WO2005062115A1

WO2005062115A1 - 光源及び発散角制御方法

Info

Publication number: WO2005062115A1
Application number: PCT/JP2003/016308
Authority: WO
Inventors: Haruhiko Nagai
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07
Also published as: JPWO2005062115A1

Abstract

発光体と反射鏡とで構成された光源により、光線の発散角を小さくし、光線の利用率を向上することを目的とする。光源１２０は、発光体３５、楕円面反射鏡３１、放物面反射鏡３２、及び放物面反射鏡３３とを備える。発光体３５は、楕円面反射鏡３１の焦点位置に設置される。発光体３５の発した発光光の一部は、楕円面反射鏡３１の内部で数回の反射を繰り返した後に、開口部３６、開口部３７から放物面反射鏡３２、及び放物面反射鏡３３に向かう。そして、放物面反射鏡３２、及び放物面反射鏡３３に向かった前記発光光の一部は、放物面反射鏡３２、及び放物面反射鏡３３の周辺領域で反射されることにより、発散角が小さくなる。

Description

明細書光源及び発散角制御方法技術分野

本発明は、発光体を使用した光源に関する。例えば、蛍光ランプ、 L ED (L i gh t Em i t t i n g D i o d e)、 EL (E l e c t r o n i c Lum i n e s c e n c e) など発散性の発光体を用いた投射型画像表示装置に使用する光源に関する。この光源を用いた投射型画像表示装置による、照明光学系へ入射される光線ビームの品質の良質化に関する。背景技術

従来、照明光学系へ入射される光線ビーム品質の良質化については、インテグレー夕ロッドやフライアイ.レンズなどの方法により、光強度分布の一様化が図られている。これらの方法は、すべての投射型画像表示装置において採用され、広く知られている方法である。

しかし、光線ビーム品質の良質化の中でも、光線ビームの発散角を小さくする低発散角化については、超高圧水銀蛍光ランプの低ギャップ長化に期待、依存するのみで、その他の方策については何らの試みもなされていない。しかも、超高圧水銀蛍光ランプの低ギャップ長化は、 lm mを割る低ギャップ長化の開発段階に入っている。このため、低ギヤップ長化とともにに水銀ガスの高圧力化を図り、発光光束の維持あるいは増大を図る技術は限界に近づきつつある。

図 19は、従来の DMD (D i g i t a l M i c r om i r r o r

D e v i c e) 方式プロジェクターの光学構成を示す。放物面反射鏡の焦点に配置された発光体（例えば、冷陰極蛍光放電管 ) から放出される光線は、放物面反射鏡で反射された後に放物面の性質により平行光線となる。そして、この平行光は、フィールドレンズによりインテグレータロッドに集光されて、光強度分布の均一化が図られる。

その後、照明レンズ系で変調スィッチ D M Dに有効に集束、照射された後に、投射レンズに誘導され、スクリーン上に画像が投影される。放物面反射鏡の焦点に設置された発光体は有限の大きさを持つので、放物面境からフィールドレンズに向かう反射光線は理想的な平行光線とはならず、広がり角（発散角）を持った発散性の光線となる。そして、これら発散性の光線がフィールドレンズにより集光され、ィンテグレ一夕ロッドに入射される。このため、インテグレ一タロッド入り口の開口の大きさに対応し、ここで蹴られる（利用されない）光線が発生する。さらに、これらの光線の発散角が大きいと、インテグレー夕ロッドに入射したとしても、その後の光学経路においても光の蹴られが発生し、光線の進行とともに光束の減少が進み、光束の利用率が低いプロジェクタ一となる。従来、このような欠点を解消する方策としては、発光体の点光源化にその努力が集中されてきた。具体的には、冷陰極蛍光放電管の一種である超高圧水銀蛍光ランプのアークギャップ長を小さくし、点光源に近づけることにのみ、プロジェクターシステム構築側では期待していた。しかし、超高圧水銀蛍光ランプの低ギャップ長化は l mmを割る低ギヤップ長ランプの開発段階に入っており、低ギヤップ長化とともにに水銀ガスの高圧力化を図り、発光光束の維持あるいは増大を図る技術は限界に近づきつつあるのが現状である。

図 2 0は、従来の液晶方式プロジェクターの光学構成を示す図である。従来の液晶方式プロジェクターの方式では、放物面反射鏡の焦点に配置された発光体（例えば冷陰極蛍光ランプ）から放出される光線は、放物面反射鏡で反射された後に平行光線となり、フライアイレンズ系を経て、光強度分布の均一化が図られる。

その後の光学経路は基本的には D M D方式と同じであり、液晶の変調スィッチ（液晶パネル 1 0 0 1〜液晶パネル 1 0 0 3 ) を経てスクリ一ン上に画像が投影される。この液晶方式プロジェクターでも、 D M D方式と同じように、超高圧水銀蛍光ランプのアークギャップ長の短小化以外には、光線の低発散角化が検討されていない。したがって、フライアィレンズ系から投射レンズまでの光学経路において、各光学素子での光の蹴られが発生し、光線の進行とともに次第に光束の減少が進み、光束の利用率低下を招いている。

図 2 1は、フライアイレンズ方式の照明光学系を示す図である。発光体は、放物面反射鏡の焦点に設置されている。また、図 2 1に示すフラィアイレンズ方式では、分割された第 1レンズアレイと第 2レンズァレィとで、フライアイレンズが構成されている。そして、放物面反射鏡で反射された光線が平行光線に近くなるほど、プロジェクターシステム内での束の損失が少なく、光利用率が高くなる。

図 2 2は、楕円面反射鏡を用いるインテグレー夕ロッド方式の照明光学系を示す図である。このでは、図 1 9に示したような平行光線をフィ —ルドレンズで集束する方式とは異なり、反射鏡として楕円面反射鏡（集光鏡）を使用して集光している。この光源系では、楕円面の一方の焦点に発光体（光源）が配置され、もう一方の焦点にインテグレータガラスロッドの入射口が配置される。従って、楕円面反射鏡で反射された光線がその後集束され、インテグレー夕ロッドに導入されので、フィールドレンズが不要である。

この図 2 2に示す例においても、上記の例と同様に、発散角が大きいと、インテグレータガラスロッドにより蹴られる（利用されない）光が発生する。

図 23は、従来の光源系から出射する光線の強度分布を示す図である。図 23を用いて、前述したインテグレー夕ロッドやフライアイレンズが必要となる理由を説明する。光源系は、発光体と放物面反射鏡とで構成されている。発光体は、放物面の焦点に配置されている。放物面の各点で反射された光線が、中心光軸に平行に等間隔 A=B=C=Dで進むとする。そうすると、図示したように、発光体から各間隔を眺める視角 (Θ _A, 0_C等）は、中心光軸に近くなるほど大きくなる（0_C>0_A)。従って、発光体から放出される光束の角度分布が一様であるとすれば、放物面反射鏡で反射される光の強度は、図示のように中心光軸上で最大となり、中心光軸を離れるにつれて減少する分布を示す。こうような光強度分布の不均一性を矯正するために、図 2 1あるいは図 22に示したようなフライアイレンズやインテグレータロッドが必要となる。そのため、フライアイレンズやインテグレー夕ロッドを使用する時に、前述図 1 9や図 20の説明で述べたように、光線の発散角が大きいと、光線の蹴られが発生し、また、その後の光学経路においても光の蹴られが発生し、光線の進行とともに光束の減少が進み、光束の利用率が低下してしまう。

また、従来では、発光体から周囲へ放出される光線の内、回転放物面反射鏡や回転楕円面反射鏡の反射面を外れて前方へ進む光線の大部分は使用されず、損失となっていた。この対策として、近年、発光体の前方に小さな球面反射鏡を設け、前方へ発せられた光線を回転放物面反射鏡や回転楕円面反射鏡の焦点方向へ戻し、再び反射させて利用する光線利用方法が発表されている（Ho 1 g e r Mo e n c h and A r n d R i t s : H i gh e r Ou t p u t, Mo r e Com p ac t UHP Lamp Sy s t ems, S ID 02 D I GEST， pp. 1160〜 1163 (2002), F i gu r e 4)₀

図 24は、上記論文の F i gu r e 6として掲載されたグラフのィメージを示す。

また、図 25は、上記論文の F i gu r e 7として掲載されたダラフのイメージを示す。図 24、図 25において

(1) 黒丸印は、前記光線利用方法に係る、小さな球面反射鏡を有する 3 Omm反射鏡の光源（以下、小球面付 3 Omm反射鏡光源という）を示す。

(2) 黒三角印は、前記黒丸印の光源に対して小球面反射鏡を持たない 3 Omm反射鏡の光源（以下、通常 3 Omm反射鏡光源という）を示す

(3) 黒四角印は、小球面反射鏡を持たない光源であり、反射鏡が 42 mmである 42 mm反射鏡光源を示す。

図 24に示すように、前記論文に掲載された方法では、集束された光線の光束（ルーメン数）は増大している。すなわち、反射鏡がいずれも 3 Ommである図中の黒三角印と黒丸印との比較では、黒丸印が約 30 %アップしてる。

しかし、横軸が E t endueの図 25に示すデータでは、小球面付

3 Omm反射鏡光源を示す黒丸印は 42 mm反射鏡光源の黒四角印に対して、小さな E t e n d u e領域では光束量が勝っているにも拘わらず、 E t e n d u eが大きな領域では逆転し、相対的に低い光束量になることが示されている。

E t e n d u e [mm² Xs t e r ad i an] は、光学素子が入射する光線に対して持つ有効面積 [mm²] と立体角 [s t e r ad i a n] との積で定義される量である。 E t endueは、光線の分布に関する量ではなく、単に光線分布の幾何学的境界に関する量であり、伝播中の光線の蹴られに関する尺度を示す指標である。すなわち、小さな E t e n d u eにおいては蹴られる光線の量が多く、損失が大きいことを示している。図 25において、小球面付 30mm反射鏡光源を示す黒丸印は、 c o a t e d b u r n e rつまり UHPランプの前方に小さな球面反射鏡を設けたことで光束量が増え、黒三角印の通常 30mm反射鏡光源に比べて一定の幅の光束増加を示している。しかし、光線の発散角は改善されていないので、 E t e n d u eに対する増加の割合は、黒丸印と黒三角印との間に差はみられない。一方、黒四角印の 42mm反射鏡光源では、低発散角成分の光線が多くなるので、小球面付 30mm 反射鏡光源に比べて E t en dueに対する増加の割合が大きくなつている。従って、黒丸印の小球面付 30 mm反射鏡光源の光束は、黒四角印の 42 mm反射鏡光源と比べると、光束増大の効果により、一見条件の厳しい低 E t e n d u e領域では勝っているように見えるが、高 E t en due領域では、発散角の小さな光線を多く含む 42 mm反射鏡光源を下回るようになるものと思われる。このように、従来の方法では、一定の光束増加が図れているもものの、光線ビームの良質化、すなわち低発散角化は図れていない。

本発明は、このような状況に鑑み、光線ビームの低発散角化及び光の利用率の向上を図ることを目的とする。また、発光体から周囲へ放出される光線のうち、従来では回転放物面反射鏡や回転楕円面反射鏡の反射面を外れ利用されていなかった光線を利用し、光束の利用率を増加させることを目的とする。さらに、光の利用率が高く、かつ、コンパクトな光源を提供することを目的とする。発明の開示

この発明に係る光源は、光を照明光学系に供給する光源において、光を発する発光体と、

前記発光体を所定の位置に設置し、前記発光体の発した発光光を反射させることにより前記照明光学系に入射する前記発光光の光束の全頂角を示す発散角の大きさを制御する発散角制御部と

を備えたことを特徴とする。前記発散角制御部は、

前記発光体の発した前記発光光を複数回反射して所定の方向に出射する第 1の反射鏡と、

前記第 1の反射鏡が前記所定の方向に出射した前記発光光を前記所定の方向に対応する対応領域において反射する第 2の反射鏡と

を備えたことを特徴とする。前記第 1の反射鏡は、

前記発光光を複数の方向に出射し、

前記第 2の反射鏡は、

前記第 1の反射鏡が複数の方向に出射した複数の発光光を前記対応領域のそれぞれの位置で略同じ方向に反射することを特徴とする。前記第 2の反射鏡は、

前記第 1の反射鏡が前記所定の方向に出射した前記発光光を反射して所定の位置に集光することを特徴とする。前記第 1の反射鏡は、回転楕円面を反射面として有する楕円面反射鏡であり、

前記第 2の反射鏡は、

回転放物面を反射面として有する放物面反射鏡であることを特徴とする。前記第 1の反射鏡は、

所定形状の楕円の短軸を回転軸として前記楕円を回転することにより得られる曲面を反射面として有する曲面反射鏡であり、

前記第 2の反射鏡は、

第 1の回転楕円面を反射面として有する第 1の楕円面反射鏡であり、前記第 2の反射鏡は、 '

第 2の回転楕円面を反射面として有する第 2の楕円面反射鏡であることを特徴とする。前記楕円面反射鏡と前記放物面反射鏡とは、

前記回転楕円面の一つの焦点と前記回転放物面の焦点とが略一致するように設置されたことを特徴とする。前記曲面反射鏡と前記放物面反射鏡とは、

前記楕円を回転する場合に前記楕円の焦点のつくる軌跡としての円の略円周上に前記回転放物面の焦点が位置するように設置されたことを特徵とする。前記第 1の楕円面反射鏡と前記第 2の楕円面反射鏡とは、

前記第 1の回転楕円面の一つの焦点と前記第 2の回転楕円面の一つの焦点とが略一致するように設置されたことを特徴とする。前記光源は、

前記第 2の楕円面反射鏡を複数備え、

前記第 2の楕円面反射鏡のそれぞれは、

前記第 2の回転楕円面の 2つの焦点のうち前記第 1の回転楕円面の焦点と略一致する焦点とは異なる側の焦点が略一致するように設置されたことを特徴とする。この発明に係る光源は、回転放物面を反射面として有する放物面反射鏡と、

前記回転放物面の焦点と略同じ位置に設置され光を発する発光体と、前記発光体の発する発光光を前記放物面反射鏡の前記反射面の所定領域に向けて照射する領域照射部と

を備えたことを特徴とする。前記領域照射部は、

前記回転放物面の前記焦点を通り前記回転放物面の軸を法線とする平面で前記回転放物面を前記回転放物面の頂点を含む部分と含まない部分との 2つに分けた場合に、前記頂点を含まない部分のいずれかの領域を前記所定領域として照射することを特徴とする。前記領域照射部は、光を通過する通過口が形成された回転楕円面を反射面として有し、前記発光体の発した発光光を前記回転楕円面の前記反射面で反射させ前記通過口に通過させて、前記放物面反射鏡の前記反射面の前記所定領域に向けて照射する楕円面反射鏡を備えたことを特徴とする。前記領域照射部は、

所定形状の楕円の短軸を回転軸として前記楕円を回転することにより得られる曲面であり光を通過する通過口が形成された反射面を有し、前記発光体の発した発光光を前記反射面で反射させ前記通過口に通過させて、前記放物面反射鏡の前記反射面の前記所定領域に向けて照射する曲面反射鏡を備えたことを特徴とする。この発明に係る光源は、光を発する発光体と、

光を通過させる通過口が形成された回転楕円面を反射面として有し、前記発光体が所定の位置に設置され、前記発光体の発した発光光を前記反射面で複数回反射させ前記通過口に通過させる楕円面反射鏡とを備えたことを特徴とする。この発明に係る光源は、光を発する発光体と、

所定形状の楕円の短軸を回転軸として前記楕円を回転することにより得られる曲面であり光を通過する通過口が形成された反射面を有し、前記発光体が所定の位置に設置され、前記発光体の発した発光光を前記反射面で反射させ前記通過口に通過させる曲面反射鏡と

を備えたことを特徴とする。この発明に係る発散角制御方法は、回転放物面を反射面として有する放物面反射鏡の前記回転放物面の焦点と略同じ位置に光を発する発光体を設置し、前記発光体の発する発光光を前記放物面反射鏡の前記反射面の所定の領域に向けて照射して反射させることにより、前記所定の領域における反射後の前記発光光の光束の全頂角を示す発散角が小さくなるように制御することを特徴とする。この発明に係る発散角制御方法は、光を通過する通過口が形成された回転楕円面を反射面として有する楕円面反射鏡の前記回転楕円面の一つの焦点と略同じ位置に光を発する発光体を設置し、前記発光体の発した発光光を前記反射面により複数回反射させた後に前記通過口に通過させ、前記通過口を通過させた前記発光光を前記反射面とは異なる第 2の反射面で反射させることにより、前記第 2の反射面における反射後の前記発光光の光束の全頂角を示す発散角の大きさを制御することを特徴とする。図面の簡単な説明

図 1は、線状発光体 1の発する発光光と発散角 3との関係を説明する図である。

図 2は、楕円体状発光体 4の発する発光光と発散角 3との関係を説明する図である。

図 3は、発光体の形状と発散角の大きさの関係を示す図である。

図 4は、図 3の楕円体状発光体 4に対して、放物面反射鏡の焦点距離 Pを変えた時の発散角分布を示す図である。

図 5は、反射点 P ( x ₀ , y o ) に依存する発散角の分布を示す図である。

図 6は、回転楕円面を形成するもととなる所定形状の楕円を示す図である。

図 7は、図 6に示した楕円を、 y軸を回転軸として回転した場合にできる回転楕円面を説明する図である。

図 8は、図 6に示した楕円を、 X軸を回転軸として回転した場合にできる回転楕円面を説明する図である。

図 9は、楕円面反射鏡の一例を示す図である。

図 1 0は、放物面反射鏡の一例を示す図である。

図 1 1は、実施の形態 1に係る光源 1 1 0の構成を示す概略図である図 1 2は、放物面を 2つの部分に分ける場合を説明する図である。図 1 3は、実施の形態 1に係る光源 1 2 0を示す図である。

図 1 4は、発光体 3 5と楕円面反射鏡 3 1との組み合わせによる光源 1 3 0の構成を示す断面図である。

図 1 5は、実施の形態 2に係る光源 2 1 0を示す図である。

図 1 6は、発光体として L E Dが、 y z平面上で適当な間隔をおいて円形に配列された状態を示す透視図である。

図 1 7は、実施の形態 3に係る光源 3 1 0の基本原理を示す図である図 1 8は、実施の形態 3に係る光源 3 1 0の構成の概略図である。図 1 9は、従来の D MD方式プロジェクターの光学構成を示す図である。

図 2 0は、従来の液晶方式プロジェクタ一の光学構成を示す図である図 2 1は、従来のフライアイレンズ方式の別の例の照明光学系を示す図である。

図 2 2は、従来の楕円面反射鏡を用いるインテグレー夕ロッド方式の照明光学系を示す図である。

図 23は、従来の光源系から出射する光線の強度分布を示す図である図 24は、上記引用論文の F i g u r e 6のイメージである。

図 25は、上記引用論文の F i g u r e 7のイメージである。発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1.

以下に実施の形態 1〜実施の形態 3に係る光源を説明する。その説明の前提として、図 1から図 5を用いて、実施の形態 1、実施の形態 2及び実施の形態 3に係る光源の基本原理について説明する。

図 1は、線状発光体 1の発する発光光と発散角 3との関係を説明する図である。図 1においては、回転放物面反射鏡 2 (以下、単に放物面反射鏡 2という。）と線状発光体 1とで構成された光源系の光線経路を示す。図の xy座標の原点は、放物面の焦点である。なお、回転放物面を 2次元で表現するので、以下回転放物面は放物線として表わす。

線状発光体 1の中心 Oから放出される光線は、放物面反射境 2の反射点 P (x ₀, y ₀) で反射され、中心光軸すなわち X軸に平行に照明光学系（図示していない）の方へ進む。

しかし、線状発光体 1の両端 Q、 Q' から放出され、点 P (x₀, y o) で反射される光線は x軸とはそれぞれ 0— 、 - θ ' の角度の方向へ進む。従って、放物面反射鏡 2の反射点 P (x。， y。）で反射される光線の発散角 3 (全頂角）は 0— 0 ' となる。ここで重要なことは、 Θ - Θ , の大きさは、反射点 Pの座標（x。， y ₀) に依存して変わることである。すなわち、図から予測できるように、点 Pが原点に近づくほど、発散角 3は増大するが、 x_Qが負の領域に入ると、点 Pから線状発光体 1を見る視角が小さくなり、発散角 3は減少する。これについては、さらに詳しく後述する。前述のとおり、線状発光体 1の中央部分を x y座標の原点 O (放物面の焦点）とする。そして、図 1に示す放物面反射鏡 2は原点 Oに焦点を有する放物線 y² = 4 p (X + D) から成ると想定する。なお、図 1は、放物面反射鏡 2と線状発光体 1との構成の断面を表わしているのはもちろんである。代数幾何学に基づいて 0— Θ ' を導出すると、次のように表せる。

Θ— Θ ' = t a n"¹ ( 1 y ₀/ (2 (x₀+ 2 p) ² - 1 x₀)) + t a n- ¹ ( 1 y ₀/ (2 (x ₀+ 2 p) ²+ 1 x₀)) ( 1 0 0)

P O= x o + 2 p

ここで、 1 ：線状発光体の長さ、 P :放物線の焦点距離。

前記式（1 0 0) の導出過程を以下に説明する。図 1において、前述のように、長さ 1の線状発光体 1の両端を Q、 Q' とする。図中の方程式 y = 2 * (p * (x + p)) ^1/2で表される放物線は、 x y z直交座標系における X軸の周りの回転放物面の反射断面を示している。

線状発光体 1の Q、及び Q' から発せられる光ビームは放物面反射鏡 2で反射され、 X軸の正方向（照明光学系の方向）へ進む。このとき、各反射点 P (x。， y ₀) からの反射光線は、その座標 P (x ₀, y ₀) に依存して異なる発散角 0— Θ ' を持って X軸の正方向（照明光学系の方向）へ進む。ここで、 Θ、 (¾および 0 ' をそれぞれ X軸と線 PQ、 P Oおよび PQ' との間の角度と定義すると、反射点 P (x₀, y ₀) から線状発光体 1の半分 OQおよび OQ' を眺める視角はそれぞれ 0— α および 0! _ 0 ' となる。ところで、 x y座標系の原点 Oに焦点を有する放物線の関数は次のように表される。

y²= 4 p (x + p) (1 )

ただし、 Pは放物線の頂点から焦点（図では原点 0) までの距離である。

反射点 P (x。， y。）から放物線の焦点までの距離 POは次式で与えられる。

PO= (x₀ ² + y o²) ^1/2 (2)

式（1) と式（2) より、次式（3) が導かれる。

PO= (x₀ ² + 4 p x₀ + 4 p²) ^1/2 = x₀+ 2 p (3)

一方、反射点 P (x₀, y o) から準線（x =— 2 p) への垂線 PH を引くと、 PH=x。+ 2 pであるので、長さ PHは長さ POに等しいことが分かる。さらに、反射点 P (x₀, y ₀) から準線（x = _ 2 p ) へ、線 PHとはそれぞれ角度 0— およびひ— 6> ' だけ傾けられた線】ぉょび？ ' を引く。また、原点 Oを通り、線 POに直交する線を引き、直線 PQおよび直線 PQ' との交点をそれぞれ Tおよび T' とする。

PC)=PHぉょび、 .角TPT， (=θ - Θ は角 J P J， d— Θ， ) に等しいので、三角形 PTT' は三角形 P J J ' と合同である。

従って、長さ TT' は長さ J J ' に等しい。

以上の結果より、放物面反射鏡 2上の点 P (x。， y ₀) からの反射光線は、あたかも TT' (QQ' ではなく）と同じ長さの仮想の線状発光体 J J ' が準線（x =— 2 p) 上にあり、この仮想線状発光体から出た光が X軸の正方向へ反射点 P (χ。， y O) を通って直進するかのごとく、 X軸の正方向へ反射され、進行することが理解できょう。角度 0 - Θ ' は、長さ 1の線状発光体 1のあらゆる点から放出され、放物面反射鏡 2上の点 P (x₀, y ₀) で反射される多くの光線が形成する光線群の最大広がり角を示す。以後、これを最大発散角と称する。

次に、最大発散角 0— 0 ' を求める。

先ず、三角形 POQに正弦法則を適用すると、 PO/s i n (π— Θ ) =OQ/ s i n ( Θ - ) (4)

ししし、

PO = OT/ t a n ( θ ~ a) (5)

式（5) および〇Q= l /2を式（4) に代入すると、長さ OTは次のように表される。

OT= ( 1 /2) / (s ί η αί + c o s - a c o t θ ) (6) ここで、

s i n a = y。ZPO, c o s a = x。ZPO (7)

および

t a n 0=y。/ (x。 — 1 Z2) (8)

式（7) と式（8) を式（6) に代入すると、長さ OTは

OT/PO = OT/ (x。+ 2 p) = l y。/ (2 (x。+ 2 p) ² 1 x₀)) (9)

のように導出される。

式（9) の OTZPOを式（5) に代入し、式（3) を利用すると、次式が得られる。

t a n ( θ - α) = 1 y ₀/ (2 (x₀+ 2 p) ²- 1 x₀)) (1 0) 式（1 0) は線状発光体 1の半分 OQに対応した発散角 0— ひを示している。発散角 0— aは、反射点 Pの座標（x。， y ₀) や焦点距離 p など放物線のパラメ一夕および線状発光体 1の長さ 1に依存する。同様に、正弦法則を三角形 POQ' に適用して計算すると、線状発光体 1のもう一方の半分 OQ' に対応した発散角 α— 0 ' が次のように得られる。

t an ( - θ ') = I y ₀/ (2 (x₀+ 2 p) ²+ 1 x₀)) (1 1 )

従って、最大発散角 0— 0 ' は式（1.0) と式（1 1) から、（0— ) と（α— θ ') の和として次の式（ 12) が得られる。

Θ— Θ， = t an- ¹ ( 1 y ₀/ (2 (x₀+ 2 p) ²- 1 x₀)) + t a n -¹ ( 1 y ₀/ (2 (x₀+ 2 p) ²+ 1 x₀)) (12)

となる。この式（12) は、前述の式（100) である。

図 2は、楕円体状発光体 4の発する発光光と発散角 3との関係を説明する図である。図 2も図 1と同様に、本実施の形態の基本原理を説明するための図であり、図 1の線状発光体 1を、楕円体状発光体 4とした点が異なる。図 2には、放物面反射鏡 2と楕円体状発光体 4とで構成された光源系の光線経路を示す。

実際の高ガス圧力短ギャップァ一ク放電の発光形状は、線状よりはむしろ丸みを帯びた楕円体や球に近いと想定される。そこで、形状が楕円体の楕円状発光体 4と放物面反射鏡 2とで構成された光源系における発散角 3を検討した。図 2において、線 PTと線 PT' とは、点 Pから楕円への接線を示す（なお、 T、 T' は接点ではない）。また Q、 Q' はそれぞれの接線 PT、接線 PT' と X軸との交点を示す。この場合、反射点 P (x。， y o) から楕円を望む視角 0— 0 ' は線分 TT' で形成される。ここで、線分 TT' は、原点 Oを通り、 POに垂直な線分である。

楕円体状発光体 4から発光された光線が放物面反射鏡 2の反射点 P ( x。， y ₀) で反射され、 X軸方向へ進む。光線の発散角（半頂角） Θ 一 αは、線状発光体 1の場合と同様に、代数幾何学に基づいて導出すると次の式（200) のようになる。

t an ( θ - ) = (±χ₀ ( b ² χ ₀ ² + a ² y ₀ ² - a ² b ²) ^1/2+ a² y ₀) Z (x o (x₀ ² + y ₀ ²— a²) 土 y ₀ ( b ² x ₀ ² + a ² y ₀ ²— a ² b ²) ^1/2) ( 200 )

なお、導出過程については後述する。ここで、 aは楕円状発光体の X 軸上の半径、 bは楕円状発光体の y軸上の半径である。

また、式（2 00) において、十一の表示は上記 2つの接線（接線 P

Tと接線 ΡΤ') に対応している。「十」の場合は図 2中の 0— αに対応する。「一」の場合は 0— <0、すなわち図 2のひ一 0 ' に対応する。従って、全頂角 6>— 0 ' は、式（2 00) で得られる 2つの S—ひの差分として得られる。

ところで、式（200) において、 b = 0の時、発光体の形状は線状になり、 a = bの時発光体の形状は球となる。式（200) に b = 0および a= 1 2を代入すると、

t a n (θ - α) = I y ₀/ ((2 (x₀ + 2 p) ² 一 l x₀)) t a n ( - θ ') = 1 y ₀/ ((2 (x₀+ 2 p) ²+ 1 x₀))

が得られ、式（1 00) (線状発光体 1について求めた式）と同一の 0 一 Θ ' が得られる。

また、式（200) に a = bおよび a= 1 Z2を代入すると、 t a n (θ - α) =± (1Z2) / ((χ。+2ρ) ²— ( 1 /2) ²) ¹

/2 が導かれ、従って、球状発光体の時の発散角（全頂角） 0— 0 ' は、 θ - θ ' = 2 t a η"¹ ((1/2) / ((χ。+2 ρ) ²— (1/2) ² ) ^1/2)

として得られることがわかる。

前記式（200) の導出過程を以下に説明する。 X軸まわりに楕円を回転した形状の楕円体状発光体 4は、 y ζ平面に平行な断面は常に円形を示し、 X軸の周りの断面は次式（1 3) が示すように、長径が 2 a、短径が 2 bの楕円形状を示す。

(x²/a²) + (y²/b²) = 1 (1 3)

図 2において、前述のように、直線 PTおよび直線 PT' は、放物面反射鏡 2上の点 P (x。， y₀) から楕円体状発光体 4へ引かれた二つの接線（接点 S (x_l5 y ₁)) を示している。点 Qおよび点 Q' は、それぞれ接線 PT、および接線 PT' と X軸との交点である。接点 S (X い y _χ) における楕円への接線の方程式は、良く知られているように、

y =mx + k (14)

と表される。ここで、 mは接線の勾配、 k = ± (a²m² + b²) ^1/2、 x！ =— a ²/ k

y ! = b²/k (1 5)

である。

図 2に示されているように、二つの接線が存在するので、式（14) に y= 0を代入して長さ OQ (>0) および長さ OQ' (<0) を求める。

0< (Θ , 0，） < tZ2、すなわち t a n 0、 t a n 0 ' >Oの時は、それぞれの接線に対して m= t a n 0、 k = - (a ² t a n² Θ + b ²) ^1/2および m' = t a n 0，、 k ' =+ (a ² t a n² θ ' +b" ^1/2とすると、

OQ = + ((a ² t a n ²0 + b ²) ^1/2) / t a Θ

OQ' =- ((a² t a n² ^ ' +b" ^1/2) / t a n Θ ' (1 6) %/2< (Θ , 0，）く TT、すなわち t a n 0、 t a n 6> ' く 0の時は、それぞれの接線に対して m= t a n 0、 k = + (a ² t a n ²0 + b ²) ^1/2および m， = t a n Θ \ k ' =- (a² t a n² Θ ' +b²) ^1/2とすると、

OQ =— ((a² t a n²0 + b²) ^1/2) / t & η θ

OQ' =+ ((a² t a n²0 ' +b" ^1/2) / t a n 0 ' (1 7) 線状発光体 1の場合と同様に、三角形 POQに正弦の法則を適用すると、

PO/s i n (π - Θ ) =OQZs i n ( Θ - ) (1 8)

ここで、

PO = OTZ t a n { Θ - ) (1 9)

式（1 6) と式（1 7) の OQおよび式（1 9) を式（1 8) に代入すると、長さ OTが次式のように導かれる。

OT= (土（a² t a n²0 + b²) ^1/2) / (c o s a + s i n a t a n Θ) (20)

ししし、

s i n a = y O

c o s CK = X。ZPO (2 1)

及び

t a n 0 = y。 Z (x。一 OQ) (22)

式（1 6) と式（1 7) の OQを式（22) に代入すると、次のように t a n « に関する 2次方程式が得られる。

(x₀ ²_ a²) t a n²- 2 x₀y₀ t a n 0 + y_o ²-b²=O (23

)

式（2 3) の解は、

t a e= (x。y。土（a²y₀ ² + b² (x₀ ²- a²)) ^1/2) / (x₀ ²— a²) (24)

ここで、プラスの符号は〇Qすなわち 0に、マイナスの符号は OQ' すなわち 0 ' に対応する。

また、式（2 1) と式（22) 式、および（1 6) と式（1 7) の O Qを式（2 0) に代入すると、長さ OTは最終的に次式のように表される。

OT = P〇 (x₀ t a n 6> -y ₀) / (x₀ + y ₀ t a η θ) (2 5) 従って、式（1 9) より、次式（2 6) が得られる。

t a n ( Θ - ) = (x ₀ t a n 0 -y_o) / (,χ ₀ + y ₀ t a n Θ ) (2 6)

式（2 6) と式（2 4) より、楕円の形状パラメ一夕 aおよび bを与えれば、放物面反射鏡 2上の反射点 P (x。， y o) における t a n ( θ - α) を計算することができる。少し計算過程が複雑になるが、式（ 2 6) と式（2 4) をまとめると、

t a n (θ - α) = (±x。（b ²x。²+ a ²y。²— a ² b ²) ^1/2+ a ² y ₀) / (x₀ (x₀ ² + y o²- a ²) 土 y₀ ( b ² x ₀ ² + a ² y ₀ ²— a ² b ²) ^1/2) (2 7)

となる。式（2 7) は、式（2 0 0) に一致している。ここで、士の符号は、式（2 4) と同順同符号である。

同様に、三角形 POQ' についても正弦の法則を適用し、式（1 6) と式（1 7) の OQ' を適用すると、 0T' についても OTの場合と同じ形式（2 4) 〜（2 6) が導かれる。したがって、最終結果についても式（2 7) と同じ形式が得られる。

ここで、以下のように、（A) b = 0および（B) a = bの 2つのケースを考えてみる。

(A) b= 0すなわち線状形状の線状発光体 1の場合

式（24) に b = 0を代入すると、 t a n 0は

t a n 0 = y。（X。T a) (2 8)

従って、式（2 6) より、 t a n — は次式のように表される。

t a n (Θ - a) =± a y₀_ ((x₀+ 2 p) ² + a x ₀ ) ( 2 9) 式（29) に a= 1 Z2を代入すると、 t a n ( 0—ひ）は次のようになる。 t a n ( θ - ) =± l y₀/ ((2 (x₀+ 2 p) ²不 l x₀)) (3 0)

θ > (X、 Θ， < であるので、

t a n ( Θ - ) = I y ₀/ ((2 (x₀+ 2 p) ²— l x₀))

t a n (α - θ ') = 1 y ₀/ ((2 (x₀ + 2 p) ²+ 1 x₀)) (3 1 )

式（3 1) の結果は、先に、放物面反射鏡 2と線状発光体 1からなる光源系において導出された式（10) と式（11) に一致する。

(B) a = bすなわち球形状の発光体の場合

a = bの時、式（24) より t a n 0は次のように表される

t a η Θ = (x₀y₀±a ( x ₀ ² + y ₀ ² - a ²)) ^1/ ) / (x ₀ ²— a ² ) (32)

式（2 6) と式（3 2) より、 x。² + y。²= (x。+ 2 p) ²の関係を利用すれば、 t a n ( θ - α) は、最終的に次式（3 3) のように導出される。

t an ( θ - a) =±aZ ((x₀+ 2 p) ²— a²) ^1/2 (3 3) 式（3 3) において a= 1 /2とすると、 t a n ( θ - ) は t a n ( θ - α) =± (1Z2) / ((χ₀+ 2 ρ) ²— ( 1 / 2) ²) ¹ ノ ² (34)

となる。

0> の時、

t a n ( θ - α) =+ ( 1 / 2 ) / ((χ。+2ρ) ²— (1/2) ²) ¹ ^/2 (3 5)

となり、 0<αの時 0を 0 ' に置き換えると、

t a n ( - θ ') =+ (1/2) / ((χ₀+ 2 ρ) ² - \ / 2 ) " ¹ ² (3 6) 従って、角度 0— αは角度一 0 ' に等しいことがわかる。これは、図 2において、発光体の形状が球の場合を想定すれば容易に理解できることである。

従って、球状発光体の場合の最大発散角 0— 0 ' は

Θ— Θ , =2 t an"¹ (( 1 /2) / ((x。+ 2 p) ²— ( 1 /2) ² ) ^1/2) (37)

となる。

式（26) と式（24) を用いれば、最大発散角 Θ— 0 ' の分布を、色々な形状の発光体に対して計算することができる。図 3は、発光体の形状と発散角の大きさの関係を示す図である。

図 3は、図 1、図 2に示した P点で反射した光の発散角を - θ， , y ₀) としてプロットしている。

図 3は、長軸 2 a= lmm、短軸 2 b = 0. 5 mmの楕円体状発光体 4 を基準の光源として、代表的な 3つのケース b = aの球状発光体、 b = 0. 5 aの楕円体状発光体、 b = 0の直線状発光体の場合に対して、最大発散角 0— 0 ' の y方向分布を計算し、放物線（焦点距離 p = 8mm ) と同じ座標にプロットしたものである。すなわち、図 1、図 2に示した放物線の点 P (x_Q, y ₀) で反射した光について、その発散角 — Θ ' を、点 θ— Θ , , y ₀) としてプロットしている。

' 横軸は、放物線上の X座標（cm) 及び放物線の点 P (x_Q, y₀) 上で反射した発散角 0— 0 ' の大きさを示す。縦軸は放物線上の y座標 (cm) を示している。また、横軸は、放物線の位置 X座標（cm) と発散角 0— 0 ' (度）の目盛が共通となっている。例えば、横軸の「2 」とは、 x_Qの座標が 2 cmであること、及び発散角 Θ— Θ ' の大きさが 2度であることの両方を示す。

図 3から、最大発散角 0— 0 ' は放物面の中心光軸に近づくにつれて大きくなるが、中心光軸近傍では発光体の形状に依存することが分かる

。球状発光体の場合、最大発散角 0— 0 ' は放物面の中心光軸（X軸）に近づくと共に一様に増大する。しかし、楕円体や線状の発光体では、ピークを経た後減少の傾向を示す。これらの現象は、式（12) と式（ 37) を見れば、定性的にも理解できることである。すなわち、球状発光体では、 Θ— θ，は長さ ΡΟ (χ。+2 ρ) に反比例しているので、が大きくなる、あるいは χ。が小さくなるにつれて長さ ΡΟが小さくなり、 Θ— Θ , がー様に増大する傾向が分かる。線状発光体 1の場合は、 Θ— Θ，は y。にも比例しているので、中心光軸に近づくにつれて y 。の影響が大きくなり、

が減少するものと理解される。楕円体状発光体 4の場合は、これら二つのケースの中間的な振る舞いを示している。特筆すべきことは、中心光軸から離れた領域では、発光体の形状にあまり関係無く、ほぼ同じ最大発散角 0— 0 ' を示していることである。

しかし、中心光軸近傍になると一 6> ' は発光体の形状に大きく依存し、 Θ— θ ' のピークは、発光体が直線状から楕円、球状へと形状を変えるとともに大きくなることが分かる。

これは、反射点 P (x₀, y₀) から発光体を見た幾何学的視角が、球状発光体の場合は不変であるのに対して、楕円体状発光体 4、特に線状発光体 1の場合には大きく変わることに起因している。

上記の基本原理を用いた後述の実施の形態によれば、照明光学系へ向かう光線の発散角を半分程度に減少させることができる。その結果として、同じ f ナンバーのフィールドレンズで、インテグレータロッド入り口開口の直径あるいは大きさを半減することが可能である。例えば、図 3のグラフにおいて球状発光体の例をとると、中心光軸（X軸）（P点の y。=0) の発散角は約 7. 2度である。しかし、発光体の真上（放物線の y切片）から周辺に渡っての放物面の反射領域を利用すれば、発散角が約 3 . 6以下の集束性の良い光線のみを利用できる。以下では、所望の大きさの発散角を得ることのできる放物面反射鏡の反射領域を「周辺領域」という。本実施の形態 1では、「周辺領域」は、図 3に示すように放物線において x≥0の領域を想定する。しかしながら、これは一例であり、「周辺領域」は、これに限定されることはない。「周辺領域」は、所望の発散角の大きさにより決定される。

発散角 7 . 2度（約 0 . 1 3ラジアン）の光線を焦点距離 8 0 mmのフィールドレンズで集光した場合、焦点面でのビーム径は約 1 0 mmとなるが、以下に示す本実施の形態の光源系を採用すれば、この半分の約 5 mmとなり、ィンテグレータロッドなどの光学素子の大きさのみならず、その後の伝送系における光の損失（光学素子による光の蹴られ）の低減へ与える効果は非常に大きい。

前述の基本原理により、本実施の形態 1〜実施の形態 3に係る光源は、光源の小形化にも有効である。

図 4は、図 3の楕円体状発光体 4に対応した、放物面反射鏡 2の焦点距離 Pを変えた時の発散角分布の計算例を示す。

焦点距離 Pが小さくなると、中心光軸（X軸）近傍の発散角は著しく大きくなるが、中心光軸（X軸）からある程度離れた「周辺領域」では逆に、焦点距離 p = 4 mmの発散角は焦点距離 p = 8 mmの発散角より小さくなることが分かる。従って、例えば x = 4 c mの点で比較すると、放物面反射鏡の開口外径は P = 8 mmで約 3 . 9 c m、 p = 4 mmで約 2 . 7 c mとなり、発散角は約 0 . 8度とほぼ同じ値でありながら、 p = 4 mmの時の外径は p = 8 mmの時の外径に対して約 3 0 %減少する。一方、 ρ = 8 mmの場合、発光体の中心の真上から x = 4 c mの周端までを反射領域とすると、 p = 4 mmの場合は、発光体の中心の真上から約 18度右に傾けた直線から、さらに右の領域が反射領域となり、 p = 8 mmの場合と比べると反射領域が少し狭くなるが、全体として、ほぼ同一の発散角が小外径の放物面反射鏡から得られる。

図 5は、図 1〜図 4の解析 ·分析の結果が一目で分かるように、反射点 P (x_Q， y₀) に依存した発散角の分布を拡大 ·強調して示した図である。結論として、

(1) 放物面反射鏡の中心光軸近傍（Pが放物面の頂点近傍の場合）では光線の発散角が大きく、中心光軸から周辺へ離れるほど発散角が小さくなるので、放物面反射鏡の「周辺領域」へ光線を誘導し、反射させれば、低発散角の反射光線が得られる。図に示すように反射位置を頂点よりも、直上の R点さらには P点へ導くにしたがって発散角を小さくすることができる。

(2) 式（1 00)、 (200) の解析からも分かるように、発散角は、 POの距離（x。+ 2 p) に反比例するので、発光体の中心から出た光が回転放物面の焦点 Oを通り、反射点 P (x。， y₀) に到達する距離 P Oが大きくなるような光学系を設計すれば、低発散角の反射光線が得られる。

図 6〜図 8は、以下の説明で使用する楕円面等についての定義を説明する図である。

図 6は、回転楕円面を形成するもととなる所定形状の楕円 5を示している。楕円 5の 2つの焦点の中点を xy z座標の原点とする。また、楕円 5の短軸は X軸上に有る。長軸は y軸上にある。

図 7は、図 6に示した楕円 5を y軸を回転軸として回転した場合にできる回転楕円面を説明する図である。このように、楕円 5を y軸（長軸 ) まわりに回転して得られる回転楕円面を、以下、単に「楕円面」といラ。図 8は、図 6に示した楕円を、 X軸を回転軸として回転した場合にできる回転楕円面を示す図である。このように、 X軸（短軸）まわりに回転して得られる曲面を、以下、（楕円一円）面という。

なお、以下の説明では、反射面として放物面を有する放物面反射鏡、あるいは、反射面として楕円面、（楕円一円）面を有する楕円面反射鏡等について述べるが、これらの放物面反射鏡、楕円面反射鏡等は、説明の便宜のため、反射面の形状をそのまま反射鏡の形状としている。そして、これらの断面を示す図面では、放物線、あるいは楕円として表現している。しかし、実際には図 9に示す楕円面反射鏡（断面を示している ) や、図 1 0に示す放物面反射鏡（断面を示している）のように、反射面以外の形状は特に問わない。

次に、実施の形態 1に係る具体的な光源について説明する。

図 1 1は、実施の形態 1に係る光源 1 1 0の構成を示す概略図である

。図の x y座標は図 6に示す座標と同様である。

光源 1 1 0は、発光体 1 5、半楕円反射鏡 1 1、放物面反射鏡 1 2、及び放物面反射鏡 1 3により構成されている。

なお、発光体 1 5は、さらに第 2焦点の位置に設置しても構わない。また、発光体 1 5は、ランプ、 L E D、 E Lなど、発散性の発光体を想定している。

放物面反射鏡 1 2、放物面反射鏡 1 3により反射された光は、照明光学系（図示していない）に向かう。なお、図 1 1は、この構成の断面を示す概略図である。また、半楕円反射鏡 1 1は、図 7に示した楕円面を y z平面で切断したうちの下半分の面を反射面として有する形状である図 1 1において、 x y座標の原点は、楕円の第 1焦点と第 2焦点との中点である。楕円の第 1焦点と第 2焦点とは、 y軸上にある。発光体 1 5は、半楕円面反射鏡 1 1の第 1焦点と略同じ位置に設置される。図 1 1において、放物面反射鏡 1 2 (回転放物面）の焦点は、半楕円面反射鏡 1 1の第 1焦点と略同じ位置であり、放物面反射鏡 1 2 (回転放物面 ) の軸は、 X軸に略平行である。放物面反射鏡 1 3は、放物面反射鏡 1 2と同様に、対称に配置されている。

図 1 2は、放物面を 2つの部分に分ける場合を説明する図である。図 1 2において、回転放物面 2 2の焦点 2 5を通り、回転放物面 2 2の軸 2 1を法線とする平面 2 3により回転放物面 2 2を切断する。この場合に、回転放物面 2 2は、回転放物面 2 2の「頂点を含まない部分 2 6」と、回転放物面 2 2の「頂点を含む部分 2 7」との 2つに分かれる。図 1 1では、半楕円反射鏡 1 1を設けたことにより、放物面反射鏡 1 2及び放物面反射鏡 1 3の「頂点を含む部分 2 7」に向かう発光光は、半楕円反射鏡 1 1により反射され、「頂点を含まない部分 2 6」の領域を照射する。

具体的に説明する。図 1 1において、発光光は第 1焦点から出るものとすると、放物面反射鏡 1 3の「頂点を含む部分 2 7」の方向に進む発光光 1 6は、半楕円反射鏡 1 1で反射される。そして、反射された発光光 1 6は、楕円の性質から、第 2焦点を通り、さらに放物面反射鏡 1 2 で反射されて照明光学系に向かう。同様に、放物面反射鏡 1 2の「頂点を含む部分 2 7」の方向に進む発光光 1 7は、半楕円反射鏡 1 1で反射され、第 2焦点を通り、放物面反射鏡 1 3で反射され照明光学系に向かう。このように、半楕円反射鏡 1 1を設けたことにより、放物面反射鏡 1 2あるいは放物面反射鏡 1 3の「頂点を含む部分 2 7」の方向に進む発光光 1 6、発光光 1 7等は、半楕円反射鏡 1 1で反射され、「頂点を含まない部分 2 6」の「周辺領域」を照射する。したがって、前述の図 3で説明したように、発光光は、発散角 3 . 6度以下の収束性の良い光線となる。

この意味で、半楕円反射鏡 1 1は、発光体 1 5の発する発光光を放物面反射鏡 1 2の「周辺領域」（所定領域）に向けて照射する領域照射部である。なお、発光光 1 8は、発光体 1 5からでると半楕円反射鏡 1 1 で反射されることなく、直接に放物面反射鏡 1 2で反射され照明光学系に向かう。

半楕円反射鏡 1 1、放物面反射鏡 1 2、及び放物面反射鏡 1 3とは、発散角の大きさを制御する発散角制御部 1 9を構成している。発散角制御部 1 0は、発光体 1 5の発した発光光を反射させることにより、照明光学系に入射する発光光の発散角の大きさを制御する。すなわち、半楕円反射鏡 1 1は、発光体 1 5の発した発光光のうち、放物面反射鏡 1 2 、放物面反射鏡 1 3の頂点の方向に進む光を反射し、反射した光を放物面反射鏡 1 2、放物面反射鏡 1 3の「周辺領域」で反射させることにより発散角を小さくする。

発散角の大きさについては、半楕円面反射鏡 1 1の形状を変更したり、放物面反射鏡 1 2、放物面反射鏡 1 3の形状を変更することにより照射する「周辺領域」を変えて、発散角の大きさを変える制御が可能である。

なお、発光光 1 9のように、放物面反射鏡 1 2、放物面反射鏡 1 3で反射されることなく、直接に照明光学系に向かう光もある。また、発光光 2 0のように、照明光学系に向かうことなく利用されない光も存在する。発光光 2 0のような光を利用する構成は、次の図 1 3の光源 1 2 0 において説明する。

図 1 3は、実施の形態 1に係る光源の別の例である光源 1 2 0の構成を示す概略図である。図 1 3では、 x y z座標を設定している。この x y z座標系は、図 6、図 7で設定したものと同一である。図 1 3は、わかりやすくするために、光源 1 2 0の X軸方向矢視 1 2 1と断面 A— A 1 2 2とを示している。

光源 1 1 0が、半楕円面反射鏡 1 1を使用したのに対して、光源 1 2 0は、楕円面反射鏡 3 1を使用する点が異なる。ここで楕円面反射鏡 3 1とは、図 7に示した楕円面のほぼ全体を反射面として有する反射鏡を想定している。そして、楕円の焦点位置と略同じ位置に発光体 3 5が配置されてる。また、楕円面反射鏡 3 1は、光線を取り出すために、円形帯状の開口部 3 6、開口部 3 7が形成されている。開口部 3 6、開口部 3 7は、図 7に示すように、 y z平面上の楕円の周に沿って、楕円面上に帯状に形成されている。これを「円形帯状」と呼ぶ。開口部 3 6、開口部 3 7は、光りを通過する通過口の一例である。開口部 3 6'、開口部 3 7の代わりに、楕円面反射鏡 3 1の反射面の一部を反射面とせずに、光りを透過させる透過口としても構わない。

放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3の配置は、光源 1 1 0の場合と同様である。楕円面全体の形状を有する楕円面反射鏡 3 1を使用することで、半楕円面反射鏡 1 1を使用するときには利用できなかった発光光 2 0のような光も、断面 A— A 1 2 2に示すように、楕円面で反射して放物面に照射し利用することができる。このため、発光光の利用率を高めることができる。

光源 1 2 0について、さらに詳しく説明する。断面 A— A 1 2 2において、楕円面反射鏡 3 1 (第 1の反射鏡の一例）の第 1焦点と略同じ位置に、発光体 3 5が配置される。開口部 3 6、開口部 3 7が形成された楕円面反射鏡 3 1に対して、放物面反射鏡 3 2 (第 2の反射鏡の一例）、及び放物面反射鏡 3 3 (第 2の反射鏡の一例）を設置する。放物面反射鏡 3 2 (回転放物面）の焦点は、楕円の第 1焦点と略一致するとともに、放物面反射鏡 3 2 (回転放物面）の軸は、 X軸に略平行である。同様に、放物面反射鏡 3 3 (回転放物面）の焦点は、楕円の第 2焦点と略一致するとともに、放物面反射鏡 3 3 (回転放物面）の軸は、 X軸に略平行である。このように、放物面反射鏡 3 2と放物面反射鏡 3 3とは対称的に配置されている。したがって、発光光 2 0を例にとると、楕円の性質により楕円の第 1焦点から出る発光光 2 0は楕円面反射鏡 3 1で反射され第 2焦点を通り、さらに反射されて第 1焦点を通過し開口部 3 6 から放物面反射鏡 3 2に向かう。そして、放物面の性質により、楕円の第 1焦点（放物面の焦点でもある）を通り放物面反射鏡 3 2に向かう発光光 2 0は、放物面反射鏡 3 2で反射され、反射後は放物面の軸に平行に進む。このように、楕円面反射鏡 3 1は、発光体 3 5の発光光を複数の方向に出射する。そして、放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3は、楕円面反射鏡 3 1が複数の方向に出射した発光光を軸に平行な方向に向けて反射する。この方向に照明光学系が設置される。

光源 1 2 0では、楕円面反射鏡 3 1と、放物面反射鏡 3 2と、放物面反射鏡 3 3とが、発散角制御部 3 0を構成している。発散角制御部 3 0 が、光線の発散角の大きさを制御する。発散角の制御について次に説明する。

第 1焦点に配置された発光体 3 5から放出される光線の一部は、楕円面反射鏡 3 1の内部で反射されることなく、開口部 3 6、あるいは開口部 3 7を抜けて直接に放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3に到達し、反射されて照明光学系の方へ進行する。開口部 3 6、開口部 3 7を所定の形状に形成することにより、これらの光線は、放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3の「周辺領域」に向けて照射し反射することができる。したがって、図 3の説明で述べたように、「周辺領域」で反射することにより低発散角の反射光線となる。一方、発光体 3 5から放出された光線の残りの大部分は、楕円面反射鏡 3 1で数回全反射された後、開口部 3 6あるいは開口部 3 7を抜けて放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3 に到達し、反射されて照明光学系の方へ進行する。周知のように、楕円面反射鏡 3 1では、一方の焦点から出た光は、反射後もう一方の焦点を通過する特性を持つ。したがって、第 1焦点から出た光は、第 2焦点あるいは再度、第 1焦点を通過し、数回の反射を経て、開口部 3 6、あるいは開口部 3 7を抜けて放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3に到達する。これらの反射光もまた、開口部 3 6、開口部 3 7を抜けて放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3の「周辺領域」で反射され、低発散角の反射光線となる。また、数回の反射の間の反射光路長が加わることになり、全光路長が長くなる結果、放物面反射鏡の反射点 P ( x ₀ , y o ) から有限の大きさを持つ発光体の両端を眺める視角は小さくなり、点 Pからの反射光線は発散角の小さい光線となる。

このように、楕円面反射鏡 3 1と、放物面反射鏡 3 2と、放物面反射鏡 3 3とから構成される発散角制御部 3 0により、発光光を反射させて照明光学系に入射する発光光の発散角を小さくすることができる。なお、発光体 3 5は第 1焦点と第 2焦点との両方の位置に配置しても良い。また、楕円面反射鏡 3 1は、発光体 3 5の発する発光光を放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3の反射面の「周辺領域」（所定領域）に向けて照射する領域照射部である。すなわち、楕円面反射鏡 3 1は、開口部 3 6、開口部 3 7が形成された楕円面を反射面として有している。そして、発光体 3 5の発した発光光を、楕円面の反射面で反射させ開口部 3 6、開口部 3 7に通過させ、放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3の「周辺領域」に向けて光を照射する。したがって、放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3の「周辺領域」に発光光を照射することにより、発散角を小さくすることができる。

楕円面反射鏡 3 1は、領域照射部の一例であり、発光体 3 5の発した発光光を放物面反射鏡 32、放物面反射鏡 33の「周辺領域」に向けて照射するするものであればよい。例えばミラー、レンズ等により構成しても構わない。

発光体 35と楕円面反射鏡 3 1とは、これらで一つの光源 1 30を構成することができる。光源 1 30は、前述のように、発光体 35の発した発光光の光路を長くして発光体 3 5の両端を眺める視角を小さくし、また、開口部 36、開口部 37から発光光を放物面の「周辺領域」の方向へ照射するという特徴を有する。

図 14は、発光体 35と楕円面反射鏡 3 1との組み合わせによる光源 1 30の構成を示す断面図である。 xy座標は図 6で設定した座標と同じである。図 14を用いて、楕円面反射鏡 3 1の内部における、発光光の光路を説明する。なお、図 14において、 X軸、 y軸とも目盛は cm (センチメ一卜ル）である。

発光体 35は、第 1焦点の位置に配置されている。楕円面反射鏡 3 1 を形成する楕円は、一例として、短半径 a = 8mm (0. 8 cm), 長半径13 = 1 0111111 ( 1. 0 (：111)、離心率6 = 0. 6とする。第 1焦点に配置された発光体 35は、無指向性であり、 xy平面内において様々な方向に光を発するものとする。この条件において、楕円面反射鏡 3 1 の内部で何回程度の反射の後に、発光光が開口部 36、開口部 37を抜け出るかを検討した。開口部 36は、第 1焦点を中心に y軸から時計方向に約 35度ほど開口している。開口部 37も同様である。

検討の結果、発光体 35から出た発光光は、 0回から、多くとも 5回程度の反射の後には、開口部 36、開口部 37を抜け出て放物面反射鏡 32、放物面反射鏡 33の反射点 Pへ進むことがわかった。したがって、発光体 35の発した発光光のほとんどを利用することができる。

開口部 36、開口部 37を通過する光線矢印の先には、楕円面反射鏡 3 1での反射回数を数字で示した。また、楕円面反射鏡 3 1での反射回数は、第 1回の反射位置に依存する。楕円面反射鏡 3 1の楕円形状に沿つて、内部反射回数 1回〜 5回に対応する第 1反射点の領域を示した。これによると、第 1反射点が開口部 3 6の側から開口部 3 7の側へ移動するにつれて、内部反射回数が増えて行くことが分かる。

なお、図 1 4の構成では、全体の光束に占める割合はわずかではあるが、発光体 3 5から出て直接に開口部 3 7から放物面反射鏡 3 3に向かう光が存在する。つまり、第 1焦点から開口部 3 7を通じて、焦点 2を通らずに直接に楕円面反射鏡 3 1の外に抜け出る光線がある。この光線は、放物面反射鏡 3 3の焦点（あるいは焦点近傍）を通らないで出て行く光なので、理想的な光線経路からはずれ、放物面反射境 3 3の点 P ( x。， y ₀ ) で反射された後、 X軸に並行には進まずに少しそれた方向に進行して照明光学系に向かう。

光源 1 3 0においては、開口部 3 6、開口部 3 7の形状により、放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3の「周辺領域」の範囲が異なるようになる。したがって図 3で述べたように、発散角の大きさが異なってくる。この開口部の形状については、一例として、図 4で述べたように、発散角の大きさと、放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3等のサイズとの関係により、決定することができる。すなわち、光源のコンパクト化と発散角を小さくすることによる光の利用率の向上との関係から決定することができる。

以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 1 0は、発散角制御部 1 0 を備えたので、発散角の大きさを制御して発光体 1 5の発光光の利用率を向上することができる。

以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 2 0は、発散角制御部 3 0 として第 1の反射鏡と第 2の反射鏡とを備えたので、簡単な構成で発散角を制御することができる。また、光源の小型化を実現することができる。

以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 2 0は、第 2の反射鏡が光を略同じ方向に反射するので、フィールドレンズを用いてィンテグレータロッドに集光する光源として使用することができる。

以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 2 0は、第 1の反射鏡が楕円面反射鏡であり第 2の反射鏡が放物面反射鏡なので、簡単な構成で光の利用率を向上することができる。

以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 2 0は、楕円面反射鏡 3 1 と放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3の焦点が略一致するように配置される。したがって、発光体 3 5の発光光を楕円の焦点近傍から放物面に向けて照射し、放物面で反射した光を平行光とすることができるので、無駄なく発光光を放物面に照射し、発散角の小さい光にすることができる。

以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 2 0は、領域照射部を有するので、簡単な構成で効率よく発散角を小さくすることができる。

以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 1 0において、半楕円反射鏡 1 1は、放物面反射鏡 1 2、放物面反射鏡 1 3の「頂点を含まない部分 2 6」を照射するので、容易に発散角を小さくすることができる。以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 2 0は、楕円面反射鏡 3 1 が領域照射部の機能を有するので、楕円面反射鏡 3 1の形状、開口部等を変えることで放物面の照射領域を変えることができる。したがつて、発散角の大きさを簡単に変えることができる。

以上のように、実施の形態 1に係る光源 1 3 0は、従来では放物面反射鏡や楕円面反射鏡に到達しないために利用されていなかった発光光 2 0のような光も、開口部から放物面反射鏡 3 2、放物面反射鏡 3 3に照射するので、光の利用率を向上することができる。また、放物面反射鏡

3 2、放物面反射鏡 3 3の「周辺領域」を照射して発散角を小さくするので、さらに、光の利用率を向上することができる。実施の形態 2 . .

図 1 5は、実施の形態 2に係る光源 2 1 0の構成を示す概略図である。実施の形態 1の光源 1 2 0が楕円面反射鏡 3 1を使用したのに対して、実施の形態 2の光源 2 1 0は、図 8に示した（楕円—円）面を反射面として有する（楕円一円）面反射鏡 4 1 (曲面反射鏡、第 1の反射鏡の一例）を使用する点が異なる。すなわち、光源 2 1 0は、光源 1 2 0に対して楕円面反射鏡 3 1を（楕円一円）面反射鏡 4 1に置き換えた構成である。図 1 5では x y z座標を設けており、 ζの x y z座標は、図 6 、図 8に示した座標系と同一である。図 1 5は、わかりやすくするために、光源 2 1 0の X軸方向矢視 2 1 1と断面 B— B 2 1 2とを示している。光源 2 1 0は、発光体 4 5、（楕円—円）面反射鏡 4 1、放物面反射鏡 4 2 (第 2の反射鏡の一例）、及び放物面反射鏡 4 3 (第 2の反射鏡の一例）を備える。

発光体 4 5、（楕円一円）面反射鏡 4 1、放物面反射鏡 4 2、及び放物面反射鏡 4 3の配置は、上記のように、光源 1 2 0と同様である。したがって、断面 B— B 2 1 2は、断面 A— A 1 2 2と同じである。相違は、（楕円—円）面反射鏡 4 1が図 8の（楕円—円）面であるので、断面 B— B 2 1 2において、（楕円一円）面反射鏡 4 1の形状が円に見えることである。発光体 4 5は、 x y平面（断面 B— B 2 1 2 ) 上における（楕円一円）面反射鏡 4 1の第 1焦点と略同じ位置に配置されている。また、放物面反射鏡 4 2、及び放物面反射鏡 4 3については、放物面反射鏡 4 2 (回転放物面）、及び放物面反射鏡 4 3 (回転放物面）の焦点は、（楕円一円）面反射鏡 4 1の x y平面上における焦点と略一致し、かつ、放物面反射鏡 4 2 (回転放物面）及び放物面反射鏡 4 3 (回転放物面）の軸は、 X軸に略平行になるように配置されている。

(楕円一円）面反射鏡 4 1は、開口部 4 6及ぴ開口部 4 7. (通過口の一例）が形成された（楕円一円）面を反射面として有している。開口部 4 6、開口部 4 7は、図 8に示すように、 y z平面上の円の円周に沿つて円形帯状に形成されている。楕円面反射鏡 3 1と同様に、開口部 4 6 、開口部 4 7は、光りを通過する通過口の一例である。開口部 4 6、開口部 4 7の代わりに、（楕円 -円）面反射鏡 4 1の反射面の一部を反射面とせずに、光りを透過させる透過口としても構わない。

(楕円一円）面反射鏡 4 1は、発光体 4 5の発した発光光を（楕円一円）面で反射させ、開口部 4 6、開口部 4 7を通過させて、放物面反射鏡 4 2、放物面反射鏡 4 3の「周辺領域」（所定の領域）に向けて照射する。光源 2 1 0では、光源 1 2 0と同様に、（楕円一円）面反射鏡 4 1 (第 1の反射鏡の一例）、放物面反射鏡 4 2 (第 2の反射鏡の一例）及び放物面反射鏡 4 3 (第 2の反射鏡の一例）とは、発散角制御部 4 0 を構成している。この発散角制御部 4 0は、発光体 4 5の発した光を、放物面反射鏡 4 2、あるいは放物面反射鏡 4 3の「周辺領域」に向けて照射して反射させる。したがって、図 3の説明で述べた理由に基づき、発散角の大きさは、小さくなるように制御される。また、（楕円—円）面反射鏡 4 1は、発光体 4 5の発した発光光を内部で反射する。そして、反射した発光光を開口部 4 6、開口部 4 7に通過させて放物面反射鏡 4 2、放物面反射鏡 4 3に向けて照射する。この場合、反射により光路が長くなる点からも発散角を低減することができる。これらは、光源 1 2 0と同様である。

また、光源 2 1 0において、（楕円一円）面反射鏡 4 1は、光源 1 2 0の楕円面反射鏡 3 1と同様に、「領域照射部」の機能を有する。（楕円一円）面反射鏡 41は、開口部 46及び開口部 47 (通過口の一例）が形成された（楕円一円）面を反射面として有している。そして、（楕円一円）面反射鏡 41は、発光体 45の発した発光光を（楕円—円）面で反射させ、開口部 46、開口部 47を通過させて放物面反射鏡 42、放物面反射鏡 43の「周辺領域」（所定の領域）に向けて照射する。このように、（楕円一円）面反射鏡 41は、「領域照射部」である。したがつて、「周辺領域」に照射することにより、発散角を小さくすることがでさる。

光源 210は、発光体 45を囲む反射鏡が、図 1 3のような楕円面反射鏡 3 1ではなく、（楕円—円）面反射鏡 41である。この反射面の形状では、上記の図 14で説明したような光線経路を迪るのは xy平面のみである。 y z平面では X軸の周りの軸対称の光線経路となる。この（楕円一円）面反射鏡 41に発光体 45を配置する場合は、発光体 45を y z平面上で適当な間隔をおいて円形に配列する場合が適している。図 1 6を用いて、詳しく説明する。図 1 6は、発光体として LEDが、 y z平面上で適当な間隔をおいて円形に配列された状態を示す透視図である。（楕円一円）面反射鏡 41は、図 1 6に示すような、複数の L EDを円周上に配列する場合が好適である。（楕円一円）面は、楕円の短軸を回転軸として楕円を回転して得られる曲面である。この場合、 L EDを円形に配列する場合の「円」は、楕円の焦点の軌跡を想定する。図 1 6において L EDは楕円の焦点のつくる軌跡である円の、略円周上に 45度の間隔で配置されている。この場合の開口部は図 8で示した y z平面上の円のほぼ全周にわたって形成することが望ましい。

円配列の LEDの場合、各 LEDの発光の角度方向分布は、 y z平面では座標原点から y軸上にある楕円の焦点方向へ向って立体角 27Tラジアンにわたって等方的分布が良い。 xy平面では立体角 27Tラジアン内での適当な発光分布、とりわけ、発光が円形帯状開口の方向に集中した角度分布特性の素子が適している。

複数の LEDと（楕円一円）面反射鏡 41とは、これらで一つの光源 220を構成することができる。この光源 220は前述のように複数の LEDを円状に配置するのに好適である。このように、光源 220は、複数の LEDと、光を通過する開口部 46、開口部 47 (通過口の一例 ) が形成された（楕円一円）面を反射面として有し、 LEDが所定の位置に設置され、 LEDの発した発光光を（楕円一円）面で反射させて開口部 46、開口部 47に通過させる（楕円一円）面反射鏡 41とを備えた構成である。

以上のように、実施の形態 2に係る光源 2 1 0は、第 1の反射鏡が（楕円一円）面反射鏡 41であるので LEDの光を効率良く利用することができる。

以上のように、実施の形態 2に係る光源 2 1 0は、（楕円一円）面反射鏡 41の焦点と、放物面反射鏡 42、放物面反射鏡 43の放物面の焦点とが略一致するので、放物面反射鏡 42、放物面反射鏡 43を反射した光を平行光として利用することができる。

以上のように、実施の形態 2に係る光源 2 1 0においては、（楕円一円）面反射鏡 41が領域照射部の機能を有するので、簡単な構成で発散角を小さくして光の利用率を向上することができる。

以上のように、実施の形態 2に係る光源 220は、 LEDのような発散性を有する複数の発光体の発する光を有効に利用することができる。実施の形態 3.

実施の形態 3は、第 2の反射鏡として、 2つの楕円面反射鏡を用いる実施形態である。実施の形態 1及び実施の形態 2では、第 2の反射鏡に放物面反射鏡を使用した。これに対して、実施の形態 3では、第 2の反射鏡として楕円面反射鏡を使用することが特徴である。

図 1 7は、実施の形態 3に係る光源 3 1 0の基本原理を示す図である。光源 3 1 0の具体的構成は図 1 8で後述する。以上に示した実施の形態 1、実施の形態 2では、放物面反射鏡で反射された光線の発散角を小さくする観点からの実施形態であった。その基本となる考え方は、従来例として示した図 2 2のような楕円面反射鏡（集光鏡）にも適用できる。図 1 7に、その基本原 ¾を示す。発光体 5 5 (第 1焦点）から放出される光線は楕円面反射鏡 5 2 (集光鏡）で反射された後に、第 2焦点を通って直進する。放物面反射鏡の場合と同じように、楕円面反射鏡 5 2 上の反射点 P ( x ₀ , y o ) から有限な大きさを持つ発光体 5 5を望む視角 0— 0 ' が、反射光の発散角（全頂角）となる。これは、あたかも、反射点 P ( x。， y ₀ ) を通る楕円の接線に対して、発光体 5 5 (焦点 1と略同位置）が反対側の対称点にあるかのごとく、光線が進行することを示している。

図 1 8は、実施の形態 3に係る光源 3 1 0の構成の概略図である。なお図 1 8は基本的な考え方を示す概略図であるので、楕円はすべて実線で示している。現実の装置としての光源 3 1 0を製作する場合は、例えば、楕円面反射鏡 5 2や楕円面反射鏡 5 3の反射面には光を通過させる開口部や透過部を設けることが当然必要となる。図 1 8は、あくまでも構成や作用を説明するための概略図、概念図である。なお、光源 3 1 0 において、楕円面反射鏡 3 1と発光体 3 5との組み合わせは、図 1 4に示した構成と同様であり、実施の形態 1の光源 1 3 0である。すなわち、光源 3 1 0は、実施の形態 1の光源 1 3 0に、楕円面反射鏡 5 2と楕円面反射鏡 5 3とを加えた構成になっている。次にさらに詳しい構成を説明する。

発光体 3 5は、楕円面反射鏡 3 1 (第 1の反射鏡）の第 1焦点に配置される。前述のように発光体 3 5と楕円面反射鏡 3 1との組み合わせは光源 1 3 0そのものである。楕円面反射鏡 5 2 (集光鏡、第 2の反射鏡 ) は、楕円面反射鏡 3 1と第 1焦点を共有する。楕円面反射鏡 5 2のもう一方の焦点（図に示す第 3焦点）は、 X軸上に存在するように、第 1 焦点と第 3焦点を結ぶ主軸が X軸に対して傾斜して配置される。

なお、 x y座標は、図 6、図 7の座標系と同じである。

また、楕円面反射鏡 5 3 (集光鏡、もう一つの第 2の反射鏡）は、楕円面反射鏡 3 1と第 2焦点を共有する。さらに、楕円面反射鏡 5 3は、楕円面反射鏡 5 2と第 3焦点を共有するように、第 2焦点と第 3焦点を結ぶ主軸は X軸に対して、楕円面反射鏡 5 2と対称的に傾斜して配置される。発光体 3 5は、第 1焦点、第 2焦点の双方に置いてもよい。発光体 3 5を第 1焦点、第 2焦点の両方においた場合、それぞれの発光体 3 5 から放出された発光光の大部分は、楕円面反射鏡 3 1の内部で複数回にわたり反射される。その後、前記発光光は開口部 3 6、あるいは開口部 3 7を通過して、楕円面反射鏡 5 2 (集光鏡）、あるいは楕円面反射鏡 5 3 (集光鏡）上の反射点 P ( x。， y ₀ ) で反射され、それぞれ第 3 焦点に集光される。

光源 3 1 0では、光源 1 3 0を使用しているので、上記のように、発光体 3 5の発した発光光は、楕円面反射鏡 3 1の内部で反射を重ねる。したがって、楕円面反射鏡 3 1の内部での反射光路長が加わり、全光路長が長くなる。その結果、楕円反射鏡 5 2 (あるいは楕円面反射鏡 5 3 ) の反射点 P ( x _{0 J} Y o ) から有限の大きさを持つ発光体 3 5の両端を眺める視角は小さくなる。よって、点 Pからの反射光線は発散角の小さい光線となる。このように、開口部 3 6、 3 7が形成された楕円面反射鏡 3 1の楕円面の第 1焦点と略同じ位置に光を発する発光体 3 5を設置する。次に、発光体 3 5の発した発光光を楕円面反射鏡 3 1により複数回反射させた後、前記開口部 3 6、 3 7に通過させる。次に、開口部 3 6 , 3 7を通過させた発光光を楕円面反射鏡 3 1とは異なる楕円面反射鏡 5 2あるいは楕円面反射鏡 5 3 (第 2の反射面の一例）で反射させる。これらにより、楕円面反射鏡 5 2あるいは楕円面反射鏡 5 3における反射後の前記発光光の発散角の大きさを制御することが可能である。このように楕円面反射鏡 3 1と、楕円面反射鏡 5 2と、楕円面反射鏡 5 3とは、反射により発散角の大きさを制御する発散角制御部 5 0を構成している。

以上のように、実施の形態 3に係る光源 3 1 0は、第 1の反射鏡が反射して所定の方向に出射した光を第の反射鏡の 2の反射鏡が反射して第 3焦点に集光するので、光の利用率の高い集光光源としてインテグレー夕ロッド等に使用することができる。

以上のように、実施の形態 3に係る光源 3 1 0は、第 1の反射鏡と第 2の反射鏡のいずれも楕円面反射鏡であるので、簡単な構成で利用率の高い光を集光することができる。

以上のように、実施の形態 3に係る光源 3 1 0においては、第 1の楕円面反射鏡と第 2の楕円面反射鏡とは、第 1の回転楕円面の一つの焦点と第 2の回転楕円面の一つの焦点とが略一致するように設置されているので、第 1の楕円面反射鏡の焦点位置に設置された発光体の光を、第 2 の楕円面反射鏡の焦点に集光することができる。

以上のように、実施の形態 3に係る光源 3 1 0においては第 2の楕円面反射鏡どうしは、それぞれの一つの焦点の位置が略一致するように配置されているので、それぞれが反射した光を略一致する焦点に集光することができる。以上の実施の形態 1〜実施の形態 3に係るそれぞれの光源は、透過形、あるいは反射形の液晶、 D M Dなどの光変調スィッチを備えた投射型画像表示装置の光源として利用が可能である。すなわち、光線を放出する発光体と該発光体から放出される光線を反射させる、少なくとも 1個以上の反射鏡とで構成された光源と、該光源からの出射光線を入射光線として利用する照明光学系とを備え、該光源において該発光体と該反射鏡とにより小さな発散角に変換された出射光線を該照明光学系への入射光線として利用する画像表示装置を提供することができる。産業上の利用可能性

以上に示した光源は、光線ビームの低発散角化及び光の利用率の向上を図ることができる。また、前記光源は、発光体から周囲へ放出される光線のうち、従来では放物面反射鏡や楕円面反射鏡の反射面を外れ利用されていなかった光線を利用して光束の利用率を向上させることができる。さらに、前記光源は、光の利用率が高く、かつ、コンパクトな光源を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 光を照明光学系に供給する光源において、

光を発する発光体と、

を備えたことを特徴とする光源。

2 . 前記発散角制御部は、

を備えたことを特徴とする請求項 1記載の光源。

3 . 前記第 1の反射鏡は、

前記発光光を複数の方向に出射し、

前記第 2の反射鏡は、

前記第 1の反射鏡が複数の方向に出射した複数の発光光を前記対応領域のそれぞれの位置で略同じ方向に反射することを特徴とする請求項 2 記載の光源。

4 . 前記第 2の反射鏡は、

前記第 1の反射鏡が前記所定の方向に出射した前記発光光を反射して所定の位置に集光することを特徴とする請求項 2記載の光源。

5 . 前記第 1の反射鏡は、

回転楕円面を反射面として有する楕円面反射鏡であり、

前記第 2の反射鏡は、

回転放物面を反射面として有する放物面反射鏡であることを特徴とする請求項 2記載の光源。

6 . 前記第 1の反射鏡は、

前記第 2の反射鏡は、

7 . 前記第 1の反射鏡は、

第 1の回転楕円面を反射面として有する第 1の楕円面反射鏡であり、前記第 2の反射鏡は、

第 2の回転楕円面を反射面として有する第 2の楕円面反射鏡であることを特徴とする請求項 2記載の光源。

8 . 前記楕円面反射鏡と前記放物面反射鏡とは、

前記回転楕円面の一つの焦点と前記回転放物面の焦点とが略一致するように設置されたことを特徴とする請求項 5記載の光源。

9 . 前記曲面反射鏡と前記放物面反射鏡とは、

前記楕円を回転する場合に前記楕円の焦点のつくる軌跡としての円の略円周上に前記回転放物面の焦点が位置するように設置されたことを特徵とする請求項 6記載の光源。

1 0 . 前記第 1の楕円面反射鏡と前記第 2の楕円面反射鏡とは、前記第 1の回転楕円面の一つの焦点と前記第 2の回転楕円面の一つの焦点とが略一致するように設置されたことを特徴とする請求項 7記載の光源。

1 1 . 前記光源は、

前記第 2の楕円面反射鏡を複数備え、

前記第 2の楕円面反射鏡のそれぞれは、

前記第 2の回転楕円面の 2つの焦点のうち前記第 1の回転楕円面の焦点と略一致する焦点とは異なる側の焦点が略一致するように設置されたことを特徴とする請求項 1 0記載の光源。

1 2 . 回転放物面を反射面として有する放物面反射鏡と、前記回転放物面の焦点と略同じ位置に設置され光を発する発光体と、前記発光体の発する発光光を前記放物面反射鏡の前記反射面の所定領域に向けて照射する領域照射部と

を備えたことを特徴とする光源。

1 3 . 前記領域照射部は、

前記回転放物面の前記焦点を通り前記回転放物面の軸を法線とする平面で前記回転放物面を前記回転放物面の頂点を含む部分と含まない部分との 2つに分けた場合に、前記頂点を含まない部分のいずれかの領域を前記所定領域として照射することを特徴とする請求項 1 2記載の光源。

1 4 . 前記領域照射部は、

光を通過する通過口が形成された回転楕円面を反射面として有し、前記発光体の発した発光光を前記回転楕円面の前記反射面で反射させ前記通過口に通過させて、前記放物面反射鏡の前記反射面の前記所定領域に向けて照射する楕円面反射鏡を備えたことを特徴とする請求項 1 2記載の光源。

1 5 . 前記領域照射部は、

所定形状の楕円の短軸を回転軸として前記楕円を回転することにより得られる曲面であり光を通過する通過口が形成された反射面を有し、前記発光体の発した発光光を前記反射面で反射させ前記通過口に通過させて、前記放物面反射鏡の前記反射面の前記所定領域に向けて照射する曲面反射鏡を備えたことを特徴とする請求項 1 2記載の光源。

1 6 . 光を発する発光体と、

光を通過させる通過口が形成された回転楕円面を反射面として有し、前記発光体が所定の位置に設置され、前記発光体の発した発光光を前記反射面で複数回反射させ前記通過口に通過させる楕円面反射鏡とを備えた光源。

1 7 . 光を発する発光体と、

所定形状の楕円の短軸を回転軸として前記楕円を回転することにより得られる曲面であり光を通過する通過口が形成された反射面を有し、前記発光体が所定の位置に設置され、前記発光体の発した発光光を前記反射面で反射させ前記通過口に通過させる曲面反射鏡とを備えた光源。

1 8 . 回転放物面を反射面として有する放物面反射鏡の前記回転放物面の焦点と略同じ位置に光を発する発光体を設置し、前記発光体の発する発光光を前記放物面反射鏡の前記反射面の所定の領域に向けて照射して反射させることにより、前記所定の領域における反射後の前記発光光の光束の全頂角を示す発散角が小さくなるように制御することを特徴とする発散角制御方法。

1 9 . 光を通過する通過口が形成された回転楕円面を反射面として有する楕円面反射鏡の前記回転楕円面の一つの焦点と略同じ位置に光を発する発光体を設置し、前記発光体の発した発光光を前記反射面により複数回反射させた後に前記通過口に通過させ、前記通過口を通過させた前記発光光を前記反射面とは異なる第 2の反射面で反射させることにより、前記第 2の反射面における反射後の前記発光光の光束の全頂角を示す発散角の大きさを制御することを特徴とする発散角制御方法。