JP2018054974A

JP2018054974A - 光学デバイスユニットおよび画像表示装置

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Publication number: JP2018054974A
Application number: JP2016192977A
Authority: JP
Inventors: 溝口　安志; Yasushi Mizoguchi; 安志溝口; 長子兒嶋; Nagako Kojima; 慎一若林; Shinichi Wakabayashi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: US20180095269A1; JP6784125B2; US10634903B2

Abstract

【課題】優れた静粛性を発揮することのできる光学デバイスユニット、かかる光学デバイスユニットを備えた画像表示装置を提供する。
【解決手段】光学デバイスユニットは、光学デバイスと、前記光学デバイスに連結されている連結部と、を有し、前記光学デバイスは、光が入射する光入射面を有する板状の光学部と、前記光学部を支持する可動部と、前記可動部を支持する軸部と、前記軸部を支持する支持部と、を有し、前記支持部の、前記軸部との接続部は、前記連結部に対して離間している。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学デバイスユニットおよび画像表示装置に関するものである。

特許文献１に記載のように、従来から、液晶パネル等の光変調装置の解像度よりも投射される画像の解像度を高くするために、光変調装置から出射された映像光の軸をずらす技術が知られている。また、特許文献１では、映像光の軸をずらすデバイスとして、光透過板と、光透過板を揺動させる駆動部と、を有するウォブリングデバイスを用いている。

特開２０１１−２０３４６０号公報

しかしながら、特許文献１では、ウォブリングデバイスの構成が詳しく開示されておらず、例えば、ウォブリングデバイスが支持体に支持されている構成の場合には、ウォブリングデバイスの振動が支持体に伝わってしまい、支持体が振動することで異音が発生する場合も考えられる。

本発明の目的は、優れた静粛性を発揮することのできる光学デバイスユニット、かかる光学デバイスユニットを備えた画像表示装置を提供することにある。

このような目的は、下記の発明により達成される。

本発明の光学デバイスユニットは、光学デバイスと、
前記光学デバイスに連結されている連結部と、を有し、
前記光学デバイスは、
光が入射する光入射面を有する板状の光学部と、
前記光学部を支持する可動部と、
前記可動部を支持する軸部と、
前記軸部を支持する支持部と、を有し、
前記支持部の、前記軸部との接続部は、前記連結部に対して離間していることを特徴とする。
これにより、連結部に光学デバイスの振動が伝わり難くなり、優れた静粛性を発揮することのできる光学デバイスユニットが得られる。

本発明の光学デバイスユニットでは、前記光学デバイスは、前記支持部の、前記軸部との接続部から離間した部分で、前記連結部に接続されていることが好ましい。
これにより、連結部に光学デバイスの振動が伝わり難くなる。

本発明の光学デバイスユニットでは、前記支持部は、前記可動部を介して対向配置された一対の第１延在部と、前記一対の第１延在部の一端部同士および他端部同士を連結する一対の第２延在部と、を有し、
前記第１延在部に前記軸部が接続されており、
前記第２延在部が前記連結部に接続されていることが好ましい。
これにより、連結部に光学デバイスの振動が伝わり難くなる。

本発明の光学デバイスユニットでは、前記支持部の、前記軸部との接続部は、前記連結部に対して前記光学部の厚さ方向に離間していることが好ましい。
これにより、光学デバイスユニットの平面的な広がりを抑制しつつ、支持部と連結部とを離間させることができる。

本発明の光学デバイスユニットでは、前記支持部の、前記軸部との接続部は、前記連結部に対して前記光学部の面内方向に離間していることが好ましい。
これにより、光学デバイスユニットの厚肉化を抑制しつつ、支持部と連結部とを離間させることができる。

本発明の光学デバイスユニットでは、前記光学部は、光透過性を有することが好ましい。
これにより、光学部の屈折を利用して、光の光軸をずらすことができる。

本発明の画像表示装置は、本発明の光学デバイスユニットを備え、
前記光学デバイスユニットで光を空間変調させることにより、前記光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されていることを特徴とする。
これにより、光学デバイスユニットの効果を享受でき、信頼性の高い画像表示装置が得られる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。映像光をシフトさせた様子を示す図である。図１に示す画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。図１に示す画像表示装置が有する光学デバイスユニットの斜視図である。図４に示す光学デバイスユニットが有する光学デバイスの斜視図である。図４に示す光学デバイスユニットが有する光学デバイスの斜視図である。図５中のＡ−Ａ線断面図である。図５中のＢ−Ｂ線断面図である。図４に示す光学デバイスユニットの変形例を示す斜視図である。光学デバイスユニットが対象物に固定された状態を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。

以下、本発明の光学デバイスユニットおよび画像表示装置について添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。図２は、映像光をシフトさせた様子を示す図である。図３は、図１に示す画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。図４は、図１に示す画像表示装置が有する光学デバイスユニットの斜視図である。図５および図６は、それぞれ、図４に示す光学デバイスユニットが有する光学デバイスの斜視図である。図７は、図５中のＡ−Ａ線断面図である。図８は、図５中のＢ−Ｂ線断面図である。図９は、図４に示す光学デバイスユニットの変形例を示す斜視図である。図１０は、光学デバイスユニットが対象物に固定された状態を示す斜視図である。なお、図４ないし図９では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。

図１に示すように、画像表示装置１は、ＬＣＤ方式のプロジェクター１００に適用されている。図１に示すように、プロジェクター１００は、光源１０２と、ミラー１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃと、ダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂと、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂと、ダイクロイックプリズム１１０と、光路偏向素子としての光学デバイスユニット２と、投射レンズ系１１２と、を備え、光学デバイスユニット２で光を空間変調させることにより、光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されている。

光源１０２としては、例えば、ハロゲンランプ、水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が挙げられる。また、この光源１０２としては、白色光を出射するものが用いられる。そして、光源１０２から出射された光は、まず、ダイクロイックミラー１０６ａによって赤色光（Ｒ）とその他の光とに分離される。赤色光は、ミラー１０４ａで反射された後、液晶表示素子１０８Ｒに入射し、その他の光は、ダイクロイックミラー１０６ｂによってさらに緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とに分離される。そして、緑色光は、液晶表示素子１０８Ｇに入射し、青色光は、ミラー１０４ｂ、１０４ｃで反射された後、液晶表示素子１０８Ｂに入射する。

液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは、それぞれ、空間光変調器として用いられる。これらの液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの原色に対応する透過型の空間光変調器であり、例えば縦１０８０行、横１９２０列のマトリクス状に配列した画素を備えている。各画素では、入射光に対する透過光の光量が調整され、各液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂにおいて全画素の光量分布が協調制御される。このような液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂによってそれぞれ空間的に変調された光は、ダイクロイックプリズム１１０で合成され、ダイクロイックプリズム１１０からフルカラーの映像光ＬＬが出射される。そして、出射された映像光ＬＬは、投射レンズ系１１２によって拡大されてスクリーン８に投射される。

ここで、プロジェクター１００は、ダイクロイックプリズム１１０と投射レンズ系１１２との間に光学デバイスユニット２を有しており、光学デバイスユニット２によって映像光ＬＬの光軸をシフトさせること（所謂「画素ずらし」を行うこと）で、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの解像度よりも高い解像度（液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂがフルハイビジョンであれば４Ｋ）の画像をスクリーン８に投射できるようになっている。この原理について図２を用いて簡単に説明する。光学デバイスユニット２は、映像光ＬＬを透過させるガラス板３１を有しており、このガラス板３１の姿勢を変更することで、屈折を利用して映像光ＬＬの光軸をシフトさせることができる。

プロジェクター１００は、このような光軸のシフトを利用して、映像光ＬＬの光軸を一方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ１と、映像光ＬＬの光軸を他方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ２とがスクリーン８上で斜め方向（図２中の矢印方向）にかつ半画素分（すなわち、画素Ｐｘの半分）ずれるように構成され、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像を表示することにより、見かけ上の画素が増加し、スクリーン８に投影される画像の高解像度化を図っている。なお、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２のずれ量としては、半画素分に限定されず、例えば、画素Ｐｘの１／４であってもよいし、３／４であってもよい。

このような構成のプロジェクター１００は、光学デバイスユニット２や液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに加え、図３に示すように、制御回路１２０と、画像信号処理回路１２２と、を備えている。制御回路１２０は、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに対するデータ信号の書き込み動作、光学デバイスユニット２における光路偏向動作、画像信号処理回路１２２におけるデータ信号の発生動作等を制御する。一方、画像信号処理回路１２２は、図示しない外部装置から供給される画像信号ＶｉｄをＲ、Ｇ、Ｂの３原色ごとに分離するとともに、それぞれの液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの動作に適したデータ信号Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖに変換する。そして、変換されたデータ信号Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖは、それぞれ液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに供給され、それに基づいて液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂが動作する。

光学デバイスユニット２は、図４に示すように、光学デバイス３と、光学デバイス３に連結されている連結部４と、を有している。また、光学デバイス３は、映像光ＬＬ（光）が入射する光入射面３１１を有する板状の光学部としてのガラス板３１と、ガラス板３１を支持する可動部３２と、可動部３２を揺動軸Ｊまわりに揺動可能に支持する軸部３３と、軸部３３を支持する支持部３４と、を有し、支持部３４の、軸部３３との接続部３９１、３９２は、連結部４に対して離間している。このような構成によれば、連結部４に光学デバイス３の振動が伝わり難くなり、優れた静粛性を発揮することのできる光学デバイスユニット２となる。具体的には、可動部３２が揺動軸Ｊまわりに揺動すると、それに応じて軸部３３が捩り変形し、さらには、この変形に伴って支持部３４の軸部３３との接続部３９１、３９２およびその付近（以下、単に「振動領域」ともいう）が振動する。そのため、支持部３４の振動領域が連結部４に接していると、支持部３４の振動が連結部４に伝わり、連結部４が振動することによって異音等が発生してしまう。これに対して、本実施形態のように、支持部３４の振動領域を連結部４と離間させれば、支持部３４の振動が連結部４に伝わり難くなり、連結部４の振動を抑制できる。その結果、異音等の発生を抑制することができ、静粛性に優れる光学デバイスユニット２が得られる。以下、このような光学デバイスユニット２について詳細に説明する。

連結部４は、光学デバイス３を支持した状態で、プロジェクター１００の筐体等に取り付けられる部材であり、これにより、光学デバイス３を所定の位置に保持できるようになっている。このような連結部４の構成としては、光学デバイス３の駆動を妨げない限り、特に限定されず、本実施形態では、図４に示すように、光学デバイス３を支持する基部４１と、基部４１に接続され、前記筐体等に固定される一対の固定部４２、４３と、を有している。また、基部４１は、内側に四角形の開口４４を有する枠状をなしている。このように、基部４１を枠状とすることで、軽量でありながら、連結部４の剛性を高めることができると共に、光学デバイス３をより安定して支持することができる。また、基部４１が映像光ＬＬを遮ってしまうことも防止することができる。このような基部４１は、Ｙ軸方向に延在する一対の延在部４１１、４１２と、Ｘ軸方向に延在し、延在部４１１、４１２の一端同士および他端同士を接続する一対の延在部４１３、４１４と、を有しており、延在部４１４の中央部に固定部４２が接続され、延在部４１３の中央部に固定部４３が接続されている。

このような連結部４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄、ニッケル、アルミニウム等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金（ステンレス鋼、インコネル、ジュラルミン等）または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等であることが好ましい。このような材料を用いることで、連結部４を硬質なものとすることができ、より安定して、光学デバイス３を支持することができると共に、光学デバイス３を所定の位置に保持することができる。

図５ないし図８に示すように、光学デバイス３は、ガラス板３１が設けられた可動部３２と、可動部３２の周囲に設けられた枠状の支持部３４と、可動部３２と支持部３４と連結し、可動部３２を支持部３４に対して揺動軸Ｊまわりに揺動（回動）可能に支持する軸部３３と、を有する構造体３０と、支持部３４に対して可動部３２を揺動させる駆動機構３５と、を有している。このような構成の光学デバイス３は、例えば、＋Ｚ軸側がダイクロイックプリズム１１０側、−Ｚ軸側が投射レンズ系１１２側を向くようにプロジェクター１００内に配置されている。ただし、光学デバイス３の向きは、特に限定されず、本実施形態と反対向きであってもよい。

可動部３２は、平板状をなしており、ガラス板３１を支持するガラス板支持部３２１と、ガラス板支持部３２１の外側に設けられ、駆動機構３５が有する永久磁石３５１を支持する永久磁石支持部３２２と、を有している。また、図７に示すように、ガラス板支持部３２１は、その中央部に貫通孔３２１ａを有し、貫通孔３２１ａにガラス板３１が嵌め込まれている。ガラス板３１は、例えば、図示しない接着剤等によってガラス板支持部３２１に接着されている。

また、ガラス板３１は、平板状をなしており、矩形の平面視形状を有している。また、ガラス板３１は、光透過性を有し、一方の主面は、光が入射する光入射部を構成し、他方の主面は、光が出射される光出射面を構成している。このようなガラス板３１は、映像光ＬＬの入射角度が０°から傾くことで、入射した映像光ＬＬを屈折させつつ透過させることができる。すなわち、屈折を利用して、映像光ＬＬの光軸をずらすことができる。したがって、目的とする入射角度になるように、ガラス板３１の姿勢を変化させることにより、映像光ＬＬの偏向方向や偏向量を制御することができる。なお、このようなガラス板３１の大きさは、ダイクロイックプリズム１１０から出射する映像光ＬＬを透過させることができるように適宜設定される。また、ガラス板３１は、実質的に無色透明であることが好ましい。また、ガラス板３１の入射面および出射面には反射防止膜が形成されていてもよい。

ガラス板３１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのような各種ガラス材料を用いることができる。なお、本実施形態では、光学部としてガラス板３１を用いているが、光学部は、光透過性を有し、映像光ＬＬを屈折させることができる材料で構成されていれば特に限定されず、ガラスの他にも、例えば、水晶、サファイアのような各種結晶材料、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂のような各種樹脂材料等で構成されたものであってもよい。ただし、光学部として、本実施形態のようにガラス板３１を用いることが好ましく、これにより、光学部の剛性を特に大きくすることができるので、光学部において偏向される映像光ＬＬの偏向ムラを特に抑制することができる。

図７に示すように、ガラス板支持部３２１の外周には、永久磁石３５１が配置された永久磁石支持部３２２が設けられている。永久磁石支持部３２２は、揺動軸Ｊからずれて配置されている。永久磁石支持部３２２には、凹部３２２ａが設けられており、この凹部３２２ａに永久磁石３５１が嵌め込まれている。嵌め込まれた永久磁石３５１は、図示しない接着剤等によって凹部３２２ａに接着されている。

また、図４に示すように、軸部３３は、第１軸部３３１および第２軸部３３２を有し、第１軸部３３１と第２軸部３３２とで可動部３２を両側から支持している。また、第１軸部３３１および第２軸部３３２は、平面視で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にずれて位置し、これにより、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して約４５°傾斜した揺動軸Ｊが形成されている。特に、本実施形態では、平面視で、第１軸部３３１および第２軸部３３２がガラス板３１の中心に対して点対称に配置されているため、可動部３２の揺動バランスが良好となる。なお、揺動軸ＪのＸ軸（Ｙ軸）に対する傾斜角は、４５°に限定されない。

また、図４に示すように、支持部３４は、矩形の枠状をなしており、可動部３２を介して対向配置された一対の第１延在部３４１、３４２と、一対の第１延在部３４１、３４２の一端部同士および他端部同士を連結する一対の第２延在部３４３、３４４と、を有している。そして、第１延在部３４１、３４２に軸部３３が接続されており、第２延在部３４３、３４４が連結部４に接続されている。

具体的に説明すると、第１延在部３４１、３４２は、共にＹ軸方向に延在している。そして、第１延在部３４１は、その一端側（Ｙ軸方向マイナス側）において第１軸部３３１と接続されている。一方、第１延在部３４２は、その一端側（Ｙ軸方向プラス側）において第２軸部３３２と接続されている。このような第１延在部３４１、３４２に対し、第２延在部３４３、３４４は、共にＸ軸方向に延在している。そして、第２延在部３４３は、第１延在部３４１、３４２の一端同士を接続しており、第２延在部３４４は、第１延在部３４１、３４２の他端同士を接続している。

図４に示すように、支持部３４の長さ（Ｙ軸方向の長さ）は、基部４１の長さ（Ｙ軸方向の長さ）にほぼ等しく、支持部３４の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、基部４１の開口４４の幅（Ｘ軸方向の長さ）よりも小さい。これにより、第１延在部３４１、３４２を、平面視で、開口４４内に位置させることでき、より確実に、第１延在部３４１、３４２を連結部４に対して被接触とすることができる。このような構成の支持部３４は、軸部３３と接続されている第１延在部３４１、３４２のほぼ全域（すなわち、接続部３９１、３９２を含む領域）が、連結部４の延在部４１１、４１２から離間しており、第２延在部３４３、３４４において、連結部４の延在部４１３、４１４に接続されている。このように、光学デバイス３は、支持部３４の、軸部３３との接続部３９１、３９２から離間した部分で、連結部４に接続されている。前述したように、可動部３２が揺動軸Ｊまわりに揺動すると、それに応じて軸部３３が捩り変形し、さらには、この変形に伴って支持部３４の軸部３３との接続部３９１、３９２およびその付近（振動領域）が振動する。そのため、支持部３４の振動領域が連結部４に接していると、支持部３４の振動が連結部４に伝わり、連結部４が振動することによって異音等が発生してしまう。これに対して、本実施形態のように、支持部３４の振動領域を連結部４と離間させれば、支持部３４の振動が連結部４に伝わり難くなり、連結部４の振動を抑制できる。その結果、異音等の発生を抑制することができ、静粛性に優れる光学デバイスユニット２が得られる。さらには、支持部３４を、第２延在部３４３、３４４において連結部４に接続することで、支持部３４を、振動領域からなるべく離れた場所で連結部４に接続することができる。そのため、連結部４に光学デバイス３の振動がより伝わり難くなる。なお、支持部３４の連結部４への接続方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤、ネジ止め、凹凸嵌合等を用いることができる。

ここで、本実施形態では、支持部３４の、軸部３３との接続部３９１、３９２（第１延在部３４１、３４２）は、連結部４（延在部４１１、４１２）に対してガラス板３１の面内方向（ＸＹ平面の面内方向）に離間している。これにより、光学デバイスユニット２の厚肉化を抑制しつつ、支持部３４の、軸部３３との接続部３９１、３９２（第１延在部３４１、３４２）を、連結部４から離間させることができる。

なお、本実施形態の変形例として、図９に示すように、支持部３４の、軸部３３との接続部３９１、３９２（第１延在部３４１、３４２）は、連結部４に対してガラス板３１の厚さ方向（Ｚ軸方向）に離間していてもよい。これにより、本実施形態とは、逆に、光学デバイスユニット２の平面的な広がりを抑制しつつ、支持部３４の、軸部３３との接続部３９１、３９２（第１延在部３４１、３４２）を、連結部４から離間させることができる。

以上のような構造体３０（可動部３２、軸部３３および支持部３４）は、一体に構成されている。これにより、支持部３４と軸部３３との接続部分や、軸部３３と可動部３２との接続部分における耐衝撃性や長期耐久性を高くすることができる。

また、構造体３０は、ガラス板３１よりもヤング率が小さい材料で構成されている。これらの構成材料としては、樹脂を含んでいることが好ましく、樹脂を主成分としていることがより好ましい。これにより、可動部３２の揺動に伴って発生する応力がガラス板３１自体の不要な振動に繋がるのを効果的に抑えることができる。また、柔らかい可動部３２でガラス板３１の側面を囲うことができ、ガラス板３１の姿勢を変更する際に、ガラス板３１に生じる応力を小さく抑え、応力分布に伴ってガラス板３１に発生する不要な振動を小さく抑えることができる。その結果、ガラス板３１によって偏向される画像が、意図しない方向に偏向されてしまうのを防止することができる。また、環境温度に対する可動部３２の揺動軌跡の変化を抑えることができる。また、例えば、軸部３３およびその周辺を十分に柔らかくすることができ、小型で、共振周波数が低い（例えば６０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚ程度の）光学デバイス３とすることができる。また、可動部３２の揺動によって第１延在部３４１、３４２が変形するが、樹脂を含む材料で構成されているため振動のエネルギーを吸収し、連結部４に振動が伝わり難くすることができる。

かかる樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

次に、可動部３２を揺動させる駆動機構３５について説明する。駆動機構３５は、図７および図８に示すように、永久磁石支持部３２２に配置された永久磁石３５１と、永久磁石３５１と対向して配置され、永久磁石３５１に作用させる磁界を発生させるコイル３５２と、を有する電磁アクチュエーターである。このように、駆動機構３５として電磁アクチュエーターを用いることで、簡単な構成で可動部３２を揺動させるのに十分な力を発生させることができ、可動部３２をスムーズに揺動させることができる。

永久磁石３５１は、Ｘ軸方向に沿った長手形状をなしており、Ｚ軸方向に磁化している。このような永久磁石３５１としては、特に限定されず、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石等を用いることができる。

一方、コイル３５２は、永久磁石３５１と対向して配置されている。また、コイル３５２は、コイル支持部３６に支持されており、コイル支持部３６は、支持部３４に固定されている。なお、コイル３５２のコイル支持部３６への固定方法は、特に限定されず、接着剤等を用いることができる。また、コイル支持部３６の支持部３４への固定方法は、特に限定されず、例えば、接着剤、ネジ止め、凹凸嵌合等を用いることができる。また、コイル支持部３６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、構造体３０と同様の材料を用いることができる。

また、コイル３５２は、永久磁石３５１に対応してＸ軸方向に延在した長手形状となっている。また、コイル３５２は、空芯コイルである。コイル３５２を空芯コイルとすることで、可動部３２をよりスムーズに揺動させることができる。具体的に説明すると、例えば、コイル３５２として、内側に磁心を有するものを用いた場合、生じる磁力の強さによっては、永久磁石３５１が磁心に引き付けられてしまい、これにより、揺動軸Ｊが変位し、可動部３２の揺動をスムーズに行うことができなくなってしまう場合がある。このような不具合の発生をより確実に防止するために、コイル３５２として、本実施形態のような空芯コイルを用いることが好ましい。

以上のような駆動機構３５では、図示しない電圧印加部からコイル３５２に駆動信号（交番電圧）を印加することでコイル３５２から磁界が発生し、発生した磁界が永久磁石３５１に作用することで、可動部３２が支持部３４に対して揺動軸Ｊまわりに揺動する。そして、このような可動部３２の揺動によって、映像光ＬＬの光軸がシフトされ、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像が表示される。よって、見かけ上の画素が増加し、画像の高解像度化が図られる。なお、可動部３２は、共振で揺動してもよいし、非共振で揺動してもよい。

なお、駆動機構３５の構成としては、可動部３２を揺動軸Ｊまわりに揺動させることができれば、特に限定されない。例えば、本実施形態では、揺動軸Ｊに対して一方側にのみ駆動機構３５（永久磁石３５１およびコイル３５２）が設けられているが、揺動軸Ｊに対して両側に駆動機構３５が設けられていてもよい。このような構成によれば、さらに、バランスよく可動部３２を揺動させることができる。また、本実施形態とは逆に、コイル３５２を可動部３２に設けてもよい。

以上、プロジェクター１００（画像表示装置１）について説明した。このようなプロジェクター１００（画像表示装置１）は、光学デバイスユニット２を有している。そのため、前述した光学デバイスユニット２の効果を享受でき、信頼性の高いプロジェクター１００（画像表示装置１）となる。

最後に、光学デバイスユニット２がプロジェクター１００に固定された状態を説明する。図１０に示すように、プロジェクター１００は、ダイクロイックプリズム１１０および液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂを保持する筐体１９０を有し、この筐体１９０に光学デバイスユニット２が、連結部４の固定部４２、４３にて接続（固定）されている。このように、光学デバイスユニット２を筐体１９０に接続することで、ダイクロイックプリズム１１０に対する光学デバイスユニット２の位置決めが容易となる。なお、固定部４２、４３と筐体１９０との接続方法としては、特に限定されないが、本実施形態では、ネジ止めが用いられている。

なお、図１０に示す構成では、筐体１９０と連結部４とが別体で構成されているが、例えば、筐体１９０と連結部４とが一体に形成されていてもよい。すなわち、連結部４が筐体１９０を兼ねていてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図１１は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。

以下、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態の画像表示装置１は、半透過型（シースルー型）のヘッドマウントディスプレイ１０００に適用されている。このようなヘッドマウントディスプレイ１０００は、観察者（使用者）に装着して使用されるものであり、図１１に示すように、頭部に装着される図示しないフレームと、このフレームに設けられた光源１０１０、液晶表示素子１０２０、投射レンズ系１０３０、導光部１０４０および光学デバイスユニット２と、を有している。光源１０１０から発生する光は、液晶表示素子１０２０に導かれ、液晶表示素子１０２０で変調されることで映像光が生成される。生成された映像光は、投射レンズ系１０３０で拡大されて導光部１０４０へ入射する。導光部１０４０は、板状をなしており、さらに、光の伝搬方向の下流側にはハーフミラー１０４１が配置される。導光部１０４０内に導かれた映像光は、反射を繰り返して進み、ハーフミラー１０４１によって観察者の瞳Ｅに導かれる。また、これと共に、外界光がハーフミラー１０４１を透過して観察者の瞳Ｅに導かれる。したがって、ヘッドマウントディスプレイ１０００では、景色に映像光が重畳して視認されることとなる。このような構成のヘッドマウントディスプレイ１０００では、液晶表示素子１０２０と投射レンズ系１０３０との間に光学デバイスユニット２が配置されており、映像光ＬＬの光軸をシフトできるようになっている。

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。

以下、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態の画像表示装置１は、ヘッドアップディスプレイ２０００に適用されている。このようなヘッドアップディスプレイ２０００は、例えば、自動車に搭載され、フロントガラスＦＧを介して、時速、時間、走行距離等の各種情報（映像）を運転者に投影するのに用いられる。図１２に示すように、ヘッドアップディスプレイ２０００は、光源２０１１、液晶表示素子２０１２および投射レンズ系２０１３を有する投影ユニット２０１０と、反射ミラー２０２０と、光学デバイスユニット２と、を有している。反射ミラー２０２０は、凹面ミラーであり、投影ユニット２０１０からの投影光を反射してフロントガラスＦＧに投影（表示）する。このような構成のヘッドアップディスプレイ２０００では、液晶表示素子２０１２と投射レンズ系２０１３との間に光学デバイスユニット２が配置されており、投影光の光軸をシフトできるようになっている。

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の光学デバイスユニットおよび画像表示装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光学デバイスユニットおよび画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。

また、前述した実施形態では、光学部が光透過性を有し、画素シフトデバイスとして用いられる光学デバイスユニットについて説明したが、光学デバイスユニットの用途としては、これに限定されない。例えば、光学部の光入射部が光反射性を有しており、光入射部で反射した光を可動部の揺動によって走査する光スキャナーとして用いてもよい。

また、前述した実施形態では、画像表示装置を液晶プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイに適用した場合について説明したが、画像表示装置を適用する装置としては、これらに限定されない。

１…画像表示装置、２…光学デバイスユニット、３…光学デバイス、３０…構造体、３１…ガラス板、３１１…光入射面、３２…可動部、３２１…ガラス板支持部、３２１ａ…貫通孔、３２２…永久磁石支持部、３２２ａ…凹部、３３…軸部、３３１…第１軸部、３３２…第２軸部、３４…支持部、３４１、３４２…第１延在部、３４３、３４４…第２延在部、３５…駆動機構、３５１…永久磁石、３５２…コイル、３６…コイル支持部、３９１、３９２…接続部、４…連結部、４１…基部、４１１、４１２、４１３、４１４…延在部、４２、４３…固定部、４４…開口、８…スクリーン、１００…プロジェクター、１０２…光源、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ…ミラー、１０６ａ、１０６ｂ…ダイクロイックミラー、１０８Ｂ、１０８Ｇ、１０８Ｒ…液晶表示素子、１１０…ダイクロイックプリズム、１１２…投射レンズ系、１２０…制御回路、１２２…画像信号処理回路、１９０…筐体、１０００…ヘッドマウントディスプレイ、１０１０…光源、１０２０…液晶表示素子、１０３０…投射レンズ系、１０４０…導光部、１０４１…ハーフミラー、２０００…ヘッドアップディスプレイ、２０１０…投影ユニット、２０１１…光源、２０１２…液晶表示素子、２０１３…投射レンズ系、２０２０…反射ミラー、Ｅ…瞳、ＦＧ…フロントガラス、Ｊ…揺動軸、ＬＬ…映像光、Ｐ１、Ｐ２…画像表示位置、Ｐｘ…画素、Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖ…データ信号、Ｖｉｄ…画像信号

Claims

光学デバイスと、
前記光学デバイスに連結されている連結部と、を有し、
前記光学デバイスは、
光が入射する光入射面を有する板状の光学部と、
前記光学部を支持する可動部と、
前記可動部を支持する軸部と、
前記軸部を支持する支持部と、を有し、
前記支持部の、前記軸部との接続部は、前記連結部に対して離間していることを特徴とする光学デバイスユニット。
前記光学デバイスは、前記支持部の、前記軸部との接続部から離間した部分で、前記連結部に接続されている請求項１に記載の光学デバイスユニット。
前記支持部は、前記可動部を介して対向配置された一対の第１延在部と、前記一対の第１延在部の一端部同士および他端部同士を連結する一対の第２延在部と、を有し、
前記第１延在部に前記軸部が接続されており、
前記第２延在部が前記連結部に接続されている請求項１または２に記載の光学デバイスユニット。
前記支持部の、前記軸部との接続部は、前記連結部に対して前記光学部の厚さ方向に離間している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学デバイスユニット。
前記支持部の、前記軸部との接続部は、前記連結部に対して前記光学部の面内方向に離間している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学デバイスユニット。
前記光学部は、光透過性を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学デバイスユニット。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学デバイスユニットを備え、
前記光学デバイスユニットで光を空間変調させることにより、前記光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されていることを特徴とする画像表示装置。