特許 5962089 光照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5962089

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】光照射装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20160721BHJP

   F21V 7/06 20060101ALI20160721BHJP

   F21V 7/08 20060101ALI20160721BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20160721BHJP

   F21Y 101/00 20160101ALN20160721BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20160721BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 350

   F21V7/06

   F21V7/08

   F21V5/04 100

   F21V5/04 400

   F21Y101:00 300

   F21Y115:10

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-58662(P2012-58662)

(22)【出願日】2012年3月15日

(65)【公開番号】特開2013-191507(P2013-191507A)

(43)【公開日】2013年9月26日

【審査請求日】2014年11月7日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000192

【氏名又は名称】岩崎電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】特許業務法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 一吉

(72)【発明者】

【氏名】小川 大輔

(72)【発明者】

【氏名】木村 克巳

(72)【発明者】

【氏名】酒井 雅寛

【審査官】 柿崎 拓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１２２４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４１４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０２９８１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−１７５７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８１１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１２０６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２５７１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３９４７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ５／０４

Ｆ２１Ｖ ７／０６

Ｆ２１Ｖ ７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源、及び、当該光源が焦点に配置されて前記光源から放射された光を反射する反射鏡を備えたランプユニットと、
前記反射鏡の光路中に配置され、入射面が凸面、出射面が平面の平凸レンズであり、入射側及び出射側にそれぞれ第１主点、第２主点から等しい焦点距離の位置にある第１焦点と第２焦点とを有し、前記反射鏡にて反射された光束を前記第２焦点に集光する集光レンズと、
前記集光レンズの第２焦点に入射端面が配置され、当該入射端面から入射した光束を均一化して出射端面から出射する柱状のロッドインテグレータレンズと、
前記集光レンズの第１焦点と前記入射面との間、又は、前記出射面と第２焦点との間に配置され、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、を備え、
前記調光板が、前記集光レンズの入射側で、前記第１主点との間に、前記集光レンズの焦点距離の２分の１を越えない間隔を有して配置されている、又は、前記集光レンズの出射側で、前記出射面との間に、前記集光レンズの焦点距離の２分の１を越えない間隔を有して配置されている
ことを特徴とする光照射装置。

【請求項2】

前記調光板は、前記凹面鏡の光軸上に光束が透過する開口を有し、前記開口は、前記調光板を移動させることで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】

前記調光板を、前記集光レンズ、及び、前記集光レンズを保持するレンズホルダーから所定間隔以上離した状態で移動可能にガイドするガイド手段を備え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4】

前記調光板を、前記集光レンズの入射側のレンズ面近傍に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光照射装置。

【請求項5】

前記調光板を、前記集光レンズの出射側で、当該出射側のレンズ面との間隔が前記集光レンズの焦点距離の２分の１以下となる位置に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光照射装置。

【請求項6】

前記調光板を、前記集光レンズの出射側のレンズ面近傍に配置したことを特徴とする請求項５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、当該ランプの光を反射させる反射鏡とを組み合わせたランプユニットを備え、反射鏡からの光束を集光レンズで集光してロッドインテグレータレンズに導入し、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して照射面に照射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、ランプユニット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、当該光源が焦点に配置されて前記光源から放射された光を反射する反射鏡を備えたランプユニットと、前記反射鏡の光路中に配置され、入射面が凸面、出射面が平面の平凸レンズであり、入射側及び出射側にそれぞれ第１主点、第２主点から等しい焦点距離の位置にある第１焦点と第２焦点とを有し、前記反射鏡にて反射された光束を前記第２焦点に集光する集光レンズと、前記集光レンズの第２焦点に入射端面が配置され、当該入射端面から入射した光束を均一化して出射端面から出射する柱状のロッドインテグレータレンズと、前記集光レンズの第１焦点と前記入射面との間、又は、前記出射面と第２焦点との間に配置され、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、を備え、前記調光板が、前記集光レンズの入射側で、前記第１主点との間に、前記集光レンズの焦点距離の２分の１を越えない間隔を有して配置されている、又は、前記集光レンズの出射側で、前記出射面との間に、前記集光レンズの焦点距離の２分の１を越えない間隔を有して配置されていることを特徴とする。

【0006】

また本発明は、上記光照射装置において、前記調光板は、前記凹面鏡の光軸上に光束が透過する開口を有し、前記開口は、前記調光板を移動させることで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、前記調光板を、前記集光レンズ、及び、前記集光レンズを保持するレンズホルダーから所定間隔以上離した状態で移動可能にガイドするガイド手段を備えたことを特徴とする。

【0008】

また本発明は、上記光照射装置において、前記調光板を、前記集光レンズの入射側のレンズ面近傍に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、前記調光板を、前記集光レンズの出射側で、当該出射側のレンズ面との間隔が前記集光レンズの焦点距離の２分の１以下となる位置に配置したことを特徴とする。

【0010】

また本発明は、上記光照射装置において、前記調光板を、前記集光レンズの出射側のレンズ面近傍に配置したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、調光板を、集光レンズの第１焦点と第２焦点との間で、集光レンズの第１焦点から光軸上に焦点距離の２分の１以上間隔をあけて配置したため、調光板が小絞りの時には、集光レンズの焦点位置を通り集光レンズから平行に出射される光線を減らし、反射鏡から角度のついた光線をロッドインテグレータレンズに入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】

【0012】

【図1】本発明の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】調光板の構成を示す正面図である。

【図4】調光板を集光レンズの直前に置いた場合の集光レンズと調光板の設置状態を示す部分断面図である。

【図5】光線の状態を示す模式図である。

【図6】調光板を集光レンズの直後に配置した場合の集光レンズと調光板の設置状態を示す部分断面図である。

【図7】光線の状態を示す模式図である。

【図8】照度比と照度ムラの関係を示す図である。

【図9】調光板を集光レンズの第１焦点位置に配置した場合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】

【0013】

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、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、ランプユニット１０の放射光をロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に集光させる集光レンズ５０と、ロッドインテグレータレンズ２０の出射端面２３から出射する光量を調整する調光板３０とを備えている。

【0014】

ランプユニット１０は、ランプ（光源）１１と、当該ランプ１１が焦点に配置される楕円反射鏡（反射鏡）１２と、を備える集光型ランプユニットである。
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。
楕円反射鏡１２は、楕円面状の反射面を有し、一方の焦点に配置されたランプ１１の発光を反射して光軸Ｋ上の他方の焦点に光束Ｌを集光させる。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。

【0015】

集光レンズ５０は、平凸レンズであり、入射側及び出射側にそれぞれ第１主点Ｈ１、第２主点Ｈ２から等しい焦点距離ｆの位置にある第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを備える。本実施形態では、集光レンズ５０には、楕円反射鏡１２にて反射された光束Ｌが、入射側のレンズ面である凸面５１から入射し、出射側のレンズ面である平面５２から出射して、集光レンズ５０の第２焦点Ｆ２に集光するように構成されている。集光レンズ５０は、楕円反射鏡１２の他方の焦点よりも楕円反射鏡１２に近づけて配置され、当該他方の焦点よりもランプユニット１０に近い位置の集光レンズ５０の第２焦点Ｆ２に楕円反射鏡１２で反射された光束を集光できるように構成されている。このように、光照射装置１は、集光レンズ５０をランプユニット１０の光路内に配置することで、光束Ｌを所望位置の第２焦点Ｆ２に集光させることができるため、装置本体５を短くし、光照射装置１のコンパクト化を図ることができる。

【0016】

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。

【0017】

ロッドインテグレータレンズ２０は、入射端面２２の軸中心が集光レンズ５０の第２焦点Ｆ２の位置に合わせて配置される。楕円反射鏡１２にて反射された光束Ｌは、集光レンズ５０で集光され、入射端面２２からロッドインテグレータレンズ２０に入射する。ロッドインテグレータレンズ２０は、入射端面２２からの入射光を側面２１にて複数回反射することでミキシングし、照度分布が均一化された出射光を出射端面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。
ロッドインテグレータレンズ２０の出射端面２３から出射された出射光は、例えば投射レンズ６０を介して任意の照射面（スクリーン）ＳＣに照射される。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。

【0018】

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、集光レンズ５０の第１焦点Ｆ１と、第２焦点Ｆ２との間で、集光レンズ５０の第１焦点との間に光軸Ｋ上に焦点距離ｆの２分の１以上間隔をあけて配置される。つまり、調光板３０は、集光レンズ５０の入射側で、第１主点Ｈ１との間隔が焦点距離の２分の１以下となる１／２ｆ点より集光レンズ５０に近い位置、或いは、集光レンズ５０の出射側で、集光レンズ５０の出射側のレンズ面である平面５２と、第２焦点Ｆ２との間に配置される。

【0019】

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４０を備えている。なお、本図では、モーター４０を便宜上、調光板３０の駆動軸状に配置しているが、モーター４０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。
調光板３０を集光レンズ５０の入射側に配置する場合、調光板３０と、集光レンズ５０の第１主点Ｈ１との間隔αは、集光レンズ５０の焦点距離ｆの２分の１以下となるように設定される。

【0020】

調光板３０は、図３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２、及び、図３（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３（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。

【0021】

図３（Ａ）に示した回転型の調光板３０Ａは、所定直径の円周４２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４２に光軸Ｋを合わせて配置し、当該調光板３０Ａを円周４２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。

【0022】

図３（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。

【0023】

このように、図３（Ａ）に示した回転型の調光板３０Ａ、及び、図３（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、楕円反射鏡１２の開口端１２Ａ周辺にて反射された光束Ｌ１、及び、楕円反射鏡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、楕円反射鏡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。

【0024】

光照射装置１は、図４に示したように、調光板３０の縁部３８の光軸Ｋ方向への移動を抑制するとともに、調光板３０を上述の移動軸に沿って移動可能にガイドするガイド部（ガイド手段）３５を備える。ガイド部３５は、調光板３０の縁部３８が緩嵌する溝３６を備え、調光板３０は、縁部３８がこの溝３６に緩嵌された状態で移動する。また、集光レンズ５０は、外周を囲むレンズホルダー５５に保持されて、ランプユニット１０の光路内に配置される。ガイド部３５は、調光板３０の絞りを増減させる移動時等に、調光板３０が、集光レンズ５０、及び／或いは、レンズホルダー５５に干渉することなく移動できるように、調光板３０の縁部３８を担持する。
この構成によれば、調光板３０を集光レンズ５０の入射側レンズ面である凸面５１近傍に設けても、調光板３０の縁部３８をガイド部３５で担持して、調光板３０が、集光レンズ５０、及び／或いは、レンズホルダー５５と干渉することなく移動するようにガイドすることができる。

【0025】

ところで、調光板３０を、集光レンズ５０の第１焦点Ｆ１近傍に配置した場合には、調光板３０の調光スリット３２の開口巾を狭くする、つまり調光板３０を小絞りにすると、図９に示すように、第１焦点Ｆ１を通過した光束Ｌ３が集光レンズ５０に入射して、集光レンズ５０を通って光軸Ｋに対して略平行な平行光に近くなる。なお、図９中に破線で記された光線は、調光板３０の解放時に調光板３０を透過する光線の状態を示す。これにより、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１で反射する光線が殆どなくなるため、ロッドインテグレータレンズ２０の出射端面２３での光束Ｌの重ね合せのバランスが崩れ、調光板３０を小絞りにするほど照度ムラが悪くなる原因となっていた。

【0026】

これに対し、本実施形態の調光板３０は、図５に示すように、集光レンズ５０の入射側に配置される場合には、調光板３０と集光レンズ５０の第１主点Ｈ１との間隔が、集光レンズ５０の焦点距離ｆの２分の１以下となるように配置される。集光レンズ５０の入射側に調光板３０を配置する場合には、特に、調光板３０を集光レンズ５０の入射側のレンズ面である凸面５１近傍に配置することが望ましく、調光板３０と、集光レンズ５０の第１主点Ｈ１との間隔は、例えば２ｍｍ程にすることができる。

【0027】

このように、調光板３０を集光レンズ５０の第１焦点Ｆ１から焦点距離ｆの２分の１以上間隔をあけて、集光レンズ５０のレンズ面に近づけて配置することで、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の小絞り時には、集光レンズ５０の第１焦点Ｆ１を通過した光束Ｌ３は、調光板３０の遮蔽部３４で遮蔽され、集光レンズ５０を通った光が平行光に近くなるのを防止することができる。また、集光レンズ５０を通った光線の角度を、当該光線が調光板３０を透過した際の角度の略２分の１の角度より強い角度に確保することができるため、ロッドインテグレータレンズ２０を通る光線を側面２１で反射させてミキシングすることができ、照射面内での光量分布を均一化することができる。なお、図５中に破線で記された光線は、調光板３０の小絞り時には調光板３０により遮蔽され、調光板３０の解放時に調光板３０を透過する光線の状態を示す。

【0028】

また、調光板３０は、集光レンズ５０の焦点距離ｆの２分の１以上第１焦点より間隔をあけて配置されるため、図６に示すように、集光レンズ５０の出射側に配置することもできる。調光板３０を集光レンズ５０の出射側に配置した場合にも、調光板３０を集光レンズ５０の入射側に配置した場合と同様に、光照射装置１は、調光板３０の縁部３８の光軸Ｋ方向への移動を抑制し、調光板３０を上述の移動軸に沿って移動可能にガイドするガイド部（ガイド手段）３５を備える。
この構成によれば、調光板３０を集光レンズ５０の出射側レンズ面である平面５２近傍に設けても、調光板３０の縁部３８をガイド部３５で担持して、調光板３０が、集光レンズ５０、及び／或いは、レンズホルダー５５と干渉することなく移動するようにガイドすることができる。

【0029】

調光板３０を、集光レンズ５０の出射側に配置した場合には、図７に示すように、集光レンズ５０によって、集光レンズ５０に入射する前の光線角度よりも角度のついた光線が調光板３０を透過する。これにより、調光板３０を透過し、ロッドインテグレータレンズ２０に入射する光線の入射角度を大きくすることができ、ロッドインテグレータレンズ２０の側面２１での反射回数も多くすることができるため、照射面での照度が均一化され、照度ムラを低減することができる。なお、図７中に破線で記された光線は、調光板３０の小絞り時には調光板３０により遮蔽され、調光板３０の解放時に調光板３０を透過する光線の状態を示す。

【0030】

ところで、調光板３０を集光レンズ５０の出射側に配置する場合には、調光板３０は、ロッドインテグレータレンズ２０の入射端面２２に近づければ近づけるほど、より角度のついた光線をロッドインテグレータレンズ２０に入射させることが可能となり、照度ムラの低減には好適である。しかしながら、調光板３０を、集光レンズ５０の第２焦点Ｆ２に近づけた場合には、調光板３０が、集光による熱の影響を受けやすくなる。そのため、調光板３０は、ロッドインテグレータレンズ２０の出射側のレンズ面である平面５２からの距離βが、集光レンズ５０の焦点距離ｆの２分の１以下となる位置に配置されるのが好ましい。この構成によれば、調光板３０は、集光レンズ５０の集光による熱の影響を受けることなく、かつ、集光レンズ５０を通ることでより角度が強くなった光線を透過させることができ、ロッドインテグレータレンズ２０を通る光線を側面２１で反射させてミキシングすることができ、照射面内での光量分布を均一化することができる。

【0031】

図８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８に示すように、調光板３０を集光レンズ５０の第１焦点Ｆ１の位置に配置した場合には、図８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を集光レンズ５０の入射側のレンズ面である凸面５１からの距離αが集光レンズ５０の焦点距離ｆの２分の１となる１／２ｆ点の位置に配置した場合には、図８中の線Ｒ２が示すように、照度比を１０％まで下げても、照度ムラを３０％以下に抑えることができる。また、調光板３０を集光レンズ５０の入射側のレンズ面である凸面５１の近傍に配置した場合には、図８中の線Ｒ３が示すように、照度比を１０％まで下げても、照度ムラを２０％程度に抑えることができる。さらに、調光板３０を集光レンズ５０の出射側のレンズ面である平面５２の近傍に配置した場合には、図８中の線Ｒ４が示すように、照度比を１０％まで下げても、照度ムラを１５％程度に抑えることができる。

【0032】

このように、本実施形態の光照射装置１では、調光板３０を、集光レンズ５０の第１焦点Ｆ１から光軸Ｋ上に焦点距離ｆの２分の１以上間隔をあけた１／２ｆ点と、集光レンズ５０の第２焦点Ｆ２との間に配置することで、調光板３０にて光量を大きく絞った場合に発生する照度ムラの大きな変動を抑えることができる。これにより、調光板３０を透過する光量を大きく変えても、照度ムラの変動が少ない光照射装置１を提供することができる。

【0033】

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が焦点に配置されてランプ１１から放射された光を反射する楕円反射鏡１２を備えたランプユニット１０と、楕円反射鏡１２の光路中に配置され、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを有し、楕円反射鏡１２にて反射された光束Ｌを第２焦点Ｆ２に集光する集光レンズ５０と、集光レンズ５０の第２焦点Ｆ２に入射端面２２が配置され、当該入射端面２２から入射した光束Ｌを均一化して出射端面２３から出射する柱状のロッドインテグレータレンズ２０と、集光レンズ５０の第１焦点Ｆ１、第２焦点Ｆ２の間で、第１焦点Ｆ１との間隔が集光レンズ５０の焦点距離ｆの２分の１以上となる位置に配置され、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、を備えた。
これにより、調光板３０の小絞り時には、集光レンズ５０の第１焦点Ｆ１を通過した光束Ｌ３を調光板３０で遮蔽することができ、第１焦点Ｆ１を通過し集光レンズ５０を通って平行光に近くなった光線がロッドインテグレータレンズ２０に入射するのを防止することができるため、照射面内で光量分布が不均一になり照度ムラが悪くなるのを抑えることができる。また、調光板３０が小絞りの時においても、楕円反射鏡１２のより広い部分で反射された角度のついた光線を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、光線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ミキシングすることができるため、照射面内での光量分布を均一化することができる。

【0034】

また、本発明を適用した実施形態によれば、調光板３０は、楕円反射鏡１２の光軸Ｋ上に光束Ｌが透過する調光スリット３２を有し、調光スリット３２は、調光板３０を移動させることで連続的に開口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、調光スリット３２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る。

【0035】

また、本発明を適用した実施形態によれば、調光板３０を、集光レンズ５０、及び、集光レンズ５０を保持するレンズホルダー５５から所定間隔以上離した状態で移動可能にガイドするガイド部３５を備えたため、調光板３０の絞りを増減させる調光板３０移動時等に、調光板３０が、集光レンズ５０、或いは、レンズホルダー５５に干渉することなく移動できるように、調光板３０の縁部３８を担持する。この構成によれば、調光板３０を集光レンズ５０のレンズ面５１，５２のいずれかの近傍に設けても、調光板３０の縁部３８をガイド部３５で担持して、調光板３０が、集光レンズ５０、及び、レンズホルダー５５と干渉することなく移動するようにガイドすることができる。

【0036】

また、本発明を適用した実施形態によれば、調光板３０を、集光レンズ５０の入射側のレンズ面５１近傍に設けたため、調光板３０が小絞りの時においても、楕円反射鏡１２のより広い部分から角度のついた光線を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、光線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ミキシングすることができるため、照射面内での光量分布を均一化することができる。

【0037】

また、本発明を適用した実施形態によれば、調光板３０を、集光レンズ５０の出射側で、当該出射側のレンズ面５２との間隔が集光レンズ５０の焦点距離ｆの２分の１以下となる位置に配置したため、集光レンズ５０を通ることでより角度が強くなった光線を透過させることができ、ロッドインテグレータレンズ２０を通る光線を側面２１で反射させてミキシングすることができ、照射面内での光量分布を均一化することができる。また、調光板３０を、集光レンズ５０の第２焦点Ｆ２からある程度離れた距離に配置することで、調光板３０が、集光レンズ５０の集光による熱の影響を受けるのを防止することができる。

【0038】

また、本発明を適用した実施形態によれば、調光板３０を、集光レンズ５０の出射側のレンズ面５２近傍に配置したため、集光レンズ５０を通ることでより角度が強くなった光線を透過させることができ、ロッドインテグレータレンズ２０を通る光線を側面２１で反射させてミキシングすることができ、照射面内での光量分布を均一化することができる。

【0039】

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、楕円反射鏡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、楕円反射鏡１２を備える集光型ランプユニットである構成としたが、これに限らず、ランプユニット１０は、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。

【符号の説明】

【0040】

１、１００ 光照射装置
Ｆ１ 第１焦点
Ｆ２ 第２焦点
１０ ランプユニット
１１ ランプ（光源）
１２ 楕円反射鏡（反射鏡）
２０ ロッドインテグレータレンズ
２１ 側面
２２ 入射端面
２３ 出射端面
３０、３０Ａ、３０Ｂ 調光板
３２、３２Ａ、３２Ｂ 調光スリット（開口）
３５ ガイド部（ガイド手段）
５０ 集光レンズ
５１ 凸面（入射側レンズ面）
５２ 平面（出射側レンズ面）
５５ レンズホルダー
Ｋ 光軸
Ｌ 光束
ｆ 焦点距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】