JPH08171055A

JPH08171055A - 照明装置

Info

Publication number: JPH08171055A
Application number: JP6312153A
Authority: JP
Inventors: Takuji Yamatani; 拓司山谷; Hiroshi Hamada; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-07-02
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JP3130747B2

Abstract

(57)【要約】【構成】照明装置は、光源１と、光源１から出射した
光を反射する放物面鏡２と、放物面鏡２の軸に一致した
光軸４を有するアフォーカル系３とを備えている。アフ
ォーカル系３は、２個のフレネルレンズ３ａ・３ｂを有
している。このとき、放物面鏡２によって反射され、平
行光となった光線のうち光軸４からの距離ｙ_iの光線３
ｃは、アフォーカル系３の出射側で光軸４からの距離ｙ
_oとなって出射するようになっている。ここで、距離の
比ｙ_i／ｙ_oは、光軸４からの距離によって異なり、光
軸４から離れるにしたがって小さくなる。【効果】光源１からの光利用率が高く、且つ被照明部
６における照明光の輝度むら、および平行度を改善した
小型・高性能な照明装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば液晶表示素子を
用いた映像の投影表示装置に使用され、光源から出射さ
れる光の利用率を高め、且つ、照度分布を均一とする照
明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、照明装置を用いた装置とし
て、表示装置の開発が進んでいる。表示装置としては、
例えば液晶表示素子を用い、照明装置でそれを照射する
ことで画像を形成し、投影する液晶投影表示装置が開発
されている。こうした投影表示装置に用いられる表示素
子は、高精細化および小型化されているが、さらに高輝
度化を求められている。そこで、液晶表示素子の一方の
面上にマイクロレンズを形成することで表示素子の高輝
度化を図っている。

【０００３】一方、上記の投影表示装置に用いられる照
明装置として、光源から出射した光を例えば、液晶表示
素子等の被照明部に効率よく集めて明るい映像を得るた
めに、反射鏡として放物面鏡あるいは楕円鏡を持つ照明
装置や、球面鏡にコンデンサーレンズを組み合わせた照
明装置がある。しかし、前述した表示素子の高性能化に
伴い、照明装置のより一層の小型化、高性能化が望まれ
ている。

【０００４】照明装置の小型化、高性能化のための条件
のひとつとして、照明装置から出射される光を被照明部
に無駄なく集めることが挙げられる。すなわち、光利用
率を高くすることが重要になる。

【０００５】一般には、照明装置において、一定の距離
に置かれたある一定の大きさを持つ被照明部を明るくす
る方法としては、光利用率を高くすること以外に照明装
置の光源自体の高出力化が考えられる。近年、照明装置
の光源としてメタルハライド、キセノン、ハロゲン等の
ランプが用いられており、こうしたランプの明るさ等の
性能および寿命は改善されてきている。

【０００６】しかし、光源をさらに高出力にした場合に
は、発熱等によるランプの寿命と、上記ランプを用いた
装置の寿命、大きさ、使い易さとに影響するので、現在
では光源自身の高出力化は難しくなっている。これによ
り、被照明部をより明るくするためには、照明装置にお
いて、上記のように光利用率をできるだけ向上させるこ
とが必要である。この方法として、被照明部の照射に利
用することができない反射鏡の周辺部から反射された光
を凸レンズで集光し、凹レンズで平行光に戻すという方
法が、実開昭６３−１２４２３５号公報に開示されてい
る。

【０００７】また、照明装置の高性能化のための他の条
件は、被照明部の輝度むらを減少させることである。こ
の輝度むらは、照明装置の反射鏡に放物面鏡を用い、光
源が理想的な点光源であり、光源を放物面鏡の焦点位置
に配置して、平行光を利用できる場合でも発生する。例
えば、液晶投影表示装置等では、上記装置に用いられる
照明装置により生じる被照明部上の輝度むらがそのまま
画像の明るさのむらとなり、高性能な投影表示装置を得
ることができない。すなわち、液晶表示素子は、輝度む
らによって生じる温度むらに起因して、液晶特性のバラ
ツキが発生し画像が不均一となる。あるいは偏光を利用
するタイプの液晶表示素子では、光弾性歪みが生じ、画
像が不均一になる。したがって、高性能な投影表示装置
を得るためには、輝度むら等の少ない照明装置が必要で
ある。この方法として、液晶表示素子の画素開口部の形
状を、照度分布によって変える方法や、明るい部分の照
度をＮＤフィルター等の光減衰手段を用いて下げる方法
が開示されている。

【０００８】さらに、照明装置の小型・高性能化のもう
一つの条件は、照明装置から出射した光が被照明部に入
射する角度（以下平行度と称する）を最適にすることで
ある。例えば、被照明部が液晶表示素子の場合、液晶特
性は液晶に入射する光の平行度に影響されるため、各素
子に対して光をできる限り平行に入射させる必要があ
る。

【０００９】また、ダイクロイックミラー等の光を反射
・分光させるもの、あるいはマイクロレンズ、ファイバ
ー等の光学部品を照明する場合も、各部品の特性は該部
品に入射する光の角度に影響されるため、それぞれの部
品に合わせて光の平行度を最適化する必要があり、多く
の場合それは、できる限り同じ角度で入射した方がよ
い。

【００１０】光の平行度を良くするために、放物面鏡と
補正レンズとを備えた方法が特開平６−３６２１号公報
に開示されている。この方法は、照明装置の反射鏡で反
射して得られた照明光が、ランプの電極の影および反射
鏡形状による中抜けで平行度が悪化したりするのを補正
レンズを用いて平行に変換する方法である。

【００１１】ここで、上述のコンデンサーレンズおよび
球面鏡を用いる方法は、他の放物面鏡等の反射鏡を用い
る方法より照明光の平行度が良いことが知られている。
この方法は、光学シンポジウム講演予稿集１９９３Ｐ７
３〜７６“コンパクト液晶リアプロジェクタの光学系”
に解説されているように、照明系としての光利用率は最
大でも６５％であるが、投影表示装置等に一般的に用い
られる放物面鏡の光利用率では７０％である。しかし、
放物面鏡にはデメリットがある。すなわち、照明装置の
配光分布が図４の曲線Ａのような分布を持つので、輝度
むらのない均一な照明にするためには、照度分布がある
程度均一である狭い領域しか利用できず、光利用率が低
い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の照明装置では、輝度むらを解消して照度分布を均一
にし、照明光の平行度および光利用率を向上させ、さら
に小型化とするという条件を全て満たすことができない
という問題を有している。

【００１３】例えば、実開昭６３−１２４２３５号公報
に開示されている方法では、照明領域が入射側から出射
側へ小さくなるようにレンズが配置されているため、光
の平行度が悪くなる。また、液晶表示素子の画素開口部
の形状を照度分布によって変える方法や、明るい部分の
照度をＮＤフィルター等の光減衰手段を用いて下げる方
法では、光利用率が低下する。さらに、特開平６−３６
２１号公報に開示されている放物面鏡と補正レンズとを
備えた方法では、照度分布を均一にすることができず、
反射鏡から射出される光の狭い領域しか利用できない。

【００１４】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みな
されたものであって、その目的は、光源からの光利用率
が高く、且つ被照明部における照明光の輝度むら、およ
び平行度を改善した小型・高性能な照明装置を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の照明装置は、光源と、二次
曲面で形成され、上記光源からの光を反射する反射鏡
（例えば、放物面鏡）と、上記反射鏡からの反射光が進
行する方向で、光軸を上記反射光の光軸に一致して配置
され、平行光を出射するアフォーカル系とを備え、上記
アフォーカル系に入射する光軸からの距離ｙ_iの入射光
線と、上記アフォーカル系から出射したときの光軸から
の距離ｙ_oとの比ｙ_i／ｙ_oの値が、光軸からの距離に
よって異なることを特徴としている。

【００１６】請求項２記載の照明装置は、上記アフォー
カル系が２個のフレネルレンズで構成されたことを特徴
としている。

【００１７】

【作用】請求項１の構成によれば、二次曲面で形成され
る反射鏡は、光源の位置を選ぶことにより、平行な反射
光束を得ることができる。ただし、この場合、光軸付近
では光束密度が大きく、光軸から離れるにしたがって光
束密度は粗になる。すなわち、光軸付近は照度が大き
く、光軸から遠い部分では照度が小さくなる。一方、上
記反射鏡からの反射光の進行方向に配置されたアフォー
カル系では、このアフォーカル系に入射する光軸からの
距離ｙ_iの入射光線が、このアフォーカル系を出射した
ときの光軸からの距離ｙ_oとなるとき、比ｙ_i／ｙ_oの
値が、光軸からの位置によってそれぞれ異なる値をと
る。これにより、入射側で不均一であった光束密度を均
一化することができる。また、光軸から離れた部分の光
も均一な照明光として利用することができるので、光利
用率が高くなる。

【００１８】さらに、比ｙ_i／ｙ_oの値が光軸に近い部
分ほど小さい、すなわち、光軸付近において照明領域が
広くなる方向にアフォーカル系が配置されているので、
光軸付近の照明光の平行度がよい。したがって、従来の
照明装置では、光源の影等で光軸付近の平行度が悪いの
に対し、本照明装置では、光軸付近の平行度を良好にす
ることができる。

【００１９】請求項２の構成によれば、アフォーカル系
では２個のフレネルレンズを用いている。用いるフレネ
ルレンズとして、アフォーカル系の入射側は凹レンズの
機能を有し、光軸付近で光束密度の大きい入射光を拡散
し、出射側では凸レンズ機能を有するフレネルレンズで
光線を平行にし、且つ光線の分布状態を均一化すること
ができる。

【００２０】または、アフォーカル系の入射側のフレネ
ルレンズの光軸付近では凹レンズ機能を有し、光軸付近
で光束密度の大きい入射光を拡散し、周辺部では凸レン
ズの機能を有し、光軸付近より光束密度の小さい入射光
を集束する。一方、出射側のフレネルレンズの、光軸付
近では凸レンズ機能、周辺部では凹レンズ機能を有する
フレネルレンズで光線を平行にし、且つ光線の分布状態
を均一化することができる。

【００２１】また、アフォーカル系の入射側および出射
側のフレネルレンズは、どちらも凸レンズの機能を有
し、平行な入射光を一旦集束し、且つ光線の分布状態を
均一化し、出射側で上記集束光を平行光にすることがで
きる。

【００２２】したがって、以上のフレネルレンズを用い
ることにより、二次曲面の反射鏡に起因する、光軸付近
で光束密度が大きく、光軸を離れるにしたがって光束密
度が小さいという好ましくない特性を補正することにな
り、照明装置の照度むらを少なくする効果がある。ま
た、光軸から離れた部分の光も均一な照明光として利用
することができるので、光利用率が高くなる。さらに、
光軸付近における照明領域が入射側に対して出射側で広
くなるので、光軸付近の照明光の平行度をよくすること
ができる。なお、フレネルレンズを採用することは、レ
ンズが大型になっても合成樹脂を使用するなどによっ
て、装置の軽量化および生産性の向上に効果がある。

【００２３】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の一実施例について図１ないし図４
に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２４】本発明に係る照明装置は、図１に示すよう
に、光源１と、二次曲面反射鏡として放物面鏡２と、ア
フォーカル系３であるフレネルレンズ３ａおよびフレネ
ルレンズ３ｂとを備えている。

【００２５】光源１は、放物面鏡２の光軸４上にある焦
点に配置されている。放物面鏡２は光軸４を座標軸とし
て放物線をその回りに回転して得られる回転体であり、
内面が鏡面になっている。フレネルレンズ３ａおよびフ
レネルレンズ３ｂは、光軸４に垂直に且つ互いに平行で
あり、放物面鏡２に光が反射され進行する側に順に配さ
れている。すなわち、フレネルレンズ３ａが入射側にフ
レネルレンズ３ｂが出射側になっている。

【００２６】フレネルレンズ３ａは、例えば凹レンズの
機能を有し、フレネルレンズ３ｂは、例えば凸レンズ機
能を有している。あるいは、フレネルレンズ３ａは、光
軸付近では凹レンズ機能を有し、光軸付近で光束密度の
大きい入射光を拡散し、周辺部では凸レンズの機能を有
し、光軸付近より光束密度の小さい入射光を集束するよ
うになっており、フレネルレンズ３ｂは、光軸付近では
凸レンズ機能、周辺部では凹レンズ機能を有し、光線を
平行にし、且つ光線の分布状態を均一化するようになっ
ている。

【００２７】なお、光源１は点光源であり、全方位に等
強度の発光分布を持ち、図１では光源１から等角度に発
光する光線を実線で描いている。また、被照明部６は、
例えば液晶表示素子で、アフォーカル系３を挟んで光源
１とは反対側に配する。

【００２８】上記の構成によれば、光源１から全方位に
出射された光は、放物面鏡２で反射されて光軸４に平行
な光線になる。この平行光は、光軸４付近は密集して光
束密度が大きく、光軸４から離れた周辺部では光束密度
が小さくなっている。つまり、光軸４付近の光線が密集
している場所は明るく、周辺部は暗くなる。したがっ
て、フレネルレンズ３ａに入射する光線は、その光軸４
付近に光線が密集し、その周辺部では少なくなる。

【００２９】このとき、本発明におけるアフォーカル系
３のフレネルレンズ３ａは、光軸４付近に入射した光線
に対しては拡散度が大きく、また、その周辺部に向かう
につれて、光の拡散度が小さくなるような特性を持って
おり、フレネルレンズ３ｂの入射面において、分散され
た光線がほぼ等間隔に入射する。フレネルレンズ３ｂに
入射した光線は照度が均一な平行光となって出射される
ので、輝度むらがなくなり、被照明部６における照度分
布は均一になる。

【００３０】ここで、放物面鏡２で反射された平行光の
うち、光軸４からの距離がｙ_iの特定の光線３ｃに着目
すると、光線３ｃは、アフォーカル系３の入射側のフレ
ネルレンズ３ａに入射して、光軸４から離れる方向に屈
折する。すなわち、光軸４に対し、拡散され、アフォー
カル系３の出射側フレネルレンズ３ｂに入射し、屈折さ
れ、光軸４に平行になるように出射され、被照明部６を
照射する。

【００３１】上記出射された光線３ｃの光軸４からの距
離を距離ｙ_oとすると、本照明装置では、上記入射側に
おける光軸４からの距離ｙ_iの出射側の光軸４からの距
離ｙ_oに対する比ｙ_i／ｙ_oが光軸４からの距離によっ
て部分ごとに異なる。すなわち、入射側の光束密度分布
が出射側で変化することを意味している。また、比ｙ_i
／ｙ_oは光軸４に近い部分の光線ほど小さい。つまり、
アフォーカル系３の入射側フレネルレンズ３ａは、光軸
４に近い部分の光線を大きく拡散し、光軸４光軸から離
れるに従って拡散度は小さくなり、設計によっては、周
辺部（光軸から離れる部分）では光線を集束する機能を
有している。一方、これに対して、出射側のフレネルレ
ンズ３ｂは、フレネルレンズ３ａから入射された光を平
行光として出射する。これにより、被照明部６は、均一
な照度で照明される。

【００３２】したがって、この照明装置を例えば投影表
示装置に用いることによって、映像のむらがない高性能
な投影表示装置を得ることができる。また、光軸４から
離れた部分の光も均一な照明光として利用することがで
きるので、光利用率が高くなる。

【００３３】上記アフォーカル系とは、平行光が入射す
ると、平行光線として射出する光学系であり、典型的な
例としては、望遠鏡やカメラのファインダーに用いられ
ている。基本特性は倍率γで示され、有限距離にある物
体の縦倍率および横倍率は、物体の距離に関係なく常に
一定のγである。図３（ａ）・（ｃ）に示すように、平
行光が入射されるレンズを第１レンズ１３ｂ・１５ａ、
平行光を出射するレンズを第２レンズ１３ａ・１５ｂと
する。第１レンズ１３ｂ・１５ａの焦点距離ｆ₁と第２
レンズ１３ａ・１５ｂの焦点距離ｆ₂とによって、レン
ズ間の距離ｄおよび倍率γは次のような関係が成り立つ
ことが知られている。

【００３４】ｄ＝ｆ₁−ｆ₂またはｄ＝ｆ₁＋ｆ₂ …（１） γ＝ｆ₁／ｆ₂ …（２）ここで、倍率γの符号が負になれば、倒立型であり、正
になれば正立型である。これを照明装置として用いる
と、照明領域ＥとＥ’との関係は、縦倍率および横倍率
の積であるγ²に比例して変化する。

【００３５】また、図３（ｂ）・（ｄ）に示すように、
アフォーカル系に入射する光線の入射角度Ｕと、射出す
る光線の射出角度Ｕ’とは、次の関係がある。ただし、
光軸から反時計回りを正としている。ここで、γ＞１の
ときは射出角度Ｕ’は大きくなり、γ＜１のときは射出
角度Ｕ’は小さくなる。

【００３６】tan Ｕ’＝γ×tan Ｕしたがって、これを照明装置として用いるときに、γ＜
１つまり、照明領域Ｅ’から照明領域Ｅ方向へと照明領
域を広くする方向にアフォーカル系を配置すれば、光線
の射出角度が良くなる。すなわち、平行度が良くなる。

【００３７】ところで、光源が理想的な点光源の場合、
被照明部における光軸付近の光線は平行であるが、実際
の光源部は有限の値を持っているので、平行ではない。
すなわち、実際の光源部の長さの最小値は、メタルハラ
イドランプで３ｍｍ、キセノンランプで０．６ｍｍ、ハ
ロゲンランプで２ｍｍ程度であり、被照明部にはある傾
きを持った光が入射する。特に、放物面鏡、楕円鏡等の
光軸に平行に配置されたランプは、ランプの電極等によ
るランプ自身の影やランプ配置用部品の影等が光軸付近
の平行度を悪くしている。

【００３８】しかしながら本照明装置では、比ｙ_i／ｙ
_oの値が光軸４に近い部分ほど小さい、すなわち、光軸
４付近において照明領域が広くなる方向にアフォーカル
系３が配置されているので、光軸４付近の照明光の平行
度がよい。したがって、従来の照明装置では、光源の影
等で光軸付近の平行度が悪いのに対し、本照明装置で
は、光軸４付近の平行度を良好にすることができる。

【００３９】一方、光軸４から離れた所では、図１に示
すように、照明領域が狭くなる方向にアフォーカル系３
が用いられている。ここで、図１は理想的な場合を示し
ているので、放物面鏡２の光線は平行である。しかし、
実際には平行でないので、光軸４から離れた場所の平行
度は悪くなる。

【００４０】そこで、放物面鏡２からのすべての光がア
フォーカル系３を介して照明領域を広くするように、す
なわち、被照明部６に対して放物面鏡２を小さくすれ
ば、放物面鏡２の最外部付近の光線の平行度も良くな
る。この結果、被照明部６に対して、光軸４付近だけで
なく全体的に平行度が良くなる。

【００４１】また、放物面鏡２は被照明部６に対して、
小さくすることができるので、装置を小型化することが
できる。さらに、従来では、利用できなかった放物面鏡
２の最外部における反射光も照度が均一で平行度が良い
光として利用できるので、光利用率の向上につながる。

【００４２】本発明のアフォーカル系３のフレネルレン
ズのレンズ面の曲率を決定する方法の一例を以下に述べ
る。

【００４３】放物面鏡２により反射された光線でアフォ
ーカル系３のフレネルレンズ３ａに入射する光線の照度
分布は、例えば、図４に示すように、曲線Ａとする。ま
た、フレネルレンズ３ｂから射出し、被照明部６に必要
な照度分布は、例えば、曲線Ｂとする。この図に示す曲
線Ａ・Ｂは、光軸４に直交する平面での照度値をグラフ
化したものであり、光軸４を回転軸とする３次元の曲線
をフレネルレンズ３ａに入射する２次元の照度分布とし
たものである。

【００４４】曲線Ａにおいて、光軸４と直交するＹ方向
に微小幅Δｙ、例えば、フレネルレンズを形成すること
ができるレンズピッチ０．３ｍｍ程度とし、Ｘ方向に積
分する。さらに積分された領域について光軸４を回転軸
とする回転体の体積を求める。この体積と所望の照度分
布である曲線Ｂの微小幅Δｙ’から得られる体積とが等
しくなるように微小幅Δｙ’、つまりレンズピッチを求
める。これと同様の計算を光軸４に隣接する場所から順
次±Ｙ方向の微小幅について行う。

【００４５】これにより、レンズの各場所による倍率γ
が対応するピッチ毎に得られる。したがって、フレネル
レンズ３ａおよびフレネルレンズ３ｂ間の距離をｄとす
ると、上述の（１）・（２）式より、アフォーカル系３
であるフレネルレンズの各場所のレンズ刃面の形状が求
められ、本発明のフレネルレンズのレンズ面形状が決定
できる。また、距離ｄと倍率γとにより、フレネルレン
ズ材質の屈折率を用いて、屈折の法則より、各レンズ刃
面の形状を求める方法もある。

【００４６】なお、図４の曲線Ａで示される照度分布
は、光線追跡等のシュミレーションで得られるものであ
ってもよいし、実際に使用する光源と放物面鏡を用いて
求めてもよい。実際の光源では、光源自身の影、電極部
の影および光源を取り付けるために放物面鏡が形成でき
ない部分の影等の照度むらを生じるが、上記の照度分布
を補正する方法を適用することで解消することが可能で
ある。

【００４７】〔実施例２〕次に、図２に示すように、照
明装置に使用されるアフォーカル系５が何れもフレネル
凸レンズの場合を考える。放物面鏡２からの入射側をフ
レネル凸レンズ５ａ、出射側をフレネル凸レンズ５ｂと
する。アフォーカル系５以外は実施例１と同様で、同一
の部材番号を付記し、その説明を省略している。

【００４８】この場合も、光軸４からの距離ｙ_iの特定
の入射光線５ｃに着目すると、光線５ｃは、アフォーカ
ル系５の入射側のフレネル凸レンズ５ａに入射し、光軸
４に交わるように集束され、アフォーカル系５の出射側
のフレネル凸レンズ５ｂに入射し、屈折され、光軸４に
平行になるように出射され、被照明部６を照射する。

【００４９】上記出射された光線５ｃの光軸４からの距
離をｙ_oとすると、本発明の装置では、上記入射側にお
ける光軸４からの距離ｙ_iの出射側における光軸４から
の距離ｙ_oに対する比ｙ_i／ｙ_oが光軸４からの距離に
よって部分ごとに異なり、且つ光軸４に近い部分の光線
ほど小さい。すなわち、アフォーカル系５の入射側のフ
レネル凸レンズ５ａは、光軸４に近い部分の焦点距離を
短くし、光軸４から離れた部分の光線ほど焦点距離を長
くするような特性を有する。一方、出射側のフレネル凸
レンズ５ｂは、フレネル凸レンズ５ａから入射された光
を平行光として出射する。この場合は、フレネル凸レン
ズ５ｂは、光軸４に近い部分の焦点距離を長くし、光軸
４から離れた部分の焦点距離を短くするような特性を有
している。

【００５０】これにより、実施例１の場合と同様に、被
照明部６は、均一な照度で照明される。また、光軸４付
近において平行度が良い。なお、上記各フレネル凸レン
ズ５ａおよびフレネル凸レンズ５ｂのレンズ面形状の決
定は、実施例１に準じて行えばよい。

【００５１】なお、本照明装置は、照明光の平行度が良
くなるので、ダイクロイックミラー等の光を反射、分光
させるもの、あるいはマイクロレンズやファイバー等の
光学部品が含まれた投影表示装置においても光利用率を
低下させることなく使用できる。また、白色または２波
長以上が混合した光源光をダイクロイックミラー等を用
いて、２光線以上に分離し、この分離光を単一な液晶表
示素子に対して異なる角度で入射させることによって、
液晶表示素子上に形成されたマイクロレンズにより、光
線は異なる場所に集光され、この異なる場所に対応する
ように液晶表示素子の絵素を形成することによって、カ
ラー表示を行う照明系にも適用できる。

【００５２】また、本照明装置は、透過型の投影表示装
置に限定されるものではなく、反射型の投影表示装置に
おいて用いてもよい。この場合も同様の効果が得られ
る。

【００５３】また、本照明装置は、映像表示に限定され
るものではなく、例えば、露光装置等の照明装置として
用いてもよい。露光装置の照明系において、被露光部の
輝度むらは露光時間のバラツキや露光むらに影響する。
また、被露光部の照明光の平行度が良好であれば、マス
クを密着して配置する密着露光のときに、マスク像がぼ
けることがなく、正確な露光が可能となる。したがっ
て、本照明装置は、露光用照明系としても有効である。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
照明装置は、光源と、二次曲面で形成され、上記光源か
らの光を反射する反射鏡と、上記反射鏡からの反射光が
進行する方向で、光軸を上記反射光の光軸に一致して配
置され、平行光を出射するアフォーカル系とを備え、上
記アフォーカル系に入射する光軸からの距離ｙ_iの入射
光線と、上記アフォーカル系から出射したときの光軸か
らの距離ｙ_oとの比ｙ_i／ｙ_oの値が、光軸からの距離
によって異なる構成である。

【００５５】これにより、比ｙ_i／ｙ_oの値が、光軸か
らの距離によってそれぞれ異なる値をとることができ
る。すなわち、アフォーカル系の入射側で不均一であっ
た光束密度をアフォーカル系の出射側で均一化すること
ができる。したがって、被照明部を照明むらのない照明
光で照射することができる。また、光軸から離れた部分
の光も照度を均一化して利用することができるので、光
利用率が高くなる。さらに、光軸付近において照明領域
が広がる方向にアフォーカル系を配置することによっ
て、光軸付近の平行度が良くなる。また、反射鏡を小さ
くしても照度が均一な平行度の良い照明光を得ることが
できるので、装置を小型にすることができるという効果
を奏する。

【００５６】本発明の請求項２記載の照明装置は、上記
アフォーカル系が２個のフレネルレンズで構成された構
成である。

【００５７】これにより、入射側のフレネルレンズによ
って、光軸からの距離に応じて、それぞれの光線を異な
った拡散度で拡散、あるいは異なった集束度で集束さ
せ、出射側のフレネルレンズに均一な光束密度で入射さ
せることができ、被照明部において、均一な照度の照明
光を得ることができる。この結果、請求項１の構成によ
る効果に加えて、レンズの材料を合成樹脂とすれば、軽
量化でき、量産性も向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における照明装置を示す断面
図である。

【図２】本発明の他の実施例における照明装置を示す断
面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、基本的なアフォーカル系を
示す説明図である。

【図４】アフォーカル系に入射された光線の照度分布を
示す説明図である。

【符号の説明】

１光源２放物面鏡（反射鏡）３アフォーカル系３ａフレネルレンズ３ｂフレネルレンズ４光軸５アフォーカル系５ａフレネル凸レンズ５ｂフレネル凸レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、二次曲面で形成され、上記光源か
らの光を反射する反射鏡と、上記反射鏡からの反射光が
進行する方向で、光軸を上記反射光の光軸に一致して配
置され、平行光を出射するアフォーカル系とを備え、上記アフォーカル系に入射する光軸からの距離ｙ_iの入
射光線と、上記アフォーカル系から出射したときの光軸
からの距離ｙ_oとの比ｙ_i／ｙ_oの値が、光軸からの距
離によって異なることを特徴とする照明装置。
【請求項２】上記アフォーカル系が２個のフレネルレン
ズで構成されたことを特徴とする請求項１記載の照明装
置。