JP6398754B2

JP6398754B2 - 光学デバイスおよび画像表示装置

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Publication number: JP6398754B2
Application number: JP2015017657A
Authority: JP
Inventors: 溝口　安志; 安志溝口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: US20160227176A1; KR20160094297A; US9794530B2; CN105842843A; JP2016142863A; TW201627746A; CN105842843B

Description

本発明は、光学デバイスおよび画像表示装置に関するものである。

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、映像光の軸をずらす装置として、特許文献１に記載の光路制御装置が知られている。特許文献１に記載の光路制御装置は、ガラス板と、ガラス板を保持する可動部と、可動部を支持する支持部と、可動部と支持部とを接続する１対の板バネとを有し、板バネを回動軸として保持部材を回動させることでガラス板の姿勢を変化させることにより、ガラス板に入射した光（映像光）を屈折させ、軸をずらしている。また、特許文献１に記載の光路制御装置では、可動部を回動させる駆動機構として、コイルと永久磁石を用いた電磁駆動を採用している。

特開２０１１−１５８５８９号公報

しかしながら、特許文献１の光路制御装置では、コイルで発生させた磁界を導くためにヨークを用いており、このヨークが上下に突出しているため、その分、装置が大型化してしまうという問題がある。

本発明の目的は、薄型化を図ることのできる光学デバイス、かかる光学デバイス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、
前記可動部を揺動軸まわりに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられ、前記光学部の厚みよりも小さい厚みを有する永久磁石と、
前記永久磁石を介して対向配置され、前記永久磁石に作用させる磁界を発生させる一対のコイルと、を有し、
前記可動部は、前記光学部の厚みよりも小さい厚みを有する薄肉部を有し、
前記永久磁石は、前記薄肉部に配置され、
前記光学部の板厚方向と直交する方向から見て、前記一対のコイルの前記永久磁石に対向する面の各々が前記光学部の一対の主面の間に位置していることを特徴とする。
これにより、光学デバイスの薄型化を図ることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記軸部の前記板厚方向の中心と前記永久磁石の前記板厚方向の中心とが、前記光学部の板厚方向と直交する同一面内に位置していることが好ましい。
これにより、スムーズに可動部を揺動させることができ、駆動特性が向上する。

本発明の光学デバイスでは、前記同一面は、前記光学部の前記板厚方向の中心と交わっていることが好ましい。
これにより、よりスムーズに可動部を揺動させることができ、駆動特性がより向上する。

本発明の光学デバイスでは、前記可動部および軸部は、それぞれ、樹脂材料を含んでいることが好ましい。
これにより、軸部周辺の構造を柔らかくすることができ、小型化を図りつつ、共振周波数を低くすることができる。また、環境温度に対する可動部の揺動軌跡の変化を抑えることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記支持部に固定され、一方の前記コイルを保持する第１の保持部と、
前記支持部に固定され、他方の前記コイルを保持する第２の保持部と、を有し、
前記支持部は、前記第１の保持部と前記第２の保持部の間に挟まれていることが好ましい。
これにより、コイルの保持が容易となる。また、第１の保持部および第２の保持部が支持部を補強する補強部材としても機能し、支持部の撓み等を低減することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記第１の保持部および前記第２の保持部は、それぞれ、非磁性体であることが好ましい。
これにより、第１の保持部および第２の保持部による磁路の形成が抑えられるため、コイルから発生する磁界を効率的に永久磁石に作用させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記一対のコイルの前記永久磁石に対向する面の各々は、前記永久磁石と前記板厚方向に離間していることが好ましい。
これにより、コイルの内周をより小さくすることができるため、磁界発生効率を高めることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記光学部は、前記光を透過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を備え、
前記光学デバイス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、優れた表示特性を有する画像表示装置となる。

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の上面図および下面図である。図４に示す光学デバイスの上面図である。図４中のＡ−Ａ線断面図である。永久磁石とコイルの配置を示す平面図である。本発明の第２実施形態に係る画像表示装置が有する光学デバイスの断面図である。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。本発明の第４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の上面図および下面図である。図５は、図４に示す光学デバイスの上面図である。図６は、図４中のＡ−Ａ線断面図である。図７は、永久磁石とコイルの配置を示す平面図である。

なお、図５では、光学デバイスの保持部の図示を省略している。また、図４ないし図７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軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」とする。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」とも言い、＋Ｚ側を「上」、−Ｚ側を「下」とも言う。

１．プロジェクター
図１に示すプロジェクター（画像表示装置）１は、ＬＣＤ方式のプロジェクターであり、図１に示すように、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２と、投射レンズ系１１２と、を備えている。

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、白色光が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１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２を有しており、光学デバイス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２は、映像光ＬＬを透過させるガラス板２１を有しており、このガラス板２１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。

そして、プロジェクター１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１は、光学デバイス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。

２．光学デバイス
次に、前述したプロジェクター１に組み込まれた光学デバイス２について詳細に説明する。

光学デバイス２は、図４ないし図６に示すように、光透過性を有し、映像光ＬＬを偏向させるガラス板（光学部）２１が設けられた可動部２２と、可動部２２の周囲に設けられた枠状の支持部２３と、可動部２２と支持部２３と連結し、可動部２２を支持部２３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２４ａ、２４ｂと、を有する構造体と、支持部２３に対して可動部２２を揺動させる駆動機構２５と、駆動機構２５が有するコイル２５２、２５３を保持する保持部２６と、を有している。このような構成の光学デバイス２は、例えば、＋Ｚ側がダイクロイックプリズム１１０側、−Ｚ側が投射レンズ系１１２側を向くようにプロジェクター１内に配置されている。ただし、光学デバイス２の向きは、反対であってもよい。

可動部２２は、平板状をなしており、ガラス板２１を支持するガラス板支持部２２１と、ガラス板支持部２２１の外側に設けられ、ガラス板支持部２２１よりも薄肉な薄肉部２２２、２２３と、を有している。

ガラス板支持部２２１は、その中央部に貫通孔２２１ａを有している。そして、この貫通孔２２１ａにガラス板２１が嵌め込まれており、ガラス板２１は、例えば、接着剤等によってガラス板支持部２２１に接着されている。なお、貫通孔２２１ａは、その周面に段差（爪）を有し、この段差（爪）でガラス板２１を受け止めている。これにより、ガラス板支持部２２１へのガラス板２１の配置が簡単となる。

ガラス板２１は、矩形の平面視形状を有している。このガラス板２１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。したがって、目的とする入射角度になるように、ガラス板２１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２１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２１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２１の映像光ＬＬ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２１の構成材料としては、特に限定されないが、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。また、本実施形態では、光学部としてガラス板２１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、光学部としては、本実施形態のようにガラス板２１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。

このようなガラス板２１が支持されたガラス板支持部２２１の外周に薄肉部２２２、２２３が接続されている。薄肉部２２２、２２３は、揺動軸Ｊに対して互いに反対側に位置している。

薄肉部２２２は、図６に示すように、ガラス板２１の厚みＴよりも小さい厚みｔを有している。また、薄肉部２２２は、ＸＹ平面の面方向（ガラス板２１の厚み方向に直交する方向）から見た平面視で、ガラス板支持部２２１の一方の主面（＋Ｚ軸側の面）２２１ｂと他方の主面（−Ｚ軸側の面）２２１ｃとの間に位置している。そのため、薄肉部２２２の一方の主面２２２ｂと主面２２１ｂとの間には段差部２２４ｂが形成され、薄肉部２２２の他方の主面２２２ｃと主面２２１ｃとの間には段差部２２４ｃが形成されている。また、薄肉部２２２には貫通孔２２１ａが形成されており、この貫通孔２２１ａに駆動機構２５が有する永久磁石２５１が嵌め込まれている。なお、薄肉部２２３は、薄肉部２２２と同様の構成であるため、その説明を省略する。

このような構成の可動部２２の周囲には枠状の支持部２３が設けられ、可動部２２（ガラス板支持部２２１）と支持部２３とが軸部２４ａ、２４ｂによって連結されている。軸部２４ａ、２４ｂは、平面視で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にずれて位置し、可動部２２の揺動軸Ｊを形成している。これにより、可動部２２は、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して約４５°傾斜した揺動軸Ｊまわりに揺動し、この揺動と共にガラス板２１の姿勢が変化する。特に、光学デバイス２では、平面視で、軸部２４ａ、２４ｂがガラス板２１の中心に対して点対称に配置されているため、可動部２２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。

以上のような可動部２２、支持部２３および軸部２４ａ、２４ｂは、一体に構成（一体形成）されている。これにより、支持部２３と軸部２４ａ、２４ｂとの境界部分や、軸部２４ａ、２４ｂと可動部２２との境界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、可動部２２、支持部２３および軸部２４ａ、２４ｂは、ガラス板２１の構成材料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、樹脂を含むことが好ましく、樹脂を主成分とすることがより好ましい。これにより、可動部２２の揺動に伴って発生する応力がガラス板２１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２２でガラス板２１の側面を囲うことができ、ガラス板２１の姿勢を変更する際に、ガラス板２１に生じる応力を小さく抑え、応力分布に伴ってガラス板２１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２１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２２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２４ａ、２４ｂ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（６０ｋＨｚ程度の）光学デバイス２とすることができる。

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、シリコーン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種を含むものが用いられる。

次に、可動部２２を揺動させる駆動機構２５について説明する。駆動機構２５は、図６に示すように、薄肉部２２２に対応して配置されている第１の駆動機構２５Ａと、薄肉部２２３に対応して配置されている第２の駆動機構２５Ｂと、を有している。なお、第１の駆動機構２５Ａと第２の駆動機構２５Ｂは、互いに同様の構成であるため、以下では、第１の駆動機構２５Ａについて代表して説明し、第２の駆動機構２５Ｂについてはその説明を省略する。

第１の駆動機構２５Ａは、薄肉部２２２の貫通孔に嵌め込まれた永久磁石２５１と、永久磁石２５１に作用させる磁界を発生させる一対のコイル２５２、２５３と、を有する電磁アクチュエーターである。一対のコイル２５２、２５３は、永久磁石２５１を介して（挟んで）対向配置されている。言い換えれば、一対のコイル２５２、２５３は、可動部２２の永久磁石２５１が設けられる部分を挟んで、対向配置されている。このように、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２２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２２をスムーズに揺動させることができる。

永久磁石２５１は、Ｘ軸方向に沿った長手形状をなしており、Ｚ軸方向（ガラス板２１の厚み方向）に磁化している。また、永久磁石２５１は、薄肉部２２２の厚みｔとほぼ等しい厚みを有しており、永久磁石２５１と薄肉部２２２の＋Ｚ軸側の主面同士がほぼ面一となっており、−Ｚ軸側の主面同士がほぼ面一となっている。ただし、永久磁石２５１の厚みとしては、ガラス板２１の厚みよりも薄ければ特に限定されず、薄肉部２２２よりも厚くても薄くてもよい。

また、永久磁石２５１のＺ軸方向の中心２５１’は、揺動軸Ｊ（軸部２４ａ、２４ｂのＺ軸方向の中心）を含むＸＹ平面ｆ内に位置している。言い換えると、永久磁石２５１の中心２５１’と揺動軸Ｊとが同一のＸＹ平面ｆ内に位置している。さらに、ＸＹ平面ｆ内にはガラス板２１のＺ軸方向の中心２１’も位置している。このように、永久磁石２５１およびガラス板２１のＺ軸方向の中心２５１’、２１’をそれぞれＸＹ平面ｆ内に位置させることで、可動部２２の揺動軸Ｊまわりの揺動をよりスムーズに行うことができ、より優れた駆動特性を有する光学デバイス２となる。ただし、中心２５１’、２１’の位置は、これに限定されず、ＸＹ平面ｆからずれていてもよい。

このような永久磁石２５１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２５２、２５３は、永久磁石２５１を介して対向配置されている。より具体的には、永久磁石２５１の＋Ｚ軸側にコイル２５２が配置されており、−Ｚ軸側にコイル２５３が配置されている。

また、ＸＹ平面の面内方向から見た平面視で、コイル２５２、２５３は、それぞれ、永久磁石２５１と離間して配置されている。言い換えれば、コイル２５２、２５３の永久磁石２５１に対向する面の各々は、永久磁石２５１と離間している。コイル２５２、２５３と永久磁石２５１との離間距離（ギャップＧ）としては、特に限定されず、可動部２２の大きさや、コイル２５２、２５３から発生する磁界の大きさ等によっても異なるが、例えば、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下程度であることが好ましく、０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下程度であることがより好ましい。これにより、可動部２２の揺動時における永久磁石２５１とコイル２５２、２５３の接触を防止しつつ、コイル２５２、２５３から発生する磁界をより効率的に永久磁石２５１に作用させることができる。そのため、可動部２２をより効率的にかつ安定して揺動させることができる。

また、ＸＹ平面の面内方向から見た平面視で、コイル２５２の永久磁石２５１側の面２５２ａおよびコイル２５３の永久磁石２５１側の面２５３ａは、それぞれ、ガラス板２１の一方の主面（＋Ｚ軸側の面）２１１を含むＸＹ平面ｆ１および他方の主面（−Ｚ軸側の面）２１２を含むＸＹ平面ｆ２の間に位置している。言い換えると、コイル２５２の下端部が段差部２２４ｂに入り込んでおり、コイル２５３の上端部が段差部２２４ｃに入り込んでいる。このような構成とすることで、コイル２５２の＋Ｚ軸側への出っ張りおよびコイル２５３の−Ｚ軸側への出っ張りが低減され、光学デバイス２の薄型化を図ることができる。なお、本実施形態では、コイル２５２の一部（下端部）だけが、段差部２２４ｂに入り込んでいるが、コイル２５２の全部が段差部２２４ｂに入り込んでいてもよい。コイル２５３についても同様である。

また、コイル２５２、２５３は、空芯コイルである。これにより、可動部２２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２５２、２５３として、内側に磁心を配置したものを用いた場合、生じる磁力の強さによっては、永久磁石２５１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２２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防止するために、コイル２５２、２５３としては、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。

また、コイル２５２は、図７に示すように、永久磁石２５１の平面視形状に対応した略長方形となっている。そして、長軸方向（Ｘ軸方向）における永久磁石２５１の幅をＷｘ１とし、コイル２５２の内周の幅をＷｘ２とし、コイル２５２の外周の幅をＷｘ３としたとき、Ｗｘ２＜Ｗｘ１＜Ｗｘ３なる関係を満足し、短軸方向（Ｘ軸方向）における永久磁石２５１の幅をＷｙ１とし、コイル２５２の内周の幅をＷｙ２とし、コイル２５２の外周の幅をＷｙ３としたとき、Ｗｙ２＜Ｗｙ１＜Ｗｙ３なる関係を満足している。コイル２５３についても同様である。このように、コイル２５２、２５３の内周を永久磁石２５１の輪郭よりも小さくすることで、コイル２５２、２５３に電流を印加した際の電力損失（発熱等）を抑えることができ、より効率的に省電力でコイル２５２、２５３から磁界を発生させることができる。

さらには、Ｚ軸方向から見た平面視で、永久磁石２５１の中心（重心）とコイル２５２、２５３の中心（重心）とがほぼ一致しており、永久磁石２５１の外周が、コイル２５２、２５３と重なっている。これにより、コイル２５２、２５３から発生する磁界を、効率的に永久磁石２５１に作用させることができる。

以上のような駆動機構２５では、図示しない電圧印加部からコイル２５２、２５３に駆動信号（交番電圧）を印加することでコイル２５２、２５３から磁界を発生させ、発生させた磁界を永久磁石２５１に作用させることで、可動部２２を支持部２３に対して揺動軸Ｊまわりに揺動（回動）させることができる。そして、このような可動部２２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。

保持部２６は、図４および図６に示すように、支持部２３に対して＋Ｚ軸側に位置する第１の保持部２６１と、支持部２３に対して−Ｚ軸側に位置する第２の保持部２６２と、を有している。また、第１の保持部２６１は、支持部２３の形状に対応し、支持部２３の上面に接合されている枠状の枠部２６１ａと、第１の駆動機構２５Ａのコイル２５２を保持し、枠部２６１ａに接続されているコイル保持部２６１ｂと、第２の駆動機構２５Ｂのコイル２５２を保持し、枠部２６１ａに接続されているコイル保持部２６１ｃと、を有している。同様に、第２の保持部２６２は、支持部２３の形状に対応し、支持部２３の下面に接合されている枠状の枠部２６２ａと、第１の駆動機構２５Ａのコイル２５３を保持し、枠部２６２ａに接続されているコイル保持部２６２ｂと、第２の駆動機構２５Ｂのコイル２５３を保持し、枠部２６２ａに接続されているコイル保持部２６２ｃと、を有している。

このように、本実施形態では、枠部２６１ａと枠部２６２ａとで支持部２３が挟み込まれている。そのため、枠部２６１ａ、２６２ａによって支持部２３が補強され、特に、可動部２２の揺動時の支持部２３の撓み（変形）が低減される。したがって、可動部２２をより安定して揺動させることができる。ここで、枠部２６１ａ、２６２ａと支持部２３との接合方法としては、特に限定されないが、エポキシ系、アクリル系等の接着剤を用いることが好ましい。これにより、枠部２６１ａ、２６２ａと支持部２３との間に比較的柔らかい接着剤層が形成され、この接着剤層によって支持部２３に加わる応力が緩和され、可動部２２をさらに安定して揺動させることができる。

コイル保持部２６１ｂ、２６１ｃは、それぞれ、コイル２５２を保持すると共に、枠部２６１ａに接続されている。このように、コイル２５２をコイル保持部２６１ｂ、２６１ｃを介して枠部２６１ａ（支持部２３）に固定する構成とすると、例えば、支持部２３に対するコイル保持部２６１ｂ、２６１ｃの固定位置を調整することで、永久磁石２５１に対するコイル２５２の位置を容易に調整することができる。そのため、永久磁石２５１とコイル２５２との位置合わせを容易に行うことができる。なお、コイル保持部２６１ｂ、２６１ｃの枠部２６１ａ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。

また、コイル保持部２６１ｂ、２６１ｃは、それぞれ、コイル２５２を永久磁石２５１とは反対側から保持している。言い換えれば、コイル保持部２６１ｂ、２６１ｃは、それぞれ、永久磁石２５１とコイル２５２、２５３の間に位置しないように設けられている。これにより、永久磁石２５１とコイル２５２、２５３とのギャップＧをより精度よく調整することができる。また、可動部２２を揺動させた際の永久磁石２５１とコイル保持部２６１ｂ、２６１ｃとの接触を防止することができる。

このようなコイル保持部２６１ｂ、２６１ｃと同様に、コイル保持部２６２ｂ、２６２ｃは、それぞれ、コイル２５３を保持すると共に、枠部２６２ａに接続されている。また、コイル保持部２６２ｂ、２６２ｃは、それぞれ、コイル２５３を永久磁石２５１とは反対側から保持している。

以上のような構成の保持部２６（枠部２６１ａ、２６２ａ、コイル保持部２６１ｂ、２６１ｃ、２６２ｂ、２６２ｃ）は、非磁性体である。これにより、保持部２６による磁路の形成が抑えられるため、コイル２５２、２５３から発生する磁界を効率的に永久磁石２５１に作用させることができる。なお、保持部２６を構成する非磁性材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、チタン、一部のステンレス鋼等の金属材料や、ゴム、プラスチック等の樹脂材料が挙げられる。ただし、これらの中でも、アルミニウム、チタン等の金属材料を用いることが好ましい。これにより、保持部２６を薄くかつ硬くすることができるため、光学デバイス２のさらなる薄型化を図ることができると共に、支持部２３をより強固に補強することができる。

なお、本実施形態では、第１の保持部２６１において、枠部２６１ａと、コイル保持部２６１ｂ、２６１ｃとが別体として形成されているが、枠部２６１ａとコイル保持部２６１ｂ、２６１ｃとが一体に形成されていてもよい。

＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置が有する光学デバイスの断面図である。

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。

第２実施形態の画像表示装置は、光学デバイスの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

本実施形態の光学デバイス２では、図８に示すように、永久磁石２５１の厚みが薄肉部２２２の厚みｔよりも大きく、永久磁石２５１の上面および下面がそれぞれ薄肉部２２２から突出して設けられている。また、コイル２５２、２５３は、それぞれ、その内径が永久磁石２５１よりも大きくなるように形成されており、コイル２５２、２５３の内側に永久磁石２５１の一部が挿入されている。

このような第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＞
図９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。

第３実施形態の画像表示装置は、半透過型（シースルー型）のヘッドマウントディスプレイ（以下、単に「ＨＭＤ」とも言う）である。

本実施形態のＨＭＤ（画像表示装置）３は、観察者（使用者）に装着して使用されるものであり、図９に示すように、光源３１０と、液晶表示素子３２０と、投射レンズ系３３０と、導光部３４０と、光路偏向素子としての光学デバイス２と、を有している。光源３１０としては特に限定されないが、例えば、ＬＥＤのバックライトを用いることができる。このような光源３１０から発生する光は、液晶表示素子３２０に導かれる。液晶表示素子３２０は、透過型の液晶表示素子であり、例えば、ＨＴＰＳ（高温ポリシリコン）単板ＴＦＴカラー液晶パネル等を用いることができる。このような液晶表示素子３２０は、光源３１０からの光を変調して映像光を生成する。生成された映像光は、投射レンズ系で拡大された後、導光部３４０へ入射する。導光部３４０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３４１が配置される。導光部３４０内に導かれた光は、反射を繰り返して進み、ハーフミラー３４１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３４１を透過して観察者の瞳Ｅに導かれる。したがって、ＨＭＤ３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ＨＭＤ３では、液晶表示素子３２０と投射レンズ系３３０との間に光学デバイス２が配置されており、これにより、映像光ＬＬの光軸をシフトさせることができる。

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。

＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の第４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４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。

第４実施形態の画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイ（以下、単に「ＨＵＤ」とも言う）である。

本実施形態のＨＵＤ（画像表示装置）５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。このようなＨＵＤ５は、図１０に示すように、光源５１１、液晶表示素子５１２および投射レンズ系５１３を有する投影ユニット５１０と、反射ミラー５２０と、光路偏向素子としての光学デバイス２と、を有している。光源５１１、液晶表示素子５１２および投射レンズ系５１３は、例えば、前述した第３実施形態の光源３１０、液晶表示素子３２０および投射レンズ系３３０と同様の構成とすることができる。反射ミラー５２０は、凹面ミラーであり、投影ユニット５１０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ＨＵＤ５では、液晶表示素子５１２と投射レンズ系５１３との間に光学デバイス２が配置されており、これにより、投影光の光軸をシフトさせることができる。

以上のような第４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、画像表示装置として、液晶プロジェクターおよび光走査型のプロジェクターについて説明したが、画像表示装置としては、プロジェクターに限定されず、その他、プリンター、スキャナー等にも適用可能である。

１……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
２……光学デバイス
２１……ガラス板
２１１、２１２……主面
２１’……中心
２２……可動部
２２１……ガラス板支持部
２２１ａ……貫通孔
２２１ｂ……主面
２２１ｃ……主面
２２２……薄肉部
２２２ｂ……主面
２２２ｃ……主面
２２３……薄肉部
２２４ｂ……段差部
２２４ｃ……段差部
２３……支持部
２４ａ、２４ｂ……軸部
２５……駆動機構
２５Ａ……第１の駆動機構
２５Ｂ……第２の駆動機構
２５１……永久磁石
２５１’……中心
２５２……コイル
２５２ａ……面
２５３……コイル
２５３ａ……面
２６……保持部
２６１……第１の保持部
２６１ａ……枠部
２６１ｂ……コイル保持部
２６１ｃ……コイル保持部
２６２……第２の保持部
２６２ａ……枠部
２６２ｂ……コイル保持部
２６２ｃ……コイル保持部
３……ＨＭＤ
３１０……光源
３２０……液晶表示素子
３３０……投射レンズ系
３４０……導光部
３４１……ハーフミラー
５……ＨＵＤ
５１０……投影ユニット
５１１……光源
５１２……液晶表示素子
５１３……投射レンズ系
５２０……反射ミラー
８……スクリーン
Ｅ……瞳
ＦＧ……フロントガラス
Ｇ……ギャップ
Ｊ……揺動軸
ＬＬ……映像光
Ｐ１……画像表示位置
Ｐ２……画像表示位置
Ｐｘ……画素
Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖ……データ信号
Ｖｉｄ……画像信号
ｆ、ｆ１、ｆ２……ＸＹ平面
Ｔ、ｔ……厚み

Claims

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、
前記可動部を揺動軸まわりに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられ、前記光学部の厚みよりも小さい厚みを有する永久磁石と、
前記永久磁石を介して対向配置され、前記永久磁石に作用させる磁界を発生させる一対のコイルと、を有し、
前記可動部は、前記光学部の厚みよりも小さい厚みを有する薄肉部を有し、
前記永久磁石は、前記薄肉部に配置され、
前記光学部の板厚方向と直交する方向から見て、前記一対のコイルの前記永久磁石に対向する面の各々が前記光学部の一対の主面の間に位置していることを特徴とする光学デバイス。
前記軸部の前記板厚方向の中心と前記永久磁石の前記板厚方向の中心とが、前記光学部の板厚方向と直交する同一面内に位置している請求項１に記載の光学デバイス。
前記同一面は、前記光学部の前記板厚方向の中心と交わっている請求項２に記載の光学デバイス。
前記可動部および軸部は、それぞれ、樹脂材料を含んでいる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
前記支持部に固定され、一方の前記コイルを保持する第１の保持部と、
前記支持部に固定され、他方の前記コイルを保持する第２の保持部と、を有し、
前記支持部は、前記第１の保持部と前記第２の保持部の間に挟まれている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学デバイス。
前記第１の保持部および前記第２の保持部は、それぞれ、非磁性体である請求項５に記載の光学デバイス。
前記一対のコイルの前記永久磁石に対向する面の各々は、前記永久磁石と前記板厚方向に離間している請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
前記光学部は、前記光を透過する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学デバイス。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光学デバイスを備え、
前記光学デバイス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。