(57)【要約】【課題】光源からの光束を３６０°全方位に照明する照明光学系であって、小型で明るく効率的な照明が可能な照明光学系。【解決手段】光源２から発散された光束を３６０°全方位に照明する照明光学系であって、光源２を通る中心軸１の周りで回転対称な屈折光学系３を備え、光源２から発散された光束は中心軸１を含む断面内で屈折光学系３により屈折されて中心軸１を含む断面内の制限された領域４を照明する照明光学系。【選択図】図１
2007286215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発散された光束で３６０°全方位に照明する照明光学系であって、光源を通る中心軸の周りで回転対称な屈折光学系を備え、前記光源から発散された光束は中心軸を含む断面内で前記屈折光学系により屈折されて中心軸を含む断面内の制限された領域を照明することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
円筒状の物体面を内側から照明することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
円錐状の物体面を内側から照明することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項４】
前記屈折光学系は、サジタル断面内とメリジオナル断面内ではパワーが異なることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の照明光学系。
【請求項５】
前記屈折光学系の屈折面の少なくとも１面は、拡張回転自由曲面からなることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の照明光学系。
【請求項６】
前記光源と前記屈折光学系の間に、前記光源からの発散光を多重反射して前記屈折光学系に導く中心軸の周りで回転対称な導光体が配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の照明光学系。
【請求項７】
前記導光体内での多重反射がメリジオナル断面内で行われるように構成されていることを特徴とする請求項６記載の照明光学系。
【請求項８】
周辺３６０°に光束を投影する全方位光学系と共に用いることを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の照明光学系。
【請求項９】
前記全方位光学系の輪帯状の入射瞳に前記光源の像を輪帯状に投影することを特徴とする請求項８記載の照明光学系。
【請求項１０】
照明光学系の中心軸方向の高さをｈ、照明領域の中心軸に直交する方向の直径をｄとするとき、
ｈ／ｄ＜１                                                    ・・・（１）
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から９の何れか１項記載の照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系に関し、特に、円筒状等の物体面を３６０°の全方位に投影する投影光学系に適した照明光学系であって、３６０°の全方位に所定の照明領域と所定の広がり角を有した照明を与える照明光学系や、円環状の光学素子を内側から均一に照明する照明光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒面の全周３６０°に配置されたフィルムの映像を同心に配置された円筒状のスクリーンに投影する光学系が特許文献１において知られている。この特許文献１に開示された光学系において、円筒状の物体面を内側から照明する照明光学系としては、円錐体の中心軸を含む断面内の円錐体の側面が凹形状になっている変形円錐体からなる反射鏡を用い、その変形円錐体反射鏡の中心軸に沿って平行光を入射させ、変形円錐体反射鏡で３６０°の全方位に集光しながら反射される照明光で円筒状の物体面を内側から照明している。
【０００３】
また、３６０°の全方位に信号光や誘導光を放射する照明光学系として、回転対称双曲反射面を用い、この回転対称双曲反射面に光源からの光を入射させて３６０°の全方位に反射させるものが、特許文献２において知られている。
【０００４】
さらに、円錐反射面に光源からの平行光を入射させて３６０°の全方位に反射させるものも特許文献３において知られている。
【特許文献１】米国特許第４，０７８，８６０号明細書
【特許文献１】特開２００５−２０９５６６号公報
【特許文献３】特開２００６−１２５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光源からの光束を３６０°全方位に照明する従来の照明光学系においては、円錐鏡等の反射鏡を用いているため、反射面の反射率を高めないと明るく効率的な照明は困難であるが、円錐鏡等の反射面の反射率を高くすることは実際上容易でなかった。また、円錐鏡等に中心軸に沿った照明光を入射させる空間が必要であり、小型の照明光学系を構成することは難しかった。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源からの光束を３６０°全方位に照明する照明光学系であって、小型で明るく効率的な照明が可能な照明光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の照明光学系は、光源から発散された光束で３６０°全方位に照明する照明光学系であって、光源を通る中心軸の周りで回転対称な屈折光学系を備え、前記光源から発散された光束は中心軸を含む断面内で前記屈折光学系により屈折されて中心軸を含む断面内の制限された領域を照明することを特徴とするものである。
【０００８】
この場合、円筒状の物体面又は円錐状の物体面を内側から照明するものとすることができる。
【０００９】
また、前記屈折光学系は、サジタル断面内とメリジオナル断面内ではパワーが異なることが望ましい。
【００１０】
また、前記屈折光学系の屈折面の少なくとも１面は、拡張回転自由曲面から構成するこもできる。
【００１１】
また、前記光源と前記屈折光学系の間に、前記光源からの発散光を多重反射して前記屈折光学系に導く中心軸の周りで回転対称な導光体が配置されていてもよい。
【００１２】
その場合、前記導光体内での多重反射がメリジオナル断面内で行われるように構成されていることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の照明光学系は、周辺３６０°に光束を投影する全方位光学系と共に用いることができる。
【００１４】
その場合に、前記全方位光学系の輪帯状の入射瞳に前記光源の像を輪帯状に投影することが望ましい。
【００１５】
また、照明光学系の中心軸方向の高さをｈ、照明領域の中心軸に直交する方向の直径をｄとするとき、
ｈ／ｄ＜１                                                    ・・・（１）
なる条件を満足することが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、小型で明るく効率的な照明が可能で、光源からの光束を３６０°全方位に照明することができる照明光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、実施例に基づいて本発明の照明光学系を説明する。
【００１８】
図１は後記する本発明の実施例１の照明光学系の中心軸に沿ってとった断面図であり、図２はその光学系内の光路を示す中心軸に沿う方向に見た平面図である。以下、これら図１、図２を参照にして、本発明の照明光学系を説明する。
【００１９】
本発明の照明光学系は、中心軸１上に例えば線状の光源２が配置され、その中心軸１の周りで回転対称な屈折光学系３を備え、光源２から周囲に発散された光束は中心軸１を含む断面（図１）内でその屈折光学系３により屈折されて、例えば円筒状の物体面４を内側から照明する照明光学系であり、物体面４の中心軸１を含む断面内の制限された領域を照明するものである。
【００２０】
このように、本発明の照明光学系は、中心軸１の周りの３６０°全方位に均一な照明を行いつつ、中心軸１に沿った照明の不要な方向の光束を屈折光学系３で集光し、有効に使用するものである。
【００２１】
そのため、本発明では、中心軸１の周りで回転対称な屈折光学系（透過光学系）３で照明光学系を構成することが重要である。つまり、屈折光学系３は円環状の光学素子で構成されており、回転対称軸（中心軸）１を含む面をメリジオナル断面、主光線を含みメリジオナル断面と直交する断面をサジタル断面とするとき、メリジオナル断面では屈折光学系３はパワーを有し、光源１から発散する照明光束を略平行光束にコリメートし、サジタル断面では屈折光学系３はパワーを有さず、そのまま発散光束にすることを特徴とし、光源２はその回転対称軸１上に配置される。
【００２２】
さらに好ましくは、屈折光学系３の透過面（屈折面）の少なくとも１面は、円弧を表す項以外の高次項を含む任意形状の曲線を回転対称軸１の周りで回転させて形成される回転対称な面で構成することが望ましい。高次項により球面収差を補正することが可能となる。
【００２３】
さらに好ましくは、後記する拡張回転自由曲面（円を表す項と高次項からなる曲線を回転対称軸１に直交する軸の周りで回転させて得られる曲線を回転対称軸１の周りで回転させて形成される回転対称な面）であることが望ましい。このような面形状をとることにより、本発明の照明光学系の周囲に配置される投影光学系が中心軸１に対して斜めの照明光を必要するような場合にも対応することが可能となる。
【００２４】
さらに好ましくは、照明光学系の高さをｈ、照明される円環状の物体の直径をｄとするとき、
ｈ／ｄ＜１                                                    ・・・（１）
なる条件を満足することが好ましい、
この条件は照明光学系の大きさに関するも条件であで、上限の１を越えると、光学系の高さが照明される物体の直径より高くなってしまい。照明光学系を小さく構成することができなくなってしまう。
【００２５】
なお、以下に説明する実施例１〜４のｈ、ｄ、ｈ／ｄの値は次の通りである。
【００２６】
実施例    １      ２      ３      ４
ｄ         30.0    16.0    20.0    60.0 
ｈ          6.4     5.6     7.0     5.0 
ｈ／ｄ      0.21    0.35    0.35    0.08
以下に、本発明の照明光学系の実施例１〜４を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例の構成パラメータは、例えば図１に示すように、照明される制限された領域を像面４とし、像面４から屈折光学系３を経て光源２に至る逆光線追跡の結果に基づくものである。なお、本発明の照明光学系が投影光学系と共に示されている実施例２、３においては、物体面を投影面とし、その投影面から投影光学系、像面４、屈折光学系３を経て光源２に至る逆光線追跡の結果に基づいている。
【００２７】
座標系は、逆光線追跡において、例えば図１に示すように、中心軸１上の光源２の中心を偏心光学系の偏心光学面の原点とし、中心軸１に沿った一方の方向をＹ軸正方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図１の逆光線追跡の光が入射して来る方向と反対の方向をＺ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。
【００２８】
偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００２９】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００３０】
なお、拡張回転自由曲面は、以下の定義で与えられる回転対称面である。
【００３１】
まず、Ｙ−Ｚ座標面上で原点を通る下記の曲線（ｄ）が定められる。
【００３２】
Ｚ＝（Ｙ2 ／ＲＹ）／［１＋｛１−（Ｃ1 ＋１）Ｙ2 ／ＲＹ2 ｝1 /2］
Ｃ2 Ｙ＋Ｃ3 Ｙ2 ＋Ｃ4 Ｙ3 ＋Ｃ5 Ｙ4 ＋Ｃ6 Ｙ5 ＋Ｃ7 Ｙ6 
＋・・・・＋Ｃ21Ｙ20＋・・・・＋Ｃn+1 Ｙn ＋・・・・
・・・（ｄ）
次いで、この曲線（ｄ）をＸ軸正方向を向いて左回りを正として角度θ（°）回転した曲線Ｆ（Ｙ）が定められる。この曲線Ｆ（Ｙ）もＹ−Ｚ座標面上で原点を通る。
【００３３】
その曲線Ｆ（Ｙ）をＺ正方向に距離Ｒ（負のときはＺ負方向）だけ平行移動し、その後にＹ軸の周りでその平行移動した曲線を回転させてできる回転対称面を拡張回転自由曲面とする。
【００３４】
その結果、拡張回転自由曲面はＹ−Ｚ面内で自由曲面（自由曲線）になり、Ｘ−Ｚ面内で半径｜Ｒ｜の円になる。
【００３５】
この定義からＹ軸が拡張回転自由曲面の軸（回転対称軸）となる。
【００３６】
ここで、ＲＹはＹ−Ｚ断面での球面項の曲率半径、Ｃ1 は円錐定数、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 、Ｃ5 …はそれぞれ１次、２次、３次、４次…の非球面係数である。
【００３７】
なお、Ｙ軸に平行な軸を中心軸に持つ円錐面は拡張回転自由曲面の１つとして与えられ、ＲＹ＝∞，Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 ，Ｃ5 ，…＝０とし、θ＝（円錐面の傾き角）、Ｒ＝（Ｘ−Ｚ面内での底面の半径）として与えられる。
【００３８】
また、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。各面の偏心は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。
【００３９】
実施例１の照明光学系の中心軸１に沿ってとった断面図を図１に、その光学系内の光路を示す中心軸１に沿う方向に見た平面図を図２に示す。。
【００４０】
本実施例は、照明方向が中心軸１に垂直で、屈折光学系３がＸ−Ｚ平面に対して対称に構成され、像面４が中心軸１を中心とする円筒面からなる実施例である。
【００４１】
屈折光学系３は、像面４側から順に、第１面３１と第２面３２からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第１屈折光学素子３ａと、第３面３３と第４面３４からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第２屈折光学素子３ｂとからなっている。これら第１面３１〜第３面３３は何れも円弧を表す項以外の高次項として偶数次項を含む拡張回転自由曲面からなる。また、第４面３４は円筒面からなる。そして、中心軸１上に配置された線状の光源２から周囲に発散された光束は、メリジオナル断面内では第１屈折光学素子３ａと第２屈折光学素子３ｂの合成正パワーでコリメートされ、サジタル断面内では第１屈折光学素子３ａと第２屈折光学素子３ｂの各面３１〜３４で屈折されずそのまま発散光として像面４に入射し、例えば像面４に配置された円筒状の表示面を３６０°全方位で均一に効率的に明るく照明することができる。
【００４２】
実施例１の照明光学系は、反射面を使用して光路を折り返す等をしていないので、小型で効率的な照明光学系となっている。
【００４３】
この実施例１の仕様は、
水平照野            ３６０°
垂直照野            ４．０ｍｍ
照明ＮＡ（開口数）  ０．１９
光源の高さ          ３．６６ｍｍ
である。
【００４４】
実施例２の照明光学系の中心軸１に沿ってとった断面図を図３に、その周囲に投影光学系を組み合わせた場合の同様の断面図を図４に示す。。
【００４５】
本実施例は、照明方向が中心軸１に対して傾き、屈折光学系３が中心軸１に直交する平面に対して非対称に構成され、かつ、像面４が中心軸１を中心とする円筒面からなる実施例である。
【００４６】
屈折光学系３は、像面４側から順に、第１面３１と第２面３２からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第１屈折光学素子３ａと、第３面３３と第４面３４からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第２屈折光学素子３ｂとからなっている。これら第１面３１〜第４面３４は何れも円弧を表す項以外の高次項として奇数次項を含む拡張回転自由曲面からなる。そして、中心軸１上に配置された線状の光源２から周囲に発散された光束は、メリジオナル断面内では第１屈折光学素子３ａと第２屈折光学素子３ｂの合成正パワーで集光され、サジタル断面内では第１屈折光学素子３ａと第２屈折光学素子３ｂの各面３１〜３４で屈折されずそのまま発散光として像面４に入射し、例えば像面４に配置された円筒状の表示面を３６０°全方位で均一に効率的に明るく照明することができる。
【００４７】
このような構成の照明光学系の周囲に、中心軸１の周りで回転対称に構成された投影光学系５を組み合わせると（図４）、像面４に配置された例えば円筒状の透過型液晶表示素子あるいはフィルムの画像を、遠方で例えば中心軸１と略同軸の円筒状のスクリーン面（不図示）の斜め上方の輪帯状領域に３６０°全周の拡大投影像として投影することができる。
【００４８】
ここで、投影光学系５は、中心軸１を回転対称軸とする円環状であって断面反射プリズム状の屈折率が１より大きな透明媒質を用いた投影光学系であり、逆光線追跡で、入射屈折面５１、内面反射面（鏡）５２、射出屈折面５３で構成され、光学面５１、５２、５３は何れも中心軸１を回転対称軸とする回転対称面からなり、入射屈折面５１、内面反射面５２、射出屈折面５３は何れも拡張回転自由曲面で構成されている。そして、メリジオナル断面内においては内面反射面５２の中心軸１方向の幅が絞りを構成している。
【００４９】
そこで、この実施例の照明光学系においては、内面反射面５２位置にある絞りの像面４側から見た像である入射瞳（輪帯状の入射瞳）位置に光源２の像を輪帯状に投影するように構成して、効率的で明るく均一な投影が可能なようにしている。
【００５０】
実施例２の照明光学系も、照明光学系自体としては反射面を使用して光路を折り返す等をしていないので、小型で効率的な照明光学系となっている。
【００５１】
この実施例２の仕様は、
水平照野            ３６０°
垂直照野            ３．１ｍｍ
照明ＮＡ（開口数）  ０．４２
光源の高さ          ０．９９ｍｍ
である。
【００５２】
この実施例２の照明光学系は、上記のように、中心軸１の周りで回転対称に構成され、反射面５２を持つ投影光学系５に特に適したものである。そのため、後記の構成パラメータには、この投影光学系５の構成パラメータと共に一体で示してある。
【００５３】
実施例３の照明光学系の中心軸１に沿ってとった断面図を図５に、その周囲に投影光学系を組み合わせた場合の同様の断面図を図６に示す。。
【００５４】
本実施例は、照明方向が中心軸１に対して傾き、屈折光学系３が中心軸１に直交する平面に対して非対称に構成され、かつ、像面４が中心軸１を中心とする円筒面からなる実施例である。
【００５５】
屈折光学系３は、像面４側から順に、第１面３１と第２面３２からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第１屈折光学素子３ａと、第３面３３と第４面３４からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第２屈折光学素子３ｂと、第５面３５と第６面３６からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第３屈折光学素子３ｃとからなっている。これら第１面３１〜第５面３５は何れも円弧を表す項以外の高次項として偶数次項と奇数次項を含む拡張回転自由曲面からなる。また、第６面３６は円筒面からなる。そして、中心軸１上に配置された線状の光源２から周囲に発散された光束は、メリジオナル断面内では第１屈折光学素子３ａと第２屈折光学素子３ｂと第３屈折光学素子３ｃの合成正パワーでコリメートされ、サジタル断面内では第１屈折光学素子３ａと第２屈折光学素子３ｂと第３屈折光学素子３ｃの各面３１〜３６で屈折されずそのまま発散光として像面４に入射し、例えば像面４に配置された円筒状の表示面を３６０°全方位で均一に効率的に明るく照明することができる。
【００５６】
このような構成の照明光学系の周囲に、中心軸１の周りで回転対称に構成された投影光学系５を組み合わせると（図６）、像面４に配置された例えば円筒状の透過型液晶表示素子あるいはフィルムの画像を、遠方で例えば中心軸１と略同軸の円筒状のスクリーン面（不図示）の斜め上方の輪帯状領域に３６０°全周の拡大投影像として投影することができる。
【００５７】
ここで、投影光学系５は、中心軸１を回転対称軸とする円環状であって断面裏面鏡状の投影光学系であり、逆光線追跡で、入射屈折面５１、裏面反射面（鏡）５２、射出屈折面５１で構成され、光学面５１、５２は何れも中心軸１を回転対称軸とする回転対称面からなり、入射屈折面（射出屈折面）５１、内面反射面５２は何れも拡張回転自由曲面で構成されている。そして、この投影光学系５の入射瞳は中心軸１上に位置している。
【００５８】
そこで、この実施例の照明光学系においては、中心軸１上の入射瞳に一致するように、光源２の虚像を中心軸１上に結像するように構成して、効率的で明るく均一な投影が可能なようにしている。
【００５９】
実施例３の照明光学系も、照明光学系自体としては反射面を使用して光路を折り返す等をしていないので、小型で効率的な照明光学系となっている。
【００６０】
この実施例３の仕様は、
水平照野            ３６０°
垂直照野            ４．０ｍｍ
照明ＮＡ（開口数）  ０．５９
光源の高さ          ０．７０ｍｍ
である。
【００６１】
この実施例３の照明光学系は、上記のように、中心軸１の周りで回転対称に構成され、反射面５２を持つ投影光学系５に特に適したものである。そのため、後記の構成パラメータには、この投影光学系５の構成パラメータと共に一体で示してある。
【００６２】
実施例４の照明光学系の中心軸１に沿ってとった断面図を図７に示す。。
【００６３】
本実施例は、照明方向が中心軸１に垂直で、屈折光学系３がＸ−Ｚ平面に対して対称に構成され、像面４が中心軸１を中心とする円筒面からなる実施例である。
【００６４】
屈折光学系３は、像面４側から順に、第１面３１と第２面３２からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第１屈折光学素子３ａと、第３面３３と第４面３４からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第２屈折光学素子３ｂと、第５面３５と第６面３６からなり、何れの面も中心軸１の周りで回転対称である第３屈折光学素子３ｃとからなっている。これら第１面３１〜第３面３３は何れも円弧を表す項以外の高次項として偶数次項を含む拡張回転自由曲面からなる。また、第４面３４〜第６面３６はトーリック面からなる。そして、中心軸１上に配置された線状の光源２から周囲に発散された光束は、メリジオナル断面内では第１屈折光学素子３ａと第２屈折光学素子３ｂと第３屈折光学素子３ｃの合成正パワーでコリメートされ、サジタル断面内では第１屈折光学素子３ａと第２屈折光学素子３ｂと第３屈折光学素子３ｃの各面３１〜３６で屈折されずそのまま発散光として像面４に入射し、例えば像面４に配置された円筒状の表示面を３６０°全方位で均一に効率的に明るく照明することができる。
【００６５】
実施例４の照明光学系は、反射面を使用して光路を折り返す等をしていないので、小型で効率的な照明光学系となっている。
【００６６】
この実施例４の仕様は、
水平照野            ３６０°
垂直照野            ４．０ｍｍ
照明ＮＡ（開口数）  ０．０９
光源の高さ        １１．５４ｍｍ
である。
【００６７】
ところで、この実施例において、光源２から屈折光学系３までは比較的距離があり、光源２の中心軸１方向の高さがそれに応じて長いが、図８に断面図、図９に全体の斜視図、図１０に導光体部の斜視図を示すように、中心軸１に直交して相互に平行に配置された２枚の円板状の平面鏡１１、１２からなる導光体１０を光源２と屈折光学系３の間の間隙に介在させ、光源２からの発散光をその２枚の平面鏡１１、１２間で多重反射させて導光体１０周囲まで導光させ、屈折光学系３の第３屈折光学素子３ｃまで導くようにすると、光源２の高さを２枚の平面鏡１１、１２間の距離と略等しくしても、その実効的長さは多重反射分中心軸１方向に延長されて設計上の長さ（図７）にすることができ、短い光源２からの発散光を有効に利用することができ、明るく効率的な照明が可能になる。なお、この場合、円板状の平面鏡１１、１２は中心軸１を中心に配置し、その間の多重反射はメリジオナル断面内で行われる。
【００６８】
以下に、上記実施例１〜４の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＥＲＦＳ”は拡張回転自由曲面を、“ＲＳ”は反射面を示す。
【００６９】
実施例１
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞
像  面    ＥＲＦＳ[1]                     
2      ＥＲＦＳ[2]                               1.5163    64.1
3      ＥＲＦＳ[3]                     
4      ＥＲＦＳ[4]                               1.5163    64.1
5      ＥＲＦＳ[5]                     
光  源      ∞                            
ＥＲＦＳ[1] 
ＲＹ    ∞
θ       0.00 
Ｒ     -15.00 
ＥＲＦＳ[2] 
ＲＹ     7.89 
θ       0.00 
Ｒ     -14.00 
Ｃ5     -4.4137 ×10-4
ＥＲＦＳ[3] 
ＲＹ  -102.12 
θ       0.00 
Ｒ     -13.00 
Ｃ5     -2.5499 ×10-4
ＥＲＦＳ[4] 
ＲＹ     6.10 
θ       0.00 
Ｒ      -3.99 
Ｃ5     -1.2858 ×10-3
ＥＲＦＳ[5] 
ＲＹ    ∞
θ       0.00 
Ｒ      -2.00                                                               。
【００７０】
実施例２
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞        
1      ＥＲＦＳ[1]                     偏心(1)   1.5163    64.1
2      ＥＲＦＳ[2] （ＲＥ）            偏心(2)   1.5163    64.1
3      ＥＲＦＳ[3]                     偏心(3) 
像  面    ＥＲＦＳ[4]                     偏心(4) 
5      ＥＲＦＳ[5]                     偏心(5)   1.8830    40.7
6      ＥＲＦＳ[6]                     偏心(6) 
7      ＥＲＦＳ[7]                     偏心(7)   1.8830    40.7
8      ＥＲＦＳ[8]                     偏心(8) 
光  源      ∞                              
ＥＲＦＳ[1] 
ＲＹ     6.99 
θ       0.00 
Ｒ      15.00 
Ｃ2      4.9002 ×10-1
ＥＲＦＳ[2] 
ＲＹ  -115.98 
θ       0.00 
Ｒ      18.04 
Ｃ4     -6.8520 ×10-4
Ｃ5      2.0917 ×10-4
ＥＲＦＳ[3] 
ＲＹ     4.15 
θ       0.00 
Ｒ      12.00 
Ｃ2     -6.3463 ×10-1
ＥＲＦＳ[4] 
ＲＹ    ∞
θ       0.00 
Ｒ       8.02 
ＥＲＦＳ[5] 
ＲＹ    -4.54 
θ      25.80 
Ｒ       6.74 
Ｃ4      1.5771 ×10-2
ＥＲＦＳ[6] 
ＲＹ   -29.60 
θ      43.68 
Ｒ       5.58 
Ｃ4      2.0766 ×10-2
ＥＲＦＳ[7] 
ＲＹ    -7.19 
θ      49.26 
Ｒ       4.70 
Ｃ4      5.9319 ×10-3
ＥＲＦＳ[8] 
ＲＹ    ∞
θ      35.66 
Ｒ       1.94 
Ｃ4      1.3680 ×10-2
偏心(1) 
Ｘ    0.00  Ｙ    7.04  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(2) 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.16  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(3) 
Ｘ    0.00  Ｙ    3.71  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(4) 
Ｘ    0.00  Ｙ    2.52  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(5) 
Ｘ    0.00  Ｙ    2.14  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(6) 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.69  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(7) 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.74  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(8) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.49  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
実施例３
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞        
1      ＥＲＦＳ[1]                     偏心(1)   1.5163    64.1
2      ＥＲＦＳ[2] （ＲＥ）            偏心(2)   1.5163    64.1
3      ＥＲＦＳ[1]                     偏心(1) 
像  面    ＥＲＦＳ[3]                     偏心(3) 
5      ＥＲＦＳ[4]                     偏心(4)   1.7859    44.2
6      ＥＲＦＳ[5]                     偏心(5) 
7      ＥＲＦＳ[6]                     偏心(6)   1.5163    64.1
8      ＥＲＦＳ[7]                     偏心(7) 
9      ＥＲＦＳ[8]                     偏心(8)   1.5163    64.1
10      ＥＲＦＳ[9]                     偏心(9) 
光  源      ∞                              
ＥＲＦＳ[1] 
ＲＹ   -15.98 
θ       8.63 
Ｒ      19.00 
Ｃ4      4.6972 ×10-4
Ｃ5     -7.7322 ×10-5
ＥＲＦＳ[2] 
ＲＹ   -20.58   
θ       5.07 
Ｒ      20.00 
Ｃ4      1.5978 ×10-4
Ｃ5     -2.4314 ×10-5
Ｃ6     -2.5066 ×10-7
ＥＲＦＳ[3] 
ＲＹ    ∞
θ       0.00 
Ｒ      10.00 
ＥＲＦＳ[4] 
ＲＹ   -47.85 
θ      -3.52 
Ｒ       9.10 
Ｃ4     -1.3686 ×10-2
Ｃ5      6.0388 ×10-3
ＥＲＦＳ[5] 
ＲＹ    -3.04 
θ       5.16 
Ｒ       8.73 
Ｃ4     -4.3254 ×10-2
Ｃ5      6.1233 ×10-3
ＥＲＦＳ[6] 
ＲＹ    -4.44 
θ      -2.29 
Ｒ       7.81 
Ｃ4     -1.2349 ×10-2
Ｃ5      4.9303 ×10-3
ＥＲＦＳ[7] 
ＲＹ     5.70 
θ       0.22 
Ｒ       5.23 
Ｃ4     -1.8642 ×10-2
Ｃ5      5.1307 ×10-3
ＥＲＦＳ[8] 
ＲＹ    -3.01 
θ       5.07 
Ｒ       4.30 
Ｃ4     -2.8749 ×10-2
Ｃ5     -3.4433 ×10-3
ＥＲＦＳ[9] 
ＲＹ    ∞
θ       0.00 
Ｒ       0.91 
偏心(1) 
Ｘ    0.00  Ｙ    9.24  Ｚ    0.00  
α    8.63  β    0.00  γ    0.00  
偏心(2) 
Ｘ    0.00  Ｙ    9.24  Ｚ    0.00  
α    5.07  β    0.00  γ    0.00  
偏心(3) 
Ｘ    0.00  Ｙ    3.42  Ｚ   10.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(4) 
Ｘ    0.00  Ｙ    2.88  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(5) 
Ｘ    0.00  Ｙ    2.78  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(6) 
Ｘ    0.00  Ｙ    2.39  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(7) 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.74  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(8) 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.37  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(9) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.41  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００７１】
実施例４
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞    
像  面    ＥＲＦＳ[1]                     
2      ＥＲＦＳ[2]                               1.8830    40.7
3      ＥＲＦＳ[3]                     
4      ＥＲＦＳ[4]                               1.8830    40.7
5      ＥＲＦＳ[5]                     
6      ＥＲＦＳ[6]                               1.8830    40.7
7      ＥＲＦＳ[7]                     
光  源    基準座標                        
ＥＲＦＳ[1] 
ＲＹ    ∞
θ       0.00 
Ｒ     -20.00 
ＥＲＦＳ[2] 
ＲＹ     4.81 
θ       0.00 
Ｒ     -19.50 
Ｃ5      2.4601 ×10-4
ＥＲＦＳ[3] 
ＲＹ     8.16 
θ       0.00 
Ｒ     -18.40 
Ｃ5      1.3092 ×10-3
ＥＲＦＳ[4] 
ＲＹ     5.78 
θ       0.00 
Ｒ     -12.07 
Ｃ5     -8.3948 ×10-3
ＥＲＦＳ[5] 
ＲＹ    -7.62 
θ       0.00 
Ｒ     -10.05 
ＥＲＦＳ[6] 
ＲＹ     3.98 
θ       0.00 
Ｒ      -7.00 
ＥＲＦＳ[7] 
ＲＹ    -3.84 
θ       0.00 
Ｒ      -5.00                                                               。
【００７２】
次に、導光体１０を光源２と屈折光学系３の間の間隙に介在させる別の実施例５を図１１に示す。ただし、この実施例の構成パラメータは省く。
【００７３】
この実施例５は、照明方向が中心軸１に対して斜め上方に傾き、屈折光学系３が中心軸１に直交する平面に対して非対称に構成され、かつ、像面４が中心軸１を中心とする円錐面からなる実施例である。この実施例では、屈折光学系３は中心軸１の周りで回転対称な単一の屈折光学素子からなるものとしているが、実施例２〜３に示すように中心軸１の周りで回転対称な複数の屈折光学素子から構成するようにしてもよい。
【００７４】
そして、この実施例においては、図１１に断面図、図１２に斜視図を示すように中心軸１の周りで回転対称なコーン状の屈折率が１より大きな透明体１３からなる導光体１０を光源２と屈折光学系３の間の間隙に介在させており、光源２からの発散光をそのコーン状の透明体１３の円錐面からなる入射端１４から入射させ、コーン状の透明体１３の内面と外面の間で多重全反射によりコーン状の透明体１３の円錐面からなる射出端１５まで導光してその端面から出た光を屈折光学系３へ入射させるようにする。
【００７５】
この例でも、光源２の高さを入射端１４の高さ以下にしても、その実効的長さは多重反射分中心軸１方向に延長され、短い光源２からの発散光を有効に利用することができ、明るく効率的な照明が可能になる。この場合も、導光体１０内の多重反射はメリジオナル断面内で行われる。
【００７６】
なお、本発明の照明光学系において、中心軸１の周りで回転対称な屈折光学系３はそのまま用いることにより、屈折光学系３の周辺の３６０°の全ての方向に輪帯状の照明を行うことができるが、その屈折光学系３を中心軸１を含む断面で切断して２分の１、３分の１、３分の２等にすることにより、中心軸１の周りの１８０°、１２０°、２４０°等の角度範囲で照明するようにしてももちろんよい。
【００７７】
また、屈折光学系３を構成する屈折光学素子の屈折面は、円周方向に溝を切ったリニアフレネルレンズ面で構成することもでき、その場合は、リニアフレネルレンズシート（中心軸１方向にのみ屈折力を有するフレネルレンズシート）の両端をつないで筒状に構成したものでも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施例１の照明光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図２】図１の光学系内の光路を示す中心軸に沿う方向に見た平面図である。
【図３】本発明の実施例２の照明光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図４】実施例２の照明光学系の周囲に投影光学系を組み合わせた場合の図３と同様の断面図である。
【図５】本発明の実施例３の照明光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図６】実施例３の照明光学系の周囲に投影光学系を組み合わせた場合の図５と同様の断面図である。
【図７】本発明の実施例４の照明光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図８】実施例４の照明光学系の変形例を示す図７と同様の断面図である。
【図９】図８の変形例の全体の斜視図である。
【図１０】図８の変形例の導光体部の斜視図である。
【図１１】本発明の実施例５の照明光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１２】実施例５で用いるコーン状の導光体の斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…中心軸（回転対称軸）
２…光源
３…屈折光学系（透過光学系）
３ａ…第１屈折光学素子
３ｂ…第２屈折光学素子
３ｃ…第３屈折光学素子
４…物体面
５…投影光学系
１０…導光体
１１、１２…平面鏡
１３…透明体
１４…入射端
１５…射出端
３１〜３６…屈折光学系の第１面〜第６面
５１〜５３…投影光学系の第１面〜第３面
【図１】
2007286215.tif 000003
【図２】
2007286215.tif 000004
【図３】
2007286215.tif 000005
【図４】
2007286215.tif 000006
【図５】
2007286215.tif 000007
【図６】
2007286215.tif 000008
【図７】
2007286215.tif 000009
【図８】
2007286215.tif 000010
【図９】
2007286215.tif 000011
【図１０】
2007286215.tif 000012
【図１１】
2007286215.tif 000013
【図１２】
2007286215.tif 000014