(57)【要約】【課題】投射機能と撮像機能とを備えた小型のプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光学素子は、第１プリズム、第２プリズム、第３プリズムおよび第４プリズムを含む複数のプリズムから構成されたプリズム組立体と、互いに交差して設けられた第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜と、各ダイクロイック膜と交差して設けられた反射膜と、を備える。プリズム組立体は、第１の光を入射させる第１面と、第１面と交差し、第２の光を入射させる第２面と、第１面と対向し、第３の光を入射させる第３面と、第２面と対向し、合成光を射出させ、第４の光を入射させる第４面と、第１面、第２面、第３面および第４面と交差し、反射膜で反射した第４の光を射出させる第５面と、を有する。第２面は、第１プリズムの一面と第２プリズムの一面とから構成され、第４面は、第３プリズムの一面と第４プリズムの一面とから構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、および第４プリズムを含む複数のプリズムから構成されたプリズム組立体と、
前記プリズム組立体に互いに交差して設けられ、第１波長帯の第１の光と、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光と、前記第１波長帯および前記第２波長帯とは異なる第３波長帯の第３の光と、を合成して合成光を生成する第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜と、
前記プリズム組立体に前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜と交差して設けられ、第４の光を反射する反射膜と、を備え、
前記プリズム組立体は、前記第１の光を入射させる第１面と、前記第１面と交差し、前記第２の光を入射させる第２面と、前記第１面と対向し、前記第３の光を入射させる第３面と、前記第２面と対向し、前記合成光を射出させるとともに前記第４の光を入射させる第４面と、前記第１面、前記第２面、前記第３面および第４面と交差し、前記反射膜で反射した前記第４の光を射出させる第５面と、を有し、
前記第２面は、前記第１プリズムの一面と前記第２プリズムの一面とから構成され、
前記第４面は、前記第３プリズムの一面と前記第４プリズムの一面とから構成されている、光学素子。
【請求項２】
前記プリズム組立体は、前記第１プリズムの前記一面とは異なる面と前記第２プリズムの前記一面とは異なる面とが貼り合わされた第１貼り合わせプリズムと、前記第３プリズムの前記一面とは異なる面と前記第４プリズムの前記一面とは異なる面とが貼り合わされた第２貼り合わせプリズムと、を含む複数の貼り合わせプリズムから構成され、
前記反射膜は、前記複数の貼り合わせプリズムの貼り合わせ面に設けられている、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記反射膜は、入射した光の一部を反射し、他の一部を透過するハーフミラーから構成されている、請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第４の光は、非可視光であり、
前記反射膜は、可視光を透過し、前記非可視光を反射するダイクロイック膜から構成されている、請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記非可視光は、赤外光もしくは紫外光である、請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第４の光は、第１偏光方向の直線偏光を含み、
前記反射膜は、第１偏光方向の直線偏光を反射し、前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向の直線偏光を透過する偏光分離膜から構成されている、請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光学素子と、
前記第１面に対向して設けられ、画像情報に応じて変調した前記第１の光を前記第１面に向けて射出する第１光変調素子と、
前記第２面に対向して設けられ、画像情報に応じて変調した前記第２の光を前記第２面に向けて射出する第２光変調素子と、
前記第３面に対向して設けられ、画像情報に応じて変調した前記第３の光を前記第１面に向けて射出する第３光変調素子と、
前記第５面に対向して設けられ、前記反射膜で反射して前記光学素子から射出された前記第４の光を受光する撮像素子と、
を備えた、光学モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の光学モジュールと、
前記第１の光、前記第２の光、および前記第３の光を含む光を射出する光源装置と、
前記光学モジュールから射出された前記合成光を被投射面に投射する投射光学系と、を備え、
前記投射光学系および前記光学素子を介して前記被投射面からの反射光を前記撮像素子に入射させることにより、前記撮像素子が前記被投射面上の被写体を撮像する、プロジェクター。
【請求項９】
非可視光からなる前記第４の光を前記被投射面上に投射する投射装置をさらに備えた、請求項８に記載のプロジェクター。
【請求項１０】
第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、および第４プリズムを含む複数のプリズムから構成されたプリズム組立体と、
前記プリズム組立体に互いに交差して設けられた第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜と、
前記プリズム組立体に前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜と交差して設けられた反射膜と、を備え、
前記プリズム組立体は、第１の光を入射させる第１面と、前記第１面と交差し、第２の光を入射させる第２面と、前記第１面と対向し、第３の光を入射させる第３面と、前記第２面と対向し、前記第１の光、前記第２の光および前記第３の光の合成光を射出させるとともに第４の光を入射させる第４面と、前記第１面、前記第２面、前記第３面および第４面と交差し、前記反射膜で反射した前記第４の光を射出させる第５面と、を有する光学素子の製造方法であって、
前記第１ダイクロイック膜の一部、前記第２ダイクロイック膜の一部、および前記反射膜の一部をそれぞれ形成した前記第１プリズム、前記第２プリズム、前記第３プリズム、および前記第４プリズムを含む複数のプリズムを作製する工程と、
前記第１プリズムの一面と前記第２プリズムの一面とを同一平面上に配置して前記第２面を構成し、前記第３プリズムの一面と前記第４プリズムの一面とを同一平面上に配置して前記第４面を構成するように、前記第１プリズム、前記第２プリズム、前記第３プリズムおよび前記第４プリズムを含む複数のプリズム同士を貼り合わせる工程と、を備えた、光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記複数のプリズム同士を貼り合わせる工程において、前記第１プリズムの一面と前記第２プリズムの一面とを同一平面上に配置し、前記第３プリズムの一面と前記第４プリズムの一面とを同一平面上に配置するための位置決め部材を用いる、請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記プリズム組立体は、前記第１プリズムの前記一面とは異なる面と前記第２プリズムの前記一面とは異なる面とが貼り合わされた第１貼り合わせプリズムと、前記第３プリズムの前記一面とは異なる面と前記第４プリズムの前記一面とは異なる面とが貼り合わされた第２貼り合わせプリズムと、を含む複数の貼り合わせプリズムから構成され、
前記複数の貼り合わせプリズムの貼り合わせ面に前記反射膜を設ける工程をさらに備えた、請求項１０または請求項１１に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、光学モジュール、プロジェクター、および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、保安警備、商業、医療等の各種分野において、撮像機能を備え、撮像した画像に加えて他の情報を重ね合わせて投射する機能を有するプロジェクターが利用されている。また、プロジェクターから投射される画像等によるメッセージに対して、使用者が指やペン等の指示体を用いて指示情報を入力し、各種操作を進める機能、いわゆるインタラクティブ機能を備えたプロジェクターが利用されている。この種のプロジェクターにおいては、投射光学系を介して被投射面の様子を撮像する手段を備える必要がある。
【０００３】
上記の撮像手段を備えたプロジェクターの一例として、下記の特許文献１には、赤色光用液晶パネルと、緑色光用液晶パネルと、青色光用液晶パネルと、撮像素子と、第１偏光ビームスプリッターと、第２偏光ビームスプリッターと、第３偏光ビームスプリッターと、を備えたプロジェクターが開示されている。このプロジェクターにおいては、第１偏光ビームスプリッターの互いに異なる面に緑色光用液晶パネルと撮像素子とが配置され、第２偏光ビームスプリッターの互いに異なる面に赤色光用液晶パネルと青色光用液晶パネルとが配置され、第３偏光ビームスプリッターによって３色の色光が合成されるとともに、投射光学系を介して入射した光が分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５４１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のプロジェクターにおいては、投射機能と撮像機能とを実現するために、３つの偏光ビームスプリッターが用いられている。そのため、３色の色光を合成するととともに被投射面からの光を画像光から分離するための光学系の構成が複雑になり、光学系が大型化する。その結果、プロジェクターの小型化が困難になるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光学素子は、第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、および第４プリズムを含む複数のプリズムから構成されたプリズム組立体と、前記プリズム組立体に互いに交差して設けられ、第１波長帯の第１の光と、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光と、前記第１波長帯および前記第２波長帯とは異なる第３波長帯の第３の光と、を合成して合成光を生成する第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜と、前記プリズム組立体に前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜と交差して設けられ、第４の光を反射する反射膜と、を備えている。前記プリズム組立体は、前記第１の光を入射させる第１面と、前記第１面と交差し、前記第２の光を入射させる第２面と、前記第１面と対向し、前記第３の光を入射させる第３面と、前記第２面と対向し、前記合成光を射出させるとともに前記第４の光を入射させる第４面と、前記第１面、前記第２面、前記第３面および第４面と交差し、前記反射膜で反射した前記第４の光を射出させる第５面と、を有している。前記第２面は、前記第１プリズムの一面と前記第２プリズムの一面とから構成され、前記第４面は、前記第３プリズムの一面と前記第４プリズムの一面とから構成されている。
【０００７】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記プリズム組立体は、前記第１プリズムの前記一面とは異なる面と前記第２プリズムの前記一面とは異なる面とが貼り合わされた第１貼り合わせプリズムと、前記第３プリズムの前記一面とは異なる面と前記第４プリズムの前記一面とは異なる面とが貼り合わされた第２貼り合わせプリズムと、を含む複数の貼り合わせプリズムから構成され、前記反射膜は、前記複数の貼り合わせプリズムの貼り合わせ面に設けられていてもよい。
【０００８】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記反射膜は、入射した光の一部を反射し、他の一部を透過するハーフミラーから構成されていてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記第４の光は、非可視光であり、前記反射膜は、可視光を透過し、前記非可視光を反射するダイクロイック膜から構成されていてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記非可視光は、赤外光もしくは紫外光であってもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記第４の光は、第１偏光方向の直線偏光を含み、前記反射膜は、第１偏光方向の直線偏光を反射し、前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向の直線偏光を透過する偏光分離膜から構成されていてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の光学モジュールは、本発明の一つの態様の光学素子と、前記第１面に対向して設けられ、画像情報に応じて変調した前記第１の光を前記第１面に向けて射出する第１光変調素子と、前記第２面に対向して設けられ、画像情報に応じて変調した前記第２の光を前記第２面に向けて射出する第２光変調素子と、前記第３面に対向して設けられ、画像情報に応じて変調した前記第３の光を前記第１面に向けて射出する第３光変調素子と、前記第５面に対向して設けられ、前記反射膜で反射して前記光学素子から射出された前記第４の光を受光する撮像素子と、を備える。
【００１３】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光学モジュールと、前記第１の光、前記第２の光、および前記第３の光を含む光を射出する光源装置と、前記光学モジュールから射出された前記合成光を被投射面に投射する投射光学系と、を備え、前記投射光学系および前記光学素子を介して前記被投射面からの反射光を前記撮像素子に入射させることにより、前記撮像素子が前記被投射面上の被写体を撮像する。
【００１４】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、非可視光からなる前記第４の光を前記被投射面上に投射する投射装置をさらに備えていてもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様の光学素子の製造方法は、第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、および第４プリズムを含む複数のプリズムから構成されたプリズム組立体と、前記プリズム組立体に互いに交差して設けられた第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜と、前記プリズム組立体に前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜と交差して設けられた反射膜と、を備え、前記プリズム組立体は、第１の光を入射させる第１面と、前記第１面と交差し、第２の光を入射させる第２面と、前記第１面と対向し、第３の光を入射させる第３面と、前記第２面と対向し、前記第１の光、前記第２の光および前記第３の光の合成光を射出させるとともに第４の光を入射させる第４面と、前記第１面、前記第２面、前記第３面および第４面と交差し、前記反射膜で反射した前記第４の光を射出させる第５面と、を有する光学素子の製造方法であって、前記第１ダイクロイック膜の一部、前記第２ダイクロイック膜の一部、および前記反射膜の一部をそれぞれ形成した前記第１プリズム、前記第２プリズム、前記第３プリズム、および前記第４プリズムを含む複数のプリズムを作製する工程と、前記第１プリズムの一面と前記第２プリズムの一面とを同一平面上に配置して前記第２面を構成し、前記第３プリズムの一面と前記第４プリズムの一面とを同一平面上に配置して前記第４面を構成するように、前記第１プリズム、前記第２プリズム、前記第３プリズムおよび前記第４プリズムを含む複数のプリズム同士を貼り合わせる工程と、を備える。
【００１６】
本発明の一つの態様の光学素子の製造方法において、前記複数のプリズム同士を貼り合わせる工程では、前記第１プリズムの一面と前記第２プリズムの一面とを同一平面上に配置し、前記第３プリズムの一面と前記第４プリズムの一面とを同一平面上に配置するための位置決め部材を用いてもよい。
【００１７】
本発明の一つの態様の光学素子の製造方法において、前記プリズム組立体は、前記第１プリズムの前記一面とは異なる面と前記第２プリズムの前記一面とは異なる面とが貼り合わされた第１貼り合わせプリズムと、前記第３プリズムの前記一面とは異なる面と前記第４プリズムの前記一面とは異なる面とが貼り合わされた第２貼り合わせプリズムと、を含む複数の貼り合わせプリズムから構成され、前記複数の貼り合わせプリズムの貼り合わせ面に前記反射膜を設ける工程をさらに備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】光学モジュールの斜視図である。
【図３】クロスダイクロイックプリズムの斜視図である。
【図４】３つの色光が合成される作用を示す光学モジュールの平面図である。
【図５】反射光が分離される作用を示す光学モジュールの側面図である。
【図６】第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の反射特性を示す図である。
【図７】第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の透過特性を示す図である。
【図８Ａ】クロスダイクロイックプリズムの製造方法における一つの工程を示す図である。
【図８Ｂ】他の工程を示す図である。
【図８Ｃ】さらに他の工程を示す図である。
【図９】図８Ｃに示す工程の変形例を示す図である。
【図１０】第２実施形態において、３つの色光が合成される作用を示す光学モジュールの平面図である。
【図１１】反射光が分離される作用を示す光学モジュールの側面図である。
【図１２】第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の反射特性を示す図である。
【図１３】第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の透過特性を示す図である。
【図１４】第２実施形態の変形例において、第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の反射特性を示す図である。
【図１５】第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の透過特性を示す図である。
【図１６】第３実施形態において、３つの色光が合成される作用を示す光学モジュールの平面図である。
【図１７】反射光が分離される作用を示す光学モジュールの側面図である。
【図１８】第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の反射特性を示す図である。
【図１９】第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の透過特性を示す図である。
【図２０】比較例のクロスダイクロイックプリズムの問題点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。
第１実施形態のプロジェクターは、３枚の液晶パネルを備えたプロジェクター、いわゆる３板式の液晶プロジェクターの一例である。
図１は、第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図２は、光学モジュールの斜視図である。図３は、クロスダイクロイックプリズムの斜視図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２０】
図１に示すように、プロジェクター１は、外装筐体２と、制御部１５と、光学ユニット３と、を備えている。また、図示した構成要素の他に、外装筐体２の内部には、光源装置３１と制御部１５とに電力を供給する電源装置、各種の光学部品を冷却するファン等の構成要素が配置されている。プロジェクター１は、光源装置３１から射出された光を画像情報に応じて変調し、スクリーンＳＣ等の被投射面に画像を拡大投射する。
【００２１】
外装筐体２は、詳細な説明を省略するが、外装筐体２の上部を構成する上ケース、外装筐体２の下部を構成する下ケース等の複数のケースを有しており、これらのケースがネジ等の固定部材によって固定されている。
【００２２】
制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の電子部品を備えている。制御部１５は、プロジェクター１の各部の動作の制御、例えば画像の投射に関わる制御を行う。特に本実施形態の場合、制御部１５は、後述する撮像素子が得た画像情報に基づいて画像を制御する。
【００２３】
光学ユニット３は、制御部１５による制御の下、光源装置３１から射出された光を光学的に処理して投射する。光学ユニット３は、光源装置３１と、均一照明光学系３２と、色分離光学系３３と、リレー光学系３４と、光学モジュール４と、投射光学系３６と、光学部品用筐体３８と、を備えている。光源装置３１、均一照明光学系３２、色分離光学系３３、リレー光学系３４、光学モジュール４、および投射光学系３６を構成する光学部品は、光学部品用筐体３８内の所定の位置に固定されている。
【００２４】
以下では、説明の便宜上、光源装置３１から射出される光の中心軸と平行な軸をＸ軸とし、光源装置３１から光が射出される方向をＸ軸の＋Ｘ方向とする。また、投射光学系３６から射出される光の中心軸と平行な軸をＹ軸とし、投射光学系３６からスクリーンＳＣに向けて光が射出される方向をＹ軸の＋Ｙ方向とする。また、プロジェクター１が机上に据え置かれた据え置き姿勢における上下方向をＺ軸とし、上方をＺ軸の＋Ｚ方向とする。
【００２５】
図１に示すように、光学ユニット３は、Ｚ軸方向から見て、略Ｌ字状の形状を有している。光源装置３１は、光学ユニット３の一方の端部に着脱可能に設けられている。投射光学系３６は、光学ユニット３の他方の端部に設けられている。
【００２６】
光源装置３１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の放電ランプからなる光源３１１と、リフレクター３１２と、を備えている。光源３１１から射出された光のうち、均一照明光学系３２とは反対側に向かって進む光は、リフレクター３１２で反射され、進行方向が＋Ｘ方向に変わる。このように、光源装置３１は、均一照明光学系３２に向けて光を射出する。光源装置３１は、赤色光ＬＲ（第１色光）と緑色光ＬＧ（第２色光）と青色光ＬＢ（第３色光）とを成分として含む白色光を射出する。
【００２７】
均一照明光学系３２は、第１レンズアレイ３２１と、第２レンズアレイ３２２と、偏光変換素子３２３と、重畳レンズ３２４と、を備えている。
【００２８】
第１レンズアレイ３２１は、光源装置３１から射出された光を複数の部分光束に分割する。第１レンズアレイ３２１は、照明光軸ＡＸ１と直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズから構成されている。照明光軸ＡＸ１は、光源装置３１から射出された光の中心軸である。
【００２９】
第２レンズアレイ３２２は、第１レンズアレイ３２１と同様、照明光軸ＡＸ１に直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズから構成されている。複数のレンズは、第１レンズアレイ３２１の複数のレンズに対応して設けられている。第２レンズアレイ３２２は、重畳レンズ３２４とともに、第１レンズアレイ３２１の各レンズの像を、赤色光用光変調素子（第１光変調素子）５２Ｒ、緑色光用光変調素子（第２光変調素子）５２Ｇ、および青色光用光変調素子（第３光変調素子）５２Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。
【００３０】
偏光変換素子３２３は、第１レンズアレイ３２１により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する。偏光変換素子３２３は、図示しない偏光分離層と反射層と位相差板とを有する。偏光分離層は、光源装置３１からの光に含まれる偏光成分のうち、一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸ＡＸ１に垂直な方向に反射する。反射層は、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸ＡＸ１に平行な方向に反射する。位相差板は、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。
【００３１】
重畳レンズ３２４は、偏光変換素子３２３からの各部分光束を集光して赤色光用光変調素子５２Ｒ、緑色光用光変調素子５２Ｇ、および青色光用光変調素子５２Ｂの画像形成領域近傍に重畳させる。
【００３２】
第１レンズアレイ３２１、第２レンズアレイ３２２および重畳レンズ３２４は、光源装置３１からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。
【００３３】
色分離光学系３３は、第１ダイクロイックミラー３３１と、第２ダイクロイックミラー３３２と、第１反射ミラー３３３と、を備えている。第１ダイクロイックミラー３３１は、赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧを含む光を透過し、青色光ＬＢを反射する。第２ダイクロイックミラー３３２は、第１ダイクロイックミラー３３１を透過した光のうち、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧを反射する。このようにして、色分離光学系３３は、均一照明光学系３２から射出された光束を赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの３色の色光に分離する。
【００３４】
リレー光学系３４は、入射側レンズ３４１と、リレーレンズ３４３と、第２反射ミラー３４２と、第３反射ミラー３４４と、を備えている。リレー光学系３４は、色分離光学系３３によって分離された赤色光ＬＲを赤色光用光変調素子５２Ｒまで導く。なお、光学ユニット３は、リレー光学系３４が赤色光ＬＲを赤色光用光変調素子５２Ｒに導く構成としているが、これに限らず、リレー光学系３４が青色光ＬＢを青色光用光変調素子５２Ｂに導く構成としてもよい。
【００３５】
図２に示すように、光学モジュール４は、複数の電気光学装置５と、色合成素子４１と、撮像素子４４と、を備えている。複数の電気光学装置５は、赤色光ＬＲに対応した電気光学装置５Ｒと、緑色光ＬＧに対応した電気光学装置５Ｇと、青色光ＬＢに対応した電気光学装置５Ｂと、を備えている。光学モジュール４は、色分離光学系３３で分離された各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調し、変調した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを合成して合成光ＬＷを射出する。以下の説明において、各色光用の電気光学装置５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを区別する必要がない場合には、電気光学装置５と称する。
【００３６】
図１に示すように、電気光学装置５は、入射側偏光板５１と、各色光用の光変調素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂと、射出側偏光板５４と、を備えている。以下の説明において、各色光用の光変調素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂを区別する必要がない場合には、光変調素子５２と称する。また、図２においては、電気光学装置５のうち、入射側偏光板５１および射出側偏光板５４の図示を省略する。
【００３７】
入射側偏光板５１は、光変調素子５２の光入射側に配置されている。入射側偏光板５１は、色分離光学系３３で分離された各色光のうち、偏光変換素子３２３で揃えられた偏光光を透過し、その偏光光と異なる偏光光を吸収して光変調素子５２に射出する。
【００３８】
光変調素子５２は、詳細な図示は省略するが、一対のガラス基板の間に液晶が封入された液晶パネルから構成されている。光変調素子５２は、複数の画素がマトリクス状に配置された矩形状の画像形成領域（図示略）を有している。光変調素子５２は、パネル枠（図示略）に外周部が保持され、フレキシブル基板（図示略）を介して制御部１５に接続されている。光変調素子５２は、制御部１５から入力された駆動信号に応じて液晶の配向状態が制御され、光変調素子５２に入射された各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調する。
【００３９】
射出側偏光板５４は、光変調素子５２の光射出側に配置されている。射出側偏光板５４は、入射側偏光板５１と略同様の機能を有し、光変調素子５２において変調された色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢのうち、一定方向の偏光光を吸収し、その偏光光と異なる偏光方向の偏光光を透過して色合成素子４１に向けて射出する。
【００４０】
図２および図３に示すように、色合成素子４１は、クロスダイクロイックプリズム４１１（光学素子）で構成されている。クロスダイクロイックプリズム４１１は、赤色光ＬＲ（第１波長帯の第１の光）を入射させる第１面４１１ａと、第１面４１１ａと交差し、緑色光ＬＧ（第２波長帯の第２の光）を入射させる第２面４１１ｂと、第１面４１１ａと対向し、青色光ＬＢ（第３波長帯の第３の光）を入射させる第３面４１１ｃと、第２面４１１ｂと対向し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢが合成された合成光ＬＷを射出させるとともにスクリーンＳＣからの反射光ＬＦ（第４の光）を入射させる第４面４１１ｄと、第１面４１１ａ、第２面４１１ｂ、第３面４１１ｃおよび第４面４１１ｄと交差し、後述する反射膜４１５で反射した反射光ＬＦを射出させる第５面４１１ｅと、第５面４１１ｅに対向する第６面４１１ｆと、を有している。
【００４１】
したがって、赤色光用光変調素子５２Ｒは、クロスダイクロイックプリズム４１１の第１面４１１ａに対向して設けられている。赤色光用光変調素子５２Ｒは、画像情報に応じて変調した赤色光ＬＲを第１面４１１ａに向けて射出する。緑色光用光変調素子５２Ｇは、クロスダイクロイックプリズム４１１の第２面４１１ｂに対向して設けられている。緑色光用光変調素子５２Ｇは、画像情報に応じて変調した緑色光ＬＧを第２面４１１ｂに向けて射出する。青色光用光変調素子５２Ｂは、クロスダイクロイックプリズム４１１の第３面４１１ｃに対向して設けられている。青色光用光変調素子５２Ｂは、画像情報に応じて変調した青色光ＬＢを第３面４１１ｃに向けて射出する。撮像素子４４は、クロスダイクロイックプリズム４１１の第５面４１１ｅに対向して設けられている。撮像素子４４は、後述する反射膜４１５で反射してクロスダイクロイックプリズム４１１から射出された反射光ＬＦを受光する。
【００４２】
撮像素子４４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されている。撮像素子４４は、スクリーンＳＣからの反射光が投射光学系３６および色合成素子４１を介して入射され、スクリーンＳＣに投射された画像を含むスクリーンＳＣ上の被写体を撮像する。
【００４３】
図３に示すように、クロスダイクロイックプリズム４１１は、プリズム組立体４１２と、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４と、反射膜４１５と、を備えている。
【００４４】
プリズム組立体４１２は、直方体状の形状をなすガラスブロック等の硝材から構成されている。プリズム組立体４１２において、Ｘ軸方向に平行な１辺の長さＤｘとＹ軸方向に平行な１辺の長さＤｙとは等しく、Ｚ軸方向に平行な１辺の長さＤｚはＸ軸方向およびＹ軸方向に延びる１辺の長さＤｘ，Ｄｙよりも長い。すなわち、プリズム組立体４１２の形状はＺ軸方向に長い直方体であって、第１面４１１ａ、第２面４１１ｂ、第３面４１１ｃおよび第４面４１１ｄの形状は長方形であり、第５面４１１ｅおよび第６面４１１ｆの形状は正方形である。ただし、長さＤｚは、長さＤｘ，Ｄｙよりも短くてもよいし、長さＤｘ，Ｄｙと等しくてもよい。
【００４５】
プリズム組立体４１２は、８個のプリズムが組み合わされて直方体状の形状をなしている。具体的には、プリズム組立体４１２は、直方体状のガラスブロックが、Ｚ軸方向に平行な交差軸Ｋを中心として互いに９０°の角度で交差した２つの平面で４つに分割され、さらに、４つに分割されたプリズムの各々がＸＹ平面に対して４５°の角度で傾いた１つの平面で２つに分割された８個のプリズム４１６で構成されている。
【００４６】
説明の都合上、８個のプリズム４１６のうち、Ｙ軸方向から見て、図３の手前側に位置する２個のプリズム４１６をそれぞれ第１プリズム４１６Ａ、第２プリズム４１６Ｂと称し、図３の奥側に位置する２個のプリズムをそれぞれ第３プリズム４１６Ｃ、第４プリズム４１６Ｄと称する。すなわち、プリズム組立体４１２は、第１プリズム４１６Ａ、第２プリズム４１６Ｂ、第３プリズム４１６Ｃ、および第４プリズム４１６Ｄを含む８個のプリズム４１６から構成されている。
【００４７】
第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４は、プリズム組立体４１２の内部に互いに交差して設けられている。より具体的には、第１ダイクロイック膜４１３と第２ダイクロイック膜４１４とは、Ｚ軸方向に平行な交差軸Ｋを中心として互いに略９０°の角度で交差している。第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４のＺ軸方向に平行な端辺は、プリズム組立体４１２の角部のＺ軸方向に平行な稜線に一致する。第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４のＺ軸方向に垂直な端辺は、第５面４１１ｅおよび第６面４１１ｆから見て、Ｘ字状の形状を呈する。第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４は、誘電体多層膜から構成され、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを合成して合成光ＬＷを生成する。
【００４８】
反射膜４１５は、プリズム組立体４１２の内部に第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４と交差して設けられている。より具体的には、反射膜４１５は、プリズム組立体４１２の中心を通り、ＸＹ平面に平行な面を、プリズム組立体４１２の中心を通り、Ｘ軸方向に平行な軸Ｍを中心として４５°回転させた面に沿って設けられている。本実施形態において、反射膜４１５は、入射した光の一部を反射し、他の一部を透過するハーフミラー４１７から構成されている。ハーフミラー４１７は、誘電体多層膜、金属膜等の膜から構成されている。
【００４９】
本実施形態の場合、緑色光用光変調素子５２Ｇに対向する第２面４１１ｂは、第１プリズム４１６Ａの一面４１６Ａ１と、第２プリズム４１６Ｂの一面４１６Ｂ１と、から構成されている。また、合成光ＬＷを射出させ、反射光ＬＦを入射させる第４面４１１ｄは、第３プリズム４１６Ｃの一面４１６Ｃ１と第４プリズム４１６Ｄの一面４１６Ｄ１とから構成されている。すなわち、プリズム組立体４１２の形状が立方体ではないため、第１プリズム４１６Ａと第２プリズム４１６Ｂとの互いに当接する辺は、プリズム組立体４１２の角部の稜線上に位置することはなく、第２面４１１ｂ上に位置する。同様に、第３プリズム４１６Ｃと第４プリズム４１６Ｄとで互いに当接する辺は、プリズム組立体４１２の角部の稜線上に位置することはなく、第４面４１１ｄ上に位置する。
【００５０】
また、プリズム組立体４１２は、第１プリズム４１６Ａの一面４１６Ａ１とは異なる面と第２プリズム４１６Ｂの一面４１６Ｂ１とは異なる面とが貼り合わされた第１貼り合わせプリズム４１６ＡＢと、第３プリズム４１６Ｃの一面４１６Ｃ１とは異なる面と第４プリズム４１６Ｄの一面４１６Ｄ１とは異なる面とが貼り合わされた第２貼り合わせプリズム４１６ＣＤと、を含む複数の貼り合わせプリズムから構成されている。反射膜４１５は、複数の貼り合わせプリズムの貼り合わせ面に設けられている。すなわち、貼り合わせプリズムは、プリズム組立体４１２が第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４によって４分割されたうちの一つの三角柱状プリズムである。プリズム組立体４１２は、４つの貼り合わせプリズムから構成されている。
【００５１】
本実施形態の光学モジュール４において、各光変調素子５２とスクリーンＳＣとは共役であり、かつ、撮像素子４４とスクリーンＳＣとは共役である。
【００５２】
以下、クロスダイクロイックプリズム４１１の製造方法について説明する。
図８Ａは、クロスダイクロイックプリズム４１１の製造方法における一つの工程を示す図である。図８Ｂは、他の工程を示す図である。図８Ｃは、さらに他の工程を示す図である。図９は、図８Ｃに示す工程の変形例を示す図である。
ここでは、複数のクロスダイクロイックプリズム４１１を一括して製造する方法を説明する。
【００５３】
最初に、４本の長尺の直角プリズム４２１を準備し、いずれか一つの直角プリズム４２１における他の直角プリズム４２１との貼合面に、例えば第１ダイクロイック膜４１３となる誘電体多層膜を形成する。その後、誘電体多層膜が形成された一つの直角プリズム４２１と他の直角プリズム４２１とを接着材等を用いて貼り合わせる。上記と同様の三角柱状プリズム４２２を２本作製する。
【００５４】
次に、２本の三角柱状プリズム４２２のうち、１本の三角柱状プリズム４２２の他方の三角柱状プリズム４２２との貼合面に、第２ダイクロイック膜４１４となる誘電体多層膜を形成する。
次に、図８Ａに示すように、誘電体多層膜が形成された一つの三角柱状プリズム４２２と他の三角柱状プリズム４２２とを接着材等を用いて貼り合わせることにより、複数のプリズム組立体４１２が一列に連なった長さのプリズム組立体４２３を作製する。
【００５５】
次に、図８Ｂに示すように、長尺のプリズム組立体４２３の側面に対して４５°の角度をなすように斜めに切断して、一方の切断面に反射膜４１５となるハーフミラー４１７を形成した後、再度貼り合わせる。このように、斜めに切断した切断面は、貼り合わせ面でもある。
次に、前工程での斜めの切断面から離れた位置において長尺のプリズム組立体４２３を側面に対して垂直に切断し、個々のプリズム組立体４１２に個片化する。
なお、上記の工程においては、長尺のプリズム組立体４２３を個々のプリズム組立体４１２に個片化した後、個々のプリズム組立体４１２を斜めに切断し、ハーフミラー４１７を形成した後で貼り合わせる手順を採用してもよい。
【００５６】
ハーフミラー４１７を形成した後、斜めに切断されたプリズム組立体同士を再度貼り合わせる工程においては、図８Ｃに示すように、斜めに切断されたプリズム組立体４１２Ｓ同士を位置決めするための位置決め部材６２を用いることが望ましい。位置決め部材６２は、第１面４１１ａ、第２面４１１ｂ、第３面４１１ｃおよび第４面４１１ｄのうち、互いに隣り合う２つの面の角部に対応する溝部６２ｍを有している。したがって、プリズム組立体４１２Ｓの角部に位置決め部材６２を当接させた状態でこれらプリズム組立体４１２Ｓ同士を貼り合わせる。これにより、斜めに切断された２つのプリズム組立体４１２Ｓの位置決め作業を容易に行うことができる。
【００５７】
なお、貼り合わせ作業が完了した後、位置決め部材６２をプリズム組立体４１２から取り外してもよい。もしくは、貼り合わせ作業が完了した後も、位置決め部材６２をプリズム組立体４１２に取り付けたままにしておき、プリズム組立体４１２の支持部材として用いてもよい。また、この例では、２つの位置決め部材６２を用いているが、位置決め部材６２の個数は特に限定されない。
【００５８】
ただし、位置決め部材６２をプリズム組立体４１２に取り付けたままにする場合には、位置決め部材６２がクロスダイクロイックプリズム４１１の第４面４１１ｄに配置されていると、合成光ＬＷが第４面４１１ｄから射出される際に合成光ＬＷが遮られ、合成光ＬＷの損失が生じて画像の明るさが低下するおそれがある。この問題を回避するためには、例えば図９に示すように、第１面４１１ａと第２面４１１ｂとが隣り合う角部、第２面４１１ｂと第３面４１１ｃとが隣り合う角部に位置決め部材６２を配置し、第４面４１１ｄと他の面とが隣り合う角部には位置決め部材６２を配置しないことが望ましい。
【００５９】
以上、複数のクロスダイクロイックプリズム４１１を一括して製造する方法の例を説明したが、１個のクロスダイクロイックプリズム４１１を製造する方法として説明すると、以下の工程を有していればよい。クロスダイクロイックプリズム４１１の製造方法は、第１ダイクロイック膜４１３の一部、第２ダイクロイック膜４１４の一部、および反射膜４１５の一部をそれぞれ形成した第１プリズム４１６Ａ、第２プリズム４１６Ｂ、第３プリズム４１６Ｃ、および第４プリズム４１６Ｄを含む複数のプリズム４１６を作製する工程と、第１プリズム４１６Ａの一面４１６Ａ１と第２プリズム４１６Ｂの一面４１６Ｂ１とを同一平面上に配置して第２面４１１ｂを構成し、第３プリズム４１６Ｃの一面４１６Ｃ１と第４プリズム４１６Ｄの一面４１６Ｄ１とを同一平面上に配置して第４面４１１ｄを構成するように、第１プリズム４１６Ａ、第２プリズム４１６Ｂ、第３プリズム４１６Ｃおよび第４プリズム４１６Ｄを含む複数のプリズム４１６同士を貼り合わせる工程と、を備えている。さらに、クロスダイクロイックプリズム４１１の製造方法は、反射膜４１５を、複数の貼り合わせプリズムの貼り合わせ面に設ける工程をさらに備えていてもよい。
【００６０】
以下、本実施形態の光学モジュール４の作用について説明する。
図４は、３つの色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが合成される作用を示す光学モジュール４の平面図である。図５は、反射光ＬＦが分離される作用を示す光学モジュール４の側面図である。図４において、紙面に垂直な偏光方向の光を垂直偏光と称し、紙面に平行な偏光方向の光を水平偏光と称する。図６は、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４の反射特性を示す図である。図６において、符号Ｒｓ１で示す曲線は第１ダイクロイック膜４１３に対するＳ偏光Ｌｓの反射率を示し、符号Ｒｓ２で示す曲線は第２ダイクロイック膜４１４に対するＳ偏光Ｌｓの反射率を示す。図７は、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４の透過特性を示す図である。図７において、符号Ｔｐで示す曲線は第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対するＰ偏光Ｌｐの透過率を示す。
【００６１】
図４に示すように、赤色光用光変調素子５２Ｒおよび青色光用光変調素子５２Ｂは、色合成素子４１に向けて垂直偏光を射出するように入射側偏光板および射出側偏光板の向きが設定されている。また、緑色光用光変調素子５２Ｇは、色合成素子４１に向けて水平偏光を射出するように入射側偏光板および射出側偏光板の向きが設定されている。
【００６２】
ここで、赤色光用光変調素子５２Ｒから射出された赤色光ＬＲは、垂直偏光、すなわち第１ダイクロイック膜４１３に対するＳ偏光Ｌｓであるから、図６の反射特性Ｒｓ１に従って、第１ダイクロイック膜４１３で反射する。また、青色光用光変調素子５２Ｂから射出された青色光ＬＢは、垂直偏光、すなわち第２ダイクロイック膜４１４に対するＳ偏光Ｌｓであるから、図６の反射特性Ｒｓ２に従って、第２ダイクロイック膜４１４で反射する。
【００６３】
これに対し、緑色光用光変調素子５２Ｇから射出された緑色光ＬＧは、水平偏光、すなわち第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対するＰ偏光Ｌｐであるから、図７の透過特性Ｔｐに従って、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４を透過する。このようにして、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢが合成され、合成光ＬＷが色合成素子４１から射出される。
【００６４】
また、反射膜４１５は、ハーフミラー４１７から構成され、入射した光の偏光方向に係わらず、一部の光を反射し、他の一部の光を透過する。そのため、図５に示すように、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの一部は、反射膜４１５を透過して合成光ＬＷとなり、画像表示に寄与し、他の一部の光は反射膜４１５で反射する。また、投射光学系３６を介して色合成素子４１に入射した反射光ＬＦの一部は、反射膜４１５で反射し、撮像素子４４に入射する。このようにして、撮像素子４４は、スクリーンＳＣ上の被写体を撮像することができる。
【００６５】
ハーフミラー４１７の反射率および透過率は、特に限定されることなく、任意の値に設定されればよい。ただし、ハーフミラー４１７の反射率が大きいと、撮像素子４４に入射する反射光ＬＦの量が増える反面、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの反射光量も増えるため、スクリーンＳＣ上の投射画像が暗くなるおそれがある。そのため、プロジェクター１の用途にもよるが、感度の高い撮像素子４４を用い、ハーフミラー４１７の反射率を大き過ぎないように設定することが望ましい。
【００６６】
従来の３板式の液晶プロジェクターにおいては、撮像素子用の光路を確保することができず、投射空間の画像を撮像することが困難であった。また、反射型のプロジェクターを転用した場合には、撮像用の光路を分離するためのプリズムが必要になり、投射レンズのバックフォーカスを伸ばす必要が生じていた。そのため、投射レンズの設計が困難になり、必要投射仕様を実現できずに、所望の明るさ、投写距離、解像性能等を実現することが困難であった。
【００６７】
これに対して、本実施形態によれば、上記のような光学モジュール４の作用により、投射光学系３６が被投射面上の被写体を撮像する撮像光学系としても機能するため、撮像光学系を別途備える必要がない。そのため、小型化やコスト低減が可能な撮像機能を備えたプロジェクター１を実現することができる。
【００６８】
さらに、投射光学系が撮像光学系として兼用でき、同軸で撮像と投射が可能になるため、撮像画像を基に位置検出を行う場合の位置検出精度が向上する、制御部１５における撮像情報から意図する投射位置への変換が円滑かつ高速に行える、撮像光学系と投射光学系との間での光線干渉が無くなり、広角系のレンズを用いることができる、等の種々の効果が得られる。
【００６９】
本実施形態のプロジェクター１は、上記の種々の利点を有することから、様々な用途に用いることができる。例えば、動いている多くの物の中から特定の物を識別し、その物に光を投射する必要のあるシーン、具体的には、人物の動きや表情から不審者を特定してその人物へメッセージを投影する空港検査や警備所、バーチャル試着や顧客志向のフィードバックを行う店舗、人や物の動きに合わせて演出光を重ねる舞台装置、手術時の補助ツールとして患部へのマッピングを行う医療分野等に、本実施形態のプロジェクター１を適用することができる。
【００７０】
図２０は、比較例のクロスダイクロイックプリズム５１１の問題点を示す図である。
図２０に示すように、比較例のクロスダイクロイックプリズム５１１は、立方体の形状を有し、第１ダイクロイック膜５１３および第２ダイクロイック膜５１４に交差する反射膜５１５は、プリズム組立体５１２の稜線を通るように設けられている。この構成においては、上述の製造工程において、反射膜５１５を形成した後に分割したプリズム組立体５１２Ｓ同士を貼り合わせる際に角と角とを合わせるように位置合わせする必要があった。ところが、このような位置合わせは難しく、プリズム組立体５１２Ｓのずれが生じるおそれがあった。その場合、クロスダイクロイックプリズム５１１の特性が低下するという問題があった。
【００７１】
これに対して、本実施形態の場合、位置決め部材６２の使用、不使用に係わらず、第１プリズム４１６Ａの一面４１６Ａ１と第２プリズム４１６Ｂの一面４１６Ｂ１とを同一平面上に配置し、第３プリズム４１６Ｃの一面４１６Ｃ１と第４プリズム４１６Ｄの一面４１６Ｄ１とを同一平面上に配置して位置決めを行えば、プリズム組立体４１２Ｓ同士のずれを最小限に抑えることができる。そのため、所望の特性を有するクロスダイクロイックプリズム４１１を実現することができ、投射機能と撮像機能を備えた本実施形態のプロジェクター１に好適に用いることができる。
【００７２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１０〜図１３を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光学モジュールの構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの全体構成の説明は省略する。
図１０は、第２実施形態において、３つの色光が合成される作用を示す光学モジュールの平面図である。図１１は、反射光が分離される作用を示す光学モジュールの側面図である。
図１０および図１１において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７３】
図１０および図１１に示すように、第２実施形態の光学モジュール７は、赤色光用光変調素子５２Ｒと、緑色光用光変調素子５２Ｇと、青色光用光変調素子５２Ｂと、色合成素子４５と、撮像素子４４と、を備えている。
【００７４】
本実施形態のプロジェクターは、被投射面に投射する画像光とは別に、赤外光を投射する赤外光投射装置（図示略）を備えている。これにより、プロジェクターは、人間には見えないが、プロジェクター自身が検出できる画像等の検出用パターンを投射することができる。したがって、使用者が被投射面を見る限り、可視光による画像しか見えないが、プロジェクターは、被投射面からの赤外光の反射光ＬＦを撮像素子４４に導くことによって、赤外光による撮像を行うことができる。あるいは、プロジェクターとは別個に、赤外光投射装置が設けられていてもよい。あるいは、プロジェクターが必ずしも赤外光投射装置を備えていなくてもよく、プロジェクターが被写体から放射される赤外光を撮像素子に取り込むことによって、赤外光による撮像を行う構成であってもよい。
【００７５】
色合成素子４５は、プリズム組立体４１２と、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４と、反射膜４３１と、を備えたクロスダイクロイックプリズム４５１から構成されている。上述したように、本実施形態の場合、投射光学系３６を介して色合成素子４５に入射する反射光ＬＦ（第４の光）は赤外光（非可視光）である。これに対応して、反射膜４３１は、可視光を透過し、赤外光（非可視光）を反射するダイクロイック膜４３２から構成されている。また、撮像素子４４として、赤外領域に感度を有する撮像素子が用いられる。
光学モジュール７およびプロジェクターのその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００７６】
図１２は、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４の反射特性を示す図である。図１２において、符号Ｒｓ１で示す曲線は第１ダイクロイック膜４１３に対するＳ偏光Ｌｓの反射率を示し、符号Ｒｓ２で示す曲線は第２ダイクロイック膜４１４に対するＳ偏光Ｌｓの反射率を示す。図１３は、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４の透過特性を示す図である。図１３において、符号Ｔｐで示す曲線は第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対するＰ偏光Ｌｐの透過率を示す。
【００７７】
図１０に示すように、各光変調素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂから射出された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対する振る舞いは、図４で示した第１実施形態と同様である。また、反射膜４３１は、可視光を透過する特性を有しているため、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢは、反射膜４３１を透過し、合成光ＬＷとして色合成素子４５から射出される。
【００７８】
一方、図１１に示すように、投射光学系３６を介して色合成素子４５に入射した赤外光からなる反射光ＬＦは、図１２の反射特性Ｒｓ１，Ｒｓ２および図１３の透過特性Ｔｐに従って、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４を透過し、反射膜４３１で反射し、撮像素子４４に入射する。このようにして、撮像素子４４は、スクリーンＳＣ上の被写体を撮像することができる。
【００７９】
本実施形態においても、小型化やコスト低減が可能な撮像機能を備えたプロジェクターを実現できる、位置検出精度が向上する、所望の特性を有するクロスダイクロイックプリズム４５１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８０】
さらに本実施形態の場合、反射膜４３１が可視光を透過するため、画像表示に寄与する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢは反射膜４３１を透過する。そのため、本実施形態のプロジェクターにおいては、反射膜４３１による合成光ＬＷの損失が最小限に抑えられ、第１実施形態に比べてスクリーンＳＣ上の投射画像を明るくすることができる。
【００８１】
［変形例］
本実施形態では、赤外光による撮像を行う例を挙げたが、赤外光に代えて、紫外光による撮像を行ってもよい。すなわち、クロスダイクロイックプリズムの反射膜は、可視光を透過し、紫外光（非可視光）を反射するダイクロイック膜から構成されていてもよい。この場合、撮像素子として、紫外領域に感度を有する撮像素子が用いられる。本変形例では、光学モジュールの図示を省略する。
【００８２】
図１４は、第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の反射特性を示す図である。図１４において、符号Ｒｓ１で示す曲線は第１ダイクロイック膜に対するＳ偏光の反射率を示し、符号Ｒｓ２で示す曲線は第２ダイクロイック膜に対するＳ偏光の反射率を示す。図１５は、第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜の透過特性を示す図である。図１５において、符号Ｔｐで示す曲線は第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜に対するＰ偏光の透過率を示す。
【００８３】
本変形例においては、投射光学系を介して色合成素子に入射した紫外光は、図１４の反射特性Ｒｓ１，Ｒｓ２および図１５の透過特性Ｔｐに従って、第１ダイクロイック膜および第２ダイクロイック膜を透過し、反射膜で反射し、撮像素子に入射する。このようにして、撮像素子は、紫外光によりスクリーン上の被写体を撮像することができる。
【００８４】
本変形例においても、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００８５】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１６〜図１９を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光学モジュールの構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの全体構成の説明は省略する。
図１６は、第３実施形態において、３つの色光が合成される作用を示す光学モジュールの平面図である。図１７は、反射光が分離される作用を示す光学モジュールの側面図である。
図１６および図１７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８６】
図１６および図１７に示すように、第２実施形態の光学モジュール８は、赤色光用光変調素子５２Ｒと、緑色光用光変調素子５２Ｇと、青色光用光変調素子５２Ｂと、色合成素子４７と、撮像素子４４と、を備えている。
【００８７】
色合成素子４７は、プリズム組立体４１２と、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４と、反射膜４３３と、を備えたクロスダイクロイックプリズム４７１から構成されている。本実施形態の場合、投射光学系３６を介して色合成素子４７に入射する反射光ＬＦ（第４の光）は、反射膜４３３に対するＳ偏光Ｌｓ（第１偏光方向の直線偏光）とＰ偏光Ｌｐとを含む可視光である。反射膜４３３は、反射膜４３３に対するＳ偏光Ｌｓを反射し、反射膜４３３に対するＰ偏光Ｌｐ（第１偏光方向とは異なる第２偏光方向の直線偏光）を透過する偏光分離膜４３４から構成されている。また、撮像素子４４として、可視光領域に感度を有する撮像素子が用いられる。
【００８８】
図１８は、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４の反射特性を示す図である。図１８において、符号Ｒｓ１で示す曲線は第１ダイクロイック膜４１３に対するＳ偏光Ｌｓの反射率を示し、符号Ｒｓ２で示す曲線は第２ダイクロイック膜４１４に対するＳ偏光Ｌｓの反射率を示す。図１９は、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４の透過特性を示す図である。図１９において、符号Ｔｓで示す曲線は第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対するＳ偏光Ｌｓの透過率を示す。
【００８９】
本実施形態の場合、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４は、図１８に示すように、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対する赤色領域および青色領域のＳ偏光Ｌｓを反射するとともに、第１実施形態と異なり、図１９に示すように、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対する緑色領域のＳ偏光Ｌｓを透過する特性を有している。
【００９０】
これに伴い、図１６に示すように、緑色光用光変調素子５２Ｇは、赤色光用光変調素子５２Ｒおよび青色光用光変調素子５２Ｂと同様、色合成素子４７に向けて垂直偏光、すなわち第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対するＳ偏光Ｌｓを射出するように、入射側偏光板および射出側偏光板の向きが設定されている。
【００９１】
図１６に示すように、赤色光用光変調素子５２Ｒから射出された赤色光ＬＲは、垂直偏光、すなわち第１ダイクロイック膜４１３に対するＳ偏光Ｌｓであるから、図１８の反射特性Ｒｓ１に従って、第１ダイクロイック膜４１３で反射する。同様に、青色光用光変調素子５２Ｂから射出された青色光ＬＢは、垂直偏光、すなわち第２ダイクロイック膜４１４に対するＳ偏光Ｌｓであるから、図１８の反射特性Ｒｓ２に従って、第２ダイクロイック膜４１４で反射する。
【００９２】
また、緑色光用光変調素子５２Ｇから射出された緑色光ＬＧは、垂直偏光、すなわち第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対するＳ偏光Ｌｓであるから、図１９の透過特性Ｔｓに従って、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４を透過する。
【００９３】
さらに、図１７に示すように、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの各々は、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に対してはＳ偏光Ｌｓであるが、第１ダイクロイック膜４１３および第２ダイクロイック膜４１４に交差する反射膜４３３に対してはＰ偏光Ｌｐである。反射膜４３３を構成する偏光分離膜４３４は、Ｐ偏光Ｌｐを透過する特性を有しているため、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢは、全ての成分が反射膜４３３を透過する。このようにして、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢからなる合成光ＬＷが色合成素子４７から射出される。
【００９４】
一方、投射光学系３６を介して色合成素子４７に入射した反射光ＬＦは、反射膜４３３に対するＳ偏光ＬｓおよびＰ偏光Ｌｐを含んでいるため、Ｓ偏光Ｌｓが偏光分離膜４３４で反射し、撮像素子４４に入射する。このようにして、撮像素子４４は、スクリーンＳＣ上の被写体を撮像することができる。
【００９５】
本実施形態においても、小型化やコスト低減が可能な撮像機能を備えたプロジェクターを実現できる、位置検出精度が向上する、所望の特性を有するクロスダイクロイックプリズム４７１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９６】
さらに本実施形態の場合、反射膜４３３が偏光分離膜４３４で構成されているため、偏光分離膜４３４を透過する偏光方向に調整されている赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの多くは反射膜４３３を透過でき、反射膜４３３で反射する成分がほとんど存在しない。そのため、本実施形態のプロジェクターにおいては、第２実施形態のような非可視光を利用することなく、反射膜４３３による合成光の損失が最小限に抑えられる。これにより、本実施形態のプロジェクターによれば、第１実施形態に比べてスクリーンＳＣ上の投射画像を明るくすることができる。
【００９７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。
【００９８】
上記実施形態では、放電ランプからなる光源装置を用いた例を挙げたが、その他、蛍光体を含む波長変換素子と励起光源とを有する光源装置、レーザー光源を有する光源装置などが用いられてもよい。
【００９９】
また、プロジェクターの各構成要素の形状、大きさ、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１…プロジェクター、４，７，８…光学モジュール、３１…光源装置、３６…投射光学系、４４…撮像素子、５２Ｒ…赤色光用光変調素子（第１光変調素子）、５２Ｇ…緑色光用光変調素子（第２光変調素子）、５２Ｂ…青色光用光変調素子（第３光変調素子）、６２…位置決め部材、４１１，４５１，４７１…クロスダイクロイックプリズム（光学素子）、４１１ａ…第１面、４１１ｂ…第２面、４１１ｃ…第３面、４１１ｄ…第４面、４１１ｅ…第５面、４１１ｆ…第６面、４１２，４１２Ｓ…プリズム組立体、４１３…第１ダイクロイック膜、４１４…第２ダイクロイック膜、４１５，４３１，４３３…反射膜、４１６…プリズム、４１６Ａ…第１プリズム、４１６Ｂ…第２プリズム、４１６Ｃ…第３プリズム、４１６Ｄ…第４プリズム、４１７…ハーフミラー、４３２…ダイクロイック膜、４３４…偏光分離膜、４１６Ａ１，４１６ｂ１，４１６ｃ１，４１６ｄ１…（プリズムの）一面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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