JP2005141039A - Lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
長尺なスリット状の照明領域に効率よくかつ均一に光を照射する照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device that efficiently and uniformly irradiates light on a long slit-shaped illumination area.
近年、画像処理技術やフォトリソグラフィー技術の進展に伴い、長方形の領域を均一に効率よく照射する需要が増大してきている。例えば、1次元CCDカメラで画像を取り込む場合には、撮影して画像として取り込む領域は細長い長方形であるため、照度を高めるために照射する領域も細長い長方形の照射領域とするのが望ましい。また、光切断方法やモアレ方法等を利用して高さ情報を測定する場合などにおいても、照度を高めて測定精度を向上させるために、極めて細いスリット状の照明が必要となる。 In recent years, with the progress of image processing technology and photolithography technology, the demand for uniformly and efficiently irradiating a rectangular region has increased. For example, when an image is captured by a one-dimensional CCD camera, an area to be captured and captured as an image is a long and narrow rectangle. Therefore, it is desirable that the irradiation area for increasing the illuminance is also a long and narrow rectangular irradiation area. Also, when measuring height information using a light cutting method, a moire method, or the like, an extremely thin slit-shaped illumination is required to increase the illuminance and improve the measurement accuracy.
このような目的のために長方形の照射領域を照射する従来の照明装置は、光源部から発せられた光のうちの一部の光のみを透過させる光学素子を用い、光学素子から出射した光を照射領域に照射するものであった。この光学素子としては、長方形ロッドやスリット状のファイバーや機械的なスリット等の素子が用いられてきた。この従来の照明装置は、光学素子から光を出射させる出射面を照射領域の形状に応じた形状にすることで、照射領域を照射するものであった。このため、従来の照明装置は、光学素子の出射面の形状を予め照射領域の形状と相似形にする必要があった(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。
上述したように、従来の照明装置は、光学素子の出射面の形状を予め照射領域の形状と相似形にする必要があったため、照射領域の形状が、例えば長方形である場合には、そのアスペクト比を大きく変えることができなかった。 As described above, since the conventional illumination device needs to make the shape of the exit surface of the optical element similar to the shape of the irradiation region in advance, if the shape of the irradiation region is a rectangle, for example, the aspect thereof The ratio could not be changed greatly.
また、上述したように、従来の照明装置は、光源部から発せられた光のうちの一部の光のみを用いて照射するものであったため、効率が低いものにならざるを得なかった。 In addition, as described above, the conventional illumination device irradiates using only a part of the light emitted from the light source unit, and thus has to be low in efficiency.
さらに、照射領域の形状が極めて長尺な長方形である場合には、発光部の大きさを予め大きくする必要があった。しかし、上述したように、発光部の大きさを大きくしても、発光部から発せられる光のうちの一部のみを用いるので、照射の効率はより低いものにならざるを得ず、また、発光部の大きさを大きくした場合には、発光部から発せられる光の照度等の明るさを均一にすることも困難であった。 Furthermore, when the shape of the irradiation region is an extremely long rectangle, it is necessary to increase the size of the light emitting portion in advance. However, as described above, even if the size of the light emitting part is increased, only a part of the light emitted from the light emitting part is used, so the efficiency of irradiation has to be lower, When the size of the light emitting part is increased, it is difficult to make the brightness such as the illuminance of the light emitted from the light emitting part uniform.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、照明領域が長尺な形状である場合においても、効率よくかつ均一に光を照明領域に照射することができる照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to irradiate the illumination area efficiently and uniformly even when the illumination area has a long shape. It is in providing the illuminating device which can be performed.
以上のような目的を達成するために、屈折力が方向によって異なるレンズや、一の方向に沿って屈折力が変化するレンズを用いて、光源系から出射された光を、光が進行するに従って一の方向について拡がっていく光へと変換する。 In order to achieve the above object, as the light travels, the light emitted from the light source system using a lens whose refractive power varies depending on the direction or a lens whose refractive power changes along one direction. It transforms into light that spreads in one direction.
より具体的には、本発明は、
光を発する光源部を含む光源系と、前記光源系から出射された光を長尺なスリット状の照射領域に照射するレンズ系と、を含む照明装置であって、
前記レンズ系は、一の方向に所定の屈折力を有しかつ前記一の方向に略直交する方向の屈折力が前記所定の屈折力と異なる光学素子であって、前記一の方向と前記一の方向に略直交する方向とが、前記レンズ系の光軸に略直交して位置付けられた少なくとも1つの光学素子を含み、かつ、
前記レンズ系は、前記光源系の像を前記照射領域に結像させる位置に設けられていることを特徴とする。
More specifically, the present invention provides:
A light source system including a light source unit that emits light, and a lens system that irradiates a long slit-shaped irradiation region with light emitted from the light source system,
The lens system is an optical element having a predetermined refractive power in one direction and having a refractive power in a direction substantially orthogonal to the one direction different from the predetermined refractive power. Including at least one optical element positioned substantially orthogonal to the optical axis of the lens system, and
The lens system is provided at a position where an image of the light source system is formed on the irradiation region.
また、本発明は、
光を発する光源部を含む光源系と、前記光源系から出射された光を長尺なスリット状の照射領域に照射するレンズ系と、を含む照明装置であって、
前記レンズ系は、一の方向に沿って屈折力が変化するとともに前記一の方向に略直交する方向の屈折力が略一定の光学素子であって、前記一の方向と前記一の方向に略直交する方向とが、前記レンズ系の光軸に略直交して位置付けられた少なくとも1つの光学素子を含み、かつ、
前記レンズ系は、前記光源系の像を前記照射領域に結像させる位置に設けられていることを特徴とする。
The present invention also provides:
A light source system including a light source unit that emits light, and a lens system that irradiates a long slit-shaped irradiation region with light emitted from the light source system,
The lens system is an optical element whose refractive power changes along one direction and whose refractive power in a direction substantially orthogonal to the one direction is substantially constant, and is substantially in the one direction and the one direction. An orthogonal direction includes at least one optical element positioned substantially orthogonal to the optical axis of the lens system, and
The lens system is provided at a position where an image of the light source system is formed on the irradiation region.
本発明による照明装置は、一の方向における屈折力と一の方向に略直交する方向の屈折力とが異なる光学素子や、一の方向に沿って屈折力が変化する光学素子を用いたので、光が進行するに従って、一の方向のみには次第に拡がっていくとともに、一の方向に略直交する方向には拡がらないように、光を照射面に照射することができる。即ち、光源から出射された出射領域と光を照射する照射領域とのアスペクト比を調整することができ、照射領域の形状を所望する形状にすることができる。特に、照射領域の形状が長尺な形状であるときには有利となる。 The illumination device according to the present invention uses an optical element having a different refractive power in one direction and a refractive power in a direction substantially orthogonal to the one direction, or an optical element in which the refractive power changes along the one direction. As the light travels, the light can be irradiated onto the irradiation surface so that the light gradually spreads in only one direction and does not spread in a direction substantially perpendicular to the one direction. That is, the aspect ratio between the emission area emitted from the light source and the irradiation area where light is irradiated can be adjusted, and the shape of the irradiation area can be changed to a desired shape. In particular, it is advantageous when the shape of the irradiation region is a long shape.
尚、本明細書において、「光軸」とは、(1)光学系を構成する屈折又は反射曲面の曲率中心を連ねる線や、(2)光学系の光源、レンズ等の中心を連ねる直線で、光学系を組み込んだ光学機械の基準となる仮想直線をいう。 In this specification, the “optical axis” means (1) a line connecting the centers of curvature of the refractive or reflective curved surfaces constituting the optical system, and (2) a straight line connecting the centers of the light source, lens, etc. of the optical system. This is a virtual straight line that serves as a reference for an optical machine incorporating an optical system.
また、「並設」とは、2つ以上の物を並べて設けることを意味し、この「並べる」とは、2つ以上のものを同じ方向に向けて同列に位置させることを意味する。 “Parallel arrangement” means that two or more objects are arranged side by side, and this “arrangement” means that two or more objects are positioned in the same direction in the same direction.
さらに、「明るさ」とは、明暗の程度を表す量であり、例えば、照度や輝度を示す量である。 Furthermore, “brightness” is an amount indicating the level of light and dark, for example, an amount indicating illuminance or luminance.
上述した光源系は、光源部から発せられた光を出射する出射面を有し、その出射面を画定できるものが好ましい。また、出射面の形状は、長尺な形状を有することが望ましいが、照射領域と相似形である必要はない。 The light source system described above preferably has an exit surface that emits light emitted from the light source unit and can define the exit surface. Further, the shape of the exit surface is desirably a long shape, but need not be similar to the irradiation region.
さらに光源系に用いる光源は、複数の光源からなる場合であっても、単一の光源からなる場合であってもよい。光源は、発光ダイオード、レーザダイオード、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等の光源を用いることができる。 Furthermore, the light source used in the light source system may be composed of a plurality of light sources or a single light source. As the light source, a light source such as a light emitting diode, a laser diode, an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or a halogen lamp can be used.
上述した光学素子は、方向によって屈折力が異なるものや、一の方向に沿って屈折力が変化するものであればよく、屈折力が正である場合又は負である場合を問わない。このような光学素子を用いることにより、光を照射する領域の形状に応じて光学素子の屈折力の比を適宜選択することによって、照射する光のアスペクト比を調整することができ、照射する領域の形状を所望する長尺な形状にすることができる。特に、光学素子は、円筒レンズや屈折率分布型レンズであることが好ましい。この光学素子は、少なくとも1つ含まれていればよく、円筒レンズや屈折率分布型レンズ等の光学素子を複数組み合わせて、その組合せの形態により光を照射する領域の形状を適宜変更することができる。 The optical element described above may have any refractive power different depending on the direction, or may have any refractive power that changes along one direction, regardless of whether the refractive power is positive or negative. By using such an optical element, the aspect ratio of the irradiated light can be adjusted by appropriately selecting the ratio of the refractive power of the optical element according to the shape of the irradiated area. The desired shape can be a long shape. In particular, the optical element is preferably a cylindrical lens or a gradient index lens. It is sufficient that at least one optical element is included. A plurality of optical elements such as a cylindrical lens and a gradient index lens may be combined, and the shape of the region irradiated with light may be appropriately changed depending on the combination. it can.
この光学素子は、上述したように、方向によって屈折力が異なるものや、一の方向に沿って屈折力が変化するものであるので、2種類の共役位置を有し、光学素子を含むレンズ系としても長手方向の共役位置と短手方向の共役位置との2つの共役位置を有する。 As described above, since this optical element has different refractive power depending on the direction, or the refractive power changes along one direction, the lens system has two conjugate positions and includes the optical element. In addition, there are two conjugate positions: a conjugate position in the longitudinal direction and a conjugate position in the short direction.
これにより、光源部から発せられた光を出射する出射面と光を照射する照射領域とが、レンズ系の短手方向の共役位置に位置付けられているものが好ましい。このようにしたことにより、最も明るくかつ明るさが均一となるように、また、レンズの諸収差を良好に補正して、照射面に光を照射することができる。 Accordingly, it is preferable that the exit surface for emitting the light emitted from the light source unit and the irradiation region for irradiating the light are positioned at a conjugate position in the short direction of the lens system. By doing so, it is possible to irradiate the irradiation surface with light so that the brightness is uniform and the brightness is uniform, and various aberrations of the lens are corrected well.
さらに、光源系は、複数の光源が並設された光源部と、これらの複数の光源から発せられた光を均一にして出射面から出射する均一手段と、を含むものが好ましい。均一手段を用いたことにより、照射面に照射する光の明るさをより均一にすることができる。 Furthermore, the light source system preferably includes a light source unit in which a plurality of light sources are arranged in parallel, and a uniform unit that uniformly emits light emitted from the plurality of light sources and emits the light from the emission surface. By using the uniform means, the brightness of the light applied to the irradiation surface can be made more uniform.
さらにまた、光源系は、光が出射される領域が長尺な形状を有する長尺光源とするのが好ましい。例えば、この長尺光源は、レーザダイオードやライン型ライトガイド等を光源とするのが好ましい。レーザダイオードやライン型ライトガイド等を用いることにより、照射面に照射する光の明るさを安定して均一にすることができる。 Furthermore, the light source system is preferably a long light source having a long shape in which light is emitted. For example, the long light source is preferably a laser diode, a line light guide, or the like. By using a laser diode, a line-type light guide, or the like, the brightness of the light applied to the irradiation surface can be made stable and uniform.
照明領域が長尺な形状である場合においても、効率よくかつ均一に光を照明領域に照射することができる。 Even when the illumination area has a long shape, the illumination area can be irradiated with light efficiently and uniformly.
以下に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<<第1の実施の形態>>
図1は、本発明にかかる照明装置の第1の実施の形態の概要を示す斜視図である。尚、図1においては、右方向を+X方向とし、左方向を−X方向とし、手前方向を+Y方向とし、奥行き方向を−Y方向とし、下方向を+Z方向とし、上方向を−Z方向とする。尚、これらのX,Y及びZ方向は、説明のために定めたものであって、以下に説明する光学系の構成要素がこれらの方向に限定されるものではなく、光学系の構成要素の相対的な位置関係を示すためにX,Y及びZ方向を便宜的に用いる。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a first embodiment of a lighting device according to the present invention. In FIG. 1, the right direction is the + X direction, the left direction is the -X direction, the front direction is the + Y direction, the depth direction is the -Y direction, the down direction is the + Z direction, and the up direction is the -Z direction. And These X, Y, and Z directions are determined for the sake of explanation, and the components of the optical system described below are not limited to these directions. The X, Y, and Z directions are used for convenience to show the relative positional relationship.
図1に示した照明装置100は、光源系110と、レンズ系130と、からなる。この照明装置100は、光源系110から出射された光を、照射面150における照射領域152が細長い長方形状となるように照射面150に照射する。
The
<光源系110>
光源系110は、光源部112と集光手段114と光均一化手段116とからなる。
<
The
光源部112は、複数の光源118からなり、支持部材(図示せず)に直線状に並置されている。これらの光源118は、所望する波長の光を発する光源であり、小さいものが好ましい。具体的には、発光ダイオード、レーザダイオード、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等の光源を用いることができる。
The
集光手段114は、複数の光源118の各々の近傍に設けられており、複数の光源118の各々から発せられた光を集光して+Z方向に導く。この集光手段114は、楕円鏡、放物面鏡、球面鏡等のミラーのほか、コンデンサーレンズ等の光学素子でもよい。
The condensing means 114 is provided in the vicinity of each of the plurality of
上述した集光手段114によって導かれる光の進行方向(+Z方向)の前方には、光均一化手段116が支持部材(図示せず)によって位置付けられている。この光均一化手段116は、上側の面である入射面120と下側の面である出射面122とを有する。入射面120と出射面122とは、互いに略平行であるとともに同様な長尺な長方形状を有しており、光軸Lに対して略垂直となるように位置付けられている。入射面120と出射面122との大きさ及び形状は、直線状に並置された複数の光源118の全体的な大きさや配置に基づいて定められる。入射面120には、集光手段114によって集光されて下方に導かれた光が入射される。出射面122からは、光均一化手段116によって明るさが均一化された光が出射される。この光均一化手段116は、入射面120に入射された光が光均一化手段116内で進行するに従って光束の角度成分を混ぜ合わせて照度むらや色むら等を低減できる光学素子であればよい。光均一化手段116として、例えば、光の進行方向に沿って長尺な長方体状のロッドレンズや、2組の互いに向かい合う平面状の反射材料によって四角筒状に形成された光学素子を用いることができる。
The light uniformizing means 116 is positioned by a support member (not shown) in front of the traveling direction (+ Z direction) of the light guided by the light collecting means 114 described above. The light uniformizing means 116 has an
光源部112における複数の光源118の大きさ及び配列、並びに光均一化手段116の入射面120と出射面122との大きさ及び形状を適宜変更することによって、光均一化手段116から出射する光の出射領域を所望する形状にすることができる。特に、光均一化手段116の出射面122の形状を長尺な長方形状とするのが好ましい。
The light emitted from the
<レンズ系130>
上述した光源系110から発せられた光の進行方向(+Z方向)には、レンズ系130が位置付けられている。レンズ系130は、凸レンズ132と円筒レンズ134と凸レンズ136とからなる。
<
The
凸レンズ132は、光均一化手段116から出射された光の出射領域の大きさを変更して円筒レンズ134に出射する。
The
円筒レンズ134は、凸レンズ132から出射された光が入射する入射面138と、入射された光を出射する出射面140とを有する。この入射面138と出射面140とは、ともに円筒面の一部をなすように形成され、入射面138は下方向(+Z方向)に向かって凹んだ形状を有し、出射面140は上方向(−Z方向)に向かって凹んだ形状を有する。このため、円筒レンズ134は、光軸Lが通過する位置の厚さが最も薄く、+X方向又は−X方向に沿って進むに従って厚さが次第に厚くなるような形状を有する。
The
円筒レンズ134をこのような形状としたことにより、±X方向の負の屈折力を±Y方向の屈折力より大きくすることができ、入射面138に入射した光を、光が+Z方向に進行するに従って+X方向及び−X方向に次第に拡がっていくように出射面140から出射することができる。また、円筒レンズ134は、入射面138に入射した光を±Y方向には屈折させることなく出射面140から出射させることができる。このため、円筒レンズ134は、光が+Z方向に進行するに従って、+X方向及び−X方向のみには次第に拡がっていき、かつ±Y方向には拡がらないように、入射面138に入射した光を出射面140から出射することができる。
By adopting such a shape of the
従って、円筒レンズ134は、光均一化手段116から出射した光の出射領域を±X方向に伸長させたより長尺な出射領域に変更することができる。即ち、光均一化手段116から出射した光の出射領域のアスペクト比を変更して出射面140から出射することができる。
Therefore, the
凸レンズ136は、出射面140から出射された光の出射領域の大きさを変更して後述する照射面150に向かって出射する。
The
尚、上述した円筒レンズ134の±X方向の屈折力と±Y方向の屈折力との比を適宜変更することにより、照射する光のアスペクト比を調整することができ、後述する照射領域152の形状を所望する形状にすることができる。
The aspect ratio of the irradiated light can be adjusted by appropriately changing the ratio of the refractive power in the ± X direction and the refractive power in the ± Y direction of the
また、円筒レンズ134の±X方向の屈折力は、±Y方向の屈折力と異なるので、レンズ系130は、X方向についての共役位置と、Y方向についての共役位置と、の2種類の共役位置を有する。X方向についての共役位置は、短手方向の共役位置になり、Y方向についての共役位置は、長手方向の共役位置になる。
Further, since the refractive power in the ± X direction of the
尚、上述した例では、レンズ群130が単一の凸レンズ132や単一の凸レンズ136から構成される場合を示したが、これらの凸レンズ132や凸レンズ136を複数のレンズからなるレンズ群から構成してもよい。このレンズ群として、凸レンズや凹レンズの他非球面レンズ等の複数種類のレンズを組み合わせて構成することができる。このように、凸レンズ132や凸レンズ136の代りにレンズ群で置き換えた場合には、円筒レンズ134に照射する光や、照射面150に照射する光を所望する光束に変換することができる。
In the above-described example, the case where the
また、上述した例では、円筒レンズ134が、上述したように、光軸Lが通過する位置の厚さが最も薄く、かつ、+X方向又は−X方向に沿って進むに従って厚さが次第に厚くなるような形状を有する場合を示したが、光軸Lが通過する位置の厚さが最も厚くなるような円筒レンズとしてもよい。具体的には、入射面138が上方向(−Z方向)に向かって膨み、出射面140が下方向(+Z方向)に向かって膨む形状とするとともに、光軸Lが通過する位置の厚さが最も厚く、+Y方向又は−Y方向に沿って進むに従って厚さが次第に薄くなるにような形状にする。このような形状の円筒レンズを用いた場合には、±Y方向の正の屈折力により、入射面138に入射した光を、光が+Z方向に進行するに従って+Y方向及び−Y方向に次第に狭まっていくように出射面140から出射することができ、結果として、出射面140から出射する光の出射領域の形状を長尺な形状にすることができる。
In the above-described example, as described above, the
<照射面150>
上述したレンズ系130から出射された光の進行方向には、照射面150が位置付けられている。この照射面150の位置は、照射面150に上述した光均一化手段116の出射面122の像が結像する位置である。即ち、上述した光源系110とレンズ系130と照射面150との相対的な位置は、光均一化手段116の出射面122の像が照射面150に結像するように定めればよい。具体的には、光均一化手段116の出射面122と、照射面150とを、レンズ系130の短手方向の共役位置に位置付ける。このように、光均一化手段116の出射面122の像が照射面150に結像する位置にすることで、最も明るくかつ明るさが均一となるように、また、レンズの諸収差を良好に補正して、照射面150に光を照射することができる。尚、照射面150において光が照射された領域を照射領域152と称する。この照射領域152の形状は、出射面140から出射された光の出射領域と略相似形となるので、照射領域152の形状を、アスペクト比が変更された±X方向に伸長した長尺な照射領域とすることができる。
<
The
<<第2の実施の形態>>
図2は、本発明にかかる照明装置の第2の実施の形態の概要を示す斜視図である。尚、図2においても、右方向を+X方向とし、左方向を−X方向とし、手前方向を+Y方向とし、奥行き方向を−Y方向とし、下方向を+Z方向とし、上方向を−Z方向とする。尚、第1の実施の形態と同様に、これらのX,Y及びZ方向は、説明のために定めたものであって、以下に説明する光学系の構成要素がこれらの方向に限定されるものではなく、光学系の構成要素の相対的な位置関係を示すためにX,Y及びZ方向を便宜的に用いる。また、図1に示した要素と同様のものは、同一の符号を付した。
<< Second Embodiment >>
FIG. 2 is a perspective view showing an outline of the second embodiment of the illumination device according to the present invention. In FIG. 2, the right direction is the + X direction, the left direction is the -X direction, the front direction is the + Y direction, the depth direction is the -Y direction, the down direction is the + Z direction, and the up direction is the -Z direction. And As in the first embodiment, these X, Y, and Z directions are determined for explanation, and the constituent elements of the optical system described below are limited to these directions. For convenience, the X, Y, and Z directions are used for convenience in order to indicate the relative positional relationship between the components of the optical system. The same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
図2に示した照明装置200は、光源系210と、レンズ系230と、からなる。この照明装置200は、光源系210から出射された光を、照射面150における照射領域152が細長い長方形状となるように照射面150に照射する。
The
<光源系210>
光源系210は、レーザダイオードからなり、その発光体212は、長尺な形状を有しており、光が下方向(+Z方向)に向かって発せられるように、発光体212の下面に出射面214に設けられている。このように、出射面214の形状を長尺な形状としたので、光源系210から出射される光の出射領域の形状は長尺な形状となる。
<
The
<レンズ系230>
上述した光源系210から発せられた光の進行方向(+Z方向)には、レンズ系230が位置付けられている。レンズ系230は、凸レンズ232と屈折率分布型レンズ234とからなる。
<
The
凸レンズ232は、光源系210から出射された光の出射領域の大きさを変更して屈折率分布型レンズ234に出射する。
The
屈折率分布型レンズ234は、光源系210から出射された光が入射する入射面236と、入射された光を出射する出射面238とを有する。この入射面236と出射面238とは、互いに略平行であるともに同様な長尺な長方形状を有しており、光軸Lに対して略垂直となるように位置付けられている。
The
屈折率分布型レンズ234は、屈折率が一様でない媒質を用いて形成されており、+X方向又は−X方向に進むに従って負の屈折率が次第に大きくなるように変化する。尚、+Y方向又は−Y方向についての屈折率は略一定である。±X方向の屈折率が最も小さい位置に光軸Lが位置するように、屈折率分布型レンズ234は設けられている。
The
屈折率分布型レンズ234を用いることにより、±X方向の負の屈折力を±Y方向の屈折力より大きくすることができ、入射面236に入射した光を、光が+Z方向に進行するに従って+X方向及び−X方向に次第に拡がっていくように出射面238から出射することができる。また、屈折率分布型レンズ234は、入射面236に入射した光を±Y方向には屈折させることなく出射面238から出射させることができる。このため、屈折率分布型レンズ234は、光が+Z方向に進行するに従って、+X方向及び−X方向のみには次第に拡がっていき、かつ±Y方向には拡がらないように、入射面236に入射した光を出射面238から出射することができる。
By using the
従って、屈折率分布型レンズ234は、光源系210から出射された光の出射領域を±X方向に伸長させたより長尺な出射領域に変更することができる。即ち、光源系210から出射された光の出射領域のアスペクト比を変更して出射面238から出射することができる。
Therefore, the
尚、上述した屈折率分布型レンズ234の±X方向の屈折力と±Y方向の屈折力との比を適宜変更することにより、照射する光のアスペクト比を調整することができ、第1の実施の形態と同様に照射領域152の形状を所望する形状にすることができる。
The aspect ratio of the light to be irradiated can be adjusted by appropriately changing the ratio of the refractive power in the ± X direction and the refractive power in the ± Y direction of the
また、屈折率分布型レンズ234の±X方向は、±Y方向の屈折力と異なるので、レンズ系230は、X方向についての共役位置と、Y方向についての共役位置と、の2種類の共役位置を有する。X方向についての共役位置は、短手方向の共役位置になり、Y方向についての共役位置は、長手方向の共役位置になる。
Further, since the ± X direction of the
さらに、上述した例では、レンズ群230が単一の凸レンズ232から構成される場合を示したが、この凸レンズ232を複数のレンズからなるレンズ群から構成してもよい。このレンズ群として、凸レンズや凹レンズの他非球面レンズ等の複数種類のレンズを組み合わせて構成することができる。このように、凸レンズ232の代りにレンズ群で置き換えた場合には、屈折率分布型レンズ234に照射する光や、照射面150に照射する光を所望する光束に変換することができる。
Furthermore, although the case where the
更にまた、上述した例では、屈折率分布型レンズ234が、上述したように、+X方向又は−X方向に進むに従って負の屈折率が次第に大きくなるように変化し、かつ、+Y方向又は−Y方向についての屈折率は略一定である場合を示したが、+Y方向又は−Y方向に進むに従って正の屈折率が次第に大きくなるように変化し、かつ、+X方向又は−X方向についての屈折率は略一定として、±Y方向の屈折率が最も小さい位置に光軸Lが位置するように屈折率分布型レンズ234に位置付けてもよい。このような屈折率分布型レンズを用いた場合には、±Y方向の正の屈折力により、入射面236に入射した光を、光が+Z方向に進行するに従って+Y方向及び−Y方向に次第に狭まっていくように出射面238から出射することができ、結果として、出射面238から出射する光の出射領域の形状を長尺な形状にすることができる。
Furthermore, in the above-described example, as described above, the
<照射面150>
上述したレンズ系230から出射された光の進行方向には、第1の実施の形態と同様に、照射面150が位置付けられている。この照射面150の位置は、照射面150に上述した発光体212の出射面214の像が結像する位置である。即ち、上述した光源系210とレンズ系230と照射面150との相対的な位置は、発光体212の出射面214の像が照射面150に結像するように定めればよい。具体的には、発光体212の出射面214と、照射面150とを、レンズ系230の短手方向の共役位置に位置付ける。このように、発光体212の出射面214の像が照射面150に結像する位置にすることで、最も明るくかつ明るさが均一となるように、また、レンズの諸収差を良好に補正して、照射面150に光を照射することができる。尚、照射面150において光が照射された領域を照射領域152と称する。この照射領域152の形状は、屈折率分布型レンズ234の出射面238から出射された光の出射領域と略相似形となるので、照射領域152の形状を、アスペクト比が変更された±X方向に伸長した長尺な照射領域とすることができる。
<
As in the first embodiment, the
<<第3の実施の形態>>
図3は、本発明にかかる照明装置の第3の実施の形態の概要を示す斜視図である。尚、図3は、光源系310のみを示す図である。また、図3においては、右方向を+X方向とし、左方向を−X方向とし、手前方向を+Y方向とし、奥行き方向を−Y方向とし、下方向を+Z方向とし、上方向を−Z方向とする。尚、第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に、これらのX,Y及びZ方向は、説明のために定めたものであって、以下に説明する光学系の構成要素がこれらの方向に限定されるものではなく、光学系の構成要素の相対的な位置関係を示すためにX,Y及びZ方向を便宜的に用いる。
<< Third Embodiment >>
FIG. 3 is a perspective view showing an outline of the third embodiment of the illumination device according to the present invention. FIG. 3 shows only the
光源系310は、光源部312と光均一化手段314とからなる。
The
光源部312は、複数の光源316からなり、支持部材(図示せず)に2列の直線状に並置されている。これらの光源316は、所望する波長の光を発する光源であり、各々が小さくかつ一定の方向に光を発するものが好ましい。具体的には、発光ダイオード、レーザダイオード等の光源を用いることができる。このような光源316自体で一定の方向に光を発するので、集光手段を用いることなく所望する方向に光を導くことができる。
The
上述した光源部312から発せられた光の進行方向(+Z方向)の前方には、第1の実施の形態と同様の光均一化手段314が支持部材(図示せず)によって位置付けられている。この光均一化手段314は、上側の面である入射面318と下側の面である出射面320とを有する。入射面318と出射面320とは、互いに略平行であるともに同様な長尺な長方形状を有しており、光軸Lに対して略垂直となるように位置付けられている。入射面318と出射面320との大きさ及び形状は、直線状に並置された複数の光源316の全体的な大きさや配置に基づいて定められる。入射面318には、光源部312から発せられた光が入射される。出射面320からは、光均一化手段314によって明るさが均一化された光が出射される。この光均一化手段314は、入射面318に入射された光が光均一化手段314内で進行するに従って光束の角度成分を混ぜ合わせて照度むらや色むら等を低減できる光学素子であればよい。光均一化手段314として、例えば、光の進行方向に沿って長尺な長方体状のロッドレンズや、2組の互いに向かい合う平面状の反射材料によって四角筒状に形成された光学素子を用いることができる。
In front of the traveling direction (+ Z direction) of the light emitted from the
光源部312における複数の光源316の大きさ及び配列、並びに光均一化手段314の入射面318と出射面320との大きさ及び形状を適宜変更することによって、光均一化手段314から出射する光の出射領域を所望する形状にすることができる。特に、光均一化手段314の出射面320の形状を長尺な長方形状とするのが好ましい。
Light emitted from the
この第3の実施の形態で示した光源系310を、上述した第1の実施の形態の光源系110又は第2の実施の形態の光源系210に置き換えることにより、長尺な形状の照射領域に照射する光を発することができる。即ち、上述した光均一化手段314の出射面320と照射面とを、レンズ系(第1の実施の形態のレンズ系130又は第2の実施の形態のレンズ系230)の短手方向の共役位置に位置付ける。このように、光均一化手段314の出射面320の像が照射面150に結像する位置にすることで、最も明るくかつ明るさが均一となるように、また、レンズの諸収差を良好に補正して、照射面150に光を照射することができる。
By replacing the
<<第4の実施の形態>>
図4は、本発明にかかる照明装置の第4の実施の形態の概要を示す斜視図である。尚、図4は、光源系410のみを示す図である。また、図4においては、右方向を+X方向とし、左方向を−X方向とし、手前方向を+Y方向とし、奥行き方向を−Y方向とし、下方向を+Z方向とし、上方向を−Z方向とする。尚、第1の実施の形態〜第3の実施の形態と同様に、これらのX,Y及びZ方向は、説明のために定めたものであって、以下に説明する光学系の構成要素がこれらの方向に限定されるものではなく、光学系の構成要素の相対的な位置関係を示すためにX,Y及びZ方向を便宜的に用いる。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 4 is a perspective view showing an outline of the fourth embodiment of the illumination device according to the present invention. FIG. 4 shows only the
図4に示した光源系410は、光源部412と集光手段414と光均一化手段416とからなる。
The
光源部412は、単一の光源であり、蛍光灯のような直線状の形状を有する長尺光源である。光源部412は、所望する波長の光を発する光源である。この長尺光源として、レーザダイオードやライン型ライトガイド等を光源としたものが好ましい。
The
集光手段414は、光源部412の近傍に設けられており、光源部412から発せられた光を集光して+Z方向に導く。この集光手段414は、光源部412と略平行な長尺な形状を有する。集光手段414は、上側の平面である入射面418と、下に凸の形状を有する出射面420とを有する。出射面420の形状を下に凸の形状としたことにより、光源部412から発せられた光を集光して、後述する光均一化手段416の入射面422に入射させることができる。
The condensing means 414 is provided in the vicinity of the
上述した光源部412から発せられた光の進行方向(+Z方向)の前方には、第1の実施の形態と同様の光均一化手段416が支持部材(図示せず)によって位置付けられている。この光均一化手段416は、上側の面である入射面422と下側の面である出射面424とを有する。入射面422と出射面424とは、互いに略平行であるともに同様な長尺な長方形状を有しており、光軸Lに対して略垂直となるように位置付けられている。入射面422と出射面424との大きさ及び形状は、光源部412の大きさや形状や集光手段414の集光度に基づいて定められる。入射面422には、光源部412から発せられた光が入射される。出射面424からは、光均一化手段416によって明るさが均一化された光が出射される。この光均一化手段416は、入射面422に入射された光が光均一化手段416内で進行するに従って光束の角度成分を混ぜ合わせて照度むらや色むら等を低減できる光学素子であればよい。光均一化手段416として、例えば、光の進行方向に沿って長尺な長方体状のロッドレンズや、2組の互いに向かい合う平面状の反射材料によって四角筒状に形成された光学素子を用いることができる。
In front of the traveling direction (+ Z direction) of the light emitted from the
光源部412の大きさ及び形状、並びに光均一化手段416の入射面422と出射面424との大きさ及び形状を適宜変更することによって、光均一化手段416から出射する光の出射領域を所望する形状にすることができる。特に、光均一化手段416の出射面424の形状を長尺な長方形状とするのが好ましい。
By appropriately changing the size and shape of the
この第4の実施の形態で示した光源系410を、上述した第1の実施の形態の光源系110又は第2の実施の形態の光源系210に置き換えることにより、長尺な形状の照射領域に照射する光を発することができる。即ち、上述した光均一化手段416の出射面424と照射面とを、レンズ系(第1の実施の形態のレンズ系130又は第2の実施の形態のレンズ系230)の短手方向の共役位置に位置付ける。このように、光均一化手段416の出射面320の像が照射面150に結像する位置にすることで、最も明るくかつ明るさが均一となるように、また、レンズの諸収差を良好に補正して、照射面150に光を照射することができる。
By replacing the
100、200 照明装置
110、210、310、410 光源系
112、212、312、412 光源部
116、314、416 光均一化手段(均一手段)
122、214、320、424 出射面
130、230 レンズ系
134 円筒レンズ(光学素子)
152 照射領域
234 屈折率分布型レンズ(光学素子)
100, 200
122, 214, 320, 424
152
Claims (5)
前記レンズ系は、一の方向に所定の屈折力を有しかつ前記一の方向に略直交する方向の屈折力が前記所定の屈折力と異なる光学素子であって、前記一の方向と前記一の方向に略直交する方向とが、前記レンズ系の光軸に略直交して位置付けられた少なくとも1つの光学素子を含み、かつ、
前記レンズ系は、前記光源系の像を前記照射領域に結像させる位置に設けられていることを特徴とする照明装置。 A light source system including a light source unit that emits light, and a lens system that irradiates a long slit-shaped irradiation region with light emitted from the light source system,
The lens system is an optical element having a predetermined refractive power in one direction and having a refractive power in a direction substantially orthogonal to the one direction different from the predetermined refractive power. Including at least one optical element positioned substantially orthogonal to the optical axis of the lens system, and
The illumination device according to claim 1, wherein the lens system is provided at a position where an image of the light source system is formed on the irradiation region.
前記レンズ系は、一の方向に沿って屈折力が変化するとともに前記一の方向に略直交する方向の屈折力が略一定の光学素子であって、前記一の方向と前記一の方向に略直交する方向とが、前記レンズ系の光軸に略直交して位置付けられた少なくとも1つの光学素子を含み、かつ、
前記レンズ系は、前記光源系の像を前記照射領域に結像させる位置に設けられていることを特徴とする照明装置。 A light source system including a light source unit that emits light, and a lens system that irradiates a long slit-shaped irradiation region with light emitted from the light source system,
The lens system is an optical element whose refractive power changes along one direction and whose refractive power in a direction substantially orthogonal to the one direction is substantially constant, and is substantially in the one direction and the one direction. An orthogonal direction includes at least one optical element positioned substantially orthogonal to the optical axis of the lens system, and
The illumination device according to claim 1, wherein the lens system is provided at a position where an image of the light source system is formed on the irradiation region.
前記出射面と前記照射領域とは、前記レンズ系の短手方向の共役位置に位置付けられている請求項1又は2記載の照明装置。 The light source system has an emission surface that emits light emitted from the light source unit, and
The illumination device according to claim 1, wherein the emission surface and the irradiation region are positioned at a conjugate position in a short direction of the lens system.
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JP2019522819A (en) * | 2016-06-27 | 2019-08-15 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | Microlithography lighting unit |
-
2003
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