CN109964075A - 照明装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在期望的被照明区域(20)上形成鲜明的照明图案(21)，并且保护观察者的眼睛。照明装置(100)具有：光源(110)，其放出相干光；准直光学***(120)，其扩大从光源放出的相干光的光束直径并进行准直；以及衍射光学元件(130)，其使被准直光学***准直后的相干光衍射到规定的扩散角度空间内。衍射光学元件(130)具有多个要素衍射光学部(131)，具有对定义在预定的位置处并具有预定的尺寸和形状的被照明区域(20)进行照明而形成期望的照明图案(21)的功能。多个要素衍射光学部(131)分别具有对被照明区域(20)的至少一部分进行照明的功能，这些要素衍射光学部(131)的衍射特性互相不同。

Description

照明装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及对特定的被照明区域进行照明的照明装置及其制造方法，尤其涉及适合在照明光的光轴与被照明平面所呈的角度变小的照明环境下使用的照明装置及其制造方法。
背景技术
作为小型且能够得到高亮度的照明光的照明装置，提出使用了激光光源等相干光源的照明装置。例如，在下述的专利文献1中公开了使来自相干光源的射出光在体积全息图中衍射而进行照明的照明装置。另外，在专利文献2中公开了为了抑制由相干光源产生的斑点而设置了使相干光的光束扫描的光束扫描装置的照明装置。
另一方面，最近，还提出搭载于汽车等车辆而朝向路面照射来自相干光源的照明光的照明装置。例如，在专利文献3中公开了如下的车载型的照明装置：向透过型全息元件照射从激光光源射出的激光，在路面上形成期望的照明图案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第WO/2005/073798号公报
专利文献2：国际公开第WO/2012/032670号公报
专利文献3：日本特开2015-132707号公报
发明内容
发明要解决的课题
由于激光这样的相干光与例如LED光等非相干光相比相干性较高，所以在原理上能够对被照明区域进行鲜明地照明，能够在被照明区域上形成文字、图形等任意的照明图案。因此，例如，在上述专利文献3中公开了如下的技术：使用车载型的照明装置在路面上的被照明区域中形成由各种文字或图形构成的照明图案。
但是，为了在车辆前方的路面上显示由文字或图形构成的照明图案并使车辆的驾驶员识别该照明图案，需要将照明图案投影到车辆前方的相当远的位置。其结果是，由于照明光的光轴与被照明平面(路面)所呈的角度相当小，所以形成在被照明区域内的照明图案变得不鲜明。例如，在上述专利文献3所记载的照明装置的情况下，利用单一的全息元件对由单一的激光光源生成的激光进行衍射而进行照明，因此，形成于路面的照明图案由于从激光光源射出的激光的光束直径等而变得不鲜明，从观察者来看，形成在路面上的文字或图形图案看起来像产生了模糊。
另外，由于激光与LED光等非相干光相比放出强度非常大，所以有可能损伤观察者的眼睛。在上述专利文献3所记载的照明装置的情况下，由于未对观察者的眼睛实施安全对策，所以例如行人或对面车辆的驾驶员等在直视了来自照明装置的照明光的情况下有可能对眼睛造成损伤。
因此，本发明的目的在于，提供如下的照明装置：该照明装置的结构简单并且能够在期望的被照明区域上形成抑制了模糊的鲜明的照明图案，而且，实施了用于保护观察者的眼睛的安全对策。另外，本发明的目的在于提供适合在商业基础上量产这样的照明装置的制造方法。
用于解决课题的手段
(1)关于本发明的第1方式，在照明装置中，设置有：
光源，其放出相干光；
准直光学***，其扩大从光源放出的相干光的光束直径并进行准直；以及
衍射光学元件，其使被准直光学***进行准直后的相干光衍射到规定的扩散角度空间内，从而对定义在预定的位置处并具有预定的尺寸和形状的被照明区域进行照明，
衍射光学元件具有多个要素衍射光学部，该多个要素衍射光学部分别对被照明区域的至少一部分进行照明。
(2)关于本发明的第2方式，在上述第1方式的照明装置中，
衍射光学元件具有在规定的配置平面上呈二维矩阵状配置的多个要素衍射光学部。
(3)关于本发明的第3方式，在上述第2方式的照明装置中，
各要素衍射光学部的衍射特性互相不同。
(4)关于本发明的第4方式，在上述第2方式的照明装置中，
将互相相邻而配置的一组要素衍射光学部定义为衍射光学组，由呈二维矩阵状配置的多个衍射光学组的集合体来构成衍射光学元件，
属于同一衍射光学组的要素衍射光学部具有互相相同的衍射特性，属于不同的衍射光学组的要素衍射光学部具有互相不同的衍射特性。
(5)关于本发明的第5方式，在上述第1～第4方式的照明装置中，
各个要素衍射光学部分别具有对规定的局部被照明区域进行照明的功能，由这些局部被照明区域的集合体来形成定义在预定的位置处并具有预定的尺寸和形状的被照明区域。
(6)关于本发明的第6方式，在上述第5方式的照明装置中，
被各个要素衍射光学部照明的局部被照明区域相互产生重叠。
(7)关于本发明的第7方式，在上述第1～第6方式的照明装置中，
被准直光学***进行准直后的相干光的截面具有包含衍射光学元件的整个面的面积，对全部要素衍射光学部照射相干光。
(8)关于本发明的第8方式，在上述第1～第6方式的照明装置中，
被准直光学***进行准直后的相干光的截面具有仅包含衍射光学元件的一部分的面积，仅对一部分要素衍射光学部照射相干光。
(9)关于本发明的第9方式，在上述第8方式的照明装置中，
要素衍射光学部的面积为相干光的截面的面积以下。
(10)关于本发明的第10方式，在上述第1～第9方式的照明装置中，
在各个要素衍射光学部中记录有全息图，该全息图具有产生对预定的被照明区域的全部或一部分进行照明的1次衍射光的特定的衍射特性。
(11)关于本发明的第11方式，在上述第10方式的照明装置中，
衍射光学元件由液晶显示器、数字反射镜器件或者具有LCOS的光学元件构成，通过使该光学元件形成规定的干涉条纹，在被照明区域内形成规定的照明图案作为全息图再现像。
(12)关于本发明的第12方式，在上述第1～第11方式的照明装置中，
被照明区域设定在平面上，衍射光学元件的射出面的法线方向与平面的法线方向不平行。
(13)关于本发明的第13方式，在上述第12方式的照明装置中，
被照明区域设定在路面上，使该路面上显示由应该对车辆的驾驶员提示的信息构成的照明图案。
(14)关于本发明的第14方式，在上述第13方式的照明装置中，
该照明装置还具有用于安装于车辆的安装部，从车辆对路面进行照明。
(15)关于本发明的第15方式，在上述第13方式的照明装置中，
该照明装置还具有用于向设置于路面或路面附近的构造物或者建筑物安装的安装部，从设置于路面或路面附近的构造物或者建筑物对路面或其附近、或者地面或墙面进行照明。
(16)关于本发明的第16方式，在上述第1～第15方式的照明装置中，
从准直光学***入射到衍射光学元件的相干光的光束面积为38.5平方mm以上。
(17)关于本发明的第17方式，在上述第1～第16方式的照明装置中，
被衍射光学元件衍射而对被照明区域进行照明的照明图案的光像是夫琅和费衍射像。
(18)关于本发明的第18方式，在上述第1～第17方式的照明装置中，
在各个要素衍射光学部中分别记录有具有固有的衍射特性的全息图，以便对从准直光学***入射的相干光进行衍射，
该全息图是经过以下过程而制作的全息图，该过程具有如下的步骤：
第1步骤，根据定义在被照明区域的规定的设计照明强度分布，生成从要素衍射光学部射出的1次衍射光的强度的角度空间分布；
第2步骤，通过在强度的角度空间分布中组合随机的相位分布，生成衍射光学元件上的复振幅分布；
第3步骤，对衍射光学元件上的复振幅分布进行傅里叶逆变换，生成被照明区域上的复振幅分布；
第4步骤，根据设计照明强度分布对被照明区域上的复振幅分布的强度进行修正，从而生成被照明区域上的修正复振幅分布；
第5步骤，对被照明区域上的修正复振幅分布进行傅里叶变换，生成衍射光学元件上的修正复振幅分布；
第6步骤，将衍射光学元件上的修正复振幅分布的强度置换为在第1步骤中生成的强度的角度空间分布中所示的强度，从而生成衍射光学元件上的置换复振幅分布；以及
第7步骤，代替衍射光学元件上的复振幅分布，使用在第6步骤中生成的衍射光学元件上的置换复振幅分布再次执行第3步骤，从而将第3步骤到第6步骤的过程反复进行必要的次数，将最终得到的衍射光学元件上的置换复振幅分布设为最终复振幅分布，
该全息图具有射出与最终复振幅分布对应的1次衍射光的固有的衍射特性。
(19)关于本发明的第19方式，在上述第18方式的照明装置中，
强度的角度空间分布是通过对多个分布点分别赋予了强度后的数据而定义的，该多个分布点被定义在将垂直方向位移角和水平方向位移角分别取为坐标轴的二维坐标系上，该垂直方向位移角表示相对于在要素衍射光学部内的规定的代表点立起的法线的垂直方向的角度位移，该水平方向位移角表示相对于该法线的水平方向的角度位移，
衍射光学元件上的复振幅分布、衍射光学元件上的修正复振幅分布以及衍射光学元件上的置换复振幅分布是通过对定义在上述二维坐标系上的多个分布点分别赋予了强度和相位这两者后的数据而定义的。
(20)关于本发明的第20方式，在制造上述第1～第17方式的照明装置的照明装置的制造方法中，
在制作衍射光学元件所包含的各个要素衍射光学部时，进行具有如下步骤的过程：
第1步骤，根据定义在被照明区域的规定的设计照明强度分布，生成从要素衍射光学部射出的1次衍射光的强度的角度空间分布；
第2步骤，通过在强度的角度空间分布中组合随机的相位分布，生成衍射光学元件上的复振幅分布；
第3步骤，对衍射光学元件上的复振幅分布进行傅里叶逆变换，生成被照明区域上的复振幅分布；
第4步骤，根据设计照明强度分布对被照明区域上的复振幅分布的强度进行修正，从而生成被照明区域上的修正复振幅分布；
第5步骤，对被照明区域上的修正复振幅分布进行傅里叶变换，生成衍射光学元件上的修正复振幅分布；
第6步骤，将衍射光学元件上的修正复振幅分布的强度置换为在第1步骤中生成的强度的角度空间分布中所示的强度，从而生成衍射光学元件上的置换复振幅分布；
第7步骤，代替衍射光学元件上的复振幅分布，使用在第6步骤中生成的衍射光学元件上的置换复振幅分布再次执行第3步骤，从而将第3步骤到第6步骤的过程反复进行必要的次数，将最终得到的衍射光学元件上的置换复振幅分布设为最终复振幅分布；以及
第8步骤，根据从准直光学***入射的相干光，在规定的介质上形成构成具有固有的衍射特性的全息图的干涉条纹，以射出与最终复振幅分布对应的1次衍射光。
(21)关于本发明的第21方式，在上述第20方式的照明装置的制造方法中，
通过对多个分布点分别赋予了强度后的数据来定义强度的角度空间分布，该多个分布点被定义在将垂直方向位移角和水平方向位移角分别取为坐标轴的二维坐标系上，该垂直方向位移角表示相对于在要素衍射光学部内的规定的代表点立起的法线的垂直方向的角度位移，该水平方向位移角表示相对于该法线的水平方向的角度位移，
通过对定义在上述二维坐标系上的多个分布点分别赋予了强度和相位这两者后的数据来定义衍射光学元件上的复振幅分布、衍射光学元件上的修正复振幅分布以及衍射光学元件上的置换复振幅分布。
(22)本发明的第22方式通过组入到计算机的程序来执行上述第20或第21方式的照明装置的制造方法中的第1步骤～第7步骤。
发明效果
在本发明的照明装置中，在使来自相干光源的相干光被准直光学***扩大了光束直径之后，通过衍射光学元件进行衍射，利用该衍射光对定义在预定的位置处并具有预定的尺寸和形状的被照明区域进行照明。因此，能够利用被准直光学***减弱了强度的光在被照明区域上形成期望的照明图案，能够使入射到观察者的眼睛的光的强度下降，实施用于保护观察者的眼睛的安全对策。
另外，在本发明的照明装置中使用的衍射光学元件分别具有对被照明区域的至少一部分进行照明的多个要素衍射光学部，因此能够在被照明区域上形成抑制了模糊的鲜明的照明图案。特别是通过使多个要素衍射光学部的衍射特性互相不同，能够在被照明区域上形成鲜明的照明图案。
此外，在本发明的照明装置的制造方法中，通常使用被称为“反复傅里叶变换法”的方法来制作记录在各个要素衍射光学部中的全息图，因此能够在商业基础上量产本发明的照明装置。
附图说明
图1是示出通过来自车载型的照明装置的照明而在路面10上形成了被照明区域20的一例的从驾驶席观察的俯视图。
图2是示出通过来自车载型的照明装置100的照明而在路面10上形成了被照明区域20的一例的侧视图。
图3是示出通常的投影仪的投影方式的侧视图。
图4是示出本发明的基本实施方式的照明装置100的结构的立体图。
图5是示出图4所示的衍射光学元件130的衍射特性的立体图。
图6是示出从图5所示的第1要素衍射光学部131朝向定义在XZ平面上的各参照点Q1～Q4的1次衍射光L1～L4(虚线)的立体图。
图7是示出使用位移角θV、θH来表现1次衍射光强的角度空间分布的方法的曲线图。
图8是示出形成于图6所示的要素衍射光学部131的干涉条纹及其衍射特性的图。
图9是示出各个要素衍射光学部分别仅对被照明区域20的一部分进行照明的实施例的立体图。
图10是示出各个要素衍射光学部分别仅对被照明区域20的一部分进行照明的另一实施例的立体图。
图11是示出对应该记录在图8(a)所示的要素衍射光学部131中的全息图(干涉条纹)确定固有的衍射特性的具体顺序的流程图。
图12是示出在图11所示的流程图的步骤S1中生成强度的角度空间分布D10的过程的具体例的图。
图13是概念性地示出从衍射光学元件130上的1个点P射出的1次衍射光L1、L2的波形的侧视图。
图14是示出根据图12(c)所示的1次衍射光强的角度空间分布D10而生成的衍射光学元件上的复振幅分布D20的图。
图15是具体地示出图11所示的流程图中的步骤S3和步骤S4的处理顺序的图。
图16是具体地示出图11所示的流程图中的步骤S5和步骤S6的处理顺序的图。
图17是设置了4f光学***140的变形例的照明装置100A的立体图。
图18是图17所示的照明装置100A的局部侧视图。
图19是图17所示的照明装置100A的另一变形例的照明装置100B的立体图。
图20是图19所示的照明装置100B的局部侧视图。
图21是示出具有进行彩色显示的功能的照明装置100C的结构的立体图。
图22是示出具有进行彩色显示的功能的另一照明装置100D的结构的立体图。
图23是示出本发明的照明装置对被照明区域20进行照明的照明方式的变化的图。
图24是示出在交叉路口的附近设置本发明的照明装置并按照规定的照明图案对路面上进行照明而对驾驶员提示有效的信息的用途的俯视图。
图25是示出在道路的合流地点设置本发明的照明装置并按照规定的照明图案对路面上进行照明而对驾驶员提示有效的信息的用途的俯视图。
图26是示出在道路的施工现场等设置本发明的照明装置并按照规定的照明图案对路面上进行照明而对驾驶员提示有效的信息的用途的俯视图。
图27是示出在位于道路16旁边的道路外的用地17(例如，停车场)的出入口附近设置本发明的照明装置并按照规定的照明图案在路面上进行照明而对驾驶员提示有效的信息的用途的俯视图。
图28是示出从衍射光学元件130上的任意点P射出的衍射光L与定义在平面上的被照明区域20的法线N20所呈的角度的图。
图29是示出来自相邻的两个要素衍射光学部的各代表点P1、P2的衍射光L1、L2的图。
图30是示出通过来自衍射光学元件130的1个点P的1次衍射光对被照明区域20上的微小区域dS进行照明的状态的立体图。
图31是示出作为未设置要素衍射光学部的参考例的照明装置300的立体图。
具体实施方式
以下，基于图示的实施方式对本发明进行说明。
<<<§1.车载型的照明装置的特征>>>
本发明的照明装置是具有对特定的被照明区域进行照明的作用的装置，尤其适用于具有在路面上形成期望的照明图案的功能的车载型的照明装置等。在这样的用途中，由于照明光的光轴与被照明平面所呈的角度非常小，所以照明图案容易变得不鲜明，另外，还需要针对行人等的安全对策。在本发明的照明装置中，即使在这样的用途中，也能够在被照明区域上形成鲜明的照明图案，并且能够实施所需的安全对策。
因此，在该§1中，作为本发明的典型的应用例，简单地叙述了用于在路面上形成期望的照明图案的车载型的照明装置的特征，接着在§2～§4中，叙述了将本发明应用于车载型的照明装置的基本实施方式。不过，如在§5中作为变形例所述的那样，本发明的照明装置未必限定于车载型的照明装置。
图1是示出通过来自车载型的照明装置的照明而在路面10上形成了被照明区域20的一例的从驾驶席观察的俯视图。该图示出了正在驾驶的驾驶员观察车辆(汽车)前方的路面10时的状态，行人30正站在前方的左侧。在图示的例子的情况下，被照明区域20构成以路面10的行进方向为长度方向的细长的矩形区域，在其内部配置有构成照明图案的箭头21～26。具体来说，6个箭头21～26均表示直行方向。
图示的例子表示与车辆的导航***连动的照明方式，在导航***对驾驶员进行在下一个交叉路口直行的引导时，由箭头21～26构成的照明图案作为显示在路面上的辅助显示而发挥功能。在该例的情况下，箭头21～26的内部被高亮度地照明，被照明区域20的内部和箭头21～26的外部被低亮度地照明。因此，当从驾驶员观察时，能够在路面10上确认由微弱细长的矩形构成的被照明区域20，能够在其内部确认更明亮的6个箭头21～26。驾驶员能够通过该箭头的照明图案而认识到应该在下一个交叉路口直行。
通常，如果是夜间，路面10上的照明图案容易识别，但在白天的情况下，需要确保足够的照明强度以使照明图案以某种程度的高亮度显示。如后述那样，在本发明的照明装置中，由于使用了放出激光那样的相干光的光源，所以能够确保足够的照明强度。但是，来自照明装置的照明光也会进入到行人30或对面车辆的驾驶员的眼睛，因此需要避免对眼睛造成障碍的程度的照明强度。如后述那样，在本发明的照明装置中，从相干光源放出的光束在被准直光学***扩大了光束直径之后被准直，因此光束的能量密度下降，能够实施用于保护观察者的眼睛的安全对策。
另外，通常的车载型的照明装置已被上述专利文献3等公开，但由于照明光的光轴与被照明平面(在图示的例子的情况下为路面10)所呈的角度非常小，所以形成的照明图案容易变得不鲜明。本发明的照明装置还具有应对这样的问题的功能。
图2是示出通过来自车载型的照明装置100的照明而在路面10上形成了被照明区域20(粗线部分)的一例的侧视图。在该例子中，车辆(汽车)40在路面10上从图的左侧朝向右侧行进。如图示那样，在车辆40的前方安装有本发明的照明装置100，沿着光轴C对路面10的前方进行照明。这里所示的实施例的照明装置100是与前照灯等不同的装置，起到对路面10上的规定的被照明区域20进行照明而提示规定的照明图案的作用。例如，在图1的例子的情况下，通过对矩形状的被照明区域20进行照明，提示了由6个箭头21～26构成的照明图案。当然，如果有需要，也可以将照明装置100用作前照灯。
这样，图2所示的车载型的照明装置100在由平面构成的路面10上形成被照明区域20，具有在路面10上显示出由应该对车辆40的驾驶员提示的信息构成的照明图案(投影在被照明区域20内的图案)的功能。
由于正在驾驶的驾驶员的视线朝向路面10的行进方向，所以在上述例子的用途中，需要在路面10上的相当远的地方形成被照明区域20。例如，在图2中示出了在车辆40的前方50m的位置形成长度方向跨越10m的被照明区域20(粗线部分)的例子。要想在这样的位置形成被照明区域20，当将照明装置100的设置高度设为75cm时，光轴C与路面10所呈的角度θ(与被照明平面的照射角)为0.7°左右。在图2中，为了方便说明，变形地描绘了θ的大小，但实际上光轴C与路面10所呈的角度极小。
图3是示出通常的投影仪的投影方式的侧视图。通过来自投影仪50的投影光而在屏幕60上形成投影像。图示的例子是将屏幕60的投影面(被照明平面)与投影仪50的光轴所呈的角度θ设定为90°的例子。当然，在使屏幕60上下左右地错开配置的情况下，照射角θ比90°小，但即使这样，也很少采用大幅地减小照射角θ的使用方式。这样，在通常的投影仪中，没有想到照射角θ如上个例子那样为0.7°左右的使用方式，当将使用在通常的投影仪中的照明机构直接转移应用于车载用的照明装置时，难以在投影面(被照明平面)上得到鲜明的投影像。
特别是在图1、图2所示的例子的情况下，在以车辆的行进方向为长度方向的细长的矩形状的被照明区域20上形成包含6个箭头21～26的照明图案。在这样的用途中，被照明区域20的横向宽度为几10cm左右便足够，但长度方向的尺寸至少像图示的例子那样需要10m左右。因此，跟前的箭头21与里侧的箭头26之间的距离也为10m左右，照明图案会产生位置偏移，因此难以鲜明地显示全部的箭头21～26。实际上，当使用专利文献3所公开的照明装置在考虑到放出光的安全性而扩大了向全息图入射的光束直径的状态下投影出图1所例示的照明图案时，如果从驾驶员或行人30来观察，则观察到路面10上的投影像会模糊。在本发明的照明装置100中，如后述那样，使用了具有多个要素衍射光学部的衍射光学元件，因此可得到消除投影像的模糊的效果。
这样，如果使用本发明的照明装置100，则在路面10上得到鲜明的投影像，并且能够对行人30等实施安全对策。以下，基于图示的基本实施方式对本发明进行说明。
<<<§2.本发明的基本实施方式>>>
图4是示出本发明的基本实施方式的照明装置100的结构的立体图。该照明装置100如图2所示的例子那样安装在车辆40的前方而使用，起到对路面10上的规定的被照明区域20进行照明而提示规定的照明图案的作用。
图示的照明装置100是与汽车的前照灯等不同的装置，但可以用作前照灯，也可以组装在前照灯中而使用。当然，该照明装置100可以用作汽车的尾灯或探照灯等各种照明灯，也可以组装在该各种照明灯中而使用，还可以安装在保险杠部等而使用。
如图示那样，照明装置100具有光源110、准直光学***120以及衍射光学元件130。另外，虽然在图4中未示出，当在这样的车载型的照明装置100中设置有用于安装于车辆40的安装部，通过安装于车辆40的前方、后方、侧方等，能够从车辆40对路面10进行照明。
光源110是放出相干光的光源，例如，可以使用放出激光的激光光源。激光光源存在半导体激光器、气体激光器等各种类型，但也可以是任意类型的激光光源。
准直光学***120是扩大了从光源110放出的相干光的光束直径之后进行准直的构成要素。这里，准直是指使从光源110射出的相干光平行化。在图示的例子的情况下，准直光学***120具有：第1透镜121，其扩大从光源110射出的相干光的光束直径；以及第2透镜122，其使通过了该第1透镜121的光平行化。
衍射光学元件130起到如下的作用：使被准直光学***120准直后的相干光衍射到规定的扩散角度空间内而对定义在预定的位置处且具有预定的尺寸和形状的被照明区域20进行照明。另外，能够通过该衍射光学元件130在被照明区域20的内部显示任意的照明图案。在附图中示出了如下状态：通过来自该衍射光学元件130的衍射光而在矩形状的被照明区域20的内部显示出形成照明图案的一部分的箭头21。
如后述那样，在衍射光学元件130中形成有全息图，以使被照明区域20被衍射光照明。如上述那样，由于被照明区域20需要形成在车辆40的行进方向的相当远的位置，所以被衍射光学元件130衍射而对被照明区域20进行照明的照明光的像优选成为夫琅和费衍射像。
在图示的例子的情况下，被准直光学***120加宽并准直后的相干光的光束作为平行光而相对于衍射光学元件130的入射面垂直地入射。但是，相对于衍射光学元件130的入射面的角度不一定需要是90°，也可以斜着入射。不过，优选相对于衍射光学元件130的入射光是平行光。这是因为，当入射光是非平行光时，需要衍射光学元件与光学***的致密的对位，衍射光学元件的设置位置的微小偏移便会产生意想不到的衍射角度的偏移，其结果是，成为照明图案比预想的图案变得不鲜明的主要原因。
在本发明中使用的衍射光学元件130具有多个要素衍射光学部131。在附图中示出了具有配置成7行10列的70组要素衍射光学部131的衍射光学元件130。总之，图4所示的实施例的衍射光学元件130具有在规定的配置平面上(在该例中为XY平面上)呈二维矩阵状配置的多个要素衍射光学部131。如后述那样，各要素衍射光学部131分别具有对被照明区域20的至少一部分进行照明的功能，而且，在采用这里所述的实施例的情况下，各要素衍射光学部131的衍射特性互相不同。
在图示的实施例的情况下，各要素衍射光学部131的平面尺寸为纵2mm、横2mm，衍射光学元件130是通过将这样的要素衍射光学部配置成7行10列而构成的，其尺寸为纵14mm、横20mm。当然，在实施了本发明之后，各要素衍射光学部的面积没有限定。不过，为了使形成于路面10(被照明平面)的照明图案更鲜明，优选尽可能细地分割衍射光学元件130而构成各要素衍射光学部131。
作为各要素衍射光学部131，典型地可以使用全息元件。在该情况下，衍射光学元件130可以由各自具有固有的衍射特性的全息元件的集合体构成。当使用全息元件作为衍射光学元件130时，容易设计衍射特性，并且对定义在预定的位置处且具有预定的尺寸和形状的被照明区域20的整个区域进行照明的衍射光学元件130的设计也比较容易进行。
这样，由本发明的照明装置100形成的被照明区域20是相对于衍射光学元件130被定义在预定的相对位置处且具有预定的尺寸和形状的区域。被照明区域20的位置、尺寸以及形状依赖于衍射光学元件130的衍射特性，通过对衍射光学元件130的衍射特性进行调整，能够对被照明区域20的位置、尺寸以及形状进行任意调整，也能够对显示在被照明区域20内的照明图案进行任意调整。
因此，在设计衍射光学元件130时，首先，只要对被照明区域20的位置、尺寸、形状以及显示在被照明区域20内的照明图案进行设定而对衍射光学元件130的衍射特性进行调整即可，以使得能够根据所设定的照明图案对所设定的被照明区域20的整个区域进行照明。图1和图2所示的例子是在照明装置100的前方50m的位置设定具有长度为10m、横向宽度为几十cm的尺寸的矩形形状的被照明区域20并在其内部设定具有6个箭头21～26的照明图案的例子。如后述那样，与这样的设定对应的具有固有的衍射特性的衍射光学元件130(各要素衍射光学部131)能够使用计算机合成全息图(CGH：Computer Generated Hologram)的技术通过计算机来设计。
另外，在图4所示的基本实施方式的照明装置100中，不使用用于成像出规定的照明图案的光学***，而是通过被衍射光学元件130衍射后的1次衍射光来形成具有规定的照明图案(在图示的例子中为箭头21)的被照明区域20。即，衍射光学元件130上的各点处的衍射光在规定的扩散角度范围内行进而对被照明区域20内进行照明，提示规定的照明图案。
当然，也可以采用在衍射光学元件130的衍射光射出侧配置成像***光学元件(透镜等)而使规定的照明图案在路面10成像的结构。在图3所示的通常的投影仪50中，通常为了在屏幕60上形成鲜明的投影像，使用了成像***光学元件。不过，在通常的投影仪50中，与相对于屏幕60的照射角θ被设定为接近90°的值相比，在图2所示的照明装置100中，照射角θ为0.7°左右，因此即使利用成像***光学元件，也难以有效地消除在路面10上成像的照明图案的模糊。
因此，在本发明的照明装置中，采用通过成像***光学元件使照明图案成像的结构并没有多大意义。不过，也可以如§5-1所述的变形例那样，根据需要来配置非成像***的光学元件(例如，4f光学***)。
图4所示的实施方式的照明装置100的第1特征在于，从相干光源110放出的相干光的光束直径被准直光学***120扩大。通常，从激光光源等相干光源110放出的相干光的光束的截面能量密度非常高，在使这样的光束直接衍射而在路面上形成照明图案的情况下，有可能对行人或对面车辆的驾驶员的眼睛造成损伤。
在本发明中，由于从相干光源110放出的相干光的光束直径被扩大，所以光束的能量密度下降。因此，实施了对直视照明光的观察者的眼睛进行保护的安全对策。总之，作为显示在被照明区域20内的照明图案，得到预先设计的光量所需的衍射光学元件130上的放出亮度或亮度会由于入射到该衍射光学元件130的来自准直光学***120的相干光在衍射光学元件130上的入射面积被进一步扩大而下降。
并且，图4所示的实施方式的照明装置100的第2特征在于，衍射光学元件130具有多个要素衍射光学部131，各要素衍射光学部131的衍射特性被设定为互相不同。在上述专利文献3所记载的照明装置中，由于利用单一的全息元件对激光进行衍射而进行照明，所以形成在路面10上的照明图案变得不鲜明，观察者的眼睛会观察到模糊的投影像。与此相对，在本发明的照明装置中，如后述那样，各个要素衍射光学部131分别发挥出按照各自规定的衍射角进行衍射以便能够在期望的被照明平面(路面10)上分别独立地形成期望的照明图案的功能，因此防止了投影像的模糊，能够形成鲜明的照明图案。
另外，在图4所示的本发明的照明装置100中，在进一步提高与相干光的处理相关的安全对策的方面，在实用上优选实施以下所述的措施。
首先，在人直视着来自衍射光学元件130的射出光时，需要不损伤人的眼睛。如前述那样，在照明装置100中，通过在光源110与衍射光学元件130之间设置准直光学***120，将从光源110射出的相干光的强度削弱到不容易损伤人的眼睛的程度的强度。准直光学***120通过第1透镜121使来自光源110的准直光的光束直径扩大，通过第2透镜122使通过第1透镜121后的相干光平行化。当然，平行化的手段并不限于上述方法，可以使用凹面透镜，也可以由1个透镜实现。并且，还可以使用3个以上的透镜组。
在进一步提高安全对策的方面，优选经第2透镜122入射到衍射光学元件130的相干光的光束直径比人的瞳孔面积大。即，人的眼睛的瞳孔直径最大为7mm左右，因此瞳孔的面积最大约为38.5平方mm。因此，优选将准直光学***120内的第1透镜121和第2透镜122设计成入射到衍射光学元件130的相干光的光束面积为38.5平方mm以上。由此，入射到观察者的瞳孔的光量被限制为从衍射光学元件130射出的射出光的一部分，因此能够减少入射到观察者的瞳孔的相干光的光量。
另外，通过使用作为指向性扩散板的衍射光学元件130，也能够防止相干光在视网膜上聚光于一点，进一步提高了对眼睛的安全性。此外，通过平铺多个要素衍射光学部131、132，…来构成被制作成相位型傅里叶变换全息图的衍射光学元件130，从而能够增大衍射光学元件130的面积，其结果是，能够使衍射光学元件130上的放出照度分布平均化并减弱。
<<<§3.要素衍射光学部的衍射特性>>>
接着，在图4所示的照明装置100中，对衍射光学元件130所包含的各个要素衍射光学部的衍射特性进行说明。图5是用于示出该衍射特性的衍射光学元件130和被照明区域20的立体图。这里，为了方便说明，定义了图示的XYZ三维直角坐标系，搭载在以附图的Z轴正方向为行进方向的车辆上的照明装置100(具有图4所示的结构)作为衍射光学元件130的衍射面位于XY平面上的部件而进行以下的说明。另外，由于图示的坐标系取Z轴的正方向为车辆的行进方向，所以Z轴的朝向与通常的XYZ三维直角坐标系相反。
在图3所示的投影仪50的情况下，公知内置的衍射光学元件的射出面的法线方向与屏幕60上的被照明区域的法线方向被设置成平行或接***行。与此相对，本发明的照明装置100如图2所示那样适用于搭载在车辆上而对路面10的前方进行照明，在该情况下，衍射光学元件130的射出面的法线方向(在图5的例子的情况下为Z轴方向)与设定在平面上的被照明区域20的法线方向(在图5的例子的情况下为Y轴方向)不平行。特别是在图2所示的例子的情况下，两法线所呈的角度接近90°。在这样的使用环境下，如上述那样，显示在被照明区域20上的照明图案容易变得不鲜明。通过利用多个要素衍射光学部来构成衍射光学元件130，能够减少该问题。
如§2所说明的那样，在衍射光学元件130中包含配置成7行10列的70组要素衍射光学部。这里，以这些要素衍射光学部中的图示的第1要素衍射光学部131和第2要素衍射光学部132为代表，对这些衍射特性进行说明。另外，这里，如图4所示的例子那样，被准直光学***120准直后的光束作为平行光而相对于衍射光学元件130的入射面垂直地入射。因此，在图5中，准直的平行光从Z轴负方向向衍射光学元件130的背面垂直地入射，该1次衍射光朝向Z轴正方向以具有规定的衍射角的方式射出。
如上述那样，来自衍射光学元件130的1次衍射光形成具有规定的照明图案(在图示的例子中为箭头21)的被照明区域20。换言之，构成衍射光学元件130的各要素衍射光学部131具有对入射的平行光进行衍射的衍射特性，使得在预先确定的规定的位置形成具有规定尺寸和规定形状的被照明区域20，在该被照明区域20内显示规定的照明图案。这里，为了方便说明，假设设计成被照明区域20形成在XZ平面上。因此，图示的箭头21也成为形成在XZ平面上的照明图案。
如图5中点划线所示，来自第1要素衍射光学部131的1次衍射光在XZ平面上对被照明区域20进行照明，显示出在内部具有箭头21的照明图案。同样，如图5中虚线所示，来自第2要素衍射光学部132的1次衍射光仍然在XZ平面上对被照明区域20进行照明，显示出在内部具有箭头21的照明图案。
另外，在图5中，为了便于说明，在第1要素衍射光学部131的中心位置取代表点P1，在第2要素衍射光学部132的中心位置取代表点P2，示出了从该代表点P1、P2射出1次衍射光的图像，但实际上1次衍射光由形成在各要素衍射光学部131、132的整个面上的干涉条纹产生，并不是仅从代表点P1、P2射出1次衍射光。
另外，在图5中仅描绘了来自两个要素衍射光学部131、132的1次衍射光，但实际上从构成衍射光学元件130的全部70组要素衍射光学部射出1次衍射光，均在XZ平面上对被照明区域20进行照明，显示出内部具有箭头21的照明图案。这样，各要素衍射光学部在XZ平面上形成同一被照明区域20，但各自在坐标空间上的位置是不同的，因此期望被照明区域20的角度也是不同的。因此，各要素衍射光学部的衍射特性也互相不同。
这样，在本发明中使用的衍射光学元件130具有如下的功能：使被准直光学***120准直后的相干光衍射到规定的扩散角度空间内而对定义在预定的位置处且具有预定的尺寸和形状的被照明区域20进行照明。并且，该衍射光学元件130具有多个要素衍射光学部131、132、...，各要素衍射光学部分别对被照明区域20的至少一部分进行照明。另外，在这里所述的实施例的情况下，各要素衍射光学部的衍射特性是互相不同的。
通过采用这样的结构，能够在期望的被照明区域20上形成抑制了模糊的鲜明的照明图案。关于利用多个要素衍射光学部131、132、...来构成衍射光学元件130而得到上述效果的理论上的理由，本申请发明人认为是因为，通过来自多个要素衍射光学部131、132、...的衍射光而分别得到独立的单独照明图案，通过该独立的单独照明图案的集合体来形成被照明区域20，而且，独立的单独照明图案可基于分别不同的衍射特性而得到，由此，抑制了单独照明图案相互的位置偏移，其结果是，形成鲜明的投影像。即，可认为这是因为要素衍射光学部分别具有使照明图案相对于预先确定的三维空间内的被照明区域20的模糊最小的单独的衍射特性，来自各个要素衍射光学部的衍射角度分别被校正为适当的值。
图6是示出从第1要素衍射光学部131朝向定义在XZ平面上的各参照点Q1～Q4的1次衍射光L1～L4的立体图。如上述那样，在附图中，为了方便，示出了从代表点P1射出用虚线表示的1次衍射光L1～L4的图像，但实际上是通过形成在要素衍射光学部131的整个面上的干涉条纹来产生1次衍射光。
这里，在被照明区域20的内部中，箭头21的内部被高亮度地照明，箭头21的外部被低亮度地照明，被照明区域20的外部完全不被照明。因此，当观察者观察XZ平面时，能够在微亮的矩形状的被照明区域20的内部识别出明亮的箭头21。为了在作为被照明平面的XZ平面上显示这样的照明图案，需要根据该照明图案对各1次衍射光L1～L4的强度进行调节。具体来说，对明亮的箭头21内的参照点Q1、Q2进行照射的衍射光L1、L2的强度较强，对微亮的照明区域20内的参照点Q3进行照射的衍射光L3的强度较弱，对照明区域20外的参照点Q4进行照射的衍射光L4的强度为零(即，衍射光L4实际不存在)即可。
以上，例示了朝向XZ平面上的4个参照点Q1～Q4的衍射光L1～L4的强度，但实际上只要对朝向XZ平面上存在的无数个点的衍射光分别设定确定了规定强度的衍射特性。即，针对要素衍射光学部131，设定如下的固有衍射特性：射出在照射到明亮的箭头21内的方向上具有较强的强度的1次衍射光，射出在照射到微亮的照明区域20内的方向上具有较弱的强度的1次衍射光，在其以外的方向上不发生衍射。并且，只要在要素衍射光学部131内形成可得到与这种固有的衍射特性对应的1次衍射光的全息图即可。当然，也通过同样的方法对其他要素衍射光学部设定衍射特性，形成与该衍射特性对应的全息图。实际上，通过记录规定的干涉条纹，各要素衍射光学部作为具有规定的衍射特性的全息图来发挥功能。
这样，各要素衍射光学部所固有的衍射特性可以定义为1次衍射光的衍射方向与强度的组合。因此，在这里所示的实施例中，通过垂直方向位移角θV和水平方向位移角θH这两组角度来表现1次衍射光的衍射方向。这里，垂直方向位移角θV表示相对于在要素衍射光学部的代表点P立起的法线的垂直方向(附图的坐标系的Y轴方向)的位移角，水平方向位移角θH表示相对于该法线的水平方向(附图的坐标系的X轴方向)的位移角。例如，在图6中，作为在要素衍射光学部131的代表点P1立起的法线，描绘了法线Np1，各衍射光L1～L4的衍射方向是通过表示相对于该法线Np1的垂直方向的位移的垂直方向位移角θV和表示相对于该法线Np1的水平方向的位移的水平方向位移角θH来表现。
图7是示出使用这样的位移角θV、θH来表现1次衍射光强的角度空间分布的方法的曲线图。图7(a)是图6所示的XYZ三维直角坐标系的侧视图，相当于将1次衍射光L的光路(虚线)投影到YZ平面的图，图的上方是Y轴正方向，图的右方是Z轴正方向。在该图中，示出了从构成配置在XY平面上的衍射光学元件130的要素衍射光学部的代表点P(xp，yp，zp)射出的1次衍射光L(虚线)朝向被照明区域上的参照点Q(xq，yq，zq)的情形。在图示的例子的情况下，1次衍射光L向与在参照点P立起的法线Np(与Z轴平行)形成垂直方向位移角θV的方向射出。在附图中被实线夹住的角度范围表示从代表点P射出1次衍射光的扩散角度空间，1次衍射光在该扩散角度空间内的光路中前进而在被照明平面上形成规定的被照明区域20。
另一方面，图7(b)是图6所示的XYZ三维直角坐标系的俯视图，相当于将1次衍射光L的光路(虚线)投影到XZ平面的图，图的下方是X轴正方向，图的右方是Z轴正方向。在该图中，示出了从构成配置在XY平面上的衍射光学元件130的要素衍射光学部的代表点P(xp，yp，zp)射出的1次衍射光L(虚线)朝向被照明区域上的参照点Q(xq，yq，zq)的情形。在图示的例子的情况下，1次衍射光L向与在参照点P立起的法线Np(与Z轴平行)形成水平方向位移角θH的方向射出。在该图中，被实线夹住的角度范围也表示从代表点P射出1次衍射光的扩散角度空间，1次衍射光在该扩散角度空间内的光路中前进而在被照明平面上形成规定的被照明区域20。
另外，在该图7(a)、(b)中，为了便于图示，也示出了仅从代表点P射出全部的1次衍射光的图像，但在实际上，1次衍射光是通过形成在1个要素衍射光学部的整个面上的干涉条纹而产生的，并不是仅从代表点P射出。不过，为了方便，只要将从同一要素衍射光学部射出的1次衍射光处理成从该要素衍射光学部内的代表点P(例如，中心点)射出的光，便能够通过垂直方向位移角θV和水平方向位移角θH这两组角度来表现该行进方向(衍射方向)。例如，从代表点P(xp，yp，zp)朝向参照点Q(xq，yq，zq)的衍射光的朝向能够通过由(θV，θH)构成的两组角度来表现。
这样，从代表点P朝向各种方向的1次衍射光的朝向能够通过由(θV，θH)构成的两组角度来表现，因此从某1个要素衍射光学部射出的1次衍射光的朝向如图7(c)所示那样能够通过由二维直角坐标系θH-θV表现的角度空间分布上的分布点D的位置坐标来表示。因此，关于该二维直角坐标系θH-θV上的各分布点D，分别确定了规定强度的是表示从该要素衍射光学部射出的1次衍射光强的角度空间分布的信息，这只是表示该要素衍射光学部的衍射特性的信息。
例如，在图7(c)所示的曲线图中，在对分布点D定义了强度A(D)的情况下，示出了从代表点P向形成垂直方向位移角θV(D)、水平方向位移角θH(D)的方向射出的1次衍射光的强度为A(D)的衍射特性。这样，关于特定的要素衍射光学部，如果能够定义1次衍射光强的角度空间分布(衍射特性)，则只要在该要素衍射光学部中形成可得到定义后的衍射特性的全息图(干涉条纹)即可。当然，入射到要素衍射光学部的光成为被图4所示的准直光学***120准直后的平行光，因此形成具有根据定义后的衍射特性对这样的平行光进行衍射的功能的全息图。
图8是示出形成于图6所示的要素衍射光学部131的干涉条纹及其衍射特性的图。具体来说，图8(a)是要素衍射光学部131的俯视图，代表点P被定义在其中心位置。这里，描绘在要素衍射光学部131的内部的波形图样表示记录有具有特定的衍射特性的干涉条纹。这样，在要素衍射光学部131中记录有具有特定的衍射特性的干涉条纹，通过该特定的衍射特性来产生对预定的被照明区域20的全部或一部分进行照明的1次衍射光。
图8(b)是示出表示由该干涉条纹确定的特定的衍射特性的1次衍射光强的角度空间分布的曲线图(二维直角坐标系θH-θV上的曲线图)。这里，呈格子状排列的x印记、黑圆、白圆均是表示由(θV，θH)构成的两组角度所表现的规定的衍射方向的分布点，各个分布点分别与规定的强度A相对应。具体来说，白圆表示高强度A(high)，黑圆表示低强度A(low)，x印记表示强度0。强度0是指在该方向不存在衍射光。换言之，表示不从该要素衍射光学部131向x印记的分布点所示的方向射出1次衍射光。
在图8(b)的曲线图中，位于第1象限、第2象限、第4象限的分布点全部都是x印记(强度0)，这是因为，如图6所示，为了对被照明区域20进行照明，在从正面观察要素衍射光学部131时，只要有向左下方衍射的1次衍射光(与位于第3象限的分布点对应的衍射光)就足够。因此，不从要素衍射光学部131产生朝向上方或右下方的1次衍射光。
图8(c)是示出图6所示的被照明区域20的俯视图，Np是在代表点P立起的法线。图8(b)所示的角度空间分布相当于从正面(Z轴正方向)观察在图6中配置在XY平面上的要素衍射光学部131时的分布，图8(c)所示的被照明区域20是由具有与图8(b)所示的角度空间分布对应的衍射特性的衍射光进行照明的区域。因此，图8(b)所示的各分布点所具有的强度与图8(c)所示的被照明区域20内的照明图案(箭头21)一致。
具体来说，朝向图8(b)中白圆所示的方向的高强度的衍射光形成了在XZ平面(被照明平面)上高亮度显示的箭头21，朝向图8(b)中黑圆所示的方向的低强度的衍射光形成了在XZ平面上低亮度显示的被照明区域20(其中，箭头21的内部除外)。另外，由于在图8(b)中x印记所示的方向上不存在1次衍射光，所以XZ平面上的被照明区域20的外部区域不被照明。
其结果是，当想要在被照明平面上形成具有图8(c)所示的照明图案的被照明区域20的情况下，只要根据该照明图案对图8(b)所示的1次衍射光强的角度空间分布进行定义，将具有与该角度空间分布对应的衍射特性的全息图作为干涉条纹而记录在介质中，准备图8(a)所示的要素衍射光学部131即可。在这样的方法中，只要在多个要素衍射光学部中分别记录具有规定的衍射特性的全息图，便能够生成使用在本发明中的衍射光学元件130。
另外，目前所述的例子是如图5所示那样通过各要素衍射光学部分别对共同的被照明区域20进行照明的例子，在任意的要素衍射光学部中，均记录了具有用于对同一被照明区域20的整体进行照明的衍射特性的全息图。不过，在本发明中使用的多个要素衍射光学部不一定全都必须具有对同一被照明区域20整体进行照明的功能，只要分别具有对被照明区域的至少一部分进行照明的功能就足够了。
图9是示出各个要素衍射光学部分别仅对被照明区域20的一部分进行照明的实施例的立体图。在该图中示出了如下的例子：通过第1要素衍射光学部131对局部被照明区域20(P1)进行照明，通过第2要素衍射光学部132对局部被照明区域20(P2)进行照明。当然，除此以外的要素衍射光学部也同样地具有对局部被照明区域进行照明的功能，作为具有多个要素衍射光学部的衍射光学元件130整体，对矩形状的被照明区域20进行照明。
这里，局部被照明区域20(P1)是在图中用点画出阴影而示出的矩形区域，在具有代表点P1的第1要素衍射光学部131中记录有具有使1次衍射光朝向该局部被照明区域20(P1)内的衍射特性的全息图。同样，局部被照明区域20(P2)是在图中用斜线画出阴影而示出的矩形区域，在具有代表点P2的第2要素衍射光学部132中记录有具有使1次衍射光朝向该局部被照明区域20(P2)内的衍射特性的全息图。同样，在其他各要素衍射光学部中也记录有具有使1次衍射光朝向各自规定的局部被照明区域内的衍射特性的全息图。
其结果是，在图9所示的实施例的情况下，各个要素衍射光学部只要起到承担被照明区域20的一部分区域而仅对该承担区域内进行照明的作用即可。因此，与各个要素衍射光学部相关的1次衍射光的角度空间分布变得更窄，不需要使入射光衍射到不合理的方向。总之，在该图9所示的实施例中，各个要素衍射光学部具有对各自规定的局部被照明区域进行照明的功能，通过这些局部被照明区域的集合体来形成定义在预定的位置且具有预定的尺寸和形状的被照明区域。
另外，在图9所示的实施例中，第1要素衍射光学部131所承担的局部被照明区域20(P1)和第2要素衍射光学部132所承担的局部被照明区域20(P2)是互相分离的区域，但两个区域也可以局部重叠。总之，被各个要素衍射光学部照明的局部被照明区域也可以互相产生重叠。
图10是示出产生了这种重叠的实施例的立体图。与图9所示的实施例同样，通过第1要素衍射光学部131对局部被照明区域20(P1)进行照明，通过第2要素衍射光学部132对局部被照明区域20(P2)进行照明，但在图中用点画出阴影而示出的局部被照明区域20(P1)与在图中用斜线画出阴影而示出的局部被照明区域20(P2)局部地产生重叠。这样，各个要素衍射光学部所承担的局部被照明区域也可以互相产生重叠。即使在该图10所示的实施例中，具有多个要素衍射光学部的衍射光学元件130也作为整体对矩形状的被照明区域20进行照明。
另外，如图9、图10所示的例子那样，各个要素衍射光学部131、132、...分别具有对不同的局部被照明区域20(P1)、20(P2)、...进行照明的功能，在采用了通过这些局部被照明区域的集合体来形成被照明区域20的实施方式的情况下，优选对从各个要素衍射光学部131、132、...射出的1次衍射光的强度进行调整以使形成在被照明区域20上的照明图案的各部分不产生亮度不均。特别是如图10所示的例子那样，在与局部被照明区域产生重叠的部分与不产生重叠的部分混在一起的情况下，优选将照亮产生重叠的部分的1次衍射光的强度设定为较低，使得在产生重叠的部分与不产生重叠的部分之间不产生亮度差。
如以上所述那样，在本发明的基本实施方式的照明装置100中，为了在相对于衍射光学元件130预先确定的位置对预定的尺寸和形状的被照明区域20进行照明，设计衍射光学元件130的衍射特性而利用被衍射光学元件130衍射后的相干光直接对被照明区域20进行照明，因此能够鲜明地对设置在任意的角度空间中的被照明区域20进行照明。另外，在该实施方式中，由于在衍射光学元件130的光轴后方侧未设置透镜，所以不需要在透镜的焦点面与衍射光学元件130平行地配置被照明区域20，被照明区域20的位置、尺寸以及形状的限制得到缓解。
另外，在该实施方式中，在利用准直光学***120扩大了从光源110射出的相干光的光束直径之后使相干光入射到衍射光学元件130，因此能够使衍射光学元件130的入射面上的相干光的光强下降，即使人直视衍射光学元件130，也不会损伤人的眼睛，能够提高对相干光的处理的安全性。
此外，在该实施方式中，由于设置有将衍射光学元件130分割成多个后的多个要素衍射光学部131、132、…，所以能够降低被照明区域20中的模糊量。
<<<§4.形成于要素衍射光学部的全息图的制作方法>>>
在构成使用在本发明中的照明装置100的衍射光学元件130的要素衍射光学部131中，如图8(a)所示，记录有产生对预定的被照明区域20的全部或一部分进行照明的1次衍射光的全息图。该全息图具有使从准直光学***120照射的平行光基于与图8(b)所示的1次衍射光强的角度空间分布对应的特定的衍射特性而产生衍射现象的功能。换言之，衍射光学元件130所包含的各个要素衍射光学部构成分别产生基于特定的衍射特性的衍射现象的独立的全息图。
因此，为了制造使用在本发明中的衍射光学元件130，需要对作为其结构要素的各个要素衍射光学部分别定义特定的衍射特性，形成产生基于该衍射特性的衍射现象的全息图。这样的全息图通常通过光学方法在感光性原版上制作，或者使用计算机合成全息图(CGH：Computer Generated Hologram)技术来利用计算机进行制作。
例如，如图6所示的例子那样，要想在XZ平面上的规定位置形成由具有箭头21的照明图案构成的像(被照明区域20)，只要在要素衍射光学部131记录具有再现这样的像的功能的全息图即可。
要想通过光学方法制作这样的全息图，只要在图6所示的要素衍射光学部131的位置配置感光性原版，利用某种方法使具有箭头21的照明图案作为原图像显示于被照明区域20，将来自该照明图案的光作为物体光向感光性原版进行照射，将来自准直光学***120的平行照明光作为参照光向感光性原版进行照射，将通过物体光与参照光的干涉而产生的干涉条纹记录在感光性原版中，并将记录有该干涉条纹的感光性原版作为要素衍射光学部131来使用即可。另一方面，要想利用CGH的典型方法来制作这样的全息图，只要通过在计算机上模拟上述光学现象，通过运算来求出应该记录于要素衍射光学部131的干涉条纹即可。
不过，即使作为图2所例示的车载型的照明装置100的衍射光学元件130而使用的全息图使用了光学方法，或者使用了CGH的典型方法(光学现象的模拟)，也难以在商业基础上制作。即，为了使用光学方法来制作用于衍射光学元件130的全息图，如图2所示，需要确保了长度60m以上的空间的光学***，因此难以在感光性原版上形成高精度的干涉条纹。另一方面，要想通过CGH的典型方法模拟出在长度60m以上的空间中产生的光学现象，需要基于庞大数据的运算，难以在商业基础上制作全息图。
因此，作为制作记录在构成本发明的照明装置100的衍射光学元件130的各个要素衍射光学部中的全息图的方法，本申请发明人想到了使用通常被称为“反复傅里叶变换法”的方法。因此，以下，叙述了使用该“反复傅里叶变换法”来制作记录在各个要素衍射光学部中的全息图的具体顺序。该顺序是使用计算机来制作全息图的顺序，属于CGH技术范畴，但与CGH的典型顺序完全不同，该CGH的典型顺序是指模拟出通过物体光与参照光的干涉而形成干涉条纹这一光学现象。因此，并不是对被照明区域20内的各点产生的波阵面进行合成而制作物体波。
图11是示出确定应该记录在图8(a)所示的要素衍射光学部131中的全息图(干涉条纹)的固有衍射特性的具体顺序的流程图。该顺序是使用了上述“反复傅里叶变换法”的顺序，实际上是作为使用了计算机的运算处理而执行的。以下，一边参照该流程图，一边对制作记录在各个要素衍射光学部中的全息图的具体顺序进行说明。另外，图11所示的各步骤S1～S7的处理实际上由组入了规定的程序的计算机来执行。
该图11所示的顺序是以被照明区域20位于远离衍射光学元件130的位置为前提的情况下的处理，被照明区域20上的衍射像是夫琅和费衍射像。因此，即使被照明区域20的法线方向相对于衍射光学元件130的射出面的法线方向不平行，也能够在被照明区域20的整个区域内使照明强度均匀化，能够抑制被照明区域20内的模糊。
首先，在步骤S1中，进入如下的处理：根据定义在被照明区域20的规定的设计照明强度分布D00，生成从要素衍射光学部131射出的1次衍射光的强度的角度空间分布D10。这里，设计照明强度分布D00是指在应该被该照明装置100照明的被照明区域20内所要显示的照明图案的亮度分布，是由设计者预先确定的二维照明强度分布。
图12是示出在步骤S1中生成强度的角度空间分布D10的过程的具体例的图。这里，根据该图12所示的例子对在步骤S1中进行的处理进行具体说明。
首先，图12(a)与图6同样，是示出来自配置在XY平面上的要素衍射光学部131的1次衍射光朝向作为被照明平面的XZ平面上的情形的立体图。衍射光学元件130起到了如下的功能：使入射的相干光衍射到规定的扩散角度空间内而对定义在预定的位置且具有预定的尺寸和形状的被照明区域20进行照明。在该例中，在作为被照明平面的XZ平面上的规定的位置定义有由矩形构成的被照明区域20，来自要素衍射光学部131的1次衍射光(例如，L1～L3)朝向该被照明区域20。
另外，在附图中，为了方便说明，描绘了朝向被照明区域20外的1次衍射光L4，但如上述那样，实际上不存在1次衍射光L4，在朝向参照点Q4的方向上不发生衍射现象。换言之，要素衍射光学部131使入射的相干光仅衍射到朝向由矩形构成的被照明区域20内的扩散角度空间内。其结果是，仅被照明区域20内被照明，如果路面10位于XZ平面上，则在路面10上显示图示的照明图案(在矩形状的被照明区域20内描绘有箭头21的图案)。
这样的照明图案是由设计者任意设计的图案，设计者能够定义包含任意的图形或文字的照明图案。当然，也能够任意设定构成该图案的各部分的亮度分布。在本申请中，将以这种方式由设计者任意设定的照明图案的亮度分布称为设计照明强度分布D00。这里，设计成将箭头21的内部(例如，参照点Q1、Q2的位置)的设计亮度设为高亮度，将被照明区域20的内部和箭头21的外部(例如，参照点Q3的位置)的设计亮度设为低亮度而进行以下的说明。另外，参照点Q4的位置在设计上不是照明的对象，设计亮度为0。
设计照明强度分布D00表示作为被照明平面的XZ平面上的设计亮度的分布，在上述例子的情况下，根据各位置来设定高亮度、低亮度、亮度0这3种亮度。设计照明强度分布D00例如可以定义为图12(b)所示的表。在图示的表中，为了方便说明，针对位于XZ平面上的4个参照点Q1～Q4，记录了表示各自坐标和设计照明强度的数据，但在实际的表中，针对定义在XZ平面上的多个参照点，收录了同样的数据。
在图示的例子的情况下，在参照点Q1(xq1，yq1，zq1)处定义设计照明强度A11，在参照点Q2(xq2，yq2，zq2)处定义设计照明强度A12，在参照点Q3(xq3，yq3，zq3)处定义设计照明强度A13，在参照点Q4(xq4，yq4，zq4)处不定义设计照明强度。这里，A11和A12是表示高亮度的数据(例如，亮度值100％)，A12是表示低亮度的数据(例如，亮度值30％)。关于未定义设计照明强度的参照点Q4，例如，只要作为定义了亮度值0％的点来处理即可。
在图12(a)中，与各参照点的标号Q1～Q4相邻并用带括号的方式表示的标号A11、A12、A13、0表示收录在图12(b)的表中的各设计照明强度。
当然，如图12(b)所示，设计照明强度分布D00的数据形式并不限定于对多个参照点定义了规定的亮度值的表的形式，只要能够表示应该显示在被照明区域20内的照明图案的亮度分布，则也可以是任何形式的数据。例如，构成被照明区域20的矩形或箭头21的图形也可以用表示其轮廓线的矢量数据来表现，通过示出了箭头21的内侧为亮度值100％、其外侧且被照明区域20的内侧为亮度值30％、其更靠外的外侧为亮度值0％的数据来构成设计照明强度分布D00。
另外，上述照明图案是具有亮度值0％，30％，100％这3个阶段的变化的图案，但如果增加亮度值的变化而能够进行更丰富的灰度表现，则也能够设计出具有浓淡的渐变的照明图案。在该情况下，设计照明强度分布D00可以作为以亮度值为像素值的渐变图像的图像数据来准备。
在步骤S1中，根据这样定义的设计照明强度分布D00，生成从要素衍射光学部131射出的1次衍射光的强度的角度空间分布D10。在这里所示的实施例中，如图12(a)所示，定义了如下的二维直角坐标系θH-θV：在要素衍射光学部131内的规定的代表点P1(例如，中心点)立起法线Np1，将表示相对于该法线Np1的垂直方向(Y轴方向)的角度位移的垂直方向位移角θV和表示相对于该法线Np1的水平方向(X轴方向)的角度位移的水平方向位移角θH分别取为坐标轴。如已经在§3中参照图7(c)所说明的那样，如果使用这样的坐标系，则能够表示1次衍射光强的角度空间分布。
图12(c)是使用该二维直角坐标系θH-θV定义了强度的角度空间分布D10的例子，与图12(a)所示的4条1次衍射光L1～L4(如上述那样，实际上不存在1次衍射光L4)对应的分布点D1～D4用x印记来表示。如图7(c)所示，坐标系θH-θV上的任意的分布点D的位置表示特定的垂直方向位移角θV(D)和水平方向位移角θH(D)，表示从代表点P射出的1次衍射光的朝向。因此，在图12(c)中用x印记表示的各分布点D1～D4的位置分别表示1次衍射光L1～L4的朝向。
在步骤S1中生成的1次衍射光强的角度空间分布D10是对该各分布点D1～D4赋予各自规定的强度(1次衍射光强)而得的。图12(c)所示的例子是赋予了与图12(b)所示的表(表示设计照明强度分布的表D00)对应的强度而得的，与各分布点的标号D1～D4相邻并用带括号的方式表示的标号A21、A22、A23、0与收录在图12(b)的表中的各设计照明强度A11、A12、A13、0对应。
例如，对图12(c)所示的分布点D1赋予了A21的强度，但该强度可以通过如下的方法来定义。首先，根据坐标系θH-θV上的分布点D1的坐标值，确定垂直方向位移角θV(D1)和水平方向位移角θH(D1)，根据这些位移角来确定从代表点P1射出的1次衍射光L1的朝向。然后，确定该1次衍射光L1与XY平面(定义了设计照明强度分布D00的被照明平面)的交点位置的参照点Q1，参照设计照明强度分布D00来求出赋予给该参照点Q1的设计照明强度A11。图12(c)所示的应该赋予给分布点D1的强度A21能够基于赋予给该参照点Q1的设计照明强度A11来定义。
另外，应该赋予给分布点D1的强度A21的值也可以与赋予给参照点Q1的设计照明强度A11的值相同，但也可以根据需要，将对设计照明强度A11的值乘以规定的系数后的值定义为1次衍射光强A21。例如，在图12(a)所示的例子中，1次衍射光L2的光路长度比1次衍射光L1的光路长度稍长。通常，如果光路长度变长，则相应地在光的传播路径中强度衰减，因此在图示的例子的情况下，当将1次衍射光L1、L2的强度设定为相等时，与参照点Q1相比，参照点Q2的亮度稍低。基于这样的光路长度的亮度下降通常为能够忽略的程度，但在需要形成没有亮度不均的鲜明的照明图案的情况下，只要进行将对设计照明强度A11的值乘以考虑了光路长度的校正系数后的值设为1次衍射光强A21的运用即可。
或者，如图10所示的例子那样，在与局部被照明区域产生重叠的部分和不产生重叠的部分混在一起的情况下，有时需要将照亮产生重叠的部分的1次衍射光的强度设定为较低，使得在产生重叠的部分与不产生重叠的部分之间不产生亮度差。在这样的情况下，只要根据局部被照明区域的重叠的有无，进行将对设计照明强度A11的值乘以规定的校正系数后的值设为1次衍射光强A21的运用即可。
对图12(c)所示的其他分布点D2～D4也按照同样的方法来分别定义强度A22、A23、0。当然，实际上，不仅在坐标系θH-θV上定义了图12(c)所例示的分布点D1～D4，例如还定义了图8(b)所示的多个分布点(只要考虑到所设计的照明图案的分辨率和运算负担而将分布点的密度设定为适当的值即可)，对各个分布点分别定义规定的强度。其结果是，在步骤S1中生成的1次衍射光强的角度空间分布D10是指对从要素衍射光学部131向各方向射出的各种1次衍射光的强度进行定义的信息。
不过，为了形成作为衍射光学元件130而发挥功能的全息图，不仅需要1次衍射光的强度(振幅)，还需要相位的信息。这是因为，光是具有强度(振幅)和相位这两者的电磁波，要想掌握其举动，仅掌握强度的角度空间分布D10是不够的，还需要掌握表示强度和相位这两者的电场的复振幅分布。
图13是概念性地示出从衍射光学元件130上的1个点P射出的1次衍射光L1、L2的波形的侧视图。图示的例子示出了从衍射光学元件130的左侧照射被准直后的平行照明光L0、从衍射光学元件130的右侧射出1次衍射光L1、L2的情形(如上述那样，实际上，1次衍射光是通过形成在点P的附近的干涉条纹而产生的，并不是仅从1个点P射出。)。这里，1次衍射光L1、L2是向与在衍射光学元件130的衍射面立起的法线Np分别形成规定的垂直方向位移角θV的方向射出的光，分别具有规定的强度和相位。具体来说，1次衍射光L1是以强度A1、相位φ1射出的光，1次衍射光L2是以强度A2、相位φ2射出的光。
图11所示的步骤S2的处理是如下的处理：通过在步骤S1中生成的1次衍射光强的角度空间分布D10中组合随机的相位分布，生成衍射光学元件上的复振幅分布D20。图12(c)所示的1次衍射光强的角度空间分布D10是对各个分布点D赋予规定的强度A而得到的，但在各个分布点D中，未定义相位φ。因此，对作为要素衍射光学部131而发挥功能全息图的衍射特性进行定义的信息是不充分的。不过，在设计照明强度分布D00中仅包含设计照明强度的信息，不包含相位的信息。
因此，在步骤S2中，通过对图12(c)所示的1次衍射光强的角度空间分布D10中所包含的各个分布点D分别赋予随机的相位，生成复振幅分布。在本申请中，为了区分在该步骤S2中生成的复振幅分布和在步骤S3中生成的复振幅分布，将在该步骤S2中生成的复振幅分布称为“衍射光学元件上的复振幅分布D20”。
图14是示出基于图12(c)所示的1次衍射光强的角度空间分布D10而生成的衍射光学元件上的复振幅分布D20的图。在图12(c)所示的1次衍射光强的角度空间分布D10中，对各分布点D1、D2、D3、D4分别赋予了规定的强度A21、A22、A23、0，但在图14所示的衍射光学元件上的复振幅分布D20中，作为各自规定的强度和相位的组合，赋予了(A21，φ21)、(A22，φ22)、(A23，φ23)、(0，0)。另外，由于实际上不存在1次衍射光L4，所以实际上对于分布点D4，既不需要定义强度也不需要定义相位(这里，为了方便，作为强度和相位的组合，用(0，0)来表示)。
这里，作为相位φ21、φ22、φ23，只要选择0～2π之间的完全随机的值即可。在实际的由计算机进行的处理中，只要对各分布点赋予使用随机数产生的随机值即可。当然，在该阶段中，由于相位φ是偏差值，所以在步骤S2中生成的衍射光学元件上的复振幅分布D20并不是表示本来正确的复振幅分布。这样生成的衍射光学元件上的复振幅分布D20与1次衍射光强的角度空间分布D10同样，对于定义在二维坐标系上的多个分布点，分别通过赋予了强度和相位这两者的数据来定义。
图15是具体地示出图11所示的流程图中的步骤S3和步骤S4的处理顺序的图。首先，在步骤S3中，如图15(a)的右侧所示，进行如下的处理：对在步骤S2中生成的衍射光学元件上的复振幅分布D20(参照图14)进行傅里叶逆变换，生成被照明区域上的复振幅分布D30。在图15(a)的左侧示出了在步骤S3中生成的被照明区域上的复振幅分布D30的概念图。
图14所示的衍射光学元件上的复振幅分布D20表示从要素衍射光学部131向各方向扩散的1次衍射光的强度A和相位φ，对此的傅里叶逆变换的处理是根据到达了XZ平面(被照明平面)的各1次衍射光来求出XZ平面上的位置处的强度A和相位φ的处理
其结果是，图15(a)的左侧所示的被照明区域上的复振幅分布D30是对XZ平面上的各位置定义了电场的强度A和相位φ的信息。在图示的例子的情况下，在各参照点的标号Q1～Q4处定义了用括号表示的强度A和相位φ。即，在参照点Q1处定义了强度A31、相位φ31，在参照点Q2处定义了强度A32、相位φ32，在参照点Q3处定义了强度A33、相位φ33。另外，由于1次衍射光没有到达参照点Q4，所以未定义强度和相位(在附图中，为了方便，表示为(0，0))。当然，实际上，对被照明区域20内的多个参照点分别定义了强度A和相位φ。
在该图中，为了方便，描绘了包含箭头21的被照明区域20内的照明图案，但该照明图案在该阶段中不是与图12(a)所示的设计照明强度分布D00对应的图案。这是因为在步骤S2中对各分布点赋予了随机的相位。
在图15(b)的左侧示出了图12(a)所示的设计照明强度分布D00的俯视图。图15(a)的被照明区域上的复振幅分布D30所示的照明图案和图15(b)的设计照明强度分布D00所示的照明图案均是在矩形状的被照明区域20的内部配置了箭头21的图案，但两者的各部分的强度不同。即，在图15(a)所示的各参照点Q1、Q2、Q3处定义的强度A31、A32、A33与在图15(b)所示的各参照点Q1、Q2、Q3处定义的强度A11、A12、A13是不同的。这是因为，在步骤S2中生成的衍射光学元件上的复振幅分布D20是包含随机相位的不完全的分布。
因此，在步骤S4中，进行如下的处理：按照设计照明强度分布D00(图15(b))对在步骤S3中生成的被照明区域上的复振幅分布D30(图15(a))的强度进行修正，从而生成被照明区域上的修正复振幅分布D40(图15(c))。该处理是将在图15(a)所示的被照明区域上的复振幅分布D30中定义在各参照点Q的强度A修正为在图15(b)所示的设计照明强度分布D00中定义在各参照点Q的强度A的处理。通过这样的修正处理，生成图15(c)所示的被照明区域上的修正复振幅分布D40。如图15(c)的左侧所示，将与各参照点Q1、Q2、Q3相关的强度A从图15(a)所示的A31、A32、A33修正为图15(b)所示的A11、A12、A13。另外，相位φ31、φ32、φ33保持原样。
图16是具体地示出图11所示的流程图中的步骤S5和步骤S6的处理顺序的图。首先，在步骤S5中，如图16(a)的右侧所示，进行如下的处理：对在步骤S4中生成的被照明区域上的修正复振幅分布D40(参照图15(c))进行傅里叶变换，生成衍射光学元件上的修正复振幅分布D50。在图16(a)的左侧示出了在步骤S5中生成的衍射光学元件上的修正复振幅分布D50的概念图。
图15(c)所示的被照明区域上的修正复振幅分布D40表示XZ平面(被照明平面)的位置处的衍射光的强度A和相位φ，对此的傅里叶变换的处理是求出从要素衍射光学部131向各方向扩散的1次衍射光的强度A和相位φ的处理。
其结果是，图16(a)的左侧所示的衍射光学元件上的修正复振幅分布D50是指对从要素衍射光学部131的代表点P向各方向扩散的1次衍射光的强度A和相位φ进行了定义的信息。在图示的例子的情况下，在各分布点的标号D1～D4处定义了用括号表示的强度A和相位φ。即，在分布点D1处定义了强度A51、相位φ51，在分布点D2处定义了强度A52、相位φ52，在分布点D3处定义了强度A53、相位φ53。另外，由于在与分布点D4对应的方向上不产生1次衍射光，所以未定义强度和相位(在附图中，为了方便，表示为(0，0))。当然，实际上，对坐标系θH-θV上的多个分布点分别定义了强度A和相位φ。
这里，图16(a)的左侧所示的衍射光学元件上的修正复振幅分布D50上所定义的强度A51、A52、A53等在该阶段中并不是如图12(a)所示用于在XZ平面(被照明平面)上形成设计照明强度分布D00的准确的强度。这是因为，在步骤S2中，对各分布点赋予随机的相位，使用该随机的相位来进行步骤S3、S4、S5的处理。
在图16(b)的左侧示出了图12(c)所示的1次衍射光强的角度空间分布D10(在步骤S1中生成的)。图16(a)的衍射光学元件上的修正复振幅分布D50所示的强度分布和图16(b)的1次衍射光强的角度空间分布D10所示的强度分布均表示与坐标系θH-θV上的多个分布点相关的强度，但两者的各分布点处的强度是不同的。即，在图16(a)所示的各分布点D1、D2、D3处定义的强度A51、A52、A53与在图16(b)所示的各分布点D1、D2、D3处定义的强度A21、A22、A23不同。这是因为在步骤S2中生成了包含随机相位的衍射光学元件上的复振幅分布D20。
因此，在步骤S6中，进行如下的处理：将在步骤S5中生成的衍射光学元件上的修正复振幅分布D50的强度置换为在步骤S1中生成的1次衍射光强的角度空间分布D10所示的强度，从而生成衍射光学元件上的置换复振幅分布D60。该处理是将在图16(a)所示的衍射光学元件上的修正复振幅分布D50中定义在各分布点D的强度A置换为在图16(b)所示的1次衍射光强的角度空间分布D10中定义在各分布点D的强度A的处理。通过这样的置换处理，生成图16(c)所示的衍射光学元件上的置换复振幅分布D60。
如图16(c)的左侧所示，与各分布点D1、D2、D3相关的强度A从图16(a)所示的A51、A52、A53被置换为图16(b)所示的A21、A22、A23。另外，相位φ51、φ52、φ53保持原样。在步骤S5中生成的衍射光学元件上的修正复振幅分布D50和在步骤S6中生成的衍射光学元件上的置换复振幅分布D60均与1次衍射光强的角度空间分布D10同样，对于定义在二维坐标系上的多个分布点，分别通过赋予了强度和相位这两者的数据来定义，因此能够容易地进行上述置换。
以上，以具体例为例对图11所示的流程图中的步骤S1～S6的顺序进行说明。这样，如果完成到步骤S6的顺序，则经过步骤S7后进行返回到步骤S3的处理。即，步骤S3～S6的处理反复执行了必要的次数。更具体来说，代替在步骤S2中生成的衍射光学元件上的复振幅分布D20(包含随机的相位分布)，使用在步骤S6中生成的衍射光学元件上的置换复振幅分布D60来再次执行步骤S3。这样，通过步骤S7使步骤S3到步骤S6的过程反复进行必要的次数，进行将最终在步骤S6中得到的衍射光学元件上的置换复振幅分布D60设为最终复振幅分布的处理。
如上述那样，在步骤S2中生成的衍射光学元件上的复振幅分布D20是包含随机相位的不完全的分布，但通过反复进行步骤S3到步骤S6的过程而得到的衍射光学元件上的置换复振幅分布D60中所包含的相位逐渐向适当值收敛。步骤S7中的必要次数只要设定为可判断出相位到达了适当值的妥当的次数即可。具体来说，可以预先设定“10次”这样的规定次数，也可以设定“在步骤S6中作为置换对象的两个强度值之差为规定的容许值以下为止”这样的条件。
这样，在最后执行的步骤S6中生成的衍射光学元件上的置换复振幅分布D60成为最终复振幅分布，射出与该最终复振幅分布对应的1次衍射光的固有的衍射特性是指要素衍射光学部131所需的衍射特性。因此，在要素衍射光学部131中，为了使从准直光学***120入射的相干光衍射，只要记录具有上述必要的衍射特性的全息图即可。
为此，在图11所示的流程图中的步骤S7完成之后，只要执行步骤S8(未图示)而制作要素衍射光学部131即可，该步骤S8为：根据从准直光学***120入射的相干光，在规定的介质上形成构成具有固有的衍射特性的全息图的干涉条纹，以便射出与最终复振幅分布对应的1次衍射光。其他要素衍射光学部132、…、也同样如此。本发明的衍射光学元件130可以按照这样的顺序来制作。
另外，作为CGH的方法，求出用于构成具有某种特定的衍射特性(定义为图16(c)所示的衍射光学元件上的置换复振幅分布D60的衍射特性)的全息图的具体干涉条纹图案的方法是公知的，因此，这里省略具体顺序的说明。另外，作为在规定的介质上形成特定的干涉条纹图案的方法，公知有采用凹凸构造构成干涉条纹的方法、采用浓淡图样构成干涉条纹的方法等各种方法，采用任何形成方法都没有关系。
另外，在应作为衍射光学元件130的记录介质中形成干涉条纹的形成方法并不限于形成为永久的固定构造的方法，也可以采用暂时形成期望的干涉条纹的方法。例如，作为衍射光学元件130，也可以使用具有液晶显示器和使该液晶显示器显示图像的驱动装置的装置。在该情况下，通过使该液晶显示器显示规定的干涉条纹作为图像，能够在被照明区域20内形成规定的照明图案来作为全息图再现像。另外，也可以代替液晶显示器而使用DMD(数字反射镜器件)、LCOS(Liquid Crystalon Silicon：液晶覆硅)等光学元件。在使用任意的器件的情况下，为了能够形成高精细的干涉条纹，像素的间距越细越优选。
<<<§5.本发明的变形例>>>
目前，叙述了将本发明作为车载型的照明装置来使用的基本实施方式。这里，叙述了本发明的几个变形例。
<5.1设置了4f光学***的变形例>
图4所示的基本实施方式的照明装置100的特征之一是在衍射光学元件130与被照明区域20之间未设置透镜。当在衍射光学元件130的光轴后方侧具有透镜的情况下，即使入射到衍射光学元件130的来自准直光学***120的相干光的光束截面较大而模糊，也能够在透镜的焦点面上成像出期望的衍射像而不受该模糊的影响，可得道鲜明的像。即，在透镜的焦点面上得到将在远方形成的衍射像缩小后的衍射像。
但是，在远离透镜的焦点面的地方，受到入射到衍射光学元件130的相干光的照射面积的影响而导致衍射像模糊。特别是如图2所示的例子那样，在衍射光学元件130的射出面的法线方向与定义有被照明区域20的路面10的法线方向不平行的情况下，由于透镜的焦点面的配置方向与被照明区域20的配置方向不一致，所以被照明区域20容易模糊。
根据这样的情况，在图4所示的基本实施方式的照明装置100中，采用了通过被衍射光学元件130衍射而从照明装置100射出的相干光直接对被照明区域20进行照明的方法。这里，“直接”是指在照明装置100与被照明区域20之间对从照明装置100射出的相干光的行进方向进行控制，意味着不存在使光学像成像在照明装置100与被照明区域20之间的特定的平面上的光学部件。
因此，在图4所示的结构中，即使在照明装置100与被照明区域20之间例如设置盖玻璃等不控制相干光的行进方向的光学部件也是没问题的。另外，也可以设置使照明装置100内的衍射光学元件130的衍射光的行进方向发生变化的中继光学***，例如，4f光学***等。当设置这样的4f光学***时，在进行高次光的除去等时生成中间像，但这样的中间像是照明装置100内的成像，在通过从照明装置100射出的相干光直接对被照明区域20进行照明的点上没有变化。
图17是设置了4f光学***140的变形例的照明装置100A的立体图，图18是图17所示的照明装置100A的局部侧视图。图17所示的4f光学***140具有4f-1透镜141、遮光板142以及4f-2透镜143。衍射光学元件130和遮光板142以4f-1透镜141的位置为基准，与4f-1透镜141的焦距f的位置对置而配置。另外，由来自衍射光学元件130的1次衍射光形成的衍射像150和遮光板142以4f-2透镜143的位置为基准，与4f-2透镜143的焦距f的位置对置而配置。
遮光板142在大致中央部具有使来自衍射光学元件130的1次衍射光透过的开口部H，开口部H以外的部分不使相干光通过。来自衍射光学元件130的衍射光中的1次衍射光以外的0次衍射光和多次衍射光与1次衍射光的衍射角度不同，因此无法透过遮光板142的开口部H。因此，通过设置遮光板142，能够使1次衍射光以外的衍射光截止，提高相干光对观察者的安全性。
图19是图17所示的照明装置100A的另一变形例的照明装置100B的立体图，图20是该照明装置100B的局部侧视图。图19所示的4f光学***160将图17所示的4f-1透镜141和4f-2透镜143分别置换为4f-1透镜阵列161和4f-2透镜阵列163。4f-1透镜阵列161和4f-2透镜阵列163分别由多个透镜构成，与图17所示的4f-1透镜141和4f-2透镜143相比焦距较短。因此，图19所示的照明装置100B与图17所示的照明装置100A相比能够使外形尺寸小型化。在遮光板162上，在与构成这些透镜阵列的各个透镜对应的位置设置有开口部(在图19中省略图示)。
<5.2进行彩色显示的变形例>
图4所示的基本实施方式的照明装置100是使用单一波长的相干光对被照明区域20进行照明的例子，但在本发明的照明装置中，也能够在照明区域20进行彩色显示。图21和图22是示出具有进行这样的彩色显示的功能的照明装置100C、100D的结构的立体图。
图21所示的照明装置100C是具有使用各自波长不同的多个相干光对被照明区域20进行照明的功能的装置，具有产生红色波段的相干光的光源110R、产生绿色波段的相干光的光源110G以及产生蓝色波段的相干光的光源110B。另外，与这3个光源分别对应地设置有3个准直光学***120R、120G、120B和3个衍射光学元件130R、130G、130B。
这里，准直光学***120R具有第1透镜121R和第2透镜122R，准直光学***120G具有第1透镜121G和第2透镜122G，准直光学***120B具有第1透镜121B和第2透镜122B。3个光源130R、130G、130B、3个准直光学***120R、120G、120B、3个衍射光学元件130R、130G、130B如图示那样分别沿铅直方向排列配置。
另一方面，图22所示的照明装置100D是将图21所示的照明装置100C中的3个光源130R、130G、130B、3个准直光学***120R、120G、120B、3个衍射光学元件130R、130G、130B分别沿水平方向排列而配置成的，其他结构与照明装置100C同样。
在这些照明装置100C、100D中，分别生成红、绿、蓝波段的相干光，通过对该各波段的相干光进行调光，能够以各种颜色对被照明区域20进行照明，能够显示彩色的照明图案。在照明装置100C、100D中，如图示那样，3个衍射光学元件130R、130G、130B沿铅直方向或水平方向排列配置，因此相对于各个被照明区域20的相对位置是不同的。但是，通过按照在§4中说明的顺序对各衍射光学元件的衍射特性进行设计，能够通过来自各衍射光学元件130R、130G、130B的衍射光对共同的被照明区域20的整个区域进行照明。
因此，被照明区域20以来自3个衍射光学元件130R、130G、130B的衍射光重合起来的颜色被照明。例如，在3个光源130R、130G、130B射出同一放出强度的相干光的情况下，被照明区域20以白色被照明。另外，通过使3个光源130R、130G、130B中的1个或两个关闭，或者对从各光源射出的相干光的放出强度进行调整，能够根据需要来切换被照明区域20的照明颜色。
另外，作为3个衍射光学元件130R、130G、130B，分别使用液晶显示器、数字反射镜器件或者具有LCOS的光学元件，只要能够形成任意的干涉条纹，则能够适当变更形成于被照明区域20的照明图案的内容。
<5.3照明图案的变化>
在目前所述的基本实施方式中，如图1、图4所示，对在路面10上的被照明区域20内显示包含箭头21～26的照明图案的例子进行了说明，但在被照明区域20内显示的照明图案是设计者能够任意设计的。即，如图12(a)所示，只要设计者在期望的位置定义具有期望的尺寸和形状的被照明区域20并将应该显示在该被照明区域20内的照明图案定义为设计照明强度分布D00，则能够设计出具有在期望的位置显示期望的照明图案的功能的照明装置。
例如，图1所示的例子是进行了箭头21～26的内部为高亮度、照明区域20的内部和箭头21～26的外部为低亮度的两个阶段的亮度设定的照明图案的例子，在由隐约的细长的矩形构成的被照明区域20的内部对观察者提示更明亮的6个箭头21～26。与此相对，也可以设计成仅使箭头21～26的内部高亮度地显示，其以外的部分完全不被照明(不射出1次衍射光)。在该情况下，在暗的路面10上仅明亮地显示6个箭头21～26。换言之，仅各个箭头21～26的内部被设定为被照明区域。
图23是示出本发明的照明装置对被照明区域20的照明方式的具体变化的图。都是在被照明区域20内用灰色表示的区域以高亮度显示的区域。被照明区域20内的白色区域可以以低亮度显示，也可以完全不被照明。
图23(a)示出了线状的照明图案71、72。照明图案71是以均匀的亮度显示细长的矩形状的被照明区域20的内部整个区域的图案，照明图案72是以均匀的亮度显示细长的椭圆状的被照明区域20的内部整个区域的图案。如图示那样，照明图案的轮廓可以是矩形状，也可以是椭圆形状。这种简单的照明图案适用于汽车的前照灯，能够以具有鲜明的轮廓的图案对路面进行照明。图23(b)是在矩形状的被照明区域20内配置三角形、五边形和星形的图形而进行聚光照明的例子。
图23(c)是将同一图形隔开间隔地沿规定方向配置多个而进行照明的图。本发明的照明装置并不限定于作为车载型装置的使用，例如，可以设置于路面或建筑物而在对路面、地面、墙面进行照明的用途中使用(关于路面设置型的照明装置，在§5.4中进行详述)。图23(c)所示的各照明图案适合于使用设置在建筑物的照明装置对地面或墙面进行照明而作为引导灯照明来使用的情况。照明图案74是配置了三角形的例子，照明图案75是配置了五边形的例子，照明图案76是飞镖状的图形的例子，照明图案77是配置了箭头的例子。都是通过使各图形的前端部朝向引导方向而容易理解引导方向。
图23(d)是适合于表示边界线的用途的照明图案78、79。都是以同一间隔配置了多个同一图形的图案，如果沿着边界线配置，则能够作为表示边界的标识来使用。另外，由于多个图形按照同一间隔来配置，所以也能够应用于距离测量的用途。
图23(e)所示的照明图案80是分别用圆形的光点对分开配置的多个三角形状的图形的轮廓进行照明的图案。另外，图23(f)所示的照明图案81是中空的图案，对相当于矩形状的被照明区域20的内部和三角形的外部的区域进行照明。各三角形的内部不被照明，但通过被识别为阴影部的各三角形而作为表示右方向的标识来发挥功能。照明图案80、81都可以作为上述引导灯照明来使用。
以上，使用图23示出了几个由本发明的照明装置形成的被照明区域20的照明方式，但这些照明方式只不过是一个例子，也可以用图示以外的各种照明方式来照明。例如，也可以与文字或记号等信息显示组合起来而利用图23所示的照明方式或其以外的照明方式进行照明。
另外，如图23(b)～图23(e)所示的例子那样，对于包含多个图形的照明图案，可以通过全部的要素衍射光学部对共同的被照明区域20内进行照明，也可以如图9、图10所示的实施例那样，各个要素衍射光学部分别承担特定的图形而仅对该承担区域内进行照明。
<5.4路面设置型的照明装置>
本发明的照明装置不仅能够搭载于汽车、自行车等车辆，还能够搭载在包括船舶、飞机、列车等在内的各种交通工具上而进行利用。另外，本发明的照明装置不仅可以用于搭载在这种交通工具上，还可以用于安装在各种构造物上以提示各种信息。
例如，本发明的照明装置也可以以对交通工具进行引导、提醒注意、信息显示等为目的而使用。作为具体例，也可以以向交通工具的驾驶员或操纵者通知交通工具的行进方向或禁止通行区域、或者唤起通行上的注意为目的而使用。在该情况下，本发明的照明装置可以搭载于交通工具，也可以设置于与交通工具不同的位置(例如交通工具的行驶路径上等)。
当然，如在§5.3中所述的那样，本发明的照明装置也能够应用于引导灯等。本发明的照明装置能够以任意的照明方式对被照明区域20进行鲜明且长距离的照明，因此如果应用于避难引导灯，则在紧急时不会迷惑很多人，能够向期望的方向引导。
如果在本发明的照明装置设置用于向设置在路面或路面附近的构造物或者建筑物安装的安装部，则能够从设置在路面或路面附近的构造物或者建筑物对路面或其附近、地面或墙面进行照明，能够提示各种信息。这里，特别对将本发明用作路面设置型的照明装置而对汽车的驾驶员提示各种信息的例子进行说明。
图24是示出在交叉路口的附近设置本发明的照明装置并按照规定的照明图案对路面上进行照明而对驾驶员提示有效的信息的用途的俯视图。图24(a)所示的例子是在道路11与道路12的交叉路口的附近设置了一对照明装置201、202的例子。照明装置201具有如图中粗线所示的那样通过横切道路12这样的细长的线状的照明图案91而对路面进行照明的功能。同样，照明装置202具有如图中粗线所示的那样通过横切道路12这样的细长的线状的照明图案92而对路面进行照明的功能。
这样的照明图案91、92起到了如下的功能：对正在道路11上行驶的车辆40的驾驶员通知该交叉路口为禁止右转或禁止左转，或者通知道路12禁止进入。例如，如果在禁止右转、禁止左转、禁止进入的时间段通过这些照明图案91、92来进行照明，则能够防止车辆40的驾驶员误进入到道路12。作为照明图案91、92，例如如果使用由红色线构成的图案，则在进行针对驾驶员的提醒注意方面上是有效的。
另一方面，图24(b)所示的例子是在道路11与道路12的交叉路口的附近设置了一对照明装置203、204的例子。照明装置203具有如图中粗线所示的那样通过横切道路11这样的细长的线状的照明图案93而对路面进行照明的功能。同样，照明装置204具有如图中粗线所示的那样通过横切道路11这样的细长的线状的照明图案94而对路面进行照明的功能。
这样的照明图案93、94起到了对正在道路11上行驶的车辆40的驾驶员通知无法进入到交叉路口内的功能。例如，在有信号灯的交叉路口的情况下，当对正在道路11上行驶的车辆40的信号变红时，只要如图中粗线所示的那样在路面上显示由红色线构成的图案作为照明图案93、94，便能够进行针对驾驶员的提醒注意。
或者，也可以是，如果预先设置了自动检测正在道路11上行驶的车辆40接近交叉路口的传感器，则只有在通过该传感器检测出车辆40的接近时才进行上述照明。
另外，照明装置201～204可以直接设置在构成道路11或道路12的路肩的路面上，也可以安装在设置于路面附近的构造物(例如，信号灯或道路标识)上。
图25是示出在道路的合流地点设置本发明的照明装置并按照规定的照明图案对路面上进行照明而对驾驶员提示有效的信息的用途的俯视图。在图示那样的主要道路13与侧道14的合流地点，为了对将要从侧道14向主要道路13合流的车辆40的驾驶员通知合流时的行进方向，并且向正在主要道路13上行驶的其他车辆的驾驶员通知车辆40要从侧道14合流，优选按照某种照明方式对主要道路13上进行照明。
图25(a)所示的例子是在主要道路13与侧道14的合流地点附近设置了照明装置205的例子。照明装置205具有如图中粗线所示那样通过斜着横切主要道路13这样的细长的线状的照明图案95而对路面进行照明的功能。该照明图案95例如是由红色线构成的图案，起到了对车辆40的驾驶员通知合流时的行进方向，并且对正在主要道路13上行驶的其他车辆的驾驶员通知车辆40要从侧道14合流的作用。
照明装置205具有进入检测传感器，该进入检测传感器检测即将从侧道14向主要道路13进入的车辆40的存在，当该传感器检测到车辆40的存在时，沿着该车辆40的行进方向进行在图中作为照明图案95而示出的线状的照明。或者，也可以设置对在主要道路13上的侧道14附近行驶的其他车辆进行检测的其他传感器。在该情况下，在通过该传感器判断为在主要道路13上的合流地点附近不存在车辆40以外的行驶车辆时，只要例如以蓝色线的方式进行在图中作为照明图案95而示出的线状的照明即可。车辆40的驾驶员观察到该蓝色线的照明，能够认识到附近不存在其他车辆，可以安全地进行合流。
另外，在图25(a)所示的例子中，示出了仅在要合流的车辆40的行进方向左侧进行线状的照明的例子，但也可以在右侧进行线状的照明。由此，也能够唤起从主要道路13的右侧向左侧行进的其他车辆的注意。
另一方面，图25(b)所示的例子是仍然在主要道路13与侧道14的合流地点附近设置了照明装置206的例子。该照明装置206具有如图中粗线所示的那样通过遮挡从主要道路13的侧道14进入的进入部位这样的细长的线状的照明图案96而对路面进行照明的功能。该照明图案96例如是由红色线构成的图案，起到了对车辆40的驾驶员通知禁止车辆进入，并且对正在主要道路13上行驶的其他车辆41、42的驾驶员通知车辆40有可能从侧道14合流的作用。
照明装置206具有传感器，该传感器检测正在主要道路13的合流地点附近行驶的车辆41、42的存在，当利用该传感器检测到车辆41、42的存在时，在主要道路13与侧道14的边界附近进行在图中作为照明图案96而示出的线状的照明。优选该线状的照明为红色线那样醒目的颜色。或者，还可以在照明装置206设置进入检测传感器，该进入检测传感器检测将要从侧道14进入到主要道路13的车辆40的存在，当在侧道14上检测到车辆40的存在并且在主要道路13上检测到车辆41、42的存在时，也可以进行作为照明图案96而示出的线状的照明。
照明装置205、206可以直接设置在合流地点附近的路面上，也可以安装在设置于路面附近的构造物(例如，信号灯或道路标识)上。当然，也可以设置具有照明装置205和206这两者的功能的照明装置。
图26是示出在道路的施工现场等设置本发明的照明装置并按照规定的照明图案对路面上进行照明而对驾驶员提示有效的信息的用途的俯视图。如图示那样，在道路15的一部分因施工等而成为禁止通行区域(网眼的阴影部分)的情况下，正在道路15上行驶的车辆40在到达该禁止通行区域之前，优选向驾驶员通知禁止通行区域的存在，并引导向右侧车道移动。
图26(a)所示的例子是在禁止通行区域的跟前设置了照明装置207的例子。照明装置207具有如在图中粗线所示的那样通过由用于将车辆40向右侧车道引导的细长的线状的杆和多个箭头构成的照明图案97对路面进行照明的功能。该照明图案97例如是由红色线和红色箭头构成的图案，起到了需要对车辆40的驾驶员通知向右侧车道移动的作用。
另一方面，图26(b)所示的例子是在存在用画有网眼的阴影示出的禁止通行区域(施工现场等)的情况下以绕过该禁止通行区域的方式提醒车辆40的驾驶员注意的例子。图示的照明装置208具有通过线状的照明图案98对路面进行照明的功能，该照明图案98配置成沿着该禁止通行区域的边界线围绕禁止通行区域。在该例子的情况下，也能够通过照明装置208催促车辆40的驾驶员进行避开禁止通行区域的驾驶。
照明装置207或208可以直接设置在禁止通行区域的附近的路面上，也可以安装在设置于禁止通行区域的附近的构造物(例如，信号灯或道路标识)上。如果预先在照明装置上安装自由装卸的安装部，在施工现场等禁止通行区域发生变更的情况下，也能够容易地变更设置场所。
图27是示出在位于道路16旁边的道路外的用地17(例如，停车场)的出入口附近设置本发明的照明装置并按照规定的照明图案对路面上进行照明而对驾驶员提示有效的信息的用途的俯视图。如图示那样，在车辆40要从道路外的用地17向道路16进入的情况下，优选对正在道路16上行驶的其他车辆(特别是在采用左侧通行的国家中，在车道16a上朝向附图的右侧行驶的车辆)通知车辆40从道路外的用地17进入。
因此，在图示的例子的情况下，在道路16与用地17的边界附近(例如，道路16的路肩附近)设置有照明装置209。照明装置209具有如在图中椭圆所示的那样通过横切车道16a这样的照明图案99而对路面进行照明的功能。该照明图案99例如是红色的椭圆状图案，起到了对正在车道16a上行驶的其他车辆的驾驶员通知车辆40有可能从用地17进入的作用。
照明装置209具有进入检测传感器，该进入检测传感器自动检测将要进入到道路16的车辆40，当利用该传感器检测到车辆40的存在时，通过图示的照明图案99在规定期间内对道路16的至少一部分进行照明。
照明图案99的形状和大小是任意的，但需要以能够向正在道路16上行驶的其他车辆的驾驶员通知车辆40从这里向道路16进入的方式进行照明。在图示的例子中，作为照明图案99，使用了椭圆状的图案，但除此之外，例如，可以使用红色等醒目颜色的线状的照明图案来进行照明，也可以按照用特定的颜色显示包含“注意进入车辆”等文字或记号的信息的照明图案来进行照明。
优选照明装置209在进入检测传感器一旦检测到车辆40的存在起到检测不到车辆40的存在为止的期间继续进行照明。另外，也可以根据早晚和白天等时间段而使照明颜色或照明强度可变。
或者，也可以具有检测车辆40的方向指示器的闪烁而自动推测车辆40的行进方向的功能，从而对与车辆40的行进方向对应的车道进行照明。例如，在能够推测出车辆40左转时，在采用左侧通行的国家中，会妨碍到正在车道16a上向图的右侧方向行驶的其他车辆的前进道路，因此如图示那样，只要通过遮挡车道16a这样的照明图案99来进行照明即可。与此相对，在能够推测出车辆40右转时，在采用了左侧通行的国家中，会妨碍到正在车道16a、16b的任一车道上行驶的其他车辆的前进道路，因此只要通过遮挡道路16整体这样的照明图案来进行照明即可。
以上，参照图24～图27进行说明的照明方式是以对交通工具的引导、提醒注意、信息显示等为目的的一例，实际上考虑了上述以外的各种照明方式。根据本发明的照明装置，通过衍射光学元件130的衍射特性的设计和光源110的点亮控制，能够在任意的场所以任意的照明方式进行照明和信息显示。
另外，如图9、图10所示的实施例那样，在各个要素衍射光学部分别采用了对特定的承担区域进行照明的运用的情况下，也可以将一部分要素衍射光学部用于被照明区域20整体的照明用途，将剩下的要素衍射光学部用于在被照明区域20内显示特定的图形、文字、记号、图样等各种信息的用途。由此，能够在以任意的照明方式被照明的被照明区域20内的任意场所显示任意的信息，能够在广告用途、信息提供用途等各种用途中灵活使用被照明区域20。
<5.5减轻运算负担的变形例>
在§4中，一边参照图11所示的流程图，一边通过计算机的运算来制作形成在各个要素衍射光学部的全息图的顺序进行叙述。在该顺序中，对各个要素衍射光学部分别进行单独独立的运算，形成单独独立的全息图。换言之，在各要素衍射光学部中形成具有分别不同的衍射特性的干涉条纹，构成可分别产生基于特定的衍射特性的衍射现象的独立的全息图。然后，通过采用这样的结构，能够得到抑制了模糊的鲜明的照明图案。
但是，当对各个要素衍射光学部分别单独独立地进行图11的流程图所示的全息图的形成运算时，不可否认的是运算负担会相当重。因此，这里，对减轻该运算负担的变形例进行叙述。
如图5所示，在本发明的基本实施方式中，衍射光学元件130具有在规定的配置平面(XY平面)上呈二维矩阵状配置的多个要素衍射光学部131、132、...，各要素衍射光学部具有分别不同的衍射特性。即，各要素衍射光学部构成分别不同的全息图，记录有分别不同的干涉条纹。具体来说，在图示的例子的情况下，衍射光学元件130具有配置成7行10列的70组要素衍射光学部，对该70组要素衍射光学部分别进行图11的流程图所示的全息图的形成运算。
这里所述的变形例公开了减轻这种运算的负担的方法。首先，将互相相邻配置的一组要素衍射光学部定义为衍射光学组，衍射光学元件130由呈二维矩阵状配置的多个衍射光学组的集合体构成。例如，将配置成3行3列的9组要素衍射光学部定义为1个衍射光学组，衍射光学元件130由该衍射光学组的集合体构成。
例如，如果是衍射光学元件130具有配置成9行12列的108组要素衍射光学部的情况，则只要将该衍射光学元件130在纵向上3等分、在横向上4等分而共计进行12等分，各个分割区域便构成具有分别配置成3行3列的9组要素衍射光学部的衍射光学组。换言之，该衍射光学元件130由配置成3行4列的12组衍射光学组的集合体构成，在各个衍射光学组中包含配置成3行3列的9组要素衍射光学部。
由于图5所示的例子具有配置成7行10列的70组要素衍射光学部，所以行数和列数都不能被3除尽。在这样的情况下，无法仅通过具有配置成3行3列的9组要素衍射光学部的衍射光学组来构成衍射光学元件130，因此对于端部，需要配置具有配置成3行1列的3组要素衍射光学部的衍射光学组、具有配置成1行3列的3组要素衍射光学部的衍射光学组等不完整的衍射光学组，但在任意情况下，都可以将衍射光学元件130分割成多个衍射光学组。
这样，关于某一个衍射光学组所包含的多个要素衍射光学部，以任意一个作为代表，仅对作为该代表的要素衍射光学部进行图11的流程图所示的全息图的形成运算，对代表以外的要素衍射光学部直接挪用通过与代表相关的运算而求出的全息图。例如，关于包含有配置成3行3列的9组要素衍射光学部的衍射光学组，首先，例如以位于中央的1个要素衍射光学部为代表，对该代表进行全息图的形成运算而求出固有的干涉条纹，并记录该固有的干涉条纹。然后，只要对剩下的8组要素衍射光学部记录与形成于中央的要素衍射光学部的干涉条纹完全相同的干涉条纹即可。
在图5所示的例子中，例如，当通过第4行～第6行和第4列～第6列所属的9组要素衍射光学部(配置成3行3列的9组要素衍射光学部)构成了1个衍射光栅组时，只要将位于其中心的要素衍射光学部132定为代表，对该代表进行全息图的形成运算而求出固有的干涉条纹，并将该固有的干涉条纹记录在要素衍射光学部132内即可。然后，在位于要素衍射光学部132的周围的剩余8组要素衍射光学部内记录与要素衍射光学部132内的干涉条纹完全相同的干涉条纹。
如果在全部的衍射光学组中采用这样的方法，则能够将整体的运算负担减轻到1/9左右。其结果是，属于同一衍射光学组的要素衍射光学部具有互相相同的衍射特性，属于不同的衍射光学组的要素衍射光学部具有互相不同的衍射特性。例如，在图5中，由于要素衍射光学部132及位于其周围的8组要素衍射光学部是属于同一衍射光学组的要素衍射光学部，所以具有互相相同的衍射特性(记录有相同的干涉条纹)，但由于要素衍射光学部131和要素衍射光学部132是属于不同的衍射光学组的要素衍射光学部，所以具有互相不同的衍射特性(记录有不同的干涉条纹)。
当然，由于要素衍射光学部132和位于其周围的8组要素衍射光学部在三维空间上的配置是不同的，所以希望被照明区域20的角度也不同。因此，当直接挪用记录在要素衍射光学部132中的干涉条纹而记录在位于周围的8组要素衍射光学部中时，通过来自9组要素衍射光学部的衍射光而形成在XZ平面上的再现像的位置分别一点一点底偏移，成为产生模糊的主要原因。
其结果是，在实现抑制形成在被照明区域20上的再现像的模糊并形成鲜明的照明图案的本发明的目的的基础上，这里所述的变形例的采用效果是相反的。但是，如果采用本变形例，则得到如下的优点：能够大幅减轻形成于各个要素衍射光学部的全息图(干涉条纹)的运算负担。因此，即使受到一些模糊，在需要高速处理的使用方式中，采用本变形例的价值也是充分的。
如前述那样，作为衍射光学元件130，可以使用液晶显示器等显示装置，因此只要生成任意的照明图案的数据并根据该数据立即进行干涉条纹的运算，在液晶显示器上形成该干涉条纹，便能够实时地显示任意的照明图案。在这样的实时显示的用途中，必须进行高速的处理，本变形例可发挥效果。
如上述那样，本变形例潜在地具有使照明图案产生模糊的主要原因，但如果要素衍射光学部的配置间距小，则相邻的要素衍射光学部间的位置偏移也小，模糊的程度也小。另外，即使减小属于衍射光学组的要素衍射光学部的总数也是同样的。因此，根据具体的使用方式，不论采不采用本变形例，在不少情况下都不会在照明图案的模糊程度上发现差异。因此，在实用上，本变形例具有充分的利用价值。
<5.6减少相干光的截面积的变形例>
在图4所示的基本实施方式中，被准直光学***120准直后的相干光的截面(与光轴垂直的面的截面)具有包含衍射光学元件130的整个面的面积，对全部的要素衍射光学部131照射相干光。例如，被准直光学***120准直后的相干光具有圆或椭圆形的截面，在衍射光学元件130具有矩形形状的情况下，具有圆或椭圆形的截面的相干光完全包含具有矩形形状的衍射光学元件130，能够从全部的要素衍射光学部131得到衍射光。在该情况下，优选从衍射光学元件130射出的相干光的部分在孔径处被切除。
不过，在实施本发明时，不一定需要对衍射光学元件130的整个面照射相干光。即，也可以使被准直光学***120准直后的相干光的截面具有仅包含衍射光学元件130的一部分的面积，仅对一部分要素衍射光学部131照射相干光。
各要素衍射光学部131具有根据各自规定的衍射特性对入射的相干光进行衍射的功能，但当然如果没有相干光的入射，则无法射出衍射光。因此，例如，在未向位于衍射光学元件130的缘部的一部分要素衍射光学部131照射相干光的情况下，该一部分要素衍射光学部131无法起到本来的作用。
但是，入射到衍射光学元件130的相干光的截面越大，越成为形成于被照明区域20的照明图案的模糊变大的主要原因。因此，在需要尽可能抑制模糊的使用方式中，也可以使被准直光学***120准直后的相干光的截面变小，仅使用衍射光学元件130的一部分要素衍射光学部131对被照明区域20进行照明。
但是，在减小相干光的截面积的情况下，优选将1个要素衍射光学部131的面积设为最小限度，要素衍射光学部131的面积总是为相干光的截面的面积以下。换言之，优选相干光的截面完全能够覆盖1个要素衍射光学部131。否则，无法通过来自1个要素衍射光学部131的衍射光来形成充分的照明图案，另外，相干光的能量密度变得过高，用于保护观察者的眼睛的安全对策不充分。
以上，对本发明的几个变形例进行了说明，但这些变形例是作为一例而提示的，并不意图限定发明的范围。包括这些变形例在内，本发明能够以其他各种方式来实施，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
<<<§6.在实施本发明的基础上作为参考的技术信息>>>
最后，对几个在实施本发明的基础上作为参考的技术信息进行叙述。
<6.1与在被照明区域20产生的模糊量相关的考察>
图28是示出从衍射光学元件130上的任意点P射出的衍射光L与定义在平面上的被照明区域20的法线N20所呈的角度的图。图28(a)是YZ平面上的投影图，从点P射出的衍射光L向与法线Np形成垂直方向位移角θV的方向前进，并到达被照明区域20。此时，在被照明区域20立起的法线N20与衍射光L在投影图上所呈的角度为ξV。另一方面，图28(b)是XZ平面上的投影图，示出了点P位于YZ平面上的情况。从点P射出的衍射光L向与法线(Z轴)形成水平方向位移角θH的方向前进，并到达被照明区域20。此时，在被照明区域20立起的法线N20与衍射光L在投影图上所呈的角度为ξH。这里，角度θV和θH是在图7(c)所示的坐标系θH-θV中示出的角度。
在图28(a)中，在将定义在平面上的被照明区域20投影到YZ平面的情况下，将包含被照明区域20的平面与Z轴所呈的角度设为α。此时，如果来自衍射光学元件130的衍射光L与在被照明区域20立起的法线N20所呈的角度ξV使用度(°)作为单位，则由以下的式(1)来表示。
ξV＝90°﹣(α+ξV)(1)
另一方面，在图28(b)中，在将定义在平面上的被照明区域20投影到XZ平面的情况下，将包含被照明区域20的平面与Z轴所呈的角度设为β。此时，如果来自衍射光学元件130的衍射光L与在被照明区域20立起的法线N20所呈的角度ξH使用度(°)作为单位，则由以下的式(2)来表示。
ξH＝90°﹣(β﹣ξH)(2)
这里，当假设衍射光学元件130上的相邻的两个要素衍射光学部具有同一衍射特性时，来自这些要素衍射光学部的衍射光L向互相平行的方向行进。图29是示出来自相邻的两个要素衍射光学部的各代表点P1、P2的衍射光L1、L2的图。如图29(a)所示，衍射光L1、L2向平行的方向行进。当将该两个衍射光L1、L2的距离设为a时，如果将衍射光L1、L2的行进方向与在被照明区域20立起的法线N20所呈的角度设为γ，则该两个衍射光L1、L2的被照明区域20上的到达点彼此的距离a′由以下的式(3)来表示。如该式(3)所示那样，距离a′为比距离a大的值，这成为模糊的主要原因。
a′＝a/cosγ(3)
图29(b)是对被照明区域20上所容许的模糊量进行说明的图。当将被照明区域20的一个方向的长度设为G时，能够通过a′/G对模糊量进行定量化。所容许的模糊量也根据照明装置的照明用途而不同，但通常可以使a′/G为1/3以下，更优选使a′/G为1/4以下。要想将a′/G设定为期望的值，能够通过对构成衍射光学元件130的各要素衍射光学部的尺寸(代表点P1、P2的间隔)进行调整而对a′进行调整，另外，能够通过对衍射光学元件130的衍射特性进行调整而对长度G进行调整。因此，通过对a′和G的至少一方进行调整，能够将a′/G设定为1/3或1/4以下，能够减少被照明区域20的模糊。
如前述那样，构成衍射光学元件130的多个要素衍射光学部131、132、…分别可以对被照明区域20的整个区域进行照明，也可以对被照明区域20内的仅一部分区域进行照明。这里，在各要素衍射光学部对被照明区域20内的仅一部分区域进行照明的情况下，即使相邻的两个以上的要素衍射光学部具有同一衍射特性，也将上述a′/G设定为1/3以下，优选设定为1/4以下，由此能够在实用上没有障碍的范围内降低模糊量。
<6.2与来自衍射光学元件130的衍射光相关的考察>
衍射光学元件130具有根据被照明区域20的位置、尺寸以及形状而使相干光衍射到规定的扩散角度空间内的衍射特性。因此，即使衍射光学元件130的射出面的法线方向与被照明区域20的法线方向不平行，被衍射光学元件130衍射后的相干光也能够对被照明区域20的整个区域进行照明，也能够根据需要使被照明区域20的整个区域的照明强度均匀化。
被照明区域20的照明强度即光量D1可以由以下的式(4)来表示。
D1＝lo﹣Ao﹣Dx(4)
这里，lo是从光源110射出的相干光的光量，Ao是照明装置的内部所损失的光量，例如，是因相干光的反射、吸收及遮光而损失的光量、目前未图示的滤光器的减光部分的光量等。Dx是未被衍射光学元件130衍射便透过的0次光或2次以上的多次衍射光的光量。并且，D1是被衍射光学元件130衍射后的相干光的1次衍射光的光量。在被照明区域20上，除1次衍射光以外，有时还入射有0次光或多次光，当在设计衍射光学元件130时，只考虑了1次衍射光。
图30是示出通过来自衍射光学元件130的1个点P的1次衍射光对被照明区域20上的微小区域dS进行照明的状态的立体图。来自衍射光学元件130的1次衍射光的整个放出光量D1如图30所示是将根据被照明区域20上的放出照度或照度分布而求出的衍射光学元件130上的相干光的1次衍射光的放出强度(W/sr)或光度(cd)分布以从衍射光学元件130估计被照明区域20的立体角进行积分而得的，由以下的式(5)来表示。
D1＝积分记号ω(S)·I dω(5)
其中，在设计时刻，关于衍射光学元件130上的相干光的1次衍射光的放出强度(W/sr)或光度(cd)分布，计算为在视作衍射光学元件130不具有面积的点的情况下的放出强度(W/sr)或光度(cd)分布。另外，式(5)中的I是衍射光学元件130中的放出强度((W/sr)或光度(cd)。
这样，衍射光学元件130中的1次衍射光的光量D1可以如式(5)所示根据被照明区域20上的相干光的放出照度或照度、由此导出的衍射光学元件130中的放出强度或光度分布而求出。实际上衍射光学元件130具有面积，因此上述放出强度或光度为向衍射光学元件130入射的入射光的面积被平均化后的值，与不考虑衍射光学元件130的面积的设计时相比，能够大幅抑制衍射光学元件130上的各点处的放出亮度(W/sr/m2)或亮度(cd/m2)，有助于大幅提高观察者观察照明装置的情况下的光安全性。这样，通过进一步扩大入射到衍射光学元件130的来自准直光学***120的相干光的衍射光学元件130上的入射面积，降低了得到被照明区域130的设计光量而需要的衍射光学元件130的放出亮度或亮度。
如前述那样，本发明的基本实施方式的照明装置100不具有用于在衍射光学元件130的光轴后方侧成像的透镜，通过来自衍射光学元件130的衍射光对被照明区域20直接进行照明。衍射光学元件130上的各点处的衍射光对被照明区域20的至少一部分进行照明。即，衍射光学元件130上的各点处的衍射光在规定的扩散角度范围内行进而对被照明区域20进行照明。
如使用图7说明的那样，从衍射光学元件130上的点P行进的1次衍射光的扩散角度能够通过使用了坐标系θH-θV的角度空间分布来表示。图5所示的例子是衍射光学元件130位于XY平面上、被照明区域20位于XZ平面上的例子。当将衍射光学元件130上的任意的点P的坐标值设为(lx，ly，lz)，将被照明区域20上的任意的点Q的坐标值设为(x，y，z)时，从衍射光学元件130估计被照明区域20的角度信息在图7(c)所示的坐标系θH-θV中由以下的式(6)和式(7)来表示。
tanθH＝(x-lx)/(z-lz)(6)
tanθV＝(y-ly)/(z-lz)(7)
这里，上述式(5)、式(6)、式(7)可以使用在图11所示的流程图的步骤S1的生成1次衍射光强的角度空间分布D10时的运算中。
<6.3未设置要素衍射光学部的参考例相关的照明装置>
图31是作为未设置要素衍射光学部的参考例的照明装置300的立体图。图4所示的本发明的基本实施方式的照明装置100与图31所示的参考例的照明装置300不同之处在于，前者是衍射光学元件130具有多个要素衍射光学部131，构成各个要素衍射光学部131的全息图的衍射特性互相不同，通过分别单独独立的运算来形成干涉条纹，与此相对，后者是衍射光学元件180由单一的全息图构成。
如已述的那样，当通过多个要素衍射光学部131的集合体来构成衍射光学元件130，并对各个要素衍射光学部131通过分别单独独立的运算形成干涉条纹时，能够在被照明区域20中得到更鲜明的照明图案。因此，如果使用图4所示的本发明的照明装置100，与使用了在图31中作为参考例而示出的照明装置300的情况相比，能够得到更鲜明的照明图案。
工业上的可利用性
本发明的照明装置能够广泛地应用于对特定的被照明区域进行照明并根据需要使该被照明区域内显示期望的照明图案的用途。特别是最适合于对道路的路面进行照明的用途等，最适合使用在照明光的光轴与被照明平面所呈的角度较小的照明环境中。
标号说明
10：路面(被照明平面)；11～16：道路；16a、16b：道路的车道；17：停车场等道路外的用地；20：被照明区域；20(P1)、20(P2)：局部被照明区域；21～26：构成照明图案的箭头；30：行人；40、41、42：车辆；50：投影仪；60：屏幕(被照明平面)；71～99：照明图案；100：照明装置；100A、100B、100C、100D：照明装置；110：光源；110R、110G、110B：光源；120：准直光学***；120R、120G、120B：准直光学***；121：第1透镜；121R、121G、121B：第1透镜；122：第2透镜；122R、122G、122B：第2透镜；130：衍射光学元件；130R、130G、130B：衍射光学元件；131、132：要素衍射光学部；140：4f光学***；141：4f-1透镜；142：遮光板；143：4f-2透镜；150：衍射像；160：4f光学***；161：4f-1透镜阵列；162：遮光板；163：4f-2透镜阵列；170：衍射像；180：衍射光学元件；201～209：照明装置(路面设置型)；300：照明装置(参考例)；A1～A53：照明强度/衍射光的振幅；a：两个代表点P1、P2间距离；a′：被照明区域20上的两个照明点间距离；C：光轴(照明光的中心轴)；D、D1～D4：角度空间分布上的分布点；D00：设计照明强度分布；D10：1次衍射光的强度的角度空间分布；D20：衍射光学元件上的复振幅分布；D30：被照明区域上的复振幅分布；D40：被照明区域上的修正复振幅分布；D50：衍射光学元件上的修正复振幅分布；D60：衍射光学元件上的置换复振幅分布；dS：微小区域；dω：立体角；f：透镜的焦距；G：被照明区域20的长度；H：遮光板的开口部；L0：准直后的平行照明光；L、L1～L4：1次衍射光；Np、Np1：在要素衍射光学部的代表点立起的法线；N20：在被照明区域20立起的法线；O：XYZ三维直角坐标系的原点；P、P1、P2：要素衍射光学部的代表点；Q、Q1～Q4：被照明平面上的参照点；S1～S7：流程图的各步骤；X、Y、Z：三维直角坐标系上的各坐标轴；xp：三维直角坐标系上的X坐标值；xq、xq1～xq4：三维直角坐标系上的X坐标值；yp：三维直角坐标系上的Y坐标值；yq、yq1～yq4：三维直角坐标系上的Y坐标值；zp：三维直角坐标系上的Z坐标值；zq、zq1～zq4：三维直角坐标系上的Z坐标值；α：向YZ平面投影的投影像中的被照明区域20与Z轴所呈的角度；β：向XZ平面投影的投影像中的被照明区域20与Z轴所呈的角度；γ：衍射光L1、L2与在被照明区域20立起的法线N20所呈的角度；θ：相对于被照明平面的照射角；θH：水平方向位移角；θV：垂直方向位移角；φ1～φ53：衍射光的相位；ξH：向XZ平面投影的投影像中的衍射光L与在被照明区域20立起的法线N20所呈的角度；ξV：向YZ平面投影的投影像中的衍射光L与在被照明区域20立起的法线N20所呈的角度。

Claims (22)

1.一种照明装置(100)，其特征在于，具有：
光源(110)，其放出相干光；
准直光学***(120)，其扩大从所述光源放出的所述相干光的光束直径而进行准直；以及
衍射光学元件(130)，其使被所述准直光学***进行准直后的相干光衍射到规定的扩散角度空间内，从而对定义在预定的位置处并具有预定的尺寸和形状的被照明区域(20)进行照明，
所述衍射光学元件(130)具有多个要素衍射光学部(131、132)，该多个要素衍射光学部(131、132)分别对所述被照明区域(20)的至少一部分进行照明。
2.根据权利要求1所述的照明装置(100)，其特征在于，
衍射光学元件(130)具有在规定的配置平面上呈二维矩阵状配置的多个要素衍射光学部(131、132)。
3.根据权利要求2所述的照明装置(100)，其特征在于，
各要素衍射光学部(131、132)的衍射特性互相不同。
4.根据权利要求2所述的照明装置(100)，其特征在于，
将互相相邻而配置的一组要素衍射光学部(131、132)定义为衍射光学组，由呈二维矩阵状配置的多个衍射光学组的集合体来构成衍射光学元件(130)，
属于同一衍射光学组的要素衍射光学部具有互相相同的衍射特性，属于不同的衍射光学组的要素衍射光学部具有互相不同的衍射特性。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
各个要素衍射光学部(131、132)分别具有对规定的局部被照明区域(20(P1)、20(P2))进行照明的功能，由这些局部被照明区域的集合体来形成定义在预定的位置处并具有预定的尺寸和形状的被照明区域(20)。
6.根据权利要求5所述的照明装置(100)，其特征在于，
被各个要素衍射光学部(131、132)照明的局部被照明区域(20(P1)、20(P2))相互产生重叠。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
被准直光学***进行准直后的相干光的截面具有包含衍射光学元件(130)的整个面的面积，对全部要素衍射光学部(131、132)照射所述相干光。
8.根据权利要求1～6中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
被准直光学***进行准直后的相干光的截面具有仅包含衍射光学元件(130)的一部分的面积，仅对一部分要素衍射光学部(131、132)照射所述相干光。
9.根据权利要求8所述的照明装置(100)，其特征在于，
要素衍射光学部(131、132)的面积为相干光的截面的面积以下。
10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
在各个要素衍射光学部(131、132)中记录有全息图，该全息图具有产生对预定的被照明区域(20)的全部或一部分进行照明的1次衍射光的特定的衍射特性。
11.根据权利要求10所述的照明装置(100)，其特征在于，
衍射光学元件(130)由液晶显示器、数字反射镜器件或者具有LCOS的光学元件构成，通过使该光学元件形成规定的干涉条纹，在被照明区域(20)内形成规定的照明图案作为全息图再现像。
12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
被照明区域(20)设定在平面上，衍射光学元件(130)的射出面的法线方向(Np)和所述平面的法线方向(N20)不平行。
13.根据权利要求12所述的照明装置(100)，其特征在于，
被照明区域(20)设定在路面(10)上，使所述路面上显示由应该对车辆(40)的驾驶员提示的信息构成的照明图案。
14.根据权利要求13所述的照明装置(100)，其特征在于，
该照明装置(100)还具有用于安装到车辆(40)的安装部，从所述车辆对路面(10)进行照明。
15.根据权利要求13所述的照明装置(100)，其特征在于，
该照明装置(100)还具有用于向设置于路面(10)或路面附近的构造物或者建筑物安装的安装部，从设置于路面(10)或路面附近的构造物或者建筑物对路面(10)或其附近、或者地面或墙面进行照明。
16.根据权利要求1～15中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
从准直光学***(120)入射到衍射光学元件(130)的相干光的光束面积为38.5平方毫米以上。
17.根据权利要求1～16中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
被衍射光学元件(130)衍射而对被照明区域(20)进行照明的照明图案的光像是夫琅和费衍射像。
18.根据权利要求1～17中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
在各个要素衍射光学部(131、132)中分别记录有具有固有的衍射特性的全息图，以便对从准直光学***(120)入射的相干光进行衍射，
所述全息图是经过以下过程而制作的全息图，该过程具有如下的步骤：
第1步骤(S1)，根据定义在被照明区域(20)的规定的设计照明强度分布(D00)，生成从要素衍射光学部(131、132)射出的1次衍射光的强度的角度空间分布(D10)；
第2步骤(S2)，通过在所述强度的角度空间分布(D10)中组合随机的相位分布，生成衍射光学元件上的复振幅分布(D20)；
第3步骤(S3)，对所述衍射光学元件上的复振幅分布(D20)进行傅里叶逆变换，生成被照明区域上的复振幅分布(D30)；
第4步骤(S4)，根据所述设计照明强度分布(D00)对所述被照明区域上的复振幅分布(D30)的强度进行修正，从而生成被照明区域上的修正复振幅分布(D40)；
第5步骤(S5)，对所述被照明区域上的修正复振幅分布(D40)进行傅里叶变换，生成衍射光学元件上的修正复振幅分布(D50)；
第6步骤(S6)，将所述衍射光学元件上的修正复振幅分布(D50)的强度置换为在所述第1步骤(S1)中生成的所述强度的角度空间分布(D10)中所示的强度，从而生成衍射光学元件上的置换复振幅分布(D60)；以及
第7步骤(S7)，代替所述衍射光学元件上的复振幅分布(D20)，使用在所述第6步骤(S6)中生成的所述衍射光学元件上的置换复振幅分布(D60)再次执行所述第3步骤，从而将所述第3步骤到所述第6步骤的过程反复进行必要的次数，将最终得到的衍射光学元件上的置换复振幅分布(D60)设为最终复振幅分布，
该全息图具有射出与所述最终复振幅分布对应的1次衍射光的固有的衍射特性。
19.根据权利要求18所述的照明装置(100)，其特征在于，
强度的角度空间分布(D10)是通过对多个分布点(D)分别赋予了强度后的数据而定义的，该多个分布点(D)被定义在将垂直方向位移角(θV)和水平方向位移角(θH)分别取为坐标轴的二维坐标系上，该垂直方向位移角(θV)表示相对于在要素衍射光学部(131、132)内的规定的代表点(P)立起的法线(Np)的垂直方向的角度位移，该水平方向位移角(θH)表示相对于该法线(Np)的水平方向的角度位移，
衍射光学元件上的复振幅分布(D20)、衍射光学元件上的修正复振幅分布(D50)以及衍射光学元件上的置换复振幅分布(D60)是通过对定义在所述二维坐标系上的多个分布点(D)分别赋予了强度和相位这两者后的数据而定义的。
20.一种照明装置的制造方法，制造权利要求1～17中的任意一项所述的照明装置(100)，其特征在于，
在制作衍射光学元件(130)所包含的各个要素衍射光学部(131、132)时，进行具有如下步骤的过程：
第1步骤(S1)，根据定义在被照明区域(20)的规定的设计照明强度分布(D00)，生成从要素衍射光学部(131、132)射出的1次衍射光的强度的角度空间分布(D10)；
第2步骤(S2)，通过在所述强度的角度空间分布(D10)中组合随机的相位分布，生成衍射光学元件上的复振幅分布(D20)；
第3步骤(S3)，对所述衍射光学元件上的复振幅分布(D20)进行傅里叶逆变换，生成被照明区域上的复振幅分布(D30)；
第4步骤(S4)，根据所述设计照明强度分布(D00)对所述被照明区域上的复振幅分布(D30)的强度进行修正，从而生成被照明区域上的修正复振幅分布(D40)；
第5步骤(S5)，对所述被照明区域上的修正复振幅分布(D40)进行傅里叶变换，生成衍射光学元件上的修正复振幅分布(D50)；
第6步骤(S6)，将所述衍射光学元件上的修正复振幅分布(D50)的强度置换为在所述第1步骤(S1)中生成的所述强度的角度空间分布(D10)中所示的强度，从而生成衍射光学元件上的置换复振幅分布(D60)；
第7步骤(S7)，代替所述衍射光学元件上的复振幅分布(D20)，使用在所述第6步骤(S6)中生成的所述衍射光学元件上的置换复振幅分布(D60)再次执行所述第3步骤，从而将所述第3步骤到所述第6步骤的过程反复进行必要的次数，将最终得到的衍射光学元件上的置换复振幅分布(D60)设为最终复振幅分布；以及
第8步骤，根据从准直光学***(120)入射的相干光，在规定的介质上形成构成具有固有的衍射特性的全息图的干涉条纹，以射出与所述最终复振幅分布对应的1次衍射光。
21.根据权利要求20所述的照明装置的制造方法，其特征在于，
通过对多个分布点(D)分别赋予了强度后的数据来定义强度的角度空间分布(D10)，该多个分布点(D)被定义在将垂直方向位移角(θV)和水平方向位移角(θH)分别取为坐标轴的二维坐标系上，该垂直方向位移角(θV)表示相对于在要素衍射光学部(131、132)内的规定的代表点(P)立起的法线(Np)的垂直方向的角度位移，该水平方向位移角(θH)表示相对于该法线(Np)的水平方向的角度位移，
通过对定义在所述二维坐标系上的多个分布点(D)分别赋予了强度和相位这两者后的数据来定义衍射光学元件上的复振幅分布(D20)、衍射光学元件上的修正复振幅分布(D50)以及衍射光学元件上的置换复振幅分布(D60)。
22.一种程序，其使计算机执行权利要求20或21所述的照明装置的制造方法中的第1步骤～第7步骤。
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