(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-02
(45)【発行日】2022-11-11
(54)【発明の名称】照明装置
(51)【国際特許分類】
F21S 2/00 20160101AFI20221104BHJP
F21S 41/36 20180101ALI20221104BHJP
F21S 41/675 20180101ALI20221104BHJP
F21V 7/00 20060101ALI20221104BHJP
F21V 7/09 20060101ALI20221104BHJP
F21V 9/40 20180101ALI20221104BHJP
F21S 41/16 20180101ALI20221104BHJP
F21V 13/00 20060101ALI20221104BHJP
F21S 41/25 20180101ALI20221104BHJP
F21S 41/63 20180101ALI20221104BHJP
G02B 15/00 20060101ALI20221104BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20221104BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20221104BHJP
F21W 102/10 20180101ALN20221104BHJP
【ＦＩ】
F21S2/00 355
F21S2/00 340
F21S41/36
F21S41/675
F21V7/00 570
F21V7/09 500
F21V9/40 300
F21S41/16
F21V13/00 100
F21S41/25
F21S41/63
G02B15/00
G02B5/00 C
G02B5/18
F21W102:10
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021069155
(22)【出願日】2021-04-15
(62)【分割の表示】P 2017061720の分割
【原出願日】2017-03-27
(65)【公開番号】P2021120948
(43)【公開日】2021-08-19
【審査請求日】2021-04-21
(73)【特許権者】
【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】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(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】中津川 夏織
(72)【発明者】
【氏名】石田 一敏
(72)【発明者】
【氏名】西尾 俊平
(72)【発明者】
【氏名】久保田 翔吾
(72)【発明者】
【氏名】倉重 牧夫
【審査官】野木 新治
(56)【参考文献】
【文献】特許第６０９４９２０（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１５－１８５２０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０１０２７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２１Ｓ ２／００
Ｆ２１Ｓ ４１／３６
Ｆ２１Ｓ ４１／６７５
Ｆ２１Ｖ ７／００
Ｆ２１Ｖ ７／０９
Ｆ２１Ｖ ９／４０
Ｆ２１Ｓ ４１／１６
Ｆ２１Ｖ １３／００
Ｆ２１Ｓ ４１／２５
Ｆ２１Ｓ ４１／６３
Ｇ０２Ｂ １５／００
Ｇ０２Ｂ ５／００
Ｇ０２Ｂ ５／１８
Ｆ２１Ｗ １０２／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を射出する光源と、前記光源から射出した光を第１光源光と第２光源光とに分割する分割素子と、
前記第１光源光を回折する固定回折光学素子と、
前記第２光源光を回折する可変回折光学素子と、
前記第２光源光の光路を変化させ前記可変回折光学素子上での入射位置を変化させる走査装置と、を備え、
前記可変回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含み、
前記走査装置は、前記第１光源光の光路外に位置し、
前記分割素子は、ハーフミラー、ダイクロイックミラー、バンドパスフィルタ、又は、波長板及び偏光ビームスプリッタの組み合わせである、照明装置。
【請求項2】
前記光源は、前記走査装置の動作に応じて光の射出を停止する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項3】
前記可変回折光学素子は、前記第２光源光の被照明領域への進行を規制するダミー部を含む、請求項２に記載の照明装置。
【請求項4】
光を射出する光源と、前記光源から射出した光源光のうちの第１光源光の光路外であって前記光源光のうちの第２光源光の光路上に位置する可変マスクと、
前記第１光源光を回折する固定回折光学素子と、
前記第２光源光を回折する可変回折光学素子と、を備え、
前記可変マスクは、前記可変回折光学素子上における前記第２光源光の入射領域を変化させることができ、
前記可変回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含み、
前記第１光源光および前記第２光源光のうちの前記第２光源光のみが前記可変マスクに入射する、照明装置。
【請求項5】
光を射出する光源と、前記光源から射出した光を回折する回折光学素子と、
前記光源から射出した光の光路に沿って前記光源と前記回折光学素子との間に位置する可変整形光学系と、を備え、
前記可変整形光学系は、前記光源から射出した光を可変整形し、前記回折光学素子上での一定領域を含む入射領域の大きさを調整し、
前記可変整形光学系で整形された光は、常に、少なくとも前記一定領域に入射し、
前記回折光学素子は、前記一定領域に位置し且つ前記回折光学素子上での前記入射領域の大きさに依らず前記光源から射出した光が入射する固定回折光学素子と、前記回折光学素子上での入射領域が拡大した際に前記光源から射出した光が入射する可変回折光学素子と、を含む、照明装置。
【請求項6】
前記可変回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含む、請求項５に記載の照明装置。
【請求項7】
前記可変整形光学系は、レンズを含み、前記レンズは、当該レンズの光軸と平行な方向に移動可能に支持されている、請求項５又は６に記載の照明装置。
【請求項8】
前記可変整形光学系は、前記光源から射出した光を発散させるビームエクスパンダーを含み、前記ビームエクスパンダーは、移動可能に支持されている、請求項５～７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項9】
前記可変整形光学系は、可変絞りを含む、請求項５～８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項10】
前記光源から光が射出されている間、前記光源から射出した光の少なくとも一部は、常に、前記固定回折光学素子に入射する、請求項１～９のいずれか一項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、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、光源および回折光学素子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は、光源、走査装置、及び、回折光学素子を有している。走査装置は、光源から射出した光の進行方向を経時的に変化させる。これにより、光源から射出した光は、回折光学素子上を走査するようにして当該回折光学素子上へ入射する。回折光学素子は、互いに異なる回折特性を有した複数の要素ホログラムを含んでいる。光源は、走査装置の動作に応じて、つまり回折光学素子への入射位置に応じて、光の射出及び光の射出停止を切り替える。この照明装置によれば、照明光が照射される領域を所望のパターンに切り替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－１１０８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、照明装置を用いて照明を行う多くの場合、常に照明を行いたい領域が存在する。例えば車のヘッドランプでは、前方領域を常に照明しながら、必要に応じて、この前方領域に加え、前方領域の左右に位置する左右領域や前方領域の更に前方となる遠方領域を照明することが望まれる。従来の照明装置では、常に照明を行いたい領域へ光を回折する要素ホログラム上を光が走査するタイミングで、光源は光を射出する。しかしながら、固定的に光が向けられ続ける要素ホログラムまでも走査対象とすることは、走査装置の動作にともなう振動、騒音、発熱等をより顕著とし、走査装置の故障リスクを負うことを意味する。
【0005】
本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、照明装置への走査装置の適用に伴う負担を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明による第１の照明装置は、
光を射出する光源と、
前記光源から射出した光を第１光源光と第２光源光とに分割する分割素子と、
前記第１光源光を回折する固定回折光学素子と、
前記第２光源光を回折する可変回折光学素子と、
前記第２光源光の光路を変化させ前記可変回折光学素子上での入射位置を変化させる走査装置と、を備え、
前記可変回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含む。
光を射出する光源と、
前記光源から射出した光を第１光源光と第２光源光とに分割する分割素子と、
前記第１光源光を回折する固定回折光学素子と、
前記第２光源光を回折する可変回折光学素子と、
前記第２光源光の光路を変化させ前記可変回折光学素子上での入射位置を変化させる走査装置と、を備え、
前記可変回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含む。
【0007】
本発明による第１の照明装置において、前記光源は、前記走査装置の動作に応じて光の射出を停止するようにしてもよい。
【0008】
本発明による第１の照明装置において、前記可変回折光学素子は、前記第２光源光の被照明領域への進行を規制するダミー部を含むようにしてもよい。
【0009】
本発明による第２の照明装置は、
光を射出する光源と、
前記光源から射出した光源光のうちの第１光源光の光路外であって前記光源光のうちの第２光源光の光路上に位置する可変マスクと、
前記第１光源光を回折する固定回折光学素子と、
前記第２光源光を回折する可変回折光学素子と、を備え、
前記可変マスクは、前記可変回折光学素子上における前記第２光源光の入射領域を変化させることができ、
前記可変回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含む。
光を射出する光源と、
前記光源から射出した光源光のうちの第１光源光の光路外であって前記光源光のうちの第２光源光の光路上に位置する可変マスクと、
前記第１光源光を回折する固定回折光学素子と、
前記第２光源光を回折する可変回折光学素子と、を備え、
前記可変マスクは、前記可変回折光学素子上における前記第２光源光の入射領域を変化させることができ、
前記可変回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含む。
【0010】
本発明による第３の照明装置は、
光を射出する光源と、
前記光源から射出した光を回折する回折光学素子と、
前記光源から射出した光の光路に沿って前記光源と前記回折光学素子との間に位置する可変整形光学系と、を備え、
前記可変整形光学系は、前記光源から射出した光を可変整形し、前記回折光学素子上での入射領域の大きさを調整し、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子上での入射領域の大きさに依らず前記光源から射出した光が入射する固定回折光学素子と、前記回折光学素子上での入射領域が拡大した際に前記光源から射出した光が入射する可変回折光学素子と、を含む。
光を射出する光源と、
前記光源から射出した光を回折する回折光学素子と、
前記光源から射出した光の光路に沿って前記光源と前記回折光学素子との間に位置する可変整形光学系と、を備え、
前記可変整形光学系は、前記光源から射出した光を可変整形し、前記回折光学素子上での入射領域の大きさを調整し、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子上での入射領域の大きさに依らず前記光源から射出した光が入射する固定回折光学素子と、前記回折光学素子上での入射領域が拡大した際に前記光源から射出した光が入射する可変回折光学素子と、を含む。
【0011】
本発明による第３の照明装置において、前記可変回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含むようにしてもよい。
【0012】
本発明による第３の照明装置において、
前記可変整形光学系は、レンズを含み、
前記レンズは、当該レンズの光軸と平行な方向に移動可能に支持されていてもよい。
前記可変整形光学系は、レンズを含み、
前記レンズは、当該レンズの光軸と平行な方向に移動可能に支持されていてもよい。
【0013】
本発明による第３の照明装置において、前記可変整形光学系は、前記光源から射出した光を発散させるビームエクスパンダーを含み、
本発明による第３の照明装置において、前記ビームエクスパンダーは、移動可能に支持されていてもよい。
本発明による第３の照明装置において、前記ビームエクスパンダーは、移動可能に支持されていてもよい。
【0014】
本発明による第３の照明装置において、前記可変整形光学系は、可変絞りを含むようにしてもよい。
【発明の効果】
【0015】
本開示によれば、照明装置への走査装置の適用に伴う負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して本開示の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。
【0018】
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。
【0019】
以下に説明する照明装置１０は、光源から射出された光、以下においては光源光とも呼ばれる光を、回折光学素子４０で拡散させて被照明領域Ｚに向けることにより、被照明領域Ｚを照明する。とりわけ以下に説明する照明装置１０の被照明領域Ｚには、固定被照明領域Ｚｆと可変被照明領域Ｚｖとが含まれている。固定被照明領域Ｚｆは、照明装置１０の稼働中、常に、照明装置１０から射出する照明光によって照明されるようになる領域である。一方、可変被照明領域Ｚｖは、必要に応じて、固定被照明領域Ｚｆに加えて照明光を照射される領域である。更にいくつかの例では、可変被照明領域Ｚｖの照明パターンを変化させることが可能となっている。ここで、被照明領域Ｚは、回折光学素子４０によって照明される実際の被照射面積（照明範囲）として表すことができるし、一定の座標軸を設定した上で角度空間における角度範囲によっても表現することができる。
【0020】
このような照明装置１０は、種々の分野、例えば車や船等の移動体の照明装置として、使用され得る。そして、以下に説明する複数の実施の形態では、従来存在した不具合を対処するための工夫、具体的には、走査装置の動作にともなう振動、騒音、発熱等を効果的に抑制し、且つ、走査装置の故障リスクを軽減するための工夫がなされている。
【0021】
【0022】
図１は、第１の実施の形態に係る照明装置１０の一例を示す模式図である。図１に示すように、第１の実施の形態において、照明装置１０は、光を射出する光源１５と、光源１５から射出した光、すなわち光源光ＳＬを回折する回折光学素子４０と、を含んでいる。図１に示された照明装置１０は、光源光ＳＬを第１光源光ＳＬ１と第２光源光ＳＬ２とに分割する分割素子２０と、第１光源光ＳＬ１を整形する整形光学系２５と、第２光源光ＳＬ２の光路を調整する走査装置３０と、を更に含んでいる。回折光学素子４０は、第１光源光ＳＬ１を回折する固定回折光学素子４５と、第２光源光ＳＬ２を回折する可変回折光学素子５０と、を含んでいる。固定回折光学素子４５で回折された回折光は固定被照明領域Ｚｆに向かい、可変回折光学素子５０で回折された回折光は可変被照明領域Ｚｖに向かう。以下、各構成要素について順に説明していく。
【0023】
光源１５は、種々の型式の光源を用いることができる。一例として、コヒーレント光を射出する光源、例えばレーザー光源を、光源１５として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。
【0024】
図示された光源１５は、単一のレーザー光源を含んでいる。したがって、図示された例では、レーザー光源から発振されるレーザー光の波長域に対応した色で、被照明領域Ｚが照明される。ただし、被照明領域Ｚを所望の色に照明することができるよう、光源１５が複数のレーザー光源を含み、各レーザー光源から射出した光が重ね合わされた後、分割素子２０、整形光学系２５、走査装置３０及び回折光学素子４０に向かうようにしてもよいし、各レーザー光源から射出した光が当該レーザー光源に対応して設けられた分割素子２０、整形光学系２５、走査装置３０及び回折光学素子４０を経て、その後に被照明領域Ｚ上で重ね合わされてもよい。このような例において、光源１５に含まれる複数のレーザー光源は、異なる波長域の光を射出するだけでなく、同一の波長域の光を射出するようにしてもよい。光源１５が同一の波長域の光を射出するレーザー光源を含むことで、被照明領域Ｚを明るく照明することが可能となる。
【0025】
分割素子２０は、光源１５から射出した光源光ＳＬを、第１光源光ＳＬ１及び第２光源光ＳＬ２に分割する。このような分割素子２０として、ハーフミラーを用いることができる。図１に示された照明装置１０では、ハーフミラーからなる分割素子２０で反射された光源光ＳＬが、第１光源光ＳＬ１となり、ハーフミラーからなる分割素子２０を透過した光源光ＳＬが第２光源光ＳＬ２となる。第１光源光ＳＬ１は、固定回折光学素子４５で回折されて、固定被照明領域Ｚｆを照明する。第２光源光ＳＬ２は、可変回折光学素子５０で回折されて、可変被照明領域Ｚｖを照明する。ハーフミラーからなる分割素子２０の反射率を調節しておくことで、固定被照明領域Ｚｆ及び可変被照明領域Ｚｖの照明光量を調節することができる。また、分割素子２０としては、ダイクロイックミラーやバンドパスフィルタ、波長板及び偏光ビームスプリッタの組み合わせ等を用いることができる。
【0026】
次に、整形光学系２５について説明する。分割素子２０で第２光源光ＳＬ２から分離された第１光源光ＳＬ１は、整形光学系２５に向かう。整形光学系２５は、第１光源光ＳＬ１を整形する。言い換えると、整形光学系２５は、第１光源光ＳＬ１の光軸に直交する断面での形状や、第１光源光ＳＬ１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２５は、第１光源光ＳＬ１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２５は、第１光源光ＳＬ１の光路に沿った順で、ビームエクスパンダー２６及びレンズ２７を有している。ビームエクスパンダー２６は、光源１５から射出したレーザー光を発散光束に整形する。レンズ２７は、ビームエクスパンダー２６で生成された発散光束を、平行光束に整形し直す。なお、整形光学系２５は、固定回折光学素子４５上での第１光源光ＳＬ１の入射領域が、円形状となるように通常のレンズを用いてもよいし、当該入射領域が矩形状となるようにシリンドリカルレンズを用いてもよいし、また、当該入射領域が矩形状等の所望形状となるようにマスクを用いてもよい。
【0027】
次に、走査装置３０について説明する。走査装置３０は、第２光源光ＳＬ２の進行方向を経時的に変化させ、第２光源光ＳＬ２の進行方向が一定にならないようにする。この結果、走査装置３０を出射した第２光源光ＳＬ２は、回折光学素子４０の可変回折光学素子５０の入射面上を走査するようになる。
【0028】
走査装置３０は、互いに交差する方向とそれぞれ平行な二つの回転軸周りに回転可能な反射鏡３１を有する。この反射鏡３１に入射した第２光源光ＳＬ２は、反射鏡３１の傾斜角度に応じた角度で反射されて、固定回折光学素子４５に向かう。反射鏡３１を二つの回転軸周りに回転させることで、第２光源光ＳＬ２は可変回折光学素子５０の入射面上を二次元的に走査することが可能となる。反射鏡３１は、例えば一定の周期で二つの回転軸周りに回転する一定の動作を繰り返す。そして、回折光学素子４０上での第２光源光ＳＬ２の入射位置は、周期性を持って変化し、例えば図３に示された走査経路ｓｐを繰り返し移動する。このような走査装置３０として、例えばＭＥＭＳミラーを使用することができる。
【0029】
次に、回折光学素子４０について説明する。回折光学素子４０は、光源１５から射出した光源光ＳＬに対して回折作用を及ぼす素子である。回折光学素子４０は、光源光ＳＬを回折して、被照明領域Ｚに向ける。したがって、被照明領域Ｚは、回折光学素子４０での回折光によって、照明されることになる。
【0030】
図示された回折光学素子４０は、固定回折光学素子４５及び可変回折光学素子５０を有している。固定回折光学素子４５は、光源光ＳＬのうちの第１光源光ＳＬ１を回折して、固定被照明領域Ｚｆに向ける。一方、可変回折光学素子５０は、光源光ＳＬのうちの第２光源光ＳＬ２を回折して、可変被照明領域Ｚｖに向ける。また、可変回折光学素子５０は、複数の要素回折光学素子５１を含んでいる。各要素回折光学素子５１は、第２光源光ＳＬ２を回折し、図示された例では当該回折光を互いに異なる要素被照明領域Ｚｖｅに向ける。
【0031】
図２は、回折光学素子４０を示す平面図である。図示された回折光学素子４０において、固定回折光学素子４５及び可変回折光学素子５０は、隣接して配置されている。すなわち、固定回折光学素子４５及び可変回折光学素子５０は、一つの光学素子を平面分割するようにして、配置されている。可変回折光学素子５０は、第１～第５要素回折光学素子５１ａ～５１ｅを含んでいる。第１～第５要素回折光学素子５１ａ～５１ｅは、一直線上に隣接して配列されている。
【0032】
図３は、回折光学素子４０によって照明される被照明領域Ｚの一例を示している。図３に示された例において、固定回折光学素子４５からの回折光によって照明される固定被照明領域Ｚｆは、照明装置１０の前方に広がる広い領域となっている。可変回折光学素子５０からの回折光によって照明される可変被照明領域Ｚｖは、固定被照明領域Ｚｆの両側方に位置する領域および固定被照明領域Ｚｆの更に前方となる領域を含んでいる。そして、可変被照明領域Ｚｖは、各要素回折光学素子５１に対応して五つに区分けされ、第１～第５要素被照明領域Ｚｖｅ１～Ｚｖｅ５を含んでいる。第１要素回折光学素子５１ａからの回折光によって照明される第１要素被照明領域Ｚｖｅ１は、固定被照明領域Ｚｆの左側方に位置している。第２要素回折光学素子５１ｂからの回折光によって照明される第２要素被照明領域Ｚｖｅ２は、固定被照明領域Ｚｆの前方領域のうちの左方に位置している。第３要素回折光学素子５１ｃからの回折光によって照明される第３要素被照明領域Ｚｖｅ３は、固定被照明領域Ｚｆの前方領域のうちの中央に位置している。第４要素回折光学素子５１ｄからの回折光によって照明される第４要素被照明領域Ｚｖｅ４は、固定被照明領域Ｚｆの前方領域のうちの右方に位置している。第５要素回折光学素子５１ｅからの回折光によって照明される第５要素被照明領域Ｚｖｅ５は、固定被照明領域Ｚｆの右側方に位置している。
【0033】
すなわち、図３に示された例において、固定回折光学素子４５及び可変回折光学素子５０は、異なる回折特性を有し、少なくとも部分的に異なる領域を照明する。また、可変回折光学素子５０に含まれる複数の要素被照明領域Ｚｖｅは、異なる回折特性を有し、少なくとも部分的に異なる領域を照明する。
【0034】
ただし、図３に示された被照明領域Ｚは一例に過ぎない。図３に示された例では、固定被照明領域Ｚｆ及び可変被照明領域Ｚｖが重複していない例を示したが、少なくとも一部分において重複していてもよいし、いずれか一方が他方に包含されるようにしてもよいし、更には同一であってもよい。また、固定被照明領域Ｚｆ及び可変被照明領域Ｚｖは、接している必要はなく、互いから離間していてもよい。同様に、複数の要素被照明領域Ｚｖｅは、図示された例において重複していないが、少なくとも一部分において重複していてもよいし、いずれか一つが他の一つに包含されるようにしてもよいし、更にはいずれか一つが他の一つと同一であってもよい。また、複数の要素被照明領域Ｚｖｅは、互いに接している必要はなく、互いから離間していてもよい。
【0035】
また、図３に示された被照明領域Ｚは、回折光学素子４０によって重ねて照明されるニアフィールドの被照明領域として表されている。そして、回折光学素子４０で光路を調整された光は、被照明領域Ｚを通過した後、実際の照明範囲である、例えば地面上の所定範囲を照明する。ファーフィールドの照明範囲は、実際の被照明領域の寸法よりも、角度空間における拡散角度分布として表現されることが多い。本明細書における「被照明領域」「固定被照明領域」「可変被照明領域」「要素被照明領域」という用語は、実際の被照射面積（照明範囲）に加え角度空間における拡散角度範囲も包含するものとする。
【0036】
一例として、回折光学素子４０をなす固定回折光学素子４５、可変回折光学素子５０及び要素回折光学素子５１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得る。干渉縞パターンを種々に調整することで、各素子４０，４５，５０，５１で回折される光の進行方向、言い換えると、各素子４０，４５，５０，５１で拡散される光の進行方向を、制御することができる。
【0037】
各素子４０，４５，５０，５１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、素子４０，４５，５０，５１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、素子４０，４５，５０，５１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。
【0038】
素子４０，４５，５０，５１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素子４０，４５，５０，５１に向けてレーザー光を照射することで、素子４０，４５，５０，５１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。素子４０，４５，５０，５１を作製する際に用いた物体光の元となる散乱板が均一な面散乱をしていれば、素子４０，４５，５０，５１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照明されるべき領域Ｚ，Ｚｆ，Ｚｖ，Ｚｖｅとすることができる。
【0039】
また、各素子４０，４５，５０，５１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素子４０，４５，５０，５１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素子４０，４５，５０，５１として用いることが好適である。
【0040】
また、各素子４０，４５，５０，５１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、素子４０，４５，５０，５１の下流側にレンズなどの光学部材を設けて、照明されるべき領域Ｚ，Ｚｆ，Ｚｖ，Ｚｖｅの全域に入射するように調整してもよい。
【0041】
素子４０，４５，５０，５１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。また、素子４０，４５，５０，５１は、透過型であってもよいし、反射型であってもよい。
【0042】
図２に戻って、可変回折光学素子５０は、五つの要素回折光学素子５１に加えて、ダミー部５２を含んでいる。ダミー部５２は、第２光源光ＳＬ２の被照明領域Ｚへの進行を阻止する光学部材である。ダミー部５２として、典型的には、光吸収性を有した部材を用いることができる。他の例として、ダミー部５２は、被照明領域Ｚ以外の回収領域に光を誘導する部材、例えば反射面や回折光学素子を用いることができる。
【0043】
ダミー部５２は、後述するように、可変被照明領域Ｚｖ内の照明パターンによらず、固定被照明領域Ｚｆの明るさを一定に保つことを目的として設けられている。上述したように、可変回折光学素子５０に入射する第２光源光ＳＬ２の光路は、走査装置３０によって経時的に変化する。図２には、可変回折光学素子５０へ入射する第２光源光ＳＬ２の入射位置の走査経路ｓｐが、示されている。ダミー部５２は、ダミー部５２上での走査経路ｓｐの合計長さと要素回折光学素子５１上での走査経路ｓｐの合計長さが同一となるように、設けられていることが好ましい。図２に示された例において、五つの要素回折光学素子５１は同一の平面視形状を有している。ダミー部５２は、要素回折光学素子５１と同一の平面視形状を有する要素ダミー部を、要素回折光学素子５１の数と同一の五つ含んでいる。図２に示された例において、可変回折光学素子５０の上段となる領域に第１～第５要素回折光学素子５１ａ～５１ｅが並べられ、可変回折光学素子５０の下段となる領域に第１～第５要素ダミー部５２ａ～５２ｅが並べられている。しかしながら、図２に示された例に限られず、例えば、走査経路ｓｐに沿って、ダミー部５２と要素回折光学素子５１が交互に配置されるようにしてもよい。
【0044】
ところで、図１に示すように、照明装置１０は、更に、制御部１１を有している。制御部１１は、光源１５及び走査装置３０に電気的に接続している。制御部１１は、光源１５及び走査装置３０の動作を制御する。制御部１１は、走査装置３０の動作に同期して、光源１５からの光源光ＳＬの射出を制御する。制御部１１による光源光ＳＬの射出の有無の制御は、走査装置３０による走査タイミングに基づいて、言い換えると、可変回折光学素子５０上における第２光源光ＳＬ２の入射位置に基づいて、実施される。すなわち、制御部１１は、可変被照明領域Ｚｖ内における所望する照明パターンに応じた各要素回折光学素子５１への第２光源光ＳＬ２の照射の有無を、光源１５からの光源光ＳＬの射出および射出停止を切り替えることによって制御する。
【0045】
次に、以上に説明した構成からなる照明装置１０の作用について説明する。
【0046】
光源１５から射出した光源光ＳＬは、まず、分割素子２０に入射する。分割素子２０によって、光源光ＳＬは、第１光源光ＳＬ１及び第２光源光ＳＬ２に分割される。
【0047】
第１光源光ＳＬ１は、整形光学系２５に入射する。整形光学系２５では、第１光源光ＳＬ１の光路幅を拡大する。すなわち、光軸に直交する断面において光が占める領域が広がるよう、整形光学系２５は第１光源光ＳＬ１を整形する。整形光学系２５は、ビームエクスパンダー２６及びレンズ２７を有している。図１に示すように、整形光学系２５のビームエクスパンダー２６は、光源１５から射出した光を発散させて発散光束に変換する。そして、整形光学系２５のレンズ２７は、発散光束を平行光束へとコリメートする。整形光学系２５で整形された第１光源光ＳＬ１は、次に、回折光学素子４０の固定回折光学素子４５に入射する。固定回折光学素子４５は、第１光源光ＳＬ１を回折して、固定被照明領域Ｚｆに向ける。これにより、固定回折光学素子４５で回折された回折光によって、固定被照明領域Ｚｆが照明される。
【0048】
第２光源光ＳＬ２は、走査装置３０に入射する。走査装置３０は、第２光源光ＳＬ２の光路を経時的に変化させる。第２光源光ＳＬ２の光路の変化は周期的となる。第２光源光ＳＬ２は、その後、回折光学素子４０の可変回折光学素子５０へ入射する。可変回折光学素子５０上での第２光源光ＳＬ２の入射位置は、走査経路ｓｐに沿って移動する。すなわち、第２光源光ＳＬ２は、可変回折光学素子５０上を走査するようにして、可変回折光学素子５０に入射する。可変回折光学素子５０は、複数の要素回折光学素子５１および複数のダミー部５２を含んでいる。図２に示すように、第２光源光ＳＬ２の走査経路ｓｐは、複数の要素回折光学素子５１および複数のダミー部５２上を延びている。このとき、制御部１１は、可変被照明領域Ｚｖ内での所望とする照明パターンに応じて、光源１５からの光源光ＳＬの射出の有無を切り替える。
【0049】
図４に示された例では、第２要素回折光学素子５１ｂ、第３要素回折光学素子５１ｃ及び第４要素回折光学素子５１ｄに、第２光源光ＳＬ２が入射し、第１要素回折光学素子５１ａ及び第５要素回折光学素子５１ｅには、第２光源光ＳＬ２が入射していない。このとき、図５に示すように、固定被照明領域Ｚｆが第１光源光ＳＬ１によって照明されるとともに、可変被照明領域Ｚｖ内の第２要素被照明領域Ｚｖｅ２、第３要素被照明領域Ｚｖｅ３及び第４要素被照明領域Ｚｖｅ４が第２光源光ＳＬ２によって照明される。
【0050】
また、図６に示された例では、第１要素回折光学素子５１ａに第２光源光ＳＬ２が入射し、第２～第５要素回折光学素子５１ｂ～５１ｅには第２光源光ＳＬ２が入射していない。このとき、図７に示すように、固定被照明領域Ｚｆが第１光源光ＳＬ１によって照明されるとともに、可変被照明領域Ｚｖ内は第１要素被照明領域Ｚｖｅ１だけが第２光源光ＳＬ２によって照明される。
【0051】
以上のようにして、照明装置１０は、固定回折光学素子４５を照明し続けながら、可変回折光学素子５０内を所望するパターンで照明する、或いは、可変回折光学素子５０を照明しない。固定回折光学素子４５で回折されて固定被照明領域Ｚｆの照明に用いられる第１光源光ＳＬ１は、走査装置３０に入射しない。すなわち、走査装置３０による回折光学素子４０上での光源光ＳＬの走査経路ｓｐに、固定回折光学素子４５が含まれていない。このように、常に照明される固定被照明領域Ｚｆに向けて光を回折する固定回折光学素子４５を、回折光学素子４０上での光源光ＳＬの走査経路ｓｐから省くことにより、走査経路ｓｐを短くすることができる。これにより、走査装置３０の動作にともなった振動、騒音、発熱等を効果的に抑制することができ、且つ、走査装置３０の故障リスクを効果的に軽減することができる。
【0052】
ところで、可変被照明領域Ｚｖ内での所望する照明パターンに応じて、第２光源光ＳＬ２の各要素回折光学素子５１内への入射が制御される。図示された例では、光源１５からの光源光ＳＬの射出および射出停止を切り替えることで、各要素回折光学素子５１内への第２光源光ＳＬ２の入射が制御される。しかしながら、光源１５からの光源光ＳＬの射出が停止すると、第２光源光ＳＬ２が可変回折光学素子５０に入射しないタイミングで、第１光源光ＳＬ１も固定回折光学素子４５に入射しなくなる。走査装置３０の動作は極めて速く、各領域への照明光の入射の有無は、人間の目で判別することはできない。しかしながら、走査装置３０の一周期分の期間に対する光源１５が光源光ＳＬを射出している期間の割合が変動すると、固定被照明領域Ｚｆにおいて人間の目で明るさの変動が視認される可能性がある。さらに、可変被照明領域Ｚｖ内のいずれの要素被照明領域Ｚｖｅも照明しない場合、光源１５から光源光ＳＬが射出されず、固定回折光学素子４５を照明することができなくなる。このような不具合に対処するため、可変回折光学素子５０は、要素回折光学素子５１に加えて、被照明領域Ｚの照明に寄与しないダミー部５２を有している。
【0053】
図５の照明パターンを実現するための図４に示された例では、第１要素ダミー部５２ａ及び第５要素ダミー部５２ｅに第２光源光ＳＬ２が入射し、第２要素ダミー部５２ｂ、第３要素ダミー部５２ｃ及び第４要素ダミー部５２ｄには、第２光源光ＳＬ２が入射していない。結果として、光源１５は、可変回折光学素子５０を平面分割した１０個の領域のうちの半分となる五個の領域を走査する間、光源光ＳＬを射出し、１０個の領域のうちの半分となる残りの五個の領域を走査する間、光源光ＳＬの射出を停止している。すなわち、第２光源光ＳＬ２の入射位置が走査経路ｓｐを一周する間、すなわち、走査装置３０の一周期分の動作の間、光源１５は、半分の期間に亘って光源光ＳＬを射出し、残り半分の期間に亘って光源光ＳＬの射出を停止している。
【0054】
また、図７の照明パターンを実現するための図６に示された例では、第１要素ダミー部５２ａ～第４要素ダミー部５２ｄに第２光源光ＳＬ２が入射し、第５要素ダミー部５２ｅには第２光源光ＳＬ２が入射していない。図７の例でも、光源１５は、可変回折光学素子５０を平面分割した１０個の領域のうちの半分となる五個の領域を走査する間、光源光ＳＬを射出し、１０個の領域のうちの半分となる残りの五個の領域を走査する間、光源光ＳＬの射出を停止している。すなわち、第２光源光ＳＬ２の入射位置が走査経路ｓｐを一周する間、すなわち、走査装置３０の一周期分の動作の間、光源１５は、半分の期間に亘って光源光ＳＬを射出し、残り半分の期間に亘って光源光ＳＬの射出を停止している。
【0055】
つまり、図示された例では、可変回折光学素子５０に、可変回折光学素子５０の照明に寄与しないダミー部５２を設けることで、光源１５からの光源光ＳＬの射出を発停させることに起因した、照明時における固定被照明領域Ｚｆ内の明るさ変動を効果的に抑制することができる。とりわけ、図示された例では、可変回折光学素子５０が、要素回折光学素子５１と同数のダミー部５２を含んでいるので、さらに正確に表現すると、複数のダミー部５２上での走査経路ｓｐの合計長さが、複数の要素回折光学素子５１上での走査経路ｓｐの合計長さと同一となっているので、照明時における固定被照明領域Ｚｆ内の明るさを均一化することができる。
【0056】
以上に説明してきた第１の実施の形態において、照明装置１０は、光を射出する光源１５と、光源１５から射出した光源光ＳＬを第１光源光ＳＬ１と第２光源光ＳＬ２とに分割する分割素子２０と、第１光源光ＳＬ１を回折する固定回折光学素子４５と、第２光源光ＳＬ２を回折する可変回折光学素子５０と、第２光源光ＳＬ２の光路を変化させ可変回折光学素子５０上における第２光源光ＳＬ２の入射位置を変化させる走査装置３０と、を有している。可変回折光学素子５０は、複数の要素回折光学素子５１を含んでいる。このような第１の実施の形態では、走査装置３０の動作に応じて、すなわち複数のダミー部５２上の走査位置に応じて、光源１５からの光源光ＳＬの射出および光源光ＳＬの射出停止を切り替えることで、固定回折光学素子４５での回折光を用いて固定被照明領域Ｚｆを照明しながら、併せて、可変回折光学素子５０での回折光を用いて所望の要素被照明領域Ｚｖｅを照明することができる。そして、固定回折光学素子４５は、走査装置３０による光源光ＳＬの走査経路ｓｐに含まれていない。したがって、走査装置３０による走査経路ｓｐを短縮することができ、走査装置３０の動作にともなう振動、騒音、発熱等を効果的に抑制することができ、且つ、走査装置３０の故障リスクを効果的に軽減することができる。
【0057】
また、第１の実施の形態において、可変回折光学素子５０は、第２光源光ＳＬ２の被照明領域Ｚへの進行を阻止するダミー部５２を含んでいる。このような照明装置１０においては、第２光源光ＳＬ２が照射される要素回折光学素子５１の数に応じて、ダミー部５２への第２光源光ＳＬ２の照射期間を調整することができる。これにより、走査装置３０が走査経路ｓｐに沿って一回の周期的動作を行う間に、光源１５が光を射出している期間を調整とすることができる。この結果、可変被照明領域Ｚｖの照明パターンに依らず、固定被照明領域Ｚｆを一定の明るさで照明することが可能となる。
【0058】
なお、上述してきた第１の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、上述した第１の実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の第１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こととし、重複する説明を省略する。
【0059】
上述した第１の実施の形態において、照明装置１０が所定の被照明領域Ｚを明るく照明する例を示したが、これに限られない。例えば図８に示すように、照明装置１０が、所定の輪郭を有した領域を照明し、したがって、所定の輪郭を表示する装置として機能するようにしてもよい。図８に示された一例では、第１要素被照明領域Ｚｖｅ１が左に向く矢印の外輪郭を有した領域となっており、第５要素被照明領域Ｚｖｅ５が右に向く矢印の外輪郭を有した領域となっている。
【0060】
また、上述した第１の実施の形態において、光源１５が光源光ＳＬの射出及び光源光ＳＬの射出停止を切り替えることで、各要素回折光学素子５１への第２光源光ＳＬ２の入射を制御し、可変被照明領域Ｚｖを所望の照明パターンで照明するようにしたが、この例に限られない。例えば、図１に二点鎖線で示すように、第２光源光ＳＬ２の光路に沿った分割素子２０と走査装置３０との間に、シャッター３５を設けるようにしてもよい。このシャッター３５が、制御部１１からの制御信号で動作し、走査装置３０の動作に応じて走査装置３０に向かう第２光源光ＳＬ２を遮光するようにしてもよい。この例によれば、可変回折光学素子５０のダミー部５２を不要とすることができ、走査装置３０による走査経路ｓｐをさらに短縮して、走査装置３０の負担を軽減することができる。
【0061】
さらに上述した第１の実施の形態において、光源１５から射出した光源光ＳＬが分割素子２０に直接入射する例を示したが、この例に限られない。図１６に示すように、光源１５から射出した光源光ＳＬが光ファイバ１６で搬送されるようにしてもよい。図１６に示された例において、光ファイバ１６の端部１６ａから射出した光源光ＳＬは、整形素子１７で整形された後、分割素子２０に入射する。整形素子１７として、例えばコリメータレンズを用いることができる。図１６に示すように、光ファイバ１６の端部１６ａから射出した光源光ＳＬは、発散光束をなす。そして、コリメータレンズからなる整形素子１７は、発散光束を平行光束に変換する。図１６に示された例では、分割素子２０は、入射する平行光束を、平行光束としての第１光源光ＳＬ１と平行光束としての第２光源光ＳＬ２とに分割する。
【0062】
＜第２の実施の形態＞
次に、図９及び図１０を参照して、第２の実施の形態について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した第１の実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の第１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こととし、重複する説明を省略する。
次に、図９及び図１０を参照して、第２の実施の形態について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した第１の実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の第１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こととし、重複する説明を省略する。
【0063】
図９は、第２の実施の形態に係る照明装置１０の一例を示す模式図である。図９に示すように、第２の実施の形態において、照明装置１０は、光を射出する光源１５と、光源１５から射出した光、すなわち光源光ＳＬを回折する回折光学素子４０と、を含んでいる。図９に示された照明装置１０は、光源光ＳＬの光路に沿った光源１５と回折光学素子４０との間に、整形光学系２５及び可変マスク６０をこの順で更に有している。以下、照明装置１０の各構成要素について説明する。
【0064】
光源１５は、第１の実施の形態と同様に構成され得る。整形光学系２５は、光源光ＳＬの光路上に設けられて光源光ＳＬを整形する点において、第１光源光ＳＬ１の光路上に設けられ第１光源光ＳＬ１を整形する第１の実施の形態の整形光学系と異なるが、光を整形する手段として第１の実施の形態と同様に構成され得る。図９に示された例において、整形光学系２５は、ビームエクスパンダー２６及びレンズ２７を有している。
【0065】
可変マスク６０は、光源から射出した光源光ＳＬのうちの一部の光の光路上に設けられている。図９に示す例において、可変マスク６０は、整形光学系２５で拡幅された光源光ＳＬの光路の一部を塞ぐように配置されている。回折光学素子４０は、固定回折光学素子４５及び可変回折光学素子５０を含んでいる。光源光ＳＬのうちの可変マスク６０によって光路を遮られない光が、第１光源光ＳＬ１として、回折光学素子４０の固定回折光学素子４５に入射する。一方、光源光ＳＬのうちの可変マスク６０に入射した光は、パターンを変更し、第２光源光ＳＬ２として、回折光学素子４０の可変回折光学素子５０に入射する。
【0066】
図１０は、図９の照明装置１０に適用され得る回折光学素子４０の一例を、平面図として、示している。回折光学素子４０は、下方となる領域に幅広の固定回折光学素子４５を有している。また、回折光学素子４０は、固定回折光学素子４５の上方となる領域に、可変回折光学素子５０を有している。可変回折光学素子５０は、幅方向に平面分割されることで、複数の要素回折光学素子５１を有している。図１０に示す例において、可変回折光学素子５０は、五つの要素回折光学素子５１を含んでいる。可変回折光学素子５０に含まれた第１～第５要素回折光学素子５１ａ～５１ｅは、異なる回折特性を有している。回折光学素子４０の各領域４５，５０，５１で回折された回折光が、被照明領域Ｚに向けられて被照明領域Ｚを照明する。
【0067】
一例として、固定回折光学素子４５で回折された第１光源光ＳＬ１が、図３の固定被照明領域Ｚｆを照明し、可変回折光学素子５０で回折された第２光源光ＳＬ２が、図３の可変被照明領域Ｚｖを照明するようにしてもよい。また、第１要素回折光学素子５１ａで回折された第２光源光ＳＬ２が、図３の第１要素被照明領域Ｚｖｅ１を照明し、第２要素回折光学素子５１ｂで回折された第２光源光ＳＬ２が、図３の第２要素被照明領域Ｚｖｅ２を照明し、第３要素回折光学素子５１ｃで回折された第２光源光ＳＬ２が、図３の第３要素被照明領域Ｚｖｅ３を照明し、第４要素回折光学素子５１ｄで回折された第２光源光ＳＬ２が、図３の第４要素被照明領域Ｚｖｅ４を照明し、第５要素回折光学素子５１ｅで回折された第２光源光ＳＬ２が、図３の第５要素被照明領域Ｚｖｅ５を照明するようにしてもよい。
【0068】
なお、第１の実施の形態と同様に第２の実施の形態においても、固定被照明領域Ｚｆ及び可変被照明領域Ｚｖは、重複しないようにしてもよいし、少なくとも一部分において重複していてもよいし、いずれか一方が他方に包含されるようにしてもよいし、更には同一であってもよい。また、固定被照明領域Ｚｆ及び可変被照明領域Ｚｖは、接している必要はなく、互いから離間していてもよい。同様に、複数の要素被照明領域Ｚｖｅは、重複しないようにしてもよいし、少なくとも一部分において重複していてもよいし、いずれか一つが他の一つに包含されるようにしてもよいし、更にはいずれか一つが他の一つと同一であってもよい。また、複数の要素被照明領域Ｚｖｅは、互いに接している必要はなく、互いから離間していてもよい。
【0069】
可変マスク６０は、可変回折光学素子５０上における第２光源光ＳＬ２の入射領域ｉａを制御する（図９参照）。可変マスク６０は、可変回折光学素子５０上における第２光源光ＳＬ２の入射領域ｉａを調整し得る種々の装置を採用することができる。典型的には、可変マスク６０として、空間光変調器６１を用いることができる。空間光変調器６１には、透過型液晶表示装置、反射型の液晶表示装置、マイクロミラーデバイス等が用いられ得る。すなわち、可変マスク６０は、所望パターンで第２光源光ＳＬ２を透過させる装置であってもよいし、所望パターンで第２光源光ＳＬ２を反射させる装置であってもよい。また、可変マスク６０は、不要な第２光源光ＳＬ２を吸収するようにしてもよいし、不要な第２光源光ＳＬ２を回折光学素子４０以外に向けるようにしてもよい。
【0070】
図９に示された照明装置１０においては、光源１５から射出した光源光ＳＬが、整形光学系２５によって整形される。図示された例において、光源光ＳＬは、整形光学系２５によって拡幅される。次に、拡幅された光源光ＳＬは、可変マスク６０に入射するか否かで、第１光源光ＳＬ１及び第２光源光ＳＬ２に区分けされる。第１光源光ＳＬ１は、可変マスク６０から作用を及ぼされることなく回折光学素子４０の固定回折光学素子４５に入射する。第２光源光ＳＬ２は、可変マスク６０によって所望パターンに整形されて、回折光学素子４０の可変回折光学素子５０に入射する。この結果、固定回折光学素子４５で回折された第１光源光ＳＬ１によって固定被照明領域Ｚｆが照明され、可変回折光学素子５０の要素回折光学素子５１で回折された第２光源光ＳＬ２によって可変被照明領域Ｚｖが照明される。可変被照明領域Ｚｖの照明パターンは、可変回折光学素子５０のいずれの要素回折光学素子５１に第２光源光ＳＬ２が入射するかで決定する。したがって、可変マスク６０を用いることで、可変被照明領域Ｚｖの照明パターンを制御することができる。
【0071】
以上に説明してきた第２の実施の形態において、照明装置１０は、光を射出する光源１５と、光源１５から射出した光のうちの第１光源光ＳＬ１の光路外であって光源１５から射出した光のうちの第２光源光ＳＬ２の光路上に位置する可変マスク６０と、第１光源光ＳＬ１を回折する固定回折光学素子４５と、第２光源光ＳＬ２を回折する可変回折光学素子５０と、を有している。可変マスク６０は、可変回折光学素子５０上における第２光源光ＳＬ２の入射領域ｉａを変化させることができる。可変回折光学素子５０は、複数の要素回折光学素子５１を含んでいる。このような第２の実施の形態によれば、可変マスク６０により、可変回折光学素子５０に含まれる所望の要素回折光学素子５１のみに第２光源光ＳＬ２を照射することができる。同時に、固定回折光学素子４５には、第１光源光ＳＬ１が照射され続ける。すなわち、可変マスク６０を用いることで、走査装置３０を用いることなく、回折光学素子４０での回折光を用いて固定被照明領域Ｚｆを照明しながら、併せて、要素回折光学素子５１での回折光を用いて所望の要素被照明領域Ｚｖｅを照明することができる。したがって、走査装置３０の動作にともなう振動、騒音、発熱等や、走査装置３０の故障リスクを回避することができる。
【0072】
なお、上述してきた第２の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。例えば、回折光学素子４０において、固定回折光学素子４５及び可変回折光学素子５０の面積割合を変更し、各被照明領域Ｚｆ，Ｚｖの明るさを調整することができる。また、可変回折光学素子５０に含まれる複数の要素回折光学素子５１の配置、数量、面積比等も適宜変更することができる。
【0073】
また上述した第２の実施の形態において、光源１５から射出した光源光ＳＬが整形光学系２５に直接入射する例を示したが、この例に限られない。図１７に示すように、光源１５から射出した光源光ＳＬが光ファイバ１６で搬送されるようにしてもよい。図１７に示された例において、光ファイバ１６の端部１６ａから射出した光源光ＳＬは、整形光学系２５のレンズ２７に入射している。図１７に示すように、光ファイバ１６の端部１６ａから射出した光源光ＳＬは、発散光束をなす。このため、図１７に示された例では、整形光学系２５のビームエクスパンダー２６を用いていない。ただし、光ファイバ１６から射出した光源光ＳＬの発散の程度が低い場合には、整形光学系２５のビームエクスパンダー２６を設けることも可能である。
【0074】
＜第３の実施の形態＞
次に、図１１～図１５を参照して、第３の実施の形態について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した第１又は第２の実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の第１又は第２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こととし、重複する説明を省略する。
次に、図１１～図１５を参照して、第３の実施の形態について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した第１又は第２の実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の第１又は第２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こととし、重複する説明を省略する。
【0075】
図１１は、第３の実施の形態に係る照明装置１０の一例を示す模式図である。図１１に示すように、第３の実施の形態において、照明装置１０は、光を射出する光源１５と、光源１５から射出した光、すなわち光源光ＳＬを整形する可変整形光学系７０と、整形された光源光ＳＬを回折する回折光学素子４０と、を含んでいる。以下、照明装置１０の各構成要素について説明する。
【0076】
光源１５は、第１又は第２の実施の形態と同様に構成され得る。
【0077】
可変整形光学系７０は、光源光ＳＬを整形する。言い換えると、可変整形光学系７０は、光源光ＳＬの光軸に直交する断面での形状や、光源光ＳＬ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、可変整形光学系７０は、光源光ＳＬを拡幅する。図１１に示すように、可変整形光学系７０は、光源光ＳＬの光路に沿った順で、ビームエクスパンダー２６及びレンズ２７を有している。ビームエクスパンダー２６は、光源１５から射出したレーザー光を発散光束に整形する。レンズ２７は、ビームエクスパンダー２６で生成された発散光束を、平行光束に整形し直す、或いは、発散の程度を抑えて平行光束に近付ける。なお、可変整形光学系７０は、回折光学素子４０上での光源光ＳＬの入射領域ｉａが、円形状となるように通常のレンズを用いてもよいし、当該入射領域ｉａが矩形状となるようにシリンドリカルレンズを用いてもよい。後述する図１２に示された回折光学素子４０は、入射領域ｉａが平面視において矩形状となることに対応している。
【0078】
図示された例において、可変整形光学系７０のうちレンズ２７は、移動支持具７６によって支持されている。移動支持具７６は、レンズ２７の光軸ｏｄと平行な方向に、レンズ２７を移動させる。図示された例において、レンズ２７は、ビームエクスパンダー２６からの発散光束を平行光束に変換することができる第１位置（図１１の実線の位置）と、当該位置からビームエクスパンダー２６に接近した第２位置（図１１の二点鎖線の位置）と、の間を移動可能となっている。図１１に示された例において、移動支持具７６が、第１位置から第２位置に向けてレンズ２７を移動させるにしたがって、回折光学素子４０上での光源光ＳＬの入射領域ｉａは、次第に大きくなっていく。すなわち、可変整形光学系７０は、光源１５から射出した光を可変整形し、回折光学素子４０上での入射領域ｉａの大きさを調整することができる。
【0079】
図１２は、図１１の照明装置１０に適用され得る回折光学素子４０の一例を、平面図として、示している。回折光学素子４０は、中心となる固定回折光学素子４５と、固定回折光学素子４５を周状に取り囲む可変回折光学素子５０を有している。固定回折光学素子４５は、レンズ２７が上述した第１位置に配置された状態で、光源光ＳＬが入射する入射領域ｉａと一致する。
【0080】
可変回折光学素子５０は、図示された例において、二つの要素回折光学素子５１に区分けされている。第１要素回折光学素子５１ａが、固定回折光学素子４５に隣接して固定回折光学素子４５を周状に取り囲む。第２要素回折光学素子５１ｂが、第１要素回折光学素子５１ａに隣接して、第１要素回折光学素子５１ａを周状に取り囲む。固定回折光学素子４５が上述した第１位置から第２位置に向けて移動を開始すると、光源光ＳＬが、固定回折光学素子４５に加えて第１要素回折光学素子５１ａにも入射するようになる。さらに、固定回折光学素子４５が第２位置に接近すると、光源光ＳＬが、固定回折光学素子４５及び第１要素回折光学素子５１ａに加えて、第２要素回折光学素子５１ｂにも入射するようになる。
【0081】
図１３は、回折光学素子４０によって照明される被照明領域Ｚの一例を示している。図１３に示された例において、固定回折光学素子４５からの回折光によって照明される固定被照明領域Ｚｆは、照明装置１０の前方に広がる広い領域となっている。可変回折光学素子５０からの回折光によって照明される可変被照明領域Ｚｖは、固定被照明領域Ｚｆの更に前方となる領域を含んでいる。そして、可変被照明領域Ｚｖは、各要素回折光学素子５１に対応して二つに区分けされ、第１及び第２要素被照明領域Ｚｖｅ１，Ｚｖｅ２を含んでいる。第１要素回折光学素子５１ａからの回折光によって照明される第１要素被照明領域Ｚｖｅ１は、固定被照明領域Ｚｆに隣接して固定被照明領域Ｚｆの前方に位置している。第２要素回折光学素子５１ｂからの回折光によって照明される第２要素被照明領域Ｚｖｅ２は、第１要素被照明領域Ｚｖｅ１に隣接して第１要素被照明領域Ｚｖｅ１の前方に位置している。
【0082】
ただし、図１３に示された、被照明領域Ｚは一例に過ぎない。図１３に示された例では、固定被照明領域Ｚｆ及び可変被照明領域Ｚｖが重複していない例を示したが、少なくとも一部分において重複していてもよいし、いずれか一方が他方に包含されるようにしてもよいし、更には同一であってもよい。また、固定被照明領域Ｚｆ及び可変被照明領域Ｚｖは、接している必要はなく、互いから離間していてもよい。同様に、複数の要素被照明領域Ｚｖｅは、図示された例において重複していないが、少なくとも一部分において重複していてもよいし、いずれか一つが他の一つに包含されるようにしてもよいし、更にはいずれか一つが他の一つと同一であってもよい。また、複数の要素被照明領域Ｚｖｅは、互いに接している必要はなく、互いから離間していてもよい。
【0083】
図１１に示された照明装置１０においては、光源１５から射出した光源光ＳＬが、可変整形光学系７０によって可変整形される。例えば、図１１に実線で示す第１位置にレンズ２７が配置されている場合、可変整形光学系７０は、まず、ビームエクスパンダー２６によって光源光ＳＬを発散光束に変換し、次に、レンズ２７によって光源光ＳＬを発散光束から平行光束に変換する。図示された例において、平行光束は、固定回折光学素子４５の全域に入射し、可変回折光学素子５０には入射しない。固定回折光学素子４５は、光源光ＳＬを回折して、固定被照明領域Ｚｆに向ける。これにより、固定被照明領域Ｚｆが、固定回折光学素子４５で回折された光源光ＳＬによって、照明される。
【0084】
移動支持具７６は、レンズ２７を移動可能に支持している。図１１に二点鎖線で示す位置に配置されたレンズ２７は、ビームエクスパンダー２６で整形された発散光束を整形し、発散の程度を弱める。レンズ２７で発散の程度を弱められた光源光ＳＬは、可変回折光学素子５０の固定回折光学素子４５だけでなく、可変回折光学素子５０の第１及び第２要素回折光学素子５１ａ，５１ｂにも入射する。このとき、固定回折光学素子４５は、光源光ＳＬを回折して、固定被照明領域Ｚｆに向ける。同様に、第１要素回折光学素子５１ａは、光源光ＳＬを回折して第１要素被照明領域Ｚｖｅ１に向け、第２要素回折光学素子５１ｂは、光源光ＳＬを回折して第２要素被照明領域Ｚｖｅ２に向ける。これにより、固定被照明領域Ｚｆが固定回折光学素子４５での回折光によって照明されるとともに、第１要素被照明領域Ｚｖｅ１が第１要素回折光学素子５１ａでの回折光によって照明され、且つ、第２要素被照明領域Ｚｖｅ２が第２要素回折光学素子５１ｂでの回折光によって照明される。
【0085】
また、移動支持具７６が、レンズ２７を第１位置から第２位置へ向けて移動させるにしたがい、回折光学素子４０上での光源光ＳＬの入射領域ｉａは拡大する。レンズ２７が第１位置と第２位置との間に位置する場合、光源光ＳＬが、固定回折光学素子４５と第１要素回折光学素子５１ａに入射し、第２要素回折光学素子５１ｂに入射しないようにすることもできる。このとき、固定被照明領域Ｚｆ及び第１要素被照明領域Ｚｖｅ１のみが照明され、第２要素被照明領域Ｚｖｅ２は照明されない。
【0086】
すなわち、図１１～図１３に示された例において、固定回折光学素子４５及び可変回折光学素子５０の要素回折光学素子５１は、互いに隣接して、順に配置されている。また、各素子４５，５１での回折光によって照明されるようになる領域Ｚｆ，Ｚｖｅも、互いに隣接して、順に配置されている。この結果、レンズ２７を第１位置から第２位置へ移動させることにより、回折光学素子４０上での光源光ＳＬの入射領域ｉａを次第に拡大し、より遠くの領域まで照明することが可能となる。また逆に、レンズ２７を第２位置から第１位置へ移動させることにより、回折光学素子４０上での光源光ＳＬの入射領域ｉａを次第に縮小し、照明される領域を近接した領域へと縮小することができる。
【0087】
以上に説明してきた第３の実施の形態において、照明装置１０は、光を射出する光源１５と、光源１５から射出した光を回折する回折光学素子４０と、光源１５から射出した光源光ＳＬの光路に沿って光源１５と回折光学素子４０との間に位置する可変整形光学系７０と、を有している。可変整形光学系７０は、光源１５から射出した光源光ＳＬを可変整形し、回折光学素子４０上での入射領域ｉａの大きさを調整する。回折光学素子４０は、回折光学素子４０上での入射領域ｉａの大きさに依らず光源１５から射出した光源光ＳＬが入射する固定回折光学素子４５と、固定回折光学素子４５上での入射領域ｉａが拡大した際に光源１５から射出した光が入射する可変回折光学素子５０と、を含んでいる。このような第３の実施の形態によれば、可変整形光学系７０により、可変回折光学素子５０への光の照射の有無を制御している。一方、固定回折光学素子４５には、光が照射され続ける。すなわち、可変回折光学素子５０を用いることで、走査装置３０を用いることなく、固定回折光学素子４５での回折光を用いて固定被照明領域Ｚｆを照明しながら、併せて、可変回折光学素子５０での回折光を用いた可変被照明領域Ｚｖを照明および非照明を切り替えることができる。したがって、走査装置３０の動作にともなう振動、騒音、発熱等や、走査装置３０の故障リスクを回避することができる。
【0088】
また、第３の実施の形態において、可変回折光学素子５０は、互いに異なる回折特性を有した複数の要素回折光学素子５１を含んでいる。このような照明装置１０によれば、可変整形光学系７０により、可変回折光学素子５０に含まれる所望の要素回折光学素子５１のみに光源光ＳＬを照射することができる。同時に、可変回折光学素子５０には、第１光源光ＳＬ１が照射され続ける。すなわち、可変回折光学素子５０を用いることで、走査装置３０を用いることなく、固定回折光学素子４５での回折光を用いて固定被照明領域Ｚｆを照明しながら、併せて、要素回折光学素子５１での回折光を用いて所望の要素被照明領域Ｚｖｅを照明することができる。
【0089】
さらに、第３の実施の形態において、可変整形光学系７０は、レンズ２７を含んでいる。このレンズ２７は、当該レンズ２７の光軸ｏｄと平行な方向に移動可能である。このような照明装置１０によれば、レンズ２７を移動させることで、可変回折光学素子５０への光源光ＳＬの照射の有無を制御すること、さらには、可変回折光学素子５０に含まれる所望の要素回折光学素子５１のみに光源光ＳＬを照射することが可能となる。レンズ２７の移動は、可変回折光学素子５０への光源光ＳＬの照射パターンを切り替える際にのみ実施すればよい。したがって、レンズ２７の移動にともなった振動、騒音、発熱等や、レンズ２７を移動させるための手段７６の故障リスクは、走査装置３０と比較にならない程、僅かとなる。
【0090】
なお、上述してきた第３の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、上述した第３の実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の第３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こととし、重複する説明を省略する。
【0091】
上述した第３の実施の形態において、可変整形光学系７０は、レンズ２７を移動させることで、回折光学素子４０上での光源光ＳＬの入射領域ｉａを変更する例を示したが、これに限られない。例えば、レンズ２７の移動に加えて又はレンズ２７の移動に代えて、図１４に示すようにビームエクスパンダー２６を移動可能としてもよいし、図１５に示すように可変絞り７３を設けるようにしてもよい。
【0092】
図１４に示された例において、ビームエクスパンダー２６は、移動支持具７７によって支持されている。図示された例において、移動支持具７７は、レンズ２７の光軸ｏｄと平行な方向に、ビームエクスパンダー２６を移動させる。ビームエクスパンダー２６は、レンズ２７でのレンズ作用により光源光ＳＬがコリメートされるようになる第３位置（図１４の実線の位置）と、当該位置からレンズ２７に接近した第４位置（図１４の二点鎖線の位置）と、の間を移動可能となっている。図１４に示された例において、移動支持具７７が、第３位置から第４位置に向けてビームエクスパンダー２６を移動させるにしたがって、回折光学素子４０上での光源光ＳＬの入射領域ｉａは、次第に大きくなっていく。すなわち、図１４に示された例においても、可変整形光学系７０は、光源１５から射出した光を可変整形し、回折光学素子４０上での入射領域ｉａの大きさを調整することができる。
【0093】
このような図１４に示された変形例において、可変整形光学系７０は、光源１５から射出した光源光ＳＬを発散させるビームエクスパンダー２６を含み、このビームエクスパンダー２６は、移動可能に支持されている。このような照明装置１０によれば、ビームエクスパンダー２６を移動させることで、可変回折光学素子５０への光源光ＳＬの照射の有無を制御すること、さらには、可変回折光学素子５０に含まれる所望の要素回折光学素子５１のみに光源光ＳＬを照射することが可能となる。ビームエクスパンダー２６の移動は、可変回折光学素子５０への光源光ＳＬの照射パターンを切り替える際にのみ実施すればよい。そして、ビームエクスパンダー２６の移動にともなった振動、騒音、発熱等や、ビームエクスパンダー２６の故障リスクは、走査装置３０と比較にならない程、僅かとなる。
【0094】
図１５に示された例において、可変絞り７３は、ビームエクスパンダー２６及びレンズ２７での光学作用によって拡幅された光源光ＳＬの光路上に配置されている。可変絞り７３は、その中央領域において、光源光ＳＬを透過させることができる。その一方で、外周部において、光源光ＳＬの透過を規制する。可変絞り７３は、中央の透過領域の大きさを変更することができ、これにより、回折光学素子４０上での入射領域ｉａの大きさを調整することができる。
【0095】
このような図１５に示された変形例において、可変整形光学系７０は、可変絞り７３を含んでいる。このような照明装置１０によれば、可変絞り７３により、可変回折光学素子５０への光の照射の有無を制御すること、さらには、可変回折光学素子５０に含まれる所望の要素回折光学素子５１のみに光源光ＳＬを照射することが可能となる。可変絞り７３の動作は、可変回折光学素子５０への照射パターンを切り替える際にのみ実施すればよい。したがって、可変絞り７３の動作にともなった振動、騒音、発熱等や、可変絞り７３の故障リスクは、走査装置と比較にならない程、僅かとなる。
【0096】
また上述した第３の実施の形態において、光源１５から射出した光源光ＳＬが可変整形光学系７０に直接入射する例を示したが、この例に限られない。図１８に示すように、光源１５から射出した光源光ＳＬが光ファイバ１６で搬送されるようにしてもよい。図１８に示された例において、光ファイバ１６の端部１６ａから射出した光源光ＳＬは、可変整形光学系７０のレンズ２７に入射している。図１８に示すように、光ファイバ１６の端部１６ａから射出した光源光ＳＬは、発散光束をなす。このため、図１８に示された例では、可変整形光学系７０のビームエクスパンダー２６を用いていない。ただし、光ファイバ１６から射出した光源光ＳＬの発散の程度が低い場合には、可変整形光学系７０のビームエクスパンダー２６を設けることも可能である。また、図１８に示された例は、図１１に示された照明装置１０に光ファイバ１６を適用しているが、図１４や図１５に示された照明装置１０に対しても光ファイバ１６を適用することができる。
【0097】
以上において、複数の実施の形態とその変形例を説明してきたが、当然に、異なる実施形態や異なる変形例として説明された複数の構成を適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【0098】
Ｚ 被照明領域
Ｚｆ 固定被照明領域
Ｚｖ 可変被照明領域
Ｚｖｅ 要素被照明領域
Ｚｖｅ１ 第１要素被照明領域
Ｚｖｅ２ 第２要素被照明領域
Ｚｖｅ３ 第３要素被照明領域
Ｚｖｅ４ 第４要素被照明領域
Ｚｖｅ５ 第５要素被照明領域
ＳＬ 光源光
ＳＬ１ 第１光源光
ＳＬ２ 第２光源光
ｉａ 入射領域
ｓｐ 走査経路
ｏｄ 光軸
１０ 照明装置
１１ 制御部
１５ 光源
２０ 分割素子
２５ 整形光学系
２６ ビームエクスパンダー
２７ レンズ
３０ 走査装置
３１ 反射鏡
３５ シャッター
４０ 回折光学素子
４５ 固定回折光学素子
５０ 可変回折光学素子
５１ 要素回折光学素子
５１ａ 第１要素回折光学素子
５１ｂ 第２要素回折光学素子
５１ｃ 第３要素回折光学素子
５１ｄ 第４要素回折光学素子
５１ｅ 第５要素回折光学素子
５２ ダミー部
５２ａ 第１要素ダミー部
５２ｂ 第２要素ダミー部
５２ｃ 第３要素ダミー部
５２ｄ 第４要素ダミー部
５２ｅ 第５要素ダミー部
６０ 可変マスク
６１ 空間光変調器
７０ 可変整形光学系
７３ 可変絞り
７６ 移動支持具
７７ 移動支持具
Ｚｆ 固定被照明領域
Ｚｖ 可変被照明領域
Ｚｖｅ 要素被照明領域
Ｚｖｅ１ 第１要素被照明領域
Ｚｖｅ２ 第２要素被照明領域
Ｚｖｅ３ 第３要素被照明領域
Ｚｖｅ４ 第４要素被照明領域
Ｚｖｅ５ 第５要素被照明領域
ＳＬ 光源光
ＳＬ１ 第１光源光
ＳＬ２ 第２光源光
ｉａ 入射領域
ｓｐ 走査経路
ｏｄ 光軸
１０ 照明装置
１１ 制御部
１５ 光源
２０ 分割素子
２５ 整形光学系
２６ ビームエクスパンダー
２７ レンズ
３０ 走査装置
３１ 反射鏡
３５ シャッター
４０ 回折光学素子
４５ 固定回折光学素子
５０ 可変回折光学素子
５１ 要素回折光学素子
５１ａ 第１要素回折光学素子
５１ｂ 第２要素回折光学素子
５１ｃ 第３要素回折光学素子
５１ｄ 第４要素回折光学素子
５１ｅ 第５要素回折光学素子
５２ ダミー部
５２ａ 第１要素ダミー部
５２ｂ 第２要素ダミー部
５２ｃ 第３要素ダミー部
５２ｄ 第４要素ダミー部
５２ｅ 第５要素ダミー部
６０ 可変マスク
６１ 空間光変調器
７０ 可変整形光学系
７３ 可変絞り
７６ 移動支持具
７７ 移動支持具
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】