JP2007005221A - Lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源から発せられた光束の照度を均一化して被照射物体に照射する照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device that irradiates an irradiated object with uniform illuminance of a light beam emitted from a light source.
従来から、照明装置に用いる光源には、キセノンランプやメタルハライドランプ等の放電灯が多く用いられてきた。このような放電灯は、電力が供給される電極が光路上に位置するように配置される場合が多い。このため、光源から発せられた光束が、電極によって遮られて、照度に分布が生じ、被照射物体を均一な照度で照明することが困難になっていた。 Conventionally, discharge lamps such as xenon lamps and metal halide lamps have been often used as light sources used in lighting devices. In many cases, such a discharge lamp is arranged such that an electrode to which power is supplied is located on the optical path. For this reason, the luminous flux emitted from the light source is blocked by the electrodes, and the illuminance is distributed, making it difficult to illuminate the irradiated object with uniform illuminance.
このような不均一な照度の照明を防止するために、フライアイインテグレータを用いて、照度を均一化しようとしたものがあった(例えば、特許文献1参照)。 In order to prevent such illumination with uneven illuminance, there has been an attempt to make illuminance uniform by using a fly eye integrator (for example, see Patent Document 1).
また、光源の電極間の中心の位置を、反射鏡の焦点位置からずれた位置にすることによって、照度の分布を少なくしようとするものもある(例えば、特許文献2参照)。 Some attempt to reduce the distribution of illuminance by setting the center position between the electrodes of the light source to a position shifted from the focal position of the reflecting mirror (see, for example, Patent Document 2).
さらに、光源の位置を、反射鏡の中心から半径方向にずらした位置にすることで、照度の分布を少なくしようとするものもあった(例えば、特許文献3参照)。 Furthermore, there has been an attempt to reduce the distribution of illuminance by shifting the position of the light source in the radial direction from the center of the reflecting mirror (see, for example, Patent Document 3).
さらにまた、反射鏡と集光点との間に凹面コーンレンズを配置し、反射鏡によって反射された光束を被照射物体に向かって分散させることにより、照度の分布を少なくしようとするものもあった(例えば、特許文献4参照)。
上述した従来の照明装置は、いずれも、照度の分布を少なくしようとするものであったが、近年は、被照射物体の照明装置として、さらに照度の分布を少なくするものが望まれている。例えば、プリント配線板等の基体の傷や汚れなどを画像処理によって検査する装置や、カラーフィルターの色調を検査する装置に用いる照明装置などでは、従前よりもさらに照度が均一化された光束を照射する必要が生じてきている。 All of the conventional illumination devices described above have been intended to reduce the distribution of illuminance, but in recent years, as an illumination device for an object to be irradiated, a device that further reduces the distribution of illuminance is desired. For example, a device that inspects scratches and dirt on a substrate such as a printed wiring board by image processing, and an illumination device that is used in a device that inspects the color tone of a color filter irradiates a light flux with a more uniform illuminance than before. There is a need to do that.
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、照度の分布を少なくして、被照射物体を均一の照度の光束で照明できる照明装置を提供することにある。
以上のような目的を達成するために、本発明においては、オプティカルインテグレータの入射面が、オプティカルインテグレータの光軸と垂直な面に対して傾いて形成されたオプティカルインテグレータを用いて、被照射物体を照明する。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an illuminating device capable of illuminating an irradiated object with a luminous flux having a uniform illuminance while reducing the illuminance distribution. is there.
In order to achieve the above object, in the present invention, an object to be irradiated is used by using an optical integrator in which the incident surface of the optical integrator is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the optical integrator. Illuminate.
具体的には、本発明に係る照明装置は、
光源から発せられた光束を被照射物体に照射する照明装置であって、
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束によって前記被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束を射出する射出面と、を有する少なくとも1つ以上のオプティカルインテグレータを有する導光光学系と、を含み、
前記オプティカルインテグレータの前記入射面が、前記オプティカルインテグレータの光軸と垂直な面に対して傾いて形成されたことを特徴とする。
Specifically, the lighting device according to the present invention is:
An illumination device that irradiates an irradiated object with a light beam emitted from a light source,
A condensing optical system for condensing a light beam emitted from the light source;
An exit that emits a light beam for uniformly illuminating an incident surface on which the light beam condensed by the condensing optical system is incident and an illumination field formed on the irradiated object by the light beam incident on the incident surface. A light guiding optical system having at least one or more optical integrators,
The incident surface of the optical integrator is formed to be inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the optical integrator.
本発明に係る照明装置は、光源から発せられた光束を被照射物体に照射するものであり、集光光学系と導光光学系とを含む。なお、本明細書においては、「光束」とは、光源から発せられて被照射物体に至る光線の集まりや、光線の束をいう。 An illumination device according to the present invention irradiates an irradiated object with a light beam emitted from a light source, and includes a condensing optical system and a light guiding optical system. In this specification, “light flux” refers to a collection of light beams emitted from a light source and reaching an irradiated object, or a bundle of light beams.
集光光学系は、光源から発せられた光束を集光する。集光光学系は、光源から発せられた光束を、後述するオプティカルインテグレータの入射面に導くものが好ましい。特に、集光光学系は、反射面が回転楕円面を有する楕円鏡がより好ましい。 The condensing optical system condenses the light beam emitted from the light source. The condensing optical system preferably guides the light beam emitted from the light source to the incident surface of an optical integrator described later. In particular, the condensing optical system is more preferably an elliptical mirror whose reflecting surface has a spheroid.
導光光学系は、少なくとも1つ以上のオプティカルインテグレータを有する。
オプティカルインテグレータは、入射面と射出面とを有する。入射面には、集光光学系によって集光された光束が入射される。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって被照射物体上に形成される照野を、均一に近づけた照度で照明するためのものである。オプティカルインテグレータの射出面からは、被照射物体上に形成される照野を、均一に近づけた照度で照明するための光束が射出される。
The light guide optical system has at least one or more optical integrators.
The optical integrator has an entrance surface and an exit surface. The light beam condensed by the condensing optical system is incident on the incident surface. The optical integrator is for illuminating an illumination field formed on an irradiated object by a light beam incident on an incident surface with an illuminance that is close to uniform. From the emission surface of the optical integrator, a light beam for illuminating an illumination field formed on the irradiated object with an illuminance that is made to be uniformly close is emitted.
オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束の照度を均一に近づけようとするものであればよい。例えば、オプティカルインテグレータとして、ロッドを用いることが好ましい。ロッドは、ロッドの入射面に入射された光束を内部で複数回反射させることによって混合して、照度を均一に近づけようとする。このオプティカルインテグレータを用いることで、照度のむらが少ない光束を射出面から射出し、均一に近い照度の光束を被照射物体に照射することができる。 The optical integrator may be any optical integrator that attempts to make the illuminance of the light beam incident on the incident surface close to uniform. For example, it is preferable to use a rod as the optical integrator. The rod attempts to make the illuminance close to uniform by mixing the light beams incident on the incident surface of the rod by internally reflecting the light beams a plurality of times. By using this optical integrator, it is possible to emit a light beam with less uneven illuminance from the exit surface and irradiate the irradiated object with a light beam with nearly uniform illuminance.
さらに、オプティカルインテグレータの入射面が、オプティカルインテグレータの光軸と垂直な面に対して傾いて形成されている。ここで、オプティカルインテグレータの光軸とは、オプティカルインテグレータの入射面の中心とオプティカルインテグレータの射出面の中心とを結ぶ線をいう。 Further, the incident surface of the optical integrator is formed to be inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the optical integrator. Here, the optical axis of the optical integrator refers to a line connecting the center of the entrance surface of the optical integrator and the center of the exit surface of the optical integrator.
オプティカルインテグレータの形状をこのような形状にしたことにより、オプティカルインテグレータの入射面に入射した光束のうちの一部の光束を、オプティカルインテグレータの入射面でオプティカルインテグレータの光軸に向かって進むように屈折させることができる。なお、ここで、オプティカルインテグレータの入射面で屈折された光束は、光軸のみに向かって進ませる必要はなく、光軸を中心とした光軸の周囲の領域に向かって進ませればよい。この光軸の周囲の領域とは、光軸を中心として光軸に沿った領域であって、光軸に対して垂直な面に沿った光軸からの距離が、光軸からオプティカルインテグレータの最外周までの、光軸に対して垂直な面に沿った距離の40%以内に含まれる領域をいう。 By making the shape of the optical integrator like this, a part of the light beam incident on the incident surface of the optical integrator is refracted so that it travels toward the optical axis of the optical integrator at the incident surface of the optical integrator. Can be made. Here, the light beam refracted on the incident surface of the optical integrator does not need to be advanced only toward the optical axis, but may be advanced toward a region around the optical axis centering on the optical axis. The region around the optical axis is a region along the optical axis centering on the optical axis, and the distance from the optical axis along the plane perpendicular to the optical axis is the maximum distance of the optical integrator from the optical axis. A region included within 40% of the distance along the plane perpendicular to the optical axis to the outer periphery.
このように、オプティカルインテグレータの入射面に入射した光束のうちの一部の光束を、オプティカルインテグレータの入射面でオプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域に向かって進むように屈折させることで、オプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域を通過する光束を増やすことができ、オプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域に対応した被照射物体の領域の照度を、光軸の周囲の領域以外の領域に対応した被照射物体の領域の照度に近づけることができ、被照射物体における中抜けを防止することができる。 In this way, a part of the light beam incident on the incident surface of the optical integrator is refracted so as to travel toward the area around the optical axis of the optical integrator at the incident surface of the optical integrator. The luminous flux passing through the area around the optical axis of the optical integrator can be increased, and the illuminance of the irradiated object area corresponding to the area around the optical axis of the optical integrator can be adjusted to the area other than the area around the optical axis. The illuminance in the area of the irradiated object can be brought close to, so that hollows in the irradiated object can be prevented.
特に、オプティカルインテグレータの入射面の法線が、光源の位置と光源から発せられた光束が集光する位置とを結ぶ線に対して傾いているものが好ましい。 In particular, it is preferable that the normal line of the incident surface of the optical integrator is inclined with respect to a line connecting the position of the light source and the position where the light beam emitted from the light source is collected.
さらに、光源の位置と光源から発せられた光束が集光する位置とを結ぶ線が、オプティカルインテグレータの光軸と、一直線上になるものがより好ましい。このようにすることで、光源や集光光学系や、オプティカルインテグレータの光軸の調整を容易にして、オプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域の照度を、光軸の周囲の領域以外の領域の照度に近づけることができ、被照射物体における中抜けを防止することができる。
さらにまた、オプティカルインテグレータは、入射面の部分を除いた部分が柱形のロッドであるもの好ましい。柱形とは、オプティカルインテグレータの光軸に対して垂直な面に沿った断面であって、入射面の部分を除いた部分の射出面に至るまでの断面の形状が一定の形状を有するものをいう。具体的には、入射面の部分を除いた部分の形状が円柱のロッドや四角柱のロッドが好ましく、六角柱のロッドが最も好ましい。六角柱のロッドとすることにより、ロッドの製造を容易にすることができるとともに、円形に近い形状であるので、光束の断面形状に近づけることができるとともに、他の光学素子、例えば光ファイバ等に効率よく光束を射出することができる。
Furthermore, it is more preferable that the line connecting the position of the light source and the position where the light beam emitted from the light source is collected is aligned with the optical axis of the optical integrator. This facilitates adjustment of the optical axis of the light source, the condensing optical system, and the optical integrator, and the illuminance in the area around the optical axis of the optical integrator can be adjusted in the area other than the area around the optical axis. Illuminance can be approximated, and voids in the irradiated object can be prevented.
Furthermore, it is preferable that the optical integrator is a columnar rod except for the incident surface. A columnar shape is a cross-section along a plane perpendicular to the optical axis of the optical integrator, and has a constant cross-sectional shape up to the exit surface excluding the incident surface portion. Say. Specifically, the shape of the portion excluding the portion of the incident surface is preferably a cylindrical rod or a quadrangular rod, and most preferably a hexagonal rod. By using a hexagonal rod, the manufacturing of the rod can be facilitated, and since the shape is close to a circle, the cross-sectional shape of the light beam can be approximated, and other optical elements such as optical fibers can be used. A light beam can be emitted efficiently.
さらに、前記集光光学系は、回転楕円面状の反射面を有する楕円鏡を含み、かつ、
前記楕円鏡の第1焦点位置の近傍に前記光源が位置し、かつ、
前記楕円鏡の第2焦点位置の近傍に、又は前記第2焦点位置と共役な位置の近傍に、前記オプティカルインテグレータの前記入射面が位置するものが好ましい。
Further, the condensing optical system includes an elliptical mirror having a spheroidal reflecting surface, and
The light source is located near the first focal position of the elliptical mirror, and
It is preferable that the incident surface of the optical integrator is positioned in the vicinity of the second focal position of the elliptical mirror or in the vicinity of a position conjugate with the second focal position.
集光光学系は、回転楕円面状の反射面を有する楕円鏡を含み、第1焦点と第2焦点との2つの焦点を有する。楕円鏡の第1焦点の位置の近傍には、光源が位置づけられる。楕円鏡の第1焦点の位置の近傍とは、光源から発せられた光束が、楕円鏡の第2焦点に集光できる程度の範囲をいう。具体的には、第1焦点の位置からの距離が±0.3×f1以内の範囲をいう。なお、ここで、f1とは、楕円鏡の回転楕円面の第1焦点距離である。すなわち、f1は、楕円鏡の回転楕円面の長軸が回転楕円面と交わる点であって第1焦点に近い側の点と、第1焦点と、の間の距離である。なお、楕円鏡の回転楕円面の長軸が回転楕円面と交わる点は、2つあり、一方は、第1焦点に近い点(すなわち、第2焦点から遠い点)であり、他方は、第1焦点から遠い点(すなわち、第2焦点に近い点)である。 The condensing optical system includes an elliptical mirror having a spheroidal reflecting surface, and has two focal points, a first focal point and a second focal point. A light source is positioned in the vicinity of the position of the first focus of the elliptical mirror. The vicinity of the position of the first focal point of the elliptical mirror means a range in which the light beam emitted from the light source can be condensed on the second focal point of the elliptical mirror. Specifically, it refers to a range where the distance from the position of the first focus is within ± 0.3 × f1. Here, f1 is the first focal length of the spheroid of the elliptical mirror. That is, f1 is the distance between the point where the major axis of the ellipsoid of the ellipsoidal mirror intersects the ellipsoid and close to the first focal point, and the first focal point. There are two points where the major axis of the spheroid of the elliptical mirror intersects the spheroid, one is a point close to the first focus (ie, a point far from the second focus), and the other is the first It is a point far from one focus (that is, a point close to the second focus).
一方、楕円鏡の第2焦点位置の近傍には、オプティカルインテグレータの入射面が位置づけられる。または、楕円鏡の第2焦点位置と共役な位置の近傍に、オプティカルインテグレータの入射面を位置づけてもよい。楕円鏡の第2焦点位置の近傍とは、楕円鏡によって楕円鏡の第2焦点位置に集光する光束や集光した光束を、オプティカルインテグレータの入射面に入射させることができる範囲をいう。また、楕円鏡の第2焦点位置と共役な位置の近傍とは、楕円鏡によって楕円鏡の第2焦点位置と共役な位置に集光する光束や集光した光束を、オプティカルインテグレータの入射面に入射させることができる範囲をいう。ここで「集光する光束」とは、第2焦点位置や、第2焦点位置と共役な位置に達せずに集光しきっていない光束をいう。また、「集光した光束」とは、第2焦点位置や、第2焦点位置と共役な位置に達して、集光した光束や、一旦集光した後に広がりつつある光束をいう。 On the other hand, the incident surface of the optical integrator is positioned in the vicinity of the second focal position of the elliptical mirror. Alternatively, the incident surface of the optical integrator may be positioned in the vicinity of a position conjugate with the second focal position of the elliptical mirror. The vicinity of the second focal position of the elliptical mirror refers to a range in which the luminous flux collected by the elliptical mirror and the condensed luminous flux can be incident on the incident surface of the optical integrator. In addition, the vicinity of the position conjugate with the second focal position of the elliptical mirror means that the luminous flux collected by the elliptical mirror at a position conjugate with the second focal position of the elliptical mirror or the condensed luminous flux is incident on the incident surface of the optical integrator. The range that can be incident. Here, the “condensed light beam” refers to a light beam that has not reached the second focal position or a position conjugate with the second focal position and has not been condensed. In addition, the “condensed light beam” refers to a light beam that has reached the second focal position or a position conjugate with the second focal position, and that has converged once or has spread once.
このように、光源と、集光光学系と、オプティカルインテグレータの入射面と、を位置づけることによって、光源から発せられた光束を効率よくかつ的確にオプティカルインテグレータに供給することができ、光束の強度を低下させることなく、光束の照度を均一に近づけて、被照射物体を照明することができる。 Thus, by positioning the light source, the condensing optical system, and the incident surface of the optical integrator, the light beam emitted from the light source can be efficiently and accurately supplied to the optical integrator, and the intensity of the light beam can be increased. The illumination object can be illuminated by reducing the illuminance of the light flux uniformly without reducing it.
前記導光光学系は、円錐状に形成された凹面部を有する凹面コーンレンズを含み、
前記凹面コーンレンズの光軸と、前記オプティカルインテグレータの光軸と、が一直線上に並ぶように、前記凹面コーンレンズが配置され、
前記凹面コーンレンズが、前記第2焦点位置の近傍に、又は前記第2焦点位置と共役な位置の近傍に、位置づけられているものが好ましい。
The light guide optical system includes a concave cone lens having a concave surface formed in a conical shape,
The concave cone lens is arranged so that the optical axis of the concave cone lens and the optical axis of the optical integrator are aligned.
It is preferable that the concave cone lens is positioned in the vicinity of the second focal position or in the vicinity of a position conjugate with the second focal position.
上述した導光光学系は、凹面コーンレンズを含む。この凹面コーンレンズは、円錐状に形成された凹面部を有する。凹面コーンレンズの光軸と、オプティカルインテグレータの光軸と、が一直線上に並ぶように、凹面コーンレンズが配置されている。凹面コーンレンズの入射面には、光源から発せられて集光光学系によって集光された光束が入射される。凹面コーンレンズに入射した光束は、凹面コーンレンズの射出面からオプティカルインテグレータの入射面に向かって射出される。この凹面コーンレンズは、第2焦点位置の近傍に位置づけられている。または、凹面コーンレンズを第2焦点位置と共役な位置の近傍に位置づけてもよい。 The light guide optical system described above includes a concave cone lens. This concave cone lens has a concave surface portion formed in a conical shape. The concave cone lens is arranged so that the optical axis of the concave cone lens and the optical axis of the optical integrator are aligned. The light beam emitted from the light source and condensed by the condensing optical system is incident on the incident surface of the concave cone lens. The light beam incident on the concave cone lens is emitted from the exit surface of the concave cone lens toward the entrance surface of the optical integrator. The concave cone lens is positioned in the vicinity of the second focal position. Alternatively, the concave cone lens may be positioned in the vicinity of a position conjugate with the second focal position.
ここで、楕円鏡の第2焦点位置の近傍とは、楕円鏡によって集光された光束を、凹面コーンレンズの射出面から射出させて、オプティカルインテグレータの入射面に入射させることができる範囲をいう。また、楕円鏡の第2焦点位置と共役な位置の近傍とは、楕円鏡によって集光された光束を、凹面コーンレンズの射出面から射出されて、オプティカルインテグレータの入射面に入射させることができる範囲をいう。 Here, the vicinity of the second focal position of the elliptical mirror refers to a range in which the light beam collected by the elliptical mirror can be emitted from the exit surface of the concave cone lens and incident on the incident surface of the optical integrator. . In addition, the vicinity of the conjugate position with the second focal position of the elliptical mirror means that the light beam collected by the elliptical mirror can be emitted from the exit surface of the concave cone lens and incident on the entrance surface of the optical integrator. A range.
凹面コーンレンズを楕円鏡の第2焦点位置の近傍に、又は楕円鏡の第2焦点位置と共役な位置な位置の近傍に配置したことにより、楕円鏡によって集光された光束の照度を、凹面コーンレンズの凹面部によって均一に近づけることができる。このようにすることによって、オプティカルインテグレータの入射面に、予め照度が均一に近づけられた光束を入射させることができ、オプティカルインテグレータから射出する光束の照度をさらに均一に近づけることができ、被照射物体における中抜けを的確に防止することができる。 By arranging the concave cone lens in the vicinity of the second focal position of the elliptical mirror or in the vicinity of a position conjugate with the second focal position of the elliptical mirror, the illuminance of the light beam collected by the elliptical mirror is reduced to the concave surface. The concave surface portion of the cone lens can be brought closer to the uniform surface. By doing so, it is possible to make the luminous flux whose illuminance has been made to be uniform in advance on the incident surface of the optical integrator, so that the illuminance of the luminous flux emitted from the optical integrator can be made to be even more uniform, and the irradiated object Can be accurately prevented.
また、本発明に係る照明装置は、
光源から発せられた光束を被照射物体に照射する照明装置であって、
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系からの光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束によって前記被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束を射出する射出面と、を有する少なくとも1つ以上のオプティカルインテグレータを有する導光光学系と、を含み、
前記導光光学系は、前記集光光学系によって集光された光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束を前記オプティカルインテグレータの前記入射面に向かって射出する射出面と、を有する光学素子を含み、かつ、
前記光学素子の前記入射面が、前記光学素子の光軸と垂直な面に対して傾いて形成されたことを特徴とする。
Moreover, the illumination device according to the present invention includes:
An illumination device that irradiates an irradiated object with a light beam emitted from a light source,
A condensing optical system for condensing a light beam emitted from the light source;
An incident surface on which a light beam from the condensing optical system is incident; an exit surface that emits a light beam for uniformly illuminating an illumination field formed on the irradiated object by the light beam incident on the incident surface; A light guide optical system having at least one or more optical integrators,
The light guide optical system includes an incident surface on which a light beam collected by the condensing optical system is incident, an exit surface that emits the light beam incident on the incident surface toward the incident surface of the optical integrator, An optical element having
The incident surface of the optical element is formed to be inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the optical element.
本発明に係る照明装置は、光源から発せられた光束を被照射物体に照射するものであり、集光光学系と導光光学系とを含む。本明細書においては、「光束」とは、光源から発せられて被照射物体に至る光線の集まりや、光線の束をいう。 An illumination device according to the present invention irradiates an irradiated object with a light beam emitted from a light source, and includes a condensing optical system and a light guiding optical system. In this specification, the “light beam” refers to a collection of light beams emitted from a light source and reaching an irradiated object, or a bundle of light beams.
集光光学系は、光源から発せられた光束を集光する。集光光学系は、光源から発せられた光束を、後述する導光光学系の光学素子の入射面に導くものが好ましい。特に、集光光学系は、反射面が回転楕円面を有する楕円鏡がより好ましい。 The condensing optical system condenses the light beam emitted from the light source. The condensing optical system preferably guides the light beam emitted from the light source to the incident surface of the optical element of the light guide optical system described later. In particular, the condensing optical system is more preferably an elliptical mirror whose reflecting surface has a spheroid.
導光光学系は、少なくとも1つ以上のオプティカルインテグレータと、光学素子と、を有する。 The light guide optical system includes at least one optical integrator and an optical element.
オプティカルインテグレータは、入射面と射出面とを有する。集光光学系からの光束とは、集光光学系からオプティカルインテグレータへ直接光束が導かれる場合のほか、集光光学系から後述する光学素子を介してオプティカルインテグレータへ光束が導かれる場合も含まれる。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって被照射物体上に形成される照野を、均一に近づけた照度で照明するためのものである。オプティカルインテグレータの射出面からは、被照射物体上に形成される照野を、均一に近づけた照度で照明するための光束が射出される。 The optical integrator has an entrance surface and an exit surface. The light beam from the condensing optical system includes not only the case where the light beam is directly guided from the condensing optical system to the optical integrator, but also the case where the light beam is guided from the condensing optical system to the optical integrator via an optical element described later. . The optical integrator is for illuminating an illumination field formed on an irradiated object by a light beam incident on an incident surface with an illuminance that is close to uniform. From the emission surface of the optical integrator, a light beam for illuminating an illumination field formed on the irradiated object with an illuminance that is made to be uniformly close is emitted.
オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束の照度を均一に近づけようとするものであればよい。例えば、オプティカルインテグレータとして、ロッドを用いることが好ましい。ロッドは、入射面に入射された光束を内部で複数回反射させることによって混合して、照度を均一に近づけようとする。このオプティカルインテグレータを用いることで、照度のむらが少ない光束を射出面から射出し、均一に近い照度の光束を被照射物体に照射することができる。 The optical integrator may be any optical integrator that attempts to make the illuminance of the light beam incident on the incident surface close to uniform. For example, it is preferable to use a rod as the optical integrator. The rod attempts to make the illuminance close to uniform by mixing the light beam incident on the incident surface by reflecting the light beam a plurality of times inside. By using this optical integrator, it is possible to emit a light beam with less uneven illuminance from the exit surface and irradiate the irradiated object with a light beam with nearly uniform illuminance.
導光光学系は、入射面と射出面とを有する光学素子を含む。この光学素子の入射面には、集光光学系によって集光された光束が入射される。光学素子の入射面は、光学素子の光軸と垂直な面に対して傾いて形成されている。ここで、光学素子の光軸とは、光学素子の入射面の中心と光学素子の射出面の中心とを結ぶ線をいう。集光光学系によって集光された光束は、光学素子の入射面で屈折する。入射面で屈折した光束は、光学素子の射出面に向かって進み、オプティカルインテグレータの入射面に向かって光学素子の射出面から射出される。光学素子の射出面から射出された光束は、オプティカルインテグレータの入射面に入射する。 The light guide optical system includes an optical element having an entrance surface and an exit surface. The light beam condensed by the condensing optical system is incident on the incident surface of the optical element. The incident surface of the optical element is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the optical element. Here, the optical axis of the optical element refers to a line connecting the center of the entrance surface of the optical element and the center of the exit surface of the optical element. The light beam condensed by the condensing optical system is refracted at the incident surface of the optical element. The light beam refracted on the incident surface travels toward the exit surface of the optical element, and exits from the exit surface of the optical element toward the entrance surface of the optical integrator. The light beam emitted from the exit surface of the optical element enters the entrance surface of the optical integrator.
光学素子の形状をこのような形状にするとともに、光学素子とオプティカルインテグレータとを、上述したように配置させることにより、光学素子の入射面に入射した光束のうちの一部の光束を、光学素子の光軸やオプティカルインテグレータの光軸に近づくように、光学素子の入射面で屈折させることができる。光学素子の光軸が、オプティカルインテグレータの光軸と一致するように、光学素子が配置されているものが好ましい。 By making the shape of the optical element like this and arranging the optical element and the optical integrator as described above, a part of the light flux incident on the incident surface of the optical element is changed to the optical element. Can be refracted at the incident surface of the optical element so as to approach the optical axis of the optical integrator or the optical axis of the optical integrator. It is preferable that the optical element is arranged so that the optical axis of the optical element coincides with the optical axis of the optical integrator.
光学素子の光軸やオプティカルインテグレータの光軸のみに向かって進ませる必要はなく、光学素子の光軸やオプティカルインテグレータの光軸を中心とした光軸の周囲の領域に向かって進ませればよい。光学素子の光軸の周囲の領域とは、光軸を中心とした領域であって、光軸に対して垂直な面に沿った光軸からの距離が、光軸から光学素子の最外周までの、光軸に対して垂直な面に沿った距離の40%以内に含まれる領域をいう。また、オプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域とは、光軸を中心とした領域であって、光軸に対して垂直な面に沿った光軸からの距離が、光軸からオプティカルインテグレータの最外周までの、光軸に対して垂直な面に沿った距離の40%以内に含まれる領域をいう。 It is not necessary to advance toward the optical axis of the optical element or the optical axis of the optical integrator, but it is sufficient to advance toward the area around the optical axis centered on the optical axis of the optical element or the optical integrator. . The area around the optical axis of the optical element is an area around the optical axis, and the distance from the optical axis along the plane perpendicular to the optical axis is from the optical axis to the outermost periphery of the optical element. The region included within 40% of the distance along the plane perpendicular to the optical axis. The area around the optical axis of the optical integrator is an area centered on the optical axis, and the distance from the optical axis along the plane perpendicular to the optical axis is the maximum distance of the optical integrator from the optical axis. A region included within 40% of the distance along the plane perpendicular to the optical axis to the outer periphery.
このような光束をオプティカルインテグレータに入射させることで、オプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域を通過する光束を増やすことができ、オプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域の照度を、光軸の周囲の領域以外の領域の照度に近づけることができ、被照射物体における中抜けを防止することができる。 By making such a light beam enter the optical integrator, the light beam passing through the area around the optical axis of the optical integrator can be increased, and the illuminance in the area around the optical axis of the optical integrator It is possible to approach the illuminance of an area other than the area, and it is possible to prevent voids in the irradiated object.
さらに、オプティカルインテグレータの射出面が、オプティカルインテグレータの光軸と垂直な面に対して平行に形成されているものが好ましい。このようにすることで、オプティカルインテグレータの射出面から被照射物体へ的確に光束を照射することができる。 Furthermore, it is preferable that the exit surface of the optical integrator be formed in parallel to a surface perpendicular to the optical axis of the optical integrator. By doing so, it is possible to accurately irradiate the irradiated object from the exit surface of the optical integrator.
オプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域を通過する光束を増やすことによって、オプティカルインテグレータの光軸の周囲の領域に対応した被照射物体の領域の照度を、光軸の周囲の領域以外の領域に対応した被照射物体の領域の照度に近づけることができ、被照射物体に照射する光束の照度を均一化することができ、被照射物体における中抜けを防止することができる。また、極めて長いオプティカルインテグレータを用いることなく照度を均一化できるので、装置全体を小型化することができる。さらに、ロッドを活用することができるので、さらなる光学素子を用いることなく照度を均一化することができ、装置の構成を簡素にでき、光路の調整も容易にすることができる。 By increasing the amount of light beam that passes through the optical integrator optical axis, the illumination intensity of the irradiated object area corresponding to the optical integrator optical area can be adjusted to areas other than the optical axis peripheral area. The illuminance of the irradiated object region can be brought close to, the illuminance of the light beam irradiated to the irradiated object can be made uniform, and hollows in the irradiated object can be prevented. Moreover, since the illuminance can be made uniform without using an extremely long optical integrator, the entire apparatus can be reduced in size. Furthermore, since the rod can be utilized, the illuminance can be made uniform without using additional optical elements, the configuration of the apparatus can be simplified, and the adjustment of the optical path can be facilitated.
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。
<<<第1の実施の形態>>>
図1は、本発明に係る第1の実施の形態の照明装置10の概略を示す図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<<<< first embodiment >>>>
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a
<<構成>>
照明装置10は、光源20と、集光光学系22と、オプティカルインテグレータ24と、を含む。
<< Configuration >>
The
<光源20>
光源20は、発光体210からなる。この発光体210は、所望する波長の光束を発するものを用いる。例えば、水銀ランプ等の短い波長の紫外線を発するものを用いることができる。発光体210のバルブ内には、発光物質である水銀と、陽極(図示せず)と陰極(図示せず)との2つの電極が封入されている。この陰極と陽極とは、対向して配置されている。各電極は金属導体(図示せず)に電気的に接続されており、陰極と陽極との間でアーク放電が形成される。
<Light source 20>
The light source 20 includes a
発光体210の一方の口金212aは、後述する楕円鏡220の外側に設けられた支持部材(図示せず)に固定されている。また、他方の口金212bは、図示しない電源ケ−ブルに接続されている。発光体210は、これらの口金を介して両電極に所定の電圧が引加されることにより放電する。
One
陽極と陰極との間でアーク放電を起こすと、アーク柱と呼ばれる放電部分から強い発光を生じる。このアーク柱から放射される光束は、四方に広がる発散光である。 When arc discharge is generated between the anode and the cathode, strong light emission is generated from a discharge portion called an arc column. The luminous flux emitted from this arc column is divergent light spreading in all directions.
<集光光学系22>
集光光学系22は、光源20から発せられた光束を集光する。
<Condensing
The condensing
<楕円鏡220>
集光光学系22は、楕円鏡220からなる。楕円鏡220は、反射面222を有し、楕円鏡220は、反射面222の形状を回転楕円面とした反射鏡である。上述したように、発光体210から発せられる光束は、四方に広がる発散光であるため、発光体210からの発散光を被照射物体(図示せず)に直接照射した場合には、被照射物体上の照野に照射する光束の照度が不足する。このため、発光体210から発せられた光束を一旦集光させることによって、被照射物体の照野に照射する光束の照度を上げることができる。このようにすることで、発光体210から発せられた光束の利用効率を高めることができる。
<
The condensing
上述したように、本発明に係る照明装置では、集光光学系に楕円鏡220を使用する。楕円鏡220は、第1焦点F1と第2焦点F2との2つの焦点を有する。発光体210は、発光体210のアーク部分が、楕円鏡220の第1焦点F1に位置するように、又は楕円鏡220の第1焦点F1の近傍に位置するように、支持部材(図示せず)によって支持されている。このようにすることで、発光体210から発せられた光束は、楕円鏡220の反射面222で反射して第2焦点F2に集光される。楕円鏡220の第1焦点F1の近傍とは、発光体210から発せられて、楕円鏡220の反射面222で反射された光束が、第2焦点F2に集光できる程度の範囲をいう。具体的には、楕円鏡220の第1焦点F1の近傍とは、第1焦点F1の位置からの距離が±0.3×f1以内の範囲に、アーク部分が位置することをいう。なお、ここで、f1とは、楕円鏡220の回転楕円面の第1焦点距離である。すなわち、f1は、楕円鏡220の回転楕円面の長軸が回転楕円面と交わる点であって第1焦点F1に近い側の点と、第1焦点F1と、の間の距離である。
As described above, in the illumination device according to the present invention, the
<オプティカルインテグレータ24>
オプティカルインテグレータ24は、入射面と射出面とを有する。入射面には、集光光学系22によって集光された光束が入射する。オプティカルインテグレータ24は、入射面に入射された光束によって被照射物体上に形成される照野を、均一に近づけた照度で照明するためのものである。オプティカルインテグレータ24の射出面からは、被照射物体上に形成される照野を、均一に近づけた照度で照明するための光束が射出される。オプティカルインテグレータ24は、入射面に入射された光束の照度を均一に近づけようとするものであればよい。
<Optical integrator 24>
The optical integrator 24 has an entrance surface and an exit surface. The light beam condensed by the condensing
オプティカルインテグレータ24は、オプティカルインテグレータ24の入射面が、光学的に楕円鏡220の第2焦点に、又は第2焦点と共役な点に、位置するように配置される。
The optical integrator 24 is disposed so that the incident surface of the optical integrator 24 is positioned at the second focal point of the
さらに、光源共役の関係に着目した場合には、後述するロッドを用いたときには、光源共役面が、ロッドの入射面になるように、リレー光学系を構成して配置すればよい。また、フライアイのときには、光源共役面が、フライアイの射出面になるように、リレー光学系を構成して配置すればよい。このようなリレー光学系を設けることにより、楕円鏡220によって集光された光束を適切な光束に変換してオプティカルインテグレータ24に入射させることができる。
Further, when focusing on the light source conjugate relationship, when a rod described later is used, the relay optical system may be configured and arranged so that the light source conjugate surface becomes the incident surface of the rod. In the case of fly-eye, the relay optical system may be configured and arranged so that the light source conjugate surface becomes the fly-eye exit surface. By providing such a relay optical system, the light beam collected by the
このようにオプティカルインテグレータ24を配置したことにより、発光体210から発せられた光束を、楕円鏡220の反射面222によって、オプティカルインテグレータ24の光源像共役面に集光させることができる。
By arranging the optical integrator 24 in this way, the light beam emitted from the
オプティカルインテグレータ24は、被照射物体の照野に均一な照度の光を照射するために用いられる。さらに、発光体210に色むらがある場合や、発光体210のアークにちらつきがある場合でも、被照射物体の照野における色むらやちらつきを低下させることができる。
The optical integrator 24 is used to irradiate the illumination field of the irradiated object with light having a uniform illuminance. Furthermore, even when the
<ロッド240>
この第1の実施の形態では、オプティカルインテグレータ24としてロッド240を用いる。ロッド240は、発光体210から発せられた光束が入射する入射面242と、ロッド240の内部で照度が均一に近づけられた光束が射出される射出面244とを有する。本実施の形態では、ロッド240は、ガラス等の光学的に透明な材料からなる。
<
In the first embodiment, a
ロッド240の入射面242は、ロッド240の光軸O2と垂直な面に対して傾いて形成されている。なお、図1に示すように、ロッド240の光軸O2とロッド240の入射面242とがなす角度をαとする。このαの大きさは、45度から135度の範囲であるのが好ましい。さらに、αの大きさが、70〜85度又は95〜110度であるのが最も望ましい。ここで、ロッド240の光軸O2とは、ロッド240の入射面242の中心とロッド240の射出面244の中心とを結ぶ線をいう。
The
ロッド240は、ロッド240の光軸O2に沿って長尺な形状を有するともに、入射面242を含む箇所を除いて、ロッド240の光軸O2に対して垂直な断面は、6つの側面から構成される六角形である。上述したように、ロッド240の入射面242は、ロッド240の光軸O2と垂直な面に対して傾いて形成されている。したがって、入射面242を含む箇所を除いたロッド240の形状は、六角柱の形状を有する。なお、本実施の形態では、断面が六角形のロッドを用いたが、円形や矩形のものを用いてもよい。
The
ロッド240の入射面242には、発光体210から発せられて楕円鏡220によって反射された光束が入射される。ロッド240の入射面242において、入射された光束の形状は、ほぼ円形である。このため、ロッド240の断面形状を円形に近いものにし、かつ、ロッド240の製造を容易にするために、上述したように、断面形状を六角形にしたロッドを用いるのが望ましい。
A light beam emitted from the
ロッド240は、入射した光束の角度成分を内部で混ぜ合わせ、ロッド240の射出面244に至るまでに、入射された光束の照度が均一に近づけられる。ロッド240の射出面からは、照度が均一に近づけられた光束が射出される。ロッド240は、色むら、ちらつきなどを低減することもできる。
The
また、ロッド240は、光束の断面を変換する。例えば、発光体210から発せられる光束の場合には、光束の進行方向に対して垂直な断面における形状は、ほぼ円形状であり、この断面形状を有する光束が、ロッド240の入射面242に入射される。ロッド240の射出面244が矩形である場合には、ロッド240の射出面244から射出される光束は、その断面の形状は矩形となる。
Further, the
すなわち、被照射物体の照野の形状に適合した射出面244を有するロッド240を用いる。例えば、被照射物体の照野の形状が矩形の場合には、その矩形に応じた形状の射出面244を有するロッド240が用いられる。例えば、被照射物体の照野の形状と相似形になる射出面244を有するロッド240を用いる。
That is, a
ロッド240を配置は、図1に示すように、ロッド240の光軸O2が、発光体210のアーク部分と楕円鏡220の第2焦点F2とを結ぶ線O1と一直線上になるように、ロッド240を配置するのが最も好ましい。
As shown in FIG. 1, the
以下では、ロッド240の入射面242に入射した光束を図2を用いて説明する。なお、図2に示した光路は、ロッド240の入射面242に入射した光束のうちの代表的なものについて示したものである。ロッド240の入射面242は、楕円鏡220の第2焦点F2の近傍に配置されている。なお、この「楕円鏡220の第2焦点F2の近傍」については、後で詳述する。
Hereinafter, the light beam incident on the
上述したように、発光体210から発せられて楕円鏡220によって反射された光束は、第2焦点F2で集光される。第2焦点F2で一旦集光された光束は、ロッド240の入射面242に向かって再び広がり、ロッド240の入射面242に入射する。本実施の形態では、ロッド240はガラスでできており、ガラスの屈折率と、光束が入射面242に入射した入射角とで、入射面242で屈折する角度が定まる。
As described above, the light beam emitted from the
ロッド240の入射面242の上側で入射した光束のうちの1つの光線L1は、入射面242で屈折してロッド240の内部を進む。この光線L1は、図2に示すように、入射面242で屈折した後、光線L1’に示すように、ロッド240の光軸O2から遠ざかるようにして進む。この後、ロッド240の側面に到達した後、ロッド240の側面で反射され、ロッド240による反射を繰り返しながら射出面244に向かって進む。
One light beam L <b> 1 of the light beam incident on the
ロッド240の入射面242の上側で光線L1よりも下側で入射した光線L2も、入射面242で屈折してロッド240の内部を進む。この光線L2は、図2に示すように、入射面242で屈折した後、光線L2’に示すように、ロッド240の光軸O2に近づくようにして進む。このように、ロッド240の入射面242を、ロッド240の光軸O2と垂直な面に対して傾けて形成したことにより、ロッド240の入射面242に入射した光束のうちの一部の光束を、積極的にロッド240の光軸O2に近づくように屈折させることができる。
The light beam L2 incident on the upper side of the
上述した説明では、ロッド240の入射面242で屈折した光束が光軸O2に近づく場合を示したが、屈折した光束は、光軸O2のみに近づくだけでなく、光軸O2を中心とした光軸O2の周囲の領域にさえ近づけばよい。この光軸O2の周囲の領域は、図2に示すA2の領域である。光軸O2の周囲の領域A2とは、光軸O2を中心として光軸O2に沿った領域であって、光軸O2に対して垂直な面に沿った光軸O2からの距離が、所定の距離以下の範囲に含まれる領域である。また、図2に示した領域A1とは、ロッド240の全体の領域であり、光軸O2を中心として光軸O2に沿った領域であって、光軸O2に対して垂直な面に沿った光軸O2からの距離が、ロッド240の側面までの距離の範囲に含まれる領域である。上述した領域A2の所定の距離とは、領域A1の光軸O2からロッド240の側面までの距離の40%の距離をいう。なお、本実施の形態では、ロッド240は、断面が六角形であるので、光軸O2に対して垂直な面に沿った光軸O2からの距離が、この六角形に内接する円の半径の40%以内に含まれる領域が、光軸O2の周囲の領域A2である。
In the above description, the case where the light beam refracted by the
このように、光束をロッド240の入射面242で屈折させ、屈折させた後、光軸O2の周囲の領域A2に近づけることにより、ロッド240の光軸O2の周囲の領域A2を通過する光束を増やすことができる。ロッド240の光軸O2の周囲の領域A2を通過する光束を増やすことによって、図2に示すように、射出面244における領域A2に到達する光束も増やすことができ、射出面244における領域A2から射出される光束を増やすことができる。このようにしたことで、ロッド240の光軸O2の周囲の領域A2に対応した被照射物体の領域の照度を、光軸O2の周囲の領域A2以外の領域に対応した被照射物体の領域の照度に近づけることができ、ロッド240の射出面244から射出される光束の照度を均一に近づけることができるので、被照射物体における中抜けを防止することができる。
In this way, after the light beam is refracted by the
なお、図2に示すように、ロッド240の入射面242の下側で入射した光束のうちの1つの光線L3やL4も、入射面242で屈折してロッド240の内部を進む。この光線L3やL4は、図2に示すように、入射面242で屈折した後、光線L3’やL4’に示すように、ロッド240の光軸O2から遠ざかるようにして進む。この後、ロッド240の側面に到達した後、ロッド240の側面によって反射され、ロッド240の側面による反射を繰り返しながら射出面244に向かって進む。
As shown in FIG. 2, one light beam L <b> 3 or L <b> 4 of the light beam incident on the lower side of the
図3は、ロッド240の入射面242を、楕円鏡220の第2焦点F2の位置の近傍に位置づけたときの概略を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an outline when the
図3に示すように、発光体210から発せられて楕円鏡220によって反射された光束は、第2焦点F2の位置で集光する。この集光する光束のうち最も外側を進む光線を図3に示すように、LA1及びLA2とする。
As shown in FIG. 3, the light beam emitted from the
第2焦点F2の位置において、集光した光束の形状は、ロッド240の光軸O2に垂直な面上で略円形である。この第2焦点F2の位置における光束の直径をW1とする。また、ロッド240の有効直径をW2とする。なお、本実施の形態では、上述したように、ロッド240は、断面が六角形であるので、六角形に内接する円の直径を有効直径W2とする。さらに、第2焦点F2の位置を原点として、第2焦点F2の位置からロッド240の入射面242の中心までの距離をxとする。なお、xの正の方向は、図3に示した+方向(図面の右方向)であり、xの負の方向は、図3に示した−方向(図面の右方向)である。xが負になるときとは、ロッド240の入射面242の中心の位置が、第2焦点F2の位置よりも楕円鏡220側(図面の左側)に位置したときである。
At the position of the second focal point F2, the shape of the collected light beam is substantially circular on a surface perpendicular to the optical axis O2 of the
発光体210から発せられて楕円鏡220によって反射された光束は、第2焦点F2の位置で集光した後、再び広がってロッド240の入射面242に向かって進む。このときの光束のうち外側を進む光線をLB1及びLB2とする。この光線LB1又はLB2と、光軸O2と平行な線となす角をβとする。
The light beam emitted from the
図3に示すように、ロッド240の入射面242が、楕円鏡220の第2焦点F2の位置に配置されていない場合であっても、第2焦点F2から再び広がる光束を、ロッド240の入射面242に入射させることができれば、発光体210から発せられて楕円鏡220によって反射された光束を被照射物体に照射することができる。本実施の形態では、発光体210から発せられて楕円鏡220によって反射された光束を、ロッド240の入射面242に入射できる範囲を、楕円鏡220の第2焦点F2の位置の近傍という。
As shown in FIG. 3, even when the
すなわち、楕円鏡220の第2焦点F2の位置の近傍とは、楕円鏡220によって楕円鏡220の第2焦点F2の位置に集光する光束や集光した光束を、ロッド240の入射面242に入射させることができる範囲をいう。また、楕円鏡220の第2焦点F2の位置と共役な位置の近傍とは、楕円鏡220によって楕円鏡220の第2焦点F2の位置と共役な位置に集光する光束や集光した光束を、ロッド240の入射面242に入射させることができる範囲をいう。ここで「集光する光束」とは、第2焦点F2の位置や、第2焦点F2の位置と共役な位置に達せずに集光しきっていない光束をいう。また、「集光した光束」とは、第2焦点F2の位置や、第2焦点F2の位置と共役な位置に達して、集光した光束や、一旦集光した後に広がりつつある光束をいう。
That is, the vicinity of the position of the second focal point F2 of the
例えば、図3に示した例の場合には、|x|≦(W2−W1)/(2×tanβ)なる関係が成立する範囲を近傍という。ここで、|x|は、xの絶対値である。なお、上述したように、xは、第2焦点F2の位置を原点として、第2焦点F2の位置からロッド240の入射面242の中心までの距離であり、負の値になる場合がある。また、tanは、三角関数の正接である。
For example, in the case of the example shown in FIG. 3, a range in which the relationship | x | ≦ (W2−W1) / (2 × tan β) is established is referred to as a neighborhood. Here, | x | is the absolute value of x. As described above, x is the distance from the position of the second focal point F2 to the center of the
また、|x|≦(f1+f2)/2が成立する範囲を、楕円鏡220の第2焦点F2の位置の近傍としてもよい。ここで、f1とは、楕円鏡220の回転楕円面の第1焦点距離である。すなわち、f1は、楕円鏡220の回転楕円面の長軸が回転楕円面と交わる点であって第1焦点F1に近い側の点と、第1焦点F1と、の間の距離である。また、f2とは、楕円鏡220の回転楕円面の第2焦点距離である。すなわち、f2は、楕円鏡220の回転楕円面の長軸が回転楕円面と交わる点であって第1焦点F1から遠い側の点と、第1焦点F1と、の間の距離である。
Further, a range in which | x | ≦ (f1 + f2) / 2 is satisfied may be in the vicinity of the position of the second focal point F2 of the
なお、図3に示した図は、ロッド240の入射面242を、楕円鏡220の第2焦点F2の位置の近傍に位置づけたときのものであるが、楕円鏡220の第2焦点F2を楕円鏡220の第2焦点F2と共役な位置とすれば、ロッド240の入射面242を、楕円鏡220の第2焦点F2と共役な位置の近傍に位置づけたものと同じになり、上述した関係が同様に成立する。
3 shows the case where the
<<作用>>
ロッド240の入射面242を、ロッド240の光軸O2と垂直な面に対して傾けて形成したことにより、ロッド240の入射面242に入射した光束のうちの一部の光束を、ロッド240の光軸O2の周囲の領域A2に近づくように屈折させることができる。このような光束をロッド240内部を進ませることにより、ロッド240の光軸O2の周囲の領域A2を通過する光束を増やすことができる。これにより、射出面244における領域A2に到達する光束も増やすことができ、ロッド240の光軸O2の周囲の領域A2に対応した被照射物体の領域の照度を、光軸O2の周囲の領域A2以外の領域に対応した被照射物体の領域の照度に近づけることができ、ロッド240の射出面244から射出される光束の照度を均一に近づけることができるので、被照射物体における中抜けを防止することができる。
<< Action >>
By forming the
また、極めて長い形状のロッドを用いることなく、被照射物体へ照射する光束の照度を均一に近づけることができるので、照明装置全体を小さくすることができる。また、ロッドのみで、光束の照度を均一に近づけることができるので、さらなる光学素子を用いることなく照度を均一化することができ、装置の構成を簡素にでき、光路の調整も容易にすることができる。 Further, since the illuminance of the light beam applied to the irradiated object can be made uniform without using an extremely long rod, the entire illumination device can be reduced. In addition, since the illuminance of the light flux can be made nearly uniform with only the rod, the illuminance can be made uniform without using additional optical elements, the configuration of the apparatus can be simplified, and the optical path can be easily adjusted. Can do.
<<<第2の実施の形態>>>
図4は、本発明に係る第2の実施の形態の照明装置12の概略を示す図である。この第2の実施の形態による照明装置12は、第1の実施の形態による照明装置10と異なり、凹面コーンレンズ230を含む。図4では、第1の実施の形態による照明装置10と共通する構成要素には、同一の符号を付した。
<<< Second Embodiment >>>
FIG. 4 is a diagram showing an outline of the
<<構成>>
照明装置12は、光源20と、集光光学系22と、凹面コーンレンズ230と、オプティカルインテグレータ24と、を含む。
<< Configuration >>
The
<光源20>
光源20は、発光体210からなる。なお、この光源20は、第1の実施の形態による照明装置10と同一の構成であり、同一の機能を有する。
<Light source 20>
The light source 20 includes a
<集光光学系22>
集光光学系22は、光源20から発せられた光束を集光する。
<Condensing
The condensing
<楕円鏡220>
集光光学系22は、楕円鏡220からなる。なお、この集光光学系22も、第1の実施の形態による照明装置10と同一の構成であり、同一の機能を有する。
<
The condensing
<凹面コーンレンズ230>
凹面コーンレンズ230は、平面部232と凹面部234とからなる。凹面部234は、凹形の円錐状、いわゆる漏斗状又はすり鉢状に形成されている。凹面部234の中央には、円錐の最底部が形成されている。
<
The
平面部232が楕円鏡220に向き、凹面部234がロッド240の入射面に向くように配置される。また、凹面部234の最底部が、ロッド240の光軸O2上に位置づけられる。特に、図4に示すように、凹面コーンレンズ230の光軸O5と、ロッド240の光軸O2とが、一直線上になるように配置するのが望ましい。ここで、凹面コーンレンズ230の光軸O5とは、平面部232の中心と凹面部234の中心とを結ぶ線をいう。また、ロッド240の光軸O2とは、ロッド240の入射面242の中心とロッド240の射出面244の中心とを結ぶ線をいう。
The
このようにすることで、光源20から発せられて、楕円鏡220によって反射された光束を平面部232に入射させることができ、平面部232に入射させた光束を凹面部234から射出することができる。
By doing so, the light beam emitted from the light source 20 and reflected by the
この凹面コーンレンズ230は、楕円鏡220の第2焦点F2の近傍に配置されている。ここで、楕円鏡220の第2焦点F2の位置の近傍とは、光源20から発せられて、楕円鏡220によって反射された光束を、凹面コーンレンズ230の凹面部234から射出させ、さらに、後述するロッド240の入射面242に入射させることができる範囲をいう。
The
また、凹面コーンレンズ230を、楕円鏡220の第2焦点F2と共役な位置の近傍に配置してもよい。この場合にも、楕円鏡220の第2焦点F2と共役な位置の近傍とは、光源20から発せられて、楕円鏡220によって反射された光束を、凹面コーンレンズ230の凹面部234から射出させ、さらに、後述するロッド240の入射面242に入射させることができる範囲をいう。
Further, the
凹面コーンレンズ230を、このように配置したことにより、楕円鏡220によって集光された光束を、凹面コーンレンズ230によってさらに集光することができる。すなわち、楕円鏡220によってある範囲の領域に含まれるように集光された光束を、凹面コーンレンズ230によって、さらに狭い領域内に含まれるように集光することができる。このようにすることによって、ロッド240の入射面242に入射させる前に、凹面コーンレンズ230によって、光束の照度を均一に予め近づけることができる。凹面コーンレンズ230から射出された光束をロッド240の入射面242に光束を入射させることによって、ロッド240から射出する光束の照度をさらに均一に近づけることができ、被照射物体における中抜けを的確に防止することができる。
By disposing the
また、図4に示した例では、平面部232が楕円鏡220に向き、凹面部234がロッド240の入射面に向くように、凹面コーンレンズ230を配置する場合を示したが、平面部232がロッド240の入射面に向き、凹面部234が楕円鏡220に向くように、凹面コーンレンズ230を配置してもよい。この場合には、凹面コーンレンズ230の中心部付近を通過する光束は、中心から広がるように平面部232から射出される。中心部付近を通過する光束が、中心から広がるように射出されるので、中心部付近の照度が均一に近づいた光束を平面部232から射出することができ、ロッド240の入射面242に、予め均一に近づいた光束を入射させることができ、ロッド240から射出する光束の照度をさらに均一に近づけることができる。
In the example shown in FIG. 4, the case where the
<オプティカルインテグレータ24>
この第2の実施の形態でも、オプティカルインテグレータ24としてロッド240を用いる。ロッド240は、照明装置10と同一の構成であり、同一の機能を有する。なお、この第2の実施の形態では、ロッド240は、凹面コーンレンズ230によって集光されて、凹面コーンレンズ230の凹面部234から射出された光束が、ロッド240の入射面242に入射されるように配置されていればよい。
<Optical integrator 24>
Also in the second embodiment, the
上述したように、凹面コーンレンズ230によって集光された光束を、ロッド240の入射面242に入射させることによって、ロッド240の射出面244から射出される光束の照度をさらに均一に近づけることができ、被照射物体における中抜けを的確に防止することができる。
As described above, by making the light beam collected by the
この第2の実施の形態でも、図4に示すように、発光体210のアーク部分と楕円鏡220の第2焦点F2とを結ぶ線O1と、凹面コーンレンズ230の光軸O5と、ロッド240の光軸O2とが、一直線上になるように、ロッド240を配置するのが最も好ましい。なお、上述したように、凹面コーンレンズ230の光軸O5とは、平面部232の中心と凹面部234の中心とを結ぶ線をいう。また、ロッド240の光軸O2とは、ロッド240の入射面242の中心とロッド240の射出面244の中心とを結ぶ線をいう。
Also in the second embodiment, as shown in FIG. 4, a line O1 connecting the arc portion of the
<<<第3の実施の形態>>>
図5は、本発明に係る第3の実施の形態の照明装置14の概略を示す図である。この第3の実施の形態による照明装置14は、第1の実施の形態による照明装置10と異なり、光学素子250を含むとともに、ロッド260を含む。なお、図5では、第1の実施の形態による照明装置10と共通する構成要素には、同一の符号を付した。
<<< Third Embodiment >>>
FIG. 5 is a diagram showing an outline of the
<<構成>>
照明装置14は、光源20と、集光光学系22と、光学素子250と、オプティカルインテグレータ26と、を含む。
<< Configuration >>
The
<光源20>
光源20は、発光体210からなる。なお、この光源20は、第1の実施の形態による照明装置10と同一の構成であり、同一の機能を有する。
<Light source 20>
The light source 20 includes a
<集光光学系22>
集光光学系22は、光源20から発せられた光束を集光する。
<Condensing
The condensing
<楕円鏡220>
集光光学系22は、楕円鏡220からなる。なお、この集光光学系22も、第1の実施の形態による照明装置10と同一の構成であり、同一の機能を有する。
<
The condensing
<光学素子250>
光学素子250は、上述した第1の実施の形態又は第2の実施の形態で用いたロッド240を光軸O2方向に短くした形状を有する。光学素子250は、入射面252と射出面254とを有する。光学素子250の入射面252は、光学素子250の光軸O3や、後述するロッド260の光軸O4に垂直な面に対して傾いて形成されている。光学素子250の光軸O3とは、入射面252の中心と射出面254の中心と結ぶ線である。この光学素子250はガラス等の光学的に透明な材料からなる。
<
The
なお、図5に示すように、発光体210のアーク部分と楕円鏡220の第2焦点F2とを結ぶ線O1と、光学素子250の光軸O3と、ロッド260の光軸O4とが、一直線上になるように、光学素子250とロッド260とが配置されているのが望ましい。
As shown in FIG. 5, the line O1 connecting the arc portion of the
光学素子250は、光学素子250の入射面252が、楕円鏡220からの光束が入射されるように配置されている。すなわち、光学素子250は、光源20から発せられて、楕円鏡220によって反射された光束が、光学素子250の入射面252に入射されるように配置されていればよい。
In the
図2に示したロッド240と同様に、光学素子250の入射面252を、光学素子250の光軸O3と垂直な面に対して傾けて形成したことにより、光学素子250の入射面252に入射した光束のうちの一部の光束を、積極的に光学素子250の光軸O3に近づくように屈折させることができる。このような光束を光学素子250内部を進ませることにより、光学素子250の光軸O3の周囲の領域A2を通過する光束を増やすことができる。ここで、光軸O3の周囲の領域A2とは、第1の実施の形態と同様に、光軸O3に対して垂直な断面において、光軸O3からの距離が、光学素子250の断面全体における光軸O3からの距離に対して40%以内に含まれる領域をいう。なお、本実施の形態では、光学素子250は、断面が六角形であるので、この六角形に内接する円の半径の40%以内に含まれる領域が、光軸O3の周囲の領域A2である。
Similar to the
<オプティカルインテグレータ26>
オプティカルインテグレータ26は、ロッド260からなる。この第3の実施の形態で用いるロッド260は、第1の実施の形態又は第2の実施の形態とは異なり、六角柱形状を有する。すなわち、入射面262は、ロッド260の光軸O4と垂直な面と平行に形成されており、射出面264と平行に形成されている。
<Optical integrator 26>
The optical integrator 26 includes a
ロッド260の入射面262は、光学素子250の射出面254に向かい合うように配置されている。光学素子250の射出面254から射出された光束は、ロッド260の入射面262に入射する。光学素子250の入射面252で光学素子250の光軸O3に近づくように屈折させられた光束は、ロッド260の入射面262に入射した後もロッド240の光軸O4に近づくようにロッド260の内部を進む。このように、ロッド260の光軸O4の周囲の領域A2を通過する光束を増やすことによって、第1の実施の形態の図2と同様に、射出面264における領域A2に到達する光束も増やすことができ、ロッド260の光軸O4の周囲の領域A2に対応した被照射物体の領域の照度を、光軸O4の周囲の領域A2以外の領域に対応した被照射物体の領域の照度に近づけることができ、被照射物体における中抜けを防止することができる。
The
10、12、14 照明装置
20 光源
22 集光光学系
24 オプティカルインテグレータ
26 オプティカルインテグレータ
220 楕円鏡
230 凹面コーンレンズ
240 ロッド
250 光学素子
260 ロッド
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束によって前記被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束を射出する射出面と、を有する少なくとも1つ以上のオプティカルインテグレータを有する導光光学系と、を含み、
前記オプティカルインテグレータの前記入射面が、前記オプティカルインテグレータの光軸と垂直な面に対して傾いて形成されたことを特徴とする照明装置。 An illumination device that irradiates an irradiated object with a light beam emitted from a light source,
A condensing optical system for condensing a light beam emitted from the light source;
An exit that emits a light beam for uniformly illuminating an incident surface on which the light beam condensed by the condensing optical system is incident and an illumination field formed on the irradiated object by the light beam incident on the incident surface. A light guiding optical system having at least one or more optical integrators,
The illumination device according to claim 1, wherein the incident surface of the optical integrator is inclined with respect to a surface perpendicular to the optical axis of the optical integrator.
前記楕円鏡の第1焦点位置の近傍に前記光源が位置し、かつ、
前記楕円鏡の第2焦点位置の近傍に、又は前記第2焦点位置と共役な位置の近傍に、前記オプティカルインテグレータの前記入射面が位置する請求項1記載の照明装置。 The condensing optical system includes an elliptical mirror having a spheroidal reflecting surface,
The light source is located near the first focal position of the elliptical mirror, and
The illuminating device according to claim 1, wherein the incident surface of the optical integrator is positioned in the vicinity of the second focal position of the elliptical mirror or in the vicinity of a position conjugate with the second focal position.
前記凹面コーンレンズの光軸と、前記オプティカルインテグレータの光軸と、が一直線上に並ぶように、前記凹面コーンレンズが配置され、
前記凹面コーンレンズが、前記第2焦点位置の近傍に、又は前記第2焦点位置と共役な位置の近傍に、位置づけられている請求項3記載の照明装置。 The light guide optical system includes a concave cone lens having a concave surface formed in a conical shape,
The concave cone lens is arranged so that the optical axis of the concave cone lens and the optical axis of the optical integrator are aligned.
The illumination device according to claim 3, wherein the concave cone lens is positioned in the vicinity of the second focal position or in the vicinity of a position conjugate with the second focal position.
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系からの光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束によって前記被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束を射出する射出面と、を有する少なくとも1つ以上のオプティカルインテグレータを有する導光光学系と、を含み、
前記導光光学系は、前記集光光学系によって集光された光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束を前記オプティカルインテグレータの前記入射面に向かって射出する射出面と、を有する光学素子を含み、かつ、
前記光学素子の前記入射面が、前記光学素子の光軸と垂直な面に対して傾いて形成されたことを特徴とする照明装置。 An illumination device that irradiates an irradiated object with a light beam emitted from a light source,
A condensing optical system for condensing a light beam emitted from the light source;
An incident surface on which a light beam from the condensing optical system is incident; an exit surface that emits a light beam for uniformly illuminating an illumination field formed on the irradiated object by the light beam incident on the incident surface; A light guide optical system having at least one or more optical integrators,
The light guide optical system includes an incident surface on which a light beam collected by the condensing optical system is incident, an exit surface that emits the light beam incident on the incident surface toward the incident surface of the optical integrator, An optical element having
The illumination device according to claim 1, wherein the incident surface of the optical element is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the optical element.
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Cited By (2)
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JP2009122468A (en) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Iwasaki Electric Co Ltd | Light source device |
WO2011021250A1 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-24 | 株式会社 東芝 | Optical element and display device |
-
2005
- 2005-06-27 JP JP2005186365A patent/JP2007005221A/en active Pending
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