JP2016109964A - 画像投影装置および画像投影装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光変調素子自体を変位させることで高解像度化を図るとともに、簡易な構成で塵埃を除去する。【解決手段】光源３０と、画像を形成するＤＭＤ５５１を有する画像表示ユニット５０と、光を画像表示ユニット５０に導く照明光学系ユニット４０と、画像を拡大投影する投影光学系ユニット６０と、を備えたプロジェクタ１において、画像表示ユニット５０は、固定支持されている固定ユニット５１と、ＤＭＤ５５１を備えるとともに固定ユニット５１に対して変位する可動ユニット５５と、固定ユニット５１に設けられて可動ユニット５５の変位時にＤＭＤ５５１上の塵埃を除去する塵埃除去部７０と、を有しており、かつ、可動ユニット５５を周期的に変位させる移動制御部１２と、可動ユニット５５を、塵埃除去部７０による塵埃の除去位置まで変位させる塵埃除去制御部１３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、画像投影装置および画像投影装置の制御方法に関する。

パソコンやデジタルカメラ等から送信される画像データに基づいて、光源から照射される光を用いて光変調素子が画像を生成し、生成された画像を複数のレンズ等を含む光学系を通してスクリーン等の被投影面に投影する画像投影装置（プロジェクタ）が知られている。光変調素子としては、例えば液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device、以下、ＤＭＤという）等が用いられている。

このような画像投影装置では光変調素子を冷却することが必要となるが、空冷をする場合、光変調素子の画像を生成する素子面側（画面側ともいう）へ塵埃が侵入し、付着してしまうと、塵埃による画質劣化が生じてしまう。

これに対し、特許文献１には、エアスプレーから送られる空気を可動式のノズルからＬＣＤパネルに吹き付けて、ＬＣＤパネルの塵埃を除去する塵埃除去装置が開示されている。また、プロジェクタの塵埃除去に関して、特許文献２には、スクリーンの背面側から映像を投射表示するプロジェクタにおいて、塵除去ブラシを用いてスクリーンの背面の塵を除去する塵除去装置が開示されている。

ところで、画像投影装置において、投影光学系に設けられているレンズを偏芯させて投影面上の画像をシフトさせる（以下、画素ずらしという）ことで画像を形成し、投影画像を高解像度化する技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。また、光変調素子自体をシフトさせることで高解像化する技術も知られている（例えば、特許文献４参照）。

塵埃除去について、ＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の画像投影装置においては、光変調素子（ＤＭＤ）の画面側に対して、反対面からヒートシンクなどの冷却部材により冷却することが可能となっている。このため画面側で空冷が不要であり、画面側に空気を流す必要がなく、画面側を密閉構造とすることが可能となっている。これにより、塵埃の侵入による画質劣化を防ぐことが可能となっている。

しかしながら、光変調素子自体を変位させて画素ずらしを実現する方式では、光変調素子を可動させる必要上、光変調素子の画面側を完全な密閉構造とすることが非常に困難である。このため、塵埃の侵入を完全に防止することは難しい。

その一方で、塵埃を除去するために、特許文献１，２に開示されるような塵埃を除去する部材を可動させる方式では、このための駆動機構を設けることが必要となり、そのためのスペースが必要となるとともに、高コスト化につながってしまう。

そこで本発明は、光変調素子自体を変位させることで高解像度化を図るとともに、簡易な構成で塵埃を除去することができる画像投影装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る画像投影装置は、光を出射する光源と、該光源からの光を用いて画像を形成する光変調素子を有する画像表示部と、前記光源からの光を前記画像表示部に導く照明光学部と、前記画像表示部によって形成された画像を拡大投影する投影光学部と、を備えた画像投影装置において、前記画像表示部は、固定支持されている第１のユニットと、前記光変調素子を備えるとともに前記第１のユニットに対して変位する第２のユニットと、前記第１のユニットに設けられて前記第２のユニットの変位時に前記光変調素子上の塵埃を除去する塵埃除去部と、を有しており、かつ、前記第２のユニットを周期的に変位させる移動制御部と、前記第２のユニットを、前記塵埃除去部による塵埃の除去位置まで変位させる塵埃除去制御部と、を備えるものである。

本発明によれば、光変調素子自体を変位させることで高解像度化を図るとともに、簡易な構成で塵埃を除去することができる。

画像投影装置を例示する図である。 画像投影装置の機能構成を例示するブロック図である。 画像投影装置の光学エンジンを例示する斜視図である。 照明光学系ユニットを例示する図である。 投影光学系ユニットの内部構成を例示する図である。 画像表示ユニットを例示する斜視図である。 画像表示ユニットを例示する側面図である。 固定ユニットを例示する斜視図である。 固定ユニットを例示する分解斜視図である。 固定ユニットによる可動プレートの支持構造について説明する図である。 固定ユニットによる可動プレートの支持構造について説明する部分拡大図である。 トッププレートを例示する底面図である。 可動ユニットを例示する斜視図である。 可動ユニットを例示する分解斜視図である。 可動プレートを例示する斜視図である。 可動プレートが外された可動ユニットを例示する斜視図である。 可動ユニットのＤＭＤ保持構造について説明する図である。 塵埃除去部による塵埃除去の様子を説明する図である。 塵埃除去部の上面図である。 塵埃除去部の他の構成例を示す説明図である。 塵埃除去部を複数有する場合の説明図である。 ＤＭＤに塵埃除去部が押し当てられる構成を示す説明図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図２２に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

本実施形態に係る画像投影装置（プロジェクタ１）は、光を出射する光源（光源３０）と、該光源からの光を用いて画像を形成する光変調素子（ＤＭＤ５５１）を有する画像表示部（画像表示ユニット５０）と、光源からの光を画像表示部に導く照明光学部（照明光学系ユニット４０）と、画像表示部によって形成された画像を拡大投影する投影光学部（投影光学系ユニット６０）と、を備えた画像投影装置において、画像表示部は、固定支持されている第１のユニット（固定ユニット５１）と、光変調素子を備えるとともに第１のユニットに対して変位する第２のユニット（可動ユニット５５）と、第１のユニットに設けられて第２のユニットの変位時に光変調素子上の塵埃を除去する塵埃除去部（塵埃除去部７０）と、を有しており、かつ、第２のユニットを周期的に変位させる移動制御部（移動制御部１２）と、第２のユニットを、塵埃除去部による塵埃の除去位置まで変位させる塵埃除去制御部（塵埃除去制御部１３）と、を備えるものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

＜画像投影装置の構成＞
図１は、実施形態におけるプロジェクタ１を例示する図である。

プロジェクタ１は、画像投影装置の一例であり、出射窓３、外部Ｉ／Ｆ９を有し、投影画像を生成する光学エンジンが内部に設けられている。プロジェクタ１は、例えば外部Ｉ／Ｆ９に接続されるパソコンやデジタルカメラから画像データが送信されると、光学エンジンが送信された画像データに基づいて投影画像を生成し、図１に示されるように出射窓３からスクリーンＳに画像Ｐを投影する。

なお、以下に示す図面において、Ｘ１Ｘ２方向はプロジェクタ１の幅方向、Ｙ１Ｙ２方向はプロジェクタ１の奥行き方向、Ｚ１Ｚ２方向はプロジェクタ１の高さ方向である。また、以下では、プロジェクタ１の出射窓３側を上、出射窓３とは反対側を下として説明する場合がある。

図２は、実施形態におけるプロジェクタ１の機能構成を例示するブロック図である。

図２に示されるように、プロジェクタ１は、電源４、メインスイッチＳＷ５、操作部７、外部Ｉ／Ｆ９、システムコントロール部１０、ファン２０、光学エンジン１５を有する。

電源４は、商用電源に接続され、プロジェクタ１の内部回路用に電圧及び周波数を変換して、システムコントロール部１０、ファン２０、光学エンジン１５等に給電する。

メインスイッチＳＷ５は、ユーザによるプロジェクタ１のＯＮ／ＯＦＦ操作に用いられる。電源４が電源コード等を介して商用電源に接続された状態で、メインスイッチＳＷ５がＯＮに操作されると、電源４がプロジェクタ１の各部への給電を開始し、メインスイッチＳＷ５がＯＦＦに操作されると、電源４がプロジェクタ１の各部への給電を停止する。

操作部７は、ユーザによる各種操作を受け付けるボタン等であり、例えばプロジェクタ１の上面に設けられている。操作部７は、例えば投影画像の大きさ、色調、ピント調整等のユーザによる操作を受け付ける。操作部７が受け付けたユーザ操作は、システムコントロール部１０に送られる。

外部Ｉ／Ｆ９は、例えばパソコン、デジタルカメラ等に接続される接続端子を有し、接続された機器から送信される画像データをシステムコントロール部１０に出力する。

システムコントロール部１０は、画像制御部１１、移動制御部１２、塵埃除去制御部１３、光源制御部１４を有する。システムコントロール部１０は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含み、ＣＰＵがＲＡＭと協働してＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、各部の機能が実現される。

画像制御部１１は、外部Ｉ／Ｆ９から入力される画像データに基づいて光学エンジン１５の画像表示ユニット５０に設けられているデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device（以下、単に「ＤＭＤ」という））５５１を制御し、スクリーンＳに投影する画像を生成する。

移動制御部１２は、画像表示ユニット５０において移動可能に設けられている可動ユニット５５を移動させ、可動ユニット５５に設けられているＤＭＤ５５１の位置を制御する。

塵埃除去制御部１３は、移動制御部１２と同様に、画像表示ユニット５０において移動可能に設けられている可動ユニット５５を移動させ、可動ユニット５５に設けられているＤＭＤ５５１の位置を制御するものであり、例えば、移動制御部１２よりも可動ユニット５５の移動量を大きくしたり、移動制御部１２による可動ユニット５５の移動方向とは異なる方向に移動させたりすることで、固定ユニット５１側に設けられている塵埃除去部７０によるＤＭＤ５５１上の塵埃除去を制御する。

光源制御部１４は、光源３０への供給電力を制御して、光源３０の出力を制御する。

ファン２０は、システムコントロール部１０に制御されて回転し、光学エンジン１５の光源３０を冷却する。

光学エンジン１５は、光源３０、照明光学系ユニット４０、画像表示ユニット５０、投影光学系ユニット６０を有し、システムコントロール部１０に制御されてスクリーンＳに画像を投影する。

撮像部１６は、システムコントロール部１０により制御されて、所定のタイミングで投影光学系ユニット６０によりスクリーンＳに投影されている画像を撮像する。また、撮像した画像情報は塵埃除去制御部１３に渡される。

光源３０は、例えば水銀高圧ランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ等であり、照明光学系ユニット４０に光を照射する。

照明光学系ユニット４０は、カラーホイール、ライトトンネル、リレーレンズ等を有し、光源３０から照射された光を画像表示ユニット５０に設けられているＤＭＤ５５１に導く。

画像表示ユニット５０は、固定支持されている固定ユニット５１、固定ユニット５１に対して移動可能に設けられている可動ユニット５５を有する。可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１を有し、システムコントロール部１０の移動制御部１２によって固定ユニット５１に対する位置が制御される。ＤＭＤ５５１は、光変調素子の一例であり、システムコントロール部１０の画像制御部１１により制御され、照明光学系ユニット４０によって導かれた光を変調して投影画像を生成する。

投影光学系ユニット６０は、例えば複数の投射レンズ、ミラー等を有し、画像表示ユニット５０のＤＭＤ５５１によって生成される画像を拡大してスクリーンＳに投影する。

＜光学エンジンの構成＞
次に、プロジェクタ１の光学エンジン１５の各部の構成について説明する。

図３は、実施形態における光学エンジン１５を例示する斜視図である。光学エンジン１５は、図３に示されるように、光源３０、照明光学系ユニット４０、画像表示ユニット５０、投影光学系ユニット６０を有し、プロジェクタ１の内部に設けられている。

光源３０は、照明光学系ユニット４０の側面に設けられ、Ｘ２方向に光を照射する。照明光学系ユニット４０は、光源３０から照射された光を、下部に設けられている画像表示ユニット５０に導く。画像表示ユニット５０は、照明光学系ユニット４０によって導かれた光を用いて投影画像を生成する。投影光学系ユニット６０は、照明光学系ユニット４０の上部に設けられ、画像表示ユニット５０によって生成された投影画像をプロジェクタ１の外部に投影する。

なお、本実施形態に係る光学エンジン１５は、光源３０から照射される光を用いて上方に画像を投影するように構成されているが、水平方向に画像を投影するような構成であってもよい。

［照明光学系ユニット］
図４は、実施形態における照明光学系ユニット４０を例示する図である。

図４に示されるように、照明光学系ユニット４０は、カラーホイール４０１、ライトトンネル４０２、リレーレンズ４０３，４０４、シリンダミラー４０５、凹面ミラー４０６を有する。

カラーホイール４０１は、例えば周方向の異なる部分にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色のフィルタが設けられている円盤である。カラーホイール４０１は、高速回転することで、光源３０から照射される光を、ＲＧＢ各色に時分割する。

ライトトンネル４０２は、例えば板ガラス等の貼り合わせによって四角筒状に形成されている。ライトトンネル４０２は、カラーホイール４０１を透過したＲＧＢ各色の光を、内面で多重反射することで輝度分布を均一化してリレーレンズ４０３，４０４に導く。

リレーレンズ４０３，４０４は、ライトトンネル４０２から出射された光の軸上色収差を補正しつつ集光する。

シリンダミラー４０５及び凹面ミラー４０６は、リレーレンズ４０３，４０４から出射された光を、画像表示ユニット５０に設けられているＤＭＤ５５１に反射する。ＤＭＤ５５１は、凹面ミラー４０６からの反射光を変調して投影画像を生成する。

［投影光学系ユニット］
図５は、実施形態における投影光学系ユニット６０の内部構成を例示する図である。

図５に示されるように、投影光学系ユニット６０は、投影レンズ６０１、折り返しミラー６０２、曲面ミラー６０３がケースの内部に設けられている。

投影レンズ６０１は、複数のレンズを有し、画像表示ユニット５０のＤＭＤ５５１によって生成された投影画像を、折り返しミラー６０２に結像させる。折り返しミラー６０２及び曲面ミラー６０３は、結像された投影画像を拡大するように反射して、プロジェクタ１の外部のスクリーンＳ等に投影する。

［画像表示ユニット］
図６は、実施形態における画像表示ユニット５０を例示する斜視図である。また、図７は、実施形態における画像表示ユニット５０を例示する側面図である。

図６及び図７に示されるように、画像表示ユニット５０は、固定支持されている固定ユニット５１、固定ユニット５１に対して移動可能に設けられている可動ユニット５５を有する。

固定ユニット５１は、第１固定板としてのトッププレート５１１、第２固定板としてのベースプレート５１２を有する。固定ユニット５１は、トッププレート５１１とベースプレート５１２とが所定の間隙を介して平行に設けられており、照明光学系ユニット４０の下部に固定される。

可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１、第１可動板としての可動プレート５５２、第２可動板としての結合プレート５５３、ヒートシンク５５４を有し、固定ユニット５１に移動可能に支持されている。

可動プレート５５２は、固定ユニット５１のトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられ、固定ユニット５１によってトッププレート５１１及びベースプレート５１２と平行且つ表面に平行な方向に移動可能に支持されている。

結合プレート５５３は、固定ユニット５１のベースプレート５１２を間に挟んで可動プレート５５２に固定されている。結合プレート５５３は、上面側にＤＭＤ５５１が固定して設けられ、下面側にヒートシンク５５４が固定されている。結合プレート５５３は、可動プレート５５２に固定されることで、可動プレート５５２、ＤＭＤ５５１、及びヒートシンク５５４と共に固定ユニット５１に移動可能に支持されている。

ＤＭＤ５５１は、結合プレート５５３の可動プレート５５２側の面に設けられ、可動プレート５５２及び結合プレート５５３と共に移動可能に設けられている。ＤＭＤ５５１は、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を有する。ＤＭＤ５５１の各マイクロミラーは、鏡面がねじれ軸周りに傾動可能に設けられており、システムコントロール部１０の画像制御部１１から送信される画像信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ駆動される。

マイクロミラーは、例えば「ＯＮ」の場合には、光源３０からの光を投影光学系ユニット６０に反射するように傾斜角度が制御される。また、マイクロミラーは、例えば「ＯＦＦ」の場合には、光源３０からの光をＯＦＦ光板に向けて反射する方向に傾斜角度が制御される。

このように、ＤＭＤ５５１は、画像制御部１１から送信される画像信号によって各マイクロミラーの傾斜角度が制御され、光源３０から照射されて照明光学系ユニット４０を通った光を変調して投影画像を生成する。

ヒートシンク５５４は、放熱手段の一例であり、少なくとも一部分がＤＭＤ５５１に当接するように設けられている。ヒートシンク５５４は、移動可能に支持される結合プレート５５３にＤＭＤ５５１と共に設けられることで、ＤＭＤ５５１に当接して効率的に冷却することが可能になっている。このような構成により、本実施形態に係るプロジェクタ１では、ヒートシンク５５４がＤＭＤ５５１の温度上昇を抑制し、ＤＭＤ５５１の温度上昇による動作不良や故障等といった不具合の発生が低減されている。

（固定ユニット）
図８は、実施形態における固定ユニット５１を例示する斜視図である。また、図９は、実施形態における固定ユニット５１を例示する分解斜視図である。

図８及び図９に示されるように、固定ユニット５１は、トッププレート５１１、ベースプレート５１２を有する。

トッププレート５１１及びベースプレート５１２は、平板状部材から形成され、それぞれ可動ユニット５５のＤＭＤ５５１に対応する位置に中央孔５１３，５１４が設けられている。また、トッププレート５１１及びベースプレート５１２は、複数の支柱５１５によって、所定の間隙を介して平行に設けられている。

支柱５１５は、図９に示されるように、上端部がトッププレート５１１に形成されている支柱孔５１６に圧入され、雄ねじ溝が形成されている下端部がベースプレート５１２に形成されている支柱孔５１７に挿入される。支柱５１５は、トッププレート５１１とベースプレート５１２との間に一定の間隔を形成し、トッププレート５１１とベースプレート５１２とを平行に支持する。

また、トッププレート５１１及びベースプレート５１２には、支持球体５２１を回転可能に保持する支持孔５２２，５２６がそれぞれ複数形成されている。

トッププレート５１１の支持孔５２２には、内周面に雌ねじ溝を有する円筒状の保持部材５２３が挿入される。保持部材５２３は、支持球体５２１を回転可能に保持し、位置調整ねじ５２４が上から挿入される。ベースプレート５１２の支持孔５２６は、下端側が蓋部材５２７によって塞がれ、支持球体５２１を回転可能に保持する。

トッププレート５１１及びベースプレート５１２の支持孔５２２，５２６に回転可能に保持される支持球体５２１は、それぞれトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられる可動プレート５５２に当接し、可動プレート５５２を移動可能に支持する。

図１０は、実施形態における固定ユニット５１による可動プレート５５２の支持構造を説明するための図である。また、図１１は、図１０に示されるＡ部分の概略構成を例示する部分拡大図である。

図１０及び図１１に示されるように、トッププレート５１１では、支持孔５２２に挿入される保持部材５２３によって支持球体５２１が回転可能に保持されている。また、ベースプレート５１２では、下端側が蓋部材５２７によって塞がれている支持孔５２６によって支持球体５２１が回転可能に保持されている。

各支持球体５２１は、支持孔５２２，５２６から少なくとも一部分が突出するように保持され、トッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられる可動プレート５５２に当接して支持する。可動プレート５５２は、回転可能に設けられている複数の支持球体５２１により、トッププレート５１１及びベースプレート５１２と平行且つ表面に平行な方向に移動可能に両面から支持される。

また、トッププレート５１１側に設けられている支持球体５２１は、可動プレート５５２とは反対側で当接する位置調整ねじ５２４の位置に応じて、保持部材５２３の下端からの突出量が変化する。例えば、位置調整ねじ５２４がＺ１方向に変位すると、支持球体５２１の突出量が減り、トッププレート５１１と可動プレート５５２との間隔が小さくなる。また、例えば、位置調整ねじ５２４がＺ２方向に変位すると、支持球体５２１の突出量が増え、トッププレート５１１と可動プレート５５２との間隔が大きくなる。

このように、位置調整ねじ５２４を用いて支持球体５２１の突出量を変化させることで、トッププレート５１１と可動プレート５５２との間隔を適宜調整できる。

また、図８及び図９に示されるように、トッププレート５１１のベースプレート５１２側の面には、磁石５３１，５３２，５３３，５３４が設けられている。

図１２は、実施形態におけるトッププレート５１１を例示する底面図である。図１２に示されるように、トッププレート５１１のベースプレート５１２側の面には、磁石５３１，５３２，５３３，５３４が設けられている。

磁石５３１，５３２，５３３，５３４は、トッププレート５１１の中央孔５１３を囲むように４箇所に設けられている。磁石５３１，５３２，５３３，５３４は、それぞれ長手方向が平行になるように配置された直方体状の２つの磁石で構成され、それぞれ可動プレート５５２に及ぶ磁界を形成する。

磁石５３１，５３２，５３３，５３４は、それぞれ可動プレート５５２の上面に各磁石５３１，５３２，５３３，５３４に対向して設けられているコイルとで、可動プレート５５２を移動させる移動手段を構成する。

なお、上記した固定ユニット５１に設けられる支柱５１５、支持球体５２１の数や位置等は、可動プレート５５２を移動可能に支持できればよく、本実施形態に例示される構成に限られるものではない。

（可動ユニット）
図１３は、実施形態における可動ユニット５５を例示する斜視図である。また、図１４は、実施形態における可動ユニット５５を例示する分解斜視図である。

図１３及び図１４に示されるように、可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１、可動プレート５５２、結合プレート５５３、ヒートシンク５５４、保持部材５５５、ＤＭＤ基板５５７を有し、固定ユニット５１に対して移動可能に支持されている。

可動プレート５５２は、上記したように、固定ユニット５１のトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられ、複数の支持球体５２１により表面に平行な方向に移動可能に支持される。

図１５は、実施形態における可動プレート５５２を例示する斜視図である。

図１５に示されるように、可動プレート５５２は、平板状の部材から形成され、ＤＭＤ基板５５７に設けられるＤＭＤ５５１に対応する位置に中央孔５７０を有し、中央孔５７０の周囲にコイル５８１，５８２，５８３，５８４が設けられている。

コイル５８１，５８２，５８３，５８４は、それぞれＺ１Ｚ２方向に平行な軸を中心として電線が巻き回されることで形成され、可動プレート５５２のトッププレート５１１側の面に形成されている凹部に設けられてカバーで覆われている。コイル５８１，５８２，５８３，５８４は、それぞれトッププレート５１１の磁石５３１，５３２，５３３，５３４とで、可動プレート５５２を移動させる移動手段を構成する。

トッププレート５１１の磁石５３１，５３２，５３３，５３４と、可動プレート５５２のコイル５８１，５８２，５８３，５８４とは、可動ユニット５５が固定ユニット５１に支持された状態で、それぞれ対向する位置に設けられている。コイル５８１，５８２，５８３，５８４に電流が流されると、磁石５３１，５３２，５３３，５３４によって形成される磁界により、可動プレート５５２を移動させる駆動力となるローレンツ力が発生する。

可動プレート５５２は、磁石５３１，５３２，５３３，５３４とコイル５８１，５８２，５８３，５８４との間で発生する駆動力としてのローレンツ力を受けて、固定ユニット５１に対して、ＸＹ平面において直線的又は回転するように変位する。

各コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流される電流の大きさ及び向きは、システムコントロール部１０の移動制御部１２によって制御される。移動制御部１２は、各コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流す電流の大きさ及び向きによって、可動プレート５５２の移動（回転）方向、移動量や回転角度等を制御する。

本実施形態では、第１駆動手段として、コイル５８１及び磁石５３１と、コイル５８４及び磁石５３４とが、Ｘ１Ｘ２方向に対向して設けられている。コイル５８１及びコイル５８４に電流が流されると、図１５に示されるようにＸ１方向又はＸ２のローレンツ力が発生する。可動プレート５５２は、コイル５８１及び磁石５３１と、コイル５８４及び磁石５３４とにおいて発生するローレンツ力により、Ｘ１方向又はＸ２方向に移動する。

また、本実施形態では、第２駆動手段として、コイル５８２及び磁石５３２と、コイル５８３及び磁石５３３とが、Ｘ１Ｘ２方向に並んで設けられ、磁石５３２及び磁石５３３は、磁石５３１及び磁石５３４とは長手方向が直交するように配置されている。このような構成において、コイル５８２及びコイル５８３に電流が流されると、図１５に示されるようにＹ１方向又はＹ２方向のローレンツ力が発生する。

可動プレート５５２は、コイル５８２及び磁石５３２と、コイル５８３及び磁石５３３とにおいて発生するローレンツ力により、Ｙ１方向又はＹ２方向に移動する。また、可動プレート５５２は、コイル５８２及び磁石５３２と、コイル５８３及び磁石５３３とで反対方向に発生するローレンツ力により、ＸＹ平面において回転するように変位する。

例えば、コイル５８２及び磁石５３２においてＹ１方向のローレンツ力が発生し、コイル５８３及び磁石５３３においてＹ２方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動プレート５５２は、上面視で時計回り方向に回転するように変位する。また、コイル５８２及び磁石５３２においてＹ２方向のローレンツ力が発生し、コイル５８３及び磁石５３３においてＹ１方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動プレート５５２は、上面視で反時計回り方向に回転するように変位する。

また、可動プレート５５２には、固定ユニット５１の支柱５１５に対応する位置に、可動範囲制限孔５７１が設けられていてもよい。可動範囲制限孔５７１は、固定ユニット５１の支柱５１５が挿入され、例えば振動や何らかの異常等により可動プレート５５２が大きく移動した時に支柱５１５に接触することで、可動プレート５５２の可動範囲を制限する。

以上で説明したように、本実施形態では、システムコントロール部１０の移動制御部１２が、コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流す電流の大きさや向きを制御することで、可動範囲内で可動プレート５５２を任意の位置に移動させることができる。

なお、移動手段としての磁石５３１，５３２，５３３，５３４及びコイル５８１，５８２，５８３，５８４の数、位置等は、可動プレート５５２を任意の位置に移動させることが可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。例えば、移動手段としての磁石は、トッププレート５１１の上面に設けられてもよく、ベースプレート５１２の何れかの面に設けられてもよい。また、例えば、磁石が可動プレート５５２に設けられ、コイルがトッププレート５１１又はベースプレート５１２に設けられてもよい。

また、可動範囲制限孔５７１の数、位置及び形状等は、本実施形態に例示される構成に限られない。例えば、可動範囲制限孔５７１は一つであってもよく、複数であってもよい。また、可動範囲制限孔５７１の形状は、例えば長方形や円形等、本実施形態とは異なる形状であってもよい。

固定ユニット５１によって移動可能に支持される可動プレート５５２の下面側（ベースプレート５１２側）には、図１３に示されるように、結合プレート５５３が固定されている。結合プレート５５３は、平板状部材から形成され、ＤＭＤ５５１に対応する位置に中央孔を有し、周囲に設けられている折り曲げ部分が３本のねじ５９１によって可動プレート５５２の下面に固定されている。

図１６は、可動プレート５５２が外された可動ユニット５５を例示する斜視図である。

図１６に示されるように、結合プレート５５３には、上面側にＤＭＤ５５１、下面側にヒートシンク５５４が設けられている。結合プレート５５３は、可動プレート５５２に固定されることで、ＤＭＤ５５１、ヒートシンク５５４と共に、可動プレート５５２に伴って固定ユニット５１に対して移動可能に設けられている。

ＤＭＤ５５１は、ＤＭＤ基板５５７に設けられており、ＤＭＤ基板５５７が保持部材５５５と結合プレート５５３との間で挟み込まれることで、結合プレート５５３に固定されている。保持部材５５５、ＤＭＤ基板５５７、結合プレート５５３、ヒートシンク５５４は、図１４及び図１６に示されるように、固定部材としての段付ねじ５６０及び押圧手段としてのばね５６１によって重ねて固定されている。

図１７は、実施形態における可動ユニット５５のＤＭＤ保持構造について説明する図である。図１７は、可動ユニット５５の側面図であり、可動プレート５５２及び結合プレート５５３は図示が省略されている。

図１７に示されるように、ヒートシンク５５４は、結合プレート５５３に固定された状態で、ＤＭＤ基板５５７に設けられている貫通孔からＤＭＤ５５１の下面に当接する突出部５５４ａを有する。なお、ヒートシンク５５４の突出部５５４ａは、ＤＭＤ基板５５７の下面であって、ＤＭＤ５５１に対応する位置に当接するように設けられてもよい。

また、ＤＭＤ５５１の冷却効果を高めるために、ヒートシンク５５４の突出部５５４ａとＤＭＤ５５１との間に弾性変形可能な伝熱シートが設けられてもよい。伝熱シートによりヒートシンク５５４の突出部５５４ａとＤＭＤ５５１との間の熱伝導性が向上し、ヒートシンク５５４によるＤＭＤ５５１の冷却効果が向上する。

上記したように、保持部材５５５、ＤＭＤ基板５５７、ヒートシンク５５４は、段付きねじ５６０及びばね５６１によって重ねて固定されている。段付きねじ５６０が締められると、ばね５６１がＺ１Ｚ２方向に圧縮され、図１７に示されるＺ１方向の力Ｆ１がばね５６１から生じる。ばね５６１から生じる力Ｆ１により、ヒートシンク５５４はＺ１方向に力Ｆ２でＤＭＤ５５１に押圧されることとなる。

本実施形態では、段付きねじ５６０及びばね５６１は４箇所に設けられており、ヒートシンク５５４にかかる力Ｆ２は、４つのばね５６１に生じる力Ｆ１を合成したものに等しい。また、ヒートシンク５５４からの力Ｆ２は、ＤＭＤ５５１が設けられているＤＭＤ基板５５７を保持する保持部材５５５に作用する。この結果、保持部材５５５には、ヒートシンク５５４からの力Ｆ２に相当するＺ２方向の反力Ｆ３が生じ、保持部材５５５と結合プレート５５３との間でＤＭＤ基板５５７を保持できるようになる。

段付きねじ５６０及びばね５６１には、保持部材５５５に生じる力Ｆ３からＺ２方向の力Ｆ４が作用する。ばね５６１は、４箇所に設けられているため、それぞれに作用する力Ｆ４は、保持部材５５５に生じる力Ｆ３の４分の１に相当し、力Ｆ１と釣り合うこととなる。

また、保持部材５５５は、図１７において矢印Ｂで示されるように撓むことが可能な部材で板ばね状に形成されている。保持部材５５５は、ヒートシンク５５４の突出部５５４ａに押圧されて撓み、ヒートシンク５５４をＺ２方向に押し返す力が生じることで、ＤＭＤ５５１とヒートシンク５５４との接触をより強固に保つことができる。

可動ユニット５５は、以上で説明したように、可動プレート５５２と、ＤＭＤ５５１及びヒートシンク５５４を有する結合プレート５５３とが、固定ユニット５１によって移動可能に支持されている。可動ユニット５５の位置は、システムコントロール部１０の移動制御部１２によって制御される。また、可動ユニット５５には、ＤＭＤ５５１に当接するヒートシンク５５４が設けられており、ＤＭＤ５５１の温度上昇に起因する動作不良や故障といった不具合の発生が防止されている。

＜画像投影＞
上記したように、本実施形態に係るプロジェクタ１において、投影画像を生成するＤＭＤ５５１は、可動ユニット５５に設けられており、システムコントロール部１０の移動制御部１２によって可動ユニット５５と共に位置が制御される。

移動制御部１２は、例えば、画像投影時にフレームレートに対応する所定の周期で、ＤＭＤ５５１の複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた複数の位置の間を高速移動するように可動ユニット５５の位置を制御する。このとき、画像制御部１１は、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにＤＭＤ５５１に画像信号を送信する。

例えば、移動制御部１２は、Ｘ１Ｘ２方向及びＹ１Ｙ２方向にＤＭＤ５５１のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で、ＤＭＤ５５１を所定の周期で往復移動させる。このとき、画像制御部１１が、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにＤＭＤ５５１を制御することで、投影画像の解像度を、ＤＭＤ５５１の解像度の約２倍にすることが可能になる。また、ＤＭＤ５５１の移動位置を増やすことで、投影画像の解像度をＤＭＤ５５１の２倍以上にすることもできる。

このように、移動制御部１２が可動ユニット５５と共にＤＭＤ５５１を所定の周期で移動させ、画像制御部１１がＤＭＤ５５１に位置に応じた投影画像を生成させることで、ＤＭＤ５５１の解像度以上の画像を投影することが可能になる。

また、本実施形態に係るプロジェクタ１では、移動制御部１２がＤＭＤ５５１を可動ユニット５５と共に回転するように制御することで、投影画像を縮小させることなく回転させることができる。例えばＤＭＤ５５１等の光変調素子が固定されているプロジェクタでは、投影画像を縮小させなければ、投影画像の縦横比を維持しながら回転させることはできない。これに対して、本実施形態に係るプロジェクタ１では、ＤＭＤ５５１を回転させることができるため、投影画像を縮小させることなく回転させて傾き等の調整を行うことが可能になっている。

以上で説明したように、本実施形態に係るプロジェクタ１では、ＤＭＤ５５１が移動可能に構成されることで、投影画像の高解像度化が可能になっている。また、ＤＭＤ５５１を冷却するヒートシンク５５４が、ＤＭＤ５５１と共に可動ユニット５５に搭載されていることで、ＤＭＤ５５１に当接してより効率的に冷却することが可能になり、ＤＭＤ５５１の温度上昇が抑制されている。したがって、プロジェクタ１では、ＤＭＤ５５１の温度上昇に起因して発生する動作不良や故障といった不具合が低減される。

＜塵埃除去＞
ここまで説明したプロジェクタ１では、光変調素子であるＤＭＤ５５１の各マイクロミラーの角度によってスクリーンＳに投影される画像は生成される。このため、マイクロミラー１枚１枚の角度を維持したままＤＭＤ５５１を、並進、回転などの変位をさせるということは、スクリーンＳに投影されている画像情報を維持した状態で投影位置を変位させることになる。

このため、例えば、ＤＭＤ５５１を半画素分だけ所定の周期で変位させた場合には、スクリーンＳに投影される画像自体が半画素分所定の周期でシフトすることとなり、結果としてスクリーンＳ上に中間画像が形成され、見かけ上の画素数、画素密度を高めることが可能となる。すなわち、ＤＭＤ５５１が本来有している画素数以上の画素数をスクリーンＳ上に形成することが可能となり、疑似的にＤＭＤ５５１の画素数以上の高解像な画像をスクリーンＳ上に投影することが可能となる。

なお、ここまで説明したプロジェクタ１が備える画素ずらしのための機構は、図６〜図１７を参照して説明した上述の例に限られるものではなく、ＤＭＤ５５１を変位させることで投影されている画像情報を維持した状態で投影位置を変位させるものであればよい。

しかしながら、画素ずらし制御をするプロジェクタ１の場合、ＤＭＤ５５１を固設する構成に比べて、光学エンジン１５において画像表示ユニット５０の画像面側を完全な密閉構造とすることが困難となるため、塵埃が侵入し、ＤＭＤ５５１に付着してしまうおそれがある。

そこで本実施形態に係るプロジェクタ１は、画像表示ユニット５０は、固定支持されている固定ユニット５１（第１のユニット）と、ＤＭＤ５５１を備えるとともに固定ユニット５１に対して変位する可動ユニット５５（第２のユニット）と、固定ユニット５１に設けられて可動ユニット５５の変位時にＤＭＤ５５１上の塵埃を除去する塵埃除去部７０と、を有するとともに、可動ユニット５５を周期的に変位させる移動制御部１２と、可動ユニット５５を、塵埃除去部７０による塵埃の除去位置まで変位させる塵埃除去制御部１３と、を備えるものである。

図１８は、本実施形態に係るプロジェクタ１の塵埃除去を説明するための説明図である。図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、固定ユニット５１のトッププレート５１１と、可動ユニット５５のＤＭＤ５５１、ＤＭＤ基板５５７、結合プレート５５３の側面概略図である。可動プレート５５２、保持部材５５５等の図示は省略する。

プロジェクタ１は、上述のように移動制御部１２が可動ユニット５５を移動させることで、可動ユニット５５は固定ユニット５１に対し、ＸＹ平面において変位し、これにより、ＤＭＤ５５１が変位し、画素ずらし制御が可能となっている。

図１８（Ａ）は、ＤＭＤ５５１が変位していない状態を示している。また、ＤＭＤ５５１上に塵埃８０が発生している場合を示している。

図１８（Ａ）に示すように、トッププレート５１１のＤＭＤ５５１に対応する位置に対応する位置に設けられた中央孔５１３（図８等参照）のＸ１方向側の一辺には、塵埃除去部７０の一例である塵埃除去ローラ７１が設けられている。塵埃除去ローラ７１は、例えば、ローラの基材の表面に粘着材が形成された粘着ローラである。

トッププレート５１１への塵埃除去ローラ７１の設置方法は特に限られるものではないが、例えば、図１９に示すように、トッププレート５１１に設けられたベアリングなどの保持部７３にて塵埃除去ローラ７１の回転軸７２を軸支し、塵埃除去ローラ７１は回転可能となっている。

なお、本実施形態では、中央孔５１３のＸ１方向側の一辺に塵埃除去ローラ７１を設ける例について説明するが、塵埃除去ローラ７１は、少なくともＸＹ平面のいずれか一辺に設けられていればよい。

ここで、塵埃除去ローラ７１は、移動制御部１２による画素ずらし制御時のＤＭＤ５５１の変位量では、ＤＭＤ５５１の上部の位置にはならないようになっている。すなわち、画素ずらし制御時には、ＤＭＤ５５１で生成される画像への影響を与えない位置に設けられている。

塵埃除去制御部１３は、所定のタイミングで、電流の大きさや向きを制御して、移動制御部１２よりも大きい変位量でＤＭＤ５５１を変位させる。この時、図１８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ基板５５７に支持されたＤＭＤ５５１は、塵埃除去ローラ７１の下部の位置まで移動する。そして、ＤＭＤ５５１は、塵埃除去ローラ７１に当接することで、塵埃８０は塵埃除去ローラ７１により転移して除去される。

そして、図１８（Ｃ）に示すように、塵埃除去制御部１３は、ＤＭＤ基板５５７に支持されたＤＭＤ５５１を元の位置（図１８（Ａ））まで戻すものである。

これにより、プロジェクタ１は、移動制御部１２が画素ずらし制御のために行う制御と同様の機構を用いて、その制御量を変動させることで、ＤＭＤ５５１上に生じる塵埃８０を除去することが可能となる。

なお、塵埃除去制御部１３によるＤＭＤ５５１の変位量は、ＤＭＤ５５１の全面が塵埃除去ローラ７１に当接可能とすることが好ましい。これにより、ＤＭＤ５５１上の全域の塵埃８０を除去することが可能となる。

また、塵埃除去制御部１３による塵埃の除去は、画像の非投影時に実行することが好ましい。例えば、メインスイッチＳＷ５がＯＮに操作され、電源４がプロジェクタ１の各部への給電を開始したことを、システムコントロール部１０にて検知したとき（すなわち、電源投入時）に、実行することが好ましい。

また、電源の投入後において、所定のタイミングで撮像部１６により投影画像を撮像し、撮像部１６から渡された画像情報に基づいて、塵埃除去制御部１３が、塵埃除去の要否を判断し、該判断結果に基づいて塵埃を除去することも好ましい。例えば、画像処理アルゴリズムにより投影画像にノイズ等が発生していると判断した場合は、塵埃の影響があると判断し、塵埃除去が必要と判断するものである。

塵埃除去部７０の他の構成例について説明する。図２０は、塵埃除去部７０の他の構成例を示している。図２０（Ａ）では、塵埃除去部７０はブラシローラ７４を備え、ブラシローラの回転によりＤＭＤ５５１上の塵埃を除去するものである。また、図２０（Ｂ）では、塵埃除去部７０はワイパー部材７５を備え、柔軟性のある素材で拭くことでＤＭＤ５５１上の塵埃を除去するものである。また、図２０（Ｃ）では、塵埃除去部７０はクリーニング部材７６（クリーニングローラ）を備え、ＤＭＤ５５１上の塵埃を静電気力により吸着するものである。この場合、ＤＭＤ５５１とクリーニング部材７６とを非接触とすることができる。

また、塵埃除去部７０を２以上有することが好ましい。図２１は、トッププレート５１１に２つの塵埃除去部７０を設けた例を示す側面概略図である。

図２１に示す画像表示ユニット５０では、Ｘ１方向側に設けられて、塵埃除去ローラ７１ａが保持部７３ａに支持された第１の塵埃除去部７０ａと、Ｘ２方向側に設けられて、塵埃除去ローラ７１ｂが保持部７３ｂに支持された第２の塵埃除去部７０ｂを備えている。

この構成によれば、塵埃除去制御部１３によるＤＭＤ５５１の変位量をおよそ半分にすることができる。これにより、画像表示ユニット５０の小型化を図ることが可能となる。また、Ｙ１方向側、Ｙ２方向側に塵埃除去部７０を設けてもよいのは勿論である。また、ＤＭＤ５５１を回転させる場合は、回転方向で接触する位置に設ければよく、中央孔５１３の一辺の全域に設ける必要はない。

また、塵埃除去制御部１３により、ＤＭＤ５５１が塵埃除去部７０の位置まで変位して塵埃除去部７０に接触し、ＤＭＤ５５１上の塵埃を除去する際には、ＤＭＤ５５１に対して塵埃除去部７０が押し当てられる力が作用することが好ましい。

図２２は、塵埃除去部７０によりＤＭＤ５５１を押し当てる方向の力がかかる様子を示す説明図である。例えば、図２２（Ａ）に示すように、ブラシローラ７４をＤＭＤ５５１に近接させて、ＤＭＤ５５１にブラシローラ７４を押し当てる方向の力Ｆ５が加わることが好ましい。また、図２２（Ｂ）に示すように、塵埃除去ローラ７１をＤＭＤ５５１に近接させて、ＤＭＤ５５１に塵埃除去ローラ７１を押し当てる方向の力Ｆ５が加わることが好ましい。これにより、ＤＭＤ５５１上の塵埃をより好適に除去することができる。

以上説明した本実施形態に係る画像投影装置によれば、光変調素子自体を変位させることで高解像度化を図るとともに、簡易な構成で光変調素子に付着した塵埃を除去することができる。このため、光学エンジンや画像表示ユニットを密閉構造にできない場合でも防塵性能を高めることができる。

具体的には、光変調素子をシフトさせる画素ずらしのための機構をそのまま用いて、そのシフト量を大きくすることで、固設された塵埃除去部による塵埃の除去を行うことを可能としている。このように、画素ずらしための機構の動作に連動させて、塵埃除去作用を発揮させるようにしているため、塵埃除去部を作動させるための駆動機構、駆動モータ、制御回路等が不要となり、簡易な構成で低コスト化を図ることができる。

また、空気で塵埃を飛ばす方法では、塵埃が再付着するおそれがあるが、塵埃を粘着材などにより除去することによれば、塵埃の再付着を防ぐことも可能となる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上記実施形態では、塵埃除去制御部１３は、移動制御部１２よりも大きい変位量でＤＭＤ５５１を変位させる例について説明したが、移動制御部１２が画素ずらしの際に変位させる方向とは異なる方向にＤＭＤ５５１を変位させて、その異なる方向側に設けられた塵埃除去部７０により塵埃を除去するものであってもよい。

１ プロジェクタ（画像投影装置）
１０ システムコントロール部
１１ 画像制御部
１２ 移動制御部
１３ 塵埃除去制御部
１４ 光源制御部
１５ 光学エンジン
１６ 撮像部
３０ 光源
４０ 照明光学系ユニット（照明光学部）
５０ 画像表示ユニット（画像表示部）
５１ 固定ユニット（第１のユニット）
５５ 可動ユニット（第２のユニット）
６０ 投影光学系ユニット（投影光学部）
７０ 塵埃除去部
７１ 塵埃除去ローラ（粘着ローラ）
７２ 回転軸
７３ 保持部
７４ ブラシローラ
７５ ワイパー部材
７６ クリーニング部材
８０ 塵埃
５５１ ＤＭＤ

特開２００１- ５３９８号公報 特開２００２− ４０５６１号公報 特開２００５− ８４５８１号公報 特許５０７３１９５号公報

Claims (10)

1. 光を出射する光源と、
   該光源からの光を用いて画像を形成する光変調素子を有する画像表示部と、
   前記光源からの光を前記画像表示部に導く照明光学部と、
   前記画像表示部によって形成された画像を拡大投影する投影光学部と、を備えた画像投影装置において、
   前記画像表示部は、
   固定支持されている第１のユニットと、
   前記光変調素子を備えるとともに前記第１のユニットに対して変位する第２のユニットと、
   前記第１のユニットに設けられて前記第２のユニットの変位時に前記光変調素子上の塵埃を除去する塵埃除去部と、を有しており、
   かつ、前記第２のユニットを周期的に変位させる移動制御部と、
   前記第２のユニットを、前記塵埃除去部による塵埃の除去位置まで変位させる塵埃除去制御部と、
   を備えることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記塵埃除去制御部は、電源投入時に、前記第２のユニットを前記塵埃除去部による塵埃の除去位置まで変位させることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 被投影面に投影された画像を撮像する撮像部をさらに備え、
   前記塵埃除去制御部は、前記撮像部が撮像した画像情報に基づいて、塵埃除去の要否を判断し、該判断結果に基づいて、前記第２のユニットを前記塵埃除去部による塵埃の除去位置まで変位させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投影装置。
4. 前記塵埃除去部は、粘着ローラを備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像投影装置。
5. 前記塵埃除去部は、ブラシローラを備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像投影装置。
6. 前記塵埃除去部は、ワイパー部材を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像投影装置。
7. 前記塵埃除去部は、静電気力により塵埃を吸着するクリーニング部材を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像投影装置。
8. 前記塵埃除去部を２以上有することを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の画像投影装置。
9. 前記塵埃除去制御部により前記第２のユニットを前記塵埃除去部による塵埃の除去位置まで変位させた際に、
   前記光変調素子に対して前記塵埃除去部が押し当てられる力が作用することを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の画像投影装置。
10. 光を出射する光源と、
    該光源からの光を用いて画像を形成する光変調素子を有する画像表示部と、
    前記光源からの光を前記画像表示部に導く照明光学部と、
    前記画像表示部によって形成された画像を拡大投影する投影光学部と、を備えた画像投影装置において、
    前記画像表示部は、
    固定支持されている第１のユニットと、
    前記光変調素子を備えるとともに前記第１のユニットに対して変位する第２のユニットと、
    前記第１のユニットに設けられて前記第２のユニットの変位時に前記光変調素子上の塵埃を除去する塵埃除去部と、を有しており、
    かつ、前記第２のユニットを周期的に変位させる移動処理と、
    前記第２のユニットを、前記塵埃除去部による塵埃の除去位置まで変位させる塵埃除去処理と、
    を行うようにしたことを特徴とする画像投影装置の制御方法。