KR20160094297A

KR20160094297A - 광학 디바이스 및 화상 표시 장치

Info

Publication number: KR20160094297A
Application number: KR1020160009930A
Authority: KR
Inventors: 야스시 미조구찌
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2016-08-09
Also published as: CN105842843B; US9794530B2; TW201627746A; US20160227176A1; JP6398754B2; JP2016142863A; CN105842843A

Abstract

박형화를 도모할 수 있는 광학 디바이스, 이러한 광학 디바이스를 구비한 화상 표시 장치를 제공한다. 광학 디바이스(2)는, 유리판(21)과, 유리판(21)을 지지하는 가동부(22)와, 가동부(22)를 요동축(J) 주위로 요동 가능하게 지지하는 축부와, 축부를 지지하는 지지부(23)와, 가동부(22)에 설치되고, 유리판(21)보다도 얇은 영구 자석(251)과, 영구 자석(251)을 개재해서 대향 배치된 한 쌍의 코일(252, 253)을 갖고 있다. 가동부(22)는, 유리판(21)보다도 얇은 박육부(222, 223)를 갖고, 영구 자석(251)은, 박육부(222, 223)에 배치되고, 측면에서 볼 때 코일(252, 253)의 영구 자석(251) 측의 면(252a, 253a)이 유리판(21)의 양쪽 주면(XY 평면 (f1, f2))의 사이에 위치하고 있다.

Description

광학 디바이스 및 화상 표시 장치{OPTICAL DEVICE AND IMAGE DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 광학 디바이스 및 화상 표시 장치에 관한 것이다.

종래부터, 액정 패널 등의 광 변조 장치의 해상도보다도 투사되는 화상의 해상도를 높게 하기 위해서, 광 변조 장치로부터 출사된 영상 광의 축을 어긋나게 하는 기술이 알려져 있다. 또한, 영상 광의 축을 어긋나게 하는 장치로서, 특허문헌 1에 기재된 광로 제어 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 광로 제어 장치는, 유리판과, 유리판을 보유 지지하는 가동부와, 가동부를 지지하는 지지부와, 가동부와 지지부를 접속하는 1쌍의 판 스프링을 갖고, 판 스프링을 회동 축으로 하여 보유 지지 부재를 회동시키는 것으로 유리판의 자세를 변화시킴으로써, 유리판에 입사한 광(영상 광)을 굴절시켜서, 축을 어긋나게 하고 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 광로 제어 장치에서는, 가동부를 회동시키는 구동 기구로서, 코일과 영구 자석을 사용한 전자 구동을 채용하고 있다.

일본 특허 공개 제2011-158589호 공보

그러나, 특허문헌 1의 광로 제어 장치에서는, 코일에서 발생시킨 자계를 유도하기 위해서 요크를 사용하고 있고, 이 요크가 상하로 돌출되어 있기 때문에, 그만큼, 장치가 대형화되어 버린다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 박형화를 도모할 수 있는 광학 디바이스, 이러한 광학 디바이스를 구비한 화상 표시 장치를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적은, 다음의 발명에 의해 달성된다.

본 발명의 광학 디바이스는, 광이 입사하는 광 입사면을 갖는 판상의 광학부와,

상기 광학부를 지지하는 가동부와,

상기 가동부를 요동축 주위로 요동 가능하게 지지하는 축부와,

상기 축부를 지지하는 지지부와,

상기 가동부에 설치되고, 상기 광학부의 두께보다도 작은 두께를 갖는 영구 자석과,

상기 영구 자석을 개재해서 대향 배치되고, 상기 영구 자석에 작용시키는 자계를 발생시키는 한 쌍의 코일을 갖고,

상기 가동부는, 상기 광학부의 두께보다도 작은 두께를 갖는 박육부를 갖고,

상기 영구 자석은, 상기 박육부에 배치되고,

상기 광학부의 판 두께 방향과 직교하는 방향으로부터 볼 때, 상기 한 쌍의 코일의 상기 영구 자석에 대향하는 면의 각각이 상기 광학부의 한 쌍의 주면 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 광학 디바이스의 박형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 광학 디바이스에서는, 상기 축부의 상기 판 두께 방향의 중심과 상기 영구 자석의 상기 판 두께 방향의 중심이, 상기 광학부의 판 두께 방향과 직교하는 동일면 내에 위치하고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 원활하게 가동부를 요동시킬 수 있어, 구동 특성이 향상된다.

본 발명의 광학 디바이스에서는, 상기 동일면은, 상기 광학부의 상기 판 두께 방향의 중심과 교차하고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 보다 원활하게 가동부를 요동시킬 수 있어, 구동 특성이 보다 향상된다.

본 발명의 광학 디바이스에서는, 상기 가동부 및 축부는, 각각, 수지 재료를 포함하고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 축부 주변의 구조를 부드럽게 할 수 있고, 소형화를 도모하면서, 공진 주파수를 낮게 할 수 있다. 또한, 환경 온도에 대한 가동부의 요동 궤적의 변화를 억제할 수 있다.

본 발명의 광학 디바이스에서는, 상기 지지부에 고정되고, 한쪽의 상기 코일을 보유 지지하는 제1 보유 지지부와,

상기 지지부에 고정되고, 다른 쪽의 상기 코일을 보유 지지하는 제2 보유 지지부를 갖고,

상기 지지부는, 상기 제1 보유 지지부와 상기 제2 보유 지지부의 사이에 끼워져 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 코일의 보유 지지가 용이하게 된다. 또한, 제1 보유 지지부 및 제2 보유 지지부가 지지부를 보강하는 보강 부재로서도 기능하여, 지지부의 휨 등을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 광학 디바이스에서는, 상기 제1 보유 지지부 및 상기 제2 보유 지지부는, 각각,

비자성체인 것이 바람직하다.

이에 의해, 제1 보유 지지부 및 제2 보유 지지부에 의한 자로의 형성이 억제되기 때문에, 코일로부터 발생하는 자계를 효율적으로 영구 자석에 작용시킬 수 있다.

본 발명의 광학 디바이스에서는, 상기 한 쌍의 코일의 상기 영구 자석에 대향하는 면의 각각은,

상기 영구 자석과 상기 판 두께 방향으로 이격되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 코일의 내주를 보다 작게 할 수 있기 때문에, 자계 발생 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 광학 디바이스에서는, 상기 광학부는, 상기 광을 투과하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 광학부의 굴절을 이용하여, 광의 광축을 어긋나게 할 수 있다.

본 발명의 화상 표시 장치는, 본 발명의 광학 디바이스를 구비하고,

상기 광학 디바이스에서 광을 공간 변조시킴으로써, 상기 광의 조사에 의해 표시되는 화소의 위치가 어긋나도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 우수한 표시 특성을 갖는 화상 표시 장치가 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 화상 표시 장치의 광학적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 영상 광을 시프트시킨 모습을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시하는 화상 표시 장치의 전기적인 구성을 도시하는 블록도다.
도 4는 도 1에 도시하는 화상 표시 장치가 갖는 광학 디바이스의 상면도 및 하면도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 광학 디바이스의 상면도이다.
도 6은 도 4 중의 A-A선 단면도이다.
도 7은 영구 자석과 코일의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 화상 표시 장치가 갖는 광학 디바이스의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 광학적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 광학적인 구성을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 광학 디바이스 및 화상 표시 장치에 대해서 첨부 도면에 나타내는 각 실시 형태에 기초하여 상세하게 설명한다.

<제1 실시 형태>

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 화상 표시 장치의 광학적인 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는, 영상 광을 시프트시킨 모습을 도시하는 도면이다. 도 3은, 도 1에 도시하는 화상 표시 장치의 전기적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 4는, 도 1에 도시하는 화상 표시 장치가 갖는 광학 디바이스의 상면도 및 하면도이다. 도 5는, 도 4에 도시하는 광학 디바이스의 상면도이다. 도 6은, 도 4 중의 A-A선 단면도이다. 도 7은, 영구 자석과 코일의 배치를 도시하는 평면도이다.

또한, 도 5에서는, 광학 디바이스의 보유 지지부 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 4 내지 도 7에서는, 설명의 편의상, 서로 직교하는 3축으로서, X축, Y축 및 Z축을 도시하고 있고, 그 도시한 화살표의 선단측을 「+측」, 기단부측을 「-측」으로 한다. 또한, 이하에서는, X축에 평행한 방향을 「X축 방향」이라고도 하고, Y축에 평행한 방향을 「Y축 방향」이라고도 하고, Z축에 평행한 방향을 「Z축 방향」이라고도 하고, +Z측을 「상」, -Z측을 「하」라고도 한다.

1. 프로젝터

도 1에 도시하는 프로젝터(화상 표시 장치)(1)는, LCD 방식의 프로젝터이며, 도 1에 도시한 바와 같이, 광원(102)과, 미러(104a, 104b, 104c)와, 다이크로익 미러(106a, 106b)와, 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)와, 다이크로익 프리즘(110)과, 광로 편향 소자로서의 광학 디바이스(2)와, 투사 렌즈계(112)를 구비하고 있다.

광원(102)으로서는, 예를 들어 할로겐 램프, 수은 램프, 발광 다이오드(LED) 등을 들 수 있다. 또한, 이 광원(102)으로서는, 백색광이 출사되는 것이 사용된다. 그리고, 광원(102)으로부터 출사된 광은, 먼저, 다이크로익 미러(106a)에 의해 적색광(R)과 그 밖의 광으로 분리된다. 적색광은, 미러(104a)에서 반사된 후, 액정 표시 소자(108R)에 입사하고, 그 밖의 광은, 다이크로익 미러(106b)에 의해 녹색광(G)과 청색광(B)으로 더 분리된다. 그리고, 녹색광은, 액정 표시 소자(108G)에 입사하고, 청색광은, 미러(104b, 104c)에서 반사된 후, 액정 표시 소자(108B)에 입사된다.

액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)는, 각각, 공간 광변조기로서 사용된다. 이들 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)는, 각각 R, G, B의 원색에 대응하는 투과형의 공간 광변조기이며, 예를 들어 세로 1080행, 가로 1920열의 매트릭스 형상으로 배열된 화소를 구비하고 있다. 각 화소에서는, 입사광에 대한 투과광의 광량이 조정되고, 각 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)에 있어서 전체 화소의 광량 분포가 협조 제어된다. 이러한 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)에 의해 각각 공간적으로 변조된 광은, 다이크로익 프리즘(110)에서 합성되고, 다이크로익 프리즘(110)으로부터 풀 컬러의 영상 광(LL)이 출사된다. 그리고, 출사된 영상 광(LL)은, 투사 렌즈계(112)에 의해 확대되어 스크린(8)에 투사된다.

여기서, 프로젝터(1)는, 다이크로익 프리즘(110)과 투사 렌즈계(112)와의 사이에 광학 디바이스(2)를 갖고 있으며, 광학 디바이스(2)에 의해 영상 광(LL)의 광축을 시프트시킴으로써(소위 「화소 어긋남」을 행하는 것), 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)의 해상도보다도 높은 해상도(액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)가 풀 하이비전이라면 4K의 화상을 스크린(8)에 투사할 수 있도록 되어 있다. 이 원리에 대해서 도 2를 이용해서 간단하게 설명한다. 광학 디바이스(2)는, 영상 광(LL)을 투과시키는 유리판(21)을 갖고 있으며, 이 유리판(21)의 자세를 변경시킴으로써, 굴절을 이용해서 영상 광(LL)의 광축을 시프트시킬 수 있다.

그리고, 프로젝터(1)는, 이러한 광축의 시프트를 이용하여, 영상 광(LL)의 광축을 일방측으로 시프트시켰을 경우의 화상 표시 위치(P1)와, 영상 광(LL)의 광축을 타방측으로 시프트시켰을 경우의 화상 표시 위치(P2)가 스크린(8) 상에서 경사 방향(도 2 중의 화살표 방향)으로 또한 반 화소 분(즉, 화소(Px)의 절반) 어긋나도록 구성되고, 화상 표시 위치(P1, P2)에 교대로 화상을 표시함으로써, 외관 상의 화소가 증가하여, 스크린(8)에 투영되는 화상의 고해상도화를 도모하고 있다. 또한, 화상 표시 위치(P1, P2)의 어긋남 양으로서는, 반 화소 분에 한정되지 않고, 예를 들어 화소(Px)의 1/4이어도 되고, 3/4이어도 된다.

이와 같은 구성의 프로젝터(1)는, 광학 디바이스(2)이나 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B) 외에, 도 3에 도시한 바와 같이, 제어 회로(120)와 화상 신호 처리 회로(122)를 구비하고 있다. 제어 회로(120)는, 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)에 대한 데이터 신호의 기입 동작, 광학 디바이스(2)에 있어서의 광로 편향 동작, 화상 신호 처리 회로(122)에 있어서의 데이터 신호의 발생 동작 등을 제어한다. 한편, 화상 신호 처리 회로(122)는, 도시하지 않은 외부 장치로부터 공급되는 화상 신호(Vid)를 R, G, B의 3원색마다 분리함과 함께, 각각의 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)의 동작에 적합한 데이터 신호(Rv, Gv, Bv)로 변환한다. 그리고, 변환된 데이터 신호(Rv, Gv, Bv)는, 각각 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)에 공급되고, 그것에 기초하여 액정 표시 소자(108R, 108G, 108B)가 동작한다.

2. 광학 디바이스

다음에, 전술한 프로젝터(1)에 내장된 광학 디바이스(2)에 대해서 상세하게 설명한다.

광학 디바이스(2)는, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 광투과성을 갖고, 영상 광(LL)을 편향되게 하는 유리판(광학부)(21)이 설치된 가동부(22)와, 가동부(22)의 주위에 설치된 프레임 형상의 지지부(23)와, 가동부(22)와 지지부(23)와 연결하고, 가동부(22)를 지지부(23)에 대하여 요동축(J) 주위로 요동(회동) 가능하게 지지하는 축부(24a, 24b)를 갖는 구조체와, 지지부(23)에 대하여 가동부(22)를 요동시키는 구동 기구(25)와, 구동 기구(25)가 갖는 코일(252, 253)을 보유 지지하는 보유 지지부(26)를 갖고 있다. 이와 같은 구성의 광학 디바이스(2)는 , 예를 들어 +Z측이 다이크로익 프리즘(110) 측, -Z측이 투사 렌즈계(112) 측을 향하도록 프로젝터(1) 내에 배치되어 있다. 단, 광학 디바이스(2)의 방향은, 반대이어도 된다.

가동부(22)는, 평판 형상을 이루고 있고, 유리판(21)을 지지하는 유리판 지지부(221)와, 유리판 지지부(221)의 외측에 설치되고, 유리판 지지부(221)보다도 박육인 박육부(222, 223)를 갖고 있다.

유리판 지지부(221)는, 그 중앙부에 관통 구멍(221a)을 갖고 있다. 그리고,이 관통 구멍(221a)에 유리판(21)이 끼워 넣어져 있고, 유리판(21)은, 예를 들어 접착제 등에 의해 유리판 지지부(221)에 접착되어 있다. 또한, 관통 구멍(221a)은, 그 주위면에 단차(갈고리)를 갖고, 이 단차(갈고리)로 유리판(21)을 수용하고 있다. 이에 의해, 유리판 지지부(221)로의 유리판(21)의 배치가 간단해진다.

유리판(21)은, 평면에서 볼 때 직사각형의 형상을 갖고 있다. 이 유리판(21)은, 영상 광(LL)의 입사 각도가 0°에서 기움으로써, 입사된 영상 광(LL)을 굴절시키면서 투과시킬 수 있다. 따라서, 목적으로 하는 입사 각도가 되도록, 유리판(21)의 자세를 변화시킴으로써, 영상 광(LL)의 편향 방향이나 편향량을 제어할 수 있다. 또한, 이러한 유리판(21)의 크기는, 다이크로익 프리즘(110)으로부터 출사되는 영상 광(LL)을 투과시킬 수 있도록 적절히 설정된다. 또한, 유리판(21)은, 실질적으로 무색 투명한 것이 바람직하다. 또한, 유리판(21)의 영상 광(LL)의 입사면 및 출사면에는 반사 방지막이 형성되어 있어도 된다.

유리판(21)의 구성 재료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 백판 유리, 붕규산 유리, 석영 유리와 같은 각종 유리 재료를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 광학부로서 유리판(21)을 사용하고 있지만, 광학부는, 광투과성을 갖고, 영상 광(LL)을 굴절시킬 수 있는 재료로 구성되어 있으면 특별히 한정되지 않고 유리의 이외에도, 예를 들어 수정, 사파이어와 같은 각종 결정 재료, 폴리카르보네이트계 수지, 아크릴계 수지와 같은 각종 수지 재료 등으로 구성된 것이어도 된다. 단, 광학부로서는, 본 실시 형태와 같이 유리판(21)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 의해, 광학부의 강성을 특히 크게 할 수 있으므로, 광학부에 있어서 편향되는 영상 광(LL)의 편향 불균일을 특히 억제할 수 있다.

이러한 유리판(21)이 지지된 유리판 지지부(221)의 외주에 박육부(222, 223)가 접속되어 있다. 박육부(222, 223)는, 요동축(J)에 대하여 서로 반대 측에 위치하고 있다.

박육부(222)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 유리판(21)의 두께(T)보다도 작은 두께(t)를 갖고 있다. 또한, 박육부(222)는, XY 평면의 면 방향(유리판(21)의 두께 방향에 직교하는 방향)으로부터 본 평면에서 볼 때, 유리판 지지부(221)의 한쪽의 주면(+Z축 측의 면)(221b)과 다른 쪽의 주면(-Z축 측의 면)(221c)과의 사이에 위치하고 있다. 그로 인해, 박육부(222)의 한쪽의 주면(222b)과 주면(221b)과의 사이에는 단차부(224b)가 형성되고, 박육부(222)의 다른 쪽 주면(222c)과 주면(221c) 과의 사이에는 단차부(224c)가 형성되어 있다. 또한, 박육부(222)에는 관통 구멍(221a)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(221a)에 구동 기구(25)가 갖는 영구 자석(251)이 끼워넣어져 있다. 또한, 박육부(223)는, 박육부(222)와 동일한 구성이기 때문에, 그 설명을 생략한다.

이와 같은 구성의 가동부(22)의 주위에는 프레임 형상의 지지부(23)가 설치되고, 가동부(22)(유리판 지지부(221))와 지지부(23)가 축부(24a, 24b)에 의해 연결되어 있다. 축부(24a, 24b)는, 평면에서 볼 때, X축 방향 및 Y축 방향으로 어긋나서 위치하고, 가동부(22)의 요동축(J)을 형성하고 있다. 이에 의해, 가동부(22)는, X축 및 Y축의 양쪽 축에 대하여 약 45° 경사진 요동축(J) 주위로 요동하고, 이 요동과 함께 유리판(21)의 자세가 변화한다. 특히, 광학 디바이스(2)에서는, 평면에서 볼 때, 축부(24a, 24b)가 유리판(21)의 중심에 대하여 점대칭으로 배치되어 있기 때문에, 가동부(22)의 요동 밸런스가 양호해진다. 또한, 요동축(J)의 X축(Y축)에 대한 경사각은, 45°에 한정되지 않는다.

이상과 같은 가동부(22), 지지부(23) 및 축부(24a, 24b)는, 일체로 구성(일체 형성)되어 있다. 이에 의해, 지지부(23)와 축부(24a, 24b)와의 경계 부분이나, 축부(24a, 24b)와 가동부(22)와의 경계 부분에 있어서의 내충격성이나 장기 내구성을 높게 할 수 있다.

또한, 가동부(22), 지지부(23) 및 축부(24a, 24b)는, 유리판(21)의 구성 재료보다도 영률이 작은 재료로 구성되어 있다. 이들 구성 재료로서는, 수지를 포함하는 것이 바람직하고, 수지를 주성분으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 가동부(22)의 요동에 수반하여 발생하는 응력이 유리판(21) 자체의 불필요한 진동으로 연결되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 부드러운 가동부(22)로 유리판(21)의 측면을 둘러쌀 수 있으며, 유리판(21)의 자세를 변경할 때에 유리판(21)에 발생하는 응력을 작게 억제하고, 응력 분포에 따라 유리판(21)에 발생하는 불필요한 진동을 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 유리판(21)에 의해 편향되는 화상이, 의도하지 않는 방향으로 편향되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 환경 온도에 대한 가동부(22)의 요동 궤적의 변화를 억제할 수 있다. 또한, 예를 들어 축부(24a, 24b) 및 그 주변을 충분히 부드럽게 할 수 있으며, 소형이고 공진 주파수가 낮은(60kHz 정도의) 광학 디바이스(2)로 할 수 있다.

이러한 수지로서는, 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리콘, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리페닐렌에테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 불소 수지 등을 들 수 있고, 이들 중 적어도 1종을 포함하는 것이 사용된다.

이어서, 가동부(22)를 요동시키는 구동 기구(25)에 대해서 설명한다. 구동 기구(25)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 박육부(222)에 대응해서 배치되어 있는 제1 구동 기구(25A)와, 박육부(223)에 대응해서 배치되어 있는 제2 구동 기구(25B)를 갖고 있다. 또한, 제1 구동 기구(25A)와 제2 구동 기구(25B)는, 서로 같은 구성이기 때문에, 이하에서는, 제1 구동 기구(25A)에 대해서 대표해서 설명하고, 제2 구동 기구(25B)에 대해서는 그 설명을 생략한다.

제1 구동 기구(25A)는, 박육부(222)의 관통 구멍에 끼워 넣어진 영구 자석(251)과, 영구 자석(251)에 작용시키는 자계를 발생시키는 한 쌍의 코일(252, 253)을 갖는 전자 액추에이터이다. 한 쌍의 코일(252, 253)은, 영구 자석(251)을 개재해서(끼워) 대향 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 한 쌍의 코일(252, 253)은, 가동부(22)의 영구 자석(251)이 설치되는 부분을 끼워, 대향 배치되어 있다. 이와 같이, 전자 액추에이터를 사용함으로써 간단한 구성으로 가동부(22)를 요동시키는데 충분한 힘을 발생시킬 수 있어, 가동부(22)를 원활하게 요동시킬 수 있다.

영구 자석(251)은, X축 방향을 따른 길이 형상을 이루고 있고, Z축 방향(유리판(21)의 두께 방향)으로 자화되어 있다. 또한, 영구 자석(251)은, 박육부(222)의 두께(t)와 거의 동일한 두께를 갖고 있으며, 영구 자석(251)과 박육부(222)의 +Z축 측의 주면끼리가 대략 편평하게(동일한 높이로) 되어 있고, -Z축 측의 주면끼리가 대략 편평하게 되어 있다. 단, 영구 자석(251)의 두께로서는, 유리판(21)의 두께보다도 얇으면 특별히 한정되지 않고 박육부(222)보다도 두꺼워도 얇아도 된다.

또한, 영구 자석(251)의 Z축 방향의 중심(251')은, 요동축(J)(축부(24a, 24b)의 Z축 방향의 중심)을 포함하는 XY 평면(f) 내에 위치하고 있다. 바꾸어 말하면, 영구 자석(251)의 중심(251')과 요동축(J)이 동일한 XY 평면(f) 내에 위치하고 있다. 또한, XY 평면(f) 내에는 유리판(21)의 Z축 방향의 중심(21')도 위치하고 있다. 이와 같이, 영구 자석(251) 및 유리판(21)의 Z축 방향의 중심(251', 21')을 각각 XY 평면(f) 내에 위치시킴으로써, 가동부(22)의 요동축(J) 주위의 요동을 보다 원활하게 행할 수 있어, 보다 우수한 구동 특성을 갖는 광학 디바이스(2)가 된다. 단, 중심(251', 21')의 위치는, 이것에 한정되지 않고, XY 평면(f)으로부터 어긋나 있어도 된다.

이러한 영구 자석(251)으로서는, 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 네오디뮴 자석, 페라이트 자석, 사마륨 코발트 자석, 알니코 자석 등을 사용할 수 있다.

한편, 코일(252, 253)은, 영구 자석(251)을 개재해서 대향 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 영구 자석(251)의 +Z축 측에 코일(252)이 배치되어 있고, -Z축 측에 코일(253)이 배치되어 있다.

또한, XY 평면의 면 내 방향으로부터 본 평면에서 볼 때, 코일(252, 253)은, 각각, 영구 자석(251)과 이격되어 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 코일(252, 253)의 영구 자석(251)에 대향하는 면의 각각은, 영구 자석(251)과 이격되어 있다. 코일(252, 253)과 영구 자석(251)과의 이격 거리(갭 G)로서는, 특별히 한정되지 않고 가동부(22)의 크기나, 코일(252, 253)로부터 발생하는 자계의 크기 등에 따라서도 상이하지만, 예를 들어 0.1mm 이상, 0.5mm 이하 정도의 것이 바람직하고, 0.2mm 이상, 0.4mm 이하 정도의 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 가동부(22)의 요동 시에 있어서의 영구 자석(251)과 코일(252, 253)의 접촉을 방지하면서, 코일(252, 253)로부터 발생하는 자계를 보다 효율적으로 영구 자석(251)에 작용시킬 수 있다. 그로 인해, 가동부(22)를 보다 효율적이고 또한 안정되게 요동시킬 수 있다.

또한, XY 평면의 면 내 방향으로부터 본 평면에서 볼 때, 코일(252)의 영구 자석(251) 측의 면(252a) 및 코일(253)의 영구 자석(251) 측의 면(253a)은, 각각, 유리판(21)의 한쪽의 주면(+Z축 측의 면)(211)을 포함하는 XY 평면(f1) 및 다른 쪽의 주면(-Z축 측의 면)(212)을 포함하는 XY 평면(f2)의 사이에 위치하고 있다. 바꾸어 말하면, 코일(252)의 하단부가 단차부(224b)에 들어가 있고, 코일(253)의 상단부가 단차부(224c)에 들어가 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 코일(252)의 +Z축 측으로의 돌출 및 코일(253)의 -Z축 측으로의 돌출이 저감되어, 광학 디바이스(2)의 박형화를 도모할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 코일(252)의 일부(하단부)만이, 단차부(224b)에 들어가 있지만, 코일(252)의 전부가 단차부(224b)에 들어가 있어도 된다. 코일(253)에 대해서도 동일하다.

또한, 코일(252, 253)은, 공심 코일이다. 이에 의해, 가동부(22)를 보다 원활하게 요동시킬 수 있다. 구체적으로 설명하면, 예를 들어 코일(252, 253)로서, 내측에 자심을 배치한 것을 사용한 경우, 발생하는 자력의 강도에 따라서는, 영구 자석(251)이 자심에 끌어당겨져 버려, 이에 의해, 요동축(J)이 변위되어, 가동부(22)의 요동을 원활하게 행할 수 없게 되어버리는 경우가 있다. 이러한 문제의 발생을 방지하기 위해서, 코일(252, 253)로서는, 본 실시 형태와 같은 공심 코일을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 코일(252)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 영구 자석(251)의 평면에서 볼 때 형상에 대응한 대략 직사각형으로 되어 있다. 그리고, 장축 방향(X축 방향)에 있어서의 영구 자석(251)의 폭을 Wx1로 하고, 코일(252)의 내주 폭을 Wx2로 하고, 코일(252)의 외주 폭을 Wx3으로 했을 때, Wx2<Wx1<Wx3이 되는 관계를 충족하고, 단축 방향(X축 방향)에 있어서의 영구 자석(251)의 폭을 Wy1로 하고, 코일(252)의 내주 폭을 Wy2로 하고, 코일(252)의 외주 폭을 Wy3으로 했을 때, Wy2<Wy1<Wy3이 되는 관계를 충족하고 있다. 코일(253)에 대해서도 동일하다. 이와 같이, 코일(252, 253)의 내주를 영구 자석(251)의 윤곽보다도 작게 함으로써, 코일(252, 253)에 전류를 인가했을 때의 전력 손실(발열 등)을 억제할 수 있어, 보다 효율적으로 전력 절약으로 코일(252, 253)로부터 자계를 발생시킬 수 있다.

나아가, Z축 방향으로부터 본 평면에서 볼 때, 영구 자석(251)의 중심(무게 중심)과 코일(252, 253)의 중심(무게 중심)이 거의 일치하고 있고, 영구 자석(251)의 외주가, 코일(252, 253)과 겹쳐져 있다. 이에 의해, 코일(252, 253)로부터 발생하는 자계를, 효율적으로 영구 자석(251)에 작용시킬 수 있다.

이상과 같은 구동 기구(25)에서는, 도시하지 않은 전압 인가부로부터 코일(252, 253)에 구동 신호(교번 전압)를 인가함으로써 코일(252, 253)로부터 자계를 발생시키고, 발생시킨 자계를 영구 자석(251)에 작용시킴으로써, 가동부(22)를 지지부(23)에 대하여 요동축(J) 주위로 요동(회동)시킬 수 있다. 그리고, 이러한 가동부(22)의 요동에 의해, 영상 광(LL)의 광축이 시프트되어, 화상 표시 위치(P1, P2)에 교대로 화상이 표시된다. 따라서, 외관 상의 화소가 증가하여, 화상의 고해상도화가 도모된다.

보유 지지부(26)는, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 지지부(23)에 대하여 +Z축 측에 위치하는 제1 보유 지지부(261)와, 지지부(23)에 대하여 -Z축 측에 위치하는 제2 보유 지지부(262)를 갖고 있다. 또한, 제1 보유 지지부(261)는, 지지부(23)의 형상에 대응하고, 지지부(23)의 상면에 접합되어 있는 프레임 형상의 프레임부(261a)와, 제1 구동 기구(25A)의 코일(252)을 보유 지지하고, 프레임부(261a)에 접속되어 있는 코일 보유 지지부(261b)와, 제2 구동 기구(25B)의 코일(252)을 보유 지지하고, 프레임부(261a)에 접속되어 있는 코일 보유 지지부(261c)를 갖고 있다. 마찬가지로, 제2 보유 지지부(262)는, 지지부(23)의 형상에 대응하고, 지지부(23)의 하면에 접합되어 있는 프레임 형상의 프레임부(262a)와, 제1 구동 기구(25A)의 코일(253)을 보유 지지하고, 프레임부(262a)에 접속되어 있는 코일 보유 지지부(262b)와, 제2 구동 기구(25B)의 코일(253)을 보유 지지하고, 프레임부(262a)에 접속되어 있는 코일 보유 지지부(262c)를 갖고 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 프레임부(261a)와 프레임부(262a)사이에 지지부(23)가 끼워 넣어져 있다. 그로 인해, 프레임부(261a, 262a)에 의해 지지부(23)가 보강되고, 특히, 가동부(22)의 요동시의 지지부(23)의 휨(변형)이 저감된다. 따라서, 가동부(22)를 보다 안정되게 요동시킬 수 있다. 여기서, 프레임부(261a, 262a)와 지지부(23)의 접합 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 에폭시계, 아크릴계 등의 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 프레임부(261a, 262a)와 지지부(23)와의 사이에 비교적 부드러운 접착제층이 형성되고, 이 접착제층에 의해 지지부(23)에 가해지는 응력이 완화되어, 가동부(22)를 더욱 안정되게 요동시킬 수 있다.

코일 보유 지지부(261b, 261c)는, 각각, 코일(252)을 보유 지지함과 함께, 프레임부(261a)에 접속되어 있다. 이와 같이, 코일(252)을 코일 보유 지지부(261b, 261c)를 개재해서 프레임부(261a)(지지부(23))에 고정하는 구성으로 하면, 예를 들어 지지부(23)에 대한 코일 보유 지지부(261b, 261c)의 고정 위치를 조정함으로써, 영구 자석(251)에 대한 코일(252)의 위치를 용이하게 조정할 수 있다. 그로 인해, 영구 자석(251)과 코일(252)과의 위치 정렬을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 코일 보유 지지부(261b, 261c)의 프레임부(261a)에의 접속 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 접착제, 나사 고정, 요철 끼워 맞춤 등을 사용할 수 있다.

또한, 코일 보유 지지부(261b, 261c)는, 각각, 코일(252)을 영구 자석(251)과는 반대측으로부터 보유 지지하고 있다. 바꿔 말하면, 코일 보유 지지부(261b), (261c)는, 각각, 영구 자석(251)과 코일(252, 253)의 사이에 위치하지 않도록 설치되어 있다.

이에 의해, 영구 자석(251)과 코일(252, 253)과의 갭(G)을 보다 고정밀도로 조정할 수 있다. 또한, 가동부(22)를 요동시켰을 때의 영구 자석(251)과 코일 보유 지지부(261b, 261c)와의 접촉을 방지할 수 있다.

이러한 코일 보유 지지부(261b, 261c)와 마찬가지로, 코일 보유 지지부(262b, 262c)는, 각각, 코일(253)을 보유 지지함과 함께, 프레임부(262a)에 접속되어 있다. 또한, 코일 보유 지지부(262b, 262c)는, 각각, 코일(253)을 영구 자석(251)과는 반대측으로부터 보유 지지하고 있다.

이상과 같은 구성의 보유 지지부(26)(프레임부(261a, 262a), 코일 보유 지지부(261b, 261c, 262b, 262c))는 비자성체이다. 이에 의해, 보유 지지부(26)에 의한 자로의 형성이 억제되기 때문에, 코일(252, 253)로부터 발생하는 자계를 효율적으로 영구 자석(251)에 작용시킬 수 있다. 또한, 보유 지지부(26)를 구성하는 비자성 재료로서는, 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 알루미늄, 티타늄, 일부의 스테인리스강 등의 금속재료나, 고무, 플라스틱 등의 수지 재료를 들 수 있다. 단, 이들 중에서도, 알루미늄, 티타늄 등의 금속재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보유 지지부(26)를 얇고 또한 단단하게 할 수 있기 때문에, 광학 디바이스(2)의 더욱 박형화를 도모할 수 있음과 함께, 지지부(23)를 보다 견고하게 보강할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제1 보유 지지부(261)에 있어서, 프레임부(261a)와, 코일 보유 지지부(261b), (261c)가 별체로서 형성되어 있으나, 프레임부(261a)와 코일 보유 지지부(261b), (261c)가 일체로 형성되어 있어도 된다.

<제2 실시 형태>

도 8은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 화상 표시 장치가 갖는 광학 디바이스의 단면도이다.

이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 화상 표시 장치에 대해서 설명하지만, 전술한 실시 형태의 상위점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항은 그 설명을 생략한다.

제 2실시 형태의 화상 표시 장치는, 광학 디바이스의 구성이 상이한 것 이외에는, 전술한 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 전술한 실시 형태와 동일한 구성에는, 동일 부호를 붙이고 있다.

본 실시 형태의 광학 디바이스(2)에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 영구 자석(251)의 두께가 박육부(222)의 두께(t)보다도 크고, 영구 자석(251)의 상면 및 하면이 각각 박육부(222)로부터 돌출되어 설치되어 있다. 또한, 코일(252, 253)은, 각각, 그 내경이 영구 자석(251)보다도 커지도록 형성되어 있고, 코일(252, 253)의 내측에 영구 자석(251)의 일부가 삽입되어 있다.

이러한 제2 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

<제3 실시 형태>

도 9는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 광학적인 구성을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치에 대해서 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항은 그 설명을 생략한다.

제3 실시 형태의 화상 표시 장치는, 반투과형(시스루형)의 헤드 마운트 디스플레이(이하, 간단히 「HMD」라고도 함)이다.

본 실시 형태의 HMD(화상 표시 장치)(3)는, 관찰자(사용자)에 장착해서 사용되는 것이며, 도 9에 도시한 바와 같이, 광원(310)과, 액정 표시 소자(320)와, 투사 렌즈계(330)와, 도광부(340)와, 광로 편향 소자로서의 광학 디바이스(2)를 갖고 있다. 광원(310)으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 LED의 백라이트를 사용할 수 있다. 이러한 광원(310)으로부터 발생하는 광은, 액정 표시 소자(320)에 유도된다. 액정 표시 소자(320)는, 투과형의 액정 표시 소자이며, 예를 들어 HTPS(고온 폴리실리콘) 단판 TFT 컬러 액정 패널 등을 사용할 수 있다. 이러한 액정 표시 소자(320)는, 광원(310)으로부터의 광을 변조해서 영상 광을 생성한다. 생성된 영상 광은, 투사 렌즈계에서 확대된 후, 도광부(340)에 입사한다. 도광부(340)는, 판상을 이루고 있고 또한 광의 전반 방향의 하류측에는 하프 미러(341)가 배치된다. 도광부(340) 내에 유도된 광은, 반사를 반복해서 진행되고, 하프 미러(341)에 의해 관찰자의 눈동자(E)에 유도된다. 또한, 이것과 함께, 외계광이 하프 미러(341)를 투과해서 관찰자의 눈동자(E)에 유도된다. 따라서, HMD3에서는, 경치에 영상 광이 중첩해서 시인되게 된다.

이와 같은 구성의 HMD3에서는, 액정 표시 소자(320)와 투사 렌즈계(330)와의 사이에 광학 디바이스(2)가 배치되어 있고, 이에 의해, 영상 광(LL)의 광축을 시프트시킬 수 있다.

이상과 같은 제3 실시 형태에 의해도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

<제4 실시 형태>

도 10은, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 광학적인 구성을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 화상 표시 장치에 대해서 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항은 그 설명을 생략한다.

제4 실시 형태의 화상 표시 장치는, 헤드업 디스플레이(이하, 간단히 「HUD」라고도 함)이다.

본 실시 형태의 HUD(화상 표시 장치)(5)는, 예를 들어 자동차에 탑재되고, 앞 유리(FG)를 개재하여, 시속, 시간, 주행 거리 등의 각종 정보(영상)를 운전자에 투영하는데 사용된다. 이러한 HUD5는, 도 10에 도시한 바와 같이, 광원(511), 액정 표시 소자(512) 및 투사 렌즈계(513)를 갖는 투영 유닛(510)과, 반사 미러(520)와, 광로 편향 소자로서의 광학 디바이스(2)를 갖고 있다. 광원(511), 액정 표시 소자(512) 및 투사 렌즈계(513)는, 예를 들어 전술한 제3 실시 형태의 광원(310), 액정 표시 소자(320) 및 투사 렌즈계(330)와 동일한 구성으로 할 수 있다. 반사 미러(520)는, 오목면 미러이며, 투영 유닛(510)으로부터의 투영 광을 반사해서 앞 유리(FG)에 투영(표시)한다.

이와 같은 구성의 HUD5에서는, 액정 표시 소자(512)와 투사 렌즈계(513)와의 사이에 광학 디바이스(2)가 배치되어 있고, 이에 의해, 투영 광의 광축을 시프트시킬 수 있다.

이상과 같은 제4 실시 형태에 의해도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

이상, 본 발명의 광학 디바이스 및 화상 표시 장치에 대해서, 도시한 실시 형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 광학 디바이스 및 화상 표시 장치에서는, 각 부의 구성은, 동일한 기능을 갖는 임의의 구성의 것으로 치환할 수 있고, 또한 다른 임의의 구성을 부가할 수도 있다.

또한, 전술한 실시 형태에서는, 화상 표시 장치로서, 액정 프로젝터 및 광주사형의 프로젝터에 대해서 설명했지만, 화상 표시 장치로서는, 프로젝터에 한정되지 않고, 그 밖의, 프린터, 스캐너 등에도 적용 가능하다.

1 : 프로젝터
102 : 광원
104a, 104b, 104c : 미러
106a, 106b : 다이크로익 미러
108B, 108G, 108R : 액정 표시 소자
110 : 다이크로익 프리즘
112 : 투사 렌즈계
120 : 제어 회로
122 : 화상 신호 처리 회로
2 : 광학 디바이스
21 : 유리판
211, 212 : 주면
21' : 중심
22 : 가동부
221 : 유리판 지지부
221a : 관통 구멍
221b : 주면
221c : 주면
222 : 박육부
222b : 주면
222c : 주면
223 : 박육부
224b : 단차부
224c : 단차부
23 : 지지부
24a, 24b : 축부
25 : 구동 기구
25A : 제1 구동 기구
25B : 제2 구동 기구
251 : 영구 자석
251' : 중심
252 : 코일
252a : 면
253 : 코일
253a : 면
26 : 보유 지지부
261 : 제1 보유 지지부
261a : 프레임부
261b : 코일 보유 지지부
261c : 코일 보유 지지부
262 : 제2 보유 지지부
262a : 프레임부
262b : 코일 보유 지지부
262c : 코일 보유 지지부
3 : HMD
310 : 광원
320 : 액정 표시 소자
330 : 투사 렌즈계
340 : 도광부
341 : 하프 미러
5 : HUD
510 : 투영 유닛
511 : 광원
512 : 액정 표시 소자
513 : 투사 렌즈계
520 : 반사 미러
8 : 스크린
E : 눈동자
FG : 앞 유리
G : 갭
J : 요동축
LL : 영상 광
P1 : 화상 표시 위치
P2 : 화상 표시 위치
Px : 화소
Rv, Gv, Bv : 데이터 신호
Vid : 화상 신호
f, f1, f2 : XY 평면
T, t : 두께

Claims

광이 입사하는 광 입사면을 갖는 판상의 광학부와,
상기 광학부를 지지하는 가동부와,
상기 가동부를 요동축 주위로 요동 가능하게 지지하는 축부와,
상기 축부를 지지하는 지지부와,
상기 가동부에 설치되고, 상기 광학부의 두께보다도 작은 두께를 갖는 영구 자석과,
상기 영구 자석을 개재하여 대향 배치되고, 상기 영구 자석에 작용시키는 자계를 발생시키는 한 쌍의 코일을 갖고,
상기 가동부는, 상기 광학부의 두께보다도 작은 두께를 갖는 박육부를 갖고,
상기 영구 자석은, 상기 박육부에 배치되고,
상기 광학부의 판 두께 방향과 직교하는 방향으로부터 볼 때, 상기 한 쌍의 코일의 상기 영구 자석에 대향하는 면의 각각이 상기 광학부의 한 쌍의 주면의 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 축부의 상기 판 두께 방향의 중심과 상기 영구 자석의 상기 판 두께 방향의 중심이, 상기 광학부의 판 두께 방향과 직교하는 동일면 내에 위치하고 있는 광학 디바이스.
제2항에 있어서, 상기 동일면은, 상기 광학부의 상기 판 두께 방향의 중심과 교차하고 있는 광학 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가동부 및 축부는, 각각, 수지 재료를 포함하고 있는 광학 디바이스.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부에 고정되고, 한쪽의 상기 코일을 보유 지지하는 제1 보유 지지부와,
상기 지지부에 고정되고, 다른 쪽의 상기 코일을 보유 지지하는 제2 보유 지지부를 갖고,
상기 지지부는, 상기 제1 보유 지지부와 상기 제2 보유 지지부의 사이에 끼워져 있는 광학 디바이스.
제5항에 있어서, 상기 제1 보유 지지부 및 상기 제2 보유 지지부는, 각각, 비자성체인 광학 디바이스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한 쌍의 코일의 상기 영구 자석에 대향하는 면의 각각은, 상기 영구 자석과 상기 판 두께 방향으로 이격되어 있는 광학 디바이스.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학부는, 상기 광을 투과하는 광학 디바이스.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 광학 디바이스를 구비하고,
상기 광학 디바이스에서 광을 공간 변조시킴으로써, 상기 광의 조사에 의해 표시되는 화소의 위치를 어긋나도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.