JP2017009930A - 画像投影装置、画像投影装置の同期調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画素ずらしの動作開始タイミングを調整することが可能な画像投影装置を提供すること。【解決手段】本画像投影装置は、光源と、前記光源から照射される光を用いて画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段によって形成される画像を拡大して投影する投影光学系と、前記投影光学系により投影される画像において各画素を往復移動させる移動手段と、前記移動手段を制御し、第１の周期で前記往復移動を行う通常モードと、前記第１の周期よりも長い第２の周期で前記往復移動を行う調整モードと、を切り替える移動制御手段と、を有する。【選択図】図２３

Description

本発明は、画像投影装置、及び画像投影装置の同期調整方法に関する。

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画像生成部が画像を生成し、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に画像を投影する画像投影装置が知られている。画像生成部としては、例えば液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイスＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等が用いられている。

このような画像投影装置において、ＤＭＤを機械的に動かして擬似的に解像度を向上させる画素ずらし機能が提案されている。また、複数の画像投影装置を使って、複数の画面を縦横に並べることで大画面を実現するマルチ投影や、複数の画面を重ね合わせることで高輝度を実現するスタック投影が提案されている。また、マルチ投影やスタック投影の際に、それぞれの画像投影装置の間でタイミングインデックス信号をつないで表示タイミングを合わせる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、マルチ投影やスタック投影において、画素ずらし機能を動作させると、それぞれの画像投影装置間で動作開始タイミングが合わない場合に、解像度を向上させるという本来の性能が発揮できず、画質の劣化した画像になるという問題があった。上記の技術では、単に表示タイミングを合わせているだけで、画素ずらしの動作開始タイミングを調整することはできないため、この問題は解決されていない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、画素ずらしの動作開始タイミングを調整することが可能な画像投影装置を提供することを課題とする。

本画像投影装置は、光源と、前記光源から照射される光を用いて画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段によって形成される画像を拡大して投影する投影光学系と、前記投影光学系により投影される画像において各画素を往復移動させる移動手段と、前記移動手段を制御し、第１の周期で前記往復移動を行う通常モードと、前記第１の周期よりも長い第２の周期で前記往復移動を行う調整モードと、を切り替える移動制御手段と、を有することを要件とする。

開示の技術によれば、画素ずらしの動作開始タイミングを調整することが可能な画像投影装置を提供できる。

実施形態における画像投影装置を例示する図である。 実施形態におけ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。 実施形態におけ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。 実施形態における照明光学系ユニットを例示する図である。 実施形態における投影光学系ユニットの内部構成を例示する図である。 実施形態における画像表示ユニットを例示する斜視図である。 実施形態における画像表示ユニットを例示する側面図である。 実施形態における固定ユニットを例示する斜視図である。 実施形態における固定ユニットを例示する分解斜視図である。 実施形態におけ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。 実施形態におけ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。 実施形態におけるトップカバーを例示する底面図である。 実施形態における可動ユニットを例示する斜視図である。 実施形態における可動ユニットを例示する分解斜視図である。 実施形態における可動プレートを例示する斜視図である。 実施形態におけ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。 実施形態における可動ユニットのＤＭＤ保持構造について説明する図である。 ２台のプロジェクタを用いたマルチ投影について説明する図である。 マルチ投影において画素ずらし機能を動作させた様子を例示する図である。 ２台のプロジェクタを用いたスタック投影について説明する図である。 スタック投影において画素ずらし機能を動作させた様子を例示する図である。 同期調整機能について説明するフローチャートである。 同期調整機能について説明するタイミングチャートである。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜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、画像制御手段の一例であり、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ＤＭＤ（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、移動制御手段の一例であり、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。

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。

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、システムコントロール部１０により制御され、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、例えばカラーホイール、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、画像生成手段の一例であり、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、例えば複数の投影レンズ、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からの光を不図示の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また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方向または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方向または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方向または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方向または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が設けられている。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またはベースプレート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等の画像生成手段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。

＜マルチ投影、スタック投影＞
次に、マルチ投影及びスタック投影について説明する。

上記のように、プロジェクタ１は、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の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機能を備えている。

この機能では、例えば後述の図１９（ｂ）に示すように、投影光学系により投影される画像において各画素を同一方向に同一周期で往復移動させることができる。このような画素を始点と終点との間で往復移動させながら投影することで解像度を向上する機能が、所謂画素ずらし機能である。

ところで、複数のプロジェクタ１を使用して、マルチ投影やスタック投影を行うことができる。マルチ投影やスタック投影において画素ずらし機能を動作させる場合、それぞれのプロジェクタ１においてＤＭＤ５５１が独立して微少に位置を変えているため、単純に画面を合わせただけでは、それぞれのプロジェクタ１においてＤＭＤ５５１の動きが無秩序となる。この状態では、高解像度を得るという、画素ずらし機能の本来の性能が十分に得られない。

以上について、図面を参照しながら、より具体的に説明する。図１８は、２台のプロジェクタを用いたマルチ投影について説明する図であり、並置された２台のプロジェクタ１を上方から見た様子を模式的に示している。図１８では、２台のプロジェクタ１（便宜上、プロジェクタ１_１、プロジェクタ１_２とする）を並置してマルチ投影を行い、スクリーンＳ上に画像Ｐを投影している。

図１９（ａ）は、図１８の状態で、プロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２において画素ずらし機能を動作させたときの様子を例示する図である。図１９（ａ）では、実線で描かれた２つの画像が合わさって１つの画像Ｐを投影しているが、画素ずらし機能を動作させると、プロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２の画素ずらしの同期が取れていない場合には、点線のように２画面がずれた状態になる。

この状態では、２画面の位置関係が初期の状態と異なってしまうため、画素ずらしによる高解像度の性能が十分得られない。例えば、左右の画面の境界が目立ったり（色がなくて目立つ、色が濃くなって目立つ、の両方が有り得る）、左右の画面の上辺下辺の高さのずれが目立ったりする場合がある。

そこで、本実施形態に係るプロジェクタ１では、画素ずらしの同期ずれを解消するための同期調整機能を備えている。同期調整機能の詳細については後述するが、同期調整機能を用いることにより、複数のプロジェクタ間における画素ずらしの同期を取ることが可能となる。

例えば、図１９（ａ）の状態において、同期調整機能を用いてプロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２における画素ずらしの同期を取ることにより、図１９（ｂ）のように、２つの画面が同期して動く（実線の状態と点線の状態とを往復する）ようになる。その結果、プロジェクタ１_１とプロジェクタ１_２との間で画像のズレが発生することがなく、画素ずらし本来の性能を得ることができる。

なお、図１８及び図１９では、２台のプロジェクタ１を並置する例を示したが、３台以上のプロジェクタ１を並置してもよいし、更に上下方向（重力方向）に複数のプロジェクタ１を配置してもよい。何れの場合にも上記の説明が当てはまる。

図２０は、２台のプロジェクタを用いたスタック投影について説明する図であり、上下方向に配置された２台のプロジェクタ１を側方から見た様子を模式的に示している。図２０では、２台のプロジェクタ１（便宜上、プロジェクタ１_１、プロジェクタ１_２とする）を上下方向に配置してスタック投影を行い、スクリーンＳ上に画像Ｐを投影している。

図２１（ａ）は、図２０の状態で、プロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２において画素ずらし機能を動作させたときの様子を例示する図である。図２１（ａ）に示すように、画素ずらし機能を動作させると、プロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２の画素ずらしの同期が取れていない場合には、画像Ｐとして実線画像部と点線画像部が同時に存在することになる。この状態では、常にプロジェクタ１_１とプロジェクタ１_２の画素がずれた状態になってしまい、画素ずらしによる高解像度の性能が十分得られない。そこで、マルチ投影の場合と同様に、同期調整機能を用いることにより、複数のプロジェクタ間における画素ずらしの同期を取ることが必要となる。

例えば、図２１（ａ）の状態において、同期調整機能を用いてプロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２における画素ずらしの同期を取ることにより、図２１（ｂ）のようになる。すなわち、プロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２の画像（実線画像と点線画像）が重なってずれることがなくなり、画素ずらし本来の性能を得ることができる。

なお、図２０及び図２１では、２台のプロジェクタ１を上下方向に配置する例を示したが、３台以上のプロジェクタ１を上下方向に配置してもよく、この場合にも上記の説明が当てはまる。

ここで、同期調整機能について詳細に説明する。同期調整機能は、例えば、システムコントロール部１０の移動制御部１２によって実現できる。すなわち、移動制御部１２が、入力された指令に基づいて、各コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流される電流の大きさ及び向きを適宜制御することで実現できる。

図２２及び図２３を参照して、具体的な動作について説明する。図２２は、同期調整機能について説明するフローチャートである。図２３は、同期調整機能について説明するタイミングチャートである。

まず、２つのプロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２において、自由な動作開始タイミングで画像ずらし機能が動作している状態（通常モード）を考える。通常モードでは、プロジェクタ１_１及びプロジェクタ１_２の画像ずらし機能が第１の周期Ｔ_１で自由なタイミングで動作しており、図２３（ａ）に示すように、各プロジェクタ間での画素ずらしの動作開始タイミングは合っていない。ここで、第１の周期Ｔ_１は、ＤＭＤ５５１の複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離を移動させる周期である。

なお、図２３（ａ）〜図２３（ｄ）において、横軸は時間軸であり、各縦線は画素ずらしの動作開始タイミングを示している。なお、各縦線を、画素が移動先の位置に到達したタイミングと考えてもよい。

図２３（ａ）の状態（通常モード）の時に、所定の指令により、図２２のステップＳ１において、システムコントロール部１０の移動制御部１２は、通常モードと調整モードとの切り替えを行い、同期調整を行うための調整モードを開始する。所定の指令は、例えば、リモコンを使ってシステムコントロール部１０の移動制御部１２に入力してもよいし、プロジェクタ１の操作キーによりシステムコントロール部１０の移動制御部１２に入力してもよい。

なお、リモコンを用いる際には、所定の指令に対応するリモコンコードを専用のボタンに割り当ててもよいし、既存の複数のボタンを同時に押した際に所定の指令に対応するリモコンコードを送信するようにしてもよい。操作キーについても同様であり、所定の指令を行う専用のボタンに割り当ててもよいし、既存の複数のボタンを同時に押した際に所定の指令を行うようにしてもよい。

調整モードに入ると、図２２のステップＳ２において、システムコントロール部１０の移動制御部１２は、画素ずらしの周期を第１の周期Ｔ_１から、第１の周期Ｔ_１よりも長い第２の周期Ｔ_２に切り替える（図２３（ｂ））。すなわち、画素ずらしの動作速度を、図２３（ａ）に示す通常状態よりも遅くする。画素ずらしの周期は、移動制御部１２が、各コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流される電流の大きさ及び向きを適宜変更することで変化させることが可能である。なお、図２３（ｂ）の状態では、各プロジェクタ間での画素ずらしの動作開始タイミングは合っていない。

次に、図２２のステップＳ３において、例えばプロジェクタ１_１とプロジェクタ１_２の何れか一方に対するキー操作によって、目視にて同期調整（動作開始タイミング合わせ）を実施する。キー操作が行なわれたプロジェクタのシステムコントロール部１０の移動制御部１２は、キー操作により入力された指令に基づいて、画素の往復移動（画素ずらし）を一瞬停止させる、若しくは画素の往復移動（画素ずらし）の周期を一瞬短くする。

ここで、一瞬とは、画素ずらしの往復に要する時間（＝第２の周期Ｔ_２）よりも短い所定の時間を指す。画素ずらしを一瞬停止すること、若しくは画像ずらしの周期を一瞬短くすることは、移動制御部１２が、各コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流される電流の大きさ及び向きを適宜変更することで実現可能である。

図２２のステップＳ３よりも前に、画素ずらしの動作速度は通常モードでの動作速度より遅くなっており、プロジェクタ１_１またはプロジェクタ１_２の遅延が視認できる状態であるため、目視にて同期調整が可能である。同期調整を実施した後の画素ずらしの動作開始タイミングは、図２３（ｃ）のようになり、プロジェクタ１_１とプロジェクタ１_２とは画素ずらしの動作開始タイミングが合っている。但し、動作速度は通常状態よりも遅い状態である。

次に、図２２のステップＳ４において、システムコントロール部１０の移動制御部１２は、調整モードを解除し、通常モードに戻る。通常モードに戻ると、図２３（ｄ）に示すように、画素ずらしの周期が第２の周期Ｔ_２から第１の周期Ｔ_１に戻る。すなわち、画素ずらしの動作速度が通常状態に戻る。前述の場合と同様に、画素ずらしの周期は、移動制御部１２が、各コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流される電流の大きさ及び向きを適宜変更することで切替可能である。通常モードに戻るには、例えば、リモコンを使ってシステムコントロール部１０の移動制御部１２に指令を入力してもよいし、プロジェクタ１の操作キーによりシステムコントロール部１０の移動制御部１２に指令を入力してもよい。

このように、本実施の形態に係るプロジェクタ１では、ＤＭＤ５５１の複数のマイクロミラーを第１の周期で往復移動させる通常モードと、第１の周期よりも長い第２の周期で往復移動させる調整モードとを切り替えることが可能である。そして、調整モードにおいて、画素ずらしの周期が長くなるため（画素ずらしの動作が遅くなるため）、目視にて画素ずらしの動作開始タイミングを調整することができる。

これにより、複数のプロジェクタ１を用いたマルチ投影及びスタック投影において、複数のプロジェクタで画素ずらし機能を動作させた場合でも、相互の同期を取ることができる。その結果、画素ずらし機能の本来の性能を損なうことなく高解像度の画像を投影することが可能となる。

以上、好ましい実施形態について詳説したが、上述した実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記実施形態では、ＤＭＤを用いて画素ずらし機能を行うプロジェクタを例にして説明したが、本発明はＤＭＤ以外の画像生成手段（例えば、液晶素子等）を用いて画素ずらし機能を行うプロジェクタにも適用可能である。

又、画素ずらし機能は、必ずしもＤＭＤや液晶素子等の画像生成手段を往復移動させる方法でなくてもよく、例えば、レンズ群を往復移動させて光軸をシフトする方法等であってもよい。

又、マルチ投影及びスタック投影において、必ずしも同一機種のプロジェクタを複数台用いる必要はない。少なくとも画素ずらし機能及び画素ずらしの同期調整機能を備えており、画素ずらし機能における画素の移動方向と移動周期が同一である複数のプロジェクタを用いることができる。

１、１_１、１_２ 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（画像制御手段）
１２ 移動制御部（移動制御手段）
３０ 光源
４０ 照明光学系ユニット
５０ 画像表示ユニット
６０ 投影光学系ユニット
４１１ ホルダ
４１２ 伝達機構
４１３ 回転アクチュエータ
５１１ トッププレート（第１固定板）
５１２ ベースプレート（第２固定板）
５１５ 支柱
５２１ 支持球体
５２２，５２６ 支持孔
５２４ 位置調整ねじ
５３１，５３２，５３３，５３４ 磁石（駆動手段）
５８１，５８２，５８３，５８４ コイル（駆動手段）
５５１ ＤＭＤ（画像生成手段）
５５２ 可動プレート（第１可動板）
５５３ 結合プレート（第２可動板）
５５４ ヒートシンク（放熱手段）
５６０ 段付きねじ（固定手段）
５６１ ばね（押圧手段）
５７１ 可動範囲制限孔

特開２００９‐１２２４１２号公報

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源から照射される光を用いて画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段によって形成される画像を拡大して投影する投影光学系と、
   前記投影光学系により投影される画像において各画素を往復移動させる移動手段と、
   前記移動手段を制御し、第１の周期で前記往復移動を行う通常モードと、前記第１の周期よりも長い第２の周期で前記往復移動を行う調整モードと、を切り替える移動制御手段と、を有する画像投影装置。
2. 前記調整モードにおいて、前記移動制御手段は、入力された指令に基づいて、前記往復移動を前記第２の周期よりも短い所定の時間停止させる請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記調整モードにおいて、前記移動制御手段は、入力された指令に基づいて、前記往復移動の周期を所定の時間前記第２の周期よりも短くする請求項１に記載の画像投影装置。
4. 前記通常モードと前記調整モードの切り替えは、リモコンから入力された指令に基づいて実行される請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像投影装置。
5. 前記画像生成手段は、前記光源から照射された光を画像信号に基づいて変調する複数のマイクロミラーが配列されたデジタルマイクロミラーデバイスである請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像投影装置。
6. 前記移動手段は、磁石及び前記磁石に対向して設けられて電流が流されるコイルを備え、
   前記移動制御手段は、前記コイルに流される電流の大きさ及び向きを制御して、前記デジタルマイクロミラーデバイスの前記往復移動の周期を変化させる請求項５に記載の画像投影装置。
7. 前記第１の周期は、前記複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離を移動させる周期である請求項５又は６に記載の画像投影装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の画像投影装置を複数台用いてマルチ投影またはスタック投影を行う際に、
   前記調整モードにおいて、前記往復移動を前記第２の周期よりも短い所定の時間停止させるか、または、前記往復移動の周期を所定の時間前記第２の周期よりも短くして、複数台の前記画像投影装置のうち少なくとも１つの画像投影装置において前記往復移動の動作開始タイミングを調整し、それぞれの画像投影装置における前記往復移動を同期させる、画像投影装置の同期調整方法。

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