照明装置

【目的】光源手段からの光束の有効利用を図り、被照明体を効率的に照明することができる照明装置を得ること。
【構成】楕円面鏡の第１焦点近傍に光源手段を設け、該楕円面鏡の前方に凹面鏡をその曲率半径が該楕円面鏡の第１焦点に略一致するように配置し、該凹面鏡の一部に開口部を設けると共に該開口部の前方に集光レンズを配置し、該光源手段からの光束のうち該楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束及び該凹面鏡で反射した後、楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束を該凹面鏡の開口部を介して該集光レンズに入射させ該集光レンズで集光して所定面上を照明するようにしたこと。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は照明装置に関し、特に楕円面鏡やその前方に配置する凹面鏡やフレネルミラー等の形状及び光源手段との配置関係を適切に設定することにより、光源手段からの光束の有効利用を図り効率の良い照明を行ない、スライド等の被投影画像をスクリーン面上に拡大投影するようにした例えば液晶プロジェクターやマイクロリーダやマイクロリーダプリンター、そしてオーバーヘッドプロジェクタ等の投影光学系に好適な照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より例えば液晶プロジェクターやマイクロリーダやマイクロリーダプリンター、そしてオーバーヘッドプロジェクタ等の投影光学系に用いられる照明装置では光源手段と、該光源手段から放射した光束を反射させる凹面鏡や楕円面鏡、そして集光レンズ等を適切に組み合わせて構成している。
【０００３】図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は各々従来の照明装置の要部概略図である。
【０００４】図９（Ａ）において楕円面鏡より成るリフレクター９２の第１焦点近傍に配置した光源手段９１から放射した光束は、該リフレクター９２で反射し、該リフレクター９２の第２焦点９３近傍に集光した後、発散してコンデンサーレンズ９４に入射している。そしてコンデンサーレンズ９４で集光し所定面を照明している。
【０００５】図９（Ｂ）ではリフレクター９２からの集光性の反射光束を集光する前に発散性レンズ９５を介して略平行光束として所定面上を照明している。
【０００６】図９（Ｃ）では光源手段９１を放物面鏡より成るリフレクター９２の第１焦点からずらして配置している。そして光源手段９１からの光束がリフレクター９２で反射した後、略平行光束となるようにして、所定面上を照明している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す各照明装置では光源手段９１から放射した光束のうち一部分のみが被照明体（フィルムや液晶ライトバルブ）に導光され、それ以外の光束は使用されない。
【０００８】例えば図中角度βで示す立体角に放射される光束は被照明体には入射しなく、光源手段からの光束の利用効率が悪かった。
【０００９】この為、被照明体の照度が低下し、良好なる明るさの投影像が得られないという問題点があった。
【００１０】本発明は楕円面鏡や凹面鏡、そして集光レンズ等の光学要素の形状及び光学配置を適切に設定することにより、光源手段からの光束の有効利用を図り、被照明体を高い照度で照明することができる照明装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の照明装置は楕円面鏡の第１焦点近傍に光源手段を設け、該楕円面鏡の前方に該楕円面鏡の焦点間距離と略等しい曲率半径の凹面鏡をその曲率半径が該楕円面鏡の第１焦点に略一致するように配置し、該楕円面鏡の第２焦点に相当する該凹面鏡の一部に開口部を設けると共に該開口部の前方に集光レンズを配置し、該光源手段からの光束のうち該楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束及び該凹面鏡で反射した後、該楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束を該凹面鏡の開口部を介して該集光レンズに入射させ該集光レンズで集光して所定面上を照明するようにしたことを特徴としている。
【００１２】この他本発明では楕円面鏡の第１焦点近傍に光源手段を設け、該楕円面鏡の前方に該楕円面鏡の該第１焦点に法線が通過するように複数の反射面を設けたフレネルミラーを配置し、該楕円面鏡の第２焦点に相当する該フレネルミラーの一部に開口部を設けると共に該開口部の前方に集光レンズを配置し、該光源手段からの光束のうち該楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束及び該フレネルミラーで反射した後、楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束を該フレネルミラーの開口部を介して該集光レンズに入射させ該集光レンズで集光して所定面上を照明するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図、図２は図１の一方から見たときの概略図、図３は図１の光路を説明する為の概略図である。
【００１４】図中、１は楕円面鏡であり、１ａはその第１焦点、１ｂはその第２焦点である。
【００１５】２は凹面鏡であり、楕円面鏡１の前方に設けており、楕円面鏡１の第１焦点１ａから第２焦点１ｂまでの距離と略等しい値の曲率半径を有している。
【００１６】凹面鏡２はその曲率中心が楕円面鏡１の第１焦点１ａに略一致するように配置している。凹面鏡２のうち楕円面鏡１の第２焦点１ｂの位置に相当する領域、即ち凹面鏡２の光軸７に相当する領域に円形状又は四角形状等の開口部４を設けている。５は支柱であり楕円面鏡１と凹面鏡２とを相互に支持している。
【００１７】３は光源手段であり、例えばメタルハライドランプやハロゲンランプ等から成り、楕円面鏡１の第１焦点１ａ近傍に配置している。
【００１８】６は集光レンズであり、凹面鏡２の開口部４の前方に配置している。
【００１９】本実施例では光源手段１からの光束のうち楕円面鏡１に入射し反射した光束は第２焦点１ｂに集光している。又、光源手段１からの光束のうち凹面鏡２に入射し反射した光束は元の光路を戻り、楕円面鏡１で反射し、第２焦点１ｂに集光している。そして第２焦点１ｂに集光したこれらの光束は凹面鏡２の開口部４を通過し、集光レンズ６で略平行光束とし被照明体（不図示）に導光し、照明している。
【００２０】このように本実施例では光源手段３からの光束のうち楕円面鏡１に直接入射しない従来の照明装置では不使用の光束を凹面鏡２で反射し、楕円面鏡１に戻し、集光レンズ６に入射させて照明用として用いている。これにより光源手段３からの光束の有効利用を図っている。
【００２１】本実施例において凹面鏡２の開口部４より射出する光束の射出角θは楕円面鏡１や凹面鏡２の形状及び配置等を適切に設定することにより種々と制御している。
【００２２】例えば、楕円面鏡１の端面を結ぶ平面と光軸７との交点Ｔ１が第１焦点１ａ側に位置するように楕円面鏡１の形状を設定すれば射出角θは小さくなる。逆に交点Ｔ１が第２焦点１ｂ側に位置するように設定すれば射出角θは大きくなる。
【００２３】本実施例において凹面鏡２の端面を結ぶ平面Ｓ１と光軸７との交点Ｔ２が楕円面鏡１の第１焦点１ａより後方（図中左側）にあると光源手段３からの光束が楕円面鏡１と凹面鏡２との間の空間内に閉じ込められて熱が発生してくる場合がある。そこで本実施例では交点Ｔ２が第１焦点１ａより前方（図中右側）に位置するように楕円面鏡１と凹面鏡２の形状を設定し、空気の流通を良くし、熱の発生を防止している。
【００２４】尚、本実施例において熱の発生を防止する為に楕円面鏡１と凹面鏡の反射面をコールドミラーより構成しても良い。
【００２５】図４、図５、図６は各々本発明の実施例２、３、４の要部概略図である。
【００２６】図中、図１の実施例１で示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００２７】図４の実施例２では楕円面鏡１と凹面鏡２との形状を光軸７ａに対して非対称としている。そして楕円面鏡１と凹面鏡２の光軸７ａに対して集光レンズ６の光軸７ｂとが角度αで交叉するように構成している。これにより実施例１と同様の効果を得ている。
【００２８】図５の実施例３では楕円面鏡１の前方に第１凹面鏡２ａと第２凹面鏡２ｂの２つの凹面鏡を設けている。
【００２９】第１凹面鏡２ａは第１焦点１ａに曲率中心を有する曲率半径Ｒ２ａの凹面鏡より成っている。
【００３０】第２凹面鏡２ｂは第１焦点１ａに曲率中心を有する曲率半径Ｒ２ｂの凹面鏡より成っている。
【００３１】第２凹面鏡２ｂの曲率半径Ｒ２ｂは第１焦点１ａから第２焦点１ｂまでの距離と略等しくなっている。
【００３２】第１凹面鏡２ａの開口形状は光源手段３からの光束のうち楕円面鏡１で反射し第２焦点１ｂに入射する光束を遮光しないように設定している。
【００３３】本実施例では光源手段３からの光束のうち第１凹面鏡２ａ（第２凹面鏡２ｂ）に入射した光束を反射させ元の光路に戻し、楕円面鏡１で反射させて第２焦点１ｂに集光している。そして集光レンズ（不図示）に入射させている。
【００３４】本実施例では２つの凹面鏡２ａ、２ｂを用いることにより外径寸法を縮少化し、装置全体の小型化を図っている。
【００３５】図６の実施例４では図１の実施例１の凹面鏡２の代わりに球形状のフレネルミラー６１を用いている点が異なり、その他の構成は同じである。
【００３６】図６に示すようにフレネルミラー６１で光源手段３からの光束を反射し、元の光路に戻し、楕円面鏡１で反射し第２焦点１ｂに集光している。そして集光レンズ６に入射させている。
【００３７】図７は図６のフレネルミラー６１の光軸７を含む平面の断面図である。フレネルミラー６１の複数の反射面６１ａはその法線が第１焦点１ａを通過するように設定している。又、反射面６１ａの長さ６１Ｌは光源手段３の発光面径と略一致させている。反射面６１ａの長さ６１Ｌが光源手段３の発光面径より大きくなると反射面６１ａで反射した後、光源手段３に戻る光束が少なくなり、光束が楕円面鏡１とフレネルミラー６１との空間内に閉じ込められ光束の利用効率が低下してくるので良くない。
【００３８】尚、本実施例においてフレネルミラーを図８に示すように反射面６１ｂを光源手段３（第１焦点１ａ）を中心とする同心円反射面（曲率半径Ｒ１、Ｒ２・・・）の一部より構成しても良い。
【００３９】また、集光レンズ６を通過した後の光束断面形状が略画像表示デバイスの形状と一致するように、各々、楕円面鏡、凹面鏡、フレネルミラーの形状を設定してもよい。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば以上のように楕円面鏡や凹面鏡、そして集光レンズ等の光学要素の形状及び光学配置を適切に設定することにより、光源手段からの光束の有効利用を図り、被照明体を高い照度で照明することができる照明装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の要部概略図
【図２】図１の一方から見たときの概略図
【図３】図１の光路の説明図
【図４】本発明の実施例２の要部概略図
【図５】本発明の実施例３の要部概略図
【図６】本発明の実施例４の要部概略図
【図７】図６の光軸を含む断面概略図
【図８】図６のフレネルミラーの他の実施例の説明図
【図９】従来の照明装置の概略図
【符号の説明】
１楕円面鏡
２、２ａ、２ｂ凹面鏡
３光源手段
４開口部
５支柱
６集光レンズ
７、７ａ、７ｂ光軸
６１フレネルミラー
１ａ第１焦点
１ｂ第２焦点

【特許請求の範囲】
【請求項１】楕円面鏡の第１焦点近傍に光源手段を設け、該楕円面鏡の前方に該楕円面鏡の焦点間距離と略等しい曲率半径の凹面鏡をその曲率半径が該楕円面鏡の第１焦点に略一致するように配置し、該楕円面鏡の第２焦点に相当する該凹面鏡の一部に開口部を設けると共に該開口部の前方に集光レンズを配置し、該光源手段からの光束のうち該楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束及び該凹面鏡で反射した後、該楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束を該凹面鏡の開口部を介して該集光レンズに入射させ該集光レンズで集光して所定面上を照明するようにしたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】楕円面鏡の第１焦点近傍に光源手段を設け、該楕円面鏡の前方に該楕円面鏡の該第１焦点に法線が通過するように複数の反射面を設けたフレネルミラーを配置し、該楕円面鏡の第２焦点に相当する該フレネルミラーの一部に開口部を設けると共に該開口部の前方に集光レンズを配置し、該光源手段からの光束のうち該楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束及び該フレネルミラーで反射した後、該楕円面鏡で反射し該第２焦点に集光した光束を該フレネルミラーの開口部を介して該集光レンズに入射させ該集光レンズで集光して所定面上を照明するようにしたことを特徴とする照明装置。

【図１】