一种照明光学系统，该照明光学系统包括光源和在一个面上具有衍射结构的单个的凸透镜，该衍射结构的相位函数用下式表示，其中设r为离该透镜的中心轴的距离，β为常数，N和i为自然数，设该透镜的有效半径为R，则满足以下的关系，在该一个面中的r比该透镜的有效半径R的30％大的区域中，该相位函数的r的二阶微分具有至少一个极值和至少一个拐点，构成为与0≤r≤R的任意位置对应的可见光区域的波长的光的球面像差的最大值和最小值之差小于等于轴上色差，在r比该透镜的有效半径R的30％大的区域的至少一部分中具备该衍射结构，该光源形成为由具有规定范围的亮度的面构成，该光源的面的面积为将光源侧作为像侧时的入射光瞳的面积的3％以上。