特開 2023-47818 光路変更装置及び投写型画像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023047818

(43)【公開日】2023-04-06

(54)【発明の名称】光路変更装置及び投写型画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/74 20060101AFI20230330BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20230330BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20230330BHJP

【ＦＩ】

H04N5/74 A

G02B26/08 D

G03B21/14 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021156948

(22)【出願日】2021-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】行天 敬明

(72)【発明者】

【氏名】近藤 信幸

【テーマコード（参考）】

2H141

2K203

5C058

【Ｆターム（参考）】

2H141MB39

2H141MC04

2H141MC05

2H141MD13

2H141MD16

2H141MD20

2H141MD23

2H141MD24

2H141MD38

2H141ME01

2H141ME18

2H141ME23

2H141ME25

2H141MF30

2H141MG09

2H141MZ06

2H141MZ12

2H141MZ13

2K203FA04

2K203FA25

2K203FA32

2K203FA44

2K203FA54

2K203GC07

2K203GC20

2K203HA79

2K203HB10

2K203KA63

2K203MA24

5C058BA25

5C058EA02

5C058EA11

5C058EA27

(57)【要約】

【課題】低騒音で駆動することができる光路変更装置及びそれを使用した投写型画像表示装置を提供する。
【解決手段】光路変更装置は、光を透過する光透過部と、一軸方向に移動制御される可動部を有する、少なくとも２つのアクチュエータと、一端がアクチュエータの可動部に接続され、他端が光透過部と接続され、弾性を有するアームと、アクチュエータを特定の周期で往復駆動制御する制御部と、を備える。制御部は、アクチュエータを往復駆動における一方の最大変位量の位置から他方の最大変位量の位置まで駆動制御する際に、アクチュエータが停止するタイミングで光透過部が静止するように、アクチュエータを駆動制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を透過する光透過部と、
一軸方向に移動制御される可動部を有する、少なくとも２つのアクチュエータと、
一端が前記アクチュエータの可動部に接続され、他端が前記光透過部と接続され、弾性を有するアームと、
前記アクチュエータを特定の周期で往復駆動制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記アクチュエータを前記往復駆動における一方の最大変位量の位置から他方の最大変位量の位置まで駆動制御する際に、前記アクチュエータが停止するタイミングで前記光透過部が静止するように、前記アクチュエータを駆動制御する、
光路変更装置。

【請求項2】

それぞれの前記アクチュエータの駆動波形を生成する駆動波形生成回路と、
前記アクチュエータの位置を検出する位置検出素子と、を備え、
前記制御部は、前記駆動波形生成回路により生成された駆動波形と、前記位置検出素子の検出値とを比較して、前記駆動波形と前記検出値とが等しくなるように前記アクチュエータを駆動制御し、
前記駆動波形生成回路は、前記アクチュエータを前記往復駆動における一方の最大変位量の位置から他方の最大変位量の位置まで駆動制御する際に、前記アクチュエータが停止するタイミングで前記光透過部が静止するような駆動波形を生成する、
請求項１に記載の光路変更装置。

【請求項3】

前記駆動波形生成回路は、前記光透過部の慣性力と前記アームの弾性率とから決まる時定数に応じて設定された遷移時間に基づいて、アクチュエータが移動を開始して停止するまでの駆動波形の時間を調整する、
請求項２に記載の光路変更装置。

【請求項4】

前記光透過部の慣性力と前記アームの弾性率とから決まる時定数によって決まる共振周波数は、同期信号の奇数倍とならないように設定されている、
請求項２または３に記載の光路変更装置。

【請求項5】

前記アームは弾性率の異なる第１の弾性部分と第２の弾性部分とを有し、前記アームの前記光透過部側に前記第１の弾性部分を有し、前記アームの中央部に前記第２の弾性部分を有する、
請求項１から４のいずれか１つに記載の光路変更装置。

【請求項6】

前記第１の弾性部分は前記アームが折れ曲がった第１の屈曲部であり、
前記第２の弾性部分は前記アームが直線状に延びる第１の板状部であり、
前記第１の屈曲部の一端は、第２の板状部を介して前記光透過部と接続し、前記第１の屈曲部の他端が前記第１の板状部の一端と接続している、
請求項５に記載の光路変更装置。

【請求項7】

前記アームは、一端が第３の板状部を介して前記アクチュエータと接続する第２の屈曲部と、
一端が前記第１の板状部の他端と接続し、他端が第４の板状部を介して前記第２の屈曲部の他端と接続する第３の屈曲部と、を有する、
請求項６に記載の光路変更装置。

【請求項8】

前記アームは、ＳＵＳ３０４系またはＳＵＳ３０１系の材質である、
請求項６に記載の光路変更装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１つに記載の光路変更装置を備える、
投写型画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光路変更装置及びそれを備えた投写型画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、平行平板ガラスを傾けることで入射する光線の光路を変更する光学部材駆動制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１５／０９８１２０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年において、投写画像の高解像度化が求められており、より高速に駆動する光路変更装置が望まれている。しかしながら、高速に駆動するほど大きな駆動力が必要となり、光路変更装置を支える筐体に伝達する振動が大きくなり、大きな騒音が発生する場合がある。

【0005】

本開示は、より低騒音で駆動することができる光路変更装置及びそれを使用した投写型画像表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の光路変更装置は、光を透過する光透過部と、一軸方向に移動制御される可動部を有する、少なくとも２つのアクチュエータと、一端がアクチュエータの可動部に接続され、他端が光透過部と接続され、弾性を有するアームと、アクチュエータを特定の周期で往復駆動制御する制御部と、を備える。制御部は、アクチュエータを往復駆動における一方の最大変位量の位置から他方の最大変位量の位置まで駆動制御する際に、アクチュエータが停止するタイミングで光透過部が静止するように、アクチュエータを駆動制御する。

【0007】

本開示の投写型画像表示装置は、上述した光路変更装置を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、より低騒音で駆動することができる光路変更装置及びそれを使用した投写型画像表示装置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態の投写型画像表示装置の構成を示す全体図

【図2A】投写型画像表示装置に取り付けられた投写レンズユニットの斜視図

【図2B】投写型画像表示装置から取り外された投写レンズユニットの斜視図

【図2C】実施の形態の光路変更装置、投写レンズユニット、光学シャーシの断面図

【図3】実施の形態の光路変更装置の外観斜視図

【図4】実施の形態の光透過部及びアームの側面図

【図5】実施の形態の光路変更装置の構造を示すブロック図

【図6】実施の形態における光透過部の動き量を説明する説明図

【図7】比較例における光透過部の動き量を説明する説明図

【図8】実施形態における可動部の変位と光透過部材の端部の変位とを示すグラフ

【図9】実施形態における可動部の位置の変位を示すグラフ

【図10】実施形態における光透過部材の端部の位置の変位を示すグラフ

【図11】比較例における可動部の位置の変位を示すグラフ

【図12】比較例における光透過部材の端部の位置の変位を示すグラフ

【図13A】アクチュエータの初期位置を説明する説明図

【図13B】アクチュエータ１０５の駆動動作を説明する説明図

【図14】第１のポジションにあるアクチュエータの駆動動作を説明する説明図

【図15】第２のポジションにあるアクチュエータの駆動動作を説明する説明図

【図16】第３のポジションにあるアクチュエータの駆動動作を説明する説明図

【図17】第４のポジションにあるアクチュエータの駆動動作を説明する説明図

【図18A】変形例におけるアクチュエータの初期位置を説明する説明図

【図18B】変形例におけるアクチュエータの駆動動作を説明する説明図

【図19A】アクチュエータの駆動制御の波形を示すグラフ

【図19B】アクチュエータの駆動制御の波形を示すグラフ

【図20】シミュレーションのモデルを示す説明図

【図21】基本周波数の奇数倍を示す表

【図22】基本周波数の奇数倍の周波数を並べた説明図

【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。

【0011】

なお、発明者（ら）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はない。

【0012】

（実施の形態）
以下、図１を参照して、実施の形態を説明する。図１は、本開示の光路変更装置１００を備えた投写型画像表示装置２００の光学系の構成を説明するための全体図である。以下の説明において、図１に示すようにＸ１Ｙ１Ｚ１直交座標系を設定する。

【0013】

［１－１．全体構成］
レーザ光源は、高輝度の照明装置を実現するために、複数の青色半導体レーザ３０１により構成されている。それぞれの青色半導体レーザ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を出射した光は、略平行光になり、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、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、光軸に対して略４５度に配置された、ダイクロイックミラー３０６に入射する。

【0014】

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３０１の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有している。

【0015】

ダイクロイックミラー３０６に－Ｘ１方向へ入射したレーザ光は、ダイクロイックミラー３０６で反射し－Ｚ１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３２０上に形成された蛍光体を励起する。

【0016】

蛍光体ホイール３２０は、円盤形状の基板上において円周方向に赤色蛍光体、緑色蛍光体が形成されたセグメントが設けれ、さらに光透過領域としての開口部が設けられる。

【0017】

蛍光体ホイール３２０の赤色蛍光体、緑色蛍光体からで得られる赤色光、緑色光は蛍光体ホイール３２０から出射される。これら赤色光、緑色光は集光レンズ３０８、３０７によって略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。

【0018】

一方、蛍光体ホイール３２０の開口部を通過した青色半導体レーザ３０１の青色光は、レンズ３０９、レンズ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。

【0019】

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、画像光として出射される。レンズ３３０、３３１はリレーレンズ、レンズ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。

【0020】

ＤＭＤ３３６から出射された画像光は光路変更装置１００内に配置されている光透過部材１０１ａに入射する。光透過部材１０８を透過した光は投写レンズユニット３３７に入射され、投写レンズユニット３３７からの出射光が画像光としてスクリーンに拡大投写される。

【0021】

光路変更装置１００は、光透過部材１０１ａの光軸ＡＬに対して傾斜させることで、画像光の表示位置を移動させることができる。この機能により、ウォブリング表示を投写型画像表示装置２００で行うことができる。ここで、ウォブリング表示とは、入力映像の１フレーム期間に、複数回表示位置をずらしながら異なった映像を表示して、等価的に表示映像の解像度を向上させる方法であり、画素シフト表示とも呼ばれる。駆動制御装置１１０（図５参照）は、ＤＭＤ３３６の駆動に同期した制御信号で、アクチュエータ１０５を駆動する。

【0022】

次に、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照して、投写レンズユニット３３７の投写型画像表示装置２００への着脱を説明する。図２Ａは、投写型画像表示装置に取り付けられた投写レンズユニットの斜視図である。図２Ｂは、投写型画像表示装置から取り外された投写レンズユニットの斜視図である。図２Ｃは、光路変更装置１００、投写レンズユニット３３７、及び光学シャーシ３３８の断面図である。図２以下では、光軸ＡＬの方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向と直交する平面をＸＹ平面となるように、ＸＹＺ直交座標系を設定する。

【0023】

投写レンズユニット３３７は、入射する画像光を拡大投写する投写レンズ３３７ａを有する。投写レンズユニット３３７は、投写型画像表示装置２００のケースの一部である光学シャーシ３３８に着脱可能である。投写レンズ３３７ａは、投写レンズマウンター３３７ｂに取り付けられ、投写レンズマウンター３３７ｂが光学シャーシ３３８に取り付けられる。光路変更装置１００は、光学シャーシ３３８に取り付けられている。図２Ｃに示すように、光軸ＡＬ上に、光路変更装置１００の光透過部１０１と、投写レンズ３３７ａとが配置されている。光路変更装置１００は、光学シャーシ３３８内の投写レンズ３３７ａや他の光学系部品の間の狭小空間に配置されている。

【0024】

［１－２．光路変更装置］
次に図３を参照して光路変更装置１００の主要な構成を詳しく説明する。図３は、光路変更装置１００の外観斜視図である。

【0025】

光路変更装置１００は、光透過部１０１と、アーム１０３と、第１のアクチュエータ１０５Ａ、第２のアクチュエータ１０５Ｂ、第３のアクチュエータ１０５Ｃ、及び第４のアクチュエータ１０５Ｄと、位置検出素子１０７と、を備える。

【0026】

光透過部１０１は、光を光軸ＡＬ上に、及び、光軸ＡＬと平行にシフトさせて透過させる。光透過部１０１は、光透過部材１０１ａと、支持枠１０１ｂとを有する。光透過部材１０１ａは、画像光が透過する部材であり、例えば、平行平板ガラスである。支持枠１０２は、剛性を有し、光透過部材１０１ａの外周を支持する。支持枠１０１ｂは、例えば、略正方形の外周形状であり、４つの角部が落とされて斜辺状に形成されている箇所に４つのアーム１０３がそれぞれ接続される。光透過部１０１は、アーム１０３がアクチュエータ１０５により光軸ＡＬ方向に駆動されることにより、光軸ＡＬに交差する方向に傾斜することができる。

【0027】

アクチュエータ１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ及び１０５Ｄはそれぞれ、接続されるアーム１０３を一軸方向に、例えば、光軸ＡＬ方向に沿って往復移動させる。なお、以下の説明で、アクチュエータ１０５Ａ～１０５Ｄに共通の説明をする場合、単にアクチュエータ１０５と表記する。アクチュエータ１０５は、例えば、ボイスコールモータ（ＶＣＭ）を使用している。

【0028】

アーム１０３は、光透過部１０１を支持し、光透過部１０１との接続箇所を光軸ＡＬ方向に駆動する。アーム１０３は、弾性を有する部材で形成されている。アームに１０３に用いられる材料は、屈曲部において外部要因により角度変位が可能で、かつ、アクチュエータ１０５の動きが逆転する際に、元の角度に戻ろうとする弾性を有する。したがって、アーム１０３は、伸縮する弾性よりも曲げや反りによる弾性の方が大きい。アーム１０３は、例えば、ＳＵＳ３０４系、またはＳＵＳ３０１系の部材である。ＳＵＳ３０４系、またはＳＵＳ３０１系の部材は、オースナイト系ステンレスに分類される鋼種である。アーム１０３の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

【0029】

アーム１０３は、板状の部材が３カ所でそれぞれ折り曲げられた第１の屈曲部１０３ａ、第２の屈曲部１０３ｂ、及び第３の屈曲部１０３ｃと、を有する。また、アーム１０３は、直線状に延びる第１の板状部１０３ｄ、第２の板状部１０３ｅ、第３の板状部１０３ｆ及び第４の板状部１０３ｇを有する。

【0030】

第１の屈曲部１０３ａの一端は、第２の板状部１０３ｅを介して光透過部１０１と接続し、第１の屈曲部１０３ａの他端が第１の板状部１０３ｄの一端と接続している。第２の屈曲部１０３ｂの一端は、第３の板状部１０３ｆを介してアクチュエータ１０５と接続し、第２の屈曲部１０３ｂの他端は、第４の板状部１０３ｇを介して第３の屈曲部１０３ｃと接続する。第３の板状部１０３ｆはアクチュエータ１０５の上端に例えばネジにより固定されている。第３の屈曲部１０３ｃの一端は、第１の板状部１０３ｄの一端と接続している。

【0031】

第１の屈曲部１０３ａ、第２の屈曲部１０３ｂ、及び第３の屈曲部１０３ｃは曲げ角度の変化による弾性を有する。また、第１の板状部１０３ｄ、第２の板状部１０３ｅ、第３の板状部１０３ｆ及び第４の板状部１０３ｇは、反りや捩れによる弾性を有する。したがって、第１の弾性部分である第１の屈曲部１０３ａと、第２の弾性部分である第１の板状部１０３ｄとにおいて、弾性率が異なる。

【0032】

４つのアーム１０３において、一方の組のアーム１０３が他方の組のアーム１０３とそれぞれ直交するように配置されている。一組のアーム１０３において、２つのアーム１０３がそれぞれ対向するように配置されている。

【0033】

位置検出素子１０７は、可動部１０６に取り付けられており、可動部１０６の移動量からアーム１０３のアクチュエータ１０５が取り付けられている部分の位置を検出する。位置検出素子１０７はアクチュエータ１０５の内部で往復可動する可動部１０６の移動量からアーム１０３の位置を検出する。

【0034】

次に図５を参照して、光路変更装置１００の制御系の構成を説明する。光路変更装置１００は、それぞれのアクチュエータ１０５を駆動制御する駆動制御装置１１０と、それぞれのアクチュエータの駆動波形を生成する駆動波形生成回路１１１と、駆動タイミング発生回路１１３をさらに備える。

【0035】

駆動タイミング発生回路１１３は、入力される画像信号に同期し入力される画像信号の周期をもった同期信号入力を基準に、各アクチュエータ１０５に対応するそれぞれの駆動波形を生成するためのタイミング信号を発生する。

【0036】

駆動波形生成回路１１１は、駆動タイミング発生回路１１３から供給された駆動波形を生成するためのタイミング信号を用い、外部から入力される画像信号に同期する各アクチュエータ１０５に対応するそれぞれの駆動波形を生成する。したがって、駆動波形は、可動部１０６の理想的な変位量を示している。生成されたそれぞれの駆動波形は対応する駆動制御装置１１０へ送られる。

【0037】

駆動制御装置１１０は、受信した駆動波形にしたがって、位置検出素子１０７から入力される位置信号を基に、各アクチュエータ１０５の駆動量をフィードバック制御する。制御方法は、例えば、ＰＩＤ制御を用いる。これにより、それぞれのアクチュエータ１０５が駆動され、連結するそれぞれのアーム１０３のアクチュエータ１０５の内部で往復可動する可動部１０６に接続された部分が変位し、この変位がアーム１０３を伝わって光透過部１０１を変位させる。このようにして、光透過部１０１の光軸に対する動きが制御される。駆動制御装置１１０は、例えば、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣで構成することができる。それぞれのアクチュエータ１０５に対応した駆動制御装置１１０は、１つの制御装置に統合してもよい。

【0038】

次に図６及び図７を参照して、アーム１０３における第１の屈曲部１０３ａの機能について説明する。図６は、実施の形態における光透過部の動き量を説明する説明図である。図７は、比較例における光透過部の動き量を説明する説明図である。

【0039】

実施の形態において、光透過部１０１の中心軸から光透過部１０１の支持枠１０１ｂの端部までの距離をＬａとし、光透過部１０１の中心軸からアクチュエータ１０５の可動部１０６までの距離をＬｂとする。一例として、Ｌａ：Ｌｂ＝１：２の場合を説明する。実施の形態において、光透過部１０１と接続されるアーム１０３は、光透過部１０１と接続される接続点Ｐ１の近傍に第１の屈曲部１０３ａを有する。これにより、アーム１０３と光透過部１０１との接続点Ｐ１の移動量Ｌ１と、可動部１０６が光軸ＡＬ方向に沿って移動した移動量Ｌ２との関係は、Ｌ１：Ｌ２＝１．４：２となる。つまり。Ｌ１／Ｌ２＞Ｌａ／Ｌｂとなるので、接続点Ｐ１の移動量を大きくすることができる。

【0040】

これに対して、図７に示す比較例の場合、光透過部１０１と接続されるアーム１０３Ｚは、光透過部１０１と接続される接続点Ｐ１の近傍に屈曲部を有さずに、アーム１０３Ｚの中央部の板状部がそのまま延びて光透過部１０１に接続する構成である。この構成の場合、それぞれの、アーム１０３Ｚと光透過部１０１との角度θが同じ角度になる。アーム１０３Ｚと光透過部１０１との接続点Ｐ１の移動量Ｌ３と、可動部１０６が光軸ＡＬ方向に沿って移動した移動量Ｌ２との関係は、Ｌ３：Ｌ２＝１：２となる。つまり。Ｌ３／Ｌ２＝Ｌａ／Ｌｂとなるので、接続点Ｐ１の移動量が実施の形態の場合よりも小さい。ここで、第１の屈曲部１０３ａが接続点Ｐ１の近傍に位置するとは、例えば、第２の板状部１０３ｅがアーム１０３の全長の１０分の１以下の長さであるか、または、５ｍｍ以下の長さである。

【0041】

このように、実施の形態によれば、アーム１０３は、光透過部１０１と接続される接続点Ｐ１の近傍に第１の屈曲部１０３ａを有することで、屈曲した形状による弾性によって光透過部１０１との接続点Ｐ１をより光軸ＡＬ方向に沿って移動させることができる。これは、可動部１０６が移動する際、連動するアーム１０３の第１の屈曲部１０３ａが曲がることによりアーム１０３が曲がるので、図８に示すように、可動部１０６の動き量と異なる移動が接続点Ｐ１に生じる。図８は、実施形態における可動部１０６の変位ＰＶ１と光透過部材１０１ａの端部の変位ＰＶ２とを示すグラフである。

【0042】

可動部１０６の動き量が小さい時、光透過部１０１の質量による慣性力によって、アーム１０３が曲がることにより接続点Ｐ１は移動せず、さらに可動部１０６の動き量が増加すると、光透過部１０１はアーム１０３が曲がることによるバネ力で加速され移動を開始後高速に移動し、可動部１０６の動き量よりも大きな移動量に到達し、その後アーム１０３が逆方向に曲がることによるバネ力で減速され、移動を停止する。このような動きにより、実施の形態の光透過部１０１は、より高速に変位することができる。

【0043】

図９は実施の形態の実際の可動部１０６の変位を示すグラフであり、図１０は実施の形態の実際の光透過部材１０１ａの端部の変位を示すグラフである。図１１は比較例の実際の可動部１０６の変位を示すグラフであり、図１２は比較例の実際の光透過部材１０１ａの端部の変位を示すグラフである。

【0044】

図９及び図１０に示すように、実施の形態において、可動部１０６が１．７ｍｓｅｃの間に約０．１ｍｍ変位している場合、光透過部材１０１ａの端部は、０．８ｍｓｅｃの間に約０．０７ｍｍ変位している。これに対して、従来例の場合、図１１に示すように、可動部１０６が１．７ｍｓｅｃの間に約０．１ｍｍ変位している場合、光透過部材１０１ａの端部は、約０．８～１．７ｍｓｅｃの間に０．０５ｍｍ変位している。このように、可動部１０６を同じ変位量だけ移動させても、比較例よりも実施の形態の方が光透過部材１０１ａの端部の変位量が大きく短時間で変位できる。また、図１０に示すように、実施の形態において、第１の弾性部として第１の屈曲部１０３ａを用いているので、例えば、コイルスプリングを用いる場合に比べて、光透過部材の端部の揺れを早期に収束することができる。

【0045】

次に、図１３Ａ～図１７を参照して、４つのアクチュエータ１０５の駆動動作の一例について説明する。図１３Ａは、アクチュエータ１０５の初期位置を示す説明図である。図１３Ｂは、アクチュエータ１０５の駆動位置を示す表である。図１４～図１７は、それぞれアクチュエータ１０５の駆動動作を説明する説明図である。

【0046】

図１３Ａに示すように、対向するアクチュエータ１０５を結ぶ線を光透過部１０１の重心位置まで平行移動した軸が２組のアクチュエータ１０５により２本直交して定義され、それらの線の交点の位置は上下左右に移動しない動きをするようにしている。この動きを実現するために、光透過部１０１が２つの回転軸Ｒａ１、Ｒａ２の周りを回転するようにアクチュエータ１０５を駆動制御する。

【0047】

駆動制御装置１１０は、例えば、４つのアクチュエータ１０５の内２つのアクチュエータ１０５の可動部１０６を隣り合ういずれかの方向に順に作動するように、４つのアクチュエータ１０５を協調して制御する。図１３Ｂに示すように、４つのアクチュエータ１０５Ａ～１０５Ｄは、初期位置のポジション０の他に、ポジション１～ポジション４の４種類の状態に協調制御される。図１３Ｂにおいて、４つのアクチュエータ１０５Ａ～１０５Ｄに対して、「０」は、センター位置を示し、「＋１」はＺ軸方向に上昇した位置にあることを示し、「－１」はＺ軸方向に下降した位置にあることを示す。図１３Ａは、ポジション０における４つのアクチュエータ１０５が初期位置にある状態を示す。なお、画素ずらしのモードで光を投写しない場合は、それぞれのアクチュエータ１０５を駆動することなく、ポジション０の状態で光を透過させる。

【0048】

図１４は、ポジション１における４つのアクチュエータ１０５の状態を示す。第２のアクチュエータ１０５Ｂは可動部１０６を収容し、第４のアクチュエータ１０５Ｄは可動部１０６を駆動して突出させる。これにより、第１のアクチュエータ１０５Ａ及び第２のアクチュエータ１０５Ｂは、それぞれの可動部１０６を突出しておらず、第３のアクチュエータ１０５Ｃ及び第４のアクチュエータ１０５Ｄは、それぞれの可動部１０６を駆動して突出し、対応するそれぞれのアーム１０３を光軸ＡＬ方向に押し出している。

【0049】

次に、図１５は、ポジション２における４つのアクチュエータ１０５の状態を示す。第３のアクチュエータ１０５Ｃは可動部１０６を収容し、第１のアクチュエータ１０５Ａは可動部１０６を駆動して突出させる。これにより、第２のアクチュエータ１０５Ｂ及び第３のアクチュエータ１０５Ｃは、それぞれの可動部１０６を突出しておらず、第４のアクチュエータ１０５Ｄ及び第１のアクチュエータ１０５Ａは、それぞれの可動部１０６を駆動して突出し、対応するそれぞれのアーム１０３を光軸ＡＬ方向に押し出している。

【0050】

次に、図１６は、ポジション３における４つのアクチュエータ１０５の状態を示す。第４のアクチュエータ１０５Ｄは可動部１０６を収容し、第２のアクチュエータ１０５Ｂは可動部１０６を駆動して突出させる。これにより、第３のアクチュエータ１０５Ｃ及び第４のアクチュエータ１０５Ｄは、それぞれの可動部１０６を突出しておらず、第１のアクチュエータ１０５Ａ及び第２のアクチュエータ１０５Ｂは、それぞれの可動部１０６を駆動して突出し、対応するそれぞれのアーム１０３を光軸ＡＬ方向に押し出している。

【0051】

次に、図１７は、ポジション４における４つのアクチュエータ１０５の状態を示す。第１のアクチュエータ１０５Ａは可動部１０６を収容し、第３のアクチュエータ１０５Ｃは可動部１０６を駆動して突出させる。これにより、第４のアクチュエータ１０５Ｄ及び第１のアクチュエータ１０５Ａは、それぞれの可動部１０６を突出しておらず、第２のアクチュエータ１０５Ｂ及び第３のアクチュエータ１０５Ｃは、それぞれの可動部１０６を駆動して突出し、対応するそれぞれのアーム１０３を光軸ＡＬ方向に押し出している。

【0052】

次に、再び、図１４に示すように、ポジション１における４つのアクチュエータ１０５の状態に戻る。第１のアクチュエータ１０５Ａは可動部１０６を収容し、第３のアクチュエータ１０５Ｃは可動部１０６を駆動して突出させる。このように、隣り合うアクチュエータ１０５のいずれかの方向に順に作動するように、各駆動制御装置１１０が対応する各アクチュエータ１０５を駆動制御することで、光透過部材１０１ａを光軸ＡＬに対して傾斜した状態で次々に傾斜状態を変更することができ、透過する光を４つの位置に順にシフト移動させることができる。

【0053】

また、図１８Ａに示すように、２つの回転軸Ｒａ１、Ｒａ２を上述した例から４５度光軸周りに回転し、それぞれのアーム１０３の延びる方向に設定してもよい。この場合、図１８Ｂに示すように、４つのアクチュエータ１０５Ａ～１０５Ｄは、初期位置のポジション０の他に、ポジション５～ポジション９の４種類の状態に協調制御してもよい。

【0054】

このように、４つのアクチュエータ１０５を協調して制御することで、水平方向および垂直方向の２軸方向に光の進行方向をシフトすることができ、より精密で高速な画素シフト制御を実現することができる。

【0055】

以上、４つのアクチュエータ１０５の連携した駆動制御について説明した。次に、図５及び図１９Ａ、図１９Ｂ、図２０を参照して、それぞれのアクチュエータ１０５の駆動制御について説明する。まず、駆動波形生成回路１１１において生成されるアクチュエータ１０５の駆動波形について説明する。なお、図１９Ａ及び図１９Ｂにおいて、時間について、周期Ｔで正規化した時間で示している。

【0056】

図５に示す駆動タイミング発生回路１１３は、図１９Ａの（ａ）に示すような外部から入力される入力映像信号の周期Ｔを持つ同期信号を基準に、図１９Ａ（ｂ）に示すような駆動タイミング信号を発生する。図１９Ａの（ａ）は、周期Ｔを持つ同期信号を示している。同期信号は、周期Ｔを有する繰り返しのタイミング信号である。図１９Ａの（ｂ）は、駆動タイミング発生回路１１３が発生させる駆動タイミング信号を示している。駆動タイミング発生回路１１３は、周期Ｔの同期信号を基に、時系列のタイミング信号である駆動タイミング信号を生成する。

【0057】

図５に示す駆動波形生成回路１１１は、図１９Ａの（ｃ）に示すような。アクチェータ１０５の制御目標位置信号を生成する。図１９Ａの（ｃ）は、駆動波形生成回路１１１が生成するアクチェータ位置の目標信号を示している。

【0058】

図５の駆動制御装置１１０は、位置検出素子１０７の出力と図１９Ａの（ｃ）に示すアクチェータ位置目標信号を比較し、図１９Ａの（ｄ）に示すようなアクチェータ１０５の加速力を発生する。図１９Ａの（ｄ）は、アクチェータ１０５の加速力を示している。

【0059】

図１９Ａの（ｄ）のアクチェータ１０５の加速力のグラフを積分することで、図１９Ａの（ｅ）に示すアクチュエータ１０５の速度のグラフを得ることができる。図１９Ａの（ｅ）は、アクチェータ１０５の速度を示している。図１９Ａの（ｅ）のグラフをさらに積分すると、図１９Ａの（ｆ）に示すアクチュエータ１０５の位置のグラフを得ることができる。図１９Ａの（ｃ）に示すような、アクチェータ１０５の制御目標位置信号と、図１９Ａの（ｆ）に示すアクチュエータ１０５の位置は、駆動制御装置１１０の、位置検出素子１０７の出力と図１９Ａの（ｃ）に示すアクチェータ位置目標信号を比較し、図１９Ａの（ｄ）に示すようなアクチェータ１０５の加速力を発生する構成により、等しくなるように制御される。図１９Ａの（ｆ）は、アクチュエータ１０５の位置の波形を示している。

【0060】

光透過部１０１は慣性力Ｍを有し、弾性率Ｄのアーム１０３と接続されていると考えることができる。光透過部１０１の変位量と、アクチュエータ１０５の変位量との関係の波形を図１９Ｂの（ｇ）に示す。

【0061】

図１９Ａの（ｆ）に示すアクチュエータ１０５の位置と、図１９Ｂの（ｇ）に示すシミュレーション結果による光透過部１０１の位置との差分のグラフが図１９Ｂの（ｈ）に示される。アクチュエータ１０５の位置と光透過部１０１の位置との差分は、アクチュエータ１０５の歪みに相当する。この、アクチュエータ１０５の位置と光透過部１０１の位置との差分に比例した加速力が光透過部１０１に発生する。この加速力の時間積分により図１９Ｂの（ｉ）に示す光透過部１０１の速度が決定される。さらに、図１９Ｂの（ｉ）のグラフを積分することで、図１９Ｂの（ｇ）に示す光透過部１０１の位置のグラフになる。また、図１９Ａの（ｃ）の波形を作成するとき、シミュレーションで求めた図１９Ｂの(ｇ)の波形を参照して、図１９Ａの(ｃ)の波形を微修正することでさらに精度を向上させることができる。

【0062】

図１９Ａの（ｃ）に示すアクチュエータ位置目標の遷移時間Ｔｔを、光透過部１０１の慣性力Ｍと弾性率Ｄから決まる時定数に応じて設定する。この遷移時間Ｔｔはユーザによって入力される遷移時間調整値によって制御される。遷移時間調整値は、実際の装置の図１９Ａの（ｇ）に相当する光透過部位置の波形を観測し、波形にオーバーシュートやアンダーシュートが発生しない値に調整される。駆動波形の繰返し周期Ｔは入力された同期信号の繰返し周期となる。遷移時間Ｔｔは入力された同期信号の周期によらず一定で、アクチュエータ１０５が停止する時間Ｔｉは入力された同期信号の周期に応じて変化する。

【0063】

駆動波形生成回路１１１及び駆動タイミング発生回路１１３に入力される遷移時間調整値は、４つのアクチュエータ１０５のそれぞれのアーム１０３の弾性率のバラツキを補正する値である。遷移時間調整値は、アクチュエータ１０５が移動を開始して停止するまでの時間Ｔｔを設定する値である。

【0064】

また、駆動タイミング発生回路１１３には、映像信号の基本周波数が入力される。基本周波数は、４８、５０、及び６０Ｈｚである。入力された基本周波数を基に、アクチュエータ１０５が停止する時間Ｔｉを決定する。

【0065】

駆動波形生成回路１１１及び駆動タイミング発生回路１１３は、図１９（ｆ）に示すように、アクチュエータ１０５が停止する時間Ｔｉにおける光透過部１０１の速度がゼロになるように、図１９（ｃ）のアクチュエータ１０５の位置目標波形を生成する。駆動制御装置１１０は、例えば、ＰＩＤ制御により、アクチュエータ位置目標波形と位置検出素子１０７からの検出値とが等しくなるようにアクチュエータ１０５を駆動制御する。

【0066】

次に図２１及び図２２を参照して、狙いの共振周波数について説明する。光路変更装置１００の共振周波数は、光透過部１０１の形状及び重量で決まる慣性力Ｍと、アーム１０３の材質、幅、厚さや形状で決まる弾性率Ｄとから決まる時定数で決まる。狙いとする共振周波数は、入力される同期信号の周波数の奇数倍の周波数になるのを避けるように設定され、設定された共振周波数となるように光透過部１０１とアーム１０３とを設計する。入力される同期信号の周波数は、例えば、４８、５０、及び６０Hzの場合があり、図２１は、これらの周波数の奇数倍の周波数を示す。

【0067】

これらの奇数倍の周波数を図２２に示すように並べると、隣り合った周波数の差が大きい部分がある。例えば、３５０～４２０Ｈｚ間、４２０～５２８Ｈｚの間、５５０～６２４Ｈｚの間などである。これらの隣り合った周波数の中間の周波数である、３８５Ｈｚ、４７４Ｈｚ、５８７Ｈｚを共振周波数の狙いの値とすることで、慣性力Ｍと弾性率Ｄのバラツキにより共振周波数がばらついても、入力される同期信号の周波数である、４８、５０、及び６０Ｈｚの奇数倍に共振周波数が一致することを避けることができる。これにより、光透過部１０１に不要な振動が発生することを回避できる。

【0068】

[１－３．効果等]
以上のように、本実施の形態に係る光路変更装置１００は、光を透過する光透過部１０１と、光軸ＡＬ方向に移動制御される可動部１０６を有する、少なくとも２つのアクチュエータ１０５と、一端がアクチュエータ１０５の可動部１０６に接続され、他端が光透過部１０１と接続されるアーム１０３と、を備える。光路変更装置１００は、さらに、アクチュエータ１０５を特定の周期で往復駆動制御する駆動制御装置１１０を備える。駆動制御装置１１０は、アクチュエータ１０５を往復駆動における一方の最大変位量の位置から他方の最大変位量の位置まで駆動制御する際に、アクチュエータ１０５が停止するタイミングで光透過部１０１が静止するように、アクチュエータ１０５を駆動制御する。

【0069】

本実施の形態に係る光路変更装置１００は、光透過部１０１の端面が移動する速度が、アクチュエータ１０５の可動部１０６の移動速度より大きくなるため、光透過部１０１が傾く速度を必要な速度とした場合、可動部１０６の移動速度を小さくすることが可能になる。光路変更装置１００の動作時に発生する動作音は、光透過部１０１やアクチュエータ１０５の可動部１０６を駆動する力の反作用として発生する力によって発生し、対象物が移動する速度の２乗に比例して大きくなる。本発明の光路変更装置１００は、高速動作する部分が、光透過部１０１のみとなるため、この動作音を低減することが可能となる。

【0070】

また、光路変更装置１００は、それぞれのアクチュエータ１０５の駆動波形を生成する駆動波形生成回路１１１と、アクチュエータ１０５の位置を検出する位置検出素子１０７と、を備える。駆動制御装置１１０は、駆動波形生成回路１１１により生成された駆動波形と、位置検出素子１０７の検出値とを比較して、駆動波形と検出値とが等しくなるようにアクチュエータ１０５を駆動制御する。駆動波形生成回路１１１は、アクチュエータ１０５を往復駆動における一方の最大変位量の位置から他方の最大変位量の位置まで駆動制御する際に、アクチュエータ１０５が停止するタイミングで光透過部１０１が静止するような駆動波形を生成する。

【0071】

アーム１０３は弾性率の異なる第１の弾性部分としての第１の屈曲部１０３ａと第２の弾性部分としての第１の板状部１０３ｄを有し、アーム１０３の光透過部１０１側に第１の弾性部分としての第１の屈曲部１０３ａを有し、アームの中央部に第２の弾性部分としての第１の板状部１０３ｄを有する。

【0072】

アーム１０３において、中央部の第１の板状部１０３ｄよりも光透過部１０１側に第１の屈曲部１０３ａを有するので、光透過部１０１をアクチュエータ１０５の可動部１０６の変位量に近い値まで変位させることができ、アクチュエータ１０５の可動部１０６の変位量を低減することが可能となり、動作速度を低減して動作音を低減することが可能となる。

【0073】

また、アーム１０３は、一端が第３の板状部１０３ｆを介してアクチュエータ１０５と接続する第２の屈曲部１０３ｂと、一端が第１の板状部１０３ｄの他端と接続し、他端が第４の板状部１０３ｇを介して第２の屈曲部１０３ｂの他端と接続する第３の屈曲部１０３ｃと、を有する。

【0074】

このように、アーム１０３が複数の屈曲部を有することで、投写レンズユニット３３７における狭小な空間であっても干渉することなく光路変更装置１００を配置することができる。

【0075】

（他の実施の形態）
以上のように、本開示における技術の例示として、上記実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の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。

【0076】

上述した実施の形態では、アーム１０３において第１の弾性部分として、第１の屈曲部１０３ａが形成されていたが、これに限らない。例えば、第１の弾性部分として、第１の板状部１０３ｄの幅よりも小さい幅の板状部であってもよい。この構成であっても、第１の弾性部分は、第２の弾性部としての第１の板状部１０３ｄよりも弾性率が大きくなり、実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0077】

上述した実施の形態では、光路変更装置１００は、４つのアーム１０３を備えていたが、これに限らない。光路変更装置１００は、２つ、３つ、または５つ以上のアーム１０３を備えていてもよい。また、光路変更装置１００は、４つのアクチュエータ１０５に限らず、アーム１０３の数に対応する数のアクチュエータ１０５を備えてもよい。

【0078】

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。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。

【0079】

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、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【0080】

（実施の形態の概要）
（１）本開示の光路変更装置は、光を透過する光透過部と、一軸方向に移動制御される可動部を有する、少なくとも２つのアクチュエータと、一端がアクチュエータの可動部に接続され、他端が光透過部と接続され、弾性を有するアームと、アクチュエータを特定の周期で往復駆動制御する制御部と、を備える。制御部は、アクチュエータを往復駆動における一方の最大変位量の位置から他方の最大変位量の位置まで駆動制御する際に、アクチュエータが停止するタイミングで光透過部が静止するように、アクチュエータを駆動制御する。

【0081】

制御部は、アクチュエータが停止するタイミングで光透過部が静止するようにアクチュエータを駆動制御する。これにより、本実施の形態に係る光路変更装置は、光透過部の端面が移動する速度が、アクチュエータの可動部の移動速度より大きくなるため、光透過部が傾く速度を必要な速度とした場合、可動部の移動速度を小さくすることが可能になる。光路変更装置の動作時に発生する動作音は、光透過部やアクチュエータの可動部を駆動する力の反作用として発生する力によって発生し、対象物が移動する速度の２乗に比例して大きくなる。本発明の光路変更装置は、高速動作する部分が、光透過部のみとなるため、この動作音を低減することが可能となる。

【0082】

（２）（１）の光路変更装置において、それぞれのアクチュエータの駆動波形を生成する駆動波形生成回路と、アクチュエータの位置を検出する位置検出素子と、を備える。制御部は、波形生成部により生成された駆動波形と、位置検出素子の検出値とを比較して、駆動波形と検出値とが等しくなるようにアクチュエータを駆動制御する。波形生成部は、アクチュエータを往復駆動における一方の最大変位量の位置から他方の最大変位量の位置まで駆動制御する際に、アクチュエータが停止するタイミングで光透過部が静止するような駆動波形を生成する。

【0083】

（３）（２）の光路変更装置において、駆動波形生成回路は、光透過部の慣性力とアームの弾性率とから決まる時定数に応じて設定された遷移時間に基づいて、アクチュエータが移動を開始して停止するまでの駆動波形の時間を調整する。

【0084】

（４）（２）または（３）の光路変更装置において、光透過部の慣性力とアームの弾性率とから決まる時定数によって決まる共振周波数は、同期信号の奇数倍とならないように設定されている。

【0085】

（５）（１）から（４）のいずれか１つの光路変更装置において、アームは弾性率の異なる第１の弾性部分と第２の弾性部分とを有し、アームの光透過部側に第１の弾性部分を有し、アームの中央部に第２の弾性部分を有する。

【0086】

（６）（５）の光路変更装置において、第１の弾性部分はアームが折れ曲がった第１の屈曲部であり、第２の弾性部分はアームが直線状に延びる第１の板状部である。第１の屈曲部の一端は、第２の板状部を介して光透過部と接続し、第１の屈曲部の他端が第１の板状部の一端と接続している。

【0087】

（７）（５）の光路変更装置において、アームは、一端が第３の板状部を介してアクチュエータと接続する第２の屈曲部と、一端が第１の板状部の他端と接続し、他端が第４の板状部を介して第２の屈曲部の他端と接続する第３の屈曲部と、を有する。

【0088】

（８）（６）の光路変更装置において、アームは、ＳＵＳ３０４系またはＳＵＳ３０１系の材質である。

【0089】

（９）本開示の投写型画像表示装置は、（１）から（８）のいずれか１つの光路変更装置を備える。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本開示は、画素の表示位置を変更しながら画像を表示する投写型表示装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0091】

１００ 光路変更装置
１０１ 光透過部
１０１ａ 光透過部材
１０１ｂ 支持枠
１０３ アーム
１０３ａ 第１の屈曲部
１０３ｂ 第２の屈曲部
１０３ｃ 第３の屈曲部
１０３ｄ 第１の板状部
１０３ｅ 第２の板状部
１０３ｆ 第３の板状部
１０３ｇ 第４の板状部
１０５ アクチュエータ
１０５Ａ 第１のアクチュエータ
１０５Ｂ 第２のアクチュエータ
１０５Ｃ 第３のアクチュエータ
１０５Ｄ 第４のアクチュエータ
１０６ 可動部
１０７ 位置検出素子
１０９ 位置検出回路
１１０ 駆動制御装置
１１１ 駆動波形生成回路
２００ 投写型画像表示装置
３３７ 投写レンズユニット
３３７ａ 投写レンズ
３３８ 光学シャーシ
ＡＬ 光軸
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 移動量
Ｐ１ 接続点
ＰＶ１、ＰＶ２ 変位

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20】

【図21】

【図22】