JP2006271052A - Driving device, optical path changing device using the same, image projection device using optical path changing device, optical equipment moving device using driving device, and focusing device using optical equipment moving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被駆動物を精度よく微小量だけ駆動することができる駆動装置、これを用いた光路変更装置、映し出される画像の解像度を向上させることができる画像投影装置、レンズ組立体を精度よく微小量だけ駆動することができる光学機器移動装置、および精度よくフォーカスすることができるフォーカス装置に関する。 The present invention provides a driving device capable of accurately driving a driven object by a minute amount, an optical path changing device using the driving device, an image projecting device capable of improving the resolution of a projected image, and a lens assembly. The present invention relates to an optical device moving device that can be driven by a minute amount and a focusing device that can focus with high accuracy.
下記の特許文献1には、画像表示装置からの光の光路を変更する光路変更手段および前記光路変更手段を駆動する駆動装置が開示されている。
図12は前記光路変更手段の動作を説明する図である。LCD表示装置400は、接眼レンズ401の光軸方向に直交する上方(図示Z1方向)に配設され、LCD表示面400aは下方(図示Z2方向)を向いている。LCD表示面400aから出射した光Lは、反射鏡402により接眼レンズ401の光軸方向に曲げられる。
FIG. 12 is a diagram for explaining the operation of the optical path changing means. The
反射鏡402は、LCD表示面400aに平行な方向に延長される支持棒403により回転自在に支持される。反射鏡402は、ボイスコイル404により上下方向に往復駆動される駆動片405に、フレキシブル蝶番406を介して、連結されている。ボイスコイル404は、ドライブ回路407により駆動される。
The reflecting
ボイスコイル404により駆動片405が、例えば上方に移動すると、反射鏡402は支持棒403を回転軸として図示矢印方向に回転角Δθだけ回転する。すると、LCD表示面400aからの出射光Lの光路rが点線方向から実線方向に変更され、光学的画素シフトが行なわれる。
前記特許文献1に記載の発明では、駆動片405が上下に往復運動させられる構造が明確には記載されていない。
In the invention described in
また、前記特許文献1の駆動片405のような被駆動物を微小な距離だけ駆動するための駆動装置として、一般的な直流モータやステッピングモータを利用すると、これらのモータの回転運動を、微小な距離の直線運動に変換するための複数のギアなどの機構が必要となり、駆動装置の機構が複雑になる。そして、精度よく、微小な距離だけ駆動することが困難となる問題が生じやすい。
Further, when a general DC motor or stepping motor is used as a driving device for driving a driven object such as the
また、このような駆動装置を用いた光路変更装置は、構造が複雑となり、精度よく光路を変更することができないといった問題が生じる。 In addition, the optical path changing device using such a driving device has a complicated structure and causes a problem that the optical path cannot be changed with high accuracy.
また、上記のような光路変更装置を用いて画像投影装置を構成すると、画像投影装置を構成する画像表示装置からの光の光路変更の精度が悪く、その結果、画像表示装置からの画像の解像度を向上させることが困難となる。 Further, when the image projection apparatus is configured using the optical path changing apparatus as described above, the accuracy of the optical path change of the light from the image display apparatus constituting the image projection apparatus is poor, and as a result, the resolution of the image from the image display apparatus It becomes difficult to improve.
あるいは、前記駆動装置を用いて、レンズ組立体などの光学機器を移動させる光学機器移動装置を構成すると、前記光学機器を微少量だけ移動させるときの精度が悪くなる。 Alternatively, if an optical device moving device for moving an optical device such as a lens assembly is configured using the driving device, the accuracy when the optical device is moved by a small amount is deteriorated.
また、前記光学機器移動装置を用いたフォーカス装置は、構造が複雑となり、精度よくフォーカスすることができず、かつ前記光学機器移動装置がギアなどを介して駆動されるため、駆動時に大きな駆動音が発生してしまうといった問題がある。 In addition, the focus device using the optical device moving device has a complicated structure, cannot focus accurately, and the optical device moving device is driven through a gear or the like. There is a problem that occurs.
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、簡単な構造で、被駆動物を精度よく微小量だけ駆動することができる駆動装置、及び簡単な構造で、精度よく光路を変更することができる、前記駆動装置を用いた光路変更装置、及び映し出される画像の解像度を向上させることができる前記光路変更装置を用いた画像投影装置、簡単な構造で、レンズ組立体を精度よく微小量だけ駆動することができる、前記駆動装置を用いた光学機器移動装置、及び簡単な構造で、精度よくフォーカスすることができ、かつ駆動時の音を小さくすることができる、前記光学機器移動装置を用いたフォーカス装置を提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described conventional problems, and has a simple structure that can accurately drive a driven object by a minute amount, and a simple structure that can change an optical path with high accuracy. The optical path changing device using the driving device and the image projecting device using the optical path changing device capable of improving the resolution of the projected image, and driving the lens assembly by a minute amount with a simple structure. The optical device moving device using the driving device that can be used, and the optical device moving device that has a simple structure, can focus accurately, and can reduce sound during driving. The object is to provide a focusing device.
本発明の駆動装置は、筐体と、磁界を発生する上部コイル及び下部コイルと、磁性材料からなる可動板と、非磁性材料からなる支持板とを有し、前記支持板には弾性片が設けられ、前記可動板は前記弾性片に固定されており、前記可動板が、前記上部コイルとの間および前記下部コイルとの間に微小な間隔をあけて、前記上部コイル側および前記下部コイル側に移動可能に設けられていることを特徴とする。 The drive device of the present invention includes a housing, an upper coil and a lower coil that generate a magnetic field, a movable plate made of a magnetic material, and a support plate made of a nonmagnetic material, and the support plate has an elastic piece. Provided, the movable plate is fixed to the elastic piece, and the movable plate is separated from the upper coil side and the lower coil by a minute gap between the upper coil and the lower coil. It is provided to be movable to the side.
本発明の駆動装置では、可動板を上下方向に微小量だけ駆動する構造が、上記のように、上部コイルおよび下部コイルを設け、双方のコイルの間に微小間隔をあけて、可動板を設けるといった構造である。このため、一般的な直流モータやステッピングモータを利用する場合と比べて、構造を簡単にすることができる。また、上部コイルおよび下部コイルに流す電流量を変化させるだけで、可動板を精度よく微小量だけ駆動することができ、制御機構も簡単にすることができる。 In the driving device of the present invention, the structure for driving the movable plate by a minute amount in the vertical direction is provided with the upper coil and the lower coil as described above, and the movable plate is provided with a minute gap between the two coils. It is the structure. For this reason, a structure can be simplified compared with the case where a general DC motor or a stepping motor is used. In addition, the movable plate can be accurately driven by a minute amount only by changing the amount of current flowing through the upper coil and the lower coil, and the control mechanism can be simplified.
本発明の光路変更装置は、固定装置に、上記駆動装置と、回動可能に支持されたミラーとが設けられ、前記駆動装置に設けられた前記駆動軸が、前記ミラーの回動軸からずれた位置に連結されているものである。 In the optical path changing device of the present invention, the fixing device is provided with the driving device and a mirror that is rotatably supported, and the driving shaft provided in the driving device is displaced from the rotating shaft of the mirror. It is connected to the position.
本発明の光路変更装置は、簡単な構造である前記駆動装置を用いた上記のような構造であるため、構造が簡単となる。そして、ミラーが、上部コイルおよび下部コイルに流す電流量を変化させるだけで制御されるため、ミラーの揺動角度を精度よく、微小量だけ変化させることができ、その結果、精度よく光路を変更することができる。 Since the optical path changing device of the present invention has the above-described structure using the driving device having a simple structure, the structure is simple. Since the mirror is controlled only by changing the amount of current flowing through the upper coil and the lower coil, the mirror swing angle can be accurately changed by a minute amount, and as a result, the optical path can be changed accurately. can do.
本発明の画像投影装置は、前記光路変更装置と画像表示装置とを有する。
このような画像投影装置では、前記光路変更装置を用いているため、精度よく光路が変更され、画像表示装置によって映し出される画像の解像度を確実に向上させることができる。
The image projection device of the present invention includes the optical path changing device and an image display device.
In such an image projection apparatus, since the optical path changing device is used, the optical path is accurately changed, and the resolution of an image projected by the image display device can be reliably improved.
本発明の光学機器移動装置では、前記駆動装置において、前記可動板にレンズ組立体が支持される。 In the optical apparatus moving device according to the present invention, a lens assembly is supported by the movable plate in the driving device.
本発明の光学機器移動装置における、レンズ組立体を上下方向に微小量だけ駆動する構造は、上部コイルおよび下部コイルを設け、双方のコイルの間に微小間隔をあけて、レンズ組立体を支持する可動板を設けるといった構造である。このため、従来のように、一般的な直流モータやステッピングモータを利用する場合と比べて、構造を簡単にすることができる。 The structure for driving the lens assembly by a minute amount in the vertical direction in the optical apparatus moving apparatus of the present invention is provided with an upper coil and a lower coil, and supports the lens assembly with a minute gap between the two coils. The movable plate is provided. For this reason, the structure can be simplified as compared with the case of using a general DC motor or stepping motor as in the prior art.
また、レンズ組立体の移動量の制御も、前記光路変更装置における駆動軸の移動量の制御と同様に、上部コイルおよび下部コイルに流す電流量を変化させることで行われる。このため、上部コイルおよび下部コイルに流す電流量を変化させるだけで、レンズ組立体を精度よく微小量だけ駆動することができ、制御機構も簡単にすることができる。 The movement amount of the lens assembly is also controlled by changing the amount of current flowing through the upper coil and the lower coil, similarly to the control of the movement amount of the drive shaft in the optical path changing device. Therefore, the lens assembly can be accurately driven by a minute amount only by changing the amount of current flowing through the upper coil and the lower coil, and the control mechanism can be simplified.
本発明のフォーカス装置は、前記光学機器移動装置と、対象物の画像を映し出す撮像素子と、前記撮像素子に映しだされた画像のコントラストを検出する検出回路とを有する。 The focus device of the present invention includes the optical device moving device, an image sensor that displays an image of an object, and a detection circuit that detects a contrast of an image displayed on the image sensor.
本発明のフォーカス装置は、簡単な構造である前記光学機器移動装置を用いた上記のような構造であるため、構造が簡単となる。また、前記光学機器移動装置は、従来のステッピングモータを用いた場合のように、ギアなどを介して駆動されるものではないため、駆動時の駆動音を小さくすることができる。そして、レンズ組立体の移動量が前記制御方法によって制御されるため、レンズ組立体の移動量を、精度よく、微小量だけ変化させることができ、その結果、フォーカス移動を精度よく行うことができる。 Since the focus device of the present invention has the above-described structure using the optical device moving device having a simple structure, the structure is simple. Further, since the optical device moving device is not driven via a gear or the like as in the case of using a conventional stepping motor, the driving sound during driving can be reduced. Since the movement amount of the lens assembly is controlled by the control method, the movement amount of the lens assembly can be accurately changed by a minute amount, and as a result, the focus movement can be performed with high accuracy. .
本発明の駆動装置では、簡単な構造で、被駆動物を精度よく微小量だけ駆動することができる。 In the driving apparatus of the present invention, the driven object can be driven by a minute amount with high accuracy with a simple structure.
また、本発明の駆動装置を用いた光路変更装置では、簡単な構造で、精度よく光路を変更することができる。 In addition, the optical path changing device using the driving device of the present invention can change the optical path with a simple structure and with high accuracy.
また、本発明の光路変更装置を用いた画像投影装置では、映しだされる画像の解像度を確実に向上させることができる。 In addition, in the image projection apparatus using the optical path changing device of the present invention, the resolution of the projected image can be improved reliably.
あるいは、本発明の光学機器移動装置では、レンズ組立体を精度よく微小量だけ駆動することができる。 Alternatively, in the optical device moving device of the present invention, the lens assembly can be driven by a minute amount with high accuracy.
また、本発明の光学機器移動装置を用いたフォーカス装置では、簡単な構造で、精度よくフォーカスすることができ、かつ駆動時の音を小さくすることができる。 In addition, in the focus device using the optical device moving device of the present invention, it is possible to focus with high accuracy with a simple structure and to reduce the sound during driving.
図1は本発明の駆動装置を示す斜視図、図2は図1に示す駆動装置の分解斜視図、図3は図1の3−3線での矢視部分断面図である。なお、図3においては、駆動装置の内部は駆動軸を中心として対称であるため、一方の側の部材等にのみ符号を付している。 FIG. 1 is a perspective view showing a drive device of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the drive device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a partial sectional view taken along line 3-3 in FIG. In FIG. 3, since the inside of the drive device is symmetric with respect to the drive shaft, only the members on one side are denoted by reference numerals.
本発明の駆動装置10では、図1ないし図3に示すように、その内部下方(図示Z2方向)に上部コイル11Aが設けられた筐体12に、複数の板ばねなどの弾性片13が形成された支持板14と、その中央部で駆動軸15を支持する可動板16とが組み込まれている。支持板14と可動板16とが組み込まれた筐体12に、蓋板17および下部コイル11Bが設けられた底板18が、ネジ19等によって取り付けられている。蓋板17の中央部には挿通穴17aが形成されており、駆動軸15は、この挿通穴17aに挿入され、図1に示すように、蓋板17よりも上方(図示Z1方向)へ突出している。
In the
弾性片13は、図2に示すように、所定の円周状に等ピッチで複数形成されており、上下方向に弾性変形可能である。弾性片13は、ステンレスなどの非磁性材料からなる支持板14を切り起こして形成されていてもよいし、あるいは、支持板14に、ステンレスなどの非磁性材料からなる弾性片13が支持板14とは別個に設けられていてもよい。
As shown in FIG. 2, a plurality of
可動板16は鉄などの磁性材料から形成され、略円形であり、その中央部には、図2および図3に示すように、支持穴16aが形成されている。駆動軸15は略円柱形状であり、その下方の外周には嵌合溝15aが形成されており、嵌合溝15aが支持穴16aに嵌合されることによって、駆動軸15は支持穴16aから挟み込まれて可動板16に支持されている。可動板16の外周のうち、弾性片13の突出部13aに対応する位置に、取り付け片16bが可動板16と一体で形成されている。なお、取り付け片16bは可動板16とは別個に設けられていてもよい。各取り付け片16bは、対応する突出部13aにかしめ固定されている。
The
上部コイル11Aおよび下部コイル11Bはともに、図2および図3に示すように、円盤形状から中央部がくりぬかれたドーナツ形状に巻回されており、所定の幅(図示Y1−Y2方向の長さ)W1および厚さ(図示Z1−Z2方向の長さ)H1を有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, both the
上部コイル11Aには、その内周に沿って、磁性材料からなり、その上方が幅方向に折り曲げられて略L字形状となっている上部内側ヨーク20A1が設けられており、その外周に沿って、磁性材料からなり、その上方が幅方向に折り曲げられて略L字形状となっている上部外側ヨーク20A2が設けられている。対向する、上部内側ヨーク20A1の折り曲げ部20A10と上部外側ヨーク20A2の折り曲げ部20A20との間隔W2は、上部コイル11Aの幅W1よりも小さくなっている。上部内側ヨーク20A1の垂直部20A11の下面20A12および上部外側ヨーク20A2の垂直部20A21の下面20A22はともに、上部コイル11Aの下面11A1よりも下方にある。
The
上部内側ヨーク20A1の折り曲げ部20A10および上部外側ヨーク20A2の折り曲げ部20A20と、上部コイル11Aとの間には、所定の厚さを有し、幅がほぼ上部コイル11Aの幅W1と同じである上部ヨーク20aが、上部コイル11Aの上面11A2に沿って設けられている。すなわち、図3に示すように、上部ヨーク20aは上部コイル11Aの上面11A2に載置され、上部ヨーク20aの上面20a1と折り曲げ部20A10および20A20とが当接しており、上部ヨーク20aが固定されている。
An upper portion having a predetermined thickness between the bent portion 20A10 of the upper inner yoke 20A1 and the bent portion 20A20 of the upper outer yoke 20A2 and the
下部コイル11Bの内周および外周にも、上部コイル11Aの場合と同様に、磁性材料からなり、その上方が幅方向に折り曲げられて略L字形状となっている下部内側ヨーク20B1と下部外側ヨーク20B2が設けられており、対向する、下部内側ヨーク20B1の折り曲げ部20B10と下部外側ヨーク20B2の折り曲げ部20B20との間隔W2は、下部コイル11Bの幅W1よりも小さくなっている。下部内側ヨーク20B1の垂直部20B11の上面20B12および下部外側ヨーク20B2の垂直部20B21の上面20B22はともに、下部コイル11Bの上面11B1よりも上方にある。
Similarly to the case of the
下部内側ヨーク20B1の折り曲げ部20B10および下部外側ヨーク20B2の折り曲げ部20B20と、下部コイル11Bとの間には、所定の厚さを有し、幅がほぼ下部コイル11Bの幅W1と同じである下部ヨーク20bが、下部コイル11Bの下面11B2に沿って設けられている。すなわち、図3に示すように、下部ヨーク20bは下部コイル11Bの下面11B2に設けられ、下部ヨーク20bの下面20b1と折り曲げ部20B10および20B20とが当接しており、下部ヨーク20bが固定されている。
A lower portion having a predetermined thickness between the bent portion 20B10 of the lower inner yoke 20B1 and the bent portion 20B20 of the lower outer yoke 20B2 and the
支持板14は筐体12の内部の所定の位置に固定され、可動板16が、図3に示すように、上部内側ヨーク20A1の垂直部20A11の下面20A12および上部外側ヨーク20A2の垂直部20A21の下面20A22と微小間隔ha離れた位置であり、かつ下部内側ヨーク20B1の垂直部20B11の上面20B12および下部外側ヨーク20B2の垂直部20B21の上面20B22と微小間隔hb離れた位置に配置される。そして、駆動軸15は、対向する上部内側ヨーク20A1,20A1の間に所定の間隔をあけて配置され、後述する駆動原理によって、可動板16とともに上下方向に移動する。
As shown in FIG. 3, the
次に、本発明の駆動装置10の駆動動作について説明する。
図4は本発明の駆動装置の駆動原理及び駆動動作を説明する、図3と同様の断面図である。なお、図4においては、各ヨークにはハッチングは施していない。
Next, the driving operation of the driving
FIG. 4 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 for explaining the drive principle and drive operation of the drive device of the present invention. In FIG. 4, the yokes are not hatched.
図4において、図3と同様の部材等には同一の符号を付し、説明を省略する。
まず、上部コイル11Aにも下部コイル11Bにも電流が流されていない初期状態では、可動板16が、図3に示すような、上部内側ヨーク20A1の垂直部20A11の下面20A12および上部外側ヨーク20A2の垂直部20A21の下面20A22と微小間隔ha離れた位置にあり、かつ下部内側ヨーク20B1の垂直部20B11の上面20B12および下部外側ヨーク20B2の垂直部20B21の上面20B22と微小間隔hb離れた位置にある。
In FIG. 4, the same members and the like as those in FIG.
First, in an initial state in which no current is passed through the
この初期状態から、上部コイル11Aにのみ図4に示す方向に電流Iaを流すと、磁束密度Bを有する上部磁界Gaが発生し、上部磁界Gaは、上部内側ヨーク20A1中を下方から上方に通過し、上部ヨーク20a中を幅方向に通過し、上部外側ヨーク20A2中を上方から下方に通過する。すなわち、図4で示されている図示Y1側の断面においては、上部磁界Gaは、矢印で示すように、各ヨーク中を反時計回り方向に通過し、図示Y2側の断面においては、時計回り方向に通過する。ここで、上部ヨーク20aの上面20a1と上部内側ヨーク20A1の折り曲げ部20A10および上部外側ヨーク20A2の折り曲げ部20A20とが当接しているため、上方側においては上部磁界Gaの磁路は閉じられている。これに対して、上部内側ヨーク20A1の垂直部20A11の下面20A12および上部外側ヨーク20A2の垂直部20A21の下面20A22と、可動板16との間には微小間隔haがあけられているため、この部分においては上部磁界Gaの磁路は閉じられておらず、微小間隔haの部分から上部磁界Gaが漏れている。上部内側ヨーク20A1,上部外側ヨーク20A2および可動板16は全て磁性材料で形成されており、上部内側ヨーク20A1および上部外側ヨーク20A2は筐体12の内部に固定されているため、可動板16のうち、下面20A12および20A22と対向している部分に、上方向に、磁束密度Bの2乗に比例する磁気力f1が作用する。
From this initial state, when the current Ia is applied only to the
他方、可動板16は、その取り付け片16bを介して、弾性片13の突出部13aにかしめ固定されているため、下向きの付勢力f2によって下方に付勢されている。よって、可動板16には磁気力f1と付勢力f2の合力Fが上向きに作用する。すると、可動板16は上方に向けて、すなわち、電流Iaを流した上部コイル11Aの側に移動し、この可動板16とともに駆動軸15も上方へ移動する。
On the other hand, since the
磁気力f1は磁束密度Bの2乗に比例し、磁束密度Bは電流Iaの電流値に比例する。よって、電流Iaの電流値を変化させると、可動板16に作用させる磁気力f1を変化させることができる。これにより、合力Fを変化させることができ、可動板16の上方への移動量s1、すなわち駆動軸15の上方への移動量s1を変化させることができる。つまり、上部コイル11Aに流す電流Iaの電流値を制御することによって、駆動軸15の上方への移動量s1を精度よく制御することができる。なお、電流Iaを流す向きは、図4に示す向きと逆向きであってもよい。
The magnetic force f1 is proportional to the square of the magnetic flux density B, and the magnetic flux density B is proportional to the current value of the current Ia. Therefore, when the current value of the current Ia is changed, the magnetic force f1 applied to the
次に、上部コイル11Aに電流Iaを流すことを止め、下部コイル11Bにのみ図4に示す方向に電流Ibを流す。すると、上部コイル11Aに電流Iaを流した場合と同様に、下部磁界Gb(図示せず)が発生する。そして、下部内側ヨーク20B1の垂直部20B11の上面20B12および下部外側ヨーク20B2の垂直部20B21の上面20B22と、可動板16との間には微小間隔hbがあけられているため、上部コイル11Aに電流Iaを流した場合と同様の原理によって、可動板16は、下方に向けて、すなわち、電流Ibを流した下部コイル11Bの側に移動し、この可動板16とともに駆動軸15も下方へ移動する。駆動軸15の下方への移動量s2も、下部コイル11Bに流す電流Ibの電流値を制御することによって精度よく制御される。なお、電流Ibを流す向きは、図4に示す向きと逆向きであってもよい。
Next, the current Ia is stopped from flowing through the
以上の、上部コイル11Aに電流Iaを流すことと、下部コイル11Bに電流Ibを流すこととを、制御部(図示せず)によって切り換えることによって、駆動軸15を微小間隔haおよびhbの間で上方または下方に移動させることができる。
By switching the current Ia through the
本発明の駆動装置では、駆動軸15を上下方向に微小量だけ駆動する構造が、上記のように、上部コイル11Aおよび下部コイル11Bを設け、双方のコイルの間に微小間隔ha,hbをあけて、駆動軸15を支持する可動板16を設けるといった構造である。このため、一般的な直流モータやステッピングモータを利用する場合と比べて、構造を簡単にすることができる。また、上部コイル11Aおよび下部コイル11Bに流す電流量を変化させるだけで、駆動軸15を精度よく微小量だけ駆動することができ、制御機構も簡単にすることができる。
In the driving apparatus of the present invention, the structure for driving the
図5は本発明の駆動装置を用いた光路変更装置を示す斜視図、図6は図5に示す光反射装置の動作を説明する、図示Y2側からみた部分断面図、図7は図5に示す光反射装置の動作を説明する、図示X1側からみた部分断面図である。図5ないし図7においては、駆動軸の形状を模式的に示しており、太さを一定で示している。なお、図6においては、磁石およびホール素子にはハッチングは施していない。 5 is a perspective view showing an optical path changing device using the driving device of the present invention, FIG. 6 is a partial sectional view seen from the Y2 side, illustrating the operation of the light reflecting device shown in FIG. 5, and FIG. It is a fragmentary sectional view seen from illustration X1 side explaining operation | movement of the light reflection apparatus shown. 5 to 7, the shape of the drive shaft is schematically shown, and the thickness is shown constant. In FIG. 6, the magnet and the Hall element are not hatched.
なお、図5においては、図1ないし図3と同様の部材等には同一の符号を付し、説明を省略する。 In FIG. 5, members similar to those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
光路変更装置100は、LCD(液晶表示装置)などの画像表示装置Kから発せられる光LをミラーMで反射させて、所定の位置に画像K0を映し出すものである。そして、ミラーMを微小な角度揺動させることによって、光Lの光路r、特に反射光路をわずかに変更し、映し出される画像K0の画素の位置を見掛け上わずかに移動させ、見掛け上の画素数を増加させて、画像K0の解像度を向上させる。
The optical
光路変更装置100は固定装置101を有しており、固定装置101の底板101aの中央よりも図示X1側でかつ図示Y1側に、図1に示す駆動装置10が載置される。固定装置101の内部の上方には、所定の厚さと所定の面積を有するミラーMが、固定装置101の図示Y1側の側壁101bに設けられた支持部材102a、および固定装置101の図示Y2側の側壁101cに設けられた支持部材102bによって、支持部材102aと102bとを通る軸を回動軸m1として図示α1方向及びα2方向、すなわち、図示Y2側からみて時計方向および反時計方向に揺動可能に支持されている。また、ミラーMは、固定装置101の図示X1側の側壁101eに設けられた支持部(図示せず)によっても支持されている。ミラーMは、例えばミラーMと前記支持部とが凹凸嵌合させられることなどによって前記支持部に支持されている。そして、支持部材102a,102bは、上下に移動可能に設けられており、上方への移動量を規制するために、上部から、弾性変形可能な押圧部材103,103によって下方に押圧されている。ミラーMは、固定装置101の図示X1側の側壁101eに設けられた前記支持部によって支持されており、支持部材102a,102bが上下に移動可能であるため、ミラーMは、前記支持部を通り、図示X1―X2方向に延びる軸を回動軸m2として図示β1方向及びβ2方向、すなわち、図示X1側からみて時計方向および反時計方向にも揺動可能となっている。そして、ミラーMの下面は駆動軸15の上面と接合手段によって接合されている。
The optical
図6に示すように、ミラーMの図示X2側の端部、すなわち、駆動軸15と接合されている部分とは反対側の端部には、ミラーMの上面にN極に着磁された磁石103aが設けられ、ミラーMの下面にS極に着磁された磁石103bが設けられている。なお、ミラーMの上面にS極に着磁された磁石が設けられ、ミラーMの下面にN極に着磁された磁石が設けられていてもよい。
As shown in FIG. 6, the end of the mirror M on the X2 side, that is, the end opposite to the portion joined to the
固定装置101の図示X2側の側壁101dの内側で、磁石103aの高さ位置と磁石103bの高さ位置との間にホール素子104が設けられている。
A
次に、光路変更装置100の動作について説明する。
駆動軸15が移動していない前記初期状態では、図6の実線で示すように、ミラーMは、XY平面に平行、すなわち水平となっている。このとき、光Lは、図6の実線で示すような光路r0を進み、所定の位置に画像K0が映し出される。以下では、光Lが光路変更装置100のさらに図示X1側の斜め上方から入射し、ミラーMによって図示X2方向に反射され、画像K0が、光路変更装置100のさらに図示X2側に設けられたスクリーンScに映し出される場合を例にとって説明する。
Next, the operation of the optical
In the initial state where the
前記初期状態から、例えば駆動装置10の上部コイル11Aにのみ電流Iaを流すと、上記駆動原理によって、駆動軸15は上方に移動する。すると、図6に示すように、駆動装置10、すなわち駆動軸15がミラーMの回動軸m1よりも図示X1側でミラーMと接合されているため、ミラーMが、支持部材102a,102bを支点として図示α1方向に揺動する。このとき、光Lの光路rは、光路r0から、図6の点線で示す光路r1に変更させられる。そして、この光路変更によって、画像K0の画素の位置が、図6に矢印で示すように、駆動装置10が前記初期状態にあるときの初期位置からわずかに下方へ移動する。また、図7に示すように、駆動軸15がミラーMの回動軸m2よりも図示Y1側でミラーMと接合されているため、ミラーMは、支持部材102aの上方への移動および支持部材102bの下方への移動を介して、図示β1方向にも揺動する。このとき、光Lの光路rは、光路r0から図示Y2側(右方向)に変更させられる。そして、この光路変更によって、画像K0の画素の位置が、初期位置からわずかに右方向へ移動する。よって、駆動軸15が上方に移動すると、画像K0の画素の位置が、初期位置からわずかに下方および右方向に移動する。このため、画像K0の見掛け上の画素数が増加し、画像K0の解像度が向上する。
From the initial state, for example, when the current Ia is supplied only to the
駆動軸15を下方に移動させた場合には、ミラーMが図示α2方向および図示β2方向に揺動し、これにしたがって光Lの光路rも変更され、画像K0の画素の位置が、初期位置よりもわずかに上方および左方向へ移動する。この場合にも、画像K0の見掛け上の画素数が増加し、画像K0の解像度が向上する。
When the
ミラーMの、図示α方向の揺動角度θαおよび図示β方向の揺動角度θβ、すなわち、駆動軸15の上方への移動量s1または下方への移動量s2は、磁石103a,103b、およびホール素子104によって制御されている。ミラーMが図示α1方向またはα2方向に揺動すると、磁石103a,103bも図示α1方向またはα2方向に揺動し、ミラーMが図示β1方向またはβ2方向に揺動すると、磁石103a,103bも図示β1方向またはβ2方向に揺動する。すると、ホール素子104を通過する磁束密度Bhが、駆動装置10が前記初期状態にあるときの磁束密度Bh0から変化する。ホール素子104は、この磁束密度Bhの変化を電圧の変化として検出し、その電圧の変化によってミラーMの揺動角度θα,θβを検出し、ミラーMの位置を検知し、その検知信号を前記制御部に送る。前記制御部は、送られてきた前記検知信号に基づいて、所望の揺動角度θα,θβとなるように、すなわち、駆動軸15を所望の移動量s1またはs2だけ移動させるように、上部コイル11Aに流す電流Iaまたは下部コイル11Bに流す電流Ibの電流量を制御する。この制御方法により、駆動軸15を精度よく、微小量だけ移動させることができ、ミラーMの揺動角度θα,θβを精度よく、微小量だけ変化させることができる。
The oscillating angle θα in the α direction and the oscillating angle θβ in the β direction of the mirror M, that is, the moving amount s1 upward or the downward moving amount s2 of the
なお、上記とは逆に、ホール素子104がミラーMの図示X2側の端部の上面または下面に設けられ、磁石103a,103bが、固定装置101の図示X2側の側壁101dの内側で、磁石103a,103bの高さ位置の間にホール素子104がくるように設けられていてもよい。
Contrary to the above, the
また、上記においては、駆動軸15は、ミラーMの回動軸m1よりも図示X1側かつ回動軸m2よりも図示Y1側でミラーMと接合されているが、これには限定されず、駆動軸15によってミラーMを、図示α1方向またはα2方向、および図示β1方向またはβ2方向に揺動させることができれば、駆動装置10が、固定装置101の底板101aの中央よりも図示X1側でかつ図示Y2側に、または図示X2側でかつ図示Y1側に、あるいは図示X2側でかつ図示Y2側に載置され、駆動軸15が、ミラーMの回動軸m1よりも図示X1側でかつ回動軸m2よりも図示Y2側に、または回動軸m1よりも図示X2側でかつ回動軸m2よりも図示Y1側に、あるいは回動軸m1よりも図示X2側でかつ回動軸m2よりも図示Y2側でミラーMと接合されていてもよい。すなわち、駆動軸15は、ミラーMの回動軸m1およびm2からずれた位置にミラーMと接合されていればよい。
In the above, the
本発明の光路変更装置100は、簡単な構造である駆動装置10を用いた上記のような構造であるため、構造が簡単となる。そして、ミラーMが前記制御方法によって制御されるため、ミラーMの揺動角度θα,θβを精度よく、微小量だけ変化させることができ、その結果、精度よく光路rを変更することができる。
Since the optical
また、光路変更装置100は、画像表示装置Kとともに、画像K0を所定の位置に投影する画像投影装置Tにも組み込むことができる。画像投影装置Tでは、光路変更装置100を用いているため、精度よく光路が変更され、画像K0の解像度を確実に向上させることができる。
Further, the optical
図8は本発明の光学機器移動装置を示す斜視図、図9は図8に示す光学機器移動装置の分解斜視図、図10は図8の1−1線での矢視断面図である。なお、図10においては、駆動装置の内部はレンズモジュールを中心として対称であるため、一方の側の部材等にのみ符号を付している。 8 is a perspective view showing the optical device moving apparatus of the present invention, FIG. 9 is an exploded perspective view of the optical apparatus moving device shown in FIG. 8, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line 1-1 in FIG. In FIG. 10, since the inside of the driving device is symmetric with respect to the lens module, only the members on one side are denoted by reference numerals.
図8ないし図10において、図1ないし図3と同様の部材等には同一の符号を付し、説明を省略する。 8 to 10, members similar to those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
光学機器移動装置200は、図1ないし図3に示す駆動装置10と異なり、可動板16の中央部には、レンズ21を有するレンズモジュール(レンズ組立体)22が支持されている。蓋板17は磁性材料から形成されており、その中央部には貫通穴17bが形成されており、蓋板17の下面17Aのうち貫通穴17bに対応する位置には、貫通穴17bの半径よりも大きな半径を有する、円柱形状のガイド筒17cが設けられている。上部内側ヨーク20A1および上部外側ヨーク20A2は蓋板17と一体に形成されており、上部内側ヨーク20A1と上部外側ヨーク20A2は上方で、蓋板17の一部である連結部20A3によって連結されて一体となっている。同様に、下部内側ヨーク20B1および下部外側ヨーク20B2は、磁性材料からなる底板18と一体に形成されており、下部内側ヨーク20B1と上部外側ヨーク20B2は下方で、底板18の一部である連結部20B3によって連結されて一体となっている。これらの点が駆動装置10と異なる部分であり、他の部材等は、形状が異なるものもあるが、駆動装置10の部材等と同様である。なお、レンズモジュール22には複数枚のレンズが組み込まれていてもよい。
Unlike the driving
光学機器移動装置200の駆動動作は、上記した駆動装置10の駆動原理と同じ駆動原理によって行われ、可動板16の移動とともにレンズモジュール22が上下方向に移動される。
The driving operation of the optical
光学機器移動装置200における、レンズモジュール22を上下方向に微小量だけ駆動する構造は、上記のように、上部コイル11Aおよび下部コイル11Bを設け、双方のコイルの間に微小間隔ha,hbをあけて、レンズモジュール21を支持する可動板16を設けるといった構造である。このため、従来のように、一般的な直流モータやステッピングモータを利用する場合と比べて、構造を簡単にすることができる。
In the optical
また、レンズモジュール22の移動量の制御も、駆動装置10の駆動軸15の移動量の制御と同様に、上部コイル11Aおよび下部コイル11Bに流す電流量を変化させることで行われる。このため、上部コイル11Aおよび下部コイル11Bに流す電流量を変化させるだけで、レンズモジュール22を精度よく微小量だけ駆動することができ、制御機構も簡単にすることができる。
Further, the movement amount of the
図11は、図8に示す光学機器移動装置を用いたフォーカス装置を示す斜視図である。
フォーカス装置300は、光学機器移動装置200、CMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)等の撮像素子301、および撮像素子301に映し出される画像のコントラストのデータを検出する検出回路(図示せず)から構成されており、例えば、携帯電話に搭載される小型カメラや一般のデジタルカメラの、いわゆるオートフォーカス用のフォーカス装置として用いられる。
FIG. 11 is a perspective view showing a focus device using the optical device moving device shown in FIG.
The
フォーカス装置300では、上部コイル11Aにも下部コイル11Bにも電流が流されていない初期状態の位置(初期位置)から、光学機器移動装置200の上記駆動原理によって、レンズモジュール22を、まず上方に移動させて最上方の位置に移動させ、最上方の位置から下方へ移動させて最下方の位置に移動させ、最下方の位置から上方へ移動させて初期位置に戻す。すなわち、レンズモジュール22のレンズ21と撮像素子301との距離を変化させる。そして、この一連の移動中に、レンズモジュール22が所定の位置にあるとき、すなわち、レンズ21と撮像素子301との間が所定の距離の場合の、撮像素子301に映し出される被写体(対象物)のコントラストを前記検出回路によって検出する。その後、被写体のコントラストの値が最も高かった位置に、レンズモジュール22を上記駆動原理によって移動させる。そして、被写体を前記カメラによって撮影する。なお、レンズモジュール22の移動のさせ方は、上記とは逆に、初期位置から、まず下方へ移動させて最下方の位置に移動させ、最下方の位置から上方へ移動させて最上方の位置に移動させ、最上方の位置から下方へ移動させて初期位置に戻してもよい。
In the focusing
本発明のフォーカス装置300は、簡単な構造である光学機器移動装置200を用いた上記のような構造であるため、構造が簡単となる。また、光学機器移動装置200は、従来のステッピングモータを用いた場合のように、ギアなどを介して駆動されるものではないため、駆動時の駆動音を小さくすることができる。そして、レンズモジュール22の移動量が前記制御方法によって制御されるため、レンズモジュール22の移動量を、精度よく、微小量だけ変化させることができ、その結果、前記カメラのフォーカス移動を精度よく行うことができる。
Since the
10 駆動装置
11A 上部コイル
11B 下部コイル
12 筐体
13 弾性片
14 支持板
15 駆動軸
16 可動板
22 レンズモジュール
100 光路変更装置
103a,103b 磁石
104 ホール素子
200 光学機器移動装置
300 フォーカス装置
301 撮像素子
K 画像表示装置
M ミラー
T 画像投影装置
f1 磁気力
ha,hb 微小間隔
DESCRIPTION OF
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JP2005083152A JP2006271052A (en) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | Driving device, optical path changing device using the same, image projection device using optical path changing device, optical equipment moving device using driving device, and focusing device using optical equipment moving device |
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---|---|---|---|---|
JP2008287034A (en) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Sharp Corp | Actuator, its manufacture method, imaging equipment and portable electronic equipment |
JP2009282518A (en) * | 2008-05-23 | 2009-12-03 | Fuzhun Precision Industry (Shenzhen) Co Ltd | Camera lens module |
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-
2005
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