JP2019164212A - 可動冷却装置、画像生成装置、画像投影装置 - Google Patents
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しかしながら、このような高解像度化手法では、コイルによる発熱がDMD素子に伝わり、DMD素子の温度を高くしてしまうという問題がある。
こうした問題を解決するために、例えばコイル冷却のためにコイルに冷媒を流通させる等、様々な冷却方法が知られている(例えば特許文献1等参照)。しかしながら、特許文献1に記載のような構成ではコイルは固定側に配置され、可動部側に冷却手段を別途設けることは難しいという問題があった。
図1は、本発明の1実施形態におけるプロジェクタ100を例示する図である。
次に、プロジェクタ100の光学エンジン115の各部の構成について説明する。
図4は、実施形態における照明光学系ユニット40を例示する図である。
図5は、実施形態における投影光学系ユニット60の内部構成を例示する図である。
図6は、実施形態における高解像度化モジュールとしての画像表示ユニット1を例示する斜視図である。また、図7は、実施形態における画像表示ユニット1を例示する側面図である。
位置検出部3は、図8に分解図として示すように、画像表示ユニット1の上層側、2階部分に相当し、DMD2を有するDMD基板13と、ホール素子15が実装された位置検出用FPC(Flexible Printed Circuits)18と、位置検出用磁石32と、を有している。
位置検出部3はまた、第1固定板たるトッププレート21と、第2固定板たるベースプレート25と、可動板11と、第3固定板たる支持プレート22と、を有している。
第1固定板と第3固定板との間、すなわちトッププレート21と、支持プレート22との間には、支柱26が配置されており、支柱26によって2つのプレートの間隔が所定の間隔に維持されている。
また、可動板11は支持プレート22とトッププレート21との間に配置されており、可動板11とトッププレート21との間と、可動板11と支持プレート22との間とにはそれぞれボール24が設けられてボール支持部28を形成している。
可動板11はかかるボール24によって合計3点で上下の2方向から挟み込まれることで、可動時の摩擦が低減されるように構成されている。
なお、調整ネジ27の押し込み量によって可動板11とボール24との間のクリアランス調整が可能である。
位置検出用FPC18は、一方の端部がDMD基板13に取り付けられ、他方の端部が後述する固定ユニット6の何れか、例えばベースプレート25に取り付けられている。
位置検出用FPC18は、可動板11の移動を阻害することなく平面内での並進、回転動作を行えるように可撓性を有しており、一方の端部が引っ張られたとしてもその移動量を吸収するように複数の折り目を備えている。
ホール素子15は、位置検出用FPC上に実装されており、位置検出用磁石32によって生じる磁束密度の変化を検知して、かかる磁束密度の変化から位置を算出する位置算出手段である。
すなわち、可動板11の移動によって位置検出用FPC18が移動することで、ホール素子15が磁束密度の変化を検知して、可動板11の位置を算出することができる。
駆動用FPC16は、位置検出用FPC18と同様に、コイル12の移動を阻害することなく平面内での並進、回転動作を行えるように可撓性を有しており、一方の端部が引っ張られたとしてもその移動量を吸収するように複数の折り目を備えている。
ヒートシンク14はまた、可動板11とネジによって締結される支柱142を有している。
基部140には、駆動用磁石23と対応する位置に複数の開口部143が基部140を貫通するように形成されており、開口部143に嵌り込むように、コイル12が取り付けられている。
なお、ここでいう「対応する位置」とは、可動板11が初期位置にある場合における駆動用磁石23に対向する位置である。しかしながら後述するように可動板11は駆動用磁石23とコイル12との間の電磁気力によって動作するため、上方側から見たときに位置が正しく一致するとは限らない。
コイル12は、基部140の開口部143に固定されており、駆動用FPC16を介して電流を印加可能なように保持されている。
コイル12はまた、X方向のローレンツ力が発生するように配置されたコイル12a、12bと、Y方向のローレンツ力が発生するように配置されたコイル12cと、を有している。可動板11は、コイル12a、12b、12c及び駆動用磁石23において発生するローレンツ力により、X方向又はY方向に自在に移動する。
なお、可動ユニット5と固定ユニット6とは、何れも上述したような画像表示ユニット1の各構成要素を動作の態様に応じて組分けしたものであるから、同一の付番をして個々の要素についての説明は適宜省略する。
固定ユニット6は、DMD2の上側に取り付けられるDMDカバー17と、第1〜第4固定板たるトッププレート21、ベースプレート25、支持プレート22、第4固定板29とを有している。
固定ユニット6はまた、位置検出用磁石32と、制御基板19と、駆動用磁石23と、支柱26と、を有している。
固定ユニット6は、画像形成装置の筐体に固定支持されている。
そこで本実施形態では、制御基板19からの制御に基づいて、駆動用FPC16を介してコイル12に電流が流される。
このとき、駆動用磁石23によって生じる定常磁場に対して、コイル12に流れた電流によりローレンツ力が駆動力として生じる。
駆動用磁石23は固定されており不動であるから、かかるローレンツ力は、コイル12をXY平面上に動作させる方向にはたらく。すなわち、コイル12と固定された可動ユニット5全体が、コイル12によって生じたローレンツ力に従って駆動される。
各コイル12に流される電流の大きさ及び向きは、制御基板19上のシステムコントロール部90の移動制御部92によって制御される。移動制御部92は、コイル12に流す電流の大きさ及び向きによって、可動板11の移動(回転)方向、移動量や回転角度等を制御する。
駆動用磁石23の磁力が既知であり、コイル12に働くローレンツ力は、コイル12に流す電流量で可変であるから、制御基板19は、かかる位置に応じてコイル12に流す電流量を制御して、可動ユニット5の位置を制御する。
また磁気回路の考え方によれば、駆動用磁石23と位置検出用磁石32とを取り付ける部材であるトッププレート21と、第4固定板29とは、何れも磁性の板金であることが望ましい。
また、第2、第3固定板たるベースプレート25と、支持プレート22とは磁性、非磁性いずれであっても機能上の制限はないが、本実施形態においては、駆動用磁石23の発する磁力が位置検出用磁石32と比べて大きいため、漏れ磁束がホール素子15に悪影響を及ぼさないように、支持プレート22も磁性の板金性としている。
かかる構成により、支持プレート22で駆動用磁石23の作り出す磁場が遮蔽されるから、駆動用磁石23の作り出す磁場が漏れてホール素子15に悪影響を与えることがないので、精度よく可動ユニット5の位置を検知することが可能である。
さらに、上述した高解像度化を行うには、コイル12に電流を流して駆動するために、コイル12の発熱までもが加わってしまう。
そこで、拡大冷却部として、可動ユニット側にヒートシンクを取り付けるような構成が考えられている。しかしながら、可動ユニット5側には非磁性であることや重量への制約が大きいことから、アルミ材料が多用されることが多く、単にヒートシンクを取り付けただけでは、コイル12と、DMD2との間に熱的な抵抗がほとんど働かず、コイル12に生じた熱が、DMD2を温めてしまうという問題も生じていた。
かかる構成により、画像表示ユニット1は、可動冷却装置としての機能を有している。
すなわち、言い換えると本実施形態では、基部140を貫通するように形成された開口部142と、駆動用磁石23に対向して設けられたコイル12とが冷却に用いる空気の流路を形成し、前記流路を介してフィン141に向けて空気を送る送風機41a、41bと、を有している。
かかる送風機41a、41bについて詳しく説明する。
送風機41a、41bは、何れも冷却ファン410の回転によって吹出し口411から所定の方向、ここではX方向に気流を形成する送風機である。本実施形態においては特に、送風機41aをPUSH型すなわち吹き付け型の送風機として、送風機41bをPULL型すなわち吸出し型の送風機としているが、かかる構成に限定されるものではなく、またどちらか一方のみを設けるとしても良い。以降の説明においては、簡略化のために特に送風機41aについて説明するが、送風機41bについても気流の方向以外は同様の構成を有している。なお、PUSH型、PULL型ともに、形成する気流の経路上にフィン141があるため、『フィン141に向けて空気を送る』構成であるといえる。
さらに、フィン141は、かかる空気の流路144の壁面を形成するように、冷却ファン410が空気を吹き付けるX方向に沿って形成されている。
かかる構成によれば、冷却風の気流を妨げることなく流路144が形成されるから、送風機41aによって排出された冷却風の風速を損なうことなく、効率よく冷却することができる。
かかる構成によれば、冷却ファン410が吹き付けた空気が、ヒートシンク14の基部140上を通過して冷却するとともに、コイル12の空芯内を通過することで前記コイル12をも同時に冷却することができる。
かかる構成により、冷却風がヒートシンク14のフィン141によって熱される前にコイル12に吹き付けられることとなるから、コイル12を効率よく冷却することができる。
すなわち本実施形態では、図11に示すように、X方向から見たときに、コイル12がヒートシンク14の基部140から−Z方向すなわちフィン141の延びる方向へ突出した状態で配置されている。
かかる構成により、コイル12が冷却風に触れる表面積が向上することで、冷却効率が高まるとともに、コイル12の巻き数を容易に増やすことができるから、同一の強度のローレンツ力を受けるために必要な電流量を小さく抑えられて、RI2で比例して生じる発熱量自体を低減することもできる。
かかる構成によれば、コイル12の空芯内を冷却風が通過することで、さらに冷却風がコイル12と接触する面積が増えて冷却効率の向上に寄与する。
一般に、流路144を通過する冷却風は、通風抵抗の観点から言えば最も流れやすい流路を流れるといえる。ここで通風抵抗は冷却風が流れる部分の断面積が大きいほど低下し、断面積が小さいほど増加する。
すなわち、コイル12の空芯が十分な大きさではなかったり、あるいはコイル12と駆動用磁石23との間にある間隔dがフィン141同士のピッチpよりも短い場合には、空芯内部を冷却風が通過し難くなるため、コイル12の内周側の表面が冷却風に触れにくくなってしまう。
そこで本実施形態では、コイル12と、駆動用磁石23との間には、フィン141のピッチp以上の間隔dを空けることで、さらに冷却効率を向上させている。
かかる構成により、冷却風がコイル12のみならず駆動用磁石23をも冷却する効果が見込めるから、さらに効率よく冷却することができる。
上記したように、本実施形態に係るプロジェクタ100において、投影画像を生成するDMD2は、可動ユニット5に設けられており、システムコントロール部90の移動制御部92によって可動ユニット5と共に位置が制御される。
例えば、本実施形態においては画像投影装置としてプロジェクタの例についてのみ述べたが、投射光による画像情報を投影する画像投影装置に同様の構成を用いたとしても良い。
2 画像表示素子(DMD)
3 位置検出部
4 駆動力生成部
5 可動ユニット
6 固定ユニット
11 可動板
12 コイル(コイル)
14 拡大冷却部(ヒートシンク)
15 ホール素子
21、22、25、29 固定板
41(41a、41b) 送風機
60 投影光学系
100 画像投影装置
115 光学エンジン
140 基部
141 フィン
142 支柱
143 開口部
Claims (8)
- 可動板と、
フィンが配置された基板を含んで構成され、前記可動板に連結されたヒートシンクと、
一方が前記可動板と前記ヒートシンクとの間に配置され、前記一方と他方との間に前記可動板を移動可能に保持する2つの固定板と、
前記2つの固定板のうちの前記ヒートシンク側の固定板に配置された磁石と、
前記ヒートシンクに形成され、前記基板を貫通する開口部と、前記開口部に配置され、前記磁石に対向配置されたコイルと、
前記基板の前記磁石と前記コイルとが対向する側の面の反対側の面に配置された前記フィンと、
前記フィンに向けて空気を送る送風機と、を備える可動冷却装置。 - 請求項1に記載の可動冷却装置において、
前記フィンは前記送風機の送出する前記空気に沿った方向に延伸されることを特徴とする可動冷却装置。 - 請求項1または2に記載の可動冷却装置において、
前記流路における前記送風機と前記コイルの空芯とを結ぶ範囲内には、前記フィンが設けられていないことを特徴とする可動冷却装置。 - 請求項1乃至3の何れか1つに記載の可動冷却装置において、
前記コイルの厚みは、前記ヒートシンクの前記基板の厚みよりも厚いことを特徴とすることを特徴とする可動冷却装置。 - 請求項1乃至4の何れか1つに記載の可動冷却装置において、
前記コイルと前記磁石との間隔は、隣り合う前記フィンの間隔よりも大きいことを特徴とする可動冷却装置。 - 請求項1乃至5の何れか1つに記載の可動冷却装置と、
前記可動板に取り付けられた画像表示素子と、を有する画像生成装置。 - 請求項1乃至5の何れか1つに記載の可動冷却装置と、
前記可動板に取り付けられた画像表示素子と、
前記画像表示素子に表示された画像を投射するための投影光学系と、
を有する画像投影装置。 - 可動部と、
フィンが配置された基板を含んで構成され、前記フィンと前記可動板との間に前記基板が配置されるように、前記可動部に備えられたヒートシンクと、
筐体に対して不動であって前記可動部を移動可能に保持する固定部と、
前記固定部に取り付けられて前記可動部を駆動するための磁石と、
前記ヒートシンクに形成され、前記基板を貫通する開口部と、前記開口部に配置され、前記磁石に対向配置された空芯を備えたコイルと、
前記基板の前記磁石と前記コイルとが対向する側の面の反対側の面に前記基板から立ち上がるように形成された前記フィンと、
前記フィンに向けて空気を送る送風機と、を有し、
前記空芯が前記空気の流路の少なくとも一部を構成することを特徴とする可動冷却装置。
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