特許 7607205 プリズム群及び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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】プリズム群及び投写型映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20241220BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20241220BHJP

   G02B 27/10 20060101ALI20241220BHJP

   G02B 5/04 20060101ALI20241220BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20241220BHJP

   H04N 23/55 20230101ALI20241220BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G03B21/00 F

G02B27/10

G02B5/04 G

H04N5/74 A

H04N23/55

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023578634

(86)(22)【出願日】2023-02-03

(86)【国際出願番号】 JP2023003533

(87)【国際公開番号】W WO2023149536

(87)【国際公開日】2023-08-10

【審査請求日】2024-05-08

(31)【優先権主張番号】P 2022017509

(32)【優先日】2022-02-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100151378

【弁理士】

【氏名又は名称】宮村 憲浩

(74)【代理人】

【識別番号】100157484

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 智之

(72)【発明者】

【氏名】山本 紀和

【審査官】川俣 郁子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－００６３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０５４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４３６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６４２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９８２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１２２７８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００９１２５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ２１／００－２１／１０

２１／１２－２１／１３

２１／１３４－２１／３０

３３／００－３３／１６

Ｇ０２Ｂ ２７／１０

Ｇ０２Ｂ ５／０４

Ｈ０４Ｎ ５／７４

Ｈ０４Ｎ ２３／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＴＩＲプリズムと撮像光反射プリズムとを備え、
前記ＴＩＲプリズムは、
照明光学系により供給された照明光を反射させて光変調素子へ導くとともに、前記光変調素子で反射して生成された投写光を透過させて、投写光軸に沿って前記投写光軸の前方側の投写光学系へ出力し、更に、前記投写光学系から入射し、前記投写光軸の前方側に対向する方向に伝搬される外部光の少なくとも一部である撮像光を反射させて前記撮像光反射プリズムへ導き、
前記撮像光反射プリズムは、
前記ＴＩＲプリズムから入射した前記撮像光を内部反射させて、前記投写光軸に実質的に直交する面にある撮像光軸に沿って撮像素子へ導く、
プリズム群。

【請求項2】

前記ＴＩＲプリズムは、前記投写光軸の前方側から前記投写光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと第２のプリズムとを含み、
前記第２のプリズムの前記照明光が反射する照明光反射面と、前記第１のプリズムの前記投写光が入射する投写光入射面とは、平行な間隙を隔てて対向して配置され、
前記撮像光反射プリズムは、前記ＴＩＲプリズムからの前記撮像光が透過する撮像光入射面を有し、前記撮像光入射面を介して前記第１のプリズムと隣接して配置され、
前記撮像光は、前記ＴＩＲプリズム及び前記撮像光反射プリズム内において複数回内部反射し、
前記撮像光軸は、前記撮像光が前記ＴＩＲプリズム及び前記撮像光反射プリズムを通過する長手方向軸に直交する方向又はその付近に位置する、
請求項１に記載のプリズム群。

【請求項3】

前記撮像光反射プリズムは、前記撮像光入射面において、前記第１のプリズムと一体的に構成されている、
請求項２に記載のプリズム群。

【請求項4】

前記撮像光反射プリズムと、前記第１のプリズムとは、前記撮像光入射面において、平行な間隙を隔てて分離して配置されている、
請求項２に記載のプリズム群。

【請求項5】

前記ＴＩＲプリズムは、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間に配置された第３のプリズムを更に含み、
前記第３のプリズムは、第１のプリズム面と、前記第１のプリズム面と角度を成す第２のプリズム面とを有し、前記第１のプリズム面と前記第１のプリズムの前記投写光入射面とが接合され、前記第２のプリズム面と前記第２のプリズムの前記照明光反射面とが、平行な間隙を隔てて対向して配置されている、
請求項２に記載のプリズム群。

【請求項6】

前記投写光入射面は、可視域部分反射コートが施され、
前記可視域部分反射コートは、可視域の光に対し、２％以上１５％以下の反射率を有して前記撮像光を反射させる、
請求項２に記載のプリズム群。

【請求項7】

前記投写光入射面は、赤外域部分反射コートが施され、
前記赤外域部分反射コートは、赤外域の光に対し、５０％以上の反射率を有して前記撮像光を反射させる、
請求項２に記載のプリズム群。

【請求項8】

前記撮像光反射プリズムは、内部反射面を有し、
前記撮像光の少なくとも一部は、前記内部反射面で内部反射し、
前記内部反射面は、前記撮像光が内部反射する方向に向けて凹面の形状を有する、
請求項１に記載のプリズム群。

【請求項9】

前記撮像光は、前記撮像光反射プリズム内にて中間像を形成し、前記中間像を前記撮像素子の位置に結像し、
前記中間像は、前記内部反射面から離間して位置している、
請求項８に記載のプリズム群。

【請求項10】

前記撮像光反射プリズムは、撮像光出射面を有し、
前記撮像光は、前記撮像光出射面で透過して前記撮像素子へ出射され、
前記撮像光出射面は、前記撮像光が前記撮像素子へ出射する方向に向けて凸面の形状を有する、
請求項１に記載のプリズム群。

【請求項11】

可視域の照明光を供給する照明光学系と、
請求項１から１０のいずれか１つに記載の前記プリズム群を含むプリズム部材と、
前記照明光学系により供給され、前記プリズム部材により導かれて入射した光を空間的に変調し、映像情報に応じた前記投写光を生成する１つ又は複数の光変調素子と、
前記ＴＩＲプリズムを透過した前記投写光を拡大投写して映像を表示する投写光学系と、
前記撮像光反射プリズムにより出力された前記撮像光を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
を備える、
投写型映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プリズム群、及びそれを備える投写型映像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、本体内部に撮像素子を有し、投影用光を投写対象物に投写する投写光学系と、投写対象物からの光などを外光として撮像素子に結像する撮像光学系と、を共に備える投写型映像表示装置が知られていた。このような投写型映像表示装置は、投写対象物に対して映像を投写するとともに、投写された映像を撮像する機能を有する。この種の投写型映像表示装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。

【0003】

特許文献１に記載のプロジェクタ（投写型映像表示装置）は、光源からの照明光を光変調素子に導くと共に、光変調素子で反射された光を投写光学系へ出力するＴＩＲプリズムが設けられている。発光素子から発された光は、投写レンズを介してＴＩＲプリズムに入射し、ＴＩＲプリズムの反射面で反射して出射し、撮像素子上で結像する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－２１８２６２号公報

【発明の概要】

【0005】

特許文献１に記載のプロジェクタでは、ＴＩＲプリズムが照明光と、投写光と、撮像光との光路分岐素子として用いられている。当該プロジェクタの構成において、撮像光学系を投写光軸に対して傾斜する方向に配置して、撮像光を取り出している。このような配置では、撮像光学系がプロジェクタ機器内部への組み込みが困難である場合があり、装置が大型化となる問題が生じている。また、特許文献１のプロジェクタの構成では、ＴＩＲプリズムの外側でミラー等の光学部品を設けて撮像光の光路を折り曲げようとすると、光束の広がりにより装置の小型化が困難である。したがって、従来よりも小型化が容易な投写型映像表示装置が求められていた。

【0006】

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、撮像光学系を投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことを容易にし、投写型映像表示装置の小型化を容易にするプリズム群、及びそれを備える投写型映像表示装置を提供することにある。

【0007】

前記目的を達成するために、本開示に係るプリズム群は、ＴＩＲプリズムと撮像光反射プリズムとを備え、ＴＩＲプリズムは、照明光学系により供給された照明光を反射させて光変調素子へ導くとともに、光変調素子で反射して生成された投写光を透過させて、投写光軸に沿って投写光軸の前方側の投写光学系へ出力し、更に、投写光学系から入射し、投写光軸の前方側に対向する方向に伝搬される外部光の少なくとも一部である撮像光を反射させて撮像光反射プリズムへ導き、撮像光反射プリズムは、ＴＩＲプリズムから入射した撮像光を内部反射させて、投写光軸に実質的に直交する面にある撮像光軸に沿って撮像素子へ導くように構成されている。

【0008】

本開示の一態様に係るプリズム群によれば、撮像光学系が容易に投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができ、投写型映像表示装置の小型化を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施の形態に係る実施例１の投写型映像表示装置の全体構成を示す概略図である。

【図2】図１の投写型映像表示装置の投写光学系側から見た機器内部の配置図である。

【図3】本開示の実施の形態に係るプリズム群の構成を示す斜視図である。

【図4】本開示の実施の形態に係るプリズム群の断面図である。

【図5A】本開示の実施の形態に係るプリズム群における可視域部分反射コートの反射特性の例を示す図である。

【図5B】本開示の実施の形態に係るプリズム群における赤外域部分反射コートの反射特性の例を示す図である。

【図6】図１の投写光学系に入射する投写光のスペクトルの一例を示す図である。

【図7】本開示の実施の形態の変形例１に係るプリズム群の断面図である。

【図8】本開示の実施の形態の変形例２に係るプリズム群の断面図である。

【図9】本開示の実施の形態の変形例１に係るプリズム群（図９の（ａ））と、変形例２に係るプリズム群（図９の（ｂ））とにおけるＤＭＤ－ＯＦＦ光の反射を示す断面図である。

【図10】本開示の実施の形態に係るプリズム群による撮像光の伝搬の様子を示す図である。

【図11】本開示の実施の形態に係るプリズム群による撮像光の伝搬の様子を示す図である。

【図12】本開示の実施の形態に係る実施例２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系の構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の第１態様によれば、ＴＩＲプリズムと撮像光反射プリズムとを備え、ＴＩＲプリズムは、照明光学系により供給された照明光を反射させて光変調素子へ導くとともに、光変調素子で反射して生成された投写光を透過させて、投写光軸に沿って投写光軸の前方側の投写光学系へ出力し、更に、投写光学系から入射し、投写光軸の前方側に対向する方向に伝搬される外部光の少なくとも一部である撮像光を反射させて撮像光反射プリズムへ導き、撮像光反射プリズムは、ＴＩＲプリズムから入射した撮像光を内部反射させて、投写光軸に実質的に直交する面にある撮像光軸に沿って撮像素子へ導く、プリズム群を提供する。

【0011】

この態様によれば、撮像光学系が容易に投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができ、投写型映像表示装置の小型化を容易にすることができる。

【0012】

本開示の第２態様によれば、ＴＩＲプリズムは、投写光軸の前方側から投写光軸に沿って順に配置された第１のプリズムと第２のプリズムとを含み、第２のプリズムの照明光が反射する照明光反射面と、第１のプリズムの投写光が入射する投写光入射面とは、平行な間隙を隔てて対向して配置され、撮像光反射プリズムは、ＴＩＲプリズムからの撮像光が透過する撮像光入射面を有し、撮像光入射面を介して第１のプリズムと隣接して配置され、撮像光は、ＴＩＲプリズム及び撮像光反射プリズム内において複数回内部反射し、撮像光軸は、撮像光がＴＩＲプリズム及び撮像光反射プリズムを通過する長手方向軸に直交する方向又はその付近に位置する、第１態様に記載のプリズム群を提供する。

【0013】

本開示の第３態様によれば、撮像光反射プリズムは、撮像光入射面において、第１のプリズムと一体的に構成されている、第２態様に記載のプリズム群を提供する。

【0014】

本開示の第４態様によれば、撮像光反射プリズムと、第１のプリズムとは、撮像光入射面において、平行な間隙を隔てて分離して配置されている、第２態様に記載のプリズム群を提供する。

【0015】

本開示の第５態様によれば、ＴＩＲプリズムは、第１のプリズムと第２のプリズムとの間に配置された第３のプリズムを更に含み、第３のプリズムは、第１のプリズム面と、第１のプリズム面と角度を成す第２のプリズム面とを有し、第１のプリズム面と第１のプリズムの投写光入射面とが接合され、第２のプリズム面と第２のプリズムの照明光反射面とが、平行な間隙を隔てて対向して配置されている、第２から第４態様のいずれか１つに記載のプリズム群を提供する。

【0016】

本開示の第６態様によれば、投写光入射面は、可視域部分反射コートが施され、可視域部分反射コートは、可視域の光に対し、２％以上１５％以下の反射率を有して撮像光を反射させる、第２から第５態様のいずれか１つに記載のプリズム群を提供する。

【0017】

本開示の第７態様によれば、投写光入射面は、赤外域部分反射コートが施され、赤外域部分反射コートは、赤外域の光に対し、５０％以上の反射率を有して撮像光を反射させる、第２から第５態様のいずれか１つに記載のプリズム群を提供する。

【0018】

本開示の第８態様によれば、撮像光反射プリズムは、内部反射面を有し、撮像光は、内部反射面で内部反射し、内部反射面は、撮像光が内部反射する方向に向けて凹面の形状を有する、第１から第７態様のいずれか１つに記載のプリズム群を提供する。

【0019】

本開示の第９態様によれば、撮像光は、撮像光反射プリズム内にて中間像を形成し、中間像を撮像素子の位置に結像し、中間像は、内部反射面から離間して位置している、第８態様に記載のプリズム群を提供する。

【0020】

本開示の第１０態様によれば、撮像光反射プリズムは、撮像光出射面を有し、撮像光は、撮像光出射面で透過して撮像素子へ出射され、撮像光出射面は、撮像光が撮像素子へ出射する方向に向けて凸面の形状を有する、第１から第９態様のいずれか１つに記載のプリズム群を提供する。

【0021】

本開示の第１１態様によれば、可視域の照明光を供給する照明光学系と、第１から第１０態様のいずれか１つに記載のプリズム群を含むプリズム部材と、照明光学系により供給され、プリズム部材により導かれて入射した光を空間的に変調し、映像情報に応じた投写光を生成する１つ又は複数の光変調素子と、ＴＩＲプリズムを透過した投写光を拡大投写して映像を表示する投写光学系と、撮像光反射プリズムにより出力された撮像光を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える、投写型映像表示装置を提供する。

【0022】

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

《実施の形態》
以下、本開示の実施の形態に係るプリズム群、及びそれを備える投写型映像表示装置について、図１乃至図１２を参照しながら説明する。本開示に係るプリズム群を適用した投写型映像表示装置の具体的な実施例として、１つの光変調素子を備える単板式の投写型映像表示装置（実施例１）及び３つの光変調素子を備える３板式の投写型映像表示装置（実施例２）を説明する。

【0026】

（実施例１の投写型映像表示装置６００の構成）
以下において、本開示の実施の形態に係る実施例１の投写型映像表示装置６００の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る実施例１の投写型映像表示装置６００の全体構成を示す概略図である。また、図１の（ａ）及び（ｂ）は、図示Ｘ－Ｚ面において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１の（ｃ）は、図１の（ａ）の左側、すなわち、図１の（ａ）の＋Ｚ側から－Ｚ方向に向かって見たプリズム群３００及び撮像光学系４４０等を示す概略図である。なお、本開示の実施の形態に係る投写型映像表示装置は、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。

【0027】

図１の投写型映像表示装置６００は、照明光を供給する照明光学系２００と、投影撮像光学系５００と、を備える。照明光学系２００は、光源ユニット２０と、アフォーカルレンズ３１，３２と、拡散板４１と、λ／４板４２と、コンデンサレンズ３３，３４，３５と、ダイクロイックミラー４５と、ロッドインテグレータ４６と、蛍光体ホイール５０と、カラーホイール６０と、照明光リレー光学系を構成するレンズ７３，７４，７５と、を含む。

【0028】

＜照明光学系＞
照明光学系２００において、光源ユニット２０は、例えば、複数の半導体レーザ（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成される。本実施の形態では、青色光を出射する半導体レーザ素子２１を使用することができる。半導体レーザ素子２１から出射される青色光は、波長が４５５ｎｍ付近であって、映像光として用いられるとともに、蛍光体ホイール５０の蛍光体を励起するための励起光としても用いられる。半導体レーザ素子２１から発された青色光は、図示－Ｘ方向に出射され、コリメートレンズ２２によってコリメートされた後、アフォーカルレンズ３１及び３２によって集束され、拡散板４１を透過してダイクロイックミラー４５に入射する。

【0029】

本実施の形態において、光源ユニット２０から出射される光は、例えば、Ｓ偏光の青色光であって、ダイクロイックミラー４５は、Ｓ偏光の青色光を反射し、Ｐ偏光の青色光及びその他の色光は透過することができる。ダイクロイックミラー４５で反射された青色光は、略－Ｚ方向に進み、λ／４板４２を通過して、コンデンサレンズ３３、３４で集光されて蛍光体ホイール５０に入射し、蛍光体ホイール５０の蛍光体を励起して発光させる。

【0030】

蛍光体ホイール５０は、回転することにより、蛍光体層の異なるセグメントが入射した青色光によって励起され、例えば、黄色域の発光成分光、緑色域の発光成分光等を含む蛍光を発生することができる。また、λ／４板４２を通過した青色光の一部が蛍光体ホイール５０により反射されて、λ／４板４２を再度通過することで、Ｐ偏光の青色成分光となり、ダイクロイックミラー４５を透過する。ダイクロイックミラー４５を透過した青色成分光及び各色域の発光成分光は、略Ｚ方向に進み、コンデンサレンズ３５を経てカラーホイール６０に入射する。

【0031】

カラーホイール６０は、蛍光体ホイール５０と同期回転するよう制御され、異なるセグメントの透過特性によって入射した光を分光する。同期回転する蛍光体ホイール５０とカラーホイール６０とによって生成される光は、赤色、緑色、青色、黄色等を含む各色域の成分光が時分割で出射されるように、ロッドインテグレータ４６に入射し、ここで均一化される。

【0032】

ロッドインテグレータ４６から出射された光は、照明光リレー光学系を構成するレンズ７３，７４，７５を透過したのち、照明光学系２００から出射され、時間平均としては白色光の照明光Ｌｓとなって投影撮像光学系５００に入射する。

【0033】

＜投影撮像光学系＞
次に、投影撮像光学系５００は、プリズム群３００と、光変調素子４００と、投写光学系４２０と、撮像光学系４４０と、撮像素子４５０と、を備える。また、本実施の形態において、撮像光学系４４０及び撮像素子４５０は、図示Ｘ方向の投写光軸Ｏａ１に概ね直交するＹ－Ｚ面に配置され、撮像光Ｌｉは、＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０に入射する（図１の（ｃ）に示す）。

【0034】

投影撮像光学系５００において、プリズム群３００は、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム３１０（内部全反射プリズム）と、撮像光反射プリズム３５０とによって構成されている。ＴＩＲプリズム３１０は、本実施の形態において、略三角柱状の第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とを、間に微小な間隙を設けて接合して構成されている。ＴＩＲプリズム３１０は、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光変調素子４００に導く。撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０に隣接して配置されている。撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とは、分離して構成されてもよく（図７）、一体に構成されてもよい（図４、図８）。図１においては、撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とを分離した構成で示している。撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０で反射して入射した撮像光Ｌｉを更に反射して偏向させて撮像素子４５０に導く。プリズム群３００の構成については、後段において詳述する。

【0035】

光変調素子４００は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられ、照明光Ｌｓに含まれる各色域の成分光を、映像信号に基づいて変調し、画素毎に投写光ＬｐとなるＤＭＤ－ＯＮ光（オン光）、又はＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆ（オフ光）に振り分ける。投影用の投写光Ｌｐは、投写光軸Ｏａ１に沿って＋Ｘ方向に出射され、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは投写光軸Ｏａ１から偏向されて除去される。

【0036】

投写光Ｌｐは、ＴＩＲプリズム３１０を透過し、投写光出射面３２１から出力されて、投写光軸Ｏａ１に沿って投写光学系４２０へ伝搬される。投写光学系４２０が備えるレンズ群ＬＧｐは、投写光Ｌｐをスクリーン４３０などの投写対象物に拡大投写して映像を表示する。

【0037】

一方、スクリーン４３０から図示－Ｘ方向に反射された外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉを利用して、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。

【0038】

図示のように、外部光Ｌｅは、投写光学系４２０から入射し、投写光軸Ｏａ１に沿って－Ｘ方向に伝搬され、ＴＩＲプリズム３１０の第１のプリズム３２０の投写光学系側の投写光出射面３２１に入射する。ＴＩＲプリズム３１０内において、外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉが内部反射し、偏向されて撮像光反射プリズム３５０に入射する。撮像光反射プリズム３５０に入射した撮像光Ｌｉが撮像光反射プリズム３５０内で更に内部反射して偏向され、撮像光反射プリズム３５０の撮像光出射面３５３から撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射され、図示＋Ｙ方向に撮像光学系４４０に導入される。

【0039】

撮像光学系４４０は、複数の光学部品によって構成することができ、本実施の形態において、複数のレンズからなるリレー光学系で構成することができる。撮像光出射面３５３から出射され、＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って伝搬される撮像光Ｌｉは、撮像光学系４４０により、撮像素子４５０に結像することができる。なお、本開示は、撮像光学系による結像の倍率を限定せず、撮像光学系４４０は、縮小結像光学系であってもよく、等倍、又は拡大結像光学系であってもよい。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、受光した撮像光Ｌｉを電気的な画像信号に変換する。

【0040】

＜投写型映像表示装置の機器内部の配置＞
次に、本開示の実施の形態に係る投写型映像表示装置６００の機器内部の配置について、図２を参照して説明する。図２は、図１の投写型映像表示装置６００の投写光学系側から見た機器内部の配置図である。ただし、図１は、撮像光学系４４０及び撮像素子４５０がプリズム群３００の－Ｙ側に配置される構成例であって、図２は、撮像光学系４４０及び撮像素子４５０がプリズム群３００の－Ｙ側に配置される構成例を示している。

【0041】

図１の投写光学系４２０側、すなわち、図１の上方から、－Ｘ方向に向かってみると、投写型映像表示装置６００の筐体６００Ａの内部において、プリズム群３００は、投写光学系４２０のレンズ群ＬＧｐの下方に位置し、光変調素子４００が概ねレンズ群ＬＧｐの中央に位置している。照明光学系２００から出射された照明光Ｌｓは、折り返しミラー４７によって偏向され、リレーレンズ群４８を通して、ＴＩＲプリズム３１０及び撮像光反射プリズム３５０を通過するプリズム群３００の長手方向軸Ｏｂ２に沿って、図示概ね＋Ｚ方向にプリズム群３００に入射する。

【0042】

光変調素子４００からのＤＭＤ－ＯＮ光（投写光Ｌｐ、図２には示さず）は図示＋Ｘ方向に出射され、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは、プリズム群３００の長手方向軸Ｏｂ２付近の方向に偏向される。

【0043】

レンズ群ＬＧｐはバックフォーカスを短く設計した方が装置のより小型化、低コスト化が可能となるため、投写光学系４２０とプリズム群３００の投写光学系側の投写光出射面３２１とは干渉しない範囲で極力近接して構成されている。そのため、投写光Ｌｐの出射方向である図示Ｘ方向において、筐体６００Ａ内部の空間が少なく、設計上光学部品等の配置が制限される。

【0044】

本開示に係る投写型映像表示装置６００において、前述したように、投写光学系から図示－Ｘ方向に入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉは、プリズム群３００内で複数回内部反射して偏向させることによって、投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０に導入することができる。これによって、撮像光学系４４０は、投写光学系４２０と干渉することなく容易に機器内部に組み込むことができ、従来の投写型映像表示装置に設けられた投写光学系が変更する必要なく投写型映像表示装置に利用することができる。これによって、低コストで装置の改良又は機能拡充が可能となる。

【0045】

また、プリズム群３００の内部で撮像光Ｌｉを複数回内部反射して偏向させることにより、撮像光伝搬の空気換算長を短くすることができ、光束の広がりを抑制することによって、撮像光学系のレンズの口径及び厚さの低減が可能となる。これによって、投写型映像表示装置の小型化は、従来よりも容易にすることができる。

【0046】

また、実際の投写型映像表示装置は、図２に示すように、投写光学系から見たときに、プリズム群３００に入射する照明光Ｌｓは、図示右下から、筐体６００Ａの長辺に対して斜め４５度の方向から入射するように設計されている。これは、光変調素子４００としてのＤＭＤの微小ミラーの回転軸が４５度傾いて設けられていることに起因している。そのため、照明光Ｌｓを光変調素子４００に導くプリズム群３００も、長手方向軸Ｏｂ２が筐体６００Ａの長辺に対して約４５度傾くように配置されている。このような配置では、図示のように、機器内部においてプリズム群３００の長手方向軸Ｏｂ２側のスペースが少ない。更に、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆが導かれる方向付近に撮像光学系を配置すると、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆによる迷光の影響が大きくなる。

【0047】

本実施の形態において、図２に示すように、撮像光Ｌｉを、プリズム群３００内において複数回内部反射させることによって、プリズム群３００の長手方向軸Ｏｂ２と直交する方向又はその付近に位置する撮像光軸Ｏｂ１に沿って導くことができる。これによって、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆによる迷光の影響を抑制するとともに、機器内部のスペースを有効に利用することができ、更なる装置のコンパクト化に繋がる。

【0048】

図２において、撮像光軸Ｏｂ１がプリズム群３００の長手方向軸Ｏｂ２と概ね直交するように示しているが、本開示はこれに限定されない。撮像光軸Ｏｂ１は、プリズム群３００の長手方向軸Ｏｂ２と直交する方向の付近に配置されてもよい。また、図１及び図２に示すように、撮像光学系４４０及び撮像素子４５０は、撮像光軸Ｏｂ１に沿って、プリズム群３００のいずれの側に配置されてもよい。

【0049】

＜プリズム群３００の構成＞
図３，４を参照して実施の形態に係る投影撮像光学系５００のプリズム群３００の構成を説明する。明瞭化のために、各光ビームを主光線のみで示している。

【0050】

図３は、本開示の実施の形態に係るプリズム群３００の構成を示す斜視図である。図４は、本開示の実施の形態に係るプリズム群３００の断面図である。また、図３のプリズム群３００は、撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とが一体的に形成された構成で示されている。

【0051】

ＴＩＲプリズム３１０は、略三角柱状の第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とを含み、第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とは、投写光軸Ｏａ１の前方側（図示＋Ｘ側）から投写光軸Ｏａ１に沿って順に配置されている。第２のプリズム３３０は、照明光反射面３３１を有し、入射した照明光Ｌｓが照明光反射面３３１で全反射して光変調素子４００に導入される。第１のプリズム３２０は、光変調素子４００で反射されて＋Ｘ方向に進む投写光Ｌｐの投写光入射面３２２と投写光出射面３２１とを有する。第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とは、投写光入射面３２２と照明光反射面３３１との間に平行な間隙を設けて接合されている。これによって、光変調素子４００からの投写光Ｌｐは、第２のプリズム３３０を透過して第１のプリズム３２０に入り、更に第１のプリズム３２０を透過して、投写光出射面３２１から投写光軸Ｏａ１に沿って投写光学系に出力されて結像される。ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは、投写光軸Ｏａ１から偏向された方向にＴＩＲプリズム３１０を透過して除去される。

【0052】

第１のプリズム３２０と隣接して配置されている撮像光反射プリズム３５０は、撮像光入射面３５１と、内部反射面３５２と、撮像光出射面３５３とを有する。本実施の形態において、ＴＩＲプリズム３１０の第１のプリズム３２０と撮像光反射プリズム３５０とは、撮像光入射面３５１において一体的に形成されている。

【0053】

図示のように、投写光学系（図３に図示せず）から－Ｘ方向に第１のプリズム３２０に入射した外部光Ｌｅは、投写光入射面３２２においてビームスポットＳ１を形成する。投写光入射面３２２は、部分反射コートが施され、入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部が部分反射コートにより撮像光Ｌｉとして内部反射し、投写光出射面３２１に到達してビームスポットＳ２を形成する。続いて、撮像光Ｌｉが投写光出射面３２１で内部反射し、撮像光反射プリズム３５０の撮像光入射面３５１に到達し、撮像光入射面３５１を透過して撮像光反射プリズム３５０に入射する。

【0054】

撮像光反射プリズム３５０において、撮像光Ｌｉは、内部反射面３５２においてビームスポットＳ３を形成して内部反射したのち、撮像光出射面３５３から図示＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射され、撮像光学系４４０によって撮像素子に結像することができる。

【0055】

このように、本実施の形態において、撮像光Ｌｉは、プリズム群３００内で３回内部反射したのち、投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にあり、且つプリズム群３００の長手方向軸Ｏｂ２に直交する方向又はその付近に位置する撮像光軸Ｏｂ１に沿って、撮像素子４５０に導入することができる。なお、本開示は、撮像光Ｌｉがプリズム群３００内での内部反射回数を限定しない。また、これに限定されないが、好ましくは、撮像光Ｌｉが、投写光出射面３２１で全反射して撮像光反射プリズム３５０に入射してもよい。これによって、効率よく撮像光を利用することができる。

【0056】

図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の実施の形態に係るプリズム群３００における部分反射コートの反射特性の例を示す図である。投写光入射面３２２に施された部分反射コートは、可視域部分反射コート（図５Ａ）であってもよく、赤外域部分反射コート（図５Ｂ）であってもよい。

【0057】

可視域部分反射コートが施された場合、光変調素子４００から投写光入射面３２２に入射した可視域の投写光Ｌｐも、可視域部分反射コートの反射特性により一部が反射されるため、投写光Ｌｐにロスが生じる。本実施の形態の場合、図５Ａに示す可視域部分反射コートは、波長が４００ｎｍ－７００ｎｍの可視域の光に対し、２％以上１５％以下の反射率を有する。これによって、投写光Ｌｐに大きなロスが生じることなく、可視域の外部光の一部を撮像光として取り入れて撮像することができる。なお、可視域部分反射コートの反射特性は、これに限定されない。

【0058】

一方、赤外域部分反射コートが施された場合、図５Ｂに示すように、本実施の形態において、赤外域部分反射コートは、波長が７５０ｎｍ以上の赤外域の光に対し、５０％以上の反射率を有して撮像光を反射させる。なお、赤外域部分反射コートの反射特性は、これに限定されない。

【0059】

図６は、図１の投写光学系４２０に入射する投写光のスペクトルの一例を示す図である。図６に示すように、投写光学系に入射する投写光は、概ね４４０ｎｍ－４７０ｎｍの青域の光成分ＬＢと、５２０ｎｍ－５７０ｎｍの緑域の光成分ＬＧと、５９０ｎｍ－６５０ｎｍの赤域（黄色）の光成分ＬＲ（Ｙ）とを有し、赤外域の光成分を含まない。そこで、赤外域の外部光を撮像光として取り入れるとともに、可視域の投写光Ｌｐを大凡１００％透過させることによって、投写光にロスが生じることなく撮像することができる。なお、赤外線を利用した撮像は、全く明かりのない場所で動作の検知又は追跡することに利用することができ、夜間撮影や暗視型監視カメラなどで活用されている。

【0060】

（変形例１に係るプリズム群３００ａ）
次に、図７－図８を参照してプリズム群３００の変形例を説明する。図７は、本開示の実施の形態の変形例１に係るプリズム群３００ａの断面図であり、図８は、本開示の実施の形態の変形例２に係るプリズム群３００ｂの断面図である。

【0061】

図７に示すプリズム群３００ａは、図３－４に示すプリズム群３００と同様に、ＴＩＲプリズム３１０ａと撮像光反射プリズム３５０ａとによって構成されている。図示のように、プリズム群３００ａは、撮像光反射プリズム３５０ａが撮像光入射面３５１ａにおいてＴＩＲプリズム３１０ａと分離して形成されている点でプリズム群３００と異なる。

【0062】

図７に示すように、プリズム群３００ａにおいて、第１のプリズム３２０ａは、撮像光反射プリズム３５０ａに隣接するプリズム面３２３ａを有する。第１のプリズム３２０ａと撮像光反射プリズム３５０ａとは、プリズム面３２３ａと撮像光入射面３５１ａとの間に平行な間隙を隔てて分離して形成されている。

【0063】

プリズム群３００ａにおいて、－Ｘ方向に第１のプリズム３２０ａに入射した外部光Ｌｅは、投写光入射面３２２ａにおいてビームスポットＳ１ａを形成する。投写光入射面３２２ａの部分反射コートによって、入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部が撮像光Ｌｉａとして内部反射して、投写光出射面３２１ａに到達してビームスポットＳ２ａを形成する。続いて、撮像光Ｌｉａが投写光出射面３２１ａで内部反射して、プリズム面３２３ａを透過して、撮像光反射プリズム３５０ａの撮像光入射面３５１ａに到達して透過し、撮像光反射プリズム３５０ａに入射する。撮像光反射プリズム３５０ａにおいて、撮像光Ｌｉａは、内部反射面３５２ａにおいて、ビームスポットＳ３ａを形成し、内部反射面３５２ａで内部反射したのち、撮像光出射面３５３ａから出射される。

【0064】

前述したように、投写光ＬｐがＴＩＲプリズムを透過して投写光学系に出射する。ＴＩＲプリズムを通過するとき、高エネルギーの投写光Ｌｐにより発熱が生じるため、ＴＩＲプリズムは、耐熱性のガラス素材で作製する必要がある。プリズム群３００において、撮像光反射プリズムがＴＩＲプリズムと一体に形成された場合には、熱伝導の影響を受けるため、ガラス製撮像光反射プリズムが必要である。また、屈折率の変化による収差の発生を抑制するため、撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０と同様のガラス素材で作製することが望ましい。一方、図７に示すプリズム群３００ａにおいて、撮像光反射プリズム３５０ａは、ＴＩＲプリズム３１０ａと分離して形成されることで、熱伝導が抑制されるため、ＴＩＲプリズム３１０ａと異なるガラス素材、又は樹脂素材を採用して作製することができる。従って、撮像プリズムをＴＩＲプリズムと分離して形成することによって、自由度の高い材料選択ができる。樹脂製の光学部品が優れた加工性を有するため、複雑な幾何形状の光学面を有するプリズム部材を低コストで作製できる利点もある。

【0065】

（変形例２に係るプリズム群３００ｂ）
図８に示すプリズム群３００ｂは、ＴＩＲプリズム３１０ｂと、撮像光反射プリズム３５０ｂと、第３のプリズム３４０とによって構成され、第３のプリズム３４０を備えている点でプリズム群３００と異なる。図示のように、本実施の形態において、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂと撮像光反射プリズム３５０ｂとは、一体的に形成されている。しかし、本開示はこれに限定されない。プリズム群３００ｂにおいて、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂと撮像光反射プリズム３５０ｂとは、図７に示すプリズム群３００ａと同様に、分離して形成されてもよい。

【0066】

図８に示すように、プリズム群３００ｂの第３のプリズム３４０は、第１のプリズム面３４１と第２のプリズム面３４２を有する。第１のプリズム面３４１は、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂの投写光入射面３２２ｂと接合されている。第２のプリズム面３４２は、第１のプリズム面３４１と角度を成して交差している。第２のプリズム面３４２と、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第２のプリズム３３０ｂの照明光反射面３３１ｂとは、平行な間隙を隔てて対向して配置されている。なお、これに限定されないが、本実施の形態において、第３のプリズム３４０は、楔形状を有する。第１のプリズム面３４１と第２のプリズム面３４２とは、好ましくは、２度から１０度の頂角Ａを成し、本実施の形態において、約３度の頂角Ａを成している。

【0067】

プリズム群３００ｂにおいて、－Ｘ方向に第１のプリズム３２０ｂに入射した外部光Ｌｅは、投写光入射面３２２ｂにおいてビームスポットＳ１ｂを形成する。投写光入射面３２２ｂの部分反射コートによって、入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部が撮像光Ｌｉｂとして内部反射して、投写光出射面３２１ｂに到達してビームスポットＳ２ｂを形成する。続いて、撮像光Ｌｉｂが投写光出射面３２１ｂで内部反射して、撮像光反射プリズム３５０ｂに入射する。撮像光反射プリズム３５０ｂにおいて、撮像光Ｌｉｂは、内部反射面３５２ｂにおいてビームスポットＳ３ｂを形成し、内部反射面３５２ｂで内部反射したのち、撮像光出射面３５３ｂから出射される。

【0068】

比較するために、図８には、図７に示すプリズム群３００ａにおいて、撮像光Ｌｉａが撮像光反射プリズム３５０ａの内部反射面３５２ａ（図示せず）に形成したビームスポットＳ３ａも示している。図示のように、プリズム群３００ｂにおいて撮像光Ｌｉｂが形成したビームスポットＳ３ｂは、ビームスポットＳ３ａよりも小さく、且つ、ビームスポットＳ３ｂの中心位置は、ビームスポットＳ３ａの中心位置に比べ、投写光軸Ｏａ１側に距離Ｄだけ近接している。撮像光Ｌｉａのプリズム群３００ａ内での伝搬光路に比べ、撮像光Ｌｉｂのプリズム群３００ｂ内での伝搬光路は短縮されていることが分かる。

【0069】

プリズム群３００ｂにおいて、撮像光Ｌｉｂにより撮像光反射プリズムの内部反射面に形成されるビームスポットＳ３ｂがこのように変化したのは、第３のプリズム３４０が設けられているためである。図８に示すように、第２のプリズム３３０ｂは、照明光反射面３３１ｂと、投写光軸Ｏａ１に垂直な底面３３２ｂとが角度α１を成して構成されている。当該角度α１は、光変調素子４００としてのＤＭＤの特性によって制限され、自由に設計することができない。そして、照明光反射面３３１ｂと投写光入射面３２２ｂとが、平行な間隙を隔てて対向して配置されているため、撮像光の投写光入射面での反射角度も制限されている。そこで、楔形状の第３のプリズム３４０を設けることによって、投写光入射面３２２ｂと投写光軸Ｏａ１との成す角度βを、楔形状の第３のプリズム３４０の頂角Ａの角度だけ増加させることにより、撮像光Ｌｉｂの投写光入射面３２２ｂでの反射角度を調整することができる。これによって、撮像光Ｌｉｂの伝搬光路が短縮でき、プリズム群３００ｂをよりコンパクト化することができる。

【0070】

更に、楔形状の第３のプリズム３４０を設けることによって、プリズム群３００ｂ内の迷光の影響を抑制することができる。これについて、図９を参照して説明する。図９は、本開示の実施の形態の変形例１に係るプリズム群３００ａ（図９の（ａ））と、変形例２に係るプリズム群３００ｂ（図９の（ｂ））とにおけるＤＭＤ－ＯＦＦ光の反射を示す断面図である。

【0071】

図９に示すように、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは、ＴＩＲプリズムを透過して除去される。そのとき、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは、投写光入射面において、可視域部分反射コートによって部分反射される。図９の（ａ）に示すプリズム群３００ａにおいて、投写光入射面３２２ａで反射されたＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆの一部（オフ光Ｌｆ１ａ）は、投写光入射面３２２ａの傾斜角度α１によって、光変調素子４００に入射し、光変調素子４００で反射されたのち、プリズム群３００ａに入り、迷光となってしまう。一方、図９の（ｂ）に示すプリズム群３００ｂにおいて、投写光入射面３２２ｂの傾斜角度α２は、投写光入射面３２２ａの傾斜角度α１よりも、第３のプリズム３４０の頂角Ａの角度だけ大きくなる。これによって、投写光入射面３２２ｂで反射されたＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆの一部（オフ光Ｌｆ１ｂ）は、光変調素子４００に入射せず除去される。このように、第３のプリズム３４０を設けることによって、投写光入射面３２２ｂの傾斜角度を適切に調整することができ、ＤＭＤ－ＯＦＦ光によるプリズム群３００ｂ内の迷光の影響を抑制することができる。

【0072】

（撮像光反射プリズムのプリズム面の曲率設計）
図１０－１１を参照して、本開示の実施の形態に係るプリズム群撮像光反射プリズムの内部反射面及び撮像光出射面に曲率を持たせた場合を説明する。図１０は、本開示の実施の形態に係るプリズム群３００（図１０の（ａ））と、プリズム群３００ｃ（図１０の（ｂ））とによる撮像光の伝搬の様子を示す図である。図１１は、本開示の実施の形態に係るプリズム群３００（図１１の（ａ））と、プリズム群３００ｄ（図１１の（ｂ））とによる撮像光の伝搬の様子を示す図である。

【0073】

前述したように、外部光Ｌｅは、投写光入射面３２２（図３，４を参照）においてビームスポットＳ１を形成し、外部光Ｌｅの少なくとも一部が撮像光Ｌｉとして内部反射して、投写光出射面３２１（図３，４を参照）に到達してビームスポットＳ２を形成し、内部反射して撮像光反射プリズム３５０に入射する。更に、撮像光反射プリズム３５０の内部反射面３５２においてビームスポットＳ３を形成して内部反射したのち、撮像光出射面３５３から出射される。図１０の（ａ）及び図１１の（ａ）に示すように、本開示の実施において、スクリーン４３０（図１に示す）から反射され、－Ｘ方向に伝搬する外部光Ｌｅは、投写光学系４２０を通過してプリズム群３００に入射する。このとき、投写光学系４２０により、外部光Ｌｅが集束され、ビームスポットＳ１を形成した後、外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉが収束してビームスポットＳ２を形成する。撮像光反射プリズム３５０に入射した後、撮像光Ｌｉが更に収束し、投写光学系４２０のレンズ群ＬＧｐに対して、スクリーン４３０と共役な位置に中間像Ｍｓが形成される。本実施の形態において、当該中間像Ｍｓは、内部反射面３５２から離間した位置に形成されている。撮像光Ｌｉは、中間像Ｍｓを形成した後、内部反射面３５２に向かって進むにつれて、光束が徐々に広がり、内部反射面３５２にビームスポットＳ３を形成する。そして、内部反射面３５２で撮像光Ｌｉは撮像光出射面３５３に向かって反射し、撮像光出射面３５３を透過して出射され、撮像光学系４４０によって撮像素子４５０に結像する。

【0074】

図１０の（ｂ）に示すプリズム群３００ｃは、図１０の（ａ）のプリズム群３００と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。本実施の形態では、プリズム群３００ｃにおいて、撮像光反射プリズム３５０ｃの内部反射面３５２ｃは、撮像光Ｌｉｃの当該内部反射面３５２ｃでの内部反射する方向に向けて凹面の形状Ｃ１を有するように構成することができる。当該凹面の形状Ｃ１は、正のパワーを有する凹面鏡として反射される撮像光を集束することができる。このように、撮像光反射プリズムの内部反射面３５２ｃに曲率を持たせることにより、撮像光Ｌｉｃのプリズム群３００ｃ内の広がりを抑制し、よって、出射する撮像光Ｌｉｃの光束の広がりを規定することができる。そのため、後段の撮像光学系４４０ｃは、図１０の（ａ）示す撮像光学系４４０よりも、光学部品の口径が小さく、薄型の光学部品を利用して構成することができる。これによって、図示のように、撮像素子４５０までの撮像光Ｌｉｃの伝搬光路長を、プリズム群３００により出射された撮像光Ｌｉの伝搬光路長よりも、距離ｄ１だけ短縮することができる。したがって、撮像光学系の更なるコンパクト化が可能となる。

【0075】

次に、図１１の（ｂ）に示すプリズム群３００ｄは、図１１の（ａ）のプリズム群３００と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。本実施の形態では、プリズム群３００ｄにおいて、撮像光反射プリズム３５０ｄの撮像光出射面３５３ｄは、撮像光Ｌｉｄの撮像素子４５０へ出射する方向に向けて凸面の形状Ｃ２を有するように構成することができる。当該凸面の形状Ｃ２は、正のパワーを有する凸レンズとして出射される撮像光を集束することができる。このように、撮像光反射プリズムの撮像光出射面３５３ｄに曲率を持たせることにより、出射する撮像光Ｌｉｄの光束の広がりを規定することができる。そのため、後段の撮像光学系４４０ｄは、図１０の（ａ）示す撮像光学系４４０よりも、光学系の部品点数が削減できる。これによって、図示のように、撮像素子４５０までの撮像光Ｌｉｄの伝搬光路長を、プリズム群３００により出射された撮像光Ｌｉの伝搬光路長よりも、距離ｄ２だけ短縮することができる。したがって、撮像光学系の更なるコンパクト化が可能となる。

【0076】

なお、ここで図示していないが、撮像光反射プリズムの撮像光入射面３５１にも曲率を持たせることができる。撮像光反射プリズムの１つ又は複数のプリズム面に曲率を持たせることによって、撮像光学系をコンパクト化することができ、装置全体を更に小型化しやすくすることができる。

【0077】

（実施例２の投影撮像光学系５００Ａの構成）
図１２は、本開示の実施の形態に係る実施例２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系５００Ａの構成を示す概略図である。本実施例に係る投写型映像表示装置は、３板式の投写型映像表示装置であって、照明光学系と投影撮像光学系とを備える。照明光学系が既によく知られている構成であるため、図１２は、照明光学系を図示せず、投影撮像光学系５００Ａのみを示している。図１２の（ｂ）は、図示Ｘ－Ｚ面において投影撮像光学系５００Ａの構成を示す概略図であって、図１２の（ａ）は、図１の（ｂ）の左側、すなわち、図１２の（ｂ）の＋Ｚ側から－Ｚ方向に向かって見た投影撮像光学系５００Ａを示す概略図である。

【0078】

図１２に示すように、投影撮像光学系５００Ａは、プリズム部材３６０を備えている。プリズム部材３６０は、本開示の実施の形態に係るプリズム群３００Ａと色分離合成プリズム３８０Ａとによって構成されている。プリズム群３００Ａは、色分離合成プリズム３８０Ａの前方側（投写光学系４２０Ａ側）に位置している。照明光学系からの各色域の照明光ＬｓＡは、プリズム群３００ＡのＴＩＲプリズム３１０Ａを透過して、色分離合成プリズム３８０Ａに入射する。

【0079】

色分離合成プリズム３８０Ａは、投写光学系４２０Ａ側から投写光軸Ｏａ１に沿って順に配置されたプリズム３８１Ａ，３８２Ａ，３８３Ａを含む。色分離合成プリズム３８０Ａによって、入射してきた照明光に含まれる各色域の光が色分離されて、３つの対応する光変調素子４０１，４０２，４０３に別々に導かれる。それぞれの光変調素子４０１，４０２，４０３は、入射される各色域の光を映像信号に基づいて変調し、変調した各色域の光成分を、再び色分離合成プリズム３８０Ａの３つのプリズムのそれぞれに反射する。

【0080】

色分離合成プリズム３８０Ａ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）を投写光軸Ｏａ１に導いて再度色合成し、合成した投写光ＬｐＡを投写光軸Ｏａ１に沿って＋Ｘ方向に出射する。投影しない光（ＤＭＤ－ＯＦＦ光、図示せず）は投写光軸Ｏａ１から偏向されて除去される。投写光ＬｐＡは、色分離合成プリズム３８０Ａから出力され、投写光軸Ｏａ１の前方側のＴＩＲプリズム３１０Ａを透過して、投写光学系４２０Ａへ伝搬される。投写光学系４２０Ａは、投写光ＬｐＡをスクリーン４３０Ａに拡大投写して映像を表示する。

【0081】

一方、スクリーンから図示－Ｘ方向に反射された外部光ＬｅＡは、投写光学系４２０Ａから入射し、投写光軸Ｏａ１に沿って－Ｘ方向に伝搬され、ＴＩＲプリズム３１０Ａの第１のプリズム３２０Ａに入射する。第１のプリズム３２０Ａ内において、外部光ＬｅＡの少なくとも一部が撮像光ＬｉＡとして反射し、偏向されて撮像光反射プリズム３５０Ａに入射する。続いて、撮像光反射プリズム３５０Ａに入射した撮像光ＬｉＡが撮像光反射プリズム３５０Ａ内で更に反射して偏向され、撮像光反射プリズム３５０Ａの撮像光出射面３５３Ａから撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射される。出射された撮像光ＬｉＡは、図示＋Ｙ方向に進み、撮像光学系４４０Ａに導入され、撮像光学系４４０Ａにより、撮像素子４５０Ａに結像する。

【0082】

このように、投写光学系から図示－Ｘ方向に入射した外部光ＬｅＡの少なくとも一部である撮像光ＬｉＡは、プリズム群３００Ａ内で複数回反射することによって、投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０Ａに導入することができる。これによって、前述したように、撮像光学系４４０Ａは、投写光学系４２０Ａと干渉することなく容易に機器内部への組み込むことができる。また、プリズム群３００Ａの内部で撮像光ＬｉＡを反射して偏向させることにより、撮像光伝搬の空気換算長を短くすることができ、投写型映像表示装置の小型化を容易にすることができる。

【0083】

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。

【0084】

なお、本開示は各々のプリズムの形状を限定しない。例えば、プリズム群を構成する各々のプリズムは、略三角柱状又は略四角柱状であってもよく、他の形状を有してもよい。

【0085】

また、本開示は各々のプリズムに含まれるプリズム面を限定しない。例えば、ＴＩＲプリズムと撮像光反射プリズムとは、更に他のプリズム面を含んでもよく、撮像光は、他のプリズム面で反射してもよい。

【0086】

また、上記実施の形態において、撮像光反射プリズムのプリズム面に曲率を持たせる場合について、凹面又は凸面を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、撮像光反射プリズムの１つ又は複数のプリズム面は、自由曲面形状を有するように構成されてもよい。

【0087】

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。

【0088】

本開示は、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開示の技術的範囲に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本開示は、プリズムに適用可能であり、各種の投写型映像表示装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0090】

２００ 照明光学系
２０ 光源ユニット
２１ 半導体レーザ素子
２２ コリメートレンズ
３１，３２ アフォーカルレンズ
３３，３４，３５ コンデンサレンズ
４１ 拡散板
４２ λ／４板
４５ ダイクロイックミラー
４６ ロッドインテグレータ
５０ 蛍光体ホイール
６０ カラーホイール
７３，７４，７５ 照明光リレー光学系を構成するレンズ
４７ ミラー
４８ リレーレンズ群
３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ，３００Ａ プリズム群
３１０，３１０ａ，３１０ｂ，３１０Ａ ＴＩＲプリズム
３２０，３２０ａ，３２０ｂ，３２０Ａ，３３０，３３０ｂ，３４０，３８１Ａ，３８２Ａ，３８３Ａ プリズム
３５０，３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃ，３５０ｄ，３５０Ａ 撮像光反射プリズム
３２１，３２１ａ，３２１ｂ 投写光出射面
３２２，３２２ａ，３２２ｂ 投写光入射面
３２３ａ，３４１，３４２ プリズム面
３３１，３３１ｂ 照明光反射面
３５１，３５１ａ 撮像光入射面
３５２，３５２ａ，３５２ｂ，３５２ｃ 内部反射面
３５３，３５３ａ，３５３ｂ，３５３ｄ，３５３Ａ 撮像光出射面
３６０ プリズム部材
３８０Ａ 色分離合成プリズム
４００，４０１，４０２，４０３ 光変調素子（ＤＭＤ）
４２０，４２０Ａ 投写光学系
４３０，４３０Ａ スクリーン
４４０，４４０ｃ，４４０ｄ，４４０Ａ 撮像光学系
４５０，４５０Ａ 撮像素子
５００，５００Ａ 投影撮像光学系
Ｃ１ 凹面の形状
Ｃ２ 凸面の形状
Ｌｓ，ＬｓＡ 照明光
Ｌｐ，ＬｐＡ 投写光
Ｌｅ，ＬｅＡ 外部光
Ｌｉ，Ｌｉａ，Ｌｉｂ，Ｌｉｃ，Ｌｉｄ，ＬｉＡ 撮像光
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ ビームスポット
Ｌｆ ＤＭＤ－ＯＦＦ光
Ｏａ１ 投写光軸
Ｏｂ１ 撮像光軸
Ｏｂ２ プリズム群の長手方向軸
Ｍｓ 中間像
６００ 投写型映像表示装置
６００Ａ 投写型映像表示装置の筐体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】