特許 7672277 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】2025-04-24

(45)【発行日】2025-05-07

(54)【発明の名称】投写型映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20250425BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20250425BHJP

   G03B 21/28 20060101ALI20250425BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20250425BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G03B21/00 D

G03B21/28

H04N5/74 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021082665

(22)【出願日】2021-05-14

(65)【公開番号】P2022175895

(43)【公開日】2022-11-25

【審査請求日】2024-05-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(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

(72)【発明者】

【氏名】山本 紀和

【審査官】武田 知晋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２２００８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７１７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０１２８０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１６３８４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０６８０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１７３３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０６２０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２０６３４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ ２１／００－２１／１０

２１／１２－２１／１３

２１／１３４－２１／３０

３３／００－３３／１６

Ｈ０４Ｎ ５／６６－５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の第１の偏光状態の映像光を出射する映像光出射部と、
前記映像光出射部から入射される前記第１の偏光状態の映像光を透過させ、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか他方の第２の偏光状態の光を反射する偏光分離部を有する光路分離部と、
前記光路分離部を透過した映像光を投写対象に拡大投写し、前記投写対象に反射された前記映像光を含む外部光が入射する投写レンズユニットと、
前記光路分離部と前記投写レンズユニットとの間に配置され、前記第１の偏光状態の映像光を円偏光の映像光に変換し、前記投写対象に反射された円偏光の映像光を第２の偏光状態の映像光に変換する位相差板と、
前記投写レンズユニット及び前記光路分離部を介して前記外部光を撮像する撮像素子と、
前記光路分離部と、前記撮像素子との間に配置され、前記第２の偏光状態の外部光を透過させる偏光板と、
前記光路分離部内で反射された映像光を減衰する反射光減衰部と、
を備える、投写型映像表示装置。

【請求項2】

前記偏光板は回転可能である、
請求項１に記載の投写型映像表示装置。

【請求項3】

前記反射光減衰部は、前記光路分離部に対して前記撮像素子の反対側に配置される、
請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。

【請求項4】

前記反射光減衰部は、
前記光路分離部に対して傾斜して配置された反射光減衰板と、
前記反射光減衰板によって反射された映像光を吸収する反射光吸収部と、を備える、 請求項１から３のいずれか１つに記載の投写型映像表示装置。

【請求項5】

前記光路分離部と前記偏光板との間に配置された絞りを備える、
請求項１から４のいずれか１つに記載の投写型映像表示装置。

【請求項6】

前記位相差板は前記光路分離部から前記投写レンズユニットへ入射する映像光の光路上で抜き差し可能である、
請求項１から５のいずれか１つに記載の投写型映像表示装置。

【請求項7】

前記位相差板を前記光路分離部から前記投写レンズユニットへ入射する映像光の光路上で抜き差しする駆動部を備える、
請求項６に記載の投写型映像表示装置。

【請求項8】

前記投写対象の少なくとも一部は移動可能な物体を含み、
前記撮像素子が撮像した映像の中の前記物体を画像処理により認識する画像処理部と、
前記映像の中の前記物体に前記映像光を投写するように前記物体の移動に追随して前記映像光出射部から出射する映像光を表示制御する制御部と、を備える、
請求項６または７に記載の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、撮像素子を備える投写型映像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、投写型映像表示装置は、スクリーンまたは建物など投写対象物に対して映像を投写する。投写対象物と投写される映像との位置関係（歪み）を確認するために、投写対象物に投写された映像を撮影する場合がある。撮影画像を基に、投写位置が微調整される。

【0003】

投写型映像表示装置と、投写された映像を撮影する撮像素子とが別体である場合、画角調整が煩わしいので、撮像素子を内蔵する投写型映像表示装置がある。投写型映像表示装置から出射される映像光の光路と投射面から反射した光を撮像する光路とそれぞれの光軸を共用することで、画角調整を省略することができる。

【0004】

例えば、特許文献１は、光路分岐素子を用いて投写型映像表示装置から出射される映像光の光路と投射面から反射した光を撮像する光路とのそれぞれの光軸を共用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－９１３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の技術において、光路分岐素子は偏光分離膜を用いて撮像素子へ入射する映像光を分岐しているが、投写対象物から反射した光の半分の光量しか利用できないので、撮像素子で取得する光量が少ないという問題がある。

【0007】

本開示は、撮像素子へ入射する光量を増加させる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る投写型映像表示装置は、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の第１の偏光状態の映像光を出射する映像光出射部と、映像光出射部から入射される第１の偏光状態の映像光を透過させ、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか他方の第２の偏光状態の光を反射する偏光分離膜を有する光路分離部と、光路分離部を透過した映像光を投写対象に拡大投写し、投写対象に反射された映像光を含む外部光が入射する投写レンズユニットと、光路分離部と投写レンズユニットとの間に配置され、第１の偏光状態の映像光を円偏光の映像光に変換し、投写対象に反射された円偏光の映像光を第２の偏光状態の映像光に変換する１／４波長板と、投写レンズユニット及び光路分離部を介して外部光を撮像する撮像素子と、光路分離部と、撮像素子との間に配置され、第２の偏光状態の外部光を透過させる偏光板と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示は、撮像素子へ入射する光量を増加させる投写型映像表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１の投写型映像表示装置の構成を示す図

【図2】実施の形態１の投写撮像光学系の構成を示す図

【図3】光路分離プリズム内の迷光の光路を示す説明図

【図4】実施の形態１の変形例の投写撮像光学系の構成を示す図

【図5】実施の形態２の投写撮像光学系の構成を示す図

【図6】実施の形態３の投写撮像光学系の構成を示す図

【図7】実施の形態４の投写撮像光学系の構成を示す図

【図8】光路分離プリズム内の光路を示す説明図

【図9】撮像素子により撮像された映像を示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

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、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

【0013】

（実施の形態１）
[１－１．投写型映像表示装置の構成]
図１を参照して実施の形態１の投写型映像表示装置１を説明する。図１は、実施の形態１に係る投写型映像表示装置１の構成を示す図である。

【0014】

投写型映像表示装置１は、画像形成手段として、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードもしくはＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードであって、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過パネル型の液晶表示素子を用いている。

【0015】

光源装置１０１は、例えば、青色半導体レーザー１１６、青色固体光源ユニット１１９、レンズ１２６、１２７、第１拡散板１２８、第１の位相差板１２９、ダイクロイックミラー１３０、コンデンサレンズ１３１、１３２、１３８、１／４波長板１３９、拡散反射板１４０、及び蛍光体ホイール１１１で構成される。

【0016】

光源装置１０１から出射した光は、第１のレンズアレイ板２０、第２のレンズアレイ板２１、偏光変換素子２２、重畳用レンズ２３、赤反射のダイクロイックミラー２４、緑反射のダイクロイックミラー２５、反射ミラー２６、２７、２８、リレーレンズ２９、３０、フィールドレンズ３１、３２、３３、液晶表示素子３７、３８、３９、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成される色合成プリズム４３からなる光学系を介して投写レンズユニット６１に入射される。色合成プリズム４３は、例えば、クロスキューブプリズムである。

【0017】

光源装置１０１からの白色光は、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板２０に入射する。第１のレンズアレイ板２０に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板２１に収束する。第１のレンズアレイ板２０のレンズ素子は液晶表示素子３７、３８、３９と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板２１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板２０と液晶表示素子３７、３８、３９とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板２１から出射した光は偏光変換素子２２に入射する。

【0018】

偏光変換素子２２は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成され、光源装置１０１からの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。蛍光光は自然光であるので、一つの偏光方向に偏光変換されるが、例えば、青色光はＳ偏光の光で入射するため、Ｐ偏光に変換される。偏光変換素子２２からの光は重畳用レンズ２３に入射する。重畳用レンズ２３は第２のレンズアレイ板２１の各レンズ素子から出射した光を液晶表示素子３７、３８、３９上に重畳照明するためのレンズである。

【0019】

重畳用レンズ２３からの光は、色分離手段である赤反射のダイクロイックミラー２４、緑反射のダイクロイックミラー２５により、青、緑、赤のそれぞれの色光に分離される。緑色光はフィールドレンズ３１を透過して、液晶表示素子３７に入射する。赤色光は反射ミラー２６で反射した後、フィールドレンズ３２を透過して液晶表示素子３８に入射する。青色光はリレーレンズ２９、３０や反射ミラー２７、２８を透過屈折および反射して、フィールドレンズ３３を透過して、液晶表示素子３９に入射する。

【0020】

３枚の液晶表示素子３７、３８、３９は映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶表示素子３７、３８、３９の両側に透過軸を直交するように配置されたそれぞれの入射側偏光板および出射側偏光板を組み合わせて光を変調し、緑、赤、青の画像を形成する。液晶表示素子３７、３８、３９を透過した各色光は色合成プリズム４３により、赤、青の色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射し、緑の色光と合成され、投写撮像光学系５１に入射する。

【0021】

[１－２．出射部及び撮像素子の構成]
次に、図２を参照して、投写撮像光学系５１の説明をする。図２は、実施の形態１の投写撮像光学系５１の構成を示す図である。投写撮像光学系５１は、映像光出射部４５と、光路分離プリズム５３と、１／４波長板５５と、投写レンズユニット６１と、プリズムスペーサ７１と、偏光板７３と、撮像素子７５とを備える。映像光出射部４５は、液晶表示素子３７、３８、３９と色合成プリズム４３と狭帯域位相差板５２とで構成される。本実施の形態において、Ｓ偏光は図面の紙面に垂直な振動面を有する偏光であり、Ｐ偏光は、図面の紙面に平行な振動面を有する偏光とする。

【0022】

色合成プリズム４３、狭帯域位相差板５２、光路分離プリズム５３、１／４波長板５５、及び、投写レンズユニット６１は、色合成プリズム４３から出射される光の光軸に沿って順に配置されている。プリズムスペーサ７１、偏光板７３、及び撮像素子７５は、色合成プリズム４３から出射される光の光軸と垂直方向に配置されている。実施の形態１では、光路分離プリズム５３の上方に配置されている。

【0023】

狭帯域位相差板５２は、液晶表示素子３７、３８、及び３９から出射された各偏光を揃えて光路分離プリズム５３に出射する。実施の形態１において、一例として、液晶表示素子３７からＳ偏光である映像光Ｌｓが出射され、液晶表示素子３８及び３９からＰ偏光である映像光Ｌｐが出射されているが、狭帯域位相差板５２は、入射したＳ偏光の映像光ＬｓをＰ偏光の映像光Ｌｐ１に変換して出射し、入射したＰ偏光の映像光ＬｐはそのままＰ偏光の映像光Ｌｐ１として出射する。

【0024】

光路分離プリズム５３は、偏光分離膜５３ａを有し、入射したＰ偏光の映像光Ｌｐ１を透過させ、入射したＳ偏光の映像光Ｌｓを反射してその進行方向を９０度曲げる。したがって、狭帯域位相差板５２から入射した映像光Ｌｐ１は、光路分離プリズム５３を透過して１／４波長板５５に向けて出射する。

【0025】

１／４波長板５５は、入射する直線偏光を円偏光に変換して出射し、入射する円偏光を直線偏光に変換して出射する。したがって、１／４波長板５５は、狭帯域位相差板５２から入射するＰ偏光の映像光Ｌｐ１を円偏光の映像光Ｌｃに変換する。１／４波長板５５から出射した映像光Ｌｃは、投写レンズユニット６１により拡大されてスクリーン２００に投写され、映像Ｉｍ１がスクリーン２００に映る。

【0026】

スクリーン２００上の映像Ｉｍ１を構成する円偏光の映像光Ｌｃは、投写レンズユニット６１に入射して光路分離プリズム５３に向けて進行し、１／４波長板５５に入射する。１／４波長板５５に入射した円偏光の映像光Ｌｃは、Ｓ偏光の映像光Ｌｓに変換され光路分離プリズム５３に入射する。

【0027】

光路分離プリズム５３に入射したＳ偏光の映像光Ｌｓは、光路分離プリズム５３で反射して進行方向を９０度変更され、プリズムスペーサ７１に入射する。

【0028】

プリズムスペーサ７１は、撮像素子７５のバックフォーカス整合用の素子である。プリズムスペーサ７１に入射したＳ偏光の映像光Ｌｓは、プリズムスペーサ７１を透過して偏光板７３に入射する。

【0029】

偏光板７３は、直線偏光を透過させる。実施の形態１において、偏光板７３は、Ｓ偏光の映像光Ｌｓを透過させ、その他のＳ偏光以外の偏光状態の光を遮断する。したがって、プリズムスペーサ７１を透過したＳ偏光の映像光Ｌｓは偏光板７３を透過して撮像素子７５へ入射するが、Ｓ偏光以外の迷光は偏光板７３によって遮断される。偏光板７３の撮像素子７５に対向する面は、撮像素子７５の撮像面よりも大きい。

【0030】

撮像素子７５は、入射するＳ偏光による映像Ｉｍ１を撮像する。撮像素子７５は、例えば、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサである。

【0031】

このように、スクリーン２００上に投影された映像Ｉｍ１が再び投写レンズユニット６１を介して光路分離プリズム５３に入射する際にＳ偏光に変換することで、外部映像が撮像素子７５に向かう光量を増やし、シグナルを増幅することができる。

【0032】

[１－３．効果等]
以上のように、実施の形態１において、投写型映像表示装置１は、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の第１の偏光状態の映像光Ｌｐ１を出射する映像光出射部４５と、映像光出射部４５から入射される第１の偏光状態の映像光を透過させ、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか他方の第２の偏光状態の光を反射する偏光分離膜５３ａを有する光路分離プリズム５３と、を備える。投写型映像表示装置１は、さらに、光路分離プリズム５３を透過した映像光Ｌｐ１をスクリーン２００に拡大投写し、スクリーン２００に反射された映像光を含む外部光が入射する投写レンズユニット６１と、光路分離プリズム５３と投写レンズユニット６１との間に配置され、第１の偏光状態の映像光Ｌｐ１を円偏光の映像光Ｌｃに変換し、スクリーン２００に反射された円偏光の映像光Ｌｃを第２の偏光状態の映像光Ｌｓに変換する１／４波長板と、を備える。投写型映像表示装置１は、さらに、投写レンズユニット６１及び光路分離プリズム５３を介して外部光を撮像する撮像素子７５と、光路分離プリズム５３と、撮像素子７５との間に配置され、第２の偏光状態の外部光を透過させる偏光板７３と、を備える。

【0033】

映像光出射部４５から出射した映像光Ｌｐ１は、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の偏光を有し、１／４波長板で映像光出射部４５から出射した映像光Ｌｐ１を円偏光Ｌｃへ変換してスクリーン２００に投写する。スクリーン２００に投写された映像Ｉｍ１はスクリーン２００で反射して外部光として再び１／４波長板に入射し、円偏光Ｌｃから、映像光出射部４５から出射したときの偏光と異なる他方の偏光に変換される。この他方の偏光が光路分離プリズム５３で反射して進行方向を変更し、偏光板７３を透過して撮像素子７５に入射する。

【0034】

このように、光路分離プリズム５３からスクリーン２００に向けて出射する映像光Ｌｐ１の偏光と、スクリーン２００で反射して光路分離プリズム５３に入射する外部光としての映像光Ｌｓの偏光とが、それぞれ、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか異なる偏光状態であるので、偏光板７３によって、スクリーン２００で反射した映像光の偏光状態の光だけを撮像素子７５へ入射することができる。したがって、映像光出射部４５から入射した映像光Ｌｐ１が光路分離プリズム５３内で反射により迷光となって撮像素子７５の方へ進行しても偏光板７３によって遮断することができる。また、映像光以外の外部光は一般的に自然光が多いので、スクリーン２００で反射した映像光の偏光状態と同じ光成分のみ撮像素子７５へ入射することが可能となる。したがって、スクリーン２００で反射した映像光と外部光で照明されたスクリーン２００上の映像Ｉｍ１とを同時に取り込むことができる。

【0035】

ここで、迷光によるノイズが低減することについて図３を参照してさらに説明する。図３は、光路分離プリズム５３内の迷光の光路を示す説明図であり、図３（ａ）は、偏光板を有しない投写撮像光学系の光路を示す説明図であり、図３（ｂ）はは偏光板を有する投写撮像光学系の光路を示す説明図である。

【0036】

図３（ａ）に示すように、狭帯域位相差板５２から光路分離プリズム５３に入射したＰ偏光の映像光Ｌｐ１は、光路分離プリズム５３の偏光分離膜５３ａを完全に透過することなく、その一部が反射されて光路分離プリズム５３内で反射を繰り返す迷光Ｌｐｔとなる。このＰ偏光の迷光Ｌｐｔの一部は光路分離プリズム５３から撮像素子７５に向けて出射する。したがって、スクリーン２００から反射したＳ偏光の映像光Ｌｓとは別にＰ偏光の迷光Ｌｐｔが撮像素子７５に入射するので、スクリーン２００に投写された映像Ｉｍ１に迷光Ｌｐｔのノイズが重畳した画像が撮像される。

【0037】

これに対して、実施の形態１の投写撮像光学系５１は、図３（ｂ）に示すように、光路分離プリズム５３と撮像素子７５との間に偏光板７３が配置されているので、光路分離プリズム５３から撮像素子７５に向けて出射するＰ偏光の迷光Ｌｐｔを偏光板７３で遮断することができる。したがって、撮像素子７５にＰ偏光の迷光Ｌｐｔが入射するのを防止し、迷光Ｌｐｔのノイズを低減することができるので、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上した映像Ｉｍ１を撮像することができる。

【0038】

また、偏光板７３は、手動またはモータ駆動により回転可能な構成でもよい。偏光板７３の回転角度を調整することで、撮像素子７５に入射するＳ偏光の映像光Ｌｓの光量を調整することができ、外光の取り込み量とのバランスを調整することができる。

【0039】

次に、図４を参照して実施の形態１の変形例を説明する。図４は、実施の形態１の変形例の投写撮像光学系５１の構成を示す図である。実施の形態１において、プリズムスペーサ７１、偏光板７３、及び撮像素子７５は、光路分離プリズム５３の上方に配置されていたが、これに限らない。プリズムスペーサ７１、偏光板７３、及び撮像素子７５は、光路分離プリズム５３の側方に配置されてもよい。変形例の狭帯域位相差板５２の位相は、実施の形態１の狭帯域位相差板５２の位相から９０度反転している。

【0040】

（実施の形態２）
次に、図５を参照して、実施の形態２の投写撮像光学系５１Ａ及び投写型映像表示装置１Ａを説明する。図５は、実施の形態２の投写撮像光学系５１Ａの構成を示す図である。

【0041】

実施の形態２の投写撮像光学系５１Ａは、図５に示すように、実施の形態１の投写撮像光学系５１に反射光減衰部８１が設けられている。この点及び以下に説明する点以外の構成について、実施の形態１の投写型映像表示装置１と実施の形態２の投写型映像表示装置１Ａとは共通であるので説明を省略する。

【0042】

反射光減衰部８１は、光路分離プリズム５３に対して偏光板７３及び撮像素子７５の反対側に配置されており、図５では、光路分離プリズム５３の下方に配置されている。したがって、反射光減衰部８１とプリズムスペーサ７１との間に光路分離プリズム５３が配置されている。

【0043】

反射光減衰部８１は、光路分離プリズム５３から反射光減衰部８１に向けて出射した迷光を減衰させる。反射光減衰部８１は、反射光減衰板８１ａと反射光吸収部８１ｂとを有する。

【0044】

反射光減衰板８１ａは、光路分離プリズム５３から入射した迷光Ｌｐｔが反射して光路分離プリズム５３に向かうのを抑制する。反射光減衰板８１ａは、光路分離プリズム５３に対して傾斜して配置されている。複数の反射光減衰板８１ａを用いて、三角形状に配置してもよい。

【0045】

反射光吸収部８１ｂは、反射光減衰板８１ａによって、反射された迷光Ｌｐｔを吸収する。反射光吸収部８１ｂは、例えば、反射光減衰板８１ａを収容する容器であり、光路分離プリズム側に開口８１ｃを有する。

【0046】

実施の形態２における投写撮像光学系５１Ａ及び投写型映像表示装置１Ａによれば、光路分離プリズム５３に対して撮像素子７５の反対側に配置され、光路分離プリズム５３内で反射された映像光を減衰する反射光減衰部８１を備える。元は映像光Ｌｐであった迷光Ｌｐｔが光路分離プリズム５３から撮像素子７５と反対方向に出射して、光路分離プリズム５３の外部の構造体に反射して再び光路分離プリズム５３に入射し、撮像素子７５に向かうことを抑制することができる。これにより、光源装置１０１からの光を高輝度化した際の偏光板７３の温度上昇及び高温による劣化を防止することができ、投写撮像光学系５１Ａの信頼性を向上することができる。

【0047】

また、反射光減衰部８１は、光路分離プリズム５３に対して傾斜して配置された反射光減衰板８１ａと、反射光減衰板８１ａによって反射された映像光を吸収する反射光吸収部８１ｂとを有する。反射光減衰板８１ａが光路分離プリズム５３に対して傾斜して配置されているので、元は映像光Ｌｐであった迷光Ｌｐｔは、反射光減衰板８１ａに反射すると、光路分離プリズム５３とは異なる方向へ進行する光量が多くなる。また、反射光吸収部８１ｂが反射光減衰板８１ａによって反射された迷光Ｌｐｔを吸収するので、迷光Ｌｐｔが再び撮像素子７５の方へ進行するのを防止することができる。

【0048】

（実施の形態３）
次に、図６を参照して、実施の形態３の投写撮像光学系５１Ｂ及び投写型映像表示装置１Ｂを説明する。図６は、実施の形態３の投写撮像光学系５１Ｂの構成を示す図である。

【0049】

実施の形態３の投写撮像光学系５１Ｂは、図６に示すように、実施の形態１の投写撮像光学系５１に絞り８３が設けられている。この点及び以下に説明する点以外の構成について、実施の形態１の投写型映像表示装置１と実施の形態３の投写型映像表示装置１Ｂとは共通であるので説明を省略する。

【0050】

絞り８３は、光路分離プリズム５３から撮像素子７５へ入射される迷光を低減する。絞り８３は、偏光板７３と光路分離プリズム５３との間、例えば、偏光板７３とプリズムスペーサ７１との間に配置されている。絞り８３は、中心部に開口部８３ａを有する。開口部８３ａの大きさは、スクリーン２００で反射された映像光の光束が通過できる大きさである。絞り８３が偏光板７３と光路分離プリズム５３との間に配置されていることで、投写レンズユニット６１内のレンズ６１ａ及び６１ｂによる迷光Ｌｐｔが撮像素子７５へ入射するのを低減することできる。

【0051】

実施の形態３における投写撮像光学系５１Ｂ及び投写型映像表示装置１Ｂによれば、光路分離プリズム５３と偏光板７３との間に配置された絞り８３を備える。これにより、投写レンズユニット６１内の迷光Ｌｐｔが撮像素子７５へ入射するのを低減することできる。迷光によるノイズを低減することができるので、撮像素子７５はＳ／Ｎ比をさらに向上した映像Ｉｍ１を撮像することができる。

【0052】

（実施の形態４）
次に、図７を参照して、実施の形態４の投写撮像光学系５１Ｃ及び投写型映像表示装置１Ｃを説明する。図７は、実施の形態４の投写撮像光学系５１Ｃの構成を示す図である。

【0053】

実施の形態４の投写撮像光学系５１Ｃは、図７に示すように、実施の形態１の投写撮像光学系５１の１/４波長板５５を光路分離プリズム５３から投写レンズユニット６１へ入射する映像光Ｌｐの光路上で抜き差し可能な構成である。この点及び以下に説明する点以外の構成について、実施の形態１の投写型映像表示装置１と実施の形態３の投写型映像表示装置１Ｂとは共通であるので説明を省略する。

【0054】

投写撮像光学系５１Ｃは、１／４波長板５５を光路分離プリズム５３から投写レンズユニット６１へ入射する映像光の光路上にて抜き差しする駆動部９１を備える。駆動部９１は、ユーザーからの指示により、１／４波長板５５を光路上で抜き差しする。駆動部９１は、例えば、アクチュエータとロッドで構成される。駆動部９１は、１／４波長板５５を回転させることにより１／４波長板５５を光路上で抜き差ししてもよい。なお、駆動部９１を省略してユーザーが手動で１／４波長板５５を光路上から抜き差し可能な構成でもよい。

【0055】

実施の形態４において、スクリーン２００の前で移動可能な物体ｈｍが存在してもよい。物体ｈｍは、例えば、人間またはロボットである。実施の形態４において、投写される映像光の一部がスクリーン２００に映像Ｉｍ２として映され、一部は物体ｈｍに映像Ｉｍ３として映される。図７では、映像Ｉｍ２及びＩｍ３の一例として文字が映されている。

【0056】

この物体ｈｍに向けて外部照明光源２１０から照明光Ｌｎ１が照射されてもよいし、または、スクリーン周辺の環境光により照射されてもよい。照明光Ｌｎ１または環境光は無偏光の光であり、照明光Ｌｎ１または環境光が物体ｈｍを照射して物体ｈｍに反射された反射光Ｌｎ２は、投写レンズユニット６１を通って１/４波長板５５へ入射する。

【0057】

また、投写撮像光学系５１Ｃは、さらに、画像処理部９３と、制御部９５とを備えてもよい。画像処理部９３は、撮像素子７５が撮像した画像においてスクリーン２００の前で移動可能な物体ｈｍを認識する。画像処理部９３は、例えば、プロセッサ、または、ＦＰＧＡなどの演算回路である。

【0058】

制御部９５は、画像処理部９３が認識した物体ｈｍの移動に合わせて、映像Ｉｍ３を追随させるように、光変調素子である液晶表示素子３７、３８、３９を制御する。制御部９５は、例えば、プロセッサ、または、ＦＰＧＡなどの演算回路である。

【0059】

次に、１／４波長板５５を光路上で抜き差しすることで光の性質の変化を図８及び図９を参照してさらに説明する。図８は光路分離プリズム内の光路を示す説明図であり、図８（ａ）は光路上に１／４波長板５５を配置した状態の投写撮像光学系５１Ｃの光路を示す説明図であり、図８（ｂ）は光路上から１／４波長板５５を外した状態の投写撮像光学系５１Ｃの光路を示す説明図である。図９は撮像素子７５により撮像された映像を示す説明図であり、図９（ａ）は光路上に１／４波長板５５を配置した状態で撮像された映像であり、図９（ｂ）は光路上から１／４波長板５５を外した状態で撮像された映像である。

【0060】

図８（ａ）に示すように、光路上に１／４波長板５５が存在する場合、無偏光の反射光Ｌｎ２が１/４波長板５５を透過して位相を回転させられても無偏光の反射光Ｌｎ２が１／４波長板５５から出射する。１／４波長板５５から出射した反射光Ｌｎ２は光路分離プリズム５３に入射して偏光分離膜５３ａにより、Ｓ偏光成分Ｌｎｓだけが反射して進行方向を９０度変更して撮像素子７５に向かって進行する。なお、反射光Ｌｎ２の残りの光の成分Ｌｎｖは、偏光分離膜５３ａを透過して狭帯域位相差板５２に向けて直進する。反射光Ｌｎ２のＳ偏光成分Ｌｎｓは、光路分離プリズム５３から出射して、プリズムスペーサ７１及び偏光板７３を透過して撮像素子７５へ入射する。これにより、反射光Ｌｎ２のＳ偏光成分Ｌｎｓは、スクリーン２００に投写して反射したＳ偏光の映像光Ｌｓと共に撮像素子７５に撮像される。

【0061】

したがって、光路上に１／４波長板５５が存在する場合、図９（ａ）に示すように、スクリーン２００に投写された映像Ｉｍ２と、外部照明光源２１０の照明光Ｌｎ１に照射された物体ｈｍと、物体ｈｍに投写された映像Ｉｍ３とを共に撮像することができる。

【0062】

一方、図８（ｂ）に示すように、光路上から１／４波長板５５が抜かれて光路上に１／４波長板５５が存在しない場合、映像光出射部４５から出射されたＰ偏光の映像光Ｌｐ２がそのままスクリーン２００に投写される。スクリーン２００に投写される映像Ｉｍ２及び物体ｈｍに投写される映像Ｉｍ３はＰ偏光の映像光Ｌｐ２である。スクリーン２００及び物体ｈｍにそれぞれ反射された映像光Ｌｐ２は、投写レンズユニット６１を通過して光路分離プリズム５３も透過するので、撮像素子７５へ進行しない。

【0063】

したがって、反射光Ｌｎ２のＳ偏光成分Ｌｎｓだけが光路分離プリズム５３の偏光分離膜５３ａにより反射して撮像素子７５に向かって進行する。これにより、スクリーン２００に投写して反射したＰ偏光の映像光Ｌｐ２は撮像されず、反射光Ｌｎ２のＳ偏光成分Ｌｎｓだけが撮像素子７５に撮像される。

【0064】

したがって、光路上に１／４波長板５５が存在しない場合、図９（ｂ）に示すように、スクリーン２００及び物体ｈｍで反射した照明光及び環境光のみで構成された映像が撮像される。このように、投写光に影響されない映像を撮像できるので、投写光を含まない映像を用いて、物体ｈｍの検出を行い、投写映像と合成することで、物体ｈｍに追従したマッピングが可能となる。

【0065】

実施の形態４における投写撮像光学系５１Ｃ及び投写型映像表示装置１Ｃによれば、１／４波長板５５は光路分離プリズム５３から投写レンズユニット６１へ入射する映像光の光路上で抜き差し可能である。これにより、スクリーン２００に投写された映像Ｉｍ２と、外部照明光源２１０の照明光Ｌｎ１に照射された物体ｈｍと、物体ｈｍに投写された映像Ｉｍ３とを共に撮像することもできるし、スクリーン２００及び物体ｈｍで反射した照明光及び環境光のみで構成された映像を撮像することもできる。

【0066】

また、照明光や環境光は光量が少ない場合が多いので、図９（ｂ）に示すように、投写映像を除いて撮影するために、光路分離プリズム５３や投写レンズユニット６１のレンズ６１ａ、６１ｂから発生する迷光が撮像素子７５に入り込まないように確実に取り除くことが望ましい。そのため、実施の形態２及び３による迷光を除去する構成は非常に効果が高いので、実施の形態４と実施の形態２及び３とを組み合わせることも大変有用である。

【0067】

また、投写対象の少なくとも一部は移動可能な物体ｈｍを含み、投写型映像表示装置１Ｃは、撮像素子７５が撮像した映像の中の物体ｈｍを画像処理により認識する画像処理部９３と、映像の中の物体ｈｍに映像光を投写するように物体ｈｍの移動に追随して映像光出射部４５から出射する映像光を表示制御する制御部９５と、を備える。

【0068】

（他の実施の形態）
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。

【0069】

各実施の形態において、Ｓ偏光とＰ偏光の映像光を用いているが、これらの偏光状態を入れ替えてもよい。例えば、狭帯域位相差板５２から出射される映像光をＳ偏光とし、撮像素子７５に入射される映像光をＰ偏光にしてもよい。

【0070】

各実施の形態において、光路分離部として光路分離プリズム５３を用いているがこれに限らない。光路分離部として、偏光分離膜５３ａが形成されたミラーでもよい。

【0071】

各実施の形態において、映像光出射部４５は、光変調部として３つの液晶表示素子を備えていたがこれに限らない。映像光出射部４５は、液晶表示素子の代わりにＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を備えてもよい。ＤＭＤから出射される映像光も狭帯域位相差板５２によって偏光が揃えられるので、実施の形態と同じ効果を得ることができる。

【0072】

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。

【0073】

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【0074】

（実施の形態の概要）
（１）本開示の投写型映像表示装置は、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方の第１の偏光状態の映像光を出射する映像光出射部と、映像光出射部から入射される第１の偏光状態の映像光を透過させ、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか他方の第２の偏光状態の光を反射する偏光分離膜を有する光路分離部と、を備える。投写型映像表示装置は、光路分離部を透過した映像光を投写対象に拡大投写、投写対象に反射された映像光を含む外部光が入射する投写レンズユニットと、光路分離部と投写レンズユニットとの間に配置され、第１の偏光状態の映像光を円偏光の映像光に変換し、投写対象に反射された円偏光の映像光を第２の偏光状態の映像光に変換する１／４波長板と、を備える。投写型映像表示装置は、投写レンズユニット及び光路分離部を介して外部光を撮像する撮像素子と、光路分離部と、撮像素子との間に配置され、第２の偏光状態の外部光を透過させる偏光板と、を備える。

【0075】

これにより、光路分離部から投写対象に向けて出射する映像光の偏光と、投写対象で反射して光路分離部に入射する外部光としての映像光の偏光とが、それぞれ、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか異なる偏光状態であるので、偏光板によって、投写対象で反射した映像光の偏光状態の光だけを撮像素子へ入射することができる。したがって、映像光出射部から入射した映像光が光路分離部内で反射により迷光となって撮像素子の方へ進行しても偏光板によって遮断することができる。また、外部光も、投写対象で反射した映像光の偏光状態と同じ光成分しか撮像素子へ入射しないので、投写対象で反射した映像光以外の外部光が撮像されるのを低減することができる。

【0076】

（２）（１）の投写型映像表示装置において、偏光板は回転可能である。

【0077】

（３）（１）または（２）の投写型映像表示装置において、光路分離プリズムに対して撮像素子の反対側に配置され、光路分離プリズム内で反射された映像光を減衰する反射光減衰部を備える。

【0078】

（４）（１）から（３）のいずれか１つの投写型映像表示装置において、反射光減衰部は、光路分離プリズムに対して傾斜して配置された反射光減衰板と、反射光減衰板によって反射された映像光を吸収する反射光吸収部と、を備える。

【0079】

（５）（１）から（４）のいずれか１つの投写型映像表示装置において、光路分離プリズムと偏光板との間に配置された絞りを備える。

【0080】

（６）（１）から（５）のいずれか１つの投写型映像表示装置において、１／４波長板は光路分離プリズムから投写レンズユニットへ入射する映像光の光路上で抜き差し可能である。

【0081】

（７）（６）の投写型映像表示装置において、１／４波長板を光路分離プリズムから投写レンズユニットへ入射する映像光の光路上で抜き差しする駆動部を備える。

【0082】

（８）（６）または（７）の投写型映像表示装置において、投写対象の少なくとも一部は移動可能な物体を含み、撮像部が撮像した映像の中の物体を画像処理により認識する画像処理部と、映像の中の移動体に映像光を投写するように移動体の移動に追随して映像光出射部から出射する映像光を表示制御する制御部と、を備える。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本開示は、映像を投写する投写型映像表示装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0084】

１、１Ａ、１Ｂ 投写型映像表示装置
３７、３８、３９液晶表示素子 ３７緑 ３８赤 ３９青
４３ 色合成プリズム （クロスキューブプリズム）
４５ 映像光出射部
５１、５１Ａ、５１Ｂ 投写撮像光学系
５２ 狭帯域位相差板
５３ 光路分離プリズム
５３ａ 偏光分離膜
５５ １／４波長板
６１ 投写レンズユニット
６１ａ、６１ｂ レンズ
７１ プリズムスペーサ
７３ 偏光板
７５ 撮像素子
８１ 反射光減衰部
８３ 絞り
８３ａ 開口部
９１ 駆動機構
９３ 画像処理部
９５ 制御部
１０１ 光源装置
１１１ 蛍光体ホイール
２００ スクリーン
２１０ 外部照明光源
ｈｍ 物体
Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３ 映像
Ｌｎ２ 反射光
Ｌｐｔ 迷光
Ｌｓ 映像光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】