(57)【要約】【課題】ＬＥＤ素子を光源とする照明装置において、装置を大型化することなく光利用効率を向上させることにより、コンパクトな構成で明るい照明を行うようにする。【解決手段】照明装置は、ＬＥＤ素子１と、楕円リフレクタ５と、平面ミラー４とを有し、平面ミラー４で反射した光を集光点Ｆ２´に向けて集光させる。ＬＥＤ素子１の中心と集光点Ｆ２´とを通る軸を照明系光軸ｚとするとき、楕円リフレクタ５は、照明系光軸ｚを中心とした所定径の円形の開口ｏ１を有し、楕円リフレクタ５の反射面を照明系光軸ｚ方向の後方側に向けて配置される。また、平面ミラー４は、ＬＥＤ素子１の後方側に配置され、ＬＥＤ素子１から出射した光のうち、楕円リフレクタ５で反射した光は、平面ミラー４で反射して、開口ｏ１を通過して集光点Ｆ１´に向かって集光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子から出射した光を反射する楕円回転体よりなる楕円リフレクタと、該楕円リフレクタで反射した光を再度反射させるミラー部材とを有し、該ミラー部材で反射した光を集光点に向けて集光させる照明装置であって、
前記ＬＥＤ素子の中心と前記集光点とを通る軸を照明系光軸とするとき、
前記楕円リフレクタは、楕円の少なくとも一部の形状を前記照明系光軸を中心として回転させた形状の反射面を備えるともに、前記照明系光軸を中心とした所定径の円形の開口を有し、前記反射面を前記照明系光軸方向の後方側に向けて配置され、
前記ミラー部材は、前記ＬＥＤ素子の前記照明系光軸方向の後方側に配置され、
前記ＬＥＤ素子から出射した光のうち、前記楕円リフレクタで反射した光は、前記ミラー部材で反射して、前記開口を通過して前記集光点に向かって集光することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記ミラー部材は、反射面が平面形状である平面ミラーであり、
前記ＬＥＤ素子は、前記楕円リフレクタの楕円の第１焦点位置に配置され、
前記楕円リフレクタは、前記ＬＥＤ素子から出射した光を前記楕円の第２焦点位置に集光する形状に形成され、
前記ミラー部材の反射面は、前記照明系光軸に対して垂直に設けられ、
前記集光点は、前記ミラー部材の反射面を対称面とするとき、前記第２焦点位置の面対称の位置に相当する位置であることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の照明装置において、
前記ＬＥＤ素子から出射した光のうち、前記ＬＥＤ素子から前記開口の内部に向かう光の少なくとも一部に作用し、前記集光点に集光させる集光レンズを有することを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の照明装置において、
前記ＬＥＤ素子から出射した光のうち、前記ＬＥＤ素子から前記開口の内部に向かう光の少なくとも一部に作用するロッドレンズを有し、該ロッドレンズは、前記平面ミラーで反射して前記集光点に向かう光が入射する位置に配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１に記載の照明装置において、
前記ミラー部材は、前記照明系光軸を含む面上に形成した双曲線を、前記照明系光軸を中心に回転させてなる反射面を有する双曲線ミラーであり、
前記ＬＥＤ素子は、前記楕円リフレクタの楕円の第１焦点位置に配置され、
前記楕円リフレクタは、前記ＬＥＤ素子から出射した光を前記楕円の第２焦点位置に集光する形状に形成され、
前記ミラー部材の反射面を形成する双曲線が有する２つの曲線と２つの焦点の位置関係において、前記集光点は、前記ミラー部材の反射面を形成する曲線に近い第１焦点ではなく、他方の曲線に近い第２焦点に一致していることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置において、
前記楕円リフレクタの反射面は、前記照明系光軸を含む面上で、前記照明系光軸を挟む両側の領域のうち一方の領域で規定した楕円形状の一部を、前記照明系光軸を中心として回転させた回転体として形成され、
前記楕円形状の一部を形成する楕円の第２焦点の位置は、前記照明系光軸からずれていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置において、
前記双曲線ミラーの反射面は、前記照明系光軸を含む面上で、前記照明系光軸を挟む両側の領域のうち一方の領域で規定した双曲線形状の一部を、前記照明系光軸を中心として回転させた回転体として形成され、
前記双曲線形状の一部を形成する双曲線の前記第１焦点と、前記楕円形状の一部を形成する楕円の第２焦点とが一致し、前記双曲線の第２焦点が前記照明系光軸上に位置していることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１に記載の照明装置において、
前記ミラー部材の前記照明系光軸方向の後方に、前記ＬＥＤ素子を搭載するＬＥＤ素子基板を有し、前記ＬＥＤ素子は、前記ＬＥＤ素子基板に設けられたＬＥＤ素子台座上に設置され、
前記ミラー部材は、前記楕円リフレクタで反射した光を前記開口を通して前記集光点に集光させる位置に設置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載の照明装置を複数有し、該複数の照明装置から出射した光のそれぞれに集光作用を与える複数の第１の集光レンズと、該複数の第１の集光レンズを出射した光を合成するクロスダイクロイックプリズムとを備えることを特徴とする照明システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明システムにおいて、
前記クロスダイクロイックプリズムで合成した光の出射光路上に、第２の集光レンズを備えることを特徴とする照明システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の照明システムにおいて、
前記クロスダイクロイックプリズムで合成した光の出射光路上に、フライアイレンズを備えることを特徴とする照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に及び照明システムに関し、より具体的には、ＬＥＤ素子を使用して照明光を生成する照明装置と、投射型表示装置の照明用として好適な照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置の照明用に使用される照明装置として、ＬＥＤ素子を光源としたものがある。ＬＥＤ素子から出射する光は拡散光であり、通常、リフレクタや集光レンズなどを用いてＬＥＤ素子からの光を集光し、光利用効率を高めて明るい投射画像を得るようにしている。
【０００３】
このような照明装置に関し、例えば、特許文献１には、ＬＥＤ素子を使用した光源と、楕円鏡と、コリメータレンズとを具備し、楕円鏡における第１焦点および第２焦点のそれぞれの位置に、コリメータレンズの物点と像点とを配置させるようにした照明装置が開示されている。
この照明装置では、ＬＥＤ素子から発光した光のうち、ＬＥＤ素子の頂点方向寄り(照明系光軸方向寄り)の光は、１つの集光レンズによって集光させている。また、ＬＥＤ素子の外周方向寄りの光は、楕円リフレクタ（回転体）で反射させ、上記の集光レンズによる集光点と同一位置に集光させている。
【０００４】
また、特許文献２には、光源とリフレクタとを備え、光源からリフレクタを介さずに被照明領域外に向かって照射する光を光源側に戻すほぼ球形の円形リフレクタを配置した照明光学系が開示されている。この照明光学系には、リフレクタを介して被照明領域外を照明する光を光源側に戻す平面ミラーまたはほぼ球形のサブリフレクタが配置される。
【０００５】
また、特許文献３には、回転楕円鏡、光源、球面鏡、およびコンデンサレンズからなる照明装置が開示されている。回転楕円鏡は、照明対象物以外を照射する光の反射部分が欠除している。そして光源から欠除部分に向かう光が、光源からみて欠除部分の後側にある球面鏡に反射して、欠除部分とは反対側の回転楕円鏡で再び反射して照明対象物を照明する。
【０００６】
上記特許文献２，３のいずれにおいても、楕円リフレクタの楕円第1焦点に配置された光源から発光された光のうち、後方寄りに発光された光は楕円リフレクタで反射されて楕円第２焦点に集光する。また、光源の前方寄り（照明系光軸方向寄り)に発光した光は、球面リフレクタによって一度光源に戻り、光源を透過して楕円リフレクタに進行し、楕円リフレクタで反射して楕円第２焦点で集光する。これにより、楕円第２焦点では、光源から前側へ発光された光によって光線角度の小さい成分が多くなるようにすることで、光利用効率を向上させることを意図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−９１３８３号公報
【特許文献２】特開平５−２６４９０４号公報
【特許文献３】特開平６−２５０２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の照明装置は、ＬＥＤ素子の発光部のサイズ（物像）に比して、楕円リフレクタで反射して楕円第２焦点で集光するサイズ（結像サイズ）は小さい。
ここで、集光レンズは、光源からの光を透過して楕円第２焦点と同じ位置で結像させるようにその仕様が設計されているが、集光レンズを透過した光線による結像サイズが、楕円リフレクタ経路の光線による結像サイズよりかなり大きくなってしまう。そのため、光線の経路によって、楕円第２焦点（集光点）での集光サイズにかなりの差が生じ、集光点以降の光学系での光利用効率が悪化してしまう。
【０００９】
一方、特許文献２、３の照明系は、光源として高圧放電ランプを用いるものであって、ＬＥＤ素子を光源とした照明系には適用することはできない。これは、高圧放電ランプの配光分布とＬＥＤ素子光源の配光分布とが全く異なるためである。高圧放電ランプとＬＥＤ素子光源の配光分布の状態を以下に説明する。
【００１０】
図１０は、高圧放電ランプを使用した照明系の構成例を模式的に示す図で、図中、１００は高圧放電ランプ、１０１は発光部、１０２は電極、１０３はガラス封体、１０４は楕円リフレクタである。図６に示すように、高圧放電ランプ１００は、その照明系光軸ｚに対して垂直方向に多く配光分布Ｓを持つものとなっている。配光分布Ｓは、発光方向に応じた発光強度の大きさを現している。
ここでは、照明系光軸ｚに直交し発光部１０１を通る軸をｘ軸とするとき、高圧放電ランプ１００からの配光角度θは、ｘ軸に対して最大約５０°となっている。またこのような配光は、ｚ軸の周りに３６０°分布している。
【００１１】
図１１は、特許文献２、３に示される照明系を模式的に示す図で、高圧放電ランプ１２０の後方側と前方側にそれぞれ楕円リフレクタ１２３と球面リフレクタ１２４とを設けた構成を示している。高圧放電ランプ１２０の発光部１２１は、楕円リフレクタ１２３の楕円第１焦点Ｆ１の位置に配置されている。また、第１焦点Ｆ１の位置は、球面リフレクタ１２４の円の中心位置にも一致している。
【００１２】
発光部１２１から発光した光のうち、楕円リフレクタ１２３で反射した光は、楕円第２焦点Ｆ２に集光する。また、高圧放電ランプ１２０の前方に配置された球面リフレクタ１２４で反射した光は、一度高圧放電ランプ１２０の発光部１２１に戻り、高圧放電ランプ１２０を透過した後、楕円リフレクタ１２３で再度反射して楕円第２焦点Ｆ２に集光する。
【００１３】
発光部１２１は１対のランプ電極１２２の間にあり、ここには障害物がないため、一度発光した光を発光部１２１に戻すことにより発光部１２１を透過させることができ、これを楕円リフレクタ１２３で反射させて第２焦点Ｆ２に集光させることで、第２焦点Ｆ２における光線角度を小さくすることができる。
【００１４】
図１２は、ＬＥＤ素子を光源としたときの配光分布を模式的に示す図で、図中、１１０はＬＥＤ素子、１１１はＬＥＤ素子基板である。
図１０及び図１１の例では、光源として高圧放電ランプを使用していたため、前方に配置した球面リフレクタで光を反射させ、高圧放電ランプを透過させて再度反射させることで光利用効率を高めるようにしていた。これに対して、光源としてＬＥＤ素子１１０を使用した場合、ＬＥＤ素子１１０の配光分布Ｓは、照明系光軸ｚを中心として完全拡散発光する。このときに照明系光軸ｚに対する配光角度θは、最大約９０°である。このような配光は、ｚ軸の周りに３６０°分布している。
【００１５】
このような特性を有するＬＥＤ素子１１０を上記図１１のような高圧放電ランプを用いた構成に適用したとしても、球面リフレクタ１２４で反射した光は、ＬＥＤ素子基板１１１上に設けたＬＥＤ素子１１０を透過することはできない。
つまり、ＬＥＤ素子を光源とする照明装置を構成しようとする場合、高圧放電ランプ用の照明装置を適用することはできない。従って、ＬＥＤ素子を光源とする独自の構成をもった照明装置が必要となる。このときに、装置を大型化することなく、光利用効率を向上させて明るい照明を行うことができる照明装置が求められる。また、投射型表示装置を照明する照明システムでは、上記のような照明装置を複数（通常、ＲＧＢ用として３つ）備えているため、照明システム全体においても、コンパクトで光利用効率の高いシステムが求められる。
【００１６】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、ＬＥＤ素子を光源とする照明装置において、装置を大型化することなく光利用効率を向上させることにより、コンパクトな構成で明るい照明を行うことができるようにした照明装置と、該照明装置を使用した投射型表示装置の照明用の照明システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子から出射した光を反射する楕円回転体よりなる楕円リフレクタと、該楕円リフレクタで反射した光を再度反射させるミラー部材とを有し、該ミラー部材で反射した光を集光点に向けて集光させる照明装置であって、前記ＬＥＤ素子の中心と前記集光点とを通る軸を照明系光軸とするとき、前記楕円リフレクタは、楕円の少なくとも一部の形状を前記照明系光軸を中心として回転させた形状の反射面を備えるともに、前記照明系光軸を中心とした所定径の円形の開口を有し、前記反射面を前記照明系光軸方向の後方側に向けて配置され、  前記ミラー部材は、前記ＬＥＤ素子の前記照明系光軸方向の後方側に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射した光のうち、前記楕円リフレクタで反射した光は、前記ミラー部材で反射して、前記開口を通過して前記集光点に向かって集光することを特徴としたものである。
【００１８】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記ミラー部材は、反射面が平面形状である平面ミラーであり、前記ＬＥＤ素子は、前記楕円リフレクタの楕円の第１焦点位置に配置され、前記楕円リフレクタは、前記ＬＥＤ素子から出射した光を前記楕円の第２焦点位置に集光する形状に形成され、前記ミラー部材の反射面は、前記照明系光軸に対して垂直に設けられ、前記集光点は、前記ミラー部材の反射面を対称面とするとき、前記第２焦点位置の面対称の位置に相当する位置であることを特徴としたものである。
【００１９】
第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記ＬＥＤ素子から出射した光のうち、前記ＬＥＤ素子から前記開口の内部に向かう光の少なくとも一部に作用し、前記集光点に集光させる集光レンズを有することを特徴としたものである。
【００２０】
第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段において、前記ＬＥＤ素子から出射した光のうち、前記ＬＥＤ素子から前記開口の内部に向かう光の少なくとも一部に作用するロッドレンズを有し、該ロッドレンズは、前記平面ミラーで反射して前記集光点に向かう光が入射する位置に配置されていることを特徴としたものである。
【００２１】
第５の技術手段は、第１の技術手段において、前記ミラー部材は、前記照明系光軸を含む面上に形成した双曲線を、前記照明系光軸を中心に回転させてなる反射面を有する双曲線ミラーであり、前記ＬＥＤ素子は、前記楕円リフレクタの楕円の第１焦点位置に配置され、前記楕円リフレクタは、前記ＬＥＤ素子から出射した光を前記楕円の第２焦点位置に集光する形状に形成され、前記ミラー部材の反射面を形成する双曲線が有する２つの曲線と２つの焦点の位置関係において、前記集光点は、前記ミラー部材の反射面を形成する曲線に近い第１焦点ではなく、他方の曲線に近い第２焦点に一致していることを特徴としたものである。
【００２２】
第６の技術手段は、第５の技術手段において、前記楕円リフレクタの反射面は、前記照明系光軸を含む面上で、前記照明系光軸を挟む両側の領域のうち一方の領域で規定した楕円形状の一部を、前記照明系光軸を中心として回転させた回転体として形成され、前記楕円形状の一部を形成する楕円の第２焦点の位置は、前記照明系光軸からずれていることを特徴としたものである。
【００２３】
第７の技術手段は、第６の技術手段において、前記双曲線ミラーの反射面は、前記照明系光軸を含む面上で、前記照明系光軸を挟む両側の領域のうち一方の領域で規定した双曲線形状の一部を、前記照明系光軸を中心として回転させた回転体として形成され、前記双曲線形状の一部を形成する双曲線の前記第１焦点と、前記楕円形状の一部を形成する楕円の第２焦点とが一致し、前記双曲線の第２焦点が前記照明系光軸上に位置していることを特徴としたものである。
【００２４】
第８の技術手段は、第１〜第７のいずれか１の技術手段において、前記ミラー部材の前記照明系光軸方向の後方に、前記ＬＥＤ素子を搭載するＬＥＤ素子基板を有し、前記ＬＥＤ素子は、前記ＬＥＤ素子基板に設けられたＬＥＤ素子台座上に設置され、前記ミラー部材は、前記楕円リフレクタで反射した光を前記開口を通して前記集光点に集光させる位置に設置されていることを特徴としたものである。
【００２５】
第９の技術手段は、第１〜第８のいずれか１の技術手段の照明装置を複数有し、該複数の照明装置から出射した光のそれぞれに集光作用を与える複数の第１の集光レンズと、該複数の第１の集光レンズを出射した光を合成するクロスダイクロイックプリズムとを備えることを特徴とした照明システムである。
【００２６】
第１０の技術手段は、第９の技術手段において、前記クロスダイクロイックプリズムで合成した光の出射光路上に、第２の集光レンズを備えることを特徴としたものである。
【００２７】
第１１の技術手段は、第９の技術手段において、前記クロスダイクロイックプリズムで合成した光の出射光路上に、フライアイレンズを備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ＬＥＤ素子を光源とする照明装置において、装置を大型化することなく光利用効率を向上させることにより、コンパクトな構成で明るい照明を行うことができるようにした照明装置と、該照明装置を使用した投射型表示装置の照明用の照明システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による照明装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る照明システムの一実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係る照明システムの第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明による照明装置の第２の実施形態の構成を示す図である。
【図５】本発明による照明装置の第３の実施形態の構成を示す図である。
【図６】本発明による照明装置の第４の実施形態を示す図である。
【図７】本発明に係る照明システムの他の実施形態を示す図で、第４の実施形態の照明装置を使用した投射型表示装置の構成例を示すものである。
【図８】本発明による照明装置の第５の実施形態を示す図である。
【図９】双曲線ミラーに適用する双曲線の性質について説明するための図である。
【図１０】高圧放電ランプを使用した照明系の構成例を模式的に示す図である。
【図１１】特許文献２，３に示される照明系を模式的に示す図である。
【図１２】ＬＥＤ素子を光源としたときの配光分布を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明による照明装置の一実施形態の構成を示す図で、図中、１はＬＥＤ素子、２はＬＥＤ素子台座、３はＬＥＤ素子基板、４は平面ミラー、５は楕円リフレクタ、１０は照明装置である。平面ミラー４は、本発明のミラー部材の一形態に相当するもので、反射面が平面形状を有するミラー部材である。
なお、２はＬＥＤ素子台座と呼称しているが、ＬＥＤ素子基板３からＬＥＤ素子１の発光部まで所要の高さを稼ぐための手段であり、寸法によってはＬＥＤ素子１のままでも形成でき、そのままで形成できない場合は別の方法でＬＥＤ素子１の発光部まで高さを稼ぐ必要があるが、本発明ではその手段については問わない。
また、ＬＥＤ素子１の中心の鉛直方向軸を照明系光軸ｚとし、ＬＥＤ素子１から発光される光の進行方向を照明系光軸ｚからのなす角度αで定義する。照明系光軸ｚは、ＬＥＤ素子の中心と平面ミラー４で反射した光が集光する集光点Ｆ２´とを通る軸となる。
【００３１】
楕円リフレクタ５は、ＬＥＤ素子１の中心位置と楕円リフレクタ５の第１焦点Ｆ１とが一致するように配設される。また、楕円リフレクタ５は、ＬＥＤ素子１から出射した光のうち、進行方向の角度αが約１５〜９０度の光線を照明系光軸ｚ方向の後方（ＬＥＤ素子基板３側）へ反射させる。ここでは楕円リフレクタ５の楕円反射面は、照明系光軸ｚ方向の後方に向けられていて、照明系光軸ｚを中心として角度αが０〜１５度までの範囲には開口ｏ１が形成されている。開口ｏ１は、照明系光軸ｚを中心とした所定半径の円形の開口となる。従って、楕円リフレクタ５の外形を見れば、照明系光軸ｚ方向の前方の開口ｏ１よりも、楕円リフレクタの後方の開口ｏ２の方が開口サイズが大きくなっている。
【００３２】
ＬＥＤ素子１から発光した光のうち、角度αが０〜１５度までの光は、開口ｏ１を通り抜けてさらに前方へ拡散する。一方、角度αが１５度以上の光は、楕円リフレクタ５で反射して楕円の第２焦点位置Ｆ２に集光する方向に進行する。
上記のような楕円形状を照明系光軸ｚを中心に回転させたものが楕円リフレクタ５の反射面形状となる。反射面には全反射膜が形成されている。
【００３３】
ＬＥＤ素子１は、ＬＥＤ素子基板３に設けられたＬＥＤ素子台座２に設置されている。ＬＥＤ素子基板３の前面側（楕円リフレクタ５側）には、平面ミラー４が配設されている。平面ミラー４の反射面には反射膜が形成され、その反射面は、照明系光軸ｚに対して垂直になっている。
楕円リフレクタ５で反射し、楕円の第２焦点Ｆ２に向かって進行する光は、第２焦点に到達する前に平面ミラー４にて反射する。平面ミラー４で反射した光は、楕円リフレクタ５の後方の開口ｏ２と前方の開口ｏ１を順に通過し、照明系光軸ｚ上に集光する。
【００３４】
この集光位置Ｆ２´は、楕円の第２焦点位置Ｆ２に対応する位置である。つまり、集光位置Ｆ２´は、照明系光軸ｚに垂直な平面ミラー４の反射面を対称面とするときに、第２焦点Ｆ２と面対称の位置にある。あるいは集光位置Ｆ２´は、平面ミラー４の反射面と照明系光軸ｚとの交点を対称点とするときに、第２焦点Ｆ２に対して点対称の位置であるともいえる。
【００３５】
ここで、平面ミラー４の位置及び範囲についてさらに説明する。まず平面ミラー４の照明系光軸ｚ方向の位置は、ＬＥＤ素子１からの角度αの光のうち、楕円リフレクタ５で反射される光の角度αの最小値から最大値までの光を平面ミラー４で反射し、その反射した光の全てが楕円リフレクタ５の前方開口ｏ１を通過できるように決める。この例ではαの最小値は約１５°、最大値は約９０°である。
【００３６】
図１の実施形態では、角度αの光を通過させるための平面ミラー４の位置が、楕円第１焦点Ｆ１に設置したＬＥＤ素子１よりも照明系光軸ｚ方向の後方に位置する。
この場合、ＬＥＤ素子基板３は、平面ミラー４の更に後方に位置することになるが、平面ミラー４の反射面の面積を広くとって光を有効に利用するために、ＬＥＤ素子基板３にＬＥＤ素子台座２を設け、その上にＬＥＤ素子１を配置している。これにより、平面ミラー４とＬＥＤ素子１との距離をとることができ、かつ、ＬＥＤ素子によって光路を遮る領域をできるだけ小さくすることにより、光利用効率を上げるようにしている。
【００３７】
なお上記のように、図１の構成では、楕円リフレクタ５で反射させる光の角度αの最小値は１５°程度であり、図示された状態では、ＬＥＤ素子１から直接開口ｏ１を通り抜けて利用できない光線が多いように見える。しかしながら、ＬＥＤ素子１からの発光分布が完全拡散であるならば、立体的に検証すれば角度αが１５°までの光線は、ＬＥＤ素子１から発光する全光線の数％程度しかなく、特に光量ロスが多くなるものではない。
また、実際には、集光点Ｆ２´の位置にロッドレンズを置いたり、集光点Ｆ２´以降に光学系を配置することにより、角度αが０〜５°程度までの光も有効利用できる。そのため、実質的には角度αが５〜１５°以外の光は、照明光として有効に利用することができる。
【００３８】
また、本発明に係る実施形態の照明装置は、従来の照明装置と比較して、集光点に集光する光線の最大角度が大きい。しかしながら、最大角度が大きくても集光サイズをより小さくすることができ、その集光点以降の光学系によって照明倍率を自由に設計できるため、より高い光利用効率を得ることができる。
【００３９】
つまり本発明に係る照明装置の最大の特長は、拡散発光するＬＥＤ素子１の発光サイズに対して、集光点Ｆ２´における結像サイズ（集光サイズ）を小さくすることができ、集光点Ｆ２´における最大光線角度が大きいものの、従来の他の方式と比較して総合的に光量ロスを非常に小さくすることができ、高い光利用効率を得ることができることにある。
【００４０】
図２は、本発明に係る照明システムの一実施形態を示す図である。本実施形態の本照明システムは、例えば、ＤＬＰ（Digital Light Processing）（登録商標）プロジェクタなどの投射型表示装置の照明システムとして適用するためのものである。
照明システムは、図１の照明装置１０と同様の構成をもつ３つの照明装置１０ａ〜１０ｃを備えている。３つの照明装置１０ａ〜１０ｃは、ＬＥＤ素子１ａ〜１ｃとしてそれぞれ赤色（Ｒ）ＬＥＤ素子、緑色（Ｇ）ＬＥＤ素子、青色（Ｂ）ＬＥＤ素子の単色ＬＥＤ素子を有している。また、各照明装置１０ａ〜１０ｃには、楕円リフレクタ５ａ〜５ｃ、ＬＥＤ素子台座２ａ〜２ｃ、ＬＥＤ素子基板３ａ〜３ｃ、平面ミラー４ａ〜４ｃがそれぞれ備えられ、楕円リフレクタ５ａ〜５ｃで反射した光線を平面ミラー４ａ〜４ｃで反射して集光している。
【００４１】
各照明装置１０ａ〜１０ｃから出射したＲＧＢの光は、各照明装置１０ａ〜１０ｃのそれぞれに対応して設けられている第１の集光レンズ１１ａ〜１１ｃにて集光作用を受け、テレセントリック光となってクロスダイクロイックプリズム１２に入射し、クロスダイクロイックプリズム１２で合成される。合成された光は、第２の集光レンズ１３で集光され、投射型表示装置の照明光として利用される。例えば、第２の集光レンズ１３の後にロッドレンズを配置し、その後所定の光学系を配置して（いずれも図示せず）、ＤＬＰプロジェクタのＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を照明する照明光として使用することができる。
【００４２】
図３は、本発明に係る照明システムの第２の実施形態を示す図である。本実施形態の照明システムは、図２と同様に３つの照明装置１０ａ〜１０ｃと、各照明装置１０ａ〜１０ｃに対応して設けられた第１の集光レンズ１１ａ〜１１ｃと、クロスダイクロイックプリズム１２とを有し、各照明装置１０ａ〜１０ｃから出射した光をクロスダイクロイックプリズム１２にて合成する。そして、本実施形態の照明システムは、図２の構成と異なり、クロスダイクロイックプリズム１２の後の光路上に、フライアイレンズ１４を設けている。フライアイレンズ１４を用いて均一化された光は、液晶プロジェクタの液晶パネルの照明光として利用することができる。
【００４３】
上記図２、図３に示すような投射型表示装置に使用する照明システムとしては、単色ＬＥＤ素子を３色合成するクロスダイクロイックプリズム方式を使用することにより、サイズ的にメリットが得られる。クロスダイクロイックプリズム１２は、ある程度テレセントリックに光線を入射させないと、その膜特性により光利用効率が悪化する。従って図２、図３に示すような第１の集光レンズ１１ａ〜１１ｃを用いた構成とすることにより、スペース面でメリットのある照明システムとすることができる。
【００４４】
また、図２、図３の構成では、第１の集光レンズ１１ａ〜１１ｃと、第２の集光レンズ１３の各焦点距離を変えれば、第２の集光レンズ１３の透過光の集光サイズや最大光線角度を自在に変えることができる。ここでレンズ枚数を最小限とする場合には、特にレンズ収差が重要となるので、レンズ収差が最小限となるよう最適な非球面形状で設計すべきである。
【００４５】
なお、複数の単色光を合成する方式には、順次ミラー方式もあり、クロスダイクロイックプリズム方式と比較して省スペースの観点では劣るものの、順次ミラー方式はコスト面では優位である。従って、本発明による照明装置からの出射光を順次ミラー方式で合成して、投射型表示装置の照明光として使用するようにしてもよい。
【００４６】
また、投射型表示装置用の照明システムとしては、単位電力当たりの明るさ効率がよいため、上記のようなＲＧＢの単色ＬＥＤ素子を用いた構成のものが一般に採用されているが、白色ＬＥＤ素子を使用して照明光とする構成を採ってもよい。この場合、白色ＬＥＤ素子を使用した照明装置１０を複数設けて、各照明装置１０の光を合成する。あるいは白色ＬＥＤ素子を使用した単体の照明装置１０を使用して、照明光を得るようにしてもよい。
【００４７】
図４は、本発明による照明装置の第２の実施形態の構成を示す図である。図４において、６は集光レンズで、その他、図１と同様の機能を有する部分には、図１と同じ符号が付してある。
本実施形態の照明装置１０は、ＬＥＤ素子１の照明系光軸ｚ方向の前方に集光レンズ６を配置する。ＬＥＤ素子１から発光した角度αが小さめの光は、集光レンズ６によって集光位置Ｆ２´に集光させる。Ｆ２´は、照明系光軸ｚに垂直な平面ミラー４の反射面を対称面とするときに、第２焦点Ｆ２と面対称の位置にある。つまり、本実施形態の照明装置１０の集光レンズ６は、ＬＥＤ素子１から楕円リフレクタ５の開口ｏ１の内部に向かう光の少なくとも一部に作用し、集光点Ｆ２´に集光させるものである。
【００４８】
集光レンズ６の仕様としては、集光点Ｆ２´に集光させること、集光レンズ６による集光サイズを、楕円リフレクタ５を経由し平面ミラー４で反射して集光点Ｆ２´に集光した集光サイズにできるだけ近づけること、及び楕円リフレクタ５を経由した光線を集光レンズ６で遮らないようにすること、が必要である。また、集光レンズ６のレンズ収差も重要であり、非球面のレンズ形状にて対応する必要がある。
【００４９】
本実施形態に係る構成は、ＬＥＤ素子１と平面ミラー４との関係等、ＬＥＤ素子１の周囲の空間的制約が比較的緩く、設計の自由度が増す。また、ＬＥＤ素子１から出射した光のうち、光線角度αが小さめの光の光量が多い場合に、本実施形態の構成が好適となる可能性がある。
【００５０】
本実施形態の照明装置１０は、図２及び図３に示したような投射型表示装置用の照明システムとして使用することができる。この場合、図２、図３に示す照明装置１０（１０ａ〜１０ｃ）を、本実施形態の集光レンズ６を備えた照明装置１０に置き換えることで、照明システムを構成することができる。
【００５１】
図５は、本発明による照明装置の第３の実施形態の構成を示す図である。図５において、７はロッドレンズで、その他、図１と同様の機能を有する部分には、図１と同じ符号が付してある。
本実施形態の照明装置１０は、ＬＥＤ素子１の照明系光軸ｚ方向の前方にロッドレンズ７を配置する。ＬＥＤ素子１から発光した角度αが小さめ（α＝２５°程度）の光は直接ロッドレンズ７に入射させ、α＝２５〜９０°の光は楕円リフレクタ５及び平面ミラー４で反射させ、集光位置Ｆ２´に集光させる。この場合、集光点Ｆ２´はロッドレンズ７の内部にあるため、平面ミラー４からの反射光は集光点Ｆ２´に集光する前にロッドレンズ７による作用を受ける。ここで、集光点Ｆ２´がロッドレンズ７の内部にある理由は、光利用効率を最大にするためであり、ロッドレンズ７以降の照明システムとのマッチングを考慮してロッドレンズ７の位置を決めればよい。
つまり、本実施形態の照明装置１０のロッドレンズ７は、ＬＥＤ素子１から楕円リフレクタ５の開口ｏ１の内部に向かう光の少なくとも一部に作用するもので、平面ミラー４で反射して集光点Ｆ２´に向かう光が入射する位置に配置されているものである。
【００５２】
本実施形態の構成の場合、ＬＥＤ素子台座２を細長くしてＬＥＤ素子１を設置する必要が生じるが、このような構成であっても、本照明装置１０を用いた照明システム全体としてスペースメリットが得られる可能性がある。
例えば、本照明装置１０を用いて、図２、図３に示すような投射型表示装置の照明用の照明システムを構成することができる。ここで図２に示す構成は、ＤＬＰプロジェクタに好適に適用することができる。
【００５３】
このとき、本実施形態の照明装置１０を使用することにより、照明装置１０（１０ａ〜１０ｃ）が備えるロッドレンズ７の後に照明システムの第１集光レンズ１１ａ〜１１ｃを配置し、クロスダイクロイックプリズム１２によって３色の光を合成することができる。これにより、クロスダイクロイックプリズム１２からＤＭＤまでの間のロッドレンズを省略することができ、第２集光レンズ１３の焦点距離を長くして、第２の集光レンズ１３による集光位置にＤＬＰプロジェクタのＤＭＤを配置することができる。従って、照明装置１０からクロスダイクロイックプリズム１２までのスペースは多少拡大するものの、クロスダイクロイックプリズム１２の後のスペースを削減することができ、照明システム全体としては、小型化することができる。
【００５４】
図６は、本発明による照明装置の第４の実施形態を示す図である。第４の実施形態は、第１の実施形態と異なり、楕円リフレクタ５による反射光を反射する平面ミラーの代わりに、反射面が双曲線の形状を有する双曲線ミラー８を備え、その双曲線ミラー８におる反射光を双曲線の第２焦点に集光させるようにしている。双曲線ミラー８は、本発明にミラー部材の他の例に相当するものである。
【００５５】
本実施形態の構成は、上記の実施形態と同様にＬＥＤ素子１の中心の鉛直方向軸を照明系光軸ｚとし、ＬＥＤ素子１から発光される光の進行方向を、照明系光軸ｚからのなす角度αで定義する。また、図６に示す構成は、全て照明系光軸ｚに対して回転対称形を有するものである。
楕円リフレクタ５は、ＬＥＤ素子１の中心位置と楕円リフレクタ５の楕円の第１焦点Ｆ１とが一致するように配設される。ここで、楕円リフレクタ５は、ＬＥＤ素子１からの光線進行角度αが約１５〜９０度の光線を照明系光軸ｚの後方方向（ＬＥＤ素子基板３側）へ反射させる。すなわち、楕円リフレクタ５の外形をみれば、照明光軸系ｚ方向の前方の開口ｏ１よりも、楕円リフレクタ５の後方の開口のｏ２の方が開口サイズが大きくなっている。このように決められた楕円形状を、照明系光軸ｚを中心に回転させたものが楕円リフレクタ５の反射面形状となる。反射面には、全反射膜が形成されている。
【００５６】
ＬＥＤ素子１は、ＬＥＤ素子基板３に設けられたＬＥＤ素子台座２に設置されている。ＬＥＤ素子基板３の前面側（楕円リフレクタ５側）には、双曲線ミラー８が設けられる。双曲線ミラー８には反射膜が形成されている。
ＬＥＤ素子１から散乱発光した光のうち、角度αが約１５〜９０度の範囲の光は、楕円リフレクタ５の楕円反射面で反射し、楕円の第２焦点Ｆ２の方向に進行する。そして第２焦点Ｆ２に到達する前に双曲線ミラー８にて反射する。双曲線ミラー８では、楕円リフレクタ５から進行してくる光を全て反射させ、楕円リフレクタ５の後方の開口ｏ２と前方の開口ｏ１とを順に通過させ、照明系光軸ｚ上の集光点Ｆ３に集光させる。
【００５７】
集光点Ｆ３は、双曲線ミラー８の反射面を形成する双曲線が有する２つの焦点のうち、第２焦点に一致する。ここでは、反射面を形成する双曲線が有する２つの曲線と２つの焦点の位置関係において、双曲線ミラー８の反射面を形成する曲線に近い焦点を第１焦点とし、他方の曲線に近い焦点を第２焦点とするとき、集光点Ｆ３を双曲線の第２焦点に一致させる。
【００５８】
本実施形態の構成によれば、双曲線ミラー８の周辺部がＬＥＤ素子基板３側に近接するような方向に湾曲しているため、ＬＥＤ素子基板３に対してＬＥＤ素子１の発光部をある程度高くしなければならない。そのための構造は限定されるものではないが、本例では、ＬＥＤ素子台座２を設ける構成とした。
【００５９】
また、図６では、照明系光軸ｚに対する角度αの最小値は１５度程度であり、利用できない光線が多いように見えるが、ＬＥＤ素子１からの発光が完全拡散光であるとすると、角度αが１５度までの光束は全光束の約３．４％しかないため、光量ロスが特に多い訳ではない。また、実際には集光点Ｆ３にロッドレンズを設置したり、集光点Ｆ３以降の光学系によって角度αが０〜５度程度までの光束も有効利用できる可能性が高い。そのため、ＬＥＤ素子１を完全拡散光源と仮定した場合、ＬＥＤ素子１から出射した光のうち、実質的に角度αが５〜１５度以外の約９７%の光束を利用できることになる。
【００６０】
本実施形態の構成は、従来の照明方式のものと比較すると、第２の双曲線焦点に相当する集光点Ｆ３に集光する光線の最大角度が大きいが、集光点Ｆ３における集光サイズをより小さくすることができる。また、集光点Ｆ３以降の光学系にて照明倍率を自由に設計できるため、集光点Ｆ３における光線の最大角度は問題にはならない。集光サイズと光線の最大角度はトレードオフの関係にあるためであるが、両方を考慮しても本実施形態に係る構成の光利用効率は高くなっている。
【００６１】
そして本実施形態の最大の特長は、ＬＥＤ素子１から拡散発光する光の発光サイズに対して集光点Ｆ３における結像サイズ（集光サイズ）を小さくすることができ、集光点Ｆ３での最大光線角度が大きいものの、総合的に光量ロスが他の方式と比較して非常に小さくできるため、光利用効率が高いことにある。
また、本実施形態の他の特長としては、集光性能は上記実施形態１〜３の構成と同等の性能が得られ、さらに照明系としての必要スペースを小さくすることができることにある。具体的には、ＬＥＤ素子基板３から照明系の集光点Ｆ３までの距離や、楕円リフレクタ５の最大直径を小さくすることができる。このため、同じ照明系性能で小型化できるという特長を有する。
【００６２】
図７は、本発明に係る照明システムの第３の実施形態を示す図で、上記第４の実施形態の照明装置を使用した投射型表示装置の構成例を示すものである。本例の構成は、第１の実施形態の照明装置を使用した図２に示す照明システムと同様の構成で、照明装置として第４の実施形態の双曲線ミラー８を用いた照明装置を用いたものに相当する。
照明システムは、図６の照明装置１０と同様の構成をもつ３つの照明装置１０ａ〜１０ｃを備え、これら３つの照明装置１０ａ〜１０ｃは、ＬＥＤ素子１ａ〜１ｃとしてそれぞれ赤色（Ｒ）ＬＥＤ素子、緑色（Ｇ）ＬＥＤ素子、青色（Ｂ）ＬＥＤ素子の単色ＬＥＤ素子を有している。また、各照明装置１０ａ〜１０ｃには、楕円リフレクタ５ａ〜５ｃ、ＬＥＤ素子台座２ａ〜２ｃ、ＬＥＤ素子基板３ａ〜３ｃ、双曲線ミラー８ａ〜８ｃがそれぞれ備えられ、楕円リフレクタ５ａ〜５ｃで反射した光線を双曲線ミラー８ａ〜８ｃで反射して集光している。
【００６３】
各照明装置１０ａ〜１０ｃから出射したＲＧＢの光は、各照明装置１０ａ〜１０ｃのそれぞれに対応して設けられている第１の集光レンズ１１ａ〜１１ｃにて集光作用を受け、テレセントリック光となってクロスダイクロイックプリズム１２に入射し、クロスダイクロイックプリズム１２で合成される。合成された光は、第２の集光レンズ１３で集光され、投射型表示装置の照明光として利用される。
例えば、第２の集光レンズ１３の後にロッドレンズを配置し、そのロッドレンズの入射面を第２の集光レンズ１３の後の集光点位置に一致させる。そして、その後に所定の光学系を配置して（いずれも図示せず）、ＤＬＰプロジェクタのＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を照明する照明光として使用することができる。また、第２の集光レンズ１３の集光位置を、結像倍率を変えるための照明系レンズの物像位置をすることができる。
【００６４】
上記の投射型表示装置に使用する照明システムとしては、赤用、緑用、青用の単色ＬＥＤ素子を３色合成するクロスダイクロイックプリズム方式を使用することにより、サイズ的にメリットが得られる。クロスダイクロイックプリズム１２は、ある程度テレセントリックに光線を入射させないと、その膜特性により光利用効率が悪化する。従って第１の集光レンズ１１ａ〜１１ｃを用いた構成とすることにより、スペース面でメリットのある照明システムとすることができる。
【００６５】
また、第１の集光レンズ１１ａ〜１１ｃと、第２の集光レンズ１３の各焦点距離を変えれば、第２の集光レンズ１３の透過光の集光サイズや最大光線角度を自在に変えることができる。ここでレンズ枚数を最小限とする場合には、特にレンズ収差が重要となるので、レンズ収差が最小限となるよう最適な非球面形状で設計すべきである。
【００６６】
なお、複数の単色光を合成する方式には、順次ミラー方式もあり、クロスダイクロイックプリズム方式と比較して省スペースの観点では劣るものの、順次ミラー方式はコスト面では優位である。従って、照明装置からの出射光を順次ミラー方式で合成して、投射型表示装置の照明光として使用するようにしてもよい。
【００６７】
図７の構成において、第２の集光レンズ１３を除去することで、テレセントリック照明を実現する照明システムを構成することができる。また、クロスダイクロイックプリズム１２の後の光路上の第２の集光レンズ１３の位置にフライアイレンズ１４（図３参照）を設けることができる。これは、図３の構成における照明装置を、図５に示す双曲線ミラーを有する照明装置に置き換えたものに相当する。フライアイレンズ１４を用いて均一化された光は、液晶プロジェクタの液晶パネルの照明光として利用することができる。
【００６８】
図８は、本発明による照明装置の第５の実施形態を示す図で、図８（Ａ）は、本実施形態の照明装置の楕円リフレクタと双曲線ミラーを部分的に示す図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の構成を有する照明装置の全体構成図である。
第５の実施形態は、ＬＥＤ素子１から発光した角度αの小さい成分も集光位置まで到達できるように改良した構成を有するものである。具体的には、ＬＥＤ素子１から散乱発光した光束のうち、光線の角度αが約１０〜９０度の範囲の光束（約９８．５％）を集光点位置に集光できる構成を実現するものである。
【００６９】
図８（Ａ）に楕円リフレクタの楕円形状と、双曲線ミラーの双曲線形状との形状設計について説明する。
楕円リフレクタ５の反射面の形状は、照明系光軸ｚを中心として楕円の一部を回転させた回転体により構成する。この場合、楕円リフレクタ５の反射面は、照明系光軸ｚを含む面上で、照明系光軸ｚを挟む両側の領域のうち、一方の領域で規定した楕円形状の一部を、照明系光軸ｚを中心として回転させた回転体として形成される。
【００７０】
図８（Ａ）は、上記の楕円形状の一部を示すもので、ここでは照明系光軸ｚを挟んだ一方の側（図８（Ａ）では上側）の楕円の一部の形状をまず規定する。
ここでは、楕円の一部を構成する楕円形状５１を規定し、このとき、その楕円形状５１の楕円の第1焦点Ｆ１をＬＥＤ素子１の中心位置に合わせる。そして本実施形態の場合、さらに楕円形状５１の楕円の長軸ｐを照明系光軸ｚに対して傾斜させる。楕円の長軸ｐとは楕円の第1焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を結んだ直線を指している。長軸ｐの傾斜の方向は、楕円の第２焦点Ｆ２が、照明光軸ｚに対して楕円形状５１側にずれる方向とする。すなわち、楕円形状５１の第２焦点Ｆ２の位置は、照明系光軸ｚ上に設定されるものではなく、照明系光軸ｚからずれた位置とされる。これにより、楕円形状５１を反射面としたときの反射光は、照明系光軸ｚから少しずれた位置に向かって集光する。
【００７１】
そして上記図８（Ａ）に規定した楕円形状５１を照明系光軸ｚを中心として回転させることにより、楕円リフレクタ５の反射面形状を規定する。楕円形状５１の第２焦点Ｆ２の位置は、照明系光軸ｚからずれているため、これを回転させた楕円リフレクタ５における第２焦点の集光形状を３次元的に表すと、照明系光軸ｚを中心とした円状となる。図８（Ｂ）の第２焦点Ｆ２はこの状態を示している。
【００７２】
次に双曲線ミラー８の仕様について説明する。双曲線ミラー８についても、その反射面の形状は、照明系光軸ｚを中心とした双曲線の一部を回転させた回転体により構成する。この場合、双曲線ミラー８の反射面は、照明系光軸ｚを含む面上で、照明系光軸ｚを挟む両側の領域のうち、一方の領域で規定した双曲線形状の一部を、照明系光軸ｚを中心として回転させた回転体として形成される。
【００７３】
図８（Ａ）には、上記の双曲線形状の一部が示される。ここでは照明系光軸ｚを挟んだ一方の側（図８（Ａ）では上側）の双曲線の一部の形状８１をまず規定する。そして、その双曲線形状８１の双曲線の焦点Ｖ１を、楕円リフレクタ５の第２焦点Ｆ２の位置に一致させる。
さらに、上記双曲線の中心軸ｑを傾斜させ、双曲線のもう一方の焦点（第２焦点）Ｖ２が照明系光軸ｚ上に位置するように、中心軸ｑの傾斜角度や双曲線の仕様を決める。これにより、双曲線形状８１を回転することにより得られる双曲線ミラー８の集光点Ｆ３が、照明系光軸ｚ上に位置するように設計することができる。上記の構成により、楕円の長軸が傾斜した楕円リフレクタ５で反射された光を、双曲線の中心軸が傾斜した双曲線ミラー８で全て反射させ、照明系光軸ｚ上に集光させることができる。
【００７４】
図９は、双曲線ミラーに適用する双曲線の性質について説明するための図である。図９（Ａ）に示すように、双曲線とは２つの合同の曲線ｈ１，ｈ２を指している。この２つの双曲線ｈ１，ｈ２の頂点を結ぶ直線を双曲線中心軸ｑと呼ぶ。曲線ｈ１，ｈ２は、双曲線中心軸ｑから離れるに従って、漸近線ｒ１，ｒ２に限りなく接近していく。２つの曲線ｈ１，ｈ２には各々焦点Ｖ１，Ｖ２があり、これらの焦点Ｖ１，Ｖ２は双曲線中心軸ｑ上に存在する。曲線ｈ１，ｈ２は、２つの焦点Ｖ１，Ｖ２からの距離の差が一定となる点が描く曲線であり、点対称な２つの無限に伸びる曲線よりなる。
【００７５】
図９（Ａ）に示すように、双曲線の形状をもつ反射面を想定するとき、双曲線のいずれか一方の曲線ｈ１（ｈ２）の焦点Ｖ１（Ｖ２）から発光した光線は、あたかももう一方の曲線ｈ２（ｈ１）の焦点Ｖ２（Ｖ１）から発光したような方向に反射する。
【００７６】
図９（Ｂ）に示すように、図９（Ａ）の光の進行を逆に考えると、双曲線のいずれか一方の曲線ｈ１（ｈ２）の焦点Ｖ１（Ｖ２）に向かって進行してきた光線は、もう一方の曲線ｈ２（ｈ１）の焦点Ｖ２（Ｖ１）に集光される。
この性質を利用して、本発明に係る第４の実施形態及び第５の実施形態では、双曲線ミラー８の全反射膜による反射面を構成する双曲線の焦点Ｖ１を、楕円リフレクタ５の楕円の第２焦点Ｆ２と一致させる。また、楕円リフレクタ５から反射した全光束を光量ロスすることなく照明系光軸ｚ上に集光させるように、双曲線の仕様を決める。このように設計した双曲線ミラー８で反射した光束は、楕円リフレクタ５の後方開口ｏ２と前方開口ｏ１とを通過し、照明系光軸ｚ上に集光する。このときの集光位置は、双曲線を構成する２つの曲線のうち、双曲線ミラー８の反射面を構成する曲線側にある第１焦点ではなく、他方の曲線側にある第２焦点の位置に相当する。
このような構成により、光量ロスが最小限となるように、楕円リフレクタ５の楕円形状、及び双曲線ミラー８の双曲線形状を最適化した照明系を構築することができる。
【００７７】
本実施形態の構成の照明装置は、図７に示す投射型表示装置に適用することができる。また本実施形態の照明装置を適用した図７の構成の第２の集光レンズ１３を除去することで、テレセントリック照明を実現する照明システムを構成することができる。また、クロスダイクロイックプリズム１２の後の光路上の第２の集光レンズ１３の位置にフライアイレンズ１４を設けることができる。フライアイレンズ１４を用いて均一化された光は、液晶プロジェクタの液晶パネルの照明光として利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１…ＬＥＤ素子、１ａ〜１ｃ…ＬＥＤ素子、２…ＬＥＤ素子台座、２ａ〜２ｃ…ＬＥＤ素子台座、３…ＬＥＤ素子基板、３ａ〜３ｃ…ＬＥＤ素子基板、４…平面ミラー、４ａ〜４ｃ…平面ミラー、５…楕円リフレクタ、５ａ〜５ｃ…楕円リフレクタ、６…集光レンズ、７…ロッドレンズ、８…双曲線ミラー、８ａ〜８ｃ…双曲線ミラー、１０…照明装置、１０ａ〜１０ｃ…照明装置、１１ａ〜１１ｃ…集光レンズ、１２…クロスダイクロイックプリズム、１３…集光レンズ、１４…フライアイレンズ、１００…高圧放電ランプ、１０１…発光部、１１０…ＬＥＤ素子、１１１…ＬＥＤ素子基板、１２０…高圧放電ランプ、１２１…発光部、１２２…ランプ電極、１２３…楕円リフレクタ、１２４…球面リフレクタ。
【図１】
2012164639.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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