JPH0413104A - 楕円面鏡を有する反射照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、楕円面鏡を有する反射照明装置に関する。

「従来技術およびその問題点」 楕円面鏡は、その第一焦点に光源を置くと、光源を比で
反射する光束が第二焦点に集束するという性質があり、
この性質を利用した各種の反射照明装置が実際に用いら
れている。この楕円面鏡は、その第一焦点側頂点からの
延長部分を長くする程、光の利用効率が高まるが、この
延長部分が長くなると、径が大きくなり大型化する。そ
して大型化すると、楕円面鏡を出た光束を被照明体（例
えばチャート）に集光させ、さらに光線を十分取り込ん
で投影するには、投影レンズとして明るい（Ｆナンバの
小さい）レンズを用いる必要があり、高価なレンズ系を
必要とした。

「発明の目的」 本発明は、楕円面鏡を利用した反射照明装置であって、
光の利用効率が高く、かつ小型化のできる反射照明装置
を得ることを目的とする。

「発明の概要」 本発明は、楕円面鏡と、球面フレネルミラーまたはマイ
クロダハミラーとを組み合わせることにより、小型で集
光効率の高い反射照明装置を得たものである。

本発明は、第一焦点に光源を置く楕円面鏡を、その第一
焦点を通り光軸と直交する面迄の大きさの頭部楕円面鏡
となし、この頭部楕円面鏡の開放端部に、光源からの直
接光を該光源側に向けて反射する球面フレネルミラーま
たはマイクロダハミラーを設けたことを特徴としている
。

このように球面フレネルミラーまたはマイクロダハミラ
ーを用いると、径を大きくすることなく、光源からの直
接光を楕円面鏡に戻すことができ、光束を有効利用する
ことができる。

球面フレネルミラーまたはマイクロダハミラーは、光源
には一定の大きさがあることを考慮して、光源を出て頭
部楕円面鏡の端部によって反射する最も外側の光線を遮
らない状態で設け、光束の有効利用を図ることが望まし
い。

「発明の実施例」 以下図示実施例について本発明を説明する。第１Ａ、１
８図は本発明による反射光源装置の第一の実施例を示す
ものである。頭部楕円面鏡１１は、その第一焦点Ｐｌに
光源１２を有する。「頭部ｊとは、この楕円面鏡１１が
、第一焦点Ｐｌを通り光軸Ｏと直交する平面造のみが用
いられていることを示す意図である。

この頭部楕円面鏡１１の開口端には、球面フレネルミラ
ー１３が設けられている。この球面フレネルミラー１３
は、各微細反射球面１３ａがそれぞれ第一焦点Ｐｌを中
心とする球面をなすもので、ここで反射した光束は光源
１２に戻り、さらに頭部楕円面鏡１１に達する。光源１
２を出て直接頭部楕円面鏡１１で反射した光束、および
−旦球面フレネルミラ−１３で反射した後さらに頭部楕
円面鏡１１で反射した光束は、いずれも頭部楕円面鏡１
１の第二焦点Ｐ２に向かう。

いま光源１２として、理想的な点光源を考えた場合には
、この球面フレネルミラー１３は、第１Ｂ図のように、
楕円面鏡端面と第二焦点Ｐ２を結ぶ直線に沿うことにな
る。しかし、理想的な点光源は存在しないから、このよ
うに構成すると、球面フレネルミラー１３でケラれる損
失光束が増加する。

第１Ａ図は、光源１２の大きさを考慮した実際的な構成
を示すもので、球面フレネルミラー１３は、光ａ１２を
出て頭部楕円面鏡１１によって反射する最も外側の光線
Ｓに応じた角度で、これより若干量いて設けられている
。すなわち、頭部楕円面鏡１１の端部から光源１２を臨
む角度を２０とすると、光源１２を出てこの頭部楕円面
鏡１１の端部で反射する光線は、同じく２θの角度を成
して出てい（。頭部楕円面鏡１１の端部で反射し、第二
焦点Ｐ２に向かう主光線に対して、球面フレネルミラー
１３の成す開き角は、この半角θよりも若干大きい角度
αとすると、ケラれによる光の損失がない。なおこの場
合にも、球面フレネルミラー１３の各微小反射球面１３
ａは略第−焦点Ｐ１を中心とする球面として形成し、光
源１２の中心から出る光線が光源１２に戻るように定め
る。

なお球面フレネルミラー１３で反射した光は光源１２に
向けて戻るため、光源１２としては、フィラメントを有
しない放電灯、例えばキセノンランプ、超高圧水銀灯、
メタルハライドランプ等を用いることが好ましい。

第２Ａ、２Ｂ図は球面フレネルミラー１３に代えて、マ
イクロダハミラー１４を用いた実施例である。マイクロ
ダハミラー１４は、入射した光線を該入射光線と同一（
厳密には平行）の方向に反射する光学素子である。第３
Ａ、３Ｂ図はその例を示すもので、互いに直角をなす一
対のグハ反射面１４ａを有する微細反射パターンが整列
している。第３Ａ図は、同一の微細パターンを並べたも
の、第３Ｂ図は、効率を上げるために、各ダハミラーの
対を成す反射面の間の直角の二等分線の延長線が、発光
点Ｑを通るようにした微細パターンの例である。

従ってこのマイクロダハミラー１４は、第一の実施例の
球面フレネルミラー１３に代えて用いることができる。

第２Ａ、２Ｂ図はそれぞれ第１Ａ、１８図に対応するも
のであり、対応要素には同一の符合を付した。

次に、具体例によって本発明の詳細な説明する。第４図
は本発明による反射照明装置く球面フレネルミラー１３
使用）の端面での光束径φ。

を、有効径φ。のチャートに縮小して投影するために、
２つのレンズ系Ｆ１とＦ、を用いたものである。このと
き、 φｅ／φＬ＝Ｆ２／ＦＩ・・・・・・・・・・・■であ
る。

また光源の直径φ８を考えるとき、本反射照明装置の端
面において、本反射照明装置から射出される光線のうち
、それぞれの主光線となす角度が最大である広がり角θ
Ｌ（片側）は、 ｓｉｎθ−”ｆ２／ｆｉ　ｒｂ＊　／　２　・ｉ／ｐ、
−１４０である。またチャート上への光線の集光角θＣ
（片側）は、アツベの正弦条件を満足していれば、Ｆ＋
ｓｉｎ　　θ、　　＝＝　Ｆｚｓｉｎ　　θ。

より、 ｓｉｎ　θｃ　＝Ｆｌ／　Ｆ２　’　ｓｉｎ　θ。

＝　Ｆ１／　Ｆ２・ｆ２／ｆｌ・φ、／２Ｆ、（’、“
■）＝φＬ／φ。・ｆ２／　ｆｌ・φに／２Ｆ。

（“、■） ＝ｆ２／ｆｌ・　φＬ／φ。・　φ、／２Ｆ・　・　・
　・　・■ ここでチャートを透過した光線をすべて取り込むために
必要な、該チャートの後方に置く投影レンズ（図示せず
）のＦナンバを、 Ｆ　Ｎｏ　＝　１　／　２　ｓｉｎθ と定義すれば、■式より Ｆ、４ｏ＝ｆｌ／ｆ２・φＣ／φＬ−Ｆ、／φ、・・・
・■ 一方、第５図は従来の楕円面鏡１１°を使用した反射照
明装置を用いて、同様に構成したもので、チャートの大
きさと光源の大きさは同じφ。

とφ２、楕円面鏡１１°端面での光束径はφ。

（〉φＬ）である。このとき φｅ／φ、’＝Ｆ２°／Ｆ、“　・・・・・・・・・■
ｓｉｎθＬ　”　＝　ｆ２／　ｆｌ　・φＸ　／２　・
１／Ｆ、’　　・−■またチャート上への光線の集光角
θ。°（片側Σは、 Ｆ１°ｓｉｎθ、’＝Ｆ、’ｓｉｎθ。

より、 ｓｉｎ　　θ−’＝Ｆ＋’　　／ｈ°　・Ｓｉｎ　　θ
。

＝Ｆ、”　／Ｆ、°　・ｆ２／ｆｌ・φに／２Ｆ、’（
°、■） ＝φ、°／φ。・ｆ２／ｆｌ・φに／２Ｆ。

（，゛■） ＝ｆ２／ｆｌ・φ、°／φ。・φＸ／２Ｆ、’・　・　
・　・　・■ ここでチャートを透過した光線をすべて取り込むために
必要な、駒チャートの後方に置く投影レンズ（図示せず
）のＦナンバをＦＮ。゛とすれば、ＦＮＯ°＝ｆｌ／ｆ
２・φ、／φ、°・Ｆ、°／φ。

・　・■ となる。

本発明装置と従来装置との間には、 φＬ’＞φＬ Ｆｌ’　＜Ｆｌ という関係がある。

従って０式および０式より、 Ｆ　Ｎｏ＞　Ｆ　ｓｏｏ　となる。

これは、チャートの後方に位置する投影レンズがチャー
トを透過した光線をすべて取り込むために必要とするＦ
ナンバを、従来の楕円面鏡１１’に比して、本発明の方
が太き（できることを示している。レンズはＦナンバの
大きい方が設計が容易であり、製造コストも安い。

次に投影レンズのＦナンバが、ＦＮｏ”　（＞ＦＮ、ｌ
ｌ＞ＦＮｏ’）である場合を考える。この場合は、チャ
ートを透過する光線のうち一部しか投影レンズに取り込
まれないが、その効率を本発明および従来でそれぞれに
、に’　とすると、 Ｋ＝　（Ｆ、ｅ、／Ｆ、、ａ”　）　２に’　＝　（Ｆ
、、’　／ＦＮ、”　）”である。すなわち、Ｋ＞Ｋ’ となり、従来に比べ、本発明の方が高効率の光学系を実
現できる。

さらに具体的数値に基づいて本発明の詳細な説明する。

いま、φＬ’＝４２ｍｍ、φｃ＝　３０ｍｍ。

ｆｌ＝８．５ｍｍ　　、ｆ２＝６３．７５ｍｍ　　、　
　φ、＝４ｍｍφ、＝３０ｍｍ　（光軸から９０＠＝４
−ｆｌ−ｆ２／ｆｌ＋ｆ２）とすると、 Ｆ＋　＝Ｆ、＝５５．２５０ｍｍ ＦＩ’　＝　４３．２１２ｍｒｎ、　Ｆｚ°＝　３０．
８６６ｍｍ（θ、’＝２０．３１２°、θ。’　＝　２
９．０７６’、θ、＝θ。＝１５．７５３”　） であり、 Ｆ　Ｎｏ”　１．８４２、　Ｆ　ｓ０＝　１．０２９で
ある。本発明によれば、よりＦナンバの大きい投影レン
ズを用いることができる。

またＦｓａ　　＝４とすれば、 Ｋ＝０．２１２、　　Ｋ’　＝０．０６６であり、本発
明装置は、従来装置に比して約３倍の効率を実現できる
。

「発明の効果」 以上のように本発明の反射照明装置によれば、楕円面鏡
を利用した反射照明装置において、小型でありながら、
光の利用効率が高い装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ、１８図は本発明の反射照明装置の第一の実施例
を示す、光源の大きさを考慮しない理論的光線図と該光
源の大きさを考慮した光線図、第２Ａ、２Ｂ図は本発明
の反射照明装置の第二の実施例を示す、光源の大きさを
考慮しない理論的光線図と該光源の大きさを考慮した光
線図、第３Ａ、３Ｂ図はマイクロダハミラーの構成例を
示す図、 第４図、第５図は、本発明の照明装置の効果を従来の照
明装置と対比して示すための光路図である。 １１・・・頭部楕円面鏡、ＰＩ・・・第一焦点、Ｐ２・
・・第二焦点、１２・・・光源、１３・・・球面フレネ
ルミラー　１３ａ・・・微細反射球面、１４・・・マイ
クロダハミラー、１４ａ・・・ダハ反射面。 特許出願人　　旭光学工業株式会社 同代理人　　　　三　浦　邦　夫 第１Ａ図 第２ＡＦｊｌＩ 第２Ｂ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一焦点に光源を置く楕円面鏡を、その第一焦点
   を通り光軸と直交する面迄の大きさの頭部楕円面鏡とな
   し、 この頭部楕円面鏡の開放端部に、光源からの直接光を、
   該光源側に向けて反射する球面フレネルミラーまたはマ
   イクロダハミラーを設けたことを特徴とする楕円面鏡を
   有する反射照明装置。
2. （２）請求項１において、球面フレネルミラーまたはマ
   イクロダハミラーは、光源を出て頭部楕円面鏡の端部に
   よって反射する最も外側の光線を遮らない状態で設けら
   れている反射照明装置。