JPH08262437A

JPH08262437A - 照明装置

Info

Publication number: JPH08262437A
Application number: JP7063080A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoneda; 俊之米田; Teruo Miyamoto; 照雄宮本; Yasuto Nai; 康人名井; Masaaki Tanaka; 正明田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】光源から放射される光を高効率で被照射面に
照射する照明装置を得る。また、光源から放射される光
を光軸に対し平行性よく被照射面に照射する照明装置を
得る。【構成】光源を通り光軸に垂直な面２００を境にして
主反射鏡１１と補助反射鏡１６を配置する。主反射鏡は
放物面鏡であり、補助反射鏡は球面鏡であり、放物面鏡
の焦点と球面鏡の中心に光源１０を配置する。被照射面
１００の径ａの１／４を主反射鏡１１の焦点距離Ｆとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は液晶プロジェクタ等に
用いられる照明装置に関するものである。特に光源から
放射された光を効率良く放射する照明装置に関するもの
である。また、光源から放射された光を平行光線にして
照射する照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２９は、現在主流の３板方式の液晶プ
ロジェクタを示したものである。図２９は三原色の赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色の液晶パネルを光変
調手段として用いた従来の液晶プロジェクタ装置の光学
系の構成図である。図２９において、１０は光源、１１
は反射鏡、１は光源１０と主反射鏡１１からなる光源
系、２は光の分光及び反射のミラー、２１は光源１０の
白色光の内、青色成分を透過し、赤色成分と緑色成分を
反射する第１のダイクローイックミラー、２２は第１の
ダイクローイックミラー２１を通過した赤色，緑色の光
の内、緑色成分のみを反射し、かつ、緑色用液晶パネル
３１にその光を供給する第２のダイクローイックミラー
であり、２４及び２３は、光源１０の白色光を前記第１
および第２のダイクローイックミラーで赤色，青色に分
光した各色の光を、結果として赤色及び青色用液晶パネ
ル３０，３２に供給するための反射ミラー、４０及び４
１は、赤色，緑色，青色用の各液晶パネル３０，３１，
３２を通過した光を合成する第３及び第４のダイクロー
イックミラー、５０は第３のダイクローイックミラー４
０で合成された画像をスクリーン６０に拡大投写する投
写レンズ（プロジェクションレンズ）である。赤色，緑
色，青色用の各液晶パネル３０，３１，３２は、光源１
０からの光路長が等しくなる位置に配置されているとと
もに、投写レンズ５０までの光路長が等しくなる位置に
配置されている。また、光源１０から投写レンズ５０ま
での各光路長が等しくなるように構成されている。

【０００３】現在、主流の３板方式の液晶プロジェクタ
では、７万ないし３０万画素の液晶パネルをそれぞれ赤
色用、緑色用、青色用に用いている。

【０００４】次に、３板方式の液晶プロジェクタの動作
について説明する。光源系１は、光源１０と主反射鏡１
１（図２９においては省略されているが前方に放射され
る光を主反射鏡にもどす補助反射鏡を備えていることが
あるので、１１を主反射鏡という）で構成されていて、
おおむね平行な白色の照射光１００を照射する。光源１
０としては、例えば、メタルハライド光源、キャノン光
源、ハロゲン光源等のいわゆる白色光源が用いられる。
また、主反射鏡１１の反射面は集光手段であって、回転
放物面が基本であり、回転放物面の概略焦点位置に光源
１０の発光中心を配置することにより概略平行である照
射光１００が得られる。

【０００５】照射光１００は、青色光を透過し、緑色光
及び赤色光を反射する第１のダイクローイックミラー２
１及び緑色を反射し、赤色を通過する第２のダイクロー
イックミラー２２によって赤，緑，青の３つの単色光１
００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに分光される。その赤色の
単色光１００Ｒと青色の単色光１００Ｂは、各々反射ミ
ラー２４及び２３によって光路を変えられ、また、緑色
の単色光１００Ｇは、第２のダイクローイックミラー２
２によって光路を変えられて、各原色に対応する液晶パ
ネル３０，３２及び３１に入射する。

【０００６】そして、各液晶パネル３０，３１，３２に
入射された赤色、緑色、青色の各単色光は、映像信号の
内の色信号からデコードされた各単色の映像信号、つま
りＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号に対応するモノクロ画像を
表示する液晶パネル３０，３１，３２を通過することに
より、光の強弱の制御、つまり光変調を受ける。そし
て、この光変調を受けた光は、各単色光を合成する合成
手段の第３、第４のダイクローイックミラー４０，４１
により、再び一本の光束に合成される。その光束は、投
写レンズ５０に入射され、所定の拡大倍率で拡大されて
スクリーン６０上に投写される。

【０００７】次に、光変調に用いられている液晶パネル
について説明する。図３０及び図３１は、９０度ねじれ
ネマティック（ＴＮ）液晶パネルの動作説明図である
（参考文献：カラー液晶ディスプレイ、産業図書株式会
社、小林駿介著、平成２年１２月１４日初版、ｐ１）。
図３０は、液晶パネルの印加電圧オフ（＝０）の時に、
入射した光の内偏光板（又は偏光子）により配向膜のラ
ビング方向Ｐに沿った偏光光のみが通過し、かつ、９０
度ねじれたラビング方向Ａを持つ照射側の配向膜と偏光
板（又は偏光子、検光子）を通り抜けていることを示し
ている。逆に図３１は、液晶パネルの印加電圧オンの場
合を示し、入射した光は照射側の偏光板（もしくは偏光
子又は検光子）でさえぎられる（ブロックされる）こと
を示している。

【０００８】ＴＮ型液晶の入射光として必要な偏光光を
得るためには、偏光子が必要であるが、偏光子に最も一
般的に利用されているのが偏光膜である。ところが、偏
光膜は、光源からくるＰ波かＳ波のいずれかの光を吸収
するので、液晶パネルによる光変調手段の画像形成に寄
与する光量は５０％以下で、明るい画像が得られ難いと
いう問題があった。画質を向上させるためには、液晶パ
ネルの限界まで光を照射することが望ましい。

【０００９】ポリマー分散型液晶パネルは、このような
問題のある偏光子を必要としない方式である。この方式
は、ポリマーに分散したネマチック液晶の球状小滴中の
液晶分子の配列を電界によって変化させ、それによる屈
折率の変化を応用するものである。電界の印加されてい
ないオフ状態では、液晶の光軸は図３２のように、不規
則に配向し、透過光は乱反射され不透明白色を示す。電
界が印加されたオン状態では、小滴の光軸が図３３のよ
うに電界方向に配列し、液晶の屈折率が均一になるの
で、散乱が減少してほぼ透明になる（参考文献：液晶デ
ィスプレイのすべて、株式会社工業調査会、佐々木昭夫
／苗村省平編著、１９９４年４月２２日初版、ｐ３
２）。図３４のような構成にすると、投射光の平行度が
高い場合には、高コントラストの変調光が得られる（参
考文献：次世代液晶ディスプレイ技術、株式会社工業調
査会、内田龍男編著、１９９４年１１月１日初版、ｐ２
２９）。

【００１０】次に、光源について述べる。投射型液晶プ
ロジェクタには、明るさが要求される。それを実現する
ためには、明るい光源が必要である。

【００１１】一方、十分な明るさを光源から求めるため
には、光源のサイズが大きくなってしまう。十分な明る
さを得るためには、ステファン・ボルツマンの法則とウ
ィーンの法則により、光源のサイズを一定以下にするこ
とはできない。また、光源の寿命や色温度も光源の大き
さを一定以下にさせない要因である。また、長寿命を要
求すると必然的に光源に長さが必要となる。図３５は、
各種の光源の特性を示したものである。色温度が適当な
メタルハライド光源の場合、数千時間の長寿命を要求す
れば、放電の電極長によって決まるアーク長、即ち、光
源長は略５ｍｍとなる。図３６は、２５０Ｗ、アーク長
５ｍｍの発光輝度の空間分布を示したものである。図に
おいて、最も明るい発光輝度を１．０とし、１．０以下
の数値は、１．０を基準とした重み付けを行った数値で
ある。

【００１２】図３７は、従来の液晶プロジェクタに用い
られている２５０Ｗのメタルハライド光源の図である。
このメタルハライド光源は、光源１０及び主反射鏡１１
からなる。また、赤外線は主反射鏡などを加熱する。こ
の熱を処理する（冷却する）ために、主反射鏡には、あ
る大きさが必要であり、図に示す光源の場合は、口径は
８０ｍｍ（８ｃｍ）である。

【００１３】また、図３８、図３９、図４０は、従来の
液晶プロジェクタ装置に用いられる光源系の一例を示す
図である。図３８は主反射鏡１１を放物面鏡とし、補助
反射鏡１６ａを同じく放物面鏡としている場合を示して
いる。主反射鏡と補助反射鏡は焦点を共有し、その焦点
位置に光源１０を配置している。図３９の場合は、図３
８に示したものと同様の構成であるが、補助反射鏡１６
ｂが球面鏡の場合を示している。補助反射鏡は光源から
照射器前面に放射された発散光束を主反射鏡１１に反射
させることができる。主反射鏡に反射された光束は平行
光線となり照射器前面に放射される。これにより補助反
射鏡を備えない場合に捨てられていた前側発散光束を有
効利用できる。図４０に示す場合は照明装置の出口に出
射小窓を設け、出射小窓に垂直成分の光を透過し、斜め
出射光を反射する干渉膜１２を施したものである。この
ように、干渉膜を設けることにより出射光束の成形と平
行化を行なうことができる。

【００１４】従来の投写型液晶プロジェクタにおいて
は、例えば、主反射鏡１１とコンデンサレンズと投影レ
ンズを中心とした伝送光学系の設計において、主反射鏡
とコンデンサレンズをそれぞれ放物面鏡と長焦点レンズ
にして、系をテレセントリック（Ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉ
ｃ）系に近づけ、光線をできる限り平行照明光とする必
要があると考えられていた。

【００１５】テレセントリック系においても問題があ
る。確かにテレセントリック系では、例えば、図３７の
放物面鏡の焦点に置かれた部分から出る光は平行になる
が、それ以外の部分から出る光は平行ではなく傾斜を持
つ。この傾斜の最大地ｄθは、光軸に置かれたアーク長
ｌｓに比例し、主反射鏡の直径Ｄｍ及び主反射鏡のアス
ペクト比ａｓｒに逆比例する。

【００１６】テレセントリック系と言えども、アーク長
ｌｓが有限である限り、傾斜の最大地ｄθを許容範囲に
抑えるためには、主反射鏡の直径Ｄｍをある程度大きく
する必要がある。例えば、ダイクローイックミラーや偏
光分離素子などの薄膜素子の許容範囲を６度とすると、
主反射鏡の直径は、例えば、アーク長５ｍｍの光源、ア
スペクト比が２以下の従来の主反射鏡を使う限り、７．
５ｃｍ（３インチ）以下にはできないのである。なお、
アスペクト比は、主反射鏡の直径Ｄｍ／主反射鏡の長さ
Ｌｍで示される値であり、従来の光源では、図３７に示
すように主反射鏡のフロントエンドを光源１０の位置よ
り前に出して集光効率を高める構造となっているため
に、２程度である。

【００１７】従って、テレセントリック系においては、
各光学部品が大きくなり、高価になる。特に、液晶パネ
ルのサイズが大きくなるとＴＦＴのコストだけではな
く、周辺部材のコストがかなり高なる可能性がある。例
えば、ＴＦＴの材料としては、移動度が高い多結晶シリ
コン（ポリＳｉ）が理想であるが、ポリＳｉは、高温処
理の関係で石英ガラスを要求し、この石英ガラスのコス
トが他の部材よりかなり高コストになる。このような理
由で、現在は、サイズの大きい液晶パネルのＴＦＴの材
料には、石英ガラスを必要としないアモルファスシリコ
ン（α−Ｓｉ）が利用されている。現在、投写用として
主流の液晶パネルのサイズは、例えば、３インチ（７．
６２ｃｍ）、あるいは、３．２６インチ（８．２８ｃ
ｍ）である。

【００１８】図３７のテレセントリック系の光源を、３
インチないし３．２６インチの液晶パネルや、それと同
一サイズのフィルタ系に適用した光源と液晶パネルとの
関係を図４１に示す。口径が８ｃｍないし９ｃｍの主反
射鏡が、７．６２ｃｍ〜８．２８ｃｍのパネルに、±８
度程度の角度分散で平行光を照射している。

【００１９】次にサイズが１．３インチ程度とポリＳｉ
の小さい液晶パネルが使用されている投射装置が製品化
されているので、この光伝送系を考えよう。この場合も
利用されている薄膜素子の性能から主反射鏡の径は、３
インチ程度が必要となる。従って、図４２に示すよう
に、光源からの平行光の一部しか液晶パネルに照射され
ないことになる。従って、スクリーン上の輝度の低下
は、避けられない。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来の照明装置では、
以下のような課題があった。第１の課題は照明装置から
如何に平行光線を出射できるようにするかという課題で
ある。前述したように液晶パネルや薄膜素子を用いた光
学部品に光線を照射する場合には、傾斜をできるだけ小
さくすることが望ましい。特に照明装置の前方から光源
より直接放射される光は、平行光線でないため照明装置
前方から直接出射される光を平行光線にして照射したい
という課題があった。

【００２１】第２の課題は光源から放射された光を効率
良く利用するという点である。例えば、光源の大きさに
比べて主反射鏡の大きさが大きくないときには光源から
放射された光の内、光源後方への放射光が十分利用され
ないという問題がある。光源後方への放射光は主反射鏡
により反射されるが、光源に有限の大きさがあるため、
その反射光が光源自身によりじゃまされて前方に出射さ
れない。前述したように、十分な明るさを確保するため
には光源のサイズは一定以下にすることができない。従
って、明るさが要求されればされるほど光源のサイズが
大きくなる。一方、前述したように液晶プロジェクタ等
のサイズが小型化していく上では照明装置自身が小型化
しなければならない。主反射鏡を小さくすることによ
り、照明装置のサイズは小さくなるが、光源と主反射鏡
のサイズのバランスが崩れてしまう。光源が点光源であ
る場合には、光源から放射された光は主反射鏡により効
率良く放射されるが、光源が点光源でない場合、即ちサ
イズが大きくなればなるほど、光源から放射された光の
うち、光源後方に放射された光は光源前方には出射され
ず無駄になってしまう。

【００２２】第３の課題は、液晶プロジェクタに用いる
照明装置のサイズに比べて、液晶パネルやダイクローイ
ックミラーが小型化したことにより生ずる構造上の問題
点である。液晶パネルが３インチから１インチ以下のサ
イズになってくるに従い、反射鏡やダイクローイックミ
ラーも小さくなり、装置全体がコンパクトになってい
る。一方、照明装置は、十分な明るさを出すためには、
ある程度以下のサイズにすることができない。このよう
に、液晶プロジェクタに大きなサイズを持った照明装置
を配置しなければならないという課題が生ずる。今後も
液晶パネルのサイズは、小型化していくことが考えられ
るため、照明装置のサイズも小さくしたい。照射器のサ
イズと液晶パネルのサイズに大きな差がある場合には、
光が有効利用されない。有効利用するためには、照射さ
れる光の光径を絞る必要があり、照射器と液晶パネルの
間に所定の光路長を保つ必要がででくる。このように、
部品を効率よく配置するとともに、装置全体をコンパク
トにするために照明装置の小型化が望まれる。

【００２３】第４の課題は、ポリＳｉの液晶パネルに関
するものである。ポリＳｉの液晶パネルでは、高価な石
英ガラスが使われているので、面積を小さくする必要が
あるが、α−Ｓｉのものに比較すると、同一面積ではる
かに開口率が高く取れるので、液晶パネルのサイズをは
るかに小さくできる。従って、特に、ポリＳｉの液晶パ
ネルには、小さい面積に有効に光線を照射する照明装置
の開発が切望される。

【００２４】第５の課題として、従来の光源系に用いる
主反射鏡のアスペクト比が小さいために、同一径同一光
源長でも、主反射鏡から放射される光の傾きの分散が大
きくなってしまっていることがあげられる。小さいアス
ペクト比が採用されているのは、アスペクト比が小さい
ほど、主反射鏡の集光効率が上がるからである。

【００２５】この発明は以上のような課題を解消するた
めになされたものであり、液晶パネル等の被照射面に対
して効率良く光を照射する照明装置を得ることを目的と
する。また、この発明は光源から放射された光をできる
だけ平行性を良くして被照射面に照射する照明装置を得
ることを目的とする。また、この発明は、小型化された
照明装置を得ることを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明の照明装置は、
以下の要素を有することを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）被照射面の径に基づい
て決定された焦点距離を有し、上記光源を略焦点位置に
配置した放物面鏡であって、上記光源からの光を反射し
て被照射面に照射する主反射鏡、（ｃ）上記光源からの
光の中で、被照射面に照射されない光の少なくとも一部
の光を上記主反射鏡に反射させる補助反射鏡。

【００２７】上記主反射鏡の焦点距離は、被照射面に照
射される光の割合と、被照射面に照射される光の角度分
布とに基づいて決定されることを特徴とする。

【００２８】上記主反射鏡の焦点距離は、被照射面の径
の略１／４であることを特徴とする。

【００２９】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を被照射面に
遠い側の略焦点位置に配置した回転楕円体鏡を用いた主
反射鏡、（ｃ）上記光源からの光の中で、被照射面に照
射されない光の少なくとも一部の光を上記主反射鏡に反
射させる補助反射鏡。

【００３０】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源からの光を被
照射面に照射する主反射鏡、（ｃ）上記光源からの光の
中で、被照射面に照射されない光の少なくとも一部の光
を上記主反射鏡に反射させる複数の補助反射鏡。

【００３１】上記補助反射鏡は、上記光源と被照射面の
間に設けられていることを特徴とする。

【００３２】上記主反射鏡を光源を通り光軸に垂直な面
まで配置するとともに、上記補助反射鏡を光源を通り光
軸に垂直な面から配置していることを特徴とする。

【００３３】上記補助反射鏡は、上記光源を略焦点位置
に配置した放物面鏡であることを特徴とする。

【００３４】上記補助反射鏡は、上記光源を略中心位置
に配置した球面鏡であることを特徴とする。

【００３５】上記補助反射鏡は、上記主反射鏡から被照
射面に照射される光を妨げない開口部を持っていること
を特徴とする。

【００３６】最も光源側にある補助反射鏡をリング状放
物面鏡とし、他の補助反射鏡をリング状球面鏡としたこ
とを特徴とする。

【００３７】全ての補助反射鏡をリング状球面鏡とした
ことを特徴とする。

【００３８】上記補助反射鏡は、更に、上記光源からの
光の中で被照射面に直接照射される光を上記主反射鏡に
反射させることを特徴とする。

【００３９】上記主反射鏡の鏡径が被照射面の径にほぼ
等しいことを特徴とする。

【００４０】上記補助反射鏡は、上記主反射鏡により被
照射面に照射されない光全てを主反射鏡に反射すること
を特徴とする。

【００４１】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源からの光を反
射して被照射面に照射する主反射鏡、（ｃ）上記光源か
らの光の中で少なくとも被照射面に直接照射される光を
入力して被照射面に出力するレンズ。

【００４２】上記主反射鏡は、上記光源を略焦点位置に
配置した放物面鏡であることを特徴とする。

【００４３】上記主反射鏡は、上記光源を被照射面に遠
い側の略焦点位置に配置した回転楕円体鏡であることを
特徴とする。

【００４４】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を被照射面に
遠い側の略焦点位置に配置し、被照射面に近い側の略焦
点と被照射面との間に開口部を有した回転楕円体鏡、
（ｃ）上記開口部に設けられ、焦点距離が上記回転楕円
体鏡の被照射面に近い側の焦点位置と上記開口部との距
離にほぼ等しいレンズ。

【００４５】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を略中心位置
に配置するとともに、反射鏡が拡散面からなるととも
に、反射鏡の一部に開口部を有した球面鏡、（ｃ）上記
球面鏡の開口部と被照射面の間に設けられ、上記開口部
の略中心位置に焦点を持つ放物面鏡。

【００４６】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を被照射面に
遠い側の略焦点位置に配置し、被照射面側に開口端を有
する回転楕円体鏡、（ｃ）上記回転楕円体鏡の開口端か
ら上記回転楕円体鏡の被照射面に近い側の略焦点まで設
けられ、開口部と被照射面の間に設けられた開口部を有
するリング状の円錐反射鏡、（ｄ）上記円錐反射鏡の開
口部と被照射面の間に設けられ、上記開口部の略中心位
置に焦点を持つ放物面鏡。

【００４７】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を略中心位置
に配置するとともに、中心位置と被照射面の間に、被照
射面の径と略等しい径の開口部を有した球面鏡、（ｃ）
上記開口部に設けられ、焦点距離が上記球面鏡の中心位
置と上記開口部との距離にほぼ等しいレンズ。

【００４８】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源と被照射面の
間に設けられ、上記光源を略焦点位置に配置した主レン
ズ、（ｃ）上記光源の被照射面から遠い側に設けられ、
上記光源を略焦点位置に配置した補助レンズ、（ｄ）上
記補助レンズからの光を反射する平面反射鏡。

【００４９】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を略焦点位置
に配置した第１と第２の放物面鏡。

【００５０】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を被照射面に
遠い側の略焦点位置に配置し、被照射面に近い側に開口
部を有する回転楕円体鏡、（ｃ）上記開口部と被照射面
の間に設けられ、上記回転楕円体鏡の被照射面に近い側
の略焦点位置に焦点位置を有する放物面鏡。

【００５１】この発明の照明装置は、以下の要素を有す
ることを特徴とする。（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を略中心位置
に配置し、被照射面側に開口部を有する球面鏡、（ｃ）
上記開口部と被照射面の間に設けられ、上記球面鏡の略
中心位置に焦点位置を有する放物面鏡。

【００５２】上記照明装置は、更に、被照射面と光源の
間に、レンズを設けたことを特徴とする。

【００５３】

【作用】この発明の照明装置は主反射鏡が被照射面の径
に基づいて決定された焦点距離を有していることによ
り、光源からの光を効率良く被照射面に照射する。

【００５４】主反射鏡の焦点距離は被照射面に照射され
る光の割合と光の角度分布により決定されるので、被照
射面に対して無駄なく、かつ光軸に対し平行性よく光を
照射する。

【００５５】主反射鏡の焦点距離は被照射面の径の約１
／４であり、被照射面の径の約１／４の焦点距離をもつ
ことにより、被照射面に入射さる光の割合と光の強度が
適切な状態に保たれる。

【００５６】この発明の照明装置は主反射鏡に回転楕円
体鏡を用いており、一方の焦点位置に光源を配置するこ
とにより、他方の焦点に光を集束させる。

【００５７】この発明の照明装置は補助反射鏡を複数備
えることにより、光源からの光を効率良く利用する。

【００５８】この発明の補助反射鏡は光源と被照射面の
間に設けられており、光源と被照射面の間で利用されな
い光を利用可能にする。

【００５９】この発明の主反射鏡は主反射鏡の出口を光
源の位置までとしているため、アスペクト比の値が大き
くなり、光軸に対する光の傾きを小さくする。一方、補
助反射鏡はアスペクト比が高くなったことにより利用さ
れない光が増加するという欠点を補うために設けられ
る。

【００６０】補助反射鏡は光源を焦点位置に配置した放
物面鏡であるので、光源から放射された光を光軸と平行
に反射させ、もともと利用されない光を利用可能にす
る。

【００６１】補助反射鏡は光源を中心位置に配置した球
面鏡であるので、光源から放射された光を再び光源に反
射し、もともと利用されなかった光を利用可能にする。

【００６２】補助反射鏡は開口部を有し照明装置から放
射される光を妨げることがない。

【００６３】補助反射鏡が複数ある場合、補助反射鏡の
種類を変えることにより利用されない光を異なる方向に
反射して利用可能とする。

【００６４】補助反射鏡が複数ある場合、全ての補助反
射鏡を球面鏡とすることにより利用されない光を光源に
反射させ利用可能とする。

【００６５】補助反射鏡は光源から被照射面に直接照射
される光を主反射鏡に反射するので、光源から被照射面
に平行光線でない光が照射されることを防止すると共
に、光源から被照射面に直接照射されていた光を平行光
線にして、被照射面に照射する。

【００６６】主反射鏡の鏡径が被照射面の径に等しい場
合は、光路径と被照射面の径が等しくなり光が無駄なく
利用できる。

【００６７】補助反射鏡は主反射鏡により被照射面に照
射されない光を全て主反射鏡に反射するので光源からの
光が全て利用可能になる。

【００６８】この発明の照明装置は、光源から直接被照
射面に照射される光をレンズに入力してから被照射面に
出力するので被照射面に直接照射される光がレンズによ
り平行光線になる。

【００６９】主反射鏡は光源を焦点位置に配置した放物
面鏡であるので、主反射鏡により反射された光は平行光
線となる。

【００７０】主反射鏡は一方の焦点位置に光源を配置し
た回転楕円体鏡であるので、光源からの光は他方の焦点
位置に集束する。

【００７１】この発明の照明装置は回転楕円体鏡の一方
の焦点に光源を配置し、他方の焦点に反射光を集束させ
る。他方の焦点に集束した光はレンズにより平行光線と
なり開口部から被照射面に照射される。

【００７２】この発明の照明装置は球面鏡の中心に光源
を配置するとともに、球面鏡の開口部に焦点を持つ放物
面鏡を配置することにより、球面鏡内で乱反射し、開口
部から出射した光を放物面鏡により平行光として照射す
る。

【００７３】この発明の照明装置は回転楕円体鏡の一方
の焦点に光源を配置し、円錐反射鏡と回転楕円体鏡によ
り他方の焦点に光を集束させる。集束した光は放物面鏡
により平行光線として照射される。

【００７４】この発明の照明装置は球面鏡の中心位置に
光源を配置し、開口部に設けたレンズにより平行光線を
放射する。

【００７５】この発明の照明装置は光源の前後に主レン
ズと補助レンズを配置し、補助レンズの背後に平面反射
鏡を配置することにより光源の後ろに照射される光を前
面に反射する。

【００７６】この発明の照明装置は二つの放物面鏡の焦
点を共有させて、その焦点位置に光源を配置する。従っ
て、一つの光源に対して二つの照明装置を得ることがで
き、２方向に光を照射する。

【００７７】この発明の照明装置は回転楕円体鏡の一方
の焦点に光源を配置し、他方の焦点と放物面鏡の焦点を
共有させることにより、回転楕円体鏡により他方の焦点
に集束した光を放物面鏡により平行光線として照射す
る。

【００７８】この発明の照明装置は球面鏡の中心に光源
を配置し、その中心位置に焦点位置を有する放物面鏡に
より平行光線を照射する。

【００７９】この発明の照明装置は、前述した各種照明
装置から出力された光に対してレンズを設け、平行光線
を集束させたり、或いは集束する光を平行光線に変更し
たりする。

【００８０】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の照明装置の一例を示す図で
ある。図において１０は光源、１１は主反射鏡となる放
物面鏡、１６は補助反射鏡となる球面鏡、１００は液晶
パネル等の光の照射対象となる被照射面、２００は光源
１０を通り光軸に垂直な面である。ａは被照射面の径で
あり、この例ではａ＝６０ｍｍの場合を示している。Ｌ
は照明装置から被照射面１００までの光路長であり、こ
の例ではＬ＝５０ｍｍの場合を示している。Ｆは主反射
鏡１１の焦点距離である。光源１０は放物面鏡１１の焦
点位置に配置されている。光源１０から放射された光は
放物面鏡１１により反射され、平行光線となり被照射面
１００に照射される。一方、光源１０は球面鏡１６の中
心位置に配置されている。光源１０から照射された光は
球面鏡１６により反射され再び光源１０に反射される。
球面鏡により反射された光は光源を通過し、あるいは光
源近傍を通過し、放物面鏡１１により反射され平行光線
となり被照射面に照射される。放物面鏡１１の開口端は
光源を通り光軸に垂直な面２００まで存在している。一
方、球面鏡１６は光源を通り光軸に垂直な面２００から
半球状の形をして存在している。但し放物面鏡１１から
放射される光線を妨げないように光軸を中心として開口
されている。放物面鏡１１の直径は被照射面の径ａとほ
ぼ同一であり、放物面鏡１１から放射される光はそのま
ま無駄なく被照射面１００に対して照射される。一方、
球面鏡は放物面鏡によって反射されない光を放物面鏡に
反射するように構成されている。

【００８１】図２は図１に示した照明装置の光利用効率
の焦点距離依存性を示す図である。図２に示す特性図の
横軸は主反射鏡の焦点距離Ｆである。また縦軸は被照射
面１００に入射される光の割合である。図２においてａ
は前述したように被照射面１００の径である。主反射鏡
の焦点距離Ｆを次第に大きくしていった場合には、被照
射面に照射される光の割合は減少する。例えば、主反射
鏡の焦点距離Ｆがａ／４より小さい場合には被照射面に
照射される光の割合はほぼ１００％であるが、主反射鏡
の焦点距離Ｆをａ／３とした場合は被照射面に入射され
る光の割合は７０％前後におちてくる。さらに、主反射
鏡の焦点距離をａ／２とした場合には被照射面に入射さ
れる光の割合は４０％前後となる。このように主反射鏡
の焦点距離を大きくすることにより被照射面に入射され
る光の割合は減少する。

【００８２】図３は光の角度分布を示す図である。図３
は光軸からの角度に基づいて光の強度が変化することを
示している。焦点距離Ｆがａ／６である場合は広い角度
の範囲において光が照射されることになる。一方、焦点
距離Ｆがａ／２の場合には光軸に対し傾きの小さい光が
照射されることになる。焦点距離Ｆがａ／４の場合に
は、焦点距離Ｆがａ／２とａ／６の中間的な値を示して
いる。図２及び図３に示す特性図から被照射面１００に
対して光を有効に照射するとともに、光軸に対しある程
度平行性よく照射するためには主反射鏡の焦点距離をａ
／４にするのは適当であると判断することができる。

【００８３】前述したように光源から放射される光を反
射して平行光線にしようとする場合でも光源に有限の長
さがあるので、必ずしも平行光線にならず、その傾きに
は有限の分散がある。この分散値は光源の長さ（アーク
長）に比例し主反射鏡の直径とそのアスペクト比（主反
射鏡の直径／主反射鏡の長さ）に逆比例する。従って、
主反射鏡の直径を大きくすること及び主反射鏡のアスペ
クト比を大きくすることは分散値を減少させることにな
る。主反射鏡の直径を大きくすることは照明装置のサイ
ズを大きくする事につながり望ましくない。そこで、こ
の実施例による照明装置は主反射鏡１１の開口端を光源
を通り光軸に垂直な面２００までにおさえ、主反射鏡の
長さを小さくすることにより、主反射鏡のアスペクト比
を２以上と大きくしている。例えばアスペクト比を４と
すると、分散が約半分になるので、照射する光の平行性
が高まる。主反射鏡のアスペクト比を大きくするという
ことは、主反射鏡により反射されない多くの光が生ずる
ことを意味する。この実施例における補助反射鏡は主反
射鏡により反射されない光を主反射鏡に戻し、利用する
ものである。

【００８４】以上のようにこの実施例にかかる照明装置
は、光源から放射される光を光軸に対し平行性良く、か
つ高効率で被照射面に照射する照明装置において、前記
光源から放射される光を前記被照射面に照射するための
主反射鏡と、前記主反射鏡と前記被照射面との間に、前
記光源から前記被照射面外に直接照射される光を前記主
反射鏡に戻し、前記主反射鏡を介して前記被照射面に照
射し、前記主反射鏡から前記被照射面に照射される光を
ほぼ妨げない開口径を持つほぼリング状の補助反射鏡を
設けていることを特徴とする。

【００８５】また、主反射鏡に焦点距離が被照射面の径
のほぼ１／４となる放物面鏡を用い、前記放物面鏡のほ
ぼ焦点位置に光源を配し、補助反射鏡に中心位置がほぼ
前記光源の位置となるリング状の球面鏡を用いたことを
特徴とする。

【００８６】図４はこの発明の照明装置の他の構成を示
す図である。図４に示す照明装置は主反射鏡に放物面鏡
を用いている。また補助反射鏡に同じく放物面鏡を用い
ている。２つの放物面鏡の焦点位置に光源を設けてい
る。光源から放射された光は主反射鏡により反射され平
行光線となり被照射面に照射される。また、光源から放
射された光は補助反射鏡により一旦主反射鏡に戻され主
反射鏡から平行光線となり、被照射面に照射される。ま
た図４に示す照明装置においても主反射鏡に焦点距離が
被照射面の径のほぼ１／４となる放物面鏡を用い、前記
放物面鏡のほぼ焦点位置に光源を配し、補助反射鏡に焦
点位置がほぼ前記光源の位置となるリング状の放物面鏡
を用いている。

【００８７】図５はこの発明の照明装置の他の構成を示
す図である。図５においては補助反射鏡として球面鏡を
用いている。補助反射鏡として球面鏡を用いる場合は、
球面鏡により反射された光が光源または光源近傍を通過
して主反射鏡に戻される。主反射鏡に戻された光は放物
面鏡により平行光線となり、被照射面に照射される。図
５に示す照明装置においては主反射鏡に焦点距離が被照
射面の径のほぼ１／４となる放物面鏡を用い、前記放物
面鏡のほぼ焦点位置に光源を配し、補助反射鏡に中心位
置がほぼ前記光源の位置となるリング状の球面鏡を用い
ている。

【００８８】図６はこの発明の照明装置の構成を示す図
である。図６に示す照明装置は主反射鏡に回転楕円体鏡
を用いている。光源は回転楕円体鏡の一方の焦点に配置
している。また補助反射鏡として球面鏡を用いている。
光源は球面鏡の中心位置に配置されている。光源から放
射された光は回転楕円体鏡により反射され、回転楕円体
鏡のもう一方の焦点に集束するように放射される。光線
が集束する位置に被照射面を配置することによりコーン
状の光が被照射面に照射される。この場合、平行光源を
照射することにはならないが、コーン状の光源を用いれ
ばサイズの小さい被照射面に対して効率よく光を照射で
きる。

【００８９】球面鏡により反射された光は光源または光
源の近傍を通過し、回転楕円体鏡により反射され、同様
にコーン状の光速となり被照射面に照射される。図６に
示す照明装置は、主反射鏡に回転楕円体鏡を用い、前記
回転楕円体鏡の被照射面に遠い側のほぼ焦点位置に光源
を配し、補助反射鏡に中心位置がほぼ前記光源の位置と
なるリング状の球面鏡を用いている。

【００９０】図７はこの発明の照明装置の構成を示す図
である。図７に示す照明装置が図６に示す照明装置と異
なる点は光源を通り光軸に垂直な面を境にして回転楕円
体鏡と球面鏡を配置したものである。このように、光源
を通り光軸に垂直な面で回転楕円体鏡をカットすること
により照明装置のアスペクト比が高くなり、分散値を低
減させることができる。

【００９１】図８はこの発明の照明装置の構成を示す図
である。図８において特徴となる点は複数の補助反射鏡
を設けている点である。主反射鏡に一番近い第１の補助
反射鏡は放物面鏡である。第２の補助反射鏡以降の補助
反射鏡は球面鏡である。第２の補助反射鏡以降の補助反
射鏡を球面鏡としているのは、球面鏡により反射された
光は球面鏡に入射した光の光路と同一の光路を辿って反
射され、光源に戻されるからである。すなわち、球面鏡
により反射された光が他の補助反射鏡により妨げられる
ことなく主反射鏡に戻されるようにするためである。も
し、第２の補助反射鏡以降の補助反射鏡を放物面鏡とし
てしまうと、放物面鏡により反射された光は平行光線と
なってしまうため、他の補助反射鏡により光路を妨げら
れてしまうことになる。従って、第２の補助反射鏡以降
の補助反射鏡は球面鏡である必要がある。このように、
複数の補助反射鏡を設けることにより前述したような補
助反射鏡を一つだけ設ける場合に比べて照明装置のサイ
ズを小さくすることができる。さらに、一つの補助反射
鏡だけでは、利用できなかった光を利用可能にしてい
る。従って複数の補助反射鏡を設けることは照明装置の
小型化と、光の有効利用という二つの面に貢献してい
る。

【００９２】以上のように図８に示す照明装置は、光源
から放射される光を光軸に対し平行性良く、かつ高効率
で被照射面に照射する照明装置において、前記光源から
放射される光を前記被照射面に照射するための主反射鏡
と、前記主反射鏡と前記被照射面との間に、前記光源か
ら前記被照射面外に直接照射される光を前記主反射鏡に
戻し、前記主反射鏡を介して前記被照射面に照射し、前
記主反射鏡から被照射面に照射される光を妨げない開口
径を持つほぼリング状の補助反射鏡を設けていることを
特徴とする。

【００９３】また、主反射鏡に焦点距離が被照射面の径
のほぼ１／４となる放物面鏡を用い、最も前記放物面鏡
側にある補助反射鏡に、焦点位置がほぼを光源位置とな
るリング状の放物面鏡を用い、その他の補助反射鏡にい
ずれも中心位置がほぼ光源位置となるリング状の球面鏡
を用いたことを特徴とする。

【００９４】図９はこの発明の照明装置の構成を示す図
である。図９に示す照明装置は図８い示した照明装置の
第１の補助反射鏡を球面鏡にした場合を示している。即
ち、複数の補助反射鏡が全て球面鏡の場合を示してい
る。球面鏡により反射された光は光源または光源の近傍
を通って放物面鏡により平行光線とされ被照射面に照射
される。以上のように図９に示す照明装置は、主反射鏡
に焦点距離が被照射面の径のほぼ１／４となる放物面鏡
を用い、複数の補助反射鏡にいずれも中心位置がほぼ光
源位置となるリング状の球面鏡を用いたことを特徴とす
る。

【００９５】図１０はこの発明の照明装置の構成を示す
図である。図１０に示す照明装置が図９に示す照明装置
と異なる点は、主反射鏡と補助反射鏡を光源を通り光軸
に垂直な面を境にして配置している点である。前述した
ように光源を通り光軸に垂直な面で主反射鏡の開口端を
カットすることにより主反射鏡のアスペクト比が大きく
なり、光の分散値を小さくすることができる。

【００９６】図１１はこの発明の照明装置の構成を示す
図である。図１１に示す照明装置の特徴となる点は、主
反射鏡に回転楕円体鏡を用いている点である。光源は回
転楕円体鏡の一方の焦点に配置される。また、被照射面
は回転楕円体鏡の他方の焦点位置あるいはその近傍に配
置される。補助反射鏡として複数の球面鏡を用いてお
り、各球面鏡の中心位置に光源が配置されている。ま
た、各球面鏡の開口部の開口径は光源から離れるにした
がって小さくなる。回転楕円体鏡を用いる場合は、光が
コーン状に集束するため補助反射鏡の開口部もそのコー
ン状の光束に合うように開口部を次第に小さくする。こ
うすることにより利用されない光を主反射鏡に効率よく
戻すことができる。

【００９７】以上のように図１１に示す照明装置は、主
反射鏡に回転楕円体鏡を用い、前記回転楕円体鏡の被照
射面に遠い側のほぼ焦点位置に光源を配し、複数の補助
反射鏡にいずれも中心位置がほぼ前記光源の位置となる
リング状の球面鏡を用いたことを特徴とする。

【００９８】図１２はこの発明の照明装置の構成を示す
図である。図１２に示す照明装置が図１１に示した照明
装置と異なる点は、光源を通り光軸に垂直な面を境にし
て主反射鏡と補助反射鏡を配置した点である。こうし
て、アスペクト比を大きくしている。

【００９９】図１３はこの発明の照明装置の構成を示す
図である。図１３に示す照明装置の主反射鏡は放物面鏡
である。この放物面鏡の径はほぼ被照射面の径と等し
い。このように主反射鏡の径と被照射面の径を等しくす
ることにより、光線を絞ることなく直接被照射面に照射
することができ、光線が無駄なく利用できる。また、図
１３に示す照明装置のおいては光源と被照射面の間に球
面鏡を設けている。光源はこの球面鏡の中心におかれて
いる。この球面鏡は光源から直接被照射面に照射される
光を放物面鏡に反射するための球面鏡である。光源から
直接被照射面に照射される光は平行光線ではない。従っ
て、この球面鏡を設け、光源から直接被照射面に照射さ
れる光を除去している。球面鏡により反射された光は、
光源あるいは光源の近傍を通り放物面鏡により反射され
平行光線となり被照射面に照射される。

【０１００】図１３に示す照明装置の球面鏡は光源から
主反射鏡の開口端を結んだ線（図１３において点線で示
す線）の範囲をカバーする球面鏡であればよい。球面鏡
をこの点線の範囲をカバーする形状にすることにより光
源から主反射境を介さず直接照射される光を全て主反射
鏡に戻すことができ、光を有効利用することができる。

【０１０１】以上のように図１３に示す照明装置は、光
源から放射される光を効率良く被照射面に照射する照明
装置において、前記光源から放射される光を前記被照射
面に照射するための主反射鏡と、前記主反射鏡を介さず
前記被照射面側に放射される光を前記主反射鏡に戻し、
前記主反射鏡を介して前記被照射面に照射する球面反射
鏡を中心位置がほぼ前記光源の位置となるように設けて
いることを特徴とする。

【０１０２】また、主反射鏡に開口径が被照射面の径に
ほぼ等しい放物面鏡を用い前記放物面鏡の焦点位置に光
源を配したことを特徴とする。

【０１０３】図１４はこの発明の照明装置の構成を示す
図である。図１４に示す照明装置が図１３に示す照明装
置と異なる点は、光源を通り光軸に垂直な面を境にして
主反射鏡と補助反射鏡を配置した点である。図１４に示
す照明装置において補助反射鏡は球面鏡である。この球
面鏡はほぼ半球状の形をしている。この半球状の球面鏡
により照明装置前面に直接照射されていた光を主反射鏡
に戻すことになる。主反射鏡に戻された光は平行光線と
なり被照射面に照射される。このような構成をとること
により照明装置のアスペクト比を高くすると共に、アス
ペクト比を高くしたことにより利用され無い光を球面鏡
により利用可能としている。

【０１０４】図１５はこの発明の照明装置の構成を示す
図である。図１５に示す照明装置は主反射鏡に回転楕円
体鏡を用いている。また、補助反射鏡に球面鏡を用いて
いる。回転楕円体の一方の焦点に光源を配置し、他方の
焦点位置あるいはその近傍に被照射面を配置している。
球面鏡の中心に光源を配置している。この球面鏡は、光
源と回転楕円体鏡の開口端を結ぶ線（図１５において点
線で示す線）の間をカバーするものであれば良い。球面
鏡をこのように配置することにより、光源から照明装置
前面に対して照射される光をすべて主反射鏡に戻すこと
ができる。

【０１０５】図１６はこの発明の照明装置の構成を示す
図である。図１６に示す照明装置が図１５に示した照明
装置と異なる点は、光源を通り光軸に垂直な面を境にし
て主反射鏡と補助反射鏡を配置した点である。一方の焦
点に光源を配置し、球面鏡の中心に光源を配置してい
る。このような構成をとることにより照明装置のアスペ
クト比を高くすると共に、アスペクト比を高くしたこと
により利用され無い光を球面鏡により利用可能としてい
る。

【０１０６】実施例２．図１７はこの発明の照明装置の
構成を示す図である。図１７に示す照明装置の特徴とな
る点は光源と被照射面の間にレンズを配置している点で
ある。このレンズは光源から被照射面に対して照射され
ていた平行光でない光を平行光にするためのものであ
る。また、光源から照明装置の前面に照射されていた光
の中で、被照射面に照射されていなかった光も平行光線
にして、被照射面に照射するためのものである。レンズ
の径は図１７の点線で示す範囲をカバーできるように設
定される。また、このレンズは出来る限り光源に近い方
が望ましい、レンズが光源から離れて設置される場合に
はレンズの径を大きくしなければ成らなくなり、主反射
鏡から反射された平行光線の妨げになるからである。

【０１０７】以上のようにこの実施例は、光源から放射
される光を効率良く被照射面に照射する照明装置におい
て、前記光源から放射される光を前記被照射面に照射す
るために放物面鏡または回転楕円体鏡を用い前記放物面
鏡のほぼ焦点位置に光源を配し、前記放物面鏡または回
転楕円体鏡を介さず被照射面側に放射される光を前記被
照射面に照射するためのレンズを設けていることを特徴
とする。

【０１０８】図１８はこの発明の照明装置の構成を示す
図である。図１８に示す照明装置が図１７に示した照明
装置と異なる点は主反射鏡に回転楕円体鏡を用いている
点である。レンズの焦点に光源が配置されており、光源
から照明装置の前面に照射された光はレンズにより平行
光線にされ被照射面を照射する。また回転楕円体鏡によ
り照射された光はコーン状の光束となり被照射面に照射
される。

【０１０９】実施例３．図１９はこの発明の照明装置の
構成を示す図である。図１９に示す照明装置は回転楕円
体鏡の一方の焦点に光源を配置している。また回転楕円
体鏡の被照射面側の一部を開口し、レンズを配置してい
る。光源から放射された光は回転楕円体鏡の他方の焦点
に集光する。集光した光はレンズに放射されレンズによ
り平行光線として被照射面に照射される。このように回
転楕円体鏡の一部を開口することにより光源からの光が
無駄無く被照射面に照射される。

【０１１０】以上のように図１９に示す照明装置は、光
源から放射される光を効率良く被照射面に照射する照明
装置において、回転楕円体鏡を用い、前記回転楕円体鏡
の被照射面に遠い側のほぼ焦点位置に光源を配し、前記
回転楕円体鏡の前記被照射面に近い側の焦点と、前記被
照射面の間に、開口径が前記被照射面の径とほぼ等しく
なる開口面を有し、焦点距離が前記回転楕円体鏡の前記
被照射面に近い側の焦点から前記開口面までの距離にほ
ぼ等しいレンズを前記開口面に配したことを特徴とす
る。

【０１１１】実施例４．図２０はこの発明の照明装置の
構成を示す図である。図２０に示す照明装置は球面鏡と
放物面鏡を組み合わせたものである。球面鏡の内面は拡
散面となっている。球面鏡の中心に光源を配置し、光源
から放射された光を拡散面により拡散させる。放物面鏡
の焦点は球面鏡の開口部の中心に位置している。開口部
から洩れた光は放物面鏡により平行光線となって被照射
面に照射される。

【０１１２】以上のように図２０に示す照明装置は、光
源から放射される光を効率良く被照射面に照射する照明
装置において、反射面が拡散面からなる球面鏡のほぼ中
心位置に前記光源を配し、前記球面鏡に非常に小さい開
口面を設け、前記被照射面側に前記球面鏡の前記開口面
と焦点面が一致する放物面鏡を配したことを特徴とす
る。

【０１１３】実施例５．図２１はこの発明の照明装置の
構成を示す図である。図２１に示す照明装置は回転楕円
体鏡と円錐反射鏡と放物面鏡から構成されている。光源
は回転楕円体鏡の一方の焦点に配置される。また円錐反
射鏡の頂点は回転楕円体鏡の他方の焦点となっている。
また、回転楕円体鏡の他方の焦点は放物面鏡の焦点とな
っている。光源から放射された光は回転楕円体鏡等によ
り反射され、他方の焦点に集束する。一方、光源から円
錐反射鏡に照射された光は円錐反射鏡により反射を繰り
返しながら回転楕円体鏡の焦点に照射される。回転楕円
体鏡の他方の焦点に集束した光は放物面鏡により反射さ
れ平行光線となり被照射面に照射される。

【０１１４】以上のように図２１に示す照明装置は、光
源から放射される光を効率良く被照射面に照射する照明
装置において、回転楕円体鏡を用い、前記回転楕円体鏡
の被照射面に遠い側のほぼ焦点位置に前記光源を配し、
前記回転楕円体鏡の開口面から前記被照射面側にほぼ前
記回転楕円体鏡の被照射面に近い側の焦点までほぼリン
グ状の円錐反射鏡を設け、さらに前記円錐反射鏡の被照
射面側に前記円錐反射鏡の開口面と焦点面が一致するよ
うに放物面鏡を配したことを特徴とする。

【０１１５】図２２は図２１に示した照明装置の改良例
を示す図である。図２２においては放物面鏡の中にレン
ズを設けている。このレンズは放物面鏡の焦点から直接
照射される光を平行光線に変えるためのレンズである。
一方、回転楕円体鏡の後ろにはレンズが配置され、装置
内において利用されなかった光をレンズを介して回転楕
円体鏡と円錐反射鏡の内部に導くようにしている。図に
示すように、ミラー等により光路を変更することにより
レンズを通過させて回転楕円体鏡と円錐反射鏡の部屋内
部に装置内において利用されなかった光を導くことがで
きる。

【０１１６】実施例６．図２３はこの発明の照明装置を
示す図である。図２３に示す照明装置は球面鏡の中心位
置に光源を配置している。また球面鏡の一部に開口部を
設け、レンズを配置している。光源から放射された光は
レンズにより平行光線にされ被照射面に照射される。球
面鏡の開口部に設けられたレンズの焦点位置と球面鏡の
中心位置が一致するように配置するとともに、その焦点
位置（中心位置）に光源を配置することにより被照射面
に照射する光を平行光線とすることができる。

【０１１７】以上のように図２３に示す照明装置は、光
源から放射される光を効率良く被照射面に照射する照明
装置において、球面鏡のほぼ中心位置に前記光源を配
し、前記球面鏡の中心より前記被照射面側に開口径が前
記被照射面の径とほぼ等しくなるように開口面を設け、
焦点距離が前記球面鏡の中心から前記開口面までの距離
にほぼ等しいレンズを前記開口面に配したことを特徴と
する。

【０１１８】実施例７．図２４はこの発明の照明装置の
構成を示す図である。図２４に示す照明装置は主レンズ
と補助レンズを備えている。主レンズと補助レンズの焦
点位置に光源を配置している。補助レンズの背後には平
面反射鏡を配置している。光源から主レンズ側に放射さ
れた光は主レンズを経由して平行光線となり被照射面に
照射される。一方、光源から補助レンズに照射された光
は補助レンズにより平行光線となり平面反射鏡に照射さ
れる。平面反射鏡は照射された光を反射する。反射した
光は補助レンズ及び光源あるいは光源近傍を通過し、主
レンズに入射される。そして主レンズにより平行光線と
され、被照射面に照射される。このような構成とするこ
とにより光源の後ろ側に照射された光も有効利用するこ
とができる。

【０１１９】以上のように図２４に示す照明装置は、光
源から放射される光を効率良く被照射面に照射する照明
装置において、光軸に沿って、平面反射鏡、補助レン
ズ、光源、主レンズ、被照射面の順に配置し、焦点距離
が光源からレンズまでの距離とほぼ等しいレンズを補助
レンズ、主レンズに用いることを特徴とする。

【０１２０】実施例８．図２５はこの発明の照明装置の
構成を示す図である。図２５に示す照明装置は２つの放
物面鏡により構成されている。光源は２つの放物面鏡の
共通の焦点位置に配置される。このように主反射鏡が２
つ対になり前後に存在することにより光源から放射され
る光が有効に使える。特に従来は光源の後方に放射され
た光は有効に利用出来なかったが、図２５に示すような
構成にすることにより光源の前後どちらに放射された光
も有効に利用することができる。なお、図２５に示す場
合は一対の放物面鏡を用いる場合を示しているが、一対
の回転楕円体鏡を用いる場合であっても構わない。或い
は一方が放物面鏡であり他方が回転楕円体鏡であっても
構わない。あるいは球面鏡を用いる場合であっても構わ
ない。また図２５に示す場合は２つの主反射鏡を用いる
場合を示しているが、３つの主反射鏡あるいは４つの主
反射鏡を用いる場合であっても構わない。また、図２５
に示す場合は主反射鏡が複数存在する場合を示している
が、前述したような補助反射鏡を設けたり、あるいはレ
ンズを設けたりして光の有効利用を図るようにしても構
わない。

【０１２１】実施例９．図２６はこの発明の照明装置の
構成を示す図である。図２６に示す照明装置は回転楕円
体鏡と放物面鏡を組み合わせた例を示している。光源を
回転楕円体鏡の一方の焦点に配置する。また、放物面鏡
の焦点を回転楕円体鏡の第２の焦点と一致させる。一方
の焦点に配置された光源から放射された光は他方の焦点
に集束する。この他方の焦点は放物面鏡の焦点となって
いるため、他方の焦点に集束した光は放物面鏡から平行
光線となって放射される。

【０１２２】実施例１０．図２７はこの発明の照明装置
の構成を示す図である。図２７に示す照明装置は球面鏡
と放物面鏡を組み合わせた場合を示している。光源は球
面鏡の中心に置かれると共に放物面鏡の焦点位置に置か
れる。光源から球面鏡に放射された光は球面鏡により反
射され、再び光源あるいはその近傍を通り、放物面鏡に
照射される。放物面鏡はその光を平行光線に伝えて出力
する。また、レンズを備えていることにより、光源から
直接照明装置前面に出力される光を平行光線に変えて出
力する。

【０１２３】実施例１１．図２８はこの発明の照明装置
の構成を示す図である。図２８に示す照明装置の特徴と
なる点は、コーン状に集束する光を発生させた後、その
コーン状の光をレンズにより平行光線に変換している点
である。前述した各種の照明装置の中には回転楕円体鏡
を用いてコーン状の光を発生させている場合があった。
このようなコーン状の光を直接被照射面に照射しても構
わない場合があるが、平行光線を照射することが望まし
い場合が存在する。そのような場合には図２８に示すよ
うにレンズを用いてコーン状の光線を平行光線にするこ
とができる。図２８に示す場合は、回転楕円体鏡の第２
の焦点と被照射面の間に凸レンズを入れて平行光線を生
成する場合を示している。もし第１の焦点と第２の焦点
の間にレンズを入れて平行光線を生成する場合は、第１
の焦点と第２の焦点の間に凹レンズを挿入することによ
り達成できる。

【０１２４】なお、図示していないが前述した各種の照
明装置において発生された平行光線に対してレンズを挿
入することにより光線を集束させたりあるいは発散させ
るようにしても構わない。被照射面に対してどのような
光線を照射するかは、その照明装置が用いられるシステ
ムの要求に応じて変えられるべきものであり、照明装置
と被照射面の間にレンズを設けることにより、平行光線
からコーン状の光線へ或いはコーン状の光線から平行光
線への変換を行なうことができる。また、レンズを用い
ることにより、光路径を変更することができる。また、
複数のレンズを挿入することにより、より複雑な変換を
行なうことが可能になる。

【０１２５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば主反射
鏡が被照射面の径にもとづいて決定された焦点距離を有
しているので、光源からの光を効率良く被照射面に対し
て照射することができる。

【０１２６】また、この発明によれば、主反射鏡の焦点
距離が被照射面に照射される光の割合と光の角度分布に
より決定されるので、被照射面に対して所望の光を照射
することができる。

【０１２７】また、この発明によれば、主反射鏡の焦点
距離は被照射面の径の約１／４であるので、被照射面の
サイズに合わせて主反射鏡のサイズを小さくすることが
できる。

【０１２８】また、この発明によれば、回転楕円体鏡を
用いることにより光源からの光を効率良く集束させるこ
とができる。

【０１２９】また、この発明によれば、複数の補助反射
鏡を備えているので、光源からの光を効率良く利用でき
る。又、補助反射鏡を複数にしたことにより照明装置の
サイズを小さくすることができる。

【０１３０】また、この発明によれば、補助反射鏡が光
源と被照射面の間に設けられることにより、被照射面に
利用されていない光を利用することができる。又この発
明によれば主反射鏡を光源を通り、光軸に垂直な面まで
配置することにより、アスペクト比の値が大きくなり光
線の平行度が高まる。また、補助反射鏡を備えているこ
とによりアスペクト比が高くなった主反射鏡を用いる場
合でも被照射面に対して無駄なく光を照射することがで
きる。

【０１３１】また、この発明によれば、補助反射鏡に放
物面鏡を用いているので補助反射鏡により反射される光
を平行光線にすることができる。

【０１３２】また、この発明によれば、補助反射鏡が球
面鏡であるので、補助反射鏡により反射された光を光源
に返すことができる。

【０１３３】また、この発明によれば、補助反射鏡が開
口部を持っているので、主反射鏡から被照射面に照射さ
れる光を妨げることがない。

【０１３４】また、この発明によれば、複数の補助反射
鏡のうち一つを放物面鏡とし、他を球面鏡とすることに
より異なる経路を辿って利用されない光を利用可能とす
る。

【０１３５】また、この発明によれば、複数の補助反射
鏡の全てを球面鏡としたので、他の補助反射鏡に邪魔さ
れることなく光を光源に反射することができる。

【０１３６】また、この発明によれば、光源から直接被
照射面に照射される光を主反射鏡に反射するので、被照
射面に対して平行光線で無い光が照射されることを防止
する。

【０１３７】また、この発明によれば、主反射鏡の鏡径
が被照射面の径に等しいので、主反射鏡からの光は全て
被照射面に照射され光の有効利用ができる。

【０１３８】また、この発明によれば、補助反射鏡によ
って主反射鏡だけでは利用出来ない光を全て利用するこ
とができる。

【０１３９】また、この発明によれば、被照射面に直接
照射される光をレンズにより平行光線に変えて照射面に
照射することができる。

【０１４０】また、この発明によれば、主反射鏡が放物
面鏡であるため平行光線を生成することができる。

【０１４１】また、この発明によれば、主反射鏡が回転
楕円体鏡であるためコーン状に集束する光線を生成する
ことができる。

【０１４２】また、この発明によれば、回転楕円体鏡に
開口部を設け、この開口部から放射される光をレンズに
より平行光線に変換することができる。

【０１４３】また、この発明によれば、球面鏡と放物面
鏡を用いて照明装置を構成することができる。

【０１４４】また、この発明によれば、回転楕円体鏡と
円錐反射鏡と放物面鏡を組み合わせることにより、照明
装置を構成することができる。

【０１４５】また、この発明によれば、開口部を有する
球面鏡とレンズにより照明装置を構成することができ
る。

【０１４６】また、この発明によれば、二つのレンズと
平面反射鏡を用いて照明装置を構成することができる。

【０１４７】また、この発明によれば、二つの放物面鏡
を用いて光源の前後に放射された光を有効利用すること
ができる。

【０１４８】また、この発明によれば、回転楕円体鏡と
放物面鏡を用いて照明装置を構成することができる。

【０１４９】また、この発明によれば、球面鏡と放物面
鏡を用いて照明装置を構成することができる。

【０１５０】また、この発明によれば、前述したような
各種照明装置により生成された平行光線をレンズにより
集光光線に変換したり、或いは前述したような各種照明
装置から生成された集光光線をレンズにより平行光線に
変換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の照明装置の構成を示す図である。

【図２】光利用効率の焦点距離依存性を示す図であ
る。

【図３】光の角度分布を示す図である。

【図４】この発明の照明装置の構成を示す図である。

【図５】この発明の照明装置の構成を示す図である。

【図６】この発明の照明装置の構成を示す図である。

【図７】この発明の照明装置の構成を示す図である。

【図８】この発明の照明装置の構成を示す図である。

【図９】この発明の照明装置の構成を示す図である。

【図１０】この発明の照明装置の構成を示す図であ
る。

【図１１】この発明の照明装置の構成を示す図であ
る。

【図１２】この発明の照明装置の構成を示す図であ
る。

【図１３】この発明の補助反射鏡に球面鏡を用いた場
合の構成を示す図である。

【図１４】この発明の補助反射鏡に球面鏡を用いた場
合の構成を示す図である。

【図１５】この発明の補助反射鏡に球面鏡を用いた場
合の構成を示す図である。

【図１６】この発明の補助反射鏡に球面鏡を用いた場
合の構成を示す図である。

【図１７】この発明の照明装置のレンズを用いた場合
の構成を示す図である。

【図１８】この発明の照明装置のレンズを用いた場合
の構成を示す図である。

【図１９】この発明の回転楕円体鏡を用いた照明装置
を示す図である。

【図２０】この発明の球面鏡と放物面鏡を用いた照明
装置を示す図である。

【図２１】この発明の回転楕円体鏡と円錐反射鏡と放
物面鏡を用いた照明装置を示す図である。

【図２２】この発明の回転楕円体鏡と円錐反射鏡と放
物面鏡を用いた照明装置を示す図である。

【図２３】この発明の球面鏡とレンズを用いた照明装
置を示す図である。

【図２４】この発明の主レンズと補助レンズと平面反
射鏡を用いた照明装置を示す図である。

【図２５】この発明の２つの主反射鏡を用いた照明装
置を示す図である。

【図２６】この発明の回転楕円体鏡と放物面鏡を備え
た照明装置を示す図である。

【図２７】この発明の球面鏡と放物面鏡を備えた照明
装置を示す図である。

【図２８】この発明の照明装置により生成された光を
レンズにより変更する場合を示す図である。

【図２９】従来の３つの液晶パネルを用いた液晶プロ
ジェクタの構成図である。

【図３０】従来の９０度捻れネマティック液晶パネル
の動作説明図である。

【図３１】従来の９０度捻れネマティック液晶パネル
の動作説明図である。

【図３２】従来のポリマー分散型液晶の動作を説明す
る図である。

【図３３】従来のポリマー分散型液晶の動作を説明す
る図である。

【図３４】従来のポリマー分散型液晶パネルを用いた
液晶プロジェクタの構成を示す図である。

【図３５】従来の照明装置の光源の特性を示す図であ
る。

【図３６】従来の光源の発光強度分布を示す図であ
る。

【図３７】従来の照明装置を示す図である。

【図３８】従来の補助反射鏡を備えた照明装置を示す
図である。

【図３９】従来の補助反射鏡を備えた照明装置を示す
図である。

【図４０】従来の補助反射鏡を備えた照明装置を示す
図である。

【図４１】従来の照明装置と液晶パネルとの関係を示
す図である。

【図４２】従来の照明装置と液晶パネルとの関係を示
す図である。

【符号の説明】

１０光源、１１主反射鏡、１６補助反射鏡、１０
０被照射面、２００光源を通り光軸に垂直な面、ａ
被照射面の径、Ｌ航路長、Ｆ焦点距離。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ 7426−5ＨＧ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｚ (72)発明者田中正明尼崎市塚口本町八丁目１番１号三菱電機株式会社生産技術センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）被照射面の径に基づい
て決定された焦点距離を有し、上記光源を略焦点位置に
配置した放物面鏡であって、上記光源からの光を反射し
て被照射面に照射する主反射鏡、（ｃ）上記光源からの
光の中で、被照射面に照射されない光の少なくとも一部
の光を上記主反射鏡に反射させる補助反射鏡。
【請求項２】上記主反射鏡の焦点距離は、被照射面に
照射される光の割合と、被照射面に照射される光の角度
分布に基づいて決定されることを特徴とする請求項１記
載の照明装置。
【請求項３】上記主反射鏡の焦点距離は、被照射面の
径の略１／４であることを特徴とする請求項２記載の照
明装置。
【請求項４】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を被照射面に
遠い側の略焦点位置に配置した回転楕円体鏡を用いた主
反射鏡、（ｃ）上記光源からの光の中で、被照射面に照
射されない光の少なくとも一部の光を上記主反射鏡に反
射させる補助反射鏡。
【請求項５】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源からの光を被
照射面に照射する主反射鏡、（ｃ）上記光源からの光の
中で、被照射面に照射されない光の少なくとも一部の光
を上記主反射鏡に反射させる複数の補助反射鏡。
【請求項６】上記補助反射鏡は、上記光源と被照射面
の間に設けられていることを特徴とする請求項３，４又
は５記載の照明装置。
【請求項７】上記主反射鏡を光源を通り光軸に垂直な
面まで配置するとともに、上記補助反射鏡を光源を通り
光軸に垂直な面から配置していることを特徴とする請求
項６記載の照明装置。
【請求項８】上記補助反射鏡は、上記光源を略焦点位
置に配置した放物面鏡であることを特徴とする請求項６
記載の照明装置。
【請求項９】上記補助反射鏡は、上記光源を略中心位
置に配置した球面鏡であることを特徴とする請求項６記
載の照明装置。
【請求項１０】上記補助反射鏡は、上記主反射鏡から
被照射面に照射される光を妨げない開口部を持っている
ことを特徴とする請求項８又は９記載の照明装置。
【請求項１１】最も光源側にある補助反射鏡をリング
状放物面鏡とし、他の補助反射鏡をリング状球面鏡とし
たことを特徴とする請求項５記載の照明装置。
【請求項１２】全ての補助反射鏡をリング状球面鏡と
したことを特徴とする請求項５記載の照明装置。
【請求項１３】上記補助反射鏡は、更に、上記光源か
らの光の中で被照射面に直接照射される光を上記主反射
鏡に反射させることを特徴とする請求項９記載の照明装
置。
【請求項１４】上記主反射鏡の鏡径が被照射面の径に
ほぼ等しいことを特徴とする請求項１３記載の照明装
置。
【請求項１５】上記補助反射鏡は、上記主反射鏡によ
り被照射面に照射されない光全てを主反射鏡に反射する
ことを特徴とする請求項１３記載の照明装置。
【請求項１６】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源からの光を反
射して被照射面に照射する主反射鏡、（ｃ）上記光源か
らの光の中で少なくとも被照射面に直接照射される光を
入力して被照射面に出力するレンズ。
【請求項１７】上記主反射鏡は、上記光源を略焦点位
置に配置した放物面鏡であることを特徴とする請求項１
６記載の照明装置。
【請求項１８】上記主反射鏡は、上記光源を被照射面
に遠い側の略焦点位置に配置した回転楕円体鏡であるこ
とを特徴とする請求項１６記載の照明装置。
【請求項１９】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を被照射面に
遠い側の略焦点位置に配置し、被照射面に近い側の略焦
点と被照射面との間に開口部を有した回転楕円体鏡、
（ｃ）上記開口部に設けられ、焦点距離が上記回転楕円
体鏡の被照射面に近い側の焦点位置と上記開口部との距
離にほぼ等しいレンズ。
【請求項２０】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を略中心位置
に配置するとともに、反射鏡が拡散面からなるととも
に、反射鏡の一部に開口部を有した球面鏡、（ｃ）上記
球面鏡の開口部と被照射面の間に設けられ、上記開口部
の略中心位置に焦点を持つ放物面鏡。
【請求項２１】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を被照射面に
遠い側の略焦点位置に配置し、被照射面側に開口端を有
する回転楕円体鏡、（ｃ）上記回転楕円体鏡の開口端か
ら上記回転楕円体鏡の被照射面に近い側の略焦点まで設
けられ、開口部と被照射面の間に設けられた開口部を有
するリング状の円錐反射鏡、（ｄ）上記円錐反射鏡の開
口部と被照射面の間に設けられ、上記開口部の略中心位
置に焦点を持つ放物面鏡。
【請求項２２】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を略中心位置
に配置するとともに、中心位置と被照射面の間に、被照
射面の径と略等しい径の開口部を有した球面鏡、（ｃ）
上記開口部に設けられ、焦点距離が上記球面鏡の中心位
置と上記開口部との距離にほぼ等しいレンズ。
【請求項２３】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源と被照射面の
間に設けられ、上記光源を略焦点位置に配置した主レン
ズ、（ｃ）上記光源の被照射面から遠い側に設けられ、
上記光源を略焦点位置に配置した補助レンズ、（ｄ）上
記補助レンズからの光を反射する平面反射鏡。
【請求項２４】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を略焦点位置
に配置した第１と第２の放物面鏡。
【請求項２５】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を被照射面に
遠い側の略焦点位置に配置し、被照射面に近い側に開口
部を有する回転楕円体鏡、（ｃ）上記開口部と被照射面
の間に設けられ、上記回転楕円体鏡の被照射面に近い側
の略焦点位置に焦点位置を有する放物面鏡。
【請求項２６】以下の要素を有する照明装置（ａ）光を放射する光源、（ｂ）上記光源を略中心位置
に配置し、被照射面側に開口部を有する球面鏡、（ｃ）
上記開口部と被照射面の間に設けられ、上記球面鏡の略
中心位置に焦点位置を有する放物面鏡。
【請求項２７】上記照明装置は、更に、被照射面と光
源の間に、レンズを設けたことを特徴とする請求項１〜
２６いずれかに記載の照明装置。