JP4898243B2 - 照明装置およびこれを用いる投影型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの照明光束を導光体を経て出射させるようにした照明装置およびこれを用いる投影型映像表示装置に関するものである。

例えば、スクリーンに映像を投影表示する投影型映像表示装置として、照明装置からの照明光束を液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間光変調素子により映像信号に応じて空間変調して投影レンズを経てスクリーンに投射するようにしたプロジェクタが種々提案されている。

このようなプロジェクタに使用される照明装置として、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３種類のＬＥＤ光源を用い、各光源から出射された光をロッドレンズ等の導光体を経て空間光変調素子に導くようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる照明装置を用いれば、各光源の点灯タイミングに合わせて空間光変調素子を時分割駆動することで、小型で光利用効率の高い単板式のプロジェクタを構成することが可能となる。

特開２００４−３４１４２４号公報

ところで、上記特許文献１に開示のように、ロッドレンズ等の導光体を用いる場合には、光源からの照明光を収束して導光体の入射面に入射させる必要があるとともに、導光体の出射面から出射される照明光束を拡大して空間光変調素子に照射させる必要がある。

このため、導光体の入射面や出射面に塵埃が付着すると、光源から射出された照明光束が塵埃によって遮られて光の利用効率が低下するとともに、付着した塵埃によって空間光変調素子に入射する照明光束の照度分布にムラが生じて、スクリーンに投影される映像の画質低下を招くことが懸念される。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、光利用効率を向上できるとともに、照度分布の一様な照明光束が得られる照明装置およびこれを用いる投影型映像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る発明は、光源からの照明光束を導光体を経て出射させるようにした照明装置において、
上記導光体を保持するホルダと、
上記ホルダをホルダ支持部材に対して少なくとも光軸方向に変位可能に支持する弾性支持部材と、
上記ホルダを駆動するホルダ駆動手段と、
上記ホルダの光軸方向の位置を検出する位置検出手段と、
上記位置検出手段の出力に基づいて上記ホルダ駆動手段により上記ホルダの光軸方向の位置を制御するサーボ制御手段と、
上記サーボ制御手段の非作動状態下において上記ホルダ駆動手段により上記ホルダを選択的に加振する加振制御手段と、を有し、
上記ホルダ駆動手段は、永久磁石およびコイルを有し、上記ホルダ側に上記永久磁石を、上記ホルダ支持部材側に上記コイルを配置した電磁駆動手段からなり、
上記ホルダ支持部材は磁性材からなり、上記コイルは上記ホルダ支持部材を該コイル内に進入させた状態でコイル用プリント基板を介して上記ホルダ支持部材に結合したことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の照明装置において、上記位置検出手段は、上記導光体の光軸と直交する面に設けたホログラム素子と、該ホログラム素子の所定の回折光を受光するように配置した光検出器とを有することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の照明装置において、上記ホログラム素子を、上記導光体の入射面または出射面に設けたことを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれか一項に記載の照明装置において、上記ホルダ支持部材は、光軸方向の傾きを調整可能にホルダ用傾き調整機構を介してベース部材に保持したことを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の照明装置において、上記光源は、金属製の光源用支持部材を介して光源用プリント基板に取り付け、該光源用プリント基板を光軸方向の傾きを調整可能に光源用傾き調整機構を介して上記ベース部材に結合したことを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置において、上記光源は複数の点光源を有する点光源アレイからなり、該点光源アレイと上記導光体との間に複数の単レンズを有するレンズアレイを配置したことを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の照明装置において、上記レンズアレイは、アレイ基板とともに該アレイ基板よりも高屈折率の光学材料で上記複数の単レンズが一体成形されていることを特徴とするものである。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置において、上記加振制御手段は発振回路を有し、該発振回路の出力に基づいて上記ホルダ駆動手段を駆動して、上記ホルダを含む可動部の共振周波数で上記ホルダを加振させるよう構成したことを特徴とするものである。

請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置において、上記永久磁石は光軸方向に２分割して厚さ方向の磁極面を逆極性にして配置し、
上記コイルを配置した側には上記永久磁石の分割境界線に対向するようにホール素子を設けて、
上記ホール素子の出力に基づいて上記ホルダ駆動手段による上記ホルダの加振動作を検出するように構成したことを特徴とするものである。

請求項１０に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置において、上記ホルダ支持部材側または上記ホルダ側にフォトリフレクタを設け、
上記ホルダ側または上記ホルダ支持部材側には光軸方向に傾斜して上記フォトリフレクタからの光を反射させる反射部材を設けて、
上記フォトリフレクタの出力に基づいて上記ホルダ駆動手段による上記ホルダの加振動作を検出するように構成したことを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する請求項１１に係る投影型映像表示装置の発明は、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明装置と、
上記照明装置からの照明光束を映像に応じて空間変調する空間光変調素子と、
上記空間光変調素子で空間変調された照明光束を投影表示する投影レンズとを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、導光体を保持するホルダを少なくとも光軸方向に変位可能に支持して、ホルダ駆動手段により加振できるようにしたので、導光体の入射面や出射面に付着した塵埃を積極的に除去することができる。したがって、光源から射出された照明光束の光利用効率を向上できるとともに、照度分布の一様な照明光束を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る照明装置を用いるプロジェクタの光学系の概略構成を線図的に示す図である。

このプロジェクタ１は、照明装置２と、液晶パネルやＤＭＤ等の単板の空間光変調素子３と、投影レンズ４とを有しており、照明装置２から空間光変調素子３に対してＲ，Ｇ，Ｂの照明光束を順次照射し、その照射タイミングに同期して空間光変調素子３を時分割駆動して照明光束を映像信号に応じて空間変調することにより、投影レンズ４を経てスクリーン５にカラー映像を表示するようにしたものである。

照明装置２は、光源であるＬＥＤアレイ１１、レンズアレイ１２、断面矩形のロッドレンズからなる導光体１３、ホログラム素子１４、第１レンズ１５、第２レンズ１６および位置検出手段である光検出器１７，１８を有している。

ＬＥＤアレイ１１は、マトリックス状に配列されたＧ光を出射するＧ用ＬＥＤ群１１Ｇと、Ｂ光を出射するＢ用ＬＥＤ群１１Ｂと、Ｒ光を出射するＲ用ＬＥＤ群１１Ｒとを有しており、これらＧ用ＬＥＤ群１１Ｇ、Ｂ用ＬＥＤ群１１ＢおよびＲ用ＬＥＤ群１１Ｒは、所定のタイミングで順次点灯制御されるようになっている。

レンズアレイ１２は、ＬＥＤアレイ１１の各ＬＥＤに対応してマトリックス状に配列された単レンズ１２ａを有しており、Ｇ用ＬＥＤ群１１Ｇから出射されたＧ光を対応する単レンズ群を経て導光体１３に収束して入射させ、Ｂ用ＬＥＤ群１１Ｂから出射されたＢ光を対応する単レンズ群を経て導光体１３に収束して入射させ、同様に、Ｒ用ＬＥＤ群１１Ｒから出射されたＲ光を対応する単レンズ群を経て導光体１３に収束して入射させるように配置されている。

導光体１３は、例えば、光軸に対して直交するＢ用入射面１３ＩＢと、光軸に対して互いに逆方向に傾斜したＧ用入射面１３ＩＧおよびＲ用入射面１３ＩＲと、光軸に対して直交する共通の出射面１３Ｏとを有しており、レンズアレイ１２からのＧ光はＧ用入射面１３ＩＧから屈折入射して光軸に沿って導光し、Ｂ光はＢ用入射面１３ＩＢから入射して光軸に沿って導光し、Ｒ光はＲ用入射面１３ＩＲから屈折入射して光軸に沿って導光して、それぞれ共通の出射面１３Ｏから出射させ、この出射面１３Ｏから出射される照明光束を、第１レンズ１５により拡大した後、第２レンズ１６により平行光束に変換して空間光変調素子３を照明するようになっている。

この導光体１３は、１本のロッドレンズで構成することもできるし、複数本のロッドレンズを束ねて構成することもできる。なお、導光体１３を複数本のロッドレンズで構成する場合には、例えば、図１において、Ｂ用入射面１３ＩＢを有するロッドレンズと、Ｇ用入射面１３ＩＧを有するロッドレンズと、Ｒ用入射面１３ＩＲを有するロッドレンズとの合計３本のロッドレンズを、それぞれの断面を正八角形または正六角形に形成して紫外線硬化型接着剤で接着して構成する。

ホログラム素子１４は、導光体１３の出射面１３Ｏに接合して設けられている。このホログラム素子１４は、出射面１３Ｏから出射されるＲ，Ｇ，Ｂの各光を回折させ、０次光は第１レンズ１５を経て第２レンズ１６に入射させ、±１次回折光は第１レンズ１５を経て光検出器１７，１８に入射させる。

このため、本実施の形態では、ホログラム素子１４に、出射面１３ＯからのＲ，Ｇ，Ｂの各光の出射領域に対応して、各光を同一方向に回折するようにホログラム領域を形成している。また、ホログラム素子１４における０次光は、例えば例えば８０％、±１次回折光は２０％とするとともに、光検出器１７，１８の出力に基づいて導光体１３の光軸方向の位置ズレを検出するため、±１次回折光に異なるレンズパワーの非点収差を与えるようにしている。

光検出器１７，１８は、図２に示すように、それぞれ４分割した受光領域１７ａ〜１７ｄ、１８ａ〜１８ｄを有して構成し、受光領域１７ａ〜１７ｄの出力をａ〜ｄ、受光領域１８ａ〜１８ｄの出力をａ′〜ｄ′とするとき、導光体１３の光軸方向の位置ズレΔＦを非点収差法により、ΔＦ＝｛（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）｝−｛（ｂ′＋ｃ′）−（ａ′＋ｄ′）｝、を演算して検出するようにしている。

本実施の形態では、導光体１３を、後述するように加振可能に構成して、導光体１３およびホログラム素子１４に付着した塵埃を除去するようにしている。

なお、プロジェクタ１の筐体には、冷却排気用のファン７が設けられており、このファン７の回転によって図示しない外気導入部からプロジェクタ１内に外気が導入されて照明装置２が冷却されるとともに、導光体１３の加振によって除去された塵埃粒子が外部に排出されるようになっている。

図３は、図１に示す照明装置２の要部の構成を示す断面図である。本実施の形態の照明装置２は、ベース部材２１、レンズアレイ保持部材２２、光源保持プレート２３およびホルダ支持部材２４を有している。

レンズアレイ保持部材２２は、断熱材２５を介してベース部材２１に固定されている。このレンズアレイ保持部材２２は、熱膨張係数の小さい材料（例えば、鉄合金）で形成され、その内側にはレンズアレイ１２が装填され、外側には温度センサ２６が取り付けられている。

レンズアレイ１２は、本実施の形態では、低屈折率の透明なガラス（例えば、ＢＫ７）をアレイ基板１２ｂとし、このアレイ基板１２ｂとともに、それよりも高屈折率（例えば、屈折率２．０程度）の光学材料で複数の単レンズ１２ａを一体成形してレンズアレイ１２を形成することで、組み立てや機械加工の簡素化を図っている。なお、このレンズアレイ１２は、鉄やステンレス合金等の金属によりアレイ基板を平板状に形成し、このアレイ基板に単レンズ群を紫外線硬化型接着剤により固着して形成することもできるが、この場合にはアレイ基板の加工や単レンズ群の組み立てに高精度が要求されることになる。

Ｇ用ＬＥＤ群１１Ｇ、Ｂ用ＬＥＤ群１１ＢおよびＲ用ＬＥＤ群１１Ｒは、ステンレス合金やアルミニウム合金等の金属製の光源支持部材３１を介して光源用プリント基板３２に取り付けられており、この光源用プリント基板３２は小ネジ等（図示せず）を介して光源保持プレート２３に固定されている。

光源保持プレート２３は、光源支持部材３１と同様にステンレス合金やアルミニウム合金等の金属材料からなり、適宜の箇所には冷却用の放熱フィン２３ａが形成されている。この光源保持プレート２３は、光源用傾き調整機構３５を介してレンズアレイ保持部材２２に傾き調整可能に固定されている。なお、光源用傾き調整機構３５は、例えば光源保持プレート２３をレンズアレイ保持部材２２に固定するための複数本（例えば、３本）の調整ネジ３６と、光源保持プレート２３とレンズアレイ保持部材２２との間で各調整ネジ３６を貫通させて配置した圧縮コイルばねや皿ばね等の弾性体３７とを有して構成されている。

ホルダ支持部材２４は、磁性材で形成されており、このホルダ支持部材２４に導光体１３が支持されている。本実施の形態では、導光体１３をホルダ４１に保持し、このホルダ４１を少なくとも導光体１３の光軸方向を含む方向に変位可能にホルダ支持部材２４に支持している。

このため、図４に光軸方向から見た正面図を示すように、ホルダ４１には、その対向する両側面の中央部（重心付近）に、弾性支持部材である２枚の板バネ４２ａ，４２ｂのそれぞれの一端部が固定されており、これら板バネ４２ａ，４２ｂのそれぞれの他端部は、ホルダ支持部材２４に形成された折り曲げ部２４ａ，２４ｂおよび間座４３ａ，４３ｂを貫通してコイル用プリント基板４４ａに半田付けされている。

板バネ４２ａ，４２ｂは、ホルダ４１を光軸方向にスムーズに変位可能とするとともに、ホルダ４１への板バネ４２ａ，４２ｂの取り付け部を結ぶ直線を中心にホルダ４１を回動可能とするため、図５に詳細に示すように、幅方向中央部が長さ方向に亘って開口させているとともに、ホルダ４１側の取り付け端部はＵ字状にくびれており、このくびれ部分にシリコンゲル等のダンパ材４５が保持されている。また、折り曲げ部２４ａ，２４ｂには、板バネ４２ａ，４２ｂが貫通する補助筒４６ａ，４６ｂが取り付けられており、これら補助筒４６ａ，４６ｂの内部にも、シリコンゲル等のダンパ材４５が充填されている。

コイル用プリント基板４４ａには、ホルダ４１側の表面で、折り曲げ部２４ａ，２４ｂの間に位置して、光軸方向に延在し、かつ光軸方向に２分割された２つの空芯のコイル５１ａ，５１ｂが装着されている。これらコイル５１ａ，５１ｂは、それらのコアがホルダ支持部材２４に形成された折り曲げ部２４ｃに進入して接着されている。これにより、コイル用プリント基板４４ａおよびコイル５１ａ，５１ｂはホルダ支持部材２４に固定されている。

一方、コイル５１ａ，５１ｂと対向するホルダ４１の側面には、厚さ方向に磁化された永久磁石５２ａ，５２ｂが極性を反転して取り付けられ、コイル５１ａ，５１ｂにフレキシブル配線基板５３を介して互いに逆方向の電流を流すことにより、永久磁石５２ａ，５２ｂとの電磁作用によって、ホルダ４１に光軸方向の駆動力を作用させるようになっている。

また、コイル用プリント基板４４ａには、図３に示すように、ホルダ４１の加振動作を検出するため、永久磁石５２ａ，５２ｂの境界と対向するようにホール素子５４が取り付けられている。

ホルダ支持部材２４には、さらに、ホルダ４１を挟んで折り曲げ部２４ｃと反対側にも折り曲げ部２４ｄが形成されており、この折り曲げ部２４ｄには、コイルプリント基板４４ｂに装填された空芯のコイル５５が光軸方向に延在するように挿入されて接着固定されている。また、コイル５５と対向するホルダ４１の側面には、厚さ方向に磁化された永久磁石５６が取り付けられ、コイル５５にフレキシブル配線基板５３を介して電流を流すことにより、永久磁石５６との電磁作用によって、ホルダ４１に光軸方向の駆動力を作用させるようになっており、これらコイル５５と永久磁石５６および上記のコイル５１ａ，５１ｂおよび永久磁石５２ａ，５２ｂによって、ホルダ４１をホルダ支持部材２４に対して光軸方向を含む方向に変位させるムービングマグネット方式の電磁駆動手段が構成されている。

上記のホルダ支持部材２４は、光源用傾き調整機構３５と同様の構成よりなるホルダ用傾き調整機構５７を介して、すなわちベース部材２１との間に配置した圧縮コイルばねや皿ばね等の弾性部材５８を介して、複数の調整ネジ５９によりベース部材２１に対して光軸方向の傾きが調整可能に取り付けられている。

次に、本実施の形態に係るプロジェクタ１における制御回路の要部の概略構成について、図６に示すブロック図を参照して説明する。

制御回路は、モード選択スイッチ１０１、ＣＰＵ１０２、発振回路（ＯＳＣ）１０３、塵埃除去用共振駆動回路１０４、判別回路１０５、サーボ回路１０６、ファン駆動回路１１０、光源駆動回路１１１、表示回路１１２および記憶部（ＲＯＭ）１１３を有している。なお、空間光変調素子３の駆動回路や、空間光変調素子３に供給する映像信号の処理回路等については図示を省略している。ここで、ＣＰＵ１０２およびサーボ回路１０６は、サーボ制御手段を構成しており、ＣＰＵ１０２、発振回路（ＯＳＣ）１０３および塵埃除去用共振駆動回路１０４は、加振制御手段を構成している。

モード選択スイッチ１０１は、赤外線式のリモコンや手動操作によってプロジェクタ１の動作モード、本実施の形態では導光体１３を保持するホルダ４１を加振する塵埃除去モードか、映像を投影表示する映像表示モードかを選択するもので、その選択された動作モードはＣＰＵ１０２で検出される。

ＯＳＣ１０３は、ＣＰＵ１０２の制御のもとに塵埃除去モード時に駆動され、これにより塵埃除去用共振駆動回路１０４を介してコイル５１ａ，５１ｂ，５５に給電して、ホルダ４１を板バネ４２ａ，４２ｂの取り付け部を結ぶ直線を中心に、ホルダ４１を含む可動部の共振周波数で正逆方向に回動駆動して加振させるようになっている。

判別回路１０５は、例えばウインドコンパレータにより構成され、ホルダ支持部材２４に設けられたホール素子５４の出力に基づいて加振動作の良否を判別するもので、その判別結果はＣＰＵ１０２に供給される。

サーボ回路１０６は、ゲイン回路や位相補償回路等を有しており、映像表示モードにおいて、光検出器１７，１８の出力に基づいてＣＰＵ１０２において上述した位置ズレΔＦを演算し、そのΔＦがゼロとなるように、ＣＰＵ１０２の制御のもとにコイル５１ａ，５１ｂ，５５に給電してホルダ４１を光軸と平行な方向に駆動し、これにより導光体１３を光軸方向の所定位置に位置決めする位置制御を行うようになっている。

ファン駆動回路１１０は、冷却・排気用のファン７を駆動するもので、動作モードおよび温度センサ２６の出力に基づいてＣＰＵ１０２により制御されるようになっている。

光源駆動回路１１１は、ＣＰＵ１０２の制御のもとにＬＥＤアレイ１１を駆動するようになっている。

表示回路１１２は、ＣＰＵ１０２によって制御されるもので、メッセージ等を表示する表示素子や、ホルダ４１の加振動作状態や、ファン７の動作状態等を表示する複数のＬＥＤを有している。

記憶部１１３は、ホルダ４１の位置制御の際に用いる温度パラメータであるゲインおよびオフセットデータや、ＬＥＤアレイ１１の発光量制御の際に用いる温度パラメータである駆動電圧データ等を予め格納するもので、温度センサ２６の出力に対応してＣＰＵ１０２により読み出されて、ホルダ４１の位置制御やＬＥＤアレイ１１の発光量制御に供されるようになっている。

なお、ＣＰＵ１０２は、モード選択スイッチ１０１の状態、光検出器１７，１８の出力、ホール素子５４の出力および温度センサ２６の出力に基づいて所定のプログラムに従って各部の動作を制御するもので、このＣＰＵ１０２には、塵埃除去モード時に、ホルダ４１の加振時間やファン７の駆動時間等をプログラムに従った各種の設定時間駆動するための複数のタイマ等を内蔵している。

以下、モード選択スイッチ１０１によって映像表示モードが選択された場合の要部の動作について、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。

モード選択スイッチ１０１によって映像表示モードがオンになったのをＣＰＵ１０２が検出したら（ステップＳ１）、先ず、温度センサ２６の出力を取り込んで温度を検出し（ステップＳ２）、その検出した温度に対応する発光量制御および位置制御における温度パラメータを記憶部１１３から読み出す（ステップＳ３）。

その後、読み出した発光量制御における温度パラメータに基づいて光源駆動回路１１１を介してＬＥＤアレイ１１を点灯駆動してから（ステップＳ４）、光検出器１７，１８の出力に基づいて演算される位置ズレΔＦと読み出した位置制御における温度パラメータとに基づいてサーボ回路１０６からコイル５１ａ，５１ｂ，５５に給電してホルダ４１を光軸方向に平行移動させる位置制御を行う（ステップＳ５）。なお、ＬＥＤアレイ１１は、空間光変調素子３におけるフィールドシーケンシャルレートに応じて、Ｒ用ＬＥＤ群１１Ｒ、Ｇ用ＬＥＤ群１１ＧおよびＢ用ＬＥＤ群１１Ｂを順次点灯するように駆動する。

ステップＳ５の位置制御によって、ホルダ４１が光軸方向の所定位置に位置決めされてΔＦ＝０になったら（ステップＳ６）、表示回路１１２に例えば「プロジェクタ準備完了」等のメッセージを表示する（ステップＳ７）。

その後、所望の映像表示が行われ（ステップＳ８）、モード選択スイッチ１０１によって映像表示モードがオフになったのをＣＰＵ１０２が検出したら（ステップＳ９）、ＬＥＤアレイ１１の駆動を停止するとともに、サーボ回路１０６の駆動を停止して映像表示モードの処理を終了する。

なお、ステップＳ８の映像表示中は、ＣＰＵ１０２において温度センサ２６の出力を監視して、検出温度に応じてＬＥＤアレイ１１を所定の発光量にリアルタイムで制御するとともに、ホルダ４１の光軸方向位置をリアルタイムで制御して導光体１３を所定位置に維持させる。また、検出温度が設定温度を超えたときは、ＣＰＵ１０２によりファン駆動回路１１０を介してファン３を駆動して、プロジェクタ１内を設定温度以下に維持する。

次に、モード選択スイッチ１０１によって塵埃除去モードが選択された場合の要部の動作について、図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。

モード選択スイッチ１０１によって塵埃除去モードがオンとなったのをＣＰＵ１０２が検出したら（ステップＳ３１）、先ず、ＬＥＤアレイ１１を点灯駆動することなく、ホルダ４１の加振動作（ステップＳ３２）およびファン７の駆動（ステップＳ３３）を並行して開始させる。

すなわち、ステップＳ３２では、ＯＳＣ１０３を駆動し、その出力に基づいて塵埃除去用共振駆動回路１０４を介してコイル５１ａ，５１ｂ，５５に所要の交番電流を供給してホルダ４１を加振させることにより、導光体１３の入射面、すなわちＲ用入射面１３ＩＲ、Ｇ用入射面１３ＩＧおよびＢ用入射面１３ＩＢに付着した塵埃や、ホログラム素子１４の出射面に付着した塵埃を除去し、ステップＳ３３では、ファン駆動回路１１０を介してファン７を駆動して、除去された塵埃をプロジェクタ１の外部に排出する。

ここで、ステップＳ３２でのホルダ４１の加振動作においては、コイル５１ａ，５１ｂによる駆動力の方向と、コイル５５による駆動力の方向とを反対方向として、ホルダ４１を板バネ４２ａ，４２ｂによる支持点を結ぶ直線を中心に、ホルダ４１を含む可動部の共振周波数で正逆方向に回動振動させる。

ホルダ４１の加振動作を開始したら、表示回路１１２における加振動作表示用の例えば緑色ＬＥＤを点灯させる（ステップＳ３４）とともに、ＣＰＵ１０２の内蔵タイマをリセットして（ステップＳ３５）、第１設定時間（例えば、１５秒）が経過したか否かを監視する（ステップＳ３６）。また、この第１設定時間中、ＣＰＵ１０２は、ホール素子５４の出力による判別回路１０５での判定結果を監視して、ホルダ４１が正常に加振されているか否か、すなわちコイル５１ａ，５１ｂ，５５に断線等の異常があるか否かを判断し（ステップＳ３７）、異常がある場合には、塵埃除去用共振駆動回路１０４からのコイル５１ａ，５１ｂ，５５への電流の供給を遮断して、ホルダ４１の加振動作を中止する（ステップＳ３８）とともに、表示回路１１２における緑色ＬＥＤを点滅させる（ステップＳ３９）。

これに対し、ホルダ４１が正常に加振され、かつ第１設定時間が経過したら、引き続き第２設定時間（第１設定時間経過時点から例えば１５秒）が経過するまで加振動作を継続させ（ステップＳ４０）、その時間が経過した時点で加振動作を終了させる（ステップＳ４１）とともに、緑色ＬＥＤを消灯させる（ステップＳ４２）。

一方、ステップＳ３３でのファン７の駆動においては、その駆動開始により表示回路１１２におけるファン動作表示用の例えば黄色ＬＥＤを点灯させる（ステップＳ４３）とともに、該表示回路１１２の表示素子に例えば「塵埃除去動作中」のメッセージを表示させ（ステップＳ４４）、さらにＣＰＵ１０２の内蔵タイマをリセットして（ステップＳ４５）、第３設定時間（例えば、３０秒〜６０秒の任意の時間）が経過したか否かを監視する（ステップＳ４６）。

また、この第３設定時間中、ＣＰＵ１０２は、ステップＳ３７の判断結果が正常か否か、すなわちホルダ４１の加振動作が正常であったか否かを判断し（ステップＳ４７）、異常があった場合には、表示回路１１２の表示素子にその旨のメッセージ、例えば「加振異常」を表示して（ステップＳ４８）、全ての動作を終了する。

これに対し、加振動作が正常で、かつ第３設定時間が経過したら、黄色ＬＥＤを消灯させる（ステップＳ４９）とともに、表示素子に例えば「塵埃除去終了」等のメッセージを表示して（ステップＳ５０）、塵埃除去モードにおける処理を終了する。

以上のように、本実施の形態によれば、導光体１３をホルダ４１に保持し、このホルダ４１を板バネ４２ａ，４２ｂを介して変位可能にホルダ支持部材２４に支持してムービングマグネット方式の電磁駆動手段により駆動するようにしたので、簡単な構成で導光体１３を加振して塵埃を除去することができる。

しかも、ホログラム素子１４の回折光を受光する光検出器１７，１８の出力に基づいてホルダ４１の光軸方向の位置ズレΔＦを検出し、その位置ズレΔＦがゼロとなるようにサーボ制御して、ホルダ４１を光軸方向の所定位置に自動的に位置決めするようにしたので、照明装置２の組み立てを容易にできるとともに、外部振動に影響されることなく、映像を常に最適状態で投影表示することができる。

また、ホルダ４１の位置を検出するホール素子５４を設け、加振動作中にその出力を判別回路１０５を介してＣＰＵ１０２で監視して加振動作が正常に行われたか否かを確認するようにしたので、装置の信頼性を向上することができる。

（第２実施の形態）
図９は、本発明の第２実施の形態における照明装置の要部の構成を示す図で、第１実施の形態の図４に相当するものである。

本実施の形態は、ホルダ４１を変位可能に支持する弾性支持部材として、片側２本ずつの合計４本のＬ字型の板バネや、断面が円形または矩形のワイヤからなるバネ８０ａ〜８０ｄ（８０ｃ，８０ｄは図示せず）を用いて、ホルダ４１をその重心付近で支持している。バネ８０ａ；８０ｂ，８０ｃ；８０ｄは、それぞれ折り曲げ部２４ａ，２４ｂおよび間座４３ａ；４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ（４３ｃ，４３ｄは図示せず）を貫通してコイル用プリント基板４４ａに半田付けされている。なお、折り曲げ部２４ａ，２４ｂのバネ８０ａ；８０ｂ，８０ｃ；８０ｄがそれぞれ貫通する部分は、ホルダ４１側に向けてテーパ状に拡開されており、その内部にはダンピング材としてシリコンゲル８１が充填されている。

また、コイル５１ａおよび／または５１ｂ（図３参照）の光軸と直交する両側部分には、永久磁石５２ａおよび／または５２ｂ（図３参照）と対向して、ホルダ４１を光軸と直交する方向に駆動するためのコイル８２ａ，８２ｂが装着されており、これらコイル８２ａ，８２ｂのコア内には、ヨーク８３ａ，８３ｂが接着固定されている。同様に、コイル５１ａ，５１ｂとはホルダ４１を介して反対側に配置されるコイル５５（図３参照）の光軸と直交する両側部分にも、ホルダ４１を光軸と直交する方向に駆動するためのコイル８２ｃ，８２ｄ（図示せず）が装着されているとともに、それらのコイルのコア内にはヨークが接着固定されている。その他の構成は、第１実施の形態と同様である。

本実施の形態では、ホルダ５１の加振動作として、コイル５１ａ，５１ｂとコイル５５とを用い、それらの駆動力の発生方向を反対方向とする第１実施の形態と同様の回動加振に加えて、コイル８２ａ〜８２ｄを用い、それらの駆動力の発生方向を同一方向とする光軸と直交する方向への平行加振や、コイル８２ａ〜８２ｄを用い、コイル８２ａ，８２ｂとコイル８２ｃ，８２ｄとの駆動力の発生方向を反対方向とする光軸を中心とする回動加振させる。

このように、本実施の形態では、導光体１３を保持するホルダ４１を、４本のバネ８０ａ〜８０ｄを介してホルダ支持部材２４に変位可能に支持するとともに、ホルダ４１を光軸と直交する方向に加振させるコイル８２ａ〜８２ｄを付加したので、ホルダ４１を種々の加振態様で加振することができる。したがって、プロジェクタ１の使用環境に応じた加振態様でホルダ４１を加振させることができるので、塵埃を効率よく除去することが可能となり、装置の信頼性をより向上することができる。また、ホルダ４１が光軸と直交する方向に変位可能であることから、後段の空間光変調素子３の変調領域に対する照明光束の位置制御も行うことができ、これにより空間光変調素子３の変調領域全体に照明光束を確実に入射させることができ、良好な品質で映像を投影表示することができる。

本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、映像表示モードと塵埃除去モードとを独立させたが、映像表示モードの終了時に自動的に塵埃除去動作を実行させることもできる。また、ホール素子５４による加振動作検出に代えて、フォトリフレクタを用いてホルダ４１の加振による変位を検出するように構成することもできる。

また、ホルダ４１の駆動手段は、ムービングマグネット方式の電磁駆動手段に限らず、ムービングコイル方式の電磁駆動手段とすることもできる。

さらに、上記第２実施の形態では、ホルダ４１を光軸と直交する方向に駆動するコイルを、光軸方向へ駆動するコイル上に重ねて設けたが、例えば図１０に示すように、光軸方向駆動用のコイル８５と光軸直交方向駆動用のコイル８６とを同一平面に並べて配置するように、それぞれのコイルのコア内にプリント基板（図示せず）に結合された磁性体（ヨーク）８７，８８を進入させて接着固定することもできる。

また、上記実施の形態では、光源として、ＲＧＢの各ＬＥＤ群を有するＬＥＤアレイ１１を用いたが、ＲＧＢ用の半導体レーザを用いたり、白色光を発光するＬＥＤアレイや放電ランプを用いたりすることもできる。さらに、プロジェクタも単板式に限らず、多板式とすることもできる。

さらにまた、ホログラム素子１４は、導光体１３の出射面に限らず入射面に設けることもできる。この場合には、導光体１３の入射面を光軸と直交する平坦面として、図１に示したＬＥＤ群の配置では、例えば、Ｇ光については＋１次回折光を、Ｂ光については０次光を、Ｒ光については−１次回折光を、それぞれ導光体１３の光軸と平行に導光させ、Ｂ光の±１次回折光を光検出器１７，１８で受光するように構成することができる。したがって、この場合には、Ｂ光の±１次回折光については、凹レンズ作用を持たせて、回折光の焦点距離を導光体１３の出射面よりも長くする。また、ホログラム素子１４は、導光体１３を光軸方向に２分割して、その分割部に配置することもできる。この場合は、ＲＧＢの各光の±１次回折光を光検出器１７，１８で受光することができるので、それらの回折光に対して凹レンズ作用を持たせて、回折光の焦点距離を導光体１３の出射面よりも長くする。

さらに、光検出器１７，１８の一方を省略して、１個の４分割受光領域を有する光検出器を用いて導光体１３の位置ズレを検出するようにすることもできるし、４分割受光領域を有する光検出器に代えて、半導体位置検出素子（ＰＳＤ）を用いて導光体１３の光軸方向の位置ズレを検出するように構成することもできる。

本発明の第１実施の形態に係る照明装置を用いるプロジェクタの光学系の概略構成を線図的に示す図である。 図１に示す２個の光検出器の平面図である。 図１に示す照明装置の要部の構成を示す断面図である。 図３に示すホルダ支持部材を導光体の出射側から見た部分正面図である。 図４に示す弾性支持部材および補助筒の部分斜視図である。 図１に示すプロジェクタにおける制御回路の要部の概略構成を示すブロック図である。 図１に示すプロジェクタにおける映像表示モードの要部の動作を示すフローチャートである。 同じく、塵埃除去モードの要部の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施の形態に係る照明装置の要部の構成を示す図である。 第２実施の形態の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
２ 照明装置
３ 空間光変調素子
４ 投影レンズ
５ スクリーン
７ ファン
１１ ＬＥＤアレイ
１２ レンズアレイ
１２ａ 単レンズ
１２ｂ アレイ基板
１３ 導光体
１４ ホログラム素子
１５ 第１レンズ
１６ 第２レンズ
１７，１８ 光検出器
２１ ベース部材
２２ レンズアレイ保持部材
２３ 光源保持プレート
２３ａ 放熱フィン
２４ ホルダ支持部材
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 折り曲げ部
２５ 断熱材
２６ 温度センサ
３１ 光源支持部材
３２ 光源用プリント基板
３５ 光源用傾き調整機構
４１ ホルダ
４２ａ，４２ｂ 板バネ
４４ａ，４４ｂ コイル用プリント基板
４５ ダンパ材
５１ａ，５１ｂ，５５ コイル
５２ａ，５２ｂ，５６ 永久磁石
５３ フレキシブル配線基板
５４ ホール素子
５７ ホルダ用傾き調整機構
１０１ モード選択スイッチ
１０２ ＣＰＵ
１０３ 発振回路
１０４ 塵埃除去用共振駆動回路
１０５ 判別回路
１０６ サーボ回路
１１０ ファン駆動回路
１１１ 光源駆動回路
１１２ 表示回路
１１３ 記憶部

Claims (11)

1. 光源からの照明光束を導光体を経て出射させるようにした照明装置において、
   上記導光体を保持するホルダと、
   上記ホルダをホルダ支持部材に対して少なくとも光軸方向に変位可能に支持する弾性支持部材と、
   上記ホルダを駆動するホルダ駆動手段と、
   上記ホルダの光軸方向の位置を検出する位置検出手段と、
   上記位置検出手段の出力に基づいて上記ホルダ駆動手段により上記ホルダの光軸方向の位置を制御するサーボ制御手段と、
   上記サーボ制御手段の非作動状態下において上記ホルダ駆動手段により上記ホルダを選択的に加振する加振制御手段と、を有し、
   上記ホルダ駆動手段は、永久磁石およびコイルを有し、上記ホルダ側に上記永久磁石を、上記ホルダ支持部材側に上記コイルを配置した電磁駆動手段からなり、
   上記ホルダ支持部材は磁性材からなり、上記コイルは上記ホルダ支持部材を該コイル内に進入させた状態でコイル用プリント基板を介して上記ホルダ支持部材に結合したことを特徴とする照明装置。
2. 上記位置検出手段は、上記導光体の光軸と直交する面に設けたホログラム素子と、該ホログラム素子の所定の回折光を受光するように配置した光検出器とを有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 上記ホログラム素子を、上記導光体の入射面または出射面に設けたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 上記ホルダ支持部材は、光軸方向の傾きを調整可能にホルダ用傾き調整機構を介してベース部材に保持したことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の照明装置。
5. 上記光源は、金属製の光源用支持部材を介して光源用プリント基板に取り付け、該光源用プリント基板を光軸方向の傾きを調整可能に光源用傾き調整機構を介して上記ベース部材に結合したことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 上記光源は複数の点光源を有する点光源アレイからなり、該点光源アレイと上記導光体との間に複数の単レンズを有するレンズアレイを配置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 上記レンズアレイは、アレイ基板とともに該アレイ基板よりも高屈折率の光学材料で上記複数の単レンズが一体成形されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 上記加振制御手段は発振回路を有し、該発振回路の出力に基づいて上記ホルダ駆動手段を駆動して、上記ホルダを含む可動部の共振周波数で上記ホルダを加振させるよう構成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 上記永久磁石は光軸方向に２分割して厚さ方向の磁極面を逆極性にして配置し、
   上記コイルを配置した側には上記永久磁石の分割境界線に対向するようにホール素子を設けて、
   上記ホール素子の出力に基づいて上記ホルダ駆動手段による上記ホルダの加振動作を検出するように構成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 上記ホルダ支持部材側または上記ホルダ側にフォトリフレクタを設け、
    上記ホルダ側または上記ホルダ支持部材側には光軸方向に傾斜して上記フォトリフレクタからの光を反射させる反射部材を設けて、
    上記フォトリフレクタの出力に基づいて上記ホルダ駆動手段による上記ホルダの加振動作を検出するように構成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明装置と、
    上記照明装置からの照明光束を映像に応じて空間変調する空間光変調素子と、
    上記空間光変調素子で空間変調された照明光束を投影表示する投影レンズとを有することを特徴とする投影型映像表示装置。

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