JP2020091342A

JP2020091342A - プロジェクター

Info

Publication number: JP2020091342A
Application number: JP2018227055A
Authority: JP
Inventors: 秋山　光一; Koichi Akiyama; 光一秋山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-11

Abstract

【課題】小型のプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明のプロジェクターは、光源装置と、第１光変調素子と、第２光変調素子と、第３光変調素子と、色合成素子と、投射光学系と、被投射面上の画像を撮像する撮像素子と、光路分岐素子と、を備える。光路分岐素子は、色合成素子からの合成光の少なくとも一部を投射光学系に導き、投射光学系からの反射光の少なくとも一部を撮像素子に導く。投射光学系に対して、第１光変調素子と被投射面、第２光変調素子と被投射面、第３光変調素子と被投射面、および撮像素子と被投射面とは、それぞれ共役関係にある。第１光変調素子と光路分岐素子との間の第１光路長と、第２光変調素子と光路分岐素子との間の第２光路長と、第３光変調素子と光路分岐素子との間の第３光路長と、撮像素子と光路分岐素子との間の第４光路長と、は等しい。【選択図】図３

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

近年、プロジェクターから投射される画像や文字等によるメッセージに対して、使用者が指やペン等の指示体を用いて情報を入力し、この情報に基づいて各種の操作を進める機能、いわゆるインタラクティブ機能を備えたプロジェクターが提供されている。この種のプロジェクターは、被投射面に対する指示体等の物体の位置を検出する検出手段を備える必要がある。

上記の検出手段を備えたプロジェクターの一例として、下記の特許文献１には、レーザーポインターと、レーザーポインターによる被投射面上の指示点の位置を撮像するデジタルカメラと、を備えたプロジェクターが開示されている。

特開２００５−１７３３６号公報

特許文献１においては、被投射面の撮像機能を実現するために、プロジェクターにデジタルカメラが搭載されている。そのため、プロジェクターの構成が複雑になり、プロジェクターが大型化する、という問題があった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様のプロジェクターは、第１色光と第２色光と第３色光とを含む光を射出する光源装置と、前記第１色光を画像情報に応じて変調する第１光変調素子と、前記第２色光を画像情報に応じて変調する第２光変調素子と、前記第３色光を画像情報に応じて変調する第３光変調素子と、前記第１光変調素子から射出された前記第１色光と、前記第２光変調素子から射出された前記第２色光と、前記第３光変調素子から射出された前記第３色光と、を合成し、合成光を射出する色合成素子と、前記色合成素子から射出された前記合成光を被投射面に投射する投射光学系と、前記被投射面からの反射光が前記投射光学系を介して入射され、前記被投射面に形成された画像を撮像する撮像素子と、前記色合成素子と前記投射光学系との間の前記合成光の光路上、かつ、前記投射光学系と前記撮像素子との間の前記反射光の光路上に設けられた光路分岐素子と、を備える。前記光路分岐素子は、前記色合成素子から射出された前記合成光の少なくとも一部を前記投射光学系に導き、前記投射光学系から射出された前記反射光の少なくとも一部を前記撮像素子に導く。前記投射光学系に対して、前記第１光変調素子と前記被投射面とは共役関係にあり、前記第２光変調素子と前記被投射面とは共役関係にあり、前記第３光変調素子と前記被投射面とは共役関係にあり、前記撮像素子と前記被投射面とは共役関係にある。前記第１光変調素子と前記光路分岐素子との間の第１光路長と、前記第２光変調素子と前記光路分岐素子との間の第２光路長と、前記第３光変調素子と前記光路分岐素子との間の第３光路長と、前記撮像素子と前記光路分岐素子との間の第４光路長と、は等しい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記投射光学系と前記撮像素子との間の前記反射光の光路上に設けられ、前記第４光路長を前記第１光路長、前記第２光路長および前記第３光路長と等しくなるように調整する光路長調整素子をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光路長調整素子と前記色合成素子とは、屈折率が互いに等しく、光路長方向の寸法が互いに等しい硝材から構成されていてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光路分岐素子は、プリズムと、前記プリズムの内部に設けられ、入射した前記合成光のうちの一部の光と前記反射光のうちの一部の光とを透過させる部分透過膜と、を有していてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記プリズムは、複数の直角プリズムが貼り合わされた貼合面を有し、前記部分透過膜は前記貼合面に設けられていてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記部分透過膜は、前記合成光のうちの他の一部の光と前記反射光のうちの他の一部の光とを反射させてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記部分透過膜によって反射された前記合成光のうちの他の一部の光を吸収する光吸収部材をさらに備えていてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記部分透過膜によって反射される光の光量は、前記部分透過膜に入射した光の光量の１０％以下であってもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記部分透過膜はハーフミラーから構成されていてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記部分透過膜は偏光分離膜から構成されていてもよい。

前記部分透過膜が偏光分離膜から構成されている場合、本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記色合成素子と前記光路分岐素子との間の前記合成光の光路上に設けられ、前記第２色光の偏光方向を変換する狭帯域位相差板をさらに備えていてもよい。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。光学モジュールの平面図である。光学モジュールの側面図である。光学モジュールの斜視図である。第２実施形態のプロジェクターにおける光学モジュールの平面図である。第３実施形態のプロジェクターにおける光学モジュールの側面図である。第４実施形態のプロジェクターにおける光学モジュールの平面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
図１は、第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図２は、光学モジュールの平面図である。図３は、光学モジュールの側面図である。図４は、光学モジュールの斜視図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１に示すように、プロジェクター１は、外装筐体２と、制御部１５と、光学ユニット３と、を備えている。また、図示を省略するが、外装筐体２の内部には、光源装置３１と制御部１５とに電力を供給する電源装置、各種の光学部品を冷却するファン等の構成要素が配置されている。プロジェクター１は、光源装置３１から射出された光を画像情報に応じて変調し、スクリーンＳＣ等の被投射面に画像を拡大投射する。

外装筐体２は、詳細な説明を省略するが、外装筐体２の上部を構成する上ケース、外装筐体２の下部を構成する下ケース等の複数のケースを有しており、これらのケースがネジ等の固定部材によって固定されている。

制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の電子部品を備えている。制御部１５は、プロジェクター１の各部の動作の制御、例えば画像の投射に関わる制御を行う。特に本実施形態の場合、制御部１５は、後述する撮像素子が得た画像情報に基づいて画像を制御する。

光学ユニット３は、制御部１５による制御の下、光源装置３１から射出された光を光学的に処理して投射する。光学ユニット３は、光源装置３１と、均一照明光学系３２と、色分離光学系３３と、リレー光学系３４と、光学モジュール４と、投射光学系３６と、光学部品用筐体３８と、を備えている。光源装置３１、均一照明光学系３２、色分離光学系３３、リレー光学系３４、光学モジュール４、および投射光学系３６を構成する光学部品は、光学部品用筐体３８内の所定の位置に固定されている。

以下では、説明の便宜上、光源装置３１から射出される光の中心軸と平行な軸をＸ軸とし、光が射出される方向をＸ軸の＋Ｘ方向とする。また、投射光学系３６から射出される光の中心軸と平行な軸をＹ軸とし、投射光学系３６からスクリーンに向けて光が射出される方向をＹ軸の＋Ｙ方向とする。また、プロジェクター１が机上に据え置かれた据え置き姿勢における上下方向をＺ軸とし、上方をＺ軸の＋Ｚ方向とする。

図１に示すように、光学ユニット３は、Ｚ軸方向から見て、略Ｌ字状の形状を有している。光源装置３１は、光学ユニット３の一方の端部に着脱可能に設けられている。投射光学系３６は、光学ユニット３の他方の端部に設けられている。

光源装置３１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の放電ランプからなる光源３１１と、リフレクター３１２と、を備えている。光源３１１から射出された光のうち、均一照明光学系３２とは反対側に向かって進む光は、リフレクター３１２で反射され、進行方向が＋Ｘ方向に変わる。このように、光源装置３１は、均一照明光学系３２に向けて光を射出する。光源装置３１は、赤色光ＬＲ（第１色光）と緑色光ＬＧ（第２色光）と青色光ＬＢ（第３色光）とを含む白色光を射出する。

均一照明光学系３２は、第１レンズアレイ３２１と、第２レンズアレイ３２２と、偏光変換素子３２３と、重畳レンズ３２４と、を備えている。

第１レンズアレイ３２１は、光源装置３１から射出された光を複数の部分光束に分割する。第１レンズアレイ３２１は、照明光軸ＡＸ１と直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズから構成されている。照明光軸ＡＸ１は、光源装置３１から射出された光の中心軸である。

第２レンズアレイ３２２は、第１レンズアレイ３２１と同様、照明光軸ＡＸ１に直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズから構成されている。複数のレンズは、第１レンズアレイ３２１の複数のレンズに対応して設けられている。第２レンズアレイ３２２は、重畳レンズ３２４とともに、第１レンズアレイ３２１の各レンズの像を、赤色光用光変調素子（第１光変調素子）５２Ｒ、緑色光用光変調素子（第２光変調素子）５２Ｇ、および青色光用光変調素子（第３光変調素子）５２Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。

偏光変換素子３２３は、第１レンズアレイ３２１により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する。偏光変換素子３２３は、図示しない偏光分離層と反射層と位相差板とを有する。偏光分離層は、光源装置３１からの光に含まれる偏光成分のうち、一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸ＡＸ１に垂直な方向に反射する。反射層は、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸ＡＸ１に平行な方向に反射する。位相差板は、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。

重畳レンズ３２４は、偏光変換素子３２３からの各部分光束を集光して赤色光用光変調素子５２Ｒ、緑色光用光変調素子５２Ｇ、および青色光用光変調素子５２Ｂの画像形成領域近傍に重畳させる。

第１レンズアレイ３２１、第２レンズアレイ３２２および重畳レンズ３２４は、光源装置３１からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離光学系３３は、第１ダイクロイックミラー３３１と、第２ダイクロイックミラー３３２と、第１反射ミラー３３３と、を備えている。第１ダイクロイックミラー３３１は、赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧを含む光を透過し、青色光ＬＢを反射する。第２ダイクロイックミラー３３２は、第１ダイクロイックミラー３３１を透過した光のうち、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧを反射する。このようにして、色分離光学系３３は、均一照明光学系３２から射出された光束を赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの３色の色光に分離する。

リレー光学系３４は、入射側レンズ３４１と、リレーレンズ３４３と、第２反射ミラー３４２と、第３反射ミラー３４４と、を備えている。リレー光学系３４は、色分離光学系３３によって分離された赤色光ＬＲを赤色光用光変調素子５２Ｒまで導く。なお、光学ユニット３は、リレー光学系３４が赤色光ＬＲを赤色光用光変調素子５２Ｒに導く構成としているが、これに限らず、青色光ＬＢを青色光用光変調素子５２Ｂに導く構成としてもよい。

図２〜図４に示すように、光学モジュール４は、複数の電気光学装置５と、色合成素子４１と、光路分岐素子４２と、光路長調整素子４３と、撮像素子４４と、光吸収部材４５と、を備えている。複数の電気光学装置５は、赤色光ＬＲに対応した電気光学装置５Ｒと、緑色光ＬＧに対応した電気光学装置５Ｇと、青色光ＬＢに対応した電気光学装置５Ｂと、を含む。光学モジュール４は、色分離光学系３３で分離された各色光を画像情報に応じて変調し、変調した各色光を合成して合成光を射出する。以下の説明において、各色光用の電気光学装置５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを区別する必要がない場合には、電気光学装置５と称する。

図４に示すように、色合成素子４１と光路分岐素子４２とは、電気光学装置５Ｇから射出された緑色光ＬＧの中心軸の方向、すなわちＹ軸方向に並んで配置されている。また、光路分岐素子４２と光路長調整素子４３とは、複数の電気光学装置５が配置された仮想平面に対して垂直な方向、すなわちＺ軸方向に並んで配置されている。したがって、色合成素子４１と光路分岐素子４２と光路長調整素子４３とは、Ｘ軸方向から見て、ＹＺ平面に沿ってＬ字状に配置されている。

図１に示すように、電気光学装置５は、入射側偏光板５１と、各色光用の光変調素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂと、射出側偏光板５４と、を備えている。以下の説明において、各色光用の光変調素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂを区別する必要がない場合には、光変調素子５２と称する。図２〜図４においては、電気光学装置５のうち、入射側偏光板５１および射出側偏光板５４の図示を省略する。

入射側偏光板５１は、光変調素子５２の光入射側に配置されている。入射側偏光板５１は、色分離光学系３３で分離された各色光のうち、偏光変換素子３２３で揃えられた偏光光を透過し、その偏光光と異なる偏光光を吸収して光変調素子５２に射出する。

光変調素子５２は、詳細な図示は省略するが、一対のガラス基板の間に液晶が封入された液晶パネルから構成されている。光変調素子５２は、複数の画素がマトリクス状に配置された矩形状の画素領域（図示略）を有している。光変調素子５２は、パネル枠（図示略）に外周部が保持され、フレキシブル基板（図示略）を介して制御部１５に接続されている。光変調素子５２は、制御部１５から入力された駆動信号に応じて液晶の配向状態が制御され、光変調素子５２に入射された色光を画像情報に応じて変調する。

射出側偏光板５４は、光変調素子５２の光射出側に配置されている。射出側偏光板５４は、入射側偏光板５１と略同様の機能を有し、光変調素子５２において変調された色光のうち、一定方向の偏光光を吸収し、その偏光光と異なる偏光方向の偏光光を透過して色合成素子４１に向けて射出する。

色合成素子４１は、クロスダイクロイックプリズム４１１で構成されている。クロスダイクロイックプリズム４１１は、４つの直角プリズムを貼り合わせた立方体状のガラスブロックと、第１ダイクロイックミラー４１３と、第２ダイクロイックミラー４１４と、を有している。第１ダイクロイックミラー４１３および第２ダイクロイックミラー４１４は、４つの直角プリズムの互いに対向する貼合面に設けられている。色合成素子４１は、赤色光用光変調素子５２Ｒから射出された赤色光ＬＲと、緑色光用光変調素子５２Ｇから射出された緑色光ＬＧと、青色光用光変調素子５２Ｂから射出された青色光ＬＢと、を合成し、合成光を射出する。

図２に示すように、クロスダイクロイックプリズム４１１は、赤色光ＬＲを入射させる第１面４１１ａと、緑色光ＬＧを入射させる第２面４１１ｂと、青色光ＬＢを入射させる第３面４１１ｃと、合成光ＬＷを射出する第４面４１１ｄと、を有する。したがって、赤色光用光変調素子５２Ｒは、第１面４１１ａに対向して配置されている。緑色光用光変調素子５２Ｇは、第２面４１１ｂに対向して配置されている。青色光用光変調素子５２Ｂは、第３面４１１ｃに対向して配置されている。光路分岐素子４２は、第４面４１１ｄに対向して配置されている。

第１ダイクロイックミラー４１３および第２ダイクロイックミラー４１４のそれぞれは、誘電体多層膜から構成されている。第１ダイクロイックミラー４１３と第２ダイクロイックミラー４１４とは、Ｚ軸方向から見て、互いに交差している。第１ダイクロイックミラー４１３は、赤色光ＬＲを反射し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを透過する。第２ダイクロイックミラー４１４は、青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲを透過する。これにより、色合成素子４１は、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを合成する。

図３に示すように、光路分岐素子４２は、合成光ＬＷの光路における色合成素子４１の光射出側に設けられている。すなわち、光路分岐素子４２は、色合成素子４１と投射光学系３６との間の合成光ＬＷの光路上、かつ、投射光学系３６と撮像素子４４との間の反射光Ｌ２の光路上に設けられている。光路分岐素子４２は、色合成素子４１から射出された合成光ＬＷの少なくとも一部を投射光学系３６に導き、投射光学系３６から射出された反射光Ｌ２の少なくとも一部を撮像素子４４に導く。本実施形態では、光路分岐素子４２が色合成素子４１に密着しており、光路分岐素子４２と色合成素子４１との間に隙間がないが、この構成に代えて、光路分岐素子４２が色合成素子４１から離れて配置され、光路分岐素子４２と色合成素子４１との間に隙間があってもよい。

光路分岐素子４２は、プリズム４２１と、ハーフミラー４２２（部分透過膜）と、を備えている。ハーフミラー４２２は、プリズム４２１の内部に設けられている。具体的には、プリズム４２１は２つの直角プリズムが貼り合わされた貼合面を有し、ハーフミラー４２２は、２つの直角プリズムの互いに対向する貼合面に設けられている。ハーフミラー４２２は、誘電体多層膜もしくは金属膜から構成されている。ハーフミラー４２２は、ハーフミラー４２２に入射した合成光ＬＷのうちの一部の光ＬＷａを透過させ、他の一部の光ＬＷｂを反射させる一方、反射光Ｌ２のうちの一部の光を透過させ、他の一部の光Ｌ２ｂを反射させる。

ハーフミラー４２２の反射率は、特に限定されることなく、任意の値でよい。ただし、ハーフミラー４２２によって反射される光の光量は、ハーフミラー４２２に入射した光の光量の１０％以下であることが望ましい。すなわち、ハーフミラー４２２の反射率は、１０％以下であることが望ましい。ハーフミラー４２２の反射率が１０％以下であれば、撮像素子４４が画像を撮像するのに必要な光量が確保できるとともに、合成光ＬＷの損失を最小限に抑えることができる。

光路長調整素子４３は、反射光Ｌ２の光路における光路分岐素子４２の光射出側に設けられている。すなわち、光路長調整素子４３は、投射光学系３６と撮像素子４４との間の反射光Ｌ２ｂの光路上に設けられている。光路長調整素子４３と色合成素子４１とは、屈折率が互いに等しく、光路長方向の寸法が互いに等しいガラス等の硝材から構成されている。なお、光路長方向の寸法とは、光路長調整素子４３の光路長方向の寸法は、反射光Ｌ２の光路に沿った方向の寸法であり、図３に寸法Ｄ１として示す。一方、色合成素子４１の光路長方向の寸法は、各色光の光路に沿った方向の寸法であり、図２に寸法Ｄ２，Ｄ３として示す。

上記の条件を満たすためには、光路長調整素子４３と色合成素子４１とは、同じ種類の硝材からなり、各辺の長さが等しい直方体状のブロックで構成されていることが望ましい。本実施形態では、図３に示すように、光路長調整素子４３が光路分岐素子４２に密着しており、光路長調整素子４３と光路分岐素子４２との間に隙間がないが、この構成に代えて、光路長調整素子４３が光路分岐素子４２から離れて配置され、光路長調整素子４３と光路分岐素子４２との間に隙間があってもよい。

図３に示すように、撮像素子４４は、光路長調整素子４３の光路分岐素子４２との対向面と反対側の面に対向して設けられている。すなわち、撮像素子４４は、光路長調整素子４３を通過する反射光Ｌ２ｂの光射出側に設けられている。撮像素子４４は、ＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサー等の固体撮像素子から構成されている。撮像素子４４は、光変調素子５２と同じサイズを有している。撮像素子４４は、スクリーンＳＣからの反射光Ｌ２が投射光学系３６、光路分岐素子４２および光路長調整素子４３を介して入射され、スクリーンＳＣに投射された画像を含むスクリーンＳＣ上の被写体を撮像する。

光吸収部材４５は、光路分岐素子４２の光路長調整素子４３との対向面と反対側の面に対向して設けられている。すなわち、光吸収部材４５は、ハーフミラー４２２で反射する一部の合成光ＬＷｂの光射出側に設けられている。光吸収部材４５は、ハーフミラー４２によって反射された合成光ＬＷの一部の光を吸収する。光吸収部材４５には、一般の光学機器に用いられる任意の光吸収材、反射防止材等を用いることができる。

投射光学系３６は、複数の投射レンズから構成されている。個々の投射レンズの構成および枚数については、特に限定されない。投射光学系３６は、色合成素子４１から射出された合成光ＬＷをスクリーンＳＣに投射する。

投射光学系３６に対して、赤色光用光変調素子５２ＲとスクリーンＳＣとは共役関係にあり、緑色光用光変調素子５２ＧとスクリーンＳＣとは共役関係にあり、青色光用光変調素子５２ＢとスクリーンＳＣとは共役関係にあり、撮像素子４４とスクリーンＳＣとは共役関係にある。

また、赤色光用光変調素子５２Ｒと光路分岐素子４２との間の第１光路長と、緑色光用光変調素子５２Ｇと光路分岐素子４２との間の第２光路長と、青色光用光変調素子５２Ｂと光路分岐素子４２との間の第３光路長と、撮像素子４４と光路分岐素子４２との間の第４光路長と、は等しい。なお、本明細書における光路長は、光が進む経路の距離と屈折率との積で表される。

仮に撮像素子４４が光路分岐素子４２の光射出面に配置されていたとすると、第４光路長は第１〜第３光路長に比べて短くなる。これに対し、本実施形態では、撮像素子４４と光路分岐素子４２との間に光路長調整素子４３が挿入されているため、第４光路長は第１〜第３光路長と等しくなる。このように、光路長調整素子４３は、第４光路長を第１〜第３光路長と等しくなるように調整するための素子である。

本実施形態のプロジェクター１において、光路分岐素子４２のハーフミラー４２２の反射率が例えば１０％であったとすると、色合成素子４１から光路分岐素子４２に入射した合成光ＬＷのうち、９０％の合成光ＬＷａは、ハーフミラー４２２を透過し、投射光学系３６によってスクリーンＳＣ上に投射される。一方、１０％の合成光ＬＷｂは、ハーフミラー４２２で反射し、光吸収部材４５に吸収される。

また、上記の合成光ＬＷの経路とは逆に、スクリーンＳＣからの反射光Ｌ２は、投射光学系３６からプロジェクター１に入射し、光路分岐素子４２のハーフミラー４２２に到達する。ハーフミラー４２２に入射した反射光Ｌ２のうち、１０％の光Ｌ２ｂは、ハーフミラー４２２で反射し、撮像素子４４に入射する。

これにより、使用者が例えばスクリーンＳＣ上の画像の一部にペン等の指示体を置いた場合、撮像素子４４は、画像の一部に指示体が置かれた状態のスクリーンＳＣの様子を撮像することができる。撮像素子４４が撮像した情報は制御部１５に送られ、この撮像情報に基づいて例えばスクリーンＳＣ上の投射画像が変化する等の制御が行われる。あるいは、使用者が何らかの指示を行う場合に限らず、例えば使用者がスクリーンＳＣの前に立ち、使用者自身の顔に投射光が当たっている場合、撮像素子４４が撮像した情報から制御部１５が使用者の眼の位置を検出し、使用者の眼の位置にあたる画像の一部を黒表示とし、使用者がスクリーンの前に立っても眩しくないようにする、等の制御を行うこともできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、投射光学系３６が投射画像や指示体を含むスクリーン上の被写体を撮像する撮像光学系としても機能するため、撮像光学系を別途備える必要がない。そのため、小型化やコスト低減が可能なインタラクティブ機能を備えたプロジェクター１を実現することができる。

さらに、各光変調素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２ＢとスクリーンＳＣとは共役関係にあり、撮像素子４４とスクリーンＳＣとは共役関係にあり、各光変調素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂと光路分岐素子４２との間の第１〜第３光路長と、撮像素子４４と光路分岐素子４２との間の第４光路長と、が等しい。そのため、各光変調素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂで形成された像がスクリーンＳＣ上で結像しているとき、スクリーンＳＣおよびその近傍から発せられた反射光Ｌ２が撮像素子４４上で結像する。これにより、投射光学系３６による収差が抑えられ、プロジェクター１は使用者からの指示情報を精度良く検出することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光学モジュールの構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの全体構成の説明は省略する。
図５は、第２実施形態のプロジェクターにおける光学モジュールを示す平面図である。
図５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５に示すように、第２実施形態の光学モジュール６は、複数の電気光学装置５と、色合成素子４１と、光路分岐素子４２と、光路長調整素子４３と、撮像素子４４と、光吸収部材４５と、を備えている。

色合成素子４１と光路分岐素子４２とは、電気光学装置５Ｇから射出された緑色光ＬＧの中心軸の方向、すなわちＹ軸方向に並んで配置されている。また、光路分岐素子４２と光路長調整素子４３とは、複数の電気光学装置５が配置された仮想平面に対して平行、かつ色合成素子４１と光路分岐素子４２との配列方向に垂直な方向、すなわちＸ軸方向に並んで配置されている。したがって、色合成素子４１と光路分岐素子４２と光路長調整素子４３とは、Ｚ軸方向から見て、ＸＹ平面に沿ってＬ字状に配置されている。
光学モジュール６およびプロジェクターのその他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、小型化やコスト低減が可能なインタラクティブ機能を備えたプロジェクターを実現できる、使用者からの指示情報を精度良く検出できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、光学モジュール４，６を構成する色合成素子４１、光路分岐素子４２および光路長調整素子４３を第１実施形態（図３）のような向きに配置するか、第２実施形態（図５）のような向きに配置するかについては、プロジェクターの各構成部品のレイアウト設計に応じて適宜選択が可能である。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光学モジュールの構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの全体構成の説明は省略する。
図６は、第３実施形態のプロジェクターにおける光学モジュールを示す側面図である。
図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６に示すように、第３実施形態の光学モジュール７は、複数の電気光学装置５と、色合成素子４１と、光路分岐素子４６と、狭帯域位相差板４７と、光路長調整素子４３と、撮像素子４４と、を備えている。

色合成素子４１と光路分岐素子４６とは、電気光学装置５Ｇから射出された緑色光ＬＧの中心軸の方向、すなわちＹ軸方向に並んで配置されている。また、光路分岐素子４６と光路長調整素子４３とは、複数の電気光学装置５が配置された仮想平面に対して垂直な方向、すなわちＺ軸方向に並んで配置されている。したがって、色合成素子４１と光路分岐素子４６と光路長調整素子４３とは、Ｘ軸方向から見て、ＹＺ平面に沿ってＬ字状に配置されている。

光路分岐素子４６は、プリズム４６１と、偏光分離膜４６２（部分透過膜）と、を備えている。偏光分離膜４６２は、プリズム４６１の内部に設けられている。具体的には、プリズム４６１は２つの直角プリズムが貼り合わされた貼合面を有し、偏光分離膜４６２は２つの直角プリズムの互いに対向する貼合面に設けられている。偏光分離膜４６２は、誘電体多層膜から構成されている。偏光分離膜４６２は、偏光分離膜４６２に対するＰ偏光Ｌｐを透過させ、偏光分離膜４６２に対するＳ偏光Ｌｓを反射させる。

狭帯域位相差板４７は、色合成素子４１と光路分岐素子４６との間の合成光ＬＷの光路上に設けられている。狭帯域位相差板４７は、緑色波長帯の光に対して１／２波長の位相差を付与する。すなわち、狭帯域位相差板４７は、合成光ＬＷに含まれる３つの色光のうち、緑色光ＬＧのみに対して１／２波長板として機能する。これにより、狭帯域位相差板４７は、緑色光ＬＧ（第２色光）の偏光方向を変換する。
光学モジュール７およびプロジェクターのその他の構成は、第１実施形態と同様である。

クロスダイクロイックプリズム４１１には、各ダイクロイックミラー４１３，４１４に対するＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するダイクロイックミラー４１３，４１４が用いられることが一般的である。したがって、第３実施形態の光学モジュール７においても、合成光ＬＷが色合成素子４１から射出された時点での各色光の偏光方向は、各ダイクロイックミラー４１３，４１４を透過した緑色光ＬＧがダイクロイックミラー４１３，４１４に対するＰ偏光であり、第１ダイクロイックミラー４１３で反射した赤色光ＬＲと第２ダイクロイックミラー４１４で反射した青色光ＬＢとがダイクロイックミラー４１３，４１４に対するＳ偏光である。

次に、合成光ＬＷが狭帯域位相差板４７を通過すると、狭帯域位相差板４７が緑色光ＬＧのみに対して１／２波長板として機能するため、緑色光ＬＧがダイクロイックミラー４１３，４１４に対するＰ偏光からＳ偏光に変換される。その結果、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てがダイクロイックミラー４１３，４１４に対するＳ偏光となる。

ここで、光の偏光方向を光路分岐素子４６の偏光分離膜４６２に対する偏光方向として表現し直すと、狭帯域位相差板４７を通過した合成光ＬＷの偏光方向は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てが偏光分離膜４６２に対するＰ偏光となる。したがって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てが偏光分離膜４６２を透過する。

一方、投射光学系３６から光路分岐素子４６に入射する反射光Ｌ２のうち、約半分の反射光Ｌ２は、偏光分離膜４６２に対するＳ偏光である。したがって、光路分岐素子４６に入射した反射光Ｌ２のうちの約半分の反射光Ｌ２は、偏光分離膜４６２で反射して光路長調整素子４３に入射し、光路長調整素子４３を透過して撮像素子４４に入射する。

さらに本実施形態の場合、光学モジュール７が狭帯域位相差板４７を備えたことによって、合成光ＬＷを構成する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てが偏光分離膜４６２を透過するようになる。そのため、第１実施形態で用いた光吸収部材４５を不要にできるとともに、光路分岐素子４６における合成光ＬＷの損失が抑えられ、光利用効率を高めることができる。これにより、本実施形態のプロジェクターによれば、明るい画像が得られる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図７を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光学モジュールの構成が第１実施形態と異なる。また、光学モジュールの構成は、第３実施形態と同様である。
図７は、第４実施形態のプロジェクターにおける光学モジュールを示す平面図である。
図７において、第３実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５に示すように、第４実施形態の光学モジュール８は、複数の電気光学装置５と、色合成素子４１と、光路分岐素子４６と、狭帯域位相差板４７と、広帯域位相差板４８と、光路長調整素子４３と、撮像素子４４と、を備えている。

色合成素子４１と光路分岐素子４６とは、電気光学装置５Ｇから射出された緑色光ＬＧの中心軸の方向、すなわちＹ軸方向に並んで配置されている。また、光路分岐素子４６と光路長調整素子４３とは、複数の電気光学装置５が配置された仮想平面に対して平行、かつ色合成素子４１と光路分岐素子４６との配列方向に垂直な方向、すなわちＸ軸方向に並んで配置されている。したがって、色合成素子４１と光路分岐素子４６と光路長調整素子４３とは、Ｚ軸方向から見て、ＸＹ平面に沿ってＬ字状に配置されている。

広帯域位相差板４８は、狭帯域位相差板４７の光射出側に設けられている。広帯域位相差板４８は、可視波長帯の光に対して１／２波長の位相差を付与する。すなわち、広帯域位相差板４８は、合成光ＬＷに含まれる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てに対して１／２波長板として機能する。
光学モジュール８のその他の構成は、第３実施形態と同様である。

本実施形態の光学モジュール８においても、狭帯域位相差板４７を通過するまでの各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢの振る舞いは、第３実施形態と同様である。ところが、本実施形態の光学モジュール８においては、色合成素子４１の２つのダイクロイックミラー４１３，４１４に対する光路分岐素子４６の偏光分離膜４６２の向きが第３実施形態とは異なり、第３実施形態の偏光分離膜４６２に対して合成光ＬＷの中心軸周りに９０°回転している。そのため、光の偏光方向を光路分岐素子４６の偏光分離膜４６２に対する偏光方向として表現すると、狭帯域位相差板４７を通過した合成光ＬＷの偏光方向は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てが偏光分離膜４６２に対するＳ偏光となる。したがって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てが偏光分離膜４６２を透過することができない。

これに対して、本実施形態の光学モジュール８においては、狭帯域位相差板４７の光射出側に可視波長帯域の全ての光に対して１／２波長板として機能する広帯域位相差板４８が設けられているため、広帯域位相差板４８を通過した合成光ＬＷの偏光方向は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てが偏光分離膜４６２に対するＰ偏光となる。これにより、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの全てが偏光分離膜４６２を透過することができる。

なお、光学モジュール７，８を構成する色合成素子４１、光路分岐素子４６および光路長調整素子４３を第３実施形態（図６）のような向きに配置するか、第４実施形態（図７）のような向きに配置するかについては、プロジェクターの各構成部品のレイアウト設計に応じて適宜選択が可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、光路長調整素子を備えた光学モジュールの例を挙げたが、光学モジュールは必ずしも光路長調整素子を備えていなくてもよい。ただし、その場合、光路分岐素子と撮像素子との間に屈折率１．０の空気が介在しているものとして、光路長調整素子が設けられている場合によりも光路分岐素子と撮像素子との距離を遠ざけることにより、第１〜第４光路長を一致させる必要がある。

上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。

上記実施形態では、放電ランプからなる光源装置を用いた例を挙げたが、その他、蛍光体を含む波長変換素子と励起光源とを有する光源装置、レーザー光源を有する光源装置などが用いられてもよい。

また、プロジェクターの各構成要素の形状、大きさ、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。

１…プロジェクター、３１…光源装置、３６…投射光学系、４１…色合成素子、４２，４６…光路分岐素子、４３…光路長調整素子、４４…撮像素子、４５…光吸収部材、４７…狭帯域位相差板、５２Ｒ…赤色光用光変調素子（第１光変調素子）、５２Ｇ…緑色光用光変調素子（第２光変調素子）、５２Ｂ…青色光用光変調素子（第３光変調素子）、４２１，４６１…プリズム、４２２…ハーフミラー（部分透過膜）、４６２…偏光分離膜（部分透過膜）、ＬＲ…赤色光（第１色光）、ＬＧ…緑色光（第２色光）、ＬＢ…青色光（第３色光）、ＬＷ…合成光、ＳＣ…スクリーン（被投射面）。

Claims

第１色光と第２色光と第３色光とを含む光を射出する光源装置と、
前記第１色光を画像情報に応じて変調する第１光変調素子と、
前記第２色光を画像情報に応じて変調する第２光変調素子と、
前記第３色光を画像情報に応じて変調する第３光変調素子と、
前記第１光変調素子から射出された前記第１色光と、前記第２光変調素子から射出された前記第２色光と、前記第３光変調素子から射出された前記第３色光と、を合成し、合成光を射出する色合成素子と、
前記色合成素子から射出された前記合成光を被投射面に投射する投射光学系と、
前記被投射面からの反射光が前記投射光学系を介して入射され、前記被投射面に形成された画像を撮像する撮像素子と、
前記色合成素子と前記投射光学系との間の前記合成光の光路上、かつ、前記投射光学系と前記撮像素子との間の前記反射光の光路上に設けられた光路分岐素子と、
を備え、
前記光路分岐素子は、前記色合成素子から射出された前記合成光の少なくとも一部を前記投射光学系に導き、前記投射光学系から射出された前記反射光の少なくとも一部を前記撮像素子に導き、
前記投射光学系に対して、前記第１光変調素子と前記被投射面とは共役関係にあり、前記第２光変調素子と前記被投射面とは共役関係にあり、前記第３光変調素子と前記被投射面とは共役関係にあり、前記撮像素子と前記被投射面とは共役関係にあり、
前記第１光変調素子と前記光路分岐素子との間の第１光路長と、前記第２光変調素子と前記光路分岐素子との間の第２光路長と、前記第３光変調素子と前記光路分岐素子との間の第３光路長と、前記撮像素子と前記光路分岐素子との間の第４光路長と、が等しい、プロジェクター。
前記投射光学系と前記撮像素子との間の前記反射光の光路上に設けられ、前記第４光路長を前記第１光路長、前記第２光路長および前記第３光路長と等しくなるように調整する光路長調整素子をさらに備えた、請求項１に記載のプロジェクター。
前記光路長調整素子と前記色合成素子とは、屈折率が互いに等しく、光路長方向の寸法が互いに等しい硝材から構成されている、請求項２に記載のプロジェクター。
前記光路分岐素子は、プリズムと、前記プリズムの内部に設けられ、入射した前記合成光のうちの一部の光と前記反射光のうちの一部の光とを透過させる部分透過膜と、を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
前記プリズムは、複数の直角プリズムが貼り合わされた貼合面を有し、
前記部分透過膜は前記貼合面に設けられた、請求項４に記載のプロジェクター。
前記部分透過膜は、前記合成光のうちの他の一部の光と前記反射光のうちの他の一部の光とを反射させる、請求項４または請求項５に記載のプロジェクター。
前記部分透過膜によって反射された前記合成光のうちの他の一部の光を吸収する光吸収部材をさらに備えた、請求項６に記載のプロジェクター。
前記部分透過膜によって反射される光の光量は、前記部分透過膜に入射した光の光量の１０％以下である、請求項６または請求項７に記載のプロジェクター。
前記部分透過膜はハーフミラーからなる、請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
前記部分透過膜は偏光分離膜からなる、請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
前記色合成素子と前記光路分岐素子との間の前記合成光の光路上に設けられ、前記第２色光の偏光方向を変換する狭帯域位相差板をさらに備えた、請求項１０に記載のプロジェクター。