(57)【要約】【課題】高精細で、画像品質に優れた投射画像が得られる光学デバイスを提供すること。【解決手段】入射した映像光を、映像光の入射角度に応じて屈折させて出射する光学部と、光学部を支持する保持部を含む可動部と、可動部を揺動させるアクチュエーターとを有する光学デバイスの制御方法であって、アクチュエーターに駆動信号を印加して、可動部を揺動させることを含み、駆動信号の波形Ｗａは台形状波であり、第１の電圧Ｖ１を第１の時間、印加する第１の平坦部Ｆ１と、第１の電圧Ｖ１よりも高い第２の電圧Ｖ２を第２の時間、印加する第２の平坦部Ｆ２と、第１の電圧Ｖ１を加えた後であって、第２の電圧Ｖ２を加える前に、第１の電圧Ｖ１よりも高く第２の電圧Ｖ２よりも低い第３の電圧Ｖ３を第３の時間、印加する第３の平坦部Ｆ３とを有することを特徴とする。【選択図】図８
2020190673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した映像光を、前記映像光の入射角度に応じて屈折させて出射する光学部と、前記光学部を支持する保持部を含む可動部と、前記可動部を揺動させるアクチュエーターとを有する光学デバイスの制御方法であって、
前記アクチュエーターに駆動信号を印加して、前記可動部を揺動させること、を含み、
前記駆動信号の波形は台形状波であり、
前記台形状波は、第１の電圧を第１の時間、印加する第１の平坦部と、前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を第２の時間、印加する第２の平坦部と、
前記第１の電圧を加えた後であって、前記第２の電圧を加える前に、前記第１の電圧よりも高く前記第２の電圧よりも低い第３の電圧を第３の時間、印加する第３の平坦部とを、有することを特徴とする光学デバイスの制御方法。
【請求項２】
前記第３の電圧は、前記第１の電圧と前記第２の電圧の中間の値よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイスの制御方法。
【請求項３】
前記台形状波における脚部は、
前記第１の平坦部から前記第３の平坦部の間を接続する第１の脚部と、
前記第３の平坦部と、
前記第３の平坦部から前記第２の平坦部の間を接続する第２の脚部と、を備え、
前記第１の脚部、および前記第２の脚部は、直線であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学デバイスの制御方法。
【請求項４】
前記第１の平坦部に対する前記第２の脚部の傾きは、前記第１の平坦部に対する前記第１の脚部の傾きよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の光学デバイスの制御方法。
【請求項５】
前記台形状波における脚部は、
前記第１の平坦部から前記第３の平坦部の間を接続する第１の脚部と、
直線からなる前記第３の平坦部と、
前記第３の平坦部から前記第２の平坦部の間を接続する第２の脚部と、を備え、
前記第１の脚部、および、前記第２の脚部は、曲線を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の光学デバイスの制御方法。
【請求項６】
前記第１の脚部、および、前記第２の脚部は、１／４周期の正弦波であることを特徴とする請求項５に記載の光学デバイスの制御方法。
【請求項７】
入射した映像光を、前記映像光の入射角度に応じて屈折させて出射する光学部と、前記光学部を支持する保持部を含む可動部と、
前記可動部を揺動させるアクチュエーターと、
前記アクチュエーターに駆動信号を印加する駆動回路と、を有し、
前記駆動信号の波形は台形状波であり、
前記台形状波は、第１の電圧を第１の時間、印加する第１の平坦部と、前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を第２の時間、印加する第２の平坦部と、
前記第１の電圧を加えた後であって、前記第２の電圧を加える前に、前記第１の電圧よりも高く前記第２の電圧よりも低い第３の電圧を第３の時間、印加する第３の平坦部とを、有することを特徴とする光学デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載の光学デバイスと、
前記光学デバイスから出射される映像光を拡大投射する投射光学系とを、
備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイス、光学デバイスの制御方法、および光学デバイスを備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネル等の光変調装置の解像度よりも投射される画像の解像度を高くするために、光変調装置から出射された映像光の軸をずらす技術が知られていた。
例えば、特許文献１の投射型表示装置では、映像光の光軸を１／２画素ずらすための光路変更板を備えていた。詳しくは、光路変更板をプラス側に所定角度傾けた状態と、マイナス側に所定角度傾けた状態とを反復するように駆動制御することで、投射画像の解像度を高めていた。この際、画像品質を確保するためには、プラス／マイナスの所定角度状態における維持時間を長くする、言い換えればプラスの角度とマイナスの角度との間の移動時間を短くする必要がある。さらに、所定角度状態ができるだけ一定している必要がある。特許文献１では、光路変更板を駆動するための駆動信号に工夫をしていた。詳しくは、駆動信号における低電位と高電位とを切り替える間の信号波形を正弦波とすることで、電流を正負に変動させていた（図８参照）。これによって、所定角度状態の維持時間を長くすることを可能としていた。
【０００３】
しかし、特許文献１の駆動方法では、正弦波部分の影響で光路変更板が一瞬逆側に振れてしまうため、映像光がぶれてしまうという問題があった。この問題を鑑み、発明者等は、特許文献２の画像表示装置のように、駆動信号として台形波を用いることを提案している。これによれば、低電位と高電位とを切り替える際に、正負の変動は生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５８５８９号公報
【特許文献２】特開２０１６−７１２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の駆動信号を用いることで、特許文献１の駆動信号よりも、ぶれの少ない高品質な画像を得ることが可能となったが、更なる改善の余地があった。詳しくは、図１２に示すように、駆動信号として単純な台形波の波形Ｗｏを用いた場合、光路変更板の動きも略台形波を追従したものとなるが、軌跡Ｕｏに示すように、下底、上底の直線部分の持続時間が短くなってしまい、画像品質が劣化してしまうという課題があった。また、軌跡Ｕｏの下底、上底の直線部分において、アンダーシュート、オーバーシュートが発生してしまい、画像品質が劣化してしまうという課題があった。なお、図１２の詳細については後述する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本願の光学デバイスの制御方法は、入射した映像光を、映像光の入射角度に応じて屈折させて出射する光学部と、光学部を支持する保持部を含む可動部と、可動部を揺動させるアクチュエーターとを有する光学デバイスの制御方法であって、アクチュエーターに駆動信号を印加して、可動部を揺動させること、を含み、駆動信号の波形は台形状波であり、台形状波は、第１の電圧を第１の時間、印加する第１の平坦部と、第１の電圧よりも高い第２の電圧を第２の時間、印加する第２の平坦部と、第１の電圧を加えた後であって、第２の電圧を加える前に、第１の電圧よりも高く第２の電圧よりも低い第３の電圧を第３の時間、印加する第３の平坦部とを、有することを特徴とする。
【０００７】
上記光学デバイスの制御方法において、第３の電圧は、第１の電圧と第２の電圧の中間の値よりも高いことが好ましい。
【０００８】
上記光学デバイスの制御方法において、台形状波における脚部は、第１の平坦部から第３の平坦部の間を接続する第１の脚部と、第３の平坦部と、第３の平坦部から第２の平坦部の間を接続する第２の脚部と、を備え、第１の脚部、および第２の脚部は、直線であることが好ましい。
【０００９】
上記光学デバイスの制御方法において、第１の平坦部に対する第２の脚部の傾きは、第１の平坦部に対する第１の脚部の傾きよりも小さいことが好ましい。
【００１０】
上記光学デバイスの制御方法において、台形状波における脚部は、第１の平坦部から第３の平坦部の間を接続する第１の脚部と、直線からなる第３の平坦部と、第３の平坦部から第２の平坦部の間を接続する第２の脚部と、を備え、第１の脚部、および、第２の脚部は、曲線を含んでいることが好ましい。
【００１１】
上記光学デバイスの制御方法において、第１の脚部、および、第２の脚部は、１／４周期の正弦波であることが好ましい。
【００１２】
本願の光学デバイスは、入射した映像光を、映像光の入射角度に応じて屈折させて出射する光学部と、光学部を支持する保持部を含む可動部と、可動部を揺動させるアクチュエーターと、アクチュエーターに駆動信号を印加する駆動回路と、を有し、駆動信号の波形は台形状波であり、台形状波は、第１の電圧を第１の時間、印加する第１の平坦部と、第１の電圧よりも高い第２の電圧を第２の時間、印加する第２の平坦部と、第１の電圧を加えた後であって、第２の電圧を加える前に、第１の電圧よりも高く第２の電圧よりも低い第３の電圧を第３の時間、印加する第３の平坦部とを有することを特徴とする。
【００１３】
本願の画像表示装置は、上記光学デバイスと、光学デバイスから出射される映像光を拡大投射する投射光学系とを、備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係るプロジェクターの概略構成図。
【図２】映像光の画素ずらしによる画像表示位置のシフト状態図。
【図３】プロジェクターの電気的な構成を示す回路ブロック図。
【図４】駆動回路の回路ブロック図。
【図５】光路シフトデバイスの斜視図。
【図６】光路シフトデバイスの平面図。
【図７】図６のＡ−Ａ部の断面図。
【図８】駆動信号の波形図。
【図９】駆動信号と光路シフトデバイスの軌跡を示す図。
【図１０】実施形態２に係る駆動信号の波形図。
【図１１】実施形態２に係る駆動信号と光路シフトデバイスの軌跡を示す図。
【図１２】従来の駆動信号と光路シフトデバイスの軌跡を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならしめている。
【００１６】
実施形態１
１）プロジェクターの概要
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの光学的な構成を示す説明図である。まず、本実施形態に係るプロジェクター１の構成について説明する。
【００１７】
画像表示装置としてのプロジェクター１は、ＬＣＤ方式のプロジェクターである。プロジェクター１は、外部から入力される映像信号に基づき、スクリーン１０１に映像を表示する装置である。プロジェクター１は、光源１０２、ミラー１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ、ダイクロイックミラー１０６ａ，１０６ｂ、液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂと、ダイクロイックプリズム１１０、光路シフトデバイス２、投射光学系１１２などから構成されている。
【００１８】
光源１０２としては、例えば、ハロゲンランプ、水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー光源等が挙げられる。また、光源１０２としては、白色光が出射するものが用いられる。光源１０２から出射された光は、例えば、ダイクロイックミラー１０６ａによって赤色光（Ｒ）とその他の光とに分離される。赤色光は、ミラー１０４ａで反射された後、液晶表示素子１０８Ｒに入射する。その他の光は、ダイクロイックミラー１０６ｂによってさらに緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とに分離される。緑色光は、ダイクロイックミラー１０６ｂで反射した後、液晶表示素子１０８Ｇに入射する。青色光は、ダイクロイックミラー１０６ｂを透過した後、ミラー１０４ｂ，１０４ｃで反射した後、液晶表示素子１０８Ｂに入射する。
【００１９】
液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂは、それぞれ、空間光変調器として用いられる。これらの液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂは、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの光の三原色に対応する透過型の空間光変調器であり、例えば縦１０８０行、横１９２０列のマトリクス状に配列した画素を備える。各画素では、入射光に対する透過光の光量が調整され、各液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂにおいて全画素の光量分布が協調制御される。このような液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂによってそれぞれ空間的に変調された光は、ダイクロイックプリズム１１０で合成され、ダイクロイックプリズム１１０からフルカラーの映像光ＬＬとして出射される。そして、出射された映像光ＬＬは、光路シフトデバイス２を経由した後、投射光学系１１２によって拡大されてスクリーン１０１に投射される。
【００２０】
光学デバイスとしての光路シフトデバイス２は、ダイクロイックプリズム１１０と投射光学系１１２との間に配置されている。プロジェクター１は、光路シフトデバイス２によって映像光ＬＬの光路を入射角度に応じてシフトさせることにより、液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂの解像度よりも高い解像度の画像をスクリーン１０１に投射する。例えば、液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂがフルハイビジョンであれば、４Ｋの画像を表示する。なお、光路シフトのことを「画素ずらし」ともいう。
【００２１】
２）画素ずらしの概要
図２は、映像光の画素ずらしによる画像表示位置のシフト状態を示す図である。
ここでは、画素ずらしによる高解像度化の原理について図２を用いて説明する。
光路シフトデバイス２は、映像光ＬＬを透過させる光学部としての光路変更板３０（図５）を有しており、透光性の板状部材である光路変更板３０の姿勢を変更することで、屈折を利用して映像光ＬＬの光路をシフトさせる。
【００２２】
プロジェクター１は、このような光路のシフトを利用して、映像光ＬＬの光路を一方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ１と、映像光ＬＬの光路を他方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ２とに交互に画像を表示する。画像表示位置Ｐ１，Ｐ２は、スクリーン１０１上で画素Ｐｘの対角方向Ｋに半画素分ずれた位置である。なお、半画素とは、画素Ｐｘの半分のことである。このような画素ずらしを行うことにより、見かけ上の画素が増加し、スクリーン１０１に投影される画像を高解像度化することができる。なお、画像表示位置Ｐ１，Ｐ２のずれ量としては、半画素分に限定されず、例えば、画素Ｐｘの１／４であってもよいし、３／４であってもよい。また、斜めにずらすことに限定するものではなく、上下方向や、左右方向にずらすことでも良い。上下、左右方向であっても、投射画像を高解像度化することができる。
【００２３】
３）回路ブロック構成
図３は、プロジェクターの電気的な構成を示す回路ブロック図である。
プロジェクター１は、制御回路１２０、画像信号処理回路１２１、駆動回路１２２などから構成されている。
制御回路１２０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂに対するデータ信号の書き込み動作、光路シフトデバイス２における光路シフト動作、画像信号処理回路１２１におけるデータ信号の発生動作を含むプロジェクター１の動作を制御する。制御回路１２０には、不揮発性メモリー、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成された記憶部１２０ｍが附属しており、記憶部１２０ｍには、駆動信号ＤＳの駆動波形データや、プロジェクター１の動作を制御するための様々なプログラムおよび付随するデータが記憶されている。
【００２４】
画像信号処理回路１２１は、外部装置から供給される画像信号ＶｉｄをＲ，Ｇ，Ｂの光の三原色ごとに分離するとともに、それぞれの液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂの動作に適したデータ信号Ｒｖ，Ｇｖ，Ｂｖに変換する。変換されたデータ信号Ｒｖ，Ｇｖ，Ｂｖは、それぞれ液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂに供給され、それに基づいて液晶表示素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂが表示駆動される。画像信号処理回路１２１は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の回路によって構成されてもよい。
駆動回路１２２は、光路シフトデバイス２を駆動するための駆動信号ＤＳを生成する回路である。駆動回路１２２は、画像信号処理回路１２１から入力される同期信号ＳＡに基づいて、駆動信号ＤＳを生成し、光路シフトデバイス２に供給する。駆動回路１２２は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の回路によって構成されてもよい。
【００２５】
図４は、駆動回路の回路ブロック図である。
駆動回路１２２は、波形生成部１３１、ゲイン調整部１３２、増幅部１３３などを備え、これらによって駆動信号ＤＳの生成、および駆動信号ＤＳの波形調整を行う。
波形生成部１３１は、Ｄ／Ａコンバーターを備えており、画像に同期した矩形状の同期信号ＳＡに基づいて、台形状の駆動信号を生成する。具体的には、同期信号ＳＡをトリガーとして、記憶部１２０ｍのデジタルデータからなる駆動波形データをＤ／Ａコンバーターでアナログ信号に変換して出力する。このように、Ｄ／Ａコンバーターを使うことにより、変換クロック周波数を変えることで、脚部の傾きを変更した台形状波など、所望の波形を生成することができる。詳しくは、駆動波形データを変更することにより、矩形波、正弦波、台形波や、これらの波形を組み合せた波形も生成できる。
【００２６】
ゲイン調整部１３２は、デジタルポテンショメーターを備えており、波形生成部１３１が生成した台形状の信号の振幅を変更する。好適例において、ゲイン調整部１３２は、インターフェースとしてＩ2Ｃバスを備えており、制御回路１２０からの制御信号で電気的に抵抗値を変更可能な構成となっている。
増幅部１３３は、オペアンプを備えており、ゲイン調整部１３２でゲイン調整された台形状の信号を増幅し、光路シフトデバイス２のアクチュエーターに供給する。
【００２７】
４）光路シフトデバイスの構成
図５は、本実施形態に係る光路シフトデバイスの斜視図である。
次に、光路シフトデバイス２の構成について説明する。
光路シフトデバイス２は、可動部３、支持部４、アクチュエーター６などから構成されている。なお、図５において、光路シフトデバイス２のＺ軸プラス方向にダイクロイックプリズム１１０（図１）が位置し、Ｚ軸マイナス方向に投射光学系１１２（図１）が位置する配置となっている。換言すれば、図５の紙面の上方から、映像光が光路シフトデバイス２の光路変更板３０に入射して、紙面の裏面にある投射光学系１１２（図１）に向かって出射される配置となっている。
【００２８】
可動部３は、光学部としての光路変更板３０と、光路変更板３０を保持する保持枠３１などから構成されている。光路変更板３０は、好適例において略正方形の白板ガラスを用いている。強度に優れた白板ガラスを採用することで、可動部３全体の剛性が高まるため、光路変更板３０において偏向される光の偏向ムラを抑制することができる。なお、白板ガラスに限定するものではなく、光透過性を有し、映像光を屈折可能な材料であれば良く、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどの各種ガラス材料を用いても良い。または、水晶、サファイアなどの各種結晶材料、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂などの各種樹脂材料を用いても良い。なお、光路変更板３０の形状は、略正方形に限定するものではなく、映像光を屈折可能な形状であれば良く、長方形や、菱形、楕円形状であっても良い。
【００２９】
保持枠３１は、金属製の額縁状をなした保持フレームであり、光路変更板３０の外周縁を支持することで、表裏面を露出した状態の光路変更板３０を収納している。好適例において保持枠３１の材質はステンレスを用いており、光路変更板３０は接着剤により保持枠３１に固定されて、一体化している。保持枠３１の一つの頂点部分には、フランジ状に突出した部位である第１軸部３１ａが形成されている。第１軸部３１ａにはネジ穴が形成されており、ネジ２１により支持部４に固定されている。第１軸部３１ａの対角線上の頂点部分にも、同様の突出部位である第２軸部３１ｂが形成されている。第２軸部３１ｂにはネジ穴が形成されており、ネジ２２により支持部４に固定されている。なお、保持枠３１は、外周縁のすべてを支持する額縁状の部材に限られず、光路変更板３０の少なくとも一部を支持する部材であればよい。保持枠３１は、本発明の「保持部」の一例に相当する。
【００３０】
支持部４は、保持枠３１よりも一回り大きい額縁状をなした樹脂製の支持部材である。支持部４には、可動部３、アクチュエーター６などが取付けられている。可動部３は、光路変更板３０を主体とする本体部分が支持部４の中央の穴に収納され、可動部３の対角部分から耳状に突出した第１軸部３１ａと、第２軸部３１ｂとで、支持部４に取付けられている。ここで、第１軸部３１ａと第２軸部３１ｂとを結ぶ対角線が揺動軸Ｊとなり、可動部３は揺動軸Ｊを中心にして、矢印Ｍで示された回動方向に姿勢を変えることができる。換言すれば、略正方形の可動部３は、揺動軸Ｊに沿って支持部４に固定されているため、揺動軸Ｊと交差する対角線上に位置する対角部は揺動軸Ｊを中心に揺動可能となっている。これにより、可動部３は、初期状態では傾きゼロのフラット状態となっているが、駆動状態では、矢印Ｍのプラス方向に所定角度傾くことと、マイナス方向に所定角度傾くことを繰り返す。なお、本明細書において、この反復運動のことを揺動ともいう。
【００３１】
アクチュエーター６は、支持部４における揺動可能側の一方の対角部に配置されている。アクチュエーター６は、磁石６１、磁石枠６３、コイル６２、コイル枠６４などから構成されている。ここで、磁石６１、磁石枠６３は可動部３の保持枠３１に取付けられている。コイル６２、コイル枠６４は、支持部４に取付けられている。
【００３２】
５）アクチュエーターの構成
図６は、光路シフトデバイスの平面図である。図７は、図６のＡ−Ａ部の断面図である。次に、図６、図７を用いて、アクチュエーター６の構成について説明する。
図７に示すように、保持枠３１におけるアクチュエーター６側の頂点部分は、Ｌ字状に折り返されて、磁石枠６３の取付け部となるフランジ部３１ｃが形成されている。フランジ部３１ｃには、磁石枠６３が固定されている。磁石枠６３には、磁石６１が取付けられている。磁石枠６３は、鉄などの金属から構成されており、バックヨークとして機能する。
【００３３】
磁石６１は、棒状の磁石６１ａと、磁石６１ｂとをＺ軸に沿って重ねた構成となっている。磁石６１ａは、図７の奥行方向に長い棒状の磁石である。その長さは、図６に寸法Ｇで示されている。磁石６１ａは、Ｎ極をコイル６２側に向けて配置されている。磁石６１ｂも、磁石６１ａと同じ長さの棒状磁石であるが、Ｓ極をコイル６２側に向けて配置されている。好適例として、磁石６１は、ネオジム磁石を用いている。なお、ネオジム磁石に限定するものではなく、所期の磁力を有する永久磁石であれば良く、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石であっても良い。
【００３４】
支持部４には、コイル枠６４、コイル６２が、この順番で取付けられている。詳しくは、コイル枠６４にはコイル６２が取付けられており、コイル枠６４はコイル６２が磁石６１と間隙を持って向かい合うように、支持部４に固定されている。コイル枠６４は、鉄などの金属から構成されており、バックヨークとして機能する。
図６のＤ視は、コイルの巻線軸方向からコイル６２を観察する視点である。Ｄ視において、コイル６２は、角丸長方形をなした空芯コイルである。なお、角丸長方形のことをトラック形状ともいう。コイル６２の長辺方向の長さは、磁石６１ａと略同じである。
図７に示すように、コイル枠６４には、コイル６２の巻線位置の案内となる突出部６４ａが形成されており、突出部６４ａを囲うようにコイル６２が配置されている。突出部６４ａの磁石６１側は、中空となっている。可動部３が傾いていない初期状態では、コイル６２の長辺６２ａが磁石６１ａと向かい合い、長辺６２ｂが磁石６１ｂと向かい合うように配置されている。
【００３５】
このような構成において、コイル６２に通電すると、コイル６２に電流が流れることで発生する磁界が、磁石６１ａ、磁石６１ｂと反発、または引き合うことにより、可動部３における磁石６１側の頂点部と、対角の頂点部とが略Ｚ軸に沿って往復運動することにより、可動部３全体が揺動軸Ｊを中心にして揺動する。
本実施形態では、可動部３に磁石６１を配置した、所謂「ムービングマグネット型」を採用している。これにより、通電時にコイル６２で発生する熱が可動部３や光路変更板３０に伝わり難くなるため、熱による共振周波数の変化や、光路変更板３０の撓み等を抑制することができる。
【００３６】
６）光路シフトデバイスの駆動制御方法
図１２は、従来の駆動信号と光路シフトデバイスの軌跡を示す図である。
まず、図１２を用いて、従来の駆動信号で光路シフトデバイス２を駆動した場合の軌跡について説明する。
図１２の波形Ｗｏは、従来の駆動信号波形を示している。横軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖを表している。波形Ｗｏは、シンプルな台形波であり、立上り側の脚部Ｌａは１本の直線であり、低電位側の電圧Ｖ１から立上り、時間ｔｂで、高電位側の電圧Ｖ２に変化する。そして、電圧Ｖ２を時間ｔｃ維持した後、１本の直線からなる立下り側の脚部Ｌｂは、時間ｔｂで、低電位側の電圧Ｖ１に戻り、電圧Ｖ１を時間ｔｃ維持する。これで１周期であり、これを繰り返す駆動信号であった。
【００３７】
図１２の軌跡Ｕｏは、光路シフトデバイス２に駆動信号として波形Ｗｏを供給した際に、可動部３の測定ポイントＰ（図６）における揺動時の振幅を、レーザー変位計を用いて時間軸で測定した軌跡データである。軌跡Ｕｏの縦軸は変位量を示している。
理想的な軌跡Ｕｏは、波形Ｗｏの台形波を逆位相とし、かつ、上底、下底の直線部分の状態を長く維持する軌跡である。直線部分は、平坦部に相当し、オーバーシュートなどの変動がなく、フラットで安定していることが望ましい。つまり、可動部３が、矢印Ｍ（図５）のプラス方向に所定角度傾いた状態と、マイナス方向に所定角度傾いた状態とを反復する際に、バタつかずにスムーズに移動し、かつ、安定した状態で止まっている時間を長く維持することが望ましい。
これに対して、可動部３の軌跡Ｕｏは、立下り深部でアンダーシュートＱ１が見られ、平坦部の終り近くでオーバーシュートＱ２が発生している。続く立上り上部でもオーバーシュートＱ３が見られ、平坦部の終り近くでアンダーシュートＱ４が発生していた。また、発明者等の実験データによれば、軌跡Ｕｏにおいて下底から上底までの立上り時間ｔｒｏは、２．１２ｍｓであった。
【００３８】
７）駆動信号波形の説明
図８は、本実施形態に係る駆動信号の波形図である。ここでは、本実施形態の特徴ある駆動信号波形について、図１２の波形Ｗｏと比較して説明する。
図８の波形Ｗａは、本実施形態における駆動信号の波形図である。波形Ｗａは、ベースは台形波であるが、台形の脚に相当する脚部に特徴があり途中に平坦部が設けられている。なお、本明細書において、シンプルな台形波と、実施形態に係る波形とを区分けするために、実施形態の波形を台形状波という。また、台形状波における脚を脚部という。
【００３９】
まず、立上り波形について説明する。
波形Ｗａにおいて、第１の電圧である電圧Ｖ１の電位に沿った直線が第１の平坦部Ｆ１である。この平坦部Ｆ１は、台形の下底に相当する。第２の電圧である電圧Ｖ２の電位に沿った直線が第２の平坦部Ｆ２である。この平坦部Ｆ２は、台形の上底に相当する。
立上り側の脚部は、３本の直線から構成されており、途中に電圧変動のない平坦部Ｆ３が設けられている。詳しくは、立上り側の脚部は、第１の脚部としての脚部Ｌｃと、平坦部Ｆ３と、第２の脚部としての脚部Ｌｄとから構成されている。
【００４０】
脚部Ｌｃは、低電位側の平坦部Ｆ１から角度θ１で立上り、平坦部Ｆ３に接続する。平坦部Ｆ３は、第３の平坦部に相当し、第３の電圧である電圧Ｖ３の電位に沿った直線部分である。電圧Ｖ３は、電圧Ｖ１よりも高く、電圧Ｖ２よりも低い電圧である。電圧Ｖ３は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の中間の値よりも高くてもよい。ここで中間の値とは、例えば電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の算術平均値である。例えば、電圧Ｖ１が０Ｖ、電圧Ｖ２が３．３Ｖであった場合、中間の値は１．６５Ｖとなる。
脚部Ｌｄは、平坦部Ｆ３から角度θ２で立上り、高電位側の平坦部Ｆ２に接続する。なお、平坦部Ｆ１と平坦部Ｆ３とは平行となっている。
ここで、平坦部Ｆ１に対する脚部Ｌｄの立上り角度θ２は、脚部Ｌｃの立上り角度θ１よりも、小さくなっている。つまり、脚部Ｌｄの傾きは、脚部Ｌｃの傾きよりも小さくなっている。
【００４１】
好適例において、本実施形態の波形Ｗａと従来の波形Ｗｏとの周期、および振幅は同一としている。
低電位側の電圧Ｖ１を印加する第１の時間、および高電位側の電圧Ｖ２を印加する第２の時間は、同一の長さの時間ｔｅである。
電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に達するまでの立上り時間ｔｄにおいて、波形Ｗａでは脚部Ｌｃと、平坦部Ｆ３と、脚部Ｌｄとで分割している。詳しくは、時間ｔｄを３等分して、脚部Ｌｃ、平坦部Ｆ３、および脚部Ｌｄ共に、時間ｔｄ／３ずつ印加している。よって、電圧Ｖ３を印加する第３の時間は、時間ｔｄ／３である。なお、脚部Ｌｃ及び脚部Ｌｄを同じ時間だけ印加し、平坦部Ｆ３は、脚部Ｌｃ及び脚部Ｌｄを印加する時間とは異なる時間だけ印加するようにしてもよい。
上記により、脚部Ｌｄにおける電圧変動量Ｖｂは、脚部Ｌｃにおける電圧変動量Ｖａよりも、小さくなっている。
【００４２】
次いで、立下り波形について説明する。
立上り波形の脚部Ｌｃ、平坦部Ｆ３、および脚部Ｌｄにより平坦部Ｆ２に達した後、時間ｔｅの間、電圧Ｖ２を維持し、立下り波形に入る。
立下り波形は、立上り波形を正負反転した波形である。波形図を正負反転した状態で、電圧Ｖ２を電圧Ｖ１、電圧Ｖ１を電圧Ｖ２と読替えれば、前述の立上り波形の説明と同じであり、脚部の途中には踊り場状の平坦部Ｆ３が設けられている。
立下り波形により電圧Ｖ１に達した後、時間ｔｅの間、平坦部Ｆ１として電圧Ｖ１を維持する。これで、波形Ｗａの１周期となる。
【００４３】
８）実施例
図９は、本実施形態に係る駆動信号と光路シフトデバイスの軌跡を示す図であり、図１２と対応している。ここでは、本実施形態に係る駆動信号で光路シフトデバイス２を駆動した際における実際の軌跡について、図８、図１２を交えて説明する。
図９の軌跡Ｕａは、図１２での説明と同様、光路シフトデバイス２に駆動信号として波形Ｗａを供給した際に、可動部３の測定ポイントＰ（図６）における揺動時の振幅を、レーザー変位計を用いて時間軸で測定した軌跡データである。
【００４４】
図９の駆動信号における波形Ｗａの周波数は６０Ｈｚで振幅３．３Ｖとしている。なお、前述の通り、従来の波形Ｗｏにおける周波数、振幅も同じである。脚部Ｌｃにおける電圧変動量Ｖａは１．８Ｖとし、脚部Ｌｄにおける電圧変動量Ｖｂは１．５Ｖとした。
この駆動信号を印加した際、可動部３の傾きは約±０．１３度であり、測定ポイントＰ（図６）における揺動時の振幅量に換算すると、約±６０μｍとなる。なお、これらの設定値は、液晶表示素子のサイズ、解像度、画素ピッチや、光路シフトデバイス２の構成などにより変化するため、本実施例における設定値の一例である。
【００４５】
図９の軌跡Ｕａにおいて下底から上底までの立上り時間ｔｒａ＝１．３５ｍｓであった。このように、波形Ｗａを用いた駆動により、図１２の従来の軌跡Ｕｏの立上り時間ｔｒｏ＝２．１２ｍｓよりも、短時間で上底の平坦部に達する結果が得られている。なお、立下り時間も同様に短くなっている。
前述の通り、波形Ｗａと従来の波形Ｗｏとの周波数、振幅は同一なので、脚部における立上り、立下り時間が短くなれば、上底、下底の直線部分の時間が長くなる。つまり、本実施形態の波形Ｗａを駆動信号として光路シフトデバイス２を駆動することにより、上底、下底の直線部分の状態を長く維持した略理想的な軌跡を得ることができる。
【００４６】
また、図１２の軌跡Ｕｏと比べて、図９の軌跡Ｕａは、立下り後は略フラットであり、オーバーシュートや、アンダーシュートは見られない。続く立上り後も略フラットであり、オーバーシュートや、アンダーシュートは見られない。つまり、理想の軌跡と略同等な軌跡が得られている。
これは、従来の単純な台形波の駆動信号では、１つの直線からなる脚部Ｌａの印加により、オーバーシュートが発生していたのに対して、踊り場状の平坦部Ｆ３に続く、脚部Ｌｄの傾斜を前方の脚部Ｌｃよりも緩くしたことで急峻な変化の緩和に寄与していると考えられる。詳しくは、従来の脚部Ｌａにおいてオーバーシュートを発生させていた過剰エネルギー分を、後方の脚部Ｌｄの傾斜を緩くした波形Ｗａにより、適正化することができたからであると考察している。
【００４７】
上述した通り、本実施形態に係る光路シフトデバイス、および、その制御方法によれば、以下の効果を得ることができる。
制御回路１２０は、駆動回路１２２を用いて、光路シフトデバイス２を駆動制御する。詳しくは、駆動回路１２２は、図９の駆動信号として波形Ｗａを生成し、光路シフトデバイス２を駆動する。波形Ｗａには、脚部に踊り場状の平坦部Ｆ３が設けられている。これにより、１つの直線からなる脚部を印加していた従来の駆動制御方法と異なり、より短時間で可動部３を移動させることができるため、可動部３を略理想的な軌跡で駆動制御することができる。
よって、従来の駆動信号による制御方法よりも、より理想的な軌跡を実現した駆動信号、および駆動制御方法を提供することができる。
【００４８】
プロジェクター１は、上記制御回路１２０、駆動回路１２２、および光路シフトデバイス２を備えている。従って、高精細で、画像品質に優れた投射画像が得られるプロジェクターを提供することができる。
【００４９】
実施形態２
１）駆動信号波形の説明
図１０は、本実施形態に係る駆動信号の波形図であり、図８と対応している。ここでは、本実施形態の特徴ある駆動信号波形について、図８の波形Ｗａと比較して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。図１０の波形Ｗｂは、本実施形態における駆動信号の波形図である。波形Ｗｂは、脚部の途中に平坦部Ｆ３が設けられていることは実施形態１の波形Ｗａと同じであるが、脚部に曲線が含まれている点が実施形態１と異なる。当該脚部以外は、実施形態１での説明と同様である。
【００５０】
まず、立上り波形について説明する。
立上り側の脚部は、第１の脚部としての脚部Ｃａと、平坦部Ｆ３と、第２の脚部としての脚部Ｃｂとから構成されている。
脚部Ｃａは、低電位側の平坦部Ｆ１から立上る正弦波の最初の１／４周期分の曲線であり、平坦部Ｆ３に接続している。平坦部Ｆ３は、第３の平坦部に相当し、電圧Ｖ３の電位に沿った直線部分である。脚部Ｃｂは、平坦部Ｆ３から立上る逆位相の正弦波の１／４周期分の曲線であり、平坦部Ｆ２に接続している。脚部Ｃｂの曲線は脚部Ｃａの正弦波を逆位相とし、立下りから２／４周期目の曲線を使用している。
【００５１】
好適例において、本実施形態の波形Ｗｂも従来の波形Ｗｏとの周期、および振幅は同一としている。
低電位側の電圧Ｖ１を印加する第１の時間、および高電位側の電圧Ｖ２を印加する第２の時間は、同一の長さの時間ｔｇである。
電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に達するまでの立上り時間ｔｆにおいて、波形Ｗｂでは脚部Ｃａと、脚部Ｃｂとで略折半している。略折半というのは、平坦部Ｆ３の電圧を印加する第３の時間が僅かではあるが確保されているからである。平坦部Ｆ３において平坦な部分は僅かであっても、正弦波の最大振幅近くのなだらかな曲線が繋がっているため、実質的な平坦部と見做すことができる。
また、脚部Ｃｂにおける電圧変動量Ｖｂは、脚部Ｃａにおける電圧変動量Ｖａよりも、小さく設定されている。
【００５２】
次いで、立下り波形について説明する。
立下り波形は、立上り波形を正負反転した波形である。波形図を正負反転した状態で、電圧Ｖ２を電圧Ｖ１、電圧Ｖ１を電圧Ｖ２と読替えれば、前述の立上り波形の説明と同じであり、脚部の途中には平坦部Ｆ３が設けられている。
立下り波形により電圧Ｖ１に達した後、時間ｔｇの間、平坦部Ｆ１として電圧Ｖ１を維持する。これで、波形Ｗｂの１周期となる。
【００５３】
２）実施例
図１１は、本実施形態に係る駆動信号と光路シフトデバイスの軌跡を示す図であり、図９、図１２と対応している。ここでは、本実施形態に係る駆動信号で光路シフトデバイス２を駆動した際における実際の軌跡について、図９、図１２を交えて説明する。
図１１の軌跡Ｕｂは、図１２での説明と同様、光路シフトデバイス２に駆動信号として波形Ｗａを供給した際に、可動部３の測定ポイントＰ（図６）における揺動時の振幅を、レーザー変位計を用いて時間軸で測定した軌跡データである。
【００５４】
図１１の駆動信号における波形Ｗｂの周波数は６０Ｈｚで振幅３．３Ｖとしている。従来の波形Ｗｏにおける周波数、振幅も同じである。脚部Ｌｃにおける電圧変動量Ｖａは１．８Ｖとし、脚部Ｌｄにおける電圧変動量Ｖｂは１．５Ｖとした。
軌跡Ｕｂにおいて下底から上底までの立上り時間ｔｒｂ＝１．３９ｍｓであった。これは、実施形態１の軌跡Ｕａの立上り時間ｔｒａ＝１．３５ｍｓと略同等である。このように、波形Ｗｂを用いた駆動によっても、波形Ｗａと同様に、従来の軌跡Ｕｏの立上り時間ｔｒｏ＝２．１２ｍｓよりも、短時間で上底の平坦部に達する結果が得られる。
【００５５】
また、図１２の軌跡Ｕｏと比べて、図１１の軌跡Ｕｂは、立下り後は略フラットであり、オーバーシュートや、アンダーシュートは見られない。続く立上り後も略フラットであり、オーバーシュートや、アンダーシュートは見られない。つまり、理想の軌跡と略同等な軌跡が得られている。
【００５６】
上述した通り、本実施形態に係る波形Ｗｂを駆動信号として用いた駆動方法においても、実施形態１の波形Ｗａを用いた場合と同様な、作用効果を得ることができる。
【００５７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００５８】
変形例１
図８を用いて説明する。
上述の実施形態では、好適例として脚部による立上り時間ｔｄを、脚部Ｌｃと、平坦部Ｆ３と、脚部Ｌｄとで３等分するものとして説明したが、これに限定するものではない。発明者等の実験結果によれば、平坦部Ｆ３の時間を長くする、すなわちθ１およびθ２を大きくするほど、立上り時間が短くなることが解っている。よって、平坦部Ｆ３の印加時間は、ｔｄ／３以上とすることが好ましいが、急激な変動による騒音などとのトレードオフがあるため、所望の立上り時間になるように設定すればよい。これにより、光路シフトデバイス２の駆動をより理想の軌跡に近づけることができる。なお、設定値は、液晶表示素子のサイズ、解像度、画素ピッチや、光路シフトデバイス２の構成などにより変化するため、これらの仕様に応じて最適化する必要がある。
【００５９】
変形例２
上述の実施形態では、好適例として脚部Ｌｄにおける電圧変動量Ｖｂは、脚部Ｌｃにおける電圧変動量Ｖａよりも小さく設定していたが、この設定に限定するものではない。光路シフトデバイス２の特性などに応じて、最適化すれば良い。
【００６０】
変形例３
上述の実施形態では、光路シフトデバイス２の光路変更板３０として、光透過性を有するガラスを用いるとして説明したが、ガラスに限らず、光反射性を有するミラーであってもよい。このような場合には、実施形態の光学デバイスを光走査用の光学デバイスや、光スイッチ、光アッテネーター等としても利用することができる。
【００６１】
変形例４
上述の実施形態では、空間光変調器として、透過型の液晶表示素子を用いる構成を例に挙げて説明したが、空間光変調器は、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, LCoSは登録商標）等の反射型の液晶表示素子や、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等を用いる構成であっても良い。また、画像表示装置としては、プロジェクターに限定されず、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）等にも適用可能である。
【００６２】
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
【００６３】
本願に係る光学デバイスの制御方法は、入射した映像光を、映像光の入射角度に応じて屈折させて出射する光学部と、光学部を支持する保持部を含む可動部と、可動部を揺動させるアクチュエーターとを有する光学デバイスの制御方法であって、アクチュエーターに駆動信号を印加して、可動部を揺動させること、を含み、駆動信号の波形は台形状波であり、台形状波は、第１の電圧を第１の時間、印加する第１の平坦部と、第１の電圧よりも高い第２の電圧を第２の時間、印加する第２の平坦部と、第１の電圧を加えた後であって、第２の電圧を加える前に、第１の電圧よりも高く第２の電圧よりも低い第３の電圧を第３の時間、印加する第３の平坦部とを有することを特徴とする。
【００６４】
この制御方法によれば、駆動信号の台形状波には、脚部に踊り場状の第３の平坦部が設けられている。これにより、１つの直線からなる脚部を印加していた従来の駆動制御方法と異なり、より短時間で可動部を移動させることができるため、可動部を略理想的な軌跡で駆動制御することができる。
よって、従来の駆動信号による制御方法よりも、より理想的な軌跡を実現した駆動信号、および駆動制御方法を提供することができる。
【００６５】
上記光学デバイスの制御方法において、第３の電圧は、第１の電圧と第２の電圧の中間の値よりも高いことが好ましい。
上記光学デバイスの制御方法において、台形状波における脚部は、第１の平坦部から第３の平坦部の間を接続する第１の脚部と、第３の平坦部と、第３の平坦部から第２の平坦部の間を接続する第２の脚部と、を備え、第１の脚部、および第２の脚部は、直線であることが好ましい。
また、第１の平坦部に対する第２の脚部の傾きは、第１の平坦部に対する第１の脚部の傾きよりも小さいことが好ましい。
【００６６】
これらの制御方法によれば、駆動信号の台形状波がより最適化されるため、可動部をより理想に近い軌跡で駆動制御することができる。
【００６７】
上記光学デバイスの制御方法において、台形状波における脚部は、第１の平坦部から第３の平坦部の間を接続する第１の脚部と、直線からなる第３の平坦部と、第３の平坦部から第２の平坦部の間を接続する第２の脚部と、を備え、第１の脚部、および、第２の脚部は、曲線を含んでいても良い。
【００６８】
この制御方法によれば、駆動信号の台形状波には、脚部に踊り場状の第３の平坦部が設けられている。これにより、１つの直線からなる脚部を印加していた従来の駆動制御方法と異なり、より短時間で可動部を移動させることができるため、可動部を略理想的な軌跡で駆動制御することができる。
よって、従来の駆動信号による制御方法よりも、より理想的な軌跡を実現した駆動信号、および駆動制御方法を提供することができる。
【００６９】
上記光学デバイスの制御方法において、第１の脚部、および、第２の脚部は、１／４周期の正弦波であることが好ましい。
【００７０】
この制御方法によれば、駆動信号の台形状波がより最適化されるため、可動部をより理想に近い軌跡で駆動制御することができる。
【００７１】
本願の光学デバイスは、入射した映像光を、映像光の入射角度に応じて屈折させて出射する光学部と、光学部を支持する保持部を含む可動部と、可動部を揺動させるアクチュエーターと、アクチュエーターに駆動信号を印加する駆動回路と、を有し、駆動信号の波形は台形状波であり、台形状波は、第１の電圧を第１の時間、印加する第１の平坦部と、第１の電圧よりも高い第２の電圧を第２の時間、印加する第２の平坦部と、第１の電圧を加えた後であって、第２の電圧を加える前に、第１の電圧よりも高く第２の電圧よりも低い第３の電圧を第３の時間、印加する第３の平坦部とを有することを特徴とする。
【００７２】
この光学デバイスによれば、駆動回路は、脚部に踊り場状の平坦部が設けられた台形状波を駆動信号としてアクチュエーターに印加し、可動部を搖動させる。これにより、１つの直線からなる脚部を印加していた従来の光学デバイスと異なり、より短時間で可動部を移動させることができるため、可動部を略理想的な軌跡で駆動制御することができる。
よって、従来の光学デバイスに比べて、より理想的な軌跡を実現した光学デバイスを提供することができる。
【００７３】
本願の画像表示装置は、上記光学デバイスと、光学デバイスから出射される映像光を拡大投射する投射光学系とを、備えることを特徴とする。
【００７４】
この構成によれば、画像表示装置は、略理想的な軌跡を実現した光学デバイスと、光学デバイスから出射される高解像度化された映像光を拡大投射する投射光学系とを備えている。よって、画像品質が劣化していた従来の画像表示装置とは異なり、高精細、かつ、画像品質に優れた投射画像を得ることが可能な画像表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…プロジェクター、２…光路シフトデバイス、３…可動部、４…支持部、６…アクチュエーター、２１，２２…ネジ、３０…光路変更板、３１…保持枠、３１ａ…第１軸部、３１ｂ…第２軸部、３１ｃ…フランジ部、６１…磁石、６２…コイル、６３…磁石枠、６４…コイル枠、６４ａ…突出部、１０２…光源、１１２…投射光学系、１２０…制御回路、１２０ｍ…記憶部、１２２…駆動回路、１３１…波形生成部、１３３…増幅部、Ｌｃ，Ｃａ…第１の脚部、Ｌｄ，Ｃｂ…第２の脚部、ｔｅ，ｔｇ…第１の時間、第２の時間、Ｑ１，Ｑ４…アンダーシュート、Ｑ２，Ｑ３…オーバーシュート、Ｖ１…第１の電圧、Ｖ２…第２の電圧、Ｖ３…第３の電圧、θ１…立上り角度、θ２…立上り角度。
【図１】
2020190673.tif 000003
【図２】
2020190673.tif 000004
【図３】
2020190673.tif 000005
【図４】
2020190673.tif 000006
【図５】
2020190673.tif 000007
【図６】
2020190673.tif 000008
【図７】
2020190673.tif 000009
【図８】
2020190673.tif 000010
【図９】
2020190673.tif 000011
【図１０】
2020190673.tif 000012
【図１１】
2020190673.tif 000013
【図１２】
2020190673.tif 000014