JPH11167064A - 照明装置 - Google Patents
照明装置Info
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- JPH11167064A JPH11167064A JP9334165A JP33416597A JPH11167064A JP H11167064 A JPH11167064 A JP H11167064A JP 9334165 A JP9334165 A JP 9334165A JP 33416597 A JP33416597 A JP 33416597A JP H11167064 A JPH11167064 A JP H11167064A
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- light
- lens
- condenser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光の利用効率を向上する。
【解決手段】 ランプ１、リフレクタ２からなる光源部
と、この光源部からの光を所定の方向に屈折させるコン
デンサレンズ３、４を備え、コンデンサレンズ４の入射
面及び／または出射面の形状を、前記光源部から出力さ
れた光の、前記コンデンサレンズに対する取り込み角
と、透過原稿が配置される原稿台に対する照射面積が所
定の関係ｒ（θ）となる非球面で構成する。また、コン
デンサレンズ４のかわりに可変焦点とされているフレネ
ルレンズシートを用いる。
と、この光源部からの光を所定の方向に屈折させるコン
デンサレンズ３、４を備え、コンデンサレンズ４の入射
面及び／または出射面の形状を、前記光源部から出力さ
れた光の、前記コンデンサレンズに対する取り込み角
と、透過原稿が配置される原稿台に対する照射面積が所
定の関係ｒ（θ）となる非球面で構成する。また、コン
デンサレンズ４のかわりに可変焦点とされているフレネ
ルレンズシートを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばオーバーヘ
ッドプロジェクター装置などの映像拡大投影装置の光源
に用いられる照明装置に関するものである。
ッドプロジェクター装置などの映像拡大投影装置の光源
に用いられる照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から例えば学校の教室や大きな講演
会場などで、透明なシートに文字や図表などを記入した
透過原稿の背面から光を照射して、その透過光とされる
画像をスクリーンに拡大して投写することができるオー
バーヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）装置が知られてい
る。
会場などで、透明なシートに文字や図表などを記入した
透過原稿の背面から光を照射して、その透過光とされる
画像をスクリーンに拡大して投写することができるオー
バーヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）装置が知られてい
る。
【０００３】図１１はオーバーヘッドプロジェクタ装置
の照明光学系の構成例を示した図である。オーバーヘッ
ドプロジェクタ装置４０の本体部４１内には、照明光学
系としてランプ４２、リフレクタ４３、コンデンサレン
ズ４４、例えば一対のフレネルレンズシートが対向して
隣接している集光部４５など等の光学素子が配置されて
いる。さらに集光部４５の上方部、すなわち本体部４１
の上面部とされる位置には透過原稿とされる例えばＯＨ
Ｐシートを配置することができるようにされている原稿
台４６が形成されている。
の照明光学系の構成例を示した図である。オーバーヘッ
ドプロジェクタ装置４０の本体部４１内には、照明光学
系としてランプ４２、リフレクタ４３、コンデンサレン
ズ４４、例えば一対のフレネルレンズシートが対向して
隣接している集光部４５など等の光学素子が配置されて
いる。さらに集光部４５の上方部、すなわち本体部４１
の上面部とされる位置には透過原稿とされる例えばＯＨ
Ｐシートを配置することができるようにされている原稿
台４６が形成されている。
【０００４】ランプ４２は例えばハロゲンランプやメタ
ルハライドランプなどで構成され、例えば球面として形
成されているリフレクタ４３の球心位置に配置されてい
る。これによりランプ４２から出力され、原稿台４６と
は反対方向に発散する光束を反射して、原稿台４６に戻
すことが可能とされ、ランプ４２から出力される光束の
有効利用を図っている。ランプ４２から出力されるか、
またはリフレクタ４３で反射された光束は平凸レンズと
して構成され耐熱性に優れたコンデンサレンズ４４によ
って集光され、所定の発散角を以て集光部４５に入射す
る。
ルハライドランプなどで構成され、例えば球面として形
成されているリフレクタ４３の球心位置に配置されてい
る。これによりランプ４２から出力され、原稿台４６と
は反対方向に発散する光束を反射して、原稿台４６に戻
すことが可能とされ、ランプ４２から出力される光束の
有効利用を図っている。ランプ４２から出力されるか、
またはリフレクタ４３で反射された光束は平凸レンズと
して構成され耐熱性に優れたコンデンサレンズ４４によ
って集光され、所定の発散角を以て集光部４５に入射す
る。
【０００５】集光部４５を構成する入射側のフレネルレ
ンズシートは、コンデンサレンズ４４により所定の発散
角で入射した光を平行光にして出射する。そして、この
平行光を入射した出射側のフレネルレンズシートは原稿
台４６に配置されるＯＨＰシート（図示せず）を透過し
て、さらにその上方に配置されている投写部を構成する
投写レンズ４７に集光するようにされている。ＯＨＰシ
ートを透過した光は投写レンズ４７で拡大されて、さら
に、投写レンズ４７の上方に配置されいる折り返しミラ
ー４８によってその光束がほぼ水平となるように反射さ
れて例えば壁などに掛けられているスクリーン４９に拡
大投写される。
ンズシートは、コンデンサレンズ４４により所定の発散
角で入射した光を平行光にして出射する。そして、この
平行光を入射した出射側のフレネルレンズシートは原稿
台４６に配置されるＯＨＰシート（図示せず）を透過し
て、さらにその上方に配置されている投写部を構成する
投写レンズ４７に集光するようにされている。ＯＨＰシ
ートを透過した光は投写レンズ４７で拡大されて、さら
に、投写レンズ４７の上方に配置されいる折り返しミラ
ー４８によってその光束がほぼ水平となるように反射さ
れて例えば壁などに掛けられているスクリーン４９に拡
大投写される。
【０００６】図１２に前記照明光学系を拡大して示す。
この照明光学系の光学的な効率を考えると、ランプ４２
を等方指向性を持つ点光源と仮定して、ランプ４２の中
心からコンデンサレンズ４４の最外周に入射する光線の
光軸に対する角度、すなわちコンデンサレンズ４４の取
り込み角をθとするとランプ４２の中心から見たコンデ
ンサレンズ４４の入射面（簡単のために円形と考える）
の立体角ωは、
この照明光学系の光学的な効率を考えると、ランプ４２
を等方指向性を持つ点光源と仮定して、ランプ４２の中
心からコンデンサレンズ４４の最外周に入射する光線の
光軸に対する角度、すなわちコンデンサレンズ４４の取
り込み角をθとするとランプ４２の中心から見たコンデ
ンサレンズ４４の入射面（簡単のために円形と考える）
の立体角ωは、
【数２】 で与えられる。一方、点光源の全周の立体角は４πであ
るから、コンデンサレンズ４４の入射面が点光源から光
束を取り込む割合、すなわち光束の取り込み率ξは（数
３）で表わすことができる。
るから、コンデンサレンズ４４の入射面が点光源から光
束を取り込む割合、すなわち光束の取り込み率ξは（数
３）で表わすことができる。
【数３】
【０００７】なお、従来のオーバーヘッドプロジェクタ
装置では、ランプ４２とリフレクタ４３を組み合わせて
おり、図１１に示した原稿台４６と反対方向に発散する
光束はリフレクタ４３で反射されてコンデンサレンズ４
４に入射するので、照明光学系の光学的な効率は原理上
取り込み率ξの約２倍程度のとすることができる。
装置では、ランプ４２とリフレクタ４３を組み合わせて
おり、図１１に示した原稿台４６と反対方向に発散する
光束はリフレクタ４３で反射されてコンデンサレンズ４
４に入射するので、照明光学系の光学的な効率は原理上
取り込み率ξの約２倍程度のとすることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のオー
バーヘッドプロジェクタ装置では、取り込み角θは例え
ば５３〜６５°程度であり、取り込み率ξは２０〜３０
％程度とされている。しかしランプ４２をフレクタ４３
との組み合わせで用いることを考慮すると、実際には取
り込み角θを最大で例えば約９０°とすることが可能と
され、取り込み率ξも５０％程度とすることができる。
しかし、光の有効利用を考慮して取り込み角θを９０°
に近づけるにしたがって、集光部４５を構成するフレネ
ルレンズシート、及び原稿台４６の中央部分で光束密度
が高く、また周辺部では低くなるいわゆるホットスポッ
ト現象が生じるようになり、良好な画像を得ることがで
きないという問題があった。
バーヘッドプロジェクタ装置では、取り込み角θは例え
ば５３〜６５°程度であり、取り込み率ξは２０〜３０
％程度とされている。しかしランプ４２をフレクタ４３
との組み合わせで用いることを考慮すると、実際には取
り込み角θを最大で例えば約９０°とすることが可能と
され、取り込み率ξも５０％程度とすることができる。
しかし、光の有効利用を考慮して取り込み角θを９０°
に近づけるにしたがって、集光部４５を構成するフレネ
ルレンズシート、及び原稿台４６の中央部分で光束密度
が高く、また周辺部では低くなるいわゆるホットスポッ
ト現象が生じるようになり、良好な画像を得ることがで
きないという問題があった。
【０００９】
【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、照明光学系から出力される光を
原稿台に配置されている透過原稿に照射することによ
り、前記透過原稿の画像を投写することができる映像拡
大投影装置の照明装置において、前記照明光学系は、光
源部と、前記光源部からの光を所定の方向に屈折させる
コンデンサレンズと、前記コンデンサレンズを介した光
を投写レンズに対して集光する一対のフレネルレンズシ
ートによって構成される集光手段を備え、前記コンデン
サレンズの入射面及び／または出射面の形状を、前記光
源部から出力された光の、前記コンデンサレンズに対す
る取り込み角と、前記原稿台に対する照射面積が下記
（数４）において所定の関係ｒ（θ）となる非球面で構
成する。
題点を解決するために、照明光学系から出力される光を
原稿台に配置されている透過原稿に照射することによ
り、前記透過原稿の画像を投写することができる映像拡
大投影装置の照明装置において、前記照明光学系は、光
源部と、前記光源部からの光を所定の方向に屈折させる
コンデンサレンズと、前記コンデンサレンズを介した光
を投写レンズに対して集光する一対のフレネルレンズシ
ートによって構成される集光手段を備え、前記コンデン
サレンズの入射面及び／または出射面の形状を、前記光
源部から出力された光の、前記コンデンサレンズに対す
る取り込み角と、前記原稿台に対する照射面積が下記
（数４）において所定の関係ｒ（θ）となる非球面で構
成する。
【数４】 但し、 θｍａｘ＝コンデンサレンズの最大取り込み角 Ｒｍａｘ＝照射面積の最大半径
【００１０】また、前記照明光学系は、前記光源部に隣
接して配置され、レンズ面が球面形状とされているコン
デンサレンズと、前記コンデンサレンズの前方に、前記
光源部から出力された光の取り込み角と、前記原稿台に
対する照射面積が上記（数４）において所定の関係ｒ
（θ）となるフレネル面を有するフレネルレンズシート
で構成する。
接して配置され、レンズ面が球面形状とされているコン
デンサレンズと、前記コンデンサレンズの前方に、前記
光源部から出力された光の取り込み角と、前記原稿台に
対する照射面積が上記（数４）において所定の関係ｒ
（θ）となるフレネル面を有するフレネルレンズシート
で構成する。
【００１１】本発明によれば、ランプから出射される光
の取り込み角を大きくして光学的な効率を向上するとと
もに、なおかつ、均一な光束密度で透過原稿を照射する
ことができるようになる。
の取り込み角を大きくして光学的な効率を向上するとと
もに、なおかつ、均一な光束密度で透過原稿を照射する
ことができるようになる。
【００１２】
【本発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的
な実施例について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。まず、図１０にしたがい本発明における照明光学系
を構成する際の概要を説明する。光源（ランプ）の配置
位置をＰとした場合、光源の光軸との傾きがθ〜θ＋ｄ
θの間に出射される光束ｄΦは（数５）で示すことがで
きる。
な実施例について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。まず、図１０にしたがい本発明における照明光学系
を構成する際の概要を説明する。光源（ランプ）の配置
位置をＰとした場合、光源の光軸との傾きがθ〜θ＋ｄ
θの間に出射される光束ｄΦは（数５）で示すことがで
きる。
【数５】
【００１３】また、光軸に垂直な照射面に投影される円
環様の面積ｄｓは（数６）で示すことができる。
環様の面積ｄｓは（数６）で示すことができる。
【数６】 したがって、半径がＲ〜Ｒ＋ｄＲの円環へ照射される光
束密度Ψは（数７）で示すことができる。
束密度Ψは（数７）で示すことができる。
【数７】
【００１４】（数７）における光束密度Ψが傾きθに関
わらず一定である、すなわち均一な照明が行なわれてい
る場合、
わらず一定である、すなわち均一な照明が行なわれてい
る場合、
【数８】 である。ただしＫは比例定数（一定）である。さらにこ
の両辺を積分して（数９）を得る。
の両辺を積分して（数９）を得る。
【数９】
【００１５】さらに、この場合の境界条件として、例え
ば θ0 ＝０ｄｅｇ（光軸と平行） θｍａｘ＝最大取り込み角ｄｅｇ Ｒ0 ＝０ｍｍ（光軸と一致） Ｒｍａｘ＝照射面最大半径ｍｍ とすると（数１０）となる。
ば θ0 ＝０ｄｅｇ（光軸と平行） θｍａｘ＝最大取り込み角ｄｅｇ Ｒ0 ＝０ｍｍ（光軸と一致） Ｒｍａｘ＝照射面最大半径ｍｍ とすると（数１０）となる。
【数１０】 （数１０）が成り立つようにコンデンサレンズを設計す
ることで、照射面、すなわちオーバーヘッドプロジェク
タ装置における原稿台の中心部分からなる照射面最大半
径Ｒｍａｘの円内を均一に照明することができるように
なる。
ることで、照射面、すなわちオーバーヘッドプロジェク
タ装置における原稿台の中心部分からなる照射面最大半
径Ｒｍａｘの円内を均一に照明することができるように
なる。
【００１６】後述するように、例えば取り込み角θｍａ
ｘを例えば約７５°とする場合は、コンデンサレンズに
後述する高次多項式によって導かれる非球面を採用する
ことによって（数１０）が成り立つようになる。なお、
（数１０）としては最大取り込み角と照射面最大半径の
関係を示しているが、非球面形状は例えばランプとコン
デンサレンズのレンズ面の距離や、投写レンズの配置位
置など各種光学素子との関連で設定することも可能であ
る。
ｘを例えば約７５°とする場合は、コンデンサレンズに
後述する高次多項式によって導かれる非球面を採用する
ことによって（数１０）が成り立つようになる。なお、
（数１０）としては最大取り込み角と照射面最大半径の
関係を示しているが、非球面形状は例えばランプとコン
デンサレンズのレンズ面の距離や、投写レンズの配置位
置など各種光学素子との関連で設定することも可能であ
る。
【００１７】次に、本発明の第一の実施の形態を説明す
る。図１は本実施の形態のオーバーヘッドプロジェクタ
装置の照明装置の一例を説明する摸式図である。この図
に示す照明装置としては、ランプ１、球面リフレクタ２
の前方に、２枚のコンデンサレンズ３、４を配置してい
る。ランプ１の外径を例えばφ１１ｍｍ、コンデンサレ
ンズ３の入射面、出射面をともに球面、コンデンサレン
ズ３の前方に近接して配置されるコンデンサレンズ４の
入射面を球面、出射面を（数１０）によって算出された
所定の係数値（非球面係数）を用いて高次多項式によっ
て得られる非球面として構成されている。
る。図１は本実施の形態のオーバーヘッドプロジェクタ
装置の照明装置の一例を説明する摸式図である。この図
に示す照明装置としては、ランプ１、球面リフレクタ２
の前方に、２枚のコンデンサレンズ３、４を配置してい
る。ランプ１の外径を例えばφ１１ｍｍ、コンデンサレ
ンズ３の入射面、出射面をともに球面、コンデンサレン
ズ３の前方に近接して配置されるコンデンサレンズ４の
入射面を球面、出射面を（数１０）によって算出された
所定の係数値（非球面係数）を用いて高次多項式によっ
て得られる非球面として構成されている。
【００１８】この高次多項式としては、例えば（数１
１）に示すようになる。
１）に示すようになる。
【数１１】 なお、（数１１）において、 Ｚ ： 光軸から高さｈでの該当面のサグ ｃ ： 基準球面の曲率 ｋ ： 円錐係数 ａｊ： 非球面係数（４次、６次・・〜１８次、２０次
係数） ｈ ： ｈ2 ＝ｘ2 ＋ｙ2 である。
係数） ｈ ： ｈ2 ＝ｘ2 ＋ｙ2 である。
【００１９】また、この場合、コンデンサレンズ３の最
大取り込み角７８度、照射面最大半径１９９ｍｍ、コン
デンサレンズ４の出射面から透過原稿が配置される原稿
台５、すなわち画像が形成される位置までの投写距離１
４５ｍｍとなるように構成される。この場合のコンデン
サレンズ４に関する光学諸元の一例を図２に示す。但
し、図２において、面番号０はランプ１、面番号１、は
コンデンサレンズ３の入射面、面番号２はコンデンサレ
ンズ３の出射面、面番号３はコンデンサレンズ４の入射
面、面番号４はコンデンサレンズ４の出射面を示してい
る。
大取り込み角７８度、照射面最大半径１９９ｍｍ、コン
デンサレンズ４の出射面から透過原稿が配置される原稿
台５、すなわち画像が形成される位置までの投写距離１
４５ｍｍとなるように構成される。この場合のコンデン
サレンズ４に関する光学諸元の一例を図２に示す。但
し、図２において、面番号０はランプ１、面番号１、は
コンデンサレンズ３の入射面、面番号２はコンデンサレ
ンズ３の出射面、面番号３はコンデンサレンズ４の入射
面、面番号４はコンデンサレンズ４の出射面を示してい
る。
【００２０】ところで、図１に示す構成例ではコンデン
サレンズ４は、その出射面の有効直径が１００ｍｍを越
える大口径のレンズとなってしまう。したがって、（数
１０）に示したように、取り込み角の広いコンデンサレ
ンズを設計すると球面収差が大きくなる。これによっ
て、出射角θの光線が集光部のフレネルレンズシートに
入射する角度Ｕと入射光の高さｈとの関係が出射角θに
関して一定にならず、入射高さに関して異なった焦点を
持つため、いわゆる可変焦点のフレネルレンズシートが
必要になる。つまり、（数１０）が成立する光線は、こ
の図には示していない集光部における入射側のフレネル
レンズシートから見ると、入射光の高さｈに応じて焦点
距離を変える必要が生じてくる。
サレンズ４は、その出射面の有効直径が１００ｍｍを越
える大口径のレンズとなってしまう。したがって、（数
１０）に示したように、取り込み角の広いコンデンサレ
ンズを設計すると球面収差が大きくなる。これによっ
て、出射角θの光線が集光部のフレネルレンズシートに
入射する角度Ｕと入射光の高さｈとの関係が出射角θに
関して一定にならず、入射高さに関して異なった焦点を
持つため、いわゆる可変焦点のフレネルレンズシートが
必要になる。つまり、（数１０）が成立する光線は、こ
の図には示していない集光部における入射側のフレネル
レンズシートから見ると、入射光の高さｈに応じて焦点
距離を変える必要が生じてくる。
【００２１】以下、この場合のフレネルレンズシートの
焦点距離について図３、図４にしたがって説明する。一
般にオーバーヘッドプロジェクタ装置において集光部６
は一対のフレネルレンズシートで構成されており、ラン
プ側に配置される入射側のフレネルレンズシート６ａは
照明系からの光線をその光軸に平行な光線に偏向して、
出射側のフレネルレンズシート６ｂに入射させている。
そしてフレネルレンズシート６ｂから出射した光線は、
その焦点距離に入射瞳が配置されるようにされている投
写レンズ７に入射する。ここでフレネルレンズシート６
ａに必要な焦点距離は、例えば図３に示されている、照
明光学系からその光軸に対して角度Ｕで高さｈの点に入
射する光線を例に挙げると、フレネルレンズシート６ａ
の入射面から観てその光線が光軸と交わる点ｚは（数１
２）として示すことができる。
焦点距離について図３、図４にしたがって説明する。一
般にオーバーヘッドプロジェクタ装置において集光部６
は一対のフレネルレンズシートで構成されており、ラン
プ側に配置される入射側のフレネルレンズシート６ａは
照明系からの光線をその光軸に平行な光線に偏向して、
出射側のフレネルレンズシート６ｂに入射させている。
そしてフレネルレンズシート６ｂから出射した光線は、
その焦点距離に入射瞳が配置されるようにされている投
写レンズ７に入射する。ここでフレネルレンズシート６
ａに必要な焦点距離は、例えば図３に示されている、照
明光学系からその光軸に対して角度Ｕで高さｈの点に入
射する光線を例に挙げると、フレネルレンズシート６ａ
の入射面から観てその光線が光軸と交わる点ｚは（数１
２）として示すことができる。
【数１２】
【００２２】すなわち、フレネルレンズシート６ａの光
軸上における点ｚの位置から、角度Ｕとされる光線がフ
レネルレンズシート６ａの高さｈの点に到達して、フレ
ネルレンズシート６ａの作用により光軸に平行な光線に
偏向される。したがって、フレネルレンズシート６ａの
焦点距離ｆはｆ＝ｚとすることができる。この場合、
（数１２）を用いて入射高さｈと必要な焦点距離（ｆ＝
ｚ）の関係を図５に示す。
軸上における点ｚの位置から、角度Ｕとされる光線がフ
レネルレンズシート６ａの高さｈの点に到達して、フレ
ネルレンズシート６ａの作用により光軸に平行な光線に
偏向される。したがって、フレネルレンズシート６ａの
焦点距離ｆはｆ＝ｚとすることができる。この場合、
（数１２）を用いて入射高さｈと必要な焦点距離（ｆ＝
ｚ）の関係を図５に示す。
【００２３】図５は横軸方向に入射光線の高さｈ、縦軸
方向にフレネルレンズシート６ａに必要な焦点距離を示
している。この図に示されている表により、フレネルレ
ンズシート６ａの焦点距離ｆは入射光線の高さｈに応じ
て設定する必要があることが判る。すなわち、入射光線
の高さｈが高くなるほど、フレネルレンズシート６ａで
は長い焦点距離が必要になる。この場合のフレネルレン
ズシート６ａの光学諸元の一例を図６に示す。このよう
にフレネルレンズシート６ａの焦点距離ｆを光線高さｈ
に応じて可変して設定することは、フレネルレンズシー
ト６ａに形成されているフレネル面の傾斜角を変えるこ
とにより容易に実現できる。
方向にフレネルレンズシート６ａに必要な焦点距離を示
している。この図に示されている表により、フレネルレ
ンズシート６ａの焦点距離ｆは入射光線の高さｈに応じ
て設定する必要があることが判る。すなわち、入射光線
の高さｈが高くなるほど、フレネルレンズシート６ａで
は長い焦点距離が必要になる。この場合のフレネルレン
ズシート６ａの光学諸元の一例を図６に示す。このよう
にフレネルレンズシート６ａの焦点距離ｆを光線高さｈ
に応じて可変して設定することは、フレネルレンズシー
ト６ａに形成されているフレネル面の傾斜角を変えるこ
とにより容易に実現できる。
【００２４】ところで、ランプとして例えば約５７５Ｗ
の高電力のメタルハライドランプを採用した場合、ラン
プの温度条件を安定に保つために、発光球の外側をφ２
８ｍｍの透明ガラス管で被った２重構造をとるような構
成となる。この場合に、図１に示したように、例えば２
枚または２枚以上のコンデンサレンズを組み合わせた構
成を採ると、２枚目以降のレンズはその半径を比較的大
きく構成する必要があるので、ガラス材の入手や加工が
極めて困難になってしまう。そこで、例えば１枚のコン
デンサレンズをフレネルレンズシートに置き換えて構成
することにより、（数１０）が成り立つコンデンサレン
ズを設計することができる。
の高電力のメタルハライドランプを採用した場合、ラン
プの温度条件を安定に保つために、発光球の外側をφ２
８ｍｍの透明ガラス管で被った２重構造をとるような構
成となる。この場合に、図１に示したように、例えば２
枚または２枚以上のコンデンサレンズを組み合わせた構
成を採ると、２枚目以降のレンズはその半径を比較的大
きく構成する必要があるので、ガラス材の入手や加工が
極めて困難になってしまう。そこで、例えば１枚のコン
デンサレンズをフレネルレンズシートに置き換えて構成
することにより、（数１０）が成り立つコンデンサレン
ズを設計することができる。
【００２５】以下、図７にしたがい、本発明の第二の実
施の形態としてコンデンサレンズに代えて可変焦点のフ
レネルレンズシートを用いる場合の例を説明する。この
図に示す照明装置としては、ランプ１１、球面リフレク
タ１２の前方に、コンデンサレンズ１３を配置し、さら
にその前方に熱遮断用の平板ガラス１４を介してフレネ
ルレンズシート１５が配置されている。フレネルレンズ
シート１５はランプ１１に対向する面が平面となるよう
に配置されている。
施の形態としてコンデンサレンズに代えて可変焦点のフ
レネルレンズシートを用いる場合の例を説明する。この
図に示す照明装置としては、ランプ１１、球面リフレク
タ１２の前方に、コンデンサレンズ１３を配置し、さら
にその前方に熱遮断用の平板ガラス１４を介してフレネ
ルレンズシート１５が配置されている。フレネルレンズ
シート１５はランプ１１に対向する面が平面となるよう
に配置されている。
【００２６】ランプ１１は例えば２重管構造で外径がφ
２８ｍｍの円筒形状で構成されている。コンデンサレン
ズ１３は、入射面、出射面とも球面により構成されてい
る。また、フレネルレンズシート１５は入射面が平面と
され、例えば出射面には図８に示されているように、
（数１０）によって求められる所定の係数値（フレネル
面係数）に基づいて、所定の高次多項式によって得られ
る傾斜θを有した傾斜部（フレネル面）１５ａ、１５ａ
・・・・が形成されている。この高次多項式としては、
例えば（数１３）に示すようになる。
２８ｍｍの円筒形状で構成されている。コンデンサレン
ズ１３は、入射面、出射面とも球面により構成されてい
る。また、フレネルレンズシート１５は入射面が平面と
され、例えば出射面には図８に示されているように、
（数１０）によって求められる所定の係数値（フレネル
面係数）に基づいて、所定の高次多項式によって得られ
る傾斜θを有した傾斜部（フレネル面）１５ａ、１５ａ
・・・・が形成されている。この高次多項式としては、
例えば（数１３）に示すようになる。
【数１３】 但し、（数１３）において、 θ ： フレネル面の傾斜角度 ｍｊ： フレネル面係数（ｊ＝０，１〜９） ｈ ： ｈ2 ＝ｘ2 ＋ｙ2 である。なお、上記フレネル面係数は（数１０）によっ
て最大取り込み角と照射面最大半径の関係によって設定
されるが、この他にも例えばコンデンサレンズ１３から
フレネルレンズシート１５までの距離や、フレネルレン
ズシート１５から原稿台までの距離など、各種光学素子
との関連で設定することも可能である。
て最大取り込み角と照射面最大半径の関係によって設定
されるが、この他にも例えばコンデンサレンズ１３から
フレネルレンズシート１５までの距離や、フレネルレン
ズシート１５から原稿台までの距離など、各種光学素子
との関連で設定することも可能である。
【００２７】平板ガラス１４とフレネルレンズシート１
５との間は冷却効果の向上を図るために、冷却風が通る
ように例えば５ｍｍ程度の間隔とされる通風路１６を開
けている。
５との間は冷却効果の向上を図るために、冷却風が通る
ように例えば５ｍｍ程度の間隔とされる通風路１６を開
けている。
【００２８】図７に示す例では、最大取り込み角７５
度、照射最大半径１８９ｍｍで設計している。この時、
フレネルレンズシート１５の最大有効半径は１１０ｍｍ
必要となるが、フレネルの成型サイズとしては充分実用
化できる範囲にある。この場合の平板ガラスを含めたフ
レネルレンズシート１５の光学諸元の一例を図９に示
す。但し、図９において、面番号０はランプ１１、面番
号１はコンデンサレンズ１３の入射面、面番号２はコン
デンサレンズ１３の出射面、面番号３は平板ガラス１４
の入射面、面番号４は平板ガラス１４の出射面、面番号
５はフレネルレンズシート１５の入射面、面番号６はフ
レネルレンズシート１５の出射面を示している。さら
に、この場合も、フレネルレンズシート１５の前方には
図３に示した場合と同様に集光部６（フレネルレンズシ
ート６ａ、６ｂ）が配置されるが、図４、図５で説明し
た場合と同様にフレネルレンズシート６ａの入射面に対
する入射光の高さｈと焦点距離を対応させるようにす
る。
度、照射最大半径１８９ｍｍで設計している。この時、
フレネルレンズシート１５の最大有効半径は１１０ｍｍ
必要となるが、フレネルの成型サイズとしては充分実用
化できる範囲にある。この場合の平板ガラスを含めたフ
レネルレンズシート１５の光学諸元の一例を図９に示
す。但し、図９において、面番号０はランプ１１、面番
号１はコンデンサレンズ１３の入射面、面番号２はコン
デンサレンズ１３の出射面、面番号３は平板ガラス１４
の入射面、面番号４は平板ガラス１４の出射面、面番号
５はフレネルレンズシート１５の入射面、面番号６はフ
レネルレンズシート１５の出射面を示している。さら
に、この場合も、フレネルレンズシート１５の前方には
図３に示した場合と同様に集光部６（フレネルレンズシ
ート６ａ、６ｂ）が配置されるが、図４、図５で説明し
た場合と同様にフレネルレンズシート６ａの入射面に対
する入射光の高さｈと焦点距離を対応させるようにす
る。
【００２９】なお、上記第一の実施の形態では２枚のコ
ンデンサレンズ、また第二の実施の形態では１枚のコン
デンサレンズと１枚のフレネルレンズシートというよう
に、複数の光学素子の組み合わせによる構成を例に挙げ
て説明したが、例えば１個のコンデンサレンズで構成す
ることも可能である。さらに、（数１０）による非球面
や傾斜面として構成される面としては、本発明の照明装
置が適用されるオーバーヘッドプロジェクタ装置などの
構成に応じて設定することが可能である。
ンデンサレンズ、また第二の実施の形態では１枚のコン
デンサレンズと１枚のフレネルレンズシートというよう
に、複数の光学素子の組み合わせによる構成を例に挙げ
て説明したが、例えば１個のコンデンサレンズで構成す
ることも可能である。さらに、（数１０）による非球面
や傾斜面として構成される面としては、本発明の照明装
置が適用されるオーバーヘッドプロジェクタ装置などの
構成に応じて設定することが可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明は、ランプ
から出射される光の取り込み角を大きくして光学的な効
率を向上するとともに、なおかつ、均一な光束密度で原
稿台を照射することができるようになる。これにより、
原稿台に配置されている透過原稿を効率良く照明するこ
とができるので、本発明の照明装置をオーバーヘッドプ
ロジェクタ装置などに適用することにより、ホットスポ
ット現象を抑制して輝度むらのない良好な画像を形成す
ることができるようになる。
から出射される光の取り込み角を大きくして光学的な効
率を向上するとともに、なおかつ、均一な光束密度で原
稿台を照射することができるようになる。これにより、
原稿台に配置されている透過原稿を効率良く照明するこ
とができるので、本発明の照明装置をオーバーヘッドプ
ロジェクタ装置などに適用することにより、ホットスポ
ット現象を抑制して輝度むらのない良好な画像を形成す
ることができるようになる。
【図１】本発明の第一の実施の形態の照明装置の構成を
説明する図である。
説明する図である。
【図２】第一の実施の形態のコンデンサレンズの光学諸
元の一例を示す図である。
元の一例を示す図である。
【図３】集光部を構成するフレネルレンズシートの原理
を説明する図である。
を説明する図である。
【図４】集光部の入射側フレネルレンズシートの焦点距
離を説明する図である。
離を説明する図である。
【図５】図４に示す入射側フレネルレンズシートにおけ
る光線の入射位置と焦点距離の関係を説明する図であ
る。
る光線の入射位置と焦点距離の関係を説明する図であ
る。
【図６】図４に示すフレネルレンズシートの光学諸元の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態の照明装置の構成を
説明する図である。
説明する図である。
【図８】第二の実施の形態におけるフレネルレンズシー
トの傾斜角度を説明する図である。
トの傾斜角度を説明する図である。
【図９】第二の実施の形態のフレネルレンズシートの光
学諸元の一例を示す図である。
学諸元の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態の照明光学系を構成する
際の概要を説明する図である。
際の概要を説明する図である。
【図１１】従来のオーバーヘッドプロジェクタ装置の構
成例を説明する図である。
成例を説明する図である。
【図１２】図１１に示すオーバーヘッドプロジェクタ装
置の照明光学系について説明する図である。
置の照明光学系について説明する図である。
１，１１ ランプ、２，１２ リフレクタ、３，４，１
３ コンデンサレンズ、５ 投写レンズ、６ 集光部、
６ａ，６ｂ，１４ 平板ガラス、１５ フレネルレンズ
シート、１６ 通風路
３ コンデンサレンズ、５ 投写レンズ、６ 集光部、
６ａ，６ｂ，１４ 平板ガラス、１５ フレネルレンズ
シート、１６ 通風路
Claims (6)
- 【請求項１】 照明光学系から出力される光を原稿台に
配置されている透過原稿に照射することにより、前記透
過原稿の画像を投写することができる映像拡大投影装置
の照明装置において、 前記照明光学系は、 光源部と、 前記光源部からの光を所定の方向に屈折させるコンデン
サレンズと、 前記コンデンサレンズを介した光を投写レンズに対して
集光する一対のフレネルレンズシートによって構成され
る集光手段と、 を備え、前記コンデンサレンズの入射面及び／または出
射面の形状を、前記光源部から出力された光の、前記コ
ンデンサレンズに対する取り込み角と、前記原稿台に対
する照射面積が下記（数１）において所定の関係ｒ
（θ）となる非球面で構成したことを特徴とする照明装
置。 【数１】 但し、 θｍａｘ＝コンデンサレンズの最大取り込み角 Ｒｍａｘ＝照射面積の最大半径 - 【請求項２】 前記照明光学系において少なくとも２枚
のコンデンサレンズを配置し、これらのコンデンサレン
ズのレンズ面のうち一面以上を前記非球面で構成したこ
とを特徴とする請求項１に記載の照明装置。 - 【請求項３】 前記照明光学系は、 前記光源部に隣接して配置され、レンズ面が球面形状と
されているコンデンサレンズと、 前記コンデンサレンズの前方に、前記光源部から出力さ
れた光の取り込み角と、前記原稿台に対する照射面積が
上記（数１）において所定の関係ｒ（θ）となるフレネ
ル面を有するフレネルレンズシートで構成したことを特
徴とする請求項１に記載の照明装置。 - 【請求項４】 前記コンデンサレンズと前記フレネルレ
ンズシートの間に前記コンデンサレンズに近接して平板
ガラスを配置し、前記平板ガラスと前記フレネルレンズ
シートの間に通風路を設けたことを特徴とする請求項３
に記載の照明装置。 - 【請求項５】 前記平板ガラスに紫外線または赤外線の
透過を低下させる多層膜コートを施したことを特徴とす
る請求項４に記載の照明装置。 - 【請求項６】 前記集光手段を形成する一対のフレネル
レンズシートのうち、入射側のフレネルレンズシートの
焦点距離は前記光源部の光軸からの距離に応じて変化す
るように設定されていることを特徴とする請求項１に記
載の照明装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9334165A JPH11167064A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9334165A JPH11167064A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 照明装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11167064A true JPH11167064A (ja) | 1999-06-22 |
Family
ID=18274273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9334165A Withdrawn JPH11167064A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 照明装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11167064A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005208571A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-08-04 | Seiko Epson Corp | 照明装置及びプロジェクタ |
| CN107356413A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-11-17 | 广东工业大学 | 菲涅尔镜检测装置 |
| CN109827102A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-05-31 | 江苏欣捷诺环境工程技术有限公司 | 一种多用途照射装置 |
| CN114442334A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-05-06 | 歌尔光学科技有限公司 | 准直镜组、光源模组、合光系统及投影装置 |
| US11674655B2 (en) | 2021-07-14 | 2023-06-13 | Edgar Madril | System and method for high efficiency forward lighting collimating projection system |
-
1997
- 1997-12-04 JP JP9334165A patent/JPH11167064A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005208571A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-08-04 | Seiko Epson Corp | 照明装置及びプロジェクタ |
| JP4661149B2 (ja) * | 2003-12-22 | 2011-03-30 | セイコーエプソン株式会社 | 照明装置及びプロジェクタ |
| CN107356413A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-11-17 | 广东工业大学 | 菲涅尔镜检测装置 |
| CN107356413B (zh) * | 2017-08-28 | 2024-03-26 | 广东工业大学 | 菲涅尔镜检测装置 |
| CN109827102A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-05-31 | 江苏欣捷诺环境工程技术有限公司 | 一种多用途照射装置 |
| CN109827102B (zh) * | 2019-04-04 | 2023-12-22 | 江苏欣捷诺环境工程技术有限公司 | 一种多用途照射装置 |
| US11674655B2 (en) | 2021-07-14 | 2023-06-13 | Edgar Madril | System and method for high efficiency forward lighting collimating projection system |
| CN114442334A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-05-06 | 歌尔光学科技有限公司 | 准直镜组、光源模组、合光系统及投影装置 |
| WO2023130678A1 (zh) * | 2022-01-04 | 2023-07-13 | 歌尔光学科技有限公司 | 一种准直镜组、光源模组、合光系统及投影装置 |
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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: 20050301 |