(57)【要約】【課題】照度ムラを低減することができる光照射装置を提供する。【解決手段】ランプ１１、及び、当該ランプ１１が第１焦点ｆ１に配置された反射鏡１２を備えたランプユニット１０と、反射鏡１２の光軸Ｋ上に配置され、入射端面２２側から入射した光束Ｌを均一化して出射端面２３側から出射する柱状のロッドインテグレータレンズ２０と、ランプユニット１０の光路中に配置され、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に入射する光量を調整する調光板３０と、反射鏡１２の反射光を光軸Ｋ上の第２焦点ｆ２に集光させる集光手段と、を備え、調光板３０と第２焦点ｆ２との間に、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２の内接円の径よりも小さい径の光拡散効果のある光拡散手段を反射鏡１２の光軸Ｋ周囲に設けた。【選択図】図２
2013191508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、及び、当該光源が第１焦点に配置された反射鏡を備えたランプユニットと、
前記反射鏡の光軸上に配置され、片端側から入射した光束を均一化して他端側から出射する柱状のロッドインテグレータレンズと、
前記ランプユニットの光路中に配置され、前記ロッドインテグレータレンズの入射端面に入射する光量を調整する調光板と、
前記反射鏡の反射光を前記光軸上の第２焦点に集光させる集光手段と、を備え、
前記調光板と前記第２焦点との間に、前記ロッドインテグレータレンズの前記入射端面の内接円の径よりも小さい径の光拡散効果のある光拡散手段を前記反射鏡の光軸周囲に設けた
ことを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記調光板は、前記反射鏡の光軸上に光束が透過する開口を有し、前記開口は、連続的に開口面積が可変可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記集光手段は、前記反射鏡であり、前記反射鏡は、前記第１焦点に配置された光源の放射光を前記第２焦点に集光させる反射面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記集光手段は、前記調光板と前記第２焦点との間に配置された集光レンズであり、前記ロッドインテグレータレンズを前記集光レンズの集光点近傍に配置するとともに、前記集光レンズの出射面側略中心部に前記光拡散手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記光拡散手段を前記ロッドインテグレータレンズの入射端面に設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロッドインテグレータレンズを用いて照度ムラを低減する光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等のランプと、当該ランプの光を集光させる反射鏡とを組み合わせた集光型ランプを内蔵し、反射鏡で集光した光をロッドインテグレータレンズに入射して、ロッドインテグレータレンズにより光をミキシングして均一化することで照射面での照射ムラを低減する光照射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の光照射装置は、集光型ランプとロッドインテグレータレンズの入射端面との間に、面積可変の開口を有する調光板を備え、開口面積を変化させる（絞る）ことで調光板を透過する光量を変化させてロッドインテグレータレンズに入射する光量を調整し、光照射装置から出射する光の強度調整を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３５１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロッドインテグレータレンズに入射する光束において、反射鏡の開口端周辺にて反射された角度のついた光束は、ロッドインテグレータレンズの側面にて多数回反射するが、反射鏡の中心部付近にて反射された光軸に略平行な光束はロッドインテグレータレンズにて反射無し、或いは、少数回しか反射しない。これにより、照度ムラを低減するにはロッドインテグレータレンズを長くして周辺からの光束の反射回数を多くして、相対的に反射回数の少ない光束の比率を減らすことにより照度ムラの少ない照射面を達成している。しかしながら、調光板の絞りを小さくしていく場合には、小絞りになるに従って開口端周辺にて反射された光束は遮光され、反射鏡の中心部付近にて反射された光軸に略平行な光束が主にロッドインテグレータレンズに入射する。よって、小絞りにするほど照射面で照度が均一化されず、照度ムラが大きくなるという問題がある。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、小絞り時においても照度ムラを低減することができる光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、光源、及び、当該光源が第１焦点に配置された反射鏡を備えたランプユニットと、前記反射鏡の光軸上に配置され、片端側から入射した光束を均一化して他端側から出射する柱状のロッドインテグレータレンズと、前記ランプユニットの光路中に配置され、前記ロッドインテグレータレンズの入射端面に入射する光量を調整する調光板と、前記反射鏡の反射光を前記光軸上の第２焦点に集光させる集光手段と、を備え、前記調光板と前記第２焦点との間に、前記ロッドインテグレータレンズの前記入射端面の内接円の径よりも小さい径の光拡散効果のある光拡散手段を前記反射鏡の光軸周囲に設けたことを特徴とする。
【０００６】
また本発明は、上記光照射装置において、前記調光板は、前記反射鏡の光軸上に光束が透過する開口を有し、前記開口は、連続的に開口面積が可変可能に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記光照射装置において、前記集光手段は、前記反射鏡であり、前記反射鏡は、前記第１焦点に配置された光源の放射光を前記第２焦点に集光させる反射面を有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記光照射装置において、前記集光手段は、前記調光板と前記第２焦点との間に配置された集光レンズであり、前記ロッドインテグレータレンズを前記集光レンズの集光点近傍に配置するとともに、前記集光レンズの出射面側略中心部に前記光拡散手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記光照射装置において、前記光拡散手段を前記ロッドインテグレータレンズの入射端面に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、調光板と反射鏡の第２焦点との間に、ロッドインテグレータレンズの入射端面の内接円の径よりも小さい径の光拡散効果のある光拡散手段を反射鏡の光軸周囲に設けたため、反射鏡の中心部付近にて反射された光軸に略平行な光束を光拡散手段で拡散させてロッドインテグレータレンズの入射端面に入射し側面にて多数回反射させて出射させることができ、照射面での照度を均一化し照度ムラを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光照射装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】光照射装置の構成を示す斜視図である。
【図３】光線の状態を示す模式図であり、（Ａ）は調光板の絞りが大きいときの光線の状態を示す図であり、（Ｂ）は調光板が小絞りのときの光線の状態を示す図である。
【図４】照度比と照度ムラの関係を示す図である。
【図５】調光板の構成を示す正面図であり、（Ａ）は回転式の調光板を示す図であり、（Ｂ）は直進スライド式の調光板を示す図である。
【図６】ロッドインテグレータレンズの構成を示す断面図であり、（Ａ）はすり面を有するロッドインテグレータレンズを示す図であり、（Ｂ）は凹面を有するロッドインテグレータレンズを示す図であり、（Ｃ）は凸面を有するロッドインテグレータレンズを示す図であり、（Ｄ）はマイクロアレイレンズを有するロッドインテグレータレンズを示す図である。
【図７】第２実施形態に係る光照射装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】光線の状態を示す模式図であり、（Ａ）は調光板の絞りが大きいときの光線の状態を示す図であり、（Ｂ）は調光板が小絞りのときの光線の状態を示す図である。
【図９】集光レンズの構成を示す断面図であり、（Ａ）はすり面を有する集光レンズを示す図であり、（Ｂ）は凹面を有する集光レンズを示す図であり、（Ｃ）は凸面を有する集光レンズを示す図であり、（Ｄ）はマイクロアレイレンズを有する集光レンズを示す図である。
【図１０】第２実施形態に係る光照射装置の光線の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る光照射装置１の概略構成を示す模式図である。光照射装置１は、例えば、投影光学系、ファイバー照明光源装置、ソーラーシュミレータ、液晶基板検査装置、各種露光装置等に用いることができる。光照射装置１は、ランプユニット１０と、当該ランプユニット１０の放射光を、光軸Ｋの断面における光量分布を均一にして出力するロッドインテグレータレンズ２０と、出力する光量を調整する調光板３０とを備えている。
【００１３】
ランプユニット１０は、ランプ（光源）１１と、ランプ１１の放射光を光軸Ｋ方向に反射する反射鏡（集光手段）１２とを備える。反射鏡１２は、楕円面の反射面を有する楕円反射鏡であり、第１焦点ｆ１に発光点が配置されたランプ１１の放射光を、光軸Ｋ上の第２焦点ｆ２に集光する集光手段としての役割を有する。反射鏡１２は、用途に応じて適正な構成のミラー膜が内表面に作られ、例えば、紫外域専用の反射ミラーや、一般的な金属ミラー、或いは、誘電体多層膜を蒸着して可視光を反射し赤外線を透過するいわゆるコールドミラーとして構成されている。
ランプ１１は、紫外線を含む光を放射する光源であり、ハロゲンランプ、水銀ランプ、及び、メタルハライドランプなどのショートアーク型の放電灯である構成であっても良いし、或いは、ＬＥＤ等の発光ダイオードである構成であっても良い。ランプ１１の放射光は反射鏡１２の内表面で反射されて、第２焦点ｆ２に集光する。
【００１４】
ロッドインテグレータレンズ２０は、照射面で所望する照射光の形状に合わせた断面形状を有する柱状体のレンズであり、一端側が入射端面（片端）２２、他端側が出射端面（他端）２３とされている。ロッドインテグレータレンズ２０は、中心軸がランプユニット１０の光軸Ｋと同軸に配置される。ロッドインテグレータレンズ２０の断面形状は、照射面で所望する照射光の形状が、例えば所定の縦横比を有する矩形状の場合には、同様の縦横比を有する矩形状に形成され、矩形でない場合は正六角形などの多角形に形成される。反射鏡１２にて反射された光束Ｌは、入射端面２２からロッドインテグレータレンズ２０に入射し、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１にて複数回反射して出射端面２３から出射する。ロッドインテグレータレンズ２０は、ガラス、或いは、プラスチックから形成することができる。
【００１５】
調光板３０は、金属板等から形成されてランプユニット１０とロッドインテグレータレンズ２０との間で、ランプユニット１０の光路中に配置され、ロッドインテグレータレンズ２０に入射する光量を調整する光学部材である。調光板３０は、図２に示すように、面積可変の調光スリット（開口）３２を有する。調光板３０は、調光スリット３２の開口巾（開口率）が違う部分を光束Ｌが透過するように、つまり、光束Ｌが透過する開口面積を変えるべく駆動させることで、調光板３０を透過する光量を変えて、ロッドインテグレータレンズ２０に入射する光量を調整することができるように構成されている。光照射装置１は、調光板３０を駆動させるための駆動手段であるモーター３５を備えている。なお、本図では、モーター３５を便宜上、調光板３０Ａの駆動軸状に配置しているが、モーター３５は、ランプユニット１０の光路外の任意の位置に配置することができる。
【００１６】
ロッドインテグレータレンズ２０の出射端面２３から出射される出射光の光量は、調光板３０によって調光されて、例えば投射レンズ６０に入射され、投射レンズ６０を介して任意の照射面に照射される。これにより、照射面には、任意の光量の照射光を照射することができる。なお、図示は省略するが、光照射装置１は、投射レンズ６０を装置本体５内に備える構成であっても良い。
【００１７】
ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２には、図３に示すように、光軸Ｋの周囲にロッドインテグレータレンズ２０の径寸法よりも小さい光拡散効果のある光拡散手段ｄとしての光拡散部ｄ１が設けられる。ロッドインテグレータレンズ２０は、反射鏡１２にて反射された光束Ｌのうち、中心部１２Ｂ周辺にて反射された光束Ｌ２が、光拡散部ｄ１を経て入射するように、入射端面２２の位置をランプユニット１０の第２焦点ｆ２よりランプユニット１０に近い位置にずらして配置される。これにより、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１は、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に外周付近から入射し、反射鏡１２の中心部１２Ｂ周辺にて反射された光束Ｌ２は、光拡散部ｄ１を経てロッドインテグレータレンズ２０に入射する。
【００１８】
反射鏡１２にて反射された光束Ｌが透過する調光板３０の調光スリット３２の開口巾が広い場合には、図３（Ａ）に示すように、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１、及び、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２が共に調光板３０を透過し、ロッドインテグレータレンズ２０に入射端面２２から入射する。反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１は、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に外周付近から入射する。また、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２は、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に中心軸付近から入射する。
【００１９】
ロッドインテグレータレンズ２０に入射した光束Ｌのうち、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１は、入射角が大きいため、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１で複数回反射して出射する。また、反射鏡１２の中心部１２Ｂ周辺にて反射された光束Ｌ２は、光軸Ｋに略平行、即ち、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に略垂直に近い角度でロッドインテグレータレンズ２０に光拡散手段ｄを経て入射する。そして、光拡散手段ｄとしての光拡散部ｄ１にて拡散され、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１で複数回反射して出射する。これにより、ロッドインテグレータレンズ２０に入射端面２２から入射した光束Ｌは、十分にミキシングされて出射端面２３から出射される。よって、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２から、側面２１で反射することなく、直接出射端面２３に到達する光を減らすことができ、光軸Ｋの近傍の光量が高くなるのを防ぎ、照射面内での光量分布を均一化し、照度ムラを低減することができる。
【００２０】
反射鏡１２にて反射された光束Ｌが透過する調光板３０の調光スリット３２の開口巾が狭い場合、つまり調光板３０が小絞りの場合には、図３（Ｂ）に示すように、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１の大半が板状部材３１の遮蔽部３４によって遮蔽され、ロッドインテグレータレンズ２０に入射する光束Ｌ中の、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２の割合が高くなる。上述した光拡散部ｄ１は、入射端面２２のうち、この反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２が入射する範囲に亘って設けられる。光拡散部ｄ１の入射端面２２に対する大きさは、ランプユニット１０とロッドインテグレータレンズ２０との距離、反射鏡１２の大きさや形状、光束Ｌ２をロッドインテグレータレンズ２０で何回反射させるか等の諸々の条件から任意に設定可能である。
【００２１】
反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２は、光軸Ｋに略平行であり、入射端面２２への入射角は小さいが、図３（Ｂ）に示すように、光拡散部ｄ１を通過して拡散され、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１で複数回反射して出射端面２３から出射される。これにより、調光板３０が小絞りの場合であっても、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２をロッドインテグレータレンズ２０の側面２１で複数回反射させて十分にミキシングして出射させることができ、照射面内での光量分布を均一化することができ、図４に示すように、照度ムラを低減することができる。また、調光板３０を透過した反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２が、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１で反射することなく、そのまま出射されるのを防止することができるため、調光板３０の調光スリット３２の開口形状がそのまま照射面に投影されるのを防ぐことができる。
【００２２】
図４は、照度比、つまりランプユニット１０の放射光量に対する光照射装置１の出射光量と、照射面での照度ムラとの関係を示す図である。図４に示すように、調光板３０と反射鏡１２の第２焦点ｆ２との間に光拡散手段ｄを設けない場合には、図４中の線Ｒ１が示すように、照度比を下げていく（調光板３０の透過光量を減らす）に従って、照度ムラが顕著に悪化する。これに対し、調光板３０と反射鏡１２の第２焦点ｆ２との間に光拡散手段ｄを設けた場合には、図４中の線Ｒ２が示すように、照度比を下げていっても（調光板３０の透過光量を減らしても）照度ムラの悪化を低減することができ、調光板３０が小絞りのときにも、照射面内での光量分布を均一化することができる。
【００２３】
また、光拡散手段ｄとしての光拡散部ｄ１をロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に設けたため、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２を光拡散部ｄ１を通過させるべく、ロッドインテグレータレンズ２０を反射鏡１２に近づけて配置することができ、ロッドインテグレータレンズ２０が、入射端面２２の軸中心を反射鏡１２の第２焦点ｆ２に配置する場合にくらべて、装置本体５を短くすることができ、光照射装置１のコンパクト化を図ることができる。
【００２４】
なお、本実施形態においては、光拡散部ｄ１を、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に設ける構成としたが、これに限らず、光拡散部をロッドインテグレータレンズ２０とは別体の、例えば拡散板である構成とし、当該拡散板を調光板３０と反射鏡１２の第２焦点ｆ２との間に設けて、ロッドインテグレータレンズ２０を入射端面２２の軸中心が反射鏡１２の第２焦点ｆ２と合うように配置した構成とすることもできる。
【００２５】
次に、調光板３０の構成について具体的に説明する。
調光板３０は、図５に示すように、板状部材３１に、開口巾が漸次に広がる調光スリット（開口）３２（孔でも良い）を備えている。調光板３０は、例えば、図５（Ａ）に示したように回転型の光学部材であっても良いし、或いは、図５（Ｂ）に示したように直進スライド型の光学部材であっても良い。
【００２６】
図５（Ａ）に示した回転型の調光板３０Ａは、所定直径の円周４０Ａに沿って順次に開口巾が漸次に広がる調光スリット３２Ａが形成されている。この調光板３０Ａの円周４０Ａに光軸Ｋを合わせて配置し、当該調光板３０Ａを円周４０Ａの中心Ｏを軸に回転させることで、光束Ｌが透過する開口の面積を増減させて、調光板３０Ａを透過する光量が可変される。
【００２７】
図５（Ｂ）に示した直進スライド型の調光板３０Ｂは、ランプユニット１０の光軸Ｋに直交する軸線４１に沿って順次に開口巾が漸次に広がる調光スリット３２Ｂが形成されている。この調光板３０Ｂの軸線４１に光軸Ｋを合わせて配置し、当該調光板３０Ｂを軸線４１に沿ってスライド移動させることで、光束Ｌが透過する開口の面積を増減させて、調光板３０Ｂを透過する光量が可変される。
【００２８】
このように、図５（Ａ）に示した回転型の調光板３０Ａ、及び、図５（Ｂ）に示した直進スライド型の調光板３０Ｂにおいて、調光スリット３２の開口巾が広い部分では、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１、及び、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２が共に調光板３０を透過してロッドインテグレータレンズ２０に導入される。そして、調光スリット３２の開口巾が狭い部分では、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２の割合が高い光束Ｌが調光板３０を透過してロッドインテグレータレンズ２０に導入される。
【００２９】
次に、光拡散部ｄ１の構成について具体的に説明する。
光拡散部ｄ１は、図６に示すように、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に光拡散手段ｄとして設けられる。光拡散部ｄ１は、特に入射端面２２の中心付近、つまり、光軸Ｋの周囲に亘って設けられ、例えば、ロッドインテグレータレンズ２０の径寸法の略１／２以内の大きさに形成される。
光拡散部ｄ１は、図６（Ａ）に示すように、例えば、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２の一部に設けられたすり面２５である構成であっても良い。当該すり面２５は、入射端面２２にすり面加工を施して形成された構成であっても良いし、或いは、すり面加工を施した拡散板からなるすり面２５を、入射端面２２の一部に面一に設けた構成であっても良い。光拡散部ｄ１は、当該すり面２５によって光を拡散する効果を備える構成とすることができる。
【００３０】
また、光拡散部ｄ１は、図６（Ｂ）に示すように、例えば、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２の一部に設けられた凹面２６である構成であっても良い。光拡散部ｄ１は、当該凹面２６によって光を拡散する効果を備える構成とすることができる。
また、光拡散部ｄ１は、図６（Ｃ）に示すように、例えば、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２の一部に設けた凸面２７である構成であっても良い。光拡散部ｄ１は、当該凸面２７によって光を拡散する効果を備える構成とすることができる。
また、光拡散部ｄ１は、図６（Ｄ）に示すように、例えば、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２の一部にマイクロレンズ、或いは、マイクロプリズムをアレイ状に並べて設けたマイクロアレイレンズ２８である構成であっても良い。光拡散部ｄ１は、当該マイクロアレイレンズ２８によって光を拡散する効果を備える構成とすることができる。
【００３１】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、ランプ１１、及び、当該ランプ１１が第１焦点ｆ１に配置された反射鏡１２を備えたランプユニット１０と、反射鏡１２の光軸Ｋ上に配置され、入射端面２２側から入射した光束Ｌを均一化して出射端面２３側から出射する柱状のロッドインテグレータレンズ２０と、ランプユニット１０の光路中に配置され、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に入射する光量を調整する調光板３０と、反射鏡１２の反射光を光軸Ｋ上の第２焦点ｆ２に集光させる集光手段と、を備え、調光板３０と第２焦点ｆ２との間に、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２の内接円の径よりも小さい径の光拡散効果のある光拡散手段を反射鏡１２の光軸Ｋ周囲に設けた。
【００３２】
これにより、反射鏡１２の中心部付近から反射される光軸Ｋに略平行な光束Ｌ２を光拡散部ｄ１で拡散させることができる。そのため、調光板３０が小絞りの場合に、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に入射する光束Ｌ中の反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近から反射される反射角の小さい光束Ｌ２の割合が高くなっても、当該光束Ｌ２を光拡散部ｄ１で拡散させて、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１で複数回反射させ十分にミキシングしてロッドインテグレータレンズ２０の出射端面２３から出射することができる。よって、調光板３０が小絞りの場合でも照射面内での光量分布を均一化することができ、照度ムラを低減することができる。
【００３３】
また、本発明を適用した実施形態によれば、調光板３０は、反射鏡１２の光軸Ｋ上に光束Ｌが通過する開口３２を有し、開口３２は、連続的に面積が可変可能に設けられているため、光照射装置１は、出射する光量を連続的に調光することができ、かつ、出射光量に係らず、照射面内での光量分布を均一化させて、照度ムラを低減することができる。これにより、開口の面積によって照度ムラが大幅に変動することを低減し、照射面に照度ムラの無い、任意の光量の照射光を照射することができ、かつ、開口面積が小さい場合に、開口の形状がそのまま照射面に投影されることを無くすことができる。
【００３４】
また、本発明を適用した実施形態によれば、集光手段は、反射鏡１２であり、反射鏡１２は、第１焦点ｆ１に配置されたランプ１１の放射光を第２焦点ｆ２に集光させる反射面を有するため、反射鏡の反射面により、第２焦点にランプ１１の放射光を集光させることができ、光軸Ｋ上に配置する部品の点数を削減することができる。
【００３５】
また、本発明を適用した実施形態によれば、光拡散部ｄ１をロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に設けたため、調光板３０と、ロッドインテグレータレンズ２０との間に配置する部材の数を削減することができ、光照射装置１の構造を複雑化することなく、光拡散手段ｄとしての光拡散部ｄ１を光路中に設けることができる。また、光拡散部ｄ１をロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に設けることで、ロッドインテグレータレンズ２０を、入射端面２２が反射鏡１２の第２焦点ｆ２よりも反射鏡１２に近い位置に配置して設けることができるため、装置本体５を短くすることができ、光照射装置１のコンパクト化を図ることができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２の一部であり、光軸Ｋの周囲に光拡散部ｄ１を設けて、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２を調光板３０と、反射鏡１２の第２焦点ｆ２との間に配置する構成とした。この第２の実施形態では、光拡散効果を有する光拡散手段ｄをロッドインテグレータレンズ２０とは別体の集光レンズ５０に備える構成について説明する。なお、第２実施形態において、上述の第１実施形態と同様の構成については、図中に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図７は、本発明を適用した第２実施形態に係る光照射装置１００の概略構成を示す模式図である。
光照射装置１００は、図７に示すように、ランプユニット１０の光路中に調光板３０と、集光レンズ５０と、ロッドインテグレータレンズ１２０と、を備えている。
集光レンズ５０は、平凸レンズであり、調光板３０を透過した反射鏡１２にて反射された光束Ｌが、入射面である凸面５１から入射し、出射面である平面５２から出射して、集光点ｆ３に集光するように構成されている。光照射装置１００は、集光レンズ５０を調光板３０と反射鏡１２の第２焦点ｆ２との間に配置することで、第２焦点ｆ２よりもランプユニット１０に近い位置の集光点ｆ３に光束Ｌを集光させることができるため、装置本体５を短くすることができ、光照射装置１００のコンパクト化を図ることができる。
【００３８】
ロッドインテグレータレンズ１２０は、入射端面１２２の中心位置が集光レンズ５０の集光点３に合うように配置される。ロッドインテグレータレンズ１２０は、反射鏡１２にて反射され集光レンズ５０によって集光された光束Ｌを側面１２１で複数回反射させてミキシングし、出射端面１２３から出射する。
【００３９】
集光レンズ５０の平面５２には、図８に示すように、光軸Ｋの周囲に、ロッドインテグレータレンズ１２０の径寸法よりも小さい光拡散効果のある光拡散手段ｄとしての光拡散部ｄ２が設けられる。
反射鏡１２にて反射された光束Ｌが透過する調光板３０の調光スリット３２の開口巾が広い場合には、図８（Ａ）に示すように、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１、及び、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２が共に調光板３０を透過し、集光レンズ５０の凸面５１から入射する。反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１は、集光レンズ５０の凸面５１に外周付近から入射し、集光点３に集光する。光束Ｌ１は、大きな入射角でロッドインテグレータレンズ１２０に入射し、ロッドインテグレータレンズ１２０の側面２１で複数回反射されて出射端面１２３から出射する。
【００４０】
また、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２は、集光レンズ５０の凸面５１に中心軸付近から入射し、光拡散部ｄ２で拡散されて、ロッドインテグレータレンズ１２０に入射する。これにより、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２は、集光点ｆ３に集光することなく、光拡散部ｄ２で拡散されて、ロッドインテグレータレンズ１２０に比較的大きな入射角で入射する。よって、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２をロッドインテグレータレンズ１２０の側面２１で複数回反射させて出射端面１２３から出射することができる。
【００４１】
これらの構成によれば、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１、及び、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２をロッドインテグレータレンズ１２０で十分にミキシングして出射することができ、照射面内での光量分布を均一化し照度ムラを低減することができる。
【００４２】
反射鏡１２にて反射された光束Ｌが透過する調光板３０の調光スリット３２の開口巾が狭い場合、つまり調光板３０が小絞りの場合には、図８（Ｂ）に示すように、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１の大半が調光板３０の遮蔽部３４によって遮蔽され、ロッドインテグレータレンズ１２０に入射する光束Ｌ中の、反射鏡１２の中心部付近にて反射された光束Ｌ２の割合が増える。
光拡散部ｄ２は、集光レンズ５０の平面５２のうち、この反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２が入射する範囲に亘って設けられる。光拡散部ｄ２の平面５２に対する大きさは、ランプユニット１０と集光レンズ５０との距離、反射鏡１２の大きさや形状等の諸々の条件から任意に設定可能である。
【００４３】
反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２は、光拡散部ｄ２で拡散されて、集光点ｆ３に集光することなく、ロッドインテグレータレンズ１２０に比較的大きな入射角で入射し、ロッドインテグレータレンズ１２０の側面１２１で複数回反射して出射端面１２３から出射される。これにより、調光板３０が小絞りの場合であっても、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２をロッドインテグレータレンズ１２０の側面１２１で複数回反射させて十分にミキシングして出射させることができ、照射面内での光量分布が均一化され、照度ムラを低減することができる。
【００４４】
次に、光拡散部ｄ２の構成について具体的に説明する。
光拡散部ｄ２は、図９に示すように、集光レンズ５０の平面５２に光拡散手段ｄとして設けられる。光拡散部ｄ２は、特に平面５２の中心付近、つまり、光軸Ｋの周囲に亘って設けられ、例えば、ロッドインテグレータレンズ１２０の径寸法の略１／２以内の大きさに形成される。
光拡散部ｄ２は、図９（Ａ）に示すように、例えば、集光レンズ５０の平面５２の一部に設けられたすり面５５である構成であっても良い。当該すり面５５は、平面５２にすり面加工を施して形成された構成であっても良いし、或いは、すり面加工を施した拡散板からなるすり面５５を、平面５２の一部に面一に設けた構成であっても良い。光拡散部ｄ２は、当該すり面５５によって光を拡散する効果を備える構成とすることができる。
【００４５】
また、光拡散部ｄ２は、例えば、図９（Ｂ）に示すように、集光レンズ５０の平面５２の一部に設けた凹面５６である構成であっても良い。光拡散部ｄ２は、当該凹面５６によって光を拡散する効果を備える構成とすることができる。
また、光拡散部ｄ２は、例えば、図９（Ｃ）に示すように、集光レンズ５０の平面５２の一部に設けた凸面５７である構成であっても良い。光拡散部ｄ２は、当該凸面５７によって光を拡散する効果を備える構成とすることができる。
また、光拡散部ｄ２は、例えば、図９（Ｄ）に示すように、集光レンズ５０の平面５２の一部にマイクロレンズ、或いはマイクロプリズムをアレイ状に並べて設けたマイクロアレイレンズ５８である構成であっても良い。光拡散部ｄ２は、当該マイクロアレイレンズ５８によって光を拡散する効果を備える構成とすることができる。
【００４６】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、集光手段は、調光板３０と第２焦点ｆ３との間に配置された集光レンズ５０であり、ロッドインテグレータレンズ２０を集光レンズ５０の集光点ｆ３近傍に配置するとともに、集光レンズ５０の出射面である平面５２側略中心部に光拡散部ｄ２を設けた。これにより、集光レンズ５０によって、反射鏡１２にて反射された光束Ｌを集光レンズ５０の集光点である第２焦点ｆ３に集光させることができるため、装置本体５を短くすることができ、光照射装置１００をコンパクト化することができる。また、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２を、光拡散部ｄ２で拡散させて、集光点ｆ３に集光させることなく、ロッドインテグレータレンズ１２０に比較的大きな入射角で入射させることができる。そのため、調光板３０が小絞りの場合に、ロッドインテグレータレンズ１２０に入射する光束Ｌ中の反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２の割合が高くなっても、当該光束Ｌ２をロッドインテグレータレンズ１２０の側面１２１で複数回反射させ十分にミキシングして出射させることができる。よって、調光板３０が小絞りの場合でも照射面内での光量分布を均一化することができ、照度ムラを低減することができる。
【００４７】
＜第３実施形態＞
上述の第１実施形態は、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に光拡散手段ｄとしての光拡散部ｄ１を設ける構成であり、第２実施形態は、調光板３０と反射鏡１２の第２焦点ｆ２との間に配置された集光レンズ５０の出射面である平面５２に光拡散手段ｄとして光拡散部ｄ２を設ける構成であった。この第３実施形態では、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２、及び、集光レンズ５０の平面５２のそれぞれに光拡散手段ｄとしての光拡散部ｄ１，ｄ２を設ける構成である。なお、第３実施形態において、上述の第１実施形態、或いは、第２実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
図１０は、本発明を適用した第３実施形態に係る光照射装置２００の光線の状態を示す模式図である。
図１０に示すように、調光板３０の調光スリット３２の開口巾が狭い場合、つまり調光板３０が小絞りの場合には、反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１の大半が調光板３０の遮蔽部３４によって遮蔽され、ロッドインテグレータレンズ１２０に入射する光束Ｌ中の、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２の割合が増える。集光レンズ５０側の光拡散部ｄ２、及び、ロッドインテグレータレンズ２０側の光拡散部ｄ１，ｄ２は、ともに、この反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２が入射する範囲に設けられる。
【００４９】
反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２は、集光レンズ５０の光拡散部ｄ２にて拡散され、集光点ｆ３に集光することなく、ロッドインテグレータレンズ２０に入射端面２２から入射する。集光レンズ５０の光拡散部ｄ２にて拡散された光束Ｌ２のうち、ロッドインテグレータレンズ２０の光拡散部ｄ１を経て入射する光軸Ｋに略平行な光束Ｌ３は、さらに、ロッドインテグレータレンズ２０の光拡散部ｄ１にて拡散される。
【００５０】
この構成によれば、反射鏡１２の中心部１２Ｂ付近にて反射された光束Ｌ２のうち、集光レンズ５０の光拡散部ｄ２にて拡散されてもなおロッドインテグレータレンズ２０に比較的小さい入射角で光軸Ｋに略平行に入射する光束Ｌ３を、ロッドインテグレータレンズ２０の光拡散部ｄ１でさらに拡散して、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１で複数回反射させて十分にミキシングして出射することができ、照射面内での光量分布を均一化し、照度ムラを低減することができる。
【００５１】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、光軸Ｋは一直線状である構成としたが、これに限らず、例えば、反射鏡１２と、ロッドインテグレータレンズ２０の間に、光束Ｌの方向全体を変更するミラー等の光学部材を設ける構成であっても良い。
また、本実施形態では、調光板３０は、一枚の板から成る構成としたが、これに限らず、機械的に開口面積を連続的に変化させられる調光板全般を用いることが可能であり、例えば、２枚の板から成り両方の板を可動する構成の調光板や、多数枚の板からなる虹彩絞りを用いる構成であっても良い。
また、本実施形態では、ランプユニット１０は、楕円面の反射面を有す楕円反射鏡を反射鏡１２として備える集光型のランプユニットである構成としたが、これに限らず、焦点に配置されたランプ１１の発光を反射して光軸Ｋに平行な光束Ｌを形成する放物面鏡を反射鏡として備える構成であっても良い。特に、第２実施形態、及び、第３実施形態で示した光照射装置１００，２００のように、ランプユニット１０の放射光を集光させてロッドインテグレータレンズ２０，１２０に入射する集光レンズ５０を集光手段として備える構成においては、集光レンズ５０の集光点ｆ３が、反射鏡１２で反射した光線の第２焦点となるため、この集光点ｆ３と調光板３０との間に光拡散手段ｄ１，ｄ２を配置することで、光軸Ｋに略平行に入射する光束を拡散してロッドインテグレータレンズ２０に入射させることができ、照射面内での光量分布を均一化し、照度ムラを低減することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１、１００、２００  光照射装置
１０  ランプユニット
１１  ランプ（光源）
１２  反射鏡（集光手段）
２０、１２０  ロッドインテグレータレンズ
２２、１２２  入射端面（片端）
２３、１２３  出射端面（他端）
３０、３０Ａ、３０Ｂ  調光板
３２、３２Ａ、３２Ｂ  調光スリット（開口）
５０  集光レンズ（集光手段）
５２  平面（出射面）
ｄ、ｄ１、ｄ２  光拡散手段（光拡散部）
ｆ１  第１焦点
ｆ２  第２焦点
ｆ３  集光点（第２焦点）
Ｋ  光軸
Ｌ  光束
【図１】
2013191508.tif 000003
【図２】
2013191508.tif 000004
【図３】
2013191508.tif 000005
【図４】
2013191508.tif 000006
【図５】
2013191508.tif 000007
【図６】
2013191508.tif 000008
【図７】
2013191508.tif 000009
【図８】
2013191508.tif 000010
【図９】
2013191508.tif 000011
【図１０】
2013191508.tif 000012