JP6569329B2 - 光学デバイスおよび画像表示装置 - Google Patents
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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。
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（圧電素子）と、を有するウォブリングデバイスを用いている。
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の駆動部から発生する熱によって、ウォブリングデバイスの振動特性が変動し、安定した駆動特性を発揮することができない場合も考えられる。
本発明の目的は、熱による影響を低減し、安定した駆動特性を発揮す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た永久磁石と、
前記永久磁石に作用させる磁界を発生させるコイルと、
前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
前記コイル支持部は、前記支持部と比較して熱伝導率が大きい材料で構成され、かつ、前記光入射面の面内方向と交差することを特徴とする。
これにより、通電によりコイルから発生する熱を支持部に伝わる前にコイル支持部で効率的に放熱することができる。そのため、安定した振動特性を発揮することができる。また、コイル支持部が光入射面の面内方向と交差しているので、光学デバイスの大型化を低減することができる。
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た永久磁石と、
前記永久磁石に作用させる磁界を発生させるコイルと、
前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
前記コイル支持部は、前記支持部と比較して熱伝導率が大きい材料で構成され、かつ、前記光入射面の面内方向と交差することを特徴とする。
これにより、通電によりコイルから発生する熱を支持部に伝わる前にコイル支持部で効率的に放熱することができる。そのため、安定した振動特性を発揮することができる。また、コイル支持部が光入射面の面内方向と交差しているので、光学デバイスの大型化を低減することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記コイル支持部は、前記コイルの前記光入射面の面内と交差する方向に形成される側面に沿って配置されていることが好ましい。
これにより、コイル支持部の小型化を図ることができる。
これにより、コイル支持部の小型化を図ることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記コイルは、前記光学部の板厚方向からの平面視にて、長手形状をなし、
前記コイル支持部は、前記コイルの長手方向に沿い、かつ、前記光入射面の面内方向と交差する方向に形成される側面に沿って配置されていることが好ましい。
これにより、例えば、光入射面の面内方向と交差する部分をコイルの短手方向に沿う側面に沿って配置する場合と比較して、前記交差する部分を広くすることができる。そのため、コイルから発生する熱をより効果的に放熱することができる。
前記コイル支持部は、前記コイルの長手方向に沿い、かつ、前記光入射面の面内方向と交差する方向に形成される側面に沿って配置されていることが好ましい。
これにより、例えば、光入射面の面内方向と交差する部分をコイルの短手方向に沿う側面に沿って配置する場合と比較して、前記交差する部分を広くすることができる。そのため、コイルから発生する熱をより効果的に放熱することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記コイル支持部は、
前記コイルを支持し、前記光入射面の面内方向に沿って設けられる第１支持部と、
前記第１支持部と交差し、前記コイルの前記光入射面の面内方向と交差する方向に形成される側面を支持する第２支持部と、を有していることが好ましい。
これにより、コイル支持部とコイルとの接触面積が大きくなり、コイルからの熱をより効果的に放熱することができる。また、第１支持部と第２支持部にコイルを突き当てることで、コイルの位置決めを簡単かつ精度よく行うことができる。
前記コイルを支持し、前記光入射面の面内方向に沿って設けられる第１支持部と、
前記第１支持部と交差し、前記コイルの前記光入射面の面内方向と交差する方向に形成される側面を支持する第２支持部と、を有していることが好ましい。
これにより、コイル支持部とコイルとの接触面積が大きくなり、コイルからの熱をより効果的に放熱することができる。また、第１支持部と第２支持部にコイルを突き当てることで、コイルの位置決めを簡単かつ精度よく行うことができる。
本発明の光学デバイスでは、前記コイルは、前記永久磁石に対向配置されるとともに、前記第２支持部を前記光反射面と平行な方向から平面視して、前記永久磁石と対向する面が、前記第２支持部よりも前記永久磁石側に位置していることが好ましい。
これにより、コイルと永久磁石のギャップを調整し易くなる。
これにより、コイルと永久磁石のギャップを調整し易くなる。
本発明の光学デバイスでは、前記支持部は、前記永久磁石と前記コイルとの隙間を視認可能な窓部を有していることが好ましい。
これにより、永久磁石に対するコイルの位置決めを精度よく行うことができる。
これにより、永久磁石に対するコイルの位置決めを精度よく行うことができる。
本発明の光学デバイスでは、前記窓部は、貫通孔であることが好ましい。
これにより、窓部の構成が簡単となる。また、例えば、窓部を介して冷却風をコイル支持部に当てることができるため、コイルから発生する熱をより効果的に放熱することができる。
これにより、窓部の構成が簡単となる。また、例えば、窓部を介して冷却風をコイル支持部に当てることができるため、コイルから発生する熱をより効果的に放熱することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記支持部を支持する筐体を有し、
前記コイル支持部は、前記支持部に支持され、前記筐体に支持されていることが好ましい。
これにより、コイルから発生する熱が支持部により伝わり難くなる。
前記コイル支持部は、前記支持部に支持され、前記筐体に支持されていることが好ましい。
これにより、コイルから発生する熱が支持部により伝わり難くなる。
本発明の光学デバイスでは、前記コイル支持部は、前記支持部と離間して配置されていることが好ましい。
これにより、コイル支持部の熱が支持部に伝わり難くなる。
これにより、コイル支持部の熱が支持部に伝わり難くなる。
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。
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。
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。
本発明の画像表示装置では、前記光学デバイスで光を屈折させることにより、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が好ましい。
これにより、疑似的に解像度を高めることができる。
これにより、疑似的に解像度を高めることができる。
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斜視図である。図５は、図４（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図４に示す光学デバイスが有する駆動機構を示す平面図である。図７は、図４に示す光学デバイスが有するコイル支持部の斜視図である。図８および図９は、図７に示すコイル支持部の断面図である。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斜視図である。図５は、図４（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図４に示す光学デバイスが有する駆動機構を示す平面図である。図７は、図４に示す光学デバイスが有するコイル支持部の斜視図である。図８および図９は、図７に示すコイル支持部の断面図である。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。
［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。
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。
［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。
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（ａ）、（ｂ）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２０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を支持するコイル支持部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、図５に示すように、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、駆動機構２５が有する永久磁石２５１を支持する永久磁石支持部２２２と、を有している。また、ガラス板支持部２２１は、その中央部に貫通孔２２１ａを有し、貫通孔２２１ａにガラス板２１が嵌め込まれている。ガラス板２１は、図示しない接着剤等によってガラス板支持部２２１に接着されている。
このようなガラス板支持部に支持されるガラス板２１は、矩形の平面視形状を有している。そして、ガラス板２１は、光透過性を有し、その一方の主面は、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の外周には、永久磁石２５１が配置された永久磁石支持部２２２が設けられている。永久磁石支持部２２２は、揺動軸Ｊからずれて配置されている。このような永久磁石支持部２２２には、凹部２２２ａが設けられており、この凹部２２２ａに永久磁石２５１が嵌め込まれている。嵌め込まれた永久磁石２５１は、図示しない接着剤等によって凹部２２２ａに接着（固定）されている。
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、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。可動部２２は、この揺動軸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。
以上のような構造体２０（可動部２２、支持部２３および軸部２４ａ、２４ｂ）は、一体に構成されている。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、構造体２０（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（ガラス板２１の厚さ方向に沿って形成される面）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（例えば１３０Ｈｚ〜１７０Ｈｚ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５に示すように、永久磁石支持部２２２に配置された永久磁石２５１と、永久磁石２５１と対向して配置され、永久磁石２５１に作用させる磁界を発生させるコイル２５２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２５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、図６に示すように、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。言い換えると、永久磁石２５１は、ガラス板２１の板厚方向から見て長方形状をなしており、Ｚ軸方向に磁化している。このように、永久磁石２５１を、Ｘ軸方向に延在させることで、永久磁石２５１を可動部２２の中心に寄せて配置することができ、可動部２２の慣性モーメントを低減することができる。そのため、可動部２２をよりスムーズに揺動させることができる。なお、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は、永久磁石２５１と対向して配置されている。また、コイル２５２は、永久磁石２５１に対応してＸ軸方向に延在した長手形状となっている。言い換えると、コイル２５２は、ガラス板２１の板厚方向から見て長方形状をなしている。また、コイル２５２は、空芯コイルである。コイル２５２を空芯コイルとすることで、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２５では、図示しない電圧印加部からコイル２５２に駆動信号を印加することでコイル２５２から磁界が発生し、発生した磁界が永久磁石２５１に作用することで、可動部２２が支持部２３に対して揺動軸Ｊまわりに揺動（回動）する。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。
特に、駆動機構２５では、図６に示すように、Ｚ軸方向から見た平面視で、永久磁石２５１の外周（輪郭）が、コイル２５２の内周よりも大きく、コイル２５２の外周よりも小さくなっている。このような設計とすることで、コイル２５２を小型化することができるため、コイル２５２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から磁界を発生させることができる。また、コイル２５２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、駆動機構２５の構成としては、可動部２２を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２５が設けられているが、揺動軸Ｊに対して両側に駆動機構２５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２２を揺動させることができる。
また、コイル２５２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の接触を防止しつつ、コイル２５２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。
このような駆動機構２５が有するコイル２５２は、コイル支持部２６に支持されており、コイル支持部２６が支持部２３に固定されることで、支持部２３に支持される。コイル２５２のコイル支持部２６への固定は、特に限定されず、接着剤等を用いることができる。
このように、コイル２５２をコイル支持部２６を介して支持部２３に固定する構成とすると、例えば、支持部２３に対するコイル支持部２６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、コイル支持部２６の支持部２３への固定方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤、ネジ止め、凹凸嵌合等が挙げられる。
このようなコイル支持部２６は、コイル２５２を永久磁石２５１とは反対側から支持している。すなわち、コイル支持部２６は、永久磁石２５１とコイル２５２の間に位置しないように設けられている。コイル支持部２６をこのように配置することで、永久磁石２５１とコイル２５２とのギャップＧをより小さくすることができる。
また、コイル支持部２６は、図５および図７に示すように、途中でほぼ直角に屈曲した略Ｌ字状の断面形状を有している。具体的には、コイル支持部２６は、支持部２３に固定された第１支持部２６１と、第１支持部２６１に接続され、第１支持部２６１に対してほぼ直角に屈曲している第２支持部２６２と、を有している。第１支持部２６１は、ＸＹ平面に広がり、Ｚ軸方向に厚さを有する板状であり、第２支持部２６２は、ＸＺ平面に広がり、Ｙ軸方向に厚さを有する板状となっている。このようなコイル支持部２６は、支持部２３と比較して熱伝導率が大きい材料で構成されている。
このように、第１支持部２６１および第２支持部２６２を有することでコイル支持部２６の表面積を大きくし、さらには、支持部２３と比較して熱伝導率が大きい材料で構成されたコイル支持部２６を有することで、通電によりコイル２５２から発生する熱をコイル支持部２６から効果的に放熱することができる。そのため、コイル２５２から発生する熱が支持部２３（構造体２０）に伝わり難くなり、構造体２０の熱膨張や熱による軸部２４ａ、２４ｂの軟化等に起因した光学デバイス２の振動特性の変動が抑制され、安定した振動特性を発揮することができる。また、コイル２５２の発熱を低減することもできるので、コイル２５２の発熱による電力損失を抑えることができる。よって、より効率的に（省電力で）コイル２５２から磁界を発生させることができる。
特に、第２支持部２６２がガラス板２１の光入射面の面内方向（ＸＹ面内方向）と交差しているため、すなわち、第２支持部２６２を第１支持部２６１に対して折り曲げているため、Ｚ軸方向から見たときのコイル支持部２６の広がりを抑えることができ、光学デバイス２の小型化を図ることもできる。
ここで、コイル支持部２６は、非磁性材料で構成されていることが好ましい。これにより、コイル支持部２６が永久磁石２５１の発生する磁界に引き付けられることを抑制することができる。
なお、このようなコイル支持部２６の構成材料（支持部２３と比較して熱伝導率が大きく、かつ非磁性の材料）としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、非磁性のステンレス鋼等が挙げられる。
このようなコイル支持部２６では、第１支持部２６１がコイル２５２の底面（永久磁石２５１と対向する面とは反対側の面）に沿って配置され、第２支持部２６２がコイル２５２の側面（ガラス板２１の平面視で、ガラス板２１と交差するように形成された面）に沿って配置されている。言い換えると、第１支持部２６１は、ガラス板２１の光入射面の面内方向（ガラス板２１の光入射面を延長した面もしくは延長した面内に定義できる方向）に沿ってもうけられ、第２支持部２６２は、ガラス板２１を平面視でガラス板２１の光入射面の面内方向と交差する方向に延在している。なお、面内方向と交差するとは、例えば、ガラス板２１の光入射面を延長した面もしくは延長した面内に定義できる方向に対して交差するように延在、もしくは形成されている状態をいう。
そのため、コイル支持部２６のコイル２５２と接触する面を広くすることができ、コイル２５２から発生する熱を効率的にコイル支持部２６から放熱することができる。特に、本実施形態では、第２支持部２６２がコイル２５２の長手方向に沿う側面２５２ａに沿って配置されている。そのため、例えば、短手方向に沿う側面に沿って配置されている場合と比較して、第２支持部２６２の面積（言い換えるとコイル２５２との接触面積）を大きくすることができるため、コイル支持部２６からより効果的に放熱することができる。
また、本実施形態のように第１支持部２６１および第２支持部２６２に突き当ててコイル２５２を配置することで、コイル支持部２６に対してコイル２５２を容易にかつ精度よく位置決めすることができる。なお、コイル２５２は、第１、第２支持部２６１、２６２と直接的に接触していてもよいし、例えば、接着剤等を介して間接的に接触していてもよい。
また、本実施形態では、図８に示すように、コイル２５２は、永久磁石２５１側の面２５２ｂが、第１支持部２６１よりも永久磁石２５１側に位置している。言い換えると、コイル２５２は、第２支持部２６２を光入射面の面内方向から平面視して、第２支持部２６２から永久磁石２５１側へ突出して設けられている。さらに言い換えると、コイル２５２は、永久磁石２５１に対向（向かい合って）して配置されるとともに、第２支持部２６２を光反射面と平行な方向から平面視して、永久磁石２５１と対向する面が、第２支持部２６２よりも永久磁石２５１側に位置している。このような構成とすると、Ｙ軸方向から見たときに、永久磁石２５１とコイル２５２の隙間（ギャップＧ）を視認できるようになり、これらのギャップＧをより精度よく調整することができる。なお、コイル２５２の配置は、これに限定されず、例えば、第２支持部２６２の平面視で、永久磁石２５１側の面２５２ｂが第２支持部２６２の永久磁石側の端と一致していてもよい。
特に、本実施形態の光学デバイス２では、支持部２３に、Ｙ軸方向から見たときに光学デバイス２の外側から永久磁石２５１とコイル２５２の隙間を視認できる窓部２３１が設けられている。そのため、永久磁石２５１とコイル２５２の隙間（ギャップＧ）をより容易に視認することができる。なお、窓部２３１の構成としては、前記隙間を視認することができれば、特に限定されないが、本実施形態のように貫通孔で構成されていることが好ましい。これにより、窓部２３１の構成が簡単なものとなる。また、例えば、図９に示すように、窓部２３１の近傍に冷却用のダクトＤを配置すれば、ダクトＤから供給される冷却風を窓部２３１を介してコイル支持部２６（第２支持部２６２）に吹き付けることができる。そのため、コイル支持部２６での放熱効果をより高めることができる。また、窓部２３１を介して冷却風を吹き付けることで、冷却風が可動部２２に当たり難くなる。そのため、可動部２２の振動特性に影響が出難い。なお、前記冷却風として、プロジェクター１の各部（例えば、光源１０２等）を冷却するためにプロジェクター１に内蔵されている冷却手段で生成される冷却風を用いることができる。
＜第２実施形態＞
図１０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を示す平面図である。図１１は、図１０に示す光学デバイスの断面図である。図１２は、画像表示装置が有する保持部材を示す斜視図である。図１３は、図１２に示す保持部材の断面図である。
図１０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を示す平面図である。図１１は、図１０に示す光学デバイスの断面図である。図１２は、画像表示装置が有する保持部材を示す斜視図である。図１３は、図１２に示す保持部材の断面図である。
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は、図１０および図１１に示すように、筐体２９をさらに有している。筐体２９は、例えば、構造体２０を補強する補強部材として機能する。このような筐体２９は、中央に開口２９１を有する枠状をなし、映像光ＬＬの通過を邪魔することがないように配置されている。そして、このような筐体２９に支持部２３とコイル支持部２６とが支持されており、コイル支持部２６が筐体２９を介して支持部２３に支持・固定された状態となっている。このような構成とすることで、コイル支持部２６と支持部２３との間に筐体２９が介在するため、その分、コイル２５２から発生する熱がコイル支持部２６を介して支持部２３により伝わり難くなる。そのため、前述した第１実施形態よりもさらに、構造体２０の熱膨張や熱による軸部２４ａ、２４ｂの軟化等に起因した光学デバイス２の振動特性の変動が抑制され、より安定した振動特性を発揮することができる。
特に、本実施形態では、図１１に示すように、コイル支持部２６が構造体２０と離間して配置されている。すなわち、コイル支持部２６は、構造体２０と接触することなく設けられている。これにより、コイル支持部２６から構造体２０へ熱がより伝わり難くなり、上述した効果がより顕著なものとなる。また、本実施形態では、第２支持部２６２が構造体２０の外側に位置しているため、第２支持部２６２に前述した冷却風を吹き付け易くなる。
ここで、筐体２９の構成材料としては、特に限定されないが、コイル支持部２６と同様に、支持部２３と比較して熱伝導率が大きく、かつ非磁性の材料を用いることが好ましい。これにより、コイル２５２の熱をコイル支持部２６および筐体２９によって放熱することができるため、放熱効果がより高まる。また、筐体２９がコイル２５２から発生する磁界の磁路を形成することがないため、コイル２５２から発生する磁界を効率的に作用させることができる。
このような筐体２９は、例えば、ダイクロイックプリズム１１０、投射レンズ系１１２および光学デバイス２を互いに固定（位置決め）するため保持部材に接続することができるようになっているのが好ましい。これにより、筐体２９を有効利用することができると共に、プロジェクター１の小型化を図ることもできる。以下、このことについて一例を挙げて説明する。
プロジェクター１では、図１２および図１３に示すように、ダイクロイックプリズム１１０、投射レンズ系１１２および光学デバイス２が保持部材７に保持されており、光学的にアライメントされた状態で固定されている。
保持部材７は、投射レンズ系１１２および光学デバイス２を保持する第１保持部材７１と、第１保持部材７１に保持される第２保持部材７２と、第２保持部材７２に保持されると共にダイクロイックプリズム１１０を保持する第３保持部材７３と、を有している。
第１保持部材７１は、投射レンズ系１１２の鏡筒１１２ａを支持する鏡筒保持部７１１と、鏡筒保持部７１１の上部から光路上流側に突出する保持部７１２とを備えている。鏡筒保持部７１１は、略矩形の板状に形成され、その中央には丸穴を有する開口部７１１ａが設けられ、開口部７１１ａには投射レンズ系１１２の鏡筒１１２ａが挿入されている。開口部７１１ａに挿入された鏡筒１１２ａは、アライメントされた状態で鏡筒保持部７１１にネジ止めされている。一方、保持部７１２は、光学デバイス２の筐体２９を保持し、光学デバイス２が投射レンズ系１１２とダイクロイックプリズム１１０との間に位置している。
第２保持部材７２は、第１保持部材７１の上方に配置されており、アライメントされた状態で第１保持部材７１にネジ止めされている。
第３保持部材７３は、ダイクロイックプリズム１１０を投射レンズ系１１２に対してアライメントする際のベースの部材となり、ダイクロイックプリズム１１０を保持した状態となっている。具体的には、第３保持部材７３の下面に固定部７３１が設けられており、この固定部７３１に接着剤等によってダイクロイックプリズム１１０の上面が固定されている。このような第３保持部材７３は、第２保持部材７２の下方に配置され、第２保持部材７２にネジ止めされている。
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＞
図１４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。
図１４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１４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１５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。
図１５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１５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、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について説明したが、光学デバイスの用途としては、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
１１２ａ……鏡筒
１２０……制御回路
１２２……画像信号処理回路
２……光学デバイス
２０……構造体
２１……ガラス板
２２……可動部
２２１……ガラス板支持部
２２１ａ……貫通孔
２２２……永久磁石支持部
２２２ａ……凹部
２３……支持部
２３１……窓部
２４ａ、２４ｂ……軸部
２５……駆動機構
２５１……永久磁石
２５２……コイル
２５２ａ……側面
２５２ｂ……面
２６……コイル支持部
２６１……第１支持部
２６２……第２支持部
２９……筐体
２９１……開口
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
７……保持部材
７１……第１保持部材
７１１……鏡筒保持部
７１１ａ……開口部
７１２……保持部
７２……第２保持部材
７３……第３保持部材
７３１……固定部
８……スクリーン
Ｄ……ダクト
Ｅ……瞳
ＦＧ……フロントガラス
Ｇ……ギャップ
Ｊ……揺動軸
ＬＬ……映像光
Ｐ１、Ｐ２……画像表示位置
Ｐｘ……画素
Ｂｖ、Ｇｖ、Ｒｖ……データ信号
Ｖｉｄ……画像信号
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
１１２ａ……鏡筒
１２０……制御回路
１２２……画像信号処理回路
２……光学デバイス
２０……構造体
２１……ガラス板
２２……可動部
２２１……ガラス板支持部
２２１ａ……貫通孔
２２２……永久磁石支持部
２２２ａ……凹部
２３……支持部
２３１……窓部
２４ａ、２４ｂ……軸部
２５……駆動機構
２５１……永久磁石
２５２……コイル
２５２ａ……側面
２５２ｂ……面
２６……コイル支持部
２６１……第１支持部
２６２……第２支持部
２９……筐体
２９１……開口
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
７……保持部材
７１……第１保持部材
７１１……鏡筒保持部
７１１ａ……開口部
７１２……保持部
７２……第２保持部材
７３……第３保持部材
７３１……固定部
８……スクリーン
Ｄ……ダクト
Ｅ……瞳
ＦＧ……フロントガラス
Ｇ……ギャップ
Ｊ……揺動軸
ＬＬ……映像光
Ｐ１、Ｐ２……画像表示位置
Ｐｘ……画素
Ｂｖ、Ｇｖ、Ｒｖ……データ信号
Ｖｉｄ……画像信号
Claims (12)
- 光が入射する光入射面を有する光学部と、
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た永久磁石と、
前記永久磁石に作用させる磁界を発生させるコイルと、
前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
前記コイル支持部は、前記支持部と比較して熱伝導率が大きい材料で構成され、かつ、前記光入射面の面内方向と交差することを特徴とする光学デバイス。 - 前記コイル支持部は、前記コイルの前記光入射面の面内と交差する方向に形成される側面に沿って配置されている請求項１に記載の光学デバイス。
- 前記コイルは、前記光学部の板厚方向からの平面視にて、長手形状をなし、
前記コイル支持部は、前記コイルの長手方向に沿い、かつ、前記光入射面の面内方向と交差する方向に形成される側面に沿って配置されている請求項２に記載の光学デバイス。 - 前記コイル支持部は、
前記コイルを支持し、前記光入射面の面内方向に沿って設けられる第１支持部と、
前記第１支持部と交差し、前記コイルの前記光入射面の面内方向と交差する方向に形成される側面を支持する第２支持部と、を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学デバイス。 - 前記コイルは、前記永久磁石に対向配置されるとともに、前記第２支持部を前記光入射面と平行な方向から平面視して、前記永久磁石と対向する面が、前記第２支持部よりも前記永久磁石側に位置している請求項４に記載の光学デバイス。
- 前記支持部は、前記永久磁石と前記コイルとの隙間を視認可能な窓部を有している請求
項５に記載の光学デバイス。 - 前記窓部は、貫通孔である請求項６に記載の光学デバイス。
- 前記支持部を支持する筐体を有し、
前記コイル支持部は、前記筐体に支持され、前記筐体を介して前記支持部に支持されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学デバイス。 - 前記コイル支持部は、前記支持部と離間して配置されている請求項８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９のいずれか１項に記載の光学デバイス。
- 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光学デバイスを備えることを特徴とする画像表示装置。
- 前記光学デバイスで光を屈折させることにより、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請求項１１に記載の画像表示装置。
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