JP2020085924A - 光路シフトデバイスおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材を揺動させて光学部材に入射する光の光路をずらす光路シフトデバイスの小型化、薄型化を図ること。【解決手段】光路シフトデバイス２は、矩形のガラス板３０を保持する保持枠３１と、保持枠３１を揺動可能な状態で支持する支持部４と、保持枠３１を揺動させるアクチュエーター６とを備える。保持枠３１は、ガラス板３０の第１角部３０Ａに対向する位置に設けられた第１軸部５ａと、第１角部３０Ａの対角方向に位置する第２角部３０Ｂに対向する位置に設けられた第２軸部５ｂとを有し、第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂによって保持枠３１が支持部４に接続される。アクチュエーター６は、第３角部３０Ｃに対向する位置に配置され、互いに対向する永久磁石６１とコイル６２とを有する。永久磁石６１の第１対向面６１０とコイル６２の第２対向面６２０は、ガラス板３０の表面に対して交差する向きに配置される。【選択図】図４

Description

本発明は、光路シフトデバイスおよび画像表示装置に関する。

特許文献１には、液晶パネル等の光変調装置から出射された映像光の光路をずらす光路シフトデバイスを備えた画像表示装置が開示される。特許文献１の画像表示装置では、光路シフトデバイスは、投射される画像の解像度を光変調装置の解像度よりも高くするために用いられる。特許文献１の光路シフトデバイス（光学デバイス）は、ガラス板、およびガラス板を保持する保持部材を備えた可動部と、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対の軸部と、可動部を揺動させる駆動機構とを有する。特許文献１の光路シフトデバイスは、一対の軸部を通る揺動軸を中心として保持部材を揺動させて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映像光を屈折させ、光路をずらすことができる。

特許文献１の光路シフトデバイスでは、可動部を揺動させる駆動機構として、コイルおよび永久磁石を備えた振動アクチュエーターが用いられる。振動アクチュエーターは、枠状の保持部材の縁に固定された永久磁石と、永久磁石に対してガラス板の法線方向の両側から対向する一対のコイルを備える。永久磁石とコイルは、可動体が揺動した際に衝突しない程度の離間距離で配置される。振動アクチュエーターは、可動部を挟むように２箇所に配置される。各振動アクチュエーターは、一対のコイルに交番電圧を印加することにより、コイルから発生する磁界によって永久磁石を移動させ、可動体を揺動させる。

特開２０１６−１４２８６３号公報

ガラス板を揺動させて光路をずらす光路シフトデバイスは、画像表示装置等へ組み込んで使用されるため、小型化および薄型化の要望がある。このため、コイルと永久磁石とを対向させた振動アクチュエーターを有する光路シフトデバイスにおいても、必要な駆動力を維持しながらさらなる小型化、薄型化を図ることが望まれている。

本発明に係る光路シフトデバイスは、矩形の板形状を有し、入射光が入射する光学部材と、前記光学部材を保持する保持枠と、前記保持枠を揺動可能な状態で支持する支持部と、前記保持枠を揺動させるアクチュエーターと、を備え、前記光学部材は、互いに対向する第１角部および第２角部と、前記第１角部と前記第２角部とを結ぶ対角線に交差する方向において互いに対向する第３角部および第４角部と、を有し、前記保持枠は、前記第１角部に対向する位置に設けられた第１軸部と、前記第２角部に対向する位置に設けられた第２軸部とを有し、前記保持枠は前記第１軸部および前記第２軸部によって前記支持部に接続され、前記アクチュエーターは、前記第３角部に対向する位置に配置されることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置は、映像光の光路に配置された上記の光路シフトデバイスを備え、前記アクチュエーターを駆動して前記映像光の光路を変化させることを特徴とする。

本実施形態に係る画像表示装置の一例であるプロジェクターの光学的な構成を示す説明図である。 映像光の光路シフトによる画像表示位置のシフトを示す説明図である。 図１のプロジェクターの電気的な構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る光路シフトデバイスの斜視図である。 図４の光路シフトデバイスの平面図である。 図４の光路シフトデバイスをアクチュエーターの位置（図５のＡ−Ａ位置）で切断した断面図およびその部分拡大図である。 図４の光路シフトデバイスを磁気センサーの位置（図５のＢ−Ｂ位置）で切断した断面図およびその部分拡大図である。 アクチュエーターの平面図（図５の領域Ｃの拡大図）である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。本明細書において、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、Ｘ軸方向の一方側を＋Ｘ方向、他方側を−Ｘ方向とする。また、Ｙ軸方向の一方側を＋Ｙ方向、他方側を−Ｙ方向とし、Ｚ軸方向の一方側を＋Ｚ方向、他方側を−Ｚ方向とする。

＜プロジェクター（画像表示装置）＞
図１は、本実施形態に係る画像表示装置の一例であるプロジェクターの光学的な構成を示す説明図である。図１に示すプロジェクター１は、ＬＣＤ方式のプロジェクターである。プロジェクター１は、外部から入力される映像信号に基づき、スクリーン１０１に映像を表示する装置である。プロジェクター１は、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、光路シフトデバイス２と、投射光学系１１２とを備える。

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）、レーザー光源等が挙げられる。また、光源１０２としては、白色光が出射するものが用いられる。光源１０２から出射された光は、例えば、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。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、投射光学系１１２によって拡大されてスクリーン１０１に投射される。

光路シフトデバイス２は、ダイクロイックプリズム１１０と投射光学系１１２との間に配置される。プロジェクター１は、光路シフトデバイス２によって映像光ＬＬの光路をシフトさせること（所謂「画素ずらし」を行うこと）により、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの解像度よりも高い解像度の画像をスクリーン１０１に表示する。例えば、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂがフルハイビジョンであれば、４Ｋの画像を表示する。

ここで、光路シフトによる高解像度化の原理について図２を用いて簡単に説明する。図２は、映像光の光路シフトによる画像表示位置のシフトを示す説明図である。後述するように、光路シフトデバイス２は、映像光ＬＬを透過させる透光性基板であるガラス板３０を有しており、このガラス板３０の姿勢を変更することで、屈折を利用して映像光ＬＬの光路をシフトさせる。プロジェクター１は、このような光路のシフトを利用して、映像光ＬＬの光路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の光路を他方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ２とに交互に画像を表示する。画像表示位置Ｐ１、Ｐ２は、スクリーン１０１上で画素Ｐｘの対角方向Ｆに半画素分（すなわち、画素Ｐｘの半分）ずれた位置である。このような画素ずらしを行うことにより、見かけ上の画素が増加し、スクリーン１０１に投影される画像を高解像度化することができる。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。

図３は、図１のプロジェクター１の電気的な構成を示すブロック図である。プロジェクター１は、制御回路１２０と、駆動信号処理回路１２１と、画像信号処理回路１２２を備える。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、光路シフトデバイス２における光路シフト動作、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。駆動信号処理回路１２１は、画像信号処理回路１２２が出力する同期信号ＳＡに基づいて光路シフトデバイス２を駆動する駆動信号ＤＳを供給する。

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。

＜光路シフトデバイス＞
図４は、本実施形態に係る光路シフトデバイス２の斜視図である。光路シフトデバイス２は、図１のプロジェクター１において映像光ＬＬの光路をシフトさせるために用いられる。図５は、図４の光路シフトデバイス２の平面図である。光路シフトデバイス２は、矩形の可動部３と、可動部３を囲む枠状の支持部４と、可動部３と支持部４とを連結する第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂと、第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂを通る揺動軸Ｊを中心として可動部３を揺動させるアクチュエーター６と、可動部３の位置を検出する磁気センサー７と、磁気センサー７の温度を検出するサーミスター８（図５、図７参照）を備える。

可動部３は、光透過性を有し、映像光ＬＬが入射する光学部材であるガラス板３０と、ガラス板３０を保持する保持枠３１を備える。可動部３が、ガラス板３０に対する映像光ＬＬの入射角度が０°である位置（以下、基準位置という）にあるとき、ガラス板３０の法線方向はＺ軸方向と一致する。光路シフトデバイス２は、例えば、＋Ｚ側がダイクロイックプリズム１１０側、−Ｚ側が投射光学系１１２側を向くようにプロジェクター１内に配置される。なお、光路シフトデバイス２のＺ軸方向の向きは、この反対であってもよい。

保持枠３１は、Ｘ軸と略平行に延びる第１枠部３２および第２枠部３３と、Ｙ軸と略平行に延びる第３枠部３４および第４枠部３５とを備えた矩形枠状の部材である。保持枠３１は、第１枠部３２、第２枠部３３、第３枠部３４、第４枠部３５に囲まれた矩形の開口部３６を備える。ガラス板３０は開口部３６に配置され、第１枠部３２、第２枠部３３、第３枠部３４、第４枠部３５によってガラス板３０の外周端部が保持される。本実施形態では、保持枠３１は、ステンレスなどの金属板からなる。

図６は、図４の光路シフトデバイス２をアクチュエーター６の位置（図５のＡ−Ａ位置）で切断した断面図およびその部分拡大図である。図７は、図４の光路シフトデバイス２を磁気センサー７の位置（図５のＢ−Ｂ位置）で切断した断面図およびその部分拡大図である。図６、図７に示すように、第１枠部３２、第２枠部３３、第３枠部３４、第４枠部３５は、それぞれ、ガラス板３０の外周端部の＋Ｚ側の表面を覆う前板部３１１と、前板部３１１の外周側の端部から−Ｚ方向へ屈曲して延びる側板部３１２と、側板部３１２の−Ｚ方向の端部からガラス板３０の端面に向けて突出する爪部３１３を備える。ガラス板３０は、接着剤および爪部３１３によって保持枠３１に固定される。保持枠３１は、金属板を屈曲させた曲げ構造の部材であるため、板厚が薄い金属板を用いた構造でありながら、必要な強度を確保できる。

ガラス板３０は、互いに対向する第１角部３０Ａおよび第２角部３０Ｂと、第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂとを結ぶ対角線に交差する方向において互いに対向する第３角部３０Ｃおよび第４角部３０Ｄを備える。第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂは、ガラス板３０の第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂとを結ぶ対角線上に配置される。第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂを通る揺動軸Ｊは、第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂとを結ぶ対角線に沿う方向に延びている。

第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂは、保持枠３１の角部と繋がっている。本実施形態では、第１軸部５ａ、第２軸部５ｂ、および保持枠３１は一体に形成されている。

第１軸部５ａは、ガラス板３０の中心から見て＋Ｘ方向と＋Ｙ方向の中間の角度位置に配置される。また、第２軸部５ｂは、ガラス板３０の中心から見て−Ｘ方向と−Ｙ方向の中間の角度位置に配置される。第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂを通る揺動軸Ｊは、ＸＹ面と略平行な面内に位置し、且つ、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°傾斜する。第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂは、ガラス板３０の中心に対して点対称に配置されるため、可動部３の揺動バランスが良好である。なお、揺動軸ＪのＸ軸およびＹ軸に対する傾斜角度は、４５°に限定されない。

支持部４は、保持枠３１が配置される矩形の開口部４０を備える。開口部４０の内周縁における揺動軸Ｊ上の２箇所の角部には、第１軸部５ａが配置される第１凹部４１、および、第２軸部５ｂが配置される第２凹部４２が設けられている。第１軸部５ａは、保持枠３１とは反対側の先端が第１凹部４１の縁と重なっており、支持部４にねじ止めされている。同様に、第２軸部５ｂは、保持枠３１とは反対側の先端が第２凹部４２の縁と重なっており、支持部４にねじ止めされている。支持部４は、第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂを通る揺動軸Ｊを中心として、保持枠３１を揺動可能な状態で支持する。

映像光ＬＬは、例えば、ガラス板３０に対してＺ軸方向に入射する。可動部３が揺動軸Ｊを中心として揺動すると、ガラス板３０に対する映像光ＬＬの入射角度が変化する。ガラス板３０に対する映像光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。従って、目的とする入射角度になるように、ガラス板３０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できる。なお、このようなガラス板３０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を透過させるように適宜設定される。また、ガラス板３０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３０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３０の構成材料としては、特に限定されるものではないが、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、光学部材としてガラス板３０を用いるが、光学部材は、光透過性を有し、映像光ＬＬを屈折させる材料で構成されたものであればよい。すなわち、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、光学部材としては、本実施形態のようにガラス板３０を用いた場合には、光学部材の剛性を特に大きくできる。従って、光学部材において映像光ＬＬの光路をずらす際の光路のシフト量のばらつきを抑制できる。

保持枠３１、支持部４、第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂは、ステンレスまたは樹脂により形成されるため、環境温度の影響を低減させることができる。従って、小型で、共振周波数が低い光路シフトデバイス２を得ることができる。例えば、共振周波数が６０ｋＨｚ程度の光路シフトデバイス２を得ることができる。

図４、図５に示すように、アクチュエーター６は、ガラス板３０の第３角部３０Ｃに対向する位置に配置される。上記のように、第１軸部５ａと第２軸部５ｂは、ガラス板３０の第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂに対向する位置に配置されるため、アクチュエーター６は、可動部３において揺動軸Ｊから最も離間した部位に配置される。アクチュエーター６は、互いに対向する永久磁石６１とコイル６２とを備える。

図４、図５に示すように、支持部４には、ガラス板３０の第３角部３０Ｃに対向する位置に第３凹部４３が設けられている。第３凹部４３には、アクチュエーター６が配置される。第３凹部４３は、開口部４０の角部に設けられ、＋Ｘ方向および−Ｙ方向に対して４５°傾斜した方向に凹んでいる。支持部４は、第３凹部４３を囲む第１縁部４３１、第２縁部４３２、および第３縁部４３３を備える。第３縁部４３３は、第３凹部４３の開口部４０とは反対側を囲んでおり、第１縁部４３１および第２縁部４３２は、第３縁部４３３の両端から開口部４０の側へ延びている。第１縁部４３１および第２縁部４３２は、＋Ｘ方向と−Ｙ方向に対して４５°傾斜した方向に略平行に延びている。

保持枠３１は、第１枠部３２の第３角部３０Ｃ側の部分から第３凹部４３の側へ延びる腕部３７と、腕部３７の先端に設けられた駆動用磁石取付部３８を備える。腕部３７は、第１枠部３２から＋Ｘ方向および−Ｙ方向に対して４５°傾斜した方向へ突出する。駆動用磁石取付部３８は、腕部３７の先端から−Ｚ方向へ略直角に屈曲して延びている。駆動用磁石取付部３８は、揺動軸ＪおよびＺ軸方向と略平行に延びる板状部であり、揺動軸Ｊに沿う方向の幅が腕部３７より大きい。

アクチュエーター６は、永久磁石６１が保持枠３１に保持され、コイル６２が支持部４に保持される。アクチュエーター６は、永久磁石６１が固定される磁石保持板６３を備える。磁石保持板６３は平板状であり、駆動用磁石取付部３８に固定される。永久磁石６１は、磁石保持板６３を介して保持枠３１に固定される。また、アクチュエーター６は、コイル６２を保持するコイル保持板６４を備えており、コイル保持板６４を介してコイル６２が支持部４に固定される。

コイル保持板６４は、コイル６２が固定される板状のベース部６４１と、ベース部６４１から突出する第１突出部６４２および第２突出部６４３を備える。第１突出部６４２および第２突出部６４３は、ベース部６４１におけるコイル６２が固定される部分の両側に設けられ、コイル６２が固定される面と直交する方向に延びている。コイル保持板６４は、ベース部６４１に固定されるコイル６２と、磁石保持板６３を介して駆動用磁石取付部３８に固定される永久磁石６１とが所定のギャップで対向する位置に配置される。図４、図５、図８に示すように、第３凹部４３の両側では、第１突出部６４２が第１縁部４３１にねじ止めされ、第２突出部６４３が第２縁部４３２にねじ止めされる。ベース部６４１は、駆動用磁石取付部３８と略平行になるように第３凹部４３に配置される。

永久磁石６１は、Ｓ極とＮ極が設けられた第１対向面６１０を備える。永久磁石６１としては、例えば、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等を用いることができる。本実施形態では、永久磁石６１はネオジム磁石である。ネオジム磁石は、小型の磁石でありながら必要な磁力を確保できるため、アクチュエーター６の小型化、軽量化を図ることができる。コイル６２は、第１対向面６１０と対向する第２対向面６２０を備える。第１対向面６１０と第２対向面６２０は、平行である。なお、ここでいう「平行」とは、完全に平行でなくても良く、多少平行からずれていてもアクチュエーター６の機能を発揮できる程度のずれであれば良い。また、永久磁石６１とコイル６２は、第１対向面６１０および第２対向面６２０がガラス板３０の表面に対して交差する向きで配置される。

図８は、アクチュエーター６の平面図（図５の領域Ｃの拡大図）である。図８に示すように、アクチュエーター６は、コイル保持板６４の第１突出部６４２および第２突出部６４３が永久磁石６１およびコイル６２の両側に配置されており、永久磁石６１およびコイル６２は、第１突出部６４２および第２突出部６４３によって挟まれる領域に配置される。また、永久磁石６１に対してコイル６２とは反対側に磁石保持板６３が配置され、コイル６２に対して永久磁石６１とは反対側にベース部６４１が配置される。磁石保持板６３およびコイル保持板６４は、鉄などの金属からなり、バックヨークとして機能する。従って、永久磁石６１およびコイル６２の周りには、磁石保持板６３の両端から第１突出部６４２および第２突出部６４３へ向かい、ベース部６４１へ向かう閉じた磁路Ｈ１、Ｈ２が形成される。従って、永久磁石６１から出る磁束を外部に漏れにくくすることができる。よって、漏れ磁束を少なくすることができ、磁気効率を上げることができる。

本実施形態では、コイル６２は長円形状の空芯コイルである。図７に示すように、コイル６２は、揺動軸Ｊと略平行に延びる２本の有効辺６２１、６２２を備える。有効辺６２１、６２２の間にはコイル６２の中心孔６２３が設けられる。ベース部６４１には、プレス加工により、駆動用磁石取付部３８の側へ突出する凸部６４４が形成されている。コイル６２は、中心孔６２３に凸部６４４を配置することにより、ベース部６４１に対して位置決めされる。

永久磁石６１は、コイル６２と対向する第１対向面６１０に磁極が形成されており、第１対向面６１０には、Ｓ極とＮ極がＺ方向に並んでいる。ガラス板３０の法線方向がＺ軸方向と平行になる（すなわち、ガラス板３０への映像光ＬＬの入射角度が０°になる）基準位置に可動部３が位置するとき、アクチュエーター６は、永久磁石６１のＳ極とＮ極の一方が有効辺６２１と対向し、他方が有効辺６２２と対向する。

コイル６２に通電すると、有効辺６２１、６２２には逆向きの電流が流れるため、永久磁石６１は、第２対向面６２０に沿う方向へ移動する。本実施形態では、永久磁石６１のＳ極とＮ極がＺ方向に配列され、有効辺６２１、６２２はＺ方向に並んでいる。従って、アクチュエーター６は、永久磁石６１をＺ軸方向へ移動させることができる。これにより、永久磁石６１が固定された保持枠３１の角部をＺ軸方向に移動させることができ、揺動軸Ｊを中心として可動部３を揺動させることができる。

＜磁気センサー＞
図４、図５に示すように、磁気センサー７は、アクチュエーター６と第２軸部５ｂとの間に配置される。図７に示すように、磁気センサー７は、センサー基板７１と、ホールセンサー７２と、磁石７３を備える。ホールセンサー７２は、センサー基板７１に搭載され、センサー基板７１を介して支持部４に固定される。一方、磁石７３は保持枠３１に固定される。ホールセンサー７２と磁石７３は、可動部３が揺動する際、磁石７３とホールセンサー７２との距離が変化する位置に配置される。保持枠３１は、第１枠部３２における側板部３１２の−Ｚ方向の端部から−Ｙ方向へ屈曲して延びるセンサー磁石取付部３９を備える。センサー基板７１に固定されるホールセンサー７２と、センサー磁石取付部３９に固定される磁石７３は、Ｚ軸方向に対向する。

ホールセンサー７２は、磁石７３が発生させる磁界の強度に応じた電圧を出力する。従って、磁気センサー７は、非接触で磁石７３とホールセンサー７２との距離を計測可能である。光路シフトデバイス２では、可動部３が揺動する際、磁石７３とホールセンサー７２との距離が変化するように磁気センサー７が配置される。従って、ホールセンサー７２の出力に基づき、磁石７３が搭載された保持枠３１のＺ軸方向の変位を非接触で計測可能である。

サーミスター８は、磁気センサー７の温度を検出する温度検出部である。サーミスター８は、ホールセンサー７２の隣に配置され、ホールセンサー７２と同様にセンサー基板７１に搭載される。従って、サーミスター８は、センサー基板７１を介して支持部４に固定される。ホールセンサー７２およびサーミスター８の出力は、駆動信号処理回路１２１へ入力される。

＜アクチュエーターの駆動制御＞
光路シフトデバイス２は、駆動信号処理回路１２１からアクチュエーター６へ供給される駆動信号ＤＳにより、可動部３を所定の周波数で揺動（振動）させる光路シフト動作を行う。アクチュエーター６では、駆動信号ＤＳに基づいてコイル６２に電流が流れる。その結果、可動部３は、駆動信号ＤＳに応じた振幅および周波数で揺動（振動）する。これにより、プロジェクター１では、映像光ＬＬの光路が一定の振幅で変化し、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像が表示される。

駆動信号処理回路１２１は、光路シフト動作を行う際、磁気センサー７の出力から求められる可動部３（保持枠３１）の振幅値に基づいてアクチュエーター６へ入力される駆動信号ＤＳを制御することにより、可動部３を一定の振幅で振動させるフィードバック制御を行う。これにより、映像光ＬＬの光路を一定の振幅で変化させて、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像を表示する。また、フィードバック制御においては、サーミスター８の出力に基づいて磁気センサー７の出力から求めた振幅値を補正する。

＜本形態の主な作用効果＞
以上のように、本実施形態の光路シフトデバイス２は、矩形の板形状を有し、入射光が入射するガラス板３０と、ガラス板３０を保持する保持枠３１と、保持枠３１を揺動可能な状態で支持する支持部４と、保持枠３１を揺動させるアクチュエーター６と、を備える。ガラス板３０は、互いに対向する第１角部３０Ａおよび第２角部３０Ｂと、第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂとを結ぶ対角線に交差する方向において互いに対向する第３角部３０Ｃおよび第４角部３０Ｄと、を有する。保持枠３１は、第１角部３０Ａに対向する位置に配置される第１軸部５ａと、第２角部３０Ｂに対向する位置に配置される第２軸部５ｂとを有する。保持枠３１は、第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂによって支持部４に接続され、アクチュエーター６は、第３角部３０Ｃに対向する位置に配置される。

このように、保持枠３１を揺動させるアクチュエーター６を第３角部３０Ｃに配置することにより、揺動軸Ｊから遠い位置で可動部３に駆動力を加えることができる。従って、駆動力が小さいアクチュエーター６であっても、可動部３を大きなトルクで回転させることができる。よって、アクチュエーター６の小型化および軽量化を図ることができ、光路シフトデバイス２の小型化および軽量化を図ることができる。

本実施形態では、保持枠３１の揺動軸Ｊは、ガラス板３０の第１角部３０Ａと第２角部３０Ｂとを結ぶ対角線に沿う方向に延びている。このように、揺動軸Ｊが対角線の方向に延びていれば、第３角部３０Ｃに配置されるアクチュエーター６と揺動軸Ｊとの距離を最大化できるので、可動部３に加わるトルクを大きくすることができる。従って、駆動力が小さいアクチュエーター６であっても、可動部３を大きなトルクで回転させることができる。よって、アクチュエーター６の小型化および軽量化を図ることができ、光路シフトデバイス２の小型化および軽量化を図ることができる。

本実施形態では、アクチュエーター６は、互いに対向する永久磁石６１とコイル６２とを有し、永久磁石６１は、保持枠３１に保持され、コイル６２は、支持部４に保持される。このように、永久磁石６１とコイル６２とを対向させてコイル６２への通電によって永久磁石６１を移動させるアクチュエーターを用いることにより、アクチュエーター６を小型で簡素な構成にすることができる。また、可動側でなく固定側にコイル６２を配置するので、可動側に配線を引き回す必要がなく、コイル６２への配線の接続が容易である。

本実施形態では、永久磁石６１の第１対向面６１０とコイル６２の第２対向面６２０とが対向し、第１対向面６１０および第２対向面６２０は、ガラス板３０の表面に対して交差する向きで配置される。このようにすると、保持枠３１が揺動する際に第１対向面６１０と第２対向面６２０とのギャップが変化しないか、あるいは、ギャップの変化が小さいので、永久磁石６１とコイル６２との干渉を避けるために第１対向面６１０と第２対向面６２０とのギャップを広くする必要がない。従って、第１対向面６１０と第２対向面６２０とのギャップを小さくすることができるので、必要な駆動力を得るための永久磁石６１のサイズを小さくすることができ、部品コストを下げることができる。例えば、永久磁石６１としてネオジム磁石などの高価な磁石を用いる場合には、磁石の小型化を図ることにより、部品コストを下げることができる。また、部品サイズを小さくすることにより、アクチュエーター６の小型化および軽量化を図ることができる。

本実施形態では、第１対向面６１０と第２対向面６２０が平行である。また、アクチュエーター６は、永久磁石６１とコイル６２を第１対向面６１０および第２対向面６２０に沿う方向に相対移動させることにより、保持枠３１を揺動させる。このように、アクチュエーター６の駆動方向（永久磁石６１の振動方向）が、第２対向面６２０に沿う方向であれば、保持枠３１が揺動する際、第１対向面６１０と第２対向面６２０とのギャップが変化しない。従って、永久磁石６１がコイル６２に近づいた際にコイル６２が永久磁石６１に吸着されて可動部３が動かなくなってしまう事態を回避できる。

本実施形態では、第１対向面６１０および第２対向面６２０は、保持枠３１の揺動軸Ｊと平行であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して４５°傾いている。このような向きでアクチュエーター６を配置すると、第３角部３０Ｃに対向する位置にアクチュエーター６の配置スペースを設けた場合に、Ｚ軸方向から見た場合の支持部４の平面形状の大型化を抑制できる。また、このような配置を採用すると、アクチュエーター６の駆動力が、保持枠３１に対してねじれ方向の力として作用することがない。従って、保持枠３１を介して、ガラス板３０にねじれ方向の力が加わることを抑制でき、ガラス板３０や保持枠３１の変形を抑制できる。

本実施形態では、第１対向面６１０および第２対向面６２０は、ガラス板３０の表面と直交する面であり、且つ、ガラス板３０の表面の法線方向であるＺ軸方向と直交する方向に対向する。また、アクチュエーター６は、永久磁石６１とコイル６２をガラス板３０の表面の法線方向であるＺ軸方向へ相対移動させる。このような配置では、アクチュエーター６の駆動力は、揺動軸Ｊを中心とする回転方向の力として可動部３に作用する。従って、可動部３に加わるトルクを大きくすることができる。

本実施形態では、アクチュエーター６はコイル６２を保持するコイル保持板６４を有し、コイル保持板６４を介してコイル６２が支持部４に固定される。このようにすると、コイル保持板６４がバックヨークとして機能する。従って、磁気効率を向上させることができるので、永久磁石６１を小さくすることができる。よって、アクチュエーター６の小型化および軽量化を図ることができる。また、部品コストを下げることができる。また、コイル６２だけでなく、永久磁石６１の側にもバックヨークとして機能する磁石保持板６３が配置されるので、磁気効率を更に向上させることができる。

本実施形態では、コイル保持板６４は、コイル６２が固定されるベース部６４１と、ベース部６４１から突出する第１突出部６４２および第２突出部６４３と、を有し、第１突出部６４２と第２突出部６４３とに挟まれる領域に永久磁石６１が配置される。このようにすると、コイル保持板６４に囲まれるように永久磁石６１を配置できるので、閉じた磁路Ｈ１、Ｈ２を形成でき、外部に磁束が漏れにくい。よって、有効磁束を増大させることができ、磁気効率を上げることができる。従って、永久磁石６１を小さくすることができるので、アクチュエーター６の小型化および軽量化を図ることができる。

本実施形態では、ベース部６４１は、コイル６２が配置される側へ突出する凸部６４４を備え、コイル６２は、凸部６４４が配置される中心孔６２３が設けられた空芯コイルである。このように、コイル６２の中心孔６２３にコイル保持板６４の凸部６４４を配置することにより、コイル６２に磁束を集めることができる。従って、磁気効率を上げることができるので、永久磁石６１を小さくすることができる。よって、アクチュエーター６の小型化および軽量化を図ることができる。

本実施形態では、ガラス板３０は、入射光を透過する透光性基板であり、光路シフトデバイス２は、保持枠３１が揺動することによって、ガラス板３０への入射光の入射角度を変化させて入射光の光路をずらすことができる。プロジェクター１などの画像表示装置の映像光ＬＬの光路に光路シフトデバイス２を配置し、アクチュエーター６を駆動することにより、映像光ＬＬ（入射光）の光路を一定の振幅でシフトさせて、画素の位置を一定の振幅でずらすことができる。これにより、見かけ上の画素を増加させて、スクリーン１０１に投影される画像を高解像度化することができる。

＜変形例＞
上記実施形態では、可動部３に永久磁石６１が保持され、支持部４にコイル６２が保持されているが、可動部３にコイル６２が保持され、支持部４に永久磁石６１が保持される構成を採用することもできる。

上記実施形態は、アクチュエーター６として、永久磁石６１とコイル６２を対向させてローレンツ力により駆動力を発生させる振動アクチュエーターを用いるものであったが、他の原理で動作するアクチュエーターを用いることもできる。例えば、ピエゾアクチュエーターを採用することができる。

１…プロジェクター、２…光路シフトデバイス、３…可動部、４…支持部、５ａ…第１軸部、５ｂ…第２軸部、６…アクチュエーター、７…磁気センサー、８…サーミスター、３０…ガラス板、３０Ａ…第１角部、３０Ｂ…第２角部、３０Ｃ…第３角部、３０Ｄ…第４角部、３１…保持枠、３２…第１枠部、３３…第２枠部、３４…第３枠部、３５…第４枠部、３６…開口部、３７…腕部、３８…駆動用磁石取付部、３９…センサー磁石取付部、４０…開口部、４１…第１凹部、４２…第２凹部、４３…第３凹部、６１…永久磁石、６２…コイル、６３…磁石保持板、６４…コイル保持板、７１…センサー基板、７２…ホールセンサー、７３…磁石、１０１…スクリーン、１０２…光源、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ…ミラー、１０６ａ、１０６ｂ…ダイクロイックミラー、１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂ…液晶表示素子、１１０…ダイクロイックプリズム、１１２…投射光学系、１２０…制御回路、１２１…駆動信号処理回路、１２２…画像信号処理回路、３１１…前板部、３１２…側板部、３１３…爪部、４３１…第１縁部、４３２…第２縁部、４３３…第３縁部、６１０…第１対向面、６２０…第２対向面、６２１、６２２…有効辺、６２３…中心孔、６４１…ベース部、６４２…第１突出部、６４３…第２突出部、６４４…凸部、ＤＳ…駆動信号、Ｆ…画素の対角方向、Ｈ１、Ｈ２…磁路、Ｊ…揺動軸、ＬＬ…映像光、Ｐ１、Ｐ２…画像表示位置、Ｐｘ…画素、Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖ…データ信号、ＳＡ…同期信号、Ｖｉｄ…画像信号。

Claims (10)

1. 矩形の板形状を有し、入射光が入射する光学部材と、
   前記光学部材を保持する保持枠と、
   前記保持枠を揺動可能な状態で支持する支持部と、
   前記保持枠を揺動させるアクチュエーターと、を備え、
   前記光学部材は、互いに対向する第１角部および第２角部と、前記第１角部と前記第２角部とを結ぶ対角線に交差する方向において互いに対向する第３角部および第４角部と、を有し、
   前記保持枠は、前記第１角部に対向する位置に配置される第１軸部と、前記第２角部に対向する位置に配置される第２軸部とを有し、
   前記保持枠は、前記第１軸部および前記第２軸部によって前記支持部に接続され、
   前記アクチュエーターは、前記第３角部に対向する位置に配置されることを特徴とする光路シフトデバイス。
2. 前記保持枠の揺動軸は、前記対角線に沿う方向に延びることを特徴とする請求項１に記載の光路シフトデバイス。
3. 前記アクチュエーターは、互いに対向する永久磁石とコイルとを有し、
   前記永久磁石は、前記保持枠に保持され、
   前記コイルは、前記支持部に保持されることを特徴とする請求項１または２に記載の光路シフトデバイス。
4. 前記永久磁石の第１対向面と、前記コイルの第２対向面とが対向し、
   前記第１対向面および前記第２対向面は、前記光学部材の表面に対して交差する向きで配置されることを特徴とする請求項３に記載の光路シフトデバイス。
5. 前記第１対向面と前記第２対向面とは平行であり、
   前記アクチュエーターは、前記永久磁石を前記第２対向面に沿う方向に移動させることにより、前記保持枠を揺動させることを特徴とする請求項４に記載の光路シフトデバイス。
6. 前記第１対向面および前記第２対向面は、前記保持枠の揺動軸と平行であることを特徴とする請求項４または５に記載の光路シフトデバイス。
7. 前記コイルを保持するコイル保持板を有し、
   前記コイル保持板を介して、前記コイルが前記支持部に固定されることを特徴とする請求項３から６の何れか一項に記載の光路シフトデバイス。
8. 前記コイル保持板は、前記コイルが固定されるベース部と、前記ベース部から突出する第１突出部および第２突出部と、を有し、
   前記第１突出部と前記第２突出部とに挟まれる領域に前記永久磁石が配置されることを特徴とする請求項７に記載の光路シフトデバイス。
9. 前記光学部材は、前記入射光を透過する透光性基板であり、
   前記保持枠が揺動することによって、前記光学部材への前記入射光の入射角度を変化させて前記入射光の光路をずらすことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の光路シフトデバイス。
10. 映像光の光路に配置された請求項１から９の何れか一項に記載の光路シフトデバイスを備え、前記アクチュエーターを駆動して前記映像光の光路を変化させることを特徴とする画像表示装置。
    

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