CN100523913C - 波长选择性偏振光变换元件、照明光学系统、投射显示光学系统以及图像投射装置 - Google Patents

波长选择性偏振光变换元件、照明光学系统、投射显示光学系统以及图像投射装置 Download PDF

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Abstract

公开同时具有通过偏振光变换元件和波长选择性相位差板得到的偏振光变换功能，特别是可以谋求减少图像投射装置的光学部件的个数或简化构造的波长选择性偏振光变换元件。该偏振光变换元件具有偏振光分离膜和相位差板。偏振光分离膜具有通过透过以及反射作用分离光的功能，具有对第1偏振方向的光以及与该第1偏振方向正交的第2偏振方向的光的透过率对应于波长分别在高于50%和低于50%之间变化的特性。相位差板在第1偏振方向和第2偏振方向之间变换由偏振光分离膜透过或者反射了的光的偏振方向。偏振光变换元件将第1～第3波长区域中的2个波长区域的光作为具有第1以及第2偏振方向中的一个偏振方向的偏振光出射，将其他波长区域的光作为具有第1以及第2偏振方向中的另一个偏振方向的偏振光出射。

Description

波长选择性偏振光变换元件、照明光学系统、投射显示光学系统以及图像投射装置
技术领域
本发明为涉及将无偏振光变换成与波长区域(颜色)相对应的偏振方向的光的波长选择性偏振光变换元件以及配备了该元件的液晶投影仪等的图像投射装置的发明。
背景技术
通过偏振光光束分离器进行色分解及合成的图像投射装置公开于特开2001-154152号专利公报及US6742897号专利公报。在该装置中，通过透镜阵列将光源发出的无偏振光分割成多个光束，通过聚光透镜使由各光束形成的2次光源像重叠在液晶面板等图像形成元件上，以近于均匀的亮度照明液晶面板等图像形成元件。
这里，从透镜阵列出射的各分割光束入射到设置在偏振光变换元件上的、与透镜阵列的各个透镜单元对应了的多个偏振光变换单元。各偏振光变换单元具有偏振光分离膜、1/2波长板和反射面。入射到各偏振光变换单元的无偏振光被偏振光分离膜分离为P偏振光和S偏振光。P偏振光在透过了偏振光分离膜后，由1/2波长板旋转其偏振方向90度作为S偏振光出射。另一方面，S偏振光被偏振光分离膜反射，在反射面反射并依旧作为S偏振光出射。
从偏振光变换元件使偏振方向一致后出射的S偏振光入射到聚光透镜。进而，从聚光透镜出射的S偏振光被二向色元件分离成第1以及第2波长区域光和第3波长区域光。在该阶段，第1以及第2波长区域光沿着同样的光路行进且具有同样的偏振方向。并且，由于此后使用偏振光光束分离器将第1以及第2波长区域光分别导向第1以及第2图像形成元件，故使之通过波长(颜色)选择性相位差板。由此，可以将第1以及第2波长区域光分离成分别具有相互不同偏振方向的光。波长选择性相位差板通过层叠多个延伸了的薄膜而作成，具有只将在入射的第1以及第2波长区域光中的一个波长区域光的偏振方向变换成与该偏振方向正交的偏振方向、不改变偏振方向地使另一波长区域光透过的特性。
这样，在使用偏振光光束分离器进行色分解的图像投射装置中，一般要使用配置在透镜阵列附近的偏振光变换元件和配置在偏振光光束分离器附近的波长选择性相位差板。
另外，作为特殊的例子，也有使用US6742897号专利公报和特开平11-153774号专利公报公开的光学元件的情况。在US6742897号专利公报中公开了由透过规定波长区域光、反射其他波长区域光的第1二向色层使透过该第1二向色层的光的偏振光面旋转90度的相位差层和全反射来自该相位差层的光的全反射层构成的光学元件。
以往的偏振光光束分离器以在使用波长带一部区域透过P偏振光、反射S偏振光为目的。在“Li Li and J.A.Dobrowolski，Appl.Opt.，vol.39，p.2754，2000”中报告了反射P偏振光、透过S偏振光的偏振光光束分离器。不管哪一种的偏振光光束分离器都对使用波长带全部区域具有偏光分离的作用。与之相对，迄今为止，还没有报告过透过某波长带的S偏振光、反射P偏振光，反射与之不同的波长带的S偏振光、透过P偏振光这样的偏振光光束分离器。
此外，由于二向色滤光片因斜入射使对于P偏振光的透过带区域变宽、使对于S偏振光的透过带域变窄，故呈现出可分离偏振光的特定的波长带域。但是，由于只是透过P偏振光、反射S偏振光，而不是反射P偏振光、透过S偏振光，故不能形成在不同的波长带域偏振光分离特性相反的特性。
在特开平11-153774号专利公报中，公开了具有波长选择性，进行光的偏振、检光、色分离以及色合成的偏振光光束分离器。在该公报中，公开了使用了具有反射兰色波长带域的P偏振光、透过S偏振光，且透过绿色和红色带域的P偏振光、反射S偏振光的作用的偏振光光束分离器的色分解合成装置。但是，其只对该偏振光光束分离器示出了功能，并没有公开有关实际的实现方法。
但是，如果如特开2001-154152专利公报开示的那样，使用不同于偏振光变换元件的波长选择性相位差板，则增加了构成图像投射装置的光学部件的个数。此外，因为还需要定位并支撑波长选择性相位差板、或者对由多层薄膜构成的该波长选择性相位差板进行冷却的构造，故构造将变得复杂。
发明内容
本发明提供具有以往利用偏振光变换元件和波长选择性相位差板所得到的偏振光变换功能，特别是能够谋求减少图像投射装置中的光学元件个数或构造的简化的波长选择性偏振光变换元件。
本发明目的之一是提供具有利用偏振光变换元件和波长选择性相位差板获得的偏振光变换功能，特别是能够谋求减少图像投射装置中的光学元件个数或简化构造的波长选择性偏振光变换元件。
作为本发明的一个侧面的波长选择性偏振光变换元件，将包含第1波长区域的光、第2波长区域的光以及第3波长区域的光的无偏振光变换成偏振光，其包含下述部件：
偏振光分离膜，该偏振光分离膜具有利用透过以及反射作用分离光的功能，具有对于第1偏振方向的光以及与该第1偏振方向的光正交的第2偏振方向的光的透过率依照波长分别在高于50％的透过率和低于50％的透过率之间变化的特性，
相位差板，该相位差板在上述第1偏振方向和上述第2偏振方向之间变换由上述偏振光分离膜透过或者反射了的光的偏振方向，
另外，上述偏振光变换元件将上述第1、第2以及第3波长区域中的2个波长区域的光作为具有上述第1以及第2偏振方向中的一个的偏振方向的偏振光出射，将上述第1、第2以及第3波长区域中的其他波长区域的光作为具有上述第1以及第2偏振方向中的另一个的偏振方向的偏振光出射。
另外，使用了上述偏振光变换元件的照明光学系统、图像显示光学系统、图像投射装置以及图像投射系统也构成本发明的其他的侧面。
本发明的进一步的目的或特征可以通过参照下面的图面说明的理想的实施例而变得明了。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1即投射显示光学系统以及配备了该系统的液晶投影仪的构成的图；
图2是在实施例1中使用的波长选择性偏振光变换元件的概略构成图；
图3是作为实施例1的变形例的波长选择性偏振光变换元件的概略构成图；
图4是在实施例1中使用的波长选择性偏振光变换元件的偏振光分离膜的一部分的分光透过率模拟仿真结果图；
图5是在实施例1中使用的波长选择性偏振光变换元件的偏振光分离膜的一部分的分光透过率模拟仿真结果图；
图6是在实施例1中使用的波长选择性偏振光变换元件的偏振光分离膜的分光透过率模拟仿真结果图；
图7是本发明实施例2即波长选择性偏振光变换元件的概略构成图；
图8是实施例2的波长选择性偏振光变换元件的偏振光分离膜的分光透过率模拟仿真结果图；
图9是本发明的实施例3即投射显示光学系统以及配备了该系统的液晶投影仪的构成图；
图10是在实施例3使用的波长选择性偏振光变换元件的概略构成图；
图11是示出本发明的实施例4即投射显示光学系统以及配备了该系统的液晶投影仪的构成的图；
图12是在实施例4中使用的波长选择性偏振光变换元件的概略构成图；
图13是示出在实施例4中使用的波长选择性偏振光变换元件的偏振光分离膜的分光透过率模拟仿真结果的图；
图14是示出本发明的实施例5即投射显示光学系统以及配备了该系统的液晶投影仪的构成的图；
图15是在实施例5中使用的波长选择性偏振光变换元件的概略构成图。
具体实施方式
下面，参照图面对本发明的理想的实施例进行说明。
【实施例1】
图1中示出了本发明的实施例1即使用了波长选择性偏振光变换元件的投射显示光学系统以及配备了该系统的液晶投影仪(图像投射装置)的构成。
从白色光源1出射的光束被抛物面反光镜变换成平行光束出射。另外，此处所说的平行光束的意思并非完全地只是平行的光束，也包括在光学系统的特性上可视为平行的扩散或者收束的光束。有关该说明在下面的实施例中亦相同。
该平行光束被第1复眼透镜3分割成多个光束，各分割光束被聚光。各分割光束被聚光到第2复眼透镜4、波长选择性偏振光变换元件5的附近，形成光源的像(二次光源像)。复眼透镜3、4通过在二维方向配置多个透镜单元而构成。各透镜单元具有与被照明面即后述的液晶面板(图像形成元件)相似形状的矩形的透镜形状。
出射于第2复眼透镜4入射到波长选择性偏振光变换元件5的光束是包含第1偏振方向的线偏振光即P偏振光和第2偏振方向的线偏振光的S偏振光的无偏振光。
波长选择性偏振光变换元件5将出射于第2复眼透镜4的各分割光束中的第1以及第2波长区域即红(R)带域和绿(G)带域的光变换成S偏振光。此外，将第3波长区域即兰(B)带域的光变换成P偏振光。
在此，一般地讲，B带域的波长指的是430～500nm、G带域的波长说的是500～580nm、R带域的波长说的是580～670nm。但是，在本实施例的投影仪中，并非只意味着是使用基于上述定义的BGR带域的光，作为BGR带域的波长使用下述这样的波长的光。例如，作为B带域的光，使用了430nm以上490nm以下(也可以是435nm以上485nm以下)的光。作为G带域的光，使用了510nm以上570nm以下(也可以是515nm以上565nm以下)的光。作为R带域的光，使用了600nm以上660nm以下(也可以是605nm以上655nm以下)的光。有关此点在下面将说明的其他实施例中也是相同的。另外，上述波长的范围只是例子，并非是限定了本发明的范围。
从波长选择性偏振光变换元件5出射的R带域以及G带域的S偏振光和B带域的P偏振光被反射镜20反射。此后，多个分割光束被聚光透镜6聚光，经色分解合成光学系统7分别重叠地照明R带域、G带域以及B带域用的反射型液晶面板15、10、14。另外，称光源1至少到聚光透镜6为照明光学系统。此点在下面将要说明的实施例中亦相同。
色分解合成光学系统7具有反射透过了聚光透镜6的偏振光中的B带域和R带域的光，透过G带域的光的二向色反射镜8。透过了二向色反射镜8的G带域的偏振光被第1偏振光光束分离器9反射，入射到G带域用反射型液晶面板10。
这里，各反射型液晶面板连接于驱动电路D。在搭载了该投射显示光学系统的投影仪(图像投射装置)的一部分即驱动电路D上，输入有来自个人计算机、DVD播放器、录像机、电视调谐器等图像供给装置IP的图像信号。由此，构成图像显示系统。驱动电路D基于输入的图像信号的R、G、B成分分别驱动与各自的颜色相对应的反射型液晶面板。因此，各反射型液晶面板在反射各波长带域的入射光的同时，还将其调制并将之作为图像光出射。另外，虽然在下面的实施例中没有图示这样的构成，但亦相同。
从G带域用液晶面板(以下称之为G液晶面板)10出射的图像光(偏振光)透过第1偏振光光束分离器9，还透过第2偏振光光束分离器11，由投射透镜12投射到未图示的屏幕上。
另一方面，在二向色反射镜8反射的B带域以及R带域的偏振光中的B带域的偏振光透过第3偏振光光束分离器13，R带域的偏振光在该第3偏振光光束分离器13反射。于是，从第3偏振光光束分离器13出射的R带域的偏振光以及B带域的偏振光分别到达R带域用液晶面板(以下称之为R液晶面板)15以及B带域用液晶面板(以下称之为B液晶面板)14。
被B液晶面板14反射且被调制过的B带域的偏振光被第3偏振光光束分离器13反射。此外，被R液晶面板15反射且被调制过的R带域的偏振光透过第3偏振光光束分离器13。此后，由波长选择性相位差板16只将R带域的偏振光的偏振方向旋转90度，使R带域的偏振光和B带域的偏振光的偏振方向相互一致。于是，两带域的偏振光被第2偏振光光束分离器11反射，由投射透镜12投影到屏幕上。由此，可以在屏幕上显示RGB全彩色的投影图像。
下面，使用图2详细对前述的波长选择性偏振光变换元件5的构成以及光学作用进行说明。波长选择性偏振光变换元件5由与构成复眼透镜3、4的多个透镜单元对应地设置的、具有相互同样的结构的多个偏振光变换单元C构成。
另外，在从各偏振光变换单元C的光入射面中的后述的波长选择性偏振光分离膜32的位置到其下侧的反射膜31为止的区域，设置有用于遮挡光的入射的遮光板34。由此，光只从各偏振光变换单元C的入射面中的波长选择性偏振光分离膜32和配置在其上方的反射膜31之间的区域入射到波长选择性偏振光变换元件5。此外，33表示相位差板。以下将波长选择性偏振光分离膜32简记为偏振光分离膜。
偏振光分离膜32相对于光的入射方向(从图的左侧朝向右侧的方向)具有45度的倾斜。此外，反射膜31相对于偏振光分离膜32平行地配置。还有，实际中，是在平行平板即玻璃或丙稀基制的基板的表面作为多层膜形成了偏振光分离膜32。
另外，薄膜状地形成相位差板33，且将之形成在波长选择性偏振光变换元件5的出射面中的自反射膜31的位置到上方向偏振光分离膜32的位置为止的区域。
另外，在本实施例中，就在波长选择性偏振光变换元件5的出射面设置了相位差板33的情况进行了说明，但也可以如图3所示的那样，在入射侧形成了偏振光分离膜32的基板的出射侧形成相位差板33。
偏振光分离膜32具有对R带域和G带域的P偏振光的透过率为100％或者接近于100％(高于50％)、对B带域的P偏振光的透过率为0％或者接近于0％(低于50％)的特性。此外，偏振光分离膜32还具有对R带域和G带域的S偏振光的透过率为0％或者接近于0％(低于50％)、对B带域的S偏振光的透过率为100％或者接近于100％(高于50％)的特性。
另外，相位差板33是1/2波长板，具有使入射的线偏振光的偏振方向旋转90度的功能。
在这样构成的波长选择性偏振光变换元件5上，白色的无偏振光从图的左侧入射。该无偏振光中的R带域以及G带域的P偏振光在透过了偏振光分离膜32后，透过相位差板33被变换成S偏振光从波长选择性偏振光变换元件5出射。R带域以及G带域的S偏振光在偏振光分离膜32处反射，进而在反射膜31处反射并作为S偏振光从波长选择性偏振光变换元件5出射。B带域的P偏振光在偏振光分离膜32处反射，进而在反射膜31处反射并作为P偏振光从波长选择性偏振光变换元件5出射。B带域的S偏振光在透过了偏振光分离膜32后，透过相位差板33被变换成P偏振光从波长选择性偏振光变换元件5出射。
这样，入射到作为单一元件构成的波长选择性偏振光变换元件5的白色无偏振光被变换成R带域以及G带域的S偏振光和B带域的P偏振光从该元件5出射。
因而，可以不经由以往使用的波长选择性相位差板，由该偏振光变换元件5将B带域光和R带域光从二向色反射镜8导向第3偏振光光束分离器13。即，即使是在这种情况下也可以通过第3偏振光光束分离器13依照该偏振方向分离这些B带域光和R带域光，并分别使之入射到R液晶面板15和B液晶面板14。为此，与在二向色反射镜8到第3偏振光光束分离器13的光路上设置波长选择性相位差板的以往的情况相比，可以减少光学系统的光学部件个数。而且，因为可以不需要波长选择性相位差板，因而也就不需要支撑或冷却它的构造。
这里，示出具有对R带域以及G带域的光P偏振光的透过率高、S偏振光的透过率低，对B带域的光P偏振光的透过率低、S偏振光的透过率高的光学特性的偏振光分离膜32的多层膜构造。
作为偏振光分离膜32的膜构造，有直接具有对R带域以及G带域的P偏振光的透过率高、S偏振光的透过率低，对B带域的P偏振光的透过率低、S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造。
此外，作为其他的膜构造，也有相当于层叠了光学特性不同的2个膜部的膜构造的构造。例如，作为第1膜部，使用了具有R带域、G带域以及B带域的P偏振光的透过率高，R带域以及G带域的S偏振光的透过率低，B带域的S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造。而作为第2膜部，使用了具有R带域以及G带域的P偏振光的透过率高，B带域的P偏振光的透过率低，R带域、G带域以及B带域的S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造。
这里所说的“高”、“低”基本上表示的是高于、低于50％。更为详细地讲，所谓透过率高(反射率低)的表现意味着对于偏振光分离膜以规定的角度(这里指的是45度)入射的光的透过率超过50％(最好为80％以上)，反过来讲，意味着反射率低于50％(最好为20％以下)。另一方面，所谓透过率低(反射率高)的表现意味着对于偏振光分离膜以规定的角度(这里指的是45度)入射的光的透过率低于50％(最好为20％以下)，反过来讲，意味着反射率高于50％(最好为80％以上)。在下面的说明中，在不进行特别说明的情况下都是同样的。
进而，也有利用了使光从高折射率入射棱镜以大于等于临界角入射低折射率介质，如果在渐逝波(evanescent wave)渗透的区域存在薄膜，则光透过、相位变化的全反射衰减(Frustrated Total InternalReflection：FTIR)的膜构造。本发明并非仅限于这些膜构造。
表1中示出了具有相当于层叠了上述的2个膜部的构造的构造的偏振光分离膜32的例子。这里，作为玻璃基板使用了OHARA公司制造的PBH56。此外，表中的H、M、L分别表示高折射率层、中折射率层以及低折射率层，H、M、L右侧的数字表示各层(膜)的厚度(nm)。在本实施例中，作为高折射率层使用了TiO2、作为中折射率层使用了Al2O3、作为低折射率层使用了MgF2。
如前述的第1膜部那样，具有R带域、G带域以及B带域的P偏振光的透过率高、R带域以及G带域的S偏振光的透过率低、B带域的S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造已是众所周知。例如，是对P偏振光满足根据多层膜的折射率求得的布儒斯特角、对S偏振光的入射则作为二向色滤光片而发挥作用的膜。此外，也可以通过调整二向色滤光片的S偏振光和P偏振光的截止波长来实现该膜构造。
作为构成这样的第1膜部的多层膜的例子，图4示出了“Sub|(108M 100H)5|接”的分光透过率特性的模拟仿真结果。“Sub”表示基板，“接”表示粘接剂。在该图中，Tp45表示在使P偏振光以45度的入射角相对该偏振光分离膜32入射时的透过率特性，Ts45表示在使S偏振光以45度的入射角相对该偏振光分离膜入射时的透过率特性。此点对以下的模拟仿真结果亦相同。
另一方面，如前述的第2膜部那样，具有R带域以及G带域的P偏振光的透过率高、B带域的P偏振光的透过率低，R带域、G带域以及B带域的S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造以往并不为人所知。但是，研究的结果认识到可以采用多层的膜构造予以实现。作为构成这样的第2膜部的多层膜的例子，图5给出了“Sub|(116M171L 115M 75H)5|接”的分光透过率特性的模拟仿真结果。另外，在该例给出的第2膜部中，虽然在R带域中645nm以上的部分S偏振光的透过率低于50％以下，但从最终在本实施例想得到的偏振光分离膜32的特性来看，该情况应该是允许范围。如果从另外一个角度考虑，则只要该R带域的S偏振光的透过率比第1膜部的R带域(以及G带域)下的S偏振光的透过率高即可。
表1所示的偏振光分离膜32的膜构造例是层叠这些2个膜部并为了降低P偏振光以及S偏振光各自的透过带以及反射带的波纹而使膜厚最佳的例子。另外，第1～第32层相当于第1膜部，第33～42层相当于第2膜部。但是，因为是在层叠完这些膜部之后作为整体进行的最佳化，故并不完全清楚各膜部的光学特性。
此外，图6中示出了表1所示的偏振光分离膜32的透过率特性的模拟仿真结果。
如图6所示的那样，偏振光分离膜32具有对R带域以及G带域的P偏振光的透过率高、对B带域的P偏振光的透过率低，对R带域和G带域的S偏振光的透过率低、对B带域的S偏振光的透过率高的光学特性。
另外，表1所示的玻璃基板的材料、薄膜的材料、各薄膜的顺序、层数以及膜厚只不过是一个例子，本发明的偏振光分离膜的构成并非仅限于此。
下面，对在本实施例中在第2透镜阵列4和聚光透镜6之间配置了波长选择性偏振光变换元件5的理由进行说明。透镜阵列3、4分别具有将从抛物面反光镜2出射的平行光束分割成多个光束的功能和将各分割光束聚光到波长选择性偏振光变换元件5的附近的功能。另一方面，聚光透镜6具有进行聚光以便从第2透镜阵列4出射的多个分割光束互相重叠在液晶面板上的功能。在这种情况下，由第2透镜阵列4朝向波长选择性偏振光变换元件5聚光分割光束的程度小于基于聚光透镜6的聚光程度。
但是，一般地，称之为二向色膜或偏振光分离膜的多层膜的分光特性其入射角度依存性强，虽然相对于45度的入射角度可以得到接近设计上的特性的良好的分光特性，但存在随着入射角度偏离45度其分光特性也偏移的倾向。即，在进行分离的波长区域产生了偏离。
如前所述那样，基于聚光透镜6的光束的聚光程度大。因此，如果假定在较聚光透镜6更靠近液晶面板侧的位置配置波长选择性偏振光变换元件5，则在构成该波长选择性偏振光变换元件5的偏振光分离膜32的分光特性偏移。由此，在入射到各液晶面板的各带域光中将混杂很多预定以外的偏振方向的光，其结果将导致投射图像的对比度低下。
为此，在本实施例中，在第2透镜阵列4和聚光透镜6之间配置波长选择性偏振光变换元件5，减小对该偏振光变换元件5的入射光束的聚光程度(即为接近于平行光束的状态)。由此，可以在构成该波长选择性偏振光变换元件5的偏振光分离膜32上获得良好的分光特性。因而，利用基于波长选择性偏振光变换元件5的合适的分光特性，可以得到高对比度的投射图像。
关于在第2透镜阵列和聚光透镜之间配置以上说明过的波长选择性偏振光变换元件的理由在下面将说明的其他的实施例中亦相同。
【实施例2】
图7示出了本发明的实施例2的波长选择性偏振光变换元件。使用了该波长选择性偏振光变换元件205的投射显示光学系统与在实施例1中图1所示的投射显示光学系统相同，对构成该投射显示光学系统的波长选择性偏振光变换元件之外的构成要素附加了与实施例1同样的符号。在本实施例中也以P偏振光为第1偏振方向的光，以S偏振光为第2偏振方向的光。
下面详细说明本实施例的波长选择性偏振光变换元件205的构成及光学作用。波长选择性偏振光变换元件205由与构成复眼透镜3、4的多个透镜单元对应地设置的、具有相互同样的结构的多个偏振光变换单元C构成。另外，在从各偏振光变换单元C的光入射面中的后述的波长选择性偏振光分离膜42的位置到其下侧的反射膜41为止的区域上，设置有用于遮挡光的入射的遮光板44。由此，光只从各偏振光变换单元C的入射面中的波长选择性偏振光分离膜42和配置在其上方的反射膜41之间的区域入射。此外，43表示相位差板。以下，将波长选择性偏振光分离膜42简记为偏振光分离膜。
偏振光分离膜42配置为其法线相对于光的入射方向(从图的左侧朝向右侧的方向)具有大于45度的角度，例如50度的倾斜。此外，反射膜41相对于偏振光分离膜42平行地配置。通过使偏振光分离膜42的法线倾斜大于45度的角度，可以使遮光板44较各偏振光变换单元C的光入射面中反射膜41的位置更延伸到下侧。由此，光只从入射面中反射膜41和偏振光分离膜42之间的区域入射到波长选择性偏振光变换元件205。
在实际中，在平行平板即玻璃或丙稀制的基板的表面作为多层膜形成偏振光分离膜42。此外，还薄膜状地形成相位差板43，且将之形成在从波长选择性偏振光变换元件205的出射面中的反射膜41的位置向上方向直到偏振光分离膜42的位置的区域。
另外，在本实施例中，也可以如图3所示的那样，在入射侧形成了偏振光分离膜42的基板的出射侧形成相位差板43。
在本实施例中，偏振光分离膜42具有对R带域和G带域的P偏振光的透过率为100％或者接近于100％(高于50％)、对B带域的P偏振光的透过率为0％或者接近于0％(低于50％)的特性。此外，偏振光分离膜42还具有对R带域和G带域的S偏振光的透过率为0％或者接近于0％(低于50％)、对B带域的S偏振光的透过率为100％或者接近于100％(高于50％)的特性。
另外，相位差板43是1/2波长板，具有使入射的线偏振光的偏振方向旋转90度的功能。
在这样构成的波长选择性偏振光变换元件205上，白色的无偏振光从图的左侧入射。该无偏振光中的R带域以及G带域的P偏振光在透过了偏振光分离膜42后，透过相位差板43被变换成S偏振光从波长选择性偏振光变换元件205出射。R带域以及G带域的S偏振光在偏振光分离膜42处反射，进而在反射膜41处反射并作为S偏振光从波长选择性偏振光变换元件205出射。B带域的P偏振光在偏振光分离膜42处反射，进而在反射膜41处反射并作为P偏振光从波长选择性偏振光变换元件205出射。B带域的S偏振光在透过了偏振光分离膜42后，透过相位差板43被变换成P偏振光从波长选择性偏振光变换元件205出射。
这样，入射到作为单一元件构成的波长选择性偏振光变换元件205的白色无偏振光被变换成R带域以及G带域的S偏振光和B带域的P偏振光从该元件205出射。由此，得到了与用实施例1说明过的例子同样的效果。
表1中给出了具有R带域以及G带域的P偏振光的透过率高、B带域的P偏振光的透过率低，R带域以及G带域的S偏振光的透过率低、B带域的S偏振光的透过率高的光学特性的偏振光分离膜42的多层膜构造的例子。在此，示出的是相当于与实施例1同样地层叠了2个膜部的偏振光分离膜的膜构造。作为第1膜部，与第1实施例同样地，使用了具有R带域、G带域以及B带域的P偏振光的透过率高、R带域以及G带域的S偏振光的透过率低、B带域的S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造。另外，作为第2膜部，使用了具有R带域以及G带域的P偏振光的透过率高、B带域的P偏振光的透过率低、R带域、G带域以及B带域的S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造。
作为玻璃基板使用了OHARA公司制造的LAL14。此外，表中的H、M、L以及H、M、L右侧的数字的意思也与实施例1相同。在本实施例中，也是作为高折射率层使用了TiO2、作为中折射率层使用了Al2O3、作为低折射率层使用了MgF2。
表1所示的偏振光分离膜42的膜构造例是层叠这些2个膜部并为了降低P偏振光以及S偏振光各自的透过带以及反射带的波纹而使膜厚最佳的例子。另外，第1～第32层相当于第1膜部，第33～44层相当于第2膜部。但是，因为是在层叠完这些膜部之后作为整体进行的最佳化，故并不完全清楚各膜部的光学特性。
此外，在图8中给出了表1所示的偏振光分离膜42的透过率特性的模拟仿真结果。在该图中，Tp50表示在使P偏振光以50度的入射角相对偏振光分离膜42入射时的透过率特性，Ts50表示在使S偏振光以50度的入射角相对偏振光分离膜42入射时的透过率特性。这样，对偏振光分离膜的入射角度并非是仅限定于45度。
另外，表1所示的玻璃基板的材料、薄膜的材料、各薄膜的顺序、层数以及膜厚只不过是一个例子，本发明的偏振光分离膜的构成并非仅限于此。
【实施例3】
在图9中示出了本发明的实施例3的使用了波长选择性偏振光变换元件的投射显示光学系统以及配备了该系统的液晶投影仪的构成。
从白色光源301出射的光束被抛物面反光镜302变换成平行光束出射。该平行光束被第1复眼透镜303分割成多个光束，各分割光束受到聚光。各分割光束被聚光到第2复眼透镜304、波长选择性偏振光变换元件305的附近，形成光源的像(二次光源像)。
复眼透镜303、304通过在二维方向配置多个透镜单元构成。各透镜单元具有与被照明面即后述的液晶面板相似形状的矩形的透镜形状。
出射于第2复眼透镜304入射到波长选择性偏振光变换元件305的光束是包含第1偏振方向的线偏振光即P偏振光和第2偏振方向的线偏振光的S偏振光的无偏振光。
波长选择性偏振光变换元件305将出射于第2复眼透镜304的各分割光束中的第1以及第2波长区域即R带域和G带域的光变换成P偏振光。此外，将第3波长区域即B带域的光变换成S偏振光。
从波长选择性偏振光变换元件305出射的R带域以及G带域的P偏振光和B带域的S偏振光被反射镜320反射。此后，多个分割光束被聚光透镜306聚光，经色分解合成光学系统307分别重叠地照明R带域、G带域以及B带域用的反射型液晶面板(R、G、B液晶面板)315、310、314。
色分解合成光学系统307具有反射透过了聚光透镜306的偏振光中的B带域和R带域的光、透过G带域的光的二向色反射镜308。透过了二向色反射镜308的G带域的偏振光透过第1偏振光光束分离器309，入射到反射型的G液晶面板310上。
来自G液晶面板310的图像光(偏振光)在第1偏振光光束分离器309反射，进而被波长选择性偏振光光束分离器311反射并通过投射透镜312投影在未有图示的屏幕上。这里，波长选择性偏振光光束分离器311透过R带域的S偏振光、反射G带域的S偏振光。另外，反射B带域的S偏振光、透过B带域的P偏振光。
另一方面，在二向色反射镜308处反射了的R带域以及B带域偏振光中的R带域的偏振光透过第2偏振光光束分离器313，B带域的偏振光被该第2偏振光光束分离器313反射。并且，从第2偏振光光束分离器313出射的R带域的偏振光以及B带域的偏振光分别到达反射型的R液晶面板315以及B液晶面板314上。
被R液晶面板315反射且调制过的R带域的偏振光被第2偏振光光束分离器313反射。此外，被B液晶面板314反射且调制过的B带域的偏振光透过第2偏振光光束分离器313。
此后，两波长带的光透过波长选择性偏振光光束分离器311，由投射透镜312投影到屏幕上。由此，可以在屏幕上显示RGB全彩色的投影图像。
下面，使用图10详细对前述的波长选择性偏振光变换元件305的构成以及光学作用进行说明。波长选择性偏振光变换元件305由与构成复眼透镜303、304的多个透镜单元对应地设置的、具有相互同样的结构的多个偏振光变换单元C构成。另外，在从各偏振光变换单元C的光入射面中的后述的波长选择性偏振光分离膜32的位置到其下侧的反射膜31的区域，设置有用于遮挡光的入射的遮光板34。由此，光只从入射面中波长选择性偏振光分离膜32和配置在其上方的反射膜31之间的区域入射到波长选择性偏振光变换元件305。此外，36表示相位差板。以下将波长选择性偏振光分离膜32简记为偏振光分离膜。
偏振光分离膜32相对于光的入射方向(从图的左侧朝向右侧的方向)具有45度的倾斜。此外，反射膜31相对于偏振光分离膜32平行地配置。还有，在实际中在平行平板即玻璃或丙稀制的基板的表面作为多层膜形成了偏振光分离膜32。
另外，薄膜状地形成相位差板36，且将之形成在从波长选择性偏振光变换元件305的出射面中的偏振光分离膜32的位置向下方向直到反射膜31的位置的区域。
另外，也可以如图3所示的那样，在入射侧形成偏振光分离膜32的基板的出射侧形成相位差板36。
作为本实施例的偏振光分离膜32使用了与实施例1同样的偏振光分离膜。此外，相位差板36也与实施例1的相位差板33同样地是1/2波长板，具有使入射的线偏振光的偏振方向旋转90度的功能。
在这样构成的波长选择性偏振光变换元件305上，白色的无偏振光从图的左侧入射。该无偏振光中的R带域以及G带域的P偏振光透过偏振光分离膜32从波长选择性偏振光变换元件305出射。R带域以及G带域的S偏振光在偏振光分离膜32处反射，进而在反射膜31处反射后，透过相位差板36被变换成P偏振光从波长选择性偏振光变换元件305出射。此外，B带域的P偏振光在偏振光分离膜32处反射，进而在反射膜31处反射了后，透过相位差板36被变换成S偏振光从波长选择性偏振光变换元件305出射。B带域的S偏振光透过偏振光分离膜32从波长选择性偏振光变换元件305出射。
这样，入射到作为单一元件构成的波长选择性偏振光变换元件305的白色无偏振光被变换成R带域以及G带域的P偏振光和B带域的S偏振光从该元件305出射。由此，得到了与用实施例1说明过的例子同样的效果。
在本实施例中，示出了对应偏振光分离膜32的光束的入射角度为45度的情况，但在本发明中，如实施例2那样，入射角度并非仅限定于45度。此外，形成偏振光分离膜的玻璃基板的材料、薄膜的材料、各薄膜的顺序、层数以及膜厚也并非仅限于与表1所示的实施例1同样的材料、数据等。
【实施例4】
在图11中，示出了本发明的实施例4的使用了波长选择性偏振光变换元件的投射显示光学系统以及配备了该系统的液晶投影仪的构成。
从白色光源401出射的光束被抛物面反光镜402变换成平行光束出射。该平行光束被第1复眼透镜403分割成多个光束，各分割光束受到聚光。各分割光束被聚光到第2复眼透镜404、波长选择性偏振光变换元件405的附近，形成光源的像(二次光源像)。
复眼透镜403、404通过在二维方向配置多个透镜单元构成。各透镜单元具有与被照明面即后述的液晶面板相似形状的矩形的透镜形状。
出射于第2复眼透镜404入射到波长选择性偏振光变换元件405的光束是包含第1偏振方向的线偏振光即P偏振光和第2偏振方向的线偏振光的S偏振光的无偏振光。
波长选择性偏振光变换元件405将出射于第2复眼透镜404的各分割光束中的第1以及第3波长区域即R带域和B带域的光变换成P偏振光。此外，将第2波长区域即G带域的光变换成S偏振光。
从波长选择性偏振光变换元件405出射的R带域以及B带域的P偏振光和G带域的S偏振光被聚光透镜406聚光。进而，多个分割光束被反射镜407反射，经色分解合成光学系统408分别重叠地照明在R带域、B带域以及G带域用的反射型液晶面板(R、G、B液晶面板)413、414、411上。
色分解合成光学系统408具有透过偏振光中的R带域和B带域的光、反射G带域的光的偏振光光束分离器409。在偏振光光束分离器409处反射了的G带域的偏振光透过玻璃块410入射到反射型的G液晶面板411上。
来自G液晶面板411的图像光(偏振光)透过玻璃块410、透过偏振光光束分离器409由投射透镜415投影到未图示的屏幕上。
另一方面，透过了偏振光光束分离器409的B带域以及R带域偏振光中的B带域的偏振光在二向色棱镜412处反射，R带域的偏振光则透过该第二向色棱镜412。并且，从二向色棱镜412出射的B带域的偏振光以及R带域的偏振光分别到达反射型的B液晶面板414以及R液晶面板413。
被B液晶面板414反射且调制过的B带域的偏振光被二向色棱镜412反射。此外，被R液晶面板413反射且调制过的R带域的偏振光透过二向色棱镜412。此后，两波长带的光在偏振光光束分离器409处反射，由投射透镜415投影到屏幕上。由此，可以在屏幕上显示RGB全彩色的投射图像。
下面，使用图12详细对前述的波长选择性偏振光变换元件405的构成以及光学作用进行说明。波长选择性偏振光变换元件405由与构成复眼透镜403、404的多个透镜单元对应地设置的、相互具有同样构成的多个偏振光变换单元C构成。另外，各偏振光变换单元C的光入射面中的后述的波长选择性偏振光分离膜52的位置到其下侧的反射膜51位置为止的区域，设置有用于遮挡光的入射的遮光板54。由此，光只从入射面中的偏振光分离膜52和配置在其上方的反射膜51之间的区域入射到波长选择性偏振光变换元件405。此外，53表示相位差板。
偏振光分离膜52相对于光的入射方向(从图的左侧朝向右侧的方向)具有45度的倾斜。此外，反射膜51相对于偏振光分离膜52平行地配置。另外，在实际中是在平行平板即玻璃或丙稀制的基板的表面作为多层膜形成了偏振光分离膜52。
另外，还薄膜状地形成有相位差板53，且将之形成在从波长选择性偏振光变换元件405的出射面中的偏振光分离膜52的位置向上方向直到反射膜51的位置的区域。
另外，也可以如图3所示的那样，在入射侧形成有偏振光分离膜52的基板的出射侧形成相位差板53。
本实施例的偏振光分离膜52具有对R带域和B带域的P偏振光的透过率为100％或者接近于100％(高于50％)、对G带域的P偏振光的透过率为0％或者接近于0％(低于50％)的特性。此外，偏振光分离膜52还具有对R带域和B带域的S偏振光的透过率为0％或者接近于0％(低于50％)、对G带域的S偏振光的透过率为100％或者接近于100％(高于50％)的特性。
另外，相位差板53是1/2波长板，具有使入射的线偏振光的偏振方向旋转90度的功能。
在这样构成的波长选择性偏振光变换元件405上，白色的无偏振光从图的左侧入射。该无偏振光中的R带域以及B带域的P偏振光透过偏振光分离膜52从波长选择性偏振光变换元件405出射。R带域以及B带域的S偏振光在偏振光分离膜52处反射，进而在反射膜51处反射了后，透过相位差板53被变换成P偏振光从波长选择性偏振光变换元件405出射。G带域的P偏振光在偏振光分离膜52处反射，进而在反射膜51处反射了后，透过相位差板53被变换成S偏振光从波长选择性偏振光变换元件405出射。G带域的S偏振光透过偏振光分离膜52从波长选择性偏振光变换元件405出射。
这样，入射到作为单一元件构成的波长选择性偏振光变换元件405的白色无偏振光被变换成R带域以及B带域的P偏振光和G带域的S偏振光从该元件405出射。由此，可以得到与通过实施例1说明过的例子同样的效果。
在表1中示出了具有对R带域以及B带域的光P偏振光的透过率高、S偏振光的透过率低，对G带域的光P偏振光的透过率低、S偏振光的透过率高的光学特性的偏振光分离膜52的多层膜构造。
在此，给出了相当于与实施例1同样地层叠了2个膜部的偏振光分离膜的膜构造。作为第1膜部，使用了具有R带域、G带域以及B带域的P偏振光的透过率高，R带域以及B带域的S偏振光的透过率低，G带域的S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造。作为第2膜部，使用了具有R带域以及B带域的P偏振光的透过率高，G带域的P偏振光的透过率低，R带域、G带域以及B带域的S偏振光的透过率高的光学特性的膜构造。
作为玻璃基板，使用了OHARA公司制造的PBH56。此外，表中的H、M、L以及H、M、L右侧的数字的意思与实施例1相同。
在本实施例中，也是作为高折射率层使用了TiO2、作为折射率层使用了Al2O3、作为低折射率层使用了MgF2。
表1所示的偏振光分离膜52的膜构造例是层叠这些2个膜部并为了降低P偏振光以及S偏振光各自的透过带以及反射带的波纹而使膜厚最佳的例子。另外，第1～第28层相当于第1膜部，第29～52层相当于第2膜部。但是，因为是在层叠完这些膜部之后作为整体进行的最佳化，故并不完全清楚各膜部的光学特性。
此外，在图13中示出了表1所示的偏振光分离膜52的透过率特性的模拟仿真结果。在该图中，Tp45表示在使P偏振光以45度的入射角相对偏振光分离膜52入射时的透过率特性，Ts45表示在使S偏振光以45度的入射角相对偏振光分离膜52入射时的透过率特性。
另外，如用实施例2说明过的那样，对偏振光分离膜52的入射角度并非仅限定于45度。此外，玻璃基板的材料、薄膜材料、各薄膜的顺序、层数以及膜厚也并非仅限于表1所示的那样。
【实施例5】
在图14中，示出了本发明的实施例5的使用了波长选择性偏振光变换元件的投射显示光学系统以及配备了该系统的液晶投影仪的构成。
从白色光源501出射的光束被抛物面反光镜502变换成平行光束出射。该平行光束被第1复眼透镜503分割成多个光束，各分割光束受到聚光。各分割光束被聚光到第2复眼透镜504、波长选择性偏振光变换元件505的附近，形成光源的像(二次光源像)。
复眼透镜503、504通过在二维方向配置多个透镜单元构成。各透镜单元具有与被照明面即后述的液晶面板相似形状的矩形的透镜形状。
出射于第2复眼透镜504入射到波长选择性偏振光变换元件505的光束是包含第1偏振方向的线偏振光即S偏振光和第2偏振方向的线偏振光即P偏振光的无偏振光。
波长选择性偏振光变换元件505将出射于第2复眼透镜504的各分割光束中的第1以及第3波长区域即R带域和B带域的光变换成S偏振光。此外，将作为第2波长区域的G带域的光变换成P偏振光。
从波长选择性偏振光变换元件505出射的R带域以及B带域的S偏振光和G带域的P偏振光被聚光透镜506聚光。进而，由聚光透镜506聚光的多个分光光束经色分解合成光学系统522分别重叠地照明R带域、G带域以及B带域用的透过型液晶面板(以下称之为R、G、B液晶面板)510、521、519。
色分解合成光学系统522具有透过R带域光、反射B带域以及G带域的光的第1二向色反射镜507。透过了该二向色反射镜507的R带域的偏振光在反射镜508处反射，经由场镜509入射R液晶面板510。被R液晶面板510调制过的光(图像光)在二向色棱镜511处改变90度行进方向，由投射透镜512投影到未图示的屏幕上。
另一方面，在第1二向色反射镜507处反射了的B带域的偏振光以及G带域的偏振光中的G带域的偏振光在第2二向色反射镜513处反射，B带域的偏振光则透过该第二向色反射镜513。在第2二向色反射镜513处反射了的G带域的偏振光透过场镜520，入射到G液晶面板521上。经由G液晶面板521调制过的光透过二向色棱镜511，由投射透镜512投影到屏幕上。
此外，透过了第2二向色反射镜513的B带域的偏振光经由中继透镜514、516、反射镜515、517以及场镜518入射到B液晶面板519。受到B液晶面板519调制的光(图像光)在二向色棱镜511处被改变90度行进方向，由投射透镜512投影到屏幕上。由此，可以在屏幕上显示RGB全彩色的投射图像。
下面，使用图15详细对前述的波长选择性偏振光变换元件505的构成以及光学作用进行说明。波长选择性偏振光变换元件505由与构成复眼透镜503、504的多个透镜单元对应地设置的、相互具有同样构成的多个偏振光变换单元C构成。另外，在从各偏振光变换单元C的光入射面中的后述的波长选择性偏振光分离膜52的位置到设置在其下侧的反射膜51位置的区域，设置有用于遮挡光的入射的遮光板54。由此，光只从入射面中的波长选择性偏振光分离膜52和配置在其上方的反射膜51之间的区域入射到波长选择性偏振光变换元件505。此外，56表示相位差板。另外，以下将波长选择性偏振光分离膜52简记为偏振光分离膜。
偏振光分离膜52相对于光的入射方向(从图的左侧朝向右侧的方向)具有45度的倾斜。此外，反射膜51相对于偏振光分离膜52平行地配置。另外，在实际中在平行平板即玻璃或丙稀制的基板的表面作为多层膜形成了偏振光分离膜52。
此外，还薄膜状地形成有相位差板56，并将该相位差板56形成在从波长选择性偏振光变换元件505的出射面中的偏振光分离膜52的位置向下方向直到反射膜51的位置为止的区域上。
另外，也可以如图3所示的那样，在入射侧形成有偏振光分离膜52的基板的出射侧形成相位差板56。
作为本实施例的偏振光分离膜52使用了与实施例4同样的偏振光分离膜。此外，相位差板56也与实施例4的相位差板53同样地是1/2波长板，具有使入射的线偏振光的偏振方向旋转90度的功能。
这样，入射到作为单一元件构成的波长选择性偏振光变换元件505的白色无偏振光被变换成R带域以及B带域的S偏振光和G带域的P偏振光从该元件505出射。
另外，如用实施例2说明过的那样，对偏振光分离膜52的入射角度并非仅限定于45度。此外，玻璃基板的材料、薄膜材料、各薄膜的顺序、层数以及膜厚也并非仅限于表1所示的那样。
在此，在使用了以往的偏振光变换元件和透过型液晶面板的构成中，在图14所示的场镜520和G液晶面板521之间配置了使入射的线偏振光的偏振方向旋转90度的相位板。这是因为通过使G带域成为P偏振光，R、B带域成为S偏振光，可以抑制在二向色棱镜处的光的损失。
与之相对，通过使用本实施例的波长选择性偏振光变换元件505，即使是不在场镜520和G液晶面板521之间配置相位板也可以实现与之同样的效果。另外，在本实施例中，对分别将液晶面板510、519、521作为R带域用、B带域用以及G带域用的情况进行了说明，但液晶面板的配置和带域的组合是哪一种的情况均可以。
如以上说明过的那样，根据上述各实施例，利用具有通过各实施例说明过的特性的光分离膜和相位差板的作用，可以使第1到第3波长区域中2个波长区域的光和其他波长区域的光作为具有相互不同偏振方向的偏振光出射。由此，可以实现作为具有波长选择性偏振光变换功能的单一元件的偏振光变换元件。
因而，可以不经由以往的波长选择性相位差板从同一光路将来自该偏振光变换元件的上述的2个波长区域的光中一方的光和上述其他波长区域的光导向偏振光光束分离器。即，在该情况下也可以通过偏振光光束分离器依照偏振方向分离这些波长区域的光。因此，与以往相比，可以减少使用偏振光光束分离器进行色分离、将第1到第3波长光分别导向对应的图像形成元件的投射显示光学系统或图像投射装置的光学部件个数。
此外，由于不需要波长选择性相位差板，因此也不需要支撑或冷却它的构造，可以简化图像投射装置的构造。
另外，作为波长选择性偏振光变换元件，也可以采用利用上述各实施例说明过的构成之外的构成。可以将R、G、B中任何1个的波长区域光变换成P偏振光、其他的2个波长区域的光变换成S偏振光，或者将任何1个的波长区域光变换成S偏振光、其他的2个波长区域的光变换成P偏振光。使用该波长选择性偏振光变换元件也可以采用通过上述各实施例说明过的构成之外的构成。
另外，在本实施例中，对作为图像形成元件使用反射型液晶面板或透过型液晶面板的情况进行了说明，但在本发明中，也可以使用其他的图像形成元件，如DMD(数字·微镜·器件)。
表1
Figure C200610164180D00301

Claims (9)

1.一种波长选择性偏振光变换元件，将包含第1波长区域的光、第2波长区域的光以及第3波长区域的光的无偏振光变换成偏振光，所述波长选择性偏振光变换元件的特征在于包括：
偏振光分离膜，该偏振光分离膜具有利用透过以及反射作用分离光的功能，具有对于第1偏振方向的光以及与该第1偏振方向正交的第2偏振方向的光的透过率依照波长区域分别在高于50％的透过率和低于50％的透过率之间变化的特性；和
相位差板，该相位差板在上述第1偏振方向和上述第2偏振方向之间变换由上述偏振光分离膜透过或者反射后的光的偏振方向，
这里，上述偏振光变换元件将上述第1、第2以及第3波长区域中的2个波长区域的光作为具有上述第1以及第2偏振方向中的一个偏振方向的偏振光出射，将上述第1、第2以及第3波长区域中的上述2个波长区域的光以外的其他波长区域的光作为具有上述第1以及第2偏振方向中的另一个偏振方向的偏振光出射，
上述第1波长区域的光是红带域的光，上述第2波长区域的光是绿带域的光，上述第3波长区域的光是兰带域的光，
上述偏振光分离膜具有如下的光学特性：对于上述第1偏振方向的光，在上述2个波长区域中的透过率高于50％，在其他波长区域中的透过率低于50％，且对于上述第2偏振方向的光，在上述2个波长区域中的透过率低于50％，在其他波长区域中的透过率高于50％的光学特性。
2.根据权利要求1所述的偏振光变换元件，其特征在于：
使上述2个波长区域中的上述第1偏振方向的光透过上述偏振光分离膜，由上述相位差板变换成上述第2偏振方向的光并出射，把上述2个波长区域中的上述第2偏振方向的光由上述偏振光分离膜反射并出射，
把上述其他波长区域中的上述第1偏振方向的光由上述偏振光分离膜反射并出射，使上述其他波长区域中的上述第2偏振方向的光透过上述偏振光分离膜，由上述相位差板变换成上述第1偏振方向的光并出射。
3.根据权利要求1所述的偏振光变换元件，其特征在于：
使上述2个波长区域中的上述第1偏振方向的光透过上述偏振光分离膜并出射，把上述2个波长区域中的上述第2偏振方向的光由上述偏振光分离膜反射并由上述相位差板变换成上述第1偏振方向的光并出射；
把上述其他波长区域中的上述第1偏振方向的光由上述偏振光分离膜反射并由上述相位差板变换成上述第2偏振方向的光并出射，使上述其他波长区域中的上述第2偏振方向的光透过上述偏振光分离膜并出射。
4.根据权利要求1所述的偏振光变换元件，其特征在于包括：
反射面，反射由上述偏振光分离膜反射后的光并使之朝向该偏振光变换元件的出射方向。
5.一种照明光学系统，其特征在于包括：
权利要求1到4中任一项所述的偏振光变换元件，该偏振光变换元件将包含从光源出射的上述第1、第2以及第3波长区域的光的无偏振光变换成偏振光。
6.一种投射显示光学系统，其特征在于包括：
照明光学系统，包含：权利要求1到4中任一项所述的偏振光变换元件，该偏振光变换元件将包含从光源出射的上述第1、第2以及第3波长区域的光的无偏振光变换成偏振光；
色分解合成光学系统，将来自上述照明光学系统的上述第1、第2以及第3波长区域的光分别导向第1、第2以及第3图像形成元件，并合成来自该第1、第2以及第3图像形成元件的光；和
投射透镜，投射该合成后的光。
7.根据权利要求6所述的投射显示光学系统，其特征在于：
上述照明光学系统具有：
透镜阵列，将上述无偏振光分割成多个光束；
上述波长选择性偏振光变换元件；和
聚光透镜，对来自该波长选择性偏振光变换元件的光束进行聚光。
8.一种图像投射装置，其特征在于包括：
权利要求6所述的投射显示光学系统；
驱动电路，基于所输入的图像信号驱动上述第1、第2以及第3图像形成元件。
9.一种图像显示系统，其特征在于具有：
权利要求8所述的图像投射装置；
图像供给装置，对该图像投射装置供给图像信号。
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