特許 7674907 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】2025-04-30

(45)【発行日】2025-05-12

(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 20060101AFI20250501BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20250501BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20250501BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G03B21/00 D

H04N5/74 A

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021082661

(22)【出願日】2021-05-14

(65)【公開番号】P2022175892

(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２０１７－０６８０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０１６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０３１４４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１１１３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６７１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５２４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２７５３８（ＪＰ，Ａ）

【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】特開２０１４－２１５５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５６５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３２２９７１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－２８７１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４０１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２５７４８（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 ５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源装置からの光を画像信号に応じて変調した映像光を出射する光変調素子を有する映像光出射部と、
前記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、
前記映像光出射部と前記投写レンズユニットとの間に配置された光路分離素子と、
前記投写レンズユニット及び前記光路分離素子を介して入射する前記外部光を撮像する撮像素子と、
前記光路分離素子と前記撮像素子との間に配置された集光光学系と、を備え、
前記光路分離素子は、前記映像光出射部から出射された前記映像光の一部を前記投写レンズユニットへ透過させ、前記投写レンズユニットから出射された前記外部光の一部を前記集光光学系へ反射させ、
前記集光光学系は、前記光路分離素子で反射された前記外部光を前記撮像素子へ集光し、
前記集光光学系は、
入射する外部光を発散する凹レンズである第１のレンズと、
前記第１のレンズにより発散された外部光を前記撮像素子へ集光する凸レンズである第２のレンズと、
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に配置され、前記第１のレンズにより所定の角度以上に発散した外部光を吸収する第１の光吸収部と、を有する、
投写型映像表示装置。

【請求項2】

前記投写レンズユニット及び前記光路分離素子を介して、前記投写対象と前記光変調素子までの第１光路長は、前記投写対象と前記撮像素子までの第２光路長と異なる、
請求項１に記載の投写型映像表示装置。

【請求項3】

前記光路分離素子により反射された前記映像光の少なくとも一部を減衰する反射光減衰部を備える、
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、前記光路分離素子に対して前記撮像素子の反対側に配置され、前記光路分離素子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第２の光吸収部と、を備える、
請求項３に記載の投写型映像表示装置。

【請求項5】

前記光路分離素子が反射する光の光量は、前記光路分離素子に入射した光の光量の１０％以下である、
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】

前記集光光学系は縮小光学系により構成され、
前記投写レンズユニットに対して前記光変調素子と前記撮像素子とは非共役関係であり、
前記光変調素子の大きさと前記撮像素子の大きさとが異なる、
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】

前記光路分離素子は、
複数のプリズムと、
前記複数のプリズムが貼り合わされた、貼り合わせ面に配置され、入射した前記映像光及び前記外部光のそれぞれの一部を反射させ、残りを透過させる部分反射膜と、を有する、
請求項１から６のいずれか１つに記載の投写型映像表示装置。

【請求項8】

前記部分反射膜は、偏光分離膜である、
請求項７に記載の投写型映像表示装置。

【請求項9】

前記映像光出射部は、複数の前記光変調素子を有し、
前記複数の光変調素子から出射するそれぞれの映像光の偏光状態を揃える狭帯域位相差板を有する、
請求項８に記載の投写型映像表示装置。

【請求項10】

前記映像光出射部は、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し、
前記偏光分離膜は、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し、
前記光路分離素子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１／４波長板と、
前記光路分離素子と、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、を備える、
請求項８または９に記載の投写型映像表示装置。

【請求項11】

前記偏光板は回転可能である、
請求項１０に記載の投写型映像表示装置。

【請求項12】

前記１／４波長板は前記光路分離素子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１０または１１に記載の投写型映像表示装置。

【請求項13】

前記１／４波長板を前記光路分離素子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１２に記載の投写型映像表示装置。

【請求項14】

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光変調素子へ送信する画像信号を制御する制御部と、を備える、
請求項１２または１３に記載の投写型映像表示装置。

【請求項15】

前記集光光学系における前記外部光の取り込み角度は、前記投写レンズユニットのレンズＦ値の集光角度以下である、
請求項１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、光路分岐素子内で発生した迷光が撮像素子に入射するという問題がある。

【0007】

本開示は、撮像素子へ入射する迷光を低減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、光源装置からの光を画像信号に応じて変調した映像光を出射する光変調素子を有する映像光出射部と、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、映像光出射部と投写レンズユニットとの間に配置された光路分離素子と、投写レンズユニット及び光路分離素子を介して入射する外部光を撮像する撮像素子と、光路分離素子と撮像素子との間に配置された集光光学系と、を備える。光路分離素子は、映像光出射部から出射された映像光の一部を投写レンズユニットへ透過させ、投写レンズユニットから出射された外部光の一部を集光光学系へ反射させる。集光光学系は、光路分離素子で反射された外部光を撮像素子へ集光させる。集光光学系における外部光の取り込み角度は、投写レンズユニットのレンズＦ値の集光角度以下である。

【発明の効果】

【0009】

本開示は、撮像素子へ入射する迷光を低減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】光路分離素子の部分反射膜の特性を示すグラフ

【図4】比較例の投写撮像光学系の光路を示す説明図

【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】実施の形態５の投写撮像光学系の構成を示す図

【図9】光路分離素子の部分反射膜の特性を示すグラフ

【図10】実施の形態６の投写撮像光学系の構成を示す図

【図11】実施の形態７の投写撮像光学系の構成を示す図

【図12】光路分離素子内の光路を示す説明図

【図13】撮像素子により撮像された映像を示す説明図

【図14】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

【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、光源装置からの光を画像信号に応じて変調した映像光を出射する光変調素子を用いている。画像を形成する光変調素子として、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し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を出射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．映像光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、光路分離素子５３と、投写レンズユニット６１と、集光光学系７１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及びと色合成プリズム４３とで構成される。

【0022】

色合成プリズム４３、光路分離素子５３、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。集光光学系７１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、光路分離素子５３の側方に配置されている。

【0023】

投写レンズユニット６１は、映像光Ｌ１を投写対象であるスクリーン２００に拡大投写し、スクリーン２００に反射された映像光Ｌ１を含む外部光Ｌ２が入射する。投写レンズユニット６１は複数のレンズを含み、その中の光路分離素子側に配置された１枚のレンズ６１ａを図１に示している。

【0024】

光路分離素子５３は、映像光出射部４５から出射された映像光Ｌ１の一部を投写レンズユニット６１へ透過させ、投写レンズユニット６１から出射された外部光Ｌ２の一部を集光光学系７１へ反射させる。光路分離素子５３は、映像光出射部４５と投写レンズユニット６１との間に配置されている。光路分離素子５３は、例えば、光路分離プリズムであり、第１のプリズム５３ａと、第２のプリズム５３ｂとを有する。第１のプリズム５３ａと第２のプリズム５３ｂとが互いに貼り合わされており、第１のプリズム５３ａと第２のプリズム５３ｂとの貼り合わせ面に部分反射膜５３ｃが配置されている。

【0025】

部分反射膜５３ｃは、入射した映像光Ｌ１及び外部光Ｌ２のそれぞれの一部を反射させ、残りを透過させる。光路分離素子５３が反射する光の光量は、例えば、光路分離素子５３に入射した光の光量の１０％以下である。部分反射膜５３ｃは、例えば、入射する光の光量の１０％を反射し、９０％を透過させる。

【0026】

部分反射膜５３ｃは、図３に示すように、例えば、部分反射膜５３ｃに対して４５度で入射してくるＳ偏光Ｌｓａの透過率が約８９％で、Ｐ偏光Ｌｐａの透過率が９９％の性質を有する。このような部分反射膜５３ｃの場合、映像光出射部４５から出射された映像光Ｌ１の光量の平均９４％が投写レンズユニット６１の方へ透過し、残りの約６％が撮像素子７５と反対側に反射される。逆に、投写レンズユニット６１から入射した外部光Ｌ２の約６％が撮像素子７５側に反射する。

【0027】

映像光出射部４５から出射し、光路分離素子５３を透過した映像光Ｌ１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。スクリーン２００上の映像Ｉｍ１を構成する映像光Ｌ１はスクリーン２００で反射し、外部光Ｌ２に含まれて投写レンズユニット６１に入射して光路分離素子５３に向けて進行する。

【0028】

光路分離素子５３に入射した外部光Ｌ２は、部分反射膜５３ｃで反射して進行方向を９０度変更され、集光光学系７１に入射する。

【0029】

集光光学系７１は、光路分離素子５３で反射された外部光Ｌ２を撮像素子７５へ集光する。集光光学系７１は、光路分離素子５３と撮像素子７５との間に配置されている。集光光学系７１は、例えば、入射する外部光Ｌ２を発散する凹レンズ７１ａと、凹レンズ７１ａにより発散された外部光Ｌ２を撮像素子７５へ集光する凸レンズ７１ｂと、凹レンズ７１ａと凸レンズ７１ｂの間に配置され、凹レンズ７１ａにより所定の角度以上に発散した外部光Ｌ２を吸収する第１の光吸収部７１ｃと、を有する。集光光学系７１において、凹レンズ７１ａは光路分離素子５３側に配置され、凸レンズ７１ｂは撮像素子７５側に配置される。なお、集光光学系７１は、凹レンズ７１ａ及び凸レンズ７１ｂ以外にも、収差を緩和するレンズを備えてもよい。第１の光吸収部７１ｃは、集光光学系７１内に設けた光学絞りや、凸レンズ７１ｂの開口絞りなどで構成される。第１の光吸収部７１ｃは、例えば、円形にくり抜いた金属板または黒色塗装したガラス板である。

【0030】

集光光学系７１における外部光Ｌ２の取り込み角度θ１は、投写レンズユニット６１のレンズＦ値の集光角度θ２以下である。例えば、投写レンズユニット６１のＦ値がＦ２．４の場合、レンズ６１ａから出射する取り込み角度θ１は、光軸を中心として±１２度程度である。なお、図２において、取り込み角度θ１と集光角度θ２とが等しい場合を示している。

【0031】

撮像素子７５は、投写レンズユニット６１、光路分離素子５３、及び集光光学系７１を介して入射する、映像Ｉｍ１を含む外部光Ｌ２を撮像する。撮像素子７５は、例えば、ＣＭＯＳセンサ、または、ＣＣＤセンサである。

【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、光源装置１０１からの光を画像信号に応じて変調した映像光Ｌ１を出射する液晶表示素子３７、３８、３９を有する映像光出射部４５と、映像光Ｌ１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Ｌ１を含む外部光Ｌ２が入射する投写レンズユニット６１と、を備える。投写型映像表示装置１は、映像光出射部４５と投写レンズユニット６１との間に配置された光路分離素子５３と、投写レンズユニット６１及び光路分離素子５３を介して入射する外部光Ｌ２を撮像する撮像素子７５と、光路分離素子５３と撮像素子７５との間に配置された集光光学系７１と、を備える。光路分離素子５３は、映像光出射部４５から出射された映像光Ｌ１の一部を投写レンズユニット６１へ透過させ、投写レンズユニット６１から出射された外部光Ｌ２の一部を集光光学系７１へ反射させる。集光光学系７１は、光路分離素子５３で反射された外部光Ｌ２を撮像素子７５へ集光し、集光光学系７１における外部光Ｌ２の取り込み角度θ１は、投写レンズユニット６１のレンズＦ値の集光角度θ２以下である。

【0033】

光路分離素子５３及び投写レンズユニット６１内で映像光Ｌ１及び外部光Ｌ２が反射して迷光Ｌｔが発生したとしても、集光光学系７１における外部光Ｌ２の取り込み角度θ１が、投写レンズユニット６１のレンズＦ値の集光角度θ２以下であるので、取り込み角度θ１よりも大きい角度で集光光学系７１に入射した迷光Ｌｔを減衰することができる。したがって、撮像素子７５に入射する迷光を低減することができる。特に、迷光Ｌｔは光路分離素子５３内で反射を繰り返しているので角度分布が広くなる傾向があるので、取り込み角度θ１よりも大きい角度で集光光学系７１へ入射する迷光Ｌｔを遮断及び減衰することができる。

【0034】

ここで、迷光Ｌｔが低減することについて図４を参照してさらに説明する。図４は、比較例の投写撮像光学系５１Ｈの光路を示す説明図である。

【0035】

図４に示すように、投写撮像光学系５１Ｈは、本実施の形態の投写撮像光学系５１の集光光学系７１の代わりに、撮像素子７５のバックフォーカス整合用のプリズムスペーサ７２を備える。

【0036】

光路分離素子５３及びプリズムスペーサ７２により、スクリーン２００から液晶表示素子３７、３８、３９までの光路長と、スクリーン２００から撮像素子７５までの光路長を等しくした構成の場合、光路分離素子５３及び投写レンズユニット６１で発生した、映像光Ｌ１由来の迷光Ｌｔがどのような角度でも撮像素子７５に入射してしまう。特に夜間など外部光Ｌ２が暗くなる場合に、Ｓ／Ｎ比が低下して外部光Ｌ２を適切に撮像できない。

【0037】

これに対して、本実施の形態の投写撮像光学系５１は、図２に示すように、光路分離素子５３と撮像素子７５との間に集光光学系７１が配置されているので、光路分離素子５３から撮像素子７５に向けて出射する迷光Ｌｔが撮像素子７５に入射するのを低減することができる。したがって、迷光Ｌｔのノイズを低減することができるので、Ｓ／Ｎ比を向上した映像Ｉｍ１を撮像することができる。

【0038】

また、本実施の形態の投写撮像光学系５１は、投写レンズユニット６１及び光路分離素子５３を介するスクリーン２００と液晶表示素子３７、３８、３９間の第１光路長は、集光光学系７１をさらに介するスクリーン２００と撮像素子７５間の第２光路長と異なる。これにより、光路分離素子５３から撮像素子７５に向けて出射する迷光Ｌｔが撮像素子７５に入射するのを低減することができる。

【0039】

（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。

【0040】

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。

【0041】

反射光減衰部８１は、光路分離素子５３に対して撮像素子７５の反対側に配置されており、図５では、光路分離素子５３の側方に配置されている。したがって、反射光減衰部８１と集光光学系７１との間に光路分離素子５３が配置されている。

【0042】

反射光減衰部８１は、光路分離素子５３から反射光減衰部８１に向けて出射した迷光Ｌｔを減衰させる。反射光減衰部８１は、反射光減衰板８１ａと第２の光吸収部８１ｂとを有する。

【0043】

反射光減衰板８１ａは、光路分離素子５３から入射した迷光Ｌｔが反射して光路分離素子５３に向かうのを抑制する。反射光減衰板８１ａは、光路分離素子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。

【0044】

第２の光吸収部８１ｂは、反射光減衰板８１ａによって反射された迷光Ｌｔを吸収する。第２の光吸収部８１ｂは、例えば、反射光減衰板８１ａを収容する容器であり、光路分離素子側に開口８１ｃを有する。

【0045】

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、光路分離素子５３により反射された映像光Ｌ１の少なくとも一部を減衰する反射光減衰部８１を備える。元は映像光Ｌ１であった迷光Ｌｔが光路分離素子５３から出射して、光路分離素子５３の外部の構造体に反射して再び光路分離素子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、撮像素子７５のＳ／Ｎ比を向上することができる。

【0046】

また、反射光減衰部８１は、光路分離素子５３に対して撮像素子７５の反対側に配置され、光路分離素子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第２の光吸収部８１ｂとを有する。反射光減衰板８１ａが光路分離素子５３に対して傾斜して配置されているので、元は映像光Ｌ１であった迷光Ｌｔは、反射光減衰板８１ａに反射すると、光路分離素子５３とは異なる方向へ進行する光量が多くなる。また、第２の光吸収部８１ｂが反射光減衰板８１ａによって反射された迷光Ｌｔを吸収するので、迷光Ｌｔ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。

【0047】

（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。

【0048】

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の集光光学系７１が縮小光学系である。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。

【0049】

実施の形態３における投写撮像光学系５１Ｂの集光光学系７１Ｂは縮小光学系である。したがって、投写撮像光学系５１Ｂおよび集光光学系７１Ｂを介して撮像素子７５Ｂに結像した際の横倍率は、投写撮像光学系５１Ｂが液晶表示素子３７、３８、３９に結像する横倍率と比較して小さいので、同一の映像を取り込む場合には、撮像素子７５Ｂの大きさを液晶表示素子３７、３８、３９の大きさよりも小さくすることができる。これにより、投写型映像表示装置１の全体の小型化と低コスト化が可能となる。特に高輝度な投写型映像表示装置１の場合、液晶表示素子３７、３８、３９が大型化する傾向があるので、このような投写型映像表示装置１において集光光学系７１Ｂを縮小光学系にすると、より小型化と低コスト化のメリットを得ることができる。

【0050】

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、集光光学系７１Ｂは縮小光学系により構成され、投写レンズユニット６１に対して液晶表示素子３７、３８、３９と撮像素子７５Ｂとは非共役関係であり、液晶表示素子３７、３８、３９の大きさと撮像素子７５Ｂの大きさとが異なる。これにより、撮像素子７５Ｂを液晶表示素子３７、３８、３９よりも小さくすることができ、投写型映像表示装置１Ｂの小型化と低コスト化をすることができる。

【0051】

（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。

【0052】

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の映像光出射部４５において、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）を備える構成である。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４の投写型映像表示装置１Ｃとは共通であるので説明を省略する。

【0053】

実施の形態４における映像光出射部４５Ｃは、光変調素子としてＤＭＤ３７Ｃ、３８Ｃ、３９Ｃを備え、また、投写型映像表示装置１Ｃ及び映像光出射部４５Ｃは、実施の形態１の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、及び、色合成プリズム４３の代わりに、色分離・合成プリズム４４を備える。また、投写型映像表示装置１Ｃ及び映像光出射部４５Ｃは、全反射プリズム４６を備える。

【0054】

投写型映像表示装置１Ｃは、実施の形態１の投写型映像表示装置１における第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、及び重畳用レンズ２３の代わりにロッドインテグレータ及びリレー光学系（図示省略）を備え、光源装置１０１から出射された光がこのロッドインテグレータにより均一化された白色光となって出射される。

【0055】

ロッドインテグレータを出射した光は、リレーレンズ系（図示省略）を介して微小ギャップを設けた全反射プリズム４６に入射する。全反射プリズム４６に全反射角以上の角度で入射した光は、微小ギャップで反射し光の進行方向を変えて、微小ギャップを設けた３つのブロックで構成された色分離・合成プリズム４４に入射する。

【0056】

色分離・合成プリズム４４の第１のブロック４４ａに全反射プリズム４６から入射した光のうち青色光は、まず青色反射の特性を有する分光特性付き反射膜で反射し、その進行方向を変え、全反射プリズム４６へと進行し、全反射プリズム４６と色分離・合成プリズム４４との間に設けられた微小ギャップに全反射角以上の角度で入射し、青色の映像を表示するＤＭＤ３８Ｃに入射する。

【0057】

続いて、色分離・合成プリズム４４に入射した光のうち赤色光は、色分離・合成プリズム４４の第２のブロック４４ｂと第３のブロック４４ｃの間に設けられた、赤色の波長領域の光を反射し、緑色光を通過する分光特性を有する分光特性付き反射膜で反射され、第１のブロック４４ａ側へとその進行方向を変える。

【0058】

光の進行方向を変えた赤色光は、色分離・合成プリズム４４の第１のブロック４４ａと第２のブロック４４ｂの間に設けた微小ギャップで再び反射し、その光の進行方向を変えて赤色用のＤＭＤ３９Ｃに入射する。

【0059】

また、色分離・合成プリズム４４に入射した光のうち緑色光は、色分離・合成プリズム４４の第２のブロック４４ｂと第３のブロック４４ｃの間に設けられた赤色の波長領域の光を反射し、緑色光を通過する分光特性を有する分光特性付き反射膜を通過し、第３のブロック４４ｃへとそのまま進行し、緑色用のＤＭＤ３７Ｃへ入射する。

【0060】

ＤＭＤ３７Ｃ、３８Ｃ、３９Ｃは、制御部（図示省略）から、各色の映像信号に応じて画素ごとにミラーの方向を変えることで、光の進行方向を変更する。

【0061】

緑色用のＤＭＤ３７Ｃで映像信号に応じて光の進行方向を変更した緑色光は、色分離・合成プリズム４４の第３のブロック４４ｃに入射し、色分離・合成プリズム４４の第３のブロック４４ｃと第２のブロック４４ｂの間に設けられた分光特性付き反射膜を通過する。

【0062】

赤色用のＤＭＤ３９Ｃで映像信号に応じて光の進行方向を変更した赤色光は、色分離・合成プリズム４４の第２のブロック４４ｂに入射し、色分離・合成プリズム４４の第２のブロック４４ｂと第１のブロック４４ａの間に設けられた微小ギャップに全反射角以上の角度で入射することで反射する。その後、赤色光は、色分離・合成プリズム４４の第３のブロック４４ｃへ光の進行方向を変えて、色分離・合成プリズム４４の第２のブロック４４ｂと第３のブロック４４ｃ間に設けられた、分光特性付き反射膜で反射し、その光の進行方向を変え、緑色光と合成される。

【0063】

分光特性付き反射膜で合成された光は、色分離・合成プリズム４４の第１のブロック４４ａ側に進行し、色分離・合成プリズム４４の第２のブロック４４ｂと第１のブロック４４ａの間に設けられた微小ギャップに全反射角以下の角度で入射することで透過する。

【0064】

さらに、青色用のＤＭＤ３８Ｃで映像信号に応じて光の進行方向を変更した青色光は、色分離・合成プリズム４４の第１のブロック４４ａを入射し、全反射プリズム４６側に進行し、全反射プリズム４６と色分離・合成プリズム４４との間に設けられたギャップに、全反射角以上の角度で入射することで、色分離・合成プリズム４４の第２のブロック４４ｂ側に進行する。その後、青色光は、色分離・合成プリズム４４の第１のブロック４４ａと第２のブロック４４ｂの間に設けられた微小ギャップの前の第１のブロック４４ａ側に設けられた分光特性付き反射膜で反射し、全反射プリズム４６側に光の進行方向を変え、緑色用のＤＭＤ３７Ｃと赤色用のＤＭＤ３９Ｃからの光と合成され、全反射プリズム４６へ入射する。

【0065】

全反射プリズム４６に入射したＤＭＤ３７Ｃ、３８Ｃ、３９Ｃからの映像光Ｌ１は、全反射プリズム４６を透過し、光路分離素子５３へと入射される。集光光学系７１は、全反射プリズム４６及び色分離・合成プリズム４４の光路長に合わせて撮像素子７５に外部光Ｌ２が結像できるように設計されている。

【0066】

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、光変調素子がＤＭＤであっても、液晶画像表示素子と同様に、撮像素子７５へ入射する迷光を低減することができる。なお、映像光出射部４５Ｃは、３つのＤＭＤ３７Ｃ、３８Ｃ、３９Ｃを有するが、１つのＤＭＤだけを有する構成でもよい。

【0067】

（実施の形態５）
次に、図８を参照して、実施の形態５の投写撮像光学系５１Ｄ及び投写型映像表示装置１Ｄを説明する。図８は、実施の形態５の投写撮像光学系５１Ｄの構成を示す図である。

【0068】

実施の形態５の投写撮像光学系５１Ｄは、図８に示すように、実施の形態１の映像光出射部４５が狭帯域位相差板５２を有する構成である。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５の投写型映像表示装置１Ｄとは共通であるので説明を省略する。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。

【0069】

狭帯域位相差板５２は、液晶表示素子３７、３８、及び３９から出射された各映像光の偏光状態を揃えて光路分離素子５３Ｄに出射する。実施の形態５において、一例として、液晶表示素子３７からＰ偏光の映像光Ｌｐが出射され、液晶表示素子３８及び３９からＳ偏光の映像光Ｌｓ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。狭帯域位相差板５２は、色合成プリズム４３と光路分離素子５３Ｄとの間に配置されている。

【0070】

実施の形態５において、狭帯域位相差板５２は、入射するＳ偏光及びＰ偏光の映像光をＰ偏光に揃えて出射しているが、Ｓ偏光に揃えて出射してもよい。したがって、映像光出射部４５Ｄ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。

【0071】

また、光路分離素子５３Ｄの部分反射膜５３Ｄｃは、偏光分離膜であり、入射したＰ偏光の映像光Ｌｐ１を透過させ、入射した外部光のＳ偏光成分Ｌｎｓ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、光路分離素子５３Ｄを透過して投写レンズユニット６１に向けて出射する。偏光分離膜は、例えば、偏光ビームスプリッタである。

【0072】

図９を参照して、実施の形態５の光路分離素子５３Ｄの部分反射膜５３Ｄｃの特性を説明する。図９は、実施の形態５の光路分離素子５３Ｄの部分反射膜５３ＤｃのＰ偏光及びＳ偏光の透過率を示すグラフである。

【0073】

部分反射膜５３Ｄｃは、例えば、部分反射膜５３Ｄｃに対して４５度で入射してくるＳ偏光Ｌｓａの透過率が約０％であり、Ｐ偏光Ｌｐａの透過率が約９７％の特性を有する。狭帯域位相差板５２を用いて、色合成プリズム４３からの映像光をＰ偏光に揃えることで、映像光の約９７％がスクリーン２００側に進み、映像光の約３％が集光光学系７１と反対側の光路分離素子５３の側方に反射される。

【0074】

逆に投写レンズユニット６１から入射した外部光Ｌ２のうち、Ｓ偏光成分の全てが撮像素子７５側に反射されて取り込まれる。外部光Ｌ２が無偏光であれば、外部光Ｌ２の５０％が撮像素子７５側に反射されて取り込まれる。投写光として偏光特性を利用し、光変調素子として液晶表示素子を用いている場合、部分反射膜５３Ｄｃが偏光分離膜である方が投写光の利用効率が高くなる。

【0075】

スクリーン２００上の映像Ｉｍ１を構成する映像光Ｌｐ１はスクリーン２００で反射して外部光Ｌ２の一部として投写レンズユニット６１を介して光路分離素子５３に入射する。映像光Ｌｐ１はＰ偏光であるので、部分反射膜５３Ｄｃを反射することなく透過する。外部光Ｌ２のＳ偏光成分が部分反射膜５３Ｄｃで反射して進行方向を９０度変更され、集光光学系７１を介して撮像素子７５に入射する。したがって、撮像素子７５は映像Ｉｍ１が表示されていないスクリーン２００の画像を撮像することができる。

【0076】

実施の形態５の投写撮像光学系５１Ｄ及び投写型映像表示装置１Ｄによれば、光路分離素子５３Ｄが光の偏光特性を利用して透過及び反射する構成であっても、投写レンズユニット６１及び光路分離素子５３Ｄ内で発生した迷光Ｌｔが集光光学系７１により撮像素子７５へ入射するのを低減することができる。

【0077】

（実施の形態６）
次に、図１０を参照して、実施の形態６の投写撮像光学系５１Ｅ及び投写型映像表示装置１Ｅを説明する。図１０は、実施の形態６の投写撮像光学系５１Ｅの構成を示す図である。

【0078】

実施の形態６の投写撮像光学系５１Ｅは、図８に示すように、実施の形態５の映像光出射部４５が１／４波長板５５と、偏光板７３とをさらに備える構成である。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５の投写型映像表示装置１Ｄと実施の形態６の投写型映像表示装置１Ｅとは共通であるので説明を省略する。

【0079】

１／４波長板５５は、光路分離素子５３Ｄと投写レンズユニット６１との間の光軸上に配置され、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。

【0080】

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、スクリーン２００で反射して投写レンズユニット６１に入射して光路分離素子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に変換されて光路分離素子５３に入射する。

【0081】

光路分離素子５３に入射したＳ偏光の映像光Ｌｓは、部分反射膜５３Ｄｃで反射して進行方向を９０度変更され、集光光学系７１に入射する。集光光学系７１に入射したＳ偏光の映像光Ｌｓは、集光光学系７１を通過して偏光板７３に入射する。

【0082】

偏光板７３は、集光光学系７１と撮像素子７５との間に配置され、直線偏光を透過させる。実施の形態６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、集光光学系７１を通過した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。

【0083】

光路分離素子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、光路分離素子５３から撮像素子７５に向けて出射するＰ偏光の迷光Ｌｔ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Ｌｔが入射するのを防止し、迷光Ｌｔ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。

【0084】

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を介して光路分離素子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。

【0085】

実施の形態６の投写撮像光学系５１Ｅ及び投写型映像表示装置１Ｅによれば、部分反射膜５３Ｄｃは、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Ｌｐ１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Ｌｓを反射し、光路分離素子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、光路分離素子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。

【0086】

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を円偏光の映像光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で反射して外部光の一部として再び１／４波長板に入射し、円偏光の映像光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素子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。

【0087】

このように、光路分離素子５３からスクリーン２００に向けて出射する映像光Ｌｐ１の偏光状態と、スクリーン２００で反射して光路分離素子５３に入射する外部光Ｌ２に含まれる映像光Ｌｓの偏光状態とが、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が光路分離素子５３内で反射により迷光となって、撮像素子７５の方へ進行して集光光学系７１を通過したとしても、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Ｌ２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。

【0088】

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。

【0089】

（実施の形態７）
次に、図１１を参照して、実施の形態７の投写撮像光学系５１Ｆ及び投写型映像表示装置１Ｆを説明する。図１１は、実施の形態７の投写撮像光学系５１Ｆの構成を示す図である。

【0090】

実施の形態７の投写撮像光学系５１Ｆは、図１１に示すように、実施の形態６の投写撮像光学系５１Ｅの１/４波長板５５を光路分離素子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６の投写型映像表示装置１Ｅと実施の形態７の投写型映像表示装置１Ｆとは共通であるので説明を省略する。

【0091】

投写撮像光学系５１Ｆは、１／４波長板５５を光路分離素子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。

【0092】

実施の形態７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７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１１では、映像Ｉｍ２及びＩｍ３の一例として文字が映されている。

【0093】

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。

【0094】

また、投写撮像光学系５１Ｆ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。

【0095】

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、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。

【0096】

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１２及び図１３を参照してさらに説明する。図１２は光路分離素子内の光路を示す説明図であり、図１２（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５１Ｆの光路を示す説明図であり、図１２（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５１Ｆの光路を示す説明図である。図１３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１３（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１３（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。

【0097】

図１２（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は光路分離素子５３に入射して部分反射膜５３ｃ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の残りの成分Ｌｎｖは、部分反射膜５３ｃ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、光路分離素子５３から出射して、集光光学系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。

【0098】

したがって、光路上に１／４波長板５５が存在する場合、図１３（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。

【0099】

一方、図１２（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Ｌｐ１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Ｌｐ１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Ｌｐ１は、投写レンズユニット６１を通過して光路分離素子５３も透過するので、撮像素子７５へ進行しない。

【0100】

したがって、反射光Ｌｎ２のＳ偏光成分Ｌｎｓだけが光路分離素子５３の部分反射膜５３ｃ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Ｌｐ１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。

【0101】

したがって、光路上に１／４波長板５５が存在しない場合、図１２（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。

【0102】

実施の形態７における投写撮像光学系５１Ｆ及び投写型映像表示装置１Ｆによれば、１／４波長板５５は光路分離素子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。

【0103】

また、照明光や環境光は光量が少ない場合が多いので、図１３（ｂ）に示すように、投写映像を除いて撮影する場合、光路分離素子５３や投写レンズユニット６１のレンズ６１ａ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。したがって、集光光学系７１を用いて迷光を除去する構成は非常に効果が高い。また、実施の形態２による迷光を除去する構成も非常に効果が高いので、実施の形態７と実施の形態２とを組み合わせることも大変有用である。

【0104】

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１Ｆ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。

【0105】

（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。

【0106】

各実施の形態において、Ｓ偏光とＰ偏光の映像光を用いる場合、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。

【0107】

各実施の形態において、光路分離素子５３として光路分離プリズムを用いているがこれに限らない。光路分離素子５３として、部分反射膜５３ｃが形成されたミラーでもよい。

【0108】

実施の形態１を説明する図２において、集光光学系７１における外部光Ｌ２の取り込み角度θ１と投写レンズユニット６１のレンズＦ値の集光角度θ２とが同じ角度で示さているがこれに限らない。例えば、図１４に示すように、集光光学系７１における外部光Ｌ２の取り込み角度θ１は、投写レンズユニット６１のレンズＦ値の集光角度θ２よりも小さくてもよい。変形例による投写型映像表示装置１Ｇの投写撮像光学系５１Ｇは、投写撮像光学系５１Ｇの集光光学系７１Ｇが、凹レンズ７１ａと第２のプリズム５３ｂとの間に第２の光吸収部７１ｄを備え、第２の光吸収部７１ｄにより、取り込み角度θ１を集光角度θ２よりも小さくしている。このような構成でも、取り込み角度θ１よりも大きい角度で集光光学系７１Ｇに入射した迷光Ｌｔをより減衰することができる。

【0109】

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。

【0110】

また、上述の実施形態は、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。

【0111】

（実施の形態の概要）
（１）本開示の投写型映像表示装置は、光源装置からの光を画像信号に応じて変調した映像光を出射する光変調素子を有する映像光出射部と、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、を備える。投写型映像表示装置は、映像光出射部と投写レンズユニットとの間に配置された光路分離素子と、投写レンズユニット及び光路分離素子を介して入射する外部光を撮像する撮像素子と、光路分離素子と撮像素子との間に配置された集光光学系と、を備える。光路分離素子は、映像光出射部から出射された映像光の一部を投写レンズユニットへ透過させ、投写レンズユニットから出射された外部光の一部を集光光学系へ反射させる。集光光学系は、光路分離素子で反射された外部光を撮像素子へ集光し、集光光学系における外部光の取り込み角度は、投写レンズユニットのレンズＦ値の集光角度以下である。

【0112】

これにより、光路分離素子及び投写レンズユニット内で映像光が反射して迷光が発生したとしても、集光光学系における外部光の取り込み角度は、映像光がスクリーンに出射される出射角度以下であるので、取り込み角度よりも大きい角度で集光光学系に入射した迷光を減衰することができる。したがって、撮像素子に入射する迷光を低減することができる。

【0113】

（２）（１）の投写型映像表示装置において、投写レンズユニット及び光路分離素子を介して、投写対象と光変調素子までの第１光路長は、投写対象と撮像素子までの第２光路長と異なる。

【0114】

（３）（１）または（２）の投写型映像表示装置において、集光光学系は、入射する外部光を発散する凹レンズと、凹レンズにより発散された外部光を撮像素子へ集光する凸レンズと、凹レンズと凸レンズの間に配置され、凹レンズにより所定の角度以上に発散した外部光を吸収する第１の光吸収部と、を有する。

【0115】

（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、光路分離素子により反射された映像光の少なくとも一部を減衰する反射光減衰部を備える。

【0116】

（５）（４）の投写型映像表示装置において、反射光減衰部は、光路分離素子に対して撮像素子の反対側に配置され、光路分離素子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第２の光吸収部と、を備える。

【0117】

（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、光路分離素子が反射する光の光量は、光路分離素子に入射した光の光量の１０％以下である。

【0118】

（７）（１）から（６）のいずれか１つの投写型映像表示装置において、集光光学系は縮小光学系により構成され、投写レンズユニットに対して光変調素子と撮像素子とは非共役関係であり、光変調素子の大きさと撮像素子の大きさとが異なる。

【0119】

（８）（１）から（７）のいずれか１つの投写型映像表示装置において、光路分離素子は、複数のプリズムと、複数のプリズムが貼り合わされた、貼り合わせ面に配置され、入射した映像光及び外部光のそれぞれの一部を反射させ、残りを透過させる部分反射膜と、を有する。

【0120】

（９）（８）の投写型映像表示装置において、部分反射膜は、偏光分離膜である。

【0121】

（１０）（９）の投写型映像表示装置において、映像光出射部は、複数の光変調素子を有し、複数の光変調素子から出射するそれぞれの映像光の偏光状態を揃える狭帯域位相差板を有する。

【0122】

（１１）（９）または（１０）の投写型映像表示装置において、映像光出射部は、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し、偏光分離膜は、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させる。投写型映像表示装置は、光路分離素子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、光路分離素子と、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。

【0123】

（１２）（１１）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。

【0124】

（１３）（１１）または（１２）の投写型映像表示装置において、１／４波長板は光路分離素子から投写光学系へ入射する映像光の光路上で抜き差し可能である。

【0125】

（１４）（１３）の投写型映像表示装置において、前記１／４波長板を前記光路分離素子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。

【0126】

（１５）（１３）または（１４）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、撮像素子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】

【0127】

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】

【0128】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ 投写型映像表示装置
３７、３８、３９ 液晶表示素子
３７Ｃ、３８Ｃ、３９Ｃ ＤＭＤ
４３ 色合成プリズム
４４ 色分離・合成プリズム
４４ａ 第１のブロック
４４ｂ 第２のブロック
４４ｃ 第３のブロック
４５、４５Ｃ、４５Ｄ 映像光出射部
４６ 全反射プリズム
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ、５１Ｅ、５１Ｆ、５１Ｇ、５１Ｈ 投写撮像光学系
５２ 狭帯域位相差板
５３、５３Ｄ 光路分離素子
５３ａ 第１のプリズム
５３ｂ 第２のプリズム
５３ｃ、５３Ｄｃ 部分反射膜
５５ １／４波長板
６１ 投写レンズユニット
６１ａ レンズ
７１、７１Ｂ 集光光学系
７１ａ 凹レンズ
７１ｂ 凸レンズ
７１ｃ 第１の光吸収部
７２ プリズムスペーサ
７３ 偏光板
７５、７５Ｂ 撮像素子
８１ 反射光減衰部
８１ａ 反射光減衰板
８１ｂ 第２の光吸収部
８１ｃ 開口
９１ 駆動部
９３ 画像処理部
９５ 制御部
１０１ 光源装置
２００ スクリーン
２１０ 外部照明光源
ｈｍ 物体
Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３ 映像
Ｌ１、Ｌｃ、Ｌｐ、Ｌｐ１、Ｌｓ 映像光
Ｌ２ 外部光
Ｌｎ１ 照明光
Ｌｎ２ 反射光
Ｌｎｓ Ｓ偏光成分
Ｌｎｖ 残りの成分
Ｌｐａ Ｐ偏光
Ｌｓａ Ｓ偏光
Ｌｔ 迷光

【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13】

【図14】