WO2010116862A1 - コリメートレンズ - Google Patents

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WO2010116862A1
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collimating
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博史 亀田
昇一 京谷
正義 中川
康之 近藤
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アルプス電気株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators

Definitions

  • the present invention relates to a collimating lens that collimates light emitted by a laser device of a laser display module, and more particularly to a collimating lens capable of suppressing chromatic aberration with respect to wavelength variation of light.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a collimating lens which can be constituted by a single lens and has good chromatic aberration characteristics.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a laser display device using a collimator lens in the present embodiment.
  • the laser display device includes a laser device 2 for emitting light, a collimator lens 1 for converting light from the laser device 2 into parallel light, and an image generating device 3 to which light collimated by the collimator lens 1 is incident; And a screen 4 on which the light emitted from the image generation device 3 is projected.
  • the image generation device 3 branches the incident light based on the input signal and projects the light on the screen 4.
  • the screen 4 is configured to emit light when the light is projected, and an image can be generated on the screen 4 by scanning the projection position with respect to the screen 4 by the image generation device 3.
  • FIG. 3 A graph showing the relationship of ⁇ WD / f to the reciprocal of the Abbe number dd is shown in FIG. 3, and a graph showing the relationship of ⁇ WD / f to D / f when the lens thickness is D is shown in FIG.
  • the graph shows the relationship of ⁇ WD / f to R1 / f when the paraxial radius of curvature of the collimator-side lens 11 is R1.
  • the parameter conditions in each figure are shown in Tables 4 to 6.

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Abstract

【課題】単レンズで構成でき色収差特性の良好なコリメートレンズを提供する。 【解決手段】レーザーディスプレイ装置に用いるレーザー装置からの光を平行光とするコリメートレンズであり、レーザー装置からの光の波長が３７５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であって、開口数が０．２以上０．７５以下であり、以下の条件をいずれも満たすようにした。すなわち、（１）レンズ厚をＤ、焦点距離をｆとしたときに、Ｄ／ｆ＞０．８５、かつ（２）アッベ数をνｄとしたときに、νｄ＞５７。

Description

コリメートレンズ
　本発明は、レーザーディスプレイモジュールのレーザー装置が発光した光を平行光とするコリメートレンズに関し、特に光の波長変動に対して色収差を抑えることのできるコリメートレンズに関する。
　レーザー装置が発光する光は発散光であり、これを各種機器において用いる際に平行光とするコリメートレンズが知られている。コリメートレンズは、両面に非球面形状のレンズを有して構成されるのが一般的である。
　コリメートレンズが用いられる機器として、レーザーディスプレイ装置が知られている。レーザーディスプレイ装置は、レーザー装置とコリメートレンズ、画像生成装置及びスクリーンを有してなり、レーザー装置から発光した光をコリメートレンズで平行光とし、この平行光を画像生成装置に入射させ、画像生成装置では入射した光を複数の光に分岐し、分岐した光をスクリーンに投影する。そして分岐した光の投影位置においてスクリーンが発光し、この投影位置を画像生成装置で走査することにより映像を生成するものである。
　レーザーディスプレイ装置においては、出力可変のレーザー装置が用いられており、高出力とした際には温度が上昇する。温度が上昇すると、レーザー装置からの光の波長が変動するため、コリメートレンズの作動距離（ＷＤ）が変化する。作動距離の変化（ΔＷＤ）を小さく抑えるためには、コリメートレンズを色収差特性の良好なものとする必要がある。コリメートレンズにおいて、色収差特性を良好にするための技術としては、例えば特許文献１に挙げるように、複数枚のレンズを組み合わせたものが知られている。
特開２０００－１９３８８号公報
　しかし、色収差特性を良好にするため、複数枚のレンズを組み合わせたコリメートレンズは、部品点数が増加するため、高コストとなるという問題を有していた。また、単レンズでコリメートレンズを構成したものにあっては、レンズ厚を小さく形成するのが一般的であって、レーザーディスプレイ用のコリメートレンズとしては不適であると共に、色収差特性における性能も低いものであった。
　本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、単レンズで構成でき色収差特性の良好なコリメートレンズを提供することを目的とする。
　前記課題を解決するため、本発明に係るコリメートレンズは、レーザーディスプレイ装置に用いるレーザー装置からの光を平行光とするコリメートレンズにおいて、
　前記レーザー装置からの光の波長が３７５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であって、開口数が０．２以上０．７５以下であり、以下の条件をいずれも満たす
（１）レンズ厚をＤ、焦点距離をｆとしたときに、Ｄ／ｆ＞０．８５
（２）アッベ数をνｄとしたときに、νｄ＞５７
ように構成されている。
　また、本発明に係るコリメートレンズは、コリメート光側に形成されるレンズ面の近軸半径をＲ１としたときに、０．５１＜Ｒ１／ｆ＜１．５であることを特徴として構成されている。
　本発明に係るコリメートレンズによれば、アッベ数及びレンズ厚を所定の範囲となるようにすることで、ある程度以上厚みを有した単レンズで、ΔＷＤ／ｆ＜０．００４とすることができ、色収差特性が良好でかつ高出力レーザー装置を有したレーザーディスプレイ装置に適したレンズとすることができる。
本実施形態におけるコリメートレンズを用いたレーザーディスプレイ装置の概要図である。 コリメートレンズの側面図である。 アッベ数νｄの逆数に対するΔＷＤ／ｆの関係を表したグラフである。 レンズ厚をＤとしたときのＤ／ｆに対するΔＷＤ／ｆの関係を表したグラフである。 コリメート側レンズの近軸曲率半径をＲ１としたときのＲ１／ｆに対するΔＷＤ／ｆの関係を表したグラフである。
　本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態におけるコリメートレンズを用いたレーザーディスプレイ装置の概要図を示している。レーザーディスプレイ装置は、光を発光するレーザー装置２と、レーザー装置２からの光を平行光とするコリメートレンズ１と、コリメートレンズ１で平行光とされた光が入射される画像生成装置３と、画像生成装置３から出射される光が投影されるスクリーン４とを有している。
　レーザー装置２から発光される光の波長は、４０８ｎｍである。ただし、出力を大きくした場合には、波長変動が生じ、その範囲は４０８±１０ｎｍである。本実施形態のコリメートレンズ１は、この波長変動の範囲において、作動距離の変動をΔＷＤとし、焦点距離をｆとしたときに、ΔＷＤ／ｆ＜０．００４となるように設計される。
　画像生成装置３は、入射された光を入力信号に基づいて分岐し、スクリーン４に投影する。スクリーン４は、光が投影されるとその位置が発光するように構成されており、画像生成装置３によってスクリーン４に対する投影位置を走査することにより、スクリーン４に映像を生成することができる。
　コリメートレンズ１の構成についてより詳細に説明する。図２には、コリメートレンズ１の側面図を示している。コリメートレンズ１は、ガラスによって形成されており、円形あるいは方形状の平板に形成されてなる基部１０の両面に、それぞれコリメート側レンズ１１と光源側レンズ１２を有して構成されている。
　コリメートレンズ１を構成するコリメート側レンズ１１と光源側レンズ１２は、いずれも非球面形状を有する。これら各面の面データについて表１と表２に示している。なお、表１の単位はいずれもｍｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、コリメートレンズ１の各種データは表３の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　コリメートレンズ１の各パラメータを変化させた場合の特性について説明する。図３にはアッベ数νｄの逆数に対するΔＷＤ／ｆの関係を表したグラフを、図４にはレンズ厚をＤとしたときのＤ／ｆに対するΔＷＤ／ｆの関係を表したグラフを、図５にはコリメート側レンズ１１の近軸曲率半径をＲ１としたときのＲ１／ｆに対するΔＷＤ／ｆの関係を表したグラフを、それぞれ示している。各図におけるパラメータ条件については、表４～６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　図３に示すように、コリメートレンズ１のアッベ数の逆数が小さい、すなわちアッベ数νｄが大きいほど、ΔＷＤ／ｆが小さくなり、ΔＷＤ／ｆ＜０．００４となるアッベ数は、１／νｄ＜０．０１７５、すなわちνｄ＞５７の範囲である。また、図４に示すように、コリメートレンズ１のレンズ厚Ｄとの関係では、Ｄ／ｆが大きく、すなわちレンズ厚が大きくなるほど、ΔＷＤ／ｆが小さくなり、ΔＷＤ／ｆ＜０．００４となる条件は、Ｄ／ｆ＞０．８５の範囲である。さらに、図５に示すように、コリメート側レンズ１１の近軸曲率半径Ｒ１に対しては、０．５１＜Ｒ１／ｆ＜１．５の範囲においてΔＷＤ／ｆ＜０．００４となる。
　これらの結果から、本実施形態では、アッベ数νｄが６１．２であるガラス材料を用い、Ｄ／ｆが１．１３となる厚みを有すると共に、Ｒ１／ｆが０．７５となるようにコリメート側レンズ１１を形成することとした。これにより、ΔＷＤ／ｆは０．００４以下である０．００３６４となる。
　このように、コリメートレンズ１のレンズ厚Ｄを大きく形成し、かつアッベ数νｄが適切な値となるガラス材料を選択することにより、単レンズでも色収差特性の良好なレンズとすることができ、レーザーディスプレイ装置に適し、かつ低コストなコリメートレンズとすることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、レーザー装置２から発光される光の波長は、４０８ｎｍとしているが、３７５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲において、本発明を適用することができる。
　　１　　コリメートレンズ
　　２　　レーザー装置
　　３　　画像生成装置
　　４　　スクリーン
　１０　　基部
　１１　　コリメート側レンズ
　１２　　光源側レンズ

Claims (2)

  1. 　レーザーディスプレイ装置に用いるレーザー装置からの光を平行光とするコリメートレンズにおいて、
    　前記レーザー装置からの光の波長が３７５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であって、開口数が０．２以上０．７５以下であり、以下の条件をいずれも満たすことを特徴とするコリメートレンズ。
    （１）レンズ厚をＤ、焦点距離をｆとしたときに、Ｄ／ｆ＞０．８５
    （２）アッベ数をνｄとしたときに、νｄ＞５７
  2. 　コリメート光側に形成されるレンズ面の近軸半径をＲ１としたときに、０．５１＜Ｒ１／ｆ＜１．５であることを特徴とする請求項１記載のコリメートレンズ。
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