JP2007093945A - Optical coupler and image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長が異なる複数の光束を光伝送手段に光学的に結合させる光結合器、及びこの光結合器によって結合された光束を光伝送手段から出射して画像を表示する画像表示装置に関する。 The present invention relates to an optical coupler that optically couples a plurality of light beams having different wavelengths to an optical transmission unit, and an image display device that displays an image by emitting the light beam combined by the optical coupler from the optical transmission unit. .
R(赤)、G(緑)、B(青)の光束を各別に出射する光源から出射されたR光束、G光束及びB光束を内臓する光結合器によって光ファイバ内に結合させ、光ファイバから出射した光束を水平方向及び垂直方向へ走査させて、画像を表示する画像表示装置が開発されている(たとえば、特許文献1参照。)。 R (red), G (green), and B (blue) light beams that are individually emitted from a light source are combined into an optical fiber by an optical coupler that incorporates the R light beam, the G light beam, and the B light beam. 2. Description of the Related Art An image display device that displays an image by scanning a light beam emitted from a horizontal direction and a vertical direction has been developed (see, for example, Patent Document 1).
かかる画像表示装置の光結合器にあっては、前記光源から入射されたR光束、G光束及びB光束の光路にそれぞれ、対応する波長の光は反射させるが、それ以外の波長の光は透過させるダイクロイックミラーが、各ダイクロイックミラーによる反射光の光路が一軸上に重畳するように配置してあり、各ダイクロイックミラーによる各反射光が一軸上に重畳され、当該軸上に配設された一つの集光レンズによって集光されて、光ファイバ内へ入射結合されるようになっていた。 In the optical coupler of such an image display device, light of the corresponding wavelength is reflected on the optical paths of the R light beam, G light beam, and B light beam incident from the light source, but light of other wavelengths is transmitted. The dichroic mirror is arranged so that the optical path of the reflected light from each dichroic mirror is superimposed on one axis, and each reflected light from each dichroic mirror is superimposed on one axis, The light is condensed by a condensing lens and incidently coupled into the optical fiber.
しかしながら、このような従来の光結合器にあっては、各ダイクロイックミラーによって一軸上に重畳させた重畳光を一つの集光レンズで集光しているため、重畳光を構成するR光束成分、G光束成分及びB光束成分の色収差の影響が大きいという問題があった。これに対して、複数のレンズを用いて色収差を低減しつつ重畳光を集光することはできるものの、部品コストが増大するのに加え、光結合器が大型化してしまうという問題もあった。 However, in such a conventional optical coupler, since the superimposed light superimposed on one axis by each dichroic mirror is condensed by one condenser lens, the R light flux component constituting the superimposed light, There has been a problem that the influence of the chromatic aberration of the G beam component and the B beam component is large. On the other hand, although superimposed light can be condensed while reducing chromatic aberration using a plurality of lenses, there is a problem that the optical coupler is increased in size in addition to the increase in the component cost.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制する一方、大型化することを回避して、色収差の影響を低減することができる光結合器、及びこの光結合器を備える画像表示装置を提供する。 The present invention has been made in view of such circumstances, and suppresses an increase in the component cost required for the optical coupler as much as possible, while avoiding an increase in size and reducing the influence of chromatic aberration. An optical coupler that can be used, and an image display device including the optical coupler are provided.
請求項1記載の本発明は、予め定めた複数の放出位置からそれぞれ、波長が異なる光束が各別に入射される複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段と、この光学手段によって重畳された重畳光束を集光して光伝送手段内に入射させる集光部とを備え、前記各光束を光伝送手段に光学的に結合させる光結合器において、前記集光部は1つの集光レンズを用いて構成してあり、前記重畳光束を構成する前記各光束の成分の内、前記光伝送手段内に入射される各成分が、所要の割合になるように構成してあることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of collimating lenses into which light beams having different wavelengths are respectively incident from a plurality of predetermined emission positions and the light beams emitted from the collimating lenses are superimposed on one axis. In an optical coupler that includes an optical unit and a condensing unit that collects the superimposed light beam superimposed by the optical unit and causes the light beam to enter the optical transmission unit, and optically couples the light beam to the optical transmission unit. The condensing unit is configured by using one condensing lens, and among the components of the light beams constituting the superimposed light beam, each component incident on the light transmission unit has a required ratio. It is configured as described above.
請求項2記載の本発明は、前記集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方が大きくなるようにしてあることを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention, the wavefront curvature of each component incident on the condenser lens is larger when the wavefront curvature is related to a relatively long wavelength component than when the wavefront curvature is related to a relatively short wavelength component. It is characterized by the above.
請求項3記載の本発明は、前記各コリメートレンズの焦点距離は互いに略等しくしてあり、前記各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離は、相対的に長い波長の光束に係る場合より相対的に短い波長の光束に係る場合の方を短くしてあることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the focal lengths of the respective collimating lenses are substantially equal to each other, and the distance between each of the emission positions and the corresponding collimating lens relates to a light beam having a relatively long wavelength. It is characterized in that the case of a light beam having a shorter wavelength is shorter.
請求項4記載の本発明は、前記集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径は、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくしてあることを特徴とする。
In the present invention according to
請求項5記載の本発明は、前記各コリメートレンズの焦点距離は、相対的に長い波長の光束が入射されるものより相対的に短い波長の光束が入射されるものの方が短くしてあり、前記各放出位置と各コリメートレンズとの距離は、当該コリメートレンズの焦点距離にしてあることを特徴とする。
In the present invention according to
請求項6記載の本発明は、相対的に短い波長の光束が入射されるコリメートレンズの出側光路上に、入側の光径より出側の光径を小さくする光径調整手段が配設してあることを特徴とする。 According to the sixth aspect of the present invention, the light diameter adjusting means for making the light diameter on the exit side smaller than the light diameter on the entrance side is disposed on the exit side optical path of the collimator lens on which a light beam having a relatively short wavelength is incident. It is characterized by being.
請求項7記載の本発明は、前記光径調整手段は、相異なる複数の光径に調整可能に構成してなることを特徴とする。 The present invention according to claim 7 is characterized in that the light diameter adjusting means is configured to be adjustable to a plurality of different light diameters.
請求項8記載の本発明は、前記集光レンズに前記各成分の色収差を低減する光回折部が設けてあることを特徴とする。
The present invention according to
請求項9記載の本発明は、前記光伝送手段内に入射される各成分の割合は、視感度が低い成分の割合が高くなるように定めてあることを特徴とする。 The present invention according to claim 9 is characterized in that a ratio of each component incident in the optical transmission means is determined so that a ratio of a component having low visibility is increased.
請求項10記載の本発明は、少なくとも3つのコリメートレンズが配置してあり、前記光伝送手段内に入射される各成分の割合は、中間の波長の光束に係る成分の割合が高くなるように定めてあることを特徴とする。 According to the tenth aspect of the present invention, at least three collimating lenses are arranged, and the ratio of each component incident in the optical transmission means is such that the ratio of the component related to the light beam having an intermediate wavelength is high. It is characterized by being defined.
請求項11記載の本発明は、前記光学手段は、1又は複数のダイクロイックミラーを具備することを特徴とする。
The present invention according to
請求項12記載の本発明は、波長が相異なる光束をそれぞれ発出する複数の光源と、各光源が発出した光束が、予め定めた複数の放出位置から各別に入射される複数のコリメートレンズ、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段、及びこの光学手段によって重畳された重畳光束を集光する集光部を具備する光結合器と、この光結合器の前記集光部により集光された重畳光束が光学的に結合される光伝送手段とを備え、この光伝送手段から出射された光束を2次元に走査させて画像を表示する画像表示装置において、前記光結合器として、請求項1から11のいずれか1項に記載の光結合器を用いて構成してあることを特徴とする。
The present invention according to
請求項13記載の本発明は、2次元に走査された光束を網膜へ照射するリレー光学手段を備え、このリレー光学手段によって網膜に画像を表示するようにしてあることを特徴とする。
The present invention according to
請求項1、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、予め定めた複数の放出位置からそれぞれ、波長が異なる光束が各別に入射される複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる1又は複数のダイクロイックミラーといった光学手段と、この光学手段によって重畳された重畳光束を集光して光伝送手段内に入射させる集光部とを備え、前記各光束を光伝送手段に光学的に結合させる場合、前記集光部は1つの集光レンズを用いて構成してあり、前記重畳光束を構成する前記各光束の成分の内、前記光伝送手段内に入射される各成分が、所要の割合になるように構成してあるため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制する一方、大型化することを回避して、色収差の影響を低減することができる。
In the present invention according to claim 1,
請求項2、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方が大きくなるようにしてあるため、相対的に長い波長の成分の集光レンズによる焦点距離と、相対的に短い波長の成分の集光レンズによる焦点距離とを略同じにすることができ、これによって色収差の影響を低減することができる。
In the present invention of
ここで、波面曲率は、波面曲率半径と同意で用いている。すなわち、平行光は波面曲率(半径)が無限大であり、収束の度合いが平行に近い収束光ほど、波面曲率(半径)が大きい。 Here, the wavefront curvature is used in agreement with the wavefront curvature radius. That is, the parallel light has an infinite wavefront curvature (radius), and the convergent light whose degree of convergence is nearly parallel has a larger wavefront curvature (radius).
請求項3、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、各コリメートレンズの焦点距離は互いに略等しくしてあり、前記各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離は、相対的に長い波長の光束に係る場合より相対的に短い波長の光束に係る場合の方を短くしてあるため、集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方を大きくすることができ、前同様、色収差の影響を低減することができる。また、各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離を前述した如く定めるだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。
In the present invention of
請求項4、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径は、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくしてあるため、相対的に短い波長の成分の集光レンズによる収束領域の光軸方向の距離を長くすることができ、これによって当該成分を従来より多く光伝送手段内に入射させることができる。従って、色収差の影響を低減することができる。
In the present invention according to
請求項5、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、各コリメートレンズの焦点距離は、相対的に長い波長の光束が入射されるものより相対的に短い波長の光束が入射されるものの方が短くしてあり、前記各放出位置と各コリメートレンズとの距離は、当該コリメートレンズの焦点距離にしてあるため、集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径を、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくすることができ、これによって前同様、色収差の影響を低減することができる。また、焦点距離が異なるコリメートレンズを配置するだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。
In the present invention according to
請求項6、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、相対的に短い波長の光束が入射されるコリメートレンズの出側光路上に、入側の光径より出側の光径を小さくする光径調整手段が配設してあるため、集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径を、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくすることができ、波長によって光ファイバのNAが異なる点を補正できる。一方、光径調整手段は、例えば、遮光性の薄板材に所要直径の孔を貫通させることによって構成することができるので、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。
In the present invention according to claim 6,
請求項7、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、光径調整手段は、相異なる複数の光径に調整可能に構成してなるため、光源等の製品にばらつきが存在する場合であっても、光径調整手段にて所要の光径に調整することによって、光ファイバのNAが波長によって異なる影響を可及的に低減することができる。
In the present invention according to claim 7,
請求項8、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、集光レンズに前記各成分の色収差を低減する光回折部が設けてあるため、大型化することを回避しつつ、色収差の影響を低減することができる。
In the present invention according to
請求項9、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、光伝送手段内に入射される各成分の割合は、視感度が低い成分の割合が高くなるように定めてあるため、視認される場合の色バランスが改善され、これによって色収差の影響を低減することができる。また、前記各成分の割合を調整するだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。
In the present invention according to claim 9,
請求項10、請求項11、請求項12又は請求項13記載の本発明では、少なくとも3つのコリメートレンズが配置してあり、前記光伝送手段内に入射される各成分の割合は、中間の波長の光束に係る成分の割合が高くなるように定めてあるため、異なる波長の光束に係る成分を、中間の波長の光束に係る成分によってバランスさせることができ、これによって色収差の影響を低減することができる。また、前記各成分の割合を調整するだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。
In the present invention according to
本発明に係る光結合器は、予め定めた複数の放出位置からそれぞれ、波長が異なる光束が各別に入射される複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段と、この光学手段によって重畳された重畳光束を集光して光伝送手段内に入射させる集光部とを備え、前記各光束を光伝送手段に光学的に結合させる光結合器において、前記集光部は1つの集光レンズを用いて構成してあり、前記重畳光束を構成する前記各光束の成分の内、前記光伝送手段内に入射される各成分が、所要の割合になるように構成してある。 The optical coupler according to the present invention superimposes a plurality of collimating lenses on which light beams having different wavelengths are respectively incident from a plurality of predetermined emission positions and the light beams emitted from the collimating lenses on one axis. In an optical coupler that includes an optical unit and a condensing unit that collects the superimposed light beam superimposed by the optical unit and causes the light beam to enter the optical transmission unit, and optically couples the light beam to the optical transmission unit. The condensing unit is configured by using one condensing lens, and among the components of the light beams constituting the superimposed light beam, each component incident on the light transmission unit has a required ratio. It is constituted as follows.
前述した集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方が大きくなるようにしてある。 The wavefront curvature of each of the components incident on the condensing lens described above is larger for the component related to the relatively long wavelength component than for the component related to the relatively short wavelength component.
一方、各コリメートレンズの焦点距離は互いに略等しくしてあり、前記各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離は、相対的に長い波長の光束に係る場合より相対的に短い波長の光束に係る場合の方を短くしてある。 On the other hand, the focal lengths of the respective collimating lenses are substantially equal to each other, and the distance between each of the emission positions and the corresponding collimating lens is a light beam having a relatively short wavelength compared to the case of a light beam having a relatively long wavelength. The case where it concerns is shortened.
また、集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径は、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくしてある。 In addition, the diameter of the light beam related to each of the components incident on the condenser lens is made smaller for a light beam having a relatively short wavelength than that for a light wave having a relatively long wavelength.
具体的には、各コリメートレンズの焦点距離は、相対的に長い波長の光束が入射されるものより相対的に短い波長の光束が入射されるものの方が短くしてあり、前記各放出位置と各コリメートレンズとの距離は、当該コリメートレンズの焦点距離にしてある。 Specifically, the focal length of each collimating lens is shorter when a relatively short wavelength light beam is incident than when a relatively long wavelength light beam is incident. The distance from each collimating lens is the focal length of the collimating lens.
また、相対的に短い波長の光束が入射されるコリメートレンズの出側光路上に、入側の光径より出側の光径を小さくする光径調整手段が配設してもよい。 Further, a light diameter adjusting means for making the light diameter on the outgoing side smaller than the light diameter on the incoming side may be disposed on the outgoing optical path of the collimating lens on which a light beam having a relatively short wavelength is incident.
この光径調整手段は、相異なる複数の光径に調整可能に構成してもよい。 The light diameter adjusting means may be configured to be adjustable to a plurality of different light diameters.
一方、集光レンズに前記各成分の色収差を低減する光回折部が設けてある。 On the other hand, the condensing lens is provided with a light diffractive portion for reducing the chromatic aberration of each component.
ところで、光伝送手段内に入射される各成分の割合は、視感度が低い成分の割合が高くなるように定めてある。 By the way, the ratio of each component incident in the optical transmission means is determined so that the ratio of the component having low visibility is increased.
また、少なくとも3つのコリメートレンズが配置してあり、光伝送手段内に入射される各成分の割合は、中間の波長の光束に係る成分の割合が高くなるように定めてもよい。 In addition, at least three collimating lenses may be arranged, and the ratio of each component incident in the optical transmission unit may be determined so that the ratio of the component related to the light beam having an intermediate wavelength is high.
ここで、光学手段は、1又は複数のダイクロイックミラーを具備する。 Here, the optical means includes one or a plurality of dichroic mirrors.
本発明に係る画像表示装置は、波長が相異なる光束をそれぞれ発出する複数の光源と、各光源が発出した光束が、予め定めた複数の放出位置から各別に入射される複数のコリメートレンズ、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段、及びこの光学手段によって重畳された重畳光束を集光する集光部を具備する光結合器と、この光結合器の前記集光部により集光された重畳光束が光学的に結合される光伝送手段とを備え、この光伝送手段から出射された光束を2次元に走査させて画像を表示する画像表示装置において、前記光結合器として、前述したいずれかの光結合器を用いて構成してある。 An image display device according to the present invention includes a plurality of light sources that emit light beams having different wavelengths, a plurality of collimator lenses that receive light beams emitted from the light sources separately from a plurality of predetermined emission positions, Optical means for superimposing the light beams emitted from the collimator lens on one axis, an optical coupler for condensing the superimposed light beams superimposed by the optical means, and the condensing of the optical coupler And an optical transmission unit that optically couples the superposed light beam collected by the optical unit, and two-dimensionally scans the light beam emitted from the light transmission unit to display an image. As a coupler, any one of the optical couplers described above is used.
また、2次元に走査された光束を網膜へ照射するリレー光学手段を備え、このリレー光学手段によって網膜に画像を表示するようになすことによって、網膜走査型の画像表示装置として適用する。
(実施の形態1)
In addition, a relay optical unit that irradiates the retina with a two-dimensionally scanned light beam is provided, and an image is displayed on the retina by the relay optical unit, thereby being applied as a retina scanning type image display device.
(Embodiment 1)
以下、本発明を図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る網膜操作型の画像表示装置の構成をブロック図と共に示す模式図であり、図中、1は、後述する複数のドライバにそれぞれ所要の映像信号を供給する映像信号供給回路である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a retinal operation type image display apparatus according to the present invention together with a block diagram. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a video signal supply for supplying required video signals to a plurality of drivers described later. Circuit.
映像信号供給回路1には外部から映像信号が与えられるようになっており、映像信号供給回路1は、与えられた映像信号に基づいて、表示する画像に奥行きを持たせるべく後述する波面曲率変調ドライバ70の動作を制御する奥行き信号、2次元走査を行なう場合の水平同期を行なうための水平同期信号、及び2次元走査を行なう場合の垂直同期を行なうための垂直同期信号を生成し、生成した奥行き信号は波面曲率変調ドライバ70に、水平同期信号は水平走査ドライバ71に、垂直同期信号は垂直走査ドライバ74にそれぞれ与えるようになっている。
A video signal is supplied to the video signal supply circuit 1 from the outside, and the video signal supply circuit 1 performs wavefront curvature modulation, which will be described later, based on the supplied video signal so as to give a depth to an image to be displayed. A depth signal for controlling the operation of the
また、映像信号供給回路1は、前記映像信号に基づいて、R(赤)光束、G(緑)光束、B(青)光束の光量を調節するためのR映像信号、G映像信号、B映像信号を生成するようになっており、R映像信号、G映像信号、B映像信号は対応するRレーザドライバ3、Gレーザドライバ4、Bレーザドライバ2に各別に与えられる。
Further, the video signal supply circuit 1 controls the R video signal, the G video signal, and the B video for adjusting the light amounts of the R (red) light beam, the G (green) light beam, and the B (blue) light beam based on the video signal. The R video signal, the G video signal, and the B video signal are separately supplied to the corresponding
これら各レーザドライバ3,4,2は与えられた映像信号に従って、対応するRレーザ出射器6、Gレーザ出射器7及びBレーザ出射器5の出力を制御し、出射される各レーザ光束の光量を調整する。そして、各レーザ出射器6,7,5から出射された各レーザ光束は、図2に示す3本の光結合用光ファイバによって光結合器10へそれぞれ伝送されるようになっている。
Each of these
光結合器10内には、入射光を平行にして出射する3つの光結合用コリメートレンズ13,13,13が一列に配設してあり、各光結合用光ファイバは光結合器10に、その端部を対応する光結合用コリメートレンズ13,13,13に対向するように連結されている。そして、各光結合用光ファイバの出射端部から出射されたレーザ光束は、対応する光結合用コリメートレンズ13,13,13を通過する間に平行光になされる。この光結合器10の内部には、所定の波長の光は反射する一方、それ以外の波長の光は透過するダイクロイックミラー21,22,23がそれぞれ、前記光結合用コリメートレンズ13,13,13に対向させて一軸上に配置してあり、平行光になされた各レーザ光束は、Bレーザ出射器5、Rレーザ出射器6及びGレーザ出射器7に対応するダイクロイックミラー21,22,23によって前記一軸方向へ変向されて互いに重畳(合波)されるようになっている。
In the
前記一軸上には集光部を構成する集光レンズ32が配置してあり、光結合器10には、この集光レンズ32に対向して走査用光ファイバ(光伝送手段)40の入射端が連結してある。そして、前述した如く重畳された重畳光束は、集光レンズ32によって集光され、走査用光ファイバ40内に入射結合される。
A condensing
走査用光ファイバ40に光学的に結合された光束は、当該走査用光ファイバ40によって所定位置まで伝送される。この走査用光ファイバ40の出射端には走査用コリメートレンズ50が対向配置してあり、走査用光ファイバ40の出射端から出射された光束は、走査用コリメートレンズ50によって再び平行光になされて波面変調部60のビームスプリッタ61に入射され、そこで透過光と当該透過光と直交する方向へ反射された反射光とに分離される。
The light beam optically coupled to the scanning
この反射光は凸レンズ62によって可動ミラー63上に収束され、この可動ミラー63によって入射方向と反対の方向へ反射される。可動ミラー63は、波面曲率変調ドライバ70によって前記凸レンズ62へ接近する方向又は凸レンズ62から離隔する方向へ進退駆動されるようになっており、波面曲率変調ドライバ70は、前述した映像信号供給回路1から与えられた奥行き信号に従って可動ミラー63を進退させることによって反射光の波面曲率を変調する。
The reflected light is converged on the movable mirror 63 by the
可動ミラー63の反射光は凸レンズ62及びビームスプリッタ61を透過して水平走査用ミラー72に入射されるようになっている。水平走査用ミラー72はそれを支持する支持軸周りに回動可能に支持されており、水平走査ドライバ71によって回動制御されるようになっている。水平走査ドライバ71には、前述した映像信号供給回路1から水平同期信号が与えられるようになっており、水平走査ドライバ71は、与えられた水平同期信号に従って水平走査用ミラー72を回動させることによって、波面曲率が変調された光束を水平走査させる。
Reflected light from the movable mirror 63 passes through the
このようにして水平走査された光束は、複数のレンズを配設してなる第1リレー光学手段73によって垂直走査用ミラー75に入射される。垂直走査用ミラー75はそれを支持する支持軸周りに回動可能に支持されており、垂直走査ドライバ74によって回動制御されるようになっている。垂直走査ドライバ74には、前述した映像信号供給回路1から垂直同期信号が与えられるようになっており、垂直走査ドライバ74は、与えられた垂直同期信号に従って垂直走査用ミラー75を回動させることによって、水平走査された光束を垂直走査させる。
The light beam horizontally scanned in this way is incident on the
このように水平走査用ミラー72及び垂直走査用ミラー75によって2次元走査された光束は、複数のレンズを配設してなる第2リレー光学手段76によって眼球I内へ投射され、内部の網膜上に画像が表示される。
The light beam that has been two-dimensionally scanned by the
図2は、図1に示した光結合器10を示す模式的拡大断面図である。なお、図中、図1に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してある。図2に示した如く、光結合器10は、遮光性部材にて例えば直方体殻形状に成形してなる筐体11を備えており、該筐体11の側面であって筐体11の中心軸と平行をなす線分上には、3つの貫通孔が筐体11の一端から所定の距離を隔てて開設してある。筐体11の側面であって各貫通孔の周囲には、遮光性部材にてキャップ状に成形してなる連結部12,12,12が固定してあり、各貫通孔内への外光の浸入を防止してある。
FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view showing the
各連結部12,12,12内には、前述した光結合用コリメートレンズ13,13,13が、その光軸を連結部12,12,12の中心軸と平行をなして配設してあり、各連結部12,12,12の天井部の前記光軸上の位置にはそれぞれ、前述したBレーザ出射器5、Rレーザ出射器6及びGレーザ出射器7から出射されたB光束、R光束及びG光束が各別に入射される光結合用光ファイバ8,8,8の出射側端部分が、その先端部を連結部12,12,12内に所定寸法だけ装入させる様態で、筐体11の一端からこの順で接続してある。そして、光結合用光ファイバ8,8,8によって伝送されたR光束、G光束及びB光束は、各出射側端部から連結部12,12,12内の光結合用コリメートレンズ13,13,13へ出射され、光結合用コリメートレンズ13,13,13を透過して前記各貫通孔から筐体11内へ入射される。
The optical
筐体11内の各入射光束の光路上にはそれぞれ、前述したダイクロイックミラー21,22,23が筐体11の中心軸と平行をなす軸上に一列に配設してあり、各入射光束は、対応するダイクロイックミラー21,22,23によって筐体11の一端側へ直角に反射され、これら各反射光束は筐体11の一端と当該一端に対向するダイクロイックミラー21との間で全て重畳(合波)されるようになっている。
The dichroic mirrors 21, 22, and 23 described above are arranged in a line on an axis parallel to the central axis of the
筐体11の一端面であって前記軸上の位置には、出射用の貫通孔が開設してあり、筐体11の前記貫通孔の周囲には、遮光部材にてキャップ状に成形してなる連結部30が、貫通孔内への外光の浸入を防止するように固定してある。この連結部31内には、一つの集光レンズ32がその光軸を前記軸と一致させて配設してあり、該集光レンズ32及び連結部31によって集光部30が構成されている。連結部31の天井面の前記軸上の位置には、前述した走査用光ファイバ40の入射端部分が、その端部を内部へ所定寸法だけ装入させた様態で接続してあり、ダイクロイックミラー21,22,23で重畳されて集光レンズ32で集光された重畳光束は、走査用光ファイバ40内へ入射され、内部コアと光学的に結合される。
An exit through-hole is formed at one end surface of the
そして、本実施の形態に係る光結合器10にあっては、次のようにして色収差の影響を低減している。
In the
図3は、図2に示した光結合用コリメートレンズ13,13,13及び光結合用光ファイバ8,8,8の部分拡大図であり、光結合器への入射光束の波面曲率を調整する構成を説明するものである。また、図4は、図2に示した集光レンズ32及び走査用光ファイバ40の模式的部分拡大断面図であり、波面曲率が調整されたR光束、G光束及びB光束が走査用光ファイバに入射される状態を示している。両図中、実線はR光束を、一点鎖線はG光束を、破線はB光束をそれぞれ示している。なお、両図中、図2に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してある。
FIG. 3 is a partially enlarged view of the optical
図3に示した如く、各光結合用コリメートレンズ13,13,13は焦点距離が同じものを用いてあり、光結合用コリメートレンズ13,13,13と光結合用光ファイバ8,8,8の端部たる放出位置との間の距離dは、R光束に係る距離d1に付いては光結合用コリメートレンズ13の焦点距離にしてあり、G光束に係る距離d2に付いては前記距離d1より長い所定距離にしてあり、B光束に係る距離d3に付いては前記距離d2より長い所定距離にしてある。
As shown in FIG. 3, the optical
この場合、R光束は、対応する光結合用コリメートレンズ13によって平行光になされ、G光束の波面曲率は平行光より小さくなされ、B光束の波面曲率はG光束の波面曲率より小さくなされる。これによって、図4に示した如く、集光レンズ32によるR光束の収束位置と、G光束の収束位置及びB光束の収束位置とが略同じになり、集光レンズ32による色収差の影響を低減することができる。
In this case, the R light beam is converted into parallel light by the corresponding optical
また、各光結合用コリメートレンズ13,13,13と光結合用光ファイバ8,8,8の端部との間の距離を前述した如く定めるだけでよいため、光結合器10に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、光結合器10が大型化することを回避することができる。
(実施の形態2)
Further, since the distance between each optical
(Embodiment 2)
図5は、実施の形態2に係る光結合器の要部構成を示す模式的断面図であり、R光束、G光束及びB光束の直径(光径)を調整することによって、波長によって光ファイバのNAが異なる影響を低減するようにしてある。また、図6は、図2に示した集光レンズ32及び走査用光ファイバ40の模式的部分拡大断面図であり、光径が調整されたR光束、G光束及びB光束が走査用光ファイバに入射される状態を示している。なお、両図中、図2に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してあり、また、実線はR光束を、一点鎖線はG光束を、破線はB光束をそれぞれ示している。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of the optical coupler according to the second embodiment. By adjusting the diameters (light diameters) of the R light beam, the G light beam, and the B light beam, the optical fiber is changed depending on the wavelength. The effect of different NAs is reduced. 6 is a schematic partial enlarged cross-sectional view of the condensing
図5に示した如く、各光結合用コリメートレンズ13,13,13の焦点距離fは、B光束に係る焦点距離f1よりG光束に係る焦点距離f2の方が長く、G光束に係る焦点距離f2よりR光束に係る焦点距離f3の方が長い。そして、各光結合用光ファイバ8,8,8の端部たる放出位置は、対応する光結合用コリメートレンズ13,13,13の焦点距離の位置にしてある。
As shown in FIG. 5, the focal length f of each of the optical
この場合、図5に示した如く、光結合用コリメートレンズ13,13,13から出射される光束は、B光束の直径よりG光束の直径の方が大きく、G光束の直径よりR光束の直径の大きい。従って、図6に示した如く、集光レンズ32に入射される各光束も同様に、B光束の直径よりG光束の直径の方が大きく、G光束の直径よりR光束の直径の方が大きい。
In this case, as shown in FIG. 5, the luminous flux emitted from the optical
図16は、従来の光結合器の要部を示す模式的断面図であり、同じ直径のR光束、G光束及びB光束が集光レンズ132によって走査用光ファイバ140に光学的に結合される状態を示している。図16に示した如く、同じ直径のR光束、G光束及びB光束が集光レンズ132に入射された場合、各光束が収束する位置は、B光束、G光束、R光束の順に集光レンズから距離が隔たるという色収差が生じていた。従って、R光束が走査用光ファイバ140に光学的に結合される結合量が最大になるように構成した場合、G光束の結合量はR光束の結合量より低く、B光束の結合量はG光束の結合量より低いものであった。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the main part of a conventional optical coupler, in which the R, G, and B light beams having the same diameter are optically coupled to the scanning
ところで、光束が集光レンズで可及的に収束される収束領域は光軸の軸長方向へ距離を有している。そして、その距離は、集光レンズに入射される光束の直径によって異なり、光束の直径が小さい場合の方が光束の直径が大きい場合より長い。本実施の形態では、前述した如く、集光レンズ32に入射される各光束は、R光束の直径よりG光束の直径の方が小さく、G光束の直径よりB光束の直径の方が小さくしてあるので、B光束の収束領域、G光束の収束領域及びR光束の収束領域を重畳させることができ、これによって前述した如き波長によって光ファイバのNAが異なる影響を低減させることができる。
By the way, the convergence area where the luminous flux is converged as much as possible by the condenser lens has a distance in the axial length direction of the optical axis. The distance varies depending on the diameter of the light beam incident on the condenser lens, and the distance when the diameter of the light beam is small is longer than when the diameter of the light beam is large. In the present embodiment, as described above, each light beam incident on the
そして、図6に示した如く、重畳させた収束領域に走査用光ファイバ40の入射側端部を位置させることによって、各光束と走査用光ファイバ40との光学的な結合量を大きくすることができる。
Then, as shown in FIG. 6, the amount of optical coupling between each light beam and the scanning
また、焦点距離が異なるコリメートレンズ13,13,13を所定の位置に配置するだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。
(実施の形態3)
Moreover, since it is only necessary to arrange the
(Embodiment 3)
図7は、実施の形態3に係る光結合器の要部構成を示す模式的断面図であり、集光レンズ32に入射させる各光束の直径を調整するようにしてある。なお、図中、図2に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of the optical coupler according to
図7に示した如く、コリメートレンズ13,13,13とダイクロイックミラー21,22,23との間には、例えば遮光部材に入射光束の直径より小さい直径の孔を開設してなり、対応する光束の直径を調整する光径調節部25,25,25が介装してあり、コリメートレンズ13,13,13から出射された各光束は、光径調節部25,25,25によって、R光束の直径よりG光束の直径の方が小さく、G光束の直径よりB光束の直径の方が小さくなされてダイクロイックミラー21,22,23に入射されるようになっている。
As shown in FIG. 7, between the
図8〜図13は、図7に示した光径調整部25の構成例を示す模式図であり、複数の光径に変更可能にしてある。すなわち、図8及び図9に示したように、光径調整部25aは、遮光性の円板に、直径が異なる複数(両図にあっては4つ)の貫通孔を周方向へ一定の間隔で開設し、いずれかの貫通孔が図7に示したコリメートレンズ13からダイクロイックミラー21(22,23)への光路上に位置し得るように回転可能に軸支して構成することができる。
FIGS. 8 to 13 are schematic views showing a configuration example of the light
また、図10及び図11に示した如く、光径調整部25bは、遮光性の長方形板に、直径が異なる複数(両図にあっては3つ)の貫通孔が長手方向へ一定の間隔で開設し、いずれかの貫通孔が図8に示したコリメートレンズ13からダイクロイックミラー21(22,23)への光路上に位置し得るように進退可能に支持して構成することもできる。
Further, as shown in FIGS. 10 and 11, the light
更に、図12及び図13に示した如く、光径調整部25cは、可変アパーチャー又は液晶(LCD)シャッタをコリメートレンズ13からダイクロイックミラー21(22,23)への光路上に配置して、光束の透過領域の直径を同心円上に変更し得るように構成してもよい。
Further, as shown in FIGS. 12 and 13, the light
これによって、前同様、集光レンズ32に入射される各光束は、R光束の直径よりG光束の直径の方が小さく、G光束の直径よりB光束の直径の方が小さくすることができるため、B光束の収束領域、G光束の収束領域及びR光束の収束領域を重畳させることができ、波長による差を低減させることができる。
As a result, each of the light beams incident on the
また、光径調整部25,25,25は、前述した如く異なる光径に調整可能にしてあるため、例えば、図1に示したRレーザ出射器6、Gレーザ出射器7及びBレーザ出射器5にばらつきが生じていた場合であっても、対応する光径調整部25の貫通孔の直径又は透過領域の直径を変更することによって、前記ばらつきを低減することができる。
Further, since the light
また、比較的簡単な構成で光径を調整することができるため、光結合器10に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができる。
In addition, since the light diameter can be adjusted with a relatively simple configuration, an increase in the component cost required for the
なお、本実施の形態では、光径調整部25,25,25は異なる光径に調整可能にしてあるが、本発明はこれに限らず、適宜な一の光径に調整するようにしてもよいことはいうまでもない。
(実施の形態4)
In the present embodiment, the light
(Embodiment 4)
図14は、実施の形態4に係る光結合器10の要部構成を示す模式的断面図であり、光回折によって色収差を減少させるようにしてある。なお、図中、図4に対応する部分には同じ番号を付してある。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of the
図14に示した如く、集光レンズ32aの出射側面には、光回折格子を刻設してなる光回折部33が形成してあり、光回折部33によって、R光束の収束位置、G光束の収束位置及びB光束の収束位置が略一致するようになしてある。これによって、大型化することを回避しつつ、色収差を低減することができ、R光束、G光束及びB光束を走査用光ファイバ40内に略均等に入射させることができる。
(実施の形態5)
As shown in FIG. 14, a light diffractive portion 33 formed by engraving a light diffraction grating is formed on the exit side surface of the condensing
(Embodiment 5)
図15は、実施の形態5に係る光結合器10の要部構成を示す模式的断面図であり、人間が視認する際の色バランスを調整するようにしてある。なお、図中、図4に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。また、実線はR光束を、一点鎖線はG光束を、破線はB光束をそれぞれ示している。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the main part of the
図15に示した如く、本実施の形態に係る光結合器10にあっては、集光レンズ32と走査用光ファイバ40との間の距離は、集光レンズ32から破線で示したB光束が収束する位置までの距離にしてある。このようにした場合、集光レンズ32に集光されたR光束、G光束及びB光束が走査用光ファイバ40と結合する結合量は、B光束が最も多く、G光束、R光束の順に少ない。
As shown in FIG. 15, in the
ところで、種々の色の光束に対して人間が眼球で感得することができる程度を示す視感度は、R光束、G光束及びB光束にあっては、G光束が最も高く、B光束が最も低い。従って、前述したように、視感度が低いB光束の結合量を多く、視感度が高いG光束の結合量を少なくするように構成することによって、視認される場合の色バランスが改善され、これによって色収差の影響を低減することができる。 By the way, the visual sensitivity indicating the degree to which a human can perceive light beams of various colors is the highest in the G light beam and the lowest in the B light beam among the R light beam, the G light beam, and the B light beam. . Therefore, as described above, the configuration is such that the coupling amount of the B light beam having a low visibility is increased and the coupling amount of the G light beam having a high visibility is decreased, thereby improving the color balance when visually recognized. Thus, the influence of chromatic aberration can be reduced.
また、集光レンズ32と走査用光ファイバ40との間の距離を所要の寸法に設定するだけでよいため、光結合器10に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。
Further, since it is only necessary to set the distance between the condensing
なお、上述した各実施の形態では、網膜走査型の画像表示装置について説明したが、本発明はこれに限らず、例えばイベント会場で壁面等に画像を表示する画像表示装置にも適用し得ることはいうまでもない。 In each of the above-described embodiments, the retinal scanning type image display device has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, an image display device that displays an image on a wall surface or the like at an event venue. Needless to say.
1 画像表示装置
2 Bレーザドライバ
3 Rレーザドライバ
4 Gレーザドライバ
5 Bレーザ出射器
6 Rレーザ出射器
7 Gレーザ出射器
8 光結合用光ファイバ
10 光結合器
11 筐体
12 連結部
13 光結合用コリメートレンズ
21 ダイクロイックミラー
22 ダイクロイックミラー
23 ダイクロイックミラー
30 集光部
31 連結部
32 集光レンズ
32a 集光レンズ
33 光回折部
40 走査用光ファイバ
50 走査用コリメートレンズ
60 波面変調部
61 ビームスプリッタ
62 凸レンズ
63 可動ミラー
70 波面曲率変調ドライバ
71 水平走査ドライバ
72 水平走査用ミラー
73 第1リレー光学手段
74 垂直走査ドライバ
75 垂直走査用ミラー
76 第2リレー光学手段
132 集光レンズ
140 走査用光ファイバ
I 眼球
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display apparatus 2 B laser driver 3 R laser driver 4 G laser driver 5 B laser emitter 6 R laser emitter 7
Claims (13)
前記集光部は1つの集光レンズを用いて構成してあり、
前記重畳光束を構成する前記各光束の成分の内、前記光伝送手段内に入射される各成分が、所要の割合になるように構成してある
ことを特徴とする光結合器。 A plurality of collimating lenses each receiving a light beam having a different wavelength from a plurality of predetermined emission positions, an optical means for superimposing each light flux emitted from each collimating lens on one axis, and superimposing by this optical means A light condensing unit for condensing the incident superimposed light flux and entering the light transmission means, and an optical coupler for optically coupling each light flux to the light transmission means,
The condensing unit is configured using one condensing lens,
An optical coupler characterized in that, among the components of the light beams constituting the superimposed light beam, each component incident on the light transmission means has a required ratio.
前記光結合器として、請求項1から11のいずれか1項に記載の光結合器を用いて構成してあることを特徴とする画像表示装置。 A plurality of light sources that emit light beams having different wavelengths, a plurality of collimating lenses that light beams emitted from the light sources respectively enter from a plurality of predetermined emission positions, and a light beam emitted from each collimating lens. An optical unit that superimposes on one axis, an optical coupler that includes a condensing unit that condenses the superimposed light beam superimposed by the optical unit, and a superimposed light beam that is collected by the condensing unit of the optical coupler In an image display device that includes an optically coupled optical transmission unit and displays an image by two-dimensionally scanning a light beam emitted from the optical transmission unit,
An image display device comprising the optical coupler according to claim 1 as the optical coupler.
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