KR20170039130A - 투사형 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

투사형 표시 장치는, 조명부와, 투사 렌즈와, 조명부로부터 공급된 조명광을 영상 신호에 기초하여 변조하여 투사 렌즈를 향하여 출사하는 라이트밸브를 갖는 투영 광학계와, 라이트밸브와 투사 렌즈 사이에 배치되고, 입사광을 제1 및 제2 편광 성분으로 분리함과 함께, 각각을 서로 다른 방향으로 출사하는 편광 분리 소자와, 라이트밸브와 광학적으로 공액의 위치에 배치된 촬상 소자를 갖는 검출 광학계를 구비한다. 촬상 소자에는, 투영면의 근방의 면을 따라서 조사된 비가시광에 기초하는 광이, 투사 렌즈와 편광 분리 소자를 통하여 입사되고, 또한, 이하의 수학식을 만족하도록 구성된다.
<수학식 1>
Figure pct00014

Description

투사형 표시 장치{PROJECTION-TYPE DISPLAY DEVICE}
본 개시는, 검출 기능을 갖는 투사형 표시 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 스마트폰이나 태블릿 단말기 등에서는, 터치 패널을 사용함으로써, 화면에 표시되는 영상의 페이지 넘기기나 확대 축소를, 사람의 직감에 따른 포인팅 조작으로 가능하게 하고 있다. 한편, 영상을 스크린 상에 투영함으로써 표시를 행하는 표시 장치로서, 프로젝터(투사형 표시 장치)가 오래전부터 알려져 있다. 이 프로젝터에, 터치 패널과 같은 검출 기능을 부가하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2).
일본 특허 공개 제2007-52218호 공보 일본 특허 공개 제2003-44839호 공보
특허문헌 1에 기재된 프로젝터에서는, 투영 광학계에 의한 영상 투사와 검출 광학계에 의한 검출광의 도입이, 1개의 투사 렌즈를 사용하여 이루어지고, 영상을 만들어 내는 라이트밸브와 검출광을 수광하는 촬상 소자가 광학적으로 공액의 위치에 배치된다. 이와 같은 장치 구성에 의해, 캘리브레이션 등의 번잡한 처리를 행하지 않고, 물체의 검출을 고정밀도로 행할 수 있다. 심플한 구성으로, 인터렉티브한 디바이스를 실현 가능하게 된다.
그러나, 상기 특허문헌 1의 구성에서는, 투영면 상에 있어서 검출 에리어(검출 가능 에리어, 검출 범위)를 충분히 확보할 수 없어, 개선의 여지가 있다. 투영 에리어의 거의 전역에 있어서 물체의 검출이 가능한 장치의 실현이 요망되고 있다.
따라서, 간이한 구성으로 물체 검출을 실현함과 함께, 투영 에리어의 전역에 있어서 물체를 검출 가능한 투사형 표시 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 명세서에 개시된 일 실시 형태의 투사형 표시 장치는, 조명부와, 투사 렌즈와, 조명부로부터 공급된 조명광을 영상 신호에 기초하여 변조하여 투사 렌즈를 향하여 출사하는 라이트밸브를 갖는 투영 광학계와, 라이트밸브와 투사 렌즈 사이에 배치되고, 입사광을 제1 및 제2 편광 성분으로 분리함과 함께, 각각을 서로 다른 방향으로 출사하는 편광 분리 소자와, 라이트밸브와 광학적으로 공액의 위치에 배치된 촬상 소자를 구비한 것이다. 또한, 촬상 소자에는, 투영면의 근방의 면을 따라서 조사된 비가시광에 기초하는 광이, 투사 렌즈와 편광 분리 소자를 통하여 입사되고, 또한, 이하의 수학식을 만족하도록 구성되어 있다.
Figure pct00001
단,
d1: 라이트밸브의 대각 사이즈
d2: 촬상 소자의 대각 사이즈
β: 검출 광학계의 광학 배율(축소 광학계의 경우에는 β>1, 확대 광학계의 경우에는 β<1, 등배 광학계의 경우에는 β=1)
로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 「대각 사이즈」는, 라이트밸브의 유효 에리어(묘화 에리어, 유효 표시 영역) 또는 촬상 소자의 유효 에리어(유효 촬상 영역)의 각각의 대각선의 길이를 나타내는 것으로 한다.
본 명세서에 개시된 일 실시 형태의 투사형 표시 장치에서는, 촬상 소자가 라이트밸브와 광학적으로 공액의 위치에 배치되고, 이 촬상 소자에, 투영면의 근방의 면을 따라서 조사된 비가시광에 기초하는 광(물체에 의해 반사된 비가시광의 일부)이 투사 렌즈와 편광 분리 소자를 통하여 입사된다. 이에 의해, 캘리브레이션 등의 번잡한 신호 처리를 행하지 않고, 투영 에리어 내의 위치와, 검출 에리어 내의 위치를 대응지어서 물체를 검출할 수 있다. 또한, 수학식 1을 만족하도록 구성되어 있음으로써, 투영 에리어의 거의 전역에 있어서 물체 검출이 가능하게 된다.
본 명세서에 개시된 일 실시 형태의 투사형 표시 장치에 의하면, 촬상 소자가 라이트밸브와 광학적으로 공액의 위치에 배치되고, 이 촬상 소자에, 투영면의 근방의 면을 따라서 조사된 비가시광에 기초하는 광이, 투사 렌즈와 편광 분리 소자를 통하여 입사됨으로써, 번잡한 신호 처리를 행하지 않고, 물체 검출이 가능하게 된다. 또한, 수학식 1을 만족하도록 구성되어 있음으로써, 투영 에리어의 거의 전역에 있어서 물체 검출이 가능하게 된다. 따라서, 간이한 구성으로 물체 검출을 실현함과 함께, 투영 에리어의 전역에 있어서 물체를 검출 가능하게 된다.
또한, 상기 내용은 본 명세서에 개시된 일례이다. 본 명세서에 개시된 효과는, 상술한 것에 한하지 않고, 다른 상이한 효과여도 되고, 또 다른 효과를 포함하고 있어도 된다.
도 1은 본 명세서에 개시된 일 실시 형태에 따른 투사형 표시 장치의 외관과 그의 사용 상태를 도시하는 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시한 투사형 표시 장치의 기능 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 1의 상태를 측면으로부터 본 모식도이다.
도 4는 도 1에 도시한 근적외광원부의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 5a는 실린더 어레이 렌즈의 제1 구성예를 도시하는 사시도이다.
도 5b는 실린더 어레이 렌즈의 제2 구성예를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시한 투사형 표시 장치의 주요부 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 편광 분리 소자의 일 구성예를, 입사광 및 출사광의 상태와 함께 도시하는 모식도이다.
도 8a는 검출광 도입의 이미지를 도시하는 모식도이다.
도 8b는 검출 위치에 의한 도입 각도의 차이를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8c는 검출 위치 좌표의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 9는 검출광의 반사점과 가상 발광점의 차분에 대하여 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 촬상 소자의 대각 사이즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 투사 렌즈의 이미지 써클을, 라이트밸브 사이즈 및 촬상 소자 사이즈와 함께 도시한 모식도이다.
도 12는 도 11의 일부 확대도이다.
도 13은 이미지 써클의 상세 조건에 대하여 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 도 1에 도시한 투사형 표시 장치의 영상 표시 및 물체 검출의 개념을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 15a는 비교예에 관한 투사 렌즈의 이미지 써클을 도시하는 모식도이다.
도 15b는 비교예에 관한 투사 렌즈의 이미지 써클을 촬상 소자 사이즈와 함께 도시하는 모식도이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
실시 형태(촬상 소자의 대각 사이즈가 소정의 수학식을 만족하여 설정되고, 투사 렌즈에 의한 이미지 써클 직경이 최적화된, 투사형 표시 장치의 예)
1. 구성
2. 작용, 효과
<실시 형태>
[구성]
도 1은, 본 명세서에 개시된 일 실시 형태에 따른 투사형 표시 장치(투사형 표시 장치(1))의 외관과 그의 사용 상태를 도시한 것이다. 도 2는 투사형 표시 장치(1)의 기능 구성을 나타낸 것이다. 투사형 표시 장치(1)는 예를 들어 탁상 등의 편평한 면 상에 놓인 상태(또는 벽면 등에 설치된 상태)에서, 장치의 근방에 영상을 투영하는 타입(소위 초단초점형)의 프로젝터이다. 이 투사형 표시 장치(1)는 또한, 영상 표시와 함께, 물체 검출을 액티브하게 행하는 기능을 갖고 있다. 상세는 후술하지만, 도 1에 도시한 바와 같이, 영상이 투사되는 투영 에리어(투영 에리어 S11)에 있어서, 표시된 영상을 손가락(지시물(71))으로 터치하는 등, 어떠한 동작을 행함으로써, 소정의 입력 조작을 행할 수 있게 되어 있다.
투사형 표시 장치(1)는 도 2에 도시한 바와 같이, 조명부(11)와, 라이트밸브(12)와, 촬상 소자(13)와, 축소 광학계(14)와, 편광 분리 소자(15)와, 투사 렌즈(16)와, 신호 처리부(17)를 구비하고 있다. 이들 중, 예를 들어 조명부(11), 라이트밸브(12) 및 투사 렌즈(16)에 의해 투영 광학계(10A)가 구성되고, 예를 들어 촬상 소자(13) 및 축소 광학계(14)에 의해 검출 광학계(10B)가 구성되어 있다. 또한, 예를 들어 조명부(11), 라이트밸브(12), 촬상 소자(13) 및 신호 처리부(17)는 시스템 제어부(도시하지 않음)에 의해 소정의 타이밍에 구동 제어된다.
이 투사형 표시 장치(1)의 외부 케이스에는, 근적외광원부(40)가 설치되어 있다. 근적외광원부(40)는 검출용의 비가시광으로서 근적외광(NIR: Near infrared)을 출사하는 광원부이며, 투영면(110)의 근방의 면을 따라서 근적외광을 조사하는 것이다. 환언하면, 근적외광원부(40)는 투영면(110)의 근방에 있어서, 투영 에리어 S11을 덮도록, 근적외광의 배리어막(검출용 라이트 플레인(110A))이 붙여져 있다. 검출용 라이트 플레인(110A)은 투사 렌즈(16)를 통하는 광축의 높이와는 다른, 투영면(110)으로부터 소정의 높이 h에 있는 면에 형성되어 있다(도 3).
일례로서는, 검출용 라이트 플레인(110A)은 예를 들어 높이 h가 수mm 내지 수 10mm 정도의 위치에, 두께(높이 방향에 있어서의 폭)가 2 내지 3mm이고, 또한 면 내 방향에 있어서 투영 에리어 S11을 커버하도록 형성된다. 통상, 투영면(110)은 평탄하기 때문에, 차폐물, 또는 손가락이나 지시 막대 등의 지시물(71)이 없으면, 검출용 라이트 플레인(110A)은 가려지는 경우가 없다. 즉, 투영면(110)을 모니터하고 있는 촬상 소자(13)에는 아무것도 찍히지 않는다. 이 상태에서, 지시물(71)이 투영면(110)에 근접하거나, 또는, 투영면(110)을 터치하는 등의 동작을 하면, 검출용 라이트 플레인(110A)의 근적외광이 지시물(71)에 의해 가려지고, 그 포인트에서 확산 반사된다. 지시물(71)에 닿아 반사된 광은 사방팔방을 향하게 되는데, 그 일부가 투사 렌즈(16)의 개구에 도입된다. 그 반사광의 일부는 투사 렌즈(16)와 편광 분리 소자(15)를 통하여, 촬상 소자(13) 상에 도달한다. 이때, 영상을 만드는 라이트밸브(12)와 촬상 소자(13)가 광학적으로 공액의 위치에 배치되어 있기 때문에, 투영면(110) 상에서 점형으로 발생한 휘점 확산 포인트는 촬상 소자(13) 상에서 결상하고, 투영된 영상에 있어서의 위치와 대응하는 위치에서 결상한다. 이에 의해, 물체의 위치 검출이 가능하게 된다. 또한 초단초점 타입의 경우에는 투사광이 투영면(110)의 근방을 통과하여, 조작하는 사람의 신체의 일부가 투사광을 가리기 어렵기 때문에, 조작할 때 화면을 보기 쉽다는 장점이 있다.
또한, 근적외광원부(40)는 도시한 바와 같이, 예를 들어 투사형 표시 장치(1)의 외부 케이스 하방에 설치되지만, 투사형 표시 장치(1)에 인접하고 있어도 되고, 인접하지 않아도 된다. 투영 에리어 S11을 덮도록 검출용 라이트 플레인(110A)을 붙일 수 있다면, 투사형 표시 장치(1)로부터 이격된 위치에 설치되어 있어도 된다. 또는, 근적외광원부(40)는 투사형 표시 장치(1)의 외부 케이스(하우징)의 내부에 설치되어 있어도 된다. 본 실시 형태에서는, 근적외광원부(40)는 후술하는 광학 설계에 의해, 투영면(110)으로부터 비교적 떨어진 높이에 설치하는 것이 가능하게 되어, 투사형 표시 장치(1)와 일체적으로 번들하기 쉬워진다.
이 검출용 라이트 플레인(110A)에 의해, 물체(지시물(71))가 투영면(110)에 접촉 또는 근접하면, 근적외광이 지시물(71)에 의해 반사(확산 반사)되고, 이 반사광의 일부가 투사형 표시 장치(1)에 검출광으로서 도입되는 구조이다.
근적외광원부(40)는 도 4에 도시한 바와 같이, 예를 들어 근적외 레이저(42)와, 콜리메이터 렌즈(43)와, 실린더 어레이 렌즈(44)를 갖고 있다. 실린더 어레이 렌즈(44)를 출사한 근적외광(41)에 의해 검출용 라이트 플레인(110A)이 형성된다. 실린더 어레이 렌즈(44)는, 도 5a에 도시한 바와 같이 볼록형의 실린더 렌즈가 복수 배열된 것이다. 실린더 어레이 렌즈(44)는, 투영면(110)에 대하여 수직인 면에 실린더 렌즈의 모선(44A)을 향하도록 배치한다. 또한, 볼록형의 실린더 어레이 렌즈(44) 대신에, 도 5b에 도시한 바와 같이 오목형의 실린더 렌즈가 복수 배열된 실린더 어레이 렌즈(45)를 사용해도 된다.
조명부(11)는 조명광 L1을, 편광 분리 소자(15)를 통하여 라이트밸브(12)를 향하여 출사하는 것이다. 이 조명부(11)는 조명광 L1로서 가시광을 출사하는 것이기라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 청색 레이저와, 녹색 레이저와, 적색 레이저(모두 도시하지 않음)를 포함하여 구성되어 있다.
도 2, 도 6 내지 도 13을 참조하여, 투사형 표시 장치(1)의 주요부 구성에 대하여 설명한다.
(투영 광학계(10A))
라이트밸브(12)는 예를 들어 LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 등의 반사형의 액정 소자이다. 라이트밸브(12)는 예를 들어 조명광 L1에 포함되는 제1 편광 성분(예를 들어, 후술하는 s 편광 성분 Ls1)을 영상 데이터에 기초하여 변조하는 것이다. 라이트밸브(12)에 의해 변조된 광은, 편광 상태가 회전하여, 제2 편광 성분(예를 들어, 후술하는 p 편광 성분 Lp1)이 된다. 이 변조광이, 편광 분리 소자(15)를 통하여 투사 렌즈(16)를 향하여 출사되게 되어 있다. 또한, 라이트밸브(12)에서는, 입사광(s 편광 성분 Ls1)을 편광 상태 그대로 편광 분리 소자(15)로 복귀시킴으로써 흑색 표시를 행하는 것이 가능하다. 이 라이트밸브(12)의 유효 에리어의 면 형상은, 예를 들어 직사각 형상이다.
투사 렌즈(16)는 라이트밸브(12)로부터 편광 분리 소자(15)를 통하여 입사된 광(영상광 L2)을 투영면(110) 상에 투사하는 것이다. 투사 렌즈(16)는 투사율(Throw Ratio)이 예를 들어 0.38 이하인 초단초점 렌즈이다. 여기서, 투사율이란, 투사 렌즈(16)로부터 투영면(110)까지의 거리를 L, 투영 에리어 S11의 폭을 H라 하면, L/H로 표현된다. 이 투사 렌즈(16)에는, 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 변조광의 진행 방향과는 역방향으로부터 검출광(근적외광 La1)이 입사되도록 되어 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 검출광이, 투영 광학계(10A)의 투사 렌즈(16)를 통하여 도입되고, 검출 광학계(10B)에 유도된다. 또한, 상세는 후술하지만, 이 투사 렌즈(16)에 의한 이미지 써클의 직경은, 라이트밸브(12)가 아니라, 촬상 소자(13)의 사이즈를 기준으로 설정되어 있다.
(편광 분리 소자(15))
편광 분리 소자(15)는 입사된 광을 제1 편광 성분(예를 들어 s 편광 성분)과 제2 편광 성분(예를 들어 p 편광 성분)으로 분리하고, 각각을 서로 다른 방향으로 출사하는 것이다. 이 편광 분리 소자(15)는 예를 들어 편광 빔 스플리터(PBS)를 포함하고, 제1 편광 성분을 선택적으로 반사시킴(편광 분리면(150)에 있어서 반사시킴)과 함께, 제2 편광 성분을 선택적으로 투과(편광 분리면(150)을 투과)시키도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 편광 분리 소자(15)로서 편광 빔 스플리터를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 편광 분리 소자(15)는 이에 한정하지 않고, 와이어 그리드로 구성되어 있어도 된다. 그 경우에는, 편광 빔 스플리터와 특성이 상이하고, 입사된 광 중의 제1 편광 성분으로서 p 편광 성분을 선택적으로 반사하고, 제2 편광 성분으로서 s 편광 성분을 선택적으로 투과시킬 수 있다.
이 편광 분리 소자(15)는 도 6에 도시한 바와 같이, 예를 들어 4개의 광학면(제1 면(15A), 제2 면(15B), 제3 면(15C), 제4 면(15D))과, 편광 분리면(150)을 갖고 있다. 제1 면(15A)과 제3 면(15C)이 일축방향(도면의 좌우 방향)에 있어서 마주보고 배치되고, 제2 면(15B)과 제4 면(15D)이 일축방향(도면의 상하 방향)에 있어서 마주보고 배치되어 있다. 이와 같은 구성에 있어서, 제1 면(15A)에 조명광 L1이 입사되도록 구성되고, 제2 면(15B)에 대향하여, 라이트밸브(12)가 배치되어 있다. 제3 면(15C)에 대향하여, 검출 광학계(10B)가 배치되고, 제4 면(15D)에 대향하여, 투사 렌즈(16)가 배치되어 있다.
도 7에, 편광 분리 소자(15)의 일 구성예에 대하여 도시한다. 이와 같이, 편광 분리 소자(15)는 제1 면(15A)으로부터 입사한 조명광 L1 중 제1 편광 성분(s 편광 성분 Ls1)을 반사하여 제2 면(15B)으로부터 출사한다. 한편, 조명광 L1 중 제2 편광 성분(p 편광 성분 Lp1)을 제3 면(15C)으로부터 출사한다. 또한, 제2 면(15B)으로부터 입사한 광(라이트밸브(12)에 의한 변조광) 중의 제2 편광 성분(p 편광 성분 Lp2)을 제4 면(15D)으로부터 출사한다. 이에 의해, 투영 광학계(10A)에 의한 영상 투사가 이루어지도록 되어 있다. 그 한편, 제4 면(15D)으로부터 입사한 광(근적외광 La1) 중의 제1 편광 성분(s 편광 성분 Ls3)을 반사하여 제3 면(15C)으로부터 출사한다. 이 s 편광 성분 Ls3에 기초하는 광이 촬상 소자(13)에 있어서 수광된다. 이에 의해, 촬상 소자(13)에 있어서 촬상 신호 D0이 얻어진다.
(검출 광학계(10B))
촬상 소자(13)는 라이트밸브(12)와 광학적으로 공액의 위치에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 라이트밸브(12)가 반사형의 액정 소자인 경우, 영상을 만들어 내는 표시면(액정면)과 촬상 소자(13)의 촬상면이 광학적으로 공액의 관계가 되도록 배치되어 있다. 촬상 소자(13)는 예를 들어 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)나 CCD(Charge Coupled Device) 등의 고체 촬상 소자에 의해 구성되고, 유효 에리어의 면 형상은, 예를 들어 직사각 형상이다. 본 실시 형태에서는, 상세는 후술하지만, 이 촬상 소자(13)의 대각 사이즈가, 소정의 수학식을 만족하도록 설계되어 있다.
이 촬상 소자(13)를 포함하는 검출 광학계(10B)의 일례로서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 공액면(50) 측부터 순서대로 가시광 커트 필터(17A)와, 대역 통과 필터(17B)와, 축소 광학계(14)(릴레이 렌즈군(14A, 14B))와, 편광자(18)와, 촬상 소자(13)가 배치된 것을 들 수 있다.
가시광 커트 필터(17A)는 입사한 광 중의 가시광 성분을 저감하는 것이다. 이 가시광 커트 필터(17A)를 구비함으로써, 편광 분리 소자(15)로서 편광 빔 스플리터를 사용했다고 해도, 조명부(11)의 광원을 오프하지 않고, 촬상 소자(13)에 입사하는 조명광 L1의 대부분을 커트할 수 있다. 이에 의해, 거의 검출광만을 촬상 소자(13)측에 입사시킬 수 있고, S/N비를 크게 하여 검출 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 여기에서는, 1매의 가시광 커트 필터(17A)를 배치했지만, 가시광 커트 필터의 매수는 이것에 한정되는 것은 아니며, 2매 이상이어도 된다. 또한, 공액면(50)과 축소 광학계(14) 사이의 위치에 배치했지만, 다른 위치, 예를 들어 축소 광학계(14)와 촬상 소자(13) 사이에 배치해도 된다.
대역 통과 필터(17B)는 특정한 파장(근적외광)을 선택적으로 투과하고, 다른 파장을 저감하는 것이다.
편광자(18)는 조명광 L1에 포함되는 제2 편광 성분을 저감시키는 광학 부재이다. 여기서, 상기와 같은 편광 분리 소자(15)에서는, 조사광 L1 중 제2 편광 성분(예를 들어 p 편광 성분)을 투과시키는 점에서, 이 p 편광 성분이 검출 광학계(10B)에 입사하여, 촬상 소자(13)에서 얻어지는 촬상 신호의 S/N비에 영향을 미치는 경우가 있다. 본 실시 형태와 같이, 편광자(18)가 배치됨으로써, 조명광 L1에 포함되는 제2 편광 성분(예를 들어 p 편광 성분)이 커트되어, S/N비를 크게 할 수 있다. 또한, 편광자(18)의 위치는, 도시한 축소 광학계(14)와 촬상 소자(13) 사이의 위치에 한정되는 것은 아니며, 다른 위치, 예를 들어 공액면(50)과 축소 광학계(14) 사이에 배치해도 된다.
축소 광학계(14)는 1개 또는 복수의 릴레이 렌즈군(여기서는 2개의 릴레이 렌즈군(14A, 14B))으로 구성되어 있다. 릴레이 렌즈군(14A, 14B)은 각각, 정의 배율을 갖고, 적어도 1매의 렌즈를 포함하여 구성되어 있다. 릴레이 렌즈군(14B)의 초점 거리 fi는, 릴레이 렌즈군(14A)의 초점 거리 fb보다도 작아지도록 설정되어 있다. 예를 들어, 2fi=fb로 되는 조건으로 하여, 릴레이 렌즈군(14A)이 라이트밸브(12)의 공액면(50)으로부터 초점 거리 fb만큼 이격된 위치에 배치되고, 이 릴레이 렌즈군(14A)의 위치로부터 (fb+fi)만큼 이격된 위치에 릴레이 렌즈군(14B)이 배치되고, 또한 릴레이 렌즈군(14B)으로부터 초점 거리 fi만큼 이격된 위치에 촬상 소자(13)가 배치된다. 이와 같은 릴레이 렌즈군(14A, 14B)의 배치에 의해, 축소 광학계를 실현하면서, 촬상 소자(13)를 공액면(50)에 배치한 경우와 등가로 된다. 즉, 라이트밸브(12)와의 공액의 위치 관계를 유지하면서, 촬상 소자(13)의 사이즈를 보다 작게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 검출 광학계(10B)가 축소 광학계(14)를 갖는 경우를 예로 들어 설명하지만, 이 축소 광학계(14)는 설치되어 있지 않아도 된다. 즉, 검출 광학계(10B)는 확대 광학계 또는 등배 광학계를 갖고 있어도 된다.
이와 같은 축소 광학계(10B)를 사용한 물체 검출은, 저비용화에 유리하다. 촬상 소자(13)의 비용은 촬상 소자(13)의 사이즈에 크게 영향을 받는다. 프로젝터를 구성함에 있어서, 반도체 부품인, 라이트밸브(12) 및 촬상 소자(13)는 비용 비중이 큰 점에서, 그러한 부품의 소형화에 의한 비용 장점은 크다. 또한, 릴레이 광학계에 의해 공액점을 연장함으로써 배치의 자유도가 증가한다고 하는 장점도 있다. 예를 들어, 부품간 거리가 생김으로써, 사이에 반사 미러 등으로 구부려 광학계를 실현하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에서는, 상기와 같은 검출 광학계(10B)에 있어서, 촬상 소자(13)의 대각 사이즈가 이하의 수학식 1을 만족하도록 구성되어 있다. 단, d1을 라이트밸브(12)의 대각 사이즈, d2를 촬상 소자(13)의 대각 사이즈, β를 검출 광학계의 광학 배율(축소 광학계의 경우에는 β>1, 확대 광학계의 경우에는 β<1, 등배 광학계의 경우에는 β=1)로 한다. 단, 본 실시 형태에서는, 검출 광학계(10B)가 축소 광학계를 갖는 점에서, 이 β는, 축소 광학계(14)의 축소 배율이며, β>1로 한다. 또한, 대각 사이즈 d1은 라이트밸브(12)의 유효 에리어의 대각 사이즈이며, 대각 사이즈 d2는, 촬상 소자(13)의 유효 에리어의 대각 사이즈이다.
<수학식 1>
Figure pct00002
이하에, 상기 수학식 1의 도출의 근거에 대해서, 도 8a 내지 도 11을 사용하여 설명한다.
먼저, 검출광의 도입 개요에 대하여 설명한다. 도 8a에 모식적으로 도시한 바와 같이, 투영면(110)에 손가락 등의 지시물(71)이 접촉 또는 근접하면, 투영면(110)의 근방에 붙여진 검출용 라이트 플레인(110A)에 있어서의 근적외광 La가, 지시물(71)에 닿아, 사방팔방으로 확산 반사된다. 이 확산 반사된 광(산란광)의 일부(근적외광 La1)가 투사 렌즈(16)에 의해 집광된 후, 검출 광학계(10B)에 있어서의 사출동 E1에 의해 잘라내진다.
여기서, 상기와 같이 투사 렌즈(16)를 통하여 검출 광학계(10B)에 도입되는 근적외광 La1에 대해서, 상세하게 설명한다. 도 8b에 도시한 바와 같이, 투영면(110) 상에 있어서의 물체의 위치를 검출하는 경우, 그 검출 위치에 따라, 근적외광 La1의 도입각(검출 광학계(10B)의 사출동 E1에 입사하는 근적외광 La1과, 투사면(110)이 이루는 각 θ)이 상이하다. 구체적으로는, 가장 사출동 E1에 가까운 위치 P1에서는, 사출동 E1을 밑에서부터 올려다 보는 형식이 되어, 도입각 θ가 최대가 된다. 계속해서, 위치 P2, P3으로 이 순서대로, 사출동 E1로부터 이격되어, 도입각 θ가 서서히 작아진다. 위치 P4에서는 사출동 E1로부터 가장 멀어지고, 도입각 θ도 최소가 된다.
도 8c 및 다음의 표 1 내지 3에, 일례를 든다. 표 1에 투영 조건을 나타낸다. 단, 사출동 E1의 높이는, 투영면(110)(스크린, 바닥)부터 100mm로 한다. 이 투영 조건에 의해 형성된 투영 에리어 S11에 있어서의 위치 P1 내지 P4의 위치 좌표(X, Y, Z)를 도 8c에 도시하였다. 또한, 표 2에는, 위치 P1 내지 P4의 위치 좌표(X, Y, Z)와 함께, 사출동 E1까지의 거리를 나타낸다. 또한, 표 3에는, 위치 P1 내지 P4 각각에 있어서의, 사출동 E1과 투영면(110)이 이루는 각(도입각 θ)에 대하여 나타낸다. 이와 같이, 사출동 E1로부터의 거리에 따라 도입각 θ가 변화하고, 위치 P1에서는, 가장 도입각 θ가 크고(θ=33.7°), 위치 P4에서는, 가장 도입각 θ가 작음(θ=10.5°)을 알 수 있다. 또한, 위치 P2, P3에서는, 각각 도입각 θ가 17.6°, 12.2°로 되었다.
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
상기한 바와 같이 검출 위치의 차이에 따라, 사출동 E1까지의 거리 내지 도입각 θ가 변화함을 알 수 있다. 이 파라미터의 값 자체는, 투영 에리어 S11의 사이즈, 또는 초단초점형의 렌즈 설계 등에 따라서 상이하지만, 상술한 검출 위치의 차이에 따른 도입각 θ의 상대적인 대소 관계는 바뀌지 않기 때문에, 이 관계성을 이용하여, 지시물(71)의 위치를 특정하는 것이 가능하다.
이어서, 사출동 E1에 입사하는 근적외광 La1에 대해서, 보다 상세하게 검토한다. 도 9에, 지시물(71) 부근의 반사의 모습을 모식적으로 도시한다. 또한, 윗 도면은 위치 P1에 있어서의 반사를, 아랫 도면은 위치 P4에 있어서의 반사를 각각 나타내고 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 검출용 라이트 플레인(110)에 있어서의 근적외광 La는, 지시물(71)에 닿아서 반사되는데, 이때, 다음과 같은 현상이 발생한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 사출동 E1(투사 렌즈(16))으로부터 본 근적외광 La1은, 실제로 지시물(71)에 닿은 반사점(실제 조사점) Pa1, Pa2가 아니라, 마치, 높이 h의 기울기 성분만큼 멀리 있는 투영면(110) 상의 점(가상 발광점 Pb1, Pb2)으로부터 발광한 것 같이 보인다. 즉, 실제의 지시물(71)의 위치에 대응하는 반사점 Pa1과, 가상 발광점 Pb1 사이에는 차분 t1이 발생한다. 마찬가지로, 반사점 Pa2와 가상 발광점 Pb2 사이에는 차분 t2가 발생한다. 또한, 이 차분(검출 위치의 신장분)은 검출 위치, 즉 도입각 θ의 영향을 받아, 도입각 θ가 작을수록, 보다 현저한 것이 된다. 여기에서는, 위치 P4의 도입각 θ가 최소이기 때문에, 위치 P4에 있어서의 차분 t2가 최댓값을 취한다. 또한, 위치 P1의 도입각 θ는 최대이기 때문에, 위치 P1에 있어서의 차분 t1은 최솟값을 취한다.
여기서, 도 10에, 투영 광학계(10A)에 의한 투영 에리어 S11 및 확대 배율 α와, 검출 광학계(10B)에 의한 수광 대상 에리어 S12 및 축소 배율 β의 관계를 설명하기 위한 구성을 도시한다. 이와 같이, 투영면(110)에 있어서의 투영 에리어 S11은, 라이트밸브(12)의 대각 사이즈 d1을 투사 렌즈(16)에 의해 α배 확대한 (α×d1)의 크기로 된다.
한편, 촬상 소자(13)에 의한 수광 대상 에리어 S12는, 상술한 반사점(실제로 조사점)과 가상 발광점의 차분의 영향을 받는다. 이 때문에, (α×d1)의 크기의 투영 에리어 S11의 전역에 있어서 검출을 가능하게 하기 위해서는, 상기 차분을 고려하여, 수광 대상 에리어 S12의 사이즈를 투영 에리어의 사이즈(α×d1)보다도 커지도록 설정하는 것이 이상적이다. 즉, 상기 수학식 1을 만족하도록 구성되는 것이 좋다. 또한, 확대 배율 α는 축소 배율 β와 마찬가지로, 1보다도 큰 것으로 한다.
(이미지 써클의 최적화)
일반적으로, 「이미지 써클」이란, 렌즈를 통과한 광이 결상하는 원형의 범위를 나타낸다. 프로젝터 등의 투영계에 있어서는, 라이트밸브가 배치된 위치에서, 라이트밸브의 유효 에리어가 확보되도록 설계된다. 즉, 투사 렌즈에 있어서, 라이트밸브의 유효 에리어로부터 출사된 광선의 통과 영역이 확보되도록 설계가 이루어진다. 한편, 카메라 등의 촬상계의 경우에는, 촬상 렌즈에 있어서, 촬상 소자의 유효 에리어에 입사하는 광선의 통과 영역이 확보되도록 설계가 이루어진다. 본 실시 형태에서는, 1개의 투사 렌즈(16)에 의해, 영상 투사와, 검출광(근적외광)의 도입을 행하는 점에서, 이미지 써클(이미지 써클 C1)은 가장 상고가 높은 부분을 통과하는 광선이 확보되도록 설정되는 것이 바람직하다.
도 11에, 이미지 써클 C1과, 라이트밸브(12)의 유효 에리어에 대응하는 면 형상(직사각 형상 A1), 및 촬상 소자(13)의 유효 에리어에 대응하는 면 형상(직사각 형상 A2)과의 관계에 대하여 나타낸다. 또한, 도 12는, 도 11의 일부를 확대한 것이다. 또한, 이 직사각 형상 A1, A2는, 상세하게는, 투사 렌즈의 대략 초점 거리의 위치에 있어서의 면 형상에 대응한다. 본 실시 형태와 같이, 초단초점형의 경우, 이미지 써클 C1은, 상고가 일방향(여기서는, 도 11의 Y 방향)을 따라서 크게 시프트한(오프셋한) 광선의 통과 영역이 확보되도록 설계된다. 여기서, 영상을 투영할뿐인 프로젝터의 경우, 라이트밸브(12)의 직사각 형상 A1의 일부 정점에 외접하도록 이미지 써클(이미지 써클 C100)이 설계된다. 구체적으로는, 이미지 써클 C100은, 직사각 형상 A1에 있어서 1개의 긴 변을 공유하는 한 쌍의 정점 A11, A12에 접하도록 설계된다. 직사각 형상 A1에 외접하도록 이미지 써클 C100을 설계하는 것은, 이미지 써클의 직경 자체가 매우 크고, 투사 렌즈의 사이즈가 거대하기 때문에, 특성 유지의 면에 있어서도 비용의 면에 있어서도, 직경을 최소한으로 억제할 것을 원하기 때문이다.
그런데, 본 실시 형태와 같이, 투영 광학계(10A)와 검출 광학계(10B)에 있어서 투사 렌즈(16)를 공유하는 경우, 반사점과 가상 발광점 사이에 차분(신장분)이 있기 때문에, 이것을 고려하여, 즉 촬상 소자(13)의 직사각 형상 A2를 고려하여 이미지 써클 C1이 설계되는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 이미지 써클 C1은, 직사각 형상 A1에 비접촉으로, 또한 직사각 형상 A1을 포함하도록 설계된다. 환언하면, 직사각 형상 A1의 정점 A11, A12에 접하는 원(이미지 써클 C100)의 직경보다도 크고, 촬상 소자(13)의 직사각 형상 A2에 있어서의 직사각 형상의 1개의 긴 변을 공유하는 한 쌍의 정점 A21, A22에 접하는 원의 직경 이하의 직경을 갖도록 설계되어 있다. 촬상 소자(13)의 직사각 형상 A2는, 직사각 형상 A1과 중심 위치가 대략 동일하고, 또한 직사각 형상 A1보다도 큰 것이다. 구체적으로는, 직사각 형상 A2는, 직사각 형상 A1과, 상기 차분을 고려한 커버에리어 A2a를 포함한다. 또한, 보다 바람직하게는, 도 11에 도시한 바와 같이, 이미지 써클 C1의 직경이, 직사각 형상 A2에 있어서의 정점 A21, A22에 접하는 원의 직경과 동등하게 되어 있다. 단, 이미지 써클 C1의 직경은, 정점 A21, A22에 접하는 원의 직경과 완전 일치하는 경우로 한정되는 것은 아니다. 즉, 렌즈의 프로세스상의 오차나, 설치 시 등에 있어서의 렌즈 시프트에 의한 오차 등은 허용된다. 또한, 그러한 오차를 미리 예상하여 이미지 써클 C1을 약간 크게 설계해도 상관없다.
또한, 이미지 써클 C1의 상세 조건에 대하여 설명한다. 상기 차분을 고려한 커버에리어 A2a의 폭 t는, 도 13에 도시한 바와 같이, 검출용 라이트 플레인(110A)의 높이 h와 도입각 θ를 사용하여 나타낼 수 있다(t=h/tanθ). 따라서, 직사각 형상 A1(투영 에리어 S11)의 단부 위치에 대응하는 반사점 Pa(가상 발광점 Pb)로부터 도입되는 근적외광 La1을, 촬상 소자(13)에 있어서 수광시키기 위해서는, 이미지 써클 C1의 반경 R1이, 이하의 수학식 2를 만족하는 것이 바람직하다. 단, R0을 라이트밸브(12)의 직사각 형상 A1의 정점 A11, A12에 접하는 원의 반경(이미지 써클 C100의 반경)이라 하고, 도 10에 도시한 바와 같이, α를 투영 배율(투영상 사이즈와 라이트밸브의 유효 에리어 사이즈의 비), h를 검출용 라이트 플레인(110A)의 투영면(110)으로부터의 높이로 한다. 또한, θmin을 검출 광학계(10B)에 입사하는 근적외광 La1과 투영면(110)이 이루는 각(도입각) θ의 최솟값으로 한다.
Figure pct00006
또한, 바람직하게는, 또한 이하의 수학식 3을 만족하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 수학식 2, 3의 양쪽을 만족함으로써, 이미지 써클 C1이, 라이트밸브(12)의 유효 에리어에 필요한 광로를 포함하고, 또한 라이트밸브(12)와 동축 배치된 촬상 소자(13)에 필요 충분한 광로를 포함하도록 설계하는 것이 가능하다.
Figure pct00007
신호 처리부(17)는 촬상 소자(13)에 의한 촬상 신호에 기초하여, 예를 들어 사람의 손가락이나 포인터 등의 지시물(물체)(71)의 특징점의 위치를, 예를 들어 투영면(110) 상의 투영 에리어 S11에 있어서의 좌표에 대응지어서 검출하는 것이다. 특징점의 예로서는, 사람의 손가락의 선단의 형상, 손가락의 무게 중심, 손의 무게 중심 등을 사용할 수 있다.
[작용, 효과]
투사형 표시 장치(1)에서는, 도 14에 도시한 바와 같이, 라이트밸브(12)에 형성된 영상 정보 V1을 투사 렌즈(16)에 의해, 탁상 등의 투영면(110) 상에 투영하고, 투영 화상 V2로서 확대 표시한다. 이 한편으로, 투사형 표시 장치(1)는 투영면(110) 상에 있어서의 물체의 위치, 예를 들어 사람의 손가락이나 포인터 등의 지시물(물체)(71)의 특징점 위치 Pt1을, 촬상 소자(13)로부터 얻어진 촬상 신호 D0을 사용하여 검출한다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 투사 렌즈(16)가 투영 광학계(10A)와 검출 광학계(10B)에 있어서 공유되어, 촬상 소자(13)가 라이트밸브(12)와 광학적으로 공액의 위치에 배치되어 있다. 이 때문에, 투영 에리어 S11과 거의 동일한 에리어를 검출 에리어(검출 가능 에리어)로 하는 물체 검출이 가능하게 된다. 또한, 이 광학적으로 공액의 위치 관계에 의해, 투영면(110) 상에 있어서의 지시물(71)의 특징점 위치 Pt1을 투사 렌즈(16)를 통하여 투영 화상 V2에 겹쳐서 모니터하는 것이 가능하게 된다. 또한 예를 들어, 신호 처리부(17)에 있어서, 지시물(71)의 형상을 화상 처리하고, 지시물(71)의 특징점 위치 Pt1의 좌표를 검출함으로써, 투영 화상 V2의 포인팅 조작이 가능하게 된다. 이때, 투영 에리어 S11 내의 임의의 좌표 위치가 검출 에리어 내의 좌표 위치에 일대일로 대응하므로, 촬상 소자(13)측의 검출 위치 Pt2의 좌표가 지시물(71)의 특징점 위치 Pt1의 좌표에 대응한다. 즉, 캘리브레이션 등의 번잡한 신호 처리를 행하지 않고, 투영 에리어 S11 내의 위치와, 검출 에리어 내의 위치를 대응지어서 물체를 검출할 수 있다. 또한, 지시물(71)은 2 이상이어도 되고, 예를 들어 양손의 손가락 선단의 좌표를 검출하는 것 등도 가능하다. 이와 같이 하여 검출된 지시물(71)의 특징점 위치를 사용함으로써 프로젝터의 투영 화상 V2에 마치 터치 패널이 내장되어 있는 것 같은 직관적인 조작이 가능하게 된다.
또한, 상기 수학식 1을 만족하도록 구성되어 있음으로써, 검출용 라이트 플레인(110A)을 사용한 근적외광의 검출 시에, 반사점과 가상 발광점의 차분의 영향을 경감하여, 투영 에리어 S11의 거의 전역을 커버하는 검출 에리어를 형성할 수 있다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 이미지 써클 C1이, 라이트밸브(12)의 직사각 형상 A1을 기준으로 설계된 원의 직경(이미지 써클 C100의 직경)보다도 큰(직사각 형상 A1에 비접촉이고, 또한 직사각 형상 A1을 포함한다) 것이 바람직하다. 또한, 이미지 써클 C1은, 촬상 소자(13)의 직사각 형상 A2를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 가령 도 15a에 도시한 바와 같이, 라이트밸브(12)의 직사각 형상 A1을 기준으로 설계된 이미지 써클 C100에서는, 도 15b에 도시한 바와 같이, 수광 대상을 포함하는 촬상 소자(13)의 직사각 형상 A2에의 입사 광선을 일부 커버할 수 없는 영역(도면 중의 사선 부분(120))이 발생한다. 즉, 투영 에리어 S11의 일부에 있어서 물체 검출을 할 수 없는 경우가 있다. 이에 비해, 본 실시 형태와 같은 이미지 써클 C1의 설계에 의해, 투영 에리어 S11의 코너부 등의 국소적인 영역에서도 물체 검출이 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 촬상 소자(13)가 라이트밸브(12)와 광학적으로 공액의 위치에 배치되고, 이 촬상 소자(13)에, 투영면(110)의 근방의 면을 따라서 조사된 근적외광에 기초하는 광이, 투사 렌즈(16)와 편광 분리 소자(15)를 통하여 입사됨으로써, 번잡한 신호 처리를 행하지 않고, 물체 검출이 가능하게 된다. 또한, 수학식 1을 만족하도록 구성되어 있음으로써, 투영 에리어 S11의 거의 전역에 있어서 물체 검출이 가능하게 된다. 따라서, 간이한 구성으로 물체 검출을 실현함과 함께, 투영 에리어의 전역에 있어서 물체를 검출 가능하게 된다.
본 개시는, 상기 실시 형태의 설명에 한정되지 않고 다양한 변형 실시가 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 라이트밸브(12)와 촬상 소자(13)로서, 대략 동일한 애스펙트비를 갖는 것을 예로 들었지만, 이 라이트밸브(12)와 촬상 소자(13)는, 반드시 애스펙트비가 같지는 않아도 된다. 즉, 라이트밸브(12)와 촬상 소자(13)의 각 대각 사이즈가, 상술한 소정의 수학식을 만족하도록 구성되어 있으면 되고, 유효 에리어의 면 형상이 상이한 것이어도 상관없다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 본 명세서에 개시된 라이트밸브로서, 반사형 액정 소자를 사용했지만, 이에 한정하지 않고, 다른 라이트밸브가 사용되어도 상관없다. 예를 들어, 라이트밸브로서, 디지털 미러 디바이스(DMD)가 사용되어도 된다. 이 경우, 라이트밸브가 광의 편광 특성을 이용하지 않는 미러 타입이 되기 때문에, 통상은 편광 광학계를 사용하지 않지만, 상기 실시 형태와 같이 광로 중에 편광 빔 스플리터 등의 편광 분리 소자가 배치된 광학계에 배치해도 지장없고, DMD를 사용한 영상 표시를 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 본 명세서에 개시된 투사형 표시 장치의 일례로서, 소위 초단초점형의 것을 예시했지만, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 투영 광학계와 검출 광학계가 투사 렌즈를 공유하고, 촬상 소자가 라이트밸브와 광학적으로 공액의 위치에 배치된 구성을 갖는 것이면 된다. 이와 같은 구성을 갖는 것이라면, 검출광의 물체 표면에서의 반사광에 있어서, 반사점과 가상 발광점 사이에 차분이 발생하는 점에서, 이 차분을 고려한 상기 광학 설계는 유효하다. 단, 이 효과는, 초단초점형의 것에 대하여 특히 효과적이다. 또한, 상기 실시 형태 등에 있어서 설명한 효과는 일례이며, 다른 효과여도 되고, 또 다른 효과를 포함하고 있어도 된다.
예를 들어, 본 개시는 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
조명부와, 투사 렌즈와, 상기 조명부로부터 공급된 조명광을 영상 신호에 기초하여 변조하여 상기 투사 렌즈를 향하여 출사하는 라이트밸브를 갖는 투영 광학계와,
상기 라이트밸브와 상기 투사 렌즈 사이에 배치되고, 입사광을 제1 및 제2 편광 성분으로 분리함과 함께, 각각을 서로 다른 방향으로 출사하는 편광 분리 소자와,
상기 라이트밸브와 광학적으로 공액의 위치에 배치된 촬상 소자를 갖는 검출 광학계
를 구비하고,
상기 촬상 소자에는, 상기 투영면의 근방의 면을 따라서 조사된 비가시광에 기초하는 광이, 상기 투사 렌즈와 상기 편광 분리 소자를 통하여 입사되고, 또한
이하의 수학식을 만족하도록 구성되어 있는
투사형 표시 장치.
<수학식 1>
Figure pct00008
단,
d1: 라이트밸브의 대각 사이즈
d2: 촬상 소자의 대각 사이즈
β: 검출 광학계의 광학 배율(축소 광학계의 경우에는 β>1, 확대 광학계의 경우에는 β<1, 등배 광학계의 경우에는 β=1)로 한다.
(2)
상기 투사 렌즈의 대략 초점 거리의 위치에 있어서,
상기 라이트밸브의 유효 에리어에 대응하는 면 형상은, 제1 직사각 형상이며,
상기 투사 렌즈의 이미지 써클은, 상기 제1 직사각 형상에 비접촉이고, 또한 상기 제1 직사각 형상을 포함하는
상기 (1)에 기재된 투사형 표시 장치.
(3)
상기 투사 렌즈의 대략 초점 거리의 위치 또는 이것과 광학적으로 공액의 관계가 되는 위치에 있어서,
상기 촬상 소자의 유효 에리어에 대응하는 면 형상은, 상기 제1 직사각 형상과 중심 위치가 대략 동일하고, 또한 상기 제1 직사각 형상보다도 큰 제2 직사각 형상이며,
상기 투사 렌즈의 이미지 써클은, 상기 제2 직사각 형상을 포함하는
상기 (2)에 기재된 투사형 표시 장치.
(4)
상기 촬상 소자는, 상기 비가시광 중 물체에 의해 반사된 광의 일부를 수광하고,
상기 이미지 써클의 직경이 이하의 수학식을 만족하도록 구성되어 있는
상기 (3)에 기재된 투사형 표시 장치.
<수학식 2>
Figure pct00009
단,
R1: 투사 렌즈의 이미지 써클의 반경
R0: 라이트밸브의 유효 에리어의 한 쌍의 정점에 접하는 원의 반경
h: 비가시광이 조사되는 면의 투영면으로부터의 높이
α: 투영 배율
θmin: 검출 광학계에 입사하는 반사광의 일부와 투영면이 이루는 각의 최솟값
으로 한다.
(5)
또한 이하의 수학식을 만족하도록 구성되어 있는
상기 (4)에 기재된 투사형 표시 장치.
<수학식 3>
Figure pct00010
(6)
상기 검출 광학계는, 상기 편광 분리 소자와 상기 촬상 소자 사이에 축소 광학계를 갖고,
상기 축소 광학계는, 1 또는 2 이상의 릴레이 렌즈군을 포함하는
상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 투사형 표시 장치.
(7)
상기 검출 광학계는, 상기 편광 분리 소자와 상기 촬상 소자 사이에, 가시광 성분을 저감시키는 가시광 커트 필터를 포함하는
상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 투사형 표시 장치.
(8)
상기 검출 광학계는, 상기 편광 분리 소자와 상기 촬상 소자 사이에, 상기 제1 및 제2 편광 성분 중 한쪽을 선택적으로 제거하는 편광자를 포함하는
상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 투사형 표시 장치.
(9)
상기 촬상 소자로부터 얻어진 촬상 신호에 기초하여, 상기 투영면 상에 있어서의 물체의 위치를 검출하는 신호 처리부를 더 구비한
상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 투사형 표시 장치.
(10)
상기 투사 렌즈는 단 초점 렌즈인
상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 투사형 표시 장치.
(11)
상기 비가시광을 출사하는 광원부가 외부 케이스에 설치되어 있는
상기 (10)에 기재된 투사형 표시 장치.
(12)
상기 비가시광은 근적외광인
상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 투사형 표시 장치.
(13)
상기 편광 분리 소자는 편광 빔 스플리터인
상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 투사형 표시 장치.
(14)
상기 라이트밸브는, 반사형 액정 표시 소자인
상기 (13)에 기재된 투사형 표시 장치.
(15)
상기 편광 분리 소자는 각각이 광 입사면 또는 광 출사면이 되는 제1 내지 제4 면을 가짐과 함께, 상기 제1 면으로부터 입사한 광 중의 상기 제1 편광 성분을 상기 제2 면으로부터 출사하고, 상기 제1 면으로부터 입사한 광 중의 상기 제2 편광 성분을 상기 제3 면으로부터 출사하고, 상기 제2 면으로부터 입사한 광 중의 상기 제2 편광 성분을 상기 제4 면으로부터 출사하고, 또한, 상기 제4 면으로부터 입사한 광 중의 상기 제1 편광 성분을 상기 제3 면으로부터 출사하도록 구성되어 있는
상기 (14)에 기재된 투사형 표시 장치.
(16)
상기 투영 광학계는,
상기 조명부가, 상기 조명광을 상기 편광 분리 소자의 상기 제1 면을 향하여 출사하고,
상기 라이트밸브가, 상기 조명광 중, 상기 편광 분리 소자의 상기 제2 면으로부터 출사한 상기 제1 편광 성분을 변조하고, 그 변조광을, 상기 편광 분리 소자의 상기 제2 면을 향하여 출사하고,
상기 투사 렌즈가, 상기 변조광 중, 상기 편광 분리 소자의 상기 제4 면으로부터 출사한 광을, 상기 투영면을 향하여 투사하도록 구성되어 있는
상기 (15)에 기재된 투사형 표시 장치.
(17)
상기 검출 광학계는,
상기 축소 광학계에, 상기 투사 렌즈와 상기 편광 분리 소자의 상기 제4 면 및 상기 제3 면을 통하여 물체 검출용의 광이 입사되고,
상기 촬상 소자에, 상기 축소 광학계로부터 출사된 광이 입사되도록 구성되어 있는
상기 (16)에 기재된 투사형 표시 장치.
본 출원은, 일본 특허청에 있어서 2014년 7월 29일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2014-153659호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 여러가지 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션, 및 변경을 상도할 수 있지만, 그들은 첨부된 청구범위나 그의 균등물의 범위에 포함되는 것임이 이해될 것이다.

Claims (17)

  1. 조명부와, 투사 렌즈와, 상기 조명부로부터 공급된 조명광을 영상 신호에 기초하여 변조하여 상기 투사 렌즈를 향하여 출사하는 라이트밸브를 갖는 투영 광학계와,
    상기 라이트밸브와 상기 투사 렌즈 사이에 배치되고, 입사광을 제1 및 제2 편광 성분으로 분리함과 함께, 각각을 서로 다른 방향으로 출사하는 편광 분리 소자와,
    상기 라이트밸브와 광학적으로 공액의 위치에 배치된 촬상 소자를 갖는 검출 광학계
    를 구비하고,
    상기 촬상 소자에는, 상기 투영면의 근방의 면을 따라서 조사된 비가시광에 기초하는 광이, 상기 투사 렌즈와 상기 편광 분리 소자를 통하여 입사되고, 또한
    이하의 수학식을 만족하도록 구성되어 있는
    투사형 표시 장치.
    <수학식 1>
    Figure pct00011

    단,
    d1: 라이트밸브의 대각 사이즈
    d2: 촬상 소자의 대각 사이즈
    β: 검출 광학계의 광학 배율(축소 광학계의 경우에는 β>1, 확대 광학계의 경우에는 β<1, 등배 광학계의 경우에는 β=1)
    로 한다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투사 렌즈의 대략 초점 거리의 위치에 있어서,
    상기 라이트밸브의 유효 에리어에 대응하는 면 형상은, 제1 직사각 형상이며,
    상기 투사 렌즈의 이미지 써클은, 상기 제1 직사각 형상에 비접촉이고, 또한 상기 제1 직사각 형상을 포함하는
    투사형 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투사 렌즈의 대략 초점 거리의 위치 또는 이것과 광학적으로 공액의 관계가 되는 위치에 있어서,
    상기 촬상 소자의 유효 에리어에 대응하는 면 형상은, 상기 제1 직사각 형상과 중심 위치가 대략 동일하고, 또한 상기 제1 직사각 형상보다도 큰 제2 직사각 형상이며,
    상기 투사 렌즈의 이미지 써클은, 상기 제2 직사각 형상을 포함하는
    투사형 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 촬상 소자는, 상기 비가시광 중 물체에 의해 반사된 광의 일부를 수광하고,
    상기 이미지 써클의 직경이 이하의 수학식을 만족하도록 구성되어 있는
    투사형 표시 장치.
    <수학식 2>
    Figure pct00012

    단,
    R1: 투사 렌즈의 이미지 써클의 반경
    R0: 라이트밸브의 유효 에리어의 한 쌍의 정점에 접하는 원의 반경
    h: 비가시광이 조사되는 면의 투영면으로부터의 높이
    α: 투영 배율
    θmin: 검출 광학계에 입사하는 반사광의 일부와 투영면이 이루는 각의 최솟값
    으로 한다.
  5. 제4항에 있어서, 또한 이하의 수학식을 만족하도록 구성되어 있는
    투사형 표시 장치.
    <수학식 3>
    Figure pct00013
  6. 제1항에 있어서, 상기 검출 광학계는, 상기 편광 분리 소자와 상기 촬상 소자 사이에 축소 광학계를 갖고,
    상기 축소 광학계는, 1 또는 2 이상의 릴레이 렌즈군을 포함하는
    투사형 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 검출 광학계는, 상기 편광 분리 소자와 상기 촬상 소자 사이에, 가시광 성분을 저감시키는 가시광 커트 필터를 포함하는
    투사형 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 검출 광학계는, 상기 편광 분리 소자와 상기 촬상 소자 사이에, 상기 제1 및 제2 편광 성분 중 한쪽을 선택적으로 제거하는 편광자를 포함하는
    투사형 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 촬상 소자로부터 얻어진 촬상 신호에 기초하여, 상기 투영면 상에 있어서의 물체의 위치를 검출하는 신호 처리부를 더 구비한
    투사형 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 단 초점 렌즈인
    투사형 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 비가시광을 출사하는 광원부가 외부 케이스에 설치되어 있는
    투사형 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 비가시광은 근적외광인
    투사형 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 편광 분리 소자는 편광 빔 스플리터인
    투사형 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 라이트밸브는, 반사형 액정 표시 소자인
    투사형 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 편광 분리 소자는 각각이 광 입사면 또는 광 출사면이 되는 제1 내지 제4 면을 가짐과 함께, 상기 제1 면으로부터 입사한 광 중의 상기 제1 편광 성분을 상기 제2 면으로부터 출사하고, 상기 제1 면으로부터 입사한 광 중의 상기 제2 편광 성분을 상기 제3 면으로부터 출사하고, 상기 제2 면으로부터 입사한 광 중의 상기 제2 편광 성분을 상기 제4 면으로부터 출사하고, 또한, 상기 제4 면으로부터 입사한 광 중의 상기 제1 편광 성분을 상기 제3 면으로부터 출사하도록 구성되어 있는
    투사형 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 투영 광학계는,
    상기 조명부가, 상기 조명광을 상기 편광 분리 소자의 상기 제1 면을 향하여 출사하고,
    상기 라이트밸브가, 상기 조명광 중, 상기 편광 분리 소자의 상기 제2 면으로부터 출사한 상기 제1 편광 성분을 변조하고, 그 변조광을, 상기 편광 분리 소자의 상기 제2 면을 향하여 출사하고,
    상기 투사 렌즈가, 상기 변조광 중, 상기 편광 분리 소자의 상기 제4 면으로부터 출사한 광을, 상기 투영면을 향하여 투사하도록 구성되어 있는
    투사형 표시 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 검출 광학계는,
    상기 축소 광학계에, 상기 투사 렌즈와 상기 편광 분리 소자의 상기 제4 면 및 상기 제3 면을 통하여 물체 검출용의 광이 입사되고,
    상기 촬상 소자에, 상기 축소 광학계로부터 출사된 광이 입사되도록 구성되어 있는
    투사형 표시 장치.
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