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特開2023-83090撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム、及びそれを備えた撮像素子内蔵型投写型映像表示装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023083090
(43)【公開日】2023-06-15
(54)【発明の名称】撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム、及びそれを備えた撮像素子内蔵型投写型映像表示装置
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20230608BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20230608BHJP
G02B 5/04 20060101ALI20230608BHJP
H04N 9/31 20060101ALI20230608BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 Z
G03B21/00 F
G02B5/04 G
G02B5/04 Z
H04N9/31
G02B5/04 A
G02B5/04 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021197236
(22)【出願日】2021-12-03
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106518
【弁理士】
【氏名又は名称】松谷 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100113170
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 和久
(72)【発明者】
【氏名】大西 義典
(72)【発明者】
【氏名】山本 紀和
【テーマコード（参考）】
2H042
2K203
5C060
【Ｆターム（参考）】
2H042CA08
2H042CA14
2H042CA17
2K203FA03
2K203FA25
2K203FA44
2K203FA54
2K203FA62
2K203GB23
2K203GB27
2K203HA08
2K203HA82
2K203HA83
2K203KA36
2K203KA56
2K203MA12
5C060HC09
5C060JB06
(57)【要約】
【課題】撮像素子内蔵型投写型映像表示装置におけるＤＭＤ－ＯＦＦ光による撮像素子又は撮像光学系の発熱又は熱変形を抑制することができる撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【解決手段】本発明に係る撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムは、可視光域の照明光を色分離して得られた、それぞれが所定の波長帯域を有する複数の光を、複数の光変調素子に別々に導き、複数の光変調素子のそれぞれで反射した光を光軸に導いて光軸の前方側の投写光学系の方向に伝搬される投射光を生成し、投射光を色合成した投影光を光軸に沿って投写光学系へ出力する色分離合成プリズムと、色分離合成プリズムと一体的に形成された撮像光分離プリズムと、を備え、撮像光分離プリズムは、投写光学系から入射し、光軸の前方側に対向する光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光を受光し、撮像光の少なくとも一部を撮像素子へ導くように構成されている。
【選択図】図３
【解決手段】本発明に係る撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムは、可視光域の照明光を色分離して得られた、それぞれが所定の波長帯域を有する複数の光を、複数の光変調素子に別々に導き、複数の光変調素子のそれぞれで反射した光を光軸に導いて光軸の前方側の投写光学系の方向に伝搬される投射光を生成し、投射光を色合成した投影光を光軸に沿って投写光学系へ出力する色分離合成プリズムと、色分離合成プリズムと一体的に形成された撮像光分離プリズムと、を備え、撮像光分離プリズムは、投写光学系から入射し、光軸の前方側に対向する光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光を受光し、撮像光の少なくとも一部を撮像素子へ導くように構成されている。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
可視光域の照明光を色分離して得られた、それぞれが所定の波長帯域を有する複数の光を、複数の光変調素子に別々に導き、前記複数の光変調素子のそれぞれで反射した光を光軸に導いて前記光軸の前方側の投写光学系の方向に伝搬される投射光を生成し、前記投射光を色合成した投影光を前記光軸に沿って前記投写光学系へ出力する色分離合成プリズムと、
前記色分離合成プリズムと一体的に形成された撮像光分離プリズムと、
を備え、
前記撮像光分離プリズムは、前記投写光学系から入射し、前記光軸の前方側に対向する前記光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光を受光し、前記撮像光の少なくとも一部を撮像素子へ導く、
撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記色分離合成プリズムと一体的に形成された撮像光分離プリズムと、
を備え、
前記撮像光分離プリズムは、前記投写光学系から入射し、前記光軸の前方側に対向する前記光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光を受光し、前記撮像光の少なくとも一部を撮像素子へ導く、
撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項2】
前記複数の光は、第１の光と、第２の光と、第３の光とを含み、
前記複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、
前記色分離合成プリズムは、前記光軸の前方側から前記光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、
前記第１のプリズムは、前記第１の光を反射して前記第２の光及び前記第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、前記第１の光を前記第１の光変調素子に導き、
前記第２のプリズムは、前記第２の光を反射して前記第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、前記第２の光を前記第２の光変調素子に導き、
前記第３のプリズムは、前記第３の光を前記第３の光変調素子に導くように構成され、
前記撮像光分離プリズムは、前記色分離合成プリズムの前記光軸の前方側に位置し、第１の面を介して前記第１のプリズムに接し、前記照明光が前記第１の面を介して前記第１のプリズムに入射し、前記第１の光変調素子と、前記第２の光変調素子と、前記第３の光変調素子とで反射されて前記光軸の前方側の方向に伝搬される投射光が前記第１の面を通して前記投写光学系へ出射し、前記光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光が前記第１の面に入射するように配置され、
前記第１の面は、表面に光学膜が形成され、
前記光学膜は、高透過率波長領域と高反射率波長領域とを含む反射特性を有し、
前記高透過率波長領域は、前記第１の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第１光透過セクションと、前記第２の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第２光透過セクションと、前記第３の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第３光透過セクションと、を含み、
前記高反射率波長領域は、可視光域において、前記照明光の前記所定の波長帯域以外の波長領域の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、
前記色分離合成プリズムは、前記光軸の前方側から前記光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、
前記第１のプリズムは、前記第１の光を反射して前記第２の光及び前記第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、前記第１の光を前記第１の光変調素子に導き、
前記第２のプリズムは、前記第２の光を反射して前記第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、前記第２の光を前記第２の光変調素子に導き、
前記第３のプリズムは、前記第３の光を前記第３の光変調素子に導くように構成され、
前記撮像光分離プリズムは、前記色分離合成プリズムの前記光軸の前方側に位置し、第１の面を介して前記第１のプリズムに接し、前記照明光が前記第１の面を介して前記第１のプリズムに入射し、前記第１の光変調素子と、前記第２の光変調素子と、前記第３の光変調素子とで反射されて前記光軸の前方側の方向に伝搬される投射光が前記第１の面を通して前記投写光学系へ出射し、前記光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光が前記第１の面に入射するように配置され、
前記第１の面は、表面に光学膜が形成され、
前記光学膜は、高透過率波長領域と高反射率波長領域とを含む反射特性を有し、
前記高透過率波長領域は、前記第１の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第１光透過セクションと、前記第２の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第２光透過セクションと、前記第３の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第３光透過セクションと、を含み、
前記高反射率波長領域は、可視光域において、前記照明光の前記所定の波長帯域以外の波長領域の少なくとも一部を含む、
請求項１に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項3】
前記撮像光分離プリズムは、
前記第１の面と交差して前記撮像光分離プリズムの第１のプリズム角を形成する第２の面を有し、
前記撮像光分離プリズムは、前記光軸に垂直の基準面が前記第１のプリズム角内を通過するように配置され、
前記基準面に対して、前記第１の面が第１傾斜角を成し、前記第２の面が第２傾斜角を成して配置され、
前記第１傾斜角と前記第２傾斜角とは、ともに鋭角であり、合わせて前記第１のプリズム角を構成し、
前記撮像光の少なくとも一部が、前記撮像光分離プリズム内で前記第１の面と前記第２の面とで順に反射されて前記撮像素子へ導かれるように構成されている、
請求項２に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記第１の面と交差して前記撮像光分離プリズムの第１のプリズム角を形成する第２の面を有し、
前記撮像光分離プリズムは、前記光軸に垂直の基準面が前記第１のプリズム角内を通過するように配置され、
前記基準面に対して、前記第１の面が第１傾斜角を成し、前記第２の面が第２傾斜角を成して配置され、
前記第１傾斜角と前記第２傾斜角とは、ともに鋭角であり、合わせて前記第１のプリズム角を構成し、
前記撮像光の少なくとも一部が、前記撮像光分離プリズム内で前記第１の面と前記第２の面とで順に反射されて前記撮像素子へ導かれるように構成されている、
請求項２に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項4】
前記撮像光分離プリズムは、
前記照明光が、前記第１の面に対して第１入射角を成して入射し、
前記撮像光が、前記第１の面に対して第２入射角を成して入射するように配置される、
請求項３に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記照明光が、前記第１の面に対して第１入射角を成して入射し、
前記撮像光が、前記第１の面に対して第２入射角を成して入射するように配置される、
請求項３に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項5】
前記光学膜は、可視光域において、更にシフト反射波長領域を含む反射特性を有し、
前記シフト反射波長領域は、反射率が前記高透過率波長領域よりも高く、前記第１光透過セクションに隣接する第１光部分反射セクションと、前記第２光透過セクションに隣接する第２光部分反射セクションと、前記第３光透過セクションに隣接する第３光部分反射セクションと、を含む、
請求項４に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記シフト反射波長領域は、反射率が前記高透過率波長領域よりも高く、前記第１光透過セクションに隣接する第１光部分反射セクションと、前記第２光透過セクションに隣接する第２光部分反射セクションと、前記第３光透過セクションに隣接する第３光部分反射セクションと、を含む、
請求項４に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項6】
前記第１の面に対して前記第１入射角を成して入射する前記照明光に対して、前記光学膜は、前記高透過率波長領域の前記第１光透過セクションと、前記第２光透過セクションと、前記第３光透過セクションとのそれぞれが、前記第１の光と、前記第２の光と、前記第３の光との波長帯域のそれぞれと少なくとも部分的に重なり、
前記第１の面に対して前記第２入射角を成して入射する前記撮像光に対して、前記光学膜は、前記シフト反射波長領域の前記第１光部分反射セクションと、前記第２光部分反射セクションと、前記第３光部分反射セクションとのそれぞれが、前記第１の光と、前記第２の光と、前記第３の光との波長帯域のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように構成されている、
請求項５に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記第１の面に対して前記第２入射角を成して入射する前記撮像光に対して、前記光学膜は、前記シフト反射波長領域の前記第１光部分反射セクションと、前記第２光部分反射セクションと、前記第３光部分反射セクションとのそれぞれが、前記第１の光と、前記第２の光と、前記第３の光との波長帯域のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように構成されている、
請求項５に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項7】
前記光学膜は、前記シフト反射波長領域において、２％以上１０％以下の反射率を有する、
請求項６に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
請求項６に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項8】
前記撮像光分離プリズムは、
前記第１傾斜角が５度以上、１５度以下であり、前記第２傾斜角が２５度以上、４５度以下であるように構成される、
請求項４から７のいずれか１項に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記第１傾斜角が５度以上、１５度以下であり、前記第２傾斜角が２５度以上、４５度以下であるように構成される、
請求項４から７のいずれか１項に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項9】
前記撮像光分離プリズムは、前記第１入射角と前記第２入射角の差が５度から１５度の範囲内にあるように配置される、
請求項４から８のいずれか１項に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
請求項４から８のいずれか１項に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項10】
前記光学膜は、前記高透過率波長領域において９６％以上の透過率を有し、前記高反射率波長領域において９６％以上の反射率を有する、
請求項２から９のいずれか１項に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
請求項２から９のいずれか１項に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項11】
前記複数の光は、第１の光と、第２の光と、第３の光とを含み、
前記複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、
前記色分離合成プリズムは、前記光軸の前方側から前記光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、前記撮像光分離プリズムは、前記３つのプリズムのいずれか２つの間に配置され、
前記第１のプリズムは、前記第１の光を反射して前記第２の光及び前記第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、前記第１の光を前記第１の光変調素子に導き、
前記第２のプリズムは、前記第２の光を反射して前記第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、前記第２の光を前記第２の光変調素子に導き、
前記第３のプリズムは、前記第３の光を前記第３の光変調素子に導くように構成され、
前記撮像光分離プリズムよりも前記光軸の前方側のプリズムの少なくとも１つは、前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面が更にシフト透過波長領域を有し、それぞれの前記シフト透過波長領域は、それぞれのプリズム面で反射される光の波長帯域に隣接する対応の所定の波長帯域であって、
前記照明光における第１の光又は第２の光の入射角と異なる入射角を成して前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面に入射する撮像光に対して、前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面は、それぞれの前記シフト透過波長領域において前記撮像光における第１の光又は第２の光を部分的に透過させ、
前記撮像光分離プリズムは、第１の面を有し、前記光軸の前方側のプリズムを透過した照明光が、前記第１の面を介して前記光軸の後方側のプリズムに入射し、前記光軸の後方側のプリズムからの投射光が前記第１の面を通して前記投写光学系へ出射し、前記撮像光の少なくとも一部が前記光軸の前方側のプリズムを透過して前記第１の面に入射し、前記撮像光分離プリズムによって前記撮像素子に導かれるように配置され、
前記第１の面は、表面に光学膜が形成され、
前記光学膜は、可視光域において、高透過率波長領域と、高反射率波長領域と、前記高透過率波長領域よりも高い反射率を有するシフト反射波長領域を有し、
第１入射角を成して前記第１の面に入射する照明光に対して、前記光学膜は、前記高透過率波長領域が、前記光軸の後方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域と少なくとも部分的に重なり、
第２入射角を成して前記第１の面に入射する撮像光に対して、前記光学膜は、前記シフト反射波長領域が、前記光軸の後方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域と少なくとも部分的に重なり、
前記光学膜は、前記高反射率波長領域が、前記光軸の前方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域を含むように構成された、
請求項１に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、
前記色分離合成プリズムは、前記光軸の前方側から前記光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、前記撮像光分離プリズムは、前記３つのプリズムのいずれか２つの間に配置され、
前記第１のプリズムは、前記第１の光を反射して前記第２の光及び前記第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、前記第１の光を前記第１の光変調素子に導き、
前記第２のプリズムは、前記第２の光を反射して前記第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、前記第２の光を前記第２の光変調素子に導き、
前記第３のプリズムは、前記第３の光を前記第３の光変調素子に導くように構成され、
前記撮像光分離プリズムよりも前記光軸の前方側のプリズムの少なくとも１つは、前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面が更にシフト透過波長領域を有し、それぞれの前記シフト透過波長領域は、それぞれのプリズム面で反射される光の波長帯域に隣接する対応の所定の波長帯域であって、
前記照明光における第１の光又は第２の光の入射角と異なる入射角を成して前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面に入射する撮像光に対して、前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面は、それぞれの前記シフト透過波長領域において前記撮像光における第１の光又は第２の光を部分的に透過させ、
前記撮像光分離プリズムは、第１の面を有し、前記光軸の前方側のプリズムを透過した照明光が、前記第１の面を介して前記光軸の後方側のプリズムに入射し、前記光軸の後方側のプリズムからの投射光が前記第１の面を通して前記投写光学系へ出射し、前記撮像光の少なくとも一部が前記光軸の前方側のプリズムを透過して前記第１の面に入射し、前記撮像光分離プリズムによって前記撮像素子に導かれるように配置され、
前記第１の面は、表面に光学膜が形成され、
前記光学膜は、可視光域において、高透過率波長領域と、高反射率波長領域と、前記高透過率波長領域よりも高い反射率を有するシフト反射波長領域を有し、
第１入射角を成して前記第１の面に入射する照明光に対して、前記光学膜は、前記高透過率波長領域が、前記光軸の後方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域と少なくとも部分的に重なり、
第２入射角を成して前記第１の面に入射する撮像光に対して、前記光学膜は、前記シフト反射波長領域が、前記光軸の後方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域と少なくとも部分的に重なり、
前記光学膜は、前記高反射率波長領域が、前記光軸の前方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域を含むように構成された、
請求項１に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項12】
前記複数の光は、第１の光と、第２の光と、第３の光とを含み、
前記複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、
前記色分離合成プリズムは、前記光軸の前方側から前記光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、
前記第１のプリズムは、前記第１の光を反射して前記第２の光及び前記第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、前記第１の光を前記第１の光変調素子に導き、
前記第２のプリズムは、前記第２の光を反射して前記第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、前記第２の光を前記第２の光変調素子に導き、
前記第３のプリズムは、前記第３の光を反射して前記第３の光変調素子に導く第３のプリズム面を有し、
前記第１のプリズム面と前記第２のプリズム面と前記第３のプリズム面の少なくとも１つが更にシフト透過波長領域を有し、各々の前記シフト透過波長領域は、各々のプリズム面で反射される光の波長帯域に隣接する対応の所定の波長帯域であって、
前記照明光における第１の光又は第２の光又は第３の光の入射角と異なる入射角を成して前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面又は前記第３のプリズム面に入射する撮像光に対して、前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面又は前記第３のプリズム面は、各々の前記シフト透過波長領域において、前記撮像光における第１の光又は第２の光又は第３の光を部分的に透過させ、
前記撮像光分離プリズムは、前記第３のプリズムの前記光軸の後方側の面に接して配置されている、
請求項１に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
前記複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、
前記色分離合成プリズムは、前記光軸の前方側から前記光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、
前記第１のプリズムは、前記第１の光を反射して前記第２の光及び前記第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、前記第１の光を前記第１の光変調素子に導き、
前記第２のプリズムは、前記第２の光を反射して前記第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、前記第２の光を前記第２の光変調素子に導き、
前記第３のプリズムは、前記第３の光を反射して前記第３の光変調素子に導く第３のプリズム面を有し、
前記第１のプリズム面と前記第２のプリズム面と前記第３のプリズム面の少なくとも１つが更にシフト透過波長領域を有し、各々の前記シフト透過波長領域は、各々のプリズム面で反射される光の波長帯域に隣接する対応の所定の波長帯域であって、
前記照明光における第１の光又は第２の光又は第３の光の入射角と異なる入射角を成して前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面又は前記第３のプリズム面に入射する撮像光に対して、前記第１のプリズム面又は前記第２のプリズム面又は前記第３のプリズム面は、各々の前記シフト透過波長領域において、前記撮像光における第１の光又は第２の光又は第３の光を部分的に透過させ、
前記撮像光分離プリズムは、前記第３のプリズムの前記光軸の後方側の面に接して配置されている、
請求項１に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム。
【請求項13】
可視光域の照明光を供給する照明光学系と、
請求項１から１２のいずれか１つに記載の前記撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムと、
前記色分離合成プリズムにより色分離して得られた複数の光のそれぞれを空間的に変調し、映像情報に応じた投射光を生成する複数の光変調素子と、
前記照明光学系により供給された照明光を反射させて前記撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムへ導くとともに、前記撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムによって前記投射光を色合成して生成された投影光を透過させて投写光学系へ導くＴＩＲプリズムと、
前記ＴＩＲプリズムを透過した投影光を拡大投写して映像を表示する投写光学系と、
前記投写光学系から入射し、前記光軸に沿って、前記投影光の出力方向に対向する方向に伝搬される撮像光を受光した前記撮像光分離プリズムにより出力された光を受光し、結像する撮像素子と、
を備える、
撮像素子内蔵型投写型映像表示装置。
請求項１から１２のいずれか１つに記載の前記撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムと、
前記色分離合成プリズムにより色分離して得られた複数の光のそれぞれを空間的に変調し、映像情報に応じた投射光を生成する複数の光変調素子と、
前記照明光学系により供給された照明光を反射させて前記撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムへ導くとともに、前記撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムによって前記投射光を色合成して生成された投影光を透過させて投写光学系へ導くＴＩＲプリズムと、
前記ＴＩＲプリズムを透過した投影光を拡大投写して映像を表示する投写光学系と、
前記投写光学系から入射し、前記光軸に沿って、前記投影光の出力方向に対向する方向に伝搬される撮像光を受光した前記撮像光分離プリズムにより出力された光を受光し、結像する撮像素子と、
を備える、
撮像素子内蔵型投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム、及びそれを備えた撮像素子内蔵型投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
スクリーン又は建物などの投写対象物に対して映像を投写する投写型映像表示装置が知られている。投写型映像表示装置として、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の３原色を色分離・合成して表示する３板式の投写型映像表示装置の開発が数多くされている。
【0003】
３板式の投写型映像表示装置は、Ｒ／Ｇ／Ｂの３原色の照明光、又は白色からなる照明光を色分離して得られた３原色の光を、色分離合成プリズム内の異なるブロック状のプリズムを透過もしくは透過及び反射をさせながらＲ／Ｇ／Ｂ各色域の光用の光変調素子に別々に導く。その後、光変調素子にて反射させる方向を選択し、投影用光束と不要な光束を分離させ、投影用光束は再びプリズム内を経由し、ダイクロイックフィルタでＲ/Ｇ/Ｂ各色域の投影用光束を合成される。合成された投影光は投写光学系を通して投写され、投写対象物に映像を表示する。
【0004】
従来の投写型映像表示装置において、投写対象物に投写された映像を撮像する機能を更に備える、撮像素子内蔵型投写型映像表示装置が検討されている。そこで、例えば、特許文献１の発明が提案されている。
【0005】
図１８は、特許文献１に開示されたプロジェクタ１０１を示す概略図である。特許文献１のプロジェクタ１０１は、光源１からの照明光を光変調素子６に導くと共に、光変調素子６で反射された光を投写光学系７へ出力するＴＩＲプリズム５が設けられている。スクリーン８から反射された光は、ＴＩＲプリズム５内部の反射面で反射されて撮像素子１１に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１３－２１８２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１の撮像素子内蔵型投写型映像表示装置において、ＤＭＤ－ＯＦＦ光(光変調素子６で反射され、投影しない光）が偏向によって導かれる方向付近に撮像素子及び撮像光学系が配置されている。この場合、高輝度な投写型映像表示装置において、高エネルギーのＤＭＤ－ＯＦＦ光による発熱によって、撮像素子の破損、又は撮像光学系を構成する光部品が熱変形し、撮像光線の光路が所望の光路より曲げられることで結像の画質低下などの課題が懸念される。従って、撮像素子内蔵型投写型映像表示装置におけるＤＭＤ－ＯＦＦ光による撮像光学系の光学部品の発熱又は熱変形を抑制する点で未だ改善の余地がある。
【0008】
そこで、本開示の目的は、前記課題を解決することにあって、撮像素子内蔵型投写型映像表示装置におけるＤＭＤ－ＯＦＦ光による撮像素子又は撮像光学系の発熱又は熱変形を抑制することができる撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記目的を達成するために、本開示に係る撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムは、可視光域の照明光を色分離して得られた、それぞれが所定の波長帯域を有する複数の光を、複数の光変調素子に別々に導き、複数の光変調素子のそれぞれで反射した光を光軸に導いて光軸の前方側の投写光学系の方向に伝搬される投射光を生成し、投射光を色合成した投影光を光軸に沿って投写光学系へ出力する色分離合成プリズムと、色分離合成プリズムと一体的に形成された撮像光分離プリズムと、を備え、撮像光分離プリズムは、投写光学系から入射し、光軸の前方側に対向する光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光を受光し、撮像光の少なくとも一部を撮像素子へ導くように構成されている。
【発明の効果】
【0010】
本開示の一態様に係る撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムによれば、撮像素子内蔵型投写型映像表示装置におけるＤＭＤ－ＯＦＦ光による撮像素子又は撮像光学系の発熱又は熱変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施の形態１に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００の全体構成を示す概略図である。
【図7】光学膜の反射特性の入射角依存性の一例を示す図である。
【図8】シフト反射波長領域を有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ａの反射特性の例を示す図である。
【図10】実施の形態２に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００ａの全体構成を示す概略図である。
【図11】実施の形態３に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｂの構成を示す概略図である。
【図13A】光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｂ１と、光透過セクションＴＲ，ＴＢとシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＲ１，ＴＢ１とをともに有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂとが照明光に対する反射特性の一例を示す図である。
【図13B】光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｂ１と、光透過セクションＴＲ，ＴＢとシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＲ１，ＴＢ１とをともに有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂとが撮像光に対する反射特性の一例を示す図である。
【図14】実施の形態４に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｃの構成を示す概略図である。
【図15A】光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｃ１と、光反射セクションＳＲとシフト透過波長領域ＳＲ１とをともに有する第２のプリズム面３２２ｃ２と、光透過セクションＴＢとシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＢ１とをともに有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃとが照明光に対する反射特性の一例を示す図である。
【図15B】光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｃ１と、光反射セクションＳＲとシフト透過波長領域ＳＲ１とをともに有する第２のプリズム面３２２ｃ２と、光透過セクションＴＢとシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＢ１とをともに有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃとが撮像光に対する反射特性の一例を示す図である。
【図16】実施の形態５に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｄの構成を示す概略図である。
【図17A】光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｄ１と、光反射セクションＳＲとシフト透過波長領域ＳＲ１とをともに有する第２のプリズム面３２２ｄ２と、光反射セクションＳＢとシフト透過波長領域ＳＢ１とをともに有する第３のプリズム面３２３ｄ３とが照明光に対する反射特性の一例を示す図である。
【図17B】光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｄ１と、光反射セクションＳＲとシフト透過波長領域ＳＲ１とをともに有する第２のプリズム面３２２ｄ２と、光反射セクションＳＢとシフト透過波長領域ＳＢ１とをともに有する第３のプリズム面３２３ｄ３とが撮像光に対する反射特性の一例を示す図である。
【図18】特許文献１に開示されたプロジェクタ１０１を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示の第１態様によれば、可視光域の照明光を色分離して得られた、それぞれが所定の波長帯域を有する複数の光を、複数の光変調素子に別々に導き、複数の光変調素子のそれぞれで反射した光を光軸に導いて光軸の前方側の投写光学系の方向に伝搬される投射光を生成し、投射光を色合成した投影光を光軸に沿って投写光学系へ出力する色分離合成プリズムと、色分離合成プリズムと一体的に形成された撮像光分離プリズムと、を備え、撮像光分離プリズムは、投写光学系から入射し、光軸の前方側に対向する光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光を受光し、撮像光の少なくとも一部を撮像素子へ導く、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0013】
この態様によれば、撮像素子内蔵型投写型映像表示装置におけるＤＭＤ－ＯＦＦ光による撮像素子又は撮像光学系の発熱又は熱変形を抑制することができる。
【0014】
本開示の第２態様によれば、複数の光は、第１の光と、第２の光と、第３の光とを含み、複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、色分離合成プリズムは、光軸の前方側から光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、第１のプリズムは、第１の光を反射して第２の光及び第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、第１の光を第１の光変調素子に導き、第２のプリズムは、第２の光を反射して第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、第２の光を第２の光変調素子に導き、第３のプリズムは、第３の光を第３の光変調素子に導くように構成され、撮像光分離プリズムは、色分離合成プリズムの光軸の前方側に位置し、第１の面を介して第１のプリズムに接し、照明光が第１の面を介して第１のプリズムに入射し、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とで反射されて光軸の前方側の方向に伝搬される投射光が第１の面を通して投写光学系へ出射し、光軸の後方側の方向に伝搬される撮像光が第１の面に入射するように配置され、第１の面は、表面に光学膜が形成され、光学膜は、高透過率波長領域と高反射率波長領域とを含む反射特性を有し、高透過率波長領域は、第１の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第１光透過セクションと、第２の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第２光透過セクションと、第３の光の波長帯域と少なくとも部分的に重なる第３光透過セクションと、を含み、高反射率波長領域は、可視光域において、照明光の所定の波長帯域以外の波長領域の少なくとも一部を含む、第１態様に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0015】
本開示の第３態様によれば、撮像光分離プリズムは、第１の面と交差して撮像光分離プリズムの第１のプリズム角を形成する第２の面を有し、撮像光分離プリズムは、光軸に垂直の基準面が第１のプリズム角内を通過するように配置され、基準面に対して、第１の面が第１傾斜角を成し、第２の面が第２傾斜角を成して配置され、第１傾斜角と第２傾斜角とは、ともに鋭角であり、合わせて第１のプリズム角を構成し、撮像光の少なくとも一部が、撮像光分離プリズム内で第１の面と第２の面とで順に反射されて撮像素子へ導かれるように構成されている、第２態様に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0016】
本開示の第４態様によれば、撮像光分離プリズムは、照明光が、第１の面に対して第１入射角を成して入射し、撮像光が、第１の面に対して第２入射角を成して入射するように配置される、第３態様に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0017】
本開示の第５態様によれば、光学膜は、可視光域において、更にシフト反射波長領域を含む反射特性を有し、シフト反射波長領域は、反射率が高透過率波長領域よりも高く、第１光透過セクションに隣接する第１光部分反射セクションと、第２光透過セクションに隣接する第２光部分反射セクションと、第３光透過セクションに隣接する第３光部分反射セクションと、を含む、第４態様に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0018】
本開示の第６態様によれば、第１の面に対して第１入射角を成して入射する照明光に対して、光学膜は、高透過率波長領域の第１光透過セクションと、第２光透過セクションと、第３光透過セクションとのそれぞれが、第１の光と、第２の光と、第３の光との波長帯域のそれぞれと少なくとも部分的に重なり、第１の面に対して第２入射角を成して入射する撮像光に対して、光学膜は、シフト反射波長領域の第１光部分反射セクションと、第２光部分反射セクションと、第３光部分反射セクションとのそれぞれが、第１の光と、第２の光と、第３の光との波長帯域のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように構成されている、第５態様に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0019】
本開示の第７態様によれば、光学膜は、シフト反射波長領域において、２％以上１０％以下の反射率を有する、第６態様に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0020】
本開示の第８態様によれば、撮像光分離プリズムは、第１傾斜角が５度以上、１５度以下であり、第２傾斜角が２５度以上、４５度以下であるように構成される、第４から第７態様のいずれか１つに記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0021】
本開示の第９態様によれば、撮像光分離プリズムは、第１入射角と第２入射角の差が５度から１５度の範囲内にあるように配置される、第４から第８態様のいずれか１つに記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0022】
本開示の第１０態様によれば、光学膜は、高透過率波長領域において９６％以上の透過率を有し、高反射率波長領域において９６％以上の反射率を有する、第２から第９態様のいずれか１つに記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0023】
本開示の第１１態様によれば、複数の光は、第１の光と、第２の光と、第３の光とを含み、複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、色分離合成プリズムは、光軸の前方側から光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、撮像光分離プリズムは、３つのプリズムのいずれか２つの間に配置され、第１のプリズムは、第１の光を反射して第２の光及び第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、第１の光を第１の光変調素子に導き、第２のプリズムは、第２の光を反射して第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、第２の光を第２の光変調素子に導き、第３のプリズムは、第３の光を第３の光変調素子に導くように構成され、撮像光分離プリズムよりも光軸の前方側のプリズムの少なくとも１つは、第１のプリズム面又は第２のプリズム面が更にシフト透過波長領域を有し、それぞれのシフト透過波長領域は、それぞれのプリズム面で反射される光の波長帯域に隣接する対応の所定の波長帯域であって、照明光における第１の光又は第２の光の入射角と異なる入射角を成して第１のプリズム面又は第２のプリズム面に入射する撮像光に対して、第１のプリズム面又は第２のプリズム面は、それぞれのシフト透過波長領域において撮像光における第１の光又は第２の光を部分的に透過させ、撮像光分離プリズムは、第１の面を有し、光軸の前方側のプリズムを透過した照明光が、第１の面を介して光軸の後方側のプリズムに入射し、光軸の後方側のプリズムからの投射光が第１の面を通して投写光学系へ出射し、撮像光の少なくとも一部が光軸の前方側のプリズムを透過して第１の面に入射し、撮像光分離プリズムによって撮像素子に導かれるように配置され、第１の面は、表面に光学膜が形成され、光学膜は、可視光域において、高透過率波長領域と、高反射率波長領域と、高透過率波長領域よりも高い反射率を有するシフト反射波長領域を有し、第１入射角を成して第１の面に入射する照明光に対して、光学膜は、高透過率波長領域が、光軸の後方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域と少なくとも部分的に重なり、第２入射角を成して第１の面に入射する撮像光に対して、光学膜は、シフト反射波長領域が、光軸の後方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域と少なくとも部分的に重なり、光学膜は、高反射率波長領域が、光軸の前方側のプリズムにより光変調素子に導かれる光の波長領域を含むように構成された、第１態様に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0024】
本開示の第１２態様によれば、複数の光は、第１の光と、第２の光と、第３の光とを含み、複数の光変調素子は、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子とを含み、色分離合成プリズムは、光軸の前方側から光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを含み、第１のプリズムは、第１の光を反射して第２の光及び第３の光を透過する第１のプリズム面を有し、第１の光を第１の光変調素子に導き、第２のプリズムは、第２の光を反射して第３の光を透過する第２のプリズム面を有し、第２の光を第２の光変調素子に導き、第３のプリズムは、第３の光を反射して第３の光変調素子に導く第３のプリズム面を有し、第１のプリズム面と第２のプリズム面と第３のプリズム面の少なくとも１つが更にシフト透過波長領域を有し、各々のシフト透過波長領域は、各々のプリズム面で反射される光の波長帯域に隣接する対応の所定の波長帯域であって、照明光における第１の光又は第２の光又は第３の光の入射角と異なる入射角を成して第１のプリズム面又は第２のプリズム面又は第３のプリズム面に入射する撮像光に対して、第１のプリズム面又は第２のプリズム面又は第３のプリズム面は、各々のシフト透過波長領域において、撮像光における第１の光又は第２の光又は第３の光を部分的に透過させ、撮像光分離プリズムは、第３のプリズムの光軸の後方側の面に接して配置されている、第１態様に記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムを提供する。
【0025】
本開示の第１３態様によれば、可視光域の照明光を供給する照明光学系と、第１から第１２態様のいずれか１つに記載の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムと、色分離合成プリズムにより色分離して得られた複数の光のそれぞれを空間的に変調し、映像情報に応じた投射光を生成する複数の光変調素子と、照明光学系により供給された照明光を反射させて撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムへ導くとともに、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズムによって前記投射光を色合成して生成された投影光を透過させて投写光学系へ導くＴＩＲプリズムと、ＴＩＲプリズムを透過した投影光を拡大投写して映像を表示する投写光学系と、投写光学系から入射し、光軸に沿って、投影光の出力方向に対向する方向に伝搬される撮像光を受光した撮像光分離プリズムにより出力された光を受光し、結像する撮像素子と、を備える、撮像素子内蔵型投写型映像表示装置を提供する。
【0026】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【0027】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【0028】
なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。
【0029】
＜実施の形態１＞
以下、本開示の実施の形態に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置について、図１乃至図１８を参照しながら説明する。本開示に係る投写型映像表示装置の具体的な実施例として、光変調素子を３つ備える３板式の投写型映像表示装置を説明する。
以下、本開示の実施の形態に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置について、図１乃至図１８を参照しながら説明する。本開示に係る投写型映像表示装置の具体的な実施例として、光変調素子を３つ備える３板式の投写型映像表示装置を説明する。
【0030】
（撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００の構成）
図１は、実施の形態１に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００の全体構成を示す概略図である。実施の形態１に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００は、例えば、高輝度タイプのプロジェクタであって、プロジェクションマッピングなどに用いられてもよく、また、家庭用の低輝度タイプのプロジェクタであってもよい。
図１は、実施の形態１に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００の全体構成を示す概略図である。実施の形態１に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００は、例えば、高輝度タイプのプロジェクタであって、プロジェクションマッピングなどに用いられてもよく、また、家庭用の低輝度タイプのプロジェクタであってもよい。
【0031】
図１の撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００は、照明光を供給する照明光学系１００と、投影撮像光学系５００と、を備える。照明光学系１００は、３原色Ｒ、Ｇ、Ｂの光を提供する照明光源１０５と、ダイクロイックミラー１１１，１１２と、レンズ１２１，１２２と、ロッドインテグレータ１２５と、リレー光学系を構成するレンズ１２６，１２７，１２８と、ミラー１１３とを備える。
【0032】
本開示の実施の形態において、照明光源１０５は、赤色光源１０５Ｒと、緑色光源１０５Ｇと、青色光源１０５Ｂとを含み、好ましくは、狭帯域光源、例えば、半導体レーザ（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。照明光源１０５の波長帯域（発光スペクトル幅）は、好ましくは、５０ｎｍ以下であってもよく、好ましくは、２０ｎｍ以下であってもよく、更に好ましくは、１０ｎｍ以下であってもよい。図２は、図１の照明光源１０５の発光スペクトルの一例を示す図である。図２に示すように、照明光源１０５から発される照明光は、３原色の色域の光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを含み、それぞれが中心波長６４０ｎｍ，５３０ｎｍ，４６０ｎｍ付近の波長帯域を有する。また、図１に示すように、緑色光源１０５Ｇと、赤色光源１０５Ｒと、青色光源１０５Ｂとは、それぞれが複数のＬＤ又はＬＥＤを含んでもよく、それぞれのＬＤ又はＬＥＤから発された光は、コリメートレンズでそれぞれコリメートされて出射される。
【0033】
照明光源１０５から出射された緑域の光ＬＧと赤域の光ＬＲとは、それぞれダイクロイックミラー１１１、１１２で反射され、ダイクロイックミラー１１１，１１２を透過する青域の光ＬＢとともに＋Ｚ方向に進み、レンズ１２１、１２２によって集束され、ロッドインテグレータ１２５に入射する。ロッドインテグレータ１２５から出射した光は、リレー光学系を構成するレンズ１２６，１２７を通過した後、ミラー１１３で反射され、レンズ１２８を透過したのち、＋Ｘ方向に投影撮像光学系５００に入射する。本実施の形態において、投影撮像光学系５００に入射される照明光Ｌｓに含まれる緑域の光ＬＧと、赤域の光ＬＲと、青域の光ＬＢとをそれぞれ第１の光Ｌｓ１と、第２の光Ｌｓ２と、第３の光Ｌｓ３とする。
【0034】
図３は、図１の投影撮像光学系５００の構成を示す概略図である。投影撮像光学系５００は、内部全反射プリズム（以下、「ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム」と称する）２００と、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００と、光変調素子３７１，３７２，３７３と、投写光学系４００と、撮像素子４５０と、を備える。
【0035】
ＴＩＲプリズム２００は、本実施の形態において、略三角柱状の２つのプリズム２０１，２０２の間に微小の空隙を設けて接合して構成され、全反射を利用して、入射してきた照明光Ｌｓを、進行方向を偏向させて伝搬する。本実施の形態の場合、ミラー１２８からＴＩＲプリズム２００に入射した光は、プリズム面２１１で全反射され、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００に入射する。
【0036】
撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００は、略三角柱状の撮像光分離プリズム３１０と、色分離合成プリズム３２０とを含み、色分離合成プリズム３２０は、更に略三角柱状の第１のプリズム３２１と、略三角柱状の第２のプリズム３２２と、略四角柱状の第３のプリズム３２３とによって構成されている。この３つのプリズムは、投写光学系４００の側から、投影撮像光学系５００の光軸Ｏに沿って順に配置され、第１の光Ｌｓ１と、第２の光Ｌｓ２と、第３の光Ｌｓ３とのそれぞれに対応する。撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００の構成については、後段において詳述する。
【0037】
照明光Ｌｓに含まれるＬｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３は、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００に入射した後、色分離合成プリズム３２０の第１のプリズム３２１の緑域反射ダイクロイックコート層である第１のプリズム面３２１ａ１に到達する。第１プリズム面３２１ａ１にて、緑域の第１の光Ｌｓ１が反射され、更に第１のプリズム３２１内で全反射されて光変調素子３７１に導入されるとともに、赤域の第２の光Ｌｓ２と青域の第３の光Ｌｓ３とが透過して、第２のプリズム３２２に入射する。次に、第１のプリズム３２１を透過した第２の光Ｌｓ２と、第３の光Ｌｓ３とは、第２のプリズム３２２の赤域反射ダイクロイックコート層である第２のプリズム面３２２ａ２に到達する。第２のプリズム面３２２ａ２にて、赤域の第２の光Ｌｓ２が反射され、更に第２のプリズム３２２内で全反射されて光変調素子３７２に導入されるとともに、青域の第３の光Ｌｓ３が透過して、第３のプリズム３２３に入射する。そして、第２のプリズム３２２を透過した第３の光Ｌｓ３は、第３のプリズム３２３の第３のプリズム面３２３ａ３を通過して光変調素子３７３に導入される。このように、色分離合成プリズム３２０は、入射してきた照明光に含まれるＬｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３を３原色の色域の光に色分離して、光軸Ｏの後方側に配置された３つの光変調素子３７１，３７２，３７３に別々に導く。
【0038】
本開示の３板式の投写型映像表示装置において、光変調素子としてＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられ、３原色の色域ずつに対応するように３つ設けられている。緑域の光を対応する第１のＤＭＤ３７１と、赤域の光を対応する第２のＤＭＤ３７２と、青域の光を対応する第３のＤＭＤ３７３とは、それぞれが入射される第１の光Ｌｓ１と、第２の光Ｌｓ２と、第３の光Ｌｓ３とを映像信号に基づいて変調し、変調した緑域、赤域、青域の光成分を、再び色分離合成プリズム３２０の３つのプリズムのそれぞれに反射する。色分離合成プリズム３２０は、それぞれのプリズム内でＤＭＤに反射された投影用の光（ＤＭＤ－ＯＮ光）を光軸Ｏに導いた各色域の投射光を再度色合成し、合成した投影光Ｌｐを光軸Ｏに沿って＋Ｚ方向に出射する。投影しない光（ＤＭＤ－ＯＦＦ光）は光軸Ｏから偏向されて除去される。投影光Ｌｐは、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００から出力され、光軸Ｏの前方側のＴＩＲプリズム２００を通して、投写光学系４００へ伝搬される。
【0039】
投写光学系４００は、投写レンズを備え、出射された投影光Ｌｐを拡大投写して映像を表示する。各色域の光が再度色合成された投影光Ｌｐがスクリーンに投写されることによって、フルカラーの映像を生成して知覚させる。
【0040】
一方、本実施の形態に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００において、スクリーンから反射された撮像光Ｌｉを利用して、スクリーンに投写された映像を、投影撮像光学系５００に内蔵された撮像素子４５０によって撮像することができる。
【0041】
図１に示すように、撮像光Ｌｉは、投写光学系４００から入射し、光軸Ｏに沿って－Ｚ方向に伝搬され、ＴＩＲプリズム２００を透過して撮像光分離プリズム３１０に入射する。撮像光分離プリズム３１０は、投写光学系４００から入射してきた撮像光Ｌｉを撮像素子４５０へ導く。撮像素子４５０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することができる。また、本実施の形態において、撮像素子４５０は、光変調素子３７１，３７２，３７３と同じサイズを有し、スクリーンに投写された画像の全体を含むスクリーン上の被写体を撮像することができる。なお、撮像素子４５０と撮像光分離プリズム３１０との間には、更に撮像光学系を配置することができる（本実施の形態には図示せず、本開示の実施の形態２を示す図１０を参照）。
【0042】
このように、撮像光Ｌｉの光軸と投影光Ｌｐが出射される光軸とを同一にする同軸撮像構成を利用することで、画角の調整を省略でき、撮像における影の発生を軽減することができる。
【0043】
このように、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００を利用することで、ＤＭＤ－ＯＦＦ光が導かれる方向付近に撮像素子及び撮像光学系を配置することを回避でき、ＤＭＤ－ＯＦＦ光による撮像素子又は撮像光学系の光学部品の発熱又は熱変形を抑制することができる。
【0044】
上述したように、投写光学系４００へ出力される投影光Ｌｐは、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色域の投射光を含み、投写光学系４００から入射される撮像光Ｌｉは、可視光域の広域光成分を含む。本明細書において、投影撮像光学系５００の光軸Ｏの投写光学系４００が配置されている側を光軸Ｏの前方側（図示＋Ｚ側）とし、その対向側を光軸Ｏの後方側（図示－Ｚ側）とする。また、照明光Ｌｓに含まれる第１の光Ｌｓ１（ＬＧ）と、第２の光Ｌｓ２（ＬＲ）と、第３の光Ｌｓ３（ＬＢ）とのそれぞれに対応する投影光Ｌｐの各色域の投射光をそれぞれＬｐ１（ＬＧ），Ｌｐ２（ＬＲ），Ｌｐ３（ＬＢ）とし、各色域の投射光Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３がスクリーンによって反射され、光軸Ｏに沿って光軸Ｏの後方側の方向に伝搬される撮像光のＲ、Ｇ、Ｂ各色域の光成分をそれぞれＬｉ１（ＬＧ），Ｌｉ２（ＬＲ），Ｌｉ３（ＬＢ）とする。
【0045】
（撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００の構成）
図４，５を参照して実施の形態１に係る投影撮像光学系５００の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００の構成を説明する。図４は、図１のＴＩＲプリズム２００及び撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００の構成を示す斜視図である。図５は、図１の撮像光分離プリズム３１０の断面図である。なお、図４及び図５において、各光のビームラインは、説明を容易にするために概略的に示している。
図４，５を参照して実施の形態１に係る投影撮像光学系５００の撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００の構成を説明する。図４は、図１のＴＩＲプリズム２００及び撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００の構成を示す斜視図である。図５は、図１の撮像光分離プリズム３１０の断面図である。なお、図４及び図５において、各光のビームラインは、説明を容易にするために概略的に示している。
【0046】
図４に示すように、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００は、撮像光分離プリズム３１０と色分離合成プリズム３２０とが一体に形成されている。撮像光分離プリズム３１０は、第１の面３１１を介して色分離合成プリズム３２０の第１のプリズム３２１に接して配置されている。ＴＩＲプリズム２００は、撮像光分離プリズム３１０の第２面３１２の側に位置し、撮像光分離プリズム３１０を介して、色分離合成プリズム３２０と対向して配置されている。なお、図１に示す平面図の製図上の表現により、ＴＩＲプリズム２００が撮像光分離プリズム３１０と離間して配置されるように示しているが、ＴＩＲプリズム２００と撮像光分離プリズム３１０とは、エアギャップを介して近づけるように配置することが望ましい。これによって、映像投写における様々な収差の発生を防止することができる。
【0047】
図示のように、本実施の形態において、ＴＩＲプリズム２００は２つのプリズム２０１、２０２から構成され、互いのプリズムの近接面には微小の空隙（図示せず）が設けられている。これによって、２つのプリズム２０１、２０２を順に通して出射される投影光Ｌｐが光軸Ｏに沿って出力され、投写光学系によって結像することができる。
【0048】
色分離合成プリズム３２０は、第１のプリズム３２１と撮像光分離プリズム３１０の第１の面３１１との間にエアギャップ（図３参照）を設けて第１のプリズム３２１内において第１の面３１１と隣接する面で第１の光Ｌｓ１を全反射させて第１の光変調素子３７１に導く。同様に、第２のプリズム３２２と第１のプリズム３２１の第１のプリズム面３２１ａ１との間にエアギャップ（図３参照）を設けて第２のプリズム３２２内において第１のプリズム面３２１ａ１と隣接する面で第２の光Ｌｓ２を全反射させて第２の光変調素子３７２に導く。第３のプリズム３２３は、第３の光Ｌｓ３を第３のプリズム面３２３ａ３で透過して第３の光変調素子３７３に導く。
【0049】
図示のように、本実施の形態において、略三角柱状の撮像光分離プリズム３１０は、光軸Ｏに沿って色分離合成プリズム３２０の前方側（投写光学系側）に位置している。照明光学系からの各色域の照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３は、ＴＩＲプリズム２００を透過して第１の面３１１を介して光軸Ｏの後方側の色分離合成プリズム３２０に入射する。一方、色分離合成プリズム３２０からの各色域の投射光Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３は、光軸Ｏに沿って＋Ｚ方向に第１の面３１１を通して投写光学系（図４に図示せず）へ出射する。また、投写光学系から入射した撮像光Ｌｉは、光軸Ｏに沿って－Ｚ方向に第１の面３１１に入射する。このように、撮像光分離プリズム３１０の第１の面３１１には、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３と、投射光Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３と、撮像光Ｌｉとが、ともに入射する。
【0050】
図５に示すように、本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０は、第１の面３１１と、投写光学系側に位置し、第１の面３１１と交差して、第１のプリズム角Ｃを形成する第２の面３１２を有する。本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０は、光軸Ｏに垂直の基準面Ａ－Ａが第１のプリズム角Ｃ内を通過するように配置されている。また、基準面Ａ－Ａに対して、第１の面３１１は、鋭角である第１傾斜角θ１を成して配置され、第２の面３１２は、鋭角である第２傾斜角θ２を成して配置されている。図示のように、第１傾斜角θ１と第２傾斜角θ２とは、合わせて第１のプリズム角Ｃを構成している。
【0051】
撮像光分離プリズム３１０をこのように配置することによって、撮像光Ｌｉの少なくとも一部が、撮像光分離プリズム３１０内において、第１の面３１１と第２の面３１２とで順に反射され、容易に撮像素子４５０に導入される。これに限定されないが、更に好ましくは、撮像光Ｌｉの少なくとも一部が、第２の面３１２で全反射されて撮像素子４５０に導入される。これによって、効率よく撮像光を利用することができる。
【0052】
図５を参照すれば、撮像光Ｌｉが光軸Ｏに沿って、第１の面３１１に対して－Ｚ方向に入射角α１で入射する。入射角α１は、図示のように、撮像光Ｌｉと第１の面３１１の法線Ｐ１とが成す角度である。第１の面３１１で反射された撮像光Ｌｉの一部Ｌｆを、第２の面３１２で全反射させるためには、Ｌｆが第２の面３１２に対する入射角が臨界角よりも大きくなるように第２の面３１２の第２傾斜角θ２を設計する必要がある。この場合、第１の面３１１の第１傾斜角θ１が小さいほど、撮像光Ｌｉが第１の面３１１に対する入射角α１が小さくなり、第２の面３１２の第２傾斜角θ２が大きくなるため、撮像光分離プリズム３１０が全体的に大型化になる。
【0053】
また、投射光Ｌｐが光軸Ｏに沿って、第２の面３１２に対してＺ方向に入射角α２で入射する。入射角α２は、図示のように、投射光Ｌｐと第２の面３１２の法線Ｐ２とが成す角度である。第２の面３１２で投射光Ｌｐの少なくとも一部を透過させて投写光学系へ出力するためには、投射光Ｌｐが第２の面３１２に対する入射角α２が臨界角よりも小さくなるように第２の面３１２の第２傾斜角θ２を設計する必要がある。入射角α２は、実質的に第２傾斜角θ２に等しいため、第２の面３１２の第２傾斜角θ２が大きいほど、入射角α２が大きくなる。したがって、第２の面３１２の第２傾斜角θ２が大き過ぎると、投射光Ｌｐが第２の面３１２で全反射されて投写光学系へ出射できなくなる。
【0054】
このように、第２の面３１２の第２傾斜角θ２が、第２の面３１２で撮像光Ｌｉを全反射させながら、投写光Ｌｐを全反射させない角度であるように、撮像光分離プリズム３１０の第１の面３１１の第１傾斜角θ１及び第２の面３１２の第２傾斜角θ２を設計することが望ましい。本実施の形態では、図示のように、第１傾斜角θ１と第２傾斜角θ２とは、ともに鋭角である。
【0055】
前述したように、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３は、撮像光分離プリズム３１０の第１の面３１１を介して光軸Ｏの後方側の色分離合成プリズム３２０に入射する。そのため、第１の面３１１は、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３を透過する光学特性を有する必要がある。本実施の形態において、第１の面３１１は、表面に光学膜を形成することで、一定の反射特性を有する。
【0056】
図６は、図５の撮像光分離プリズムの第１の面３１１の反射特性の一例を示す図である。図６に示すように、第１の面３１１の反射特性は、高透過率波長領域と高反射率波長領域とを含むことができる。更に、高透過率波長領域は、第１光透過セクションＴＧと、第２光透過セクションＴＲと、第３光透過セクションＴＢとを含む。第１光透過セクションＴＧと、第２光透過セクションＴＲと、第３光透過セクションＴＢとのそれぞれは、照明光Ｌｓ１（ＬＧ）と、Ｌｓ２（ＬＲ）と、Ｌｓ３（ＬＢ）とのそれぞれの波長帯域と少なくとも部分的に重なるように構成される。光透過セクションＴＧ，ＴＲ，ＴＢの幅は、これに限定されないが、好ましくは、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３のそれぞれのスペクトルの半値幅以上である。これによって、撮像光分離プリズム３１０の第１の面３１１において、効果的に照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３を透過して下流側の色分離合成プリズム３２０に入射することができる。また、この場合、色分離合成プリズム３２０からの各色域の投射光Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３は、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３に対応する波長領域を有するため、第１の面３１１を透過して投写光学系へ出射することができる。一方、投写光学系からの－Ｚ方向に第１の面３１１に入射する撮像光は、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３に対応する波長領域を有する光成分Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３は、第１の面３１１を透過するため、撮像素子に導入されない。撮像は、第１の面３１１の反射特性における高反射率波長領域の光成分を利用して実行される。
【0057】
第１の面３１１の光学膜は、これに限定されないが、好ましくは、高透過率波長領域の透過率が９６％以上であり、高反射率波長領域の反射率が９６％以上である。これによって、入射してきた照明光を透過することによって照明光が撮像素子に入って迷光となることを回避するとともに、投影光を透過させ、且つ、撮像光の一部を撮像素子に導入することができる。
【0058】
より鮮明で明るい撮像を得るために、より多くの可視光域の光成分を撮像素子に導入して利用することが望ましい。したがって、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３に対応する波長領域の光を回避するとともに、可視光域の多くの光成分を撮像に利用するように、狭帯域のＬＤ又はＬＥＤ光源を利用することが好ましい。
【0059】
また、上述したように、図６に示す第１の面３１１の光学膜の反射特性では、撮像光Ｌｉのうち、照明光の各色域に対応するＬｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３は撮像に利用されない。しかし、照明光の各色域に対応する光は、投影光がＲ／Ｇ／Ｂ各色域の光であって、スクリーン上の映像を構成する光成分である。３板式の投写型映像表示装置による鮮やかなカラー描写を撮像に反映させるため、照明光の各色域の光の一部、すなわち撮像光における対応する光成分Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３を撮像に利用するように検討し、更に以下の発明に至った。
【0060】
（光学膜の反射特性の入射角依存性）
図７を参照して光学膜の反射特性の入射角依存性について説明する。図７は、光学膜の反射特性の入射角依存性の一例を示す図であって、４２０－５４０ｎｍ付近に高反射率を有する青域の光用光学膜の反射特性を例示している。一般に、光学膜のカットオフ波長は、光学膜に入射する光の入射角に依存してシフトすることが知られている。例えば、図７の（ａ）に示す入射角θａが２２度の場合、カットオフ波長λ１が約５１５ｎｍであって、図７の（ｂ）に示す入射角θａが１２度の場合、カットオフ波長λ２が約５３５ｎｍの長波長側にシフトしている。すなわち、当該光学膜は、入射角が１０度減少するにつれ、カットオフ波長が長波長側へ約２０ｎｍのシフト量δλを有する。なお、図７には青域の光用光学膜の例を示しているが、このような反射特性の入射角依存性は、他の色域の光用光学膜にも存在し、入射角に対するシフト量は、波長領域によって異なる。
図７を参照して光学膜の反射特性の入射角依存性について説明する。図７は、光学膜の反射特性の入射角依存性の一例を示す図であって、４２０－５４０ｎｍ付近に高反射率を有する青域の光用光学膜の反射特性を例示している。一般に、光学膜のカットオフ波長は、光学膜に入射する光の入射角に依存してシフトすることが知られている。例えば、図７の（ａ）に示す入射角θａが２２度の場合、カットオフ波長λ１が約５１５ｎｍであって、図７の（ｂ）に示す入射角θａが１２度の場合、カットオフ波長λ２が約５３５ｎｍの長波長側にシフトしている。すなわち、当該光学膜は、入射角が１０度減少するにつれ、カットオフ波長が長波長側へ約２０ｎｍのシフト量δλを有する。なお、図７には青域の光用光学膜の例を示しているが、このような反射特性の入射角依存性は、他の色域の光用光学膜にも存在し、入射角に対するシフト量は、波長領域によって異なる。
【0061】
このように、光学膜の反射特性のシフトを利用することによって、同一の光学膜において、一の入射角の光に対して反射するとともに、他の入射角の光を透過させることができる。この特性を撮像素子内蔵型投写型映像表示装置に利用するため、本実施の形態において、シフト反射波長領域を有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ａを構成した。
【0062】
図８は、シフト反射波長領域を有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ａの反射特性の例を示す図である。図８に示す第１の面３１１ａの反射特性は、図６の（ｂ）に示す第１の面３１１の反射特性に示す光透過セクションＴＧ，ＴＲ，ＴＢを有し、更に、光部分反射セクションＴＧ１，ＴＲ１，ＴＢ１を含むシフト反射波長領域（図８の（ｂ）に示す）、又は光部分反射セクションＴＧ２，ＴＲ２，ＴＢ２を含むシフト反射波長領域（図８の（ｃ）に示す）を有することができる。光部分反射セクションＴＧ１，ＴＲ１，ＴＢ１のそれぞれは、光透過セクションＴＧ，ＴＲ，ＴＢのそれぞれに隣接する短波長側の対応する波長領域であって、光部分反射セクションＴＧ２，ＴＲ２，ＴＢ２のそれぞれは、光透過セクションＴＧ，ＴＲ，ＴＢのそれぞれに隣接する長波長側の対応する波長領域である。以下、図８の（ｂ）に示す光部分反射セクションＴＧ１，ＴＲ１，ＴＢ１を有する第１の面３１１ａを例として説明する。
【0063】
光学膜の反射特性のシフトを利用するために、撮像光分離プリズムは、照明光Ｌｓと撮像光Ｌｉとが第１の面３１１ａに対して異なる入射角で入射するように配置される。照明光Ｌｓの入射角は、光変調素子ＤＭＤの仕様によって定められ、一定の範囲内で調整することができる。本実施の形態において、例えば、図８の（ｂ）に示すシフト反射波長領域ＴＧ１，ＴＲ１，ＴＢ１を有する第１の面３１１ａを利用する場合、第１の面３１１ａに対して、撮像光Ｌｉの入射角α１（図５）が照明光Ｌｓの入射角α０（図示せず）よりも小さくなるように撮像光分離プリズム３１０を配置することができる。ここで、前述したように、第１の面３１１ａの第１傾斜角θ１が大きいほど、撮像光Ｌｉが第１の面３１１ａに対する入射角α１が大きくなる。したがって、第１の面３１１ａの第１傾斜角θ１が大き過ぎると、照明光Ｌｓと撮像光Ｌｉとの第１の面３１１ａに対する入射角の差が小さくなり、第１の面３１１ａの光学膜の反射特性のシフトを利用できなくなる。
【0064】
本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０は、第１の面３１１ａの第１傾斜角θ１が５度以上、１５度以下であり、第１の面３１２の第２傾斜角θ２が２５度以上、４５度以下であるように構成されている。また、第１の面３１１ａの光学膜の反射特性のシフトを利用するため、撮像光分離プリズム３１０は、照明光Ｌｓと撮像光Ｌｉとの第１の面３１１ａに対する入射角の差が５度から１５度の範囲内にあるように配置することができる。
【0065】
図９は、図８の撮像光分離プリズムの第１の面３１１ａの反射特性のシフトの一例を示す図であって、図８の（ａ）に示すシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＧ１，ＴＲ１，ＴＢ１を有する第１の面３１１ａの例を示している。図９の（ａ）は、照明光のＬＧ，ＬＲ，ＬＢ光の波長領域を示し、図９の（ｂ）は、図８の（ａ）に示す反射特性を有する第１の面３１１ａが照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３に対する反射特性を示し、図９の（ｃ）は、図８の（ａ）に示す反射特性を有する第１の面３１１ａが撮像光Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３に対する反射特性である。
【0066】
図９の（ｂ）に示すように、入射角α０で撮像光分離プリズムの第１の面３１１ａに入射される照明光Ｌｓに対し、第１の面３１１ａの光学膜は、光透過セクションＴＧ，ＴＲ，ＴＢのそれぞれが、Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３に対応する光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの波長領域のそれぞれと少なくとも部分的に重なる。一方、図９の（ｃ）に示すように、入射角α１で撮像光分離プリズムの第１の面３１１ａに入射される撮像光Ｌｉに対して、撮像光Ｌｉの入射角α１が照明光Ｌｓの入射角α０よりも小さいため、第１の面３１１ａの反射特性が長波長側へシフトする。これによって、第１の面３１１ａの光学膜は、光部分反射セクションＴＧ１，ＴＲ１，ＴＢ１のそれぞれが、Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３に対応する光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの波長領域のそれぞれと少なくとも部分的に重なる。このように、異なる入射角で入射される照明光Ｌｓと撮像光Ｌｉとに対し、第１の面３１１ａの光学膜は、反射特性のシフトにより、照明光Ｌｓを透過させるとともに、撮像光Ｌｉのうち、対応する同一の波長領域を有する光成分の一部を反射して撮像素子に導入し、撮像に利用することができる。
【0067】
また、このとき、撮像光の対向方向に、撮像光Ｌｉと等しい入射角である入射角で第１の面３１１ａに入射する投射光Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３に対応する光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢの波長領域は、同様に第１の面３１１ａの光学膜のシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＧ１，ＴＲ１，ＴＢ１のそれぞれに少なくとも部分的に重なる。そのため、投射光Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３の一部が第１の面３１１ａで反射されて投影光Ｌｐにロスが生じる。好ましくは、第１の面３１１ａの光学膜は、シフト反射波長領域において、２％以上１０％以下の反射率を有する。このようにして、投影光Ｌｐに大きなロスが生じることなく、各色域に対応する投射光成分の一部を撮像素子に取り入れて、色彩効果の優れた撮像を実現することができる。
【0068】
（他の実施の形態）
図１０乃至図１７Ｂを参照して、実施の形態２－５について説明する。なお、実施の形態２‐５においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、以下の説明において、実施の形態１と重複する記載を省略する。
図１０乃至図１７Ｂを参照して、実施の形態２－５について説明する。なお、実施の形態２‐５においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、以下の説明において、実施の形態１と重複する記載を省略する。
【0069】
＜実施の形態２＞
図１０は、実施の形態２に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００ａの全体構成を示す概略図である。実施の形態２に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００ａにおいて、投影撮像光学系５００ａが更に縮小光学系４４０を備える点で、前述した実施の形態１と異なる。
図１０は、実施の形態２に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００ａの全体構成を示す概略図である。実施の形態２に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００ａにおいて、投影撮像光学系５００ａが更に縮小光学系４４０を備える点で、前述した実施の形態１と異なる。
【0070】
前述したように、スクリーンに投写された画像の全体を含むスクリーン上の被写体を撮像するために、投影光Ｌｐがスクリーンでの投写と撮像範囲とを一致させる必要がある。そのため、実施の形態１に係る撮像素子４５０は、光変調素子としてのＤＭＤ３７１，３７２，３７３と同じサイズを有する。
【0071】
図１０に示す実施の形態２に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００ａの投影撮像光学系５００ａにおいて、撮像光分離プリズム３１０と撮像素子４５０ａとの間に、撮像光学系が配置されている。撮像光学系は、複数の光学部品によって構成することができ、本実施の形態の撮像光学系は、縮小光学系４４０であって、複数のレンズからなるアフォーカル光学系で構成することができる。投写光学系４００から入射され、光軸Ｏに沿って－Ｚ方向に伝搬される撮像光Ｌｉは、縮小光学系４４０により、撮像素子４５０ａに縮小結像することができる。これによって、より小さいサイズの撮像素子４５０ａを用いて、スクリーン上の投影範囲と同範囲で撮像することができ、撮像素子内蔵型投写型映像表示装置を安価化することができる。
【0072】
実施の形態２に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置６００ａの他の構成要素は、実施の形態１と同様に構成することができる。ここで詳細な説明を省略する。
【0073】
＜実施の形態３＞
図１１乃至図１３Ｂを参照して本開示の実施の形態３について説明する。図１１は、実施の形態３に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｂの構成を示す概略図である。実施の形態３に係る投影撮像光学系５００ｂにおいて、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｂにおけるプリズムの配置において、前述した実施の形態１－２と異なる。
図１１乃至図１３Ｂを参照して本開示の実施の形態３について説明する。図１１は、実施の形態３に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｂの構成を示す概略図である。実施の形態３に係る投影撮像光学系５００ｂにおいて、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｂにおけるプリズムの配置において、前述した実施の形態１－２と異なる。
【0074】
（撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｂの構成）
図１１に示すように、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｂは、撮像光分離プリズム３１０ｂと、色分離合成プリズム３２０ｂとが一体に形成されている。色分離合成プリズム３２０ｂは更に、光軸Ｏに沿って略三角柱状の第１のプリズム３２１ｂと、略三角柱状の第２のプリズム３２２ｂと、略四角柱状の第３のプリズム３２３ｂとによって構成されている。本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０ｂは、第２の面３１２ｂを介して色分離合成プリズム３２０ｂの第１のプリズム３２１ｂの第１のプリズム面３２１ｂ１に接し、第１の面３１１ｂを介して色分離合成プリズム３２０ｂの第２のプリズム３２２ｂに接して配置されている。
図１１に示すように、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｂは、撮像光分離プリズム３１０ｂと、色分離合成プリズム３２０ｂとが一体に形成されている。色分離合成プリズム３２０ｂは更に、光軸Ｏに沿って略三角柱状の第１のプリズム３２１ｂと、略三角柱状の第２のプリズム３２２ｂと、略四角柱状の第３のプリズム３２３ｂとによって構成されている。本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０ｂは、第２の面３１２ｂを介して色分離合成プリズム３２０ｂの第１のプリズム３２１ｂの第１のプリズム面３２１ｂ１に接し、第１の面３１１ｂを介して色分離合成プリズム３２０ｂの第２のプリズム３２２ｂに接して配置されている。
【0075】
色分離合成プリズム３２０ｂは、第１のプリズム３２１ｂとＴＩＲプリズム２００との間にエアギャップを設けて第１のプリズム３２１ｂ内において第１の光Ｌｓ１を全反射させて第１の光変調素子３７１に導く。第２のプリズム３２２ｂにおいて、第２のプリズム３２２ｂと撮像光分離プリズム３１０ｂの第１の面３１１ｂとの間にエアギャップを設けて、第２の光Ｌｓ２を第２のプリズム３２２ｂ内で全反射させて第２の光変調素子３７２に導く。第３のプリズム３２３ｂにおいて、第３の光Ｌｓ３を第３のプリズム面３２３ｂ３で透過して第３の光変調素子３７３に導く。
【0076】
図示のように、本実施の形態において、略三角柱状の撮像光分離プリズム３１０ｂは、光軸Ｏに沿って色分離合成プリズム３２０ｂの第１のプリズム３２１ｂと第２のプリズム３２２ｂとの間に位置する。つまり、光軸Ｏの前方側（投写光学系側）に第１のプリズム３２１ｂが配置され、光軸Ｏの後方側に第２のプリズム３２２ｂと第３のプリズム３２３ｂが配置されている。
【0077】
本実施の形態において、照明光学系からの各色域の照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３は、ＴＩＲプリズム２００を透過して第１のプリズム３２１ｂの緑域反射ダイクロイックコート層である第１のプリズム面３２１ｂ１に入射する。第１のプリズム面３２１ｂ１を透過した照明光Ｌｓ２，Ｌｓ３は、撮像光分離プリズム３１０ｂの第１の面３１１ｂに到達し、更に下流側の第２のプリズム３２２ｂの赤域反射ダイクロイックコート層である第２のプリズム面３２２ｂ２に入射する。第２のプリズム面３２２ｂ２を透過した照明光Ｌｓ３は、第３のプリズム３２３ｂの第３のプリズム面３２３ｂ３に到達し、第３の光変調素子３７３に導入される。色分離合成プリズム３２０ｂの第２、第３のプリズムからの投射光Ｌｐ２，Ｌｐ３は、光軸Ｏに沿って＋Ｚ方向に撮像光分離プリズム３１０ｂの第１の面３１１ｂを通して出射され、更に第１のプリズムからの投射光Ｌｐ１と光合成し、合成された投影光ＬｐはＴＩＲプリズム通して投写光学系４００へ出力され、投写光学系４００により拡大投写され、スクリーンに映像を表示する。また、投写光学系４００から入射する撮像光Ｌｉは、光軸Ｏに沿って、ＴＩＲプリズムと第１のプリズム３２１ｂを透過して－Ｚ方向に撮像光分離プリズム３１０ｂの第２の面３１２ｂに入射し、そして、第２の面３１２ｂを透過して第１の面３１１ｂに到達したのち、撮像素子４５０に導入される。
【0078】
図１２は、図１１の投影撮像光学系の第１のプリズム３２１ｂの第１のプリズム面３２１ｂ１の反射特性の例を示す図である。図１２の（ａ）は、照明光のＬＧ，ＬＲ，ＬＢ光の波長領域を示し、図１２の（ｂ）は、従来の緑域反射ダイクロイックコート層である第１のプリズム面３２１ｂ１の反射特性を示している。第１のプリズム面３２１ｂ１は、緑域の光反射セクションＳＧを有することで照明光Ｌｓ１に対応する緑域の光ＬＧを反射する。この場合は、撮像光Ｌｉのうち、照明光Ｌｓ１に対応する緑域の光成分Ｌｉ１は、当該第１のプリズム面３２１ｂ１で反射され、撮像光分離プリズム３１０ｂの第１の面３１１ｂに到達できず、撮像に利用されない。
【0079】
そこで、撮像光Ｌｉのうち、緑域の光成分Ｌｉ１の一部を撮像素子４５０に導き、撮像に利用するため、シフト透過波長領域を第１のプリズム面３２１ｂ１に設けて、異なる入射角による光学膜の反射特性のシフトを利用することができる。図１２の（ｃ）は、光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｂ１の反射特性の例を示し、図１２の（ｄ）は、光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ２とをともに有する第１のプリズム面３２１ｂ１の反射特性の例を示している。シフト透過波長領域ＳＧ１は、光反射セクションＳＧに隣接する短波長側の波長領域であって、シフト透過波長領域ＳＧ２は、光反射セクションＳＧに隣接する長波長側の波長領域である。シフト透過波長領域ＳＧ１とシフト透過波長領域ＳＧ２とは、光反射セクションＳＧよりも反射率が低く、緑域の光を部分的に透過させることができる。
【0080】
図１３Ａは、光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｂ１と、光透過セクションＴＲ，ＴＢとシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＲ１，ＴＢ１とをともに有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂとが照明光に対する反射特性の一例を示す図である。図１３Ｂは、光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｂ１と、光透過セクションＴＲ，ＴＢとシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＲ１，ＴＢ１とをともに有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂとが撮像光に対する反射特性の一例を示す図である。
【0081】
このとき、例えば、照明光Ｌｓ１は、第１のプリズム面３２１ｂ１に対して、入射角β１ｂで入射し、撮像光Ｌｉ１は、第１のプリズム面３２１ｂ１に対して、入射角β２ｂで入射する。照明光Ｌｓ２，Ｌｓ３は、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂに対して、入射角α１ｂで入射し、撮像光Ｌｉ２，Ｌｉ３は、第１の面３１１ｂに対して、入射角α２ｂで入射する。なお、第１のプリズム３２１ｂは、入射角β２ｂが入射角β１ｂよりも小さくなるように配置され、撮像光分離プリズム３１０ｂは、入射角α２ｂが入射角α１ｂよりも小さくなるように配置することができる（それぞれの入射角は図示せず）。
【0082】
図１３Ａの（ｂ）に示すように、入射角β１ｂで第１のプリズム面３２１ｂ１に入射される照明光Ｌｓ１に対し、第１のプリズム面３２１ｂ１は、光反射セクションＳＧがＬｓ１対応する光ＬＧの波長領域と少なくとも部分的に重なる。図１３Ａの（ｃ）に示すように、入射角α１ｂで撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂに入射される照明光Ｌｓ２，Ｌｓ３に対し、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂは、光透過セクションＴＲ，ＴＢのそれぞれが、Ｌｓ２，Ｌｓ３に対応する光ＬＲ，ＬＢの波長領域のそれぞれと少なくとも部分的に重なる。
【0083】
一方、図１３Ｂの（ｂ）に示すように、入射角β２ｂで第１のプリズム面３２１ｂ１に入射される撮像光Ｌｉ１に対して、撮像光Ｌｉ１の入射角β２ｂが照明光Ｌｓ１の入射角β１ｂよりも小さいため、第１のプリズム面３２１ｂ１の反射特性が長波長側へシフトする。これによって、第１のプリズム面３２１ｂ１は、シフト透過波長領域ＳＧ１がＬｓ１対応する光ＬＧの波長領域と少なくとも部分的に重なる。図１３Ｂの（ｃ）に示すように、入射角α１ｂよりも小さい入射角α２ｂで撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂに入射される撮像光Ｌｉ２，Ｌｉ３に対し、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂの反射特性が長波長側へシフトする。これによって、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂは、シフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＲ１，ＴＢ１のそれぞれが、Ｌｉ２，Ｌｉ３に対応する光ＬＲ，ＬＢの波長領域のそれぞれと少なくとも部分的に重なる。
【0084】
このように、異なる入射角で入射される照明光Ｌｓと撮像光Ｌｉとに対し、反射特性のシフトにより、第１のプリズム面３２１ｂ１において照明光Ｌｓ１を反射するとともに、撮像光Ｌｉのうち、対応する同一の波長領域を有する光成分Ｌｉ１が部分的に透過して撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂに到達することができる。本実施の形態において、好ましくは、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂは、撮像光Ｌｉ１に対応する波長領域（ＬＧ）において高反射率を有し、第１のプリズム面３２１ｂ１を部分的に通過して到達した撮像光Ｌｉ１を撮像素子に導く。
【0085】
なお、本実施の形態において、第１のプリズム面３２１ｂ１のシフト透過波長領域ＳＧ１における反射率、及び撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｂのシフト反射波長領域ＴＲ１，ＴＢ１における反射率を調整することで、投影光Ｌｐに大きなロスが生じることなく、各色域に対応する投射光成分の一部を撮像素子に取り入れて、色彩効果の優れた撮像を実現することができる。
【0086】
＜実施の形態４＞
図１４乃至図１５Ｂを参照して本開示の実施の形態４について説明する。図１４は、実施の形態４に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｃの構成を示す概略図である。実施の形態４に係る投影撮像光学系５００ｃにおいて、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｃにおけるプリズムの配置において、前述した実施の形態１－３と異なる。
図１４乃至図１５Ｂを参照して本開示の実施の形態４について説明する。図１４は、実施の形態４に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｃの構成を示す概略図である。実施の形態４に係る投影撮像光学系５００ｃにおいて、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｃにおけるプリズムの配置において、前述した実施の形態１－３と異なる。
【0087】
（撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｃの構成）
図１４に示すように、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｃは、撮像光分離プリズム３１０ｃと、色分離合成プリズム３２０ｃとが一体に形成されている。色分離合成プリズム３２０ｃは、更に略三角柱状の第１のプリズム３２１ｃと、略三角柱状の第２のプリズム３２２ｃと、略四角柱状の第３のプリズム３２３ｃとによって構成されている。本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０ｃは、第２の面３１２ｃを介して色分離合成プリズム３２０ｃの第２のプリズム３２２ｃの第２のプリズム面３２２ｃ２に接し、第１の面３１１ｃを介して色分離合成プリズム３２０ｃの第３のプリズム３２３ｃに接して配置されている。
図１４に示すように、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｃは、撮像光分離プリズム３１０ｃと、色分離合成プリズム３２０ｃとが一体に形成されている。色分離合成プリズム３２０ｃは、更に略三角柱状の第１のプリズム３２１ｃと、略三角柱状の第２のプリズム３２２ｃと、略四角柱状の第３のプリズム３２３ｃとによって構成されている。本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０ｃは、第２の面３１２ｃを介して色分離合成プリズム３２０ｃの第２のプリズム３２２ｃの第２のプリズム面３２２ｃ２に接し、第１の面３１１ｃを介して色分離合成プリズム３２０ｃの第３のプリズム３２３ｃに接して配置されている。
【0088】
色分離合成プリズム３２０ｃは、第１のプリズム３２１ｃとＴＩＲプリズムとの間にエアギャップを設けて第１のプリズム３２１ｃ内において第１の光Ｌｓ１を全反射させて第１の光変調素子３７１に導く。第２のプリズム３２２ｃにおいて、第２のプリズム３２２ｃと第１のプリズムの第１のプリズム面３２１ｃ１との間にエアギャップを設けて、第２の光Ｌｓ２を第２のプリズム３２２ｃ内で全反射させて第２の光変調素子３７２に導く。第３のプリズム３２３ｂにおいて、第３の光Ｌｓ３を第３のプリズム面３２３ｃ３で透過して第３の光変調素子３７３に導く。
【0089】
図示のように、本実施の形態において、略三角柱状の撮像光分離プリズム３１０ｃは、色分離合成プリズム３２０ｃの第２のプリズム３２２ｃと第３のプリズム３２３ｃとの間に位置する。つまり、光軸Ｏの前方側（投写光学系側）に第１のプリズム３２１ｃと第２のプリズム３２２ｃとが配置され、光軸Ｏの後方側に第３のプリズム３２３ｃが配置されている。
【0090】
本実施の形態において、照明光学系からの各色域の照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３は、ＴＩＲプリズム２００を透過して第１のプリズム３２１ｃの緑域反射ダイクロイックコート層である第１のプリズム面３２１ｃ１に入射する。第１のプリズム面３２１ｃ１を透過した照明光Ｌｓ２，Ｌｓ３は、光軸Ｏの後方側の第２のプリズム３２２ｃの赤域反射ダイクロイックコート層である第２のプリズム面３２２ｃ２に入射する。そして、第２のプリズム面３２２ｃ２を透過した照明光Ｌｓ３は、撮像光分離プリズム３１０ｃの第１の面３１１ｃに到達し、更に光軸Ｏの後方側の第３のプリズム３２３ｃに入射し、第３のプリズム面３２３ｂ３に到達したのち、第３の光変調素子３７３に導入される。色分離合成プリズム３２０ｃの第３のプリズムからの投射光Ｌｐ３は、光軸Ｏに沿って＋Ｚ方向に撮像光分離プリズム３１０ｃの第１の面３１１ｃを通して出射され、更に第１のプリズムからの投射光Ｌｐ１及び第２のプリズムからの投射光Ｌｐ２と光合成し、合成された投影光ＬｐはＴＩＲプリズム通して投写光学系４００へ出力され、投写光学系４００により拡大投写され、スクリーンに映像を表示する。また、投写光学系４００から入射した撮像光Ｌｉは、光軸Ｏに沿って、ＴＩＲプリズムと第１のプリズム３２１ｃと第２のプリズム３２２ｃとを順に透過して－Ｚ方向に撮像光分離プリズム３１０ｃの第２の面３１２ｃに入射し、第１の面３１１ｃで反射され、撮像素子４５０に導入される。
【0091】
実施の形態３において説明したと同様に、撮像光Ｌｉのうち、撮像光分離プリズム３１０ｃの光軸Ｏの前方側に位置する第１のプリズム３２１ｃの第１のプリズム面３２１ｃと第２のプリズム３２２ｃの第２のプリズム面３２２ｃ２とで反射される撮像光の光成分Ｌｉ１とＬｉ２との一部を撮像素子４５０に導き、撮像に利用するため、第１のプリズム面３２１ｃと第２のプリズム面３２２ｃ２とのそれぞれに対応するシフト透過波長領域を設けて、異なる入射角による光学膜の反射特性のシフトを利用することができる。
【0092】
図１５Ａは、光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｃ１と、光反射セクションＳＲとシフト透過波長領域ＳＲ１とをともに有する第２のプリズム面３２２ｃ２と、光透過セクションＴＢとシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＢ１とをともに有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃとが照明光に対する反射特性の一例を示す図である。図１５Ｂは、光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｃ１と、光反射セクションＳＲとシフト透過波長領域ＳＲ１とをともに有する第２のプリズム面３２２ｃ２と、光透過セクションＴＢとシフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＢ１とをともに有する撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃとが撮像光に対する反射特性の一例を示す図である。
【0093】
このとき、例えば、照明光Ｌｓ１は、第１のプリズム面３２１ｃ１に対して、入射角β１ｃで入射し、撮像光Ｌｉ１は、第１のプリズム面３２１ｃ１に対して、入射角β２ｃで入射する。照明光Ｌｓ２は、第２のプリズム面３２２ｃ２に対して、入射角β３ｃで入射し、撮像光Ｌｉ２は、第２のプリズム面３２２ｃ２に対して、入射角β４ｃで入射する。照明光Ｌｓ３は、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃに対して、入射角α１ｃで入射し、撮像光Ｌｉ３は、第１の面３１１ｃに対して、入射角α２ｃで入射する。なお、第１のプリズム３２１ｃは、入射角β２ｃが入射角β１ｃよりも小さくなるように配置され、第２のプリズム３２２ｃは、入射角β４ｃが入射角β３ｃよりも小さくなるように配置され、撮像光分離プリズム３１０ｃは、入射角α２ｃが入射角α１ｃよりも小さくなるように配置することができる（それぞれの入射角は図示せず）。
【0094】
図１５Ａの（ｂ）に示すように、入射角β１ｃで第１のプリズム面３２１ｃ１に入射される照明光Ｌｓ１に対し、第１のプリズム面３２１ｃ１は、光反射セクションＳＧがＬｓ１対応する光ＬＧの波長領域と少なくとも部分的に重なる。図１５Ａの（ｃ）に示すように、入射角β３ｃで第２のプリズム面３２２ｃ２に入射される照明光Ｌｓ２に対し、第２のプリズム面３２２ｃ２は、光反射セクションＳＲがＬｓ２対応する光ＬＲの波長領域と少なくとも部分的に重なる。図１５Ａの（ｄ）に示すように、入射角α１ｃで撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃに入射される照明光Ｌｓ３に対し、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃは、光透過セクションＴＢが、Ｌｓ３に対応する光ＬＢの波長領域と少なくとも部分的に重なる。
【0095】
一方、図１５Ｂの（ｂ）に示すように、入射角β２ｃで第１のプリズム面３２１ｃ１に入射される撮像光Ｌｉ１に対し、撮像光Ｌｉ１の入射角β２ｃが照明光Ｌｓ１の入射角β１ｃよりも小さいため、第１のプリズム面３２１ｃ１の反射特性が長波長側へシフトする。これによって、第１のプリズム面３２１ｃ１は、シフト透過波長領域ＳＧ１がＬｓ１対応する光ＬＧの波長領域と少なくとも部分的に重なる。同様に、図１５Ｂの（ｃ）に示すように、入射角β３ｃよりも小さい入射角β４ｃで第２のプリズム面３２２ｃ２に入射される撮像光Ｌｉ２に対し、第２のプリズム面３２２ｃ２の反射特性が長波長側へシフトすることによって、第２のプリズム面３２２ｃ２は、シフト透過波長領域ＳＲ１がＬｓ２対応する光ＬＲの波長領域と少なくとも部分的に重なる。更に、図１５Ｂの（ｄ）に示すように、入射角α１ｃよりも小さい入射角α２ｃで撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃに入射される撮像光Ｌｉ３に対し、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃの反射特性が長波長側へシフトすることによって、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃは、シフト反射波長領域の光部分反射セクションＴＢ１が、Ｌｉ３に対応する光ＬＢの波長領域のそれぞれと少なくとも部分的に重なる。
【0096】
このように、異なる入射角で入射される照明光Ｌｓと撮像光Ｌｉとに対し、反射特性のシフトにより、第１のプリズム面３２１ｃ１と第２のプリズム面３２２ｃ２とにおいて、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２が反射されるとともに、撮像光Ｌｉのうち、対応する同一の波長領域を有する光成分Ｌｉ１，Ｌｉ２が部分的に透過して撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃに到達することができる。本実施の形態において、好ましくは、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃは、撮像光Ｌｉ１，Ｌｉ２に対応する波長領域（ＬＧ，ＬＲ）において高反射率を有し、第１のプリズム面３２１ｃ１と第２のプリズム面３２２ｃ２とを部分的に通過して到達した撮像光Ｌｉ１，Ｌｉ２を撮像素子に導く。
【0097】
なお、本実施の形態において、第１のプリズム面３２１ｃ１のシフト透過波長領域ＳＧ１と第２のプリズム面３２２ｃ２のシフト透過波長領域ＳＲ１とのそれぞれにおける反射率、及び撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｃのシフト反射波長領域ＴＢ１における反射率を調整することで、投影光Ｌｐに大きなロスが生じることなく、各色域に対応する投射光成分の一部を撮像素子に取り入れて、色彩効果の優れた撮像を実現することができる。
【0098】
＜実施の形態５＞
図１６乃至図１７Ｂを参照して本開示の実施の形態５について説明する。図１６は、実施の形態５に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｄの構成を示す概略図である。実施の形態５に係る投影撮像光学系５００ｄにおいて、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｄにおけるプリズムの配置において、前述した実施の形態１－４と異なる。
図１６乃至図１７Ｂを参照して本開示の実施の形態５について説明する。図１６は、実施の形態５に係る撮像素子内蔵型投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００ｄの構成を示す概略図である。実施の形態５に係る投影撮像光学系５００ｄにおいて、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｄにおけるプリズムの配置において、前述した実施の形態１－４と異なる。
【0099】
（撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｄの構成）
図１６に示すように、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｄは、撮像光分離プリズム３１０ｄと、色分離合成プリズム３２０ｄとが一体に形成されている。色分離合成プリズム３２０ｄは、更に光軸Ｏに沿って略三角柱状の第１のプリズム３２１ｄと、略三角柱状の第２のプリズム３２２ｄと、略三角柱状の第３のプリズム３２３ｄとによって構成されている。本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０ｄは、第１の面３１１ｃを介して色分離合成プリズム３２０ｄの第３のプリズム３２３ｄの第３のプリズム面３２３ｄ３に接して、第３のプリズム３２３ｄの光軸Ｏの後方側に配置されている。
図１６に示すように、撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム３００ｄは、撮像光分離プリズム３１０ｄと、色分離合成プリズム３２０ｄとが一体に形成されている。色分離合成プリズム３２０ｄは、更に光軸Ｏに沿って略三角柱状の第１のプリズム３２１ｄと、略三角柱状の第２のプリズム３２２ｄと、略三角柱状の第３のプリズム３２３ｄとによって構成されている。本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０ｄは、第１の面３１１ｃを介して色分離合成プリズム３２０ｄの第３のプリズム３２３ｄの第３のプリズム面３２３ｄ３に接して、第３のプリズム３２３ｄの光軸Ｏの後方側に配置されている。
【0100】
色分離合成プリズム３２０ｄは、第１のプリズム３２１ｄとＴＩＲプリズム２００との間にエアギャップを設けて第１のプリズム３２１ｄ内において第１の光Ｌｓ１を全反射させて第１の光変調素子３７１に導く。第２のプリズム３２２ｄにおいて、第２のプリズム３２２ｄと第１のプリズムの第１のプリズム面３２１ｄ１との間にエアギャップを設けて、第２の光Ｌｓ２を第２のプリズム３２２ｄ内で全反射させて第２の光変調素子３７２に導く。第３のプリズム３２３ｂにおいて、第３のプリズム３２３ｄと第２のプリズムの第２のプリズム面３２２ｄ２との間にエアギャップを設けて、第３の光Ｌｓ３を第３のプリズム３２３ｄ内で全反射させて第３の光変調素子３７３に導く。本実施の形態において、撮像光分離プリズム３１０ｄは、色分離合成プリズム３２０ｄの下流側に配置され、略四角柱状に形成されてもよい。
【0101】
本実施の形態において、照明光学系からの各色域の照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３は、ＴＩＲプリズム２００を透過して第１のプリズム３２１ｄの緑域反射ダイクロイックコート層である第１のプリズム面３２１ｄ１に入射する。第１のプリズム面３２１ｄ１を透過した照明光Ｌｓ２，Ｌｓ３は、光軸Ｏの後方側の第２のプリズム３２２ｄの赤域反射ダイクロイックコート層である第２のプリズム面３２２ｄ２に入射する。そして、第２のプリズム面３２２ｄ２を透過した照明光Ｌｓ３は、光軸Ｏの後方側の第３のプリズム３２３ｄの青域反射ダイクロイックコート層である第３のプリズム面３２３ｄ３に入射する。この場合、照明光学系からの各色域の照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３は、撮像光分離プリズム３１０ｄには到達することなく、光軸Ｏの前方側の色分離合成プリズム３２０ｄの各プリズムにより別々に光変調素子３７１，３７２，３７３に導かれる。
【0102】
また、色分離合成プリズム３２０ｄの各プリズムからの各色域の投射光Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３が光合成され、合成された投影光ＬｐはＴＩＲプリズム通して投写光学系４００へ出力され、投写光学系４００により拡大投写され、スクリーンに映像を表示する。投写光学系４００からの撮像光Ｌｉは、光軸Ｏに沿って、ＴＩＲプリズムと第１のプリズム３２１ｄと第２のプリズム３２２ｄと第３のプリズム３２３ｄとを順に透過して－Ｚ方向に撮像光分離プリズム３１０ｄの第１の面３１１ｄに入射し、撮像素子４５０に導入される。
【0103】
実施の形態３及び４において説明したと同様に、撮像光Ｌｉのうち、撮像光分離プリズム３１０ｄよりも光軸Ｏの前方側に位置する第１のプリズム３２１ｄの第１のプリズム面３２１ｄ１と、第２のプリズム３２２ｄの第２のプリズム面３２２ｄ２と、第３のプリズム３２３ｄの第３のプリズム面３２３ｄ３とで反射される撮像光の光成分Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３の一部を撮像素子４５０に導き、撮像に利用するため、第１のプリズム面３２１ｄと第２のプリズム面３２２ｄ２と第３のプリズム面３２３ｄ３とのそれぞれに対応するシフト透過波長領域を設けて、異なる入射角による光学膜の反射特性のシフトを利用することができる。
【0104】
図１７Ａは、光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｄ１と、光反射セクションＳＲとシフト透過波長領域ＳＲ１とをともに有する第２のプリズム面３２２ｄ２と、光反射セクションＳＢとシフト透過波長領域ＳＢ１とをともに有する第３のプリズム面３２３ｄ３とが照明光に対する反射特性の一例を示す図である。図１７Ｂは、光反射セクションＳＧとシフト透過波長領域ＳＧ１とをともに有する第１のプリズム面３２１ｄ１と、光反射セクションＳＲとシフト透過波長領域ＳＲ１とをともに有する第２のプリズム面３２２ｄ２と、光反射セクションＳＢとシフト透過波長領域ＳＢ１とをともに有する第３のプリズム面３２３ｄ３とが撮像光に対する反射特性の一例を示す図である。
【0105】
このとき、例えば、照明光Ｌｓ１は、第１のプリズム面３２１ｄ１に対して、入射角β１ｄで入射し、撮像光Ｌｉ１は、第１のプリズム面３２１ｄ１に対して、入射角β２ｄで入射する。照明光Ｌｓ２は、第２のプリズム面３２２ｄ２に対して、入射角β３ｄで入射し、撮像光Ｌｉ２は、第２のプリズム面３２２ｄ２に対して、入射角β４ｄで入射する。照明光Ｌｓ３は、第３のプリズム面３２３ｄ３に対して、入射角β５ｄで入射し、撮像光Ｌｉ３は、第３のプリズム面３２３ｄ３に対して、入射角β６ｄで入射する。なお、第１のプリズム３２１ｄは、入射角β２ｄが入射角β１ｄよりも小さくなるように配置され、第２のプリズム３２２ｄは、入射角β４ｄが入射角β３ｄよりも小さくなるように配置され、第３のプリズム３２３ｄは、入射角β６ｄが入射角β５ｄよりも小さくなるように配置することができる（それぞれの入射角は図示せず）。
【0106】
図１７Ａの（ｂ）－（ｄ）に示すように、それぞれのプリズム面３２１ｄ１，３２２ｄ２，３２３ｄ３に入射される照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３に対し、それぞれのプリズム面の光反射セクションＳＧ，ＳＲ，ＳＢが対応する光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢのそれぞれの波長領域と少なくとも部分的に重なる。一方、図１７Ｂの（ｂ）－（ｄ）に示すように、照明光Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３のそれぞれの入射角よりも小さい入射角でプリズム面３２１ｄ１，３２２ｄ２，３２３ｄ３に入射される撮像光Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３のそれぞれに対し、対応するそれぞれのプリズム面の反射特性が長波長側へシフトすることによって、それぞれのプリズム面のシフト透過波長領域ＳＧ１，ＳＲ１，ＳＢ１が対応する光ＬＧ，ＬＲ，ＬＢのそれぞれの波長領域と少なくとも部分的に重なる。これによって、撮像光Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３の一部が撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｄに到達し、撮像素子４５０に導入され、撮像に利用することができる。なお、本実施の形態において、撮像光分離プリズムの第１の面３１１ｄは、撮像光Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３に対して透過することができる。
【0107】
なお、本実施の形態において、それぞれのプリズム面３２１ｄ１，３２２ｄ２，３２３ｄ３のシフト透過波長領域ＳＧ１，ＳＲ１，ＳＢ１における反射率を調整することで、各色域に対応する投射光成分の一部を撮像素子に取り入れて、色彩効果の優れた撮像を実現することができる。
【0108】
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記各々の実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【0109】
上記実施の形態において、３原色Ｒ、Ｇ、Ｂの照明光を説明したが、本開示は３原色の照明光に限定しない。本開示に係る照明光源は、可視光域の照明光を供給する光源であればよい。
【0110】
また、色分離合成プリズムの第１、第２、第３のプリズムはそれぞれ緑域、赤域、青域の光に対応するように説明したが、本開示は各色域の光の順番を限定しない。第１、第２、第３のプリズムと、異なる色域の光との対応において、他の構成を有してもよい。
【0111】
また、色分離合成プリズムの第１、第２、第３のプリズムと撮像光分離プリズムとの形状について、略三角柱状又は略四角柱状であるように説明したが、本開示は各々のプリズムの形状を限定しない。色分離合成プリズムの第１、第２、第３のプリズムと撮像光分離プリズムとは、他の形状を有してもよい。
【0112】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。したがって、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【0113】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。そのような変更、及び異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0114】
本開示は、投写型映像表示装置の色分離合成プリズムに適用可能であり、撮像素子内蔵型投写型映像表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【0115】
１００ 照明光学系
１０５ 照明光源
１１１，１１２ ダイクロイックミラー
１２１，１２２ レンズ
１２５ ロッドインテグレータ
１２６，１２７，１２８ リレー光学系を構成するレンズ
１１３ ミラー
２００ ＴＩＲプリズム
３００ 撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム
２０１，２０２ プリズム
２１１ プリズム面
３１０，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄ 撮像光分離プリズム
３２０，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ 色分離合成プリズム
３２１，３２１ｂ，３２１ｃ，３２１ｄ 第１のプリズム
３２２，３２２ｂ，３２２ｃ，３２２ｄ 第２のプリズム
３２３，３２３ｂ，３２３ｃ，３２３ｄ 第３のプリズム
３１１，３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ 第１の面
３１２，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ 第２の面
３２１ａ１，３２１ｂ１，３２１ｃ１，３２１ｄ１ 第１のプリズム面
３２２ａ２，３２２ｂ２，３２２ｃ２，３２２ｄ２ 第２のプリズム面
３２３ａ３，３２３ｂ３，３２３ｃ３，３２３ｄ３ 第３のプリズム面
３７１，３７２，３７３ 光変調素子（ＤＭＤ）
４００ 投写光学系
４４０ 縮小光学系
４５０，４５０ａ 撮像素子
５００，５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄ 投影撮像光学系
６００，６００ａ 撮像素子内蔵型投写型映像表示装置
Ｌｓ，Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３ 照明光
Ｌｐ 投影光
Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３ 投射光
Ｌｉ，Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３ 撮像光
１０５ 照明光源
１１１，１１２ ダイクロイックミラー
１２１，１２２ レンズ
１２５ ロッドインテグレータ
１２６，１２７，１２８ リレー光学系を構成するレンズ
１１３ ミラー
２００ ＴＩＲプリズム
３００ 撮像光分離プリズム一体型色分離合成プリズム
２０１，２０２ プリズム
２１１ プリズム面
３１０，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄ 撮像光分離プリズム
３２０，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ 色分離合成プリズム
３２１，３２１ｂ，３２１ｃ，３２１ｄ 第１のプリズム
３２２，３２２ｂ，３２２ｃ，３２２ｄ 第２のプリズム
３２３，３２３ｂ，３２３ｃ，３２３ｄ 第３のプリズム
３１１，３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ 第１の面
３１２，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ 第２の面
３２１ａ１，３２１ｂ１，３２１ｃ１，３２１ｄ１ 第１のプリズム面
３２２ａ２，３２２ｂ２，３２２ｃ２，３２２ｄ２ 第２のプリズム面
３２３ａ３，３２３ｂ３，３２３ｃ３，３２３ｄ３ 第３のプリズム面
３７１，３７２，３７３ 光変調素子（ＤＭＤ）
４００ 投写光学系
４４０ 縮小光学系
４５０，４５０ａ 撮像素子
５００，５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄ 投影撮像光学系
６００，６００ａ 撮像素子内蔵型投写型映像表示装置
Ｌｓ，Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３ 照明光
Ｌｐ 投影光
Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３ 投射光
Ｌｉ，Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３ 撮像光
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18】