图像显示单元、图像投影单元以及图像投影装置的制作方法

本发明涉及图像显示单元、图像投影单元以及图像投影装置。

背景技术：

图像投影装置通常构成为，例如具有根据输入图像数据生成投影图像的显示元件，将显示元件生成的投影图像放大投影到屏幕等上。

在这类图像投影装置中有一种如专利文献1(jp特开2004-180011号公报)公开的技术方案，该方案通过像素偏移元件发生位置变动，使得光轴相对于显示元件的多个像素发射的光线发生移动，实行像素偏移，从而以比显示元件所具有的分辨率更高的分辨率来投影图像。

但是如果按照上述专利文献1公开的技术方案将像素偏离元件设为能够发生位置变动，则有可能增大像素偏离元件与投影光学系及显示元件之间设置位置的偏差，导致投影图像画质下降。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提供一种图像显示单元，其目的在于以高分辨率显示高画质图像。

本发明的一种方式涉及的图像显示装置的特征在于，具备：固定单元；可动单元，其中设置接受照明光照射用以生成图像的图像生成部，该可动单元能够在所述固定单元的支持下移动；以及，第一固定支持部，用于将所述固定单元固定在被固定部件上，同时支持所述固定单元，用以能够用来调整该固定单元与所述被固定部件之间的间距。

本发明的效果在于，提供一种能够以高分辨率显示高画质图像的图像显示单元。

附图说明

图1是本发明实施方式涉及的图像投影装置的示意图。

图2是本发明实施方式涉及的图像投影装置的结构模块图。

图3是本发明实施方式涉及的光学引擎的立体图。

图4和图5均是本发明实施方式涉及的图像引擎的内部构成示意图。

图6是本发明发明实施方式涉及的图像显示单元的立体图。

图7是本发明实施方式涉及的图像显示单元的的立体分解图。

图8是本发明实施方式涉及的可动单元的立体分解图。

图9是从底面一侧观察到的本发明实施方式涉及的dmd基板的立体图。

图10和图11分别是从不同角度观察到的实施方式涉及的固定单元的分解立体分解图。

图12是本实施方式涉及的固定单元支承可动单元的支承结构示意图。

图13是本实施方式涉及的一例固定支持部的示意图。

图14是本实施方式涉及的图像显示单元被安装到照明单元上的状态的示意图。

图15是本实施方式涉及的用固定支持部固定图像显示单元的固定支持结构的示意图。

图16是本实施方式涉及的固定支持部与dmd的位置关系的示意图。

具体实施方式

以下参考附图描述本发明的实施方式。各幅附图中具有相同结构的部分采用相同标记，并且省略重复描述。

<图像投影装置>

图1是本实施方式涉及的投影仪1的示意图。

投影仪1是一例图像投影装置，具有射出窗3和外设接口(i/f)9，内部设有用来生成投影图像的光学引擎。投影仪1在收到例如通过外设接口9连接的个人计算机或数码相机发送的图像数据后，由光学引擎根据收到的图像数据生成投影图像，而后如图1所示，将图像p从射出窗3投影到屏幕s上。

在以下的附图中，以x1x2方向为投影仪1的长度方向，y1y2方向为投影仪1的厚度方向，z1z2方向为投影仪1的高度方向。并且，在以下的描述中，以z1z2方向上投影仪1的射出窗3一方为上侧，与射出窗相反一方为下侧。

图2是本实施方式涉及的投影仪1的结构模块图。

如图2所示，投影仪1具有电源4、主开关sw5、操作部7、外设接口9、系统控制部10、换气扇20、光学引擎15。

电源4连接公共电源，将电压和频率转换为可供投影仪1内部电路使用，用以向系统控制部10、换气扇20、以及光学引擎15等供电。

主开关sw5供用户进行投影仪1的on/off操作。在电源4通过电源导线与公共电源连接的状态下，操作主开关sw5至on后，电源4开始向投影仪1的各部供电，而操作主开关sw5至off，则电源4停止向投影仪1的各部供电。

操作部7是用于接受用户各种操作的键钮，设于例如投影仪1的上表面。操作部7接受例如用户关于投影图像的大小、色彩、调焦等操作。操作部7受理的用户操作被送往系统控制部10。

外设接口9具有连接例如个人计算机、数码相机等的连接端口，通过该端口，来自连接设备的图像数据被输出到系统控制部10。

系统控制部10具有图像控制部11和驱动控制部12。系统控制部10包含例如cpu、rom、ram等。通过如cpu与ram协作执行保存在rom中的程序，实现系统控制部10的各项功能。

图像控制部11根据通过外设接口9输入的图像数据，控制设于光学引擎15的图像显示单元50中的数字微镜器件dmd(digitalmicromirrordevice，以下简称为dmd)551，生成用来投影到屏幕s上的图像。

驱动控制部12用于控制使得图像显示单元50中被设置为能够移动的可动单元55发生移动的驱动部，从而控制设于可动单元55上的dmd551的位置。换气扇20在系统控制部10的控制下转动，用来冷却光学引擎15的光源30。

光学引擎15具有光源30、投影单元60、作为图像显示装置的照明单元40以及图像显示单元50，在系统控制部10的控制下将图像投影到屏幕s上。

光源30采用例如水银高压灯、氙气灯、led等，在系统控制部10的控制下，向照明单元40照射光。

照明单元40具有例如彩色转轮、光道元件、中继透镜等元件，用来将光源30射出的光引导到设于图像显示单元50上的dmd551上。

图像显示单元50具有受到固定支承的固定单元51以及能够在该固定单元51支承下移动的可动单元55。可动单元55具有dmd551，可动单元55相对于固定单元51的位置受到系统控制部10的驱动控制部12的控制。dmd551是一例图像生成部，受到系统控制部10的图像控制部11的控制，对经过照明单元40引导的光进行调制，生成投影图像。

投影单元60例如具有多个投影透镜、反射镜等，将图像显示单元50的dmd551生成的图像放大并投影到屏幕s上。

＜光学引擎的构成＞

以下描述投影仪1的光学引擎15的个部分构成。

图3是本实施方式涉及的光学引擎15的立体图。如图3所示，光学引擎15具有光源30、照明单元40、图像显示单元50、投影单元60。

光源30设于照明单元40的侧面，向x2方向照射光。照明单元40将光源30发射的光引导到设于下方的图像显示单元50。图像显示单元50用经过照明单元40引导的光生成投影图像。投影单元60被设于照明单元40的上方，将图像显示单元50生成的投影图像投影到投影仪1的外面。

本实施方式涉及的光学引擎15用光源30发射的光向上投影图像，除此之外，还可以在水平方向投影图像。

图4和图5是本实施方式涉及的图像引擎15的内部构成示意图。

如图4所示，照明单元40具有彩色转轮401、平面镜405、凹面镜406。

彩色转轮401是例如在圆周方向上不同部分设有r(红色)、g(绿色)、b(蓝色)各色滤色片的圆盘。该彩色转轮401高速转动，将光源30发射的光时分割为rbg各种颜色。平面镜405和凹面镜406反射经过彩色转轮401时分割为rgb各色的光，使得光射往图像显示单元50上的dmd551。彩色转轮401、平面镜405以及凹面镜406等受到基台403的支承。基台403被固定在投影仪1的框体内部。

照明单元40中，还可以在例如彩色转轮401和平面镜405之间设置光道部件或中继透镜等元件。

图像显示单元50的dmd551对来自凹面镜406的反射光进行调制，生成投影图像。dmd551生成的投影图像通过照明单元40，被引导到投影单元60。

如图5所示，投影单元60包含设于壳体内部的投影透镜601、反射镜602、曲面镜603。

投影透镜601具有多片透镜，使得图像显示单元50的dmd551生成的投影图像在反射镜602上成像。反射镜602和曲面镜603反射该成像后的投影图像，将经过放大的投影图像投影到设于投影仪1之外的屏幕s上。

＜图像生成单元＞

图6是实施方式涉及的图像显示单元50的立体图。图7是实施方式涉及的图像显示单元50的立体分解图。

如图6和图7所示，图像显示单元50具有固定单元51和可动单元55。固定单元51受到照明单元40的固定支承。可动单元55能够在固定单元51的支承下移动。

固定单元51具有顶板511和基板512，被固定在照明单元40的基台403的下表面上。顶板511和基板512平行设置，其间隔开规定间隙。

可动单元55具有dmd551、作为第一可动板的dmd基板552、作为第二可动板的可动板553(图6中未显示)、作为连接支承部件的散热器554、盖部件555、作为防尘部件的防尘垫556(图6中未图示)，能够在固定单元51的支承下移动。

如图7所示，图像显示单元50具有多个防尘片701。防尘片701层叠于照明单元40的基台403与图像显示单元50的盖部件555之间，堵塞照明单元和图像显示单元50之间的间隙，减少尘埃进入图像显示单元50内部附着到dmd551上。

<可动单元>

图8是可动单元55的分解立体图。

如图8所示，可动单元55具有dmd551、dmd基板552、可动板553、散热器554、盖部件555以及防尘垫556。

dmd551设于dmd基板552的上表面。dmd551具有图像生成面，该图像生成面上以格子形状排列多个可动方式的微镜。dmd551的各个微镜的镜面被设为能够围绕扭转轴转动倾斜，受到基于系统控制部10的图像控制部11发送的图像信号的on/off驱动。

微镜的倾斜角度受到控制，例如在“on”时，将光源30发射的光反射到投影单元60，而在“off”时，将光源30发射的光反射到未图示的off光板。这样，dmd551的各片微镜的倾斜角度受到图像控制部11发送的图像信号的控制，对光源30发射并通过照明单元40的光进行调制，生成投影图像。

dmd基板552的上表面设有dmd551。dmd基板552上安装围绕dmd551周围的盖部件555。dmd基板552与盖部件555之间设有防尘垫556。盖部件555上用盖螺丝569安装用来覆盖dmd551周边部分的盖片568。

防尘垫556围绕dmd551周围，堵塞支架55与dmd基板552之间，减少尘埃通过盖部件555与dmd基板552之间进入并附着到dmd551上。

dmd基板552与盖部件555和可动板553一起通过固定螺丝557固定到散热器554的支柱561上。

dmd基板552的上表面上设有多个霍尔传感器542。霍尔传感器542为一例磁性传感器，检测信号被送往系统控制部10的驱动控制部12。霍尔传感器542的检测信号用于dmd551的位置检测。

图9是从实施方式设计的dmd基板552下方仰视的斜视图。

如图9所示，dmd基板552上形成中央孔570以及贯通孔571。中央孔570位于与设于dmd基板552上的dmd551相对应的位置。

dmd基板552的下表面上还设有多个驱动线圈581。驱动线圈581分别用电线卷绕形成，安装在dmd基板552的下表面上并用盖覆盖。

可动板553受到固定单元51的顶板511和基板512的支承，能够在xy平面内向任意方向移动。可动板553上安装圆柱形支承台578。可动板553与dmd基板552等一起通过固定螺丝557固定在散热器554的支柱561上。

如图8所示，散热器554在面对dmd551的位置上具有放热部563。放热部563通过dmd基板552的中央孔570接触dmd551的下表面，对dmd551进行传热。散热器554通过放热部563的导热，发散dmd551的热量，从而抑制dmd551的温度上升。这样，通过散热器554对dmd551的冷却，减少了dmd551的温度上升引起的动作不良或故障等问题的发生。

可动单元55具有上述构成，能够在固定单元51的支持下移动。通过在可动单元51上设置散热器，能够始终用散热器来冷却dmd551，抑制发生故障。

＜固定单元＞

图10和图11是实施方式涉及的固定单元51的立体分解图。图10和图11分别显示从不同角度看到的固定单元51的分解立体图。

如图10和图11所示，固定单元51具有顶板511和基板512。

用固定螺丝529将顶板511固定在被安装在基板512上的支柱515的上端。如图11所示，顶板511中与可动单元55的dmd511对应的位置上形成中央孔514。基板512中与可动单元55的dmd551对应的位置上形成中央孔519。

支柱515的下端固定在基板512上，上端通过固定螺丝529固定在顶板511上。顶板511和基板512之间由于支柱515的支承，形成一定间隔，顶板511和基板512保持互相平行。

顶板511上形成多个支承孔522。如图10所示各个支承孔522中设有上方保持部件523，该上方保持部件523呈圆筒形，内表面上具有负螺纹。位置调整螺丝524穿过弹簧525插入上方保持部件523，保持支承球体521能够转动。基板512上形成多个支承孔526，各个支承孔526中设有下方保持部件527。该下方保持部件527用来保持支承球体521，支承球体521能够转动。

能够在设于顶板511上的支承孔522中的上方保持部件523的保持下转动的支承球体521，与安装在可动单元55的可动板553上的支承台578的上表面接触。另一方面，能够在设于基板512上的支承孔526中的下方保持部件527的保持下转动的支承球体521，与安装在可动单元55的可动板553上的支承台578的下表面接触。

由于支承台578两侧受到支持球体521的夹持，因而，可动单元55的可动板553在顶板511和基板512之间的保持下能够移动。

图12是本实施方式涉及的固定单元51支承可动板553的支承结构示意图。

如图12所示，一方面顶板511上，在插入顶板511的支承孔522中的上方保持部件523的保持下，支承球体521能够转动。另一方面基板512上，在插入支承孔526中的下方保持部件527中的圆筒部528的保持下，支承球体521能够转动。

各支承球体521被保持为，至少有一部分从上方保持部件523或下方保持部件527中突出，与安装在可动板553上的支承台578接触。

由于支承台578两侧表面受到多个能够转动的支承球体521的夹持，因此，可动板553能够在受到支持的状态下在平行于顶板511和基板512的方向上移动。

被保持在上方保持部件523中的支承球体521从上方保持部件523下端突出，支承球体521的突出量的大小随着位置调整螺丝524的位置而变化。例如，转动位置调整螺丝524，使得位置调整螺丝524向z1方向上移动时，支承球体521的突出量减少，顶板511与可动板553之间的间距变小。而转动位置调整螺丝524，使得位置调整螺丝524向z2方向上移动时，支承球体521的突出量增加，顶板511与可动板553之间的间距变大。

这样，利用位置调整螺丝524来改变支承球体521从上方保持部件523突出的突出量，能够适当调整顶板511与可动板553之间的间距。

如图10和图11所示，顶板511的下表面上设有多个位置检测用磁铁541。各个位置检测用磁铁541与可动单元55的dmd基板552上的霍尔传感器542相对设置。相对设置的位置检测用磁铁541和霍尔传感器542构成检测dmd551位置的位置检测部。

可动单元55相对于固定单元51移动后，可动单元55的dmd基板552上的霍尔传感器542与固定单元51的顶板511上的位置检测用磁铁541之间的位置关系发生变化。霍尔传感器542向系统控制部10的驱动控制部12发送位置检测用磁铁541输出的伴随可动元件55移动而产生的磁通量密度变化的信号。驱动控制部12根据霍尔传感器542发送的信号，检测dmd551的位置。

如图10和图11所示，基板512上表面上设有多个驱动用磁铁531。驱动用磁铁531均以长边方向互相平行的两块立体长方形永久磁铁构成，与可动单元55的dmd基板552上的驱动线圈581相对设置。这样，相对设置的驱动用磁铁531和驱动线圈581构成驱动部，用来驱动可动单元55相对于固定单元51移动。

在上述构成中，驱动线圈581通电后，驱动用磁铁531形成的磁场产生洛伦兹力，该洛伦兹力成为驱动包含设有驱动线圈581的dmd基板552在内的可动单元55发生移动的驱动力。

可动单元55受到包含驱动用磁铁531和驱动线圈581的驱动部产生的洛伦兹力的作用，相对于固定单元51，在xy平面上发生直线移动或转动。

各驱动线圈581中电流的大小以及方向受到系统控制部10的驱动控制部12的控制。驱动控制部12根据各驱动线圈581中电流的大小及方向，来控制可动板553的移动(转动)方向、移动量以及转动角度等。

驱动控制部12根据霍尔传感器542的输出检测dmd551的位置，按照dmd551的位置控制各驱动线圈581中的电流大小或方向，从而控制dmd551的位置。

例如，驱动控制部12以与图像投影帧速对应的规定周期，控制可动单元55在多个位置之间高速移动，多个位置之间的距离小于dmd551的多个微镜排列间距。此时，图像控制部11向dmd551发送图像信号，用以生成按照各个位置移动的投影图像。

例如，驱动控制部12控制dmd551以规定周期在位置p1和位置p2之间来回移动，位置p1与位置p2之间的距离小于dmd551在x1x2方向和y1y2方向上的微镜排列间距。此时，图像控制部11通过控制dmd551生成按照各个位置移动的投影图像，使得投影图像的分辨率能够达到dmd551的分辨率的两倍左右。此外，增加dmd551的移动位置还能够使得投影图像分辨率达到dmd551的两倍以上。

这样，驱动控制部12使得可动单元55与dmd551一起实行移动动作，图像控制部11生成与dmd551的位置对应的投影图像，从而投影具有dmd551以上的分辨率的高分辨率图像。

本实施方式涉及的投影仪1通过驱动控制部12控制dmd551与可动单元55一起转动，在不缩小投影图像的情况下转动该投影图像。例如，在dmd551等图像生成部固定的投影仪中，如果不缩小投影图像，则无法在保持投影图像的纵横比的情况下转动该投影图像。对此，本实施方式涉及的投影仪1由于能够转动dmd551，因而能够在不缩小投影图像的情况下转动投影图像，实行使投影图像发生倾斜等调整。

只要能够检测dmd551的位置，作为位置检测部而设置的位置检测用磁铁541及霍尔传感器542的数量和位置等也可以不同于本实施方式。此外，只要能够使得可动单元55相对于固定单元51产生移动，作为驱动部而设置的驱动用磁铁531及驱动线圈581的数量和位置等也可以不同于本实施方式。

例如，可以将位置检测部(位置检测用磁铁541及霍尔传感器542)设于基板512和dmd基板552之间，并将驱动部(驱动用磁铁531及驱动线圈581)设于顶板511和dmd基板552之间。还可以将驱动用磁铁531及位置检测用磁铁541设于dmd基板552或可动板553上。但是，为了减轻可动单元55，优选将驱动用磁铁531及位置检测用磁铁541设于固定单元51上。

<固定支持部>

以下描述将固定单元51固定到照明单元40的基台403上的固定支持部。

图13是本实施方式涉及的一例固定支持部580的示意图。其中，图13的(a)是固定支持部580的立体图，(b)是固定支持部580的分解立体图。

如图13所示，固定支持部580具有作为连接部件的连接螺丝585、按压部件586以及作为作用力施加部件的压缩弹簧圈587。

如图13的(b)所示，连接螺丝585具有罗纹部585a、筒部585b、沟槽部585c以及头部585d。筒部585b为圆柱形，其直径大于罗纹部585a的外径。沟槽部585c的外径小于筒部585b和头部585d，在筒部585b和头部585d之间形成凹陷的沟槽。

按压部件586具有圆筒形的按压部586a、从按压部586a下端向外突出的凸缘部586b。连接螺丝585的罗纹部585a和筒部585b插入按压部件586和压缩弹簧圈587的中空部。压缩弹簧圈587处于被夹在连接螺丝585的头部585d和按压部件586的凸缘586b之间的状态。

如图11所示，固定单元51的基板512上形成多个从中央孔519向外侧凹陷的u形槽517。连接螺丝585被安装到基板512上，该连接螺丝585的筒部585b和头部585d之间的沟槽部585c嵌在u形槽517之中。

这样，以连接螺丝585、按压部件586以及压缩弹簧圈587被安装在基板512的u形槽517中的状态，顶板511被固定到基板512的支柱515上端。

如图11所示，顶板511上形成能够让按压部件586贯穿的螺孔516。顶板511被安装到基板512的支柱515上端后，如图6所示，按压部件586的按压部586a以及连接螺丝585的罗纹部585a从顶板511的螺孔516突出。

螺孔516的直径大于按压部件586的按压部586a的外径，但小于凸缘部586b的外径。为此，被安装在连接螺丝585上的按压部件586的凸缘部586b无法通过螺孔516。按照该构成，用连接螺丝585安装的按压部件585以及压缩弹簧圈587不会通过螺孔516贯穿到顶板511的上表面上。

如上所述，图像显示单元50通过固定单元51中的固定支持部580，被固定在照明单元40的基台403上。照明单元40的基台403为一例用于图像显示单元50固定的被固定部件。图像显示单元50也可以将投影仪1的框体或投影单元60等固定到与基台403不同的部分上。

图14是本实施方式涉及的图像显示单元50被安装到照明单元40中的状态的示意图。图15是本实施方式涉及的用固定支持部580固定图像显示单元50的固定支持结构的示意图，通过连接螺丝585的xz截面图。

首先，在图像显示单元50安装到照明单元40上的情况下，如图14所示，将图像显示单元50的固定支持部580的连接螺丝585对准照明单元40的基台403上形成的固定孔407。

而后，转动连接螺丝585，将图像显示单元50安装到基台403的固定孔407中。固定孔407的内周表面形成与连接螺丝585的罗纹部585a上形成的正螺纹相对应的负螺纹。如图14和图15所示，散热器554上与固定支持部580对应的位置上形成穿通孔562。将连接螺丝585穿过散热器554上形成的穿通孔562，而后用螺丝刀等将连接螺丝585拧入固定孔407。

在连接螺丝585被拧入固定孔407后，按压部件586上端接触照明单元40的基台403，压缩弹簧圈587受到按压部件586的按压而被推向基板512。压缩弹簧圈587受到按压部件586按压，向基板512施加z2方向的作用力。基板512在压缩弹簧圈587的作用下受到z2方向的推力，从而使得图像显示单元50受到离开照明单元40方向的作用力的作用。

如此，压缩弹簧圈587对图像显示单元50施加z2方向的作用力，从而减少基板512与连接螺丝585的沟槽部585c之间产生的振动，使得固定支持部580能够固定支持图像显示单元50。

转动连接螺丝585向z1方向移动后，图像显示单元50与照明单元40之间的间距(z1z2方向上基板512与基台403之间的间隔)变小。而与上述反向地转动连接螺丝585向z2方向移动后，图像显示单元50与照明单元40之间的间距变大。

这样，在固定支持板580上，通过在某个方向转动连接螺丝585，能够调整图像显示装置50相对于照明单元40的位置。为此，在图像显示单元50被安装在照明单元40上的状态下，能够转动连接螺丝585，调整设于图像显示单元50上的dmd551在z1z2方向上的位置和倾斜角度。

本实施方式如图10和图11所示，固定单元51上设有三个固定支持部580(连接螺丝585、按压部件586以及压缩弹簧圈587)。这样，在三个固定支持部件580中，转动连接螺丝585以调整图像显示单元50和照明单元40之间的间距，从而优化dmd551的图像生成面相对于照明单元40或投影单元60等的位置或角度。为此，图像显示单元50能够在实行移动动作以提高投影图像的分辨率的同时，优化dmd551的设置，显示高画质图像。

设于图像显示单元50的固定支持部580的数量和位置不受本实施方式例示的构成限制。只要在图像显示单元50上设置一个以上的固定支持部580，便能够调整dmd551的位置。

在设置三个固定支持部580的情况下，优选设置为如图16所示，从垂直于dmd551的图像生成面551a的方向观察，图像生成面551a的重心位置g位于连接三个固定支持部580构成的区域a以内。这样的构成能够向任意方向倾斜dmd551的图像生成面551a，调整角度。

按照上述本实施方式涉及的图像显示单元50，能够在安装在照明单元40上的状态下通过固定支持部580调整dmd551的位置和角度。为此能够优化dmd551相对于照明单元40或投影单元60的位置和角度，以高分辨率显示高画质图像。

以上对实施方式设计的图像显示单元、图像投影单元以及图像投影装置进行了描述。但是本发明并不受到上述实施方式的限定，允许在不超过本发明范畴的范围内对该实施方式进行各种变化和改善。