影面に情報を含む投影パターンを投影する照明装置と、を備える照明システムであって、
前記投影パターンは、前記投影面から離間した所定の観察位置から観察されることが意図されており、
前記投影パターンは、前記投影面に対し前記観察位置から降ろした垂線との交差位置から一方向に離間した所定の位置から、前記交差位置とは逆側へ前記一方向に並んだ複数の要素パターンを有し、
前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、１０°以下であり、
各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下である。

【0008】

本開示の照明システムにおいて、前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、３°以上であってもよい。

【0009】

本開示の照明システムにおいて、各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、０．１°以上であってもよい。

【0010】

本開示の照明システムにおいて、各要素パターンの前記一方向に非平行な他方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下であってもよい。

【0011】

本開示の照明システムにおいて、各要素パターンの前記一方向に非平行な他方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、０．１°以上であってもよい。

【0012】

本開示の照明システムにおいて、複数の前記要素パターンは、それぞれ同じ情報を含んでいてもよい。

【0013】

本開示の照明システムにおいて、前記照明装置は、コヒーレント光を出射する光源と、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形成する回折光学素子と、を有してもよい。

【0014】

本開示の第１の照明方法は、照明装置によって投影面に投影パターンを投影する照明方法であって、
前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、
前記観察位置と前記配置位置との関係に基づいて、前記照明装置から投影される前記投影パターンを決定する工程と、を備える。

【0015】

本開示の第２の照明方法は、照明装置によって投影面に投影パターンを投影する照明方法であって、
前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記照明装置から投影される前記投影パターンを決定する工程と、
前記観察位置と前記投影パターンとの関係に基づいて、前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、を備える。

【0016】

本開示の照明システムの設計方法は、照明装置によって投影面に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、
前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記観察位置から観察される観察パターンを決定する工程と、
前記観察位置及び前記観察パターンに基づいて前記投影パターンを決定する工程と、
前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、
前記観察位置と前記配置位置との関係に基づいて、前記照明装置から前記投影面に前記投影パターンが投影されるように、前記照明装置から出射する配光パターンを決定する工程と、
前記配光パターンを形成するよう、前記照明装置が有する回折光学素子を設計する工程と、を備える。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、投影パターンの情報を観察者に適切に認識させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、照明システムの概略構成を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、照明システムを投影面の法線方向から観察した拡大平面図である。

【図3】図３は、照明システムが投影する投影パターンが観察者に観察される状態を示す図である。

【図4】図４は、照明システムが投影する投影パターンの要素パターンが観察者に観察される状態を示す図である。

【図5】図５は、図４とは異なる方向からの観察において、照明システムが投影する投影パターンの要素パターンが観察者に観察される状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

図１は、本実施の形態の照明システム１の概略構成を模式的に示す斜視図である。図１に示されているように、照明システム１は、投影面３と、照明装置１０と、を有している。照明システム１において、照明装置１０によって投影面３に投影パターン４が投影される。

【0022】

投影面３は、照明装置１０から投影される投影パターン４を周囲の観察者から適切に観察されるように表示する表示面として機能する。投影面３は、照明装置１０から離間した面である。投影面３は、投影パターン４を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、本実施の形態において、投影面３は、第１方向ｄ１に所定の幅を有し、第２方向ｄ２に延在している。このような投影面３は、例えば道路や通路の路面の一部である。投影面３の第１方向ｄ１における長さ（幅）及び第２方向ｄ２における長さは、照明装置１０の後述する回折光学素子１４で回折された光の配光パターン及び投影面３と照明装置１０との位置関係によって規定される。また、図示されている例において、第１方向ｄ１と第２方向ｄ２とは、互いに直交している。

【0023】

投影パターン４は、投影面３に表示されて観察者に観察される所定のパターンである。
投影パターン４は、例えば、観察者に観察させるための所定の情報を含んでいる。図１に示されている例では、投影パターン４は、所定の情報として経路案内等のための複数の矢印を含んでいる。しかしながら、投影パターン４が含む情報は任意であり、矢印等の記号だけでなく、絵柄や画像、文字、数字などを含んでいてもよい。また、所定の情報の表示色やサイズ、文字線種、線幅も任意であり、所定の情報の少なくとも一部を複数色で色分けしてもよい。

【0024】

投影パターン４は、図３及び図４に示されているように、所定の観察位置７から観察者に観察されることが意図されている。すなわち、観察位置７において、投影パターン４は適切に観察される。例えば、観察位置７において、観察者は、投影パターン４の全体を観察することができる。投影パターン４は、観察者にとって観察パターンとして観察される。例えば、観察者が投影パターン４の全体を略同一の大きさの観察パターンとして観察する場合、投影パターン４は、観察位置７から離間するにつれて大きくなっている。観察位置７は、投影面３から離間している。観察位置７が投影面３から離間している長さは、例えば、投影面３に直立している人の目の高さや、投影面３上に位置する自動車等の移動体の乗員の目の高さである。観察位置７が投影面３から離間している長さは、例えば７０ｃｍ以上２５０ｃｍ以下である。

【0025】

投影パターン４は、複数の要素パターン５を有している。複数の要素パターン５は、第２方向ｄ２に並んでいる。とりわけ、複数の要素パターン５が並んでいる方向は、観察者に対して前後方向である。すなわち、図３及び図４に示されているように、複数の要素パターン５は、投影面３に対し観察位置７から降ろした垂線との交差位置８から第２方向ｄ２に離間した所定の位置９から、交差位置８とは逆側へ第２方向ｄ２に並んでいる。観察者は、第２方向ｄ２に並んでいる複数の要素パターン５を同時に観察することができる。

【0026】

要素パターン５は、投影パターン４の情報の一部を含んでいる。複数の要素パターン５は、それぞれ異なる情報を含んでいてもよいし、それぞれ同じ情報を含んでいてもよい。
例えば、図１に示されているように、複数の要素パターン５は、それぞれ経路案内のための矢印のような同じ情報を含んでいてもよい。この場合、同じ経路案内の情報のために、矢印の向きや大きさ等が異なっていてもよい。このように、複数の要素パターン５が同じ情報を含んでいる場合でも、各要素パターン５は、大きさや形状等が異なっていてもよい。

【0027】

投影パターン４は、観察者に観察可能なよう、可視光波長域の波長の光を含んでいる。
具体的には、投影パターン４は、波長が３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光を含んでいる。また、投影パターン４と同時に、照明装置１０は、可視光波長域以外の光、例えば赤外線領域の光、紫外線領域の光、ミリ波やテラヘルツ波を照射してもよい。

【0028】

照明装置１０は、投影面３に投影パターン４を投影する装置である。本実施の形態において、照明装置１０は、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、照明装置１０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。このような照明装置１０は、例えば建物の天井面や壁面に設置される。また、照明装置１０は、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。さらには、照明装置１０は、情報を表示可能な端末、例えばコンピュータのディスプレイ、タブレットやスマートフォン等の携帯端末、テレビ等に適用することも可能である。このように照明装置１０には、本実施の形態のように所定の位置に設置されるものだけでなく、移動するものも含まれる。とりわけ、照明装置１０は、照明装置１０によって投影される投影パターン４を観察する観察者自身に携帯されるものであってもよい。照明装置１０は、投影面３に適切に投影パターン４を投影することができる所定の配置位置１１に配置される。言い換えると、配置位置１１に配置された照明装置１０は、投影面３に対して適切な向き且つ適切な解像度で、投影パターン４を投影する。

【0029】

図１に示すように、照明装置１０は、光源１２と、整形光学系１３と、回折光学素子１４と、を有している。また、照明装置１０は、光源１２、整形光学系１３及び回折光学素子１４を収容する筐体を、さらに有していてもよい。以下、照明装置１０の各構成要素について、説明する。

【0030】

光源１２は、波長及び位相が揃った光であるコヒーレント光を出射する。光源１２として、種々の型式の光源を用いることができる。典型的には、コヒーレント光を出射する光源１２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。一具体例として、光源１２は、半導体レーザー光源として構成され、例えば回路基板によって支持される。図１に示されている例では、それぞれ異なる波長の光を出射する３つの光源１２が設けられている。光源１２が出射する光の波長は、投影パターン４に含まれる光の波長に対応している。例えば、投影パターン４が可視光波長域の光を含むように投影される場合、光源１２は、可視光波長域の光を出射する。この場合、典型的には、３つの光源１２は、それぞれ赤、緑、青の波長域のコヒーレント光を出射する。また、光源１２は、可視光波長域以外の光、例えば赤外線領域の光、紫外線領域の光、ミリ波やテラヘルツ波を出射してもよい。なお、図示されている例に限らず、光源１２は、任意の数であってもよい。

【0031】

整形光学系１３は、光源１２から出射した光を整形する。言い換えると、整形光学系１３は、光源１２からの光の光軸に直交する断面での形状や、光の放射空間の立体的な形状を整形する。典型的には、整形光学系１３は、光の光軸に直交する断面での投影光の断面積を拡大させる。特に、図示された例において、整形光学系１３は、光源１２から出射した光を拡幅した平行光に整形する。すなわち、整形光学系１３は、コリメート光学系として機能する。図１に示すように、整形光学系１３は、コヒーレント光の光路に沿った順で、第１レンズ１３ａ及び第２レンズ１３ｂを有している。第１レンズ１３ａは、光源１２から出射した光を発散光に整形する。第２レンズ１３ｂは、第１レンズ１３ａで生成された発散光を、平行光に整形し直す。すなわち、第２レンズ１３ｂは、コリメートレンズとして機能する。図１に示されている例では、複数の整形光学系１３が設けられている。整形光学系１３は、各光源１２に対応して設けられている。このため、整形光学系１３は、光源１２と同一の数となっている。

【0032】

回折光学素子１４は、整形光学系１３を通過した光を回折させて、投影パターン４を形成する。回折光学素子１４で回折された光が、投影面３に投影される。図１に示されている例では、複数の回折光学素子１４が設けられている。回折光学素子１４は、各整形光学系１３に対応して設けられている。このため、回折光学素子１４は、整形光学系１３と同一の数となっている。

【0033】

図２には、１つの回折光学素子１４が拡大して示されている。図２に示されているように、回折光学素子１４は、複数の要素回折光学素子１５を含んでいる。とりわけ、複数の要素回折光学素子１５は、微小な薄板状の部材であり、回折光学素子１４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１５は、光を回折させて出射面１５ａから出射させる。複数の要素回折光学素子１５は、それぞれで整形光学系１３からの光を回折させることで、配光パターンを形成する。この配光パターンが投影面３に投影されることで、投影パターン４が形成される。各要素回折光学素子１５は、投影パターン４が表示する所定の情報の全体を形成してもよいし、所定の情報の一部ずつを形成してもよい。

【0034】

各要素回折光学素子１５が、それぞれ対応した投影面３の各照明範囲を正しく照明するように回折特性を設計されていることで、投影面３に投影される投影パターン４が表示する所定の情報を適切に表示することができる。

【0035】

図２に示すように、投影面３の第２方向ｄ２に沿った任意の位置に入射する１つの要素回折光学素子１５で回折した光の第１方向ｄ１に沿った照射幅ｗが、投影面３の第２方向ｄ２に沿った任意の位置に入射する他の１つの要素回折光学素子１５で回折した光の第１方向ｄ１に沿った照射幅ｗと、同一となるように、各要素回折光学素子１５の回折特性は調整されている。

【0036】

要素回折光学素子１５は、典型的には、ホログラム素子である。要素回折光学素子１５としてホログラム素子を用いることで、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投影面３に表示できるようなホログラム素子の設計も比較的容易に行うことができる。

【0037】

要素回折光学素子１５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。

【0038】

要素回折光学素子１５は、位相型の回折光学素子であってもよいし、振幅型の回折光学素子であってもよい。更に、要素回折光学素子１５は、図１に示された例において透過型として構成されているが、反射型として構成されてもよい。要素回折光学素子１５が位相型の回折光学素子として構成される場合、要素回折光学素子１５をなす微細構造は、光の入射位置に応じて光路長が変化する凹凸パターン構造や、光の入射位置に応じて屈折率が異なるパターン構造を採用することができる。凹凸パターンからなる微細構造は、フォトリソグラフィー技術を利用した樹脂成形により量産することができる点において好ましい。また、要素回折光学素子１５が振幅型の回折光学素子として構成される場合、要素回折光学素子１５をなす微細構造は、光の入射位置に応じて透過率が異なる構造を採用することができる。

【0039】

次に、図３乃至図５を参照しながら、投影パターン４と観察位置７との関係について説明する。

【0040】

図３及び図４には、投影面３に平行な方向から、観察者が観察位置７から投影パターン４及び複数の要素パターン５を観察している状態が示されている。図示されている例において、要素パターン５は、経路案内等のための矢印である。とりわけ、図示されている例では、同一の形状及び大きさの矢印である複数の要素パターン５が、一方向（第２方向ｄ２）に並んでいる。

【0041】

観察者は、観察位置７において、投影パターン４の全体を一目で観察することができる。言い換えると、観察者は、観察位置７において、視点を大きく移動させることなく、投影パターン４の全体、すなわち全ての要素パターン５を観察することができる。投影パターン４が十分に小さいため、観察位置７において観察者が投影パターン４の全体を見込む角度、すなわち投影パターン４の第２方向ｄ２の両端のそれぞれと観察位置７との結ぶ線がなす角度θ_Ａは、十分に小さくなっている。具体的には、角度θ_Ａは、１０°以下となっており、好ましくは８°以下となっている。また、投影パターン４は、観察者に容易に観察される程度の大きさを有している。投影パターン４が十分な大きさであるため、角度θ_Ａは、十分な大きさとなっている。具体的には、角度θ_Ａは、３°以上となっており、好ましくは５°以上となっている。

【0042】

観察者は、観察位置７において、第２方向ｄ２に対して各要素パターン５をそれぞれ角度θ_１、θ_２、…、θ_ｎで見込んで観察する。言い換えると、観察者は、各要素パターン５の第２方向ｄ２の両端のそれぞれと観察位置７との結ぶ線がなす角度θ_１、θ_２、…、θ_ｎで見込む。ただし、ｎは、第２方向ｄ２に並んでいる要素パターン５の数であり、図４に示されている例では、ｎは４である。観察者が各要素パターン５を注視することで第２方向ｄ２に視点をほとんど移動させることなく認識することができるよう、各要素パターン５は第２方向ｄ２において十分に小さくなっている。具体的には、角度θ_１、θ_２、…、θ_ｎは、５°以下となっており、好ましくは４°以下となっている。また、観察者が第２方向ｄ２において各要素パターン５を適切に認識することができるよう、各要素パターン５は第２方向ｄ２において十分に大きくなっている。具体的には、角度θ_１、θ_２、…、θ_ｎは、０．１°以上となっており、好ましくは１°以上となっている。

【0043】

図５には、図３及び図４とは異なる方向、とりわけ投影面３の法線方向から、観察者が観察位置７から複数の要素パターン５を観察している状態が示されている。図５に示されているように、観察者は、観察位置７において、第１方向ｄ１に対して各要素パターン５をそれぞれ角度φ_１、φ_２、…、φ_ｎで見込んで観察する。言い換えると、観察者は、各要素パターン５の第１方向ｄ１の両端のそれぞれと観察位置７との結ぶ線がなす角度φ_１、φ_２、…、φ_ｎで見込む。観察者が各要素パターン５を注視することで第１方向ｄ１に視点をほとんど移動させることなく認識することができるよう、各要素パターン５は第１方向ｄ１において十分に小さくなっている。具体的には、角度φ_１、φ_２、…、φ_ｎは、５°以下となっており、好ましくは４°以下となっている。また、観察者が第１方向ｄ１において各要素パターン５を適切に認識することができるよう、各要素パターン５は第１方向ｄ１において十分に大きくなっている。具体的には、角度φ_１、φ_２、…、φ_ｎは、０．１°以上となっており、好ましくは１°以上となっている。

【0044】

次に、照明装置１０によって投影面３に投影パターン４を投影する照明方法について説明する。

【0045】

まず、投影面３において投影パターン４が観察されることが想定される人の目の位置である観察位置７を決定する。例えば、通路等において経路案内をすべき位置を決定し、その位置における人の目の高さを決定することで、観察位置７は決定される。次に、投影面３に対する照明装置１０の配置位置１１を決定する。配置位置１１は、観察位置７と独立して決定されてよいが、観察位置７に位置する観察者によって照明装置１０から投影面３に投影される光が阻害されない位置とする。そして、観察位置７と配置位置１１との関係に基づいて、照明装置１０から投影される投影パターン４を決定する。具体的には、投影パターン４は、観察位置７から全体を観察されることができ、投影パターン４の各要素パターン５がそれぞれ認識されることができ、且つ、照明装置１０が配置位置１１から投影面３に適切な大きさ、角度や形状で投影されることができるように、決定される。このように投影された投影パターン４は、観察位置７において、所定の観察パターンとして観察者に観察される。

【0046】

あるいは、以下のように、照明装置１０によって投影面３に投影パターン４を投影してもよい。まず、上述の照明方法と同様に、投影面３において投影パターン４が観察されることが想定される人の目の位置である観察位置７を決定する。次に、照明装置１０から投影される投影パターン４を決定する。投影パターン４は、観察位置７から観察されるべき大きさ、角度や形状等に基づいて決定される。そして、観察位置７と投影パターン４との関係に基づいて、投影面３に対する照明装置１０の配置位置１１を決定する。具体的には、配置位置１１は、観察位置７において投影パターン４の全体が観察できるような投影パターン４を照明装置１０が投影面３に投影できるように決定される。このように投影された投影パターン４は、観察位置７において、所定の観察パターンとして観察者に観察される。

【0047】

次に、照明装置１０によって投影面３に投影パターン４を投影する照明システム１の設計方法について説明する。

【0048】

まず、上述の照明方法と同様に、投影面３において投影パターン４が観察されることが想定される人の目の位置である観察位置７を決定する。次に、観察位置７において観察者によって観察される観察パターンを決定する。そして、観察位置７及び観察パターンに基づいて、照明装置１０によって投影面３に投影される投影パターン４を決定する。投影パターン４は、観察位置７から観察されるべき大きさ、角度や形状等に基づいて決定される。その後、投影面３に対する照明装置１０の配置位置１１を決定する。配置位置１１は、観察位置７と独立して決定されてよいが、観察位置７に位置する観察者によって照明装置１０から投影面３に投影される光が阻害されない位置とする。そして、観察位置７と配置位置１１との関係に基づいて、照明装置１０から投影面３に投影パターン４が投影されるように、照明装置１０から出射する配光パターンを決定する。その後、この配光パターンを形成するよう、照明装置１０が有する回折光学素子１４を設計する。すなわち、観察位置７から全体が適切に観察されるような投影パターン４が配置位置１１に配置された照明装置１０から投影面３に投影されるように、投影パターン４を形成する回折光学素子１４が設計される。より詳しくは、回折光学素子１４は、光源１２からの光を回折することで配置位置１１に配置された照明装置１０からの光が投影面３において投影パターン４を形成する配光パターンとなるように、設計される。

【0049】

ところで、照明装置によって投影される投影パターンが一方向に延びている場合、当該方向において観察者が投影パターンの情報を認識しにくいことがある。人間の視野範囲には限界があり、視野範囲内でも注視している位置から離れるほど視力は下がる傾向にある。視野は、注視して細かいものまで観察できる中心視野と、見えてはいるが意味のある情報として認識は出来ない周辺視野と、に分けられる。注視している点からこの観察者の中心視野から投影パターンの一部が外れた場合、観察位置において観察者が投影パターンの全体を一目で観察することができないため、または投影パターンの各要素パターンを適切に認識することができないため、投影パターンの情報を認識しにくくなっていると考えられる。一方、投影パターンが観察者の中心視野に収まっている場合、観察者は投影パターンの全体を一目で観察することができる。

【0050】

本実施の形態では、投影パターン４の一方向の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度θ_Ａが１０°以下である。このような角度範囲が、中心視野の範囲に対応する。このため、観察者は、観察位置７において、投影パターン４の全体を一目で観察することができる。また、要素パターン５の一方向の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度θ_１、θ_２、…、θ_ｎが５°以下である。このため、観察者は、各要素パターン５を注視することで一方向において各要素パターン５を適切に認識することができる。このように、本実施の形態では、投影パターン４の全体及び各要素パターン５を適切に認識させることができる。これにより、投影パターン４の情報を観察者に適切に認識させることができる。

【0051】

投影パターン４の一方向の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度θ_Ａが３°以上である。このような投影パターン４は、観察位置７からの観察において、一方向において十分な大きさとなっている。したがって、観察者は、観察位置７から投影パターン４を容易に観察することができる。

【0052】

各要素パターン５の一方向の両端のそれぞれと観察位置７との結ぶ線がなす角度θ_１、θ_２、…、θ_ｎは、０．１°以上である。このような要素パターン５は、観察位置７からの観察において、一方向において十分な大きさとなっている。したがって、観察者は、観察位置７から要素パターン５に含まれる情報を、容易に認識することができる。

【0053】

各要素パターン５の一方向に非平行な他方向、すなわち第２方向ｄ２に非平行な第１方向ｄ１の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度φ_１、φ_２、…、φ_ｎは、５°以下である。このため、観察者は、各要素パターン５を注視することで他方向において各要素パターン５を適切に認識することができる。これにより、投影パターン４の情報を観察者に適切に認識させることができる。

【0054】

各要素パターン５の一方向に非平行な他方向、すなわち第２方向ｄ２に非平行な第１方向ｄ１の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度φ_１、φ_２、…、φ_ｎは、０．１°以上である。このような投影パターン４は、観察位置７からの観察において、他方向において十分な大きさとなっている。したがって、観察者は、観察位置７から投影パターン４を容易に観察することができる。

【0055】

以上のように、本実施の形態の照明システム１は、投影面３と、投影面３に情報を含む投影パターン４を投影する照明装置１０と、を備え、投影パターン４は、投影面３から離間した所定の観察位置７から観察されることが意図されており、投影パターン４は、投影面３に対し観察位置７から降ろした垂線との交差位置８から一方向に離間した所定の位置９から、交差位置８とは逆側へ一方向に並んだ複数の要素パターン５を有し、投影パターン４の一方向の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度θ_Ａは、１０°以下であり、各要素パターン５の一方向の両端のそれぞれと観察位置７とを結ぶ線がなす角度θ_１、θ_２、…、θ_ｎは、５°以下である。このような照明システム１によれば、投影パターン４の全体及び各要素パターン５を観察者に適切に観察させることで、投影パターン４の情報を観察者に適切に認識させることができる。

【0056】

本開示の態様は、上述した実施の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。

【符号の説明】

【0057】

１ 照明システム
３ 投影面
４ 投影パターン
５ 要素パターン
７ 観察位置
８ 交差位置
１０ 照明装置
１１ 配置位置
１２ 光源
１３ 整形光学系
１４ 回折光学素子
１５ 要素回折光学素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-16

【手続補正2】

【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、
前記投影パターンは、前記投影面から離間した所定の観察位置から観察されることが意図されており、
前記投影パターンは、前記投影面に対し前記観察位置から降ろした垂線との交差位置から一方向に離間した所定の位置から、前記交差位置とは逆側へ前記一方向に並んだ複数の要素パターンを有し、
前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、１０°以下であり、
各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下である、照明装置。

【請求項2】

前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、３°以上である、請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、０．１°以上である、請求項１または２に記載の照明装置。

【請求項4】

各要素パターンの前記一方向に非平行な他方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下である、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】

各要素パターンの前記一方向に非平行な他方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、０．１°以上である、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】

複数の前記要素パターンは、それぞれ同じ情報を含んでいる、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】

前記照明装置は、コヒーレント光を出射する光源と、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形成する回折光学素子と、を有する、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】

照明装置によって投影面に投影パターンを投影する照明方法であって、
前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、
前記観察位置と前記配置位置との関係に基づいて、前記照明装置から投影される前記投影パターンを決定する工程と、を備え、
前記投影パターンを決定する工程において決定される前記投影パターンは、前記投影面に対し前記観察位置から降ろした垂線との交差位置から一方向に離間した所定の位置から、前記交差位置とは逆側へ前記一方向に並んだ複数の要素パターンを有し、
前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、１０°以下であり、各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下である、照明方法。

【請求項9】

照明装置によって投影面に投影パターンを投影する照明方法であって、
前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記照明装置から投影される前記投影パターンを決定する工程と、
前記観察位置と前記投影パターンとの関係に基づいて、前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、を備え、
前記配置位置を決定する工程において決定された配置位置に配置された前記照明装置は、前記投影面に対し前記観察位置から降ろした垂線との交差位置から一方向に離間した所定の位置から、前記交差位置とは逆側へ前記一方向に並んだ複数の要素パターンを有する前記投影パターンを、前記投影面に投影し、
前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、１０°以下であり、各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下である、照明方法。

【請求項10】

照明装置によって投影面に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、
前記投影パターンが観察される観察位置を決定する工程と、
前記観察位置から観察される観察パターンを決定する工程と、
前記観察位置及び前記観察パターンに基づいて前記投影パターンを決定する工程と、
前記投影面に対する前記照明装置の配置位置を決定する工程と、
前記観察位置と前記配置位置との関係に基づいて、前記照明装置から前記投影面に前記投影パターンが投影されるように、前記照明装置から出射する配光パターンを決定する工程と、
前記配光パターンを形成するよう、前記照明装置が有する回折光学素子を設計する工程と、を備え、
前記投影パターンは、前記投影面に対し前記観察位置から降ろした垂線との交差位置から一方向に離間した所定の位置から、前記交差位置とは逆側へ前記一方向に並んだ複数の要素パターンを有し、
前記投影パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、１０°以下であり、各要素パターンの前記一方向の両端のそれぞれと前記観察位置とを結ぶ線がなす角度は、５°以下である、照明システムの設計方法。