JP2007206668A - Image display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に2次元スキャン型ディスプレイ装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device, and more particularly to a two-dimensional scan type display device.
従来、画像表示装置として、特許文献8において開示されているように、光ビームと走査光学系とを備えた画像表示装置が広く使われている。上記走査光学系としてはテレセントリック光学系がよく知られており、特許文献1、特許文献2などに開示されている。上記テレセントリック光学系においては、必然的に収差が発生するため、非常に多くの数のレンズを組み合わせたり、レンズに非球面を多用したり、レンズの屈折率などの設計要素を駆使して、収差を補正している。また、特許文献3の発明においては、シリンドリカルレンズのような特殊なレンズを用い、収差の少ないサジタル像面位置に受光板を置くことにより収差を補正している。
Conventionally, as an image display device, as disclosed in Patent Document 8, an image display device including a light beam and a scanning optical system has been widely used. As the scanning optical system, a telecentric optical system is well known and disclosed in
また、受光板において収差補正を行なう光学系として、特許文献4、特許文献5、特許文献6などが開示されている。特許文献4においては、球形レンズによる曲面像面に沿って湾曲した受光板を形成することで、収差の発生を抑えた撮像装置が開示されている。特許文献5においては、像面湾曲面の曲率半径と一致した曲率半径の受光板を持つCCD検出器が開示されている。さらに、特許文献6においては、固体撮像チップの受光板の曲率半径を自由に調整して、湾曲収差を補正し、解像度を上げる固体撮像カメラが開示されている。
Further,
また、光源を移動させて収差補正する光学系として特許文献7が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1や特許文献2に開示されているテレセントリック光学系のように、集光レンズのみによる収差補正では、どうしてもレンズ枚数が多くなる。そのため、画像表示装置として小型化に不利であり、コストもかかるというデメリットが大きい。また、上記理由に加えて、コストを抑えるためにはレンズの材質も制限されるため、レンズ設計が困難となり、設計にかかる時間が長期化するという問題点がある。
However, as in the telecentric optical system disclosed in
また、複数の光源を有するテレセントリック光学系の場合、複数の各光源は、それぞれの位置によって光路長が異なるため、レンズのみによる収差補正が難しい。 In the case of a telecentric optical system having a plurality of light sources, the optical path lengths of the plurality of light sources differ depending on their positions, so that it is difficult to correct aberrations using only lenses.
さらに、特許文献3に開示されている光学系においては、シリンドリカルレンズのような特殊なレンズを用いており、このようなレンズは製造が非常に困難であり、コストが高いという欠点がある。 Furthermore, the optical system disclosed in Patent Document 3 uses a special lens such as a cylindrical lens, and such a lens has the disadvantages that it is very difficult to manufacture and the cost is high.
さらに、特許文献4、特許文献5、特許文献6に開示されている光学系においては、湾曲させた受光板の受光面がCCDなどの撮像素子であり、受光板の受光面がスクリーンなどの観測者が見るようなディスプレイなどである光学系には、対応できない。
Furthermore, in the optical systems disclosed in
また、特許文献7に開示されているように、光源を平行移動させて収差の補正を行なう方法では、複数の光源を備えた光学系には対応できない。 Further, as disclosed in Patent Document 7, the method of correcting aberration by moving the light source in parallel cannot cope with an optical system having a plurality of light sources.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、複数の光源の各光源から出射された光の光路長の差によって発生する収差をできるだけ小さくし、集光性を良くし得るテレセントリックな光学系を備えた画像表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the object thereof is to minimize the aberration caused by the difference in the optical path lengths of the light emitted from each of the plurality of light sources, and to collect the light. It is an object of the present invention to provide an image display device including a telecentric optical system that can improve the performance.
本発明の画像表示装置は、上記課題を解決するために、複数の光源と、上記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、上記集光レンズによって集光された光を受ける受光面を有する受光板とを備えたテレセントリック光学系を含み、上記複数の光源における各光源は、各光源の収差が小さくなるように、かつ集光レンズの中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源から垂直におろした距離がそれぞれ異なるように配置されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an image display device of the present invention includes a plurality of light sources, a condensing lens that condenses light emitted from the plurality of light sources, and light collected by the condensing lens. A telecentric optical system including a light receiving plate having a light receiving surface, and each light source in the plurality of light sources is perpendicular to the optical axis through the central portion of the condenser lens so that the aberration of each light source is reduced. It is characterized in that the distances perpendicular to the surface from each light source are different from each other.
上記発明によれば、上記複数の光源の各光源は、集光レンズの中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源から垂直におろした距離を異ならせて配置されるので、各光源から出射された光の光路長の差を従来と比較して小さくさくすることができる。そのため、上記光路長の差により発生する収差をできるだけ小さくし、集光性のよいテレセントリックな光学系を実現することができる。 According to the invention, each light source of the plurality of light sources is arranged at different distances perpendicular to each light source with respect to a plane that passes through the central portion of the condenser lens and is perpendicular to the optical axis. The difference in the optical path length of the light emitted from each light source can be reduced as compared with the conventional case. Therefore, it is possible to realize a telecentric optical system with good light condensing property by minimizing the aberration caused by the difference in optical path length.
また、本発明の画像表示装置は、上記課題を解決するために、複数の光源と、上記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、上記集光レンズによって集光された光を受ける受光面を有する受光板とを備えたテレセントリック光学系を含み、上記受光面は、各光源の収差が小さくなるように湾曲していることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the image display device of the present invention is focused by a plurality of light sources, a condensing lens that condenses light emitted from the plurality of light sources, and the condensing lens. A telecentric optical system including a light receiving plate having a light receiving surface for receiving light, wherein the light receiving surface is curved so as to reduce the aberration of each light source.
上記発明によれば、受光面を有する上記受光板が上記集光レンズに向かって湾曲しているので、各光源から出射された光の光路長の差が原因となって発生する収差を、受光板の受光面においてできるだけ小さくすることができる。そのため、上記光路長の差により発生する収差をできるだけ小さくし、集光性のよいテレセントリックな光学系を実現できる。 According to the above invention, since the light receiving plate having the light receiving surface is curved toward the condenser lens, the aberration caused by the difference in the optical path length of the light emitted from each light source is received. It can be made as small as possible on the light receiving surface of the plate. Therefore, it is possible to realize a telecentric optical system with good light condensing property by minimizing the aberration caused by the difference in optical path length.
また、本発明の画像表示装置では、上記受光面は、上記集光レンズに向かって凹状に湾曲していることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, it is more preferable that the light receiving surface is curved in a concave shape toward the condenser lens.
これにより、各光源から出射された光の光路長の差により発生する収差をできるだけ小さくし、より集光性のよいテレセントリックな光学系を実現できる。 Thereby, the aberration generated by the difference in the optical path length of the light emitted from each light source can be made as small as possible, and a telecentric optical system with better light collection can be realized.
また、本発明の画像表示装置では、上記複数の光源における各光源は、各光源の収差が小さくなるように、かつ集光レンズの中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源から垂直におろした距離がそれぞれ異なるように配置されていることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, each light source in the plurality of light sources has a light source with respect to a plane perpendicular to the optical axis through the central portion of the condenser lens so that the aberration of each light source is reduced. It is more preferable that the distances perpendicular to each other are different.
これにより、各光源から出射された光の光路長の差をより小さくすることができ、上記光路長の差により発生する収差をできるだけより小さくすることができる。 Thereby, the difference of the optical path length of the light radiate | emitted from each light source can be made smaller, and the aberration which generate | occur | produces by the said optical path length difference can be made as small as possible.
また、本発明の画像表示装置では、上記複数の光源が実装される基盤は、各光源の収差が小さくなるように、集光レンズ側に段差部が設けられていることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, it is more preferable that the substrate on which the plurality of light sources are mounted has a stepped portion on the condenser lens side so that the aberration of each light source is reduced.
これにより、上記複数の光源の各光源は、集光レンズの中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源から垂直におろした距離を異ならせて配置されるので、より精度の高い収差補正が実現できる。 As a result, each light source of the plurality of light sources is arranged with different distances perpendicular to each light source with respect to a plane that passes through the central portion of the condenser lens and is perpendicular to the optical axis. High aberration correction can be realized.
また、本発明の画像表示装置では、上記基盤は、さらに段差部が集光レンズに向かって凹状に設けられていることが好ましい。 In the image display device of the present invention, it is preferable that the base is further provided with a stepped portion in a concave shape toward the condenser lens.
これにより、さらにより精度の高い収差補正が実現できる。 Thereby, aberration correction with higher accuracy can be realized.
また、本発明の画像表示装置では、上記複数の光源が実装される基盤は、各光源の収差が小さくなるように湾曲していることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, it is more preferable that the substrate on which the plurality of light sources are mounted is curved so that the aberration of each light source is reduced.
これにより、上記複数の光源の各光源は、集光レンズの中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源から垂直におろした距離を異ならせて配置されるので、より精度の高い収差補正が実現できる。また、基盤を上記集光レンズ側に湾曲させたことにより、集光レンズに入射する光の光量が増えるため、より明るい像を得ることができる。 As a result, each light source of the plurality of light sources is arranged with different distances perpendicular to each light source with respect to a plane that passes through the central portion of the condenser lens and is perpendicular to the optical axis. High aberration correction can be realized. Further, since the base is curved toward the condenser lens, the amount of light incident on the condenser lens is increased, so that a brighter image can be obtained.
また、本発明の画像表示装置では、上記基盤は、さらに集光レンズに向かって凹状に湾曲していることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, it is more preferable that the base is further curved in a concave shape toward the condenser lens.
これにより、集光レンズに入射する光の光量がより増えるため、さらに明るい像を得ることができる。 Thereby, since the light quantity of the light which injects into a condensing lens increases more, a still brighter image can be obtained.
また、本発明の画像表示装置では、上記複数の光源が実装される基盤は、さらに段差部の高さを任意に調節する調節手段を備えていることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, it is more preferable that the substrate on which the plurality of light sources are mounted further includes an adjusting unit that arbitrarily adjusts the height of the stepped portion.
これにより、各光源を実装する高さをより容易に調節することが可能となる。 Thereby, it becomes possible to adjust the height which mounts each light source more easily.
また、本発明の画像表示装置では、上記複数の光源の各光源は、集光レンズの中心部に向けて、上記基盤に実装されることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, it is more preferable that each light source of the plurality of light sources is mounted on the base toward the central portion of the condenser lens.
これにより、集光レンズの中心付近に光が集まるため、各光源の光路長の差が発生しにくく、収差をより容易に補正できる。 As a result, since light is collected near the center of the condenser lens, a difference in optical path length between the light sources hardly occurs, and aberrations can be corrected more easily.
また、集光レンズに入射する光の光量を多くすることができるため、受光板の受光面においてより明るい像を得ることができる。 Further, since the amount of light incident on the condenser lens can be increased, a brighter image can be obtained on the light receiving surface of the light receiving plate.
また、集光レンズの中心付近に光が集まることにより、集光レンズのレンズ径を小さくすることが可能となり、テレセントリック光学系をよりコンパクトに、より低コストに実現することができる。 In addition, since the light is collected near the center of the condenser lens, the lens diameter of the condenser lens can be reduced, and the telecentric optical system can be realized more compactly and at lower cost.
また、本発明の画像表示装置では、上記複数の光源は、レーザ光源であることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, it is more preferable that the plurality of light sources are laser light sources.
これにより、レーザ光源は指向性が良いため、集光レンズに入射する光の径をより小さくできる。したがって、集光レンズの設計による収差補正が容易となる。 Thereby, since the laser light source has good directivity, the diameter of the light incident on the condenser lens can be further reduced. Therefore, it becomes easy to correct aberrations by designing the condenser lens.
また、レーザ光源は光の広がり角が小さいため、集光レンズのレンズ半径をより小さくすることができる。したがって、テレセントリック光学系をよりコンパクトに、より低コストに実現することができる。 Further, since the laser light source has a small light spread angle, the lens radius of the condenser lens can be further reduced. Therefore, the telecentric optical system can be realized more compactly and at a lower cost.
また、本発明の画像表示装置では、上記複数の光源は、発光ダイオードであることがより好ましい。 In the image display device of the present invention, it is more preferable that the plurality of light sources are light emitting diodes.
これにより、より低コスト化を図ることができる。また、光の3原色の使用が可能となり、フルカラーのディスプレイを考える場合、光の3原色が使用できることはより大きな利点となる。 Thereby, cost reduction can be achieved. Also, the use of the three primary colors of light is possible, and when a full-color display is considered, the ability to use the three primary colors of light is a greater advantage.
本発明の画像表示装置は、以上のように、複数の光源と、上記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、上記集光レンズによって集光された光を受ける受光面を有する受光板とを備えたテレセントリック光学系を含み、上記複数の光源における各光源は、各光源の収差が小さくなるように、かつ集光レンズの中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源から垂直におろした距離がそれぞれ異なるように配置されている。 As described above, the image display device of the present invention includes a plurality of light sources, a condensing lens that condenses light emitted from the plurality of light sources, and a light receiving surface that receives the light collected by the condensing lens. Each light source in the plurality of light sources, with respect to a plane perpendicular to the optical axis through the center of the condenser lens so that the aberration of each light source is reduced. Thus, the distance from each light source is vertically different.
それゆえ、上記各光源から出射された光の光路長の差を小さくすることができ、該光路長の差により発生する収差をできるだけ小さくすることができる。 Therefore, the difference in the optical path length of the light emitted from each of the light sources can be reduced, and the aberration caused by the difference in the optical path length can be minimized.
また、本発明の画像表示装置は、複数の光源と、上記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、上記集光レンズによって集光された光を受ける受光面を有する受光板とを備えたテレセントリック光学系を含み、上記受光面は、上記集光レンズに向かって湾曲している。 The image display device of the present invention includes a plurality of light sources, a light collecting lens that collects light emitted from the plurality of light sources, and a light receiving surface that receives light collected by the light collecting lens. A telecentric optical system including a plate, and the light receiving surface is curved toward the condenser lens.
それゆえ、上記各光源から出射された光の光路長の差を小さくすることができ、該光路長の差により発生する収差を受光板の受光面においてできるだけ小さくすることができる。 Therefore, the difference in the optical path length of the light emitted from each of the light sources can be reduced, and the aberration caused by the difference in the optical path length can be reduced as much as possible on the light receiving surface of the light receiving plate.
このように、光源の位置もしくは受光面を有する受光板の形状をフレキシブルにすることによって、上記光路長の差により発生する収差をできるだけ小さくし、集光性を良くし得るテレセントリックな光学系を備えた画像表示装置を提供するという効果を奏する。 In this way, by making the position of the light source or the shape of the light receiving plate having the light receiving surface flexible, the telecentric optical system capable of minimizing the aberration caused by the difference in the optical path length and improving the light condensing performance is provided. There is an effect that an image display device is provided.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1ないし図3に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 as follows.
図1の(a)は、本発明の一実施形態の光学配置の概略を示す平面図である。図1の(b)は、本発明の一実施形態の実装基盤1の概略を示す正面図である。図1の(c)は、本発明の一実施形態の2次元スキャンミラー4の概略を示す正面図である。
FIG. 1A is a plan view schematically showing an optical arrangement according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a front view showing an outline of the mounting
本実施の形態の画像表示装置は図1(a)に示すように、複数の光源2…と、複数の光源2…を実装する実装基盤1と、2次元スキャンミラー4と、集光レンズ5と、受光面を有する受光板6とで主要部が構成されている。
As shown in FIG. 1A, the image display apparatus according to the present embodiment includes a plurality of
本実施の形態においては、一例として、複数の光源2…は単色の発光ダイオード(以下、LED(LED:Light Emitting Diode)とする)とされ、集光レンズ5の光軸3に対して垂直方向に、2.5mm間隔で5個配置されている。また、説明のために、上記5個の光源2…のうち3個の光源を光源2a・2b・2cと称する。
In the present embodiment, as an example, the plurality of
また、説明のために、集光レンズ5の焦点距離は30mm、レンズ半径は10mmとされている。さらに、集光レンズ5は、複数の光源2…のうち光軸上に存在する光源2cと集光レンズ5の中心部との距離、および集光レンズ5の中心部と受光板6の中心部との距離を60mmとなるように配置されている。
For the sake of explanation, the focal length of the condenser lens 5 is 30 mm and the lens radius is 10 mm. Further, the condensing lens 5 includes a distance between the
ただし、上述した各数値は説明のための一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。 However, each numerical value mentioned above is an example for description, and the present invention is not limited to this.
また、2次元スキャンミラー4は、集光レンズ5により形成された像をスキャンできるように、図1(a)および図1(b)に示すように2次元方向に動くことができるようになっている。
Further, the two-
ここで、本実施の形態の画像表示装置における光線の挙動について説明する。 Here, the behavior of light rays in the image display apparatus according to the present embodiment will be described.
上記複数の光源2…から出射された光は、上記集光レンズ5によって上記受光板6の受光面上に集光される。上記集光レンズ5と上記受光板6との間には光スキャナ装置である上記2次元スキャンミラー4が配置され、光が2次元にスキャンされる。より具体的には、第1の光源2aから出射された光より形成された像を2次元スキャンミラー4によってスキャンするときには、第1の光源2aから出射された光より形成された像の一番上(以下、上とは図1(a)における上方向を指す)から、第2の光源2bから出射された光より形成された像の一番上までを、集光レンズ5の光軸3に対して垂直方向(以下、横方向と称す)にスキャンしながら、該横方向に垂直な方向(以下、縦方向と称す)に徐々に下がってスキャンする。同様に、第2の光源2bから出射された光より形成された像を2次元スキャンミラー4によってスキャンするときは、第2の光源2bから出射された光より形成された像の一番上から、第3の光源2cから出射された光より形成された像の一番上までを、上記同様に2次元スキャンする。つまり、第1の光源2aから出射された光より形成される像と第2の光源2bから出射された光より形成される像との間を補完するようにスキャンできる。
The light emitted from the plurality of
以上のように、2次元スキャンミラー4を用いて、点在する複数の光源2…から出射された光から形成される像と像との間を補完するようにスキャンすることで、受光板6の受光面上に抜けのない像を形成することができる。
As described above, by using the two-
上記受光板6はスクリーンとして働き、一度スクリーンに集光した光は、スクリーン上で拡散される。スクリーンは結像した光を透過するように透明であって、観測者はその拡散された光を見ることにより、像を見ることができる。また、スクリーンとして光拡散板を用いれば、視野角を広げることが可能となる。
The
ここで、上記のように構成された画像形成装置の光線追跡シミュレーションの結果について図2ないし図3を参照しながら説明する。ただし、図2に示したシミュレーションは実際の光線の様子を厳密に表すものではなく、発生する収差量を調べるものである。 Here, the result of the ray tracing simulation of the image forming apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. However, the simulation shown in FIG. 2 does not strictly represent the actual state of light rays, but examines the amount of aberration that occurs.
図2においては、わかりやすいように、一例として、上記5個の光源2…のうち3個の光源2a・2b・2cを抜き出してシミュレーションした結果を示している。
In FIG. 2, for easy understanding, as an example, three
また、一例として、上記3個の光源2a・2b・2cはそれぞれ、光軸3から垂直方向に0mm・2.5mm・5mmの間隔で配置されているとする。また、上記3個の光源2a・2b・2cから出射された光をそれぞれ光線2a’・2b’・2c’とする。また、上記3個の光源2a・2b・2cは、それぞれ集光レンズ5の中心方向に向けて配置されている。
As an example, it is assumed that the three
ただし、上述した各数値は説明のための一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。 However, each numerical value mentioned above is an example for description, and the present invention is not limited to this.
図2より、上記3個の光源2a・2b・2cから出射された光線2a’・2b’・2c’は、集光レンズ5によって光路を曲げられ、受光板6の受光面上に集光していく様子がわかる。
As shown in FIG. 2, the
次に、図2の受光板6付近を拡大した図を図3に示す。
Next, an enlarged view of the vicinity of the
図3から、わかるように、光線2c’は、受光板6の受光面上に完全に集光されている。
As can be seen from FIG. 3, the
しかし、光源2bから出射された光線2b’は、受光板6よりもわずかに集光レンズ5側で集光しており、さらに光源2aから出射された光線2a’は、光線2b’が集光している点よりもさらに集光レンズ5側で集光している。
However, the
これは、光軸3から垂直方向に離れた位置に配置された光源2から出射された光ほど、集光レンズ5の中心を通る光と比べて光路長の差が大きくなり、集光位置がずれるためである。したがって、このように集光位置がずれた光は受光板6の受光面上ではきちんと焦点が合わず、ぼやけた像となる。このように、完全に集光した像とぼやけた像との差が収差量となる。
This is because the light emitted from the
このシミュレーションから求められた収差量をもとに、それぞれ焦点があっている箇所を結んでいくと、図3に示すように、ある曲面ができる。この曲面に沿って受光板6を湾曲させたものが湾曲型受光板7であり、該湾曲型受光板7は集光レンズに向かって凹状に湾曲している。言い換えると、上記湾曲型受光板7の曲率半径はレンズで集光された光の収差量によって決定される。
Based on the amount of aberration determined from this simulation, connecting each in-focus location produces a curved surface as shown in FIG. A curved light receiving plate 7 is formed by bending the
このように湾曲型受光板7を用いると、どの位置に配置された光線2b’も湾曲型受光板7の受光面上に、収差をできるだけ小さく抑え、より完全に近い状態で集光した像を結ぶことができる。
When the curved light receiving plate 7 is used in this way, the
また、本実施の形態のように、湾曲型受光板7を観測者が見ると、像は歪んで見える。しかし、どの位置に配置された光源2から出射された光も、より完全に近い状態で湾曲型受光板7の受光面上に集光されているため、非常に高精細な像を得ることができる。また、湾曲型受光板7の曲率半径が大きい場合には、湾曲による像の歪みは、目で見ても非常に小さいと考えられる。一般的に、受光板の曲率半径2.5m以上であれば、湾曲による像の歪みは許容されると考えられている。
Moreover, when the observer looks at the curved light receiving plate 7 as in the present embodiment, the image looks distorted. However, since the light emitted from the
ここで、上記湾曲型受光板7は、観測者が見るものであるため、光拡散板などがよく、該光拡散板はプラスチックなどの可撓性を備えた材料で形成すれば湾曲型受光板7の曲面の形成が容易になる。 Here, since the curved light receiving plate 7 is viewed by an observer, a light diffusing plate or the like is preferable, and if the light diffusing plate is formed of a flexible material such as plastic, the curved light receiving plate is used. 7 is easily formed.
なお、湾曲型受光板7として用いるものは上記光拡散板に限らず、観測者によって見ることができるように透明な材質で形成されていればよい。 In addition, what is used as the curved light-receiving plate 7 is not limited to the light diffusing plate, but may be formed of a transparent material so that it can be seen by an observer.
以上のように湾曲型受光板7を用いることで、ある程度、収差を小さく補正しているので、従来よりも簡単なレンズ設計で、残りの発生する収差を補正することができる。したがって、レンズの設計時間が短縮され、コストを削減することができる。 As described above, by using the curved light receiving plate 7, the aberration is corrected to a certain extent, so that the remaining generated aberration can be corrected with a simpler lens design than in the prior art. Therefore, the lens design time is shortened, and the cost can be reduced.
また、湾曲型受光板7の受光面を観測者が見ることで、全ての光源2…から出射された光は収差が小さく抑えられた状態で湾曲型受光板7の受光面に集光するため、湾曲型受光板7の受光面に映った画像の解像度を向上させることができる。
Further, when the observer sees the light receiving surface of the curved light receiving plate 7, the light emitted from all the
〔実施の形態2〕
また、本発明の他の実施形態について、図4ないし図7を用いて説明すれば以下の通りである。
[Embodiment 2]
Further, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、上記実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of
本実施の形態では、複数の光源2…から出射された光の光路差により発生した収差を、湾曲型受光板7を用いて補正する代わりに、複数の光源2…の位置をそれぞれ変えることによって補正している。
In this embodiment, instead of correcting the aberration generated by the optical path difference of the light emitted from the plurality of
図4は、本実施の形態における段差型実装基盤8に実装された複数の光源2…の概略を示す側面図である。上記段差型実装基盤8は、集光レンズに向かって凹状に各光源が配置されるように、集光レンズ側に段差部が設けられている。各光源2が実装される段差部の高さは、上記シミュレーションによって求められた各光線の収差量によって決まる。ただし、収差量は上記シミュレーションによって求めるだけにとどまらず、試作段階などにおいて実際に測定した収差量を用いてもよい。
FIG. 4 is a side view schematically showing a plurality of
ここで、段差型実装基盤8を用いて収差量を補正する場合の手順について説明する。 Here, a procedure for correcting the aberration amount using the step-type mounting substrate 8 will be described.
まず、受光板6の受光面において光線2c’の収差を小さく抑えるように、光源2cと集光レンズ5の中心部との距離が決定される(以下、距離Aと称す)。
First, the distance between the
次に、同様に、受光板6の受光面において光線2b’の収差を小さく抑えるように、集光レンズ5の中心部を通り光軸に垂直な面に対して光源2bから垂直におろした距離、つまり光源2bから、集光レンズ5の中心部を通り光軸に垂直な面までの最短距離が決定される(以下、距離Bと称す)。
Next, similarly, the distance perpendicular to the
すると、距離Aと距離Bとの値は互いに異なる結果となる。この距離の差によって、光源2bの段差型実装基盤8における段差部の高さが決まる。
Then, the values of the distance A and the distance B are different from each other. This height difference determines the height of the stepped portion of the stepped mounting substrate 8 of the
このようにして、複数の光源2を段差型実装基盤8に実装することにより、光源2cから出射された光とその他の光源2…から出射された光との光路長の差が少なくなり、全ての光源2…の光を受光板6の受光面上により完全に近い状態で集光させることができる。
In this manner, by mounting the plurality of
また、段差型実装基盤8に段差部を形成する段差部高さ調節手段(調節手段)としては、図5に示すように、サブマウント12やステム10などがある。このステム10は高さを任意に設計することができる。ここでは、ステム10より高いものを、延長化ステム11と呼ぶ。
Further, as shown in FIG. 5, there are a submount 12 and a
ここで、サブマウント12とは、図6に示すようにLD(LD:Laser Diode )チップを実装する直方体の部材である。サブマウント12は、放熱性に優れ、放熱部材として使用される一方、回路基盤としての役割を果たすこともできる。
Here, the
また、ステム10および延長化ステム11は、図7に示すように、LDチップ13を実装したサブマウント12と、もしくはLEDチップ14と直接、導電性材料で接着され電源と容易に配線できるようにするものであり、少なくとも2本と端子17…を持つものである。
Further, as shown in FIG. 7, the
実際にはLDチップ13をサブマウント12に実装する際、またはステム10にLDチップ13を実装したサブマウント12を実装する際もしくはステム10に直接LEDチップ14を実装する際に、受光板6の受光面上に発生した収差が補正されるように、各光源2の位置に応じて、サブマウント12の高さ、ステム10、延長化ステム11の高さを調節する。
Actually, when the
また、図7に示すようにステム10と段差型実装基盤8の間に、各光源2の実装位置に応じて、異なる高さのスペーサ15を挟むことにより、受光板6の受光面上に発生する収差が補正されるようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 7, a
つまり、各光源2から出射された光の収差量にあわせて、ステム10や延長化ステム11やサブマウント12やスペーサ15を使い分けることによって、受光板6の受光面上に収差が補正された像を形成することができる。
That is, an image in which aberration is corrected on the light receiving surface of the
以上のように、ステム10や延長化ステム11やサブマウント12を用いると、受光板6の受光面上に発生した収差に対応するように、各光源2を様々な高さに設計されたステム10や延長化ステム11やサブマウント12に実装するだけで、容易に収差を補正することができる。
As described above, when the
さらに、スペーサ15を用いて、受光板6の受光面上に発生した収差を補正する場合には、ステム10と段差型実装基盤8の間にスペーサ15を容易に挟んだり、抜いたりすることが可能となる。そのため、さらに容易に受光板6の受光面上に発生した収差を補正することができる。また、試作段階から、様々な高さのスペーサ15を用いて、集光レンズ5の中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源2から垂直におろした最短距離を、受光板6の受光面上に発生した収差を補正するように、容易に試みることができる。
Further, when the aberration generated on the light receiving surface of the
以上のように、各光源2の収差が小さくなるように、かつ集光レンズ5の中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源2から垂直におろした最短距離がそれぞれ異なるように各光源2が配置されていることによって、ある程度、収差を小さく補正しているので、従来よりも簡単なレンズ設計で、残りの発生する収差を補正することができる。したがって、レンズの設計時間が短縮され、コストを削減することができる。
As described above, the shortest distances perpendicular to each
〔実施の形態3〕
また、本発明のさらに他の実施形態について、図8ないし図9を用いて説明すれば以下の通りである。
[Embodiment 3]
Further, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、上記実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of
本発明のさらに他の実施形態においては、上記段差型実装基盤8の代わりに、図8に示すように複数の光源2…を実装する基盤を上記集光レンズ5側に湾曲させた、湾曲型実装基盤9を用いる。上記湾曲型実装基盤9は集光レンズに向かって凹状に各光源が配置されるように、集光レンズ側に湾曲されている。
In still another embodiment of the present invention, instead of the step-type mounting base 8, a curved type in which a base on which a plurality of
図8は、複数の光源2…を湾曲型実装基盤9に実装した図である。
FIG. 8 is a diagram in which a plurality of
湾曲型実装基盤9に実装された複数の光源2…から出射された光は集光レンズ5によって光路を曲げられた後、像側テレセントリックな光線となって受光板6の受光面上に集光する。そのとき、各光源2は集光レンズ5の中心方向に向けられ、レンズホルダ枠16が入射瞳として働く。
The light emitted from the plurality of
また、上記湾曲型実装基盤9の曲率半径は、集光レンズ5に入る光量を大きくするために集光レンズ5の中心を中心とし、その中心から光源2cまでの距離を半径とする円周の曲率半径を基本とし(以下、基本曲率半径と称す)、受光板6の受光面上に発生する収差が補正をされるようにその曲率半径を修正したものが良い。
Further, the radius of curvature of the
本実施の形態のように、光源2cと集光レンズ5の中心部との距離が60mmの場合、湾曲型実装基盤9の曲率半径は60mm程度となる。
As in the present embodiment, when the distance between the
このように、湾曲型実装基盤9に光源2…を実装することは、受光板6の受光面上に発生する収差の補正を容易にするばかりでなく、光の集光性を高めることができる。つまり、上述したように、各光源2は集光レンズ5の中心方向に向けられ配置されるため、集光レンズ5に入射する光の光量が増え、明るい像を形成することができる。
As described above, mounting the
また、集光レンズ5の中心付近に光が集まるため、各光源2の光路長の差が発生しにくく、収差の補正が容易となる。また、集光レンズ5の中心付近に光が集まることは、集光レンズ5のレンズ径を小さくすることが可能となり、光学系のコンパクト化および低コスト化を実現する。
In addition, since light is collected near the center of the condenser lens 5, a difference in optical path length between the
ここで、光源2…を実装する基盤の高さや曲率半径を変更した場合の受光板6の受光面における集光状態の変化について図9を参照しながら、より詳しく説明する。一例として、光源2aを、段差型実装基盤8もしくは湾曲型実装基盤9に実装したときの光線2a’の受光板6の受光面における集光状態の変化について説明する。
Here, the change in the condensing state on the light receiving surface of the
図9の左側は、光線2a’を平板基盤に実装したときの受光板6の受光面における集光状態を示している。
The left side of FIG. 9 shows a condensing state on the light receiving surface of the
図9の右側は、光源2aを、集光レンズ5に近づく方向に1.5mm移動させた時の受光板6の受光面における集光状態を示している。また、矢印の位置は焦点位置を表している。
The right side of FIG. 9 shows a condensing state on the light receiving surface of the
図9からわかるように、光源2aを集光レンズ5に近づく方向に1.5mm移動させることによって、光線2a’の焦点位置を受光板6の受光面上に移動させることができる。
As can be seen from FIG. 9, the focal position of the
つまり、段差型実装基盤8を用いる場合は、光源2aを1.5mm集光レンズ5側へ移動させるように、ステム10、延長化ステム11、サブマウント12、スペーサ15などを用いて、段差型実装基盤8に高さ1.5mmの段差部を形成するとよい。また、湾曲型実装基盤9を用いる場合は、光源2aを1.5mm集光レンズ5側へ移動させるように、湾曲型実装基盤9の曲率半径を上記基本曲率半径から修正してもよい。
That is, when the step-type mounting substrate 8 is used, the step type is used by using the
以上のように、段差型実装基盤8または湾曲型実装基盤9などを用いて、複数の光源2…の各光源2を、集光レンズ5の中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源2から垂直におろした最短距離がそれぞれ異なるように配置させることにより、受光板6の受光面上に発生する収差をより良く補正することができる。
As described above, each of the
〔実施の形態4〕
上記光源2…としてレーザ光源を用いる場合は、受光板6の受光面上に発生する収差の補正はより容易になる。レーザ光源から出射される光は元来、広がり角が小さく、指向性が良いため、物体側テレセントリックな光学配置の場合でも集光レンズ5に入射する光の径が小さくできる。したがって、集光レンズ5による収差補正が容易となる。
[Embodiment 4]
When a laser light source is used as the
また、後述するように光源2…としてLEDを用いる場合よりも光の広がり角が狭いため、集光レンズ5のレンズ半径をLEDの場合よりも小さくできる。
Also, as will be described later, since the light spread angle is narrower than when LEDs are used as the
〔実施の形態5〕
また、上記光源2…としてLEDを用いる場合は、前述の内容から分かるとおり、光源2…としてレーザ光源を用いた場合よりも収差の補正が難しくなる。しかし、レーザ光源よりも単価が安く、光の3原色の使用が可能となる。光源2…として3原色のLEDを複数個使用する場合は、光軸3を含む面と水平方向に各色、例えば赤青緑を配置し、上記光軸3を含む面に垂直方向には同色のLEDを並べるようにする。このように、フルカラーのディスプレイを考える場合、光の3原色が使用できることは、大きな利点となる。
[Embodiment 5]
In addition, when LEDs are used as the
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、複数の光源を備えた画像表示装置に適用できる。具体的には、光源としてレーザを用いたディスプレイや、光源として、有機EL発光素子、無機EL発光素子、LEDチップやLDチップ等の素子を用いたディスプレイやプラズマディスプレイなどに利用することができる。また、2次元スキャン型ディスプレイなどにも利用することができる。 The present invention can be applied to an image display device provided with a plurality of light sources. Specifically, it can be used for a display using a laser as a light source, a display using an organic EL light emitting element, an inorganic EL light emitting element, an LED chip, an LD chip, or the like as a light source, or a plasma display. It can also be used for a two-dimensional scan display.
1 実装基盤
2 光源
2a 光軸から垂直方向に5mmの位置に配置された光源
2b 光軸から垂直方向に2.5mmの位置に配置された光源
2c 光軸から垂直方向に0mmの位置に配置された光源
2a’ 光源2aから出射された光線
2b’ 光源2bから出射された光線
2c’ 光源2cから出射された光線
3 光軸
4 2次元スキャンミラー
5 集光レンズ
6 受光板
7 収差補正方向に湾曲させたスクリーン(受光板)
8 段差型実装基盤
9 湾曲型実装基盤
10 ステム
11 延長化ステム
12 サブマウント
13 LDチップ
14 LEDチップ
15 スペーサ
16 レンズホルダ枠
17 端子
DESCRIPTION OF
8 Step
Claims (12)
上記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、
上記集光レンズによって集光された光を受ける受光面を有する受光板とを備えたテレセントリック光学系を含み、
上記複数の光源における各光源は、各光源の収差が小さくなるうに、かつ集光レンズの中心部を通り光軸に垂直な面に対して、各光源から垂直におろした距離がそれぞれ異なるように配置されていることを特徴とする画像表示装置。 Multiple light sources;
A condensing lens for condensing light emitted from the plurality of light sources;
A telecentric optical system including a light receiving plate having a light receiving surface for receiving the light collected by the condenser lens,
Each light source in the plurality of light sources has a smaller distance from each light source perpendicularly to a surface that passes through the central portion of the condenser lens and is perpendicular to the optical axis as the aberration of each light source decreases. An image display device characterized by being arranged.
上記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、
上記集光レンズによって集光された光を受ける受光面を有する受光板とを備えたテレセントリック光学系を含み、
上記受光面は、各光源の収差が小さくなるように湾曲していることを特徴とする画像表示装置。 Multiple light sources;
A condensing lens for condensing light emitted from the plurality of light sources;
A telecentric optical system including a light receiving plate having a light receiving surface for receiving the light collected by the condenser lens,
The image display device, wherein the light receiving surface is curved so that the aberration of each light source is reduced.
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