JP2017167496A - 画像生成ユニット及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影画像のシフト動作の精度及び安定性を高めることが可能な画像生成ユニットを提供すること。
【解決手段】駆動用磁石及びコイルの一方が設けられている固定部材と、駆動用磁石及びコイルの他方が設けられている放熱部材と、前記放熱部材が取り付けられ、照明光を受けて画像を生成する画像生成部と、を有する画像生成ユニット。
【選択図】図１１

Description

本発明は、画像生成ユニット及び画像投影装置に関する。

例えばＰＣ等から入力される画像データに基づいて生成した画像をスクリーン等に投影する画像投影装置が実用化されている。

このような画像投影装置において、例えば、表示素子の複数の画素から発せられる光線に対して光軸をシフトさせて画素ずらしを行うことで、表示素子の解像度よりも高解像度化した画像を表示する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に係る画像投影装置のように画素ずらしを行うことで画像の高解像度化を図る場合、表示素子の画素ピッチ未満の微小距離で画素を高速シフトさせる必要がある。画像投影装置に用いられる表示素子は高画素化及び高密度化が進んでいるため、画素ずらしを行って画像の更なる高解像度化を図るためには、投影画像のシフト動作をより高精度且つ安定的に行う必要がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、投影画像のシフト動作の精度及び安定性を高めることが可能な画像生成ユニットを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る画像生成ユニットによれば、駆動用磁石及びコイルの一方が設けられている固定部材と、駆動用磁石及びコイルの他方が設けられている放熱部材と、前記放熱部材が取り付けられ、照明光を受けて画像を生成する画像生成部と、を有する。

本発明の実施形態によれば、投影画像のシフト動作の精度及び安定性を高めることが可能な画像生成ユニットが提供される。

実施形態における画像投影装置を例示する図である。 実施形態における画像投影装置の構成を例示するブロック図である。 実施形態における光学エンジンの斜視図である。 実施形態における照明光学系ユニットを例示する図である。 実施形態における投影光学系ユニットの内部構成を例示する図である。 実施形態における画像生成ユニットの斜視図である。 実施形態における画像生成ユニットの側面図である。 実施形態における固定ユニットの分解斜視図である。 実施形態における固定ユニットによる可動プレートの支持構造について説明する図である。 実施形態における可動ユニットの分解斜視図である。 実施形態における可動ユニットの側面図である。 実施形態における駆動部を含む構成を例示する分解斜視図である。 実施形態における位置検出部を含む構成を例示する分解斜視図である。 実施形態における位置検出部を含む構成を例示する分解側面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜画像投影装置の構成＞
図１は、実施形態におけるプロジェクタ１を例示する図である。

プロジェクタ１は、画像投影装置の一例であり、出射窓３、外部Ｉ／Ｆ９を有し、投影画像を生成する光学エンジンが内部に設けられている。プロジェクタ１は、例えば外部Ｉ／Ｆ９に接続されるパソコンやデジタルカメラから画像データが送信されると、光学エンジンが送信された画像データに基づいて投影画像を生成し、図１に示されるように出射窓３からスクリーンＳに画像Ｐを投影する。

なお、以下に示す図面において、Ｘ１Ｘ２方向はプロジェクタ１の幅方向、Ｙ１Ｙ２方向はプロジェクタ１の奥行き方向、Ｚ１Ｚ２方向はプロジェクタ１の高さ方向である。また、以下では、プロジェクタ１の出射窓３側を上、出射窓３とは反対側を下として説明する場合がある。

図２は、実施形態におけるプロジェクタ１の構成を例示するブロック図である。

図２に示されるように、プロジェクタ１は、電源４、メインスイッチＳＷ５、操作部７、外部Ｉ／Ｆ９、システムコントロール部１０、ファン２０、光学エンジン１５を有する。

電源４は、商用電源に接続され、プロジェクタ１の内部回路用に電圧及び周波数を変換して、システムコントロール部１０、ファン２０、光学エンジン１５等に給電する。

メインスイッチＳＷ５は、ユーザによるプロジェクタ１のＯＮ／ＯＦＦ操作に用いられる。電源４が電源コード等を介して商用電源に接続された状態でメインスイッチＳＷ５がＯＮに操作されると、電源４がプロジェクタ１の各部への給電を開始する。また、メインスイッチＳＷ５がＯＦＦに操作されると、電源４がプロジェクタ１の各部への給電を停止する。

操作部７は、ユーザによる各種操作を受け付けるボタン等であり、例えばプロジェクタ１の上面に設けられている。操作部７は、例えば投影画像の大きさ、色調、ピント調整等のユーザによる操作を受け付ける。操作部７が受け付けたユーザ操作は、システムコントロール部１０に送られる。

外部Ｉ／Ｆ９は、例えばパソコン、デジタルカメラ等に接続される接続端子を有し、接続された機器から送信される画像データをシステムコントロール部１０に出力する。

システムコントロール部１０は、画像制御部１１、駆動制御部１２を有する。システムコントロール部１０は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含む。システムコントロール部１０の各機能は、ＣＰＵがＲＡＭと協働してＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで実現される。

画像制御部１１は、外部Ｉ／Ｆ９から入力される画像データに基づいて光学エンジン１５の画像生成ユニット５０に設けられているデジタルマイクロミラーデバイスＤＭＤ（Digital Micromirror Device（以下、単に「ＤＭＤ」という））５５１を制御し、スクリーンＳに投影する画像を生成する。

駆動制御部１２は、画像生成ユニット５０において移動可能に設けられている可動ユニット５５を移動させる駆動部を制御し、可動ユニット５５に設けられているＤＭＤ５５１の位置を制御する。

ファン２０は、システムコントロール部１０に制御されて回転し、光学エンジン１５の光源３０を冷却する。

光学エンジン１５は、光源３０、照明光学系ユニット４０、画像生成ユニット５０、投影光学系ユニット６０を有し、システムコントロール部１０に制御されてスクリーンＳに画像を投影する。

光源３０は、例えば水銀高圧ランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ等であり、システムコントロール部１０により制御され、照明光学系ユニット４０を介して画像生成ユニット５０に設けられているＤＭＤ５５１を照明する。

照明光学系ユニット４０は、例えばカラーホイール、ライトトンネル、リレーレンズ等を有し、光源３０から照射された照明光を画像生成ユニット５０に設けられているＤＭＤ５５１に導く。

画像生成ユニット５０は、固定支持されている固定ユニット５１、固定ユニット５１に移動可能に支持される可動ユニット５５を有する。可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１を有し、システムコントロール部１０の駆動制御部１２によって固定ユニット５１に対する位置が制御される。ＤＭＤ５５１は、画像生成部の一例であり、システムコントロール部１０の画像制御部１１により制御され、照明光学系ユニット４０によって導かれた照明光を変調して投影画像を生成する。

投影光学系ユニット６０は、投影部の一例であり、例えば複数の投射レンズ、ミラー等を有し、画像生成ユニット５０のＤＭＤ５５１によって生成される画像を拡大してスクリーンＳに投影する。

＜光学エンジンの構成＞
次に、プロジェクタ１の光学エンジン１５の各部の構成について説明する。

図３は、実施形態における光学エンジン１５を例示する斜視図である。光学エンジン１５は、図３に示されるように、光源３０、照明光学系ユニット４０、画像生成ユニット５０、投影光学系ユニット６０を有し、プロジェクタ１の内部に設けられている。

光源３０は、照明光学系ユニット４０の側面に設けられ、Ｘ２方向に照明光を照射する。照明光学系ユニット４０は、光源３０から照射された照明光を、下部に設けられている画像生成ユニット５０に導く。画像生成ユニット５０は、照明光学系ユニット４０によって導かれた照明光を用いて投影画像を生成する。投影光学系ユニット６０は、照明光学系ユニット４０の上部に設けられ、画像生成ユニット５０によって生成された投影画像をプロジェクタ１の外部に投影する。

なお、本実施形態に係る光学エンジン１５は、光源３０から照射される照明光を用いて上方に画像を投影するように構成されているが、水平方向に画像を投影するような構成であってもよい。

［照明光学系ユニット］
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４に示されるように、照明光学系ユニット４０は、カラーホイール４０１、ライトトンネル４０２、リレーレンズ４０３，４０４、シリンダミラー４０５、凹面ミラー４０６を有する。

カラーホイール４０１は、例えば周方向の異なる部分にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色のフィルタが設けられている円盤である。カラーホイール４０１は、高速回転することで、光源３０から照射される照明光をＲＧＢ各色に時分割する。

ライトトンネル４０２は、例えば板ガラス等の貼り合わせによって四角筒状に形成されている。ライトトンネル４０２は、カラーホイール４０１を透過したＲＧＢ各色の光を、内面で多重反射することで輝度分布を均一化してリレーレンズ４０３，４０４に導く。

リレーレンズ４０３，４０４は、ライトトンネル４０２から出射された光の軸上色収差を補正しつつ集光する。

シリンダミラー４０５及び凹面ミラー４０６は、リレーレンズ４０３，４０４から出射された光を、画像生成ユニット５０に設けられているＤＭＤ５５１に反射する。ＤＭＤ５５１は、凹面ミラー４０６からの反射光を変調して投影画像を生成する。

［投影光学系ユニット］
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５に示されるように、投影光学系ユニット６０は、投影レンズ６０１、折り返しミラー６０２、曲面ミラー６０３がケースの内部に設けられている。

投影レンズ６０１は、複数のレンズを有し、画像生成ユニット５０のＤＭＤ５５１によって生成された投影画像を、折り返しミラー６０２に結像させる。折り返しミラー６０２及び曲面ミラー６０３は、結像された投影画像を拡大するように反射して、プロジェクタ１の外部のスクリーンＳ等に投影する。

［画像生成ユニット］
図６は、実施形態における画像生成ユニット５０の斜視図である。また、図７は、実施形態における画像生成ユニット５０の側面図である。

図６及び図７に示されるように、画像生成ユニット５０は、固定ユニット５１、可動ユニット５５を有する。固定ユニット５１は、照明光学系ユニット４０に固定支持される。可動ユニット５５は、固定ユニット５１に移動可能に支持される。

固定ユニット５１は、第１固定板としてのトッププレート５１１、第２固定板としてのベースプレート５１２を有する。トッププレート５１１及びベースプレート５１２は、所定の間隙を介して平行に設けられている。固定ユニット５１は、図６に示されている４本のねじ５２０によって照明光学系ユニット４０の下部に固定される。

可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１、第１可動板としての可動プレート５５２、第２可動板としてのＤＭＤ基板５５３、放熱部材としてのヒートシンク５５４を有し、固定ユニット５１に移動可能に支持されている。

ＤＭＤ５５１は、ＤＭＤ基板５５３の上面に設けられている。ＤＭＤ５５１は、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を有する。ＤＭＤ５５１の各マイクロミラーは、鏡面がねじれ軸周りに傾動可能に設けられており、システムコントロール部１０の画像制御部１１から送信される画像信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ駆動される。

マイクロミラーは、例えば「ＯＮ」の場合には、光源３０からの照明光を投影光学系ユニット６０に反射するように傾斜角度が制御される。また、マイクロミラーは、例えば「ＯＦＦ」の場合には、光源３０からの照明光を不図示のＯＦＦ光板に向けて反射する方向に傾斜角度が制御される。

このように、ＤＭＤ５５１は、画像制御部１１から送信される画像信号によって各マイクロミラーの傾斜角度が制御され、光源３０から照射されて照明光学系ユニット４０に導かれた照明光を変調して投影画像を生成する。

可動プレート５５２は、固定ユニット５１のトッププレート５１１とベースプレート５１２との間で支持され、表面に平行な方向に移動可能に設けられている。

ＤＭＤ基板５５３は、トッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられ、可動プレート５５２の下面側に連結されている。ＤＭＤ基板５５３は、上面にＤＭＤ５５１が設けられ、移動可能に設けられている可動プレート５５２と共に変位する。

ヒートシンク５５４は、ＤＭＤ５５１において生じた熱を放熱する。ヒートシンク５５４がＤＭＤ５５１の温度上昇を抑制することで、ＤＭＤ５５１の温度上昇による動作不良や故障等といった不具合の発生が低減される。ヒートシンク５５４は、可動プレート５５２及びＤＭＤ基板５５３と共に移動可能に設けられることで、ＤＭＤ５５１において生じた熱を常時放熱することが可能になっている。

（固定ユニット）
図８は、実施形態における固定ユニット５１の分解斜視図である。

図８に示されるように、固定ユニット５１は、トッププレート５１１、ベースプレート５１２を有する。

トッププレート５１１及びベースプレート５１２は、例えば、鉄、ステンレス鋼等の磁性材料で形成された平板状部材である。トッププレート５１１とベースプレート５１２とは、複数の支柱５１５によって所定の間隙を介して平行に設けられている。

トッププレート５１１には、可動ユニット５５のＤＭＤ５５１に対向する位置に中央孔５１４が設けられている。また、ベースプレート５１２には、ＤＭＤ５５１に対向する位置にヒートシンク５５４の伝熱部が挿通される伝熱孔５１９が設けられている。

支柱５１５は、上端部がトッププレート５１１の支柱孔５１６に挿入され、下端部がベースプレート５１２の支柱孔５１７に挿入される。支柱５１５は、トッププレート５１１とベースプレート５１２との間に一定の間隔を形成し、トッププレート５１１とベースプレート５１２とを平行に支持する。

トッププレート５１１には、中央孔５１４の周囲にねじ孔５１８が４箇所に形成されている。本実施形態では、２つのねじ孔５１８が中央孔５１４に連通するように形成されている。トッププレート５１１は、各ねじ孔５１８に挿入されるねじ５２０（図６に図示）によって照明光学系ユニット４０の下部に固定される。

また、トッププレート５１１には、可動プレート５５２を上側から移動可能に支持する支持球体５２１を回転可能に保持するための支持孔５２６が複数形成されている。また、ベースプレート５１２には、可動プレート５５２を下側から移動可能に支持する支持球体５２１を回転可能に保持するための支持孔５２２が複数形成されている。

トッププレート５１１の支持孔５２６は、上端が蓋部材５２７によって塞がれ、支持球体５２１を回転可能に保持する。ベースプレート５１２の支持孔５２２には、内周面に雌ねじ溝を有する円筒状の保持部材５２３が挿入される。保持部材５２３は、下端側が位置調整ねじ５２４によって塞がれ、支持球体５２１を回転可能に保持する。

トッププレート５１１及びベースプレート５１２において回転可能に保持される複数の支持球体５２１は、それぞれ可動プレート５５２に当接し、可動プレート５５２を両面から移動可能に支持する。

図９は、実施形態における固定ユニット５１による可動プレート５５２の支持構造を説明するための図である。

図９に示されるように、トッププレート５１１では、上端側が蓋部材５２７によって塞がれている支持孔５２６において支持球体５２１が回転可能に保持される。また、ベースプレート５１２では、支持孔５２２に挿入される保持部材５２３によって支持球体５２１が回転可能に保持される。

各支持球体５２１は、支持孔５２２，５２６から少なくとも一部分が突出するように保持され、トッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられる可動プレート５５２に当接する。可動プレート５５２は、回転可能に設けられている複数の支持球体５２１により、表面に平行な方向に移動可能に両面から支持される。

また、ベースプレート５１２側に設けられている支持球体５２１は、位置調整ねじ５２４の位置に応じて保持部材５２３の上端からの突出量が変化する。例えば、位置調整ねじ５２４がＺ１方向に変位すると、支持球体５２１の突出量が増加し、ベースプレート５１２と可動プレート５５２との間隔が大きくなる。また、例えば、位置調整ねじ５２４がＺ２方向に変位すると、支持球体５２１の突出量が減少し、ベースプレート５１２と可動プレート５５２との間隔が小さくなる。

このように、位置調整ねじ５２４を用いて支持球体５２１の突出量を変化させることで、ベースプレート５１２と可動プレート５５２との間隔を適宜調整できる。

図８に示されるように、ベースプレート５１２の上面には、複数の位置検出用磁石５４１が設けられている。位置検出用磁石５４１は、それぞれ長手方向が平行になるように配置された直方体状の２つの永久磁石で構成され、それぞれトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられるＤＭＤ基板５５３に及ぶ磁界を形成する。

位置検出用磁石５４１は、それぞれＤＭＤ基板５５３の下面に設けられているホール素子とで、ＤＭＤ５５１の位置を検出する位置検出部を構成する。

また、ベースプレート５１２の下面には、複数の駆動用磁石５３１ａ，５３１ｂ，５３１ｃ（駆動用磁石５３１ｃは図８には不図示）が設けられている。なお、以下の説明では、駆動用磁石５３１ａ，５３１ｂ，５３１ｃを、単に「駆動用磁石５３１」という場合がある。

駆動用磁石５３１は、それぞれ長手方向が平行になるように配置された直方体状の２つの磁石で構成され、それぞれヒートシンク５５４に及ぶ磁界を形成する。駆動用磁石５３１は、ヒートシンク５５４の上面に設けられている駆動コイルとで、可動ユニット５５を移動させる駆動部を構成する。

なお、固定ユニット５１に設けられる支柱５１５、支持球体５２１の数や位置等は、本実施形態に例示される構成に限られるものではない。

（可動ユニット）
図１０は、実施形態における可動ユニット５５の分解斜視図である。また、図１１は、実施形態における可動ユニット５５の側面図である。

図１０及び図１１に示されるように、可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１、可動プレート５５２、ＤＭＤ基板５５３、ヒートシンク５５４を有する。

可動プレート５５２は、上記したように、固定ユニット５１のトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられ、複数の支持球体５２１により表面に平行な方向に移動可能に支持される。

可動プレート５５２には、図１０に示されるように、ＤＭＤ基板５５３に設けられるＤＭＤ５５１に対向する位置に中央孔５７０が形成され、トッププレート５１１を照明光学系ユニット４０に固定するねじ５２０が挿通される貫通孔５７２が形成されている。また、可動プレート５５２には、ＤＭＤ基板５５３との連結に用いられる連結孔５７３が形成され、固定ユニット５１の支柱５１５に対応する位置に可動範囲制限孔５７１が形成されている。

可動プレート５５２とＤＭＤ基板５５３とは、例えば、各連結孔５７３に挿入されるねじによって、可動プレート５５２の表面とＤＭＤ５５１の画像生成面とが平行になるように間隔が調整された状態で接着剤により連結固定される。

ここで、可動プレート５５２は表面に平行に移動し、ＤＭＤ５５１も可動プレート５５２と共に同様に移動する。したがって、可動プレート５５２の表面とＤＭＤ５５１の画像生成面とが非平行の場合には、ＤＭＤ５５１の画像生成面が移動方向に対して傾斜して画像が乱れる可能性がある。

そこで、本実施形態では、連結孔５７３に挿入するねじで可動プレート５５２とＤＭＤ基板５５３との間隔を調整し、可動プレート５５２の表面とＤＭＤ５５１の画像生成面とを平行に保つことで、画像品質の低下を抑制することが可能になっている。

可動範囲制限孔５７１は、固定ユニット５１の支柱５１５が挿入され、例えば振動や何らかの異常等により可動プレート５５２が大きく変位した時に支柱５１５に接触することで、可動プレート５５２の可動範囲を制限する。

なお、連結孔５７３及び可動範囲制限孔５７１の数、位置、及び形状等は、本実施形態において例示される構成に限られるものではない。また、可動プレート５５２とＤＭＤ基板５５３とは、本実施形態とは異なる構成で連結されてもよい。

ＤＭＤ基板５５３は、固定ユニット５１のトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられ、上記したように可動プレート５５２の下面に連結される。

ＤＭＤ基板５５３の上面には、ＤＭＤ５５１が設けられている。ＤＭＤ５５１は、ソケット５５７を介してＤＭＤ基板５５３に接続され、カバー５５８により周囲が覆われる。ＤＭＤ５５１は、トッププレート５１１の中央孔５７０を通じて可動プレート５５２の上面側に露出する。

ＤＭＤ基板５５３には、トッププレート５１１を照明光学系ユニット４０に固定するねじ５２０が挿通される貫通孔５５５が形成されている。また、ＤＭＤ基板５５３には、可動プレート５５２がヒートシンク５５４の連結柱５６１に固定されるように、ヒートシンク５５４の連結柱５６１に対向する部分に切り欠き５５８が形成されている。

例えば、可動プレート５５２及びＤＭＤ基板５５３をヒートシンク５５４の連結柱５６１に共締めすると、ＤＭＤ基板５５３が歪み、ＤＭＤ５５１の画像生成面が移動方向に対して傾斜して画像が乱れる可能性がある。そこで、ヒートシンク５５４の連結柱５６１がＤＭＤ基板５５３を避けて可動プレート５５２に連結されるように、ＤＭＤ基板５５３の周縁部に切り欠き５５８が形成されている。

上記構成により、ヒートシンク５５４は可動プレート５５２に連結されるため、ＤＭＤ基板５５３はヒートシンク５５４から負荷を受けて歪み等が生じる可能性が低減される。したがって、ＤＭＤ５５１の画像生成面を移動方向に対して平行に保って画像品質を維持することが可能になっている。

また、ＤＭＤ基板５５３の切り欠き５５８は、ベースプレート５１２に保持される支持球体５２１がＤＭＤ基板５５３を避けて可動プレート５５２に当接するように、ベースプレート５１２の支持孔５２２に対向する部分を含むように形成されている。このような構成により、ＤＭＤ基板５５３は、支持球体５２１からの負荷による歪み等の発生が抑制され、ＤＭＤ５５１の画像生成面を移動方向に対して平行に保って画像品質を維持することが可能になっている。

なお、切り欠き５５８は、本実施形態において例示される形状に限られない。ＤＭＤ基板５５３と、ヒートシンク５５４の連結柱５６１や支持球体５２１とを非接触にすることが可能であれば、ＤＭＤ基板５５３には切り欠き５５８の代わりに貫通孔が形成されてもよい。

また、図１１に示されるように、ＤＭＤ基板５５３の下面には、ベースプレート５１２の上面に設けられている位置検出用磁石５４１に対向する位置に、磁気センサとしてのホール素子５４２が設けられている。ホール素子５４２は、ベースプレート５１２に設けられている位置検出用磁石５４１とで、ＤＭＤ５５１の位置を検出する位置検出部を構成する。

ヒートシンク５５４は、図１０及び図１１に示されるように、放熱部５５６、連結柱５６１、伝熱部５６３（図１０には不図示）を有する。

放熱部５５６は、下部に複数のフィンが形成され、ＤＭＤ５５１において生じた熱を放熱する。放熱部５５６の上面には、図１０に示されるように、フレキシブル基板５８０に設けられている駆動コイル５８１ａ，５８１ｂ，５８１ｃが取り付けられる凹部５８２が形成されている。なお、以下の説明では、駆動コイル５８１ａ，５８１ｂ，５８１ｃを、単に「駆動コイル５８１」という場合がある。

凹部５８２は、ベースプレート５１２の下面に設けられている駆動用磁石５３１に対向する位置に形成されている。凹部５８２に取り付けられる駆動コイル５８１は、ベースプレート５１２の下面に設けられている駆動用磁石５３１とで、可動ユニット５５を固定ユニット５１に対して移動させる駆動部を構成する。

また、放熱部５５６には、トッププレート５１１を照明光学系ユニット４０に固定するねじ５２０が挿通される貫通孔５６２が形成されている。

連結柱５６１は、放熱部５５６の上面からＺ１方向に延伸するように３箇所に形成され、ねじ５６４（図１１に図示）によりそれぞれの上端に可動プレート５５２が固定される。連結柱５６１は、ＤＭＤ基板５５３に形成されている切り欠き５５８により、ＤＭＤ基板５５３に接触することなく可動プレート５５２に連結される。

伝熱部５６３は、図１１に示されるように、放熱部５５６の上面からＺ１方向に延伸してＤＭＤ５５１の下面に当接し、ＤＭＤ５５１において生じた熱を放熱部５５６に伝える。伝熱部５６３の上端面とＤＭＤ５５１との間には、伝熱性を高めるために例えば伝熱シートが設けられてもよい。伝熱シートによりヒートシンク５５４の伝熱部５６３とＤＭＤ５５１との間の熱伝導性が向上し、ＤＭＤ５５１の冷却効果が向上する。

可動プレート５５２の貫通孔５７２、ＤＭＤ基板５５３の貫通孔５５５、及びヒートシンク５５４の貫通孔５６２は、Ｚ１Ｚ２方向に対向するように形成されており、トッププレート５１１を照明光学系ユニット４０に固定するねじ５２０が下側から挿入される。

ここで、ＤＭＤ基板５５３の表面からＤＭＤ５５１の画像生成面までの間には、ソケット５５７やＤＭＤ５５１の厚さ分の空間が生じる。ＤＭＤ基板５５３をトッププレート５１１よりも上側に配置すると、ＤＭＤ基板５５３の表面からＤＭＤ５５１の画像生成面までの空間がデッドスペースとなり、装置構成が大型化する可能性がある。

本実施形態では、ＤＭＤ基板５５３をトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けることで、ＤＭＤ基板５５３の表面からＤＭＤ５５１の画像生成面までの空間にトッププレート５１１が配置される。このような構成により、ＤＭＤ基板５５３の表面からＤＭＤ５５１の画像生成面までの空間を有効活用してＺ１Ｚ２方向の高さを低減し、装置構成を小型化することが可能になっている。このため、本実施形態における画像生成ユニット５０は、大型のプロジェクタだけでなく小型のプロジェクタ等にも組み付け可能となり、汎用性が向上される。

（駆動部）
図１２は、実施形態における駆動部を含む構成を例示する分解斜視図である。

本実施形態における駆動部は、ベースプレート５１２に設けられている駆動用磁石５３１と、ヒートシンク５５４に設けられている駆動コイル５８１とを含む。

駆動用磁石５３１ａ及び駆動用磁石５３１ｂは、それぞれ長手方向がＸ１Ｘ２方向に平行な２つの永久磁石で構成されている。また、駆動用磁石５３１ｃは、長手方向がＹ１Ｙ２方向に平行な２つの永久磁石で構成されている。駆動用磁石５３１は、それぞれヒートシンク５５４に及ぶ磁界を形成する。

駆動コイル５８１は、それぞれＺ１Ｚ２方向に平行な軸を中心として電線が巻き回されることで形成され、ヒートシンク５５４の放熱部５５６の上面に形成されている凹部５８２に取り付けられる。

ベースプレート５１２の駆動用磁石５３１と、ヒートシンク５５４の駆動コイル５８１とは、可動ユニット５５が固定ユニット５１に支持されている状態で、それぞれ対向するように配置されている。駆動コイル５８１に電流が流されると、駆動用磁石５３１によって形成されている磁界により、駆動コイル５８１に可動ユニット５５を移動させる駆動力となるローレンツ力が発生する。

可動ユニット５５は、駆動用磁石５３１と駆動コイル５８１との間で発生する駆動力としてのローレンツ力を受けて、固定ユニット５１に対してＸＹ平面において直線的又は回転するように変位する。

本実施形態では、第１駆動部として、駆動コイル５８１ａ及び駆動用磁石５３１ａと、駆動コイル５８１ｂ及び駆動用磁石５３１ｂとが、Ｘ１Ｘ２方向に並ぶように設けられている。駆動コイル５８１ａ及び駆動コイル５８１ｂに電流が流されると、Ｙ１方向又はＹ２方向のローレンツ力が発生する。

可動ユニット５５は、駆動コイル５８１ａ及び駆動コイル５８１ｂにおいて発生するローレンツ力によりＹ１方向又はＹ２方向に移動する。また、可動ユニット５５は、駆動コイル５８１ａと駆動コイル５８１ｂとで反対方向に発生するローレンツ力により、ＸＹ平面において回転するように変位する。

例えば、駆動コイル５８１ａにおいてＹ１方向のローレンツ力が発生し、駆動コイル５８１ｂにおいてＹ２方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動ユニット５５は、上面視で反時計回り方向に回転するように変位する。また、駆動コイル５８１ａにおいてＹ２方向のローレンツ力が発生し、駆動コイル５８１ｂにおいてＹ１方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動ユニット５５は、上面視で時計回り方向に回転するように変位する。

また、本実施形態では、第２駆動部として、駆動コイル５８１ｃ及び駆動用磁石５３１ｃが設けられている。駆動用磁石５３１ｃは、駆動用磁石５３１ａ及び駆動用磁石５３１ｂとは長手方向が直交するように配置されている。このような構成において、駆動コイル５８１ｃに電流が流されると、Ｘ１方向又はＸ２方向のローレンツ力が発生する。可動ユニット５５は、駆動コイル５８１ｃにおいて発生するローレンツ力により、Ｘ１方向又はＸ２方向に移動する。

各駆動コイル５８１に流される電流の大きさ及び向きは、システムコントロール部１０の駆動制御部１２によって制御される。駆動制御部１２は、各駆動コイル５８１に流す電流の大きさ及び向きによって、可動プレート５５２の移動（回転）方向、移動量や回転角度等を制御する。

なお、ベースプレート５１２には、ＤＭＤ基板５５３に設けられるＤＭＤ５５１に対向する部分に、ヒートシンク５５４の伝熱部５６３が挿通される伝熱孔５５９が設けられている。また、ベースプレート５１２には、トッププレート５１１を照明光学系ユニット４０に固定するねじ５２０が挿通される貫通孔５６０が形成されている。

ここで、本実施形態における可動ユニット５５は、ヒートシンク５５４の重量が、可動プレート５５２及びＤＭＤ基板５５３を含む重量よりも大きい。このため、可動ユニット５５のＺ１Ｚ２方向における重心位置は、ヒートシンク５５４の放熱部５５６付近に位置する構成となっている。

このような構成において、例えば、駆動コイル５８１を可動プレート５５２に設け、駆動力としてのローレンツ力を可動プレート５５２に作用させると、Ｚ１Ｚ２方向において可動ユニット５５の重心位置と駆動コイル５８１が位置する駆動力生成面とが離間することになる。駆動コイル５８１をＤＭＤ基板５５３に設けた場合も同様である。

可動ユニット５５の重心位置と駆動力生成面とが離間した構成では、Ｚ１Ｚ２方向における重心位置を支持点、駆動力生成面を作用点として、振り子のように揺動する可能性がある。支持点と作用点との間隔が大きい程作用するモーメントは大きくなるため、Ｚ１Ｚ２方向における可動ユニット５５の重心位置と駆動力生成面とのずれ量が大きくなるほど振動が大きくなり、ＤＭＤ５５１の位置制御が困難になる。

また、可動ユニット５５が振り子のように揺れ動くと、可動プレート５５２や可動プレート５５２を支持するトッププレート５１１及びベースプレート５１２等への負荷が大きくなり、各プレートの歪みや破損等が生じて画像が乱れる可能性がある。

そこで、本実施形態では、駆動コイル５８１をヒートシンク５５４の凹部５８２に設けることで、図１１に示すように、駆動力生成面がヒートシンク５５４の放熱部５５６に位置するように構成されている。このような構成により、Ｚ１Ｚ２方向における可動ユニット５５の重心位置と駆動力生成面との間隔が可能な範囲で小さくなっている。

したがって、本実施形態における可動ユニット５５は、振り子のように揺動することなく、ユニット全体の移動方向がＸＹ平面に平行な方向に保たれる。このため、上記したような各プレートの歪みや破損等といった不具合が発生することなく、可動ユニット５５の動作安定性が向上し、ＤＭＤ５５１の位置を高精度に制御することが可能になる。駆動用磁石５３１ａ、５３１ｂ、５３１ｃと駆動コイル５８１ａ、５８１ｂ、５８１ｃとの配置をそれぞれ置き換え、駆動用磁石５３１をヒートシンク５５４のベースプレート５８１側に配置し、駆動コイル５８１をベースプレート５１２のヒートシンク５５４側に配置した場合も同様である。

なお、可動ユニット５５の重心位置と駆動力生成面とは、Ｚ１Ｚ２方向において一致することが好ましい。例えば、駆動コイル５８１が取り付けられる凹部５８２の深さや、ヒートシンク５５４の放熱部５５６の形状等を適宜変更することで、Ｚ１Ｚ２方向における可動ユニット５５の重心位置と駆動力生成面とを一致させることができる。

（位置検出部）
図１３は、実施形態における位置検出部を含む構成を例示する分解斜視図である。また、図１４は、実施形態における位置検出部を含む構成を例示する分解側面図である。

本実施形態における位置検出部は、ベースプレート５１２に設けられている位置検出用磁石５４１と、ＤＭＤ基板５５３に設けられているホール素子５４２とを含む。位置検出用磁石５４１とホール素子５４２とは、Ｚ１Ｚ２方向に対向するように配置されている。

ホール素子５４２は、磁気センサの一例であり、対向して設けられている位置検出用磁石５４１からの磁束密度の変化に応じた信号をシステムコントロール部１０の駆動制御部１２に送信する。駆動制御部１２は、ホール素子５４２から送信される信号に基づいて、ホール素子５４２の固定ユニット５１に対する位置を検出し、ホール素子５４２の位置からＤＭＤ基板５５３に設けられているＤＭＤ５５１の位置を検出する。

ここで、本実施形態では、磁性材料で形成されているトッププレート５１１及びベースプレート５１２が、ヨーク板として機能して位置検出用磁石５４１を含む磁気回路を構成する。また、ベースプレート５１２とヒートシンク５５４との間に設けられている駆動用磁石５３１及び駆動コイル５８１を含む駆動部において生じる磁束は、ヨーク板として機能するベースプレート５１２に集中して位置検出部への漏出が抑えられる。

したがって、ＤＭＤ基板５５３の下面側に設けられているホール素子５４２では、駆動用磁石５３１及び駆動コイル５８１を含む駆動部において形成される磁界の影響が低減される。このため、ホール素子５４２が、駆動部において生じる磁界の影響を受けることなく、位置検出用磁石５４１の磁束密度変化に応じた信号を出力可能になる。したがって、駆動制御部１２がＤＭＤ５５１の位置を高精度に把握できるようになる。

このように、駆動制御部１２は、駆動部からの影響が低減されたホール素子５４２の出力に基づいてＤＭＤ５５１の位置を精度良く検出できる。したがって、駆動制御部１２は、検出したＤＭＤ５５１の位置に応じて各駆動コイル５８１に流す電流の大きさや向きを制御し、ＤＭＤ５５１の位置を高精度に制御することが可能になる。

なお、上記した駆動部及び位置検出部の構成は、本実施形態において例示した構成に限られるものではない。駆動部として設けられている駆動用磁石５３１及び駆動コイル５８１の数、位置等は、可動ユニット５５を任意の位置に移動させることが可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。また、位置検出部として設けられている位置検出用磁石５４１及びホール素子５４２の数、位置等は、ＤＭＤ５５１の位置を検出可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。

例えば、位置検出用磁石５４１をトッププレート５１１に設け、ホール素子５４２を可動プレート５５２に設けてもよい。また、例えば、位置検出部をベースプレート５１２とヒートシンク５５４との間に設けてもよく、駆動部をトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けてもよい。ただし、駆動部から位置検出部への磁界の影響を低減できるように、駆動部と位置検出部との間にはヨーク板を設けることが好ましい。また、可動ユニット５５の重量が増えて位置制御が困難になる可能性があるため、駆動用磁石５３１及び位置検出用磁石５４１は、それぞれ固定ユニット５１（トッププレート５１１又はベースプレート５１２）に設けることが好ましい。

また、トッププレート５１１及びベースプレート５１２は、駆動部から位置検出部への磁束の漏れを低減可能であれば、それぞれ部分的に磁性材料で形成されてもよい。例えば、トッププレート５１１及びベースプレート５１２は、磁性材料で形成された平板状又はシート状の部材を含む複数の部材が積層されることで形成されてもよい。ベースプレート５１２の少なくとも一部を磁性材料で形成してヨーク板として機能させ、駆動部から位置検出部への磁束の漏れを防ぐことが可能であれば、トッププレート５１１を非磁性材料で形成してもよい。

＜画像投影＞
上記したように、本実施形態におけるプロジェクタ１において、投影画像を生成するＤＭＤ５５１は可動ユニット５５に設けられており、システムコントロール部１０の駆動制御部１２によって位置が制御される。

駆動制御部１２は、例えば、画像投影時にフレームレートに対応する所定の周期で、ＤＭＤ５５１の複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた複数の位置の間を高速移動するように可動ユニット５５の位置を制御する。このとき、画像制御部１１は、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにＤＭＤ５５１に画像信号を送信する。

例えば、駆動制御部１２は、Ｘ１Ｘ２方向及びＹ１Ｙ２方向にＤＭＤ５５１のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で、ＤＭＤ５５１を所定の周期で往復移動させる。このとき、画像制御部１１が、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにＤＭＤ５５１を制御することで、投影画像の解像度をＤＭＤ５５１の解像度の約２倍にすることが可能になる。また、ＤＭＤ５５１の移動位置を増やすことで、投影画像の解像度をＤＭＤ５５１の２倍以上にすることもできる。

このように、駆動制御部１２が可動ユニット５５と共にＤＭＤ５５１をシフト動作させ、画像制御部１１がＤＭＤ５５１の位置に応じた投影画像を生成させることで、ＤＭＤ５５１の解像度以上に高解像度化した画像を投影することが可能になる。

また、本実施形態に係るプロジェクタ１では、駆動制御部１２がＤＭＤ５５１を可動ユニット５５と共に回転するように制御することで、投影画像を縮小させることなく回転させることができる。例えばＤＭＤ５５１等の画像生成手段が固定されているプロジェクタでは、投影画像を縮小させなければ、投影画像の縦横比を維持しながら回転させることはできない。これに対して、本実施形態に係るプロジェクタ１では、ＤＭＤ５５１を回転させることができるため、投影画像を縮小させることなく回転させて傾き等の調整を行うことが可能になっている。

以上で説明したように、本実施形態における画像生成ユニット５０は、ＤＭＤ５５１が移動可能に設けられており、ＤＭＤ５５１をシフト動作させることで高解像度化した画像を生成することが可能になっている。

また、本実施形態では、可動ユニット５５を移動させる駆動力がヒートシンク５５４に作用し、Ｚ１Ｚ２方向において可動ユニット５５の重心位置と駆動力生成面との間隔が小さくなるように構成されている。このため、可動ユニット５５は振り子のように揺動することなく、動作の安定性が高められている。したがって、ＤＭＤ５５１の位置を高精度に制御することが可能になっている。

さらに、本実施形態では、磁性材料で形成されているトッププレート５１１及びベースプレート５１２が、ヨーク板として機能して位置検出部の位置検出用磁石５４１と磁気回路を形成し、駆動部において生じた磁界の位置検出部への影響が低減されている。このため、駆動制御部１２は、ホール素子５４２の出力に基づいて高速シフトするＤＭＤ５５１の位置を高精度に検出可能であり、ＤＭＤ５５１の位置を精度良く制御できる。

以上、実施形態に係る画像生成ユニット及び画像投影装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１ プロジェクタ（画像投影装置）
１０ システムコントロール部
１１ 画像制御部
１２ 駆動制御部
３０ 光源
４０ 照明光学系ユニット
５０ 画像生成ユニット
５１ 固定ユニット
５５ 可動ユニット
６０ 投影光学系ユニット（投影部）
５１１ トッププレート（第１固定板）
５１２ ベースプレート（第２固定板）
５３１ 駆動用磁石
５４１ 位置検出用磁石
５８１ 駆動コイル（コイル）
５４２ ホール素子（磁気センサ）
５５１ ＤＭＤ（画像生成部）
５５２ 可動プレート（第１可動板）
５５３ ＤＭＤ基板（第２可動板）
５５４ ヒートシンク（放熱部材）
５５６ 放熱部
５６３ 伝熱部

特開２００４−１８００１１号公報

Claims (7)

1. 駆動用磁石及びコイルの一方が設けられている固定部材と、
   駆動用磁石及びコイルの他方が設けられている放熱部材と、
   前記放熱部材が取り付けられ、照明光を受けて画像を生成する画像生成部と、を有する
   ことを特徴とする画像生成ユニット。
2. 第１固定板及び第２固定板を含む固定ユニットと、
   前記第１固定板と前記第２固定板との間に移動可能に支持される第１可動板と、
   前記第１可動板に連結されている第２可動板と、を有し、
   前記画像生成部は、前記第２可動板に設けられ、
   前記放熱部材は、前記第２固定板を間に挟んで前記第１可動板に連結され、
   前記固定部材は、前記第２固定板である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成ユニット。
3. 前記第２可動板と、前記第１固定板又は前記第２固定板との間に対向配置されている位置検出用磁石及び磁気センサを含む位置検出部を有し、
   前記第２固定板は、少なくとも一部が磁性材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像生成ユニット。
4. 前記第２可動板は、前記第１可動板と前記第２固定板との間に設けられ、
   前記磁気センサは、前記第２可動板に設けられ、
   前記位置検出用磁石は、前記第２固定板に設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像生成ユニット。
5. 前記コイルは、
   前記駆動用磁石に対向して設けられ、通電されることで前記放熱部材の駆動力を生成する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の画像生成ユニット。
6. 前記コイルに流れる電流を制御する駆動制御部を有し、
   前記画像生成部は、照明光を画像信号に基づいて変調する複数のマイクロミラーが配列されたデジタルマイクロミラーデバイスであり、
   前記駆動制御部は、前記画像生成部を所定の周期で前記複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離を移動させるように前記コイルに流れる電流を制御する
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の画像生成ユニット。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の画像生成ユニットと、
   前記画像生成部を照明する光源と、
   前記画像生成部により生成された画像を投影する投影部と、を有する
   ことを特徴とする画像投影装置。

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