JP2011164627A - 投写型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】シンチレーションの発生を低減し、画像のひずみを抑制することができる投写型画像表示装置を提供する。
【解決手段】投写型画像表示装置は、フレネルレンズ21と拡散部材(レンチキュラーレンズスクリーン)22とを含むスクリーン2と、フレネルレンズ21又は拡散部材22をその出射面と平行な面内で移動させる駆動機構4と、これらを支持する筐体10とを備える。筺体10に対し、スクリーン2のフレネルレンズ21又は拡散部材22の自重を支持するため、弾性支持体としての第2の板ばね72が設けられている。フレネルレンズ21又は拡散部材22の出射面と平行な面外への移動を抑制する抑制手段として、第1および第3の板ばね部材71,73(弾性部材)が設けられている。これらの板ばね部材71,73は、フレネルレンズ21又は拡散部材22の出射面に平行な面内の移動に対してよりも、当該出射面に垂直な方向の移動に対して剛性が高い。
【選択図】図5
【解決手段】投写型画像表示装置は、フレネルレンズ21と拡散部材(レンチキュラーレンズスクリーン)22とを含むスクリーン2と、フレネルレンズ21又は拡散部材22をその出射面と平行な面内で移動させる駆動機構4と、これらを支持する筐体10とを備える。筺体10に対し、スクリーン2のフレネルレンズ21又は拡散部材22の自重を支持するため、弾性支持体としての第2の板ばね72が設けられている。フレネルレンズ21又は拡散部材22の出射面と平行な面外への移動を抑制する抑制手段として、第1および第3の板ばね部材71,73(弾性部材)が設けられている。これらの板ばね部材71,73は、フレネルレンズ21又は拡散部材22の出射面に平行な面内の移動に対してよりも、当該出射面に垂直な方向の移動に対して剛性が高い。
【選択図】図5
Description
本発明は、投写型画像表示装置に関し、特に、投写型画像表示装置のスクリーンを移動させてシンチレーションを抑制する技術に関する。
従来より、背面投写型プロジェクションテレビ等の投写型画像表示装置では、光源としてランプが用いられていたが、近年、表示画像の高画質化又は高輝度化のため、光源として、例えばレーザを用いることが検討されている。
このように光源としてレーザを用いた場合、スクリーンにおいて拡散されたレーザ光が不規則に干渉し合って斑点状の模様(スペックルパターン)を生じ、画面のぎらつき(ちらつき)として観察される、シンチレーションと呼ばれる現象が顕著に現れることが知られている。
シンチレーションを低減する方法として、スクリーンを、当該スクリーンの出射面(表示面)に垂直な方向、又はスクリーンの長手方向若しくは幅方向に振動させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、スクリーンを出射面に垂直な方向に振動させた場合、投写光学系の焦点位置に対して表示面が前後に変位することになるため、解像度の劣化が生じる。
また、スクリーンを長手方向又は幅方向に振動させた場合、スクリーンが移動と停止を繰り返しながら断続的に移動するため、スクリーンが停止している時には強いシンチレーションが発生し、スクリーンが移動している時にはシンチレーションが観察されなくなる、という状態が繰り返される(すなわち、シンチレーションの強弱の変化が繰り返される)ことになる。
そこで、スクリーンの構成要素であるレンチキュラーレンズスクリーンを、ゴム等の弾性体で支持し、その出射面に平行な面内において連続的に円運動させることにより、シンチレーションを低減する技術が提案されている(例えば、特許文献2乃至4参照)。
このようにスクリーンの構成要素(レンチキュラーレンズスクリーン)を円運動させる構成では、スクリーンの構成要素を円運動させるための大きなトルクを発生するモータ等が必要になり、投写型画像表示装置を小型化、軽量化する上での妨げとなる。また、ゴム等の弾性体によりスクリーンを支持する場合、面内円運動を安定して支持することが困難である。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、シンチレーションの発生を低減すると共に、小型化及び軽量化が可能な投写型画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明に係る投写型画像表示装置は、画像信号に応じて光を出射する光学エンジンと、該光学エンジンから出射された光が入射して平行光として出射するフレネルレンズと、フレネルレンズから出射された平行光を拡散し、拡散光として出射する拡散部材と、フレネルレンズ又は拡散部材を、フレネルレンズ又は拡散部材の出射面と平行な面内で移動させる駆動部と、フレネルレンズ、拡散部材及び駆動部を支持する筐体と、筺体に対し、フレネルレンズ又は拡散部材の自重を支持する弾性支持体と、フレネルレンズ又は拡散部材が、当該出射面と平行な面の面外に移動することを抑制する抑制手段とを備える。抑制手段は、フレネルレンズ又は拡散部材の出射面に平行な面内の移動に対してよりも、出射面に垂直な方向の移動に対して剛性が高く構成された弾性部材で構成されている。
本発明の投写型画像表示装置によれば、シンチレーションを低減すると共に、投写型画像表示装置の小型化及び軽量化を実現することができる。特に、フレネルレンズ又は拡散部材の出射面に平行な面内の移動に対してよりも、当該出射面に垂直な方向の移動に対して剛性が高い弾性部材で構成される抑制手段を用いることにより、フレネルレンズ又は拡散部材の出射面に平行な面内の移動(シンチレーション抑制のための回転運動)を十分に行いながら、当該出射面に平行な面外への移動を確実に抑制することができる。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1の投写型画像表示装置の基本構成を示す図である。図1に示すように、投写型画像表示装置は、背面投写型の画像表示装置であり、スクリーンユニット200と、このスクリーンユニット200に背面から画像を投写する光学エンジン100とを備えている。
図1は、この発明の実施の形態1の投写型画像表示装置の基本構成を示す図である。図1に示すように、投写型画像表示装置は、背面投写型の画像表示装置であり、スクリーンユニット200と、このスクリーンユニット200に背面から画像を投写する光学エンジン100とを備えている。
光学エンジン100は、光源としてのレーザモジュール101と、このレーザモジュール101から出射された光を入力信号に応じて空間変調する空間変調素子としてのDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)102と、画像をスクリーン2に拡大投写する投写光学系103とを備えている。
スクリーンユニット200は、光学エンジン100からの投写光が入射するスクリーン2を有している。スクリーン2は、光学エンジン100からの投写光を平行光として出射するフレネルレンズ21と、フレネルレンズ21から出射された光を拡散して拡散光として出射するレンチキュラーレンズスクリーン22(拡散部材)とを重ね合わせて構成される。なお、レンチキュラーレンズスクリーン22は、図示しないレンチキュラーレンズシート、散乱層及びブラックストライプなどが積層されたものであり、フレネルレンズ21よりも大きい外形寸法を有している。
スクリーン2を構成するフレネルレンズ21及びレンチキュラーレンズスクリーン22(いずれも矩形状)は、それぞれの四辺を筺体10によって保持されている。筺体10は、略コの字状の断面を有しており、スクリーン2の入射面の端部に対向する後方壁部11と、スクリーン2の出射面の端部に対向する前方壁部12と、これら壁部11,12を繋ぐ側方壁部13とを有している。側方壁部13の前方壁部12側には、レンチキュラーレンズスクリーン22の端部を保持するための凹部14が形成されている。前方壁部12と、凹部14の内面14a(前方壁部12に対向する面)との間に、レンチキュラーレンズスクリーン22の端部が係合し、これによりレンチキュラーレンズスクリーン22が支持されている。
なお、図1において、スクリーン2の表面(表示面:出射面)に平行な面をXY面とし、スクリーン2の表面に直交する方向をZ方向とする。Z方向において、光学エンジン100からの光が進行する方向を前方とし、その反対方向を後方とする。また、スクリーン2の表面(XY面)において、観察者から見た左右方向をX方向とし、上下方向をY方向とする。
フレネルレンズ21は、スクリーン2の面内(XY面内)において移動できるように、筺体10の側方壁部13の内面との間に、X方向及びY方向に所定のクリアランスCが生じるように保持されている。フレネルレンズ21の支持方法については、後述する。
図2は、図1に示した投写型画像表示装置のスクリーンユニット200の正面図である。筺体10には、モータ40と、モータ40によって駆動されるカム41とを含む駆動機構(駆動部)4が設けられている。なお、モータ40は、筺体10に対し、図示しない固定部材により固定されている。
フレネルレンズ21の下端には、当該フレネルレンズ21の下端の幅に亘って延在する台座32が接着等により固定されている。台座32の長手方向(X方向)中央には、伝達部材30が一体に形成されている。伝達部材30には、カム41が挿入される穴31が形成されている。
図3及び図4は、駆動機構4の基本構成を説明するための正面図及び斜視図である。カム41は、駆動機構4のモータ40の出力軸40aに取り付けられた円筒又は円板状の部材であり、カム41の中心は、回転中心(出力軸40aの中心)に対して所定量eだけ偏心(オフセット)している。カム41は、フレネルレンズ21の下端縁に取り付けられた伝達部材30の円形の穴部31に係合している。
モータ40が回転すると、カム41は図3に示す矢印Bで示すように円運動し、カム41と伝達部材30の穴部31との係合(摺動)により、フレネルレンズ21がXY面内において円形の軌跡を描くように連続的に且つ周期的に移動する(図2に矢印Aで示す)。このように、フレネルレンズ21が停止することなく連続的に移動を続けるため、フレネルレンズ21を一方向に往復移動させた場合のようなシンチレーションの強弱のばらつき(移動時/停止時)を防止することができる。
このように、本実施の形態における投写型画像表示装置では、フレネルレンズ21をXY面内で円運動させることでシンチレーションを低減しているが、このときにフレネルレンズ21のXY面外への移動が生じると、投写光学系103の焦点位置に対してフレネルレンズ21の入射面が前後に変位することになり、画面の拡大・縮小が生じる。また、フレネルレンズ21の傾きが生じると、画像のひずみの原因となる。従って、フレネルレンズ21のXY面外への移動及び傾きを抑制することが必要である。また、フレネルレンズ21に、剛性不足や環境変化に伴う反りが生じた場合にも、反り量に応じて入射面が変位し、画像のひずみが生じるため、フレネルレンズ21の反りを抑制することも必要である。
次に、図5及び図6を参照して、本実施の形態におけるフレネルレンズ支持機構の構成について説明する。図5は、フレネルレンズ21を支持するばねを有するフレネルレンズ支持機構を示す斜視図である。図6は、図7のフレネルレンズ支持機構を示す正面図である。図7は、フレネルレンズを、ばねを用いずに支持する支持機構の別の構成例を示す正面図である。
図5に示すように、フレネルレンズ21の四隅には、筺体10との間に、4つの弾性支持ユニット50(保持手段)が設けられている。それぞれの弾性支持ユニット50は、長手方向に剛性を有し、屈曲方向に弾性を有するピアノ線などのワイヤ51の両端に、略直方体のブロック部材52(固定用部材)を一体成形したものである。一方のブロック部材52は、筺体10の後方壁部11に接着等により固定されており、他方のブロック52は、フレネルレンズ21に接着等により固定されている。この状態でワイヤ51は、ほぼZ方向を向いている。
図6に示すように、61は弾性支持体としてのコイルばねであり、筺体10の底板部15の左右端近傍に取り付けられている。上述したフレネルレンズ21は、下端に固定された台座32がコイルばね61の上に載置されることで支持される。このコイルばね61は、所定のばね定数k(N/mm)を有しており、フレネルレンズ21の自重(重さ)をmg(N)としたとき、コイルばね61は初期長さからmg/(2k)(mm)なる長さに変位する。このようにコイルばね61が、mg/(2k)(mm)なる長さに変位した状態において、フレネルレンズ21の中心が画像投写時の画面中心となるような位置に、コイルばね61が設置されている。
この状態でモータ40及びカム41にY方向に加わる荷重Fmは、以下の式(1)にて表される。
Fm=mg−2kx ・・・(1)
ここで、Fm:モータ及びカムに加わる軸直角方向荷重(N)
mg:フレネルレンズの自重(N)
k:コイルばね1個のばね定数(N/mm)
x:コイルばねの変位(たわみ)量(mm)
k及びxは、
mg−2kx=0 ・・・(2)
となる値に設定されており、上述したように2つのコイルばね61がフレネルレンズ21の自重を支えているため、フレネルレンズ21を回転させていない状態では、荷重Fmはゼロとなる。すなわち、モータ40及びカム41には、荷重が加わらない。
ここで、Fm:モータ及びカムに加わる軸直角方向荷重(N)
mg:フレネルレンズの自重(N)
k:コイルばね1個のばね定数(N/mm)
x:コイルばねの変位(たわみ)量(mm)
k及びxは、
mg−2kx=0 ・・・(2)
となる値に設定されており、上述したように2つのコイルばね61がフレネルレンズ21の自重を支えているため、フレネルレンズ21を回転させていない状態では、荷重Fmはゼロとなる。すなわち、モータ40及びカム41には、荷重が加わらない。
一方、図7のようにフレネルレンズ21を支持するばねを有しない場合、フレネルレンズ21の静止状態において、モータ40及びカム41には、フレネルレンズ21の自重が加わる。この場合、モータ40及びカム41にY方向に加わる荷重は、以下の式(3)で表される。
Fm=mg ・・・(3)
Fm=mg ・・・(3)
次に、図6及び図7の各場合におけるフレネルレンズ21の円運動に必要なモータのトルクについて説明する。図6において、モータ40が回転すると、モータ40の回転軸に対して所定距離eだけオフセットしたカム41により、フレネルレンズ21がeだけ持ち上げられる。コイルばね61の変形量は、フレネルレンズ21の移動量だけ減少して(x−e)となる。従って、フレネルレンズ21を円運動させるために必要なモータのトルクTmは、以下の式(4)で表される。
Tm={mg−2k(x−e)}e=2ke2 ・・・(4)
ここで、Tm:フレネルレンズ21の円運動に必要なモータ40のトルク(Nmm)
e:フレネルレンズ円運動半径(mm)
ここで、Tm:フレネルレンズ21の円運動に必要なモータ40のトルク(Nmm)
e:フレネルレンズ円運動半径(mm)
一方、図7のようなばねを用いない構成では、モータ40が回転し、モータ40の回転軸に対して所定距離eだけオフセットしたカム41によりフレネルレンズ21を距離eだけ持ち上げる際、フレネルレンズ21の自重mgをそのまま持ち上げることになるため、フレネルレンズ21を円運動させるために必要なモータのトルクは、以下の式(5)で表される。
Tm=mge ・・・(5)
Tm=mge ・・・(5)
具体的には、フレネルレンズ21の自重(重さ)を50N、円運動半径を0.2mm、ばね定数を2.5N/mmとすると、コイルばね61を用いた場合(図6)には、式(4)より、0.2Nmmのトルクのモータでフレネルレンズ21の円運動が可能であるのに対し、コイルばね61を用いない場合(図7)には、式(5)より、10Nmmのトルクのモータが必要となる。従って、コイルばね61を設けることにより、トルクの小さい(すなわち小型の)モータで、同じ円運動を実現することができることが分かる。
本実施の形態では、フレネルレンズ21を支持するワイヤ51は、X方向及びY方向には屈曲性を有する一方、Z方向には高い剛性を有する(座屈に対する抵抗が大きい)ピアノ線などの材料で構成されている。そのため、フレネルレンズ21の円運動を比較的小さい負荷で行うことができる一方、Z方向の高い剛性によりフレネルレンズ21のXY面外への移動及び傾きを抑制することができる。
また、例えばフレネルレンズ21の剛性が低く、初期的に反りが生じている場合や、温度・湿度変化に起因して経時的に反りが生じた場合であっても、ワイヤ51のZ方向の高い剛性により、当該反りを矯正することができ、画像のひずみを抑制することができる。従って、大型のプラスチック製スクリーンを使用した場合でも、上述したフレネルレンズ21のXY面外への移動及び傾きを抑制する効果に加え、フレネルレンズ21の反りを矯正することにより、画像のひずみを抑制し、良好な画像を表示することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、フレネルレンズ21を連続的に円運動させることができるため、シンチレーションの発生を抑制することができる。さらに、フレネルレンズ21の自重をコイルばね61によって支持することにより、より小型のモータで、フレネルレンズ21の円運動を実現することができる。その結果、シンチレーションを抑制しつつ、投写型画像表示装置の小型化、軽量化(減量化)を実現することができる。
また、フレネルレンズ21の四隅に配置されたワイヤ51によってフレネルレンズ21のXY面外への移動及び傾きを抑制することにより、画像のひずみや解像度の低下を抑制することができ、高品位な画像を表示することができる。
なお、ここでは、フレネルレンズ21をXY面内において移動させる構成について説明したが、フレネルレンズ21の代わりに、レンチキュラーレンズスクリーン22をXY面内において移動させてもよく、同様のシンチレーション低減効果を得ることができる。
また、ワイヤ51は、フレネルレンズ21(又はレンチキュラーレンズスクリーン22)の四隅に限らず、フレネルレンズ21のXY面外への移動(傾き)を抑制できる位置であれば、外周(各辺)に取り付けてもよい。
実施の形態2.
次に、実施の形態2における投写型画像表示装置のフレネルレンズ支持機構の構成について説明する。図8は、本実施の形態におけるフレネルレンズ21の支持機構を示す正面図である。図9は、図8の線分IX−IXにおける断面図であり、図10は、図8の線分X−Xにおける断面図である。図11は、図8の線分XI−XIにおける断面図である。なお、図9及び図10では、筺体10及びレンチキュラーレンズスクリーン22を省略している。
次に、実施の形態2における投写型画像表示装置のフレネルレンズ支持機構の構成について説明する。図8は、本実施の形態におけるフレネルレンズ21の支持機構を示す正面図である。図9は、図8の線分IX−IXにおける断面図であり、図10は、図8の線分X−Xにおける断面図である。図11は、図8の線分XI−XIにおける断面図である。なお、図9及び図10では、筺体10及びレンチキュラーレンズスクリーン22を省略している。
図8に示すように、スクリーン2(ここではフレネルレンズ21)の表面のX方向中心を規定する中心線をスクリーン中心線Aとし、Y方向中心を規定する中心線をスクリーン中心線Bとする。
フレネルレンズ21と筺体10との間には、フレネルレンズ21の四辺を保持するレンズ枠23が設けられている。レンズ枠23は、フレネルレンズ21の四辺に沿って延在する上辺部23A、下辺部23B及び両側辺部23C,23Dを有している。上辺部23A、下辺部23B及び両側辺部23C,23Dの内周側に、フレネルレンズ21の外周(上端、下端及び両側端)を保持する凹部23f(図9)が形成されている。フレネルレンズ21は、レンズ枠23の凹部23fに嵌合し、接着剤等によりレンズ枠23に固定されている。また、レンズ枠23の入射側(光学エンジン100側)には、入射光Pを遮らない位置に、フランジ部230(図9)が突出形成されている。
レンズ枠23の四隅には、それぞれ(合計4つの)第1の板ばね71が配設されている。第1の板ばね71は、X方向に延在するX方向部分71aとY方向に延在するY方向部分71bとを有し、略L字形状に形成されている。
4つの第1の板ばね71のうち、レンズ枠23の上辺部23Aに配設された2つの第1の板ばね71は、スクリーン中心線Aに対して左右対称に配置されている。各X方向部分71aは、レンズ枠23の左右の隅(コーナー)からX方向内側に延在し、その先端部711が、レンズ枠23のフランジ部230(図9)の上面に固定されている。また、各Y方向部分71bは、両側辺部23C,23Dに沿って下方に延在し、その先端部712が筺体10の側方壁部13の内側の面に固定されている。
また、4つの第1の板ばね71のうち、レンズ枠23の下辺部23Bに配設された2つの第1の板ばね71は、スクリーン中心線Aに対して左右対称に配置されている。各X方向部分71aは、レンズ枠23の左右の隅からX方向内側に延在し、その先端部711が、レンズ枠23のフランジ部230の下面に固定されている。また、各Y方向部分71bは、両側辺部23C,23Dに沿って上方に延在し、その先端部712が筺体10の側方壁部13の内側の面に固定されている。
レンズ枠23の下辺部23Bには、スクリーン中心線Aに対して左右対称に、一対の第2の板ばね72が配設されている。それぞれの第2の板ばね72は、X方向に延在するX方向部分72aとY方向に延在するY方向部分72bとを有し、略L字形状に形成されている。各X方向部分72aは、レンズ枠23の下辺部23Bの所定位置(左右の各隅とX方向中心との間に規定される位置)からX方向内側に延在し、その先端部721が、レンズ枠23のフランジ部230(図10)の下面に固定されている。各Y方向部分72bは、レンズ枠23の下辺部23Bから筺体10の底板15に向けて下方に延在し、その先端部722が、筺体10の底板15に固定されている。
また、レンズ枠23の上辺部23Aには、スクリーン中心線Aに対して左右対称に、一対の第3の板ばね73が配設されている。それぞれの第3の板ばね73は、X方向に延在するX方向部分73aとY方向に延在するY方向部分73bとを有し、略L字形状に形成されている。各X方向部分73aは、レンズ枠23の上辺部23Aに沿った所定位置(左右の各隅とX方向中心との間に規定される位置)からX方向内側に延在し、その先端部731が、レンズ枠23のフランジ部230の下面(図11)に固定されている。各Y方向部分73bは、レンズ枠23の上辺部23Aから下方に向けて延在し、その先端部732が、図11に示す筺体10の入射側の壁部16に固定されている。
なお、図11に示した筺体10の入射側の壁部16は、フレネルレンズ21の入射面と平行に、なお且つ光学エンジン100(図1)からの入射光Pを遮らない位置に設けられている。また、第3の板ばね73のY方向部分73bは、フレネルレンズ21の入射光Pを遮らないようにするため、鉛直方向に延在するのではなく、光学エンジン100側(すなわち−Z側)に傾斜しつつ下方に(Y方向に)延在している。つまり、レンズ枠23における第3の板ばね73の固定部(先端部731)と、筺体10における第3の板ばね73の固定部(先端部732)とは、Z方向に互いにオフセットした位置関係にある。
第1、第2及び第3の板ばね71,72,73のうち、第2の板ばね72が、フレネルレンズ21のほぼ全自重を受けるように構成されている。すなわち、第2の板ばね72は、フレネルレンズ21の全自重を受けられるだけのばね強度を有している。また、図8に示すように、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73は、フレネルレンズ21を支持している状態で、それぞれのX方向部分とY方向部分のなす角度が略90度となるように、予めL字結合部の曲げ角度が設定されている。また、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73は、レンチキュラーレンズスクリーン22の投影面内(すなわち、Z方向に見て、レンチキュラーレンズスクリーン22の外周より内側)に位置している。
レンズ枠23の下辺部23Bのスクリーン中心線Aに対して対称な2箇所には、それぞれボイスコイルモータ80が設けられている。各ボイスコイルモータ80の一端はレンズ枠23の下辺部23Bに固定され、他端は筺体10の底板15に固定されている。ボイスコイルモータ80は、直進移動する可動部分を備えたリニアモータであり、レンズ枠23の下辺部23Bに図中矢印方向(すなわちフレネルレンズ21の面中心に向かう方向)に駆動力を作用する。左右のボイスコイルモータ80の可動部分の突出(押し)及び退避(引き)のタイミング等を制御することにより、フレネルレンズ21を円運動させる。
図12、図13及び図14は、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73の形状をそれぞれ示す斜視図である。図12に示すように、第1の板ばね71は、上述したX方向部分71a及びY方向部分71bと、これらを連結するL字連結部71cとを有して略L字状に形成されている。X方向部分71aの先端部711がレンズ枠23に固定され、Y方向部分71bの先端部712が筺体10に固定される。X方向部分71aは、Z方向に幅を有し、X方向に長さを有し、Y方向に厚さを有しており、これによりY方向に撓みやすく構成されている。Y方向部分71bは、Z方向に幅を有し、Y方向に長さを有し、X方向に厚さを有しており、これによりX方向に撓みやすく構成されている。
また、図13に示すように、第2の板ばね72は、上述したX方向部分72a及びY方向部分72bと、これらを連結するL字連結部72cとを有して略L字状に形成されている。X方向部分72aの先端部721がレンズ枠23bに固定され、Y方向部分72bの先端部722が筺体10に固定される。X方向部分72aは、Z方向に幅を有し、X方向に長さを有し、Y方向に厚さを有しており、これによりY方向に撓みやすく構成されている。Y方向部分72bは、Z方向に幅を有し、Y方向に長さを有し、X方向に厚さを有しており、これによりX方向に撓みやすく構成されている。
さらに、非動作状態で、なお且つフレネルレンズ21が中立位置に位置している状態において、第2の板ばね72だけが撓むように、第2の板ばね72の初期形状が与えられている。
また、図14に示すように、第3の板ばね73は、上述したX方向部分73a及びY方向部分73bと、これらを連結するL字連結部73cとを有して略L字状に形成されている。X方向部分73aの先端部731がレンズ枠23に固定され、Y方向部分73bの先端部732が筺体10に固定される。X方向端部73aの先端部731と、Y方向端部73bの先端部732とが、Z方向に互いにオフセットするように、Y方向部分73bは−Z側に傾斜を有してY方向に延在している。X方向部分73aは、Z方向に幅を有し、X方向に長さを有し、Y方向に厚さを有しており、これによりY方向に撓みやすく構成されている。Y方向部分73aは、Z方向に幅を有し、(−Z側に傾斜した)Y方向に長さを有し、X方向に厚さを有しており、これによりX方向に撓みやすく構成されている。
このように構成されたフレネルレンズ支持機構においては、第1の板ばね71、第2の板ばね72及び第3の板ばね73により支持されたフレネルレンズ21が中立状態にあるときには、第1の板ばね71及び第3の板ばね73は変形せず、第2の板ばね72のみがフレネルレンズ21の自重を支えることで変形している。
次に、本実施の形態におけるフレネルレンズ支持機構の動作について説明する。
フレネルレンズ21は、上述した第1の板ばね71、第2の板ばね72及び第3の板ばね73によって保持されている。そのため、図15及び図16に示すように、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73の各Y方向部分71b,72b,73bが撓むことにより、フレネルレンズ21のX方向の移動が許容される。また、図17及び図18に示すように、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73の各X方向部分71a,72a,73aが撓むことにより、フレネルレンズ21のY方向の移動が許容される。上述した左右のボイスコイルモータ80を駆動制御することにより、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73を図15〜図18に示したように撓ませ、フレネルレンズ21をXY面内において円運動させることができる。
フレネルレンズ21は、上述した第1の板ばね71、第2の板ばね72及び第3の板ばね73によって保持されている。そのため、図15及び図16に示すように、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73の各Y方向部分71b,72b,73bが撓むことにより、フレネルレンズ21のX方向の移動が許容される。また、図17及び図18に示すように、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73の各X方向部分71a,72a,73aが撓むことにより、フレネルレンズ21のY方向の移動が許容される。上述した左右のボイスコイルモータ80を駆動制御することにより、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73を図15〜図18に示したように撓ませ、フレネルレンズ21をXY面内において円運動させることができる。
図19は、本実施の形態における第3の板ばね73、すなわちスクリーン中心線Aを挟んで左右対称に設けられた2つの第3の板ばね73の作用を示す斜視図である。図20は、2つの第3の板ばねが、スクリーン中心線Aを挟んで非対称に設けられた場合の作用を示す斜視図である。
図19及び図20のいずれの場合も、第3の板ばね73のX方向部分73aの先端部731(レンズ枠23に固定される部分)と、Y方向部分73bの先端部732(筺体10に固定される部分)とは、Z方向にオフセットした位置関係にある。そのため、フレネルレンズ21が+X方向に移動する場合、Y3軸(先端部732を通るY方向の軸)を中心とした矢印M方向のモーメントが作用する。
このとき、図20に示した構成では、2つの第3の板ばね73が、レンズ中心線Aに対して非対称に配置されているため、フレネルレンズ21が+X方向に移動する際、それぞれの第3の板ばね73がY3軸を中心として同じ方向のモーメントMを発生し、これによりフレネルレンズ21の反りが増大される可能性がある。これに対し、図19に示した構成では、2つの第3の板ばね73が、レンズ中心線Aに対して対称に配置されているため、フレネルレンズ21が+X方向に移動する際、それぞれの第3の板ばね73がY3軸を中心として互いに逆方向のモーメントMを発生する。そのため、Y3軸を中心とするモーメントが相殺され、フレネルレンズ21の反りが抑制される。
本実施の形態によれば、フレネルレンズ21の自重を板ばね(第2の板ばね72)によって支持することにより、トルクの小さい(すなわち小型の)モータで、フレネルレンズ21の円運動を実現することができる。これにより、実施の形態1と同様、シンチレーションを抑制しつつ、投写型画像表示装置の小型化、軽量化(減量化)を実現することができる。
また、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73は、Y方向に弾性変形する部分(X方向部分71a,72a,73a)と、X方向に弾性変形する部分(Y方向部分71b,72b,73b)とを有しているが、Z方向に弾性変形する部分は有していない。すなわち、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73は、X方向及びY方向に移動しやすい一方、Z方向の移動に対して剛性は高い。そのため、フレネルレンズ21のXY面外への移動(傾き)を抑制することができる。すなわち、画像にひずみを発生させることなく、シンチレーションの抑制を実現することができる。
また、第1、第2、第3の板ばね71,72,73は、上述したようにZ方向の剛性が高いため、(例えばフレネルレンズ21の剛性が低い等の理由により)フレネルレンズ21に初期的に反りが生じている場合にも、これらの板ばね71,72,73のZ方向における剛性により、反りを矯正することができる。従って、例えば大型のプラスチック製スクリーンを使用した場合であっても、フレネルレンズ21の反りを矯正することで画像のひずみを抑制することができる。
また、温度や湿度に起因して、フレネルレンズ21に経時的に反りが生じた場合でも、第1、第2、第3の板ばね71,72,73のZ方向の高い剛性により反りを矯正し、画像のひずみを抑制することができる。
また、第2の板ばね72によってフレネルレンズ21の自重を支持する構成のため、フレネルレンズ21が回転運動していないときには、第1及び第3の板ばね71,73は無負荷の状態となる。そのため、第1及び第3の板ばね71,73は、フレネルレンズ21の回転運動時のX方向、Y方向の変形に対応できるように設計すればよい。従って、設計制約の厳しい第2の板ばね72を、テレビとしてスペースに自由度のあるフレネルレンズ21の下辺部21Bに配置することができ、第1及び第3の板ばね71,73の設計における制約を緩和することができる(すなわち、ばねを細く、小さく設計できる)。これにより、筺体10を薄型化し、デザイン性を向上することもできる。
また、例えばテレビジョン画面を上向き又は下向きにして視聴する場合など、筺体を傾けて設置する場合には、従来の画像表示装置では、筐体の傾きによってフレネルレンズに反りが生じる可能性があるが、本実施の形態では、図8に示したように、フレネルレンズ21の長手方向(X方向)の中央近傍に第2、第3の板ばね72,73を配置しているため、フレネルレンズ21の反りを抑制することができる。
また、第1、第2及び第3の板ばね71,72,73は、レンチキュラーレンズスクリーン22の投影面内に位置しているため、観察者の接触等の外部要因によってスクリーン21の移動が妨げられることがない。
なお、上述した実施の形態1と同様、ここではフレネルレンズ21をXY面内において移動させる構成について説明したが、フレネルレンズ21の代わりに、レンチキュラーレンズスクリーン22をXY面内において移動させてもよく、同様のシンチレーション低減効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、ボイスコイルモータ80を用いてフレネルレンズ21の円運動を行うと説明したが、実施の形態1で説明したカム41及びモータ40を用いてもよい。
本発明は、家庭又は業務用の投写型画像表示装置に適用することができる。なお、画面が大型化するほどシンチレーションが目立ちやすくなることから、大画面の投写型画像表示装置に本発明を適用すると、より顕著な効果が得られる。
10 筐体、 2 スクリーン、 21 フレネルレンズ、 22 レンチキュラーレンズスクリーン、 23 レンズ枠、 230 フランジ部、 30 伝達部材、 32 台座、 40 モータ、 41 カム、 50 弾性支持ユニット、 51 ワイヤ、 52 ブロック部材、 61 コイルばね、 71 第1の板ばね、 72 第2の板ばね、 73 第3の板ばね、 71a,72a,73a X方向部分、 71b,72b,73b Y方向部分、 100 光学エンジン、 102 DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)、 103 投写光学系。
Claims (5)
- 画像信号に応じて光を出射する光学エンジンと、
前記光学エンジンから出射された前記光が入射し、平行光として出射するフレネルレンズと、
前記フレネルレンズから出射された前記平行光を拡散させ、拡散光として出射する拡散部材と、
前記フレネルレンズ又は前記拡散部材を、前記フレネルレンズ又は前記拡散部材の出射面と平行な面内で移動させる駆動部と、
前記フレネルレンズ、前記拡散部材及び前記駆動部を支持する筐体と、
前記筺体に対し、前記フレネルレンズ又は前記拡散部材の自重を支持する弾性支持体と、
前記フレネルレンズ又は前記拡散部材が、前記出射面と平行な面の面外に移動することを抑制する抑制手段と
を備え、
前記抑制手段が、前記フレネルレンズ又は前記拡散部材の前記出射面に平行な面内の移動に対してよりも、前記出射面に垂直な方向の移動に対して剛性が高く構成された弾性部材で構成されていることを特徴とする投写型画像表示装置。 - 前記抑制手段が、前記フレネルレンズ又は前記拡散部材の出射面に平行な面内において弾性変形可能な少なくとも2つの部分を備えた板ばね部材を含むことを特徴とする請求項1に記載の投写型画像表示装置。
- 前記板ばね部材が、矩形状の前記フレネルレンズ又は前記拡散部材の四隅に配設されていることを特徴とする請求項2に記載の投写型画像表示装置。
- 複数の前記板ばね部材が、前記フレネルレンズ又は前記拡散部材の外周部分に、当該外周部分の中心に対して対称に配設されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の投写型画像表示装置。
- 前記板ばね部材が、前記フレネルレンズ又は前記拡散部材を保持するレンズ枠に固定されていることを特徴とする請求項2から4までのいずれか1項に記載の投写型画像表示装置。
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