(57)【要約】  光変調デバイス（６０）の側から入射する可視光帯域の光（５１ａ）を投影側に出射する第１のレンズシステム（１０）と、第１のレンズシステム（１０）に投影側から入射する不可視光帯域の光であって、可視光帯域に隣接する近接光（５２ｂ）を第１のレンズシステム（１０）の光路（４１）から分離して撮像デバイス（７０）の側に出力する光デバイス（３０）とを有する光学システム（１）である。
2014141718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調デバイスの側から入射する可視光帯域の光を投影側に出射する第１のレンズシステムと、
前記第１のレンズシステムに前記投影側から入射する不可視光帯域の光であって、前記可視光帯域に隣接する近接光を前記第１のレンズシステムの光路から分離して撮像デバイスの側に出力する光デバイスとを有する光学システム。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
前記近接光を前記撮像デバイスに結像する第２のレンズシステムを有する、光学システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１のレンズシステムは前記近接光を前記第２のレンズシステムとの間に中間像として結像し、前記第２のレンズシステムは前記中間像を最終像として結像する、光学システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記光デバイスは、前記近接光を前記光路に対して垂直な方向に出力する第１の光学素子を含む、光学システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記光デバイスは、さらに、前記第１の光学素子から出力された前記近接光を前記光路に対して平行な方向に出力する第２の光学素子を含む、光学システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記近接光は近赤外光である、光学システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の光学システムと、
前記光変調デバイスと、
前記撮像デバイスとを有する装置。
【請求項８】
請求項７において、さらに、
前記撮像デバイスにより得られた第２の画像データに基づいて、前記光変調デバイスに供給する第１の画像データを変更する制御ユニットを有する、装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記制御ユニットは、前記第２の画像データに、前記第１の画像データに含まれない人型または顔型があると、前記第１の画像データの前記人型または顔型に対応する部分を暗転させた画像データを前記光変調デバイスに供給する第１のユニットを含む、装置。
【請求項１０】
請求項８または９において、
前記制御ユニットは、前記第２の画像データに、前記第１の画像データに含まれない情報があると、前記情報を前記第１の画像データに追加した画像データを前記光変調デバイスに供給する第２のユニットを含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射および撮像が可能な光学システムおよび光学システムを有する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本国特許公開２００８−２９２５７０号公報（文献１）には、投射レンズを介してスクリーンに投射された投射映像を撮影可能な撮影手段を備え、この撮影手段を利用して投射映像のピントを調整する投射型プロジェクタにおいて、ピント調整の精度を向上できるとともに、装置構成を簡略化できる技術を提供することが記載されている。そのため、文献１には、映像の付加された投射光を投射レンズを介して出射する投射手段と、該投射手段により投射された投射映像を撮影レンズを介して取り込む撮影手段と、前記投射手段により投射されたスクリーン上の投射映像を前記撮影手段により取り込み、この撮影結果に基づいて前記投射映像のピントを調整する投射型映像表示装置において、前記投射レンズ及び前記撮影レンズは、投射映像のピント又は撮影映像のピントを変化させる方向に、同一の駆動手段により移動可能に構成されるようにしたことが記載されている。
【発明の概要】
【０００３】
プレゼンテーション用や学校教育用などの様々な用途において、撮像機能を搭載した投射装置（プロジェクタ）が提案されている。文献１に開示された技術においては、投射レンズと撮像レンズとが別々に設けられている。
【０００４】
本発明の態様の１つは、光変調デバイスの側から入射する可視光帯域の光を投影側に出射する第１のレンズシステムと、第１のレンズシステムに投影側から入射する不可視光帯域の光であって、可視光帯域に隣接する近接光を第１のレンズシステムの光路から分離して撮像デバイスの側に出力する光デバイスとを有する光学システムである。
【０００５】
この光学システムにおいては、第１のレンズシステムを、第１のレンズシステムに光変調デバイスの側から入射する可視光を投影側に出射する投射用のレンズシステムとして最適化できる。さらに、第１のレンズシステムを逆向きに使い、第１のレンズシステムに投影側から入射する近接光を光デバイスにより撮像デバイスの側に出力できる。したがって、第１のレンズシステムを投射用および撮像用として共用でき、第１のレンズシステムを投射用と撮像用とで逆向きに使うことにより、投影側への投影光に逆行する近接光を使って撮像できる。このため、第１のレンズシステムに入射する可視光を光量を落とすことなく投影光として使用できる。したがって、可視光用として最適化された第１のレンズシステムにより明るく鮮明な画像を投射できる。
【０００６】
この光学システムは、さらに、近接光を撮像デバイスに結像する第２のレンズシステムを有することが望ましい。可視光用として最適化した第１のレンズシステムが発生させた近接光の諸収差を第２のレンズシステムにより補正できる。このため、第１のレンズシステムを可視光用の光学系としていっそう最適化した構成としやすく、高性能の光学システムを提供できる。
【０００７】
第１のレンズシステムは近接光を第２のレンズシステムとの間に中間像として結像し、第２のレンズシステムは中間像を最終像として結像することが望ましい。光変調デバイスと共役な位置近傍に結像する近接光の中間像を、第２のレンズシステムにより最終像として再結像することにより、最終像の結像倍率を調整できる。このため、中間像に対して最終像のサイズを小さくでき、光変調デバイスに対して撮像デバイスのサイズも小さくしやすい。
【０００８】
光デバイスは、近接光を第１のレンズシステムの光路に対して垂直な方向に出力する第１の光学素子を含むものであってもよい。全体がＬ字型にレイアウトされた光学システムを提供できる。
【０００９】
光デバイスは、さらに、第１の光学素子から出力された近接光を第１のレンズシステムの光路に対して平行な方向に出力する第２の光学素子を含むものであってもよい。第１の光学素子により第１のレンズシステムの光路に対して垂直な方向に出力された近接光を、第２の光学素子により第１のレンズシステムの光路に対して平行な方向に出力することにより、全体がＵ字型にレイアウトされたコンパクトな光学システムを提供できる。
【００１０】
典型的には、近接光は近赤外光であることが望ましく、近赤外画像を撮像デバイスに結像させることができる。
【００１１】
本発明の他の態様の１つは、上記の光学システムと、光変調デバイスと、撮像デバイスとを有する装置である。この装置は、さらに、撮像デバイスにより得られた第２の画像データに基づいて、光変調デバイスに供給する第１の画像データを変更する制御ユニットを有することが望ましい。
【００１２】
制御ユニットは、第２の画像データに、第１の画像データに含まれない人型または顔型があると、第１の画像データの人型または顔型に対応する部分を暗転させた画像データを光変調デバイスに供給する第１のユニットを含むことが望ましい。たとえば、装置と投影側のスクリーンとの間に人が侵入したときに人や顔に対して投影光が投射されることを抑制可能な装置を提供できる。さらに、第１のレンズシステムを投射用および撮像用として共用するため、投射画像と撮像画像との画角の変動が小さく、人の侵入などを精度よく検出できる。
【００１３】
制御ユニットは、第２の画像データに、第１の画像データに含まれない情報があると、その情報を第１の画像データに追加した画像データを光変調デバイスに供給する第２のユニットを含むことが望ましい。典型的には、レーザーポインタの軌跡に沿ってアンダーラインなどの強調表示用の画像をスクリーンに追記可能な装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る光学システムを用いた装置の概要を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る光学システムの概略構成を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る光学システムの第２のレンズシステムのレンズデータを示す図。
【図４】第２の実施形態に係る光学システムの概略構成を示す図。
【図５】第２の実施形態に係る光学システムの第２のレンズシステムのレンズデータを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る光学システム１を用いた装置１００の概要を示している。この装置（プロジェクタ装置）１００は、撮像機能を搭載した投射装置であり、光変調デバイス（ライトバルブ）６０と、ライトバルブ６０に変調用の照明光を照射する照明光学系６５と、ライトバルブ６０により形成された画像光を投影側のスクリーン９０に投射し、スクリーン９０に投射された画像光を集光する光学システム１と、光学システム１により集光された画像光が結像される位置に配置された撮像デバイス７０と、撮像デバイス７０により撮像された画像に基づいてライトバルブ６０からの出力を制御する制御ユニット８０とを有する。
【００１６】
光学システム１は、第１のレンズシステム（第１の光学系）１０と、第１のレンズシステム１０の光軸１１に沿う第１の光路４１に配置された光デバイス（光学デバイス）３０と、光デバイス３０および撮像デバイス７０の間に配置された第２のレンズシステム（第２の光学系）２０とを含む。第１のレンズシステム１０は、ライトバルブ６０から出射された第１の光５１のうち可視光帯域の波長を含む光（可視光、投影光）５１ａをスクリーン９０の第１の領域９１に拡大して投射し、投影光５１ａに逆行する光束、すなわち第１の領域９１およびその周辺領域を含む第２の領域９２からの第２の光（撮影光）５２を集光する。第２の光５２は、可視光５２ａと、投射対象であるスクリーン９０からの放射や透過、スクリーン９０の周辺の自然光（照明光）からの反射などによる近赤外光５２ｂとを含む。
【００１７】
本例の光デバイス３０は、ダイクロイックプリズム（第１の光学素子）３１であり、入射する光のうち、波長が３８０〜７７０ｎｍ程度の可視光帯域の光（可視光）を透過し、不可視光帯域の光のうち、可視光帯域の上限を超える波長が７７０〜２５００ｎｍ程度の近赤外光帯域の波長を含む光（近赤外光、近接光）を反射する第１の面３１ａを含む。すなわち、第１の面３１ａは、可視光を透過し、可視光以外の光、すなわち可視光帯域に隣接する近接光は透過させない。したがって、光デバイス３０は、ライトバルブ６０から入射した第１の光５１のうち、近赤外光５１ｂについては第１の面３１ａで反射させ第１の光路４１から逸らし、可視光（投影光）５１ａについては第１の面３１ａを透過させ第１の光路４１を通して第１のレンズシステム１０に導く。さらに、光デバイス３０は、第１の光路４１を通って入射したスクリーン９０からの第２の光５２のうち、可視光５２ａについては第１の面３１ａを透過させ、近赤外光（近接光）５２ｂについては第１の面３１ａで反射させ第１の光路４１から逸らし（分離し）、第２のレンズシステム２０の光軸２１に沿う第２の光路４２に導く。第２のレンズシステム２０は、スクリーン９０に投射された画像を近赤外画像として撮像デバイス７０に結像させる。
【００１８】
したがって、この光学システム１においては、投射用の光学系と撮像用の光学系とを別々に設けることなく、第１のレンズシステム１０により投射および撮像を行うことができる。このため、光学システム１の小型化、低コスト化を図ることができる。さらに、第１のレンズシステム１０を共用して投射および撮像を行うため、視差の変動が少なく、投射画像（ＤＭＤ６０の中心６０ｃ）と撮像画像（撮像デバイス７０の中心７０ｃ）とがほぼ一致する。このため、スクリーン９０に対して画像が鮮明に投射されるように投射画角や焦点距離などを調整することにより、投射された可視画像を鮮明な近赤外画像として結像させることができる。
【００１９】
さらに、この光学システム１においては、近赤外光５２ｂを第１の光路４１から分離して第２の光路４２に導くことにより、近赤外光５２ｂを用いて投射画像の結像を行うことができる。このため、投写画像を結像させるために可視光５２ａを用いる必要がない。したがって、可視光５１ａを第１の光路４１から逸らさなくてよい。このため、第１の光路４１にライトバルブ６０からの可視光５１ａをフルに通すことができる。したがって、ライトバルブ６０からの第１の光５１を、可視光５１ａの光量を低下させることなく第１のレンズシステム１０に供給できる。このため、スクリーン９０の第１の領域９１に明るく鮮明な可視画像を投射できる。したがって、コントラスト比の高い近赤外画像を結像させやすい。
【００２０】
このように、この光学システム１においては、第１のレンズシステム１０を投射用と撮像用とで逆向きに使い、可視光５１ａの入射側および出射側と、近接光５２ｂの入射側および出射側とを逆転させている。このため、スクリーン９０への投影光５１ａに逆行する光束に含まれる近接光５２ｂを第１のレンズシステム１０により取り込むことができる。さらに、第１のレンズシステム１０を可視光用として高性能化した設計を行い、それにより第１のレンズシステム１０に入射した近接光５２ｂが発生させた諸収差を第２のレンズシステム２０により補正している。したがって、投射する可視画像および撮像する近赤外画像の両方の高画質化が可能な光学システム１を提供できる。
【００２１】
このプロジェクタ装置１００は、ホストＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００からの第１の画像データ（画像情報、画像信号）φ１を受信してライトバルブ６０を制御し、照明光学系６５からの照明光（光束）を画素（ドット）単位で変調する制御ユニット（制御回路部）８０を有する。制御ユニット８０は、ＣＰＵやメモリなどのコンピュータとして汎用的な資源を含み、ＲＡＭなどのメモリに格納されたプログラム（プログラム製品）によりライトバルブ６０からの第１の光５１を制御する各種機能が実現される。
【００２２】
本例の制御ユニット８０は、撮像デバイス７０により得られた第２の画像データφ２に、第１の画像データφ１に含まれない人型または顔型があると、第１の画像データφ１の人型または顔型に対応する部分を暗転させた画像データφ３をライトバルブ６０に供給する第１のユニット８１と、第２の画像データφ２に、第１の画像データφ１に含まれない情報があると、その情報を第１の画像データφ１に追加した画像データφ４をライトバルブ６０に供給する第２のユニット８２とを含む。
【００２３】
第１のユニット８１は、撮像された近赤外画像の画像情報φ２を受信し、この画像情報φ２とホストＰＣ２００からの所望の画像情報φ１とを比較し、画像情報φ２の第１の領域９１に人などにより遮光された部分（画像情報φ１と異なる部分）が含まれていれば、その遮光された部分を暗転させて補正（修正）した画像情報φ３を生成し、この画像情報φ３をライトバルブ６０に送信する。このため、プロジェクタ装置１００とスクリーン９０との間に人が侵入することにより第１の領域９１の一部が遮光されたときに、第１の光５１が人の顔や目などに対して投射されることを抑制でき、人などの影がスクリーン９０に投影されることも抑制できる。さらに、第１のレンズシステム１０を投射用および撮像用として共用するため、投射画像と撮像画像との画角がほぼ一致し、画像情報φ１と画像情報φ２とを比較することにより人の侵入などを精度よく検出できる。
【００２４】
第２のユニット８２は、画像情報φ２を受信し、この画像情報φ２と所望の画像情報φ１とを比較し、画像情報φ２の第１の領域９１にレーザーポインタ（赤外線ポインタ）などにより指示（照射）された部分が含まれていれば、その指示された部分に対して画像情報φ１に予め設定された画像を追加（合成）して修正した画像情報φ４を生成し、この画像情報φ４をライトバルブ６０に送信する。このため、レーザーポインタなどにより第１の領域９１の一部が指示されたときに、第２のユニット８２が第１の領域９１のレーザーポインタの軌跡に沿って画像情報φ１にアンダーラインなどの強調表示用の画像を加えた画像情報φ４の光を出力することにより画像を追記できる。なお、画像情報φ２をホストＰＣ２００に送信して、各ユニット８１、８２をホストＰＣ２００の側で実現するようにしてもよい。また、制御ユニット８０は、ライトバルブ６０からの第１の光５１を制御する各種機能を実現するための種々のユニットを含むものであってもよい。たとえば、スクリーン９０の第１の領域９１をユーザーがタッチする（指差す）ことにより各種操作を行うことが可能ないわゆるマウス代替操作の機能を設けてもよい。
【００２５】
なお、プロジェクタ装置１００は、フロントプロジェクタであっても、スクリーンを含むリアプロジェクタであってもよい。プロジェクタ装置１００のライトバルブ（光変調デバイス）６０は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）、反射型ＬＣＤ、透過型ＬＣＤ、ＬＣｏＳあるいは有機ＥＬなどの画像を形成できるものであればよく、単板式であっても、各色の画像をそれぞれ形成する方式（３板式）であってもよい。撮像デバイス（撮像素子）７０は、近赤外帯域の波長に感度を有し、近赤外画像を電気信号（画像データ）に変換可能なＣＣＤ（モノクロＣＣＤ）、ＣＭＯＳセンサーなどであればよく、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの量子型（冷却型）や、ボロメータやマイクロボロメータなどの熱型（非冷却型）を用いることができる。スクリーン９０は、ホワイトボード、壁面、テーブル面などであってもよい。典型的なプロジェクタ装置１００は、ライトバルブ６０としてＤＭＤを採用した単板式のビデオプロジェクタである。照明光学系６５は、ハロゲンランプやＬＥＤランプなどの白色光源と、円盤型の回転色分割フィルタ（カラーホイール）とを含み、ＤＭＤ６０が、赤、緑、青の３原色の画像を時分割で形成するものである。
【００２６】
図２に、光学システム１の概略構成を示している。図３に、光学システム１の第２のレンズシステム２０のレンズデータを示している。レンズデータにおいて、Ｒｉは光デバイス（ダイクロイックプリズム）３０の側から順に並んだ各レンズ（各レンズ面）の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉは光デバイス３０の側から順に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、ｎｄは光デバイス３０の側から順に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、νｄは光デバイス３０の側から順に並んだ各レンズのアッベ数（ｄ線）を示している。以降の実施形態においても同様である。この光学システム１は、ライトバルブ６０の側から入射する可視光５１ａをスクリーン９０の側に出射する第１のレンズシステム１０と、第１のレンズシステム１０にスクリーン９０の側から入射する近接光５２ｂを第１のレンズシステム１０の光路（第１の光路）４１から分離する光デバイス３０と、光デバイス３０により分離された近接光５２ｂを撮像デバイス７０に結像する第２のレンズシステム２０とを含む。
【００２７】
第１のレンズシステム１０は、全体が１１枚のガラス製のレンズにより構成された光学系であり、スクリーン９０の側（投影側）からＤＭＤ６０の側に向けて順に、スクリーン９０の側に凸面Ｓ１を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１と、ＤＭＤ６０の側に凸面Ｓ４を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ２と、ＤＭＤ６０の側に凸面Ｓ６を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ３と、両凹タイプの負レンズＬ４と、両凸タイプの正レンズＬ５と、絞りＳｔ１と、２枚貼合の接合レンズ（バルサムレンズ）ＬＢ１と、２枚貼合の接合レンズＬＢ２と、両凸タイプの正レンズＬ１０と、両凸タイプの正レンズＬ１１とから構成されている。正レンズＬ１１のＤＭＤ６０の側には、スクリーン９０の側から順に、光デバイス３０と、ＴＩＲプリズムＰｒと、カバーガラスＣＧとを挟んでＤＭＤ６０が配置されている。接合レンズＬＢ１は、スクリーン９０の側から順に配置された両凹タイプの負レンズＬ６と、両凸タイプの正レンズＬ７とから構成されている。接合レンズＬＢ２は、スクリーン９０の側から順に配置された両凹タイプの負レンズＬ８と、両凸タイプの正レンズＬ９とから構成されている。負レンズＬ１の両面、すなわちスクリーン９０の側の凸面Ｓ１とＤＭＤ６０の側の凹面Ｓ２とは非球面である。正レンズＬ３の両面、すなわちスクリーン９０の側の凹面Ｓ５とＤＭＤ６０の側の凸面Ｓ６とは非球面である。さらに、第１のレンズシステム１０を構成する全てのレンズＬ１〜Ｌ１１の全ての面Ｓ１〜Ｓ２０と光デバイス３０のスクリーン９０の側の面３０ａとには、可視光および近赤外光の波長帯域に対する透過率を向上させる反射防止膜が貼り付けられている。反射防止膜は面Ｓ１〜Ｓ２０および３０ａのうちの少なくとも１つの面に貼り付けるようにしてもよい。この光学システム１においては、ＤＭＤ６０の中心６０ｃと第１のレンズシステム１０の光軸１１とが一致している。
【００２８】
第２のレンズシステム（リレー光学系）２０は、全体が７枚のガラス製のレンズにより構成された光学系であり、光デバイス３０の側から撮像デバイス７０の側に向けて順に、撮像デバイス７０の側に凸面Ｓ２２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１２と、両凸タイプの正レンズＬ１３と、両凹タイプの負レンズＬ１４と、絞りＳｔ２と、２枚貼合の接合レンズＬＢ３と、両凸タイプの正レンズＬ１７と、光デバイス３０の側に凸面Ｓ３２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１８とから構成されている。正レンズＬ１８の撮像デバイス７０の側には、カバーガラスＣＧを挟んで撮像デバイス７０が配置されている。接合レンズＬＢ３は、光デバイス３０の側から順に配置された両凹タイプの負レンズＬ１５と、両凸タイプの正レンズＬ１６とから構成されている。この光学システム１においては、撮像デバイス７０の中心７０ｃと第２のレンズシステム２０の光軸２１とが一致している。
【００２９】
この光学システム１においては、第１のレンズシステム１０が、光デバイス３０を介して第２のレンズシステム２０に導かれる近赤外光５２ｂを第２の光路４２において中間像（空中像）５５として結像させ、第２のレンズシステム２０が、中間像５５からの近赤外光５２ｂを最終像（近赤外画像）として撮像デバイス７０に再結像させている。このため、最終像である近赤外画像の結像倍率を調整しやすい。したがって、中間像５５に対して近赤外画像のサイズを小さくでき、ＤＭＤ６０に対して撮像デバイス７０のサイズも小型化できる。
【００３０】
さらに、第２のレンズシステム２０は、光デバイス３０の側から撮像デバイス７０の側に向けて順に、正の屈折力のレンズＬ１２およびＬ１３と、負の屈折力のレンズＬ１４と、絞りＳｔ２と、負の屈折力のレンズＬ１５と、正の屈折力のレンズＬ１６〜１８とを配置し、絞りＳｔ２を挟んでレンズのパワーバランスが対称的となるように配列した、いわゆるガウスタイプのレンズ配置としている。このため、像面湾曲や歪曲収差などの諸収差を絞りＳｔ２の前後で打ち消して相殺させやすく、第１のレンズシステム１０が第２の光５２を集光する際に発生させた諸収差を第２のレンズシステム２０により良好に補正できる。したがって、諸収差が良好に補正された鮮明な近赤外画像を結像させることができる。さらに、第１のレンズシステム１０を投射用のレンズシステムとして最適化した構成に設計しやすく、高性能の光学システム１を提供できる。
【００３１】
さらに、この光学システム１においては、ダイクロイックプリズム３１が近接光５２ｂを投影光５１ａ（第１の光路４１）に対して垂直な方向に出力する。すなわち、この光学システム１は、第１の光路４１が直線状に延びており、第２の光路４２が第１の光路４１に対して垂直に延びている。したがって、全体がＬ字型にレイアウトされた光学システム１を提供できる。
【００３２】
図４に、本発明の第２の実施形態に係る光学システム２の概略構成を示している。図５に、光学システム２の第２のレンズシステム２０のレンズデータを示している。この光学システム２も、第１のレンズシステム１０と、光デバイス３０と、第２のレンズシステム２０とを含む。なお、上記の実施形態と共通の構成については、共通の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本例の光デバイス３０は、第１の光路４１に配置されたダイクロイックプリズム（第１の光学素子）３１と、ダイクロイックプリズム３１により分離された近接光５２ｂを第２のレンズシステム２０に導くミラー（第２の光学素子）３２とを含む。この光学システム２においては、ダイクロイックプリズム３１が近接光５２ｂを投影光５１ａ（第１の光路４１）に対して垂直な方向に出力し、さらに、ミラー３２がダイクロイックプリズム３１から出力された近接光５２ｂを投影光５１ａ（第１の光路４１）に対して平行な方向に出力する。すなわち、この光学システム２においては、第１の光路４１が直線状に延びており、第２の光路４２が第１の光路４１に対して平行に延びている。したがって、全体がＵ字型にレイアウトされたコンパクトな光学システム２を提供できる。
【００３４】
この光学システム２においては、第１のレンズシステム１０が、第２のレンズシステム２０に導かれる近赤外光５２ｂをダイクロイックプリズム３１からミラー３２に至る空間４５において中間像５５として結像させ、第２のレンズシステム２０が、ミラー３２を介して反射された中間像５５からの近赤外光５２ｂを最終像（近赤外画像）として撮像デバイス７０に再結像させている。このため、最終像である近赤外画像の結像倍率を調整しやすく、中間像５５に対して近赤外画像のサイズを小さくできる。したがって、ＤＭＤ６０に対して撮像デバイス７０のサイズも小型化できる。
【００３５】
光学システム２の第１のレンズシステム１０は、第１の実施形態に係る第１のレンズシステム１０と共通のレンズ構成を備えている。光学システム２の第２のレンズシステム２０は、ミラー３２の側から撮像デバイス７０の側に向けて順に、両凸タイプの正レンズＬ１２と、ミラー３２の側に凸面Ｓ２３を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１３と、両凹タイプの負レンズＬ１４と、絞りＳｔ２と、２枚貼合の接合レンズＬＢ３と、両凸タイプの正レンズＬ１７と、ミラー３２の側に凸面Ｓ３２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１８とから構成されている。接合レンズＬＢ３は、撮像デバイス７０の側に凸面Ｓ２８を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１５と、撮像デバイス７０の側に凸面Ｓ２９を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１６とから構成されている。
【００３６】
この光学システム２においては、第２のレンズシステム２０が、ミラー３２の側から撮像デバイス７０の側に向けて順に、正の屈折力のレンズＬ１２およびＬ１３と、負の屈折力のレンズＬ１４と、絞りＳｔ２と、負の屈折力のレンズＬ１５と、正の屈折力のレンズＬ１６〜１８とから構成され、絞りＳｔ２を挟んでレンズのパワーバランスが対称的となるように配列したガウスタイプのレンズ配置となっている。このため、第１のレンズシステム１０が第２の光５２を集光する際に発生させた諸収差を第２のレンズシステム２０により良好に補正できる。したがって、近赤外画像の結像性能を向上でき、第１のレンズシステム１０を投射用の光学系として最適化した構成に設計することにより、高性能の光学システム２を提供できる。
【００３７】
さらに、この光学システム２においては、ＤＭＤ６０の中心６０ｃが第１のレンズシステム１０の光軸１１に対してずらして配置されている。本例のＤＭＤ６０は、第１のレンズシステム１０の光軸１１に対して下方向に約５．７ｍｍシフト（偏芯）させている。このため、スクリーン９０の上方に向けてあおり投射（打ち上げ投射）を行うことができ、投射する第１の領域９１を撮像する第２の領域９２の上側の領域に寄せることができる。したがって、第２の領域９２の残りの領域（下側の領域）を投射以外の他の用途（たとえばメモ書きなどの用途）に用いることができ、下側の領域に記載された情報も含めて撮像を行うことができる。さらに、この光学システム２においては、第２のレンズシステム２０の光軸２１が第１のレンズシステム１０の光軸１１に対してずれるため、第２のレンズシステム２０のレンズ径を小型化できる。
【００３８】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に規定されたものを含む。上記の光学システム１、２においては、第１のレンズシステム１０が結像させた中間像５５を第２のレンズシステム２０が最終像として再結像させているが、第２のレンズシステム２０を設けずに中間像５５の位置に撮像デバイス７０を配置し、第１のレンズシステム１０により撮像デバイス７０に近赤外画像を結像させるようにすることも可能である。また、第１の光路４１を介して入射する光を可視光と近紫外光とに分離させる光デバイス３０を用いることにより、撮像デバイス７０に近紫外画像を結像させるようにすることも可能である。また、光デバイス３０を第１のレンズシステム１０の内部に配置し、第１のレンズシステム１０の途中から近接光５２ｂを分離させるようにしてもよい。
【００３９】
なお、光デバイス３０は、入射する光のうち、可視光を反射させ、近赤外光を透過させるものであってもよい。また、光デバイス３０は、入射する光を可視光と近接光（近赤外光、近紫外光）とに波長分離できるものであればよく、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーなどを用いることができる。また、光学システム１、２は、適当な位置で第１の光路４１および第２の光路４２を１回以上折り曲げるためのプリズムやミラー（鏡面）を備えていてもよい。また、第１のレンズシステム１０および第２のレンズシステム２０は、変倍を行わない固定焦点タイプであってもよく、変倍を行う可変焦点（ズーム）タイプであってもよい。
【図１】
2014141718.tif 000003
【図２】
2014141718.tif 000004
【図３】
2014141718.tif 000005
【図４】
2014141718.tif 000006
【図５】
2014141718.tif 000007
【国際調査報告】
2014141718.tif 000008
2014141718.tif 000009
2014141718.tif 000010
2014141718.tif 000011