JP3026590B2 - 放物面鏡を有する反射照明装置 - Google Patents

放物面鏡を有する反射照明装置

Info

Publication number
JP3026590B2
JP3026590B2 JP2-236418A JP23641890A JP3026590B2 JP 3026590 B2 JP3026590 B2 JP 3026590B2 JP 23641890 A JP23641890 A JP 23641890A JP 3026590 B2 JP3026590 B2 JP 3026590B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
light source
light
open end
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2-236418A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04127102A (ja
Inventor
和司 吉田
康幸 手島
Original Assignee
旭光学工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 旭光学工業株式会社 filed Critical 旭光学工業株式会社
Priority to US07/694,335 priority Critical patent/US5272570A/en
Publication of JPH04127102A publication Critical patent/JPH04127102A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3026590B2 publication Critical patent/JP3026590B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、放物面鏡を有する反射照明装置に関する。
「従来技術およびその問題点」 放物面鏡は、その焦点上においた光源を出て反射する
光束が光軸と平行な光として出射するという性質があ
り、この性質を利用した各種の反射照明装置が実際に用
いられている。第９図は、この放物面鏡Ｒにおいて、光
源Ｌからの光の取込角Ｓを一定としたときの焦点距離ｆ
と出射光線束径φの関係を示したものである。被照明体
（例えばチャート）が小さい場合には、ｆを小さくしφ
を小さくすることが望ましいが、光源Ｌの大きさによっ
ては、ｆを小さくすると、放物面鏡の反射面の面積が狭
くなったり、光源Ｌと反射面との距離が小さくなるため
に、反射面単位面積当たりの光エネルギが高くなり、反
射面のコート劣化が早くなったり、反射鏡内部での熱拡
散が悪い等の問題を生じていた。またｆを長くした場合
には、光束径φが被照明体より大きくなり、光束のロス
が生ずる。光束径φをリレーレンズを用い被照明体の大
きさに縮小することも可能であるが、角倍率が増して光
線のなす角度が大きくなり、集光効率を高めるには、投
影レンズとして明るい（Ｆナンバの小さい）レンズを用
いる必要があり、高価なレンズ系を必要とした。
「発明の目的」 本発明は、放物面鏡を利用した反射照明装置であっ
て、光の利用効率が高く、かつ小型化のできる装置を目
的とする。
「発明の概要」 本発明は、放物面鏡を主鏡としてその開放端部に、光
源からの光をロスなく、該光源側に向けて反射する補助
反射手段を設けることにより、放物面鏡を小径小型にし
て全体の小型化を図り、かつ集光効率を高めるという着
想により完成されたものである。
本発明の反射照明装置は、その第一の態様によると、
光源と、この光源からの光を被照明エリアに向けて反射
する放物面鏡と、この放物面鏡の開放端部に設けられ、
光源からの光を該光源に向けて反射する環状の球面鏡と
を備え、この環状球面鏡は、その出射開口径が、主鏡の
開放端部径と実質的に同等に設定されていることを特徴
としている。
本発明の反射照明装置は、その第二の態様によると、
光源と、この光源からの光を被照明エリアに向けて反射
する放物面鏡と、この放物面鏡の開放端部に設けられ、
光源からの光を該光源に向けて反射する環状の球面フレ
ネルミラーとを備え、この環状球面フレネルミラーは、
その出射開口径が、主鏡の開放端部径と実質的に同等に
設定されていることを特徴としている。
本発明の反射照明装置は、その第三の態様によると、
光源と、この光源からの光を被照明エリアに向けて反射
する放物面鏡と、この放物面鏡の開放端部に設けられ、
光源からの光を該光源に向けて反射する環状のマイクロ
ダハミラーとを備え、この環状マイクロダハミラーは、
その出射開口径が、主鏡の開放端部径と実質的に同等に
設定されていることを特徴としている。
以上の環状球面鏡、環状球面フレネルミラーまたは環
状マイクロダハミラーは、光源を出て主鏡によって反射
する最も外側の光線を遮らない態様で設けることが好ま
しい。
放物面鏡は、焦点を中心として光軸上の頂点からその
開放端に至る角度を90゜以上に設定することが好まし
い。この角度が90゜未満であると、光源から補助反射手
段（環状球面鏡、環状球面フレネルミラーまたは環状マ
イクロダハミラー）に至った光の一部は利用されず、光
のロスが生じる。同様に、補助反射手段の出射開口径
が、放物面鏡の開放端部径より小さいと、放物面鏡で反
射する光の一部が補助反射手段により遮られ、光のロス
が生じる。逆に大きすぎると、補助反射手段によって反
射されずに非照明エリアに照射される光が多くなってし
まう。これに対し、本発明によれば、全体として極めて
高い光の利用効率が得られる。
またこれらの補助反射手段は、光源には一定の大きさ
があることを考慮して、光源を出て放物面鏡によって反
射する最も外側の光線を遮らない状態で設け、光束の有
効利用を図ることが望ましい。
「発明の実施例」 以下図示実施例について本発明を説明する。第1A図な
いし第1C図および第2A、2B図は、本発明による反射照明
装置の原理および光量をロスしないための、放物面鏡か
らなる主鏡11および環状の球面鏡からなる補助球面鏡13
の臨界形状を説明する図である。
いま、主鏡11の焦点Ｆに点光源を置き、主鏡11の開放
端部に、焦点Ｆを中心とする球面を持つ環状の補助球面
鏡13を置いたとする。放物面鏡からなる主鏡11の性質
上、焦点Ｆを出て主鏡11で反射する光は光軸Ｏと平行に
出射する。また、焦点Ｆを出て補助球面鏡13で反射する
光は、焦点Ｆに向かい、さらに主鏡11で反射して光軸Ｏ
と平行な光線として出射する。
このような性質を有する反射照明装置において、主鏡
11の深さを、焦点Ｆを中心として、光軸Ｏを通る頂点Ｐ
から開放端Ｑに至る角度Ｘで表わすと、この角度Ｘが90
゜未満であると、焦点Ｆから出て補助球面鏡13に至る光
のうち、角度Ｘが90゜より小さい主鏡11側に出射する光
（第1A図斜線）は、該補助鏡13で反射しても主鏡11に戻
ることができず、ロスされる。これに対し、臨界角90゜
以上（第1B、1C図）では、この光のロスが生じない。主
鏡11の開放端部径φ１、φ２、φ３は、角度Ｘが小さい
程小さいが、90゜を越える角度Ｘについては、必要な照
明エリアの大きさに応じて、適宜決定することができ
る。本発明は、以上の臨界的な理由から、角度Ｘを90゜
以上とする。
次に、補助球面鏡13の出射開口13aの内径について、
第2A、2B図について論じる。第2A、2B図は、角度Ｘが90
゜以上の場合を例にしたもので、第2A図は、出射開口13
aの径D1が主鏡11の開放端部径φ３と同一の場合、第2B
図は出射開口13aの径D2がφ３より小さい場合である。
第2B図の場合には、焦点Ｆから出て径D2より外側で主鏡
11に入射する光は、反射後、光軸Ｏと平行に出射しても
補助球面鏡13によって遮られてしまう。すなわち斜線を
付した部分の光は補助球面鏡13の出射開口13aから外に
出られず、光のロスが生じる。これに対し、第2A図によ
れば、このような光のロスが生じない。また出射開口13
aが主鏡11の開放端部径φ３より大きいと、焦点Ｆを出
て出射開口13aの内側に至る光がそのまま空中に出射さ
れ、主鏡11に戻らない。このため、同様に光のロスが生
じる。
以上は、焦点Ｆに理想的な点光源を置いた場合の議論
であるが、実際の光源には大きさがある。このため、出
射開口13aの大きさは、光源の大きさを考慮して、該光
源を出て主鏡11によって反射する最も外側の光線を遮ら
ないように定めることが好ましい。請求範囲の『主鏡11
の開放端部径と出射開口13aの径とが実質的に同等』と
は、出射開口13aの大きさをこのように定めることを意
味する。
第2C図は、補助球面鏡13で取り込む光をより多くし、
かつ最大径を縮小するために、球面鏡13を13A、13Bの二
つに分割し、光軸Ｏ方向前方に延長した実施例である。
勿論、分割数はさらに増やすことができる。
次に、主鏡11の角度Ｘを90゜とし、光源の大きさを考
慮した場合と考慮しない場合の異なる実施例を説明す
る。第3A、3B図は、基本形を示すもので、第3B図は、焦
点Ｆ近傍に置く光源12として点光源を考えた場合、第3A
図は光源12の大きさを考慮した場合の実施例である。
すなわちいま光源12として、理想的な点光源を考えた
場合には、この補助球面鏡13は、第3B図のように、光源
12を中心とし、主鏡11の開放端で反射する光軸に平行な
光線と、最大取込み角βの位置でほぼ接する円弧面とし
て構成される。しかし、理想的な点光源は存在しないか
ら、このように構成すると、補助球面鏡13でケラれる損
失光束が増加する。
第3A図は、光源12の大きさを考慮した実際的な構成を
示すもので、補助球面鏡13は、光源12を出て主鏡11の開
放端で反射する最も外側の光線Ｓを遮らない位置にシフ
トさせて設けられている。すなわち、主鏡11の端部から
光源12を臨む角度を２θとすると、光源12を出てこの主
鏡11の端部で反射する光線は、同じく２θの角度を成し
て出ていく。補助球面鏡13は、この最も外側の光線Ｓを
遮らない位置に設けるのである。
なお補助球面鏡13で反射した光は光源12に向けて戻る
ため、光源12としては、フィラメントを有しない放電
灯、例えばキセノンランプ、超高圧水銀灯、メタルハラ
イドランプ等を用いることが好ましい。
第4A、4B図は、補助球面鏡13に変えて、補助球面フレ
ネルミラー14を用いた実施例である。補助球面フレネル
ミラー14によれば、第一の実施例の効果に加えて、より
小型化ができるという利点がある。この補助球面フレネ
ルミラー14は、各微細反射球面14aがそれぞれ光源12を
中心とする球面をなすもので、ここで反射した光束は光
源12に戻り、さらに主鏡11に達する。光源12を出て直接
主鏡11で反射した光束、および一旦補助球面フレネルミ
ラー14で反射した後さらに主鏡11で反射した光束は、い
ずれも光軸Ｏと平行な方向に出射する。
従ってこの補助球面フレネルミラー14は、第3A、3B図
の補助球面鏡13に代えて用いることができる。第4A、4B
図はそれぞれ第3A、3B図に対応するものであり、対応要
素には同一の符合を付した。
さらに第5A、5B図は、補助球面鏡13、補助球面フレネ
ルミラー14に代えて、補助マイクロダハミラー15を用い
た実施例である。補助マイクロダハミラー15は、入射し
た光線を該入射光線と同一（厳密には平行）の方向に反
射する光学素子である。第6A、6B図はその例を示すもの
で、互いに直角をなす一対のダハ反射面15aを有する微
細反射パターンが整列している。第6A図は、同一の微細
パターンを並べたもの、第6B図は、効率を上げるため
に、各ダハミラーの対をなす反射面の間の直角の二等分
線の延長線が、発光点Ｑを通るようにした微細パターン
の例である。
従ってこの補助マイクロダハミラー15は、第3A、3B図
の実施例の補助球面鏡13に代えて用いることができる。
第5A、5B図はそれぞれ第3A、3B図に対応するものであ
り、対応要素には同一の符合を付した。
次に、具体例によって本発明の効果を説明する。第７
図は本発明による反射照明装置（補助球面フレネルミラ
ー14使用）の端面での光束径φＬを、有効径φＣのチャ
ートに縮小して投影するために、２つのレンズ系F1とF2
を用いたものである。このとき、 φC/φＬ＝F2/F1 ・・・ である。
また光源の直径φＫを考えるとき、本反射照明装置の
端面において、本反射照明装置から射出される光線のう
ち、光軸と成す角度が最大である広がり角θＬ（片側）
を、 φK/2＝ｆ・sinθＬ ・・・ と定義すると、チャート上への光線の最大集光角θ
Ｃ（片側）は、アッベの正弦条件を満足していれば、 F1sinθＬ＝F2sinθＣ より、 sinθＣ＝F1/F2・sinθＬ ＝F1/F2・φK/2f（∵） ＝φL/φＣ・φK/2f（∵） ・・・ ここでチャートを透過した光線をすべて取り込むため
に必要な、該チャートの後方に置く投影レンズ（図示せ
ず）のＦナンバを、 FNO＝1/2sinθＣ と定義すれば、式より FNO＝φC/φＬ・f/φＫ ・・・ 一方、第８図は従来の放物面鏡11′を使用した反射照
明装置を用いて、同様に構成したもので、チャートの大
きさと光源の大きさは同じφＣとφＫ、放物面鏡11′端
面での光束径はφＬ′（＞φＬ）である。このとき φC/φＬ＝F2′/F1′ ・・・ またチャート上への光線の最大集光角θＣ′（片側）
は、 F1′sinθＬ＝F2′sinθＣ′ より、 sinθＣ′＝F1′/F2′・sinθＬ ＝F1′/F2′・φK/2f（∵） ＝φＬ′／φＣ・φK/2f（∵） ・・・ ここでチャートを透過した光線をすべて取り込むため
に必要な、該チャートの後方に置く投影レンズ（図示せ
ず）のＦナンバをFNO′とすれば、式より、 FNO′＝φC/φＬ′・f/φＫ ・・・ となる。
ここで、本発明装置と従来装置との間には、 φＬ′＞φＬ という関係がある。
従って式および式より、 FNO＞FNO′となる。
これは、チャートの後方に位置する投影レンズがチャ
ートを透過した光線をすべて取り込むために必要とする
Ｆナンバを、従来の放物面鏡11′に比して、本発明の方
が大きくできることを示している。レンズはＦナンバの
大きい方が設計が容易であり、製造コストも安い。
次に投影レンズのＦナンバが、FNO″（＞FNO＞
FNO′）である場合を考える。この場合は、チャートを
透過する光線のうち一部しか投影レンズに取り込まれな
いが、その効率を本発明および従来でそれぞれＫ、Ｋ′
とすると、 Ｋ＝（FNO/FNO″）２ Ｋ′＝（FNO′/FNO″）２ である。すなわち、Ｋ＞Ｋ′ となり、従来に比べ、本発明の方が高効率の光学系を実
現できる。
さらに具体的数値に基づいて本発明の効果を説明す
る。
いま、φＬ′＝70mm、φＣ＝30mm、 F1＝F1′50mm,f＝10mm、φＫ＝4mm φＬ＝40mm（光軸から90゜＝4f）とすると、 F2＝37.5mm、F2′＝21.429mm （θＬ＝11.537゜、θＣ′＝27.818゜、θＣ＝15.466
゜） であり、 FNO＝1.875、FNO′＝1.071 である。本発明によれば、よりＦナンバの大きい投影レ
ンズを用いることができる。
またFNO″＝４とすれば、 Ｋ＝0.220、Ｋ′＝0.072 であり、本発明装置は、従来装置に比して約３倍の効率
を実現できる。
第10図ないし第11図は、本発明のさらに他の変形例を
示すものである。
第10図は、補助反射手段として、楕円面鏡17と双曲面
鏡18との組合せ体を用いたもので、双曲面鏡18に、円形
の出射開口18aが形成されている。この出射開口18aの径
は、主鏡11の開放端部径D1と実質的に同一である。楕円
面鏡17は、一方の焦点を主鏡11の焦点Ｆと共通にするも
ので、光源12からの直接光を他方の焦点に向けて反射す
る。双曲面鏡18は、その２つの焦点を楕円面鏡17の２つ
の焦点と共通にするもので、楕円面鏡17で反射してその
他方の焦点に向かって反射する光を、光源12に向けて反
射する。従ってこの実施例によっても、先の実施例と同
様の作用を得ることができる。
第11図は、補助反射手段として、楕円面鏡19と球面鏡
20との組合せ体を用いたもので、楕円面鏡19の一方の焦
点は主鏡11の焦点Ｆに一致している。そして楕円面鏡19
の他方の焦点Ｆ′は、球面鏡20の中心に一致しており、
この球面鏡20に出射開口20aが形成されている。この出
射開口20aは径および楕円面鏡19の最小径は、主鏡11の
開放端部径D1と実質的に同一である。この実施例による
と、光源12（Ｆ）を出て楕円面鏡19で反射した光は、楕
円面鏡19の他方の焦点Ｆ′に向かい、次に球面鏡20で反
射して、再び同一の経路を戻る。従って、この実施例に
おいても同様の作用を得ることができる。
第12図は、補助反射手段として、球面鏡22と楕円面鏡
23との組合せ体を用いたもので、楕円面鏡23の中央に出
射開口23aが形成されている。この出射開口23aの径は、
主鏡11の開放端部径D1と実質的に同一である。楕円面鏡
23の一方の焦点は、主鏡11の焦点Ｆに一致するものであ
り、球面鏡22の中心は、楕円面鏡23の他方の焦点に一致
している。この実施例によると、光源12を出て楕円面鏡
23に至る光は、該楕円面鏡23の他方の焦点に向かって反
射し、球面鏡22は、この反射光を元に戻す作用をする。
よって、この実施例においても先の実施例と同様の作用
を得ることができる。
「発明の効果」 以上のように本発明の反射照明装置によれば、放物面
鏡を主鏡とし、その開放端部に、光源の光を該光源に向
けて反射する環状球面鏡、環状球面フレネルミラーまた
は環状マイクロダハミラーを設けた反射照明装置におい
て、小型でありながら、光の利用効率が高い装置を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1A、1B、1C図はそれぞれ、放物面鏡からなる主鏡の深
さと開放端部径および光のロスの関係を示す光線図、 第2A、2B図は球面鏡からなる補助反射手段の内径と光の
ロスの関係を示す光線図、 第2C図は補助球面鏡を分割した実施例を示す光線図、 第3A、3B図は本発明の反射照明装置の実施例を示す、光
源の大きさを考慮しない理論的光線図と該光源の大きさ
を考慮した光線図、 第4A、4B図は本発明の反射照明装置の別の実施例を示
す、光源の大きさを考慮しない理論的光線図と該光源の
大きさを考慮した光線図、 第5A、5B図は本発明の反射照明装置のさらに他の実施例
を示す、光源の大きさを考慮しない理論的光線図と該光
源の大きさを考慮した光線図、 第6A、6B図はマイクロダハミラーの構成例を示す図、 第７図、第８図は、本発明の照明装置の効果を従来の照
明装置と対比して示すための光路図、 第９図は、放物面鏡において、光源からの光の取込角を
一定としたときの焦点距離と出射光線束径の関係を示す
図、 第10、11、12図はそれぞれ本発明の別の実施例を示す光
線図である。 11……主鏡（放物面鏡）、Ｐ……頂点、12……光源、13
……補助球面鏡（補助反射手段）、13a……出射開口、1
4……補助球面フレネルミラー（補助反射手段）、14a…
…微細反射球面、15……補助マイクロダハミラー（補助
反射手段）、15a……ダハ反射面。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光源と、 この光源からの光を被照明エリアに向けて反射する放物
    面鏡と、 この放物面鏡の開放端部に設けられ、光源からの光を該
    光源に向けて反射する環状の球面鏡とを備え、 この環状球面鏡は、その出射開口径を、主鏡の開放端部
    径と実質的に同等に設定したことを特徴とする放物面鏡
    を有する反射照明装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の反射照明装置において、環
    状球面鏡は、光源を出て主鏡によって反射する最も外側
    の光線を遮らない態様で設けられている反射照明装置。
  3. 【請求項３】光源と、 この光源からの光を被照明エリアに向けて反射する放物
    面鏡と、 この放物面鏡の開放端部に設けられ、光源からの光を該
    光源に向けて反射する環状の球面フレネルミラーとを備
    え、 この環状球面フレネルミラーは、その出射開口径を、主
    鏡の開放端部径と実質的に同等に設定したことを特徴と
    する放物面鏡を有する反射照明装置。
  4. 【請求項４】請求項３記載の反射照明装置において、環
    状球面フルネルミラーは、光源を出て主鏡によって反射
    する最も外側の光線を遮らない態様で設けられている反
    射照明装置。
  5. 【請求項５】光源と、 この光源からの光を被照明エリアに向けて反射する放物
    面鏡と、 この放物面鏡の開放端部に設けられ、光源からの光を該
    光源に向けて反射する環状のマイクロダハミラーとを備
    え、 この環状マイクロダハミラーは、その出射開口径を、主
    鏡の開放端部径と実質的に同等に設定したことを特徴と
    する放物面鏡を有する反射照明装置。
  6. 【請求項６】請求項５記載の反射照明装置において、環
    状マイクロダハミラーは、光源を出て主鏡によって反射
    する最も外側の光線を遮らない態様で設けられている反
    射照明装置。
JP2-236418A 1990-05-02 1990-09-06 放物面鏡を有する反射照明装置 Expired - Lifetime JP3026590B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/694,335 US5272570A (en) 1990-05-02 1991-05-01 Illuminating reflection apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11638090 1990-05-02
JP2-116380 1990-05-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04127102A JPH04127102A (ja) 1992-04-28
JP3026590B2 true JP3026590B2 (ja) 2000-03-27

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2402560C (en) Coupling of light from a light source to a target using dual ellipsoidal reflectors
JP2730782B2 (ja) 照明装置
PL80252B1 (ja)
US6856727B2 (en) Coupling of light from a non-circular light source
US5272570A (en) Illuminating reflection apparatus
US6527420B1 (en) Illuminating module for a display apparatus
US7513630B2 (en) Compact dual ellipsoidal reflector (DER) system having two molded ellipsoidal modules such that a radiation receiving module reflects a portion of rays to an opening in the other module
JP2004524581A (ja) プロジェクタディスプレイ装置
US5918974A (en) Optical illumination device
KR20030068132A (ko) 렌즈가 갖춰진 광 파이프를 사용하는 광 집속 및 수집시스템
JP2010060728A (ja) 光学素子および照明装置
US7631989B2 (en) Dual paraboloid reflector and dual ellipsoid reflector systems with optimized magnification
US6672740B1 (en) Condensing and collecting optical system using parabolic reflectors or a corresponding ellipsoid/hyperboloid pair of reflectors
JPH07318847A (ja) 照明光学装置
JP3270471B2 (ja) 電磁放射の非結像集束及び投射の方法及び装置
JPS62116918A (ja) 光変換器
JP3026590B2 (ja) 放物面鏡を有する反射照明装置
JP3367569B2 (ja) 照明光学装置、露光装置、及び該露光装置を用いた転写方法
KR20020033112A (ko) 광을 수집 및 집속시키기 위한 시스템
JPH0540223A (ja) 照明装置
JPH0413104A (ja) 楕円面鏡を有する反射照明装置
JPH04127102A (ja) 放物面鏡を有する反射照明装置
JPS59143117A (ja) 集光器
JPS5942404B2 (ja) 照明装置
JPH03210548A (ja) 投光器