JP2008287157A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率が高く、投影系から撮影系への迷光を抑制することができる画像投影装置を提供する。
【解決手段】この画像投影装置１は、対象物１００を撮影するカメラ（撮影部）３と、対象物１００とカメラ３との間の光路の途中に配置され、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）４と、偏光ビームスプリッタ４を介して対象物１００にＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各基本色光がｓ偏光のカラーの画像光６ａを投影するプロジェクタ（投影部）６と、偏光ビームスプリッタ４に入射した画像光６ａのうち偏光ビームスプリッタ４を透過した透過光を減衰させる光減衰フィルタ８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像投影装置に関する。

従来、照射系（投影系）と撮像系の光路を一部共用化して小型化を図った同軸照射撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この従来の同軸照射撮像装置は、開口を有するハウジングと、光軸が開口を通るようにハウジング内に配置されたカメラと、カメラの光軸上に位置するようにハウジング内に配置されたハーフミラーと、出射光をハーフミラーで反射させて開口から外部に出射するようにハウジング内に配置された発光ダイオードと、発光ダイオードの光軸に対して傾斜して配置され、発光ダイオードの出射光のうちハーフミラーを透過した光を減衰させる光減衰フィルタと、光減衰フィルタで反射した光の光軸上に配置された無反射体とを備える。

上記の同軸照射撮像装置によれば、発光ダイオードから出射された光は、ハーフミラーで一部が反射して開口から外部に出射されるが、ハーフミラーを透過した光は、光減衰フィルタに到達して減衰し、光減衰フィルタで減衰し切れなかった光は、無反射体に吸収されるため、発光ダイオードの出射光の一部が迷光となってカメラに入射されるのを抑制することができる。
特開平９−５６６３号公報

本発明の目的は、光利用効率が高く、投影系から撮影系への迷光を抑制することができる画像投影装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の画像投影装置を提供する。

［１］所定の直線偏光による画像光を所定の方向に投影する投影部と、前記投影部から出射された前記所定の直線偏光による画像光を前記所定の方向に反射又は透過させる偏光分離素子と、前記偏光分離素子を介して前記所定の方向を撮影する撮影部とを備えた画像投影装置。

［２］前記投影部が出射する前記画像光は、前記所定の直線偏光による複数の基本色光からなる前記［１］に記載の画像投影装置。

［３］前記投影部は、前記複数の基本色光を合成する合成光学系を有し、前記合成光学系と前記偏光分離素子との間に、波長依存偏光変換素子を配したことを特徴とする前記［２］に記載の画像投影装置。

［４］さらに、前記投影部から出射された前記画像光のうち前記偏光分離素子により前記所定の方向と異なる方向に透過又は反射した光を減衰させる光減衰部材を備えた前記［１］〜［３］のいずれか１つに記載の画像投影装置。

［５］前記光減衰部材は、前記光減衰部材から反射した光が前記撮影部に入射しないように設けられた前記［４］に記載の画像投影装置。

［６］さらに、前記所定の方向に開口を有し前記偏光分離素子を防塵する防塵カバーと、前記防塵カバーの前記開口を閉塞する透光性防塵部材と、を備え、前記透光性防塵部材は、前記透光性防塵部材から反射した光が前記撮影部に入射しないように設けられた請求項前記［１］〜［５］のいずれか１つに記載の画像投影装置。

［７］所定の直線偏光による赤色光、緑色光、青色光を合成してなる画像光を所定の方向に投影する投影部と、前記投影部から出射された前記所定の直線偏光による前記画像光を前記所定の方向に反射又は透過させる偏光分離素子と、前記偏光分離素子を介して前記所定の方向を撮影する撮影部と、前記投影部から出射された前記画像光のうち前記偏光分離素子により前記所定の方向と異なる方向に透過又は反射した光を減衰させる光減衰部材と、前記所定の方向に開口を有し、前記偏光分離素子および前記光減衰部材を防塵する防塵カバーと、前記防塵カバーの前記開口を閉塞する透光性防塵部材とを備え、前記光減衰部材は、前記光減衰部材から反射した光が前記撮影部に入射しないように設けられ、前記透光性防塵部材は、前記透光性防塵部材から反射した光が前記撮影部に入射しないように設けられた画像投影装置。

請求項１に係る画像投影装置によれば、光利用効率が高く、投影系から撮影系への迷光を抑制することができる。

請求項２に係る画像投影装置によれば、カラーの画像光を用いた上で、光利用効率が高く、投影系から撮影系への迷光を抑制することができる。

請求項３に係る画像投影装置によれば、液晶スイッチ等で特定波長の偏光方向を変換する素子に比べ、駆動回路等が不要なため簡易な構成にできる。

請求項４に係る画像投影装置によれば、偏光分離素子で透過又は反射した光が撮影系に入射するのを防ぐことができる。

請求項５に係る画像投影装置によれば、光減衰部材で減衰しきれなかった光が撮影系に入射するのを防ぐことができる。

請求項６に係る画像投影装置によれば、防塵機能を有した上で、かつ、透光性防塵部材で反射した光が撮影系に入射するのを防ぐことができる。

請求項７に係る画像投影装置によれば、光利用効率が高く、偏光分離素子で透過又は反射した光や、透光性防塵部材で反射した光が迷光となって撮影系に入射するのを防ぐことができる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像投影装置の外観を示す斜視図である。この画像投影装置１は、ベース２を有し、このベース２の上に、対象物１００を撮影するカメラ（撮影部）３と、対象物１００とカメラ３との間の光路の途中に配置され、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）４と、偏光ビームスプリッタ４を覆う防塵カバー５と、偏光ビームスプリッタ４を介して対象物１００にｓ偏光による赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）の各基本色光からなるカラーの画像光６ａを投影するプロジェクタ（投影部）６とを各々配置して構成される。

対象物１００は、工業製品、模型等の立体的なものや、スクリーン等の平面的なものでもよい。

カメラ３は、例えば、受光素子にＣＣＤ（電荷結合デバイス）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）等を用いたものである。

防塵カバー５は、防塵カバー５をベース２に取り付けるための樹脂、金属等からなるベース部５０と、ベース部５０の上部に形成された樹脂、金属等からなるカバー部５１とから構成されている。カバー部５１は、対象物１００側に開口５１ａを有し、この開口５１ａを閉塞するように透光性防塵部材７を保持している。透光性防塵部材７の層構成については、後述する。

プロジェクタ６は、例えば、透過型の液晶パネルを備えた液晶プロジェクタを用いる。なお、反射型の液晶パネルを用いてもよく、２次元マイクロミラーアレイを備えたプロジェクタや、カラーホイールを備えた時分割方式のプロジェクタ等を用いてもよい。なお、プロジェクタ６の光学系については、後述する。

（防塵カバーの内部構成）
図２は、防塵カバー５の内部構成を示す平面図である。防塵カバー５は、対象物１００側に上記開口５１ａを有し、この開口５１ａに対向する位置に開口５１ｂを有する。両開口５１ａ，５１ｂを通る光軸（以下、主光軸と呼ぶ）１１０上に上記偏光ビームスプリッタ４および上記カメラ３を配置している。また、防塵カバー５は、偏光ビームスプリッタ４の中心から主光軸１１０に直交する光軸（以下、副光軸と呼ぶ）１２０上に開口５１ｃを有し、副光軸１２０上に上記プロジェクタ６を配置し、副光軸１２０上の偏光ビームスプリッタ４の背面側に光減衰フィルタ８を配置している。そして防塵カバー５は、開口５１ｂを閉塞する透明なガラス板１２を備え、プロジェクタ６の投影レンズユニット６８がパッキング１３を介してカバー部５１に接触し、開口５１ｃを閉塞する構成となっている。

プロジェクタ６の射出瞳６８ｂとカメラ３の入射瞳３ａとは、偏光ビームスプリッタ４を挟んで光学的に共役な位置に配置されている。ここで、画角を一致させることも可能であり、画角を一致させることによってプロジェクタ６の投影画像とカメラ３の撮影画像との制御が行いやすくなる。

（偏光ビームスプリッタ）
偏光ビームスプリッタ４は、アルミニウム等の金属またはアクリル等の合成樹脂からなる保持部材９に保持され、偏光ビームスプリッタ４の画像光６ａが照射される側を保護する透明なガラス板１０を保持部材９に設けている。また、偏光ビームスプリッタ４は、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる光学特性を有し、副光軸１２０に対して４５°傾斜するように、保持部材９が防塵カバー５のベース部５０またはカバー部５１に図示しない取り付け部材により取り付けられている。なお、偏光ビームスプリッタ４の傾斜角度は、プロジェクタ６とカメラ３との相対位置関係に応じた角度であり、４５°に限定されない。偏光ビームスプリッタ４の層構成については、後述する。

（透光性防塵部材）
透光性防塵部材７は、プロジェクタ６からの画像光６ａを受けて反射した反射光がカメラ３の入射瞳（カメラのレンズ口部分に相当）３ａに入射しないように透光性防塵部材７の光軸７ａを主光軸１１０に対して傾けている。

透光性防塵部材７を傾ける角度は、投影レンズユニット６８の射出瞳像の大きさ、位置、歪曲収差量、像位置変化量等が許容値内となるように定める。傾斜角度は５〜３０度が好ましく、本実施の形態では、２０度に定める。なお、透光性防塵部材７の光軸７ａを主光軸１１０に対してカメラ３とプロジェクタ６との間となるように傾けてもよい。

（光減衰フィルタ）

光減衰フィルタ８は、アルミニウム等の金属またはアクリル等の合成樹脂からなる保持部材１１に保持されている。保持部材１１は、防塵カバー５のベース部５０またはカバー部５１に図示しない取り付け部材により取り付けられている。

また、光減衰フィルタ８は、プロジェクタ６から出射された画像光６ａのうち偏光ビームスプリッタ４により主光軸１１０に沿う方向と異なる方向に透過又は反射した光を減衰させるものである。すなわち、プロジェクタ６から出射したｓ偏光の画像光６ａは、偏光ビームスプリッタ４でほとんどが反射されるが、製造上、組立上の誤差により、画像光６ａの一部が偏光ビームスプリッタ４を透過する。光減衰フィルタ８は、その偏光ビームスプリッタ４を透過した光を減衰させる。ここで、減衰フィルタ８に到達した光を完全に減衰させることができず、僅かに反射してしまう可能性があるが、その反射光が防塵カバー５のカバー部５１等で反射してカメラ３の入射瞳３ａに入射しないように減衰フィルタ８を副光軸１２０に対して傾いて配置している。光減衰フィルタ８の層構成については、後述する。

（プロジェクタの光学系）
図３は、プロジェクタの光学系を示す図である。なお、同図中、Ｒｐはｐ偏光のＲ光、Ｇｐはｐ偏光のＧ光、Ｂｐはｐ偏光のＢ光を示し、Ｒｓはｓ偏光のＲ光、Ｇｓはｓ偏光のＧ光、Ｂｓはｓ偏光のＢ光を示す。なお、本明細書では、光の電気ベクトルの振動方向が、光の進行方向に垂直でかつ紙面に垂直な方向であるものをｓ偏光、光の進行方向に垂直でかつ紙面に平行な方向であるものをｐ偏光と呼ぶこととする。

プロジェクタ６は、無偏光の白色光を発生する光源部６０と、光源部６０から出射された光の偏光方向をｓ偏光に揃える偏光変換素子６１と、全反射ミラー６２Ａ〜６２Ｄと、Ｒ光を反射させ、Ｇ光、Ｂ光を透過させるダイクロイックミラー６３Ｒと、Ｇ光を反射させ、Ｂ光を透過させるダイクロイックミラー６３Ｇと、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ変調してｓ偏光のＲ光、Ｇ光、Ｂ光による画像光を生成するＴＮ液晶からなる液晶パネル６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂと、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の画像光を合成する合成プリズム６５と、合成プリズム６５のダイクロイックミラー６３Ｇ側に配置され、ｓ偏光のＧ光をｐ偏光に変換する１／２波長板（偏光変換素子）６６と、合成プリズム６５の出射側に配置され、波長依存偏光変換素子としてｐ偏光のＧ光をｓ偏光に変換する緑色偏光変換素子６７と、ｓ偏光の画像光６ａを対象物１００に投影する複数の投影レンズ６８ａからなる投影レンズユニット６８とを備える。液晶パネル６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂは、光の入射側・出射側にそれぞれ偏光板を有しており、ｓ偏光を入射させ、変調されたｓ偏光を取り出すようになっている。

光源部６０は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の発光体６０ａと、放物面鏡からなり、発光体６０ａから後方に発せられた光を略平行な光束として前方に反射するリフレクタ６０ｂとからなる。

合成プリズム６５は、直角三角形の４つの直角プリズム６５０の直交する２辺同士を接合し、接合面にＢ光を反射するダイクロイック層６５１Ｂと、Ｒ光を反射するダイクロイック層６５１Ｒを形成したものである。

緑色偏光変換素子６７は、ｐ偏光のＧ光をｓ偏光に変換し、他のＲ光、Ｂ光を偏光状態を変えずにそのまま透過させるものである。このような緑色偏光変換素子６７として、例えば、カラーリンク・ジャパン株式会社製のカラーセレクト（登録商標）を用いることができる。

（プロジェクタの動作）
光源部６０から無偏光の白色光を発生すると、その無偏光の白色光は、偏光変換素子６１によってｓ偏光に変換された後、全反射ミラー６２Ａを介してダイクロイックミラー６３Ｒに入射する。ダイクロイックミラー６３Ｒに入射した光は、ダイクロイックミラー６３Ｒで反射光（Ｒ光）と透過光（Ｇ光、Ｂ光）とに分かれ、ｓ偏光のＲ光は、液晶パネル６４Ｒに入射する。

ダイクロイックミラー６３Ｒを透過したＧ光とＢ光は、ダイクロイックミラー６３Ｇで反射光（Ｇ光）と透過光（Ｂ光）とに分かれ、ｓ偏光のＧ光は、液晶パネル６４Ｇに入射する。

ダイクロイックミラー６３Ｇを透過したｓ偏光のＢ光は、全反射ミラー６２Ｃ，６２Ｄを介して液晶パネル６４Ｂに入射する。

各液晶パネル６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂに入射したｓ偏光のＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に基づいて変調される。Ｒ光およびＢ光は、合成プリズム６５に入射し、Ｇ光は１／２波長板６６によりｓ偏光からｐ偏光に変換されて合成プリズム６５に入射する。合成プリズム６５に入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、合成プリズム６５により合成され、投影レンズユニット６８側に出射される。このとき、ｐ偏光のＧ光は緑色偏光変換素子６７によりｓ偏光に変換されるので、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の全てがｓ偏光に揃った画像光６ａが投影レンズユニット６８から対象物１００に投影される。

なお、緑色偏光変換素子６７を投影レンズユニット６８の内部、または投影レンズユニット６８より出射側に配置してもよい。また、上記構成では、合成効率等を考慮してｐ偏光のＧ光、ｓ偏光のＲ光、およびｓ偏光のＢ光を合成したが、１／２波長板６６と緑色偏光変換素子６７を設けずにｓ偏光のＲ光、Ｇ光、Ｂ光を合成するような光学系の設計を用いてもよい。

（偏光ビームスプリッタの層構成）
図４は、偏光ビームスプリッタ４を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）、（ｄ）は他の例を示すＡ−Ａ線断面図である。なお、偏光ビームスプリッタ４は、図４のものに限定されない。

偏光ビームスプリッタ４は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば１００×１００ｍｍ程度のサイズと厚さ１．６ｍｍ程度を有する透明なガラス板４０と、ガラス板４０の上面に互いに平行に形成されたＳｉや導電性材料等からなる複数のグリッド要素４２とを備える。偏光ビームスプリッタ４におけるｓ偏光の反射率は、製造上、組立上の誤差等により、１００％反射することはできず、９０〜９５％程度である。可視光のｓ偏光を反射するため、グリッド要素４２の厚さｔは、０．０４〜０．５μｍが好ましく、ピッチｐは、０．２μｍ程度が好ましい。また、グリッド要素４２の幅ｗとピッチｐとの比は、０．３〜０．７６が好ましい。

図４（ｃ）に示す偏光ビームスプリッタ４は、図４（ａ）、（ｂ）に示す偏光ビームスプリッタ４に対し、ガラス板４０の下面に反射光を抑制するＡＲ(Anti-Reflection)コート４１を形成したものである。

ＡＲコート４１は、例えば、屈折率の異なるＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２等の誘電体層を交互に積層して形成され、光の干渉効果を利用して反射光を抑制する機能を有する。

図４（ｄ）に示す偏光ビームスプリッタ４は、図４（ｃ）に示す偏光ビームスプリッタ４に対し、ガラス板４０およびグリッド要素４１の表面にアルミニウムを蒸着して形成された光を反射するＡＬコート４３を設けたものである。

（透光性防塵部材の層構成）
図５は、透光性防塵部材７の層構成を示す要部断面図である。透光性防塵部材７は、透明なガラス板７０と、ガラス板７０の内側に形成され、透光性防塵部材７を透過する画像光６ａに対し、反射光６ｄを抑制するＡＲ(Anti-Reflection)コート７１とを有する。なお、透光性防塵部材７の構成は、図５のものに限定されない。

ガラス板７０は、合成石英（ＢＫ７）、光学用白板ガラス等からなり、例えば、１００×１００ｍｍ程度のサイズと２ｍｍ程度の厚さを有する。

ＡＲコート７１は、例えば、屈折率の異なるＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２等の誘電体層を交互に積層して形成され、光の干渉効果を利用して反射光６ｄを抑制する機能を有し、本実施の形態では、反射率０．３％のものを用いる。

（光減衰フィルタの層構成）
図６（ａ）〜（ｄ）は、光減衰フィルタ８の層構成を示す要部断面図である。光減衰フィルタ８としては、図６（ａ）〜（ｄ）の各種のものを用いることができるが、図６のものに限定されない。

図６（ａ）に示す光減衰フィルタ８は、例えば、１００×１００ｍｍ程度のサイズと２ｍｍ程度の厚さを有する石英ガラス等からなるガラス板８０と、ガラス板８０の外側にアルミニウムを蒸着して形成された光を反射するＡＬコート８１と、ガラス板８０の内側に形成された光の透過を抑制するＮＤ(Neutral Density)コート８２と、ＮＤコート８２の内側に形成された反射光を抑制するＡＲ(Anti-Reflection)コート８３とから構成されている。

ＮＤコート８２は、例えば、クロム、インコーネル、アルミニウム等の金属から形成され、光の透過を抑制する機能を有し、本実施の形態では透過率０．３％のものを用いる。

ＡＲコート８３は、例えば、屈折率の異なるＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２等の誘電体層を交互に積層して形成され、光の干渉効果を利用して反射光を抑制する機能を有し、本実施の形態では反射率０．５％のものを用いる。

また、図６（ｂ）に示す光減衰フィルタ８は、図６（ａ）の光減衰フィルタ８に対してＡＬコート８１をガラス板８０の内側に形成したものである。

また、図６（ｃ）に示す光減衰フィルタ８は、図６（ａ）の光減衰フィルタ８に対してＡＲコート８３を省略したものである。

また、図６（ｄ）に示す光減衰フィルタ８は、図６（ｂ）の光減衰フィルタ８に対してＡＲコート８３を省略したものである。

例えば、図６（ａ）に示す光減衰フィルタ８において、偏光ビームスプリッタ４で反射せずに透過した光６ｂが光減衰フィルタ８に到達すると、ＡＲコート８３で反射する反射光とＡＲコート８３を透過する透過光とに分かれる。透過光はＮＤコート８２によって減衰した後、ガラス板８０を透過してＡＬコート８１で反射し、再びＮＤコート８２によって減衰した後、外部に出射されるため、透過光６ｂのほとんどが光減衰フィルタ８で減衰し、反射光６ｃはあまり生じない。

（画像投影装置の動作）
次に、画像投影装置１の動作を説明する。カメラ３が対象物１００を撮影し、その撮影画像を図示しない制御ユニットに送ると、制御ユニットは、撮影画像を表示部に表示する。制御ユニットは、入力された注釈画像を表示部上の撮影画像に重畳させるとともに、その注釈画像の画像投影制御を行う。プロジェクタ６は、制御ユニットの画像投影制御により注釈画像をｓ偏光の画像光６ａとして対象物１００に投影する。このような装置としては、例えば、米国特許公開２００４／００７０６７４（実物体側に存在する対象物をビデオカメラで撮影しつつ、その撮影画像を端末に送信し、端末において撮影画像に基づいて指示された注釈画像を実物体側でプロジェクタにより対象物へ投影する技術）を参照されたい。

図７は、画像投影装置１の全体光学系を示す図である。プロジェクタ６から出射されたｓ偏光の画像光６ａは、偏光ビームスプリッタ４に入射すると、画像光６ａのほとんどが偏光ビームスプリッタ４で反射し、透光性防塵部材７を介して対象物１００に投影される。

画像光６ａを受けて対象物１００から発せられた光は、偏光方向が乱れているので、その一部が偏光ビームスプリッタ４を透過してカメラ３の入射瞳３ａに入射し、カメラ３は対象物１００を撮影する。

偏光ビームスプリッタ４に入射した画像光６ａのうち一部の光が偏光ビームスプリッタ４を透過するが、その透過光６ｂは、光減衰フィルタ８に到達して減衰し、反射光６ｃはあまり生じない。光減衰フィルタ８が副光軸１２０に対し傾けて配置されているので、光減衰フィルタ８で反射光６ｃが生じても、それが偏光ビームスプリッタ４に到達し、偏光ビームスプリッタ４でさらに反射した光６ｃ’がカメラ３の入射瞳３ａに入射することは避けられる。

また、偏光ビームスプリッタ４で反射した画像光６ａが透光性防塵部材７を透過する際、一部の光が反射する。この反射光６ｄは完全なｓ偏光ではないため、一部が偏光ビームスプリッタ４を透過する。本実施形態では、透光性防塵部材７を主光軸１１０に対して垂直には配置せず、反射光６ｄが入射瞳３ａを避け、光減衰フィルタ８側に反射されるように配置している。そのため、偏光ビームスプリッタ４を透過した光は、カメラ３を避け、ほとんどが光減衰フィルタ８に到達して減衰し、反射光はほとんど生じない。

［第２の実施の形態]
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る画像投影装置の全体光学系を示す図である。本実施の形態は、第１の実施の形態において、カメラとプロジェクタの位置を入れ替えたもの、すなわち主光軸１１０上にプロジェクタ１６を配置し、副光軸１２０上にカメラ３を配置したものである。

第１の実施の形態で用いたプロジェクタ６は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の全てがｓ偏光に揃った画像光６ａを出射するように構成されているが、本実施の形態で用いるプロジェクタ１６は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の全てがｐ偏光に揃った画像光６ａを出射するように構成されている。

本実施の形態の偏光ビームスプリッタ４は、グリッド要素４１がガラス板４０に対してプロジェクタ１６側に位置するように、主光軸１１０に対して４５度傾斜して配置される。

（プロジェクタの光学系）
図９は、第２の実施の形態に係るプロジェクタ１６の光学系を示す図である。なお、同図中、Ｒｐはｐ偏光のＲ光、Ｇｐはｐ偏光のＧ光、Ｂｐはｐ偏光のＢ光を示し、Ｒｓはｓ偏光のＲ光、Ｇｓはｓ偏光のＧ光、Ｂｓはｓ偏光のＢ光を示す。

このプロジェクタ１６は、第１の実施の形態と同様に構成された発光体１６０ａおよびリフレクタ１６０ｂからなる光源１６０と、無偏光の白色光からｓ偏光を得る偏光変換素子１６１と、Ｂ光を反射させ、Ｒ光、Ｇ光を透過させるダイクロイックミラー１６２と、ｓ偏光を反射させ、ｐ偏光を透過させる２つの偏光ビームスプリッタ１６３，１６６と、ダイクロイックミラー１６２と偏光ビームスプリッタ１６６との間に配置され、ｓ偏光のＲ光をｐ偏光に変換する第１の赤色偏光変換素子１６５Ａと、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過させるダイクロイックプリズム１６７と、偏光ビームスプリッタ１６６とダイクロイックプリズム１６７との間に配置され、ｓ偏光のＲ光をｐ偏光に変換する第２の赤色偏光変換素子１６５Ｂと、偏光ビームスプリッタ１６３に面して配置されたＢ用の反射型の液晶パネル１６４Ｂと、偏光ビームスプリッタ１６６に面して配置されたＲ用の反射型の液晶パネル１６４ＲおよびＧ用の反射型の液晶パネル１６４Ｇとを備えて構成されている。

第１および第２の赤色偏光変換素子１６５Ａ，１６５Ｂは、Ｒ光のみをｓ偏光からｐ偏光に変換し、Ｇ光およびＢ光は偏光状態を変えずにそのまま透過させる機能を有する。このような赤色偏光変換素子１６５Ａ，１６５Ｂとして、例えば、カラーリンク・ジャパン株式会社製のカラーセレクト（登録商標）を用いることができる。

偏光ビームスプリッタ１６３は、２つの直角プリズム１６３ａの斜辺同士を接合し、接合面にｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる誘電体多層膜からなる偏光分離層１６３ｂを形成したものである。

偏光ビームスプリッタ１６６は、偏光ビームスプリッタ１６３と同様に、２つの直角プリズム１６６ａの斜辺同士を接合し、接合面にｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる誘電体多層膜からなる偏光分離層１６６ｂを形成したものである。

ダイクロイックプリズム１６７は、２つの直角プリズム１６７ａの斜辺同士を接合し、接合面にＢ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過させるダイクロイック層１６７ｂを形成したものである。

（プロジェクタの動作）
光源１６０から出射された無偏光の白色光は、偏光変換素子１６１によってｓ偏光に偏光され、ダイクロイックミラー１６２に入射する。ダイクロイックミラー１６２は、光源１６０からのｓ偏光のうちＢ光を反射させ、他の光（Ｒ光、Ｇ光）を透過させる。ダイクロイックミラー１６２で反射したｓ偏光のＢ光は、偏光ビームスプリッタ１６３に入射し、偏光ビームスプリッタ１６３にて９０°方向に光路を変更され、Ｂ用の液晶パネル１６４Ｂに入射する。

一方、ダイクロイックミラー１６２を透過した光（Ｒ光、Ｇ光）は、第１の赤色偏光変換素子１６５ＡによりＲ光のみが偏光方向を９０°回転され、偏光ビームスプリッタ１６６に入射し、偏光ビームスプリッタ１６６で反射した後、Ｇ用の液晶パネル１６４Ｇに入射する。

また、ダイクロイックミラー１６２および第１の赤色偏光変換素子１６５Ａを透過した光のうちＲ光は、偏光ビームスプリッタ１６６を透過してＲ用の液晶パネル１６４Ｒに入射する。

Ｂ用の液晶パネル１６４Ｂに入射したｓ偏光のＢ光は、Ｂの画像信号に基づいて変調され、液晶パネル１６４Ｂから反射される際に変調に応じて偏光方向が回転し、偏光ビームスプリッタ１６３に入射する。偏光ビームスプリッタ１６３を透過したｐ偏光のＢ光は、ダイクロイックプリズム１６７で反射した後、投影レンズユニット６８に入射する。

Ｇ用の液晶パネル１６４Ｇに入射したｓ偏光のＧ光は、Ｇの画像信号に基づいて変調され、液晶パネル１６４Ｇから反射される際に変調に応じて偏光方向が回転し、偏光ビームスプリッタ１６６を透過したｐ偏光のＧ光は、第２の赤色偏光変換素子１６５Ｂおよびダイクロイックプリズム１６７を透過した後、投影レンズユニット６８に入射する。

Ｒ用の液晶パネル１６４Ｒに入射したｐ偏光のＲ光は、Ｒの画像信号に基づいて変調され、液晶パネル１６４Ｒから反射される際に変調に応じて偏光方向が回転し、偏光ビームスプリッタ１６６で反射されたｓ偏光のＲ光は、第２の赤色偏光変換素子１６５Ｂに入射する。第２の赤色偏光変換素子１６５Ｂに入射したｓ偏光のＲ光は、第２の赤色偏光変換素子１６５Ｂにより偏光方向が９０°回転してｐ偏光となり、ダイクロイックプリズム１６７を透過した後、投影レンズユニット６８に入射する。

投影レンズユニット６８に入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光の全てがｐ偏光に揃った画像光６ａは、偏光ビームスプリッタ４および透光性防塵部材７を透過して対象物１００に投影される。

なお、上記構成では、第２の赤色偏光変換素子１６５Ｂを偏光ビームスプリッタ１６６とダイクロックプリズム１６７との間に配置したが、ダイクロイックプリズム１６７と投影レンズユニット６８との間や、投影レンズユニット６８の内部、さらに投影レンズユニット６８より出射側に配置してもよい。

（画像投影装置の動作）
次に、画像投影装置１の動作を上記の図８を参照して説明する。カメラ３が対象物１００を撮影し、その撮影画像を図示しない制御ユニットに送ると、制御ユニットは、撮影画像を表示部に表示する。制御ユニットは、入力された注釈画像を表示部上の撮影画像に重畳させるとともに、その注釈画像の画像投影制御を行う。プロジェクタ１６は、制御ユニットの画像投影制御により注釈画像を画像光６ａとして対象物１００に投影する。

プロジェクタ１６から出射されたｐ偏光の画像光６ａは、偏光ビームスプリッタ４に入射すると、画像光６ａのほとんどが偏光ビームスプリッタ４を透過し、光性防塵部材７を介して対象物１００に投影される。

画像光６ａを受けて対象物１００から発せられた光は、偏光方向が乱れているので、偏光ビームスプリッタ４で反射してカメラ３の入射瞳３ａに入射し、カメラ３は対象物１００を撮影する。

偏光ビームスプリッタ４に入射した画像光６ａのうち一部の光が偏光ビームスプリッタ４で反射するが、その反射光６ｅは、光減衰フィルタ８に到達して減衰し、ほとんど反射しない。

また、偏光ビームスプリッタ４を透過した画像光６ａが透光性防塵部材７を透過する際、一部の光が反射するが、この反射光６ｄのうち偏光ビームスプリッタ４を透過した光は、光減衰フィルタ８に到達して減衰し、反射光６ｅ’はあまり生じない。光減衰フィルタ８が副光軸１２０に対し傾けて配置されているので、光減衰フィルタ８で反射光６ｅ’が生じても、それが偏光ビームスプリッタ４に到達し、偏光ビームスプリッタ４をさらに透過した光６ｅ’がカメラ３の入射瞳３ａに入射することは避けられる。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態では、光減衰フィルタを防塵カバーから離れて防塵カバー内に設けたが、防塵カバーの内壁に設けてもよい。また、第１の光減衰フィルタを防塵カバーから離れて防塵カバー内に設けるとともに、防塵カバーの内壁に第２の光減衰フィルタを設けてもよい。

また、上記各実施の形態では、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタ４を用いたが、ｓ偏光を透過し、ｐ偏光を反射する偏光分離素子を用いてもよい。

また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。例えば、第１の実施の形態の透過型液晶パネルを用いたプロジェクタを第２の実施の形態の反射型液晶パネルを用いたプロジェクタに置換してもよい。この場合、例えば、ダイクロイックプリズム１６７の出射側にｐ偏光をｓ偏光に変換する偏光変換素子を追加する必要がある。また液晶パネルの配置についても本願に記載の内容に限定されず、最終的に偏光方向がそろった画像光を出射するように適宜設計が可能である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像投影装置の外観を示す斜視図である。 図２は、防塵カバーの内部の構成を示す平面図である。 図３は、プロジェクタの光学系を示す図である。 図４は、偏光ビームスプリッタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）、（ｄ）は他の例を示すＡ−Ａ線断面図である。 図５は、透光性防塵部材の層構成を示す要部断面図である。 図６（ａ）〜（ｄ）は、光減衰フィルタの層構成を示す要部断面図である。 図７は、画像投影装置の全体光学系を示す図である。 図８は、本発明の第２の実施の形態に係る画像投影装置の全体光学系を示す図である。 図９は、第２の実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。

符号の説明

１ 画像投影装置
２ ベース
３ カメラ
３ａ 入射瞳
４ 偏光ビームスプリッタ
５ 防塵カバー
６ プロジェクタ
６ａ 画像光
６ｂ 透過光
６ｃ，６ｃ’，６ｄ，６ｅ，６ｅ’ 反射光
７ 透光性防塵部材
７ａ 透光性防塵部材の光軸
８ 光減衰フィルタ
９ 保持部材
１０ ガラス板
１１ 保持部材
１２ ガラス板
１３ パッキング
１６ プロジェクタ
４０ ガラス板
４１ ＡＲコート
４２ グリッド要素
４３ ＡＬコート
５０ ベース部
５１ カバー部
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 開口
６０ｂ リフレクタ
６０ 光源部
６０ａ 発光体
６１ 偏光変換素子
６２Ａ〜６２Ｄ 全反射ミラー
６３Ｒ，６３Ｇ ダイクロイックミラー
６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂ 液晶パネル
６５ 合成プリズム
６６ １／２波長板
６７ 緑色偏光変換素子
６８ 投影レンズユニット
６８ａ 投影レンズ
６８ｂ 射出瞳
７０ ガラス板
７１ ＡＲコート
８０ ガラス板
８１ ＡＬコート
８２ ＮＤコート
８３ ＡＲコート
１００ 対象物
１１０ 主光軸
１２０ 副光軸
１６０ 光源
１６０ａ 発光体
１６０ｂ リフレクタ
１６１ 偏光変換素子
１６２ ダイクロイックミラー
１６３，１６６ 偏光ビームスプリッタ
１６３ａ，１６６ａ 直角プリズム
１６３ｂ，１６６ｂ 偏光分離層
１６４Ｒ，１６４Ｇ，１６４Ｂ 液晶パネル
１６５Ａ 第１の赤色偏光変換素子
１６５Ｂ 第２の赤色偏光変換素子
１６７ ダイクロイックプリズム
１６７ａ 直角プリズム
１６７ｂ ダイクロック層
６５０ 直角プリズム
６５１Ｂ ダイクロイック層
６５１Ｒ ダイクロイック層

Claims (7)

1. 所定の直線偏光による画像光を所定の方向に投影する投影部と、
   前記投影部から出射された前記所定の直線偏光による画像光を前記所定の方向に反射又は透過させる偏光分離素子と、
   前記偏光分離素子を介して前記所定の方向を撮影する撮影部とを備えた画像投影装置。
2. 前記投影部が出射する前記画像光は、前記所定の直線偏光による複数の基本色光からなる請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記投影部は、前記複数の基本色光を合成する合成光学系を有し、前記合成光学系と前記偏光分離素子との間に、波長依存偏光変換素子を配したことを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
4. さらに、前記投影部から出射された前記画像光のうち前記偏光分離素子により前記所定の方向と異なる方向に透過又は反射した光を減衰させる光減衰部材を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
5. 前記光減衰部材は、前記光減衰部材から反射した光が前記撮影部に入射しないように設けられた請求項４に記載の画像投影装置。
6. さらに、前記所定の方向に開口を有し前記偏光分離素子を防塵する防塵カバーと、前記防塵カバーの前記開口を閉塞する透光性防塵部材と、を備え、
   前記透光性防塵部材は、前記透光性防塵部材から反射した光が前記撮影部に入射しないように設けられた請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像投影装置。
7. 所定の直線偏光による赤色光、緑色光、青色光を合成してなる画像光を所定の方向に投影する投影部と、
   前記投影部から出射された前記所定の直線偏光による前記画像光を前記所定の方向に反射又は透過させる偏光分離素子と、
   前記偏光分離素子を介して前記所定の方向を撮影する撮影部と、
   前記投影部から出射された前記画像光のうち前記偏光分離素子により前記所定の方向と異なる方向に透過又は反射した光を減衰させる光減衰部材と、
   前記所定の方向に開口を有し、前記偏光分離素子および前記光減衰部材を防塵する防塵カバーと、
   前記防塵カバーの前記開口を閉塞する透光性防塵部材とを備え、
   前記光減衰部材は、前記光減衰部材から反射した光が前記撮影部に入射しないように設けられ、
   前記透光性防塵部材は、前記透光性防塵部材から反射した光が前記撮影部に入射しないように設けられた画像投影装置。

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