具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的一个实施方式。另外，在本申请说明书的附图中，为了便于容易地理解附图，将比例尺和纵横的尺寸等适当地从实物进行了夸张变更。

此外，对于在本说明书中使用的确定形状、几何学的条件以及它们的程度的例如“平行”、“垂直”、“相同”等用语、长度、角度的值等，不受严格意义的束缚，假设包含能够期待同样功能的程度的范围来进行解释。

图1是示意性示出照明装置10的整体结构的立体图。照明装置10是对被照明区域Z进行照明的装置。在图示的例子中，被照明区域Z是具有长边方向dl的细长区域。该被照明区域Z例如能够设为长边方向dl上的长度相对于短边方向dw上的长度之比为10以上、进而该比为100以上的被照明区域Z，典型地能够设为线形的被照明区域Z。这样的照明装置例如能够应用于汽车或船等交通工具。在交通工具中，需要对在行进方向上朝前方扩展的区域进行照明。特别是，高速行驶的汽车的前照灯、即所谓的前灯优选对从该汽车的前方附近到前方远处的路面进行明亮地照明。

如图1所示，照明装置10具有：投射光的光源装置15；以及对来自光源装置15的光进行衍射而使其朝向被照明区域Z的衍射光学元件40。光源装置15具有激光光源20、和对从激光光源20射出的光进行整形的整形光学系统30。

如图1所示，光源装置15具有多个激光光源20。从激光光源投射的激光束适合作为直线传播性优异、且用于对被照明区域Z进行高精度照明的光。多个激光光源20可以独立地设置，也可以是在公共的基板上排列配置有多个激光光源20的光源模块。作为一例，多个激光光源20具有振荡出红色的发光波段的光的第1激光光源20a、振荡出绿色的发光波段的光的第2激光光源20b、和振荡出蓝色的发光波段的光的第3激光光源20c。根据该例，通过使由多个激光光源20发出的三个激光束重合，能够利用期望颜色的照明光对被照明区域Z进行照明。通过对从多个激光光源20射出的激光束的辐射通量[单位：W]进行调节，能够对照明光的颜色进行调节。

但是，不限于以上的例子，光源装置15也可以具有发光波段彼此不同的二个激光光源20或四个以上的激光光源20。此外，为了提高发光强度，也可以按照每个发光波段，各设置多个激光光源20。

接着，对整形光学系统30进行说明。整形光学系统30对从激光光源20射出的激光束进行整形。换言之，整形光学系统30对激光束的与光轴垂直的截面处的形状、和激光束的光束的立体形状进行整形。在图示的例子中，整形光学系统30将从激光光源20射出的激光束整形为宽度增大后的平行光束。如图1所示，整形光学系统30沿着激光束的光路，依次具有透镜31和准直透镜32。透镜31将从激光光源20射出的激光束整形为发散光束。准直透镜32将由透镜31生成的发散光束重新整形为平行光束。

在图示的例子中，光源装置15与第1～第3激光光源20a～20c分别对应地具有第1整形光学系统30a、第2整形光学系统30b和第3整形光学系统30c。第1整形光学系统30a具有第1透镜31a和第1准直透镜32a，第2整形光学系统30b具有第2透镜31b和第2准直透镜32b，第3整形光学系统30c具有第3透镜31c和第3准直透镜32c。

接着，对衍射光学元件40进行说明。衍射光学元件40是对从光源装置15射出的光产生衍射作用的元件。图示的衍射光学元件40对来自光源装置15的光进行衍射而使其朝向被照明区域Z。因此，被照明区域Z被由衍射光学元件40产生的衍射光照明。

在图示的例子中，照明装置10具有多个衍射光学元件40。更具体而言，照明装置10具有第1衍射光学元件40a、第2衍射光学元件40b和第3衍射光学元件40c。各衍射光学元件40a、40b、40c分别与振荡出激光束的激光光源20a、20b、20c对应地设置。根据该例，在激光光源20a、20b、20c振荡出不同波段的激光束的情况下，各衍射光学元件40a、40b、40c也能够对基于对应的激光束而生成的不同波段的激光束高效地进行衍射。

从多个激光光源20a、20b、20c分别射出的光在被与各激光光源对应的衍射光学元件40a、40b、40c衍射后，对至少部分重叠的区域进行照明。特别是，在图示的例子中，从多个激光光源20a、20b、20c分别射出的光在被与各激光光源对应的衍射光学元件40a、40b、40c衍射后，对相同的被照明区域Z进行照明。更严格地说，被各衍射光学元件40a、40b、40c衍射后的衍射光仅对相同的被照明区域Z的整个区域进行照明。来自各衍射光学元件40a、40b、40c的衍射光分别遍及整个被照明区域Z地仅对被照明区域Z内进行照明，由此能够有效地使得被照明区域Z内的明亮度不均和颜色不均变得不显著。

在图1和图2所示的例子中，多个衍射光学元件40在与被照明区域Z的长边方向dl垂直的第1方向da上进行排列。此外，排列有多个衍射光学元件40的第1方向da与面pl上的法线方向nd平行，面pl是被照明区域Z所位于的平坦面。特别是，在图示的例子中，排列有多个衍射光学元件40的第1方向da是与水平方向垂直的铅直方向。即，在图示的具体例子中，通过来自配置于地面或水面的铅直方向上方的多个衍射光学元件40的衍射光，对地面或水面等水平面pl上进行照明，在该水平面pl上形成被照明区域Z。并且，多个衍射光学元件40在铅直方向上错开配置。

这里，可将被照明区域Z认作被衍射光学元件40照明的近场的被照明区域。该被照明区域Z不仅能够通过实际的被照射面积(照明范围)来表现，如后所述，还能够在设定了固定的坐标轴后通过角度空间中的扩散角度范围来表现。

作为一例，各衍射光学元件40构成为记录有干涉条纹图案的全息记录介质。通过对干涉条纹图案进行各种调整，能够对被各衍射光学元件40衍射的光的行进方向、换言之被各衍射光学元件40扩散的光的行进方向进行控制。

各衍射光学元件40例如能够将来自实物的散射板的散射光用作物体光来进行制作。更具体而言，在对作为衍射光学元件40的母体的全息感光材料照射由相互具有干涉性的相干光构成的参照光和物体光时，由于这些光的干涉而形成的干涉条纹形成于全息感光材料，制作出衍射光学元件40。作为参照光，使用作为相干光的激光束，作为物体光，使用例如来自能够廉价地获得的各向同性散射板的散射光。

以朝在制作衍射光学元件40时使用的参照光的光路的相反方向行进的方式，朝向衍射光学元件40照射激光束，由此在散射板的配置位置处生成散射板的再生像，散射板是在制作衍射光学元件40时使用的物体光的光源。如果作为在制作衍射光学元件40时使用的物体光的光源的散射板形成均匀的面散射，则通过衍射光学元件40得到的散射板的再生像也成为均匀的面照明，能够将生成该散射板的再生像的区域设为被照明区域Z。

此外，形成于各衍射光学元件40的复杂的干涉条纹图案能够不使用现实的物体光和参照光形成，而根据预定的再生照明光的波长、入射方向以及要再生的像的形状和位置等，使用计算机进行设计。这样得到的衍射光学元件40也被称作计算机合成全息图(CGH：Computer Generated Hologram)。例如，在照明装置10被用于对地面上或水面上的具有一定大小的被照明区域Z进行照明的情况下，难以生成物体光，适合将计算机合成全息图用作衍射光学元件40。

此外，可以通过计算机合成来形成各衍射光学元件40上的各点处的扩散角度特性相同的傅立叶变换全息图。并且，也可以在衍射光学元件40的下游侧设置透镜等光学部件，进行调整使得衍射光入射到被照明区域Z的整个区域。

作为衍射光学元件40的具体方式，可以是使用了感光聚合物的体积型全息记录介质，可以是利用包含银盐材料的感光介质进行记录的类型的体积型全息记录介质，也可以是浮雕型(压纹型)的全息记录介质。此外，衍射光学元件40可以是透射型的，也可以是反射型的。

接着，对由以上所说明的结构构成的照明装置10的作用进行说明。

从各激光光源20射出的激光束首先入射到对应的整形光学系统30。在整形光学系统30中，对从激光光源20射出的激光束进行放大。即，整形光学系统30以光在与光轴垂直的截面中所占的区域扩大的方式，对激光束进行整形。在图示的例子中，整形光学系统30包含与各激光光源20a、20b、20c对应地独立设置的第1整形光学系统30a、第2整形光学系统30b和第3整形光学系统30c。各整形光学系统30具有透镜31和准直透镜32。如图1所示，整形光学系统30的透镜31使从激光光源20射出的激光束发散而转换为发散光束。整形光学系统30的准直透镜32将发散光束准直成平行光束。

由整形光学系统30整形后的激光束接着朝向衍射光学元件40。衍射光学元件40包含与各激光光源20a、20b、20c对应地独立设置的第1衍射光学元件40a、第2衍射光学元件40b和第3衍射光学元件40c。各衍射光学元件40记录有与从对应的激光光源20射出的激光束的中心波长对应的干涉条纹，能够将从一定的方向入射的激光束朝期望的方向高效地进行衍射。在图示的例子中，各衍射光学元件40使光朝位于地面或水面等水平面pl上的相同的被照明区域Z的整个区域扩散。

其结果，被照明区域Z使从第1激光光源20a射出的激光束、从第2激光光源20b射出的激光束、和从第3激光光源20c射出的激光束重合，由此能够以仅利用从单独的激光光源射出的激光束而无法再现的颜色对被照明区域Z进行照明。这里，对从第1激光光源20a射出的激光束的辐射通量、从第2激光光源20b射出的激光束的辐射通量、和从第3激光光源20c射出的激光束的辐射通量进行适当调整，换言之，通过调整各激光光源的输出而对射出的激光束的辐射通量进行调整，由此能够使照明色成为期望的颜色。

另外，这里说明的照明装置10利用衍射光学元件40对从激光光源20射出的激光束的光路进行调节，从而对被照明区域Z进行了照明。使用衍射光学元件40的优点之一是能够通过扩散使来自光源装置15的光、例如激光束的光能密度下降。此外，另一个优点是能够将衍射光学元件40用作指向性的面光源。即，在从被照明区域Z内由人眼直视激光束的情况下，不为点光源，而为具有衍射光学元件40的大小的面光源。因此，通过借助衍射光学元件40，将相同的辐射通量的激光束转换为基于从更宽的发光面射出光的光源的照明，与基于点光源(灯光源)的照明相比，能够使用于实现相同照度分布的光源面上的各位置处的亮度、即功率密度下降。由此，通过使用衍射光学元件40，能够有助于使用激光光源20来作为光源的情况下的、激光束的安全性提高。

当增大衍射光学元件40的面积时，能够使来自光源装置15的激光束的入射区域、即光斑区域变得较宽。入射到衍射光学元件40的激光束被衍射光学元件40衍射，从衍射光学元件40上的入射区域的整个区域朝向被照明区域Z射出。因此，通过增大衍射光学元件40的入射面和出射面的面积，能够降低衍射光学元件40上的各位置处的功率密度。

但是，另一方面，当使衍射光学元件40大面积化时，照明装置10大型化。在通过使用了多个波段的光的加法混色而利用特定的颜色进行照明的上述照明装置10中，该照明装置的大型化的问题更加严重。

在本实施方式中，设法同时确保可以说处于折衷关系的功率密度的下降和照明装置10的小型化。即，在本实施方式中，根据激光光源20射出的激光束的辐射通量的大小，变更与该激光光源20对应的衍射光学元件40的面积，从而同时实现了功率密度的下降和照明装置10的小型化。以下说明具体的结构。

另外，此处所说的“激光束的辐射通量”并非指激光光源能够射出的最大的辐射通量。换言之，此处所说的“激光束的辐射通量”并非指激光光源的能力。此处所说的“激光束的辐射通量”是指从根据照明用途而被调整了输出的激光光源实际射出的激光束的辐射通量。

首先，在照明装置10所包含的多个激光光源20分别射出的激光束中，与射出最小辐射通量的激光束的激光光源对应的衍射光学元件的面积小于与射出最大辐射通量的激光束的激光光源对应的衍射光学元件的面积。在图示的例子中，从第1激光光源20a射出的红色的波段的激光束的辐射通量最大，从第3激光光源20c射出的蓝色的波段的激光束的辐射通量最小。因此，与振荡出最小辐射通量的激光束的第3激光光源20c对应的第3衍射光学元件40c的入射面和出射面的面积小于与振荡出最大辐射通量的激光束的第1激光光源20a对应的第1衍射光学元件40a的入射面和出射面的面积。

如上所述，如果衍射光学元件40的出射面上的出射区域较宽，则能够对应地降低功率密度。因此，在考虑到激光光源20的辐射通量的大小的基础上，决定衍射光学元件40的出射面、以及通常与出射面为相同区域的入射面的大小，由此能够对照明装置10赋予安全性。另一方面，在从第3激光光源20c射出的激光束的辐射通量小于从第1激光光源20a射出的激光束的辐射通量的情况下，使衍射光学元件上的位置处的功率密度下降，基于这一观点，不需要使与第3激光光源20c对应的第3衍射光学元件40c的面积增大至与第1激光光源20a对应的第1衍射光学元件40a的面积的相同程度。通过使第3衍射光学元件40c的入射面和出射面的面积小型化，换言之，使第3衍射光学元件40c的平面形状小面积化，能够避免不必要的大型化而使照明装置10小型化。

并且，在设成为最小的从第3激光光源20c射出的激光束的辐射通量为W_min[W]、成为最大的从第1激光光源20a射出的激光束的辐射通量为W_max[W]时，与射出具有最小辐射通量的激光束的第3激光光源20c对应的第3衍射光学元件40c的面积A_min[mm²]、和与射出具有最大辐射通量的激光束的第1激光光源20a对应的第1衍射光学元件40a的面积A_max[mm²]满足如下的关系。

A_max×(W_min/W_max)≤A_min

即，在有效地灵活运用了第1衍射光学元件40a的整个区域的前提、即激光束被扩散而以均匀的强度入射到第1衍射光学元件40a的入射面的整个区域的前提下，将(W_max/A_max)作为指标来表示第1衍射光学元件40a上的各位置处的功率密度的大小。因此，应该以该指标(W_max/A_max)的值充分的方式，确定第1衍射光学元件40a的面积A_max。如上所述，第3衍射光学元件40c相比第1衍射光学元件40a被小面积化，但优选将第3衍射光学元件40c上的各位置处的功率密度设定为第1衍射光学元件40a上的各位置处的功率密度以下。将(W_min/A_min)作为指标来表示最小辐射通量的激光束所入射的第3衍射光学元件40c上的各位置处的功率密度的大小。在第3衍射光学元件40c的面积A_min满足上述条件而为“A_max×(W_min/W_max)”以上的情况下，能够使第3衍射光学元件40c上的各位置处的功率密度成为第1衍射光学元件40a上的各位置处的功率密度以下。即，在满足上述条件的情况下，能够将面积比较大的、与具有最大辐射通量的第1激光光源20a对应的第1衍射光学元件40a的面积设为所需最低限度的大小，同时，能够充分降低比较小型的、与具有最小辐射通量的第3激光光源20c对应的第3衍射光学元件40c中的功率密度。

并且，在本实施方式中，与任意选择的一个激光光源20对应的衍射光学元件40的面积，在与具有比该一个激光光源20大的辐射通量的另一个激光光源20对应的衍射光学元件40的面积以下。即，随着激光光源20的辐射通量减小，对应的衍射光学元件40的面积减小。换言之，随着激光光源20的辐射通量增大，对应的衍射光学元件40的面积增大。

在图示的例子中，从第2激光光源20b射出的激光束的辐射通量小于从第1激光光源20a射出的激光束的辐射通量，且大于从第3激光光源20c射出的激光束的辐射通量。即，激光束的辐射通量按照第1激光光源20a、第2激光光源20b、第3激光光源20c的顺序而减小。如图2和图3所示，在图示的例子中，面积按照第1衍射光学元件40a、第2衍射光学元件40b、第3衍射光学元件40c的顺序而减小。根据这样的照明装置10，能够充分降低各衍射光学元件40上的各位置处的功率密度，同时有效地使衍射光学元件40的面积小型化。

并且，理想的是，从第1激光光源20a射出的激光束的辐射通量W_a、从第2激光光源20b射出的激光束的辐射通量W_b、从第3激光光源20c射出的激光束的辐射通量W_c、第1衍射光学元件40a的面积A_a、第2衍射光学元件40b的面积A_b和第3衍射光学元件40c的面积A_c优选满足如下的关系。

W_a：W_b：W_c＝A_a：A_b：A_c

作为一个具体例，在图示的照明装置10中，从第1激光光源20a射出的激光束的辐射通量W_a、从第2激光光源20b射出的激光束的辐射通量W_b和从第3激光光源20c射出的激光束的辐射通量W_c为7：4：2的关系。并且，第1衍射光学元件40a、第2衍射光学元件40b和第3衍射光学元件40c的面积比为7：4：2。如图2所示，第1衍射光学元件40a、第2衍射光学元件40b和第3衍射光学元件40c在与被照明区域Z的宽度方向dw平行的第2方向db上，具有彼此相同的长度。另一方面，如图3所示，第1衍射光学元件40a、第2衍射光学元件40b和第3衍射光学元件40c的沿着第1方向da的长度为7：4：2。根据这样的照明装置10，能够在衍射光学元件40之间使功率密度一致。因此，通过将该功率密度设为充分的值，能够使照明装置10所包含的多个衍射光学元件40的面积小型化。

在以上所说明的上述一个实施方式中，照明装置10具有：射出不同辐射通量的激光束的多个激光光源20；以及分别与多个激光光源对应地设置的衍射光学元件40。并且，与射出最小辐射通量的激光束的激光光源20对应的衍射光学元件40的面积小于与射出最大辐射通量的激光束的激光光源20对应的衍射光学元件40的面积。即，在该照明装置10中，根据激光光源20射出的激光束的辐射通量的大小，变更了对应的衍射光学元件40的面积。因此，能够有效降低各衍射光学元件40的各位置处的功率密度，此外，能够有效避免与射出辐射通量低的激光束的激光光源20对应的衍射光学元件40的面积不必要地增大。其结果，能够在确保安全性的同时，有效地使照明装置10小型化。特别是，如图示的例子那样，在通过加法混色而利用特定的颜色对被照明区域Z进行照明的情况下，能够与生成的激光束的波段对应地，对各激光光源20射出的激光束的辐射通量进行适当调整。在这样包含多个波段的激光光源20的情况下，本实施方式的照明装置10特别有用。

此外，在上述一个实施方式中，在设最小辐射通量为W_min[W]、最大辐射通量为W_max[W]时，与射出所述最小辐射通量的激光束的激光光源20对应的衍射光学元件40的面积A_min[mm²]、和与射出最大辐射通量的激光束的激光光源20对应的衍射光学元件40的面积A_max[mm²]满足如下的关系。

A_max×(W_min/W_max)≤A_min

根据该照明装置10，能够使与射出最小辐射通量的激光束的激光光源20对应的、小面积化的衍射光学元件40的各位置处的功率密度，降低至与射出最大辐射通量的激光束的激光光源20对应的、大面积的衍射光学元件40的各位置处的功率密度以下。即，能够充分降低小面积化的衍射光学元件40的各位置处的功率密度，由此，能够在确保安全性的同时，更有效地使照明装置10小型化。

并且，在上述一个实施方式中，与任意选择的一个激光光源20对应的衍射光学元件40的面积在与另一个激光光源20对应的衍射光学元件40的面积以下，所述另一个激光光源20射出的激光束的辐射通量大于该一个激光光源20射出的激光束的辐射通量。根据该照明装置10，与激光光源20射出的激光束的辐射通量的大小对应地，与各激光光源20对应的衍射光学元件40的大小依次发生变化。因此，能够在各衍射光学元件40之间使功率密度一定程度地均匀化。其结果，还能够使衍射光学元件40的面积最大限度地小型化。

并且，在上述一个实施方式中，照明装置10还具有将从多个激光光源20射出的激光束放大并引导至衍射光学元件40的整形光学系统30。根据该照明装置10，从激光光源20射出的光在被放大后入射到衍射光学元件40。因此，能够有效降低衍射光学元件40的各位置处的功率密度，能够提高安全性。

另外，能够对上述一个实施方式施加各种变更。以下，参照附图说明变形的一个例子。在以下的说明和以下的说明所使用的附图中，针对能够与上述实施方式同样地构成的部分，使用与对上述实施方式中的对应部分使用的标号相同的标号，并省略重复的说明。

例如，在上述一个实施方式中，示出分别针对多个激光光源20准备了各自独立的整形光学系统30的例子，但是不限于此。也可以在多个激光光源20之间共用整形光学系统30、或者整形光学系统30所包含的透镜31和准直透镜32的要素中的任意一个以上。

此外，在上述一个实施方式中，示出照明装置10对细长区域进行照明的例子，但是不限于此。也可以是，照明装置10作为如下装置发挥功能：对具有规定的轮廓的区域进行照明，从而显示规定的轮廓。作为规定的轮廓，例如能够例示箭头等。