JP6221407B2 - 画像投射装置、基板保持構造 - Google Patents

Description

本発明は、画像投射装置、基板保持構造に関する。

画像投射装置では、光源からの光によって液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の画像形成素子を照明し、該画像表示素子で画像変調された光をスクリーン等の投射面に投射する。このため、画像投射装置の内部には、画像表示素子を設けた基板と、画像表示素子等を制御するための制御基板が少なくとも配置されている。これらの両者の基板はコネクタを介して電気的に接続されている。

画像投射装置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ととも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求められている。投射画面の大画面化を図りつつ、画像投射装置外の投影空間を縮小するには、投射される画像を結像する結像光束の光路を、できるだけ画像投射装置内部に繰り込むのが良く、このような工夫を行った画像投射装置が特許文献１に開示されている。このような光学系を採用することにより、画像投射装置外の投影空間を縮小し、且つ画像投射装置自体もその容積を小さくすることができる。しかしながら、ＤＭＤ等の画像表示素子を用いると、画像表示素子を備えたＤＭＤ基板は水平に配置し、画像投射装置を制御するメイン基板はＤＭＤ基板に対して略垂直に配置してコネクタ接続する構成になる。その際、コネクタ部に電気的ノイズが発生する不具合があり、そのノイズを外部への流出を防ぐシールド構成を追加すると、上記光学系の構成で容積を小さくできても、シールド構成を追加することによって大型化してしまう不具合が発生するという課題がある。

特許文献２に記載の発明は、コネクタで連結するメイン基板とサブ基板のノイズを低減する目的で、メイン基板とサブ基板を平行に配置し、両基板間に配置されたシャーシに共にアース接続を行う構造が開示されている。

しかしながら、ＤＭＤ等の画像表示素子と他の基板とは互いに垂直に配置される場合が多い。

本発明では上記課題を鑑みてなされたものであって、電気的ノイズの発生が従来よりも低減された画像投射装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被照射面に投射する画像を生成する画像表示素子とコネクタとが設けられ、前記コネクタ近傍の表裏面それぞれに少なくとも１以上の電気的な導電部を有する第１基板と、光を放射する光源装置と、金属製の保持部と、前記保持部によって保持され、前記光源装置からの光を前記画像表示素子へと導く照明光学部と、前記画像表示素子で生成された画像を前記被照射面に投射する投射光学部と、前記第１基板とは互いに垂直に配置され、前記第１基板の前記コネクタと電気的に接続される第２基板と、前記保持部に対して、電気的に接続した状態で固定された板金と、前記板金に設けられ、同一形状の部材であってそれぞれ付勢される方向が異なる複数の金属製の弾性部と、を備え、前記第１基板は、前記保持部に対して固定され、前記複数の金属製の弾性部は、前記第１基板における前記コネクタ近傍の表裏面それぞれの前記導電部に接触しており、前記第２基板は、前記板金に固定されるとともに、前記板金に電気的に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、電気的ノイズの発生が従来よりも低減された画像投射装置を提供することが可能となるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態の画像投射装置の使用態様を示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態の光学エンジン部、及び光源装置を示す斜視図である。 図３は、第１の実施形態の光学エンジン部を示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態の照明光学部と、画像処理部を示す斜視図である。 図５は、第１の実施形態の画像処理部を示す斜視図である。 図６は、第１の実施形態の投射光学部を示す斜視図である。 図７は、第１の実施形態の投射光学部を示す斜視図である。 図８は、第１の実施形態の投射光学部を示す側面図である。 図９−１は、第１の実施形態の照明光学部に対して画像処理部を取り付ける組付け方法を示した図である。 図９−２は、第１の実施形態の照明光学部に対して画像処理部を取り付ける組付け方法を示した図である。 図１０は、ＤＭＤプリント基板に対する電気的グランド接続方法に関して説明した図である。 図１１は、ＤＭＤプリント基板に対する電気的グランド接続方法に関して説明した図である。 図１２−１は、第１の実施形態の金属製板バネ部材と導電部との接触態様を示す図である。 図１２−２は、第１の実施形態の金属製板バネ部材と導電部との接触態様を示す図である。 図１３−１は、第１の実施形態のＤＭＤ素子を備えたＤＭＤプリント基板の表面の構成を示す図である。 図１３−２は、第１の実施形態のＤＭＤ素子を備えたＤＭＤプリント基板の断面図である。 図１４−１は、第１の実施形態のＤＭＤプリント基板に対してコネクタ接続される制御基板の組付け方法を示した図である。 図１４−２は、第１の実施形態のＤＭＤプリント基板に対してコネクタ接続される制御基板の組付け方法を示した図である。 図１５−１は、第１の実施形態の制御基板の表面の構成を示した図である。 図１５−２は、第１の実施形態の制御基板の裏面の構成を示した図である。 図１６は、制御基板に対するその他の部材の組付け状態を示す図である。 図１７は、制御基板に対するその他の部材の組付け状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる画像投射装置１を斜めから見て示した外観斜視図である。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。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画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投射装置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。

図２は、図１における画像投射装置１の外層カバー３を取りはずした状態を示す斜視図である。図２に示されるように、画像投射装置１は、大きく分けて光学エンジン部３０と、光源装置２０とを備えている。光源装置２０は、例えば高圧水銀ランプなどの光源を制御して、画像の投射に必要な光を光学エンジン部３０へと白色光を供給する。

光源装置２０は、光源２１を保持する保持部材である光源ブラケット２２を有しており、光源ブラケット２２の上部にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの光源２１が装着されている。また、光源ブラケット２２の上部の光源２１の光出射側には、不図示のリフレクタなどが保持されたホルダ２４がネジ止めされている。ホルダ２４の光源２１配置側と反対側の面には、出射窓２３が設けられている。光源２１から出射した光は、ホルダに保持された不図示のリフレクタにより出射窓に集光され、出射窓２３から出射する。また、ホルダ２４の側面には、光源２１を冷却するための空気が流入する光源給気口２４ｂが設けられており、ホルダ２４の上面には、光源２１の熱により加熱された空気が排気される光源排気口２４ｃが設けられている。

光学エンジン部３０は、光源装置２０から供給された光を用いて、入力された画像データを処理して投射する制御を行う。図３は、光学エンジン部３０の詳細な構成を示す斜視図である。光学エンジン部３０は、照明光学部３１、投射光学部３３、及び画像処理部３２を備えている。上述した光源装置２０からの白色光は、まず照明光学部３１に照射される。照明光学部３１は、光源装置２０からの白色光をＲＧＢのそれぞれの成分へと分光し、画像処理部３２へと導光する。画像処理部３２は、変調信号に応じて画像形成を行う。投射光学部３３は、画像処理部３２で生成された画像を拡大投射する。

図４は照明光学部３１と画像処理部３２の配置構成図である。照明光学部３１は、カラーホイル３８、ライトトンネル３７、リレーレンズ３６、シリンダミラー３５、凹面ミラー３４を備えている。カラーホイル３８は、円盤状のカラーフィルタにより上記光源装置２０から出射した白色光を単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換して出射する。ライトトンネル３７は、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されており、カラーホイル３８から出射する光を導く。リレーレンズ３６は、２枚のレンズを組み合わせて構成されており、ライトトンネル３７より出射される光の軸上色収差を補正しつつ集光する。

シリンダミラー３５、および凹面ミラー３４は、リレーレンズ３６より出射される光を反射する。反射された光は、画像処理部３２へと入光され、画像処理部３２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、映像や画像のデータに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の映像を形成するように投射光を加工して反射するＤＭＤ素子（画像表示素子の一例）を備えている。そして、画像処理部３２において、ＤＭＤ素子により時分割で映像データに基づいて複数のマイクロミラーが使用する光は図中で矢印Ｂで示される投射レンズ５１の方向へ反射し、捨てる光は矢印Ｃで示されるＯＦＦ光板へと反射される。

図５は画像処理部３２の構成を示す斜視図である。画像処理部３２はＤＭＤ素子４１とＤＭＤ素子４１を制御するＤＭＤプリント基板４２（第１基板）とＤＭＤ素子４１を冷却するヒートシンク４３とヒートシンク４３をＤＭＤ素子４１に押し付ける固定板４４とを備える。本実施形態において、ヒートシンク４３が放熱部に相当する。ヒートシンク４３は、冷却対象のＤＭＤ素子４１と接触することで、ＤＭＤ素子４１の熱を放熱する。また、図６は、投射光学部３３の詳細な構成を示す斜視図である。画像処理部３２を通過した光は図７の投射レンズ５１へ反射され、捨てられる光は図７のＯｆｆ光板５３へと反射される。

図７と、図８は、投射光学部３３の構成を示す斜視図、および側面図である。投射レンズ５１を通過し、拡大された映像光は折り返しミラー５４によって光路が折り返され、自由曲面ミラー５５によってスクリーン２上へ拡大投影される。以上の構成によって、光学エンジン部３０はスクリーン２に近接して配置でき、縦型で設置面積が小さく、立体的にコンパクトに設計することができる。

図９−１、図９−２は、照明光学部３１に対して画像処理部３２を取り付ける組付け方法を示した図である。図９−１、図９−２に示すように、ＤＭＤ素子４１を備えたＤＭＤプリント基板４２は水平状態で、ＤＭＤ素子４１を中心位置として、その近傍４ヶ所を照明光学部３１に対してネジ６１が孔４７に挿入されて締結される。これはＤＭＤ素子４１は重要な光学素子の一つであり、照明光学部３１に対する位置精度が非常に重要であり、その位置及び照明光学部３１に対する水平状態を精度よく構成するには、ＤＭＤ素子４１を中心位置として、その近傍４ヶ所をネジ止めする構成が最も機能的に優れた組付け方法である。しかしながら、電気ノイズに関してはＤＭＤ素子４１近傍よりも、後述する制御基板（第２基板）との接続コネクタ部４２ａに集中している。

図１０、図１１はＤＭＤプリント基板４２に対する電気的グランド接続方法に関して説明した図である。図１０、図１１に示すように、金属製アース板金７０が照明光学部３１に対して固定されている。金属製アース板金７０には金属製の弾性部である金属製板バネ部材７４、７３が固定されている。金属製板バネ部材７４、及び７３はそれぞれ付勢されている方向が異なり、金属製板バネ部材７３は図中上方向に、金属製板バネ部材７４は図中下方向にそれぞれ付勢されている。そして、金属製板バネ部材７４はＤＭＤプリント基板４２のコネクタ４２ａ近傍であって裏面側に位置し、レジスト（絶縁）層を剥離した導電部４５に接触し、電気的グランド接続する。また、そして、金属製板バネ部材７３はＤＭＤプリント基板４２のコネクタ４２ａ近傍であって表面側に位置し、レジスト（絶縁）層を剥離した導電部４６に接触し、電気的グランド接続する。導電部４６は、ＤＭＤプリント基板４２において、ＤＭＤプリント基板４６と照明光学部３１との固定箇所よりもコネクタ部４２ａに近い位置に設ける。なお、弾性部は、本実施形態で示したものに限定されず、弾性を有して導電部４６に対して接触するように構成されているものであれば適宜変更することができる。

図１２−１、及び図１２−２は金属製板バネ部材７４、７３と導電部４５、４６との接触態様を示す図である。図１２−１、図１２−２に示すように金属製アース板金７０は照明光学部３１の金属製部分（Ｍｇ合金）とネジ７５、及びネジ７６により締結されている。金属性部分は、照明光学部３１の各部材を保持するブラケットなどの保持部である。金属製アース板金７０に固定された金属性板バネ部材７４、７３は２ヶ所あり、１ヶ所はＤＭＤプリント基板４２の上面のコネクタ４２ａ近傍の導電部４６と接触していて、他１ヶ所はＤＭＤプリント基板４２の下面のコネクタ４２ａ近傍の導電部４５と接触している。なお、金属性板バネ部材７４、７３の形状は、本実施形態のものに限定されず、導電部４５、４６と接触する山の部分が２つ以上あり、接触面積を増やすことのできる構成も採用可能である。なお、金属性板バネ部材７４、７３はバーリング箇所で金属製アース板金７０に対してカシメられることによって固定されている。また、この２ヶ所の金属性板バネ部材７４、７３は全く同一の部品を上下反転させて固定したものである。この構成によって、型の種類を増やすことなく、コストを安くすることができる。

図１３−１、図１３−２にＤＭＤ素子４１を備えたＤＭＤプリント基板４２の構成を示している。ＤＭＤプリント基板４２は４層構造であり、１層目と４層目が全体をレジスト（絶縁）層４９で覆われている。また、レジスト層４９の内側にはグランド層４７が配置されており、導電部４５、及び４６は、レジスト層４９が剥離されて、グランド層４７が露出した状態となっている。レジスト層４９とグランド層４７との間には、パターン層４５が設けられている。導電部４５、４６で金属製板バネ部材７３、７４とグランド接続することで、コネクタ４２ａ近傍でＤＭＤプリント基板４２上下面から発する電気ノイズを効率良く低減することができるようになる。

図１４−１、図１４−２は、ＤＭＤプリント基板４２に対してコネクタ接続される制御基板８０の組付け方法を示した図である。制御基板８０はＤＭＤプリント基板４２に対してコネクタ４２ａとコネクタ８２同士が接続される。また、制御基板８０は、コネクタ８２付近で金属製アース板金７０に対して２ヶ所ネジ８１によって締結される。

図１５−１、図１５−２に制御基板８０の表裏の構成を示している。図１５に示すように、制御基板８０はネジ８１により固定される箇所の両面側のレジスト（絶縁)層が剥離され導電部８３、８４となっており、この固定箇所で金属製アース板金７０と電気的グランド接続している。

すなわち、以上に示した本実施形態の構成によれば、ＤＭＤプリント基板４２と制御基板８０それぞれが両者のコネクタ近傍でそれぞれの基板表裏に対して金属製板バネ部材７３、７４を含む金属製アース板金７０に対して電気的グランド接続されるので効率的に電気ノイズを低減することができるようになる。

図１６、図１７は制御基板８０に対するその他の部材の組付け状態の詳細を示した図である。制御基板８０には、外部からの入力や出力の為に挿抜型の入出力端子として、例えばＨＤＭＩ（登録商標）コネクタとＲＧＢコネクタが設けられている。外部からケーブル端子を抜き挿しする為、その力が入出力端子に加わる。制御基板８０はＤＭＤ素子４１を設けたＤＭＤプリント基板４２や照明光学部３１に固定されているため、その力がＤＭＤプリント基板４２とのコネクタ８２や照明光学部３１に加わり、コネクタ破損やコネクタ８２での接触不良により電気ノイズ増大、及び照明光学部３１内のレンズやミラー等の光学素子への位置精度やＤＭＤ素子４１への位置精度へ影響し画像乱れ等の不具合を発生させる可能性がある。

そこで、本実施形態にあっては、ＨＤＭＩ（登録商標）コネクタやＲＧＢコネクタ等の入出力端子にはそれ自体にネジ孔が形成されており、それら入出力端子はプリント回路基板ブラケット９０（第２保持部）に対してネジ締結されている。外部からケーブル端子を抜き挿しする際の力は入出力端子のネジ締結部が受け、その力はプリント回路基板ブラケット９０が全て受ける構成である。上記プリント回路基板ブラケット９０はベースや画像投射装置１の筐体等に固定され、照明光学部３１には固定されていないため、その力が位置精度を必要とする光学素子やコネクタに伝わるのを防ぐことができるようになる。

以上に示した本実施形態の画像投射装置１にあっては、最も電気ノイズが発生するＤＭＤプリント基板４２と制御基板８０のコネクタ部近傍から電気的なグランド接続を金属製アース板金７０と行い、その金属製アース板金７０は最も電気容量の大きい照明光学部３１の金属部と接続することによって、効率的に電気ノイズを低減することができ、画像投射装置１自体が大型化を抑制することができるようになる。

また、電気ノイズの発生箇所はＤＭＤ等の画像表示素子を備えたＤＭＤプリント基板４２のコネクタ近傍の表面と裏面である。その両側に対して、グランド接続する金属製の弾性材が接触することによって、電気ノイズ低減能力を向上させることができるようになる。

１ 画像投射装置
２ スクリーン
３ 外層カバー
２０ 光源装置
２１ 光源
２２ 光源ブラケット
２３ 出射窓
２４ ホルダ
２４ｂ 光源給気口
２４ｃ 光源排気口
３０ 光学エンジン部
３１ 照明光学部
３２ 画像処理部
３３ 投射光学部
３４ 凹面ミラー
３５ シリンダミラー
３６ リレーレンズ
３７ ライトトンネル
３８ カラーホイル
４１ ＤＭＤ素子
４２ プリント基板
４３ ヒートシンク
４４ 固定板
５１ 投射レンズ
５３ Ｏｆｆ光板
５４ ミラー
６１ ネジ
７０ 金属製アース板金
７３ 金属製板バネ部材
７４ 金属性板バネ部材
７５ ７６ ８１ ネジ
８０ 制御基板
８２ コネクタ
８３ 導電部
９０ プリント回路基板ブラケット

特許第４２１０３１４号公報 特開平２−１６１７９８号公報

Claims (3)

1. 被照射面に投射する画像を生成する画像表示素子とコネクタとが設けられ、前記コネクタ近傍の表裏面それぞれに少なくとも１以上の電気的な導電部を有する第１基板と、
   光を放射する光源装置と、
   金属製の保持部と、
   前記保持部によって保持され、前記光源装置からの光を前記画像表示素子へと導く照明光学部と、
   前記画像表示素子で生成された画像を前記被照射面に投射する投射光学部と、
   前記第１基板とは互いに垂直に配置され、前記第１基板の前記コネクタと電気的に接続される第２基板と、
   前記保持部に対して、電気的に接続した状態で固定された板金と、
   前記板金に設けられ、同一形状の部材であってそれぞれ付勢される方向が異なる複数の金属製の弾性部と、
   を備え、
   前記第１基板は、前記保持部に対して固定され、
   前記複数の金属製の弾性部は、前記第１基板における前記コネクタ近傍の表裏面それぞれの前記導電部に接触しており、
   前記第２基板は、前記板金に固定されるとともに、前記板金に電気的に接続される
   ことを特徴とする画像投射装置。
2. 前記第２基板には、挿抜型の入出力端子が設けられており、
   前記入出力端子は、ネジ孔を有し、前記ネジ孔を通じて、前記保持部とは別の第２保持部に対してネジ締結されて固定されており、
   前記保持部と、前記第２保持部は、互いに固定されていない
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 被照射面に投射する画像を生成する画像表示素子とコネクタとが設けられ、前記コネクタ近傍の表裏面それぞれに少なくとも１以上の電気的な導電部を有する第１基板と、
   金属製の保持部と、
   前記第１基板とは互いに垂直に配置され、前記第１基板の前記コネクタと電気的に接続される第２基板と、
   前記保持部に対して、電気的に接続した状態で固定された板金と、
   前記板金に設けられ、同一形状の部材であってそれぞれ付勢される方向が異なる複数の金属製の弾性部と、
   を備え、
   前記第１基板は、前記保持部に対して固定され、
   前記複数の金属製の弾性部は、前記第１基板における前記コネクタ近傍の表裏面それぞれの前記導電部に接触しており、
   前記第２基板は、前記板金に固定されるとともに、前記板金に電気的に接続される
   ことを特徴とする基板保持構造。

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