JP7247529B2 - 光路シフトデバイスおよび画像表示装置、ならびに光路シフトデバイスの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光路シフトデバイスおよび画像表示装置、ならびに光路シフトデバイスの制御方法に関する。

特許文献１には、液晶パネル等の光変調装置から出射された映像光の光路をずらす光路シフトデバイスを備えた画像表示装置が開示される。特許文献１の画像表示装置では、光路シフトデバイスは、投射される画像の解像度を光変調装置の解像度よりも高くするために用いられる。特許文献１の光路シフトデバイス（光学デバイス）は、ガラス板、およびガラス板を保持する保持部材を備えた可動部と、可動部を支持する支持部と、可動部と支持部とを接続する１対の軸部と、可動部を揺動させる駆動機構とを有する。特許文献１の光路シフトデバイスは、一対の軸部を通る揺動軸を中心として保持部材を揺動させてガラス板の姿勢を変化させることにより、ガラス板に入射した映像光を屈折させ、光路をずらすことができる。

特許文献１の光路シフトデバイスでは、可動部を揺動させる駆動機構として、コイルおよび永久磁石を備えた振動アクチュエーターが用いられる。振動アクチュエーターは、枠状の保持部材の縁に固定された永久磁石と、永久磁石に対してガラス板の法線方向の両側から対向する一対のコイルを備える。永久磁石とコイルは、可動体が揺動した際に衝突しない程度の離間距離で配置される。振動アクチュエーターは、可動部を挟むように２箇所に配置される。各振動アクチュエーターは、一対のコイルに交番電圧を印加することにより、コイルから発生する磁界によって永久磁石を移動させ、可動体を揺動させる。

特開２０１６－１４２８６３号公報

ガラス板を揺動させて光路をずらす光路シフトデバイスは、光路を精度良くずらすため、ガラス板を精度良く駆動することが求められる。しかしながら、光路シフトデバイスは、使用環境や姿勢によりガラス板の振幅が変化するおそれがある。例えば、使用環境により、光路シフトデバイスを構成するメカ部品の膨張あるいは収縮が発生する場合や、アクチュエーターおよび駆動回路が環境温度の影響を受ける場合に、光路シフト動作の安定性が損なわれるおそれがある。

本発明に係る光路シフトデバイスは、矩形の板形状を有し、入射光が入射する光学部材と、前記光学部材を保持する保持枠と、前記保持枠を揺動可能な状態で支持する支持部と、前記保持枠を揺動させるアクチュエーターと、前記保持枠の位置を検出する磁気センサーと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置は、上記の光路シフトデバイスを備え、前記アクチュエーターを駆動して前記映像光の光路を変化させることを特徴とする。

本発明に係る上記の光路シフトデバイスの制御方法は、基準信号をアンプへ入力し、前記アンプから出力される駆動信号を前記アクチュエーターへ供給し、前記温度検出部の出力を用いて、前記磁気センサーの出力から求めた前記保持枠の振幅値を補正し、前記振幅値の補正値と、基準振幅値との差分に基づき、前記駆動信号の生成に用いるアンプゲインを調整することを特徴とする。

本実施形態に係る画像表示装置の一例であるプロジェクターの光学的な構成を示す説明図である。 映像光の光路シフトによる画像表示位置のシフトを示す説明図である。 図１のプロジェクターの電気的な構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る光路シフトデバイスの斜視図である。 図４の光路シフトデバイスの平面図である。 図４の光路シフトデバイスをアクチュエーターの位置（図５のＡ－Ａ位置）で切断した断面図およびその部分拡大図である。 図４の光路シフトデバイスを磁気センサーの位置（図５のＢ－Ｂ位置）で切断した断面図およびその部分拡大図である。 アクチュエーターの平面図（図５の領域Ｃの拡大図）である。 ホールセンサーの出力波形および可動部の振動波形の計測例である。 同期信号、基準信号、およびホールセンサーの出力波形を模式的に示す説明図である。 信号処理回路および光路シフトデバイスの機能ブロック図である。 ゲイン調整処理のフローチャートである。 磁石の温度特性値の一覧表である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。本明細書において、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、Ｘ軸方向の一方側を＋Ｘ方向、他方側を－Ｘ方向とする。また、Ｙ軸方向の一方側を＋Ｙ方向、他方側を－Ｙ方向とし、Ｚ軸方向の一方側を＋Ｚ方向、他方側を－Ｚ方向とする。

＜プロジェクター（画像表示装置）＞
図１は、本実施形態に係る画像表示装置の一例であるプロジェクターの光学的な構成を示す説明図である。図１に示すプロジェクター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と、ミラー１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃと、ダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂと、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂと、ダイクロイックプリズム１１０と、光路シフトデバイス２と、投射光学系１１２とを備える。

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に入射し、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、液晶表示素子１０８Ｇに入射し、青色光は、ミラー１０４ｂ、１０４ｃで反射された後、液晶表示素子１０８Ｂに入射する。

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が出射される。そして、出射された映像光ＬＬは、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。

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の光路をシフトさせること（所謂「画素ずらし」を行うこと）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に表示する。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。

ここで、光路シフトによる高解像度化の原理について図２を用いて簡単に説明する。図２は、映像光の光路シフトによる画像表示位置のシフトを示す説明図である。後述するように、光路シフトデバイス２は、映像光ＬＬを透過させる透光性基板であるガラス板３０を有しており、このガラス板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。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Ｆに半画素分（すなわち、画素Ｐｘの半分）ずれた位置である。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。

図３は、図１のプロジェクター１の電気的な構成を示すブロック図である。プロジェクター１は、制御回路１２０と、駆動信号処理回路１２１と、画像信号処理回路１２２を備える。制御回路１２０は、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１２２におけるデータ信号の発生動作等を制御する。駆動信号処理回路１２１は、画像信号処理回路１２２が出力する同期信号ＳＡに基づいて光路シフトデバイス２を駆動する駆動信号ＤＳを供給する。

画像信号処理回路１２２は、図示しない外部装置から供給される画像信号ＶｉｄをＲ、Ｇ、Ｂの３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。そして、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が動作する。

＜光路シフトデバイス＞
図４は、本実施形態に係る光路シフトデバイス２の斜視図である。光路シフトデバイス２は、図１のプロジェクター１において映像光ＬＬの光路をシフトさせるために用いられる。図５は、図４の光路シフトデバイス２の平面図である。光路シフトデバイス２は、矩形の可動部３と、可動部３を囲む枠状の支持部４と、可動部３と支持部４とを連結する第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂと、第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂを通る揺動軸Ｊを中心として可動部３を揺動させるアクチュエーター６と、可動部３の位置を検出する磁気センサー７と、磁気センサー７の温度を検出するサーミスター８（図５、図７参照）を備える。

可動部３は、光透過性を有し、映像光ＬＬが入射する光学部材であるガラス板３０と、ガラス板３０を保持する保持枠３１を備える。可動部３が、ガラス板３０に対する映像光ＬＬの入射角度が０°である位置（以下、基準位置という）にあるとき、ガラス板３０の法線方向はＺ軸方向と一致する。光路シフトデバイス２は、例えば、＋Ｚ側がダイクロイックプリズム１１０側、－Ｚ側が投射光学系１１２側を向くようにプロジェクター１内に配置される。なお、光路シフトデバイス２のＺ軸方向の向きは、この反対であってもよい。

保持枠３１は、Ｘ軸と略平行に延びる第１枠部３２および第２枠部３３と、Ｙ軸と略平行に延びる第３枠部３４および第４枠部３５とを備えた矩形枠状の部材である。保持枠３１は、第１枠部３２、第２枠部３３、第３枠部３４、第４枠部３５に囲まれた矩形の開口部３６を備える。ガラス板３０は開口部３６に配置され、第１枠部３２、第２枠部３３、第３枠部３４、第４枠部３５によってガラス板３０の外周端部が保持される。本実施形態では、保持枠３１は、ステンレスなどの金属板からなる。

図６は、図４の光路シフトデバイス２をアクチュエーター６の位置（図５のＡ－Ａ位置）で切断した断面図およびその部分拡大図である。図７は、図４の光路シフトデバイス２を磁気センサー７の位置（図５のＢ－Ｂ位置）で切断した断面図およびその部分拡大図である。図６、図７に示すように、第１枠部３２、第２枠部３３、第３枠部３４、第４枠部３５は、それぞれ、ガラス板３０の外周端部の＋Ｚ側の表面を覆う前板部３１１と、前板部３１１の外周側の端部から－Ｚ方向へ屈曲して延びる側板部３１２と、側板部３１２の－Ｚ方向の端部からガラス板３０の端面に向けて突出する爪部３１３を備える。ガラス板３０は、接着剤および爪部３１３によって保持枠３１に固定される。保持枠３１は、金属板を屈曲させた曲げ構造の部材であるため、板厚が薄い金属板を用いた構造でありながら、必要な強度を確保できる。

ガラス板３０は、互いに対向する第１角部３０Ａおよび第２角部３０Ｂと、第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂとを結ぶ対角線に交差する方向において互いに対向する第３角部３０Ｃおよび第４角部３０Ｄを備える。第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂは、ガラス板３０の第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂとを結ぶ対角線上に配置される。第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂを通る揺動軸Ｊは、第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂとを結ぶ対角線に沿う方向に延びている。

第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂは、保持枠３１の角部と繋がっている。本実施形態では、第１軸部５ａ、第２軸部５ｂ、および保持枠３１は一体に形成されている。

第１軸部５ａは、ガラス板３０の中心から見て＋Ｘ方向と＋Ｙ方向の中間の角度位置に配置される。また、第２軸部５ｂは、ガラス板３０の中心から見て－Ｘ方向と－Ｙ方向の中間の角度位置に配置される。第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂを通る揺動軸Ｊは、ＸＹ面と略平行な面内に位置し、且つ、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°傾斜する。第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂは、ガラス板３０の中心に対して点対称に配置されるため、可動部３の揺動バランスが良好である。なお、揺動軸ＪのＸ軸およびＹ軸に対する傾斜角度は、４５°に限定されない。

支持部４は、保持枠３１が配置される矩形の開口部４０を備える。開口部４０の内周縁における揺動軸Ｊ上の２箇所の角部には、第１軸部５ａが配置される第１凹部４１、および、第２軸部５ｂが配置される第２凹部４２が設けられている。第１軸部５ａは、保持枠３１とは反対側の先端が第１凹部４１の縁と重なっており、支持部４にねじ止めされている。同様に、第２軸部５ｂは、保持枠３１とは反対側の先端が第２凹部４２の縁と重なっており、支持部４にねじ止めされている。支持部４は、第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂを通る揺動軸Ｊを中心として、保持枠３１を揺動可能な状態で支持する。

映像光ＬＬは、例えば、ガラス板３０に対してＺ軸方向に入射する。可動部３が揺動軸Ｊを中心として揺動すると、ガラス板３０に対する映像光ＬＬの入射角度が変化する。ガラス板３０に対する映像光ＬＬの入射角度が０°から傾くことで、入射した映像光ＬＬを屈折させつつ透過させる。従って、目的とする入射角度になるように、ガラス板３０の姿勢を変化させることにより、映像光ＬＬの偏向方向や偏向量を制御できる。なお、このようなガラス板３０の大きさは、ダイクロイックプリズム１１０から出射する映像光ＬＬを透過させるように適宜設定される。また、ガラス板３０は、実質的に無色透明であることが好ましい。また、ガラス板３０の映像光ＬＬの入射面および出射面には反射防止膜が形成されていてもよい。

ガラス板３０の構成材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのような各種ガラス材料を用いることができる。また、本実施形態では、光学部材としてガラス板３０を用いるが、光学部材は、光透過性を有し、映像光ＬＬを屈折させる材料で構成されたものであればよい。すなわち、ガラスの他にも、例えば、水晶、サファイアのような各種結晶材料、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂のような各種樹脂材料等で構成されたものであってもよい。ただし、光学部材としては、本実施形態のようにガラス板３０を用いた場合には、光学部材の剛性を特に大きくできる。従って、光学部材において映像光ＬＬの光路をずらす際の光路のシフト量のばらつきを抑制できる。

保持枠３１、支持部４、第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂは、ステンレスまたは樹脂により形成されるため、環境温度の影響を低減させることができる。従って、小型で、共振周波数が低い光路シフトデバイス２を得ることができる。例えば、共振周波数が６０ｋＨｚ程度の光路シフトデバイス２を得ることができる。

図４、図５に示すように、アクチュエーター６は、ガラス板３０の第３角部３０Ｃに対向する位置に配置される。上記のように、第１軸部５ａと第２軸部５ｂは、ガラス板３０の第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂに対向する位置に配置されるため、アクチュエーター６は、可動部３において揺動軸Ｊから最も離間した部位に配置される。アクチュエーター６は、互いに対向する永久磁石６１とコイル６２とを備える。

図４、図５に示すように、支持部４には、ガラス板３０の第３角部３０Ｃに対向する位置に第３凹部４３が設けられている。第３凹部４３には、アクチュエーター６が配置される。第３凹部４３は、開口部４０の角部に設けられ、＋Ｘ方向および－Ｙ方向に対して４５°傾斜した方向に凹んでいる。支持部４は、第３凹部４３を囲む第１縁部４３１、第２縁部４３２、および第３縁部４３３を備える。第３縁部４３３は、第３凹部４３の開口部４０とは反対側を囲んでおり、第１縁部４３１および第２縁部４３２は、第３縁部４３３の両端から開口部４０の側へ延びている。第１縁部４３１および第２縁部４３２は、＋Ｘ方向と－Ｙ方向に対して４５°傾斜した方向に略平行に延びている。

保持枠３１は、第１枠部３２の第３角部３０Ｃ側の部分から第３凹部４３の側へ延びる腕部３７と、腕部３７の先端に設けられた駆動用磁石取付部３８を備える。腕部３７は、第１枠部３２から＋Ｘ方向および－Ｙ方向に対して４５°傾斜した方向へ突出する。駆動用磁石取付部３８は、腕部３７の先端から－Ｚ方向へ略直角に屈曲して延びている。駆動用磁石取付部３８は、揺動軸ＪおよびＺ軸方向と略平行に延びる板状部であり、揺動軸Ｊに沿う方向の幅が腕部３７より大きい。

アクチュエーター６は、永久磁石６１が保持枠３１に保持され、コイル６２が支持部４に保持される。アクチュエーター６は、永久磁石６１が固定される磁石保持板６３を備える。磁石保持板６３は平板状であり、駆動用磁石取付部３８に固定される。永久磁石６１は、磁石保持板６３を介して保持枠３１に固定される。また、アクチュエーター６は、コイル６２を保持するコイル保持板６４を備えており、コイル保持板６４を介してコイル６２が支持部４に固定される。

コイル保持板６４は、コイル６２が固定される板状のベース部６４１と、ベース部６４１から突出する第１突出部６４２および第２突出部６４３を備える。第１突出部６４２および第２突出部６４３は、ベース部６４１におけるコイル６２が固定される部分の両側に設けられ、コイル６２が固定される面と直交する方向に延びている。コイル保持板６４は、ベース部６４１に固定されるコイル６２と、磁石保持板６３を介して駆動用磁石取付部３８に固定される永久磁石６１とが所定のギャップで対向する位置に配置される。図４、図５、図８に示すように、第３凹部４３の両側では、第１突出部６４２が第１縁部４３１にねじ止めされ、第２突出部６４３が第２縁部４３２にねじ止めされる。ベース部６４１は、駆動用磁石取付部３８と略平行になるように第３凹部４３に配置される。

永久磁石６１は、Ｓ極とＮ極が設けられた第１対向面６１０を備える。永久磁石６１としては、例えば、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等を用いることができる。本実施形態では、永久磁石６１はネオジム磁石である。ネオジム磁石は、小型の磁石でありながら必要な磁力を確保できるため、アクチュエーター６の小型化、軽量化を図ることができる。コイル６２は、第１対向面６１０と対向する第２対向面６２０を備える。第１対向面６１０と第２対向面６２０は、平行である。なお、ここでいう「平行」とは、完全に平行でなくても良く、多少平行からずれていてもアクチュエーター６の機能を発揮できる程度のずれであれば良い。また、永久磁石６１とコイル６２は、第１対向面６１０および第２対向面６２０がガラス板３０の表面に対して交差する向きで配置される。

図８は、アクチュエーターの平面図（図５の領域Ｃの拡大図）である。図８に示すように、アクチュエーター６は、コイル保持板６４の第１突出部６４２および第２突出部６４３が永久磁石６１およびコイル６２の両側に配置されており、永久磁石６１およびコイル６２は、第１突出部６４２および第２突出部６４３によって挟まれる領域に配置される。また、永久磁石６１に対してコイル６２とは反対側に磁石保持板６３が配置され、コイル６２に対して永久磁石６１とは反対側にベース部６４１が配置される。磁石保持板６３およびコイル保持板６４は、鉄などの金属からなり、バックヨークとして機能する。従って、永久磁石６１およびコイル６２の周りには、磁石保持板６３の両端から第１突出部６４２および第２突出部６４３へ向かい、ベース部６４１へ向かう閉じた磁路Ｈ１、Ｈ２が形成される。従って、永久磁石６１から出る磁束を外部に漏れにくくすることができる。よって、漏れ磁束を少なくすることができ、磁気効率を上げることができる。

本実施形態では、コイル６２は長円形状の空芯コイルである。図７に示すように、コイル６２は、揺動軸Ｊと略平行に延びる２本の有効辺６２１、６２２を備える。有効辺６２１、６２２の間にはコイル６２の中心孔６２３が設けられる。ベース部６４１には、プレス加工により、駆動用磁石取付部３８の側へ突出する凸部６４４が形成されている。コイル６２は、中心孔６２３に凸部６４４を配置することにより、ベース部６４１に対して位置決めされる。

永久磁石６１は、コイル６２と対向する第１対向面６１０に磁極が形成されており、第１対向面６１０には、Ｓ極とＮ極がＺ方向に並んでいる。ガラス板３０の法線方向がＺ軸方向と平行になる（すなわち、ガラス板３０への映像光ＬＬの入射角度が０°になる）基準位置に可動部３が位置するとき、アクチュエーター６は、永久磁石６１のＳ極とＮ極の一方が有効辺６２１と対向し、他方が有効辺６２２と対向する。

コイル６２に通電すると、有効辺６２１、６２２には逆向きの電流が流れるため、永久磁石６１は、第２対向面６２０に沿う方向へ移動する。本実施形態では、永久磁石６１のＳ極とＮ極がＺ方向に配列され、有効辺６２１、６２２はＺ方向に並んでいる。従って、アクチュエーター６は、永久磁石６１をＺ軸方向へ移動させることができる。これにより、永久磁石６１が固定された保持枠３１の角部をＺ軸方向に移動させることができ、揺動軸Ｊを中心として可動部３を揺動させることができる。

＜磁気センサー＞
図４、図５に示すように、磁気センサー７は、アクチュエーター６と第２軸部５ｂとの間に配置される。図７に示すように、磁気センサー７は、センサー基板７１と、ホールセンサー７２と、磁石７３を備える。ホールセンサー７２は、センサー基板７１に搭載され、センサー基板７１を介して支持部４に固定される。一方、磁石７３は保持枠３１に固定される。ホールセンサー７２と磁石７３は、可動部３が揺動する際、磁石７３とホールセンサー７２との距離が変化する位置に配置される。保持枠３１は、第１枠部３２における側板部３１２の－Ｚ方向の端部から－Ｙ方向へ屈曲して延びるセンサー磁石取付部３９を備える。センサー基板７１に固定されるホールセンサー７２と、センサー磁石取付部３９に固定される磁石７３は、Ｚ軸方向に対向する。

ホールセンサー７２は、磁石７３が発生させる磁界の強度に応じた電圧を出力する。従って、磁気センサー７は、非接触で磁石７３とホールセンサー７２との距離を計測可能である。光路シフトデバイス２では、可動部３が揺動する際、磁石７３とホールセンサー７２との距離が変化するように磁気センサー７が配置される。従って、ホールセンサー７２の出力に基づき、磁石７３が搭載された保持枠３１のＺ軸方向の変位を非接触で計測可能である。

サーミスター８は、磁気センサー７の温度を検出する温度検出部である。サーミスター８は、ホールセンサー７２の隣に配置され、ホールセンサー７２と同様にセンサー基板７１に搭載される。従って、サーミスター８は、センサー基板７１を介して支持部４に固定される。ホールセンサー７２およびサーミスター８の出力は、駆動信号処理回路１２１へ入力される。

＜アクチュエーターの駆動制御＞
光路シフトデバイス２は、駆動信号処理回路１２１からアクチュエーター６へ供給される駆動信号ＤＳにより、可動部３を所定の周波数で揺動（振動）させる光路シフト動作を行う。アクチュエーター６では、駆動信号ＤＳに基づいてコイル６２に電流が流れる。その結果、可動部３は、駆動信号ＤＳに応じた振幅および周波数で揺動（振動）する。これにより、プロジェクター１では、映像光ＬＬの光路が一定の振幅で変化し、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像が表示される。

駆動信号処理回路１２１は、光路シフト動作を行う際、磁気センサー７の出力から求められる可動部３（保持枠３１）の振幅値に基づいてアクチュエーター６へ入力される駆動信号ＤＳを制御することにより、可動部３を一定の振幅で振動させるフィードバック制御を行う。これにより、映像光ＬＬの光路を一定の振幅で変化させて、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像を表示する。また、フィードバック制御においては、サーミスター８の出力に基づいて磁気センサー７の出力から求めた振幅値を補正する。

図９は、ホールセンサー７２の出力波形Ｖおよび可動部３の振動波形Ｔの計測例である。ホールセンサー７２の出力波形Ｖは、ホールセンサー７２の電圧値の波形である。また、可動部３の振動波形Ｔは、可動部３の所定箇所（揺動軸Ｊから離間する箇所）のＺ軸方向の変位を示す波形である。図９に示す振動波形Ｔは、レーザー変位計を用いて、保持枠３１の所定箇所のＺ軸方向の変位を計測した波形である。すなわち、図９に示す振動波形Ｔは、保持枠３１の振動波形Ｔである。

図９から、ホールセンサー７２の出力波形Ｖは可動部３（保持枠３１）の振動波形Ｔの相似形であることがわかる。従って、出力波形Ｖの振幅値は、可動部３の振幅値を示す値である。よって、基準振幅値を電圧値に変換した値を規格値Ｖ０として予め求めておき、出力波形Ｖから求めた振幅値Ｖ１が規格値Ｖ０より大きいか否かを判定することにより、可動部３（保持枠３１）の振幅値が基準振幅値より大きいか否かを判定することができる。

駆動信号処理回路１２１は、後述する基準信号ＳＢ（図１０参照）を増幅するアンプ１５０を備えており、基準信号ＳＢを増幅して駆動信号ＤＳを生成する。従って、フィードバック制御では、アンプ１５０における基準信号ＳＢの増幅率（アンプゲインＧ）を調整する制御を行う。すなわち、振幅値Ｖ１が規格値Ｖ０より大きいか否かの判定結果に基づき、アンプゲインＧを下げるか上げるかを決定する。また、その際、磁気センサー７の温度特性を考慮してアンプゲインＧを決定するために、サーミスター８の出力（電圧値）を用いてホールセンサー７２の出力波形Ｖから求めた振幅値Ｖ１を補正する。

図１０は、同期信号ＳＡ、基準信号ＳＢ、およびホールセンサー７２の出力波形Ｖを模式的に示す説明図である。本実施形態では、図１０に示すように、基準信号ＳＢは台形状の波形であるため、基準信号ＳＢを増幅した駆動信号ＤＳも台形状の波形である。プロジェクター１において、光路シフトデバイス２によって映像光ＬＬの光路を切り換えて、図２に示す画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に一定時間ずつ画像を表示する光路シフト動作を行う場合には、アクチュエーター６へ台形状の波形の駆動信号ＤＳを供給して、コイル６２に台形状の波形の電流を流す。

図１１は、駆動信号処理回路１２１および光路シフトデバイス２の機能ブロック図である。図１１に示すように、駆動信号処理回路１２１は、信号処理部１４０およびアンプ１５０を備える。信号処理部１４０は、信号エッジ検出部１４１と、基準信号生成部１４２と、Ｄ／Ａ変換部１４３と、ゲイン調整部１４４と、Ａ／Ｄ変換部１４５を備える。信号処理部１４０の機能は、例えば、プログラムを記憶したＲＯＭおよびプロセッサーを備えたワンチップマイコンにより実現される。

信号処理部１４０は、画像信号処理回路１２２から供給される同期信号ＳＡに基づき、台形状の基準信号ＳＢ（図１０参照）を生成する。例えば、信号エッジ検出部１４１は、同期信号ＳＡの立ち上がりおよび立ち下がりを検出する。図１０に示すように、基準信号生成部１４２は、信号エッジ検出部１４１の出力に基づき、同期信号ＳＡの立ち上がりのタイミングＴ１および立ち下がりのタイミングＴ２に同期して、予め記憶している基準信号ＳＢを出力する。Ｄ／Ａ変換部１４３は、基準信号ＳＢをアナログ電圧に変換してアンプ１５０へ出力する。アンプ１５０は、Ｄ／Ａ変換された基準信号ＳＢを増幅した増幅信号を生成する。増幅信号は、アクチュエーター６へ供給される駆動信号ＤＳとなる。

＜ゲイン調整処理＞
信号処理部１４０は、駆動信号ＤＳを生成する際の基準信号ＳＢの増幅率（アンプゲインＧ）の調整を行う機能を備える。図１２は、ゲイン調整処理のフローチャートである。光路シフトデバイス２に設けられた磁気センサー７の出力（ホールセンサー７２の電圧値）およびサーミスター８の出力（電圧値）は、いずれもＡ／Ｄ変換部１４５においてデジタル値に変換されて、ゲイン調整処理に用いられる。

まず、ステップＳＴ１において、ゲイン調整部１４４は、デジタル変換されたホールセンサー７２の電圧値をＡ／Ｄ変換部１４５から取り込む。上記のように、ホールセンサー７２の電圧値の波形（出力波形Ｖ：図１０参照）は、保持枠３１の振動波形に対応する波形である。アンプゲインＧの調整処理においては、出力波形Ｖを保持枠３１の振動波形として取り扱い、出力波形Ｖの振幅値Ｖ１を保持枠３１の振幅値として取り扱う。つまり、ステップＳＴ１は、保持枠３１の振動波形を取得する処理である。

次に、ステップＳＴ２では、ステップＳＴ１で取り込んだ振動波形（出力波形Ｖ）から、保持枠３１の振幅値（出力波形Ｖの振幅値Ｖ１）を求める。例えば、ゲイン調整部１４４は、信号エッジ検出部１４１の出力に基づき、同期信号ＳＡに同期したタイミングにおける出力波形Ｖの値から振幅値Ｖ１を求める。本実施形態では、同期信号ＳＡの立ち上がりのタイミングＴ１、および、同期信号ＳＡの立ち下がりのタイミングＴ２における出力値の差分を演算して、振幅値Ｖ１を求める。あるいは、ステップＳＴ１において取得した振動波形（出力波形Ｖ）の最大値と最小値を求め、最大値と最小値の差分を演算して振幅値Ｖ１を求めてもよい。

続いて、ステップＳＴ３では、サーミスター８の出力を用いて振幅値Ｖ１を補正する。磁気センサー７は、磁石７３が発生させる磁束が温度によって変化するという温度特性を持つ。本実施形態では、磁石の温度特性値である温度係数を振幅値Ｖ１の補正に用いる。図１３は、磁石の温度特性値の一覧表であり、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石の温度係数（Ｂｒ）および温度係数（Ｈｃｊ）の一覧表である。温度係数（Ｂｒ）は、残留磁束密度Ｂｒの単位温度当たりの変化率であり、温度係数（Ｈｃｊ）は、保磁力Ｈｃｊの単位温度当たりの変化率である。ステップＳＴ３では、例えば、サーミスター８の出力から求められる温度（磁石７３の温度）と基準温度との差分と、温度特性値とを用いて振幅値Ｖ１を補正して、補正値Ｖ２を算出する。

次に、ステップＳＴ４では、補正値Ｖ２（補正済みの振幅値）が、規格値Ｖ０より大きいか否かを判定する。上記のように、規格値Ｖ０は、基準振幅値を電圧値に変換した値である。補正値Ｖ２が規格値Ｖ０（基準振幅値）より大きい場合には（ステップＳＴ４：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ５へ進み、アンプゲインＧを下げる処理を行う。例えば、ゲイン調整部１４４は、補正値Ｖ２と規格値Ｖ０との差分に基づき、現在のアンプゲインＧより小さい新たなアンプゲインを演算する。一方、補正値Ｖ２が規格値Ｖ０より小さい場合には（ステップＳＴ４：Ｎｏ）、ステップＳＴ６へ進み、アンプゲインＧを上げる処理を行う。例えば、ゲイン調整部１４４は、補正値Ｖ２と規格値Ｖ０との差分に基づき、現在のアンプゲインＧより大きい新たなアンプゲインＧを演算する。

ステップＳＴ５、ＳＴ６では、新たなアンプゲインＧを演算してアンプ１５０へ入力する。その結果、アンプ１５０では、新たなアンプゲインＧを用いて駆動信号ＤＳが生成され、アクチュエーター６へ供給される。信号処理部１４０は、例えば、同期信号ＳＡに同期した所定のタイミングでゲイン調整処理を行う。これにより、光路シフト動作を行っている間は、常に、保持枠３１の振幅が一定になるようにアクチュエーター６を制御することができる。従って、映像光ＬＬの光路を一定の振幅で変化させることができる。

＜本形態の主な作用効果＞
以上のように、本実施形態の光路シフトデバイス２は、矩形の板形状を有し、入射光が入射するガラス板３０と、ガラス板３０を保持する保持枠３１と、保持枠３１を揺動可能な状態で支持する支持部４と、保持枠３１を揺動させるアクチュエーター６と、保持枠３１の位置を検出する磁気センサー７と、を備える。このようにすると、磁気センサー７の出力を用いて保持枠３１の実際の振幅を監視できるため、磁気センサー７の出力をアクチュエーター６の駆動制御にフィードバックさせることができる。従って、保持枠３１の振幅値と目標値（基準振幅値）とのずれを少なくすることができる。よって、ガラス板３０へ入射する入射光の光路をずらす光路シフト動作を精度良く行うことができる。

このように、保持枠３１の実際の振幅を監視してフィードバック制御を行うことができれば、光路シフトデバイス２の使用環境や姿勢差、経年劣化等が保持枠３１の動作に影響を与える場合においても、常に保持枠３１の振幅を一定の値に保つことができ、ガラス板３０の振幅を一定の値に保つことができる。従って、光路シフト動作の安定性を高めることができる。

本実施形態の光路シフトデバイス２は、磁気センサー７の温度を検出する温度検出部であるサーミスター８を備える。従って、磁気センサー７が温度特性を持つ場合には、サーミスター８の出力を用いて磁気センサー７の出力を補正できる。例えば、磁気センサー７がホールセンサー７２および磁石７３を備えている場合には、磁石７３が温度特性を持つので、サーミスター８の出力を用いて、磁気センサー７の出力から求めた振幅値を補正できる。これにより、温度変化に起因する磁気センサー７の出力の変動の影響を除外できる。従って、駆動信号ＤＳをより適切に調整でき、光路シフト動作をより精度良く行うことができる。

本実施形態の光路シフトデバイス２における光路シフト動作の制御は、Ｄ／Ａ変換された基準信号ＳＢをアンプ１５０へ入力し、アンプ１５０において基準信号ＳＢを増幅して駆動信号ＤＳを生成し、アンプ１５０から出力される駆動信号ＤＳをアクチュエーター６へ供給することより行われる。そして、駆動信号ＤＳの生成においては、上記のフィードバック制御として、以下の制御が行われる。まず、磁気センサー７の出力から保持枠３１の振幅値に対応する値（ホールセンサー７２の出力波形Ｖの振幅値Ｖ１）を求める。そして、サーミスター８の出力を用いて、振幅値Ｖ１を補正した補正値Ｖ２を求め、補正値Ｖ２と規格値Ｖ０（基準振幅値を電圧値に変換した値）との差分に基づき、駆動信号ＤＳの生成に用いるアンプゲインＧを調整するゲイン調整処理を行う。

このように、本実施形態の光路シフトデバイス２の制御方法によれば、磁気センサー７の温度特性の影響を除外して適切なアンプゲインＧを求めるゲイン調整処理を行うので、適切な振幅の駆動信号ＤＳを供給でき、保持枠３１の振幅値と目標値（基準振幅値）とのずれを少なくすることができる。よって、光路シフト動作を精度良く行うことができる。

本実施形態のプロジェクター１は、映像光ＬＬの光路に配置された光路シフトデバイス２を備え、アクチュエーター６を駆動することにより、映像光ＬＬの光路を一定の振幅でシフトさせる画像表示装置である。光路シフトデバイス２は、入射光を透過する透光性基板であるガラス板３０を保持枠３１で保持しているため、保持枠３１が揺動することによって、ガラス板３０への入射光（映像光ＬＬ）の入射角度を変化させて映像光ＬＬの光路をずらすことができる。これにより、見かけ上の画素を増加させることができるので、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。また、上記のように、磁気センサー７の出力を用いてフィードバック制御を行うことができるので、精度良く光路をずらすことができる。従って、高解像度化した画像を高い画質で表示でき、映像品質を高めることができる。

本実施形態において、プロジェクター１は、光路シフトデバイス２における光路シフト動作を制御する駆動信号処理回路１２１を備える。駆動信号処理回路１２１は、アクチュエーター６へ駆動信号ＤＳを供給するアンプ１５０と、Ｄ／Ａ変換された基準信号ＳＢをアンプ１５０へ供給する信号処理部１４０と、を有する。信号処理部１４０は、基準信号ＳＢを増幅して駆動信号ＤＳを生成する際に用いるアンプゲインＧを磁気センサー７の出力に基づいて調整するゲイン調整部１４４を備える。これにより、上記のように、適切なアンプゲインＧを求めることができるので、適切な振幅の駆動信号ＤＳを供給できる。また、ゲイン調整部１４４は、サーミスター８の出力を用いて、磁気センサー７の出力から求めた振幅値Ｖ１を補正し、補正値Ｖ２に基づいてアンプゲインＧを調整する。これにより、磁気センサー７の温度特性の影響を除外して適切なアンプゲインＧを求めることができる。

本実施形態では、磁気センサー７はホールセンサー７２および磁石７３を有し、磁石７３は保持枠３１に固定され、ホールセンサー７２は支持部４に固定される。このように、磁石７３とホールセンサー７２を用いることにより、非接触で保持枠３１の変位量を検出できる。また、ホールセンサー７２の出力は、保持枠３１の位置の時間変化を示す出力であるため、ホールセンサー７２の出力から保持枠３１の振幅値を容易に求めることができる。更に、ホールセンサー７２を可動側でなく固定側へ設けているので、ホールセンサー７２への配線を可動部３へ引き回す必要がない。従って、配線が容易である。

本実施形態の磁気センサー７は、ホールセンサー７２が搭載されるセンサー基板７１を備え、サーミスター８は、センサー基板７１に搭載される。このように、共通の基板にホールセンサー７２とサーミスター８を搭載することにより、構成を簡素化できる。また、磁気センサー７の温度を正確に検出できるので、温度特性に起因する磁気センサー７の出力の変動を正確に補正できる。

＜変形例＞
上記実施形態では、サーミスター８はセンサー基板７１に搭載されているが、他の部材に固定されていてもよい。例えば、支持部４に直接固定されていてもよい。また、センサー基板７１の一方の面にホールセンサー７２を搭載し、他方の面にサーミスター８を搭載してもよい。支持部４でなく保持枠３１にサーミスター８を固定してもよい。

上記実施形態では、磁気センサー７の磁石７３が保持枠３１に固定され、センサー基板７１およびホールセンサー７２が支持部４に固定されているが、磁石７３とセンサー基板７１およびホールセンサー７２の配置を逆にすることもできる。

上記実施形態は、アクチュエーター６として、永久磁石６１とコイル６２を対向させてローレンツ力により駆動力を発生させる振動アクチュエーターを用いるものであったが、他の原理で動作するアクチュエーターを用いることもできる。例えば、ピエゾアクチュエーターを採用することができる。

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、５ａ…第１軸部、５ｂ…第２軸部、６…アクチュエーター、７…磁気センサー、８…サーミスター、３０…ガラス板、３０Ａ…第１角部、３０Ｂ…第２角部、３０Ｃ…第３角部、３０Ｄ…第４角部、３１…保持枠、３２…第１枠部、３３…第２枠部、３４…第３枠部、３５…第４枠部、３６…開口部、３７…腕部、３８…駆動用磁石取付部、３９…センサー磁石取付部、４０…開口部、４１…第１凹部、４２…第２凹部、４３…第３凹部、６１…永久磁石、６２…コイル、６３…磁石保持板、６４…コイル保持板、７１…センサー基板、７２…ホールセンサー、７３…磁石、１０１…スクリーン、１０２…光源、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ…ミラー、１０６ａ、１０６ｂ…ダイクロイックミラー、１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂ…液晶表示素子、１１０…ダイクロイックプリズム、１１２…投射光学系、１２０…制御回路、１２１…駆動信号処理回路、１２２…画像信号処理回路、１４０…信号処理部、１４１…信号エッジ検出部、１４２…基準信号生成部、１４３…Ｄ／Ａ変換部、１４４…ゲイン調整部、１４５…Ａ／Ｄ変換部、１５０…アンプ、３１１…前板部、３１２…側板部、３１３…爪部、４３１…第１縁部、４３２…第２縁部、４３３…第３縁部、６１０…第１対向面、６２０…第２対向面、６２１、６２２…有効辺、６２３…中心孔、６４１…ベース部、６４２…第１突出部、６４３…第２突出部、６４４…凸部、ＤＳ…駆動信号、Ｆ…画素の対角方向、Ｇ…アンプゲイン、Ｈ１、Ｈ２…磁路、Ｊ…揺動軸、ＬＬ…映像光、Ｐ１、Ｐ２…画像表示位置、Ｐｘ…画素、Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖ…データ信号、ＳＡ…同期信号、ＳＢ…基準信号、Ｔ…振動波形、Ｔ１…同期信号の立ち上がりのタイミング、Ｔ２…同期信号の立ち下がりのタイミング、Ｖ…ホールセンサーの出力波形、Ｖ０…規格値、Ｖ１…振幅値、Ｖ２…補正値、Ｖｉｄ…画像信号。

Claims (7)

1. 矩形の板形状を有し、入射光が入射する光学部材と、
   前記光学部材を保持する保持枠と、
   前記保持枠を揺動軸に対して揺動可能な状態で一対の軸部を介して支持する支持部と、
   前記保持枠を揺動させるアクチュエーターと、
   前記保持枠の位置を検出する、ホールセンサーおよび磁石を備える磁気センサーと、を備え、
   前記アクチュエーターは、前記揺動軸から離間した部位において、前記保持枠の端部に保持された永久磁石と、前記永久磁石に対向して前記支持部に保持されたコイルとを備え、
   前記磁気センサーは、前記一対の軸部の一方と前記アクチュエーターとの間に配置され、
   前記保持枠は、前記保持枠の端部から前記保持枠の揺動方向と交差する方向の前記一対の軸部の一方と前記アクチュエーターとの間に延在する取付部を有し、
   前記支持部は、前記取付部に対向するセンサー基板を有し、
   前記磁気センサーの前記磁石は、前記保持枠の前記取付部に固定され、
   前記ホールセンサーは、前記支持部の前記センサー基板に固定され、
   前記ホールセンサーは、前記保持枠が揺動して、前記磁石が発生させる磁界の強度に応じた電圧を出力して距離を検出することを特徴とする光路シフトデバイス。
2. 前記磁気センサーの温度を検出する温度検出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光路シフトデバイス。
3. 前記温度検出部は、前記センサー基板に搭載されることを特徴とする請求項２に記載の光路シフトデバイス。
4. 映像光の光路に配置された請求項１から３の何れか一項に記載の光路シフトデバイスを備え、前記アクチュエーターを駆動して前記映像光の光路を変化させることを特徴とする画像表示装置。
5. 前記アクチュエーターへ駆動信号を供給するアンプと、
   前記アンプへ基準信号を供給する信号処理部と、を有し、
   前記信号処理部は、前記駆動信号の生成に用いるアンプゲインを前記磁気センサーの出力に基づいて調整するゲイン調整部を備えることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記ゲイン調整部は、前記磁気センサーの温度に基づき、前記磁気センサーの出力から求めた前記保持枠の振幅値を補正し、前記振幅値の補正値に基づいて前記アンプゲインを調整することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 請求項２または３に記載の光路シフトデバイスの制御方法であって、
   基準信号をアンプへ入力し、前記アンプから出力される駆動信号を前記アクチュエーターへ供給し、
   前記温度検出部の出力を用いて、前記磁気センサーの出力から求めた前記保持枠の振幅値を補正し、
   前記振幅値の補正値と、基準振幅値との差分に基づき、前記駆動信号の生成に用いるアンプゲインを調整することを特徴とする光路シフトデバイスの制御方法。

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