JP5287748B2 - 光路制御装置および投射型画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、画像を生成する光変調装置を有する投射型画像表示装置において使用される、光変調装置の解像度よりも投射される画像の解像度を大きくするために、光変調装置から投射される光を角度可変のガラスなどの透明板を通してその進行方向を制御する光路制御装置と、これを用いた投射型画像表示装置に関するものである。

従来の投射型画像表示装置では、光の変調に用いるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子または液晶パネルなどの光変調装置の解像度（画素数）よりも投射される画像の解像度を増やすために、投射される画像を例えば奇数行だけによる画像（奇数行画像）と偶数行だけによる画像（偶数行画像）に分離して、奇数行画像と偶数行画像を時間的に連続して０．５行分だけずらして投射することにより、垂直方向の画素数を２倍にするものがある（例えば、特許文献１を参照）。

奇数行画像と偶数行画像を０．５行分だけずらして投射するために、光変調装置とスクリーンの間に、光が投射される光路を制御する光路制御装置を配置する。光路制御装置として、屈折率が空気と異なるガラス板に斜めに入射する光と出射する光では方向は同じだが光路にズレが発生することを利用して、回転可能に支持したガラス板を２つの異なる角度を交互にとるようにしたものがある（例えば、特許文献１を参照）。ガラス板の角度を変化させるために、コイルによる電磁力を利用している。

また、遥動体の両端を同一直線上に配置したそれぞれ１個のねじりバネで支持することにより、ねじりバネのねじり軸を中心に遥動体の回転角度を変化させるものがある（例えば、特許文献２を参照）。ねじりバネではなく、同一平面上に配置した板バネを使用して遥動体を支持するものもある（例えば、特許文献３を参照）。

特開平７−１３９９８号公報 特開２００９−１０９９２８号公報 特開平９−２３０２７６号公報

しかしながら、遥動体の両端を同一直線上に配置したそれぞれ１個のねじりバネまたは同一平面上に配置した板バネで支持するようなバネの配置においては、本来目的とするバネの中心軸を軸とした軸周りの振動以外の方向の振動が発生しやすくなる。その結果、回転角を制御する駆動波形に共振して遥動部が並進（平行移動）する振動(以下並進振動と呼ぶ)や、バネの支持部が所定の方向に交互に振動変位する現象(以下シーソー振動と呼ぶ)が発生し、高精度の光路の制御を困難にする。さらに、意図しない余分な方向への振動はバネの寿命低下や駆動時の騒音の増大につながる。

バネの厚さまたは太さや材料の弾性率を大きくする（バネを強くする）ことでバネと遥動部を合わせた部品全体の共振振動数を高くして、駆動電流波形と共振しにくくし、不要な振動を抑制することは可能である。しかしながら、バネを強くすると、目的とする軸周りの振動のための駆動力がより多く必要となり、駆動音の増加や、消費電力の増大、機械的信頼性の低下が引き起こされる可能性が増加する。

この発明は上記のような問題点を解決させるためになされたものであり、光路を変更させるための回転以外の振動を抑制して安定して運動および静止する光路制御装置と、これを用いた投射型表示装置を得ることを目的としている。

この発明に係る光路制御装置は、画像を生成する光変調装置を有する投射型画像表示装置で、前記光変調装置の解像度よりも投射される画像の解像度を大きくするために、前記光変調装置から投射される光の光路を制御する光路制御装置であって、前記光変調装置から投射される光が透過する透明で空気とは異なる所定の屈折率を有する所定の厚さの光路変更板と、前記光路変更板を保持する保持部材と、前記光路変更板と平行な回転軸の周りに前記光路変更板および前記保持部材が回転するように前記保持部材を支持する、前記回転軸と平行な２個の板バネと、前記保持部材に接続されていない側の前記板バネの端がそれぞれ接続される２個の支持台と、前記保持部材に設けられた開口に取り付けられるコイルと、前記コイルに流れる電流を制御する駆動回路と、前記コイルが存在する空間の少なくとも一部に磁界を発生させる磁界発生部とを備え、少なくとも１個の前記板バネを、前記コイルに作用する力の方向に垂直な平面である作用力垂直面に対して平行でない所定の角度をなすように配置することを特徴とするものである。

また、画像を生成する光変調装置を有する投射型画像表示装置で、前記光変調装置の解像度よりも投射される画像の解像度を大きくするために、前記光変調装置から投射される光の光路を制御する光路制御装置であって、前記光変調装置から投射される光が透過する透明で空気とは異なる所定の屈折率を有する所定の厚さの光路変更板と、前記光路変更板を保持する保持部材と、前記光路変更板と平行な回転軸の回りに前記光路変更板および前記保持部材が回転するように前記保持部材を支持する、前記回転軸と平行な２個の板バネと、前記保持部材に接続されていない側の前記板バネの端がそれぞれ接続される２個の支持台と、前記保持部材に設けられた開口に取り付けられるコイルと、前記コイルに流れる電流を、少なくとも２個の異なる電流値で所定の期間は変化せず、異なる電流値に変化する際には正弦波で変化することを周期的に繰り返すように制御する駆動回路と、前記コイルが存在する空間の少なくとも一部に磁界を発生させる磁界発生部とを備えたものである。

この発明に係る投射型画像表示装置は、光源と、画像信号に対応する画像を生成する光変調装置と、前記光源からの光を前記光変調装置に照射する照明光学系と、前記光変調装置からの画像光をスクリーンに拡大投射する投射光学系とを備える投射型画像表示装置であって、前記投射光学系は、前記光変調装置からの画像光の光路を制御する請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載の光路制御装置を有することを特徴とするものである。

この発明に係る光路制御装置によれば、光路を変更させるための回転以外の振動を抑制して安定して運動および静止できる。

この発明に係る投射型画像表示装置によれば、低騒音で高精度な角度制御による良好な表示画像が得られる。

光路制御装置の投射型表示装置における配置を示す図である 本発明の実施の形態１による光路制御装置を示す図である。 本発明の実施の形態１による光路制御装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による光路制御装置の駆動部分を示す断面図である。 光路制御装置により光路を変更する様子を説明する図である。 同一平面配置のバネ構造による光路制御装置の回転軸上とガラス端部分における周波数応答の分布を示す図である。 本発明の実施の形態１による光路制御装置の回転軸上とガラス端部分における周波数応答の分布を示す図である。 本発明の実施の形態１による光路制御装置で使用する２個の電流値の間を正弦波で変化するようにした駆動波形の例とその周波数分布を示す図である。 矩形波で構成した光路制御装置の駆動波形の例とその周波数分布を示す図である。 本発明の実施の形態２による光路制御装置を示す図である。 本発明の実施の形態２による光路制御装置の回転軸上とガラス端部分における周波数応答の分布を示す図である。 本発明の実施の形態３による光路制御装置を示す図である。 本発明の実施の形態４による光路制御装置を示す図である。

実施の形態１．
図１は、光路制御装置の投射型表示装置における配置を示す図である。投射型表示装置は、光源１（図示せず）からの光を光変調装置２に導く照明光学系３と、光変調装置２で作成された画像光をスクリーン４に拡大して投射する投射レンズ５と、光変調装置２と投射レンズ５の間に配置された光路制御装置６とを有する。ここでは、光路制御装置６は、垂直方向に０．５画素分だけ異なる２つの位置でスクリーン４に画像光を投射できるように、光変調装置２からの光路を変更する。投射レンズ５と光路制御装置６は、投射光学系に属する。

図２は本発明の実施の形態１による光路制御装置６を示す図である。図３は、光路制御装置６の斜視図である。図４は、図１に示すＡＡ断面における光路制御装置の駆動部分を示す断面図である。図２に示すように、光路制御装置６は、画像光を透過して入射角度に応じて光路を変更する光路変更板であるガラス７と、ガラス７を保持する平面状の保持部材８と、保持部材８に設けられた略長方形状の開口８ａと、開口８ａに沿うように取り付けられたコイル９と、コイル９に通電する駆動回路１０と、コイル９にローレンツ力を作用させるための磁界を発生させる磁界発生部である２組の永久磁石１１ａ、１１ｂおよびヨーク１２ａ、１２ｂと、保持部材８の図における左端を支持台１３ａに固定する板バネ１４ａと、保持部材８の右端を支持台１３ｂに固定する板バネ１４ｂとを有する。

板バネ１４ａと板バネ１４ｂは同じものであり、両端のネジ止め部を除いたバネとして機能する部分の形状は長方形である。板バネ１４ａはガラス７と垂直であり、板バネ１４ｂはガラス７と平行である。さらに、板バネ１４ａおよび板バネ１４ｂの長手方向の中心を通る直線はともに、ガラス７に垂直な方向から見ると、ガラス７の中央を通る直線（回転軸）と一致している。このように、板バネ１４ａと板バネ１４ｂを配置することにより、ガラス７および保持部材８は、回転軸の周囲に所定の範囲で、その向く方向を変えることができる。ここで、ガラス７、保持部材８およびコイル９を有する部分を回転部と呼ぶ。回転部の重心を通りガラス７および保持部材８の図３における上面に垂直な直線は、回転軸と交差する。なお、空間において２個の直線が交差するとは、２個の直線が１点を共有することである。

略長方形状の開口８ａおよびコイル９の２辺は、回転軸と平行である。図４に示すように、カタカナの「コ」の字状のヨーク１２ａ、１２ｂは、２つの脚部の一方がコイル９（回転軸と平行な辺）の内側に挿入され、もう一方が保持部材８の外側に配置される。ヨーク１２ａ、１２ｂの脚部も、回転軸に平行になるように配置する。永久磁石１１ａは、保持部材８の外側に配置されたヨーク１２ａの脚部に、保持部材８の側でコイル９とほぼ同じ高さで取り付けられている。永久磁石１１ｂも、同様にヨーク１２ｂに取り付ける。永久磁石１１ａ、１１ｂによる磁界がガラス７に平行で同じ向き（ここでは、図における右向き）になるように、永久磁石１１ａ、１１ｂの着磁方向を決める。磁気回路の磁気抵抗ひいては永久磁石１１ａ、１１ｂにより発生する磁界の強さが所定の値になるように、コイル９および保持部材８とヨーク１２ａ、１２ｂとの間の空隙の長さは、調整しておく。また、コイル９と駆動回路１０を結ぶ配線は、保持部材８が移動することを妨げない位置に配置する。

ここで、コイル９のヨーク１２ａで挟まれた辺を左辺９ａと呼び、ヨーク１２ｂで挟まれた辺を右辺９ｂと呼ぶ。左辺９ａと右辺９ｂでは、コイル９に磁界が直交する。コイル９を通電して、図４に示す向きに電流が流れるとすると、フレミングの左手の法則により左辺９ａには図における上向きのローレンツ力が発生する。右辺９ｂは電流方向が逆になるので、右辺９ｂには下向きの力が働く。このため、左辺９ａが上側になるように保持部材８およびガラス７は回転し、板バネ１４ａ、１４ｂがたわむことによる復元力とローレンツ力がつりあう位置で静止する。電流の向きを逆にすると、保持部材８およびガラス７は逆方向に回転して静止する。こうして、コイル９に流す電流の向きを変えることにより、保持部材８およびガラス７は、投射される光に対して異なる２つの角度をとることができる。駆動回路１０は、コイル９に流す電流波形を制御して、保持部材８およびガラス７を所定の２つの角度をとるように運動および静止するようにする。ここで、コイル９に作用する力に垂直な面である作用力垂直面は、ガラス７に平行である。
コイル９の左辺９ａと右辺９ｂが存在する空間に磁界を発生させたが、コイル９全体に磁界を発生させてもよい。

図５に、光路制御装置により光路を変更する様子を説明する図を示す。図５(a)がガラス７を所定角θだけ投射される光に対して傾けた場合であり、図５(b)が−θ傾けた場合である。ガラス７の厚さをｔ、ガラス７の屈折率をｎ、ガラス７の内部での光路の角度をγ、ガラス７中での光路の長さをＬとすると、ガラス７を透過する前後での光路のズレ幅ｄは、以下のように計算できる。なお、空気の屈折率は１とする。

まず、ガラス７に入射する光について、スネルの法則から以下が成立する。
γ＝ｓｉｎ^−１(ｓｉｎθ／ｎ) （１）
スネルの法則は光がガラス７に入る場合も出る場合も成立するので、ガラス７から出射する光の方向はガラス７に入射する光と同じであり、ガラス７と光路は所定角θをなす。

図に示した角度と長さの関係から分かるように、以下が成立する。
ｔ＝Ｌ*ｃｏｓγ （２）
ｄ＝Ｌ*ｓｉｎ(θ−γ) （３）
式（１）ないし式（３）から、Ｌとγを消去すると、以下の式が得られる。
ｄ＝ｔ*(ｓｉｎ(θ−γ)／ｃｏｓγ)
＝ｔ*(ｓｉｎ(θ−ｓｉｎ^−１(ｓｉｎθ／ｎ))
／ｃｏｓ（ｓｉｎ^−１(ｓｉｎθ／ｎ)）) （４）

ガラス７を透過した光路は、所定角θの場合と−θの場合とで、２*ｄの光路のズレが発生する。このズレがスクリーン４に投射されて垂直方向に０．５画素分の光路のズレが発生するように、ガラス７の厚さｔと光路とガラス板との角度θを調整しておく。

本発明の実施の形態１では、作用力垂直面に垂直な板バネ１４ａと、作用力垂直面に平行な板バネ１４ｂとにより保持部材８を支持しているので、作用力垂直面に垂直な方向での剛性が大きくなり、その結果として各モードの振動の共振振動数が高くなり、光路を変更する上で望ましくない振動が小さくなる。そのことをシミュレーションおよび実験により確認した。シミュレーションおよび実験の条件は、以下である。ガラス７の寸法は、一辺およそ２０ｍｍ厚さ３ｍｍであり、板バネ１４ａ、１４ｂは、厚さ０．２ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ４ｍｍ(ネジ止め部を除く)である。回転角度θ＝０．２度であり、±０．２度の角度で移動および静止させ、その周波数を変化させた。

図６は、２個の板バネをどちらも作用力垂直面に平行に配置するというバネ配置（同一平面配置と呼ぶ）による装置の回転軸上とガラス端部分における周波数応答の分布である。図７は、本発明の実施の形態１による光路制御装置での回転軸上とガラス端部分における周波数応答の分布を示す図である。回転軸上とは、図２に示した点Ｘの位置での振動の振幅である。ガラス端部分とは、点Ｙでのものである。図６などでは、縦軸の１目盛りは振動が１０倍または１０分の１になることを意味している。
図６と図７では、シミュレーションにより得られた結果を示している。図には示していないが、何点かの周波数において試作品での実験も実施し、シミュレーションと実験とでほぼ同じ結果が得られることを確認している。

軸周りの振動の一次の共振振動数ｍ１は１２０Ｈｚであった。この周波数は同一平面配置でも同じである。駆動周波数（ここでは、６０Ｈｚ）で軸周りに振動しやすくするために、共振振動数ｍ１は駆動周波数からあまり離れず、また共振により過大な振動にならないように、駆動周波数およびその奇数倍の周波数とは一致しないようにしている。なお、後述するが、駆動電流には駆動周波数およびその奇数倍の周波数の成分がおもに含まれる。
この片側の板バネ１４ｂをガラス７に対して垂直に配置した構造により、一例を挙げれば、併進運動の共振振動数ｍ２は同一平面配置で４５０Ｈｚだったものが６００Ｈｚに上昇した。両側のバネの保持部が交互に持ち上がるシーソー運動の共振振動数ｍ３は９００Ｈｚだったものが観測できなくなった。新たにあおりを伴う併進振動の共振振動数ｍ５が１８００Ｈｚに発生している。図６では、保持部材８が振動の節を有する保持構造自身の振動の共振振動数ｍ４が、３３００Ｈｚに表れている。

板バネが同一平面に配置され、その平面に垂直な方向の駆動力で駆動される構造では、板バネが配置される平面が作用力垂直面であり、電流波形により発生する駆動力と板バネおよび回転部が持つ各モードの固有振動が共振することで軸回りの回転運動以外の動きが発生する。特に作用力垂直面と垂直な方向に振動する並進振動と作用力垂直面と平行で板バネの軸と垂直な軸を中心として振動するシーソー振動の共振振動数が低く駆動波形に共振しやすい。

少なくとも一方の板バネを作用力垂直面に対して垂直に配置することで、並進振動やシーソー振動の共振振動数が上昇する。回転運動に必要な駆動力は変化しない。この回転運動の共振振動数も変化しない。つまり、駆動波形に共振ししくい構造が得られる。その結果、不要な振動を抑制しつつ安定した回転動作および静止が可能になり、光の投射方向を精密に制御できる。板バネを強くすることなく望ましくない振動の共振振動数を高くしたので、駆動力を大きくする必要はなく、消費電力や騒音が増大することは無い。余分な振動が抑制されたことで回転部から発生する振動と騒音は減少する。従来の構造では外部に防振材料を配置していたが、本発明の構造によれば外部に防振材料を追加することなく低騒音化が可能となる。

１個の板バネを作用力垂直面と平行に配置する場合には、コイル側の板バネを平行にする方がよい。そうすることにより、コイル側において水平方向の振動が抑制され、コイルと磁石の間隙を少なく設計する事が可能になり、間隙が大きい場合よりも磁界が強くでき、より少ない電流での駆動が可能になる。

なお、垂直でなくても、少なくとも一方の板バネを作用力垂直面に対して傾けて配置すれば、併進運動やシーソー運動の共振振動数を、平行な場合よりも高くできる。したがって、少なくとも一方の板バネと作用力垂直面とがなす角度は、必要な程度に共振振動数を高くできる所定の角度以上であればよい。

コイルが存在する空間の磁界の方向およびコイルの方向で決まる平面すなわち作用力垂直面を光路変更板と平行としたが、平行でなくてもよい。平行にすれば、光路制御装置全体の厚みを小さくできる。また、光路制御装置を配置する空間に関する制約によっては、平行にしない方が望ましい場合も考えられる。

この実施の形態では、コイルに作用する力の方向（作用力垂直面に垂直な方向）から見ると、回転部の重心が回転軸上にあるので、どちらの方向に回転させる場合でも同じように回転させることができる。なお、この実施の形態では、図３における保持部材８の上面に板バネ１４ａを接続しているので、回転軸が必ずしも回転部の重心を通らない。２個の板バネの取り付け位置や保持部材の形状などを調整して、回転軸が保持部材の重心を通るようにすれば、よりなめらかに回転部を回転させることができる。ここで、コイルに作用する力の方向から見て、必ずしも回転部の重心が回転軸上になくてもよい。重心と回転軸との間の距離が許容できる範囲内であればよい。

２個の板バネは同じものとしたが、同じでなくてもよい。板バネを長方形としたが、長方形でなくてもよい。長方形の方が、同じ強さの長方形でない板バネと比較して、板バネの幅の最小値を大きくでき、強度および耐久性を大きくできる。ここで、板バネの強度は、材料と厚さが同じであれば幅の最小値により決まる。
２個の角度位置で静止するようにしたが、３個以上の角度位置で静止するようにしてもよい。

光路変更板はプラスチックなどガラスでない材料製でもよく、透明で光の透過率が十分に大きく、空気とは異なる所定の屈折率を有し、耐熱性を有する材料であればよい。光路変更板は、光変調装置に近い位置に配置され、透過する光のエネルギー密度は大きい。透過できない光のエネルギーが熱に変り、光路変更板は高温になる。そのため、高温でも損傷することがなく、変形などが小さいものである必要がある。過度に高温になることを避けるために、光路変更板の光の透過損失はできるだけ小さい方が望ましい。

この実施の形態では、光路変更板とコイルを２個の板バネが間に挟むように配置されているが、どちらかまたは両方を間に挟まなくてもよい。回転軸が光路変更板とコイルを通るようにしているが、どちらかまたは両方を通らなくしてもよい。
２個の板バネを、作用力垂直面と所定の角度（例えば４５度）をなし、互いに所定の角度（例えば９０度）をなすように配置してもよい。

図８は、本発明の実施の形態１による光路制御装置使用する２個の電流値の間を正弦波で変化するようにして、高周波成分をできるだけ少なくするように最適化した駆動波形の例とその周波数分布を示す図である。ガラス７が±０．２度の角度で６０Ｈｚの周波数で移動および静止させるために、図８（ａ）に示すような波形の電流をコイル９に流す。図において時刻０では、回転部は＋０．２度の角度の位置にある。−０．２度の角度の位置に移動させるために、コイル９に流す電流を時刻０から正弦波で減少させ、約１．５ｍｓｅｃで負の最大の値をとり、増加して約３ｍｓｅｃで正の最大をとり、再び減少して約４ｍｓｅｃから約８．３ｍｓｅｃまでは変化せず負で一定値を取る。この電流が負で一定値の期間では、回転部は−０．２度の角度の位置にある。その後、同様な正弦波による電流の増加と減少をして約１２．３から約１６．７ｍｓｅｃまでは変化せず正の一定値をとる。この電流が正で一定値の期間では、回転部は０．２度の角度の位置にある。このような動作を１周期として、１秒間に６０回繰り返す。電流が変化する際の正弦波の周波数は、３００Ｈｚである。電流が変化しない期間の長さは、４から７ｍｓｅｃ程度とする。電流が変化しない期間に画像を投射するので、この期間が長い方が望ましい。

回転部の角度位置を変化させる際に電流を正負に変動させる理由は、回転部を所定の位置を行き過ぎることなく所定の角度位置に速く静止させるためである。＋０．２度の角度の位置から−０．２度の角度の位置に移動させる場合を例として、説明する。電流が負の値をとる期間では回転部は角度が小さくなるように加速される。その後、電流が正の値をとる期間では、コイルに回転を止める方向の力が作用し、回転部は減速されて、−０．２度の角度の位置に来る時に速度がゼロになるようにしている。そうすることにより、−０．２度の角度位置に速く静止することになる。そのために、電流を変化させる周波数と電流の振幅は調整しておく。なお、電流が急に変化することがないように、電流がゼロになる時点で正弦波の振幅を変化させている。

図８（ｂ）に、図８（ａ）の波形が無限に繰り返すとしてフーリエ級数展開して得られた周波数成分の分布を示す図を示す。６０Ｈｚの駆動周波数（基本波）に対して、その７倍の周波数の成分まではある程度の大きさがあるが、９倍以上は７倍の４分の１程度であり、１７倍以上はほとんど存在しない。なお、図８（ａ）の波形は、その半周期の波形が１／４周期の時点の前後でほぼ対称であるため、基本波の偶数倍の高調波はほとんど存在しない。電流を変化させる際に、基本波の５倍である３００Ｈｚで変化させているので、５倍の高周波が３倍の高周波よりも多くなる。基本波の奇数倍でない周波数で変化させた場合と比較して、高周波成分が小さくなる。

従来は、図９（ａ）に示すような矩形波で駆動していた。矩形波の場合での周波数成分の分布を示す図を、図９（ｂ）に示す。正弦波で変化させる場合と比較して、周波数が高い成分が多く含まれている。これは、矩形波の場合は、図（ａ）の２、１０、１９、２７ｍｓｅｃ付近（基本波がゼロの値をとる時点）などで値が急に変化しているためである。９倍の周波数が６０Ｈｚの基本波の１０％以上も存在し、１７倍と１９倍の周波数は基本波の２０％近くも存在している。２１倍を越える周波数も基本波の数％程度も存在している。そのため、正弦波で変化させる場合と比較して、回転部が不要な振動をしやすい。

不要な振動の共振振動数が高くなることに加えて、駆動電流に高周波の成分が少なくなることにより、回転部が不要な振動することをより大きく抑制できる。その結果、低騒音で高精度な安定した運動と静止による角度制御ができるようになる。

どちらも作用力垂直面に平行に配置された２個の板バネで回転部を支持する場合でも、少なくとも２個の異なる電流値で所定の期間は変化せず、異なる電流値に変化する際には正弦波で変化することを周期的に繰り返すようにコイルに流れる電流を制御すれば、駆動電流に高周波数の成分が少なくなり、回転部の不要な振動を抑制できる。余分な振動が抑制されたことで回転部から発生する振動と騒音は減少する。従来の構造では外部に防振材料を配置していたが、本発明の駆動電流波形によれば外部に防振材料を追加することなく低騒音化が可能となる。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。

実施の形態２．
図１０に、実施の形態２による光路制御装置６を示す図を示す。保持部材８１を、その両端でガラス７（作用力垂直面でもある）に垂直に配置された板バネ１４ａ、１４ｂにより支持している。図１１は、本発明の実施の形態２による光路制御装置６において回転軸上とガラス端部分における周波数応答の分布を示す図である。

実施の形態１の場合よりもさらに共振振動の周波数を高くする効果が得られる。実施の形態２の構成では、駆動力のバランスが崩れるとガラス面に平行な振動が発生するため、コイルに流す電流を高精度に制御する必要がある。

実施の形態３．
図１２に、実施の形態３による光路制御装置６を示す図を示す。この実施の形態では、板バネの中心軸に対して対称な位置にコイル９とガラス７を配置している。なお、作用力垂直面に垂直な方向から見て、回転部の重心が二つの板バネの中心を通る回転軸と一致するように、保持部材８の形状は調整しておく。

この場合でも、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、回転軸から離れた位置に光路変更板を配置することができ、光学設計の自由度が大きくなる利点がある。

実施の形態４．
図１３に、実施の形態４による光路制御装置６を示す図を示す。この実施の形態では、コイル９の両側に板バネを設け、ガラス７は板バネで挟まれる範囲の外側に配置している。なお、作用力垂直面に垂直な方向から見て、回転部の重心が二つの板バネの中心を通る回転軸と一致するように、保持部材８の形状は調整しておく。
このようにコイル９とガラス７を離して配置することで、光学設計の自由度が大きくなる利点がある。

１ 光源
２ 光変調装置
３ 照明光学系
４ スクリーン
５ 投射レンズ
６ 光路制御装置
７ ガラス（光路変更板）
８、８１、８２、８３ 保持部材
８ａ 開口
９ コイル
１０ 駆動回路
１１ａ、１１ｂ 永久磁石（磁界発生部）
１２ａ、１２ｂ ヨーク（磁界発生部）
１３ａ、１３ｂ 支持台
１４ａ、１４ｂ 板バネ

Claims (15)

1. 画像を生成する光変調装置を有する投射型画像表示装置で、前記光変調装置の解像度よりも投射される画像の解像度を大きくするために、前記光変調装置から投射される光の光路を制御する光路制御装置であって、
   前記光変調装置から投射される光が透過する透明で空気とは異なる所定の屈折率を有する所定の厚さの光路変更板と、
   前記光路変更板を保持する保持部材と、
   前記光路変更板と平行な回転軸の回りに前記光路変更板および前記保持部材が回転するように前記保持部材を支持する、前記回転軸と平行な２個の板バネと、
   前記保持部材に接続されていない側の前記板バネの端がそれぞれ接続される２個の支持台と、
   前記保持部材に設けられた開口に取り付けられるコイルと、
   前記コイルに流れる電流を、少なくとも２個の異なる電流値で所定の期間は変化せず、異なる電流値に変化する際には前記異なる電流値が所定の期間は変化しないことを繰り返す周期の周波数の奇数倍の周波数の正弦波で変化することを周期的に繰り返すように制御する駆動回路と、
   前記コイルが存在する空間の少なくとも一部に磁界を発生させる磁界発生部と
   を備えたことを特徴とする光路制御装置。
2. 前記駆動回路が、異なる電流値に前記コイルに流れる電流を正弦波で変化させる際に、電流がゼロになる時点で正弦波の振幅を変化させることを特徴とする請求項１に記載の光路制御装置。
3. 異なる電流値に前記コイルに流れる電流を正弦波で変化させる際に、前記コイルに作用する力が前記保持部材の回転を止める向きとなる電流を流した後に異なる電流値とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光路制御装置。
4. 前記板バネのうち少なくとも１個を、前記コイルに作用する力の方向に垂直な平面である作用力垂直面に対して平行でない所定の角度をなすように配置することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光路制御装置。
5. 少なくとも１個の前記板バネが前記作用力垂直面と垂直であることを特徴とする請求項４に記載の光路制御装置。
6. ２個の前記板バネが前記作用力垂直面と垂直であることを特徴とする請求項５に記載の光路制御装置。
7. 前記作用力垂直面が前記光路変更板と平行であることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の光路制御装置。
8. 前記保持部材、前記光路変更板、前記コイルを有する回転部の重心を通り前記作用力垂直面に垂直な直線が前記回転軸と交差することを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれかに記載の光路制御装置。
9. 前記保持部材、前記光路変更板、前記コイルを有する回転部の重心が前記回転軸上にあることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光路制御装置。
10. 前記光路変更板と前記コイルが２個の前記板バネの間に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の光路制御装置。
11. 前記コイルが２個の前記板バネの間に配置され、
    前記光路変更板が２個の前記板バネの間でない位置に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の光路制御装置。
12. 前記光路変更板と前記コイルが前記回転軸の両側に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の光路制御装置。
13. ２個の前記板バネが同じものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の光路制御装置。
14. ２個の前記板バネがともに、前記回転軸と平行な辺を有する長方形であり、前記回転軸を含み前記板バネに垂直な面と前記板バネとの交線がこの長方形の中心を通ることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の光路制御装置。
15. 光源と、
    画像信号に対応する画像を生成する光変調装置と、
    前記光源からの光を前記光変調装置に照射する照明光学系と、
    前記光変調装置からの画像光をスクリーンに拡大投射する投射光学系とを備える投射型画像表示装置であって、
    前記投射光学系は、前記光変調装置からの画像光の光路を制御する請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の光路制御装置を有することを特徴とする投射型画像表示装置。

Images