(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光のうち第３の波長帯域の光と、第１および第２の波長帯域の光と、を分離する色分離素子と、前記光源からの光の第１の波長帯域の光のうち第１の偏光方向の光を反射し、それと直交する第２の偏光方向の光を透過し、第２の波長帯域の光のうち第１の偏光方向の光もしくは第２の偏光方向の光の少なくともどちらか一方の光を透過する第１の偏光分離素子と、第１の偏光分離素子で反射した光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第１の反射型画像表示素子と、第１の偏光分離素子を透過した光において少なくとも第２の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光を反射し、それと直交する偏光方向の光を透過する第２の偏光分離素子と、第２の偏光分離素子で反射もしくは透過した光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第２の反射型画像表示素子と、前記色分離素子で分離された第３の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光を反射し、それと直交する偏光方向の光を透過する第３の偏光分離素子と、第３の偏光分離素子で反射された光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第３の反射型画像表示素子と、第１の反射型画像表示素子と第２の反射型画像表示素子と第３の反射型画像表示素子からの光を合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子の間に、少なくとも、第１の集光素子、集光機能を有する反射素子、第２の集光素子が順に配置されていることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子と第２の集光素子との間に、２つの集光機能を有する反射素子を有することを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子の焦点距離、第２の集光素子の焦点距離、第１の集光素子と前記集光機能を有する反射素子との距離、前記集光機能を有する反射素子と第２の集光素子との距離が互いに略等しいことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子、第２の集光素子のうち少なくとも一方が偏心していることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、第１の波長帯域の光を透過または吸収し、第２の波長帯域の光を反射することを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、一方の偏光方向の光を反射して他方の偏光方向の光を透過する第４の偏光分離素子と、λ／４波長板とを、第１の集光素子を透過した光が第４の偏光分離素子，前記λ／４波長板を介して前記集光機能を有する反射素子に入射し、前記集光機能を有する反射素子で反射した光が前記λ／４波長板，第４の偏光分離素子を介して第２の集光素子に入射するよう、配置したことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の投射型画像表示装置において、第４の偏光分離素子が平板状であることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の投射型画像表示装置において、第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間にλ／２波長板が配置され、該λ／２波長板は第１の集光素子に接着固定されていることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項９】
請求項６又は請求項７に記載の投射型画像表示装置において、第１の偏光分離素子がガラスプリズムにより構成されているか、もしくは、透明容器中に充填された液体やゲル状の媒質中に平板状の偏光分離素子を埋没させたもので構成されており、第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間にはλ／２波長板が配置され、λ／２波長板は前記ガラスプリズムもしくは透明容器の表面に接着固定されていることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、第１の集光素子の光軸と第２の集光素子の光軸が略直交する位置に配置され、かつ、前記集光機能を有する反射素子の光軸が第１の集光素子の光軸と第２の集光素子の光軸に対して傾くように配置されたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、第１の波長帯域の光を緑とし、第２の波長帯域の光は赤、青のうち光源のスペクトル強度の相対的に強い色とすることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１２】
光源と、それぞれ第１，第２及び第３の波長帯域の光に対応して設けられ、画像信号にあわせて光の偏光方向を変調する３つの画像表示素子と、複数の光学素子からなり、前記光源からの光を第１，第２及び第３の波長帯域の光に分離するとともに各波長帯域の光を偏光方向によって透過または反射させて、前記３つの画像表示素子に対してそれぞれ対応する波長帯域の光を導く光学手段と、前記３つの画像表示素子により変調された光を合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、前記光学手段は、少なくとも１つの前記画像表示素子への光の光路中に設けられる、複数の集光素子と集光機能を有する反射素子を含んでおり、前記３つの画像表示素子に入射する光の光量を略同一とすることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、凸レンズと平面鏡からなることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、該集光機能を有する反射素子は凸レンズの一方の面に金属膜もしくは誘電体膜からなる反射膜を形成したものであることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は凹面鏡であることを特徴とする投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶プロジェクタのような、光源からの光を画像表示素子により変調し、投影レンズによりスクリーンに拡大投影する投射型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投射型画像表示装置として、特開平１―２２７１８５号公報に開示された透過型液晶パネルを用いたものを、図１７により説明する。
【０００３】
光源２００から出た光は、第１の色分離素子２０１においてＲ、Ｇ、Ｂの３原色のうちＧ、Ｂ光を透過し、Ｒ光を反射する。反射したＲ光は反射ミラー２０５で反射され第１の透過型画像表示素子２０６に導かれる。第１の色分離素子２０１を透過したＧ、Ｂ光のうちＧ光は第２の色分離素子２０２で反射され第２の透過型画像表示素子２０７に導かれる。第２の色分離素子２０２を透過したＢ光は２つの反射ミラー２０３、２０４により第３の透過型画像表示素子２０８に導かれる。第１、２、３の透過型画像表示素子２０６、２０７、２０８で画像信号に応じて偏光変調を受けた光は色合成素子２１２により合成され投影レンズ２１３によりスクリーンに照射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の投射型画像表示装置では、液晶表示素子として透過型のものを用いているため、スイッチング素子や配線電極等により、画素の区画中に占める有効な画素開口部の面積、即ち開口率が小さくなるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、本願出願人は反射型液晶表示素子を用いた投射型画像表示装置について提案している（特願平９−１８０４８６号，出願日平成９年６月２０日）。
【０００６】
図１８は、その投射型液晶表示装置の一例を示す図である。図１８において、光源からでたＲ、Ｇ、Ｂの３原色は、第１の色分離素子１０１（Ｒ光反射、Ｇ光、Ｂ光透過）及び第２の色分離素子１０２（Ｇ光、Ｂ光反射、Ｒ光透過）を十字に組み合わせた色分離素子により、それぞれＲ光とＧ、Ｂ光に分離される。そのうちＲ光は反射ミラー１０３と第１の偏光分離素子１０５により第１の反射型画像表示素子１０８に導かれる。ここで、第１の偏光分離素子１０８は誘電体多層膜からなり、入射した光のうちＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する特性を有する。第１の反射型画像表示素子１０８に導かれたＳ偏光は画像信号に応じて偏光変調を受けてＰ偏光となった光は、第１の偏光分離素子１０８を透過し色合成素子１１２に導かれる。一方、Ｇ、Ｂ光は反射ミラー１０４と第３の色分離素子１１１によりＧ光は反射、Ｂ光は透過される。反射したＧ光は、入射した光のうちＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する特性を有する第２の偏光分離素子１０６で反射され、画像信号に応じ第２の反射型画像表示素子１０９で偏光変調を受け、Ｐ偏光となった光は第２の偏光分離素子１０６を透過する。第３の色分離素子１１１を透過したＢ光も、Ｒ光、Ｇ光と同様に色合成素子１１２に導かれ、投影レンズ１１３によりスクリーンに照射される。
【０００７】
この投射型画像表示装置によれば、透過型画像表示素子に比べて高開口率の反射型画像表示素子を使用できるため光の利用効率の高くすることができる。しかし、その反面、図１９に示す透過型画像表示素子をもちいた投射型画像表示装置に対して、点線で囲った部分（図１８）の色分離光学系の大きさ分だけ装置サイズが大きくなるという欠点があった。
【０００８】
そこで、本願出願人は、反射型画像表示素子を使用し、かつ、透過型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置とほぼ同等の装置サイズを実現できる投射型画像表示装置についても提案している（特願平１０−３４７９号，出願日：平成１０年１月９日）。
【０００９】
図２０は、その投射型画像表示装置の一構成例を示す図である。図２０において、光源３００から出た光は第１の色分離素子３０１によりＧ、Ｂ光は反射し、Ｒ光は透過される。反射したＧ、Ｂ光は第１の偏光板３０９によりＳ偏光のみが透過され、第１の偏光分離素子３０３に入射する。この第１の偏光分離素子３０３はＢ光のＳ偏光を透過し、かつ、Ｇ光のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する特性（以下、上記素子のように可視光の中で、ある特定の波長帯域に対してのみ偏光分離特性を有する素子を狭帯域偏光分離素子と記す）に入射し、Ｇ光のＳ偏光を第１の反射型画像表示素子３０６の方向に反射させる。第１の反射型画像表示素子３０６で画像信号に応じて偏光変調を受けＰ偏光となった光は第１の偏光分離素子３０３、第２の偏光板３１０を透過し、色合成素子３１５に入射する。第１の偏光分離素子３０３を透過したＢ光は反射ミラー３０２で反射され第３の偏光板３１１を透過し、第２の偏光分離素子３０４で反射され第２の反射型画像表示素子３０７に導かれる。第２の反射型画像表示素子３０７で画像信号に応じて偏光変調を受けＰ偏光となった光は、第２の偏光分離素子３０４、第４の偏光板３１２を透過し、色合成素子３１５に入射する。また、第１の色分離素子３０１を透過したＲ光は第５の偏光板３１３を透過し、第３の偏光分離素子３０５で反射されて、第３の反射型画像表示素子３０８に導かれる。第３の反射型画像表示素子３０８で画像信号に応じて偏光変調を受けてＰ偏光となった光は第３の偏光分離素子３０５、第６の偏光板３１４を透過し、色合成素子３１５に入射する。色合成素子３１５に入射したＲ、Ｇ、Ｂ光は投影レンズ３１６によりスクリーンに照射される。
【００１０】
本装置は、透過型画像表示素子に比べて開口率が高い反射型画像表示素子を用いることにより光の利用効率を向上させることができ、かつ、上記図１８の反射型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置に対して装置サイズを小さくできるという利点を有する。
【００１１】
このように上記装置は非常に優れた利点を有するが、より効率良く光源からの光を反射型画像表示素子に導くためには、新たな照明光学系が必要となる。その点について説明する。
【００１２】
まず、図１８の反射型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置の照明光学系について図２１を用いて説明する。
【００１３】
光源３００のリフレクターとしてパラボラリフレクターを使用する場合、光源中心からでた光（主光線１１４とする）は反射型画像表示素子１１５に垂直に入射する（テレセントリック照明）ように照射される。図１９の投射型画像表示装置の場合、光源に対し第１、２、３の反射型画像表示素子１０８、１０９、１１０までの光路長が全て等しくなるよう構成することが可能であるので、全ての反射型画像表示素子に対して等しく光を照射することができる。
【００１４】
次に、従来技術である特開平１―２２７１８５号公報に開示された透過型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置の照明光学系について図１９、図２２を用いて説明する。
【００１５】
光源２００のリフレクターとして上記と同様にパラボラリフレクターを使用する場合、光源中心から出た光（主光線２１４とする）は第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７に垂直に入射する（テレセントリック照明）ように照射される。しかし、上記反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の照明光学系と異なる点は、第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７に対し第３の透過型画像表示素子２０８が光源から遠い位置に配置されている点である。その場合、光源中心以外の部分から発せられた光は光源から遠ざかるにつれて広がっていくので、第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７を照射する光に対し、第３の透過型画像表示素子２０８を照射する光の光量はその光路長が長い分だけ損失してしまう。そこで、従来の投射型画像表示装置においては、第１のレンズ２０９（焦点距離をｆ１とする）を設け、第２のレンズ２１０（焦点距離をｆ２とする）、第３のレンズ２１１（焦点距離をｆ３とする）により第３の透過型画像表示素子２０８を照明する。ここで、第１のレンズ２０９と第３のレンズ２１１の焦点位置がちょうど第２のレンズ２１０の位置となるように、それぞれのレンズを配置し、ほぼ、
ｆ１＝ｆ２＝ｆ３×２＝ｆ                                （１）
の関係を持たせる（図２２）。第３の透過型画像表示素子２０８についてこのような照明光学系を設けることにより、第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７とほぼ同じ光量の光を第３の透過型画像表示素子２０８に照射することができる（但し、この照明光学系では第１のレンズ２０９から第３のレンズ２１１までに反射板を２枚と第３のレンズ２１０を配さねばならず、この部分での部品点数が多くなるとともに装置が大型化するという問題がある）。
【００１６】
次に、図２０で示した投射型画像表示装置について説明する。このような反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置では透過型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置と同じように、反射型画像表示素子直前にレンズを配置した場合に、反射型画像表示素子で反射され色合成素子へ向かう主光線がレンズで屈折される。一般に色合成素子は誘電体多層膜により形成されるが、その反射・透過特性は光線の入射角度に依存するため、反射型画像表示素子直前にレンズを配置した場合、スクリーン上の画面の位置によりホワイトバランスが変わってしまうため、透過型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置にあるようなレンズ配置をとることができないという問題がある。
【００１７】
本発明は以上説明した課題を解決するためになされたものであり、その目的は画像表示素子を用いた投射型画像表示装置において装置サイズを大きくすることなく、効率よく画像表示素子を照明する照明光学系を実現するためのものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の投射型画像表示装置は、光源と、それぞれ第１，第２及び第３の波長帯域の光に対応して設けられ、画像信号にあわせて光の偏光方向を変調する３つの反射型画像表示素子と、複数の光学素子からなり、前記光源からの光を第１，第２及び第３の波長帯域の光に分離するとともに各波長帯域の光を偏光方向によって透過または反射させて、前記３つの反射型画像表示素子に対してそれぞれ対応する波長帯域の光を導く光学手段と、前記３つの反射型画像表示素子により変調された光を合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、前記光学手段は、色分離と偏光分離の両方の機能を併せ持つ少なくとも１つの光学素子と、少なくとも１つの前記反射型画像表示素子への光の光路中であって該反射型画像表示素子で反射された光が入射しない位置に設けられ、前記３つの反射型画像表示素子に入射する光の光量を略同一とする複数の集光素子と、を含むことを特徴としている。
【００１９】
請求項２に記載の投射型画像表示装置は、光源と、該光源からの光のうち第３の波長帯域の光と、第１および第２の波長帯域の光と、を分離する色分離素子と、前記光源からの光の第１の波長帯域の光のうち第１の偏光方向の光を反射し、それと直交する第２の偏光方向の光を透過し、第２の波長帯域の光のうち第１の偏光方向の光もしくは第２の偏光方向の光の少なくともどちらか一方の光を透過する第１の偏光分離素子と、第１の偏光分離素子で反射した光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第１の反射型画像表示素子と、第１の偏光分離素子を透過した光において少なくとも第２の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光を反射し、それと直交する偏光方向の光を透過する第２の偏光分離素子と、第２の偏光分離素子で反射もしくは透過した光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第２の反射型画像表示素子と、前記色分離素子で分離された第３の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光を反射し、それと直交する偏光方向の光を透過する第３の偏光分離素子と、第３の偏光分離素子で反射された光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第３の反射型画像表示素子と、第１の反射型画像表示素子と第２の反射型画像表示素子と第３の反射型画像表示素子からの光を合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子の間に、少なくとも、第１の集光素子、集光機能を有する反射素子、第２の集光素子が順に配置されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載の投射型画像表示装置は、請求項２に記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子と第２の集光素子との間に、２つの集光機能を有する反射素子を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項４に記載の投射型画像表示装置は、請求項３に記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子の焦点距離、第２の集光素子の焦点距離、第１の集光素子と前記集光機能を有する反射素子との距離、前記集光機能を有する反射素子と第２の集光素子との距離が互いに略等しいことを特徴としている。
【００２２】
請求項５に記載の投射型画像表示装置は、請求項２乃至請求項３のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子、第２の集光素子のうち少なくとも一方が偏心しているものである。
【００２３】
請求項６に記載の投射型画像表示装置は、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、第１の波長帯域の光を透過または吸収し、第２の波長帯域の光を反射することを特徴としている。
【００２４】
請求項７に記載の投射型画像表示装置は、請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、一方の偏光方向の光を反射して他方の偏光方向の光を透過する第４の偏光分離素子と、λ／４波長板とを、第１の集光素子を透過した光が第４の偏光分離素子，前記λ／４波長板を介して前記集光機能を有する反射素子に入射し、前記集光機能を有する反射素子で反射した光が前記λ／４波長板，第４の偏光分離素子を介して第２の集光素子に入射するよう、配置したことを特徴としている。
【００２５】
請求項８に記載の投射型画像表示装置は、請求項７に記載の投射型画像表示装置において、第４の偏光分離素子が平板状であるものである。
【００２６】
請求項９に記載の投射型画像表示装置は、請求項７または請求項８に記載の投射型画像表示装置において、第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間にλ／２波長板が配置され、該λ／２波長板は第１の集光素子に接着固定されていることを特徴としている。
【００２７】
請求項１０に記載の投射型画像表示装置は、請求項７または請求項８に記載の投射型画像表示装置において、第１の偏光分離素子がガラスプリズムにより構成されているか、もしくは、透明容器中に充填された液体やゲル状の媒質中に平板状の偏光分離素子を埋没させたもので構成されており、第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間にはλ／２波長板が配置され、λ／２波長板は前記ガラスプリズムもしくは透明容器の表面に接着固定されているものである。
【００２８】
請求項１１に記載の投射型画像表示装置は、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、第１の集光素子の光軸と第２の集光素子の光軸が略直交する位置に配置され、かつ、前記集光機能を有する反射素子の光軸が第１の集光素子の光軸と第２の集光素子の光軸に対して傾くように配置されたことを特徴としている。
【００２９】
請求項１２に記載の画像表示装置は、請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、第１の波長帯域の光を緑とし、第２の波長帯域の光は赤、青のうち光源のスペクトル強度の相対的に強い色とすることを特徴としている。
【００３０】
請求項１３に記載の画像表示装置は、光源と、それぞれ第１，第２及び第３の波長帯域の光に対応して設けられ、画像信号にあわせて光の偏光方向を変調する３つの画像表示素子と、複数の光学素子からなり、前記光源からの光を第１，第２及び第３の波長帯域の光に分離するとともに各波長帯域の光を偏光方向によって透過または反射させて、前記３つの画像表示素子に対してそれぞれ対応する波長帯域の光を導く光学手段と、前記３つの画像表示素子により変調された光を合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、前記光学手段は、少なくとも１つの前記画像表示素子への光の光路中に設けられる、複数の集光素子と集光機能を有する反射素子を含んでおり、前記３つの画像表示素子に入射する光の光量を略同一とすることを特徴としている。
【００３１】
請求項１４に記載の画像表示装置は、請求項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、凸レンズと平面鏡からなることを特徴としている。
【００３２】
請求項１５に記載の画像表示装置は、請求項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、該集光機能を有する反射素子は凸レンズの一方の面に金属膜もしくは誘電体膜からなる反射膜を形成したものであることを特徴としている。
【００３３】
請求項１６に記載の画像表示装置は、請求項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は凹面鏡であることを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。光源１からでた光は第１のマルチレンズアレイ２、反射ミラー１０、第２のマルチレンズアレイ３により第１のレンズ４に導かれる。これらに、後に説明する第２、第３のレンズ５、６を加えた照明光学系は画像表示素子に照射される光の照度分布を均一にする目的のために設けられたものであり、また、各レンズの焦点距離および配置は反射型画像表示素子におおむねテレセントリック照明されるよう選んでいる。
【００３６】
第１のレンズ４を透過したＲ、Ｇ、Ｂ（赤，緑，青）の３原色の光のうち、Ｇ、Ｂ光は色分離素子１１で反射される。色分離素子１１で反射されたＧ、Ｂ光は、第１の偏光板１８によりＳ偏光のみの光となる。Ｓ偏光のＧ、Ｂ光のうちＧ光は第１の偏光分離素子１２で反射され、Ｂ光は透過される。第１の偏光分離素子１２は例えば図２（ａ）のような特性を有し、Ｇ光のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過し、Ｂ光のＳ偏光を透過する特性を有する。
【００３７】
第１の偏光分離素子１２で反射したＧ光は、第１の反射型画像表示素子１５により画像信号に応じて偏光変調を受けて反射される。第１の反射型画像表示素子１５により反射された光のうちＰ偏光は第１の偏光分離素子１２を透過し、Ｓ偏光は反射される。第１の偏光分離素子１２を透過したＰ偏光は第２の偏光板１９を透過し色合成素子２６（ダイクロイックプリズム）に入射する。
【００３８】
一方、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光は第４のレンズ７、凹面鏡９により第５のレンズ８に導かれる。
【００３９】
なお、凹面鏡９はその光軸３１が第４のレンズ、第５のレンズのそれぞれの光軸３２、３３に対しおおむね４５度傾くよう配置されている。そのように配置することによりこれら照明光学系の配置をコンパクトにすることができる。また、凹面鏡９のような集光機能と反射機能を１つの光学部品により実現しているため部品点数の削減が可能となる。また、集光と反射という２つの機能を同時に実現する素子により本構成の照明光学系の配置がはじめて可能となる。
【００４０】
第５のレンズ８を透過した光は第３の偏光板２０を透過し、第２の偏光分離素子１３で反射され、第２の反射型画像表示素子１６により画像信号に応じて偏光変調を受けて反射される。第２の反射型画像表示素子１６により反射された光のうちＳ偏光は第２の偏光分離素子１３で反射され、Ｐ偏光の光は第４の偏光板２１を透過し、第１のλ／２波長板２４によりＳ偏光に変換された後、色合成素子２６に導かれる。色合成素子２６はＢ光のＳ偏光を反射するように使用した方が、その色分離特性が向上するため、本構成においては第１のλ／２波長板２４により、入射したＰ偏光をＳ偏光としている。また、第１のλ／２波長板２４は第４の偏光板２１と色合成素子２６との間に配置しているが、これは、第１のλ／２波長板２４における偏光方向の変換ロスの光によるコントラストの低下を低減するためである。
【００４１】
また、色分離素子１１を透過したＲ光は、第３のレンズ６、第４の偏光板２２（Ｓ偏光を透過するよう配置されている）を透過し、第３の偏光分離素子１４で反射され、第３の反射型画像表示素子１７に導かれ、画像信号に応じて偏光変調を受ける。第３の反射型画像表示素子１７で反射された光のうち、Ｓ偏光は第３の偏光分離素子１４で反射され、Ｐ偏光は透過され第５の偏光板２３を透過し、第２のλ／２波長板２５により偏光方向をＳ偏光に変換されたのち色合成素子２６に導かれる。
【００４２】
そして、色合成素子２６で合成されたＲ、Ｇ、Ｂ光は投影レンズ２７により図示しないスクリーンに投影される。
【００４３】
次に、本発明の特徴である第１の偏光分離素子１２から第２の反射型画像表示素子１６へと光を導く照明光学系について図１および図３を用いて詳しく説明する。
【００４４】
第４のレンズ７は第１の偏光分離素子１２の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５と面対称な位置にほぼ配置されている。つまり、光源１から第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ同じ光路長の位置に第４のレンズ７が配置されている。この位置に配置することにより、後に述べるように第１の反射型画像表示素子１５を照射する光量および照度分布を第２の反射型画像表示素子１６上に再現できる。
【００４５】
第４のレンズ７に対し平行に入射し、第４のレンズ７を透過した光は、第４のレンズ７の焦点位置に配置されている凹面鏡９に集光される（図３の実線）。ただし、図３においては説明を簡単にするために、凹面鏡９を同一の焦点距離をもつレンズに置き換えて図示する。凹面鏡９で反射された光は第５のレンズ８によりほぼ平行光となり、第３の反射型画像表示素子１６を照射する（テレセントリック照明）。ここで、第５のレンズ８の焦点距離ｆ３は第４のレンズ７の焦点距離ｆ１におおむね等しく、また、凹面鏡９と第５のレンズ８の距離は第５のレンズｆ３におおむね等しい。また、凹面鏡の焦点距離ｆ２は、第４のレンズ７の各点を発して凹面鏡９により第５のレンズ８へと導かれた光（図３の点線）が第３の反射型画像表示素子１６上に集光するように選ばれる。
【００４６】
以上のことから、各光学部品の焦点距離や反射型画像表示素子との距離関係をまとめると次のようになる。
▲１▼第４のレンズ７は、光源１からの光路長が第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しくなるように配置されている（おおむね第１の偏光分離素子１２の偏光分離面４１に対し、第１の反射型画像表示素子１５と面対称な位置に配置されている）。
▲２▼第４のレンズ７の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置されている。
▲３▼第５のレンズ８の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置されている。
▲４▼第４のレンズ７の焦点距離ｆ１と第５のレンズ８の焦点距離ｆ３はおおむね等しい。
▲５▼凹面鏡９の焦点距離ｆ２は、第４のレンズの一点から発せられた光が第３の反射型画像表示素子１６上に集光するよう選ばれる。
【００４７】
但し、第４のレンズ７、凹面鏡９、第５のレンズ８の焦点距離およびそれぞれの配置の関係は厳密に▲１▼〜▲３▼を満たしている必要はなく、反射型画像表示素子に対しおおむねテレセントリック照明となるような範囲で各焦点距離および配置を変更することは可能である。
【００４８】
＜変形例＞
上記した本実施の形態においては光源１としてメタルハライドランプを使用したが、キセノンランプ、ＨＩＤランプ、ハロゲンランプ等の他のランプであってもよい。一般のメタルハライドランプのランプスペクトルはＲ光に対し相対的にＢ光の成分が強いため、上記図１の構成では、第１，第３の反射型画像表示素子１５、１７を照射する光に対し、相対的に光の損失のある第２の反射型画像表示素子１６への光をＢ光を導く構成としたが、ハロゲンランプにおいてはＢ光に対し相対的にＲ光が強く、ＨＩＤランプについてはＲ光に対し相対的にＢ光が強いのでそれぞれ相対的に強い光を第２の反射型画像表示素子１６への光とするほうが望ましい。
【００４９】
本実施の形態においては偏光板により光の偏光方向を規制したが、例えば光源１と色分離素子１１の間に偏光変換素子を設け、予め一方向の偏光方向の光のみを偏光板に入射させる方が、偏光板の対光性の上で望ましい。
【００５０】
また、第１の偏光分離素子１２として図２（ａ）に示す特性のものを使用したが、他にも図２（ｂ）に示すようにＧ光のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過し、Ｒ光のＳ偏光を透過する特性を有するものも使用できる。また、そのような偏光分離素子としては、「”Ａ  Ｒｅｃｅｎｔ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，ＳＩＤ  １９９７  Ｍ−９８〜１０６」に開示されているような、等方性層と複屈折層を積層したフィルムにより偏光方向により光を反射もしくは透過する原理を用いたもの（以降複屈折性偏光分離素子とする）や、本実施の形態に使用したガラスプリズムやガラス板に誘電体膜を蒸着し積層することにより同様の特性を有するものが使用できる。フィルム状の偏光分離素子はガラス板にフィルムを貼り付けて使用することも可能である（図４にこの偏光分離素子１２’を用いた場合の装置構成例を示す）。また、図５に示すように、誘電体多層膜をガラス板に蒸着したもの偏光分離素子３８を使用する場合、ガラス板とほぼ等しい屈折率を有するゲル状もしくは液体３９を充填した、側面がガラス板などの透明な材質のものからなる筐体３７中にガラス板を固定したもの（以降液浸タイプとする）を使用することも可能である。
【００５１】
また、本実施の形態ではＧ光に対しＳ偏光を反射するものを使用したが、複屈折性偏光分離素子を使用する場合は、反射する偏光方向を任意に設定することが可能であるので、例えば、Ｐ偏光を反射したり、Ｐ偏光に対し４５度方向の偏光方向の光を反射するようにしても良い。
【００５２】
さらに、本実施の形態においては集光機能を有する反射素子として凹面鏡９を使用したが、これは、凹面鏡９を利用した場合、ガラスレンズで発生するような球面収差の影響を低減でき、かつ、部品点数を削減できるという効果があるからである。また、集光機能を有する反射素子としては、図６（ａ）に示すような凸レンズ２８の裏面側に平面鏡２９を配置したものも利用できる。その場合、投射型画像表示装置によく使用される凸レンズ、平面鏡のみにより構成することが可能となり部品の共通化の効果がある。また、図６（ｂ）に示すように、凸レンズ２８の裏面側にＡｌなどの金属膜や、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2などの誘電体多層膜からなる反射膜３０を形成したものも利用可能である。その場合、部品点数の削減が可能となる。
【００５３】
以上のような集光機能を有する反射素子の反射面に、Ｇ光を吸収もしくは透過し、Ｂ光を反射するような波長フィルター機能をもたせることも可能である。ここでいう反射面とは、図１の凹面鏡９の場合その反射面、図６（ａ）の凸レンズ２８の裏面側に平面鏡２９を配置したものの場合平面鏡２９の反射面、図６（ｂ）の凸レンズ２８の裏面側に反射膜３０を形成したものの場合その反射膜３０をさし、例えば、凹面鏡９の場合、反射面をＡｌの蒸着面とし、Ｇ光を吸収する色素等を表面に塗装したり、反射面を誘電体多層膜としＧ光を透過し、Ｂ光を反射するようにしても良い。このようにすることにより、第１の偏光分離素子１２で反射されずに透過したＧ光が第２の反射型画像表示素子１６に迷光として混入することを低減できる効果がある。
【００５４】
本実施の形態においては照明光学系のレンズ（第４、５のレンズ７、８）としてガラスの球面レンズを使用したが、特に第２の反射型画像表示素子１６への光の入射側に配置されるレンズは焦点距離が短く、かつ有効径が大きい、つまり、Ｆナンバーの小さいレンズが必要となり、通常の球面レンズで構成した場合非常に厚いレンズとなってしまい、レンズの配置が困難となる。そこで、レンズの硝材をＢＫ７よりも屈折率の高い硝材により構成することによりレンズ厚みの低減がはかれる。他の方法としては非球面レンズの使用やフレネルレンズを使用するのが望ましい。特にフレネルレンズを使用した場合、レンズ厚みの大幅な低減が可能となる。その場合、フレネルレンズの凹凸面は第２の反射型画像表示素子１６に向けて配置することが望ましい。また、光線の熱吸収が問題となる場合にはＰＣでなく、ガラスで形成することが望ましい。以上レンズの種類および硝材の変更は他のレンズにおいても可能である。
【００５５】
また、図７に示すように、第４、第５のレンズ７、８を偏心レンズとしてもよい。その場合、集光機能を有する反射素子（図１においては凹面鏡９）を、第４、第５のレンズ７、８から遠ざけて配置することができるので、それぞれのレンズおよび集光機能を有する反射素子の焦点距離を長くでき、Ｆナンバーの大きなレンズの使用が可能となる。また、焦点距離の長いレンズ、つまり、集光パワーの比較的小さいレンズを使用することにより、レンズにおける光の偏光方向の回転を低減することができ、結果として、第２の反射型画像表示素子１６を照射する光の照度分布ムラの発生を低減することができる。
【００５６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図８を用いて説明する。説明において実施の形態１と重複するものについては一部を簡略化もしくは省略する。
【００５７】
光源１からの光を色分離素子１１で第３の反射型画像表示素子１７と第１および第２の反射型画像表示素子１５、１６へ向かう光へと分離し、第１の偏光分離素子１２によりさらに第１の反射型画像表示素子１５と第２の反射型画像表示素子１６へと向かう光に分離することについては実施の形態１と同様である。
【００５８】
本実施の形態２と実施の形態１の異なる点は、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）の光を第３の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系に第４の偏光分離素子４０を使用した点にある。
【００５９】
第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）は第４のレンズ７によりの第４の偏光分離素子４０へと導かれる。第４の偏光分離素子４０で反射したＢ光はλ／４波長板３５を透過し、凹面鏡９で反射され再びλ／４波長板３５を透過することによりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光となったＢ光は第４の偏光分離素子４０を透過し第５のレンズ８により第２の反射型画像表示素子１６へと導かれるが、第５のレンズ８と第２の反射型画像表示素子１６との間には、第３のλ／２波長板３４、第３の偏光板２０、第２の偏光分離素子１３がこの順序で配置されている。第５のレンズ８を透過したＢ光（Ｐ偏光）は第３のλ／２波長板３６によりＳ偏光に変換され、Ｓ偏光を透過するように配置された第３の偏光板２０を透過する。第３の偏光板２０からの光は第２の偏光分離素子１３で反射され、第２の反射型画像表示素子１６により画像信号に応じて偏光に変調を受け反射され、そのうちのＳ偏光は第３の偏光分離素子１３で反射され、Ｐ偏光は第３の偏光分離素子１３を透過し色合成素子２６へと向かう。ここで、第３の偏光板２０をＰ偏光を透過するように配置し、第３のλ／２波長板３４により入射したＰ偏光をＳ偏光に変換する構成も可能であるが、第３のλ／２波長板３４による偏光方向の変換ロスによるコントラストの低下を低減させるために、本構成の配置がより望ましい。
【００６０】
第１の反射型画像表示素子１５、第２の反射型画像表示素子１６、第３の反射型画像表示素子１７により光が反射され、色合成素子２６により光が合成されたのち投影レンズ２７でスクリーンに照射されることについては実施の形態１と同様である。
【００６１】
次に第１の偏光分離素子１２を透過した光を第２の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系について説明する。
【００６２】
第４のレンズ７を第１の偏光分離素子１２の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５と面対称な位置にほぼ配置すること（光源１から第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しい位置に第４のレンズ７を配置すること）、また、第４のレンズ７と第５のレンズ８の焦点距離がおおむね等しいこと、第４のレンズ７の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置され、第５のレンズ８の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置され、凹面鏡９の焦点距離は第４のレンズの一点を発した光が第５のレンズ８により第２の反射型画像表示素子１６におおむね集光されるように配置されていることも実施の形態１と同様である。
【００６３】
本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、第４のレンズ７と凹面鏡９の間に第４の偏光分離素子４０とλ／４波長板３５を配置した点にある。このようにすることにより、装置サイズを大きくすることなく、第４のレンズ７から凹面鏡９までの距離、凹面鏡９から第５のレンズ８までの距離を長くすることができるので、第４のレンズ７、第５のレンズ８のＦナンバーを大きくすることができる。その結果、レンズの厚みが低減でき、光学部品配置の困難さが緩和でき、また、レンズによる偏光方向の回転が低減でき、結果として、第２の反射型画像表示素子１６を照射する光の照度分布ムラを低減できる。
【００６４】
また、凹面鏡９の光軸３１を第４のレンズの光軸３２、第５のレンズの光軸３３と一致させる（第４のレンズ７に対してはその光軸３２を第４の偏光分離素子４０により９０度傾けているので、凹面鏡９の光軸３１と一致していると考える）ことができるので凹面鏡９（集光機能を有する反射素子）で発生する収差を低減することができ、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００６５】
＜変形例＞
本構成では第４のレンズ７から第５のレンズ８へ向かう光の光路を折り曲げる素子として第４の偏光分離素子４０を用いたが、ハーフミラーなどの一定の光量を反射もしくは透過する光分離素子をもちいても良い。しかし、例えばハーフミラーを使用した場合、第４のレンズ７を透過し光分離素子に入射した光のうち３／４の光量をロスしてしまう。また、第４のレンズ７を透過し、ハーフミラーで反射され、凹面鏡９で反射された光が再びハーフミラーで反射され第１の偏光分離素子１２により色合成素子２６へと向かう光となり、スクリーンでのコントラストに影響を与えるため、本素子は偏光分離素子であることが望ましい。
【００６６】
また、第４の偏光分離素子４０は第１の偏光分離素子１２と同様、複屈折性偏光分離素子や、本実施の形態で使用したガラスプリズムやガラス板に誘電体膜を蒸着し積層することにより同様の特性を有するものが使用できる。しかし、ガラスプリズムタイプもしくは液浸タイプの偏光分離素子を使用する場合、プリズムもしくは筐体側面のガラス表面の反射光が第１の偏光分離素子１２によりスクリーンに向かう光となりコントラストを低下させる要因となるため、図９に示すような、平板状の偏光分離素子４０’を使用することが望ましい。また、その場合、装置寸法を大きくすることなく第４のレンズ７、凹面鏡などの集光機能を有する反射素子、第５のレンズ８の焦点距離を長くすることができる。
【００６７】
また、第４のレンズ７から第５のレンズ８へ向かう光の光路を折り曲げる素子として平板状のハーフミラーや偏光分離素子を使用する場合、凹面鏡などの集光機能を有する反射素子と第５のレンズの焦点距離をおおむね等しいものとするためには、第２の偏光分離素子１３も平板状のものとするのが望ましい。また、その場合、第１、第２、第３の反射型画像表示素子１５、１６、１７からスクリーンへと向かう光路において発生する収差の量が等しくなるように他の第１、第３の偏光分離素子１２、１４も平板状のものを使用することが望ましい。
【００６８】
さらに、本実施の形態では第４の偏光分離素子４０としてＢ光に対しＳ偏光を反射するものを使用したが、複屈折性偏光分離素子を使用する場合は、反射する偏光方向を任意に設定することが可能であるので、例えば、Ｐ偏光を反射したり、Ｐ偏光に対し４５度方向の偏光方向の光を反射するようにしても良い。その場合適宜λ／２波長板を光路中に配置して使用することも可能である。
【００６９】
また、本実施の形態においては第４の偏光分離素子４０はＢ光のＳ偏光を反射するものを使用したが、例えば、図１０に示すように第１の偏光分離素子１２と第４のレンズ７の間に第４のλ／２波長板３６を配置することにより、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光のＳ偏光をＰ偏光に変換し、Ｂ光のＰ偏光を透過する素子として利用することもできる。
【００７０】
また、その場合、図１０に示すように第４のλ／２波長板３６をガラス板に貼り付けて保持することも可能であるが、ガラス表面からの光が第１の偏光分離素子１２によりスクリーンに到達しコントラストを低下させる要因となるため、図１１に示すように第４のλ／２波長板３６を第４のレンズ７に貼り付けるか、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように第１の偏光分離素子１２がガラスプリズムタイプもしくは液浸タイプの場合には、その表面に貼り付け、表面反射光を発生する光学面数と低減させることが望ましい。また、その場合、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、第４のλ／２波長板３６を介して第１の偏光分離素子１２と第４のレンズ７を接着固定することもできる。そうすることにより、透過する光学面するを減じることができるので、表面反射による光の損失を低下させることもできる。なお、図１２、１３においては主要部のみを示している。
【００７１】
また、本実施の形態においては、第１の偏光分離素子１２としてＧ光のＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過し、Ｂ光のＳ偏光を透過するものについて説明したが、例えば、Ｇ光のＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過し、Ｂ光のＰ偏光を透過するものを使用した場合、第４のλ／２波長板３６によりＢ光の偏光方向をＳ偏光に変換することにより、例えば、図８に示す構成に使用した第４の偏光分離素子４０と同様の特性を有する偏光分離素子が利用可能となる。また、そのような特性を誘電体多層膜からなる偏光分離素子で実現するのは困難なため、そのような素子としては複屈折性偏光分離素子を使用するのが望ましい。
【００７２】
さらに、第４の偏光分離素子４０としてＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過するものを用いればλ／２波長板が不必要になり、偏光方向の変換の際に生じる光量のロスを低減することができる。そのような特性を誘電体多層膜からなる偏光分離素子で実現するのは困難なため、そのような素子としては複屈折性偏光分離素子を使用するのが望ましい。また、図１４に示すように、第１、２、３の偏光分離素子１２、１３、１４も複屈折性偏光分離素子とすることにより部品の共通化が図れる。
【００７３】
以上のように、第１、第２、第４の偏光分離素子１２、１３、４０で反射もしくは透過される偏光方向はさまざまのものが利用可能であり、λ／２波長板を第４のレンズ７と第４の偏光分離素子４０の間や第４の偏光分離素子４０と第５のレンズ８の間に適宜配置することによりさまざまな構成が可能である。
【００７４】
また、集光機能を有する反射素子として凹面鏡９を使用した場合について説明したが、実施の形態１と同様に他の構成も使用可能である（図１５（ａ）、（ｂ）参照）。
【００７５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を図１６を用いて説明する。説明において実施の形態１、実施の形態２と重複するものについては一部を簡略化もしくは省略する。
【００７６】
光源１からの光を色分離素子１１で第３の反射型画像表示素子１７と第１および第２の反射型画像表示素子１５、１６ヘ向かう光へと分離し、第１の偏光分離素子１２によりさらに第１の反射型画像表示素子１５と第２の反射型画像表示素子１６へと向かう先に分離することについては実施の形態１および２と同様である。
【００７７】
本実施の形態３と実施の形態１および２が異なる点は、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）の光を第３の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系に２つの凹面鏡を使用した点にある。
【００７８】
第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）は第４のレンズ７により第１の凹面鏡４２ヘと導かれる。凹面鏡４２で反射されたＢ光は第２の凹面鏡４３で反射され、第５のレンズ８を透過し、第３の偏光板２０へと向かう。Ｓ偏光を透過するように配置された第３の偏光板２０を透過した光は、第２の偏光分離素子１３で反射され、第２の反射型画像表示素子１６により画像信号に応じて偏光に変調を受け反射され、そのうちのＳ偏光は第３の偏光分離素子１３で反射され、Ｐ偏光は第３の偏光分離素子１３を透過し色合成素子２６ヘと向かう。
【００７９】
第１の反射型画像表示素子１５、第２の反射型画像表示素子１６、第３の反射型画像表示素子１７により光が反射され、色合成素子２６により光が合成されたのち投影レンズ２７でスクリーンに照射されることについては実施の形態１および２と同様である。
【００８０】
次に、第１の偏光分離素子１２を透過した光を第２の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系について説明する（図１６、図１７）。
【００８１】
第４のレンズ７を第１の偏光分離素子１２の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５と面対称な位置に配置すること（光源１から第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しい位置に第４のレンズ７を配置すること）は実施の形態１および２の構成と同様である。
【００８２】
第４のレンズ７、第１の凹面鏡４２、第２の凹面鏡４３、第５のレンズ８の焦点距離とそれぞれの配置は、第４のレンズ７に入射した平行光が第５のレンズによリ第２の反射型画像表示素子１６に対しおおむね垂直に入射し（図１７の実線）、第４のレンズ７の一点を発した光が第２の反射型画像表示素子１６におおむね集光する（図１７の破線）ように選ばれる。但し、図１７では図を簡略化するため凹面鏡を凸レンズとして図示している。第４のレンズの光軸３２、第１の凹面鏡の光軸４４、第２の凹面鏡の光軸４５、第５のレンズの光軸３３はそれぞれ任意に傾けることが可能であるが、本実施の形態では装置サイズの小型化のために、第４のレンズ７の光軸と第５のレンズ８の光軸はおおむね９０度傾けた構成となっている。
【００８３】
このようにすることにより、装置サイズを大きくすることなく、第４のレンズ７から第５のレンズ８までの距離を長くすることができるので、第４のレンズ７、第５のレンズ８のＦナンバーを大きくすることができる。その結果、レンズの厚みが低減でき、光学部品配置の困難さが緩和でき、また、レンズによる偏光方向の回転が低減でき、結果として、第２の反射型画像表示素子１６を照射する光の照度分布ムラを低減できる。
【００８４】
なお、以上の実施の形態で示した第４のレンズ７と第５のレンズ８の間の少なくとも１つの集光機能を有する反射素子は、その配置，焦点距離を調整することで、第５のレンズ８と反射型画像表示素子１６との距離を自由に変化でき、その距離をある程度以上離すことができるため、＜発明が解決しようとする課題＞の項で示した特開平１−２２７１８５号公報に記載の技術の問題点を解決できる。
【００８５】
また、以上の実施の形態では、第４のレンズ７と第５のレンズ８の間に少なくとも１つの集光機能を有する反射素子を設けているが、この集光機能を有する反射素子は集光素子と反射素子の２つの部材で置き換えることが可能である。但し、その場合装置の大型化を招くため、やはり上記実施の形態１〜３で示したように集光機能を有する反射素子を用いることが望ましい。なお、この集光機能を有する反射素子は、上記実施の形態で示した構成のものに限らず、他の投射型液晶表示装置における光学系（全ての画像表示素子への入射光の照射条件を等しくするための光学系）に使用することで、その小型化を実現できる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を奏する。
【００８７】
（１）反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置において、偏光分離と色分離の両方の機能を兼ね備えた偏光分離素子を用いるとともに、全ての反射型画像表示素子に入射する光量を略同一にするレンズを有し、さらにそのレンズを反射型画像表示素子からの反射光の光路から外して設けたため、装置の小型化が実現できるとともに、反射型画像表示素子への照明をホワイトバランスを変えることなく効率的に実行できる。
【００８８】
（２）全ての反射型画像表示素子に入射する光量を略同一にするために、２つのレンズと集光機能を有する反射素子を用いることにより、装置サイズを大きくすることなく反射型画像表示素子に効率よく光を照射することができる。
【００８９】
（３）全ての反射型画像表示素子に入射する光量を略同一にするために、２つのレンズと２つの集光機能を有する反射素子を用いることにより、２つのレンズ間の距離を長くすることができるので、Ｆナンバーの大きなレンズを使用することが可能となる。その場合、コストの削減、レンズ厚みが薄くなることによる光学部品配置の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回転による画像表示素子を照射する光の照度分布ムラの低減などの効果がある。
【００９０】
（４）２つのレンズと集光機能を有する反射素子の焦点距離，配置を適切化することにより、反射型画像表示素子にさらに効率よく光を照射することができる。
【００９１】
（５）さらに、偏心したレンズをもちいることにより、レンズや集光機能を有する反射素子の焦点距離を長くすることができるので、Ｆナンバーの大きなレンズを使用することが可能となる。その場合、コストの削減、レンズ厚みが薄くなることによる光学部品配置の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回転による画像表示素子を照射する光の照度分布ムラの低減などの効果がある。
【００９２】
（６）さらに、集光機能を有する反射素子がある特定の波長帯域の光を透過もしくは吸収し、異なる波長帯域の光を反射する機能を有することにより、部品点数を増すことなくスクリーン上でのホワイトバランスの低下を抑制できる。
【００９３】
（７）２つのレンズと集光機能を有する反射素子との間に偏光分離素子とλ／４波長板を配置し、光路を折り曲げる構成としたことにより、装置サイズの大型化などの問題を招くことなく２つのレンズと集光機能を有する反射素子の焦点距離を長くすることができるのでＦナンバーの大きなレンズが使用可能となる。その場合、コストの削減、レンズ厚みが薄くなることによる光学部品配置の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回転による画像表示素子を照射する光の照度分布ムラの低減などの効果がある。また、レンズの光軸の方向と集光機能を有する反射素子の光軸の方向を一致させることができるので発生する集光機能を有する反射素子で発生する収差を低減できる。
【００９４】
（８）上記偏光分離素子として平板状のものを使用した場合には、コントラストの低下を抑制することができる。
【００９５】
（９）さらに、偏光分離素子とレンズの間にλ／２波長板を配置し、レンズにλ／２波長板を貼り付けるか、光学面の表面反射光によるコントラストの低下を低減でき、表面反射による光の損失も低減することができる。
【００９６】
（１０）偏光分離素子がガラスプリズムタイプか液浸タイプのものである場合、その表面に貼り付けることにより、光学面の表面反射光によるコントラストの低下を低減でき、表面反射による光の損失も低減することができる。
【００９７】
（１１）また、２つのレンズと集光機能を有する反射素子を用い、レンズの光軸方向に対し、集光機能を有する反射素子の光軸傾けて配置することにより、装置サイズを大きくすることなく、反射型画像表示素子に効率よく光を照射することができる。
【００９８】
（１２）さらに、赤、緑、青の３原色において、第１の波長帯域を緑とし、リレーレンズ系を通過する第２の波長帯域の光は赤、青のうち光源のランプスペクトル強度の相対的に強い光とすることによりスクリーン照射光のホワイトバランスを良好なものとすることができ、また、光の利用効率の向上となる。
【００９９】
（１３）投射型表示装置において、各表示素子に入射する光量を略同一とする光学系の一部に集束機能を有する反射素子を使用することで、光路の設定が容易となり、装置サイズを減少できる。
【０１００】
（１４）集光機能を有する反射素子として凸レンズと平面鏡を組み合わせたものを使用することにより光学部品の共通化による低コスト化が図れる。
【０１０１】
（１５）また、集光機能を有する反射素子として凸レンズの一方の面に金属膜もしくは誘電体膜からなる反射膜を形成することにより部品点数の削減が可能となる。
【０１０２】
（１６）また、集光機能を有する反射素子として凹面鏡を使用することにより光学部品点数の削減ならびに集光機能を有する反射素子で発生する収差による光量ロスの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１の投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図２】本実施の形態１に使用可能な狭帯域偏光分離素子の偏光特性の一例である。
【図３】本実施の形態１の第１の偏光分離素子から第２の反射型画像表示素子へと光を導く照明光学系の構成を示す概略説明図である。
【図４】本実施の形態１の投射型画像表示装置において複屈折性偏光分離素子を使用した構成を示す概略説明図である。
【図５】本実施の形態１の投射型画像表示装置において液浸タイプの偏光分離素子を使用した構成を示す概略説明図である。
【図６】本実施の形態１の投射型画像表示装置の集光機能を有する反射素子の変形例の構成を示す概略説明図である。
【図７】本実施の形態１の投射型画像表示装置において偏心レンズを使用した構成を示す概略説明図である。
【図８】本実施の形態２の投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図９】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路延長用の偏光分離素子として平板状のものを使用した構成を示す概略説明図である。
【図１０】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路延長用の偏光分離素子に対しＰ偏光が入射するように配置した構成を示す概略説明図である。
【図１１】本実施の形態２の投射型画像表示装置においてλ／２波長板をレンズに接着固定した構成を示す概略説明図である。
【図１２】本実施の形態２の投射型画像表示装置においてλ／２波長板をプリズムタイプないし液浸タイプの偏光分離素子に接着固定した構成を示す主要概略説明図である。
【図１３】本実施の形態２の投射型画像表示装置においてλ／２波長板を介してプリズムタイプないし液浸タイプの偏光分離素子とレンズを接着固定した構成を示す主要概略説明図である。
【図１４】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路延長用の偏光分離素子として入射した光の波長帯域のＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する特性を有するものを使用した構成を示す概略構成図である。
【図１５】本実施の形態２の投射型画像表示装置の集光機能を有する反射素子の変形例の構成を示す概略説明図である。
【図１６】本実施の形態３の投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図１７】本実施の形態３の第１の偏光分離素子から第２の反射型画像表示素子へと光を導く照明光学系の構成を示す概略説明図である。
【図１８】従来の反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図１９】従来の透過型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図２０】従来の反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の他の構成を示す概略説明図である。
【図２１】図１８に示す投射型画像表示装置の照明光学系の構成を示す概略説明図である。
【図２２】図１９に示す投射型画像表示装置の照明光学系の構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１  光源
２  第１のマルチレンズアレイ
３  第２のマルチレンズアレイ
４  第１のレンズ
５  第２のレンズ
６  第３のレンズ
７  第４のレンズ
８  第５のレンズ
９  凹面鏡
１０  反射ミラー
１１  色分離素子
１２  第１の偏光分離素子
１３  第２の偏光分離素子
１４  第３の偏光分離素子
１５  第１の反射型画像表示素子
１６  第２の反射型画像表示素子
１７  第３の反射型画像表示素子
２６  色合成素子
２７  投影レンズ
２８  凸レンズ
２９  反射ミラー
３０  反射膜
３１  集光機能を有する反射素子の光軸
３４  第３のλ／２波長板
３５  λ／４波長板
３６  第４のλ／２波長板
３８  偏光分離素子
３９  ゲル状もしくは液体の充填物
４０  第４の偏光分離素子
【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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