JP2019174600A - プロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】指示体の検出に必要な光量の赤外光を容易に照射することが可能なプロジェクターを提供する。【解決手段】可視光である白色光ＷＬと赤外光ＩＲＬとを含む照明光ＬＬを出射する照明光学系２０と、照明光ＬＬから画像光ＰＷを形成する画像形成部７０と、画像光ＰＷを投写面に投写するとともに、赤外光ＩＲＬを投写面に照射する投写光学系８０と、照射された赤外光の反射光に基づいて指示体を検出する検出部と、を有し、画像形成部７０は、照明光ＬＬの偏光方向を画素毎に調整する液晶パネル７１Ｒと、液晶パネル７１Ｒの出射側に配置され、液晶パネル７１Ｒから出射された照明光ＬＬを偏光方向に応じて透過させる出射側偏光板７４Ｒとを有して構成され、出射側偏光板７４Ｒは、可視光については、一方の偏光成分の光を透過して、他方の偏光成分の光を遮断し、赤外光ＩＲＬについては、双方の偏光成分の光を透過することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、画像を投写するプロジェクターに関する。
投写面に画像を投写するプロジェクターにおいて、投写面に赤外光を照射し、その反射光に基づいて、投写面を指し示す指示体（例えば、ユーザーの指）を検出することが可能なプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のプロジェクター（投影装置）では、画像を形成するための可視光と、指示体を検出するための赤外光とが共通の光源部から出射され、可視光で形成された画像と、赤外光とが共通の投影レンズから投影（照射）される。
特開２０１６−５７３６３号公報
しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクターでは、画像の投影と赤外光の照射とが時分割で行われ、さらに、画像の投影は、赤色光と、緑色光と、青色光の投影が時分割で行われる。このため、赤外光が照射される期間を十分に確保すること、即ち指示体の検出に必要な光量の赤外光を照射することが困難であるという問題を有している。
本願のプロジェクターは、可視光及び赤外光を含む照明光を出射する照明光学系と、前記照明光から画像光を形成する画像形成部と、前記画像光を投写面に投写するとともに、前記赤外光を前記投写面に照射する投写光学系と、照射された前記赤外光の反射光に基づいて、前記投写面上で指示を行う指示体を検出する検出部と、を有し、前記画像形成部は、前記照明光の偏光方向を画素毎に調整する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の出射側に配置され、前記液晶表示素子から出射された前記照明光を偏光方向に応じて透過させる第１の偏光板とを有して構成され、前記第１の偏光板は、前記可視光については、第１の偏光成分の光を透過して、前記第１の偏光成分とは偏光方向が異なる第２の偏光成分の光を遮断し、前記赤外光については、前記第１の偏光成分の光及び前記第２の偏光成分の光を透過することを特徴とする。
上記のプロジェクターにおいて、前記第１の偏光板は、有機材料で構成される有機偏光板であることが望ましい。
上記のプロジェクターにおいて、前記画像形成部は、前記液晶表示素子として、前記照明光に含まれる第１の可視光及び前記赤外光が入射される第１の液晶表示素子と、前記第１の可視光とは波長域が異なる第２の可視光が入射される第２の液晶表示素子と、を含み、前記第１の液晶表示素子の出射側には、前記第１の偏光板が配置され、前記第２の液晶表示素子の出射側には、前記可視光及び前記赤外光の双方について、前記第１の偏光成分の光を透過して、前記第２の偏光成分の光を遮断する第２の偏光板が配置され、前記第２の偏光板は、無機材料で構成される無機偏光板であることが望ましい。
上記のプロジェクターにおいて、前記第１の可視光は、前記第２の可視光よりも波長が長いことが望ましい。
上記のプロジェクターにおいて、前記画像形成部は、赤色に相当する波長域の可視光及び前記赤外光が入射される前記第１の液晶表示素子と、緑色に相当する波長域の可視光が入射される前記第２の液晶表示素子と、青色に相当する波長域の可視光が入射される第３の液晶表示素子とを有し、前記第１の液晶表示素子の出射側には、前記第１の偏光板が配置され、前記第２の液晶表示素子、及び前記第３の液晶表示素子の出射側には、前記第２の偏光板が配置されることが望ましい。
上記のプロジェクターにおいて、前記照明光学系は、可視光を発する光源と、前記光源が発した可視光が入射することによって励起されて赤外光を含む蛍光光を生成する蛍光体とを有し、前記照明光として前記蛍光光を含む光を出射することが望ましい。
上記のプロジェクターにおいて、前記赤外光を用いて、所定のパターンを表すパターン光を形成するパターン光形成部をさらに備え、前記投写光学系は、前記パターン光形成部で形成された前記パターン光を照射することが望ましい。
プロジェクターを示す斜視図。 プロジェクターの概略構成を示すブロック図。 画像投写部の具体的構成を例示する図。 光の波長と有機偏光板の透過率との関係を示すグラフ。 照明光学系の具体的構成を例示する図。 変形例に係る画像投写部の具体的構成を例示する図。
以下、本実施形態のプロジェクターについて、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクター１を示す斜視図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、外部から入力される画像情報又は予め内部に記憶されている画像情報に基づく画像を投写面Ｓｐに投写する。本実施形態のプロジェクター１は、固定部材Ｔを介して壁面に固定されており、同じ壁面に沿って配置されている投写面Ｓｐに向けて画像を投写する。投写面Ｓｐとしては、例えば、スクリーンやホワイトボード等を用いることができるが、壁面自体に画像を投写する態様であってもよい。
また、プロジェクター１は、投写面Ｓｐに対して赤外光を照射する機能を有するとともに、投写面Ｓｐ上に投写された画像（以降、「投写画像Ｉｐ」とも呼ぶ。）を含む範囲を撮像可能になっている。プロジェクター１は、投写面Ｓｐに向けて照射された赤外光が、ユーザーの指や指示棒等の指示体Ｆで反射した光を撮像し、投写面Ｓｐ上で指示体Ｆによって指示された位置（指示位置）を検出する。そして、プロジェクター１は、検出された指示位置にポインターを重畳して表示したり、指示位置の軌跡に沿って線が描画されたような画像（以降、「描画画像」とも呼ぶ。）を重畳して表示したりすることができる。
図２は、プロジェクター１の概略構成を示すブロック図である。
図２に示すように、プロジェクター１は、制御部１０と、記憶部１１と、入力操作部１２と、撮像部１３と、画像情報入力部１４と、画像情報処理部１５と、パネル駆動部１６と、画像投写部１７とを一体的に備えて構成されている。プロジェクター１は、画像情報入力部１４に入力される画像情報に基づいて、画像投写部１７から投写面Ｓｐに画像を投写する。
制御部１０は、１つ又は複数のプロセッサーを備えて構成され、記憶部１１に記憶されている制御プログラムに従って動作することによりプロジェクター１の動作を統括制御する。
記憶部１１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリーを備えて構成される。ＲＡＭは、各種データ等の一時記憶に用いられ、ＲＯＭは、プロジェクター１の動作を制御するための制御プログラムや制御データ等を記憶する。また、記憶部１１は、画像投写部１７から投写するための画像情報を記憶していてもよい。
入力操作部１２は、ユーザーがプロジェクター１に対して各種指示を行うための複数の操作キーを備えている。入力操作部１２が備える操作キーとしては、電源のオンとオフ（スタンバイ）とを切り替えるための「電源キー」、各種設定を行うためのメニュー画像を表示させる「メニューキー」、メニュー画像上で項目を選択するための「方向キー」等がある。ユーザーが入力操作部１２の各種操作キーを操作すると、入力操作部１２は、ユーザーの操作内容に応じた操作信号を制御部１０に出力する。なお、遠隔操作が可能なリモコン（図示せず）を、入力操作部１２として用いる構成としてもよい。この場合、リモコンは、ユーザーの操作内容に応じた赤外線の操作信号を発信し、図示しないリモコン信号受信部がこれを受信して制御部１０に伝達する。
撮像部１３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー、或いはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサー等の撮像素子（図示せず）を備えたカメラである。撮像部１３は、可視光を吸収して赤外光を透過させる赤外透過フィルターを有しており、この赤外透過フィルターを介して赤外光を撮像する。撮像部１３は、制御部１０の制御に基づいて投写面Ｓｐ上の投写画像Ｉｐを含む範囲を撮像し、その撮像結果である画像情報（撮像画像情報）を制御部１０に出力する。
画像情報入力部１４は、コンピューターや画像再生装置等の外部の画像供給装置３に接続され、画像供給装置３から画像情報の供給を受ける。また、画像情報入力部１４は、制御部１０から、記憶部１１に記憶されている画像情報の供給を受けることができる。画像情報入力部１４は、入力された画像情報を画像情報処理部１５に出力する。
画像情報処理部１５は、制御部１０の制御に基づいて、画像情報入力部１４から入力される画像情報に対して様々な処理を施し、処理後の画像情報をパネル駆動部１６に出力する。例えば、画像情報処理部１５は、明るさやコントラスト等の画質を調整する処理や、画像の歪みを補正する処理、描画画像やメニュー画像等のＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）画像を重畳する処理等を必要に応じて画像情報に施す。
なお、画像情報入力部１４及び画像情報処理部１５は、１つ又は複数のプロセッサー等によって構成されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の専用の処理装置によって構成されてもよい。
パネル駆動部１６は、画像情報処理部１５から入力される画像情報に基づいて、画像投写部１７が備える液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂ（図３参照）を駆動し、画像投写部１７に画像情報に応じた画像光を生成させる。
画像投写部１７は、照明光ＬＬを出射する照明光学系２０（図３参照）や、照明光ＬＬを変調する液晶表示素子としての液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂ（図３参照）等を含んで構成される。画像投写部１７は、照明光学系２０から出射された照明光ＬＬを、パネル駆動部１６で駆動された液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂで変調して画像光ＰＷを生成し、投写面Ｓｐに投写する。ここで、本実施形態の照明光ＬＬには、赤外光ＩＲＬが含まれており、画像投写部１７は、画像光ＰＷとともに赤外光ＩＲＬを投写面Ｓｐに向けて照射する。
制御部１０は、制御プログラムによって実現される機能ブロックとして、検出部１８を備えている。検出部１８は、撮像部１３から入力される撮像画像情報に基づいて、撮像された画像の中から、指示体Ｆで反射した赤外光を検出する。検出部１８は、パターンマッチングや輪郭抽出等を利用して指示体Ｆを検出し、その先端の位置を指示位置として特定する。そして、検出部１８は、画像情報処理部１５を制御し、特定した指示位置に基づいて、ポインターや描画画像を重畳させる処理等を行わせる。
図３は、画像投写部１７の具体的構成を例示する図である。
図３に示すように、画像投写部１７は、照明光学系２０と、色分離光学系５０と、リレー光学系６０と、画像形成部７０と、投写光学系８０とを備えて構成されている。
照明光学系２０は、画像光を形成するための照明光ＬＬを生成して色分離光学系５０に出射する。照明光ＬＬは、照明光学系２０によって偏光方向が揃えられた光であり、均一な輝度分布を有している。照明光学系２０は、例えば、Ｓ偏光の偏光光を照明光ＬＬとして出射する。また、上述したように、本実施形態の照明光ＬＬは、可視光領域の光からなる白色光ＷＬとともに、赤外光ＩＲＬを含んでいる。照明光学系２０の具体的な構成については、後で例示する。
色分離光学系５０は、第１のダイクロイックミラー５１と、第１の反射ミラー５２と、第２のダイクロイックミラー５３とを備えており、照明光ＬＬの経路を、波長域に応じて３つの経路に分離する。具体的には、色分離光学系５０は、照明光ＬＬの経路を、赤色に対応する波長域の可視光（赤色光ＲＬ）と赤外光ＩＲＬとが通る経路と、赤色光ＲＬよりも波長が短い光であって、緑色に対応する波長域の可視光（緑色光ＧＬ）が通る経路と、緑色光ＧＬよりも波長が短い光であって、青色に対応する波長域の可視光（青色光ＢＬ）が通る経路とに分離する。
第１のダイクロイックミラー５１は、赤色光ＲＬと赤外光ＩＲＬとを反射するとともに、緑色光ＧＬ及び青色光ＢＬを透過する。第１のダイクロイックミラー５１で反射した赤色光ＲＬ及び赤外光ＩＲＬは、第１の反射ミラー５２でさらに反射し、平行化レンズ５４で平行化されて画像形成部７０の液晶パネル７１Ｒを照明する。
第２のダイクロイックミラー５３は、青色光ＢＬを透過するとともに、緑色光ＧＬを反射する。第２のダイクロイックミラー５３で反射された緑色光ＧＬは、平行化レンズ５５で平行化されて画像形成部７０の液晶パネル７１Ｇを照明する。また、第２のダイクロイックミラー５３を透過した青色光ＢＬは、リレー光学系６０に入射する。そして、リレー光学系６０を経由した後、平行化レンズ５６で平行化されて画像形成部７０の液晶パネル７１Ｂを照明する。
リレー光学系６０は、青色光ＢＬの経路が他の色光の経路に比べて長くなってしまうことから、光束の発散による液晶パネル７１Ｂへの照明効率の低下を抑制するために設けられている。リレー光学系６０は、入射側レンズ６１と、第２の反射ミラー６２と、リレーレンズ６３と、第３の反射ミラー６４とを備えている。リレー光学系６０に入射した青色光ＢＬは、入射側レンズ６１によってリレーレンズ６３の近傍で収束し、平行化レンズ５６に向けて発散する。
画像形成部７０は、入射される照明光ＬＬを変調して画像光を形成するものであり、赤色光ＲＬ及び赤外光ＩＲＬが入射する液晶パネル７１Ｒと、緑色光ＧＬが入射する液晶パネル７１Ｇと、青色光ＢＬが入射する液晶パネル７１Ｂと、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム７２とを備えている。また、画像形成部７０は、液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂの入射側にそれぞれ配置される入射側偏光板７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂと、液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂの出射側にそれぞれ配置される出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂとを備えて構成されている。
液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂは、液晶が封入された一対の透明基板を備えており、透明基板の内面には、液晶に対して微小領域（画素）毎に駆動電圧を印加可能な透明電極（画素電極）がマトリックス状に形成されている。液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂは、入射される光の偏光方向（偏光軸）を、画像情報に基づいて画素毎に調整する。
入射側偏光板７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂ及び出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂは、少なくとも可視光については、それぞれの透過軸に平行な偏光方向を有する偏光光のみを透過する。そして、入射側偏光板７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂは、照明光学系２０で揃えられた偏光方向の偏光光（例えば、Ｓ偏光）を透過できるように配置されている。このため、液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに向けて照射された各色光の大部分は入射側偏光板７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂを透過して、液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに入射する。一方、出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂは、入射側偏光板７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂと透過軸が直交するように配置されている。
ここで、パネル駆動部１６（図２参照）によって、液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂの各画素に、画像情報に基づく駆動電圧が印加されると、液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに入射した光は、駆動電圧に応じて変調され、画素毎に異なる偏光方向を有した偏光光となる。この偏光光のうち、偏光方向が出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂの透過軸に直交する偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）の可視光は、出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂによって遮られ、透過軸と平行な偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分）の可視光は、出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂを透過する。つまり、液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂ及び出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂが、入射される可視光を、画像情報に応じて画素毎に異なる透過率で透過させることによって、階調を有する画像光ＰＲ，ＰＧ，ＰＢが色光毎に形成される。出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂから出射した各色光からなる画像光ＰＲ，ＰＧ，ＰＢは、クロスダイクロイックプリズム７２に入射する。
本実施形態において、すべての入射側偏光板７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂと、緑色光ＧＬの経路及び青色光ＢＬの経路に配置された出射側偏光板７４Ｇ，７４Ｂとは、無機材料で構成された無機偏光板である。一方、緑色光ＧＬ及び青色光ＢＬよりも波長が長い赤色光ＲＬと、赤外光ＩＲＬとが通る経路に配置された出射側偏光板７４Ｒは、有機材料で構成された有機偏光板である。無機偏光板は、可視光及び赤外光の双方について、偏光方向が透過軸に平行な偏光成分の光のみを透過させ、偏光方向が透過軸に直交する偏光成分の光を遮断する性質を有している。一方、有機偏光板は、可視光領域の光については、無機偏光板と同様、偏光方向が透過軸に平行な偏光成分の光のみを透過させ、偏光方向が透過軸に直交する偏光成分の光を遮断するのに対し、赤外領域の光については、偏光方向に拘らずに光を透過させる性質を有している。つまり、有機偏光板は、赤外領域の光については、偏光方向が透過軸に平行な偏光成分の光も、偏光方向が透過軸に直交する偏光成分の光も透過させる。
図４は、光の波長と有機偏光板の透過率との関係を示すグラフであり、有機偏光板の透過軸に直交する偏光方向の光の透過率（クロス透過率）を示している。図４において、横軸は、光の波長を示し、縦軸は、光の透過率を示している。
図４に示すように、可視光領域の光（例えば、波長域が４００〜７００ｎｍの光）の透過率は、ほぼ０％である。つまり、可視光は、その偏光方向が有機偏光板の透過軸に直交する場合には、有機偏光板によって遮られる。一方、赤外領域の光（例えば、波長域が８００〜１０００ｎｍの光）の透過率は、８０％以上の高い値である。つまり、赤外光は、透過軸に平行ではない偏光方向の光であっても、そのほとんどが有機偏光板を透過する。
このように、本実施形態では、赤色光ＲＬ及び赤外光ＩＲＬの経路に配置される出射側偏光板７４Ｒとして、偏光方向に拘らずに赤外光ＩＲＬを透過させる有機偏光板を用いているため、液晶パネル７１Ｒに入射した赤外光ＩＲＬは、液晶パネル７１Ｒによってどのような偏光方向に調整されたとしても、そのほとんどが出射側偏光板７４Ｒを透過して、クロスダイクロイックプリズム７２に入射する。
図３に戻って、クロスダイクロイックプリズム７２には、赤色光ＲＬ（画像光ＰＲ）及び赤外光ＩＲＬを反射する誘電体多層膜と、青色光ＢＬ（画像光ＰＢ）を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられており、出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂから出射された各色の画像光ＰＲ，ＰＧ，ＰＢと赤外光ＩＲＬとは、これらの誘電体多層膜によって合成される。そして、各色の画像光ＰＲ，ＰＧ，ＰＢが合成された画像光ＰＷと、赤外光ＩＲＬとは、出射面７２ｘから出射され、投写光学系８０に入射する。
投写光学系８０は、レンズ及びミラーの少なくとも一方を備えて構成される。投写光学系８０は、クロスダイクロイックプリズム７２の出射面７２ｘ側に配置されており、画像形成部７０で形成された画像光ＰＷを拡大して投写面Ｓｐに投写するとともに、赤外光ＩＲＬを投写面Ｓｐに照射する。この結果、投写面Ｓｐには、画像光ＰＷによって投写画像Ｉｐが表示されるとともに、投写画像Ｉｐと同じ範囲に赤外光ＩＲＬが照射される。上述したように、赤外光ＩＲＬが入射する出射側偏光板７４Ｒは、偏光方向に拘らずに赤外光ＩＲＬを透過する有機偏光板によって構成されているため、赤外光ＩＲＬは、液晶パネル７１Ｒの変調状態、即ち投写する画像の影響を受けずに、常に略一様な輝度分布で投写画像Ｉｐ上に照射される。
次に、照明光学系２０の具体的構成について説明する。
図５は、照明光学系２０の具体的構成を例示する図である。
図５に示すように、照明光学系２０は、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、位相差板２４と、ホモジナイザー光学系２５と、偏光分離素子２６ａを含むプリズム２６と、ピックアップ光学系２７と、発光素子２８と、位相差板２９と、第２ピックアップ光学系３０と、拡散反射素子３１と、インテグレーター光学系３２と、偏光変換素子３３と、重畳レンズ３４とを備えている。
上記の構成要件のうち、アレイ光源２１、コリメーター光学系２２、アフォーカル光学系２３、位相差板２４、ホモジナイザー光学系２５、プリズム２６、位相差板２９、第２ピックアップ光学系３０、及び拡散反射素子３１は、それぞれの光学中心を光軸ａｘ１に一致させた状態で、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、発光素子２８、ピックアップ光学系２７、プリズム２６、インテグレーター光学系３２、偏光変換素子３３及び重畳レンズ３４は、それぞれの光学中心を光軸ａｘ２に一致させた状態で、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する位置関係にある。
アレイ光源２１は、固体光源としての複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは、光軸ａｘ１と直交する面２１ｃ内にアレイ状に並んで配置されている。本実施形態では、半導体レーザー２１ａは、青色に相当する波長域の可視光であって、Ｓ偏光からなる青色光ＢＬ０を出射する。
アレイ光源２１から出射された青色光ＢＬ０は、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１から出射された青色光ＢＬ０を平行光束に変換する。コリメーター光学系２２は、例えば、アレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａを含んで構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１ａにそれぞれ対応して配置されている。
コリメーター光学系２２を透過することにより平行光束に変換された青色光ＢＬ０は、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、青色光ＢＬ０の光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば、２つのアフォーカルレンズ２３ａ，２３ｂを含んで構成されている。
アフォーカル光学系２３を透過することにより光束径が調整された青色光ＢＬ０は、位相差板２４に入射する。位相差板２４は、青色光ＢＬ０の波長に対する１／２波長板で構成されている。位相差板２４の光学軸は、位相差板２４に入射する青色光ＢＬ０の偏光軸と交差する。なお、位相差板２４の光学軸は、位相差板２４の進相軸もしくは遅相軸のいずれであってもよい。
青色光ＢＬ０は、もともとコヒーレントなＳ偏光であるが、青色光ＢＬ０の偏光軸が位相差板２４の光学軸と交差しているため、青色光ＢＬ０が位相差板２４を透過することによりＳ偏光の一部がＰ偏光に変換される。その結果、位相差板２４を透過した青色光ＢＬ０は、Ｓ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとが所定の割合で混在した光となる。
位相差板２４によって一部がＰ偏光に変換された青色光ＢＬ０は、ホモジナイザー光学系２５に入射する。ホモジナイザー光学系２５は、青色光ＢＬ０の光強度分布を、例えば、トップハット型分布と呼ばれる均一な光強度分布に変換する。ホモジナイザー光学系２５は、例えば、２つのマルチレンズアレイ２５ａ，２５ｂを含んで構成されている。
ホモジナイザー光学系２５から出射された青色光ＢＬ０は、プリズム２６に入射する。プリズム２６は、例えば、波長選択性を有するダイクロイックプリズムで構成されている。プリズム２６は、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。プリズム２６は、互いに直交する光軸ａｘ１、ａｘ２の交点と傾斜面Ｋの光学中心とが一致するように配置されている。なお、ダイクロイックプリズムからなるプリズム２６に代えて、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。
傾斜面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子２６ａが設けられている。偏光分離素子２６ａは、青色光ＢＬ０をＳ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有している。具体的には、偏光分離素子２６ａは、青色光ＢＬ０のＳ偏光成分ＢＬｓを反射させ、青色光ＢＬ０のＰ偏光成分ＢＬｐを透過させる。なお、偏光分離素子２６ａで反射したＳ偏光成分ＢＬｓは、蛍光体の励起に利用されるため、以降の説明では、青色光ＢＬ０のＳ偏光成分ＢＬｓのことを励起光ＢＬｓとも呼ぶ。また、偏光分離素子２６ａを透過したＰ偏光成分ＢＬｐのことを青色光ＢＬｐとも呼ぶ。
偏光分離素子２６ａから出射されたＳ偏光の励起光ＢＬｓは、ピックアップ光学系２７に入射する。ピックアップ光学系２７は、励起光ＢＬｓを発光素子２８の蛍光体層３５に向けて集光させる。ピックアップ光学系２７は、例えば、２つのピックアップレンズ２７ａ，２７ｂを含んで構成されている。
ピックアップ光学系２７から出射された励起光ＢＬｓは、発光素子２８に入射する。発光素子２８は、蛍光体としての蛍光体層３５と、蛍光体層３５を支持する基板３６とを有している。励起光ＢＬｓが蛍光体層３５に入射することにより蛍光体層３５に含まれる蛍光体が励起され、励起光ＢＬｓとは波長が異なる蛍光光ＦＬが生成される。本実施形態で生成される蛍光光ＦＬには、黄色に相当する波長域の可視光（黄色光ＹＬ）と、赤外光ＩＲＬとが含まれている。
発光素子２８において、蛍光体層３５は、励起光ＢＬｓが入射する側とは反対側の面を基板３６に接触させた状態で、蛍光体層３５の側面と基板３６との間に設けられた接着剤３７により基板３６に固定されている。基板３６の蛍光体層３５が設けられた側と反対側の面には、蛍光体層３５の熱を放散させるためのヒートシンク３８が設けられている。
蛍光体層３５から出射される蛍光光ＦＬは、偏光方向が揃っていない非偏光光であり、ピックアップ光学系２７を通過した後、非偏光の状態のままで偏光分離素子２６ａに入射する。偏光分離素子２６ａは、半導体レーザー２１ａから出射された青色光ＢＬ０とは波長域が異なる光については、偏光状態に拘らずに透過させる性質を有する。このため、蛍光光ＦＬは、偏光分離素子２６ａを透過し、インテグレーター光学系３２に向けて進む。
一方、偏光分離素子２６ａから出射されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、１／４波長板によって構成される位相差板２９に入射する。偏光分離素子２６ａから出射されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、位相差板２９により円偏光の青色光ＢＬｃに変換された後、第２ピックアップ光学系３０に入射する。
第２ピックアップ光学系３０は、青色光ＢＬｃを拡散反射素子３１に向けて集光させる。第２ピックアップ光学系３０は、例えば、２つのピックアップレンズ３０ａ，３０ｂを含んで構成されている。
拡散反射素子３１は、第２ピックアップ光学系３０から出射された青色光ＢＬｃを偏光分離素子２６ａに向けて拡散反射させる。特に、拡散反射素子３１として、拡散反射素子３１に入射した青色光ＢＬｃをランバート反射させるものを用いることが好ましい。照明光学系２０において、この種の拡散反射素子３１を用いることにより、青色光ＢＬｃを拡散反射させつつ、均一な照度分布を有する青色光ＢＬｃ２を得ることができる。
拡散反射素子３１で拡散反射された青色光ＢＬｃ２は、再び位相差板２９に入射することによって、円偏光の青色光ＢＬｃ２からＳ偏光の青色光ＢＬｓ２に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ２は、偏光分離素子２６ａで反射し、インテグレーター光学系３２に向けて進む。
偏光分離素子２６ａで反射した青色光ＢＬｓ２と、偏光分離素子２６ａを透過した蛍光光ＦＬとは、偏光分離素子２６ａから同一の方向に向けて出射される。このため、偏光分離素子２６ａは、青色光ＢＬｓ２と蛍光光ＦＬとを合成する色合成素子の機能も兼ねている。このようにして、青色光ＢＬｓ２と、蛍光光ＦＬに含まれる黄色光ＹＬとが合成されて白色光ＷＬが生成されるとともに、この白色光ＷＬと、蛍光光ＦＬに含まれる赤外光ＩＲＬとが、照明光ＬＬとして出射される。
偏光分離素子２６ａから出射された照明光ＬＬは、インテグレーター光学系３２に入射する。インテグレーター光学系３２は、照明光ＬＬを複数の小光束に分割する。インテグレーター光学系３２は、例えば、第１レンズアレイ３２ａ、第２レンズアレイ３２ｂを含んで構成されている。第１レンズアレイ３２ａ、第２レンズアレイ３２ｂには、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されている。
インテグレーター光学系３２から出射された照明光ＬＬ（複数の小光束）は、偏光変換素子３３に入射する。偏光変換素子３３は、照明光ＬＬの偏光方向を揃える機能を有している。偏光変換素子３３は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとを含んで構成されている。偏光変換素子３３は、非偏光である蛍光光ＦＬの偏光方向とＳ偏光の青色光ＢＬｓ２の偏光方向とを揃えるため、例えば、照明光ＬＬに含まれるＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。
偏光変換素子３３を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光ＬＬは、重畳レンズ３４に入射する。重畳レンズ３４は、偏光変換素子３３から出射された複数の小光束を照明対象上で互いに重畳させる。これにより、重畳レンズ３４から出射される照明光ＬＬは、照明対象である液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂを均一に照明する。
そして、上述したように、照明光ＬＬに含まれる白色光ＷＬは、３色の色光に分離された後に液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂで変調され、一部が出射側偏光板７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂによって遮られて画像光ＰＷとなる。そして、この画像光ＰＷは、投写光学系８０から投写面Ｓｐに投写されて、投写画像Ｉｐとして表示される。また、照明光ＬＬに含まれる赤外光ＩＲＬは、そのほとんどが出射側偏光板７４Ｒを透過して、投写光学系８０から投写面Ｓｐに均一に照射され、指示体Ｆの検出に用いられる。つまり、本実施形態のプロジェクター１は、画像光ＰＷを投写するための構成とは別に、赤外光ＩＲＬを照射するための構成を新たに備えることなく、指示体Ｆの検出に必要な光量の赤外光ＩＲＬを均一に照射することができる。
以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、画像形成部７０は、偏光方向に拘らずに赤外光ＩＲＬを透過する出射側偏光板７４Ｒを用いて照明光ＬＬから画像光ＰＷを形成するため、照明光ＬＬに含まれる赤外光ＩＲＬを、画像光ＰＷとともに常に投写面Ｓｐに照射することが可能となり、指示体Ｆの検出に必要な光量の赤外光ＩＲＬを照射することが容易になる。
（２）本実施形態によれば、出射側偏光板７４Ｒとして、有機偏光板を使用しているため、出射側偏光板７４Ｒに求められる性質、即ち、可視光については、一方の偏光成分の光を透過して他方の偏光成分の光を遮断し、赤外光については、双方の偏光成分の光を透過する性質を、容易に実現することが可能となる。
（３）本実施形態によれば、赤色光ＲＬ及び赤外光ＩＲＬの経路に配置される出射側偏光板７４Ｒには、有機偏光板が用いられ、他の経路に配置される出射側偏光板７４Ｇ，７４Ｂには、無機偏光板が用いられている。一般に、無機偏光板は、有機偏光板よりも耐光性が優れているため、出射側偏光板７４Ｇ，７４Ｂにも有機偏光板を使用する場合に比べて、耐光性の低下を抑制することが可能となる。
（４）本実施形態によれば、有機偏光板である出射側偏光板７４Ｒに赤外光ＩＲＬとともに入射される赤色光ＲＬは、緑色光ＧＬや青色光ＢＬよりも波長が長い。一般に、有機偏光板は、波長が比較的長い光が照射された場合よりも、波長が比較的短い光が照射された場合に劣化が進行しやすい。このため、赤外光ＩＲＬとともに有機偏光板に入射される光が緑色光ＧＬや青色光ＢＬである場合に比べて、有機偏光板の劣化を抑制することが可能となる。
（５）本実施形態によれば、照明光学系２０は、可視光である励起光ＢＬｓが入射した場合に、赤外光ＩＲＬを含む蛍光光ＦＬを生成する蛍光体層３５を備えているため、可視光を発する光源から赤外光ＩＲＬを含む照明光ＬＬを容易に生成することが可能となる。
なお、上記実施形態において、液晶パネル７１Ｒが第１の液晶表示素子に相当し、液晶パネル７１Ｇが第２の液晶表示素子に相当し、液晶パネル７１Ｂが第３の液晶表示素子に相当する。また、液晶パネル７１Ｒの出射側に配置された出射側偏光板７４Ｒが第１の偏光板に相当し、液晶パネル７１Ｇ，７１Ｂの出射側に配置された出射側偏光板７４Ｇ，７４Ｂが第２の偏光板に相当する。また、赤色光ＲＬが第１の可視光に相当し、緑色光ＧＬが第２の可視光に相当する。また、例えば、Ｐ偏光成分が第１の偏光成分に相当し、Ｓ偏光成分が第２の偏光成分に相当する。
（変形例）
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
上記実施形態では、画像投写部１７は、投写面Ｓｐ上の投写画像Ｉｐと同じ範囲に略一様な輝度分布で赤外光ＩＲＬを照射するようにしているが、この態様に限定されない。例えば、画像投写部１７は、赤外光ＩＲＬを用いて所定のパターンを表すパターン光を形成し、形成したパターン光を照射するようにしてもよい。パターン光のパターンとしては、ストライプ状のパターン、格子状のパターン、多数のドットを含むパターン等を用いることができる。このようなパターン光を投写面Ｓｐに向けて照射するようにすれば、検出部１８は、指示体Ｆで反射したパターン光に基づいて、指示体Ｆの位置や形状を三次元で検出することが可能となり、指示体Ｆで多様な指示を行うことができるプロジェクター１を実現することが可能となる。
なお、赤外光ＩＲＬでパターン光を形成するためには、例えば、図６に示すように、赤外光ＩＲＬが入射する液晶パネル７１Ｒの近傍（例えば、入射側の近傍）に、パターン光を形成するための光学素子７５を配置するようにすればよい。この光学素子７５には、可視光（赤色光ＲＬ）を透過して赤外光ＩＲＬを反射する膜でパターンが形成されている。赤色光ＲＬ及び赤外光ＩＲＬがこの光学素子７５を透過することにより、赤色光ＲＬによる画像光ＰＲの形成には影響を与えずに、赤外光ＩＲＬでパターン光を形成することが可能となる。この例において、光学素子７５は、パターン光形成部に相当する。
上記実施形態では、照明光学系２０は、半導体レーザー２１ａから出射される青色光ＢＬ０の一部で蛍光体を励起して、赤外光ＩＲＬを含む照明光ＬＬを生成しているが、照明光学系２０は、可視光（白色光ＷＬ）と赤外光ＩＲＬとを含む照明光ＬＬを出射可能であれば、この構成に限定されない。例えば、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備えた構成や、放電型の光源ランプを備えた構成であってもよい。
上記実施形態では、赤色光ＲＬの経路に、有機偏光板で構成される出射側偏光板７４Ｒを配置して、赤外光ＩＲＬを赤色光ＲＬと同じ経路に通すようにしているが、この構成に限定されない。例えば、緑色光ＧＬ又は青色光ＢＬの経路に有機偏光板を配置して、これらの経路に赤外光ＩＲＬを通すようにしてもよい。ただし、入射光による有機偏光板の劣化を抑制するためには、有機偏光板は、波長が長い光の経路に配置することが望ましい。つまり、青色光ＢＬよりも緑色光ＧＬの経路が望ましく、緑色光ＧＬよりも赤色光ＲＬの経路に配置することが望ましい。
上記実施形態では、赤外光ＩＲＬが通る経路の出射側偏光板７４Ｒにのみ有機偏光板を使用して、他の出射側偏光板７４Ｇ，７４Ｂ及びすべての入射側偏光板７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂには無機偏光板を使用しているが、この構成に限定されない。つまり、赤外光ＩＲＬが通る経路の出射側偏光板７４Ｒ以外の偏光板に有機偏光板を使用するようにしてもよい。
上記実施形態では、色光別に３つの液晶パネル７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂを備えた構成を示したが、この構成に限定されない。例えば、１つの液晶パネルで複数の色光を時分割で変調する構成としてもよい。
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
プロジェクターは、可視光及び赤外光を含む照明光を出射する照明光学系と、前記照明光から画像光を形成する画像形成部と、前記画像光を投写面に投写するとともに、前記赤外光を前記投写面に照射する投写光学系と、照射された前記赤外光の反射光に基づいて、前記投写面上で指示を行う指示体を検出する検出部と、を有し、前記画像形成部は、前記照明光の偏光方向を画素毎に調整する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の出射側に配置され、前記液晶表示素子から出射された前記照明光を偏光方向に応じて透過させる第１の偏光板とを有して構成され、前記第１の偏光板は、前記可視光については、第１の偏光成分の光を透過して、前記第１の偏光成分とは偏光方向が異なる第２の偏光成分の光を遮断し、前記赤外光については、前記第１の偏光成分の光及び前記第２の偏光成分の光を透過することを特徴とする。
この構成によれば、画像形成部は、第１の偏光成分の赤外光と第２の偏光成分の赤外光の双方を透過する第１の偏光板を用いて照明光から画像光を形成するため、照明光に含まれる赤外光を、画像光とともに常に投写面に照射することが可能となり、指示体の検出に必要な光量の赤外光を照射することが容易になる。
上記のプロジェクターにおいて、前記第１の偏光板は、有機材料で構成される有機偏光板であることが望ましい。
この構成によれば、第１の偏光板が有機偏光板であるため、第１の偏光板に求められる性質、即ち、可視光については、第１の偏光成分の光を透過して第２の偏光成分の光を遮断し、赤外光については、第１の偏光成分の光及び第２の偏光成分の光を透過する性質を、容易に実現することが可能となる。
上記のプロジェクターにおいて、前記画像形成部は、前記液晶表示素子として、前記照明光に含まれる第１の可視光及び前記赤外光が入射される第１の液晶表示素子と、前記第１の可視光とは波長域が異なる第２の可視光が入射される第２の液晶表示素子と、を含み、前記第１の液晶表示素子の出射側には、前記第１の偏光板が配置され、前記第２の液晶表示素子の出射側には、前記可視光及び前記赤外光の双方について、前記第１の偏光成分の光を透過して、前記第２の偏光成分の光を遮断する第２の偏光板が配置され、前記第２の偏光板は、無機材料で構成される無機偏光板であることが望ましい。
この構成によれば、赤外光が入射される第１の液晶表示素子の出射側には、有機偏光板が配置され、赤外光が入射されない第２の液晶表示素子の出射側には、無機偏光板が配置される。一般に、無機偏光板は、有機偏光板よりも耐光性が優れているため、双方の偏光板に有機偏光板を使用する場合に比べて、耐光性の低下を抑制することが可能となる。
上記のプロジェクターにおいて、前記第１の可視光は、前記第２の可視光よりも波長が長いことが望ましい。
この態様によれば、第１の液晶表示素子や第１の偏光板に赤外光とともに入射される第１の可視光は、第２の液晶表示素子に入射される第２の可視光よりも波長が長い。一般に、有機偏光板は、波長が比較的長い光が照射された場合よりも、波長が比較的短い光が照射された場合に劣化が進行しやすい。このため、第１の可視光が第２の可視光よりも波長が短い場合に比べて、有機偏光板である第１の偏光板の劣化を抑制することが可能となる。
上記のプロジェクターにおいて、前記画像形成部は、赤色に相当する波長域の可視光及び前記赤外光が入射される前記第１の液晶表示素子と、緑色に相当する波長域の可視光が入射される前記第２の液晶表示素子と、青色に相当する波長域の可視光が入射される第３の液晶表示素子とを有し、前記第１の液晶表示素子の出射側には、前記第１の偏光板が配置され、前記第２の液晶表示素子、及び前記第３の液晶表示素子の出射側には、前記第２の偏光板が配置されることが望ましい。
この態様によれば、上記のプロジェクターと同様の効果を得ることが可能となる。
上記のプロジェクターにおいて、前記照明光学系は、可視光を発する光源と、前記光源が発した可視光が入射することによって励起されて赤外光を含む蛍光光を生成する蛍光体とを有し、前記照明光として前記蛍光光を含む光を出射することが望ましい。
この態様によれば、可視光を発する光源から赤外光を含む照明光を容易に生成することが可能となる。
上記のプロジェクターにおいて、前記赤外光を用いて、所定のパターンを表すパターン光を形成するパターン光形成部をさらに備え、前記投写光学系は、前記パターン光形成部で形成された前記パターン光を照射することが望ましい。
この構成によれば、赤外光からなるパターン光が投写光学系から照射されるため、指示体で反射したパターン光に基づいて、指示体の位置や形状を三次元で検出することが可能となる。このため、指示体で多様な指示を行うことができるプロジェクターを実現することが可能となる。
１…プロジェクター、３…画像供給装置、１０…制御部、１１…記憶部、１２…入力操作部、１３…撮像部、１４…画像情報入力部、１５…画像情報処理部、１６…パネル駆動部、１７…画像投写部、１８…検出部、２０…照明光学系、２１…アレイ光源、２１ａ…半導体レーザー、２１ｃ…面、２２…コリメーター光学系、２２ａ…コリメーターレンズ、２３…アフォーカル光学系、２３ａ，２３ｂ…アフォーカルレンズ、２４…位相差板、２５…ホモジナイザー光学系、２５ａ，２５ｂ…マルチレンズアレイ、２６…プリズム、２６ａ…偏光分離素子、２７…ピックアップ光学系、２７ａ，２７ｂ…ピックアップレンズ、２８…発光素子、２９…位相差板、３０…第２ピックアップ光学系、３０ａ，３０ｂ…ピックアップレンズ、３１…拡散反射素子、３２…インテグレーター光学系、３２ａ…第１レンズアレイ、３２ｂ…第２レンズアレイ、３３…偏光変換素子、３４…重畳レンズ、３５…蛍光体層、３６…基板、３７…接着剤、３８…ヒートシンク、５０…色分離光学系、５１…第１のダイクロイックミラー、５２…第１の反射ミラー、５３…第２のダイクロイックミラー、５４，５５，５６…平行化レンズ、６０…リレー光学系、６１…入射側レンズ、６２…第２の反射ミラー、６３…リレーレンズ、６４…第３の反射ミラー、７０…画像形成部、７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂ…液晶パネル、７２…クロスダイクロイックプリズム、７２ｘ…出射面、７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂ…入射側偏光板、７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂ…出射側偏光板、７５…光学素子、８０…投写光学系、ＬＬ…照明光、ＷＬ…白色光、ＩＲＬ…赤外光、ＲＬ…赤色光、ＧＬ…緑色光、ＢＬ…青色光、ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ，ＰＷ…画像光、ＦＬ…蛍光光、ＹＬ…黄色光、Ｆ…指示体、Ｉｐ…投写画像、Ｓｐ…投写面。

Claims (7)

  1. 可視光及び赤外光を含む照明光を出射する照明光学系と、
    前記照明光から画像光を形成する画像形成部と、
    前記画像光を投写面に投写するとともに、前記赤外光を前記投写面に照射する投写光学系と、
    照射された前記赤外光の反射光に基づいて、前記投写面上で指示を行う指示体を検出する検出部と、を有し、
    前記画像形成部は、前記照明光の偏光方向を画素毎に調整する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の出射側に配置され、前記液晶表示素子から出射された前記照明光を偏光方向に応じて透過させる第１の偏光板とを有して構成され、
    前記第１の偏光板は、前記可視光については、第１の偏光成分の光を透過して、前記第１の偏光成分とは偏光方向が異なる第２の偏光成分の光を遮断し、前記赤外光については、前記第１の偏光成分の光及び前記第２の偏光成分の光を透過することを特徴とするプロジェクター。
  2. 請求項１に記載のプロジェクターであって、
    前記第１の偏光板は、有機材料で構成される有機偏光板であることを特徴とするプロジェクター。
  3. 請求項２に記載のプロジェクターであって、
    前記画像形成部は、前記液晶表示素子として、前記照明光に含まれる第１の可視光及び前記赤外光が入射される第１の液晶表示素子と、前記第１の可視光とは波長域が異なる第２の可視光が入射される第２の液晶表示素子と、を含み、
    前記第１の液晶表示素子の出射側には、前記第１の偏光板が配置され、
    前記第２の液晶表示素子の出射側には、前記可視光及び前記赤外光の双方について、前記第１の偏光成分の光を透過して、前記第２の偏光成分の光を遮断する第２の偏光板が配置され、
    前記第２の偏光板は、無機材料で構成される無機偏光板であることを特徴とするプロジェクター。
  4. 請求項３に記載のプロジェクターであって、
    前記第１の可視光は、前記第２の可視光よりも波長が長いことを特徴とするプロジェクター。
  5. 請求項４に記載のプロジェクターであって、
    前記画像形成部は、赤色に相当する波長域の可視光及び前記赤外光が入射される前記第１の液晶表示素子と、緑色に相当する波長域の可視光が入射される前記第２の液晶表示素子と、青色に相当する波長域の可視光が入射される第３の液晶表示素子とを有し、
    前記第１の液晶表示素子の出射側には、前記第１の偏光板が配置され、
    前記第２の液晶表示素子、及び前記第３の液晶表示素子の出射側には、前記第２の偏光板が配置されることを特徴とするプロジェクター。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクターであって、
    前記照明光学系は、可視光を発する光源と、前記光源が発した可視光が入射することによって励起されて赤外光を含む蛍光光を生成する蛍光体とを有し、前記照明光として前記蛍光光を含む光を出射することを特徴とするプロジェクター。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクターであって、
    前記赤外光を用いて、所定のパターンを表すパターン光を形成するパターン光形成部をさらに備え、
    前記投写光学系は、前記パターン光形成部で形成された前記パターン光を照射することを特徴とするプロジェクター。
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