以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
[第1の実施形態]
<画像投影装置の構成>
図1は、実施形態におけるプロジェクタ1を例示する図である。
プロジェクタ1は、画像投影装置の一例であり、出射窓3、外部I/F9を有し、投影画像を生成する光学エンジンが内部に設けられている。プロジェクタ1は、例えば外部I/F9に接続されるパソコンやデジタルカメラから画像データが送信されると、光学エンジンが送信された画像データに基づいて投影画像を生成し、図1に示されるように出射窓3からスクリーンSに画像Pを投影する。
なお、以下に示す図面において、X1X2方向はプロジェクタ1の幅方向、Y1Y2方向はプロジェクタ1の奥行き方向、Z1Z2方向はプロジェクタ1の高さ方向である。また、以下では、プロジェクタ1の出射窓3側を上、出射窓3とは反対側を下として説明する場合がある。
図2は、第1の実施形態におけるプロジェクタ1の構成を例示するブロック図である。
図2に示されるように、プロジェクタ1は、電源4、メインスイッチSW5、操作部7、外部I/F9、システムコントロール部10、ファン20、光学エンジン15を有する。
電源4は、商用電源に接続され、プロジェクタ1の内部回路用に電圧及び周波数を変換して、システムコントロール部10、ファン20、光学エンジン15等に給電する。
メインスイッチSW5は、ユーザによるプロジェクタ1のON/OFF操作に用いられる。電源4が電源コード等を介して商用電源に接続された状態でメインスイッチSW5がONに操作されると、電源4がプロジェクタ1の各部への給電を開始する。また、メインスイッチSW5がOFFに操作されると、電源4がプロジェクタ1の各部への給電を停止する。
操作部7は、ユーザによる各種操作を受け付けるボタン等であり、例えばプロジェクタ1の上面に設けられている。操作部7は、例えば投影画像の大きさ、色調、ピント調整等のユーザによる操作を受け付ける。操作部7が受け付けたユーザ操作は、システムコントロール部10に送られる。
外部I/F9は、例えばパソコン、デジタルカメラ等に接続される接続端子を有し、接続された機器から送信される画像データをシステムコントロール部10に出力する。
システムコントロール部10は、画像制御部11、駆動制御部12を有する。システムコントロール部10は、例えばCPU,ROM,RAM等を含む。システムコントロール部10の各機能は、CPUがRAMと協働してROMに記憶されているプログラムを実行することで実現される。
画像制御部11は、外部I/F9から入力される画像データに基づいて光学エンジン15の画像生成ユニット50に設けられているデジタルマイクロミラーデバイスDMD(Digital Micromirror Device(以下、単に「DMD」という))551を制御し、スクリーンSに投影する画像を生成する。
駆動制御部12は、画像生成ユニット50において移動可能に設けられている可動ユニット55を移動させる駆動部を制御し、可動ユニット55に設けられているDMD551の位置を制御する。
ファン20は、システムコントロール部10に制御されて回転し、光学エンジン15の光源30を冷却する。
光学エンジン15は、光源30、照明光学系ユニット40、画像生成ユニット50、投影光学系ユニット60を有し、システムコントロール部10に制御されてスクリーンSに画像を投影する。
光源30は、例えば水銀高圧ランプ、キセノンランプ、LED等であり、システムコントロール部10により制御され、照明光学系ユニット40に光を照射する。
照明光学系ユニット40は、例えばカラーホイール、ライトトンネル、リレーレンズ等を有し、光源30から照射された光を画像生成ユニット50に設けられているDMD551に導く。
画像生成ユニット50は、固定支持されている固定ユニット51、固定ユニット51に移動可能に支持される可動ユニット55を有する。可動ユニット55は、DMD551を有し、システムコントロール部10の駆動制御部12によって固定ユニット51に対する位置が制御される。DMD551は、画像生成部の一例であり、システムコントロール部10の画像制御部11により制御され、照明光学系ユニット40によって導かれた光を変調して投影画像を生成する。
投影光学系ユニット60は、投影部の一例であり、例えば複数の投射レンズ、ミラー等を有し、画像生成ユニット50のDMD551によって生成される画像を拡大してスクリーンSに投影する。
<光学エンジンの構成>
次に、プロジェクタ1の光学エンジン15の各部の構成について説明する。
図3は、第1の実施形態における光学エンジン15を例示する斜視図である。光学エンジン15は、図3に示されるように、光源30、照明光学系ユニット40、画像生成ユニット50、投影光学系ユニット60を有し、プロジェクタ1の内部に設けられている。
光源30は、照明光学系ユニット40の側面に設けられ、X2方向に光を照射する。照明光学系ユニット40は、光源30から照射された光を、下部に設けられている画像生成ユニット50に導く。画像生成ユニット50は、照明光学系ユニット40によって導かれた光を用いて投影画像を生成する。投影光学系ユニット60は、照明光学系ユニット40の上部に設けられ、画像生成ユニット50によって生成された投影画像をプロジェクタ1の外部に投影する。
なお、本実施形態に係る光学エンジン15は、光源30から照射される光を用いて上方に画像を投影するように構成されているが、水平方向に画像を投影するような構成であってもよい。
[照明光学系ユニット]
図4は、第1の実施形態における照明光学系ユニット40を例示する図である。
図4に示されるように、照明光学系ユニット40は、カラーホイール401、ライトトンネル402、リレーレンズ403,404、シリンダミラー405、凹面ミラー406を有する。
カラーホイール401は、例えば周方向の異なる部分にR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色のフィルタが設けられている円盤である。カラーホイール401は、高速回転することで、光源30から照射される光をRGB各色に時分割する。
ライトトンネル402は、例えば板ガラス等の貼り合わせによって四角筒状に形成されている。ライトトンネル402は、カラーホイール401を透過したRGB各色の光を、内面で多重反射することで輝度分布を均一化してリレーレンズ403,404に導く。
リレーレンズ403,404は、ライトトンネル402から出射された光の軸上色収差を補正しつつ集光する。
シリンダミラー405及び凹面ミラー406は、リレーレンズ403,404から出射された光を、画像生成ユニット50に設けられているDMD551に反射する。DMD551は、凹面ミラー406からの反射光を変調して投影画像を生成する。
[投影光学系ユニット]
図5は、第1の実施形態における投影光学系ユニット60の内部構成を例示する図である。
図5に示されるように、投影光学系ユニット60は、投影レンズ601、折り返しミラー602、曲面ミラー603がケースの内部に設けられている。
投影レンズ601は、複数のレンズを有し、画像生成ユニット50のDMD551によって生成された投影画像を、折り返しミラー602に結像させる。折り返しミラー602及び曲面ミラー603は、結像された投影画像を拡大するように反射して、プロジェクタ1の外部のスクリーンS等に投影する。
[画像生成ユニット]
図6は、第1の実施形態における画像生成ユニット50、移動装置100の斜視図である。また、図7は、第1の実施形態における画像生成ユニット50、移動装置100の側面図である。
図6及び図7に示されるように、移動装置100、および移動装置100の可動プレート552にDMD551を設けた画像生成ユニット50は、固定ユニット51、可動ユニット55を有する。固定ユニット51は、照明光学系ユニット40に固定支持される。可動ユニット55は、固定ユニット51に移動可能に支持される。
固定ユニット51は、第1固定板としてのトッププレート511、第2固定板としてのベースプレート512を有する。トッププレート511及びベースプレート512は、所定の間隙を介して平行に設けられている。固定ユニット51は、図6に示されている4本のねじ520によって照明光学系ユニット40の下部に固定される。
可動ユニット55は、DMD551、可動ユニット55の一部に含まれる可動プレート552とDMD基板553、可動ユニット55の他部に含まれるDMD551の熱を放熱して冷却する放熱部556を有し、固定ユニット51に移動可能に支持されている。放熱部556はヒートシンク554の一部を構成する。ヒートシンク554は、可動ユニット55の他部に含まれてよい。なお、可動プレート552とDMD基板553とは、可動板を構成する。可動板は、可動プレート552とDMD基板553の何れか一であってよい。可動ユニット55の重心位置は、固定ユニット51の外側に配されている。
第2可動板としてのDMD551は、DMD基板553の上面に設けられている。DMD551は、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を有する。DMD551の各マイクロミラーは、鏡面がねじれ軸周りに傾動可能に設けられており、システムコントロール部10の画像制御部11から送信される画像信号に基づいてON/OFF駆動される。
マイクロミラーは、例えば「ON」の場合には、光源30からの光を投影光学系ユニット60に反射するように傾斜角度が制御される。また、マイクロミラーは、例えば「OFF」の場合には、光源30からの光を不図示のOFF光板に向けて反射する方向に傾斜角度が制御される。
このように、DMD551は、画像制御部11から送信される画像信号によって各マイクロミラーの傾斜角度が制御され、光源30から照射されて照明光学系ユニット40に導かれた光を変調して投影画像を生成する。
可動プレート552は、固定ユニット51のトッププレート511とベースプレート512との間で支持され、表面に平行な方向に移動可能に設けられている。
DMD基板553は、トッププレート511とベースプレート512との間に設けられ、可動プレート552の下面側に連結されている。DMD基板553は、上面にDMD551が設けられ、移動可能に設けられている可動プレート552と共に変位する。
ヒートシンク554は、DMD551において生じた熱を放熱する。ヒートシンク554がDMD551の温度上昇を抑制することで、DMD551の温度上昇による動作不良や故障等といった不具合の発生が低減される。ヒートシンク554は、可動プレート552及びDMD基板553と共に移動可能に設けられることで、DMD551において生じた熱を常時放熱することが可能になっている。
(固定ユニット)
図8は、第1の実施形態における固定ユニット51の分解斜視図である。
図8に示されるように、固定ユニット51は、トッププレート511、ベースプレート512を有する。
トッププレート511及びベースプレート512は、例えば、鉄、ステンレス鋼等の磁性材料で形成された平板状部材である。トッププレート511とベースプレート512とは、複数の支柱515によって所定の間隙を介して平行に設けられている。
トッププレート511には、可動ユニット55のDMD551に対向する位置に中央孔514が設けられている。また、ベースプレート512には、DMD551に対向する位置にヒートシンク554の伝熱部が挿通される伝熱孔519が設けられている。
支柱515は、上端部がトッププレート511の支柱孔516に挿入され、下端部がベースプレート512の支柱孔517に挿入される。支柱515は、トッププレート511とベースプレート512との間に一定の間隔を形成し、トッププレート511とベースプレート512とを平行に支持する。
トッププレート511には、中央孔514の周囲にねじ孔518が4箇所に形成されている。本実施形態では、2つのねじ孔518が中央孔514に連通するように形成されている。トッププレート511は、各ねじ孔518に挿入されるねじ520(図6に図示)によって照明光学系ユニット40の下部に固定される。
また、トッププレート511には、可動プレート552を上側から移動可能に支持する支持球体521を回転可能に保持するための支持孔526が複数形成されている。また、ベースプレート512には、可動プレート552を下側から移動可能に支持する支持球体521を回転可能に保持するための支持孔522が複数形成されている。
トッププレート511の支持孔526は、上端が蓋部材527によって塞がれ、支持球体521を回転可能に保持する。ベースプレート512の支持孔522には、内周面に雌ねじ溝を有する円筒状の保持部材523が挿入される。保持部材523は、下端側が位置調整ねじ524によって塞がれ、支持球体521を回転可能に保持する。
トッププレート511及びベースプレート512において回転可能に保持される複数の支持球体521は、それぞれ可動プレート552に当接し、可動プレート552を両面から移動可能に支持する。
図9は、第1の実施形態における固定ユニット51による可動プレート552の支持構造を説明するための図である。
図9に示されるように、トッププレート511では、上端側が蓋部材527によって塞がれている支持孔526において支持球体521が回転可能に保持される。また、ベースプレート512では、支持孔522に挿入される保持部材523によって支持球体521が回転可能に保持される。
各支持球体521は、支持孔522,526から少なくとも一部分が突出するように保持され、トッププレート511とベースプレート512との間に設けられる可動プレート552に当接する。可動プレート552は、回転可能に設けられている複数の支持球体521により、表面に平行な方向に移動可能に両面から支持される。
また、ベースプレート512側に設けられている支持球体521は、位置調整ねじ524の位置に応じて保持部材523の上端からの突出量が変化する。例えば、位置調整ねじ524がZ1方向に変位すると、支持球体521の突出量が増加し、ベースプレート512と可動プレート552との間隔が大きくなる。また、例えば、位置調整ねじ524がZ2方向に変位すると、支持球体521の突出量が減少し、ベースプレート512と可動プレート552との間隔が小さくなる。
このように、位置調整ねじ524を用いて支持球体521の突出量を変化させることで、ベースプレート512と可動プレート552との間隔を適宜調整できる。
図8に示されるように、ベースプレート512の上面には、複数の位置検出用磁石541が設けられている。位置検出用磁石541は、それぞれ長手方向が平行になるように配置された直方体状の2つの永久磁石で構成され、それぞれトッププレート511とベースプレート512との間に設けられるDMD基板553に及ぶ磁界を形成する。
位置検出用磁石541は、それぞれDMD基板553の下面に設けられているホール素子とで、DMD551の位置を検出する位置検出部を構成する。
また、ベースプレート512の下面には、複数の駆動用磁石531a,531b,531c(駆動用磁石531cは図8には不図示)が設けられている。なお、以下の説明では、駆動用磁石531a,531b,531cを、単に「駆動用磁石531」という場合がある。
駆動用磁石531は、それぞれ長手方向が平行になるように配置された直方体状の2つの磁石で構成され、それぞれヒートシンク554に及ぶ磁界を形成する。駆動用磁石531は、ヒートシンク554の上面に設けられている駆動コイルとで、可動ユニット55を移動させる駆動部を構成する。
なお、固定ユニット51に設けられる支柱515、支持球体521の数や位置等は、本実施形態に例示される構成に限られるものではない。
(可動ユニット)
図10は、第1の実施形態における可動ユニット55の分解斜視図である。また、図11は、第1の実施形態における可動ユニット55の側面図である。
図10及び図11に示されるように、可動ユニット55は、DMD551、可動プレート552、DMD基板553、ヒートシンク554を有する。
可動プレート552は、上記したように、固定ユニット51のトッププレート511とベースプレート512との間に設けられ、複数の支持球体521により表面に平行な方向に移動可能に支持される。
可動プレート552には、図10に示されるように、DMD基板553に設けられるDMD551に対向する位置に中央孔570が形成され、トッププレート511を照明光学系ユニット40に固定するねじ520が挿通される貫通孔572が形成されている。また、可動プレート552には、DMD基板553との連結に用いられる連結孔573が形成され、固定ユニット51の支柱515に対応する位置に可動範囲制限孔571が形成されている。
可動プレート552とDMD基板553とは、例えば、各連結孔573に挿入されるねじによって、可動プレート552の表面とDMD551の画像生成面とが平行になるように間隔が調整された状態で接着剤により連結固定される。
ここで、可動プレート552は表面に平行に移動し、DMD551も可動プレート552と共に同様に移動する。したがって、可動プレート552の表面とDMD551の画像生成面とが非平行の場合には、DMD551の画像生成面が移動方向に対して傾斜して画像が乱れる可能性がある。
そこで、本実施形態では、連結孔573に挿入するねじで可動プレート552とDMD基板553との間隔を調整し、可動プレート552の表面とDMD551の画像生成面とを平行に保つことで、画像品質の低下を抑制することが可能になっている。
可動範囲制限孔571は、固定ユニット51の支柱515が挿入され、例えば振動や何らかの異常等により可動プレート552が大きく変位した時に支柱515に接触することで、可動プレート552の可動範囲を制限する。
なお、連結孔573及び可動範囲制限孔571の数、位置、及び形状等は、本実施形態において例示される構成に限られるものではない。また、可動プレート552とDMD基板553とは、本実施形態とは異なる構成で連結されてもよい。
DMD基板553は、固定ユニット51のトッププレート511とベースプレート512との間に設けられ、上記したように可動プレート552の下面に連結される。
DMD基板553の上面には、DMD551が設けられている。DMD551は、ソケット557を介してDMD基板553に接続され、カバー558により周囲が覆われる。DMD551は、トッププレート511の中央孔570を通じて可動プレート552の上面側に露出する。
DMD基板553には、トッププレート511を照明光学系ユニット40に固定するねじ520が挿通される貫通孔555が形成されている。また、DMD基板553には、可動プレート552がヒートシンク554の連結柱561に固定されるように、ヒートシンク554の連結柱561に対向する部分に切り欠き558が形成されている。
例えば、可動プレート552及びDMD基板553をヒートシンク554の連結柱561に共締めすると、DMD基板553が歪み、DMD551の画像生成面が移動方向に対して傾斜して画像が乱れる可能性がある。そこで、ヒートシンク554の連結柱561がDMD基板553を避けて可動プレート552に連結されるように、DMD基板553の周縁部に切り欠き558が形成されている。
上記構成により、ヒートシンク554は可動プレート552に連結されるため、DMD基板553はヒートシンク554から負荷を受けて歪み等が生じる可能性が低減される。したがって、DMD551の画像生成面を移動方向に対して平行に保って画像品質を維持することが可能になっている。
また、DMD基板553の切り欠き558は、ベースプレート512に保持される支持球体521がDMD基板553を避けて可動プレート552に当接するように、ベースプレート512の支持孔522に対向する部分を含むように形成されている。このような構成により、DMD基板553は、支持球体521からの負荷による歪み等の発生が抑制され、DMD551の画像生成面を移動方向に対して平行に保って画像品質を維持することが可能になっている。
なお、切り欠き558は、本実施形態において例示される形状に限られない。DMD基板553と、ヒートシンク554の連結柱561や支持球体521とを非接触にすることが可能であれば、DMD基板553には切り欠き558の代わりに貫通孔が形成されてもよい。
また、図11に示されるように、DMD基板553の下面には、ベースプレート512の上面に設けられている位置検出用磁石541に対向する位置に、磁気センサとしてのホール素子542が設けられている。ホール素子542は、ベースプレート512に設けられている位置検出用磁石541とで、DMD551の位置を検出する位置検出部を構成する。
ヒートシンク554は、図10及び図11に示されるように、放熱部556、連結柱561、伝熱部563(図10には不図示)を有する。
放熱部556は、下部に複数のフィンが形成され、DMD551において生じた熱を放熱する。放熱部556の上面には、図10に示されるように、フレキシブル基板580に設けられている駆動コイル581a,581b,581cが取り付けられる凹部582が形成されている。なお、以下の説明では、駆動コイル581a,581b,581cを、単に「駆動コイル581」という場合がある。
凹部582は、ベースプレート512の下面に設けられている駆動用磁石531に対向する位置に形成されている。凹部582に取り付けられる駆動コイル581は、ベースプレート512の下面に設けられている駆動用磁石531とで、可動ユニット55を固定ユニット51に対して移動させる駆動部を構成する。
また、放熱部556には、トッププレート511を照明光学系ユニット40に固定するねじ520が挿通される貫通孔562が形成されている。
連結柱561は、放熱部556の上面からZ1方向に延伸するように3箇所に形成され、ねじ564(図11に図示)によりそれぞれの上端に可動プレート552が固定される。連結柱561は、DMD基板553に形成されている切り欠き558により、DMD基板553に接触することなく可動プレート552に連結される。
伝熱部563は、図11に示されるように、放熱部556の上面からZ1方向に延伸してDMD551の下面に当接し、DMD551において生じた熱を放熱部556に伝える。伝熱部563の上端面とDMD551との間には、伝熱性を高めるために例えば伝熱シートが設けられてもよい。伝熱シートによりヒートシンク554の伝熱部563とDMD551との間の熱伝導性が向上し、DMD551の冷却効果が向上する。
可動プレート552の貫通孔572、DMD基板553の貫通孔555、及びヒートシンク554の貫通孔562は、Z1Z2方向に対向するように形成されており、トッププレート511を照明光学系ユニット40に固定するねじ520が下側から挿入される。
ここで、DMD基板553の表面からDMD551の画像生成面までの間には、ソケット557やDMD551の厚さ分の空間が生じる。DMD基板553をトッププレート511よりも上側に配置すると、DMD基板553の表面からDMD551の画像生成面までの空間がデッドスペースとなり、装置構成が大型化する可能性がある。
本実施形態では、DMD基板553をトッププレート511とベースプレート512との間に設けることで、DMD基板553の表面からDMD551の画像生成面までの空間にトッププレート511が配置される。このような構成により、DMD基板553の表面からDMD551の画像生成面までの空間を有効活用してZ1Z2方向の高さを低減し、装置構成を小型化することが可能になっている。このため、本実施形態における画像生成ユニット50は、大型のプロジェクタだけでなく小型のプロジェクタ等にも組み付け可能となり、汎用性が向上される。
(駆動部)
図12は、第1の実施形態における駆動部を含む構成を例示する分解斜視図である。
本実施形態における駆動部は、ベースプレート512に設けられている駆動用磁石531と、ヒートシンク554に設けられている駆動コイル581とを含む。
駆動用磁石531a及び駆動用磁石531bは、それぞれ長手方向がX1X2方向に平行な2つの永久磁石で構成されている。また、駆動用磁石531cは、長手方向がY1Y2方向に平行な2つの永久磁石で構成されている。駆動用磁石531は、それぞれヒートシンク554に及ぶ磁界を形成する。
駆動コイル581は、それぞれZ1Z2方向に平行な軸を中心として電線が巻き回されることで形成され、ヒートシンク554の放熱部556の上面に形成されている凹部582に取り付けられる。
ベースプレート512の駆動用磁石531と、ヒートシンク554の駆動コイル581とは、可動ユニット55が固定ユニット51に支持されている状態で、それぞれ対向するように配置されている。駆動コイル581に電流が流されると、駆動用磁石531によって形成されている磁界により、駆動コイル581に可動ユニット55を移動させる駆動力となるローレンツ力が発生する。
可動ユニット55は、駆動用磁石531と駆動コイル581との間で発生する駆動力としてのローレンツ力を受けて、固定ユニット51に対してXY平面において直線的又は回転するように変位する。
本実施形態では、第1駆動部として、駆動コイル581a及び駆動用磁石531aと、駆動コイル581b及び駆動用磁石531bとが、X1X2方向に並ぶように設けられている。駆動コイル581a及び駆動コイル581bに電流が流されると、Y1方向又はY2方向のローレンツ力が発生する。
可動ユニット55は、駆動コイル581a及び駆動コイル581bにおいて発生するローレンツ力によりY1方向又はY2方向に移動する。また、可動ユニット55は、駆動コイル581aと駆動コイル581bとで反対方向に発生するローレンツ力により、XY平面において回転するように変位する。
例えば、駆動コイル581aにおいてY1方向のローレンツ力が発生し、駆動コイル581bにおいてY2方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動ユニット55は、上面視で反時計回り方向に回転するように変位する。また、駆動コイル581aにおいてY2方向のローレンツ力が発生し、駆動コイル581bにおいてY1方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動ユニット55は、上面視で時計回り方向に回転するように変位する。
また、本実施形態では、第2駆動部として、駆動コイル581c及び駆動用磁石531cが設けられている。駆動用磁石531cは、駆動用磁石531a及び駆動用磁石531bとは長手方向が直交するように配置されている。このような構成において、駆動コイル581cに電流が流されると、X1方向又はX2方向のローレンツ力が発生する。可動ユニット55は、駆動コイル581cにおいて発生するローレンツ力により、X1方向又はX2方向に移動する。
各駆動コイル581に流される電流の大きさ及び向きは、システムコントロール部10の駆動制御部12によって制御される。駆動制御部12は、各駆動コイル581に流す電流の大きさ及び向きによって、可動プレート552の移動(回転)方向、移動量や回転角度等を制御する。
なお、ベースプレート512には、DMD基板553に設けられるDMD551に対向する部分に、ヒートシンク554の伝熱部563が挿通される伝熱孔559が設けられている。また、ベースプレート512には、トッププレート511を照明光学系ユニット40に固定するねじ520が挿通される貫通孔560が形成されている。
図13は、第1の実施形態における可動ユニット55の駆動力作用点Mを例示する図である。図13(A)は可動ユニット55の上面図であり、図13(B)は可動ユニット55の側面図である。
駆動力作用点Mは、駆動コイル581において発生する駆動力としてのローレンツ力の合力が可動ユニット55に作用する点である。本実施形態では、XY平面における駆動力作用点Mは、駆動コイル581a及び駆動コイル581bの中央からY1Y2方向に延伸する線分と、駆動コイル581cの中央からX1X2方向に延伸する線分との交点となる(図13(A))。また、Z1Z2方向における駆動力作用点Mは、駆動コイル581の高さ方向中央位置となる(図13(B))。
ここで、可動ユニット55において駆動力作用点Mと重心位置とが離間すると、可動ユニット55の動作が不安定化してDMD551の位置制御が困難になり、画像品質が低下する可能性がある。
例えば、駆動力作用点Mと重心位置とがZ1Z2方向に離間した構成では、可動ユニット55が、重心位置を支持点、駆動力作用点Mを作用点として、振り子のように揺動する場合がある。支持点と作用点との間隔が大きい程作用するモーメントは大きくなるため、Z1Z2方向における可動ユニット55の重心位置と駆動力生成面とのずれ量が大きくなるほど振動が大きくなり、DMD551の位置制御が困難になる。
また、例えば駆動力作用点Mと重心位置とがXY平面において離間した構成では、駆動コイル581において発生するローレンツ力と可動ユニット55の動作との間に遅れが生じ、DMD551の位置制御を高精度に行うことが困難になる可能性がある。
したがって、上記したようにZ1Z2方向及びXY平面において駆動力作用点Mと重心位置とが離間すると、可動ユニット55の動作が不安定化してDMD551の位置制御を高精度に実行することが困難になり、画像が乱れる可能性がある。
本実施形態における可動ユニット55は、ヒートシンク554の重量が可動プレート552及びDMD基板553を含む重量より大きい。このため、可動ユニット55のZ1Z2方向における重心位置は、ヒートシンク554の放熱部556付近となる。
そこで、本実施形態では、例えばZ1Z2方向において可動ユニット55の駆動力作用点Mと重心位置とが一致するようにヒートシンク554の凹部582の深さや放熱部556の形状が定められ、駆動コイル581が凹部582に取り付けられている。また、本実施形態では、XY平面において可動ユニット55の駆動力作用点Mと重心位置とが一致するように、例えばヒートシンク554の放熱部556の形状が定められている。
図14は、第1の実施形態におけるヒートシンク554の形状を例示する図である。
例えばヒートシンク554の放熱部556に設けられているフィン565の長さや数をX1X2方向又はY1Y2方向の位置に応じて変えることで、XY平面における可動ユニット55の重心位置を駆動力作用点Mに一致させることができる。
また、放熱部556に形成される凹部582や連結柱561の位置及び形状等に応じて、図14(A)に示すように、例えば放熱部556の上部にフィン566を設けることで、可動ユニット55の重心位置を駆動力作用点Mに一致させることができる。また、図14(B)に示すように、放熱部556の上部に重心調整部567を設けることで、可動ユニット55の重心位置を駆動力作用点Mに一致させることができる。
このように、可動ユニット55における駆動力作用点Mと重心位置とが一致するように構成することで、可動ユニット55の動作安定性を高め、DMD551の位置制御を高精度に行うことが可能になる。なお、可動ユニット55における駆動力作用点Mと重心位置とは、可動ユニット55の動作が不安定化しない範囲内において略同一位置であればよい。なお駆動用磁石531a、531b、531cをヒートシンク554のベースプレート512側に配置し、駆動コイル581a、581b、581cをベースプレート512のヒートシンク554側に配置した場合も同様である。
(位置検出部)
図15は、第1の実施形態における位置検出部を含む構成を例示する分解斜視図である。また、図16は、第1の実施形態における位置検出部を含む構成を例示する分解側面図である。
本実施形態における位置検出部は、ベースプレート512に設けられている位置検出用磁石541と、DMD基板553に設けられているホール素子542とを含む。位置検出用磁石541とホール素子542とは、Z1Z2方向に対向するように配置されている。
ホール素子542は、磁気センサの一例であり、対向して設けられている位置検出用磁石541からの磁束密度の変化に応じた信号をシステムコントロール部10の駆動制御部12に送信する。駆動制御部12は、ホール素子542から送信される信号に基づいて、DMD基板553に設けられているDMD551の位置を検出する。
ここで、本実施形態では、磁性材料で形成されているトッププレート511及びベースプレート512が、ヨーク板として機能して位置検出用磁石541を含む磁気回路を構成する。また、ベースプレート512とヒートシンク554との間に設けられている駆動用磁石531及び駆動コイル581を含む駆動部において生じる磁束は、ヨーク板として機能するベースプレート512に集中して位置検出部への漏出が抑えられる。
したがって、DMD基板553の下面側に設けられているホール素子542では、駆動用磁石531及び駆動コイル581を含む駆動部において形成される磁界の影響が低減される。このため、ホール素子542が、駆動部において生じる磁界の影響を受けることなく、位置検出用磁石541の磁束密度変化に応じた信号を出力可能になる。したがって、駆動制御部12がDMD551の位置を高精度に把握できるようになる。
このように、駆動制御部12は、駆動部からの影響が低減されたホール素子542の出力に基づいてDMD551の位置を精度良く検出できる。したがって、駆動制御部12は、検出したDMD551の位置に応じて各駆動コイル581に流す電流の大きさや向きを制御し、DMD551の位置を高精度に制御することが可能になる。
なお、上記した駆動部及び位置検出部の構成は、本実施形態において例示した構成に限られるものではない。駆動部として設けられている駆動用磁石531及び駆動コイル581の数、位置等は、可動ユニット55を任意の位置に移動させることが可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。また、位置検出部として設けられている位置検出用磁石541及びホール素子542の数、位置等は、DMD551の位置を検出可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。
例えば、位置検出用磁石541をトッププレート511に設け、ホール素子542を可動プレート552に設けてもよい。また、例えば、位置検出部をベースプレート512とヒートシンク554との間に設けてもよく、駆動部をトッププレート511とベースプレート512との間に設けてもよい。ただし、駆動部から位置検出部への磁界の影響を低減できるように、駆動部と位置検出部との間にはヨーク板を設けることが好ましい。また、可動ユニット55の重量が増えて位置制御が困難になる可能性があるため、駆動用磁石531及び位置検出用磁石541は、それぞれ固定ユニット51(トッププレート511又はベースプレート512)に設けることが好ましい。
また、トッププレート511及びベースプレート512は、駆動部から位置検出部への磁束の漏れを低減可能であれば、それぞれ部分的に磁性材料で形成されてもよい。例えば、トッププレート511及びベースプレート512は、磁性材料で形成された平板状又はシート状の部材を含む複数の部材が積層されることで形成されてもよい。ベースプレート512の少なくとも一部を磁性材料で形成してヨーク板として機能させ、駆動部から位置検出部への磁束の漏れを防ぐことが可能であれば、トッププレート511を非磁性材料で形成してもよい。
<画像投影>
上記したように、本実施形態におけるプロジェクタ1において、投影画像を生成するDMD551は可動ユニット55に設けられており、システムコントロール部10の駆動制御部12によって位置が制御される。
駆動制御部12は、例えば、画像投影時にフレームレートに対応する所定の周期で、DMD551の複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた複数の位置の間を高速移動するように可動ユニット55の位置を制御する。このとき、画像制御部11は、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにDMD551に画像信号を送信する。
例えば、駆動制御部12は、X1X2方向及びY1Y2方向にDMD551のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた位置P1と位置P2との間で、DMD551を所定の周期で往復移動させる。このとき、画像制御部11が、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにDMD551を制御することで、投影画像の解像度をDMD551の解像度の約2倍にすることが可能になる。また、DMD551の移動位置を増やすことで、投影画像の解像度をDMD551の2倍以上にすることもできる。
このように、駆動制御部12が可動ユニット55と共にDMD551をシフト動作させ、画像制御部11がDMD551の位置に応じた投影画像を生成させることで、DMD551の解像度以上に高解像度化した画像を投影することが可能になる。
また、本実施形態に係るプロジェクタ1では、駆動制御部12がDMD551を可動ユニット55と共に回転するように制御することで、投影画像を縮小させることなく回転させることができる。例えばDMD551等の画像生成手段が固定されているプロジェクタでは、投影画像を縮小させなければ、投影画像の縦横比を維持しながら回転させることはできない。これに対して、本実施形態に係るプロジェクタ1では、DMD551を回転させることができるため、投影画像を縮小させることなく回転させて傾き等の調整を行うことが可能になっている。
以上で説明したように、本実施形態における画像生成ユニット50は、DMD551が移動可能に設けられており、DMD551をシフト動作させることで高解像度化した画像を生成することが可能になっている。
また、本実施形態では、駆動部による駆動力としてのローレンツ力が可動ユニット55に作用する駆動力作用点Mと、可動ユニット55の重心位置とが一致するように構成されている。このため、可動ユニット55の動作安定性を高め、DMD551の位置を高精度に制御することが可能になっている。
さらに、本実施形態では、磁性材料で形成されているトッププレート511及びベースプレート512が、ヨーク板として機能して位置検出部の位置検出用磁石541と磁気回路を形成し、駆動部において生じた磁界の位置検出部への影響が低減されている。このため、駆動制御部12は、ホール素子542の出力に基づいて高速シフトするDMD551の位置を高精度に検出可能であり、DMD551の位置を精度良く制御できる。
上記した本実施形態は、可動ユニット55の一部に含まれる可動プレート552とDMD基板553とからなる可動板が、トッププレート511とベースプレート512との間である固定ユニット51の内側に配置されている。また、可動ユニット55の他部に含まれるDMD551の熱を放熱して冷却する放熱部556は、可動ユニット55の外部(外側)に配置されている。可動ユニット55の重心は、放熱部556の重量が大きいために、固定ユニット51の外側に配置された放熱部556に存在する。
したがって、ローレンツ力を可動ユニット55の重心の近くで発生させるために、駆動用磁石531(駆動部)をベースプレート512に配置し、駆動コイル581(駆動部)をヒートシンク554の放熱部556に配置している。
なお、駆動用磁石531を放熱部556に配置し、駆動コイル581をベースプレート512に配置する構成においても、同様にローレンツ力を可動ユニット55の重心の近くで発生させることができる。
[第2の実施形態]
次に第2の実施形態を説明する。第2の実施形態は第1の実施形態と略同様の技術的思想を有しており、重複する事項の説明は省略し、相違する部分を中心に説明する。図17は、第2の実施形態における画像生成ユニット80、移動装置120を例示する分解側面図である。
図17に示すように、移動装置120、および移動装置120のDMD基板822にDMD851を設けた画像生成ユニット80は、固定ユニット81、可動ユニット82を有する。固定ユニット81は、プロジェクタ1の照明光学系ユニット40に固定支持される。可動ユニット82は、固定ユニット81に移動可能に支持されている。
固定ユニット81は、第1固定板としてのトッププレート811、第2固定板としてのベースプレート812を有する。トッププレート811とベースプレート812とは、複数の支柱831によって所定の間隙を介して平行になるように連結されている。
可動ユニット82は、可動ユニット82の一部に含まれる可動プレート821と、可動ユニット82の他部に含まれるDMD基板822を有し、固定ユニット81に移動可能に支持されている。なお、可動ユニット82は、前記他部に含まれるDMD851の熱を放熱して冷却する放熱部856を含んで構成される。放熱部856はヒートシンク854の一部を構成する。ヒートシンク854は、可動ユニット82の他部に含まれてよい。なお、可動プレート821は、第1可動板を構成する。DMD基板822は、第2可動板を構成する。可動ユニット82の重心位置は、固定ユニット81の外側に存在する。
トッププレート811は、可動プレート821とDMD基板822との間に設けられている。可動プレート821は、固定ユニット81のトッププレート811とベースプレート812との間に設けられている。可動プレート821は、トッププレート811及びベースプレート812にそれぞれ回転可能に保持されている複数の支持球体832によって、移動可能に支持される。
DMD基板822には、DMD851が設けられている。DMD基板822は、固定ユニット81のトッププレート811を間に挟んで可動プレート821に固定されている。したがって、DMD基板822は固定ユニット81の外側に配置されている。DMD851は、DMD基板822の上面に設けられている。
トッププレート811のDMD基板822側の面には、複数の駆動用磁石825が設けられている。また、DMD基板822のトッププレート811側の面には、それぞれ駆動用磁石825に対向するように複数の駆動コイル826が設けられている。駆動用磁石825及び駆動コイル826は、可動ユニット82を移動させる駆動部を構成する。
駆動コイル826に電流が流されると、駆動用磁石825によって形成される磁界により、可動ユニット82を移動させる駆動力となるローレンツ力が発生する。可動ユニット82は、駆動用磁石825と駆動コイル826との間で発生するローレンツ力を受けて、固定ユニット81に対して、XY平面において直線的又は回転するように変位する。
また、ベースプレート812は、可動プレート821と、該可動プレート821に連結された放熱部856との間に配置されている。
第2の実施形態は、可動ユニット82の重心がDMD基板822付近にある場合を想定している。駆動コイル826をDMD基板822に配置し、駆動用磁石825をトッププレート811に配置することで、可動ユニット82の重心の位置とローレンツ力の発生する位置とが近くなり、可動ユニット82の動作安定性を高めることができる。なお駆動コイル826をトッププレート811に配置し、駆動用磁石825をDMD基板822に配置しても同様の効果が得られる。
以上、実施形態に係る画像生成ユニット及び画像投影装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。