JP7144578B1 - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明効率を高めることができる照明装置を提供する【解決手段】照明装置１００を、光源１０１と、鏡胴１０２と、レンズ１０３と、絞り１０４を備える構成とする。光源１０１は、基板上に設けられている。鏡胴１０２は、一端が光源１０１を覆う位置に配置されている。レンズ１０３は、鏡胴１０２の一端とは反対側の一端に、光源１０１と対向して設けられている。絞り１０４は、鏡胴１０２の内部に、レンズ１０３および光源１０１のそれぞれと対向して設けられている。【選択図】 図３０

Description

本発明は、照明装置に関するものである。

表面加工を行った部材、あるいは電子機器用の基板などの検査工程において、光を照射することによって表面状態を確認する外観検査が行われる。外観検査において、微細な瑕および欠陥を検出するためには、検査の基準に応じた照度の光が照射面に均一に照射されていることが望ましい。また、外観検査では、照明装置と、検査対象の距離を変えながら検査をすることで欠陥の検出を行うことがある。そのため、照明効率が高く、照射面に光を均一に照射できる照明装置があることが望ましい。そのような照明装置に関する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１に記載の照明装置は、複数の光源と、拡散板を有し、拡散板の厚み方向に対する拡散角度よりも、幅方向に対する拡散角度が大きくなるように設計されている。特許文献１の記載の照明装置では、そのような構成とすることで、光源の間隔が広い場合における照射面での暗部の発生を低減している。

特開２０１０－０８６６７１号公報

特許文献１に記載の照明装置では、拡散角度を大きくしているため、照明装置と照射面の距離が大きくなると照度が低下する。そのため、特許文献１に記載の照明装置は、照明装置と照射面の距離が大きくなると照明効率が低下する可能性がある。

本発明は、照明効率を高めることができる照明装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の照明装置は、基板上に設けられる光源と、一端が光源を覆う位置に配置される鏡胴と、鏡胴の一端とは反対側の一端に、光源と対向して設けられるレンズと、鏡胴の内部に、レンズおよび光源のそれぞれと対向して設けられる絞りとを備える

本発明によると、照明効率を高めることができる。

本発明の第１の実施形態の照明装置の構成の概要を示す図である。 本発明の第１の実施形態の照明装置の構成の例を図である。 本発明の第１の実施形態の照明装置の構成の例を図である。 本発明の第１の実施形態の照明装置の構成の例を図である。 本発明の第１の実施形態の照明装置の構成の例を図である。 本発明の第１の実施形態の照明装置の組み立て方の例を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態における光の照射方法を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態の他の構成の例を示す図である。 第１の実施形態の照明装置と、対比した構成の照明装置における光の経路を模式的に示す図である。 第１の実施形態の照明装置と、対比した構成の照明装置における光の経路を模式的に示す図である。 第１の実施形態の照明装置と、対比した構成の照明装置における光の広がり方の例を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態の光学モジュールの他の構成の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の他の構成の例における光の経路を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に他の構成の例における光の経路を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態の照明装置の構成の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の照明装置の構成の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の照明装置の組み立て方を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態の照明装置における光の経路を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態の照明装置における光の経路を模式的に示す図である。 第２の実施形態の照明装置と、対比した構成の照明装置における光の経路を模式的に示す図である。 照明装置から出射された光の経路の例を模式的に示す図である。 照明装置から出射された光の経路の例を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態における光の経路の例を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態における光の経路の例を模式的に示す図である。 本発明の他の実施形態の構成の例を示す図である。 本発明の他の実施形態の構成の例を示す図である。 本発明の他の実施形態の構成の例を示す図である。 本発明の他の実施形態の構成の例を示す図である。 本発明の他の実施形態の構成の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の照明装置の構成の例を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の照明装置１０の構成の概要を示す図である。本実施形態の照明装置１０は、基板１１と、光学モジュール１２を備えている。光学モジュール１２は、基板１１上に複数、設けられている。また、光学モジュール１２は、互いの間隔を開けずに直線状に設けられている。

図２に示す通り、基板１１上には光源１３が複数、設けられている。図２は、照明装置１０において、基板１１から光学モジュール１２を外した状態を模式的に示している。図１２で示す例では、光源１３と光学モジュール１２は、一対一で対応している。図１２で示す例では、光源１３は、基板１１上にアレイ状に設けられている。図２の例では、光源１３は、基板１１上に直線状に設けられている。また、光源１３は、隣接する光源１３との間に、光学モジュール１２を装着する領域を有するように基板１１上に設けられている。

基板１１は、光源１３への電源供給回路、および光源１３の発光のオンとオフを切り替えるスイッチ素子によって構成されている電子基板である。基板１１は、外部から電源および制御信号に基づいて、光源１３への電源の供給と、光源１３の発光の制御を行う。

光学モジュール１２の構成について説明する。図３は、光学モジュール１２の構成の例を示す図である。光学モジュール１２は、鏡胴２１と、絞り２２と、レンズ２３を備えている。

鏡胴２１は、光源１３の光が内部の空洞を介して外に出力するように設けられる。また、鏡胴２１は、他の光源１３からの光を遮光する機能を有する。鏡胴２１は、絞り２２およびレンズ２３が取り付けられるように構成されている。鏡胴２１と絞り２２は、一体の部材として構成されていてもよい。鏡胴２１は、一端が光源１３を覆う位置に配置されている。

図３の例では、鏡胴２１は、直方体形状で構成されている。鏡胴２１は、立方体など他の多面体の形状であってもよい。鏡胴２１の形状は、光学モジュール１２を基板１１上に隣接して配置できるように設定される。鏡胴２１の内部の空洞は、例えば、円柱状に形成されるが、形状は特に限定されない。内部の空洞の円柱の径は、例えば、レンズ２３および光源１３の径と同一の径に設定されている。ここで、同一の径とは、実質的に同一とみなせる大きさであればよく、円柱の径と、レンズ２３および光源１３との径の差は、同一とみなせる範囲の差があってもよい。光学モジュール１２は、例えば、鏡胴２１の基板１１側の面と、基板１１とを接着することによって基板１１に設けられている。

絞り２２は、光源１３から外に出力される光量を調整する。絞り２２は、鏡胴２１の内部に、レンズ２３および光源１３のそれぞれと対向して設けられている。絞り２２の開口部の径は、レンズ２３および光源１３の径よりも小さくなるように構成されている。また、絞り２２は、レンズ２３の焦点の位置に設けられている。

レンズ２３は、光源１３において発光され、絞り２２を介して入射した光を鏡胴２１の外部に出射する。レンズ２３は、鏡胴２１の光源１３側の一端とは反対側の一端に、光源１３と対向して設けられている。レンズ２３の位置は、鏡胴２１の端よりも、光源１３側であってもよい。絞り２２が、レンズ２３の後側の焦点となる位置に設置されているため、レンズ２３から出射されるすべての光は、レンズ２３の光軸に対して平行に進む平行光となる。

光源１３は、電源の供給を受けて発光する素子によって構成されている。光源１３は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。光源１３は、ＬＥＤ以外であってもよい。光源１３は、例えば、有機ＥＬ（Electro Luminescence）であってもよい。

光源１３は、基板１１上に複数、設けられている。光源１３は、隣接する光源１３どうしが互いに接している構造であれば、直線以外で設けられていてもよい。例えば、光源１３は、２次元のアレイ状またはハニカム状となるように設置されていてもよい。ここでハニカム状とは、直線状に設けられた光源１３が、隣接する直線を構成する光源１３と互い違いの関係に配列されていることをいう。光源１３が直線以外で設けられる場合には、光学モジュール１２は、光源１３の配置に合わせて設けられる。

光源１３と、レンズ２３は、例えば、同一の径の円状の平面形状を有する。ここで、同一の径とは、実質的に同一とみなせる大きさであればよく、レンズ２３と光源１３との径の差は、同一とみなせる範囲の差があってもよい。理想的には、レンズ２３と光源１３との径の差は、０である。光源１３と、レンズ２３の径を同一とすることで、基板１１上に光源１３を密に設けることができるため、照射対象において、照明の均一性が向上させつつ、照明効率を高めることができる。ここで、照明効率とは、光源１３において発光された光の輝度に対する、照射面における輝度のことをいう。明るさの比を表す指標であれば、照明効率は、輝度以外の指標を用いて算出されたものであってもよい。照射面は、例えば、照明装置１０が表面検査に用いられる場合には、検査対象となる物体の表面である。

図４は、照明装置１０において、基板１１上に光学モジュール１２を配置した状態を模式的に示した図である。図４において、中心として描かれている光学モジュール１２の両側の光学モジュールは、破線で描かれている。図４のＡとＢの表記および矢印は、図５における矢視の方向を示している。

図５は、図４に示す照明装置１０の矢視図である。図５（ａ）は、図４のｂの方向から見た図である。また、図５（ｂ）は、図４のａの方向から見た図である。図５（ａ）に示すように、鏡胴２１は、基板１１上に設けられている。鏡胴２１は、基板１１とは反対側に、レンズ２３を保持している。また、図５（ｂ）に示すように、鏡胴２１は、隣接する鏡胴と互いに接している。隣接する鏡胴が互いに接しているような密な構成とすることで、光学モジュール１２から出射される光が平行光とした場合における、照射面上で光が照射されない領域を狭くすることができる。そのため、隣接する鏡胴が互いに接していることで、照射面における照度の均一性が高まる。よって、直線のアレイ状の形状の場合、光学モジュール１２は、直線方向に対して間隔を開けずに、密になるように基板１１上に設けられている。

図６は、基板１１と、光学モジュール１２を分解した状態と、接続した状態とのそれぞれを模式的に示す図である。図６（ｂ）に示す、光源が直線状に設けられた基板１１上に、図６（ａ）に示す、直線状に連結された光学モジュール１２が接合されることで、図６（ｃ）に示す照明装置１０が構成される。

光学モジュール１２は、互いに連結された状態で、基板１１上に配置されてもよく、また、１個ごとに基板１１上に配置されてもよい。光学モジュール１２は、複数個が接続された状態で基板１１上に配置されてもよい。

照明装置１０の動作について説明する。図７は、光源１３が発光した光の経路を模式的に示した図である。図７（ａ）は、光源１３が発光した光の経路を光路として示し、図７（ｂ）は、光源１３の平面図を示している。

光源１３が発光を開始すると、光源１３から出射された光は、鏡胴２１の内部の空間を通り、絞り２２に到達する。絞り２２の開口部を通過した光は、絞り２２の開口部の大きさに応じて光量が絞られ、レンズ２３に到達する。レンズ２３に到達した光は、レンズ２３において集光されレンズ２３から鏡胴２１の外部に出射される。このとき、絞り２２が、レンズ２３の後側の焦点となる位置にあるため、レンズ２３から出射されるすべての光は、レンズ２３の光軸に平行な平行光となる。光軸とは、レンズ２３の平面方向に対して垂直な方向のことをいう。レンズ２３から出射されるすべての光が平行光となることで、レンズ２３から出射された光は、レンズ２３と同面積の空間内を光軸と平行に進む。

レンズ２３を通過した光は、レンズの光軸に平行な光として対象物に照射される。照明装置１０と、対象物の表面が平行な場合には、レンズ２３の面積と、照射面において光が照射される面積は同一となる。光軸に平行な光として対象物に照射されることで、照射面において、照度は均一となる。また、光軸に平行な光として対象物に照射されることで、光の拡散による照度の低下を抑えられるため、照明装置１０は、高い照明効率を有する。

図８は、絞り２２の設けられている位置をレンズ２３の後側の焦点となる位置から、光源１３方向にずらした場合における光の経路を模式的に示した図である。図８（ａ）は、絞り２２の配置されている位置をレンズ２３の後側の焦点となる位置から距離αずらし、光源１３側に近づけた場合における光の経路を示している。よって、図８（ａ）は、レンズ２３と絞り２２の間の距離が図７よりも大きくなった状態を示している。図８（ｂ）は、光源１３の平面図を示している。

光学モジュールを隙間なく配置した場合でも、鏡胴２１の空洞部以外の厚みの分の隙間が生じ得る。しかし、照射面までの距離と、隙間の間隔から光の広がる角度θを算出し、光束に微小な広がりを持たせることで、隙間の部分における照度の低下を抑制することができる。例えば、１個の光学モジュール１２から出射された光の照射面における照射範囲の直径が４ｍｍであったとき、照明装置１０と照射面との距離をｄとすると、ｄ＝１００ｍｍで角度θは、２．３０度、ｄ＝５０ｍｍで、角度θは、４．５７度程度となる。また、角度θのことをテレセン度ともいう。

図９および図１０は、本実施形態と対比した構成の照明装置における光の経路の例を示している。図９は、光源が発光した光が光学モジュール等を介さずに直接、進行する場合の例を示している。図９の照明装置では、光源が発光した光の光束が、光の指向性に依存し、発光面からの広がりをもって進行している。また、図１０は、光源の発光面に、砲弾型のマイクロレンズを備えることで、マイクロレンズを通過した光が集光され、図９よりも光束の広がりが抑えられている照明装置の例を示している。

図９および図１０のいずれの構成の照明装置においても、光源の発光面から照射対象が遠距離にあるほど、光束は２次元的な広がりを持つ。そのため、図９の照明装置では、照射面における単位面積当たりの照射強度が、距離の２乗に反比例して弱くなるため、照明効率が低下する。また、集光用のマイクロレンズを有する図１０の構成の照明装置においても、照射範囲が光軸に対して集光しているものの、照度の低下の抑制効果は十分ではない。

図１１は、図９に示した構成の照明装置と、本実施形態の照明装置における照射対象までの距離に依存した光束の広がりを模式的に示した図である。図１１（ａ）の照明装置Ａは、図９の照明装置に対応し、右側の照明装置Ｂは、本実施形態の照明装置１０に対応している。また、図１１では、説明の簡略化のため光源は１個のみ示している。

照明装置Ａでは、光源から発光される光束は、光源からの距離が大きくなるに従い、２次元的に広がっている。光源に近い距離 laにおける光束の広がりによる照射範囲を示す面積を面積Ａとする。距離laよりも光源から遠い距離lbにおける照射範囲の面積Ｂは、Ａよりも大きい。また、距離lbよりも光源からの距離がさらに遠くなった距離lcにおける照射範囲の面積Ｃは、Ｂよりさらに大きくなる。すなわち、照明装置Ａにおける照射範囲は、光源からの距離が大きくなるに従い、大きくなっている。

光源から各距離の位置に到達する光の照射エネルギーの総量が同一であったとしても、距離laの位置では、光の照射エネルギーが、面積Ａの範囲に集中する。これに対して、距離lcの位置では、面積Ｃの範囲が照明されことになり、単位面積当たりの照射エネルギーは小さくなる。これは、照射面までの距離が大きくなると、光源が同一の照射エネルギーを持っていても、照射面における照度が低下することを意味している。

照明装置Ａのような構成の照明装置では、光源に対して、遠方の照射対象を照明する場合、照射面における照度を維持するためには、光源の輝度を高くする必要がある。しかし、光源の輝度を高くすると、消費電力が増加することで発熱量も増大する。そのため、光源の寿命の低下、照明装置に取り付ける冷却装置の大型化、あるいは装置構成の複雑化が生じる。一方で、本実施形態の照明装置１０に対応する、図１１（ｂ）の照明装置Ｂでは、距離に依存せず照射範囲は面積Ａのままである。よって、本実施形態の照明装置１０では、単位面積あたりの照射エネルギーが照射面までの距離に依存しないため、照明効率を高めることができる。

上記の例では、１個の光学モジュールにつきレンズは１個のみであったが、レンズは、２個設けられていてもよい。図１２は、レンズ２３と、レンズ３２の２個のレンズを備える光学モジュール３１の構成の例を備えている。図１２の光学モジュール３１は、鏡胴２１と、絞り２２と、レンズ２３と、レンズ３２を備えている。レンズ３２には、レンズ２３と同形状のレンズが用いられている。

レンズ３２は、光学モジュール３１が基板１１に取り付けられた際に、光源１３側に位置するように設けられている。また、レンズ３２は、絞り２２がレンズ３２の前側焦点位置に位置するように光学モジュール３１の内部に設けられている。レンズ２３とレンズ３２のそれぞれは、レンズ２３の後側の焦点となる位置と、レンズ３２の前側の焦点となる位置とが一致するように設けられる。すなわち、光学モジュール３１の絞り２２は、レンズ２３の後側の焦点となる位置と、レンズ３２の前側の焦点となる位置に設けられる。また、レンズ３２は、例えば、光源と同一の径となるように構成されている。レンズ３２と光源が同一の径であることによって、光源から発光された光の全てがレンズ３２に入射されるため、照明効率を高めることができる。

レンズ３２の径は、光源の径よりも小さくてもよい。例えば、光源の周辺部の輝度または輝度の均一性が低い場合に、レンズ３２を光源よりも小さな径とすることで、輝度が高い部分または輝度が均一な部分の光のみを通過させることができる。

図１３は、図１２の構成の光学モジュール３１を用いた場合における光の経路を模式的に示した図である。光源１３が発光した光は、レンズ３２に平行光として入射する。レンズ３２を通過した光は、絞り２２の位置において集光され、レンズ２３に到達する。レンズ２３に到達した光は、光軸に平行な光として出射される。図１３の構成では、絞り２２がレンズ２３の後側の焦点となる位置と、レンズ３２の前側の焦点となる位置に設けられている。そのため、光学モジュール３１は、内部を光が進行しているときの光量の減少を抑制しつつ、レンズ２３の光軸に平行な光として出射することができる。

図１４は、絞り２２の位置をレンズ２３およびレンズ３２の焦点の位置から、光源１３側に距離αずらした構成を示した図である。図１４のように、絞り２２の位置をレンズ２３およびレンズ３２の焦点の位置からずらすことで、図８と同様に、照射面においてレンズ２３の間の位置に相当する領域での光量の低下を抑制することができる。

照明装置１０は、例えば、外観検査用の照明に用いられる。外観検査は、例えば、平面状の基板の表面の欠陥、瑕、異物の付着またはその他の表面異常を目視または光学機器による検査によって行う検査のことをいう。平面状の基板は、例えば、フラットパネル用の基板、半導体装置の基板である。外観検査の対象は、曲面を有するものであってもよい。また、外観検査の対象は、部材の表面の加工状態、部材の塗装状態、生産物のキズまたは生産物の色であってもよい。外観検査では、照射面において照度の均一が高い光を必要とするが、本実施形態の照明装置１０を用いることで、照射面に平行光として入射するため、照射面における照度の均一性を高めることができる。

本実施形態の照明装置１０は、光源１３が発光した光を、レンズ２３の後側の焦点となる位置にある絞り２２を介してレンズ２３に入射させている。そのため、レンズ２３を通過した光は、レンズ２３の光軸に平行な光となってレンズ２３から出射される。このような構成とすることで照明装置１０から出射された光の光束は、広がりを持たずに照射面に達する。そのため。照明装置１０は、照射面に均一に光を照射する。また、照明装置１０から出射された光の光束が広がりを持たないことで、照明装置１０と照射面の距離に依存した光量の減少は、生じにくい。その結果、本実施形態の照明装置１０を用いることで、照射面での照度の均一性を維持しつつ、照明装置１０と照射面の距離の影響を抑制することで、照明効率を高めることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１５は、本実施形態の照明装置４０の構成の例を示す図である。図１６は、照明装置４０の構成の例を、図１５とは異なる方向からの透視図によって示している。

第１の実施形態の照明装置１０は、光源１３が発光した光を光学モジュール１２によって平行光として出射している。これに対して、本実施形態の照明装置４０は、拡散板を備えることで照射面における照度の均一性をより向上させていることを特徴とする。

本実施形態の照明装置４０は、基板１１と、光学モジュール１２と、拡散板４１を備えている。また、基板１１上には、第１の実施形態と同様に光源がアレイ状に設けられている。

本実施形態の照明装置４０の基板１１および光学モジュール１２の構成と機能は、第１の実施形態と基板１１および光学モジュール１２とそれぞれ同様である。すなわち、光学モジュール１２は、基板１１上の光源が発光した光を、レンズの光軸に平行な平行光として出射し、拡散板４１に入射させる。

拡散板４１は、光学モジュール１２が出射した光を拡散する。拡散板４１は、並べて設けられた光学モジュール１２のレンズ２３の間の領域であり、拡散板４１がない場合に、照射対象において光が照射されない領域に、光が照射されるように構成されている。拡散板４１は、例えば、基板１１上に設けられているすべての光学モジュール１２を、１枚で覆うように設けられている。拡散板４１は、光学モジュール１２と同一の大きさに構成され、光学モジュール１２ごとに設けられていてもよい。ここで、同一の大きさとは、同一とみなせる大きさのことをいう。また、拡散板４１は、複数の光学モジュール１２ごとに１枚の部材として設けられていてもよい。例えば、拡散板４１は、３個の光学モジュール１２の大きさに構成され、３個の光学モジュール１２ごとに１枚、設けられていてもよい。

図１７は、基板１１と、光学モジュール１２と、拡散板４１を分解した状態と、接続した状態のそれぞれを模式的に示す図である。図１７（ｂ）に示す、光源が直線状に設けられた基板１１上に、図１７（ａ）に示す、直線状に連結された光学モジュール１２が接合され、さらに、図１７（ｃ）の拡散板４１が接合されることで、図１７（ｄ）に示す照明装置４０が形成される。

図１８は、拡散板を備えない照明装置における光の経路の例を模式的に示した図である。図１８に示す構成の例は、第１の実施形態の照明装置１０の構成に相当する。図１８（ａ）は、照射対象から距離ＷＤ離れた位置にある照明装置の光学モジュールから、照射対象に光が照射されている状態を示している。照射対象は、ワークともいう。図１８の例では、光学モジュールから出射した光は、平行光として照射対象に到達している。

図１８（ｂ）は、照射対象における照射面積を示している。図１８（ｃ）は、光源１個当たりの強度分布と、照射対象における配光分布を示している。図１８の例では、光学モジュールと同面積の領域において、照度および照度の均一性が高い一方で、光学モジュールから光が出射されていない部分に相当する領域の照射強度が低く、照射対象上で暗い領域が発生し得る。照明装置１０では、光源および光学モジュールを密に配置し、照射強度が低い領域を実用上、問題にならない大きさにすることで、照射面全体での均一性を維持している。

図１９は、照明装置４０の光の経路を模式的に示した図である。図１９は、図１８の構成に拡散板を追加した構成であり、本実施形態の照明装置４０に対応する。図１９の（ａ）は、照射対象から距離ＷＤ離れた位置にある照明装置の光学モジュールから、照射対象に光が照射されている状態を示している。図１９の例では、光学モジュールから出射した光は、拡散板によって平行光から広がった光として照射対象に到達している。図１９（ａ）は、照射対象における照射面積を示している。図１９（ｃ）は、光源１個当たりの強度分布と、照射対象における配光分布を示している。

図１９の例では、光学モジュールから出射された光が拡散板で拡散され、光源１個当たりの照射強度分布において、強度が高い部分の面積が広がり、照射面において暗い領域が消滅している。また、隣接する光源間の光が重なる位置では、配光分布が増大し、明るさが増した状態となっている。照明装置４０に対応する図１９に示す構成では、距離に依存した照度の低下を抑制しつつ、拡散板でわずかに光を広げることで、照射面において暗い領域を消滅させ、照射面における照度の均一性をより向上させている。

図２０は、光学モジュールを備えず、基板上に設けられた光源が発光した光が、直接、照射対象に届く場合の光の経路の例を模式的に示している。図２０（ａ）は、照射対象から距離ＷＤ離れた位置にある照明装置の光源から、照射対象に光が照射されている状態を示している。図２０の例では、光源が発光した光は、広がりながら進行し、照射対象に到達している。図２０（ｂ）は、照射対象における照射面積を示している。図２０（ｃ）は、光源１個当たりの強度分布と、照射対象における配光分布を示している。図２０では、照射対象における光の強度は、発光されたときにくらべ距離ＷＤの２乗に比例して減少している。そのため、図２０のような構成の照明装置では、距離が大きくなるほど照明効率が低下している。

図２１は、光の拡散の程度を示す角度をテレセン度θとして示した例である。図２１では、平行光としたときの照射対象における照射面の両端間の距離、すなわち、照射面の直径がｄである状態を示している。また、図２１では、平行光としたときの照射対象における照射面の最外周から、光束が広がることで生じる実際の照射面の最外周までの距離も、同様に、距離ｄである状態を示している。このときテレセン度θは、照射面における最外周部分と、光の出射部分とつないだ直線が、平行光の光軸となす角度として表される。テレセン度θは、距離ＷＤに依存した値となる。

図２２は、照射面の直径をｄ、光源の中心間隔を距離２ｄとした場合における光の経路を模式的に示す図である。図２２に示すように、光源の中心間の距離を２ｄとしたとき、１つの光学モジュールが、隣接する他の光学モジュールが平行光によって照射する領域の最外周の位置までを照射する場合には、平行光だった場合の照射領域の最外周部分よりも距離ｄ、外側まで光を拡散させる必要がある。拡散板の光学設計は、このような光の広がりが拡散板によって生じるように行われる。

図２３は、図２１と同様の構成において拡散板を設置した場合の光の経路を模式的に示している。図２４は、拡散板を設置し、図２２と同様に、光源を距離２ｄの間隔で設置した場合における光の経路を示している。図２２および図２３では、拡散板によって拡散される光の光軸に対する角度を拡散角度δとして示している。

拡散角度δは、照射面上において光が照射されない領域が生じないように設定される。１個の光学モジュール１２から出射された光の照射面における照射範囲の直径が４ｍｍであったとき、照明装置１０と照射面との距離をｄとすると、ｄ＝１００ｍｍで拡散角度δは、２．３０度、ｄ＝５０ｍｍで、拡散角度δは、４．５７度程度となる。

本実施形態の照明装置４０では、光源１３が発光した光は、レンズ２３の後側の焦点となる位置にある絞り２２を介してレンズ２３に入射される。そのため、レンズ２３を通過した光は、第１の実施形態の照明装置１０と同様に、レンズ２３の光軸に平行な光である平行光となってレンズ２３から出射される。本実施形態の照明装置４０は、レンズ２３から出射された平行光を、拡散板４１を通過させることでわずかに広がりを持たせ、光が出射されていない部分に対応する照射面上の領域に光を照射し、照度が低下する領域の発生を抑制している。このような構成の本実施形態の照明装置４０を用いることで、照射面における照度の均一性を向上させつつ、距離の影響を抑制して、照明効率を高めることができる。

(本発明の実施形態の他の構成の例）
第１および第２の実施形態では、光学モジュールは、光源ごとに設けられていたが、複数の光源を１個の光学モジュールで覆うように光学モジュールが設けられてもよい。

図２５は、基板上に設けられた複数の光源が１個の光学モジュールで覆われている照明装置５０の例を示した図である。照明装置５０は、基板５１と、光学モジュール５２を備えている。基板５１上には、複数の光源５３が直線状に設けられている。図２５の光学モジュール５２は、３個の光源５３を覆うように設けられている。このように、複数の光源５３を１個の光学モジュール５２で覆うことで、構成を簡略化することができる。光学モジュール５２は、内部に絞りを備え、絞りは、レンズの後側の焦点となる位置に配置されている。絞りは、複数の光源を１個の光源とみなして構成される。また、レンズ５４の径は、例えば、複数の光源５３を１個の光源とみなしたときの両端間の距離と等しくなるように構成される。１個の光源とみなして構成するとは、例えば、複数の光源のうち、一番外側にある２個の光源の最外周部間の距離を直径とする光源が存在すると仮定して、光学設計を行うことをいう。

図２５の例では、直線状に光源が配置されているが、２次元のアレイ状に配置された複数の光源を１個の光学モジュールで覆う構成であってもよい。図２６は、基板上に２次元のアレイ状に設けられた複数の光源が１個の光学モジュールで覆われている照明装置６０の例を示した図である。

照明装置６０は、基板６１と、光学モジュール６２を備えている。基板６１上には、複数の光源６３が格子状に設けられている。図２６の光学モジュール６２は、９個の光源６３を覆うように設けられている。光学モジュール６２、内部に絞りを備え、絞りは、レンズの後側の焦点となる位置に配置されている。また、レンズ６４の径は、例えば、複数の光源６３を１個の光源とみなしたときの径と等しくなるように構成される。このような構成とすることで、照明装置の構成を簡略化しつつ高い照明効率を得ることができる。

図２７、図２８および図２９は、光源の配置のバリエーションを示した図である。図２７、図２８および図２９では説明のため、基板と光学モジュールを分解した状態で示している。図２７は、光源が一列の直線状に配置されている例を示している。図２８は、光源が２列の直線状に、配置されている例を示している。図２８では、一方の列に対して、光源１個の半分の距離分ずらして、もう一方の列の光源が構成されている。図２９は、図２８の構成から個々の光源と光学モジュールを配置する角度を、直線方向から４５度回転して配置した例を示している。このように、光源を密に配置できる構成であれば、基板上の光源アレイの形状は、様々な形状とすることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図３０は、本実施形態の照明装置１００の構成の例を示す図である。

本実施形態の照明装置１００は、光源１０１と、鏡胴１０２と、レンズ１０３と、絞り１０４を備えている。光源１０１は、基板上に設けられている。鏡胴１０２は、一端が光源１０１を覆う位置に配置されている。レンズ１０３は、鏡胴１０２の一端とは反対側の一端に、光源１０１と対向して設けられている。絞り１０４は、鏡胴１０２の内部に、レンズ１０３および光源１０１のそれぞれと対向して設けられている。

本実施形態の照明装置１００は、光源１０１と、レンズ１０３の間の位置に絞り１０４を有することで、光源１０１が発光した２次元的に広がる光を、レンズ１０３の光軸に対して平行に進む平行光に近い光に変換して出射させることができる。そのため、本実施形態の照明装置１００は、照明装置１００と照射面の間の距離に依存する光量の低下を抑制し、照明効率を高めることができる。

１０ 照明装置
１１ 基板
１２ 光学モジュール
１３ 光源
２１ 鏡胴
２２ 絞り
２３ レンズ
３１ 光学モジュール
３２ レンズ
４０ 照明装置
４１ 拡散板
５０ 照明装置
５１ 基板
５２ 光学モジュール
５３ 光源
５４ レンズ
６０ 照明装置
６１ 基板
６２ 光学モジュール
６３ 光源
６４ レンズ
１０１ 光源
１０２ 鏡胴
１０３ レンズ
１０４ 絞り

Claims (9)

1. 基板上に設けられる複数の光源と、
   一端が前記光源を覆う位置に配置される鏡胴と、
   前記鏡胴の前記一端とは反対側の一端に、前記光源と対向して設けられるレンズと、
   前記鏡胴の内部に、前記レンズおよび前記光源のそれぞれと対向して設けられる絞りと
   を備え、
   前記鏡胴と、前記レンズと、前記絞りは、光源ごとに設けられている照明装置。
2. 前記光源の発光面の径と、前記レンズの径の差が所定の範囲にある、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記鏡胴は、隣接する前記鏡胴が互いに接している、請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記鏡胴の内部において、前記絞りと前記光源との間に設けられた第２のレンズをさらに備え、
   前記絞りは、前記第２のレンズの焦点の位置に設けられている、請求項１から３いずれかに記載の照明装置。
5. 前記絞りは、前記レンズの焦点の位置に設けられている、請求項１から４いずれかに記載の照明装置。
6. 前記絞りは、前記レンズの焦点の位置から前記光源側に所定の距離ずらして設けられている、請求項１から４いずれかに記載の照明装置。
7. 前記鏡胴の外側の前記レンズと対向する位置に、拡散板をさらに備える、請求項１から５いずれかに記載の照明装置。
8. 前記光源は、前記基板上にアレイ状に設けられている、請求項１から７いずれかに記載の照明装置。
9. 前記光源は、前記基板上にハニカム状に設けられている、請求項１から７いずれかに記載の照明装置。

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