JP6650554B2 - 光学部材駆動装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、映像の投写表示の位置を移動させるための光学部材駆動装置及びそれを使用した投写型映像表示装置に関する。

特許文献１は、映像を投写表示するプロジェクタの、表示位置を移動させる画像移動装置を開示している。この画像移動装置は、映像の光変調を行う固定画素型の表示素子と、画像位置を移動させる４角形の平行平板ガラスとの間に、平行平板ガラスの４つの角を保持する圧電素子を備える、これら４つの圧電素子に電圧を印加して画像を移動させる。

特開２００７−２０６５６７号公報

特許文献１に記載の画像移動装置は、映像の光変調を行う固定画素型の表示素子と、画像位置を移動させる４角形の平行平板ガラスとの間に、平行平板ガラスの４つの角を支える４つの圧電素子を備える構造である。

圧電素子は、平行平板ガラスを移動させるアクチュエータとして動作し、圧電素子の伸び量は、その圧電素子の厚みに比例する。

特許文献１に示すようなプロジェクタで、表示素子の１／２画素の画像移動を実現しようとした場合には、表示素子の厚みの１０倍以上の厚みを持つ圧電素子が必要であり、狭い空間に光学部品を配置したプロジェクタにはこのような圧電素子の配置が困難である課題があった。

また、この課題を解決するために、平行平板ガラスの外形を表示素子の外形より大きくし、表示素子の外形より外側の平行平板ガラスに、厚みを増した圧電素子を取りつける構成が考えられる。

しかしながら、この構成にした場合、圧電素子が平行平板ガラスを駆動する位置が、平行平板ガラスの中心から遠くなってしまうため、圧電素子が平行平板ガラスを駆動する回転モーメントが著しく大きくなり、平行平板ガラスを移動させるための圧電素子の伸び量をさらに増大させなければならない問題が生じる。

本開示は、平行平板ガラスの中心から離れた位置にアクチュエータを配置した場合でも、平行平板ガラスを駆動するアクチュエータの回転モーメントの増加を抑制できると共に、アクチュエータの伸び量を抑制できる光学部材駆動装置及び投写型映像表示装置を提供する。

本開示における光学部材駆動装置は、平行平板形状をなす光路変更用の光学部材と、駆動信号によって光学部材の面と直交する方向に移動制御される可動部を有し、光学部材の外側に配置された駆動機構と、光学部材の面中心で互いに直交する２軸上において光学部材の端部と駆動機構の可動部とを夫々回動自在に連結する連結部材と、光学部材の端部と駆動機構の可動部間に配置され、連結部材を回動自在に枢支する支持部と、駆動機構の可動部を制御する制御手段とを備える。

本開示における光学部材駆動装置は、駆動機構の回転モーメントの増加を抑制できると共に、駆動機構の可動部の移動量を抑制するのに有効である。

実施の形態１の光学部材駆動装置の構造を示す図 実施の形態１の光学部材駆動装置で使用される平行平板ガラスの平面図 実施の形態１の光学部材駆動装置の電気的構成を示すブロック図 実施の形態１の光学部材駆動装置で使用されるアクチュエータの概略図 実施の形態１の光学部材駆動装置の原理を説明するための図 実施の形態１の光学部材駆動装置の動作を示す図 平行平板ガラスで光路が変更される原理を説明するための図 平行平板ガラスの傾斜駆動の方向を示す図 平行平板ガラスで入力光線を複数の位置に出力する原理を説明するための図 平行平板ガラスの位置ズレの状態を説明するための図 アクチュエータの初期調整を説明するための図 実施の形態２の光学部材駆動装置の原理及び動作を示す図 光学部材駆動装置が適用される投写型映像表示装置を示す図 投写型映像表示装置に用いる蛍光体ホイールの構成を説明するための図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、図１〜図１１を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１．構成］
図１は、光学部材駆動装置１１１１の構造を示す概略斜視図である。

光学部材駆動装置１１１１は、平行平板ガラス１０００、４つの連結部材１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄおよび４個の駆動機構としてのアクチュエータＡ１０１ａ、アクチュエータＢ１０１ｂ、アクチュエータＣ１０１ｃ、アクチュエータＤ１０１ｄを備えている。平行平板ガラス１０００の端部には、連結部材１１０ａ〜１１０ｄの一端がそれぞれ連結部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを介して回動自在に連結されている。連結部材１１０ａ〜１１０ｄの他端は、アクチュエータＡ１０１ａ〜アクチュエータＤ１０１ｄの可動部１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄにそれぞれ連結部１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄを介して回動自在に連結されている。可動部１０７ａ〜１０７ｄには、４つの位置センサ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄがそれぞれ設けられている。

また、連結部材１１０ａ〜１１０ｄは、中央位置において支持部１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄによりヒンジ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄを介してそれぞれ回動自在に支持されている。

図２は、平行平板ガラス１０００の平面図である。図１に示す連結部１０６ａ〜１０６ｄは、平行平板ガラス１０００の面中心Ｏで互いに直交するＡ−Ｃ軸とＢ−Ｄ軸上において、各辺の中央の端部ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤで回動自在に連結される。アクチュエータＡ１０１ａ〜アクチュエータＤ１０１ｄの可動部１０７ａ〜１０７ｄが上下に移動することにより、連結部材１１０ａ〜１１０ｄを介して、平行平板ガラス１０００の端部ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤが上下に移動する。本実施の形態では、平行平板ガラス１０００は４角形状に構成されるが、円形状でも良い。

図３は、光学部材駆動装置１１１１の回路構成を示すブロック図である。４つのアクチュエータＡ１０１ａ〜アクチュエータＤ１０１ｄは、１つのマイクロコンピュータ１０５の制御信号によって制御される駆動回路１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄによって駆動される。

駆動回路１０４ａ〜１０４ｄからの駆動信号電流によってアクチュエータＡ１０１ａ〜アクチュエータＤ１０１ｄは一軸方向にその可動部１０７ａ〜１０７ｄが進退するように駆動される。可動部１０７ａ〜１０７ｄの位置は、それに設けられた位置センサ１０２ａ〜１０２ｄを位置検出回路１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄが検出することによって検出される。

そして、位置検出回路１０３ａ〜１０３ｄの検出出力はマイクロコンピュータ１０５に入力される。マイクロコンピュータ１０５は、この検出信号に基づいて、アクチュエータＡ１０１ａ〜アクチュエータＤ１０１ｄのそれぞれの可動部１０７ａ〜１０７ｄの位置を常時監視し、アクチュエータＡ１０１ａ〜アクチュエータＤ１０１ｄをサーボ制御する。

なお、単に、アクチュエータＡ１０１ａ〜アクチュエータＤ１０１ｄをアクチュエータ１０１、可動部１０７ａ〜１０７ｄを可動部１０７、位置センサ１０２ａ〜１０２ｄを位置センサ１０２、連結部材１１０ａ〜１１０ｄを連結部材１１０、連結部１０６ａ〜１０６ｄを連結部１０６、連結部１１６ａ〜１１６ｄを連結部１１６、支持部１０９ａ〜１０９ｄを支持部１０９、ヒンジ１０８ａ〜１０８ｄをヒンジ１０８、と称する場合がある。

本実施の形態では、アクチュエータ１０１としてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を使用している。図４は、ＶＣＭの構造の一例を示しており、ロ字型をしたヨーク１０１１の内部に異なる磁極の永久磁石（Ｎ極の永久磁石１０１２とＳ極の永久磁石１０１３）が一定の距離を隔てて対向するよう配置され、その対向配置された永久磁石１０１２、１０１３の間に可動部１０７が配置される。

この可動部１０７にはガイド窓１０７０が開設されており、このガイド窓１０７０にヨーク１０１１が挿通され、可動部１０７に設けられたコイル１０１４が対向配置された永久磁石１０１２、１０１３の間に配備される。コイル１０１４に駆動信号電流を流すと、可動部１０７は図４に示す矢印方向の一軸方向に移動する。

この可動部１０７の駆動力は、コイル１０１４に流れる信号電流の大きさに応じて、基準位置から正方向または負方向に発生する。可動部１０７の移動量は、可動部１０７ａ〜１０７ｄに取り付けられた位置センサ１０２ａ〜１０２ｄを、図３に示す位置検出回路１０３ａ〜１０３ｄがそれぞれ検出することによって検出される。コイル１０１４が取り付けられた可動部１０７と永久磁石１０１２，１０１３との間には僅かながら隙間が生じている。

従って、可動部１０７は駆動信号電流により駆動される一軸方向に対して垂直方向の力が加わると、その僅かな隙間分で許容される距離だけ変位する。尚、ボイスコイルモータとして質量の大きな磁石を固定し、可動部１０７に取り付けるコイル１０１４を軽量にする事で、モーメントを小さくすることが可能である。

次に、図５及び図６を用いて平行平板ガラス１０００、連結部材１１０、アクチュエータ１０１、支持部１０９との関係を詳述する。図５及び図６は、図２に示すＡ−Ｃ軸上に配置される部材を図示するが、Ｂ−Ｄ軸上に配置される部材についても同様である。

図５（ａ）に示すように、連結部材１１０を用いず、平行平板ガラス１０００の端部を直接、アクチュエータ１０１で駆動する構成を採用すると、アクチュエータ１０１側に平行平板ガラス１０００より大きい光学部品、例えばプリズム等の光学部材を配置することができない。即ち、入力光線Ｌｉが入射するアクチュエータ１０１側のプリズム等の光学部材を配置するためのスペースは、平行平板ガラス１０００の大きさに制限される。

また、図５（ｂ）に示すように、平行平板ガラス１０００から腕部２０７を一体に延設し、腕部２０７の先端をアクチュエータ１０１で駆動する構成にすれば、アクチュエータ１０１側に平行平板ガラス１０００より大きい光学部品を配置することができる。しかしながら、アクチュエータ１０１が平行平板ガラス１０００を駆動する駆動位置が、平行平板ガラス１０００の面中心Ｏから遠くなる。

アクチュエータ１０１に作用するモーメントは、平行平板ガラス１０００を回動させる回転モーメントと、平行平板ガラス１０００とアクチュエータ１０１の可動部１０７を連結する腕部２０７を回動させる回転モーメント及びアクチュエータ１０１の可動部１０７の質量による回転モーメントの総和である。そして、それぞれの回転モーメントは、平行平板ガラス１０００の面中心Ｏからの距離の２乗に比例して増大する。

例えば、アクチュエータ１０１が駆動する位置が、平行平板ガラス１０００の面中心Ｏから端部までの距離ｒの３倍になれば、アクチュエータ１０１の可動部１０７による回転モーメントは９倍になる。さらに、腕部２０７を回動させる回転モーメントが加算され、トータルの回転モーメントは大幅に増大し、駆動可能な回転速度が低下する状況が発生する。

そこで、図５（ｃ）に示すように、本実施の形態の光学部材駆動装置１１１１は、連結部材１１０の中央部を支持部１０９によりヒンジ１０８を介して回動自在に支持し、連結部材１１０の一端を平行平板ガラス１０００に連結部１０６を介して回動自在に接続すると共に、連結部材１１０の他端をアクチュエータ１０１の可動部１０７に連結部１１６を介して回動自在に接続する。

支持部１０９は、図示しない軸を回動中心とするヒンジ１０８により連結部材１１０を回動自在に支持している。また、連結部１０６及び連結部１１６は、連結部材１１０が回動することにより、平行平板ガラス１０００及びアクチュエータ１０１の可動部１０７と、連結部材１１０との水平距離が変化するため、その変化量を吸収することができるように図示しない板バネ等により構成されている。

図５（ｃ）の連結部材１１０及び支持部１０９による接続では、連結部材１１０と支持部１０９によって梃が構成されている。支持部１０９が連結部材１１０を支える位置が梃の支点、アクチュエータ１０１が連結部材１１０と連結している位置が梃の力点、連結部材１１０が平行平板ガラス１０００と連結している位置が梃の作用点となる。

図５（ｃ）の連結部材１１０及び支持部１０９による接続では、梃の支点から力点までの距離は支点から作用点の距離と等しいため、力点に加えた力と大きさ同じで方向が反対の力が作用点に加わる。すなわち、アクチュエータ１０１が平行平板ガラス１０００に直接取りつけられた図５（ａ）の直接接続の場合と、変位の方向は反対であるが、作用する力と変位量は等価である。つまり、連結部材１１０の回転モーメント分の増加はあるが、図５（ａ）の直接接続の場合とほぼ同等の回転モーメントで、且つ平行平板ガラス１０００のアクチュエータ１０１側に平行平板ガラス１０００よりも大きい部品、例えば、プリズム等を配置できる構造を実現出来る。

図６にアクチュエータ１０１を動作させた時の動きを示す。図６（ａ）に示すように、左側のアクチュエータＡ１０１ａの可動部１０７ａが縮み方向に移動し、右側のアクチュエータＣ１０１ｃの可動部１０７ｃが左のアクチュエータＡ１０１ａの可動部１０７ａと同量だけ伸び方向に移動すると、平行平板ガラス１０００はその面中心Ｏを中心に時計回りに回転する。

また、図６（ｂ）に示すように、左側のアクチュエータＡ１０１ａの可動部１０７ａが伸び方向に移動し、右側のアクチュエータＣ１０１ｃの可動部１０７ｃが左側のアクチュエータＡ１０１ａの可動部１０７ａと同量だけ縮み方向に移動すると、平行平板ガラス１０００はその面中心Ｏを中心に反時計回りに回転する。

［１−２．動作］
以上のように構成された光学部材駆動装置１１１１について、その動作を以下説明する。

図７に示すように、平行平板ガラス１０００の面が、入力光線Ｌｉに対して直交しているとき、入力光線Ｌｉは、平行平板ガラス１０００と空気の界面において屈折せずに直進する。入力光線Ｌｉが屈折せずに平行平板ガラス１０００を通過し、また空気に出る界面においても、平行平板ガラス１０００が平行平面であり光線と界面が直交しているため、屈折せずに直進する。このため入力光線Ｌｉが映像光である場合、画像の移動は発生しない。

一方、平行平板ガラス１０００が、図７の破線で示すように入力光線Ｌｉに対して直交していないとき、入力光線Ｌｉは、平行平板ガラス１０００と空気の界面において屈折する。屈折して平行平板ガラス１０００に入射した入力光線Ｌｉは、平行平板ガラス１０００を通過し、空気に出る界面においても、光線と界面が直交していないため、屈折する。

平行平板ガラス１０００に入射するときに屈折する角度と、平行平板ガラス１０００から出射するときに屈折する角度は等しいため、入力光線Ｌｉが映像光であると、出力光線Ｌｏの映像光は平行平板ガラス１０００の傾き方向に平行移動する。この結果、平行平板ガラス１０００から出力され投写される画像の表示位置が移動することになる。

図５（ｃ）に示す状態から、例えばアクチュエータＢ１０１ｂの可動部１０７ｂ及びアクチュエータＤ１０１ｄの可動部１０７ｄを変位させず、アクチュエータＡ１０１ａの可動部１０７ａを上方に変位させ、アクチュエータＣ１０１ｃの可動部１０７ｃを下方に変位させることによって、平行平板ガラス１０００をＢ−Ｄ軸を中心として図６（ｂ）のように変位させることができる。

このような原理を利用して、光学部材駆動装置１１１１は平行平板ガラス１０００をアクチュエータ１０１によって回動することができる。

図８及び図９はアクチュエータ１０１のそのような制御を説明するための図である。

図８に示すように、Ａ−Ｃ軸とＢ−Ｄ軸とは同一面上の面中心Ｏで交差している。この交差点が一定位置に保たれた状態で、Ａ−Ｃ軸上の端部ＥＡ、ＥＣを上下させるとともにＢ−Ｄ軸上の端部ＥＢ、ＥＤを上下させることにより画素を移動させる動作を、図９を参照して説明する。

図９において、破線矢印は、入力光線Ｌｉが平行平板ガラス１０００に対して垂直に入射した場合、即ち、平行平板ガラス１０００が水平位置における出力光線Ｌｏを示しており、入力光線Ｌｉが映像光であるとすると、出力光線Ｌｏは画素としては図９の（ｅ）に示す位置Ｐｆに表示される。この状態を便宜上、基準状態と呼ぶ。

図９の（ｅ）に示す位置Ｐａは、平行平板ガラス１０００が図９の（ａ）に示す状態（第１の状態）にあるときに画素が表示される位置である。すなわち、この状態では、端部ＥＣをアクチュエータＣ１０１ｃによって上方に移動させ、端部ＥＡをアクチュエータＡ１０１ａによって下方に端部ＥＣと同量移動させる。この動きとともに、端部ＥＤをアクチュエータＤ１０１ｄによって下方に移動させ、端部ＥＢをアクチュエータＢ１０１ｂによって上方に端部ＥＤと同量移動させた状態にすることにより、図９（ｅ）に示す位置Ｐａに画素を表示することができる。

図９の（ｅ）に示す位置Ｐｂは、平行平板ガラス１０００が図９の（ｂ）に示す状態（第２の状態）にあるときに画素が表示される位置である。すなわち、この状態では、端部ＥＣをアクチュエータＣ１０１ｃによって上方に移動させ、端部ＥＡをアクチュエータＡ１０１ａによって下方に端部ＥＣと同量移動させる。この動きとともに、端部ＥＤをアクチュエータＤ１０１ｄによって上方に移動させ、端部ＥＢをアクチュエータＢ１０１ｂによって下方に端部ＥＤと同量移動させた状態にすることにより、図９の（ｅ）に示す位置Ｐｂに画素を表示することができる。

図９の（ｅ）に示す位置Ｐｃは、平行平板ガラス１０００が図９の（ｃ）に示す状態（第３の状態）にあるときに画素が表示される位置である。すなわち、この状態では、端部ＥＣをアクチュエータＣ１０１ｃによって下方に移動させ、端部ＥＡをアクチュエータＡ１０１ａによって上方に端部ＥＣと同量移動させる。この動きとともに、端部ＥＤをアクチュエータＤ１０１ｄによって上方に移動させ、端部ＥＢをアクチュエータＢ１０１ｂによって下方に端部ＥＤと同量移動させた状態にすることにより、図９の（ｅ）に示す位置Ｐｃに画素ｃを表示することができる。

図９の（ｅ）に示す位置Ｐｄは、平行平板ガラス１０００が図９の（ｄ）に示す状態（第４の状態）にあるときに画素が表示される位置である。すなわち、この状態では、端部ＥＣをアクチュエータＣ１０１ｃによって下方に移動させ、端部ＥＡをアクチュエータＡ１０１ａによって上方に端部ＥＣと同量移動させる。この動きとともに、端部ＥＤをアクチュエータＤ１０１ｄによって下方に移動させ、端部ＥＢをアクチュエータＢ１０１ｂによって上方に端部ＥＤと同量移動させた状態にすることにより、図９の（ｅ）のに示す位置Ｐｄに画素を表示することができる。

図９の（ａ）〜（ｄ）に示す第１〜第４状態になったタイミングで、映像光を平行平板ガラス１０００に入力することによって、図９の（ｅ）に示す位置Ｐａ〜Ｐｄの異なる４箇所の位置に画素を表示することができる。

ところで、アクチュエータ１０１の可動部１０７の変位量（以下、単に「アクチュエータの変位量」とも言う）は、位置センサ１０２の精度の限界等に起因して、同じ変位量を目標に制御しても、誤差が生じる。

図１０（ａ）のように、アクチュエータＢ１０１ｂとアクチュエータＤ１０１ｄの変位が無い状態で、アクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃとを駆動する場合、正常な状態では、アクチュエータＡ１０１ａが下方向に変位する量とアクチュエータＣ１０１ｃが上方向に変位する量は等しい。この場合、アクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃの駆動の前後で、平行平板ガラス１０００の中心Ｏは変位しない。

しかしながら、上述した要因によって、図１０（ｂ）のように、アクチュエータＡ１０１ａが下方向に変位する量に比べ、アクチュエータＣ１０１ｃが上方向に変位する量が大きい場合がある。即ち、平行平板ガラス１０００の端部ＥＡと端部ＥＣの変位量が異なる状況が発生することがある。この場合、アクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃの駆動の前後で、平行平板ガラス１０００の面中心Ｏが変位する。

このような状況においては、アクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃの変位量の相違によって決まる平行平板ガラス１０００に取り付けられたアクチュエータＢ１０１ｂ及びアクチュエータＤ１０１ｄの可動部１０７ｂ、１０７ｄの位置は、本来あるべき位置と異なる。

このため、マイクロコンピュータ１０５は４つのアクチュエータ１０１に大きな駆動力を発生して、平行平板ガラス１０００を、本来あるべき位置に移動させようと制御するため、平行平板ガラス１０００に大きな歪み応力が発生する。

図３に示すように、本開示の装置は、４つのアクチュエータを一つのマイクロコンピュータ１０５が制御する構成である。従って、図１０（ｂ）に示すように、アクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃとの変位量が異なった場合に発生する定常的且つ大きなアクチュエータ１０１への駆動出力をマイクロコンピュータ１０５が検出し、修正することができる。

本開示の光学部材駆動装置１１１１のマイクロコンピュータ１０５による制御位置誤差補正制御の処理フローチャートの一例を図１１に示す。

図２及び図８に示すＡ−Ｃ軸及びＢ−Ｄ軸が交わる点、すなわち平行平板ガラス１０００の面中心Ｏの位置が、Ａ−Ｃ軸及びＢ−Ｄ軸を傾けないときと、Ａ−Ｃ軸及びＢ−Ｄ軸を傾けたときとで一致すれば、平行平板ガラス１０００に印加される歪み応力を防止することが出来る。ここで、Ａ−Ｃ軸とは平行平板ガラス１０００を支持する端部ＥＡと端部ＥＣを結ぶ仮想線であり、同様にＢ−Ｄ軸とは平行平板ガラス１０００を支持する端部ＥＢと端部ＥＤとを結ぶ仮想線である。

上記Ａ−Ｃ軸及びＢ−Ｄ軸が交わる点を一致させるためには、図９で説明した通常駆動の前に次のような初期調整をマイクロコンピュータ１０５が行う。

以下、かかる調整を図１１の処理フローチャートに沿って説明する。この説明において、アクチュエータ１０１の位置とは、位置センサ１０２によって検出されるアクチュエータ１０１の可動部１０７の位置を意味する。

電源がオンになると（ステップＳ１）、アクチュエータ１０１の位置決めサーボのゲインを小さく設定する（ステップＳ２）。これにより、それぞれのアクチュエータ１０１の基準位置（アクチュエータ１０１が変位零の位置）及びゲインが異なって、Ａ−Ｃ軸とＢ−Ｄ軸の交点の位置ずれが発生しても、それぞれのアクチュエータ１０１に過大な駆動力が発生しないようにする。尚、ここでアクチュエータ１０１の位置決めサーボとは、アクチュエータ１０１の可動部１０７を目標位置に移動させるサーボ制御のことを言う。
［原点調整］
全てのアクチュエータ１０１を変位零（「基準位置」）に設定する（ステップＳ３）。次に、ステップＳ４でＡ−Ｃ軸及びＢ−Ｄ軸が交わる点が一致するように調整（これを以下「原点調整」と言う）する。この原点調整は、平行平板ガラス１０００の端部ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤが同一面上に位置するようにするための調整である。

ステップＳ３で全てのアクチュエータ１０１の目標位置を基準位置に設定するが、このとき各アクチュエータ１０１の取り付け位置のバラツキ等により、各アクチュエータ１０１の基準位置に誤差が生じ、平行平板ガラス１０００の端部ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤが同一面上に存在しない場合がある。

このため、アクチュエータＤ１０１ｄの目標位置を調整し、アクチュエータＤ１０１ｄの駆動力が最小、すなわちＡ−Ｃ軸とＢ−Ｄ軸の交点の位置ずれが最小であると判断できる位置をアクチュエータＤ１０１ｄの基準位置として再設定する（ステップＳ４）。この操作により、全てのアクチュエータ１０１の基準位置が同一平面上に位置するようになる。尚、ステップＳ４ではアクチュエータＤ１０１ｄを調整するようにしているが、アクチュエータＡ１０１ａ〜Ｄ１０１ｄの内の任意の一つであれば良い。
［Ａ−Ｃ軸ゲイン調整］
アクチュエータＤ１０１ｄの目標位置をプラス（＋）方向最大値、アクチュエータＢ１０１ｂの目標位置をマイナス（−）方向最大値に設定する（ステップＳ５）。

しかしながら、アクチュエータＤ１０１ｄとアクチュエータＢ１０１ｂの実際の移動量は、アクチュエータＤ１０１ｄ及びアクチュエータＢ１０１ｂの基準位置からの移動量を検出する位置センサ１０２ｄと位置センサ１０２ｂの感度差により異なる。

このため、ステップＳ５に続いて、アクチュエータＢ１０１ｂ及びアクチュエータＤ１０１ｄの変位により平行平板ガラス１０００の面中心Ｏが変位しないように、すなわちアクチュエータＤ１０１ｄとアクチュエータＢ１０１ｂの実際の変位量が一致するように、アクチュエータＤ１０１ｄの変位量を調整（これをＡ−Ｃ軸ゲイン調整と定義）する。この調整は、アクチュエータＤ１０１ｄとアクチュエータＢ１０１ｂの変位の方向が逆で変位量の絶対値が同じになるように、アクチュエータＤ１０１ｄの変位量を係数倍（この係数をゲイン補正値と定義）することにより行われる。

アクチュエータＢ１０１ｂ及びアクチュエータＤ１０１ｄの変位に対して平行平板ガラス１０００の面中心Ｏが変位しない状態では、アクチュエータＡ１０１ａ及びアクチュエータＣ１０１ｃに対して、作用する力が無くなる。これを利用して、アクチュエータＤ１０１ｄのゲイン補正値を検出する。

具体的には、アクチュエータＤ１０１ｄのゲイン値を調整して、アクチュエータＤ１０１ｄの目標位置を＋方向最大値に、アクチュエータＢ１０１ｂの目標位置を−方向最大値に設定する前と後におけるアクチュエータＡ１０１ａ及びアクチュエータＣ１０１ｃの駆動力の値の差分が最小となるゲイン値を検出する。

通常動作時は、常にこのゲイン値をアクチュエータＤ１０１ｄのゲイン補正値として適用する（ステップＳ６）。この後、アクチュエータＤ１０１ｄ及びアクチュエータＢ１０１ｂの目標位置を、基準位置に設定する（ステップＳ７）。
［Ｂ−Ｄ軸ゲイン調整］
アクチュエータＡ１０１ａの目標位置をプラス（＋）方向最大値、アクチュエータＣ１０１ｃの目標位置をマイナス（−）方向最大値に設定する（ステップＳ８）。

しかしながら、アクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃの実際の移動量は、アクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃの基準位置からの移動量を検出する位置センサ１０２ａと位置センサ１０２ｃの感度差により異なる。

このため、ステップＳ８に続いて、アクチュエータＡ１０１ａ及びアクチュエータＣ１０１ｃの変位により平行平板ガラス１０００の面中心Ｏが変位しないように、すなわちアクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃの実際の変位量が一致するように、アクチュエータＣ１０１ｃの変位量を調整（これをＢ−Ｄ軸ゲイン調整と定義）する。この調整は、アクチュエータＡ１０１ａとアクチュエータＣ１０１ｃの変位の方向が逆で変位量の絶対値が同じになるように、アクチュエータＣ１０１ｃの変位量を係数倍（この係数を同様にゲインと定義）することにより行われる。

アクチュエータＡ１０１ａ及びアクチュエータＣ１０１ｃの変位に対して平行平板ガラス１０００の面中心Ｏが変位しない状態では、アクチュエータＤ１０１ｄ及びアクチュエータＢ１０１ｂに対して作用する力が無くなる。これを利用して、アクチュエータＣ１０１ｃのゲイン補正値を検出する。

具体的には、アクチュエータＣ１０１ｃのゲイン値を調整して、アクチュエータＡ１０１ａの目標位置を＋方向最大値に、アクチュエータＣ１０１ｃの目標位置を−方向最大値に設定する前と後におけるアクチュエータＢ１０１ｂ及びアクチュエータＤ１０１ｄの駆動力の値の差分が最小となるゲイン値を検出する。

通常動作時は、常にこのゲイン値をアクチュエータＣ１０１ｃのゲイン補正値として適用する（ステップＳ９）。

Ｂ−Ｄ軸ゲイン調整が終了すると、位置決めサーボのゲイン値を通常の値に設定する（ステップＳ１０）。この後、図９で説明した通常の動作に移る（ステップＳ１１）。

このような調整をマイクロコンピュータ１０５が行うことで、通常動作においては上記Ａ−Ｃ軸及びＢ−Ｄ軸が交わる点が、常に所定の位置で一致するように制御される。
［１−３．効果等］
以上により、光学部材駆動装置１１１１は、回転モーメントの増加を連結部材１１０の回転モーメントだけに留めて、図６（ａ）に示す直接接続の場合とほぼ同等の回転モーメントで平行平板ガラス１０００の回動を実現し、且つ平行平板ガラス１０００のアクチュエータ側に平行平板ガラス１０００より大きい部品、例えば、プリズム等を配置できる構造を実現出来る。

（実施の形態２）
図１２は、連結部材１１０及び支持部１０９から構成される梃の支点と力点間の距離と、支点と作用点間の距離の比率を、図５（ｃ）及び図６（ｂ）に示す１：１から１：３に変更した構成である。この構成によると、アクチュエータ１０１の変位量の３倍も平行平板ガラス１０００の端部が移動する。逆に言えば、平行平板ガラス１０００の端部を図５（ｃ）及び図６（ｂ）に示す場合と同じ量だけ動かすためには、アクチュエータ１０１の変位量は１／３だけでよい。

即ち、平行平板ガラス１０００の面中心Ｏから端部までの距離ｒの１／３の位置をアクチュエータ１０１により駆動する場合と等価となるため、アクチュエータ１０１の可動部１０７の質量による回転モーメントの増加は１／９となる。その反面、アクチュエータ１０１に必要とされる駆動力は３倍になる。

（その他の実施の形態）
連結部材１１０及び支持部１０９から構成される梃の支点と力点間の距離と、支点と作用点間の距離との比率は、１：１及び１：３の場合で説明したが、この比率は、アクチュエータ１０１の可動部１０７による回転モーメントの増加分とアクチュエータ１０１の駆動力とを勘案して調整されることが可能である。

連結部材１１０及び支持部１０９から構成される梃の支点と力点間の距離と、支点と作用点間の距離の比率は、１：３〜３：１の間で調整すればよく、この比率が１：１の場合が最適な条件である。

また、支持部１０９は、地面から連結部材１１０を支持する構成にしたが、この構成に限定されるものではなく、天面から連結部材１１０を支持する構成或いは側面から連結部材１１０を支持する構成にしてもよい。

尚、上述の実施の形態では、駆動機構としてアクチュエータ１０１を用いたが、これに限定されるものではなく、電動機やエンジン等の動力を持続時に発生させる駆動機構を用いてもよい。
（適用例）
本開示の光学部材駆動装置は、投写型映像表示装置に適用可能である。図１３及び図１４は、本開示の光学部材駆動装置１１１１を使用した投写型映像表示装置の光学系の構成を説明するための図である。

以降の説明のため、図１３では、図中に示すＸＹＺ直交座標系をとるものする。まず、投写型映像表示装置の照明光学系３０００について説明する。

レーザ光源３０１は、青色半導体レーザであり、高輝度の照明装置を実現するために、複数の半導体レーザにより構成されている。それぞれのレーザ光源３０１から出射されたレーザ光は、それぞれ対応するコリメータレンズ３０２によってコリメートされる。コリメータレンズ３０２から出射した光は、略平行光になっている。集光レンズ３０３によって、その全体光束が集光され、拡散板３０４を通過した後で、レンズ３０５によって、再び略平行光化される。レンズ３０５で略平行光化されたレーザ光束は、光軸に対し略４５度に配置された、ダイクロイックミラー３０６に入射する。

拡散板３０４はガラス平板であり、片面には微細な凹凸を施された拡散面が形成されている。また、ダイクロイックミラー３０６は、青色半導体レーザの波長域に関しては反射し、それ以外の波長域の光に関しては透過する特性を有している。

ダイクロイックミラー３０６に図中の＋Ｘ方向から入射したレーザ光は、ダイクロイックミラー３０６で反射し図中−Ｚ方向へ出射する。その後、レーザ光は集光レンズ３０７、３０８によって集光され、蛍光体ホイール３００１上に形成された蛍光体を励起する。

蛍光体ホイール３００１は、図１４に示すようにモーター３０１１と基材３０１２とで構成される。基材３０１２には、蛍光体ホイールの回転中心からの距離が等しい円周上に第１の蛍光体３０１３と第２の蛍光体３０１４と開口部３０１５が形成されている。基材の蛍光体形成面は鏡面加工されており、光を反射する。

蛍光体ホイール３００１上に集光した光が、蛍光体３０１３上に集光した場合には、蛍光体３０１３に対応する蛍光を発光する。ここでは、蛍光体３０１３を赤色蛍光体とし、青色半導体レーザの光で励起され赤色光を発光する。

次に、蛍光体ホイール３００１上に集光した光が、蛍光体３０１４上に集光した場合は、蛍光体３０１４に対応する蛍光を発光する。ここでは、蛍光体３０１４を緑色蛍光体とし、青色半導体レーザの光で励起され緑色光を発光する。

さらに、蛍光体ホイール３００１上に集光した光が、開口部３０１５上に集光した場合は、青色半導体レーザの光が透過する。

蛍光体ホイール３００１で得られる赤色光、緑色光は蛍光体ホイール３００１から反射される。これら赤色光、緑色光は集光レンズ３０８、３０７によって平行化されダイクロイックミラー３０６を透過し、集光レンズ３１７で集光されてロッドインテグレータ３１８に入射する。

一方、開口部３０１５を通過した青色半導体レーザの青色光は、レンズ３０９、３１０、ミラー３１１、レンズ３１２、ミラー３１３、レンズ３１４、ミラー３１５、レンズ３１６の経路で進み、ダイクロイックミラー３０６で反射し、集光レンズ３１７で集光されてロッドインテグレータ３１８に入射する。レンズ３１２、３１４、３１６はリレーレンズとして機能する。

ロッドインテグレータ３１８から出射された光はレンズ３３０、３３１、３３２を通して、一対のプリズム３３３、３３４からなる全反射プリズム３３５に入射し、光変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）３３６で、映像信号によって入射光が変調され、映像光として出射される。レンズ３３０、３３１、３３２は、ロッドインテグレータ３１８の出射面の光をＤＭＤ３３６に結像させる機能を有する。

ＤＭＤ３３６から出射された映像光は光学部材駆動装置１１１１に入射する。この光学部材駆動装置１１１１は、図１３では模式的に示されているが、実施の形態１及び２で記載されたものが使用できる。光学部材駆動装置１１１１からの出射光は投写レンズ３３７に入射され、投写レンズ３３７からの出射光が映像光として図示しないスクリーンに拡大投写される。

このようにして、光学部材駆動装置１１１１の映像光の表示位置を移動させる機能を用い、入力映像の１フレーム期間に、複数枚その表示位置をずらしながら異なった映像を表示し、等価的に表示映像の解像度を向上させるウォブリング表示を投写型映像表示装置で行うことができる。また、投写型映像表示装置において、入力映像の１フレーム期間に、同じ映像をずらして表示し、表示画素と表示画素との間の映像が無いエリアを消し去って映像をなめらかに表示する方式や、また、プロジェクタの振動によって生じる映像のぶれを検出し、それを補正するぶれ防止などに応用できる。

尚、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、プロジェクタ等の投写型映像表示装置の投写画像の表示位置を移動させる光学部材駆動装置に適用可能である。

１０１ アクチュエータ（駆動機構）
１０１ａ アクチュエータＡ（駆動機構）
１０１ｂ アクチュエータＢ（駆動機構）
１０１ｃ アクチュエータＣ（駆動機構）
１０１ｄ アクチュエータＤ（駆動機構）
１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ 位置センサ
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ 位置検出回路
１０５ マイクロコンピュータ
１０６、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１１６、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ 連結部
１０７、１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ 可動部
１０８、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ ヒンジ
１０９、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ 支持部
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 連結部材
３０１ レーザ光源
３０２ コリメータレンズ
３０３、３０７、３０８、３１７ 集光レンズ
３０４ 拡散板
３０６ ダイクロイックミラー
３１１、３１３、３１５、ミラー
３１８ ロッドインテグレータ
３３５ 全反射プリズム
３３６ ＤＭＤ
３３７ 投写レンズ
１０００ 平行平板ガラス（光学部材）
１０１１ ヨーク
１０１４ コイル
１０７０ ガイド窓
１１１１ 光学部材駆動装置
３０００ 照明光学系
３００１ 蛍光体ホイール
３０１２ 基材
３０１３、３０１４ 蛍光体
３０１５ 開口部

Claims (5)

1. 入射光を屈折によって光路を変更して通過させる光路変更用の平行平板ガラスからなる光学部材と、
   駆動信号によって前記光学部材の面と直交する方向に移動制御される可動部を有し、前記光学部材の外側に配置された駆動機構と、
   前記光学部材の面中心で互いに直交する２軸上において前記光学部材の端部と前記駆動機構の可動部とを夫々回動自在に連結する連結部材と、
   前記光学部材の端部と前記駆動機構の可動部間に配置され、前記連結部材を回動自在に枢支する支持部と、
   前記駆動機構の可動部を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記支持部が前記連結部材を枢支する位置を梃の支点、前記可動部が前記連結部材と連結する位置を梃の力点、前記光学部材が前記連結部材と連結する位置を梃の作用点とした場合、前記梃の支点と力点間の距離と、前記梃の支点と作用点間の距離の比率は、１：１に設定されている光学部材駆動装置。
2. 前記駆動機構の前記可動部の移動量を検出する位置検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記可動部に設けられた位置センサを前記位置検出手段が検出することにより、前記駆動機構を制御し、
   前記駆動機構を４つ備える請求項１に記載の光学部材駆動装置。
3. 前記駆動機構はボイスコイルモータである請求項２に記載の光学部材駆動装置。
4. 前記制御手段は１つのマイクロコンピュータで構成される請求項２に記載の光学部材駆動装置。
5. 光源と、
   前記光源からの光を映像信号によって変調する光変調素子と、
   前記光変調素子によって変調された映像光を拡大投写する投写光学系と、
   前記光変調素子と前記投写光学系との間に配置された、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学部材駆動装置と、
   を備える投写型映像表示装置。

Images