(57)【要約】【課題】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。【解決手段】画像表示装置は、複数の光源２…と、複数の光源２…から出射された光を集光する集光レンズ５と、集光レンズ５によって集光された光を受ける受光面を有する受光板６とを備えたテレセントリック光学系を含み、複数の光源２…の各光源２は、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距離がそれぞれ異なるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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する画像表示装置。
【請求項３】
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を特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
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する請求項２記載の画像表示装置。
【請求項５】
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を特徴とする請求項１記載または４記載の画像表示装置。
【請求項６】
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を特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
【請求項７】
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を特徴とする請求項１記載または４記載の画像表示装置。
【請求項８】
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を特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項９】
上記基盤は、さらに段差部の高さを任意に調節することができる調節手段を備えていることを特徴とする請求項５または６記載の画像表示装置。
【請求項１０】
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を特徴とする請求項７または８記載の画像表示装置。
【請求項１１】
上記複数の光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
上記複数の光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開平２−８８６２０号公報（平成２年１月１２日公開）
【特許文献２】特開２０００−１１１７９３号公報（平成１２年４月２１日公開）
【特許文献３】特開昭５８−９３０２７号公報（昭和５８年６月２日公開）
【特許文献４】特開昭６３−９６６１６号公報（昭和６３年４月２７日公開）
【特許文献５】特開平４−１５０２７６号公報（平成４年５月２２日公開）
【特許文献６】特開平１０−１０８０７８号公報（平成１０年４月２４日公開）
【特許文献７】特開平２−８８０９号公報（平成２年１月１２日公開）
【特許文献８】米国特許第５，７０１，１３２号公報（１９９７年１２月２３日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【発明の効果】
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
〔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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
次に、図２の受光板６付近を拡大した図を図３に示す。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
〔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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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）。
【００７６】
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）。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
〔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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
〔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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
〔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。
【０１０６】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】（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。（ｂ）は、本発明の一実施形態の実装基盤の概略を示す正面図である。（ｃ）は、本発明の一実施形態の２次元スキャンミラーの概略を示す正面図である。
【図２】本発明における画像形成装置の光線追跡シミュレーションの結果の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における画像形成装置の受光板を湾曲させたときの光の集光状態の概略を示す側面図である。
【図４】本発明の他の実施形態における画像形成装置の複数の光源を段差型実装基盤に実装した状態の概略を示す側面図である。
【図５】上記段差型実装基盤の段差部を形成する調節手段の概略を示す側面図である。
【図６】上記調節手段の一例であるサブマウントの概略を示す側面図である。
【図７】上記調節手段の一例であるスペーサの概略を示す側面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態における画像形成装置の複数の光源を湾曲型実装基盤に実装した状態の概略を示す側面図である。
【図９】光軸から垂直方向に５ｍｍの位置に配置された光源を、１．５ｍｍ集光レンズに近づく方向へ移動させたときの受光板の受光面における集光状態の変化の概略を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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