(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤の波長帯域の光が入射する赤用の反射型光変調素子と、
緑の波長帯域の光が入射する緑用の反射型光変調素子と、
青の波長帯域の光が入射する青用の反射型光変調素子と、
光源からの光を直線偏光に変換するための複数の偏光分離面を有する偏光変換素子を備える照明光学系と、
前記偏光変換素子を出射した光のうち、前記緑の波長帯域の光を前記赤の波長帯域の光と前記青の波長帯域の光と異なる方向に導く色分離素子と、
前記赤用の反射型光変調素子からの光と、前記緑用の反射型光変調素子からの光と、前記青用の反射型光変調素子からの光を合成し、投射光学系へと導く色合成素子と、
前記色分離素子により分離された前記緑の波長帯域の光を反射することにより前記緑用の反射型光変調素子に導くとともに、前記緑用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する緑用の偏光分離素子と、
前記色分離素子からの前記赤の波長帯域の光と前記青の波長帯域の光のうちいずれか一方を反射、他方を透過させることにより、前記赤用の反射型光変調素子と前記青用の反射型光変調素子それぞれに導くとともに、前記赤用の反射型光変調素子と前記青用の反射型光変調素子により変調された画像光を前記色分離素子と異なる方向に導く偏光分離面を有する赤青用の偏光分離素子と、
前記色分離素子と前記緑用の偏光分離素子との間にλ／２板を有し、
前記緑用の偏光分離素子が有する偏光分離面を第１の偏光分離面、
前記偏光変換素子が有する偏光分離面を第２の偏光分離面、
前記第１の偏光分離面の法線と前記緑用の反射型光変調素子の照明面の法線とに平行な断面を第１断面、
前記第２の偏光分離面の法線と前記照明光学系の光軸とに平行な断面を第２断面とするとき、
前記第１断面と前記第２断面は互いに直交する断面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記赤、緑、及び青用の反射型光変調素子の長辺方向と前記偏光変換素子の偏光分離面が配列される方向が同じ方向であ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】
前記照明光学系は、前記照明光学系からの光束の前記第１断面における幅は、前記第２断面における幅よりも小さくなるように構成されている、
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】
前記光源と前記色分離素子との間に、前記光源側から順に、
前記第１断面および前記第２断面において正の屈折力を有する光学素子と、
前記第２断面において負の屈折力を有する光学素子と、
前記第１断面において負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする請求項３に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記投射光学系を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像光を被投射面に投射する画像投射装置に関し、特に反射型の光変調素子を有する画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像投射装置は、投射画像のコントラストを向上させる為に、偏光板を偏光ビームスプリッタの入射側や出射側に配置していた。具体的に、特許文献１に公開されている構成図の一例を用いて説明する（図１１）。
【０００３】
光源１０１からの光は、リフレクタ１０２で反射され、略平行光となって射出される。リフレクタ１０２によって反射された光の偏光成分のうち、偏光板１０３によりＳ偏光成分が吸収され、Ｐ偏光成分のみが透過し、Ｐ偏光となって射出される。Ｐ偏光は、偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面を透過する。色分離素子１０５、１０６によって入射光は、波長帯域に応じて複数の光路に分離され、分離された各波長帯域の光は、それぞれに対応する反射型の画像表示素子１０７、１０８、１０９を照明する。そして、入射光は、画像表示素子１０７、１０８、１０９によりその偏光状態が変えられて（変調されて）、反射され、再び色分離素子１０５、１０６を介して、偏光ビームスプリッタ１０４へ入射する。偏光ビームスプリッタ１０４に入射した光のうち、Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１０４により反射されて、偏光板１１０に入射し、投射レンズ１１１へと導かれる。そして、投射レンズ１１１によって拡大され、スクリーン１１２に画像が投射される。
【０００４】
画像表示素子１０７、１０８、１０９が、入射光を黒画像に対応する偏光状態に変える場合、本来Ｓ偏光で入射すべき光にも関わらず、一部、Ｐ偏光で画像表示素子に入射してしまった光は、Ｐ偏光のままで反射される。このとき、Ｐ偏光は、偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面を透過して光源１０１側に戻るべき光であるが、一部の光が、偏光ビームスプリッタ１０４によって反射され、投射レンズ１１１へと導かれてしまう。これが、投射画像のコントラストを低下させる原因となる。以下、このコントラストを低下させる原因となる光を漏れ光と称する。
【０００５】
このコントラストの低下を防ぐために特許文献１は、Ｓ偏光のみを透過させる偏光板１１０を偏光ビームスプリッタ１０４の出射側（投射レンズ側）に設置し、漏れ光であるＰ偏光を検光（遮断）している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０３−１７５４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、偏光板は本来透過すべき光（図１１ではＳ偏光）も一部吸収、あるいは反射してしまうので、特許文献１のように漏れ光を検光する偏光板を偏光ビームスプリッタ出射側、あるいは入射側に配置すると、明るさが低下してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで上記課題を解決するために本発明の画像投射装置は、
赤の波長帯域の光が入射する赤用の反射型光変調素子と、
緑の波長帯域の光が入射する緑用の反射型光変調素子と、
青の波長帯域の光が入射する青用の反射型光変調素子と、
光源からの光を直線偏光に変換するための複数の偏光分離面を有する偏光変換素子を備える照明光学系と、
前記偏光変換素子を出射した光のうち、前記緑の波長帯域の光を前記赤の波長帯域の光と前記青の波長帯域の光と異なる方向に導く色分離素子と、
前記赤用の反射型光変調素子からの光と、前記緑用の反射型光変調素子からの光と、前記青用の反射型光変調素子からの光を合成し、投射光学系へと導く色合成素子と、
前記色分離素子により分離された前記緑の波長帯域の光を反射することにより前記緑用の反射型光変調素子に導くとともに、前記緑用の反射型光変調素子により変調された光のうち画像光を透過して前記色合成素子に導く偏光分離面を有する緑用の偏光分離素子と、
前記色分離素子からの前記赤の波長帯域の光と前記青の波長帯域の光のうちいずれか一方を反射、他方を透過させることにより、前記赤用の反射型光変調素子と前記青用の反射型光変調素子それぞれに導くとともに、前記赤用の反射型光変調素子と前記青用の反射型光変調素子により変調された画像光を前記色分離素子と異なる方向に導く偏光分離面を有する赤青用の偏光分離素子と、
前記色分離素子と前記緑用の偏光分離素子との間にλ／２板を有し、
前記緑用の偏光分離素子が有する偏光分離面を第１の偏光分離面、
前記偏光変換素子が有する偏光分離面を第２の偏光分離面、
前記第１の偏光分離面の法線と前記緑用の反射型光変調素子の照明面の法線とに平行な断面を第１断面、
前記第２の偏光分離面の法線と前記照明光学系の光軸とに平行な断面を第２断面とするとき、
前記第１断面と前記第２断面は互いに直交する断面であることを特徴とする。
【００１０】
なお、光源からの光を変調する光変調素子を含み、投射光学系が設けられた又は取り外し可能に装着される画像投射装置も本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定のコントラストを得つつ、明るい画像を投射することが可能な画像投射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１の画像投射装置の第１の断面図
【図２】本発明の実施形態１の画像投射装置の第２の断面図
【図３】第１色分離素子の波長に対する透過特性を示す図
【図４】第２色分離素子の波長に対する透過特性を示す図
【図５】偏光変換素子の断面図
【図６】偏光分離面の入射角度特性を示す図
【図７】本発明の実施形態２の画像投射装置の第１の断面図
【図８】本発明の実施形態２の画像投射装置の第２の断面図
【図９】本発明の実施形態２の色分離素子の透過特性を示す図
【図１０】本発明の実施形態２の色合成素子の透過特性を示す図
【図１１】従来の画像投射装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態１）
実施形態１の画像投射装置の構成の断面図を図１と図２に示す。図１は、画像表示素子（光変調素子）の短辺方向に沿う断面における構成図である。図２は、画像表示素子の長辺方向に沿う断面における構成図である。
【００１４】
光源１から発せられた白色光は、放物リフレクタ２で反射され、その反射光は、複数のレンズが２次元に配列された第１のレンズアレイ３で複数の光束に分割される。第１のレンズアレイ３により分割された光束（分割光束）は、第２のレンズアレイ４を通過し、偏光変換素子５の近傍に複数の光源像を作る。
【００１５】
複数の光源像からの光束は、偏光変換素子５により非偏光光から直線偏光光へとその偏光方向が揃えられる。偏光方向が揃えられた複数の分割光束は、コンデンサレンズ６により画像表示素子９、１４、１８上において重ね合わせられ、画像表示素子を照明する。実施形態１においては、偏光変換素子５は、偏光ビームスプリッタ８、１３、１７の偏光分離面８ａ、１３ａ、１７ａに対してＳ偏光となるように、入射光束の偏光方向を揃える。
【００１６】
画像表示素子９、１４、１８は、それぞれ緑、赤、青の波長帯域の光に対応する画像表示素子である。光源１からコンデンサレンズ６までを、照明光学系とする。
【００１７】
照明光学系を出射した光束は、波長帯域に応じて光路を分離する機能を有するダイクロイックミラー７（第１の色分離素子）に入射する。ダイクロイックミラー７の波長に対する透過特性を図３に示す。ダイクロイックミラー７は、緑および赤の波長帯域の光を透過し、青の波長帯域の光を反射させる。
【００１８】
次にダイクロイックミラー１２の特性を図４に示す。ダイクロイックミラー１２（第２の色分離素子）は、青および緑の波長帯域の光を透過し、赤の波長帯域の光を反射させる。尚、ダイクロイックミラー１２は、青の波長帯域の光を反射させる特性のものであってもよい。
【００１９】
図３、図４に示したダイクロイックミラー７、１２の特性から、緑の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー７とダイクロイックミラー１２を透過する。そして、偏光分離面８ａに対してＳ偏光で入射するので、偏光分離面８ａにより反射されて画像表示素子９（緑用の反射型光変調素子）を照明する。画像表示素子９は、入射した光の偏光状態を変えて（変調して）、反射させる機能を有する（画像表示素子１４、１８も同じ）。画像表示素子９で変調された画像光（Ｐ偏光成分）は、偏光分離面８ａを透過して、合成プリズム１０（色合成素子、光路合成素子）の色分離面（ダイクロイック面）により反射されて、投射レンズ１１（投射光学系）へと導かれる。
【００２０】
そして、合成プリズム１０により反射された緑の波長帯域の画像光は、投射レンズ１１により拡大され、スクリーン上（被投射面）に投射される。ここで画像光とは、画像表示素子により、偏光状態が変えられることにより投射レンズへと導かれる光のことである。一方、画像光とはならない偏光状態の光は、光源側へと戻される。
【００２１】
ダイクロイックミラー７により反射された青の波長帯域の光は、さらに反射ミラー１５により反射され、リレーレンズ１６を介して偏光分離面１７ａへ至る。そして、偏光分離面１７ａにより反射され、画像表示素子１８（青用の反射型光変調素子）を照明する。画像表示素子１８で、その偏光状態が変えられた光のうち画像光は、偏光分離面１７ａを透過し、合成プリズム１０の色分離面により反射されて、投射レンズ１１により拡大され、スクリーン上に投射される。
【００２２】
ダイクロイックミラー７を透過した赤の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー１２により反射される。さらに、偏光分離面１３ａにより反射され画像表示素子１４（赤用の反射型光変調素子）を照明する。画像表示素子１４でその偏光状態が変えられた光のうち画像光は、偏光分離面１３ａ、合成プリズム１０の色分離面を透過して、投射レンズ１１により拡大され、スクリーン上に投射される。
【００２３】
偏光変換素子５の拡大図を図５に示す。偏光変換素子は、一般的に図５に示すように、偏光分離面２１と反射面２２が交互に配置されており、射出側の面にはλ／２板２３が貼着されている。図５の矢印は光の進行方向を示す。偏光変換素子５の法線とは、図５のｚ軸方向のことである。
【００２４】
偏光変換素子５は、図５のように、偏光分離面２１と反射面２２との間にλ／２板２３を１つおきに配した構造を有する。偏光変換素子５に入射した非偏光光（太い実線）は、偏光分離面２１でＰ偏光光（破線）とＳ偏光光（実線）に分離され、Ｓ偏光光は隣接する反射面２２で、射出面の方向に反射され、λ／２板２３を通り、Ｐ偏光光に変換されて射出される。偏光分離面２１に入射する光のうち、偏光分離面２１を透過したＰ偏光光は、λ／２板２３とλ／２板２３との間を通って射出される。以上により、偏光変換素子５に入射する非偏光光はＰ偏光光に揃えられる。ここでの説明においては、偏光変換素子５の偏光分離面を基準にＰ偏光とＳ偏光を規定している。
【００２５】
図６に、偏光変換素子５の偏光分離面（偏光分離膜）の波長に対する偏光分離特性を示す。横軸は波長［ｎｍ］、縦軸は偏光分離特性［％］であり、グラフの実線、破線、一点鎖線は、それぞれ偏光分離面への入射角度が４５度、４２度、３９度の場合の偏光変換効率を表している。図６に示すように、偏光分離面への入射角度が、４５度から離れるにしたがって、偏光分離特性が低下している。これは、偏光分離面に対する入射角が、４５度から離れるほど、言い換えれば、偏光分離面に対する光束の入射角度の広がりが大きいほど、漏れ光が多くなることを示している。
【００２６】
図１の偏光ビームスプリッタ８、１３、１７の偏光分離面８ａ、１３ａ、１７ａの偏光分離特性も図６に示した特性とほぼ同じである。
【００２７】
図６の４５度、４２度、３９度は、入射面（偏光分離面の法線と入射光線を含む平面）内で偏光分離面の法線と成す角度を表わしているが、実際は、偏光分離面の同一点には、上下左右斜め方向から様々な角度をもった光が入射する。例えば、偏光分離面の同一点に入射する光線が理想的な偏光分離特性が得られる入射角（例えば４５°）の光線に対して等方的な角度の分布（所定の立体角）を持っている場合を考える。この場合、入射面内での入射光線の角度の分布は、入射角（入射光線と偏光分離面の法線とのなす角）の分布に合致する。一方、偏光分離面の法線を含み、入射面と垂直な面（以下、面Ｘと称する）においては、入射光線の角度の分布の広がりが入射面内と同じであっても、偏光分離面の法線に対する角度のずれが少ない。すなわち面Ｘにおいては、入射角の変化が少なく、理想的な偏光変換効率が得られる角度からほとんどずれない。
【００２８】
本発明は、図１、図２に示したように偏光変換素子５の偏光分離面２１（第２の偏光分離面）と、偏光ビームスプリッタ８の偏光分離面８ａ（第１の偏光分離面）が同じ断面内に無いように配置している。言い換えれば、偏光分離面８ａの法線と画像表示素子９の法線とに平行な断面を第１断面とする。投射レンズ１１の光軸１１Ａを含み、前記第１断面に直交する断面を第２断面とする。このとき、偏光変換素子５の複数の偏光分離面２１の配列方向が、第２断面に沿う方向になるように構成している。さらに言い換えれば、緑用の偏光分離素子が有する偏光分離面を第１の偏光分離面、偏光変換素子が有する偏光分離面を第２の偏光分離面とする。そして、前記第１の偏光分離面の法線と緑用の反射型光変調素子の法線とに平行な断面を第１断面、前記第２の偏光分離面の法線と前記偏光変換素子の法線とに平行な断面を第２断面とする。このとき、前記第１断面と前記第２断面は互いに直交する断面である。
【００２９】
先に述べたように、偏光分離面２１の法線と入射光線を含む入射面内での入射角度の変化に対して、その法線を含み入射面に垂直な平面内での入射角度の変化は小さい。よって、偏光変換素子５の偏光分離面２１に対して入射面内で大きな広がり角をもった光が入射しても、偏光ビームスプリッタ８の偏光分離面８ａにおいては、法線を含み入射面に垂直な面内（面Ｘ内）で入射することになる。つまり、偏光ビームスプリッタ８の偏光分離面８ａの入射面に垂直な面内では、ほぼ所望の入射角（例えば４５°）で光が入射することになる。
【００３０】
これにより偏光分離面８ａは、図６に実線で示した特性で、入射光を検光することができ、漏れ光を低減することができる。つまり、漏れ光をカット（吸収または反射）するための偏光板を必要としないので、偏光板を挿入した場合に比べ、明るい画像を投射することができる。また、本発明の他の効果は、漏れ光を低減できるので、高いコントラストをもった投射画像を投射することできる点にある。
【００３１】
一般的に、第１のレンズアレイ３は、複数のレンズセルにより構成されており、画像表示素子の照明効率を高めるために、レンズセルと画像表示素子の有効領域（実際に画像を表示する領域として使用する領域）を相似形にしている。また、複数の偏光分離面２１を配列する間隔（ピッチ）は、レンズセルのｙ軸方向の幅に比例する。
【００３２】
実施形態１においては、画像表示素子の長辺方向に沿う断面と、偏光変換素子５の偏光分離面２１が配列される方向に沿う断面を同じ断面（図２）にしている。これにより、画像表示素子の長辺方向に沿う断面と、偏光変換素子５の偏光分離面２１が配列される方向に沿う断面を直交させた場合に比べ、先に述べた比例の関係から、偏光変換素子５の偏光分離面２１のピッチを大きくとることができる。ピッチが大きくとれると、偏光変換素子５でケラレてしまう光が少なくなるので、偏光変換素子５における偏光変換効率を高められる、より明るい画像を投射することができる。
【００３３】
実施形態１において、偏光分離面に８ａに入射する光の偏光方向はＰ偏光であっても、上記効果を得ることができる。ただし、より好ましくは、偏光分離面８ａに対して入射する光の偏光方向が、Ｓ偏光であるのが良い。一般的に偏光分離面は、Ｓ偏光に対しての消光比がＰ偏光に比べて高いので、Ｓ偏光入射であれば、偏光ビームスプリッタ８の入射側に偏光板を配置するのが一般的である。よって、Ｓ偏光入射であれば、偏光ビームスプリッタ８の出射側には偏光板を配置する必要がない。さらに、本発明の構成では、前述したように、偏光ビームスプリッタ８は、検光性能が高い入射角度で検光することができるので、偏光ビームスプリッタ８の入射側にも偏光板を配置する必要がない。つまり、漏れ光を検光するという目的の偏光板を、偏光ビームスプリッタ８の入射側、出射側に配置する必要がないので、偏光板の吸収あるいは反射による明るさの低下抑えるという効果をより得ることができる。尚、上記説明において用いている偏光ビームスプリッタ８は、画像表示素子の変調光を検光する素子であるとも言える。あるいは、画像表示素子と色合成素子との間に配置された偏光分離面を有する素子であるとも言える。
【００３４】
以上の説明は、実施形態１において３つある偏光ビームスプリッタのうち、偏光ビームスプリッタ８の偏光分離面８ａを代表例として説明した。偏光ビームスプリッタ８を偏光ビームスプリッタ１３、１７に置き換えても、つまり、他の波長帯域の光路についても同様の説明ができる。
【００３５】
また、実施形態１では、画像表示素子９を緑の波長帯域の光に対応する画像表示素子、１４を赤の波長帯域の光に対応する画像表示素子、１８を青の波長帯域の光に対応する画像表示素子としたが、組合せが異なっていても良い。
【００３６】
また、偏光分離面のＰ偏光に対する反射率は、１％以下であるのが好ましい。
【００３７】
また、実施形態１で用いた偏光変換素子５は、偏光分離膜と反射膜が交互に並べられたものであったが、入射側に偏光分離面のピッチ１つおきに遮光板を設け、複数の偏光分離膜のみで構成された偏光変換素子であっても本発明の効果を得ることができる。
【００３８】
また、実施形態１において、偏光変換素子５に又は偏光変換素子５の近傍に遮光部を設けることにより、更なるコントラスト向上が可能である。遮光部は、偏光変換素子５の入射側に簾状に貼着されたものであってもよいし、偏光変換素子５への入射光束径を制限する絞りであってもよい。
【００３９】
また、実施形態１の画像表示素子は反射型であるが、透過型の画像表示素子でも良いし、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などの画像表示素子を用いても良い。透過型の画像表示素子を用いる場合は、波長選択性位相差板と偏光ビームスプリッタを用いて、入射光を色分離する。この形態においては、色分離を行う偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線と画像表示素子の法線とに平行な断面を第１断面とする。投射レンズの光軸を含み、前記第１断面に垂直な断面を第２断面とする。このとき、偏光変換素子が有する複数の偏光分離面の配列方向が、前記第２断面に沿う方向になるよう構成すればよい。光源が、レーザ等の偏光方向が揃った光を射出するものであれば、波長選択性位相差板はなくてもよい。
【００４０】
また、実施形態１のレンズアレイは２次元に配列されたものであるが、シリンドリカルレンズやトーリックレンズが１次元方向にのみ配列されたレンズアレイであってもよい。
【００４１】
また図１は、画像表示素子の短辺方向に沿う断面図であると説明したが、図１は、画像表示素子によりその偏光状態が変えられた光を検光する偏光分離面の法線と画像表示素子の法線とに平行な断面Ａにおける構成図であるとも言える。また図２は、照明光学系の光軸を含み、断面Ａに垂直な断面である断面Ｂにおける構成図であると言える。
【００４２】
また図２は、図１の偏光ビームスプリッタ８と合成プリズム１０を一方向に展開した図として記載したが、偏光ビームスプリッタ８を偏光ビームスプリッタ１３あるいは１７と置き換えてもよい。
【００４３】
（実施形態２）
図７、図８に実施形態２の画像投射装置の構成図を示す。図７は図１と同様に、画像表示素子の短辺方向に沿う断面の構成図であり、図８は図２と同様に、画像表示素子の長辺方向に沿う断面の構成図である。
【００４４】
実施形態２において、実施形態１と異なる点は、放物リフレクタを楕円リフレクタとしている点、第１断面（図７）において、第２のレンズアレイに負の屈折力を持たせている点である。さらに、第２断面（図８）において、第１のレンズアレイに負の屈折力を持たせている点、１つの偏光ビームスプリッタ（赤青用の偏光分離素子）に対して２枚の画像表示素子を配置させている点である。これにより、更なるコントラストの向上を図った。
【００４５】
光源３１から発した白色光は、楕円リフレクタ３２で反射され収斂光束となる。収斂光束は、レンズセルが図８の断面において偏心している第１のレンズアレイ３３で複数の光束に分割される。分割された光束は、レンズセルが図７の断面において偏心している第２のレンズアレイ３４のレンズセルによって集光され、偏光変換素子３５の近傍に複数の光源像を作る。偏光変換素子３５を通過した光束は、所定の偏光方向に偏光状態が揃えられたのち、コンデンサレンズ３６を介して画像表示素子３９、４６、４７を照明する。
【００４６】
画像表示素子３９、４６、４７は、それぞれ緑、赤、青の波長帯域の光に対応する画像表示素子である。光源３１側から画像表示素子に向かって順に、光源３１と偏光変換素子３５との間に、第１断面および第２断面において、正の屈折力を有する楕円リフレクタ３２（光学素子）を有する。さらに、第２断面（図８）において負の屈折力を有する第１のレンズアレイ３３（光学素子）と、第１断面（図７）において負の屈折力を有する第２のレンズアレイ３４（光学素子）を有する。第１断面、第２断面の定義は、実施形態１と同じである。
【００４７】
このように構成することで、第２断面においては、第１のレンズアレイ３３によって、収斂光束が平行化され、射出される。第１断面においては、第２のレンズアレイ３４によって収斂光束が平行化され、射出される。平行化された光束の幅は、第１断面の方が第２断面より小さい。
【００４８】
図９にダイクロイックミラー３７（色分離素子）の波長に対する透過率の特性を示す。ダイクロイックミラー３７の特性は、緑の波長帯域の光を透過させ、赤および青の波長帯域の光を反射させる。ダイクロイックミラー３７に入射した緑の波長帯域の光（Ｐ偏光）は、λ／２板４０により偏光方向が９０度変換され（Ｓ偏光となり）、偏光分離面３８ａ（第１の偏光分離面）により反射され、画像表示素子３９を照明する。その後、画像表示素子３９で変換された画像光は、偏光分離面３８ａを透過し、色分離作用と偏光分離作用両方をもつ光学面４１ａをもつダイクロイック偏光プリズム４１に入射する。
【００４９】
光学面４１ａは、図１０に示す特性を有し、青の波長帯域の光に関してはＰ偏光、Ｓ偏光ともに透過させる。赤の波長帯域の光に関しては、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する。そして、緑の波長帯域の光に関しては、Ｐ偏光、Ｓ偏光をともに反射させる。
【００５０】
よって、緑の波長帯域の光は、ダイクロイック偏光プリズム４１の光学面４１ａにより反射されて、投射レンズ４２を介して、拡大されスクリーン上に投射される。
【００５１】
赤の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー３７により反射され、偏光板４３、赤の波長帯域の光のみ偏光方向を９０度回転させる波長選択性位相板４４を通りＳ偏光となる。
【００５２】
そして、赤の波長帯域の光は、偏光分離面４５ａにより反射され、画像表示素子４６を照明する。その後、画像表示素子４６でその偏光方向が変えられた光のうち画像光は、偏光分離面４５ａを透過する。そして、青の波長帯域についてのみ偏光板として作用する青用の偏光板４８、ダイクロイック偏光プリズム４１の光学面４１ａを透過し、投射レンズ４２で拡大されスクリーン上に投射される。
【００５３】
青の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー３７により反射され、偏光板４３を透過し、波長選択性位相板４４を通過する。そして、青の波長帯域の光は、偏光分離面４５ａを透過し、画像表示素子４７を照明する。その後、画像表示素子４７で偏光状態が変えられた光のうち、画像光は、偏光分離面４５ａにより反射される。青用の偏光板４８で不要な偏光光は、吸収あるいは反射され（検光され）、ダイクロイック偏光プリズム４１の光学面４１ａを透過し、投射レンズ４２で拡大されスクリーン上に投射される。
【００５４】
尚、波長選択性位相差板は青の波長帯域の光のみ偏光方向を９０度回転させる素子であってもよい。このとき、青の波長帯域の光はＳ偏光へと変換されるので、偏光分離面４５ａにより反射され、他方の赤の波長帯域の光はＰ偏光のままなので、偏光分離面４５ａを透過する。
【００５５】
実施形態２の画像投射装置は、実施形態１の画像投射装置と同じ効果を得ることができる。
【００５６】
また実施形態２の他の効果として、第１断面における光束幅を、第２断面における光束幅よりも小さくすることで、偏光ビームスプリッタ３８の入射角度特性が敏感な第１断面に入射する光束の幅が小さくすることができるので、より漏れ光を低減することができる。
【００５７】
実施形態２では、ダイクロイックミラー３７で波長帯域を分離する際、赤と青の光路と、緑の光路を分離しているが、他の組み合わせであっても可能である。
【００５８】
また、偏光ビームスプリッタはワイヤーグリッドであってもよい。
【００５９】
実施形態１、２においてより好ましくは、全ての波長帯域の光の光路において、色分離素子と画像表示素子との間に偏光板を配置しないのが明るさ向上効果は高いが、いずれか１つの光路のみ偏光板を配置せずとも、明るさ向上効果は得ることができる。特に、比視感度の高い緑の波長帯域の光路の偏光板を除くことにより、より明るい投射画像を投射することができる。
【符号の説明】
【００６０】
５  偏光変換素子
７  色分離素子
８、１３、１７  偏光分離素子
８ａ、１３ａ、１７ａ  偏光分離面
９、１４、１８  画像表示素子
１０  合成プリズム
【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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