JP2016071232A - 光学デバイスおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の劣化を低減することのできる光学デバイス、および、かかる光学デバイスを備えた画像表示装置を提供する。
【解決手段】光学デバイス２は、ガラス板２１と、ガラス板２１を支持する可動部２２と、可動部２２を揺動可能に支持する軸部２４ａ、２３４ｂと、可動部２２を揺動させる駆動機構２５と、を有し、可動部２２の揺動軌跡ＳＴの波形および可動部２２を揺動させるための駆動信号ＤＳの波形は、それぞれ、台形波であり、駆動信号ＤＳの平坦部分ＤＳ１、ＤＳ３の持続時間が、可動部２２の揺動軌跡Ｔの平坦部分ＳＴ１、ＳＴ３の持続時間よりも短い。
【選択図】図６

Description

本発明は、光学デバイスおよび画像表示装置に関するものである。

従来から、液晶パネル等の光変調装置の解像度よりも投射される画像の解像度を高くするために、光変調装置から出射された映像光の軸をずらす技術が知られている。また、映像光の軸をずらす装置として、特許文献１に記載の光路制御装置が知られている。特許文献１に記載の光路制御装置は、ガラス板と、ガラス板を保持する可動部と、可動部を支持する支持部と、可動部と支持部とを接続する１対の板バネとを有し、板バネを回動軸として保持部材を回動させることでガラス板の姿勢を変化させることにより、ガラス板に入射した光（映像光）を屈折させ、軸をずらしている。また、特許文献１に記載の光路制御装置では、保持部材の不要振動を抑えるために、駆動信号に工夫を凝らしており、具体的には、所定時間持続される最大値と同じく所定時間持続される最小値の間を正弦波で接続したような波形としている。

特開２０１１−１５８５８９号公報

しかしながら、このような駆動信号を用いると、不要振動とは異なる要因によって、表示される画像が悪化するという問題がある。具体的には、第１に、より鮮明な画像を表示するためには、単位周期中の前記最大値および前記最小値の維持時間をより長くする必要があるが、特許文献１の駆動信号では、最大値と最小値とを正弦波で結んでいるため、単位周期中の前記最大値および前記最小値の維持時間が短くなってしまう。第２に、最大値と最小値とを接続する正弦波によって、可動部が一旦（一瞬）逆側に振れるため、映像光がぶれてしまう。このような第１、第２の理由によって、表示画像が悪化する。

本発明の目的は、画像の劣化を低減することのできる光学デバイス、および、かかる光学デバイスを備えた画像表示装置を提供することにある。

このような目的は、下記の発明により達成される。
本発明の光学デバイスは、光が入射する光入射面を有する光学部と、
前記光学部を支持する可動部と、
前記可動部を揺動可能に支持する軸部と、
前記可動部を揺動させるアクチュエーターと、を有し、
前記可動部の所定箇所における揺動時の軌跡の波形および前記可動部を揺動させるために前記アクチュエーターに印加する駆動信号の波形は、それぞれ、台形波であり、
前記駆動信号である前記台形波の平坦部分の持続時間が、前記可動部の揺動軌跡である前記台形波の平坦部分の持続時間よりも短いことを特徴とする。
これにより、画像の劣化を低減することのできる光学デバイスを提供することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記駆動信号の周波数成分は、正弦波の基本周波数と奇数次高調波からなることが好ましい。
これにより、駆動信号の生成が容易となる。

本発明の光学デバイスでは、前記基本周波数と前記奇数次高調波の割合を変更することで、前記駆動信号の前記平坦部分の持続時間を変更することが好ましい。
これにより、簡単に、平坦部分の持続時間を調整することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記駆動信号に含まれる周波数成分は、前記可動部を揺動させる振動系の共振周波数と異なっていることが好ましい。
これにより、可動部を非共振駆動で揺動させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記振動系の共振周波数のうち可動部を揺動させるねじり共振周波数が、前記駆動信号の周波数成分の前記基本周波数と５次の前記奇数次高調波との間に位置していることが好ましい。
これにより、不要振動を抑えつつ、効率的に可動部を揺動させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記アクチュエーターは、電磁駆動のアクチュエーターであることが好ましい。
これにより、十分な力で可動部を揺動させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記アクチュエーターは、永久磁石と、前記永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルと、を有し、
前記永久磁石および前記コイルのうちの一方が前記可動部に設けられ、他方が前記一方と対向して設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエーターの構成が簡単なものとなる。

本発明の光学デバイスでは、前記光学部は、光透過性を有していることが好ましい。
これにより、光学部の姿勢を変化させることで、光学部を通過する光の軸を変化させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記可動部および前記軸部は、樹脂材料を含んでいることが好ましい。
これにより、環境温度に対する可動部の揺動軌跡の変化を抑えることができる。

本発明の画像表示装置は、本発明の光学デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、画像の劣化を低減することのできる画像表示装置を提供することができる。

本発明の画像表示装置では、前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、前記光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されていることが好ましい。
これにより、見かけの画素を増加することができ、画像の高解像度化が図られる。

本発明の好適な実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。 映像光をシフトさせた様子を示す図である。 図１に示す画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図１に示す画像表示装置が有する光路偏向素子の斜視図である。 図４中のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。 図４に示す光路偏向素子の駆動を説明するための斜視図である。 駆動信号と可動部の揺動軌跡との関係を示す図である。 光路偏向素子の共振周波数と駆動信号との関係を示すグラフである。

以下、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置について添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
図１は、本発明の好適な実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。図２は、映像光をシフトさせた様子を示す図である。図３は、図１に示す画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。図４は、図１に示す画像表示装置が有する光路偏向素子の斜視図である。図５は、図４中のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。図６は、図４に示す光路偏向素子の駆動を説明するための斜視図である。図７は、駆動信号と可動部の揺動軌跡との関係を示す図である。図８は、光路偏向素子の共振周波数と駆動信号との関係を示すグラフである。

なお、図４および図５では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」とする。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」とも言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」とも言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」とも言い、＋ｚ側を「上」、−ｚ側を「下」とも言う。

１．プロジェクター
図１に示すプロジェクター１は、所謂「液晶プロジェクター」であり、図１に示すように、光源１０２と、ミラー１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃと、ダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂと、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂと、ダイクロイックプリズム１１０と、光路偏向素子（光学デバイス）２と、投射レンズ系１１２と、を備えている。

光源１０２としては、例えば、ハロゲンランプ、水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が挙げられる。また、この光源１０２としては、白色光が出射するものが用いられる。そして、光源１０２から出射された光は、まず、ダイクロイックミラー１０６ａによって赤色光（Ｒ）とその他の光とに分離される。赤色光は、ミラー１０４ａで反射された後、液晶表示素子１０８Ｒに入射し、その他の光は、ダイクロイックミラー１０６ｂによってさらに緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とに分離される。そして、緑色光は、液晶表示素子１０８Ｇに入射し、青色光は、ミラー１０４ｂ、１０４ｃで反射された後、液晶表示素子１０８Ｂに入射する。

液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは、それぞれ、空間光変調器として用いられる。これらの液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの原色に対応する透過型の空間光変調器であり、例えば縦１０８０行、横１９２０列のマトリクス状に配列した画素を備えている。各画素では、入射光に対する透過光の光量が調整され、各液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂにおいて全画素の光量分布が協調制御される。このような液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂによってそれぞれ空間的に変調された光は、ダイクロイックプリズム１１０で合成され、ダイクロイックプリズム１１０からフルカラーの映像光ＬＬが出射される。そして、出射された映像光ＬＬは、投射レンズ系１１２によって拡大されてスクリーン８に投射される。

ここで、プロジェクター１は、ダイクロイックプリズム１１０と投射レンズ系１１２との間に光路偏向素子２を有しており、光路偏向素子２によって映像光ＬＬの光軸をシフトさせること（所謂「画素ずらし」を行うこと）で、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの解像度よりも高い解像度（液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂがフルハイビジョンであれば４Ｋ）の画像をスクリーン８に投射できるようになっている。この原理について図２を用いて簡単に説明する。光路偏向素子２は、映像光ＬＬを透過させるガラス板２１を有しており、このガラス板２１の姿勢を変更することで、映像光ＬＬの光軸をシフトさせることができる。そして、プロジェクター１は、このような光軸のシフトを利用して、映像光ＬＬの光軸を一方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ１と、映像光ＬＬの光軸を他方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ２とが斜め方向（図２中の矢印方向）にかつ半画素分（すなわち、画素Ｐｘの半分）ずれるように構成され、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像を表示することにより、見かけ上の画素が増加し、スクリーン８に投影される画像の高解像度化を図っている。なお、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２のずれ量としては、半画素分に限定されず、画素Ｐｘの１／４であってもよいし、１／８であってもよい。

以上のような構成のプロジェクター１は、前述した光路偏向素子２や各液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに加え、図３に示すように、制御回路１２０と画像信号処理回路１２２とを備えている。制御回路１２０は、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに対するデータ信号の書き込み動作、光路偏向素子２における光路偏向動作、画像信号処理回路１２２におけるデータ信号の発生動作等を制御する。一方、画像信号処理回路１２２は、図示しない外部装置から供給される画像信号ＶｉｄをＲ、Ｇ、Ｂの３原色ごとに分離するとともに、それぞれの液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの動作に適したデータ信号Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖに変換する。そして、変換されたデータ信号Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖは、それぞれ液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに供給され、それに基づいて液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂが動作する。

２．光路偏向素子
次に、前述したプロジェクター１に組み込まれた光路偏向素子２について詳細に説明する。

光路偏向素子２は、図４および図５に示すように、光透過性を有し、映像光ＬＬを偏向させるガラス板（光学部）２１が設けられた可動部２２と、可動部２２の周囲に設けられた枠状の支持部２３と、可動部２２と支持部２３と連結し、可動部２２を支持部２３に対して揺動（回動）可能に支持する軸部２４ａ、２４ｂと、支持部２３に対して可動部２２を揺動させる駆動機構（アクチュエーター）２５と、を有している。このような構成の光路偏向素子２は、例えば、＋ｚ側がダイクロイックプリズム１１０側、−ｚ側が投射レンズ系１１２側を向くようにプロジェクター１内に配置されている。

可動部２２は、平板状をなし、その中央部に貫通孔２２１を有している。そして、この貫通孔２２１にガラス板２１が嵌め込まれており、ガラス板２１は、例えば、接着剤等によって可動部２２に接着されている。なお、貫通孔２２１は、その周面に段差を有し、この段差でガラス板２１を受け止めている。これにより、可動部２２へのガラス板２１の配置が簡単となる。

ガラス板２１は、略長方形の平面視形状を有し、その長手方向がｘ軸方向とほぼ平行になるように配置されている。このガラス板２１は、その姿勢が変化することで、すなわち映像光ＬＬの入射角度が変化することで、入射した映像光ＬＬを屈折させつつ透過させることができる。したがって、目的とする入射角度になるように、ガラス板２１の姿勢を変化させることにより、映像光ＬＬの偏向方向や偏向量を制御することができる。このようなガラス板２１の大きさは、ダイクロイックプリズム１１０から出射する映像光ＬＬを透過させることができるように適宜設定される。また、ガラス板２１は、実質的に無色透明であることが好ましい。また、ガラス板２１の映像光ＬＬの入射面及び出射面には反射防止膜が形成されていてもよい。

なお、ガラス板２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのような各種ガラス材料を用いることができる。また、本実施形態では、光学部としてガラス板２１を用いているが、光学部は、光透過性を有する材料で構成されたものであれば特に限定されず、例えば、水晶、サファイアのような各種結晶材料、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂のような各種樹脂材料等で構成されたものであってもよい。ただし、光学部としては、本実施形態のようにガラス板２１を用いることが好ましく、これにより、光学部の剛性を特に大きくすることができるので、光学部において偏向される光の偏向ムラを特に抑制することができる。

このようなガラス板２１が支持された可動部２２の周囲には枠状の支持部２３が設けられており、可動部２２と支持部２３とが軸部２４ａ、２４ｂによって連結されている。軸部２４ａ、２４ｂは、平面視で、ｘ軸方向およびｙ軸方向にずれて位置し、可動部２２の揺動軸Ｊを形成している。これにより、可動部２２は、ｘ軸およびｙ軸の両軸に対して約４５°傾斜した揺動軸Ｊまわりに揺動し、この揺動と共にガラス板２１の姿勢が変化する。特に、光路偏向素子２では、平面視で、軸部２４ａ、２４ｂがガラス板２１の中心に対して点対称に配置されているため、可動部２２（ガラス板２１）の揺動バランスが良好となる。

以上のような可動部２２、支持部２３および軸部２４ａ、２４ｂは、一体に構成（一体形成）されている。これにより、支持部２３と軸部２４ａ、２４ｂとの境界部分や、軸部２４ａ、２４ｂと可動部２２との境界部分における耐衝撃性や長期耐久性を高くすることができる。

また、可動部２２、支持部２３および軸部２４ａ、２４ｂは、ガラス板２１の構成材料よりもヤング率が小さい材料で構成されている。これらの構成材料としては、樹脂を含むことが好ましく、樹脂を主成分とすることがより好ましい。これにより、可動部２２の揺動に伴って発生する応力がガラス板２１自体の不要な振動に繋がるのを効果的に抑えることができる。また、ヤング率が比較的小さい可動部２２でガラス板２１の側面を囲うことができ、ガラス板２１の姿勢を変更する際に、ガラス板２１に生じる応力を小さく抑え、応力分布に伴ってガラス板２１に発生する不要な振動を小さく抑えることができる。その結果、ガラス板２１によって偏向される画像が、意図しない方向に偏向されてしまうのを防止することができる。また、環境温度に対する可動部２２の揺動軌跡の変化を抑えることができる。

かかる樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種を含むものが用いられる。

次に、可動部２２を揺動させる駆動機構２５について説明する。駆動機構２５は、永久磁石２５１と、コイル２５２と、コイル２５２に交番電圧である駆動信号ＤＳを印加することでコイル２５２から永久磁石２５１に作用する磁界を発生させる電圧印加部２５３とを有する電磁アクチュエーターである。駆動機構２５として電磁アクチュエーターを用いることで、可動部２２を揺動させるのに十分な力を発生させることができるため、可動部２２をスムーズに揺動させることができる。

永久磁石２５１は、可動部２２の縁部に設けられており、ｙ軸方向に沿った長手形状をなしている。また、永久磁石２５１は、ｚ軸方向（可動部２２の厚さ方向）に磁化している。このような永久磁石２５１としては、特に限定されず、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石等を用いることができる。

一方、コイル２５２は、永久磁石２５１とｚ軸方向に対向するように、保持部材２６を介して支持部２３に固定されている。また、コイル２５２は、筒状の空芯コイルであって、その内側に永久磁石２５１の一部が挿入されている。これにより、コイル２５２から発生する磁界を効率的に永久磁石に作用させることができる。また、光路偏向素子２の低背化を図ることができる。なお、永久磁石２５１とコイル２５２は、所定のギャップを介して配置されてもよく、この場合には、コイル２５２は中心付近まで配線が巻かれていてもよい。

なお、コイル２５２の配置としては、永久磁石２５１に磁界を作用させることができれば、特に限定されない。また、本実施形態では、可動部２２に永久磁石２５１を配置した所謂「ムービングマグネット型」の駆動機構２５となっているが、永久磁石２５１とコイル２５２の配置を逆にしてもよい。すなわち、可動部２２にコイル２５２を配置した所謂「ムービングコイル型」の駆動機構２５であってもよい。ただし、本実施形態のような「ムービングマグネット型」の駆動機構２５とすることで、通電による発生するコイル２５２の熱が可動部２２やガラス板２１に伝わり難く、熱による振動特性の変化（共振周波数の変化）や、ガラス板２１の撓み等を効果的に抑えることができる。

このような構成の駆動機構２５は、次のようにして可動部２２を揺動させる。電圧印加部２５３からコイル２５２に駆動信号ＤＳが印加されていない場合、可動部２２は、実質的にｘｙ平面と平行となっている。そして、電圧印加部２５３からコイル２５２に駆動信号ＤＳが印加されると、図６（ａ）に示す状態と、同図（ｂ）に示す状態とを繰り返すように、可動部２２が支持部２３に対して揺動軸Ｊまわりに揺動（回動）する。そして、このような可動部２２の揺動によって、映像光ＬＬの光軸がシフトされ、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像が表示される。よって、見かけ上の画素が増加し、画像の高解像度化が図られる（図２参照）。

次に、図６に基づいて、電圧印加部２５３からコイル２５２に印加される駆動信号ＤＳと、コイル２５２に駆動信号ＤＳを印加した際の可動部２２の揺動軌跡ＳＴと、について詳細に説明する。

駆動信号ＤＳは、図７に示すように、台形波である。すなわち、駆動信号ＤＳは、（＋）側に位置し、電圧値がほぼ一定に持続された平坦部分ＤＳ１と、（−）側に位置し、電圧値がほぼ一定に持続された平坦部分ＤＳ３と、平坦部分ＤＳ１の終わりと平坦部分ＤＳ３の始まりを繋ぎ、電圧値が連続的に漸減する漸減部分ＤＳ２と、平坦部分ＤＳ３の終わりと平坦部分ＤＳ１の始まりを繋ぎ、電圧値が連続的に漸増する漸増部分ＤＳ４と、で１周期を構成する波形となっている。なお、駆動信号ＤＳの周波数としては、プロジェクター１のフレームレート（１秒当たりの画像数）によっても異なるが、例えば、フレームレートが１２０ｆｐｓである場合に、６０Ｈｚとすることができる。これにより、連続する画像（１コマ分の映像光ＬＬ）が画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に表示され、前述した画素ずらしの効果をより確実に発揮することができる。

ここで、現実的には、平坦部分ＤＳ１、ＤＳ３での電圧値を完全に一定に持続することは困難であり、平坦部分ＤＳ１、ＤＳ３内に電圧値の揺らぎが存在する場合がある。そこで、本願明細書では、平坦部分ＤＳ１を電圧の最大値Ｖｍａｘから５％以内に収まっている部分と定義し、平坦部分ＤＳ３を電圧の最小値Ｖｍｉｎから５％以内に収まっている部分と定義してもよい。すなわち、本願明細書では、０．９５Ｖｍａｘ〜Ｖｍａｘの範囲を平坦部分ＤＳ１と定義し、０．９５Ｖｍｉｎ〜Ｖｍｉｎの範囲を平坦部分ＤＳ３と定義してもよい。

また、台形波である駆動信号ＤＳは、正弦波の基本波と奇数次高調波との周波数成分からなる。すなわち、駆動信号ＤＳは、下記の台形波の式（１）で示され、例えば６０Ｈｚである基本波ｓｉｎ（ｘ）に、１８０Ｈｚである３次高調波ｓｉｎ（３ｘ）、３００Ｈｚである５次高調波ｓｉｎ（５ｘ）、４２０Ｈｚである７次高調波ｓｉｎ（７ｘ）、…、を周波数成分として有する。台形波の漸減部分ＤＳ２および漸増部分ＤＳ４の時間を調整することで、式（１）における各奇数次高調波の係数ａ、ｂ、ｃ、…、を変更することができる。

ここで、駆動信号内の各周波数成分に対する振動子である可動部の応答について説明する。基本周波数及び低次の高調波、例えば７次以下の高調波に対して、振動子はそれぞれ正弦波で応答するが、高調波の次数が大きくなるにつれて、振動子の動作が追い付かなくなる。また、振動子の共振周波数に近い駆動信号内の周波数成分に対しては、大きな正弦波運動を生じる。

従って、振動子が応答可能な駆動信号内の各周波数成分に対する、振動子の応答の和が台形波になるように、駆動信号内の各周波数成分の係数を調整する。つまり、台形波の駆動信号における漸減部分ＤＳ２及び漸増部分ＤＳ４の時間を調整する。なお、振動子の応答の和が台形波になるときには、振動子の応答についても式（１）と同様の形で示すことができる。

例えば、振動子が７次までの高調波に応答可能な場合、振動子の各周波数成分に対する応答の和をＦ（ｘ）とすると、式（１）の台形波の式に基づいて式（２）となるように各高調波成分の係数を調整することによって、振動子は台形波で動作することができる。

また、図８に示すように光路偏向素子２の共振周波数は、駆動信号ＤＳの周波数成分と異なっていることが好ましい。ここで、光路偏向素子２の共振周波数とは、具体的には、ガラス板２１を含む可動部２２と、軸部２４ａ、２４ｂと、可動部２２に設けられた永久磁石２５１とで構成される振動系２０のねじり共振（第１の共振モード）の共振周波数、振動系２０に支持部２３を加えた振動系２００の面内動作の共振（第２の共振モード）の共振周波数、振動系２００の面外上下動作の共振（第３の共振モード）の共振周波数を言う。このように、光路偏向素子２の共振周波数を駆動信号内の周波数成分と異なるように設定することで、光路偏向素子２の不要振動を抑えて、ガラス板２１の挙動を後述するような台形波に制御し易くなる。なお、図８に示す例では、全ての共振モードについての共振周波数と駆動信号内の周波数成分とを異なるように設定しているが、各共振モードの共振時のゲインのレベルによっては、必ずしも全ての共振周波数をずらして設定する必要はない。通常ねじり振動子においては、ねじり共振時のゲインのレベルが高いため、少なくともねじり共振の共振周波数ｆ０を駆動信号内の周波数成分とずらして設定すればよい。なお、図８の共振周波数は一例であって、光路偏向素子２の設計によって、各共振モードの周波数や共振ゲインの関係は異なる。

また、光路偏向素子２のねじり共振の共振周波数ｆ０は、駆動信号ＤＳを生成する基本波と３次高調波の間、または、３次高調波と５次高調波の間に位置していることが好ましい。これにより、可動部２２の挙動に共振が重畳され難くなり、よって、可動部２２の不要振動が抑えられ、より安定した駆動（可動部２２の揺動）を行うことができる。また、光路偏向素子２の過度な大型化を阻止することができると共に、軸部２４ａ、２４ｂを十分柔らかくすることができるので、可動部２２を揺動させるのに必要なエネルギーを小さく抑えることができ、可動部２２をより効率的に揺動することができる。また、このような２つの範囲のうちでも、図８に示すように、３次高調波と５次高調波の間に位置していることが特に好ましい。これにより、可動部２２の不要振動がより抑えられる。

なお、ねじり共振の共振周波数ｆ０は、基本波と３次高調波の間に位置する場合、基本波および３次高調波の双方から十分に離間していることが好ましい。これにより、可動部２２の挙動に共振がより重畳され難くなり、上記効果をより顕著に発揮することができる。ここで、前記「十分に離間している」とは、特に限定されないが、例えば、基本波と３次高調波の双方から１０Ｈｚ以上離間していることが好ましく、３０Ｈｚ以上離間していることが好ましい。同様に、共振周波数ｆ０が３次高調波と５次高調波の間に位置する場合も同様である。

以上のような駆動信号ＤＳをコイル２５２に印加したときの可動部２２の揺動軌跡（揺動時の軌跡）を図７に示す。なお、可動部２２の揺動軌跡とは、可動部２２の所定箇所（揺動軸Ｊから離間している箇所）の揺動時の振幅を時間軸に記録したものである。図６に示すように、可動部２２の揺動軌跡ＳＴは、駆動信号ＤＳに対応した台形波（同じ周波数の台形波）となっている。すなわち、揺動軌跡ＳＴは、揺動軸Ｊに対して一方側に傾斜し、その姿勢がほぼ一定に持続された平坦部分ＳＴ１と、揺動軸Ｊに対して他方側に傾斜し、その姿勢がほぼ一定に持続された平坦部分ＳＴ３と、平坦部分ＳＴ１の終わりと平坦部分ＳＴ３の始まりを繋ぎ、揺動軸Ｊまわりに揺動する変位部分ＳＴ２と、平坦部分ＳＴ３の終わりと平坦部分ＳＴ１の始まりを繋ぎ、揺動軸Ｊまわりに揺動する変位部分ＳＴ４と、で１周期を構成する波形となっている。そして、プロジェクター１では、可動部２２の姿勢が平坦部分ＳＴ１の時に映像光ＬＬが画像表示位置Ｐ１に表示され、平坦部分ＳＴ３の時に映像光ＬＬが画像表示位置Ｐ２に表示されるようになっている。そのため、可動部２２の揺動軌跡ＳＴを台形波とすることで、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２により長い間、映像光ＬＬを照射することができるので、より鮮明な画像を表示することができる。

ここで、現実的には、平坦部分ＳＴ１、ＳＴ３において、可動部２２の姿勢を完全に一定に持続させることは困難であり、多少の姿勢変化が生じてしまう場合がある。そのため、本願明細書では平坦部分ＳＴ１、ＳＴ３をそれぞれ可動部２２の揺動軌跡ＳＴの振幅の５％以内に収まっている部分と定義することができる。すなわち、平坦部分ＳＴ１は、揺動軸Ｊに対して一方側に最も傾いた傾斜角から５％以内の部分と定義することができ、同様に、平坦部分ＳＴ３は、揺動軸Ｊに対して他方側に最も傾いた傾斜角から５％以内の部分と定義することができる。

また、鮮明な画像を表示するためには、１周期中の平坦部分ＳＴ１、ＳＴ３の時間割合をなるべく高くすることが好ましい。言い換えると、１周期中の変位部分ＳＴ２、ＳＴ４の時間割合を小さくすることが好ましい。例えば、可動部２２の揺動軌跡ＳＴの周波数が６０Ｈｚ（１周期が１／６０ｓ）である場合、変位部分ＳＴ２、ＳＴ４の時間は、それぞれ、４ｍｓ以下程度であることが好ましい。これにより、鮮明な画像を表示することができる。

また、光路偏向素子２では、駆動信号ＤＳの平坦部分ＤＳ１の持続時間Ｔ_ＤＳ１が、可動部２２の揺動軌跡ＳＴの平坦部分ＳＴ１の持続時間Ｔ_ＳＴ１よりも短く、同様に、駆動信号ＤＳの平坦部分ＤＳ３の持続時間Ｔ_ＤＳ３が、可動部２２の揺動軌跡ＳＴの平坦部分ＳＴ３の持続時間Ｔ_ＳＴ３よりも短くなっている。このような関係を満足することで、１周期中の平坦部分ＳＴ１、ＳＴ３の時間割合（時間占有率）をより高くすることができ、優れた画像表示特性を発揮することができる。また、揺動軌跡ＳＴの波形をより容易に駆動信号ＤＳの波形に対応させることができるため、可動部２２の姿勢制御が容易となり、また、可動部２２の不要振動を低減することができる。

以上、光路偏向素子２について説明した。このような光路偏向素子２によれば、台形波の駆動信号ＤＳを印加するだけで可動部２２の揺動軌跡ＳＴを台形波とすることができる。すなわち、可動部２２の揺動軌跡ＳＴを台形波とするために、例えば、可動部２２の揺動軌跡を検出するセンサーを用いたフィードバック制御等を行う必要がなく、装置構成がより簡単となる。したがって、装置の小型化や低コスト化等、様々なメリットを発揮することができる。

以上、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。

また、前述した実施形態では、光学部として光透過性を有するガラス板を用いた構成について説明したが、光学部としては、光反射性を有するミラーであってもよい。このような場合には、本発明の光学デバイスを光走査用の光学デバイスや、光スイッチ、光アッテネーター等として利用可能となる。

また、前述した実施形態では、画像表示装置として、液晶プロジェクターについて説明したが、光走査用の光学デバイスを用いた光走査型のプロジェクターであってもよい。また、画像表示装置としては、プロジェクターに限定されず、その他、プリンター、スキャナー、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）等にも適用可能である。

１……プロジェクター
１０２……光源
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ……ミラー
１０６ａ、１０６ｂ……ダイクロイックミラー
１０８Ｂ、１０８Ｇ、１０８Ｒ……液晶表示素子
１１０……ダイクロイックプリズム
１１２……投射レンズ系
１２０……制御回路
１２２……画像信号処理回路
２……光路偏向素子
２０、２００……振動系
２１……ガラス板
２２……可動部
２２１……貫通孔
２３……支持部
２４ａ、２４ｂ……軸部
２５……駆動機構
２５１……永久磁石
２５２……コイル
２５３……電圧印加部
２６……保持部材
８……スクリーン
ＤＳ……駆動信号
ＤＳ１……平坦部分
ＤＳ２……漸減部分
ＤＳ３……平坦部分
ＤＳ４……漸増部分
Ｊ……揺動軸
ＬＬ……映像光
Ｐ１、Ｐ２……画像表示位置
Ｐｘ……画素
Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖ……データ信号
ＳＴ……揺動軌跡
ＳＴ１……平坦部分
ＳＴ２……変位部分
ＳＴ３……平坦部分
ＳＴ４……変位部分
Ｔ_ＤＳ１、Ｔ_ＤＳ３、Ｔ_ＳＴ１、Ｔ_ＳＴ３……持続時間
Ｖｉｄ……画像信号

Claims (11)

1. 光が入射する光入射面を有する光学部と、
   前記光学部を支持する可動部と、
   前記可動部を揺動可能に支持する軸部と、
   前記可動部を揺動させるアクチュエーターと、を有し、
   前記可動部の所定箇所における揺動時の軌跡の波形および前記可動部を揺動させるために前記アクチュエーターに印加する駆動信号の波形は、それぞれ、台形波であり、
   前記駆動信号である前記台形波の平坦部分の持続時間が、前記可動部の揺動軌跡である前記台形波の平坦部分の持続時間よりも短いことを特徴とする光学デバイス。
2. 前記駆動信号の周波数成分は、正弦波の基本周波数と奇数次高調波からなる請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記基本周波数と前記奇数次高調波の割合を変更することで、前記駆動信号の前記平坦部分の持続時間を変更する請求項２に記載の光学デバイス。
4. 前記駆動信号に含まれる周波数成分は、前記可動部を揺動させる振動系の共振周波数と異なっている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
5. 前記振動系の共振周波数のうち可動部を揺動させるねじり共振周波数が、前記駆動信号の周波数成分の前記基本周波数と５次の前記奇数次高調波との間に位置している請求項４に記載の光学デバイス。
6. 前記アクチュエーターは、電磁駆動のアクチュエーターである請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
7. 前記アクチュエーターは、永久磁石と、前記永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルと、を有し、
   前記永久磁石および前記コイルのうちの一方が前記可動部に設けられ、他方が前記一方と対向して設けられている請求項６に記載の光学デバイス。
8. 前記光学部は、光透過性を有している請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学デバイス。
9. 前記可動部および前記軸部は、樹脂材料を含んでいる請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光学デバイス。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光学デバイスを備えることを特徴とする画像表示装置。
11. 前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、前記光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されている請求項１０に記載の画像表示装置。

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