JP2003086845A - 光源ユニット、画像表示装置および光学機器 - Google Patents
光源ユニット、画像表示装置および光学機器Info
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- JP2003086845A JP2003086845A JP2001273100A JP2001273100A JP2003086845A JP 2003086845 A JP2003086845 A JP 2003086845A JP 2001273100 A JP2001273100 A JP 2001273100A JP 2001273100 A JP2001273100 A JP 2001273100A JP 2003086845 A JP2003086845 A JP 2003086845A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑な構成を用いることなく光源からの光を
微小径化するとともに、精密な光軸合わせを必要とする
ことなく複数の色光の色合成を行うことが求められてい
る。 【解決手段】 複数の光源１１〜１３と、これらの光源
から入射した光の少なくとも一部を反射により導いて射
出させる反射面１５を有する光学素子１７とを備えた光
源ユニット１７において、光学素子の光射出面積を光入
射面積よりも小さくする。そして、上記光源ユニットの
微小な射出部から射出された光線を用いることにより、
光走査手段による走査により高解像度の２次元画像を形
成する。
微小径化するとともに、精密な光軸合わせを必要とする
ことなく複数の色光の色合成を行うことが求められてい
る。 【解決手段】 複数の光源１１〜１３と、これらの光源
から入射した光の少なくとも一部を反射により導いて射
出させる反射面１５を有する光学素子１７とを備えた光
源ユニット１７において、光学素子の光射出面積を光入
射面積よりも小さくする。そして、上記光源ユニットの
微小な射出部から射出された光線を用いることにより、
光走査手段による走査により高解像度の２次元画像を形
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種光学機器、例
えば画像表示装置に用いられる光源ユニットに関し、特
に複数の光源からの光束径を微小化させる光源ユニット
に関するものである。
えば画像表示装置に用いられる光源ユニットに関し、特
に複数の光源からの光束径を微小化させる光源ユニット
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光源からの光を光学系を用いて集光し、
その光源像を１画素とするとともに光源像を走査するこ
とによって２次元画像を表示する画像表示装置が従来提
案されている。このような画像表示装置では、光学系に
よって結像した光源像が小さいほど表示画像の解像度が
高まる。
その光源像を１画素とするとともに光源像を走査するこ
とによって２次元画像を表示する画像表示装置が従来提
案されている。このような画像表示装置では、光学系に
よって結像した光源像が小さいほど表示画像の解像度が
高まる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】発光部が微小である光
源としてはレーザが挙げられる。しかしながら、レーザ
は取り扱いに注意が必要であり、一般的に用いることが
難しい。取り扱いが容易な光源としては、ＬＥＤやＥＬ
素子などがあるが、これらの光源は発光部がある程度の
大きさを持った面状の光源であり、そのままでは高解像
度の表示画像を得ることが難しい。
源としてはレーザが挙げられる。しかしながら、レーザ
は取り扱いに注意が必要であり、一般的に用いることが
難しい。取り扱いが容易な光源としては、ＬＥＤやＥＬ
素子などがあるが、これらの光源は発光部がある程度の
大きさを持った面状の光源であり、そのままでは高解像
度の表示画像を得ることが難しい。
【０００４】さらに、赤・緑・青の発光スペクトルを持
つ複数の光源、例えば赤：６３５ｎｍ、緑：５５０ｎ
ｍ、青：４７０ｎｍという中心波長を持つ光源からの光
を合成する色合成系としては、ダイクロイックミラーや
ダイクロイックプリズムを用いた系がある。
つ複数の光源、例えば赤：６３５ｎｍ、緑：５５０ｎ
ｍ、青：４７０ｎｍという中心波長を持つ光源からの光
を合成する色合成系としては、ダイクロイックミラーや
ダイクロイックプリズムを用いた系がある。
【０００５】しかしながら、これらの色合成系を用いた
場合、例えば図７に示す特開平７−６７０６４号公報に
ある投射型レーザ描画装置のように、光源７１，７２，
７３からの光を２枚のダイクロイックミラー７５，７６
を利用して色合成を行うなど、構成が複雑になる。ま
た、光ビームの色ずれを防ぐために、精密な光軸合わせ
が必要となる。
場合、例えば図７に示す特開平７−６７０６４号公報に
ある投射型レーザ描画装置のように、光源７１，７２，
７３からの光を２枚のダイクロイックミラー７５，７６
を利用して色合成を行うなど、構成が複雑になる。ま
た、光ビームの色ずれを防ぐために、精密な光軸合わせ
が必要となる。
【０００６】また、ダイクロイックミラーやダイクロイ
ックプリズムを用いずに色合成を行う例として、特開平
１０−３１９８７３号公報提案のものがあるが、これは
屋外での使用を目的とし、インテグレータにより合成さ
れた射出光が１画素を成し、これを複数個並べてディス
プレイを形成するものであり、光源の発光部の微小化に
適用できるものではない。
ックプリズムを用いずに色合成を行う例として、特開平
１０−３１９８７３号公報提案のものがあるが、これは
屋外での使用を目的とし、インテグレータにより合成さ
れた射出光が１画素を成し、これを複数個並べてディス
プレイを形成するものであり、光源の発光部の微小化に
適用できるものではない。
【０００７】そこで、本発明は、複数の光源を用い、簡
単な構造で微小な発光部を生成する光源ユニットであ
り、色合成系としても高精度な光軸合わせを必要としな
い光源ユニットを提供することを目的としている。
単な構造で微小な発光部を生成する光源ユニットであ
り、色合成系としても高精度な光軸合わせを必要としな
い光源ユニットを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、複数の光源と、これらの光源から入
射した光の少なくとも一部を反射により導いて射出させ
る反射面を有する光学素子とを備えた光源ユニットにお
いて、光学素子の光射出面積を光入射面積よりも小さく
している。
めに、本発明では、複数の光源と、これらの光源から入
射した光の少なくとも一部を反射により導いて射出させ
る反射面を有する光学素子とを備えた光源ユニットにお
いて、光学素子の光射出面積を光入射面積よりも小さく
している。
【０００９】これにより、光学素子に入射した複数の光
源からの光の一部が光学素子の反射面での反射によって
射出方向に導かれ、光入射面積よりも小さな光射出面積
に対応する細さまで小径化されて射出される。したがっ
て、複数の光源と光学素子という簡単な構造で、微小な
発光部を生成可能な光源ユニットが実現される。
源からの光の一部が光学素子の反射面での反射によって
射出方向に導かれ、光入射面積よりも小さな光射出面積
に対応する細さまで小径化されて射出される。したがっ
て、複数の光源と光学素子という簡単な構造で、微小な
発光部を生成可能な光源ユニットが実現される。
【００１０】なお、光学素子の光射出面積を、各光源の
光射出面積よりも小さくするようにしてもよい。
光射出面積よりも小さくするようにしてもよい。
【００１１】なお、複数の光源として複数の色光（例え
ば赤、緑および青色光）を射出するものを用いることに
より、光学素子が色合成系としても機能系し、高精度な
光軸合わせを必要とすることなく色合成された光を射出
する光源ユニットが実現される。
ば赤、緑および青色光）を射出するものを用いることに
より、光学素子が色合成系としても機能系し、高精度な
光軸合わせを必要とすることなく色合成された光を射出
する光源ユニットが実現される。
【００１２】この場合、赤色光を射出する光源を緑およ
び青色光を射出する光源の間に配置することによって、
一般的に上記各色光の光源に用いられる材料等の特性差
に合わせて色合成を行い易くすることが可能である。
び青色光を射出する光源の間に配置することによって、
一般的に上記各色光の光源に用いられる材料等の特性差
に合わせて色合成を行い易くすることが可能である。
【００１３】そして、上記光源ユニットの微小な発光部
から射出した光線を用いることにより、例えば光走査手
段による走査により高解像度の２次元画像を形成するの
に適している。
から射出した光線を用いることにより、例えば光走査手
段による走査により高解像度の２次元画像を形成するの
に適している。
【００１４】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の第１実施形態である光源ユニットの構成を示してい
る。なお、図１（ａ）は上記光源ユニットの底面図、図
１（ｂ）は断面図を示す。
明の第１実施形態である光源ユニットの構成を示してい
る。なお、図１（ａ）は上記光源ユニットの底面図、図
１（ｂ）は断面図を示す。
【００１５】１１，１２，１３は略矩形の射出面を有し
た面状光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）であり、
１７は略円錐台形状の反射面を有した光学素子である。
た面状光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）であり、
１７は略円錐台形状の反射面を有した光学素子である。
【００１６】光学素子１７は、シリコン製の基板又は金
属板等に貫通する穴を開け、その穴の内側の面を反射面
とした光学素子である。
属板等に貫通する穴を開け、その穴の内側の面を反射面
とした光学素子である。
【００１７】ＬＥＤ１１，１２，１３は、光学素子１７
の円形の入射面（開口）１４に近接して、その直径方向
に一列に並べられた状態で不図示の支持部材によって支
持されている。
の円形の入射面（開口）１４に近接して、その直径方向
に一列に並べられた状態で不図示の支持部材によって支
持されている。
【００１８】ここで、３個のＬＥＤ１１，１２，１３は
同色のもの若しくはそれぞれ緑、赤、青の３色の光を射
出するものとする。一般的に、青のＬＥＤと緑のＬＥＤ
の材料にはＧａＮが、赤のＬＥＤの材料にはＩｎＡｌＧ
ａＰやＧａＰなどが用いられるが、青／緑と赤とでは電
気的および光学的特性が異なる。このため、上記３色の
のＬＥＤを配置する場合、これらのＬＥＤの特性の違い
を考え、中央に赤のＬＥＤを、その両側に青および緑の
ＬＥＤを配置することによって、後述するように各色Ｌ
ＥＤから射出された各色光が色合成される際に、光学素
子１７内で色光同士を混ざり易くすることができる。
同色のもの若しくはそれぞれ緑、赤、青の３色の光を射
出するものとする。一般的に、青のＬＥＤと緑のＬＥＤ
の材料にはＧａＮが、赤のＬＥＤの材料にはＩｎＡｌＧ
ａＰやＧａＰなどが用いられるが、青／緑と赤とでは電
気的および光学的特性が異なる。このため、上記３色の
のＬＥＤを配置する場合、これらのＬＥＤの特性の違い
を考え、中央に赤のＬＥＤを、その両側に青および緑の
ＬＥＤを配置することによって、後述するように各色Ｌ
ＥＤから射出された各色光が色合成される際に、光学素
子１７内で色光同士を混ざり易くすることができる。
【００１９】光学素子１７の入射面１４の面積は、上記
３個のＬＥＤ１１，１２，１３が入りきる直径に対応し
た大きさであればよい。
３個のＬＥＤ１１，１２，１３が入りきる直径に対応し
た大きさであればよい。
【００２０】一方、光学素子１７の射出面（開口）１６
の面積は、入射面１４の面積よりも小さく、さらに言え
ば、３個のＬＥＤ１１〜１３の射出面の合計面積よりも
小さい。また、光学素子１７の周面は反射面１５となっ
ている。
の面積は、入射面１４の面積よりも小さく、さらに言え
ば、３個のＬＥＤ１１〜１３の射出面の合計面積よりも
小さい。また、光学素子１７の周面は反射面１５となっ
ている。
【００２１】このように構成された光源ユニットにおい
て、３個のＬＥＤ１１，１２，１３の射出面から射出さ
れた光は、光学素子１７の入射面１４から光学素子１７
の内部に入り、直接に又は反射面１５の内面で１回若し
くは複数回反射して射出面１６に到達し、この射出面１
６を透過して射出する。
て、３個のＬＥＤ１１，１２，１３の射出面から射出さ
れた光は、光学素子１７の入射面１４から光学素子１７
の内部に入り、直接に又は反射面１５の内面で１回若し
くは複数回反射して射出面１６に到達し、この射出面１
６を透過して射出する。
【００２２】３個のＬＥＤ１１，１２，１３がそれぞれ
緑、赤、青の色光を射出する場合、これらのＬＥＤ１
１，１２，１３が入射面１４内に収まっていれば、３色
の色光は、ＬＥＤ１１，１２，１３の精密な光軸合わせ
を必要とすることなく、光学素子１７内で色合成され
る。
緑、赤、青の色光を射出する場合、これらのＬＥＤ１
１，１２，１３が入射面１４内に収まっていれば、３色
の色光は、ＬＥＤ１１，１２，１３の精密な光軸合わせ
を必要とすることなく、光学素子１７内で色合成され
る。
【００２３】ここで、反射面１５の形状は、入射面１４
と射出面１６との間でテーパ角ρが一定の円錐形状とな
っている。テーパ角ρは、射出面１６の開口径をｄ、入
射面１４の開口径をＭ・ｄ、反射面１５の長さをｓとす
ると、 ρ＝ｔａｎ-1［（Ｍ−１）・ｄ ／（２・ｓ）］ …（１） で表される。
と射出面１６との間でテーパ角ρが一定の円錐形状とな
っている。テーパ角ρは、射出面１６の開口径をｄ、入
射面１４の開口径をＭ・ｄ、反射面１５の長さをｓとす
ると、 ρ＝ｔａｎ-1［（Ｍ−１）・ｄ ／（２・ｓ）］ …（１） で表される。
【００２４】このとき、入射面１４の中心からｋ0 だけ
離れた位置を通り、入射角φで反射面１５に入射する光
は、ｎを自然数とすると、
離れた位置を通り、入射角φで反射面１５に入射する光
は、ｎを自然数とすると、
【００２５】
【数１】
【００２６】を満たす光線のみが射出面１６から射出す
る。
る。
【００２７】例えば、反射面１５の長さｓを２．５ｍ
ｍ、射出面１６の開口径ｄを２０μｍ、入射面１４の開
口径Ｍ・ｄを５００μｍ（Ｍ＝２５）とすると、上記
（１）式より、テーパ角ρは約５．５ｄｅｇとなる。
ｍ、射出面１６の開口径ｄを２０μｍ、入射面１４の開
口径Ｍ・ｄを５００μｍ（Ｍ＝２５）とすると、上記
（１）式より、テーパ角ρは約５．５ｄｅｇとなる。
【００２８】そして、上記（２）式より、入射面１４の
中心（ｋ0 ＝０）を通り、反射面１５に対して入射角
２．２５ｄｅｇ以下で入射する光が射出面１６から射出
する。
中心（ｋ0 ＝０）を通り、反射面１５に対して入射角
２．２５ｄｅｇ以下で入射する光が射出面１６から射出
する。
【００２９】こうして各ＬＥＤ１１〜１３から射出した
光束は、光学素子１７の入射面１４から射出面１６に到
達する間に射出面１６の開口径に対応した光束径にまで
細くなり、２０μｍ程度の微小な発光部から射出する光
とみなせるようになる。
光束は、光学素子１７の入射面１４から射出面１６に到
達する間に射出面１６の開口径に対応した光束径にまで
細くなり、２０μｍ程度の微小な発光部から射出する光
とみなせるようになる。
【００３０】（第２実施形態）図２には、本発明の第２
実施形態である光源ユニットの構成を示している。な
お、図２（ａ）は上記光源ユニットの底面図、図２
（ｂ）は断面図を示す。
実施形態である光源ユニットの構成を示している。な
お、図２（ａ）は上記光源ユニットの底面図、図２
（ｂ）は断面図を示す。
【００３１】２１，２２，２３は略矩形の射出面を有し
た面状光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）であり、
２７は略円錐台形状の光学素子である。
た面状光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）であり、
２７は略円錐台形状の光学素子である。
【００３２】光学素子２７は、金属板に穴を開け、その
穴の内面を反射面とする中空の光学素子である。
穴の内面を反射面とする中空の光学素子である。
【００３３】ＬＥＤ２１，２２，２３は、光学素子２７
の円形の入射面（開口）２４に近接して、その中心回り
に１２０ｄｅｇずつずれた位置に配置され、不図示の支
持部材によって支持されている。
の円形の入射面（開口）２４に近接して、その中心回り
に１２０ｄｅｇずつずれた位置に配置され、不図示の支
持部材によって支持されている。
【００３４】ここで、３個のＬＥＤ２１，２２，２３は
同色のもの若しくはそれぞれ緑、赤、青の３色の光を射
出するものとする。
同色のもの若しくはそれぞれ緑、赤、青の３色の光を射
出するものとする。
【００３５】光学素子２７の入射面２４の面積は、上記
３個のＬＥＤ２１，２２，２３が入りきる直径に対応し
た大きさであればよい。
３個のＬＥＤ２１，２２，２３が入りきる直径に対応し
た大きさであればよい。
【００３６】また、光学素子２７の射出面（開口）２６
の面積は、入射面２４の面積よりも小さく、さらに言え
ば、３個のＬＥＤ２１〜２３の射出面の合計面積よりも
小さい。また、光学素子２７の周面は反射面２５となっ
ている。
の面積は、入射面２４の面積よりも小さく、さらに言え
ば、３個のＬＥＤ２１〜２３の射出面の合計面積よりも
小さい。また、光学素子２７の周面は反射面２５となっ
ている。
【００３７】このように構成された光源ユニットにおい
て、３個のＬＥＤ２１，２２，２３の射出面から射出さ
れた光は、光学素子２７の入射面２４から光学素子２７
の内部に入り、直接に又は反射面２５の内面で１回若し
くは複数回反射して射出面２６に到達し、この射出面２
６を透過して射出する。
て、３個のＬＥＤ２１，２２，２３の射出面から射出さ
れた光は、光学素子２７の入射面２４から光学素子２７
の内部に入り、直接に又は反射面２５の内面で１回若し
くは複数回反射して射出面２６に到達し、この射出面２
６を透過して射出する。
【００３８】ＬＥＤ２１，２２，２３が３色の光を射出
するものである場合、これらのＬＥＤ２１，２２，２３
が入射面２４内に収まっていれば、精密な位置合わせを
しなくても各色ＬＥＤから射出された各色光を光学素子
２７内で色合成することができる。
するものである場合、これらのＬＥＤ２１，２２，２３
が入射面２４内に収まっていれば、精密な位置合わせを
しなくても各色ＬＥＤから射出された各色光を光学素子
２７内で色合成することができる。
【００３９】ここで、反射面１５の形状は、入射面１４
と射出面１６との間でテーパ角ρが一定の円錐形状とな
っている。入射面２４の開口径を１００μｍ、射出面２
６の開口径を１０μｍ（Ｍ＝１０）、反射面２５の長さ
を０．７５ｍｍとすると、テーパ角ρは、上記（１）式
より、約３．４３ｄｅｇとなる。
と射出面１６との間でテーパ角ρが一定の円錐形状とな
っている。入射面２４の開口径を１００μｍ、射出面２
６の開口径を１０μｍ（Ｍ＝１０）、反射面２５の長さ
を０．７５ｍｍとすると、テーパ角ρは、上記（１）式
より、約３．４３ｄｅｇとなる。
【００４０】そして、上記（２）式より、入射面２４の
中心を通り（ｋ0 ＝０）、反射面２５に対して入射角
５．７５ｄｅｇ以下で入射する光が射出面２６から射出
する。
中心を通り（ｋ0 ＝０）、反射面２５に対して入射角
５．７５ｄｅｇ以下で入射する光が射出面２６から射出
する。
【００４１】こうして各ＬＥＤ２１〜２３から射出した
光束は、光学素子２７の入射面２４から射出面２６に到
達する間に射出面２６の開口径に対応した光束径にまで
細くなり、１０μｍ程度の微小な発光部から射出する光
とみなせるようになる。
光束は、光学素子２７の入射面２４から射出面２６に到
達する間に射出面２６の開口径に対応した光束径にまで
細くなり、１０μｍ程度の微小な発光部から射出する光
とみなせるようになる。
【００４２】（第３実施形態）図３には、本発明の第３
実施形態である光源ユニットの構成を示している。な
お、図３（ａ）は上記光源ユニットの底面図、図３
（ｂ）は断面図を示す。
実施形態である光源ユニットの構成を示している。な
お、図３（ａ）は上記光源ユニットの底面図、図３
（ｂ）は断面図を示す。
【００４３】本実施形態は、第２実施形態２の変形例を
示しており、図３において第２実施形態と符号が同じで
あるものは第２実施形態で説明したものと同等のもので
ある。
示しており、図３において第２実施形態と符号が同じで
あるものは第２実施形態で説明したものと同等のもので
ある。
【００４４】光学素子２７’の反射面２５’の形状は、
入射面２４と射出面２６’の中心を通る軸を中心として
回転した回転放物面である。この放物面の形状は、入射
面２４の開口径Ｍ・ｄと射出面２６’の開口径ｄにより
決定され、図３（ｃ）のように座標系をおくと、反射面
２５’のｘ軸を含む断面の形状は、以下の式で表され
る。
入射面２４と射出面２６’の中心を通る軸を中心として
回転した回転放物面である。この放物面の形状は、入射
面２４の開口径Ｍ・ｄと射出面２６’の開口径ｄにより
決定され、図３（ｃ）のように座標系をおくと、反射面
２５’のｘ軸を含む断面の形状は、以下の式で表され
る。
【００４５】
【数２】
【００４６】ここで、ａはａ＞０を満たす定数である。
【００４７】そして、本実施形態では、光学素子２７’
の射出面２６’の面積は、入射面２４の面積よりも小さ
く、さらに言えば、１つのＬＥＤの射出面の面積よりも
小さい。
の射出面２６’の面積は、入射面２４の面積よりも小さ
く、さらに言えば、１つのＬＥＤの射出面の面積よりも
小さい。
【００４８】したがって、各ＬＥＤ２１〜２３から射出
した光束は、光学素子２７’の入射面２４から射出面２
６’に到達する間に射出面２６’の開口径に対応した光
束径にまで細くなり、第２実施形態の場合よりもさらに
微小な発光部から射出する光とみなせるようになる。
した光束は、光学素子２７’の入射面２４から射出面２
６’に到達する間に射出面２６’の開口径に対応した光
束径にまで細くなり、第２実施形態の場合よりもさらに
微小な発光部から射出する光とみなせるようになる。
【００４９】（第４実施形態）図４には、本発明の第４
実施形態である走査型画像表示装置の概略構成を湿示し
ている。この走査型画像表示装置は、上記第１〜第３実
施形態にて説明した光源ユニット（特に、３色のＬＥＤ
を有するもの）が用いられており、いわゆるヘッドマウ
ントディスプレイとして使用されるものである。
実施形態である走査型画像表示装置の概略構成を湿示し
ている。この走査型画像表示装置は、上記第１〜第３実
施形態にて説明した光源ユニット（特に、３色のＬＥＤ
を有するもの）が用いられており、いわゆるヘッドマウ
ントディスプレイとして使用されるものである。
【００５０】ＬＥＤコントローラ４１には、パーソナル
コンピュータ、ビデオやＤＶＤプレーヤー等の画像供給
装置からの映像信号が入力され、ＬＥＤコントローラ４
１は入力された映像信号に応じて光源ユニット４２の各
色ＬＥＤの変調を行う。
コンピュータ、ビデオやＤＶＤプレーヤー等の画像供給
装置からの映像信号が入力され、ＬＥＤコントローラ４
１は入力された映像信号に応じて光源ユニット４２の各
色ＬＥＤの変調を行う。
【００５１】光源ユニット４２から微小径化されて射出
した変調光は、コリメータ４３により略平行ビーム化さ
れ、集光レンズ４４に入射する。集光レンズ４４に入射
した略平行ビームは集光ビーム化され、光走査ユニット
４５に入射する。
した変調光は、コリメータ４３により略平行ビーム化さ
れ、集光レンズ４４に入射する。集光レンズ４４に入射
した略平行ビームは集光ビーム化され、光走査ユニット
４５に入射する。
【００５２】光走査ユニット４５は、入射した集光ビー
ムを水平方向および垂直方向の２軸方向に走査する。走
査された集光ビームは、焦点を結んだ後、接眼光学系４
６に入射する。
ムを水平方向および垂直方向の２軸方向に走査する。走
査された集光ビームは、焦点を結んだ後、接眼光学系４
６に入射する。
【００５３】接眼光学系４６により再び略平行ビーム化
された変調光は、観察者４８の眼の瞳を通過した後、眼
の網膜上に結像する。網膜上に結像した像点が、光走査
ユニット４５によって網膜上を２次元方向に走査される
ことにより、網膜の残像を利用して２次元画像を形成す
る。
された変調光は、観察者４８の眼の瞳を通過した後、眼
の網膜上に結像する。網膜上に結像した像点が、光走査
ユニット４５によって網膜上を２次元方向に走査される
ことにより、網膜の残像を利用して２次元画像を形成す
る。
【００５４】なお、画像の階調は、ＬＥＤコントローラ
４１からの信号によって光源ユニット４２のＬＥＤをＰ
ＷＭ制御して表現する。
４１からの信号によって光源ユニット４２のＬＥＤをＰ
ＷＭ制御して表現する。
【００５５】ここで、光走査ユニット４５について図５
を用いて説明する。光走査ユニット４５は、シリコン製
の微小平面ミラーを有して構成されている。微小平面ミ
ラー５１は、表面にアルミニウム若しくは銀を蒸着して
反射率を高めている。
を用いて説明する。光走査ユニット４５は、シリコン製
の微小平面ミラーを有して構成されている。微小平面ミ
ラー５１は、表面にアルミニウム若しくは銀を蒸着して
反射率を高めている。
【００５６】微小平面ミラー５１は、２本のトーション
バー５２，５３により支えられ、トーションバー５２，
５３がねじれ共振を起こすことによって入射ビームの２
軸方向走査を行う。微小平面ミラー５１の駆動は、ミラ
ーと共に作製される電極（図示せず）との間に発生する
電磁力により行われる。
バー５２，５３により支えられ、トーションバー５２，
５３がねじれ共振を起こすことによって入射ビームの２
軸方向走査を行う。微小平面ミラー５１の駆動は、ミラ
ーと共に作製される電極（図示せず）との間に発生する
電磁力により行われる。
【００５７】このように構成された画像表示装置におい
て、光源ユニット４２の射出面の開口径（直径）は画像
の解像度、水平画角、観察者の瞳−網膜間距離、光学系
の拡大率から求められる。
て、光源ユニット４２の射出面の開口径（直径）は画像
の解像度、水平画角、観察者の瞳−網膜間距離、光学系
の拡大率から求められる。
【００５８】画像の水平解像度を６４０ピクセル、画像
の水平画角を３０ｄｅｇ、観察者の瞳−網膜間距離を２
５ｍｍ、光学系の拡大率を２倍とすると、 ｄ＝２×２５×ｔａｎ１５°／６４０×２ ＝１０．４×１０ｍｍ ≒１０μｍ となり、光源ユニット４２の射出面の開口径は１０μｍ
以下が必要となる。
の水平画角を３０ｄｅｇ、観察者の瞳−網膜間距離を２
５ｍｍ、光学系の拡大率を２倍とすると、 ｄ＝２×２５×ｔａｎ１５°／６４０×２ ＝１０．４×１０ｍｍ ≒１０μｍ となり、光源ユニット４２の射出面の開口径は１０μｍ
以下が必要となる。
【００５９】本実施形態によれば、光源ユニット４２に
用いられる光学素子（１７，２７，２７’）が色合成系
としても機能するため、複雑な構成を用いず、かつ各Ｌ
ＥＤの精密な光軸合わせを必要とせずに、網膜上にカラ
ー画像を直接形成することができる。
用いられる光学素子（１７，２７，２７’）が色合成系
としても機能するため、複雑な構成を用いず、かつ各Ｌ
ＥＤの精密な光軸合わせを必要とせずに、網膜上にカラ
ー画像を直接形成することができる。
【００６０】（第５実施形態）図６には、本発明の第５
実施形態である走査型マイクロディスプレイの構成を示
している。この走査型マイクロディスプレイは、上記第
１〜第３実施形態にて説明した光源ユニット（特に、３
色のＬＥＤを有するもの）が用いられており、スクリー
ン６２上に２次元画像を形成するものである。
実施形態である走査型マイクロディスプレイの構成を示
している。この走査型マイクロディスプレイは、上記第
１〜第３実施形態にて説明した光源ユニット（特に、３
色のＬＥＤを有するもの）が用いられており、スクリー
ン６２上に２次元画像を形成するものである。
【００６１】なお、本実施形態において、第４実施形態
と同等の構成要素には第４実施形態と同符合を付してい
る。
と同等の構成要素には第４実施形態と同符合を付してい
る。
【００６２】ＬＥＤコントローラ４１によって変調され
た光源ユニット４２からの射出光（変調光）は、光走査
ユニット４５によって走査され、走査光学系６１によっ
てスクリーン６２上に結像する。
た光源ユニット４２からの射出光（変調光）は、光走査
ユニット４５によって走査され、走査光学系６１によっ
てスクリーン６２上に結像する。
【００６３】スクリーン６２は拡散板からなり、観察者
６３は投影された画像をスクリーン６２の裏側から観察
する。
６３は投影された画像をスクリーン６２の裏側から観察
する。
【００６４】本実施形態の場合において、スクリーン６
２に投影された画像の画面サイズを対角Ｚインチ、画面
の水平解像度Ｈピクセル、画面構成比４：３、光学系の
拡大率ｔとすると、光源ユニット４２の射出面に求めら
れる開口径（直径）ｄは、 ｄ＝（Ｚ×２５．４×３／５）／（Ｈ×ｔ） （ｍｍ） となる。
２に投影された画像の画面サイズを対角Ｚインチ、画面
の水平解像度Ｈピクセル、画面構成比４：３、光学系の
拡大率ｔとすると、光源ユニット４２の射出面に求めら
れる開口径（直径）ｄは、 ｄ＝（Ｚ×２５．４×３／５）／（Ｈ×ｔ） （ｍｍ） となる。
【００６５】例えばＺ＝２インチ、Ｈ＝８００ピクセ
ル、ｔ＝２．５倍とすると、 ｄ＝０．０１５２４ ≒１５．２μｍ となり、光源ユニット４２の射出面の開口径は１５．２
μｍ以下が必要となる。
ル、ｔ＝２．５倍とすると、 ｄ＝０．０１５２４ ≒１５．２μｍ となり、光源ユニット４２の射出面の開口径は１５．２
μｍ以下が必要となる。
【００６６】なお、上記第４および第５実施形態では、
第１から第３実施形態にて説明した光源ユニットを走査
型の画像表示装置に適用した場合について説明したが、
本発明の光源ユニットは、走査型画像表示装置に限ら
ず、様々な光学機器の光源ユニットとして用いることが
可能である。
第１から第３実施形態にて説明した光源ユニットを走査
型の画像表示装置に適用した場合について説明したが、
本発明の光源ユニットは、走査型画像表示装置に限ら
ず、様々な光学機器の光源ユニットとして用いることが
可能である。
【００６７】また、上記第１から第３実施形態では、Ｌ
ＥＤを光源として用いる場合について説明したが、本発
明の光源ユニットにおいては、光源としてＥＬ（エレク
トロルミネセンス）素子等、他の光源を用いてもよい。
ＥＤを光源として用いる場合について説明したが、本発
明の光源ユニットにおいては、光源としてＥＬ（エレク
トロルミネセンス）素子等、他の光源を用いてもよい。
【００６８】また、上記第１から第３実施形態では、光
源ユニットに金属板に穴をあけ、その内面を反射面とす
る場合について説明したが、光学素子として内部がガラ
ス等の光学媒質で満たされた円錐の頂点を切り欠いたよ
うな形状のプリズム型の素子とし、その入射面の面積を
射出面の大きさより小さくしてもよい。
源ユニットに金属板に穴をあけ、その内面を反射面とす
る場合について説明したが、光学素子として内部がガラ
ス等の光学媒質で満たされた円錐の頂点を切り欠いたよ
うな形状のプリズム型の素子とし、その入射面の面積を
射出面の大きさより小さくしてもよい。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学素子に入射した複数の光源からの光の少なくとも一
部が光学素子の反射面での反射によって射出方向に導か
れ、光入射面積よりも小さな光射出面積に対応する細さ
まで小径化されて射出されるので、複数の光源と光学素
子という簡単な構造で、微小な発光部を生成可能な光源
ユニットを実現することができる。
光学素子に入射した複数の光源からの光の少なくとも一
部が光学素子の反射面での反射によって射出方向に導か
れ、光入射面積よりも小さな光射出面積に対応する細さ
まで小径化されて射出されるので、複数の光源と光学素
子という簡単な構造で、微小な発光部を生成可能な光源
ユニットを実現することができる。
【００７０】また、複数の光源として複数の色光（例え
は、赤、緑および青）を射出するものを用いることによ
り、光学素子が色合成系としても機能系し、高精度な光
軸合わせを必要とすることなく色合成された光を射出す
る光源ユニットを実現することができる。
は、赤、緑および青）を射出するものを用いることによ
り、光学素子が色合成系としても機能系し、高精度な光
軸合わせを必要とすることなく色合成された光を射出す
る光源ユニットを実現することができる。
【００７１】この場合、赤色光を射出する光源を緑およ
び青色光を射出する光源の間に配置すれば、一般的に上
記各色光の光源に用いられる材料等の特性差に合わせて
色合成を行い易くすることができる。
び青色光を射出する光源の間に配置すれば、一般的に上
記各色光の光源に用いられる材料等の特性差に合わせて
色合成を行い易くすることができる。
【００７２】そして、本発明の光源ユニットから射出さ
れた微小径の光線を用いることにより、例えば光走査手
段による走査により高解像度の２次元画像を形成するこ
とができる。
れた微小径の光線を用いることにより、例えば光走査手
段による走査により高解像度の２次元画像を形成するこ
とができる。
【図１】本発明の第１実施形態である光源ユニットの概
略図である
略図である
【図２】本発明の第２実施形態である光源ユニットの概
略図である
略図である
【図３】本発明の第３実施形態である光源ユニットの概
略図である
略図である
【図４】本発明の第４実施形態である走査型画像表示装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図５】上記第４実施形態の走査型画像表示装置に用い
られる光走査ユニットの概略図である。
られる光走査ユニットの概略図である。
【図６】本発明の第５実施形態である走査型マイクロデ
ィスプレイの概略図である。
ィスプレイの概略図である。
【図７】従来の画像表示装置の概略図である。
１１〜１３，２１〜２３ ＬＥＤ
１４，２４ 入射面
１５，２５，２５’ 反射面
１６，２６，２６’ 射出面
１７，２７，２７’，４２ 光源ユニット
３２ ｘ軸
３３ ｙ軸
４１ ＬＥＤコントローラ
４３ コリメータ
４４ 集光レンズ
４５ 光走査ユニット
４６ 接眼光学系
４８ 観察者の眼
５１ 微小平面ミラー
５２，５３ トーションバー
６１ 走査光学系
６２ スクリーン
６３ 観察者
７１〜７３ 光源
７４ 反射ミラー
７５，７６ ダイクロイックミラー
【手続補正書】
【提出日】平成１３年９月１０日（２００１．９．１
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５８】画像の水平解像度を６４０ピクセル、画像
の水平画角を３０ｄｅｇ、観察者の瞳−網膜間距離を２
５ｍｍ、光学系の拡大率を２倍とすると、 ｄ＝２×２５×ｔａｎ１５°／６４０×２ ＝１０．４×１０ -3 ｍｍ ≒１０μｍ となり、光源ユニット４２の射出面の開口径は１０μｍ
以下が必要となる。
の水平画角を３０ｄｅｇ、観察者の瞳−網膜間距離を２
５ｍｍ、光学系の拡大率を２倍とすると、 ｄ＝２×２５×ｔａｎ１５°／６４０×２ ＝１０．４×１０ -3 ｍｍ ≒１０μｍ となり、光源ユニット４２の射出面の開口径は１０μｍ
以下が必要となる。
Claims (12)
- 【請求項１】 複数の光源と、これらの光源から入射し
た光の少なくとも一部を反射により導いて射出させる反
射面を有する光学素子とを備えた光源ユニットであっ
て、 前記光学素子の光射出面積が光入射面積よりも小さいこ
とを特徴とする光源ユニット。 - 【請求項２】 前記光学素子の光射出面積が、前記各光
源の光射出面積よりも小さいことを特徴とする請求項１
に記載の光源ユニット。 - 【請求項３】 前記光学素子の反射面が、回転体形状を
有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源ユ
ニット。 - 【請求項４】 前記複数の光源は互いに異なる色光を射
出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記
載の光源ユニット。 - 【請求項５】 前記複数の光源がそれぞれ、赤、緑およ
び青色光を射出するものであり、 赤色光を射出する光源を緑および青色光を射出する光源
の間に配置したことを特徴とする請求項４に記載の光源
ユニット。 - 【請求項６】 前記光学素子が、貫通した穴の内側に前
記反射面を有する素子であることを特徴とする請求項１
から５のいずれかに記載の光源ユニット。 - 【請求項７】 前記光学素子が、その内部が光学媒質に
より満たされたプリズム型の素子であることを特徴とす
る請求項１から５のいずれかに記載の光源ユニット。 - 【請求項８】 前記光源が、発光ダイオード又はエレク
トロルミネセンス素子であることを特徴とする請求項１
から７のいずれかに記載の光源ユニット。 - 【請求項９】 請求項１から８のいずれかに記載の光源
ユニットと、この光源ユニットから射出された光を走査
して２次元画像を形成する光走査手段とを有することを
特徴とする画像表示装置。 - 【請求項１０】 前記光走査手段により走査される光に
よって観察者の眼の網膜上に２次元画像を形成すること
を特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。 - 【請求項１１】 前記光走査手段により走査される光に
よって被投影面上に２次元画像を形成することを特徴と
する請求項９に記載の画像表示装置。 - 【請求項１２】 請求項１から８のいずれかに記載の光
源ユニットを有することを特徴とする光学機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273100A JP2003086845A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 光源ユニット、画像表示装置および光学機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273100A JP2003086845A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 光源ユニット、画像表示装置および光学機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086845A true JP2003086845A (ja) | 2003-03-20 |
Family
ID=19098363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001273100A Pending JP2003086845A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 光源ユニット、画像表示装置および光学機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003086845A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005091035A1 (en) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | High brightness illumination device with incoherent solid state light source |
| JP2009123947A (ja) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Toyoda Gosei Co Ltd | 照明体 |
| WO2022196356A1 (ja) * | 2021-03-15 | 2022-09-22 | 京セラ株式会社 | 発光装置および表示装置 |
-
2001
- 2001-09-10 JP JP2001273100A patent/JP2003086845A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005091035A1 (en) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | High brightness illumination device with incoherent solid state light source |
| JP2007529861A (ja) * | 2004-03-16 | 2007-10-25 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 非コヒーレントな半導体光源を有する高輝度照明装置 |
| US7740375B2 (en) | 2004-03-16 | 2010-06-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | High brightness illumination device with incoherent solid state light source |
| JP2009123947A (ja) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Toyoda Gosei Co Ltd | 照明体 |
| WO2022196356A1 (ja) * | 2021-03-15 | 2022-09-22 | 京セラ株式会社 | 発光装置および表示装置 |
| JP7566132B2 (ja) | 2021-03-15 | 2024-10-11 | 京セラ株式会社 | 発光装置および表示装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20081031 |