JP6979168B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本開示は、被照明領域を照明する照明装置に関する。

コヒーレント光を発光するレーザ光源は、一般に、ＬＥＤ（Light Emitting Device)に比べて輝度が高く、また、レーザ光源から発光された光はコヒーレントであることから、配光を細かく制御できるとともに、遠方まで光をとどけることができるという利点がある。一方で、コヒーレント光が道路表面などの散乱反射面に当たると、散乱反射面の各部で反射したコヒーレント光が互いに干渉して、スペックルが発生するという問題がある。また、遠方照射用途では、レーザ光源側で発生したスペックルが被照明領域の照度分布ムラを引き起こすという問題もある。

特許文献１には、レーザー光を光偏向器で二次元的に走査させて、投影レンズを通して所定の配光パターンを形成する車両用灯具が開示されている。

特開２０１２−１４６６２１号公報

特許文献１の場合、励起光源からのレーザ光を集光させた後に光偏向器に入射させており、光偏向器からレンズに入射されるレーザ光の単位面積当たりの光強度は非常に高くなる。特許文献１では、光偏向器によりレンズ上でレーザ光を走査させているが、レンズ上の各位置には瞬時的に強いレーザ光が入射されるため、レーザ光の安全性に対する配慮が十分とは言えない。

本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光学構成を複雑化せずに、コヒーレント光の利点を生かしつつ、コヒーレント光の安全性を向上させることができる照明装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本開示では、コヒーレント光を射出する光源と、
入射されたコヒーレント光を被照明領域に導光する照明光学系と、
前記光源から射出されたコヒーレント光の進行方向を所定の振れ角の範囲内で周期的に変化させて、当該コヒーレント光を前記照明光学系上で走査させる走査部材と、を備え、
前記光源から射出されたコヒーレント光は、収束点にて収束されて所定の発散角度で発散され、
前記走査部材は、前記振れ角を前記発散光の発散角度よりも小さくする、照明装置が提供される。

前記走査部材は、前記光源から射出されたコヒーレント光の収束点からずれた位置に配置されてもよい。

前記走査部材は、前記光源から射出されたコヒーレント光の収束点よりも前記光源に近い側に配置されてもよい。

前記走査部材は、前記光源から射出されたコヒーレント光の収束点よりも前記照明光学系に近い側に配置されてもよい。

前記照明光学系は、前記照明光学系の前側焦点位置に前記収束点が一致するように配置されてもよい。

前記照明光学系は、前記走査部材からのコヒーレント光をコリメートまたは拡散させて前記被照明領域を照明してもよい。

前記照明光学系は、前記走査部材による走査に応じた照明位置、照明方向、サイズおよび形状の前記被照明領域を照明してもよい。

本開示によれば、光学構成を複雑化せずに、コヒーレント光の利点を生かしつつ、コヒーレント光の安全性を向上させることができる。

本開示の一実施形態による照明装置の概略構成を示す図。 光源の収束点よりも光源に近い側に走査部材を配置した例を示す図。 光源の収束点よりも照明光学系に近い側に走査部材を配置した例を示す図。 一比較例による照明装置を示す図。 図１の照明装置に光点灯制御部を追加した例を示す図。 カラー表示が可能な一実施形態による照明装置の概略構成を示す図。

以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

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。

図１は本開示の一実施形態による照明装置１の概略構成を示す図である。図１は、本実施形態による照明装置１を上から見た平面図である。図１の照明装置１は、光源２と、走査部材３と、照明光学系４とを備えている。光源２は、周波数および位相が揃ったコヒーレント光を射出するものであり、典型的にはレーザ光を射出するレーザ光源である。レーザ光源には、半導体レーザなどの種々のタイプの光源２があるが、いずれのタイプの光源２でもよい。

光源２は、より詳細には、コヒーレント光を射出する光源部２ａと、光源部２ａから射出されたコヒーレント光を集光する集光レンズ２ｂとを有する。なお、光源部２ａと集光レンズ２ｂが一体構造になった光源モジュールを光源２として用いてもよい。また、光源２は、それぞれ異なる発光波長域のコヒーレント光を射出する複数の光源部２ａと複数の集光レンズ２ｂで構成されていてもよい。さらに、これら複数の光源部２ａと複数の集光レンズ２ｂとが一体構造になった光源モジュールを光源２として用いてもよい。本実施形態による光源２から射出されたコヒーレント光は、収束点ｐにて収束されて所定の発散角度で発散される。

走査部材３は、光源２から射出されたコヒーレント光の進行方向を所定の振れ角の範囲内で周期的に変化させて、当該コヒーレント光を照明光学系４上で走査させる。図１では、図示の簡略化のために、光源２からのコヒーレント光が走査部材３を透過するように図示されているが、例えば、走査部材３は、光源２からのコヒーレント光を反射させる反射ミラーを有し、この反射ミラーを回転軸周りに回転させることにより、コヒーレント光の反射方向を周期的に変化させてもよい。反射ミラーとしては、例えばＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）ミラーを用いることができる。走査部材３の走査方向は、一次元方向でもよいし、二次元方向でもよい。以下では、照明光学系４の入射面の二次元方向に沿って、走査部材３が振れ角の範囲内でコヒーレント光を繰り返し走査させる例を説明する。

走査部材３は、光源２から射出されたコヒーレント光の収束点ｐからずれた位置に配置されている。より具体的には、走査部材３は、光源２から射出されたコヒーレント光の収束点ｐよりも光源２に近い側に配置されるか、あるいは、光源２から射出されたコヒーレント光の収束点ｐよりも照明光学系４に近い側に配置されている。これにより、光源２から走査部材３に入射されるコヒーレント光のビームスポット径は、光源２の収束点ｐに走査部材３が配置される場合のビームスポット径よりも大きくなる。

照明光学系４は、走査部材３から入射されたコヒーレント光を被照明領域ＬＺに導光する。照明光学系４は、例えば１枚または複数のレンズまたは凹面鏡にて構成することができる。照明光学系４は、走査部材３から入射されたコヒーレント光をコリメートして、またはわずかに拡散させて被照明領域ＬＺを照明する。照明光学系４は、その前側焦点位置に収束点ｐが一致するように配置されている。照明光学系４は、走査部材３による走査に応じた照明位置、照明方向、サイズおよび形状の被照明領域ＬＺを照明する。より具体的には、照明光学系４は、走査部材３の走査に応じた方向の照明範囲を含む被照明領域ＬＺを照明する。

上述したように、本実施形態による照明装置１は、光源２から射出されたコヒーレント光の収束点からずらした位置に走査部材３を配置している。図２は光源２の収束点ｐよりも光源２に近い側に走査部材３を配置した例を示し、図３は光源２の収束点ｐよりも照明光学系４に近い側に走査部材３を配置した例を示している。

図２の場合、光源２からのコヒーレント光が収束する前に、同コヒーレント光が走査部材３に入射される。このため、走査部材３の入射面のビームスポット径は、光源２の収束点ｐでのビームスポット径よりも大きくなる。

図３の場合、光源２からのコヒーレント光がいったん収束して拡散された後に走査部材３に入射される。このため、走査部材３の入射面のビームスポット径は、光源２の収束点ｐでのビームスポット径よりも大きくなる。

このように、図２と図３のいずれの場合も、走査部材３の入射面のビームスポット径が光源２の収束点ｐでのビームスポット径よりも大きくなる。これはすなわち、光源２からのコヒーレント光が、ビームスポットの面積内に分散されていることを意味し、走査部材３の入射面での単位面積当たりの光強度が弱くなり、走査部材３の耐久性が向上する。光源２からのコヒーレント光は、収束点ｐで収束した後、所定の角度範囲に発散する。以下では、収束点ｐで発散するコヒーレント光の角度範囲を発散角度θ１と呼ぶ。

図２と図３のいずれの場合も、走査部材３は、その入射面のビームスポット内の各微小点ごとに、入射されたコヒーレント光を照明光学系４上で走査させる。走査部材３は、収束点ｐでのコヒーレント光の発散角度θ１よりも小さい振れ角θ２で、コヒーレント光を走査させる。図２と図３では、走査部材３による３つの走査方向ｓｃ１〜ｓｃ３のコヒーレント光の進行方向を示している。走査方向ｓｃ１は、照明光学系４の一端側に入射される光である。走査方向ｓｃ２は、照明光学系４の光軸中心側に入射される光である。走査方向ｓｃ３は、照明光学系４の他端側に入射される光である。

走査方向ｓｃ１と走査方向ｓｃ３との方向差が振れ角θ２となる。本実施形態では、走査部材３による振れ角θ２を発散角度θ１よりも小さくしている。このように、θ２＜θ１とすることで、走査部材３がコヒーレント光の走査方向を変化させたときに、照明光学系４に入射されるコヒーレント光の入射範囲は、一部ずつ重なり合いながら移動することになる。これにより、照明光学系４上でのコヒーレント光の走査範囲を狭めることができ、照明光学系４ひいては照明装置１のサイズを小型化できる。

照明光学系４は、走査部材３からのコヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向にコヒーレント光を進行させて、被照明領域ＬＺを照明する。よって、照明光学系４は、走査部材３による照明光学系４上でのコヒーレント光の走査位置に応じた照明位置、照明方向、サイズおよび形状の被照明領域ＬＺを照明することができる。

なお、本実施形態では、光源２から射出されたコヒーレント光の収束点ｐを、照明光学系４の前側焦点位置としている。これは、照明光学系４が入射されたコヒーレント光をコリメートできるようにするためである。光源２から射出されて、収束点ｐで発散された発散光は、走査部材３で進行方向が変更された後に照明光学系４に入射され、照明光学系４にて平行化すなわちコリメートされることになる。これにより、光源２からのコヒーレント光のビーム径を照明光学系４にて十分に広げた状態で被照明領域ＬＺを照明するため、コヒーレント光の安全性を向上できる。

また、図２の場合は、光源２と収束点ｐとの間に走査部材３を配置し、図３の場合は、光源２からのコヒーレント光の収束点ｐと照明光学系４との間に走査部材３を配置することで、照明光学系４はコヒーレント光をコリメートしつつ、コヒーレント光の進行方向を切り替えることができる。このように、図２と図３の場合は、走査部材３の走査に応じて、照明光学系４を通過したコヒーレント光の進行方向を切り替えることができ、複数の照明範囲を照明可能となる。

図４は、光源２の収束点ｐで、かつ照明光学系４の前側焦点位置に走査部材３を配置した一比較例による照明装置１を示す図である。図４の場合、光の発散点は走査部材３の振れ角θ２に由らず、かつ照明光学系４の前側焦点位置に一致する。このため、照明光学系４を通過したコヒーレント光の進行方向は走査部材３の走査方向によらず、ほぼ一定になる。よって、図２または図３とは異なり、図４の場合は、方向の異なる複数の照明範囲を照明することは困難である。

図５は図１の照明装置１に光点灯制御部５を追加した例を示す図である。図５の光点灯制御部５は、走査部材３の走査位置に同期して、光源２の点灯または消灯を制御する。例えば、光点灯制御部５は、走査部材３がコヒーレント光を所定の方向に向けたときのみ光源２を点灯する。これにより、被照明領域ＬＺに任意の形状およびサイズの照明パターンを表示することができ、被照明領域ＬＺを照明する目的だけでなく、任意の情報を表示する目的にも利用できる。

図１等に示した本実施形態による照明装置１は、単一の光源２を備えているが、本実施形態は、それぞれ波長帯域が異なる複数の光源２を備えた照明装置１にも適用可能である。図６はカラー表示が可能な一実施形態による照明装置１の概略構成を示す図である。図６の照明装置１は、複数の光源２と、複数の走査部材３と、複数の照明光学系４とを備えている。複数の光源２は、それぞれ異なる波長帯域のコヒーレント光を射出する。それぞれ異なる波長域のコヒーレント光とは、例えば、赤、緑、青の計３つの波長域のコヒーレント光である。もちろん、光源２は、赤緑青以外の色のコヒーレント光を放射してもよい。また、同じ波長域の光源２を複数設けて、被照明領域ＬＺ４の照明強度を向上させてもよい。

複数の走査部材３には、それぞれ対応する光源２からのコヒーレント光が入射される。各走査部材３は、入射されたコヒーレント光を、対応する照明光学系４上で走査させる。各照明光学系４は、対応する走査部材３からのコヒーレント光を平行化して被照明領域ＺＬを照明する。各照明光学系４で平行化されたコヒーレント光は、被照明領域ＬＺ上で重ね合わされる。被照明領域ＬＺ上で重ね合わせるコヒーレント光を部分的に制御することで、被照明領域ＬＺを様々な色で照明できる。

図６では、複数の光源２、複数の走査部材３、および複数の照明光学系４をそれぞれ縦積みする例を示しているが、横方向に並べてもよい。

このように、本実施形態では、光源２からのコヒーレント光の収束点ｐでの発散角度θ１よりも、走査部材３の振れ角θ２を小さくする。収束点pと走査部材３の位置を離すため、走査部材３に入射されるコヒーレント光のビーム径を大きくでき、走査部材３の耐久性を向上できる。また、θ２＜θ１とすることで、走査部材３で走査されたコヒーレント光が一部ずつ重なり合いながら照明光学系４に入射されることになり、照明光学系４の入射面積を小さくできて、照明装置１を小型化できる。また、照明光学系４は、走査部材３からのコヒーレント光を平行化すなわちコリメートするため、照明光学系４を通過したコヒーレント光を用いた照明制御が容易となる。、また、照明光学系４では大きなビーム径のコヒーレント光となっているため、光のパワー密度が低下し、コヒーレント光の安全性が向上する。

特に、本実施形態では、照明光学系４にてコヒーレント光をコリメートしつつ、走査部材３の走査に合わせて照明光学系４を通過したコヒーレント光の進行方向を切り替えることができ、方向がそれぞれ相違する複数の照明範囲を照明できる。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 照明装置、２ 光源、２ａ 光源部、２ｂ 集光レンズ、３ 走査部材、４ 照明光学系、５ 光点灯制御部

Claims (7)

1. コヒーレント光を射出する光源と、
   入射されたコヒーレント光を被照明領域に導光する照明光学系と、
   前記光源から射出されたコヒーレント光の進行方向を所定の振れ角の範囲内で周期的に変化させて、当該コヒーレント光を前記照明光学系上で走査させる走査部材と、を備え、
   前記光源から射出されたコヒーレント光は、収束点にて収束されて所定の発散角度で発散され、
   前記走査部材は、前記振れ角を前記発散角度よりも小さくし、
   前記照明光学系には、前記走査部材で変化された進行方向を有する前記所定の振れ角の範囲内のコヒーレント光が入射する、照明装置。
2. 前記走査部材は、前記光源から射出されたコヒーレント光の収束点からずれた位置に配置される、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記走査部材は、前記光源から射出されたコヒーレント光の収束点よりも前記光源に近い側に配置される、請求項２に記載の照明装置。
4. 前記走査部材は、前記光源から射出されたコヒーレント光の収束点よりも前記照明光学系に近い側に配置される、請求項２に記載の照明装置。
5. 前記照明光学系は、前記照明光学系の前側焦点位置に前記収束点が一致するように配置される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記照明光学系は、前記走査部材からのコヒーレント光をコリメートまたは拡散させて前記被照明領域を照明する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記照明光学系は、前記走査部材による走査に応じた照明位置、照明方向、サイズおよび形状の前記被照明領域を照明する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。

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