JP2017102174A - Image projection device, optical engine, and image display unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像投射装置、光学エンジン、および画像表示ユニットに関する。 The present invention relates to an image projection apparatus, an optical engine, and an image display unit.
従来、プロジェクタなどの画像投射装置において、投影画像を高解像化する手法としては、画像表示素子(DMD:Digital Micro-mirror Device)の画像数を増加させる手法以外に、細かい周期で投影画像を斜め45度方向に半画素ずらす手法が知られている。 Conventionally, in an image projection apparatus such as a projector, as a method for increasing the resolution of a projection image, a method for increasing the number of images of an image display element (DMD: Digital Micro-mirror Device) is used. A method of shifting by half a pixel in an oblique 45 degree direction is known.
この投影画像を半画素ずらす手法としては、DMDを直接シフトさせる手法が知られている。この手法は、半画素ずらしの動き(高解像度化の動き)と併せて、投影画像の上下左右への移動(シフト)、および投影画像の回転を実現できるというメリットがある。また、DMDの冷却方法としては、当該DMDにヒートシンクを押圧して、熱伝導を利用して冷却する手法が知られている。 As a method of shifting the projected image by half a pixel, a method of directly shifting DMD is known. This method has an advantage that the projected image can be moved up and down, left and right (shifted), and the projected image can be rotated, in addition to the half-pixel shifting (higher resolution). Further, as a method for cooling the DMD, a method is known in which a heat sink is pressed against the DMD and is cooled using heat conduction.
例えば特許文献1には、光学変調素子の画素数を増加させることなく、画素数よりも高い解像度の画像を表示する画像表示装置が開示されている。この画像表示装置では、アクチュエータにより光学変調素子を動かすことによって画素をずらすことで中間画像を作り出し、高解像な画像を形成する方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an image display device that displays an image with a resolution higher than the number of pixels without increasing the number of pixels of the optical modulation element. In this image display device, a method is disclosed in which an intermediate image is created by shifting pixels by moving an optical modulation element by an actuator to form a high-resolution image.
しかしながら、特許文献1の画像表示装置では、投影画像の回転が実現不可能であり、さらに、投影画像を大きくシフトさせるような大幅な光路変更をする場合、プリズム厚を大きくする必要があるため、装置全体が大型化してしまう。また、上述したヒートシンクを押圧してDMDを冷却する構造の場合、投影画像を動かすためには、DMDだけでなく、ヒートシンクも同時にシフトさせる必要がある。そのため、駆動機構には、駆動力が直接働く部品と、当該部品とDMDおよびヒートシンクを締結する部品が必要となり、装置全体が大型化してしまうという問題があった。 However, in the image display device of Patent Document 1, it is impossible to rotate the projection image, and it is necessary to increase the prism thickness when performing a large optical path change that greatly shifts the projection image. The entire device becomes large. Further, in the case of the structure in which the DMD is cooled by pressing the heat sink described above, it is necessary to shift not only the DMD but also the heat sink at the same time in order to move the projection image. For this reason, the drive mechanism requires a component that directly acts on the drive force and a component that fastens the component, the DMD, and the heat sink, resulting in an increase in the size of the entire apparatus.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、投影画像の高解像度化および投影画像のシフト・回転を実現できるとともに、部品と部品とを締結する部品を減少させ、小型化および低コスト化できる画像投射装置、光学エンジン、および画像表示ユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can achieve high resolution of the projected image and shift / rotation of the projected image, and can reduce the size and cost of the components by fastening the components to each other. It is an object of the present invention to provide an image projection device, an optical engine, and an image display unit that can be converted into a single image.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画像投射装置であって、光源から照射された光を用いて画像を生成する光変調素子と、前記光源から照射された光を前記光変調素子へ導くための照明光学部と、前記光変調素子により生成された画像を投射する投射部と、前記光変調素子を保持する可動ユニットを移動させることで、前記照明光学部に対して前記光変調素子を相対的に移動させる駆動部と、前記可動ユニットに設けられ、前記光変調素子の熱を拡散させる放熱部と、を備え、前記放熱部は、前記駆動部の一部を含む。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides an image projection apparatus, a light modulation element that generates an image using light emitted from a light source, and light emitted from the light source. By moving an illumination optical unit for guiding the light modulation element to the light modulation element, a projection unit that projects an image generated by the light modulation element, and a movable unit that holds the light modulation element. A drive unit that relatively moves the light modulation element, and a heat dissipation unit that is provided in the movable unit and diffuses heat of the light modulation element, wherein the heat dissipation part is a part of the drive unit including.
本発明によれば、投影画像の高解像度化および投影画像のシフト・回転を実現できるとともに、部品と部品とを締結する部品を減少させ、小型化および低コスト化できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to achieve high resolution of a projected image and shift / rotation of a projected image, and to reduce the number of parts that fasten the parts and reduce the size and cost.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1の(A)は、本実施形態に係る画像投射装置1の斜視図、図1の(B)は、画像投射装置1の側面図である。なお、図1の(B)では、画像投射装置1から発した投射光が、画像が投影されるスクリーン(被投射物)2に照射されている状態が示されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1A is a perspective view of the image projection apparatus 1 according to this embodiment, and FIG. 1B is a side view of the image projection apparatus 1. 1B shows a state in which the projection light emitted from the image projection apparatus 1 is applied to the screen (projected object) 2 on which the image is projected.
画像投射装置1は、パソコンやビデオカメラ等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像をスクリーン2等に投影表示する装置である。画像投射装置1として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、DMD(Digital Micro-mirror Device)を利用した小型軽量なプロジェクタが普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれらプロジェクタが利用されるようになってきている。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。
The image projection apparatus 1 is an apparatus that generates an image based on image data input from a personal computer, a video camera, or the like, and projects and displays the image on a
画像投射装置1であるプロジェクタには、大画面の画像を投射できること(投射画面の大画面化)と共に「プロジェクタ外に必要とされる投影空間」をできるだけ小さくできることが要請されている。近年では光学エンジンの性能が向上し、投射距離が1〜2mで投射サイズが60インチ〜80インチを達成できるプロジェクタが主流となってきている。以前の投射距離が長いプロジェクタの場合には、プロジェクタとスクリーン2との間には会議机があり、会議机の後ろ側にプロジェクタを配置していたのが、近年では投射距離の短縮に伴い会議机の前側に配置することが可能となり、プロジェクタの背後の空間を自由に活用できるようになってきた。
The projector that is the image projection apparatus 1 is required to be able to project a large screen image (increasing the projection screen) and to make the “projection space required outside the projector” as small as possible. In recent years, the performance of optical engines has improved, and projectors that can achieve projection sizes of 60 to 80 inches with a projection distance of 1 to 2 m have become mainstream. In the case of a projector having a long projection distance, there is a conference desk between the projector and the
なお、プロジェクタは、内部に光源ランプや多数の電子基板を収納しているため、起動後は時間の経過と共にプロジェクタの内部温度が上昇することとなる。これはプロジェクタの筐体サイズの小型化が進む昨今では顕著であり、その対策としてプロジェクタ内部の構成部品の耐熱温度を超えることのないよう、図1の(A)に示すように吸気口11と排気口12を設け、強制気流による空冷方式が一般的に採用されている。
Since the projector contains a light source lamp and a large number of electronic boards, the internal temperature of the projector rises as time passes after startup. This is conspicuous in recent years when the projector housing size has been reduced, and as a countermeasure, as shown in FIG. An air cooling method using a forced air flow is generally adopted by providing an
図2は、画像投射装置1の外装カバーを外し、光学エンジン3および光源ユニット4の配置と構成を示した図である。本実施形態では光源ユニット4として高圧水銀ランプを採用している。光源ユニット4から照射された光がスクリーン2上に像を結ぶまでの経路としては、まず光源ユニット4からの光が光学エンジン3の後述の照明ユニット3aに照射される。照明ユニット3a内では、照射された白色光をRGBに分光し、分光した光を後述の画像表示素子ユニット8へと導く。その後、画像表示素子ユニット8に導かれた光は変調信号に応じて画像形成され、後述の投射ユニット3bで拡大投射されてスクリーン2に至るという構成になっている。また、図1の(A)で示した画像投射装置1内部の空冷方式は、吸気口11近辺に配置された吸気ファン13と排気口12近辺に配置された排気ファン14による強制気流によって実施されている。
FIG. 2 is a view showing the arrangement and configuration of the optical engine 3 and the light source unit 4 with the exterior cover of the image projection apparatus 1 removed. In the present embodiment, a high pressure mercury lamp is employed as the light source unit 4. As a path for the light emitted from the light source unit 4 to form an image on the
図3は、光学エンジン3の構成例を示す図である。図3に示すように、本実施形態に係る光学エンジン3は、主に、照明ユニット3aと投射ユニット3bなどを備えている。照明ユニット3aは、照明光学部の一例であり、光源ユニット4から照射された光を画像表示素子ユニット8に設けられているDMD16に導く。また、投射ユニット3bは、投射部の一例であり、DMD16(画像表示素子ユニット8)により生成された画像を拡大してスクリーン2に投射する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the optical engine 3. As shown in FIG. 3, the optical engine 3 according to the present embodiment mainly includes an
本実施形態の光学エンジン3では、まず光源ユニット4から照射された白色光を円盤状のカラーホイール5によりRGBの各色に変換している。その後、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されたライトトンネル6によりカラーホイール5から出射された光を照明ユニット3a内に導き、ライトトンネル6の直後に配置されている2枚のリレーレンズ7により色収差を補正し、平面ミラー10及び凹面ミラー9によってDMD16を備えた画像表示素子ユニット8に集光させる構成となっている。
In the optical engine 3 of the present embodiment, the white light emitted from the light source unit 4 is first converted into RGB colors by the disk-shaped color wheel 5. After that, light emitted from the color wheel 5 is guided into the
なお、DMD16は複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有しており、映像データに基づいて各マイクロミラーを時分割駆動することにより、所定の映像へと投射光を加工して反射する構造となっている。ここでは、光変調素子の一例であるDMD16は、光源ユニット4から照射された光を用いて画像を生成していると考えることができる。また、本実施形態の画像投射装置1は、DMD16が、スクリーン2と対面する方式のプロジェクタである。
The
DMD16が反射する方向としては2種類存在し、映像データの形成の際に使用する光は投射レンズへ、使用することなく捨てる光はOFF光板へ反射する構成となっている。なお、映像データの形成の際に使用する光は投射ユニット3b側へ反射し、複数の投射レンズを通る際に拡大され、拡大された映像光としてスクリーン2上へ投影される。なお、照明ユニット3a内部のリレーレンズ7、凹面ミラー9、平面ミラー10、画像表示素子ユニット8、および投射ユニット3bの入射側は、各部品を覆うようにハウジングにより保持されており、かつハウジングの合せ面はシール材にて密閉された防塵構造となっている。
There are two types of directions in which the
また、本実施形態の画像投射装置1は、CPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを備えている。CPUは、ROM等に格納されたプログラムをRAMに展開して実行することにより、画像投射装置1の動作を制御する。 The image projection apparatus 1 of the present embodiment includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The CPU controls the operation of the image projection apparatus 1 by developing and executing a program stored in the ROM or the like on the RAM.
次に、画像表示素子ユニット8の具体的な構成を説明する。図4は、画像表示素子ユニット8の構成の一例を示す図である。図4に示すように、画像表示素子ユニット8は、画像表示ユニットの一例であり、固定ユニット31と可動ユニット41の2つのユニットから構成されている。
Next, a specific configuration of the image
可動ユニット41側には後述のボイスコイル43(コイルの一例)が配置されており、固定ユニット31側に配置された後述のマグネット37(磁石)との間で発生するローレンツ力を受けることにより、固定ユニット31に対して相対的に移動する構成となっている。その際、可動ユニット41が固定ユニット31から受ける抵抗を小さくするため、固定ユニット31と可動ユニット41との間には球体34が設けられており、2つのユニット間の摺動摩擦を低減している。なお、球体34の位置等は後述する。
On the
ボイスコイル43とマグネット37の組は、照明ユニット3aに対してDMD16を相対的に移動させるための駆動力を発生し、以下の説明では「アクチュエータ」と称する場合がある。後述するように、本実施形態の画像投射装置1は4つのアクチュエータを有しており、4つのボイスコイル43の各々は、該ボイスコイル43とペアになるマグネット37と対向する位置に設けられている。この4つのアクチュエータは、DMD16を保持する可動ユニット41を移動させることで、照明ユニット3aに対してDMD16を相対的に移動させる駆動部として機能する。
The combination of the
例えばマグネット37による磁界の方向と、ボイスコイル43を流れる電流との関係が図5のような場合は、図5に示す矢印の方向にローレンツ力が作用することになる。ボイスコイル43に流れる電流の向きを反対にすると、図6に示すように、図5とは反対側の方向にローレンツ力が作用することになる。
For example, when the relationship between the direction of the magnetic field by the
図7は、固定ユニット31の分解斜視図である。図8は、可動ユニット41の分解斜視図である。固定ユニット31の役割としては、可動ユニット41を支持すること、および、可動ユニット41の移動をサポートすることの2点が大きな役割であるといえる。具体的には、固定ユニット31内に設けられている複数の球体34で可動ユニット41内の可動プレート18aを挟み込むことによって可動ユニット41を支持している。
FIG. 7 is an exploded perspective view of the fixed
球体34はトッププレート32とヒートシンク18との間、および、ベースプレート33とヒートシンク18との間の各々に配置されている。そして、トッププレート32側に配置されている球体34はトッププレート32に設けられた球体保持部35に、ベースプレート33側に配置されている球体34はベースプレート33側に設けられた球体受け部36に収納される構成となっている。なお、各プレートと球体34とのクリアランスによって摩擦とガタつきの関係が変わってくるといえるが、そのクリアランスの調整はトッププレート32側に設けられた球体位置調整ネジ39によって行っている。また、トッププレート32とベースプレート33の間には、両プレートの距離を保つ支柱38が設けられている。
The
また、固定ユニット31のもう1つの役割である可動ユニット41の移動のサポートに関しては、固定ユニット31側にはマグネット37aが配置され、可動ユニット41側にはボイスコイル43が配置されている。制御回路(上述のCPUでもよいし、CPUとは別の回路でもよい)が、ボイスコイル43に電流を流す制御を行うことによってローレンツ力が生成され、可動ユニット41が動くという構成になっている。つまり、アクチュエータは、マグネット37及び該マグネット37に対向して設けられて電流が流されるボイスコイル43である。なお、上述したように、電流を流す向きによってローレンツ力の向きが、電流の大きさによってローレンツ力の大きさが変化することから、DMD16を有する可動ユニット41を所望の方向に所望の量だけ動かすことができる。
As for the support of movement of the
また、可動ユニット41側のヒートシンク18にはホール素子42が取付けられており、固定ユニット31側のマグネット37bから受ける磁界の変化により、可動ユニット41の位置を検出している。
A
一方、可動ユニット41の役割としては、DMD16を保持することが挙げられる。一般にDMD16は照明ハウジングとヒートシンク18で挟持される構成となっているが、図8の分解斜視図で示しているように、本構成では可動ユニット41の構成部品の1つであるDMD保持ブラケット47でDMD16を覆う構成とすることで照明ハウジングに押し当てることなくDMD16を保持している。
On the other hand, the role of the
ここで、ヒートシンク18は、放熱部の一例であり、DMD16を押圧してDMD16の熱を拡散させて冷却させるものである。具体的には、ヒートシンク18は、冷却部18bと冷却部18bが備えられた可動プレート18aとで主に構成されている。そして、ヒートシンク18の可動プレート18aに上述したボイスコイル43が設けられている。つまり、ヒートシンク18は、駆動部であるアクチュエータの一部であるボイスコイル43を含んでいる。そして、アクチュエータによる駆動力(ローレンツ力)により、可動プレート18aが移動することで、ヒートシンク18に直接駆動力が作用する構成となっている。可動プレート18aは、可動板の一例である。
Here, the
また、上述したようにローレンツ力が働くヒートシンク18は、固定ユニット31内の球体34に挟み込まれることによって支持されているため、ヒートシンク18自体は固定ユニット31のトッププレート32とベースプレート33の間に配置されることになる。また、DND保持ブラケット47、DMD16を保持する結合プレート46、およびヒートシンク18は、スプリング49が設けられた段ネジ48によってヒートシンク18側から固定されている。図9は、各プレートの位置関係を示す図である。
Further, as described above, the
図9に示すように、本実施形態では、固定ユニット31には、マグネット37aが配置されている。一方、可動ユニット41におけるヒートシンク18の可動プレート18aの、マグネット37aに対向する位置には、ボイスコイル43が配置されている。そして、マグネット37aとボイスコイル43とからなるアクチュエータにより駆動力(ローレンツ力)が発生した場合、アクチュエータの一部を含むヒートシンク18に直接ローレンツ力を作用させ駆動させる。これにより、駆動しているヒートシンク18に押圧されているDMD16を間接的に駆動させることができる。
As shown in FIG. 9, in this embodiment, a
このように、本実施形態の画像投射装置1は、DMD16を押圧してDMD16を冷却するヒートシンク18に駆動機構の一部を含めることで、駆動力が直接働く部品とDMD16やヒートシンク18を締結する部品(締結部品)を最小限に抑えることができる。従って、本実施形態の画像投射装置1は、投影画像の高解像度化させるとともに投影画像のシフト・回転を実現できるとともに、部品と部品を締結する部品を減少させ、小型化および低コスト化することができる。
As described above, the image projecting apparatus 1 according to the present embodiment includes a part of the driving mechanism in the
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the above-mentioned embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
1 画像投射装置
2 スクリーン
3 光学エンジン
3a 照明ユニット(照明光学部)
3b 投射ユニット(投射部)
4 光源ユニット
5 カラーホイール
6 ライトトンネル
7 リレーレンズ
8 画像表示素子ユニット
9 凹面ミラー
10 平面ミラー
16 DMD(光変調素子)
18 ヒートシンク
18a 可動プレート
18b 冷却部
31 固定ユニット
37(37a、37b) マグネット(磁石)
41 可動ユニット
43 ボイスコイル(コイル)
46 結合プレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
3b Projection unit (projection unit)
4 Light source unit 5 Color wheel 6
18
41
46 Binding plate
Claims (5)
光源から照射された光を用いて画像を生成する光変調素子と、
前記光源から照射された光を前記光変調素子へ導くための照明光学部と、
前記光変調素子により生成された画像を投射する投射部と、
前記光変調素子を保持する可動ユニットを移動させることで、前記照明光学部に対して前記光変調素子を相対的に移動させる駆動部と、
前記可動ユニットに設けられ、前記光変調素子の熱を拡散させる放熱部と、を備え、
前記放熱部は、前記駆動部の一部を含む、画像投射装置。 An image projection device,
A light modulation element that generates an image using light emitted from a light source;
An illumination optical unit for guiding the light emitted from the light source to the light modulation element;
A projection unit for projecting an image generated by the light modulation element;
A drive unit that moves the light modulation element relative to the illumination optical unit by moving a movable unit that holds the light modulation element;
A heat dissipating part that is provided in the movable unit and diffuses heat of the light modulation element,
The heat radiation unit is an image projection device including a part of the drive unit.
前記放熱部は、前記コイルを含む、請求項1に記載の画像投射装置。 The drive unit is a coil that is provided facing the magnet and through which a current flows,
The image projection device according to claim 1, wherein the heat radiating unit includes the coil.
光源から照射された光を用いて画像を生成する光変調素子と、
前記光源から照射された光を前記光変調素子へ導くための照明光学部と、
前記光変調素子により生成された画像を投射する投射部と、
前記光変調素子を保持する可動ユニットを移動させることで、前記照明光学部に対して前記光変調素子を相対的に移動させる駆動部と、
前記可動ユニットに設けられ、前記光変調素子の熱を拡散させる放熱部と、を備え、
前記放熱部は、前記駆動部の一部を含む、光学エンジン。 An optical engine,
A light modulation element that generates an image using light emitted from a light source;
An illumination optical unit for guiding the light emitted from the light source to the light modulation element;
A projection unit for projecting an image generated by the light modulation element;
A drive unit that moves the light modulation element relative to the illumination optical unit by moving a movable unit that holds the light modulation element;
A heat dissipating part that is provided in the movable unit and diffuses heat of the light modulation element,
The heat dissipation part is an optical engine including a part of the drive part.
光源から照射された光を用いて、投射される画像を生成する光変調素子と、
前記光変調素子を保持する可動ユニットを移動させることで、前記画像表示ユニットを含む装置に対して前記光変調素子を相対的に移動させる駆動部と、
前記可動ユニットに設けられ、前記光変調素子の熱を拡散させる放熱部と、を備え、
前記放熱部は、前記駆動部の一部を含む、画像表示ユニット。 An image display unit,
A light modulation element that generates a projected image using light emitted from a light source;
A drive unit that moves the light modulation element relative to an apparatus including the image display unit by moving a movable unit that holds the light modulation element;
A heat dissipating part that is provided in the movable unit and diffuses heat of the light modulation element,
The heat dissipation unit is an image display unit including a part of the driving unit.
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