(57)【要約】【課題】画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる光学ユニットおよび画像投射装置を提供する。【解決手段】光学ユニット１Ｂは、照明光Ｌ０を空間変調するように反射して画像を形成する画像形成素子４０と、画像形成素子４０で形成された画像を投射するように、画像形成素子４０からの光を外部に出射する投射光学系５０とを備える。画像形成素子４０は、照明光Ｌ０を投射光学系５０に入射させるように反射する第１角度位置または該第１角度位置とは異なる第２角度位置に個別に保持可能な複数のミラーＭを備える。光学ユニット１Ｂはさらに、外部から投射光学系５０を通過して画像形成素子４０に到達し、画像形成素子４０において第２角度位置に保持されたミラーＭによって反射した戻り光Ｌｒを受光する受光部６０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を投射する画像投射装置において照明光に基づき該画像を生成する光学ユニットであって、
前記照明光を空間変調するように反射して画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子で形成された画像を投射するように、前記画像形成素子からの光を外部に出射する投射光学系と、を備え、
前記画像形成素子は、前記照明光を前記投射光学系に入射させるように反射する第１角度位置または該第１角度位置とは異なる第２角度位置に個別に保持可能な複数のミラーを備え、
外部から前記投射光学系を通過して前記画像形成素子に到達し、前記画像形成素子において第２角度位置に保持されたミラーによって反射した戻り光を受光する受光部をさらに備える、光学ユニット。
【請求項２】
前記画像形成素子と前記投射光学系との間に設けられ、前記画像形成素子において第２角度位置に保持されたミラーによって反射した戻り光を前記受光部に導光するプリズムユニットをさらに備える請求項１記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記プリズムユニットは、第１プリズムおよび第２プリズムを含み、
前記第１プリズムは、前記照明光を前記画像形成素子に向けて全反射する面を有し、
前記第２プリズムは、前記画像形成素子において第１角度位置に保持されたミラーによって反射した光が通過し、かつ、前記投射光学系からの戻り光が透過して前記画像形成素子において第２角度位置に保持されたミラーによって反射した戻り光が全反射する面を有する、請求項２記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記受光部の受光結果に基づいて、前記投射光学系及び前記画像形成素子の少なくとも一方の位置ずれを示すずれ量を算出する演算部をさらに備える請求項１記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記ずれ量に基づいて、前記投射光学系の少なくとも一部及び／又は前記画像形成素子の位置を調整する駆動部をさらに備える請求項２記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記受光部は、戻り光の空間分布に応じた画像を撮像する撮像センサを含む請求項１記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記受光部は、投射面に投射された画像のデフォーカス量を検出する位相差センサを含む請求項１記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記画像形成素子は、ＴＲＰ方式のＤＭＤを含む請求項１記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記画像形成素子として、前記照明光のうち青色光、赤色光および緑色光をそれぞれ空間変調する３つの画像形成素子が設けられ、
前記受光部として、前記戻り光のうち青色戻り光、赤色戻り光および緑色戻り光をそれぞれ受光する３つの受光部が設けられる請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の光学ユニットと、
前記照明光を発生する光源と、を備える画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スクリーンなどの投射面に画像を投射する光学ユニットおよび画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、複数の照明光源を有するＤＭＤ照明システムを開示する。各照明光源は、マイクロミラーアレイのそれぞれの位置に対応してデジタルマイクロミラーデバイス上に光を導いて、マイクロミラーアレイからの反射光をシステム外部に投射するように位置決めされる。
【０００３】
特許文献２は、ＤＭＤを用いて視線追跡を可能にしたニアアイディスプレイを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９６５８４４７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／０３０６８７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる光学ユニットを提供する。また本開示は、こうした光学ユニットを用いた画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、画像を投射する画像投射装置において照明光に基づき該画像を生成する光学ユニットを提案する。前記光学ユニットは、前記照明光を空間変調するように反射して画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像を投射するように、前記画像形成素子からの光を外部に出射する投射光学系と、を備える。前記画像形成素子は、前記照明光を前記投射光学系に入射させるように反射する第１角度位置または該第１角度位置とは異なる第２角度位置に個別に保持可能な複数のミラーを備える。前記光学ユニットはさらに、外部から前記投射光学系を通過して前記画像形成素子に到達し、前記画像形成素子において第２角度位置に保持されたミラーによって反射した戻り光を受光する受光部を備える。
【０００７】
また本開示に係る画像投射装置は、上記光学ユニットと、前記照明光を発生する光源と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る光学ユニットによると、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る画像投射装置の一例を示す構成図
【図２】ＤＭＤを構成するミラーの角度状態を示す説明図
【図３】プリズムユニットの一例を示す外観図
【図４】画像投射装置の動作を示す説明図
【図５】位相差センサの一例を示す構成図
【図６】実施形態３に係る画像投射装置の一例を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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、あるいは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。
【００１１】
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものでない。
【００１２】
（実施形態１）
以下、図１〜図６を用いて本開示の実施形態１を説明する。
【００１３】
［１−１．構成］
図１は、実施形態１に係る画像投射装置１の一例を示す構成図である。ここでは、画像投射装置１の一例として、カラーホイールを用いた光時分割方式の単板式プロジェクタについて説明する。
【００１４】
画像投射装置１は、光源ユニット１Ａと、光学ユニット１Ｂとを備える。光源ユニット１Ａは、光源１０と、カラーホイール２０と、ロッドインテグレータ２１と、レンズ１１，２２，２３，２４とを備える。光学ユニット１Ｂは、プリズムユニット３０と、画像形成素子４０と、駆動部４１と、投射光学系５０と、駆動部５１と、受光部６０と、制御部７０などを備える。画像投射装置１の外部には、投射光学系５０の光軸に沿って投射される画像を表示するための投射面、例えば、スクリーンＳＣが設けられる。
【００１５】
光源１０は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱ランプ、放電ランプなどで構成され、白色光の照明光Ｌ０を発生する。光源１０は、蛍光体など、各種の波長変換素子を含んでもよい。レンズ１１は、光源１０からの照明光Ｌ０を集光し、カラーホイール２０に供給する。
【００１６】
カラーホイール２０は、円板状の透明な基板２０ｂと、基板２０ｂの表面に形成された誘電体多層膜２０ａと、基板２０ｂを回転させるモータ２０ｃなどで構成される。誘電体多層膜２０ａは、円周方向に沿って、予め定めた角度範囲、例えば、約０度〜約１２０度の範囲に渡って形成された赤色透過フィルタと、予め定めた角度範囲、例えば、約１２０度〜約２４０度の範囲に渡って形成された緑色透過フィルタと、予め定めた角度範囲、例えば、約２４０度〜約３６０度の範囲に渡って形成された青色透過フィルタとを含む。基板２０ｂがモータ２０ｃによって回転すると、光源１０からの白色照明光Ｌ０は、赤色透過フィルタ、緑色透過フィルタ、青色透過フィルタを時間順に通過して、赤色照明光、緑色照明光、青色照明光が時分割に生成される。これらの照明光Ｌ０は、カラー画像表示のための光の三原色として機能する。カラーホイール２０を出射した照明光は、ロッドインテグレータ２１に入射する。
【００１７】
ロッドインテグレータ２１は、例えば、ガラスなどの透明材料からなる中実ロッド、または内面ミラーを有する中空ロッドで構成され、カラーホイール２０からの照明光Ｌ０を多重反射させて光強度分布を均一化する機能を有する。ロッドインテグレータ２１を出射した照明光は、レンズ２２，２３，２４を通過し、例えば、コリメートされた照明光Ｌ０に変換される。
【００１８】
プリズムユニット３０は、一例として、複数の三角柱状のプリズム３１，３５を含む。図１では、２つの三角柱状のプリズム３１，３５を模式的に図示しているが、プリズムユニット３０はこれに限らず、種々の多角形状のプリズムを３つ以上含んでもよい。プリズム３１は、カラーホイール２０からの照明光Ｌ０が内部に入射する面３１ａ、内部に入射した照明光Ｌ０を全反射する面３１ｂ、およびこの面３１ｂで全反射した照明光Ｌ０が通過する面３１ｃなどを有する。プリズム３１を出射した照明光Ｌ０は、画像形成素子４０に入射する。プリズム３５およびプリズムユニット３０の詳細については後述する。
【００１９】
画像形成素子４０は、例えば、ＤＭＤ(digital micromirror device)で構成してもよく、プリズム３１からの照明光Ｌ０を時分割で空間変調する光変調素子として機能する。画像形成素子４０には、第１角度位置または該第１角度位置とは異なる第２角度位置に個別に制御可能な複数の可動式ミラーがマトリクス状に配置される。個々のミラーは、原則として画像の１画素に対応する。
【００２０】
駆動部４１は、画像形成素子４０の位置を電気的に調整する機能を有し、例えば、光軸に対して平行な位置決め、及び／又は、光軸に対して垂直な位置決めが可能になる。
【００２１】
図２は、ＤＭＤを構成するミラーの角度状態を示す説明図である。ここでは、ＴＲＰ(Tilt and Roll Pixel)方式のＤＭＤについて例示する。
【００２２】
ＤＭＤは、空間光変調面Ｐｍの水平方向Ｄｘ及び垂直方向Ｄｙにおいてマトリクス状に配置された複数のミラーＭを備える。ＴＲＰ方式のＤＭＤでは、各ミラーＭは、軸Ｄｘ周りのチルトと軸Ｄｙ周りのロールの二軸回転的に駆動可能であり、図２（Ａ）に示すＯＮ状態と、図２（Ｂ）に示すＯＦＦ状態とのいずれかに切り替わる。即ち、ミラーＭの法線方向Ｄｎは、同一平面内で変位しない。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、ＯＮ状態においてミラーＭは、空間光変調面Ｐｍの垂直方向Ｄｙに対して傾いて、水平方向Ｄｘとは平行になるように駆動される。このときミラーＭの法線方向Ｄｎは、空間光変調面Ｐｍの法線方向Ｄｚに対して＋Ｄｙ側に傾いて、第１角度位置になる。一方、図２（Ｂ）に示すように、ＯＦＦ状態においてミラーＭは、空間光変調面Ｐｍの水平方向Ｄｘに対して傾いて、垂直方向Ｄｙとは平行になるように駆動される。このときミラーＭの法線方向Ｄｎは、空間光変調面Ｐｍの法線方向Ｄｚに対して＋Ｄｘ側に傾いて、第２角度位置になる。
【００２４】
図２（Ａ）では、ミラーＭに入射する照明光Ｌ０に応じたＯＮ光Ｌ１を例示している。ＯＮ光Ｌ１は、ＯＮ状態のミラーＭが照明光Ｌ０を反射することにより生成され、投射画像として利用される。また、図２（Ｂ）では、図２（Ａ）と同様の照明光Ｌ０に応じたＯＦＦ光Ｌ２を例示している。ＯＦＦ光Ｌ２は、ＯＦＦ状態のミラーＭが照明光Ｌ０を反射することにより生成されるが、投射画像としては利用されない。こうしてＤＭＤには、画像信号に応じてＯＮ状態のミラーＭとＯＦＦ状態のミラーＭが混在することになる。
【００２５】
ＴＲＰ方式のＤＭＤにおいて、ミラーＭに入射する照明光Ｌ０、ＯＮ光Ｌ１およびＯＦＦ光Ｌ２が同一平面上ではない立体的な位置関係の光路になるため、広い角度差（例えば１７°）が得られ、光の取り込み範囲を拡大できる。
【００２６】
図１に戻って、個々のミラーＭのＯＮ状態またはＯＦＦ状態は、制御部７０によって個別に制御され、カラーホイール２０の回転位置と同期しながら光源１０からの照明光を画像信号に応じて空間変調することによって、カラー画像が形成できる。画像形成素子４０を出射した光は、プリズムユニット３０に再び入射し、プリズム３１の面３１ｃおよび面３１ｂを通過する。
【００２７】
プリズム３５は、プリズム３１を通過した光が内部に入射する面、内部に入射した光が投射光学系５０に向けて通過する面、および光軸から側方に位置する面などを有する。プリズム３５とプリズム３１の間には空隙が設けられる。プリズム３５を出射した光のうち、図２に示したＯＮ光Ｌ１は、投射光学系５０に入射する。一方、図２に示したＯＦＦ光Ｌ２は、投射光学系５０に入射しないように、例えば、光ダンパによって吸収される。
【００２８】
投射光学系５０は、複数のレンズ素子および絞り等で構成され、画像形成素子４０からのＯＮ光Ｌ１をスクリーンＳＣに向けて拡大して投射する。投射光学系５０は、スクリーンＳＣでのピントを調整するフォーカス機構、スクリーンＳＣでの像面湾曲量を調整する像面湾曲補正機構、スクリーンＳＣの画像の倍率を調整するズーム機構などを備える。これらの機構は、投射光学系５０を構成するレンズ素子の少なくとも一部を光軸に沿って変位させる。こうしたレンズ素子の位置調整は、手動で行ってもよく、あるいはモータを含む駆動部５１を用いて電気的に行ってもよい。投射光学系５０を出射したＯＮ光Ｌ１は、スクリーンＳＣに投射される。なお、投射光学系５０とスクリーンＳＣとの間には、平面ミラー、曲面ミラー、ハーフミラー、透明窓などが存在してもよい。
【００２９】
スクリーンＳＣに投射された光の一部はスクリーンＳＣで反射し、戻り光Ｌｒとなって、光軸に沿って逆方向に進行し、投射光学系５０およびプリズム３１，３５を再び通過して画像形成素子４０に到達する。画像形成素子４０には、第１角度位置、即ち、ＯＮ状態のミラーＭと、第２角度位置、即ち、ＯＦＦ状態のミラーＭとが混在している。戻り光ＬｒがＯＮ状態のミラーＭに入射すると、光源１０に向かう方向に反射する。一方、戻り光ＬｒがＯＦＦ状態のミラーＭに入射すると、光軸に対して交差する方向に反射して軸外光線となり、プリズム３１，３５を通過する。
【００３０】
受光部６０は、軸外光線として反射した戻り光Ｌｒを受光する。受光部６０の前方には、例えば、スクリーンＳＣと受光部６０の受光面が共役となるように結像レンズ６１が設けられる。この場合、受光部６０の受光面は、戻り光Ｌｒのうち画像形成素子４０を介して入射する光に基づいてスクリーンＳＣ上の投射画像に対応する像が結像される。受光部６０は、戻り光Ｌｒの空間分布を検出する撮像センサ、例えば、１次元イメージセンサまたは２次元イメージセンサを含んでもよい。受光部６０は、戻り光Ｌｒの全体強度を検出するポイントセンサを含んでもよい。結像レンズ６１は、画像形成素子４０と受光部６０を共役にしてもよいし、可変の合焦機能を有してもよい。該合焦機能は、制御部７０によって制御されてもよい。
【００３１】
制御部７０は、例えば、マイコン、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の種々の半導体集積回路で構成してもよい。制御部７０は、予め設定されたプログラムに従って、光源１０、カラーホイール２０、駆動部４１、駆動部５１、受光部６０などの各種コンポーネントおよび装置全体の動作を制御する。
【００３２】
制御部７０は、受光部６０の受光結果に基づいて、投射光学系５０及び画像形成素子４０の少なくとも一方の位置ずれを示すずれ量を算出する演算部７１を含んでもよい。受光部６０の受光面における投射画像に対応した像の強度分布は、後述するように該位置ずれに応じて変動する。このことから、ずれ量の一例として、演算部７１は、受光部６０からの信号に基づいて、スクリーンＳＣに対して光軸方向に沿った投射画像のデフォーカス量または像面湾曲量を算出してもよい。演算部７１はまた、受光部６０からの信号に基づいて、スクリーンＳＣに対して光軸方向に直交する方向に沿った投射画像の偏差量を算出してもよい。
【００３３】
図３は、プリズムユニット３０の一例を示す外観図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は斜視図、図３（Ｃ）は正面図、図３（Ｄ）は側面図である。プリズムユニット３０は、プリズム３１，３３，３４で構成される。図１に示したプリズム３５は、２つのプリズム３３，３４に対応する。
【００３４】
プリズム３１は、光源１０からの照明光が内部に入射する面３１ａと、内部に入射した照明光を全反射する面３１ｂと、面３１ｂで全反射した照明光が通過する面３１ｃとを有する。図３の例において、各々の面３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、画像形成素子４０の水平方向Ｘと平行である。また面３１ａ、３１ｂは、画像形成素子４０の垂直方向Ｙおよび法線方向Ｚに対して傾斜する。一方、面３１ｃは、画像形成素子４０の垂直方向Ｙと平行であり、法線方向Ｚと直交する。
【００３５】
プリズム３３は、プリズム３１の面３１ｂを通過したＯＮ光Ｌ１が内部に入射する面３３ａと、内部に入射したＯＮ光Ｌ１が通過し、画像形成素子４０からの戻り光Ｌｒが全反射する面３３ｂと、全反射した戻り光Ｌｒが外部に向けて通過する面３３ｃとを有する。面３３ａは面３１ｂと平行であり、面３３ｂは面３４ａと平行である。面３３ｃは、垂直方向Ｙと平行であり、各方向Ｘ，Ｚおよび各面３１ｂ，３１ｃ，３３ａ，３３ｂに対して傾いている。
【００３６】
プリズム３４は、プリズム３３の面３３ｂを通過したＯＮ光Ｌ１が内部に入射し、スクリーンＳＣからの戻り光Ｌｒが通過する面３４ａと、内部に入射したＯＮ光Ｌ１が通過し、スクリーンＳＣからの戻り光Ｌｒが通過する面３４ｂとを有する。面３４ｂは面３１ｃと平行である。面３１ｂと面３３ａとの間には僅かな空隙が設けられ、面３３ｂと面３４ａとの間には僅かな空隙が設けられる。面３３ｃは、面３３ｂで全反射した戻り光Ｌｒの光軸に対して垂直となるように設計される。なお理解容易のため、ＯＦＦ光Ｌ２については図示を省略している。
【００３７】
受光部６０および結像レンズ６１は、面３３ｃに対向するように配置される。このような配置によると、ＴＲＰ方式のＤＭＤにおいて、ＯＮ／ＯＦＦが切り替わる最中にもＯＮ光Ｌ１およびＯＦＦ光Ｌ２が受光部６０に入射しないようにすることができる。
【００３８】
［１−２．動作］
次に本実施形態に係る画像投射装置１の動作について説明する。図４は、画像投射装置１の動作を示す説明図であり、図４（Ａ）は理想的な場合を示し、図４（Ｂ）は投射画像にずれが発生している場合を示す。
【００３９】
光源１０から供給される照明光Ｌ０は、ロッドインテグレータ２１などの作用により、均一な強度分布を有する。こうした照明光Ｌ０は、プリズムユニット３０を経由して画像形成素子４０に入射し、画像信号に応じて空間変調される。図４では、画像信号として、白レベル１で黒レベル０のコントラスト１００％を示す市松模様であるテストパターンを例示しているが、他のテストパターンでも構わない。
【００４０】
画像形成素子４０から出射したＯＮ光Ｌ１は、プリズムユニット３０を経由して投射光学系５０によってスクリーンＳＣに投射される。スクリーンＳＣで反射した戻り光Ｌｒは、投射光学系５０およびプリズムユニット３０を再び通過して、画像形成素子４０に入射する。画像形成素子４０には、ＯＮ状態のミラーＭとＯＦＦ状態のミラーＭとが混在している。
【００４１】
理想的な場合は、図４（Ａ）に示すように、スクリーンＳＣにおいて、白レベル１で黒レベル０のコントラスト１００％を示す市松模様が表示される。白レベル１の画素に対応する戻り光Ｌｒは、ＯＮ状態のミラーＭによって光源１０に向かう方向に反射し、受光部６０には入射しない。黒レベル０の画素に対応する戻り光Ｌｒは、理想的には存在しない。従って、受光部６０では、全面に渡って黒レベル０の強度分布が検出される。なお、ＯＦＦ状態のミラーＭによって反射したＯＦＦ光Ｌ２は、結像させた場合、白黒反転した市松模様を示す。
【００４２】
一方、投射画像にずれが発生している場合は、図４（Ｂ）に示すように、スクリーンＳＣにおいて、図４（Ａ）の場合よりも低いコントラストの市松模様になり、一例として、白レベル０．９で黒レベル０．１のコントラスト８０％を示す市松模様が表示される。白レベル０．９の画素に対応する戻り光Ｌｒは、ＯＮ状態のミラーＭによって光源１０に向かう方向に反射し、受光部６０には入射しない。黒レベル０．１の画素に対応する戻り光Ｌｒは、ＯＦＦ状態のミラーＭによって反射し、受光部６０に入射する。このとき受光部６０では、一例として、白レベル０．１で黒レベル０の市松模様を示す強度分布が検出される。なお、ＯＦＦ状態のミラーＭによって反射したＯＦＦ光Ｌ２は、結像させた場合、白黒反転した市松模様を示す。ＯＦＦ状態のミラーＭによって反射した戻り光Ｌｒも、白黒反転した市松模様を示す。
【００４３】
こうして受光部６０で全面黒以外の強度分布が検出された場合、画像形成素子４０、プリズムユニット３０および投射光学系５０の間で光軸方向の位置ずれまたは光軸方向に垂直な位置ずれが発生したものと推測できる。そこで、受光部６０で全面黒の強度分布が検出されるように、制御部７０によるフィードバック制御が行われる。例えば、制御部７０は、駆動部４１を制御して画像形成素子４０の位置を調整してもよい。または、制御部７０は、駆動部５１を制御して、投射光学系５０を構成するレンズ素子の少なくとも一部の位置を調整してもよい。この際、制御部７０は、受光部６０の検出結果に基づき、演算部７１として各種ずれ量を適宜、算出して、フィードバック制御に用いることができる。演算部７１は、戻り光Ｌｒによる白黒反転した市松模様における白レベルの大きさをずれ量として算出してもよい。
【００４４】
［１−３．効果等］
本実施形態に係る光学ユニット１Ｂは、照明光Ｌ０を空間変調するように反射して画像を形成する画像形成素子４０と、画像形成素子４０で形成された画像を投射するように、画像形成素子４０からの光を外部に出射する投射光学系５０とを備える。画像形成素子４０は、照明光Ｌ０を投射光学系５０に入射させるように反射する第１角度位置または該第１角度位置とは異なる第２角度位置に個別に保持可能な複数のミラーＭを備える。光学ユニット１Ｂはさらに、外部から投射光学系５０を通過して画像形成素子４０に到達し、画像形成素子４０において第２角度位置に保持されたミラーＭによって反射した戻り光Ｌｒを受光する受光部６０を備える。
【００４５】
以上の構成によると、スクリーンＳＣに投射された光の一部が反射して、投射光学系５０を逆行して画像形成素子４０に到達し、第２角度位置のミラーＭによって反射した戻り光Ｌｒを受光部６０で受光することができる。これにより、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる。
【００４６】
本実施形態に係る光学ユニットは、画像形成素子４０と投射光学系５０との間に設けられ、画像形成素子４０において第２角度位置に保持されたミラーＭによって反射した戻り光Ｌｒを受光部６０に導光するプリズムユニット３０をさらに備えてもよい。
【００４７】
これにより、スクリーンＳＣからの戻り光Ｌｒが効率よく検出できる。
【００４８】
本実施形態に係る光学ユニットにおいて、プリズムユニット３０は、第１プリズム３１および第２プリズム３３を含んでもよい。第１プリズム３１は、照明光Ｌ０を画像形成素子４０に向けて全反射する面３１ｂを有してもよい。第２プリズム３３は、画像形成素子４０において第１角度位置に保持されたミラーＭによって反射した光が通過し、かつ、投射光学系５０からの戻り光Ｌｒが透過して画像形成素子４０において第２角度位置に保持されたミラーＭによって反射した戻り光Ｌｒが全反射する面３３ｂを有してもよい。
【００４９】
これにより、スクリーンＳＣからの戻り光Ｌｒが効率よく検出できる。
【００５０】
本実施形態に係る光学ユニットは、受光部６０の受光結果に基づいて、投射光学系５０及び画像形成素子４０の少なくとも一方の位置ずれを示すずれ量を算出する演算部７１をさらに備えてもよい。
【００５１】
これにより、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを定量的に監視できる。
【００５２】
本実施形態に係る光学ユニットは、前記ずれ量に基づいて、投射光学系５０の少なくとも一部及び／又は画像形成素子４０の位置を調整する駆動部４１，５１をさらに備えてもよい。
【００５３】
これにより、光学的な位置ずれを迅速に解消できる。
【００５４】
本実施形態に係る光学ユニットにおいて、受光部６０は、戻り光Ｌｒの空間分布に応じた画像を撮像する撮像センサを含んでもよい。
【００５５】
これにより、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを高精度で監視できる。
【００５６】
本実施形態に係る光学ユニットにおいて、画像形成素子４０は、ＴＲＰ方式のＤＭＤを含んでもよい。
【００５７】
これにより、高品質の投射画像を生成できる。
【００５８】
本実施形態に係る画像投射装置は、上述した光学ユニットと、照明光Ｌ０を発生する光源１０と、を備えてもよい。
【００５９】
これにより、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる。
【００６０】
（実施形態２）
以下、図５を用いて本開示の実施形態２を説明する。
【００６１】
［２−１．構成］
本実施形態に係る画像投射装置は、図１に示した画像投射装置１と同様な構成を有しており、受光部６０として位相差センサを使用している。
【００６２】
図５は、位相差センサの一例を示す構成図であり、図５（Ａ）は後デフォーカス状態、図５（Ｂ）は合焦状態、図５（Ｃ）は前デフォーカス状態を示す。この位相差センサは、一対の集光レンズ６２ａ，６２ｂと、一対のイメージセンサ６３ａ，６３ｂとを含む。集光レンズ６２ａ，６２ｂは、結像レンズ６１の光軸に対して両側に変位するように設けられ、図５（Ｂ）に示す合焦状態において、検出面Ｐｄとイメージセンサ６３ａ，６３ｂの受光面とが共役になるように設計される。イメージセンサ６３ａは、集光レンズ６２ａによって集光された光の強度分布を検出する。イメージセンサ６３ｂは、集光レンズ６２ｂによって集光された光の強度分布を検出する。
【００６３】
［２−２．動作］
図５（Ｂ）に示す合焦状態では、結像レンズ６１によって結像された像は検出面Ｐｄと一致しており、この像が集光レンズ６２ａ，６２ｂによってイメージセンサ６３ａ，６３ｂにそれぞれ結像される。このとき演算部７１によって光強度分布のピーク間の距離ＤＢが計測される。
【００６４】
図５（Ａ）に示す後デフォーカス状態では、結像レンズ６１によって結像された像は検出面Ｐｄから後方にシフトしており、集光レンズ６２ａ，６２ｂによって結像される像は互いに遠ざかる。このとき演算部７１によって光強度分布のピーク間の距離ＤＡが計測され、距離ＤＡは距離ＤＢより大きくなる。
【００６５】
図５（Ｃ）に示す前デフォーカス状態では、結像レンズ６１によって結像された像は検出面Ｐｄから前方にシフトしており、集光レンズ６２ａ，６２ｂによって結像される像は互いに接近する。このとき演算部７１によって光強度分布のピーク間の距離ＤＣが計測され、距離ＤＣは距離ＤＢより小さくなる。
【００６６】
［２−３．効果等］
こうして光強度分布のピーク間の距離を計測することによって検出面Ｐｄを基準としたデフォーカス量が算出できる。また結像レンズ６１によって検出面ＰｄとスクリーンＳＣとが共役であるため、スクリーンＳＣに投射された画像のデフォーカス量が検出できる。
【００６７】
本実施形態において、受光部６０は、投射面に投射された画像のデフォーカス量を検出する位相差センサを含んでもよい。
【００６８】
これにより、投射画像のデフォーカス量を高精度で監視できる。
【００６９】
（実施形態３）
以下、図６を用いて本開示の実施形態３を説明する。
【００７０】
実施形態１，２に係る画像投射装置１と同様の構成、動作の説明は適宜、省略して、本実施形態に係る画像投射装置を説明する。
【００７１】
［３−１．構成］
図６は、実施形態３に係る画像投射装置１００の一例を示す構成図である。ここでは、画像投射装置１００の一例として、光の三原色ごとに３つの画像形成素子を使用した三板式プロジェクタについて説明する。
【００７２】
画像投射装置１００は、光源ユニット１００Ａと、光学ユニット１００Ｂとを備える。光源ユニット１００Ａは、光源１０と、レンズ２４とを備える。光学ユニット１００Ｂは、プリズムユニット８０と、画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇと、投射光学系５０と、駆動部５１と、受光部６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ（不図示）と、制御部７０などを備える。画像投射装置１の外部には、スクリーンＳＣが設けられる。
【００７３】
光源１０は、図１と同様に、白色光の照明光Ｌ０を発生する。
【００７４】
画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇは、図１に示した画像形成素子４０と同じ構成、例えば、ＤＭＤを有し、第１角度位置または該第１角度位置とは異なる第２角度位置に個別に制御可能な複数の可動式ミラーがマトリクス状に配置される。画像形成素子４０Ｒは赤色光を空間変調する機能を有し、画像形成素子４０Ｂは青色光を空間変調する機能を有し、画像形成素子４０Ｇは緑色光を空間変調する機能を有する。画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇには、図１に示した駆動部４１と同じ構成を有する駆動部（不図示）が個別に設けられ、画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇの各位置が電気的に調整可能である。
【００７５】
プリズムユニット８０は、一例として、三角柱状のプリズム８１，８２，８３，８５および四角柱状のプリズム８４を含む。プリズム８１は、光源１０からの照明光Ｌ０を反射し、プリズム８２に供給する。
【００７６】
プリズム８２は、青反射のダイクロイックミラーを有し、内部に入射した照明光Ｌ０のうち青色光のみを反射し、赤色光および緑色光を通過させてプリズム８３に供給する。プリズム８２によって取り出された青色光は、画像形成素子４０Ｂに入射する。プリズム８２は、画像形成素子４０Ｂによって空間変調された青色光を投射光学系５０の光軸に沿って反射させる。
【００７７】
プリズム８３は、赤反射のダイクロイックミラーを有し、内部に入射した赤色光および緑色光のうち赤色光のみを反射し、緑色光を通過させてプリズム８４に供給する。プリズム８３によって取り出された赤色光は、画像形成素子４０Ｒに入射する。プリズム８３は、画像形成素子４０Ｒによって空間変調された赤色光を投射光学系５０の光軸に沿って反射させる。
【００７８】
プリズム８４は、内部に入射した緑色光を画像形成素子４０Ｒに入射させ、画像形成素子４０Ｇによって空間変調された緑色光を投射光学系５０の光軸に沿って伝達する。
【００７９】
画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇによって個別に空間変調された青色光、赤色光および緑色光は、プリズム８２において合成され、プリズム８１，８５を通過して投射光学系５０に入射する。投射光学系５０は、合成された青色光、赤色光および緑色光をスクリーンＳＣに向けて拡大して投射する。
【００８０】
スクリーンＳＣに投射された光の一部はスクリーンＳＣで反射し、戻り光Ｌｒとなって、光軸に沿って逆方向に進行し、投射光学系５０およびプリズムユニット８０を再び通過して色分解され、画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇに到達する。画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇには、図２に示したように、第１角度位置、即ち、ＯＮ状態のミラーＭと、第２角度位置、即ち、ＯＦＦ状態のミラーＭとが混在している。戻り光ＬｒがＯＮ状態のミラーＭに入射すると、光源１０に向かう方向に反射する。一方、戻り光ＬｒがＯＦＦ状態のミラーＭに入射すると、光軸に対して交差する方向に反射して軸外光線となる。
【００８１】
受光部６０Ｂは、画像形成素子４０Ｂによって軸外光線として反射した青色戻り光Ｌｒを受光する。受光部６０Ｇは、画像形成素子４０Ｂによって軸外光線として反射した緑色戻り光Ｌｒを受光する。また画像形成素子４０Ｒによって軸外光線として反射した赤色戻り光Ｌｒを受光する受光部６０Ｒ（不図示）も設けられる。各受光部の前方には、スクリーンＳＣと受光部の受光面が共役となるように結像レンズ（不図示）が設けられる。
【００８２】
各受光部は、それぞれ実施形態１，２の受光部６０と同様に構成できる。
【００８３】
制御部７０は、実施形態１と同様に、予め設定されたプログラムに従って、光源１０、カラーホイール２０、画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇ用の駆動部、駆動部５１、受光部などの各種コンポーネントおよび装置全体の動作を制御する。
【００８４】
［３−２．動作］
次に本実施形態に係る画像投射装置１００の動作について説明する。画像投射装置１００は、３つの画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇの各々において、光の三原色ごとに実施形態１の画像形成素子４０と同様な動作を行う。また実施形態１，２と同様に、各受光部で全面黒の強度分布が検出されるように、制御部７０によるフィードバック制御が行われる。制御部７０は、演算部７１として機能し、各受光部の受光結果に基づいて、画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇに関するずれ量を算出してもよい。一例として、演算部７１は、各受光部からの信号に基づいて、各色の投射画像のデフォーカス量または像面湾曲量を算出してもよい。演算部７１はまた、各受光部からの信号に基づいて、各色の投射画像の偏差量を算出してもよい。
【００８５】
［３−３．効果等］
本実施形態によると、三板式プロジェクタにおいても画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる。
【００８６】
本実施形態において、画像形成素子として、照明光Ｌ０のうち青色光、赤色光および緑色光をそれぞれ空間変調する３つの画像形成素子４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇが設けられてもよい。また受光部として、戻り光Ｌｒのうち青色戻り光、赤色戻り光および緑色戻り光をそれぞれ受光する３つの受光部６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒが設けられてもよい。
【００８７】
これにより、青色光、赤色光および緑色光について、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる。
【００８８】
（他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１〜３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記各実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。
【００８９】
上記の各実施形態では、画像形成素子４０，４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇの一例として、ＴＲＰ方式のＤＭＤを例示したが、種々の空間光変調素子、例えばＶＳＰ(Voltage Scalable Pixel)方式のＤＭＤを使用してもよい。
【００９０】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【００９１】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００９２】
また、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、置換、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本開示は、画像を投射する画像投射装置、例えば、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ等において適用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１，１００    画像投射装置
１Ａ，１００Ａ    光源ユニット
１Ｂ，１００Ｂ    光学ユニット
１０    光源
２０    カラーホイール
２１    ロッドインテグレータ
１１，２２，２３，２４    レンズ
３０，８０    プリズムユニット
３１，３３〜３５，８１〜８５    プリズム
４０，４０Ｂ，４０Ｒ，４０Ｇ    画像形成素子
４１    駆動部
５０    投射光学系
５１    駆動部
６０，６０Ｂ，６０Ｇ    受光部
６１    結像レンズ
７０    制御部
７１    演算部
Ｌ０    照明光
Ｌ１    ＯＮ光
Ｌ２    ＯＦＦ光
Ｌｒ    戻り光
ＳＣ    スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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