JPH08254699A

JPH08254699A - 照明装置

Info

Publication number: JPH08254699A
Application number: JP7057824A
Authority: JP
Inventors: Tadao Iwaki; 岩城　　忠雄; Yukiya Funanami; 雪弥船浪; Yasuyuki Mitsuoka; 靖幸光岡; Nobuyuki Kasama; 宣行笠間
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で、高い光学波長フィルタリング特性を
有し、かつ、光利用効率が高く、ビーム成形作用をも有
する、投影装置や露光装置に用いられる照明装置を提供
することを目的とする。【構成】少なくとも光源とロッドインテグレータとか
らなり、当該ロッドインテグレータの少なくとも入射端
面と出射端面とを除く反射面の一部または全面に光学フ
ィルタが形成された構成である。【効果】少ない光学部品でより高い光学波長フィルタ
リング特性を実現でき、そのために本発明の照明装置を
用いた光学機械はノイズが少なく、コンパクトな構成と
することができるという効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投影装置や露光装置な
どに用いられる照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶プロジェクタや露光装置
では、より均一な照明光を得るとともにより効率の高い
照明を実現することが求められている。そのため、透明
媒質からなる棒状光ガイド（以下、これをロッドインテ
グレータと呼ぶ）内で光源からの光を多重反射させるこ
とにより均一な照明光を得るとともに、出射光形状を所
望の形状（例えば、液晶プロジェクタであれば短辺と長
辺との比が４：３となる矩形形状）とすることでビーム
成形して利用効率を向上させるなどが良く知られてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロッドインテグレータを用いた照明装置では、光源から
の光束を所定の角度を持たせて集光して当該ロッドイン
テグレータの入射端面から入れるために、装置を小型化
しようとすると光源からロッドインテグレータまでの距
離が充分とれない。従って、照明装置を用いる光学装置
への赤外線や紫外線量を制限しようとするための赤外線
や紫外線制御用光学フィルタを挿入するための空間が充
分にかせげないという問題点を有している。

【０００４】これらの問題点を解決するために、ロッド
インテグレータの入射端や出射端に前記赤外線や紫外線
制御用光学フィルタを形成するなどの努力がなされてい
る。しかしながら、これら光学フィルタを形成する場所
が２箇所と限定されているために、充分に高い特性の光
学フィルタを形成しなければ目的とする光学特性が得ら
れないという問題点は依然存在していた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明では、少なくとも光源とロッドインテグレ
ータとからなる照明装置において、当該ロッドインテグ
レータの少なくとも入射端面と出射端面とを除く反射面
の一部または全面に光学フィルタを形成することによ
り、実質的に前記ロッドインテグレータ内で前記光源か
らの光が多重反射する回数だけの光学フィルタを形成し
たのと同等の効果を実現して上記問題点を解決した。も
ちろん、前記ロッドインテグレータの入射端面と出射端
面とに所定の光学フィルタを形成すれば、さらに大きな
効果が得られる。

【０００６】

【作用】以下に、図面を用いて本発明の光学装置に用い
たロッドインテグレータの作用を説明する。図４は本発
明に用いたロッドインテグレータの模式的断面図であ
り、１は入射面、２は出射面、３は光学フィルタ形成領
域、１００は第１の反射点、１０１は第２の反射点、１
０２は入射光、１０３は第１の内部入射光、１０４は第
１の透過光、１０５は第１の内部反射光、１０６は第２
の内部入射光、１０７は第２の透過光、１０８は第２の
内部反射光、１０９は出射光である。図４では、光源か
らの入射光１０２は入射面１で屈折された後、第１の内
部入射光１０３として第１の反射点１００で反射および
透過される。第１の反射点１００で反射された光は、第
１の内部反射光１０５となり透過した光は第１の透過光
１０４となる。この第１の内部反射光１０５は第２の反
射点１０１に第２の内部入射光１０６として入射し、そ
の一部は第２の透過光１０７としてロッドインテグレー
タ外に放射され、残りは第２の内部反射光１０８として
出射面２に達し、出射面２で屈折された後出射光１０９
として出射される。すなわち、図４では入射光１０２
は、ロッドインテグレータの内部で２回反射された後、
出射面２から出射されるのである。

【０００７】図４に示す例では、光源からの入射光は２
回光学フィルタ形成領域３で反射されているため、光源
からの光に対して２枚の光学フィルタを用いて反射させ
たのと同様の作用を有することになる。ロッドインテグ
レータの内部で入射光１０２が反射される回数Ｎ（Ｎは
正の整数）は、このロッドインテグレータの光軸方向の
長さをＬ、光軸に垂直な方向の長さをｄ、光学フィルタ
形成領域３の光軸方向の長さをｓ、ロッドインテグレー
タの屈折率をｎとし、入射光１０２は入射面１の端部か
らρの距離の高さに入射角θで入射するものとすると、Ｎ＝Int [(L/d){(n・sinθ/(1-n²・sin²θ)^1/2-(ρ/L)}]+1 （１）となる。同様に、光学フィルタ形成領域３で反射される
回数Ｍ（Ｍは正の整数）は、第１の内部入射光１０３の
光学フィルタ形成領域３の入射面１側端部における光学
フィルタ形成領域からの距離をξとすると、Ｍ＝Int [(s/d){(n・sinθ/(1-n²・sin²θ)^1/2-(ξ/s)}]+1 （２）となる。従って、（２）式の条件でロッドインテグレー
タを用いた本発明の照明装置は、光学フィルタをＭ枚用
いたのと同様の作用を有する。

【０００８】また、実際の光源からの入射光１０２は広
い範囲の入射角の分布を有するため、良く知られている
ように、例えこの入射光１０２が光軸に垂直な面内で強
度分布を有している場合でも出射光１０９は光軸に垂直
な面内では均一な強度分布を持った光束として出射され
るという作用も有する。

【０００９】さらに、一般に光源から出射される光は、
光軸に垂直な面内では光軸を中心とした点対称な強度分
布を有するが、本発明の照明装置を用いることにより、
出射面２の形状を反映した光軸に垂直な面内での強度分
布を持たせる作用をも有する。すなわち、出射面２の形
状に対応するようにビーム成形をする作用を有するので
ある。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の照明装置の１実施例を図面を
参照しながら説明する。図５は本発明の照明装置の基本
構成図であり、３は光学フィルタ形成領域、１３はラン
プ、１４は集光ミラー、１５はロッドインテグレータ、
１６は結像レンズ、１７は入射光束、１８は出射光束、
１９は照明光束、２０は照明領域である。ランプ１３と
集光ミラー１４は、一緒にして光源として扱われること
が多い。図５において、ランプ１３から出射された光束
は、集光ミラー１４によってロッドインテグレータ１５
に入射光束１７として集光され、その内部で複数回反射
された後、その出射面からビーム成形されて出射光束１
８として出射される。出射光束１８は結像レンズ１６で
照明光束１９として集光されロッドインテグレータ１５
の出射面の像を照明領域２０に結像照明する。この実施
例では、結像レンズ１６を用いた結像照明系を用いてい
るが、結像レンズ１６を省略した照明方法を用いてもよ
いことは言うまでもない。

【００１１】光学フィルタ形成領域３に形成する光学フ
ィルタとしては、所定の入射角に対して赤外光を透過し
可視光を反射するコールドミラーや、所定の入射角に対
して紫外光を透過し可視光を反射するＵＶ透過フィルタ
などを用いることができる。この所定の入射角は、光源
からの入射光束１７のなす角度における使用したい角度
に対する所望の角度範囲を意味している。例えば、液晶
プロジェクタ用の明るい照明装置を作製しようとする場
合は、より入射角の小さな領域を有効に利用する必要が
ある。このとき、ランプ１３として電極間距離４ｍｍの
キセノンランプを用い、集光ミラー１４として第１焦点
距離７０ｍｍ、第２焦点距離３６０ｍｍ、口径２５７ｍ
ｍの楕円ミラーを用いて、入射光束１７の入射角が２０
゜以下の光束を有効に利用しようとすると、上記光学フ
ィルタの設計中心波長として６゜近傍を用いるのが好ま
しい。ただし、このとき用いるロッドインテグレータ１
５の材質としては屈折率1.46の合成石英ガラスを用いる
ものとする。もちろん、この最適入射角は、用いるラン
プ１３の種類、集光ミラー１４の光学パラメータ、ロッ
ドインテグレータ１５のサイズと屈折率によって異なる
ことは言うまでもない。

【００１２】また、使用するランプ１３の発光波長帯域
およびロッドインテグレータ１５のサイズによって、ロ
ッドインテグレータ１５の材質を選択することができ
る。例えば、紫外線が弱く赤外線が強いハロゲンランプ
やタングステンランプをランプ１３として用いる場合
は、ロッドインテグレータ１５の材質としてフリントガ
ラスやクラウンガラスなどの光学ガラスを用いることが
できる。また、紫外線から赤外線まで広い発光波長を有
している水銀ランプやキセノンランプあるいはメタルハ
ライドランプをランプ１３として用いる場合は、石英ガ
ラスやフッ化カルシウムあるいは低アルカリガラスなど
をロッドインテグレータ１５の材質として用いることが
できる。

【００１３】さらに、光学フィルタ形成領域３は、［作
用］で説明したようにロッドインテグレータ１５の入射
面と出射面以外の反射面側面の領域の一部または全部で
ある。もちろん、ロッドインテグレータ１５の入射面と
出射面とにさらに光学フィルタを付加して形成してもよ
いことは言うまでもない。

【００１４】光学フィルタ形成領域３をさらに詳しく図
面を用いて説明する。図１は光学フィルタ形成領域を示
すロッドインテグレータの模式的斜視図であり、１は入
射面、２は出射面、３は光学フィルタ形成領域である。
図１からも分かるように、光学フィルタ形成領域３は、
入射面１と出射面２とを除く反射面に形成されており、
光軸の周囲全体を取り囲むように形成されている。これ
は、光軸に垂直な面内での輝度分布を均一にするために
なされている。もちろん、光軸に垂直な面内の輝度分布
をわざと非対称にするために、図１で示された光学フィ
ルタ形成領域３の１面にだけ光学フィルタを形成した
り、対向する２面にだけ光学フィルタを形成したり、あ
るいは光学フィルタ形成領域３の各反射面にそれぞれ異
なる光学特性をもつ光学フィルタを形成してもよいこと
は言うまでもない。このとき、光学フィルタ形成領域３
は、光軸方向には、必ずしも入射面１と出射面２との境
界まで全面に渡って形成されている必要はない。光学フ
ィルタ形成領域３の光軸方向の長さは（２）式の条件を
満足する長さであれば、所望のフィルタ特性を得ること
ができる。

【００１５】図２には、光学フィルタを２分割してロッ
ドインテグレータに形成した１例が示してある。図２に
おいて、１は入射面、２は出射面、４は第１の光学フィ
ルタ形成領域、５は第２の光学フィルタ形成領域であ
る。第１の光学フィルタ形成領域４と第２の光学フィル
タ形成領域５は、図１に示した光学フィルタ形成領域同
様、光軸の周囲全体を取り囲むように形成されている。

【００１６】このような構成のロッドインテグレータ
は、例えばキセノンランプのような紫外線を多く含む光
源を用いて本発明の照明装置を構成する場合に有効に作
用する。紫外線を多く含む光源を用いると、この紫外線
のために光学フィルタが劣化したり、ロッドインテグレ
ータが劣化したりし易くなる。このような場合、図２に
示す第１の光学フィルタ形成領域４には、所定の入射角
に対して紫外線の大部分を透過し、利用したい光、例え
ば可視光の大部分を反射する光学特性を持った光学フィ
ルタを形成することにより、上記第２の光学フィルタや
ロッドインテグレータの劣化を最小に押さえることがで
きる。

【００１７】このようにした上で、第２の光学フィルタ
形成領域５には、所定の入射角に対して赤外線および近
赤外線の大部分を透過し、可視光の大部分を反射する光
学フィルタを形成することにより、効果的に可視光のみ
を照明光として取り出すことができる。もちろん、この
とき入射面には所定の入射角に対して紫外線の大部分を
反射し、可視光の大部分を透過するような光学フィルタ
を形成し、出射面２には所定の入射角に対して赤外光お
よび近赤外光の大部分を反射し、可視光の大部分を透過
するような光学フィルタを形成すればさらに効果の高い
光学波長フィルタリングが可能となる。

【００１８】また、本発明に用いるロッドインテグレー
タとしては、照明光学装置を小型化するために折り曲げ
構造を持ったロッドインテグレータを用いることができ
る。図３は、本発明の照明装置に用いた折り曲げ構造を
持つロッドインテグレータに形成した光学フィルタの配
置を示す１実施例である。

【００１９】図３において、１は入射面、２は出射面、
６は第１の光学フィルタ、７は第２の光学フィルタ、８
は第３の光学フィルタ、９は接合面、１０は光偏向面で
ある。図３に示すロッドインテグレータは、図１に示す
ようなロッドインテグレータと光偏向面１０が形成され
たロッドインテグレータとを接合面９で接合した構成に
なっている。接合面９は光源の光束が大きくない場合は
通常、光学接着剤を用いて接着される。

【００２０】しかしながら、出力の大きなキセノンラン
プなどを光源として用いる場合は、光学接着剤が熱や紫
外線で劣化して接合力が低下あるいは着色あるいは剥離
するため、光学接着剤を用いることは好ましくない。従
って、本実施例では高出力のキセノンランプなどを用い
て図３に示すロッドインテグレータを本発明の光源装置
に適用する場合に上記問題点を解決するために、ロッド
インテグレータの材質を合成石英ガラスとし、これらを
融着接合させた場合について説明する。

【００２１】この融着接合するために、接合する２本の
ロッドインテグレータの接合面９に対応する部分を充分
滑らかに研磨加工し、これら接合面９に均一な圧力を印
加しながら１１００〜１６００℃に加熱して接合した。
加熱温度は表面加工状態や加圧圧力によって異なる。こ
のようにすることにより、実質的に接合面９は界面が存
在しない程度まで均質に接合することができ、１〜２ｋ
Ｗの高出力キセノンランプからの光束を入射面１の大き
さが２５mm² の図３に示すロッドインテグレータに入射
しても接合面９が剥離することなく使用することができ
た。このような方法は、ロッドインテグレータの材質が
溶融石英ガラス以外の二酸化珪素を主成分とするガラス
であればどのような材料にも適用できる。もちろん、こ
のときの融着温度はガラス組成によって大きく異なるこ
とは言うまでもない。さらに、使用する光の強度や目的
の性能を実現するために、上記２つのロッドインテグレ
ータを接合しないで液体または気体を介して接合面近傍
で分離配置してもよいことは言うまでもない。

【００２２】上記のようにして作製された図３に示すロ
ッドインテグレータにおいて、第１の光学フィルタ６お
よび第２の光学フィルタ７としては、所定の入射角に対
して赤外光および近赤外光の大部分を透過し可視光の大
部分を反射する光学フィルタを、第３の光学フィルタ８
としては所定の入射角に対して紫外線の大部分を透過し
可視光の大部分を反射する光学フィルタとすることによ
り効果的な光学波長フィルタリングが可能となった。も
ちろん、光源出力が小さく接合面９を光学接着剤で形成
できる場合は、接合面９に新たな光学フィルタを形成し
てより効果的な光学フィルタリングを実現することが可
能となる。

【００２３】図３のようにして構成されたロッドインテ
グレータを本発明の照明装置に適用することにより、光
源から出射される光束の光軸の向きを９０度偏向させた
照明出力を出すことができる照明装置とすることができ
る。そのため、本照明装置を光学装置に適用することに
より、より自由度の大きな光学系が設計できるととも
に、装置全体の大きさを小型化できる。

【００２４】次に、本発明の照明装置を反射型液晶プロ
ジェクタに応用した１実施例について説明する。図６
は、本発明の照明装置を用いた反射型液晶プロジェクタ
の構成概念図であり、２１はキセノンランプ、２２は楕
円ミラー、２３は球面ミラー、１５はロッドインテグレ
ータ、２４は照明レンズ、２５は電気書込型空間光変調
器、２６は書込レンズ、２７は光書込型液晶空間光変調
器、２８は偏光ビームスプリッタ、２９は投影レンズ、
３０はスクリーン、３１は第１の紫外線カットフィル
タ、３２はコールドミラー、３３は第２の紫外線カット
フィルタ、３４は書込光、３５は照明光、３６は投影光
である。

【００２５】図６において、キセノンランプ２１から放
射された光は、楕円ミラー２２と球面ミラー２３によっ
てロッドインテグレータ１５の入射面に集光されその内
部で複数回反射された後出射面から放出される。ロッド
インテグレータ１５の出射面から放出された光は照明レ
ンズ２４で偏光ビームスプリッタ２８を介して光書込型
液晶空間光変調器２７の読出面に照明光３５として照射
される。この実施例では、照明レンズ２４はロッドイン
テグレータ１５の出射面を所定の倍率に拡大して光書込
型液晶空間光変調器２７の読出面に結像するように配さ
れている。

【００２６】一方、透過型液晶パネル（単純マトリック
ス型液晶パネルやＴＦＴ（Thin-Film-Transistor）液晶
パネルなど）の電気書込型液晶空間光変調器２５に表示
された画像情報は、ハロゲンランプやＬＥＤ（Light Em
itting Device ）などから得られた書込光３４によって
照射・読み出されて光書込型液晶空間光変調器２７の書
込面に結像照射され、当該光書込型液晶空間光変調器２
７に書き込まれる。この時電気書込型液晶空間光変調器
２５に書き込まれる画像情報はビデオ信号などのアナロ
グ信号によって供給される映像情報やコンピュータから
のデジタル信号によって供給される画像情報など、どの
ような画像情報でもよいことは言うまでもない。

【００２７】このようにして光書込型液晶空間光変調器
２７に表示された画像情報は上記照明光３５によって読
み出され、再び偏光ビームスプリッタ２８を透過して光
強度画像情報に変換され、投影レンズ２９によってスク
リーン３０上に拡大投影される。

【００２８】光書込型液晶空間光変調器２７の一般的構
成を図７に模式的断面図として示す。図７において、３
４は書込光、３５は照明光、３７ａ、ｂは透明基板、３
８ａ、ｂは透明電極、３９は光導電体、４０誘電体ミラ
ー、４１ａ、ｂは配向膜、４２は液晶層、４３はスペー
サ、４４ａ、ｂは無反射コーティングである。

【００２９】透明基板３７ａ、ｂとしては一般の光学ガ
ラスや石英ガラス基板が用いられる。透明電極３８ａ、
ｂとしてはＩＴＯ（Indium-Tin-Oxicide）や酸化スズや
酸化亜鉛やこれらの化合物が用いられる。光導電体３９
はセレンやテルル−セレンや硫化カドミウムなどのカル
コゲン系光導電体や水素化アモルファスシリコンや多結
晶シリコンなどが用いられるのが一般的である。また、
誘電体ミラー４０としては酸化チタン、酸化ジルコニウ
ム、五酸化タンタルあるいはシリコンなどの高屈折率材
料と、二酸化珪素やフッ化マグネシウムなどの低屈折率
材料を所定の膜厚で交互に成膜形成したものが用いられ
る。

【００３０】光導電体３９と誘電体ミラー４０との間に
カドミウムテルルなどの吸収係数の大きな高屈折率材料
からなる単層遮光膜またはその高屈折率材料を用いた誘
電体ミラーを遮光層として形成する場合もある。配向膜
４１ａ、ｂとしては所定の角度で斜方蒸着して形成され
た一酸化珪素薄膜を用いたり、ポリイミドを塗布後繊維
布で表面をこすってラビング処理したものを用いること
ができる。

【００３１】また、液晶層４２として誘電率異方性が負
のネマチック液晶を垂直配向させたものを用いる場合
は、配向膜４１ａ、ｂとしては所定の角度で斜方蒸着形
成された一酸化珪素薄膜の上にＤＭＯＡＰ、ＯＤＳある
いは長鎖アルコールなどの単分子層を形成したものを用
いることが知られている。液晶層４２としては、ネマテ
ィック液晶や強誘電性液晶等を用いることができる。液
晶層４２に用いられる液晶材料の種類によって、配向膜
４１ａ、ｂの材料や形成方法などが異なることは言うま
でもない。さらに、無反射コーティング４４ａ、ｂは誘
電体多層膜あるいは低屈折率膜の単層膜を用いて形成す
るのが一般的である。また、液晶層４２の層厚は有機接
着剤の中に粒径を制御されたガラスビーズや高分子ビー
ズなどを混合したスペーサによって制御されている。

【００３２】図７に示すような構造の光書込型液晶空間
光変調器の透明電極３８ａと３８ｂとの間に所定の駆動
電圧を印加した状態で、書込光３４を照射する。書込光
３４が照射されなかったときには、光導電体３９のイン
ピーダンスは極めて大きいために液晶層４２に分圧され
る電圧はこれを動作させるには低すぎるが、上記のよう
に書込光３４が照射された領域の光導電体３９のインピ
ーダンスは４桁以上も低下するため、液晶層４２に分圧
される駆動電圧はこの液晶を駆動させるのに充分大きな
値となり、書込光３４が照射された領域の液晶層３４の
複屈折あるいは屈折率が変化する。そのため、直交配置
または平行配置の偏光板または偏光ビームスプリッタを
介して照明光３５を光書込型液晶空間光変調器２７の読
出面に照射すると、書込光３４の照射パターンに対応す
る画像情報が読み出される。

【００３３】このようにして構成された図６に示す反射
型液晶プロジェクタは、上述のように光書込型液晶空間
光変調器２７を用いているために、数Ｗ／２cm² 程度の
強力な照明光３５を用いてスクリーン上に輝度の高い画
像情報を投影表示させることができる。しかしながら、
前記光書込型液晶空間光変調器２７に用いられている誘
電体ミラー４０の反射波長帯域には制限があるため、投
影される画像情報として必要な波長帯域（例えば、可視
光帯域）だけを効率よく反射させるように設計されてい
るのが通常である。このような場合は、７８０ｎｍ以上
（より多くは６８０ｎｍ以上）の長波長帯域の照明光３
５は、光書込型液晶空間光変調器２７の誘電体ミラー４
０を透過して光導電体３９に達し、画像情報の書込特性
に悪影響を与える。

【００３４】さらに、図６の実施例に示すようなキセノ
ンランプ２１のような紫外線輻射を伴う光源を用いる場
合は、光書込型液晶空間光変調器２７に用いられている
液晶層４２の液晶材料が紫外線によって分解・破壊され
たり変質したりするために液晶の配向特性に悪影響を生
じるという問題が生じる。そのため、図６に示す反射型
液晶プロジェクタに用いられるロッドインテグレータ１
５の入射面には第１の紫外線カットフィルタ３１が、出
射面には第２の紫外線カットフィルタ３３が形成されて
おり、照明光３５に紫外線成分が０．０１％以上含まれ
ないようにされている。このことにより、前記光書込型
液晶空間光変調器２７に用いられている液晶材料の光学
劣化が低減し、少なくとも１００００時間以上の照明光
３５の連続照射でも特性変化が見られないようにするこ
とができた。

【００３５】さらに、ロッドインテグレータ１５の側面
反射面に波長６８０ｎｍ以上の長波長光を９５％以上透
過し、それ以下の波長の可視光を９５％以上反射するコ
ールドミラー３２を形成することにより、照明光３５に
含まれる６８０ｎｍ以上の長波長光の割合を０．０１％
以下に抑えることができ、より忠実な書込画像の再現を
実現することができた。なお、このときのコールドミラ
ーの設計上の光入射角は６８゜±２０゜とした。このコ
ールドミラー３２の効果は、従来の方法で光学系内にコ
ールドミラーを３枚挿入した場合と同様の効果であるこ
とが分かる。

【００３６】従って、本発明の照明光学装置を用いるこ
とにより、従来の構成に比べて部品点数を大幅に削減す
ることができると同時に、本来必要な部品のためのスペ
ースを圧縮することができ小型の装置を実現することが
できた。このロッドインテグレータ１５の側面反射面に
形成したコールドミラー３２の効果は、ロッドインテグ
レータ１５の太さが細くなるほど大きくなり、コールド
ミラー形成領域の長さが長くなるほど大きくなる。これ
は、（２）式も示す通りである。なお、上記の実施例で
用いたロッドインテグレータ１５の入射面の大きさは
５．６×４．２ｍｍであり、コールドミラー形成領域の
光軸方向の長さは３５ｍｍであった。また、ロッドイン
テグレータ１５の材質は石英ガラスを用いた。

【００３７】なお、簡単のために図６ではモノクロ投影
の反射型液晶プロジェクタを示したが、カラー投影の反
射型液晶プロジェクタは、偏光ビームスプリッタ２８を
透過した照明光３５をさらに所定のＲＧＢ波長帯域を有
するダイクロイックフィルタを用いて色分離した後、前
記ＲＧＢ分離された照明光３５の各々に対してＲＧＢ画
像情報を表示する光書込型液晶空間光変調器を配するこ
とにより実現できることは言うまでもない。

【００３８】図８に図３で示すロッドインテグレータを
用いた場合の反射型液晶プロジェクタの１実施例を示
す。図８において、図６に示す反射型液晶プロジェクタ
と同様の機能を示す部位には図６と同じ番号を付しその
説明を省略する。図８において、４５は第１のロッドイ
ンテグレータ、４６は第２のロッドインテグレータ、４
７は第１のコールドミラー、４８は紫外線分離ミラー、
４９は無反射コーティング、５０は第２のコールドミラ
ー、５１は紫外線カットフィルタであり、図８が図６と
異なっている所は、ロッドインテグレータの構成とそれ
に形成されている光学フィルタのみである。

【００３９】図８において、第１のロッドインテグレー
タ４５と第２のロッドインテグレータ４６は合成石英ガ
ラスを研磨加工して作製されており、それらの接合面で
熱融着して一体化されている。無反射コーティング４９
は五酸化タンタルや酸化ハフニウムなどの紫外線吸収の
少ない高屈折率薄膜と、二酸化珪素やフッ化マグネシウ
ムなどの低屈折率材料とを所定の膜厚で交互に積層形成
した誘電体多層膜から形成されており、照明したい波長
領域の光（本実施例では可視光）の表面反射を低減させ
る機能を有している。第１のコールドミラー４７は図６
で説明したのと同様の機能を有している。第１のロッド
インテグレータ４５の寸法は、図６で用いたロッドイン
テグレータ１５と同一であり、近赤外領域の除去性能は
図６のロッドインテグレータと同様である。

【００４０】第２のロッドインテグレータ４６は第２の
コールドミラー５０形成領域が傾斜研磨されており、第
１のロッドインテグレータ４５からの光が当該第２のコ
ールドミラー５０面で９０゜偏向して反射するように加
工されている。この加工部分が第３図における光偏向面
１０に対応する。第２のロッドインテグレータ４６の上
記傾斜加工面上に形成されている第２のコールドミラー
５０は６８０ｎｍ近傍以上の長波長の光を９５％以上透
過し、６８０ｎｍ近傍以下の可視光を９８％以上反射す
るように設計されている。なお、この反射特性は光入射
角が２２〜６８゜の範囲で満足されるように設計した。
さらに、紫外線分離ミラー４８は、入射角６８±１０゜
の範囲内で波長４００ｎｍ以下の紫外線を９０％以上透
過し、波長４００ｎｍ以上の可視光を９５％以上反射す
るように設計された光学多層膜から形成されている。ま
た、紫外線カットフィルタ５１は入射角０゜±２０゜の
波長４００ｎｍ以下の紫外線を９０％以上反射／吸収
し、波長４００ｎｍ以上の可視光を９５％以上透過する
ように設計された誘電体多層膜によって形成されてい
る。

【００４１】このように、第１のロッドインテグレータ
４５と第２のロッドインテグレータとを折り曲げて接合
することにより、照明装置の光路を自由に可変でき、よ
りコンパクトな装置設計が可能となると同時に、実質的
に光学フィルタ形成領域を広げることができるため、よ
り効果的な照明光の光学波長フィルタリングが可能とな
る。

【００４２】図８に示した反射型液晶プロジェクタへの
本発明の照明装置の応用実施例は、説明を簡単にするた
めに、モノクロの画像をスクリーンに投影する１実施例
を示したが、カラー画像を投影するときは図６で説明し
たのと同様に照明光３５をＲＧＢ３色成分に分解するダ
イクロイックフィルタを用いてＲＧＢに色分解した後、
ＲＧＢそれぞれの光書込型液晶空間光変調器に書き込ま
れた画像情報を前記色分解した照明光で読み出し、再び
前記ダイクロイックフィルタで色合成して投影すること
により実現できることは言うまでもない。

【００４３】本発明の照明装置を露光器に応用する場合
は、図６や図８で示した反射型液晶プロジェクタと基本
的には同様の構成にして、電気書込型液晶空間光変調器
２５、書込レンズ２６、光書込型液晶空間光変調器２７
および偏光ビームスプリッタ２８を用いないで、本発明
の照明装置からの照明光を製版のための光学マスクを介
して、フォトレジストなどの感光剤に照射することで実
現できる。ただし、露光器への応用例では、感光剤に照
射する光の波長は４５０ｎｍ以下の青色光や紫外線を用
いることが上記反射型液晶プロジェクタの場合と異なっ
ている。従って、本発明の照明装置のロッドインテグレ
ータに形成される光学フィルタは、上記青色光や紫外線
を有効に取り出すための光学特性を有していることは言
うまでもない。

【００４４】また、上記本発明の照明装置の液晶プロジ
ェクタへの応用は、反射型液晶プロジェクタへの実施例
のみを示したが、ＴＦＴ−ＬＣＤ（Thin Film Transist
er -Liquid Crystal Display）などを用いた透過型液晶
プロジェクタへも応用できることは言うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明装置
は、少なくとも光源とロッドインテグレータとからなる
照明装置において、当該ロッドインテグレータの少なく
とも入射端面と出射端面とを除く反射面の一部または全
面に光学フィルタを形成することにより、実質的に前記
ロッドインテグレータ内で前記光源からの光が多重反射
する回数だけの光学フィルタを形成したのと同等の効果
を実現できるために、少ない光学部品でより高い光学波
長フィルタリング特性を実現でき、そのために本発明の
照明装置を用いた光学機械はノイズが少なく、コンパク
トな構成とすることができるという効果を有する。ま
た、本発明の照明装置に用いられるロッドインテグレー
タとして真っ直ぐなものを用いたり、折り曲げたものを
用いたりすることによりより光学系の配置設計の自由度
が増すため、本発明の光学機械全体の配置設計の自由度
も大きくなるという効果を有する。

【００４６】もちろん、前記ロッドインテグレータの入
射端と出射端とに所定の光学フィルタを形成すれば、さ
らに大きな光学波長フィルタリング効果が得られること
は言うまでもない。さらには、実質的に本発明の照明装
置はロッドインテグレータを使用しているために、照明
光の照射強度分布が通常の照明装置の照射強度分布に比
較して極めてよくなり、画像の投影においては画面全体
の画質ムラを少なくすることができるとともに、露光装
置においてはより均一なマスク露光が実現でき露光製品
の品質および製造歩留まりが著しく向上するという効果
を有している。

【００４７】また、上記のようにロッドインテグレータ
を使用しているために、投影または露光領域の形状に応
じた形状の出射面を持ったロッドインテグレータを用い
ることにより、より光損失の少ない照明装置とすること
ができ、本発明の照明装置を用いた光学機械の消費電力
を実質的に低減することができるという効果をも有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学フィルタ形成領域を示すロッドインテグ
レータの模式的斜視図である。

【図２】光学フィルタを２分割してロッドインテグレ
ータに形成した１例を示した模式的斜視透視図である。

【図３】本発明の照明装置に用いた折り曲げ構造を持つ
ロッドインテグレータに形成した光学フィルタの配置の
１実施例を示す図面である。

【図４】本発明に用いたロッドインテグレータの模式的
断面図である。

【図５】本発明の照明装置の基本構成図である。

【図６】本発明の照明装置を用いた反射型液晶プロジェ
クタの構成概念図である。

【図７】光書込型液晶空間光変調器の一般的構成を示す
模式的断面図である。

【図８】折り曲げ構造を有するロッドインテグレータを
用いた場合の反射型液晶プロジェクタの１実施例を示す
図面である。

【符号の説明】

１入射面２出射面３光学フィルタ形成領域４第１の光学フィルタ形成領域５第２の光学フィルタ形成領域６第１の光学フィルタ７第２の光学フィルタ８第３の光学フィルタ９接合面１０光偏向面１３ランプ１４集光ミラー１５ロッドインテグレータ１６結像レンズ１７入射光束１８出射光束１９照明光束２０照明領域２１キセノンランプ２２楕円ミラー２３球面ミラー２４照明レンズ２５電気書込型液晶空間光変調器２６書込レンズ２７光書込型液晶空間光変調器２８偏光ビームスプリッタ２９投影レンズ３０スクリーン３１第１の紫外線カットフィルタ３２コールドミラー３３第２の紫外線カットフィルタ３４書込光３５照明光３６投影光３７ａ、ｂ透明基板３８ａ、ｂ透明電極３９光導電体４０誘電体ミラー４１ａ、ｂ配向膜４２液晶層４３スペーサ４４ａ、ｂ無反射コーティング４５第１のロッドインテグレータ４６第２のロッドインテグレータ４７第１のコールドミラー４８紫外線分離ミラー４９無反射コーティング５０第２のコールドミラー５１紫外線カットフィルタ１００第１の反射点１０１第２の反射点１０２入射光１０３第１の内部入射光１０４第１の透過光１０５第１の内部反射光１０６第２の内部入射光１０７第２の透過光１０８第２の内部反射光１０９出射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笠間宣行東京都江東区亀戸６丁目31番１号セイコー電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも光源とロッドインテグレータ
とからなる照明装置において、当該ロッドインテグレータの少なくとも入射端面と出射
端面とを除く反射面の一部または全面に光学フィルタが
形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】該光学フィルタは、所定の入射角に対し
て赤外光を透過し可視光を反射するコールドミラーであ
る請求項１記載の照明装置。
【請求項３】該光学フィルタは、所定の入射角に対し
て赤外光を透過し可視光を反射するコールドミラーと、所定の入射角に対して紫外光を透過し可視光を反射する
ＵＶ透過フィルタとに分離形成されている請求項１記載
の照明装置。
【請求項４】該ロッドインテグレータの入射端面およ
び出射端面の少なくとも一方に光学フィルタが形成され
ている請求項１、２および３記載の照明装置。
【請求項５】該ロッドインテグレータは、少なくとも
２本のロッドインテグレータの互いの出射端面と入射端
面とを所定の角度で接合してなる請求項１、２、３およ
び４記載の照明装置。
【請求項６】少なくとも２本の該ロッドインテグレー
タの互いの出射端面と入射端面とを所定の角度で接合し
てなるロッドインテグレータの材質は二酸化珪素を主成
分とするガラスであり、当該接合面は融着接合してなる請求項１、２、３、４お
よび５記載の照明装置。
【請求項７】少なくとも２本の該ロッドインテグレー
タの互いの出射端面と入射端面との接合面に、所定の入射角に対して紫外光を反射し可視光を透過する
ＵＶ反射フィルタ、または所定の入射角に対して赤外光を反射し可視光を透
過するコールドフィルタが形成されている請求項１、
２、３、４および５記載の照明装置。