JPWO2019234795A1 - 光照射装置 - Google Patents

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Abstract

光照射装置は、光源（１）、投影光学系（２０）、ウェッジプリズム（３０，４０）及び収差補正面（９０１）を備える。投影光学系（２０）は光源（１）から発せられた光を基に形成された像を投影する。収差補正面（９０１）は像が投影光学系（２０）で投影される際に発生する収差を補正する。ウェッジプリズム（３０）は投影光学系（２０）から出射された光を偏向する。ウェッジプリズム（４０）はウェッジプリズム（３０）で偏向された光を偏向する。ウェッジプリズム（３０，４０）は、少なくとも一方が回転することで、ウェッジプリズム（４０）から出射される光の偏向方向を変更するように保持される。収差補正面（９０１）は、投影光学系（２０）の出射面（２０２）よりもウェッジプリズム（３０）側に配置され、ウェッジプリズム（３０）の入射面（３０１）を含んでウェッジプリズム（３０）よりも投影光学系（２０）側に配置される。

Description

本発明は、光照射装置に関する。
例えば、特許文献１には、屈折光学系として２つの楔状プリズムを楔の向きを互いに逆にして組合せたものを用い、これら楔状プリズムの一方を他方に対して回転させることにより、光ビームの向きを調整することを特徴とするマルチビーム走査装置が記載されている。
特開２００２−１７４７８５号公報（段落００１１、段落００４５、図３）
しかしながら、特許文献１に示されたマルチビーム走査装置のウェッジプリズムは２つの平面の組み合わせである。このため、ウェッジプリズムを透過した光には収差が生じる。特に、面発光のＬＥＤなどの光源ではこの影響が顕著となる。そして、大きな収差が生じてしまう。このため、光が照射される照射面上では、照射された光の輪郭がぼやけてしまう。
この発明に係る光照射装置は、光を発する光源と、前記光源から発せられた前記光を基に形成された像を投影する投影光学系と、前記像が前記投影光学系で投影される際に発生する収差を補正する収差補正面と、前記投影光学系から出射された前記光を入射して偏向する第１のウェッジプリズムと、前記第１のウェッジプリズムで偏向された前記光を入射して偏向する第２のウェッジプリズムとを備え、前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムは、前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムの少なくとも一方が回転することで、前記第２のウェッジプリズムから出射される光の偏向方向を変更するように保持され、前記収差補正面は、前記投影光学系の出射面よりも前記第１のウェッジプリズムの側に配置され、前記第１のウェッジプリズムの入射面を含んで前記第１のウェッジプリズムよりも前記投影光学系の側に配置されている。
本発明に係る光照射装置によれば、一対のウェッジプリズムによって光を偏向した際に生じる収差を低減するこができる。
本発明の実施の形態１に係る光照射装置１００の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光照射装置１００のスポットダイアグラムを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る発光面１０１上の評価点を示す図である。 比較例に係る光照射装置２００の構成を概略的に示す図である。 比較例に係る光照射装置２００のスポットダイアグラムを示す図である。 本発明の変形例に係る光照射装置３００の構成を概略的に示す図である。
二酸化炭素（ＣＯ２）の排出と燃料の消費を抑えるといった環境への負荷を軽減する観点から、光照射装置の省エネルギー化が望まれている。これに伴い、光照射装置においても小型化、軽量化及び省電力化が求められている。そこで、光照射装置の光源として、従来のハロゲンバルブ（ランプ光源）に比べて発光効率の高い半導体光源の採用が望まれている。「半導体光源」とは、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））およびレーザーダイオード（ＬＤ）などである。
また、光源としては、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）および蛍光体を用いた光源などは、固体光源とも呼ばれる。蛍光体を用いた光源は、例えば、基材上に塗布された蛍光体に励起光を照射して発光させる。半導体光源は、固体光源の一種である。
ウェッジプリズムは、入射面に対して出射面が傾斜したプリズムである。つまり、ウェッジプリズムは傾斜した光学面を含んでいる。ウェッジプリズムの１つの面は、他の面に対し小さい角度で傾斜している。１つの面の他の面に対する傾斜角は、ウェッジ角または頂角と呼ばれる。ウェッジプリズムに入射した光は、頂角に応じた角度で屈折し出射される。ウェッジプリズムに入射した光は、プリズムの厚みが厚い方向へ屈折する。ウェッジプリズムに入射した光に対するウェッジプリズムから出射される光の角度は、偏角と呼ばれる。
以下において、頂角をウェッジ角αとよんで説明する。ウェッジプリズムの２つの屈折面は、一般的に平面であるが、以下に示す「ウェッジプリズム」は、屈折面が曲面の場合も含む。
また、以下の実施の形態では、ウェッジプリズムの１つの面は回転軸に対して垂直な面としている。しかし、ウェッジプリズムの２つの面が回転軸に対して傾斜した面であってもよい。つまり、ウェッジプリズムの入射面および出射面が回転軸に対して傾斜した面であってもよい。
特許文献１のマルチビーム走査装置ように２つのウェッジプリズムを用いて光を偏向する装置では、ウェッジプリズムから出射される光は、照射面上で円状の領域内に照射される。
２つのウェッジプリズムをウェッジプリズムの回転軸を中心に回転させることで、ウェッジプリズムから出射される光の偏向方向は変更される。例えば、２つのウェッジプリズムを同じ角度で互いに反対方向に回転させると、ウェッジプリズムから出射された光は、照射面上で直線上を移動する。つまり、ウェッジプリズムから出射された光は、ウェッジプリズムの回転軸に垂直な方向に直線的に移動する。ウェッジプリズムから出射された光は、照射面上でウェッジプリズムの回転軸に垂直な方向に直線的に移動する。
２つのウェッジプリズムを用いて光を偏向する装置は、例えば、レーザー光のような光束径の細い光線を走査して画像を形成する装置または情報を表示する装置などに採用される。しかし、光照射装置１００は、例えば、ＬＥＤのような光束径の太い光束を走査して配光を変更する照明装置などに採用される。
光照射装置１００は、投影像を照射面上で移動させて表示する装置に採用される。例えば、光照射装置１００の光路上に、画像表示デバイスが配置される。画像表示デバイスは、記号などの形状の絞り板または液晶パネル等である。これによって、光照射装置１００は記号または画像などの投影像を照射面上で移動させることができる。これによって、光照射装置１００は、路面または通路などに画像情報を投影して、注意喚起または通行者の誘導などを行うことができる。
また、光照射装置１００は、例えば、ダウンライト、スポットライト、サーチライトまたは車両用灯具などに採用される。
ダウンライトは、建物内の天井に埋め込んで取り付ける照明器具のうち小型のものである。光照射装置１００は、ダウンライトの照射領域を移動させることができる。また、ダウンライトに投影像を投影させることもできる。
スポットライトは、特定の場所に集中的に強烈な光を当てるため考案された照明機具の一つである。スポットライトは、主に劇場などで観客の注目を集めるために使われ、一点を集中的に照らす照明器具である。スポットライトは、照射対象が移動する場合には、照射される位置を移動させて使われる。
サーチライトは、夜間に遠方まで照らし出すようにした照明装置である。サーチライトは、通常、上下方向及び左右方向に振ることの出来る経緯台に取り付けられている。光照射装置１００は、経緯台を用いずに照射領域を移動させることができる。
光照射装置１００は、車両用灯具として、自動車などの車両用照明装置のハイビームとして使用することができる。ハイビームは、走行時に使用される前照灯である。ハイビームの照灯距離は、例えば、１００ｍである。光照射装置１００は、例えば、走行中に前方の歩行者を照明するために、照射される位置を歩行者に合わせて移動させる。
光照射装置１００は、車両用灯具として、自動車などのロービームとして使用することができる。ロービームは、対向車とすれ違う時に使用される前照灯である。ロービームの照灯距離は、例えば、３０ｍである。光照射装置１００は、例えば、照射される位置を高速に走査してロービームに求められる配光を実現する。
また、光照射装置１００は、車両用灯具として、自動車などの配光可変型前照灯システムとして使用することができる。配光可変型前照灯システムとは、例えばＡＤＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｂｅａｍ）などである。ＡＤＢは、走行中にハイビームで前方車両を眩惑しないように、前方車両を眩惑させる領域のみを消灯する。そして、ＡＤＢは、他の領域をハイビームで照射して視認性を確保して安全性を高める。
光照射装置１００は、これらの照明装置において、照射された光の輪郭のぼやけを低減することができる。
以下の実施の形態において、説明を容易にするため、各図中にＸＹＺ直交座標軸を示す。
以下の説明において、光照射装置１００の前方を＋Ｚ軸方向とし、後方を−Ｚ軸方向とする。光照射装置１００の前方は、照明光が出射される方向である。以下に示す実施の形態では、例えば、光源１０から出射される光は、＋Ｚ軸方向に出射される。図に示された光照射装置１００の上側を＋Ｙ軸方向とし、下側を−Ｙ軸方向とする。例えば、車両用灯具の場合には、車両の上側が＋Ｙ軸方向である。そして、車両の下側が−Ｙ軸方向である。光照射装置１００の前方（＋Ｚ軸方向）を向いた状態で、光照射装置１００の右側を＋Ｘ軸方向とし、光照射装置１００の左側を−Ｘ軸方向とする。図面では、手前側が＋Ｘ軸方向で、奥側が−Ｘ軸方向である。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る光照射装置１００の構成を示す図である。
＜光照射装置１００の構成＞
光照射装置１００は、光源１０、投影光学系２０、ウェッジプリズム３０及びウェッジプリズム４０を備える。光照射装置１００は、回転機構５０，６０及び制御回路７０を備えることができる。なお、光軸Ｃは、光照射装置１００の光軸である。以下に示す光軸は、鏡などを用いて方向を変更することができる。しかし、光軸方向で示す位置関係は、光軸を直線と扱って示される。
≪光源１０≫
光源１０は、光を発する。光源１０は、照明光を発する。光源１０は、発光面１０１から光を発する。光源１０は、例えば、面状の発光面１０１を備える。つまり、光源１０は面光源である。光源１０は面発光の光源である。「面光源」とは、例えば、設計の際に点光源として扱えない光源である。
光軸Ｃ１０は、光源１０の光軸である。光軸Ｃ１０は、例えば、光源１０の発光面１０１の中心を通り発光面１０１に垂直な軸である。光軸Ｃ１０は、例えば、光源１０の主光軸である。主光軸は、照明装置の幾何学的な中心軸ではなく、その光源が放射する光学的な中心軸である。主光軸は、一般に最高光度の放射方向である。
光源１０は、例えば、ＬＥＤである。光源１０は、例えば、固体光源である。なお、以下の説明では、光源１０をＬＥＤとして説明する。
≪投影光学系２０≫
投影光学系２０は、入射した光の発散角を変更する。投影光学系２０は、出射する光の発散角を入射した光の発散角よりも小さくする。投影光学系２０は、光源１０から出射された光を集光する。大きな発散角を有するＬＥＤを用いる場合には、投影光学系２０は小型で効率良く光を集光できる。
投影光学系２０は、例えば、レンズである。投影光学系２０は、例えば、投射レンズである。投影光学系２０は、光源１０から発せられた光を基に形成された面状の像を投影する。投影光学系２０は、光源１０から発せられた光を基に形成された面状の像を拡大して投影する。
投影光学系２０は、例えば、光源１０の発光面１０１の像を投影する。例えば、投影光学系２０は、光源像を投影する。例えば、投影光学系２０の焦点は、発光面１０１上に位置する。投影光学系２０は、例えば、光源１０によって発せられた光を平行光化する。
平行光化は、例えば、発光面１０１の光軸Ｃ２０上から出射された光を平行光とし、発光面１０１の周辺から出射された光を近似的に平行光とすることを含む。発光面１０１の光軸Ｃ２０上から出射された光は、発光面１０１と光軸Ｃ２０との交点から出射された光である。光軸Ｃ２０は、投影光学系２０の光軸である。以下では、説明を容易にするために、光軸Ｃ１０と光軸Ｃ２０とは同一の軸として説明する。
≪ウェッジプリズム３０,４０≫
ウェッジプリズム３０およびウェッジプリズム４０の少なくとも一方は回転軸Ａ３０，Ａ４０を中心に回転するように保持されている。しかし、以下の説明において、ウェッジプリズム３０とウェッジプリズム４０とは、両方が回転するように保持されている。ウェッジプリズム３０およびウェッジプリズム４０は、入射した光を偏向する。ウェッジプリズム３０およびウェッジプリズム４０は、入射した光束を偏向する。
ウェッジプリズム３０は、光源１０から出射された光を入射する。ウェッジプリズム３０は、光源１０から出射された光を入射して偏向する。ウェッジプリズム３０は、例えば、投影光学系２０から出射された光を入射する。ウェッジプリズム３０は、投影光学系２０から出射された光を入射して偏向する。
ウェッジプリズム３０は、回転軸Ａ３０を中心に回転するように保持されている。回転軸Ａ３０は、ウェッジプリズム３０の回転中心の軸である。
ウェッジプリズム３０は、入射面３０１と出射面３０２とを備える。
入射面３０１は、光源１０から出射された光を入射する。入射面３０１は、例えば、投影光学系２０から出射された光を入射する。入射面３０１は、例えば、投影光学系２０の出射面２０２から出射された光を入射する。
入射面３０１は、投影光学系２０によって像が投影される際に発生した収差を補正する。入射面３０１は、投影光学系２０で投影される際に、投影される像に発生する収差を補正する。入射面３０１は、発光面１０１の像が投影光学系２０で投影される際に発生する収差を補正する。入射面３０１は、例えば、投影される光源像の収差を補正する。
入射面３０１は、収差を補正する面である。つまり、入射面３０１は、収差補正面９１０である。収差補正面９１０は、ウェッジプリズム３０の入射面３０１に形成されている。
収差補正面９１０は、例えば、ウェッジプリズム３０の回転軸Ａ３０に対して回転対称な面である。入射面３０１に形成された収差補正面９１０は、例えば、ウェッジプリズム３０の回転軸Ａ３０に対して回転対称な面である。入射面３０１に形成された収差補正面９１０の光軸Ｃ３０と回転軸Ａ３０とは、同一の軸である。入射面３０１に形成された収差補正面９１０は、例えば、収差補正面９１０の光軸Ｃ３０に対して回転対称な面である。
ウェッジプリズム３０の回転軸Ａ３０と投影光学系２０の光軸Ｃ２０とは、例えば、同一の軸である。光軸Ｃ１０、光軸Ｃ２０および回転軸Ａ３０は、例えば、同一の軸である。
少なくとも、ウェッジプリズム３０が回転軸Ａ３０を中心に回転するように保持されている場合には、収差補正面９１０は、ウェッジプリズム３０の回転軸Ａ３０に対して回転対称な面である。入射面３０１は、凸面形状である。入射面３０１は、例えば、非球面形状である。収差補正面９１０は、凸面形状である。収差補正面９１０は、例えば、非球面形状である。
出射面３０２は、例えば、回転軸Ａ３０に垂直な面に対して傾斜した面である。出射面３０２は、ウェッジ角α１だけ傾斜している。ウェッジ角α１は、入射面３０１を回転軸Ａ３０に垂直な面とした場合の角度である。出射面３０２は、例えば、平面である。
以下において、頂角をウェッジ角αとよんで説明する。ウェッジプリズム３０のウェッジ角αは、ウェッジ角α１である。後述するウェッジプリズム４０のウェッジ角αは、ウェッジ角α２である。ウェッジプリズム３０のウェッジ角α１の大きさは、例えば、ウェッジプリズム４０のウェッジ角α２の大きさと等しい（α１＝α２）。また、例えば、ウェッジプリズム３０の材質は、ウェッジプリズム４０の材質と同じである。
また、ウェッジプリズム３０には、歯車５０３が設けられている。歯車５０３は、回転機構５０からの回転運動をウェッジプリズム３０に伝達する。回転機構５０からの駆動力が歯車５０３に伝えられる。なお、歯車５０３は、ウェッジプリズム３０を保持する鏡筒などに設けられることができる。また、回転機構５０からウェッジプリズム３０に駆動力を伝える方法は、歯車５０３に限られない。例えば、ベルトなどを用いて駆動力を伝えてもよい。
ウェッジプリズム４０は、ウェッジプリズム３０から出射された光を入射する。ウェッジプリズム４０は、ウェッジプリズム３０で偏向された光を入射して偏向する。
ウェッジプリズム４０は、回転軸Ａ４０を中心に回転するように保持されている。回転軸Ａ４０は、ウェッジプリズム４０の回転中心の軸である。例えば、回転軸Ａ３０と回転軸Ａ４０とは、同一の軸である。光軸Ｃ１０、光軸Ｃ２０、回転軸Ａ３０および回転軸Ａ４０は、例えば、同一の軸である。
ウェッジプリズム４０は、入射面４０１と出射面４０２とを備える。
入射面４０１は、ウェッジプリズム３０から出射された光を入射する。入射面４０１は、ウェッジプリズム３０の出射面３０２から出射された光を入射する。
入射面４０１は、例えば、回転軸Ａ４０に垂直な面に対して傾斜した面である。入射面４０１は、ウェッジ角α１だけ傾斜している。入射面４０１は、例えば、平面である。
出射面４０２は、例えば、回転軸Ａ４０に垂直な面である。出射面４０２は、例えば、平面である。
なお、出射面４０２は、回転軸Ａ４０に垂直な面に対して傾斜した面であってもよい。そして、入射面４０１は、回転軸Ａ４０に垂直な面であってもよい。
また、ウェッジプリズム４０には、歯車６０３が設けられている。歯車６０３は、回転機構６０からの回転運動をウェッジプリズム４０に伝達する。回転機構６０からの駆動力が歯車６０３に伝えられる。なお、歯車６０３は、ウェッジプリズム４０を保持する鏡筒などに設けられることができる。また、回転機構６０からウェッジプリズム４０に駆動力を伝える方法は、歯車６０３に限られない。例えば、ベルトなどを用いて駆動力を伝えてもよい。
なお、ウェッジプリズム４０の駆動に、必ずしも回転機構６０は必要ではない。例えば、回転機構５０の駆動力を歯車６０３に伝達して、ウェッジプリズム４０を回転させてもよい。
ウェッジプリズム３０から出射される光は、ウェッジプリズム３０のウェッジ角α１に応じて屈折される。ウェッジプリズム３０から出射された光は、ウェッジプリズム４０に入射する。ウェッジプリズム４０から出射される光は、ウェッジプリズム４０のウェッジ角α２に応じて屈折される。
≪回転機構５０,６０≫
回転機構５０は、ウェッジプリズム３０を回転させる。回転機構５０は、駆動源５０１、歯車５０２、歯車５０３及び回転軸５０４を備えている。
駆動源５０１は、例えば、モーターである。駆動源５０１は、例えば、ステッピングモーターなどである。回転軸５０４は、駆動源５０１の回転を歯車５０２に伝える軸である。回転軸５０４は、例えば、モーターの回転軸である。
歯車５０２は、回転軸５０４の回転力を受けて回転する。歯車５０２は、回転軸５０４の回転によって回転する。歯車５０２は、例えば、回転軸５０４に取り付けられている。
また、歯車５０２は、歯車５０３とかみ合っている。歯車５０２は、歯車５０３を駆動する。歯車５０２は、歯車５０３に回転力を伝える。歯車５０２は、歯車５０３を回転させる。
歯車５０３は、回転軸Ａ３０を中心に回転する。歯車５０３の軸は、回転軸Ａ３０である。歯車５０３の回転によって、ウェッジプリズム３０は回転する。
歯車５０３は、例えば、ウェッジプリズム３０の外周に形成されている。歯車５０３は、例えば、ウェッジプリズム３０の外周部に形成されている。歯車５０３は、例えば、ウェッジプリズム３０を保持する部材に形成されている。ウェッジプリズム３０を保持する部材は、例えば、鏡筒またはプリズム枠などである。歯車５０３は、例えば、ウェッジプリズム３０を保持する鏡筒に形成されている。
回転機構６０は、ウェッジプリズム４０を回転させる。回転機構６０は、駆動源６０１、歯車６０２、歯車６０３及び回転軸６０４を備えている。
駆動源６０１は、例えば、モーターである。駆動源６０１は、例えば、ステッピングモーターなどである。回転軸６０４は、駆動源６０１の回転を歯車６０２に伝える軸である。回転軸６０４は、例えば、モーターの回転軸である。
歯車６０２は、回転軸６０４の回転力を受けて回転する。歯車６０２は、回転軸６０４の回転によって回転する。歯車６０２は、例えば、回転軸６０４に取り付けられている。
また、歯車６０２は、歯車６０３とかみ合っている。歯車６０２は、歯車６０３を駆動する。歯車６０２は、歯車６０３に回転力を伝える。歯車６０２は、歯車６０３を回転させる。
歯車６０３は、回転軸Ａ４０を中心に回転する。歯車６０３の軸は、回転軸Ａ４０である。歯車６０３の回転によって、ウェッジプリズム４０は回転する。
歯車６０３は、例えば、ウェッジプリズム４０の外周に形成されている。歯車６０３は、例えば、ウェッジプリズム４０の外周部に形成されている。歯車６０３は、例えば、ウェッジプリズム４０を保持する部材に形成されている。ウェッジプリズム４０を保持する部材は、例えば、鏡筒またはプリズム枠などである。歯車６０３は、例えば、ウェッジプリズム４０を保持する鏡筒に形成されている。
≪制御回路７０≫
制御回路７０は、回転機構５０の回転量または回転速度などを制御する。また、制御回路７０は、回転機構６０の回転量または回転速度などを制御する。なお、回転機構６０と制御回路７０とは、互いに異なる制御回路によって制御されてもよい。
＜光照射装置１００の収差の補正＞
入射面３０１は収差補正面９１０を含んでいる。入射面３０１は、例えば、収差補正面９１０である。入射面３０１で補正される収差は、例えば、一般的に知られるザイデルの５収差である。つまり、入射面３０１で補正される収差は、球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差および歪曲収差である。
入射面３０１は、これらの収差の補正に有効である。入射面３０１によって、照射面上に照射された像の輪郭のぼやけが低減される。入射面３０１は、照射面上の像の輪郭のぼやけを補正する。また、入射面３０１によって、形状の変形を低減した像が投影される。
光照射装置１００によって投影される像は、配光パターンを含んでいる。投影光学系２０によって投影される像は、配光パターンを含んでいる。配光パターンは、配光の形状および配光分布を含んでいる。配光は、光源からどの方向（角度）に光がどれぐらいの強さで発しているかを示すものである。配光は、光源及び照明器具の光度の角度に対する変化又は分布である。
入射面３０１は、照射面上に投影された配光パターンの変形を補正する。配光パターンは、光源１０から発せられた光を基に形成される。配光パターンは、例えば、光源像を基に形成される。投影光学系２０によって投影される像は、例えば、光源１０の像である。投影光学系２０によって投影される像は、例えば、配光パターンである。
ウェッジプリズム３０の入射面３０１は正の屈折力を有する。ウェッジプリズム３０の入射面３０１に形成された収差補正面９１０は正の屈折力を有する。また、投影光学系２０は正の屈折力を有する。ウェッジプリズム３０の入射面３０１の屈折力は、例えば、投影光学系２０の屈折力よりも小さい。
投影光学系２０の入射面２０１又は出射面２０２に収差補正面９１０を形成することも考えられる。しかし、投影光学系２０を透過する光束径は、ウェッジプリズム３０に入射する光束径よりも小さい。なぜなら、光源１０の発光面１０１は面積を有するからである。
上述のように、光源１０は、例えば、ＬＥＤとして説明している。つまり、光源１０の発光面１０１の中心から出射された光は、投影光学系２０の光軸Ｃ２０に対して平行な光となる。しかし、光源１０の発光面１０１の縁部から出射された光は光軸Ｃ２０に対して傾く。このため、投影光学系２０から出射された光は、光軸Ｃ２０に対して完全に平行とはならない。投影光学系２０から出射される光は、広がった光となる。「平行光化された光」とは、光を平行光に変換する光学系の光軸に対して傾斜した光を含んでいる。ここで、光を平行光に変換する光学系は、投影光学系２０である。
したがって、投影光学系２０を透過する光束径は、ウェッジプリズム３０に入射する光束径よりも小さい。収差の補正は光束径が最も大きい所で行うことで最善の効果が得られる。このため、投影光学系の入射面２０１または出射面２０２を収差補正面９１０とせずに、ウェッジプリズム３０の入射面３０１を収差補正面９１０とすることが効果的である。
また、ウェッジプリズム３０の出射面３０２は、出射面３０２を透過する光を一方向に屈折する。つまり、出射面３０２は、出射面３０２を透過する光を一方向に偏向する。従って、ウェッジプリズム３０の出射面３０２を透過した光は、投影光学系２０の光軸Ｃ２０に対して等方的な分布ではなくなる。
そのため、ウェッジプリズム３０の出射面３０２を透過する光に対して、収差の補正を行っても、収差の補正効果は低減する。出射面３０２、入射面４０１及び出射面４０２のいずれかに収差補正面９１０を形成するよりも、ウェッジプリズム３０の入射面３０１に収差補正面９１０を形成する方が、収差の補正に対して効果的である。
図２は、発光面１０１上の発光点Ｓｎを投影した場合の集光スポットを示す図である。図２は、光照射装置１００で出射光を−Ｘ軸方向に偏向させたときの集光スポットを示している。図２は、スポットダイアグラムを示した図である。「スポットダイアグラム」とは、光源から像面まで多数の光線追跡を行い、像面上での各光線の到達位置をプロットした図である。スポットダイアグラムは、集光度合い又は収差の幾何光学的な振る舞いを視覚的に把握するのに適している。
２つのウェッジプリズム３０，４０は、基準位置に対して互いに逆方向に４５度回転している。ウェッジプリズム３０，４０の基準位置は、出射面３０２とウェッジプリズム４０の傾斜面とが平行となる位置である。
図１では、ウェッジプリズム４０の傾斜面は入射面４０１である。つまり、図１では、基準位置は、出射面３０２と入射面４０１とが平行となる位置である。図１では、基準位置の状態が描かれている。図１に示す基準位置では、ウェッジプリズム３０の厚さの最も薄い部分は＋Ｙ軸方向側に位置している。また、ウェッジプリズム４０の厚さの最も薄い部分は−Ｙ軸方向側に位置している。
図３は、発光面１０１上の発光点Ｓｎを示す図である。図２に示された各集光スポットＰｎは、図３に示された発光面１０１上の各発光点Ｓｎから放射された光の照射面上での集光スポットである。発光点Ｓ１は、発光面１０１の中心に位置する。発光点Ｓ１は、例えば、光源１０の光軸Ｃ１０上に位置する。発光点Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５は、発光面１０１の四隅に位置する。発光点Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９は、発光面１０１の４つの辺の各辺の中点に位置する。なお、図３は発光面１０１の裏面側（−Ｚ軸方向側）から見た図である。
ｎを１から９の整数とすると、図２に示された集光スポットＰｎは、図３に示された発光点Ｓｎから発せられた光の集光スポットである。点Ｓｎから発せられた光は、投影光学系２０の光軸Ｃ２０を中心としてＸ軸方向に反転した位置に集光する。また、点Ｓｎから発せられた光は、光軸Ｃ２０を中心としてＹ軸方向に反転した位置に集光する。なお、光源１０の光軸Ｃ１０と投影光学系２０の光軸Ｃ２０とは、同一の軸である。
＜比較例＞
図４は、光照射装置２００の構成を概略的に示す図である。図４に示す光照射装置２００は、比較例である。光照射装置２００は、ウェッジプリズム３０の代わりにウェッジプリズム８０を用いている点で光照射装置１００と相違する。ウェッジプリズム８０を用いている点以外では、光照射装置２００は光照射装置１００と同様である。光照射装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
ウェッジプリズム８０は、回転軸Ａ８０を中心に回転するように保持されている。
ウェッジプリズム８０の入射面８０１は平面である。入射面８０１は、回転軸Ａ８０に垂直な面である。つまり、光照射装置２００は、収差を補正する面を有さない。光照射装置２００は、収差補正面９１０を有さない。
図５は、光照射装置２００のスポットダイアグラムを示す図である。図５に、光照射装置２００で出射光を−Ｘ軸方向に偏向させたときの集光スポットを示す。２つのウェッジプリズム８０，４０は、基準位置に対して互いに逆方向に４５度回転している。
光照射装置１００の集光スポットの径に比べて、光照射装置２００の集光スポットの径は大きい。つまり、光照射装置２００は照射面上で大きな収差を発生させている。したがって、照射光の輪郭はぼけている。
つまり、ウェッジプリズム３０の入射面３０１に収差補正面９１０を形成することで、照射面上での収差の発生を低減することができる。つまり、照射光の輪郭のぼけは低減される。
＜変形例＞
図６は、変形例に係る光照射装置３００の構成を示す図である。
光照射装置３００は、ウェッジプリズム３０の代わりにウェッジプリズム８０を備える点および収差補正光学系９０を備える点で光照射装置１００と相違する。光照射装置３００は、収差補正光学系９０を備える点で光照射装置２００と相違する。光照射装置３００の他の構成は、光照射装置１００，２００と同様である。光照射装置１００，２００と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
収差補正光学系９０は、投影光学系２０とウェッジプリズム８０との間に配置されている。収差補正光学系９０は、収差補正面９１０を備えている。収差補正面９１０は、収差補正光学系９０に形成されている。収差補正光学系９０は、収差補正面９１０を含んでいる。
収差補正光学系９０は、例えば、レンズである。収差補正光学系９０は、例えば、１つのレンズであってもよい。また、収差補正光学系９０は、例えば、複数のレンズを含んでもよい。
図６では、例えば、収差補正面９１０は収差補正光学系９０の入射面９０１に形成されている。例えば、収差補正面９１０は収差補正光学系９０の入射面９０１に含まれている。しかし、収差補正面９１０は収差補正光学系９０の出射面９０２に形成されてもよい。収差補正面９１０は収差補正光学系９０の出射面９０２に含まれてもよい。また、収差補正面９１０は収差補正光学系９０の複数の面に形成されてもよい。収差補正面９１０は収差補正光学系９０の複数の面に含まれてもよい。
光軸Ｃ９０は、収差補正光学系９０の光軸である。光軸Ｃ９０とは、光軸Ｃ２０とは、例えば、同一の軸である。光軸Ｃ１０、光軸Ｃ２０、光軸Ｃ９０、回転軸Ａ８０および回転軸Ａ４０は、例えば、同一の軸である。
光照射装置１００の収差補正面９１０は、ウェッジプリズム３０の入射面３０１上に備えられている。光照射装置３００の収差補正面９１０は、投影光学系２０の出射面２０２よりもウェッジプリズム３０側に配置されている。つまり、収差補正面９１０は、投影光学系２０の出射面２０２よりもウェッジプリズム３０側に配置されている。また、収差補正面９１０は、ウェッジプリズム３０の入射面３０１を含んでウェッジプリズム３０よりも投影光学系２０側に配置されている。
なお、上述の各実施の形態においては、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いているが、これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むものである。
また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
１００，２００，３００ 光照射装置、 １０ 光源、 １０１ 発光面、 ２０ 投影光学系、 ３０，４０，８０ ウェッジプリズム、 ３０１，４０１，８０１ 入射面、 ３０２，４０２，８０２ 出射面、 ５０，６０ 回転機構、 ５０１，６０１ 駆動源、 ５０２，５０３，６０２，６０３ 歯車、 ５０４，６０４ 回転軸、 ７０ 制御回路、 ９０ 収差補正光学系、 ９０１ 入射面、 ９０２ 出射面、 ９１０ 収差補正面、 Ａ３０，Ａ４０，Ａ８０ 回転軸、 Ｃ，Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０，Ｃ９０ 光軸、 Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９ 集光スポット、 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９ 発光点、 α，α１，α２ ウェッジ角。
平行光化は、例えば、発光面１０１の光軸Ｃ １０ 上から出射された光を平行光とし、発光面１０１の周辺から出射された光を近似的に平行光とすることを含む。発光面１０１の光軸Ｃ １０ 上から出射された光は、発光面１０１と光軸Ｃ １０ との交点から出射された光である。光軸Ｃ２０は、投影光学系２０の光軸である。以下では、説明を容易にするために、光軸Ｃ１０と光軸Ｃ２０とは同一の軸として説明する。
入射面４０１は、例えば、回転軸Ａ４０に垂直な面に対して傾斜した面である。入射面４０１は、ウェッジ角α ２ だけ傾斜している。入射面４０１は、例えば、平面である。

Claims (11)

  1. 光を発する光源と、
    前記光源から発せられた前記光を基に形成された像を投影する投影光学系と、
    前記像が前記投影光学系で投影される際に発生する収差を補正する収差補正面と、
    前記投影光学系から出射された前記光を入射して偏向する第１のウェッジプリズムと、
    前記第１のウェッジプリズムで偏向された前記光を入射して偏向する第２のウェッジプリズムと
    を備え、
    前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムは、前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムの少なくとも一方が回転することで、前記第２のウェッジプリズムから出射される光の偏向方向を変更するように保持され、
    前記収差補正面は、前記投影光学系の出射面よりも前記第１のウェッジプリズムの側に配置され、前記第１のウェッジプリズムの入射面を含んで前記第１のウェッジプリズムよりも前記投影光学系の側に配置されている光照射装置。
  2. 前記収差補正面は、前記第１のウェッジプリズムの入射面に形成されている請求項１に記載の光照射装置。
  3. 前記第１のウェッジプリズムが回転するように保持された場合の第１の回転軸は、前記第１のウェッジプリズムの入射面および出射面を通る請求項１に記載の光照射装置。
  4. 前記収差補正面は、前記第１のウェッジプリズムの入射面に形成され、前記第１の回転軸に対して回転対称な面である請求項３に記載の光照射装置。
  5. 前記第１の回転軸と前記投影光学系の光軸とは、同一の軸である請求項３または４に記載の光照射装置。
  6. 前記収差補正面を含み、前記投影光学系と前記第１のウェッジプリズムとの間に配置される収差補正光学系を備える請求項１から５のいずれか１項に記載の光照射装置。
  7. 前記収差補正面の光軸と前記投影光学系の光軸とは、同一の軸である請求項６に記載の光照射装置。
  8. 前記収差補正面は、凸面形状である請求項１から７のいずれか１項に記載の光照射装置。
  9. 前記光源は、面状の発光面を備える請求項１から８のいずれか１項に記載の光照射装置。
  10. 前記像は、面状の像である請求項１から９のいずれか１項に記載の光照射装置。
  11. 前記第２のウェッジプリズムが回転するように保持された場合の第２の回転軸は、前記第２のウェッジプリズムの入射面および出射面を通る請求項１から１０のいずれか１項に記載の光照射装置。
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