JPH0829873A - 平行光源 - Google Patents
平行光源Info
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- JPH0829873A JPH0829873A JP6188991A JP18899194A JPH0829873A JP H0829873 A JPH0829873 A JP H0829873A JP 6188991 A JP6188991 A JP 6188991A JP 18899194 A JP18899194 A JP 18899194A JP H0829873 A JPH0829873 A JP H0829873A
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- reflector
- reflected
- light emitting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 表示装置の光源の光量の効率を向上させる。
【構成】 ランプ１０とリフレクタ１１からなる光源部
の前方に、所定の反射手段を配置して表示装置の光源を
構成するものである。上記反射手段として、開孔部１４
が形成され、リフレクタ１１に対向する面に複数の輪帯
状の反射面１５が施されているフレネル板１５、又はリ
フレクタ１１の焦点にその焦点位置が一致するように配
置され、中心部分に所定形状の非レンズ部分が形成され
ている非球面状の反射鏡を設ける。開孔部１４の面積及
び形状は上記表示装置の光源が照明する対象物の形状、
面積に対応するように構成する。
の前方に、所定の反射手段を配置して表示装置の光源を
構成するものである。上記反射手段として、開孔部１４
が形成され、リフレクタ１１に対向する面に複数の輪帯
状の反射面１５が施されているフレネル板１５、又はリ
フレクタ１１の焦点にその焦点位置が一致するように配
置され、中心部分に所定形状の非レンズ部分が形成され
ている非球面状の反射鏡を設ける。開孔部１４の面積及
び形状は上記表示装置の光源が照明する対象物の形状、
面積に対応するように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は所定の範囲に光を照射す
る光源にかかわり、特に小面積の対象物に対する照明光
束の利用効率を改善する光源に関するものである。
る光源にかかわり、特に小面積の対象物に対する照明光
束の利用効率を改善する光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近では、例えば液晶パネル等の光学素
子を用いたプロジェクタ装置、テレビジョン受像機、コ
ンピュータ用のディスプレイ等の表示装置が広い分野で
普及している。例えば液晶パネル等を用いた液晶表示装
置は、光源部においてメタルハライドランプやハロゲン
ランプ等のランプから出射される光を、カラーフィルタ
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を有する液晶パネルに入射することによ
り、該液晶パネルの出力光としてカラー映像を得ること
ができる。そして、液晶パネルからの出力光は投射レン
ズによりスクリーンに投影される。
子を用いたプロジェクタ装置、テレビジョン受像機、コ
ンピュータ用のディスプレイ等の表示装置が広い分野で
普及している。例えば液晶パネル等を用いた液晶表示装
置は、光源部においてメタルハライドランプやハロゲン
ランプ等のランプから出射される光を、カラーフィルタ
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を有する液晶パネルに入射することによ
り、該液晶パネルの出力光としてカラー映像を得ること
ができる。そして、液晶パネルからの出力光は投射レン
ズによりスクリーンに投影される。
【０００３】図８（ａ）（ｂ）は従来の光源部の一例を
摸式的に示す図である。これらの図で２０は例えばメタ
ルハライドランプ等のランプ、４１は例えば実線で示さ
れているようにランプ４０からの出射光を前方方向に平
行光束として出力させるとともに、赤外線成分を透過し
て可視光のみを反射させるリフレクタを示す。２２は投
射光学系ユニットにおける例えば液晶パネル等の照明の
対象物である。
摸式的に示す図である。これらの図で２０は例えばメタ
ルハライドランプ等のランプ、４１は例えば実線で示さ
れているようにランプ４０からの出射光を前方方向に平
行光束として出力させるとともに、赤外線成分を透過し
て可視光のみを反射させるリフレクタを示す。２２は投
射光学系ユニットにおける例えば液晶パネル等の照明の
対象物である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
光源部から上記対象物に入射される光束はリフレクタ２
１の口径で決まるので、例えば同図（ｂ）に示されてい
るように対象物２２の入射面積がリフレクタ２１の口径
よりも小さい場合は、リフレクタ２１の外周付近の光束
が対象物２２に入射されず無駄なものとなってしまう。
また、例えばリフレクタ２１で反射されないでランプ２
０から直接出力される出射光は、破線で示されているよ
うに放射状に拡散されるのでリフレクタ２１の外周付近
の光束と同様に有効な光束として利用することができな
い。
光源部から上記対象物に入射される光束はリフレクタ２
１の口径で決まるので、例えば同図（ｂ）に示されてい
るように対象物２２の入射面積がリフレクタ２１の口径
よりも小さい場合は、リフレクタ２１の外周付近の光束
が対象物２２に入射されず無駄なものとなってしまう。
また、例えばリフレクタ２１で反射されないでランプ２
０から直接出力される出射光は、破線で示されているよ
うに放射状に拡散されるのでリフレクタ２１の外周付近
の光束と同様に有効な光束として利用することができな
い。
【０００５】そこで、例えば図９（ａ）に示されている
ように、リフレクタ２１の前方に、所定径の開口２３ａ
が成型されている球面状の反射手段２３を配置し、ラン
プ２０から直接出射された光をランプ２０を通過するよ
うに反射させリフレクタ２１側に戻して、開口２３ａか
ら対象物２２を照明することが考えられている。しか
し、この場合は同図（ｂ）に示されているように反射手
段２３に対する入射角によっては多重反射を起こしてし
まい、開口２３ａから出力される光の大部分は光量が減
少してしまうこととなる。
ように、リフレクタ２１の前方に、所定径の開口２３ａ
が成型されている球面状の反射手段２３を配置し、ラン
プ２０から直接出射された光をランプ２０を通過するよ
うに反射させリフレクタ２１側に戻して、開口２３ａか
ら対象物２２を照明することが考えられている。しか
し、この場合は同図（ｂ）に示されているように反射手
段２３に対する入射角によっては多重反射を起こしてし
まい、開口２３ａから出力される光の大部分は光量が減
少してしまうこととなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決するためになされたもので、ランプと、前記ラ
ンプの出射光を前方に集中させるように反射するととも
に、前方から入射した光を前記ランプの発光点を通過す
るように反射するリフレクタからなる光源部の前方に、
所定の反射手段を配置して平行光源を構成するものであ
る。
点を解決するためになされたもので、ランプと、前記ラ
ンプの出射光を前方に集中させるように反射するととも
に、前方から入射した光を前記ランプの発光点を通過す
るように反射するリフレクタからなる光源部の前方に、
所定の反射手段を配置して平行光源を構成するものであ
る。
【０００７】請求項１にかかる平行光源として、上記リ
フレクタの前方に配置され、中心部分に所定形状の開口
が形成されているとともに、上記リフレクタで反射され
た光を上記発光源に集光する複数の輪帯状の反射面が施
されているフレネル形状の反射手段を備え、上記反射手
段は上記リフレクタの反射光を入射した場合は該反射光
を上記発光源の発光点を通過するように反射し、上記発
光源の出射光を入射した場合は該出射光を上記発光源の
光軸と平行となるように上記リフレクタに反射するよう
に平行光源を構成する。
フレクタの前方に配置され、中心部分に所定形状の開口
が形成されているとともに、上記リフレクタで反射され
た光を上記発光源に集光する複数の輪帯状の反射面が施
されているフレネル形状の反射手段を備え、上記反射手
段は上記リフレクタの反射光を入射した場合は該反射光
を上記発光源の発光点を通過するように反射し、上記発
光源の出射光を入射した場合は該出射光を上記発光源の
光軸と平行となるように上記リフレクタに反射するよう
に平行光源を構成する。
【０００８】請求項２にかかる平行光源として、前記リ
フレクタの前方に配置され、中心部分に所定形状の開口
が形成されているとともに、上記リフレクタで反射され
た光を上記発光源に集光する非球面状の反斜面が施され
ている反射手段を備え、上記反射手段は上記リフレクタ
の反射光を入射した場合は該反射光を上記発光源の発光
点を通過するように反射し、上記発光源の出射光を入射
した場合は該出射光を上記発光源の光軸と平行となるよ
うに上記リフレクタに反射するように平行光源を構成す
る。
フレクタの前方に配置され、中心部分に所定形状の開口
が形成されているとともに、上記リフレクタで反射され
た光を上記発光源に集光する非球面状の反斜面が施され
ている反射手段を備え、上記反射手段は上記リフレクタ
の反射光を入射した場合は該反射光を上記発光源の発光
点を通過するように反射し、上記発光源の出射光を入射
した場合は該出射光を上記発光源の光軸と平行となるよ
うに上記リフレクタに反射するように平行光源を構成す
る。
【０００９】また、前記リフレクタと前記反射手段は一
体成型によって構成され、さらに前記開口の面積及び形
状は前記平行光源が照明する対象物の形状、面積に対応
するように構成する。
体成型によって構成され、さらに前記開口の面積及び形
状は前記平行光源が照明する対象物の形状、面積に対応
するように構成する。
【００１０】
【作用】本発明における反射手段は、ランプからの直接
光及びリフレクタの反射光を集束して、その中央部に設
けられている開口から出射することができるので、特に
リフレクタの口径よりも小さい対象物を効率よく照明す
ることができるようになる。
光及びリフレクタの反射光を集束して、その中央部に設
けられている開口から出射することができるので、特に
リフレクタの口径よりも小さい対象物を効率よく照明す
ることができるようになる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の平行光源の実施例を説明す
る。図１は平行光源の第一の実施例の構成及び光路を示
す図である。この図で１は光源部である。この光源部１
において、１１は発光として用いられる例えばメタルハ
ライドランプ等のランプを示し、例えば放電型とされ発
光源は真空中に形成されている。１０ａはランプ１０の
発光点を示す。１１はランプ１０の出射光を前方方向に
反射して集束させるとともに、赤外線成分を透過して可
視光のみを反射させるリフレクタを示す。すなわち、こ
のリフレクタ１１はその焦点にランプ１０を配置し、反
射面がパラボラレンズの曲面を有して構成されている。
１２は赤外線カットフィルタを示す。
る。図１は平行光源の第一の実施例の構成及び光路を示
す図である。この図で１は光源部である。この光源部１
において、１１は発光として用いられる例えばメタルハ
ライドランプ等のランプを示し、例えば放電型とされ発
光源は真空中に形成されている。１０ａはランプ１０の
発光点を示す。１１はランプ１０の出射光を前方方向に
反射して集束させるとともに、赤外線成分を透過して可
視光のみを反射させるリフレクタを示す。すなわち、こ
のリフレクタ１１はその焦点にランプ１０を配置し、反
射面がパラボラレンズの曲面を有して構成されている。
１２は赤外線カットフィルタを示す。
【００１２】１３は反射手段としてリフレクタ１１の前
方に配置されているフレネル板を示す。このフレネル板
１３は例えば図２（ａ）の正面図に示されているよう
に、中心部分に所定形状の非レンズ部分とされる開孔部
１４が形成され、リフレクタ１１で反射されたランプ１
０の光が通過するようになされている。開孔部１４は図
２（ｂ）に示されているように、光源部１の照明対象物
の形状に対応させて方形で成型するようにしてもよい。
また、フレネル板１３のリフレクタ１１に対向する面に
は、所定の傾斜を有する輪帯状の反射面１５、１５、１
５・・・が成型されている。この反射面１５にはリフレ
クタ１１又はランプ１０から入射した光を反射する反射
膜が施されている。そして、フレネル板１３の焦点はラ
ンプ１０の位置となるように設置され、リフレクタ１１
から入射された光は反射面１５によって、発光点１０ａ
を通過するように反射される。
方に配置されているフレネル板を示す。このフレネル板
１３は例えば図２（ａ）の正面図に示されているよう
に、中心部分に所定形状の非レンズ部分とされる開孔部
１４が形成され、リフレクタ１１で反射されたランプ１
０の光が通過するようになされている。開孔部１４は図
２（ｂ）に示されているように、光源部１の照明対象物
の形状に対応させて方形で成型するようにしてもよい。
また、フレネル板１３のリフレクタ１１に対向する面に
は、所定の傾斜を有する輪帯状の反射面１５、１５、１
５・・・が成型されている。この反射面１５にはリフレ
クタ１１又はランプ１０から入射した光を反射する反射
膜が施されている。そして、フレネル板１３の焦点はラ
ンプ１０の位置となるように設置され、リフレクタ１１
から入射された光は反射面１５によって、発光点１０ａ
を通過するように反射される。
【００１３】次に、ランプ１０から出射された光がリフ
レクタ１１で反射されフレネル板１３に入射する場合の
光路を説明する。図１に示すようにランプ１０から出射
された光の一部は例えば実線で示されているように、リ
フレクタ１１で反射されて（ａ1 ）その光軸と平行に出
射される（ａ2 ）。そして赤外線カットフィルタ１２を
通過した後にフレネル板１３の反射面１５に入射し、ラ
ンプ１０の発光点１０ａ、つまりリフレクタ１１の焦点
を通過するように反射されることとなる（ａ3 ）。
レクタ１１で反射されフレネル板１３に入射する場合の
光路を説明する。図１に示すようにランプ１０から出射
された光の一部は例えば実線で示されているように、リ
フレクタ１１で反射されて（ａ1 ）その光軸と平行に出
射される（ａ2 ）。そして赤外線カットフィルタ１２を
通過した後にフレネル板１３の反射面１５に入射し、ラ
ンプ１０の発光点１０ａ、つまりリフレクタ１１の焦点
を通過するように反射されることとなる（ａ3 ）。
【００１４】発光点１０ａを通過した光は再びリフレク
タ１１で反射されてその光軸と平行な光となってフレネ
ル板１３側に向かう（ａ4 ）。このとき、ランプ１０ａ
とフレネル板１３の間隔が、ランプ１０とリフレクタ１
１の間隔よりも長くなるような間隔として配置すること
により、リフレクタ１１の反射光はフレネル板１３の開
孔部１４を通過するようになる。
タ１１で反射されてその光軸と平行な光となってフレネ
ル板１３側に向かう（ａ4 ）。このとき、ランプ１０ａ
とフレネル板１３の間隔が、ランプ１０とリフレクタ１
１の間隔よりも長くなるような間隔として配置すること
により、リフレクタ１１の反射光はフレネル板１３の開
孔部１４を通過するようになる。
【００１５】次に、ランプ１０の出射光が直接フレネル
板１３に入射する場合の光路を説明する。また、例えば
図１の破線で示されているように、ランプ１０から出射
された光が直接フレネル板１３に入射すると（ｂ1 ）、
リフレクタ１１に対してその光軸と平行に反射される
（ｂ2 ）。そして赤外線カットフィルタ１２を通過した
後にリフレクタ１１に入射し、ランプ１０の発光点１０
ａ、つまりリフレクタ１１の焦点を通過するように反射
されることとなる（ｂ3 ）。
板１３に入射する場合の光路を説明する。また、例えば
図１の破線で示されているように、ランプ１０から出射
された光が直接フレネル板１３に入射すると（ｂ1 ）、
リフレクタ１１に対してその光軸と平行に反射される
（ｂ2 ）。そして赤外線カットフィルタ１２を通過した
後にリフレクタ１１に入射し、ランプ１０の発光点１０
ａ、つまりリフレクタ１１の焦点を通過するように反射
されることとなる（ｂ3 ）。
【００１６】ランプ１０を通過した光は再びリフレクタ
１１で反射されてその光軸と平行な光となってフレネル
板１３側に向かう（ｂ4 ）。このとき、上記したように
ランプ１０とフレネル板１３の間隔を、ランプ１０とリ
フレクタ１１の間隔よりも長い間隔として配置すること
により、リフレクタ１１の反射光はフレネル板１３の開
孔部１４を通過するようになる。
１１で反射されてその光軸と平行な光となってフレネル
板１３側に向かう（ｂ4 ）。このとき、上記したように
ランプ１０とフレネル板１３の間隔を、ランプ１０とリ
フレクタ１１の間隔よりも長い間隔として配置すること
により、リフレクタ１１の反射光はフレネル板１３の開
孔部１４を通過するようになる。
【００１７】このように、リフレクタ１１の前方にフレ
ネル板１３を配置することにより、反射面１５、１５、
１５・・・で反射された光を再びリフレクタ１１に反射
して、リフレクタ１１の口径よりも小さく成型されてい
る開孔部１４を通過させることができるようになる。す
なわち、リフレクタ１１を単独に使用したときの従来の
光束Ｅが開孔部１４の口径と同等の光束Ｅｒに集束して
出射されるので、リフレクタ１１の口径よりも小さい面
積の対象物（液晶パネルなど）を照明する場合に、光量
の増加をもたらすことができ発光効率が向上するように
なる。
ネル板１３を配置することにより、反射面１５、１５、
１５・・・で反射された光を再びリフレクタ１１に反射
して、リフレクタ１１の口径よりも小さく成型されてい
る開孔部１４を通過させることができるようになる。す
なわち、リフレクタ１１を単独に使用したときの従来の
光束Ｅが開孔部１４の口径と同等の光束Ｅｒに集束して
出射されるので、リフレクタ１１の口径よりも小さい面
積の対象物（液晶パネルなど）を照明する場合に、光量
の増加をもたらすことができ発光効率が向上するように
なる。
【００１８】次に、リフレクタ１１及びフレネル板１３
の焦点について説明する。図３において、横軸方向に示
されているリフレクタ１１の光軸をＺ、リフレクタ１１
の焦点距離、すなわちリフレクタ１１の凹部から発光点
１０ａの距離をｒ、発光点１０ａとフレネル板１３の反
射面１５の距離をｓ、リフレクタ１１で反射して光軸に
平行に出射する任意の光と光軸Ｚの距離をｈ、フレネル
板１３で反射して再びリフレクタ１１で光軸Ｚと平行に
反射する光と光軸Ｚの距離をｄとする。リフレクタ１１
の曲面、すなわちパラボラ曲面とされた曲線ｆ（ｈ）は
数式１に示されるようになる。
の焦点について説明する。図３において、横軸方向に示
されているリフレクタ１１の光軸をＺ、リフレクタ１１
の焦点距離、すなわちリフレクタ１１の凹部から発光点
１０ａの距離をｒ、発光点１０ａとフレネル板１３の反
射面１５の距離をｓ、リフレクタ１１で反射して光軸に
平行に出射する任意の光と光軸Ｚの距離をｈ、フレネル
板１３で反射して再びリフレクタ１１で光軸Ｚと平行に
反射する光と光軸Ｚの距離をｄとする。リフレクタ１１
の曲面、すなわちパラボラ曲面とされた曲線ｆ（ｈ）は
数式１に示されるようになる。
【数１】 そして、光軸Ｚからの距離ｈにおける平行光をフレネル
板１３の焦点に反射させる反射面１５の法線角をθｈと
すると数式２に示されているようになる。
板１３の焦点に反射させる反射面１５の法線角をθｈと
すると数式２に示されているようになる。
【数２】 さらに、上記数式２より数式３とすることができる。
【数３】
【００１９】ここで、例えば図４に示されているよう
に、外径φ１１０mm、焦点距離ｒ＝１５mmとされている
リフレクタ１１に、ｓ＝３５mmとなるようにフレネル板
１３を配置した場合、リフレクタ１１の最外周で反射さ
れた光（ｈ＝５５）は、上記数式３によりｄ＝１６．５
mmの位置に出力される。したがって、リフレクタ１１が
単独の場合に出力されるφ１１０mmの光束は、フレネル
板１３を設けることによってφ３３mmの高密度化された
光束に変換されたこととなる。
に、外径φ１１０mm、焦点距離ｒ＝１５mmとされている
リフレクタ１１に、ｓ＝３５mmとなるようにフレネル板
１３を配置した場合、リフレクタ１１の最外周で反射さ
れた光（ｈ＝５５）は、上記数式３によりｄ＝１６．５
mmの位置に出力される。したがって、リフレクタ１１が
単独の場合に出力されるφ１１０mmの光束は、フレネル
板１３を設けることによってφ３３mmの高密度化された
光束に変換されたこととなる。
【００２０】なお、実際は外径φ１１０mm、焦点距離ｒ
＝１５mmのリフレクタ１１は、光軸Ｚを中心にその中央
部分において、ランプ１０の取付け部分等による例えば
約φ１６mm程度の無効部分ｊが生じることとなる。この
無効部分ｊを除くと７７゜程度の領域の平行光束を得る
ことができるが、図４に示すようにフレネル板１３を設
けると、φ３３mmの開孔部分の領域から直接出射される
平行光束は、例えば約２７．７゜の光束となる。そして
フレネル板１３によって例えば約９２．５゜の光束をφ
３３mmの領域に取り込めるようになるが、リフレクタ１
１の例えば５７．６゜〜６７．４゜に入射する光はラン
プ１０の取付け部分に対応する領域に反射され、約１０
゜の範囲の光はロスになる。
＝１５mmのリフレクタ１１は、光軸Ｚを中心にその中央
部分において、ランプ１０の取付け部分等による例えば
約φ１６mm程度の無効部分ｊが生じることとなる。この
無効部分ｊを除くと７７゜程度の領域の平行光束を得る
ことができるが、図４に示すようにフレネル板１３を設
けると、φ３３mmの開孔部分の領域から直接出射される
平行光束は、例えば約２７．７゜の光束となる。そして
フレネル板１３によって例えば約９２．５゜の光束をφ
３３mmの領域に取り込めるようになるが、リフレクタ１
１の例えば５７．６゜〜６７．４゜に入射する光はラン
プ１０の取付け部分に対応する領域に反射され、約１０
゜の範囲の光はロスになる。
【００２１】リフレクタ１１及びフレネル板１３の反射
率を例えば約９０％程度として、発光点１０ａの光がラ
ンプ１０の壁面を２回通過することによるロスを例えば
約１６％程度とすると、フレネル板１３の反射光のトー
タルのロスは、 ０．９×０．９×０．８４＝０．６８（６８％） となる。このロスを光量に換算すると、 ２７．７＋（９２．５−２７．７−１０）×０．６８＝
６４．９６４゜ に相当し、ここで得られる光量は前記した約２７．７゜
の光束の約２．３倍になる。また、図１に示したように
フレネル板１３にランプ１０から直接照射される多重反
射光も光量アップに寄与することとなる。
率を例えば約９０％程度として、発光点１０ａの光がラ
ンプ１０の壁面を２回通過することによるロスを例えば
約１６％程度とすると、フレネル板１３の反射光のトー
タルのロスは、 ０．９×０．９×０．８４＝０．６８（６８％） となる。このロスを光量に換算すると、 ２７．７＋（９２．５−２７．７−１０）×０．６８＝
６４．９６４゜ に相当し、ここで得られる光量は前記した約２７．７゜
の光束の約２．３倍になる。また、図１に示したように
フレネル板１３にランプ１０から直接照射される多重反
射光も光量アップに寄与することとなる。
【００２２】次に本発明の第二の実施例を説明する。図
５は第二の実施例の平行光源の構成及び光路を示す図で
あり、図１と同一部分は同一符号を付して説明を省略す
る。本実施例では図１に示した光源部１の前方に、非球
面状の反射鏡１６が配置されされている。この反射鏡１
６はフレネル板１３と同様に中心部分に所定形状の非レ
ンズ部分とされる開孔部１７が形成され、リフレクタ１
１で反射されたランプ１０の光が通過するようになされ
ている。さらに、リフレクタ１１に対向する面はパラボ
ラ形状の反射面１８とされ、この反射面１８の焦点は、
リフレクタ１１の焦点と同一位置となるように設定され
ている。したがって、リフレクタ１１で反射された光が
入射されるとランプ１０に集光され、ランプ１０から直
接入射された光はリフレクタ１１に対して平行光となる
ように反射される。なお、本実施例ではリフレクタ１１
と反射鏡１６を別体で構成しているが、一体的に成型す
るようにしてもよい。
５は第二の実施例の平行光源の構成及び光路を示す図で
あり、図１と同一部分は同一符号を付して説明を省略す
る。本実施例では図１に示した光源部１の前方に、非球
面状の反射鏡１６が配置されされている。この反射鏡１
６はフレネル板１３と同様に中心部分に所定形状の非レ
ンズ部分とされる開孔部１７が形成され、リフレクタ１
１で反射されたランプ１０の光が通過するようになされ
ている。さらに、リフレクタ１１に対向する面はパラボ
ラ形状の反射面１８とされ、この反射面１８の焦点は、
リフレクタ１１の焦点と同一位置となるように設定され
ている。したがって、リフレクタ１１で反射された光が
入射されるとランプ１０に集光され、ランプ１０から直
接入射された光はリフレクタ１１に対して平行光となる
ように反射される。なお、本実施例ではリフレクタ１１
と反射鏡１６を別体で構成しているが、一体的に成型す
るようにしてもよい。
【００２３】次に光路について説明する。なお、以下の
説明について、横軸方向に示されているリフレクタ１１
の中心線を光軸Ｚ、リフレクタ１１の焦点距離、すなわ
ちリフレクタ１１の凹部から発光点１０ａの距離をｒ
ｐ、反射鏡１６の反射面１８の焦点距離をｒｍ、リフレ
クタ１１の光束の最大外径をｈｍ、リフレクタ１１で反
射された光と光軸Ｚの距離をｈ、また反射鏡１６で反射
して再びリフレクタ１１で開孔部１７側に反射される光
と光軸Ｚの距離をｄ1 、ｄ2 、開孔部１７の半径をｄｍ
とする。
説明について、横軸方向に示されているリフレクタ１１
の中心線を光軸Ｚ、リフレクタ１１の焦点距離、すなわ
ちリフレクタ１１の凹部から発光点１０ａの距離をｒ
ｐ、反射鏡１６の反射面１８の焦点距離をｒｍ、リフレ
クタ１１の光束の最大外径をｈｍ、リフレクタ１１で反
射された光と光軸Ｚの距離をｈ、また反射鏡１６で反射
して再びリフレクタ１１で開孔部１７側に反射される光
と光軸Ｚの距離をｄ1 、ｄ2 、開孔部１７の半径をｄｍ
とする。
【００２４】まず、ランプ１０から出射された光がリフ
レクタ１１で反射されて反射鏡１６に入射する場合につ
いて説明する。ランプ１０から出射された光（ａ1 ）は
例えば実線で示されているように、リフレクタ１１で反
射されてその光軸と平行に出射される（ａ2 ）。そして
反射鏡１６の反射面１８に入射してランプ１０の発光点
１０ａ、つまりリフレクタ１１の焦点を通過するように
反射されることとなる（ａ3 ）。
レクタ１１で反射されて反射鏡１６に入射する場合につ
いて説明する。ランプ１０から出射された光（ａ1 ）は
例えば実線で示されているように、リフレクタ１１で反
射されてその光軸と平行に出射される（ａ2 ）。そして
反射鏡１６の反射面１８に入射してランプ１０の発光点
１０ａ、つまりリフレクタ１１の焦点を通過するように
反射されることとなる（ａ3 ）。
【００２５】発光点１０ａを通過した光は再びリフレク
タ１１で反射されて、その光軸と平行な光となって反射
鏡１６の開孔部１７に向かうようになる（ａ4 ）。この
ように、反射鏡１６で反射した光束は、リフレクタ１１
のみで反射される光束より小さい光束になることによっ
て開孔部１７から出射されることとなる。
タ１１で反射されて、その光軸と平行な光となって反射
鏡１６の開孔部１７に向かうようになる（ａ4 ）。この
ように、反射鏡１６で反射した光束は、リフレクタ１１
のみで反射される光束より小さい光束になることによっ
て開孔部１７から出射されることとなる。
【００２６】このとき、距離ｄ1 と距離ｈの関係は数式
４に示されているようになる。
４に示されているようになる。
【数４】 さらに上記数式４により距離ｄ1 は数式５に示されてい
るようになる。
るようになる。
【数５】 そして、リフレクタ１１の光束の最大外径ｈｍは数式６
に示されているようになる。
に示されているようになる。
【数６】 したがって、開孔部１７を数式６に示したｄ1 よりも大
きく構成することにより、リフレクタ１１で反射された
光はすべて開孔部１７から出射されるようになる。
きく構成することにより、リフレクタ１１で反射された
光はすべて開孔部１７から出射されるようになる。
【００２７】次にランプ１０の出射光が直接反射鏡１６
に入射する場合について説明する。例えば開孔部１７の
半径が上記数式６に示したｄｍとされ、破線で示されて
いるように前記出射光がｄｍ〜ｈｍの範囲で反射される
と（ｂ1 ）、反射鏡１６における距離ｈ’で反射した光
は光軸Ｚと平行になりリフレクタ１１にもどる（ｂ
2 ）。リフレクタ１１で反射された光は（ｂ3 ）、ラン
プ１０を通過して（ｂ4 〜ｂ5 ）距離ｄ2 において再び
リフレクタ１１で反射され光軸Ｚと平行になる
（ｂ6）。そしてさらに、反射鏡１６、リフレクタ１１
で反射され開孔部１７から出射されることになる。
に入射する場合について説明する。例えば開孔部１７の
半径が上記数式６に示したｄｍとされ、破線で示されて
いるように前記出射光がｄｍ〜ｈｍの範囲で反射される
と（ｂ1 ）、反射鏡１６における距離ｈ’で反射した光
は光軸Ｚと平行になりリフレクタ１１にもどる（ｂ
2 ）。リフレクタ１１で反射された光は（ｂ3 ）、ラン
プ１０を通過して（ｂ4 〜ｂ5 ）距離ｄ2 において再び
リフレクタ１１で反射され光軸Ｚと平行になる
（ｂ6）。そしてさらに、反射鏡１６、リフレクタ１１
で反射され開孔部１７から出射されることになる。
【００２８】このとき、距離ｄ2 と距離ｈ’の関係は数
式７に示されているようになる。
式７に示されているようになる。
【数７】 さらに上記数式７により距離ｄ2 は数式８に示されてい
るようになる。
るようになる。
【数８】 そして例えばリフレクタ１１の反射位置をｄ’とすると
上記数式６より数式９に示されているようになる。
上記数式６より数式９に示されているようになる。
【数９】 このとき距離ｄ’は、例えばｈ’＝ｄｍのときは数式１
０に示されているようになり、またｈ’＝ｈｍのときは
数式１１に示されているようになる。
０に示されているようになり、またｈ’＝ｈｍのときは
数式１１に示されているようになる。
【数１０】
【数１１】
【００２９】次に図６にしたがって、反射鏡１６の焦点
距離及び集光光束幅について説明する。例えばリフレク
タ１１と反射鏡１６の焦点を一致させて配置する場合に
は同図からわかるように数式１２に示されているように
なる。
距離及び集光光束幅について説明する。例えばリフレク
タ１１と反射鏡１６の焦点を一致させて配置する場合に
は同図からわかるように数式１２に示されているように
なる。
【数１２】 さらに数式１２を解くと数式１３に示されているように
なる。
なる。
【数１３】 また上記数式６、及び数式１３によって数式１４とする
ことができる。
ことができる。
【数１４】
【００３０】上記数式１２、１３、１４により反射鏡１
６の焦点距離ｒｍの最小値、及び反射鏡１６によって得
られる光束の最大幅は、リフレクタ１１の焦点距離ｒｐ
と最大外径ｈｍで決まることがわかる。また、上記数式
１０、数式１１に上記数式１３を適用すると、反射鏡１
６に直接入射される光束は数式１５、数式１６で決まる
範囲内となる。
６の焦点距離ｒｍの最小値、及び反射鏡１６によって得
られる光束の最大幅は、リフレクタ１１の焦点距離ｒｐ
と最大外径ｈｍで決まることがわかる。また、上記数式
１０、数式１１に上記数式１３を適用すると、反射鏡１
６に直接入射される光束は数式１５、数式１６で決まる
範囲内となる。
【数１５】
【数１６】
【００３１】例えば焦点距離ｒｐ＝１５mm、ｈｍ＝５５
mm、そして中央部分にφ１８mmの無効部分があるリフレ
クタ１１に適用すると、開孔部１７の半径ｄｍは上記数
式１４より１６．４mmとなる。また、反射鏡１６の最小
焦点距離ｒｍは上記数式１３により５０．４mmとなる。
したがって、この場合、φ１１０mm（４．３''）の光束
がφ３３mm（１．３''）の光束に凝縮されて出射される
こととなる
mm、そして中央部分にφ１８mmの無効部分があるリフレ
クタ１１に適用すると、開孔部１７の半径ｄｍは上記数
式１４より１６．４mmとなる。また、反射鏡１６の最小
焦点距離ｒｍは上記数式１３により５０．４mmとなる。
したがって、この場合、φ１１０mm（４．３''）の光束
がφ３３mm（１．３''）の光束に凝縮されて出射される
こととなる
【００３２】以下、図７にしたがい出射光の効率面につ
いて説明する。例えば、上記したリフレクタ１１（光束
＝φ１１０mm（４．３''）、焦点距離ｒｐ＝１５mm）
は、中央部分のφ１６mmの無効部分を除いて７７゜の領
域の平行光束が得られるが、φ３３mm（１．３''）の領
域の平行光束の量でからみると、２８゜の光束しか取り
込むことができない。上記した反射鏡１６（最小焦点距
離ｒｍ＝５０．４）によって９２゜の光束をφ３３mmの
領域にとり込むことができるが、リフレクタ１１の無効
部分に入射する２６゜（５７．６〜８３．７）の光はロ
スすることとなる。
いて説明する。例えば、上記したリフレクタ１１（光束
＝φ１１０mm（４．３''）、焦点距離ｒｐ＝１５mm）
は、中央部分のφ１６mmの無効部分を除いて７７゜の領
域の平行光束が得られるが、φ３３mm（１．３''）の領
域の平行光束の量でからみると、２８゜の光束しか取り
込むことができない。上記した反射鏡１６（最小焦点距
離ｒｍ＝５０．４）によって９２゜の光束をφ３３mmの
領域にとり込むことができるが、リフレクタ１１の無効
部分に入射する２６゜（５７．６〜８３．７）の光はロ
スすることとなる。
【００３３】例えばリフレクタ１１、反射鏡１６の反射
率を９０％とし、ランプ１０の壁面を２度通過すること
によるロスを例えば１６％とすると、リフレクタ１１の
の反射光のトータルのロスは、 ０．９×０．９×０．８４＝０．６８（６８％） となり、このロスを光束量に換算すると、 ２８＋（９２−２８−２６）×０．６８＝５３．８゜ に相当し、例えば約１．９倍程度の効率アップとなる。
率を９０％とし、ランプ１０の壁面を２度通過すること
によるロスを例えば１６％とすると、リフレクタ１１の
の反射光のトータルのロスは、 ０．９×０．９×０．８４＝０．６８（６８％） となり、このロスを光束量に換算すると、 ２８＋（９２−２８−２６）×０．６８＝５３．８゜ に相当し、例えば約１．９倍程度の効率アップとなる。
【００３４】また、ランプ１０の直接光の多重反射光も
光束アップに寄与する。さらに、直接光は開孔部１７か
ら出射されるまでに通常の反射光と比較して反射が４
回、発光点１０ａを２回余分に通過することになるので
透過率は、例えば ０．９4 ×０．８４2 ＝０．４６ 程度に減衰する。そして反射鏡１６に入射する直接光に
よる光量の増加分は、例えば、 （５７．６−１８．０）×０．４６＝１８．２ 程度となり、総合的な光量の増加分は、例えば （５３．８＋１８．２）／２８＝２．５ 程度となる。
光束アップに寄与する。さらに、直接光は開孔部１７か
ら出射されるまでに通常の反射光と比較して反射が４
回、発光点１０ａを２回余分に通過することになるので
透過率は、例えば ０．９4 ×０．８４2 ＝０．４６ 程度に減衰する。そして反射鏡１６に入射する直接光に
よる光量の増加分は、例えば、 （５７．６−１８．０）×０．４６＝１８．２ 程度となり、総合的な光量の増加分は、例えば （５３．８＋１８．２）／２８＝２．５ 程度となる。
【００３５】上記したように、本実施例のリフレクタ１
１と反射鏡１６により、リフレクタ１１の反射光の全光
束と、反射鏡１６に入射するランプ１０の直接光をすべ
て平行光束に変換して開孔部１７から出射することがで
きるので、光量の効率が向上するようになる。
１と反射鏡１６により、リフレクタ１１の反射光の全光
束と、反射鏡１６に入射するランプ１０の直接光をすべ
て平行光束に変換して開孔部１７から出射することがで
きるので、光量の効率が向上するようになる。
【００３６】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の平行光源
は、反射手段によってランプから出射された直接光の一
部を平行光束として利用することができるとともに、リ
フレクタで反射された反射光も反射手段で反射すること
により、高密度化して反射手段の開孔部から出射するこ
とが可能となる。したがって、開孔部の形状、面積を照
明する対象物に適合させて設計することにより、無駄な
光束を省いた効率のよい光源を実現することができるよ
うになる。さらに、反射手段の設計によって集光系の配
光分布を制御することができるという利点がある。
は、反射手段によってランプから出射された直接光の一
部を平行光束として利用することができるとともに、リ
フレクタで反射された反射光も反射手段で反射すること
により、高密度化して反射手段の開孔部から出射するこ
とが可能となる。したがって、開孔部の形状、面積を照
明する対象物に適合させて設計することにより、無駄な
光束を省いた効率のよい光源を実現することができるよ
うになる。さらに、反射手段の設計によって集光系の配
光分布を制御することができるという利点がある。
【図１】本発明の第一の実施例の光源部の構成及び光路
を示す図である。
を示す図である。
【図２】第一の実施例の反射手段とされるフレネル板の
正面図である。
正面図である。
【図３】第一の実施例のリフレクタとフレネル板の焦点
を説明する図である。
を説明する図である。
【図４】第一の実施例の光源部の光束を説明する図であ
る。
る。
【図５】本発明の第二の実施例の光源部の構成及び光路
を示す図である。
を示す図である。
【図６】第二の実施例のリフレクタと反射鏡の焦点距離
及び集光光束幅を説明する図である。
及び集光光束幅を説明する図である。
【図７】第二の実施例の光源部の出射光の効率について
説明する図である。
説明する図である。
【図８】従来の平行光源の一例を示す図である。
【図９】従来の平行光源の反射手段の一例を示す図であ
る。
る。
１ 光源部 １０ ランプ １０ａ 発光点 １１ リフレクタ １２ 赤外線カットフィルタ １３ フレネル板 １４、１７ 開孔部 １５、１８ 反射面 １６ 反射鏡
Claims (4)
- 【請求項１】 発光源と、 上記発光源の出射光を前方に平行光線として反射するリ
フレクタと、 上記リフレクタの前方に配置され、中心部分に所定形状
の開口が形成されているとともに、上記リフレクタで反
射された光を上記発光源に集光する複数の輪帯状の反射
面が施されているフレネル形状の反射手段を備え、 上記反射手段は上記リフレクタの反射光を入射した場合
は該反射光を上記発光源の発光点を通過するように反射
し、上記発光源の出射光を入射した場合は該出射光を上
記発光源の光軸と平行となるように上記リフレクタに反
射するように構成されていることを特徴とする平行光
源。 - 【請求項２】 発光源と、 上記発光源の出射光を前方に平行光線として反射するリ
フレクタと、 前記リフレクタの前方に配置され、中心部分に所定形状
の開口が形成されているとともに、上記リフレクタで反
射された光を上記発光源に集光する非球面状の反斜面が
施されている反射手段を備え、 上記反射手段は上記リフレクタの反射光を入射した場合
は該反射光を上記発光源の発光点を通過するように反射
し、上記発光源の出射光を入射した場合は該出射光を上
記発光源の光軸と平行となるように上記リフレクタに反
射するように構成されていることを特徴とする平行光
源。 - 【請求項３】 上記リフレクタと上記反射手段は一体成
型されていることを特徴とする請求項２に記載の平行光
源。 - 【請求項４】 上記開口の面積及び形状は上記平行光源
が照明する対象物に対応していることを特徴とする請求
項１又は請求項２又は請求項３に記載の平行光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6188991A JPH0829873A (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 平行光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6188991A JPH0829873A (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 平行光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829873A true JPH0829873A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=16233474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6188991A Withdrawn JPH0829873A (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 平行光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0829873A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1089974C (zh) * | 1997-02-26 | 2002-08-28 | 三星电子株式会社 | Atm网络中定期产生oam信号元的方法和设备 |
| KR100440524B1 (ko) * | 2000-07-13 | 2004-07-19 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 조명 장치, 액정 장치 및 전자기기 |
| US6813464B2 (en) | 2002-03-01 | 2004-11-02 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing device with a peeler and biasing devices and image forming apparatus including the same |
| KR101959932B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2019-03-19 | 손성근 | 보조반사경을 구비한 프레넬 렌즈 |
| KR20190088884A (ko) | 2018-01-19 | 2019-07-29 | 세진오엔티 주식회사 | 광원 장치 및 이를 구비하는 노광 장치 |
-
1994
- 1994-07-20 JP JP6188991A patent/JPH0829873A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1089974C (zh) * | 1997-02-26 | 2002-08-28 | 三星电子株式会社 | Atm网络中定期产生oam信号元的方法和设备 |
| KR100440524B1 (ko) * | 2000-07-13 | 2004-07-19 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 조명 장치, 액정 장치 및 전자기기 |
| US6813464B2 (en) | 2002-03-01 | 2004-11-02 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing device with a peeler and biasing devices and image forming apparatus including the same |
| KR101959932B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2019-03-19 | 손성근 | 보조반사경을 구비한 프레넬 렌즈 |
| KR20190088884A (ko) | 2018-01-19 | 2019-07-29 | 세진오엔티 주식회사 | 광원 장치 및 이를 구비하는 노광 장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011002 |