图像投影装置 【技术领域】
本发明涉及显示图像并进行投影的图像投影装置。具体地说，涉及使用根据像素的角度调制来显示图像的反射型显示元件的图像投影装置。
背景技术
根据像素的角度调制显示图像的反射型显示元件，在图像投影装置被广泛使用。这样的图像投影装置中，具备：用于引导照明光到显示元件的照明光学系统；将来自显示元件的图像的光投影的投影光学系统。
但是，为了防止照明光学系统遮蔽显示图像的光，投影光学系统遮蔽照明光，照明光学系统及投影光学系统，不能配置在照明光和投影光分离地光路上。而且，为了实现图像投影装置整体的小型化，希望将照明光和投影光在狭窄的空间内分离。
因此，例如专利文献1[特开平8-254662号公报(公开日：1996年10月1日)]的光投影系统(图像投影装置)，在显示元件的附近设置滤光镜，通过该滤光镜将光束收敛，促进投影光和照明光的分离。
另外，使用像素的偏转轴与显示区域的长边及短边形成45°角的显示元件的图像投影装置，将具有空气隙的TIR棱镜配置在显示元件之前。这样的图像投影装置，通过选择照明光和投影光的其中一个作为全反射，可以将照明光和投影光分离。
但是，具备滤光镜的图像投影装置中，在滤光镜的界面容易产生反射。因此，由于反射，造成重影的产生及对比度的下降。因此，这样的图像投影装置，不能得到足够的图像品质。
另外，具备像素的偏转轴与显示区域的边形成45°角的反射型显示元件和TIR棱镜的图像投影装置，已经实用化。但是，由于TIR棱镜价格高，图像投影装置的成本变高。另外，这样的图像投影装置中，TIR棱镜的空气隙面中的光量损失大。因此，为了提供足够亮度的图像，必须要有高输出的光源。
【发明内容】
本发明是针对上述的问题点提出的，其目的是不使用滤光镜和TIR棱镜，也能获得照明光和投影光的良好分离的图像投影装置。
本发明的图像投影装置，具备：具有像素并根据该像素的角度调制显示图像的反射型显示元件；和供给照亮显示元件的照明光的光源；将来自光源的照明光引导至显示元件的照明光学系统；将显示来自显示元件的图像的光投影的投影光学系统。
接着，本发明的图像投影装置中，像素的偏转轴与显示元件的矩形的显示区域的长边平行，投影光学系统的入射光瞳从显示区域的中心的法线变位到与显示区域的短边平行的方向，满足下面的条件式(1)和条件式(2)。
L·{tan[tan-1(tanα+d2·H)-θ]+tan[tan-1(tanα-d2·H)-θ+2·χ]}>d]]>……条件式(1)
sinθ＞0.13 …条件式(2)
其中，将显示元件的显示区域的法线方向作为基准方向，
L表示从显示元件的显示区域在光路上到离显示元件的显示区域中最近的光学部件在基准方向上的距离；
α表示显示元件的显示区域的中心到投影光学系统的入射光瞳的中心的方向和基准方向所形成的角度；
d表示显示元件的显示区域的短边长度；
H表示从显示元件的显示区域到投影光学系统的入射光瞳在基准方向上的距离；
θ表示在显示元件的显示区域的短边平行方向上，照明光学系统和投影光学系统的数值孔径的反正弦；
χ表示相对显示元件的显示面的像素偏转角。
这样的图像投影装置中，显示元件中的像素偏向轴与显示区域的长边平行。因此，照明光和投影光引导到与显示区域的长边垂直的方向。而且，投影光学系统的入射光瞳变位到与显示区域的短边平行的方向，可以使投影光对照明光偏转的程度变大。因此，促进照明光和投影光的分离。
条件式(1)，表示使照明光和投影光分离的条件。因此，如果满足该条件，则照明光和投影光能可靠分离。另外，通过满足条件式(2)，照明光学系统朝向显示元件的照明光和显示元件朝向投影光学系统的投影光的数值孔径变大。因此，能确保两光学系统间充分的能量传递效率。
另外，本发明的图像投影装置，也可以具备：具有像素并根据该像素的角度调制显示图像的反射型显示元件；提供照明显示元件的照明光的光源；来自光源的照明光引导到照明光学系统；具有多个曲面镜子，将来自表示显示元件的图像的光投影的投影光学系统。
然后，这样的图像投影装置中，像素的偏向轴，一方面与显示元件的矩形显示区域的长边平行，而且，投影光学系统的入射光瞳位于从显示区域的中心的法线变位到与显示区域的短边平行的方向上的位置。而且，照明光学系统的出射光瞳位于从显示区域的中心的法线变位到在与显示区域的短边平行的方向上与投射光学系统的入射光瞳的变位方向的对面方向上的位置，该照明光学系统可配置成：使表示来自显示元件的图像的光导通到投影光学系统的入射光瞳。
本发明的上述目的及其它目的和特征，下面参考附图对最佳实施例的说明，变得更加清晰。
【附图说明】
图1是表示第1实施例的图像投影装置的整体光学构成。
图2是表示上述图像投影装置的光学构成的主要部分。
图3是表示显示元件的一个像素的照明光的反射的样子的示意图。
图4是表示显示元件的显示区域和一部分的像素。
图5上述图像投影装置中可能采用的其它的显示元件及其显示区域。
图6是表示，从显示元件的显示区域的下端到达投影光学系统的入射光瞳的投影光中的最下面的光线，和从照明光学系统到达显示区域的上端的照明光中的最上面的光线的示意图。
图7表示投影光学系统的入射光瞳的方向和投影光和照明光的主光线的分离角的关系。
图8A是说明产生多余光的状态的像素排列，造成对比度低的理由的图。
图8B是说明为了防止对比度低，在第2实施例的图像投影装置中采用的设定的说明图。
图9是表示第2实施例的图像投影装置的光学构成的主要部分的图。
【具体实施方式】
第1实施例
以下，针对本发明的实施例，参考图面进行说明。图1表示第1实施例的图像投影装置1的整体的光学构成。图2表示第1实施例的图像投影装置1的光学构成的主要部分。
本实施例的图像投影装置1，具有：光源10；照明光学系统20；反射型的显示元件30；投影光学系统40；屏幕50。
光源10，包括发白光的灯泡11和旋转椭圆面的反光镜12，提供用于照亮显示元件30的照明光。
然后，灯泡11位于反光镜12的第1焦点上，灯泡11发出的光在反光镜12反射，光线聚集在第2焦点。
照明光学系统20，包括：色轮21；积分条22及中继光学系统23。
然后，色轮具有分别选择通过红色(R)光、绿色(G)光、蓝色(B)光的滤光膜。该色轮21通过旋转，将任意一个滤光膜置于来自光源10的照明光的光路上，使照明光成为R光，G光，或B光。
另外，后面将进行详细说明，显示元件30将一个像素分成R分量，G分量，B分量，与色轮21的旋转同步进行显示。因此，图像投影装置1可提供时间分割显示的彩色图像。
积分条22是具有与显示元件30的显示区域(显示像的范围)相似的矩形截面的四角柱状的透明材料。而且，积分条22的一个端面的中心位于反光镜12的第2焦点上，侧面放置成与反光镜12的第1焦点和第2焦点连接的直线平行。
然后，通过色轮21的来自光源10的照明光，透过入射端面进入积分条22的内部，在侧面全反射，到达出射端面。该场合，积分条22的入射端面与照明光的入射角有各种各样，相对于入射端面的入射角对应的次数而在侧面全反射的各种各样的光线到达出射端面上的所有部位，出射端面上的照明光的强度分布均匀。
另外，也可采用由透镜阵列构成的积分器来代替积分条22。该场合，作为反光镜12，使用旋转载物面，使来自光源10的照明光成为平行光。
中继光学系统由3个透镜组成，将来自积分条22的照明光引导 进显示元件30。中继光学系统23令积分条22的出射端面和包含显示元件30的显示区域的中心的平面为光学共扼，在该平面上形成积分条22的出射端面的像。
另外，显示元件30的显示面与来自中继光学系统的照明光的主光线不正交。但是，包含显示面的平面上的照明范围近似为矩形的显示区域的形状，该显示区域均匀地被照亮。另外，中继光学系统23将照明范围设定为比显示元件30的显示区域稍大。因此，显示区域外的照明光变少，照明效率提高。
而且，也可以在从光源10到显示元件30的光路上放置反射镜。例如，也可以在显示元件30和中继光学系统23的最靠近显示元件30侧的透镜间放置反射镜，也可以在中继光学系统23的最靠近30侧的透镜及其它透镜之间放置反射镜。这样的构成，例如，反射镜光源10侧的光路被扭曲到与图1及图2的纸面成垂直方向。于是，可抑制图像投影装置的高度尺寸和厚度。
反射型的显示元件30具有2维排列的多个像素。然后，显示像素30通过像素的角度调制显示图像，反射照明光，成为表现显示图像的光(投影光)。另外，作为通过像素的角度调制显示图像的元件，例如有德州仪器公司的数字微镜器件(DMD：Digital Micro-mirrorDevice)。
投影光学系统40，包括球面、旋转对称非球面或自由曲面的4个镜子41、43、44、45和1个透镜42。然后，投影光学系统40，将来自显示元件30的投影光引导到屏幕50，投影光的显示图像的放大像在屏幕50上形成。另外，4个镜子中在最靠近显示元件侧的曲面镜41是凹面，从显示元件侧开始的第2个曲面镜43是凸面。另外，透镜42放置在曲面镜41和曲面镜43之间。另外，曲面镜44、45是自由曲面。
屏幕50是透过型，与图像的观察者从相反的方向接收投影光。而且，投影光的主光线(来自显示元件30的显示区域的中央像素的中央光线)对屏幕50的入射角，变大成大约70°左右。另外，图像投影装置1，虽然提供大的图像，但是在前后的方向上很薄。
反射型的显示元件30，具有2维排列的多个方向可变的微小的像素，由各像素表示图像的一个点。各像素将与作为显示元件30整体的显示面平行的偏转轴作为中心，以正反两方向改变方向(偏转)。像素的偏转角χ例如是±12°。
图3是表示1个像素31的照明光的反射的情况。如该图3所示，相对于显示元件30的照明光的入射角是一定的，但是根据像素31的方向，产生前进方向不同的两个反射光。另外，反射光的其中一个成为表示图像的光(投影光)，另外一个成为多余光。然后，多余光不入射到投影光学系统，而是被舍弃掉。本实施例的图像投影装置1中，将与照明光的角度差小的反射光作为投影光。
显示元件30具有大小为10.5mm×18.6mm的矩形的显示区域。另外，显示元件30的各像素31是其中一条边为0.014mm的正方形，具有与相对的两条边平行并通过其它两条边的中点的偏转轴。然后，全部的像素31放置成偏转轴与显示元件30的显示区域的长边平行。
图4是表示显示元件30的显示区域30a和一部分的像素31。接着，在图4中，32表示像素31的偏转轴。下面，如图4所示，将通过显示区域30a，并与显示区域30a的长边平行的轴定为x轴；将通过显示区域30a，并与显示区域30a的短边平行的轴定为y轴。另外，x轴，y轴的正方向如图所示。而且，将通过显示区域30a的中心，与x轴和y轴垂直的轴定为z轴。z轴的正方向是垂直图4的纸面向外。
另外，这里，举了包含全部像素31的显示区域30a的显示元件作为例子，但是并不是限定于此。也可以使用显示区域30a和像素31的关系不同的其他显示元件。例如，如图5所示，使用偏转轴32在像素31的对角方向上，像素31的排列的边缘与各像素31的边平行的显示元件30，其中的一部分可作为显示区域30a利用。关键是相对于显示区域30a的长边，各像素31的偏向轴32平行即可。
投影光学系统40，在入射侧(显示元件30侧)是远心的光学系统。因此，该入射光瞳位于无限远。但是，虽然投影光学系统40的入射光瞳与显示元件30的显示区域30a平行，但是其中心从在显示区域30a的中心的法线上，变位到与显示区域30a的短边平行的方向。
具体地说，投影光学系统40的入射光瞳的中心，在x＝0的平面上，且在y＞0，z＞0的范围内。接着，连接显示区域30a的中心及投影光学系统40的入射光瞳的中心的直线，与显示区域30a的中心的法线所成的角度是4°。
另外，在这里，虽然与显示面的法线相对的投影光学系统的入射光瞳的方向的倾斜角为4°，也可以是其它值。但是，如果该倾斜角太小的场合，照明光和投影光的分离变得困难；倾斜角太大的场合，成像性能降低。因此，投影光学系统40的入射光瞳方向的倾斜角最好设为4°～20°。
照明光学系统20，设置成使来自显示元件30的投影光通过投影光学系统40的入射光瞳。然后，照明光学系统20的出射光瞳的中心位于x＝0，y＜0，z＞0的范围内。更具体地说，连接显示元件30的显示区域30a的中心和照明光学系统20的出射光瞳中心的直线，对显示元件30的显示面的法线形成28°角。因此，照明光的主光线和投影光的主光线形成的角为32°。
另外，这里，虽然照明光的主光线和投影光的主光线所成的角为32°，但是也可以是其它值。但是，如果该角度太小，投影光和照明光的分离变得困难。因此，照明光的主光线和投影光的主光线所形成的角最好为30°以上。
另外，照明光学系统20，配合投影光学系统，出射侧(显示元件30侧)设为远心光学系统。在斜照明中这样设为远心在减少照度分布差别方面是有用的。但是，照明光学系统20，不一定完全是远心的光学系统。如果引导至显示区域30a的中心的照明光的主光线和引导至显示区域30a的周围部分的照明光的主光线之间的角度差为±5°以内，就可以容许。
但是，投影光学系统及照明光学系统20的数值孔径(NA)是0.14，相当于F3.5。另外，从显示元件30的显示区域30a，到显示区域30a最近的光学部件，即投影光学系统40的镜子41与显示元件最近的地方的距离(显示元件30的显示面的法线方向的距离)是75mm。因此，可以在确保大的数值孔径的同时，能完全分离投影光和照明光。
也可以将数值孔径设为其它值。但是，如果数值孔径太小，则从照明光学系统20到投影光学系统40的能量传递效率低，如果太大，则投影光学系统40的成像性能低。因此，照明光学系统20及投影光学系统40的数值孔径最好为0.13～0.25。
本实施例的图像投影装置1，具备像素31的偏转轴与矩形的显示区域30a的长边平行的反射型显示元件30，根据像素31的角度调制显示图像。然后，这样的图像投影装置1，通过满足下式1〔条件式(1)〕，能在照明光和投影光分离的光路上，可靠放置照明光学系统和投影光学系统40。
L·{tan[tan-1(tanα+d2·H)-θ]+tan[tan-1(tanα-d2·H)-θ+2·χ]}>d]]>…式1
而且，通过满足式2〔条件式(2)〕，能确保照明光学系统20和投影光学系统40之间良好的能量传递效率。
sinθ＞0.13 …式2
这里，各参数定义如下。
L：从显示元件的显示区域在光路上到显示元件的显示区域中最近的光学部件在显示区域的法线方向的距离；
α：从显示元件的显示区域的中心到投影光学系统的入射光瞳的中心的方向和显示区域的法线方向所成的角度；
d：显示元件的显示区域的短边的长度；
H：从显示元件的显示区域到投影光学系统的入射光瞳，在显示区域的法线方向上的距离；
θ：在显示元件的显示区域的短边平行方向上，照明光学系统和投影光学系统的数值孔径的反正弦；
χ：相对显示元件的显示面的像素的偏转角。
若更详细的说明，则L是表示从显示元件的显示区域侧在光路上到与显示区域的光学部件的与显示元件最近的地方的，在显示区域的法线方向上的距离。H是，从显示元件的显示区域到投影光学系统的入射光瞳的中心的，在显示区域的方向上的距离。另外，投影光学系统和投影光学系统的数值孔径不一样的场合，θ是小的数值孔径的反正弦。
图6表示从显示元件30的显示区域30a的长边方向(x轴方向)看的示意图。在该图6中，从显示区域30a的下端到达投影光学系统的入射光瞳的投影光中，最下面的光线设为L1，从照明光学系统20到达显示区域30a的上端的照明光中，最上面的光线设为L2。另外，将显示区域30a的短边方向(y轴方向)称为上下方向，y轴的正侧称为上，负侧称为下。
接着，如图6所示，式1表示光学部件位于比光线L1和光线L2的交点更远离显示区域30a(图6的带斜线的范围内)的位置。
另外，式1中的d/(2·H)项，表示远心程度。因而，完全远心的光学系统中，该项d/(2·H)为0。因此，式1变成式3。另外，远心的程度为反正切±5°以内，构成实际的光学系统时，使用式3[条件式(3)]代替式1也不会有什么特别的问题。
L·[tan(α-θ)+tan(α-θ+2·χ]＞d …式3
然而，不使用滤光镜和TIR棱镜，在倾斜投影光学系统的入射光瞳的方向(改变入射光瞳的位置)的场合，如果该倾斜角大，则投影光学系统的成像性能难以获得，反之，如果小，则不能同时确保充分的数值孔径及投影光和照明光的分离。
一般的图像投影装置中，显示元件的像素的偏转轴对显示区域的长边及短边形成45°的构成。但是，这样的构成，如本实施例的图像投影装置1，像素31的偏转轴32与显示区域30a的长边平行构成，可减小分离投影光和照明光所必须的投影光学系统40的入射光瞳的倾斜角。因此，设定为大的数值孔径的同时，可方便将投影光学系统40和照明光学系统20进行布局，可确保高传递效率。下面，针对该点进行说明。
本实施例的图像投影装置1中，像素的偏转轴与显示区域的长边平行，投影光学系统的入射光瞳变位到与显示区域的短边平行的方向(与偏转轴垂直的方向)。该构成的场合，从显示元件的显示区域的中心朝投影光学系统的入射光瞳的中心方向的矢量(称为：投影光学系统的入射光瞳方向矢量)vP，成为式4，生成投影光的像素的法线方向的矢量vDon成为式5。
vP=0sinαcosα]]>…式4
vDon=0-sinχcosχ]]>…式5
另外，为了成为高效率的光学系统，投影光学系统的入射光瞳和照明光学系统的出射光瞳，如果位置设定在同一光轴上，则投影光的主光线和照明光的主光线所成的角γ满足由式4，式5得到的式6的关系。其结果，式7成立。
cos(γ2)=-sinχ·sinα+cosχ·cosα]]>…式6
γ＝2·cos-1(-sinχ·sinα+cosχ·cosα) …式7
另一方面，像素的偏转轴与显示区域的长边及短边形成45°的构成中，生成投影光的像素的法线的方向矢量vDon，变成式8。
vDon=sinχ2-sinχ2cosχ]]>…式8
另外，为了获得高效率的光学系统，如果将投影光学系统的入射光瞳和照明光学系统的出射光瞳的位置设定在同一光轴上，则投影光和照明光的主光线分离角γ，满足由式4、式8得到的式9的关系。其结果是式10成立。
cos(γ2)=-12·sinχ·sinα+cosχ·cosα]]>式9
γ=2·cos-1(-12·sinχ·sinα+cosχ·cosα)]]>式10
这里，图7中，表示投影光学系统的入射光瞳的方向倾斜角α和投影光及照明光的主光线的分离角γ的关系。图7中，γ90是像素的偏转轴与显示区域的长边平行的构成，γ45相当于以前的DMD，相对于长边及短边形成45°的构成。另外，像素的偏转角χ都是12°。
根据图7，入射光瞳的方向倾斜角α为相同的场合，如本实施例的图像投影装置1，像素的偏转轴与显示区域的长边平行的构成中，主光线分离角γ变大。即，若数值孔径相同，则使像素的偏转轴与显示区域的长边平行，即使将投影光学系统的入射光瞳的倾斜角α减小，也可以容易布局。因此，本实施例的图像投影装置1，可容易使投影图像的成像状态变好。
因此，即使是投影光学系统的入射光瞳的方向倾斜角α为相同的场合，将像素的偏转轴与显示区域的长边平行的构成在即使将数值孔径变大的情况下也可以容易布局，进而，图像投影装置1可使能量传递效率变高，容易提供明亮的投影图像。
但是，本实施例的投影光学系统40，通过使用多个曲面镜放大图像，投影到屏幕50上。这样的投影光学系统40中，为了不使入射到曲面镜并反射的光束重叠，设置了曲面镜使光束的中心光线弯曲。
另外，一般地，到反射面的入射角越小，由于镜子偏心的程度小，光学系统的性能变高。若镜子偏心的程度小，则也可减小镜反射面的大小。
因此，本实施例中的投影光学系统40中，用曲面镜折返投影光束，使从显示元件中心到屏幕中心的光束的中心光线包含于与显示元件30的短边平行的平面。这是因为与显示元件的长度方向相比，短边方向的光束宽度较小，镜子偏心的程度变小。
在本实施例的图像投影装置1形成像素的偏转轴与显示区域的长边平行的构成，可容易地构成在与显示元件的短边平行的平面上折返中心光线。由于投影光学系统40中的入射光瞳的倾斜角α小，照明光束可良好地传递到投影光学系统40的光瞳，同时可实现曲面镜紧凑的高性能的投影光学系统。
第2实施例
下面，针对第2实施例进行说明。如上所述，第1实施例的图像投影装置1，将来自各像素31的2种反射光中(参考图3)，与照明光的角度差比较小的一方作为投影光，与照明光的角度差比较大的光作为多余光。但是，这样的设定，由于有生成多余光的像素，会导致投影图像的对比度低。
其理由如图8A所示，图8A，表示生成多余光状态的像素31并列的样子。生成多余光的场合，像素31相对于照明光更接近于平行。因此，如图8A所示，如果生成多余光的像素31连续，则产生通过像素31和像素31间的照明光。
然后，通过像素31和像素31间的照明光，由支撑像素31的基板30b等反射变得散乱，一部分混入投影光，其结果，投影图像中应该黑的部分变亮，导致对比度变低。因此，本实施例中，将来自各像素31的2种反射光中的，与照明光角度差大的一种作为投影光，将与照明光角度差小的一种作为多余光，防止对比度降低。
另一方面，在图8B中，表示本实施例的图像投影装置2中，生成多余光状态的像素31并列的样子。如图8B所示，即使生成多余光的像素31连续，不能产生通过像素31和像素31间的照明光。因此，可以防止对比度的降低。
另外，图9表示本实施例的图像投影装置2的光学构成的主要部分。图像投影装置2的构成，除了对反射型的显示元件30的照明光的角度和显示元件30的生成的投影光的角度，与第1实施例的图像投影装置是一样的。
另外，在本实施例的图像投影装置2中，投影光学系统40在入射侧(显示元件30侧)成为远心光学系统，照明光学系统20在出射侧(显示元件30侧)成为远心光学系统。接着，投影光学系统40的入射光瞳，从显示区域的中心的法线上向与显示区域的短边平行的方向变位。另外，连接显示区域的中心和投影光学系统40的入射光瞳的中心的直线，与显示区域的中心的法线所成的角是30°。
另外，由于将来自各像素的2种反射光中，与照明光的角度差大的一种作为投影光，与照明光的角度差小的一种作为多余光，所以图像投影装置2中对于显示元件30的照明光的倾斜，比图像投影装置1中对显示元件30的照明光的倾斜变小。
具体地说，连接显示元件30的显示区域的中心及照明光学系统20的出射光瞳的中心的直线，与显示区域的中心的法线所形成的角为6°。这样，若照明角度相对变小，则显示元件30上的照度分布变得更均匀。
另外，生成投影光状态的像素的法线和照明光所形成的角δon，变成式11，生成多余光状态的像素的法线和照明光所形成的角δoff，变成式12。
δon=γ2=cos-1(sinχ·sinα+cosχ·cosα)]]>…式11
δoff＝cos-1[-(3-4·sin2χ)·sinχ·sinα+(3-4·cosχ)·cosχ·cosα] …式12
另外，像素的偏转角χ为±12°，显示面的法线和照明光所形成的角为6°，所以δon＝6°，δoff＝18°，变成δon≥δoff。另外，投影光和多余光，是针对照明光相互在相反侧进行。即，照明光是从投影光和多余光之间引导到显示元件30。
另外，生成多余光状态的像素的法线和照明光所形成的角δoff如果设为像素的偏转角χ的一半以下(δoff≤χ/2)，则照明光进入不了像素和像素之间，因此可有效防止对比度降低。即，偏转角χ＝±12°时，最好δoff≤6°。
上述的各实施例的图像投影装置1、2，不使用滤光镜和TIR棱镜，可以可靠分离照明光和投影光。因此，本实施例的图像投影装置1、2，可以提供明亮且高品质的图像，并可控制成本。因此，适用于投射型电视。
另外，以上说明的本发明的图像投影装置，还可有如下表现。
本发明的图像投影装置中，照明光学系统可包括积分光学系统，其包含显示元件的显示区域并照亮与该显示元件的显示区域大致相近的区域。如果是该构成，则显示元件上的照度分布变得均匀，可提供同样亮度的图像。另外，还可抑制照明光的损失。
另外，本发明的图像投影装置中，照明光学系统的出射侧和投影光学系统的入射侧是远心光学系统，也可满足下面的式3〔条件式(3)〕
L·[tan(α-θ)+tan(α-θ+2·χ)]＞d …式3
一般地，将照明光倾斜引导到显示元件，显示元件上的照度分布容易产生差别。但是，通过使之成为远心光学系统，可抑制照度分布的差别。
而且，式3表示，远心光学系统的照明光和投影光的分离条件。因此，通过满足该条件(式3)，可以可靠进行分离。
另外，本发明的图像投影装置，也可满足下面的式13〔条件式4〕
30°≤γ …式13
其中，
γ表示，朝向显示元件的显示区域中心的照明光的主光线，和表示来自显示元件的显示区域的中心的光的主光线所形成的角。
另外，本发明的图像投影装置中，也可满足下面的式14〔条件式(5)〕·式15〔条件式(6)〕。
4°≤α≤20° …式14
0.13≤sinθ≤0.25 …式15
通过满足式13或式14，可以很容易可靠地进行照明光和投影光的分离。另外，通过满足式15，能在确保光学系统的高传递效率的同时，还能确保充分的成像性能。
另外，本发明的图像投影装置中，显示元件也可以是数字微镜器件。
另外，本发明的图像投影装置中，投影光学系统也可具有4个曲面镜。
另外，本发明的图像投影装置中，投影光学系统，也可在显示元件侧的第1个镜和第2个镜之间具有透镜。
如上所述，由第1实施例说明的本发明的图像投影装置中，投影光学系统的入射光瞳向显示区域的短边平行的方向变位，可使投影光对于照明光的偏转程度变大。由此，可促进照明光和投影光的分离。另外，通过满足式1〔条件式(1)〕，可靠分离照明光和投影光，且不需要用于分离的滤光镜和TIR棱镜。其结果，不会产生由滤光镜和TIR棱镜引起的不方便。而且，通过满足式2〔条件式(2)〕，也可充分确保照明光学系统和投影光学系统的能量传递效率。
上述说明的具体的本实施形态和实施例等，只是为了是本发明的技术内容更明确。因此，本发明并不限定于对具体的例子，并进行狭义地解释，而是可在附加的权利要求书的范围内进行各种变更后实施。