(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光束を出射する第１の光源部と、
第２の光束を出射する第２の光源部と、
前記第１の光束および前記第２の光束が入射する入射端ならびに前記入射端から入射した光束の光強度分布の均一性が高められた光束を出射する出射端を有し、前記入射端と前記出射端とは同形状である光強度均一化部とを備え、
前記第１の光束の中心光線又は前記第２の光束の中心光線が、前記入射端において前記光強度均一化部の光軸と異なる位置から入射し、前記出射端において前記入射端の入射位置から前記光軸と平行となるように延ばした位置よりも前記光軸側の位置から前記光軸と同じ位置までの間から出射することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第１の光束の中心光線と前記第２の光束の中心光線とが前記光強度均一化部の前記入射端において異なる位置であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１の光源部から出射した前記第１の光束を反射して前記入射端に導く板形状の反射部をさらに有し、
前記反射部の前記入射端に最も近くに配置された端部は、光の反射膜を保持する部分を残してカットされることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項の光源装置を備える投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源ランプを用いた光源装置および投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置の分野では、表示映像の大画面化及び高輝度化を実現するために、複数の光源ランプを備えた多灯式の光源装置を備えたものが提案されている。このような光源装置としては、例えば、２つの光源ランプを対向させて配置し、両光源ランプの集光点近傍にプリズムを配置し、両光源ランプから出射した光をプリズムで合成するようにした光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上述のように２つの光源ランプがプリズムを挟んで対向配置された構成では、光源ランプから出射された光のうち、プリズムに入射しない光の割合が高く、光利用効率が低下するという問題がある。また、プリズムに入射しなかった光が対向する光源ランプの発光部に到達することにより、光源ランプの温度が上昇し、光源ランプの寿命が短くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、２つの光源ランプを、それぞれの光軸が対向しないよう配置し、一方の光源ランプをライトトンネルまたはインテグレータロッドの入射端にほぼ対向させると共に、他方の光源ランプから出射された光の光路をミラーにより折り曲げてライトトンネルまたはインテグレータロッドの入射端に向かわせるようにした光源装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
なお、ライトトンネルは、多角柱または多角錐の側面で複数回光を反射させることで均一な面光源を得るために使用される光学素子で、内部を中空にして側面をミラーで構成したもので、インテグレータロッドは、ガラスなどの透明な物質で多角柱を作成して側面での全反射を利用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５９０２５号公報（段落００１３から００１８、図１）
【特許文献２】特開２００６−２６７９８４号公報（段落００１２から００１５、図１）
【特許文献３】特開２００６−１８９５５１号公報（段落００２１、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載された光源装置では、２つの光源ランプの集光位置がインテグレータロッドの入射端位置で異なる。このため、２つの光源ランプのみを点灯させた場合は比較的問題とならないが、１つの光源ランプのみを点灯させた場合、照度分布が不均一となりスクリーン上の明るい部分が偏るという問題がある。１つの光源ランプのみ点灯させる場合に対応して、予めミラーおよび点灯させる光源ランプの位置を移動させて照度分布を調整し、スクリーン上の照度分布の不均一性である明るい部分の偏りをなくすことは可能である。しかし、光源ランプの位置を調整する調整機構等による装置の大型化の問題、また、微調整が必要となり調整が困難等の問題があり、調整工程の煩雑さによる製造コストの上昇を招く。
【０００８】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、１つの光源ランプのみを使用した場合でも、調整を行うことなく、スクリーン上の照度分布の均一性を向上できる光源装置を備えた投写型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る光源装置は、第１の光束を出射する第１の光源部と、第２の光束を出射する第２の光源部と、前記第１の光束および前記第２の光束が入射する入射端ならびに前記入射端から入射した光束の光強度分布の均一性が高められた光束を出射する出射端を有し、前記入射端と前記出射端とは同形状である光強度均一化部とを備え、前記第１の光束の中心光線又は前記第２の光束の中心光線が、前記入射端において前記光強度均一化部の光軸と異なる位置から入射し、前記出射端において前記入射端の入射位置から前記光軸と平行となるように延ばした位置よりも前記光軸側の位置から前記光軸と同じ位置までの間から出射するものである。
【発明の効果】
【００１０】
反射部を介して光強度均一化部に入射する第１の光束の光軸を光強度均一化部の光軸側へ傾けることにより、容易にスクリーン上の照度分布の均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光強度均一化素子の入射端における光束の分布特性を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成の一部を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成の一部を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の特性を示す特性図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の特性を示す特性図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の特性を示す特性図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の特性を示す特性図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置のスクリーン上における光束の分布特性を示す特性図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置のスクリーン上における光束の分布特性を示す特性図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成の一部を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の構成の一部を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の構成の一部を示す構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の特性を示す特性図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る光強度均一化素子の出射端における光線の移動軌跡を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の特性を示す特性図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置のスクリーン上における光束の分布特性を示す特性図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａの構成を示す構成図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａは、強度が均一化された光束Ｌ３を出射する光源装置３０と、光源装置３０から出射された光束Ｌ３を入力映像信号に応じて変調して画像光Ｌ４に変換するライトバルブと呼ばれる画像表示素子２０と、画像光Ｌ４をスクリーンＳＣに拡大投写する投写光学系５０とを有している。
【００１３】
図１には、反射型の画像表示素子２０を示しているが、画像表示素子２０は、透過型の画像表示素子であってもよい。画像表示素子２０は、例えば、液晶ライトバルブ、デジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ、登録商標）などである。背面投写型の投写型表示装置の場合には、スクリーンＳＣは投写型表示装置の一部である。また、光源装置３０、画像表示素子２０、投写光学系５０及びスクリーンＳＣの配置は、図１に示した配置に限定されるものではない。
【００１４】
光源装置３０は、第１の光軸Ｃ１を有し、第１の光束Ｌ１を出射する第１の光源部である第１の光源ランプ３１と、第１の光軸Ｃ１に略直交する第２の光軸Ｃ２を有し、第２の光束Ｌ２を出射する第２の光源部である第２の光源ランプ３２と、入射端４０ａに入射した光束を光強度分布が均一化された光束に変換して出射端４０ｂから出射する光強度均一化部である光強度均一化素子４０と、第１の光源ランプ３１から出射された第１の光束Ｌ１を入射端４０ａに集光させる反射部である反射素子６０とを有している。
【００１５】
第１の光源ランプ３１から出射される第１の光束Ｌ１及び第２の光源ランプ３２から出射される第２の光束Ｌ２は、いずれも集光光束である。ここでは、第１の光源ランプ３１の第１の光軸Ｃ１と、第２の光源ランプ３２の第２の光軸Ｃ２とが一致しないように、第１の光源ランプ３１、第２の光源ランプ３２、反射素子６０及び光強度均一化素子４０が配置されている。図１に示した例では、第１の光源ランプ３１の反射素子６０反射後の第１の光軸Ｃ１と、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３とが平行にならず、なお且つ、第２の光源ランプ３２の第２の光軸Ｃ２と、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３とが略平行になるように、第１の光源ランプ３１、第２の光源ランプ３２、反射素子６０、及び光強度均一化素子４０が配置されている。この場合、第２の光軸Ｃ２は、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３と略平行であるため、光軸Ｃ２と同軸上の光線の軌跡の中心光線は、光強度均一化素子４０内で１度も反射することなく出射端４０ｂから出射する。
【００１６】
第１の光源ランプ３１は、例えば、白色光を出射する発光体３１ａと、この発光体３１ａの周囲に設けられた第１の集光部である楕円面鏡３１ｂとにより構成される。楕円面鏡３１ｂは、楕円の第１中心に対応する第１焦点から出射された光束を反射して、楕円の第２中心に対応する第２焦点に集光させる。発光体３１ａは、楕円面鏡３１ｂの第１焦点近傍に配置されており、この発光体３１ａから出射された光束は、楕円面鏡３１ｂの集光点Ｆ１である第２焦点近傍に集光する。
【００１７】
第２の光源ランプ３２は、例えば、白色光を出射する発光体３２ａと、この発光体３２ａの周囲に設けられた第２の集光部である楕円面鏡３２ｂとにより構成される。楕円面鏡３２ｂは、楕円の第１中心に対応する第１焦点から出射された光束を反射して、楕円の第２中心に対応する第２焦点に集光させる。発光体３２ａは、楕円面鏡３２ｂの第１焦点近傍に配置されており、この発光体３２ａから出射された光束は、楕円面鏡３２ｂの集光点Ｆ２である第２焦点近傍に集光する。
【００１８】
なお、楕円面鏡３１ｂおよび３２ｂに代えて放物面鏡を用いてもよい。この場合には、発光体３１ａ、３２ａから出射された光束を放物面鏡により略平行化した後、図示しないコンデンサレンズにより集光させればよい。また、楕円面鏡３１ｂ、３２ｂに代えて放物面鏡以外の凹面鏡を用いることもできる。また、３つ以上の光源ランプを設けることもできる。
【００１９】
反射素子６０は、光を透過する部材で形成された透過部材６０ａの表面に、反射膜６０ｂを形成したものである。透過部材６０ａは耐熱部材であることが好ましく、水晶、サファイア、合成石英等が好ましい。反射膜６０ｂは、誘電体多層膜、アルミ反射膜、銀反射膜等で形成されている。また、反射膜６０ｂは、各光源ランプ３１，３２の集光点付近に配置されるため、耐熱コートが施されていることが好ましい。
【００２０】
以下の説明では、第１の光源ランプ３１の第１の光軸Ｃ１と、第２の光源ランプ３２の第２の光軸Ｃ２と、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３とを含む面をＺＸ面とし、ＺＸ面に直交する方向をＹ方向とする。Ｙ方向は、図１中表面側を＋Ｙ方向、裏面側を−Ｙ方向とする。また、ＺＸ面において、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３の方向をＸ方向とし、光源ランプ３２から光強度均一化素子４０に光束が向かう方向を＋Ｘ方向、反対方向を−Ｘ方向とする。また、これに直交する方向をＺ方向とし、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３に対して第１の光源ランプ３１側を＋Ｚ方向、逆側を−Ｚ方向とする。なお、これらの方向は、あくまでも説明の便宜のためのものであり、投写型表示装置１０ａの向きや配置を限定するものではない。
【００２１】
実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａにおいては、第１の光束Ｌ１の集光点Ｆ１は、反射素子６０の反射膜６０ｂの反射により光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３より＋Ｚ方向の位置である第１の光源ランプ３１側の入射端４０ａ近傍に位置するように、第１の光源ランプ３１と反射素子６０を配置している。第２の光束Ｌ２の集光点Ｆ２は、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３に対して、−Ｚ方向の位置の入射端４０ａ近傍に位置するように、第２の光源ランプ３２を配置している。つまり、実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａにおいては、第１の光束Ｌ１の中心光線が入射端４０ａに入射する第１の入射位置と第２の光束Ｌ２の中心光線が入射端４０ａに入射する第２の入射位置とは、互いに異なる位置であり、且つ、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３からずれた位置となる。なお、実施の形態１においては、第１の光束Ｌ１の中心光線は光軸Ｃ３に平行ではなく、第２の光束Ｌ２の中心光線は光軸Ｃ３に略平行となっている。
【００２２】
光強度均一化素子４０は、光軸Ｃ３に直交するＹＺ平面内である第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２の光束断面内における光強度を均一化する機能を有することにより、スクリーンＳＣにおける照度ムラを低減している。光強度均一化素子４０としては、一般的に、ガラス又は樹脂等の透明材料で作製されたものであり、例えば、側壁内側が全反射面となるように構成された断面形状が多角形の柱状部材である多角形柱状のロッド又は、光反射面を内側にして筒状に組み合わされ、断面形状が多角形の管状部材のパイプである。
【００２３】
光強度均一化素子４０が多角柱状のロッドである場合には、透明材料と空気界面との全反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射端から出射させる。光強度均一化素子４０が多角形のパイプである場合には、パイプの表面鏡の内面における反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射口である出射端から出射させる。表面鏡は、ガラス等の材料の表面に金属をメッキしたもので、表面鏡を用いるのは、ガラス等の透明な材料の裏面に金属をメッキ・蒸着した裏面鏡を用いると二重反射が起きるためである。
【００２４】
光強度均一化素子４０は、光束の進行方向に適当な長さを確保すれば、内部で複数回反射した光が光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの近傍に重畳照射され、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂ近傍においては、ほぼ均一な光強度分布が得られる。本実施の形態１では、四角柱状のロッドの場合に関して述べる。
【００２５】
図２（ａ）、（ｂ）は、光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおける光強度分布特性を模式的に示す特性図である。図２（ａ）、（ｂ）において、黒色に近く濃度の濃く描かれている範囲は明るく光強度が大きい領域であり、白色に近づき濃度が薄くなるほど暗く光強度が小さい領域である。
【００２６】
図２（ａ）は、本実施の形態１と異なり光源ランプを１つのみ使用した比較例における光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおける光強度分布の一例を示している。図２（ａ）に示した比較例では、入射端４０ａの中央付近に光強度のピークがあり、周辺に向かって徐々に暗くなっている。光源ランプを１つのみ使用した図２（ａ）の場合は、光源ランプの光軸と光強度均一化素子４０の光軸は一致させることができる。
【００２７】
図２（ｂ）は、第１及び第２の光源ランプ３１、３２を使用した本実施の形態１における光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおける光強度分布の一例を示している。図２（ｂ）に示すように、光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおいて、第１の光源ランプ３１の光照射領域と第２の光源ランプ３２による光照射領域とが入射端４０ａにおいてほとんど重複しない。
【００２８】
図３に本実施の形態１の光強度均一化素子４０と反射素子６０の反射膜６０ｂとの位置関係を表す構成図を示す。図３（ａ）は、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂから光軸Ｃ３に沿って、つまり＋Ｘ方向側から−Ｘ方向側に向かって見た図で、反射素子６０と光強度均一化素子４０の位置関係を示している。このため、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの図面の奥側である−Ｘ方向に反射素子６０の反射膜６０ｂの一部が見える図となっている。反射素子６０の反射膜６０ｂは、光強度均一化素子４０の入射端４０ａ側で光軸Ｃ３に対して＋Ｚ方向の側に配置されている。このため、反射膜６０ｂの−Ｚ方向側の端面は光強度均一化素子４０の長辺の中心位置上に位置する。ここで、反射素子６０の反射膜６０ｂの−Ｚ方向側の端面は、光強度均一化素子４０の長辺と垂直である。つまり、光軸Ｃ３を通りＹ軸と平行な直線と一致する。
【００２９】
図３（ｂ）は、光強度均一化素子４０の長辺の長さをｌ、短辺の長さｍとした場合の、出射端４０ｂの長辺方向の座標系を示している。なお、実施の形態１では、便宜上光強度均一化素子４０の長辺方向をＺ軸、短辺方向をＹ軸に平行に図示しているが、図１のＺ軸およびＹ軸と同一の軸方向である必要はない。つまり、図１において、光強度均一化素子４０がＸ軸中心に回転していても問題はない。後述の実施の形態２では、光強度均一化素子４０がＸ軸中心に回転した場合を示している。
【００３０】
図４に図３（ａ）を側面より観察した構成図を示す。便宜上、第２の光源ランプ３２を図示していない。光線４０１は、第１の光源ランプ３１の光軸Ｃ１と同軸上の光線の軌跡の中心光線を示す。点Ｋ１は、反射素子６０の反射膜６０ｂの面での端部と光軸Ｃ３の交点を示しており、反射素子６０のＹ軸回転中心となる。点Ｋ２は、中心光線４０１と反射素子６０の交点を表しており、反射素子６０のＹ軸回転中心となる。本実施の形態１では、点Ｋ１と点Ｋ２とを反射素子６０のＹ軸回転中心として効果の違いを検討する。光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３と反射膜６０ｂの角度θ１は、点Ｋ３を回転中心である点Ｋ１から−Ｘ方向の光強度均一化素子４０の光軸上Ｃ３の点とすると、角度Ｋ２Ｋ１Ｋ３である。
【００３１】
また、反射素子６０の透明部材６０ａの一部が光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３より−Ｚ方向に位置している。角度θ１が４５度の場合、透明部材の厚みＴを１．１ｍｍとすると透明部材６０ａの−Ｚ方向部分の長さ４００は約０．８ｍｍである。なお、長さ４００の透明部材６０ａの突出部分は、光源ランプ３２の光束を遮光する部分となる。なぜなら、反射素子６０は、光を透過する部材で形成された透過部材６０ａの表面に、反射膜６０ｂを形成したものである。このため、透明部材６０ａの突出部分に入射した光線は透明部材６０ａで屈折し、さらに内部で全反射した後、反射膜６０ｂで反射するため、光強度均一化素子４０の入射端４０ａには到達しないからである。
【００３２】
図３（ｂ）、図４において、本実施の形態１の光強度均一化素子４０は、Ｘ方向長さを３９ｍｍ、（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３、硝材はＢＫ７とする。ただし、一例であり、光強度均一化素子４０の形状および硝材を決定するものではない。
【００３３】
図５に本実施の形態１の反射素子６０の点Ｋ１を回転中心として反射素子６０を回転させた場合の特性を説明する特性図を示す。縦軸は、図３（ｂ）を位置基準とした中心光線４０１の出射端４０ｂのＺ方向である長辺方向の到達位置を示す。横軸は、図４の角度θ１が変化した場合の角度を示す。つまり、図４で反射素子６０の角度θ１が４５度の場合の中心光線４０１の出射端４０ｂ長辺方向の到達位置は、−０．２５ｌとなる。この場合の中心光線４０１は、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３と平行となる。
【００３４】
実線５００は、反射素子６０の点Ｋ１を回転中心として反射素子６０を回転させて反射素子６０と光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３とのなす角度θ１を変化させた場合の中心光線４０１の光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの長辺方向の到達位置をプロットした結果を示す。ここで示した値は、光強度均一化素子４０のＸ方向長さを３９ｍｍ、（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３、硝材はＢＫ７とした場合を示している。実線５００がほぼ直線状となっていることより、中心光線４０１は光強度均一化素子４０内で反射せずに出射端４０ｂに達していることが分かる。
【００３５】
図５より、反射素子６０の角度θ１が約４７度のとき、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂにおいて、中心光線４０１が出射端４０ｂの長辺方向中心に位置することとなることがわかる。ただし、角度θ１は、反射素子６０の配置位置、光強度均一化素子４０のＸ方向長さおよび硝材に依存するため、この数値に限られない。つまり、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂにおいて、中心光線４０１が出射端４０ｂの長辺方向中心位置となる反射素子６０の角度θ１は約４７度とは限らない。
【００３６】
例えば、反射素子６０が図４の位置よりも＋Ｚ方向に移動して配置された場合、中心光線４０１が出射端４０ｂ長辺方向中心に位置する場合の角度は４７度より大きくなる。他に、本実施の形態１で用いたＢＫ７より屈折率が低い硝材を用いた場合、光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおいて、中心光線４０１は屈折する角度がＢＫ７と比較して小さくなるため、中心光線４０１が出射端４０ｂ長辺方向中心に位置する場合の角度は４７度より小さくなる。また、光強度均一化素子４０を中空のパイプとした場合、中心光線４０１が出射端４０ｂ長辺方向中心に位置する場合の角度が最も小さくなる。
【００３７】
このように、上述した角度θ１の約４７度という値は反射素子６０の配置位置、光強度均一化素子４０のＸ方向長さおよび硝材等に依存して変わるが、角度θ１が４５度より大きいことには変わりがない。なぜなら、中心光線４０１の入射端４０ａの位置は光軸Ｃ３より＋Ｚ方向であり、出射端４０ｂでの位置は光軸Ｃ３上である。このため、中心光線４０１は光軸Ｃ３の方向に傾斜して進行しているからである。
【００３８】
図６に反射素子６０の回転中心を点Ｋ１とした場合の本実施の形態１の効果を示す。縦軸は、反射素子６０の点Ｋ１を回転中心として回転させた場合のスクリーンＳＣに到達する相対光量比のシミュレーション結果を示す。ただし、反射素子６０の角度θ１が４５度の場合を１００％としている。横軸は、図３（ｂ）の長辺の座標と同一として、中心光線４０１の出射端４０ｂの長辺方向の到達位置を示す。ここで、反射素子６０の角度θ１、中心光線４０１の出射端４０ｂにおける到達位置およびスクリーンＳＣの明るさ相対光量比の関係を把握できるように、図６の横軸のプロット位置は図５の縦軸のプロット位置と同一とする。
【００３９】
○印で示した実線６００は、光軸Ｃ１上の中心光線４０１が出射端４０ｂでの各長辺方向の位置に到達した場合の光源ランプ３１の光路における相対光量比をプロットした結果を示す。□印で示した破線６０１は、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの光軸Ｃ２上の中心光線４０２が出射端４０ｂでの各長辺方向の到達位置に到達した場合の光源ランプ３２（図４では図示せず。図１参照）の光路における相対光量比をプロットした結果を示す。△印で示した一点鎖線６０２は、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの光軸Ｃ１上の中心光線４０１および光軸Ｃ２上の中心光線４０２が出射端４０ｂでの各長辺方向の到達位置に到達した場合の光源ランプ３１および光源ランプ３２の光路における光量を合成した上で、相対光量比を算出し、プロットした結果を示す。なお、中心光線４０２は、第２の光源ランプ３２の光軸Ｃ２と同軸上の光線の軌跡を示す。
【００４０】
図６の△印で示した一点鎖線６０２より、光源ランプ３１、３２を共に点灯させた場合に、スクリーンＳＣに到達する光量が最も高くなる場合は、光軸Ｃ１上の中心光線４０１の出射端４０ｂにおける長辺方向の到達位置が０のときである。つまり、光源ランプ３１の光軸Ｃ１と同軸上の中心光線４０１が、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂにおいて、光強度均一化素子４０の長辺方向の中心に到達した場合が、最も光量が高くなり、光利用効率が高くなる。これは、中心光線４０１が、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂにおいて光軸Ｃ３上にあることを示す。
【００４１】
反射素子６０の点Ｋ１を回転中心に光強度均一化素子４０の入射端４０ａ側に回転させて配置することにより、光利用効率が向上する効果が確認できる。なお、破線６０１において、中心光線４０１の出射端４０ｂの長辺方向の到達位置が正の方向にいくに従って、光量が多くなっている理由は、図４に示す長さ４００が短くなり、光源ランプ３２（図４では図示せず。図１参照）から出射される光量の遮光量が減るからである。
【００４２】
また、図３（ｂ）と図４の説明において光強度均一化素子４０の構造、配置および硝材に関して述べたが、本実施の形態１のように、２つの光源ランプ３１、３２を用い、光軸Ｃ１および光軸Ｃ２のどちらかに反射素子６０を配置する構成では、光強度均一化素子４０のＸ方向長さ、構造、配置および硝材に関わらず、角度θ１を４５度より大きくすることにより、同様の効果が得られる。
【００４３】
光強度均一化素子４０のＸ方向長さ、配置および硝材に関わらず、角度θ１を４５度より大きくすることにより、中心光線４０１が光強度均一化素子４０の出射端４０ｂにおける長辺方向の中心に近づくからである。このため、角度θ１を４５度より大きくするとは、中心光線４０１の反射膜６０ｂ上での反射位置である点Ｋ２が光軸Ｃ３より＋Ｚ方向にある場合に限られる。
【００４４】
図４に示すように反射素子６０の点Ｋ１の位置の端部が、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３上であり、かつ図３（ａ）に示されるようにＹ軸方向である光強度均一化素子４０の短辺方向と略平行である場合、次に示す式１を満足すると光利用効率が高くなる。ただし、出射端４０ｂにおける中心光線４０１の到達位置を示す光線到達位置Ｚ１は、図３（ｂ）の長辺の座標の値である。
【００４５】
−０．２５ｌ＜Ｚ１＜０．２ｌ  ・・・・（式１）
【００４６】
なぜなら、―０．２５１は、反射素子が４５度で配置された場合の出射端到達位置を示し、０．２１は、図６で示すように２つの光源ランプを点灯した場合を示す△印で示した一点鎖線６０２の明るさの相対光量比が１００％となる到達位置となる。一般的に、４５度の角度を有したプリズムあるいはミラーを配置し、光強度均一化素子４０の入射端４０ａに垂直に中心光線４０１を入射させるのに対して、２つの光源ランプを点灯した場合に、式１を満足すれば、反射素子６０が４５度で配置された場合と比較して光利用効率が低下せず高くなることになる。
【００４７】
また、反射素子６０の角度θ１で表すと、次に示す式２となる。ここで、角度θ１は一例となるが、光利用効率が入射角度に影響を及ぼすことを図６は示しているため、相対光量比１００％の角度θ１が４５度の場合と比較して角度θ１が４５度より大きくなることにより、光利用効率が高くなる効果は得られることが分かる。ただし、回転角度θ１の範囲は、反射素子６０の配置位置、光強度均一化素子４０のＸ方向長さおよび硝材に依存する。つまり、上述のように、反射素子６０が＋Ｚ方向に移動して配置された場合、角度θ１は４７度より大きくなり、ＢＫ７より屈折率が低い硝材を用いた場合、θ１角度は４７度より小さくなる。
【００４８】
４５＜θ１＜４８．５  ・・・・（式２）
【００４９】
上述は、２つの光源ランプを常時点灯させる場合に関して説明したが、第１の光源ランプ３０と第２の光源ランプ３２を交互に点灯させる場合は、次に示す式３を満足すると光利用効率が低下せず高くなることとなる。ただし、図３を基準とした中心光線４０１の到達位置を示し、光線到達位置はＺ１で表す。
【００５０】
−０．２５ｌ＜Ｚ１＜０．１２ｌ  ・・・・（式３）
【００５１】
また、反射素子６０の角度θ１で表すと、次に示す式４となる。ただし、回転角度範囲は、反射素子６０の配置位置、光強度均一化素子４０のＸ方向長さおよび硝材に依存する。
【００５２】
４５＜θ１＜４７．９  ・・・・（式４）
【００５３】
図７に本実施の形態１の反射素子６０の点Ｋ２を回転中心として反射素子６０を回転させた場合の特性を説明する特性図を示す。図４において、反射素子６０の点Ｋ２を回転中心とした場合の、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂでの中心光線４０１の長辺方向の到達位置を示す。縦軸は、図３（ｂ）を位置基準とした中心光線４０１の出射端４０ｂの長辺方向の到達位置を示す。横軸は、図４の角度θ１の変化を示す。つまり、図４で反射素子６０の角度θ１が４５度の場合の中心光線４０１は光軸Ｃ３と平行で、中心光線４０１の出射端４０ｂの長辺方向到達位置は、−０．２５ｌとなる。実線７００は、反射素子６０の各角度θ１において、中心光線４０１の光強度均一化素子４０の出射端４０ｂでの長辺方向の到達位置をプロットした結果を示す。
【００５４】
ここで示した値は、光強度均一化素子４０のＸ方向長さを３９ｍｍ、（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３、硝材はＢＫ７とした場合を示している。
【００５５】
図７において、反射素子６０の角度θ１が４３度から４３．５度の間は、中心光線４０１が光強度均一化素子４０の内面で一度反射しているため、実線７００は４３．５度において屈曲する形状となっている。θ１が４３．５度より大きい場合は、実線７００がほぼ直線状となっていることより、中心光線４０１は光強度均一化素子４０内で反射せずに出射端４０ｂに達していることが分かる。
【００５６】
図８に反射素子６０の回転中心を点Ｋ２とした場合の本実施の形態１の効果を示す。縦軸は、反射素子６０の点Ｋ２を回転中心として回転させた場合のスクリーンＳＣに到達する相対光量比のシミュレーション結果を示す。ただし、反射素子６０の角度θ１が４５度の場合を１００％としている。横軸は、図３（ｂ）を位置基準とした中心光線４０１の出射端４０ｂの長辺方向到達位置を示す。ここで、反射素子６０の角度θ１、中心光線４０１の出射端４０ｂにおける到達位置およびスクリーンＳＣの明るさ相対光量比の関係を把握できるように、図８の横軸のプロット位置は図７の縦軸のプロット位置と同一とする。
【００５７】
○印で示した実線８００は、光軸Ｃ１上の中心光線４０１が出射端４０ｂでの各長辺方向の位置に到達した場合の光源ランプ３１の光路における相対光量比をプロットした結果を示す。□印で示した破線８０１は、光軸Ｃ２上の中心光線４０２が出射端４０ｂでの各長辺方向の位置に到達した場合の光源ランプ３２（図４では図示せず。図１参照）の光路における相対光量比をプロットした結果を示す。△印で示した一点鎖線８０２は、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの光軸Ｃ１上の中心光線４０１および光軸Ｃ２上の中心光線４０２が出射端４０ｂでの各長辺方向の到達位置に到達した場合の光源ランプ３１および光源ランプ３２の光路における光量を合成した上で、相対光量比を算出し、プロットした結果を示す。なお、中心光線４０２は、第２の光源ランプ３２の光軸Ｃ２と同軸上の光線の軌跡を示す。
【００５８】
図８より、図６と同様に光源ランプ３１、３２を共に点灯させた場合に、相対光量比１００％の角度θ１が４５度の場合と比較して、スクリーンＳＣ上に到達する相対光量比は、反射素子６０の角度θ１を４５度より大きくすることにより、高くなっていることが確認できる。ただし、図６と比較すると相対光量比が１００％以上の範囲が狭くなっていることが確認できる。これは、図５と図７の実線５００および実線７００の角度θ１が４３．５度より大きい部分の傾きの差が影響している。
【００５９】
また、図８の破線８０１は中心光線４０１の到達位置が正の方向にいくに従い相対光量比が低くなるのに対し、図６の点線６０１は中心光線４０１の到達位置が正の方向にいくに従い相対光量比が高くなっている。図４において、光源ランプ３１から出射される光束がスクリーンＳＣに到達する光量と、光源ランプ３２から出射される光束がスクリーンＳＣに到達する光量を比較すると、図４において長さ４００で示す反射素子６０の透明部材６０ａの一部が光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３より−Ｚ方向に位置している部分による遮光の影響で、後者の方がスクリーンＳＣに到達する光量は小さくなる。
【００６０】
つまり、点Ｋ１を中心に角度θ１を４５度以上となるように反射素子６０を回転させると、長さ４００は小さくなる。一方、突出部６１が光軸Ｃ１の延長上の位置より＋Ｘ方向側にある場合は、点Ｋ２を中心に角度θ１を４５度以上となるように反射素子６０を回転させると、突出部６１の突出量を示す長さ４００は大きくなる。この場合は、反射素子６０により光束Ｌ２の一部が遮光され光量が低下する。
【００６１】
このようにスクリーンＳＣ上の光量の変化量が大きいと、光源ランプ３１を点灯した場合のスクリーンＳＣ上の光量と光源ランプ３２を点灯した場合のスクリーンＳＣ上の光量との差が大きくなるため好ましくない。従って、光源ランプ３１および光源ランプ３２の各々のスクリーンＳＣ到達光量の差異を小さくする効果を考慮すると、図８の破線８０１の特性より図６の破線６０１の特性の方が好ましい。
【００６２】
２灯を点灯する場合は、反射素子６０の点Ｋ２を回転中心として角度θ１を大きくすることにより、光利用効率が低下せず高くなる効果はあるが、光源ランプ３１あるいは光源ランプ３２の１灯を点灯するときのスクリーンＳＣに到達する光量を考慮すると反射素子６０の点Ｋ１を回転中心として角度θ１を大きくする方が好ましいと考えられる。
【００６３】
図９に反射素子６０の回転中心を点Ｋ１とした場合の本実施の形態１の効果を示す。光源ランプ３１のみ点灯させた場合のスクリーンＳＣ上の照度分布を示している。ここで、反射素子６０の点Ｋ１が回転中心の場合の各角度θ１のスクリーンＳＣ上の照度分布を示している。示した角度θ１は、４３度、４４度、４５度、４６度、４７度で縦方向に並べている。比較しやすいように、一列目の一番下と二列目の一番上に角度θ１が４５度の照度分布を示している。照度分布は、スクリーンＳＣ面内の相対光量比を２次元で表している。相対光量比を５分割して表し、黒色に近づくほど暗いことを意味している。一番暗い部分は０−０．２の範囲で、次に０．２−０．４、０．４−０．６、０．６−０．８で分割し、一番明るい部分は０．８−１の範囲となる。ここで、グラフ内の０−０．２は、０〜２０％を意味している。説明上、反射素子６０の各角度θ１における照度分布を表している。また、各グラフの横軸は、出射端４０ｂとスクリーンＳＣが比例関係である共役関係にあることから、図５の横軸に示した中心光線４０１の出射端４０ｂにおける長辺方向の到達位置と概ね同一となる。
【００６４】
図９より、角度θ１＝４３度のグラフの領域９００の部分が、反射素子６０の角度θ１が４３度より大きくなると、明るい部分が右に移動してスクリーンＳＣ全体が明るくなっていくことが確認できる。角度θ１＝４５度と角度θ１＝４７度を比較した場合、領域９００の暗い部分が角度θ１＝４７度の方が少なく、スクリーンＳＣ上の均一性が高くなっていることが確認できる。つまり、反射素子６０の点Ｋ１を回転中心として角度θ１を４５度より大きくすることにより、光源ランプ３１のみ点灯させた場合のスクリーンＳＣ上の照度分布の均一性が高くなるという効果が得られる。
【００６５】
図１０に反射素子６０の回転中心を点Ｋ２とした場合の各角度θ１のスクリーンＳＣ上の照度分布を示した本実施の形態１の効果を示す。光源ランプ３１のみ点灯させた場合のスクリーンＳＣ上の照度分布を示している。示した角度θ１は、４３度、４４度、４５度、４６度、４７度で縦方向に並べている。比較しやすいように、一列目の一番下と二列目の一番上に角度θ１が４５度の照度分布を示している。照度分布は、スクリーンＳＣ面内の相対光量比を２次元で表している。相対光量比を５分割して表し、黒色に近づくほど暗いことを意味している。一番暗い部分は０−０．２の範囲で、次に０．２−０．４、０．４−０．６、０．６−０．８で分割し、一番明るい部分は０．８−１の範囲となる。ここで、グラフ内の０−０．２は、０〜２０％を意味している。説明上、反射素子６０の各角度θ１における照度分布を表している。また、各グラフの横軸は、出射端４０ｂとスクリーンＳＣが比例関係である共役関係にあることから、図７の横軸に示した中心光線４０１の出射端４０ｂにおける長辺方向の到達位置と概ね同一となる。
【００６６】
図１０より、角度θ１＝４３度のグラフの領域１０００の部分が、反射素子６０の角度θ１が４３度より大きくなると、明るい部分が右に移動してスクリーンＳＣ全体が明るくなっていくことが確認できる。角度θ１＝４５度と角度θ１＝４７度を比較した場合、領域１０００の暗い部分が角度θ１＝４７度の方が少なく、スクリーンＳＣ上の均一性が高くなっていることが確認できる。つまり、反射素子６０の点Ｋ２を回転中心として角度θ１を４５度より大きくすることにより、光源ランプ３１のみ点灯させた場合のスクリーンＳＣ上の照度分布の均一性が高くなるという効果が得られる。
【００６７】
以上より、本実施の形態１では反射素子６０を点Ｋ１及び点Ｋ２を中心に４５度より大きい角度を有して配置することにより、反射素子６０を４５度にて配置した場合と比較して、光利用効率が高くする効果が得られる。
【００６８】
さらに、光源ランプ３１のみ点灯した場合のスクリーンＳＣ上の照度分布の均一性を高める効果もある。つまり、光利用効率を低下させることなく、光源ランプ３１のみ点灯した場合のスクリーンＳＣ上の照度分布の均一性を高めることが可能である。
【００６９】
なお、光源ランプ３１あるいは光源ランプ３２の１灯を点灯するときのスクリーンＳＣに到達する光量を考慮すると、反射素子６０を配置する場合の回転中心に関しては、反射素子６０の内、光強度均一化素子４０に最も近い端部であることが好ましい。つまり、本実施の形態１においては、点Ｋ２ではなく、点Ｋ１を回転中心とすることが好ましい。
【００７０】
さらに、点Ｋ１を回転中心とした場合には、上述のとおり光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの長辺の長さをｌとし、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３に対して光源ランプ３１側を負、光源ランプ３２側を正とした場合、光源ランプ３１の光軸Ｃ１と同軸上の光線が光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの長辺方向到達位置は次に示す式５を満足することが好ましい。ここで、光線到達位置はＺ１とする。
【００７１】
−０．２５ｌ＜Ｚ１＜０．２ｌ  ・・・・（式５）
【００７２】
ここで、式５は、光強度均一化素子４０のＸ方向長さを３９ｍｍ、（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３、硝材はＢＫ７とした場合を示している。光強度均一化素子４０のＸ方向長さ、配置および硝材により式５の最適範囲は異なるが、−０．２５ｌより正の方向に中心光線４０１が到達した場合に対して効果があることは、上述に示す通りである。
【００７３】
なぜなら、―０．２５１は、反射素子が４５度で配置された場合の出射端到達位置を示し、０．２１は、図６で示すように２つの光源ランプを点灯した場合を示す△印で示した一点鎖線６０２の明るさの相対光量比が１００％となる到達位置となる。一般的に、４５度の角度を有したプリズムあるいはミラーを配置し、光強度均一化素子４０の入射端４０ａに垂直に中心光線４０１を入射させるのに対して、２つの光源ランプを点灯した場合に、式５を満足すれば、反射素子６０が４５度で配置された場合と比較して光利用効率は低下せず高くなることになる。
【００７４】
また、反射素子６０の回転角度θ１で表すと、次に示す式６となる。ここで角度θ１は、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３と反射素子６０の有する角度θ１を示す。
【００７５】
４５＜θ１＜４８．５  ・・・（式６）
【００７６】
本実施の形態１では、光強度均一化素子４０を四角柱状のロッドとしたが、中空のパイプでも構わない。また、光強度均一化素子４０の出射面４０ｂは、矩形である必要はなく平行四辺形、台形および特許文献３に示すような特殊形状でも構わない。
【００７７】
本実施の形態１では、図３（ｂ）において、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの寸法を、一例として（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３と規定しているが、１．５３より大きい場合には、スクリーンＳＣ上の均一性が本実施の形態１の一例より低くなるため、反射素子６０の回転角度θ１を４５度より大きくすることによる効果は大きくなる。
【００７８】
ここで、１．５３より大きい場合とは、短辺の長さｍと比較して長辺の長さｌが本実施の形態１より長くなる場合である。例えば、図９と比較してＸ方向のスクリーンＳＣ幅が大きくなるような場合、長辺方向の長さｌの割合が大きくなり、スクリーンＳＣ上の照度分布の偏りが大きくなることとなる。出射端４０ｂとスクリーンＳＣが比例関係である共役関係にあることから、スクリーンＳＣの短辺に対する長辺の比率が１．５３より大きい場合に有効である。
【００７９】
本実施の形態１では、図４の点Ｋ１で示した反射素子６０の端部が、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３上に位置しているが、図１において、光軸Ｃ３より±Ｚ方向に反射素子６０の端部が移動していても構わない。
【００８０】
反射素子６０に関して、光源ランプ３２から出射された光束の遮光の影響を小さくするため、図１１に示すように透明部材６０ａの反射膜６０ｂを保持する部分を残して、カットしてもかまわない。一例として、反射素子６０の厚みＴ１を１．１ｍｍ、厚みＴ２を０．３ｍｍ、カット角度αを１５度とすることにより光利用効率は高くなる。ここで、カット角度αは、光源ランプ３２の有効光束Ｌ２が半角２６度の場合は１９度以下、半角３０度の場合は１５度以下が好ましい。ここで、本実施の形態１の一例として、カット角度αを１９度とした場合、カットしない場合と比較してシミュレーション上では光利用効率が約１０％高くなる。
【００８１】
また、カット角度αを４５度より小さくすると、光強度均一化素子４１の光軸Ｃ３に対する透明部材６０ａの−Ｚ方向への突出量が減少するため、光源ランプ３２の光束Ｌ２の遮光量を減らすという効果が得られる。ここで、カット角度αが４５度の場合、カット面は光軸Ｃ３と平行かつ−Ｚ方向に位置している。
【００８２】
実施の形態２．
本実施の形態２は本実施の形態１の光強度均一化素子４０が図１２および図１３に示すようにＸ軸中心に角度β回転した場合を示している。また、図１２の点Ａは、図１３（ａ）の点Ａに対応している。図１２において、中心光線４０３は、光源ランプ３１の光軸Ｃ１と同軸上の光線の軌跡を示している。光強度均一化素子４１以外の構成要素は、本実施の形態１と同一であるため、その説明を省略する。
【００８３】
図１３は本実施の形態２の光強度均一化素子４０と反射素子６０の反射膜６０ｂとの位置関係を表す構成図を示す。図１３（ａ）は、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂから光軸Ｃ３に沿って、つまり＋Ｘ方向側から−Ｘ方向側に向かって見た図で、反射素子６０と光強度均一化素子４０の位置関係を示している。このため、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂの図面の奥側である−Ｘ方向に反射素子６０の反射膜６０ｂの一部が見える図となっている。反射素子６０の反射膜６０ｂは、光強度均一化素子４０の入射端４０ａ側で光軸Ｃ３に対して＋Ｚ方向の側に配置されている。図１３（ｂ）は、光強度均一化素子４１の長辺の長さをｌ、短辺の長さｍとした場合の、出射端４０ｂの長辺方向の座標系を示している。光強度均一化素子４１は光軸Ｃ３であるＸ軸中心に図１３（ｂ）中反時計回りに回転している。ここで、角度βは１８度とする。便宜上、角度βを設定したが、角度βは１８度に限られない。
【００８４】
図１２、図１３（ｂ）において、本実施の形態２の光強度均一化素子４１は、Ｘ方向長さｎを３９ｍｍ、（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３、硝材はＢＫ７とする。ただし、一例であり、光強度均一化素子４１の形状および硝材を決定するものではない。
【００８５】
図１４は本実施の形態２の反射素子６０の点Ｋ４を回転中心として反射素子６０を回転させた場合の特性を説明する特性図である。縦軸は、図１３（ｂ）を位置基準とした中心光線４０３の出射端４１長辺方向到達位置を示す。横軸は、図１２の角度θ２が変化した場合の角度を示す。ここで、図１２で反射素子６０の角度θ２が４５度の場合の中心光線４０３の出射端４１ｂの長辺方向の到達位置は、−０．２５ｌとする。実線１４００は、反射素子６０の点Ｋ４を回転中心として回転させた反射素子６０の各角度において、中心光線４０３の光強度均一化素子４１の出射端４１ｂの長辺方向の到達位置をプロットした結果を示す。
【００８６】
ここで示した値は、光強度均一化素子４１のＸ方向長さを３９ｍｍ、（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３、硝材はＢＫ７とした場合を示している。実線１４００がほぼ直線状となっていることより、中心光線４０３は光強度均一化素子４１内で反射せずに出射端４１ｂに達していることが分かる。
【００８７】
図１４より、反射素子６０の角度θ２が４７度より少し大きな値のとき、光強度均一化素子４１の出射端４１ｂにおいて、中心光線４０２が出射端４１ｂ長辺中心に位置することがわかる。ここで、４７度より少し大きな値となる理由は、光強度均一化素子４１が本実施の形態２では１８度とする角度βを有しているためである。反射素子６０が４５度以上の角度θ２を有すると、図１５に示すように、中心光線４０３が出射端４１ｂの長辺および短辺方向に光強度均一化素子４１の出射端４１ｂの到達位置が変化し、実施の形態１で示した角度βが０度の場合と比較すると長辺方向への移動量は小さくなるためである。なぜなら、図１５に示すように、中心光線４０３は点Ｂ１から点Ｂ２へと移動した場合の光強度均一化素子４１の出射端４１における長辺方向の移動量は、点Ｂ１から点Ｂ２までの長さをｃｏｓβ倍した長さとなるからである。
【００８８】
図１５において、破線１５００は角度θ２の変化に対する光強度均一化素子４１の出射端４１ｂ上での中心光線４０３の変化を示している。点Ｂ１は、反射素子６０の角度θ２が４５度の場合の出射端４１ｂ長辺方向の到達位置を示している。図１５のように、中心光線４０３はＺ軸に平行に変化するため、破線１５００最終点の出射端４１ｂの長辺方向到達位置点Ｂ２に対して、破線１５００最終点の出射端４１ｂ長辺方向到達位置は点Ｂ３となる。ただし、角度θ２の値は、反射素子６０の配置位置、光強度均一化素子４１のＸ方向長さおよび硝材に依存する。つまり、図１４に示すように光強度均一化素子４１の出射端４１ｂにおいて、中心光線４０３が出射端４１ｂ長辺中心位置となる反射素子６０の角度θ２は４７度強とは限らない。
【００８９】
なお、図５および図１４の結果から、図１５に示す光強度均一化素子４１のＸ軸中心の回転角度βが０、１８度の場合、出射端４０ｂ、４１ｂの長辺方向の到達位置と反射素子６０の回転角度θ１、θ２とを比較すると、中心光線４０１、４０３の出射端４０ｂ、４１ｂにおける長辺方向の到達位置がゼロとなるのは回転角度θ１、θ２が４７度付近の場合である。つまり、回転角度θ１、θ２は、光強度均一化素子４１のＸ軸中心の回転角度βには大きく依存していないため、光強度均一化素子４１のＸ軸中心の回転角度βに関わらず、中心光線４０１、４０３の出射端４０ｂ、４１ｂにおける長辺方向の到達位置がゼロとなる反射素子６０の回転角度θ１、θ２は約４７度である。
【００９０】
また、本実施の形態２のように、２つの光源ランプ３１、３２を用い、光軸Ｃ１および光軸Ｃ２のどちらかに反射素子６０を配置する構成において、角度θ１を４５度より大きくすることにより、光強度均一化素子４１のＸ方向長さ、配置および硝材に係らず効果は得られる。
【００９１】
光強度均一化素子４１のＸ方向長さ、配置および硝材に関わらず、角度θ2を４５度より大きくすることにより、光線４０３が光強度均一化素子４１の出射端４０ｂにおける長辺方向の中心に近づくからである。このため、角度θ１を４５度より大きくするとは、中心光線４０１の反射膜６０ｂ上での反射位置である点Ｋ２が光軸Ｃ３より＋Ｚ方向にある場合に限られる。
【００９２】
図１６に反射素子６０の回転中心を点Ｋ４とした場合の本実施の形態２の効果を示す。縦軸は、反射素子６０の点Ｋ４を回転中心として回転させた場合のスクリーンＳＣに到達する相対光量比のシミュレーション結果を示す。ただし、反射素子６０の角度θ２が４５度の場合を１００％としている。横軸は、図１３（ｂ）の長辺の座標と同一として、中心光線４０３の出射端４１ｂの長辺方向の到達位置を示す。ここで、反射素子６０の角度θ２、中心光線４０３の出射端４１ｂにおける到達位置およびスクリーンＳＣの明るさ相対光量比の関係を把握できるように、図１６の横軸のプロット位置は図１４の縦軸のプロット位置と同一とする。
【００９３】
○印で示した実線１６００は、光軸Ｃ１上の光線４０３が出射端４１ｂでの各長辺方向の到達位置に到達した場合の光源ランプ３１の光路における相対光量比をプロットした結果を示す。□印で示した破線１６０１は、光軸Ｃ２上の光線４０４が出射端４１ｂでの各長辺方向の到達位置に到達した場合の光源ランプ３２（図１２では図示せず。図１参照）の光路における相対光量比をプロットした結果を示す。△印で示した一点鎖線１６０２は、光強度均一化素子４１の出射端４１ｂの光軸Ｃ１上の光線４０３および光軸Ｃ２上の光線４０４が出射端４１ｂでの各長辺方向の到達位置に到達した場合の光源ランプ３１および光源ランプ３２の光路における光量を合成した上で、相対光量比を算出し、プロットした結果を示す。
【００９４】
図１４、図１６より、図１６の△印で示した一点鎖線１６０２が示すように、光源ランプ３１、３２を共に点灯させた場合に、反射素子６０の角度θ２を４５度より大きくすることで、スクリーンＳＣ上に到達する相対光量比は、１００％より高くなっていることが確認できる。
【００９５】
ただし、反射素子６０の回転角度の角度θ２で考えた場合、実施の形態１と比較すると相対光量比が１００％以上の範囲が狭くなっていることが確認できる。光強度均一化素子４１が実施の形態２では１８度と設定した角度βを有しているため、反射素子６０が４５度以上の角度θ２を有すると、光線４０２が出射端４１ｂの長辺および短辺方向に光強度均一化素子４１の出射端４１ｂの到達位置が変化する。このため、図１５で示すとおり、実施の形態１に示した角度βが０度の場合と比較すると長辺方向への移動量は小さくなるのである。従って、光源ランプ３１の位置をＹ方向に移動させることにより、相対光量比が１００％以上の範囲を実施の形態１相当とすることができる。
【００９６】
第１の光源ランプ３１のＹ方向の最適な移動量は以下の式７で表される。ここで、Ｚ２は光線４０３の光強度均一化素子４１の出射端４１ｂ長辺方向到達位置とする。Ｙ方向の移動量をＹ２とする。角度βは図１５で示した角度βを示す。
【００９７】
Ｙ２＝Ｚ２×ｓｉｎ（β）  ・・・・（式７）
【００９８】
光軸Ｃ１上の光線４０３が出射端４１ｂでの各長辺方向の到達位置に到達した場合の光源ランプ３１の光路における相対光量比において、式７を用いて、第１の光源ランプ３１をＹ方向に移動させるシミュレーションを行うと、反射素子６０の角度θ２が４８度にあたる明るさ相対光量比を算出すると９９．２％となる。図１４で角度θ２が４８度の場合、中心光線４０３の出射端４１ｂでの長辺方向の位置は約０．１１となる。図１６で横軸が０．１１の場合に、縦軸の明るさ相対光量比が９８．５％になることと比較して光利用効率が改善していることが確認できる。また、光源ランプ３1と光源ランプ３２を共に点灯した場合の相対光量比は約１００％となる。従って、光強度均一化素子４１がＸ軸を中心に角度βを有して回転していた場合でも実施の形態１に近い効果が得られる。
【００９９】
式７を考慮しても実施の形態１より相対光量比が１００％以上の範囲が狭くなる理由は、Ｚ方向移動も考慮に入れる必要があるためである。しかし、Ｚ方向の移動は光源ランプ３１をＸ方向に移動する必要が生じるため、焦点位置も考慮する必要が生じる。説明の簡略化のため、Ｙ方向の移動量の式のみ示した。
【０１００】
式７を考慮することにより、光強度均一化素子４１の出射端４１ｂの長辺の長さをｌとし、光強度均一化素子４１の光軸Ｃ３に対して光源ランプ３１側を負、光源ランプ３２側を正とした場合、光源ランプ３１の光軸Ｃ１と同軸上の光線４０３が光強度均一化素子４１の出射端４１ｂの長辺方向の到達位置は次の式８を満足することが好ましい。ここで、光線到達位置はＺ２とする。
【０１０１】
−０．２５ｌ＜Ｚ２＜０．１２ｌ  ・・・・（式８）
【０１０２】
ここで、光強度均一化素子４１のＸ方向長さを３９ｍｍ、（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３、硝材はＢＫ７、角度βを１８度とした場合を示している。光強度均一化素子４１のＸ方向長さ、配置および硝材により式８の最適範囲は異なるが、−０．２５ｌより正の方向に光線４０３が到達した場合に対して効果があることは、上述に示す通りである。
【０１０３】
また、式８を反射素子６０の回転角度θ２で表すと、次の式９となる。ここで角度θ２は、図１２に示すように、光強度均一化素子４１の光軸Ｃ３と反射素子６０の反射膜６０ｂの有する角度θ２を示す。
【０１０４】
４５＜θ２＜４８  ・・・・（式９）
【０１０５】
図１７に本実施の形態２の効果を示す。図１７は光源ランプ３１のみ点灯させた場合のスクリーンＳＣ上の照度分布を示している。ここで、反射素子６０の点Ｋ４が回転中心の場合の各角度θ２のスクリーンＳＣ上の照度分布を示している。示した角度θ２は、４３度、４４度、４５度、４６度、４７度で縦方向に並べている。比較しやすいように、一列目の一番下と二列目の一番上に角度θ１が４５度の照度分布を示している。照度分布は、スクリーンＳＣ面内の相対光量比を２次元で表している。相対光量比を５分割して表し、黒色に近づくほど暗いことを意味している。一番暗い部分は０−０．２の範囲で、次に０．２−０．４、０．４−０．６、０．６−０．８で分割し、一番明るい部分は０．８−１の範囲となる。ここで、グラフ内の０−０．２は、０〜２０％を意味している。説明上、反射素子６０の各角度θ２における照度分布を表している。また、各グラフの横軸は、出射端４０ｂとスクリーンＳＣが比例関係である共役関係にあることから、図１４の横軸に示した中心光線４０３の出射端４１ｂにおける長辺方向の到達位置と概ね同一となる。
【０１０６】
図１７より、角度θ２＝４３度のグラフの領域１７００の部分が、反射素子６０の角度θ２が４３度より大きくなると、明るい部分が右に移動して明るくなっていくことが確認できる。角度θ２＝４５度と角度θ２＝４７度を比較した場合、領域１７００の暗い部分が角度θ２＝４７度の方が少なく、スクリーンＳＣ上の均一性が高くなっていることが確認できる。つまり、反射素子６０の点Ｋ４を回転中心として角度θ２を４５度より大きくすることにより、光源ランプ３１のみ点灯させた場合のスクリーンＳＣ上の照度分布の均一性が高くなるという効果が得られる。
【０１０７】
以上より、本実施の形態２では反射素子６０を４５度より大きい角度を有して配置することにより、反射素子６０を４５度にて配置した場合と比較して、光利用効率が高くする効果が得られる。
【０１０８】
さらに、光源ランプ３１のみ点灯した場合のスクリーンＳＣ上の照度分布の均一性を高める効果もある。つまり、光利用効率を低下させることなく、光源ランプ３１のみ点灯した場合のスクリーンＳＣ上の照度分布の均一性を高めることが可能である。
【０１０９】
なお、反射素子６０を配置する場合の回転中心に関しては、反射素子６０の内、光強度均一化素子４１に最も近い端部であることが好ましい。
【０１１０】
本実施の形態２では、光強度均一化素子４１を四角柱状のロッドとしたが、中空のパイプでも構わない。また、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂは、矩形である必要はなく平行四辺形、台形および特許文献３に示すような特殊形状でも構わない。
【０１１１】
本実施の形態１では、図１３（ｂ）において、光強度均一化素子４１の出射端４１ｂの寸法を、一例として（長辺の長さ：ｌ）／（短辺の長さ：ｍ）≒１．５３と規定しているが、１．５３より大きい場合には、スクリーンＳＣ上の均一性が本実施の形態２の一例より低くなるため、反射素子６０の回転角度θ２を４５度より大きくすることによる効果は大きくなる。
【０１１２】
ここで、１．５３より大きい場合とは、短辺の長さｍと比較して長辺の長さｌが本実施の形態１より長くなる場合である。例えば、図１７と比較してＸ方向のスクリーンＳＣ幅が大きくなるような場合、長辺方向の長さｌの割合が大きくなり、スクリーンＳＣ上の照度分布の偏りが大きくなることとなる。出射端４１ｂとスクリーンＳＣが比例関係である共役関係にあることから、スクリーンＳＣの短辺に対する長辺の比率が１．５３より大きい場合に有効である。
【０１１３】
本実施の形態２では、図１２の点Ｋ４である反射素子６０の端部が光強度均一化素子４１の光軸Ｃ３上に位置しているが、光強度均一化素子４１の光軸Ｃ３より±Ｚ方向に反射素子６０の端部が移動していても構わない。
【０１１４】
反射素子６０に関して、光源ランプ３２から出射された光束の遮光の影響を小さくするため、図１１に示すように透明部材６０ａの反射膜６０ｂを保持する部分を残して、カットしてもかまわない。一例として、反射素子６０の厚みＴ１を１．１ｍｍ、厚みＴ２を０．３ｍｍ、カット角度αを１５度とすることにより光利用効率は高くなる。ここで、カット角度αは、光源ランプ３２の有効光束Ｌ２が半角２６度、３０度の場合、１９度、１５度以下が好ましい。
【０１１５】
また、カット角度αを４５度より小さくすると、光強度均一化素子４１の光軸Ｃ３に対する透明部材６０ａの−Ｚ方向への突出量が減少するため、光源ランプ３２の光束Ｌ２の遮光量を減らすという効果が得られる。ここで、カット角度αが４５度の場合、カット面は光軸Ｃ３と平行かつ−Ｚ方向に位置している。
【０１１６】
図１８は、投写型表示装置の構成を示す構成図である。図１８では集光点Ｆ２を中心に光強度均一化素子４３の光軸Ｃ３より−Ｚ方向に光源ランプ３２の光軸Ｃ２を傾けている。図１８より、集光点Ｆ２を中心に光強度均一化素子４３の光軸Ｃ３より−Ｚ方向に光源ランプ３２の光軸Ｃ２を傾けることにより、スクリーンＳＣ上の均一性を高くすることが可能となる。
【０１１７】
図１８の構成とした場合、光源ランプ３１および３２を交互に点灯した場合でもスクリーンＳＣ上の均一性の変化が小さく、交互点灯を行うことが可能となる。明るさは４〜５割に減少するが光源ランプ３１、３２の使用頻度が低くなるため２倍以上寿命が長くなるという効果が得られる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０ａ  投写型表示装置、  ３０  光源装置、  ３１  第１の光源ランプ、  ３２  第２の光源ランプ、  ４０，４１  光強度均一化素子、  ４０ａ，４１ａ  入射端、  ４０ｂ，４１ｂ  出射端、  ６０  反射素子、  Ｃ１  第１の光軸、  Ｃ２  第２の光軸、  Ｃ３  光軸、  Ｋ１，Ｋ２，Ｋ４  点。
【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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