JP3423017B2 - 照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源および反射鏡から
の照射光を特定の方向に効率よく照射する照射装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、照射装置において、光源からの
照射光を効率よく集光するために楕円面反射鏡や放物面
反射鏡が多く用いられる。楕円面反射鏡には第１焦点と
第２焦点があり、第１焦点に置いた光源からの照射光は
楕円面の反射面で反射された後、第２焦点に集光する性
質をもつ。また、放物面反射鏡は焦点上に置いた光源か
らの照射光は放物面の反射面で反射された後、放物面反
射鏡の光軸と平行となって照射される性質をもつ。これ
らの性質を利用した各種の照射装置の被照射面上の照射
パターンは、楕円面反射鏡や放物面反射鏡の性質上から
ほぼ円形となる。

【０００３】近年、集光効率を向上させた照射装置とし
て、放物面反射鏡を用いた例では照明学会研究会資料
「バックライトおよび投写用光源」（社）照明学会編(1
990 年）の第１５頁〜第２４頁に掲載されているよう
に、放物面反射鏡の開口端に補助反射鏡として、矩形の
開口部を有する平面反射鏡を用いた照射装置が考案され
ている（図５参照）。また、同様の構成で、特開平４−
１１４１０３号公報にも掲載されている。さらに、楕円
面反射鏡を用いた照射装置では、特公昭５９ー４２４０
４号公報に掲載されているように、楕円面反射鏡の開口
端に補助反射鏡として、光軸付近に開口部を有する球面
反射鏡を用いた照射装置が記載されている。（図６参
照）。いずれの照射装置も光源からの照射光を効率よく
集光する光学系として提案されたものである。

【０００４】放物面反射鏡と平面反射鏡を用いた場合を
図５(a),(b) に示す。焦点Ａ上の光源５からの照射光３
ａは放物面反射鏡１で反射された後、平面反射鏡２で反
射され、同一光路を通って焦点Ａに戻った後、再び放物
面反射鏡１で反射され、光軸Ｏと平行な有効光３ｂとな
る。しかし、照射光４ａは平面反射鏡２で反射された
後、放物面反射鏡１で反射され、迷光４ｂとなる。

【０００５】次に、楕円面反射鏡と球面反射鏡を用いた
場合を図６(a),(b) に示す。第１焦点Ｂ上の光源１０か
らの照射光８ａは、第１焦点Ｂに中心がある球面反射鏡
７で反射された後、同一光路を通って第１焦点Ｂに戻っ
た後、再び楕円面反射鏡６で反射され、有効光８ｂとし
て第２焦点Ｃに向かう。しかし、照射光９ａは楕円面反
射鏡６で反射され、さらに球面反射鏡７で反射された
後、迷光９ｂとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような構成では、
光源から放物面反射鏡１および楕円面反射鏡６に入射し
た反射光や、光源から平面反射鏡２や球面反射鏡７など
の補助反射鏡に入射した反射光の全ての光を、効率よく
被照射面に照射することが困難であった。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するもので、光
源からの全方向への照射光を効率よく被照射面に照射す
ることができ、照射光の利用効率および集光効率が向上
する照射装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために、本発明の請求項１記載の照射装置は、光源
と、光源を一部包囲し、光源からの照射光を集光する反
射面が楕円面をなす楕円面反射鏡と、前記光源からの直
射光の一部分および楕円面反射鏡からの反射光の一部分
の照射方向を変える反射面が双曲面をなす双曲面反射鏡
とを備え、前記光源を前記楕円面反射鏡の一方の焦点も
しくは焦点近傍に置き、前記楕円面反射鏡が有する２つ
の焦点と前記双曲面反射鏡が有する２つの焦点とが同一
もしくは略同一であるように配置し、前記楕円面反射鏡
の光源を置いていない側の焦点もしくは焦点近傍を中心
とし、かつ反射面が球面をなす球面反射鏡を、前記楕円
面反射鏡が有する２つの焦点を通る直線方向において前
記双曲面反射鏡よりも光源側の少なくとも一部分に配置
したものである。 また、本発明の請求項２記載の照射装
置は、請求項１記載の照射装置であって、双曲面反射鏡
は、反射面を形成する双曲面の漸近線側を反射面とした
ものである。 また、本発明の請求項３記載の照射装置
は、請求項１または２記載の照射装置であって、双曲面
反射鏡が楕円面反射鏡の２つの焦点を通る直線との交点
を含む開口部を有するものである。 また、本発明の請求
項４記載の照射装置は、請求項１ないし３のいずれかに
記載の照射装置であって、双曲面反射鏡および楕円面反
射鏡の少なくとも一方もしくはその一部分が波長選択透
過特性あるいは波長選択反射特性を有するものである。
また、本発明の請求項５記載の照射装置は、請求項１な
いし３のいずれかに記載の照射装置であって、球面反射
鏡の少なくとも一部分が波長選択透過特性あるいは波長
選択反射特性を有するものである。 また、本発明の請求
項６記載の照射装置は、請求項１ないし３のいずれかに
記載の照射装置であって、楕円面反射鏡の少なくとも一
部分が赤外光および紫外光を透過し可視光を反射すると
ともに、双曲面反射鏡の少なくとも一部分が可視光を透
過し、赤外光および紫外光を反射する特性を有するもの
である。 また、本発明の請求項７記載の照射装置は、請
求項１ないし３のいずれかに記載の照射装置であって、
球面反射鏡と楕円面反射鏡と双曲面反射鏡とのうち、少
なくとも２つが複合曲面をなしているものである。 ま
た、本発明の請求項８記載の照射装置は、光源と、光源
を一部包囲し、光源からの照射光を集光する反射面が楕
円面をなす楕円面反射鏡と、前記光源からの直射光の一
部分および楕円面反射鏡からの反射光の一部分の照射方
向を変える反射面が双曲面をなす双曲面反射鏡とを備
え、前記光源を前記楕円面反射鏡の一方の焦点もしくは
焦点近傍に置き、前記楕円面反射鏡が有する２つの焦点
と前記双曲面反射鏡が有する２つの焦点とが同一もしく
は略同一であるように配置し、前記楕円面反射鏡の一方
の焦点近傍に光源を設置し、この焦点位置と焦点を共有
もしくは略共有する集光レンズを、前記楕円面反射鏡が
有する２つの焦点を通る直線上において前記楕円面反射
鏡の頂部側に設置したものである。 また、本発明の請求
項９記載の照射装置は、請求項８に記載の照射装置であ
って、集光レンズの少なくとも一部分が波長選択透過特
性あるいは波長選択反射特性を有するものである。 ま
た、本発明の請求項１０記載の照射装置は、請求項８に
記載の照射装置であって、楕円面反射鏡と双曲面反射鏡
とが複合曲面をなしているものである。 また、本発明の
請求項１１記載の照射装置は、請求項８ないし１０のい
ずれかに記載の照射装置であって、双曲面反射鏡および
楕円面反射鏡の少なくとも一方もしくはその一部分が波
長選択透過特性あるいは波長選択反射特性を有するもの
である。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】上記第１の構成によると、楕円面反射鏡の一方
の焦点またはその近傍に配置した光源からの照射光は、
楕円面反射鏡で集光し双曲面反射鏡で照射方向を変え、
光源を配置していない楕円面反射鏡の焦点またはその近
傍に集光する。また、楕円面反射鏡の光源を配置してい
ない側の焦点またはその近傍に中心を有する球面反射鏡
を楕円面反射鏡が有する２つの焦点を通る直線方向にお
いて双曲面反射鏡よりも光源側に配置したことにより、
光源からの照射光の一部は双曲面反射鏡を経て球面反射
鏡で反射し、同じ光路で楕円面反射鏡の光源を配置した
焦点またはその近傍に戻り、再び楕円面反射鏡で反射
し、楕円面反射鏡の光源を配置していない焦点またはそ
の近傍に向かう。 また、第２の構成によると、楕円面反
射鏡の一方の焦点またはその近傍に配置した光源からの
照射光は、楕円面反射鏡で集光し、反射面を形成する双
曲面の漸近線側を反射面とした双曲面反射鏡で照射方向
を変え、光源を配置していない楕円面反射鏡の焦点また
はその近傍に集光する。 また、第３の構成によると、双
曲面反射鏡に、楕円面反射鏡の２つの焦点を通る光軸と
の交点を含む開口部を形成したことにより、光源からの
照射光は開口部を通って楕円面反射鏡の光源を配置して
いない焦点またはその近傍に向かう。 また、第４の構成
によると、双曲面反射鏡および楕円面反射鏡の少なくと
も一方もしくはその一部分に、波長選択透過特性または
波長選択反射特性を持たせたことにより、波長帯域を任
意に選択された照射光が出射される。 また、第５の構成
によると、球面反射鏡の少なくとも一部分に波長選択透
過特性または波長選択反射特性を持たせたことにより、
波長帯域を任意に選択された照射光が球面反射鏡で反射
される。 また、第６の構成によると、楕円面反射鏡によ
り赤外光および紫外光を透過し可視光を反射するととも
に、双曲面反射鏡により可視光を透過し赤外光および紫
外光を反射することにより、被照射面には光源からの照
射光のうち赤外光・紫外光のほとんどを除去した可視光
のみが照射され、かつ楕円面反射鏡あるいは双曲面反射
鏡に直接入射する照射光の大部分を有効な光として利用
される。 また、第７の構成によると、球面反射鏡と楕円
面反射鏡と双曲面反射鏡とのうち、少なくとも２つを複
合曲面で構成することにより、構成を簡素化することが
できる。 また、第８の構成によると、楕円面反射鏡の一
方の焦点またはその近傍に配置した光源からの照射光
は、楕円面反射鏡で集光し双曲面反射鏡で照射方向を変
え、光源を配置していない楕円面反射鏡の焦点またはそ
の近傍に集光する。また、楕円面反射鏡の光源を配置し
た焦点と同位置または略同位置に焦点を有する集光レン
ズを、光源よりも楕円反射鏡の光軸上の頂部側に配置し
たことにより、光源からの照射光は、楕円面反射鏡およ
び双曲面反射鏡で反射した後、光軸と平行の状態で集光
レンズから出射される。 また、第９の構成によると、集
光レンズの少なくとも一部に、波長選択透過特性または
波長選択反射特性を持たせたことにより、波長帯域を任
意に選択された照射光が光軸と平行の状態で集光レンズ
から出射される。 また、第１０の構成によると、楕円面
反射鏡と双曲面反射鏡とを複合曲面で形成することによ
り、構成を簡素化することができる。 また、第１１の構
成によると、双曲面反射鏡および楕円面反射鏡の少なく
とも一方もしくはその一部分に、波長選択透過特性また
は波長選択反射特性を持たせたことにより、波長帯域を
任意に選択された照射光が出射される。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、添付図面
にもとづいて説明する。図１は本発明の第１の実施例の
照射装置を示す断面図である。本実施例の照射装置は図
１に示すように、点状の光源１５（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）、第１焦点Ｄ
と第２焦点Ｅを有し、この第１焦点Ｄに光源１５が配置
された楕円面反射鏡１１、楕円面反射鏡１１の開放側に
接して設置された双曲面反射鏡１２で構成される。

【００２２】双曲面反射鏡１２は、楕円面反射鏡１１の
第１焦点Ｄと第２焦点Ｅとほぼ同一の焦点を有し、第１
焦点Ｄと第２焦点Ｅとを通る直線すなわち光軸Ｏを中心
とする円形の開口部１０１を有している。

【００２３】楕円面反射鏡１１の第１焦点Ｄに位置する
光源１５からは照射光が放射状に照射される。光源１５
からの照射光のうち、照射光１３ａは双曲面反射鏡１２
で反射され、楕円面反射鏡１１で反射された後、第１焦
点Ｄを通過し、さらに楕円面反射鏡１１で反射された
後、開口部１０１を通り、有効光１３ｂとして第２焦点
Ｅに向かう。一方、照射光１４ａは楕円面反射鏡１１で
反射され、双曲面反射鏡１２で反射された後、第１焦点
Ｄを通過し、さらに楕円面反射鏡１１で反射された後、
開口部１０１を通り、有効光１４ｂとして第２焦点Ｅに
向かう。

【００２４】したがって、光源１５から、楕円面反射鏡
１１あるいは双曲面反射鏡１２に照射するほとんどの照
射光を第２焦点Ｅを通る有効な光として利用することが
できるとともに、双曲面反射鏡１２に開口部１０１を設
けていることから、開口部１０１において照射光を損失
することなく利用でき、かつ双曲面反射鏡１２の開口部
１０１の開口部径Ｆを変化させることにより、第２焦点
Ｅに入射する照射光の立体角を任意に制御することがで
きる。また、双曲面反射鏡１１の開口部１０１は、光軸
を中心とする径Ｆの円形をなしているが、矩形や半円形
などの任意の形状のものとしても同様の効果を有する。

【００２５】また、楕円面反射鏡１１および双曲面反射
鏡１２の少なくとも一方もしくは一部分に波長選択透過
特性あるいは波長選択反射特性を持たせることにより、
必要とする波長帯域の照射光を得ることができる。

【００２６】さらに、楕円面反射鏡１１あるいは双曲面
反射鏡１２を紫外光透過でかつ赤外光・可視光反射とす
るとともに、開口部１０１を赤外光反射とすることによ
り、光源１５および光源１５の周囲温度を高めることが
でき、光源１５の発光効率を高めることができるととも
に、被照射面（図示せず）に可視光の照射光を照射する
ことができる。

【００２７】加えて、開口部１０１もしくはその近傍に
集光レンズ（図示せず）を配置すると、たとえば平凹レ
ンズを配置した場合に平行光が得られるなど、照射光の
集光方向を変えることができる。

【００２８】また、楕円面反射鏡１１と双曲面反射鏡１
２を複合曲面とすることにより、光学系の構成を簡素化
できるとともに製造コストを下げることができる。さら
に、双曲面反射鏡１２の反射面を、双曲面の漸近線側を
反射面としても同様の効果を有することは言うまでもな
い。

【００２９】図２は本発明の第２の実施例の照射装置を
示す断面図である。本実施例の照射装置は図２に示すよ
うに、点状の光源２０（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）、第１焦点Ｄと第２焦点
Ｅを有し、この第１焦点Ｄに光源２０が配置された楕円
面反射鏡１６、楕円面反射鏡１６の開放側に接して設置
され、同一の双曲面上で周辺部と中央部に配置されて反
射面を連続形成する双曲面反射鏡１７ａ，１７ｂで構成
され、双曲面反射鏡１７ａは赤外光・紫外光・可視光を
反射する特性を、双曲面反射鏡１７ｂは赤外光・紫外光
を反射し可視光を透過する特性を有し、さらに、楕円面
反射鏡１６は可視光のみを反射する特性を有している。

【００３０】本実施例では、双曲面反射鏡１７ａは光軸
Ｏを中心とする円形の開口部１０２を有し、この双曲面
反射鏡１７ａの開口部１０２に双曲面反射鏡１７ｂが配
置されて構成されたものである。また、楕円面反射鏡１
６と双曲面反射鏡１７ａとが複合曲面をなし、双曲面反
射鏡１７ａ、１７ｂは、楕円面反射鏡１６の第１焦点Ｄ
と第２焦点Ｅとほぼ同一の焦点を有している。

【００３１】楕円面反射鏡１６の第１焦点Ｄに位置する
光源２０からは照射光が放射状に照射される。光源２０
からの照射光のうち、照射光１８ａは双曲面反射鏡１７
ａで反射され、楕円面反射鏡１６に入射する。楕円面反
射鏡１６では赤外光・紫外光１８ｃが透過し、可視光１
８ｂのみが反射され、第１焦点Ｄに戻った後、再び楕円
面反射鏡１６で反射され、有効光１８ｄとして第２焦点
Ｅに向かう。一方、照射光１９ａは、赤外光・紫外光１
９ｃが楕円面反射鏡１６を透過し、可視光１９ｂのみが
楕円面反射鏡１６で反射された後、双曲面反射鏡１７ａ
で反射され、第１焦点Ｄに戻った後、再び楕円面反射鏡
１６で反射され、有効光１９ｄとして第２焦点Ｅに向か
う。

【００３２】したがって、被照射面（図示せず）には光
源２０からの照射光のうち赤外光・紫外光のほとんどを
除去した可視光のみが照射され、かつ楕円面反射鏡１６
あるいは双曲面反射鏡１７に直接入射する照射光の大部
分を第２焦点Ｅを通る有効な光として利用することがで
きるとともに、双曲面反射鏡１７ａの開口部１０２およ
び双曲面反射鏡１７ｂの径Ｇを任意に変化させることに
より、第２焦点Ｅに入射する照射光の立体角を任意に制
御することができる。

【００３３】なお、本実施例において双曲面反射鏡１７
ａの開口部１０２に双曲面反射鏡１７ｂを配置したもの
としたが、双曲面反射鏡１７ａ、１７ｂとが一体となっ
ていても同様の効果を有することは言うまでもない。

【００３４】また双曲面反射鏡１７ａと双曲面反射鏡１
７ｂとが光軸方向で前後に互いに離れていても、曲率を
異ならしめて同じ焦点を有するようにした場合、同様の
効果を有することは言うまでもない。

【００３５】さらに、本実施例において双曲面反射鏡１
７ｂを取り外すことによって、双曲面反射鏡１７ｂを透
過する照射光の損失がなくなる。加えて、本実施例にお
いて、楕円面反射鏡１６が可視光のみを反射する特性を
有し、双曲面反射鏡１７ａが赤外光・紫外光・可視光を
反射する特性を、双曲面反射鏡１７ｂが赤外光・紫外光
を反射し可視光を透過するものとしたが、楕円面反射鏡
１６および双曲面反射鏡１７ａ、１７ｂのうち、少なく
とも一方もしくはその一部分が波長選択透過特性あるい
は波長選択反射特性を有するように構成することによ
り、必要な波長帯域を有する照射光が得られる。

【００３６】また、本実施例において双曲面反射鏡１７
ａの開口部１０２および双曲面反射鏡１７ｂは、光軸を
中心とする径Ｇの円形をなしているものとしたが、矩形
や半円形など任意の形状のものとしても同様の効果を有
することは言うまでもない。

【００３７】さらに、楕円面反射鏡１６あるいは双曲面
反射鏡１７ａを紫外光透過で赤外光・可視光反射とし、
双曲面反射鏡１７ｂを赤外光・紫外光反射とすることに
より、光源２０および光源２０の周囲温度を高めること
ができ、光源２０の発光効率を高めることができるとと
もに、被照射面に可視光の照射光を照射することができ
る。

【００３８】加えて、双曲面反射鏡１７ｂに代えてその
近傍に集光レンズ（図示せず）を配置すると、たとえば
平凹レンズを配置した場合に平行光が得られるなど、照
射光の集光方向を変えることができる。

【００３９】また、楕円面反射鏡１６と双曲面反射鏡１
７ａまたは双曲面反射鏡１７ｂとが複合曲面であること
により、光学系の構成を簡素化できるとともに製造コス
トを下げることができる。

【００４０】さらに、双曲面反射鏡１７ａ，１７ｂの少
なくとも一方の反射面を、双曲面の漸近線側を反射面と
しても同様の効果を有することは言うまでもない。図３
は本発明の第３の実施例の照射装置を示す断面図であ
る。本実施例の照射装置は図３に示すように、点状の光
源２６（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）、第１焦点Ｄと第２焦点Ｅを有し、この
第１焦点Ｄに光源２６が配置された楕円面反射鏡２１、
楕円面反射鏡２１の開放側前方に設置された双曲面反射
鏡２２、楕円面反射鏡２１が有する２つの焦点を通る直
線方向において、双曲面反射鏡２２より光源側に少なく
とも一部分を配置した球面反射鏡２３で構成される。

【００４１】楕円面反射鏡２１は赤外光・紫外光を透過
し、可視光を反射する。双曲面反射鏡２２は、楕円面反
射鏡２１の第１焦点Ｄと第２焦点Ｅとほぼ同一の焦点を
有し、また赤外光・紫外光・可視光を反射するもので、
第１焦点Ｄと第２焦点Ｅとを通る直線すなわち光軸Ｏを
中心とする円形の開口部１０３が形成されている。ま
た、球面反射鏡２３は、赤外光・紫外光を透過し、可視
光を反射するもので、楕円面反射鏡２１の第２焦点Ｅを
中心とし、双曲面反射鏡２２よりも楕円面反射鏡２１の
第１焦点側に反射面を有している。

【００４２】楕円面反射鏡２１の第１焦点Ｄに位置する
光源２６からは照射光が放射状に照射される。光源２６
からの照射光のうち、照射光２４ａは双曲面反射鏡２２
で反射された後、楕円面反射鏡２１に入射する。楕円面
反射鏡２１で赤外光・紫外光２４ｃは楕円面反射鏡２１
を透過し、可視光２４ｂのみが楕円面反射鏡２１で反射
され、第１焦点Ｄに戻った後、再び楕円面反射鏡２１で
反射され、有効光２４ｄとして第２焦点Ｅに向かう。一
方、照射光２５ａは双曲面反射鏡２２で反射された後、
球面反射鏡２３に入射する。球面反射鏡２３で赤外光・
紫外光２５ｃは球面反射鏡２３を透過し、可視光２５ｂ
は同一光路を通って第１焦点Ｄに戻った後、再び楕円面
反射鏡２１で反射され、有効光２５ｄとして第２焦点Ｅ
に向かう。

【００４３】したがって、光源２６から、楕円面反射鏡
２１あるいは双曲面反射鏡２２に照射するほとんどの照
射光を第２焦点Ｅを通る有効な照射光として利用するこ
とができるとともに、双曲面反射鏡２２の開口部１０３
の開口部径Ｈを変化させることにより、第２焦点Ｅに入
射する照射光の立体角を任意に制御することができる。

【００４４】さらに、球面反射鏡２３で反射される照射
光は、光源２６から球面反射鏡２３まで通った光路と同
じ経路を通っていくため、楕円面反射鏡２１の長径、短
径、深さ、同様に双曲面反射鏡２２の曲率、面積、開口
部面積、開口部形状、球面反射鏡２３の球径、面積など
の形状や配置を任意に変化させることにより、第２焦点
Ｅに入射する照射光の各立体角あたりの光量を任意に変
化させることができる。

【００４５】また、本実施例では楕円面反射鏡２１およ
び球面反射鏡２３が可視光を反射し、赤外光・紫外光を
透過するものとし、かつ双曲面反射鏡２２は可視光・赤
外光・紫外光を反射するものとしたが、用途に合わせ
て、楕円面反射鏡２１と双曲面反射鏡２２と球面反射鏡
２３のうち、少なくとも一つもしくはその一部分が波長
選択透過特性あるいは波長選択反射特性を有するように
構成することにより、必要な波長帯域を有する照射光が
得られる。

【００４６】さらに、本実施例において楕円面反射鏡２
１と双曲面反射鏡２２と球面反射鏡２３のうち少なくと
も２つが複合曲面をなしていることにより、光学系の構
成を簡素化できるとともに製造コストを下げることがで
きる。

【００４７】さらに、双曲面反射鏡２２と球面反射鏡２
３を可視光・赤外光反射とし紫外光透過とすることによ
り、光源２６および光源２６の周囲温度を高めることが
でき、光源２６の発光効率を高めることができるととも
に、被照射面に可視光の照射光を照射することができ
る。

【００４８】加えて、開口部１０３もしくはその近傍に
集光レンズ（図示せず）を配置すると、たとえば平凹レ
ンズを配置した場合に平行光が得られるなど、照射光の
集光方向を変えることができる。

【００４９】さらに、双曲面反射鏡２２の反射面を、双
曲面の漸近線側を反射面としても同様の効果を有するこ
とは言うまでもない。図４は本発明の第４の実施例の照
射装置を示す断面図である。本実施例の照射装置は図４
に示すように、点状の光源３２（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）、第１焦点Ｄと
第２焦点Ｅを有し、この第２焦点Ｅに光源３２が配置さ
れた楕円面反射鏡２７、楕円面反射鏡２７の開放側に接
して設置された双曲面反射鏡２８、楕円面反射鏡２７が
有する２つの焦点を通る直線上において楕円面反射鏡２
７の頂部に設置された平凸レンズ（集光レンズ）２９で
構成される。

【００５０】双曲面反射鏡２８は、楕円面反射鏡２７の
第１焦点Ｄと第２焦点Ｅとほぼ同一の焦点を有してい
る。平凸レンズ２９は、第２焦点Ｅ近傍に焦点を有し、
かつレンズ平面部は第１焦点Ｄと第２焦点Ｅとを通る直
線すなわち光軸Ｏを法線とし、楕円面反射鏡２７の頂部
側に位置している。楕円面反射鏡２７は、頂部に開口部
１０４を有し、この開口部１０４に平凸レンズ２９が配
置された構成としたものである。

【００５１】楕円面反射鏡２７の第２焦点Ｅに位置する
光源３２からは照射光が放射状に照射される。光源３２
からの照射光のうち、照射光３０ａは双曲面反射鏡２８
で反射された後、楕円面反射鏡２７で反射され、第２焦
点Ｅに戻った後、再び楕円面反射鏡２７で反射され、さ
らに双曲面反射鏡２８で反射された後、さらに第２焦点
Ｅに戻り、平凸レンズ２９に入射した後、光軸Ｏに平行
な有効光３０ｂとなって被照射面（図示せず）に照射さ
れる。一方、照射光３１ａは楕円面反射鏡２７で反射さ
れた後、双曲面反射鏡２８で反射され、第２焦点Ｅに戻
った後、さらに楕円面反射鏡２７で反射され、双曲面反
射鏡２８で反射された後、第２焦点Ｅに戻り、その後平
凸レンズ２９を通り、光軸Ｏに平行な有効光３１ｂとな
って被照射面（図示せず）に照射される。

【００５２】したがって、光源３２から楕円面反射鏡２
７および双曲面反射鏡２８に照射する全ての照射光を、
光源３２から直接平凸レンズ２９に入射する照射光と同
様に、平凸レンズ２９に入射し、光軸Ｏに平行である有
効な照射光として利用することができるとともに、楕円
面反射鏡２７の長径、短径、深さ、平凸レンズ２９のレ
ンズ径、レンズ厚、曲率、双曲面反射鏡２８の曲率など
の形状や配置を変化させることにより、光軸に平行な光
のビーム径および光量を任意に制御することができる。

【００５３】また、本実施例において平凸レンズ（集光
レンズ）２９を楕円面反射鏡２７の開口部１０４に配置
した構成としたが、平凸レンズ（集光レンズ）２９が楕
円面反射鏡２７の開口部１０４から離れた構成であって
も同様の効果を有することは言うまでもない。

【００５４】なお、本実施例において楕円面反射鏡２７
を使用したが、楕円面反射鏡２７に代えて、楕円面反射
鏡２７の第一焦点Ｄを中心とする球面反射鏡を使用した
場合、光源３２から直接に双曲面反射鏡２８に入射する
照射光は、本実施例と同様に平凸レンズ２９により光軸
Ｏと平行である有効な照射光として利用することが考え
られる。しかし、光源３２から直接に球面反射鏡に入射
する照射光は迷光となるため、楕円面反射鏡２７を用い
た場合ほどの効果が得られない。

【００５５】さらに、従来の楕円面反射鏡と集光レンズ
とを用いた光学系では、光源を設置していない焦点位置
に集光する照射光を２次光源（仮想光源）とし、この焦
点位置を平凸レンズなどの焦点としていたが、本実施例
のような構成にすることにより、楕円面反射鏡の２つの
焦点間距離を短縮することができるため、光学系の光路
長を短くすることができるため、照射装置の小型化が図
れる。

【００５６】加えて、楕円面反射鏡２７と双曲面反射鏡
２８と平凸レンズ２９のうち、少なくとも一つもしくは
その一部分が波長選択透過特性あるいは波長選択反射特
性を有することにより、光軸Ｏに平行である有効な照射
光の波長帯域を任意に変化させることができる。

【００５７】また、楕円面反射鏡２７と双曲面反射鏡２
８とが複合曲面であることにより、光学系を簡素化でき
るとともに、製造コストを下げることができる。さら
に、本実施例において楕円面反射鏡２７と平凸レンズ２
９の接触部付近に、平凸レンズ２９を押さえる治具など
を用いることにより、光学系をより簡素化することがで
きる。

【００５８】加えて、楕円面反射鏡２７あるいは双曲面
反射鏡２８を紫外光透過で赤外光・可視光反射とし、平
凸レンズ（集光レンズ）２９を赤外光反射とすることに
より、光源３２および光源３２の周囲温度を高めること
ができ、光源３２の発光効率を高めることができるとと
もに、被照射面に可視光の照射光を照射することができ
る。

【００５９】また、双曲面反射鏡２８の反射面を、双曲
面の漸近線側を反射面としても同様の効果を有すること
は言うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、楕円面
反射鏡の一方の焦点またはその近傍においた光源からの
照射光は楕円面反射鏡で集光し双曲面反射鏡で照射方向
を変えて楕円面反射鏡の光源を置いていない他方の焦点
またはその近傍に集光する。そのため、楕円面反射鏡お
よび双曲面反射鏡からの反射光と光源からの直射光のほ
とんど全ての照射光を有効光として利用することができ
る。その結果、光源からの照射光の利用効率および集光
効率が向上する。

【００６１】また、楕円面反射鏡の一方の焦点またはそ
の近傍においた光源からの照射光は楕円面反射鏡で集光
し、反射面を形成する双曲面の漸近縁側を反射面とした
双曲面反射鏡で照射方向を変えて楕円面反射鏡の光源を
置いていない他方の焦点またはその近傍に集光する。そ
のため、同様に楕円面反射鏡および双曲面反射鏡からの
反射光と光源からの直射光のほとんど全ての照射光を有
効光として利用することができる。その結果、光源から
の照射光の利用効率および集光効率が向上する。

【００６２】また、楕円面反射鏡の光源を置いていない
側の焦点もしくはその近傍を中心とする球面反射鏡を設
けたので、光源からの照射光の一部は球面反射鏡を経由
して楕円面反射鏡で集光し、双曲面反射鏡で照射方向を
変えて楕円面反射鏡の光源を置いていない焦点もしくは
その近傍に向かう。そのため、楕円面反射鏡および双曲
面反射鏡からの反射光と光源からの直射光のほとんど全
ての照射光を有効光として利用することができる。その
結果、光源からの照射光の利用効率および集光効率が向
上する。さらに楕円面反射鏡の長径，短径，深さ，開口
部面積と、双曲面反射鏡の曲率，面積，開口部面積，開
口部形状と、球面反射鏡の球形，面積と、それぞれの配
置とを変化することにより、被照射面に入射する照射光
の立体角が変化できる。その結果、照射光の立体角あた
りの光量を変化できる。

【００６３】また、双曲面反射鏡に光軸を含む開口部を
形成したので、光源からの照射光は開口部を通って、楕
円面反射鏡の光源を配置していない焦点またはその近傍
に向かう。そのため、光源からの照射光を開口部で損失
せずに利用できる。その結果、被照射面に対する光源の
照射効率が向上する。さらに、双曲面反射鏡の開口部面
積、開口部形状を変化することにより、被照射面に対し
て照射光の立体角および光軸に垂直な断面形状が変化で
きる。その結果、被照射面の立体角あたりの光量および
照射形状が変化できる。この開口部もしくは開口部近傍
に集光レンズを配置すると、照射光の集光方向を変える
ことができる。

【００６４】また、光源を配置した楕円面反射鏡の焦点
もしくはその近傍を焦点とする集光レンズを楕円面反射
鏡の頂部側に配置したので、光源からの照射光は集光レ
ンズから光軸と平行の状態で出射する。そのため、被照
射面に対して光軸と平行な照射光が得られる。その結
果、被照射面の光量分布を均一にできる。さらに、楕円
面反射鏡の長径，短径，深さ，開口部面積と、集光レン
ズのレンズ径，レンズ厚，曲率と、双曲面反射鏡の曲率
と、それぞれの配置とを変化することにより、被照射面
に入射する平行光のビーム径および光量を制御できる。
その結果、被照射面の照射面積および照度が変化でき
る。さらに、光学系の光路長を短くすることができ、そ
の結果、照射装置の小型化が図れる。

【００６５】また、双曲面反射鏡および楕円面反射鏡の
少なくとも一方もしくはその一部分に、波長選択透過特
性または波長選択反射特性を持たせたので、波長帯域を
任意に選択された照射光が出射する。そのため、被照射
面を目的に応じて必要とする波長帯域の照射光で照射で
きる。その結果、必要に応じて照射光による照射対象物
の劣化を防げる。さらに光源に赤外光が照射されるよう
にでき、光源の発光効率が向上する。

【００６６】また、球面反射鏡の少なくとも一部分に、
波長選択透過特性または波長選択反射特性を持たせたの
で、波長帯域を任意に選択された照射光が球面反射鏡で
反射する。そのため、波長帯域を任意に選択された照射
光が出射できる。その結果、被照射面を目的に応じて必
要とする波長帯域の照射光で照射でき必要に応じて照射
光による照射対象物の劣化を防げる。さらに、光源に赤
外光が照射されるようにでき、光源の発光効率が向上す
る。

【００６７】また、集光レンズの少なくとも一部分に、
波長選択透過特性または波長選択反射特性を持たせたの
で、波長帯域を任意に選択された照射光が照射でき必要
に応じて照射光による照射対象物の劣化を防げる。さら
に、光源に赤外光が照射されるようにでき、光源の発光
効率が向上する。

【００６８】また、楕円面反射鏡と双曲面反射鏡とを複
合曲面で形成するので、構成が簡素化する。そのため、
量産化が可能で取扱いが容易な光学系が実現できる。そ
の結果、製造工程の作業性が向上し製造コストが低下す
る。

【００６９】また、楕円面反射鏡と球面反射鏡と双曲面
反射鏡とのうち、少なくとも２つを複合曲面で形成する
ので、構成が簡素化する。そのため、量産化が可能で取
扱いが容易な光学系が実現できる。その結果、製造工程
の作業性が向上し製造コストが低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照射装置の第１の実施例を示す断面図

【図２】本発明の照射装置の第２の実施例を示す断面図

【図３】本発明の照射装置の第３の実施例を示す断面図

【図４】本発明の照射装置の第４の実施例を示す断面図

【図５】（ａ）は従来の放物面反射鏡を使用した照射装
置の断面図 （ｂ）は同従来の照射装置の正面図

【図６】（ａ）は従来の楕円面反射鏡を使用した照射装
置の断面図 （ｂ）は同従来の照射装置の正面図

【符号の説明】

１１，１６，２１，２７ 楕円面反射鏡 １２，１７ａ，１７ｂ，２２，２８ 双曲面反射鏡 １３ａ，１４ａ，１８ａ，１９ａ，２４ａ，２５ａ，３
０ａ，３１ａ照射光 １３ｂ，１４ｂ，１８ｄ，１９ｄ，２４ｄ，２５ｄ，３
０ｂ，３１ｂ有効光 １８ｂ，１９ｂ，２４ｂ，２５ｂ 可視光 １８ｃ，１９ｃ，２４ｃ，２５ｃ 赤外光・紫外光 １５，２０，２６，３２ 光源 ２３ 球面反射鏡 ２９ 平凸レンズ(集光レンズ) １０１，１０２，１０３，１０４ 開口部 Ｄ 第１焦点 Ｅ 第２焦点 Ｏ 光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ２１Ｖ 13/00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/10 F21S 2/00 F21V 5/00 F21V 7/00 F21V 13/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、光源を一部包囲し、光源からの
   照射光を集光する反射面が楕円面をなす楕円面反射鏡
   と、前記光源からの直射光の一部分および楕円面反射鏡
   からの反射光の一部分の照射方向を変える反射面が双曲
   面をなす双曲面反射鏡とを備え、前記光源を前記楕円面
   反射鏡の一方の焦点もしくは焦点近傍に置き、前記楕円
   面反射鏡が有する２つの焦点と前記双曲面反射鏡が有す
   る２つの焦点とが同一もしくは略同一であるように配置
   し、 前記楕円面反射鏡の光源を置いていない側の焦点もしく
   は焦点近傍を中心とし、かつ反射面が球面をなす球面反
   射鏡を、前記楕円面反射鏡が有する２つの焦点を通る直
   線方向において前記双曲面反射鏡よりも光源側の少なく
   とも一部分に配置し たことを特徴とする照射装置。
2. 【請求項２】 双曲面反射鏡は、反射面を形成する双曲
   面の漸近線側を反射面としたことを特徴とする請求項１
   記載の照射装置。
3. 【請求項３】 双曲面反射鏡が楕円面反射鏡の２つの焦
   点を通る直線との交点を含む開口部を有することを特徴
   とする請求項１または２記載の照射装置。
4. 【請求項４】 双曲面反射鏡および楕円面反射鏡の少な
   くとも一方もしくはその一部分が波長選択透過特性ある
   いは波長選択反射特性を有することを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかに記載の照射装置。
5. 【請求項５】 球面反射鏡の少なくとも一部分が波長選
   択透過特性あるいは波長選択反射特性を有することを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の照射装
   置。
6. 【請求項６】 楕円面反射鏡の少なくとも一部分が赤外
   光および紫外光を透過し可視光を反射するとともに、双
   曲面反射鏡の少なくとも一部分が可視光を透過し、赤外
   光および紫外光を反射する特性を有することを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれかに記載の照射装置。
7. 【請求項７】 球面反射鏡と楕円面反射鏡と双曲面反射
   鏡とのうち、少なくとも２つが複合曲面をなしているこ
   とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の照
   射装置。
8. 【請求項８】 光源と、光源を一部包囲し、光源からの
   照射光を集光する反 射面が楕円面をなす楕円面反射鏡
   と、前記光源からの直射光の一部分および楕円面反射鏡
   からの反射光の一部分の照射方向を変える反射面が双曲
   面をなす双曲面反射鏡とを備え、前記光源を前記楕円面
   反射鏡の一方の焦点もしくは焦点近傍に置き、前記楕円
   面反射鏡が有する２つの焦点と前記双曲面反射鏡が有す
   る２つの焦点とが同一もしくは略同一であるように配置
   し、 前記楕円面反射鏡の一方の焦点近傍に光源を設置し、こ
   の焦点位置と焦点を共有もしくは略共有する 集光レンズ
   を、前記楕円面反射鏡が有する２つの焦点を通る直線上
   において前記楕円面反射鏡の頂部側に設置したことを特
   徴とする照射装置。
9. 【請求項９】 集光レンズの少なくとも一部分が波長選
   択透過特性あるいは波長選択反射特性を有することを特
   徴とする請求項８に記載の照射装置。
10. 【請求項１０】 楕円面反射鏡と双曲面反射鏡とが複合
    曲面をなしていることを特徴とする請求項８に記載の照
    射装置。
11. 【請求項１１】 双曲面反射鏡および楕円面反射鏡の少
    なくとも一方もしくはその一部分が波長選択透過特性あ
    るいは波長選択反射特性を有することを特徴とする請求
    項８ないし１０のいずれかに記載の照射装置。