JP2015064550A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影面またはその近傍における物体検出を精度良く容易にできるようにする。【解決手段】本開示の投射型表示装置は、第１および第２の偏光成分を含み、第１の偏光成分が支配的な照明光を偏光分離素子に向けて出射する照明部と、偏光分離素子を介して入射された照明光に含まれる第１の偏光成分を映像データに基づいて変調し、その変調光を偏光分離素子を介して出射するライトバルブと、偏光分離素子を介して入射されたライトバルブからの変調光を投影面上に投影すると共に、変調光の進行方向とは逆方向から検出光が入射される投射レンズと、ライトバルブと光学的に共役な位置に配置され、投射レンズおよび偏光分離素子を介して検出光が入射される撮像素子と、照明部と撮像素子との間に配置され、撮像素子に入射する照明光に含まれる少なくとも第２の偏光成分を低減させる１以上の光学部材を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、撮像機能を有する投射型表示装置に関する。

近年、スマートフォンやタブレット端末等では、タッチパネルを用いることにより、画面に表示される映像のページ送りや拡大縮小を、人の直感に応じたポインティング操作で可能にしている。一方、映像をスクリーン上に投影することによって表示する表示装置がプロジェクタとして古くから知られている。

特開２０１３−３８５９号公報 特開２００７−５２２１８号公報 特開２００３−４４８３９号公報

近年では、プロジェクタにおいても、タブレット端末等のように、投影される映像を人の直感に応じる形でタッチパネルを手で操作するようにポインティング操作することが望まれている。特に、ハンディタイプの小型プロジェクタが近年市場に現れ、２０インチ〜３０インチ程度で投影された投影エリアの映像をポインティング操作することが望まれているが、映像が投影されるスクリーンや壁などにはタッチパネルが組み込まれていないため、手による操作を別の手段で検出する必要がある。また、この方法以外にプロジェクタではリモコン等を操作することで映像を動かすことが可能なものもあるが、小型のプロジェクタでは装置自体が小さく、リモコン等による操作はスマートでない。

特許文献１には、投影装置と手による操作（ジェスチャ）を検出する検出装置とを組み合わせることで、投影エリアをカバーする形で映像のポインティング操作を可能にした装置が提案されている。しかしながら、特許文献１で提案されている装置では、投影部と検出部とが別体となるため、システム全体のサイズが大きくなり易い。また、サイズが大きくなるだけでなく、投影しているエリアと検出するエリアとの相対位置座標の構成などに関して、精度を要求するキャリブレーション操作が必要となる。このキャリブレーションの精度はポインティング操作の精度に直接影響を及ぼすため重要であり、画面の隅々まで対応する必要があるため、煩雑である。

特許文献２および特許文献３には、プロジェクタに撮像機能を付加した装置が提案されている。しかしながら、特許文献３で提案されている装置では、超高圧水銀ランプなどの光源からの光束を特定の偏光成分に揃える偏光変換素子に入射させ、その偏光成分をライトバルブへ導いている。しかしこの種の偏光変換素子では特定の偏光成分に変換できなかった成分がライトバルブでなく撮像素子に入射して、撮像の際に投影用の照明光が悪影響を及ぼす。またそれを避けるために撮像用に専用の偏光変換素子を追加したのでは、投射レンズが大型化してしまい実用的でない。これに対して特許文献２で提案されている装置では、撮像の際に投影用の照明光を消灯することで、撮像専用の偏光変換素子を追加することなく、照明光の悪影響を防止している。しかしながら、撮像の際に照明光を消灯するので、例えば暗い外部環境下で使用する場合等には、撮像に必要な十分な明るさを確保するのが困難になるため、プロジェクタのように暗い環境下で使用されることの多い装置としては使用上の制約がある。

本開示の目的は、投影面またはその近傍における物体検出を精度良く容易に実現できるようにした投射型表示装置を提供することにある。

本開示による投射型表示装置は、入射した光を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分離し、それぞれを互いに異なる方向に出射する偏光分離素子と、第１および第２の偏光成分を含み、第１の偏光成分が支配的な照明光を偏光分離素子に向けて出射する照明部と、偏光分離素子を介して入射された照明光に含まれる第１の偏光成分を映像データに基づいて変調し、その変調光を偏光分離素子を介して出射するライトバルブと、偏光分離素子を介して入射されたライトバルブからの変調光を投影面上に投影すると共に、変調光の進行方向とは逆方向から検出光が入射される投射レンズと、ライトバルブと光学的に共役な位置に配置され、投射レンズおよび偏光分離素子を介して検出光が入射される撮像素子と、照明部と撮像素子との間に配置され、撮像素子に入射する照明光に含まれる少なくとも第２の偏光成分を低減させる１以上の光学部材とを備えたものである。

本開示による投射型表示装置では、ライトバルブと光学的に共役な位置に配置された撮像素子に、投射レンズおよび偏光分離素子を介して検出光が入射される。照明部と撮像素子との間に配置された１以上の光学部材によって、少なくとも第２の偏光成分が低減される。

本開示の投射型表示装置によれば、ライトバルブと光学的に共役な位置に撮像素子を配置すると共に、適切な位置に光学部材を配置して物体検出の際に不要となる偏光成分を低減するようにしたので、物体検出を精度良く容易に実現できる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本開示の第１の実施の形態に係る投射型表示装置の全体構成の一例を示す構成図である。 第１の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成を、ライトバルブと撮像素子とに入射される光の状態および光の割合と共に示す断面図である。 映像表示および物体検出の概念を模式的に示す説明図である。 第１の実施の形態の第１の変形例に係る投射型表示装置の要部構成を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 第１の実施の形態の第２の変形例に係る投射型表示装置における照明光の制御の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態の第３の変形例に係る投射型表示装置における照明光の制御の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態の第４の変形例に係る投射型表示装置の要部構成を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る投射型表示装置の全体構成の一例を示す構成図である。 第２の実施の形態に係る投射型表示装置を側面方向から見た状態を示す構成図である。 第２の実施の形態に係る投射型表示装置における近赤外光投光部の一構成例を示す断面図である。 シリンダアレイレンズの第１の構成例を示す斜視図である。 シリンダアレイレンズの第２の構成例を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る投射型表示装置の全体構成の他の構成例を示す構成図である。 第２の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第１の変形例を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第２の変形例を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 第３の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第１の例を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 第３の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第２の例を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 第３の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第３の例を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 第４の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第１の例を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 図２０に示した投射型表示装置において、バンドパスフィルタを構成から省いた場合の撮像素子への入射光のスペクトル分布の一例を示す特性図である。 第４の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第２の例を、ライトバルブおよび撮像素子に入射される光の状態と共に示す断面図である。 投影光学系内に赤外カットフィルタを配置した場合の撮像素子への入射光のスペクトル分布の一例を示す特性図である。 バンドパスフィルタの波長特性の一例を示す特性図である。 図２０に示した投射型表示装置における撮像素子への入射光のスペクトル分布の一例を示す特性図である。 検出用光源部の出射波長の変動を抑制する抑制部の一構成例を示すブロック図である。 可視光カットフィルタの配置位置に関する第１の説明図である。 可視光カットフィルタの配置位置に関する第２の説明図である。 偏光ビームスプリッタの特性に関する第１の説明図である。 偏光ビームスプリッタの特性に関する第２の説明図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（パッシブ検出機能を有する投射型表示装置）
１．１ 構成
１．２ 動作
１．３ 効果
１．４ 第１の実施の形態の変形例
１．４．１ 第１の変形例
１．４．２ 第２の変形例
１．４．３ 第３の変形例
１．４．４ 第４の変形例
２．第２の実施の形態（アクティブ検出機能を有する投射型表示装置）
２．１ 構成および作用
２．２ 第２の実施の形態の変形例
２．２．１ 第１の変形例
２．２．２ 第２の変形例
３．第３の実施の形態（撮像側にリレー光学系を有する投射型表示装置）
３．１ 第１の構成例
３．２ 第２の構成例
３．３ 第３の構成例
４．第４の実施の形態（バンドパスフィルタを有する投射型表示装置）
４．１ 基本構成例
４．２ バンドパスフィルタを使用するために適した構成例
４．３ その他の望ましい構成例
５．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る投射型表示装置（プロジェクタ）の全体構成の一例を示している。図２は、図１に示した投射型表示装置における要部構成を、ライトバルブ２１と撮像素子２２とに入射される光の状態および光の割合と共に示している。この投射型表示装置は、映像表示と共に、物体検出をパッシブに行う機能を有している。図３は、この投射型表示装置による映像表示および物体検出の概念を模式的に示している。

この投射型表示装置は、図１に示したように、照明部１と、ライトバルブ２１と、撮像素子２２と、偏光分離素子としてのワイヤグリッド２７と、投射レンズ２４と、偏光部材としての偏光子２５Ｓと、画像処理部２６と、照明制御部２９とを備えている。

照明部１は、照明光Ｌ１を図２に示したように第１の方向Ｚ１からワイヤグリッド２７に向けて出射するものである。照明部１は、青色レーザ１１Ｂと、緑色レーザ１１Ｇと、赤色レーザ１１Ｒと、第１のカップリングレンズ１２Ｂと、第２のカップリングレンズ１２Ｇと，第３のカップリングレンズ１２Ｒとを備えている。照明部１はまた、駆動光学素子１４と、ミラー１８と、第１のフライアイレンズ１５１と、第２のフライアイレンズ１５２と、第１のコンデンサレンズ１６１と、第２のコンデンサレンズ１６２と、第３のコンデンサレンズ１６３と、第４のコンデンサレンズ１６４とを備えている。

青色レーザ１１Ｂは青色レーザ光を発するレーザ光源である。緑色レーザ１１Ｇは緑色レーザ光を発するレーザ光源である。赤色レーザ１１Ｒは赤色レーザ光を発するレーザ光源である。

照明制御部２９は、第１の光源（例えば青色レーザ１１Ｂ）、第２の光源（例えば緑色レーザ１１Ｇ）、および第３の光源（例えば赤色レーザ１１Ｒ）の発光制御を行うものである。照明制御部２９は例えば、第１乃至第３の光源をそれぞれフィールドシーケンシャル方式で発光制御するようになっている。

第２のカップリングレンズ１２Ｇは、緑色レーザ１１Ｇから出射された緑色レーザ光をコリメートして（平行光として）、第１のダイクロイックプリズム１３１と結合するためのレンズ（結合レンズ）である。同様に、第１のカップリングレンズ１２Ｂは、青色レーザ１１Ｂから出射された青色レーザ光をコリメートして、第１のダイクロイックプリズム１３１と結合するためのレンズ（結合レンズ）である。また、第３のカップリングレンズ１２Ｒは、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤色レーザ光をコリメートして、第２のダイクロイックプリズム１３２と結合するためのレンズ（結合レンズ）である。なお、これらのカップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによって、入射した各レーザ光をコリメートする（平行光にする）ことが好ましい。

第１のダイクロイックプリズム１３１は、第１のカップリングレンズ１２Ｂを介して入射された青色レーザ光を選択的に透過させる一方、第２のカップリングレンズ１２Ｇを介して入射された緑色レーザ光を選択的に反射させるプリズムである。第２のダイクロイックプリズム１３２は、第１のダイクロイックプリズム１３１から出射された青色レーザ光および緑色レーザ光を選択的に透過させる一方、第３のカップリングレンズ１２Ｒを介して入射された赤色レーザ光を選択的に反射させるプリズムである。これにより、赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光に対する色合成（光路合成）がなされるようになっている。

駆動光学素子１４は、照明光Ｌ１におけるスペックルノイズおよび干渉縞を低減するための光学素子であり、第１のコンデンサレンズ１６１と第２のコンデンサレンズ１６２との間の光路上に配置されている。駆動光学素子１４は、例えば光軸に沿った方向や、光軸に対して垂直方向に微小振動することで、通過する光束の状態を変化させ、照明光Ｌ１におけるスペックルノイズおよび干渉縞を低減させることが可能となっている。

第１のフライアイレンズ１５１および第２のフライアイレンズ１５２はそれぞれ、基板上に複数のレンズが２次元配置された光学部材（インテグレータ）であり、複数のレンズの配列に応じて入射光束を空間的に分割して出射させるものである。第１のフライアイレンズ１５１は、第２のダイクロイックプリズム１３２と第１のコンデンサレンズ１６１との間の光路上に配置されている。第２のフライアイレンズ１５２は、第２のコンデンサレンズ１６２と第３のコンデンサレンズ１６３との間の光路上に配置されている。第１のフライアイレンズ１５１および第２のフライアイレンズ１５２によって、照明光Ｌ１の面内の光量分布の均一化が図られるようになっている。

ミラー１８は、第１のコンデンサレンズ１６１と駆動光学素子１４との間の光路上に配置されている。第１のコンデンサレンズ１６１は、第１のフライアイレンズ１５１からの出射光を集光し、ミラー１８を介して駆動光学素子１４へ入射させるためのレンズである。第２のコンデンサレンズ１６２は、駆動光学素子１４からの出射光を集光し、第２のフライアイレンズ１５２へ入射させるためのレンズである。

第３のコンデンサレンズ１６３および第４のコンデンサレンズ１６４は、第２のフライアイレンズ１５２からの出射光を集光し、照明光Ｌ１としてワイヤグリッド２７に向けて出射させるためのレンズである。

ワイヤグリッド２７は、例えばガラス基板上に金属の格子を微小間隔をおいて形成したものである。ワイヤグリッド２７には、第１の方向Ｚ１から照明光Ｌ１が入射されるようになっている。第２の方向Ｚ２にはライトバルブ２１が配置されている。第３の方向Ｚ３には偏光子２５Ｓおよび撮像素子２２が配置されている。第４の方向Ｚ４には投射レンズ２４が配置されている。

ワイヤグリッド２７は、入射した光を第１の偏光成分（例えばＰ偏光成分）と第２の偏光成分（例えばＳ偏光成分）とに分離し、それぞれを互いに異なる方向に出射する偏光分離素子である。ワイヤグリッド２７は、特定の第１の偏光成分を選択的に反射させると共に、特定の第２の偏光成分を選択的に透過させるようになっている。ワイヤグリッド２７は例えば、図２に示したように、第１の方向Ｚ１から入射した照明光Ｌ１に含まれるＰ偏光成分Ｌｐ１の多くを第２の方向Ｚ２に出射（反射）すると共に、Ｓ偏光成分Ｌｓ１の多くを第３の方向Ｚ３に出射（透過）するようになっている。ワイヤグリッド２７はまた、図２に示したように、第４の方向Ｚ４とは逆方向から入射した検出光Ｌ２に含まれるＰ偏光成分Ｌｐ３の多くを第３の方向Ｚ３に出射（反射）するようになっている。

ライトバルブ２１は、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の反射型の液晶素子である。ライトバルブ２１は例えば、図２に示したように、ワイヤグリッド２７を介して第２の方向Ｚ２から入射された、照明光Ｌ１に含まれる第１の偏光成分（例えばＰ偏光成分Ｌｐ１）を映像データに基づいて変調するようになっている。ライトバルブ２１はまた、その変調光をワイヤグリッド２７を介して第４の方向Ｚ４に向けて出射するようになっている。ライトバルブ２１からは、図２に示したように、入射時とは偏光状態が回転された例えばＳ偏光成分Ｌｓ２が変調光として出射されるようになっている。なお、ライトバルブ２１では、入射したＰ偏光成分Ｌｐ１をそのままの偏光状態でワイヤグリッド２７に戻すことで黒表示を行うことが可能である。

投射レンズ２４は、ワイヤグリッド２７を介して第４の方向Ｚ４から入射されたライトバルブ２１からの変調光を、スクリーンの３０の投影面３０Ａ上に投影するものである。また、投射レンズ２４には、図２に示したように、変調光の進行方向とは逆方向から検出光Ｌ２が入射されるようになっている。投射レンズ２４は、映像を投影するための投影光学系であると共に、物体検出のための結像光学系として機能する。

撮像素子２２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子で構成されている。撮像素子２２は、ライトバルブ２１と光学的に共役な位置に配置されている。より具体的には、ライトバルブ２１が反射型の液晶素子である場合、映像を作り出す表示面（液晶面）と撮像素子２２の撮像面とが光学的に共役な位置となるように配置する。撮像素子２２には、投射レンズ２４およびワイヤグリッド２７を介して、図２に示したように、第３の方向Ｚ３から検出光Ｌ２が入射されるようになっている。

偏光子２５Ｓは、照明光Ｌ１に含まれる第２の偏光成分を低減させる光学部材の１つである偏光部材である。偏光子２５Ｓは、撮像素子２２とワイヤグリッド２７との間に配置されている。偏光子２５Ｓは、入射した光に含まれる第２の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を除去する。偏光子２５Ｓは、第２の偏光成分として、図２に示したように、少なくともワイヤグリッド２７を介して入射された照明光Ｌ１に含まれるＳ偏光成分Ｌｓ１を除去するようになっている。

画像処理部２６は、撮像素子２２による撮影結果に基づいて、図３に示したように、
例えば人の指やポインタ等の指示物（物体）７１の特徴点の位置Ｐ１を、投影面３０Ａ上に投影された投影画像Ｖ２の座標に対応付けて検出するものである。特徴点の例として図３では人の指の先端の位置を示しているが、これに限られず人の指の重心、手の重心などを適宜選択することができる。

［１．２ 動作］
この投射型表示装置では、図１および図３に示したように、ライトバルブ２１に形成された映像情報Ｖ１を投射レンズ２４によってスクリーン３０の投影面３０Ａ上に投影し、投影画像Ｖ２として拡大表示する。この投射型表示装置はまた、投影面３０Ａ上における物体の位置、例えば人の指やポインタ等の指示物（物体）７１の特徴点の位置Ｐ１を撮像素子２２を用いて検出する。撮像素子２２は、投影面３０Ａ上の投影エリア３１と略同一のエリアを撮影エリア３２とした撮影を行う。

この投射型表示装置では、照明部１においてレーザ光源を用いていることで、照明光Ｌ１の偏光成分が支配的となるように揃えることができる。具体的には第１の偏光成分が９９％以上、より好ましくは９９．５％以上となるようにするとよい。ここで支配的とする第１の偏光成分は、偏光変換素子の特性に合わせて、Ｓ偏光成分Ｌｓ１、Ｐ偏光成分Ｌｐ１のいずれかを選択できるが、どちらの場合も第２の偏光成分を完全に０にすることは難しい。

ここで、ワイヤグリッド２７の特性の一例を［表１］に示す。なお、ＴｐはＰ偏光成分の透過率、ＴｓはＳ偏光成分の透過率を示す。ＲｐはＰ偏光成分の反射率、ＲｓはＳ偏光成分の反射率を示す。

ワイヤグリッド２７は、第１の偏光成分をＰ偏光成分、第２の偏光成分をＳ偏光成分とすると、［表１］に示したように、Ｐ偏光成分の多くを反射し、Ｓ偏光成分の多くを透過させるものとなっている。このため、例えば図２に示したように、照明光Ｌ１の９９．５％をＰ偏光成分Ｌｐ１にして支配的とし、残りの０．５％をＳ偏光成分Ｌｓ１にする。ワイヤグリッド２７は、支配的なＰ偏光成分Ｌｐ１の多くを反射してライトバルブ２１へ出射する。ライトバルブ２１に入射されたＳ偏光成分Ｌｓ１は、ライトバルブ２１で変調（回転）されてＳ偏光成分Ｌｓ２の変調光となった後、ワイヤグリッド２７を介して投射レンズ２４に入射される。変調光であるＳ偏光成分Ｌｓ２が、図３に示したように投射レンズ２４を介してスクリーン３０の投影面３０Ａ上に投影画像Ｖ２として投影される。

この投射型表示装置では、撮像素子２２が、ライトバルブ２１と光学的に共役な位置に配置されている。また、投射レンズ２４が、映像を投影するための投影光学系であると共に、物体検出のための結像光学系として機能している。このため、図３に示したように、投影エリア３１と同じエリアを撮影エリア３２として撮像素子２２で撮影することが可能となる。ライトバルブ２１と撮像素子２２とが共役な位置であるがゆえに、投影面３０Ａ上における人の指やポインタ等の指示物７１の特徴点の位置Ｐ１を投射レンズ２４を介して投影画像Ｖ２に重ねてモニタすることが可能となる。また例えば、画像処理部２６において、指示物７１の形状を画像処理し、指示物７１の特徴点の位置Ｐ１の座標を検出することで、投影画像Ｖ２のポインティング操作が可能となる。この際、投影エリア３１内の任意の座標位置が撮影エリア３２内の座標位置に１対１で対応するので、撮像素子２２側の検出位置Ｐ２の座標が指示物７１の特徴点の位置Ｐ１の座標に対応する。なお、指示物７１は２以上であってもよく、例えば両手の指の先端の座標を検出することができる。このようにして検出された指示物７１の特徴点の位置を用いることで、プロジェクタの投影画像Ｖ２にあたかもタッチパネルが組み込まれているような直観的な操作が可能となる。

次に、図２を参照して、偏光子２５Ｓの作用について説明する。ワイヤグリッド２７に入射される検出光Ｌ２はほぼ自然光であり、その偏光成分としてＳ偏光成分Ｌｓ３とＰ偏光成分Ｌｐ３とがそれぞれ５０％ずつ含まれている。ワイヤグリッド２７は、Ｐ偏光成分Ｌｐ３の多くを第３の方向Ｚ３に反射する。偏光子２５Ｓを、Ｓ偏光成分を除去するものとすれば、反射されたＰ偏光成分Ｌｐ３のほぼすべてが撮像素子２２に到達する。また、ワイヤグリッド２７に入射される照明光Ｌ１のうち、Ｓ偏光成分Ｌｓ１が第３の方向Ｚ３に出射される。このＳ偏光成分Ｌｓ１は、検出光Ｌ２に対してノイズ成分となり、撮像素子２２に入射すると、検出の際のＳ／Ｎ比が小さくなり、検出精度を悪化させる。偏光子２５Ｓを配置してＳ偏光成分Ｌｓ１を除去することで、Ｓ／Ｎ比を大きくして検出精度を上げることができる。

ここで、ワイヤグリッド２７を用いた場合のライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の量について考察する。投射型表示装置として小型のものを想定し、１００［ｌｍ］程度で映像表示を行うものとする。物体検出したいエリアは室内照明がある中で例えば３０［ｃｄ／ｍ²］程度である。そうすると、投射レンズ２４を通り、撮像素子２２上に入射する光の照度としては例えば数ｌｕｘ程度である。一方、照明光Ｌ１は基本的には偏光をＰ偏光成分で揃えているのでワイヤグリッド２７で反射し、ライトバルブ２１上に進む。しかし、照明光Ｌ１の光束もレーザ光ゆえ偏光成分を揃えているが、０．５％程度は使わない偏光成分（Ｓ偏光成分Ｌｓ１）が含まれている。

このＳ偏光成分Ｌｓ１の光の７５％がワイヤグリッド２７を通過し、撮像素子２２に届いた時の照度は、３ケタ上、３０００［ｌｕｘ］程度となる。従って、検出側で数ｌｕｘの照度の情報を検知したい中で、投光側の不要な光が数千ｌｕｘ存在することとなり、検出したい情報のみの輝度の変化、および位置の変化情報を読み取ることが困難となる。このような問題は、偏光子２５Ｓを設けてＳ偏光成分Ｌｓ１を除去することで解決できる。

［１．３ 効果］
以上のように、本実施の形態によれば、ライトバルブ２１と光学的に共役な位置に撮像素子２２を配置すると共に、適切な位置に光学部材の１つとして偏光子２５Ｓを配置して物体検出の際に不要となる偏光成分を除去するようにしたので、物体検出を精度良く容易に実現できる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態および変形例についても同様である。

［１．４ 第１の実施の形態の変形例］
（１．４．１ 第１の変形例）
図４は、第１の実施の形態の第１の変形例に係る投射型表示装置の要部構成を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。この第１の変形例は、ワイヤグリッド２７に代えて偏光分離素子として偏光ビームスプリッタ２３を備えたものである。また、この第１の変形例では、Ｓ偏光成分を除去する偏光子２５Ｓに代えてＰ偏光成分を除去する偏光子２５を備えている。

図２の構成におけるワイヤグリッド２７は、第１の偏光成分をＰ偏光成分、第２の偏光成分をＳ偏光成分とし、Ｐ偏光成分を反射し、Ｓ偏光成分を透過させるものとしたが、偏光ビームスプリッタ２３はこれとは逆の特性を持っている。

偏光ビームスプリッタ２３は、４つの光学面を有している。ここでは、図４における水平方向に対向する２つの面を第１の光学面および第３の光学面とし、垂直方向に対向する２つの面を第２の光学面および第４の光学面として説明する。図４に示したように、偏光ビームスプリッタ２３の第１の光学面には、第１の方向Ｚ１から照明光Ｌ１が入射されるようになっている。偏光ビームスプリッタ２３の第２の光学面に対して、第２の方向Ｚ２にはライトバルブ２１が配置されている。偏光ビームスプリッタ２３の第３の光学面に対して、第３の方向Ｚ３には偏光子２５および撮像素子２２が配置されている。偏光ビームスプリッタ２３の第４の光学面に対して、第４の方向Ｚ４には投射レンズ２４が配置されている。

偏光ビームスプリッタ２３は、入射した光を第１の偏光成分（例えばＳ偏光成分）と第２の偏光成分（例えばＰ偏光成分）とに分離し、それぞれを互いに異なる方向に出射する偏光分離素子である。偏光ビームスプリッタ２３は、特定の第１の偏光成分を選択的に反射させると共に、特定の第２の偏光成分を選択的に透過させるようになっている。偏光ビームスプリッタ２３は例えば、図４に示したように、第１の方向Ｚ１から入射した照明光Ｌ１に含まれるＳ偏光成分Ｌｓ１のほぼすべてを第２の方向Ｚ２に出射（反射）すると共に、Ｐ偏光成分Ｌｐ１のほぼすべてを第３の方向Ｚ３に出射（透過）するようになっている。偏光ビームスプリッタ２３はまた、図４に示したように、第４の方向Ｚ４とは逆方向から入射した検出光Ｌ２に含まれるＳ偏光成分Ｌｓ３のほぼすべてを第３の方向Ｚ３に出射（反射）するようになっている。

偏光ビームスプリッタ２３は、第１の偏光成分をＳ偏光成分、第２の偏光成分をＰ偏光成分とすると、Ｓ偏光成分の多くを反射し、Ｐ偏光成分の多くを透過させるものとなっている。このため、例えば図４に示したように、照明光Ｌ１の９９．５％をＳ偏光成分Ｌｓ１にして支配的とし、残りの０．５％をＰ偏光成分Ｌｐ１にすることができる。偏光ビームスプリッタ２３は、図４に示したように、支配的なＳ偏光成分Ｌｓ１をほぼすべて反射してライトバルブ２１へ出射する。ライトバルブ２１に入射されたＳ偏光成分Ｌｓ１は、ライトバルブ２１で変調（回転）されてＰ偏光成分Ｌｐ２の変調光となった後、偏光ビームスプリッタ２３を介して投射レンズ２４に入射される。変調光であるＰ偏光成分Ｌｐ２が、図３に示したように投射レンズ２４を介してスクリーン３０の投影面３０Ａ上に投影画像Ｖ２として投影される。

一方、偏光ビームスプリッタ２３に入射される検出光Ｌ２はほぼ自然光であり、その偏光成分としてＳ偏光成分Ｌｓ３とＰ偏光成分Ｌｐ３とがそれぞれ５０％ずつ含まれている。偏光ビームスプリッタ２３は、Ｓ偏光成分Ｌｓ３のほぼすべてを第３の方向Ｚ３に反射する。偏光子２５を、Ｐ偏光成分を除去するものとすれば、Ｓ偏光成分Ｌｓ３のほぼすべてが撮像素子２２に到達する。一方、偏光ビームスプリッタ２３に入射される照明光Ｌ１のうち、Ｐ偏光成分Ｌｐ１が第３の方向Ｚ３に出射される。このＰ偏光成分Ｌｐ１は、検出光Ｌ２に対してノイズ成分となり、撮像素子２２に入射すると、検出の際のＳ／Ｎ比が小さくなり、検出精度を悪化させる。偏光子２５を配置してＰ偏光成分Ｌｐ１を除去することで、Ｓ／Ｎ比を大きくして検出精度を上げることができる。

ワイヤグリッド２７を用いた場合、［表１］、図２に示すように、投射光（Ｓ偏光成分Ｌｓ２）については、照明光Ｌ１の９９．５％のＰ偏光成分Ｌｐ１に対し、８３％×７５％×Ｒと偏光ビームスプリッタ２３を用いた場合よりは劣るが、ワイヤグリッド２７は光学設計の条件によらずＰ偏光成分の透過率は安定して０となるので、検出用の信号を正常に取得するためには、バランスが取れた設計と言える。

一方、偏光ビームスプリッタ２３の場合、光学設計の条件（入射角）や偏光分離膜の性能によっては、第１の偏光成分も極微小な割合ではあるが透過してしまう場合があり、注意が必要となる。以下に説明する第２、第３の変形例や、第２の実施の形態は、このような場合にも検出信号を安定的に取得するのに有効である。

（１．４．２ 第２の変形例）
上述したように偏光分離素子として偏光ビームスプリッタ２３を用いる場合、通過する照明光Ｌ１のＳ偏光成分Ｌｓ１が撮像素子２２に到達するおそれがある。そこで、この第２の変形例では、偏光分離素子として偏光ビームスプリッタ２３を用いる場合において、図５に示したように、検出の際に、照明部１の光源をｏｆｆにするという方法で検出の際に照明光Ｌ１のＳ偏光成分Ｌｓ１を除去する。通常、プロジェクタはフィールドシーケンシャルという方法で、光源を、図５に示したように、ＲＧＢＲＧＢと時間的に連続的に発光させている。

図１の構成例では、照明制御部２９が、第１乃至第３の光源として、青色レーザ１１Ｂ、緑色レーザ１１Ｇ、および赤色レーザ１１Ｒをそれぞれフィールドシーケンシャル方式で発光制御する。投影する映像のフレームレートが６０ｆｐｓである場合、このＲＧＢのセットを１ｓｅｃ中に６０回繰り返すこととなる。この６０回のうち１回を完全にｏｆｆにすることで、撮像素子２２上の光源からの照度をゼロにすることが可能となる。この場合、照明制御部２９は、図５に示したように、例えば１番目のフレーム１から５９番目のフレーム５９を、映像投影に必要な照度で発光させる映像投影フレーム（第１の発光期間）となるように、第１乃至第３の光源を発光制御する。また、照明制御部２９は、６０番目のフレーム６０を信号検出フレーム（第２の発光期間）となるように、第１乃至第３の光源を発光制御する。この場合、プロジェクタとしての明るさは、５９／６０となるのみで、明るさに大きな影響は及ぼさない。また、検出側の撮影時間としては、シャッタ時間が１／６０ｓｅｃもあるため、通常のＣＭＯＳを使えば十分な感度である。よって、パッシブな方法で人の指やポインタ等の指示物７１の特徴点の位置Ｐ１がどこであるかを検知することが可能となる。

（１．４．３ 第３の変形例）
図６は、第１の実施の形態の第３の変形例に係る投射型表示装置における照明光の制御の一例を示している。上記第２の変形例では、信号検出フレーム（第２の発光期間）において、光源をｏｆｆにする（照度をゼロにする）ようにしたが、この第３の変形例では、照度がゼロにならない範囲で照度を減少させるような発光制御を行う。より具体的には、照明制御部２９が、信号検出フレーム（第２の発光期間）では、照度がゼロにならない範囲で映像投影フレーム（第１の発光期間）に比べて照度を減少させるように、第１乃至第３の光源を発光制御する。この方法によれば投射型表示装置がほとんど真っ暗な室内で使用された場合でも、照度を低減した照明光によって指示物７１の特徴点の位置Ｐ１を検知することができる。

（１．４．４ 第４の変形例）
図７は、第１の実施の形態の第４の変形例に係る投射型表示装置の要部構成を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。この第４の変形例は、偏光子２５の配置位置を、照明部１と偏光ビームスプリッタ２３との間にしたこと以外、図４の構成と同様である。

＜２．第２の実施の形態＞
［２．１ 構成および作用］
図８は、第２の実施の形態に係る投射型表示装置の全体構成の一例を示している。図９は、この投射型表示装置を側面方向から見た状態を示している。図１０は、この投射型表示装置における近赤外光投光部４０の一構成例を示している。図１３は、この投射型表示装置の要部構成を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。なお、本実施の形態では、偏光分離素子として偏光ビームスプリッタ２３を用いる場合を例に説明する。

本実施の形態は、近赤外光を用いて、アクティブに物体検出を行う機能を有した投射型表示装置に関する。上記第１の実施の形態によるパッシブな物体検出の方法は、構成は簡単にはなるが、画像処理の負荷が大きい。指等の位置、形、および座標情報等をリアルタイムで処理する必要がある。本実施の形態によれば、そのような処理を軽くすることができる。以下では、投射型表示装置として短焦点タイプを想定した構成を説明する。

この投射型表示装置は、図８および図９に示したように、本体１００の下部に近赤外光投光部４０を備えている。投影面３０Ａは例えば平坦な床面となっている。近赤外光投光部４０は、検出用の非可視光として検出用近赤外光４１を出射する検出用光源部である。近赤外光投光部４０は、少なくとも投影面３０Ａ上の投影エリア３１が検出用近赤外光４１によって所定の高さｈから覆われるように、検出用近赤外光４１を出射する。撮像素子２２には、指示物７１によって拡散された近赤外散乱光Ｌａが検出光として、図１３に示したように、投射レンズ２４および偏光ビームスプリッタ２３を介して入射される。この投射型表示装置はまた、図１３に示したように、偏光ビームスプリッタ２３と撮像素子２２との間に配置された可視光カットフィルタ２８をさらに備えている。可視光カットフィルタ２８は特性にもよるが、可視域を数％まで落とすものである。

近赤外光投光部４０は、図１０に示したように、近赤外レーザ４２と、コリメータレンズ４３と、シリンダアレイレンズ４４とを有している。シリンダアレイレンズ４４は、図１１に示したように凸状のシリンダレンズが複数配列されたものである。シリンダアレイレンズ４４は、投影面３０Ａに対して垂直な面にシリンダレンズの母線４４Ａを向けるように配置する。なお、凸状のシリンダアレイレンズ４４に代えて、図１２に示したように凹状のシリンダレンズが複数配列されたシリンダアレイレンズ４５を用いても良い。

なお、この投射型表示装置は、例えば図１４に示したように、本体１００を構成する外筐の内部に、近赤外光投光部４０として、検出用光源部４５と検出用投光部４６とが組み込まれた構成であってもよい。この場合、本体１００は、外筐の所定の面（筐体底面４７）が投影面３０Ａと同一面となるように設置されてもよい。

この投射型表示装置において、投射レンズ２４は、スローレシオ（Throw Ratio）が０．３８以下の超短焦点レンズであってもよい。ここで、スローレシオとは、図８、図９、および図１４に示したように、投射レンズ２４から投影面３０Ａまでの距離をＬ、投影エリアの幅をＨとすると、Ｌ／Ｈで表される。

この投射型表示装置では、図８および図９に示すように、投影エリア３１に、投影面３０Ａから例えば数ｍｍ〜数１０ｍｍの所定の高さｈに、高さ方向は２〜３ｍｍでエリア方向は投影エリア３１をカバーする範囲に膜状の近赤外バリアを張る。そうすると、通常、投影面３０Ａは平坦であるため、遮蔽物や、指、指示棒など何かしらの指示物７１が無ければ、放出された近赤外光の膜は途中で遮られることなく、直進するため、投影面３０Ａをモニタしている撮像素子２２には写らない。この状態で、指などを、近赤外光バリアのある投影面３０Ａから数ｍｍまで近づけるか、または、投影面３０Ａ上をタッチするなどの動作をすると、バリアの光が指で遮られ、そのポイントで拡散することとなる。指に当たり拡散した光は四方八方に向かい、その一部が投射レンズ２４の開口に戻る光が存在する。その戻る光は投射レンズ２４を通過し、偏光ビームスプリッタ２３を通過し、撮像素子２２上に到達する。この時、映像を作るライトバルブ２１と撮像素子２２が共役の位置に配置されているため、投影面３０Ａ上で点状に発生した輝点拡散ポイントは撮像素子２２上で結像し、投影された映像に１：１にあたる位置で結像する。そうすることで、位置を検出することが可能となる。また超短焦点タイプの場合は投射光が投影面３０Ａの近傍を通り、操作する人の体の一部が投射光を遮りにくいため、操作する際に画面が見やすいというメリットがある。

また、この投射型表示装置では、図１３に示したように、可視光カットフィルタ２８をさらに備えていることで、偏光分離素子として偏光ビームスプリッタ２３を用いたとしても、照明部１の光源をｏｆｆすることなく、撮像素子２２側に入射する照明光Ｌ１の多くをカットすることができる。これにより、ほぼ検出光（近赤外散乱光Ｌａ）のみを撮像素子２２側に入射させることができ、Ｓ／Ｎ比を大きくして検出精度を上げることができる。

ここで、偏光ビームスプリッタ２３の特性の一例を［表２］に示す。なお、ＴｐはＰ偏光成分の透過率、ＴｓはＳ偏光成分の透過率を示す。ＲｐはＰ偏光成分の反射率、ＲｓはＳ偏光成分の反射率を示す。

ここで、［表２］に示すとおり、偏光ビームスプリッタ２３はＳ偏光成分の反射率、Ｐ偏光成分の透過率に優れているため、図１３に示したように、投射光（Ｐ偏光成分Ｌｐ２）については、照明光Ｌ１の９９．５％のＳ偏光成分Ｌｓ１に対し、９８％×９７％×Ｒ（Ｒはライトバルブ２１の反射率）とロスなく非常に有効に使うことができる。このため、プロジェクタとして明るいものを構成することに適している。しかし、一方では、Ｓ偏光成分でも０．０５％と透過率が若干存在する。ポインティング操作をする場合、撮像素子２２側に進む光のうちＰ偏光成分をカットする状態に偏光子２５を配置したとしても、検出光Ｌ２のＳ偏光成分Ｌｓ３の他に、偏光ビームスプリッタ２３を通過する照明光Ｌ１のＳ偏光成分Ｌｓ１が、９９．５％×０．０５％が発生してしまう。この成分は先に述べたような条件でそのまま撮像素子２２に届くと約数百［ｌｕｘ］の不要光となる。

一方、検出された近赤外散乱光Ｌａの撮像素子２２上での照度は、近赤外レーザ４２の出力と指示物７１の反射率とに依存するが、実験的にはレーザ出力１００ｍＷ以下の状態で数１００［ｌｕｘ］ある。このため、第１の偏光成分としてのＳ偏光成分Ｌｓ１が偏光ビームスプリッタ２３を透過しても、可視光カットフィルタ２８を照明部１と撮像素子２２との間に設けて、第１の偏光成分を１０［ｌｕｘ］前後まで低減すると共に、第２の偏光成分としてのＰ偏光成分Ｌｐ１を偏光子２５で除去することで十分なＳ／Ｎ比を得ることができる。

［２．２ 第２の実施の形態の変形例］
（２．２．１ 第１の変形例）
図１５は、第２の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第１の変形例を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。この第１の変形例は、偏光子２５の配置位置を、照明部１と偏光ビームスプリッタ２３との間にしたこと以外、図１３の構成と同様である。

（２．２．２ 第２の変形例）
図１６は、第２の実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第２の変形例を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。この第２の変形例は、偏光子２５を構成から省略したこと以外、図１３の構成と同様である。偏光子２５を構成から省略した場合でも、例えば可視光カットフィルタ２８を複数枚（例えば２枚）配置することで、撮像素子２２に入射する照明光Ｌ１のＰ偏光成分Ｌｐ１とＳ偏光成分Ｌｓ１とを可視光カットフィルタ２８で共に低減して、十分なＳ／Ｎ比を得ることができる。

＜３．第３の実施の形態＞
本実施の形態は、撮像側にリレー光学系を有する投射型表示装置に関する。本実施の形態に係る投射型表示装置は、撮像素子２２と偏光分離素子との間に、正のパワーを持つ１以上のリレーレンズ群をさらに備えたものである。以下では、上記第２の実施の形態の構成に対してリレー光学系を有するものを例にするが、上記第１の実施の形態の構成に対しても同様に適用可能である。

［３．１ 第１の構成例］
図１７は、本実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第１の例を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。図１７に示したように、撮像素子２２と偏光ビームスプリッタ２３との間にリレーレンズ群５１を配置する。リレーレンズ群５１は正のパワーを有し、少なくとも１枚のレンズで構成されている。リレーレンズ群５１の焦点距離がｆの場合、偏光ビームスプリッタ２３の直後のライトバルブ２１の共役面５０から２ｆの位置にリレーレンズ群５１を配置する。さらにそこから２ｆの位置に撮像素子２２を配置することで、実質的に共役面５０に撮像素子２２を配置した場合と同様の物体検出が可能となる。共役点を遠方に作ることで、場所的な自由度を得ることができる。また、リレーレンズ群５１によって、リレーレンズ群５１と偏光ビームスプリッタ２３との間が略テレセントリック性を有する片側テレセントリック光学系が形成される。

［３．２ 第２の構成例］
図１８は、本実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第２の例を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。

図１８の構成では、図１７の構成におけるリレーレンズ群５１に代えて、偏光ビームスプリッタ２３に近い側から順に、第１のリレーレンズ群５１Ａと第２のリレーレンズ群５１Ｂとを備えている。第２のリレーレンズ群５１Ｂの焦点距離ｆｉは、第１のリレーレンズ群５１Ａの焦点距離ｆｂよりも小さくする。

第１のリレーレンズ群５１Ａと第２のリレーレンズ群５１Ｂとによって、
β＝ｆｉ／ｆｂ
となる縮小倍率βの縮小光学系が構成され、撮像素子２２の撮像面の有効エリアＬｉとライトバルブ２１の表示面の有効エリアＬｂとが、
Ｌｉ＞β×Ｌｂ
の関係を満足している。

例えば、２ｆｉ＝ｆｂとなる条件で、なおかつライトバルブ２１の共役面５０から第１のリレーレンズ群５１Ａをｆｂの位置に配置し、そこからｆｂ＋ｆｉの位置に第２のリレーレンズ群５１Ｂを配置し、撮像素子２２は第２のリレーレンズ群５１Ｂからｆｉだけ離れた場所に配置する。この場合、撮像素子２２の位置が共役面５０と等価となり、なおかつ０．５倍の縮小光学系ができ、小さな撮像素子２２で物体検出することが可能となる。これは大きなコストメリットとなる。撮像素子２２のコストは撮像素子２２のサイズに大きく影響を受ける。プロジェクタを構成する上で、半導体部品である、ライトバルブ２１や、撮像素子２２はコストウエイトが大きい。その部品の小型化を図ることはコストに与えるインパクトは大きい。また、第１のリレーレンズ群５１Ａと第２のリレーレンズ群５１Ｂとによって、第１のリレーレンズ群５１Ａと偏光ビームスプリッタ２３との間、および第２のリレーレンズ群５１Ｂと撮像素子２２との間が略テレセントリック性を有する両側テレセントリック光学系が形成される。

［３．３ 第３の構成例］
図１９は、本実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第１の例を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。撮像素子２２と偏光ビームスプリッタ２３との間に、偏光部材として、偏光選択性および波長選択性を有する１以上の反射ミラーが配置されていてもよい。反射ミラーは、投射レンズ２４および偏光ビームスプリッタ２３を介して入射された検出光を撮像素子２２に向けて反射する。図１９の構成例では、第１のリレーレンズ群５１Ａと第２のリレーレンズ群５１Ｂとの間に、偏光選択性および波長選択性を有するホットミラー５２が配置されている。

リレー光学系で共役点を延長することで配置の自由度が増す。部品間距離が生まれることで、間に反射ミラー等で折り曲げ光学系を実現することが可能となる。この反射ミラーについては配置の自由度が増すだけでなく、上記した可視カットフィルタ２８と偏光子２５の部品削減につながる。反射ミラーの特性をＳ偏光反射、Ｐ偏光透過にすることで、撮像素子２２に到達する光の不要光成分である照明部１からのＰ偏光成分をカットすることが可能になる。別体としての偏光子２５は不要となる。さらに反射ミラーの分光特性をホットミラーと呼ばれる、可視波長域反射率を落とし、近赤外波長域のみを反射する特性にすることで、可視カットフィルタ２８の役目を兼用することが可能となる。

＜４．第４の実施の形態＞
本実施の形態は、上記第２の実施の形態および上記第３の実施の形態と同様、近赤外光を用いて、アクティブに物体検出を行う機能を有した投射型表示装置に関する。以下では、上記第２の実施の形態または上記第３の実施の形態と同様の構成および作用を有する部分については、適宜説明を省略する。

［４．１ 基本構成例］
図２０は、本実施の形態に係る投射型表示装置の要部構成の第１の例を、ライトバルブ２１および撮像素子２２に入射される光の状態と共に示している。図２０の構成例では、上記図１８に示した構成例と同様、撮像素子２２と偏光ビームスプリッタ２３との間に、第１のリレーレンズ群５１Ａと第２のリレーレンズ群５１Ｂとからなる両側テレセントリック光学系が形成されている。なお、以下では、ライトバルブ２１の共役面５０と撮像素子２２との間の光学系を検出光学系８０と称する。また、検出光学系８０以外の映像表示に寄与する光学系を投影光学系９０と称する。

図２０の構成例では、物体検出の際に不要となる光成分を低減するための光学部材として、偏光子２５と可視光カットフィルタ２８とに加え、バンドパスフィルタ８１をさらに含んでいる。偏光子２５は、撮像素子２２と第２のリレーレンズ群５１Ｂとの間に配置されている。偏光子２５は、上記第２の実施の形態で説明したように、偏光ビームスプリッタ２３に入射する照明光Ｌ１のうち、第２の偏光成分としてのＰ偏光成分Ｌｐ１が撮像素子２２に到達するのを低減させるためのものである。バンドパスフィルタ８１と可視光カットフィルタ２８は、後述する理由により、偏光ビームスプリッタ２３と第１のリレーレンズ群５１Ａとの間に配置されていることが望ましい。

図２０の構成例において、検出光学系８０の光路中にバンドパスフィルタ８１を配置した点が、本実施の形態に係る投射型表示装置における特徴部分の１つとなっている。本実施の形態に係る投射型表示装置では、上記第２の実施の形態と同様に、検出用光源部としての近赤外光投光部４０から、検出用の非可視光として検出用近赤外光４１を出射する（図８）。検出光学系８０には、投射レンズ２４および偏光ビームスプリッタ２３を介して、指示物７１によって拡散された近赤外散乱光Ｌａが検出光として入射される。バンドパスフィルタ８１は、特定の波長域の光として、検出用光源部が発する規定の出射波長を中心にした所定の通過帯域幅の光のみを通過させる。これにより、不要光とのＳ／Ｎ比を大きくし検出の安定化を図っている。

上記第２の実施の形態では、検出光として近赤外光、映像表示用の光として可視光を用いるため、検出にとって不要な光は可視光のみとして取り扱っていた。従って、図１３および図１６等に示したように、少なくとも可視光カットフィルタ２８を配置することで、不要光を低減させるものとしていたが、実際には赤外波長域にも不要光が存在する場合があり得る。このような場合、上記第２の実施の形態の構成では、検出したい近赤外光と検出には寄与しない不要な赤外光とを分離するのが困難となるため、不要光の光量が大きいと検出光が不要光に埋没し、十分なＳ／Ｎ比を確保できずに安定した検出ができない場合があり得る。このような場合でも、不要光の光量に対して検出光の光量が十分大きくなるように検出用光源部の駆動電流を大きくすることで、十分なＳ／Ｎを確保することは可能である。しかし、そのような方法では消費電力が大きくなってしまうという問題があり、ハンディタイプの小型プロジェクタに適用することは好ましくない。
そこで、本実施の形態では、消費電力を大きくすることなく、赤外波長域の不要光が大きいときでも安定した検出をするための具体的方法を説明する。

図２１は、図２０に示した投射型表示装置において、バンドパスフィルタ８１を構成から省いた場合の撮像素子２２への入射光のスペクトル分布の一例を示している。図２１において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は光量（ａ．ｕ．（arbitrary unit））を示す。バンドパスフィルタ８１を構成から省いた場合、光学系の赤外域の膜設計や取り込み効率にも依存するが、検出光学系８０の最後段の撮像素子２２上の検出信号と不要光との割合（Ｓ／Ｎ比）は１：１０程度で不要光が多すぎ、検出信号がノイズに埋もれ、検知することが困難となる。図２１に示したスペクトル分布には、検出信号と不要光との波長成分が含まれている。この例では、可視光カットフィルタ２８があるため、映像表示用のＲＧＢの可視光の成分はない。この例では、検出用光源部として７８５ｎｍのレーザ光を用いているため、検出光として７８５ｎｍにピークが立っており、これが検出したい信号である。しかし、その７８５ｎｍの周囲に８５０ｎｍをピークにして、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外領域に不要光が強烈に存在している。この不要な赤外光があるため、検出信号の７８５ｎｍのみを検出することが困難となる。撮像素子２２上に受光した不要な赤外光はＳ／Ｎ比を下げる原因になる。同一の撮像素子２２に各波長成分が同時に受光されるため、各波長成分を積分するとＳ／Ｎ比は１：１０程度となり、必要な検出信号が弱くなりすぎて検出が困難となる。

本実施の形態では上記不要な赤外光から必要な検出信号を取り出すために以下のような対策を行う。

ここで、不要な赤外光には、以下の３つの成分が含まれる。
１．投射レンズ２４を介して検出光学系８０に入射する自然光に含まれる成分
２．照明部１（図１）のＲＧＢ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇ、および青色レーザ１１Ｂ）に含まれる赤外領域の成分
３．照明部１のＲＧＢ光源からの可視光束がライトバルブ２１や、その他の光学部品に入射することによる輻射成分

上記１．の成分についてはプロジェクタを使用する環境においては外からの光（自然光）は小さく問題視する必要は少ない。対策すべきは上記２．と３．、最終的には３．の対策に尽きる。

・上記２．の対策について。
図２２の構成例のように、投影光学系９０内において照明部１と偏光ビームスプリッタ２３との間に、可視光を透過し赤外光を低減させる赤外カットフィルタ８２を配置する。赤外カットフィルタ８２は例えば、偏光ビームスプリッタ２３における照明光Ｌ１が入射する面に対向配置する。図２３は、図２０に示した投射型表示装置において、バンドパスフィルタ８１を構成から省き、赤外カットフィルタ８２を配置した場合の撮像素子２２への入射光のスペクトル分布の一例を示している。図２３において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は光量（ａ．ｕ．）を示す。図２３から、８００ｎｍ以降の赤外の不要光が半減していることが分かる。赤外カットフィルタ８２を配置することで、照明光Ｌ１に含まれる赤外の不要光を低減することに対しては効果があるが、この状態でのＳ／Ｎ比は１：５程度でまだまだ信号光が弱く検知が困難である。そこで、本実施の形態では、以下の組み合わせにより、ノイズ成分を徐々に落としていき、各対策の低減効果の組み合わせで高いＳ／Ｎ比を実現していく。

・上記２．と３．の対策について。
図２０に示したように、ある波長域のみを透過させ、それ以外の波長域をカットするバンドパスフィルタ８１を検出光学系８０内に配置する。図２４は、バンドパスフィルタ８１の通過帯域特性の一例を示している。図２５は、検出光学系８０内にバンドパスフィルタ８１を配置した場合の撮像素子２２への入射光のスペクトル分布の一例を示している。図２４および図２５において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は光量（ａ．ｕ．）を示す。図２４および図２５には、半値幅１０ｎｍのバンドパスフィルタ８１を挿入した場合の特性を示す。７８５ｎｍ±５ｎｍの通過帯域よりも短波長側と長波長側とにおいて、不要光の大部分を低減することができ、Ｓ／Ｎ比を４：１まで高めることが可能となっていることが分かる。バンドパスフィルタ８１を用いたことで、不要な赤外光よりも信号光の方が強い状態を作り出せている。

［４．２ バンドパスフィルタ８１を使用するために適した構成例］
ここで、バンドパスフィルタ８１を用いるにあたり、現実的に発生する問題とその解決策について述べる。

（バンドパスフィルタ８１の配置位置の最適化）
バンドパスフィルタ８１を配置する場所は、図２０に示すとおり、偏光ビームスプリッタ２３と第１のリレーレンズ群５１Ａとの間における略テレセントリック性のある光路中であることが望ましい。上記第３の実施の形態において述べたように、トータルとして安価なシステムを組み上げるため、検出系の撮像素子２２は小さい方が好ましい。その場合、リレー光学系で縮小光学系を組み、小さいサイズの撮像素子２２を用いるのが賢明である。性能上、バンドパスフィルタ８１は誘電体多層膜で構成するものがほとんどである。この場合、通過帯域幅は光の入射角度でシフトするため、バンドパスフィルタ８１へ入射する光の角度はなるべく揃っている方が良質なバンドパスとして機能する。従って、検出光学系８０へバンドパスフィルタ８１を配置する場合、上記の位置であれば検出光の主光線が略テレセントリックになっているため、もっともバンドパスフィルタ８１を通過する光線群の角度が揃っている。従って、リレー光学系のレンズ間でもなく、撮像素子２２の直前でもなく、検出光がリレー光学系に突入する前が最適な配置位置である。最終レンズ（第２のリレーレンズ群５１Ｂ）と撮像素子２２との間の光路も主光線は略テレセントリックであるが、縮小光学系であるため、ラグランジュの不変量の関係よりＦｎｏが縮小倍率に応じて明るくなる。このため、主光線以外の光線に関して、バンドパスフィルタ８１への入射角度が増えて好ましくない。

（バンドパスフィルタ８１の通過帯域幅の最適化）
バンドパスフィルタ８１を挿入することによりＳ／Ｎ比は飛躍的に向上するが、通過させる帯域から信号光の波長がずれた場合は、検出が困難となる問題が存在する。次に、この解決策として、通過帯域幅の最適値について述べる。検出用光源部にレーザ光源を用いる場合、温度変化によるレーザ波長の変動特性は波長（半導体材料）に依存する。例えば７８５ｎｍの近赤外光レーザであれば、０．２７ｎｍ／℃程度である。投射型表示装置の使用温度範囲を０°〜４０°と想定した場合、センターを２５°の常温とすると、
低温（０℃）：７７８ｎｍ（７８５−０．２７ｘ（２５−０））
常温（２５℃）：７８５ｎｍ
高温（４０℃）：７８９ｎｍ（７８５＋０．２７ｘ（４０−２５））
つまり、検出用光源部の出射波長は７７８〜７８９ｎｍとなり、この場合、バンドパスフィルタ８１の通過帯域幅は１１ｎｍは最低必要となる。対応する温度域や使用波長がレーザ光源の個々のばらつきにより必要な帯域幅は変わるが、実使用上の温度変化に対応するため、バンドパスフィルタ８１の通過帯域幅は１０ｎｍ程度は最低必要である。すなわち、検出用光源部の規定の出射波長を中心に１０ｎｍ以上の通過帯域幅を有することが望ましい。

（波長変動の抑制）
次に、上記した波長が変動することによる問題を、別の手法で解決する手法について述べる。上述したように検出用光源部の出射波長は温度に対して敏感に変動する。これを抑制するために、図２６に示したように抑制部９４を設ける。

抑制部９４は、近赤外レーザ４２に取り付けられるペルチェ素子９１と、ペルチェ素子９１に接続された電源部９２と、電源部９２を介してペルチェ素子９１の温度を制御する制御部９３とを有している。図２６に示したように、検出用の近赤外光を出射する近赤外レーザ４２の近傍にペルチェ素子９１を取り付け、近赤外レーザ４２の出射波長が外的温度変化による劣化するのを防ぐ。ペルチェ素子９１の制御は、温度で管理する方法でも良いが、制御部９３で撮像素子２２による検出信号をモニタし、例えば検出信号のレベルが最大となるようにペルチェ素子９１を駆動するのが好ましい。これにより、近赤外レーザ４２が元来持っている個体ばらつきや、バンドパスフィルタ８１の通過最大波長のばらつき等を考慮した最適化を図ることが可能になる。

（可視光カットフィルタ２８の配置位置の最適化）
バンドパスフィルタ８１の配置位置に関して、上記ではバンドパスフィルタ８１の配置位置の最適化として、偏光ビームスプリッタ２３と第１のリレーレンズ群５１Ａとの間が望ましいと述べたが、その弊害として、プロジェクタとしての映像表示のコントラストが低下する問題がある。上記第２の実施の形態において述べたように、可視光が撮像素子２２に到達するのを低減させるために、可視光カットフィルタ２８を検出光学系８０内に配置することが望ましい。可視光を防ぐ目的だけであれば、撮像素子２２の直前に可視光カットフィルタ２８を配置すればよい。しかし、可視光カットフィルタ２８を配置する箇所についてはより最善な場所が存在する。

バンドパスフィルタ８１は誘電体多層膜であるため、通過帯域以外は反射となる。従って、検出光学系８０内にバンドパスフィルタ８１を配置することにより、例えば図２７に示したように、偏光ビームスプリッタ２３を透過した照明光Ｌ１のＰ偏光成分Ｌｐ１に対してバンドパスフィルタ８１が反射の役割を担ってしまう。バンドパスフィルタ８１で反射されたＰ偏光成分Ｌｐ１は偏光ビームスプリッタ２３への戻り光となり、投射レンズ２４に向けて反射され、結果、スクリーン上へ照射されてしまい、映像表示のコントラストが低下する。そこで、図２８に示したように、バンドパスフィルタ８１と偏光ビームスプリッタ２３との間に吸収タイプの可視光カットフィルタ２８を配置することが望ましい。これにより、Ｐ偏光成分Ｌｐ１の反射を抑制し、コントラストの低下を防ぐことができる。

なお、図２７および図２８では、一例として照明光Ｌ１に含まれるＰ偏光成分Ｌｐ１が１％、Ｓ偏光成分Ｌｓ１が９９％としているが、各偏光成分の割合はこれに限定されるものではない。

［４．３ その他の望ましい構成例］
（投射レンズ２４の赤外透過率の最適化）
検出光が通過する光学部品の赤外透過率を上げることで検出信号のレベルを上げ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。本実施の形態の投射型表示装置では、近赤外の検出光が投射レンズ２４を介して検出光学系８０に入射する。通常の光学部品は可視域（主にＲＧＢ）だけをケアしているため、透過率は可視域は高く全体として９０％程度は保たれている。しかし、通常の投射レンズ２４では赤外域は普段使用しないためケアされていない。例えば、投射レンズ２４が超短焦点のような１５群のレンズ群を持つ構成の場合は、１群あたりの赤外域の透過率を９０％とすると、投射レンズ２４全体としての赤外域の透過率は、
０．９¹⁵＝２１％
となる。一方赤外領域もケアし、１群あたりの赤外域の透過率を９７％まで高めることで、投射レンズ２４全体としての赤外域の透過率は、
０．９７¹⁵＝６３％
となり、投射レンズ２４全体としての透過率が３倍も増え、検出信号のレベルを純粋に３倍稼ぐことが可能となる。従って、傾向的に枚数の多い超短焦点タイプのレンズを投射レンズ２４として使用する場合には特にレンズの赤外域の透過率をケアすることは非常に重要である。

以上のことから、投射レンズ２４がＮ枚のレンズで構成されている場合、検出用光源部から出射された近赤外光に対する投射レンズ２４の透過率が、（０．９５）^N以上であることが好ましい。より好ましくは、（０．９７）^N以上であるとよい。

（偏光ビームスプリッタ２３の膜特性の最適化）
図２９に示したように、通常は可視域のコントラスト特性向上のため、偏光ビームスプリッタ２３は例えばＳ偏光反射、Ｐ偏光透過の膜特性でプロジェクタの性能向上を図っている。すなわち、照明光Ｌ１に対してはＳ偏光成分Ｌｓ１を反射し、Ｐ偏光成分Ｌｐ１を透過する特性となっている。しかし、この特性をそのまま検出光に用いられる赤外領域にも適用するのは好ましくない。すなわち、検出光に対してもＳ偏光成分Ｌｓ３を反射し、Ｐ偏光成分Ｌｐ３を透過する特性にするのは好ましくない。そもそも偏光ビームスプリッタ２３に戻って来る検出光は、指等の物体に当たり拡散したランダムな偏光を持つ光である。このため、偏光ビームスプリッタ２３をＰ偏光透過特性にすると、検出光として偏光ビームスプリッタ２３に入射する光のうち半分以下の光しか検出光学系８０に入射させることができない。また、照明光Ｌ１に含まれるＰ偏光成分を持つ赤外光が偏光ビームスプリッタ２３を透過し検出光学系８０内へ進行してしまう。

そこで、偏光ビームスプリッタ２３の膜特性が、可視光に対してはＳ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を反射する特性を有し、赤外光に対してはＳ偏光成分とＰ偏光成分とを共に反射する特性を有するようにすることが好ましい。これにより、図３０に示したように、検出光に対してはＳ偏光成分Ｌｓ３とＰ偏光成分Ｌｐ３とが検出光学系８０に向けて偏光ビームスプリッタ２３で反射される。これにより、検出光学系８０に入射する検出光の割合を倍増させることができる。また、照明光Ｌ１に含まれる赤外域のＰ偏光成分Ｌｐ１ａは検出光学系８０に進行することなく反射される。これにより、ノイズ成分を低減することにつながりＳ／Ｎ比の改善対策となる。

なお、図２９および図３０では、一例として照明光Ｌ１に含まれるＰ偏光成分Ｌｐ１が１％、Ｓ偏光成分Ｌｓ１が９９％としているが、各偏光成分の割合はこれに限定されるものではない。

＜５．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
入射した光を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分離し、それぞれを互いに異なる方向に出射する偏光分離素子と、
前記第１および第２の偏光成分を含み、前記第１の偏光成分が支配的な照明光を前記偏光分離素子に向けて出射する照明部と、
前記偏光分離素子を介して入射された前記照明光に含まれる前記第１の偏光成分を映像データに基づいて変調し、その変調光を前記偏光分離素子を介して出射するライトバルブと、
前記偏光分離素子を介して入射された前記ライトバルブからの前記変調光を投影面上に投影すると共に、前記変調光の進行方向とは逆方向から検出光が入射される投射レンズと、
前記ライトバルブと光学的に共役な位置に配置され、前記投射レンズおよび前記偏光分離素子を介して前記検出光が入射される撮像素子と、
前記照明部と前記撮像素子との間に配置され、前記撮像素子に入射する前記照明光に含まれる少なくとも前記第２の偏光成分を低減させる１以上の光学部材と
を備える投射型表示装置。
（２）
前記撮像素子による撮影結果に基づいて、前記投影面上もしくは前記投影面近傍における物体の特徴点の位置を、前記投影面上に投影された投影画像の座標に対応付けて検出する画像処理部をさらに備えた
上記（１）に記載の投射型表示装置。
（３）
前記撮像素子は、前記投射レンズによる前記投影面上の投影エリアを撮影エリアとした撮影を行う
上記（１）または（２）に記載の投射型表示装置。
（４）
前記光学部材は、前記照明部と前記偏光分離素子との間、または前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に配置され、前記第２の偏光成分を除去する偏光部材である
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（５）
前記光学部材は、前記偏光分離素子と前記撮像素子との間に配置され、可視光成分を低減させる可視光カットフィルタである
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（６）
前記照明部は、第１の波長の光を発する第１の光源と、第２の波長の光を発する第２の光源と、第３の波長の光を発する第３の光源とを有し、
前記第１乃至第３の光源をそれぞれフィールドシーケンシャル方式で発光制御する照明制御部をさらに備え、
前記照明制御部は、前記第１乃至第３の光源を映像投影に必要な照度で発光させる第１の発光期間と、照度がゼロにならない範囲で前記第１の発光期間に比べて照度を減少させて前記第１乃至第３の光源を発光させる第２の発光期間とを含むように発光制御を行い、
前記撮像素子は、前記第２の発光期間において撮影を行う
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（７）
少なくとも前記投射レンズによる前記投影面上の投影エリアが検出用の非可視光によって所定の高さから覆われるように、前記検出用の非可視光を出射する検出用光源部をさらに備え、
前記撮像素子には、前記投影エリア近傍の物体に当たって拡散された前記非可視光が前記検出光として前記投射レンズおよび前記偏光分離素子を介して入射される
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（８）
前記光学部材は、前記偏光分離素子と前記撮像素子との間に配置され、可視光成分を低減させる可視光カットフィルタである
上記（７）に記載の投射型表示装置。
（９）
前記光学部材として、前記照明部と前記偏光分離素子との間、または前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に配置され、前記第２の偏光成分を除去する偏光部材をさらに備える
上記（８）に記載の投射型表示装置。
（１０）
所定の面を有し、内部に前記検出用光源部が組み込まれた外筐をさらに備え、
前記投射レンズはスローレシオが０．３８以下の超短焦点レンズであり、
前記外筐は、前記所定の面が前記投影面と同一面となるように設置される
上記（７）ないし（９）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（１１）
前記光学部材は、前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に配置された、偏光選択性および波長選択性を有する１以上の反射ミラーであり、
前記反射ミラーは、前記投射レンズおよび前記偏光分離素子を介して入射された前記検出光を前記撮像素子に向けて反射する
上記（７）ないし（１０）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（１２）
前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に、正のパワーを持つ１以上のリレーレンズ群をさらに備えた
上記（１）ないし（１１）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（１３）
前記リレーレンズ群として、前記偏光分離素子に近い側から順に、第１のリレーレンズ群と第２のリレーレンズ群とを有し、
前記第２のリレーレンズ群の焦点距離ｆｉが、前記第１のリレーレンズ群の焦点距離ｆｂより小さい
上記（１２）に記載の投射型表示装置。
（１４）
前記第１のリレーレンズ群と前記第２のリレーレンズ群とによって、
β＝ｆｉ／ｆｂ
となる縮小倍率βの縮小光学系が構成され、
前記撮像素子の撮像面の有効エリアＬｉと前記ライトバルブの表示面の有効エリアＬｂとが、
Ｌｉ＞β×Ｌｂ
の関係を満足する
上記（１３）に記載の投射型表示装置。
（１５）
前記光学部材として、前記偏光分離素子と前記撮像素子との間に配置され、特定の波長域の光のみを通過させるバンドパスフィルタを含む
上記（７）に記載の投射型表示装置。
（１６）
前記バンドパスフィルタは、前記検出用光源部の規定の出射波長を中心に１０ｎｍ以上の通過帯域幅を有する
上記（１５）に記載の投射型表示装置。
（１７）
前記バンドパスフィルタの通過帯域幅を超えないように、前記検出用光源部の出射波長の変動を抑制する抑制部をさらに備えた
上記（１５）または（１６）に記載の投射型表示装置。
（１８）
前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に配置されたテレセントリック光学系をさらに備え、
前記バンドパスフィルタは、前記テレセントリック光学系と前記偏光分離素子との間における略テレセントリック性のある光路中に配置されている
上記（１５）ないし（１７）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（１９）
前記光学部材として、前記バンドパスフィルタと前記偏光分離素子との間に配置された吸収タイプの可視光カットフィルタを含む
上記（１５）ないし（１８）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（２０）
前記検出用光源部は前記検出用の非可視光として赤外光を出射し、
前記照明部と前記偏光分離素子との間に配置され、可視光を透過し赤外光を低減させる赤外カットフィルタをさらに備えた
上記（１５）ないし（１９）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（２１）
前記検出用光源部は前記検出用の非可視光として赤外光を出射し、
前記投射レンズがＮ枚のレンズを含み、
前記検出用光源部から出射された前記赤外光に対する前記投射レンズの透過率が、（０．９５）^N以上である
上記（１５）ないし（２０）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（２２）
前記検出用光源部は前記検出用の非可視光として赤外光を出射し、
前記偏光分離素子は、可視光に対しては前記第１の偏光成分を反射し、前記第２の偏光成分を透過する特性を有し、赤外光に対しては前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを共に反射する特性を有する
上記（１５）ないし（２１）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（２３）
前記偏光分離素子は、第１の方向から入射した光に含まれる前記第１の偏光成分を第２の方向に出射すると共に、前記第１の方向から入射した光に含まれる前記第２の偏光成分を第３の方向に出射し、
前記照明部は、前記照明光を前記第１の方向から前記偏光分離素子に向けて出射し、
前記ライトバルブは、前記偏光分離素子を介して前記第２の方向から入射された、前記照明光に含まれる前記第１の偏光成分を映像データに基づいて変調し、その変調光を前記偏光分離素子を介して第４の方向に向けて出射し、
前記投射レンズは、前記第４の方向から入射された前記ライトバルブからの前記変調光を前記投影面上に投影し、
前記撮像素子には、前記投射レンズおよび前記偏光分離素子を介して前記第３の方向から前記検出光が入射され、
前記光学部材は、少なくとも前記照明光に含まれる前記第２の偏光成分を低減する
上記（１）ないし（２２）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。

１…照明部、１１Ｂ…青色レーザ、１１Ｇ…緑色レーザ、１１Ｒ…赤色レーザ、１２Ｂ…第１のカップリングレンズ、１２Ｇ…第２のカップリングレンズ、１２Ｒ…第３のカップリングレンズ、１４…駆動光学素子、１８…ミラー、２１…ライトバルブ、２２…撮像素子、２３…偏光ビームスプリッタ、２４…投射レンズ、２５，２５Ｓ…偏光子、２６…画像処理部、２７…ワイヤグリッド、２８…可視光カットフィルタ、２９…照明制御部、３０…スクリーン、３０Ａ…投影面、３１…投影エリア、３２…撮影エリア、４０…近赤外光投光部、４１…検出用近赤外光、４２…近赤外レーザ、４３…コリメータレンズ、４４，４５…シリンダアレイレンズ、４４Ａ…母線、４５…検出用投光部、４６…検出用光源部、４７…筐体底面、５０…共役面、５１…リレーレンズ群、５１Ａ…第１のリレーレンズ群、５１Ｂ…第２のリレーレンズ群、５２…ホットミラー、７１…指示物（物体）、８０…検出光学系、８１…バンドパスフィルタ、８２…赤外カットフィルタ、９０…投影光学系、９１…ペルチェ素子、９２…電源部、９３…制御部、９４…変動抑制部、１００…本体、１３１…第１のダイクロイックプリズム、１３２…第２のダイクロイックプリズム、１５１…第１のフライアイレンズ、１５２…第２のフライアイレンズ、１６１…第１のコンデンサレンズ、１６２…第２のコンデンサレンズ、１６３…第３のコンデンサレンズ、１６４…第４のコンデンサレンズ、Ｈ…投影エリアの幅、ｈ…所定の高さ、Ｌ…距離、Ｌ１…照明光、Ｌ２…検出光、Ｌａ…近赤外散乱光、Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３，Ｌｐ１ａ…Ｐ偏光成分、Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３…Ｓ偏光成分、Ｐ１…位置、Ｐ２…座標、Ｖ１…投影画像、Ｖ２…映像情報、Ｚ１…第１の方向、Ｚ２…第２の方向、Ｚ３…第３の方向、Ｚ４…第４の方向。

Claims (23)

1. 入射した光を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分離し、それぞれを互いに異なる方向に出射する偏光分離素子と、
   前記第１および第２の偏光成分を含み、前記第１の偏光成分が支配的な照明光を前記偏光分離素子に向けて出射する照明部と、
   前記偏光分離素子を介して入射された前記照明光に含まれる前記第１の偏光成分を映像データに基づいて変調し、その変調光を前記偏光分離素子を介して出射するライトバルブと、
   前記偏光分離素子を介して入射された前記ライトバルブからの前記変調光を投影面上に投影すると共に、前記変調光の進行方向とは逆方向から検出光が入射される投射レンズと、
   前記ライトバルブと光学的に共役な位置に配置され、前記投射レンズおよび前記偏光分離素子を介して前記検出光が入射される撮像素子と、
   前記照明部と前記撮像素子との間に配置され、前記撮像素子に入射する前記照明光に含まれる少なくとも前記第２の偏光成分を低減させる１以上の光学部材と
   を備える投射型表示装置。
2. 前記撮像素子による撮影結果に基づいて、前記投影面上もしくは前記投影面近傍における物体の特徴点の位置を、前記投影面上に投影された投影画像の座標に対応付けて検出する画像処理部をさらに備えた
   請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記撮像素子は、前記投射レンズによる前記投影面上の投影エリアを撮影エリアとした撮影を行う
   請求項１に記載の投射型表示装置。
4. 前記光学部材として、前記照明部と前記偏光分離素子との間、または前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に配置され、前記第２の偏光成分を除去する偏光部材を含む
   請求項１に記載の投射型表示装置。
5. 前記光学部材として、前記偏光分離素子と前記撮像素子との間に配置され、可視光成分を低減させる可視光カットフィルタを含む
   請求項１に記載の投射型表示装置。
6. 前記照明部は、第１の波長の光を発する第１の光源と、第２の波長の光を発する第２の光源と、第３の波長の光を発する第３の光源とを有し、
   前記第１乃至第３の光源をそれぞれフィールドシーケンシャル方式で発光制御する照明制御部をさらに備え、
   前記照明制御部は、前記第１乃至第３の光源を映像投影に必要な照度で発光させる第１の発光期間と、照度がゼロにならない範囲で前記第１の発光期間に比べて照度を減少させて前記第１乃至第３の光源を発光させる第２の発光期間とを含むように発光制御を行い、
   前記撮像素子は、前記第２の発光期間において撮影を行う
   請求項１に記載の投射型表示装置。
7. 少なくとも前記投射レンズによる前記投影面上の投影エリアが検出用の非可視光によって所定の高さから覆われるように、前記検出用の非可視光を出射する検出用光源部をさらに備え、
   前記撮像素子には、前記投影エリア近傍の物体に当たって拡散された前記非可視光が前記検出光として前記投射レンズおよび前記偏光分離素子を介して入射される
   請求項１に記載の投射型表示装置。
8. 前記光学部材として、前記偏光分離素子と前記撮像素子との間に配置され、可視光成分を低減させる可視光カットフィルタを含む
   請求項７に記載の投射型表示装置。
9. 前記光学部材として、前記照明部と前記偏光分離素子との間、または前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に配置され、前記第２の偏光成分を除去する偏光部材をさらに含む
   請求項８に記載の投射型表示装置。
10. 所定の面を有し、内部に前記検出用光源部が組み込まれた外筐をさらに備え、
    前記投射レンズはスローレシオが０．３８以下の超短焦点レンズであり、
    前記外筐は、前記所定の面が前記投影面と同一面となるように設置される
    請求項７に記載の投射型表示装置。
11. 前記光学部材として、前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に配置された、偏光選択性および波長選択性を有する１以上の反射ミラーを含み、
    前記反射ミラーは、前記投射レンズおよび前記偏光分離素子を介して入射された前記検出光を前記撮像素子に向けて反射する
    請求項７に記載の投射型表示装置。
12. 前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に、正のパワーを持つ１以上のリレーレンズ群をさらに備えた
    請求項１に記載の投射型表示装置。
13. 前記リレーレンズ群として、前記偏光分離素子に近い側から順に、第１のリレーレンズ群と第２のリレーレンズ群とを有し、
    前記第２のリレーレンズ群の焦点距離ｆｉが、前記第１のリレーレンズ群の焦点距離ｆｂより小さい
    請求項１２に記載の投射型表示装置。
14. 前記第１のリレーレンズ群と前記第２のリレーレンズ群とによって、
    β＝ｆｉ／ｆｂ
    となる縮小倍率βの縮小光学系が構成され、
    前記撮像素子の撮像面の有効エリアＬｉと前記ライトバルブの表示面の有効エリアＬｂとが、
    Ｌｉ＞β×Ｌｂ
    の関係を満足する
    請求項１３に記載の投射型表示装置。
15. 前記光学部材として、前記偏光分離素子と前記撮像素子との間に配置され、特定の波長域の光のみを通過させるバンドパスフィルタを含む
    請求項７に記載の投射型表示装置。
16. 前記バンドパスフィルタは、前記検出用光源部の規定の出射波長を中心に１０ｎｍ以上の通過帯域幅を有する
    請求項１５に記載の投射型表示装置。
17. 前記バンドパスフィルタの通過帯域幅を超えないように、前記検出用光源部の出射波長の変動を抑制する抑制部をさらに備えた
    請求項１５に記載の投射型表示装置。
18. 前記撮像素子と前記偏光分離素子との間に配置されたテレセントリック光学系をさらに備え、
    前記バンドパスフィルタは、前記テレセントリック光学系と前記偏光分離素子との間における略テレセントリック性のある光路中に配置されている
    請求項１５に記載の投射型表示装置。
19. 前記光学部材として、前記バンドパスフィルタと前記偏光分離素子との間に配置された吸収タイプの可視光カットフィルタを含む
    請求項１５に記載の投射型表示装置。
20. 前記検出用光源部は前記検出用の非可視光として赤外光を出射し、
    前記照明部と前記偏光分離素子との間に配置され、可視光を透過し赤外光を低減させる赤外カットフィルタをさらに備えた
    請求項１５に記載の投射型表示装置。
21. 前記検出用光源部は前記検出用の非可視光として赤外光を出射し、
    前記投射レンズがＮ枚のレンズを含み、
    前記検出用光源部から出射された前記赤外光に対する前記投射レンズの透過率が、（０．９５）^N以上である
    請求項１５に記載の投射型表示装置。
22. 前記検出用光源部は前記検出用の非可視光として赤外光を出射し、
    前記偏光分離素子は、可視光に対しては前記第１の偏光成分を反射し、前記第２の偏光成分を透過する特性を有し、赤外光に対しては前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを共に反射する特性を有する
    請求項１５に記載の投射型表示装置。
23. 前記偏光分離素子は、第１の方向から入射した光に含まれる前記第１の偏光成分を第２の方向に出射すると共に、前記第１の方向から入射した光に含まれる前記第２の偏光成分を第３の方向に出射し、
    前記照明部は、前記照明光を前記第１の方向から前記偏光分離素子に向けて出射し、
    前記ライトバルブは、前記偏光分離素子を介して前記第２の方向から入射された、前記照明光に含まれる前記第１の偏光成分を映像データに基づいて変調し、その変調光を前記偏光分離素子を介して第４の方向に向けて出射し、
    前記投射レンズは、前記第４の方向から入射された前記ライトバルブからの前記変調光を前記投影面上に投影し、
    前記撮像素子には、前記投射レンズおよび前記偏光分離素子を介して前記第３の方向から前記検出光が入射され、
    前記光学部材は、少なくとも前記照明光に含まれる前記第２の偏光成分を低減する
    請求項１に記載の投射型表示装置。

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