JP2017010003A - 照明光学系、光学エンジン及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変位する画像生成手段の位置に応じて光源からの照射光を導き、画像生成手段により生成される画像の品質低下を防ぐ照明光学系、光学エンジン、及び画像表示装置を提供する。【解決手段】第１レンズ４０３及び第２レンズ４０４を備え、入射光に対して垂直方向に移動可能に設けられて光を反射して画像を生成する画像生成手段に、光源からの照射光を導く照明光学系であって、第１レンズ４０３は、第１レンズ４０３の光軸Ｌに対して垂直方向に移動可能に設けられ、第２レンズ４０４は、第１レンズ４０３との面間距離が変化する方向に移動可能に設けられ、第１レンズ４０３及び第２レンズ４０４を変位させるレンズ位置制御部１３と、を有する照明光学系。【選択図】図１８

Description

本発明は、照明光学系、光学エンジン及び画像投影装置に関する。

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を生成し、生成し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。

このような画像投影装置において、スクリーンの位置等に応じて投影レンズをシフトし、スクリーン上の画像投影位置を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、投影画像を生成する画像生成手段を変位させることで、スクリーン上に投影する画像の位置補正や、投影画像の高解像度化を行うことが考えられる。しかし、画像生成手段が変位すると、光源から照射されて画像生成部に導かれる光束と画像生成部の位置とがずれ、投影画像の欠けや明度の低下等が生じて画像品質が低下する可能性がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、変位する画像生成手段の位置に応じて光源からの照射光を導き、画像生成手段により生成される画像の品質低下を防ぐことを目的とする。

本発明の一態様によれば、第１レンズ及び第２レンズを備え、入射光に対して垂直方向に移動可能に設けられて光を反射して画像を生成する画像生成手段に、光源からの照射光を導く照明光学系であって、前記第１レンズは、前記第１レンズの光軸に対して垂直方向に移動可能に設けられ、前記第２レンズは、前記第１レンズとの面間距離が変化する方向に移動可能に設けられ、前記第１レンズ及び前記第２レンズを変位させるレンズ位置制御手段と、を有する。

本発明の実施形態によれば、変位する画像生成手段の位置に応じて光源からの照射光を導き、画像生成手段により生成される画像の品質低下を防ぐことができる。

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。 実施形態におけるリレーレンズの構成を例示する図である。 実施形態におけるＤＭＤ及び光照射範囲を例示する模式図である。 実施形態におけるＤＭＤの変位に応じた光照射範囲の制御を例示する図である。 実施形態におけるＤＭＤの変位に応じた光照射範囲の制御を例示する図である。

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。

（リレーレンズ）
図１８は、実施形態におけるリレーレンズ４０３，４０４の構成を例示する図である。

第１レンズとしてのリレーレンズ４０３及び第２レンズとしてのリレーレンズ４０４は、Ｘ１Ｘ２方向に平行なリレーレンズ４０３の光軸Ｌに沿って配列され、図１８には不図示のライトトンネル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。

リレーレンズ４０３は、図１８に示されるように、Ｙ１Ｙ２方向及びＺ１Ｚ２方向に移動可能に設けられている。また、リレーレンズ４０４は、図１８に示されるように、リレーレンズ４０３の光軸Ｌに平行なＸ１Ｘ２方向に移動可能に設けられているので、リレーレンズ４０３との面間距離が変化する方向に移動可能になっている。

レンズ駆動機構４１０は、例えばアクチュエータ等を備え、リレーレンズ４０３，４０４をそれぞれ所定の方向に変位させることができる。具体的には、リレーレンズ４０３を支持する枠に、リレーレンズ４０３をプロジェクタ１の上下方向（Ｚ１Ｚ２方向）に変位させるための第１ステッピングモータを連結する。また、リレーレンズ４０３を支持する枠と第１ステッピングモータに、リレーレンズ４０３と第１ステッピングモータとをＺ１Ｚ２方向に対して垂直な方向かつリレーレンズ４０３の半径方向（Ｙ１Ｙ２方向）に変位させるための第２ステッピングモータを連結する。また、リレーレンズ４０４を支持する枠に、リレーレンズ４０４をリレーレンズ４０３の光軸Ｌに平行な方向（Ｘ１Ｘ２方向）、つまり、リレーレンズ４０３との面間距離が変化する方向に変位させるための第３ステッピングモータを連結する。

レンズ位置制御部１３は、レンズ駆動機構４１０を制御し、リレーレンズ４０３，４０４の変位方向及び変位量を制御する。レンズ位置制御部１３は、移動制御部１２から取得するＤＭＤ５５１の位置に基づいて、各リレーレンズ４０３，４０４の位置を制御する。具体的には、レンズ駆動機構４１０は、レンズ位置制御部１３により制御されて第１ステッピングモータを駆動させることで、リレーレンズ４０３をＺ１方向又はＺ２方向に変位させることができる。また、レンズ駆動機構４１０は、レンズ位置制御部１３により制御されて第２ステッピングモータを駆動させることで、リレーレンズ４０３をＹ１Ｙ２方向に変位させることができる。また、レンズ駆動機構４１０は、レンズ位置制御部１３により制御されて第３ステッピングモータを駆動させることで、リレーレンズ４０４をＸ１Ｘ２方向、つまり、リレーレンズ４０３との面間距離が変化する方向に変位させることができる。

図１９は、実施形態におけるＤＭＤ５５１及びＤＭＤ５５１に入射する光の照射範囲Ｌａを例示する模式図である。

リレーレンズ４０３，４０４によって導かれた光は、照明光学系ユニット４０のシリンダミラー４０５及び凹面ミラー４０６によって反射され、例えば図１９に示される光照射範囲Ｌａに照射される。

レンズ位置制御部１３は、リレーレンズ４０３，４０４の位置を変えることで、光照射範囲Ｌａの位置及び大きさを変えることができる。レンズ位置制御部１３は、例えばリレーレンズ４０３をＺ１方向に変位させることで、光照射範囲ＬａをＸ１方向に変位させることができる。また、レンズ位置制御部１３は、例えばリレーレンズ４０３をＺ２方向、Ｙ１方向及びＹ２方向の何れかに変位させることで、同様に、光照射範囲ＬａをＸ２方向、Ｙ１方向及びＹ２方向の何れかに変位させることができる。

さらに、レンズ位置制御部１３は、リレーレンズ４０３の位置を、例えばＹ１Ｙ２方向及びＺ１Ｚ２方向に同時に変位させることで、光照射範囲ＬａをＸ１Ｘ２方向及びＹ１Ｙ２方向に対して傾斜する斜め方向に変位させることができる。

また、レンズ位置制御部１３は、例えばリレーレンズ４０４をＸ１方向に変位させることで光照射範囲Ｌａを大きくし、リレーレンズ４０４をＸ２方向に変位させることで光照射範囲Ｌａを小さくすることができる。

ここで、レンズ位置制御部１３は、ＤＭＤ５５１の全体に光が照射されるように、光照射範囲ＬａがＤＭＤ５５１の全体を含むようにリレーレンズ４０３，４０４の位置を制御する。ＤＭＤ５５１の全体に光を照射することで、スクリーンＳに投影される画像に欠け等が生じるのを防ぐことができる。

また、レンズ位置制御部１３は、光照射範囲Ｌａの面積が、ＤＭＤ５５１の表面積とほぼ同一となり、ＤＭＤ５５１以外に光が照射される面積が最小限になるように、リレーレンズ４０３，４０４の位置を制御する。ＤＭＤ５５１による反射光量が増大し、スクリーンＳに投影される画像の明度を上げることが可能になる。

例えば図２０に示されるように、ＤＭＤ５５１がＸ２方向及びＹ１方向に変位した場合には、レンズ位置制御部１３が、リレーレンズ４０３をＹ１方向及びＺ２方向に変位させ、光照射範囲Ｌａの位置をＤＭＤ５５１の位置に合わせる。レンズ位置制御部１３は、移動制御部１２から取得したＤＭＤ５５１の位置情報に基づいて、リレーレンズ４０３を変位させる。

また、例えば図２１に示されるように、ＤＭＤ５５１が回転した場合には、レンズ位置制御部１３が、リレーレンズ４０４をＸ２方向に変位させ、ＤＭＤ５５１の全体に光が照射されるように光照射範囲Ｌａの大きさを変える。レンズ位置制御部１３は、移動制御部１２から取得したＤＭＤ５５１の回転情報に基づいて、リレーレンズ４０４を変位させる。

このように、ＤＭＤ５５１が変位した場合であっても、ＤＭＤ５５１の位置に応じてリレーレンズ４０３，４０４が変位することで、ＤＭＤ５５１の変位に合わせて光照射範囲Ｌａの位置及び大きさの少なくとも一方を変えることができる。したがって、ＤＭＤ５５１が変位しても、常にＤＭＤ５５１の全体が光照射範囲Ｌａ内に入り、ＤＭＤ５５１の全体に光が照射されるため、投影画像の欠け等の画像品質の低下が防止される。

以上で説明したように、本実施形態に係る照明光学系ユニット４０では、ＤＭＤ５５１の位置に合わせて光照射範囲Ｌａの位置及び大きさが変化するように、リレーレンズ４０３，４０４がそれぞれ移動する。このようにリレーレンズ４０３，４０４が移動することで、変位するＤＭＤ５５１によって生成される投影画像の明度低下や投影画像の欠けといった画像品質の低下を防止できる。

なお、照明光学系ユニット４０におけるリレーレンズの構成は、上記した実施形態に限られるものではない。例えば、リレーレンズ４０３がリレーレンズ４０３の光軸Ｌに平行な方向に移動可能に設けられ、リレーレンズ４０４がリレーレンズ４０３の光軸Ｌに垂直な方向に移動可能に設けられてもよい。また、例えば、リレーレンズ４０３の光軸Ｌに平行な方向に移動可能なリレーレンズ及びリレーレンズ４０３の光軸Ｌに垂直な方向に移動可能なリレーレンズを含む３枚以上のリレーレンズが設けられてもよい。

以上、実施形態に係る照明光学系、光学エンジン及び画像投影装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１ プロジェクタ（画像投影装置）
１１ 画像制御部（画像制御手段）
１２ 移動制御部（移動制御手段）
１３ レンズ位置制御部（レンズ位置制御手段）
１５ 光学エンジン
３０ 光源
４０ 照明光学系ユニット（照明光学系）
５０ 画像表示ユニット
６０ 投影光学系ユニット（投影手段）
４０３ リレーレンズ（第１レンズ）
４０４ リレーレンズ（第２レンズ）
５５１ ＤＭＤ（画像生成手段）

特開２００４−３４１０２９号公報

Claims (6)

1. 第１レンズ及び第２レンズを備え、入射光に対して垂直方向に移動可能に設けられて光を反射して画像を生成する画像生成手段に、光源からの照射光を導く照明光学系であって、
   前記第１レンズは、前記第１レンズの光軸に対して垂直方向に移動可能に設けられ、
   前記第２レンズは、前記第１レンズとの面間距離が変化する方向に移動可能に設けられ、
   前記第１レンズ及び前記第２レンズを変位させるレンズ位置制御手段と、を有する
   ことを特徴とする照明光学系。
2. 前記レンズ位置制御手段は、前記画像生成手段の位置に応じて前記第１レンズ及び前記第２レンズを変位させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記第１レンズは、それぞれ前記第１レンズの光軸に対して垂直且つ互いに直交する２方向に移動可能に設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明光学系と、
   前記光源と、
   前記画像生成手段と、を有する
   ことを特徴とする光学エンジン。
5. 前記画像生成手段は、前記照明光学系によって導かれた光束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り、
   所定の周期で前記デジタルマイクロミラーデバイスを前記複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ移動させる移動制御手段と、
   前記デジタルマイクロミラーデバイスの位置に応じた画像信号を生成する画像制御手段と、を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光学エンジン。
6. 請求項４又は５に記載の光学エンジンと、
   前記画像生成手段により生成された画像を投影する投影手段と、を有する
   ことを特徴とする画像投影装置。

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