(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に沿って光ビームを出射する発光装置と、
前記発光装置を光軸に垂直な二軸方向に関して揺動可能に支持する支持部と、
中心の周りに環状の所定の形状を有するカム溝を備えるカム部材と、
前記発光装置を揺動駆動する駆動手段と、を含んでおり、
前記発光装置が、
凸形状球面を有する頂部と、底部と、外周部と、前記底部から前記頂部に向かって形成された天井部と内周部とからなる凹部とを有している光学媒体からなり、前記凹部が光源若しくは光検知器の収納部であり、前記天井部が第１のレンズ面として、前記内周部が光入射面として、前記外周部が反射面として、前記底部が反射面として、前記頂部が第２のレンズ面として機能するバルク型レンズと、
このバルク型レンズの凹部に配設された少なくとも一個の光源から成る発光部と、
前記発光部を駆動する駆動部と、
この駆動部に給電する電源部と、
これらバルク型レンズ，発光部，駆動部及び電源部のうち、少なくともバルク型レンズ及び発光部を収容するケースと、を含んでいて、
前記ケースは前記発光装置の光軸方向に沿って後方に延びるように形成されたガイド軸を備え、
前記ガイド軸は前記カム溝に受容され、
前記駆動手段が、回転自在に前記カム部材の中心を通る駆動軸を備えた駆動モータと、前記駆動モータの駆動軸から半径方向に延びる駆動アームと、を有し、
前記駆動アームが、前記ガイド軸が摺動可能に係合するように半径方向に延びるスロットを備え、
前記駆動モータによって前記駆動軸が回転して前記アームが前記中心周りに回転することで、前記発光装置のガイド軸は前記駆動アームのスロット内を半径方向に移動しながら前記カム溝に沿って移動して、前記支持部で支持された前記発光装置はその前端が前記ガイド軸と反対側を向くように振られ、
前記発光部の光源からの光がバルク型レンズの凹部の天井部または内周部からバルク型レンズ内に入射し、直接にあるいは外周部で反射された後、バルク型レンズの頂部から光軸方向に沿って収束光となって出射されることを特徴とする、表示装置。
【請求項２】
前記支持部が、発光装置の重心付近を通る二軸方向に揺動可能に前記発光装置を支持することを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記ガイド軸が、その先端にカム部材のカム溝内に係合するベアリングを備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記ガイド軸が、少なくともその先端にて摩擦係数の小さい材料から構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項５】
前記支持部は、前記発光装置を第１の軸方向に軸方向を有する回転軸の周りに揺動可能に支持する支持リングと、この支持リングを前記第１の軸に垂直な第２の軸方向に軸方向を有する回転軸の周りに揺動可能に支持する固定部と、を備えていることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記光学媒体の外周部の外径が、前記内周部の内径の３倍以上１０倍以下であることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
前記表示装置のバルク型レンズは、第１のレンズ面を凸面に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記第１のレンズ面を凹面に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項９】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記第１のレンズ面を平面に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記第１のレンズ面を平フレネルレンズ面に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記第２のレンズ面の曲率半径をＲ、前記バルク型レンズの光軸方向に測った全長をＬ、バルク型レンズの屈折率をｎとして、０．９３＜ｋ（Ｒ／Ｌ）＜１．０６ｋ＝１／（０．３５・ｎ−０．１６８）の関係を満足することを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記第１のレンズ面の突き出し量をΔ、前記光学媒体の外周部の外径を２Ｒｏとして、０．０２５＜Δ／Ｒｏ＜０．０７５の関係を満足することを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記光学媒体の底部に更に背面鏡を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記光学媒体の内部に更に他の凹部を並列配置したことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記光学媒体が可とう性若しくは屈曲性を有することを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記表示装置のバルク型レンズは、前記内周部の光入射面が所定の傾きを有する少なくとも光波長以上の大きさの凹凸面で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記所定の傾きφは、前記凹部の屈折率をｎ1、前記光学媒体の屈折率をｎ2、前記光学媒体内の外周部面における全反射角をθt、前記光源の発散角をθdとして、ｓｉｎ-1｛ｎ1／ｎ2ｃｏｓ（θd＋φ）｝＝θtから定まる角度であることを特徴とする、請求項１６に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ビームを振ることにより、空中に文字，図形等を表示するための表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような表示装置は、発光部としてのレーザ光源と、二軸方向に反射光を振るように構成された反射手段とから構成されており、レーザ光源から出射した光を反射手段により所望の方向に反射させると共に、振って前方に向かって光を照射するようになっている。
【０００３】
ここで、上記反射手段は、例えばレーザ光源の光軸方向に垂直な二軸方向に関してそれぞれミラーを揺動させることにより、レーザ光源からの光を二軸方向に振るように構成されている。このようにして、レーザ光源から出射した光は反射部材により反射され、進行方向の空中やスクリーン等に対して光ビームの軌跡により文字，図形等の表示を行なうことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような表示装置においては、レーザ光源から出射する光ビームを二つのミラーで振ることによって、光ビームの軌跡により文字，図形等の所望の形状の表示を行なうようになっているが、各ミラーを揺動させるためには一般に回転ソレノイドが必要であり、そのため表示装置全体の重量が増大すると共に、回転ソレノイドを高速で駆動させ、高精度で停止させるためには高度な技術が必要とされる。したがって、表示装置全体のコストが高くなってしまうと共に、回転ソレノイドの制御精度の点から動作安定性が低くなってしまう。
【０００５】
この発明は、以上の点にかんがみ、簡単で小型の構成により、容易に光ビームの軌跡により文字，図形等の所望の形状の表示を行なうことができるようにした表示装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の表示装置は、光軸方向に沿って光ビームを出射する発光装置と、この発光装置を光軸に垂直な二軸方向に関して揺動可能に支持する支持部と、中心の周りに環状の所定の形状を有するカム溝を備えるカム部材と、発光装置を揺動駆動する駆動手段とを含んでおり、上記発光装置が、第二のレンズ面としての凸形状球面を有する頂部，ほぼ平坦な底部，外周部と、底部から前方に向かって形成された第一のレンズ面としての天井部と内周部とから成る凹部とを有しているバルク型レンズと、このバルク型レンズの凹部内に配設された少なくとも一個の光源から成る発光部と、上記発光部を駆動する駆動部と、この駆動部に給電する電源部と、これらバルク型レンズ，発光部，駆動部及び電源部のうち少なくともバルク型レンズ及び発光部を収容するケースと、を含んでいて、ケースは発光装置の光軸方向に沿って後方に延びるように形成されたガイド軸を備え、ガイド軸はカム溝に受容され、駆動手段が、回転自在にカム部材の中心軸を通る駆動軸を備えた駆動モータと、駆動モータの駆動軸から半径方向に延びる駆動アームと、を有し、駆動アームが、ガイド軸が摺動可能に係合するように半径方向に延びるスロットを備え、駆動モータによって駆動軸が回転してアームが中心周りに回転することで、発光装置のガイド軸は駆動アームのスロット内を半径方向に移動しながらカム溝に沿って移動して、支持部で支持された発光装置はその前端がガイド軸と反対側を向くように振られ、発光部の光源からの光が、バルク型レンズの凹部の天井部または内周部からバルク型レンズ内に入射し、直接にあるいは外周部の内面で反射された後、バルク型レンズの頂部から光軸方向に沿って収束光となって出射されることを特徴とする。
【０００７】
前記発光装置の支持部を、発光装置の重心付近を通る二軸方向に揺動可能に発光装置を支持するよう構成すれば好ましい。前記発光装置のガイド軸は、その先端にカム部材のカム溝内に係合するベアリングを備えていれば好ましい。前記ガイド軸は、好ましくは、少なくともその先端にて摩擦係数の小さい材料から構成されている。
【０００８】
本発明の表示装置に用いるバルク型レンズは、頂部と、底部と、外周部と、底部から頂部に向かって形成された天井部と内周部とからなる凹部とを有している光学媒体からなり、凹部が光源の収納部であり、天井部及び頂部がレンズ面として、内周部が光入射面として、外周部が全反射面として、そして底部が反射面として機能する。凹部の内部に光源を収納した場合は、天井部がレンズの入射面として、頂部がレンズの出射面として機能する。内周部から光学媒体に入射した光は、全反射して、又は底部で反射されて頂部に伝送される。「バルク型」とは、砲弾型、卵型、繭型、蒲鉾型等、ある程度の厚み又は膨らみを有する固形体を意味する。光軸方向に垂直な断面の形状は、真円、楕円、三角形、四角形、多角形等が可能である。バルク型のレンズ本体の外周部は、円柱、角柱の円周部のような光軸に平行な面でも良く、光軸に対してテーパを有していてもかまわない。また、天井部及び頂部のレンズ面は、凸面、凹面、平面、フレネルレンズ面のいずれかを適宜選択できる。

【０００９】
バルク型レンズは、レンズ作用及び入射面と出射面とを接続する光伝送作用を有するので、光の波長に対して透明な材料であり、かつ、屈折率が空気の屈折率とは異なる必要がある。このような材料としては、アクリル樹脂等の透明樹脂（透明プラスチック材料）、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結晶性材料を用いてもかまわない。又、可とう性、屈曲性や伸縮性のある透明ゴムのような材料でもよい。なお、光源として、ハロゲンランプ等の白熱球を用いる場合は、これによる発熱を考慮し、耐熱性光学材料を用いるべきである。耐熱性光学材料としては、石英ガラス、サファイアガラス等の耐熱ガラスが好ましい。或いは、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエーテルエステルアミド樹脂、メタクリル樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、パーフルオロアルキル基を有する高分子材料等の耐熱性樹脂等の耐熱性光学材料が使用可能である。ＳｉＣ等の結晶性材料も耐熱性に優れている。
【００１０】
光源としては、ＬＥＤや半導体レーザ等のように、発光に際して顕著な発熱作用を伴わない光源が好ましい。その発熱が少ないことから、バルク型レンズに熱的影響を与えることがない。
本発明の表示装置にバルク型レンズを使用すれば、光源の数を多数必要とすることなく、所望の照度を有する表示装置を簡単に得ることが出来る。この照度は、光源を同一として較べれば、従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。バルク型レンズは、従来の技術では達成出来ない照度を、簡単且つ小型な構成で実現出来る。
【００１１】
ＬＥＤには内部量子効率と外部量子効率があるが、通常、外部量子効率は内部量子効率よりも低い。ＬＥＤをバルク型レンズの収納部（凹部）に収納することにより、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的なＬＥＤの光エネルギを有効に取り出すことが可能となる。
その原理は、（ａ）バルク型レンズの頂部及び天井部であるレンズ面、及び外周部での反射光（迷光）が外周部で全反射することによりバルク型レンズ外にほとんど散逸しない、（ｂ）上記反射光（迷光）の一部が頂部及び天井部であるレンズ面にもどる、（ｃ）上記反射光（迷光）の一部が底部で反射されて頂部及び天井部であるレンズ面にもどる、（ｄ）上記反射光（迷光）の一部がＬＥＤ光源に吸収され再発光する、さらに、（ｅ）内周部に入射する光も全反射により導光し有効利用している、ことなどが考えられる。
【００１２】
また、バルク型レンズによれば、ＬＥＤ等の光源それ自身は何ら手を加えることなく、容易に光の発散、収束等の光路の変更や焦点の変更が可能である。
すなわち、光源の発散角が既知であれば、第１及び第２のレンズ面の曲率半径等の選定が簡単に出来る。なお、第１及び第２のレンズ面のいずれか一方は、曲率半径が無限大、若しくは無限大に近い平坦な面であっても良い。第１及び第２のレンズ面のいずれか一方が、無限大ではない所定の（有限の）曲率半径を有していれば、光の収束、発散の制御が可能である。又、「所定の発散角」は０°、即ち平行光線であっても良い。又、発散角が９０°であっても、収納部が光源の発光部を完全に光学的に覆っているため、有効にその光を集光することが可能である。これは、従来のレンズ等の光学系では不可能な作用である。即ち、天井部以外の収納部の内周部も、有効な光の入射部として機能し得る。
【００１３】
具体的には、光源は、チップ状の半導体発光素子、透明材料でモールドされた半導体発光素子又は他の光源から光を導く光ファイバの出射端面である。これらの光源を光学媒質を介して収納部に収納しても良い。屈折率によって光学媒質を適宜選択することによっても光の発散、収束等の光路の変更や焦点の変更が可能であり、また、内周部から光学媒体に入射する光の屈折角を変えることができ、光学媒体の全反射をより効果的にすることもできる。
ここで、光学媒質には、固体、液体、気体、のみならず、ゾル状、コロイド状若しくはゲル状の光の波長に対して透明な物質も含まれる。
【００１４】
また、バルク型レンズは、頂部と、底部と、外周部と、この底部から頂部に向かって形成された天井部と内周部からなる凹部とを有している光学媒体であり、凹部が光源の収納部であり、天井部及び頂部がレンズ面として、内周部が光入射面として、外周部が全反射面として、また底部が反射面として機能し、内周部の光入射面が所定の傾きを有する少なくとも光波長以上の大きさの凹凸面で構成されていてもよい。また所定の傾きφは、凹部の屈折率をｎ1 、光学媒体の屈折率をｎ2 、光学媒体内の外周部面における全反射角をθt 光源の発散角をθd として、
ｓｉｎ-1｛ｎ1 ／ｎ2 ｃｏｓ（θd ＋φ）｝＝θt
から定まる角度である。
この構成によれば、例えば、端面発光ＬＥＤのようにほとんどの出射光がチップの側面から出射するようなＬＥＤを使用する場合においても、光源の全ての出射光を集光できる。
【００１５】
さらにまた、バルク型レンズは、レンズ部と光源を収納する収納部とが一体で形成されているため、従来のレンズ系では必要であったレンズと光源を光学的位置合わせをして保持する保持部を必要とせず、また、光学的位置合わせ工程を必要とせず、ただ光源にかぶせるだけでよいので、極めて低コストである。
【００１６】
上記構成によれば、発光装置にて、電源部からの給電により駆動部が発光部の一個もしくは複数個の光源を発光させる。これにより、発光部の各光源から出射した光は、一部が、バルク型レンズの天井部からバルク型レンズ内に入射し、また他の一部が、バルク型レンズの内周面からバルク型レンズに入射する。
したがって、バルク型レンズに入射した光は、一部が直接に頂部から出射し、また他の一部がバルク型レンズの外周部の内側で反射されて頂部から出射する。これにより、バルク型レンズの頂部から出射する光は、バルク型レンズの天井部である第一のレンズ面と頂部である第二のレンズ面によるレンズ効果に基づいて屈折され、前方に向かって狭い照射角度で照射される。
そして、上記発光部の光源がバルク型レンズの凹部内に完全に嵌入しているので、、光源から出射した光が高い効率でバルク型レンズ内に入射し、表示装置の照射光度を大幅に高めることができる。
【００１７】
このような状態から、駆動手段にて発光装置のガイド軸を回転駆動させると、このガイド軸は、駆動手段による回転に伴って、カム部材のカム溝に沿って摺動する。これにより、ガイド軸はカム部材のカム溝の形状に従って移動する。
そして、発光装置が支持部により光軸に垂直な二軸方向に関して揺動可能に支持されているので、発光装置は、ガイド軸の移動に伴って、発光装置の前端がガイド軸とは逆方向に揺動することになり、発光装置の前端から出射する光ビームは、カム部材のカム溝の形状に対応して振られる。これにより、発光装置から出射する光ビームの軌跡により、カム部材のカム溝の形状に対応した形状の表示が行なわれることになる。
【００１８】
このようにして、本発明によれば、発光装置から出射する光ビームを、駆動部によりカム部材のカム溝の形状に対応して振ることによって、光ビームの軌跡により文字，図形等の所望の形状の表示を行なうことができる。この際、発光装置において、発光部の光源としてＬＥＤ等の小型の光源から出射する光を、上述した特別の構成の光学部材を使用することによって、効率良く集光して、十分な光量の光を照射することができる。
【００１９】
上記支持部が、発光装置の重心付近を通る二軸方向に揺動可能に上記発光装置を支持する場合には、発光装置は、その重心付近が支持部で二軸方向に揺動可能に支持されているので、ガイド軸により発光装置を二軸方向に揺動させるための駆動力が小さくて済み、容易に揺動させることができる。
【００２０】
上記ガイド軸がその先端にカム部材のカム溝内に係合するベアリングを備えている場合には、ガイド軸の先端がカム部材のカム溝に沿って移動する際に、その摩擦がベアリングによる転がり摩擦であるので、ガイド軸の先端をカム部材のカム溝に沿って軽い力で移動させることができる。
【００２１】
上記ガイド軸が少なくともその先端にて摩擦係数の小さい材料から構成されている場合には、ガイド軸の先端がカム部材のカム溝に沿って移動する際に、その摩擦がガイド軸の先端の材料により低減されるので、ガイド軸の先端をカム部材のカム溝に沿って軽い力で移動させることができる。。
【００２２】
上記駆動手段が、カム部材の中心軸方向に延びる駆動軸を備えた駆動モータと駆動モータの駆動軸から半径方向に延びる駆動アームとを有しており、この駆動アームが発光装置のガイド軸が摺動可能に係合するように半径方向に延びるスロットを備えている場合には、駆動モータが駆動アームを回転駆動させると、駆動アームがカム部材の中心軸の周りに回転し、駆動アームのスロットに係合する発光装置のガイド軸がカム部材のカム溝の形状に基づいて駆動アームのスロット内を摺動しながらカム部材のカム溝に沿って摺動する。
これにより、発光装置の前端がガイド軸とは逆方向に揺動し、発光装置の前端から出射する光ビームはカム部材のカム溝の形状に対応して振られる。これにより、発光装置から出射する光ビームの軌跡によってカム部材のカム溝の形状に対応した形状の表示が行なわれる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
図１は本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの模式的な断面図である。この表示装置の発光体は、図１に示すように、所定の波長帯域の光を発するＬＥＤ等の光源１０１と、この光源１０１を完全に囲むバルク型レンズ１２０とから少なくとも構成されている。そして、このバルク型レンズ１２０は、頂部１０３と底部１０７と外周部１０９と、底部１０７から頂部１０３に向かって形成された天井部１０２と内周部１０５とから成る凹部１０６とから成る光学媒体１０４でなり、この凹部１０６にスペーサ１０８を介して光源１０１がバルク型レンズ１２０と光軸を揃え且つ完全に収納、固定され、天井部１０２がレンズの光入射面として、頂部１０３がレンズの出射面として機能するように構成されている。
【００２４】
図１の光源１０１は、ＬＥＤチップ１１３と、このＬＥＤチップ１１３を載置する電極を兼ねた支持ピン１１１と、ＬＥＤチップ１１３のもう一方の電極に電力を供給する電極ピン１１２と、チップ１１３、支持ピン１１１及び電極ピン１１２を覆う透明な樹脂モールド１１４で構成されている。樹脂モールド１１４は側部が円筒形を成しており、バルク型レンズ１２０の凹部１０６の円筒形を成す内周部１０５とスペーサ１０８を介して嵌合している。
【００２５】
樹脂モールド１１４の側面は、例えば、直径（２ｒ）が２〜３ｍｍφの円柱形状であり、バルク型レンズ２０の凹部１０６の内周部１０５は、例えば、直径が２．５〜４ｍｍφの円柱形状となっている。ＬＥＤ１０１とバルク型レンズ１２０とを固定するために、ＬＥＤ１０１とバルク型レンズ１２０の凹部１０６との間には、厚さ０．２５〜０．５ｍｍ程度のスペーサ１０８が挿入されている。スペーサ１０８はＬＥＤ１０１の発光部を除く位置、即ち、図１においてＬＥＤチップ１１３の底面より底部１０７側に方に配置する。
【００２６】
バルク型レンズ１２０は、例えば頂部１０３が凸形状球面を有し、外周部１０９が円柱形状を成している。この外周部１０９の直径（２Ｒ0 ）は、例えば１０〜３０ｍｍφであるが、使用目的に応じて任意に選択できる。しかしながら、より集光効率を高くするためには、
１０ｒ＞Ｒ0 ＞３ｒ                                  （１）
の関係を満足することが好ましい。バルク型レンズ１２０の外周部１０９の直径（２Ｒ0 ）は、凹部１０６の内周部１０５の内径（２ｒ）の１０倍以上でも、本発明のバルク型レンズは機能するが、必要以上に大きくなり小型化を目的とする場合は好ましくない。
【００２７】
上記構成のバルク型レンズは、以下に説明する理由により、従来の凸型形状の球面レンズを使用した光学系よりも極めて低損失で収束できる。
ＬＥＤは発散角の大きな光源であるため、従来の凸型形状の球面レンズによって、ＬＥＤから発する全ての光を平行光線とすると光損失が避けられない。
図２は従来の凸型形状球面レンズによる集光作用を示す図で、図２（Ａ）は凸型片球面レンズを使用して、ＬＥＤ光源からの光を平行光とする状態を示している。図において、レンズは曲率半径ｒを有し、光源から焦点距離ｆに配置している。片球面レンズの焦点距離はレンズの屈折率をｎとして、ｆ＝ｒ／（ｎ−１）であるから、屈折率ｎ＝１．５とした場合、ｆ＝２ｒとなる。従って、図から明らかなように、レンズが受光できる発散角の最大は３０°となり、図２（Ｂ）に示す光線は平行光とすることができない。すなわち、従来のレンズを使用したのでは、焦点距離と曲率半径の関係から定まる開口角以上の光は取り込むことができないので、損失が大きい。
ＬＥＤ光源は３０°以上の発散角を有するものが多く、この場合には、上記理由により大きな損失が生じる。従来はこのような場合、高屈折率レンズを使用して改善しているが、コストが高くなる。あるいは、レンズを複雑に組み合わせて対処している例もあるが、この場合には、下記に説明するフレネル反射損が増大してしまう。
【００２８】
図２（Ｂ）は従来の凸型片球面レンズ入射面における反射の状況を示す図である。矢印のついた線は、ＬＥＤから出射し凸型形状球面レンズの光入射面で反射される光線を表す。θ（θ1 、θ2 ）はＬＥＤから出射角、すなわち発散角を表し、φ（φ1 、φ2 ）はそれぞれの光線のレンズ面での入射角を表す。
図３は、フレネルの反射の法則を表した図である。図において、横軸は光線の入射角であり、縦軸は光強度の反射率であり、レンズの屈折率を１．５とし、空気中から光線がレンズ面に入射する場合を表している。図から明らかなように、入射角が５０°あたりまでは反射率が低く一定であるが、５０°を越えたあたりから急激に反射率が増加するのがわかる。
図２（Ｂ）に示した入射角が大きい光線は、図３のフレネルの反射の法則から明らかなように反射される割合が高い。例えば、屈折率１．５の片凸型球面レンズを使用し、このレンズの焦点距離に発散角３０°の光源をおいて平行光を作る場合には、上記の反射光による損失は全光量の３０％近くに達する。
従って、従来の光学系におけるようにレンズを多段に接続したのでは、フレネル反射が多段に生ずることになり、損失が増えてしまう。これらの反射光は空間に散逸してしまい、収束光として利用することはできない。
【００２９】
一方、本発明のバルク型レンズにおいては、発散角が大きい光束であっても、全ての光束をレンズ面に入射させることができ、バルク型レンズの幾何学構造の設計により、全ての光束を平行光線にできるから、極めて損失の少ないレンズである。
また、フレネルの反射を起こす反射面は、天井部２及び頂部３であるから、これらの面で反射した反射光（迷光）はバルク型レンズ内に反射される。これらの反射光（迷光）は、外周部１０９で全反射することによりバルク型レンズ外に散逸せず、一部が頂部１０３及び天井部１０２であるレンズ面にもどり収束光となる。また、他の一部は、底部１０７で反射されて頂部１０３又は天井部１０２にもどり、収束光となる。また、他の一部はＬＥＤ光源で吸収されて再発光し、収束光となる。
【００３０】
図４はＬＥＤ光源にもどった光が再発光する過程を示す図である。図において、もどってきた光はＰＮ接合で吸収されてホールと電子を生じ、このホールと電子が再結合して再発光する。特にこの効果は、ヘテロ構造を有するＬＥＤの場合に大きい。ヘテロ構造のＬＥＤは、発光部であるＰＮ接合部のバンドギャップ・エネルギーがＰ及びＮ領域のバンドギャップ・エネルギーよりも小さく形成されているので、反射光（迷光）はＰ又はＮ領域では吸収されずにＰＮ接合部のみで吸収され、再発光する。
また、本発明のバルク型レンズにおいては、内周部１０５に入射する光も外周面１０９における全反射によって頂部１０３に導かれ収束光となって出射する。この効果は、ＬＥＤ光源１０１をバルク型レンズの光学媒質よりも屈折率の高い光学媒質を介して収納部に収納するとさらに効果が高まる。
本発明のバルク型レンズにおいては上記に説明した相乗効果により、内部量子効率とほぼ等しい効率で、ＬＥＤ光源の光を有効に収束光として取り出しているため、従来の凸型形状の球面レンズに較べ極めて低損失になると考えられる。
【００３１】
図５は、本発明の表示装置に用いるバルク型レンズと従来の凸形状の球面レンズとで平行光を作成した場合の特性を比較するための測定系を示す図である。
図５（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係るバルク型レンズ１２０を用いた場合の、光軸方向に対して垂直方向に光強度（照度）分布を測るための測定系を示す模式図である。バルク型レンズ１２０の出射面からの出力光の強度（照度）を、ＬＥＤ１０１からの測定距離ｘ＝一定とし、照度計２０２をｙ軸方向に移動して測定する。測定距離（ｘ）は、光軸方向に測る。一方、図５（Ｂ）は、同様な測定を従来の両凸レンズを用いて行うことを示す図である。
【００３２】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す測定においては、本発明の表示装置に用いるバルク型レンズ１２０の外径は３０ｍｍφとし、比較に用いた両凸レンズ２０１の外径はこの２倍強の６３ｍｍφとした。両凸レンズ２０１は、焦点距離１５０ｍｍのものを用い、ＬＥＤ１０１からｘ方向に１５０ｍｍの位置に配置した。また、ＬＥＤ光源１０１の発散角は約１２度のものを使用した。
【００３３】
図６は本発明の表示装置に用いるバルク型レンズと従来の凸形状の球面レンズとで平行光を作成した場合の特性を比較した図であり、バルク型レンズ１２０、従来の薄型レンズ（両凸レンズ）２０１及びバルク型レンズを用いない裸のＬＥＤのそれぞれの出力光のｙ方向に沿った強度（照度）分布を、測定距離ｘ＝１ｍにおいて測定した場合の結果を示す。バルク型レンズ１２０が、従来の薄型レンズ（両凸レンズ）２０１の２倍の照度が得られている。
この結果は、本発明のバルク型レンズが従来の光学系では実現できない効果を有することを示している。
【００３４】
図７は本発明の表示装置に用いるバルク型レンズと従来の凸形状の球面レンズとで作成した平行光の平行度を評価した図であり、図５と同様にｙ方向に沿った強度（照度）分布を、測定距離ｘを変化させて測定したデータをまとめたものである。図の横軸は測定距離ｘの逆数の２乗、即ち１／ｘ2 を示し、縦軸は測定距離ｘにおける最大強度（ピーク強度）を示す。図から明らかなように、バルク型レンズの場合は、逆２乗則、即ち１／ｘ2 を示す線上にきれいに測定点がプロットされる。一方、従来の薄型レンズ（両凸レンズ）２０１の場合は、逆２乗則からずれていることがわかる。この結果は、本発明の表示装置に用いるバルク型レンズ１２０は、平行度においても十分であり、従来のレンズ系に較べ、勝るとも劣らない性能を実現できることを示している。
【００３５】
図８は本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの幾何学的構造と集光率の関係を示す図である。ここで「集光率」とは、「バルク型レンズからの±１°以内の発散角における出力光の光量」を、「光源（ＬＥＤ）からの±１２°以内の発散角における光量」で除した量で定義している。すなわち光線ビーム径に対応する量である。頂部１０３の曲率半径Ｒ、バルク型レンズの全長Ｌ、媒体長（頂部と天井部のレンズ間距離）Ｄ、収納部内径（凹部の内周部系）ｒ、天井部２の曲率部分長さΔをパラメータとして、集光率を測定した。尚ここで、Δの符号は図１に示すように、天井部１０２が凹である場合を負とし、凸の場合を正と定義する。
図９は、作製した本発明のバルク型レンズの幾何学的構造を示す図である。図８から、集光率を向上するためには、
０．９３  ＜  ｋ（Ｒ／Ｌ）  ＜  １．０６    ・・・・・ （２）
ｋ  ＝  １／（０．３５・ ｎ  −０．１６８）  ・・・・・ （３）
を満足することが好ましいことが実験的にわかる。ここで、ｎは、バルク型レンズの材料である光学媒質の屈折率である。なお、バルク型レンズ１２０の円柱形状部分の半径Ｒｏと、頂部１０３の曲率半径をＲとは、必ずしも等しい必要はない。
【００３６】
次に、本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの他の例を説明する。
図１０は天井部１０２を凸形状にした本発明のバルク型レンズの構造を示す図である。図１０において、バルク型レンズ１２２は、天井部１０２の形状が異なる外は、図１に示したバルクレンズ１２０と同等である。測定に用いたバルク型レンズ１２２の円柱形状部分の外径２Ｒｏは１５ｍｍφ、バルク型レンズの全長Ｌは、２５ｍｍ、頂部と天井部のレンズ間距離Ｄは１６ｍｍ、収納部６の内径ｒは５．２ｍｍ、バルク型レンズの屈折率ｎは１．５４である。このバルク型レンズの頂部１０３の曲率半径Ｒは８．２５ｍｍである。又、測定に用いた樹脂モールドされたＬＥＤ１の外径は５ｍｍφである。
【００３７】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）及び図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、天井部１０２の凸部の高さΔと、ビーム強度プロファイルとの関係を示す図である。光源からの距離ｘ＝１ｍで照度を測定した。図から明らかなように、天井部１０２を凸形状のレンズとしても集光特性が得られることがわかる。
【００３８】
このようにして、本発明の表示装置に用いるバルク型レンズによれば、ＬＥＤ等の光源を多数必要とすることなく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。驚くことに、現在市販されているハロゲンランプを用いた細身の懐中電灯と同程度の照度がたった１個のＬＥＤで実現出来たのである。このように、本発明の表示装置に用いるバルク型レンズによれば、従来の技術では実現できない照度を、図１に示すような簡単な構造で実現できる。
【００３９】
なお、本発明の表示装置に用いる光源は、種々の色（波長）のＬＥＤが使用可能である。白色ＬＥＤは種々の構造のものが使用出来る。例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３個のＬＥＤチップを縦に積層して構成しても良い。この場合、それぞれの色のＬＥＤチップに対応し、合計６本のピンが導出されても良く、６本のピンを２本にまとめ、外部ピンとしては２本設けられた構造としてもかまわない。又、一方の電極（接地電極）を共通とすれば、外部ピンは４本でよい。又、赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色及び青（Ｂ）色の３枚のＬＥＤチップの駆動電圧を互いに独立に制御出来るようにしておけば、あらゆる色の混合が可能であるので、色合いの変化を楽しむことが可能である。
【００４０】
本発明の表示装置に用いるバルク型レンズ１２０としては、アクリル樹脂等の透明プラスチック材料、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料等が使用可能である。或いは、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＳｉＣ等の結晶性材料を用いてもかまわない。又、可とう性、屈曲性や伸縮性のあるゾル、ゲル、ゾル・ゲル混合物、或いは透明ゴムのような材料でもよい。また、ゾル、ゲル、ゾル・ゲル混合物等を透明ゴムやフレキシブルな透明プラスチック材料等に格納して用いても良い。アクリル樹脂等の透明プラスチック材料等はバルク型レンズ１２０を大量生産するのに好適な材料である。即ち、一度金型を作り、この金型により成形加工すればバルク型レンズ１２０が簡単に大量生産出来る。
【００４１】
次に、本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの変形例について説明する。変形例における本発明のバルク型レンズは、端面放射型ＬＥＤのように、ＬＥＤチップの側面から発光する光源を使用する場合にも使用できるものである。
端面放射型ＬＥＤはＬＥＤチップの側面から発光するものであり、そのため、上記のバルク型レンズにこのＬＥＤチップを装着した場合には、バルク型レンズの内周部１０５に垂直に入射する成分が多くなるため、全反射されずにバルク型レンズの外部に散逸する光が多くなる。変形例のバルク型レンズはこのような光源に対しても、極めて低損失で収束光を得ることができる。
【００４２】
図１３は、本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの内周部１０５と外周部１０９とが傾きを有する場合の光線の光路を示す図である。
図において、光源の発散角をθd 、内周部５と外周部９との傾き角をφ、外周部９の全反射角をθt 、内周部５における光線の入射角、屈折角をθ1 及びθ2 、そしてバルク型レンズの光学媒質の屈折率、収納部（凹部）６の屈折率をｎ2 及びｎ1 とする。図は、光源の最大出射角、すなわち、発散角の光線が傾き角φにより全反射条件を満たし、全反射されている状態を表している。
内周部１０５において、スネルの屈折の法則より、θ1 とθ2 の間には、
ｓｉｎθ1 ／ｓｉｎθ2 ＝ｎ2 ／ｎ1               （４）
が成り立ち、また、図から明らかなように、θt 、φ、θ2 の間には、
θt ＝φ＋θ2                                   （５）
が成り立つ。また、図から明らかなように、θd 、θ1 、φの間には、
θd ＝９０°−（θ1 ＋φ）                      （６）
の関係が成り立つ。上記（４）、（５）、（６）式よりθ1 とθ2 を消去すると、バルク型レンズが全反射角θt を有し、光源の発散角がθd である場合の、全反射するために必要な傾き角φを与える関係式として、
ｓｉｎ-1｛ｎ1 ／ｎ2 ｃｏｓ（θd ＋φ）｝＝θt   （７）
が得られる。すなわち、（７）式を満たす傾き角φ以上で内周部１０５と外周部１０９が傾いていれば、たとえ、内周部１０５に垂直に光が入射する場合（θd ＝９０°）でも全反射され、頂部１０３へ、あるいは底面１０７で反射して頂部１０３へ導かれるから、収束光を得ることができる。
【００４３】
図１４は上記のバルク型レンズの構成を示す図である。
図１４（Ａ）はバルク型レンズ１２０の内周部１０５の表面に微細な凹凸を設けた例を示している。この凹凸は少なくとも（７）式を満足するφ以上の傾き角を有しており、また、この凹凸の大きさは光波長程度でよい。また、この凹凸は内周部１０５の光源近傍に設けるだけでよい。このような凹凸は、適切な粒径の研磨剤を用いて内周部１０５の表面を磨くことによって簡単に形成できる。
図１４（Ｂ）は、ほぼ真横方向に出射した光線がバルク型レンズ内を全反射して又は底面１０７で反射してかつ側壁で全反射して、頂部１０３に導かれる様子を示している。このように、例えば、端面発光ＬＥＤのようにほとんどの出射光がチップの側面から出射するようなＬＥＤを使用する場合においても、全ての出射光を収束できる。また、レンズ部と光源を収納する収納部とが一体で形成されているため、従来のレンズ系では必要であったレンズと光源を光学的位置合わせをして保持する保持部を必要とせず、また、光学的位置合わせ工程を必要とせず、ただ光源にかぶせるだけでよいので極めて低コストである。
【００４４】
図１５及び図１６はこの発明による表示装置の一実施形態を示している。図１５及び図１６において、表示装置１０は、発光装置１１と、発光装置１１を二軸方向に揺動可能に支持する支持部１２と、発光装置１１から光軸方向に沿って後方に延びるガイド軸１３が係合するカム溝を備えたカム部材１４と、ガイド軸１３を回転駆動する駆動手段１５と、から構成されている。
【００４５】
上記発光装置１１は、発光部２１と、この発光部２１に対向して配設された光学部材２２と、発光部２１を駆動する駆動部２３と、この駆動部２３に給電する電源部２４と、これら発光部２１，バルク型レンズ２２，駆動部２３，電源部２４のうち発光部２１及びバルク型レンズ２２を内蔵するケース２５と、を含んでいる。なお、上記駆動部２３及び電源部２４は発光装置１１の外部に設けられており、接続コード２６を介して駆動部２３からの駆動信号が発光装置１１の発光部２１に供給されるようになっている。
【００４６】
上記発光部２１はケース２５内に収容されており、光源２１ａ、例えば一つの半導体レーザ素子と、この光源２１ａが実装される配線基板２１ｂと、から構成されている。なお、上記光源２１ａは、半導体レーザ素子に限らず、例えばＬＥＤ等の各種光源を使用することができる。また、配線基板２１ｂの表面には、外部の駆動部２３からの接続コード２６が接続される端子部（図示せず）が形成されていると共に、この端子部に上記光源２１ａのリード線が接続されている。
【００４７】
上記バルク型レンズ２２は、例えばアクリル樹脂，ガラス等の透光性材料から構成されており、後端が上記発光部２１に対向していると共に、前端部がケース２５から外側に向かって突出している。ここで、バルク型レンズ２２は、図２に示すように、凸状の前端面２２ａと、円筒状の外周面２２ｂと、平坦な後端面２２ｃとを有しており、後端面２２ｃの中心付近には中心軸（光軸）に沿って前方に向かって延びる凹部２２ｄを備えている。この凹部２２ｄは天井部２２ｅと円筒状の内周部２２ｆとを有している。そして、前記発光部２１の光源２１ａは、バルク型レンズ２２の凹部２２ｄ内に嵌入して保持されるようになっている。
【００４８】
なお、発光部２１から見て、天井部２２ｅは第一のレンズ面として、また頂部２２ａは第二のレンズ面として機能することによりバルク型レンズ２２がレンズとして作用する。また、内周部２２ｆは光源２１ａからの光入射面として作用する。外周部２２ｂは内側にて反射面として作用するようになっている。この反射面としての作用を向上させるために、外周部２２ｂの表面に反射部材を備えてもよい。同様に、後端面２２ｃの表面に反射部材２２ｇが備えられてもよい。
【００４９】
上記駆動部２３は、電源部２４から給電されることにより発光部２１の光源２１ａに対して駆動電流を供給するように構成されている。また、上記駆動部２３は、前述したように発光装置１１の外部に設けられているが、発光部２１の配線基板２１ｂ上に形成されていてもよい。その場合、接続コード２６は電源部２４から駆動部２３への給電を行なう。なお、上記駆動部２３の具体的構成は、使用する光源２１ａに対応して適宜に選定されるようになっている。上記電源部２４は発光装置１１の外部に設けられており、例えばスイッチング電源等の適宜の構成であって、駆動部２３に対して所定の駆動電圧を印加する。
【００５０】
上記ケース２５は、図示の場合、細長い円筒状に形成されていると共に、発光部２１及びバルク型レンズ２２を収容している。さらに、上記ケース２５は、発光装置１１の光軸方向に沿って後方に延びるように形成されたガイド軸１３を備えている。
このガイド軸１３は、ケース２５と一体に構成されていてもまた別体に構成されケース２５に一体的に取り付けられていてもよい。さらに、上記ガイド軸１３は、少なくともその先端１３ａが摩擦係数の小さい材料、例えばテフロン，デルリン等の樹脂材料から構成され、あるいはその表面がこれらの材料により覆われている。なお、ガイド軸１３は、カム部材１４のカム溝１４ａ内を摺動する際の摩擦を低減するために、上記摩擦係数の小さい材料の代わりに先端１３ａにカム溝１４ａに係合するベアリングを備えるようにしてもよい。
【００５１】
また、上記支持部１２は公知の構成であって、発光装置１１を光軸に垂直な二軸方向、即ち図１７にてＸ，Ｙ方向に延びるＸ軸及びＹ軸の周りに揺動可能に支持している。ここで、上記Ｘ軸及びＹ軸は発光装置１１の重心付近を通るようにその位置が選定されている。これにより、発光装置１１はＸ軸及びＹ軸の周りに非常に小さい慣性モーメントで揺動し得るようになっている。
【００５２】
上記支持部１２は、具体的には図１７に示すように構成されている。図１７において、支持部１２は、発光装置１１をＸ軸方向に軸方向を有する回転軸１２ａの周りに揺動可能に支持する支持リング１２ｂと、この支持リング１２ｂをＹ軸方向に軸方向を有する回転軸１２ｃの周りに揺動可能に支持する固定部１２ｄとから構成されている。これにより、発光装置１１が回転軸１２ａ及び回転軸１２ｃの周りに揺動して、発光装置１１の光軸に垂直な二軸方向に揺動可能に支持されることになる。なお、好ましくは、上記支持部１２による発光装置１１の支持は発光装置１１の重心位置付近にて行なわれるようになっている。
【００５３】
また、上記カム部材１４は、円板状の本体１４ａが発光装置１１の光軸に対して実質的に垂直に固定保持されると共に、図１８（Ａ）に示すように、本体１４ａの中心の周りに環状に形成された所定形状、図示の場合ハート型のカム溝１４ｂを有している。そして、このカム溝１４ｂには、前述したガイド軸１３の先端１３ａが係合する。なお、カム溝１４ｂは、前述したガイド軸１３が円滑にカム溝１４ｂに沿って移動し得るように、回転角度に対して一意に決まるような形状を有している。
【００５４】
上記駆動手段１５は、図１８（Ｂ）に示すように、その駆動軸１６ａがカム部材１４の中心軸方向に延びる駆動モータ１６と、駆動モータ１６によりカム部材１４の中心軸の周りに回動される駆動アーム１７とから構成されている。上記駆動モータ１６は公知の構成であって、図示しない電源から給電されてその駆動軸１６ａが回転し、駆動アーム１７を回転駆動する。この駆動アーム１７は、駆動軸１６ａから垂直に半径方向外側に向かって延びるように形成され、その長手方向（半径方向）に沿って延びるスロット１７ａを有している。このスロット１７ａ内には、前述の発光装置１１のガイド軸１３が係合しており、駆動アーム１７が回転してガイド軸１３が駆動軸１６ａの周りに旋回されるようになっている。
【００５５】
この実施形態による表示装置１０は以上のように構成されており、使用する場合には、駆動手段１５の駆動モータ１６が駆動されて、駆動アーム１７が駆動軸１６ａの周りに揺動される。これにより、発光装置１１のガイド軸１３が、駆動アーム１７の揺動により強制的にカム部材１４の中心の周りに揺動される。その際、ガイド軸１３の先端１３ａがカム部材１４のカム溝１４ａに係合していることにより、ガイド軸１３は、カム溝１４ａの形状に従って駆動アーム１７のスロット１７ａ内を半径方向に移動しながら、カム溝１４ａに沿って摺動することになる。この場合、ガイド軸１３の先端１３ａの表面領域が摩擦係数の小さい材料により構成されているので、カム溝１４ａに沿って円滑に移動する。そして、このガイド軸１３の先端１３ａのカム溝１４ａに沿った移動により、発光装置１１は、支持部１２で二軸方向に揺動可能に支持されていることと相まって、発光装置１１の前端がガイド軸１３と反対側を向くように振られる。これにより、発光装置１１から光軸方向に沿って出射した光は、空中にてカム溝１４ｂと逆向きの形状に振られ、光ビームの軌跡によって空中にカム溝１４ｂと逆向きの表示を行なう。
【００５６】
ここで、発光装置１１においては、発光部２１の光源２１ａから出射する光が以下のようにして光軸方向に向かって照射されるようになっている。
電源部２４からの駆動電圧が発光部２１の配線基板２１ｂ上の駆動部２３に供給され、駆動部２３が動作して光源２１ａに駆動電流を流す。これにより光源２１ａが発光し、光源２１ａから出射した光は、一部が直接にバルク型レンズ２２の凹陥部２２ｄ内にてバルク型レンズ２２内に入射し、また他の一部がバルク型レンズ２２の凹部２２ｄ内の内周部２２ｅから光学部材２２内に入射する。このとき、光源２１ａが光学部材２２の凹部２２ｄ内に嵌入しているので、光源２１ａより前方にてバルク型レンズ２２内に入射した光は、バルク型レンズ２２の屈折率に基づいて前方に向かって屈折してバルク型レンズ２２の前方に向かって導かれ、バルク型レンズ２２の外周面２２ｂで反射されて、バルク型レンズ２２の前端面２２ａに達する。
また、上記光源２１ａより後方にてバルク型レンズ２２の内周面２２ｅに入射した光は、バルク型レンズ２２の屈折率に基づいて後方に向かって屈折して、バルク型レンズ２２の後端面２２ｃから出射するが、この後端面２２に反射部材が設けられている場合にはこの反射部材で反射され、再びバルク型レンズ２２の後端面２２ｃからバルク型レンズ２２内に入射して前方に向かって導かれる。
【００５７】
これにより、光源２１ａから出射した光は、側方や後方に向かう光もバルク型レンズ２２内に取り込まれると共に、光源２１ａからバルク型レンズ２２内に入射した光は、バルク型レンズ２２の頂部２２ａに導かれて、バルク型レンズ２２のレンズ効果によって絞り込まれることにより、この頂部２２ａから狭い照射角度で前方に向かって出射して、対象物を照明する。
【００５８】
このようにして、発光装置１１の発光部２１の光源２１ａからの光は、側方または後方に向かって出射した光を含めて、高効率でバルク型レンズ２２内に入射し、バルク型レンズ２２のレンズ効果により拡散または集束されて、対象物を照明することになる。そして、発光装置１１がカム部材１４のカム溝１４ａの形状に基づいてガイド軸１３の先端１３ａが摺動することにより、発光装置１１から出射される光ビームの軌跡が、空中にてカム溝１４ａの形状に対応した逆向きの表示を行なうことになる。
この場合、発光装置１１の光源２１ａとして、例えば半導体レーザ素子等の小型の光源を使用すれば、駆動手段１５及びカム部材１４により容易に発光装置１１から出射する光ビームを振ることができるので、小型で簡単な構成により、さらに上述した特別の構成の光学部材、すなわちバルク型レンズ２２を使用することによって、効率良く集光して十分な光量の光を照射することができる。
【００５９】
上述した実施形態において、発光部を構成する光源２１ａは１個のみが使用されているが、これに限らず２個以上の光源を備えていてもよいことは明らかである。また、上述した実施形態において、バルク型レンズ２２の第一のレンズ面である天井部２２ｅは凹面、および、第二のレンズ面である頂部２２ａは凸面としてそれぞれ形成されているが、これに限らず前端面２２ａ，内端面２２ｅはそれぞれ凸面，凹面又は平面あるいはフレネルレンズ面として形成されてもよい。
【００６０】
さらに、上述した実施形態において、バルク型レンズ２２の外周部２２ｂ及び内周部２２ｆは、それぞれ円筒状に形成されているが、これに限らず、例えば楕円柱状，多角形状等に形成されてもよく、さらには前方に向かって先細になるようなテーパを有していてもよい。
また、上述した実施形態においては、カム部材１４のカム溝１４ａはハート型に形成されているが、これに限らず、カム部材１４の中心に対する回転角度により一意に決まる環状の形状であれば、他の任意の形状を有していてもよいことは明らかである。
【００６１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、発光装置から出射する光ビームを、駆動部でカム部材のカム溝の形状に対応して振ることによって、光ビームの軌跡により文字，図形等の所望の形状の表示を行なうことができる。
この際、発光装置において、発光部の光源としてＬＥＤ等の小型の光源から出射する光を、上述した特別の構成の光学部材であるバルク型レンズを使用することによって、効率良く集光して十分な光量の光を照射することができ、かつ、質量が小さいので高速に動作できる。
このようにして、本発明によれば、簡単で小型の構成により容易に光ビームの軌跡により文字，図形等の所望の形状の表示を行なうことができるようにした表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの構成を示す断面図である。
【図２】従来技術のレンズ系による損失の状況を示す図である。
【図３】フレネル反射を示す図である。
【図４】ＬＥＤのＰＮ接合において反射光（迷光）が再発光する過程を示す図である。
【図５】本発明の表示装置に用いるバルク型レンズと従来のレンズとの特性比較に用いた測定系を示す図である。
【図６】本発明の表示装置に用いるバルク型レンズと従来のレンズの集光特性を比較した図である。
【図７】本発明の表示装置に用いるバルク型レンズと従来のレンズの集光特性を比較した図である。
【図８】本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの幾何学形状の違いによる特性変化の実測値を示す図である。
【図９】図８の測定に用いた本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの幾何学形状を示す図である。
【図１０】本発明の表示装置に用いる他のバルク型レンズの構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の表示装置に用いる他のバルク型レンズの幾何学形状の違いによる特性変化の実測値を示す図である。
【図１２】本発明の表示装置に用いる他のバルク型レンズの幾何学形状の違いによる特性変化の実測値を示す図である。
【図１３】本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの変形例の原理を説明する模式図である。
【図１４】本発明の表示装置に用いるバルク型レンズの変形例の構成を示す図である。
【図１５】本発明による表示装置の一実施形態の構成を示す概略斜視図である。
【図１６】図１５の表示装置で使用される発光装置のバルク型レンズの構成を示す拡大断面図である。
【図１７】（Ａ）は図１５の表示装置における支持部の概略斜視図、（Ｂ）は正面図である。
【図１８】（Ａ）は図１５の表示装置におけるカム部材及び駆動手段の関係を示す概略正面図、（Ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１０１、２１ａ    光源
１０２、２２ｅ    天井部
１０３、２２ａ    頂部
１０４    光学媒体
１０５、２２ｆ    内周部
１０６、２２ｄ    凹部
１０７、２２ｃ    底部、後端部
１０８    スペーサ
１０９、２２ｂ    外周部
１２０、２２      バルク型レンズ
２０１    両凸球面レンズ
２０２    照度計
１０      表示装置
１１      発光装置
１２      支持部
１３      ガイド軸
１４      カム部材
１４ａ    カム溝
２１      発光部
２１ｂ    配線基板
２２ｇ    第一のネジ部
２２ｈ    環状溝
２２ｉ    第三のネジ部
２３      駆動部
２４      電源部
２５      ケース
【図１】
0004830201.tif 000002
【図２】
0004830201.tif 000003
【図３】
0004830201.tif 000004
【図４】
0004830201.tif 000005
【図５】
0004830201.tif 000006
【図６】
0004830201.tif 000007
【図７】
0004830201.tif 000008
【図８】
0004830201.tif 000009
【図９】
0004830201.tif 000010
【図１０】
0004830201.tif 000011
【図１１】
0004830201.tif 000012
【図１２】
0004830201.tif 000013
【図１３】
0004830201.tif 000014
【図１４】
0004830201.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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