JPH05281613A - 照明光学系 - Google Patents
照明光学系Info
- Publication number
- JPH05281613A JPH05281613A JP4082057A JP8205792A JPH05281613A JP H05281613 A JPH05281613 A JP H05281613A JP 4082057 A JP4082057 A JP 4082057A JP 8205792 A JP8205792 A JP 8205792A JP H05281613 A JPH05281613 A JP H05281613A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- light source
- light
- rms
- spherical
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- 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.)
- Pending
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- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 スライドプロジェクタ、液晶ビデオプロジェ
クタ等に有用な、光の利用効率が極めて高くかつ平行度
の良好な光束が得られる照明装置を提供する。 【構成】 光源１を回転楕円体ミラー２の第１焦点位置
に置き、ミラー２と対向させ、かつ回転楕円体ミラーの
第２焦点上にその反射面が来るように球面ミラー３を配
置する。また球面ミラー３の上記第２焦点位置付近に、
光束射出用の開口窓４を設け、さらにその前方（照明
側）にコンデンサレンズ５を配置する。そして、球面ミ
ラー半径をＲｍｓ、回転楕円体ミラーの２焦点間距離を
Ｄｆ、楕円ミラーの頂点と第１焦点との距離をＤｓ、倍
率ｍ＝（Ｄｓ＋Ｄｆ）／Ｄｓとするとき、５≧ｍ≧２．
３及び１．２Ｄｆ≧Ｒｍｓ≧０．８Ｄｆの関係を満たす
ようにする。
クタ等に有用な、光の利用効率が極めて高くかつ平行度
の良好な光束が得られる照明装置を提供する。 【構成】 光源１を回転楕円体ミラー２の第１焦点位置
に置き、ミラー２と対向させ、かつ回転楕円体ミラーの
第２焦点上にその反射面が来るように球面ミラー３を配
置する。また球面ミラー３の上記第２焦点位置付近に、
光束射出用の開口窓４を設け、さらにその前方（照明
側）にコンデンサレンズ５を配置する。そして、球面ミ
ラー半径をＲｍｓ、回転楕円体ミラーの２焦点間距離を
Ｄｆ、楕円ミラーの頂点と第１焦点との距離をＤｓ、倍
率ｍ＝（Ｄｓ＋Ｄｆ）／Ｄｓとするとき、５≧ｍ≧２．
３及び１．２Ｄｆ≧Ｒｍｓ≧０．８Ｄｆの関係を満たす
ようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスライドプロジェクタ、
液晶ビデオプロジェクタ、ＯＨＰシートプロジェクタ等
に有用な照明装置に関する。
液晶ビデオプロジェクタ、ＯＨＰシートプロジェクタ等
に有用な照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置としては、ハロゲン
ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の光
源と、回転放物面ミラーや回転楕円面ミラーと、コンデ
ンサーレンズを組み合わせた照明装置が用いられていた
（例えば、トリケップス社出版「プロジェクションテレ
ビの設計」第３章第１節参照）。
ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の光
源と、回転放物面ミラーや回転楕円面ミラーと、コンデ
ンサーレンズを組み合わせた照明装置が用いられていた
（例えば、トリケップス社出版「プロジェクションテレ
ビの設計」第３章第１節参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術ではいずれの場合においても、回転放物面ミラーや回
転楕円面ミラーの方向以外に発光する光源からの射出光
が、照明光として有効に使われず、光源の全発光量に対
する照明光の利用効率が低いという問題点があった。
術ではいずれの場合においても、回転放物面ミラーや回
転楕円面ミラーの方向以外に発光する光源からの射出光
が、照明光として有効に使われず、光源の全発光量に対
する照明光の利用効率が低いという問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】半径が概略１０ｍｍ以下
の球領域の範囲内から、立体角が概略２π以上の広い方
向に対して光を射出する光源と、この光源の背後に配置
した回転楕円体ミラーと、光源の前方に配置した照明光
取り出し開口窓付き球面ミラー、及びレンズとで照明光
学系を構成し、これら部品の相互関係及び諸元を以下の
ように設定する。すなわち、光源は楕円ミラーの第１の
焦点近傍でかつ球面ミラーの曲率中心の近傍に位置さ
せ、光源より射出した光線の大部分が楕円ミラーの第２
の焦点近傍に集光するようにする。また、前記球面ミラ
ーの半径をＲｍｓ、前記楕円ミラーの第１、第２焦点間
距離をＤｆ、前記楕円ミラーの頂点と第１焦点との距離
をＤｓ、倍率ｍ＝（Ｄｓ＋Ｄｆ）／Ｄｓとするとき、 ５≧ｍ≧２．３ 及び １．２Ｄｆ≧Ｒｍｓ≧０．８Ｄｆ の関係が満たされるように部品の相互位置関係、諸元を
選ぶ。
の球領域の範囲内から、立体角が概略２π以上の広い方
向に対して光を射出する光源と、この光源の背後に配置
した回転楕円体ミラーと、光源の前方に配置した照明光
取り出し開口窓付き球面ミラー、及びレンズとで照明光
学系を構成し、これら部品の相互関係及び諸元を以下の
ように設定する。すなわち、光源は楕円ミラーの第１の
焦点近傍でかつ球面ミラーの曲率中心の近傍に位置さ
せ、光源より射出した光線の大部分が楕円ミラーの第２
の焦点近傍に集光するようにする。また、前記球面ミラ
ーの半径をＲｍｓ、前記楕円ミラーの第１、第２焦点間
距離をＤｆ、前記楕円ミラーの頂点と第１焦点との距離
をＤｓ、倍率ｍ＝（Ｄｓ＋Ｄｆ）／Ｄｓとするとき、 ５≧ｍ≧２．３ 及び １．２Ｄｆ≧Ｒｍｓ≧０．８Ｄｆ の関係が満たされるように部品の相互位置関係、諸元を
選ぶ。
【０００５】
【作用】本発明によれば、光源と回転楕円面ミラーとで
構成される照明光学系に加え、その前面に曲率中心が光
源位置であるような球面鏡を設けたため、回転楕円面ミ
ラーと異なる方向に射出した光束は、球面鏡によって反
射して再び光源位置に戻り、光源をそのまま通過したあ
と、回転楕円面ミラーで反射することになる。
構成される照明光学系に加え、その前面に曲率中心が光
源位置であるような球面鏡を設けたため、回転楕円面ミ
ラーと異なる方向に射出した光束は、球面鏡によって反
射して再び光源位置に戻り、光源をそのまま通過したあ
と、回転楕円面ミラーで反射することになる。
【０００６】従って、このような元々は回転楕円面ミラ
ーの方向と異なる方向に射出した光束は球面鏡で反射さ
れた後、元々回転楕円面ミラーの方向に射出した光と同
一の光路を進むことになり、これらすべての光束が、球
面鏡の一部に設けられた開口窓を介して取り出せるた
め、その位置にレンズ（コンデンサレンズ）を置くこと
により、スライドプロジェクタや液晶プロジェクタ等に
適したコリメート照明光、あるいは若干収束した照明光
を極めて高い照明利用効率をもって得ることができる。
ーの方向と異なる方向に射出した光束は球面鏡で反射さ
れた後、元々回転楕円面ミラーの方向に射出した光と同
一の光路を進むことになり、これらすべての光束が、球
面鏡の一部に設けられた開口窓を介して取り出せるた
め、その位置にレンズ（コンデンサレンズ）を置くこと
により、スライドプロジェクタや液晶プロジェクタ等に
適したコリメート照明光、あるいは若干収束した照明光
を極めて高い照明利用効率をもって得ることができる。
【０００７】さらに、前記球面ミラーの半径をＲｍｓ、
前記楕円ミラーの第１、第２焦点間距離をＤｆ、前記楕
円ミラーの頂点と第１焦点との距離をＤｓ、倍率ｍ＝
（Ｄｓ＋Ｄｆ）／Ｄｓとするとき、 ５≧ｍ≧２．３ 及び １．２Ｄｆ≧Ｒｍｓ≧０．８Ｄｆ の関係が満たされるようにすることにより、平行度が高
く、照明利用効率の極めて高い照明光学系実現できる。
前記楕円ミラーの第１、第２焦点間距離をＤｆ、前記楕
円ミラーの頂点と第１焦点との距離をＤｓ、倍率ｍ＝
（Ｄｓ＋Ｄｆ）／Ｄｓとするとき、 ５≧ｍ≧２．３ 及び １．２Ｄｆ≧Ｒｍｓ≧０．８Ｄｆ の関係が満たされるようにすることにより、平行度が高
く、照明利用効率の極めて高い照明光学系実現できる。
【０００８】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。図において
１は光源であり、発光部が直径数ミリメートルから十数
ミリメートル程度の球状領域内にあるような、ハロゲン
ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を用
いる。この光源１は回転楕円ミラー２の第１の焦点位置
２１に配置されていて、光源１から後方（照明光が最終
的に進行する方向を前方、その反対側を後方と呼ぶこと
にする）及び横方向に射出した光線１０、１１は、この
回転楕円面ミラー２によって反射された後、回転楕円面
ミラー２の第２焦点位置２２に向かって進む。
１は光源であり、発光部が直径数ミリメートルから十数
ミリメートル程度の球状領域内にあるような、ハロゲン
ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を用
いる。この光源１は回転楕円ミラー２の第１の焦点位置
２１に配置されていて、光源１から後方（照明光が最終
的に進行する方向を前方、その反対側を後方と呼ぶこと
にする）及び横方向に射出した光線１０、１１は、この
回転楕円面ミラー２によって反射された後、回転楕円面
ミラー２の第２焦点位置２２に向かって進む。
【０００９】また、光源１の前方を囲むように球面ミラ
ー３が配置されている。この球面ミラー３はその曲率中
心が光源１と一致するように配置されている。従って、
光源１から前方に射出した光線１２、１３は、球面ミラ
ー３で反射したあと光源１の方向に戻り、光源位置を通
過した後、あたかも光源１から後方へ発光したかの如く
進み、回転楕円面ミラー２で反射した後、回転楕円面ミ
ラー２の第２焦点位置２２に向かって進むことになる。
ー３が配置されている。この球面ミラー３はその曲率中
心が光源１と一致するように配置されている。従って、
光源１から前方に射出した光線１２、１３は、球面ミラ
ー３で反射したあと光源１の方向に戻り、光源位置を通
過した後、あたかも光源１から後方へ発光したかの如く
進み、回転楕円面ミラー２で反射した後、回転楕円面ミ
ラー２の第２焦点位置２２に向かって進むことになる。
【００１０】球面ミラー３の球面の位置は、ちょうど回
転楕円面ミラー２の第２焦点位置２２がその球面上に来
るような位置に置かれている。さらに、球面ミラー３上
であって回転楕円面の第２焦点位置２２の近傍には、開
口窓４が設けられている。この開口窓の大きさは、上記
第２焦点２２の方向に進む光線の大部分が通過できる程
度の大きさとし、一般的には、光源１の実効的な大きさ
と同程度、又は光源１が楕円ミラーの第２焦点位置２２
の近傍で形成する像の実効的な大きさと同程度である。
転楕円面ミラー２の第２焦点位置２２がその球面上に来
るような位置に置かれている。さらに、球面ミラー３上
であって回転楕円面の第２焦点位置２２の近傍には、開
口窓４が設けられている。この開口窓の大きさは、上記
第２焦点２２の方向に進む光線の大部分が通過できる程
度の大きさとし、一般的には、光源１の実効的な大きさ
と同程度、又は光源１が楕円ミラーの第２焦点位置２２
の近傍で形成する像の実効的な大きさと同程度である。
【００１１】上記装置において、光源１から射出した光
線、後方に射出して回転楕円面ミラー２で反射された光
線群１０、１１・・・、及び前方に射出して一度球面ミ
ラー３で反射されたあと回転楕円面ミラー２で反射され
た光線群１２、１３・・・は全て第２焦点位置２２に設
けられた開口窓４を通過して進むことになる。
線、後方に射出して回転楕円面ミラー２で反射された光
線群１０、１１・・・、及び前方に射出して一度球面ミ
ラー３で反射されたあと回転楕円面ミラー２で反射され
た光線群１２、１３・・・は全て第２焦点位置２２に設
けられた開口窓４を通過して進むことになる。
【００１２】従って、これら光源１、回転楕円面ミラー
２、及び球面ミラー３による上記装置は、あたかも開口
窓４が二次光源であるかのように振る舞い、その前方に
置かれたレンズ５によって、指向性の高いコリメート照
明、或いは若干収束した照明となる。なお、図中６は投
影するためのスライドである。
２、及び球面ミラー３による上記装置は、あたかも開口
窓４が二次光源であるかのように振る舞い、その前方に
置かれたレンズ５によって、指向性の高いコリメート照
明、或いは若干収束した照明となる。なお、図中６は投
影するためのスライドである。
【００１３】ここで、球面ミラー３の半径をＲｍｓ、回
転楕円体ミラー２の半径をＲｍ、回転楕円体ミラー２の
第１、第２焦点間距離をＤｆ、回転楕円体ミラー２の頂
点と第１焦点との距離をＤｓ、倍率ｍ＝（Ｄｓ＋Ｄｆ）
／Ｄｓとし、光源１から後方へ略２πの立体角の方向に
射出する光が回転楕円体ミラー２に、光源から前方へ略
２πの立体角の方向に射出する光が球面ミラー３に到達
するように、光源１、回転楕円体ミラー２、球面ミラー
３を配置する。
転楕円体ミラー２の半径をＲｍ、回転楕円体ミラー２の
第１、第２焦点間距離をＤｆ、回転楕円体ミラー２の頂
点と第１焦点との距離をＤｓ、倍率ｍ＝（Ｄｓ＋Ｄｆ）
／Ｄｓとし、光源１から後方へ略２πの立体角の方向に
射出する光が回転楕円体ミラー２に、光源から前方へ略
２πの立体角の方向に射出する光が球面ミラー３に到達
するように、光源１、回転楕円体ミラー２、球面ミラー
３を配置する。
【００１４】照明光の利用効率を高めるためには、球面
ミラー３の開口窓４を、照明光が最も絞り込まれる位置
に、最小の開口面積で設けることが必要であり、従って
光源１から射出した光が楕円の第２焦点に絞り込まれる
ことから、前記ＲｍｓとＤｆとを近似的に等しくする事
が有効であることがわかる。実際には、収差等の影響か
ら上記値に幅を持たせ、Ｒｍｓとして、
ミラー３の開口窓４を、照明光が最も絞り込まれる位置
に、最小の開口面積で設けることが必要であり、従って
光源１から射出した光が楕円の第２焦点に絞り込まれる
ことから、前記ＲｍｓとＤｆとを近似的に等しくする事
が有効であることがわかる。実際には、収差等の影響か
ら上記値に幅を持たせ、Ｒｍｓとして、
【数１】 １．２Ｄｆ≧Ｒｍｓ≧０．８Ｄｆ （１） が最適条件となる。
【００１５】また簡単な計算から、回転楕円体ミラー２
の半径Ｒｍは、
の半径Ｒｍは、
【数２】 Ｒｍ＝２ｍ・Ｄｆ／（ｍ2−１） （２） と表され、Ｄｆ＝Ｒｍｓとすれば、
【数３】 Ｒｍ＝２ｍ・Ｒｍｓ／（ｍ2−１） （３） と書き換えられる。
【００１６】図１からわかるように、Ｒｍｓ≧Ｒｍでな
いと回転楕円体ミラー２から反射した光のうち、球面ミ
ラー３外へ飛び出す光が生じてしまうため、これを防ぐ
条件から、
いと回転楕円体ミラー２から反射した光のうち、球面ミ
ラー３外へ飛び出す光が生じてしまうため、これを防ぐ
条件から、
【数４】 Ｒｍ／Ｒｍｓ＝２ｍ／（ｍ2−１）≦１ （４） となり、従って
【数５】 ｍ≧１＋（２）1/2 （＝２．４１４） （５） が導かれる。
【００１７】（１）式でＲｍｓ＝１．２Ｄｆとすれば、
【数６】 ｍ≧２．３ （６） となり、倍率ｍの下限が与えられる。またｍが大きくな
ると、二次光源の大きさが大きくなり、従って開口窓４
を大きくとらないと開口窓を光が有効に通過しないこと
になる。
ると、二次光源の大きさが大きくなり、従って開口窓４
を大きくとらないと開口窓を光が有効に通過しないこと
になる。
【００１８】一方、開口窓４を大きくすることは、光源
１から前方へ射出する光に対しては光の利用効率低下を
意味するため、このような意味からｍはあまり大きくと
ることが得策でないことがわかる。即ち倍率ｍを、
１から前方へ射出する光に対しては光の利用効率低下を
意味するため、このような意味からｍはあまり大きくと
ることが得策でないことがわかる。即ち倍率ｍを、
【数７】 ５≧ｍ≧２．３ （７） の範囲にすることにより、光の利用効率を最も高く出来
ると言える。
ると言える。
【００１９】代表的な数値例としては、図１においてＤ
ｓ＝３５．４ｍｍ、Ｄｆ＝５０ｍｍ、Ｒｍ＝５０ｍｍ、
ｍ＝２．４１４として、光の利用効率が極めて高い照明
光学系を実現できた。
ｓ＝３５．４ｍｍ、Ｄｆ＝５０ｍｍ、Ｒｍ＝５０ｍｍ、
ｍ＝２．４１４として、光の利用効率が極めて高い照明
光学系を実現できた。
【００２０】なお、図１においてスライド６は、液晶プ
ロジェクタの場合なら液晶パネルとなる。また実用的に
は、回転楕円面ミラー２と球面ミラー３の間の部分に空
気流通の孔を開け、ファンを用いて空冷することによ
り、本発明照明装置の温度上昇を抑えることができる。
ロジェクタの場合なら液晶パネルとなる。また実用的に
は、回転楕円面ミラー２と球面ミラー３の間の部分に空
気流通の孔を開け、ファンを用いて空冷することによ
り、本発明照明装置の温度上昇を抑えることができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、従来照明装置として利
用することが不可能であった、光源から前方へ射出する
光束（図１で１２’、１３’等）の大部分が照明光とし
て利用可能になり、極めて明るい、光源からの発光の利
用効率の高い照明装置が得られる。
用することが不可能であった、光源から前方へ射出する
光束（図１で１２’、１３’等）の大部分が照明光とし
て利用可能になり、極めて明るい、光源からの発光の利
用効率の高い照明装置が得られる。
【００２２】また、回転楕円体ミラーの第１焦点から第
２焦点への倍率ｍと球面ミラーの半径を共に、本発明で
規定する最適範囲に設定することにより、光源からの発
光の利用効率のさらなる向上が可能となる。
２焦点への倍率ｍと球面ミラーの半径を共に、本発明で
規定する最適範囲に設定することにより、光源からの発
光の利用効率のさらなる向上が可能となる。
【図１】本発明の実施例を示す断面図
１ 光源 ２ 回転楕円体ミラー ３ 球面ミラー ４ 開口窓 ５ レンズ（コンデンサレンズ） ６ スライド（液晶パネル） １０、１１ 光源から後方又は横方向へ射出する光線 １２、１３ 光源から前方へ射出する光線 １２’、１３’従来装置で利用されていなかった光線 ２１ 回転楕円体ミラーの第１焦点 ２２ 回転楕円体ミラーの第２焦点
Claims (1)
- 【請求項１】 半径が概略１０ｍｍ以下の球領域の範囲
内から、立体角が概略２π以上の広い方向に対して光を
射出する光源と、この光源の背後に配置した回転楕円体
ミラーと、前記光源の前方に配置した球面ミラー及びレ
ンズとで構成され、前記球面ミラーに設けた開口窓より
照明光を取り出すようにした照明光学系であって、前記
光源は前記楕円ミラーの第１の焦点近傍でかつ前記球面
ミラーの曲率中心の近傍に位置し、前記光源より射出し
た光線の大部分が前記楕円ミラーの第２の焦点近傍に集
光し、前記球面ミラーの半径をＲｍｓ、前記楕円ミラー
の第１、第２焦点間距離をＤｆ、前記楕円ミラーの頂点
と第１焦点との距離をＤｓ、倍率ｍ＝（Ｄｓ＋Ｄｆ）／
Ｄｓとするとき、 ５≧ｍ≧２．３ 及び １．２Ｄｆ≧Ｒｍｓ≧０．８Ｄｆ の関係が満たされていることを特徴とする照明光学系。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082057A JPH05281613A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 照明光学系 |
| US08/039,838 US5446639A (en) | 1992-04-03 | 1993-03-30 | Illuminating apparatus |
| US08/423,701 US5613767A (en) | 1992-04-03 | 1995-04-18 | Illuminating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082057A JPH05281613A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 照明光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05281613A true JPH05281613A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=13763889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082057A Pending JPH05281613A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 照明光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05281613A (ja) |
-
1992
- 1992-04-03 JP JP4082057A patent/JPH05281613A/ja active Pending
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