JP2957910B2 - 照明装置 - Google Patents
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- G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
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- Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、製版用密着プリンター
や液晶表示素子用プロキシミティ露光機などに適用可能
な照明装置に関する。
や液晶表示素子用プロキシミティ露光機などに適用可能
な照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の照明装置としては、
例えば特開平2−289834号公報に記載されたもの
がある。図15は、その公報に記載された照明装置の概
略構成を示す断面図である。この照明装置は、被照射面
2を照明する装置であり、光源4と、球面鏡6と、コン
デンサレンズ8とで構成されている。この照明装置で
は、光源4の被照射面2側に向いた前半面から出射した
光束が直接コンデンサレンズ8を介して被照射面2に導
光されるとともに、光源4が球面鏡6の曲率中心に配置
されて球面鏡6側を向いた後半面より出射した光束が球
面鏡6で反射された後、さらに光源4を通過し、コンデ
ンサレンズ8を介して被照射面2に導光される。このよ
うに、この従来例では、球面鏡6を設けることで光源4
からの光束を効率良く被照射面2に導光することがで
き、当該被照射面2を効果的に照明することができる。
例えば特開平2−289834号公報に記載されたもの
がある。図15は、その公報に記載された照明装置の概
略構成を示す断面図である。この照明装置は、被照射面
2を照明する装置であり、光源4と、球面鏡6と、コン
デンサレンズ8とで構成されている。この照明装置で
は、光源4の被照射面2側に向いた前半面から出射した
光束が直接コンデンサレンズ8を介して被照射面2に導
光されるとともに、光源4が球面鏡6の曲率中心に配置
されて球面鏡6側を向いた後半面より出射した光束が球
面鏡6で反射された後、さらに光源4を通過し、コンデ
ンサレンズ8を介して被照射面2に導光される。このよ
うに、この従来例では、球面鏡6を設けることで光源4
からの光束を効率良く被照射面2に導光することがで
き、当該被照射面2を効果的に照明することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光源4
を球面鏡6の曲率中心に配置した場合には、次のような
問題が生じる。
を球面鏡6の曲率中心に配置した場合には、次のような
問題が生じる。
【0004】まず、球面鏡6によって反射された光束が
再度光源4を通過するため、当該光源4の発光部で光束
の遮蔽、吸収、散乱等が生じ、光の利用効率の低下を招
く。
再度光源4を通過するため、当該光源4の発光部で光束
の遮蔽、吸収、散乱等が生じ、光の利用効率の低下を招
く。
【0005】また、光源4には寿命があるため、光源交
換が必要であるが、光源4には個体差があり、交換前の
光源と交換後のそれとの間で発光部の位置が異なる場合
がある。このように発光部の位置が異なると、球面鏡6
から戻ってきた光束の発光部における通過位置が光源交
換前後で変化して、光源像の配光が乱れてしまい、その
結果被照射面2の照明状態が変化してしまう。ここで、
「配光」とは、光源や光源像の各方向への光度分布を意
味する。
換が必要であるが、光源4には個体差があり、交換前の
光源と交換後のそれとの間で発光部の位置が異なる場合
がある。このように発光部の位置が異なると、球面鏡6
から戻ってきた光束の発光部における通過位置が光源交
換前後で変化して、光源像の配光が乱れてしまい、その
結果被照射面2の照明状態が変化してしまう。ここで、
「配光」とは、光源や光源像の各方向への光度分布を意
味する。
【0006】さらに、上記のように構成された照明装置
では、球面鏡6を有さない装置に比べて、発光部の温度
が大幅に上昇する。その結果、発光部の輝度は上昇する
ものの、光源4の寿命が短くなるという問題や光源4が
爆発するという問題が生じる。
では、球面鏡6を有さない装置に比べて、発光部の温度
が大幅に上昇する。その結果、発光部の輝度は上昇する
ものの、光源4の寿命が短くなるという問題や光源4が
爆発するという問題が生じる。
【0007】そこで、このような問題を解消すべく、光
源4を球面鏡6の曲率中心から偏位させる技術が提案さ
れている。この技術は、例えば特開平2−226606
号公報に記載されており、図16に示すように、光源4
を球面鏡6の曲率中心6aから光軸OAに対し直交する
方向Xに偏位して、光軸OAに対して対称な位置に光源
4の光源像10を形成している。このため、球面鏡6で
反射された光束が光源4を通過するのを防止して、上記
問題が解消される。
源4を球面鏡6の曲率中心から偏位させる技術が提案さ
れている。この技術は、例えば特開平2−226606
号公報に記載されており、図16に示すように、光源4
を球面鏡6の曲率中心6aから光軸OAに対し直交する
方向Xに偏位して、光軸OAに対して対称な位置に光源
4の光源像10を形成している。このため、球面鏡6で
反射された光束が光源4を通過するのを防止して、上記
問題が解消される。
【0008】しかしながら、図16の照明装置では、別
の問題が生じる。すなわち、光源像10の配光の対称性
が光源4の偏位面(図16の従来例では同図の紙面が相
当する)内で大きく崩れ、その結果、被照射面2での照
度分布がその中心軸CA(この従来例では光軸OAと一
致している)に対し非対称となってしまう。
の問題が生じる。すなわち、光源像10の配光の対称性
が光源4の偏位面(図16の従来例では同図の紙面が相
当する)内で大きく崩れ、その結果、被照射面2での照
度分布がその中心軸CA(この従来例では光軸OAと一
致している)に対し非対称となってしまう。
【0009】ここで、その理由について図17および図
18を参照しつつ考察する。例えば、図17に示すよう
に、光源4が球面鏡6の曲率中心6aから光軸OAに対
し直交する方向Xに距離dxだけ偏位した場合、光源像
10から角度φで出射される光束に関しては、光源4か
ら曲率半径Rの球面鏡6までの距離をR1とし、また球
面鏡6から光源像10までの距離をR2とすれば、次式
18を参照しつつ考察する。例えば、図17に示すよう
に、光源4が球面鏡6の曲率中心6aから光軸OAに対
し直交する方向Xに距離dxだけ偏位した場合、光源像
10から角度φで出射される光束に関しては、光源4か
ら曲率半径Rの球面鏡6までの距離をR1とし、また球
面鏡6から光源像10までの距離をR2とすれば、次式
【0010】
【数1】
【0011】が成立する。仮に、曲率半径Rを150mm
とし、偏位量dxを15mmとすれば、光源像10の被照
射面2側への配光の対称性は図18(a)に示すように
偏位面(同図紙面)内において大きく崩れる。このた
め、光源4の被照射面2側への配光は良好な対称性を有
している(同図(b))が、両配光の重ね合わせとなる
被照射面2での照度分布は中心軸CAに対して非対称と
なってしまう。
とし、偏位量dxを15mmとすれば、光源像10の被照
射面2側への配光の対称性は図18(a)に示すように
偏位面(同図紙面)内において大きく崩れる。このた
め、光源4の被照射面2側への配光は良好な対称性を有
している(同図(b))が、両配光の重ね合わせとなる
被照射面2での照度分布は中心軸CAに対して非対称と
なってしまう。
【0012】また、従来の照明装置(図15および図1
6)には、被照射面2における照度分布の非対称性およ
び照明効率の低下のみならず、次のような問題がある。
すなわち、これらの従来例では、コンデンサレンズ8に
入射した光束は光学面で多重反射され、通常光束(多重
反射が生じないときに得られる光束)だけでなく、多重
反射光もコンデンサレンズ8から被照射面2に出射す
る。このような多重反射光が存在すると、被照射面2に
おいて局部的に多重反射光が集光し、照度分布が不均一
となることがある。したがって、このような多重反射光
が生じる照明装置を製版密着プリンターや液晶表示素子
用プロキシミティ露光機などに適用した場合、製版密着
プリンターでは網点濃度むらが、また液晶表示素子用プ
ロキシミティ露光機では液晶表示板の輝度むらが生じる
という問題がある。
6)には、被照射面2における照度分布の非対称性およ
び照明効率の低下のみならず、次のような問題がある。
すなわち、これらの従来例では、コンデンサレンズ8に
入射した光束は光学面で多重反射され、通常光束(多重
反射が生じないときに得られる光束)だけでなく、多重
反射光もコンデンサレンズ8から被照射面2に出射す
る。このような多重反射光が存在すると、被照射面2に
おいて局部的に多重反射光が集光し、照度分布が不均一
となることがある。したがって、このような多重反射光
が生じる照明装置を製版密着プリンターや液晶表示素子
用プロキシミティ露光機などに適用した場合、製版密着
プリンターでは網点濃度むらが、また液晶表示素子用プ
ロキシミティ露光機では液晶表示板の輝度むらが生じる
という問題がある。
【0013】そこで、この発明は、上記課題を解決する
ためになされたもので、被照射面での照度分布の対称性
を崩すことなく、当該被照射面を効率良く照明すること
ができる照明装置を提供することを第1の目的とする。
ためになされたもので、被照射面での照度分布の対称性
を崩すことなく、当該被照射面を効率良く照明すること
ができる照明装置を提供することを第1の目的とする。
【0014】また、この発明は、上記第1の目的に加
え、多重反射光の発生を抑え、多重反射光による悪影響
を受けずに被照射面を照明することができる照明装置を
提供することを第2の目的とする。
え、多重反射光の発生を抑え、多重反射光による悪影響
を受けずに被照射面を照明することができる照明装置を
提供することを第2の目的とする。
【0015】さらに、この発明は、上記第1の目的に加
え、多重反射光の局部的な集光度を低減して、被照射面
での照度分布の均一性を向上することができる照明装置
を提供することを第3の目的とする。
え、多重反射光の局部的な集光度を低減して、被照射面
での照度分布の均一性を向上することができる照明装置
を提供することを第3の目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、光源
と、前記光源の後半面側に配置された球面鏡と、前記光
源の前半面側に配置されたレンズとを備え、前記光源の
前記前半面より出射される光束と、前記後半面より出射
され前記球面鏡で反射された光束とを前記レンズを介し
て被照射面に導光し、前記被照射面を照明する照明装置
であって、上記目的を達成するため、前記光源を前記球
面鏡の曲率中心から前記球面鏡の対称軸を含む偏位面内
で偏位し、しかも、前記偏位面内で少なくとも前記レン
ズを前記被照射面の法線に対して傾けている。
と、前記光源の後半面側に配置された球面鏡と、前記光
源の前半面側に配置されたレンズとを備え、前記光源の
前記前半面より出射される光束と、前記後半面より出射
され前記球面鏡で反射された光束とを前記レンズを介し
て被照射面に導光し、前記被照射面を照明する照明装置
であって、上記目的を達成するため、前記光源を前記球
面鏡の曲率中心から前記球面鏡の対称軸を含む偏位面内
で偏位し、しかも、前記偏位面内で少なくとも前記レン
ズを前記被照射面の法線に対して傾けている。
【0017】請求項2の発明は、前記光源、前記球面鏡
および前記レンズを一体的に前記被照射面の前記法線に
対して傾けている。
および前記レンズを一体的に前記被照射面の前記法線に
対して傾けている。
【0018】
【0019】請求項3の発明は、前記光源を、光束を発
生させる発光部と、前記発光部を包み込む円筒形状ある
いは球状のガラス容器とで構成し、しかも、前記光源を
前記ガラス容器の半径の1/2よりも大きい距離だけ前
記球面鏡の曲率中心から偏位させている。
生させる発光部と、前記発光部を包み込む円筒形状ある
いは球状のガラス容器とで構成し、しかも、前記光源を
前記ガラス容器の半径の1/2よりも大きい距離だけ前
記球面鏡の曲率中心から偏位させている。
【0020】請求項4の発明は、上記第2の目的を達成
するため、前記レンズにおいて、光束が入射してから出
射するまでの光学面に反射防止膜面を設けている。
するため、前記レンズにおいて、光束が入射してから出
射するまでの光学面に反射防止膜面を設けている。
【0021】請求項5の発明は、上記第2の目的を達成
するために、前記レンズを、フレネル面と平面とを有
し、前記平面が光源側を向いた状態で配置されたフレネ
ルレンズと、ガラスまたは光学樹脂からなり、それぞれ
が前記フレネルレンズに対し光源側および被照射面側に
配置された第1および第2透光板とで構成し、しかも、
前記第1透光板と前記フレネルレンズとを光学的に密着
している。
するために、前記レンズを、フレネル面と平面とを有
し、前記平面が光源側を向いた状態で配置されたフレネ
ルレンズと、ガラスまたは光学樹脂からなり、それぞれ
が前記フレネルレンズに対し光源側および被照射面側に
配置された第1および第2透光板とで構成し、しかも、
前記第1透光板と前記フレネルレンズとを光学的に密着
している。
【0022】請求項6の発明は、上記第3の目的を達成
するため、前記レンズにおいて、光束が入射してから出
射するまでの光路中に光学拡散面を設けている。
するため、前記レンズにおいて、光束が入射してから出
射するまでの光路中に光学拡散面を設けている。
【0023】
【作用】請求項1の発明では、光源の前半面側にレンズ
が、また後半面側に球面鏡がそれぞれ配置されるととも
に、光源が球面鏡の曲率中心から球面鏡の対称軸を含む
偏位面内で偏位されるため、光源から出射される光束の
うち球面鏡側を向いた後半面より出射した光束が球面鏡
により反射されて光源から偏位した位置に光源像が結像
される。したがって、球面鏡からの光束が光源から離れ
た位置(光源像の位置)を通過するので、光源による反
射光束の遮蔽、吸収、散乱等がなく、光の利用効率の低
下が防止される。また、偏位面内で少なくともレンズが
被照射面の法線に対して傾いているため、被照射面での
照度分布が調整され、対称性が良好となる。
が、また後半面側に球面鏡がそれぞれ配置されるととも
に、光源が球面鏡の曲率中心から球面鏡の対称軸を含む
偏位面内で偏位されるため、光源から出射される光束の
うち球面鏡側を向いた後半面より出射した光束が球面鏡
により反射されて光源から偏位した位置に光源像が結像
される。したがって、球面鏡からの光束が光源から離れ
た位置(光源像の位置)を通過するので、光源による反
射光束の遮蔽、吸収、散乱等がなく、光の利用効率の低
下が防止される。また、偏位面内で少なくともレンズが
被照射面の法線に対して傾いているため、被照射面での
照度分布が調整され、対称性が良好となる。
【0024】請求項2の発明では、光源、球面鏡および
レンズが一体的に被照射面の法線に対して傾いて、被照
射面での照度分布が調整され、対称性が良好となる。
レンズが一体的に被照射面の法線に対して傾いて、被照
射面での照度分布が調整され、対称性が良好となる。
【0025】
【0026】請求項3の発明では、光源が、光束を発生
させる発光部と、発光部を包み込む円筒形状あるいは球
状のガラス容器とで構成され、しかも、光源がガラス容
器の半径の1/2よりも大きい距離だけ球面鏡の曲率中
心から偏位しているため、光源と光源像との重なりが防
止され、光を効率良く利用することができる。
させる発光部と、発光部を包み込む円筒形状あるいは球
状のガラス容器とで構成され、しかも、光源がガラス容
器の半径の1/2よりも大きい距離だけ球面鏡の曲率中
心から偏位しているため、光源と光源像との重なりが防
止され、光を効率良く利用することができる。
【0027】請求項4の発明では、レンズに反射防止膜
面が設けられ、レンズ内を進む光束がレンズ面で反射さ
れるのを抑えて、多重反射光の発生を抑制する。
面が設けられ、レンズ内を進む光束がレンズ面で反射さ
れるのを抑えて、多重反射光の発生を抑制する。
【0028】請求項5の発明では、第1透光板とフレネ
ルレンズとが光学的に密着される。光学的密着には、第
1透光板のフレネルレンズ側を向いた平面と、フレネル
レンズの平面とを接着材あるいは液体を充填する手段が
含まれる。このように光学的に密着することで、相互に
密着された2つの平面が反射面とならず、多重反射光の
発生が抑えられる。
ルレンズとが光学的に密着される。光学的密着には、第
1透光板のフレネルレンズ側を向いた平面と、フレネル
レンズの平面とを接着材あるいは液体を充填する手段が
含まれる。このように光学的に密着することで、相互に
密着された2つの平面が反射面とならず、多重反射光の
発生が抑えられる。
【0029】請求項6の発明では、レンズに光学拡散面
が設けられ、レンズ内を進む光束が当該光学拡散面で反
射されたとしても、その反射光は一定の広がりをもって
いる。このため、多重反射光は被照射面上で局部的に集
光せず、照度分布の均一化を図ることができる。
が設けられ、レンズ内を進む光束が当該光学拡散面で反
射されたとしても、その反射光は一定の広がりをもって
いる。このため、多重反射光は被照射面上で局部的に集
光せず、照度分布の均一化を図ることができる。
【0030】
【実施例】図1は、この発明にかかる照明装置の第1実
施例を示す図である。この照明装置が図16の従来例と
大きく相違する点は、(1)光源4と、球面鏡6と、レン
ズ8とが一体的に組付けられ、この組立体(以下「光源
ユニット」という)12が被照射面2の中心軸CAに対
して傾いている点と、(2)光源ユニット12が中心軸C
Aから直交する方向X(以下「偏位方向」という)に一
定距離dxiだけ偏位している点であり、その他の基本
的構成は同一である。
施例を示す図である。この照明装置が図16の従来例と
大きく相違する点は、(1)光源4と、球面鏡6と、レン
ズ8とが一体的に組付けられ、この組立体(以下「光源
ユニット」という)12が被照射面2の中心軸CAに対
して傾いている点と、(2)光源ユニット12が中心軸C
Aから直交する方向X(以下「偏位方向」という)に一
定距離dxiだけ偏位している点であり、その他の基本
的構成は同一である。
【0031】この実施例では、光源4が発光部を所定半
径(例えば、半径r4a)の円筒形状のガラス容器で包み
込んでなるメタルハライドランプであり、偏位方向Xに
対して直交する方向(以下「方向Y」という)に伸びた
円筒形状となっている。このように構成された光源4
は、例えば図2に示すような配光特性を有している。
径(例えば、半径r4a)の円筒形状のガラス容器で包み
込んでなるメタルハライドランプであり、偏位方向Xに
対して直交する方向(以下「方向Y」という)に伸びた
円筒形状となっている。このように構成された光源4
は、例えば図2に示すような配光特性を有している。
【0032】この光源4は、図1に示すように、球面鏡
6の曲率中心6aからガラス容器の半径r4aの1/2よ
りも大きな距離dxだけ偏位されている。このため、光
源4から出射される光束のうち球面鏡6側を向いた後半
面より出射した光束が球面鏡6により反射されて球面鏡
6の対称軸SAに対して対称な位置に光源像10が形成
される。このように光源4から偏位した位置に光源像1
0が結像され、球面鏡6からの光束が光源4から離れた
位置(光源像10の位置)を通過するので、光源の発光
部による反射光束の遮蔽、吸収、散乱等がなくなり、光
の利用効率の低下を防止することができる。なお、この
実施例では、光源4の偏位量を距離dxよりも大きく設
定して、光源4と光源像10との重なりを完全に防止し
ているが、少なくとも光源4を球面鏡6の曲率中心6a
から偏位させることで、光源像10が光源4と同一位置
に形成されるのを防止して、光の利用効率の低下防止を
図ることができる。
6の曲率中心6aからガラス容器の半径r4aの1/2よ
りも大きな距離dxだけ偏位されている。このため、光
源4から出射される光束のうち球面鏡6側を向いた後半
面より出射した光束が球面鏡6により反射されて球面鏡
6の対称軸SAに対して対称な位置に光源像10が形成
される。このように光源4から偏位した位置に光源像1
0が結像され、球面鏡6からの光束が光源4から離れた
位置(光源像10の位置)を通過するので、光源の発光
部による反射光束の遮蔽、吸収、散乱等がなくなり、光
の利用効率の低下を防止することができる。なお、この
実施例では、光源4の偏位量を距離dxよりも大きく設
定して、光源4と光源像10との重なりを完全に防止し
ているが、少なくとも光源4を球面鏡6の曲率中心6a
から偏位させることで、光源像10が光源4と同一位置
に形成されるのを防止して、光の利用効率の低下防止を
図ることができる。
【0033】ここで、このように光源4を偏位させる場
合、光の利用効率を向上させる観点から光源4をどの程
度偏位させるのが好適かという点について図3を参照し
つつ説明する。同図は、光源4の発光部4bから出射
し、球面鏡6で反射された光束がガラス容器4aの外壁
に接して通過する場合の光束の進む光路を示している。
このような光路をとる角度φあるいはそれよりも小さい
角度では、発光部4bの後半面から出射された光束はガ
ラス容器4aを通過することなく、光源像10を形成す
るため、ガラス容器4aによる光損失を防止して、光を
より効率良く利用することができる。なお、同図では、
図示の便宜から球面鏡6を光源4に近接図示している
が、一般的には球面鏡6の曲率半径はガラス容器の半径
r4aに比べて十分に大きい。
合、光の利用効率を向上させる観点から光源4をどの程
度偏位させるのが好適かという点について図3を参照し
つつ説明する。同図は、光源4の発光部4bから出射
し、球面鏡6で反射された光束がガラス容器4aの外壁
に接して通過する場合の光束の進む光路を示している。
このような光路をとる角度φあるいはそれよりも小さい
角度では、発光部4bの後半面から出射された光束はガ
ラス容器4aを通過することなく、光源像10を形成す
るため、ガラス容器4aによる光損失を防止して、光を
より効率良く利用することができる。なお、同図では、
図示の便宜から球面鏡6を光源4に近接図示している
が、一般的には球面鏡6の曲率半径はガラス容器の半径
r4aに比べて十分に大きい。
【0034】同図のような光路を通る場合、距離dxは
次式
次式
【0035】
【数2】
【0036】ただし、r4bは発光部4bの半径、φは光
源像からの出射角、で表すことができる。なお、比例定
数Aは図4に示すように変化する。したがって、光源4
および光源像10からレンズ8に導光される光束の広が
り角、つまり取り込み角φが決まると、光源4を球面鏡
6の曲率中心6aから数2に応じた距離dxより大きく
偏位させることで、より効率良く光を利用することがで
きる。
源像からの出射角、で表すことができる。なお、比例定
数Aは図4に示すように変化する。したがって、光源4
および光源像10からレンズ8に導光される光束の広が
り角、つまり取り込み角φが決まると、光源4を球面鏡
6の曲率中心6aから数2に応じた距離dxより大きく
偏位させることで、より効率良く光を利用することがで
きる。
【0037】図1に戻って、球面鏡6は光源4に対し被
照射面2の反対側、つまり(−Z)方向側に配置され
て、光源4の球面鏡6側を向いた後半面より出射された
光束を反射し、その対称軸SAに対して光源4と対称な
位置に光源像10を形成する。また、こうして形成され
た光源像10および光源4を取り囲むXY平面において
長方形の開口が形成された遮光板20が設けられ、不要
光束、例えば被照射面2やレンズ8で反射されて球面鏡
6側に戻ってきた光束が再度球面鏡6に入射されるのを
防止している。これにより、被照射面2での照度分布の
対称性を良好に保つことができる。
照射面2の反対側、つまり(−Z)方向側に配置され
て、光源4の球面鏡6側を向いた後半面より出射された
光束を反射し、その対称軸SAに対して光源4と対称な
位置に光源像10を形成する。また、こうして形成され
た光源像10および光源4を取り囲むXY平面において
長方形の開口が形成された遮光板20が設けられ、不要
光束、例えば被照射面2やレンズ8で反射されて球面鏡
6側に戻ってきた光束が再度球面鏡6に入射されるのを
防止している。これにより、被照射面2での照度分布の
対称性を良好に保つことができる。
【0038】光源4と被照射面2との間には、レンズ8
が配置されている。このレンズ8は2枚のガラス板1
4,16とフレネルレンズ18からなり、当該フレネル
レンズ18がガラス板14,16に挟まれている。
が配置されている。このレンズ8は2枚のガラス板1
4,16とフレネルレンズ18からなり、当該フレネル
レンズ18がガラス板14,16に挟まれている。
【0039】このように構成された照明装置によれば、
光源ユニット12の偏位(dxi)および傾斜(dθ)
によって被照射面2での照度分布を調整することがで
き、被照射面2の中心軸CAに対してほぼ対称に照明す
ることができる。
光源ユニット12の偏位(dxi)および傾斜(dθ)
によって被照射面2での照度分布を調整することがで
き、被照射面2の中心軸CAに対してほぼ対称に照明す
ることができる。
【0040】なお、上記実施例では、光源ユニット12
を被照射面2の中心軸CAに対して傾斜させるのみなら
ず、偏位方向Xに偏位させているが、単に光源ユニット
12を傾斜させた場合であっても、同様の効果が得られ
る。
を被照射面2の中心軸CAに対して傾斜させるのみなら
ず、偏位方向Xに偏位させているが、単に光源ユニット
12を傾斜させた場合であっても、同様の効果が得られ
る。
【0041】次に、上記のように構成された照明装置の
効果(被照射面2での照度分布の対称性を良好にする効
果)を説明するために、具体的構成を示すとともに、
(a)光源ユニット12の傾斜および偏位をともに行わな
い場合(図16の従来例)、(b)光源ユニット12の偏
位のみを行った場合、(c)光源ユニット12の傾斜のみ
を行った場合、および(d)光源ユニット12の傾斜およ
び偏位をともに行った場合に分けて説明する。
効果(被照射面2での照度分布の対称性を良好にする効
果)を説明するために、具体的構成を示すとともに、
(a)光源ユニット12の傾斜および偏位をともに行わな
い場合(図16の従来例)、(b)光源ユニット12の偏
位のみを行った場合、(c)光源ユニット12の傾斜のみ
を行った場合、および(d)光源ユニット12の傾斜およ
び偏位をともに行った場合に分けて説明する。
【0042】まず、照明装置の具体的構成は表1に示す
通りである。なお、以下に説明する具体例では、被照射
面2のサイズを1000mm×800mm、光源4の偏
位量dxを15mmとしている。
通りである。なお、以下に説明する具体例では、被照射
面2のサイズを1000mm×800mm、光源4の偏
位量dxを15mmとしている。
【0043】
【表1】
【0044】同表において、欄「i」において、i=0
は光源4を、i=1は球面鏡6の反射面を、i=2は光
源像10を、i=3〜8はレンズ8を構成するガラス板
14、フレネルレンズ18およびガラス板16の面をそ
れぞれ示している。また、欄「ri」において、r1は球
面鏡6の曲率半径を、r3〜r8はレンズ8を構成するガ
ラス板14、フレネルレンズ18およびガラス板16の
面の曲率半径をそれぞれ示している。また、欄「di」
は第i面と第(i+1)面との光軸OA上の面間距離を
示し、欄「n404.66」は波長404.66nmに対する
ガラス板14、フレネルレンズ18およびガラス板16
の屈折率をそれぞれ示している。
は光源4を、i=1は球面鏡6の反射面を、i=2は光
源像10を、i=3〜8はレンズ8を構成するガラス板
14、フレネルレンズ18およびガラス板16の面をそ
れぞれ示している。また、欄「ri」において、r1は球
面鏡6の曲率半径を、r3〜r8はレンズ8を構成するガ
ラス板14、フレネルレンズ18およびガラス板16の
面の曲率半径をそれぞれ示している。また、欄「di」
は第i面と第(i+1)面との光軸OA上の面間距離を
示し、欄「n404.66」は波長404.66nmに対する
ガラス板14、フレネルレンズ18およびガラス板16
の屈折率をそれぞれ示している。
【0045】(a)図5は、光源ユニット12の傾斜およ
び偏位をともに行わない場合(dθ=0゜;dxi=
0)の被照射面2での照度分布を示す図である。同図
(および後で説明する図6〜図8、図10および図1
1)において、実線は被照射面2の中心から偏位方向X
における照度を、また点線は当該中心から方向Yにおけ
る照度を、さらに1点鎖線は当該中心から偏位方向Xに
対し38.7゜方向(被照射面2の対角方向)における
照度をそれぞれ示している。また、照度は被照射面2の
中心での照度を100とする相対値で示している。同図
からわかるように、偏位方向Xにおける照度(実線)の
対称性は著しく崩れ、しかも被照射面2の全体としても
照度分布の対称性は良好とはいえない。
び偏位をともに行わない場合(dθ=0゜;dxi=
0)の被照射面2での照度分布を示す図である。同図
(および後で説明する図6〜図8、図10および図1
1)において、実線は被照射面2の中心から偏位方向X
における照度を、また点線は当該中心から方向Yにおけ
る照度を、さらに1点鎖線は当該中心から偏位方向Xに
対し38.7゜方向(被照射面2の対角方向)における
照度をそれぞれ示している。また、照度は被照射面2の
中心での照度を100とする相対値で示している。同図
からわかるように、偏位方向Xにおける照度(実線)の
対称性は著しく崩れ、しかも被照射面2の全体としても
照度分布の対称性は良好とはいえない。
【0046】(b)図6は、光源ユニット12を偏位方向
Xに偏位量dxi=45mmだけ偏位させた場合(dθ
=0゜;dxi=45mm)の被照射面2での照度分布
を示す図である。単に光源ユニット12を偏位方向Xに
偏位させるだけでは、照度分布の対称性は改善されず、
被照射面2の照度は非対称のままである。
Xに偏位量dxi=45mmだけ偏位させた場合(dθ
=0゜;dxi=45mm)の被照射面2での照度分布
を示す図である。単に光源ユニット12を偏位方向Xに
偏位させるだけでは、照度分布の対称性は改善されず、
被照射面2の照度は非対称のままである。
【0047】(c)図7は、光源ユニット12を偏位させ
ることなく、被照射面2の中心軸CAに対して3.5゜
だけ傾斜させた場合(dθ=3.5゜;dxi=0)の
被照射面2での照度分布を示す図である。同図を図5お
よび図6と比較することで明らかなように、光源ユニッ
ト12を傾斜させることで被照射面2での照度分布の対
称性が大幅に改善されている。特に、偏位方向Xについ
ては、その改善効果は顕著である。
ることなく、被照射面2の中心軸CAに対して3.5゜
だけ傾斜させた場合(dθ=3.5゜;dxi=0)の
被照射面2での照度分布を示す図である。同図を図5お
よび図6と比較することで明らかなように、光源ユニッ
ト12を傾斜させることで被照射面2での照度分布の対
称性が大幅に改善されている。特に、偏位方向Xについ
ては、その改善効果は顕著である。
【0048】(d)図8は、光源ユニット12を単に被照
射面2の中心軸CAに対して3.5゜だけ傾斜させるだ
けでなく、偏位方向Xに45mm偏位させた場合(dθ
=3.5゜;dxi=45mm)の被照射面2での照度
分布を示す図である。すなわち、図8に示す構成は上記
した実施例の具体例である。同図からわかるように、図
7の場合と同様に被照射面2での照度分布の対称性が大
幅に改善されている。しかも、図7の具体例では被照射
面2の対角方向における照度がその端部で低下している
(図7の1点鎖線)のに対し、この具体例では照度低下
が抑えられており、この具体例によれば、被照射面2を
より良好に照明することができる。
射面2の中心軸CAに対して3.5゜だけ傾斜させるだ
けでなく、偏位方向Xに45mm偏位させた場合(dθ
=3.5゜;dxi=45mm)の被照射面2での照度
分布を示す図である。すなわち、図8に示す構成は上記
した実施例の具体例である。同図からわかるように、図
7の場合と同様に被照射面2での照度分布の対称性が大
幅に改善されている。しかも、図7の具体例では被照射
面2の対角方向における照度がその端部で低下している
(図7の1点鎖線)のに対し、この具体例では照度低下
が抑えられており、この具体例によれば、被照射面2を
より良好に照明することができる。
【0049】以上のように、光源ユニット12を被照射
面2の中心軸CAに対して傾斜させることで、被照射面
2での照度分布が調整され、その中心軸CAに対してほ
ぼ対称となり、被照射面2を良好に照明することができ
る。
面2の中心軸CAに対して傾斜させることで、被照射面
2での照度分布が調整され、その中心軸CAに対してほ
ぼ対称となり、被照射面2を良好に照明することができ
る。
【0050】それに加え、光源ユニット12を偏位方向
Xに偏位させることで、被照射面2の端部での照度低下
を抑えて、より良好に被照射面2を照明することができ
る。
Xに偏位させることで、被照射面2の端部での照度低下
を抑えて、より良好に被照射面2を照明することができ
る。
【0051】図9は、この発明にかかる照明装置の第2
実施例を示す図である。この照明装置では、第1実施例
と相違してレンズ8のみが被照射面2の中心軸CAに対
して傾斜されている一方、第1実施例と同様にレンズ8
を傾斜した状態のまま、光源4と、球面鏡6と、レンズ
8とからなる光源ユニット12が一体的に偏位方向Xに
偏位量dxiだけ偏位されている。なお、その他の構成
については、第1実施例のそれと同一であるため、説明
は省略する。
実施例を示す図である。この照明装置では、第1実施例
と相違してレンズ8のみが被照射面2の中心軸CAに対
して傾斜されている一方、第1実施例と同様にレンズ8
を傾斜した状態のまま、光源4と、球面鏡6と、レンズ
8とからなる光源ユニット12が一体的に偏位方向Xに
偏位量dxiだけ偏位されている。なお、その他の構成
については、第1実施例のそれと同一であるため、説明
は省略する。
【0052】この第2実施例によれば、光源4を球面鏡
6の曲率中心6aから偏位させることで、光源像10が
光源4と同一位置に形成されるのを防止しているので、
光源の発光部による反射光束の遮蔽、吸収、散乱等がな
くなり、光の利用効率の低下防止を図ることができる。
また、レンズ8の傾斜および光源ユニット12の偏位に
より、被照射面2での照度分布が調整され、その中心軸
CAに対してほぼ対称となり、被照射面2を良好に照明
することができる。
6の曲率中心6aから偏位させることで、光源像10が
光源4と同一位置に形成されるのを防止しているので、
光源の発光部による反射光束の遮蔽、吸収、散乱等がな
くなり、光の利用効率の低下防止を図ることができる。
また、レンズ8の傾斜および光源ユニット12の偏位に
より、被照射面2での照度分布が調整され、その中心軸
CAに対してほぼ対称となり、被照射面2を良好に照明
することができる。
【0053】なお、上記第2実施例では、レンズ8を被
照射面2の中心軸CAに対して傾斜させるのみならず、
レンズ8を傾斜させた状態のままで光源ユニット12を
偏位方向Xに偏位させているが、光源ユニット12を偏
位させることなく、単にレンズ8を傾斜させた場合であ
っても、同様の効果が得られる。
照射面2の中心軸CAに対して傾斜させるのみならず、
レンズ8を傾斜させた状態のままで光源ユニット12を
偏位方向Xに偏位させているが、光源ユニット12を偏
位させることなく、単にレンズ8を傾斜させた場合であ
っても、同様の効果が得られる。
【0054】次に、上記のように構成された照明装置の
効果(被照射面2での照度分布の対称性を良好にする効
果)を説明するために、上述の具体的構成を有する構成
において、(a)レンズ8のみを傾斜させた場合、および
(b)レンズ8の傾斜および光源ユニット12の偏位をと
もに行った場合に分けて説明する。
効果(被照射面2での照度分布の対称性を良好にする効
果)を説明するために、上述の具体的構成を有する構成
において、(a)レンズ8のみを傾斜させた場合、および
(b)レンズ8の傾斜および光源ユニット12の偏位をと
もに行った場合に分けて説明する。
【0055】(a)図10は、光源ユニット12を偏位さ
せることなく、レンズ8のみを被照射面2の中心軸CA
に対して3.5゜だけ傾斜させた場合(dθ=3.5
゜;dxi=0)の被照射面2での照度分布を示す図で
ある。同図から、レンズ8のみを傾斜させることによっ
て、被照射面2での照度分布の対称性が大幅に改善され
ていることがわかる。
せることなく、レンズ8のみを被照射面2の中心軸CA
に対して3.5゜だけ傾斜させた場合(dθ=3.5
゜;dxi=0)の被照射面2での照度分布を示す図で
ある。同図から、レンズ8のみを傾斜させることによっ
て、被照射面2での照度分布の対称性が大幅に改善され
ていることがわかる。
【0056】(b)図11は、レンズ8を被照射面2の中
心軸CAに対して3.5゜だけ傾斜させるだけでなく、
レンズ8が傾斜した状態のままで光源ユニット12を偏
位方向Xに45mm偏位させた場合(dθ=3.5゜;
dxi=45)の被照射面2での照度分布を示す図であ
る。すなわち、図9に示す構成は上記した実施例の具体
例である。同図からわかるように、図10の場合と同様
に被照射面2での照度分布の対称性が大幅に改善されて
いる。しかも、図10の具体例では被照射面2の対角方
向における照度がその端部で低下しているのに対して、
図11の具体例ではその様な照度低下が抑えられてお
り、この具体例によれば、被照射面2をより良好に照明
することができる。
心軸CAに対して3.5゜だけ傾斜させるだけでなく、
レンズ8が傾斜した状態のままで光源ユニット12を偏
位方向Xに45mm偏位させた場合(dθ=3.5゜;
dxi=45)の被照射面2での照度分布を示す図であ
る。すなわち、図9に示す構成は上記した実施例の具体
例である。同図からわかるように、図10の場合と同様
に被照射面2での照度分布の対称性が大幅に改善されて
いる。しかも、図10の具体例では被照射面2の対角方
向における照度がその端部で低下しているのに対して、
図11の具体例ではその様な照度低下が抑えられてお
り、この具体例によれば、被照射面2をより良好に照明
することができる。
【0057】なお、上記実施例では、円筒状の光源(メ
タルハライドランプ)4を用いるが、光源4としては、
これに限定されるものではなく、例えばハロゲンランプ
や球状の光源を用いることも可能である。また、発光部
をガラス容器で包み込むタイプの光源を採用している
が、発光部のみで構成された光源を用いてもよい。
タルハライドランプ)4を用いるが、光源4としては、
これに限定されるものではなく、例えばハロゲンランプ
や球状の光源を用いることも可能である。また、発光部
をガラス容器で包み込むタイプの光源を採用している
が、発光部のみで構成された光源を用いてもよい。
【0058】さらに、レンズ8の構成については、上記
実施例のようにフレネルレンズで構成されたものに限定
されるものではなく、例えば図12に示すように、当該
照明光学の技術分野で使用される一般的なコンデンサレ
ンズなどを使用することができる。また、ガラス板1
4,16の代わりに透光性を有する光学樹脂板を用いて
もよく、これらガラス板または光学樹脂板によって第1
および第2透光板を構成することができる。このように
第1および第2透光板でフレネルレンズ18を挟み込む
ことで、紫外光によるフレネルレンズ18の材質劣化や
レンズ18表面の傷発生を防止するとともに、フレネル
面への塵埃の付着を防止することができる。
実施例のようにフレネルレンズで構成されたものに限定
されるものではなく、例えば図12に示すように、当該
照明光学の技術分野で使用される一般的なコンデンサレ
ンズなどを使用することができる。また、ガラス板1
4,16の代わりに透光性を有する光学樹脂板を用いて
もよく、これらガラス板または光学樹脂板によって第1
および第2透光板を構成することができる。このように
第1および第2透光板でフレネルレンズ18を挟み込む
ことで、紫外光によるフレネルレンズ18の材質劣化や
レンズ18表面の傷発生を防止するとともに、フレネル
面への塵埃の付着を防止することができる。
【0059】ところで、上記においては、被照射面での
照度分布の対称性および被照射面での照明効率について
考察したが、被照射面をより良好な状態で照明する必要
がある場合、特に照明装置を製版用密着プリンターや液
晶表示素子用プロキシミティ露光機などに適用する場合
には、上記したように、照度分布の非対称性などのみな
らず、多重反射光の抑制および局部的な集光の低減を図
る必要がある。そこで、以下に、図1の照明装置におけ
る多重反射光の発生形態およびその防止手段を有する改
良例ついて詳しく説明する。
照度分布の対称性および被照射面での照明効率について
考察したが、被照射面をより良好な状態で照明する必要
がある場合、特に照明装置を製版用密着プリンターや液
晶表示素子用プロキシミティ露光機などに適用する場合
には、上記したように、照度分布の非対称性などのみな
らず、多重反射光の抑制および局部的な集光の低減を図
る必要がある。そこで、以下に、図1の照明装置におけ
る多重反射光の発生形態およびその防止手段を有する改
良例ついて詳しく説明する。
【0060】ここで、多重反射光の発生するケースを考
えた場合、種々の光路を挙げることができるが、特に製
版用密着プリンターや液晶表示素子用プロキシミティ露
光機などに悪影響を及ぼすものに絞ると、図13に示す
3種類に限定することができる。
えた場合、種々の光路を挙げることができるが、特に製
版用密着プリンターや液晶表示素子用プロキシミティ露
光機などに悪影響を及ぼすものに絞ると、図13に示す
3種類に限定することができる。
【0061】まず、第1のケース(図13(a))では、
ガラス板14側よりフレネルレンズ18に入射した光束
Fの一部がレンズ面18aで反射され、この反射光FR1
がフレネルレンズ18の平面18b側に進む。そして、
この光FR1の一部は平面18bおよびガラス板14の上
面14aでそれぞれ反射され(なお、同図においては、
平面18b、ガラス板14による反射光を区別せず、両
反射光を同一線で示している)、フレネルレンズ18お
よびガラス板16を介して多重反射光として被照明面2
側に出射する。また、平面18bおよび面14aを通過
した光については、ガラス板14の下面14bで反射さ
れ、ガラス板14、フレネルレンズ18およびガラス板
16を介して多重反射光として被照明面2側に出射す
る。
ガラス板14側よりフレネルレンズ18に入射した光束
Fの一部がレンズ面18aで反射され、この反射光FR1
がフレネルレンズ18の平面18b側に進む。そして、
この光FR1の一部は平面18bおよびガラス板14の上
面14aでそれぞれ反射され(なお、同図においては、
平面18b、ガラス板14による反射光を区別せず、両
反射光を同一線で示している)、フレネルレンズ18お
よびガラス板16を介して多重反射光として被照明面2
側に出射する。また、平面18bおよび面14aを通過
した光については、ガラス板14の下面14bで反射さ
れ、ガラス板14、フレネルレンズ18およびガラス板
16を介して多重反射光として被照明面2側に出射す
る。
【0062】また、第2のケース(図13(b))では、
フレネルレンズ18からガラス板16に向けて出射され
た光束Fの一部がガラス板16の下面16aで反射さ
れ、この反射光FR2が再度フレネルレンズ18に入射さ
れる。そして、上記第1のケースと同様に、平面18
b,14a,14bでそれぞれ反射された後、多重反射
光として被照明面2側に出射する。なお、図示していな
いが、ガラス板16の上面16bで反射された反射光も
同様な経路で被照射面2側に出射する。
フレネルレンズ18からガラス板16に向けて出射され
た光束Fの一部がガラス板16の下面16aで反射さ
れ、この反射光FR2が再度フレネルレンズ18に入射さ
れる。そして、上記第1のケースと同様に、平面18
b,14a,14bでそれぞれ反射された後、多重反射
光として被照明面2側に出射する。なお、図示していな
いが、ガラス板16の上面16bで反射された反射光も
同様な経路で被照射面2側に出射する。
【0063】さらに、第3のケース(図13(c))で
は、レンズ8を介して被照明面2に照射された光束Fの
一部が被照明面2で反射され、この反射光FR3がガラス
板16からフレネルレンズ18に再入射し、上記と同様
に、平面18b,14a,14bでそれぞれ反射された
後、多重反射光として被照明面2側に出射する。
は、レンズ8を介して被照明面2に照射された光束Fの
一部が被照明面2で反射され、この反射光FR3がガラス
板16からフレネルレンズ18に再入射し、上記と同様
に、平面18b,14a,14bでそれぞれ反射された
後、多重反射光として被照明面2側に出射する。
【0064】以上の多重反射光の光路解析から、多重反
射光を低減するためには、まず反射面での反射率の低下
と、反射面の減少とが効果的であることがわかる。そこ
で、本願発明者は、図1、図9および図12に示す照明
装置に対し、以下に説明する構成を追加することで多重
反射光の低減を図った。
射光を低減するためには、まず反射面での反射率の低下
と、反射面の減少とが効果的であることがわかる。そこ
で、本願発明者は、図1、図9および図12に示す照明
装置に対し、以下に説明する構成を追加することで多重
反射光の低減を図った。
【0065】具体的には、ガラス板14を光学拡散面を
有するノングレアガラスで構成することで、ガラス板1
4の平面14a,14bでの反射光が拡散されて多重反
射光の局部的な集光度が低減される。また、フレネルレ
ンズ18の平面18bやガラス板16の平面16aおよ
び16bに反射防止膜を設けても良い。また、レンズ8
が一般的なコンデンサレンズで構成している場合(図1
2)にも、コンデンサレンズ内で多重反射が生じる(多
重反射光の光路については省略する)が、当該コンデン
サレンズ8のレンズ面に反射防止膜を設ければ良い。さ
らに、被照射面2に影響を及ぼす多重反射がレンズ8の
部分的表面でのみ生じる場合には、当該領域にのみ反射
防止膜を設ければ良い。要は、レンズ8の構成にかかわ
らず、当該レンズ8において、光束が入射してから出射
するまでの光路中に反射防止膜が全面あるいは部分的に
形成された反射防止膜面を設けることで、多重反射光の
発生を低減することができる。
有するノングレアガラスで構成することで、ガラス板1
4の平面14a,14bでの反射光が拡散されて多重反
射光の局部的な集光度が低減される。また、フレネルレ
ンズ18の平面18bやガラス板16の平面16aおよ
び16bに反射防止膜を設けても良い。また、レンズ8
が一般的なコンデンサレンズで構成している場合(図1
2)にも、コンデンサレンズ内で多重反射が生じる(多
重反射光の光路については省略する)が、当該コンデン
サレンズ8のレンズ面に反射防止膜を設ければ良い。さ
らに、被照射面2に影響を及ぼす多重反射がレンズ8の
部分的表面でのみ生じる場合には、当該領域にのみ反射
防止膜を設ければ良い。要は、レンズ8の構成にかかわ
らず、当該レンズ8において、光束が入射してから出射
するまでの光路中に反射防止膜が全面あるいは部分的に
形成された反射防止膜面を設けることで、多重反射光の
発生を低減することができる。
【0066】また、図1および図9の照明装置では、フ
レネルレンズ18を2枚のガラス板(第1および第2透
光板)14,16で挟みこむようにしてレンズ8が形成
されているが、このようにレンズ8が構成された場合に
は、フレネルレンズ18に対し光源4側に配置されたガ
ラス板14と当該フレネルレンズ18との間を接着材に
より接着したり、液体(例えば、流動パラフィンなど)
を充填する、つまりガラス板14とフレネルレンズ18
とを光学的に接着することで、事実上、反射面18b,
14aがなくなり、レンズ8における反射面の減少によ
って多重反射光の発生を抑えることができる。
レネルレンズ18を2枚のガラス板(第1および第2透
光板)14,16で挟みこむようにしてレンズ8が形成
されているが、このようにレンズ8が構成された場合に
は、フレネルレンズ18に対し光源4側に配置されたガ
ラス板14と当該フレネルレンズ18との間を接着材に
より接着したり、液体(例えば、流動パラフィンなど)
を充填する、つまりガラス板14とフレネルレンズ18
とを光学的に接着することで、事実上、反射面18b,
14aがなくなり、レンズ8における反射面の減少によ
って多重反射光の発生を抑えることができる。
【0067】上記改良例においては、反射面での反射率
の低下と、反射面の減少とによる多重反射光の抑制を図
っているが、例えばガラス板14の一方面14aを光学
的拡散面とすることで、多重反射光の局部的な集光度を
低減して、被照射面2での照度分布の均一性を高めるこ
とができる。ここで、ガラス板14の一方面14aを光
学的拡散面に仕上げる方法としては、例えばバフ研磨が
あり、当該研磨処理によって1ミクロンから10分の数
ミクロンの範囲の表面粗さを有する光学拡散面を形成す
ることができる。こうして形成された光学拡散面14a
は、例えば図14に示す拡散特性を有する。図14は、
ある光が拡散面に入射されたときに、入射角に対してど
のような強度分布をもつかを示す図であり、同図(a)は
透過光に対する拡散特性を示す一方、同図(b)は反射光
に対する拡散特性を示している。この改良例では、光源
4から光学拡散面に入射する光束Fに対して±数度の幅
に拡散される(同図(a))とともに、反射光FR1〜FR3
となって光学拡散面14aで反射される際には、光学拡
散面14aの効果で反射光の方位が再度±数度の幅に拡
散される(同図(b))。このため、各部で反射された反
射光FR1〜FR3が一定の広がりをもって拡散されるた
め、被照明面2での多重反射光の局部的な集光度が小さ
くなり、多重反射光による悪影響を軽減することができ
る。
の低下と、反射面の減少とによる多重反射光の抑制を図
っているが、例えばガラス板14の一方面14aを光学
的拡散面とすることで、多重反射光の局部的な集光度を
低減して、被照射面2での照度分布の均一性を高めるこ
とができる。ここで、ガラス板14の一方面14aを光
学的拡散面に仕上げる方法としては、例えばバフ研磨が
あり、当該研磨処理によって1ミクロンから10分の数
ミクロンの範囲の表面粗さを有する光学拡散面を形成す
ることができる。こうして形成された光学拡散面14a
は、例えば図14に示す拡散特性を有する。図14は、
ある光が拡散面に入射されたときに、入射角に対してど
のような強度分布をもつかを示す図であり、同図(a)は
透過光に対する拡散特性を示す一方、同図(b)は反射光
に対する拡散特性を示している。この改良例では、光源
4から光学拡散面に入射する光束Fに対して±数度の幅
に拡散される(同図(a))とともに、反射光FR1〜FR3
となって光学拡散面14aで反射される際には、光学拡
散面14aの効果で反射光の方位が再度±数度の幅に拡
散される(同図(b))。このため、各部で反射された反
射光FR1〜FR3が一定の広がりをもって拡散されるた
め、被照明面2での多重反射光の局部的な集光度が小さ
くなり、多重反射光による悪影響を軽減することができ
る。
【0068】なお、上記改良例では、ガラス板14の一
方面14aのみに光学拡散面を形成しているが、両面と
もに光学拡散面と形成してもよく、ガラス板14のみな
らずガラス板16にも一方、あるいは両面に光学拡散面
を形成してもよい。また、フレネルレンズ18の平面1
8bに光学拡散面を形成してもよい。さらに、被照射面
2に影響を及ぼす多重反射がレンズ8の部分的表面での
みに生じる場合には、当該領域にのみ光学拡散領域を形
成すればよく、必ずしも全面に設ける必要はない。すな
わち、レンズ8において、光束が入射してから出射する
までの光路中に光学拡散領域が全面あるいは部分的に形
成された光学拡散面を設けることで、多重反射光の局部
的な集光度を小さくすることができる。
方面14aのみに光学拡散面を形成しているが、両面と
もに光学拡散面と形成してもよく、ガラス板14のみな
らずガラス板16にも一方、あるいは両面に光学拡散面
を形成してもよい。また、フレネルレンズ18の平面1
8bに光学拡散面を形成してもよい。さらに、被照射面
2に影響を及ぼす多重反射がレンズ8の部分的表面での
みに生じる場合には、当該領域にのみ光学拡散領域を形
成すればよく、必ずしも全面に設ける必要はない。すな
わち、レンズ8において、光束が入射してから出射する
までの光路中に光学拡散領域が全面あるいは部分的に形
成された光学拡散面を設けることで、多重反射光の局部
的な集光度を小さくすることができる。
【0069】また、レンズ8がフレネルレンズ18およ
び2枚のガラス板14,16で構成された照明装置(図
1および図9)においては、反射防止膜面を形成する処
理と、光学的密着処理と、光学拡散面を形成する処理と
を適宜組み合わせてもよい。例えば、ガラス板14とフ
レネルレンズ18とを光学的に密着するとともに、ガラ
ス板14の非密着面14bに反射防止膜を設けたり、光
学拡散面に仕上げることで、より効果的に多重反射光に
よる被照射面2への悪影響を防止することができる。
び2枚のガラス板14,16で構成された照明装置(図
1および図9)においては、反射防止膜面を形成する処
理と、光学的密着処理と、光学拡散面を形成する処理と
を適宜組み合わせてもよい。例えば、ガラス板14とフ
レネルレンズ18とを光学的に密着するとともに、ガラ
ス板14の非密着面14bに反射防止膜を設けたり、光
学拡散面に仕上げることで、より効果的に多重反射光に
よる被照射面2への悪影響を防止することができる。
【0070】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、光源の前半面側にレンズを、また後半面側に球面鏡
をそれぞれ配置するとともに、光源を球面鏡の曲率中心
から球面鏡の対称軸を含む偏位面内で偏位させること
で、光源の光源像を当該光源から偏位した位置に結像す
るようにしているので、球面鏡からの光束を光源から離
れた位置(光源像の位置)を通過させ、光の利用効率の
低下を防止している。また、偏位面内で少なくともレン
ズを被照射面の法線に対して傾斜させているため、被照
射面での照度分布を調整して、被照射面での照度分布の
対称性を良好とすることができる。
ば、光源の前半面側にレンズを、また後半面側に球面鏡
をそれぞれ配置するとともに、光源を球面鏡の曲率中心
から球面鏡の対称軸を含む偏位面内で偏位させること
で、光源の光源像を当該光源から偏位した位置に結像す
るようにしているので、球面鏡からの光束を光源から離
れた位置(光源像の位置)を通過させ、光の利用効率の
低下を防止している。また、偏位面内で少なくともレン
ズを被照射面の法線に対して傾斜させているため、被照
射面での照度分布を調整して、被照射面での照度分布の
対称性を良好とすることができる。
【0071】請求項2の発明によれば、光源、球面鏡お
よびレンズが一体的に被照射面の法線に対して傾斜され
ているので、被照射面での照度分布を調整することがで
き、対称性を良好とすることができる。
よびレンズが一体的に被照射面の法線に対して傾斜され
ているので、被照射面での照度分布を調整することがで
き、対称性を良好とすることができる。
【0072】
【0073】請求項3の発明によれば、光束を発生させ
る発光部と、発光部を包み込む円筒形状あるいは球状の
ガラス容器とで構成された光源を、ガラス容器の半径の
1/2よりも大きい距離だけ球面鏡の曲率中心から偏位
しているため、光源と光源像との重なりを防止して、光
を効率良く利用することができる。
る発光部と、発光部を包み込む円筒形状あるいは球状の
ガラス容器とで構成された光源を、ガラス容器の半径の
1/2よりも大きい距離だけ球面鏡の曲率中心から偏位
しているため、光源と光源像との重なりを防止して、光
を効率良く利用することができる。
【0074】請求項4の発明によれば、レンズに反射防
止膜面を設けているので、多重反射光の発生を効果的に
抑えることができる。
止膜面を設けているので、多重反射光の発生を効果的に
抑えることができる。
【0075】請求項5の発明によれば、第1透光板とフ
レネルレンズとを光学的に密着しているので、多重反射
の原因となる反射面の数を減少させ、多重反射光の発生
を効果的に抑えることができる。
レネルレンズとを光学的に密着しているので、多重反射
の原因となる反射面の数を減少させ、多重反射光の発生
を効果的に抑えることができる。
【0076】請求項6の発明によれば、レンズに拡散面
が設けられているので、当該拡散面で反射された光に一
定の広がりを与えることができ、多重反射光が被照射面
上で局部的に集光することを防止し、照度分布の均一性
向上を図ることができる。
が設けられているので、当該拡散面で反射された光に一
定の広がりを与えることができ、多重反射光が被照射面
上で局部的に集光することを防止し、照度分布の均一性
向上を図ることができる。
【図1】この発明にかかる照明装置の第1実施例を示す
図である。
図である。
【図2】光源の配光特性を示す図である。
【図3】光源と光源像との位置関係を示す模式図であ
る。
る。
【図4】光束の取り込み角に対する偏位量を求めるため
の比例定数を示すグラフである。
の比例定数を示すグラフである。
【図5】光源ユニットの傾斜および偏位をともに行わな
い場合の被照射面での照度分布を示す図である。
い場合の被照射面での照度分布を示す図である。
【図6】光源ユニットを偏位方向Xに偏位させた場合の
被照射面での照度分布を示す図である。
被照射面での照度分布を示す図である。
【図7】光源ユニットを偏位させることなく、被照射面
の中心軸に対して傾斜させた場合の被照射面での照度分
布を示す図である。
の中心軸に対して傾斜させた場合の被照射面での照度分
布を示す図である。
【図8】光源ユニットを偏位させると共に、被照射面の
中心軸に対して傾斜させた場合の被照射面での照度分布
を示す図である。
中心軸に対して傾斜させた場合の被照射面での照度分布
を示す図である。
【図9】この発明にかかる照明装置の第2実施例を示す
図である。
図である。
【図10】光源ユニットを偏位させることなく、レンズ
のみを被照射面の中心軸に対して傾斜させた場合の被照
射面での照度分布を示す図である。
のみを被照射面の中心軸に対して傾斜させた場合の被照
射面での照度分布を示す図である。
【図11】レンズを被照射面の中心軸に対して傾斜させ
るだけでなく、レンズが傾斜した状態のままで光源ユニ
ットを偏位させた場合の被照射面での照度分布を示す図
である。
るだけでなく、レンズが傾斜した状態のままで光源ユニ
ットを偏位させた場合の被照射面での照度分布を示す図
である。
【図12】この発明にかかる照明装置の別の実施例を示
す図である。
す図である。
【図13】レンズ内での多重反射光の光路を示す図であ
る。
る。
【図14】光学拡散面の拡散特性を示す図である。
【図15】従来の照明装置の概略構成を示す断面図であ
る。
る。
【図16】従来の照明装置の概略構成を示す断面図であ
る。
る。
【図17】図16の照明装置における光源、光源像およ
び球面鏡の位置関係を示す模式図である。
び球面鏡の位置関係を示す模式図である。
【図18】光源および光源像の配光特性を示す図であ
る。
る。
2 被照射面 4 光源 4a ガラス容器 4b 発光部 6 球面鏡 6a 曲率中心 8 レンズ 10 光源像 14 ガラス板(第1透光板) 16 ガラス板(第2透光板) 18 フレネルレンズ CA 中心軸 OA 光軸 SA 対称軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 健次 京都市上京区堀川通寺之内上る4丁目天 神北町1番地の1 大日本スクリーン製 造株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 27/00 G02B 21/06 - 21/14 G02B 19/00
Claims (6)
- 【請求項1】 光源と、前記光源の後半面側に配置され
た球面鏡と、前記光源の前半面側に配置されたレンズと
を備え、前記光源の前記前半面より出射される光束と、
前記後半面より出射され前記球面鏡で反射された光束と
を前記レンズを介して被照射面に導光し、前記被照射面
を照明する照明装置において、 前記光源を前記球面鏡の曲率中心から前記球面鏡の対称
軸を含む偏位面内で偏位し、しかも、 前記偏位面内で少なくとも前記レンズを前記被照射面の
法線に対して傾けたことを特徴とする照明装置。 - 【請求項2】 前記光源、前記球面鏡および前記レンズ
を一体的に前記被照射面の前記法線に対して傾けた請求
項1記載の照明装置。 - 【請求項3】 前記光源が、光束を発生させる発光部
と、前記発光部を包み込む円筒形状あるいは球状のガラ
ス容器とで構成され、しかも、 前記光源を前記ガラス容器の半径の1/2よりも大きい
距離だけ前記球面鏡の曲率中心から偏位した請求項1ま
たは2に記載の照明装置。 - 【請求項4】 前記レンズにおいて、光束が入射してか
ら出射するまでの光学面に反射防止膜面を設けた請求項
1記載の照明装置。 - 【請求項5】 前記レンズが、フレネル面と平面とを
有し、前記平面が光源側を向いた状態で配置されたフレ
ネルレンズと、ガラスまたは光学樹脂からなり、それぞ
れが前記フレネルレンズに対し光源側および被照射面側
に配置された第1および第2透光板とで構成され、しか
も、 前記第1透光板と前記フレネルレンズとが光学的に密着
された請求項1記載の照明装置。 - 【請求項6】 前記レンズにおいて、光束が入射してか
ら出射するまでの光路中に光学拡散面を設けた請求項1
記載の照明装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6323208A JP2957910B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-12-26 | 照明装置 |
US08/462,828 US5718503A (en) | 1994-07-08 | 1995-06-05 | Illumination apparatus |
EP95109481A EP0691558A2 (en) | 1994-07-08 | 1995-06-19 | Illumination apparatus |
KR1019950019767A KR100193330B1 (ko) | 1994-07-08 | 1995-07-06 | 조명장치 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6-157026 | 1994-07-08 | ||
JP15702694 | 1994-07-08 | ||
JP6323208A JP2957910B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-12-26 | 照明装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0876049A JPH0876049A (ja) | 1996-03-22 |
JP2957910B2 true JP2957910B2 (ja) | 1999-10-06 |
Family
ID=26484612
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6323208A Expired - Fee Related JP2957910B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-12-26 | 照明装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5718503A (ja) |
EP (1) | EP0691558A2 (ja) |
JP (1) | JP2957910B2 (ja) |
KR (1) | KR100193330B1 (ja) |
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---|---|---|---|---|
CN107153270B (zh) * | 2012-04-23 | 2019-11-22 | 北京蚁视昂维科技有限公司 | 小孔投射式近眼显示器 |
WO2022221231A1 (en) * | 2021-04-14 | 2022-10-20 | Innovations In Optics, Inc. | High uniformity telecentric illuminator |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1124051A (en) * | 1914-08-29 | 1915-01-05 | Carl A Matisse | Projecting-lamp. |
DE1137703B (de) * | 1961-03-30 | 1962-10-11 | Zeiss Ikon Ag | Einstellbare Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Operationsleuchte |
US3484161A (en) * | 1967-06-09 | 1969-12-16 | Sylvania Electric Prod | Optical projection system |
SE418423B (sv) * | 1974-08-21 | 1981-05-25 | Minnesota Mining & Mfg | Kondensor, serskilt for anvendning i en arbetsprojektor |
SU1039886A1 (ru) * | 1979-08-07 | 1983-09-07 | Предприятие П/Я Р-6681 | Оптическа система проекционного прибора |
EP0299475B1 (en) * | 1987-07-17 | 1994-09-14 | Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. | Optical system for effecting increased irradiance in peripheral area of object |
US4956759A (en) * | 1988-12-30 | 1990-09-11 | North American Philips Corporation | Illumination system for non-imaging reflective collector |
JPH02289834A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-29 | Canon Inc | 照明装置 |
JPH06332044A (ja) * | 1993-05-24 | 1994-12-02 | Nikon Corp | 照明装置 |
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1994
- 1994-12-26 JP JP6323208A patent/JP2957910B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-06-05 US US08/462,828 patent/US5718503A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-06-19 EP EP95109481A patent/EP0691558A2/en not_active Withdrawn
- 1995-07-06 KR KR1019950019767A patent/KR100193330B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0876049A (ja) | 1996-03-22 |
EP0691558A2 (en) | 1996-01-10 |
US5718503A (en) | 1998-02-17 |
KR100193330B1 (ko) | 1999-06-15 |
EP0691558A3 (ja) | 1996-02-07 |
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