JP2013117629A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光変調素子としてＤＭＤ素子を用いた光変調装置の構造を簡略化した投写型映像表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明の投写型映像表示装置における光変調装置３０は、ＤＭＤ素子３２を駆動する駆動回路が搭載されたＤＭＤ駆動回路基板３１の一方側にＤＭＤ電子ソケット３３を介しＤＭＤ素子３２が配置されている。また、ＤＭＤ駆動回路基板３１の他方側に絶縁性及び弾力性を有する補強部材を３４介してＤＭＤ素子３２で発生する熱を放熱するためのヒートシンク３５が配置されている。そして、これら部材が弾性的に締め付けられている。さらに、光変調装置３０は、ヒートシンク３５におけるＤＭＤ素子側の表面に突出部３５ｃが形成され、この突出部３５ｃが補強部材３４、ＤＭＤ駆動回路基板３１、及びＤＭＤ電子ソケット３３にそれぞれ形成された開口部３４ａ，３１ａ，３３ａを貫通してＤＭＤ素子３２の表面に接触するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、投写型映像表示装置に関し、特に、光変調装置としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子を用いた投写型映像表示装置に関する。

投写型映像表示装置には種々の形式があるが、小型化に有利なものとして、光変調装置にＤＭＤ素子を用いたものが知られている。このような投写型映像表示装置においては、映像信号処理回路やＤＭＤ素子を駆動するＤＭＤ駆動回路が搭載されたＤＭＤ駆動回路基板とＤＭＤ素子とを安定して通電させること、及び発熱部品であるＤＭＤ素子と放熱用ヒートシンクとの熱伝導性を良好とすることが肝要とされている。このため、従来の投写型映像表示装置においては、例えば図５に示すように、ＤＭＤ素子１０１、ＤＭＤ電子ソケット１０２、ＤＭＤ駆動回路基板１０３、ヒートシンク１０４などの部品を重ね合わせて固定する際に、弾力的に重ねるために絶縁シート１０５、補強用金属プレート１０６及びバネ部材１０７を介在させて重ね合わせるように構成されている。このような構造のものとして特許文献１、特許文献２等を掲げることができる。なお、ＤＭＤ電子ソケットは、端子プレート、ホルダーなどとも称されている。

特開２００５−２４１９６９号公報 特開２０１０−１７５５８３号公報

このように従来の投写型映像表示装置においては、このバネ部材１０７が比較的複雑な構造であること、バネ部材１０７を取り付けるために構成部品数が多くなっており、加工工数や組立工数が多くなっていること、バネ部材１０７を取り付けるために他の構成部品の形状等が制約されることなどの問題があった。このため、ＤＭＤ素子１０１を用いた光変調装置の構造の簡略化が要請されていた。

本発明は、このような従来技術における問題点を解決するものであって、光変調素子としてＤＭＤ素子を用いた光変調装置の構造を簡略化した投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明に係る投写型映像表示装置は、光変調素子としてＤＭＤ素子を用いた光変調装置を有する投写型映像表示装置であって、前記光変調装置は、ＤＭＤ素子を駆動する駆動回路が搭載されたＤＭＤ駆動回路基板の一方側にＤＭＤ電子ソケットを介しＤＭＤ素子が配置され、ＤＭＤ駆動回路基板の他方側に絶縁性及び弾力性を有する補強部材を介してＤＭＤ素子で発生する熱を放熱するためのヒートシンクが配置され、これら部材が弾性的に締め付けられたものであり、さらに、前記光変調装置は、前記ヒートシンクにおけるＤＭＤ素子側の表面に突出部が形成され、この突出部がこの突出部が前記補強部材、ＤＭＤ駆動回路基板、及びＤＭＤ電子ソケットにそれぞれ形成された開口部に対し貫通状に挿入されてＤＭＤ素子表面に接触するように構成されていることを要旨とする。

このような構成によれば、従来は、ＤＭＤ素子、ＤＭＤ電子ソケット、ＤＭＤ駆動回路基板、ヒートシンクを重ね合わせて組み付けるために、これら部材以外に絶縁シート、補強用金属プレート及びバネ部材が使用されていたが、これを絶縁性及び弾力性を有する補強部材に代替させることができる。したがって、部品点数の削減と組立工数の削減とにより大きなコストダウンを達成することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の投写型映像表示装置において、前記補強部材は、硬質系ゴムから成ることを要旨とする。
このような構成によれば、硬質系ゴムの使用材料を選択することにより、補強部材の強度やバネ特性を調整することができる。これにより、各種のＤＭＤ素子のサイズや画素数などのＤＭＤ素子仕様に沿った密着圧を設定することができる。したがって、絶縁性シートに代わる絶縁性と、金属プレートに代わる補強性と、板バネに代わる弾力性とを一つの部品に集約することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の投写型映像表示装置において、前記補強部材は、絶縁性、前記ＤＭＤ駆動回路基板を補強する補強性及び弾力性を有する樹脂材から成ることを要旨とする。

このような構成によれば、硬質系ゴムを使用する場合と同様の効果を適用することができる。

本発明に係る投写型映像表示装置によれば、従来は、ＤＭＤ素子、ＤＭＤ電子ソケット、ＤＭＤ駆動回路基板、ヒートシンクを重ね合わせて組み付けるために、これら部材以外に絶縁シート、補強用金属プレート及びバネ部材が使用されていたが、これを絶縁性及び弾力性を有する補強部材に代替させることができる。したがって、部品点数の削減と組立工数の削減とにより大きなコストダウンを達成することができる。

本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の構成図である。 同投写型映像表示装置における光変調装置周りの斜視図である。 同光変調装置の分解斜視図である。 同光変調装置の断面図である。 従来の投写型映像表示装置における光変調装置周りの分解斜視図である。

先ず、本発明の実施の形態１に係る投写型映像表示装置の全体構成について、図１に基づき説明する。
この投写型映像表示装置は、光変調装置としてＤＭＤ素子を備えたプロジェクタである。また、このプロジェクタは、光源ランプ、カラーホイール等を備えた光源部１０と、光源部１０から出射される出射光の照度を均一化して導く照明光学系２０と、照明光学系２０により導かれた光を変調する光変調装置３０と、映像光を投写する投写光学系４０とを備える。

光源部１０は、光源として二つの光源ランプ１１を備えるとともに、各光源ランプ１１に対応してＵＶフィルタ１２及びカラーホイールユニット１３が配置されている。
光源ランプ１１は、超高圧水銀ランプであって、発光部１１ａから出射された白色光が放物面状又は楕円面上の反射鏡１１ｂにより、ＵＶフィルタ１２及びカラーホイールユニット１３を透過してロッドインテグレータ２１、２２の入射面に集光されるように構成されている。ロッドインテグレータ２１、２２は、照明光学系２０を構成するものである。

ＵＶフィルタ１２は、紫外線を除去するために配置されている。
カラーホイールユニット１３は、カラーホイール１３ａ、モータ１３ｂ等を備えている。カラーホイール１３ａは、リング形状を有し、赤色、緑色、青色の各透過領域に等分に区画されている。赤色透過領域は、赤色波長域の光のみを透過する光学特性を有する。緑色透過領域は、緑色波長域の光のみを透過する光学特性を有する。青色透過領域は、青色波長域の光のみを透過する光学特性を有する。

また、カラーホイールユニット１３は、光源ランプ１１の光軸Ｌに対し直交するように配置され、光源ランプ１１からの光がカラーホイール１３ａの赤色、緑色、青色の透過領域を順次透過するように一定の回転速度で回転している。これにより、カラーホイール１３ａが回転すると、各透過領域に光が順次入射され、各透過領域を透過した赤色光、緑色光及び青色光が時分割で出射される。

照明光学系２０は、二つのロッドインテグレータ２１，２２、ライトトンネル２３、三つのリレーレンズ２４，２５，２６、全反射ミラー２７、全反射プリズム２８等により構成されている。

ロッドインテグレータ２１，２２は、棒状ガラスで形成された四角柱状のレンズであって、入射された光を内部で繰り返し全反射させることにより照度を均一化するものである。また、二つのロッドインテグレータ２１，２２は、それぞれ略直角に屈曲した形状を有し、紙面に垂直な方向に２段に縦列するように配置されている。各ロッドインテグレータ２１，２２は、入射面に導かれた光を内部で全反射させつつ、略垂直に向きを変えて次のライトトンネル２３に向かわせるように構成されている。

ライトトンネル２３は、反射膜を蒸着したミラーを内壁に４面持った構造のもので、照度分布を均一化するものである。ライトトンネル２３は、二つのロッドインテグレータ２１，２２から導かれた光を、この装置内を通過させる際に繰り返し全反射させることによって一つの光に合成するとともに、さらに照度を均一化している。

三つのリレーレンズ２４，２５，２６は、ライトトンネル２３から出射された各色光の焦点位置を調節するもので、光変調装置３０のＤＭＤ素子３２の表面を焦点位置とするように調節される。全反射ミラー２７はその光を途中で反射させるものであり、全反射プリズム２８は、全反射ミラー２７から反射された各色光を、所定の角度で光変調装置３０のＤＭＤ素子３２の表面に入射させる機能を有する。なお、全反射プリズム２８は、光変調装置３０で光変調された変調光を投写光学系４０へ透過させることができる。

光変調装置３０は、照明光学系２０により集光された光を映像信号に応じて光変調させるもので、この光変調装置を駆動するための駆動回路が形成されたＤＭＤ駆動回路基板３１に対し、光変調素子であるＤＭＤ素子３２を接続するように、ＤＭＤ素子３２が取り付けられている。

また、投写光学系４０は、光変調装置３０で生成された映像光を拡大投写する投写レンズ４１を主部品とするものである。この投写レンズ４１側から光変調装置３０を眺めると図２のような配置関係になっている。また、同様の視点から見た光変調装置３０の分解斜視図が図３である。

次に、光変調装置３０の詳細構造について、この図３の分解斜視図及び図４の断面図に基づき説明する。
光変調装置３０は、ＤＭＤ駆動回路基板３１の投写レンズ４１側に、ＤＭＤ電子ソケット３３を介しＤＭＤ素子３２が配置されている。また、光変調装置３０は、ＤＭＤ駆動回路基板３１の他方側に、絶縁性及び弾力性を有する補強部材３４を介してＤＭＤ素子３２で発生する熱を放熱するためのヒートシンク３５が配置されている。そして、光変調装置３０は、これら部材が適度の弾性力で重ね合わされるように、締結ネジ３６で締め付けられたものである。

ＤＭＤ駆動回路基板３１は、ＤＭＤ素子を駆動するＤＭＤ駆動回路を搭載したものであるが、この実施の形態に係るプロジェクタにおいては、映像信号を入力する処理から映像信号を生成するまでの全ての処理を行うための全ての処理回路が搭載されており、各種の電子部品が取り付けられている。また、ＤＭＤ駆動回路基板３１におけるＤＭＤ電子ソケット３３を取り付けるスペースの中央部には、後述するヒートシンク３５の突出部３５ｃを貫通させるための四角形の開口部３１ａが設けられている。また、ＤＭＤ駆動回路基板３１におけるＤＭＤ電子ソケット３３を取り付けるスペースの四つの角部には締結ネジ３６を貫通させるためのネジ貫通孔３１１が設けられている。

ＤＭＤ素子３２は、照明光学系２０から照射された光を変調して反射するもので、この反射面の反対側の面（ＤＭＤ駆動回路基板３１側の面）には、ＤＭＤ駆動回路基板３１からの電気信号を受信するための端子が多数配置されている。また、ＤＭＤ素子３２は、ＤＭＤ素子３２自体が駆動することにより熱を発生するとともに、照明光学系から光が照射されることによっても熱を発生する。このため、ＤＭＤ素子３２のＤＭＤ駆動回路基板３１側の面の中央部には、冷却用エリア３２ａが設けられている。この冷却用エリア３２ａは、ヒートシンク３５を接触させることにより、ＤＭＤ素子３２のＤＭＤ駆動回路基板３１側の表面からＤＭＤ素子３２を冷却するものである。

ＤＭＤ素子３２とヒートシンク３５との密着圧は、密着圧が弱いと熱伝導性が低下し、逆に密着圧が強いとＤＭＤ素子３２を損傷するため、予め設定されている規定の密着圧を維持するように管理されている。

ＤＭＤ電子ソケット３３は、ＤＭＤ素子３２を収納固定する枠部材３３１を有するとともに、ＤＭＤ素子３２の電極部に対応する箇所にバネ性電極部を有し、さらに、このバネ性電極部の反対側にはＤＭＤ駆動回路基板３１に接触する電極を有している。そして、このように構成されることにより、ＤＭＤ素子３２とＤＭＤ駆動回路基板３１との安定した通電状態を維持するように形成されている。また、ＤＭＤ電子ソケット３３の枠部材３３１は、四つの角部に光変調装置を組み立てるための組立用インサートナット３３２が埋め込まれている。また、ＤＭＤ電子ソケット３３の中央部には、後述するヒートシンク３５の突出部３５ｃを貫通させるための四角形の開口部３４ａが設けられている。

なお、上記バネ性電極部のバネ圧が弱すぎると、ＤＭＤ素子３２とＤＭＤ駆動回路基板３１との通電状態が不安定となり電気信号の不良が発生する。また、上記バネ性電極部のバネ圧が強すぎると、ＤＭＤ素子３２に強い圧力がかかりＤＭＤ素子の故障の原因となる。よって、このバネ性電極部のバネ圧は、予め設定されている規定の密着圧を維持するように管理され、これによりＤＭＤ素子３２とＤＭＤ駆動回路基板３１との安定した電気的接点を構築している。

補強部材３４は、ヒートシンク３５とＤＭＤ駆動回路基板３１との間に挟着される平板状のものであって、絶縁性及び弾力性を有する材料により形成されている。補強部材３４は、ヒートシンク３５とＤＭＤ駆動回路基板３１との間に挟着されることにより、ＤＭＤ駆動回路基板３１に局部的に大きな力が作用することを防止している。また、補強部材３４は、ヒートシンク３５とＤＭＤ駆動回路基板３１との絶縁性を保持している。補強部材３４の中央部には後述するヒートシンク３５の突出部３５ｃを貫通させるための四角形の開口部３４ａが設けられている。また、補強部材３４の四つの角部には締結ネジ３６を貫通させるためのネジ貫通孔３４１が設けられている。

補強部材３４の材料としては、ポリエチレンゴムやシリコンゴムなどといった硬質系ゴムを使用することができる。また、この硬質系ゴムの材料を選択することにより、補強部材の強度やバネ性（弾力性）を調整することが可能となる。

ヒートシンク３５は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率が比較的高い金属などの部材で形成されたものであって、放熱部３５ａと、基板部３５ｂとから構成されている。また、ヒートシンク３５における基板部３５ｂのＤＭＤ素子側表面には、ＤＭＤ素子３２から発生する熱を放熱するための平面形状が四角形の突出部３５ｃが一体的に形成されている。突出部３５ｃは、図４に示すように、補強部材３４に設けられた開口部３４ａ、ＤＭＤ駆動回路基板３１に設けられた開口部３１ａ、ＤＭＤ電子ソケット３３の枠部材３３１に設けられた開口部３３ａを貫通してＤＭＤ素子３２の表面の冷却用エリア３２ａに接触するように構成されている。

光変調装置３０は、ＤＭＤ駆動回路基板３１の一方側にＤＭＤ電子ソケット３３を介しＤＭＤ素子３２を配置し、ＤＭＤ駆動回路基板３１の他方側に絶縁性及び弾力性を有する補強部材３４を介してヒートシンク３５を配置するようにこれら部品を重ね合わせ、さらに、これを締結ネジ３６で適度の弾性的に締め付けるようにしたものである。そして、この締め付けは、４本の締結ネジ３６を、ヒートシンク３５の放熱部側からこのヒートシンク３５自体、補強部材３４及びＤＭＤ駆動回路基板３１を通してＤＭＤ電子ソケット３３の組立用インサートナット３３２に締め付けることにより行われている。なお、前述のように、４本の締結ネジ３６を挿通させるためのネジ貫通孔３５１，３４１，３１１が、ヒートシンク３５、補強部材３４、及びＤＭＤ駆動回路基板３１に設けられている。前記４本の締結ネジ３６は、これらネジ貫通孔３５１，３４１，３１１を直列的に貫通するようにヒートシンク３５の放熱部３５ａ側から挿入され、ＤＭＤ電子ソケット３３の枠部材３３１の組立用インサートナット３３２に締め付けられている。

次に、上記実施の形態に係るプロジェクタの動作について説明する。
二つの光源ランプ１１から照射された光は、それぞれＵＶフィルタ１２を通過してカラーホイール１３ａにより時分割で赤色光、緑色光、青色光となって出射される。このようにして二つのカラーホイールユニット１３から時分割で出射された各色光は、光源ランプ１１の反射鏡の作用によりロッドインテグレータ２１、２２の入射面に集光され、ロッドインテグレータ２１、２２に入射される。

二つのロッドインテグレータ２１、２２に入射された各色光は、ロッドインテグレータ２１，２２を通過する際に内部で全反射が繰り返し行われることにより照度が均一化される。また、これらロッドインテグレータ２１，２２は、略直角に屈曲した形状となっており、その出射面がライトトンネル２３の入射面に縦列して対向するように配置されているので、ロッドインテグレータ２１，２２を通過した光は、ライトトンネル２３に同時に入射される。

二つのロッドインテグレータ２１，２２からライトトンネル２３に導かれた各色光は、ライトトンネル２３を通過する際に内部で全反射が繰り返し行われることにより、合成されるとともに、より一層の照度の均一化が行われる。

ライトトンネル２３を通過して出射された各色光は、三つのリレーレンズ２４，２５，２６により焦点位置が調整されるとともに、全反射ミラー２７及び全反射プリズム２８の作用により、所定の角度で光変調装置３０のＤＭＤ素子３２の表面に入射される。このようにして、ＤＭＤ素子３２には各色光が時分割されて入射される。また、時分割で入射された各色光は、光変調装置３０の光変調機能により変調されて映像光として生成される。この映像光は、全反射プリズム２８を透過して、投写光学系４０を構成する投写レンズ４１によりスクリーン等の投写面に拡大投写される。

以上のように構成されたプロジェクタにおいて、光変調装置３０は、次のように組み立てられる。
ＤＭＤ駆動回路基板３１の投写レンズ４１側にＤＭＤ電子ソケット３３を介在させるようにＤＭＤ素子３２を所定の位置に配置する。この場合、ＤＭＤ素子３２は、予めＤＭＤ電子ソケット３３に固定された状態としておく。また、ＤＭＤ駆動回路基板３１の反対側には、補強部材３４を介してヒートシンク３５を所定の位置に配置する。このときヒートシンク３５の突出部３５ｃが、補強部材３４の開口部３４ａ、ＤＭＤ駆動回路基板３１の開口部３１ａ、及びＤＭＤ電子ソケット３３の開口部３３ａを貫通して、突出部３５ｃの先端面がＤＭＤ素子３２の冷却用エリア３２ａに当接する状態にする（図４参照）。この状態において、ヒートシンク３５の放熱部側から締結ネジ３６を、ヒートシンク３５のネジ貫通孔３５１、補強部材３４のネジ貫通孔３４１、ＤＭＤ駆動回路基板３１のネジ貫通孔３１１を介してＤＭＤ電子ソケット３３の枠部材３３１の組立用インサートナット３３２に螺合する。この螺合を適度な締め付けとすることにより、ＤＭＤ素子３２とヒートシンク３５との密着圧が規定どおりの密着圧となるとともに、ＤＭＤ電子ソケット３３とＤＭＤ駆動回路基板３１との密着圧が適切な密着圧となるように設定されている。

次に、以上のように構成された本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の効果について説明する。
（１）本実施の形態に係るプロジェクタによれば、光変調装置３０を構成する部材として従来の絶縁シート、補強用金属プレート及びバネ部材の３枚構成を、絶縁性及び弾力性を有する平板状の補強部材３４に代替させることができる。したがって、部品点数の削減と組立工数の削減とにより大きなコストダウンを達成することができる。

（２）補強部材３４は、硬質系ゴムから成るので、この硬質系ゴムの材料使用を選択することにより強度やバネ特性を調整することができる。また、これにより、各種のＤＭＤ素子のサイズや画素数などのＤＭＤ素子仕様に沿った密着圧を設定することができる。したがって、絶縁性シートに代わる絶縁性と、金属プレートに代わる補強性と、板バネに代わる弾力性とを一つの部品に集約することができる。

（変形例）
本発明は、上記実施の形態において以下のように変更することもできる。
・上記実施の形態においては、補強部材３４の材料としてポリエチレンゴム、シリコンゴムなどの硬質系ゴムが使用されていたが、これを絶縁性、強度、弾力性を有する樹脂材としてもよい。このように構成しても硬質系ゴムを使用する場合と同様の効果を奏することができる。

・前記実施の形態において、ＤＭＤ電子ソケット３３にＤＭＤ素子３２を予め取り付けた後、これをＤＭＤ駆動回路基板３１に重ねるようにしているが、ＤＭＤ電子ソケット３３をＤＭＤ駆動回路基板３１に取り付けた後にＤＭＤ素子３２をＤＭＤ電子ソケット３３に固定するようにしてもよい。

・また、前記実施の形態においては、ＤＭＤ素子３２をＤＭＤ電子ソケット３３に固定するようにしているが、専用の枠部材に固定するようにしてもよい。この場合は、ＤＭＤ電子ソケット３３に設けられている組立用インサートナット３３２をネジ貫通孔に変更し、新たに用いるＤＭＤ素子３２の専用枠部材に組立用インサートナットを形成し、この組立用インサートナットに対し締結ネジ３６を締め付けるようにしてもよい。

・前記実施の形態においては、光源ランプ１１として超高圧水銀ランプが用いられているが、レーザ発光器やＬＥＤを用いてもよい。
・また、光源ランプ１１は、２灯用いられていたが、これを１灯又は３灯以上としてもよい。

・前記実施の形態においては、赤色光、緑色光、及び青色光の各色光は、カラーホイールユニット１３により時系列に発光させるようにしていたが、他の方法により時系列に各色光を発生させるようにしてもよい。例えば、光源ランプ１１として赤色光、緑色光、及び青色光のＬＥＤを用い、これらを時系列的に発光させるようにしてもよい。

・前記実施の形態においては、光を所定の角度でＤＭＤ素子３２に照射するために、全反射ミラー２７と全反射プリズム２８とが用いられていたが、全反射プリズム２８に代えてハーフミラーを用いて照射角度を調整するようにしてもよい。

３０…光変調装置、３１…ＤＭＤ駆動回路基板、３１ａ，３３ａ，３４ａ…開口部、３２…ＤＭＤ素子、３３…ＤＭＤ電子ソケット、３４…補強部材、３５…ヒートシンク、３５ｃ…突出部。

Claims (3)

1. 光変調素子としてＤＭＤ素子を用いた光変調装置を有する投写型映像表示装置であって、
   前記光変調装置は、ＤＭＤ素子を駆動する駆動回路が搭載されたＤＭＤ駆動回路基板の一方側にＤＭＤ電子ソケットを介しＤＭＤ素子が配置され、ＤＭＤ駆動回路基板の他方側に絶縁性及び弾力性を有する補強部材を介してＤＭＤ素子で発生する熱を放熱するためのヒートシンクが配置され、これら部材が弾性的に締め付けられたものであり、
   さらに、前記光変調装置は、前記ヒートシンクにおけるＤＭＤ素子側の表面に突出部が形成され、この突出部が前記補強部材、ＤＭＤ駆動回路基板、及びＤＭＤ電子ソケットにそれぞれ形成された開口部に対し貫通状に挿入されてＤＭＤ素子表面に接触するように構成されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 請求項１記載の投写型映像表示装置において、
   前記補強部材は、硬質系ゴムから成る
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 請求項１記載の投写型映像表示装置において、
   前記補強部材は、絶縁性、前記ＤＭＤ駆動回路基板を補強する補強性及び弾力性を有する樹脂材から成る
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。