JP2017003744A - 光学デバイスおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた駆動精度を有する光学デバイス、かかる光学デバイスを備えた画像表示装置を提供する。
【解決手段】光学デバイス２は、ガラス板２１を支持した可動部２２と、可動部２２を揺動軸Ｊまわりに揺動可能に支持する軸部２４ａ、２４ｂと、軸部２４ａ、２４ｂを支持する支持部２３と、可動部２２に設けられた永久磁石２５１と、永久磁石２５１に対向配置されたコイル２５２と、支持部２３に支持され、コイル２５２を支持するコイル支持部２６と、を有している。また、コイル２５２は、導線２５３を巻回して構成され、コイル２５２の内周側から引出配線２５３ａが引き出されている。また、コイル支持部２６は、コイル２５２の内周と重なる貫通孔２６２を有し、引出配線２５３ａが貫通孔２６２に挿通されている。
【選択図】図６

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。

特開２０１１−２０３４６０号公報

しかしながら、特許文献１のウォブリングデバイスでは、駆動部の構成が明確に開示されていない。ウォブリングデバイスでは、駆動部の構成が光透過板の駆動精度に大きく影響するため、特許文献１の駆動部の構成によっては、光透過板を精度よく揺動することができず、表示特性が悪化するおそれがある。

本発明の目的は、優れた駆動精度を有する光学デバイス、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、
前記支持部に支持され、前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
前記コイルは、導線を巻回して構成され、
前記導線の一端は、前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出され、
前記コイル支持部は、前記光学部の厚さ方向からの平面視で、前記コイルの内周と重なるように形成された貫通孔を有し、
前記コイルの内周側から引き出された前記導線は、前記貫通孔に挿通されていることを特徴とする。
これにより、優れた駆動精度を有する光学デバイスとなる。具体的に説明すると、例えば、コイルに巻回された導線の内周から引き出された導線をコイル支持部とコイルの間を通してコイルの外側まで引き出した場合、引き出した導線の厚みによってコイルがコイル支持部に対して傾いてしまうと共に、永久磁石に対しても傾いてしまう。このようにコイルが永久磁石に対して傾いてしまうと、ある部分においてコイルと永久磁石のギャップが小さくなってしまい、コイルと永久磁石の接触が生じるおそれがある。また、このような接触を避けるためにコイルと永久磁石のギャップを広げると、その分、コイルから発生する磁界が永久磁石に作用し難くなり、可動部の駆動効率が低下する。これに対して、本発明のように、コイルに巻回された導線の内周から引き出された導線を貫通孔に挿通して引き出すことで、コイルとコイル支持部との間に引き出し用の導線が介在せず、前述のようなコイルの傾きが生じない。したがって、コイルと永久磁石の接触を防止しつつ、可動部を効率的に駆動させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記貫通孔は、前記光学部の厚さ方向からの平面視で、前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出された前記導線の引き出し位置と重なるように設けられていることが好ましい。
これにより、より確実に、コイルの傾きが生じなくなる。

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、
前記支持部に支持され、前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
前記コイルは、導線を巻回して構成され、
前記導線の一端は、前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出され、
前記コイル支持部は、前記光学部の厚さ方向からの平面視で、前記コイルの内周の内側に位置する貫通孔を有し、
前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出された前記導線は、前記貫通孔に挿通されていることを特徴とする。
これにより、優れた駆動精度を有する光学デバイスとなる。具体的に説明すると、例えば、コイルに巻回された導線の内周から引き出された導線をコイル支持部とコイルの間を通してコイルの外側まで引き出した場合、引き出した導線の厚みによってコイルがコイル支持部に対して傾いてしまうと共に、永久磁石に対しても傾いてしまう。このようにコイルが永久磁石に対して傾いてしまうと、ある部分においてコイルと永久磁石のギャップが小さくなってしまい、コイルと永久磁石の接触が生じるおそれがある。また、このような接触を避けるためにコイルと永久磁石のギャップを広げると、その分、コイルから発生する磁界が永久磁石に作用し難くなり、可動部の駆動効率が低下する。これに対して、本発明のように、コイルに巻回された導線の内周から引き出された導線を貫通孔に挿通して引き出すことで、コイルとコイル支持部との間に引き出し用の導線が介在せず、前述のようなコイルの傾きが生じない。したがって、コイルと永久磁石の接触を防止しつつ、可動部を効率的に駆動させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記貫通孔は、前記コイル支持部の側面に開放する切り欠きであることが好ましい。
これにより、コイルに巻回された導線の内周から引き出された導線を貫通孔に挿通し易くなる。

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、
前記支持部に支持され、前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
前記コイルは、導線を巻回して構成され、
前記導線の一端は、前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出され、
前記コイル支持部は、前記光学部の厚さ方向からの平面視で、前記コイルの内周よりも内側から外周よりも外側まで延在して形成された凹部を有し、
前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出された前記導線は、前記凹部を通って前記コイルの外側に引き出されていることを特徴とする。
これにより、優れた駆動精度を有する光学デバイスとなる。具体的に説明すると、例えば、コイルに巻回された導線の内周から引き出された導線をコイル支持部とコイルの間を通してコイルの外側まで引き出した場合、引き出した導線の厚みによってコイルがコイル支持部に対して傾いてしまうと共に、永久磁石に対しても傾いてしまう。このようにコイルが永久磁石に対して傾いてしまうと、ある部分においてコイルと永久磁石のギャップが小さくなってしまい、コイルと永久磁石の接触が生じるおそれがある。また、このような接触を避けるためにコイルと永久磁石のギャップを広げると、その分、コイルから発生する磁界が永久磁石に作用し難くなり、可動部の駆動効率が低下する。これに対して、本発明のように、コイルに巻回された導線の内周から引き出された導線を凹部に通してコイルの外側へ引き出すことで、コイルとコイル支持部との間に引き出し用の導線が介在せず、前述のようなコイルの傾きが生じない。したがって、コイルと永久磁石の接触を防止しつつ、可動部を効率的に駆動させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記コイルは、空芯コイルであり、
前記コイルと前記永久磁石とは対向配置され、
前記永久磁石の前記コイルと対向する側の面の輪郭は、前記面の平面視で、前記コイルの前記永久磁石と対向する側の面の内周の輪郭よりも外側に位置していることが好ましい。
これにより、コイルから発生する磁界を効率的に永久磁石に作用させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記コイルは、空芯コイルであり、
前記コイルと前記永久磁石とは対向配置され、
前記永久磁石の前記コイルと対向する側の面の輪郭は、前記面の平面視で、前記コイルの前記永久磁石と対向する側の面の外周の輪郭よりも内側に位置していることが好ましい。
これにより、永久磁石の大型化を防止することができる。

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。

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。

本発明の画像表示装置では、前記光学部は、前記光を透過し、
前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、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。

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。 映像光をシフトさせた様子を示す図である。 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４に示す光学デバイスの上面図および下面図である。 図４に示す光学デバイスの駆動機構を示す断面図である。 図６に示す駆動機構の平面図である。 駆動機構の従来例の構成を示す断面図である。 図４に示す光学デバイスが有するコイル支持部の変形例を示す断面図である。 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断面図である。 本発明の第３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断面図である。 本発明の第４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。 本発明の第５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。 本発明の第６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に示す光学デバイスの上面図および下面図である。図６は、図４に示す光学デバイスの駆動機構を示す断面図である。図７は、図６に示す駆動機構の平面図である。図８は、駆動機構の従来例の構成を示す断面図である。図９は、図４に示す光学デバイスが有するコイル支持部の変形例を示す断面図である。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」とも言い、＋Ｚ側を「上」、−Ｚ側を「下」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。

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。後述するように、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（図４等参照）、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、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ないし図６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、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。

ガラス板支持部２２１は、その中央部に貫通孔２２１ａを有している。また、ガラス板支持部２２１の−Ｚ軸側には、貫通孔２２１ａ内へ突出する爪部（段差部）２２１ｂが設けられている。そして、爪部２２１ｂで受け止めるようにして、貫通孔２２１ａにガラス板２１が嵌め込まれており、ガラス板２１は、例えば、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２２１に支持されたガラス板２１は、矩形の平面視形状（厚さ方向から見た形状）を有している。また、ガラス板２１の一方の面は、映像光ＬＬが入射する入射面となっている。このガラス板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で、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い。ガラス板２１を用いることで、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支持部２２２が接続されている。永久磁石支持部２２２には＋Ｚ軸側の面に開放する有底の凹部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。永久磁石２５１は、例えば、接着剤等によって凹部２２２ａに接着されている。

以上、可動部２２の構成について説明した。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軸方向からずれて位置し、可動部２２の揺動軸Ｊを形成している。本実施形態では、可動部２２は、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して約４５°傾斜した揺動軸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の揺動バランスがより良好となる。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。

以上のような可動部２２、支持部２３および軸部２４ａ、２４ｂは、一体に構成（一体形成）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、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（１３０ｋＨｚ〜１７０ｋＨｚ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６に示すように、永久磁石支持部２２２に設けられた永久磁石２５１と、永久磁石２５１と対向配置され、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。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、Ｘ軸方向に沿った長手形状をなしており、Ｚ軸方向（ガラス板２１の厚み方向）に磁化している。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に対向配置されている。また、コイル２５２は、永久磁石２５１と離間して配置されている。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。

また、コイル２５２は、空芯コイルである。これにより、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、内側に磁心を配置したものを用いた場合、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もコイル２５２として空芯コイルを用いることが好ましい。

また、コイル２５２は、図７に示すように、永久磁石２５１の平面視形状に対応した略長方形となっている。そして、永久磁石２５１のコイル２５２と対向する側の面２５１ａの輪郭は、面２５１ａの平面視で、コイル２５２の永久磁石２５１と対向する側の面２５２ｃの内周の輪郭と外周の輪郭の間に位置している。すなわち、面２５１ａの輪郭は、面２５２ｃの内周の輪郭よりも外側に位置し、外周の輪郭よりも内側に位置している。別の言い方をすると、長軸方向（Ｘ軸方向）における永久磁石２５１の幅をＷｘ１とし、コイル２５２の内周の幅をＷｘ２とし、コイル２５２の外周の幅をＷｘ３としたとき、Ｗｘ２＜Ｗｘ１＜Ｗｘ３なる関係を満足し、短軸方向（Ｙ軸方向）における永久磁石２５１の幅をＷｙ１とし、コイル２５２の内周の幅をＷｙ２とし、コイル２５２の外周の幅をＷｙ３としたとき、Ｗｙ２＜Ｗｙ１＜Ｗｙ３なる関係を満足している。

永久磁石２５１の輪郭とコイル２５２のサイズを上記のようにすることで、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。

このようなコイル２５２は、エナメル線、ホルマル線、ビニール線等の導体が絶縁体で覆われた導線２５３を巻回してなるものである。なお、導線２５３の直径としては、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下程度とすることができる。また、コイル２５２では、コイル２５２の巻き始めの端部（引き出し位置）２５２ａがコイル２５２の内周の＋Ｚ軸側端部に位置しており、巻き終わりの端部２５２ｂがコイル２５２の外周の−Ｚ軸側端部に位置している。そして、端部２５２ａ、２５２ｂからは、巻回されていない状態（巻回方向と異なる方向に取回された状態）の導線２５３が引出配線２５３ａ、２５３ｂとして引き出されている。なお、コイル２５２の内周とは、空芯コイルの場合、導線２５３が巻回されることによって形成され通常磁心が配置される領域（空芯コイルなので磁心は存在しない）の輪郭を指し、コイル２５２が磁心を備える場合、磁心と導線２５３とが接触する位置（面２５１ａの平面視で磁心の輪郭となる）で定義される。また、コイル２５２の外周とは、導線２５３が巻回されることによって形成される領域の外側の輪郭を指す。

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（交番電圧）を印加することでコイル２５２から磁界を発生させ、発生させた磁界を永久磁石２５１に作用させることで、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）させることができる。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。

コイル支持部２６は、支持部２３に支持（固定）されていると共に、コイル２５２を支持している。コイル支持部２６の支持部２３への支持方法としては特に限定されないが、例えば、ネジ止めによって支持することができる。このようなコイル支持部２６は、図５（ａ）に示すように、コイル支持部２６に対するコイル２５２の位置決めを行い易くするための位置決め用の貫通孔２６１と、コイル２５２の引出配線２５３ａを通すための引出配線用の貫通孔２６２と、を有している。

位置決め用の貫通孔２６１は、Ｘ軸方向に離間して一対設けられている。そして、コイル２５２をコイル支持部２６に対して適正な位置に配置した場合には、各貫通孔２６１とコイル２５２の内周とが重なるようになっている。言い換えると、コイル支持部２６をコイル２５２が固定される固定面２６ａとは反対側の面から見たとき、コイル２５２をコイル支持部２６に対して適正な位置に配置した場合には、各貫通孔２６１を介してコイル２５２の内周を視認することができる。このような位置決め用の貫通孔２６１を設けることで、コイル２５２をコイル支持部２６に対して簡単に位置決めすることができる。

また、位置決め用の貫通孔２６１は、さらに、可動部２２を揺動させたときのダンパー効果を低減するための空気抜き用の貫通孔としても機能する。すなわち、可動部２２が揺動してコイル支持部２６に接近すると、これらの間の空気が圧縮され、この圧縮された空気が、可動部２２のコイル支持部２６側への揺動を阻害するおそれがある。そのため、貫通孔２６１を設け、この貫通孔２６１から可動部２２とコイル支持部２６との間の空気を逃がすことで、ダンパー効果を低減し、可動部２２をよりスムーズに揺動させることができる。

一方、引出配線用の貫通孔２６２は、コイル２５２の一端側の引出配線２５３ａを、コイル支持部２６のコイル２５２が固定される固定面２６ａ側から反対の面側へ、コイル２５２と固定面２６ａとの間を通さずに引き出すのに用いられる貫通孔である。このような貫通孔２６２は、図６に示すように、コイル支持部２６の平面視（ガラス板２１の厚さ方向から見た平面視）で、コイル２５２の内周と重なって、かつ、コイル２５２の巻き始めの端部（引き出し位置）２５２ａと重なって配置されている。そして、この貫通孔２６２にコイル２５２の巻き始めの端部２５２ａから延びる引出配線２５３ａが挿通され、引出配線２５３ａが固定面２６ａと反対の面側へ引き出されている。このような構成とすることで、次の効果を発揮することができる。

例えば、本実施形態とは異なり、図８に示すように、コイル２５２に巻回された導線２５３の内周（内周側）から引き出された引出配線２５３ａをコイル支持部２６とコイル２５２の間を通してコイル２５２の外側まで引き出した場合、引出配線２５３ａの厚み（径）によってコイル２５２がコイル支持部２６に対して傾いてしまうと共に、永久磁石２５１に対しても傾いてしまう。このようにコイル２５２が永久磁石２５１に対して傾いてしまうと、ある箇所では、コイル２５２と永久磁石２５１のギャップＧが小さくなってしまい、コイル２５２と永久磁石２５１との接触が生じ、可動部２２のスムーズな揺動が阻害されるおそれがある。反対に、このような接触を避けるためにコイル２５２と永久磁石２５１のギャップＧを広げると、その分、コイル２５２から発生する磁界が永久磁石２５１に作用し難くなり（永久磁石２５１に作用する電磁力が低下し）、可動部２２の駆動効率が低下する。

これに対して、本実施形態のように、引出配線２５３ａを貫通孔２６２に挿通することで、上述した例とは異なり、引出配線２５３ａをコイル支持部２６とコイル２５２との間を通すことなく、コイル２５２の外側へ引き出すことができる。そのため、上述したようなコイル２５２の傾きが生じず、コイル２５２（コイル２５２の永久磁石２５１の面２５２ｃ）と永久磁石２５１（永久磁石２５１のコイル２５２側の面２５１ａ）とを略平行に配置することができる（図６参照）。したがって、コイル２５２と永久磁石２５１との接触を防止しつつ、ギャップＧを小さくすることができ、可動部２２を効率的に駆動させることができる。

特に、本実施形態では、貫通孔２６２がコイル支持部２６の側面に開放する切り欠きで構成されている。そのため、コイル支持部２６の側面に開放した開口を介して引出配線２５３ａを貫通孔２６２内へ配置することができるため、引出配線２５３ａの貫通孔２６２への挿通をより容易に行うことができる。ただし、貫通孔２６２の形状としては、引出配線２５３ａを通すことができれば、本実施形態のような切り欠き状に限定されず、例えば、図９に示すように、コイル支持部２６の側面に開放していなくてもよい。

また、本実施形態では、貫通孔２６２に固定部材２７が充填されており、固定部材２７によって引出配線２５３ａがコイル支持部２６に固定されている。このように、引出配線２５３ａをコイル支持部２６に固定することで、引出配線２５３ａの意図しない撓み等を抑制することができる。固定部材２７としては、特に限定されないが、比較的軟質なものがよく、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系等の各種樹脂接着剤を好適に用いることができる。なお、このような固定部材２７は、省略してもよい。省略することで、前述した貫通孔２６２を貫通孔２６１と同様に、ダンパー効果を低減するための空気抜き用の貫通孔として機能させることができる。

また、前述したように、本実施形態では、永久磁石２５１のコイル２５２と対向する側の面２５１ａの輪郭は、コイル２５２の永久磁石２５１と対向する側の面２５２ｃの外周の輪郭よりも内側に位置している。そのため、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の外側に、コイル２５２の外周に位置するコイル２５２の巻き終わりの端部２５２ｂが位置している。したがって、巻き終わりの端部２５２ｂから延びる引出配線２５３ｂを永久磁石２５１と接触することなく、コイル２５２の外側へ引き出すことができる。

＜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が有するコイル支持部２６では、図１０に示すように、貫通孔２６２がコイル２５２の内周と重なることなく、コイル２５２の内周の内側に設けられている。このような構成によっても、コイル２５２の傾きが生じず、コイル２５２と永久磁石２５１との接触を防止しつつ、ギャップＧを小さくすることができ、可動部２２を効率的に駆動させることができる。

このような第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１１は、本発明の第３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断面図である。

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、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が有するコイル支持部２６は、前述した第１実施形態の貫通孔２６２に替えて、図１１に示すように、凹部２６３を有している。凹部２６３は、コイル２５２の引出配線２５３ａをコイル支持部２６とコイル２５２の間を通ってコイル２５２の外側まで引き出すのに用いられる凹部である。このような凹部２６３は、コイル支持部２６の平面視で、コイル２５２の内周よりも内側から外周よりも外側まで延在し、また、端部２５２ａと重なるように設けられている。また、凹部２６３の幅および深さは、それぞれ、導線２５３の径よりも大きくなっている。そして、図１１に示すように、コイル２５２の内周から引き出された引出配線２５３ａが、凹部２６３内を通ってコイル２５２の外側に引き出されている。

このような構成によれば、前述した第１実施形態で説明したようなコイル２５２の傾き（図８参照）が生じない。したがって、コイル２５２と永久磁石２５１との接触を防止しつつ、ギャップＧを小さくすることができ、可動部２２を効率的に駆動させることができる。

なお、本実施形態では、凹部２６３がコイル２５２の端部２５２ａと重って設けられているが、凹部２６３は、コイルの端部２５２ａと重なっていなくてもよい。また、本実施形態では、凹部２６３の一端部がコイル２５２の内周よりも内側まで延びているが、凹部２６３が端部２５２ａと重なっており、凹部２６３に引出配線２５３ａを挿入することができれば、例えば、凹部２６３は、コイル２５２の内周よりも内側まで延びていなくてもよい。

このような第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１２は、本発明の第４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。

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、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では、図１２に示すように、駆動機構２５が、揺動軸Ｊを介して一対設けられている。このように、駆動機構２５を一対設けることで、可動部２２をよりスムーズに揺動させることができる。

このような第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。

＜第５実施形態＞
図１３は、本発明の第５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５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５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１３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５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６実施形態＞
図１４は、本発明の第６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６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６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１４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６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、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
１２０……制御回路
１２２……画像信号処理回路
２……光学デバイス
２１……ガラス板
２２……可動部
２２１……ガラス板支持部
２２１ａ……貫通孔
２２１ｂ……爪部
２２２……永久磁石支持部
２２２ａ……凹部
２３……支持部
２４ａ、２４ｂ……軸部
２５……駆動機構
２５１……永久磁石
２５１ａ……面
２５２……コイル
２５２ａ、２５２ｂ……端部
２５２ｃ……面
２５３……導線
２５３ａ、２５３ｂ……引出配線
２６……コイル支持部
２６ａ……固定面
２６１……貫通孔
２６２……貫通孔
２６３……凹部
２７……固定部材
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
８……スクリーン
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 (10)

1. 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、
   前記支持部に支持され、前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
   前記コイルは、導線を巻回して構成され、
   前記導線の一端は、前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出され、
   前記コイル支持部は、前記光学部の厚さ方向からの平面視で、前記コイルの内周と重なるように形成された貫通孔を有し、
   前記コイルの内周側から引き出された前記導線は、前記貫通孔に挿通されていることを特徴とする光学デバイス。
2. 前記貫通孔は、前記光学部の厚さ方向からの平面視で、前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出された前記導線の引き出し位置と重なるように設けられている請求項１に記載の光学デバイス。
3. 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、
   前記支持部に支持され、前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
   前記コイルは、導線を巻回して構成され、
   前記導線の一端は、前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出され、
   前記コイル支持部は、前記光学部の厚さ方向からの平面視で、前記コイルの内周の内側に位置する貫通孔を有し、
   前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出された前記導線は、前記貫通孔に挿通されていることを特徴とする光学デバイス。
4. 前記貫通孔は、前記コイル支持部の側面に開放する切り欠きである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
5. 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、
   前記支持部に支持され、前記コイルを支持するコイル支持部と、を有し、
   前記コイルは、導線を巻回して構成され、
   前記導線の一端は、前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出され、
   前記コイル支持部は、前記光学部の厚さ方向からの平面視で、前記コイルの内周よりも内側から外周よりも外側まで延在して形成された凹部を有し、
   前記コイルに巻回された前記導線の内周から引き出された前記導線は、前記凹部を通って前記コイルの外側に引き出されていることを特徴とする光学デバイス。
6. 前記コイルは、空芯コイルであり、
   前記コイルと前記永久磁石とは対向配置され、
   前記永久磁石の前記コイルと対向する側の面の輪郭は、前記面の平面視で、前記コイルの前記永久磁石と対向する側の面の内周の輪郭よりも外側に位置している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
7. 前記コイルは、空芯コイルであり、
   前記コイルと前記永久磁石とは対向配置され、
   前記永久磁石の前記コイルと対向する側の面の輪郭は、前記面の平面視で、前記コイルの前記永久磁石と対向する側の面の外周の輪郭よりも内側に位置している請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
8. 前記光学部は、前記光を透過する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学デバイス。
9. 請求項１ないし８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。
10. 前記光学部は、前記光を透過し、
    前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、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９に記載の画像表示装置。

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