JP2003045204A - 照明装置および映像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光利用効率の低減を小さく、被照明物体への
最大入射角度を小さくすることができ、小型、低コスト
で、信頼性にすぐれ、より高い光利用効率の照明装置お
よび映像装置を得る。 【解決手段】 光源１から放出される照明光を回転体反
射鏡２で反射する照明装置において、回転体反射鏡２に
より反射された照明光を、回転体反射鏡２の回転軸を中
心とする輪体形状の照明光とする第１光学素子４と、輪
体形状照明光の外輪径を小さくするとともに外輪径と内
輪径の比を増大せしめかつ回転体反射鏡２の回転軸を光
軸とする第２光学素子５とを有する。この照明装置を用
いた映像装置であって、照明装置によって被照明物体の
背面側から照明光を照射し、被照明物体の像を投射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの照明光
を、反射鏡を用いて反射したあと、特定の大きさ、照明
角で被照明物体を照明する照明装置に関し、さらにこの
照明装置を利用した例えば液晶プロジェクターに代表さ
れる拡大観察装置、拡大投影装置などの映像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】拡大観察装置、拡大投影装置、液晶プロ
ジェクターなどの映像装置、その他に用いられる照明装
置においては、照明光の面分布と照明光角度分布を制御
することが重要であり、照明光角度分布はその均一性と
最大入射角度が特に重要である。照明光の最大入射角度
は照明光最大入射角（θｍａｘまたは照明ＮＡまたは照
明Ｆ値）とよばれ、この照明光最大入射角（θｍａｘ）
にあわせて、被照明物体を拡大観察する拡大観察装置の
拡大観察光学系または拡大投影する拡大投影装置の拡大
投影光学系が決定される。

【０００３】反射鏡を用いた場合の照明系ＮＡは、一般
には光源の大きさ（光源の長さ）と被照明物体の大きさ
で決定される（光技術コンタクト、Ｐ．６０７，Ｎｏ．
９，１９９９）。反射鏡の大きさは、この反射鏡の開口
径と、これから出射する照明光の最大出射角度および被
照明物体の大きさで決定される。このため、例えば放電
管からなる光源の長さを短くする努力が行われ、以前は
１．５ｍｍ程度の光源長であったものが、最近では１．
２ｍｍ程度となっている。

【０００４】いま、被表示物体としてライトバルブ（以
下「ＬＶ」という）を用い、このＬＶの短軸の大きさ１
２ｍｍとするならば（４：３のＬＶで約０．７９型の場
合）、照明光最大入射角θｍａｘは、反射鏡を放物面と
し、光源の最大取り込み角を実用的な１２０度とした場
合に、約１２．９度である。このような仕様によれば、
ＬＶとして透過型液晶ディスプレイパネル（ＬＣＤ）を
用いた場合には、明るい投射レンズと組み合わせること
により拡大投影装置を実現できる。しかし、反射型ＬＶ
を用いた場合には、ダイクロイックプリズム（ＤＰ）や
偏向ビームスプリッタ（ＰＢＳ）やＬＶ自体の入射角度
による光学特性値の変動により、面内の均一性に優れた
映像品質を得ることが困難である。このため、照明光学
装置内で入射角度の大きい照明光を損失させ、あるい
は、暗い投射レンズを用いて光の利用効率を低減させる
と同時に実効的なθｍａｘを低減させており、光の利用
効率の低減量を小さくしながら、θｍａｘを増大するこ
とが望まれている。

【０００５】反射鏡の開口を小さくし、開口以外には反
射鏡部分を設けることにより光を再起させることによ
り、開口を小さくしながらも、開口を通過する実質的な
光量を増加させる照明装置が特開平６−２０３６０３号
公報に記載されている。図２９（ａ） は従来の照射装
置の例を示す断面図、図２３（ｂ）はその正面図であ
る。この従来の照明装置は図２３（ａ）に示すように、
たとえばショートアークタイプのメタルハライドランプ
など、点状の光源１７０、この光源１７０の位置に焦点
Ｄを有する放物面反射鏡１６５、放物面反射鏡１６５の
前側（以下、光源から放射された照明光が進む側を「前
側」という）に設けられた平面反射鏡１６６、平面反射
鏡１６６の外縁位置から放物面反射鏡１６５との隙間を
覆うように設けられた球面反射鏡１６７で構成されてい
る。

【０００６】平面反射鏡１６６は、焦点Ｄを通る光軸Ｏ
を法線とする平面上に反射面を有し、かつ光軸Ｏを含む
矩形の開口部１７１を有している。球面反射鏡１６７
は、反射面を形成する球面の中心Ｅが焦点Ｄを通る光軸
Ｏ上にあり、かつ焦点Ｄと中心Ｅとの距離が、光軸Ｏと
平面反射鏡１６６の反射面を延長した仮想平面との交点
Ｈから焦点Ｄまでの距離の約２倍、すなわち中心Ｅと焦
点Ｄとの中点が交点Ｈとなるように配置したものであ
る。

【０００７】放物面反射鏡１６５の焦点Ｄに位置する光
源１６０からは照射光が放射状に照射される。光源１６
０からの照射光のうち、放物面反射鏡１６５の開口縁部
付近に向かって進んだ照射光１６８ａは放物面反射鏡１
６５で反射され、さらに平面反射鏡１６６で反射された
後、同じ光路を通って光源１７０に戻り、光源１７０を
通り過ぎて今度は放物面反射鏡１６５の底部寄りの位置
で反射された後、光軸Ｏと平行な有効光１６８ｂとなっ
て開口部１７１を経て、被照射面（図示せず）に照射さ
れる。一方、光源１７０から放射され、放物面反射鏡１
６５で反射されることなく平面反射鏡１６６に直接向か
う照射光１９ａは平面反射鏡１６で外側に向かって反射
され、さらに球面反射鏡１６７で反射された後、同じ光
路を通って光源１７０に戻り、光源１７０を通り過ぎて
今度は放物面反射鏡１６５の底部寄りの位置で反射され
た後、光軸Ｏに平行な有効光１６９ｂとなって開口部１
７１を通り、被照射面（図示せず）に照射される。

【０００８】したがって、光源１７０から平面反射鏡１
６６に直接照射される照射光、および平面反射鏡１６６
に照射される放物面反射鏡１６５からの反射光の両方が
光軸Ｏに平行な有効光として利用できるとともに、平面
反射鏡１６６に開口部１７１を設けていることから、開
口部１７１において照射光を損失することなく利用でき
る。

【０００９】しかしながら、この照明装置は、実際には
光源が放電管としてガラス容器に内包されているため
に、このガラスの作製時の厚さムラに基づくレンズ作用
のばらつきにより理想的な再起光学系とはならない。ま
た放物面の焦点以外の光軸に関しては、反射により元の
距離の２倍以上の位置に再起するため、この点からも理
想的な再起光学系とはならない。このため、開口から取
り出せる光量としては反射鏡がない場合よりも大きくな
るが、被照明物体の照明に適したθｍａｘ以内の照明光
の増加量はそれよりも小さく、開口を小さくした影響の
方がはるかに大きい。このため、θｍａｘを低減して光
利用効率の低減を小さくするという目的が効果的に達成
されるわけではない。

【００１０】一方、反射鏡の前面に光学素子を設けて照
明光の光学特性を変化させる照明装置が、特開平５−３
４８２４号公報、特開平８−２０１７５９号公報、特開
平９−５４２８０号公報、特開２０００−３２１５２９
号公報に記載されている。これらは、それぞれ、小型化
を目的とした照明エリアの拡大、照度均一化を目的とし
た中央の照明光の偏向、照度均一化を目的とした周辺の
照明光の偏向、複数光源の利用を目的とした輪体形状照
明の形成であり、反射鏡の開口の大きさとその最大出射
角度に影響される照明光の最大入射角度であるθｍａｘ
およびこれとトレードオフとなる光の利用効率を考慮し
たものではない。

【００１１】また、反射鏡の前面に照明光の光束を縮小
する光学素子を設けた照明装置が、特開平１１−４４９
２０号公報、特開平１１−１１９１４９号公報、特開平
１１−３１６５３５号公報に記載されている。これら
は、複数光源の利用を目的として、複数の光源の光軸を
近づけるために使用しているものであり、離して配置し
た複数光源の隙間を光学的に隣接させることにより、複
数光源からなる照明光の実効的開口径を小さくすること
により、光利用効率はあるレベルに維持したままθｍａ
ｘを低減しようというものである。しかし、反射鏡自体
の光軸が反射鏡で反射された照明光と同様に偏向されて
おり、反射鏡の光軸に対する角度および光源からの距離
に対応した照明光の有する光学的特性を配慮したもので
はなく、複数光源の仮想的な中心位置を光軸として、照
明光エリアを単に光軸に直角な平面方向に縮小しただけ
である。このため、前述の従来と同様に、主に光源の大
きさ（光源長）と被照明物体の大きさで決定されるθｍ
ａｘが、単に開口が小さくなったことによる光利用効率
の低減から推測できる値以上になるものではない。

【００１２】ところで、この種照明装置には、光源から
の照明光を反射鏡で反射した後に、特定の偏光で被照明
物体を照明するものがある。かかる照明装置において
も、照明光の面分布と照明光角度分布を制御することが
重要であり、照明光角度分布はその均一性と照明光最大
入射角度θｍａｘが特に重要である。また、照明を均一
化するために２つのフライアイレンズを用い、さらにこ
の部分にＰＢＳアレイと位相板アレイからなる偏光変換
素子を用いるのが一般的である。この場合には２つのフ
ライアイレンズのうち、被照明物体側の第２フライアイ
レンズの開口が１／２になるので、この部分で照明光が
ケラレないようにすることが重要である。さらに、前述
の従来例と同様に、光の利用効率の低減量を小さくしな
がら、θｍａｘを増大することが望まれている。

【００１３】また、上記第２フライアイレンズ上（また
はＰＢＳアレイ上）での光源像の大きさは、光源の大き
さ、反射鏡の焦点距離、光源の取り込み角、光源の最大
取り込み角、第１フライアイレンズと第２フライアイレ
ンズとの距離で決定される。通常、フライアイレンズの
数は８×８程度であり、これが、偏光変換素子のために
横方向に分割されて１６×８となり、光源の像の大きい
照明光は光束の中央部付近がケラレ、照明光の光束の周
辺部はケラレないようにして、フライアイレンズの数の
増加による照度の均一化と光利用効率の向上とのトレー
ドオフとなる光学設計をしている。このため、第２フラ
イアイレンズを分割する必要のない偏光変換素子が望ま
れている。

【００１４】反射鏡の開口や発散角を変化させることな
く、照明光のうち１つの偏光に対して偏光変換を行い、
光利用効率を向上させる照明装置が、特開平７−２９４
８５１号公報、特開平９−５００００号公報に記述され
ている。以下、図面を参照しながら特開平７−２９４８
５１号公報に記載されている従来例について説明する。
図３０において、発光源２０１は例えばキセノンランプ
あるいはメタルハライドランプ等の放電発光体からな
る。また、上記発光源２０１を内部に収容する回転体反
射鏡２０２を備えている。ここで、「回転体」反射鏡と
は、特定の線を軸の周りに回転させることによって描か
れる反射面をもった反射鏡のことである。本例では回転
楕円体形状を有する反射鏡を用いている。なお回転体反
射鏡２０２の底部には発光源２０１を挿入するための切
欠開口が設けられており、反射面が一部除去されてい
る。この結果、回転体反射鏡２０２は中央シャドー部２
０３を含む光源光束２０４を前方に放射する。なお、シ
ャドー部２０３は前述した切欠開口の寸法に応じて所定
の出射角θ１を有している。回転体反射鏡２０２から出
射した発散性でかつ無偏光の光源光束２０４はコリメー
タレンズ２０５により平行光束に変換される。

【００１５】コリメータレンズ２０５の前方には偏光ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）２０６が配設されており、光
源光束２０４を互いに直交する直線偏光成分（Ｓ偏光成
分およびＰ偏光成分）に分割し、一方のＳ偏光成分を偏
光照明光束２０７として出射する。残された他方のＰ偏
光成分は複数のミラー部材（本例では３枚のミラー部材
２０８，２０９，２１０）により繰り返し反射されある
程度偏光を解除した戻り光束２１１に変換される。すな
わち、ＰＢＳ６を通過したＰ偏光成分は第１ミラー部材
２０８、第２ミラー部材２０９、第３ミラー部材２１０
によって繰り返し反射される間に偏光解除が起り、戻り
光束２１１にはＰ偏光成分に加えＳ偏光成分も相当程度
含まれることになる。

【００１６】この偏光照明装置はさらに混合手段を備え
ており、戻り光束２１１を光源光束２０４の中央シャド
ー部２０３に合流させる。この混合手段は、戻り光束２
１１を収束させる集束レンズ２１２と中央シャドー部２
０３の光路中に介在する傾斜ミラー２１３とからなる。
集束レンズ２１２は平行な戻り光束２１１を集束して傾
斜ミラー１３に照射する。この傾斜ミラー２１３は例え
ば直径が１０ｍｍ程度の寸法を有しており、光源光束２
０４の光軸に対して所定の角度傾斜して配置されてい
る。このため、集束した戻り光束２１１を中央シャドー
部２０３の光路と整合して混合することが可能である。
前述したように、合流した戻り光束２１１は相当程度の
Ｓ偏光成分を含んでいる。従ってコリメータレンズ２０
５を通過した後、偏光ビームスプリッタ２０６によりＳ
偏光成分が分離され、偏光照明光束２０７に加えられる
ことになる。

【００１７】この従来例では、戻り光束２１１の通過光
路中に偏光変換手段２１４を備えている。この偏光変換
手段２１４は第２ミラー部材２０９と第３ミラー部材２
１０の間に介在しており、戻り光束２１１の出射角θ３
およびθ４を調整して棒状導光部材２１７中で複数回の
全反射を実現するとともに、戻り光を平行光にもどして
いる。この偏光変換手段２１４は開口数の同じ一対のレ
ンズ２１５および２１６を含んでいる。また、一対のレ
ンズ２１５，２１６の間には空気に比し高屈折率の棒状
導光部材２１７が装着されており、戻り光束を無偏光状
態にする。図３０から容易に理解されるように、偏光変
換手段２１４に含まれる一対のレンズ２１５，２１６は
戻り光束２１１の絞りとして機能し、絞られた戻り光束
２１１は集束レンズ２１２を通過した後所望の出射角θ
２が与えられることになる。この出射角θ２は、前述し
たように光源光束２０４に含まれる中央シャドー部２０
３の出射角θ１と整合するか、もしくは包含するように
設定される。戻り光束２１１の出射角θ２は、集束レン
ズ２１２に開口数を適宜設定することにより最適に調整
できる。

【００１８】しかしながら、図３０からわかるように、
従来の照明装置は、ＰＢＳ２０７で照明光のうち１つの
偏光を取り出した後、反射を３回繰り返すとともに長い
光路長を有する反射光学系を経て照明光を再起させてお
り、これに加えて部品点数も多いため、照明装置が大型
化し、また高コストであり、さらには衝撃や振動に対す
る信頼性に関して問題が生じやすい難点があった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の問題点に鑑みてなされたもので、光利用効率の低減を
小さくし、かつ被照明物体への最大入射角度を小さくす
ることができる照明装置を実現すること、また、小型の
照明装置、低コストの照明装置、信頼性にすぐれた照明
装置、さらには、最大入射角度の照明装置、より高い光
利用効率の照明装置を実現することを目的とする。

【００２０】本発明はまた、光源から放出される照明光
を回転体反射鏡で反射する照明装置において、反射鏡の
開口や発散角を変化させることなく、照明光のうち１つ
の偏光に対して偏光変換を行う、小型、低コストで信頼
性に優れ、高い光利用効率の照明装置を実現することで
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、面状に配列された複数の光源からの照明光を空
間的に複数の光束に分割し、その空間的に複数の光束に
分割する分割状態を複数の光源の配列状態に対して関連
づけた照明光学手段を用いることにより、上記課題を達
成しうることを見出した。以下、請求ごとに本出願に係
る発明の要旨を示す。

【００２２】請求項１記載の発明は、光源から放出され
る照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置において、
上記回転体反射鏡により反射された照明光を、上記回転
体反射鏡の回転軸を中心とする輪体形状の照明光とする
第１光学素子と、上記輪体形状照明光の外輪径を小さく
するとともに外輪径と内輪径の比を増大せしめかつ上記
回転体反射鏡の回転軸を光軸とする第２光学素子とを有
することを特徴とする。

【００２３】請求項２記載の発明は、光源から放出され
る照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置において、
上記回転体反射鏡の回転軸を光軸とするとともに光軸に
回転対称であり、上記回転体反射鏡の前側に配置され、
上記回転体反射鏡により反射された照明光を光軸に近づ
く方向に偏向する第１偏向手段と、第１偏向手段の前側
に配置され照明光を光軸から遠ざかる方向に偏向する光
軸に回転対称な第２偏向手段とを有することを特徴とす
る。

【００２４】請求項３記載の発明は、光源から放出され
る照明光を回転体反射鏡で反射し略平行な光束からなる
照明光とする照明装置において、上記回転体反射鏡の回
転軸を光軸としてこの回転体反射鏡の前側に配置され、
上記光軸に近づく方向に照明光の進路を偏向する回転体
形状の第１偏向手段と、第１偏向手段の前側に配置さ
れ、光軸から遠ざかる方向に照明光の進路を偏向する回
転体形状の第２偏向手段とを有することを特徴とする。

【００２５】請求項４記載の発明は、光源から放出され
る照明光を回転体反射鏡で反射し略平行な光束からなる
照明光とする照明装置において、上記回転体反射鏡の前
側に配置され、回転体反射鏡の回転軸を光軸とし、光軸
に近づく方向に照明光を集光する回転体形状の集光手段
と、上記集光手段の前側に配置され、光軸に近づく方向
に照明光の進路を偏向する回転体形状の第１偏向手段
と、第１偏向手段の前側に配置され、光軸から遠ざかる
方向に照明光の進路を偏向する回転体形状の第２偏向手
段とを有することを特徴とする。

【００２６】請求項５記載の発明は、光源から放出され
る照明光を回転体反射鏡で反射し収束光束からなる照明
光とする照明装置において、上記回転体反射鏡の前側に
配置され、光軸に近づく方向に照明光の進路を偏向する
回転形状の第１偏向手段と、第１偏向手段の前側に配置
され、光軸から遠ざかる方向に照明光の進路を偏向する
回転体形状の第２偏向手段とを有することを特徴とす
る。

【００２７】請求項６記載の発明は、光源から放出され
る照明光を回転体反射鏡で反射し発散光束からなる照明
光とする照明装置において、上記回転体反射鏡の前側に
配置され、光軸に近づく方向に照明光を偏向する回転体
形状の第１偏向手段と、第１偏向手段の前側に配置さ
れ、光軸から遠ざかる方向に照明光の進路を偏向する回
転体形状の第２偏向手段とを有することを特徴とする。

【００２８】請求項７記載の発明は、請求項２、３、４
または６に記載の発明において、回転体反射鏡の回転軸
を光軸とし、上記回転反射体の光軸を含む面での断面が
放物曲線を有し、この放物曲線の幾何学的頂点が光軸以
外にあることを特徴とする。

【００２９】請求項８記載の発明は、請求項２から６の
いずれかに記載の発明において、回転体反射鏡は、その
回転軸を光軸とし、光軸を含む面での断面が楕円曲線を
なし、この楕円曲線の幾何学的長軸または短軸が光軸以
外にあることを特徴とする。

【００３０】請求項９記載の発明は、光源から放出され
る照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置において、
上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射鏡の
前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に頂点を
有する２等辺三角形状で光軸に回転対称な第１偏向手段
としての第１回転体プリズムと、第１回転体プリズムの
前側に配置され、断面形状が光軸に向かって薄くなるク
サビ形状で光軸に回転対称な第２偏向手段としての第２
回転体プリズムとを有することを特徴とする。

【００３１】請求項１０記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射
鏡の前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に閉
じたハの字形状で光軸に回転対称な第１偏向手段として
の第１回転体反射鏡と、第１回転体反射鏡の前側に配置
され、第１回転反射鏡の外径よりも小さい外径でかつ断
面形状が照明光の進行方向に閉じたハの字形状で光軸に
回転対称な第２偏向手段としての第２回転体反射鏡とを
有することを特徴とする。

【００３２】請求項１１記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸とし、光軸に近づ
く方向に照明光を偏向する第１偏向手段としての第１ホ
ログラムと、第１ホログラムの前側に配置され、光軸か
ら遠ざかる方向に照明光を偏向する第２偏向手段として
の第２ホログラムとを有することを特徴とする。

【００３３】請求項１２記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸とし、光軸に方向
に照明光を偏向する第１偏向手段としてのホログラム
と、このホログラムの前側に配置され、断面形状が光軸
に向かって薄くなるクサビ形状で光軸に回転対称な第２
偏向手段としての回転体プリズムとを有することを特徴
とする。

【００３４】請求項１３記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸とし、光軸に近づ
く方向に照明光を偏向する第１偏向手段としてのホログ
ラムと、このホログラムの前側に配置され、断面形状が
照明光の進行方向に閉じたハの字形状で光軸に回転対称
な第２偏向手段としての回転体反射鏡とを有することを
特徴とする。

【００３５】請求項１４記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射
鏡の前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に頂
点を有する２等辺三角形状で光軸に回転対称な第１偏向
手段としての回転体プリズムと、この回転体プリズムの
前側に配置され、光軸から遠ざかる方向に照明光を偏向
する第２偏向手段としてのホログラムとを有することを
特徴とする。

【００３６】請求項１５記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射
鏡の前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に頂
点を有する２等辺三角形状で光軸に回転対称な第１偏向
手段としての回転体プリズムと、この回転体プリズムの
前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に閉じた
ハの字形状で光軸に回転対称な第２偏向手段としての回
転体反射鏡とを有することを特徴とする。

【００３７】請求項１６記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射
鏡の前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に閉
じたハの字形状で光軸に回転対称な第１偏向手段として
の回転体反射鏡と、この回転体反射鏡の前側に配置さ
れ、断面形状が光軸に向かって薄くなるクサビ形状で光
軸に回転対称な第２偏向手段としての回転体プリズムと
を有することを特徴とする。

【００３８】請求項１７記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射
鏡の前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に閉
じたハの字形状で光軸に回転対称な第１偏向手段として
の回転体反射鏡と、この回転体反射鏡の前側に配置さ
れ、光軸から遠ざかる方向に照明光を偏向する第２偏向
手段としてのホログラムとを有することを特徴とする。

【００３９】請求項１８記載の発明は、請求項２から１
７のいずれかに記載の発明において、光源の中央部から
放出された照明光の第１偏向手段による偏向角度より
も、光源の中央部から放出された照明光の第２偏向手段
による偏向角度が小さいことを特徴とする。

【００４０】請求項１９記載の発明は、請求項１から１
８のいずれかに記載の発明において、回転反射鏡から第
２光学素子までの領域に、光軸を含む断面で光軸と交差
する照明光を吸収する光軸に回転対称な吸収板が配置さ
れていることを特徴とする。

【００４１】請求項２０記載の発明は、請求項１から１
８のいずれかに記載の発明において、回転反射鏡から第
２光学素子までの領域に、光軸を含む断面で光軸と交差
する照明光を反射する光軸に回転対称な反射板が配置さ
れていることを特徴とする。

【００４２】請求項２１記載の発明は、光源から放出さ
れる照明光を回転体反射鏡で反射する照明装置におい
て、上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転反射鏡
の前側に配置され、回転反射鏡により反射された輪体形
状の照明光のうち１つの偏光成分を優先的に光軸に近づ
く方向に偏向させる偏光偏向光学素子と、この偏光偏向
光学素子の前側に配置され偏光偏向光学素子により偏向
された照明光を光軸から遠ざかる方向に偏向させる偏向
光学素子と、上記偏光偏向光学素子により偏向された照
明光に作用する位相板とを有することを特徴とする。

【００４３】請求項２２記載の発明は、請求項２１に記
載の発明において、偏光偏光光学素子がホログラム素子
を有することを特徴とする。請求項２３記載の発明は、
請求項２１または２２記載の発明において、回転体反射
鏡が回転放物鏡であることを特徴とする。

【００４４】請求項２４記載の発明は、請求項２３記載
の発明において、回転放物鏡と偏光偏向光学素子との間
に別の集光光学素子が配置されていることを特徴とす
る。請求項２５記載の発明は、請求項２１または２２記
載の発明において、回転体反射鏡が回転楕円鏡であるこ
とを特徴とする。

【００４５】請求項２６記載の発明は、請求項２４また
は２５に記載の発明において、偏光偏向光学素子と集光
光学素子による集光点または回転楕円鏡の焦点との間
に、発散光学素子が配置されていることを特徴とする。
請求項２７記載の発明は、請求項２１、２２，２３，２
４，２５または２６記載の発明において、回転体反射鏡
と偏光偏向光学素子との間に別の偏向光学素子が配置さ
れていることを特徴とする。

【００４６】請求項２８記載の発明は、請求項１〜２７
のいずれかに記載の照明装置を用いた映像装置であっ
て、照明装置によって被照明物体の背面側から照明光を
照射し、被照明物体の像を投射することを特徴とする。
請求項２９記載の発明は、請求項２８記載の発明におい
て、被照明物体は、液晶パネルであることを特徴とす
る。

【００４７】

【本発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発
明の実施例を説明する。図１は、本発明にかかる照明装
置の第１の実施形態を示す。図１において、符号１は高
圧水銀ランプの発光部分からなる光源、２は回転体反射
鏡となる回転体放物面鏡、３ａは回転体放物面鏡２で反
射された円柱状の平行光束、３ｂは輪体形状の照明光、
４は回転体放物面鏡２の前側に配置されて輪体形状の照
明光３ｂを形成する第１光学素子、３ｄは照明光３ｂの
外輪径よりも小さくかつ外輪径と内輪径との比が増大し
た照明光、５は第１光学素子４の前側に配置され輪体形
状の照明光３ｂを上記照明光３ｄに変換する第２光学素
子、６は光軸をそれぞれ示している。ここでの前側と
は、光源からの照明光が反射鏡で反射された後に進行す
る方向を意味する。また、すべての回転体の中心は一致
しており、またこれが光軸と一致している。

【００４８】光源１から放射された照明光は、回転体放
物面鏡２で反射されて平行光束３ａとなり、この平行光
束３ａは第１光学素子４を透過することによって、回転
体放物面鏡２の回転軸を中心とする輪体形状の照明光３
ｂとなる。この輪体形状の照明光３ｂは、第２光学素子
５を透過することによって、外輪径が小さく、かつ、外
輪径と内輪径の比が増大して横断面が円形の平行光束と
なる。

【００４９】図１において、第１光学素子４を回転体放
物面鏡２の反射面の近傍に配置し、かつ第２光学素子５
を第１光学素子４の近傍に配置することにより、縮小せ
しめた開口部分であるにもかかわらず、従来の光源の発
光角度分布、発光面積分布および大きさから推測できる
光量以上の照明光の取り出しが可能となり、これにより
照明光の最大入射角であるθｍａｘを小さくしながら
も、光利用効率の低減を小さくした照明装置を実現する
ことができ、これにより、低消費電力で明るい照明装置
を提供することができる。

【００５０】第１光学素子４および第２光学素子５とし
て、レンズや反射鏡、多層誘電膜等の古典的な光学素子
を用いることができ、それ以外にも、ホログラム、複合
ホログラム、複屈折材料、電気光学材料、フォトリフラ
クティブ材料、フォトニクス結晶材料等を用いることに
より実現することができる。また、光学素子（Ａ）およ
び光学素子（Ｂ）は、複数の光学素子により構成するこ
ともでき、また光学素子（Ａ）と光学素子（Ｂ）の一部
または全部を複合した素子として構成することもでき
る。

【００５１】上記実施形態の動作を図２に示す。図２
は、光源１からの照明光が回転放物面鏡２で反射される
状態を縦断面で示したものである。図２において、光源
１は直径０．３ｍｍ、長さ１．２ｍｍの円筒形状であ
り、回転放物面鏡２は焦点６ｍｍ、反射面の曲率１２ｍ
ｍ（ただし、外側の曲率は２４ｍｍ）、開口直径６０ｍ
ｍである。符号７ａ，７ｂ，７ｃはそれぞれ光源１の中
央、右端部、左端部から放出された光軸と垂直な方向に
対して±３０度の範囲の照明光を複数の光線として示
す。符号８は回転放物面の近傍前側にある照度の測定面
を示す。光源１は焦点を中央として光軸方向に横長に配
置し、右端部は上記焦点から＋０．６ｍｍの位置、左端
部は上記焦点から−０．６ｍｍの位置となるように設定
している。

【００５２】図２からわかるように、これらの照明光
は、測定面８において、中央部に光線が入射しない輪体
状となる。実際には、光源からの照明光は±９０度の角
度で放出されるが、その発光角度分布は、すべての方向
に均一ではなく、ランバートに近い分布となる。このた
め、±３０度の範囲に多くのエネルギーが含まれるの
で、この部分を有効に利用して開口を小さくした。これ
により、従来の照明装置のように単に開口を中心付近に
設けた場合と比較して、より大きい光利用効率を実現で
きる。

【００５３】図３に、図２における測定面の位置を光軸
方向に移動させた場合の照度分布変化をシミュレーショ
ンした結果を示す。（ａ）は測定面と光源１との距離が
２５ｍｍの場合であり、同様に（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）
はそれぞれ５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍの場合で
ある。また、縦軸の単位はＷ／ｍ^２であり、横軸は光軸
６を含む断面での光軸に対し垂直方向の距離で、単位は
ｍｍであり、３０ｍｍが光軸となる。このとき、光源の
エネルギーは１Ｗであり、簡略化のため角度分布はラン
バートに従い光軸と垂直な方向に対して±３０度の範囲
で放出されるとし、面内分布は均一とした。小型の回転
放物面鏡では、回転放物面鏡の最大径や光源としての放
電管（ＬＶ）を通す貫通孔により、実質的に±３０度の
範囲程度しか回転放物面鏡で利用できない場合が多い。

【００５４】図３（ａ）は、光源と測定面との距離が２
５ｍｍであって、ＬＶを配置する位置が光源に近い場合
には中央部の照度が高い。これは特開平８−２０１７５
９号公報等に記述されていて、よく知られている照度分
布である。しかし、（ｂ）では光源と測定面との距離が
５０ｍｍに離れた場合には中央部の照度に低減がみら
れ、さらに（ｃ）、（ｄ）のように光源と測定面との距
離が長くなるにつれて、中央部の照度の低減量およびそ
の範囲が増加している。これは、図２において、符号７
ａ，７ｂ，７ｃの光線から説明することもできる。この
ことからも、±３０度の範囲の輪体状照明光を有効に利
用して開口を小さくすることにより、従来の照明装置の
ように単に開口を中心部分付近に設けた場合と比較し
て、より高い光利用効率を実現できることになる。

【００５５】図４は、図３における（ｄ）の場合におい
て、光源の角度分布および面内分布を、１５０Ｗの高圧
水銀ランプの実測データを用いて、より詳細にシミュレ
ーションした結果を示す。ただし、シミュレーションと
しては、光源のエネルギーを比較するために、図３と同
じ１Ｗとして計算した。あとは、図３と同様である。ま
た、（ａ）は（ｄ）に対して光源の角度分布および面内
分布を変更したのみであり、（ｂ）は±９０度の範囲の
全照明光に関してシミュレーションした場合である。ま
た、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、（ａ）および（ｂ）の
場合における光軸からの距離内に含まれるエネルギーで
あり、最大値は光源のエネルギーの１Ｗに等しくなる。

【００５６】図４（ａ）を参照すると、図３（ｄ）と比
較して、中央部の照度の低減量が大きくなっている。こ
れは実際の光源の発光分布がランバートの場合よりも、
光軸と垂直方向により強い分布を有していることによ
る。また、図４（ｂ）が示すように、すべての照明光が
回転放物面鏡に入射した場合においても、光軸付近に大
きな照度の低減現象が生じることがわかる。

【００５７】図４（ｃ）に示すように、光軸から７ｍｍ
（全体の半径約２１ｍｍの３分の１）の部分に相当する
中央部分の照明光を除去しても、約３％程度の光量低減
にしかならないが、第１、第２光学素子が無収差であれ
ば、開口は１４ｍｍの半径とすることができるので、最
大入射角を元の２１ｍｍとした場合と比べて３３％も低
減することができる。また、これは、すべての照明光が
回転放物面鏡に入射した図４（ｄ）の場合においても同
様であり、開口２５ｍｍとして利用した場合、８８％の
光を取り込むことができる。このとき光軸から７ｍｍ
（全体の半径約２５ｍｍの２８％）の部分に相当する中
央部分の照明光を除去しても、約３％程度の光量の低減
にしかならないため、８３％の光利用効率で、かつ、第
１、第２光学素子が無収差であれば、開口は１８ｍｍの
半径とすることができるので、最大入射角を元の２５ｍ
ｍにした場合と比べて２８％も低減することができる。
実際には、中心部よりの１０％程度は、光源ＬＶ用の回
転放物面鏡の孔により、あるいは、成形時の制約や強度
保持のために、放物面の曲率変更により利用できない場
合が多く、この場合にはさらに最大入射角を低減するこ
とができる。

【００５８】図５に照明装置の第２実施形態を示す。図
５において、斜線部分に付した符号９ｄ、９ｅは、光源
から放出され回転体反射部材である回転体放物面鏡２で
反射された平行光束からなる照明光の輪体形状部分を示
す。符号１０は回転体反射鏡２の前側に設けた光軸に回
転対称な第１偏向手段を示している。第１偏向手段１０
は照明光を光軸６に近づく方向に偏向する。符号９ｂは
第１偏向手段１０により偏向された輪体形状の照明光
束、１１は第１偏向手段１０の前側に設けた光軸に回転
対称な第２偏向手段を示す。第２偏向手段１１は上記照
明光束９ｂを光軸６から遠ざかる方向に偏向するもので
ある。符号９ｃは第２偏向手段１１により偏向された光
軸から遠ざかる方向に進行する輪体形状の照明光束を示
す。

【００５９】図５に示す実施形態では、回転体放物面鏡
２で反射された輪体形状の照明光９ｄ、９ｅのうち、光
軸６を中心とする中央部付近の照明光が第１偏光手段１
０により光軸６と実質的に交差し、光軸６に対して反対
側になるので、偏向方向が光軸に近づく方向となり、結
果として光軸方向に対して大きく角度が異なる光線とな
り、この中央部付近の照明光を除去することができる。
これに対して、輪体形状の照明光９ｄ，９ｅは、第１の
偏向手段１０により光軸に近づく平行光束となり、その
後、第２偏向手段１１により偏向され光軸と平行な平行
光束９ｄとなる。これにより、簡単な２つの偏向光学素
子１０、１１により、開口を小さくして照明最大入射角
度を小さくした場合に、単に回転体放物鏡２の中央部を
小さくした場合以上の大きな光利用効率を得ることがで
きる。

【００６０】図５において、偏向手段１０、１１は、収
束または発散作用があっても構わない。しかし、図５に
示すように中央部分の照明光を効率よく除去するために
は、凸レンズと凹レンズの組み合わせのようなガリレオ
式のビーム径変換器またはケプラー式ビーム径変換器の
類よりは、照明光の入射位置の違いで第１、第２偏向手
段１０、１１による偏向角度の差が一定値であることが
好ましい。また、より好ましくは、第１、第２偏向手段
１０、１１による偏向角度が同じ場合であり、直線形状
を有する偏向手段の方が適している。

【００６１】また、図５において、回転体反射鏡は、回
転放物面である必要はないし、かつ、この回転体反射鏡
の反射面で反射される光束が平行光束である必要はな
い。回転体反射鏡は回転球面、回転楕円体、回転双曲
線、回転高次非球面、回転多角形であってもよいし、回
転球面、回転放物面、回転楕円体等であってもよく、そ
の中心や焦点に光源を配置していなくてもよい。また、
第２偏向手段１１は、照明光の進行方向が光軸から離れ
る方向である必要はなく、光軸と平行であってもよく、
また光軸に向かう方向でもよく、第２の偏向手段１１に
より偏向として作用する進行方向に対して加算する偏向
ベクトルの方向が光軸から離れて行く方向であればいよ
い。

【００６２】図６は、本発明にかかる照明装置の第３実
施形態を示す。図６において、斜線部分に付された符号
１２ａ、１２ｂは、光源１から放出され回転反射体であ
る回転体放物面鏡２で反射された照明光の輪体形状部分
を示しており、回転体放物面鏡２で反射された直後では
平行光束となっている。符合１３は集光作用を有する凸
レンズ、１４は第１偏向手段、１５は第２偏向手段、１
６は凸レンズ１３の焦点位置、１７は第１および第２偏
向手段１４、１５を経た後の照明光の集光位置をそれぞ
れ示している。

【００６３】図６からわかるように、回転体放物面鏡２
と第１偏向手段１４との間に凸レンズ１３が設けられ、
かつ第１偏向手段１４とその前側に第２偏向手段１５が
設けられているので、光学系をビーム径小型変換の前段
階としたり、回転フィルタを用いたりすることができ、
光学系の小型化を実現しながら、かつ開口を小さくして
照明最大入射角度を小さくした場合に、単に回転体放物
面鏡２の中央部を小さくした場合以上の大きな光利用効
率を得ることができる。

【００６４】図７に、本発明にかかる照明装置の第４実
施形態を示す。図７において、斜線部分に付した１８
ａ、１８ｂは、１光源から放出され回転反射体である回
転体楕円反射鏡２１で反射された照明光の輪体形状部分
を示しており、回転体楕円反射鏡２１で反射された直後
では収束光束となっている。符合１９は第１偏向手段、
２０は第２偏向手段、１６は回転体楕円反射鏡２１の第
２焦点位置、２２ｂは第１および第２偏向手段１９、２
０を経た後の照明光の集光位置を示す。

【００６５】図７からわかるように、回転体反射鏡とし
て、回転体放物面鏡の代わりに、回転体楕円反射鏡２１
を設け、かつ、第１偏向手段１９と第２偏向手段２０を
設けているので、部品点数を増加させることなく簡単な
構成で、光学系をビーム径小型変換の前段階としたり、
回転フィルタを用いたりすることができ、光学系の小型
化を実現しながら、かつ、開口を小さくして照明光の最
大入射角度を小さくした場合に、単に回転体放物面鏡の
中央部を小さくした場合以上の大きな光利用効率を得る
ことができる。また、このような照明装置を用いること
によって、ひとつのＬＶのみを使用した低コストの拡大
映像装置を小型に実現することができる。

【００６６】図８は、本発明にかかる照明装置の第５実
施形態を示す。図８において、斜線部分に付した符号２
３ａ、２３ｂは、光源１から放出され回転反射体である
回転体楕円反射鏡２１で反射された照明光の輪体形状部
分であり、回転体楕円反射鏡２１で反射された直後では
収束光束となっている。回転体楕円反射鏡２１の第２焦
点位置２２ｃより先は発散光となり、この発散光の進行
方向に、光束を収束させる第１偏向手段２４と、光束を
発散させる第２偏向手段２５がこの順に配置されてい
る。

【００６７】図８からわかるように、回転体楕円反射鏡
２１の第２焦点２２ｃ以降に第１偏向手段２４と第２偏
向手段２５を設けているので、光源１からの偏向手段を
遠くに配置することができ、光源１からの空気や部材を
介した熱伝導による偏向手段２４、２５の熱的劣化を低
減することができる。これによって、偏向手段２４、２
５として、低コスト、高信頼性、高性能の部材や構成を
使用することができるので、低コストまたは高信頼性ま
たはより高い光利用効率の照明装置を実現することがで
きる。

【００６８】図９は、本発明にかかる照明装置の第６実
施形態を示す。図９において、斜線部分に付した符号３
０ａ、３０ｂは、光源から放出され回転反射体２６ａお
よび２６ｂでそれぞれ反射された照明光の輪体形状部分
を示す。上記回転反射体２６ａ，２６ｂは２つの異なる
頂点を有する放物線から構成され、図９上部の回転反射
体２６ａは頂点２７ａでありその主軸は２８ａであり、
図９下部の回転反射体２６ｂは頂点２７ｂでありその主
軸は２８ｂである。上記二つの主軸２８ａ，２８ｂは光
源１の中心位置で交差している。上記２つの放物線を実
際の光軸６に対して回転させた回転体を回転反射体２６
ａ，２６ｂとし、この回転反射体２６ａ，２６ｂは第１
偏向手段を兼用している。符号３１は回転反射体２６
ａ，２６ｂの前方に配置された第２偏向手段を示す。

【００６９】図９からわかるように、回転反射体２６ａ
および２６ｂが第１偏向手段を兼用しているため、光学
素子の点数を減少させると同時に、第２偏向手段３１を
回転反射体２６ａおよび２６ｂに近づけることができ、
より小型で低コストの照明装置を実現することができ
る。

【００７０】図１０は、本発明にかかる照明装置の第７
実施形態を示す。図１０において、斜線部分に付した符
号３６ａ、３６ｂは、光源から放出され回転反射体３２
ａおよび３２ｂでそれぞれ反射された照明光の輪体形状
部分を示す。回転反射体３２ａ，３２ｂは２つの異なる
頂点を有する楕円から構成され、図１０上部の回転反射
体３２ａの頂点を符号３３ａで、主軸を３４ａで示す。
図１０下部の回転反射体３２ｂの頂点を符号３３ｂで、
主軸を３４ｂで示す。二つの主軸３４ａ，３４ｂは光源
１の中心位置で交差している。これらの２つの楕円を実
際の光軸６を中心にして回転させた回転体を回転反射体
３２ａ，３２ｂとする。この回転反射体３２ａ，３２ｂ
は第１偏向手段を兼用している。符号３７は回転反射体
３２ａ，３２ｂの前方に配置された第２偏向手段、３８
ａおよび３８ｂはそれぞれ回転反射体３２ａおよび回転
反射体３２ｂの第２焦点、３９は回転反射体３２ａおよ
び回転反射体３２ｂの第２焦点３８ａおよび３８ｂが第
２の偏向手段３７により略同位置となった実際の集光点
を示す。

【００７１】図１０からわかるように、回転反射体３２
ａおよび３２ｂが第１偏向手段を兼用しているので、光
学素子の点数を減少させることができると同時に、第２
偏向手段３７を回転反射体２６ａおよび２６ｂに近づけ
ることができるので、焦点または収束光を有する照明装
置であって、より小型で低コストの照明装置を実現する
ことができる。

【００７２】図１１は、本発明の第８実施形態を示す。
図１１において、符号４１は回転体反射鏡４０の前側に
配置された回転体プリズムを示す。回転体プリズム４１
は、断面が照明光の進行方向に頂点を有する２等辺三角
形状を有する光軸に回転対称なプリズムである。符号４
２は回転体プリズム４１の前側に設けた断面が照明光の
進行方向と逆の方向にクサビ形状を有する、換言すれ
ば、断面形状が光軸に向かって薄くなる楔形状を有す
る、光軸に回転対称な回転体プリズムを示す。光源１は
直径０．３ｍｍ、長さ１．２ｍｍの円筒形状で、長さ方
向を光軸方向に向けて配置されている。回転体反射鏡４
０は回転体放物面鏡をなし、焦点６ｍｍ、曲率１２ｍｍ
（ただし、外側は１２ｍｍ）、開口直径６０ｍｍであ
る。符号４３ａ，４３ｂ，４３ｃはそれぞれ光源の中
央、右端部、左端部から放出された光軸と垂直な方向に
対して±３０度の範囲の照明光を複数の光線として示
す。

【００７３】図１１において、光源から放出された±３
０度の範囲の照明光は回転体放物面鏡４０で反射された
平行光束からなる輪体形状の照明光であり、これは第１
偏向手段である回転体プリズム４１と第２偏向手段であ
る回転体プリズム４２により、外輪の径および内輪の径
が略平行光束のまま縮小されて開口が小さくなり、開口
を小さくして照明最大入射角度を小さくした場合に、単
に回転体放物鏡４０の中央部を小さくした場合以上の大
きな光利用効率を得ることができる。また、図示はして
いないが、±３０度の範囲以外の、中央部の照明光は、
回転体プリズム４１と回転体プリズム４２により、光軸
に平行な方向とは大きく異なる方向に偏向されることに
よって除去される。

【００７４】図１１において、回転体プリズム４１また
は回転体プリズム４２は、断面形状が２等辺三角形のみ
に限定されるものではなく、屋根型プリズムの屋根部分
が２等辺三角形になっているものでもよく、台形であっ
て２等辺三角形の左右の稜辺を有しているものでもよ
い。また、２等辺三角形の回転体プリズムと同等の幾何
光学的作用を行う光学素子であってもよく、例えばこれ
を光軸と垂直な方向に数個に分割してノコギリ状形状と
して厚さを減少させたものや、微細な構造を有するフレ
ネルレンズ形状にして平板化してもよい。また、完全な
２等辺三角形状である必要はなく、場合により回転体を
扁平な形状した場合も、被照明物体が円形または正方形
でないときには有効となる場合がある。

【００７５】図１１からわかるように、断面が直線の簡
単な回転体を２つ組み合わせることによって、開口を小
さくして照明最大入射角度を小さくした場合に、単に回
転放物鏡の中央部を小さくした場合以上の大きな光利用
効率を簡単に得ることができる。

【００７６】図１２は本発明の第９実施形態を示す。図
１２において、符号４６は、回転体放物面反射鏡４５の
前側に配置された、断面が照明光の進行方向に閉じたハ
の字形状を有する光軸に回転対称な回転体反射鏡を示
す。符号４７は、上記回転体反射鏡４６の前側に配置さ
れ、かつ、この回転反射鏡４６の外径よりも小さい外径
で、断面が照明光の進行方向に閉じたハの字形状を有す
る光軸に回転対称な回転体反射鏡を示す。符号４８ａ
は、光源１から放出された照明光が回転体放物面反射鏡
４５で反射されることによって得られる輪体形状の平行
光束を示し、符号４８ｂは、第１偏向手段としての回転
反射鏡４６および第２偏向手段としての回転体反射鏡回
転放物面鏡４７で上記輪体形状の平行光束が反射される
ことによって得られる平行光束を示す。

【００７７】図１２において、光源１から放出され、回
転体放物面反射鏡４５で反射された輪体形状の照明光４
８ａは、第１偏向手段である回転体反射鏡４６と第２偏
向手段である回転体反射鏡４７により、外輪の径および
内輪の径が略平行光束のまま縮小されて開口が小さくな
り、開口を小さくして照明最大入射角度を小さくした場
合に、単に回転放物鏡の中央部を小さくした場合以上の
大きな光利用効率を得ることができる。また、図示はし
ていないが±３０度の範囲以外の、中央部の照明光は、
回転体反射鏡４６および回転体反射鏡４７により、光軸
が照明光の進行方向と大きく異なる方向に偏向されるこ
とによって除去される。

【００７８】図１２において、回転体反射鏡４６または
回転体反射鏡４７は、断面が照明光の進行方向に閉じた
直線からなる完全なハの字形状を有する光軸に回転対称
な回転体反射鏡にのみ限定されるわけではなく、ハの字
の上部が接している形状であってもよいし、ハの字が曲
線を有していたりしていてもよい。また、これを光軸と
垂直な方向に数個に分割して厚さを減少させたものや、
フレネル反射板化して平板化したものでもよい。

【００７９】図１２からわかるように、断面が直線の簡
単な回転反射鏡４６、４７を２つ組み合わせることによ
って、開口を小さくして照明最大入射角度を小さくした
場合に、単に回転放物鏡の中央部を小さくした場合以上
の大きな光利用効率を簡単に得ることができる。また、
屈折を利用するものと比較して、照明装置の重量を低減
することができる。

【００８０】図１３は、本発明の第１０の実施形態を示
す。図１３において、符号４９は、回転体反射鏡４５の
前側に配置され、光軸方向に近づく方向に照明光を偏向
する第１変更手段としてのホログラムを示す。符号５０
は、ホログラム４９の前側に配置され、光軸から遠ざか
る方向に照明光を偏向する第２偏向手段としてのホログ
ラムを示す。符号５１ａ，５１ｂは、回転放物面鏡４５
で反射された輪体形状の照明光を示す。

【００８１】図１３において、光源１から放出され回転
放物面鏡４５で反射された輪体形状の照明光５１ａ，５
１ｂは、第１偏向手段であるホログラム４９と第２偏向
手段であるホログラム５０により、外輪の径および内輪
の径が略平行光束のまま縮小されて開口が小さくなり、
開口を小さくして照明最大入射角度を小さくした場合
に、単に回転放物鏡の中央部を小さくした場合以上の大
きな光利用効率を得ることができる。また、図示はして
いないが±３０度の範囲以外の、中央部の照明光は、ホ
ログラム４９およびホログラム５０によって光軸が照明
光の進行方向と大きく異なる方向に偏向されることによ
り除去される。

【００８２】図１３において、ホログラム４９およびホ
ログラム５０は、位相ホログラムでも体積ホログラムで
もよい。また、同一基板の表と裏にホログラム４９とホ
ログラム５０を一体に設けてもよい。また、ホログラム
４９およびホログラム５０は複数のホログラムにより形
成してもよい。

【００８３】図１３からわかるように、平板のホログラ
ムを２つ組み合わせることによって、開口を小さくして
照明最大入射角度を小さくした場合に、単に回転放物鏡
の中央部を小さくした場合以上の大きな光利用効率を簡
単に得ることができる。また、屈折や反射を利用するも
のと比較して、照明装置の重量を低減することができ、
また、照明装置を小型化することができる。

【００８４】図１４は、本発明の第１１実施形態を示
す。図１４において、符号５３は、回転体反射鏡４５の
前側に配置された、光軸に近づく方向に照明光を偏向す
るホログラム、５４は、ホログラム５３の前側に配置さ
れた、断面が照明光の進行方向と逆の方向にクサビ形状
を有する、換言すれば、断面形状が光軸に向かって薄く
なるクサビ形状を有する、光軸に回転対称な回転体プリ
ズムを示す。符号５５ａ，５５ｂは、回転放物面鏡４５
で反射された輪体形状の照明光を示す。

【００８５】図１４において、光源１から放出され、回
転放物面鏡４５で反射された輪体形状の照明光５５ａ，
５５ｂは、第１偏向手段であるホログラム５３と第２偏
向手段である回転体プリズム５４により、外輪の径およ
び内輪の径が略平行光束のまま縮小されて開口が小さく
なる。したがって、開口を小さくして照明最大入射角度
を小さくした場合に、単に回転放物鏡の中央部を小さく
した場合以上の大きな光利用効率を得ることができる。
また、ガラスの色分散とホログラムの色分散が反対方向
であるので、色収差を低減することにより色むらの少な
い照明装置を実現できる。

【００８６】図１５は、本発明の第１２実施形態を示
す。図１５において、符号５６は、回転体反射鏡４５の
前側に配置された、光軸に近づく方向に照明光を偏向す
るホログラムを示す。ホログラム５６の前側には、断面
が照明光の進行方向に狭まるクサビ形状を有する、光軸
に回転対称な回転体反射鏡５７が配置されている。

【００８７】光源１から放出される照明光は、回転体反
射鏡４５で反射されて輪体形状の照明光５９ａ，５９ｂ
となって光軸に平行に進み、第１偏向手段としてのホロ
グラム５６で光軸に近づく方向に偏向され、さらに、第
２偏向手段としての回転体反射鏡５７で光軸から遠ざか
る方向に偏向され、結果として、外輪の径および内輪の
径が略平行光束のまま縮小された照明光６０ａ、６０ｂ
となって、図示されない被照明体を照明する。このよう
に、この実施形態によっても、これまで説明してきた実
施形態と同様の効果を得ることができる。また、１枚の
平板ホログラムと回転体反射鏡とを用いているため、図
１３に示す実施形態のように２枚のホログラムを用いる
場合と比べて、あるいは、図１４に示す実施形態のよう
に回転体プリズムを用いるものに比べて、低コストで、
軽量な照明装置を得ることができる。

【００８８】図１６は、本発明の第１３実施形態を示
す。図１６において、符号６１は、回転体反射鏡４５の
前側に配置された、光軸に近づく方向に照明光を偏向す
る第１偏向手段としての回転体プリズムを示す。回転体
プリズム６１は、光軸に対して回転対称で、断面形状が
光軸に近づくにしたがって厚くなる形をしている。回転
体プリズム６１の前側には第２偏向手段としてのホログ
ラム６３が配置されている。

【００８９】光源１から放出される照明光は、回転体反
射鏡４５で反射されて輪体形状の照明光６４ａ，６４ｂ
となって光軸に平行に進み、第１偏向手段としての回転
体プリズム６１で光軸に近づく方向に偏向され、さら
に、第２偏向手段としてのホログラム６３で光軸から遠
ざかる方向に偏向され、結果として、外輪の径および内
輪の径が略平行光束のまま縮小された照明光となって、
図示されない被照明体を照明する。このように、この実
施形態によっても、これまで説明してきた実施形態と同
様の効果を得ることができる。また、プリズムの素材で
あるガラスの色分散とホログラムの色分散が反対方向で
あることから、色収差を低減して色むらの少ない照明光
を得ることができる。また、ホログラムの大きさを小さ
くすることができ、さらには、ホログラムを光源から離
すことにより、耐熱性の低い有機材料からなる回折率の
高い高分子型体積ホログラムを用いることが可能にな
り、色むらの少ない低コストで光利用効率の高い照明装
置を得ることができる。

【００９０】図１７は、本発明にかかる照明装置の第１
４実施形態を示す。図１７において、符号６６は、回転
体反射鏡６５の前側に配置された、光軸に近づく方向に
照明光を偏向する第１偏向手段としての回転体プリズム
を示す。回転体プリズム６６は、光軸に対して回転対称
で、断面形状が光軸に近づくにしたがって厚くなる形を
している。回転体プリズム６６の前側には第２偏向手段
としての回転体反射鏡６７が配置されている。回転体反
射鏡６７は、断面が照明光の進行方向に狭まるクサビ形
状で光軸に回転対称な形をしている。

【００９１】光源１から放出される照明光は、回転体反
射鏡６５で反射されて輪体形状の照明光６９ａ，６９ｂ
となって光軸に平行に進み、第１偏向手段としての回転
体プリズム６６で光軸に近づく方向に偏向され、さら
に、第２偏向手段としての回転体反射鏡６７で光軸から
遠ざかる方向に偏向され、結果として、外輪の径および
内輪の径が略平行光束のまま縮小された照明光６９ｃ，
６９ｄとなって、図示されない被照明体を照明する。こ
のように、この実施形態によっても、これまで説明して
きた実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００９２】図１８は、本発明にかかる照明装置の第１
５実施形態を示す。図１８において、符号７１は、回転
体反射鏡７０の前側に配置された、光軸に近づく方向に
照明光を偏向する第１偏向手段としての回転体反射鏡を
示す。回転体反射鏡７１は、光軸に対して回転対称で、
照明光の進行方向に径が緩やかに小さくなる円錐形状を
している。回転体反射鏡７１の前端部内周には第２偏向
手段としての回転体プリズム７３が配置されている。回
転体プリズム７３は、光軸に対して回転対称で、断面形
状が光軸に近づくにしたがって薄くなる形をしている。

【００９３】光源１から放出される照明光は、回転体反
射鏡７０で反射されて輪体形状の照明光７４ａ，７４ｂ
となって光軸に平行に進み、第１偏向手段としての回転
体反射鏡７１で光軸に近づく方向に偏向され、さらに、
第２偏向手段としての回転体プリズム７３で光軸から遠
ざかる方向に偏向され、結果として、外輪の径および内
輪の径が略平行光束のまま縮小された照明光となって、
図示されない被照明体を照明する。このように、この実
施形態によっても、これまで説明してきた実施形態と同
様の効果を得ることができる。また、図１７に示す実施
形態に比べて、回転体プリズムを小さくすることができ
るため、軽量な照明装置を得ることができる。

【００９４】図１９は、本発明にかかる照明装置の第１
６実施形態を示す。図１９において、符号７６は、回転
体反射鏡７５の前側に配置された、光軸に近づく方向に
照明光を偏向する第１偏向手段としての回転体反射鏡を
示す。回転体反射鏡７６は、光軸に対して回転対称で、
照明光の進行方向に径が緩やかに小さくなる円錐形状を
している。回転体反射鏡７６の前端には第２偏向手段と
してのホログラム７７が配置されている。ホログラム７
７は、照明光を広げる機能を持っている。

【００９５】光源１から放出される照明光は、回転体反
射鏡７５で反射されて輪体形状の照明光７８ａ，７８ｂ
となって光軸に平行に進み、第１偏向手段としての回転
体反射鏡７６で光軸に近づく方向に偏向され、さらに、
第２偏向手段としてのホログラム７７で光軸から遠ざか
る方向に偏向され、結果として、外輪の径および内輪の
径が略平行光束のまま縮小された照明光となって、図示
されない被照明体を照明する。このように、この実施形
態によっても、これまで説明してきた実施形態と同様の
効果を得ることができる。また、図１５に示す実施形態
と比較して、ホログラムを小さくすることができるた
め、低コストで、軽量な照明装置を得ることができる。

【００９６】図２０（ａ）は、本発明の第１７実施形態
を示す。図２０に示す実施形態は、図１１に示す実施形
態の場合の遠視野に相当する照明光の角度分布を示す。
図２０において、左側の２つの矢印（→、および↑）で
示される原点部分に、図１１に示す実施形態と同様の構
成の、光源１、回転放物面、回転体プリズム４１、およ
び回転体プリズム４２が設けてある。光源１は直径０．
３ｍｍ、長さ１．２ｍｍの円筒形状であり、回転放物面
鏡は焦点６ｍｍ、曲率１２ｍｍ（ただし、外側は１２ｍ
ｍ）、開口直径６０ｍｍである。符号７ａ，７ｂ，７ｃ
はそれぞれ光源の中央、右端部、左端部から放出された
光軸と垂直な方向に対して±３０度の範囲の照明光を複
数の光線として示しており、それぞれ２１本の等間隔の
光線から形成される。

【００９７】図２０（ｂ）は、回転体プリズム４１と回
転体プリズム４２の対向した屈折面を平行にした場合で
あり、放物面の頂点の距離が異なるため、照明光７ａと
７ｂは光軸に対して対称とならず、照明光７ｃの光軸と
なす平均的な角度が、照明光７ｂの光軸となす平均的な
角度より大きくなる。これは、回転体プリズム４１およ
び回転体プリズム４２を設けない場合の回転放物面の場
合も同様である。もとの、照明光７ｂ，７ｃは図２０の
下側つまりは光軸から離れる側に光源から放出された照
明光であり、照明光７ｃを除いて、光源の端部から放出
された照明光７ａおよび７ｂからなる照明光は、光軸に
対してその光源の位置に依存して発散する形になる。

【００９８】このため、回転体プリズム４１と回転体プ
リズム４２の角度を調整することで、第１の偏向手段で
ある回転体プリズム４１による偏向角度よりも、光源の
略中央部から放出された光線の第２偏向手段である回転
体プリズム４２による偏向角度を小さくすることによ
り、凸レンズ等による集光作用を行うことなく、図２０
（ａ）に示すように、照明光７ａおよび７ｂは、光軸に
対して対称にすることができる。この結果として、照明
装置の最大入射角度が照明光７ａよび７ｂに対応した同
じ値となる本当の最小値にすることができる。集光作用
を有する光学素子で発散角を低減させる場合には、今度
は完全に平行光束である光源の中心から放出された照明
光が発散することになり、結果として最大入射角度が増
加する場合がある。

【００９９】このように、回転体プリズムにより集光作
用を行うことなく偏向することにより、照明光７ａおよ
び７ｂは、光軸に対して対称にし、この結果として照明
装置の最大入射角を照明光７ａよび７ｂと同じ値となる
本当の最小値にすることは、回転体プリズム１つのみで
も可能であり、これは開口を変化させない場合にも適用
することができる。

【０１００】図２１は、本発明の第１８実施形態を示
す。図２１に示す実施形態は、図１３に示す実施形態と
ほぼ同様であり、図１３に示す実施形態と異なる点は、
第１の偏向手段となるホログラム４９の中央部の領域
に、カーボンブラックを混入した樹脂塗料の被覆層８５
が形成されている点である。光源１の中心から、光軸と
なす角が小さい角度で放出される照明光であって最終的
に利用しない照明光８８ａが上記被覆層８５に照射され
る。

【０１０１】図１３に示す実施形態では、第１の偏向手
段となるホログラム４９の中央部を透過した照明光が迷
光８８ｂとなっていたが、図２１に示す実施形態では、
最終的に利用しない照明光を上記樹脂塗料の被覆層８５
で吸収して強制的に除去するので、迷光が少なくなり、
結果としてコントラストの高い照明光を実現することが
できる。

【０１０２】図２２は、本発明の第１９実施実施形態を
示す。図２２に示す実施形態は、図２１に示す実施形態
とほぼ同様の構成であり、図２１に示す実施形態と異な
る点は、第１の偏向手段となるホログラム４９の中央部
の領域に、平面鏡７４が設けられている点である。光源
１の中心から光軸となす角が小さい角度で放出された照
明光であって最終的に利用しない照明光８９ａ，８９ｂ
はホログラム４９の中央部領域に照射される。そこでこ
の中央部領域に平面鏡７４を設けたものである。符号８
７ａ、８７ｂは、光源１から放出され、回転体反射鏡４
５で反射される輪体形状の照明光を示す。

【０１０３】図２２からわかるように、最終的に利用し
ない照明光のうち一部の光線８９ｂは、回転放物面から
なる回転体反射鏡４５で反射され、次に平面鏡７４で反
射され、さらに回転体反射鏡４５で反射されて光源１に
戻り、１８０度異なる方向の照明光となる。実際には、
光源１の中心からのずれ、光源１を構成する管球の厚さ
ムラ、反射鏡の角度ズレ、反射鏡の散乱性、吸収性、透
過性により、減衰したり、位置がずれたりしながら戻っ
てくる。また、最終的に利用しない照明光のうち他の光
線８９ａは、平面鏡８６で反射され、次に回転体反射鏡
４５で反射され、照明光を進行させる方向とは全く関係
のない方向に進行する。結果として、これらの不要な照
明光が回転体反射鏡４５と平面反射鏡７４との広い空間
の種々の面で吸収して除去されるので、特定の箇所の温
度が吸収により増加することがなく、信頼性に優れた照
明装置を提供することができる。

【０１０４】次に、光源から放出される照明光を回転体
反射鏡で反射する照明装置の実施形態について説明す
る。図２３は、本発明にかかる照明装置の第２０実施形
態を示す。図２３において、符号１は光源を示してお
り、例えば、高圧水銀ランプの発光部分からなる。符号
９０は回転反射鏡となる回転放物面鏡、９１は偏光偏向
光学素子となる同心円状パターンを有するホログラム、
９２は偏向素子となる同心円状パターンを有するホログ
ラム、９５ａ〜９５ｆは、光源１から放出された照明
光、９３は４５度傾けたλ／２位相板をそれぞれ示して
いる。すべての回転体の中心は一致しており、またこれ
が光軸と一致している。説明を簡単にするため、高圧水
銀ランプのチューブ、電極、配線等は省略してある。照
明光５ａは説明の都合上無偏光の照明光とし、照明光５
ｅはＰ偏光の照明光とする。回転放物面鏡９０の焦点距
離は６ｍｍであり、光源中心は焦点に配置され、焦点か
ら偏光偏向光学素子９１および偏向光学素子９２までの
距離は、それぞれ２０ｍｍ、４０ｍｍであり、偏光偏向
光学素子９１および偏向光学素子９２を構成するホログ
ラム回折格子の平均ピッチは１．４０ミクロンである。

【０１０５】図２３において、光源１から放出された照
明光のうち、光軸に対して９０度方向を中心とする照明
光が回転放物面鏡９０で反射されて輪体形状の照明光９
５ａ、９５ｅとなる。光源１からの照明光は実際には±
９０度の角度で放出されるが、その発光角度に対応した
強度分布はすべての方向に均一ではなく、光軸に垂直な
方向の照明光の強度が強くなっている。特に光軸と垂直
方向に±３０度の範囲にエネルギーとして多く含まれる
ので、この角度に対応する輪体形状の照明が回転体反射
鏡９０から放出されている。このため、この角度内の照
明光となる輪体形状の照明光を優先的に使用することに
よって高効率な照明を実現することができる。

【０１０６】回転放物面鏡で反射された照明光のうち光
軸に垂直な方向に対して±２０度以内に相当する光源９
５ａ，および９５ｅの照明光に対して、偏光偏向光学素
子９１は、Ｐ偏光となる照明光を０次光として透過し、
Ｓ偏光となる照明を偏光するように設計する。これは、
微小レリーフを刻んだガラス板内に、配向方向を揃えた
複屈折液晶材料を封入することにより実現できる。これ
により、Ｓ偏光のみに関して輪体形状の照明光を、その
外輪径を小さくすると同時に外輪径と内輪径との比を増
大せしめ、かつ、光軸に向かって進行する照明光９５ｃ
を形成することができる。この照明光９５ｃを、偏向光
学素子９２に入射せしめて、光軸と略平行な方向に偏向
させることにより、もとの輪体形状の内輪をほぼ外径と
する円柱形状の平行光束からなる照明光９５ｄを形成す
ることができる。偏向光学素子９２は、偏向分離性を有
する必要がないので、体積ホログラムでもレリーフホロ
グラムでもよく、その他多くの種類の中から簡易なホロ
グラムを選択して用いることができる。このとき、偏向
光学素子９２の中央領域を透過する照明光９５ｄは、λ
／２位相板９３により偏光方向が９０度回転されてお
り、もとのＳ偏光がＰ偏光となっている。

【０１０７】一方、Ｐ偏光の輪体形状の照明光は、偏光
偏向光学素子９１によって偏向されないので、Ｐ偏向の
まま、９５ｂ、９５ｆに示すように、そのまま輪体形状
の平行光束の照明光となる。このため、結果として、開
口を大きくすることなく、また発散角を大きくすること
なくＳ偏光をＰ偏光に偏光変換することができ、かつ輪
体形状の内側に偏光変換したＰ偏光を導入することによ
り円形状のＰ偏光の照明光を実現できる。さらには、低
消費電力で、小型で、低コストの、信頼性に優れた、明
るい照明装置を提供できる。

【０１０８】実際には、ホログラムによる偏向の効率や
収差、さらには取り込める光源の発散角の問題が生じ
る。しかしながら、ホログラムの効率が８０％であった
場合には、２面のみの仕様であるので、６４％の偏向効
率が得られる。ホログラムのみのロスを考慮すると、
（０．５＋０．５×０．６４）／０．５＝１．６と通常
の偏光変換素子と同程度の効果がある。また、利用する
発散角が、図２３の場合に光軸に垂直な方向に対して±
２０度以内と小さい角度ではあるが、このために、大き
い角度を取り込むと輪体形状照明の外輪の大きさが小さ
くなり、最大照明角度を低減することができる。

【０１０９】光源長が１．２ｍｍ、回転放物面鏡９０の
焦点距離が６ｍｍ、ライトバルブ（ＬＶ）の短径が１２
ｍｍとしたときに、±３０度で１２．９度であるライト
バルブ上での理論的最大照明入射角度が、±２０度では
１０．３度となって約２割小さくすることができる。反
射型ＬＶの色むら等は、偏光ビームスプリッター（ＰＢ
Ｓ）の影響により約１２．０度を超えると急激に劣化す
るため、これを低減することができる。照明光として取
り出せる最大の効率自体は、１５０Ｗの高圧水銀ランプ
では、実測では、±３０度で８３％であるのに対して、
±２０度以内では５０％と、１／１．６となっている。
このため、偏光変換の効率と合わせると、効率としての
向上はほとんどないことになる。しかしながら、開口を
同じにしたまま、かつ発散角が減少しているので、反射
型ライトバルブ用のように発散角を大きくできない照明
装置の場合には非常に有効である。また、ライトバルブ
での最大入射角をこの場合で１０．３度よりも大きくし
てよい場合には、光源からの光を±３０度で取り込ん
で、偏光光学素子９２の部分でＰ偏光よびＳ偏光ともケ
ラレる形で設計することにより、偏光度が劣化するかわ
りに、これよりも大きい光利用効率を達成できる。

【０１１０】偏光偏向光学素子９１および偏向光学素子
９２は、光の進行方向を略同一方向に静的に偏向するも
のである。ホログラムに限定されるものではなく、従来
のレンズ、プリズム、反射鏡、多層誘電膜、さらにはこ
れらと複合した複合ホログラム、また複屈折材料、電気
光学材料、フォトリフラクティブ材料、フォトニクス結
晶材料等を用いることにより実現することができる。ま
た、偏光偏向光学素子９１および偏向光学素子９２は、
複数の光学素子により構成することもできるし、一体化
することもできる。ただし、ホログラムの場合には、平
面上で偏向を行うことができるので、非常に小型化でき
る。

【０１１１】ホログラムを２枚同時に用いた場合は、こ
の２枚で色収差をうち消す作用も生じ、色分散性を低減
することもできる。また、通常の光学素子と比較して軽
量化することもできる。ホログラムの場合には、単純な
一定ピッチの回折格子である必要はなく、ピッチが周期
的にまたは非周期的に変化する回折格子からなっていて
もよい。また、動的にモードを切り替えるために、ＰＤ
ＬＣからなる液晶偏向スイッチ（例えば、デジレンズ／
米国デジレンズ社）を用いてもよい。また、ランプの管
球や電極部分を貫通孔としてできるだけ光源中心部に近
づけて小型化してもよい。

【０１１２】回転体反射鏡９０は、回転放物鏡に限定さ
れるわけではなく、球面鏡、回転双曲線、回転高次非球
面、回転多角形回転放物面鏡であってもよい。しかし、
回転放物面鏡の場合は、平行光束が入射するので、面内
でより均一な偏向角度、さらには２回の偏向の伴う均一
なシフト量を実現することにより、より高い光利用効率
を実現することができる。

【０１１３】図２４は、本発明にかかる照明装置の第２
１実施形態を示す。図２４において、符号１は高圧水銀
ランプの発光部分からなる光源、９６は回転反射鏡とな
る回転楕円鏡、９７は偏光偏向光学素子となる同心円状
パターンを有するホログラム、９８は偏向素子となる同
心円状パターンを有するホログラム、１０１ａ〜１０１
ｆは、光源１から放出される照明光、９９は４５度傾け
たλ／２位相板をそれぞれ示している。すべての回転体
の中心は一致しており、また光軸と一致している。説明
を簡単にするため、高圧水銀ランプのチューブ、電極、
配線等は省略してある。また、説明の都合上照明光１０
１ａはＰ偏光の照明光とし、照明光１０１ｃはＳ偏光の
照明光とする。また、回転楕円鏡９６の焦点距離は１
１．２９ｍｍであり、コーニック定数は−０．５４８で
あり、焦点間距離は７４．０６ｍｍであり、光源中心は
第１焦点に配置され、第１焦点から偏光偏向光学素子９
７および偏向光学素子９８までの距離は、それぞれ２０
ｍｍ、３７．８ｍｍであり、偏光偏向光学素子９７およ
び偏向光学素子９８のホログラム回折格子の平均ピッチ
はそれぞれ、１．７５ミクロンと１．１１ミクロンであ
る。

【０１１４】図２４に示す実施形態おいては、図２３に
示す実施形態と同様に、符号１０１ｄ、１０１ｅを付し
た斜線部分の照明光は、光源から放出され回転反射鏡で
ある回転楕円鏡９６で反射された収束光束からなる照明
光の輪体形状部分であり、偏光偏向光学素子９７は、回
転体反射鏡９６の前側に設けられて、照明光を光軸と近
づく方向に偏向する、光軸に回転対称な偏光偏向光学素
子を示す。符号１０１ｄは、偏光偏向偏光光学素子９７
により偏向されて光軸に近づく方向に進行する輪体形状
の照明光束、９８は偏光偏向光学素子９７の前側に設け
られて、照明光を光軸から遠ざかる方向に偏向する、光
軸に回転対称な偏向光学素子、１０１ｅは偏向光学素子
９８により偏向されて光軸から遠ざかる方向に進行する
輪体形状の照明光束をそれぞれ示す。この照明光束１０
１ｅは、回転楕円鏡９６の第２焦点１００付近で集光す
る。

【０１１５】回転楕円鏡９６で反射された照明光のうち
光軸にほぼ垂直（照明光の進行方向に対して８５度）方
向に対して±３０度以内にある照明光１０１ａ，および
１０ｅに対して、偏光偏向光学素子９７は、Ｐ偏光とな
る照明光を０次光として透過し、Ｓ偏光となる照明を偏
光するように設計する。これは、配向方向を揃えた複屈
折液晶材料を、微小レリーフを刻んだガラス板内に封入
することにより実現できる。これにより、Ｓ偏光のみに
関して輪体形状の照明光をその外輪径を小さくすると同
時に外輪径と内輪径との比を増大せしめて光軸に向かっ
て進行する照明光１０１ｄを形成することができる。こ
の照明光を、偏向光学素子９８に入射せしめて、再び光
軸上の第２焦点１００の方向に偏向させることにより、
もとの輪体形状の内輪をほぼ外径とする円形状の集光光
束の照明光１０１ｅを形成することができる。偏向光学
素子９８は、偏向分離性を有する必要がないので、体積
ホログラムでもレリーフホログラムでもよく、多くの種
類の中から簡易なホログラムを選択して用いることがで
きる。このとき、照明光１０１ｅは、λ／２位相板９９
により偏光方向を９０度回転されており、もとのＳ偏光
がＰ偏光となっている。

【０１１６】一方、Ｐ偏光の輪体形状の照明光は、偏光
偏向光学素子９７によって偏向されないので、Ｐ偏向の
まま、符号１０１ａ、１０１ｂに示すように、そのまま
輪体形状の平行光束の照明光となる。このため、結果と
して、開口を大きくすることなく、また発散角を大きく
することなくＳ偏光をＰ偏光に偏光変換することがで
き、かつ輪体形状の内側に偏光変換したＰ偏光を導入す
ることにより、円形状のＰ偏光の照明光を実現できる。
さらには、低消費電力で、小型で、低コストの、信頼性
に優れた明るい照明装置を提供できる。また、回転楕円
鏡９６で第２焦点１００に集光しているので、回転フィ
ルタやカラースイッチ（カラーリンク社）やデジレンズ
（デジレンズ社）等による色分解を利用した単板フィー
ルドシーケンシャル表示を行う、小型で低コストな照明
装置を実現することができる。

【０１１７】図２５は、光源の出力エネルギーが１Ｗの
ときに、実際の１５０Ｗの高圧水銀等を用いた場合をシ
ミュレーションした光軸中心からの距離と偏光偏向光学
素子９７の場所での積算照明光量との関係を示す。図２
５からわかるように、偏光偏向光学素子９７の中央部半
径１０ｍｍ以内の積算照明光量は１０％程度であるの
で、この部分をカットしても大きなロスとはならない。
輪体形状の内輪径が１０ｍｍで外輪径が３０ｍｍの場合
の、上記中央部以外の残り９０％の積算光量が存在する
が、回転楕円鏡９６に反射で反射されず、実際には照明
に利用できない直接光が１０％程度存在するので、８０
％が実力値となる。そして、この幅２０ｍｍの輪体形状
の照明光を、回転楕円鏡９６による集光力とホログラム
による集光力とを利用して、光軸から幅１０ｍｍ程度の
円形状の部分にロスを少なくして伝播させることができ
る。実際には、偏光偏向光学素子９７と偏向光学素子９
８の収束作用と発散作用の不完全さにより、若干の発散
角の増加が生じるものの、もとの光源の発散角をほぼ±
３０度の８０％近い分を取り込んでいるので、平行のま
ま偏光偏向を行う場合よりも、設計に自由度が生じ、高
効率の照明装置を実現することができる。

【０１１８】図２６に、本発明にかかる照明装置の第２
２実施形態を示す。図２６において、符号１は光源、９
６０は回転反射鏡となる回転放物鏡を示す。符号１０３
は偏光偏向光学素子となる同心円状パターンを有するホ
ログラム、１０４は偏向素子となる同心円状パターンを
有するホログラム、１０６ａ〜１０６ｆは、光源から放
出される照明光、９９は４５度傾けてホログラム１０４
の中央部に配置されたλ／２位相板を示す。すべての回
転体の中心は一致しており、また光軸と一致している。
光源である高圧水銀ランプのチューブ、電極、配線等は
省略してある。照明光１０６ａはＰ偏光とし、照明光１
０６ｃはＳ偏光とする。回転放物面鏡９６０の焦点距離
は６ｍｍであり、光源中心は焦点に配置されている。符
号１０２は、半径７５ｍｍの曲率を両面に有するＢＫ７
からなる両凸レンズを示す。この凸レンズ１０２は、回
転放物面鏡９６０とホログラム１０３との間に、ホログ
ラム１０３に近接して配置されている。光源位置からホ
ログラム１０３およびホログラム１０４までの距離は、
それぞれ２５ｍｍ、４５ｍｍであり、第１偏向光学素子
としてのホログラム１０３および第２偏向光学素子とし
てのホログラム１０４の回折格子平均ピッチは１．４０
ミクロンである。

【０１１９】図２６にかかる実施形態は、図２４に示す
実施形態とほぼ同様であり、回転楕円鏡９６のかわり
に、収束作用のある単凸レンズ１０２を回転法物鏡９６
０と偏光偏向光学素子１０３の間に設けてある。このた
め、斜線部分の照明光１０６ｄ、１０６ｅは、光源から
放出され回転反射鏡である回転楕円鏡９６０で反射され
た収束光束からなる照明光の輪体形状部分である。ホロ
グラム１０３は回転体反射鏡９６０の前側に配置され
た、照明光を光軸に近づく方向に偏向する光軸に回転対
称な偏光偏向光学素子であり、照明光束１０６ｄは偏光
偏向光学素子１０３により偏向されて光軸に近づく方向
に進行する輪体形状の照明光束であり、ホログラム１０
４は偏光偏向光学素子１０３の前側に設けられ、照明光
を光軸から遠ざかる方向に偏向する光軸に回転対称な偏
向光学素子であり、照明光束１０６ｅは、偏向光学素子
１０４により偏向されて光軸から遠ざかる方向に進行す
る輪体形状の照明光束である。照明光束は、単凸レンズ
１０２の第２焦点１０５付近で集光する。

【０１２０】回転法物鏡９６０で反射された照明光のう
ち光軸にほぼ垂直（照明光の進行方向に対して９０度）
方向に対して±２５度以内にある照明光１０６ａ，およ
び１０６ｅに対して、偏光偏向光学素子１０３は、Ｐ偏
光となる照明光を０次光として透過し、Ｓ偏光となる照
明を偏光するように設計する。これは、配向方向を揃え
た複屈折液晶材料を、微小レリーフを刻んだガラス板内
に封入することにより実現できる。これにより、Ｓ偏光
のみに関して輪体形状の照明光を、その外輪径を小さく
すると同時に外輪径と内輪径との比を増大せしめて、光
軸に向かって進行する照明光１０６ｄを形成することが
できる。この照明光を、偏向光学素子１０４に入射せし
めて、光軸から遠ざかる方向に偏向し、光軸上の焦点１
６にさせ、もとの輪体形状の、内輪をほぼ外径とする円
形状の集光光束の照明光１０６ｅを形成することができ
る。偏向光学素子１０４は、偏向分離性を有する必要が
ないので、体積ホログラムでもレリーフホログラムで
も、その他多くの種類の中から簡易なホログラムを用い
ることができる。このとき、照明光１０６ｅは、λ／２
位相板９９により偏光方向を９０度回転されており、も
とのＳ偏光がＰ偏光となっている。

【０１２１】一方、Ｐ偏光の輪体形状の照明光は、偏光
偏向光学素子１０３によって偏向されないので、Ｐ偏向
のまま、符号１０６ａ、１０６ｂに示すように、そのま
ま輪体形状の平行光束の照明光となる。このため、結果
として、開口を大きくすることなく、また発散角を大き
くすることなくＳ偏光をＰ偏光に偏光変換することがで
き、かつ輪体形状の内側に偏光変換したＰ偏光を導入す
ることにより、円形状のＰ偏光の照明光を実現できる。
さらには、低消費電力で、小型で、低コストの信頼性に
優れた明るい照明装置を提供できる。また、回転放物鏡
９６０と単凸レンズ１０２により焦点１０５付近に照明
光を集光しているので、回転フィルタやカラースイッチ
（カラーリンク社）やデジレンズ（デジレンズ者）等に
よる色分解を利用した単板フィールドシーケンシャル表
示を行う、小型で低コストな照明装置を実現することが
できる。さらには、凸レンズ１０２による集光作用を利
用しているので、凸レンズ１０２の曲率を変えること
で、簡単に設計変更ができ、部品の共通化ができること
から、より低コストの照明装置を提供できる。

【０１２２】図２７は、本発明にかかる照明装置の第２
３実施形態を示す。図２７（ａ）は全体図、図２７
（ｂ）は集光部分の拡大図である。図２７において、符
号１は高圧水銀ランプの発光部分からなる光源、１１３
は回転反射鏡となる回転楕円鏡、１１４は偏光偏向光学
素子となる同心円上パターンを有するホログラム、１１
５は偏向素子となる同心円状パターンを有するホログラ
ム、１１６は４５度傾けてホログラム１１５の中央部に
配置されたλ／２位相板、１１７はホログラム１１５の
中央部にλ／２位相板１１６と対向させて配置された平
凹レンズをそれぞれ示す。すべての回転体の中心は一致
しており、また光軸と一致している。

【０１２３】光源１からの照明光１１８ａは、説明の都
合上Ｐ偏光の照明光とし、偏光偏向光学素子１１４を透
過した照明光１１８ｃはＳ偏光の照明光とする。また、
回転楕円鏡１１３の焦点距離は１１．２９ｍｍ、コーニ
ック定数は−０．５４８、焦点間距離は７４．０６ｍｍ
である。光源中心は第１焦点に配置され、第１焦点から
偏光偏向光学素子１１４および偏向光学素子１１５まで
の距離は、それぞれ２０ｍｍ、３７．８ｍｍであり、偏
光偏向光学素子１１４および偏向光学素子１１５のホロ
グラム回折格子の平均ピッチはそれぞれ、１．７５ミク
ロンと１．１１ミクロンであり、平凹レンズ１１７は３
９．５ｍｍの開始位置に光源側が５５ｍｍの曲率を有す
る厚さ１．５ｍｍのＢＫ７からなるガラス材である。

【０１２４】図２７においては、符号１１８ｄ，１１８
ｅを付した斜線部分は、光源１から放出され回転体反射
鏡である回転楕円鏡１１３で反射された収束光束からな
る照明光の輪体形状部分を示している。偏光偏向光学素
子１１４は、回転体反射鏡の前側に配置され、照明光を
光軸に近づく方向に偏向する、光軸に回転対称な光学素
子である。照明光１１８ｄは、偏光偏向光学素子１１４
により偏向された光軸に近づく方向に進行する輪体形状
の照明光束である。偏向光学素子１１５は、偏光偏向光
学素子１１４の前側に配置されて、照明光を光軸から遠
ざかる方向に偏向する、光軸に回転対称な光学素子で手
段である。符号１１８ｆは、偏向光学素子１１５により
光軸から遠ざかる方向に偏向される輪体形状の照明光束
を示す。照明光束１１８ｅ，１１８ｆは、回転楕円鏡１
１３の第２焦点１２０付近で集光する。

【０１２５】回転楕円鏡１１３で反射された照明光のう
ち光軸にほぼ垂直（照明光の進行方向に対して８５度）
方向に対して±３０度以内にある照明光１１８ｂに対し
て、偏光偏向光学素子１１４は、Ｐ偏光となる照明光を
０次光として透過し、Ｓ偏光となる照明を偏光するよう
に設計する。これは、配向方向を揃えた複屈折液晶材料
を、微小レリーフを刻んだガラス板内に封入することに
より実現できる。これにより、Ｓ偏光のみに関して輪体
形状の照明光をその外輪径を小さくすると同時に、外輪
径と内輪径との比を増大せしめた光軸に向かって進行す
る照明光１１８ｃを形成することができる。この照明光
１１８ｃを、偏向光学素子１１５に入射せしめて、再び
光軸から遠ざかる方向に偏向させ、第２焦点１２０に収
束させることにより、もとの輪体形状の内輪をほぼ外径
とする円形状の集光光束の照明光１１８ｆを形成するこ
とができる。偏向光学素子１１５は、偏向分離性を有す
る必要がないので、体積ホログラムでもレリーフホログ
ラムでもよく、多くの種類の中から簡易なホログラムを
選択して用いることができる。このとき、照明光１１８
ｆは、λ／２位相板１１６により偏光方向を９０度回転
されており、もとのＳ偏光がＰ偏光となっている。

【０１２６】一方、Ｐ偏光の輪体形状の照明光は、偏光
偏向光学素子１１４によって偏向されないので、Ｐ偏向
のまま、１１８ｄ，１１８ｅに示すように、そのまま輪
体形状の平行光束の照明光となる。

【０１２７】凹レンズ１１７は、２回の偏向によって光
路長が長くなった方の照明光の焦点距離を、発散作用に
よって元にわずかに戻す機能を有する。これにより、結
像がＰ偏向とＳ偏向で同じように小さくできることにな
り、収差による発散角の増加を低減することにより、よ
り光利用効率の大きい照明装置とすることができ、さら
に反射型ＬＶに用いた場合には色むら等を減少するこが
できるようになり、高品質の照明装置を実現できる。結
果として、開口を大きくすることなく、また発散角を大
きくすることなくＳ偏光をＰ偏光に偏光変換することが
でき、かつ輪体形状の内側に偏光変換したＰ偏光を導入
することにより円形状のＰ偏光の照明光を実現できる。
さらには、低消費電力で、小型で、低コストの、信頼性
に優れた明るい照明装置を提供できる。また、回転楕円
鏡１１３で第２焦点１２０に集光しているので、回転フ
ィルタやカラースイッチ（カラーリンク社）やデジレン
ズ（デジレンズ社）等による色分解を利用した単板フィ
ールドシーケンシャル表示を行う小型で低コストな照明
装置を実現することができる。

【０１２８】図２８に、本発明にかかる照明装置の第２
４実施形態を示す。図２８において、符号１は光源、１
０７は回転反射鏡となる回転楕円鏡、１０８は無偏光性
偏向素子、１０９は偏光偏向光学素子となる同心円状パ
ターンを有するホログラム、１１０は偏向素子となる同
心円上パターンを有するホログラム、１１１は４５度傾
けたλ／２位相板をそれぞれ示す。符号１２４ａは、光
源１をとおる回転反射鏡１０７の光軸、１２４ｂは最終
的な円形状の照明光の中心をとおる回転反射鏡の光軸、
１２３ａ〜１２３ｇは、光源から放出された光線をそれ
ぞれ示す。すべての回転体の中心は一致しておらず、シ
フトまたは偏向した状態となっている。説明の都合上、
光源１としての高圧水銀ランプのチューブ、電極、配線
等は省略してある。照明光１２３ａは説明の都合上Ｐ偏
光の照明光とし、１２３ｄはＳ偏光の照明光とする。

【０１２９】図２８においては、図２３と同様に、斜線
を付した部分の照明光１２３ａ、１２３ｄは、光源から
放出され回転体反射鏡１０７で反射された平行光束から
なる輪体形状の照明光である。無偏光性偏光光学素子１
０８は、偏光にかかわらず一様に上記照明光１２３ａ、
１２３ｄを４５度偏向する。これにより、照明光１２３
ａ、１２３ｄは、それぞれ符号１２３ｂおよび１２３ｅ
で示すように偏向されることになる。偏光偏向光学素子
１０９は、光軸に回転対称な偏光偏向光学素子であり、
上記照明光１２３ａ、１２３ｄを光軸に対し４５度偏向
して、進行する照明光のうちのＳ偏光を光軸に近づく方
向に偏向する。照明光１２３ｆは、偏光偏向光学素子１
０９により偏向されて光軸に近づく方向に進行する輪体
形状の照明光束を示す。偏向光学素子１１０は、偏光偏
向光学素子１０９の前側に配置されて照明光を光軸から
遠ざかる方向に偏向する光軸に回転対称な光学素子であ
る。照明光１２３ｇは、偏向光学素子１１０により光軸
から遠ざかる方向に偏向され、結果的に光軸と略同一方
向に進行する平行光束となった輪体形状の照明光束であ
る。

【０１３０】回転体放物面鏡１０７で反射された照明光
のうち光軸にほぼ垂直（照明光の進行方向に対して８５
度）方向に対して±２０度以内にある照明光１２３ａ，
および１２３ｄに対して、偏光偏向光学素子１０９は、
Ｐ偏光となる照明光を０次光として透過し、Ｓ偏光とな
る照明を偏光するように設計する。これにより、Ｓ偏光
のみに関して輪体形状の照明光をその外輪径を小さくす
ると同時に外輪径と内輪径との比を増大せしめ、光軸に
向かって進行する照明光１２３ｆを形成することができ
る。この照明光１２３ｆを、偏向光学素子１１０に入射
せしめ、光軸と平行な方向に偏向させることにより、も
との輪体形状の、内輪をほぼ外径とする円形状の平行光
束からなる照明光１２３ｇを形成することができる。偏
向光学素子１１０は、偏向分離性を有する必要がないの
で、体積ホログラムでもレリーフホログラムでもよく、
多くの種類の中から簡易なホログラムを選択して用いる
ことができる。さらに、照明光１２３ｇは、λ／２位相
板１１１により偏光方向を９０度回転されており、もと
のＳ偏光がＰ偏光となっている。

【０１３１】一方、Ｐ偏光の輪体形状の照明光は、偏光
性偏向光学素子１０９で偏向されないので、Ｐ偏向のま
ま、符号１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃで示すように、
２回偏向した結果、その進行方向が光軸の方向と一致し
て、そのまま輪体形状の平行光束の照明光となる。

【０１３２】偏光性偏向光学素子１０９に入射する照明
光１２３ｂ、１２３ｅはあらかじめ無偏向性偏向素子１
０８により偏向する角度がどちらも大きくなるように偏
向されているので、ホログラムによる偏光分離が容易と
なり、この結果、高効率でＰ偏光、Ｓ偏光とも偏向する
ことができるようになる。このため、開口を大きくする
ことなく、また発散角を大きくすることなく、Ｓ偏光を
より高効率でかつより高い偏向分離比でＰ偏光に偏光変
換することができ、かつ輪体形状の内側により高効率で
偏光変換したＰ偏光を導入することにより、円形状のＰ
偏光のより明るい照明光を実現できる。さらには、低消
費電力で、小型で低コストの信頼性に優れた明るい照明
装置を提供できる。

【０１３３】無偏光性偏向光学素子１０８のかわりに、
偏光性をもたせた偏向光学素子を用いて、次の偏向性偏
向光学素子１０９と合わせて、偏向分離性を大きくして
もよい。また、最終的な円形状の光軸が、もとの光軸と
平行である必要はなく、照明光１２３ｃ、１２３ｇが一
様に平行光のまま偏向していてもよい。

【０１３４】以上説明した各実施形態に係る照明装置の
用途として映像装置がある。すなわち、この映像装置
は、これまで説明してきた何れかの実施形態にかかる照
明装置を有し、この照明装置から出射される照明光を被
照明物体の背面側から照射し、被照明物体の像を、当エ
イレンズを通してスクリーンに投射するようになってい
る。上記被照明物体が液晶パネルであれば、この液晶パ
ネルに表示される画像をスクリーンに投射することがで
きる、いわゆる液晶プロジェクターが構成されることに
なる。上記被照明物体としては、そのほかに映画フイル
ム、スライド投影用フイルムなどがある。

【０１３５】

【発明の効果】以上、詳細かつ具体的説明から明らかな
ように、本発明においては、光源からの放出光が角度分
布と有限の面積を有することに伴う反射鏡による照明光
の光学特性に着目し、反射鏡の前面に輪体形状の照明光
を形成する第１光学手段と、この輪体形状の外輪径を小
さくすると同時に外輪径と内輪径の比を増大せしめる第
２光学手段とを設けているので、光源から放出された照
明光のうち、強度が大きい角度の照明光が光軸付近の小
さな開口内から効率よく出射し、これによって、光利用
効率の低減を小さくすることができ、被照明物体への最
大入射角度を小さくすることが可能な照明装置を提供す
ることができる。また、小型で、低コストで、軽量で、
信頼性にすぐれた照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる照明装置の第１実施形態を示す
光学配置図である。

【図２】上記実施形態の動作原理を説明するための光路
図である。

【図３】上記実施形態において測定面の位置を光軸方向
に移動させた場合の照度分布変化をシミュレーションし
た結果を示すグラフである。

【図４】上記実施形態において光源の角度分布および面
内分布をより詳細にシミュレーションした結果を示すグ
ラフである。

【図５】本発明にかかる照明装置の第２実施形態を示す
光学配置図である。

【図６】本発明にかかる照明装置の第３実施形態を示す
光学配置図である。

【図７】本発明にかかる照明装置の第４実施形態を示す
光学配置図である。

【図８】本発明にかかる照明装置の第５実施形態を示す
光学配置図である。

【図９】本発明にかかる照明装置の第６実施形態を示す
光学配置図である。

【図１０】本発明にかかる照明装置の第７実施形態を示
す光学配置図である。

【図１１】本発明にかかる照明装置の第８実施形態を示
す光学配置図である。

【図１２】本発明にかかる照明装置の第９実施形態を示
す光学配置図である。

【図１３】本発明にかかる照明装置の第１０実施形態を
示す光学配置図である。

【図１４】本発明にかかる照明装置の第１１実施形態を
示す光学配置図である。

【図１５】本発明にかかる照明装置の第１２実施形態を
示す光学配置図である。

【図１６】本発明にかかる照明装置の第１３実施形態を
示す光学配置図である。

【図１７】本発明にかかる照明装置の第１４実施形態を
示す光学配置図である。

【図１８】本発明にかかる照明装置の第１５実施形態を
示す光学配置図である。

【図１９】本発明にかかる照明装置の第１６実施形態を
示す光学配置図である。

【図２０】本発明にかかる照明装置の第１７実施形態を
示す光学配置図である。

【図２１】本発明にかかる照明装置の第１８実施形態を
示す光学配置図である。

【図２２】本発明にかかる照明装置の第１９実施形態を
示す光学配置図である。

【図２３】本発明にかかる照明装置の第２０実施形態を
示す光学配置図である。

【図２４】本発明にかかる照明装置の第２１実施形態を
示す光学配置図である。

【図２５】第２１実施形態において光軸中心から偏光偏
向光学素子の位置までの距離と積算照明光量との関係を
シミュレーションした結果を示すグラフである。

【図２６】本発明にかかる照明装置の第２２実施形態を
示す光学配置図である。

【図２７】本発明にかかる照明装置の第２３実施形態を
示す光学配置図である。

【図２８】本発明にかかる照明装置の第２４実施形態を
示す光学配置図である。

【図２９】従来の照明装置の一例を示す（ａ）は断面
図、（ｂ）は半体の正面図である。

【図３０】従来の照明装置の別の例を示す光学配置図で
ある。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 回転体反射鏡 ４ 第１光学素子 ５ 第２光学素子 １０ 第１光学素子 １１ 第２光学素子 １４ 第１光学素子 １５ 第２光学素子 ２１ 回転体反射鏡 １９ 第１光学素子 ２０ 第２光学素子 ２４ 第１光学素子 ２５ 第２光学素子 ４０ 回転体反射鏡 ４１ 第１光学素子 ４２ 第２光学素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 27/28 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ３Ｋ０４２ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ 1/13357 1/1335 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 1/13357 21/14 Ａ Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｆ２１Ｙ 101:00 21/14 Ｆ２１Ｍ 1/00 Ｒ // Ｆ２１Ｙ 101:00 (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 逢坂 敬信 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 宮垣 一也 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H049 CA01 CA05 CA08 CA17 CA19 CA22 2H052 BA03 BA06 BA14 2H088 EA12 HA21 HA23 HA28 MA06 2H091 FA17Z FA19Z FA21Z FA41Z LA30 MA07 2H099 AA11 BA09 CA08 CA11 CA17 3K042 AA01 BB03 BB05 BC09 BE08

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から放出される照明光を回転体反射
   鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡により反射された照明光を、上記回転
   体反射鏡の回転軸を中心とする輪体形状の照明光とする
   第１光学素子と、 上記輪体形状照明光の外輪径を小さくするとともに外輪
   径と内輪径の比を増大せしめかつ上記回転体反射鏡の回
   転軸を光軸とする第２光学素子とを有することを特徴と
   する照明装置。
2. 【請求項２】 光源から放出される照明光を回転体反射
   鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸とするとともに光軸に
   回転対称であり、上記回転体反射鏡の前側に配置され、
   上記回転体反射鏡により反射された照明光を光軸に近づ
   く方向に偏向する第１偏向手段と、 第１偏向手段の前側に配置され照明光を光軸から遠ざか
   る方向に偏向する光軸に回転対称な第２偏向手段とを有
   することを特徴とする照明装置。
3. 【請求項３】 光源から放出される照明光を回転体反射
   鏡で反射し略平行な光束からなる照明光とする照明装置
   において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸としてこの回転体反射
   鏡の前側に配置され、上記光軸に近づく方向に照明光の
   進路を偏向する回転体形状の第１偏向手段と、 第１偏向手段の前側に配置され、光軸から遠ざかる方向
   に照明光の進路を偏向する回転体形状の第２偏向手段と
   を有することを特徴とする照明装置。
4. 【請求項４】 光源から放出される照明光を回転体反射
   鏡で反射し略平行な光束からなる照明光とする照明装置
   において、 上記回転体反射鏡の前側に配置され、回転体反射鏡の回
   転軸を光軸とし、光軸に近づく方向に照明光を集光する
   回転体形状の集光手段と、 上記集光手段の前側に配置され、光軸に近づく方向に照
   明光の進路を偏向する回転体形状の第１偏向手段と、 第１偏向手段の前側に配置され、光軸から遠ざかる方向
   に照明光の進路を偏向する回転体形状の第２偏向手段と
   を有することを特徴とする照明装置。
5. 【請求項５】 光源から放出される照明光を回転体反射
   鏡で反射し収束光束からなる照明光とする照明装置にお
   いて、 上記回転体反射鏡の前側に配置され、光軸に近づく方向
   に照明光の進路を偏向する回転形状の第１偏向手段と、 第１偏向手段の前側に配置され、光軸から遠ざかる方向
   に照明光の進路を偏向する回転体形状の第２偏向手段と
   を有することを特徴とする照明装置。
6. 【請求項６】 光源から放出される照明光を回転体反射
   鏡で反射し発散光束からなる照明光とする照明装置にお
   いて、 上記回転体反射鏡の前側に配置され、光軸に近づく方向
   に照明光を偏向する回転体形状の第１偏向手段と、 第１偏向手段の前側に配置され、光軸から遠ざかる方向
   に照明光の進路を偏向する回転体形状の第２偏向手段と
   を有することを特徴とする照明装置。
7. 【請求項７】 回転体反射鏡の回転軸を光軸とし、上記
   回転反射体の光軸を含む面での断面が放物曲線を有し、
   この放物曲線の幾何学的頂点が光軸以外にあることを特
   徴とする請求項２、３、４または６に記載の照明装置。
8. 【請求項８】 回転体反射鏡は、その回転軸を光軸と
   し、光軸を含む面での断面が楕円曲線をなし、この楕円
   曲線の幾何学的長軸または短軸が光軸以外にあることを
   特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の照明装
   置。
9. 【請求項９】 光源から放出される照明光を回転体反射
   鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射鏡の
   前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に頂点を
   有する２等辺三角形状で光軸に回転対称な第１偏向手段
   としての第１回転体プリズムと、 第１回転体プリズムの前側に配置され、断面形状が光軸
   に向かって薄くなるクサビ形状で光軸に回転対称な第２
   偏向手段としての第２回転体プリズムとを有することを
   特徴とする照明装置。
10. 【請求項１０】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射鏡の
    前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に閉じた
    ハの字形状で光軸に回転対称な第１偏向手段としての第
    １回転体反射鏡と、 第１回転体反射鏡の前側に配置され、第１回転反射鏡の
    外径よりも小さい外径でかつ断面形状が照明光の進行方
    向に閉じたハの字形状で光軸に回転対称な第２偏向手段
    としての第２回転体反射鏡とを有することを特徴とする
    照明装置。
11. 【請求項１１】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸とし、光軸に近づく方
    向に照明光を偏向する第１偏向手段としての第１ホログ
    ラムと、 第１ホログラムの前側に配置され、光軸から遠ざかる方
    向に照明光を偏向する第２偏向手段としての第２ホログ
    ラムとを有することを特徴とする照明装置。
12. 【請求項１２】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸とし、光軸に方向に照
    明光を偏向する第１偏向手段としてのホログラムと、 このホログラムの前側に配置され、断面形状が光軸に向
    かって薄くなるクサビ形状で光軸に回転対称な第２偏向
    手段としての回転体プリズムとを有することを特徴とす
    る照明装置。
13. 【請求項１３】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸とし、光軸に近づく方
    向に照明光を偏向する第１偏向手段としてのホログラム
    と、 このホログラムの前側に配置され、断面形状が照明光の
    進行方向に閉じたハの字形状で光軸に回転対称な第２偏
    向手段としての回転体反射鏡とを有することを特徴とす
    る照明装置。
14. 【請求項１４】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射鏡の
    前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に頂点を
    有する２等辺三角形状で光軸に回転対称な第１偏向手段
    としての回転体プリズムと、 この回転体プリズムの前側に配置され、光軸から遠ざか
    る方向に照明光を偏向する第２偏向手段としてのホログ
    ラムとを有することを特徴とする照明装置。
15. 【請求項１５】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射鏡の
    前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に頂点を
    有する２等辺三角形状で光軸に回転対称な第１偏向手段
    としての回転体プリズムと、 この回転体プリズムの前側に配置され、断面形状が照明
    光の進行方向に閉じたハの字形状で光軸に回転対称な第
    ２偏向手段としての回転体反射鏡とを有することを特徴
    とする照明装置。
16. 【請求項１６】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射鏡の
    前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に閉じた
    ハの字形状で光軸に回転対称な第１偏向手段としての回
    転体反射鏡と、 この回転体反射鏡の前側に配置され、断面形状が光軸に
    向かって薄くなるクサビ形状で光軸に回転対称な第２偏
    向手段としての回転体プリズムとを有することを特徴と
    する照明装置。
17. 【請求項１７】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転体反射鏡の
    前側に配置され、断面形状が照明光の進行方向に閉じた
    ハの字形状で光軸に回転対称な第１偏向手段としての回
    転体反射鏡と、 この回転体反射鏡の前側に配置され、光軸から遠ざかる
    方向に照明光を偏向する第２偏向手段としてのホログラ
    ムとを有することを特徴とする照明装置。
18. 【請求項１８】 光源の中央部から放出された照明光の
    第１偏向手段による偏向角度よりも、光源の中央部から
    放出された照明光の第２偏向手段による偏向角度が小さ
    いことを特徴とする請求項２から１７のいずれかに記載
    の照明装置。
19. 【請求項１９】 回転反射鏡から第２光学素子までの領
    域に、光軸を含む断面で光軸と交差する照明光を吸収す
    る光軸に回転対称な吸収板が配置されていることを特徴
    とする請求項１から１８のいずれかに記載の照明装置。
20. 【請求項２０】 回転反射鏡から第２光学素子までの領
    域に、光軸を含む断面で光軸と交差する照明光を反射す
    る光軸に回転対称な反射板が配置されていることを特徴
    とする請求項１から１８のいずれかに記載の照明装置。
21. 【請求項２１】 光源から放出される照明光を回転体反
    射鏡で反射する照明装置において、 上記回転体反射鏡の回転軸を光軸として回転反射鏡の前
    側に配置され、回転反射鏡により反射された輪体形状の
    照明光のうち１つの偏光成分を優先的に光軸に近づく方
    向に偏向させる偏光偏向光学素子と、 この偏光偏向光学素子の前側に配置され偏光偏向光学素
    子により偏向された照明光を光軸から遠ざかる方向に偏
    向させる偏向光学素子と、 上記偏光偏向光学素子により偏向された照明光に作用す
    る位相板とを有することを特徴とする照明装置。
22. 【請求項２２】 偏光偏光光学素子がホログラム素子を
    有することを特徴とする請求項２１に記載の照明装置。
23. 【請求項２３】 回転体反射鏡が回転放物鏡であること
    を特徴とする請求項２１または２２記載の照明装置。
24. 【請求項２４】 回転放物鏡と偏光偏向光学素子との間
    に別の集光光学素子が配置されていることを特徴とする
    請求項２３記載の照明装置。
25. 【請求項２５】 回転体反射鏡が回転楕円鏡であること
    を特徴とする請求項２１または２２記載の照明装置。
26. 【請求項２６】 偏光偏向光学素子と集光光学素子によ
    る集光点または回転楕円鏡の焦点との間に、発散光学素
    子が配置されていることを特徴とする請求項２４または
    ２５に記載の照明装置。
27. 【請求項２７】 回転体反射鏡と偏光偏向光学素子との
    間に別の偏向光学素子が配置されていることを特徴とす
    る請求項２１、２２，２３，２４，２５または２６記載
    の照明装置。
28. 【請求項２８】 請求項１〜２７のいずれかに記載の照
    明装置を用いた映像装置であって、照明装置によって被
    照明物体の背面側から照明光を照射し、被照明物体の像
    を投射することを特徴とする映像装置。
29. 【請求項２９】 被照明物体は、液晶パネルである請求
    項２８記載の映像装置。