(57)【要約】      （修正有）【課題】投影画像のシフト・回転を実現できるとともに、部品と部品の締結部品を減少させて、小型化および低コスト化する画像投射装置を提供する。【解決手段】画像投射装置は、光源から照射された光を用いて画像を生成するＤＭＤ１６と、光源から照射された光をＤＭＤ１６へ導くための照明ユニットと、ＤＭＤ１６により生成された画像を投射する投射ユニットと、ＤＭＤ１６を保持する可動ユニット４１を移動させることで、照明ユニットに対してＤＭＤ１６を相対的に移動させるアクチュエータ（マグネット及びボイスコイル４３）と、可動ユニット４１に設けられ、ＤＭＤ１６の熱を拡散させるヒートシンク１８と、を備え、ヒートシンク１８には、アクチュエータの一部であるボイスコイル４３が配置されている。【選択図】図８
2017102174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投射装置であって、
光源から照射された光を用いて画像を生成する光変調素子と、
前記光源から照射された光を前記光変調素子へ導くための照明光学部と、
前記光変調素子により生成された画像を投射する投射部と、
前記光変調素子を保持する可動ユニットを移動させることで、前記照明光学部に対して前記光変調素子を相対的に移動させる駆動部と、
前記可動ユニットに設けられ、前記光変調素子の熱を拡散させる放熱部と、を備え、
前記放熱部は、前記駆動部の一部を含む、画像投射装置。
【請求項２】
前記駆動部は、磁石及び前記磁石に対向して設けられて電流が流されるコイルであって、
前記放熱部は、前記コイルを含む、請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記放熱部は、前記駆動部の駆動力によって移動する可動板を有し、前記可動板にコイルが設けられている、請求項２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
光学エンジンであって、
光源から照射された光を用いて画像を生成する光変調素子と、
前記光源から照射された光を前記光変調素子へ導くための照明光学部と、
前記光変調素子により生成された画像を投射する投射部と、
前記光変調素子を保持する可動ユニットを移動させることで、前記照明光学部に対して前記光変調素子を相対的に移動させる駆動部と、
前記可動ユニットに設けられ、前記光変調素子の熱を拡散させる放熱部と、を備え、
前記放熱部は、前記駆動部の一部を含む、光学エンジン。
【請求項５】
画像表示ユニットであって、
光源から照射された光を用いて、投射される画像を生成する光変調素子と、
前記光変調素子を保持する可動ユニットを移動させることで、前記画像表示ユニットを含む装置に対して前記光変調素子を相対的に移動させる駆動部と、
前記可動ユニットに設けられ、前記光変調素子の熱を拡散させる放熱部と、を備え、
前記放熱部は、前記駆動部の一部を含む、画像表示ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投射装置、光学エンジン、および画像表示ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタなどの画像投射装置において、投影画像を高解像化する手法としては、画像表示素子（ＤＭＤ：Digital  Micro-mirror  Device）の画像数を増加させる手法以外に、細かい周期で投影画像を斜め４５度方向に半画素ずらす手法が知られている。
【０００３】
この投影画像を半画素ずらす手法としては、ＤＭＤを直接シフトさせる手法が知られている。この手法は、半画素ずらしの動き（高解像度化の動き）と併せて、投影画像の上下左右への移動（シフト）、および投影画像の回転を実現できるというメリットがある。また、ＤＭＤの冷却方法としては、当該ＤＭＤにヒートシンクを押圧して、熱伝導を利用して冷却する手法が知られている。
【０００４】
例えば特許文献１には、光学変調素子の画素数を増加させることなく、画素数よりも高い解像度の画像を表示する画像表示装置が開示されている。この画像表示装置では、アクチュエータにより光学変調素子を動かすことによって画素をずらすことで中間画像を作り出し、高解像な画像を形成する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の画像表示装置では、投影画像の回転が実現不可能であり、さらに、投影画像を大きくシフトさせるような大幅な光路変更をする場合、プリズム厚を大きくする必要があるため、装置全体が大型化してしまう。また、上述したヒートシンクを押圧してＤＭＤを冷却する構造の場合、投影画像を動かすためには、ＤＭＤだけでなく、ヒートシンクも同時にシフトさせる必要がある。そのため、駆動機構には、駆動力が直接働く部品と、当該部品とＤＭＤおよびヒートシンクを締結する部品が必要となり、装置全体が大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、投影画像の高解像度化および投影画像のシフト・回転を実現できるとともに、部品と部品とを締結する部品を減少させ、小型化および低コスト化できる画像投射装置、光学エンジン、および画像表示ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画像投射装置であって、光源から照射された光を用いて画像を生成する光変調素子と、前記光源から照射された光を前記光変調素子へ導くための照明光学部と、前記光変調素子により生成された画像を投射する投射部と、前記光変調素子を保持する可動ユニットを移動させることで、前記照明光学部に対して前記光変調素子を相対的に移動させる駆動部と、前記可動ユニットに設けられ、前記光変調素子の熱を拡散させる放熱部と、を備え、前記放熱部は、前記駆動部の一部を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、投影画像の高解像度化および投影画像のシフト・回転を実現できるとともに、部品と部品とを締結する部品を減少させ、小型化および低コスト化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態の画像投射装置の外観図である。
【図２】図２は、光学エンジンおよび光源ユニットの配置と構成を示した図である。
【図３】図３は、光学エンジンの構成例を示す図である。
【図４】図４は、画像表示素子ユニットの構成例を示す図である。
【図５】図５は、ボイスコイルとマグネットとの間で発生するローレンツ力を説明するための図である。
【図６】図６は、ボイスコイルとマグネットとの間で発生するローレンツ力を説明するための図である。
【図７】図７は、固定ユニットの分解斜視図である。
【図８】図８は、可動ユニットの分解斜視図である。
【図９】図９は、各プレートの位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１の（Ａ）は、本実施形態に係る画像投射装置１の斜視図、図１の（Ｂ）は、画像投射装置１の側面図である。なお、図１の（Ｂ）では、画像投射装置１から発した投射光が、画像が投影されるスクリーン（被投射物）２に照射されている状態が示されている。
【００１１】
画像投射装置１は、パソコンやビデオカメラ等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像をスクリーン２等に投影表示する装置である。画像投射装置１として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、ＤＭＤ（Digital  Micro-mirror  Device）を利用した小型軽量なプロジェクタが普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれらプロジェクタが利用されるようになってきている。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。
【００１２】
画像投射装置１であるプロジェクタには、大画面の画像を投射できること（投射画面の大画面化）と共に「プロジェクタ外に必要とされる投影空間」をできるだけ小さくできることが要請されている。近年では光学エンジンの性能が向上し、投射距離が１〜２ｍで投射サイズが６０インチ〜８０インチを達成できるプロジェクタが主流となってきている。以前の投射距離が長いプロジェクタの場合には、プロジェクタとスクリーン２との間には会議机があり、会議机の後ろ側にプロジェクタを配置していたのが、近年では投射距離の短縮に伴い会議机の前側に配置することが可能となり、プロジェクタの背後の空間を自由に活用できるようになってきた。
【００１３】
なお、プロジェクタは、内部に光源ランプや多数の電子基板を収納しているため、起動後は時間の経過と共にプロジェクタの内部温度が上昇することとなる。これはプロジェクタの筐体サイズの小型化が進む昨今では顕著であり、その対策としてプロジェクタ内部の構成部品の耐熱温度を超えることのないよう、図１の（Ａ）に示すように吸気口１１と排気口１２を設け、強制気流による空冷方式が一般的に採用されている。
【００１４】
図２は、画像投射装置１の外装カバーを外し、光学エンジン３および光源ユニット４の配置と構成を示した図である。本実施形態では光源ユニット４として高圧水銀ランプを採用している。光源ユニット４から照射された光がスクリーン２上に像を結ぶまでの経路としては、まず光源ユニット４からの光が光学エンジン３の後述の照明ユニット３ａに照射される。照明ユニット３ａ内では、照射された白色光をＲＧＢに分光し、分光した光を後述の画像表示素子ユニット８へと導く。その後、画像表示素子ユニット８に導かれた光は変調信号に応じて画像形成され、後述の投射ユニット３ｂで拡大投射されてスクリーン２に至るという構成になっている。また、図１の（Ａ）で示した画像投射装置１内部の空冷方式は、吸気口１１近辺に配置された吸気ファン１３と排気口１２近辺に配置された排気ファン１４による強制気流によって実施されている。
【００１５】
図３は、光学エンジン３の構成例を示す図である。図３に示すように、本実施形態に係る光学エンジン３は、主に、照明ユニット３ａと投射ユニット３ｂなどを備えている。照明ユニット３ａは、照明光学部の一例であり、光源ユニット４から照射された光を画像表示素子ユニット８に設けられているＤＭＤ１６に導く。また、投射ユニット３ｂは、投射部の一例であり、ＤＭＤ１６（画像表示素子ユニット８）により生成された画像を拡大してスクリーン２に投射する。
【００１６】
本実施形態の光学エンジン３では、まず光源ユニット４から照射された白色光を円盤状のカラーホイール５によりＲＧＢの各色に変換している。その後、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されたライトトンネル６によりカラーホイール５から出射された光を照明ユニット３ａ内に導き、ライトトンネル６の直後に配置されている２枚のリレーレンズ７により色収差を補正し、平面ミラー１０及び凹面ミラー９によってＤＭＤ１６を備えた画像表示素子ユニット８に集光させる構成となっている。
【００１７】
なお、ＤＭＤ１６は複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有しており、映像データに基づいて各マイクロミラーを時分割駆動することにより、所定の映像へと投射光を加工して反射する構造となっている。ここでは、光変調素子の一例であるＤＭＤ１６は、光源ユニット４から照射された光を用いて画像を生成していると考えることができる。また、本実施形態の画像投射装置１は、ＤＭＤ１６が、スクリーン２と対面する方式のプロジェクタである。
【００１８】
ＤＭＤ１６が反射する方向としては２種類存在し、映像データの形成の際に使用する光は投射レンズへ、使用することなく捨てる光はＯＦＦ光板へ反射する構成となっている。なお、映像データの形成の際に使用する光は投射ユニット３ｂ側へ反射し、複数の投射レンズを通る際に拡大され、拡大された映像光としてスクリーン２上へ投影される。なお、照明ユニット３ａ内部のリレーレンズ７、凹面ミラー９、平面ミラー１０、画像表示素子ユニット８、および投射ユニット３ｂの入射側は、各部品を覆うようにハウジングにより保持されており、かつハウジングの合せ面はシール材にて密閉された防塵構造となっている。
【００１９】
また、本実施形態の画像投射装置１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭ等に格納されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、画像投射装置１の動作を制御する。
【００２０】
次に、画像表示素子ユニット８の具体的な構成を説明する。図４は、画像表示素子ユニット８の構成の一例を示す図である。図４に示すように、画像表示素子ユニット８は、画像表示ユニットの一例であり、固定ユニット３１と可動ユニット４１の２つのユニットから構成されている。
【００２１】
可動ユニット４１側には後述のボイスコイル４３（コイルの一例）が配置されており、固定ユニット３１側に配置された後述のマグネット３７（磁石）との間で発生するローレンツ力を受けることにより、固定ユニット３１に対して相対的に移動する構成となっている。その際、可動ユニット４１が固定ユニット３１から受ける抵抗を小さくするため、固定ユニット３１と可動ユニット４１との間には球体３４が設けられており、２つのユニット間の摺動摩擦を低減している。なお、球体３４の位置等は後述する。
【００２２】
ボイスコイル４３とマグネット３７の組は、照明ユニット３ａに対してＤＭＤ１６を相対的に移動させるための駆動力を発生し、以下の説明では「アクチュエータ」と称する場合がある。後述するように、本実施形態の画像投射装置１は４つのアクチュエータを有しており、４つのボイスコイル４３の各々は、該ボイスコイル４３とペアになるマグネット３７と対向する位置に設けられている。この４つのアクチュエータは、ＤＭＤ１６を保持する可動ユニット４１を移動させることで、照明ユニット３ａに対してＤＭＤ１６を相対的に移動させる駆動部として機能する。
【００２３】
例えばマグネット３７による磁界の方向と、ボイスコイル４３を流れる電流との関係が図５のような場合は、図５に示す矢印の方向にローレンツ力が作用することになる。ボイスコイル４３に流れる電流の向きを反対にすると、図６に示すように、図５とは反対側の方向にローレンツ力が作用することになる。
【００２４】
図７は、固定ユニット３１の分解斜視図である。図８は、可動ユニット４１の分解斜視図である。固定ユニット３１の役割としては、可動ユニット４１を支持すること、および、可動ユニット４１の移動をサポートすることの２点が大きな役割であるといえる。具体的には、固定ユニット３１内に設けられている複数の球体３４で可動ユニット４１内の可動プレート１８ａを挟み込むことによって可動ユニット４１を支持している。
【００２５】
球体３４はトッププレート３２とヒートシンク１８との間、および、ベースプレート３３とヒートシンク１８との間の各々に配置されている。そして、トッププレート３２側に配置されている球体３４はトッププレート３２に設けられた球体保持部３５に、ベースプレート３３側に配置されている球体３４はベースプレート３３側に設けられた球体受け部３６に収納される構成となっている。なお、各プレートと球体３４とのクリアランスによって摩擦とガタつきの関係が変わってくるといえるが、そのクリアランスの調整はトッププレート３２側に設けられた球体位置調整ネジ３９によって行っている。また、トッププレート３２とベースプレート３３の間には、両プレートの距離を保つ支柱３８が設けられている。
【００２６】
また、固定ユニット３１のもう１つの役割である可動ユニット４１の移動のサポートに関しては、固定ユニット３１側にはマグネット３７ａが配置され、可動ユニット４１側にはボイスコイル４３が配置されている。制御回路（上述のＣＰＵでもよいし、ＣＰＵとは別の回路でもよい）が、ボイスコイル４３に電流を流す制御を行うことによってローレンツ力が生成され、可動ユニット４１が動くという構成になっている。つまり、アクチュエータは、マグネット３７及び該マグネット３７に対向して設けられて電流が流されるボイスコイル４３である。なお、上述したように、電流を流す向きによってローレンツ力の向きが、電流の大きさによってローレンツ力の大きさが変化することから、ＤＭＤ１６を有する可動ユニット４１を所望の方向に所望の量だけ動かすことができる。
【００２７】
また、可動ユニット４１側のヒートシンク１８にはホール素子４２が取付けられており、固定ユニット３１側のマグネット３７ｂから受ける磁界の変化により、可動ユニット４１の位置を検出している。
【００２８】
一方、可動ユニット４１の役割としては、ＤＭＤ１６を保持することが挙げられる。一般にＤＭＤ１６は照明ハウジングとヒートシンク１８で挟持される構成となっているが、図８の分解斜視図で示しているように、本構成では可動ユニット４１の構成部品の１つであるＤＭＤ保持ブラケット４７でＤＭＤ１６を覆う構成とすることで照明ハウジングに押し当てることなくＤＭＤ１６を保持している。
【００２９】
ここで、ヒートシンク１８は、放熱部の一例であり、ＤＭＤ１６を押圧してＤＭＤ１６の熱を拡散させて冷却させるものである。具体的には、ヒートシンク１８は、冷却部１８ｂと冷却部１８ｂが備えられた可動プレート１８ａとで主に構成されている。そして、ヒートシンク１８の可動プレート１８ａに上述したボイスコイル４３が設けられている。つまり、ヒートシンク１８は、駆動部であるアクチュエータの一部であるボイスコイル４３を含んでいる。そして、アクチュエータによる駆動力（ローレンツ力）により、可動プレート１８ａが移動することで、ヒートシンク１８に直接駆動力が作用する構成となっている。可動プレート１８ａは、可動板の一例である。
【００３０】
また、上述したようにローレンツ力が働くヒートシンク１８は、固定ユニット３１内の球体３４に挟み込まれることによって支持されているため、ヒートシンク１８自体は固定ユニット３１のトッププレート３２とベースプレート３３の間に配置されることになる。また、ＤＮＤ保持ブラケット４７、ＤＭＤ１６を保持する結合プレート４６、およびヒートシンク１８は、スプリング４９が設けられた段ネジ４８によってヒートシンク１８側から固定されている。図９は、各プレートの位置関係を示す図である。
【００３１】
図９に示すように、本実施形態では、固定ユニット３１には、マグネット３７ａが配置されている。一方、可動ユニット４１におけるヒートシンク１８の可動プレート１８ａの、マグネット３７ａに対向する位置には、ボイスコイル４３が配置されている。そして、マグネット３７ａとボイスコイル４３とからなるアクチュエータにより駆動力（ローレンツ力）が発生した場合、アクチュエータの一部を含むヒートシンク１８に直接ローレンツ力を作用させ駆動させる。これにより、駆動しているヒートシンク１８に押圧されているＤＭＤ１６を間接的に駆動させることができる。
【００３２】
このように、本実施形態の画像投射装置１は、ＤＭＤ１６を押圧してＤＭＤ１６を冷却するヒートシンク１８に駆動機構の一部を含めることで、駆動力が直接働く部品とＤＭＤ１６やヒートシンク１８を締結する部品（締結部品）を最小限に抑えることができる。従って、本実施形態の画像投射装置１は、投影画像の高解像度化させるとともに投影画像のシフト・回転を実現できるとともに、部品と部品を締結する部品を減少させ、小型化および低コスト化することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  画像投射装置
２  スクリーン
３  光学エンジン
３ａ  照明ユニット（照明光学部）
３ｂ  投射ユニット（投射部）
４  光源ユニット
５  カラーホイール
６  ライトトンネル
７  リレーレンズ
８  画像表示素子ユニット
９  凹面ミラー
１０  平面ミラー
１６  ＤＭＤ（光変調素子）
１８  ヒートシンク
１８ａ  可動プレート
１８ｂ  冷却部
３１  固定ユニット
３７（３７ａ、３７ｂ）  マグネット（磁石）
４１  可動ユニット
４３  ボイスコイル（コイル）
４６  結合プレート
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】特開２００７−２４８７２１号公報
【図１】
2017102174.tif 000003
【図２】
2017102174.tif 000004
【図３】
2017102174.tif 000005
【図４】
2017102174.tif 000006
【図５】
2017102174.tif 000007
【図６】
2017102174.tif 000008
【図７】
2017102174.tif 000009
【図８】
2017102174.tif 000010
【図９】
2017102174.tif 000011