JP3470366B2 - 光量均一化素子及び光量均一化装置 - Google Patents
光量均一化素子及び光量均一化装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光源からの光によって
照明対象の面を均一な照度分布で照明する為の光量均一
化素子及びその装置に関するものである。
照明対象の面を均一な照度分布で照明する為の光量均一
化素子及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の均一照明装置は、コリメータレン
ズ系と、フライアイレンズとからなるものが一般的であ
る。この構成例を図8に示す。図において、Sは光源、
L1、L2はコリメータレンズ系、FIはフライアイレ
ンズ、Oは照明面である。
ズ系と、フライアイレンズとからなるものが一般的であ
る。この構成例を図8に示す。図において、Sは光源、
L1、L2はコリメータレンズ系、FIはフライアイレ
ンズ、Oは照明面である。
【0003】光源Sから発せられた光はコリメータレン
ズ系L1により平行光束に変換され、この平行光束はフ
ライアイレンズFIに入射される。フライアイレンズF
Iから出た光は、複数の前記光源Sの複数の像を結び、
この複数の光源像からの光はコリメータレンズ系L2に
よって再度平行光束に変換されて照明面O上を均一な照
度分布で照明する。
ズ系L1により平行光束に変換され、この平行光束はフ
ライアイレンズFIに入射される。フライアイレンズF
Iから出た光は、複数の前記光源Sの複数の像を結び、
この複数の光源像からの光はコリメータレンズ系L2に
よって再度平行光束に変換されて照明面O上を均一な照
度分布で照明する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図8に
示したような従来の均一照明装置では、フライアイレン
ズFIの前後に複雑な構成のコリメータレンズ系が必要
であるため、光学系の構成が複雑で大型になることに加
え、フライアイレンズFIの製造コストが高いため、装
置全体のコストが高くなるという欠点があった。
示したような従来の均一照明装置では、フライアイレン
ズFIの前後に複雑な構成のコリメータレンズ系が必要
であるため、光学系の構成が複雑で大型になることに加
え、フライアイレンズFIの製造コストが高いため、装
置全体のコストが高くなるという欠点があった。
【0005】従って本発明は、従来の均一照明装置より
小型で簡単な構造であり、比較的低コストで均一な照度
分布の照明を実現することのできる光量均一化素子及び
それを用いた光量均一化装置を得ることを目的とする
小型で簡単な構造であり、比較的低コストで均一な照度
分布の照明を実現することのできる光量均一化素子及び
それを用いた光量均一化装置を得ることを目的とする
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
請求項1に係る発明は、複数の入射領域に分割された入
射面と、該入射面から入射した光束を透過光と反射光と
に分割する光分割合成手段と、前記反射光の進行光路上
に設けられた内部光路形成手段と、を備え;前記入射面
は、予め定められた一方向に対して複数の入射領域に分
割され;前記光分割合成手段は、夫々の入射領域に対応
して設けられた複数の第1の光分割面からなり、個々の
前記光分割面は入射面に対して予め定められた角度で互
いに平行に設けられ;前記内部光路形成手段は、前記反
射光の進行光路上の前記方向における端部の光分割面を
透過した光束を他方の端部の光分割面に裏面側から前記
進行形路上に入射させるように導いて、内部周回経路を
構成するものであり;前記内部周回経路上の光束を前記
光分割面の裏面で反射させると共に前記入射光の透過光
と合成して射出させることを特徴とするものである。
請求項1に係る発明は、複数の入射領域に分割された入
射面と、該入射面から入射した光束を透過光と反射光と
に分割する光分割合成手段と、前記反射光の進行光路上
に設けられた内部光路形成手段と、を備え;前記入射面
は、予め定められた一方向に対して複数の入射領域に分
割され;前記光分割合成手段は、夫々の入射領域に対応
して設けられた複数の第1の光分割面からなり、個々の
前記光分割面は入射面に対して予め定められた角度で互
いに平行に設けられ;前記内部光路形成手段は、前記反
射光の進行光路上の前記方向における端部の光分割面を
透過した光束を他方の端部の光分割面に裏面側から前記
進行形路上に入射させるように導いて、内部周回経路を
構成するものであり;前記内部周回経路上の光束を前記
光分割面の裏面で反射させると共に前記入射光の透過光
と合成して射出させることを特徴とするものである。
【0007】また、請求項2に係る発明は、請求項1の
光量均一化素子において、前記光分割合成手段が、前記
第1の光分割面を透過した光束の進行経路上で、且つ、
前記内部周回経路上に配置された第2の光分割面を備え
ており、該第2の光分割面は、前記透過光の経路に対し
て前記第1の光分割面と対称な角度で配置されているこ
とを特徴とするものである。
光量均一化素子において、前記光分割合成手段が、前記
第1の光分割面を透過した光束の進行経路上で、且つ、
前記内部周回経路上に配置された第2の光分割面を備え
ており、該第2の光分割面は、前記透過光の経路に対し
て前記第1の光分割面と対称な角度で配置されているこ
とを特徴とするものである。
【0008】更に、請求項3に係る発明は、複数の入射
領域に分割された入射面と、該入射面から入射した光束
を透過光と反射光とに分割する光分割合成手段と、前記
反射光の進行光路上に設けられた内部光路形成手段と、
を備え;前記入射面は、予め定められた一方向に対して
複数の入射領域に分割され;前記光分割合成手段は、夫
々の入射領域に対応して設けられた複数の第1の光分割
面からなり、個々の前記光分割面は入射面に対して予め
定められた角度で互いに平行に設けられ;前記内部光路
形成手段は、前記反射光の進行光路上の前記方向におけ
る端部の光分割面を透過した光束を他方の端部の光分割
面に裏面側から前記進行形路上に入射させるように導い
て、内部周回経路を構成するものであり;前記内部周回
経路上の光束を前記光分割面の裏面で反射させると共に
前記入射光の透過光と合成して射出させる複数の光量均
一化素子を備え、該光量均一化素子は、前記入射光の光
軸方向に沿って複数配置され、個々の前記光量均一化素
子の入射面の分割方向は、互いに異なることを特徴とす
るものである。
領域に分割された入射面と、該入射面から入射した光束
を透過光と反射光とに分割する光分割合成手段と、前記
反射光の進行光路上に設けられた内部光路形成手段と、
を備え;前記入射面は、予め定められた一方向に対して
複数の入射領域に分割され;前記光分割合成手段は、夫
々の入射領域に対応して設けられた複数の第1の光分割
面からなり、個々の前記光分割面は入射面に対して予め
定められた角度で互いに平行に設けられ;前記内部光路
形成手段は、前記反射光の進行光路上の前記方向におけ
る端部の光分割面を透過した光束を他方の端部の光分割
面に裏面側から前記進行形路上に入射させるように導い
て、内部周回経路を構成するものであり;前記内部周回
経路上の光束を前記光分割面の裏面で反射させると共に
前記入射光の透過光と合成して射出させる複数の光量均
一化素子を備え、該光量均一化素子は、前記入射光の光
軸方向に沿って複数配置され、個々の前記光量均一化素
子の入射面の分割方向は、互いに異なることを特徴とす
るものである。
【0009】また、請求項4に係る発明は、請求項3の
光量均一化装置において、前記入射面の分割方向が互い
に直交するように配置されることを特徴とするものであ
る。
光量均一化装置において、前記入射面の分割方向が互い
に直交するように配置されることを特徴とするものであ
る。
【0010】
【作用】本発明の光量均一化素子は、複数の入射領域に
分割された入射面と、該入射面から入射した光束を透過
光と反射光とに分割する光分割合成手段と、前記反射光
の進行光路上に設けられた内部光路形成手段とを備えて
いる。
分割された入射面と、該入射面から入射した光束を透過
光と反射光とに分割する光分割合成手段と、前記反射光
の進行光路上に設けられた内部光路形成手段とを備えて
いる。
【0011】前記入射面は、予め定められた一方向に対
して複数の入射領域に分割されているので、光量均一化
素子に入射した光束は、入射領域ごとに分断されて光量
均一化素子内部に入射することになる。
して複数の入射領域に分割されているので、光量均一化
素子に入射した光束は、入射領域ごとに分断されて光量
均一化素子内部に入射することになる。
【0012】また、前記光分割合成手段は、夫々の入射
領域に対応して設けられた複数の光分割面より形成され
ている。この光分割面は、入射面に対して予め定められ
た角度で互いに平行に設けられており、光分割面に入射
した光を透過光と、反射光とに分割する。
領域に対応して設けられた複数の光分割面より形成され
ている。この光分割面は、入射面に対して予め定められ
た角度で互いに平行に設けられており、光分割面に入射
した光を透過光と、反射光とに分割する。
【0013】更に、前記内部光路形成手段は、入射面か
ら入射して反射された光が進行光路上の入射面の分割方
向における端部光分割面を透過した後に、他方の端部光
分割面の裏面側(言い換えれば、入射面から入射する側
の光分割面と反対側)の面に入射するように導くことに
より、内部に周回光路を形成させている。
ら入射して反射された光が進行光路上の入射面の分割方
向における端部光分割面を透過した後に、他方の端部光
分割面の裏面側(言い換えれば、入射面から入射する側
の光分割面と反対側)の面に入射するように導くことに
より、内部に周回光路を形成させている。
【0014】図1に、本発明の実施例に対応した光量均
一化素子の概念図を示し、この図を用いて本発明の基本
原理を説明する。(a)図は入射面1aから入射した光
束の光路を説明したものであり、(b)図は入射面1b
から入射した光束の光路を説明したものである。
一化素子の概念図を示し、この図を用いて本発明の基本
原理を説明する。(a)図は入射面1aから入射した光
束の光路を説明したものであり、(b)図は入射面1b
から入射した光束の光路を説明したものである。
【0015】図において、1は入射面、1aは第1入射
領域、1bは第2入射領域、2は射出面、31、32は
内部光路形成手段、4a及び4bはそれぞれ第1の光分
割面である。また、入射面1と射出面2は光透過性の光
学面からなり、内部光路形成手段31、32は全反射
面、光分割面4a、4bは半透過反射面からなるもので
ある。
領域、1bは第2入射領域、2は射出面、31、32は
内部光路形成手段、4a及び4bはそれぞれ第1の光分
割面である。また、入射面1と射出面2は光透過性の光
学面からなり、内部光路形成手段31、32は全反射
面、光分割面4a、4bは半透過反射面からなるもので
ある。
【0016】(a)図に示したように、入射面1aに入
射した光束Raは、光分割面4aにおいて反射され上端
部の内部光路形成手段31に入射する光束Rarと、光
分割面4aを透過して射出面2へ向かう光束Ratとに
分割される。
射した光束Raは、光分割面4aにおいて反射され上端
部の内部光路形成手段31に入射する光束Rarと、光
分割面4aを透過して射出面2へ向かう光束Ratとに
分割される。
【0017】光分割面4aにおいて反射された光束Ra
rは、端部に設けられた内部光路形成手段31、32に
より光分割面4bの裏面側から光分割面4bに入射す
る。
rは、端部に設けられた内部光路形成手段31、32に
より光分割面4bの裏面側から光分割面4bに入射す
る。
【0018】光分割面4bに入射した光束Rarは、光
分割面4bを透過し上部の光分割面4aに入射する光束
Rartと、光分割面4bに反射されて射出面2に向か
う光束Rarrとに分割される。この時、反射された光
束Rarrは、入射面1bから入射し光分割面4bを透
過した光束Rbtと合成されて射出される。
分割面4bを透過し上部の光分割面4aに入射する光束
Rartと、光分割面4bに反射されて射出面2に向か
う光束Rarrとに分割される。この時、反射された光
束Rarrは、入射面1bから入射し光分割面4bを透
過した光束Rbtと合成されて射出される。
【0019】また、光分割面4bを透過した光束Rar
tは、上部の光分割面4aに入射し、そこを透過して上
端部の内部光路形成手段31に入射する光束Rartt
と、反射されて射出面に入射する光束Rartrとに分
割される。この時、反射された光束Rartrは、入射
面1aから入射し光分割面4aを透過した光束Ratと
合成されて射出される。
tは、上部の光分割面4aに入射し、そこを透過して上
端部の内部光路形成手段31に入射する光束Rartt
と、反射されて射出面に入射する光束Rartrとに分
割される。この時、反射された光束Rartrは、入射
面1aから入射し光分割面4aを透過した光束Ratと
合成されて射出される。
【0020】更に、(b)図に示したように、入射面1
bに入射した光束Rbは、光分割面4bにおいて反射さ
れ上部の光分割面4aに入射する光束Rbrと、光分割
面4bを透過して出射面2へ向かう光束Rbtとに分割
される。
bに入射した光束Rbは、光分割面4bにおいて反射さ
れ上部の光分割面4aに入射する光束Rbrと、光分割
面4bを透過して出射面2へ向かう光束Rbtとに分割
される。
【0021】上部の光分割面4aに入射した光束Rbr
は、光分割面4aにおいて透過される光束Rbrtと、
光分割面4aを反射して出射面2へ向かう光束Rbrr
とに分割される。この時、反射された光束Rbrrは、
入射面1aから入射し光分割面4aを透過した光束Ra
tと合成されて射出される。
は、光分割面4aにおいて透過される光束Rbrtと、
光分割面4aを反射して出射面2へ向かう光束Rbrr
とに分割される。この時、反射された光束Rbrrは、
入射面1aから入射し光分割面4aを透過した光束Ra
tと合成されて射出される。
【0022】光分割面4aにおいて透過された光束Rb
rtは、内部光路形成手段31、32に入射し、そこで
全反射されて光分割面4bの裏面側から光分割面4bに
入射する。
rtは、内部光路形成手段31、32に入射し、そこで
全反射されて光分割面4bの裏面側から光分割面4bに
入射する。
【0023】光分割面4bに入射した光束Rbrtは、
光分割面4bを透過し上部の光分割面4aに入射する光
束Rbrttと、光分割面4bに反射されて射出面2に
向かう光束Rbrtrとに分割される。この時、反射さ
れた光束Rbrtrは、入射面1bから入射し光分割面
4bを透過した光束Rbtと合成されて射出される。
光分割面4bを透過し上部の光分割面4aに入射する光
束Rbrttと、光分割面4bに反射されて射出面2に
向かう光束Rbrtrとに分割される。この時、反射さ
れた光束Rbrtrは、入射面1bから入射し光分割面
4bを透過した光束Rbtと合成されて射出される。
【0024】このように、入射面1に入射した光束は、
光均一化素子内部に設けられた光分割面により繰り返し
分割合成されて射出されるため、入射光よりも均一に近
い光量の光束となって射出することになる。従って、入
射面1aに入射した光束と、入射面1bに入射した光束
とで、ある程度光強度に差異があっても射出される光束
の光強度は、その強度の差異が小さなものとなる。
光均一化素子内部に設けられた光分割面により繰り返し
分割合成されて射出されるため、入射光よりも均一に近
い光量の光束となって射出することになる。従って、入
射面1aに入射した光束と、入射面1bに入射した光束
とで、ある程度光強度に差異があっても射出される光束
の光強度は、その強度の差異が小さなものとなる。
【0025】また、入射領域の大きさは、光源光の光束
断面内に生じる強度のムラのパターンによって変えるこ
ともできる。例えば、細かいムラを発する光源の場合は
入射領域を狭めて細かい領域とすれば良いし、大まかで
光の強度にさほど差がないムラを発する光源の場合は入
射領域を余り分割せずに大きく取ってもよい。
断面内に生じる強度のムラのパターンによって変えるこ
ともできる。例えば、細かいムラを発する光源の場合は
入射領域を狭めて細かい領域とすれば良いし、大まかで
光の強度にさほど差がないムラを発する光源の場合は入
射領域を余り分割せずに大きく取ってもよい。
【0026】また、前記光分割合成手段は、前記第1の
光分割面を透過した光束の進行経路上で、かつ、前記内
部周回経路上に配置された第2の光分割面を備えていて
もよく、この第2の光分割面は、前記透過光の経路に対
して前記第1の光分割面と対称な角度で配置することに
より、より一層均一化された光束を得ることができる。
光分割面を透過した光束の進行経路上で、かつ、前記内
部周回経路上に配置された第2の光分割面を備えていて
もよく、この第2の光分割面は、前記透過光の経路に対
して前記第1の光分割面と対称な角度で配置することに
より、より一層均一化された光束を得ることができる。
【0027】この原理を本発明の別の実施例に対応する
図2に示す光量均一化素子の概念図と共に説明する。図
2(a)は入射面1aから入射した光束の光路の概略説
明図であり、図2(b)は入射面1bから入射した光束
の光路の概略説明図である。
図2に示す光量均一化素子の概念図と共に説明する。図
2(a)は入射面1aから入射した光束の光路の概略説
明図であり、図2(b)は入射面1bから入射した光束
の光路の概略説明図である。
【0028】図において、1は入射面、1aは第1入射
領域、1bは第2入射領域、2は射出面、31、32は
内部光路形成手段、4a及び4bはそれぞれ第1の光分
割面、4c及び4dはそれぞれ第2の光分割面である。
また、入射面1と射出面2は光透過性の光学面からな
り、内部光路形成手段31、32は全反射面、光分割面
4a、4b、4c及び4dは半透過反射面からなるもの
である。
領域、1bは第2入射領域、2は射出面、31、32は
内部光路形成手段、4a及び4bはそれぞれ第1の光分
割面、4c及び4dはそれぞれ第2の光分割面である。
また、入射面1と射出面2は光透過性の光学面からな
り、内部光路形成手段31、32は全反射面、光分割面
4a、4b、4c及び4dは半透過反射面からなるもの
である。
【0029】図2(a)に示したように、入射面1aに
入射した光束Raは、光分割面4aにおいて反射され上
端部の内部光路形成手段31に入射する光束Rarと、
光分割面4aを透過する光束Ratとに分割される。
入射した光束Raは、光分割面4aにおいて反射され上
端部の内部光路形成手段31に入射する光束Rarと、
光分割面4aを透過する光束Ratとに分割される。
【0030】内部光路形成手段31に入射した光束Ra
rは、内部光路形成手段31によって入射した向きと逆
の向きに進行方向を変えられて第2の光分割面4cに入
射する。
rは、内部光路形成手段31によって入射した向きと逆
の向きに進行方向を変えられて第2の光分割面4cに入
射する。
【0031】また、光分割面4aを透過した光束Rat
は、第2の光分割面に4cよって反射され第2の光分割
面4dに入射する光束Ratrと、第2の光分割面4c
を透過して射出面2に向かう光束Rattとに分割され
る。
は、第2の光分割面に4cよって反射され第2の光分割
面4dに入射する光束Ratrと、第2の光分割面4c
を透過して射出面2に向かう光束Rattとに分割され
る。
【0032】内部光路形成手段31に入射した後第2の
光分割面4cに入射する光束Rarは、第2の光分割面
4cを透過し下部の第2の光分割面4dに入射する光束
Rartと、第2の光分割面4cに反射され出射面2に
向かう光束Rarrとに分割される。
光分割面4cに入射する光束Rarは、第2の光分割面
4cを透過し下部の第2の光分割面4dに入射する光束
Rartと、第2の光分割面4cに反射され出射面2に
向かう光束Rarrとに分割される。
【0033】この時、反射された光束Rarrは、第1
の光分割面4aを透過または反射して第2の光分割面4
aを透過した光束と合成され、第2の光分割面4cを透
過した光束Rartは、第2の光分割面4cに反射され
た光束と合成される。
の光分割面4aを透過または反射して第2の光分割面4
aを透過した光束と合成され、第2の光分割面4cを透
過した光束Rartは、第2の光分割面4cに反射され
た光束と合成される。
【0034】また、第2の光分割面4cを透過した光束
Rartは、下部の第2の光分割面4dに入射し、そこ
を透過して下端部の内部光路形成手段32に入射する光
束Rarttと、反射され射出面2に向かう光束Rar
trとに分割される。
Rartは、下部の第2の光分割面4dに入射し、そこ
を透過して下端部の内部光路形成手段32に入射する光
束Rarttと、反射され射出面2に向かう光束Rar
trとに分割される。
【0035】この時、第2の光分割面4dを透過して下
端部の内部光路形成手段32に入射する光束Rartt
は、第1の光分割面4bを透過または反射して第2の光
分割面4dを反射した光束と合成され、反射された光束
Rartrは、第1の光分割面4bを透過または反射し
て第2の光分割面4dを透過した光束と合成される。
端部の内部光路形成手段32に入射する光束Rartt
は、第1の光分割面4bを透過または反射して第2の光
分割面4dを反射した光束と合成され、反射された光束
Rartrは、第1の光分割面4bを透過または反射し
て第2の光分割面4dを透過した光束と合成される。
【0036】更に、内部光路形成手段32に入射した光
束Rarttは、内部光路形成手段31によって入射し
た向きと逆の向きに進行方向を変えられて第1の光分割
面4bに入射する。
束Rarttは、内部光路形成手段31によって入射し
た向きと逆の向きに進行方向を変えられて第1の光分割
面4bに入射する。
【0037】第1の光分割面4bに入射した光束Rar
ttは、第1の光分割面4bを透過し上部の第1の光分
割面4aに入射する光束Rartttと、第1の光分割
面4bに反射されて第2の光分割面4dに向かう光束R
arttrとに分割される。
ttは、第1の光分割面4bを透過し上部の第1の光分
割面4aに入射する光束Rartttと、第1の光分割
面4bに反射されて第2の光分割面4dに向かう光束R
arttrとに分割される。
【0038】この時、第1の光分割面4bを透過した光
束Rartttは、入射面1bより入射し第1の光分割
面4bを反射した光束と合成され、第1の光分割面4b
に反射された光束Rarttrは、入射面1bより入射
し第1の光分割面4bを透過した光束と合成される。
束Rartttは、入射面1bより入射し第1の光分割
面4bを反射した光束と合成され、第1の光分割面4b
に反射された光束Rarttrは、入射面1bより入射
し第1の光分割面4bを透過した光束と合成される。
【0039】第1の光分割面4bを透過し上部の第1の
光分割面4aに入射した光束Rartttは、そこを透
過して上端部の内部光路形成手段31に入射する光束R
arttttと、反射され出射面2に向かう光束Rar
tttrとに分割される。
光分割面4aに入射した光束Rartttは、そこを透
過して上端部の内部光路形成手段31に入射する光束R
arttttと、反射され出射面2に向かう光束Rar
tttrとに分割される。
【0040】また(b)図に示したように、入射面1b
に入射した光束Rbは、第1の光分割面4bにおいて反
射され上部の第1の光分割面4aに入射する光束Rbr
と、光分割面4bを透過して第2の光分割面4dに入射
する光束Rbtとに分割される。
に入射した光束Rbは、第1の光分割面4bにおいて反
射され上部の第1の光分割面4aに入射する光束Rbr
と、光分割面4bを透過して第2の光分割面4dに入射
する光束Rbtとに分割される。
【0041】上部の第1の光分割面4aに入射した光束
Rbrは、第1の光分割面4aを透過し上端部の内部光
路形成手段31に入射する光束Rbrtと、第1の光分
割面4aにより反射されて第2の光分割面4cに入射す
る光束Rbrrとに分割される。
Rbrは、第1の光分割面4aを透過し上端部の内部光
路形成手段31に入射する光束Rbrtと、第1の光分
割面4aにより反射されて第2の光分割面4cに入射す
る光束Rbrrとに分割される。
【0042】この時、透過した光束Rbrtは、入射面
1より入射し光分割面4aを反射した光束Ratと合成
され、反射された光束Rbrrは、入射面1より入射し
光分割面4aを透過した光束Ratと合成される。
1より入射し光分割面4aを反射した光束Ratと合成
され、反射された光束Rbrrは、入射面1より入射し
光分割面4aを透過した光束Ratと合成される。
【0043】上端部の内部光路形成手段31に入射した
光束Rbrtは、そこで全反射されて入射した向きと逆
の向きに進行方向を変えられ第2の光分割面4cに入射
する。
光束Rbrtは、そこで全反射されて入射した向きと逆
の向きに進行方向を変えられ第2の光分割面4cに入射
する。
【0044】第2の光分割面4cに入射した光束Rbr
tは、第2の光分割面4cを透過し下部の光分割面4d
に入射する光束Rbrttと、第2の光分割面4cに反
射されて出射面2に向かう光束Rbrtrとに分割され
る。
tは、第2の光分割面4cを透過し下部の光分割面4d
に入射する光束Rbrttと、第2の光分割面4cに反
射されて出射面2に向かう光束Rbrtrとに分割され
る。
【0045】この時、透過した光束Rbrttは、第1
の光分割面4aを反射また透過し第2の光分割面4cに
反射された光束と合成され、反射された光束Rbrtr
は、第1の光分割面4aを反射また透過し第2の光分割
面4cを透過した光束と合成される。
の光分割面4aを反射また透過し第2の光分割面4cに
反射された光束と合成され、反射された光束Rbrtr
は、第1の光分割面4aを反射また透過し第2の光分割
面4cを透過した光束と合成される。
【0046】下部の光分割面4dに入射した光束Rbr
ttは、そこを透過して下端部の内部光路形成手段32
に入射する光束Rbrtttと、反射され出射面2に向
かう光束Rbrttrとに分割される。
ttは、そこを透過して下端部の内部光路形成手段32
に入射する光束Rbrtttと、反射され出射面2に向
かう光束Rbrttrとに分割される。
【0047】この時、第2の光分割面4dを透過して下
端部の内部光路形成手段32に入射した光束Rbrtt
tは、第1の光分割面4bを透過または反射して第2の
光分割面4dを反射した光束と合成され、反射された光
束Rbrttrは、第1の光分割面4bを透過または反
射して第2の光分割面4dを透過した光束と合成され
る。
端部の内部光路形成手段32に入射した光束Rbrtt
tは、第1の光分割面4bを透過または反射して第2の
光分割面4dを反射した光束と合成され、反射された光
束Rbrttrは、第1の光分割面4bを透過または反
射して第2の光分割面4dを透過した光束と合成され
る。
【0048】下端部の内部光路形成手段32に入射した
光束Rbrtttは、そこで全反射されて入射した向き
と逆の向きに進行方向を変えられ第1の光分割面4bに
入射する。
光束Rbrtttは、そこで全反射されて入射した向き
と逆の向きに進行方向を変えられ第1の光分割面4bに
入射する。
【0049】第1の光分割面4bを透過して上部の第1
の光分割面4aに入射する光束Rbrttttと、反射
され第2の光分割面4dに入射する光束Rbrtttr
とに分割される。
の光分割面4aに入射する光束Rbrttttと、反射
され第2の光分割面4dに入射する光束Rbrtttr
とに分割される。
【0050】この時、第1の光分割面4aに入射する光
束Rbrttttは、入射面1bより入射し第1の光分
割面4bに反射された光束Rbrと合成され、第2の光
分割面4dに入射した光束Rbrtttrは、入射面1
bより入射し第1の光分割面4bを透過した光束Rbt
と合成される。
束Rbrttttは、入射面1bより入射し第1の光分
割面4bに反射された光束Rbrと合成され、第2の光
分割面4dに入射した光束Rbrtttrは、入射面1
bより入射し第1の光分割面4bを透過した光束Rbt
と合成される。
【0051】このように、入射面に入射した光束が、光
均一化素子内部に設けられた第1の光分割面と第2の光
分割面とにより繰り返し分割合成されて射出されるた
め、より一層均一化された強度の光束を得ることができ
る。
均一化素子内部に設けられた第1の光分割面と第2の光
分割面とにより繰り返し分割合成されて射出されるた
め、より一層均一化された強度の光束を得ることができ
る。
【0052】また、本発明の光量均一化素子を複数用
い、前記入射光の光軸方向に沿って複数配置すると共
に、個々の光量均一化素子の入射面の分割方向が互いに
異なるように配置したため、一つの素子に設けられた光
分割面の配置方向だけでなく、別の素子に設けられた光
分割面の配置方向に関しても光量をより均一化すること
ができ、出射面全体により均一化された強度の光束を得
ることができる。
い、前記入射光の光軸方向に沿って複数配置すると共
に、個々の光量均一化素子の入射面の分割方向が互いに
異なるように配置したため、一つの素子に設けられた光
分割面の配置方向だけでなく、別の素子に設けられた光
分割面の配置方向に関しても光量をより均一化すること
ができ、出射面全体により均一化された強度の光束を得
ることができる。
【0053】更に、本発明の光量均一化素子を複数用
い、個々の光量均一化素子の入射面の分割方向が互いに
直交するように配置すれば、一つの素子に設けられた光
分割面の配置方向に対して直交する方向の光量の均一化
を行えるので、より一層射出面全体に均一化された強度
の光束を得ることができる。
い、個々の光量均一化素子の入射面の分割方向が互いに
直交するように配置すれば、一つの素子に設けられた光
分割面の配置方向に対して直交する方向の光量の均一化
を行えるので、より一層射出面全体に均一化された強度
の光束を得ることができる。
【0054】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明する。
尚、各図について同一または相当する構成については同
一の符号を付した。
尚、各図について同一または相当する構成については同
一の符号を付した。
【0055】図1は、本発明の光量均一化素子内の作用
を示した概略説明図である。図において、1は入射面、
2は射出面、31は上部反射鏡、32は下部反射鏡、4
a及び4bはハーフミラーである。
を示した概略説明図である。図において、1は入射面、
2は射出面、31は上部反射鏡、32は下部反射鏡、4
a及び4bはハーフミラーである。
【0056】入射面は、二つの入射領域1a、1bに分
割されており、それぞれの入射領域に対応してハーフミ
ラー4a、4bが設けられている。ハーフミラー4aと
ハーフミラー4bは、入射面1に対して45°の角度を
保つように配置され、入射面1の分割方向における上端
部及び下端部にはそれぞれ90°に折曲された上部反射
鏡31及び下部反射鏡32が設けられいる。
割されており、それぞれの入射領域に対応してハーフミ
ラー4a、4bが設けられている。ハーフミラー4aと
ハーフミラー4bは、入射面1に対して45°の角度を
保つように配置され、入射面1の分割方向における上端
部及び下端部にはそれぞれ90°に折曲された上部反射
鏡31及び下部反射鏡32が設けられいる。
【0057】光源より発せられた光束Rが、入射面1に
入射する時、入射領域1a、1bにより二つの光束R
a、Rbに分割される。入射領域1aに入射した光束R
aは、内部に設けられたハーフミラー4aにより反射光
束Rarと透過光束Ratとに分割される。
入射する時、入射領域1a、1bにより二つの光束R
a、Rbに分割される。入射領域1aに入射した光束R
aは、内部に設けられたハーフミラー4aにより反射光
束Rarと透過光束Ratとに分割される。
【0058】反射光束Rarは、上部反射鏡31により
全反射されて入射した向きと逆の向きに射出され、下部
反射鏡32に入射する。下部反射鏡32に入射した反射
光束Rarは、再び全反射されて逆向きに射出された
後、ハーフミラー4bに裏面側から入射する。
全反射されて入射した向きと逆の向きに射出され、下部
反射鏡32に入射する。下部反射鏡32に入射した反射
光束Rarは、再び全反射されて逆向きに射出された
後、ハーフミラー4bに裏面側から入射する。
【0059】ハーフミラー4bに入射した光束Rar
は、再び反射光束Rarrと透過光速Rartとに分割
され、この時、反射光束Rarrは入射面1bから入射
した光束Rbの透過光束Rbtと合成されて射出される
と共に、透過光速Rartは入射面1bから入射した光
束Rbの反射光束Rbrと合成されてハーフミラー4a
に入射する。
は、再び反射光束Rarrと透過光速Rartとに分割
され、この時、反射光束Rarrは入射面1bから入射
した光束Rbの透過光束Rbtと合成されて射出される
と共に、透過光速Rartは入射面1bから入射した光
束Rbの反射光束Rbrと合成されてハーフミラー4a
に入射する。
【0060】ハーフミラー4aに裏面側から入射した反
射光束Rbrと透過光速Rartとの合成光束は、そこ
でも分割合成が行われ、射出される光束と周回経路を周
回する光束とに分割合成されている。このように入射し
た光束は、素子内部において、切り返し分割合成される
ので、入射した光束Ra、Rbほぼの平均の光強度の光
束Rea、Rebとして射出される。
射光束Rbrと透過光速Rartとの合成光束は、そこ
でも分割合成が行われ、射出される光束と周回経路を周
回する光束とに分割合成されている。このように入射し
た光束は、素子内部において、切り返し分割合成される
ので、入射した光束Ra、Rbほぼの平均の光強度の光
束Rea、Rebとして射出される。
【0061】また、本実施例では、光分割合成手段の光
分割面は、光量を分割合成するハーフミラーを挙げてい
るが、これに限らずに別の例として、可視光線のうち特
定の波長のみを選択的に透過する選択的波長透過ミラー
のような光分割面を備えたハーフミラーを使用しても良
いものである。
分割面は、光量を分割合成するハーフミラーを挙げてい
るが、これに限らずに別の例として、可視光線のうち特
定の波長のみを選択的に透過する選択的波長透過ミラー
のような光分割面を備えたハーフミラーを使用しても良
いものである。
【0062】また、図2は、本発明の別の光量均一化素
子内の作用を示した概略説明図である。図において、1
は入射面、2は出射面、31は上部反射鏡、32下部反
射鏡4a、4b、4c及び4dはそれぞれハーフミラー
である
子内の作用を示した概略説明図である。図において、1
は入射面、2は出射面、31は上部反射鏡、32下部反
射鏡4a、4b、4c及び4dはそれぞれハーフミラー
である
【0063】入射面は、二つの入射領域1a、1bに分
割されており、それぞれの入射領域に対応してハーフミ
ラー4aと4c、4bと4dが設けられている。ハーフ
ミラー4aとハーフミラー4bは、入射面1に対して4
5°の角度を保つように配置され、ハーフミラー4cと
ハーフミラー4dは、射出面2に対して45°の角度を
保つように配置されている。また、入射面の分割方向に
おける上端部及び下端部にはそれぞれ90°に折曲され
た上部反射鏡31及び下部反射鏡32が設けられいる。
割されており、それぞれの入射領域に対応してハーフミ
ラー4aと4c、4bと4dが設けられている。ハーフ
ミラー4aとハーフミラー4bは、入射面1に対して4
5°の角度を保つように配置され、ハーフミラー4cと
ハーフミラー4dは、射出面2に対して45°の角度を
保つように配置されている。また、入射面の分割方向に
おける上端部及び下端部にはそれぞれ90°に折曲され
た上部反射鏡31及び下部反射鏡32が設けられいる。
【0064】また、図3は、本発明の光量均一化素子の
第1実施例を示した斜視図である。入射面は11〜17
に分割され、入射面の分割方向の上下端には反射鏡を設
けたと共に、入射領域それぞれに第1のハーフミラー4
1〜47と第2のハーフミラー51〜57とを設けた構
成となっている。この時の、上部及び下部反射鏡の屈折
角度と、第1のハーフミラーと第2のハーフミラーとの
直交角度は共に90°である。
第1実施例を示した斜視図である。入射面は11〜17
に分割され、入射面の分割方向の上下端には反射鏡を設
けたと共に、入射領域それぞれに第1のハーフミラー4
1〜47と第2のハーフミラー51〜57とを設けた構
成となっている。この時の、上部及び下部反射鏡の屈折
角度と、第1のハーフミラーと第2のハーフミラーとの
直交角度は共に90°である。
【0065】光源から発せられた光束Ra〜Rdはそれ
ぞれ光強度が異なった光束である。従って、入射領域1
1〜17ごとに入射する光量が相違することになるが、
それぞれの入射領域11〜17に対応して設けられた第
1のハーフミラー41〜47及び第2のハーフミラー5
1〜57によって、分割合成されてより均一化した光束
Rea〜Redとして射出される。
ぞれ光強度が異なった光束である。従って、入射領域1
1〜17ごとに入射する光量が相違することになるが、
それぞれの入射領域11〜17に対応して設けられた第
1のハーフミラー41〜47及び第2のハーフミラー5
1〜57によって、分割合成されてより均一化した光束
Rea〜Redとして射出される。
【0066】ここで、図4に光強度分布図を示す。ここ
で、図4(a)は、入射面1に達する光束の光強度分布
を示し、図4(b)は、射出面2における光強度分布を
示す。なお、図4(a)及び図4(b)においては、x
軸を光強度、y軸を入射面または射出面での光軸垂直方
向における位置としている。これらの図に示されるよう
に、光強度分布が均一でない光束を光量均一化素子によ
りほぼ均一な強度分布を持つ光束とすることができる。
で、図4(a)は、入射面1に達する光束の光強度分布
を示し、図4(b)は、射出面2における光強度分布を
示す。なお、図4(a)及び図4(b)においては、x
軸を光強度、y軸を入射面または射出面での光軸垂直方
向における位置としている。これらの図に示されるよう
に、光強度分布が均一でない光束を光量均一化素子によ
りほぼ均一な強度分布を持つ光束とすることができる。
【0067】また、図5は、本発明の光量均一化素子の
第2実施例を示した斜視図である。この実施例では、二
つの光量均一化素子を組み合わせて一体としたものを挙
げている。(a)はひとつの光量均一化素子の斜視図で
あり、(b)及び(c)は(a)の光量均一化素子を一
体とする時の組合わせ方の説明図である。図からもわか
る様に互いの入射面の分割方向が直交するように組み合
わせて一つの光量均一化素子としている。
第2実施例を示した斜視図である。この実施例では、二
つの光量均一化素子を組み合わせて一体としたものを挙
げている。(a)はひとつの光量均一化素子の斜視図で
あり、(b)及び(c)は(a)の光量均一化素子を一
体とする時の組合わせ方の説明図である。図からもわか
る様に互いの入射面の分割方向が直交するように組み合
わせて一つの光量均一化素子としている。
【0068】図6は、本発明の光量均一化装置の一実施
例である。図において、Sは光源、Oは照明面、L1は
コリメータレンズ系、P1及びP2は本発明の光量均一
化素子である。本実施例の光量均一化装置は、光量均一
化素子P1と光量均一化素子P2との入射面の分割方向
が直交するように一体に組み合わせたものである。
例である。図において、Sは光源、Oは照明面、L1は
コリメータレンズ系、P1及びP2は本発明の光量均一
化素子である。本実施例の光量均一化装置は、光量均一
化素子P1と光量均一化素子P2との入射面の分割方向
が直交するように一体に組み合わせたものである。
【0069】Sから発せられた光束は、コリメータレン
ズ系L1に入射して平行光束に変換された後に、光量均
一化素子P1に入射する。光量均一化素子P1に入射し
た光束は、均一化素子P1の入射面の分割方向に対して
より均一化されて射出されるが、すぐに次に設けられた
均一化素子P2に入射することになる。
ズ系L1に入射して平行光束に変換された後に、光量均
一化素子P1に入射する。光量均一化素子P1に入射し
た光束は、均一化素子P1の入射面の分割方向に対して
より均一化されて射出されるが、すぐに次に設けられた
均一化素子P2に入射することになる。
【0070】光量均一化素子P2に入射した光束は、均
一化素子P2の入射面の分割方向に対してより均一化さ
れて射出されるので、照明面Oに達した光束は、縦横方
向に対してより均一化された光束となる。
一化素子P2の入射面の分割方向に対してより均一化さ
れて射出されるので、照明面Oに達した光束は、縦横方
向に対してより均一化された光束となる。
【0071】この光量均一化装置は、構成する光量均一
化素子P1の射出面と光量均一化素子P2の入射面とを
接着剤等により接着して一体にしたものであるが、ある
程度近接していれば、光量均一化素子P1の射出面と光
量均一化素子P2の入射面との間を少し開けて配置して
もよいものである。
化素子P1の射出面と光量均一化素子P2の入射面とを
接着剤等により接着して一体にしたものであるが、ある
程度近接していれば、光量均一化素子P1の射出面と光
量均一化素子P2の入射面との間を少し開けて配置して
もよいものである。
【0072】また、入射面の分割方向が直交していれ
ば、光量均一化素子P1と光量均一化素子P2の配置順
序及び上下方向に関係なく設けることができるものであ
る。
ば、光量均一化素子P1と光量均一化素子P2の配置順
序及び上下方向に関係なく設けることができるものであ
る。
【0073】更に、図7は、本発明の光量均一化素子を
多数用いた場合の光量均一化装置の一実施例である。図
では、光量均一化素子P1の入射面と光量均一化素子P
3の入射面とが同じ分割方向に分割された光量均一化素
子であり、光量均一化素子P2入射面と光量均一化素子
P4入射面とが、P1及びP3の入射面の分割方向と直
交した方向に分割されたものであるが勿論、配置順序及
び上下方向に関係なく設けることができるものである。
多数用いた場合の光量均一化装置の一実施例である。図
では、光量均一化素子P1の入射面と光量均一化素子P
3の入射面とが同じ分割方向に分割された光量均一化素
子であり、光量均一化素子P2入射面と光量均一化素子
P4入射面とが、P1及びP3の入射面の分割方向と直
交した方向に分割されたものであるが勿論、配置順序及
び上下方向に関係なく設けることができるものである。
【0074】
【発明の効果】以上のように、本発明の光量均一化素子
及び光量均一化装置は、簡単な光学系の構成で、光量の
ムラをより均一にすることができる。更に、配置間隔を
厳密に設定するような必要がないため、配置の自由度を
大きくすることができる。
及び光量均一化装置は、簡単な光学系の構成で、光量の
ムラをより均一にすることができる。更に、配置間隔を
厳密に設定するような必要がないため、配置の自由度を
大きくすることができる。
【0075】また、フライアイレンズFIを使用せずに
光量の均一化を可能としたため、従来の均一照明装置よ
り小型で、比較的低コストで均一な照度分布の照明を実
現することができる。
光量の均一化を可能としたため、従来の均一照明装置よ
り小型で、比較的低コストで均一な照度分布の照明を実
現することができる。
【図1】本発明の基本態様に係る光量均一化素子内の作
用を示した概略説明図である。
用を示した概略説明図である。
【図2】本発明の別の基本態様に係光量均一化素子内の
作用を示した概略説明図である。
作用を示した概略説明図である。
【図3】本発明の第1実施例による光量均一化素子を示
した斜視図である。
した斜視図である。
【図4】図3に示した実施例の射出面における光強度分
布図である。
布図である。
【図5】本発明の第2実施例による光量均一化素子を示
した斜視図である。
した斜視図である。
【図6】本発明の一実施例による光量均一化装置の構成
を示した説明図である。
を示した説明図である。
【図7】本発明の光量均一化素子を多数用いた光量均一
化装置の一実施例を示す説明図である。
化装置の一実施例を示す説明図である。
【図8】コリメータレンズ系とフライアイレンズとから
なる従来の均一照明装置の構成例を示す説明図である。
なる従来の均一照明装置の構成例を示す説明図である。
1 入射面
1a、1b、 入射領域
11〜17 入射領域
2 射出面
31、32 反射鏡
4a、4b ハーフミラー
41〜47 ハーフミラー
51〜57 ハーフミラー
Ra、Rb、Rc、Rd 入射光束
Rea、Reb、Rec、Red 射出光束
S 光源
O 照明面
FI フライアイレンズ
L1、L2 コリメータレンズ系
P1、P2、P3、P4 光量均一化素子
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の入射領域に分割された入射面と、
該入射面から入射した光束を透過光と反射光とに分割す
る光分割合成手段と、前記反射光の進行光路上に設けら
れた内部光路形成手段と、を備え;前記入射面は、予め
定められた一方向に対して複数の入射領域に分割され;
前記光分割合成手段は、夫々の入射領域に対応して設け
られた複数の第1の光分割面からなり、個々の前記光分
割面は入射面に対して予め定められた角度で互いに平行
に設けられ;前記内部光路形成手段は、前記反射光の進
行光路上の前記方向における端部の光分割面を透過した
光束を他方の端部の光分割面に裏面側から前記進行形路
上に入射させるように導いて、内部周回経路を構成する
ものであり;前記内部周回経路上の光束を前記光分割面
の裏面で反射させると共に前記入射光の透過光と合成し
て射出させることを特徴とする光量均一化素子。 - 【請求項2】 前記光分割合成手段が、前記第1の光分
割面を透過した光束の進行経路上で、且つ、前記内部周
回経路上に配置された第2の光分割面を備えており、 該第2の光分割面は、前記透過光の経路に対して前記第
1の光分割面と対称な角度で配置されていることを特徴
とする請求項1に記載の光量均一化素子。 - 【請求項3】 複数の入射領域に分割された入射面と、
該入射面から入射した光束を透過光と反射光とに分割す
る光分割合成手段と、前記反射光の進行光路上に設けら
れた内部光路形成手段と、を備え;前記入射面は、予め
定められた一方向に対して複数の入射領域に分割され;
前記光分割合成手段は、夫々の入射領域に対応して設け
られた複数の第1の光分割面からなり、個々の前記光分
割面は入射面に対して予め定められた角度で互いに平行
に設けられ;前記内部光路形成手段は、前記反射光の進
行光路上の前記方向における端部の光分割面を透過した
光束を他方の端部の光分割面に裏面側から前記進行形路
上に入射させるように導いて、内部周回経路を構成する
ものであり;前記内部周回経路上の光束を前記光分割面
の裏面で反射させると共に前記入射光の透過光と合成し
て射出させる複数の光量均一化素子を備え、 該光量均一化素子は、前記入射光の光軸方向に沿って複
数配置され、 個々の前記光量均一化素子の入射面の分割方向は、互い
に異なることを特徴とする光量均一化装置。 - 【請求項4】 前記入射面の分割方向が互いに直交する
ように配置されることを特徴とする請求項3に記載の光
量均一化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30613393A JP3470366B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 光量均一化素子及び光量均一化装置 |
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1993
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