JP2007093945A - 光結合器及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制し、大型化を回避して、色収差の影響を低減することができる光結合器、及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３は焦点距離が同じものを用いてあり、光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３と光結合用光ファイバ８，８，８の端部たる放出位置との間の距離ｄは、Ｒ光束に係る距離ｄ１に付いては光結合用コリメートレンズ１３の焦点距離にしてあり、Ｇ光束に係る距離ｄ２に付いては前記距離ｄ₁より長い所定距離にしてあり、Ｂ光束に係る距離ｄ３に付いては前記距離ｄ２より長い所定距離にしてある。
【選択図】図３

Description

本発明は、波長が異なる複数の光束を光伝送手段に光学的に結合させる光結合器、及びこの光結合器によって結合された光束を光伝送手段から出射して画像を表示する画像表示装置に関する。

Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光束を各別に出射する光源から出射されたＲ光束、Ｇ光束及びＢ光束を内臓する光結合器によって光ファイバ内に結合させ、光ファイバから出射した光束を水平方向及び垂直方向へ走査させて、画像を表示する画像表示装置が開発されている（たとえば、特許文献１参照。）。

かかる画像表示装置の光結合器にあっては、前記光源から入射されたＲ光束、Ｇ光束及びＢ光束の光路にそれぞれ、対応する波長の光は反射させるが、それ以外の波長の光は透過させるダイクロイックミラーが、各ダイクロイックミラーによる反射光の光路が一軸上に重畳するように配置してあり、各ダイクロイックミラーによる各反射光が一軸上に重畳され、当該軸上に配設された一つの集光レンズによって集光されて、光ファイバ内へ入射結合されるようになっていた。

特開２００５−８４３４８号公報

しかしながら、このような従来の光結合器にあっては、各ダイクロイックミラーによって一軸上に重畳させた重畳光を一つの集光レンズで集光しているため、重畳光を構成するＲ光束成分、Ｇ光束成分及びＢ光束成分の色収差の影響が大きいという問題があった。これに対して、複数のレンズを用いて色収差を低減しつつ重畳光を集光することはできるものの、部品コストが増大するのに加え、光結合器が大型化してしまうという問題もあった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制する一方、大型化することを回避して、色収差の影響を低減することができる光結合器、及びこの光結合器を備える画像表示装置を提供する。

請求項１記載の本発明は、予め定めた複数の放出位置からそれぞれ、波長が異なる光束が各別に入射される複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段と、この光学手段によって重畳された重畳光束を集光して光伝送手段内に入射させる集光部とを備え、前記各光束を光伝送手段に光学的に結合させる光結合器において、前記集光部は１つの集光レンズを用いて構成してあり、前記重畳光束を構成する前記各光束の成分の内、前記光伝送手段内に入射される各成分が、所要の割合になるように構成してあることを特徴とする。

請求項２記載の本発明は、前記集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方が大きくなるようにしてあることを特徴とする。

請求項３記載の本発明は、前記各コリメートレンズの焦点距離は互いに略等しくしてあり、前記各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離は、相対的に長い波長の光束に係る場合より相対的に短い波長の光束に係る場合の方を短くしてあることを特徴とする。

請求項４記載の本発明は、前記集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径は、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくしてあることを特徴とする。

請求項５記載の本発明は、前記各コリメートレンズの焦点距離は、相対的に長い波長の光束が入射されるものより相対的に短い波長の光束が入射されるものの方が短くしてあり、前記各放出位置と各コリメートレンズとの距離は、当該コリメートレンズの焦点距離にしてあることを特徴とする。

請求項６記載の本発明は、相対的に短い波長の光束が入射されるコリメートレンズの出側光路上に、入側の光径より出側の光径を小さくする光径調整手段が配設してあることを特徴とする。

請求項７記載の本発明は、前記光径調整手段は、相異なる複数の光径に調整可能に構成してなることを特徴とする。

請求項８記載の本発明は、前記集光レンズに前記各成分の色収差を低減する光回折部が設けてあることを特徴とする。

請求項９記載の本発明は、前記光伝送手段内に入射される各成分の割合は、視感度が低い成分の割合が高くなるように定めてあることを特徴とする。

請求項１０記載の本発明は、少なくとも３つのコリメートレンズが配置してあり、前記光伝送手段内に入射される各成分の割合は、中間の波長の光束に係る成分の割合が高くなるように定めてあることを特徴とする。

請求項１１記載の本発明は、前記光学手段は、１又は複数のダイクロイックミラーを具備することを特徴とする。

請求項１２記載の本発明は、波長が相異なる光束をそれぞれ発出する複数の光源と、各光源が発出した光束が、予め定めた複数の放出位置から各別に入射される複数のコリメートレンズ、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段、及びこの光学手段によって重畳された重畳光束を集光する集光部を具備する光結合器と、この光結合器の前記集光部により集光された重畳光束が光学的に結合される光伝送手段とを備え、この光伝送手段から出射された光束を２次元に走査させて画像を表示する画像表示装置において、前記光結合器として、請求項１から１１のいずれか１項に記載の光結合器を用いて構成してあることを特徴とする。

請求項１３記載の本発明は、２次元に走査された光束を網膜へ照射するリレー光学手段を備え、このリレー光学手段によって網膜に画像を表示するようにしてあることを特徴とする。

請求項１、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、予め定めた複数の放出位置からそれぞれ、波長が異なる光束が各別に入射される複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる１又は複数のダイクロイックミラーといった光学手段と、この光学手段によって重畳された重畳光束を集光して光伝送手段内に入射させる集光部とを備え、前記各光束を光伝送手段に光学的に結合させる場合、前記集光部は１つの集光レンズを用いて構成してあり、前記重畳光束を構成する前記各光束の成分の内、前記光伝送手段内に入射される各成分が、所要の割合になるように構成してあるため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制する一方、大型化することを回避して、色収差の影響を低減することができる。

請求項２、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方が大きくなるようにしてあるため、相対的に長い波長の成分の集光レンズによる焦点距離と、相対的に短い波長の成分の集光レンズによる焦点距離とを略同じにすることができ、これによって色収差の影響を低減することができる。

ここで、波面曲率は、波面曲率半径と同意で用いている。すなわち、平行光は波面曲率（半径）が無限大であり、収束の度合いが平行に近い収束光ほど、波面曲率（半径）が大きい。

請求項３、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、各コリメートレンズの焦点距離は互いに略等しくしてあり、前記各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離は、相対的に長い波長の光束に係る場合より相対的に短い波長の光束に係る場合の方を短くしてあるため、集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方を大きくすることができ、前同様、色収差の影響を低減することができる。また、各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離を前述した如く定めるだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。

請求項４、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径は、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくしてあるため、相対的に短い波長の成分の集光レンズによる収束領域の光軸方向の距離を長くすることができ、これによって当該成分を従来より多く光伝送手段内に入射させることができる。従って、色収差の影響を低減することができる。

請求項５、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、各コリメートレンズの焦点距離は、相対的に長い波長の光束が入射されるものより相対的に短い波長の光束が入射されるものの方が短くしてあり、前記各放出位置と各コリメートレンズとの距離は、当該コリメートレンズの焦点距離にしてあるため、集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径を、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくすることができ、これによって前同様、色収差の影響を低減することができる。また、焦点距離が異なるコリメートレンズを配置するだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。

請求項６、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、相対的に短い波長の光束が入射されるコリメートレンズの出側光路上に、入側の光径より出側の光径を小さくする光径調整手段が配設してあるため、集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径を、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくすることができ、波長によって光ファイバのＮＡが異なる点を補正できる。一方、光径調整手段は、例えば、遮光性の薄板材に所要直径の孔を貫通させることによって構成することができるので、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。

請求項７、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、光径調整手段は、相異なる複数の光径に調整可能に構成してなるため、光源等の製品にばらつきが存在する場合であっても、光径調整手段にて所要の光径に調整することによって、光ファイバのＮＡが波長によって異なる影響を可及的に低減することができる。

請求項８、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、集光レンズに前記各成分の色収差を低減する光回折部が設けてあるため、大型化することを回避しつつ、色収差の影響を低減することができる。

請求項９、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、光伝送手段内に入射される各成分の割合は、視感度が低い成分の割合が高くなるように定めてあるため、視認される場合の色バランスが改善され、これによって色収差の影響を低減することができる。また、前記各成分の割合を調整するだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。

請求項１０、請求項１１、請求項１２又は請求項１３記載の本発明では、少なくとも３つのコリメートレンズが配置してあり、前記光伝送手段内に入射される各成分の割合は、中間の波長の光束に係る成分の割合が高くなるように定めてあるため、異なる波長の光束に係る成分を、中間の波長の光束に係る成分によってバランスさせることができ、これによって色収差の影響を低減することができる。また、前記各成分の割合を調整するだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。

本発明に係る光結合器は、予め定めた複数の放出位置からそれぞれ、波長が異なる光束が各別に入射される複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段と、この光学手段によって重畳された重畳光束を集光して光伝送手段内に入射させる集光部とを備え、前記各光束を光伝送手段に光学的に結合させる光結合器において、前記集光部は１つの集光レンズを用いて構成してあり、前記重畳光束を構成する前記各光束の成分の内、前記光伝送手段内に入射される各成分が、所要の割合になるように構成してある。

前述した集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方が大きくなるようにしてある。

一方、各コリメートレンズの焦点距離は互いに略等しくしてあり、前記各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離は、相対的に長い波長の光束に係る場合より相対的に短い波長の光束に係る場合の方を短くしてある。

また、集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径は、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくしてある。

具体的には、各コリメートレンズの焦点距離は、相対的に長い波長の光束が入射されるものより相対的に短い波長の光束が入射されるものの方が短くしてあり、前記各放出位置と各コリメートレンズとの距離は、当該コリメートレンズの焦点距離にしてある。

また、相対的に短い波長の光束が入射されるコリメートレンズの出側光路上に、入側の光径より出側の光径を小さくする光径調整手段が配設してもよい。

この光径調整手段は、相異なる複数の光径に調整可能に構成してもよい。

一方、集光レンズに前記各成分の色収差を低減する光回折部が設けてある。

ところで、光伝送手段内に入射される各成分の割合は、視感度が低い成分の割合が高くなるように定めてある。

また、少なくとも３つのコリメートレンズが配置してあり、光伝送手段内に入射される各成分の割合は、中間の波長の光束に係る成分の割合が高くなるように定めてもよい。

ここで、光学手段は、１又は複数のダイクロイックミラーを具備する。

本発明に係る画像表示装置は、波長が相異なる光束をそれぞれ発出する複数の光源と、各光源が発出した光束が、予め定めた複数の放出位置から各別に入射される複数のコリメートレンズ、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段、及びこの光学手段によって重畳された重畳光束を集光する集光部を具備する光結合器と、この光結合器の前記集光部により集光された重畳光束が光学的に結合される光伝送手段とを備え、この光伝送手段から出射された光束を２次元に走査させて画像を表示する画像表示装置において、前記光結合器として、前述したいずれかの光結合器を用いて構成してある。

また、２次元に走査された光束を網膜へ照射するリレー光学手段を備え、このリレー光学手段によって網膜に画像を表示するようになすことによって、網膜走査型の画像表示装置として適用する。
（実施の形態１）

以下、本発明を図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明に係る網膜操作型の画像表示装置の構成をブロック図と共に示す模式図であり、図中、１は、後述する複数のドライバにそれぞれ所要の映像信号を供給する映像信号供給回路である。

映像信号供給回路１には外部から映像信号が与えられるようになっており、映像信号供給回路１は、与えられた映像信号に基づいて、表示する画像に奥行きを持たせるべく後述する波面曲率変調ドライバ７０の動作を制御する奥行き信号、２次元走査を行なう場合の水平同期を行なうための水平同期信号、及び２次元走査を行なう場合の垂直同期を行なうための垂直同期信号を生成し、生成した奥行き信号は波面曲率変調ドライバ７０に、水平同期信号は水平走査ドライバ７１に、垂直同期信号は垂直走査ドライバ７４にそれぞれ与えるようになっている。

また、映像信号供給回路１は、前記映像信号に基づいて、Ｒ（赤）光束、Ｇ（緑）光束、Ｂ（青）光束の光量を調節するためのＲ映像信号、Ｇ映像信号、Ｂ映像信号を生成するようになっており、Ｒ映像信号、Ｇ映像信号、Ｂ映像信号は対応するＲレーザドライバ３、Ｇレーザドライバ４、Ｂレーザドライバ２に各別に与えられる。

これら各レーザドライバ３，４，２は与えられた映像信号に従って、対応するＲレーザ出射器６、Ｇレーザ出射器７及びＢレーザ出射器５の出力を制御し、出射される各レーザ光束の光量を調整する。そして、各レーザ出射器６，７，５から出射された各レーザ光束は、図２に示す３本の光結合用光ファイバによって光結合器１０へそれぞれ伝送されるようになっている。

光結合器１０内には、入射光を平行にして出射する３つの光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３が一列に配設してあり、各光結合用光ファイバは光結合器１０に、その端部を対応する光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３に対向するように連結されている。そして、各光結合用光ファイバの出射端部から出射されたレーザ光束は、対応する光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３を通過する間に平行光になされる。この光結合器１０の内部には、所定の波長の光は反射する一方、それ以外の波長の光は透過するダイクロイックミラー２１，２２，２３がそれぞれ、前記光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３に対向させて一軸上に配置してあり、平行光になされた各レーザ光束は、Ｂレーザ出射器５、Ｒレーザ出射器６及びＧレーザ出射器７に対応するダイクロイックミラー２１，２２，２３によって前記一軸方向へ変向されて互いに重畳（合波）されるようになっている。

前記一軸上には集光部を構成する集光レンズ３２が配置してあり、光結合器１０には、この集光レンズ３２に対向して走査用光ファイバ（光伝送手段）４０の入射端が連結してある。そして、前述した如く重畳された重畳光束は、集光レンズ３２によって集光され、走査用光ファイバ４０内に入射結合される。

走査用光ファイバ４０に光学的に結合された光束は、当該走査用光ファイバ４０によって所定位置まで伝送される。この走査用光ファイバ４０の出射端には走査用コリメートレンズ５０が対向配置してあり、走査用光ファイバ４０の出射端から出射された光束は、走査用コリメートレンズ５０によって再び平行光になされて波面変調部６０のビームスプリッタ６１に入射され、そこで透過光と当該透過光と直交する方向へ反射された反射光とに分離される。

この反射光は凸レンズ６２によって可動ミラー６３上に収束され、この可動ミラー６３によって入射方向と反対の方向へ反射される。可動ミラー６３は、波面曲率変調ドライバ７０によって前記凸レンズ６２へ接近する方向又は凸レンズ６２から離隔する方向へ進退駆動されるようになっており、波面曲率変調ドライバ７０は、前述した映像信号供給回路１から与えられた奥行き信号に従って可動ミラー６３を進退させることによって反射光の波面曲率を変調する。

可動ミラー６３の反射光は凸レンズ６２及びビームスプリッタ６１を透過して水平走査用ミラー７２に入射されるようになっている。水平走査用ミラー７２はそれを支持する支持軸周りに回動可能に支持されており、水平走査ドライバ７１によって回動制御されるようになっている。水平走査ドライバ７１には、前述した映像信号供給回路１から水平同期信号が与えられるようになっており、水平走査ドライバ７１は、与えられた水平同期信号に従って水平走査用ミラー７２を回動させることによって、波面曲率が変調された光束を水平走査させる。

このようにして水平走査された光束は、複数のレンズを配設してなる第１リレー光学手段７３によって垂直走査用ミラー７５に入射される。垂直走査用ミラー７５はそれを支持する支持軸周りに回動可能に支持されており、垂直走査ドライバ７４によって回動制御されるようになっている。垂直走査ドライバ７４には、前述した映像信号供給回路１から垂直同期信号が与えられるようになっており、垂直走査ドライバ７４は、与えられた垂直同期信号に従って垂直走査用ミラー７５を回動させることによって、水平走査された光束を垂直走査させる。

このように水平走査用ミラー７２及び垂直走査用ミラー７５によって２次元走査された光束は、複数のレンズを配設してなる第２リレー光学手段７６によって眼球Ｉ内へ投射され、内部の網膜上に画像が表示される。

図２は、図１に示した光結合器１０を示す模式的拡大断面図である。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してある。図２に示した如く、光結合器１０は、遮光性部材にて例えば直方体殻形状に成形してなる筐体１１を備えており、該筐体１１の側面であって筐体１１の中心軸と平行をなす線分上には、３つの貫通孔が筐体１１の一端から所定の距離を隔てて開設してある。筐体１１の側面であって各貫通孔の周囲には、遮光性部材にてキャップ状に成形してなる連結部１２，１２，１２が固定してあり、各貫通孔内への外光の浸入を防止してある。

各連結部１２，１２，１２内には、前述した光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３が、その光軸を連結部１２，１２，１２の中心軸と平行をなして配設してあり、各連結部１２，１２，１２の天井部の前記光軸上の位置にはそれぞれ、前述したＢレーザ出射器５、Ｒレーザ出射器６及びＧレーザ出射器７から出射されたＢ光束、Ｒ光束及びＧ光束が各別に入射される光結合用光ファイバ８，８，８の出射側端部分が、その先端部を連結部１２，１２，１２内に所定寸法だけ装入させる様態で、筐体１１の一端からこの順で接続してある。そして、光結合用光ファイバ８，８，８によって伝送されたＲ光束、Ｇ光束及びＢ光束は、各出射側端部から連結部１２，１２，１２内の光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３へ出射され、光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３を透過して前記各貫通孔から筐体１１内へ入射される。

筐体１１内の各入射光束の光路上にはそれぞれ、前述したダイクロイックミラー２１，２２，２３が筐体１１の中心軸と平行をなす軸上に一列に配設してあり、各入射光束は、対応するダイクロイックミラー２１，２２，２３によって筐体１１の一端側へ直角に反射され、これら各反射光束は筐体１１の一端と当該一端に対向するダイクロイックミラー２１との間で全て重畳（合波）されるようになっている。

筐体１１の一端面であって前記軸上の位置には、出射用の貫通孔が開設してあり、筐体１１の前記貫通孔の周囲には、遮光部材にてキャップ状に成形してなる連結部３０が、貫通孔内への外光の浸入を防止するように固定してある。この連結部３１内には、一つの集光レンズ３２がその光軸を前記軸と一致させて配設してあり、該集光レンズ３２及び連結部３１によって集光部３０が構成されている。連結部３１の天井面の前記軸上の位置には、前述した走査用光ファイバ４０の入射端部分が、その端部を内部へ所定寸法だけ装入させた様態で接続してあり、ダイクロイックミラー２１，２２，２３で重畳されて集光レンズ３２で集光された重畳光束は、走査用光ファイバ４０内へ入射され、内部コアと光学的に結合される。

そして、本実施の形態に係る光結合器１０にあっては、次のようにして色収差の影響を低減している。

図３は、図２に示した光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３及び光結合用光ファイバ８，８，８の部分拡大図であり、光結合器への入射光束の波面曲率を調整する構成を説明するものである。また、図４は、図２に示した集光レンズ３２及び走査用光ファイバ４０の模式的部分拡大断面図であり、波面曲率が調整されたＲ光束、Ｇ光束及びＢ光束が走査用光ファイバに入射される状態を示している。両図中、実線はＲ光束を、一点鎖線はＧ光束を、破線はＢ光束をそれぞれ示している。なお、両図中、図２に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してある。

図３に示した如く、各光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３は焦点距離が同じものを用いてあり、光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３と光結合用光ファイバ８，８，８の端部たる放出位置との間の距離ｄは、Ｒ光束に係る距離ｄ１に付いては光結合用コリメートレンズ１３の焦点距離にしてあり、Ｇ光束に係る距離ｄ２に付いては前記距離ｄ１より長い所定距離にしてあり、Ｂ光束に係る距離ｄ３に付いては前記距離ｄ２より長い所定距離にしてある。

この場合、Ｒ光束は、対応する光結合用コリメートレンズ１３によって平行光になされ、Ｇ光束の波面曲率は平行光より小さくなされ、Ｂ光束の波面曲率はＧ光束の波面曲率より小さくなされる。これによって、図４に示した如く、集光レンズ３２によるＲ光束の収束位置と、Ｇ光束の収束位置及びＢ光束の収束位置とが略同じになり、集光レンズ３２による色収差の影響を低減することができる。

また、各光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３と光結合用光ファイバ８，８，８の端部との間の距離を前述した如く定めるだけでよいため、光結合器１０に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、光結合器１０が大型化することを回避することができる。
（実施の形態２）

図５は、実施の形態２に係る光結合器の要部構成を示す模式的断面図であり、Ｒ光束、Ｇ光束及びＢ光束の直径（光径）を調整することによって、波長によって光ファイバのＮＡが異なる影響を低減するようにしてある。また、図６は、図２に示した集光レンズ３２及び走査用光ファイバ４０の模式的部分拡大断面図であり、光径が調整されたＲ光束、Ｇ光束及びＢ光束が走査用光ファイバに入射される状態を示している。なお、両図中、図２に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してあり、また、実線はＲ光束を、一点鎖線はＧ光束を、破線はＢ光束をそれぞれ示している。

図５に示した如く、各光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３の焦点距離ｆは、Ｂ光束に係る焦点距離ｆ１よりＧ光束に係る焦点距離ｆ２の方が長く、Ｇ光束に係る焦点距離ｆ２よりＲ光束に係る焦点距離ｆ３の方が長い。そして、各光結合用光ファイバ８，８，８の端部たる放出位置は、対応する光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３の焦点距離の位置にしてある。

この場合、図５に示した如く、光結合用コリメートレンズ１３，１３，１３から出射される光束は、Ｂ光束の直径よりＧ光束の直径の方が大きく、Ｇ光束の直径よりＲ光束の直径の大きい。従って、図６に示した如く、集光レンズ３２に入射される各光束も同様に、Ｂ光束の直径よりＧ光束の直径の方が大きく、Ｇ光束の直径よりＲ光束の直径の方が大きい。

図１６は、従来の光結合器の要部を示す模式的断面図であり、同じ直径のＲ光束、Ｇ光束及びＢ光束が集光レンズ１３２によって走査用光ファイバ１４０に光学的に結合される状態を示している。図１６に示した如く、同じ直径のＲ光束、Ｇ光束及びＢ光束が集光レンズ１３２に入射された場合、各光束が収束する位置は、Ｂ光束、Ｇ光束、Ｒ光束の順に集光レンズから距離が隔たるという色収差が生じていた。従って、Ｒ光束が走査用光ファイバ１４０に光学的に結合される結合量が最大になるように構成した場合、Ｇ光束の結合量はＲ光束の結合量より低く、Ｂ光束の結合量はＧ光束の結合量より低いものであった。

ところで、光束が集光レンズで可及的に収束される収束領域は光軸の軸長方向へ距離を有している。そして、その距離は、集光レンズに入射される光束の直径によって異なり、光束の直径が小さい場合の方が光束の直径が大きい場合より長い。本実施の形態では、前述した如く、集光レンズ３２に入射される各光束は、Ｒ光束の直径よりＧ光束の直径の方が小さく、Ｇ光束の直径よりＢ光束の直径の方が小さくしてあるので、Ｂ光束の収束領域、Ｇ光束の収束領域及びＲ光束の収束領域を重畳させることができ、これによって前述した如き波長によって光ファイバのＮＡが異なる影響を低減させることができる。

そして、図６に示した如く、重畳させた収束領域に走査用光ファイバ４０の入射側端部を位置させることによって、各光束と走査用光ファイバ４０との光学的な結合量を大きくすることができる。

また、焦点距離が異なるコリメートレンズ１３，１３，１３を所定の位置に配置するだけでよいため、光結合器に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。
（実施の形態３）

図７は、実施の形態３に係る光結合器の要部構成を示す模式的断面図であり、集光レンズ３２に入射させる各光束の直径を調整するようにしてある。なお、図中、図２に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。

図７に示した如く、コリメートレンズ１３，１３，１３とダイクロイックミラー２１，２２，２３との間には、例えば遮光部材に入射光束の直径より小さい直径の孔を開設してなり、対応する光束の直径を調整する光径調節部２５，２５，２５が介装してあり、コリメートレンズ１３，１３，１３から出射された各光束は、光径調節部２５，２５，２５によって、Ｒ光束の直径よりＧ光束の直径の方が小さく、Ｇ光束の直径よりＢ光束の直径の方が小さくなされてダイクロイックミラー２１，２２，２３に入射されるようになっている。

図８〜図１３は、図７に示した光径調整部２５の構成例を示す模式図であり、複数の光径に変更可能にしてある。すなわち、図８及び図９に示したように、光径調整部２５ａは、遮光性の円板に、直径が異なる複数（両図にあっては４つ）の貫通孔を周方向へ一定の間隔で開設し、いずれかの貫通孔が図７に示したコリメートレンズ１３からダイクロイックミラー２１（２２，２３）への光路上に位置し得るように回転可能に軸支して構成することができる。

また、図１０及び図１１に示した如く、光径調整部２５ｂは、遮光性の長方形板に、直径が異なる複数（両図にあっては３つ）の貫通孔が長手方向へ一定の間隔で開設し、いずれかの貫通孔が図８に示したコリメートレンズ１３からダイクロイックミラー２１（２２，２３）への光路上に位置し得るように進退可能に支持して構成することもできる。

更に、図１２及び図１３に示した如く、光径調整部２５ｃは、可変アパーチャー又は液晶（ＬＣＤ）シャッタをコリメートレンズ１３からダイクロイックミラー２１（２２，２３）への光路上に配置して、光束の透過領域の直径を同心円上に変更し得るように構成してもよい。

これによって、前同様、集光レンズ３２に入射される各光束は、Ｒ光束の直径よりＧ光束の直径の方が小さく、Ｇ光束の直径よりＢ光束の直径の方が小さくすることができるため、Ｂ光束の収束領域、Ｇ光束の収束領域及びＲ光束の収束領域を重畳させることができ、波長による差を低減させることができる。

また、光径調整部２５，２５，２５は、前述した如く異なる光径に調整可能にしてあるため、例えば、図１に示したＲレーザ出射器６、Ｇレーザ出射器７及びＢレーザ出射器５にばらつきが生じていた場合であっても、対応する光径調整部２５の貫通孔の直径又は透過領域の直径を変更することによって、前記ばらつきを低減することができる。

また、比較的簡単な構成で光径を調整することができるため、光結合器１０に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができる。

なお、本実施の形態では、光径調整部２５，２５，２５は異なる光径に調整可能にしてあるが、本発明はこれに限らず、適宜な一の光径に調整するようにしてもよいことはいうまでもない。
（実施の形態４）

図１４は、実施の形態４に係る光結合器１０の要部構成を示す模式的断面図であり、光回折によって色収差を減少させるようにしてある。なお、図中、図４に対応する部分には同じ番号を付してある。

図１４に示した如く、集光レンズ３２ａの出射側面には、光回折格子を刻設してなる光回折部３３が形成してあり、光回折部３３によって、Ｒ光束の収束位置、Ｇ光束の収束位置及びＢ光束の収束位置が略一致するようになしてある。これによって、大型化することを回避しつつ、色収差を低減することができ、Ｒ光束、Ｇ光束及びＢ光束を走査用光ファイバ４０内に略均等に入射させることができる。
（実施の形態５）

図１５は、実施の形態５に係る光結合器１０の要部構成を示す模式的断面図であり、人間が視認する際の色バランスを調整するようにしてある。なお、図中、図４に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。また、実線はＲ光束を、一点鎖線はＧ光束を、破線はＢ光束をそれぞれ示している。

図１５に示した如く、本実施の形態に係る光結合器１０にあっては、集光レンズ３２と走査用光ファイバ４０との間の距離は、集光レンズ３２から破線で示したＢ光束が収束する位置までの距離にしてある。このようにした場合、集光レンズ３２に集光されたＲ光束、Ｇ光束及びＢ光束が走査用光ファイバ４０と結合する結合量は、Ｂ光束が最も多く、Ｇ光束、Ｒ光束の順に少ない。

ところで、種々の色の光束に対して人間が眼球で感得することができる程度を示す視感度は、Ｒ光束、Ｇ光束及びＢ光束にあっては、Ｇ光束が最も高く、Ｂ光束が最も低い。従って、前述したように、視感度が低いＢ光束の結合量を多く、視感度が高いＧ光束の結合量を少なくするように構成することによって、視認される場合の色バランスが改善され、これによって色収差の影響を低減することができる。

また、集光レンズ３２と走査用光ファイバ４０との間の距離を所要の寸法に設定するだけでよいため、光結合器１０に要する部品コストの増大を可及的に抑制することができるのに加え、大型化することを回避することができる。

なお、上述した各実施の形態では、網膜走査型の画像表示装置について説明したが、本発明はこれに限らず、例えばイベント会場で壁面等に画像を表示する画像表示装置にも適用し得ることはいうまでもない。

本発明に係る網膜操作型の画像表示装置の構成をブロック図と共に示す模式図である。 図１に示した光結合器を示す模式的拡大断面図である。 図２に示した光結合用コリメートレンズ及び光結合用光ファイバの部分拡大図である。 図２に示した集光レンズ及び走査用光ファイバの模式的部分拡大断面図である。 実施の形態２に係る光結合器の要部構成を示す模式的断面図である。 図２に示した集光レンズ及び走査用光ファイバの模式的部分拡大断面図である。 実施の形態３に係る光結合器の要部構成を示す模式的断面図である。 図７に示した光径調整部の構成例を示す模式図である。 図７に示した光径調整部の構成例を示す模式図である。 図７に示した光径調整部の構成例を示す模式図である。 図７に示した光径調整部の構成例を示す模式図である。 図７に示した光径調整部の構成例を示す模式図である。 図７に示した光径調整部の構成例を示す模式図である。 実施の形態４に係る光結合器の要部構成を示す模式的断面図である。 実施の形態５に係る光結合器の要部構成を示す模式的断面図である。 従来の光結合器の要部を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 画像表示装置
２ Ｂレーザドライバ
３ Ｒレーザドライバ
４ Ｇレーザドライバ
５ Ｂレーザ出射器
６ Ｒレーザ出射器
７ Ｇレーザ出射器
８ 光結合用光ファイバ
１０ 光結合器
１１ 筐体
１２ 連結部
１３ 光結合用コリメートレンズ
２１ ダイクロイックミラー
２２ ダイクロイックミラー
２３ ダイクロイックミラー
３０ 集光部
３１ 連結部
３２ 集光レンズ
３２ａ 集光レンズ
３３ 光回折部
４０ 走査用光ファイバ
５０ 走査用コリメートレンズ
６０ 波面変調部
６１ ビームスプリッタ
６２ 凸レンズ
６３ 可動ミラー
７０ 波面曲率変調ドライバ
７１ 水平走査ドライバ
７２ 水平走査用ミラー
７３ 第１リレー光学手段
７４ 垂直走査ドライバ
７５ 垂直走査用ミラー
７６ 第２リレー光学手段
１３２ 集光レンズ
１４０ 走査用光ファイバ
Ｉ 眼球

Claims (13)

1. 予め定めた複数の放出位置からそれぞれ、波長が異なる光束が各別に入射される複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段と、この光学手段によって重畳された重畳光束を集光して光伝送手段内に入射させる集光部とを備え、前記各光束を光伝送手段に光学的に結合させる光結合器において、
   前記集光部は１つの集光レンズを用いて構成してあり、
   前記重畳光束を構成する前記各光束の成分の内、前記光伝送手段内に入射される各成分が、所要の割合になるように構成してある
   ことを特徴とする光結合器。
2. 前記集光レンズに入射される前記各成分の波面曲率が、相対的に短い波長の成分に係るものより相対的に長い波長の成分に係るものの方が大きくなるようにしてある請求項１記載の光結合器。
3. 前記各コリメートレンズの焦点距離は互いに略等しくしてあり、前記各放出位置と対応するコリメートレンズとの間の距離は、相対的に長い波長の光束に係る場合より相対的に短い波長の光束に係る場合の方を短くしてある請求項２記載の光結合器。
4. 前記集光レンズに入射される前記各成分に係る光束の直径は、相対的に長い波長に係るものより相対的に短い波長に係るものの方を小さくしてある請求項１記載の光結合器。
5. 前記各コリメートレンズの焦点距離は、相対的に長い波長の光束が入射されるものより相対的に短い波長の光束が入射されるものの方が短くしてあり、前記各放出位置と各コリメートレンズとの距離は、当該コリメートレンズの焦点距離にしてある請求項４記載の光結合器。
6. 相対的に短い波長の光束が入射されるコリメートレンズの出側光路上に、入側の光径より出側の光径を小さくする光径調整手段が配設してある請求項４記載の光結合器。
7. 前記光径調整手段は、相異なる複数の光径に調整可能に構成してなる請求項６記載の光結合器。
8. 前記集光レンズに前記各成分の色収差を低減する光回折部が設けてある請求項１記載の光結合器。
9. 前記光伝送手段内に入射される各成分の割合は、視感度が低い成分の割合が高くなるように定めてある請求項１から８のいずれか１項に記載の光結合器。
10. 少なくとも３つのコリメートレンズが配置してあり、前記光伝送手段内に入射される各成分の割合は、中間の波長の光束に係る成分の割合が高くなるように定めてある請求項１から８のいずれか１項に記載の光結合器。
11. 前記光学手段は、１又は複数のダイクロイックミラーを具備する請求項１から１０のいずれか１項に記載の光結合器。
12. 波長が相異なる光束をそれぞれ発出する複数の光源と、各光源が発出した光束が、予め定めた複数の放出位置から各別に入射される複数のコリメートレンズ、各コリメートレンズから出射された各光束を一軸上に重畳させる光学手段、及びこの光学手段によって重畳された重畳光束を集光する集光部を具備する光結合器と、この光結合器の前記集光部により集光された重畳光束が光学的に結合される光伝送手段とを備え、この光伝送手段から出射された光束を２次元に走査させて画像を表示する画像表示装置において、
    前記光結合器として、請求項１から１１のいずれか１項に記載の光結合器を用いて構成してあることを特徴とする画像表示装置。
13. ２次元に走査された光束を網膜へ照射するリレー光学手段を備え、このリレー光学手段によって網膜に画像を表示するようにしてある請求項１２記載の画像表示装置。

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