JP6146681B2 - Lighting device - Google Patents
Lighting device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6146681B2 JP6146681B2 JP2015124997A JP2015124997A JP6146681B2 JP 6146681 B2 JP6146681 B2 JP 6146681B2 JP 2015124997 A JP2015124997 A JP 2015124997A JP 2015124997 A JP2015124997 A JP 2015124997A JP 6146681 B2 JP6146681 B2 JP 6146681B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light source
- optical system
- deflection element
- deflection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Description
本発明は、照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device.
例えば、特許文献１は、車両用灯具を開示している。この車両用灯具は、レーザ発振装置によって構成され得る光源と、四つのホログラム素子と、を有している。各ホログラム素子は、回転駆動装置によって、光源からのレーザ光を受光し得る位置に配置される。各ホログラム素子は、レーザ光を回折し、所定の配光パターンでの照明を実現する。レーザ光が照射されるホログラム素子を適宜選択することで、所望の配光パターンでの照明を実現することができる。この車両用灯具では、意図しない領域へ照明光が照射されることを防止する観点から、四つのホログラム素子の位置を変更している間、レーザ光の照射を規制する必要ある。この場合、光源が発光を停止している期間が長くなる。したがって、光源の性能を十分に活用して、被照明領域を十分に明るい光量で照明することができない。 For example, Patent Document 1 discloses a vehicular lamp. This vehicular lamp has a light source that can be constituted by a laser oscillation device, and four hologram elements. Each hologram element is arranged at a position where the laser light from the light source can be received by the rotation driving device. Each hologram element diffracts the laser light and realizes illumination with a predetermined light distribution pattern. By appropriately selecting a hologram element that is irradiated with laser light, illumination with a desired light distribution pattern can be realized. In this vehicular lamp, it is necessary to regulate the irradiation of laser light while changing the positions of the four hologram elements from the viewpoint of preventing illumination light from being irradiated to an unintended region. In this case, the period during which the light source stops emitting light becomes longer. Therefore, it is not possible to illuminate the illuminated area with a sufficiently bright light quantity by fully utilizing the performance of the light source.
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、光源の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域を明るく照明することができる照明装置を、提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and provides an illuminating device that can fully illuminate an illuminated area with a desired light distribution pattern by fully utilizing the performance of a light source. With the goal.
本発明による照明装置は、
入射光の進行方向を調整する複数の要素偏向素子を有した光偏向素子と、
光源と、
前記光源で発光された光源光を拡散する拡散光学系と、
前記光源光の進行方向を調整して、当該光源光を前記光偏向素子上で走査させる走査装置と、
前記拡散光学系から前記光偏向素子までの前記光源光の光路に設けられた集光光学系と、を備え、
前記集光光学系は、前記光偏向素子上でのスポット領域が前記要素偏向素子よりも小さくなるように、前記光源光を集光し、
各要素偏向素子は、入射した光源光の進行方向を調整して、当該要素偏向素子に対応した要素被照明領域を照明する。
The lighting device according to the present invention comprises:
An optical deflection element having a plurality of element deflection elements for adjusting the traveling direction of incident light;
A light source;
A diffusion optical system for diffusing the light source light emitted from the light source;
A scanning device that adjusts the traveling direction of the light source light and scans the light source light on the light deflection element;
A condensing optical system provided in an optical path of the light source light from the diffusion optical system to the light deflection element,
The condensing optical system condenses the light source light so that a spot area on the light deflection element is smaller than the element deflection element,
Each element deflection element adjusts the traveling direction of the incident light source light, and illuminates the element illuminated area corresponding to the element deflection element.
本発明による照明装置において、
前記拡散光学系は、前記光源光を複数の光束に分割し、
前記集光光学系は、前記複数の光束が前記光偏向素子上で少なくとも部分的に重なるよう、前記複数の光束の光路を調整してもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The diffusion optical system divides the light source light into a plurality of light beams,
The condensing optical system may adjust optical paths of the plurality of light beams so that the plurality of light beams overlap at least partially on the light deflection element.
本発明による照明装置において、前記集光光学系は、その焦点位置に前記光偏向素子が配置されているレンズであってもよい。 In the illumination device according to the present invention, the condensing optical system may be a lens in which the light deflection element is disposed at a focal position.
本発明による照明装置において、前記拡散光学系は、コリメートレンズと、前記コリメートレンズから前記集光光学系までの光路中に設けられたレンズアレイと、を有するようにしてもよい。 In the illumination device according to the present invention, the diffusion optical system may include a collimating lens and a lens array provided in an optical path from the collimating lens to the condensing optical system.
本発明による照明装置において、
前記レンズアレイは、複数の要素レンズを含み、
前記複数の要素レンズから出射した光束は、互いに同一の配光となるようにしてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The lens array includes a plurality of element lenses;
The light beams emitted from the plurality of element lenses may have the same light distribution.
本発明による照明装置において、前記拡散光学系は、ビームホモジナイザであってもよい。 In the illumination device according to the present invention, the diffusion optical system may be a beam homogenizer.
本発明による照明装置が、前記光源からの光の射出を制御する発光制御部を、さらに備えるようにしてもよい。 The illumination device according to the present invention may further include a light emission control unit that controls emission of light from the light source.
本発明による照明装置において、前記発光制御部は、前記光偏向素子上における前記光源光の照射位置に応じて、前記光源からの光の射出を制御するようにしてもよい。 In the illumination device according to the present invention, the light emission control unit may control light emission from the light source in accordance with an irradiation position of the light source light on the light deflection element.
本発明による照明装置において、
前記光偏向素子は、回折格子アレイであり、
各要素偏向素子は、回折格子であってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The light deflection element is a diffraction grating array;
Each element deflection element may be a diffraction grating.
本発明による照明装置において、
前記光偏向素子は、プリズムアレイであり、
各要素偏向素子は、プリズムであってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The light deflection element is a prism array;
Each element deflection element may be a prism.
本発明によれば、光源の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域を明るく照明することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the to-be-illuminated area can be illuminated brightly with a desired light distribution pattern fully utilizing the performance of a light source.
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale, the vertical / horizontal dimension ratio, and the like are appropriately changed and exaggerated from those of the actual product.
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。 In addition, as used in this specification, the shape and geometric conditions and the degree thereof are specified, for example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “identical”, length and angle values, etc. are strictly Without being bound by meaning, it should be interpreted including the extent to which similar functions can be expected.
図１は、照明装置１０の全体構成を模式的に示す斜視図である。照明装置１０は、コヒーレント光、例えばレーザ光を用いて被照明領域Ｚを照明する。照明装置１０は、光源として、レーザ光を発振するレーザ光源１５を有している。レーザ光源１５は、コヒーレント光であるレーザ光を発振する。照明装置１０は、レーザ光源１５から射出した光に作用する拡散光学系２０、走査装置３０、集光光学系４０及び光偏向素子５０を有している。図１に示された例において、拡散光学系２０、走査装置３０、集光光学系４０及び光偏向素子５０は、レーザ光源１５からのレーザ光の光路に沿ってこの順で配置され、この順でレーザ光に対して作用する。ここで説明する照明装置１０は、以下に詳述するように、拡散光学系２０及び集光光学系４０での光学作用によって、光源１５の性能を十分に活用しながら、所望の配光パターンで被照明領域Ｚを高光量で照明することができる。以下、各構成要素について、順に説明していく。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the illumination device 10. The illumination device 10 illuminates the illuminated area Z using coherent light, for example, laser light. The illumination device 10 includes a laser light source 15 that oscillates laser light as a light source. The laser light source 15 oscillates laser light that is coherent light. The illuminating device 10 includes a diffusion optical system 20 that acts on light emitted from the laser light source 15, a scanning device 30, a condensing optical system 40, and a light deflection element 50. In the example shown in FIG. 1, the diffusion optical system 20, the scanning device 30, the condensing optical system 40, and the light deflecting element 50 are arranged in this order along the optical path of the laser light from the laser light source 15. Acts on the laser beam. As will be described in detail below, the illumination device 10 described here has a desired light distribution pattern while fully utilizing the performance of the light source 15 by the optical action of the diffusion optical system 20 and the condensing optical system 40. The illuminated area Z can be illuminated with a high amount of light. Hereinafter, each component will be described in order.
図１に示された例において、レーザ光源１５は、レーザ光を発光する複数の光源部１７を有する。複数の光源部１７は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数の光源部１７を並べて配置した光源モジュールであってもよい。複数の光源部１７は、一例として、赤色の発光波長域の光を発振する第１光源部１７ａと、緑色の発光波長域の光を発振する第２光源部１７ｂと、青色の発光波長域の光を発振する第３光源部１７ｃと、を有している。この例によれば、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが発光した三つのレーザ光を重ね合わせることで、白色の照明光を含む種々の色の照明光を生成することができる。 In the example shown in FIG. 1, the laser light source 15 includes a plurality of light source units 17 that emit laser light. The plurality of light source units 17 may be provided independently, or may be a light source module in which a plurality of light source units 17 are arranged side by side on a common substrate. As an example, the plurality of light source units 17 include a first light source unit 17a that oscillates light in a red emission wavelength region, a second light source unit 17b that oscillates light in a green emission wavelength region, and a blue light emission wavelength region. And a third light source unit 17c that oscillates light. According to this example, it is possible to generate illumination lights of various colors including white illumination light by superimposing the three laser beams emitted from the plurality of light source units 17a, 17b, and 17c.
なお、以下において、レーザ光源１５が、発光波長域が互いに異なる三つの光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有する例について説明するが、この例に限られない。レーザ光源１５は、発光波長域が互いに相違する二つの光源部１７又は四つ以上の光源部１７を有するようにしてもよい。また、発光強度を高めるために、発光波長域ごとに、複数個ずつの光源部１７が設けられていてもよい。 Hereinafter, an example in which the laser light source 15 includes three light source units 17a, 17b, and 17c having different emission wavelength ranges will be described. However, the present invention is not limited to this example. The laser light source 15 may include two light source units 17 or four or more light source units 17 having different emission wavelength ranges. In order to increase the emission intensity, a plurality of light source units 17 may be provided for each emission wavelength region.
ところで、図１に示すように、照明装置１０は、レーザ光源１５と接続された発光制御部１２を有している。発光制御部１２は、レーザ光源１５によるレーザ光の発光タイミングを制御する。とりわけ、発光制御部１２は、各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の射出およびレーザ光の射出停止を、他の光源部から独立して、切り替えることができる。発光制御部１２によるレーザ光の射出の有無の制御は、走査装置３０による複数のレーザ光の走査タイミングに基づいて、言い換えると、光偏向素子５０上におけるレーザ光の入射位置に基づいて、実施される。上述したように、レーザ光源１５が赤青緑の三つのレーザ光を発光可能である場合、各レーザ光の発光タイミングを制御することで、赤青緑のうち任意の二色以上の色を混ぜ合わせた色の照明光を生成することが可能となる。 By the way, as shown in FIG. 1, the illumination device 10 includes a light emission control unit 12 connected to a laser light source 15. The light emission control unit 12 controls the light emission timing of the laser light from the laser light source 15. In particular, the light emission control unit 12 can switch the emission of the laser light from each of the light source units 17a, 17b, and 17c and the emission stop of the laser light independently from the other light source units. The control of whether or not the laser light is emitted by the light emission control unit 12 is performed based on the scanning timing of the plurality of laser lights by the scanning device 30, in other words, based on the incident position of the laser light on the light deflection element 50. The As described above, when the laser light source 15 can emit three laser beams of red, blue and green, by controlling the emission timing of each laser beam, two or more colors of red, blue and green can be mixed. It is possible to generate illumination light of a combined color.
発光制御部１２は、各光源部１７からレーザ光を発光させるか否か、すなわち発光のオン／オフを制御してもよいし、各光源部１７から射出した後のレーザ光の光路を遮断するか否かを切り替えてもよい。後者の場合、各光源部１７と拡散光学系２０との間に不図示の光シャッタ部を設けて、この光シャッタ部でレーザ光の通過及び遮断を切り替えればよい。 The light emission control unit 12 may control whether to emit laser light from each light source unit 17, that is, control on / off of light emission, or block the optical path of the laser light emitted from each light source unit 17. Or not. In the latter case, an optical shutter unit (not shown) may be provided between each light source unit 17 and the diffusing optical system 20, and the passage and blocking of the laser light may be switched by this optical shutter unit.
次に、拡散光学系２０について説明する。拡散光学系２０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を拡散する。とりわけ、拡散光学系２０は、当該拡散光学系２０に入射する直前の光の断面積よりも、集光光学系４０へ入射する直前の光の断面積を広くするよう、光源光を拡散する。ここで光の断面積とは、当該光の光軸に直交する断面において光路が占める面積のことである。また、光軸とは、当該光の最も強度が高く軸線のことである。したがって、拡散光学系２０は、例えば、入射光を発散光束または収束光束に整形する。 Next, the diffusion optical system 20 will be described. The diffusion optical system 20 diffuses the laser light emitted from the laser light source 15. In particular, the diffusion optical system 20 diffuses the light source light so that the cross-sectional area of the light immediately before entering the condensing optical system 40 is wider than the cross-sectional area of the light immediately before entering the diffusion optical system 20. Here, the cross sectional area of light is an area occupied by an optical path in a cross section perpendicular to the optical axis of the light. The optical axis is the axis having the highest intensity of the light. Therefore, for example, the diffusion optical system 20 shapes incident light into a divergent light beam or a convergent light beam.
図２は、照明装置１０を示す平面図である。図２に示すように、拡散光学系２０は、レーザ光の光路に沿った順で、ビームエクスパンダ２１、コリメートレンズ２２及びレンズアレイ２３を有している。ビームエクスパンダ２１は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を発散光束に整形する。コリメートレンズ２２は、ビームエクスパンダ２１で生成された発散光束を、平行光束ｌｆ１に整形し直す。レンズアレイ２３は、コリメートレンズ２２に対面する位置に配置された複数の要素レンズ２４を含んでいる。各要素レンズ２４は、その光軸ｄ２４が、コリメートレンズ２２の光軸ｄ２２と平行となるようにして配置されている。また、複数の要素レンズ２４は、コリメートレンズ２２の光軸ｄ２２に直交する仮想面ｖｌ上に配列されている。各要素レンズ２４は、コリメートレンズ２２で整形された後に入射してくる平行光束ｌｆ１を収束光束ｌｆ２に整形する。 FIG. 2 is a plan view showing the illumination device 10. As shown in FIG. 2, the diffusion optical system 20 includes a beam expander 21, a collimator lens 22, and a lens array 23 in the order along the optical path of the laser light. The beam expander 21 shapes the laser light emitted from the laser light source 15 into a divergent light beam. The collimating lens 22 reshapes the divergent light beam generated by the beam expander 21 into a parallel light beam lf1. The lens array 23 includes a plurality of element lenses 24 arranged at positions facing the collimating lens 22. Each element lens 24 is arranged such that its optical axis d 24 is parallel to the optical axis d 22 of the collimating lens 22. The plurality of element lenses 24 are arranged on a virtual plane vl orthogonal to the optical axis d 22 of the collimating lens 22. Each element lens 24 shapes the parallel light beam lf1 incident after being shaped by the collimator lens 22 into a convergent light beam lf2.
図２に示された例において、拡散光学系２０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光を複数の光束ｌｆ２に分割する。拡散光学系２０は、レンズアレイ２３に含まれる要素レンズ２４の数と同数の光束ｌｆ２に分割する。図示された例において、各要素レンズ２４は、コリメートレンズ２２で整形された後に入射してくる平行光束ｌｆ１を収束光束ｌｆ２に整形する。すなわち、拡散光学系２０で分割された各光束ｌｆ２は、収束光束となっている。また、図示された例において、複数の要素レンズ２４は、互いに同一に構成されている。したがって、複数の要素レンズ２４から出射した複数の光束ｌｆ２は、互いに同一の配光となっている。例えば、複数の光束ｌｆ２は、同一の収束角度や収束位置を有し、複数の光束ｌｆ２の光軸ｄｌｆ２は、互いに平行となる。 In the example shown in FIG. 2, the diffusion optical system 20 divides the laser light emitted from the laser light source 15 into a plurality of light beams lf2. The diffusion optical system 20 divides the light beam lf2 into the same number as the number of element lenses 24 included in the lens array 23. In the illustrated example, each element lens 24 shapes the parallel light beam lf1 incident after being shaped by the collimator lens 22 into a convergent light beam lf2. That is, each light beam lf2 divided by the diffusion optical system 20 is a convergent light beam. In the illustrated example, the plurality of element lenses 24 are configured identically. Therefore, the plurality of light beams lf2 emitted from the plurality of element lenses 24 have the same light distribution. For example, the plurality of light beams lf2 have the same convergence angle and convergence position, and the optical axes d lf2 of the plurality of light beams lf2 are parallel to each other.
拡散光学系２０は、レーザ光源１５に含まれる各光源部１７に対応して、複数設けられるようにしてもよい。また、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の光路を調整し得る単一の拡散光学系２０が設けられるようにしてもよい。図２に示された例では、図２の紙面の奥行き方向に複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが配列され、ビームエクスパンダ２１が、図２の紙面の面内でのみレーザ光を発散させ、拡散光学系２０のコリメートレンズ２２及びレンズアレイ２３の要素レンズ２４が、それぞれ、図２の紙面の奥行き方向に一定の断面形状で延びるシリンドリカルレンズとして構成されていてもよい。この例によれば、コリメートレンズ２２及びレンズアレイ２３を、複数の光源部１７の間で共用することができる。 A plurality of diffusion optical systems 20 may be provided corresponding to each light source unit 17 included in the laser light source 15. Further, a single diffusing optical system 20 that can adjust the optical path of the laser light from the plurality of light source units 17a, 17b, and 17c may be provided. In the example shown in FIG. 2, a plurality of light source sections 17a, 17b, and 17c are arranged in the depth direction of the paper surface of FIG. 2, and the beam expander 21 diverges laser light only within the paper surface of FIG. The collimating lens 22 of the diffusing optical system 20 and the element lens 24 of the lens array 23 may each be configured as a cylindrical lens extending with a constant cross-sectional shape in the depth direction of the paper surface of FIG. According to this example, the collimating lens 22 and the lens array 23 can be shared among the plurality of light source units 17.
次に、走査装置３０について説明する。走査装置３０は、レーザ光源１５から射出したレーザ光の進行方向を調整する。走査装置３０は、レーザ光の進行方向を経時的に変化させる。走査装置３０での光路調整により、レーザ光源１５から射出したレーザ光は、光偏向素子５０上を走査する。図１及び図２に示された例において、走査装置３０は、六つの反射面を有したポリゴンミラー３１として形成されている。ポリゴンミラー３１は、その中心軸線を回転軸線ｒａとして回転することにより、一定方向から入射する光の反射方向を周期的に変化させることができる。ポリゴンミラー３１の六つの反射面の各々は、平坦面として形成されている。したがって、図３に示すように、拡散光学系２０で整形された三つの光束ｌｆ３は、ポリゴンミラー３１での反射によって進路を変更された後においても、その光軸ｄｌｆ３を平行に保っている。ここで図３は、走査装置３０以降の光路を示す部分拡大平面図である。 Next, the scanning device 30 will be described. The scanning device 30 adjusts the traveling direction of the laser light emitted from the laser light source 15. The scanning device 30 changes the traveling direction of the laser light with time. The laser beam emitted from the laser light source 15 is scanned on the light deflection element 50 by adjusting the optical path in the scanning device 30. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the scanning device 30 is formed as a polygon mirror 31 having six reflecting surfaces. The polygon mirror 31 can periodically change the reflection direction of light incident from a certain direction by rotating the central axis about the rotation axis ra. Each of the six reflecting surfaces of the polygon mirror 31 is formed as a flat surface. Therefore, as shown in FIG. 3, the three light beams lf3 shaped by the diffusing optical system 20 keep their optical axes d lf3 in parallel even after their paths are changed by reflection by the polygon mirror 31. . Here, FIG. 3 is a partially enlarged plan view showing an optical path after the scanning device 30.
とりわけ、図示された例において、ポリゴンミラー３１の回転軸線ｒａと平行な方向に、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが配列されている（図１参照）。ポリゴンミラー３１の反射面は、その回転軸線ｒａに沿って、第１反射部３１ａ、第２反射部３１ｂ及び第３反射部３１ｃを含んでいる。第１反射部３１ａは、第１光源部１７ａから射出したレーザ光を反射し、回転軸線ｒａに直交する面内において、当該レーザ光の進行方向を周期的に変化させる。また、第２反射部３１ｂは、第２光源部１７ｂから射出したレーザ光を反射し、第３反射部３１ｃは、第３光源部１７ｃから射出したレーザ光を反射する。 In particular, in the illustrated example, a plurality of light source units 17a, 17b, and 17c are arranged in a direction parallel to the rotation axis ra of the polygon mirror 31 (see FIG. 1). The reflecting surface of the polygon mirror 31 includes a first reflecting portion 31a, a second reflecting portion 31b, and a third reflecting portion 31c along the rotation axis ra. The first reflecting unit 31a reflects the laser beam emitted from the first light source unit 17a, and periodically changes the traveling direction of the laser beam in a plane orthogonal to the rotation axis ra. The second reflecting portion 31b reflects the laser light emitted from the second light source portion 17b, and the third reflecting portion 31c reflects the laser light emitted from the third light source portion 17c.
なお、図２に示すように、ポリゴンミラー３１は、レンズアレイ２３の要素レンズ２４の焦点位置又はその近傍となる位置において拡散光学系２０からの光を反射するよう、拡散光学系２０に対して位置決めされている。したがって、図３に示すように、ポリゴンミラー３１から反射された光は、概ね、ポリゴンミラー３１の反射面を発散点とする発散光束ｌｆ３となる。 As shown in FIG. 2, the polygon mirror 31 reflects the light from the diffusion optical system 20 at the focal position of the element lens 24 of the lens array 23 or a position near the focal position. It is positioned. Therefore, as shown in FIG. 3, the light reflected from the polygon mirror 31 generally becomes a divergent light beam lf <b> 3 having a reflection surface of the polygon mirror 31 as a divergence point.
なお、走査装置３０は、図示されたポリゴンミラー３１に限られない。走査装置３０として、一定方向から入射する光の進行方向を二軸方向で立体的に変化させる装置を用いることもできる。一例として、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：digital micromirror device）等のＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）を、走査装置３０として用いることができる。 The scanning device 30 is not limited to the illustrated polygon mirror 31. As the scanning device 30, a device that three-dimensionally changes the traveling direction of light incident from a certain direction can be used. As an example, micro electro mechanical systems (MEMS) such as a digital micromirror device (DMD) can be used as the scanning device 30.
次に、集光光学系４０について説明する。集光光学系４０は、拡散光学系２０から光偏向素子５０までのレーザ光の光路中に配置される。集光光学系４０は、拡散光学系２０で拡散されたレーザ光に対して光学作用を及ぼす。集光光学系４０は、広げられたレーザ光を集光して、光偏向素子５０上でのスポット領域Ｓ、すなわち、ある瞬間に光偏向素子５０上でレーザ光を照射されている領域を小面積化する。 Next, the condensing optical system 40 will be described. The condensing optical system 40 is disposed in the optical path of the laser light from the diffusion optical system 20 to the light deflection element 50. The condensing optical system 40 exerts an optical action on the laser light diffused by the diffusion optical system 20. The condensing optical system 40 condenses the spread laser beam, and reduces the spot area S on the optical deflection element 50, that is, the area irradiated with the laser beam on the optical deflection element 50 at a certain moment. Make area.
図示された例において、集光光学系４０は、焦点Ｐｆを有した集光レンズ４１によって形成されている。集光レンズ４１は、走査装置３０から光偏向素子５０へ向かうレーザ光の光路中に配置されている。上述したように、拡散光学系２０は、レーザ光を複数の光束ｌｆ３に分割する。そして、図３に示すように、複数の光束ｌｆ３の光軸ｄｌｆ３は、互いに平行となっている。したがって、図３に示すように、集光レンズ４１でのレンズ作用によって、三つの光束ｌｆ４の光軸ｄｌｆ４は、集光レンズ４１の光軸ｄ４０に沿って集光レンズ４１の焦点距離ｆ４０だけ集光レンズ４１から離間した仮想面ｖｌｆ上の位置Ｐｘにおいて、交わっている。図示された例において、集光レンズ４１の光軸ｄ４０に沿って集光レンズ４１の焦点距離ｆ４０だけ集光レンズ４１から離間した仮想面ｖｌｆ上に、光偏向素子５０が配置されている。このため、拡散光学系２０で整形された三つの光束ｌｆ３は、集光光学系４０での集光作用により、少なくとも部分的に光偏向素子５０上において重ねて合わせられる。 In the illustrated example, the condensing optical system 40 is formed by a condensing lens 41 having a focal point Pf. The condensing lens 41 is disposed in the optical path of the laser light that travels from the scanning device 30 to the light deflection element 50. As described above, the diffusion optical system 20 divides the laser light into the plurality of light beams lf3. As shown in FIG. 3, the optical axes d lf3 of the plurality of light beams lf3 are parallel to each other. Therefore, as shown in FIG. 3, due to the lens action of the condenser lens 41, the optical axis d lf4 of the three light beams lf 4 is along the optical axis d 40 of the condenser lens 41 and the focal length f of the condenser lens 41. 40 intersects at a position Px on the virtual plane vlf separated from the condenser lens 41 by 40 . In the illustrated example, the light deflection element 50 is disposed on a virtual surface vlf separated from the condenser lens 41 by the focal length f 40 of the condenser lens 41 along the optical axis d 40 of the condenser lens 41. . For this reason, the three light beams lf3 shaped by the diffusion optical system 20 are overlapped at least partially on the light deflection element 50 by the light condensing action of the light condensing optical system 40.
なお、図３における収束光束ｌｆ４の光軸ｄｌｆ４の収束角度θｘは、集光レンズ４１への入射前における光源光全体の光路幅に依存する。光源光の光路幅は、拡散光学系２０のビームエクスパンダ２１及びコリメートレンズ２２で形成される平行光束ｌｆ１の幅ｗｌｆ１（図２参照）によって、調整することができる。したがって、ビームエクスパンダ２１やコリメートレンズ２２の設計により、スポット領域Ｓへ入射する際における複数の収束光束ｌｆ４の光軸ｄｌｆ４の収束角度θｘを調整することができる。 Note that the convergence angle θ x of the optical axis d lf4 of the convergent light beam lf4 in FIG. 3 depends on the optical path width of the entire light source light before entering the condenser lens 41. The optical path width of the light source light can be adjusted by the width w lf1 (see FIG. 2) of the parallel light beam lf1 formed by the beam expander 21 and the collimating lens 22 of the diffusion optical system 20. Therefore, the design of the beam expander 21 and the collimating lens 22 can adjust the convergence angle θ x of the optical axis d lf4 of the plurality of convergent light beams lf4 when entering the spot region S.
また、図示された例では、図３に示すように、ポリゴンミラー３１は、集光レンズ４１の光軸ｄ４０に沿って集光レンズ４１の焦点距離ｆ４０だけ集光レンズ４１から離間した位置または当該位置の近傍において、拡散光学系２０からのレーザ光を反射するよう、走査装置３０及び集光光学系４０は配置されている。さらに、上述したように、ポリゴンミラー３１で反射されて集光光学系４０へ入射する複数の光束ｌｆ３の各々は、発散光束ｌｆ３であり、当該発散光束の発散点は、ポリゴンミラー３１の反射面上またはその近傍に位置している。したがって、集光レンズ４１へ入射する各光束ｌｆ３は、集光レンズ４１を透過することで平行光束ｌｆ４に変換される。この結果、拡散光学系２０で整形された複数の光束ｌｆ４は、集光光学系４０での集光機能により、光偏向素子５０上の同一領域に照射される、つまり、光偏向素子５０上で高精度に重ね合わせられる。そして、走査装置３０がレーザ光の進行方向を経時的に変化させることで、複数の光束ｌｆ４が集光光学系４０に集光されてなるスポット領域Ｓは、光偏向素子５０上で経時的に位置を変化させるようになる。 In the illustrated example, as shown in FIG. 3, the polygon mirror 31 is positioned away from the condenser lens 41 by the focal length f 40 of the condenser lens 41 along the optical axis d 40 of the condenser lens 41. Alternatively, the scanning device 30 and the condensing optical system 40 are arranged so as to reflect the laser light from the diffusion optical system 20 in the vicinity of the position. Further, as described above, each of the plurality of light beams lf3 reflected by the polygon mirror 31 and incident on the condensing optical system 40 is a divergent light beam lf3, and the divergence point of the divergent light beam is a reflection surface of the polygon mirror 31. Located at or near the top. Therefore, each light beam lf3 incident on the condenser lens 41 is converted into a parallel light beam lf4 by passing through the condenser lens 41. As a result, the plurality of light beams lf4 shaped by the diffusion optical system 20 are irradiated to the same region on the light deflection element 50 by the light collection function of the light collection optical system 40, that is, on the light deflection element 50. Overlaid with high accuracy. The scanning device 30 changes the traveling direction of the laser light with time, so that the spot region S in which the plurality of light beams lf4 are condensed on the condensing optical system 40 is formed on the light deflection element 50 with time. The position will change.
なお、図３におけるスポット領域Ｓの幅ｗｓｘは、集光光学系４０と走査装置３０との距離や、集光光学系４０へ入射する発散光束ｌｆ３の発散角度θｌｆ３に依存する。また、発散光束ｌｆ３の発散角度θｌｆ３は、拡散光学系２０の要素レンズ２４で整形された収束光束ｌｆ２の収束角度θｌｆ２に依存する。したがって、集光光学系４０及び走査装置３０の配置や要素レンズ２４の設計により、スポット領域Ｓの幅ｗｓｘを調整することができる。とりわけ、要素レンズ２４の設計によれば、照明装置１０の大型化を効果的に回避しながら、スポット領域Ｓの幅ｗｓｘを調整することが可能となる。 Note that the width wsx of the spot region S in FIG. 3 depends on the distance between the condensing optical system 40 and the scanning device 30 and the divergence angle θ lf3 of the divergent light beam if3 incident on the condensing optical system 40. Further, the divergence angle θ lf3 of the divergent light beam lf3 depends on the convergence angle θ lf2 of the convergent light beam lf2 shaped by the element lens 24 of the diffusion optical system 20. Therefore, the width wsx of the spot region S can be adjusted by the arrangement of the condensing optical system 40 and the scanning device 30 and the design of the element lens 24. In particular, according to the design of the element lens 24, it is possible to adjust the width wsx of the spot region S while effectively avoiding the enlargement of the illumination device 10.
集光光学系４０は、レーザ光源１５に含まれる各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃに対応して、複数設けられるようにしてもよい。また、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃからのレーザ光の光路を調整し得る単一の集光光学系４０が設けられるようにしてもよい。例えば、レーザ光が、図３の紙面と平行な面内においてのみ、発散又は収束する場合、集光光学系４０をなす集光レンズ４１は、図２の紙面の奥行き方向に一定の断面形状で延びるシリンドリカルレンズとして構成されてもよい。この例によれば、集光レンズ４１を、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃで発光されたレーザ光の間で共通して利用することが可能となる。 A plurality of condensing optical systems 40 may be provided corresponding to the light source units 17a, 17b, and 17c included in the laser light source 15. Further, a single condensing optical system 40 that can adjust the optical path of the laser light from the plurality of light source units 17a, 17b, and 17c may be provided. For example, when the laser light diverges or converges only in a plane parallel to the paper surface of FIG. 3, the condensing lens 41 forming the condensing optical system 40 has a constant cross-sectional shape in the depth direction of the paper surface of FIG. It may be configured as an extending cylindrical lens. According to this example, the condenser lens 41 can be used in common among the laser beams emitted by the plurality of light source units 17a, 17b, and 17c.
次に、光偏向素子５０について説明する。光偏向素子５０は、光源１５からの光の光路を調整して入射光を所定範囲に向け、当該所定範囲を照明する。より具体的には、光偏向素子５０で光路を調整されたレーザ光は、被照明領域Ｚを通過した後、実際の照明範囲である所定範囲を照明する。 Next, the light deflection element 50 will be described. The light deflection element 50 adjusts the optical path of light from the light source 15 to direct incident light to a predetermined range and illuminate the predetermined range. More specifically, the laser light whose optical path is adjusted by the light deflection element 50 illuminates a predetermined range, which is an actual illumination range, after passing through the illuminated area Z.
ここで、被照明領域Ｚ及びその一部をなす要素被照明領域Ｚｐ（図５参照）は光偏向素子５０内の各要素偏向素子５５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である。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」及び「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。したがって、図１及び図４の照明装置１０によって照明される所定範囲は、図１及び図４に示すニアフィールドの被照明領域Ｚよりもはるかに広い領域となりうる。 Here, the illuminated area Z and the element illuminated area Zp (see FIG. 5) forming a part of the illuminated area Z are near-field illuminated areas that are overlaid by the element deflecting elements 55 in the light deflecting element 50. The far field illumination range is often expressed as a diffuse angle distribution in the angle space rather than the actual size of the illuminated area. In the present specification, the terms “illuminated area” and “element illuminated area” include a diffusion angle range in an angle space in addition to an actual irradiated area (illumination range). Therefore, the predetermined range illuminated by the illuminating device 10 of FIGS. 1 and 4 can be a much wider area than the illuminated area Z of the near field shown in FIGS.
図４は、光偏向素子５０を示す平面図である。図示された例において、光偏向素子５０は、レーザ光源１５が複数の第１〜第３光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有することに対応して、第１光偏向素子５０ａ、第２光偏向素子５０ｂ及び第３光偏向素子５０ｃを有している。第１光源部１７ａからのレーザ光は、第１光偏向素子５０ａに入射し、第２光源部１７ｂからのレーザ光は、第２光偏向素子５０ｂに入射し、第３光源部１７ｃからのレーザ光は、第３光偏向素子５０ｃに入射する。各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの全域に入射して光路を調整されたレーザ光を用いて、互いに同一の被照明領域Ｚの全域を照明することができる。 FIG. 4 is a plan view showing the light deflection element 50. In the illustrated example, the light deflection element 50 includes a first light deflection element 50a and a second light deflection element corresponding to the laser light source 15 having a plurality of first to third light source portions 17a, 17b, and 17c. 50b and a third light deflection element 50c. The laser light from the first light source unit 17a is incident on the first light deflection element 50a, the laser light from the second light source unit 17b is incident on the second light deflection element 50b, and the laser beam from the third light source unit 17c. The light is incident on the third light deflection element 50c. The entire illuminated area Z can be illuminated by using laser light that is incident on the entire area of each of the light deflection elements 50a, 50b, and 50c and whose optical path is adjusted.
したがって、第１光偏向素子５０ａが第１光源部１７ａからの赤色光を被照明領域Ｚに向け、第２光偏向素子５０ｂが第１光源部１７ｂからの緑色光を被照明領域Ｚに向け、第３光偏向素子５０ｃが第３光源部１７ｃからの青色光で被照明領域Ｚを向けることで、被照明領域Ｚを白色に照明することができる。図１に示すように、各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、それぞれ、走査装置３０をなすポリゴンミラー３１の回転軸線ｒａに直交する方向に細長く形成されている。そして、複数の光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、その長手方向と直交する方向に並べられている。 Therefore, the first light deflection element 50a directs the red light from the first light source unit 17a to the illuminated area Z, the second light deflection element 50b directs the green light from the first light source unit 17b to the illuminated area Z, The third light deflection element 50c directs the illuminated area Z with the blue light from the third light source unit 17c, so that the illuminated area Z can be illuminated in white. As shown in FIG. 1, each of the light deflection elements 50 a, 50 b, and 50 c is formed in an elongated shape in a direction orthogonal to the rotation axis ra of the polygon mirror 31 that forms the scanning device 30. The plurality of light deflection elements 50a, 50b, and 50c are arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction.
図４に点線で示すように、各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、複数の要素偏向素子５５を有している。各要素偏向素子５５は、或る方向から入射した光の進行方向を一定の方向に向ける光路制御機能を有している。例えば、異なる二つの方向から一つの要素拡散素子５５に光が入射した場合、各方向からの光は、当該要素拡散素子５５から互いに異なる方向に向けて進み出る。また、各要素偏向素子５５は、他の要素拡散素子５５とは異なる光路制御機能を有している。したがって、同一の方向から二つの異なる要素拡散素子５５へそれぞれ入射した光は、互いに異なる方向へ向けて要素拡散素子５５から進み出る。 As indicated by dotted lines in FIG. 4, each of the optical deflection elements 50 a, 50 b, 50 c has a plurality of element deflection elements 55. Each element deflection element 55 has an optical path control function that directs the traveling direction of light incident from a certain direction in a certain direction. For example, when light enters one element diffusing element 55 from two different directions, the light from each direction travels from the element diffusing element 55 in different directions. Each element deflection element 55 has an optical path control function different from that of the other element diffusion elements 55. Therefore, light incident on the two different element diffusion elements 55 from the same direction travels from the element diffusion element 55 in different directions.
図示された例では、拡散光学系２０、走査装置３０及び集光光学系４０を経て要素偏向素子５５内に入射した光は、当該要素拡散素子５５で進行方向を曲げられ、一定の要素被照明領域Ｚｐに向かう。とりわけ本実施の形態では、拡散光学系２０で拡散された光が、走査装置３０で光路を調整され、さらに集光光学系４０で集光されて、要素拡散素子５５に入射する。すなわち、図３に示すように、或る瞬間に要素拡散素子５５へ入射する光は、複数の収束光束ｌｆ４の光軸ｄｌｆ４の分散角度θｘ分の入射方向分布を有している。したがって、或る瞬間に要素拡散素子５５から出射する光も、所定の分散角度θｙ分の角度分布を有するようになる。また、図３に示すように、或る瞬間に要素拡散素子５５へ入射する光は、或る程度の面積的な広がりを持ったスポット領域Ｓの全域に入射する。したがって、要素拡散素子５５へ入射した光は、当該要素偏向素子５５で拡散して、一定の要素被照明領域Ｚｐの全域を照明することができる。 In the illustrated example, the light incident on the element deflecting element 55 via the diffusion optical system 20, the scanning device 30, and the condensing optical system 40 is bent in the traveling direction by the element diffusion element 55, so that constant element illumination is performed. Head to the region Zp. In particular, in the present embodiment, the light diffused by the diffusion optical system 20 is adjusted in optical path by the scanning device 30, further condensed by the condensing optical system 40, and enters the element diffusion element 55. That is, as shown in FIG. 3, the light incident on the element diffusion element 55 at a certain moment has an incident direction distribution corresponding to the dispersion angle θ x of the optical axis d lf4 of the plurality of convergent light beams lf4. Therefore, the light emitted from the element diffusing element 55 at a certain moment also has an angular distribution corresponding to the predetermined dispersion angle θ y . Further, as shown in FIG. 3, light incident on the element diffusion element 55 at a certain moment is incident on the entire spot region S having a certain area spread. Therefore, the light incident on the element diffusing element 55 can be diffused by the element deflecting element 55 to illuminate the entire element illuminated area Zp.
要素被照明領域Ｚｐは、被照明領域Ｚの一部分をなしている。一つの要素偏向素子５５に対応する要素被照明領域Ｚｐは、少なくとも部分的に、他の要素偏向素子５５に対応する要素被照明領域Ｚｐと重なっていない。すなわち、複数の要素偏向素子５５に対応した要素被照明領域Ｚｐの集合が、照明装置１０によって照明可能な被照明領域Ｚとなる。 The element illuminated area Zp is a part of the illuminated area Z. The element illuminated area Zp corresponding to one element deflection element 55 does not at least partially overlap the element illuminated area Zp corresponding to another element deflection element 55. That is, a set of element illuminated areas Zp corresponding to the plurality of element deflection elements 55 becomes an illuminated area Z that can be illuminated by the illumination device 10.
図５は、要素拡散素子５５を、当該要素拡散素子５５によって光が向けられるようになる要素被照明領域Ｚｐともに、示す平面図である。図５に示された例では、九つの要素偏向素子５５が、各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの長手方向に沿って一直線上に並べられている。被照明領域Ｚは、格子状に九つの要素被照明領域Ｚｐに平面分割されている。すなわち、図示された例において、一つの要素被照明領域Ｚｐは、他の要素被照明領域Ｚｐと重なっていない。各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの第１の要素偏向素子５５ａは、第１の要素被照明領域Ｚｐ１を照明する。同様に、各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの第２〜第８の要素偏向素子５５ｂ〜５５ｉは、それぞれ、第２〜第９の要素被照明領域Ｚｐ２〜ＺＰ９を照明する。 FIG. 5 is a plan view showing the element diffusing element 55 together with the element illuminated region Zp in which light is directed by the element diffusing element 55. In the example shown in FIG. 5, nine element deflecting elements 55 are arranged in a straight line along the longitudinal direction of each of the light deflecting elements 50a, 50b, 50c. The illuminated area Z is divided into nine element illuminated areas Zp in a grid pattern. That is, in the illustrated example, one element illuminated area Zp does not overlap with another element illuminated area Zp. The first element deflection element 55a of each of the light deflection elements 50a, 50b, 50c illuminates the first element illuminated area Zp1. Similarly, the second to eighth element deflection elements 55b to 55i of the optical deflection elements 50a, 50b, and 50c illuminate the second to ninth element illuminated areas Zp2 to ZP9, respectively.
走査装置３０がレーザ光の進行方向を経時的に変化させることによって、図４に示すように、各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの長手方向に沿って、レーザ光が光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上を走査する。図４に示すように、或る瞬間にレーザ光を照射されている光偏向素子５０上の領域、すなわちスポット領域Ｓは、要素偏向素子５５よりも小さい面積となっている。スポット領域Ｓは、第１〜第９の要素偏向素子５５ａ〜５５ｉを順に走査する。 As the scanning device 30 changes the traveling direction of the laser light with time, the laser light is deflected along the longitudinal direction of each of the light deflection elements 50a, 50b, 50c as shown in FIG. , 50c. As shown in FIG. 4, the area on the optical deflection element 50 that is irradiated with laser light at a certain moment, that is, the spot area S is smaller than the element deflection element 55. The spot area S sequentially scans the first to ninth element deflection elements 55a to 55i.
光偏向素子５０は、例えば回折格子アレイ５２を用いて形成される。図１、図４及び図５に示された例において、各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃにそれぞれ対応して、三つの回折格子アレイ５２ａ，５２ｂ，５２ｃが、設けられている。各回折格子アレイ５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、波長域が異なる複数のレーザ光のそれぞれに対応して設けられている。各回折格子アレイ５２ａ，５２ｂ，５２ｃの全域に入射して偏向された複数波長域のレーザ光を用いることで、互いに同一の被照明領域Ｚの全域を照明することが可能となっている。 The light deflection element 50 is formed using, for example, a diffraction grating array 52. In the example shown in FIGS. 1, 4, and 5, three diffraction grating arrays 52a, 52b, and 52c are provided corresponding to the respective light deflection elements 50a, 50b, and 50c. Each diffraction grating array 52a, 52b, 52c is provided corresponding to each of a plurality of laser beams having different wavelength ranges. By using laser beams of a plurality of wavelength regions that are incident and deflected on the entire areas of the diffraction grating arrays 52a, 52b, and 52c, it is possible to illuminate the entire illuminated area Z.
各回折格子アレイ５２ａ，５２ｂ，５２ｃが、複数の要素偏向素子５５に区分けされている。各要素偏向素子５５は、互いに異なる干渉縞パターンを記録された回折格子５７から構成されている。各回折格子５７に入射したレーザ光は、干渉縞パターンによって回折されて、被照明領域Ｚ上の対応する要素被照明領域Ｚｐを照明する。干渉縞パターンを種々に調整することで、各回折格子５７で回折されるレーザ光の進行方向、言い換えると、各回折格子５７で偏向されるレーザ光の進行方向を、制御することができる。 Each diffraction grating array 52 a, 52 b, 52 c is divided into a plurality of element deflection elements 55. Each element deflection element 55 includes a diffraction grating 57 in which different interference fringe patterns are recorded. The laser light incident on each diffraction grating 57 is diffracted by the interference fringe pattern, and illuminates the corresponding element illuminated area Zp on the illuminated area Z. By adjusting the interference fringe pattern in various ways, the traveling direction of the laser light diffracted by each diffraction grating 57, in other words, the traveling direction of the laser light deflected by each diffraction grating 57 can be controlled.
回折格子５７は、例えば、体積型ホログラムといして作製することができる。より具体的には、回折格子５７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、回折格子５７が作製される。 The diffraction grating 57 can be manufactured as a volume hologram, for example. More specifically, when the hologram photosensitive material that is the base material of the diffraction grating 57 is irradiated with reference light and object light made of coherent light having coherence with each other, interference fringes due to interference of these lights are generated on the hologram photosensitive material. Thus, the diffraction grating 57 is manufactured.
回折格子５７を作製する際に用いた参照光の光路を逆向きに進むよう要素偏向素子５５に向けてレーザ光を照射することで、回折光が、回折格子５７を作製する際に用いた物体光の光路を逆向きに回折格子５７から進み出る。 By irradiating the element deflecting element 55 with a laser beam so that the optical path of the reference light used when the diffraction grating 57 is manufactured is reversed, the diffracted light is an object used when the diffraction grating 57 is manufactured. The light beam advances from the diffraction grating 57 in the opposite direction.
各回折格子５７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回折格子５７は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）とも呼ばれる。また、各回折格子５７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、要素被照明領域Ｚｐの光軸後方側にレンズなどの光学部材を設けて、実際の照明範囲のサイズおよび位置を設定してもよい。 The complex interference fringe pattern formed on each diffraction grating 57 is not formed by using the actual object light and reference light, but the wavelength and incident direction of the planned reproduction illumination light and the image to be reproduced. It is possible to design using a computer based on the shape and position. The diffraction grating 57 obtained in this way is also called a computer generated hologram (CGH). A Fourier transform hologram having the same diffusion angle characteristic at each point on each diffraction grating 57 may be formed by computer synthesis. Further, an optical member such as a lens may be provided on the rear side of the optical axis of the element illuminated region Zp to set the size and position of the actual illumination range.
要素偏向素子５５として回折格子５７を設けることによる利点の一つは、レーザ光の光エネルギー密度を拡散により低下できることであり、また、その他の利点の一つは、回折格子５７が指向性の面光源として利用可能になるため、従来のランプ光源（点光源）と比較して、同じ照度分布を達成するための光源面上の輝度を低下できることである。これにより、レーザ光の安全性向上に寄与でき、要素被照明領域Ｚｐを通過したレーザ光を人間の目で直視しても、単一点光源を直視する場合に比べ、人間の目に悪影響を与えるおそれが少なくなる。 One advantage of providing the diffraction grating 57 as the element deflecting element 55 is that the light energy density of the laser light can be reduced by diffusion. Another advantage is that the diffraction grating 57 has a directivity surface. Since it can be used as a light source, the luminance on the light source surface for achieving the same illuminance distribution can be reduced as compared with a conventional lamp light source (point light source). As a result, the safety of the laser beam can be improved, and even if the laser beam that has passed through the element illuminated region Zp is directly viewed by the human eye, the human eye is adversely affected as compared with the case where the single point light source is directly viewed. The fear is reduced.
次に、以上のような構成からなる照明装置１０の作用について説明する。 Next, the operation of the illumination device 10 having the above configuration will be described.
まず、図１に示すように、発光制御部１２からの制御信号に基づき、各光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが各波長域のレーザ光を発振する。レーザ光源１５から射出したレーザ光は、まず、拡散光学系２０に進む。図２に示された例において、各波長域のレーザ光は、拡散光学系２０のビームエクスパンダ２１及びコリメートレンズ２２によって、平行光束ｌｆ１に整形される。その後、各波長域の平行光束ｌｆ１は、それぞれ、レンズアレイ２３の要素レンズ２４によって、複数の収束光束ｌｆ２に分割される。各波長域のレーザ光について、複数の収束光束ｌｆ２は、同様に整形され、且つ、且つ収束光束ｌｆ２の光軸ｄｌｆ２は互いに平行となる。 First, as shown in FIG. 1, based on a control signal from the light emission control unit 12, each light source unit 17a, 17b, 17c oscillates laser light in each wavelength region. The laser light emitted from the laser light source 15 first proceeds to the diffusion optical system 20. In the example shown in FIG. 2, the laser light in each wavelength region is shaped into a parallel light beam lf <b> 1 by the beam expander 21 and the collimator lens 22 of the diffusion optical system 20. Thereafter, the parallel light beam lf1 in each wavelength region is divided into a plurality of convergent light beams lf2 by the element lens 24 of the lens array 23, respectively. For the laser light in each wavelength region, the plurality of convergent light beams lf2 are similarly shaped, and the optical axes d lf2 of the convergent light beams lf2 are parallel to each other.
拡散光学系２０で整形されたレーザ光、すなわち、複数の収束光束ｌｆ２は、走査装置３０をなすポリゴンミラー３１に向かう。ポリゴンミラー３１は、回転軸線ｒａを中心として連続的に回転している。したがって、ポリゴンミラー３１の反射面は、所定の角度域内で周期的に傾斜角度を変化させている。この結果、ポリゴンミラー３１による、レーザ光の反射方向は、周期的に変化する。 The laser light shaped by the diffusing optical system 20, that is, the plurality of convergent light beams lf <b> 2 are directed to the polygon mirror 31 constituting the scanning device 30. The polygon mirror 31 is continuously rotated about the rotation axis ra. Therefore, the reflection surface of the polygon mirror 31 is periodically changed in inclination angle within a predetermined angle range. As a result, the reflection direction of the laser light by the polygon mirror 31 changes periodically.
なお、図２に示すように、ポリゴンミラー３１は、複数の収束光束ｌｆ２が収束する位置、又は、その近傍の位置において、複数の収束光束ｌｆ２を反射する。したがって、複数の収束光束ｌｆ２は、ポリゴンミラー３１で反射されることで、ポリゴンミラー３１の反射位置またはその近傍を発散点とする複数の発散光束ｌｆ３に変換される。また、ポリゴンミラー３１の六つの反射面の各々は、拡散光学系２０で整形された複数の収束光束ｌｆ２のすべてを反射するのに十分な広さを有している。したがって、図３に示すように、ポリゴンミラー３１で反射されたレーザ光からなる複数の発散光束ｌｆ３は、その光軸ｄｌｆ３を平行に維持している。なお、ポリゴンミラー３１は、複数の光束ｌｆ３を収束した状態で反射するため、ポリゴンミラー３１が大型化してしまうことを効果的に回避することもできる。 As shown in FIG. 2, the polygon mirror 31 reflects the plurality of convergent beams lf2 at a position where the plurality of convergent beams lf2 converge or at a position in the vicinity thereof. Accordingly, the plurality of convergent light beams lf2 are reflected by the polygon mirror 31 and converted into a plurality of divergent light beams lf3 having a reflection position of the polygon mirror 31 or the vicinity thereof as a divergence point. In addition, each of the six reflecting surfaces of the polygon mirror 31 is wide enough to reflect all of the plurality of convergent light beams lf2 shaped by the diffusing optical system 20. Therefore, as shown in FIG. 3, a plurality of divergent light beams lf3 made of laser light reflected by the polygon mirror 31 maintain their optical axes d lf3 in parallel. In addition, since the polygon mirror 31 reflects the plurality of light beams lf3 in a converged state, the polygon mirror 31 can be effectively prevented from being enlarged.
また、ポリゴンミラー３１は、その回転軸線ｒａに沿って、第１反射部３１ａ、第２反射部３１ｂ及び第３反射部３１ｃを有している。そして、これらの反射部３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、同期して動作することから、第１光源部１７ａからのレーザ光、第２光源部１７ｂからのレーザ光、及び、第３光源部１７ｃからのレーザ光は、同期して、進行方向を変化させる。 Further, the polygon mirror 31 includes a first reflecting portion 31a, a second reflecting portion 31b, and a third reflecting portion 31c along the rotation axis ra. And since these reflection parts 31a, 31b, and 31c operate | move synchronously, the laser beam from the 1st light source part 17a, the laser beam from the 2nd light source part 17b, and the 3rd light source part 17c The laser light changes the traveling direction in synchronization.
図３に示すように、走査装置３０で光路を調整された複数の発散光束ｌｆ３は、集光光学系４０へ入射する。複数の発散光束ｌｆ３の光軸ｄｌｆ３は、互いに平行に維持され、且つ、集光光学系４０をなす集光レンズ４１の焦点Ｐｆ上に、光偏向素子５０が配置されている。このため、集光レンズ４１で光路を調整された複数の光束ｌｆ４は、集光レンズ４１で集光され、その光軸ｄｌｆ４を光偏向素子５０上で交差させるようになる。とりわけ、図示された例では、集光レンズ４１の後側の焦点位置またはその近傍に、ポリゴンミラー３１の反射位置が位置している。したがって、ポリゴンミラー３１から集光レンズ４１に向かう複数の光束ｌｆ３は、集光レンズ４１でのレンズ効果によって、平行光束ｌｆ４に変換される。そして、複数の平行光束ｌｆ４は、光偏向素子５０上で互いに重ねられる。 As shown in FIG. 3, the plurality of divergent light beams lf <b> 3 whose optical paths are adjusted by the scanning device 30 are incident on the condensing optical system 40. The optical axes d lf3 of the plurality of divergent light beams lf3 are maintained parallel to each other, and the light deflection element 50 is disposed on the focal point Pf of the condenser lens 41 that forms the condenser optical system 40. For this reason, the plurality of light beams lf4 whose optical paths are adjusted by the condensing lens 41 are condensed by the condensing lens 41, and the optical axes d lf4 are crossed on the light deflection element 50. In particular, in the illustrated example, the reflection position of the polygon mirror 31 is located at or near the focal position on the rear side of the condenser lens 41. Accordingly, the plurality of light beams lf3 from the polygon mirror 31 toward the condensing lens 41 are converted into parallel light beams lf4 by the lens effect of the condensing lens 41. The plurality of parallel light beams lf4 are superimposed on each other on the light deflection element 50.
複数の平行光束ｌｆ４が光偏向素子５０上で互いに重ね合わせられる領域、すなわちスポット領域Ｓは、走査装置３０の動作にともなって、細長状の光偏向素子５０の長手方向に沿って光偏向素子５０上を走査する。この結果、図４に示すように、複数の要素偏向素子５５にレーザ光を順に照明していくことになる。各要素偏向素子５５に照射されたレーザ光は、当該要素偏向素子５５で偏向され、当該要素偏向素子５５に対応した要素被照明領域Ｚｐの全域を照明する。 A region where the plurality of parallel light beams lf4 are superposed on each other on the light deflection element 50, that is, the spot region S is the light deflection element 50 along the longitudinal direction of the elongated light deflection element 50 in accordance with the operation of the scanning device 30. Scan up. As a result, as shown in FIG. 4, the plurality of element deflection elements 55 are sequentially illuminated with laser light. The laser light applied to each element deflection element 55 is deflected by the element deflection element 55 and illuminates the entire area to be illuminated Zp corresponding to the element deflection element 55.
発光制御部１２は、光偏向素子５０上におけるレーザ光の照射位置に応じて、光源部１７からのレーザ光の射出を制御する。したがって、被照明領域Ｚの内の所望の要素被照明領域Ｚｐのみを選択して照明することができる。また、発光制御部１２は、複数の光源部１７ａ，１７ｂ，１７ｃについて、独立して発光を制御することができる。したがって、特定の要素被照明領域Ｚｐを、第１光源部１７ａ、第２光源部１７ｂ及び第３光源部１７ｃのうちから選択された一以上で発光された光で照明することも可能となる。すなわち、被照明領域Ｚに含まれる第１〜第９の要素被照明領域Ｚｐ１〜Ｚｐ９の各々を、他の要素被照明領域から独立して、照明の有無、明るさの程度および照明光の色を調整することができる。 The light emission control unit 12 controls the emission of the laser light from the light source unit 17 according to the irradiation position of the laser light on the light deflection element 50. Therefore, it is possible to select and illuminate only the desired element illuminated area Zp in the illuminated area Z. Moreover, the light emission control part 12 can control light emission independently about several light source part 17a, 17b, 17c. Therefore, it is possible to illuminate a specific element illuminated area Zp with light emitted by one or more selected from the first light source unit 17a, the second light source unit 17b, and the third light source unit 17c. That is, each of the first to ninth element illuminated areas Zp1 to Zp9 included in the illuminated area Z is independently illuminated from the other element illuminated areas, the presence or absence of illumination, the degree of brightness, and the color of the illumination light Can be adjusted.
ところで、走査装置３０の制御を単純化するため、走査装置３０は、レーザ光が光偏向素子５０上の全域を周期的に走査し得るように動作することが好ましい。図４に示された例においては、各光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの長手方向に沿って当該光偏向素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃの全長に亘りレーザ光が走査するよう、走査装置３０が動作することが好ましい。そして、特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明したい場合には、走査装置３０の動作に応じて、言い換えると、レーザ光が照射されるべき光偏向素子５０上の位置に応じて、発光制御部１２が、レーザ光源１５によるレーザ光の発停を制御すればよい。 By the way, in order to simplify the control of the scanning device 30, the scanning device 30 preferably operates so that the laser beam can periodically scan the entire area on the optical deflection element 50. In the example shown in FIG. 4, the scanning device 30 operates so that the laser beam scans along the longitudinal direction of each of the light deflection elements 50a, 50b, 50c over the entire length of the light deflection elements 50a, 50b, 50c. It is preferable to do. When it is desired to illuminate only a specific element illuminated region Zp, the light emission control unit is operated according to the operation of the scanning device 30, in other words, according to the position on the light deflection element 50 to be irradiated with the laser light. 12 may control the on / off of the laser beam by the laser light source 15.
その一方で、レーザ光源等の光源から射出した光は、通常、そのスポット領域内において照度の不均一性をともなっている。一般的には、図７に示すように、スポット領域Ｓｐの中心において最も明るく、スポット領域Ｓｐの周縁に向けてしだいに暗くなっていく。典型的には、スポット領域Ｓｐの中心から周縁に向けて、照度分布はガウシアン分布となる。すなわち、スポット領域Ｓｐは、照度が低い広い裾野部分を有している。したがって、図７に示すように、このスポット領域Ｓｐの全体が、特定の要素被照明領域Ｚｐに対応した一つの要素偏向素子５５の内側に位置するようになる有効走査区間ｓｃｐ１は、比較的に短くなる。その一方で、図７に示すように、このスポット領域Ｓｐの一部分のみが、当該一つの要素偏向素子５５内に位置するようになる非有効走査区間ｓｃｐ２、図７に示された例では、スポット領域Ｓｐが、走査方向ｓｄに隣り合う二つの要素偏向素子５５に跨がって位置するようになる非有効走査区間ｓｃｐ２は、比較的に長くなってしまう。図７に示された例において、有効走査区間ｓｃｐ１が、非有効走査区間ｓｃｐ２よりも大幅に短くなっている。 On the other hand, light emitted from a light source such as a laser light source usually has non-uniform illuminance in the spot area. In general, as shown in FIG. 7, it is brightest at the center of the spot region Sp, and gradually becomes darker toward the periphery of the spot region Sp. Typically, the illuminance distribution is a Gaussian distribution from the center of the spot region Sp toward the periphery. That is, the spot region Sp has a wide base portion with low illuminance. Therefore, as shown in FIG. 7, the effective scanning section scp1 in which the entire spot area Sp is located inside one element deflection element 55 corresponding to the specific element illuminated area Zp is relatively large. Shorter. On the other hand, as shown in FIG. 7, only a part of the spot region Sp is positioned in the one element deflection element 55, the non-effective scanning section scp2, in the example shown in FIG. The ineffective scanning section scp2 in which the region Sp is located across the two element deflection elements 55 adjacent in the scanning direction sd is relatively long. In the example shown in FIG. 7, the effective scanning section scp1 is significantly shorter than the non-effective scanning section scp2.
図７に示された例において、特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明する場合には、発光制御部１２は、スポット領域Ｓｐの中心が有効走査区間ｓｃｐ１内に位置するようになる状態でレーザ光を発光し、スポット領域Ｓｐの中心が非有効走査区間ｓｃｐ２内に位置するようになる状態でレーザ光の発光を停止することになる。したがって、走査装置３０が一定速度で動作する場合、図７に示された例では、レーザ光の発光を停止している時間が極めて長くなる。このことは、レーザ光源１５を効率的に利用していることにならない。さらに、短期間の発光で要素被照明領域Ｚｐを十分に明るく照明するには、高出力のレーザ光源を用意する必要が生じる。 In the example shown in FIG. 7, when only the specific element illuminated region Zp is illuminated, the light emission control unit 12 performs the laser in a state where the center of the spot region Sp is positioned within the effective scanning section scp1. Light is emitted, and the emission of the laser light is stopped in a state where the center of the spot region Sp is positioned within the ineffective scanning section scp2. Therefore, when the scanning device 30 operates at a constant speed, in the example shown in FIG. 7, the time during which the laser light emission is stopped becomes extremely long. This does not mean that the laser light source 15 is used efficiently. Furthermore, in order to illuminate the element illuminated area Zp sufficiently brightly with short-time light emission, it is necessary to prepare a high-power laser light source.
この点、本実施の形態における照明装置１０では、拡散光学系２０及び走査装置３０が設けられている。拡散光学系２０は、レーザ光源１５から射出した光源光を拡散する。集光光学系４０は、拡散光学系２０から光偏向素子５０までの光の光路に設けられ、光偏向素子５０上でのスポット領域Ｓが要素偏向素子５５よりも小さくなるように、光源光を集光する。この拡散光学系２０及び走査装置３０により、光偏向素子５０上でのスポット領域Ｓの形状及び大きさを整えることができるだけでなく、スポット領域Ｓの照度分布を均一化することも可能となる。 In this regard, in the illumination device 10 according to the present embodiment, the diffusion optical system 20 and the scanning device 30 are provided. The diffusion optical system 20 diffuses the light source light emitted from the laser light source 15. The condensing optical system 40 is provided in the optical path of light from the diffusing optical system 20 to the light deflection element 50, and emits light from the light source so that the spot area S on the light deflection element 50 is smaller than the element deflection element 55. Condensate. The diffusion optical system 20 and the scanning device 30 can not only adjust the shape and size of the spot area S on the light deflection element 50 but also make the illuminance distribution of the spot area S uniform.
したがって、図６に示すように、このスポット領域Ｓの全体が、特定の要素被照明領域Ｚｐに対応した一つの要素偏向素子５５内のみに位置するようになる有効走査区間ｓｃ１を、比較的長くすることができる。その一方で、図６に示すように、このスポット領域Ｓの一部分のみが、当該一つの要素偏向素子５５内に位置するようになる非有効走査区間ｓｃ２、図示された例では、スポット領域Ｓｐが、走査方向ｓｄに隣り合う二つの要素偏向素子５５に跨がって位置するようになる非有効走査区間ｓｃ２を、比較的短くすることができる。図６に示された例において、有効走査区間ｓｃ１が、非有効走査区間ｓｃ２よりも大幅に長くなっている。したがって、特定の要素被照明領域Ｚｐのみを照明する場合においても、レーザ光が発光している時間を長くすることができる。この点から、高出力のレーザ光源１５を用いることなく、レーザ光源１５の効率的な利用を図ることで要素偏向素子５５を十分に明るく照明することが可能となる。したがって、レーザ光源１５の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域Ｚを十分に明るい光量で照明することができる。 Therefore, as shown in FIG. 6, the effective scanning section sc1 in which the entire spot area S is located only within one element deflection element 55 corresponding to a specific element illuminated area Zp is relatively long. can do. On the other hand, as shown in FIG. 6, the ineffective scanning section sc2 in which only a part of the spot area S is located in the one element deflection element 55, in the illustrated example, the spot area Sp is The ineffective scanning section sc2 that is located across the two element deflection elements 55 adjacent in the scanning direction sd can be made relatively short. In the example shown in FIG. 6, the effective scanning period sc1 is significantly longer than the non-effective scanning period sc2. Therefore, even when only the specific element illuminated region Zp is illuminated, the time during which the laser light is emitted can be lengthened. From this point, the element deflection element 55 can be illuminated sufficiently brightly by using the laser light source 15 efficiently without using the high-power laser light source 15. Therefore, the performance of the laser light source 15 can be fully utilized to illuminate the illuminated area Z with a sufficiently bright light amount with a desired light distribution pattern.
とりわけ、図４及び図６に示された例において、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向に沿ったスポット領域Ｓの寸法ｗｓｘは、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに直交する方向に沿った寸法ｗｓｙよりも大幅に小さい、とりわけ寸法ｗｓｙの半分よりも小さくなっている。そして、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに平行な方向において、スポット領域Ｓの寸法ｗｓｘは、要素偏向素子５５の寸法ｗｐｘよりも大幅に小さく、とりわけ寸法ｗｐｘの半分よりも小さくなっている。したがって、このスポット領域Ｓの一部分のみが、当該一つの要素偏向素子５５内に位置している非有効走査区間ｓｃ２を非常に短くすることができる。このため図４及び図６に示された例によれば、レーザ光源１５がレーザ光の発光を停止している時間を大幅に短くすることができる。すなわち、レーザ光源１５をより効率的に活用することができる。 In particular, in the example shown in FIGS. 4 and 6, the dimension wsx of the spot region S along the direction parallel to the scanning direction sd of the spot region S is along the direction orthogonal to the scanning direction sd of the spot region S. It is much smaller than the dimension wsy, especially smaller than half of the dimension wsy. In the direction parallel to the scanning direction sd of the spot area S, the dimension wsx of the spot area S is significantly smaller than the dimension wpx of the element deflection element 55, and particularly smaller than half of the dimension wpx. Accordingly, the ineffective scanning section sc2 in which only a part of the spot region S is located in the one element deflection element 55 can be made very short. For this reason, according to the example shown in FIGS. 4 and 6, the time during which the laser light source 15 stops emitting the laser light can be significantly shortened. That is, the laser light source 15 can be used more efficiently.
また、図６に示すように、スポット領域Ｓの走査方向ｓｄに直交する方向において、スポット領域Ｓの寸法ｗｓｙは、要素偏向素子５５の寸法ｗｐｙとほぼ同一または若干小さくなっている。したがって、走査装置３０の動作にともなって、光偏向素子５０の大部分に光源光を照射することができる。すなわち、光偏向素子５０の全面を有効に利用して、照明装置１０の大型化を抑制することもできる。 Further, as shown in FIG. 6, in the direction orthogonal to the scanning direction sd of the spot area S, the dimension wsy of the spot area S is substantially the same as or slightly smaller than the dimension wpy of the element deflection element 55. Therefore, with the operation of the scanning device 30, most of the light deflection element 50 can be irradiated with the light source light. That is, it is possible to effectively use the entire surface of the light deflection element 50 to suppress an increase in the size of the illumination device 10.
以上に説明したように、本実施の形態において、照明装置１０は、光源で発光された光源光を拡散する拡散する拡散光学系２０と、拡散光学系２０から光偏向素子５０までの光源光の光路に設けられた集光光学系４０と、を有している。集光光学系４０は、光偏向素子５０上でのスポット領域Ｓが要素偏向素子５５よりも小さくなるように、光源光を集光する。各要素偏向素子５５は、入射した光源光の光路を調整して、当該要素偏向素子５５に対応した要素被照明領域Ｚｐを照明する。そして、本実施の形態によれば、拡散光学系２０及び集光光学系４０により、スポット領域Ｓの形状およびスポット領域Ｓの照度分布を調整することができる。この結果、光源１５の性能を十分に活用して、所望の配光パターンで被照明領域Ｚを十分に明るい光量で照明することができる。 As described above, in the present embodiment, the illumination device 10 includes the diffusion optical system 20 that diffuses the light source light emitted from the light source, and the light source light from the diffusion optical system 20 to the light deflection element 50. And a condensing optical system 40 provided in the optical path. The condensing optical system 40 condenses the light source light so that the spot region S on the light deflection element 50 is smaller than the element deflection element 55. Each element deflection element 55 adjusts the optical path of the incident light source light to illuminate the element illuminated area Zp corresponding to the element deflection element 55. And according to this Embodiment, the shape of the spot area | region S and the illumination intensity distribution of the spot area | region S can be adjusted with the diffusion optical system 20 and the condensing optical system 40. FIG. As a result, the performance of the light source 15 can be fully utilized to illuminate the illuminated area Z with a sufficiently bright light amount with a desired light distribution pattern.
また、本実施の形態において、拡散光学系２０は、光源１５から射出した光源光を複数の光束ｌｆ２に分割する。そして、集光光学系４０は、複数の光束ｌｆ３が光偏向素子５０上で少なくとも部分的に重なるよう、複数の光束ｌｆ３の光路を調整する。したがって、光源１５からの射出時における光源光の照度分布が不均一であったとしても、当該照度分布を分割して重ね合わせることで、照度分布を効果的に均一化することができる。とりわけ、光源１５からの射出時における光源光の照度分布が、典型的なガウシアン分布となっている場合には、当該照度分布を平面分割して重ね合わせることで、極めて効果的に照度分布を均一化することができる。これにより、所望の配光パターンで被照明領域Ｚをより明るく照明することができる。 In the present embodiment, the diffusion optical system 20 divides the light source light emitted from the light source 15 into a plurality of light beams lf2. The condensing optical system 40 adjusts the optical paths of the plurality of light beams lf3 so that the plurality of light beams lf3 overlap at least partially on the light deflection element 50. Therefore, even if the illuminance distribution of the light source light at the time of emission from the light source 15 is nonuniform, the illuminance distribution can be effectively uniformed by dividing and superimposing the illuminance distribution. In particular, when the illuminance distribution of the light source light at the time of emission from the light source 15 is a typical Gaussian distribution, the illuminance distribution is extremely effectively uniformed by dividing the illuminance distribution into planes and superimposing them. Can be Thereby, the to-be-illuminated area Z can be illuminated more brightly with a desired light distribution pattern.
さらに、本実施の形態において、集光光学系４０は、その焦点位置Ｐｆに光偏向素子５０が配置されているレンズ４１である。このような集光光学系４０によれば、単純な構成を採用しながら、集光光学系４０に任意の瞬間に入射する光を、集光光学系４０上のスポット領域Ｓに高効率で集光し、スポット領域Ｓの照度分布を効果的に均一化することができる。 Further, in the present embodiment, the condensing optical system 40 is a lens 41 in which the light deflection element 50 is disposed at the focal position Pf. According to such a condensing optical system 40, while adopting a simple configuration, light incident on the condensing optical system 40 at an arbitrary moment can be collected in the spot region S on the condensing optical system 40 with high efficiency. It is possible to effectively uniformize the illuminance distribution of the spot area S.
さらに、本実施の形態において、拡散光学系２０は、コリメートレンズ２２と、コリメートレンズ２２から集光光学系４０までの光路中に設けられたレンズアレイ２３と、を有している。このような拡散光学系２０によれば、集光光学系４０に入射する複数の光束ｌｆ３の光軸ｄｌｆ３を平行にすることができる。この場合、集光レンズ４１を用いた集光光学系４０によって、拡散光学系２０によって整形された複数の光束の光軸ｄｌｆ４を光偏向素子５０上で交差させることが可能となり、スポット領域Ｓの照度分布をより効果的に均一化することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the diffusing optical system 20 includes a collimating lens 22 and a lens array 23 provided in the optical path from the collimating lens 22 to the condensing optical system 40. According to such a diffusing optical system 20, the optical axes d lf3 of the plurality of light beams If3 incident on the condensing optical system 40 can be made parallel. In this case, the condensing optical system 40 using the condensing lens 41 makes it possible to cross the optical axes d lf4 of the plurality of light beams shaped by the diffusing optical system 20 on the light deflecting element 50, so that the spot region S The illuminance distribution can be made uniform more effectively.
また、ビームエクスパンダ２１及びコリメートレンズ２２によって平行光束ｌｆ１の幅ｗｌｆ１（図２参照）を調整することで、集光レンズ４１へ入射する複数の収束光束ｌｆ４の光軸ｄｌｆ４の分散角度θｘ（図４参照）を制御することできる。したがって、要素拡散素子５５から進み出る照明光を整形して照明光の分散角度θｙを調整することができ、さらに、当該照明光によって照明されるべきスポット領域Ｓの大きさや当該スポット領域Ｓ内での明るさ分布を調整することが可能となる。 Further, by adjusting the width w lf1 (see FIG. 2) of the parallel light beam lf1 by the beam expander 21 and the collimating lens 22, the dispersion angle θ of the optical axis d lf4 of the plurality of convergent light beams lf4 incident on the condenser lens 41 is adjusted. x (see FIG. 4) can be controlled. Therefore, it is possible to shape the illumination light that proceeds from the element diffusing element 55 to adjust the dispersion angle θ y of the illumination light, and to further adjust the size of the spot area S to be illuminated by the illumination light and within the spot area S It is possible to adjust the brightness distribution.
さらに、本実施の形態において、レンズアレイ２３は、複数の要素レンズ２４を含んでいる。そして、複数の要素レンズ２４から出射した光束ｌｆ２は、互いに同一の配光とすることができる。この場合、集光レンズ４１を用いた集光光学系４０によって、拡散光学系２０によって整形された複数の光束を光偏向素子５０上で高精度に互いに重ね合わせることが可能となる。したがって、スポット領域Ｓの形状をより高精度に調整することができ、且つ、スポット領域Ｓの照度分布をより効果的に均一化することができる。 Further, in the present embodiment, the lens array 23 includes a plurality of element lenses 24. The light beams lf2 emitted from the plurality of element lenses 24 can have the same light distribution. In this case, the condensing optical system 40 using the condensing lens 41 makes it possible to superimpose a plurality of light beams shaped by the diffusing optical system 20 on the light deflection element 50 with high accuracy. Therefore, the shape of the spot area S can be adjusted with higher accuracy, and the illuminance distribution of the spot area S can be more effectively uniformized.
また、集光光学系４０及び走査装置３０の配置や、要素レンズ２４の設計によって要素レンズ２４で整形された収束光束ｌｆ２の収束角度θｌｆ２を調整することにより、スポット領域Ｓの幅ｗｓｘ（図４参照）を制御することができる。とりわけ、要素レンズ２４で整形された収束光束ｌｆ２の収束角度θｌｆ２を調整によれば、照明装置１０の大型化を効果的に回避しながら、スポット領域Ｓの幅ｗｓｘを調整することが可能となる。したがって、要素拡散素子５５から進み出る照明光を整形し、当該照明光によって照明されるべきスポット領域Ｓの大きさや当該スポット領域Ｓ内での明るさ分布を調整することが可能となる。 Further, by adjusting the convergence angle θ lf2 of the convergent light beam lf2 shaped by the element lens 24 according to the arrangement of the condensing optical system 40 and the scanning device 30 and the design of the element lens 24, the width wsx (see FIG. 4) can be controlled. Especially, according to the convergence angle theta LF2 convergent light flux LF2 shaped by the element lenses 24 to adjust, while effectively avoiding an increase in size of the lighting apparatus 10, it is possible to adjust the width wsx spot area S Become. Therefore, it is possible to shape the illumination light that proceeds from the element diffusion element 55 and adjust the size of the spot area S to be illuminated by the illumination light and the brightness distribution in the spot area S.
なお、上述した一実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。 Various modifications can be made to the above-described embodiment. Hereinafter, an example of modification will be described. In the drawings used in the following description, for parts that can be configured in the same manner as the above-described embodiment, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above-described embodiment are used, and redundant description is omitted. To do.
上述した一実施の形態において、拡散光学系２０が、ビームエクスパンダ２１、コリメートレンズ２２及びレンズアレイ２３を有する例を示したが、この例に限られない。拡散光学系２０が、均一強度分布を形成するビームホモジナイザ２５によって構成されていてもよい。ビームホモジナイザ２５としては、回折光学素子（ＤＯＥ：diffractive Optical elements）を用いた部材や、非球面レンズ又は自由曲面レンズを用いた部材を採用することができる。 In the above-described embodiment, the diffusion optical system 20 includes the beam expander 21, the collimating lens 22, and the lens array 23. However, the present invention is not limited to this example. The diffusion optical system 20 may be configured by a beam homogenizer 25 that forms a uniform intensity distribution. As the beam homogenizer 25, a member using a diffractive optical element (DOE), a member using an aspherical lens, or a free-form surface lens can be adopted.
また、上述した一実施の形態において、光偏向素子５０が、回折格子アレイ５２によって構成されている例を示したが、この例に限られない。例えば、各要素偏向素子５５をそれぞれ一つのプリズムとするプリズムアレイを用いて光偏向素子５０を構成してもよい。この場合、要素偏向素子５５ごとにプリズムが設けられ、各プリズムが被照明領域Ｚ内の要素被照明領域Ｚｐを照明するように各プリズムの形状が設計される。そして、各要素被照明領域Ｚｐの位置は、少なくとも一部が相違している。 In the above-described embodiment, the example in which the light deflection element 50 is configured by the diffraction grating array 52 has been described. However, the present invention is not limited to this example. For example, the light deflection element 50 may be configured using a prism array in which each element deflection element 55 is a single prism. In this case, a prism is provided for each element deflection element 55, and the shape of each prism is designed so that each prism illuminates the element illuminated area Zp in the illuminated area Z. And the position of each element illuminated area Zp is at least partially different.
さらに、上述した一実施の形態において、要素拡散素子５５が、或る方向から入射した光の進行方向を一定の方向に向ける光路調整機能を有する例を示したが、この例に限られず、要素拡散素子５５が、拡散性を有するようにしてもよい。例えば、要素拡散素子５５が、或る方向から入射した光の進行方向を、一定の方向を中心とした角度分布を有する範囲に向けるようにしてもよい。この例において、要素拡散素子５５からの出射光が、一定の方向に最高輝度を呈し、当該一定の方向に対して傾斜した出射方向への輝度は、一定の方向に対する傾斜角度が大きくなるにつれて、低くなるようにしてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the element diffusing element 55 has an optical path adjustment function that directs the traveling direction of light incident from a certain direction in a certain direction has been described. The diffusion element 55 may have diffusibility. For example, the element diffusion element 55 may direct the traveling direction of light incident from a certain direction to a range having an angular distribution centered on a certain direction. In this example, the emitted light from the element diffusing element 55 exhibits the highest luminance in a certain direction, and the luminance in the emitting direction inclined with respect to the certain direction increases as the inclination angle with respect to the certain direction increases. It may be lowered.
さらに、上述した一実施の形態では、ポリゴンミラー３１が、要素レンズ２４の焦点距離だけ要素レンズ２４の光軸ｄ２４に沿って要素レンズ２４から離間した位置において、レーザ光を反射する例を示したが、この例に限られない。また、上述した実施の形態において、ポリゴンミラー３１が、集光レンズ４１の焦点距離だけ集光レンズ４１の光軸ｄ４０に沿って集光レンズ４１から離間した位置において、レーザ光を反射する例を示したが、この例に限られない。例えば、集光レンズ４１が、要素レンズ２４から走査装置３０に向かう光路中に配置されていてもよい。また、複数の要素レンズ２４を含むレンズアレイ２３が、走査装置３０から集光光学系４０に向かう光路中に配置されていてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, an example is shown in which the polygon mirror 31 reflects laser light at a position separated from the element lens 24 along the optical axis d 24 of the element lens 24 by the focal length of the element lens 24. However, it is not limited to this example. Further, in the embodiment described above, the polygon mirror 31, reflected at a position spaced from the condenser lens 41 along the optical axis d 40 of the focal distance condenser lens 41 of the condenser lens 41, the laser beam examples However, the present invention is not limited to this example. For example, the condenser lens 41 may be disposed in the optical path from the element lens 24 toward the scanning device 30. Further, a lens array 23 including a plurality of element lenses 24 may be disposed in an optical path from the scanning device 30 toward the condensing optical system 40.
さらに、上述した一実施の形態において、集光光学系４０が、凸レンズによって構成されている例を示したこれに限られない。例えば、集光光学系４０が、凹面鏡によって構成されていてもよい。 Furthermore, in one embodiment mentioned above, it is not restricted to this which showed the example in which the condensing optical system 40 was comprised by the convex lens. For example, the condensing optical system 40 may be configured by a concave mirror.
さらに、上述した一実施の形態では、光源としてのレーザ光源１５が、複数の波長域のレーザ光を発光する例を示したが、この例に限られない。光源は、単一の波長域の光を発光する光源として構成されていてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the laser light source 15 as the light source emits laser light in a plurality of wavelength ranges has been described, but the present invention is not limited to this example. The light source may be configured as a light source that emits light in a single wavelength region.
さらに、上述した照明装置１０は、乗物に搭載されてもよいし、或いは、特定の場所に設置されるようにしてもよい。また、乗物に搭載する場合、乗物は、自動車等の車両、航空機等の飛行体、列車、船舶、潜水物などの各種の移動体にも適用することができる。 Furthermore, the above-described lighting device 10 may be mounted on a vehicle, or may be installed at a specific place. In addition, when mounted on a vehicle, the vehicle can be applied to various moving bodies such as vehicles such as automobiles, flying bodies such as airplanes, trains, ships, and divers.
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。 In addition, although the some modification with respect to embodiment mentioned above was demonstrated above, naturally, it is also possible to apply combining several modifications suitably.
Ｚ 被照明領域
Ｚｐ 要素被照明領域
Ｓ スポット領域
ｒａ 回転軸線
Ｐｆ 焦点
ｓｄ 走査方向
１０ 照明装置
１２ 発光制御部
１５ レーザ光源
１７ 光源部
１７ａ 第１光源部
１７ｂ 第２光源部
１７ｃ 第３光源部
２０ 拡散光学系
２１ ビームエクスパンダ
２２ コリメートレンズ
２３ レンズアレイ
２４ 要素レンズ
２５ ビームホモジナイザ
３０ 走査装置
３１ ポリゴンミラー
３１ａ 第１反射部
３１ｂ 第２反射部
３１ｃ 第３反射部
４０ 集光光学系
４１ 集光レンズ
５０ 光偏向素子
５０ａ 第１光偏向素子
５０ｂ 第２光偏向素子
５０ｃ 第３光偏向素子
５２ ホログラム記録媒体
５２ａ 第１ホログラム記録媒体
５２ｂ 第２ホログラム記録媒体
５２ｃ 第３ホログラム記録媒体
５３ レンズアレイ群
５５ 要素偏向素子
５７ 要素ホログラム
５８ レンズアレイ
Z Illuminated area Zp Element illuminated area S Spot area ra Rotation axis Pf Focus sd Scanning direction 10 Illumination device 12 Light emission control unit 15 Laser light source 17 Light source unit 17a First light source unit 17b Second light source unit 17c Third light source unit 20 Diffusion Optical system 21 Beam expander 22 Collimating lens 23 Lens array 24 Element lens 25 Beam homogenizer 30 Scanning device 31 Polygon mirror 31a First reflecting portion 31b Second reflecting portion 31c Third reflecting portion 40 Condensing optical system 41 Condensing lens 50 Light Deflection element 50a First light deflection element 50b Second light deflection element 50c Third light deflection element 52 Hologram recording medium 52a First hologram recording medium 52b Second hologram recording medium 52c Third hologram recording medium 53 Lens array group 55 Element deflection element 57 element hologram 58 lens array
Claims (12)
光源と、
前記光源で発光された光源光を拡散する拡散光学系と、
前記光源光の進行方向を調整して、当該光源光を前記光偏向素子上で走査させる走査装置と、
前記拡散光学系から前記光偏向素子までの前記光源光の光路に設けられた集光光学系と、を備え、
前記集光光学系は、前記光偏向素子上でのスポット領域が前記要素偏向素子よりも小さくなるように、前記光源光を集光し、
前記スポット領域の走査方向に平行な方向に沿った寸法（ｗｓｘ）は、前記スポット領域の前記走査方向に直交する方向に沿った寸法（ｗｓｙ）よりも小さく、
各要素偏向素子は、入射した光源光の進行方向を調整して、当該要素偏向素子に対応した要素被照明領域を照明する、照明装置。 An optical deflection element having a plurality of element deflection elements for adjusting the traveling direction of incident light;
A light source;
A diffusion optical system for diffusing the light source light emitted from the light source;
A scanning device that adjusts the traveling direction of the light source light and scans the light source light on the light deflection element;
A condensing optical system provided in an optical path of the light source light from the diffusion optical system to the light deflection element,
The condensing optical system condenses the light source light so that a spot area on the light deflection element is smaller than the element deflection element,
The dimension (wsx) along the direction parallel to the scanning direction of the spot area is smaller than the dimension (wsy) along the direction perpendicular to the scanning direction of the spot area,
Each element deflection element adjusts the traveling direction of the incident light source light, and illuminates the element illumination area corresponding to the element deflection element.
前記集光光学系は、前記複数の光束が前記光偏向素子上で少なくとも部分的に重なるよう、前記複数の光束の光路を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。 The diffusion optical system divides the light source light into a plurality of light beams,
4. The illumination device according to claim 1, wherein the condensing optical system adjusts optical paths of the plurality of light beams such that the plurality of light beams overlap at least partially on the light deflection element. 5. .
前記複数の要素レンズから出射した光束は、互いに同一の配光となる、請求項６に記載の照明装置。 The lens array includes a plurality of element lenses;
The illumination device according to claim 6 , wherein light beams emitted from the plurality of element lenses have the same light distribution.
各要素偏向素子は、回折格子である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。 The light deflection element is a diffraction grating array;
Each element deflecting element is a diffraction grating, the illumination device according to any one of claims 1 to 10.
各要素偏向素子は、プリズムである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。 The light deflection element is a prism array;
Each element deflecting element is a prism, the illuminating device according to any one of claims 1 to 10.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015124997A JP6146681B2 (en) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Lighting device |
| PCT/JP2016/068527 WO2016208628A1 (en) | 2015-06-22 | 2016-06-22 | Illumination apparatus |
| US15/735,780 US10627053B2 (en) | 2015-06-22 | 2016-06-22 | Illumination device including coherent light source to illuminate an illumination area |
| EP16814398.0A EP3312499B1 (en) | 2015-06-22 | 2016-06-22 | Illumination device |
| US16/809,974 US11112080B2 (en) | 2015-06-22 | 2020-03-05 | Illumination device including coherent light source to illuminate an illumination area |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015124997A JP6146681B2 (en) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Lighting device |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017010775A JP2017010775A (en) | 2017-01-12 |
| JP2017010775A5 JP2017010775A5 (en) | 2017-04-27 |
| JP6146681B2 true JP6146681B2 (en) | 2017-06-14 |
Family
ID=57761655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015124997A Active JP6146681B2 (en) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Lighting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6146681B2 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090113252A (en) * | 2006-11-22 | 2009-10-29 | 리얼 디 | Illumination systems for visual displays |
| JP5527310B2 (en) * | 2010-11-16 | 2014-06-18 | 大日本印刷株式会社 | Illumination device, projection device, and projection-type image display device |
| JP5804243B2 (en) * | 2011-04-22 | 2015-11-04 | 大日本印刷株式会社 | Projection-type image display device |
| JP6041093B2 (en) * | 2012-07-06 | 2016-12-07 | 大日本印刷株式会社 | Hologram reproduction device, hologram reproduction method, and projection-type image display device |
| JP5884743B2 (en) * | 2013-01-30 | 2016-03-15 | ソニー株式会社 | Illumination device and display device |
-
2015
- 2015-06-22 JP JP2015124997A patent/JP6146681B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017010775A (en) | 2017-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2016208628A1 (en) | Illumination apparatus | |
| US10584854B2 (en) | Illumination device | |
| WO2017043531A1 (en) | Illumination device | |
| JP6761602B2 (en) | Lighting device | |
| JP7092123B2 (en) | Lighting equipment | |
| JP7395410B2 (en) | Optical equipment and 3D printing equipment | |
| JP6569958B2 (en) | Lighting device | |
| JP6856022B2 (en) | Lighting device | |
| EP3847393B1 (en) | Adaptive beam scanning headlamp | |
| CN108076652B (en) | Lighting device for a motor vehicle | |
| JP6146680B2 (en) | Lighting device | |
| JP6146681B2 (en) | Lighting device | |
| JP6722411B2 (en) | Lighting equipment | |
| JP6611001B2 (en) | Lighting device | |
| JP6657786B2 (en) | Lighting equipment | |
| JP6691677B2 (en) | Lighting equipment | |
| JP2024045830A (en) | Laser marker | |
| JP2020118920A (en) | Fly-eye lens and illumination optical device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170323 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170323 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20170323 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20170413 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170421 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170504 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6146681 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |