JP2007322995A - プロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構 - Google Patents

Abstract

【課題】高画質化と薄型化を同時に図れるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構を提供する。
【解決手段】光学系からの投射映像を透過する光学ガラス１、強磁性体で構成される吸引力作用部２、一方に光学ガラス１を他方に吸引力作用部２を固定した支持部材３からなり光学ガラス１を所定角度回転駆動する回転駆動部１０と、吸引力作用部２を電磁力で吸引する電磁石５、該電磁石５の駆動タイミングを制御する電磁石駆動回路６からなる固定部２０と、回転駆動部１０と固定部２０とを結合し、回転駆動部１０の回転に応じて回転駆動部１０に対して復元トルクを作用させるバネ部７とを備え、電磁石５の駆動タイミング制御によって、回転駆動部１０は、光学ガラス１を透過して映像表示面に投射表示される映像が１フレームの前半と後半で半画素分ずれるように光学ガラス１を回転駆動する。
【選択図】図２

Description

この発明は、プロジェクション型映像表示装置（例えば、プロジェクション型のテレビジョン受像機）の高画質化と薄型化の双方を同時に実現する透過型画素ずらし機構に関するものである。

従来の鏡面偏向型光変調器を用いたプロジェクション型のテレビジョン受像機（以下、プロジェクションＴＶと称す）は、表示映像の画質を格段に向上させるために、光源からの照射光を２分割し、それぞれの光路に赤、緑、青色に対応した３個の鏡面偏向型光変調器を有する光学系を設け、一方の光学系における入力信号および空間配置に対して他方の光学系に対する入力信号タイミングおよび空間配置を半画素分ずらし、各光学系からの有効反射光を合成して映像表示面に投影することによって、プロジェクションＴＶの高画質化を実現している（例えば、特許文献１）。

なお、特許文献１におけるプロジェクション装置では、光源からの照射光を２分割し、それぞれの光路に対して各３個の鏡面偏向型光変調器を有する光学系を設けているが、光源からの照射光を分割せず、１個の光学系と１個の反射型画素ずらし機構を適用することでプロジェクションＴＶの高画質化を実現することも可能である。
具体的には、光学系に対する映像データ入力信号タイミングを１フレームの前半および後半で２分割して、前半および後半におけるそれぞれの映像データを半画素分ずらし、かつ光学系と映像表示面との間に光学系からの表示映像を反射する反射型画素ずらし機構を設け、当該機構における反射面の角度を前半および後半の映像データに応じて映像表示面の半画素分に対応する角度だけ回転させた状態で反射させて映像表示面に投影することによって、プロジェクションＴＶの高画質化を図っている（例えば、特許文献２）。
特開平８−１７２５９１号公報 ＷＯ ２００５／０４５５０６Ａ１ 号公報

上記特許文献１に示された高画質化方法では、それぞれ３個の鏡面偏向型光変調器を有する光学系が２個必要となり、更に光源からの照射光を２分割する分離用偏向ビームスプリッタおよび各光学系からの有効反射光を合成する合成用偏向ビームスプリッタも必要となる。
従って、コスト増加が不可避であり、かつプロジェクションＴＶ内部の光学系構成要素が２倍必要となることから、プロジェクションＴＶの薄型化には不向きであるという問題があった。

また、上記特許文献２に示された高画質化方法では、反射型画素ずらし機構による表示映像の反射光路が必要となるため、プロジェクションＴＶの高画質化と薄型化を同時に実現することは困難であった。
また、表示画像の画質を維持したままでプロジェクションＴＶの薄型化を実現するためには、表示映像を透過する光学ガラスの角度を、フレームの前半および後半の映像データに応じて、映像表示面の半画素分に対応する角度だけ交互に回転させる透過型画素ずらし機構の適用によって、表示映像の反射光路を不要とする必要があるが、一般に透過型画素ずらし機構における映像表示面半画素分に対応する回転角度は、反射型画素ずらし機構に比較して非常に大きくなる。
反射型画素ずらし機構では、反射面駆動アクチュエータとしてピエゾアクチュエータまたはボイスコイルモータを適用している。
しかし、従来の駆動アクチュエータでは動作範囲や駆動力が不足するために、回転角度が拡大する透過型画素ずらし機構において、安定した所定性能を実現できないという問題もあった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、プロジェクション型映像表示装置（例えば、プロジェクション型ＴＶ）の高画質化と薄型化の双方を同時に実現できる透過型画素ずらし機構を提供することを目的としている。

この発明に係わるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構は、光学系からの投射映像を透過する光学ガラス、強磁性体で構成される吸引力作用部、一方に前記光学ガラスを、他方に前記吸引力作用部を固定した支持部材からなり、前記光学ガラスを所定角度回転駆動する回転駆動部と、前記吸引力作用部を電磁力によって吸引する電磁石、該電磁石の駆動タイミングを制御する電磁石駆動回路からなる固定部と、前記回転駆動部と前記固定部とを結合し、前記回転駆動部の回転軸回りの回転に応じて前記回転駆動部に対して復元トルクを作用させるバネ部とを備え、前記回転駆動部は、前記電磁石駆動回路による前記電磁石の駆動タイミング制御によって前記光学ガラスを透過して映像表示面に投射表示される映像が１フレームの前半と後半で半画素分ずれるように前記光学ガラスを回転駆動するものである。

この発明によれば、従来の反射型画素ずらし機構を適用した場合に必要であった表示映像の反射光路が不要となるので、プロジェクション表示される映像の高画質化と薄型化の双方を同時に実現することが可能なプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構を提供できる。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態について説明する。
なお、各図間において、同一符合は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る透過型画素ずらし機構を用いたプロジェクション型映像表示装置（例えば、プロジェクションＴＶ）の全体構成を示す概略図である。
なお、以下の説明では、本発明による透過型画素ずらし機構をプロジェクションＴＶに適用する場合を例にしているが、プロジェクションＴＶだけに限定されるものではなく、本発明による透過型画素ずらし機構は、プロジェクションＴＶを含むプロジェクション型の映像表示装置に適用されるものである。
図１に示したように、透過型画素ずらし機構を用いたプロジェクションＴＶは、高輝度白色光源１００、コンデンサレンズ１１０、鏡面偏向型光変調器モジュール１２０、光学ガラス１、プロジェクションレンズ１３０および映像表示面１４０を備えている。

ここで、高輝度白色光源１００は、破線で示すプロジェクション光をコンデンサレンズ１１０に向けて射出する。
コンデンサレンズ１１０は、高輝度白色光源１００から射出されるプロジェクション光を平行光に変換する。
鏡面偏向型光変調器モジュール１２０は、赤、緑、青色のそれぞれの映像データに対応した３個の鏡面偏向型光変調器（図示せず）を含み、コンデンサレンズ１１０から入射する平行光から表示映像を生成して出力する。
光学ガラス１は、鏡面偏向型光変調器モジュール１２０から射出される表示映像を矢印で示す方向に回転して透過させる。
プロジェクションレンズ１３０は、ズームレンズ構成をしており、光学ガラス１を透過した表示映像を拡大投影する。
映像表示面１４０は、プロジェクションレンズ１３０で拡大投影される表示映像を表示する。

図１に示す透過型画素ずらし機構を用いたプロジェクションＴＶでは、鏡面偏向型光変調器モジュール１２０に対する１フレーム分の映像データ入力信号タイミングをフレームの前半および後半で２分割して、フレームの前半および後半におけるそれぞれの映像データを半画素分ずらすことによって、鏡面偏向型光変調器モジュール１２０から射出される１フレーム分の表示映像は前半および後半でそれぞれ半画素分ずれたものとなる。
このとき、光学ガラス１の矢印方向回転角度を、１フレームの前半および後半の映像データに応じて映像表示面１４０の半画素分に対応する角度だけ回転させる。
この状態において、鏡面偏向型光変調器モジュール１２０から射出される表示映像が、光学ガラス１を透過してプロジェクションレンズ１３０を介して映像表示面１４０に投影されることによって、プロジェクションＴＶの高画質化が可能となる。

図２は、この発明の実施の形態１に係るプロジェクションＴＶの透過型画素ずらし機構を説明するための構成図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢印Ａの方向から見たときの側面図である。
図２に示したように、本実施の形態による透過型画素ずらし機構は、鏡面偏向型光変調器モジュール１２０から射出される表示映像を透過する光学ガラス１、強磁性体で構成される吸引力作用部２、非磁性体で構成され、一方に光学ガラス１、他方に吸引力作用部２を固定した支持部材３からなる回転駆動部１０と、吸引力作用部２を電磁力によって吸引する電磁石５（電磁石鉄心５a、電磁石巻線５b）、電磁石の駆動タイミングを制御する電磁石駆動回路６からなる固定部２０と、固定部２０が配置されているフレーム（図示せず）と回転駆動部１０とを結合し、回転駆動部１０の回転軸４回りの回転に応じて回転駆動部１０に対して復元トルクを作用させる板状バネ７aと板状バネ７bを備えている。
なお、板状バネ７aおよび板状バネ７bでバネ部７を構成しており、板状バネ７aおよび板状バネ７bは回転駆動部１０の左右に配置されている。

図３は、図２（ａ）の矢印Ｂの方向から見たときの側面図の一部（要部）であり、図３（a）は電磁石５を定常的にオフした場合を示しており、図３（ｂ）は電磁石５を定常的にオンした場合を示している。
回転駆動部１０の回転軸４回りの回転角度を“θ”とすると、図３(a)に示したように、電磁石５を定常的にオフすることにより回転駆動部１０がバネ部７（即ち、板状バネ７aおよび板状バネ７bで構成されたもの）の中立点に保持されている状態における回転角度θは、θ＝０であり、当該状態における吸引力作用部２と電磁石鉄心５aとのギャップ長はノミナルギャップ長（即ち、設計ギャップ長）“ｇ_０”である。
また、図３（ｂ）に示したように、電磁石５が定常的にオンすることにより、吸引力作用部２に作用する磁気吸引力Ｆとバネ部７（図示せず）を介して回転駆動部１０に作用する復元トルクとのつり合いによって、回転駆動部１０はΔθだけ回転し、回転角度Δθで平衡状態になる。
この状態における吸引力作用部２と電磁石鉄心５aとのギャップ長の変化量は、回転軸４から吸引力作用部２の中点までの距離をＬとすると、“ＬΔθ”となる。

図４は、図２に示した電磁石駆動回路６の構成と動作を説明するため図である。
図に示すように、電磁石駆動回路６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６１、電磁石駆動信号生成回路６２、スイッチング素子６３、電磁石電流ターンオン速度改善用抵抗６４、フライホイールダイオード６５および電磁石電流ターンオフ速度改善用ツェナダイオード６６で構成されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６１は、透過型画素ずらし機構の外部から供給される電磁石駆動回路入力電圧Ｖｉｎから所定値かつ一定の電磁石印加電圧Ｖｍを生成する。
同様に、電磁石駆動信号生成回路６２は、透過型画素ずらし機構の外部から供給されるサブフレーム同期信号Ｓｉｎから電磁石駆動信号Ｓｍを生成する。
スイッチング素子６３は、電磁石駆動信号生成回路６２から出力される電磁石駆動信号Ｓｍに基づいて、電磁石巻線５ｂに対して電磁石印加電圧Ｖｍを印加（電磁石オン）または開放（電磁石オフ）する。

電磁石電流ターンオン速度改善用抵抗（抵抗値Ｒ）６４は、電磁石印加電圧Ｖｍを生成するＤＣ／ＤＣコンバータ回路６１と電磁石巻線５ｂの間に挿入され、電磁石巻線５ｂに対する供給電流の立上がり特性を改善する。
フライホイールダイオード６５は、電磁石巻線５ｂに対する電流供給時にスイッチング素子６３が開放した場合に、当該供給電流を還流させる。
電磁石電流ターンオフ速度改善用ツェナダイオード６６は、電磁石印加電圧Ｖｍを生成するＤＣ／ＤＣコンバータ回路６１とフライホイールダイオード６５の間に挿入され、電磁石巻線５ｂに対する供給電流の立下り特性を改善する。

図５は、本実施の形態におけるサブフレーム同期信号、電磁石駆動信号Ｓｍおよび回転駆動部の回転角度θの関係を示すタイミング図である。
図５（ａ）に示すように、“Ｓｉｎ１”は１フレーム分映像データの初期（即ち、前半）で出力されるサブフレーム同期信号、“Ｓｉｎ２”は１フレーム分映像データの中期（即ち、後半）で出力されるサブフレーム同期信号であり、サブフレーム同期信号は、１フレームの初期（前半）および中期（後半）で計２回出力される。
図５（ｂ）は電磁石駆動信号生成回路６２から出力される電磁石駆動信号Ｓｍのレベル変動を示している。
図５（ｂ）において、“ＯＮ”は電磁石５がオン、“ＯＦＦ”は電磁石５がオフを示しており、図５（ｂ）に示すように、電磁石駆動信号生成回路６２から出力される電磁石駆動信号“Ｓｍ”がＨレベルときは電磁石５はオンとなり、Ｌレベルときは電磁石５はオフとなる。

また、図５（ｃ）は電磁石駆動信号“Ｓｍ”に応答して、回転駆動部１０の回転角度θの変化状態を示している。
なお、図５（ｃ）において、“Ｔ_ＤＯＮ”はサブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力から回転駆動部１０が実際に回転遷移（回転角度θ：０→Δθ）を開始するまでの時間遅れであり、“Ｔ_ＤＯＦＦ”はサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力から回転駆動部１０が実際に回転遷移（回転角度θ：Δθ→０）を開始するまでの時間遅れでる。

本実施の形態においては、電磁石駆動信号生成回路６２にサブフレーム同期信号Ｓｉｎ１が入力されると、電磁石駆動信号生成回路６２からは、最初のＴ_ＯＮ１時間は電磁石５をオンとするＨレベルのＳｍ信号を、次のＴ_ＯＦＦ１時間は電磁石５をオフとするＬレベルのＳｍ信号を、その後は電磁石５を常時オンとするＨレベルのＳｍ信号が出力される。
つまり、電磁石５をオンする第１のオン時間Ｔ_ＯＮ１、第１のオン時間Ｔ_ＯＮ１の後に電磁石をオフする第１のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ１を設け、第１のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ１の後に電磁石５を常時オンとする構成となっている。

また、電磁石駆動信号生成回路６２にサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２が入力されると、電磁石駆動信号生成回路６２からは、最初のＴ_ＯＦＦ２時間は電磁石５をオフとするＬレベルのＳｍ信号を、次のＴ_ＯＮ２時間は電磁石５をオンとするＨレベルのＳｍ信号を、その後は電磁石５を常時オフとするＬレベルのＳｍ信号が出力される。
つまり、電磁石５をオフする第２のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ２、第２のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ２の後に電磁石５をオンする第２のオン時間Ｔ_ＯＮ２を設け、第２のオン時間Ｔ_ＯＮ２の後に電磁石５を常時オフとする構成となっている。

次に、動作について説明する。
図２（ａ）に示すように、光学ガラス１、吸引力作用部２および支持部材３からなる回転駆動部１０は、固定部２０が配置されているフレーム（図示せず）と板状バネ７ａおよび板状バネ７bによって結合され、回転軸４回りの回転に対して板状バネ７a、７bから復元トルクを受ける構成となっている。
また、図２（ｂ）および図３に示すように、回転駆動部１０の吸引力作用部２に対して、所定のノミナルギャップｇ_０を隔てて電磁石５が配置され、電磁石５および電磁石駆動回路６が固定部２０に固定されている。
従って、電磁石５を定常的にオフとした場合、回転駆動部１０はバネ部７（板状バネ７ａおよび板状バネ７b）の中立点に保持された状態になり、図３（ａ）に示すように、その回転角度θは、θ＝０となる。

これに対して、電磁石５を定常的にオンとして電磁石巻線５ｂに対して所定の直流電流を供給した場合、図３（ｂ）に示すように、吸引力作用部２が電磁石５から磁気吸引力Ｆを受ける。
そのため、当該吸引力Ｆに起因する回転駆動部１０への作用トルクは、回転軸４に対して図面上反時計回りにＦＬとなり、図面上反時計回りに回転駆動部１０が回転する。
なお、“Ｌ”は回転駆動部回転軸４から吸引力作用部２までの距離である。
このとき、回転駆動部１０はバネ部７（板状バネ７ａ、７ｂ）から図面上時計回りに復元トルクを受け、バネ部７の全体のバネ定数を“Ｋ”とすると、その大きさ（即ち、復元トルクの大きさ）は“Ｋθ”で与えられる。
磁気吸引力Ｆに起因する回転駆動部１０への図面上反時計回り作用トルクＦＬは、バネ部７を介して回転駆動部１０に作用する図面上時計回り復元トルクＫθと回転角度θ=Δθでつり合って平衡状態となるので、当該状態では下記の式（１）が成立する。
ＦＬ ＝ ＫΔθ ・・・（１）

一方、電磁石駆動回路６の内部構成は図４に示す通りであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６１では透過型画素ずらし機構の外部から供給される電磁石駆動回路入力電圧Ｖｉｎ（例えば、＋１２Ｖ直流電圧）から所定値かつ一定の電磁石印加電圧Ｖｍを生成している。
また、電磁石駆動信号生成回路６２では、透過型画素ずらし機構の外部から供給されるサブフレーム同期信号Ｓｉｎから電磁石駆動信号Ｓｍを生成する。
そして、電磁石駆動信号Ｓｍに基づいてスイッチング素子６３をオンすることにより、電磁石巻線５ｂに対して電磁石印加電圧Ｖｍを印加（電磁石オン）して経路Ａ（図４参照）で電流を供給し、スイッチング素子６３をオフすることにより、電磁石巻線５ｂを開放（電磁石オフ）して経路Ｂ（図４参照）で電磁石巻線５ｂへの供給電流を減衰させる。

従って、電磁石５を定常的にオンした場合の電磁石巻線５ｂへの供給電流Ｉは、下記の式（２）であり、このとき吸引力作用部２に作用する磁気吸引力Ｆは、係数をαとして下記の式（３）で与えられる。
Ｖｍ ＝ ＩＲ ・・・（２）
Ｆ ＝ α｛Ｉ／（ｇ_０−Ｌθ）｝^２ ・・・（３）
式（１）、式（２）および式（３）より、所望の回転角度Δθを実現するための電磁石印加電圧Ｖｍは、以下の式（４）で与えられる。
Ｖｍ ＝ Ｒ（ｇ_０−Ｌθ）（ＫΔθ／αＬ）^１／２ ・・・（４）

従って、本実施の形態による透過型画素ずらし機構では、所望の回転角度Δθを実現するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６１で生成する電磁石印加電圧Ｖｍを、式（４）で表される一定値に設定する。
そして、１フレーム分映像データの初期で出力されるサブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力に応じて、電磁石駆動信号Ｓｍをオフからオンに切替えて回転駆動部１０の回転角度を、θ＝０からθ＝Δθに遷移させる。
更に、１フレーム分映像データの中期で出力されるサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力に応じて、電磁石駆動信号Ｓｍをオンからオフに切替えて回転駆動部１０の回転角度を、θ＝Δθからθ＝０に遷移させる。

これにより、光学ガラス１を透過した表示映像の映像表示面１４０における投影位置が、１フレーム分表示映像の前半および後半で半画素分ずれ、プロジェクションＴＶの高画質化が可能となる。
即ち、プロジェクションＴＶの表示映像は、その画素数が決まっており、フレーム前半の表示映像に対してフレーム後半の表示映像（前半の表示映像に対して半画素分ずれている）を半画素分ずらして投影すると、ちょうど前半の表示映像の画素と画素の間に後半の表示映像の画素を追加した状態になるので、人間の目には表示されている映像の画素数が増加したように見え、高画質化を実感できることになる。

しかしながら、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１およびＳｉｎ２の入力に対して、電磁石駆動信号Ｓｍを単純にオフからオン、およびオンからオフに切替えることによって、スイッチング素子６３（つまり、電磁石５）を１フレーム分の映像データと同一周期で矩形波状に駆動した場合、回転駆動部１０の回転角度θには、回転軸４回りの回転駆動部１０の慣性モーメントＪとバネ部７のバネ定数Ｋで決定する固有振動数ｗ_０＝（Ｊ／Ｋ）^１／２の振動が発生する。

そこで、本実施の形態による透過型画素ずらし機構では、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力に伴う回転駆動部１０の回転遷移状態において、電磁石５をオンする第１のオン時間Ｔ_ＯＮ１、第１のオン時間Ｔ_ＯＮ１の後に電磁石をオフする第１のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ１を設け、第１のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ１の後に電磁石５を常時オンとする構成としている。
更に、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力に伴う回転駆動部１０の回転遷移状態において、電磁石５をオフする第２のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ２、第２のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ２の後に電磁石５をオンする第２のオン時間Ｔ_ＯＮ２を設け、第２のオン時間Ｔ_ＯＮ２の後に電磁石５を常時オフとする構成としている。

また、電磁石５では、電磁石巻線５ｂにおけるインダクタンスの影響で、供給電流Ｉの立上りおよび立下りが電磁石駆動信号Ｓｍに対して遅れを示す。
そのため、電磁石駆動回路６は、電磁石巻線５ｂに対する供給電流Ｉの立上がり特性を改善することを目的として電磁石電流ターンオン速度改善用抵抗６４を備えており、更に、電磁石巻線５ｂに対する供給電流Ｉの立下り特性を改善することを目的として電磁石電流ターンオフ速度改善用ツェナダイオード６６を備えている。
更に、第１および第２のオン時間であるＴ_ＯＮ１およびＴ_ＯＮ２、第１および第２のオフ時間であるＴ_ＯＦＦ１およびＴ_ＯＦＦ２を任意に調整することで、回転駆動部１０の回転角度θが図５に示すような滑らかな台形波となるように整形可能としている。

画素ずらし機構を透過型にすることにより、回転駆動部１０による光学ガラス１の回転角度は拡大するが、本実施の形態による透過型画素ずらし機構によって、光学ガラス１の拡大した回転角度の駆動ができる。
従って、反射型画素ずらし機構を適用した場合に必要となった表示映像の反射光路が不要となることから、プロジェクションＴＶの高画質化と薄型化の双方を同時に実現することが可能となる。
また、回転駆動部１０の回転角度遷移を、図５（ｃ）に示すような滑らかな台形波状に整形することができる。
回転駆動部１０の回転角度と映像表示面における表示映像の投影位置は、一対一に対応しているので、回転駆動部１０の回転角度遷移に振動が発生すると、光学ガラス１を透過した表示映像も映像表示面上で振動することになる。
逆に言えば、回転駆動部１０の回転角度遷移に振動が発生せず、回転角度遷移を滑らかな台形波状することによって、映像表示面における表示映像も振動せず、フレーム前半の表示映像とフレーム後半の表示映像のずれ量を、常に半画素分とすることができる。
従って、透過型画素ずらし機構を介した表示映像の映像表示面におけるずれ量を高精度に制御することが可能となるので、プロジェクションＴＶの高画質化を安定して実現することができる。

なお、本実施の形態では、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力に伴って電磁石５をオフからオンに、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力に伴って電磁石５をオンからオフに切替える構成としているが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力に伴って電磁石５をオンからオフに、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力に伴って電磁石５をオフからオンに切替える構成としてもよい。
また、本実施の形態では、板状バネ７aおよび板状バネ７bを回転駆動部１０の左右に配置することによりバネ部７を構成しているが、このような構成に限定されるものではなく、回転駆動部１０の回転軸４回りの回転に対して復元トルクを作用させることができれば、バネ部７の構成はどのような形状であっても差し支えない。

以上説明したように、本実施の形態によるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構は、光学系からの投射映像を透過する光学ガラス１、強磁性体で構成される吸引力作用部２、一方に光学ガラス１を、他方に吸引力作用部２を固定した支持部材３からなり、光学ガラス１を所定角度回転駆動する回転駆動部１０と、吸引力作用部２を電磁力によって吸引する電磁石５、該電磁石５の駆動タイミングを制御する電磁石駆動回路６からなる固定部２０と、回転駆動部１０と固定部２０とを結合し、回転駆動部１０の回転軸４回りの回転に応じて回転駆動部１０に対して復元トルクを作用させるバネ部７とを備え、回転駆動部１０は、電磁石駆動回路６による電磁石５の駆動タイミング制御によって光学ガラス１を透過して映像表示面に投射表示される映像が１フレームの前半と後半で半画素分ずれるように光学ガラス１を回転駆動する。
このような構成としたことにより、従来の反射型画素ずらし機構を適用した場合に必要であった表示映像の反射光路が不要となり、プロジェクション表示される映像の高画質化と薄型化の双方を同時に実現することができる。

また、本実施の形態によるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構の
電磁石駆動回路６は、電磁石５に対して一定値の電磁石印加電圧を生成し、投射映像の第１のサブフレーム同期信号に応じて電磁石５を第１のオン時間オンとし、第１のオン時間の後に電磁石５を第１のオフ時間オフとし、更に第１のオフ時間の後に電磁石５を常時オンとし、また、投射映像の第２のサブフレーム同期信号に応じて電磁石５を第２のオフ時間オフとし、第２のオフ時間の後に電磁石を第２のオン時間オンとし、更に第２のオン時間の後に電磁石を常時オフとし、第１および第２のオン時間および第１および第２のオフ時間を任意に調整可能としている。
これによって、回転駆動部１０の回転角度遷移を、振動のない滑らかな台形波状にすることができる。
従って、映像表示面における表示映像も振動することなく、フレーム前半の表示映像とフレーム後半の表示映像のずれ量を常に半画素分とすることができ、表示映像の更なる高画質化がはかれる。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２によるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構
における回転駆動部回転角と回転駆動部作用トルクの関係を示すグラフである。
図６において、図３と同一符合を付したものは、図３のものと同一あるいは相当のものを表しており、“θ”は回転駆動部１０の回転軸４回りの回転角度、“ｇ_０”は電磁石５が定常的にオフのときに回転駆動部１０がバネ部７の中立点に保持されている状態における吸引力作用部２と電磁石鉄心５aとのギャップ長（ノミナルギャップ長）、“Ｌ”は回転駆動部回転軸４から吸引力作用部２までの距離である。
また、“τ^＊”は、図３（ｂ）において図面上反時計回りを正とした回転駆動部作用トルクτを回転駆動部１０が所望の回転角度Δθだけ回転した場合にバネ部７から回転駆動部１０に作用する復元トルクＫΔθで除した正規化トルクであって、以下の式（５）で表される。
τ^＊ ＝ τ／ＫΔθ ＝ （ＦＬ−Ｋθ）／ＫΔθ ・・・（５）

次に動作について説明する。
回転駆動部１０が所望の回転角度Δθを実現するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６１で生成する電磁石印加電圧Ｖｍを前掲の式（４）に設定し、その上で電磁石５を常時オンとした場合の正規化トルクτ^＊は、式（５）に対して式（３）で与えられる磁気吸引力Ｆを代入し、更に式（２）および式（４）で与えられる供給電流Ｉを代入することで、以下の式（６）で与えられる。
τ^＊ ＝ ｛（ｇ_０−ＬΔθ）／（ｇ_０−Ｌθ）｝^２ − θ／Δθ ・・・（６）

式（６）に基づいて、回転駆動部１０が所望の回転角度Δθだけ回転した場合の吸引力作用部２と電磁石鉄心５ａとのギャップ長変化量ＬΔθに対して、ノミナルギャップ長ｇ_０をそれぞれ３ＬΔθから７ＬΔθに設定して電磁石５を常時オンとした場合の、回転駆動部回転角度θと回転駆動部１０に作用する正規化トルクτ^＊との関係を示したものが図６である。
例えば、ノミナルギャップ長がｇ_０＝７ＬΔθの場合では、回転駆動部回転角度θ＝Δθを中心としてθ＜Δθの場合には正規化トルクτ^＊＞０、θ＞Δθの場合には正規化トルクτ^＊＜０となるため、電磁石印加電圧Ｖｍを式（４）に設定して電磁石５をオンするだけで、回転駆動部１０の回転角度はθ＝Δθで平衡状態となって安定化し、この安定状態は少なくとも回転角度範囲０≦θ≦３Δθで保たれる。

一方、ノミナルギャップ長がｇ_０＝５ＬΔθの場合では、回転駆動部回転角度θ＝Δθを中心としてθ＜Δθの場合には正規化トルクτ^＊＞０となるのに対し、θ＞Δθの場合には大略θ＜２．４Δθの範囲で正規化トルクτ^＊＜０、θ＞２．４Δθの範囲で正規化トルクτ^＊＞0となる。
そのため、電磁石印加電圧Ｖｍを式（４）に設定して電磁石５をオンした場合、回転駆動部１０の回転角度はθ＝Δθで平衡状態となって安定化するが、そのような安定状態は回転角度範囲０≦θ＜２．４Δθにおいてのみ保たれる。
更に、ノミナルギャップ長がｇ_０＝３ＬΔθの場合では、回転駆動部回転角度θ＝Δθを中心としてθ＜Δθおよびθ＞Δθの双方において正規化トルクτ^＊＞０となるため、電磁石印加電圧Ｖｍを式（４）に設定して電磁石５をオンした場合、回転駆動部１０の回転角度はθ＝Δθで平衡状態を保つことが不可能となり、回転駆動部１０は正方向に回転遷移を続けて電磁石鉄心５ａに吸着する。

以上説明したように、本実施の形態によるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構は、オフ状態における電磁石５と吸引力作用部２との間のノミナルギャップ長ｇ_０を、電磁石５をオンした場合に吸引力作用部２に作用する磁気吸引力とバネ部７を介して回転駆動部１０に作用する復元トルクとのつり合いによって決定する平衡状態におけるギャップ長の変化量の３倍より大きく設定する。
従って、ノミナルギャップ長ｇ_０を、ｇ_０＞３ＬΔθに設定することによって、電磁石印加電圧Ｖｍを前掲の式（４）に設定して電磁石５をオンするだけで、回転駆動部１０の回転角度がθ＝Δθで平衡状態となって安定化し、かつ当該安定状態を所定の回転角度範囲（安定余裕）で保つことが可能となる。
このように、この実施の形態２の透過型画素ずらし機構により、必要な安定余裕のもとで、回転駆動部１０の回転角度制御を角度検出センサを使用しないオープン制御によって安定に実現することが可能となり、角度検出センサの出力劣化による透過型画素ずらし機構の性能低下が生じず、かつ、電磁石駆動回路６を大幅に簡素化することができる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３による透過型画素ずらし機構を説明するための構成図であり、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の矢印Ａの方向から見た側面図である。
図７において、図２と同一の符号を付したものは、同一または相当のものであることを示している。
なお、図７（ａ）および（ｂ）における“Ｇ”は、回転駆動部１０の重心位置を示している。
次に、動作について説明する。
回転駆動部１０の回転軸４が、重心位置Gに対して所定のオフセット量εを隔てて配置された場合、回転駆動部１０の質量をMとして、回転軸４回りの回転駆動部１０の回転運動に応じて、以下の式（７）で表される不釣合い力が発生する。
不釣り合い力 ＝ Ｍε（ｄθ／ｄｔ）^２ ・・・ （７）
この不釣合い力は、バネ部７を介して固定部２０側に伝達することにより、透過型画素ずらし機構およびプロジェクションＴＶ内部における透過型画素ずらし機構の周辺機器を振動させる原因となるため、これを防止する必要がある。

そこで、本実施の形態における透過型画素ずらし機構では、回転駆動部１０とバネ部７との結合位置によって決定する回転軸４を、重心位置Ｇとのオフセット量εがε ＝ ０となるように配置している。
このとき、回転軸４回りの回転駆動部１０の回転運動に対して、前掲の式（７）で表される不釣合い力が０となり、固定部２０側に伝達する振動を必要最小限に抑制することが可能となる。
このように、本実施の形態による透過型画素ずらし機構により、回転駆動部１０の回転角度θを、θ＝０からθ＝Δθまで台形波状に繰返し駆動した場合に、固定部２０側に伝達する振動を必要最小限に抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態によるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構においては、回転駆動部１０の重心Ｇが、回転駆動部１０とバネ部７の結合位置によって決定される回転駆動部回転軸４上に位置するようにしてある。
これにより、回転駆動部１０の回転角度θを台形波状に繰返し駆動した場合に、固定部２０側に伝達する振動を必要最小限に抑制することが可能となり、振動のない安定した動作をすることができる。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４によるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構におけるサブフレーム同期信号、電磁石駆動信号Ｓｍおよび回転駆動部１０の回転軸４回りの回転角度θの関係を示すタイミング図である。なお、図５と同一の符号を付したものは、同一または相当のものであることを示している。
次に、動作について説明する。
図５（即ち、実施の形態１におけるサブフレーム同期信号、電磁石駆動信号Ｓｍおよび回転駆動部の回転角度θの関係を示すタイミング図）に示したように、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１およびサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力と同時に第１のオン時間Ｔ_ＯＮ１および第２のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ２を生成した場合、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力から回転駆動部１０が実際に回転遷移を開始するまでの時間遅れＴ_ＤＯＮ、およびサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力から回転駆動部１０が実際に回転遷移を開始するまでの時間遅れＴ_ＤＯＦＦが発生する。

サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力から回転駆動部１０の回転角度θが０からΔθに整定するまでの整定時間、およびサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力から回転駆動部１０の回転角度θがΔθから０に整定するまでの整定時間を考えると、時間遅れＴ_ＤＯＮ、および時間遅れＴ_ＤＯＦＦは整定時間短縮における障壁の１つとなるが、図５に示すように回転駆動部１０をθ＝０からθ＝Δθまで台形波状に繰返し駆動する場合、時間遅れＴ_ＤＯＮ、および時間遅れＴ_ＤＯＦＦはそれぞれ大略一定の時間間隔となる。
加えて、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１およびサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２は、常に一定周期で電磁石駆動信号生成回路６２に入力される。

そこで、本実施の形態による透過型画素ずらし機構では、図８に示すように、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１およびサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力タイミングに対して、第１のオン時間Ｔ_ＯＮ１および第２のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ２の生成タイミングを、それぞれ図５における時間遅れＴ_ＤＯＮおよび時間遅れＴ_ＤＯＦＦに対応する時間間隔だけ早めて生成するように電磁石駆動信号生成回路６２を構成している。
この構成により、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力と大略同時に、回転駆動部１０が回転角度θ＝０から回転遷移を開始し、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力と大略同時に、回転駆動部１０が回転角度θ＝Δθから回転遷移を開始するようになる。
そのため、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力から回転駆動部１０の回転角度θが０からΔθに整定するまでの整定時間、およびサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力から回転駆動部１０の回転角度θがΔθから０に整定するまでの整定時間を、図５における時間遅れＴ_ＤＯＮ、および時間遅れＴ_ＤＯＦＦに対応する時間間隔だけ短縮することが可能となる。

このように、本実施の形態による透過型画素ずらし機構によって、サブフレーム同期信号Ｓｉｎ１の入力から回転駆動部１０の回転角度θが０からΔθに整定するまでの整定時間、およびサブフレーム同期信号Ｓｉｎ２の入力から回転駆動部１０の回転角度θがΔθから０に整定するまでの整定時間を最小とすることができ、鏡面偏向型光変調器モジュール１２０から射出される表示映像と透過型画素ずらし機構における光学ガラス１の回転角度との整合性を増加させることができる。

以上説明したように、本実施の形態によるプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構においては、第１のオン時間Ｔ_ＯＮ１および第２オフ時間Ｔ_ＯＦＦ２の生成タイミングを、それぞれ所定の時間だけ早める。
これにより、回転駆動部１０の回転遷移における整定時間を最小にすることができ、光学系から出力（即ち、鏡面偏向型光変調器モジュール１２０から出力）される表示映像と透過型画素ずらし機構における光学ガラス１の回転角度との整合性が増加する。

この発明は、高画質化および薄型化の双方を同時に図ることができるプロジェクション型映像表示装置の実現に有用である。

実施の形態１に係る透過型画素ずらし機構を用いたプロジェクション型映像表示装置の全体構成を示す概略図である。 実施の形態１に係るプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構の構成を説明するための図である。 図２（ａ）の矢印Ｂの方向から見たときの側面図である。 電磁石駆動回路の構成と動作を説明するため図である 実施の形態１における透過型画素ずらし機構の動作を説明するためのタイミング図である。 実施の形態２の透過型画素ずらし機構構における回転駆動部回転角と回転駆動部作用トルクの関係を示すグラフである。 実施の形態３に係るププロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構を説明するための構成図である。 実施の形態４における透過型画素ずらし機構の動作を説明するためのタイミング図である。

符号の説明

１ 光学ガラス
２ 吸引力作用部
３ 支持部材
４ 回転駆動部回転軸、
５ 電磁石
５ａ 電磁石鉄心
５ｂ 電磁石巻線
６ 電磁石駆動回路
７ バネ部
７ａ 板状バネ
７ｂ 板状バネ
１０ 回転駆動部
２０ 固定部
６１ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路、
６２ 電磁石駆動信号生成回路
６３ スイッチング素子、
６４ 電磁石電流ターンオン速度改善用抵抗
６５ フライホイールダイオード、
６６ 電磁石電流ターンオフ速度改善用ツェナダイオード
１００ 高輝度白色光源
１１０ コンデンサレンズ、
１２０ 鏡面偏向型光変調器モジュール
１３０ プロジェクションレンズ、
１４０ 映像表示面

Claims (5)

1. 光学系からの投射映像を透過する光学ガラス、強磁性体で構成される吸引力作用部、一方に前記光学ガラスを、他方に前記吸引力作用部を固定した支持部材からなり、前記光学ガラスを所定角度回転駆動する回転駆動部と、
   前記吸引力作用部を電磁力によって吸引する電磁石、該電磁石の駆動タイミングを制御する電磁石駆動回路からなる固定部と、
   前記回転駆動部と前記固定部とを結合し、前記回転駆動部の回転軸回りの回転に応じて前記回転駆動部に対して復元トルクを作用させるバネ部とを備え、
   前記回転駆動部は、前記電磁石駆動回路による前記電磁石の駆動タイミング制御によって前記光学ガラスを透過して映像表示面に投射表示される映像が１フレームの前半と後半で半画素分ずれるように前記光学ガラスを回転駆動することを特徴とするプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構。
2. 前記電磁石駆動回路は、前記電磁石に対して一定値の電磁石印加電圧を生成し、投射映像の第１のサブフレーム同期信号に応じて前記電磁石を第１のオン時間オンとし、前記第１のオン時間の後に前記電磁石を第１のオフ時間オフとし、更に前記第１のオフ時間の後に電磁石を常時オンとし、また、前記投射映像の第２のサブフレーム同期信号に応じて前記電磁石を第２のオフ時間オフとし、前記第２のオフ時間の後に前記電磁石を第２のオン時間オンとし、更に前記第２のオン時間の後に電磁石を常時オフとし、前記第１および第２のオン時間および前記第１および第２のオフ時間を任意に調整可能としたことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構。
3. オフ状態における前記電磁石と前記吸引力作用部との間のノミナルギャップ長を、前記電磁石をオンした場合に前記吸引力作用部に作用する磁気吸引力と前記バネ部を介して前記回転駆動部に作用する復元トルクとのつり合いによって決定する平衡状態におけるギャップ長の変化量の３倍より大きく設定したことを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構。
4. 前記回転駆動部の重心が、前記回転駆動部と前記バネ部の結合位置によって決定される回転駆動部回転軸上に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構。
5. 前記第１のオン時間および前記第２のオフ時間の生成タイミングを、それぞれ所定の時間だけ早めたことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクション型映像表示装置の透過型画素ずらし機構。

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