JP2014174419A - 映像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、投影光学系とプリズムとの間の長さを比較的短く抑えつつ、高解像度の映像を投影できる映像投影装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本開示にかかる映像投影装置は、映像を表示する映像表示部と、映像表示部により表示された映像を所定の光路に沿って出力し、所定の投影面上に投影する投影光学系と、光路上の何れかの位置に設けられ、投影光学系の光路を変更させる光路変更部と、を備える。光路変更部は、光学素子と、光学素子を移動させる駆動部と、駆動部を制御する制御部と、を有する。駆動部は、光学素子を移動させる第１駆動素子および第２駆動素子を有する。光学素子は、第１駆動素子および第２駆動素子により、投影光学系の光軸に実質的に垂直な面上を移動可能に構成される。
を備える。
【選択図】図４

Description

本開示は、映像を投影する映像投影装置に関する。

特許文献１は、映像投影装置を開示する。この映像投影装置は、投影光学系と色合成プリズムとの間に、互いに略垂直な方向に偏芯可能な２つの偏芯レンズを備える。この映像投影装置は、この２つの偏芯レンズをそれぞれ光軸に対して垂直な方向に往復駆動する。

これにより、この映像投影装置は、ライトバルブが表示する映像の解像度よりも高い解像度の映像を、質の低下を伴うことなく提供できる。

特開２００５−８４５８１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている映像投影装置は、投影光学系と色合成プリズムとの間に、２つの偏芯レンズを備える。従って、投影光学系と色合成プリズムとの間の距離が長くなってしまう。その結果、ライトバルブと投影光学系との間の長さが長くなってしまう。そして、映像投影装置が大型化してしまう。

本開示は、投影光学系とプリズムとの間の長さを比較的短く抑えつつ、高解像度の映像を投影できる映像投影装置を提供する。

本開示にかかる映像投影装置は、映像を表示する映像表示部と、映像表示部により表示された映像を所定の光路に沿って出力し、所定の投影面上に投影する投影光学系と、光路上の何れかの位置に設けられ、投影光学系の光路を変更させる光路変更部と、を備える。光路変更部は、光学素子と、光学素子を移動させる駆動部と、駆動部を制御する制御部と、を有する。駆動部は、光学素子を移動させる第１駆動素子および第２駆動素子を有する。光学素子は、第１駆動素子および第２駆動素子により、投影光学系の光軸に実質的に垂直な面上を移動可能に構成される。

本開示によれば、投影光学系とプリズムとの間の長さを比較的短く抑えつつ、高解像度の映像を投影できる映像投影装置を提供できる。

実施の形態１にかかるプロジェクタの外観斜視図 実施の形態１にかかるプロジェクタの構成を示す模式図 実施の形態１にかかるプロジェクタにおける投影光学系とプリズムとの間に設けられた光学系の概要を説明するための模式図 実施の形態１にかかるプロジェクタにおける投影光学系とプリズムとの間に設けられた光学系の詳細を説明するための模式図 レンズを移動することで光の進行方向が変化する原理を説明するための模式図 実施の形態１にかかるプロジェクタのレンズユニット駆動説明図 実施の形態１にかかるプロジェクタが映像を出力する手順を説明するための模式図 実施の形態１にかかるプロジェクタが映像を出力する手順を説明するための模式図 実施の形態２にかかるプロジェクタにおける投影光学系とプリズムとの間に設けられた光学系の詳細を説明するための模式図 他の実施の形態にかかるプロジェクタにおける投影光学系とプリズムとの間に設けられた光学系の概要を説明するための模式図 他の実施の形態にかかるプロジェクタにおける投影光学系とプリズムとの間に設けられた光学系の概要を説明するための模式図

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。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
１．実施の形態１
１−１．概要
プロジェクタ１００の概要について図１を用いて説明する。図１は、プロジェクタ１００の外観斜視図である。プロジェクタ１００は、光源と、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤと称する）と、投影光学系とを備える。プロジェクタ１００は、光源装置で発光した光をＤＭＤで反射することで映像を生成する。プロジェクタ１００は、生成した映像を投影光学系を介してスクリーンに投影する。

プロジェクタ１００は、投影光学系の光軸に垂直な面内において少なくとも２つ以上の方向に移動可能なレンズを備える。プロジェクタ１００は、このレンズを移動させることでＤＭＤにより生成される映像を構成する画素のスクリーン１０５上での表示位置をずらす。これにより、プロジェクタ１００は高解像度の映像を投影できる。

また、プロジェクタ１００が有するレンズは、投影光学系の光軸に垂直な面内において少なくとも２つ以上の方向に移動可能である。従って、プロジェクタ１００は、互いに略垂直な方向に偏芯可能な２つの偏芯レンズを有する場合よりも、投影光学系とプリズムとの間の長さを短く抑えられる。以下、プロジェクタ１００の詳細について説明する。

１−２．構成
１−２−１．全体構成
プロジェクタ１００の全体構成について図２を用いて説明する。図２は、プロジェクタ１００の構成を示す模式図である。プロジェクタ１００は、発光管１１０を発光させる。発光管１１０で発光した光は、各種光学系を介し、プリズム２２１及びプリズム２３１で赤色の光、緑色の光、青色の光に分光される。分光された各光は、ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０及びＤＭＤ２６０に入射する。ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０及びＤＭＤ２６０で反射した光は、それぞれ合成されることで映像を生成する。生成された映像は、投影光学系３００を介し、スクリーンに投影される。以下、プロジェクタ１００の詳細構成について説明する。

光源１３０は、発光管１１０とリフレクタ１２０とを有する。発光管１１０は、互いに波長域が異なる赤色の光、緑色の光、及び青色の光を含む光束を射出する。発光管１１０は、例えば、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプで構成される。リフレクタ１２０は、発光管１１０から射出された光束を反射させ、射出方向を揃える。

コンデンサレンズ１６０は、光源１３０から射出された光束をロッド１７０に集光するレンズである。

ロッド１７０は、内部で光を全反射させる光学部品である。コンデンサレンズ１６０を介して入射した光束は、ロッド１７０内で複数回反射する。これにより、ロッド１７０を介した光束の光強度分布は実質的に均一になる。

リレーレンズ１８０は、ロッド１７０を介した光束の断面の大きさをＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０及びＤＭＤ２６０の大きさに合わせるレンズである。反射ミラー１９０は、リレーレンズ１８０を介した光束を反射する。反射した光束は、フィールドレンズ２００に入射する。フィールドレンズ２００は、入射した光の進行方向を略平行にするレンズである。フィールドレンズ２００を介した光束は、全反射プリズムに入射する。

全反射プリズムは、プリズム２７０とプリズム２８０とで構成される。プリズム２７０とプリズム２８０との近接面には空気層２１０が存在する。空気層２１０は薄い空気層である。空気層２１０は、臨界角以上の角度で入射する光束を全反射する。全反射した光束は、カラープリズムに入射する。

カラープリズムは、プリズム２２１、プリズム２３１、及びプリズム２９０で構成される。プリズム２２１とプリズム２３１との近接面には青色の光を反射するダイクロイックミラー２２０が設けられている。また、プリズム２３１とプリズム２９０との近接面には赤色の光を反射するダイクロイックミラー２３０が設けられている。

ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０及びＤＭＤ２６０は、１９２０×１０８０個のマイクロミラーを有する。ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０及びＤＭＤ２６０は、映像信号に応じて、各マイクロミラーを偏向させる。これにより、ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０、及びＤＭＤ２６０は、投影光学系３００に入射させる光と、投影光学系３００の有効範囲外へ反射する光とに分ける。なお、ＤＭＤ２４０には、緑色の光が入射する。ＤＭＤ２５０には、赤色の光が入射する。ＤＭＤ２６０には、青色の光が入射する。ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０、及びＤＭＤ２６０で反射された光束のうち投影光学系３００に入射する光束は、カラープリズムにて合成される。合成された光束は、全反射プリズムに入射する。全反射プリズムに入射した光束は、空気層２１０に臨界角以下で入射する。従って、この光束は空気層２１０を透過して投影光学系３００に入射する。

投影光学系３００は、入射した光束を拡大するための光学系である。投影光学系３００は、フォーカス調整機能やズーム機能を有するレンズである。

次に、全反射プリズムと投影光学系３００との間の構成について詳細に説明する。

１−２−２．プリズムと投影光学系との間の構成
全反射プリズム及びカラープリズムからなるプリズムと、投影光学系３００との間の構成について図３を用いて説明する。図３は、投影光学系とプリズムとの間に設けられた光学系の概要を説明するための模式図である。

投影光学系３００とプリズム２８０との間には、レンズ３１０とレンズ３２０とが設けられている。レンズ３１０は、プリズム側に配置されている。また、レンズ３２０は、投影光学系３００側に配置されている。

レンズ３１０は、プリズム２８０側が平坦でレンズ３２０側が凹レンズの平凹レンズである。レンズ３１０の平らな面は、プリズム２８０に接している。レンズ３２０は、レンズ３１０側が凸レンズで投影光学系３００側が平坦な平凸レンズである。レンズ３２０は、レンズ３１０と投影光学系３００との間に設けられている。レンズ３２０とレンズ３１０との間には、所定の間隔があけられている。また、レンズ３２０と投影光学系３００との間には、所定の間隔があけられている。なお、図３においては、レンズ３２０のみがレンズ３１０と投影光学系３００との間に設けられているように示されているが、実際にはレンズ３２０には後述する圧電素子台Ａ３５７および圧電素子台Ｂ３５８等が設けられている。つまり、レンズ３１０と投影光学系３００との間には、レンズ３２０を含むレンズユニット３２４が設けられている。

１−２−３．移動可能な凸レンズの構成
投影光学系３００の光軸に垂直な面内で移動可能なレンズ３２０を含むレンズユニット３２４の構成について図４を用いて説明する。図４は、投影光学系３００とプリズム２８０との間に設けられたレンズユニット３２４の詳細を説明するための模式図である。図４は、画素ずらし素子３６０をプリズム２８０側から見た状態を示している。図４（Ａ）は、レンズユニット３２４の全体模式図を示している。図４（Ｂ）は、レンズユニット３２４の部分模式図を示している。

図４（Ａ）に示すように、画素ずらし素子３６０は、レンズユニット３２４と、保持枠３４０と、コントロールユニット３５４とを有している。

レンズユニット３２４は、レンズ３２０と、レンズ保持枠３２５とを有している。レンズ保持枠３２５は、平板状であって、硬質の樹脂等により構成されている。レンズ保持枠３２５の内部には、孔が設けられている。レンズ保持枠３２５の孔には、レンズ３２０が嵌め込まれている。レンズ保持枠３２５の孔の直径は、レンズ３２０が隙間なく挿入可能な直径である。レンズ保持枠３２５は、レンズ３２０を保持している。

レンズユニット３２４の外周には、弾性ヒンジ３５９と、バネ３６１とが接着されて設けられている。

保持枠３４０は、枠体であって、アルミ等により構成されている。保持枠３４０の内部には、レンズユニット３２４が配置されている。保持枠３４０の内周には、圧電素子台Ａ３５７と、圧電素子台Ｂ３５８とが設けられている。

圧電素子Ａ３３０、圧電素子Ｂ３３１は、電圧を印加することで長さが変動する素子である。圧電素子Ａ３３０、圧電素子Ｂ３３１は、レンズ保持枠３２５に対して接するように設けられている。圧電素子Ａ３３０は、圧電素子台Ａ３５７に固定されている。圧電素子Ａ３３０は、圧電素子台Ａ３５７によって、保持枠３４０に固定されている。圧電素子Ｂ３３１は、圧電素子台Ｂ３５８と固定されている。圧電素子Ｂ３３１は、圧電素子台Ｂ３５８によって、保持枠３４０に固定されている。圧電素子Ａ３３０に電圧を印加させると、圧電素子Ａ３３０は、図４に示す第１軸上において、長さが伸縮するように動作する。圧電素子Ｂ３３１に電圧を印加させると、圧電素子Ｂ３３１は、図４に示す第２軸上において、長さが伸縮するように動作する。第１軸と第２軸とは、実質的に平行になるように設けられている。

コントロールユニット３５４は、電源回路Ａ３５５と、電源回路Ｂ３５６とを有している。コントロールユニット３５４は、圧電素子Ａ３３０および圧電素子Ｂ３３１に接続されている。コントロールユニット３５４は、圧電素子Ａ３３０、及び圧電素子Ｂ３３１に対して個別に電圧を加えることができる。電源回路Ａ３５５から電圧を加えられると、圧電素子Ａ３３０は伸長する。電源回路Ａ３５５および電源回路Ｂ３５６は、外部から信号を受信して、圧電素子Ａ３３０および圧電素子Ｂ３３１に電圧を印加する。電源回路Ａ３５５は、圧電素子Ａ３３０に接続されている。電源回路Ｂ３５６は、圧電素子Ｂ３３１に接続されている。電源回路Ａ３５５と、電源回路Ｂ３５６とは、各々独立しており、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１とは、独立した動作を行うことが可能である。

弾性ヒンジ３５９は、ゴムなどの弾性体で構成されている。弾性ヒンジ３５９は、レンズ保持枠３２５および保持枠３４０に固定されている。これにより、レンズ保持枠３２５は、弾性ヒンジ３５９により、保持枠３４０と固定される。弾性ヒンジ３５９は、保持枠３４０上で、レンズユニット３２４を保持する機能を有する。また、弾性ヒンジ３５９は、軸受けの要素を兼ねている。このようにして、レンズユニット３２４は、保持枠３４０に対して、移動可能に保持されている。

このような構成により、レンズ３２０は、投影光学系３００の光軸に垂直な面上を移動可能に設けられている。

バネ３６１は、両端がそれぞれ保持枠３４０、及びレンズ保持枠３２５に固定されている。バネ３６１は、レンズ保持枠３２５と、保持枠３４０とが、互いに引き合うように力を加えている。圧電素子Ａ３３０が伸長し、レンズ保持枠３２５を押すことで、レンズ保持枠３２５は、保持枠３４０に対して圧電素子Ａ３３０の伸縮方向に移動する。圧電素子Ｂ３３１が伸長し、レンズ保持枠３２５を押すことで、レンズ保持枠３２５は、保持枠３４０に対して圧電素子Ａ３３０の伸縮方向に移動する。

ここで、圧電素子Ａ３３０および圧電素子Ｂ３３１の動作と、レンズ保持枠３２５との動作について説明する。圧電素子Ａ３３０に電圧がかかっていない初期状態から、電圧が印加されて圧電素子Ａ３３０が伸張した状態に遷移すると、レンズ保持枠３２５が保持枠３４０に対して圧電素子Ａ３３０が伸びる方向に移動する。

電圧が印加されて圧電素子Ａ３３０が伸張した状態から、圧電素子Ａ３３０に電圧がかかっていない初期状態に遷移すると、バネ３６１の力により、レンズ保持枠３２５は、保持枠３４０に対して圧電素子Ａ３３０の縮む方向に移動する。

また、圧電素子Ｂ３３１に電圧がかかっていない初期状態から、電圧が印加されて圧電素子Ｂ３３１が伸張した状態に遷移すると、レンズ保持枠３２５は、保持枠３４０に対して圧電素子Ａ３３０が伸びる方向に移動する。

電圧が印加されて圧電素子Ｂ３３１が伸張した状態から、圧電素子Ｂ３３１に電圧がかかっていない初期状態に遷移すると、バネ３６１の力により、レンズ保持枠３２５は、保持枠３４０に対して圧電素子Ｂ３３１の縮む方向に移動する。電源回路Ａ３５５から圧電素子Ａ３３０へ、電源回路Ｂ３５６から圧電素子Ｂ３３１へ、各々異なった制御信号を送信することにより、投影光学系３００の光軸に垂直な面内において多様な方向に移動できる。

画素ずらし素子３６０の移動について、図４（Ｂ）を用いて説明する。

図４（Ｂ）に示すｄは、圧電素子Ａ３３０に対して、圧電素子Ｂ３３１が伸張した長さを示している。

図４（Ｂ）に示すＤは、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１との間の長さを示している。

図４（Ｂ）に示すｓは、中心位置の水平方向の移動量を示す。図４にて説明する水平方向とは、図４に示す左右方向を示す。図４にて説明する垂直方向とは、図４に示す上下方向を示す。具体的には、図４（Ａ）の中心位置ａは、圧電素子Ｂ３３１が伸張することにより、図４（Ｂ）の中心位置ｂへ移動する。ｓは、中心位置がａからｂへ移動した際の、水平方向の移動量を示す。

図４（Ｂ）に示すＬは、中心位置ｂのレンズ保持枠３２５の端面までの垂直距離を示している。

このように構成された画素ずらし素子３６０において、図４（Ｂ）中に示す、θ１と、θ２とが同じであるため、ｓ：Ｌ＝ｄ：Ｄの関係が成立する。これにより、ｓは、以下の式により求めることができる。

ｓ＝Ｌ×ｄ／Ｄ
ここで、図５を用いてレンズを透過した光について説明する。図５は、レンズを移動することで光の進行方向が変化する原理を説明するために光軸上での断面を示した模式図である。図５（Ａ）は、レンズ同士の光軸がずれていない場合を示す模式図である。図５（Ｂ）は、レンズ同士の光軸がずれた場合を示す模式図である。

まず、プリズム２８０を出射した光は、レンズ３１０とレンズ３２０とを透過する。レンズ３１０とレンズ３２０とを透過した光は、投影光学系３００に入射する。図５（Ａ）のように、レンズ３１０とレンズ３２０とは、互いにレンズ効果を打ち消しあう特性を持つ。レンズ３２０が移動していない状態では、レンズ３１０の光軸３１１とレンズ３２０の光軸３２１は一致している。この場合には、レンズ３１０とレンズ３２０とが合わさって１枚のガラス板と同様に作用する。つまり、プリズム２８０を出射した光は、ガラス板を透過して投影光学系３００に入射するのとほぼ同一な状態である。次に、レンズ３２０が移動すると、図５（Ｂ）のように、レンズ３１０の光軸３１１とレンズ３２０の光軸３２１との間にずれ３２２が生じる。その結果、光の進行方向が変化する。以上の作用により、投影光学系３００を介して表示される、投影面上の映像を構成する画素の位置が移動する。

このように構成された画素ずらし素子３６０について、電圧を印加した場合の駆動について図６を用いて説明する。

図６は、実施の形態１にかかるプロジェクタのレンズユニット駆動説明図である。

図６（Ａ）は、圧電素子Ａ３３０、圧電素子Ｂ３３１の２つの圧電素子に電圧が印加されていない初期状態である。圧電素子Ａ３３０、圧電素子Ｂ３３１の長さは、？である。レンズ保持枠３２５の中心位置はａである。

次に、圧電素子Ｂ３３１にのみ電圧を印加する。図６（Ｂ）は、圧電素子Ａ３３０に電圧が印加されておらず、圧電素子Ｂ３３１に電圧が印加されている状態である。圧電素子Ａ３３０の長さは、？で、圧電素子Ｂ３３１の長さは、伸張した状態である長さ？'に遷移する。レンズ保持枠３２５の中心位置はｂである。この状態において、図６（Ａ）に対して図６（Ｂ）では、図正面から見て左側へ傾きが生じている。

次に、圧電素子Ａ３３０にも電圧を印加する。図６（Ｃ）は、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１に電圧が印加されている状態である。圧電素子Ａ３３０および圧電素子Ｂ３３１の長さは、伸張した状態である長さ？'に遷移する。レンズ保持枠３２５の中心位置はｃである。このように、圧電素子Ａ３３０に電圧を印加すると、レンズ保持枠３２５の中心軸が、図面正面から見て右側へ傾く。

次に、圧電素子Ｂ３３１に更に電圧を印加する。図６（Ｄ）は、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１に電圧が印加されている状態である。圧電素子Ｂ３３１には、圧電素子Ａ３３０より大きい電圧が印加されている。圧電素子Ａ３３０の長さは、長さ？'であり、圧電素子Ｂ３３１の長さは、長さ？''である。レンズ保持枠３２５の中心位置はｄである。このように、圧電素子Ｂ３３１に更に電圧を印加すると、レンズ保持枠３２５の中心軸が、図面正面から見て左側へ傾く。

前記の如く、圧電素子Ａ３３０と圧電素子Ｂ３３１に電圧を印加する場合と、印加しない場合とを組み合わせることにより、レンズ３１０の中心位置を移動させることが可能である。レンズ３１０の中心位置は、画素ずらしに必要な値だけ移動させる。

レンズ３１０の中心位置を移動させることにより、画素ずらしを行うことができる。画素ずらしについては、１−３にて説明する。

１−３．映像の出力動作
プロジェクタ１００の映像の出力動作について図７、図８を用いて説明する。図７は、入力する映像の例を示す模式図である。図８は、プロジェクタ１００が映像を出力する手順を説明するための模式図である。

１−３−１．入力する映像の一例
プロジェクタ１００に入力する映像の一例について図７を用いて説明する。なお、プロジェクタ１００は、外部に接続される不図示のパソコン等から映像の入力を受け付ける。例えば、図６に示す映像は、水平方向３８４０画素×垂直方向２１６０画素で構成される。図６に示す映像は、所謂４Ｋ２Ｋの解像度を有する映像である。なお、プロジェクタ１００は、４Ｋ２Ｋの映像の入力を受け付けても、水平方向１９２０画素×垂直方向１０８０画素の映像しか同時に出力できない。つまり、入力する映像の水平画素数及び垂直画素数は、出力する映像の水平画素数及び垂直画素数に対して何れも２倍となる。合計画素としては４倍となる。そこで、プロジェクタ１００は、３８４０×２１６０個の画素を４つのサブフレームにわけている。そして、プロジェクタ１００は、４つのサブフレームを順次切り換えて出力することで、４Ｋ２Ｋの解像感をユーザに与える。

４Ｋ２Ｋの各画素が何れのサブフレームに属するかについて説明する。水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが０であり、かつ、垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが０である場合には、その画素は、第１サブフレームに属する。

水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが１であり、かつ、垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが０である場合には、その画素は、第２サブフレームに属する。

水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが１であり、かつ、垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが１である場合には、その画素は、第３サブフレームに属する。

水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが０であり、かつ、垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが１である場合には、その画素は、第４サブフレームに属する。

次に、図７において各画素に割り振られている番号の意味を説明する。各画素に割り振られている３桁の数値のうち左から一桁目の数値は、上述した４つのサブフレームのうち各画素が何れのサブフレームに割り当てられているかを示す数値である。つまり、左から１桁目の数値としては、１〜４の何れかが割り当てられる。

３桁の数値のうち左から二桁目の数値は、その画素が水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した結果の商である。また、３桁の数値のうち左から３桁目の数値は、その画素が垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した結果の商である。

例えば、水平方向３番目の画素であり、垂直方向３番目の画素の場合を考える。水平方向３番目の画素であり、垂直方向３番目の画素とは、つまり、水平方向に０から数え２番目であり、垂直方向に０から数え２番目の画素である。この画素は、水平方向の画素番号２を２で除した余りが０であり、かつ、垂直方向の画素番号２を２で除した余りが０である。つまり、この画素は、第１サブフレームに属することとなる。従って、この画素に割り当てられる数値のうち左から一桁目の数値は１となる。そして、水平方向の画素番号２を２で除した商が１である。従って、この画素に割り当てられる数値のうち左から２桁目の数値は１となる。また、垂直方向の画素番号２を２で除した商が１である。従って、この画素に割り当てられる数値のうち左から３桁目の数値は１となる。つまり、この画素に割り当てられる３桁の数値は、１１１となる。

１−３−２．映像の出力手順
プロジェクタ１００における映像の出力手順について図８を用いて説明する。図７は、プロジェクタ１００における映像を出力する手順を説明するための模式図である。上述した通り、第１サブフレーム〜第４サブフレームは、順次切り換えて出力される。第１サブフレームは、ｔ＝ｔ０〜ｔ１のサブフレーム期間に出力される。第２サブフレームは、ｔ＝ｔ１〜ｔ２のサブフレーム期間に出力される。第３サブフレームは、ｔ＝ｔ２〜ｔ３のサブフレーム期間に出力される。第４サブフレームは、ｔ＝ｔ３〜ｔ４のサブフレーム期間に出力される。

図７のように、プロジェクタ１００は、第１サブフレーム期間に、第１サブフレームの画素群で構成されたサブフレーム画像を出力する。この時、プロジェクタ１００は、圧電素子３５０に電圧を印加していない。その結果、レンズ３２０は、Ｘ軸の初期状態の位置にある。また、圧電素子Ａ３３０には電圧が印加されていない。その結果、レンズ３２０は、Ｙ軸の初期状態の位置にある。

次に、プロジェクタ１００は、第２サブフレーム期間に、第２サブフレームの画素群で構成されたサブフレーム画像を出力する。この時、プロジェクタ１００は、圧電素子３５０に所定の電圧を印加する。その結果、レンズ３２０はＸ軸マイナス方向に移動する。また、プロジェクタ１００は、圧電素子Ａ３３０には継続して電圧を印加しない。レンズ３２０は、継続してＹ軸の初期状態の位置にある。そして、画面上の画素は投影光学系により左右、上下が反転し、１／２画素Ｘ軸プラス方向にシフトする。

続いて、プロジェクタ１００は、第３サブフレーム期間に、第３サブフレームの画素群で構成されたサブフレーム画像を出力する。この時、プロジェクタ１００は、圧電素子３５０に印加する電圧を変化させない。その結果、レンズ３２０は、Ｘ軸マイナス方向に移動した状態が保たれる。また、プロジェクタ１００は、圧電素子３５０に所定の電圧を印加する。その結果、レンズ３２０はＹ軸プラス方向に移動する。そして、画面上の画素は投影光学系により左右、上下が反転し、１／２画素Ｙ軸マイナス方向にシフトする。

さらに、プロジェクタ１００は、第４サブフレーム期間に、第４のサブフレームの画素群で構成されたサブフレーム画像を出力する。この時、プロジェクタ１００は、圧電素子３５０に印加する電圧を下げる。その結果、レンズ３２０は、Ｘ軸プラス方向に移動する。また、プロジェクタ１００は、圧電素子Ａ３３０に印加する電圧を変化させない。その結果、レンズ３２０は、Ｙ軸プラス方向に移動した状態が保たれる。そして、画面上の画素は投影光学系により左右、上下が反転し、１／２画素Ｘ軸マイナス方向にシフトする。以後、同様に第１サブフレームから第４サブフレームの出力を切り換える制御が繰り返される。

以上のように、プロジェクタ１００は、第１サブフレーム期間から第４サブフレーム期間において、互いに画素の中心位置が重ならないように画素位置を移動させる。その結果、実質の画素数が水平３８４０画素、垂直２１６０画素になる。さらにプロジェクタ１００は、それぞれのサブフレームに適切な画像を表示することで、高解像度な画像を表示できる。

１−４．凹レンズを固定し、凸レンズのみを動作させる理由
プロジェクタのような映像投影装置には、投影光学系を交換可能な交換レンズ式のプロジェクタも存在する。このような交換レンズ式のプロジェクタは、様々な交換レンズに対応する必要がある。逆に、交換レンズは、さまざまなプロジェクタに対応する必要がある。そのため、交換レンズ式のプロジェクタは、投影光学系とプリズムとの間の距離を予め決めている。各メーカは、プロジェクタをなるべく小型にするために、投影光学系とプリズムとの間の距離をかなり短く設定している。従って、このような交換レンズ式のプロジェクタにおいて、投影光学系とプリズムとの間に２つの偏芯レンズを備えることは困難である。

一方、プロジェクタ１００のように、複数のレンズのうち、移動させるレンズを１つとすることで、レンズを移動させるために必要な空間を最小限にできる。つまり、レンズ３２０だけが移動するので、レンズ３２０の前後にのみ空間を設ければよい。従って、レンズ３１０とプリズム２８０との間隔を最小にすることができる。例えば、本実施の形態のように、レンズ３１０をプリズム２８０に接して配置することができる。

また、レンズ３１０の厚みが、単体では自重で反りを生じるような薄さであっても、プリズム２８０に接することで、形状を平坦に保つことができる。

１−５．用語の対応
ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０、ＤＭＤ２６０等からなる構成は、映像表示部の一例である。投影光学系３００は、投影光学系の一例である。画素ずらし素子３６０は、光路変更部の一例である。レンズ３２０は、光学素子の一例である。圧電素子Ａ３３０、圧電素子Ｂ３３１、圧電素子Ｂ３３１、及びバネ３６１を有する構成は、駆動部の一例である。コントロールユニット３５４は、制御部の一例である。圧電素子Ａ３３０は、第１駆動素子の一例である。圧電素子Ｂ３３１は、第２駆動素子の一例である。ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０、及びＤＭＤ２６０は、映像表示デバイスの一例である。プリズム２７０及びプリズム２８０からなる構成は、映像合成部の一例である。

１−６．まとめ
本実施の形態にかかるプロジェクタ１００は、ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０、及びＤＭＤ２６０等からなる構成と、投影光学系３００と、レンズ３２０と、圧電素子Ａ３３０、圧電素子３５０、バネ３６１、及びコントロールユニット３５４からなる構成と、を備える。ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０、及びＤＭＤ２６０等からなる構成は、映像を表示する。投影光学系３００は、表示された映像を所定の光路に沿って出力し、所定の投影面上に投影する。レンズ３２０は、所定の光路上の何れかの位置に設けられ、投影光学系３００の光軸に実質的に垂直な面上内を移動可能に構成されている。圧電素子Ａ３３０、圧電素子３５０、バネ３６１、及びＤＭＤ２６０からなる構成は、レンズ３２０を移動させる駆動部であって、レンズ３２０を移動させることでＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０、及びＤＭＤ２６０等からなる構成により表示される映像を構成する全部若しくは一部の画素の投影面上での表示位置をずらす。

１−３．効果
本実施の形態の画素ずらし素子３６０の圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１とは、レンズ保持枠３２５の同一端面に、設けられている。圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１とは、実質的に同一平面上に配置されている。

これにより、画素ずらし素子３６０の光軸に対して垂直面における部品配置面積を、小さくすることができる。さらに、画素ずらし素子３６０の光軸に対して平行面における部品配置面積も、小さくすることができる。画素ずらし素子３６０の光軸に対して平行面における部品配置面積は、従来方式の１／２程度薄くすることが可能となるため、小型、かつ、軽量化を図ることができる。

また、圧電素子Ａ３３０が伸張する第１軸と圧電素子Ｂ３３１が伸張する第２軸とは、実質的に平行になるように設けられている。これにより、圧電素子Ａ３３０が伸張する第１軸と圧電素子Ｂ３３１が伸張する第２軸とが、垂直の場合と比べ、レンズ保持枠３６４が動作する際に生じる平面方向の煽りを防止することができる。このため画素ずらし素子３６０は、安定して動作する。

上述の構成により、プロジェクタ１００は、投影光学系３００とプリズム２８０との間の長さを比較的短く抑えつつ、高解像度の映像を投影できる。

２．実施の形態２
２−１．概要
以下、図９を用いて、実施の形態２を説明する。

実施例の形態１では、レンズ保持枠３２５が弾性ヒンジ３５９によって保持枠３４０と接合され、保持されている場合について説明した。実施の形態３では、保持枠３４０の中で、レンズ保持枠３２５がフリーの方向で移動可能な保持方法について説明する。

図９は、実施の形態２にかかるプロジェクタにおける投影光学系とプリズムとの間に設けられた光学系の詳細を説明するための模式図である。図９（Ａ）は、レンズユニットの全体模式図を示している。図９（Ｂ）は、レンズユニットの部分模式図を示している。

図９（Ａ）に示すように、画素ずらし素子３９０は、保持枠３４０と、レンズユニット３７４と、連結部材３６５と、コントロールユニット３５４とを有している。

レンズユニット３７４の外周には、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１と、バネ３６１と、球型軸受け３６３とが接着されて設けられている。

連結部材３６５は、平板状であり、保持枠３４０に固定されている。連結部材３６５の上面には、軸受け部３７０が設けられている。

連結部材３６５と、レンズ保持枠３６４とは、軸受け部３７０を介して移動可能に設けられている。

図９（Ｂ）に示すように、軸受け部３７０は、球型コロ３６２と、球型軸受け３６３と、連結球型軸受け３６６とを有している。

球型軸受け３６３は、レンズ保持枠３６４の面上に設けられる。連結部材３６５は、保持枠３４０に接着されて固定されている。球型軸受け３６６は、連結部材３６５の面上に設けられる。球型軸受け３６６は、球型軸受け３６３に対応する位置に設けられている。球型コロ３６２は、球型軸受け３６６と、球型軸受け３６３との間により構成される丸型の溝に挟みこまれている。球型コロ３６２は、球型軸受け３６３と球型軸受け３６６で形成された丸型の溝の範囲の中を移動可能である。

球型軸受け３６３および球型軸受け３６６の直径は、球型コロ３６２が接する部分の直径より大きくする。仮に、レンズ保持枠３６４を±０．１ｍｍ動作させたい時は、接する部分の直径より半径で０．１ｍｍ大きくすると移動範囲を±０．１ｍｍに制御することが可能である。

また、図９（Ａ）に示すように、レンズ保持枠３６４は、軸受け部３７０を４つ有している。これにより、レンズユニット３７４は、自在に移動することができる。

２−２．効果
上述の構成により、プロジェクタ１００は、投影光学系３００とプリズム２８０との間の長さを比較的短く抑えつつ、高解像度の映像を投影できる。

また、圧電素子Ａ３３０が伸張する第１軸と圧電素子Ｂ３３１が伸張する第２軸とは、実質的に平行になるように設けられている。これにより、圧電素子Ａ３３０が伸張する第１軸と圧電素子Ｂ３３１が伸張する第２軸とが、垂直の場合と比べ、レンズ保持枠３６４が動作する際に生じる平面方向の煽りを防止することができる。このため画素ずらし素子３６０は、安定して動作する。
３．他の実施形態
以上のように、本開示における実装の例示として、実施の形態１および実施の形態２を説明した。しかしながら、本開示は、これに限定されず、適宜、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可能である。

そこで、以下、他の実施の形態をまとめて説明する。

実施の形態１においては、投影光学系３００と、プリズム２８０との間に、レンズ３２０が設けられる構成とした。しかしながら、必ずしもこのような例に限定されない。例えば、レンズ３２０は投影光学系３００の内部に設けられていてもよい。要するに、レンズ３２０は、ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０、及びＤＭＤ２６０を出射した光の光路上であれば何れの位置であってもよい。

実施の形態１においては、光源として発光管１１０とリフレクタ１２０とからなる構成を用いた。しかしながら、必ずしもこのような例には限定されない。例えば、光源としてＬＥＤやレーザを用いてもよい。要するに、光を発すればよい。

実施の形態１において説明を行ったレンズ３１０は、プリズム２８０側が平坦でレンズ３２０側が凹レンズの平凹レンズである。レンズ３１０の平らな面は、プリズム２８０に接している例について説明を行った。しかしながら、この構成に限定されず、レンズ３１０の平らな面は、プリズム２８０と所定の間隔を有して設けられていてもよい。

実施の形態１においては、図４に示すように、レンズ保持枠３２５に、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１と、弾性ヒンジ３５９と、バネ３６１が設けられている場合について説明を行った。しかしながら、バネ３６１は、省略することができる。レンズ保持枠３２５の動作は、圧電素子Ａ３３０および圧電素子Ｂ３３１に規制されるためである。要するに、画素ずらし素子３６０は、レンズユニット３２４の動きを規制できる機構を有していればよい。

実施の形態１においては、図４に示すように、レンズ保持枠３２５の同一端面に、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１とが設けられている場合について説明を行った。この場合、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１とは、光軸と垂直面において実質的に同一平面状に設けられている。しかしながら、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１とは、光軸と垂直面において同一平面状でなくてもよい。必要な画素ずらし量に応じて、レンズユニット３２４を移動させることができればよいためである。

実施の形態１においては、図４に示すように、レンズ保持枠３２５の同一端面に、圧電素子Ａ３３０と、圧電素子Ｂ３３１とが設けられている場合について説明を行った。しかしながら、圧電素子Ａ３３０が設けられている端面と、圧電素子Ｂ３３１が設けられている端面とは、対向する面であってもよい。この構成であっても、光軸と垂直面において、図４（Ａ）の左右方向の部品面積を減らすことができる。これにより、装置を小型化することができる。

実施の形態１においては、駆動手段の一部として圧電素子Ａ３３０、及び圧電素子３５０を用いた。しかしながら、必ずしもこのような例には限定されない。例えば、第１駆動素子および第２駆動素子は、電磁的なコイルなどで構成されていてもよい。電圧等を印加されることにより駆動する機構を有していればよい。また、ピストンやカム機構を用いても良い。要するに、レンズを移動させることができればどのような構成であってもよい。

また、実施の形態１においては、画素数は、水平１９２０画素、垂直１０８０画素を用いて説明を行った。しかしながら、必ずしもこのような例に限定されない。例えば、画素数は、水平３８４０画素、垂直２１６０画素であってもよい。

また、実施の形態１においては、第１サブフレーム期間〜第４サブフレーム期間において水平方向、垂直方向に順次１／２画素ずらすこととした。しかしながら、必ずしもこのような例には限定されない。例えば、１／４画素ずらしてもよいし、１／８画素ずらしてもよい。要するに各サブフレーム期間において画素中心が重ならなければよい。

また、実施の形態１においては、第１サブフレーム期間〜第４サブフレーム期間にかけて各画素の投影面上での投影位置を時計回りに移動させることとした。しかしながら、必ずしもこのような構成には限定されない。例えば、第１サブフレーム期間〜第４サブフレーム期間にかけて各画素の投影面上での投影位置を反時計回りに移動させてもよいし、第１サブフレーム、第３サブフレーム、第２サブフレーム、第４サブフレームの順に移動させてもよい。要するに、各サブフレーム期間で各画素の投影面上での投影位置を移動させればよい。

また、実施の形態１においては、レンズ３１０とプリズム２８０とが接するように配置した。しかしながら、必ずしもこのような構成に限定されない。例えば、図１０に示すように、プリズムに平凹レンズが一体成型されたようなプリズム４３０をレンズ３１０の代わりに用いてもよい。要するに、プリズムに、投影光学系３００の光軸に垂直な面内で移動可能なレンズとは異なる種類のレンズと同様の機能を有する部分を設けても良い。この時、プリズムのサイズを変更せずに、表面に凹部を形成することで、厚みを増やすことなくレンズ１枚を形成することができ、映像表示部と投射光学系との間の距離を短くすることができる。また、図１１に示すように、プリズムに平凸レンズが一体成型されたようなプリズム４６０をレンズ３１０の代わりに用い、レンズ３２０の代わりにレンズ４７０のような平凹レンズを設けても良い。要するに、プリズムに、投影光学系３００の光軸に垂直な面内で移動可能なレンズとは異なる種類のレンズと同様の機能を有する部分を設けても良い。この時、プリズムのサイズを変更せずに、表面に凸部を形成することで、厚みをほとんど増やすことなくレンズ１枚を形成することができる。その結果、映像表示部と投射光学系との間の距離を短くすることができる。

また、実施の形態１では、レンズ３１０の平坦な面がプリズムと接するように配置した。しかしながら、必ずしもこのような例に限定されない。例えば、レンズ３１０の平坦な面をプリズム２８０に接着剤で接着してもよい。この時、プリズム２８０、接着剤、レンズ３１０の屈折率を同程度とすることで、境界面での反射を防ぎ、光量の低下を防ぐことができる。これにより、レンズ３１０の平坦度はさらに高い精度で保たれる。

また、実施の形態１では、映像表示部にＤＭＤを用いた。しかしながら、必ずしもこのような例に限定されない。例えば、透過型液晶パネルや反射型液晶パネルなど、他の映像表示部を用いてもよい。

また、実施の形態１では、平凸レンズと平凹レンズの組み合わせの例を示したが、全体でレンズ効果が打ち消し合う構成であれば、レンズの形状や枚数は自由であり、制限を与えるものではない。

また、レンズ３２０はレンズ保持枠３６４に固定されている例を示したが、レンズ保持枠３６４がガラス基板であり、レンズ３２０がレンズ保持枠３６４であるガラス基板上に形成されていてもよい。また、レンズ保持枠３６４であるガラス基板がレンズの一部であってもよい。

また、保持枠３４０とレンズ保持枠３２５とが互いに引き合うように、バネ３６１および弾性ヒンジ３５９を用いる例を示したが、保持枠３４０とレンズ保持枠３２５とが互いに近づくように力が加われば手段は何でもよく、例えば保持枠３４０とレンズ保持枠３２５とに磁石を固定して、互いに引き合うようにしてもよい。一方が磁石で、他方が鉄など磁石に引き寄せられる性質の材質であってもよい。

以上のように、添付図面および詳細な説明によって、ベストモードと考える実施の形態と他の実施の形態とを提供した。これらは、特定の実施の形態を参照することにより、当業者に対して、特許請求の範囲に記載の主題を例証するために提供されるものである。したがって、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、上述の実施の形態に対して、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、プロジェクタ等の映像投影装置に適用できる。

１００ プロジェクタ
１１０ 発光管
１２０ リフレクタ
１３０ 光源
１６０ コンデンサレンズ
１７０ ロッド
１８０ リレーレンズ
１９０ 反射ミラー
２００ フィールドレンズ
２１０ 空気層
２２０ ダイクロイックミラー
２２１ プリズム
２３０ ダイクロイックミラー
２３１ プリズム
２４０、２５０、２６０ ＤＭＤ
２７０、２８０、２９０ プリズム
３００ 投影光学系
３１０、３２０ レンズ
３１１、３２１ 光軸
３２２ ずれ
３２４、３７４ レンズユニット
３２５ レンズ保持枠
３３０ 圧電素子Ａ
３３１ 圧電素子Ｂ
３４０ 保持枠
３５４ コントロールユニット
３５５ 電源回路Ａ
３５６ 電源回路Ｂ
３５７ 圧電素子台Ａ
３５８ 圧電素子台Ｂ
３５９ 弾性ヒンジ
３６０、３９０ 画素ずらし素子
３６１ バネ
３６２ 球型コロ
３６３ 球型軸受け
３６４ レンズ保持枠
３６５ 連結部材
３６６ 球型軸受け
３７０ 軸受け部
４３０、４６０ プリズム
４７０ レンズ

Claims (4)

1. 映像を表示する映像表示部と、
   前記映像表示部により表示された映像を所定の光路に沿って出力し、所定の投影面上に投影する投影光学系と、
   前記光路上の何れかの位置に設けられ、前記投影光学系の光路を変更させる光路変更部と、を備え、
   前記光路変更部は、
   光学素子と、
   前記光学素子を移動させる駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、を有し、
   前記駆動部は、前記光学素子を移動させる第１駆動素子および第２駆動素子を有し、
   前記光学素子は、前記第１駆動素子および前記第２駆動素子により、前記投影光学系の光軸に実質的に垂直な面上を移動可能に構成される映像投影装置。
2. 前記第１駆動素子は、第１軸上を動作し、
   前記第２駆動素子は、第２軸上を動作し、
   前記第１軸と前記第２軸とは実質的に平行である請求項１に記載の映像投影装置。
3. 前記光学素子は、凸レンズ及び凹レンズの何れか一方の種類のレンズであって、
   前記映像表示部は、少なくとも映像を表示する複数の映像表示デバイスと、複数の前記映像表示デバイスが表示した映像を合成する映像合成部と、を備え、
   前記映像合成部には、凸レンズ及び凹レンズの何れか一方の種類のレンズであって、前記レンズとは異なる種類のレンズが取り付けられている、請求項１に記載の映像投影装置。
4. 前記レンズは、凸レンズ及び凹レンズの何れか一方の種類のレンズであって、
   前記映像表示部は、少なくとも映像を表示する複数の映像表示デバイスと、複数の前記映像表示デバイスが表示した映像を合成する映像合成部とを備え、
   前記映像合成部は、凸レンズ及び凹レンズの何れか一方の種類のレンズであって、前記レンズとは異なる種類のレンズと同様の機能を有する部分を備える、請求項１に記載の映像投影装置。

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