(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の色光を発する光源からの光を収斂光として射出する照明系と、
前記照明系から射出された収斂光のうち第１の色光を反射し、第２の色光を透過することにより前記収斂光を分離するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーにより反射された第１の色光を反射または透過して第１の画像変調素子に導く第１の偏光ビームスプリッターと、
前記ダイクロイックミラーを透過した第２の色光を反射または透過して第２の画像変調素子に導く第２の偏光ビームスプリッターと、
前記ダイクロイックミラーの法線と前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面の法線とに平行な断面において、前記ダイクロイックミラーの反射面を通る線と前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面を通る線が互いに直交するように、前記ダイクロイックミラーと前記第１および第２の偏光ビームスプリッターが配置された画像投射装置において、
前記ダイクロイックミラーを反射した第１の色光を曲げる第１の光学手段と、
前記ダイクロイックミラーを透過した第２の色光を曲げる第２の光学手段とを有し、
前記照明系の光軸は、前記ダイクロイックミラーの法線に対して４５°より大きい角度を成すよう配置され、
前記第１および第２の光学手段は、前記ダイクロイックミラーにより分離された前記第１および第２の色光を互いに遠ざける方向に曲げており、
前記ダイクロイックミラーと前記第１または第２の偏光ビームスプリッターの間に波長選択性位相板を有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記ダイクロイックミラーの法線は、前記画像変調素子の法線に対して４５°の角度を成しており、
前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面は前記画像変調素子の法線に対して４５°の角度を成していることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記光学手段は前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの入射面であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
直角三角柱のプリズムを有し、
前記光学手段は、前記直角三角柱のプリズムであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
【請求項５】
プリズムシートを有し、
前記光学手段は、プリズムシートであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記第１および第２の偏光ビームスプリッターにより反射または透過された色光を合成する色合成光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項７】
照明系を介した光源からの光を複数の色光に分離して各々の色光に対応した画像変調素子に入射させ、該画像変調素子により変調された色光を合成し、その合成された光を投射系へと入射させる色分離合成系において、
光源から収斂光として入射した光を分離するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーにより分離された色光を互いに遠ざけるように曲げる光学手段と、
前記光学手段により曲げられた色光を反射または透過する２つの偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターにより反射または透過された色光を合成する色合成光学素子を有し、
前記ダイクロイックミラーの法線と前記照明系の光軸とが成す角は４５°よりも大きく、
前記ダイクロイックミラーと前記２つの偏光ビームスプリッターの間に波長選択性位相板を有することを特徴とする色分離合成系。
【請求項８】
第１および第２の色光を発する光源からの光を収斂光として射出する照明系と、
前記照明系から射出された収斂光のうち第１の色光を反射し、第２の色光を透過することにより前記収斂光を分離するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーにより反射された第１の色光を反射または透過して第１の画像変調素子に導く第１の偏光ビームスプリッターと、
前記ダイクロイックミラーを透過した第２の色光を反射または透過して第２の画像変調素子に導く第２の偏光ビームスプリッターと、
前記ダイクロイックミラーの法線と前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面の法線とに平行な断面において、前記ダイクロイックミラーの反射面を通る線と前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面を通る線が互いに直交するように、前記ダイクロイックミラーと前記第１および第２の偏光ビームスプリッターが配置された画像投射装置において、
前記偏光ビームスプリッターは、間に偏光分離面が形成された第１、第２の三角柱プリズムからなり、
前記ダイクロイックミラー側に配置された三角柱プリズムを第１の三角柱プリズムとするとき、前記第１の三角柱プリズムの前記偏光分離面に対する対角が９０°よりも小さく、
前記ダイクロイックミラーと前記第１または第２の偏光ビームスプリッターの間に波長選択性位相板を有することを特徴とする色分離合成系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像投射装置に関し、特に反射型液晶表示パネルを用いた画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光学系を介して光源からの光を３原色に分離し、分離した光を偏光ビームスプリッターを介してそれぞれの液晶表示パネル入射した後に、合成して出射する画像投射装置についての発明が開示されている。具体的には、光源からの光のうち第１の光を反射させ第２、第３の光を透過させるミラー（ダイクロイックミラー）を有している。このミラーを透過した第２の光の偏光方向を９０°回転させて透過させ、第３の光の偏光方向を変えずに透過させる波長選択性位相板を画像投射装置のダイクロイックミラーと偏光ビームスプリッターの間に配置することによって、画像投射装置を小型化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１８４２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１には、光源からの光がダイクロイックミラーに対してどのような状態で入射するのかについての記載がなく、ダイクロイックミラーに入射する光が収斂光である場合に、何が小型化の障害になっているか、という課題については認識が無い。例えば、特許文献１において収斂光がダイクロイックミラーに入射する場合、その入射光と画像変調素子（液晶表示パネル）との干渉を避けるためにダイクロイックミラーと青の色光が入射する偏光ビームスプリッターとの間隔を空けなければならない。そのため、色分離合成系が大きくなるといった問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に着目し、照明系が射出する光が収斂光としてダイクロイックミラーに入射する画像投射装置において、より小型な画像投射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、第１および第２の色光を発する光源からの光を収斂光として射出する照明系と、前記照明系から射出された収斂光のうち第１の色光を反射し、第２の色光を透過することにより前記収斂光を分離するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーにより反射された第１の色光を反射または透過して第１の画像変調素子に導く第１の偏光ビームスプリッターと、前記ダイクロイックミラーを透過した第２の色光を反射または透過して第２の画像変調素子に導く第２の偏光ビームスプリッターと、前記ダイクロイックミラーの法線と前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面の法線とに平行な断面において、前記ダイクロイックミラーの反射面を通る線と前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面を通る線が互いに直交するように、前記ダイクロイックミラーと前記第１および第２の偏光ビームスプリッターが配置された画像投射装置において、前記ダイクロイックミラーを反射した第１の色光を曲げる第１の光学手段と、前記ダイクロイックミラーを透過した第２の色光を曲げる第２の光学手段とを有し、前記照明系の光軸は、前記ダイクロイックミラーの法線に対して４５°より大きい角度を成すよう配置され、前記第１および第２の光学手段は、前記ダイクロイックミラーにより分離された前記第１および第２の色光を互いに遠ざける方向に曲げており、前記ダイクロイックミラーと前記第１または第２の偏光ビームスプリッターの間に波長選択性位相板を有することを特徴とする。
また、上記課題を解決するための本発明の他の一側面としての色分離合成系は、照明系を介した光源からの光を複数の色光に分離して各々の色光に対応した画像変調素子に入射させ、該画像変調素子により変調された色光を合成し、その合成された光を投射系へと入射させる色分離合成系において、光源から収斂光として入射した光を分離するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーにより分離された色光を互いに遠ざけるように曲げる光学手段と、前記光学手段により曲げられた色光を反射または透過する２つの偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッターにより反射または透過された色光を合成する色合成光学素子を有し、前記ダイクロイックミラーの法線と前記照明系の光軸とが成す角は４５°よりも大きく、前記ダイクロイックミラーと前記２つの偏光ビームスプリッターの間に波長選択性位相板を有することを特徴とする。
また、上記課題を解決するための本発明の他の一側面としての色分離合成系は、第１および第２の色光を発する光源からの光を収斂光として射出する照明系と、前記照明系から射出された収斂光のうち第１の色光を反射し、第２の色光を透過することにより前記収斂光を分離するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーにより反射された第１の色光を反射または透過して第１の画像変調素子に導く第１の偏光ビームスプリッターと、前記ダイクロイックミラーを透過した第２の色光を反射または透過して第２の画像変調素子に導く第２の偏光ビームスプリッターと、前記ダイクロイックミラーの法線と前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面の法線とに平行な断面において、前記ダイクロイックミラーの反射面を通る線と前記第１および第２の偏光ビームスプリッターの偏光分離面を通る線が互いに直交するように、前記ダイクロイックミラーと前記第１および第２の偏光ビームスプリッターが配置された画像投射装置において、前記偏光ビームスプリッターは、間に偏光分離面が形成された第１、第２の三角柱プリズムからなり、前記ダイクロイックミラー側に配置された三角柱プリズムを第１の三角柱プリズムとするとき、前記第１の三角柱プリズムの前記偏光分離面に対する対角が９０°よりも小さく、前記ダイクロイックミラーと前記第１または第２の偏光ビームスプリッターの間に波長選択性位相板を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、色分離合成系を構成する光学素子同士の間隔を狭めることができるので、画像投射装置の小型化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１の構成の全体図
【図２】本発明の実施形態１の構成図
【図３】本発明の実施形態２の構成図
【図４】本発明の実施形態３の構成図
【図５】本発明の比較形態の構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態１）
図１は本発明の画像投射装置の構成の全体図である。
光源１は高圧水銀ランプである。第１フライアイレンズ２は、光源１からの光を複数の光に分割する。第２フライアイレンズ３は第１フライアイレンズ２が分割した複数の光を液晶表示パネルに導く。偏光変換素子４は光源１からの非偏光光を所定の偏光光に揃える素子であり、本実施形態ではＰ偏光光に揃える。集光レンズ５は第１フライアイレンズ２が分割した複数の光を液晶表示パネルに重ねて照明する。第１フライアイレンズ２から集光レンズ５までを照明系６とする。照明系６の光軸を照明系の光軸７とし、照明系の光軸７とは集光レンズ５の光軸のことである。照明系６に関して、光源１と第２フライアイレンズ３は共役な場所に配置し、第１フライアイレンズ２とそれぞれの色光に対応した液晶表示パネルも互いに共役な場所に配置することでケーラー照明を行っている。
【００１０】
図２は、本発明の実施形態１の色分離合成系の構成を示した図である。
ダイクロイックミラー８は照明系６から射出された光を赤、青の色光（第１の色光）と緑の色光（第２の色光）に分離する。波長選択性位相板９はダイクロイックミラー８が分離した色光の所定の波長範囲の光（赤の色光）の偏光方向を回転し、他の波長範囲の光の偏光方向は回転しない。偏光ビームスプリッター１０（第１の偏光ビームスプリッター）にはダイクロイックミラー８が反射した色光（赤と青）が入射する。偏光ビームスプリッター１１（第２の偏光ビームスプリッター）にはダイクロイックミラー８を透過した色光（緑）が入射する。偏光ビームスプリッター１０および１１は入射光のＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する。液晶表示パネル１２、１３、１４はそれぞれ赤、青、緑の色光に対応した画像変調素子（第１の画像変調素子、第２の画像変調素子）であり、本実施形態では、液晶表示パネルとして反射型の液晶表示パネルを用いている。偏光ビームスプリッター１０に入射した色光は液晶表示パネル１２、１３で画像変調され、再び偏光ビームスプリッターにより反射あるいは透過される。偏光ビームスプリッター１１に入射した色光は、液晶表示パネル１４により画像変調され、再び偏光ビームスプリッター１１により反射あるいは透過される。色合成プリズム１５はそれぞれの液晶表示パネルが画像変調した複数の色光を合成する色合成光学素子である。色合成プリズム１５の特性はＰ偏光に関しては青と赤の色光のみ透過し、緑の色光は反射する。Ｓ偏光に関しては、青の色光のみ透過し、緑と赤の色光を反射させる。投射レンズ１６は投射光学系（投射系）である。偏光分離面１７は偏光ビームスプリッター１０、１１の偏光分離面である。三角柱状プリズム２１、２２は偏光ビームスプリッター１０、１１の入射側の三角柱状プリズムである。一般的に、偏光ビームスプリッターは直角二等辺三角柱のプリズムを２つ貼り合わせた直方体である。しかし、本実施形態の入射側の三角柱状プリズム２１および２２は、通常の直角二等辺三角柱状ではない。この形状についての詳細は後述する。
【００１１】
次に、図２の構成の配置関係について説明する。
ダイクロイックミラー８の法線と偏光ビームスプリッター１０、１１の偏光分離面の法線とに平行な断面において、ダイクロイックミラーの反射面を通る線と偏光ビームスプリッター１０、１１の偏光分離面を通る線が互いに直交するよう配置する。また、ダイクロイックミラー面は、液晶表示パネル１２、１３、１４の法線に対して４５°の角度を成すように配置する。偏光ビームスプリッター１０、１１はその偏光分離面１７が、液晶表示パネル１２、１３、１４の法線に対して４５°の角度を成すよう配置する。
【００１２】
照明系の光軸７はダイクロイックミラー８の法線に対して４５°よりも大きい角度を成すように配置する。さらに特定すれば、照明系の射出光の最も外側の光線のうち、第１の偏光ビームスプリッター側（偏光ビームスプリッター１０側）を通る光線１８が液晶表示パネル１２、１３、１４の法線と平行又は垂直になるように照明系６を配置する。配置に際して、照明系の光軸７とダイクロイックミラー８の法線とが成す角をθ１とすると、θ１が４５°より大きく６０°未満であれば本発明の効果が得られる。さらに好ましくは、４７°≦θ１≦５３°であれば良い。本実施形態ではθ１は５０°である。θ１をこのように設定することで、光源からの射出光が収斂光としてダイクロイックミラー８に入射するような画像投射装置において、ダイクロイックミラー８と波長選択性位相板９の間隔を狭めることができる。
【００１３】
角度θ１が上記範囲の下限値（４５°）を下回ると、色分離合成系が大きくなってしまう。また、上限値（６０°）を上回ると、図１の断面において、波長選択性位相板９に入射する光線の角度の非対称性が大きくなってしまい、画像における色ムラの発生が顕著となる。これは、波長選択性位相板９は角度特性があり、入射角度によって波長特性が変化するためである。ここで、図１の断面とは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面１７の法線とダイクロイックミラー８の法線とに平行な断面のことである。
【００１４】
ダイクロイックミラー８に対する照明系の光軸７を上述したように設定すると、一般的な直方体の偏光ビームスプリッターを用いた場合、偏光分離面１７あるいは液晶表示パネルに対して斜めに光が入射してしまう。そこで、偏光ビームスプリッターに入射する光を曲げ、液晶表示パネルに対してその波面が平行になるような光を入射させる必要がある。そのため、本実施形態では偏光ビームスプリッターの入射側のプリズムを通常の直角二等辺三角柱状のものではなく、図２に示したような特殊な三角柱状プリズム２１、２２を用いる。偏光ビームスプリッター１０の入射側の三角柱状プリズム２１の偏光分離面の対角をθ２とすると、θ１とθ２の関係は式（１）を満足する。ここで、ｎは三角柱状プリズムの屈折率である。
n・sin(90°−θ２)＝sin(2θ１−θ２)・・・（１）
本実施形態では、ｎ＝１．８、θ１＝５０°、θ２＝７８°である。また、偏光ビームスプリッター１０は液晶表示パネル１２側の辺とその対辺が平行である。
【００１５】
偏光ビームスプリッター１１も、上記の偏光ビームスプリッター１０と同じ形状であり、入射側の三角柱状プリズム２２の偏光分離面１７の対角の大きさはθ２である。
【００１６】
偏光ビームスプリッター１０、１１の入射面は入射光を曲げる光学手段としての役割を有し、ダイクロイックミラー８により分離された一方の色光を他方の色光から遠ざける方向に曲げる。
【００１７】
次に、上述した構成の作用についてそれぞれの色光に着目して説明する。
光源１を出射し、照明系６を介してダイクロイックミラー８に入射した光は、ダイクロイックミラー８によって赤、青の波長帯域の色光は反射され、緑の波長帯域の色光は透過する。
【００１８】
まず、緑の色光について説明する。ダイクロイックミラー８を透過したＰ偏光光の緑の色光は偏光ビームスプリッター１１に入射する。偏光ビームスプリッター１１に入射する光を曲げる作用を有する三角柱状プリズム２２の入射面（第２の光学素子）は、入射した緑の色光をダイクロイックミラー８を反射した他方の色光（赤、青）から遠ざける方向に曲げる。曲げられた緑の色光は偏光ビームスプリッター１１の偏光分離面１７を透過し、緑用の液晶表示パネル１４に入射する。液晶表示パネル１４は緑の色光を変調した後、反射する。反射されたＰ偏光の成分は偏光分離面１７を透過し、光源側に戻される。一方、Ｓ偏光の成分は偏光分離面１７を反射し、色合成プリズム１５に入射する。色合成プリズム１５は、緑の色光に対してはＰ偏光を透過、Ｓ偏光を反射させる特性を持つので、Ｓ偏光の緑の色光は色合成プリズム１５の偏光分離面で反射され投射レンズ１６へ至る。
【００１９】
次に、赤の色光について説明する。ダイクロイックミラー８を反射したＰ偏光光の赤の色光は波長選択性位相板９に入射する。波長選択性位相板９は赤の色光の偏光方向を９０°回転させ、Ｓ偏光光にする。Ｓ偏光光に変換された赤の色光は偏光ビームスプリッター１０に入射する。偏光ビームスプリッター１０に入射する光を曲げる作用を有する三角柱状プリズム２１の入射面（第１の光学素子）は、入射した赤の色光をダイクロイックミラー８を透過した他方の色光（緑）から遠ざける方向に曲げる。曲げられた赤の色光は偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面１７を反射し、赤用の液晶表示パネル１２に入射する。液晶表示パネル１２は赤の色光を変調した後、反射する。反射されたＳ偏光の成分は偏光分離面１７を反射し、光源側に戻される。一方、Ｐ偏光の成分は偏光分離面１７を透過し、色合成プリズム１５に入射する。色合成プリズム１５は、赤の色光に対してはＰ偏光を透過、Ｓ偏光を反射させる特性を持つので、Ｐ偏光の赤の色光は色合成プリズム１５の偏光分離面で透過され投射レンズ１６へ至る。
【００２０】
次に、青の色光について説明する。ダイクロイックミラー８を反射したＰ偏光光の青の色光は波長選択性位相板９に入射する。波長選択性位相板９は青の色光には作用せず透過させる。波長選択性位相板９を透過した青の色光は偏光ビームスプリッター１０に入射する。偏光ビームスプリッター１０に入射された光を曲げる作用を有する三角柱状プリズム２１の入射面は、入射した青の色光をダイクロイックミラー８を透過した他方の色光（緑）から遠ざける方向に曲げる。曲げられた青の色光は偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面１７を透過し、青用の液晶表示パネル１３に入射する。液晶表示パネル１３は青の色光を変調した後、反射する。反射されたＰ偏光の成分は偏光分離面１７を透過し、光源側に戻される。一方、Ｓ偏光の成分は偏光分離面１７を反射し、色合成プリズム１５に入射する。色合成プリズム１５は、青の色光を透過させる特性を持つので、Ｓ偏光の青の色光は色合成プリズム１５の偏光分離面を透過し投射レンズ１６へ至る。
【００２１】
次に、本発明の効果について説明する。
本発明の効果はダイクロイックミラー８に光が収斂光として入射される画像投射装置において、照明系の光軸の角度と偏光ビームスプリッターの形状を工夫することで、色分離合成系の小型化を可能とする点にある。例えば、波長選択性位相板９と入射光との干渉を回避するためにダイクロイックミラー８と波長選択性位相板９との配置間隔の余裕を設ける必要がなくなるので、光線１８（図２）と波長選択性位相板９との間隔を狭めることができる。それに伴って、偏光ビームスプリッター１０と偏光ビームスプリッター１１の間隔を近づけて配置することが可能となるので色分離合成系が小型化できる。
【００２２】
その他の効果として、投射レンズ１６のバックフォーカスの短縮化ができる。一般的に、このバックフォーカスが短縮されると、投射レンズ１６も小型化することができるので、画像投射装置の全体の大きさも小さくすることができる。
【００２３】
その他の効果として、色合成プリズム１５やダイクロイックミラー８の大きさを小さくすることができるので低コストな画像投射装置を提供できる。なぜならば、偏光ビームスプリッター１１、１２と色合成プリズム１５の間隔を狭めることにより、色合成プリズム１５はより光幅が小さい場所で光を合成可能になるからである。
【００２４】
尚、本実施形態においては三角柱状プリズム２１、２２の偏光分離面の対角θ２は同じ角度としたが、必ずしも同じである必要はない。また、本実施形態においては偏光ビームスプリッターの少なくとも一組の対辺が平行であったが、必ずしも平行でなくとも良い。
【００２５】
また、本実施形態においては光源１を高圧水銀ランプとしたが、これに限られない。
また、本実施形態においては偏光ビームスプリッターを構成する三角柱状プリズムの入射面に入射光を曲げる光学手段としての作用を持たせたが、偏光ビームスプリッターと光学手段が一体である必要はなく、別体であってもよい。実施形態２で、その光学手段を偏光ビームスプリッターと別体とした実施形態について説明する。
【００２６】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２の構成図である。基本的な構成は上記の実施形態１と同一であるので、異なる部分についてのみ説明する。偏光ビームスプリッター１０、１１は実施形態１とは異なり、２つの直角二等辺三角柱状のプリズムの斜面を貼り合わせた直方体である。楔形プリズム３１の形状は直角三角柱であり、偏光ビームスプリッター１０の入射側にその斜辺がダイクロイックミラー側に来るように配置する。楔形プリズム３１は、実施形態１における偏光ビームスプリッター１０の三角柱状プリズム２１と同じ光学作用（光学手段）を有する素子である。すなわち、ダイクロイックミラー８によって分離された一方の色光を、他方の色光から遠ざける方向に曲げる作用を有する。これによって、照明系からの入射光の最も外側の光線１８と液晶表示パネルの法線を平行にすることができるので、色分離合成系の小型化を実現できる。
【００２７】
尚、楔形プリズム３１は偏光ビームスプリッター１０と貼り付けても良いし、空間的に離して配置しても良い。
【００２８】
本実施形態のように、楔形プリズム３１を偏光ビームスプリッター１０とを別体とすることで、楔形のプリズムの形状や素材の変更のみで照明系のＦナンバーの変更に対応できる。したがって、偏光ビームスプリッターそのものの形状を変更する必要がなくなるため、汎用性を向上することができる。
【００２９】
尚、本実施形態では楔形プリズム３１を偏光ビームスプリッター１０の入射側に配置したが、偏光ビームスプリッター１１を一般的な直方体のものとし、偏光ビームスプリッター１１の入射側に楔形プリズム３１を配置してもよい。また両方の偏光ビームスプリッター１０、１１の入射側に楔形プリズム３１を用いてもよい。
【００３０】
次に、入射光を曲げる作用を有する光学手段として、楔形プリズム３１の代わりにプリズムシートを用いた実施形態について説明する。
【００３１】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３の構成図である。基本的な構成は実施形態１と同一であるので、異なる部分についてのみ説明する。偏光ビームスプリッター１０は２つの直角二等辺三角柱状のプリズムを斜面で貼り合わせ直方体である。偏光ビームスプリッター１０の入射側には、プリズムシート４１が配置される。プリズムシート４１は、複数の三角柱状の光学素子が所定方向に並んで配列されている素子である。このプリズムシート４１は、ダイクロイックミラー８によって分離された一方の色光を他方の色光から遠ざける方向に曲げる作用を有する。これによって、上記の実施形態１と同様に、照明系からの入射光の最も外側の光線１８と液晶表示パネルの法線が平行に近づけることができる。その結果、ダイクロイックミラー８と波長選択性位相板９の間隔を狭めることができ、色分離合成系を小型化できる。プリズムシート４１は、偏光ビームスプリッター１０と空間的に離して配置しても良いし、貼り付けても良い。
【００３２】
プリズムシート４１を用いることで、実施形態１の偏光ビームスプリッターや実施形態２の楔形プリズムのような厚みを必要としないため、投射レンズのバックフォーカスをさらに小さくできるという効果がある。
【００３３】
尚、プリズムシート４１をフレネルレンズとしても良い。また、実施形態３では、偏光ビームスプリッター１０の入射側に光学手段を適用したが、偏光ビームスプリッター１０を直方体の偏光ビームスプリッターとし、プリズムシート４１を偏光ビームスプリッター１１の入射側に配置しても同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（比較形態）
より本発明を分かりやすくするために、比較形態として本発明を実施していない色分離合成系を図５に示す。
【００３５】
図５に関して、光源と照明系に関しては実施形態１と同じであるので説明は割愛する。
収斂光としてダイクロイックミラー８ａに入射し反射した色光（赤、青）は波長選択性位相板９ａを透過する。波長選択性位相板９ａを透過した色光は、偏光ビームスプリッター１０ａ、１１ａに入射する。偏光ビームスプリッター１０ａ、１１ａを入射した色光は液晶表示パネル１２ａ、１３ａ、１４ａに入射し、変調され、再び偏光ビームスプリッターに入射する。変調され偏光ビームスプリッターに再入射した色光は、偏光分離面１７ａで反射または透過され、色合成プリズム１５ａに入射する。色合成プリズム１５ａで合成された光は投射レンズ１６ａに入射し、スクリーンに投射される。照明系からの射出光のうち最も外側を通る光線１８ａと波長選択性位相板９ａとの干渉部分１９ａの拡大図を図５の右下に示す。波長選択性位相板の保持部材２０ａは波長選択性位相板９ａを保持するための部材である。
【００３６】
実施形態１と同じように、ダイクロイックミラー８ａは液晶表示パネルの法線と４５°を成すように配置される。偏光ビームスプリッター１０ａ、１１ａはその偏光分離面１７ａが、液晶表示パネル１２ａ、１３ａ、１４ａの法線に対して４５°の角度を成すよう配置される。
【００３７】
実施形態１と異なる点は、照明系の光軸７ａのダイクロイックミラーに対する入射角が４５°を成すように照明系が配置される点である。また、偏光ビームスプリッター１０ａ、１１ａは直角二等辺三角柱状のプリズムを２つ貼り合わせた直方体である。
【００３８】
以上のような構成の画像投射装置は、ダイクロイックミラー８ａと偏光ビームスプリッター１０ａの間に、波長選択性位相板９ａがある。１９ａの拡大図に示したように、収斂光の最も外側の光線１８ａと波長選択性位相板９ａの保持部材２０ａあるいは偏光ビームスプリッター１０ａ等との干渉を避けるために、ダイクロイックミラー８ａと偏光ビームスプリッター１０ａの間隔を長くする必要がある。その結果、偏光ビームスプリッター１１ａと色合成プリズム１５ａの間隔も広がってしまい、色合成プリズム１５ａが大型化してしまうことも分かる。また、投射レンズ１６ａのバックフォーカスも長くなっていることが分かる。
【００３９】
具体的に、液晶表示パネルの対角長をＬとしたとき、実施形態１の画像投射装置の投射レンズ１６のバックフォーカスは、比較形態のそれと比べて０．３Ｌ程度短くすることが出来る。
【００４０】
尚、上記の実施形態１から３において、色合成プリズム１５と偏光ビームスプリッターの間に各色光に対応した偏光板を挿入しても良い。偏光板を挿入することにより、不要な偏光成分が合成プリズムに入射するのを抑えることができるので、よりコントラストの高い表示が可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
７  照明系の光軸
８  ダイクロイックミラー
９  波長選択性位相板
１０、１１  偏光ビームスプリッター
１２、１３、１４  液晶表示パネル
１５  色合成プリズム
１６  投射レンズ
【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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