JP6372266B2 - 投射型表示装置および機能制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、検出機能を有する投射型表示装置と、この投射型表示装置を用いた機能制御方法に関する。

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。一方で、映像をスクリーン上に投影することにより表示を行う表示装置として、プロジェクタ（投射型表示装置）が古くから知られている。このプロジェクタに、タッチパネルのような検出機能を付加する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。

特開２００７−５２２１８号公報 特開２００３−４４８３９号公報

特許文献１に記載のプロジェクタでは、投影光学系による映像投射と検出光学系による検出光の取り込みとが、１つの投射レンズを用いてなされ、映像を作り出すライトバルブと検出光を受光する撮像素子とが光学的に共役な位置に配置される。このような装置構成により、キャリブレーション等の煩雑な処理を行うことなく、物体の検出を精度良く行うことができる。シンプルな構成で、インタラクティブなデバイスを実現可能となる。

そのようなプロジェクタにおいて、ユーザによる操作性を向上することが可能な手法の実現が望まれている。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ユーザによる操作性を向上することが可能な投射型表示装置および機能制御方法を提供することにある。

本開示の投射型表示装置は、照明部と、投射レンズと、照明部から供給された照明光を映像信号に基づいて変調して投射レンズへ向けて出射するライトバルブとを有する投影光学系と、ライトバルブと投射レンズとの間に配置され、入射光を第１および第２の偏光成分に分離すると共に、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、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を有する検出光学系と、投射レンズの下方に配置され、非可視光を出射する光源部とを備える。撮像素子には、映像信号に基づいて投射レンズから投射される投影面に平行に照射された非可視光に基づく光が、投射レンズと偏光分離素子とを介して入射され、撮像素子に入射される非可視光に基づく光は、光源部から出射された非可視光が投影面内に存在する指示物にあたり反射された光であり、撮像素子に入射される非可視光に基づく光により得られた撮像信号から、指示物の位置に基づく入力操作を検出すると共にその検出結果に応じて特定の機能を実行可能に構成されている。

本開示の機能制御方法は、投射レンズと、照明光を映像信号に基づいて変調して投射レンズへ向けて出射するライトバルブと、ライトバルブと投射レンズとの間に配置された偏光分離素子と、ライトバルブと光学的に共役な位置に配置されると共に非可視光を受光する撮像素子と、投射レンズの下方に配置され、非可視光を出射する光源部とを備えた光学系により撮像信号を取得し、撮像素子には、映像信号に基づいて投射レンズから投射される投影面に平行に照射された非可視光に基づく光が、投射レンズと偏光分離素子とを介して入射し、撮像素子に入射される非可視光に基づく光は、光源部から出射された非可視光が投影面内に存在する指示物にあたり反射された光であり、撮像信号から、指示物の位置に基づく入力操作の有無を判定し、その判定結果に基づいて特定の機能を実行するように制御するものである。

本開示の投射型表示装置および機能制御方法では、撮像素子がライトバルブと光学的に共役な位置に配置され、この撮像素子に、非可視光に基づく光（物体によって反射された非可視光の一部）が、投射レンズと偏光分離素子とを介して入射される。このようにして得られた撮像信号に基づき、投影エリアの周辺における特定の入力操作を検知して特定の機能を実行することができる。

本開示の投射型表示装置および機能制御方法によれば、撮像素子がライトバルブと光学的に共役な位置に配置され、この撮像素子に、非可視光に基づく光（物体によって反射された非可視光の一部）が、投射レンズと偏光分離素子とを介して入射されることで、非可視光に基づく撮像信号を得ることができる。この撮像信号に基づき、投影エリアの周辺における物体を検出して、特定の入力操作に基づく機能を実行することができる。これにより、投影エリア内に限らず、投影エリアの周辺部においても入力操作が可能となり、入力操作の自由度が高まる。よって、ユーザによる操作性を向上することができる。

尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

本開示の一実施の形態に係る投射型表示装置の外観とその使用状態とを示す模式図である。 図１に示した投射型表示装置の機能構成を示すブロック図である。 図１の状態を側面からみた模式図である。 図１に示した近赤外光源部の構成例を示す図である。 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。 図１に示した投射型表示装置の要部構成を示す図である。 偏光分離素子の一構成例を、入射光および出射光の状態と共に示す模式図である。 検出光取り込みのイメージを表す模式図である。 検出位置による取り込み角度の違いを説明するための模式図である。 検出光の反射点と仮想発光点との差分について説明するための模式図である。 反射点と仮想発光点との差分と取り込み角との関係を説明するための模式図である。 投射レンズのイメージサークルと、ライトバルブサイズおよび撮像素子サイズと共に示した模式図である。 エリア外検出チャンネルを使用する場合（フルサイズ表示の場合）を説明するための模式図である。 エリア内検出チャンネルを使用する場合（一部表示の場合）を説明するための模式図である。 図１に示した投射型表示装置の映像表示および物体検出の概念を模式的に示した図である。 エリア外検出チャンネルを使用する場合（フルサイズ表示の場合）の機能制御の手順を表すフロー図である。 エリア内検出チャンネルを使用する場合（一部表示の場合）の機能制御の手順を表すフロー図である。 機能制御例を説明するための模式図である。

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。
・実施の形態（投影エリア内外に特定の入力操作を検出するためのチャンネル領域を設けた投射型表示装置の例）
１．構成
２．作用，効果

＜実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る投射型表示装置（投射型表示装置１）の外観とその使用状態とを表したものである。図２は投射型表示装置１の機能構成を表したものである。投射型表示装置１は、例えば卓上などのフラットな面の上に置かれた状態（あるいは壁面などに取り付けられた状態）で、装置の近傍に映像を投影するタイプ（いわゆる超短焦点型）のプロジェクタである。この投射型表示装置１は、また、映像表示と共に、物体検出をアクティブに行う機能を有している。詳細は後述するが、図１に示したように、映像が投射される投影エリアＳ１１（ライトバルブサイズに対応する投影可能エリア）において、表示された映像を指（指示物７１）でタッチする等、ユーザが何らかの動作を行うことで、所定の入力操作を行うことができるようになっている。

投射型表示装置１は、図２に示したように、照明部１１と、ライトバルブ１２と、撮像素子１３と、縮小光学系１４と、偏光分離素子１５と、投射レンズ１６と、信号処理部１７と、機能制御部１９とを備えている。これらのうち、例えば照明部１１、ライトバルブ１２および投射レンズ１６により投影光学系１０Ａが構成され、例えば撮像素子１３および縮小光学系１４により検出光学系１０Ｂが構成されている。なお、例えば照明部１１、ライトバルブ１２、撮像素子１３、信号処理部１７および機能制御部１９は、システム制御部（図示せず）により所定のタイミングで駆動制御される。

この投射型表示装置１の外筐には、近赤外光源部４０が設けられている。近赤外光源部４０は、検出用の非可視光として近赤外光（ＮＩＲ：Near infrared）を出射する光源部であり、投影面１１０の近傍の面に沿って近赤外光を照射するものである。換言すると、近赤外光源部４０は、投影面１１０の近傍において、投影エリアＳ１１を覆うように、近赤外光のバリア膜（検出用ライトプレーン１１０Ａ）を張っている。検出用ライトプレーン１１０Ａは、投射レンズ１６を通る光軸の高さとは異なる、投影面１１０から所定の高さｈにある面に形成されている（図３）。

一例としては、検出用ライトプレーン１１０Ａは、例えば高さｈが数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度の位置に、厚み（高さ方向における幅）が２〜３ｍｍで，かつ面内方向において投影エリアＳ１１をカバーするように形成される。通常、投影面１１０は平坦であるため、遮蔽物、あるいは指や指示棒などの何かしらの指示物７１が無ければ、検出用ライトプレーン１１０Ａは遮られることがない。つまり、投影面１１０をモニタしている撮像素子１３に写ることはない。この状態で、指などを、投影面１１０に近接させるか、または、投影面１１０をタッチするなどの動作をすると、検出用ライトプレーン１１０Ａの近赤外光が指によって遮られ、そのポイントで拡散反射する。指などにあたり反射した光は四方八方に向かうが、その一部が投射レンズ１６の開口に取り込まれる。その反射光の一部は投射レンズ１６と偏光分離素子１５とを介して、撮像素子１３上に到達する。この時、映像をつくるライトバルブ１２と撮像素子１３が光学的に共役の位置に配置されているため、投影面１１０上で点状に発生した輝点拡散ポイントは撮像素子１３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。これにより、物体の位置検出が可能となる。また超短焦点タイプの場合は投射光が投影面１１０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。

なお、近赤外光源部４０は、図示したように、例えば投射型表示装置１の外筐の下方に設けられるが、投射型表示装置１に隣接していてもよいし、していなくともよい。投影エリアＳ１１を覆うように検出用ライトプレーン１１０Ａを張ることができれば、投射型表示装置１から離れた位置に設置されていてもよい。あるいは、近赤外光源部４０は、投射型表示装置１の外筐（筐体）の内部に設けられていてもよい。本実施の形態では、近赤外光源部４０は、後述する光学設計により、投影面１１０から比較的離れた高さに設けることが可能となり、投射型表示装置１と一体的にバンドルし易くなる。

この検出用ライトプレーン１１０Ａにより、物体（指示物７１）が投影面１１０に接触あるいは近接すると、近赤外光が指示物７１によって反射（拡散反射）され、この反射光の一部が投射型表示装置１に検出光として取り込まれる仕組みである。

近赤外光源部４０は、図４に示したように、例えば近赤外レーザ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を出射した近赤外光４１により検出用ライトプレーン１１０Ａが形成される。シリンダアレイレンズ４４は、図５Ａ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１１０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５Ｂ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を用いてもよい。

照明部１１は、照明光Ｌ１を、偏光分離素子１５を介してライトバルブ１２に向けて出射するものである。この照明部１１は、照明光Ｌ１として可視光を出射するものであれば特に限定されないが、例えば青色レーザと、緑色レーザと、赤色レーザ（いずれも図示せず）とを含んで構成されている。

図２，図６〜図１２Ｂを参照して、投射型表示装置１の要部構成について説明する。

（投影光学系１０Ａ）
ライトバルブ１２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１２は、例えば照明光Ｌ１に含まれる第１の偏光成分（例えば、後述のｓ偏光成分Ｌｓ１）を映像データに基づいて変調するものである。ライトバルブ１２によって変調された光は、偏光状態が回転されており、第２の偏光成分（例えば、後述のｐ偏光成分Ｌｐ１）となる。この変調光が、偏光分離素子１５を介して投射レンズ１６に向けて出射されるようになっている。なお、ライトバルブ１２では、入射光（ｓ偏光成分Ｌｓ１）をそのままの偏光状態で偏光分離素子１５に戻すことで黒表示を行うことも可能である。このライトバルブ１２の有効エリア（後述の矩形状Ａ１）の面形状は、例えば矩形状である。

投射レンズ１６は、ライトバルブ１２から偏光分離素子１５を介して入射された光（映像光Ｌ２）を、投影面１１０上に投射するものである。投射レンズ１６は、スローレシオ（Throw Ratio）が例えば０．３８以下の超短焦点レンズである。ここで、スローレシオとは、投射レンズ１６から投影面１１０までの距離をＬ、投影エリアＳ１１の幅をＨとすると、Ｌ／Ｈで表される。この投射レンズ１６には、図２および図６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（近赤外光Ｌａ１）が入射されるようになっている。このように、本実施の形態では、検出光が、投影光学系１０Ａの投射レンズ１６を介して取り込まれ、検出光学系１０Ｂへ導かれる。また、詳細は後述するが、この投射レンズ１６によるイメージサークルの径は、所定の範囲となるように設定されている。

（偏光分離素子１５）
偏光分離素子１５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ものである。この偏光分離素子１５は、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）からなり、第１の偏光成分を選択的に反射させる（偏光分離面１５０において反射させる）と共に、第２の偏光成分を選択的に透過させる（偏光分離面１５０を透過させる）ように構成されている。本実施の形態では、偏光分離素子１５として偏光ビームスプリッタを用いる場合を例に挙げて説明するが、偏光分離素子１５はこれに限らず、ワイヤーグリッドから構成されていてもよい。その場合には、偏光ビームスプリッタと特性が異なり、入射した光のうちの第１の偏光成分としてｐ偏光成分を選択的に反射し、第２の偏光成分としてｓ偏光成分を選択的に透過させることができる。

この偏光分離素子１５は、図６に示したように、例えば４つの光学面（第１面１５Ａ，第２面１５Ｂ，第３面１５Ｃ，第４面１５Ｄ）と、偏光分離面１５０とを有している。第１面１５Ａと第３面１５Ｃとが一軸方向（図の左右方向）において向かい合って配置され、第２面１５Ｂと第４面１５Ｄとが一軸方向（図の上下方向）において向かい合って配置されている。このような構成において、第１面１５Ａに照明光Ｌ１が入射されるように構成され、第２面１５Ｂに対向して、ライトバルブ１２が配置されている。第３面１５Ｃに対向して、検出光学系１０Ｂが配置され、第４面１５Ｄに対向して、投射レンズ１６が配置されている。

図７に、偏光分離素子１５の一構成例について示す。このように、偏光分離素子１５は、第１面１５Ａから入射した照明光Ｌ１のうちの第１の偏光成分（ｓ偏光成分Ｌｓ１）を反射して第２面１５Ｂから出射する。一方、照明光Ｌ１のうちの第２の偏光成分（ｐ偏光成分Ｌｐ１）を第３面１５Ｃから出射する。また、第２面１５Ｂから入射した光（ライトバルブ１２による変調光）のうちの第２の偏光成分（ｐ偏光成分Ｌｐ２）を第４面１５Ｄから出射する。これにより、投影光学系１０Ａによる映像投射がなされるようになっている。この一方で、第４面１５Ｄから入射した光（近赤外光Ｌａ１）のうちの第１の偏光成分（ｓ偏光成分Ｌｓ３）を反射して第３面１５Ｃから出射する。このｓ偏光成分Ｌｓ３に基づく光が撮像素子１３において受光される。これにより、撮像素子１３において撮像信号Ｄ０が得られる。

（検出光学系１０Ｂ）
撮像素子１３は、ライトバルブ１２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１２が反射型の液晶素子である場合、映像を創り出す表示面（液晶面）と撮像素子１３の撮像面とが光学的に共役な関係となるように配置されている。撮像素子１３は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子により構成され、有効エリア（後述の矩形状Ａ３）の面形状は、例えば矩形状である。本実施の形態では、詳細は後述するが、この撮像素子１３のサイズが、投影エリアＳ１１の周辺の領域をも受光対象とするように設計されている。

この撮像素子１３を含む検出光学系１０Ｂの一例としては、図６に示したように、例えば、共役面５０の側から順に、可視光カットフィルタ１７Ａと、バンドパスフィルタ１７Ｂと、縮小光学系１４（リレーレンズ群１４Ａ，１４Ｂ）と、偏光子１８と、撮像素子１３とが配置されたものが挙げられる。

可視光カットフィルタ１７Ａは、入射した光のうちの可視光成分を低減するものである。この可視光カットフィルタ１７Ａを備えることで、偏光分離素子１５として偏光ビームスプリッタを用いたとしても、照明部１１の光源をオフすることなく、撮像素子１３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、ほぼ検出光のみを撮像素子１３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。なお、ここでは、１枚の可視光カットフィルタ１７Ａを配置したが、可視光カットフィルタの枚数はこれに限定されるものではなく、２枚以上であってもよい。また、共役面５０と縮小光学系１４との間の位置に配置したが、他の位置、例えば縮小光学系１４と撮像素子１３との間に配置してもよい。

バンドパスフィルタ１７Ｂは、特定の波長（近赤外光）を選択的に透過し、他の波長を低減するものである。

偏光子１８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である。ここで、上記のような偏光分離素子１５では、照射光Ｌ１のうちの第２の偏光成分（例えばｐ偏光成分）を透過させることから、このｐ偏光成分が検出光学系１０Ｂに入射し、撮像素子１３で得られる撮像信号のＳ／Ｎ比に影響することがある。本実施の形態のように、偏光子１８が配置されることにより、照明光Ｌ１に含まれる第２の偏光成分（例えばｐ偏光成分）がカットされ、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。なお、偏光子１８の位置は、図示したような縮小光学系１４と撮像素子１３との間の位置に限定されるものではなく、他の位置、例えば共役面５０と縮小光学系１４との間に配置してもよい。

縮小光学系１４は、１または複数のリレーレンズ群（ここでは２つのリレーレンズ群１４Ａ，１４Ｂ）から構成されている。リレーレンズ群１４Ａ，１４Ｂはそれぞれ、正のパワーを有し、少なくとも１枚のレンズを含んで構成されている。リレーレンズ群１４Ｂの焦点距離ｆｉは、リレーレンズ群１４Ａの焦点距離ｆｂよりも小さくなるように設定されている。例えば、２ｆｉ＝ｆｂとなる条件とし、リレーレンズ群１４Ａが、ライトバルブ１２の共役面５０から焦点距離ｆｂの分だけ離れた位置に配置され、このリレーレンズ群１４Ａの位置から（ｆｂ＋ｆｉ）の分だけ離れた位置にリレーレンズ群１４Ｂが配置され、かつリレーレンズ群１４Ｂから焦点距離ｆｉの分だけ離れた位置に、撮像素子１３が配置される。このようなリレーレンズ群１４Ａ，１４Ｂの配置により、縮小光学系を実現しつつ、撮像素子１３を共役面５０に配置した場合と等価となる。つまり、ライトバルブ１２との共役の位置関係を保ちつつ、撮像素子１３のサイズをより小さくすることが可能となる。

このような縮小光学系１４を用いた物体検出は、低コスト化に有利である。撮像素子１３のコストは撮像素子１３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１２および撮像素子１３はコストウエイトが大きいことから、そのような部品の小型化によるコストメリットは大きい。また、リレー光学系により共役点を延長することで配置の自由度が増す、というメリットもある。例えば、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。

（エリア外検出用のチャンネル設定）
本実施の形態では、投影面上において、投影エリアＳ１１の周辺に物体検出の可能なエリア（第２の検出エリア）が形成される。この第２の検出エリアには、特定の入力操作に対応づけられたチャンネル領域（後述のチャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａ等）が割り当てられている。つまり、投影エリアＳ１１の周辺（以下、「エリア外」と称する）における物体検出が可能であり、エリア外において特定の入力操作がなされると、その入力操作に対応づけられた機能が実行されるようになっている。なお、チャンネル領域ではなく、位置座標に特定の入力操作が割り当てられていてもよい。このエリア外検出による入力操作を実現するための具体的な構成について、以下に説明する。

まず、検出光の取り込みの概要について説明する。図８Ａに模式的に示したように、投影面１１０に指などの指示物７１が接触あるいは近接すると、投影面１１０の近傍に張られた検出用ライトプレーン１１０Ａにおける近赤外光Ｌａが、指示物７１にあたり、四方八方に拡散反射する。これらの拡散反射された光（散乱光）の一部（近赤外光Ｌａ１）が、投射レンズ１６により集光された後、検出光学系１０Ｂにおける射出瞳Ｅ１によって切り出される。

ここで、上記のように投射レンズ１６を介して検出光学系１０Ｂに取り込まれる近赤外光Ｌａ１について、詳細に説明する。図８Ｂに示したように、投影面１１０上における物体の位置を検出する場合、その検出位置に応じて、近赤外光Ｌａ１の取り込み角（検出光学系１０Ｂの射出瞳Ｅ１へ入射する近赤外光Ｌａ１と、投影面１１０とのなす角θ）が異なる。具体的には、最も射出瞳Ｅ１に近い位置Ｐ１では、射出瞳Ｅ１を下から見上げるようなかたちとなり、取り込み角θが最大となる。次いで、位置Ｐ２，Ｐ３とこの順に、射出瞳Ｅ１から離れ、取り込み角θが徐々に小さくなる。位置Ｐ４では射出瞳Ｅ１から最も遠くなり、取り込み角θも最小となる。

上記のように、検出位置の違いにより、射出瞳Ｅ１までの距離ないし取り込み角θが変化することがわかる。これらのパラメータの値自体は、投影エリアＳ１１のサイズ、あるいは超短焦点型のレンズ設計等に応じて異なるものであるが、上述した検出位置の違いによる取り込み角θの相対的な大小関係は変わらないことから、この関係性を利用して、指示物７１の位置を特定することが可能である。

次に、射出瞳Ｅ１に入射する近赤外光Ｌａ１について、より詳細に検討する。図９に、指示物７１付近の反射の様子を模式的に示す。なお、上図は位置Ｐ１における反射を、下図は位置Ｐ４における反射をそれぞれ示している。図９に示したように、検出用ライトプレーン１１０における近赤外光Ｌａは、指示物７１にあたり反射されるが、この際、次のような現象が生じる。即ち、本実施の形態では、射出瞳Ｅ１（投影レンズ１６）からみた近赤外光Ｌａ１は、実際に指示物７１にあたった反射点（実照射点）Ｐａ１，Ｐａ２ではなく、あたかも、高さｈの斜め成分だけ遠くにある投影面１１０上の点（仮想発光点Ｐｂ１，Ｐｂ２）から発光したように見える。つまり、実際の指示物７１の位置に対応する反射点Ｐａ１と、仮想発光点Ｐｂ１との間には差分ｔ１が生じる。同様に、反射点Ｐａ２と仮想発光点Ｐｂ２との間には、差分ｔ２が生じる。また、この差分（検出位置の伸び分）は、検出位置、即ち取り込み角θの影響を受け、取り込み角θが小さいほど、より顕著なものとなる。ここでは、位置Ｐ４の取り込み角θが最小であるから、位置Ｐ４における差分ｔ２が最大値をとる。なお、位置Ｐ１の取り込み角θは最大であるから、位置Ｐ１における差分ｔ１は最小値をとる。

このため、投影エリアＳ１１の全域において物体検出を可能にするためには、図１０に示したように、投影エリアＳ１１の端部から更に、上記差分に相当する幅ｔを考慮したエリア（エリアＳ１２）が受光対象となるように、撮像素子１３のサイズおよびイメージサークル（後述のイメージサークルＣ１）の径等が設計される。なお、幅ｔは、検出用ライトプレーン１１０Ａの高さｈと取り込み角θとを用いて表すことができる（ｔ＝ｈ／ｔａｎθ）。

図１１に、イメージサークルＣ１と、ライトバルブ１２の有効エリアに対応する面形状（矩形状Ａ１）と、撮像素子１３の有効エリアに対応する面形状（矩形状Ａ３）と、チャンネル領域（チャンネル領域ＣＨ１〜ＣＨ４）との位置関係の一例を示す。これらの矩形状Ａ１，Ａ３は、詳細には、投射レンズの略焦点距離の位置における面形状に対応する。一般に、「イメージサークル」とは、レンズを通過した光が結像する円形の範囲のことを示す。プロジェクタなどの投影系においては、ライトバルブの配置された位置で、ライトバルブの有効エリアが確保されるように設計される。即ち、投射レンズにおいて、ライトバルブの有効エリアから出射された光線の通過領域が確保されるように設計がなされる。一方、カメラ等の撮像系の場合は、撮像レンズにおいて、撮像素子の有効エリアに入射する光線の通過領域が確保されるように、設計がなされる。本実施の形態では、１つの投射レンズ１６により、映像投射と、検出光（近赤外光）の取り込みとを行うことから、イメージサークル（イメージサークルＣ１）は、最も像高の高い部分を通過する光線が確保されるように設定されることが望ましい。

また、ここでは超短焦点型であることから、イメージサークルＣ１は、像高が一方向（ここでは、図１１のＹ方向）に沿って大きくシフトした（オフセットした）光線の通過領域が確保されるように設計される。ここで、映像を投影するのみのプロジェクタの場合、ライトバルブ１２の矩形状Ａ１の一部の頂点に外接するようにイメージサークル（イメージサークルＣ１００）が設計される。具体的には、イメージサークルＣ１００は、矩形状Ａ１において１つの長辺を共有する一対の頂点Ａ１１，Ａ１２に接するように設計される。矩形状Ａ１に外接するようにイメージサークルＣ１００を設計するのは、イメージサークルの径自体が非常に大きく、投射レンズのサイズが巨大なものであることから、特性維持の面においてもコストの面においても、径を最小限に抑えたいためである。

ところが、本実施の形態のように、投影光学系１０Ａと検出光学系１０Ｂとにおいて投射レンズ１６を共有する場合、反射点と仮想発光点との間に差分（伸び分）があることから、これを考慮して、イメージサークルＣ１が設計されることが望ましい。具体的には、イメージサークルＣ１は、上記差分を考慮したカバーエリアＡ２ａを含む矩形状Ａ２を包含するのがよい。投影エリアＳ１１の角部（頂点部分）においても物体検出が可能になるためである。

投影エリアＳ１１の周辺部に検出エリアを確保するために、撮像素子１３の矩形状Ａ３は、ライトバルブ１２の矩形状Ａ１よりも大きなサイズで設計されている。換言すると、撮像素子１３の対角サイズが以下の条件式（１）を満たすように構成される。但し、ｄ１をライトバルブ１２の対角サイズ、ｄ２を撮像素子１３の対角サイズ、βを検出光学系の光学倍率（縮小光学系の場合はβ＞１、拡大光学系の場合はβ＜１、等倍光学系の場合はβ＝１）とする。但し、本実施の形態では、検出光学系１０Ｂが縮小光学系を有することから、このβは、縮小光学系１４の縮小倍率であり、β＞１とする。なお、対角サイズｄ１はライトバルブ１２の有効エリアの対角サイズであり、対角サイズｄ２は、撮像素子１３の有効エリアの対角サイズである。これにより、ライトバルブ１２の矩形状Ａ１の周辺に、エリア外検出用のチャンネル領域ＣＨ１〜ＣＨ４を割り当て可能となる。換言すると、イメージサークルＣ１は、矩形状Ａ１，Ａ２の周囲に空き領域を有しており、この空き領域に、チャンネル領域ＣＨ１〜ＣＨ４を割り当てることができる。また、撮像素子１３の矩形状Ａ３の頂点Ａ３１，Ａ３２が、イメージサークルＣ１に接するように構成されていてもよいし、矩形状Ａ３の頂点Ａ３１，Ａ３２がイメージサークルＣ１の外周からはみ出すように構成されていてもよい。
ｄ１＜β×ｄ２ ………（１）

チャンネル領域ＣＨ１〜ＣＨ４は、例えば矩形状Ａ１の各辺に対向して設けられると共に、それぞれが矩形状Ａ１の外周に沿って長手方向を有する矩形状の領域となっている。但し、このレイアウトはあくまでも一例である。チャンネル領域ＣＨ１〜ＣＨ４は、矩形状Ａ１の外周よりも外側で、かつイメージサークルＣ１の外周よりも内側の領域に割り当てられていればよく、その個数、形状、位置などは特に限定されるものではない。また、矩形状Ａ１の１つの辺に複数のチャンネル領域を割り当て、実行対象の機能を増やしていてもよい。あるいは逆に、チャンネル領域は矩形状Ａ１の周辺に１つだけ設けられていてもよい。ここでは、矩形状Ａ１の４辺に対向してチャンネル領域ＣＨ１〜ＣＨ４が割り当てられている場合を例に挙げて説明する。

図１２Ａに、そのようなチャンネル設定に基づく投影面１１０上のレイアウトの一例について示す。このように、投影面１１０には、上記のチャンネル領域ＣＨ１〜ＣＨ４に対応して、映像表示エリアＳ１１ａの周辺に、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａが形成される。これらのチャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａは、指や手で操作することを想定した場合、幅ｂが１０ｍｍ以上であることが望ましい。また、幅ｂは、より望ましくは３０ｍｍ以上であり、更に望ましくは５０ｍｍ以上である。なお、この例は、投影エリアＳ１１が映像表示エリアＳ１１ａと等しくなる表示（全画面表示，フルサイズ表示）を行う場合について示している。

これらのチャンネル領域ＣＨ１〜ＣＨ４（ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａ）を用いて、様々な機能を実行するための入力操作を設定することができる。実行対象の機能としては、特に限定されるものではないが、映像そのものの動きを伴わない機能であることが望ましい。一例としては、投射型表示装置１の電源のオン，オフの切り替え、音量調整、画面サイズ調整、ページ送り、スクロール、ウインドウ画面を開く／閉じる、前に戻る／先に進む等の様々なものが挙げられる。なお、表示された映像そのものを直接的に動かす機能（例えばフリックや拡大，縮小、ローテーションなど）は、通常通り投射映像上で行われることが望ましい。

実行対象の機能としては、また、表示されている映像、音楽、あるいはその他の画面情報を妨げないように操作を行いたい場合の各種機能であってもよい。

上記のような機能を実行するための入力操作としては、例えば、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちの少なくとも１つを用いた、様々なジェスチャーを設定することができる。例えば、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちのいずれかのチャンネル領域において、一定時間内に複数回にわたって、指（指示物７１）などをタッチする操作（例えば２回タップ）が挙げられる。また、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちのいずれかのチャンネル領域において、一定時間にわたって連続的に指などが置かれる操作（例えば長押し）が挙げられる。更には、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちのいずれかのチャンネル領域をタッチした後、一定時間内に他のチャンネル領域をタッチする操作、あるいは、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちの異なる２以上のチャンネル領域において、同時にタッチする操作などが挙げられる。あるいは、これらのエリア外検出と、通常の投影エリアＳ１１内での検出（以下、「エリア内検出」と称する）を組み合わせて設定されてもよい。例えば、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちのいずれかのチャンネル領域と、投影エリアＳ１１内の選択的な領域とを同時にタッチする操作などが挙げられる。

このように、複数のチャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａを設けると共に、入力操作として複数回のタッチ操作あるいは複数箇所でのタッチ操作を設定することで、誤操作（ユーザが意図しない操作）を抑制することができるため望ましい。１箇所あるいは１回のみのタッチ操作で機能を実行する設定では、誤って触れた場合などにも機能が実行され、誤作動が起こり易いためである。

上記のような入力操作および機能の具体例を以下に挙げる。即ち、例えば、チャンネル領域ＣＨ１ａ，ＣＨ２ａを、一定時間内に検出信号が通過することで、投射型表示装置１のオンおよびオフを切り替える機能を実行する。また、チャンネル領域ＣＨ３にタッチしながらチャンネル領域ＣＨ４にタッチすると、音量を下げる機能を実行し、逆にチャンネル領域ＣＨ４にタッチしながらチャンネル領域ＣＨ３にタッチすると音量を上げる機能を実行する、などが挙げられる。入力操作および機能の他の例については、後述する。

また、ここでは、投影エリアＳ１１の全域を映像表示領域Ｓ１１ａとする場合を例示したが、投影エリアＳ１１の一部が映像表示領域Ｓ１１ａとなる（投影エリアＳ１１の一部に映像が表示あるいは縮小表示される）場合もある。このような場合（一部表示の場合）には、例えば図１２Ｂに示したように、投影面１１０の投影エリアＳ１１内において、映像表示エリアＳ１１ａの周辺に、チャンネル領域ＣＨ１ｂ〜ＣＨ４ｂが形成される。また、拡大または縮小の操作に応じてその比率が維持されるとよい。

信号処理部１７は、撮像素子１３による撮像信号に基づいて、例えば人の指やポインタ等の指示物（物体）７１の特徴点の位置を、例えば投影面１１０上の投影エリアＳ１１における座標に対応付けて検出するものである。特徴点の例としては、人の指の先端の形状、指の重心、手の重心などを用いることができる。また、指とスタイラスとでは、反射率の違いから撮像素子１３における受光量が互いに異なる。このため、閾値の設定により、指示物７１が、特定のものである場合（例えば指の場合）のみ、位置検出を行うようにしすることもできる。この信号処理部１７は、そのような物体検出結果に基づいて、上記のような機能に対応づけられた特定の入力操作の有無を判定する。また、その判定結果Ｄ１は、図２に示したように、機能制御部１９に出力される。

機能制御部１９は、判定結果Ｄ１に基づいて、所定の機能を実行する制御を行うものである。

［作用，効果］
投射型表示装置１では、図１３に示したように、ライトバルブ１２に形成された映像情報Ｖ１を投射レンズ１６によって、卓上などの投影面１１０上に投影し、投影画像Ｖ２として拡大表示する。この一方で、投射型表示装置１は、投影面１１０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Ｐｔ１を、撮像素子１３から得られた撮像信号Ｄ０を用いて検出する。

ここで、本実施の形態では、投射レンズ１６が、投影光学系１０Ａと検出光学系１０Ｂとにおいて共有され、撮像素子１３がライトバルブ１２と光学的に共役の位置に配置されている。このため、投影エリアＳ１１とほぼ同じエリアを検出エリア（第１の検出エリア）とする物体検出が可能となる。また、この光学的に共役な位置関係により、投影面１１０上における指示物７１の特徴点の位置Ｐｔ１を投射レンズ１６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、信号処理部１７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Ｐｔ１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Ｓ１１内の任意の座標位置が検出エリア内の座標位置に１対１で対応するので、撮像素子１３側の検出位置Ｐｔ２の座標が指示物７１の特徴点の位置Ｐｔ１の座標に対応する。即ち、キャリブレーション等の煩雑な信号処理を行うことなく、投影エリアＳ１１内の位置と、検出エリア内の位置とを対応づけて物体を検出することができる。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なども可能である。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。

更に、図１１に示したように、撮像素子１３の矩形状Ａ３が、ライトバルブ１２の矩形状Ａ１よりも大きく、かつイメージサークルＣ１の径が最適化されることにより、投影エリアＳ１１の角部などの局所的な領域においても物体を検出し易くなり、投影エリアＳ１１のほぼ全域において物体検出が可能となる。また、撮像素子１３の矩形状Ａ３が、その頂点Ａ３１，Ａ３２がイメージサークルＣ１に接するように、またはイメージサークルＣ１から一部はみ出すように設計されている。これにより、映像表示エリアＳ１１ａ（例えば投影エリアＳ１１）の周辺において入力操作（ジェスチャーによる入力操作）を行うことができる。そして、この入力操作に対応する機能が実行される。

上記のような物体検出および入力操作に基づく機能制御動作の流れを、図１４Ａに示す。このように、例えば、映像表示エリアＳ１１ａが投影エリアＳ１１と同等の場合（図１２Ａに示したフルサイズ表示の場合）には、まず投影面１１０の投影エリアＳ１１に映像をフルサイズ表示する（ステップＳ１１０）。この後、映像表示エリアＳ１１ａ（投影エリアＳ１１）の周辺（チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａ）において、物体（指示物７１）を検出する（ステップＳ１１１）。この物体検出結果に基づいて、特定の入力操作の有無を判定する（ステップＳ１１２）。そして、この判定結果に基づいて（特定の入力操作が検出された場合には）、その入力操作に対応づけられた機能を実行する（ステップＳ１１３）。

また、映像表示エリアＳ１１ａが投影エリアＳ１１の一部である場合（図１２Ｂに示した一部表示の場合）の機能制御動作の流れを、図１４Ｂに示す。このように、一部表示の場合には、まず投影面１１０の投影エリアＳ１１の一部に映像を表示する（ステップＳ１１４）。この後、映像表示エリアＳ１１ａの周辺（チャンネル領域ＣＨ１ｂ〜ＣＨ４ｂ）において、物体（指示物７１）を検出する（ステップＳ１１５）。この物体検出結果に基づいて、特定の入力操作の有無を判定する（ステップＳ１１６）。そして、この判定結果に基づいて（特定の入力操作が検出された場合には）、その入力操作に対応づけられた機能を実行する（ステップＳ１１７）。

以下に、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａ（チャンネル領域ＣＨ１ｂ〜ＣＨ４ｂも同様）を用いた入力操作とそれにより実行される機能の一例について説明する。

（機能制御例１）
ウインドウ画面のスタートボタン、閉じる（×）ボタン、ブラウザ閲覧時の上下スクロールバーなど、画面の外周あるいは角部に設けられた比較的細かい，狭い部位における操作を、その周辺に割り当てられたチャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａを用いて行う。その模式図を図１５に示す。画面内の狭小な操作部位（ボタン、スクロールなど）Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３等を直接タッチして操作するよりも、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちの選択的な領域（本来の操作部位Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３の近傍の領域）をタッチする方が操作し易く、またタッチ操作が画面情報の妨げになることもない。

（機能制御例２）
上記の入力操作の際に、更にチャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちの所定の領域を同時にタッチしている場合にのみ、機能を実行する。例えば、チャンネル領域ＣＨ３ａ（あるいはその一部）をタッチしながら、チャンネル領域ＣＨ４ａ（あるいはその一部）をタッチする操作を行った場合に、ウインドウ画面が閉じられる、などの機能を実行する。これにより、機能の誤作動を抑制することができる。

（機能制御例３）
映像、音楽あるいはその他の画面情報をタッチ操作により妨げられたくない場合の入力操作を、エリア外にて行い、例えば曲送り、シーク、音量調整などの機能を実行する。

（機能制御例４）
エリア外（投影エリアＳ１１あるいは映像表示エリアＳ１１ａの周辺）にて映像表示エリアＳ１１ａの位置（投影位置）を動かすジェスチャーを行い、投影位置を調整する。例えば、机上に本やコップなどが置かれている場合、投影面１１０がフラットな面とならず、凹凸が生じる。そのような凹凸を生じる物が置かれている場合などに、エリア外での入力操作により、凹凸部分を回避して映像表示エリアＳ１１ａをフラットな面にシフトする機能を実行する。

（機能制御例５）
エリア外の選択的な複数の領域（例えば２つの辺または２つの隅）を同時にシークすることで、表示画面サイズを拡大あるいは縮小する機能を実行する。投影エリアＳ１１内は、映像のポインティング操作の検出に割り当てられることから、エリア外での操作および複数箇所同時操作により、誤検出ないし誤作動を抑制することができる。

（機能制御例６）
投影エリアＳ１１の周辺に置いた、スマートフォンやタブレットなど他の電子機器を検出し、例えば待ち受け画面のページアイコンを投影エリアＳ１１に展開して、電子機器より大きな画面に、電子機器の映像を表示する機能を実行する。

（機能制御例７）
エリア外の選択的な領域を２回タップすることで、前画面表示に戻る機能を実行する。エリア内での２回タップは、通常のダブルクリック操作として認識されるが、エリア外では、２回タップに他の操作を割り当てることができる。

（機能制御例８）
エリア外の選択的な領域、例えば画面下のチャンネル領域ＣＨ２ａを長押しすることにより、キーボードを表示する機能を実行する。

（機能制御例９）
いわゆるマルチタッチ検出（多点検出）に対応することも可能である。つまり複数の人が同時に操作した場合、あるいは複数の点を近づける、あるいは離す等の操作により表示映像の拡大あるいは縮小等を行うことができる。このマルチタッチ検出への適用はメリットでもあるが、誤検出となる場合もある。例えば、ユーザが投影面１１０の手前に座り、何らかの操作、例えば文字を書く、絵を書くなどの操作を行う場合、一般的に手の位置を固定するため、手の腹を画面に付けた状態でそのような操作を行うことが多い。指先と手の腹とを同時に検出してしまい、誤操作につながる。このような場合、指先と手の腹との特徴点の違いから信号処理によって指先の位置のみを選択的に検出することもできるが、次のような手法をとることが可能である。

即ち、手の腹が画面に触れた状態であっても、１点（指先）の位置を選択的に検出可能なモードへの切り替え操作をエリア外で行う。具体的には、エリア外での入力操作により、多点検出モードと、１点検出モードとを切り替える。このモード切り替えにより、多点検出と、１点のみを選択的に検出することを信号処理によって実現可能になる。例えば、１点検出モードにおいて、文字を書くという操作の場合、指先と手の腹との相対的な位置関係がほぼ変わらないことから、その位置関係に基づいて、指先に対応する部分のみを検出対象とし、手の腹の部分は検出対象外とするような、信号処理を行う。この結果、指先の検出精度が向上し、操作性の向上につながる。

以上のように、本実施の形態によれば、撮像素子１３がライトバルブ１２と光学的に共役な位置に配置され、この撮像素子１３に、非可視光に基づく光（物体によって反射された近赤外光の一部）が、投射レンズ１６と偏光分離素子１５とを介して入射される。これにより、近赤外光Ｌａ１に基づく撮像信号Ｄ０を得ることができる。この撮像信号Ｄ０に基づき、映像表示エリアＳ１１ａの周辺における物体を検出して特定の入力操作の有無を判定し、その判定結果に基づいて特定の機能を実行する。これにより、映像表示エリアＳ１１ａ（例えば投影エリアＳ１１）に限らず、映像の表示されていないエリアにおいても、機能を実行するための入力操作が可能となり、入力操作の自由度を高めることができる。よって、ユーザによる操作性を向上することができる。

なお、本開示は、上記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、上記実施の形態では、ライトバルブ１２と撮像素子１３として、略同じアスペクト比を有するものを例に挙げたが、これらのライトバルブ１２と撮像素子１３とは、必ずしもアスペクト比が同じでなくともよい。

また、上記実施の形態では、本開示のライトバルブとして、反射型液晶素子を用いたが、これに限らず、他のライトバルブが用いられて構わない。例えば、ライトバルブとして、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）が用いられてもよい。この場合、ライトバルブが光の偏光特性を利用しないミラータイプとなるため、通常は偏光光学系を用いないが、上記実施の形態のように光路中に偏光ビームスプリッタなどの偏光分離素子が配された光学系に配置しても差し支えなく、ＤＭＤを用いた映像表示を実現することが可能となる。

更に、上記実施の形態では、本開示の投射型表示装置の一例として、いわゆる超短焦点型のものを例示したが、必ずしもこのタイプのものに限定される訳ではなく、その他のタイプのプロジェクタに広く適用可能である。なお、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

また例えば、本開示は以下のような構成を取ることができる。
（１）
照明部と、投射レンズと、前記照明部から供給された照明光を映像信号に基づいて変調して前記投射レンズへ向けて出射するライトバルブとを有する投影光学系と、
前記ライトバルブと前記投射レンズとの間に配置され、入射光を第１および第２の偏光成分に分離すると共に、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を有する検出光学系と
を備え、
前記撮像素子には、投影面の近傍の面に沿って照射された非可視光に基づく光が、前記投射レンズと前記偏光分離素子とを介して入射され、かつ
前記投影面上の投影エリアの周辺において、入力操作を検出すると共にその検出結果に応じて特定の機能を実行可能に構成された
投射型表示装置。
（２）
前記投射レンズの略焦点距離の位置またはこれと光学的に共役の関係となる位置において、
前記ライトバルブの有効エリアに対応する面形状は、第１の矩形状であり、
前記撮像素子の有効エリアに対応する面形状は、前記第１の矩形状と中心位置が略同一で、かつ前記第１の矩形状よりも大きな第２の矩形状である
上記（１）に記載の投射型表示装置。
（３）
投影面上に、
前記投影エリアに対応する第１の検出エリアと、 前記投影エリアの周辺部に対応する第２の検出エリアと
を形成可能に構成された
上記（２）に記載の投射型表示装置。
（４）
前記第２の検出エリアは、それぞれが前記入力操作に対応づけられた１または複数のチャンネル領域または位置座標を有する
上記（３）に記載の投射型表示装置。
（５）
前記投影エリアの矩形状の４辺のそれぞれに対向して、前記チャンネル領域が１つ以上設けられている
上記（４）に記載の投射型表示装置。
（６）
前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において、一定時間内に複数回にわたって物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（７）
前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において、一定時間にわたって連続的に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（８）
前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において物体が検出された後、一定時間内に他のチャンネル領域において物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（９）
前記複数のチャンネル領域のうちの異なる２以上のチャンネル領域において、同時に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（１０）
前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域と、前記第１の検出エリア内の選択的な領域とにおいて同時に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（１１）
前記第１の検出エリアは、前記投影エリアのうちの選択的な映像表示エリアの周辺に、それぞれが前記入力操作に対応づけられた１または複数のチャンネル領域を有する
上記（３）に記載の投射型表示装置。
（１２）
前記投射レンズは、短焦点レンズである
上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１３）
前記非可視光を出射する光源部が外筐に設けられている
上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１４）
前記非可視光は、近赤外光である
上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１５）
前記偏光分離素子は、偏光ビームスプリッタである
上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１６）
前記ライトバルブは、反射型液晶表示素子である
上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１７）
前記偏光分離素子は、それぞれが光入射面または光出射面となる第１ないし第４の面を有すると共に、前記第１の面から入射した光のうちの前記第１の偏光成分を前記第２の面から出射し、前記第１の面から入射した光のうちの前記第２の偏光成分を前記第３の面から出射し、前記第２の面から入射した光のうちの前記第２の偏光成分を前記第４の面から出射し、かつ、前記第４の面から入射した光のうちの前記第１の偏光成分を前記第３の面から出射する、ように構成されている
上記（１６）に記載の投射型表示装置。
（１８）
前記投影光学系は、
前記照明部が、前記照明光を前記偏光分離素子の前記第１の面に向けて出射し、
前記ライトバルブが、前記照明光のうち、前記偏光分離素子の前記第２の面から出射した前記第１の偏光成分を変調し、その変調光を、前記偏光分離素子の前記第２の面に向けて出射し、
前記投射レンズが、前記変調光のうち、前記偏光分離素子の前記第４の面から出射した光を、前記投影面に向けて投射する、ように構成されている
上記（１７）に記載の投射型表示装置。
（１９）
前記検出光学系は、
縮小光学系に、前記投射レンズと前記偏光分離素子の前記第４の面および前記第３の面とを介して物体検出用の光が入射され、
前記撮像素子に、前記縮小光学系から出射された光が入射する、ように構成されている
上記（１８）に記載の投射型表示装置。
（２０）
投射レンズと、照明光を映像信号に基づいて変調して前記投射レンズへ向けて出射するライトバルブと、前記ライトバルブと前記投射レンズとの間に配置された偏光分離素子と、前記ライトバルブと光学的に共役な位置に配置されると共に非可視光を受光する撮像素子とを備えた光学系により得られた撮像信号に基づき、投影エリアの周辺における特定の入力操作の有無を判定し、
その判定結果に基づいて特定の機能を実行するように制御する
機能制御方法。

１…投射型表示装置、１２…ライトバルブ、１３…撮像素子、１４…縮小光学系、１５…偏光分離素子、１６…投射レンズ、１７…信号処理部、１７Ａ…可視光カットフィルタ、１７Ｂ…バンドパスフィルタ、１８…偏光子、１９…機能制御部、１１０…投影面、１１０Ａ…検出用ライトプレーン、４０…近赤外光光源部、Ａ１，Ａ３…有効エリア、Ｃ１，Ｃ１００…イメージサークル、ＣＨ１〜ＣＨ４，ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａ，ＣＨ１ｂ〜ＣＨ４ｂ…チャンネル領域、Ｅ１…射出瞳、Ｓ１１…投影エリア、Ｓ１２…エリア、Ｌ１…照明光、Ｌａ，Ｌａ１…近赤外光、Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３…Ｐ偏光成分、Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３…Ｓ偏光成分、Ｖ１…投影画像、Ｖ２…映像情報。

Claims (20)

1. 照明部と、投射レンズと、前記照明部から供給された照明光を映像信号に基づいて変調して前記投射レンズへ向けて出射するライトバルブとを有する投影光学系と、
   前記ライトバルブと前記投射レンズとの間に配置され、入射光を第１および第２の偏光成分に分離すると共に、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を有する検出光学系と、
   前記投射レンズの下方に配置され、非可視光を出射する光源部と
   を備え、
   前記撮像素子には、前記映像信号に基づいて前記投射レンズから投射される投影面に平行に照射された前記非可視光に基づく光が、前記投射レンズと前記偏光分離素子とを介して入射され、
   前記撮像素子に入射される前記非可視光に基づく光は、前記光源部から出射された前記非可視光が前記投影面内に存在する指示物にあたり反射された光であり、
   前記撮像素子に入射される前記非可視光に基づく光により得られた撮像信号から、前記指示物の位置に基づく入力操作を検出すると共にその検出結果に応じて特定の機能を実行可能に構成された
   投射型表示装置。
2. 前記投射レンズの略焦点距離の位置またはこれと光学的に共役の関係となる位置において、
   前記ライトバルブの有効エリアに対応する面形状は、第１の矩形状であり、
   前記撮像素子の有効エリアに対応する面形状は、前記第１の矩形状と中心位置が略同一で、かつ前記第１の矩形状よりも大きな第２の矩形状である
   請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記投影面上に、
   投影エリアに対応する第１の検出エリアと、
   前記投影エリアの周辺部に対応する第２の検出エリアと
   を形成可能に構成された
   請求項２に記載の投射型表示装置。
4. 前記第２の検出エリアは、それぞれが前記入力操作に対応づけられた１または複数のチャンネル領域または位置座標を有する
   請求項３に記載の投射型表示装置。
5. 前記投影エリアの矩形状の４辺のそれぞれに対向して、前記チャンネル領域が１つ以上設けられている
   請求項４に記載の投射型表示装置。
6. 前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において、一定時間内に複数回にわたって物体が検出された場合に、前記機能を実行する
   請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
7. 前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において、一定時間にわたって連続的に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
   請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
8. 前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において物体が検出された後、一定時間内に他のチャンネル領域において物体が検出された場合に、前記機能を実行する
   請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
9. 前記複数のチャンネル領域のうちの異なる２以上のチャンネル領域において、同時に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
   請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
10. 前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域と、前記第１の検出エリア内の選択的な領域とにおいて同時に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
    請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
11. 前記第１の検出エリアは、前記投影エリアのうちの選択的な映像表示エリアの周辺に、それぞれが前記入力操作に対応づけられた１または複数のチャンネル領域を有する
    請求項３に記載の投射型表示装置。
12. 前記投射レンズは、短焦点レンズである
    請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
13. 前記非可視光を出射する前記光源部が外筐に設けられている
    請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
14. 前記非可視光は、近赤外光である
    請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
15. 前記偏光分離素子は、偏光ビームスプリッタである
    請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
16. 前記ライトバルブは、反射型液晶表示素子である
    請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
17. 前記偏光分離素子は、それぞれが光入射面または光出射面となる第１ないし第４の面を有すると共に、前記第１の面から入射した光のうちの前記第１の偏光成分を前記第２の面から出射し、前記第１の面から入射した光のうちの前記第２の偏光成分を前記第３の面から出射し、前記第２の面から入射した光のうちの前記第２の偏光成分を前記第４の面から出射し、かつ、前記第４の面から入射した光のうちの前記第１の偏光成分を前記第３の面から出射する、ように構成されている
    請求項１６に記載の投射型表示装置。
18. 前記投影光学系は、
    前記照明部が、前記照明光を前記偏光分離素子の前記第１の面に向けて出射し、
    前記ライトバルブが、前記照明光のうち、前記偏光分離素子の前記第２の面から出射した前記第１の偏光成分を変調し、その変調光を、前記偏光分離素子の前記第２の面に向けて出射し、
    前記投射レンズが、前記変調光のうち、前記偏光分離素子の前記第４の面から出射した光を、前記投影面に向けて投射する、ように構成されている
    請求項１７に記載の投射型表示装置。
19. 前記検出光学系は、
    縮小光学系に、前記投射レンズと前記偏光分離素子の前記第４の面および前記第３の面とを介して物体検出用の光が入射され、
    前記撮像素子に、前記縮小光学系から出射された光が入射する、ように構成されている
    請求項１８に記載の投射型表示装置。
20. 投射レンズと、照明光を映像信号に基づいて変調して前記投射レンズへ向けて出射するライトバルブと、前記ライトバルブと前記投射レンズとの間に配置された偏光分離素子と、前記ライトバルブと光学的に共役な位置に配置されると共に非可視光を受光する撮像素子と、前記投射レンズの下方に配置され、非可視光を出射する光源部とを備えた光学系により撮像信号を取得し、
    前記撮像素子には、前記映像信号に基づいて前記投射レンズから投射される投影面に平行に照射された前記非可視光に基づく光が、前記投射レンズと前記偏光分離素子とを介して入射し、
    前記撮像素子に入射される前記非可視光に基づく光は、前記光源部から出射された前記非可視光が前記投影面内に存在する指示物にあたり反射された光であり、
    前記撮像信号から、前記指示物の位置に基づく入力操作の有無を判定し、
    その判定結果に基づいて特定の機能を実行するように制御する
    機能制御方法。

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