JP2019023692A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を抑制し、可視光による投写画像の品質低下を防止し、検出光を適切に投写領域に投写するインタラクティブ機能を備えたプロジェクターを提供する。【解決手段】プロジェクターは、光学系において、赤色光/赤外光用光源１と、緑色光用光源１Ｇと、青色光用光源１Ｂと、偏光分離合成素子５と、反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒと、赤外光用偏光変換素子９と、プリズム（クロスダイクロイックプリズム１０）と、投写レンズ１１とを備えて構成される。これにより、可視光と赤外光ＩＲとを一体の光学系で構成し、同一の投写レンズ１１から投写面（投写領域）に可視光と赤外光ＩＲとを重畳させて投写させる。【選択図】図１

Description

本発明は、インタラクティブ機能を備えたプロジェクターに関する。

従来、投写画像をスクリーン等の投写領域に投写すると共に、カメラによって指先等の対象物を含む画像を撮像し、撮像した画像を用いて対象物の位置を検出するプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、このようなプロジェクターは、指先が移動した軌跡を画像として表示させる等の機能を有する、いわゆるインタラクティブプロジェクターとして認知されている。

インタラクティブ機能を実現する構成として、プロジェクター本体内の通常の可視光の画像を投写する光学系とは別に、検出光としての赤外光を投写するための光学系を含めた装置（赤外光投写装置）や、検出光を反射する対象物を含む画像を撮像するためのカメラ等を設けることが行われている。

なお、インタラクティブプロジェクターでは、撮像画像から対象物の位置を検出する場合、対象物と投写領域のコントラストの差を利用して、画像内における対象物の位置が判定される。このため、カメラで撮像される画像では、対象物と投写領域とのコントラストが十分に大きなことが望まれる。

また、特許文献２の投写型表示装置（インタラクティブプロジェクター）では、可視光の光学系に赤外光の光学系を一体となるように追加して、プロジェクター内部から赤外光を投写することが開示されている。この構成によれば、赤外光投写装置をプロジェクター本体（外面部）に設置する必要がなくなる。

特開２０１２−１５０６３６号公報 特許第４３４１６８０号公報

赤外光を投写する赤外光投写装置をプロジェクター本体に一箇所設置するだけでは、設置する場所によりコントラストが十分でない投写領域が発生する場合がある。そこで、十分なコントラストを得るためには、例えば、投写面に対峙するプロジェクター本体の先端部と後端部とにそれぞれ赤外光投写装置を設置して投写することが考えられる。しかし、このような構成では、プロジェクター本体において広い間隔が必要となり、プロジェクターの大型化を招きやすいという課題がある。

また、赤外光投写装置は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）と、ＬＥＤから射出される赤外光などを反射させて投写面に投写させる反射ミラー等を含んで構成される。インタラクティブプロジェクターは、一般的に投写面に近接する位置から投写面に投写する装置である。そのため、近接する投写領域に検出光としての赤外光を適切に投写させるための反射ミラーの設計及び製造等の難易度が高くなり、照明効率も悪くなりやすいという課題がある。

特許文献２に記載される構成を実施した場合、投写レンズ前段に光の合成用のプリズムを増やすこと等が必要となる。この構成によれば、光学系の構成要素の増加や、投写レンズのバックフォーカスが長くなる等が考えられる。その場合、投写レンズの大型化や構成要素の増加による光学系の大型化が懸念される。また、投写レンズの大型化に伴う投写レンズの性能低下等の結果、フォーカスぼけや解像度の低下等、投写画像の品質低下が懸念される。
従って、大型化を抑制し、可視光による投写画像の品質低下を防止し、検出光を適切に投写領域に投写するインタラクティブ機能を備えたプロジェクターが要望されていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るプロジェクターは、投写面に可視光と赤外光とを投写するプロジェクターであって、赤色光及び赤外光を互いに異なる直線偏光光として射出する赤色光/赤外光用光源と、緑色光を射出する緑色光用光源と、青色光を射出する青色光用光源と、赤色光/赤外光用光源から射出された赤色光と、赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで分離する偏光分離合成素子と、偏光分離合成素子で分離された赤色光を画像データに応じて偏光変換して射出する反射型の赤色光用偏光変換素子と、偏光分離合成素子で分離された赤外光を偏光変換して射出する赤外光用偏光変換素子と、偏光分離合成素子により、赤色光用偏光変換素子で偏光変換されて射出された赤色光と、赤外光用偏光変換素子で偏光変換されて射出された赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで、赤色光と赤外光とを合成し、合成された赤色光及び赤外光と、緑色光及び青色光とを合成して合成光として射出するプリズムと、プリズムから射出された合成光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とする。

本適用例のプロジェクターによれば、赤色光及び赤外光が、赤色光/赤外光用光源から互いに異なる直線偏光光（例えば、赤色光はＰ偏光光、赤外光はＳ偏光光）として射出される。そして、偏光分離合成素子により、射出された赤色光と赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで、赤色光と赤外光とが分離される。例えば、偏光分離合成素子により、赤色光は透過され、赤外光は反射されることで分離される。そして、分離（透過）された赤色光は、反射型の赤色光用偏光変換素子で画像データに応じて偏光変換（Ｓ偏光光）されて射出される。また、分離（反射）された赤外光は、赤外光用偏光変換素子で偏光変換（Ｐ偏光光）されて射出される。そして、偏光分離合成素子により、赤色光用偏光変換素子で偏光変換（Ｓ偏光光）されて射出された赤色光と、赤外光用偏光変換素子で偏光変換（Ｐ偏光光）されて射出された赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで、赤色光と赤外光とが合成される。例えば、赤外光を透過し、赤色光を反射することで合成される。そして、合成された赤色光及び赤外光と、緑色光及び青色光とは、プリズムにより合成されて合成光として射出される。そして、プリズムで合成された合成光が、投写レンズから投写面に投写される。
このような構成とすることにより、投写面に投写する可視光の光学系と、同じく投写面に投写する赤外光の光学系とを分けて構成する必要がなくなり、可視光と赤外光とを一体の光学系として構成し、同一の投写レンズから同一の投写面（投写領域）に投写させることができる。従って、インタラクティブ機能を備えたプロジェクターの大型化を抑制し、検出光としての赤外光を適切に投写領域に投写することができる。

［適用例２］本適用例に係るプロジェクターは、投写面に可視光と赤外光とを投写するプロジェクターであって、赤色光及び赤外光を互いに異なる直線偏光光として射出する赤色光/赤外光用光源と、緑色光を射出する緑色光用光源と、青色光を射出する青色光用光源と、赤色光/赤外光用光源、緑色光用光源、及び青色光用光源から射出された赤外光と、赤色光、緑色光、及び青色光とのうち一方を透過し、他方を反射することで分離する偏光分離合成素子と、偏光分離合成素子で分離された赤色光、緑色光、及び青色光を各色光に分離を行うプリズムと、プリズムで分離された赤色光、緑色光、及び青色光を画像データに応じて偏光変換して射出する反射型の赤色光用偏光変換素子、反射型の緑色光用偏光変換素子、及び反射型の青色光用偏光変換素子と、偏光分離合成素子で分離された赤外光を、偏光変換して射出する反射型の赤外光用偏光変換素子と、赤色光用偏光変換素子、緑色光用偏光変換素子、及び青色光用偏光変換素子から射出された赤色光、緑色光、及び青色光は、プリズムに入射して可視光の合成光として射出され、偏光分離合成素子により、可視光の合成光と、偏光変換された赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで可視光の合成光と赤外光とを合成し、偏光分離合成素子で合成された可視光の合成光と赤外光とを投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とする。

本適用例のプロジェクターによれば、赤色光及び赤外光が、赤色光/赤外光用光源から互いに異なる直線偏光光（例えば、赤色光はＰ偏光光、赤外光はＳ偏光光）として射出される。また、緑色光用光源から緑色光が射出され、青色光用光源から青色光が射出される。そして、偏光分離合成素子により、赤外光と、可視光となる赤色光、緑色光、及び青色光とのうち一方を透過し、他方を反射することで、赤外光と、可視光（赤色光、緑色光、及び青色光）とが分離される。例えば、可視光（赤色光、緑色光、及び青色光）を透過し、赤外光を反射することで分離される。そして、プリズムに入射した可視光は、プリズムにより、各色光（赤色光、緑色光、及び青色光）に分離される。分離された赤色光、緑色光、及び青色光は、反射型の赤色光用偏光変換素子、反射型の緑色光用偏光変換素子、及び反射型の青色光用偏光変換素子により、それぞれ、画像データに応じて偏光変換されて射出される。なお、偏光分離合成素子で分離（反射）された赤外光は、反射型の赤外光用偏光変換素子により、偏光変換（Ｐ偏光光）されて射出される。そして、各色光用偏光変換素子で偏光変換されて射出された赤色光、緑色光、及び青色光は、プリズムに入射して合成され、可視光の合成光として射出される。そして、偏光分離合成素子により、可視光の合成光と、偏光変換された赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで、可視光の合成光と赤外光とが合成される。例えば、赤外光を透過し、可視光の合成光を反射することで合成される。そして、投写レンズにより、偏光分離合成素子で合成された可視光の合成光と赤外光とが投写面に投写される。
このような構成とすることにより、投写面に投写する可視光の光学系と、同じく投写面に投写する赤外光の光学系とを分けて構成する必要がなくなり、可視光と赤外光とを一体の光学系として構成し、同一の投写レンズから同一の投写面（投写領域）に投写させることができる。従って、インタラクティブ機能を備えたプロジェクターの大型化を抑制し、検出光としての赤外光を適切に投写領域に投写することができる。

［適用例３］本適用例に係るプロジェクターは、投写面に可視光と赤外光とを投写するプロジェクターであって、可視光となる赤色光と緑色光と青色光とを合成するプリズムを備え、プリズムは、可視光が入射するそれぞれの側面に対して垂直方向となる側面から赤外光を入射させて、可視光に合成して射出することを特徴とする。

本適用例のプロジェクターによれば、従来、プリズムとしてクロスダイクロイックプリズムである場合、内部には、例えば、赤色光反射用のダイクロイック膜と、青色光反射用のダイクロイック膜とが、平面視でＸ字状に配置される。そして、平面視でそれぞれ直交する面（側面）から、可視光の赤色光、緑色光、青色光がそれぞれ入射することで、赤色光、青色光がそれぞれの反射用ダイクロイック膜で反射され、各反射用ダイクロイック膜を透過した緑色光と合成されてプリズムから射出される。
このようなプリズムに対して、本適用例では、例えば、断面視で隣り合わない対向する交点を結ぶ様に、また、可視光の射出方向に合わせて、赤外光反射用のダイクロイック膜を配置することで、可視光が入射するそれぞれの側面に対して垂直方向となる側面から赤外光を入射させることにより、入射した赤外光は赤外光反射用のダイクロイック膜により反射されると共に、可視光と合成されてプリズムから射出される。
この構成により、１つのプリズムで可視光と赤外光とを合成して射出することができるため、複数のプリズムを用いる必要がなくなり光学系を小型化することができる。また、複数のプリズムを用いる場合に比べて、投写レンズのバックフォーカスを短くすることができる。これらにより、投写レンズの大型化を抑制し、投写レンズの性能低下等を抑制することができることで、フォーカスぼけや解像度の低下等、可視光による投写画像の品質低下を防止することができる。

［適用例４］上記適用例２に係るプロジェクターにおいて、プリズムは、クロスダイクロイックプリズム、ギャップレスプリズム、及びフィリップスプリズムのいずれかを用いていることが好ましい。

本適用例のプロジェクターによれば、分離と合成を行うプリズムとして、クロスダイクロイックプリズム、ギャップレスプリズム、及びフィリップスプリズムのいずれかを用いていることで、光学系の設計における自由度が増す。

［適用例５］上記適用例２に係るプロジェクターにおいて、投写レンズの前段に設置される偏光板と、偏光板の前段に設置される赤外光の偏光を変換する位相差板と、を備えていることが好ましい。

本適用例のプロジェクターによれば、例えば、偏光分離合成素子により透過した赤外光の偏光方向を、位相差板を用いることにより、偏光分離合成素子により反射された可視光の偏光方向に揃えることができる。そして、偏光方向が揃った赤外光と可視光とを偏光板により、偏光度を上げて投写レンズに入射させる。これにより、赤外光が偏光板に吸収されることを避けると共に、投写レンズから投写される投写画像のコントラストを高くすることができる。

［適用例６］上記適用例１，２，４，５に係るプロジェクターにおいて、赤外光用偏光変換素子は、反射型の赤外光用液晶ライトバルブ、又は反射板を有する１/４波長板を含んで構成されていることが好ましい。

本適用例のプロジェクターによれば、赤外光用偏光変換素子が、反射型の赤外光用液晶ライトバルブ、又は反射板を有する１/４波長板を含んで構成されることにより、偏光分離合成素子で例えば反射された赤外光の偏光（例えば、Ｓ偏光光）を変換して（例えば、Ｐ偏光光）射出させることができ、その後の偏光分離合成素子を透過させることができる。

［適用例７］上記適用例３に係るプロジェクターにおいて、赤外光が入射するプリズムの側面に、透過型の赤外光用偏光変換素子を備えることが好ましい。

本適用例のプロジェクターによれば、透過型の赤外光用偏光変換素子として、例えば、透過型の赤外光用液晶ライトバルブを備えることにより、入力される画像データに応じて赤外光を変調して射出し、プリズムに入射させることができる。また、透過型の赤外光用偏光変換素子として、例えば、透過型の１/２波長板を備えることにより、偏光方向を変えてプリズムに入射させることができる。

［適用例８］上記適用例３，７に係るプロジェクターにおいて、赤外光を射出する光源は、放電式ランプ、発光ダイオード、半導体レーザー、エレクトロルミネッセンス素子のいずれかを用いていることが好ましい。

本適用例のプロジェクターによれば、赤外光を射出する光源が、放電式ランプ、発光ダイオード、半導体レーザー、エレクトロルミネッセンス素子のいずれかを用いることにより、赤外光を容易に取り出すことができる。

［適用例９］上記適用例のいずれかに係るプロジェクターにおいて、赤外光用偏光変換素子は、赤外光を画像データに応じて変調し、構造化光として射出することが好ましい。

本適用例のプロジェクターによれば、赤外光用偏光変換素子により、赤外光が構造化光として射出されるため、インタラクティブ機能を実現する際、対象物の位置検出精度を向上させることができる。

［適用例１０］上記適用例のいずれかに係るプロジェクターにおいて、赤外光を構造化光として射出する遮光部を備えていることが好ましい。

本適用例のプロジェクターによれば、遮光部として、例えば、パターンが形成された遮光膜を積層したガラス板等を用いることで、赤外光を構造化光として射出することができる。これにより、インタラクティブ機能を実現する際、対象物の位置検出精度を向上させることができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を示す概略図。 第１実施形態に係る赤色光/赤外光用光源を平面視した場合の構成を示す概略図。 第２実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を示す概略図。 第２実施形態での第１変形例に係る光学系のプリズムの構成を示す概略図。 第２実施形態での第１変形例に係る光学系の他のプリズムの構成を示す概略図。 第２実施形態での第２変形例に係る光学系の構成を示す概略図。 第３実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を示す概略平面図。 第３実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を示す概略断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明を行う。なお、各図面における構成要素は、図面上で認識可能な大きさとするために、構成要素毎に寸法や位置関係の縮尺を異ならせている。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を示す概略図である。図２は、赤色光/赤外光用光源１を平面視した場合の構成を示す概略図である。なお、図１では、各色光の概略の光路を色光毎に矢印で示している。図１、図２を参照してプロジェクターの光学系について説明する。

図１に示すように、本実施形態のプロジェクターの光学系は、光源として赤色光Ｒ及び赤外光ＩＲを射出する赤色光/赤外光用光源１と、緑色光Ｇを射出する緑色光用光源１Ｇと、青色光Ｂを射出する青色光用光源１Ｂと、を備えている。また、コリメート光学系２，３，４と、偏光分離合成素子５と、偏光素子６，７と、反射型の偏光変換素子として赤色光用偏光変換素子８Ｒ、緑色光用偏光変換素子８Ｇ、青色光用偏光変換素子８Ｂと、赤外光用偏光変換素子９と、プリズムとしてのクロスダイクロイックプリズム１０と、投写レンズ１１等とを備えて概略構成されている。なお、図１では、赤色光用偏光変換素子８Ｒ及び赤外光用偏光変換素子９からクロスダイクロイックプリズム１０までの光路長が長くなっているが、実際には、赤色光用偏光変換素子８Ｒ及び赤外光用偏光変換素子９からクロスダイクロイックプリズム１０までの光路長は、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの光路長と同程度となるように構成されている。

本実施形態の赤色光/赤外光用光源１、緑色光用光源１Ｇ、及び青色光用光源１Ｂは、それぞれレーザーダイオードがアレイ状に構成されたＬＤ（半導体レーザー）光源となっている。赤色光/赤外光用光源１は、詳細には、図２に示すように、赤色光Ｒを射出する赤色光用レーザーダイオード１Ｒと、赤外光ＩＲを射出する赤外光用レーザーダイオード１ＩＲとが、列状で交互に配列されたアレイ状に構成されている。また、赤外光用レーザーダイオード１ＩＲの向きは、赤色光用レーザーダイオード１Ｒの向きに対して９０度回転させた状態で配置されている。この配置により、本実施形態の赤色光/赤外光用光源１からは、赤色光と赤外光とが互いに異なる直線偏光光として射出される。詳細には、赤色光ＲはＰ偏光光として射出され、赤外光ＩＲは、Ｓ偏光光として射出される。

赤色光/赤外光用光源１の後段には、詳細には、図示省略する集光光学系、光拡散板、及びコリメート光学系２が配置されている。なお、集光光学系は、図示省略する平行化レンズと集光レンズで構成される。平行化レンズは、赤色光/赤外光用光源１のアレイ状に構成された各ＬＤ光源に対応して配置されている。この平行化レンズにより、各ＬＤ光源から射出された光をそれぞれ略平行化する。集光レンズは、平行化レンズで射出された略平行化された光を光拡散板に向けて集光する。光拡散板は、集光された光を拡散することで拡散光を生成して射出する。コリメート光学系２は、光拡散板から射出された拡散光を略平行化して射出する。

コリメート光学系２から射出された赤色光Ｒと赤外光ＩＲとは、偏光分離合成素子５に入射する。偏光分離合成素子５は、入射する赤色光Ｒと赤外光ＩＲとのうち一方を透過し、他方を反射することで、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとを分離する。本実施形態では、Ｐ偏光光の赤色光Ｒを透過し、Ｓ偏光光の赤外光ＩＲを反射する。このように、偏光分離合成素子５により、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとが分離される。

なお、本実施形態の偏光分離合成素子５は、ガラス基板上にアルミニウム等の金属からなる微細な複数の線状リブを互いに平行に微細なピッチで配列した、いわゆるワイヤーグリッド型の偏光素子で構成されている。偏光分離合成素子５は、線状リブの延在方向に対して垂直な偏光方向の偏光光（一方の偏光成分）を透過し、線状リブの延在方向に平行な偏光方向の偏光光（他方の偏光成分）を反射する。なお、偏光分離合成素子５としてフィルム多層積層型の偏光素子を用いることもできる。なお、偏光素子６，７も偏光分離合成素子５と同様に、ワイヤーグリッド型の偏光素子で構成されている。

偏光分離合成素子５を透過した赤色光Ｒは、反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒに入射する。本実施形態の赤色光用偏光変換素子８Ｒは、液晶ライトバルブで構成されている。反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒに入射した赤色光Ｒは、液晶ライトバルブを駆動する画像データに応じて偏光変換されることにより、Ｐ偏光光からＳ偏光光に変換された成分が射出される。

偏光分離合成素子５で反射した赤外光ＩＲは、赤外光用偏光変換素子９に入射する。本実施形態の赤外光用偏光変換素子９は、反射ミラーと位相差板とで構成されている。位相差板は詳細には、１/４波長板で構成され、直線偏光と円偏光との間での変換を行う。赤外光用偏光変換素子９に入射した赤外光ＩＲは、１/４波長板に入射し、反射ミラーで反射された後、再度１/４波長板から射出される。これにより、Ｓ偏光光の赤外光ＩＲはＰ偏光光に変換されて射出される。

そして、反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒから射出された赤色光Ｒと、赤外光用偏光変換素子９から射出された赤外光ＩＲは、再び偏光分離合成素子５に入射する。偏光分離合成素子５では、入射した赤色光Ｒと赤外光ＩＲとのうち一方を透過し、他方を反射することで、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとを合成して射出する。本実施形態では、Ｐ偏光光の赤外光ＩＲを透過し、Ｓ偏光光の赤色光Ｒを反射する。このように、偏光分離合成素子５により、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとが合成される。

偏光分離合成素子５で合成された赤色光Ｒと赤外光ＩＲとは、クロスダイクロイックプリズム１０の一方向の側面に入射する。

光源としての緑色光用光源１Ｇの後段には、赤色光/赤外光用光源１の後段に配置したと同様に、図示省略する集光光学系、光拡散板、及びコリメート光学系３が配置されている。なお、集光光学系は、図示省略する平行化レンズと集光レンズで構成される。平行化レンズは、緑色光用光源１Ｇのアレイ状に構成された各ＬＤ光源に対応して配置されている。この平行化レンズにより、各ＬＤ光源から射出された光をそれぞれ略平行化する。集光レンズは、平行化レンズで射出された略平行化された光を光拡散板に向けて集光する。光拡散板は、集光された光を拡散することで拡散光を生成して射出する。コリメート光学系３は、光拡散板から射出された拡散光を略平行化して射出する。なお、射出された緑色光Ｇは、本実施形態ではＳ偏光光の偏光状態となっている。

コリメート光学系３から射出されたＳ偏光光の緑色光Ｇは偏光素子６に入射する。なお、本実施形態の偏光素子６の線状リブの延在方向は、偏光分離合成素子５の線状リブの延在方向に直交する方向となっている。それにより、偏光素子６に入射したＳ偏光光の緑色光Ｇは偏光素子６を透過する。

偏光素子６を透過した緑色光Ｇは、反射型の緑色光用偏光変換素子８Ｇに入射する。本実施形態の緑色光用偏光変換素子８Ｇは、液晶ライトバルブで構成されている。反射型の緑色光用偏光変換素子８Ｇに入射した緑色光Ｇは、液晶ライトバルブを駆動する画像データに応じて偏光変換されることにより、Ｓ偏光光からＰ偏光光に変換された成分が射出される。

反射型の緑色光用偏光変換素子８Ｇから射出されたＰ偏光光の緑色光Ｇは、偏光素子６で反射されて、クロスダイクロイックプリズム１０の赤色光Ｒと赤外光ＩＲが入射した側面に平面視で直交する側面に入射する。

光源としての青色光用光源１Ｂの後段には、赤色光/赤外光用光源１の後段に配置したと同様に、図示省略する集光光学系、光拡散板、及びコリメート光学系４が配置されている。なお、集光光学系は、図示省略する平行化レンズと集光レンズで構成される。平行化レンズは、青色光用光源１Ｂのアレイ状に構成された各ＬＤ光源に対応して配置されている。この平行化レンズにより、各ＬＤ光源から射出された光をそれぞれ略平行化する。集光レンズは、平行化レンズで射出された略平行化された光を光拡散板に向けて集光する。光拡散板は、集光された光を拡散することで拡散光を生成して射出する。コリメート光学系４は、光拡散板から射出された拡散光を略平行化して射出する。なお、射出された青色光Ｂは、本実施形態ではＰ偏光光の偏光状態となっている。

コリメート光学系４から射出されたＰ偏光光の青色光Ｂは偏光素子７に入射する。なお、本実施形態の偏光素子７の線状リブの延在方向は、偏光分離合成素子５の線状リブの延在方向と同様の方向となっている。それにより、偏光素子７に入射したＰ偏光光の青色光Ｂは偏光素子７を透過する。

偏光素子７を透過した青色光Ｂは、反射型の青色光用偏光変換素子８Ｂに入射する。本実施形態の青色光用偏光変換素子８Ｂは、液晶ライトバルブで構成されている。反射型の青色光用偏光変換素子８Ｂに入射した青色光Ｂは、液晶ライトバルブを駆動する画像データに応じて偏光変換されることにより、Ｐ偏光光からＳ偏光光に変換された成分が射出される。

反射型の青色光用偏光変換素子８Ｂから射出されたＳ偏光光の青色光Ｂは、偏光素子７で反射されて、クロスダイクロイックプリズム１０の緑色光Ｇが入射した側面に平面視で直交する側面に入射する。

本実施形態のクロスダイクロイックプリズム１０は、赤色光及び赤外光反射用のダイクロイック膜（緑色光Ｇ、青色光Ｂは透過する）と、青色光反射用のダイクロイック膜（赤色光Ｒ、赤外光ＩＲ、緑色光Ｇは透過する）とが、４つの直角プリズム（三角柱プリズム）を貼り合せた界面に沿って、平面視でＸ字状に配置された構成となっている。

このクロスダイクロイックプリズム１０により、入射した赤色光Ｒ及び赤外光ＩＲは、赤色光及び赤外光反射用のダイクロイック膜により反射する。また、クロスダイクロイックプリズム１０に入射した青色光Ｂは、青色光反射用のダイクロイック膜により反射する。また、クロスダイクロイックプリズム１０に入射した緑色光Ｇは、赤色光及び赤外光反射用のダイクロイック膜、青色光反射用のダイクロイック膜を透過する。これにより、赤色光Ｒ及び赤外光ＩＲと、青色光Ｂと、緑色光Ｇとが合成される。言い換えると、クロスダイクロイックプリズム１０により、可視光と赤外光ＩＲとが合成された合成光として射出される。

クロスダイクロイックプリズム１０から射出された合成光は投写レンズ１１に入射する。合成光（可視光と赤外光ＩＲ）は投写レンズ１１により、投写面に対して設定された投写領域に投写する。これにより、投写領域には可視光により画像が投写され、併せて同様の投写領域には赤外光ＩＲが重畳して一様に投写される。

なお、本実施形態のプロジェクターは、図示省略するＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の撮像素子を搭載したカメラや赤外光カメラ、及び処理回路等を備えている。そして、プロジェクターから投写された検出光としての赤外光ＩＲに対し、赤外光ＩＲを反射する対象物を含む画像を撮像する。そして、撮像した画像を用いて対象物の位置を検出することができる。

上述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）本実施形態のプロジェクターにおいて、光学系は、上述したように、赤色光/赤外光用光源１と、緑色光用光源１Ｇと、青色光用光源１Ｂと、偏光分離合成素子５と、反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒと、赤外光用偏光変換素子９と、プリズム（クロスダイクロイックプリズム１０）と、投写レンズ１１とを備えて構成されている。この光学系の動作により、投写面に投写する可視光の光学系と、同じく投写面に投写する赤外光ＩＲの光学系とを分けて構成する必要がなくなり、可視光と赤外光ＩＲとを一体の光学系として構成し、同一の投写レンズ１１から同一の投写面（投写領域）に可視光と赤外光ＩＲとを重畳させて投写させることができる。従って、インタラクティブ機能を備えたプロジェクターの大型化を抑制し、検出光としての赤外光ＩＲを適切に投写領域に投写することができる。

（２）本実施形態のプロジェクターにおいて、赤外光用偏光変換素子９が、反射板を有する１/４波長板を含んで構成されることにより、偏光分離合成素子５で反射された赤外光ＩＲの偏光方向（Ｓ偏光光）を変えた偏光方向（Ｐ偏光光）として射出させることができ、その後の偏光分離合成素子５を透過させることができる。

（３）本実施形態のプロジェクターにおいて、赤色光/赤外光用光源１により、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとの偏光方向を異ならせて射出すると共に、偏光分離合成素子５により、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとの分離及び合成を行っている。これにより、赤色光Ｒの利用効率を向上させている。また、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとの偏光方向を異ならせて射出する一体に構成される赤色光/赤外光用光源１を用いることにより、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとを別々に射出する光源を用いる必要が無く、光学系の構成を簡易化できる。

（４）本実施形態のプロジェクターにおいて、クロスダイクロイックプリズム１０に入射する赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂが、Ｓ偏光光、Ｐ偏光光、Ｓ偏光光として入射させることにより、クロスダイクロイックプリズム１０における各色光の利用効率を向上させることができと共に、可視光による画像の画質低下を防止することができる。

（５）本実施形態のプロジェクターによれば、可視光と赤外光ＩＲとの光学系を一体の光学系とすることにより、可視光と赤外光ＩＲとを重畳させて投写領域に投写することができる。そのため、従来の赤外光投写装置を用いる必要が無く、設置場所によるコントラスト不足の領域は発生しにくくなり、対象物の位置検出に対する投写領域とのコントラストを確保することができる。

〔第２実施形態〕
図３は、第２実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を示す概略図である。なお、図３では、各色光の概略の光路を色光毎に矢印で示している。図３を参照してプロジェクターの光学系について説明する。なお、本実施形態の光学系は、第１実施形態の光学系と比べて、構成要素の配置等が異なっている。なお、図３において、図１と共通の構成要素には同一の符号を付記し、その構成要素についての詳細な説明は省略する。

図３に示すように、本実施形態のプロジェクターの光学系は、光源として赤色光Ｒ及び赤外光ＩＲを射出する赤色光/赤外光用光源１と、緑色光Ｇを射出する緑色光用光源１Ｇと、青色光Ｂを射出する青色光用光源１Ｂと、を備えている。また、クロスダイクロイックプリズム１２と、コリメートレンズ１３と、反射ミラー１４と、インテグレーター光学系１５と、偏光分離合成素子１６と、集光レンズ１７と、プリズムとしてのクロスダイクロイックプリズム１８と、反射型の偏光変換素子として赤色光用偏光変換素子８Ｒ、緑色光用偏光変換素子８Ｇ、及び青色光用偏光変換素子８Ｂと、赤外光用偏光変換素子９と、投写レンズ１１等とを備えて概略構成されている。

本実施形態の光源としての赤色光/赤外光用光源１、緑色光用光源１Ｇ、及び青色光用光源１Ｂは、第１実施形態と同様に構成されている。赤色光/赤外光用光源１からは、赤色光ＲはＰ偏光光として射出され、赤外光ＩＲはＳ偏光光として射出される。また、緑色光用光源１ＧからはＰ偏光光の緑色光Ｇが射出される。青色光用光源１ＢからはＰ偏光光の青色光Ｂが射出される。各光源から射出された各色光は、図示省略する集光光学系、光拡散板、コリメート光学系で集光、拡散、及び平行化されて、クロスダイクロイックプリズム１２の側面に入射する。

本実施形態のクロスダイクロイックプリズム１２は、赤色光及び赤外光反射用のダイクロイック膜（緑色光Ｇ、青色光Ｂは透過する）と、青色光反射用のダイクロイック膜（赤色光Ｒ、赤外光ＩＲ、緑色光Ｇは透過する）とが、４つの直角プリズムを貼り合せた界面に沿って、平面視でＸ字状に配置された構成となっている。

このクロスダイクロイックプリズム１２により、入射した赤色光Ｒ及び赤外光ＩＲは、赤色光及び赤外光反射用のダイクロイック膜により反射する。また、クロスダイクロイックプリズム１２に入射した青色光Ｂは、青色光反射用のダイクロイック膜により反射する。また、クロスダイクロイックプリズム１２に入射した緑色光Ｇは、赤色光及び赤外光反射用のダイクロイック膜、青色光反射用のダイクロイック膜を透過する。これにより、赤色光Ｒ及び赤外光ＩＲと、青色光Ｂと、緑色光Ｇとが合成される。言い換えると、クロスダイクロイックプリズム１２により、可視光と赤外光ＩＲとが合成されて射出される。

クロスダイクロイックプリズム１２から射出された可視光と赤外光ＩＲとは、コリメートレンズ１３により、平行化されて、反射ミラー１４に入射する。反射ミラー１４に入射した可視光と赤外光ＩＲとは、反射して反射ミラー１４から射出される。

反射ミラー１４から射出された可視光と赤外光ＩＲとは、インテグレーター光学系１５に入射する。インテグレーター光学系１５は、レンズアレイ１５１と重畳レンズ１５２等で構成されている。レンズアレイ１５１は、入射する光を複数の分割光に分割する。重畳レンズ１５２は、レンズアレイ１５１からの各分割光を集光して後述する反射型の各色光用の偏光変換素子の画像形成領域に重畳させる。これにより、インテグレーター光学系１５は、画像形成領域における照度分布を均一にする。

インテグレーター光学系１５から射出された可視光と赤外光ＩＲは、偏光分離合成素子１６に入射する。なお、偏光分離合成素子１６は、入射する可視光（赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、及び青色光Ｂ）と赤外光ＩＲとのうち一方を透過し、他方を反射することで、可視光（赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、及び青色光Ｂ）と、赤外光ＩＲとを分離する。本実施形態では、可視光（Ｐ偏光光の赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂ）は偏光分離合成素子１６を透過し、赤外光ＩＲ（Ｓ偏光光）は偏光分離合成素子１６で反射される。なお、本実施形態の偏光分離合成素子１６は、第１実施形態の偏光分離合成素子５と同様に、ワイヤーグリッド型の偏光素子で構成されている。

偏光分離合成素子１６で分離（透過）された可視光（赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、及び青色光Ｂ）は、集光レンズ１７を透過して、クロスダイクロイックプリズム１８に入射する。なお、集光レンズ１７は、赤外光用偏光変換素子９に対して赤色光用偏光変換素子８Ｒ、緑色光用偏光変換素子８Ｇ、及び青色光用偏光変換素子８Ｂが遠くなるため、バックフォーカスを長くする目的で設置している。

本実施形態のクロスダイクロイックプリズム１８は、赤色光反射用のダイクロイック膜（緑色光Ｇ、青色光Ｂは透過する）と、青色光反射用のダイクロイック膜（赤色光Ｒ、緑色光Ｇは透過する）とが、４つの直角プリズムを貼り合せた界面に沿って、平面視でＸ字状に配置された構成となっている。

このクロスダイクロイックプリズム１８に入射した赤色光Ｒは、赤色光反射用のダイクロイック膜により反射する。また、クロスダイクロイックプリズム１８に入射した青色光Ｂは、青色光反射用のダイクロイック膜により反射する。また、クロスダイクロイックプリズム１８に入射した緑色光Ｇは、赤色光反射用のダイクロイック膜、青色光反射用のダイクロイック膜を透過する。これにより、可視光は、赤色光Ｒと、青色光Ｂと、緑色光Ｇとにそれぞれ分離されて、平面視で、可視光が入射した側面以外のそれぞれ直交する他の側面から各色光が射出される。

赤色光Ｒが射出されたクロスダイクロイックプリズム１８の側面に対向して、反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒが設置されている。同様に、緑色光Ｇが射出されたクロスダイクロイックプリズム１８の側面に対向して、反射型の緑色光用偏光変換素子８Ｇが設置され、青色光Ｂが射出されたクロスダイクロイックプリズム１８の側面に対向して、反射型の青色光用偏光変換素子８Ｂが設置されている。

クロスダイクロイックプリズム１８から射出した赤色光Ｒは、反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒに入射する。本実施形態の赤色光用偏光変換素子８Ｒは、液晶ライトバルブで構成されている。反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒに入射した赤色光Ｒは、液晶ライトバルブを駆動する画像データに応じて偏光変換されて射出される。画像データにより変換されたことにより、例えば、クロスダイクロイックプリズム１８からＰ偏光光で赤色光用偏光変換素子８Ｒに射出した赤色光Ｒは画像データに応じて変換され、Ｓ偏光光に変換された成分がクロスダイクロイックプリズム１８から偏光分離合成素子１６へ射出される。

クロスダイクロイックプリズム１８から射出した緑色光Ｇと青色光Ｂも赤色光Ｒと同様に、反射型の緑色光用偏光変換素子８Ｇと、青色光用偏光変換素子８Ｂとに入射し、それぞれの液晶ライトバルブを駆動する画像データに応じて偏光変換されて射出される。画像データにより変換されたことにより、例えば、クロスダイクロイックプリズム１８からＰ偏光光で緑色光用偏光変換素子８Ｇに射出した緑色光Ｇは画像データに応じて変換され、Ｓ偏光光に変換された成分がクロスダイクロイックプリズム１８から偏光分離合成素子１６へ射出される。また、クロスダイクロイックプリズム１８からＰ偏光光で青色光用偏光変換素子８Ｂに射出した青色光Ｂは画像データに応じて変換され、Ｓ偏光光に変換された成分がクロスダイクロイックプリズム１８から偏光分離合成素子１６へ射出される。

赤色光用偏光変換素子８Ｒから射出された赤色光Ｒは、再びクロスダイクロイックプリズム１８に入射し、赤色光反射用のダイクロイック膜により反射する。青色光用偏光変換素子８Ｂから射出された青色光Ｂは、再びクロスダイクロイックプリズム１８に入射し、青色光反射用のダイクロイック膜により反射する。また、緑色光用偏光変換素子８Ｇから射出された緑色光Ｇは、再びクロスダイクロイックプリズム１８に入射し、赤色光反射用のダイクロイック膜、青色光反射用のダイクロイック膜を透過する。これにより、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、及び青色光Ｂは、クロスダイクロイックプリズム１８により合成され、可視光の合成光として射出される。

なお、インテグレーター光学系１５を透過して、偏光分離合成素子１６で分離（反射）された赤外光ＩＲは、赤外光用偏光変換素子９に入射する。本実施形態の赤外光用偏光変換素子９は、第１実施形態と同様に、反射ミラーと位相差板とで構成されている。位相差板は詳細には、１/４波長板で構成されている。これにより、Ｓ偏光光の赤外光ＩＲはＰ偏光光に変換されて赤外光用偏光変換素子９から射出される。そして、赤外光用偏光変換素子９から射出された赤外光ＩＲは、偏光分離合成素子１６に入射する。

クロスダイクロイックプリズム１８から射出された可視光の合成光は、集光レンズ１７を透過して偏光分離合成素子１６に入射する。また、赤外光用偏光変換素子９から射出された赤外光ＩＲは、偏光分離合成素子１６に入射する。

なお、偏光分離合成素子１６は、入射する可視光（赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、及び青色光Ｂ）と赤外光ＩＲとのうち一方を透過し、他方を反射することで、可視光（赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、及び青色光Ｂ）と、赤外光ＩＲとを合成する。本実施形態では、赤外光ＩＲ（Ｐ偏光光）は偏光分離合成素子１６を透過し、可視光（Ｓ偏光光の赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂ）は偏光分離合成素子１６で反射される。

偏光分離合成素子１６で合成された可視光と赤外光ＩＲとの合成光は投写レンズ１１に入射する。合成光（可視光と赤外光ＩＲ）は投写レンズ１１により、投写面に対して設定された投写領域に投写する。これにより、投写領域には可視光により画像が投写され、併せて同様の投写領域には赤外光ＩＲが一様に投写される。

上述した第２実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）本実施形態のプロジェクターにおいて、光学系は、上述したように、赤色光/赤外光用光源１と、緑色光用光源１Ｇと、青色光用光源１Ｂと、偏光分離合成素子１６と、プリズム（クロスダイクロイックプリズム１８）と、反射型の赤色光用偏光変換素子８Ｒと、緑色光用偏光変換素子８Ｇと、青色光用偏光変換素子８Ｂと、赤外光用偏光変換素子９と、投写レンズ１１とを備えて構成されている。この光学系の動作により、第１実施形態と同様に、投写面に投写する可視光の光学系と、同じく投写面に投写する赤外光ＩＲの光学系とを分けて構成する必要がなくなり、可視光と赤外光ＩＲとを一体の光学系として構成し、同一の投写レンズ１１から投写面に投写させることができる。従って、インタラクティブ機能を備えたプロジェクターの大型化を抑制し、検出光としての赤外光ＩＲを適切に投写領域に投写することができる。

（２）本実施形態のプロジェクターにおいて、赤外光用偏光変換素子９が、反射板を有する１/４波長板を含んで構成されることにより、偏光分離合成素子１６で反射された赤外光ＩＲの偏光方向（Ｓ偏光光）を変えた偏光方向（Ｐ偏光光）として射出させることができ、その後の偏光分離合成素子１６を透過させることができる。

（３）本実施形態のプロジェクターにおいて、赤色光/赤外光用光源１により、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとの偏光方向を異ならせて射出すると共に、偏光分離合成素子１６により、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとの分離及び合成を行っている。これにより、赤色光Ｒの利用効率を向上させている。また、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとの偏光方向を異ならせて射出する一体に構成される赤色光/赤外光用光源１を用いることにより、赤色光Ｒと赤外光ＩＲとを別々に射出する光源を用いる必要が無く、光学系の構成を簡易化できる。

（４）本実施形態のプロジェクターによれば、可視光と赤外光ＩＲとの光学系を一体の光学系とすることにより、可視光と赤外光ＩＲとを重畳させて投写領域に投写することができる。そのため、従来の赤外光投写装置を用いる必要が無く、設置場所によるコントラスト不足の領域は発生しにくくなり、対象物の位置検出に対する投写領域とのコントラストを確保することができる。

＜第２実施形態での第１変形例＞
図４は、第２実施形態での第１変形例に係る光学系のプリズムの構成を示す概略図である。図５は、第１変形例に係る光学系の他のプリズムの構成を示す概略図である。図４、図５は、詳細には、図３におけるプリズムとしてのクロスダイクロイックプリズム１８と同様の機能を有し、クロスダイクロイックプリズム１８と置き換えることが可能なプリズムを示す図である。図４、図５を参照してプリズムの構成と動作に関して概略説明する。

第２実施形態のクロスダイクロイックプリズム１８は、入射する可視光を分離し、その後、分離した各色光を合成する機能を有している。その機能と同様の機能を有するプリズムとして、図４では、いわゆるフィリップスプリズム１８Ａ（フィリップス方式のプリズム）を示している。また、図５では、ギャップレスプリズム１８Ｂ（ギャップレス方式のプリズム）を示している。また、図４、図５では、可視光が分離される概略の光路を色光毎に矢印で示している。

フィリップスプリズム１８Ａにおいては、図４に示すように、概略、所定の角度を有する３つの角柱を貼り合せた界面に沿ってダイクロイック膜を配置し、更にエアーギャップＡＧを備えた構成となっている。

特定の入射/射出面１８Ａａから入射した可視光は、それぞれのダイクロイック膜で反射され、全反射面で全反射して青色光Ｂと、赤色光Ｒとに分離される。また、入射/射出面１８Ａａから入射した可視光は、各ダイクロイック膜を透過することにより緑色光Ｇが分離される。そして、分離された各色光は、フィリップスプリズム１８Ａの所定の各側面から射出される。

なお、各色光が射出される各側面に対向し、各色光に対応した反射型の偏光変換素子（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）が設置される。そして、各側面から射出された各色光は、反射型の各偏光変換素子（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射して、偏光変換されて射出される。各偏光変換素子（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）から射出された各色光は、分離されたときの光路とは逆の光路を進むことにより、入射/射出面１８Ａａから各色光が合成された合成光として射出される。
このように構成されるフィリップスプリズム１８Ａを、クロスダイクロイックプリズム１８と置き換えて使用することができる。

ギャップレスプリズム１８Ｂは、図５に示すように、上述したフィリップスプリズム１８ＡからエアーギャップＡＧを無くした方式のプリズムである。特定の入射/射出面１８Ｂａから入射した可視光は、ダイクロイック膜で反射されて、更に全反射する赤色光Ｒと、ダイクロイック膜で反射されるのみの青色光Ｂとに分離される。また、入射/射出面１８Ｂａから入射した可視光は、各ダイクロイック膜を透過することにより緑色光Ｇが分離される。そして、分離された各色光は、ギャップレスプリズム１８Ｂの所定の各側面から射出される。

なお、各色光が射出される各側面に対向し、各色光に対応した反射型の偏光変換素子（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）が設置される。そして、各側面から射出された各色光は、反射型の各偏光変換素子（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射して、偏光変換されて射出される。各偏光変換素子（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）から射出された各色光は、分離されたときの光路とは逆の光路を進むことにより、入射/射出面１８Ｂａから各色光が合成された合成光として射出される。
このように構成されるギャップレスプリズム１８Ｂを、クロスダイクロイックプリズム１８と置き換えて使用することができる。

＜第２実施形態での第２変形例＞
図６は、第２実施形態での第２変形例に係る光学系の構成を示す概略図である。図６は詳細には、図３に示す光学系の偏光分離合成素子１６から投写レンズ１１に至る領域を取り出して図示している。図６を参照して偏光分離合成素子１６から投写レンズ１１に至る光学系を主に説明する。

本変形例は、図３に示す第２実施形態の光学系において、偏光分離合成素子１６と投写レンズ１１との間に、位相差板１９と偏光板２０とを追加した構成となっている。詳細には、投写レンズ１１の前段に偏光板２０が設置され、偏光板２０の前段に位相差板１９が設置される。なお、位相差板１９は、赤外光ＩＲに対して１/２波長板となる波長選択性の位相差板で構成されている。

この光学系の構成によれば、赤外光用偏光変換素子９から射出されて偏光分離合成素子１６を透過した赤外光ＩＲの偏光方向を、位相差板１９を用いることにより、偏光分離合成素子１６により反射された可視光（赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、及び青色光Ｂ）の偏光方向に揃えることができる。そして、偏光方向が揃った赤外光ＩＲと可視光とを偏光板２０により、偏光度を上げて投写レンズ１１に入射させる。この光学系により、赤外光ＩＲが偏光板２０に吸収されることを避けると共に、投写レンズ１１から投写される投写画像のコントラストを高くすることができる。

〔第３実施形態〕
図７は、第３実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を示す概略平面図である。図８は、プロジェクターの光学系の構成を示す概略断面図である。なお、図７、図８では、プリズムとしてのクロスダイクロイックプリズム２３を中心に光学系の概構成を図示している。また、図８は、図７におけるＡ−Ａ断面図である。図７、図８を参照してプロジェクターの光学系を説明する。なお、図７、図８において、図１、図３と共通の構成要素には同一の符号を付記し、その構成要素についての詳細な説明は省略する。

本実施形態のプロジェクターの光学系は、第１、第２実施形態のプロジェクターの光学系とは異なり、赤色光/赤外光用光源１を色光毎の光源で構成している。詳細には、赤色光Ｒを射出する赤色光用光源３０Ｒと、赤外光ＩＲを射出する赤外光用光源３０ＩＲとで構成されている。また、光学系は、緑色光Ｇを射出する緑色光用光源１Ｇと、青色光Ｂを射出する青色光用光源１Ｂと、を備えている。これらの光源３０Ｒ，１Ｇ，１Ｂ，３０ＩＲは、レーザーダイオードで構成されている。また、光学系は、図示省略する集光光学系、光拡散板、及びコリメート光学系２１と、透過型の赤色光用偏光変換素子２２Ｒ、緑色光用偏光変換素子２２Ｇ、青色光用偏光変換素子２２Ｂ、及び透過型の赤外光用偏光変換素子２２ＩＲと、プリズムとしてのクロスダイクロイックプリズム２３と、投写レンズ１１とを備えている。なお、各色光用の偏光変換素子２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ，２２ＩＲは、各色光用の液晶ライトバルブで構成されている。

本実施形態では、図７に示すように、クロスダイクロイックプリズム２３において、可視光が入射するそれぞれの側面に対して、図８に示すように、垂直方向となる側面（本実施形態では上方向）から赤外光ＩＲを入射させて、可視光に合成して射出する構成となっている。

本実施形態のクロスダイクロイックプリズム２３は、図７に示すように、赤色光反射用のダイクロイック膜２３ｒ（緑色光Ｇ、青色光Ｂは透過する）と、青色光反射用のダイクロイック膜２３ｂ（赤色光Ｒ、赤外光ＩＲ、緑色光Ｇは透過する）とが、図７に示すように、外観上、４つの直角プリズム（三角柱プリズム）を貼り合せた界面に沿って、平面視でＸ字状に配置された構成となっている。

更に、本実施形態のクロスダイクロイックプリズム２３は、図８に示すように、赤外光反射用のダイクロイック膜２３ｉｒ（赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは透過する）が、外観上、２つの直角プリズム（三角柱プリズム）を貼り合せた界面に沿って、断面視で対角状に配置された構成となっている。詳細には、赤外光反射用のダイクロイック膜２３ｉｒは、断面視で隣り合わない対向する交点を結ぶ様に、また、可視光の射出方向に合わせて配置されている。従って、クロスダイクロイックプリズム２３は、実際には、８つのプリズムを貼り合せた構造となっている。

上述した第３実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）本実施形態のプロジェクターにおいて、プリズム（クロスダイクロイックプリズム２３）は、可視光が入射するそれぞれの側面に対して垂直方向となる側面から赤外光ＩＲを入射させて、可視光に合成して射出する。そのため、断面視で隣り合わない対向する交点を結ぶように、また、可視光の射出方向に合わせて、赤外光反射用のダイクロイック膜を配置することで、可視光が入射するそれぞれの側面に対して垂直方向となる側面から赤外光ＩＲを入射させることにより、入射した赤外光ＩＲは赤外光反射用のダイクロイック膜により反射されると共に、可視光と合成されてクロスダイクロイックプリズム２３から射出される。
この構成により、１つのプリズム（クロスダイクロイックプリズム２３）で可視光と赤外光ＩＲとを合成して射出することができるため、複数のプリズムを用いる必要がなくなり光学系を小型化することができる。また、複数のプリズムを用いる場合に比べて、投写レンズ１１のバックフォーカスを短くすることができる。これらにより、投写レンズ１１の大型化を抑制し、投写レンズ１１の性能低下等を抑制することができることで、フォーカスぼけや解像度の低下等、可視光による投写画像の品質低下を防止することができる。

（２）本実施形態のプロジェクターにおいて、赤外光用偏光変換素子２２ＩＲとして透過型の赤外光用液晶ライトバルブを用いている。これにより、赤外光ＩＲを画像データに応じて変調する構造化光として射出することができる。このように、赤外光ＩＲを構造化光として射出することで、意図するパターン画像等を構造化光として投写させることができるため、インタラクティブ機能を実現する際、対象物の位置検出精度を向上させることができる。

なお、上述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良等を加えて実施することが可能である。変形例を以下に述べる。

（１）上記、第１、第２実施形態のプロジェクターの光学系において、赤外光用偏光変換素子９は、反射板を有する１/４波長板を含んで構成されている。しかし、これに限られず、反射型の赤外光用液晶ライトバルブで構成されていてもよい。なお、この場合、赤外光用液晶ライトバルブは、一様の明るさで投写可能な画像データにより駆動されることでよい。この構成でも、例えば、偏光分離合成素子５，１６で反射された赤外光ＩＲの偏光方向を変えた偏光方向として射出させることができ、その後の偏光分離合成素子５，１６を透過させることができる。

（２）上記、第３実施形態のプロジェクターの光学系において、赤外光用偏光変換素子２２ＩＲは、透過型の赤外光用液晶ライトバルブで構成されている。しかし、赤外光用偏光変換素子は用いずに、コリメート光学系２１を透過した赤外光ＩＲをそのままクロスダイクロイックプリズム２３に入射させて、ダイクロイック膜２３ｉｒで反射させることでもよい。

（３）上記、第３実施形態のプロジェクターの光学系において、赤外光ＩＲは、垂直方向となる側面として上方向から赤外光ＩＲを入射させて、可視光に合成して射出する構成となっている。しかし、これに限られず、赤外光ＩＲは、垂直方向となる側面として、下方向から赤外光ＩＲを入射させてもよい。

（４）上記、第３実施形態のプロジェクターの光学系において、赤外光ＩＲを射出する光源（赤外光用光源３０ＩＲ）として半導体レーザーを用いているが、その他に、ＬＥＤ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等の固体光源を用いることもできる。また、放電式ランプ（特に、キセノンランプ、ハロゲンランプ）を用いることもできる。これらの光源のいずれかを用いることにより、赤外光ＩＲを容易に取り出すことができる。

（５）上記、第１、第２実施形態の赤外光用偏光変換素子９として赤外光用液晶ライトバルブ等を用いることで、赤外光ＩＲを画像データに応じて変調する構造化光として射出することでもよい。このような構成によれば、赤外光ＩＲが構造化光として射出されるため、意図するパターン画像等を構造化光として投写させることができるため、インタラクティブ機能を実現する際、対象物の位置検出精度を向上させることができる。これは、第３実施形態の透過型の赤外光用偏光変換素子２２ＩＲとして赤外光用液晶ライトバルブ等を用いる場合にも同様のことが言える。

（６）上記、第１、第２実施形態の赤外光用偏光変換素子９として赤外光用液晶ライトバルブ等を用いる場合、赤外光用液晶ライトバルブを２枚使用した構成とすることでもよい。その場合、波長域が互いに異なる２つの赤外光ＩＲに分離するダイクロイックミラー等の構成を備えることでよい。この構成とすることにより、分離された赤外光ＩＲは対応する赤外光用液晶ライトバルブで変調され、それぞれ異なる赤外光ＩＲの画像を構造化光として射出することができる。

（７）上記、第１実施形態の赤外光用偏光変換素子９として反射板と１/４波長板を用いる場合、赤外光用偏光変換素子９と偏光分離合成素子５との間に、赤外光を構造化光として射出する遮光部を備えた構成としてもよい。なお、遮光部として、意図するパターンが形成された遮光膜を積層したガラス板等を用いることで、赤外光ＩＲを構造化光として射出することができる。このような構成とすることにより、インタラクティブ機能を実現する際、対象物の位置検出精度を向上させることができる。同様に、第２実施形態の赤外光用偏光変換素子９と偏光分離合成素子１６との間に、赤外光ＩＲを構造化光として射出する遮光部を備える構成としても、同様の効果を奏することができる。また、第３実施形態の赤外光用偏光変換素子２２ＩＲとして１/２波長板を用いる場合、赤外光用偏光変換素子２２ＩＲとクロスダイクロイックプリズム２３との間に、赤外光ＩＲを構造化光として射出する遮光部を備える構成としても、同様の効果を奏することができる。

（８）上記、第３実施形態の光学系において、独立した赤外光用光源３０ＩＲを用いる場合、駆動電圧を上げることで、赤外光用光源３０ＩＲから射出される赤外光ＩＲの高輝度化を図ることができ、対象物と投写領域とのコントラストを大きくすることが容易となり、対象物の位置検出精度を更に向上させることができる。なお、第１、第２実施形態の赤色光/赤外光用光源１において、列状に配置される赤外光ＩＲを射出する赤外光用レーザーダイオード１ＩＲの駆動電圧を、赤色光を射出する赤色光用レーザーダイオード１Ｒの駆動電圧と独立して駆動できる場合には、赤外光用レーザーダイオード１ＩＲの駆動電圧を上げて赤外光ＩＲの高輝度化を図ることができる。この構成によると、対象物と投写領域とのコントラストを大きくすることが容易となり、対象物の位置検出精度を更に向上させることができる。

（９）上記、第１実施形態の光学系において、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、投写レンズ１１に、Ｓ偏光光、Ｐ偏光光、Ｓ偏光光として入射する。しかし、これには限定されず、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂが、Ｐ偏光光、Ｓ偏光光、Ｐ偏光光として入射させてもよいし、Ｐ偏光光、Ｐ偏光光、Ｐ偏光光として入射させてもよい。これらにより、クロスダイクロイックプリズム１０における光合成時の光利用効率を向上することができる。なお、各色光の偏光の組み合わせは、光学設計により適宜選択することでよい。

１…赤色光/赤外光用光源、１Ｇ…緑色光用光源、１Ｂ…青色光用光源、５…偏光分離合成素子、８Ｒ…赤色光用偏光変換素子、８Ｇ…緑色光用偏光変換素子、８Ｂ…青色光用偏光変換素子、９…赤外光用偏光変換素子、１０，１８，２３…プリズムとしてのクロスダイクロイックプリズム、１１…投写レンズ、１８Ａ…フィリップスプリズム、１８Ｂ…ギャップレスプリズム、１９…位相差板、２０…偏光板、Ｒ…赤色光、Ｇ…緑色光、Ｂ…青色光、ＩＲ…赤外光。

Claims (10)

1. 投写面に可視光と赤外光とを投写するプロジェクターであって、
   赤色光及び赤外光を互いに異なる直線偏光光として射出する赤色光/赤外光用光源と、
   緑色光を射出する緑色光用光源と、
   青色光を射出する青色光用光源と、
   前記赤色光/赤外光用光源から射出された前記赤色光と、前記赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで分離する偏光分離合成素子と、
   前記偏光分離合成素子で分離された前記赤色光を画像データに応じて偏光変換して射出する反射型の赤色光用偏光変換素子と、
   前記偏光分離合成素子で分離された前記赤外光を偏光変換して射出する赤外光用偏光変換素子と、
   前記偏光分離合成素子により、前記赤色光用偏光変換素子で偏光変換されて射出された前記赤色光と、前記赤外光用偏光変換素子で偏光変換されて射出された前記赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで、前記赤色光と前記赤外光とを合成し、
   合成された前記赤色光及び前記赤外光と、前記緑色光及び前記青色光とを合成して合成光として射出するプリズムと、
   前記プリズムから射出された前記合成光を投写する投写レンズと、
   を備えたことを特徴とするプロジェクター。
2. 投写面に可視光と赤外光とを投写するプロジェクターであって、
   赤色光及び赤外光を互いに異なる直線偏光光として射出する赤色光/赤外光用光源と、
   緑色光を射出する緑色光用光源と、
   青色光を射出する青色光用光源と、
   前記赤色光/赤外光用光源、前記緑色光用光源、及び前記青色光用光源から射出された前記赤外光と、前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光とのうち一方を透過し、他方を反射することで分離する偏光分離合成素子と、
   前記偏光分離合成素子で分離された前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光を各色光に分離を行うプリズムと、
   前記プリズムで分離された前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光を画像データに応じて偏光変換して射出する反射型の赤色光用偏光変換素子、反射型の緑色光用偏光変換素子、及び反射型の青色光用偏光変換素子と、
   前記偏光分離合成素子で分離された前記赤外光を、偏光変換して射出する反射型の赤外光用偏光変換素子と、
   前記赤色光用偏光変換素子、前記緑色光用偏光変換素子、及び前記青色光用偏光変換素子から射出された前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光は、前記プリズムに入射して可視光の合成光として射出され、
   前記偏光分離合成素子により、前記可視光の合成光と、偏光変換された前記赤外光とのうち一方を透過し、他方を反射することで前記可視光の合成光と前記赤外光とを合成し、
   前記偏光分離合成素子で合成された前記可視光の合成光と前記赤外光とを投写する投写レンズと、
   を備えたことを特徴とするプロジェクター。
3. 投写面に可視光と赤外光とを投写するプロジェクターであって、
   可視光となる赤色光と緑色光と青色光とを合成するプリズムを備え、
   前記プリズムは、前記可視光が入射するそれぞれの側面に対して垂直方向となる側面から前記赤外光を入射させて、前記可視光に合成して射出することを特徴とするプロジェクター。
4. 請求項２に記載のプロジェクターであって、
   前記プリズムは、クロスダイクロイックプリズム、ギャップレスプリズム、及びフィリップスプリズムのいずれかを用いていることを特徴とするプロジェクター。
5. 請求項１または請求項２に記載のプロジェクターであって、
   前記投写レンズの前段に設置される偏光板と、
   前記偏光板の前段に設置される前記赤外光の偏光を変換する位相差板と、を備えていることを特徴とするプロジェクター。
6. 請求項１、請求項２、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載のプロジェクターであって、
   前記赤外光用偏光変換素子は、反射型の赤外光用液晶ライトバルブ、又は反射板を有する１/４波長板を含んで構成されていることを特徴とするプロジェクター。
7. 請求項３に記載のプロジェクターであって、
   前記赤外光が入射する前記プリズムの前記側面に、透過型の赤外光用偏光変換素子を備えたことを特徴とするプロジェクター。
8. 請求項３または請求項７に記載のプロジェクターであって、
   前記赤外光を射出する光源は、放電式ランプ、発光ダイオード、半導体レーザー、エレクトロルミネッセンス素子のいずれかを用いていることを特徴とするプロジェクター。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のプロジェクターであって、
   前記赤外光用偏光変換素子は、前記赤外光を画像データに応じて変調し、構造化光として射出することを特徴とするプロジェクター。
10. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のプロジェクターであって、
    前記赤外光を構造化光として射出する遮光部を備えていることを特徴とするプロジェクター。

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