JP2017161560A - 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】高解像度化を図ると同時に、画像投影装置１に振動が加わった場合の振動を打ち消すように画像を投影する。
【解決手段】光源３０からの光を用いて画像を形成する光学変調素子（ＤＭＤ５５１）を有し、該光学変調素子によって形成された画像をスクリーンＳに投影する画像投影装置１において、画像投影装置１に加わる振動を検出する振動検出部２８と、光学変調素子を所定方向に所定範囲で往復動作させる第１移動制御部（高解像度化シフト制御部１０１、可動ユニット制御部１４）と、振動検出部２８の検出結果に基づいて、振動によりスクリーンＳに投影される画像の投影位置の変動を打ち消すように光学変調素子を変位させる第２移動制御部（振動追従シフト制御部１０２、可動ユニット制御部１４）と、を備える。
【選択図】図５

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。

パーソナルコンピュータなどの情報処理装置、ＤＶＤプレーヤーなどの映像再生機器、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学変調素子（画像表示素子）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。

画像投影装置は、多人数に対するプレゼンテーション、会議、講演会、教育現場や、サイネージなどに広く用いられているとともに、液晶パネルの高解像化、ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。

また、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を利用したＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の画像投影装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投影装置が利用されるようになってきている。また、スクリーンなどの被投影面までの投影距離を短くした、短焦点型の画像投影装置の開発も盛んである。

このような画像投影装置において投影画像を高解像度化する場合には、光学変調素子の画素密度を上げることが考えられるが、光学変調素子の製造コストが増大することとなる。

これに対し、特許文献１には、光学素子を動かすことによって画素をずらすことで中間画像を作り出し、光学変調素子の画素数を増加させることなく、画素数よりも疑似的に高い解像度の画像を表示する画像表示装置が開示されている。

ところで、画像投影装置の設置場所は、振動の生じ難い床や机、天井等が好適であるが、建物や環境の制約が存在する場合、振動の生じやすい不安定な設置場所に置かざるを得ない場合もある。また、近年は片手で持てるほど小型の画像投影装置も普及している。

これに対し、特許文献２には、加速度センサによりプロジェクタに加わる振動の加速度を検出して、変位量と方向を計算し、その変位を打ち消すようにレンズをシフト制御することで、防振を図る投射型表示装置が開示されている。

しかしながら、従来、高解像度化を図ると同時に、画像投影装置に振動が加わった場合の振動を打ち消すように画像を投影することはできなかった。

そこで本発明は、高解像度化を図ると同時に、画像投影装置に振動が加わった場合の振動を打ち消すように画像を投影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、光源からの光を用いて画像を形成する光学変調素子を有し、該光学変調素子によって形成された画像を被投影面に投影する画像投影装置において、該画像投影装置に加わる振動を検出する振動検出部と、前記光学変調素子を所定方向に所定範囲で往復動作させる第１移動制御部と、前記振動検出部の検出結果に基づいて、前記振動により前記被投影面に投影される画像の投影位置の変動を打ち消すように前記光学変調素子を変位させる第２移動制御部と、を備えるものである。

本発明によれば、高解像度化を図ると同時に、画像投影装置に振動が加わった場合の振動を打ち消すように画像を投影することができる。

画像投影装置の一実施形態を示す外観斜視図である。 画像投影装置の側面図であって、被投影面への投影状態を示した図である。 （Ａ）画像投影装置の外装カバーを外した状態を示す斜視図、（Ｂ）（Ａ）の丸囲み部分の拡大構成図である。 照明光学系ユニット、投影光学系ユニット、画像表示ユニット、および光源ユニットの断面図である。 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。 ＤＭＤの左右方向の並進運動、上下方向の並進運動、および回転運動の説明図である。 高解像度化シフトによる高解像度化を説明する図である。 高解像度化シフトおよび振動追従シフトを説明する図である。 高解像度化シフト実施中の振動追従シフトの実行を示すフローチャートである。 ユーザにより投影画像の表示位置が指示される場合の動作シーケンスを示す図である。

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は、光源（光源３０）からの光を用いて画像を形成する光学変調素子（ＤＭＤ５５１）を有し、該光学変調素子によって形成された画像を被投影面（スクリーンＳ）に投影する画像投影装置（画像投影装置１）において、該画像投影装置に加わる振動を検出する振動検出部（振動検出部２８）と、光学変調素子を所定方向に所定範囲で往復動作させる第１移動制御部（高解像度化シフト制御部１０１、可動ユニット制御部１４）と、振動検出部の検出結果に基づいて、振動により被投影面に投影される画像の投影位置の変動を打ち消すように光学変調素子を変位させる第２移動制御部（振動追従シフト制御部１０２、可動ユニット制御部１４）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）
図１は、画像投影装置１の一実施形態を示す外観斜視図である。また、図２は、画像投影装置１の側面図であって、被投影面であるスクリーンＳへの投影状態を示した図である。

また、図３（Ａ）は、画像投影装置１の外装カバー２を外した状態を示す斜視図である。また、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の丸囲み部分で示す光学エンジン３と光源ユニット４の拡大構成図である。

画像投影装置１には、投影画面の大画面化と共に、画像投影装置外に必要とされる投影空間をできるだけ小さくできることが要請されている。近年では、光学エンジン３の性能が向上し、投影距離が１〜２ｍで投影画像サイズが６０ｉｎｃｈ〜８０ｉｎｃｈを達成できる画像投影装置１が主流となってきている。

従来の投影距離が長い画像投影装置１の場合には、画像投影装置１とスクリーンＳの間には会議机などがあり、会議机の後ろ側に画像投影装置１を配置していたのが、近年では投影距離の短縮に伴い、会議机の前側に配置することが可能となり、画像投影装置１の背後の空間を自由に活用できるようになってきた。

画像投影装置１は、装置内部に光源としてのランプや多数の電子基板を備えており、起動後は時間の経過と共に、装置の内部温度が上昇する。これは画像投影装置１の筐体サイズの小型化が進む昨今では顕著であり、このため、画像投影装置１には、内部の構成部品が耐熱温度を超えないように、吸気口１６および排気口１７が設けられている。

また、図３に示すように、画像投影装置１は、光学エンジン３および光源ユニット４を備えている。また、図４は、照明装置である照明光学系ユニット４０、投影光学系ユニット６０、画像表示ユニット５０、および光源ユニット４の上面から見た断面図である。光学エンジン３は、照明光学系ユニット４０および、投影光学系ユニット６０からなる。

図３に示すように、吸気口１６、排気口１７の内側には、それぞれ吸気ファン１８、排気ファン１９が設けられており、吸気ファン１８から吸入した外気を排気ファン１９から排出することで、装置内の強制気流による空冷がなされる。

画像投影装置１においては、光源ユニット４の光源からの光（白色光）が光学エンジン３の照明光学系ユニット４０に照射される。照明光学系ユニット４０内では、照射された白色光をＲＧＢに分光した後、レンズ、ミラー等により画像表示ユニット５０へ導き、変調信号に応じて画像形成する画像表示ユニット５０とその画像を投影光学系ユニット６０によりスクリーンＳへ拡大投影する構成となっている。

光源ユニット４のランプ（光源３０）としては、種々のランプを用いることができるが、例えば、高圧水銀ランプ、キセノンランプなどのアークランプを用いることができる。例えば、高圧水銀ランプを用いることが好ましい。

また、光源ユニット４の側面の一方向側には光源を冷却するファン２０が設けられている。ファン２０は、光源ユニット４の各部が設定された定格温度範囲内の温度となるように、その回転数が制御される。また、光源ユニット４からの光の出射方向と投影光学系ユニット６０からの画像光の出射方向は、図４に示すように、略９０°の関係となっている。

また、光学エンジン３の照明光学系ユニット４０は、光源から照射された光を分光するカラーホイール５（回転色フィルター）と、カラーホイール５から出射した光を導くライトトンネル６と、リレーレンズ７、平面ミラー８および凹面ミラー９と、を備えている。また、照明光学系ユニット４０内には、画像表示ユニット５０が設けられる。

照明光学系ユニット４０では、先ず、光源からの出射光である白色光が、円盤状のカラーホイール５で単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換され出射される。カラーホイール５から出射された色分離された光は、ライトトンネル６に導かれる。ライトトンネル６は、入射された光がその内部（内壁）で複数回反射され合成されることで均一化する照明均一変換光学部材である。

次いで、ライトトンネル６から出射された光は、２枚のレンズを組み合わせてなるリレーレンズ７により、光の軸上色収差を補正しつつ集光される。また、リレーレンズ７から出射される光は、平面ミラー８および凹面ミラー９によって反射されて、画像表示ユニット５０に集光される。画像表示ユニット５０は、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有し、画像データに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の画像を形成するように投影光を加工して反射する光学変調素子としてのＤＭＤ５５１を備えている。

画像表示ユニット５０は、入力信号に応じてマイクロミラーのオンオフを切り替えることで投影ユニットへ光を出力する光を選別するとともに階調を表現する。すなわち、ＤＭＤ５５１により、時分割で画像データに基づいて、複数のマイクロミラーが使用する光は投影レンズへ反射され、捨てる光はＯＦＦ光板へ反射される。画像表示ユニット５０で使用する光は投影光学系ユニット６０へ反射し、投影光学系ユニット６０内の複数の投影レンズを通り拡大された画像光はスクリーンＳ上へ拡大投影される。

なお、照明光学系ユニット４０内部のリレーレンズ７、平面ミラー８、凹面ミラー９、画像表示ユニット５０、および投影光学系ユニット６０の入射側は、各部品を覆うように図示しないハウジングにより保持されており、かつハウジングの合せ面はシール材にて密閉された防塵構造となっている。

図５は、本実施形態に係る画像投影装置１の一例を示す機能ブロック図である。

画像投影装置１は、システム制御部１０、ランプ制御部１１、カラーホイール制御部１２、ＤＭＤ制御部１３、可動ユニット制御部１４、ファン制御部１５、ファン２０、リモコン受信部２２、本体操作部２３、入力端子２４、映像信号制御部２５、設定情報記憶部２６、電源ユニット２７、振動検出部２８、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、等を備え、スクリーンＳに画像を投影する画像投影装置である。また、遠隔操作手段としてのリモコン２１を備えている。

システム制御部１０は、画像投影装置１の全体の制御を行う。また、入力された映像信号に対して、コントラスト調整、明るさ調整、シャープネス調整、スケーリング処理などの画像処理や、メニュー情報などの重畳画面（ＯＳＤ：On Screen Display）の表示制御、画像投影装置１の起動制御、その他各種制御をおこなう。

また、システム制御部１０は、ランプ制御部１１、カラーホイール制御部１２、ＤＭＤ制御部１３、可動ユニット制御部１４、ファン制御部１５、リモコン受信部２２、本体操作部２３、映像信号制御部２５、設定情報記憶部２６、振動検出部２８、と接続されており、これらの各機能部を制御する。

また、システム制御部１０は、高解像度化シフト制御部１０１と、振動追従シフト制御部１０２と、画像データ処理部１０３と、を備えている。

高解像度化シフト制御部１０１は、設定情報記憶部２６から取得した各設定値に応じて、可動ユニット制御部１４を制御して、高解像度化のためのＤＭＤ５５１のシフト（高解像度化シフトという）を制御する。

また、振動追従シフト制御部１０２は、振動検出部２８から入力される加速度情報（加速度の値）から変位量と方向を演算し、振動を打ち消すための変位量を可動ユニット制御部１４に伝え、振動の影響を打ち消すようにＤＭＤ５５１をシフト制御（振動追従シフトという）する。

また、画像データ処理部１０３は、映像信号制御部２５から入力された画像データに対して、画素ずらし（ＤＭＤシフトともいう）により高解像度化を図るための所定の画像処理を施す。画像データ処理部１０３は、画像処理された画像を投影するため各部を制御する。

なお、システム制御部１０等の各制御部は、マイクロコントローラ（マイコン）で構成され、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などの演算部および記憶部を有し、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。

入力端子２４は、映像信号を入力するインタフェースであって、Ｄ−Ｓｕｂコネクタ等のＶＧＡ（Video Graphics Array）入力端子やＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）（登録商標）端子、Ｓ−ＶＩＤＥＯ端子、ＲＣＡ端子等のビデオ入力端子等である。入力端子２４に接続されたケーブルを介してコンピュータやＡＶ機器などの映像供給装置から映像信号を受信する。また、複数の入力端子２４を備える場合もある。

映像信号制御部２５は、入力端子２４に入力された映像信号を処理するものであって、例えば、当該映像信号にシリアル−パラレル変換や電圧レベル変換などの種々の処理を施す。また、映像信号の解像度や周波数などを解析する信号判定機能を有する。

設定情報記憶部２６は、映像信号に対する画像処理やその他各種処理において、データを記憶する。設定情報記憶部２６としては、例えば、ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性半導体メモリを採用することができる。画像投影装置１は、電源オフ後も前回の設定内容（言語設定など）を保存しておくことができる。

本体操作部２３は、画像投影装置１を操作するインタフェースであって、ユーザからの種々の操作要求を受け付ける。本体操作部２３は、操作要求を受け付けると、当該操作要求をシステム制御部１０に通知する。本体操作部２３は、画像投影装置１の外面に設けられる操作キー（操作ボタン）等によって構成される。

リモコン受信部２２は、リモコン２１からの操作信号を受信する。リモコン受信部２２は、操作信号を受信すると、当該操作信号をシステム制御部１０に通知する。

ユーザは、本体操作部２３またはリモコン２１を操作することにより、各種設定等を行うことができる。例えば、メニュー画面等の表示指示、画像投影装置１の設置状態の選択、投影画像のアスペクト比の変更要求、画像投影装置１の電源ＯＦＦ要求、光源３０の光量を変更するランプパワー変更要求、投影画像の画質（高輝度や標準、ナチュラル等）を変更する映像モード変更要求、投影画像を停止するフリーズ要求、などを実行することができる。また、ＤＭＤシフトによる投影画像の表示位置（初期位置）を設定することができる。

ファン制御部１５は、画像投影装置１内の温度や光源３０の温度が所定の温度となるようにファン２０を制御する。

電源ユニット２７は、画像投影装置１内の各デバイスに接続されており、コンセントなどから入力されたＡＣ（交流）電源をＤＣ（直流）に変換して、画像投影装置１内の各デバイスに電源を供給する。

ファン２０は、吸気ファン、排気ファン、冷却ファン等で構成される。吸気ファンから吸入した外気を排気ファンから排出することで、画像投影装置１に気流を発生させて空冷がなされる。また、光源３０の近傍には光源冷却手段としての冷却ファンが設けられており、光源３０の温度に基づいて冷却ファンの回転量が制御される。

振動検出部２８は、例えば、加速度センサで構成され、画像投影装置１が振動した場合に、その振動を検出し、加速度情報をシステム制御部１０の振動追従シフト制御部１０２に伝える。

光源３０は、例えば、一対の電極間の放電により発光物質が発光する高圧水銀ランプであって、照明光学系ユニット４０に光を照射する。また、光源３０として、キセノンランプ、ＬＥＤ等を用いることもできる。また、システム制御部１０は、設定情報記憶部２６の設定値に応じて、ランプ制御部１１に光源３０の点灯を指示する。ランプ制御部１１は、光源３０のオン／オフや点灯パワーなどを制御する。

光源３０から放射された光は、照明光学系ユニット４０における円盤状のカラーホイール５により単位時間毎に各色が繰り返す光に分光される。

カラーホイール制御部１２は、カラーホイール５の回転駆動を制御する。

カラーホイール５から出射した光は、ライトトンネル６、リレーレンズ７、平面ミラー８および凹面ミラー９を介して、画像表示ユニット５０における光学変調素子としてのＤＭＤ５５１に集光される。

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（図６）、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、可動ユニット制御部１４によって固定ユニット５１に対する位置が制御される。

可動ユニット５５には、駆動手段としての電磁アクチュエータ（ボイスコイル、磁石）が設けられている。可動ユニット制御部１４は、高解像度化シフト制御部１０１に制御されて、可動ユニット５５の駆動手段に流すための電流量を制御し、所定の変位量、周期で高解像度化シフトを制御する。また、可動ユニット制御部１４は、振動追従シフト制御部１０２に制御されて、画像投影装置１の振動を検出した場合に、振動追従シフトを制御する。

なお、可動ユニット制御部１４によるＤＭＤ５５１のシフト制御は、本体操作部２３またはリモコン２１を操作することにより、オン／オフ可能となっている。ＤＭＤ５５１のシフト制御がオフに設定される場合は、ＤＭＤ５５１のシフトがされない通常の投影画面の表示となる。

ＤＭＤ５５１は、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有し、映像データに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の映像を形成するように投影光を加工して反射する光学変調素子である。

ＤＭＤ制御部１３は、ＤＭＤ５５１のマイクロミラーのオン／オフを制御する。

ＤＭＤ５５１により、時分割で映像データに基づいて、複数のマイクロミラーが使用する光は投影光学系ユニット６０へ反射され、捨てる光はＯＦＦ光板へ反射される。使用する光は投影光学系ユニット６０へ反射し、投影光学系ユニット６０を通り拡大された映像光はスクリーンＳ上へ拡大投影される。

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。

（画像表示ユニット）
図６は、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、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いる。

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、ＤＭＤ制御部１３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、ＤＭＤ制御部１３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、拡大放熱部の一例であり、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、本実施形態に係る画像投影装置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、固定ユニット５１を例示する斜視図である。また、図９は、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、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、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、可動ユニット５５を例示する斜視図である。また、図１４は、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、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、可動ユニット制御部１４によって制御される。可動ユニット制御部１４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、可動ユニット制御部１４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、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、可動ユニット制御部１４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。

（ＤＭＤシフト制御）
上述のように、画像投影装置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、高解像度化シフト制御部１０１および可動ユニット制御部１４によって可動ユニット５５と共に位置が制御される。

高解像度化シフト制御部１０１および可動ユニット制御部１４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、ＤＭＤ制御部１３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。

また、高解像度化シフト制御部１０１および可動ユニット制御部１４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Ａと位置Ｂとの間で、ＤＭＤ５５１を所定の周期で往復移動させる。このとき、ＤＭＤ制御部１３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。

図１８は、ＤＭＤ５５１の左右方向（Ｘ１Ｘ２方向）の並進運動、上下方向（Ｙ１Ｙ２方向）の並進運動、および回転運動の説明図である。図１８（Ａ）は、第１駆動手段により可動プレート５５２を移動させて、ＤＭＤ５５１を左右方向に並進運動（シフトともいう）させる様子を示している。図１８（Ｂ）は、第２駆動手段により可動プレート５５２を移動させて、ＤＭＤ５５１を上下方向に並進運動させる様子を示している。図１８（Ｃ）は、第２駆動手段により可動プレート５５２を回転運動させて、ＤＭＤ５５１を回転運動させる様子を示している。

このように、高解像度化シフト制御部１０１および可動ユニット制御部１４が可動ユニット５５と共にＤＭＤ５５１を所定の周期で移動させ、ＤＭＤ制御部１３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、図１９は、ＤＭＤシフトにて半画素分シフトした画素の表示状態のイメージを示した説明図である。

図１９（Ａ）は、表示位置をシフトしない状態（シフト前の状態、第１状態）である各画素Ｓ１を示しており、各画素のサイズはＸＬ×ＹＬとなっている。また、図１９（Ｂ）は、半画素分（ＸＬ／２，ＹＬ／２）シフトされた状態（第２状態）であるの各画素Ｓ２を示している。そして、２つの画像を合成、すなわち、交互に各画素での映像を投影することにより、図１９（Ｃ）に示すように、擬似的に高解像度することが可能となる。なお、ここでは、シフト量を半画素分としているが、シフト量はこれに限られるものではない。

図２０は、ＤＭＤ５５１の１画素の説明図であって、第１状態の画素Ｓ１と第２状態の画素Ｓ２とを示している。画素Ｓ１と画素Ｓ２は、所定の周期にて矢印Ａで示される変位量でＤＭＤ５５１をシフトすることで高解像度化を図っている。

そして、本実施形態に係る画像投影装置１は、ここまで説明した高解像度化シフト制御に加えて、振動検出部２８にて画像投影装置１の振動を検出し、該振動の影響を打ち消すようにＤＭＤをシフト制御（振動追従シフト）するものである。図２０に示す例では、高解像度化シフトにより矢印Ａ方向で往復移動するとともに、振動を検出した際には、振動追従シフトにより該振動の影響を打ち消すように矢印Ｂ１〜Ｂ４で示される各方向にも変位可能となっている。

すなわち、振動検出部２８は、画像投影装置１の振動を検出しており、振動が検出されると、振動検出部２８が検出した加速度情報（加速度）が、システム制御部１０に送られる。

そして、システム制御部１０の振動追従シフト制御部１０２では、振動検出部２８から入力される加速度情報に基づいて、振動の変位量と方向を演算し、演算結果を可動ユニット制御部１４に送る。加速度センサによる検出に基づく、振動の変位量と方向の算出方法は特に限られるものではなく、公知の方法によるものであればよい。

そして、可動ユニット制御部１４は、高解像度化シフトの実施中に、振動追従シフト制御部１０２からの算出結果に基づいて、振動を打ち消す方向にＤＭＤ５５１をシフト制御するものである。すなわち、演算した振動の方向を打ち消す方向に対し、演算した振動の変位量を打ち消す変位量で、矢印Ｂ１〜Ｂ４で示される各方向への変位のうち、１方向または２方向への変位が同時に制御される。

振動追従シフトは、例えば、高解像度化シフトで往復動作されている可動ユニット５５の中心位置座標を、検出された振動の変位量と方向に基づいて、ずらした上で往復動作させるものである。すなわち、振動の加速度から導出した変位量と方向を打ち消すような位置に補正し続けることで、振動によるブレは打ち消された状態で高解像度化のシフト動作が行われる。なお、高解像度化シフトの中心位置座標は、例えば、第１状態（または第２位置）での位置座標や、往復動作の中央の位置座標等であり、特に限られるものではない。

また、この振動追従シフトは、画像投影装置１の高解像度化された画像の投影中にリアルタイムで実行され、振動検出部２８が振動を検出しない場合は、矢印Ｂ１〜Ｂ４の各方向への変位はなく、矢印Ａ方向での往復動作が実施される状態である。

図２１は、画像投影装置１が実行する高解像度化シフト実施中の振動追従シフトの実行を示すフローチャートである。

画像投影装置１は、可動ユニット５５が制御され、ＤＭＤ５５１が所定の周期と変位量で動作している状態（高解像度化シフト動作中）において、振動検出部２８が振動を検出して、加速度を取得する（Ｓ１０１）。

次いで、振動追従シフト制御部１０２は、振動検出部２８で検出された加速度に基づいて、振動の変位量と方向を算出する（Ｓ１０２）。そして、算出した振動の変位量と方向に基づいて、可動ユニット制御部１４を制御して、高解像度化シフトが実行される光学変調素子の位置座標を変位させるものである（Ｓ１０３）。これにより、高解像度化シフト実施中の振動追従シフトを実施することができる。

以上説明した本実施形態に係る画像投影装置１によれば、画素ずらしにより疑似的な高解像度化を図ると同時に、画像投影装置１に振動が加わった場合の振動を打ち消すように画像を投影することができる。よって、振動の生じやすい場所での使用でも、振動の影響を抑えて高解像度化された画像を投影することができる。

［第２の実施形態］
以下、本発明に係る画像投影装置の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。

第２の実施形態では、ユーザが投影画像の表示位置を指示する場合の高解像度化シフトおよび振動追従シフトについて説明する。図２２は、第２の実施形態での動作シーケンスを示す図である。

ユーザ１００による本体操作部２３の操作により、投影画像の表示位置変更の指示がなされる（Ｓ２０１）。画像投影装置１の高解像度化シフト制御部１０１および可動ユニと制御部１４は、可動ユニット５５の位置制御により、投影画像の表示位置をユーザ１００から指定された位置にシフトさせる（Ｓ２０２）。

そして、高解像度化シフト制御部１０１は、変更指示がされる前の既定の位置座標に、指定された移動量を加えて（Ｓ２０３）、変更後の位置座標とする。この変更後の位置座標を、設定情報記憶部２６に記憶し、高解像度化シフトの中心位置座標とする（Ｓ２０４）。

そして、新たに設定された表示位置にて高解像度化シフトを実施した画像を投影するとともに、画像投影装置１の振動を検出する（Ｓ２０５）と、振動追従シフト制御部１０２は、検出した加速度に基づいて変位量と変位方向を算出する（Ｓ２０６）。そして、算出した変位量と方向に基づいて、更新した中心位置座標から位置座標を変位させる（Ｓ２０７）。このように、高解像度化シフトの実行範囲を設定可能な設定部を備えることで、ユーザ１００が表示位置を任意に変更した場合でも画像投影装置１の振動に追従させ、高解像度化を図ることが可能となる。

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。

また、上記実施形態では、画像投影装置は、ＤＬＰ(Digital Light Processing)方式のプロジェクタを例に説明したが、これに限られるものではなく、他の方式であっても、光学変調素子をシフトさせる構成であれば、本発明を適用することができる。

１ 画像投影装置
２ 外装カバー
３ 光学エンジン
４ 光源ユニット
５ カラーホイール
６ ライトトンネル
７ リレーレンズ
８ 平面ミラー
９ 凹面ミラー
１０ システム制御部
１０１ 高解像度化シフト制御部
１０２ 振動追従シフト制御部
１０３ 画像データ処理部
１１ ランプ制御部
１２ カラーホイール制御部
１３ ＤＭＤ制御部
１４ 可動ユニット制御部
１５ ファン制御部
１６ 吸気口
１７ 排気口
１８ 吸気ファン
１９ 排気ファン
２０ ファン
２１ リモコン
２２ リモコン受信部
２３ 本体操作部
２４ 入力端子
２５ 映像信号制御部
２６ 設定情報記憶部
２７ 電源ユニット
２８ 振動検出部
３０ 光源
４０ 照明光学系ユニット
５０ 画像表示ユニット
５１ 固定ユニット
５５ 可動ユニット
５５１ ＤＭＤ
６０ 投影光学系ユニット
１００ ユーザ
Ｓ スクリーン

特開２００７−２４８７２１号公報 特開２０１２− ４７８５０号公報

Claims (6)

1. 光源からの光を用いて画像を形成する光学変調素子を有し、該光学変調素子によって形成された画像を被投影面に投影する画像投影装置において、
   該画像投影装置に加わる振動を検出する振動検出部と、
   前記光学変調素子を所定方向に所定範囲で往復動作させる第１移動制御部と、
   前記振動検出部の検出結果に基づいて、前記振動により前記被投影面に投影される画像の投影位置の変動を打ち消すように前記光学変調素子を変位させる第２移動制御部と、
   を備えることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記振動検出部は、加速度を検出し、
   前記第２移動制御部は、前記加速度に基づいて、前記振動により該画像投影装置に加わる変位量および変位方向を算出し、該変位量および変位方向を相殺する方向に前記光学変調素子を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. 前記第２移動制御部は、前記振動検出部の検出結果に基づいて、前記第１移動制御部による往復動作がなされる前記光学変調素子の位置座標を変更す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. 前記第２移動制御部による前記光学変調素子を変位させる制御は、前記第１移動制御部により前記光学変調素子の往復動作が実施されている間にのみなされ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. 前記第１移動制御部により前記光学変調素子の往復動作がなされる位置を設定可能な設定部を備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の画像投影装置。
6. 光源からの光を用いて画像を形成する光学変調素子を有し、該光学変調素子によって形成された画像を被投影面に投影する画像投影装置の制御方法において、
   前記光学変調素子を所定方向に所定範囲で往復動作させる第１移動処理と、
   該画像投影装置に加わる振動を検出して、該検出結果に基づいて、前記振動により前記被投影面に投影される画像の投影位置の変動を打ち消すように前記光学変調素子を変位させる第２移動処理と、
   を行うことを特徴とする画像投影装置の制御方法。