(57)【要約】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。
2005062115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
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光源。
【請求項２】
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請求項１記載の光源。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項６】
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、
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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徴とする請求項６記載の光源。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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１０記載の光源。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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１２記載の光源。
【請求項１４】
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１２記載の光源。
【請求項１５】
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１２記載の光源。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【発明の詳細な説明】
【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、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）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、インテグレータ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、１ｍｍ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、低ギャ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（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）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イッチＤＭＤ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、インテグレータロッドに入射される。このため、インテグレー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、インテグレータ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ーとなる。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１ｍｍを割る低ギャップ長ランプの開発段階に入っており、低ギャ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２０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ＤＭＤ方式と同じであり、液晶の変調スイッチ（液晶パネル１００１〜液晶パネル１００３）を経てスクリー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、ＤＭＤ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、フライアイ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２１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２１に示すフライ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レンズアレイとで、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光束の損失が少なく、光利用率が高くなる。
図２２は、楕円面反射鏡を用いるインテグレータロッド方式の照明光学系を示す図である。このでは、図１９に示したような平行光線をフィー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、インテグレータ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２２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タ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（θＡ、θＣ等）は、中心光軸に近くなるほど大きくなる（θＣ＞θＡ）。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２１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タロッドを使用する時に、前述図１９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（Ｈｏｌｇｅｒ  Ｍｏｅｎｃｈ  ａｎｄ  Ａｒｎｄ  Ｒｉｔｓ：Ｈｉｇｈｅｒ  Ｏｕｔｐｕｔ，Ｍｏｒｅ  Ｃｏｍｐａｃｔ  ＵＨＰ  Ｌａｍｐ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＳＩＤ  ０２  ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ．１１６０〜１１６３（２００２），Ｆｉｇｕｒｅ  ４）。
図２４は、上記論文のＦｉｇｕｒｅ  ６として掲載されたグラフのイメージを示す。
また、図２５は、上記論文のＦｉｇｕｒｅ  ７として掲載されたグ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３０ｍｍ反射鏡の光源（以下、小球面付３０ｍｍ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３０ｍｍ反射鏡の光源（以下、通常３０ｍｍ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４２ｍｍである４２ｍｍ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３０ｍｍ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Ｅｔｅｎｄｕｅの図２５に示すデータでは、小球面付３０ｍｍ反射鏡光源を示す黒丸印は４２ｍｍ反射鏡光源の黒四角印に対して、小さなＥｔｅｎｄｕｅ領域では光束量が勝っているにも拘わらず、Ｅｔｅｎｄｕｅ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。
Ｅｔｅｎｄｕｅ［ｍｍ２×ｓｔｅｒａｄｉａｎ］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［ｓｔｅｒａｄｉａｎ］との積で定義される量である。Ｅｔｅｎｄｕｅ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Ｅｔｅｎｄｕｅ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、ｃｏａｔｅｄ  ｂｕｒｎｅｒ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、Ｅｔｅｎｄｕｅ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Ｅｔｅｎｄｕｅに対する増加の割合が大きくなっている。従って、黒丸印の小球面付３０ｍｍ反射鏡光源の光束は、黒四角印の４２ｍｍ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Ｅｔｅｎｄｕｅ領域では勝っているように見えるが、高Ｅｔｅｎｄｕｅ領域では、発散角の小さな光線を多く含む４２ｍｍ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、
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、
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徴とする。
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（ｘ０，ｙ０）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１０は、放物面反射鏡の一例を示す図である。
図１１は、実施の形態１に係る光源１１０の構成を示す概略図である。
図１２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１３は、実施の形態１に係る光源１２０を示す図である。
図１４は、発光体３５と楕円面反射鏡３１との組み合わせによる光源１３０の構成を示す断面図である。
図１５は、実施の形態２に係る光源２１０を示す図である。
図１６は、発光体としてＬＥＤが、ｙｚ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１７は、実施の形態３に係る光源３１０の基本原理を示す図である。
図１８は、実施の形態３に係る光源３１０の構成の概略図である。
図１９は、従来のＤＭＤ方式プロジェクターの光学構成を示す図である。
図２０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。
図２１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２２は、従来の楕円面反射鏡を用いるインテグレータ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Ｆｉｇｕｒｅ  ６のイメージである。
図２５は、上記引用論文のＦｉｇｕｒｅ  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（ｘ０，ｙ０）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，ｙ０）で反射される光線はｘ軸とはそれぞれθ−α、α−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（ｘ０，ｙ０）で反射される光線の発散角３（全頂角）はθ−θ’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（ｘ０，ｙ０）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、ｘ０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ｘｙ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＝４ｐ（ｘ＋ｐ）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θ−θ’を導出すると、次のように表せる。
2005062115.tif 000003
ＰＯ＝  ｘ０＋２ｐ
ここで、ｌ：線状発光体の長さ、ｐ：放物線の焦点距離。
前記式（１００）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ｌ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、ｘｙｚ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（ｘ０，ｙ０）からの反射光線は、その座標Ｐ（ｘ０，ｙ０）に依存して異なる発散角θ−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、αおよびθ’をそれぞれｘ軸と線ＰＱ、ＰＯおよびＰＱ’との間の角度と定義すると、反射点Ｐ（ｘ０，ｙ０）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θ−αおよびα−θ’となる。ところで、ｘｙ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。
2005062115.tif 000004
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（ｘ０，ｙ０）から放物線の焦点までの距離ＰＯは次式で与えられる。
2005062115.tif 000005
式（１）と式（２）より、次式（３）が導かれる。
2005062115.tif 000006
一方、反射点Ｐ（ｘ０，ｙ０）から準線（ｘ＝−２ｐ）への垂線ＰＨを引くと、ＰＨ＝ｘ０＋２ｐ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，ｙ０）から準線（ｘ＝−２ｐ）へ、線ＰＨとはそれぞれ角度θ−αおよびα−θ’だけ傾けられた線ＰＪおよびＰＪ’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。
ＰＯ＝ＰＨおよび、角ＴＰＴ’（＝θ−θ’）は角ＪＰＪ’（＝θ−θ’）に等しいので、三角形ＰＴＴ’は三角形ＰＪＪ’と合同である。
従って、長さＴＴ’は長さＪＪ’に等しい。
以上の結果より、放物面反射鏡２上の点Ｐ（ｘ０，ｙ０）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ＪＪ’が準線（ｘ＝−２ｐ）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（ｘ０，ｙ０）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よう。角度θ−θ’は、長さｌ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，ｙ０）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θ−θ’を求める。
先ず、三角形ＰＯＱに正弦法則を適用すると、
2005062115.tif 000007
ここで、
2005062115.tif 000008
式（５）およびＯＱ＝１／２を式（４）に代入すると、長さＯＴは次のように表される。
2005062115.tif 000009
ここで、
2005062115.tif 000010
および
2005062115.tif 000011
式（７）と式（８）を式（６）に代入すると、長さＯＴは
2005062115.tif 000012
のように導出される。
式（９）のＯＴ／ＰＯを式（５）に代入し、式（３）を利用すると、次式が得られる。
2005062115.tif 000013
式（１０）は線状発光体１の半分ＯＱに対応した発散角θ−αを示している。発散角θ−αは、反射点Ｐの座標（ｘ０，ｙ０）や焦点距離ｐなど放物線のパラメータおよび線状発光体１の長さｌ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−θ’が次のように得られる。
2005062115.tif 000014
従って、最大発散角θ−θ’は式（１０）と式（１１）から、（θ−α）と（α−θ’）の和として次の式（１２）が得られる。
2005062115.tif 000015
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アー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（ｘ０，ｙ０）から楕円を望む視角θ−θ’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（ｘ０，ｙ０）で反射され、ｘ軸方向へ進む。光線の発散角（半頂角）θ−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。
2005062115.tif 000016
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（２００）において、＋−の表示は上記２つの接線（接線ＰＴと接線ＰＴ’）に対応している。「＋」の場合は図２中のθ−αに対応する。「−」の場合はθ−α＜０、すなわち図２のα−θ’に対応する。従って、全頂角θ−θ’は、式（２００）で得られる２つのθ−α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、
ｔａｎ（θ−α）＝１ｙ０／（（２（ｘ０＋２ｐ）２−１ｘ０））
ｔａｎ（α−θ’）＝１ｙ０／（（２（ｘ０＋２ｐ）２＋１ｘ０））
が得られ、式（１００）（線状発光体１について求めた式）と同一のθ−θ’が得られる。
また、式（２００）にａ＝ｂおよびａ＝１／２を代入すると、
ｔａｎ（θ−α）＝±（１／２）／（（ｘ０＋２ｐ）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）θ−θ’は、
θ−θ’＝２ｔａｎ−１（（１／２）／（（ｘ０＋２ｐ）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、ｙｚ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（１３）が示すように、長径が２ａ、短径が２ｂの楕円形状を示す。
2005062115.tif 000017
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（ｘ０，ｙ０）から楕円体状発光体４へ引かれた二つの接線（接点Ｓ（ｘ１，ｙ１））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（ｘ１，ｙ１）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、
2005062115.tif 000018
と表される。ここで、ｍは接線の勾配、ｋ＝±（ａ２ｍ２＋ｂ２）１／２、
2005062115.tif 000019
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，θ’）＜π／２、すなわちｔａｎθ、ｔａｎθ’＞０の時は、それぞれの接線に対してｍ＝ｔａｎθ、ｋ＝−（ａ２ｔａｎ２θ＋ｂ２）１／２およびｍ’＝ｔａｎθ’、ｋ’＝＋（ａ２ｔａｎ２θ’＋ｂ２）１／２とすると、
2005062115.tif 000020
π／２＜（θ，θ’）＜π、すなわちｔａｎθ、ｔａｎθ’＜０の時は、それぞれの接線に対してｍ＝ｔａｎθ、ｋ＝＋（ａ２ｔａｎ２θ＋ｂ２）１／２およびｍ’＝ｔａｎθ’、ｋ’＝−（ａ２ｔａｎ２θ’＋ｂ２）１／２とすると、
2005062115.tif 000021
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、
2005062115.tif 000022
ここで、
2005062115.tif 000023
式（１６）と式（１７）のＯＱおよび式（１９）を式（１８）に代入すると、長さＯＴが次式のように導かれる。
2005062115.tif 000024
ここで、
2005062115.tif 000025
及び
2005062115.tif 000026
式（１６）と式（１７）のＯＱを式（２２）に代入すると、次のようにｔａｎθに関する２次方程式が得られる。
2005062115.tif 000027
式（２３）の解は、
2005062115.tif 000028
ここで、プラスの符号はＯＱすなわちθに、マイナスの符号はＯＱ’すなわちθ’に対応する。
また、式（２１）と式（２２）式、および（１６）と式（１７）のＯＱを式（２０）に代入すると、長さＯＴは最終的に次式のように表される。
2005062115.tif 000029
従って、式（１９）より、次式（２６）が得られる。
2005062115.tif 000030
式（２６）と式（２４）より、楕円の形状パラメータａおよびｂを与えれば、放物面反射鏡２上の反射点Ｐ（ｘ０，ｙ０）におけるｔａｎ（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（２６）と式（２４）をまとめると、
2005062115.tif 000031
となる。式（２７）は、式（２００）に一致している。ここで、±の符号は、式（２４）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（１６）と式（１７）のＯＱ’を適用すると、ＯＴ’についてもＯＴの場合と同じ形式（２４）〜（２６）が導かれる。したがって、最終結果についても式（２７）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、ｔａｎθは
2005062115.tif 000032
従って、式（２６）より、ｔａｎ（θ−α）は次式のように表される。
2005062115.tif 000033
式（２９）にａ＝１／２を代入すると、ｔａｎ（θ−α）は次のようになる。
2005062115.tif 000034
θ＞α、θ’＜αであるので、
2005062115.tif 000035
式（３１）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ｔａｎθは次のように表される
2005062115.tif 000036
式（２６）と式（３２）より、ｘ０２＋ｙ０２＝（ｘ０＋２ｐ）２の関係を利用すれば、ｔａｎ（θ−α）は、最終的に次式（３３）のように導出される。
2005062115.tif 000037
式（３３）においてａ＝１／２とすると、ｔａｎ（θ−α）は
2005062115.tif 000038
となる。
θ＞αの時、
2005062115.tif 000039
となり、θ＜αの時θをθ’に置き換えると、
2005062115.tif 000040
従って、角度θ−αは角度α−θ’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θ−θ’は
2005062115.tif 000041
となる。
式（２６）と式（２４）を用いれば、最大発散角θ−θ’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−θ’，ｙ０）としてプロットしている。
図３は、長軸２ａ＝１ｍｍ、短軸２ｂ＝０．５ｍｍ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＝０．５ａ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θ−θ’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（ｘ０，ｙ０）で反射した光について、その発散角θ−θ’を、点（θ−θ’，ｙ０）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（ｘ０，ｙ０）上で反射した発散角θ−θ’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θ−θ’（度）の目盛が共通となっている。例えば、横軸の「２」とは、ｘ０の座標が２ｃｍ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θ−θ’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θ−θ’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ＰＯ（ｘ０＋２ｐ）に反比例しているので、αが大きくなる、あるいはｘ０が小さくなるにつれて長さＰＯが小さくなり、θ−θ’が一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ｙ０にも比例しているので、中心光軸に近づくにつれてｙ０の影響が大きくなり、逆にθ−θ’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θ−θ’を示していることである。
しかし、中心光軸近傍になるとθ−θ’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ｙ０＝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０．１３ラジアン）の光線を焦点距離８０ｍｍ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１０ｍｍ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５ｍｍとなり、イ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＝４ｍｍの発散角は焦点距離ｐ＝８ｍｍの発散角より小さくなることが分かる。従って、例えばｘ＝４ｃｍの点で比較すると、放物面反射鏡の開口外径はｐ＝８ｍｍで約３．９ｃｍ、ｐ＝４ｍｍで約２．７ｃｍとなり、発散角は約０．８度とほぼ同じ値でありながら、ｐ＝４ｍｍの時の外径はｐ＝８ｍｍの時の外径に対して約３０％減少する。一方、ｐ＝８ｍｍの場合、発光体の中心の真上からｘ＝４ｃｍの周端までを反射領域とすると、ｐ＝４ｍｍ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＝８ｍｍ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（ｘ０，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（１００）、（２００）の解析からも分かるように、発散角は、ＰＯの距離（ｘ０＋２ｐ）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（ｘ０，ｙ０）に到達する距離ＰＯ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ｘｙｚ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」という。
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−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−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１０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１１は、実施の形態１に係る光源１１０の構成を示す概略図である。図のｘｙ座標は図６に示す座標と同様である。
光源１１０は、発光体１５、半楕円反射鏡１１、放物面反射鏡１２、及び放物面反射鏡１３により構成されている。
なお、発光体１５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１５は、ランプ、ＬＥＤ、ＥＬなど、発散性の発光体を想定している。
放物面反射鏡１２、放物面反射鏡１３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１１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１１は、図７に示した楕円面をｙｚ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１１において、ｘｙ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１５は、半楕円面反射鏡１１の第１焦点と略同じ位置に設置される。図１１において、放物面反射鏡１２（回転放物面）の焦点は、半楕円面反射鏡１１の第１焦点と略同じ位置であり、放物面反射鏡１２（回転放物面）の軸は、ｘ軸に略平行である。放物面反射鏡１３は、放物面反射鏡１２と同様に、対称に配置されている。
図１２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１２において、回転放物面２２の焦点２５を通り、回転放物面２２の軸２１を法線とする平面２３により回転放物面２２を切断する。この場合に、回転放物面２２は、回転放物面２２の「頂点を含まない部分２６」と、回転放物面２２の「頂点を含む部分２７」との２つに分かれる。
図１１では、半楕円反射鏡１１を設けたことにより、放物面反射鏡１２及び放物面反射鏡１３の「頂点を含む部分２７」に向かう発光光は、半楕円反射鏡１１により反射され、「頂点を含まない部分２６」の領域を照射する。
具体的に説明する。図１１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１３の「頂点を含む部分２７」の方向に進む発光光１６は、半楕円反射鏡１１で反射される。そして、反射された発光光１６は、楕円の性質から、第２焦点を通り、さらに放物面反射鏡１２で反射されて照明光学系に向かう。同様に、放物面反射鏡１２の「頂点を含む部分２７」の方向に進む発光光１７は、半楕円反射鏡１１で反射され、第２焦点を通り、放物面反射鏡１３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１１を設けたことにより、放物面反射鏡１２あるいは放物面反射鏡１３の「頂点を含む部分２７」の方向に進む発光光１６、発光光１７等は、半楕円反射鏡１１で反射され、「頂点を含まない部分２６」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１１は、発光体１５の発する発光光を放物面反射鏡１２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１８は、発光体１５からでると半楕円反射鏡１１で反射されることなく、直接に放物面反射鏡１２で反射され照明光学系に向かう。
半楕円反射鏡１１、放物面反射鏡１２、及び放物面反射鏡１３とは、発散角の大きさを制御する発散角制御部１０を構成している。発散角制御部１０は、発光体１５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１１は、発光体１５の発した発光光のうち、放物面反射鏡１２、放物面反射鏡１３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１２、放物面反射鏡１３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１１の形状を変更したり、放物面反射鏡１２、放物面反射鏡１３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１９のように、放物面反射鏡１２、放物面反射鏡１３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２０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２０のような光を利用する構成は、次の図１３の光源１２０において説明する。
図１３は、実施の形態１に係る光源の別の例である光源１２０の構成を示す概略図である。図１３では、ｘｙｚ座標を設定している。このｘｙｚ座標系は、図６、図７で設定したものと同一である。図１３は、わかりやすくするために、光源１２０のｘ軸方向矢視１２１と断面Ａ−Ａ１２２とを示している。
光源１１０が、半楕円面反射鏡１１を使用したのに対して、光源１２０は、楕円面反射鏡３１を使用する点が異なる。ここで楕円面反射鏡３１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３５が配置されてる。また、楕円面反射鏡３１は、光線を取り出すために、円形帯状の開口部３６、開口部３７が形成されている。開口部３６、開口部３７は、図７に示すように、ｙｚ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３６、開口部３７は、光りを通過する通過口の一例である。開口部３６、開口部３７の代わりに、楕円面反射鏡３１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３２、放物面反射鏡３３の配置は、光源１１０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３１を使用することで、半楕円面反射鏡１１を使用するときには利用できなかった発光光２０のような光も、断面Ａ−Ａ１２２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１２０について、さらに詳しく説明する。断面Ａ−Ａ１２２において、楕円面反射鏡３１（第１の反射鏡の一例）の第１焦点と略同じ位置に、発光体３５が配置される。開口部３６、開口部３７が形成された楕円面反射鏡３１に対して、放物面反射鏡３２（第２の反射鏡の一例）、及び放物面反射鏡３３（第２の反射鏡の一例）を設置する。放物面反射鏡３２（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３２（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３３（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３３（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３２と放物面反射鏡３３とは対称的に配置されている。したがって、発光光２０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２０は楕円面反射鏡３１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３６から放物面反射鏡３２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３２に向かう発光光２０は、放物面反射鏡３２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３１は、発光体３５の発光光を複数の方向に出射する。そして、放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３は、楕円面反射鏡３１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１２０では、楕円面反射鏡３１と、放物面反射鏡３２と、放物面反射鏡３３とが、発散角制御部３０を構成している。発散角制御部３０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３５から放出される光線の一部は、楕円面反射鏡３１の内部で反射されることなく、開口部３６、あるいは開口部３７を抜けて直接に放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３に到達し、反射されて照明光学系の方へ進行する。開口部３６、開口部３７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３２、放物面反射鏡３３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３５から放出された光線の残りの大部分は、楕円面反射鏡３１で数回全反射された後、開口部３６あるいは開口部３７を抜けて放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３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３１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３６、あるいは開口部３７を抜けて放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３に到達する。これらの反射光もまた、開口部３６、開口部３７を抜けて放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３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（ｘ０，ｙ０）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３１と、放物面反射鏡３２と、放物面反射鏡３３とから構成される発散角制御部３０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３５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３１は、発光体３５の発する発光光を放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３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３１は、開口部３６、開口部３７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３５の発した発光光を、楕円面の反射面で反射させ開口部３６、開口部３７に通過させ、放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３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３２、放物面反射鏡３３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３１は、領域照射部の一例であり、発光体３５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３１とは、これらで一つの光源１３０を構成することができる。光源１３０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３５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３１との組み合わせによる光源１３０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３１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（センチメートル）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３１を形成する楕円は、一例として、短半径ａ＝８ｍｍ（０．８ｃｍ）、長半径ｂ＝１０ｍｍ（１．０ｃｍ）、離心率ｅ＝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３１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３１での反射回数を数字で示した。また、楕円面反射鏡３１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３１の楕円形状に沿って、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３６の側から開口部３７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１４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３５から出て直接に開口部３７から放物面反射鏡３３に向かう光が存在する。つまり、第１焦点から開口部３７を通じて、焦点２を通らずに直接に楕円面反射鏡３１の外に抜け出る光線がある。この光線は、放物面反射鏡３３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３３の点Ｐ（ｘ０，ｙ０）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１３０においては、開口部３６、開口部３７の形状により、放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３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３２、放物面反射鏡３３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１１０は、発散角制御部１０を備えたので、発散角の大きさを制御して発光体１５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１２０は、発散角制御部３０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１２０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イ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１２０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１２０は、楕円面反射鏡３１と放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３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３５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１２０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１１０において、半楕円反射鏡１１は、放物面反射鏡１２、放物面反射鏡１３の「頂点を含まない部分２６」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１２０は、楕円面反射鏡３１が領域照射部の機能を有するので、楕円面反射鏡３１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。したがって、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１３０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２０のような光も、開口部から放物面反射鏡３２、放物面反射鏡３３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３２、放物面反射鏡３３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１５は、実施の形態２に係る光源２１０の構成を示す概略図である。実施の形態１の光源１２０が楕円面反射鏡３１を使用したのに対して、実施の形態２の光源２１０は、図８に示した（楕円−円）面を反射面として有する（楕円−円）面反射鏡４１（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２１０は、光源１２０に対して楕円面反射鏡３１を（楕円−円）面反射鏡４１に置き換えた構成である。図１５ではｘｙｚ座標を設けており、このｘｙｚ座標は、図６、図８に示した座標系と同一である。図１５は、わかりやすくするために、光源２１０のｘ軸方向矢視２１１と断面Ｂ−Ｂ２１２とを示している。光源２１０は、発光体４５、（楕円−円）面反射鏡４１、放物面反射鏡４２（第２の反射鏡の一例）、及び放物面反射鏡４３（第２の反射鏡の一例）を備える。
発光体４５、（楕円−円）面反射鏡４１、放物面反射鏡４２、及び放物面反射鏡４３の配置は、上記のように、光源１２０と同様である。したがって、断面Ｂ−Ｂ２１２は、断面Ａ−Ａ１２２と同じである。相違は、（楕円−円）面反射鏡４１が図８の（楕円−円）面であるので、断面Ｂ−Ｂ２１２において、（楕円−円）面反射鏡４１の形状が円に見えることである。発光体４５は、ｘｙ平面（断面Ｂ−Ｂ２１２）上における（楕円−円）面反射鏡４１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４２、及び放物面反射鏡４３については、放物面反射鏡４２（回転放物面）、及び放物面反射鏡４３（回転放物面）の焦点は、（楕円−円）面反射鏡４１のｘｙ平面上における焦点と略一致し、かつ、放物面反射鏡４２（回転放物面）及び放物面反射鏡４３（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−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−円）面を反射面として有している。開口部４６、開口部４７は、図８に示すように、ｙｚ平面上の円の円周に沿って円形帯状に形成されている。楕円面反射鏡３１と同様に、開口部４６、開口部４７は、光りを通過する通過口の一例である。開口部４６、開口部４７の代わりに、（楕円−円）面反射鏡４１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−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。光源２１０では、光源１２０と同様に、（楕円−円）面反射鏡４１（第１の反射鏡の一例）、放物面反射鏡４２（第２の反射鏡の一例）及び放物面反射鏡４３（第２の反射鏡の一例）とは、発散角制御部４０を構成している。この発散角制御部４０は、発光体４５の発した光を、放物面反射鏡４２、あるいは放物面反射鏡４３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４１は、発光体４５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４６、開口部４７に通過させて放物面反射鏡４２、放物面反射鏡４３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１２０と同様である。
また、光源２１０において、（楕円−円）面反射鏡４１は、光源１２０の楕円面反射鏡３１と同様に、「領域照射部」の機能を有する。（楕円−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−円）面を反射面として有している。そして、（楕円−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−円）面反射鏡４１は、「領域照射部」である。したがって、「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きる。
光源２１０は、発光体４５を囲む反射鏡が、図１３のような楕円面反射鏡３１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辿るのはｘｙ平面のみである。ｙｚ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−円）面反射鏡４１に発光体４５を配置する場合は、発光体４５をｙｚ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１６を用いて、詳しく説明する。図１６は、発光体としてＬＥＤが、ｙｚ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−円）面反射鏡４１は、図１６に示すような、複数のＬＥＤを円周上に配列する場合が好適である。（楕円−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、ＬＥＤ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１６においてＬＥＤ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ｙｚ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、ｙｚ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２π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２π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−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−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−円）面で反射させて開口部４６、開口部４７に通過させる（楕円−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２１０は、第１の反射鏡が（楕円−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２１０は、（楕円−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２１０においては、（楕円−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１７は、実施の形態３に係る光源３１０の基本原理を示す図である。光源３１０の具体的構成は図１８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２２のような楕円面反射鏡（集光鏡）にも適用できる。図１７に、その基本原理を示す。発光体５５（第１焦点）から放出される光線は楕円面反射鏡５２（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５２上の反射点Ｐ（ｘ０，ｙ０）から有限な大きさを持つ発光体５５を望む視角θ−θ’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（ｘ０，ｙ０）を通る楕円の接線に対して、発光体５５（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１８は、実施の形態３に係る光源３１０の構成の概略図である。なお図１８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３１０を製作する場合は、例えば、楕円面反射鏡５２や楕円面反射鏡５３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１８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３１０において、楕円面反射鏡３１と発光体３５との組み合わせは、図１４に示した構成と同様であり、実施の形態１の光源１３０である。すなわち、光源３１０は、実施の形態１の光源１３０に、楕円面反射鏡５２と楕円面反射鏡５３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３５は、楕円面反射鏡３１（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３５と楕円面反射鏡３１との組み合わせは光源１３０そのものである。楕円面反射鏡５２（集光鏡、第２の反射鏡）は、楕円面反射鏡３１と第１焦点を共有する。楕円面反射鏡５２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、ｘｙ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５３（集光鏡、もう一つの第２の反射鏡）は、楕円面反射鏡３１と第２焦点を共有する。さらに、楕円面反射鏡５３は、楕円面反射鏡５２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５２と対称的に傾斜して配置される。発光体３５は、第１焦点、第２焦点の双方に置いてもよい。発光体３５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３５から放出された発光光の大部分は、楕円面反射鏡３１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３６、あるいは開口部３７を通過して、楕円面反射鏡５２（集光鏡）、あるいは楕円面反射鏡５３（集光鏡）上の反射点Ｐ（ｘ０，ｙ０）で反射され、それぞれ第３焦点に集光される。
光源３１０では、光源１３０を使用しているので、上記のように、発光体３５の発した発光光は、楕円面反射鏡３１の内部で反射を重ねる。したがって、楕円面反射鏡３１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５２（あるいは楕円面反射鏡５３）の反射点Ｐ（ｘ０，ｙ０）から有限の大きさを持つ発光体３５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３６、３７が形成された楕円面反射鏡３１の楕円面の第１焦点と略同じ位置に光を発する発光体３５を設置する。次に、発光体３５の発した発光光を楕円面反射鏡３１により複数回反射させた後、前記開口部３６、３７に通過させる。次に、開口部３６、３７を通過させた発光光を楕円面反射鏡３１とは異なる楕円面反射鏡５２あるいは楕円面反射鏡５３（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５２あるいは楕円面反射鏡５３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３１と、楕円面反射鏡５２と、楕円面反射鏡５３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５０を構成している。
以上のように、実施の形態３に係る光源３１０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タ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３１０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３１０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３１０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、ＤＭＤなどの光変調スイ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。
【図１】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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