(57)【要約】【課題】ランプ光源から発光された光のうち、多くの光を利用すると共に、光量を減衰させずに照射する光の輝度を高くすることができるようにする。【解決手段】ランプ光源１２の発光点から発光された光のうち、発光点より後側に発光された半分の光は、球面ミラー１４の反射面に反射して、ランプ光源１２の発光点に戻される。そして、ランプ光源１２の発光点に戻された光と、ランプ光源１２から発光された光のうち発光点より前側に発光された半分の光とが重なり合って、放物面ミラー１６の反射面に反射し、平行光束となって前方に放出される。【選択図】図１
2009205900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面全体に反射面が形成された半球状の球面ミラーと、
前記球面ミラーの中心に発光点が位置するように配置された周囲に光を照射する光源と、
少なくとも光軸に垂直で平行な２つの平面で囲まれた帯状部分に反射面が形成され、該反射面によって前記光源からの光及び前記球面ミラーで反射された光を反射し、かつ、光軸が前記球面ミラーの光軸と一致するように配置される放物面ミラーと、
を含む光照射装置。
【請求項２】
内面全体に反射面が形成された半球状の球面ミラーと、
前記球面ミラーの中心に発光点が位置するように配置された周囲に光を照射する光源と、
少なくとも光軸に垂直で平行な２つの平面で囲まれた帯状部分に反射面が形成され、該反射面によって前記光源からの光及び前記球面ミラーで反射された光を反射し、かつ、光軸が前記球面ミラーの光軸と一致するように配置される楕円面ミラーと、
を含む光照射装置。
【請求項３】
前記放物面ミラーを、焦点が前記光源の発光点に位置するように配置した請求項１記載の光照射装置。
【請求項４】
互いに平行な２つの円錐側面状の面が形成された透明部材で構成され、前記放物面ミラーから出射された平行光を頂部側の前記円錐側面状の面から入射し、前記光軸の位置に、前記放物面ミラーから出射された平行光の前記光軸側部分を平行移動させて、前記平行光を出射する光学系を更に含む請求項３記載の光照射装置。
【請求項５】
互いに平行であって対向する２つの円錐側面状の反射面を有する反射部材で構成され、前記放物面ミラーから出射された平行光を頂部側の前記反射面によって反射し、前記光軸の位置に、前記放物面ミラーから出射された平行光の前記光軸側部分を平行移動させて、前記平行光を出射する光学系を更に含む請求項３記載の光照射装置。
【請求項６】
複数の反射部材で構成され、前記放物面ミラーから出射された光を前記複数の反射部材によって反射することにより、光の強度分布を均一にした光を出射する光学系を更に含む請求項１記載の光照射装置。
【請求項７】
複数の反射部材で構成され、前記楕円面ミラーから出射された光を前記複数の反射部材によって反射することにより、光の強度分布を均一にした光を出射する光学系を更に含む請求項２記載の光照射装置。
【請求項８】
前記光源を、ランプ光源とした請求項１〜請求項７の何れか１項記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置に係り、特に、ランプ光源から周囲に照射された光を、ミラーで反射させて照射する光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ランプ光源からの光を取り出す一般的な方法として、背面反射鏡とレンズとを組み合わせる方法や、大きな曲面ミラーを用いる方法が知られている。また、取り出し効率を上げるランプの光反射構造が知られている（特許文献１）。このランプの光反射構造では、フロント反射体とリア反射体とによって発光点からの光を発光点に戻して、フロント反射体とリア反射体との間で反射を繰り返し、リフレクターによって発光点からの光を反射させている。
【特許文献１】特開２００５−１１５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の背面反射鏡とレンズとを組み合わせる方法では、輝度が２倍になるものの捉えられる光束があまり大きくなく、全光量のごく一部しか利用することができない、という問題がある。また、従来の曲面ミラーを用いる方法では、ランプからの大きな立体角の光束を取りだすことが可能であるが、輝度が高くならない、という問題がある。
【０００４】
また、上記の特許文献１に記載の技術では、ランプ光源からの光をフロント反射体とリア反射体との間で繰り返し反射させて取り出すため、光を反射させるたびに光量が減衰してしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ランプ光源から発光された光のうち、多くの光を利用すると共に、光量を減衰させずに照射する光の輝度を高く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】
【０００６】
上記の目的を達成するために第１の発明に係る光照射装置は、内面全体に反射面が形成された半球状の球面ミラーと、前記球面ミラーの中心に発光点が位置するように配置された周囲に光を照射する光源と、少なくとも光軸に垂直で平行な２つの平面で囲まれた帯状部分に反射面が形成され、該反射面によって前記光源からの光及び前記球面ミラーで反射された光を反射し、かつ、光軸が前記球面ミラーの光軸と一致するように配置される放物面ミラーとを含んで構成されている。
【０００７】
第１の発明に係る光照射装置は、光源によって周囲に照射された光の半分が、球面ミラーの反射面によって反射されて発光点に戻る。そして、光源によって周囲に照射された光の残り半分と、球面ミラーで反射された光とが重なって、放物面ミラーの反射面に反射され、光軸に沿って照射される。
【０００８】
このように、光源によって周囲に照射された光の半分と残り半分とを重ねて、放物面ミラーの反射面に反射させることにより、光源から発光された光のうち、多くの光を利用すると共に、光量を減衰させずに照射する光の輝度を高くすることができる。
【０００９】
第２の発明に係る光照射装置は、内面全体に反射面が形成された半球状の球面ミラーと、前記球面ミラーの中心に発光点が位置するように配置された周囲に光を照射する光源と、少なくとも光軸に垂直で平行な２つの平面で囲まれた帯状部分に反射面が形成され、該反射面によって前記光源からの光及び前記球面ミラーで反射された光を反射し、かつ、光軸が前記球面ミラーの光軸と一致するように配置される楕円面ミラーとを含んで構成されている。
【００１０】
第２の発明に係る光照射装置は、光源によって周囲に照射された光の半分が、球面ミラーの反射面によって反射されて発光点に戻る。そして、光源によって周囲に照射された光の残り半分と、球面ミラーで反射された光とが重なって、楕円面ミラーの反射面に反射され、光軸に沿って照射される。
【００１１】
このように、光源によって周囲に照射された光の半分と残り半分とを重ねて、楕円面ミラーの反射面に反射させることにより、光源から発光された光のうち、多くの光を利用すると共に、光量を減衰させずに照射する光の輝度を高くすることができる。
【００１２】
第１の発明に係る放物面ミラーを、焦点が光源の発光点に位置するように配置することができる。これによって、放物面ミラーによって反射された光を平行光とすることができる。
【００１３】
上記の光源の発光点に放物面ミラーの焦点が位置している光照射装置は、互いに平行な２つの円錐側面状の面が形成された透明部材で構成され、放物面ミラーから出射された平行光を頂部側の円錐側面状の面から入射し、光軸の位置に、放物面ミラーから出射された平行光の光軸側部分を平行移動させて、平行光を出射する光学系を更に含むことができる。これによって、放物面ミラーから出射された平行光の中空部分を埋めて出射することができ、集光しやすい平行光束を出射することができる。
【００１４】
上記の光源の発光点に放物面ミラーの焦点が位置している光照射装置は、互いに平行であって対向する２つの円錐側面状の反射面を有する反射部材で構成され、放物面ミラーから出射された平行光を頂部側の反射面によって反射し、光軸の位置に、放物面ミラーから出射された平行光の光軸側部分を平行移動させて、平行光を出射する光学系を更に含むことができる。これによって、放物面ミラーから出射された平行光の中空部分を埋めて出射することができ、集光しやすい平行光束を出射することができる。
【００１５】
上記の第１の発明に係る光照射装置は、複数の反射部材で構成され、放物面ミラーから出射された光を複数の反射部材によって反射することにより、光の強度分布を均一にした光を出射する光学系を更に含むことができる。これによって、光の強度分布を均一にした光を出射することができ、集光しやすい平行光束を出射することができる。
【００１６】
上記の第２の発明に係る光照射装置は、複数の反射部材で構成され、楕円面ミラーから出射された光を複数の反射部材によって反射することにより、光の強度分布を均一にした光を出射する光学系を更に含むことができる。これによって、光の強度分布を均一にした光を出射することができ、集光しやすい平行光束を出射することができる。
【００１７】
また、上記の光源を、ランプ光源とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の光照射装置によれば、光源によって周囲に照射された光の半分と残り半分とを重ねて、球面ミラー又は楕円面ミラーの反射面に反射させることにより、光源から発光された光のうち、多くの光を利用すると共に、光量を減衰させずに照射する光の輝度を高くすることができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１の断面図に示すように、第１の実施の形態に係る光照射装置１０は、前後方向（所望の照射方向）の軸に沿って支持され、かつ、発光点から周囲に光を発光するランプ光源１２と、ランプ光源１２の発光点より後側（照射方向の反対方向側）に配置され、かつ、発光点より後側に発光された半分の光を発光点に戻すように形成された半球状の球面ミラー１４と、球面ミラー１４の周囲に配置され、かつ、放物面の反射面を有し、発光点からの光を前方（照射方向）に反射可能な放物面ミラー１６とを備えている。
【００２１】
ランプ光源１２は、例えば、高圧水銀灯であり、石英ガラス製で出射方向の軸に沿って支持された発光管と、発光管の中央分に設けられた発光部とで構成されている。
【００２２】
球面ミラー１４は、内面全体に球面上の反射面が形成され、球面ミラー１４の中心にランプ光源１２の発光点が位置するように配置されている。また、球面ミラー１４の光軸が、ランプ光源１２の電極方向（出射方向）の軸に一致すると共に、球面ミラー１４の反射面が、照射方向を向くように配置されている。
【００２３】
放物面ミラー１６は、光軸に垂直で平行な２つの平面で囲まれた帯状部分に放物面状の反射面が形成され、反射面によってランプ光源１２からの光及び球面ミラー１４で反射された光を反射し、かつ、光軸が球面ミラー１４の光軸と一致するように配置されている。また、放物面ミラー１６は、帯状の反射面を囲む平面と交わって形成される小さい方の円の半径が球面ミラー１４の半径以上の大きさとなっている。
【００２４】
また、放物面ミラー１６の放物面状の反射面の焦点が、ランプ光源１２の発光点に位置するように配置されており、放物面ミラー１６は、反射面によってランプ光源１２からの光及び球面ミラー１４で反射された光を反射し、ドーナツ状の平行光束を前方に出射する。
【００２５】
図２の断面図に示すように、光照射装置１０は、放物面ミラー１６から出射されたドーナツ状の平行光束を、ビーム整形する光学系１８を備えている。光学系１８は、ガラスなどの透明部材で形成され、並行平板を傾斜した軸で回転させてできる２つの円錐側面状の面が形成された形状である。また、光学系１８は、円錐側面の頂部側が後方（照射方向と反対方向）を向くように配置されている。放物面ミラー１６から出射されたドーナツ状の平行光束は、光学系１８の入射時の屈折により内側方向に偏向され、さらに出射時の屈折により再び平行光束に変換されて出射する。なお、光学系１８の光線が入出射する面は、無反射コーティングすることが好ましい。
【００２６】
ここで、光学系１８の形状パラメータについて説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、放物面ミラー１６からのドーナツ状の平行光束の内径をａとし、外径をｂとすると、光学系１８の形状パラメータは以下のように求めることができる。
【００２７】
図４に示すように、光学系１８の斜面の光軸垂直面に対する角度をθ、光学系１８の厚さをｔ、材料の屈折率をｎとすると、ドーナツ状の平行光束の半径方向の変位量Δは、以下の（１）式で表される。
【００２８】
【数１】
2009205900.tif 000003
【００２９】
例えば、上記（１）式で表される変位量Δが、ドーナツ状の平行光束の中空部分の半径ａに一致するよう、形状パラメータ（θ、ｔ、ｎ）を設計すると、光学系１８に入射したビームは、図５（Ａ）に示すように、半径ｒ（ｒ＝ｂ−ａ）の円形ビームとして出射され、図５（Ｂ）に示すような、出射光の半径方向の光強度分布が得られる。
【００３０】
これにより、光学系１８から出射される光は、以下の（２）式で表される面積比でビームを圧縮した形となる。
【００３１】
【数２】
2009205900.tif 000004
【００３２】
例えば、ｂ＝２ａである場合、光学系１８から出射される光は、面積比１／３でビームを圧縮した形となる。
【００３３】
次に、第１の実施の形態に係る光照射装置１０の作用について説明する。
【００３４】
まず、ランプ光源１２の発光点から発光された光のうち、発光点より後側（照射方向の反対方向側）に発光された半分の光は、球面ミラー１４の反射面に反射して、ランプ光源１２の発光点に戻される。そして、ランプ光源１２の発光点に戻された光と、ランプ光源１２から発光された光のうち発光点より前側（照射方向側）に発光された半分の光とが重なり合って、放物面ミラー１６の反射面に反射し、平行光束となって前方（照射方向）に放出される。このとき、放出された平行ビームは、ドーナツ状の光束となっている。
【００３５】
そして、放物面ミラー１６から出射されたドーナツ状の平行光束は、光学系１８の外側（頂部側）の円錐側面状の面から入射し、ランプ光源１２の発光点を通る光軸の位置に、ドーナツ状の平行光束の内径部分を平行移動させて、外径を小さくし、平行光束として出射される。
【００３６】
ここで、図６に示すように、ランプ光源１２の発光領域は電極方向に縦長であるため、放物面ミラー１６からの反射光の角度広がりは、平行光束のドーナツ状の半径方向に大きく同径方向に小さい。一方、図７に示すように、光学系１８は、ビームの半径方向の角度は元のビームから悪化せず、平行光束のドーナツ状の同径方向のビーム拡がり角が悪化するという特徴がある。したがって、上記の放物面ミラー１６及び光学系１８を組み合わせることで、最終的に、ビーム拡がり角が当方的なビームを得ることができ、集光性などの点で有利となる。
【００３７】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る光照射装置によれば、ランプ光源によって発光点より後側に照射され、かつ、後側の球面ミラーによって反射された光の半分と、ランプ光源によって発光点より前側に照射された残り半分とを重ねて、放物面ミラーの反射面に反射させることにより、ランプ光源から周囲に発光された光のうち、多くの光を利用すると共に、光量を減衰させずに照射する光の輝度を２倍に上げることができる。
【００３８】
また、ビーム整形を行なう光学系によって、放物面ミラーから出射されたドーナツ状の強度分布を有する平行光束の中空部分を埋めて出射することができるため、集光しやすい平行光束を出射することができる。
【００３９】
なお、上記の実施の形態では、放物面ミラーの内面の帯状部分に反射面を有している場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、放物面ミラーの内面全体に放物面状の反射面を有していてもよい。
【００４０】
次に、第２の実施の形態に係る光照射装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
第２の実施の形態では、球面ミラーの反射面と放物面ミラーの反射面とが対向するように配置されている点が、第１の実施の形態と異なっている。
【００４２】
図８の断面図に示すように、第２の実施の形態に係る光照射装置２１０は、ランプ光源１２と、ランプ光源１２の発光点より前側（出射方向側）に配置され、かつ、発光点から前側に発光された半分の光を発光点に戻すように形成された半球状の球面ミラー２１４と、放物面の反射面を有し、反射面が球面ミラー２１４の反射面に対向するように配置され、かつ、発光点からの光を照射方向（前方）に反射可能な放物面ミラー２１６とを備えている。
【００４３】
球面ミラー２１４は、内面全体に反射面が形成され、球面ミラー２１４の中心にランプ光源１２の発光点が位置するように配置されている。
【００４４】
放物面ミラー２１６は、内面全体に放物面状の反射面が形成され、反射面によってランプ光源１２からの光及び球面ミラー２１４で反射された光を反射し、かつ、光軸が球面ミラー２１４の光軸と一致するように配置されている。また、放物面ミラー２１６は、反射面の底部で形成される円の半径が球面ミラー２１４の半径より大きくなっている。
【００４５】
また、放物面ミラー２１６の回転放物面状の反射面の焦点が、ランプ光源１２の発光点に位置するように配置されており、放物面ミラー２１６は、反射面によってランプ光源１２からの光及び球面ミラー２１４で反射された光を反射し、ドーナツ状の平行光束を前方に出射する。
【００４６】
また、光照射装置２１０は、第１の実施の形態と同様に、放物面ミラー２１６から出射されたドーナツ状の平行光束を、ビーム整形する光学系１８を備えている。
【００４７】
次に、第２の実施の形態に係る光照射装置２１０の作用について説明する。
【００４８】
まず、ランプ光源１２から発光された光のうち、発光点より前側（照射方向側）に発光された半分の光は、球面ミラー２１４に反射して、ランプ光源１２の発光点に戻される。そして、ランプ光源１２の発光点に戻された光と、ランプ光源１２から発光された光のうち、発光点より後側（照射方向と反対方向側）に発光された半分の光とが重なり合って、放物面ミラー２１６に反射し、ドーナツ状の平行光束となって照射方向に照射される。
【００４９】
そして、放物面ミラー２１６から照射されたドーナツ状の平行光束は、光学系１８の後側（頂部側）の円錐側面状の面から入射し、ランプ光源１２の発光点を通る光軸の位置に、ドーナツ状の平行光束の内径部分を平行移動させて、外径を小さくし、平行光束を出射する。
【００５０】
このように、ランプ光源によって発光点より前側に照射され、かつ、前側の球面ミラーによって反射された光の半分と、ランプ光源によって発光点より後側に照射された残り半分とを重ねて、放物面ミラーの反射面に反射させることにより、ランプ光源から周囲に発光された光のうち、多くの光を利用すると共に、光量を減衰させずに照射する光の輝度を２倍に上げることができる。
【００５１】
また、球面ミラーの反射面と放物面ミラーの反射面とを対向させて配置することにより、ミラーを小型化することができる。
【００５２】
次に、第３の実施の形態に係る光照射装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５３】
第３の実施の形態では、ビームを整形する光学系が、複数の部品から構成されている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００５４】
図９に示すように、第３の実施の形態に係る光照射装置の光学系３１８は、円錐側面状の同一の面で切り離した２つの透明部材３１８Ａ、３１８Ｂから構成されている。透明部材３１８Ａは円錐側面状の面で形成される凸部を有し、透明部材３１８Ｂは、円錐側面状の面で形成される凹部を有している。
【００５５】
放物面ミラー１６からのドーナツ状の平行光束が、透明部材３１８Ａの円錐側面状の面に入射し、平面状の面から出射した後、透明部材３１８Ｂの平面状の面から入射し、円錐側面状の面から出射する。
【００５６】
上記の光学系３１８により、ドーナツ状の光束が、光学系３１８を通過する途中で屈折率１の空気中を伝搬することで、屈折角が大きくとれ、結果的に全体の長さを縮めることができる。また、透明部材３１８Ａ、３１８Ｂの間隔を変えることで、ビームの変位量Δを変えることができるため、さまざまな内径のドーナツ状の平行光束に対して適切なビーム整形を行うことができる。
【００５７】
なお、光学系を２つの透明部材で構成した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、３つ以上の透明部材で構成するようにしてもよい。例えば、図１０に示すように、ビーム整形を行なう光学系３６８を、２つの円錐面状の面で切り離した３つの透明部材３６８Ａ〜３６８Ｃから構成するようにしてもよい。この場合、透明部材３６８Ａ、３６８Ｂは、円錐側面状の面で形成される凸部を有し、平面状の面同士で隣接している。また、透明部材３６８Ｃは、円錐側面状の面で形成される２つの凹部を有している。また、放物面ミラーからのドーナツ状の平行光束が、透明部材３６８Ａの円錐側面状の面に入射し、透明部材３６８Ｂの円錐側面状の面から出射し、そして、透明部材３６８Ｃの円錐側面状の面の一方に入射し、透明部材３６８Ｃの円錐側面状の面の他方から出射するようにすればよい。
【００５８】
次に、第４の実施の形態について光照射装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
第４の実施の形態では、ビーム整形を行なう光学系を、複数のミラーで構成している点が第１の実施の形態と異なっている。
【００６０】
図１１の断面図に示すように、第４の実施の形態に係る光照射装置の光学系４１８は、互いに反射面が平行している２つのミラー４１８Ａ、４１８Ｂと、透明部材４１８Ｃとで構成されている。ミラー４１８Ａの外側に、円錐側面状の反射面を有し、ミラー４１８Ｂの内側に、円錐台側面状の反射面を有しており、ミラー４１８Ａ、４１８Ｂの反射面が対向するように配置されている。
【００６１】
また、ミラー４１８Ａの反射面の頂部側が、前方（照射方向）を向き、ミラー４１８Ｂの反射面が、後方（照射方向と反対方向）を向くように、ミラー４１８Ａ、４１８Ｂが配置されている。
【００６２】
ミラー４１８Ａ、４１８Ｂの間を埋めるように透明部材４１８Ｃが設けられており、放物面ミラー１６から透明部材４１８Ｃに平行光束が入射される透明部材４１８Ｃの面と、透明部材４１８Ｃから平行光束が出射する透明部材４１８Ｃの面とは平面状に形成されている。
【００６３】
また、放物面ミラー１６からのドーナツ状の平行光束の中空半径が、ビーム幅（ドーナツ状の平行光束の半径から中空半径を引いた長さ）より大きくなるように、放物面ミラー１６が形成されている。
【００６４】
なお、他の光照射装置の構成は、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６５】
放物面ミラー１６からのドーナツ状の平行光束が、光学系４１８のミラー４１８Ｂの円錐台側面状の反射面で反射した後、ミラー４１８Ａの円錐側面状の反射面で反射して、ビーム整形されたビームが光学系４１８から出射する。このとき、ミラー４１８Ｂの円錐台側面状の反射面に入射したドーナツ状の平行光束は、ランプ光源１２の発光点を通る光軸の位置に、内径部分を平行移動させて、外径を小さくし、平行光束として出射される。
【００６６】
なお、上記の実施の形態では、ビーム整形を行なう光学系がミラーと透明部材とで構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ビーム整形を行なう光学系を複数のミラーのみで構成するようにしてもよい。この場合には、光学系の２つのミラーの間を光が伝播する場合には、空気中を伝播することになる。
【００６７】
また、上記の第１の実施の形態〜第４の実施の形態では、放物面ミラーによって反射させて平行光束を照射方向に照射する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、放物面ミラーによって反射させて収束光束を照射方向に照射するようにしてもよい。この場合には、ランプ光源の発光点より前側に放物面ミラーの反射面の焦点が位置するように放物面ミラーを配置すればよい。また、ビーム整形を行なう光学系として、後述する第５の実施の形態の光学系を用いればよい。
【００６８】
次に、第５の実施の形態に係る光照射装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００６９】
第５の実施の形態では、ランプ光源からの光を反射させて、照射方向のある１点に集光するビームを照射している点が第１の実施の形態と異なっている。
【００７０】
図１２の断面図に示すように、第５の実施の形態に係る光照射装置５１０は、ランプ光源１２と、半球状の球面ミラー１４と、球面ミラー１４の周囲に配置され、かつ、楕円面状の反射面を有し、発光点からの光を前方（照射方向）に反射可能な楕円面ミラー５１６とを備えている。
【００７１】
楕円面ミラー５１６は、光軸に垂直で平行な２つの平面で囲まれた帯状部分に楕円面状の反射面が形成され、反射面によってランプ光源１２からの光及び球面ミラー１４で反射された光を反射し、かつ、光軸が球面ミラー１４の光軸と一致するように配置されている。また、楕円面ミラー５１６は、帯状の反射面を囲む平面と交わって形成される小さい方の円の半径が球面ミラー１４の半径以上の大きさとなっている。
【００７２】
また、楕円面ミラー５１６は、反射面によってランプ光源１２からの光及び球面ミラー１４で反射された光を反射し、ドーナツ状の収束光束を前方に出射する。
【００７３】
図１３の断面図に示すように、光照射装置５１０は、楕円面ミラー５１６から出射されたドーナツ状の収束光束を、ビーム整形する光学系５１８を備えている。光学系５１８は、透明部材で形成され、２つの円錐側面状の面が形成された形状である。
【００７４】
次に、第５の実施の形態に係る光照射装置５１０の作用について説明する。
【００７５】
まず、ランプ光源１２から発光された光のうち、発光点より後側（照射方向の反対方向側）に発光された半分の光は、球面ミラー１４に反射して、ランプ光源１２の発光点に戻される。そして、ランプ光源１２の発光点に戻された光と、ランプ光源１２から発光された光のうち、発光点から前側（出射方向側）に発光された半分の光とが重なり合って、楕円面ミラー５１６に反射され、照射方向（前方）のある１点に集光する収束光束となって照射方向側に照射される。照射された収束光束は、ドーナツ状の光束である。
【００７６】
そして、楕円面ミラー５１６から照射されたドーナツ状の収束光束は、光学系５１８の外側の円錐側面状の面から入射し、ランプ光源１２の発光点を通る光軸の位置に、ドーナツ状の収束光束の内径部分を平行移動させて、外径を小さくし、収束光束を出射する。
【００７７】
このように、ランプ光源によって発光点より後側に照射され、かつ、後側の球面ミラーによって反射された光の半分と、ランプ光源によって発光点より前側に照射された残り半分とを重ねて、楕円面ミラーの反射面に反射させることにより、ランプ光源から周囲に発光された光のうち、多くの光を利用すると共に、光量を減衰させずに照射する光の輝度を２倍に上げることができる。
【００７８】
また、ビーム整形を行なう光学系によって、楕円面ミラーから出射されたドーナツ状の強度分布を有する収束光束の中空部分を埋めて出射することができるため、集光しやすい収束光束を出射することができる。
【００７９】
また、楕円面ミラーを用いることにより、装置を小型化できると共に、多くの光束を取り出すことができる。
【００８０】
なお、上記の実施の形態では、ランプ光源の発光点の後側に球面ミラーを配置した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上述した第２の実施の形態と同様に、ランプ光源の発光点より前側に球面ミラーを配置し、楕円面ミラーの反射面と球面ミラーの反射面とが対向するように配置してもよい。
【００８１】
次に、第６の実施の形態に係る光照射装置について説明する。なお、第１の実施の形態及び第５の実施の形態と同様の構成の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８２】
第６の実施の形態では、ビームを整形する光学系が、複数のミラーで構成されている点が第５の実施の形態と異なっている。
【００８３】
図１４の断面図に示すように、第６の実施の形態に係る光照射装置の光学系６１８は、２つのミラー６１８Ａ、６１８Ｂで構成されている。ミラー６１８Ａの外側に、円錐側面状の反射面を有し、ミラー６１８Ｂの内側に、円錐台側面状の反射面を有しており、ミラー６１８Ａ、６１８Ｂの反射面が対向するように配置されている。
【００８４】
また、ミラー６１８Ａの反射面の頂部側が、前方（照射方向）を向き、ミラー６１８Ｂの反射面が、後方（照射方向と反対方向）を向くように、ミラー６１８Ａ、６１８Ｂが配置されている。
【００８５】
光学系６１８の形状パラメータは、以下のように決定される。まず、図１５に示すように、以下の成立条件（Ａ）〜（Ｅ）を満たすことが必要となる。
（Ａ）ミラー６１８Ｂに入射される光線の内側と外側とのなす角と、ミラー６１８Ａに入射される光線の内側と外側とのなす角とが変わらないこと。（ミラー６１８Ａ、６１８Ｂの反射面が直線なら必ず成立する。）
（Ｂ）光学系６１８から出射される光線の内側が光軸に水平になること。すなわち、以下の（３）式を満たすこと。
【００８６】
【数３】
2009205900.tif 000005
ただし、φａは、光学系６１８に入射される光線の内側と光軸とのなす角であり、θ１は、ミラー６１８Ｂの反射面の垂線と光軸とのなす角であり、θ２は、ミラー６１８Ａの反射面の垂線と光軸とのなす角である。
（Ｃ）光学系６１８から出射される光線の内側が光軸に一致すること（光軸上になること）。すなわち、以下の（４）式を満たすこと。
【００８７】
【数４】
2009205900.tif 000006
ただし、（ｘａ１，ｙａ１）は、ミラー６１８Ｂの円錐台側面状の反射面の頂部側の端部の座標である。
（Ｄ）光学系６１８に入射する元の光線が、光軸上で集光すること。すなわち、以下の（５）式を満たすこと。
【００８８】
【数５】
2009205900.tif 000007
ただし、（ｘｂ１，ｙｂ１）は、ミラー６１８Ｂの円錐側面状の反射面の頂部の座標であり、（ｘｆ，ｙｆ）は、元の光線が集光する点の座標である。また、φ０は、光線の内側と外側とのなす角である。
（Ｅ）ミラー６１８Ａで反射された光線の外側が、ミラー６１８Ｂでけられないこと。すなわち、以下の（６）式を満たすこと。
【００８９】
【数６】
2009205900.tif 000008
ただし、（ｘｆ’，ｙｆ’）は、光学系６１８から出射される光線が集光する点の座標である。
【００９０】
また、ミラー６１８Ｂの位置角度を決め、そして、光学系６１８に入射される光線の内側がミラー６１８Ｂで反射されて光軸と交わる所Ｏから、以下の（７）式で表される角度θ２で、ミラー６１８Ｂで反射された外側の光線が入射される長さのミラー６１８Ａを配置する。
【００９１】
【数７】
2009205900.tif 000009
【００９２】
次に、第６の実施の形態に係る光照射装置の作用について説明する。まず、ランプ光源１２から発光された光のうち、発光点から後側（照射方向の反対方向側）に発光された半分の光は、球面ミラー１４に反射して、ランプ光源１２の発光点に戻される。そして、ランプ光源１２の発光点に戻された光と、ランプ光源１２から発光された光のうち、発光点から前側（照射方向側）に発光された半分の光とが重なり合って、楕円面ミラー５１６に反射され、照射方向の前方のある１点に集光する収束光となって照射方向側に照射される。照射された収束光束は、ドーナツ状の光束である。
【００９３】
そして、楕円面ミラー５１６から照射されたドーナツ状の収束光束は、光学系５１８のミラー６１８Ｂの反射面で反射した後、ミラー６１８Ａの反射面で反射し、ランプ光源１２の発光点を通る光軸の位置に、ドーナツ状の収束光束の内径部分を平行移動させて、外径を小さくし、収束光を出射する。
【００９４】
なお、上記の実施の形態では、ビーム整形を行なう光学系が複数のミラーのみで構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上記の第４の実施の形態に係る光学系と同様に、ビーム整形を行なう光学系をミラーと透明部材とで構成するようにしてもよい。この場合には、光学系の２つのミラーの間を光が伝播する場合には、透明部材中を伝播するように光学系を構成すればよい。
【００９５】
次に、第７の実施の形態に係る光照射装置について説明する。なお、第１の実施の形態及び第５の実施の形態と同様の構成の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００９６】
第７の実施の形態では、ビームを整形する光学系によって、強度分布を均一にした光を照射している点が第５の実施の形態と異なっている。
【００９７】
図１６の断面図に示すように、第７の実施の形態に係る光照射装置７１０は、ランプ光源１２と、半球状の球面ミラー１４と、楕円面ミラー５１６とを備えている。
【００９８】
また、光照射装置７１０は、楕円面ミラー５１６から出射されたドーナツ状の収束光束を、ビーム整形して、強度分布を均一にした光を照射する光学系７１８を備えている。
【００９９】
光学系７１８は、内側に円錐側面状の反射面を有するミラー７１８Ａと、内側に円錐台側面状の反射面を有するミラー７１８Ｂとで構成され、ミラー７１８Ａ、７１８Ｂの反射面が対向するように配置されている。
【０１００】
また、ミラー７１８Ａの反射面の頂部側が、後方（照射方向と反対方向）を向き、ミラー４１８Ｂの反射面が、後方（照射方向と反対方向）を向くように、ミラー７１８Ａ、７１８Ｂが配置されている。
【０１０１】
ミラー７１８Ａ、７１８Ｂは、ミラー７１８Ｂの反射により、放物面ミラー１６から出射されたビームを交差させた後に、ミラー７１８Ａに反射させて、ビームの内側と外側とを入れ替えるように配置されている。
【０１０２】
次に、第７の実施の形態に係る光照射装置７１０の作用について説明する。
【０１０３】
まず、ランプ光源１２から発光された光のうち、発光点より後側（照射方向の反対方向側）に発光された半分の光は、球面ミラー１４に反射して、ランプ光源１２の発光点に戻される。そして、ランプ光源１２の発光点に戻された光と、ランプ光源１２から発光された光のうち、発光点より前側に発光された半分の光とが重なり合って、楕円面ミラー５１６に反射され、収束光束となって照射方向に照射される。この収束光束の強度分布では、図１６に示すように、外側よりも内側の方が光強度が大きくなる。
【０１０４】
そして、放物面ミラー１６から出射されたドーナツ状の収束光束は、光学系７１８のミラー７１８Ｂの反射面で反射して交差した後に、ミラー７１８Ａの反射面で反射し、ランプ光源１２の発光点を通る光軸の位置に、ドーナツ状の光束の内径部分を平行移動させて、外径を小さくし、収束光束を出射する。この収束光の強度分布は、図１７に示すように、比較的均一な分布となる。これによって、ビーム品質の低下を軽減することができる。
【０１０５】
このように、ドーナツ状の強度分布を有する光束を、光の強度分布を均一にした光に変換するようにビーム整形を行うことができるため、集光しやすい光束を出射することができる。
【０１０６】
なお、上記の実施の形態では、楕円面ミラーで反射することによって照射される収束光束を光学系に入射させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ビーム整形を行なう光学系に平行光束を入射するようにしてもよい。この場合には、ランプ光源からの光を放物面ミラーによって光学系に対して反射させるようにすればよい。
【０１０７】
また、ビーム整形を行なう光学系が複数のミラーのみで構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上記の第４の実施の形態に係る光学系と同様に、ビーム整形を行なう光学系をミラーと透明部材とで構成するようにしてもよい。この場合には、光学系の２つのミラーの間を光が伝播する場合には、透明部材中を伝播するように光学系を構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光照射装置の光源、球面ミラー、及び放物面ミラーの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光照射装置の光学系の構成を示す断面図である。
【図３】（Ａ）放物面ミラーから出射されるドーナツ状の平行光束を示すイメージ図、及び（Ｂ）放物面ミラーから出射されるドーナツ状の平行光束の光強度分布を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光照射装置の光学系の形状パラメータを説明するための断面図である。
【図５】（Ａ）光学系から出射される平行光束を示すイメージ図、及び（Ｂ）光学系から出射される平行光束の光強度分布を示すグラフである。
【図６】放物面ミラーからの反射光の角度広がりを示すイメージ図である。
【図７】光学系から出射されるビームの広がり角度を示すイメージ図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る光照射装置の光源、球面ミラー、及び放物面ミラーの構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光照射装置の光学系の構成を示す側面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る光照射装置の光学系のその他の構成を示す側面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る光照射装置の光学系の構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る光照射装置の光源、球面ミラー、及び楕円面ミラーの構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る光照射装置の光学系の構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る光照射装置の光学系の構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態に係る光照射装置の光学系の形状パラメータを説明するための断面図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態に係る光照射装置の光源、球面ミラー、楕円面ミラー、及び光学系の構成を示す断面図である。
【図１７】光学系から出射される収束光束の光強度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、２１０、５１０、７１０光照射装置
１２   ランプ光源
１４、２１４  球面ミラー
１６、２１６  放物面ミラー
１８、３１８、３６８、４１８、５１８、６１８、７１８  光学系
３１８Ａ、３１８Ｂ、３６８Ａ、３６８Ｂ、３６８Ｃ、４１８Ｃ  透明部材
４１８Ａ、４１８Ｂ、６１８Ａ、６１８Ｂ、７１８Ａ、７１８Ｂ  ミラー
５１６  楕円面ミラー
【図１】
2009205900.tif 000010
【図２】
2009205900.tif 000011
【図３】
2009205900.tif 000012
【図４】
2009205900.tif 000013
【図５】
2009205900.tif 000014
【図６】
2009205900.tif 000015
【図７】
2009205900.tif 000016
【図８】
2009205900.tif 000017
【図９】
2009205900.tif 000018
【図１０】
2009205900.tif 000019
【図１１】
2009205900.tif 000020
【図１２】
2009205900.tif 000021
【図１３】
2009205900.tif 000022
【図１４】
2009205900.tif 000023
【図１５】
2009205900.tif 000024
【図１６】
2009205900.tif 000025
【図１７】
2009205900.tif 000026