KR100449133B1

KR100449133B1 - 화상 표시 장치 및 얼라인먼트 조정 방법

Info

Publication number: KR100449133B1
Application number: KR10-2002-7000368A
Authority: KR
Inventors: 히로시 스즈끼; 고헤이 데라모또; 지로 스즈끼; 신스께 시까마
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2004-09-18
Also published as: JP2002207168A; US20010050758A1; CA2377245C; US20070201009A1; US20060098294A1; JP3727543B2; WO2001086340A1; US6631994B2; CN1380989A; US7572014B2; US6824274B2; EP1203977A1; US20040046944A1; US7230774B2; US20050083491A1; KR20020041803A; IL147035A0; US6994437B2; EP1203977A4; CA2377245A1

Abstract

송신 수단으로부터의 광을 볼록면경(16)으로 투영하도록 설치되고, 볼록면경(16)의 실패형 왜곡수차를 보정하는 굴절 광학 렌즈(15)를 구비한다.

Description

화상 표시 장치 및 얼라인먼트 조정 방법{IMAGE DISPLAY AND ALIGNMENT ADJUSTING METHOD}

도 1은 종래의 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 참조 번호 1은 광을 출력하는 발광체, 2는 발광체(1)에서 출력된 광이 대략 평행해지도록 반사하는 포물면 리플렉터, 3은 포물면 리플렉터(2)에 반사된 광을 집광하는 집광 렌즈이다. 발광체(1), 포물면 리플렉터(2) 및 집광 렌즈(3)로 조명 광원계가 구성되어 있다.

참조 번호 4는 집광 렌즈(3)에 의해 집광된 광을 화상 정보에 기초하여 공간적으로 강도 변조하는 라이트 밸브, 5는 라이트 밸브(4)에 의해 강도 변조된 광을 스크린(6)에 투영하는 투영 광학 렌즈, 6은 투영 광학 렌즈(5)를 통해 투영된 광을 화상으로서 표시하는 스크린이다. 광로는 화살표로 표시한다.

이어서, 동작에 대해 설명한다.

발광체(1)에서 출력된 광은 포물면 리플렉터(2)에 의해 반사되고, 집광렌즈(3)에 의해 라이트 밸브(4)로 집광된다. 라이트 밸브(4)는 화상 정보를 기초로 집광된 광을 공간적으로 강도 변조한다. 강도 변조된 광은 투영 광학 렌즈(5)에 의해 스크린(6)에 후방(도 1의 좌측)으로부터 투영되어 화상으로서 표시된다. 화상 표시 장치의 이용자는 도 1의 스크린(6)의 전방(도 1의 우측)에서 화상을 시각적으로 인식한다.

도 1의 화상 표시 장치의 안 길이(depth dimension)는 발광체(1), 포물면 리플렉터(2), 집광 렌즈(3)로 이루어지는 조명 광원계에서 스크린(6)까지의 거리에 상당한다. 동일한 크기의 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치라면, 상기 안 길이를 가급적 얇게 구성하는 편이 바람직하다. 이와 같은 이유로, 도 1에 도시한 종래의 화상 표시 장치에서는 화상 표시 장치의 안 길이를 최대한 억제하여 박형화할 수 있도록, 광각(wide-angle)의 투영 광학 렌즈(5)를 사용하여 스크린(6)에 화상을 표시하고 있다.

그러나, 투영 광학 렌즈(5)의 광각에는 한계가 있기 때문에, 도 1의 화상 표시 장치를 더욱 박형화하기 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 수평 방향에 대해 45°기울어진 평면경(7)을 설치하여 투영 광학 렌즈(5)로부터의 광로를 꺽어서 스크린(6)에 투영하도록 구성하고 있다.

도 2의 화상 표시 장치에서는 조명 광원계나 라이트 밸브(4), 투영 광학 렌즈(5)의 각 구성 요소를 화상 표시 장치의 높이 방향(도 2의 상하 방향)에 배치하여 화상 표시 장치의 박형화를 가능하게 하고 있다. 이 경우의 화상 표시 장치의 안 길이는 평면경(7)에서 스크린(6)까지의 거리에 상당한다. 수평 방향에 대한 평면경(7)의 기울기를 45°보다도 크게 하면 화상 표시 장치를 더욱 박형화할 수 있지만, 라이트 밸브(4) 및 광원 부분이 투영광과 간섭하여, 광이 가려져서 스크린(6)으로부터 광로가 벗어나게 된다.

또한, 일본 특개평6-11767호에는 도 2의 평면경(7) 대신에 오목면경을 사용하여 광을 반사시켜 스크린(6)에 화상을 확대 표시하는 화상 표시 장치가 개시되어 있지만, 스크린(6)에는 일그러진 화상이 표시되게 된다.

종래의 화상 표시 장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 화상 표시 장치의 박형화에는 한계가 있어, 그 이상의 박형화가 불가능하다는 과제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 화상을 일그러지게 하지 않고 확대 표시할 수 있음과 동시에, 종래에 비해 더욱 박형화가 가능한 화상 표시 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 화상 표시 장치의 광학계 구성 요소를 얼라인먼트 조정하는 얼라인먼트 조정 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 화상 정보가 부여된 광 화상 신호를 표시 수단에 투영하여 화상을 표시하는 화상 표시 장치에 관한 것으로, 상세하게는 화상 표시 장치에 사용하는 광학계 구성 요소의 얼라인먼트 조정 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 평면경을 추가한 종래의 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 4는 굴절 광학 렌즈의 술통형 왜곡수차(barrel distortion)가 볼록면경의 실패형 왜곡수차(pincusion distortion)를 보정하는 동작을 개념적으로 설명하는 도면이다.

도 5는 무수차의 굴절 광학 렌즈를 통해 볼록면경 또는 평면경에 의해 광을 반사하였을 때의 이미지를 광로 추적으로 구하는 방법을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 6은 평면경을 추가한 본 발명의 제1 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 8은 볼록면경과 프레넬 미러를 확대한 도면이다.

도 9는 볼록면경과 프레넬 미러의 왜곡수차의 차이를 비교하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 11은 광학 소자를 확대한 도면이다.

도 12는 광학 소자의 내부에 있어서 입사한 광로를 도시한 도면이다.

도 13은 반사면에서 꺽여진 광학 소자내의 광로를 한 방향으로 전개한 도면이다.

도 14는 광학 소자를 확대한 도면이다.

도 15는 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 16은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 17은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 18은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 19는 본 발명의 제5 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 20은 정렌즈, 부렌즈의 아베수의 비에 대한 파워의 변화 상태를 나타낸 도면이다.

도 21은 비구면 볼록면경에서 발생하는 언더인 이미지면 만곡을 설명하는 도면이다.

도 22는 본 발명의 제6 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 23은 광이 수렴한 부분이나 광이 발산한 부분에 비구면을 적용한 도면이다.

도 24는 도 23의 수치 계산 결과의 일례를 나타낸 도면이다.

도 25는 본 발명의 제7 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 26은 도 25의 화상 표시 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 27은 도 25의 화상 표시 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 28은 본 발명의 제8 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 29는 레트로 광학계의 구성을 도시한 도면이다.

도 30은 수치 실시예 8A의 수치 데이터를 나타낸 도면이다.

도 31은 수치 실시예 8A의 구성을 도시한 도면이다.

도 32는 수치 실시예 8B의 수치 데이터를 나타낸 도면이다.

도 33은 수치 실시예 8B의 구성을 도시한 도면이다.

도 34는 수치 실시예 8C의 수치 데이터를 나타낸 도면이다.

도 35는 수치 실시예 8C의 구성을 도시한 도면이다.

도 36은 수치 실시예 4A의 수치 데이터를 나타낸 도면이다.

도 37은 수치 실시예 4A의 구성을 도시한 도면이다.

도 38은 수치 실시예 4B의 수치 데이터를 나타낸 도면이다.

도 39는 수치 실시예 4B의 구성을 도시한 도면이다.

도 40은 수치 실시예 7A의 수치 데이터를 나타낸 도면이다.

도 41은 수치 실시예 7A의 구성을 도시한 도면이다.

도 42는 후측 초점 거리, 입사동 위치 및 굴절 광학 렌즈의 관계를 나타낸 도면이다.

도 43은 본 발명의 제9 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 44는 광로 절곡 반사경의 배치 조건을 설명하기 위한 도면이다.

도 45는 굴절 광학 렌즈, 광로 절곡 반사경 및 볼록면경을 지지하는 지지 기구를 도시한 도면이다.

도 46은 광로 절곡 반사경의 배치 조건을 설명하기 위한 도면이다.

도 47은 본 발명의 제11 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 48은 상기 제11 실시형태의 수치 실시예 11A를 나타낸 도면이다.

도 49는 일반적인 광학계의 결상 관계를 도시한 도면이다.

도 50은 상면이 만곡된 광학계의 예를 도시한 도면이다.

도 51은 본 발명의 제13 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한도면이다.

도 52는 본 발명의 제14 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 53은 멀티 구성으로 사용한 경우의 화상 표시 장치를 도시한 도면이다.

도 54는 수치 실시예 14A의 수치 데이터를 나타낸 도면이다.

도 55는 수치 실시예 14A의 구성을 도시한 도면이다.

도 56은 수치 실시예 14A에서의 왜곡수차의 수치 계산 결과를 나타낸 도면이다.

도 57은 수치 실시예 4A에서의 왜곡수차의 수치 계산 결과를 나타낸 도면이다.

도 58은 본 발명의 제15 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 59는 온도 변화에 대한 볼록면경의 두께 방향의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 60은 볼록면경을 사용한 얼라인먼트 조정 방법을 나타낸 도면이다.

도 61은 본 발명의 제16 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 62는 커버 유리의 두께와 보상 유리의 두께와의 관계를 나타낸 도면이다.

도 63은 수치 실시예 16A의 수치 데이터를 나타낸 도면이다.

도 64는 수치 실시예 16A의 구성을 도시한 도면이다.

도 65는 평면경, 광로 절곡 반사경을 사용한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 66은 본 발명의 제17 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 67은 스크린과 직교하는 A-A', B-B' 평면에 의한 화상 표시 장치의 단면을 각각 도시한 도면이다.

도 68은 광축이 기울어진 조명 광원계의 상태를 나타낸 도면이다.

도 69는 화상 표시 장치의 여러 가지 이용 형태를 도시한 도면이다.

도 70은 본 발명의 제17 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 71은 제3 광로 절곡 반사경을 수납하는 수납구멍을 형성한 조정대를 도시한 도면이다.

도 72는 본 발명의 제18 실시형태에 의한 화상 표시 장치에 적용하는 비구면 볼록면경의 구성을 도시한 도면이다.

도 73은 온도 변화에 의해 열팽창하는 볼록면경의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 74는 편심 거리(EXC)의 제1 나사 고정부를 중심으로 하여 볼록면경이 각도 θ만큼 회전하였을 때의 광축의 어긋남(Δ(θ))을 설명하기 위한 도면이다.

도 75는 온도 변화 대책을 실시한 볼록면경의 구성 변화를 도시한 도면이다.

도 76은 상하역전된 경우의 화상 표시 장치에 적용하기 위한 온도 변화 대책용 볼록면경의 구성 변화를 도시한 도면이다.

도 77은 본 발명의 제19 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 78은 본 발명의 제19 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 79는 본 발명의 제19 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 80은 컨트롤 유닛의 핀트 정보의 해석 방법을 나타낸 도면이다.

도 81은 본 발명의 제19 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 82는 굴절 광학 렌즈의 일부 렌즈군을 이동하여 핀트 어긋남을 보상하는 일례를 도시한 도면이다.

도 83은 본 발명의 제19 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 84는 본 발명의 제20 실시형태에 의한 화상 표시 장치에 적용하는 볼록면경의 구성을 도시한 도면이다.

도 85는 본 발명의 제20 실시형태에 의한 얼라인먼트 조정 방법의 플로우차트를 나타낸 도면이다.

도 86은 얼라인먼트 조정 방법에 따라 광학계 구성 요소가 순차 배치되어 가는 상태를 나타낸 도면이다.

도 87은 얼라인먼트 조정 방법에 따라 광학계 구성 요소가 순차 배치되어 가는 상태를 나타낸 도면이다.

도 88은 얼라인먼트 조정 방법에 따라 광학계 구성 요소가 순차 배치되어 가는 상태를 나타낸 도면이다.

도 89는 얼라인먼트 조정 방법에 따라 광학계 구성 요소가 순차 배치되어 가는 상태를 나타낸 도면이다.

도 90은 얼라인먼트 조정 방법에 따라 광학계 구성 요소가 순차 배치되어 가는 상태를 나타낸 도면이다.

도 91은 본 발명의 제21 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 92는 각 실시형태에서 설명한 화상 표시 장치를 종래의 케이스에 수납한 경우의 개관을 도시한 도면이다.

도 93은 본 발명의 제22 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 케이스의 개관을 도시한 도면이다.

도 94는 화상 표시 장치를 2대로 멀티 구성한 경우를 도시한 도면이다.

도 95는 화상 표시 장치를 2대로 멀티 구성한 경우를 도시한 도면이다.

도 96은 화상 표시 장치를 4대로 멀티 구성한 경우를 도시한 도면이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광 화상 신호를 반사하는 반사부와, 반사부가 왜곡수차를 갖는 경우에는 왜곡수차를 보정함과 동시에, 광 화상 신호를 반사부로 투영하는 굴절 광학부로 구성되는 투영 광학 수단을 구비하고, 투영 광학 수단을 통해 광 화상 신호를 표시 수단이 수광하도록 한 것이다.

이에 따라, 화상 정보가 부여된 광 화상 신호가 반사부로부터 받은 왜곡수차를 보정하여 표시 장치에 확대 화상을 표시할 수 있게 되고, 화상 표시 장치의 박형화에 적합한 위치에 표시 수단을 배치할 수 있어, 종래에 비해 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있게 된다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광 화상 신호를 반사하는 반사면을 갖는 반사부와, 광 화상 신호를 반사부로 투영하는 굴절면을 갖는 굴절 광학부로 구성되는 투영 광학 수단을 구비하고, 투영 광학 수단을 통해 광 화상 신호를 표시 수단이 수광함과 동시에, 반사면 및 굴절면 중의 적어도 1면은 비구면 형상으로 형성되도록 한 것이다.

이에 따라, 화상 표시 장치를 박형화하여 표시 수단에 투영하는 광의 왜곡수차를 보정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 조명광을 방출하는 조명 광원부와, 조명 광원부로부터 방출된 조명광을 수광함과 동시에, 조명광에 화상 정보를 부여하여 광 화상 신호로서 반사하는 반사형 화상 정보 부여부로 송신 수단이 구성되도록 한 것이다.

이에 따라, 광 화상 신호가 출사되는 반사형 화상 정보 부여부의 반사면측에 조명 광원부를 배치할 수 있게 되어, 액정 등의 투과형 광공간 변조 소자를 사용한 종래의 화상 표시 장치에 비해, 보다 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 조명광을 방출하는 조명 광원부와, 조명 광원부로부터 방출된 조명광을 수광함과 동시에, 조명광에 화상 정보를 부여하여 광 화상 신호로서 반사하는 반사형 화상 정보 부여부로 송신 수단이 구성되도록 한것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 송신 수단으로부터 송신된 광 화상 신호를 반사하는 회전 비구면을 반사부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 경면 선반에 의해 반사부를 쉽게 제작할 수 있게 되어, 제조 비용을 대폭적으로 삭감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 마이너스의 파워를 갖는 볼록면경을 반사부로 하도록 한 것이다.

이에 따라, 반사부의 제조가 쉬워진다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 마이너스의 파워를 갖는 프레넬 미러를반사부로 하도록 한 것이다.

이에 따라, 굴절 광학부에 의해 왜곡수차를 보정하지 않고 화상을 확대할 수 있게 되어, 화상 표시 장치의 설계, 제조를 쉽게 할 수 있다는 효과가 얻어짐과 동시에, 더욱 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 마이너스의 파워를 갖는 프레넬 미러를 반사부로 하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 송신 수단으로부터 송신된 광 화상 신호가 투과하는 방향으로 적층된 저분산 매질 및 고분산 매질로 반사부가 구성되고, 마이너스의 파워를 갖고, 저분산 매질 및 고분산 매질을 투과한 광 화상 신호를 반사하는 반사면을 반사부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 완만한 볼록면 형상으로 광신호를 광각으로 투영할 수 있음과 동시에, 저분산 매질이나 고분산 매질의 두께를 조정하여 반사면에서 발생하는 왜곡수차를 광학 소자의 내부에서 보정할 수 있게 되어 왜곡수차의 보정이 쉬워진다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광축 주변에서는 큰 볼록 곡률을 갖고, 주변으로 갈수록 곡률이 작아지도록 형성된 반사면을 반사부가 갖도록 한 것이다.

이에 따라, 표시 수단에 투영하는 광의 왜곡수차를 더욱더 보정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 짝수차의 항으로 이루어지는 다항식에 홀수차의 항을 더하여 구해지는 홀수차 비구면 형상의 반사면을 반사부가 갖도록 한 것이다.

이에 따라, 왜곡수차의 보정과 축 외의 투영광의 양호한 결상 특성을 양립시킨 투영 광학계를 실현할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 짝수차의 항으로 이루어지는 다항식에 홀수차의 항을 더하여 구해지는 홀수차 비구면 형상의 반사면을 반사부가 갖도록 한것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 짝수차의 항으로 이루어지는 다항식에 홀수차의 항을 더하여 구해지는 홀수차 비구면 형상의 굴절면을 굴절 광학부가 갖도록 한 것이다.

이에 따라, 굴절면의 형상을 국부적으로 변경할 수 있고, 왜곡수차를 쉽게 경감할 수 있고, 또한 축 외의 결상 성능의 개량이 가능해진다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 반사부 또는 굴절 광학부의 광축 부근을 피해 반사부 또는 굴절 광학부가 광 화상 신호를 유도하도록 한 것이다.

이에 따라, 양호한 결상 성능을 실현할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 반사부의 이미지면 만곡을 상쇄하는 이미지면 만곡 보상 렌즈를 굴절 광학부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 왜곡수차를 보정함과 동시에 이미지면 만곡을 보정한 화상을 표시할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈와 마이너스의 파워를 가지며 정렌즈의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 부렌즈로 구성되고, 반사부의 페츠발 합 기여 성분(Petzval's sum contributing component)을 보상하는 페츠발 합 보상 렌즈(Petzval's sum correcting lens)를 굴절 광학부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 왜곡수차를 보상함과 동시에 페츠발 조건을 만족하도록 하여 이미지면 만곡을 보상할 수 있게 되어, 결상 성능을 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈와, 마이너스의 파워를 가지며 정렌즈의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 부렌즈로 구성되고, 반사부의 페츠발 합 기여 성분을 보상하는 페츠발 합 보상 렌즈를 굴절 광학부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 왜곡수차를 보상함과 동시에 페츠발 조건을 만족하도록 하여 이미지면 만곡을 보상할 수 있게 되어 결상 성능을 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 송신 수단으로부터 반사부로 투영되는 광 화상 신호의 주광선이 발산한 부분 및/또는 주광선이 수렴한 부분에 비구면 형상 광학면을 투영 광학 수단이 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 주광선이 수렴한 부분에서는 이미지면 만곡을, 주광선이 발산한 부분에서는 왜곡수차를 효과적으로 경감시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부로부터 반사부로 광 화상 신호를 반사하는 광로 절곡 수단을 투영 광학 수단이 구비하고, 반사부의 광축을 포함한 수평면 내에서 굴절 광학부의 광축 방향을 적절한 각도로 구부리도록 한 것이다.

이에 따라, 더욱 박형화하면서 스크린 하부 높이를 낮게 억제한 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부로부터 반사부로 광 화상 신호를 반사하는 광로 절곡 수단을 투영 광학 수단이 구비하고, 반사부의 광축을 포함한 수평면 내에서 굴절 광학부의 광축 방향을 적절한 각도로 절곡하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 제1 렌즈 수단으로부터 제2 렌즈 수단으로 광 화상 신호를 반사하는 광로 절곡 수단을 굴절 광학부가 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 합성 수지로 제조된 1매 이상의 렌즈를 굴절 광학부가 갖도록 한 것이다.

이에 따라, 굴절 광학부의 생산성이 향상되어 화상 표시 장치의 비용을 저감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광축을 공통화하여 회전 대칭형으로 굴절 광학부 및 반사부가 구성되도록 한 것이다.

이에 따라, 굴절 광학부나 반사부를 회전 성형에 의해 쉽게 제조할 수 있고,얼라인먼트도 쉽게 조정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 굴절 광학부나 반사부를 회전 성형에 의해 쉽게 제조할 수 있고, 얼라인먼트도 쉽게 조정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단으로부터의 광 화상 신호를 표시 수단으로 반사하는 평면경을 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 화상 표시 장치의 공간을 최대한 이용하여 화상 표시 장치를 박형화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 표시 수단의 수광면과 평면경의 반사면을 평행한 관계로 하도록 한 것이다.

이에 따라, 화상 표시 장치를 박형화하여 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 화상 표시 장치를 박형화하여 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈군 및 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈군으로 구성되는 레트로 광학계와, 레트로 광학계로부터의 광 화상 신호의 반사부로의 출사 각도를 미세 조정하는 굴절 광학 렌즈로 굴절 광학부가 구성되도록 한 것이다.

이에 따라, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 2개의 정렌즈군 및 1개의 부렌즈군으로 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

이에 따라, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 보다 구체적으로 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 1개의 정렌즈군 및 1개의 부렌즈군으로 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 1.45 이상 1.722 이하의 굴절률의 평균치를 가지며, 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈와, 1.722 보다 크고 1.9 이하인 굴절률의 평균치를 가지며, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈로 굴절 광학부의 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 1.45 이상 1.722 이하의 굴절률의 평균치를 가지며 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈와, 1.722 보다 크고 1.9 이하인 굴절률의 평균치를 가지며, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈로 굴절 광학부의 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 25 이상 38 이하인 아베수의 평균치를 가지며, 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈와, 38 보다 크고 60 이하인 아베수의 평균치를 가지며, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈로 굴절 광학부의 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 25 이상 38 이하인 아베수의 평균치를 가지며 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈와, 38 보다 크고 60 이하인 아베수의 평균치를 가지며, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈로 굴절 광학부의 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 정렌즈를 구성하는 초재(硝材)의 굴절률의 평균치와 부렌즈를 구성하는 초재의 굴절률의 평균치의 차분이 0.04 이상 1 이하인 렌즈 초재로 굴절 광학부의 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 정렌즈를 구성하는 초재의 굴절률의 평균치와 부렌즈를 구성하는 초재의 굴절률의 평균치의 차분이 0.04 이상 1 이하인 렌즈 초재로 굴절 광학부의 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 정렌즈를 구성하는 초재의 아베수의 평균치와 부렌즈를 구성하는 초재의 아베수의 평균치의 차분이 0 이상 16 이하인 렌즈 초재로 굴절 광학부의 레트로 광학계가 구성되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부를 구성하는 복수의 렌즈 중에서, 송신 수단 광 출사면에 가장 가까운 렌즈에서 송신 수단 광 출사면까지의 후측 초점 거리와, 송신 수단 광 출사면에서 굴절 광학부의 입사 퓨필 위치까지의 거리를 일치시키도록 한 것이다.

이에 따라, 렌즈의 크기, 즉 직경을 최소화할 수 있음과 동시에, 광의 가려짐을 최소화하여 조명 효율을 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부를 구성하는 복수의 렌즈 중에서 송신 수단 광 출사면에 가장 가까운 렌즈에서 송신 수단 광 출사면까지의 후측 초점 거리와, 송신 수단 광 출사면에서 굴절 광학부의 입사 퓨필 위치까지의 거리를 일치시키도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 마지널 레이(marginal ray)가 낮은 곳에 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈를 투영 광학 수단이 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 부렌즈의 투과광에 대한 렌즈 효과를 고려하지 않고, 투영 광학계의 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 상쇄하는 마이너스의 페츠발 합 기여 성분을 만들어내서 페츠발 조건을 쉽게 만족할 수 있게 되어, 이미지면 만곡을 저감시킨 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 마지널 레이가 낮은 곳에 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈를 투영 광학 수단이 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부가 광로 절곡 수단에서 반사부까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서 광로에 접근하도록 광축 방향의 절곡 각도를 설정하도록 한 것이다.

이에 따라, 영상을 투영할 수 없는 그림자 부분을 발생시키지 않고, 두께 제한치의 제약을 만족하면서 스크린 하부 높이를 낮게 억제할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 제1 렌즈 수단이 광로 절곡 수단으로부터 제2 렌즈 수단까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서 광로에 접근하도록 광축 방향의 절곡 각도를 설정하도록 한 것이다.

이에 따라, 영상을 투영할 수 없는 그림자 부분을 발생시키지 않고, 두께 제한치의 제약을 만족하면서 스크린 하부 높이를 낮게 억제할 수 있다는 효과를 얻을수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부에서 반사부 설치면까지의 최단 거리를 두께 제한치 이하의 범위로 멀어지도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 반사부 설치면에서 광로 절곡 수단까지의 최장 거리 또는 반사부 설치면에서 굴절 광학부까지의 최장 거리 중에서, 보다 긴 최장 거리를 두께 제한치와 같게 하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 반사부 설치면에서 광로 절곡 수단까지의 최장 거리와, 반사부 설치면에서 굴절 광학부까지의 최장 거리를 같게 하도록 한 것이다.

이에 따라, 스크린 하부 높이를 가장 낮게 억제할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 스크린 하부 높이를 가장 낮게 억제할 수 있다는 효과를 얻을 수있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광 화상 신호가 통과하지 않는 비투과 부분을 굴절 광학부로부터 삭제한 형상으로 하도록 한 것이다.

이에 따라, 광로 절곡 반사경에서 반사부까지의 광로에 대해 굴절 광학부를 더욱더 접근시킬 수 있게 되어, 두께 제한치의 제약을 더욱 만족하면서 스크린 하부 높이를 더욱 낮게 억제할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 표시 수단에 광 화상 신호를 반사하지 않는 비반사 부분을 반사부에서 절취한 형상으로 하도록 한 것이다.

이에 따라, 비반사 부분을 절취한 분량만큼 반사부를 작게 구성할 수 있어, 화상 표시 장치의 비용을 삭감할 수 있고, 또한 화상 표시 장치 내부의 구성 공간을 효과적으로 이용할 수 있다는 효과가 얻어지고, 또한 회전 성형된 1개의 볼록면경을 2등분하여 2대분의 화상 표시 장치에 적용할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 비반사 부분을 절취한 분량만큼 반사부를 작게 구성할 수 있어화상 표시 장치의 비용을 삭감할 수 있고, 또한 화상 표시 장치 내부의 구성 공간을 효과적으로 이용할 수 있다는 효과가 얻어지고, 또한 회전 성형된 1개의 볼록면경을 2등분하여 2대분의 화상 표시 장치에 적용할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부 및 반사부를 일체화하여 지지하는 지지 기구를 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 굴절 광학부 및 반사부의 상호 위치 관계를 고정시켜 구성 요소간의 광로를 대응시킬 수 있게 되어, 화상 표시 장치의 성능을 보다 안정화시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부, 광로 절곡 수단 및 반사부를 일체화하여 지지하는 지지 기구를 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 굴절 광학부, 광로 절곡 수단 및 반사부의 상호 위치 관계를 고정시켜 구성 요소간의 광로를 대응시킬 수 있게 되어, 화상 표시 장치의 성능을 보다 안정화시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 굴절 광학부, 광로 절곡 수단 및 반사부의 상호 위치 관계를 고정시켜 구성 요소간의 광로를 대응시킬 수 있게 되어 화상 표시 장치의 성능을 보다 안정화시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 마지널 레이가 높은 곳에 플러스의 파워를 갖는 정렌즈를 굴절 광학부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 렌즈 작용을 효과적으로 이용하여 투영 광학계의 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 억제할 수 있고, 이미지면 만곡을 저감시킨 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부에 입사되는 광의 마지널 레이의 높이를 hi, 굴절 광학부 중앙부에 배치된 정렌즈에 있어서의 마지널 레이의 최대 높이를 hm, 굴절 광학부에서 출사되는 광의 마지널 레이의 높이를 ho라 할 때, 1.05hi＜hm＜3hi 및 0.3hi＜ho＜1hi의 관계를 굴절 광학부가 만족하도록 한 것이다.

이에 따라, 투영 광학계의 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 억제할 수 있어 이미지면 만곡을 저감시킨 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어짐과 동시에, 굴절 광학부 출사 부분의 렌즈 직경을 작게 할 수 있어, 광로 절곡 반사경의 삽입 범위에 여유가 있는 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 투영 광학계의 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 억제할 수 있어 이미지면 만곡을 저감시킨 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어짐과 동시에, 굴절 광학부 출사 부분의 렌즈 직경을 작게 할 수 있어 광로 절곡 반사경의 삽입 범위에 여유가 있는 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단이, 사용하지 않는 광축 중심 부근의 광학 성능을 악화시켜 사용하는 광축 외의 범위의 결상 성능을 향상시키도록 한 것이다.

이에 따라, 페츠발 조건에서 벗어난 렌즈 구성이 가능해지고, 굴절 광학부를 구성하는 광학 재료의 굴절률 및 분산의 제한 조건을 완화하여 설계의 자유도를 향상시켜 보다 높은 결상 성능을 얻을 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단이, 사용하지 않는 광축 중심 부근의 광학 성능을 악화시켜, 사용하는 광축 외의 범위의 결상 성능을 향상시키도록 한 것이다.

이에 따라, 페츠발 조건에서 벗어난 렌즈 구성이 가능해지고, 굴절 광학부를 구성하는 광학 재료의 굴절률 및 분산의 제한 조건을 완화하여 설계의 자유도를 향상시켜, 보다 높은 결상 성능을 얻을 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단이, 광축 중심의 결상 위치와 광축 주변의 결상 위치가 동일 평면 내에 존재하지 않도록 한 것이다.

이에 따라, 굴절 광학부의 설계상의 자유도가 증가하여 우수한 결상 성능을 갖는 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단이, 광축 중심 부근의 왜곡수차를 허용하여 사용하는 대부분의 결상 성능을 향상시키도록 한 것이다.

이에 따라, 광축에 가장 가까운 직사각형 화면의 일변 이외의 타변에 대한 상대적인 일그러짐량을 적게 할 수 있어 경계부가 곡선으로 되기 어렵다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단이, 광축 중심 부근의 왜곡수차를 허용하여, 사용하는 대부분의 결상 성능을 향상시키도록 한 것이다.

이에 따라, 광축에 가장 가까운 직사각형 화면의 일변 이외의 타변에 대한 상대적인 일그러짐량을 적게 할 수 있어, 경계부가 곡선으로 되기 어렵다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단이, 광학 성능을 열화시키는 범위를 화면 저변만 관계하는 시야각 범위로 제한하도록 한 것이다.

이에 따라, 왜곡수차의 영향을 광축 중심 부근의 저변만으로 한정할 수 있고, 다른 3변은 정확한 직사각형 형상으로 화상 형성할 수 있다는 효과가 얻어짐과 동시에, 세로 방향으로 2면, 가로 방향으로 다면인 멀티 디스플레이를 구성하는 경우에, 화면의 연결부분에서의 그림의 겹침, 그림의 간극 등이 발생하지 않는다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 왜곡수차의 영향을 광축 중심 부근의 저변으로만 한정할 수 있고, 다른 3변은 정확한 직사각형 형상으로 화상 형성할 수 있다는 효과가 얻어짐과 동시에, 세로방향으로 2면, 가로방향으로 다면인 멀티 디스플레이를 구성하는 경우에 화면의 연결부분에서의 그림의 겹침, 그림의 간극 등이 발생하지 않는다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단의 왜곡수차를 보정하는형상을 투영 광학 수단으로부터 광 화상 신호를 표시 수단으로 반사하는 평면경이 갖도록 한 것이다.

이에 따라, 화상 표시 장치 전체의 왜곡수차를 보정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 투영 광학 수단의 왜곡수차를 보정하는 형상을 투영 광학 수단으로부터 광 화상 신호를 표시 수단으로 반사하는 평면경이 갖도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 반사부의 광축 근변을 향하는 출사광의출사동과, 반사부의 주변을 향하는 출사광의 출사동을 이격시켜서 굴절 광학부가 구성되고, 반사부에 대한 출사광의 입사 위치 및 입사각을 조정하도록 한 것이다.

이에 따라, 반사부 주변 부분에서의 비틀림을 억제할 수 있고, 이미지면 만곡을 억제할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 반사부의 광축 근변을 향하는 출사광의 출사동과, 반사부의 주변을 향하는 출사광의 출사동을 이격시켜서 굴절 광학부가 구성되고, 반사부에 대한 출사광의 입사 위치 및 입사각을 조정하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광 화상 신호를 반사하는 반사면으로서의 프런트면에서 프런트면의 배면에 형성된 리어면까지의 반사부의 두께를 동일한 두께로 형성하도록 한 것이다.

이에 따라, 온도 변화에 대한 프런트면의 형상 변화를 억제할 수 있고, 화상 표시 장치의 환경 특성을 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광 화상 신호를 반사하지 않는 비투영 프런트면에 반사부의 광축을 중심으로 하여 형성한 평면 형상의 저반사면과, 저반사면보다 작은 면적을 가지며 저반사면 내부에 광축을 중심으로 하여 형성된 평면 형상의 고반사면을 반사부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 검출기에 의한 파워 모니터 및 연산 처리에 의해 가상 광축을 만들어낼 수 있게 되어, 화상 표시 장치의 조립 공정에 있어서 반사부, 굴절 광학부의 얼라인먼트 조정을 쉽게 실시할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광 화상 신호를 반사하지 않는 비투영 프런트면에 반사부의 광축을 중심으로 하여 형성한 평면 형상의 저반사면과, 저반사면보다 작은 면적을 가지며, 저반사면 내부에 광축을 중심으로 하여 형성된 평면 형상의 고반사면을 반사부가 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 화상 정보광의 출사면을 보호하는 커버 유리와, 커버 유리의 광학적 두께의 편차 증감에 따라 편차를 반대로 감증시킨 광학적 두께를 갖는 보상 유리를 송신 수단이 구비하고, 커버 유리 및 보상 유리를 통해 송신 수단이 굴절 광학부로 광을 출사하도록 한 것이다.

이에 따라, 커버 유리의 두께의 편차를 상쇄하여 항상 일정한 광학적 두께를 갖는 유리 매질에 의해 송신 수단의 출사면이 보호되어 있는 것처럼 볼 수 있어, 조명 광원계나 굴절 광학부를 설계 변경하지 않고 이용할 수 있다는 효과를 얻을수 있다.

이에 따라, 커버 유리의 두께의 편차를 상쇄하여 항상 일정한 광학적 두께를 갖는 유리 매질에 의해 송신 수단의 출사면이 보호되어 있는 것처럼 볼 수 있어, 조명 광원계나 굴절 광학부를 설계 변경하지 않고 이용할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 송신 수단으로부터의 조명광의 입사측에 보상 유리를 착탈하는 보상 유리 착탈 기구를 굴절 광학부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 커버 유리의 두께 변경이나 두께 편차에 대응해서 적절히 최적 두께의 보상 유리로 교체할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 커버 유리의 두께 변경이나 두께 편차에 대응해서 적절히 최적 두께의 보상 유리로 교환할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 평면경의 반사면 및 표시 수단의 수광면과 직교하는 저면을 갖고, 표시 수단에 표시되는 4각형 화상의 저변상에 존재하고, 화상의 중심에서 가장 멀리 떨어진 제1 점과, 제1 점을 향하는 광선이 반사되는 평면경상의 제2 점과, 제2 점을 향하는 광선이 반사되는 반사부상의 제3 점과, 제1 점을 저면의 법선방향에서 저면으로 투영한 제1 투영점과, 제2 점을 저면의 법선방향에서 저면으로 투영한 제2 투영점과, 제3 점을 저면의 법선방향에서 저면으로 투영한 제3 투영점을 선분으로 각각 연결함으로써 생기는 배치 공간에 구성 요소를 배치하도록 한 것이다.

이에 따라, 평면경과 표시 수단에 의해 정해진 화상 표시 장치의 얇기의 범위에서, 스크린 하부의 높이를 억제할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 평면경과 표시 수단에 의해 정해진 화상 표시 장치의 얇기의 범위에서 스크린 하부의 높이를 억제할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 조명광을 방출하는 조명 광원부와, 조명광원부의 출사광을 순차 착색하는 컬러 휠(color wheel)과, 조명 광원부로부터의 조명광에 의한 출사단면의 조도 분포를 균일화하여 출사하는 로드 인테그레이터와, 로드 인테그레이터로부터의 조명광을 릴레이하는 릴레이 렌즈로 구성되는 집광 광학계 주요부와, 릴레이 렌즈로부터의 조명광의 주광선 방향을 정렬하는 필드 렌즈와, 필드 렌즈로부터의 조명광에 화상 정보를 부여하여 광 화상 신호로서 반사하는 반사형 화상 정보 부여부로 송신 수단이 구성되고, 구성 요소로서 집광 광학계 주요부를 배치 공간에 배치함과 동시에, 집광 광학계 주요부로부터의 조명광을 필드 렌즈로 순차 반사하는 제2 광로 절곡 수단 및 제3 광로 절곡 수단을 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 반사형 광공간 변조 소자에 대해 배치 공간에 배치한 집광 광학계 주요부에 의해 광을 집광할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 조명광을 방출하는 조명 광원부와, 조명 광원부의 출사광을 순차 착색하는 컬러 휠과, 조명 광원부로부터의 조명광에 의한 출사단면의 조도 분포를 균일화하여 출사하는 로드 인테그레이터와, 로드 인테그레이터로부터의 조명광을 릴레이하는 릴레이 렌즈로 구성되는 집광 광학계 주요부와, 릴레이 렌즈로부터의 조명광의 주광선 방향을 정렬하는 필드 렌즈와, 필드 렌즈로부터의 조명광에 화상 정보를 부여하여 광 화상 신호로서 반사하는 반사형 화상 정보 부여부로 송신 수단이 구성되고, 구성 요소로서 집광 광학계 주요부를 배치 공간에 배치함과 동시에, 집광 광학계 주요부로부터의 조명광을 필드 렌즈로 순차 반사하는 제2 광로 절곡 수단 및 제3 광로 절곡 수단을 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 집광 광학계 주요부의 광축을 표시 수단의 수광면 및 저면에 평행하게 설치하도록 한 것이다.

이에 따라, 조명 광원부의 수명을 짧게 하지 않고, 스크린 하부의 높이를 억제하여 여러 가지 이용 형태에 대응할 수 있는 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 집광 광학계 주요부의 광축을 표시 수단의 수광면에 평행하게 설치함과 동시에, 릴레이 렌즈와 광축의 교점보다 조명 광원부와 광축의 교점이 연직방향에 있어서 높아지도록 경사지게 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 집광 광학계 주요부 및 필드 렌즈를 설치하는 조정대를 송신 수단이 구비함과 동시에, 제3 광로 절곡 수단을 수납하는 수납구멍을 조정대에 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 스크린 하부의 높이를 더욱 억제한 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 집광 광학계 주요부가, 제2 광로 절곡 수단 또는 제3 광로 절곡 수단 중 적어도 일측의 광학면을 곡면 형상으로 하도록 한 것이다.

이에 따라, 그 곡면 형상을 고안함으로써 광선의 제어에 자유도를 부여할 수 있게 되어, 여러 가지 광학 성능의 개선을 도모할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 합성 수지에 의해 반사부가 제조되도록 한 것이다.

이에 따라, 그 형상을 쉽게 성형할 수 있음과 동시에 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 그 광축 방향에서 본 정면 형상이 직사각형이 되도록 표시 수단으로 광 화상 신호를 반사하지 않는 비반사 부분이 반사부로부터 절취됨과 동시에, 직사각형의 밑변상에 있어서 소정 편심1 거리로 광축 근방에 설치되며, 제1 반사부 장착 기구에 대해 피봇 고정되는 제11 나사 고정부와, 직사각형의 밑변 이외의 변에 설치되며, 제2 반사부 장착 기구에 대해 슬라이드 지지되는 제2 나사 고정부와, 직사각형의 밑변 이외의 변에 설치되며, 제3 반사부 장착 기구에 대해 슬라이드 지지되는 제3 나사 고정부를 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 온도 변화에 기인하는 열팽창·열수축에 의해, 반사부 형상의 변형이나 광축의 어긋남을 억제하여 화상 표시 장치의 광학 성능의 열화를 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 그 광축 방향에서 본 정면 형상이 직사각형이 되도록 표시 수단으로 광 화상 신호를 반사하지 않는 비반사 부분이 반사부로부터 절취됨과 동시에, 직사각형의 밑변상에 있어서 소정 편심 거리로 광축 근방에 설치되며, 제1 반사부 장착 기구에 대해 피봇 고정되는 제1 나사 고정부와, 직사각형의 밑변 이외의 변에 설치되며, 제2 반사부 장착 기구에 대해 슬라이드 지지되는 제2 나사 고정부와, 직사각형의 밑변 이외의 변에 설치되며, 제3 반사부 장착 기구에 대해 슬라이드 지지되는 제3 나사 고정부를 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 온도 변화에 기인하는 열팽창·열수축으로 인한 반사부 형상의 변형이나 광축의 어긋남을 억제하여, 화상 표시 장치의 광학 성능의 열화를 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 제1 반사부 장착 기구 및 제1 나사 고정부가 테이퍼 나사에 의해 나사 고정됨과 동시에, 테이퍼 나사의 테이퍼 부분과 합치되는 테이퍼 형상의 나사구멍을 갖도록 한 것이다.

이에 따라, 피봇 고정을 확실하게 실시할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 그 광축 방향에서 본 정면 형상이 직사각형이 되도록 표시 수단으로 광 화상 신호를 반사하지 않는 비반사 부분이 반사부로부터 절취됨과 동시에, 직사각형의 밑변상에 있어서 소정 편심 거리로 광축 근방에 형성된 오목부와, 오목부에 그 곡면을 끼우는 원기둥 지지체와, 오목부의 좌우에 그 일단이 각각 고정되며, 반사부에 대해 인장력을 부여하는 2개의 스프링과, 직사각형의 밑변 이외의 변에 설치되며, 제2 반사부 장착 기구에 대해 슬라이드 지지되는 제2 나사 고정부와, 직사각형의 밑변 이외의 변에 설치되며, 제3 반사부 장착 기구에 대해 슬라이드 지지되는 제3 나사 고정부를 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 온도 변화에 기인하는 열팽창·열수축으로 인한 반사부 형상의 변형이나 광축의 어긋남을 억제하여 화상 표시 장치의 광학 성능의 열화를 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라, 온도 변화에 기인하는 열팽창·열수축으로 인한 반사부 형상의변형이나 광축의 어긋남을 억제하여, 화상 표시 장치의 광학 성능의 열화를 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 그 광축 방향에서 본 정면 형상이 직사각형이 되도록 표시 수단으로 광 화상 신호를 반사하지 않는 비반사 부분이 반사부로부터 절취됨과 동시에, 직사각형의 밑변상에 있어서 소정 편심 거리로 광축 근방에 형성된 볼록부와, 그 V홈에 볼록부를 끼우는 V홈 지지체와, 볼록부의 좌우에 그 일단이 각각 고정되며, 반사부에 대해 인장력을 부여하는 2개의 스프링과, 직사각형의 밑변 이외의 변에 설치되며, 제2 반사부 장착 기구에 대해 슬라이드 지지되는 제2 나사 고정부와, 직사각형의 밑변 이외의 변에 설치되며, 제3 반사부 장착 기구에 대해 슬라이드 지지되는 제3 나사 고정부를 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 제1 나사 고정부의 좌우에 그 일단이 각각 고정됨과 동시에, 공통의 1점에서 타단이 고정되고, 반사부에 대해 인장력을 부여하는 2개의 스프링을 반사부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 화상 표시 장치를 상하역전시켜 이용할 때에 제1 나사 고정부에 집중되는 응력을 스프링으로 분산할 수 있게 되어, 제1 나사 고정부의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 제1 반사부 장착 기구, 제2 반사부 장착 기구 및 제3 반사부 장착 기구에 대해, 제1 나사 고정부, 제2 나사 고정부 및 제3 나사 고정부가 광 화상 신호를 반사하는 반사부의 프런트면측을 각각 접촉 지지하도록 한 것이다.

이에 따라, 반사부의 반사면을 정밀도 좋게 배치할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 지지 기구상에 설치되며, 굴절 광학부의 모든 렌즈군 또는 굴절 광학부의 일부 렌즈군을 슬라이드 지지하는 2개의 슬라이드 지지기둥과, 2개의 슬라이드 지지기둥 사이에 위치하며, 지지 기구상에 고정되는 제1 장착판과, 2개의 슬라이드 지지기둥 사이에 위치하며, 굴절 광학부를 구성하는 모든 렌즈군 또는 그 일부 렌즈군의 하부에 고정되는 제2 장착판과, 제1 장착판 및 제2 장착판에 의해 사이에 끼우듯이 접촉 지지되며, 인가되는 제어 전압의 증감에 따라 굴절 광학부의 광축 방향으로 신축하는 압전 소자를 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 온도 변화로 발생하는 핀트의 이상을 조정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 지지 기구상에 설치되며, 굴절 광학부의 모든 렌즈군 또는 굴절 광학부의 일부 렌즈군을 슬라이드 지지하는 2개의 슬라이드 지지기둥과, 2개의 슬라이드 지지기둥 사이에 위치하며, 지지 기구상에 고정되는제1 장착판과, 2개의 슬라이드 지지기둥 사이에 위치하며, 굴절 광학부를 구성하는 모든 렌즈군 또는 그 일부 렌즈군의 하부에 고정되는 제2 장착판과, 제1 장착판 및 제2 장착판에 의해 사이에 끼우듯이 접촉 지지되며, 인가되는 제어 전압의 증감에 따라 굴절 광학부의 광축 방향으로 신축하는 압전 소자를 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 지지 기구상에 설치되며, 반사부, 굴절 광학부의 모든 렌즈군 또는 굴절 광학부의 일부 렌즈군 중 어느 하나를 굴절 광학부의 광축 방향으로 기어 기구에 의해 이동시키는 기어 지지기둥을 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 지지 기구에 지지된 굴절 광학부 또는 지지 기구 중 적어도 일측을 가열 냉각하는 가열 냉각기를 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 사용 환경하에서 발생하는 온도 구배를 억제하여 핀트의 이상을 조정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부의 경통 온도를 센싱하는 온도 센서와, 지지 기구의 내부 온도를 센싱하는 온도 센서와, 경통 온도 및 내부 온도로부터 구해지는 핀트 보상량에 따라 압전 소자, 기어 기구 또는 가열 냉각기 중 적어도 1개를 제어하는 컨트롤 유닛을 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 환경 온도를 센싱하는 온도 센서와, 적어도 2개 이상의 다른 핀트 조정점으로부터 얻어진 선형 보간식으로 상기 환경 온도를 부여하여 구해지는 핀트 보상량에 따라 압전 소자, 기어 기구 또는 가열 냉각기 중 적어도 어느 1개를 제어하는 컨트롤 유닛을 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 환경 온도와 핀트의 관계를 1대1로 대응시켜, 보다 정확한 핀트 조정을 실시할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 표시 수단의 비화상 표시 영역으로 입사되는 광을 수광하여 핀트 정보를 검출하는 CCD 소자와, 핀트 정보의 해석 결과에따라 압전 소자, 기어 기구 또는 가열 냉각기 중 적어도 1개를 제어하는 컨트롤 유닛을 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 온도 등의 2차적인 정보를 사용하지 않고, 핀트의 이상을 직접 반영하여 핀트 조정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 표시 수단의 비화상 표시 영역으로 입사되는 광을 수광하여 핀트 정보를 검출하는 CCD 소자와, 핀트 정보의 해석 결과에 따라 압전 소자, 기어 기구 또는 가열 냉각기 중 적어도 1개를 제어하는 컨트롤 유닛을 구비하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 표시 수단의 비화상 표시 영역으로 입사되는 광을 CCD 소자로 반사하는 소형 반사경을 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 화상 표시 장치 영역으로 케이스가 제한되어 있는 경우에도 핀트 정보를 검출할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, CCD 소자에서 수광된 광강도 분포를 핀트 정보로 해서 핀트 정보의 피크값을 컨트롤 유닛이 해석하여 피크값을 크게 하도록제어를 실시하도록 한 것이다.

이에 따라, 핀트의 이상을 직접 반영하여 핀트 조정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, CCD 소자에서 수광된 광강도 분포를 핀트 정보로 해서 핀트 정보의 피크값을 컨트롤 유닛이 해석하여 피크값을 크게 하도록 제어를 실시하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, CCD 소자에서 수광된 광강도 분포를 핀트 정보로 해서 핀트 정보의 피크값을 컨트롤 유닛이 해석하여, 피크값을 크게 하도록제어를 실시하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, CCD 소자에서 수광된 광강도 분포를 핀트 정보로 해서 핀트 정보의 소정 레벨의 폭을 컨트롤 유닛이 해석하여 소정 레벨의 폭을 작게 하도록 제어를 실시하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, CCD 소자에서 수광된 광강도 분포를 핀트 정보로 해서 핀트 정보의 소정 레벨의 폭을 컨트롤 유닛이 해석하여 소정 레벨의폭을 작게 하도록 제어를 실시하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, CCD 소자에서 수광된 광강도 분포를 핀트 정보로 해서 핀트 정보의 견부의 기울기를 컨트롤 유닛이 해석하여 기울기를 크게하도록 제어를 실시하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, CCD 소자에서 수광된 광강도 분포를 핀트 정보로 해서 핀트 정보의 견부의 기울기를 컨트롤 유닛이 해석하여 기울기를 크게 하도록 제어를 실시하도록 한 것이다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 굴절 광학부 및 반사부를 각각 지지하는 복수의 지지 기둥을 지지 기구가 구비하고, 그 연직방향의 높이와 선팽창률의 곱이 지지 기둥에서 모두 같아지도록 한 것이다.

이에 따라, 연직방향에 있어서의 광축의 어긋남을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 고반사면 및 저반사면 혹은 전면 고반사면을 갖는 반사 볼록부 또는 반사 오목부를 반사부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 광학계 구성 요소의 얼라인먼트 조정을 쉽게 실시할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 광 화상 신호를 반사하는 반사면으로서의 프런트면에 렌즈층을 반사부가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 광로 설계의 자유도를 증가시켜 보다 치밀한 광선 제어를 실시할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 케이스의 저면상에 설치되며, 표시 수단을 갖는 전부 케이스와, 저면상에 설치된 후부 케이스와, 전부 케이스에서 후부 케이스까지의 사이에 설치되며, 저면과 함께 수납 공간을 형성하는 상부 경사면, 좌부 경사면 및 우부 경사면을 구비하고, 좌부 경사면 및 우부 경사면이 표시 수단과 평행한 평행면을 전부 케이스의 이면에 남김과 동시에, 표시 수단과 수직인 수직면을 후부 케이스의 측면에 남기도록 한 것이다.

이에 따라, 화상 표시 장치를 정밀도 좋게 멀티 구성할 수 있고, 설치 작업 효율을 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 화상 표시 장치의 좌우 어느 일측의 평행면에 접속되는 제1 단면과, 평행면과 동일한 일측에 있는 수직면에 접속되는 제2 단면과, 제2 단면에 평행한 접속면을 갖는 접속 부재를 구비하고, 이 접속면이 다른 접속 부재의 접속면과 연결되도록 한 것이다.

이에 따라, 직육면체의 케이스에 수납된 화상 표시 장치를 멀티 구성하는 것과 마찬가지로, 화상 표시 장치를 정밀도 좋게 멀티 구성할 수 있고, 설치 작업 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 화상 표시 장치와 동일한 높이를 접속 부재가 가짐과 동시에, 제1 단면 및 제2 단면에 대해 각각 직교하고, 다른 접속 부재와 연결되는 제3 단면을 접속 부재가 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 상하방향으로 화상 표시 장치를 멀티 구성할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 좌부 경사면 및 우부 경사면을 통해 배기·배열 또는 케이블류를 케이스의 내부로부터 외부로 통과시키도록 한 것이다.

이에 따라, 실내의 벽면 등에 화상 표시 장치를 완전히 밀착시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 얼라인먼트 조정 방법은, 반사부로 직진광을 입사시킴과 동시에 반사부의 자세 조정을 실시하여 고반사면으로 입사되는 직진광의왕로(outgoing path)와, 고반사면에서 반사되는 직진광의 복로(incoming path)를 일치시키는 단계와, 굴절 광학부를 거친 왕로의 직진광을 고반사면으로 입사시킴과 동시에, 고반사면에서 반사된 복로의 직진광을 굴절 광학부에서 출사시켜 굴절 광학부의 자세 조정을 실시하여, 굴절 광학계에서 출사된 복로의 직진광의 파워를 최대로 하는 단계를 구비하도록 한 것이다.

이에 따라, 광학계 구성 요소의 얼라인먼트 조정을 계통적이면서 쉽게 실시할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 얼라인먼트 조정 방법은, 지그 표시 수단으로 수직으로 입사되어 제1 투과홀을 투과한 평행광속을 고반사면에서 반사시키고, 고반사면과 제1 투과홀 사이에서 평행광속의 왕로와 복로를 일치시키는 단계와, 굴절 광학부의 이상적인 광축을 중심으로 하는 평행광속을 광로 절곡 반사경에서 고반사면으로 순차 반사시키고, 고반사면과 광로 절곡 반사경 사이에서 평행광속의 왕로와 복로를 일치시키는 단계와, 굴절 광학부의 광축과 대응하여 형성된 제2 투과홀을 갖는 홀 반사경(holed reflector)을 렌즈 지지 플랜지에 설치하여 굴절 광학부의 이상적인 광축을 중심으로 하는 평행광속을 제2 투과홀을 통해 광로 절곡 반사경에서 고반사면으로 순차 반사시키고 홀 반사경으로 반사시킨 평행광속과, 고반사면에서 광로 절곡 반사경으로 순차 반사시킨 복로의 평행광속의 진행방향을 일치시키는 단계와, 렌즈 지지 플랜지에서 홀 반사경을 분리하여 굴절 광학부를 설치하는 단계와, 조명 광원부 및 화상 정보 부여부를 설치하고, 조명 광원부에서 발한 광을 화상 정보 부여부에 의해 광 화상 신호로 하여 굴절 광학부, 광로 절곡 반사경 및 반사부를 통해 지그 표시 수단상의 정규 위치에 광 화상 신호를 결상시키는 단계를 구비하도록 한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해 첨부 도면에 따라 설명한다.

제1 실시형태

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 참조 번호 11은 광(조명광)을 방출하는 발광체, 12는 발광체(11)에서 발한 광이 대략 평행해지도록 반사하는 포물면 리플렉터, 13은 포물면 리플렉터(12)에서 반사된 광을 집광하는 집광 렌즈이다. 발광체(11), 포물면 리플렉터(12) 및 집광 렌즈(13)로 조명 광원계(송신 수단, 조명 광원부)가 구성되어 있다.

참조 번호 14는 반사형 광공간 변조 소자인 마이크로 미러 디바이스(송신수단, 반사형 화상 정보 부여부, 디지털 마이크로 미러 디바이스, 약칭은 DMD, Texas Instruments Incorporated(TI)의 등록 상표)이고, 마이크로 미러 디바이스(14)는 집광 렌즈(13)에 의해 집광된 광을 그 반사면에 의해 공간적으로 강도 변조하고, 화상 정보가 부여된 광화상 신호로서 강도 변조광을 반사한다. 본 발명은 모든 광공간 변조 소자를 구비한 화상 표시 장치에 적용할 수 있는데, 이하에서는 마이크로 미러 디바이스(14)를 사용해서 설명한다. 참조 번호 15는 술통형 왜곡수차(보정수차)를 갖는 굴절 광학 렌즈(굴절 광학부), 16은 실패형 왜곡수차를 갖는 볼록면경(반사부), 17은 굴절 광학 렌즈(15)와 볼록면경(16)으로 구성되는 투영 광학계(투영 광학 수단)이다. 투영 광학계(17)는 마이크로 미러 디바이스(14)에 의해 공간적으로 강도 변조된 광을 스크린(18)에 투영하는 것으로서, 마이크로 미러 디바이스(14)에 의해 강도 변조된 광은 굴절 광학 렌즈(15)에 의해 볼록면경(16)으로 투영되어 반사된다. 볼록면경(16)의 반사면은 마이너스의 파워를 갖고 있어서, 입사광의 이미지를 스크린(18)에 확대하여 투영한다. 18은 투영광학계(17)를 통해 투영된 광을 수광하여 화상을 표시하는 스크린(표시 수단)이다. 광로는 화살표로 표시하고 있다.

이 제1 실시형태에서는, 마이크로 미러 디바이스(14)의 반사면과 스크린(18)의 수광면을 평행하게 하여 화상 표시 장치의 안 길이가 최소로 되도록 설치하고 있다. 또한 투영되는 광의 가려짐이 없도록, 높이방향에 있어서 마이크로 미러 디바이스(14)와 스크린(18)의 겹침이 없도록 배치하고 있다. 그리고, 상기 마이크로 미러 디바이스(14)와 스크린(18)의 배치조건을 만족하면서, 마이크로 미러 디바이스(14)의 이미지와 스크린(18)의 이미지와의 공액 관계가 유지되도록 투영 광학계(17)를 배치하고 있다.

이어서, 동작에 대해 설명한다.

발광체(11)에서 출력된 광은 포물면 리플렉터(12)에 의해 반사되고, 집광 렌즈(13)를 통해 마이크로 미러 디바이스(14)의 반사면에 대해 비스듬한 방향에서 입사된다. 마이크로 미러 디바이스(14)는 화상 정보에 기초하여 입사된 광을 공간적으로 강도 변조한다. 강도 변조된 광은 투영 광학계(17)에 의해 스크린(18)에 투영되어 화상이 표시된다. 화상 표시 장치의 이용자는 도 3의 스크린(18)의 좌측에서 화상을 시각적으로 인식한다.

여기에서, 마이크로 미러 디바이스(14)에 대해 설명한다.

마이크로 미러 디바이스(14)는 한변이 16㎛인 정사각형의 작은 미러가 17㎛ 피치로 2차원 어레이형상으로 배치된 반사면을 갖고 있고, 이 작은 미러와 화상 포맷은 통상 1대1로 대응하고 있다. 예컨대, 도시하지 않은 컨트롤로부터 인가되는전압에 의해 각 작은 미러의 기울기를 각각 변화시키고, 각 작은 미러로부터의 반사광의 방향을 각각 변화시킬 수 있다.

즉, 어떤 작은 미러로부터의 반사광을 스크린(18)에 투영하는 경우에는, 투영 광학계(17)의 개구 방향으로 광이 반사되도록 해당하는 작은 미러의 기울기를 변화시킨다. 또한, 어느 한 작은 미러로부터의 반사광을 스크린(18)에 투영하지 않는 경우에는, 투영 광학계(17)의 개구에서 벗어나는 방향으로 광이 반사되도록 해당하는 작은 미러의 기울기를 제어한다. 작은 미러의 기울기를 변화시키는 데 필요한 시간은 10μsec 이하이고, 마이크로 미러 디바이스(14)는 광을 고속으로 강도 변조할 수 있다.

마이크로 미러 디바이스(14)는 반사형 광공간 변조 소자이기 때문에, 그 반사면에 대해 비스듬한 방향에서 입사된 광을 강도 변조하여 반사할 수 있다. 광공간 변조 소자로서 예컨대 액정을 사용한 경우에는, 액정의 이면에 거의 수직으로 광을 입사시켜야만 하기 때문에, 이면에 배치되는 조명 광원계에 의해 화상 표시 장치의 박형화가 제약받는 것을 생각하면, 마이크로 미러 디바이스(14)의 유효성이 명확해진다. 이 제1 실시형태와 같이 마이크로 미러 디바이스(14)를 사용함으로써, 마이크로 미러 디바이스(14)가 광을 출사하는 측에 조명 광원계를 배치하여 광공간 변조 소자와 스크린(18)으로의 광로 절곡을 실시하는 볼록면경(16)의 사이에 조명 광원계를 배치할 수 있게 되어 화상 표시 장치의 높이방향의 공간을 효과적으로 이용할 수 있고 조명 광원계의 돌출을 방지할 수 있다.

이어서, 투영 광학계(17)에 대해 설명한다.

마이크로 미러 디바이스(14)에 의해 강도 변조된 광은 투영 광학계(17)로 반사된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(15)의 광축은 마이크로 미러 디바이스(14)의 반사면 및 스크린(18)의 수광면에 대해 수직이고, 또한 마이크로 미러 디바이스(14)의 중심 및 스크린(18)의 중심에서 오프셋하여 설치되어 있다. 따라서, 굴절 광학 렌즈(15)의 시야각의 일부만을 마이크로 미러 디바이스(14)로부터의 광의 투영에 사용하게 된다. 도 3에서는 굴절 광학 렌즈(15)의 하측으로부터 광이 입사되고 있기 때문에, 상측으로 광이 출사된다.

도 4는 굴절 광학 렌즈(15)의 술통형 왜곡수차가 볼록면경(16)의 실패형 왜곡수차를 보정하는 동작을 개념적으로 설명하는 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(15)는 술통형 왜곡수차를 갖도록 설계되어 있어서, 마이크로 미러 디바이스(14)에서 격자형상의 이미지(도 4a)를 나타내는 광을 굴절 광학 렌즈(15)로 투영하면, 이 격자형상의 이미지가 술통형상으로 변형된다(도 4b). 이 술통형 왜곡수차는 볼록면경(16)에서 발생하는 실패형 왜곡수차(도 4c)를 보정하는 특성(보정수차)로서, 볼록면경(16)의 실패형 왜곡수차를 기초로 하여 설계한 것이다.

따라서, 일그러짐이 보정된 광을 스크린(18)에 투영하면, 확대된 격자형상의 이미지(도 4d)가 일그러지지 않고 표시되게 된다. 일반적으로 광학계에서 발생한 화상의 일그러짐을 신호 처리에 의해 보정할 수도 있으나, 화상의 정밀도가 열화되기 때문에 이 제1 실시형태에서는 광학적으로 왜곡수차를 보정하도록 하고 있다.

여기에서, 볼록면경(16)의 실패형 왜곡수차에 대해 설명한다.

도 5는 무수차의 굴절 광학 렌즈(19)를 통해 볼록면경(16) 또는 평면경(21)에 의해 마이크로 미러 디바이스(14)로부터의 광을 반사시켰을 때의 이미지를 광로 추적으로 구한 방법을 개념적으로 도시한 도면이다. 도 5에서는 평면경(21)으로 반사한 광로는 실선이고, 볼록면경(16)으로 반사한 광로는 파선으로 표시하고 있다.

마이크로 미러 디바이스(14)에서 격자형상의 이미지(도 5a)를 갖는 광을 출사한 경우, 무수차의 굴절 광학 렌즈(19)를 투과한 광의 이미지는 일그러짐을 발생시키지 않는다(도 5b). 따라서, 무수차의 굴절 광학 렌즈(19)를 투과한 광을 평면경(21)으로 반사시켜 굴절 광학 렌즈(19)의 광축(20)에 수직인 A-A'단면상에서 관찰하면, 흑점(●)이 등간격으로 존재하게 된다(도 5d). 즉, 무수차의 굴절 광학 렌즈(19)와 평면경(21)으로 구성되는 투영 광학계의 경우에는, 격자형상의 이미지를 유지한 채로 왜곡수차를 나타내지 않는다.

한편, 무수차의 굴절 광학 렌즈(19)를 투과한 광을 볼록면경(16)으로 반사한 경우에는, 볼록면경(16)의 반사면에 있어서의 광축 방향의 반사 위치가 각 광로마다 다르기 때문에, A-A'단면상에서는 흰원(○)로 표시한 바와 같이 되어 실패형 왜곡수차(도 5c)가 발생한다. 이 실패형 왜곡수차는 볼록면경(16)의 형상을 결정하면 광로 추적에 의해 계산할 수 있기 때문에, 그 계산 결과를 기초로 도 3의 굴절 광학 렌즈(15)의 왜곡수차를 설계하면 된다. 왜곡 설계 방법에 관해서는 종래의 굴절 광학계의 설계에 기초하여 실시하면 되므로 여기에서는 생략한다.

이와 같이, 볼록면경(16)의 실패형 왜곡수차를 보정하는 술통형 왜곡수차를갖도록 굴절 광학 렌즈(15)를 사용하도록 하였기 때문에, 스크린(18)에 일그러짐이 없는 화상을 확대 표시할 수 있게 되어 화상 표시 장치의 각 구성 요소에 대한 스크린(18)의 위치를 박형화에 적합하도록 구성할 수 있다.

그리고, 볼록면경(16)은 2차 곡선을 축의 둘레로 회전시켜 얻어지는 회전 비구면을 그 반사면의 형상으로 함으로써, 경면 선반에 의해 쉽게 제작할 수 있고 제조 비용을 대폭적으로 삭감할 수 있다. 볼록면경(16)은 화상 표시 장치의 사양에 따라 자유롭게 설계할 수 있고, 설계된 볼록면경(16)의 실패형 왜곡수차를 보정하는 술통형 왜곡수차를 갖는 굴절 광학 렌즈(15)를 설계하면 된다.

또한, 종래의 기술에서는 도 2의 평면경(7)과 같이 투영 광학계(17)와는 별도로 광로를 절곡하는 수단이 필요하였으나, 이 제1 실시형태에서는 투영 광학계(17)의 일부가 광로를 절곡하는 작용도 갖고 있기 때문에, 광학 부품의 개수가 적어지고 스크린(18)과 볼록면경(16) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이 조명 광원계가 크게 돌출되는 경우에는, 투영 광학계(17)로부터의 광을 반사하는 평면경(22)을 추가하여 스크린(18)으로 광로를 절곡하도록 함으로써 화상 표시 장치의 공간을 최대한 이용할 수 있다. 그리고, 평면경(22)과 투영 광학계(17)를 교체하도록 해도 되고, 또한 평면경(22) 대신에 투영 광학계(17)와는 별도의 투영 광학계를 사용하도록 해도 된다.

이상과 같이, 이 제1 실시형태에 의하면, 조명 광원계 및 마이크로 미러 디바이스(14)로 구성되고, 화상 정보에 기초하여 강도 변조된 광화상 신호를 출사하는 송신 수단과, 광화상 신호를 수광하여 화상 정보에 기초한 화상을 표시하는 스크린(18)과, 마이너스의 파워를 가지며 화상 정보에 기초하여 강도 변조된 광을 스크린(18)으로 반사하는 볼록면경(16)과, 볼록면경(16)이 갖는 실패형 왜곡수차를 보정하는 술통형 왜곡수차를 가지며 송신 수단으로부터의 광을 볼록면경(16)으로 투영하도록 설치되는 굴절 광학 렌즈(15)를 구비하도록 하였기 때문에, 화상 정보에 기초하여 변조된 광이 볼록면경(16)으로부터 받는 실패형 왜곡수차를 보정하여 스크린(18)에 확대 화상을 표시할 수 있게 되어, 화상 표시 장치의 박형화에 가장 적합한 위치에 스크린(18)을 배치할 수 있고, 종래와 비교하여 보다 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있게 된다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제1 실시형태에 의하면, 발광체(11), 포물면 리플렉터(12) 및 집광 렌즈(13)로 구성되는 조명 광원계와, 조명 광원계에서 입사된 광을 화상 정보에 기초하여 변조시켜 반사하는 마이크로 미러 디바이스(14)로 송신 수단을 구성하도록 하였기 때문에, 마이크로 미러 디바이스(14)가 광을 출사하는 측에 조명 광원계를 배치할 수 있게 되어 액정 등의 투과형 광공간 변조 소자를 사용한 종래의 화상 표시 장치와 비교하여 보다 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제1 실시형태에 의하면, 마이크로 미러 디바이스(14)에서 반사된 광을 투영 광학계(17)에 의해 스크린(18)으로 반사시키도록 하였기 때문에, 스크린(18)으로 광로를 절곡시키기 위한 광학 부품을 별도로 설치할 필요가 없어지므로, 광학 부품 개수를 감소시켜 스크린(18)과 볼록면경(16) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제1 실시형태에 의하면, 볼록면경(16)을 회전 비구면 형상으로 하도록 하였기 때문에, 경면 선반에 의해 쉽게 제작할 수 있으므로, 제조 비용을 대폭적으로 삭감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제2 실시형태

제1 실시형태에서는 술통형 왜곡수차를 갖는 굴절 광학 렌즈(15)와 실패형 왜곡수차를 갖는 볼록면경(16)에 의해 투영 광학계(17)를 구성하도록 하였으나, 이 제2 실시형태에서는 볼록면경과 마찬가지로 짧은 투영 거리로 화상을 확대할 수 있고, 왜곡수차를 갖지 않는 프레넬 미러에 의해 투영 광학계를 구성한 경우에 대해 설명한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 7에 있어서, 참조 번호 23은 무수차의 굴절 광학 렌즈(굴절 광학부), 24는 굴절 광학 렌즈(23)로부터의 광을 반사시켜 스크린(18)에 투영하는 프레넬 미러(반사부), 25는 굴절 광학 렌즈(23)과 프레넬 미러(24)로 구성되는 투영 광학계(투영 광학 수단)이다. 볼록면경(16)과 마찬가지로 프레넬 미러(24)의 반사면은 마이너스의 파워를 갖고 있다. 그리고, 여기에서는 조명 광원계의 도시를 생략한다.

도 8은 프레넬 미러(24)를 확대한 도면이다. 도 8에는 제1 실시형태에서 나타낸 볼록면경(16)도 같이 도시하고 있다. 도 8의 볼록면경(16)과 프레넬 미러(24)의 대응과 같이, 프레넬 미러(24)는 볼록면경(16)의 반사면을 작은 구간별로 각각 분할하고, 분할한 위치에 상당하는 부분과 동일한 기울기를 갖고 또한 주기 구조로 한 반사면의 형상을 갖는 것이다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이 볼록면경(16)보다 프레넬 미러(24)는 얇은 형상이다.

도 9는 볼록면경(16)과 프레넬 미러(24)의 왜곡수차의 차이를 비교하는 도면이다. 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 마이크로 미러 디바이스(14)나 무수차의 굴절 광학 렌즈(23)에 있어서의 격자형상의 이미지(도 9a, 도 9b)를 볼록면경(16)으로 반사시킨 광로(도 9의 파선)는, 볼록면 형상에 기인하는 각 광로의 반사 위치의 차이로부터 실패형 왜곡수차(도 9c, ○)가 굴절 광학 렌즈(23)의 광축(27)에 수직인 A-A'단면상에 발생한다. 한편, 프레넬 미러(24)를 사용한 경우에는 광축 방향의 반사 위치가 모두 동일하기 때문에, 도 5의 평면경(21)과 마찬가지로 왜곡수차가 발생하지 않는다(도 9d, ●). 따라서, 프레넬 미러(24)를 사용해서 투영 광학계(25)를 구성함으로써, 왜곡수차의 보정을 고려할 필요가 없어지므로 무수차의 굴절 광학 렌즈(23)를 그대로 사용하면 된다. 그 외의 구성이나 동작에 대해서는 제1 실시형태와 동일하므로 설명을 생략한다.

이상과 같이, 이 제2 실시형태에 의하면, 볼록면경과 마찬가지로 짧은 거리로 화상을 확대하고, 투과하는 광의 이미지에 일그러짐을 부여하지 않는 프레넬 미러(24)와 무수차의 굴절 광학 렌즈(23)를 사용하여 투영 광학계(25)를 구성하도록 하였기 때문에, 제1 실시형태의 볼록면경(16)의 실패형 왜곡수차를 굴절 광학 렌즈에 의해 보정하지 않고, 스크린(18)에 화상을 확대 표시할 수 있게 되어 화상 표시 장치의 설계, 제조를 쉽게 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제2 실시형태에 의하면, 볼록면경(16)보다 얇게 구성되는 프레넬 미러(24)를 투영 광학계(25)에 사용하도록 하였기 때문에, 제1 실시형태와 비교하여 더욱 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제3 실시형태

이 제3 실시형태에서는, 광의 입사면과 반사면의 면을 볼록면 형상의 반사면으로 구성한 광학 소자 및 굴절 광학 렌즈로 투영 광학계를 구성하는 경우에 대해 설명한다.

도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 10에 있어서, 참조 번호 28은 굴절 광학 렌즈(굴절 광학부), 29는 분산특성이 다른 2개의 광학 재료로 구성되는 광학 소자(반사부), 30은 굴절 광학 렌즈(28)와 광학 소자(29)로 구성되는 투영 광학계(투영 광학 수단)이다. 그리고, 여기에서는 조명 광원계의 도시를 생략한다.

도 11은 광학 소자(29)를 확대한 도면이다. 참조 번호 31, 33은 각각 저분산 유리(저분산 매질), 고분산 유리(고분산 매질), 32는 저분산 유리(31)와 고분산 유리(33)의 경계면, 34는 고분산 유리(33)와 공기의 경계가 되는 반사면이다. 광의 입사측에서 보면, 경계면(32)은 플러스의 파워를 갖도록 오목면 형상으로 구성되고, 반사면(34)은 마이너스의 파워를 갖도록 볼록면 형상으로 되어 있다. 프리즘의 원리와 마찬가지로 광학 소자(29)에 광이 입출사되었을 때에 색수차가 발생하기 때문에, 저분산 유리(31)와 고분산 유리(33)를 조합하여 색지움(achromatization)을 실시하고 있다.

이어서, 동작에 대해 설명한다.

도 12는 광학 소자(29)의 내부에 있어서 입사된 광로를 도시한 도면이다.도 12에 있어서, 경계면(32)의 좌측이 저분산 유리(31)(굴절률(n₁)), 우측이 고분산 유리(33)(굴절률(n₂))에 상당한다. n₁, n₂는 임의로 선택할 수 있는데, 여기에서는 n₁＜n₂이다. 또한, 반사면(34)과 동일한 형상을 갖는 볼록면경을 준비하여 이 볼록면경을 반사면(34)으로 하여 입사광을 단지 절곡하기만 한 광로를 파선으로 표시하고 있다.

실선과 파선을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 단순한 볼록면경에 의해 절곡한 경우의 광로에서 저분산 유리(31), 고분산 유리(33)를 차례로 투과하여 볼록면 형상의 반사면(34)으로 입사되도록 구성된 광학 소자(29)에 의한 광로가 보다 큰 각도로 광로가 절곡될 수 있어 보다 광각의 화상을 스크린(18)에 투영할 수 있다.

이 광학 소자(29)를 사용하면, 제1 실시형태의 볼록면경(16)과 비교하여 화상을 보다 광각으로 투영할 수 있는 만큼 반사면(34)의 볼록면 형상을 완만하게 할 수 있기 때문에 반사면(34)의 실패형 왜곡수차를 저감할 수 있다. 또한, 저분산 유리(31)나 고분산 유리(33)의 광학 재료의 두께를 조정함으로써 광의 출사위치를 제어할 수 있기 때문에, 반사면(34)에서 발생하는 왜곡수차를 광학 소자(29)의 내부에서 보정할 수 있다.

이어서, 광학 소자(29)의 색지움을 원리적으로 설명한다. 도 13은 반사면(34)에서 절곡된 광학 소자(29)내의 광로를 한 방향으로 전개한 도면이다. 도 13에서는 적색광, 청색광의 광로를 각각 실선, 파선으로 표시하고 있다. 파장의 차이에 대한 굴절률 변화가 큰 경우를 고분산, 작은 경우를 저분산이라 한다. 일반적으로 유리 재료는 파장이 짧아지면 굴절률이 높아지는 특성을 갖고 있다.

따라서, 도 13에 도시한 바와 같이 저분산 유리(31)로 굴절된 광에서는, 짧은 파장의 청색광은 크게 굴절되고, 긴 파장의 적색광은 청색광만큼 굴절되지는 않는다. 고분산 유리(33)에서는 색에 따른 굴절의 정도가 저분산 유리(31)와 다르기 때문에, 저분산 유리(31)보다 낮은 파워의 것이어도 저분산 유리(31)에서 발생한 색수차를 보정할 수 있는 분산이 부여된다. 따라서, 이 조합에 의해 플러스 파워의 색지움 렌즈를 구성할 수 있다. 마이너스 파워의 색지움 렌즈가 필요한 경우에는 저분산 유리(31)와 고분산 유리(33)의 조합을 반대로 하면 된다.

그리고, 도 11에 있어서 광의 입사측에 저분산 유리(31)를 배치하고 있는데, 도 14와 같이 광의 입사측에 고분산 유리(36)를 사용하고, 이어서 저분산 유리(38), 그리고 마이너스의 파워를 갖는 반사면(39)과 같은 구성을 사용한 광학 소자(35)로 높은 색지움 효과가 얻어지는 경우도 있다. 이들은 설계시에 자유롭게 선택할 수 있다.

이상과 같이, 이 제3 실시형태에 의하면, 광이 투과하는 방향으로 적층된 저분산 유리(31)와 고분산 유리(33)로 구성되고, 마이너스의 파워를 갖고, 저분산 유리(31) 및 고분산 유리(33)를 투과한 광을 반사하는 반사면(34)이 형성된 광학 소자(29)를 사용해서 스크린(18)으로 광을 투영하도록 하였기 때문에, 제1 실시형태의 볼록면경(16)과 동등한 광각을 갖는 광을 보다 완만한 볼록면 형상으로 투영할 수 있음과 동시에 저분산 유리(31)나 고분산 유리(33)의 두께를 조정하여반사면(34)에서 발생하는 왜곡수차를 광학 소자(29, 35)의 내부에서 보정할 수 있게 되어 반사면(34)에서 발생하는 실패형 왜곡수차의 보정이 쉬워진다는 효과가 얻어진다.

제4 실시형태

이 제4 실시형태에서는, 굴절면이나 반사면에 비구면 형상을 사용한 굴절 광학 렌즈, 볼록면경에 의한 왜곡수차의 보정에 대해 설명한다.

도 15는 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 15에 있어서, 참조 번호 40은 플러스의 파워를 갖는 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부), 41은 비구면 형상의 반사면을 갖는 비구면 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부), 42는 비구면 형상의 굴절면을 갖는 비구면 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부), 43은 구면형상의 반사면을 갖는 구면 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부), 44는 굴절 광학 렌즈(40), 비구면 볼록면경(41), 비구면 렌즈(42), 구면 볼록면경(43)이 공유하는 광축이다. 그리고, 조명 광원계, 스크린의 도시는 생략한다.

페르마의 원리(Fermat's principle)에 의해 해석하면, 렌즈의 굴절면이나 미러의 반사면을 구면형상으로 한 경우에는 무수차가 얻어지지 않음에 비하여, 렌즈의 굴절면이나 미러의 반사면을 비구면 형상으로 하면 수차를 줄일 수 있음이 알려져 있다. 이 제4 실시형태에서는 주광선이 발산한 부분에 이 비구면 형상을 갖는 광학 소자를 적용함으로써 왜곡수차를 보정하도록 하고 있다.

예컨대, 도 15a에 도시한 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(40)를 통해 광공간 변조 소자로서의 마이크로 미러 디바이스(14)로부터의 광을 비구면 볼록면경(41)에 의해 반사하고, 도시하지 않는 스크린(18)으로 광을 투영하고 있다.

또한, 도 15b에 도시한 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(40)와 구면 볼록면경(43) 사이의 주광선이 발산한 부분에 비구면 렌즈(42)를 설치하고, 마이크로 미러 디바이스(14)로부터의 광을 굴절 광학 렌즈(40), 비구면 렌즈(42)를 통해 구면 볼록면경(43)에 의해 반사하여 스크린(18)으로 광을 투영하고 있다.

비구면 볼록면경(41)의 반사면 형상이나 비구면 렌즈(42)의 굴절면 형상과 왜곡수차가 1대1로 대응하기 때문에, 모든 경우에 왜곡수차를 경감하도록 그 형상을 광로 추적에 의해 설계하고 있다.

따라서, 도 15a, 도 15b 모든 경우에 비구면 형상을 갖는 비구면 볼록면경(41), 비구면 렌즈(42)를 매개하여 스크린(18)으로 광을 투영하도록 하였기 때문에, 화상 표시 장치를 박형화 구성할 수 있음과 동시에 스크린(18)에 투영된 화상의 일그러짐을 보정할 수 있다.

또한, 도 15c에 도시한 바와 같이, 비구면 렌즈(42), 비구면 볼록면경(41)을 함께 구비하도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 왜곡수차를 더욱 쉽게 보정할 수 있게 된다.

그리고, 도시는 생략하였으나, 비구면 렌즈(42)는 1개으로 한정되는 것은 아니며, 굴절 광학 렌즈(40)와 비구면 볼록면경(41)(또는 구면 볼록면경(43))의 사이에 복수개의 비구면 렌즈(42)를 구비하도록 해도 되어, 왜곡수차를 더욱 보정할 수 있다.

이상 설명한 비구면 형상에 의한 왜곡수차의 보정을 보다 효과적으로 하기 위해 다음 3가지 방법을 생각할 수 있다.

도 16은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 조명 광원계, 스크린의 도시는 생략한다. 도 16에 있어서, 45는 광축(44) 중심에서는 큰 볼록 곡률을 갖고, 주변으로 갈수록 작은 곡률로 되는 반사면을 갖는 비구면 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부)이다. 비교를 위해 구면 볼록면경(43)(점선) 및 구면 볼록면경(43)에 의한 반사광선(점선 화살표)을 도시하고 있다.

제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 구면 볼록면경(43)에서는 실패형 왜곡수차가 발생하여 화상의 일그러짐의 원인이 되고 있다. 이 실패형 왜곡수차는 구면 볼록면경(43)의 주변 형상에서 발생하기 때문에, 광축(44) 중심에서는 큰 볼록 곡률을 갖고, 주변으로 갈수록 작은 곡률을 갖는 반사면 형상의 비구면 볼록면경(45)를 사용하여 구면 볼록면경(43)의 주변 형상을 보정하고 있다. 이에 따라, 왜곡수차를 보다 저감할 수 있다.

도 17은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 조명 광원계, 스크린의 도시는 생략한다. 도 17에 있어서, 참조 번호 46은 홀수차 비구면을 반사면으로서 갖는 비구면 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부)이다.

일반적으로, 3차원의 곡면은 짝수차의 항으로 구성되는 다항식에 의해 표시된다. 이 다항식에 홀수차의 항을 가산하여 각 비구면 계수를 적절한 값으로 함으로써 도 17의 비구면 볼록면경(46)의 홀수차 비구면이 형성된다. 도 16의 비구면 볼록면경(45)의 비구면(점선)과 비교하면, 비구면 볼록면경(46)의 홀수차 비구면은 광축(44)의 근방에 있어서 볼록형상의 볼록한 부분(또는 오목형상의 오목한 부분)이 형성되어 있음을 도 17에서 알 수 있다.

이 광축(44) 근방의 볼록형상의 볼록한 부분(또는 오목형상의 잘록한 부분)은 홀수차의 항을 가산함으로써 형성되는 것으로서, 도 17과 같이 마이크로 미러 디바이스(14)를 광축(44)을 벗어나 편심 배치한 경우에는, 이 광축(44) 근방의 반대면에 의한 광의 투영은 실시되지 않는다. 따라서, 비구면 볼록면경(46)의 중심부분의 곡률 불연속성으로 인한 광축 근방의 투영 결상 성능의 열화가 있어도 표시 성능에는 문제가 없다. 비구면 볼록면경(46)을 사용함으로써, 왜곡수차의 보정과 축 외의 투영광의 양호한 결상 특성을 양립시킨 투영 광학계를 실현할 수 있다.

1차의 홀수차 항을 포함한 홀수차의 비구면 미러, 비구면 렌즈의 중심부는 원리상 곡률의 불연속으로 인해 반사광/굴절광의 흐트러짐을 발생시켜 결상성능이 열화된다.

따라서, 이 제4 실시형태에서는 이들 홀수차 비구면의 중심부(광축상의 점)를 피해 반사/투과시켜 투영광속(광화상 신호)을 스크린(18)상으로 안내함으로써 양호한 결상 성능을 실현하도록 하고 있다. 또한, 이를 위해 마이크로 미러 디바이스(14)는 광축 바깥에 유효 표시면을 시프트시켜 편심 배치되어 있다.

홀수차 비구면을 굴절 광학 렌즈에 적용할 수 있다.

도 18은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 18에 있어서, 참조 번호 47은 비구면 볼록면경(45)을 향한 굴절면이 홀수차 비구면에 형성된 비구면 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부)이다.

특히, 굴절 광학 렌즈의 비구면 볼록면경(45)에 가까운 굴절면의 출사부분일수록 주광선이 흩어지기 때문에, 이 출사부분의 형상을 국부적으로 변경하여 왜곡수차를 줄이도록 그 형상을 컨트롤할 수 있다.

이상과 같이, 이 제4 실시형태에 의하면, 비구면 형상의 반사면을 갖는 비구면 볼록면경(41)을 구비하도록 하였기 때문에, 스크린(18)으로 투영되는 광의 왜곡수차를 보정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제4 실시형태에 의하면, 굴절 광학 렌즈(40)와 볼록면경 사이의 주광선이 발산한 부분에 적어도 1개의 비구면 형상의 굴절면을 갖는 비구면 렌즈(47)를 설치하도록 하였기 때문에, 스크린(18)으로 투영되는 광의 왜곡수차를 보정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제4 실시형태에 의하면, 광축 중심에서는 큰 볼록 곡률을 갖고, 주변으로 갈수록 작은 곡률을 갖는 비구면 볼록면경(45)을 구비하도록 하였기 때문에, 스크린(18)으로 투영되는 광의 왜곡수차를 더욱 보정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제4 실시형태에 의하면, 짝수차 비구면을 나타내는 짝수차의 다항식에 홀수차의 항을 가산하여 형성되는 홀수차 비구면을 반사면으로서 갖는 비구면 볼록면경(45)을 구비하도록 하였기 때문에, 왜곡수차의 보정과 축 외의 투영광의 양호한 결상 특성을 양립시킨 투영 광학계를 실현할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제4 실시형태에 의하면, 짝수차 비구면을 나타내는 짝수차의 다항식에 홀수차의 항을 가산하여 형성되는 홀수차 비구면을 굴절면으로서 갖는 비구면 렌즈(47)를 구비하도록 하였기 때문에, 굴절면의 형상이 국부적으로 변경되어 왜곡수차를 쉽게 경감시킬 수 있고 또한 축 외의 결상 성능을 개량할 수 있게 된다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이상의 굴절 광학 렌즈와 볼록면경에 적용하는 각 형상은, 화상 표시 장치의 설계시에 임의로 선택할 수 있으므로 적절한 조합을 선택하도록 하면 된다.

또한, 굴절 광학 렌즈(40), 비구면 렌즈(42), 비구면 렌즈(47) 등의 굴절 광학부의 일부, 즉 굴절 광학부를 구성하는 적어도 1개의 굴절 광학 렌즈를, 예컨대 폴리카보네이트, 아크릴 등으로 대표되는 플라스틱 합성수지를 사출 성형 가공함으로써 원하는 비구면 형상의 형틀로부터 대량 생산할 수 있다. 일반적으로 렌즈의 재료가 되는 유리의 융점은 약 700℃, 몰드용 유리의 융점은 500℃임에 비하여, 플라스틱 합성수지는 이들 재료보다 낮은 융점이므로, 굴절 광학 렌즈를 플라스틱 합성수지로 제조함으로써 생산성이 향상되고, 화상 표시 장치의 비용을 저감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

물론, 비구면 렌즈(42, 47) 등을 공지의 유리 몰드법에 의해 성형하여 제조할 수도 있다. 이 경우에는 비구면 렌즈를 유리 재료로 구성하였기 때문에, 플라스틱 재료로 제조하는 경우보다 환경 특성(사용 온도 범위, 습도 범위 등)을 향상시킬 수 있다. 굴절 광학부의 렌즈 재료의 선정은 각각의 재료의 장점을 살려 화상 표시 장치의 목적·용도·사양에 따라 정하도록 하면 된다.

제5 실시형태

제4 실시형태에서 나타낸 바와 같이, 비구면 형상의 반사면을 갖는 비구면 볼록면경이나 비구면 형상의 굴절면을 갖는 굴절 광학 렌즈를 사용해서 왜곡수차를 보정하도록 하였으나, 이 때에 스크린(18)에 투영된 화상에는 이미지면 만곡이 발생하여 소위 핀트가 맞지 않아 화상이 흐려지는 현상이 발생한다. 이 제5 실시형태에서는 이미지면 만곡을 경감시키는 방법에 대해 설명한다.

이미지면 만곡의 크기를 고찰하는 데 있어서 일반적으로 자주 사용되는 것은 페츠발 합(P)으로서, 이것은 수학식 1과 같이 표시된다.

수학식 1에 있어서, Σ는 합의 지수(i)에 관한 총합을 의미하는 연산자, i는 광학 소자의 번호, N은 광학 소자의 총수이다. Pi는 i번째 광학 소자의 페츠발 합 기여 성분이, ni는 i번째 광학 소자의 굴절률, fi는 i번째 광학 소자의 초점 거리, φi는 i번째 광학 소자가 갖는 파워를 나타낸다.

평면 물체에 대해, 이미지면 만곡이 없는 평면 이미지를 얻기 위한 조건을 페츠발 조건이라 하며, P=0일 때에 페츠발 조건이 만족된다. 즉, 화상 표시 장치에 있어서, 페츠발 합을 0에 가깝게 함으로써 이미지면 만곡이 경감된 화상을 스크린(18)에 표시할 수 있게 된다.

도 19에 도시한 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부, 페츠발 합 보상 렌즈)(48)를 예컨대 도 15a에 적용하는 경우를 살펴 본다. 굴절 광학 렌즈(48)는 정렌즈(48A)와 부렌즈(48B)로 구성되는 색지움 렌즈이다.

여기에서, 비구면 볼록면경(41)(i=3)에 대해 생각해 보면, 굴절률 n3=-1이고, 또한 절대값이 큰 마이너스의 파워 φ3(＜0)를 갖기 때문에, 마이너스 값끼리의 제산에 의해 페츠발 합(P)에 기여하는 비구면 볼록면경(41)의 페츠발 합 기여 성분(P3)은 플러스 값이 되기 쉽다.

따라서, 비구면 볼록면경(41)의 기여 성분(P3)을 상쇄하는 굴절 광학 렌즈(48)를 설계함으로써 이미지면 만곡을 보정한다. 즉, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈 48A(i=1)와 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈 48B(i=2)로 구성되는 굴절 광학 렌즈(48)에 의해, 페츠발 합에 대해 기여하는 성분(P1+P2)을 마이너스 값으로 하여 비구면 볼록면경(41)의 성분(P3)과 상쇄하게 한다.

우선, 정렌즈(48A)는 플러스의 파워(φ1)(＞0)를 갖기 때문에, 정렌즈(48A)의 굴절률(n1)을 크게 함으로써 기여 성분(P1)=φ1/n1≒0에 가깝게 하여, 페츠발 합(P)에 대한 영향을 경감시키도록 한다.

또한, 부렌즈(48B)는 마이너스의 파워(φ1)(＜0)를 갖기 때문에, 부렌즈(48B)의 굴절률(n2)을 작게 함으로써, 절대값이 크고 마이너스 값의 기여 성분(P2)=φ2/n2를 만들어내도록 한다.

이상과 같이, 정렌즈(48A), 부렌즈(48B)의 굴절률을 n1＞n2가 되도록 함으로써, P1+P2를 가능한 한 마이너스 값에 가깝게 하여 P3에 대한 P1+P2의 영향을 경감시킬 수 있게 된다.

그리고, 정렌즈(48A)의 아베수(ν1)와 부렌즈(48B)의 아베수(ν2)를 가까운 값으로 설정함으로써, 페츠발 조건을 더욱 만족시킬 수 있다. 일반적으로 파장 변화에 의한 굴절률 변화를 Δn이라 하면, 아베수(ν)=(n-1)/Δn(n은 굴절률)으로 정의되고, 아베수가 작은 경우에는 분산값이 높은 광학 재료를 의미한다.

도 19의 굴절 광학 렌즈(48)의 정렌즈(48A), 부렌즈(48B)의 합성 파워를 Φ라 하면, 합성 파워의 수학식 Φ=Σ(φi)와 색지움 조건의 수학식 Σ(φi/νi)=0으로부터 수학식 2, 3을 얻을 수 있다.

수학식 2, 3을 수학식 4, 5와 같이 각각 변형하여 (ν2/ν1)에 대한 (φ1/Φ), (φ2/Φ)의 절대값 변화의 상태를 도 20에 나타낸다.

도 20에서는 횡축은 (ν2/ν1)을, 종축은 수학식 4, 5의 절대값, |φ1/Φ|, |φ2/Φ|를 각각 나타낸다. 도 20에서 알 수 있는 바와 같이, (ν2/ν1)을 1의 값에 가깝게 할수록, 즉 ν1, ν2의 값을 근사값으로 할수록 정렌즈(48A), 부렌즈(48B)의 파워(φ1, φ2)는 커진다.

이 점을 이용하여, 굴절 광학 렌즈(48)를 구성하는 정렌즈(48A), 부렌즈(48B)의 파워를 크게 함으로써, 페츠발 조건을 더욱 만족시킬 수 있다. 즉, 정렌즈(48A)의 굴절률(n1)을 크게 하고, 부렌즈(48B)의 굴절률(n2)을 작게 하여 정렌즈(48A)의 아베수(ν1)와 부렌즈(48B)의 아베수(ν2)를 근사값이 되도록 설정한다.

예컨대, 정렌즈(48A), 부렌즈(48B)의 굴절률을 각각 n1=n2=1.6으로 하고, 정렌즈(48A), 부렌즈(48B)의 아베수를 각각 ν1=50, ν2=30이라 하고, 수학식 2, 3에 있어서 합성 파워(Φ)=1이라 가정함으로써, φ1=50/(50-30)=2.5, φ2=-30/(50-30)=-1.5로 되고, 이 때의 굴절 광학 렌즈(48)의 페츠발 합은 P1+P2=(2.5/1.6)+(-1.5/1.6)=0.625로 되어 있다.

이 상태에서 페츠발 조건에 가까와지도록, 정렌즈(48A)의 굴절률을 크게, 부렌즈(48B)의 굴절률을 작게 한다. 예컨대 n1=1.8, n=1.6으로 부렌즈(48B)보다 정렌즈(48A)의 굴절률을 크게 하면, 페츠발 합(P1+P2)=(2.5/1.8)+(-1.5/1.6)=0.4514로 되어 굴절률(n1,n2)을 변화시키기 전보다 마이너스 값에 가깝게 하여 페츠발 합(P)이 개선되게 된다.

계속해서, 정렌즈(48A), 부렌즈(48B)의 각 아베수(ν1,ν2)를 근사값으로 한다. 예컨대, ν1=45, ν2=43과 같이 아베수의 차분(ν1-ν2)을 작게 하면, 수학식 2, 3으로부터 φ1=45/(45-43)=22.5, φ2=-43/(45-43)=-21.5로 되고(Φ=1이라 함), 페츠발 합(P1+P2)=(22.5/1.8)+(-21.5/1.6)=-0.9375로 되어 굴절 광학 렌즈(48)의 페츠발 합(P1+P2)을 마이너스 값으로 할 수 있다. 따라서, 비구면 볼록면경(41)을 포함한 도 19의 페츠발 합(P)의 값을 0에 가깝게 할 수 있게 되어 이미지면 만곡을 경감시킬 수 있다.

이상과 같이, 이 제5 실시형태에 의하면, 플러스의 파워를 갖는 정렌즈(48A)와 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈(48B)로 구성되고, 정렌즈(48A)의 굴절률을 부렌즈(48B)의 굴절률보다 크게 하여 정렌즈(48A)의 아베수와 부렌즈(48B)의 아베수를 근사값으로 설정한 굴절 광학 렌즈(48)를 구비하도록 하였기 때문에, 왜곡수차를 보상함과 동시에 페츠발 조건을 만족하도록 하여 이미지면 만곡을 보상할 수 있게 되어 결상 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이상의 설명에서는, 도 19의 굴절 광학 렌즈(48)를 도 15a에 사용하였으나, 이 제5 실시형태는 이것으로 한정되는 것은 아니며, 제4 실시형태에 나타낸 다른 구성에 적용할 수도 있다.

제6 실시형태

이 제6 실시형태에서는, 비구면 볼록면경에서 발생하는 이미지면 만곡을 보상하기 위해 굴절 광학 렌즈에서 오버의 이미지면 만곡을 발생시키는 방법에 대해 설명한다.

도 21은 비구면 볼록면경에서 발생하는 언더의 이미지면 만곡을 설명하는 도면이다. 도 21a에 있어서, 참조 번호 49는 굴절 광학 렌즈, 50은 굴절 광학 렌즈(49)의 광축, 51은 광축(50)에 수직인 평면이다. 굴절 광학 렌즈(49)를 투과한 광은 평면(51)상에 결상하도록 되어 있으며, 도 21a에서는 플랫한 화상이 얻어진다.

이 굴절 광학 렌즈(49)를 통해 제4 실시형태의 비구면 볼록면경에 광을 투영하면, 비구면 볼록면경에서 발생하는 언더의 이미지면 만곡으로 인해 베스트 이미지면이 투영 광학계측에 오목면을 향한 곡면으로 된다.

예컨대, 도 21b에 도시한 바와 같이, 비구면 볼록면경(41)에 대해 굴절 광학 렌즈(49)에서 광을 출사하면, 반사된 광은 이미지면(52)과 같이 이미지면 만곡을 나타내며, 핀트가 맞지 않아 흐려진 화상이 스크린(18)에 표시된다. 이 비구면 볼록면경(41)의 언더의 이미지면 만곡을 보정하기 위해, 굴절 광학계에서 오버의 이미지면 만곡을 발생시키도록 하여 투영 이미지면을 평탄화할 수 있게 한다.

즉, 도 22에 도시한 바와 같이, 광축(44)에서 멀어질수록 초점까지의 거리가 멀어지는 오버의 이미지면 만곡을 갖는 이미지면(53)을 마이크로 미러 디바이스(14)와 비구면 볼록면경(41) 사이에 구비한 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부, 이미지면 만곡 보상 렌즈)(54)에 의해 발생시켜, 굴절 광학 렌즈(54)의 오버의 이미지면 만곡과 비구면 볼록면경(41)의 언더의 이미지면 만곡을 상쇄하고 있다. 이와 같이 함으로써, 왜곡수차를 보정하기 위해 사용한 비구면 볼록면경(41)의 언더의 이미지면 만곡을 보정할 수 있게 되어 왜곡수차가 없고 또한 이미지면 만곡이 발생하지 않는 화상을 표시할 수 있다.

굴절 광학 렌즈(54)의 굴절면의 형상은 계산기를 사용한 광로 추적의 수치 계산에 의해 최적의 굴절면 형상을 결정할 수 있다.

또한, 주광선이 발산한 부분이나 주광선이 수렴한 부분에 비구면 형상의 광학 소자를 적용함으로써, 주광선이 발산한 부분에서는 왜곡수차, 주광선이 수렴한 부분에서는 이미지면 만곡을 효과적으로 경감시킬 수 있는 것이 광로 추적의 수치 계산의 결과로부터 알 수 있다. 이 일례를 도 23에 나타낸다.

도 23은 광로 추적의 수치 계산 결과를 나타낸 도면이고, 도시하지 않은 마이크로 미러 디바이스(14)로부터의 광이 수렴한 부분에 비구면 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부, 비구면 형상 광학 소자)(55)를, 비구면 렌즈(55)로부터의 광이 발산한 부분에 비구면 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부, 비구면 형상 광학소자)(56A, 56B)를, 비구면 렌즈(56B)로부터의 광이 발산한 부분에 비구면 볼록면경(투영 광학 소자, 반사부, 비구면 형상 광학 소자)(57)을 설치하도록 하여, 비구면 볼록면경(57)에 의해 반사된 광을 도시하지 않은 스크린(18)으로 투영하고 있다. 비구면 렌즈(57)는 이미지면 만곡을, 비구면 렌즈(56A, 56B), 비구면 볼록면경(57)은 왜곡수차를 효과적으로 경감시킬 수 있다.

<수치 실시예 6A>

도 23의 수치 계산 결과의 일례를 도 24에 나타낸다. 도 24에서 사용하는 비구면 형상의 정의식은 수학식 6, 7과 같다. 단, z은 광학면의 회전 중심을 통과하는 접평면으로부터의 서그량, c는 면정점에서의 곡률(곡률 반경의 역수), k는 원추 계수, r은 z축으로부터의 거리를 각각 나타낸다. 그리고, 도 24의 제원은f=5.57㎜(파장 546.1㎚에서의 초점 거리), NA=0.17(마이크로 미러 디바이스측 개구수), Yob=14.22㎜(마이크로 미러 디바이스측 물체 높이), M=86.3×(투영 배율)이다.

이상과 같이, 이 제6 실시형태에 의하면, 비구면 볼록면경(41)의 언더의 이미지면 만곡과 상쇄하는 오버의 이미지면 만곡을 굴절 광학 렌즈(54)에서 발생시키도록 하였기 때문에, 왜곡수차를 보정함과 동시에 이미지면 만곡을 보정한 화상을 표시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제6 실시형태에 의하면, 주광선이 발산한 부분과 주광선이 수렴한 부분에 비구면 형상의 광학면을 적용하도록 하였기 때문에, 주광선이 수렴한 부분에서는 이미지면 만곡을, 주광선이 발산한 부분에서는 왜곡수차를 효과적으로 경감시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 굴절 광학 렌즈(54)는 제4 실시형태에서 나타낸 다른 비구면 볼록면경에 적용해도 되며, 동일한 효과가 얻어진다.

제7 실시형태

도 25는 본 발명의 제7 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 25a, 도 25b, 도 25c는 각각 화상 표시 장치의 정면도, 평면도, 측면도이다. 도 25에 있어서, 참조 번호 58은 마이크로 미러 디바이스(14)로부터의 광을 매개하는 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부)로서, 각 실시형태에서 설명한 굴절 광학 렌즈에 상당한다. 59는 굴절 광학 렌즈(58)로부터의 광을 반사하는 광로 절곡 반사경(광로 절곡 수단), 60은 마이너스의 파워를 갖는 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부)로서, 각 실시형태에서 설명한 볼록면경이다. 61은 볼록면경(60)의 광축이다. 그리고, 도 25에서는 조명 광원계의 도시를 생략한다.

도 25의 굴절 광학 렌즈(58)와 볼록면경(60)은 공통의 광축으로 제조되어 있으며, 도 25의 배치 구성으로 하기 위해 광로 절곡 반사경(59)을 사용함으로써 굴절 광학 렌즈(58)의 광축 방향을 볼록면경(60)의 광축(61)을 포함한 수평면 내에서 적당히 절곡하도록 하고 있다. 다시 말하면, 굴절 광학 렌즈(58), 볼록면경(60)의 광축이 일치한 상태에서 볼록면경(60)의 광축(61)을 포함한 수평면의 법선 둘레에 굴절 광학 렌즈(58)의 광축을 적절한 방위로 될 때까지 회전시키고 있다. 이와 같이 하여 굴절 광학 렌즈(58)를 화상 표시 장치의 빈 공간에 배치하고 있다.

도 25에서는 굴절 광학 렌즈(58)를 투과한 마이크로 미러 디바이스(14)로부터의 광을 광로 절곡 반사경(59)에 의해 우선 볼록면경(60)측으로 반사하고, 이 반사광을 볼록면경(60)에서 반사하고, 그리고 볼록면경(60)에 의한 반사광을 제1 실시형태에서 설명한 평면경(22)에 의해 반사하여 스크린(18)으로 광각 투영하도록 하고 있다. 특히, 평면경(22)의 반사면과 스크린(18)의 수광면(또는 화상 표시면)을 평행하게 배치함으로써, 가장 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다. 이제7 실시형태에서의 포인트는, 화상 표시 장치의 빈 공간에 배치한 굴절 광학 렌즈(58)로부터의 광을 볼록면경(60)으로 광로 절곡 반사경(59)에 의해 반사하고 있는 점이다. 빈 공간에 굴절 광학 렌즈(58)나 도시하지 않는 조명 광원계를 배치할 수 있기 때문에, 화상 표시 장치의 두께를 저감시킬 수 있다.

이 광로 절곡 반사경(59)의 효과는 도 25와 도 26, 도 27을 비교함으로써 이해할 수 있다.

즉, 도 26에서는 광로 절곡 반사경(59)을 구비하고 있지 않기 때문에, 굴절 광학 렌즈(58)를 투과한 광을 볼록면경(60)으로 직접 출사하게 되고, 스크린(18), 평면경(22), 볼록면경(60)으로부터 정해지는 위치에 마이크로 미러 디바이스(14), 굴절 광학 렌즈(58) 등을 배치할 필요가 생겨 도 25의 화상 표시 장치보다 두껍게 구성된다.

또한, 도 27에서는 광로 절곡 반사경(59)은 설치하고 있지만, 굴절 광학 렌즈(58)의 광축 방향을 볼록면경(60)의 광축을 포함한 수평면 이외의 면내(도 27에서는 수직면내)로 절곡하고 있기 때문에, 굴절 광학 렌즈(58), 마이크로 미러 디바이스(14), 도시하지 않은 조명 광원계 등을 볼록면경(60)보다 하측에 배치하게 되어 도 25의 화상 표시 장치보다 스크린 하부 높이가 높게 구성된다.

따라서, 도 25와 같이 빈 공간에 배치한 굴절 광학 렌즈(58)로부터의 광을 볼록면경(60)으로 반사하는 광로 절곡 반사경(59)을 사용함으로써, 화상 표시 장치를 더욱 박형화하여 스크린 하부 높이를 낮게 구성할 수 있다.

또한, 도시는 생략하였으나, 복수의 렌즈로 구성된 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부)에 광로 절곡 반사경을 사용하도록 해도 된다. 즉, 굴절 광학 렌즈를 구성하는 복수의 렌즈 중 제1 렌즈 수단과 제2 렌즈 수단의 사이에 광로 절곡 반사경을 삽입하고, 광로 절곡 반사경에 의한 반사에 의해 2개의 렌즈 사이의 광을 매개시키도록 한다. 제1 렌즈 수단, 제2 렌즈 수단은 적어도 1개의 굴절 광학 렌즈로 구성되는 렌즈군이다. 이 경우에는, 제1 렌즈 수단의 광축과 제2 렌즈 수단의 광축을 동축으로 구성할 필요가 없어지기 때문에, 2개의 광축을 절곡시켜서 굴절 광학 렌즈를 구성할 수 있게 된다. 이와 같이 해도 도 25와 마찬가지로 화상 표시 장치를 박형화할 수 있다.

그리고, 굴절 광학 렌즈가 다수의 렌즈로 구성되는 경우에는, 렌즈의 개수에 따라 복수의 광로 절곡 반사경을 사용하도록 해도 된다.

또한, 굴절 광학 렌즈로부터의 광을 볼록면경으로 반사하는 광로 절곡 반사경과, 굴절 광학 렌즈의 임의의 렌즈로부터의 광을 별도의 렌즈로 반사하는 광로 절곡 반사경을 병용하도록 해도 되며, 화상 표시 장치의 사양에 따라 설계할 수 있다.

이상과 같이, 이 제7 실시형태에 의하면, 볼록면경(60)의 광축(61)을 포함한 수평면 내에서 굴절 광학 렌즈(58)의 광축 방향을 적절한 각도로 구부려서 굴절 광학 렌즈(58)가 출사한 광을 볼록면경(60)으로 반사하는 광로 절곡 반사경(59)을 구비하도록 하였기 때문에, 굴절 광학 렌즈(58)나 조명 광원계를 화상 표시 장치의 빈 공간에 배치할 수 있게 되어 더욱 박형화함과 동시에 스크린 하부 높이를 낮게 억제한 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제7 실시형태에 의하면, 굴절 광학 렌즈를 구성하는 제1 렌즈 수단으로부터의 광을 제2 렌즈 수단으로 반사하는 광로 절곡 반사경을 구비하도록 하였기 때문에, 제1 렌즈 수단의 광축과 제2 렌즈 수단의 광축을 구부려서 굴절 광학 렌즈를 구성할 수 있게 되고, 빈 공간을 이용해서 렌즈를 배치하여 더욱 박형화함과 동시에 스크린 하부 높이를 낮게 억제한 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제7 실시형태는 각 제1∼제6 실시형태에 적용할 수 있다.

제8 실시형태

제6 실시형태의 수치 실시예 6A에서 설명한 바와 같이, 계산기를 사용한 광선 추적의 수치 계산에 의해 본 발명의 목적을 달성하기 위한 광학계의 최적의 구성을 구체적으로 구할 수 있다. 이 제8 실시형태에서는 이 수치 계산의 결과에 대해 개시한다.

도 28은 본 발명의 제8 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 수치 실시예 6A(도 23)를 사용하고 있다. 도 3과 동일한 부호 14는 마이크로 미러 디바이스이다. 도 28에 있어서, 참조 번호 62는 플러스의 파워를 갖는 정렌즈군 및 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈군으로 구성된 레트로 광학계(투영 광학 수단, 굴절 광학부), 63은 광의 출사각도를 미세 조정하는 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부), 64는 굴절 광학 렌즈로부터의 광을 반사하여 왜곡수차를 보정하는 비구면 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부)이다. 조명 광원부, 스크린의 도시는 생략한다.

도시하지 않은 마이크로 미러 디바이스로부터의 광은 레트로 광학계(62)를 투과하고, 굴절 광학 렌즈(63)를 통해 볼록면경(64)으로 출사되고, 도시하지 않은 스크린으로 투영된다. 이 때, 레트로 광학계(62)는 집광 작용을 가짐과 동시에 스크린으로 투영하는 광선의 시야각을 넓히는 작용을 보조하고 있다. 또한, 굴절 광학 렌즈(63)는 비구면 볼록면경(64)에 의해 보정할 수 없었던 왜곡수차를 보정하는 작용을 하고 있다. 레트로 광학계(62)나 굴절 광학 렌즈(63)는 각 실시형태에서 설명한 여러 가지 굴절 광학 렌즈를 포함하고 있다.

보다 구체적으로는, 도 29a의 2개의 정렌즈군(62A, 62B) 및 1개의 부렌즈군(62C)으로, 도 29b의 2개의 정렌즈군(62D, 62E) 및 1개의 부렌즈군(62F)으로, 그리고 도 29c의 1개의 정렌즈군(62G) 및 1개의 부렌즈군(62H)으로 레트로 광학계(62)를 각각 구성하고 있다.

이상의 구성은, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 수치 계산에 의해 유도된 구성으로서, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과는, 각 수치 실시예에 나타낸 수치 계산의 효과를 사용해서 수치 계산을 다시 실시함으로써 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 구체적인 수치 계산의 결과를 수치 실시예 8A, 8B, 8C로서 각각 나타낸다.

<수치 실시예 8A>

도 30, 도 31은 수치 실시예 8A의 수치 데이터, 구성을 각각 나타내는 도면으로서, 도 29a에 대응한다. 정렌즈군(62B)은 정렌즈 및 부렌즈로 구성된 색지움 렌즈이다.

<수치 실시예 8B>

도 32, 도 33은 수치 실시예 8B의 수치 데이터, 구성을 각각 나타내는 도면으로서, 도 29b에 대응한다. 여기에서는 정렌즈군(62E)은 1개의 렌즈로 구성되어 있다.

<수치 실시예 8C>

도 34, 도 35는 수치 실시예 8C의 수치 데이터, 구성을 각각 나타내는 도면으로서, 도 29c에 대응한다.

그리고, 도 36∼도 39에는 제4 실시형태에 관한 수치 실시예 4A, 4B를, 도 40, 도 41에는 제7 실시형태에 관한 수치 실시예 7A를 각각 개시한다.

<수치 실시예 4A, 4B>

도 36, 도 37은 수치 실시예 4A의 수치 데이터, 구성을 각각 나타내는 도면이고, 도 38, 도 39는 수치 실시예 4B의 수치 데이터, 구성을 각각 나타내는 도면이다. 모두 제4 실시형태에 대응하고 있으며, 2개의 비구면 렌즈(47) 중 비구면 볼록면경(46)에 가까운 측을 아크릴, 먼 측을 폴리카보네이트로 각각 제조하고 있다.

일반적으로, 플라스틱의 굴절률 온도 계수, 선팽창률 온도 계수는 유리보다 2자리수 정도 큰 값이기 때문에 온도 변화가 큰 환경에서 사용할 때에는 사용 방법에 관해 특별한 배려가 필요하다. 따라서, 특히 수치 실시예 4B에서는, 2개의 비구면 렌즈(47)의 형상에 있어서 중심 부분의 두께와 주변 부분의 두께를 거의 동일하게 하고 있으며, 온도 변화에 대한 비구면 렌즈(47)의 형상 변화의 영향을 경감시킬 수 있도록 하여 환경 특성을 향상시키고 있다.

<수치 실시예 7A>

도 40, 도 41은 수치 실시예 7A의 수치 데이터, 구성을 각각 나타내는 도면이다. 제7 실시형태에 대응하고 있으며, 광로 절곡 반사경을 도면의 절곡 위치에 삽입하여 화상 표시 장치의 박형화를 목표로 한 경우에 상당한다.

그리고, 상기 모든 수치 실시예에 관한 제원이나 비구면 형상의 계산식은, 파장 546.1㎚에서의 초점 거리(f)의 값을 제외하고는 수치 실시예 6A의 경우와 동일하다. 각 수치 실시예의 초점 거리(f)는 다음과 같다.

수치 실시예 4A:f=5.3881㎜

수치 실시예 4B:f=4.9898㎜

수치 실시예 7A:f=4.8675㎜

수치 실시예 8A:f=5.2190㎜

수치 실시예 8B:f=5.0496㎜

수치 실시예 8C:f=5.5768㎜

이상의 각 수치 실시예에 나타낸 수치 데이터를 검증하면, 레트로 광학계(62)가 갖는 렌즈에 다음과 같은 특징을 발견할 수 있다.

(특징 1) 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈의 굴절률의 평균치(ave_Nn), 플러스의 파워를 갖는 정렌즈의 굴절률의 평균치(ave_Np)는 각각 1.45≤ave_Nn≤1.722, 1.722＜ave_Np≤1.9로 되어 있다.

(특징 2) 부렌즈의 아베수의 평균치(ave_νdn), 정렌즈의 아베수의평균치(ave_νdp)는 각각 25≤ave_νdn≤38, 38＜ave_νdp≤60으로 되어 있다.

(특징 3) 정렌즈를 구성하는 초재의 굴절률의 평균치와 부렌즈를 구성하는 초재의 굴절률의 평균치의 차분(dif_ave_N)은 0.04≤dif_ave_N≤1로 되어 있다.

(특징 4) 정렌즈를 구성하는 초재의 아베수의 평균치와 부렌즈를 구성하는 초재의 아베수의 평균치의 차분(dif_ave_νd)은 0≤dif_ave_νd≤16으로 되어 있다.

특징 1, 2는 제5 실시형태에서 나타낸 굴절 광학 렌즈(48)(페츠발 합 보상 렌즈)에 있어서, 정렌즈(48A)의 굴절률을 높게 하고, 부렌즈(48B)를 낮게 하는 것에 상당한다. 또한, 일반적으로는 색지움 등의 용도로 아베수 70∼90의 것도 사용되고 있는데, 특징 2로부터 알 수 있는 바와 같이 아베수의 값은 60 이하로 되어 있다.

이상이 계산기를 사용한 광선 추적의 수치 계산에 의해 유도된 수치 실시예의 효과이다.

그런데, 본 발명에서는 투영 광학계 공통의 광축 바깥에 마이크로 미러 디바이스를 편심 배치하고, 광학계로 비스듬하게 광을 입사시키고 있기 때문에, 광선의 일부가 렌즈 프레임 등에 의해 가려져서 유효한 광속을 감소시키지 않도록 유의하여야만 한다. 이 제8 실시형태에서는 이 광의 가려짐을 없애기 위해 도 28과 같이 구성하고 있다.

즉, 도 28의 구성에서는 마이크로 미러 디바이스(14)에 가장 가까운 렌즈에서 마이크로 미러 디바이스(14)(송신 수단 광 출사면)까지의 거리인 후측 초점 거리(Back Focal Length: BFL이라 약칭함)와 마이크로 미러 디바이스(14)에서 레트로 광학계(62)의 입사동 위치까지의 거리를 일치시키도록 하고 있다. 이와 같이 함으로써, 광의 가려짐을 최소화하여 스크린으로의 조명 효율을 높일 수 있다. 그 이유에 대해 이어서 설명한다.

마이크로 미러 디바이스(14)의 작은 미러에서 각각 반사된 주광선은 입사동 위치에 집량된다. 각 작은 미러로부터의 반사광의 확산각은 일정하기 때문에, 도 42a에 나타낸 바와 같이 입사동 위치가 BFL과 일치하고 있는 경우에는 BFL의 위치에서 광선이 최대로 집광되므로 BFL에 배치된 굴절 광학 렌즈(66)의 크기(직경)를 최소화할 수 있다. 또한, 이 때에는 도시하지 않은 조명 광원계로부터의 광을 마이크로 미러 디바이스(14)로 매개하는 굴절 광학 렌즈(65)는 마이크로 미러 디바이스(14)로부터 굴절 광학 렌즈(66)를 향하는 광을 가리는 일은 없다.

이에 비하여, 예컨대 도 42b에 나타낸 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(65,66), 마이크로 미러 디바이스(14)의 크기나 배치를 그대로 하여 입사동 위치를 BLF에서 어긋나게 하면, 각 작은 미러로부터의 주광선은 어긋난 입사동 위치에 집광되고, 광의 확산각이 일정하기 때문에 도 42a와 비교하여 BLF 위치의 광선은 넓어지고, 이 광을 수광하는 렌즈 직경이 커진다. 또한, 마이크로 미러 디바이스(14)에서 굴절 광학 렌즈(66)로 입사되는 광이 굴절 광학 렌즈(65)에 의해 가려진다. 이것은 유효광속의 감소로 이어져서 조명 효율을 열화시킨다.

이상과 같은 이유에 의해, 마이크로 미러 디바이스(14)에서 입사동 위치까지의 거리를 BLF와 동일해지게 하고 있으며, 이에 따라 굴절 광학 렌즈의 크기(직경)를 최소화할 수 있음과 동시에 광의 가려짐을 적게 하여 조명 효율을 향상시킬 수 있다. 물론, 여기에서 나타낸 가려짐을 최소화하는 방법은, 다른 실시형태에도 적용할 수 있다. 그리고, 수치 실시예 4A, 4B에 관해서는 입사동 위치가 BFL과 거의 일치한 상태로 되어 있는데, 완전히 일치시킴으로써 최선의 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 이 제8 실시형태에 의하면, 정렌즈군 및 부렌즈군으로 구성되는 레트로 광학계(62)와, 광의 출사각도를 미세 조정하는 굴절 광학 렌즈(63)와, 왜곡수차를 보정하는 비구면 볼록면경(64)을 구비하도록 하였기 때문에, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제8 실시형태에 의하면, 정렌즈군(62A(62D)), 정렌즈군(62B(62E)), 부렌즈군(62C(62F))으로 레트로 광학계(62)를 구성하도록 하였기 때문에, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 보다 구체적으로 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제8 실시형태에 의하면, 정렌즈군(62G), 부렌즈군(62H)으로 레트로 광학계(62)를 구성하도록 하였기 때문에, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 보다 구체적으로 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제8 실시형태에 의하면, 부렌즈의 굴절률 평균치를 1.45 이상 1.722 이하의 범위로, 정렌즈의 굴절률 평균치를 1.722 보다 크고 1.9 이하인 범위로 하였기 때문에, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 보다 구체적으로 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제8 실시형태에 의하면, 부렌즈를 구성하는 초재의 아베수의 평균치를 25 이상 38 이하로 하고, 정렌즈를 구성하는 초재의 아베수의 평균치를 38 보다 크고 60 이하로 하였기 때문에, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 보다 구체적으로 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 이 제8 실시형태에 의하면, 정렌즈를 구성하는 초재의 굴절률의 평균치와 부렌즈를 구성하는 초재의 굴절률의 평균치의 차분이 0.04 이상 1 이하인 렌즈 초재로 굴절 광학 렌즈를 구성하도록 하였기 때문에, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 보다 구체적으로 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제8 실시형태에 의하면, 정렌즈를 구성하는 초재의 아베수의 평균치와 부렌즈를 구성하는 초재의 아베수의 평균치의 차분이 0 이상 16 이하인 렌즈 초재로 굴절 광학 렌즈를 구성하도록 하였기 때문에, 왜곡수차나 이미지면 만곡을 억제하여 박형화된 화상 표시 장치를 보다 구체적으로 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 이 제8 실시형태에 의하면, 마이크로 미러 디바이스(14)에 가장 가까운 굴절 광학 렌즈에서 마이크로 미러 디바이스(14)까지의 BFL과, 마이크로 미러 디바이스(14)에서 레트로 광학계(62)의 입사동 위치까지의 거리를 일치시키도록 하였기 때문에, 굴절 광학 렌즈의 크기(직경)를 최소화할 수 있음과 동시에 광의 가려짐을 최소화하여 조명 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

제9 실시형태

이 제9 실시형태에서는, 마이크로 미러 디바이스에서 반사경까지의 사이에 있어서 마지널 레이가 낮은 곳에 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈를 배치하여 페츠발 조건을 만족시키는 방법에 대해 설명한다.

도 43은 본 발명의 제9 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 도 43a, 도 43b는 각각 전체도, 확대도이다. 조명 광원부, 마이크로 미러 디바이스, 스크린 등의 도시는 생략한다. 도 43에 있어서, 참조 번호 67, 68은 각각 굴절 광학 렌즈, 69는 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 갖는 볼록면경, 70은 굴절 광학 렌즈(67,68) 및 볼록면경(69)이 공유하는 광축, 71은 도시하지 않은 마이크로 미러 디바이스에서 볼록면경(69)으로 진행하는 광의 마지널 레이, 72는 마지널 레이(71)가 낮은 곳에 배치된 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈이다.

제5 실시형태에서 설명한 바와 같이, 볼록면경(69)은 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 갖고 있기 때문에, 굴절 광학 렌즈(67,68), 볼록면경(69)으로 구성되는 투영 광학계 전체의 페츠발 합은 플러스 값으로 되기 쉬워 이미지면 만곡이 발생한다. 따라서, 절대값이 큰 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈(72)를 추가함으로써 마이너스의 페츠발 합 기여 성분을 만들어내서 광학계 전체의 페츠발 합을 0으로 되게 하면, 이미지면 만곡을 저감시킬 수 있게 된다.

이 부렌즈(72)를 배치할 때에, 마지널 레이(71)가 낮은 곳을 부렌즈(72)의 배치 개소로서 선택하고 있는 점이 이 제9 실시형태의 포인트이다. 즉, 이 제9 실시형태에서는 도시하지 않은 마이크로 미러 디바이스에서 볼록면경(69)까지의 사이에 있어서 마지널 레이(71)가 낮은 곳에 부렌즈(72)를 배치하도록 하고 있다. 마지널 레이(71)가 낮은 곳에서는 광축(70)의 둘레에 광이 집중되어 있다.

이와 같이 함으로써, 부렌즈(72)의 중심 주변의 미소 부분에 집중되어 광이 투과하게 되기 때문에, 광에 대한 부렌즈(72)의 렌즈 효과를 거의 무시할 수 있게 된다. 따라서, 굴절 광학 렌즈(67, 68) 및 볼록면경(69)을 기초로 한 광로 설계에 대해서, 부렌즈(72)의 영향을 고려할 필요가 없고 또한 투영 광학계의 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 상쇄할 수 있다. 광로에 대한 영향을 고려할 필요가 없고, 마이너스 파워의 절대값 및 유리 재료의 굴절률만을 고려하여 페츠발 조건을 만족시키면 되기 때문에, 이미지면 만곡의 경감을 쉽게 할 수 있다.

보다 구체적으로는, 제8 실시형태의 레트로 광학계(62)에 부렌즈(72)를 설치하도록 해도 되고, 또한 마이크로 미러 디바이스의 반사면(액정 등의 투과형 광공간 변조 소자의 경우에는 출사면)은 마지널 레이(71)가 낮은 곳에 상당하기 때문에, 콘덴서 렌즈(필드 플랫트너)를 부렌즈(72)로서 반사면(출사면)에 접근시켜 구비하도록 해도 된다.

부렌즈(72)의 구성은 특히 1개의 렌즈로 한정되는 것은 아니며, 복수개의 렌즈로 구성된 부렌즈(72)를 구비하도록 할 수도 있다.

이상과 같이, 이 제9 실시형태에 의하면, 마지널 레이(71)가 낮은 곳에 마이너스의 파워를 갖는 부렌즈(72)를 배치하도록 하였기 때문에, 부렌즈(72)의 투과광에 대한 렌즈 효과를 고려하지 않고, 투영 광학계의 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 상쇄하는 마이너스의 페츠발 합 기여 성분을 만들어내서 페츠발 조건을 쉽게 만족시킬 수 있게 되어 이미지면 만곡을 저감시킨 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제10 실시형태

제7 실시형태에서는 화상 표시 장치의 두께·스크린 하부 높이의 쌍방을 최소화하기 위해, 굴절 광학 렌즈(58)와 볼록면경(60)의 사이에 광로 절곡 반사경(59)을 삽입하여 광축(61)을 포함한 수평면 내에서 광로를 절곡하도록 하였다. 이 제10 실시형태에서는 제7 실시형태에서 나타낸 광로 절곡 반사경(59)과 굴절 광학 렌즈(58)의 볼록면경(60)에 대한 상대적인 배치 조건에 대해 설명한다.

도 44는 광로 절곡 반사경의 배치 조건을 설명하기 위한 도면으로서, 도 44a및 도 44b는 각각 측면도 및 상면도, 도 44c는 볼록면경(60)의 정면도이다. 도 25와 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 도 44에 있어서, 참조 번호 73은 굴절 광학 렌즈(58)의 광축, 58z은 광로 절곡 반사경(59)을 가상적으로 제거하고, 볼록면경(60)의 광축(61)과 광축(73)을 일치시킨 경우의 굴절 광학 렌즈(58)이다.

광축(61)과 광축(73)은 수평면에 있어서 절곡 각도(θ)로 교차하고 있다. 광축(73)은 광축(61)과 일치한 상태에서 수평면 내에서 180-θ도만큼 회전하여 도 44b와 같이 된다. P, Q는 각각 광축(73)을 포함한 수평면과 굴절 광학 렌즈(58)의 교선상의 2점이고, 광로 절곡 반사경(59)으로부터 볼록면경(60)을 향하는 광로에 가장 가까운 점을 P, 평면경(22)이 설치된 화상 표시 장치의 평면경 설치면에 가장 가까운 점을 Q라 한다.

또한, 볼록면경(60)이 설치된 화상 표시 장치의 볼록면경 설치면(반사부 설치면)에서 광로 절곡 반사경(59)의 위치(광축(61)과 광축(73)의 교점)까지의 거리는 b, 광축(61)을 포함한 수평면과 광로 절곡 반사경(59)의 교선상의 점에 있어서 볼록면경 설치면에 가장 가까운 점을 최근점, 볼록면경 설치면에 가장 먼 점을 최원점이라 하면, 최근점에서 볼록면경 설치면까지의 거리는 a, 최원점에서 볼록면경 설치면까지의 거리는 c이다. 거리(c)는 볼록면경 설치면에서 광로 절곡 반사경(59)까지의 최장 거리로 되어 있다.

그리고, 광로 절곡 반사경(59)의 가장 높은 점에서 광축(61)까지의 높이를 m, 점(Q)에서 볼록면경 설치면까지의 거리를 g, 굴절 광학 렌즈(58z)의 출사 퓨필 위치에서 볼록면경 설치면까지의 거리를 f라 한다. 거리(g)는 볼록면경 설치면에서 굴절 광학 렌즈(58)까지의 최장 거리로 되어 있다. 따라서, 굴절 광학 렌즈(58)의 출사동 위치에서 광로 절곡 반사경(59)의 위치까지의 거리와, 광로 절곡 반사경(59)의 위치에서 볼록면경 설치면까지의 수평방향의 거리의 합계 거리도 f로 된다.

도 44a에서 알 수 있는 바와 같이, 스크린(18)의 최하단에서 광축(61)까지의 거리인 스크린 하부 높이를 최소화하기 위해서는, 스크린(18)의 최하단을 향하는 볼록면경(60)의 반사광선(75)을 가능한 한 광축(61)에 접근시킨 가까운 위치를 통과시키는 편이 유리하다. 한편, 과도하게 낮은 위치를 광로가 통과하면, 광로 절곡 반사경(59)에 광로가 차단되어 스크린상에 그림자로 되어 표시할 수 없는 부분이 발생하여 실용적이지 못하다. 따라서, 스크린(18)의 최하단을 향하는 볼록면경(60)의 반사광선을 광로 절곡 반사경(59)에 의해 차단되지 않도록 광로 절곡 반사경(59)의 사이즈·위치를 정해야만 한다.

광로 절곡 반사경(59)의 위치에 관해서는, 볼록면경(60)의 반사광선을 가능한 한 낮은 광로로 통과시키기 위해 거리(a)를 가능한 한 크게 한다. 한편, 화상 표시 장치의 두께에는 박형화의 사양에서 결정되는 두께 제한치가 있기 때문에, 거리(c)는 이 두께 제한치 이하로 할 필요가 있다.

이상의 조건하에서 광로를 절곡하는 경우, 거리(f)가 너무 짧으면, 굴절 광학 렌즈(58)의 점(P)을 포함한 부분이 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광선을 차단한다. 또는 굴절 광학 렌즈(58)의 점(P)을 포함한 부분이 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광선을 차단하지 않도록 설정하면, 거리(a)가 필요 이상 짧아진다. 한편, 거리(f)가 너무 길면, 볼록면경(60)의 수광면이나 광로 절곡 반사경(59)의 위치 조건으로부터 굴절 광학 렌즈(58)의 위치가 광로 절곡 반사경(59)으로부터 필요 이상 멀어지고, 결과적으로 광로 절곡 반사경(59)이 커져서 광로 절곡 반사경(59)의 높이(m)를 큰 값으로 하여야만 하며, 볼록면경(60)에서 반사되어 스크린(18)의 최하단을 향하는 반사광선(75)을 차단한다. 따라서, 거리(f)에는 최저치가 존재한다.

절곡 각도(θ)에 대해서는 도 44b에서 알 수 있는 바와 같이, 절곡 각도(θ)를 너무 크게 설정하면, 거리(g) 또는 거리(c)가 두께 제한치를 초과함과 동시에 거리(a)가 짧아져서 스크린(18)의 최하단을 향하는 볼록면경(60)으로부터의 반사광선의 높이를 끌어올리게 된다.

반대로, 절곡 각도(θ)를 작게 하도록 하면 거리(g) 또는 거리(c)도 작아지기 때문에, 굴절 광학 렌즈(58) 또는 광로 절곡 반사경(59)는 두께의 관점에서는 유리해진다. 그러나, 절곡 각도(θ)를 너무 작게 하면, 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광로에 굴절 광학 렌즈(58)의 점(P)을 포함한 부분이 들어가서 광을 차단하여 영상을 투영할 수 없는 그림자 부분이 발생한다. 따라서, 절곡 각도(θ)에도 최적치가 존재한다.

이상의 점을 감안하여 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광로에 대해 광을 차단하지 않는 범위에서 점(P)을 가능한 한 접근시키도록 광로의 절곡 각도(θ)를 결정한다.

또한 절곡 각도(θ)가 결정되면, 이 때의 화상 표시 장치의 두께를 제약하는 것은 거리(g) 또는 거리(c)이기 때문에, 이들 거리 중에서 보다 큰 측이 두께 제한치가 되도록 거리(f)를 결정한다. 특히, 거리(c)와 거리(g)를 같게 설정하면, 스크린 하부 높이를 가장 낮게 억제할 수 있다.

그리고, 절곡 각도(θ)는 화상 표시 장치의 다른 조건에 의해 미리 정해져 있는 경우도 있는데, 상기한 경우와 마찬가지로 생각하면 된다.

이상의 결과를 다음 1∼3에 정리해 둔다. 거리(f) 및 절곡 각도(θ)를 이하의 1∼3과 같이 최적화함으로써, 영상이 투영할 수 없는 그림자 부분을 발생시키지 않고, 두께 제한치의 제약을 만족시켜 스크린 하부 높이를 낮게 억제할 수 있다는 효과가 얻어진다.

1. 광로 절곡 반사경(59)에 의해 광로를 절곡한 경우에는, 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서 굴절 광학 렌즈(58)의 점(P)을 가능한 한 상기 광로에 접근시키도록 절곡 각도(θ)를 설정한다.

2. 화상 표시 장치의 다른 배치 조건에 따라 절곡 각도(θ)가 미리 결정되어 있는 경우에는, 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서 굴절 광학 렌즈(58)의 점(P)을 가능한 한 상기 광로에 접근시키고, 거리(c) 또는 거리(g)가 두께 제한치로 되도록 거리(f)를 설정한다.

3. 스크린 하부 높이를 가장 낮게 억제하기 위해, 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서 굴절 광학 렌즈(58)의 점(P)을 가능한 한 상기 광로에 접근시키도록 절곡 각도(θ)를 설정함과 동시에 거리(c)와 거리(g)를 동일하게 하고 또한 거리(c) 및 거리(g)가 두께 제한치로 되도록 거리(f)를 설정한다.

그리고, 광선이 통과하지 않는 점(P)을 포함한 렌즈 부분(비투과 부분)을 굴절 광학 렌즈(58)에서 삭제함으로써, 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광로에 점(P)을 접근시킬 때에, 광로 절곡 반사경(59)에서 볼록면경(60)까지의 광로에 대해 삭제하지 않는 경우와 비교하여 굴절 광학 렌즈(58)를 보다 접근시킬 수 있다.

또한, 예컨대 도 3이나 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 볼록면경의 반사면을 모두 사용해서 스크린으로 광을 투영하는 것은 아니며, 볼록면경의 절반 이하의 반사면으로만 투영하고 있다. 따라서, 예컨대 도 44c의 볼록면경(60)과 같이 스크린으로 광을 투영하지 않는 불필요한 반사면을 갖는 부분(비반사 부분)을 잘라내서 구성하도록 하면, 불필요 부분을 잘라낸 분량만큼 볼록면경을 작게 구성하여 화상표시 장치의 비용을 삭감할 수 있고, 또한 화상 표시 장치 내부의 구성 공간을 유효하게 이용할 수 있다는 효과가 얻어진다. 그리고, 회전 성형된 1개의 볼록면경을 2등분으로 잘라내고, 2등분한 각 볼록면경을 2대분의 화상 표시 장치에 적용할 수도 있어 화상 표시 장치의 제조 공정을 간략화할 수 있다.

본 발명에서는 왜곡수차를 보정하도록 광선 추적을 실시하고, 굴절 광학 렌즈(58)나 광로 절곡 반사경(59), 볼록면경(61)의 각 구성 요소의 형상을 결정하여 이들을 배치하도록 하였기 때문에, 구성 요소의 위치 관계를 유지하여 광로를 정확하게 형성할 필요가 있다. 따라서, 도 45a, 도 45b(도 45a는 평면도, 도 45b는 사시도)에 도시한 바와 같은 지지 기구(74)를 설치하도록 하여 굴절 광학 렌즈(58), 광로 절곡 반사경(59), 볼록면경(60)을 일체화하여 지지하도록 한다. 이와 같이 함으로써, 상호 위치 관계를 고정하여 구성 요소간의 광로를 정밀도 좋게 제조할 수 있게 되어 광학계의 외부에서 가해지는 응력이나 각종 환경 조건(온도, 습도 등)의 변화가 발생해도 굴절 광학 렌즈(58), 반사경(59), 볼록면경(60)의 상대 위치 관계가 변화되기 어려워져서 화상 표시 장치의 성능을 보다 안정화시킬 수 있다는 효과가 얻어진다. 물론, 광로 절곡 반사경(59)이 없는 경우, 즉 굴절 광학 렌즈(58)와 볼록면경(60)만을 지지 기구에 의해 지지해도 된다.

또한, 제7 실시형태에서 설명한 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(58)와 볼록면경(60)의 사이에 광로 절곡 반사경(59)를 배치하는 대신에, 굴절 광학 렌즈(58)를 구성하는 제1 렌즈 수단과 제2 렌즈 수단의 사이에 광로 절곡 반사경을 설치함으로써 광로를 구부려서 화상 표시 장치의 두께를 억제할 수도 있다. 도 46은 이 때의 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 44와 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 도시하지 않은 마이크로 미러 디바이스로부터의 광은 굴절 광학 렌즈(58)의 제1 렌즈 수단을 투과하여 광로 절곡 반사경(59)에 의해 반사되고 나서 굴절 광학 렌즈(58)의 제2 렌즈 수단을 투과하여 볼록면경(60)으로 진행한다.

이 경우, 거리(g)는 볼록면경 설치면에서 굴절 광학 렌즈까지의 최장 거리로 되어 있다. 또한, 스크린(18)의 최하단에서 광축(61)까지의 거리인 스크린 하부 높이를 최소화하기 위해, 스크린(18)의 최하단을 향하는 볼록면경(60)의 반사광선(75)을 가능한 한 광축(61)에 접근시킨 낮은 위치를 통과하도록 설정하기 때문에, 굴절 광학 렌즈(58)를 가능한 한 볼록면경(60) 보다 멀게 하는 편이 유리하다. 특히 굴절 광학 렌즈(58)의 출사면의 최고부(R)보다 반사광선(75)이 낮은 위치를 통과하면 굴절 광학 렌즈(58)에 의해 광로가 차단된다. 따라서, 거리(g)가 두께를 넘지 않는 범위에서 볼록면경 설치면에서 굴절 광학 렌즈(58)까지의 최단거리(a)는 가능한 한 길게 배치한다. 이상의 조건에서 도 46의 경우에도, 볼록면경 설치면에서 굴절 광학 렌즈(58)의 출사 퓨필까지의 거리(f)에는 최적치가 존재한다.

또한, 광로의 절곡 각도(θ)는 렌즈와 볼록면경의 사이에 광로 절곡 반사경을 사용한 경우와 마찬가지로, 박형화의 관점에서 가능한 한 작은 값으로 설정해야 한다. 그러나, 절곡 각도(θ)가 너무 작으면, 제1 렌즈 수단이 광로 절곡 반사경에서 제2 렌즈 수단까지의 광로를 차단한다. 따라서, 도 46의 경우에도 절곡각도(θ)의 최적치가 존재함을 알 수 있다.

그리고, 제7 실시형태, 제10 실시형태에서는 광로 절곡 반사경 대신에 광로 절곡 수단으로서 프리즘을 사용해도 되며, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제11 실시형태

이 제11 실시형태에서는, 마이크로 미러 디바이스에서 반사경까지의 사이의 굴절 광학 렌즈의 입사광측 및 출사광측의 렌즈 직경을 렌즈 중앙부에 비해 작게 구성함으로써, 페츠발 조건을 만족함과 동시에 절곡 조건에 유리한 광학계를 구성하는 방법에 대해 설명한다.

도 47은 본 발명의 제11 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 조명 광학부, 스크린 등의 도시는 생략한다. 도 47에 있어서, 참조 번호 14는 마이크로 미러 디바이스, 76은 굴절 광학 렌즈(굴절 광학부), 77은 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 갖는 볼록면경, 78은 굴절 광학 렌즈(76) 및 볼록면경(77)이 공유하는 광축, 79는 마이크로 미러 디바이스(14)에서 볼록면경(77)으로 진행하는 광의 마지널 레이이다.

굴절 광학 렌즈(76)에 있어서, 참조 번호 80은 마지널 레이(79)가 높은 곳에 배치된 플러스의 파워를 갖는 정렌즈, 81 및 82는 각각 정렌즈(80)의 입사측 렌즈군 및 출사측 렌즈군으로서, 마이크로 미러 디바이스(14)로부터의 광은 입사측 렌즈군(81), 정렌즈(80), 출사측 렌즈군(82)의 순으로 투과하여 볼록면경(77)을 향한다.

제5 실시형태에서 설명한 바와 같이 볼록면경(77)은 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 갖고 있기 때문에, 투영 광학계 전체의 페츠발 합은 플러스 값으로 되기 쉬워 이미지면 만곡이 발생한다. 따라서, 굴절 광학 렌즈(76)를 구성하는 플러스의 파워를 갖는 정렌즈(80)의 파워를 가능한 한 작게 하면 페츠발 합의 증가를 억제할 수 있다.

정렌즈(80)를 마지널 레이(79)가 높은 곳에 배치하고 있는 점이 이 제11 실시형태의 포인트이다. 즉, 페츠발 조건을 고려하여 정렌즈(80)의 파워를 작게 하면, 이에 따라 정렌즈(80)의 렌즈 작용의 효과도 작아지는데, 작은 파워의 정렌즈(80)의 배치 개소로서 광축에서 보아 광이 확산되는 마지널 레이가 높은 곳을 선택하도록 하면, 정렌즈(80)의 입사면·출사면의 각 미소 면적과 이것을 투과하는 각 광선을 쉽게 대응시킬 수 있다. 따라서, 투과광에 대한 정렌즈(80)의 입사면·출사면의 형상을 보다 치밀하게 설계할 수 있고, 작은 파워의 정렌즈(80)의 렌즈 작용을 충분히 효과적으로 할 수 있다.

이와 같이, 마지널 레이(71)가 낮은 곳에 부렌즈(72)를 배치하여 렌즈 작용 효과를 거의 무시할 수 있도록 한 제9 실시형태와는 반대의 발상으로, 플러스의 작은 파워를 갖는 정렌즈(80)를 마지널 레이(79)가 높은 곳에 배치함으로써 정렌즈(80)의 렌즈 작용를 해치지 않고 페츠발 합의 증가를 억제할 수 있게 된다.

도 47을 사용해서 구체적으로 설명한다. 도 47에 있어서, 굴절 광학 렌즈(76) 중앙부의 정렌즈(80)가 이 제11 실시형태에 의한 플러스의 파워를 갖는 정렌즈이고, 마지널 레이(79)가 높은 곳에 설치하고 있다. 정렌즈(80)의 입사측 렌즈군(81) 및 출사측 렌즈군(82)을 설치함으로써 정렌즈(80)에서의 마지널레이(79)가 높아지는 구성을 취하고 있다.

<수치 실시예 11A>

도 48은 이 제11 실시형태의 수치 실시예 11A를 나타낸 도면이다. 도 48의 제원은 f=-0.74㎜(파장 546.1㎚에서의 초점 거리), NA=0.17(마이크로 미러 디바이스측 개구수), Yob=14.2㎜(마이크로 미러 디바이스측 물체 높이), M=86.3(투영 배율)이다. 도 48에 있어서의 비구면 형상의 정의는 수치 실시예 6A에 기재된 것과 동일하다.

이 수치 계산의 결과를 검증하면, 굴절 광학 렌즈(76)로 입사되는 광의 마지널 레이(79)의 높이를 hi, 굴절 광학 렌즈(76) 중앙부의 정렌즈(80)를 통과하는 광의 마지널 레이(79)의 최고 높이를 hm, 굴절 광학 렌즈(76)에서 출사되는 광의 마지널 레이(79)의 높이를 ho라 하면, 이들 hi, hm, ho는 1.05hi＜hm＜3hi 및 0.3hi＜ho＜hi를 만족하는 관계로 되어 있다. 즉, 0.3hi＜ho＜hi＜hm/1.05＜3/1.05·hi로 되기 때문에, 위의 2개의 부등식을 만족하는 hi, hm, ho에서는 ho가 가장 작아진다.

또한, 도 47에 도시한 구성은, 출사 부분의 렌즈 직경을 작게 함으로써 앞의 페츠발 조건 이외에 제7 실시형태에서 설명한 바와 같이 굴절 광학부를 광로 절곡 수단에서 반사부까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서 렌즈 직경이 큰 경우보다 광로에 접근시킬 수 있기 때문에, 광로 절곡 반사경의 삽입 범위에 대해서도 여유가 생긴다. 그리고, 정렌즈(80)는 후술하는 수치 실시예 14A에 관한 도 55에 도시한 바와 같이 복수의 렌즈로 구성할 수도 있다.

이상과 같이, 이 제11 실시형태에 의하면, 마이크로 미러 디바이스(14)에서 볼록면경(77)까지의 사이의 마지널 레이(79)가 높은 곳에 플러스의 파워를 갖는 정렌즈(80)를 배치하여 광학계의 페츠발 합의 증가를 억제하도록 정렌즈(80)의 파워를 작게 하였기 때문에, 정렌즈(80)의 렌즈 작용을 효과적으로 이용하여 투영 광학계의 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 억제할 수 있고, 이미지면 만곡을 저감시킨 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제11 실시형태에 의하면, 굴절 광학 렌즈(76)로 입사되는 광의 마지널 레이(79)의 높이(hi), 굴절 광학 렌즈(76) 중앙부의 정렌즈(80)를 통과하는 광의 마지널 레이(79)의 최대 높이(hm), 굴절 광학 렌즈(76)에서 출사되는 광의 마지널 레이(79)의 높이(ho)를 1.05hi＜hm＜3hi 및 0.3hi＜ho＜hi를 만족하도록 하였기 때문에, 투영 광학계의 플러스의 페츠발 합 기여 성분을 억제할 수 있고, 이미지면 만곡을 저감시킨 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제11 실시형태에 의하면, 1.05hi＜hm＜3hi 및 0.3hi＜ho＜hi의 관계를 만족하면, 굴절 광학 렌즈(76) 출사 부분의 렌즈 직경을 작게 할 수 있고, 광로 절곡 반사경의 삽입 범위에 여유를 갖는 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제12 실시형태

제4 실시형태에서는 마이크로 미러 디바이스(14)의 유효 표시면을 홀수차 비구면의 광축 외로 시프트하여 편심 배치하고, 홀수차 비구면의 중심부(광축상의 점)를 피해 반사/투과시켜 투영광속(광화상 신호)을 스크린(18)상으로 안내하도록하였다. 광축 중심 부근을 사용하지 않기 때문에 홀수차 비구면을 사용할 수 있고, 이에 따라 비구면 볼록면경의 자유도가 향상되어 결상 성능을 향상시킬 수 있음을 설명하였으나, 이 제12 실시형태에서는 광축 중심에 있어서의 광축 방향의 결상 위치에 대해 주변부에 있어서의 광축 방향의 결상 위치를 어긋나게 한 구성을 취함으로써 광학계의 자유도를 부여하여 결상 성능을 향상시키는 예에 대해 설명한다.

도 49는 일반적인 광학계의 결상 관계를 나타낸 도면이다. 도 49에 있어서, 참조 번호 14는 광축에 대해 편심 배치된 마이크로 디바이스, 83은 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단), 84는 볼록면경(투영 광학 수단), 85는 광축 중심의 결상 위치를 포함하고 광축에 수직인 평면인 결상면, 86A 및 86B는 광축 외의 결상면(85)상의 결상 위치이다.

도 49의 광학계에서는, 광축 중심의 결상 위치를 기준으로 하여 광축에 수직으로 평면을 취하고, 이것을 결상면(85)으로 하면 축 외의 결상 위치(86A 및 86B)도 결상면(85)상에 존재하도록 설계한다. 그러나, 광각 광학계에서는 결상 위치를 동일한 평면 내로 하기 어려워 결상 위치의 어긋남의 대소는 있지만 화상은 만곡된다. 이 대책에 대해서는 이미 제5 실시형태, 제9 실시형태, 제11 실시형태 등에 나타낸 페츠발 조건을 만족하는 광학계의 조건을 나타내며, 이미지면 만곡을 저감시키는 방법을 설명하였다.

한편, 이 제12 실시형태에서는 광축 중심을 사용하지 않기 때문에, 이 부분의 결상 위치와 실제로 사용하는 축 외의 결상 위치는 달라도 된다. 도 50은 이미지면이 만곡된 광학계의 예를 나타낸 것으로서, 참조 번호 87은 굴절 광학 렌즈, 88은 볼록면경, 89는 만곡된 이미지면, 90A 및 90B는 축 외의 결상 위치이다.

도 50과 같이, 곡선형상의 이미지면(89)으로 나타낸 바와 같은 이미지면 만곡이 허용되는 것에 착안한 것이 이 제12 실시형태의 포인트이다. 이 조건하에서는 페츠발 조건에서 벗어난 렌즈 구성이 가능해져서 굴절 광학 렌즈(87)를 구성하는 광학 재료의 굴절률 및 분산의 제한 조건이 완화되기 때문에 설계의 자유도가 확대된다. 따라서, 보다 높은 결상 성능을 얻기 쉬워짐을 알 수 있다.

이상과 같이, 이 제12 실시형태에 의하면, 광축 중심의 결상 위치를 광축 주변의 결상 위치가 존재하는 동일 평면에서 벗어나도록 하였기 때문에, 굴절 광학 렌즈(87)의 설계상의 자유도가 증가하여 우수한 결상 성능을 갖는 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제13 실시형태

이 제13 실시형태에서는 제5 실시형태에서 나타낸 이미지면 만곡을 경감시키는 방법을 추가하고, 또한 이미지면 만곡을 경감시킬 수 있는 방법에 대해 설명한다.

상기한 수치 실시예에서 나타낸 바와 같이 볼록면경의 형상은 주변부가 비틀리는 형상으로 되기 쉽다. 이 볼록면경의 국소적인 곡률에 착안하면, 광축 중심 부분의 볼록면경의 곡률은 볼록이어도 비틀린 부분의 볼록면경의 곡률은 오목하게 되어 있다. 볼록 곡률의 반사경에서는 광이 발산되고, 오목 곡률의 반사경에서는 광이 집광되는 점에서, 스크린상에 결상하기 위해서는 볼록면경으로 입사되는 굴절광학부로부터의 출사광은 광축 중심에서 수속광이 필요해지고 주변부에서는 발산광이 필요해진다.

광축 중심에서 수속광을 발생시키는 렌즈는 주면부에서도 수속광을 발생시키는 점을 고려하면, 이 조건에 맞는 굴절 광학 렌즈를 설계하기가 매우 어렵다는 것을 쉽게 추정할 수 있다. 다시 말하면, 일반적인 굴절 광학 렌즈를 사용한 경우, 큰 이미지면 만곡을 발생시키게 된다. 따라서, 볼록면경 주변부의 비틀림을 억제하는 것은 이미지면 만곡의 억제에 큰 효과가 있다. 이 제13 실시형태에서는, 이 볼록면경 주변부의 비틀림을 굴절 광학 렌즈의 출사 퓨필에 퓨필 수차를 갖게함으로써 억제할 수 있음을 나타낸 것이다. 이하, 그 이유를 설명한다.

도 51은 본 발명의 제13 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 51에 있어서, 참조 번호 91은 굴절 광학 렌즈(굴절 광학부), 92는 주변부가 비틀린 볼록면경, 93은 주변부의 비틀림이 개선된 볼록면경, 94는 굴절 광학 렌즈(91)와 볼록면경(92,93)이 공유하는 광축, 95는 광축 부근의 출사광, 96은 주변부의 출사광, 97은 광축 부근의 출사광(95)에 대한 굴절 광학 렌즈(91)의 출사 퓨필, 98은 주변부의 출사광(96)에 대한 굴절 광학 렌즈(91)의 출사 퓨필, 99는 출사 퓨필(97)에서 출사된 경우의 주변부의 출사광이다.

굴절 광학 렌즈(91)에서 출사되는 광은 도 51의 광축(94) 부근을 통과한 출사광(95)과 주변부의 출사광(99)과 같이 모두 출사 퓨필(97)에서 출사되는 것이 일반적이다. 여기에서, 도 51의 출사광(96), 볼록면경(92) 및 볼록면경(93)의 관계에서 알 수 있는 바와 같이, 출사광(96)이 볼록면경(92)에 의해 반사되어 왜곡수차가 보정된 상태로 하기 위해서는 출사 퓨필은 부호 97의 위치로 충분하지만, 볼록면경(93)과 같이 비틀림이 없는 형상을 만족하고 또한 출사광(96)이 볼록면경(93)에 의해 반사되어 왜곡수차가 보정된 상태로 하기 위해서는 출사 퓨필(98)과 같이 광축(94) 중심 부근의 출사 퓨필(97)과 주변부의 출사광의 출사 퓨필(98)을 도 51에 도시한 바와 같이 의도적으로 이격시키게 하면 된다.

이상과 같이 볼록면경(93)으로의 광의 입사 위치와 입사각을 조정함으로써, 볼록면경(93)과 같이 끝 부분에서의 비틀림을 억제할 수 있어 이미지면 만곡을 억제할 수 있다는 효과가 얻어진다. 그리고, 이 특징은 상기 모든 수치 실시예에 있어서 인정되는 특징이다.

제14 실시형태

이 제14 실시형태에서는, 투영 광학부에 있어서 광축 중심 부근의 왜곡수차를 허용하여 결상 성능을 향상시키는 방법에 대해 설명한다.

도 52는 본 발명의 제14 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 52에 있어서, 참조 번호 100은 스크린, 101은 도시하지 않은 투영 광학계와 스크린(100)이 공유하는 광축, 102는 광축(101)을 중심으로 한 원이 스크린(100)의 저변에서만 교차하는 최대의 범위를 표시한 것이다.

광학계에 있어서 왜곡수차의 제약은 결상 성능을 규정하는 큰 요인이기 때문에, 이 제약에서 벗어남으로써 결상 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나, 왜곡수차가 발생하는 스크린 주변에서의 화상이 스크린 프레임에 대해 일그러져서 표시되거나, 스크린 프레임의 주변보다 화상이 과대 혹은 과소하게 표시되는 문제점이 발생한다. 이들 문제점을 최대한 줄이기 위해서는, 왜곡수차의 영향을 받는 부분을 최대한 억제할 필요가 있다.

도 52에 있어서의 스크린(100)상의 범위(102)로 표시되는 바와 같이, 광축(101)을 중심으로 하여 원을 그린 경우에, 스크린(100)의 저변과 교차하고 다른 변과 교차하지 않는 범위까지 투영 광학계가 발생시키는 왜곡수차의 절대값을 크게 하고, 이 원보다 외측의 영역에서 왜곡수차의 절대값을 작게 억제함으로써, 왜곡수차의 영향을 스크린(100) 저변으로만 한정할 수 있어 다른 3변은 정확한 직사각형 형상으로 화상 형성할 수 있다.

또한, 광학계에서 발생하는 왜곡수차는, 광축으로부터의 거리에 대한 일그러짐의 비율로 정의되고 있다. 즉, 왜곡수차의 값이 동일해도 광축으로부터의 거리가 가까울수록 실제 일그러짐의 양은 적다. 또한, 시각적인 관점에서 보면 화상의 일그러짐은 화면 내부의 영상에 대해서는 판별하기 어렵고, 화면의 최외주부가 일그러져서 본래 직선인 화면 경계부가 곡선으로 되면 쉽게 판별할 수 있다. 본 발명에 의하면, 광축에 가까운 일변에 대해서는 왜곡을 발생시켜 이 변의 직선성을 상실하지만, 광축에서 이 일변까지의 거리가 짧기 때문에, 다른 변에 대한 상대적인 일그러짐량은 적어져서 경계부가 곡선으로 되기 어렵다는 효과가 얻어진다. 그리고 이 변 위에 광축이 있으면, 외면 경계부에 관해서는 직선성을 상실하지 않는다.

이 특징은 디스플레이를 조합하여 멀티 구성에서 사용하는 경우, 특히 유효하다. 도 53은 멀티 구성에서 사용한 경우의 화상 표시 장치를 도시한 도면이다.도 53에 있어서, 참조 번호 100A∼100F는 스크린, 101A∼101F는 각 화상 표시 장치의 도시하지 않은 투영 광학부와 스크린(100A∼100F)이 공유하는 광축, 102A∼102F는 광축(101A∼101F)을 중심으로 한 원이 스크린(100A∼100F)의 저변에서만 교차하는 최대의 범위를 표시한 것이다.

도 53과 같이 세로방향으로 2면, 가로방향으로 다면인 멀티 디스플레이를 구성하는 경우에도 저변을 제외한 부분의 왜곡수차가 억제되어 있으면 화면의 연결부분에서의 그림의 겹침, 그림의 간극 등이 거의 발생하지 않는다.

이상의 구성은 수치 계산에 의해 유도된 결과이다. 구체적인 수치 계산의 결과를 수치 실시예 14A로서 나타낸다.

<수치 실시예 14A>

도 54, 도 55는 수치 실시예 14A의 수치 데이터, 구성을 각각 나타낸 도면이다. 도 54의 제원은 f=3.31㎜(파장 546.1㎚에서의 초점 거리), NA=0.17(마이크로 미러 디바이스측 개구수), Yob=14.65㎜(마이크로 미러 디바이스측 물체 높이), M=86.96(투영 배율)이다.

이 수치 실시예 14A에 있어서의 왜곡수차의 수치 계산 결과를 도 56에 나타낸다. 왜곡수차를 허용한 설계와의 대비로서, 도 57에 수치 실시예 4A의 왜곡수차를 나타낸다. 도 57에서 알 수 있는 바와 같이 수치 실시예 4A의 왜곡수차는 거의 0.1% 이하임에 비하여, 도 56에 나타낸 수치 실시예 14A의 왜곡수차는 광축으로부터의 거리를 나타내는 이미지 높이가 작은 범위에 있어서 최대 2% 정도의 왜곡수차를 허용하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 왜곡수차를 허용한 설계를 실시한 결과 광학계에서 발생한 왜곡수차는, 광로 절곡 등에서 사용하는 경면의 형상을 변형시킴으로써 보정할 수 있다. 즉, 상기 왜곡수차를 보정하도록 투영 광학계(17)로부터의 광을 반사하여 스크린(18)으로 광로를 절곡하는 평면경(22)의 형상을 일그러뜨리면, 화상 표시 장치 전체의 왜곡수차를 보정할 수 있다.

제15 실시형태

이 제15 실시형태에서는 볼록면경의 2가지 고안을 실시하고 있다. 일측 고안에 의해 온도 변화에 대한 환경 특성을 향상시킬 수 있고, 타측 고안에 의해 화상 표시 장치의 조립 공정에 있어서의 얼라인먼트 조정을 쉽게 할 수 있다.

도 58은 본 발명의 제15 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 58a는 화상 표시 장치의 측면도이고, 조명 광원계나 스크린 등의 도시를 생략한다. 또한, 도 58b, 도 58c는 각각 볼록면경의 상면도, 정면도이다. 도 58에서는 볼록면경이 갖는 광축의 방향에 z축을, 광축을 포함한 수평면에 있어서 z축과 직교하도록 x축을, x축 및 z축과 직교하도록 y축을 각각 취하고 있다.

도 58에 있어서, 참조 번호 14는 마이크로 미러 디바이스, 103A, 103B는 각각 각 실시형태에서 나타낸 굴절 광학 렌즈(굴절 광학부), 104는 이 제15 실시형태를 특징짓는 볼록면경(반사부), 105는 굴절 광학 렌즈(103A,103B)나 볼록면경(104)이 공유하는 광축이다. 볼록면경(104)은 광축(105)을 중심으로 한 회전 대칭형의 볼록면경(104O)에서 비반사 부분(104C)를 잘라내서 구성하고 있다(도 58b, 도 58c, 제10 실시형태 참조).

볼록면경(104)에 있어서, 104F는 굴절 광학 렌즈(103A,103B)로부터의 광을 반사하는 볼록면경(104)의 반사면으로서의 프런트면, 104R은 프런트면(104F)의 배면측에 형성된 볼록면경(104)의 리어면이다.

본 발명에서는, 왜곡수차를 보정하기 위해 프런트면(104F)의 비구면 형상을 치밀한 광선 추적에 의해 설계하고 있기 때문에, 사용 환경의 온도 변화로 인해 볼록면경(104)의 각 부위마다 수축이나 팽창의 정도에 차이가 발생하면, 프런트면(104F)의 형상이 미묘하게 변화하여 왜곡수차의 보정에 영향을 미친다. 이 온도 변화에 대한 대책으로서, 프런트면(104F)에서 리어면(104R)까지의 두께를 균일하게 하고 있는 점이 볼록면경(104)에 실시한 첫번째 고안이다.

도 59는 온도 변화에 대한 볼록면경의 두께 방향의 형상 변화를 설명하기 위한 도면으로서, 도 59a는 수축되는 볼록면경(104), 도 59b는 팽창되는 볼록면경(104)을 나타낸다. 도 58과 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.

선팽창률이 일정한 재료에 의해 볼록면경(104)을 제조하고 있기 때문에, 프런트면(104F)에서 리어면(104R)까지의 두께를 균일하게 함으로써, 온도 변화에 대한 볼록면경(104)의 두께 변화가 각 부위에서 모두 동등해진다. 따라서, 광선 추적에 의해 표면 형상을 설계하여 제조된 프런트면(104F)(파선), 리어면(104R)(파선)의 각 부위는, 광축(105)에 대해 평행하게 수축, 팽창하여 프런트면(104F')(실선), 리어면(104R')(실선)이 된다. 볼록면경(104)의 두께 변화가 각 부위에서 모두 동등하기 때문에, 프런트면(104F')은 프런트면(104F)의 형상을 유지하고 있으며, 환경의 온도 변화에 대한 프런트면(104F)의 형상 변화를 억제할 수 있다.

볼록면경(104)에 실시한 다른 하나의 고안은, 프런트면(104F)의 광축(105) 근방에 저반사면(104L) 및 고반사면(104H)을 형성한 점이다(도 58). 저반사면(104L)의 반사율은 고반사면(104H)의 반사율보다 상당히 낮게 설정되어 있다.

광축(105)에 대해 마이크로 미러 디바이스(14)를 편심 배치한 본 발명의 화상 표시 장치의 볼록면경(104)에서는, 프런트면(104F)의 광축(105) 근방(비투영 프런트면)을 스크린 또는 평면경에 대한 광의 반사에 이용하지 않기 때문에, 이 프런트면(104F)의 광축(105) 근방에 저반사면(104L), 고반사면(104H)을 형성하고 있다.

프런트면(104F)의 광축(105) 근방은, 예컨대 광축(105)을 포함하여 x축과 직교하는 도 58a의 단면도에 있어서, 굴절 광학 렌즈(103B)∼볼록면경(104) 사이의 광축(105)에 가장 가까운 광로를 통과하는 광선(106)의 프런트면(104F)에 있어서의 반사점(106P)보다 낮은 부분에 상당한다.

저반사면(104L), 고반사면(104H)은 비구면 형상이 아니며, 모두 광축(105)을 중심으로 한 원형(반원)형상의 광축(105)과 직교하는 작은 평면상에 형성되어 있다. 프런트면(104F)과 광축(105)의 교점에서 반사점(106P)까지의 거리를 R이라 하면, R보다 작은 값(rL, rH)을 각각 저반사면(104L), 고반사면(104H)의 반경으로 하여 광축(105)을 중심으로 한 동심원(반원)으로 저반사면(104L), 고반사면(104H)을 각각 형성하고 있다. rL＞rH로 설정하고 있기 때문에, 저반사면(104L)의 내부에 고반사면(104H)이 존재하며 저반사면(104L)보다 고반사면(104H)은 광축(105)에 가까와진다.

저반사면(104L), 고반사면(104H)를 볼록면경(104)에 형성하도록 함으로써, 화상 표시 장치의 조립 공정에 있어서의 얼라인먼트 조정을 쉽게 할 수 있다.

도 60은 볼록면경(104)을 사용한 얼라인먼트 조정 방법을 나타낸 도면이다. 도 58과 동일한 부호는 동일한 구성이다.

도 60에 있어서, 참조 번호 107은 직진성이 높은 레이저광(직진광)을 출력하는 레이저, 108은 레이저(107)로부터의 레이저광을 한 방향으로만 통과시켜 레이저(107)를 되돌아오는 레이저광으로부터 보호하는 아이솔레이터, 109는 아이솔레이터(108)와 볼록면경(104) 사이에 설치된 하프 미러, 110은 하프 미러(109)로부터의 레이저광의 파워를 검출하는 검출기이다. 또한, 부호 111, 112를 붙인 화살표는 각각 얼라인먼트 조정시의 왕로, 복로의 레이저광이고, 부호 113을 붙인 이점파선은 레이저광(111, 112)에 의해 만들어진 가상 광축이다.

우선, 도 60a의 구성에 의해, 볼록면경(104)에 대한 가상 광축(113)을 설정한다. 수평면과 평행하게 레이저(107)에서 출사되는 레이저광은, 아이솔레이터(108), 하프 미러(109)를 통과하여 볼록면경(104)을 향한다. 이 때, x축 방향의 병진 조정(Mx), x축 둘레의 회전 조정(Rx), y축 방향의 병진 조정(My), y축 둘레의 회전 조정(Ry)에 관한 볼록면경(104)의 자세를 매니퓰레이터 등으로 미세 조정하고, 하프 미러(109)로 레이저광(111)을 고반사면(104H)에 의해 반사하여 하프 미러(109)를 통해 검출기(110)로 검출되는 레이저광(112)의 파워가 최대가 되도록 한다.

최대 파워가 검출되는 상태는, 볼록면경(104)이 가장 바람직한 자세로 된 때로서, 즉 하프 미러(109)에서 볼록면경(104)을 향하는 왕로의 레이저광(111)과, 볼록면경(104)에서 하프 미러(109)를 향하는 복로의 레이저광(112)이 완전히 일치하는 경우이다. 고반사율을 갖는 평면경의 고반사면(104H)을 레이저광(111)에 대해 직교시키면, 레이저광은 직진성이 높기 때문에 레이저광(111, 112)이 완전히 일치하여 가상 광축(113)을 만들어낼 수 있다.

볼록면경(104)의 자세가 크게 어긋나 있는 경우에는, 볼록면경(104)이 반사한 레이저광(112)은 하프 미러(109)를 통해 검출기(110)로 입사되지 않기 때문에, 검출기(110)는 파워를 검출하지 않는다. 또한, 볼록면경(104)의 자세가 바람직한 상태에 가까와져도 광축 어긋남이 있으면 평면경의 저반사면(104L)이 하프 미러(109)로 레이저광(111)을 반사한다. 저반사면(104L)의 반사율이 낮기 때문에, 하프 미러(109)를 통해 검출기(110)에 의해 검출되는 레이저광(112)의 파워는 낮은 레벨이므로 광축 어긋남을 검지할 수 있다. 이 방법에서 보면, 고반사면(104H)의 반경(rH)의 값은 광축 어긋남의 허용 범위로부터 정하면 됨을 알 수 있다.

또한, 4개의 수광 소자(110A, 110B, 110C, 110D)에 의해 검출기(110)의 수광면을 「밭전(田)자형」 (2행 2열의 매트릭스, 도 60c)으로 분할하고, 각 수광 소자(110A∼110D)의 출력 신호의 차동 연산을 실시함으로써, 각 볼록면경(104)의 기울기(Rx,Ry)를 높은 정밀도로 검출 조정 가능하다.

그리고, 4분할된 수광 소자(110A∼110D)의 출력의 가산 연산에 의해 수광 소자로 입사되는 총 광 파워를 구할 수 있고, 광축 어긋남(Mx, My)도 검출할 수 있다. 따라서, 이 구성으로 함으로써 Mx, My, Rx, Ry의 종합 조정을 실시할 수 있다.

이와 같이, 검출기(110)로 검출되는 레이저광(112)을 모니터하면서 볼록면경(104)의 자세를 미세 조정함으로써, 레이저광(111, 112)에 의한 가상 광축(113)을 만들어낼 수 있다.

이어서, 도 60b의 구성에 의해, 굴절 광학 렌즈(103A, 103B)의 얼라인먼트 조정을 실시한다. 도 60a의 가상 광축(113)이 만들어진 구성에 대해 굴절 광학 렌즈(103A, 103B)를 삽입한다. 이 경우에도 굴절 광학 렌즈(103A, 103B)의 자세가 바람직한 상태로 되면, 굴절 광학 렌즈(103A, 103B)의 중심을 레이저광(111, 112)이 통과하게 된다.

즉, 굴절 광학 렌즈(103A, 103B)의 중심에 대해 레이저광(111, 112)이 직교하며 통과하면, 굴절 광학 렌즈(103A, 103B)가 레이저광(112)에 부여하는 렌즈 작용이 발생하지 않기 때문에 최대 파워가 검출기(110)에서 얻어진다. 이 바람직한 상태는 굴절 광학 렌즈(103A, 103B)의 광축이 가상 광축(113)과 일치하는 경우에 해당한다.

이상과 같이, 이 제15 실시형태에 의하면, 프런트면(104F)에서 리어면(104R)까지를 동일한 두께로 한 볼록면경(104)을 구비하도록 하였기 때문에, 온도 변화에 대한 프런트면(104F)의 형상 변화를 억제할 수 있고, 화상 표시 장치의 환경 특성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제15 실시형태에 의하면, 프런트면(104F)의 광축(105) 근방에 형성한 저반사면(104L)과, 저반사면(104L)보다 더욱 프런트면(104F)의 광축(105) 근방에 광축 어긋남의 허용 범위의 크기를 갖는 고반사면(104H)을 볼록면경(104)에 구비하도록 하였기 때문에, 검출기(110)에 의한 파워 모니터 및 연산 처리에 의해 가상 광축(113)을 만들어낼 수 있게 되어, 화상 표시 장치의 조립 공정에 있어서 볼록면경(104), 굴절 광학 렌즈(103A, 103B)의 얼라인먼트 조정을 쉽게 실시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제16 실시형태

도 61은 본 발명의 제16 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 조명 광원계, 평면경이나 스크린 등의 도시는 생략한다.

도 61에 있어서, 참조 번호 14는 마이크로 미러 디바이스(송신 수단), 114는 마이크로 미러 디바이스(14)의 반사면(출사면)을 보호하는 커버 유리(송신 수단), 115는 커버 유리(114)의 광학적 두께의 편차를 보상하는 보상 유리(송신 수단), 76 및 77은 각각 각 실시형태에서 나타낸 굴절 광학 렌즈(굴절 광학부) 및 볼록면경(반사부), 78은 굴절 광학 렌즈(76), 볼록면경(77)의 광축이다.

마이크로 미러 디바이스(14)에는 다수의 작은 미러로 구성되는 반사면을 보호하기 위한 커버 유리(114)가 실장되어 있다. 발광체, 포물면 리플렉터 및 집광 렌즈 등으로 구성되는 도시하지 않은 조명 광원계로부터의 광은 커버 유리(114)를 통해 반사면으로 입사된다. 또한, 반사면에서 강도 변조된 광은 커버 유리(114)를 통과하고 나서 굴절 광학 렌즈(76), 볼록면경(77)을 향한다.

그런데, 커버 유리(114)의 두께는 항상 일정한 기준치로 되어 있는 것은 아니며, 허용되는 최대 치수 두께와 최소 치수 두께의 차이, 소위 공차의 범위내에서 제조된다. 따라서, 커버 유리(114)의 두께에는 개체 차이가 발생하는 것이 보통이다. 또한, 두께의 기준치가 장래적으로 사양 변경되는 경우도 상정할 수 있다. 화상 표시 장치에 이용되는 광은 커버 유리(114)를 반드시 통과하기 때문에, 두께의 개체 차이나 기준치의 사양 변경에 의한 두께의 편차는, 커버 유리(114)를 통과하는 광에 대해 영향을 미치게 되어 광학계 전체의 광로 설계가 커버 유리(114) 두께의 개체 차이에 좌우되게 된다.

이 제16 실시형태에서는, 커버 유리(114) 두께의 편차를 보상하기 위해, 도시하지 않은 조명 광원계 또는 굴절 광학 렌즈(76)와 커버 유리(114)의 사이에 보상 유리(115)를 설치하도록 하고 있다.

도 62를 사용하여, 보상 유리(115)에 의한 커버 유리(114) 두께의 개체 차이를 보상하는 방법에 대해 이어서 설명한다.

도 62는 커버 유리(114)의 두께와 보상 유리(115)의 두께의 관계를 나타낸 도면이다. 여기에서는 설명을 간단히 하기 위해 커버 유리(114)의 굴절률(n1)과 보상 유리(115)의 굴절률(n2)은 동등한(n1=n2=n이라 함) 것으로 하지만, 후술하는 바와 같이 굴절률(n1, n2)에 차이가 있어도 된다.

* 기준 상태

도 62a는 커버 유리(114)의 두께(t1)가 기준치(T1)인 경우를 나타낸다. 이 때에는 두께(t2)=T1의 보상 유리(115)를 통해 커버 유리(114)가 실장된 마이크로 미러 디바이스(14)와 광을 주고 받는다. 따라서, 이 광은 두께(t)=T1+T2,굴절률(n)의 유리 매질을 등가적으로 통과하게 된다. 조명 광원계나 굴절 광학 렌즈(76), 볼록면경(77) 등의 다른 광학계는, 두께(t)=T1+T2, 굴절률(n)의 유리 매질이 존재하는 것으로 하여 설계한다.

* 보상예 1

도 62b는 기준치(T1)에서 개체 차이(ΔT)(ΔT는 양음의 부호를 포함함)만큼 어긋나서 커버 유리(114)의 두께(t1)가 T1+ΔT로 된 경우를 나타낸다. 이 때에는, 두께(t2)=T1-ΔT의 보상 유리(115)를 통해 커버 유리(114)가 실장된 마이크로 미러 디바이스(14)와 광을 주고 받는다.

즉, 커버 유리(114)의 두께(t2)=T1+ΔT와 보상 유리(115)의 두께(t2)=T1-ΔT의 합계치는, 상기 기준 상태와 동일한 두께(t)=T1+T2이기 때문에, 마이크로 미러 디바이스(14)와 주고 받아지는 광은, 두께(t)=T1+T2, 굴절률(n)의 유리 매질을 등가적으로 통과시키게 된다. 따라서, 커버 유리(114)의 두께(t1)의 개체 차이로 인해 편차(ΔT)가 발생함에도 불구하고, 이 편차(ΔT)를 보상 유리(115)의 두께(t2)를 변경함으로써 상쇄하여 기준상태의 광학계를 설계 변경하지 않고 이용할 수 있다.

* 보상예 2

도 62c는 커버 유리(114)의 두께(t1)가 기준치(T1)에서 기준치(T3)로 사양 변경된 경우를 나타낸다. 이 때에는, 보상예 1의 ΔT를 T3-T1으로 간주하여, 두께(t2)=T2-(T3-T1)=T2-ΔT의 보상 유리(115)를 통해 커버 유리(114)가 실장된 마이크로 미러 디바이스(14)과 광을 주고 받는다.

보상예 1과 마찬가지로, 커버 유리(114)의 두께(t1)=T1+(T3-T1)=T1+ΔT와 보상 유리(115)의 두께(t2)=T2-(T3-T1)=T2-ΔT의 합계치는, 상기 기준 상태와 동일한 두께(t)=T1+T2이기 때문에, 마이크로 미러 디바이스(14)와 주고 받아지는 광은 두께(t)=T1+T2, 굴절률(n)의 유리 매질을 등가적으로 통과하게 된다. 따라서, 커버 유리(114)의 두께(t1)는 기준치(T1)에서 기준치(T3)로 사양 변경됨으로 인한 두께 편차(ΔT)가 발생함에도 불구하고, 이 두께 편차(ΔT)를 보상 유리(115)의 두께(t2)를 변경함으로써 상쇄하여 기준상태의 광학계를 설계 변경하지 않고 이용할 수 있다.

이상의 기준 상태, 보상예 1, 2에서 알 수 있는 바와 같이, 이 제16 실시형태에서는 커버 유리(114)의 두께(t1)가 갖는 기준치(T1)로부터의 편차(혹은 두께 편차)(ΔT)의 증감에 따라 보상 유리(115)의 두께(t2)의 기준치(T2)를 편차(혹은 두께 편차)(ΔT)만큼 반대로 감증시켜 합계치(t)=T1+T2로 일정해지도록 하고 있기 때문에, 굴절률(n), 두께(t)=T1+T2의 유리 매질이 마이크로 미러 디바이스(14)의 반사면에 등가적으로 실장되어 있는 것으로 간주할 수 있고, 편차(혹은 두께 편차)에 좌우되지 않고 기준 상태의 광학계를 그대로 이용할 수 있다. 물론, 마이크로 미러 디바이스(14)로 한정되지 않으며, 액정 등 다른 광공간 변조 소자에도 이 제16 실시형태를 적용할 수 있다.

이상에서는, 커버 유리(114)와 보상 유리(115)를 동등한 굴절률(n)을 갖는 것으로 생각해 왔으나, 커버 유리(114), 보상 유리(115)가 다른 굴절률(n1, n2)을 각각 갖는 것으로 하여 굴절률(n1, n2)도 가미한 광학적 두께로 생각한 편이 더욱일반적이다.

즉, 커버 유리(114)의 광학적 두께(t1/n1)와 보상 유리(115)의 광학적 두께(t2/n2)를 고려하여 「t1/n1+t2/n2=일정」의 조건을 만족하도록, 보상 유리(115)의 두께(t2), 굴절률(n)을 정하도록 한다. 이와 같이 하여 커버 유리(114)의 두께(t1), 굴절률(n1)의 편차를 보상할 수 있게 된다.

또한, 굴절 광학 렌즈(76)(굴절 광학부)를 지지하는 도시하지 않은 경통의 입사측(마이크로 미러 디바이스(14)측)에 보상 유리(115)를 착탈할 수 있는 구성(보상 유리 착탈 기구)을 취하면, 커버 유리(114)의 두께 변경이나 두께 편차에 대응해서 적절히 최적 두께의 보상 유리(115)로 교환할 수 있다.

<수치 실시예 16A>

보상 유리(115)를 사용한 경우의 수치 계산 결과에 대해서도 여기에서 개시해 둔다.

도 63, 도 64는 수치 실시예 16A의 수치 데이터, 구성을 각각 나타낸 도면이다. 도 47, 도 61과 동일한 부호는 동일 또는 상당하는 구성 요소이다. 도 63의 제원은 f=3.39㎜(파장 546.1㎚에서의 초점 거리), NA=0.17(마이크로 미러 디바이스측 개구수), Yob=14.65㎜(마이크로 미러 디바이스측 물체 높이), M=86.96(투영 배율)이다. 커버 유리(114)는 보상 유리(115)에 포함시켜 계산하였기 때문에 도 64에서는 모두 도시하였다.

도 63에 나타낸 수치 데이터에서는, 제2 면의 두께 4.5㎜가 커버 유리(114)와 보상 유리(115)의 합으로서 표시되어 있다. 예컨대, 커버 유리의 기준 두께 3㎜, 보상 유리의 두께 1.5㎜의 상황을 상정하여 수차 보정한 결과이다.

이상과 같이, 이 제16 실시형태에 의하면, 마이크로 미러 디바이스(14)의 반사면에 실장된 커버 유리(114)와 굴절 광학 렌즈(76)나 조명 광원계의 사이에, 제조상의 공차나 설계 변경에 의해 증감하는 커버 유리(114)의 광학적 두께의 편차에 따라 이 편차를 반대로 감증시킨 광학적 두께를 갖는 보상 유리(115)를 설치하여 마이크로 미러 디바이스(14)의 반사면과 광을 주고받도록 하였기 때문에, 커버 유리(114)의 두께 편차를 상쇄하여 항상 일정한 광학적 두께를 갖는 유리 매질에 의해 마이크로 미러 디바이스(14)의 반사면이 보호되어 있는 것으로 간주할 수 있고, 조명 광원계나 굴절 광학 렌즈(76), 볼록면경(77)을 설계 변경하지 않고 이용할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제16 실시형태에 의하면, 굴절 광학 렌즈(76)를 지지하는 도시하지 않은 경통의 입사측(마이크로 미러 디바이스(14)측)에 보상 유리(115)를 착탈할 수 있는 구성을 구비하도록 하였기 때문에, 커버 유리(114)의 두께 변경이나 두께 편차에 대응해서 적절히 최적 두께의 보상 유리(115)로 교환할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제17 실시형태

도 65는 제1 실시형태의 평면경(22)(도 6), 제7, 제10 실시형태의 광로 절곡 반사경(59)(도 25 등)을 사용한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 화상 표시 장치의 투시 사시도이다. 도 6, 도 25와 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 또한, 조명 광원계를 포함한 집광 광학계, 마이크로 미러 디바이스, 굴절 광학 렌즈 등의 도시는 생략한다.

도 65에 있어서, 참조 번호 116은 직육면체 형상의 화상 표시 장치, 117은 화상 표시 장치(116)의 스크린 하부, 118은 화상 표시 장치(116)의 수평한 저면으로서, 스크린(18) 및 볼록면경(60)이 설치된 면과 평면경(22)이 설치된 면은 저면(118)에 직교하고 있다. 도 65에서는 광축(61)을 포함하며 저면(118)에 직교하는 평면에 의해 화상 표시 장치(116)를 절반으로 절단하고 있다. 스크린(18)의 법선방향에 ξ축을, 저면(118)의 법선방향에 ψ축을, 그리고 ξ, ψ축과 직교하는 방향에 ζ축을 취하고 있다.

참조 번호 119는 볼록면경(반사부)(60)상의 점(P)(제3 점)에서 반사되어 평면경(22)상의 점(Q)(제2 점)을 향하는 광선, 120은 평면경(22)상의 점(Q)에서 반사되어 스크린(표시 수단)(18)상의 점(R)(제1 점)을 향하는 광선이다. 점(R)은 스크린(18)에 표시되는 4각형 화상의 저변(저면(118)과 평행하면서 저면(118)에 가까운 변)상에 존재하고, 화상의 중심에서 가장 먼 점이다. 또한, 121, 122는 ψ축 방향에서 저면(118)으로 광선(119,120)을 각각 투영하였을 때의 선분이고, 점(P',Q',R')(각각 제3, 2, 1 투영점)은 점(P,Q,R)을 ψ축 방향에서 저면(118)으로 각각 투영하였을 때의 점이다.

이 때에 점(P, Q, R, P', Q', R')으로 이루어진 공간(배치 공간)(S)을 빼내면 도 65b와 같이 된다. 이 제17 실시형태에서는 집광 광학계 등의 배치 공간으로서 공간(S)에 착안하여 스크린 하부(117)의 높이가 증가하지 않도록 하고 있다. 광선(119, 120)은 점(R)에 대응하는 광선이기 때문에, 공간(S)에 집광 광학계의 구성 요소를 배치할 때에는 광선(119, 120)을 가리지 않도록 주의하면 다른 모든 광선도 가려지지 않게 된다.

도 66은 본 발명의 제17 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 도 66a는 ξ축 방향에서 본 화상 표시 장치(116)의 스크린 하단보다 아래부분의 정면도, 도 66b는 ψ축 방향에서 본 화상 표시 장치(116)의 상면도이다. 도 3, 도 6, 도 25, 도 65와 동일한 부호는 동일 또는 상당하는 구성이다. 또한 도 67a, 도 67b는 스크린(18)과 직교하는 A-A', B-B' 평면에 의한 화상 표시 장치(116)의 단면을 각각 도시한 도면이다. B-B' 평면은 A-A' 평면보다 선분(Q-Q')에 가까운 면이다.

도 66에 있어서, 참조 번호 123은 발광체(11), 포물면경(12) 및 집광 렌즈(13)로 이루어진 조명 광원계(송신수단, 조명 광원부, 집광 광학계 주요부), 124는 조명 광원계(123)로부터의 광(조명광)을 3원색으로 순차 착색하는 컬러 휠(송신 수단, 집광 광학계 주요부), 125는 컬러 휠(124)로부터의 광을 입사면에서 받고, 조도 분포가 균일화된 광을 출사면에서 출사하는 로드 인테그레이터(송신 수단, 집광 광학계 주요부), 126은 로드 인테그레이터(125)로부터의 광을 릴레이하는 릴레이 렌즈(송신 수단, 집광 광학계 주요부)이다.

또한, 참조 번호 127 및 128은 각각 이 제17 실시형태를 특징짓는 제2 광로 절곡 반사경(제2 광로 절곡 수단) 및 제3 광로 절곡 반사경(제3 광로 절곡 수단), 129는 릴레이 렌즈(126)로부터의 광의 주광선 방향을 정렬하여 마이크로 미러 디바이스(송신 수단, 반사형 화상 정보 부여부)(14)로 입사하는 필드 렌즈(송신 수단)이다. 릴레이 렌즈(126)로부터의 광은 제2, 제3 광로 절곡 반사경(127,128)에 의해 차례로 반사되어 필드 렌즈(129)를 향한다.

마이크로 미러 디바이스(14)로 광을 집광시키는 집광 광학계는, 조명 광원계(123), 컬러 휠(124), 로드 인테그레이터(125), 릴레이 렌즈(126), 제2 광로 절곡 반사경(127), 제3 광로 절곡 반사경(128), 필드 렌즈(129)로 구성되어 있고, 특히 조명 광원계(123), 컬러 휠(124), 로드 인테그레이터(125), 릴레이 렌즈(126)를 집광 광학계 주요부라 한다.

참조 번호 130은 집광 광학계 주요부가 공유하는 광축, 131은 화상 표시 장치(116)의 잉여 공간으로서, 통상의 화상 표시 장치(116)를 구성할 때에는 잉여 공간(131)은 잘라내지기 때문에 구성 요소의 배치 공간으로서 생각하지 않는다. 도 66에서는 화상 표시 장치(116)의 저면(118) 및 스크린(18)의 수광면에 대해 광축(130)을 평행하게 하여 집광 광학계 주요부를 공간(S)에 배치하고 있다.

그 이유 중 하나는, 도 68에 도시한 바와 같이, 수평면상의 광축(130)을 갖는 조명 광원계(123)가 기울어져서 광축(130A)의 조명 광원계(123A)로 된 경우에 광축(130)과 광축(130A)이 이루는 각(θ)이 규정치(예컨대, 15°)를 넘으면, 조명 광원계(123)를 구성하는 발광체(11)(쇼트 아크 방전 램프)의 내부 온도 분포가 규정 상태에서 벗어나서 조명 광원계(123)의 수명이 짧아지기 때문이다. 광축(130)을 중심으로 한 회전 운동에 대해서는 조명 광원계(123)는 문제를 일으키지 않는다.

또 다른 하나의 이유는, 도 69에 도시한 바와 같이 화상 표시 장치(116)는저면(118)을 수평하게 한 이용 형태(도 69a)만으로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 벽걸이용 화상 표시 장치로서 사용된 경우에 수평면으로부터 저면(118)을 약간 경사지게 한 이용 형태(도 69b)나 상하를 역전시켜 수평면에서 저면(118)을 약간 경사지게 한 이용 형태(도 69c) 등도 상정되기 때문이다.

이상의 2가지 이유에 더하여, 화상 표시 장치(116)의 박형화(ξ축 방향의 사이즈 최소화)나 스크린 하부(117) 높이의 억제(스크린 하부(117)의 ψ축 방향의 최소화)를 만족시키기 위해 도 66의 배치 구성을 채택하고 있다. 이와 같이 함으로써, 도 69b, 도 69c와 같이 화상 표시 장치(116)를 경사지게 한 경우에도 조명 광원계(123)에 있어서는 광축(130)을 중심으로 한 회전 운동으로 되기 때문에, 조명 광원계(123)의 수명을 해치지 않고 화상 표시 장치(116)의 여러 이용 형태에 대응할 수 있게 된다. 이 때에 도 67에 도시한 바와 같이, 볼록면경(60)에서 스크린(18)을 향하는 광(사선 부분)을 가리지 않도록, A-A' 평면보다 B-B' 평면에 가까운 영역에 큰 구성 요소를 배치한다.

그런데, 제7, 제10 실시형태에서 설명한 바와 같이, 스크린(18)에 대해 평면경(22)은 평행하게 설치되어 있으며, 이 평면경(22)에 대해 적절하게 배치된 광로 절곡 반사경(59), 볼록면경(60)의 위치로부터 굴절 광학 렌즈(58), 마이크로 미러 디바이스(14)의 위치가 정해지고 있다. 따라서, 공간(S)에 설치된 집광 광학계 주요부로부터의 광을 마이크로 미러 디바이스(14)로 입사하기 위해 제2, 제3 광로 절곡 반사경(127,128)을 릴레이 렌즈(126)와 필드 렌즈(129) 사이에 설치하도록 하여 광을 매개하고 있다. 볼록면경(60)의 출사광을 가리지 않도록 제3 광로 절곡 반사경(128)보다 높은 위치에 있는 제2 광로 절곡 반사경(127)은 가능한 한 낮은 위치에 설치한다.

제2, 제3 광로 절곡 반사경(127,128)의 배치 위치로서 릴레이 렌즈(126)와 필드 렌즈(129) 사이를 선택하고 있는 이유는, 다른 구성 요소의 상호 위치 관계는 결상 등의 광학적 조건에 따라 정해지는 것에 비해, 릴레이 렌즈(126)의 초점 거리와 필드 렌즈(129)의 초점 거리를 조절함으로써 릴레이 렌즈(126)에서 필드 렌즈(129)까지의 광로 길이를 적절하게 정할 수 있기 때문이다.

이와 같이, 화상 표시 장치(116)의 저면(118) 및 스크린(18)에 대해 광축(130)을 평행하게 하여 집광 광학계 주요부를 공간(S)에 배치하고, 제2, 제3 광로 절곡 반사경(127, 128)에 의해 릴레이 렌즈(126)에서 필드 렌즈(129)를 향하는 광을 매개하도록 하여, 반사형 광공간 변조 소자인 마이크로 미러 디바이스(14)로 공간(S)의 집광 광학계 주요부로부터 광을 집광시킬 수 있다.

그리고, 스크린 하부(117)의 높이를 억제하기 위해 다음과 같이 해도 된다. 즉, 광축(130)이 저면(118)과 평행하게 설치되면, 조명 광원계(123) 및 컬러 휠(124) 등의 직경이 큰 구성 요소에 의해 스크린 하부(117)의 높이(저면(118)의 ψ축 방향의 위치)가 결정되는 경우도 상정할 수 있다. 따라서, 도 70에 도시한 바와 같이 조명 광원계(123B), 컬러 휠(124B), 로드 인테그레이터(125B), 릴레이 렌즈(126B)로 이루어진 집광 광학계 주요부의 광축(130B)을 경사각(θ)만큼 기울어지게 한다. 물론, 경사각(θ)은 조명 광원계(123B)의 규정치 이내이다.

광축(130B)은, 스크린(18)의 수광면에 평행하고 또한 릴레이 렌즈(126B)와광축(130B)의 교점보다 조명 광원계(123B)과 광축(130B)의 교점이 ψ축 방향(연직방향)에 있어서 높아지도록 경사지게 하는 것이다. 이 경우에 경사각(θ)을 규정치 이내로 함과 동시에 조명 광원계(123B)나 컬러 휠(124B)에 의해 광선(119,120)을 가리지 않도록 유의한다. 광축(130B)의 경사와 함께 제2 광로 절곡 반사경(127B)의 ψ축 방향에 있어서의 위치가 가까와져서 조명 광원계(123B), 컬러 휠(124B)의 ψ축 방향의 위치가 높아진다. 그리고, 스크린 하부(117)의 높이는 가장 낮은 위치에 있는 제3 광로 절곡 반사경(128)으로 결정되게 된다.

그리고, 상기 상태에 있어서, 집광 광학계의 하부에 배치되어 각 구성 요소를 지지함과 동시에 그 설치 위치 조정을 실시하는 조정대(132)에 제3 광로 절곡 반사경(128)을 수납하는 수납구멍(133)을 형성하도록 해도 된다(도 71). 이와 같이 함으로써, 스크린 하부(117)의 높이를 보다 억제할 수 있게 된다.

이상의 설명에서는, 제2, 제3 광로 절곡 반사경(127,128)을 평면경으로 취급하여 왔으나, 이 제17 실시형태는 이것으로 한정되는 것은 아니며, 2개 또는 1개의 곡면경을 사용하도록 해도 된다. 제2, 제3 광로 절곡 반사경(127,128) 중 적어도 일측을 곡면경으로 하고, 그 곡면 형상의 반사면(광학면)을 고안함으로써 광선의 제어에 자유도를 부여할 수 있게 된다.

또한, 제7, 제10 실시형태의 광로 절곡 반사경(59)과 마찬가지로, 제2, 제3 광로 절곡 반사경(127, 128) 중 적어도 일측을 평면 또는 곡면 형상의 굴절면(광학면)을 갖는 프리즘으로 해도 된다.

이와 같이 함으로써, 마이크로 미러 디바이스(14)로의 조명 효율, 마이크로미러 디바이스(14)로의 로드 인테그레이터(125) 출사면의 결상 조건, 굴절 광학 렌즈(58)의 입사동으로의 릴레이 렌즈(126)계의 푸리에 변환면의 결상 조건, 마이크로 미러 디바이스(14)의 조명광의 조도 분포 균일화 등, 여러 광학 성능의 개선을 도모할 수 있게 된다.

이상과 같이, 이 제17 실시형태에 의하면, 스크린(18)에 표시되는 4각형 화상의 저변상에 존재하며 화상의 중심에서 가장 멀어진 점(R)과, 평면경(22)에서 점(R)을 향하는 광선(120)의 평면경(22)상의 반사점(Q)과, 평면경(60)에서 반사점(Q)을 향하는 광선(119)의 볼록면경(60)상의 반사점(P)과, 수평한 저면(118)의 법선 방향에서 저면(118)으로의 점(P,Q,R)을 각각 투영한 점(P', Q', R')을 선분으로 각각 연결함으로써 생기는 공간(S)에 집광 광학계 주요부(도 66의 예에서는 조명 광원계(123)부터 릴레이 렌즈(126)까지)를 배치하도록 하였기 때문에, 평면경(22)과 스크린(18)에 의해 정해진 화상 표시 장치(116)의 얇기의 범위에서 스크린 하부(117)의 높이를 억제할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제17 실시형태에 의하면, 조명 광원계(123)에서 릴레이 렌즈(126)까지의 집광 광학계 주요부로부터의 광을 반사하는 제2 광로 절곡 반사경(127)과, 제2 광로 절곡 반사경(127)으로부터의 반사광을 필드 렌즈(129)를 통해 마이크로 미러 디바이스(14)로 입사시키는 제3 광로 절곡 반사경(128)를 구비하도록 하였기 때문에, 반사형 광공간 변조 소자인 마이크로 미러 디바이스(14)에 대해 공간(S)에 배치한 집광 광학계 주요부에 의해 광을 집광시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제17 실시형태에 의하면, 집광 광학계 주요부의 광축(130)을 스크린(18) 및 저면(118)에 평행하게 설치하도록 하였기 때문에, 조명 광원계(123)의 수명을 짧게 하는 일 없이 스크린 하부(117)의 높이를 억제하여 여러 가지 이용 형태에 대응할 수 있는 화상 표시 장치(116)를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제17 실시형태에 의하면, 집광 광학계 주요부의 광축(130B)을 스크린(18)에 평행하게 함과 동시에, 조명 광원계(123B)의 발광체(11B)의 ψ축 방향의 위치가 릴레이 렌즈(126B)의 ψ축 방향의 위치보다 높아지도록 광축(130B)을 조명 광원계(123B)의 경사각의 규정치 이내에서 경사지게 하였기 때문에, 조명 광원계(123B)의 수명을 짧게 하지 않고 스크린 하부(117)의 높이를 억제하여 여러 가지 이용 형태에 대응할 수 있는 화상 표시 장치(116)를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제17 실시형태에 의하면, 집광 광학계를 설치하는 조정대(132)를 구비함과 동시에 제3 광로 절곡 반사경(128)을 수납하는 수납구멍(133)을 조정대(132)에 형성하도록 하였기 때문에, 스크린 하부(117)의 높이를 더욱 억제한 화상 표시 장치를 구성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제17 실시형태에 의하면, 제2 광로 절곡 반사경(127), 제3 광로 절곡 반사경(128) 중 적어도 일측을 곡면경으로 하였기 때문에, 그 곡면 형상을 고안함으로써 광선의 제어에 자유도를 부여할 수 있게 되어 여러 가지 광학 성능의 개선을 도모할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 도 65a의 화상 표시 장치(116)는 절반으로 절단되어 있기 때문에, 1대의 화상 표시 장치(116)에는 서로 대칭형을 이루는 2개의 공간(S)이 존재하고,집광 광학계를 일측 공간(S)에 배치함과 동시에 전원 등의 다른 구성 요소를 타측 공간(S)에 배치하도록 해도 된다.

또한, 액정 등의 투과형 광공간 변조 소자를 이 화상 표시 장치에 적용하는 경우에는, 제2, 제3 광로 절곡 반사경(127,128)를 사용하지 않고, 광축(130)을 공유화한 조명 광원계(123)에서 필드 렌즈(129)까지의 집광 광학계를 공간(S)에 배치하고, 도 66이나 도 70에 준하여 ξ-ζ면에 광축(130)을 거의 평행하게 하여 투과형 광공간 변조 소자로 직접 광을 입사시키도록 하면 된다.

그리고, 제3 광로 절곡 반사경(128)에서 마이크로 미러 디바이스(14)까지의 광과, 마이크로 미러 디바이스(14)에서 굴절 광학 렌즈(58)까지의 광을 매개하는 공지의 TIR 프리즘(전반사 프리즘)을 설치하도록 함으로써, 굴절 광학 렌즈(58)의 입사 퓨필 위치가 외관상 무한점에 있는 텔레센트릭 투영 광학계에도 이 제17 실시형태를 적용할 수 있다.

제18 실시형태

제4 실시형태에서는 플라스틱 합성수지에 의해 사출 성형 가공한 굴절 광학 렌즈에 대해 설명하였으나, 플라스틱 합성수지로 각 실시형태의 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부)을 제조하도록 해도 되며, 굴절 광학 렌즈의 경우와 마찬가지로 비구면 등의 그 형상을 쉽게 성형할 수 있음과 동시에 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그런데, 화상 표시 장치에 적용하는 볼록면경을 합성수지로 만들 때에는, 화상 표시 장치의 사용 환경하에서의 온도 변화 대책이 하나의 포인트가 된다. 온도변화에 기인하는 열팽창·열수축으로 인해 볼록면경의 비구면 형상이 변형되거나 광축 어긋남이 발생하면, 화상 표시 장치의 광학 성능이 열화되기 때문이다. 이하, 이 제18 실시형태에서는 온도 변화 대책을 실시한 볼록면경에 대해 설명한다.

도 72는 본 발명의 제18 실시형태에 의한 화상 표시 장치에 적용하는 볼록면경의 구성을 도시한 도면으로서, 도 72a, 도 72b는 각각 정면도, 측면도이다.

도 72에 있어서, 134는 합성수지제 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부)로서, 각 실시형태에서 나타낸 것이다. 135는 볼록면경(134)의 광축이다. 볼록면경(134)은, 광축(135)을 중심으로 하여 회전대칭인 비구면 형상의 볼록면경(134O)으로부터 스크린으로 광(광화상 신호)을 투영하지 않는 비반사 부분을 잘라낸 형상을 성형하고 있으며(도 72a, 제10 실시형태 참조), 프런트면(134F)에서 리어면(134R)까지를 동등한 두께(도 72b, 제15 실시형태 참조)로 하고 있다.

그리고 비반사 부분을 잘라낼 때에, 나사구멍(136H,137H,138H)을 각각 갖는 제1 나사 고정부(136), 제2 나사 고정부(137), 제3 나사 고정부(138)을 볼록면경(134)에 설치하도록 하고 있으며, 제1∼제3 나사 고정부(136∼138)의 3점을 이하에 설명하는 바와 같이 나사 고정하여 화상 표시 장치에 볼록면경(134)을 지지하도록 하고 있다. 그리고, 볼록면경(134)의 반사면의 일그러짐을 최소로 억제한 후에 나사 고정부(136∼138)와 그 나사구멍(136H∼138H)은 볼록면경(134)과 동시에 성형하는 것이 바람직하다.

제1 나사 고정부(136)는 광축(135)의 근방에 설치되어 있다. 즉, 광축(135)의 방향에서 본 정면도(도 72a)에서 직사각형으로 보이는 볼록면경(134)에 있어서,프런트면(134F)과 광축(135)의 볼록면경 정점(135P)(도 72a의 ×표시)에 가장 가까운 밑변상에 있으며, 광축(135)에서 나사구멍(136H)의 중심까지의 편심 거리가 이 밑변상에서 최단이 되도록 제1 나사 고정부(136)를 위치시키고 있다. 편심 거리의 허용 범위에 대해서는 후술한다.

그리고, 제1 나사 고정부(136)는 화상 표시 장치에 고정된 볼록면경 장착 기구(제1 반사부 장착 기구)(140), 테이퍼 나사(139), 와셔(139W) 및 너트(139N)에 의해 볼록면경(134)의 광축(135)에 수직인 면내 위치가 볼록면경 장착 기구(140)의 장착면에 대해 피봇(선회축) 고정된다. 피봇 고정됨으로써 나사구멍(136H)으로의 테이퍼 나사(139)의 삽입 방향을 축으로 한 회전 운동을 제외하고는 볼록면경(134)의 자유도를 모두 고정하고 있다.

이 피봇 고정을 위해, 볼록면경 장착 기구(140) 및 제1 나사 고정부(136)의 나사구멍(136H)까지는 테이퍼 나사(139)의 테이퍼 부분에 맞춰 구멍의 형상(테이퍼 형상)을 결정하고 있으며, 테이퍼 나사(139)는 볼록면경 장착 기구(140)를 통과하고 나서 나사구멍(136H)을 통과하고, 예컨대 와셔(139W), 너트(139N)를 사용해서 고정된다. 볼록면경 장착 기구(140) 및 제1 나사 고정부(136)의 나사구멍(136H)까지를 테이퍼 형상으로 함으로써 피봇 고정을 확실히 할 수 있다. 나사 고정이 완료되면, 테이퍼 나사(139)의 테이퍼 부분은 볼록면경 장착 기구(140)의 내부에 고정되고, 볼록면경 장착 기구(140)로부터 돌출된 부분은 와셔(139W), 너트(139N)로 고정된다.

이와 같은 제1 나사 고정부(136)에 비해, 제2 나사 고정부(137), 제3 나사고정부(138)는, 도 72a의 볼록면경(134) 정면도의 좌변·우변에 각각 설치되어 있고, 제2 나사 고정부(137)의 중심점, 제3 나사 고정부(138)의 중심점 및 볼록면경 정점(135P)을 선분으로 연결하여 이루어진 이등변삼각형의 면적이 가능한 한 커지도록 하고 있다.

이들 제2 나사 고정부(137), 제3 나사 고정부(138)는 화상 표시 장치의 볼록면경 장착 기구(각각 제2 반사부 장착 기구, 제3 반사부 장착기구)(142)의 장착면에 대해 직나사(141)를 사용해서 각각 슬라이딩 지지된다. 슬라이딩 지지란, 볼록면경(134)이 열팽창·열수축되면, 제2 나사 고정부(137), 제3 나사 고정부(138)가 볼록면경 장착 기구(142)의 장착면을 따라 각각 어긋나도록 하는 것이다.

이 슬라이딩 지지를 위해, 제2 나사 고정부(137)의 나사구멍(137H), 제3 나사 고정부(138)의 나사구멍(138H)은, 모두 직나사(141)의 나사 직경보다 큰 구멍 직경으로 되어 있고, 또한 볼록면경 장착 기구(142)의 장착면은 면적을 크게 해서 슬라이딩 방향의 경사를 갖고 있으며 제2 나사 고정부(137), 제3 나사 고정부(138)와 접촉 지지된다. 직나사(141)는 볼록면 장착 기구(142)를 통과하고 나서 나사구멍(137H(138H))을 통과하고, 예컨대 와셔(141W)나 너트(141N)를 사용해서 볼록면경(134)이 열팽창·열수축된 경우에 볼록면경 장착 기구(142)에 장착면을 따라 슬라이딩하는 정도의 강도로 느슨하게 고정된다. 또한, 상기 슬라이딩을 원활하게 일으키도록 볼록면경 장착 기구(142)의 장착면과 나사 고정부(137(136))의 사이에는 윤활제로 이루어진 윤활층이 필요에 따라 형성된다.

이상 설명한 바와 같이, 제1∼제3 나사 고정부(136∼138)에 의해볼록면경(134)을 화상 표시 장치에 3점에서 고정하여 지지하고, 볼록면경(134)의 온도 변화 대책을 도모하고 있는 점이 이 제18 실시형태의 특징이다. 온도 변화에 대한 볼록면경(134)의 동작에 대해 이어서 설명한다.

도 73은 상온하의 볼록면경(134)이 온도 변화로 인해 열팽창하는 상태를 나타낸 도면이다. 도 72와 동일한 부호는 동일한 구성 요소이다. 도 73에서는 상온하의 볼록면경(134)과 상온에서 온도 상승하여 열팽창된 볼록면경(134')을 겹쳐 도시하고 있다. 기호「'」가 없는 부호는 상온의 볼록면경(134)의 구성 요소, 기호「'」를 붙인 부호는 열팽창된 볼록면경(134)의 구성 요소를 각각 나타낸다.

도 73a에 있어서, 제1 나사 고정부(136)는 광축(135)에 대한 면내위치가 피봇 고정되어 있기 때문에 응력 변형의 부동점이 되어 열팽창에 의한 형상 변화의 응력은 볼록면경(134)의 다른 부분에 가해지게 된다. 이 때, 제1 나사 고정부(136)가 소정 편심 거리로 광축(135) 근방에 설치되어 있기 때문에, 광축(135)의 어긋남을 최소한으로 억제할 수 있다.

그리고, 온도 변화에 따라 열팽창으로 전환되었을 때에 발생하는 응력은, 슬라이딩 지지된 제2 나사 고정부(137), 제3 나사 고정부(138)의 어긋남으로 변환되게 된다. 도 73b는 상온하의 제3 나사 고정부(138)(파선)와 최대 열팽창시의 제3 나사 고정부(138')(실선)를 확대한 도면이다.

상술한 바와 같이 직나사(141)의 나사 직경과 비교하여 제3 나사 고정부(138)의 나사구멍(138H(137H))은 그 구멍 직경이 크게 만들어져 있기 때문에, 제3 나사 고정부(138)는 볼록면경 장착 기구(142)의 장착면을 따라 슬라이딩하고, 볼록면경(134)의 프런트면(134F)은 상온하와 열팽창후에서 그 형상을 유지하며 상사적으로 변화하게 되어 온도 변화에 대한 화상 표시 장치의 광학 성능을 억제할 수 있다. 물론, 열수축이 발생해도 마찬가지로 생각할 수 있다.

도 73c에서 알 수 있는 바와 같이, 나사구멍(138H)의 구멍 직경과 직나사(141)의 나사 직경의 상대적 크기는, 화상 표시 장치의 온도 사양을 기초로 최대 팽창시의 나사구멍(138H') 및 최소 수축시의 나사구멍(138H")의 시프트 위치 관계(어긋남량)로부터 결정하면 된다. 나사구멍(137H)과 직나사(141)의 나사 직경의 상대적 크기도 마찬가지로 결정할 수 있다.

그리고, 제1 나사 고정부(136)의 볼록면경 정점(135P)으로부터의 편심 거리는, 예컨대 다음과 같이 하여 정할 수 있다. 도 74는 편심 거리(EXC)의 제1 나사 고정부(136)를 중심으로 하여 볼록면경(134)이 회전 운동하였을 때의 볼록면경 정점(135P)의 어긋남량(Δ(θ))을 설명하기 위한 도면이다. 도 72와 동일한 부호는 동일한 구성 요소이다.

제1 나사 고정부(136)에 의해 볼록면경(134)이 피봇 고정되어 있기 때문에, 볼록면경(134)의 볼록면경 정점(135P)의 위치도 역시 제1 나사 고정부(136)에 의해 결정된다. 따라서, 화상 표시 장치의 조립 공정에 있어서 제1 나사 고정부(136)를 피봇 고정할 때에 볼록면경 정점(135P)의 어긋남(Δ(θ))이 발생하게 된다.

즉, 도 74a에 도시한 바와 같이, 볼록면경 정점(135P)에서 편심 거리(EXC)만큼 편심된 나사구멍(136H)을 중심으로 하여 볼록면경(134)이 각도(θ)만큼 회전하였을 때의 연직방향에 있어서의 볼록면경 정점(135P)의 어긋남(Δ(θ))이 조립 오차로 인해 발생하게 된다. 이 점에서 생각하면, 볼록면경(134)의 크기나 조립 공정에 있어서의 회전 오차(θ)의 조정 가능 범위로부터 어긋남(Δ(θ))이 허용 범위내로 되도록 제1 나사 고정부(136)의 편심 거리(EXC)를 결정하면 된다.

여기에서, 도 74a에 있어서 광축(135)의 어긋남(Δ(θ))은 Δ(θ)=EXC·[1-cos(θ·π/180)]로 구할 수 있다. 이 식을 기초로 하여 예컨대 편심 거리(EXC)=20㎜로 하였을 때의 회전 오차(θ)와 어긋남(Δ(θ))의 관계를 도 74b에 나타낸다. 횡축, 종축은 각각 회전 오차(θ), 어긋남(Δ(θ))이다.

예로서, 회전 오차(θ)의 조정 가능 범위를 2deg., 어긋남(Δ(θ))의 최대 허용치를 0.1㎜라 하면, 도 74b의 곡선으로부터 θ=2deg.에 대해 Δ(θ)＜0.02㎜이기 때문에, 제1 나사 고정부(136)를 편심 거리(EXC)=20㎜로 하여 제조한 볼록면경(134)은 5배 이상의 충분한 조립 마진을 갖고 있음을 알 수 있다.

그리고, 편심 거리(EXC)=0㎜, 즉 나사구멍(136H)의 중심을 볼록면경 정점(135P)과 일치시키도록 해도 된다. 당연히 이 경우에는, 상기 볼록면경 정점(135P)의 어긋남(Δ(θ))이 발생하지 않기 때문에, 볼록면경(134)을 보다 이상적인 상태로 지지할 수 있다.

또한, 도 72에서는 볼록면경 장착 기구(140, 142)보다 제1∼제3 나사 고정부(136∼138)가 리어면(134R)측이 되도록 나사를 고정하였는데, 그 이유는 높은 정밀도로 성형된 프런트면(134F)의 형상 및 위치가 볼록면경 장착 기구(140, 142)에 의해 유지되고, 온도 변화로 인해 발생하는 볼록면경(134)의 응력이 리어면(134R)의 형상 변화로 되도록 하기 위함이다. 이에 따라, 프런트면(134F)의형상 변화를 억제할 수 있다.

이상, 온도 변화 대책을 실시한 볼록면경(134)에 대해 설명하였으나, 그 형상은 도 72에 도시한 것으로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 도 75에 도시한 바와 같은 볼록면경(134)도 생각할 수 있다.

도 75는 온도 변화 대책을 실시한 볼록면경(134)의 구성 변형을 도시한 도면으로서, 모두 정면도이다. 도 72와 동일한 부호는 동일 또는 상당하는 구성이다.

도 75a에서는, 제1 나사 고정부(136) 대신에 오목부(144)를 형성하고, 원기둥 지지체(145)의 곡면을 오목부(144)에 끼우도록 하고 있다. 이 때에 원기둥 지지체(145)에 오목부(144)를 밀어 붙일 필요가 있기 때문에, 연직 하방으로 볼록면경(134)을 끌어당기는 스프링(143)을 오목부(144)의 좌우에 설치하고 있다.

도 75b에서는, 제1 나사 고정부(136)대신에 볼록부(146)를 형성하고, V홈 지지체(147)의 V홈 부분에 볼록부(146)를 끼우도록 하고 있다. 도 72a와 마찬가지로 V홈 지지체(147)에 볼록부(146)를 밀어 붙일 필요가 있기 때문에, 연직 하방으로 볼록면경(134)을 끌어당기는 2개의 스프링(143)을 볼록부(146)의 좌우에 설치하고 있다. 이 경우, 원호형상의 볼록부(146)의 중심에 볼록면경 정점(135P)이 위치하도록 하면, 도 74에서 설명한 편심 거리가 0이 되어 볼록면경(134)을 보다 이상적인 상태에서 지지할 수 있다.

또한, 도 75c에 도시한 바와 같이, 제1 나사 고정부(136)가 설치된 1변과 마주하는 상변에 제2 나사 고정부(137), 제3 나사 고정부(138)를 설치하도록 해도 되며, 도 72의 경우와 동일한 효과가 얻어진다.

그리고, 화상 표시 장치의 상하를 역전시켜 사용하는 경우(제17 실시형태)도 상정할 수 있기 때문에, 이 때에는 도 76의 정면도에 도시한 바와 같이 상하 역전시킨 볼록면경(134)에 있어서 제1 나사 고정부(136)의 좌우의 스프링 고정부(146A,146B)에 2개의 스프링(143)의 일단을 각각 고정하고, 스프링(143)의 타단을 모두 1점(Ps)에 고정하여 볼록면경(134)을 스프링(143)으로 인장하도록 해도 된다.

이 때, 스프링(143)의 1점 고정의 위치는 제1 나사 고정부(136)보다 높아져서 볼록면경(134)에 대한 스프링(143)의 인장력이 좌우에서 균형이 잡히도록 한다. 이와 같이 함으로써, 제1 나사 고정부(136)에 집중되는 응력을 스프링(143)으로 분산시킬 수 있게 되어 제1 나사 고정부(136)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 이 제18 실시형태에 의하면, 플라스틱 합성수지로 볼록면경을 제조하도록 하였기 때문에, 그 형상을 쉽게 성형할 수 있음과 동시에 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제18 실시형태에 의하면, 볼록면경(134)의 정면 밑변에 소정 편심 거리(EXC)로 볼록면경 정점(135P) 근방에 설치되어 피봇 고정되는 제1 나사 고정부(136)와, 볼록면경(134)의 정면 좌변에 슬라이딩 지지되는 제2 나사 고정부(137)와, 볼록면경(134)의 정면 우변에 슬라이딩 지지되는 제3 나사 고정부(138)를 볼록면경(134)에 설치하도록 하였기 때문에, 온도 변화에 기인하는 열팽창·열수축으로 인한 볼록면경(134)의 형상의 변형이나 볼록면경 정점(135P)의 어긋남을 억제하여 화상 표시 장치의 광학 성능의 열화를 방지할 수 있다는 효과가얻어진다.

그리고, 이 제18 실시형태에 의하면, 볼록면경 장착 기구(140) 및 제1 나사 고정부(136)는 테이퍼 나사(139)에 의해 나사 고정됨과 동시에 테이퍼 나사(139)의 테이퍼 부분과 합치되는 테이퍼 형상의 구멍을 갖도록 하였기 때문에, 피봇 고정을 확실하게 실시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제18 실시형태에 의하면, 볼록면경(134)의 정면 밑변에 소정 편심 거리(EXC)로 볼록면경 정점(135P) 근방에 형성된 오목부(144)와, 그 곡면을 오목부(144)에 끼우는 원기둥 지지체(145)와, 오목부(144)의 좌우에 그 일단이 각각 고정되어 인장력을 갖는 2개의 스프링(143)과, 슬라이딩 지지되는 제2 나사 고정부(137)과, 슬라이딩 지지되는 제3 나사 고정부(138)을 볼록면경(134)에 설치하도록 하였기 때문에, 온도 변화에 기인하는 열팽창·열수축으로 인한 볼록면경(134)의 형상 변형이나 광축(135)의 어긋남을 억제하여 화상 표시 장치의 광학 성능의 열화를 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제18 실시형태에 의하면, 볼록면경(134)의 정면 밑변에 볼록면경 정점(135P) 근방에 형성된 원호형상의 볼록부(146)와, 볼록부(146)를 그 V홈에 끼우는 V홈 지지체(147)와, 볼록부(146)의 좌우에 그 일단이 각각 고정되어 인장력을 갖는 2개의 스프링(143)과, 슬라이딩 지지되는 제2 나사 고정부(137)와, 슬라이딩 지지되는 제3 나사 고정부(138)를 볼록면경(134)에 설치하도록 하였기 때문에, 온도 변화에 기인하는 열팽창·열수축으로 인한 볼록면경(134)의 형상 변형이나 광축(135)의 어긋남을 억제하여 화상 표시 장치의 광학 성능의 열화를 방지할 수있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제18 실시형태에 의하면, 제1 나사 고정부(136)의 좌우에 그 일단이 각각 고정됨과 동시에 타단은 공통의 일점에서 고정되어 인장력을 갖는 2개의 스프링(143)을 구비하도록 하였기 때문에, 화상 표시 장치를 상하 역전시켜 이용할 때에 제1 나사 고정부(136)에 집중되는 응력을 스프링(143)에 분산시킬 수 있게 되어 제1 나사 고정부(136)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 이 제18 실시형태에 의하면, 볼록면경 장착 기구(140, 142)에 대해 나사 고정부(136, 137, 138) 중 볼록면경(134)의 반사면인 프런트면(134F)측을 접촉 지지하도록 하였기 때문에, 볼록면경(134)의 반사면을 정밀도 좋게 배치할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이상의 설명에서는, 볼록면경(134)을 광축(135) 주변에 회전 대칭인 형상으로 하였으나, 이 제18 실시형태에서는 비회전 대칭인 합성수지제의 구성 요소에 적용할 수도 있다.

또한, 제2 나사 고정부(137), 제3 나사 고정부(138)는 각 1개로 한정되는 것은 아니며, 각 2개 이상 설치해도 된다.

제19 실시형태

제18 실시형태에 이어서 이 제19 실시형태도 온도 변화 대책을 실시한 화상 표시 장치에 대해 설명한다.

도 77은 본 발명의 제19 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 조명 광원계나 볼록면경 다음의 구성에 대해서는 도시를 생략한다.

도 77에 있어서, 참조 번호 148은 마이크로 미러 디바이스(송신 수단, 화상 정보 부여부), 149는 각 실시형태의 굴절 광학 렌즈, 150은 굴절 광학 렌즈(149)의 광축, 151은 마이크로 미러 디바이스(148)나 굴절 광학 렌즈(149) 등의 광학계를 설치하는 광학 베이스(지지 기구)이다. 광학 베이스(151)는 도 45에 도시한 지지기구(74)(제10 실시형태 참조)에 상당하는 것으로서, 굴절 광학 렌즈(149)나 도시하지 않은 광로 절곡 반사경·볼록면경을 일체화하여 지지함과 동시에 여기에서는 마이크로 미러 디바이스(148)도 지지하고 있다.

참조 번호 152, 153은 광학 베이스(151)에 고정되어 굴절 광학 렌즈(149)를 슬라이딩 지지하는 2개의 슬라이딩 지지기둥이다. 굴절 광학 렌즈(149)는 슬라이딩 지지기둥(152, 153)상을 광축(150) 방향으로 슬라이딩할 수 있게 되어 있다.

참조 번호 154는 광학 베이스(151)상에 고정된 장착판, 155는 굴절 광학 렌즈(149) 하부에 고정된 장착판, 156은 도시하지 않은 전원으로부터 인가되는 직류의 제어 전압에 의해 광축(150) 방향의 길이가 변화되는 전압 소자이다. 장착판(154, 155)은 모두 슬라이딩 지지기둥(152)과 슬라이딩 지지기둥(153) 사이에 있으며, 서로 대향하는 면에서 압전 소자(156)을 꼭 끼우듯이 하여 압전 소자(156)와 각각 접촉 지지되어 있다.

마이크로 미러 디바이스(148)에서 출사된 광(광화상 신호)은, 굴절 광학 렌즈(149)를 통해 각 실시형태에서 나타낸 바와 같이 도시하지 않은 볼록면경, 평면경, 스크린으로 순차 진행해 간다. 이 때, 스크린에 표시되는 화상의 핀트를 예컨대 상온하에서 초기 조정한 경우, 화상 표시 장치의 사용 환경의 온도 변화에 따라화상의 핀트가 빗나가는 일이 생긴다.

이 핀트의 빗나감은, 굴절 광학 렌즈(149)내의 각 렌즈군 및 각 렌즈의 간격, 또한 광학 베이스(151)나 광학 베이스(151)상의 각 광학계 구성 요소의 온도 분포·선팽창률의 차이로 인해 발생하는 것으로서, 광축(150) 방향에 있어서의 열팽창·열수축의 정도가 각각 달라져서 광학계 각 구성 요소의 상대적인 위치 관계가 어긋남에 기인한다. 특히 문제가 되는 것은, 마이크로 미러 디바이스(148)에서 굴절 광학 렌즈(149)까지의 광축(150) 방향의 두께(L0)의 변화로서, 핀트의 빗나감에 대해 큰 영향을 미침을 수치 해석 등의 결과로부터 알 수 있다. 이것은, 렌즈 그 자체의 온도 변화로 인해 핀트가 최적이 되는 L0의 값이 변화하여 최적치(L0)가 L0A가 되는 것과, 물리적인 온도 변화로 인해 L0의 값 그 자체가 변화하여 물리 거리(L0)가 L0B로 되는, 2가지 요인이 존재한다. 여기에서, 온도가 변화하여도 L0A=L0B의 관계가 보존되면, 핀트에 빗나감이 발생하지 않는다. 그러나, L0A≠L0B의 경우는 핀트의 빗나감을 발생시킨다.

이 길이(L0B-L0A)의 변화를 보상하기 위해, 도 77에서는 제어 전압에 의해 광축(150) 방향의 길이를 조정할 수 있는 압전 소자(156)를 설치하도록 하고 있다. 즉, 압전 소자(156)에 대해 제어 전압의 초기 오프셋을 인가한 상태에서 최초의 핀트 조정을 실시해 둔다. 그리고, 화상 표시 장치에 대한 사용 환경의 온도 변화에 따라 압전 소자(156)로 인가하는 제어 전압을 증감시킨다.

이와 같이 하여, 압전 소자(156)의 광축(150) 방향의 길이를 변화시켜 압전 소자(156)에 접촉 지지된 장착판(154,155) 사이의 거리를 변화시키면, 슬라이딩 지지기둥(152,153)상에서 굴절 광학 렌즈(149)가 광축(150)을 따라 슬라이딩하게 된다.

예컨대, 온도 변화에 따라 길이(L0B-L0A)가 초기 조정 상태보다 길어진 경우에는 제어 전압을 줄여서 압전 소자(156)의 길이를 감소시킨다. 이에 따라, 굴절 광학 렌즈(149)는 슬라이딩 지지기둥(152,153)상을 슬라이딩하여 마이크로 미러 디바이스(148)로 광축(150) 방향을 따라 접근하기 때문에, 온도 변화의 영향을 받은 길이(L0)를 초기 조정 상태로 되돌릴 수 있다.

반대로, 길이(L0B-L0A)가 짧아진 경우에는 제어 전압을 증가시켜 압전 소자(156)의 길이를 증가시킨다. 이에 따라, 굴절 광학 렌즈(149)는 슬라이딩 지지기둥(152,153)상을 슬라이딩하여 마이크로 미러 디바이스(148)로부터 광축(150) 방향을 따라 멀어져서 온도 변화의 영향을 받은 길이(L0)를 초기 조정 상태로 되돌릴 수 있다.

이와 같이, 도 77의 구성에서는, 핀트의 빗나감에 대해 큰 영향을 미치는 길이(L0)의 변화를 압전 소자(156)로의 제어 전압을 조정함으로써 보상할 수 있게 되어 온도 변화에 기인하는 핀트의 빗나감을 조정할 수 있다.

또한, 핀트의 빗나감에 대한 온도 변화 대책으로서 도 78에 도시한 바와 같은 구성도 생각할 수 있다. 도 78은 본 발명의 제19 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 77과 동일한 부호는 동일한 구성 요소이고, 조명 광원계나 볼록면경 다음의 구성에 대해서는 도시를 생략한다.

도 78에 있어서, 참조 번호 157은 광학 베이스(151)상에 고정된 기어 지지기둥으로서, 모터 등을 포함한 기어 기구(157G)에 의해 정밀하면서 또한 광축(150) 방향으로의 요동을 줄여 굴절 광학 렌즈(149)를 광축(150) 방향으로 이동시키는 것이다. 158, 159는 온도 센서로서, 온도 센서(158)은 굴절 광학 렌즈(149)의 경통 온도(T1)를, 온도 센서(159)는 광학 베이스(151)의 온도(T2)를 각각 센싱한다.

또한, 참조 번호 160은 광학 베이스(151)를 가열·냉각하는 가열 냉각기로서, 펠티어 소자가 그 대표예이다. 161은 CPU 등의 컨트롤 유닛으로서, 온도(T1,T2)에 따라 기어 기구(157G)나 가열 냉각기(160)를 피드 백 제어한다.

도 77에서는 압전 소자(156)에 의해 길이(L0B-L0A)를 조정하였으나, 도 78에서는 기어 기구(157G)에 의해 굴절 광학 렌즈(149)를 광축(150) 방향으로 이동시켜 길이(L0B-L0A)의 조정을 도모하고 있다. 이와 같이 해도 도 77의 경우와 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 도 78의 특징적인 점은, 온도 센서(158, 159)에 의해 굴절 광학 렌즈(149), 광학 베이스(151)의 온도(T1, T2)를 각각 리얼 타임으로 센싱하고, 이들 온도(T1, T2)에 따라 컨트롤 유닛(161)이 기어 기구(157G), 가열 냉각기(160)를 피드 백 제어하고 있는 점이다.

여기에서, 굴절 광학 렌즈(149)의 경통의 선팽창률, 광학 베이스(151)의 선팽창률을 각각 ρ1, ρ2라 하고, 그 광 입사단에서 기어 지지기둥(157)의 위치까지의 광축(150) 방향에 있어서의 굴절 광학 렌즈(149)의 길이를 L1(L0+L1=L2), 핀트 초기 조정시에 있어서의 굴절 광학 렌즈(149), 광학 베이스(151)의 각 온도를 모두 T0라 한다.

그리고, 화상 표시 장치가 사용 환경하에 놓여져서 그 내부에 온도 구배가 발생하여 길이(L0)가 L0B=L0+ΔL0로 변화되었을 때에, 온도 센서(158, 159)가 굴절 광학 렌즈(149), 광학 베이스(151)의 온도를 T1, T2(T1≠T2)로 각각 센싱되었다고 하자. 이 때, 변화분(ΔL0B)은 ΔL0B=L2·ρ2·(T2-T0)-L1·ρ1·(T1-T0)로 구할 수 있다. 또한, 미리 렌즈 경통 온도(T1)에 대한 핀트가 최적이 되는 L0 값의 변화량(ΔL0B)을 컨트롤 유닛(161)에 기억시켜 둔다.

이 길이(L0)의 물리적인 변화분(ΔL0B)을 컨트롤 유닛(161)이 산출하고, 컨트롤 유닛(161)이 기어 기구(157G)를 조정하여 광학적 핀트 이동량(ΔL0B-ΔL0A)를 0으로 하도록 L0의 길이를 보상한다. 이와 같이 함으로써, 광학적 핀트 이동량(ΔL0B-ΔL0A)(핀트 보상량)을 상쇄하도록 굴절 광학 렌즈(149)는 기어 기구(157G)에 의해 광축(150) 방향으로 이동하게 되어 사용 환경하의 온도 변화에 의존하지 않고 도시하지 않은 스크린에 표시된 화상의 핀트를 유지할 수 있다. 물론, 압전 소자(156)와 마찬가지로 기어 기구(157G)는 제어 전압으로 동작시켜도 된다.

또한, 컨트롤 유닛(161)은, 온도 센서(158, 159)로부터 온도(T1, T2)가 부여되면 기어 기구(157G)를 조정하여 L0의 길이를 조정하는 대신에 의도적으로 가열 냉각기(160)에 의해 광학 베이스(151)를 가열·냉각하고, 광학 베이스(151)의 열팽창·열수축을 이용해서 L2의 길이를 제어해도 된다. 이와 같이 함으로써, 핀트의 빗나감을 유발한 온도 구배를 억제할 수 있게 되어 사용 환경하의 온도 변화에 의존하지 않고 도시하지 않은 스크린에 표시된 화상의 핀트를 유지할 수 있다.

그리고, 온도 센서(158, 159), 컨트롤 유닛(161) 및 기어 기구(157G)에 의한 온도 변화 대책과, 온도 센서(158, 159), 컨트롤 유닛(161) 및 가열 냉각기(160)에 의한 온도 변화 대책은 어느 한 쪽만을 실시해도 되고 병용해도 된다.

또한, 온도 센서(158, 159)의 수량은 특별히 한정되는 것은 아니며, 마찬가지로 가열 냉각기(160)의 수량도 한정되지 않고, 온도 센서(158,159) 및 가열 냉각기(160)의 위치도 한정되지 않는다.

그리고 화상 표시 장치의 성능상, 특별히 문제가 발생하지 않는 범위라면, 굴절 광학 렌즈(149)를 가열 냉각기(160)에 의해 가열·냉각하는 것도 생각할 수 있다.

그리고, 도 78의 온도 센서(158, 159), 컨트롤 유닛(161)을 도 77의 압전 소자(156)에 적용해도 된다.

그리고, 온도 센서(158, 159)로 센싱된 온도(T1, T2)가 화상의 핀트를 반드시 반영하고 있다고는 할 수 없기 때문에, 컨트롤 유닛(161)에 학습 기능을 구비하여 이 학습 기능에 의해 온도 변화 대책을 도모해도 된다.

즉, 어느 한 환경 온도(T3)하에서 화상 표시 장치의 핀트 초기 조정을 조정자가 실시하고, 이 때의 길이[L0]_T3를 컨트롤 유닛(161)에 기억시킨다. 계속해서 마찬가지로 환경 온도(T4(≠T3))하에서도 핀트 초기 조정을 실시하고, 이 때의 길이[L0]_T4도 컨트롤 유닛(161)에 기억시킨다.

이에 따라, 컨트롤 유닛(161)은 (T3,[L0]_T3), (T4,[L0]_T4)의 2가지 핀트 조정점으로부터 이 2점을 직선 보간하여 보간 관계식을 산출한다. 그리고 컨트롤 유닛(161)은 실제 환경하에 놓인 화상 표시 장치의 임의의 환경 온도(Tx)를 온도 센서로 센싱하고, 환경 온도(Tx)에 대한 최적의 길이[L0]_Tx를 보간 관계식으로 구하여 압전 소자(156)나 기어 기구(157G)로 길이(L0)(핀트 보상량)를 보상한다.

또한, 학습 회수를 3회 이상의 n회(핀트 조정점을 3개 이상)로 하고, 각각의 온도에 대응한 최적 길이의 n개의 값과 온도 관계로부터 보간 관계식을 도입하면, 보다 정확한 핀트 조정이 가능해진다.

이 학습 제어 방식의 경우, 환경 온도와 핀트의 관계를 조정자의 육안으로 1대1로 대응시키고, 그 결과를 컨트롤 유닛(161)에 학습시키고 있기 때문에, 보다 정확한 핀트 조정을 실시할 수 있다. 그리고, 이 경우의 온도 센서는 환경 온도를 센싱할 수 있도록 화상 표시 장치에 설치된다.

그리고 상기 학습 제어 방식과 동일한 이유에 의해, 핀트의 빗나감을 반드시 반영하지 않은 온도(T1, T2)가 아니라, 화상 표시 장치에 표시되는 화상의 핀트를 직접 검출하여 피드 백 제어하도록 해도 된다.

도 79는 본 발명의 제19 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 77, 도 78과 동일한 부호는 동일 또는 상당하는 구성 요소이다.

도 79에 있어서, 참조 번호 162는 각 실시형태의 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부), 163은 평면경(제1 실시형태), 164는 스크린(표시 수단)이다. 스크린(164)상의 표시 화상은 오버 스캔 표시되어 화상 표시 영역(165)과 비화상표시 영역(166)으로 분할되어 있다. 예컨대, 1024×768의 XGA 규격으로 화상의 상하좌우에서 12도트씩 줄이면, 화상 표시 영역(165)은 1000×744가 되고, 비화상 표시 영역(166)은 사선을 그은 12도트폭의 띠가 된다.

또한, 참조 번호 167은 소형 반사경, 168은 CCD 소자이다. 소형 반사경(167)은 평면경(163)으로부터 비화상 표시 영역(166)으로 투영되는 광을 반사하고, CCD 소자(168)는 소형 반사경(167)에서 반사된 광을 수광하면, 그 광에서 얻어진 핀트 정보를 컨트롤 유닛(161)으로 출력한다.

여기에서는, 마이크로 미러 디바이스(148)의 작은 미러를 제어하여, 예컨대 1도트 표시 화상에 상당하는 광이 CCD 소자(168)에서 항상 수광되도록 하고 있다. 그리고, CCD 소자(168)의 수광면과 스크린(164)의 화상 형성면이란, 굴절 광학 렌즈(149), 볼록면경(162)으로 이루어진 투영 광학계에 대해 동등한 광로 길이의 위치에 배치된다.

이어서, 동작에 대해 설명한다.

마이크로 미러 디바이스(148)로부터의 대부분의 광은, 굴절 광학 렌즈(149), 볼록면경(162), 평면경(163), 스크린(164)으로 순차 진행하여 화상 표시 영역(165)에 화상을 표시한다. 동일한 순번으로 스크린(164)의 화상 표시 영역(166)으로 입사되는 1도트 표시 화상의 광은 소형 반사경(167)에서 반사되어 CCD 소자(168)로 입사된다.

CCD 소자(168)에서는 CCD 소자내의 모든 화상을 참조하여 화상 표시 영역(165)에 표시되는 화상의 핀트 정보를 1도트 표시 화상의 광으로부터 얻어 컨트롤 유닛(161)으로 1회째의 핀트 정보로서 출력한다. 컨트롤 유닛(161)은 1회째의 핀트 정보를 해석하고, 도 77이나 도 78의 구성을 구비한 굴절 광학 렌즈(149)를 피드 백 제어하여 화상의 핀트 조정을 실시한다.

일반적으로 핀트 조정을 실시하면, 광학적인 불균일성으로 인해 핀트가 가장 맞는 화면상의 위치가 약간 이동하는 경우가 있다. 따라서, 핀트 조정시마다 CCD 소자(168)내의 모든 화소를 참조함으로써, CCD 소자(168)상에서의 핀트 위치의 어긋남을 보상할 수 있다.

피드 백 제어된 굴절 광학 렌즈(149)로부터의 대부분의 광은 화상 표시 영역(165)에 화상을 표시한다. 비화상 표시 영역(166)을 향하는 1도트 표시 화상의 광은, 소형 반사경(167), CCD 소자(168)에 의해 2회째의 핀트 정보로서 검출되어 굴절 광학 렌즈(149)에 대한 컨트롤 유닛(161)의 피드 백 제어에 사용된다. 이하, 3회째 이후도 동일한 동작이 반복된다.

이와 같이, 비화상 표시 영역(166)으로 입사되는 1도트 표시 화상의 광으로부터 핀트 정보를 CCD 소자(168)에 의해 검출하고 있기 때문에, 온도 등의 2차적인 정보를 사용하지 않고 핀트의 빗나감을 직접 반영한 핀트 조정이 가능해진다.

투영 광학계에 대해 핀트 조정을 실시하면, 투영 광학계가 약간 기계적으로 움직이거나 또는 왜곡 특성이 미량 변화되어 CCD 소자(168)상의 1도트 표시 화상 위치가 약간 움직이는 경우가 있다. 또한, 화상 표시 영역 전체를 이동시킨 경우에도, 화상 표시 영역에 외부에서 가해지는 응력이 변화됨으로써 투영 광학계가 기계적으로 미소량 변화되어 1도트 표시 화상 위치가 약간 움직이는 경우가 있다.

어떠한 경우에도 이미지의 이동 범위에 대해 CCD 소자(168)의 크기를 충분히 크게 하여(화상 이동량 및 측정 영역을 만족하는 크기로 하여), 가령 1도트 표시 화상이 이동하더라도 CCD 소자(168)로부터 돌출하는 일이 없도록 해 둔다. 이와 같이 함으로써, 측정마다 1도트 표시 화상 위치 및 그 주변 정보를 측정하면, 화상의 이동(어긋남)이 발생하여도 측정 결과에 영향을 미치는 일 없이 정확한 핀트 조정을 실시할 수 있게 된다.

이상의 동작중에서, 컨트롤 유닛(161)에 의한 핀트 정보의 해석 방법에 대해 좀 더 설명해 둔다.

도 80은 컨트롤 유닛(161)의 핀트 정보의 해석 방법을 나타낸 도면으로서, 도 80a∼도 80c의 3가지 방법을 도시하고 있다. 횡축은 CCD 소자(168)의 수광면의 위치 좌표이고, 실제로는 2차원 좌표가 된다. 또한, 종축은 광의 강도를 나타낸다.

도 80a∼도 80c에 있어서, Cm, Cm+1은 각각 m회째, m+1회째(m=1,2,…)의 핀트 정보로서, 광의 강도 분포 특성을 나타낸다. 구체적으로 Cm, Cm+1은 2차원 어레이형상의 CCD 소자(168)의 각 단위 수광 소자에서 얻어지는 전기 신호로서, CCD 소자(168)상으로 입사되는 1도트 표시 화상의 광의 조도 분포에 비례한 프로파일을 갖는다.

또한, 도 80a의 Peakm, Peakm+1은 각각 핀트 정보(Cm, Cm+1)의 강도 피크값, 도 80b의 FWHMm, FWHMm+1은 각각 핀트 정보(Cm, Cm+1)의 반치 전폭(Full Width Half Maximum)이다.

그리고, 도 80c의 GRADm, GRADm+1은 각각 핀트 정보(Cm, Cm+1)에 있어서의 피크값에서 환산되는 어깨부의 기울기의 크기로서, 예컨대 피크값 강도의 10%, 90%가 얻어지는 핀트 정보(Cm,Cm+1)상의 특정점을 연결하는 직선의 기울기를 나타낸다. 어깨부의 기울기란, 피크값의 α, β%(0%＜α, β＜100%, α≠β)가 얻어지는 2점을 연결하는 직선의 기울기로 한다.

도 80a의 해석 방법에 따른 경우, m회째의 핀트 정보에서 얻어지는 피크값(Peakm)보다 m+1회째의 핀트 정보의 피크값(Peakm+1)이 커지도록 컨트롤 유닛(161)은 굴절 광학 렌즈(149)를 피드 백 제어한다.

도 80b의 경우라면, m회째의 핀트 정보로부터 얻어지는 반값 전폭(FWHMm)보다 m+1회째의 핀트 정보의 반값 전폭(FWMm+1)이 작아지도록, 도 80c의 경우라면, m회째의 핀트 정보로부터 얻어지는 어깨부의 기울기(GRADm)보다 m+1회째의 핀트 정보의 어깨부의 기울기(GRADm+1)가 커지도록 컨트롤 유닛(161)은 굴절 광학 렌즈(149)를 피드 백 제어한다.

그리고, 핀트 정보의 반값 전폭 이외의 폭, 예컨대 1/10 강도의 폭(1/e²)의 강도의 폭 등과 같이, 핀트 정보에 있어서 소정 레벨을 부여하는 폭(소정 레벨의 폭)을 최소화해도 됨은 물론이다.

도 80a∼도 80c의 모든 경우, CCD 소자(168)로 얻어지는 핀트 정보로부터 화상 표시 영역(165)에 표시되는 화상의 핀트 조정을 실시할 수 있다.

그리고, 도 79a에서는 소형 반사경(167), CCD 소자(168)를 비화상 표시영역(166)에 배치하였으나, 도 79b에 도시한 바와 같이 최대한 화상 표시 영역(165)내로 화상 표시 장치의 케이스(이점파선으로 표시함)를 제한한 경우에 소형 반사경(167)은 특히 유효한 효과를 나타낸다. 즉, 케이스의 제한하에 있어서 화상 표시 영역(165)에 투영되는 광의 가려짐을 발생시키지 않고 소형 반사경(167), CCD 소자(168)를 케이스 내부에 배치하여 핀트 조정을 검출할 수 있다.

소형 반사경(167), CCD 소자(168)의 배치 위치에 관해서는 이하의 조건을 만족하도록 배치한다.

·소형 반사경(167)을 스크린(164)에서 떨어진 위치에 배치한다

·소형 반사경(167)과 CCD 소자(168)의 간격은 소형 반사경(167)에서 스크린(164)까지의 광로 길이와 같게 한다.

물론, 도 81과 같이 비화상 표시 영역(166)의 임의의 개소에 CCD 소자(168)만을 배치하여 1도트 상당의 광의 조도 분포를 직접 검출하도록 해도 된다.

또한, 핀트 조정용 표시 패턴은, 1도트 표시 화상 이외에 라인형상이나 십자선과 같은 표시 화상으로 해도 된다.

여기에서, 온도 변화 대책에 관련된 수치 실시예를 1개 기재한다.

이상의 설명에서는, 굴절 광학 렌즈(149) 전체를 이동시켜 온도 변화에 대한 핀트 조정을 실시해 왔으나, 이 제19 실시형태는 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이 명세서의 각 부분에서 설명한 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(149)는 복수의 렌즈로 구성되어 있기 때문에, 핀트 조정하기 위해 굴절 광학 렌즈(149)를 구성하는 모든렌즈군의 일부 혹은 볼록면경(162)을 도 77∼도 80과 동일한 방법에 의해 이동시키도록 해도 된다. 볼록면경(162)을 이동시킬 때에는, 기어 기구(157G)를 구비한 기어 지지기둥(157)을 볼록면경의 지지에 사용해서 기어 기구(157G)를 구동 제어하면 된다.

예컨대, 수치 실시예 14A에서 나타낸 화상 표시 장치의 구성(도 55)을 도 82에 재게시한다.

굴절 광학 렌즈(149)를 구성하는 모든 렌즈군 중에서 도 82에 도시하지 않은 볼록면경에 가장 가까운 렌즈(149A)와, 렌즈(149A)에 이어서 볼록면경에 가까운 렌즈(149B)와, 렌즈(149B)에 이어서 볼록면경에 가까운 렌즈(149C)의 3장의 렌즈를 광축(150) 방향으로 이동시키면, 결상 성능의 열화를 최소한으로 억제하면서 마이크로 미러 디바이스(148)에서 굴절 광학 렌즈(149)까지의 거리(L0)의 변화를 보상할 수 있음을 수치 계산 결과로부터 알 수 있다.

마지막으로 이 제19 실시형태에 있어서, 각 구성 요소의 연직방향에서의 온도 변화 대책을 설명한다.

도 83에 도시한 바와 같이, 광학 베이스(지지 기구)(151)상의 각 구성 요소가 온도 변화에 따라 받는 연직방향(광학 베이스(151)의 법선방향)의 어긋남에 대해서는, 예컨대 굴절 광학 렌즈(149)의 슬라이딩 지지기둥(152, 153), 볼록면경(161)을 광학 베이스상에 고정 지지하는 고정 지지기둥(169)에 있어서, 슬라이딩 지지기둥(152, 153), 고정 지지기둥(169)의 연직방향의 높이와 선팽창률의 곱이 같아지도록 설계하면 된다.

이와 같이 함으로써, 온도 변화로 인한 연직방향의 어긋남이 모든 구성 요소에 있어서 일정해져서 연직방향에서의 광축(150)의 어긋남을 방지할 수 있다. 그리고, 도 83에서는 마이크로 미러 디바이스(148)의 지지기둥의 도시를 생략하였으나, 마이크로 미러 디바이스(148)의 지지기둥에 관해서도 연직방향의 높이와 선팽창률의 곱을 다른 지지기둥과 같게 한다.

이상과 같이, 이 제19 실시형태에 의하면, 광학 베이스(151)상에 설치되며, 굴절 광학 렌즈(149)의 모든 렌즈군 또는 일부 렌즈군을 슬라이딩 지지하는 2개의 슬라이딩 지지기둥(152, 153)과, 광학 베이스(151)상 및 굴절 광학 렌즈(149)의 전체 또는 그 일부의 렌즈군의 하부에 각각 고정되며, 슬라이딩 지지기둥(152, 153)의 사이에 위치하는 장착판(154, 155)과, 장착판(154, 155)에 의해 끼워지듯이 접촉 지지되며 제어 전압의 증감에 따라 광축(150) 방향으로 그 길이가 변화하는 압전 소자(156)를 구비하도록 하였기 때문에, 온도 변화로 발생하는 핀트의 빗나감을 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제19 실시형태에 의하면, 광학 베이스(151)상에 설치되며, 기어 기구(157G)에 의해 굴절 광학 렌즈(149) 전체 또는 그 일부의 렌즈군을 기어 기구(157G)에 의해 광축(150) 방향으로 이동시키는 기어 지지기둥(157)을 구비하도록 하였기 때문에, 온도 변화로 발생하는 핀트의 빗나감을 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 광학 베이스(151) 또는 굴절 광학 렌즈(149) 중 적어도 일측에 가열 냉각기(160)를 설치하도록 하였기 때문에, 사용환경하에서 발생하는 온도 구배를 억제하여 핀트의 빗나감을 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 굴절 광학 렌즈(149)의 경통 온도(T1)를 센싱하는 온도 센서(158)와, 광학 베이스(151)의 내부 온도(T2)를 센싱하는 온도 센서(159)와, 경통 온도(T1) 및 내부 온도(T2)로부터 길이(L0)의 최적치 또는 온도 차분(ΔT)을 산출하여 압전 소자(156), 기어 기구(157G) 또는 가열 냉각기(160) 중 적어도 1개를 피드 백 제어하는 컨트롤 유닛(161)을 구비하도록 하였기 때문에, 온도 변화로 발생하는 핀트의 빗나감을 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 사용 환경하의 온도를 센싱하는 온도 센서와, 핀트 초기 조정에서의 환경 온도(T3)의 길이[L0]_T3와 핀트 초기 조정에서의 환경 온도(T4)의 길이[L0]_T4를 선형 보간한 선형 보간식에 따라 사용 환경하의 온도에 적합한 길이(L0)를 산출하여 압전 소자(156) 또는 기어 기구(157G)를 피드 백 제어하는 컨트롤 유닛(161)를 구비하도록 하였기 때문에, 환경 온도와 핀트의 관계를 1대1로 대응시켜 보다 정확한 핀트 조정을 실시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 스크린(164)의 비화상 표시 영역(166)으로 입사되는 광으로부터 핀트 정보를 검출하는 CCD 소자(168)와, CCD 소자(168)에서 얻어진 핀트 정보를 해석하여 압전 소자(156) 또는 기어 기구(157G)를 피드 백 제어하는 컨트롤 유닛(161)을 구비하도록 하였기 때문에, 온도 등의 2차적인 정보를 사용하지 않고 핀트의 빗나감을 직접 반영하여 핀트 조정을 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 비화상 표시 영역(166)으로 입사되는 광을 CCD 소자(168)로 반사하는 소형 반사경(167)을 구비하도록 하였기 때문에, 최대한 화상 표시 영역(165)으로 케이스가 제한되어 있는 경우에도 핀트 조정을 검출할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 컨트롤 유닛(161)은 CCD 소자(168)로 입사되는 광의 강도 분포 특성 프로파일을 핀트 정보로 하여 핀트 정보의 피크값(Peakm)을 가능한 한 크게 하도록 피드 백 제어를 실시하기 때문에, 핀트의 빗나감을 직접 반영하여 핀트 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 컨트롤 유닛(161)은 CCD 소자(168)로 입사되는 광의 강도 분포 특성 프로파일을 핀트 정보로 하여 핀트 정보의 반치 전폭(FWHMm)을 가능한 한 작게 하도록 피드 백 제어를 실시하기 때문에, 핀트의 빗나감을 직접 반영하여 핀트 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 컨트롤 유닛(161)은 CCD 소자(168)로 입사되는 광의 강도 분포 특성 프로파일을 핀트 정보로 하여 핀트 정보의 어깨부의 기울기(GRADm)를 가능한 한 크게 하도록 피드 백 제어를 실시하기 때문에, 핀트의 빗나감을 직접 반영하여 핀트 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제19 실시형태에 의하면, 굴절 광학 렌즈(149)의 슬라이딩 지지기둥(152, 153), 볼록면경(161)의 고정 지지기둥(169)을 연직방향의 높이와 선팽창률의 곱이 모두 같아지도록 하였기 때문에, 연직방향에서의 광축(150)의 어긋남을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이상에서는 광공간 변조 소자로서 마이크로 미러 디바이스로 설명하였으나, 투과형 또는 반사형 액정 등, 다른 광공간 변조소자를 사용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제20 실시형태

도 84은 본 발명의 제20 실시형태에 의한 화상 표시 장치에 적용하는 볼록면경의 구성을 도시한 도면이다. 도 84에 있어서, 170은 각 실시형태의 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부)로서, 광축(171)을 중심으로 하여 회전 대칭인 볼록면경(170O)에서 비반사 부분을 잘라낸 형상을 성형한 것이고, 볼록면경(170)의 프런트면의 광축(171) 근방(비투영 프런트면)에 반사 볼록부(172)를 갖고 있다.

반사 볼록부(172)는 제15 실시형태에서 나타낸 볼록면경(104)의 고반사면(104H) 및 저반사면(104L)을 볼록형화한 것 혹은 전면을 고반사 평면으로 한 것으로서, 볼록면경(170)의 프런트면보다 돌출되어 있고, 이하에 설명하는 화상 표시 장치의 얼라인먼트 조정 방법을 실시할 때에 이용하는 것이다. 반사 볼록부(172) 대신에 도 84b에 도시한 반사 오목부(173)를 볼록면경(170)에 형성하도록 해도 된다. 당연히 반사 오목부(173)는 제15 실시형태에서 나타낸 볼록면경(104)의 고반사면(104H) 및 저반사면(104L)을 오목형화한 것 혹은 전면을 고반사면으로 한 것이다. 반사 볼록부(172), 반사 오목부(173)의 반사면은 평면이고, 이 평면의 법선은 광축(171)에 평행하다.

도 85는 본 발명의 제20 실시형태에 의한 얼라인먼트 조정 방법의 플로우차트를 나타낸 도면이다. 또한, 도 86∼도 90은 도 85의 얼라인먼트 조정 방법의 각 스텝에 따라 광학계 구성 요소가 순차 배치되어 가는 상태를 나타낸 도면이다. 도 84와 동일한 부호는 동일한 구성 요소이다.

<단계 ST1:지그 스크린에 대한 볼록면경의 얼라인먼트 조정>

도 86a에 있어서, 레이저 광원(174)에서 출사되는 평행광속과 지그 스크린(지그 표시 수단)(176)의 법선이 평행해지도록 설치한다. 레이저 광원(174)으로부터는 반사 볼록부(172)보다 큰 단면적의 평행광속이 출사되고 있으며, 빔 스플리터(175)를 통해 지그 스크린(176)으로 팽행광속이 수직으로 입사된다.

지그 스크린(176)의 광축 둘레에는 투과홀(제1 투과홀)(176H)이 형성되어 있고(도 86b), 빔 스플리터(175)를 투과한 평행광속의 일부는 투과홀(176H)을 투과하여 광학 베이스(177)(지지 기구, 도 45, 제10 실시형태 참조)상에 설치된 볼록면경(170)의 반사 볼록부(172)로 진행해 간다.

볼록면경(170)에서는 반사 볼록부(172)에서 평행광속을 반사시켜 왕로의 평행광속과 역방향으로 투과홀(176H)을 투과시킨다. 이 복로의 평행광속은 투과홀(176H)을 투과한 후에 빔 스플리터(175)로 입사되고, 레이저 광원(174)으로부터의 평행광속과 직교하는 방향으로 진행하고 나서, 집광 렌즈(178)에 의해 4분할 검출기(179)(도 60c의 검출기)의 중심으로 집중된다.

볼록면경(170)의 자세를 조정함으로써, 4분할 검출기(179)의 4개의 수광소자로 각각 검출되는 각 광 파워를 동등하게 하면, 투과홀(176H)-반사 볼록부(172) 사이에 있어서의 평행광속의 왕로와 복로가 광축(171)과 일치한 상태(가상 광축)로 되고, 지그 스크린(176)에 대한 볼록면경(170)의 얼라인먼트 조정이 완료된다.

<단계 ST2:볼록면경에 대한 광로 절곡 반사경의 얼라인먼트 조정>

도 86a의 상태에서, 상호 관계를 유지한 채로 레이저 광원(174), 빔 스플리터(175), 집광 렌즈(178) 및 4분할 검출기(179)를 이동시켜 레이저 광원(174), 빔 스플리터(175)로부터의 평행광속의 중심을 굴절 광학 렌즈의 이상적인 광축(180)과 일치시킨다. 그리고, 볼록면경(170)에 대한 광로 절곡 반사경(도 25 등, 제7, 제10 실시형태 참조)(181)의 얼라인먼트 조정을 실시한다(도 87).

도 87에 있어서, 반사 볼록부(172)보다 큰 단면적의 평행광속을 레이저 광원(174)으로부터 빔 스플리터(175)를 통해 출사하고, 소정 위치에 배치된 광로 절곡 반사경(181)에 의해 반사 볼록부(172)로 반사한다. 반사 볼록부(172)는 입사되는 평행광속보다 작은 반사면으로 되어 있기 때문에, 평행광속의 일부만이 광로 절곡 반사경(181)으로 반사된다.

반사 볼록부(172)로부터의 평행광속은, 광로 절곡 반사경(181)에서 반사되어 빔 스플리터(175)를 향하고, 집광 렌즈(178)을 통해 4분할 검출기(179)에 의해 검출된다. 도 86a의 경우와 마찬가지로 볼록면경(170)에 대한 광로 절곡 반사경(181)의 얼라인먼트 조정(2축의 원근 왜곡 각 조정)이 이상적으로 되면, 4분할 검출기(179)의 각 수광 소자에 의해 각각 검출되는 각 광 파워가 모두 동등해진다.

이 때, 반사 볼록부(172)-빔 스플리터(175) 사이의 평행광속은 광로 절곡 반사경(181)을 통해 왕로와 복로가 일치하고 있으며, 굴절 광학 렌즈의 이상적인 광축(180)의 가상 광축이 레이저 광원(174)의 광속에 의해 만들어진다.

<단계 ST3:홀 반사경에 의한 렌즈 지지 플랜지의 얼라인먼트 조정>

도 87에서 만들어진 이상적인 광축(180)에 대해 굴절 광학 렌즈를 지지하는 렌즈 지지 플랜지(182)와, 굴절 광학 렌즈 대신에 장착한 홀 반사경(183)을 렌즈 지지 플랜지(182)에 설치한다(도 88a). 홀 반사경(183)은 광이 투과하는 투과홀(제2 투과홀)(183H)을 그 중심에 갖고 있으며(도 88b), 레이저 광원(174), 빔 스플리터(175)로부터의 평행광속을 투과하도록 되어 있다. 투과홀(183H)의 주변은 반사면으로 되어 있다.

도 88a에 있어서 투과홀(183H)을 투과한 평행광속은, 광로 절곡 반사경(181)으로부터 반사 볼록부(172)을 향한다. 반사 볼록부(172)에서 반사된 평행광속은 광로 절곡 반사경(181)에서 반사되고, 홀 반사경(183)의 투과홀(183H)을 투과하여 빔 스플리터(175)를 향하고, 집광 렌즈(178)를 통해 4분할 검출기(179)에 의해 검출된다.

또한, 홀 반사경(183)의 투과홀(183H) 주변의 반사면에서 반사된 광속도 동시에 4분할 검출기(179)로 중첩하여 입사된다. 볼록면경(170)에 대한 렌즈 지지 플랜지(182), 홀 반사경(183)의 얼라인먼트 조정(렌즈 지지 플랜지(182)의 2축 원근 왜곡 조정)이 이상적으로 되면, 4분할 검출기(179)의 각 수광 수자에 의해 검출되는 광 파워가 모두 동등해진다.

<단계 ST4:렌즈 지지 플랜지에 굴절 광학 렌즈를 설치>

이상적인 얼라인먼트 상태로 된 렌즈 지지 플랜지(182)에서 홀 반사경(183)을 분리하고, 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부)(184)를 대신 설치하여 레이저 광원(174), 빔 스플리터(175), 집광 렌즈(178) 및 4분할 검출기(179)를 분리한다(도 89).

<단계 ST5:마이크로 미러 디바이스의 화상을 지그 스크린으로 투영>

도 90에 있어서, 마이크로 미러 디바이스(송신 수단, 화상 정보 부여부)(185)를 소정 위치에 설치하고, 마이크로 미러 디바이스(185)에 대해 조명 광원계(송신 수단, 조명 광원부)(186)로부터 광을 조사한다. 마이크로 미러 디바이스(185)에서 화상 정보를 얻은 조명 광원계(186)로부터의 광은, 굴절 광학 렌즈(184), 광로 절곡 반사경(181), 볼록면경(170)을 통해 지그 스크린(176)으로 투영된다.

투영된 광이 지그 스크린(176)상에서 스크린 면내의 정규 위치에 결상되도록, 조명 광원계(186), 마이크로 미러 디바이스(185)의 얼라인먼트 조정(주로, 마이크로 미러 디바이스(185)의 ① 면내 위치 2축, ② 면의 법선 둘레의 회전 1축, ③ 원근 왜곡 보정 2축, ④ 면의 법선방향 이동 1축으로 이루어진 조정으로서, ① 및 ②는 표시 위치, ③ 및 ④는 결상 성능 확인을 위한 중요한 조정)을 실시하면, 일련의 얼라인먼트 조정이 완료된다.

이상과 같이, 이 제20 실시형태에 의하면, 볼록면경(170)의 프런트면의 광축(105) 근방에 반사 볼록부(172) 또는 반사 오목부(173)를 형성하도록 하였기 때문에, 화상 표시 장치의 조립 공정에 있어서 광학계 구성 요소의 얼라인먼트 조정을 쉽게 실시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제20 실시형태에 의하면, 지그 스크린(176)의 투과홀(176H)을 투과한 평행광속을 반사 볼록부(172)(또는 반사 오목부(173))에서 반사하여 반사 볼록부(172)(또는 반사 오목부(173))와 투과홀(176H)의 사이에 있어서 왕로와 복로를 일치시키는 단계 ST1과, 굴절 광학 렌즈의 이상적인 광축(180)과 일치하는 평행광속을 광로 절곡 반사경(181), 반사 볼록부(172)(또는 반사 오목부(173))의 순으로 반사하여 반사 볼록부(172)(또는 반사 오목부(173))와 광로 절곡 반사경(181)의 사이에 있어서 왕로와 복로를 일치시키는 단계 ST2와, 렌즈 지지 플랜지(182)에 설치된 홀 반사경(183)의 투과홀(183H)을 통해 광로 절곡 반사경(181)으로 입사되는 평행광속을 투과시키고, 홀 반사경(183)의 투과홀(183H)의 주변부에서 반사된 광속과, 광로 절곡 반사경(181), 반사 볼록부(172)(또는 반사 오목부(173))를 왕복 반사하는 광속의 진행방향을 일치시키는 단계 ST3와, 렌즈 지지 플랜지(182)에서 홀 반사경(183)을 분리하여 굴절 광학 렌즈(184)를 대신 설치하는 단계 ST4와, 굴절 광학 렌즈(184), 광로 절곡 반사경(181), 볼록면경(170)을 통해 조명 광원계(186) 및 마이크로 미러 디바이스(185)로부터의 광을 지그 스크린(176)상의 정규 위치에 결상시키는 단계 ST5를 구비하도록 하였기 때문에, 화상 표시 장치의 조립 공정에 있어서 광학계 구성 요소의 얼라인먼트 조정을 계통적이면서 쉽게 실시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 단계 ST1∼ST5에 있어서, 4분할 검출기(179)의 분할 검출기 출력을 동등하게 함으로써 다요소의 얼라인먼트 조정을 실시하는 예를 나타냈으나, 그 외에 4분할 검출기(179)의 위치에 얼라인먼트의 목표가 되는 십자선 등을 그린 불투명 유리 지그를 배치하고, 이 불투명 유리 지그상으로의 집광 광속을 접안 렌즈 등을 통해 육안 관측하는 육안 관측 장치로도 조정할 수 있다.

또한, 이상에 나타낸 얼라인먼트 조정은, 반사면의 각도 어긋남을 조정하는 방법을 나타내고 있기 때문에, 동일한 지그를 사용해서 면의 기울기를 측정할 수 있는 장치(예컨대, 오토 콜리메이터 등)를 사용해서 조정할 수도 있다.

물론, 이 제20 실시형태에서 나타낸 얼라인먼트 조정 방법은 제15 실시형태의 볼록면경(104)으로도 가능하고, 제15 실시형태에서 나타낸 얼라인먼트 조정 방법은 이 제20 실시형태의 볼록면경(170)으로도 가능하다.

제21 실시형태

도 91은 본 발명의 제21 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 구성을 도시한 도면이다. 조명 광원계나 평면경, 스크린 등의 도시는 생략한다.

도 91에 있어서, 참조 번호 187은 마이크로 미러 디바이스, 188은 각 실시형태의 굴절 광학 렌즈(투영 광학 수단, 굴절 광학부), 189는 각 실시형태의 볼록면경(투영 광학 수단, 반사부), 190은 굴절 광학 렌즈(188) 및 볼록면경(180)의 광축, 191은 볼록면경(189)의 프런트면(189F)에 접합 형성된 유리나 합성수지 등의 렌즈층이다.

도 91에서는 마이크로 미러 디바이스(187), 굴절 광학 렌즈(188)로부터의 광(광화상 신호)은, 렌즈층(191)의 입출사면(191Iφ)에서 우선 굴절되고, 렌즈층(191)의 내부를 투과하고 나서 볼록면경(189)의 프런트면(189F)으로 입사된다. 그리고, 볼록면경(189)의 프런트면(189F)에서 반사된 광은 렌즈층(191)의 내부를 다시 투과하여 그 입출사면(191Iφ)에서 굴절되어 도시하지 않은 평면경 또는 스크린을 향한다.

즉, 볼록면경(189)과 주고 받아지는 광은, 렌즈층(191)의 입출사면(191Iφ)의 형상이나 그 매질에 따라 광학적 작용을 받게 되어 있다. 따라서, 렌즈층(191)의 표면 형상, 구성 재료(굴절률, 분산) 등을 적절히 설계함으로써 광로 제어를 보다 치밀하게 실시할 수 있게 된다.

이상과 같이, 이 제21 실시형태에 의하면, 볼록면경(189)의 프런트면(189F)에 렌즈층(191)을 형성하도록 하였기 때문에, 렌즈층(191) 자신의 입출사면(191Iφ)의 형상이나 그 굴절률·분산을 적절한 것으로 함으로써, 광로 설계의 자유도를 증가시켜 보다 치밀한 광선 제어를 실시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제22 실시형태

화상 표시 장치의 케이스를 디자인하기 위해서는, 복수의 경사면을 효과적으로 이용한 형상이 종종 채택된다. 이에 따라, 박형화된 화상 표시 장치를 시각적으로 한층 더 얇게 느낄 수 있도록 하고 있다.

도 92는 각 실시형태에서 나타낸 화상 표시 장치를 종래의 케이스에 수납한 경우의 개관을 도시한 도면으로서, 도 92a, 도 92b, 도 92c는 각각 케이스의 정면도, 측면도, 상면도이다. 조명 광원계에서 볼록면경까지의 광학계 구성 요소는 도시를 생략한다.

도 92에 있어서, 참조 번호 192는 스크린, 193은 도시하지 않은 광학계 구성요소가 수납되는 스크린 하부, 194는 스크린(192) 및 스크린 하부(193)로 이루어진 케이스 전부, 195는 스크린(192)과 평행하게 설치된 평면경(도 6의 평면경(22), 제1 실시형태 참조), 196은 평면경(195)이 수납된 케이스 후부, 또한 197U, 197L, 197R은 화상 표시 장치의 케이스를 각각 형성하는 상부 및 좌우부의 경사면(상부 경사면, 좌부 경사면, 우부 경사면), 198은 화상 표시 장치의 저면이다.

도 92의 경우에는, 케이스 전부(194)의 높이는 스크린(192)의 연직방향 설치 높이 및 스크린 하부(193)의 높이에 따라 결정되고, 케이스 전부(194)의 폭은 스크린(192)의 수평방향 길이에 따라 결정된다. 또한, 케이스 후부(196)의 높이·폭은 평면경(195)의 연직방향 설치 높이·수평방향 길이에 따라 각각 결정된다(단, 케이스 후부(196)의 크기를 결정하는 것은 평면경(195)으로 한정되지 않고, 화상 표시 장치의 구성에 따라 예컨대 평면경(195)을 사용하지 않은 경우에는 볼록면경 등으로 변경되는 경우도 있음).

케이스 전부(194) 및 케이스 후부(196)의 높이·폭을 각각 비교하면, 케이스 전부(194)에는 스크린(192)이 설치되어 있기 때문에, 케이스 전부(194)보다 케이스 후부(196)측이 작게 되어 있다고 할 수 있다. 이것은 일반적인 화상 표시 장치에 대해서도 마찬가지이다.

도 92의 화상 표시 장치의 케이스는, 3개의 경사면(197U, 197L, 197R) 및 수평한 저면(198)에 의해 큰 케이스 전부(194)에서 작은 케이스 후부(196)까지의 공간을 둘러싸도록 설계되어 있다. 여기에서, 케이스 전부(194)와 케이스 후부(196)는 좌우의 경사면(197L, 197R)에 의해 직육면체에서 그 코너가 각각 잘라내진 형상으로 되어 있다(도 92c).

이와 같이 함으로써, 화상 표시 장치를 비스듬한 방향(도 92c의 블록 화살표 방향)에서 본 경우에, 어떤 물건에도 차단되지 않고 케이스 후부(196)까지 볼 수 있게 되어 화상 표시 장치의 박형화를 시각적으로 인식시킬 수 있다. 그러나, 직육면체의 케이스를 멀티 구성하는 경우와 비교하면, 경사면(197U, 197L, 197R)을 사용한 화상 표시 장치는, 스크린(192)을 동일 평면으로 유지하면 경사면끼리가 접촉하지 않기 때문에 멀티 구성(제14 실시형태)하기 어렵다는 난점이 있다.

그래서, 이 제22 실시형태의 화상 표시 장치는 멀티 구성을 염두에 두고 도 92의 케이스에 다음과 같은 고안을 하였다.

도 93은 본 발명의 제22 실시형태에 의한 화상 표시 장치의 케이스의 개관을 도시한 도면으로서, 도 93a, 도 93b, 도 93c는 각각 정면도, 측면도, 평면도이다. 도 92와 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.

도 93에 있어서 특징적인 점은, 경사면(197L, 197R)에 의해 전부 케이스(194)의 코너(194C), 후부 케이스(196)의 코너(196C)를 모두 잘라내지지 않도록 하고, 케이스 전부(194)의 배면(케이스 후부(196)측)에 스크린(192)과 평행한 평행면(194P)을, 케이스 후부(196)의 측방에 스크린(192)과 수직인 수직면(196V)을 남기도록 하고 있는 점이다(도 93c).

이와 같이 함으로써, 상기 박형화를 인식시키는 시각적인 효과를 유지하면서 화상 표시 장치를 멀티 구성한 경우에 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 94, 도 95는 도 93의 화상 표시 장치를 2대로 멀티 구성한 경우를 도시한도면으로서, 도 94, 도 95는 각각 평면도, 사시도이다. 도 92, 도 93과 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 여기에서의 멀티 구성은 2대의 화상 표시 장치의 상하를 동일하게 하여 인접하게 접속하여 가로방향으로 큰 화상을 표시하도록 하고 있다.

도 94, 도 95에 있어서, 199는 L자형 단면의 접속 부재로서, 화상 표시 장치를 멀티 구성으로 접속 지지하기 위해 사용한다. 멀티 구성하는 도 94a 좌측의 화상 표시 장치에 있어서, 화상 표시 장치의 우측에 있는 평행면(194P)과 접속 부재(199)의 단면(제1 단면)(199A)을 접속하고, 역시 화상 표시 장치의 우측에 있는 수직면(196V)과 접속 부재(199)의 단면(제2 단면)(199B)을 접속한다(도 94b). 그리고, 도 94a 우측의 화상 표시 장치에 있어서도, 별도의 접속 부재(199)를 동일한 방법으로 접속하여 2개의 접속 부재(199)를 접속면(199C)끼리로 연결한다.

단면 199A, 199B는 서로 직교하고 있으며 또한 평행면(194P), 수직면(196V)과 각각 거의 동일 면적이고, 또한 단면(199B)와 접속면(199C)은 평행한 관계에 있기 때문에, 직육면체의 케이스에 수납된 화상 표시 장치를 멀티 구성할 때와 마찬가지로 화상 표시 장치를 정밀도 좋게 멀티 구성할 수 있으므로 설치 작업 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

이 효과는, 접속 부재(199)를 사용할 수 있도록 화상 표시 장치의 케이스에 평행면(194P)과 수직면(196V)을 형성함에 따른 것으로서, 도 92의 케이스의 경우에는 경사면(197L, 197R)의 접속 부재에 대한 힘이 어긋나는 방향으로 가해지기 때문에 동일한 효과는 쉽게 얻을 수 없는 것이다.

또한, 접속 부재(199)의 접속면(199C)이나 이면(199D)을 관통하여 구멍(199H)을 형성하도록 하고, 접속 부재(199) 및 경사면(197L, 197R)에 의해 형성되는 공간을 이용하여 배기·배열이나 케이블류의 주고 받음 등을 구멍(199H)을 통해 실시할 수도 있다.

이 때에는, 화상 표시 장치의 케이스 바깥으로 경사면(197L, 197R)을 통해 배기·배열이나 케이블류를 꺼낼 수 있게 한다. 경사면(197L, 197R)에서 구멍(199H)을 통해 케이블류를 주고 받으면, 화상 표시 장치의 배면은 완전한 평면이 되어 화상 표시 장치의 배면을 예컨대 실내의 벽면 등에 밀착시킬 수 있게 된다.

그리고, 접속 부재(199)의 연직방향 높이는 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상은 화상 표시 장치의 높이 이하이다.

도 96은 화상 표시 장치를 4대로 멀티 구성한 경우를 도시한 도면으로서, 도 96a, 도 96b는 각각 전방 사시도, 후방 사시도이다. 도 92∼도 95와 동일한 부호는 동일한 구성 요소이다. 여기에서의 멀티 구성은 상하를 동일하게 하여 인접 접속한 2대의 화상 표시 장치를 2세트 준비하고, 일측 세트의 상하를 역전시켜 타측 세트의 상부에 탑재하여 세로방향·가로방향 모두 큰 화상을 표시하도록 하고 있다.

도 96의 경우에는, 상하의 화상 표시 장치의 경사면(197U)끼리로 구성되는 공간으로 배기·배열이나 케이블류를 통과시키도록 해도 된다. 이 경우에도, 실내의 벽면 등에 화상 표시 장치를 완전히 밀착시킬 수 있게 된다. 또한, 상하의 화상 표시 장치의 접속을 접속 부재(199)의 경사면(197U)측의 단면을 접촉시키도록 배치함으로써, 상하의 화상 표시 장치의 배열을 정밀도 좋고 간단하면서 단시간에 세팅할 수 있다. 접속 부재(199)의 제3 단면을 접촉시켜 상하를 연결할 수 있도록, 접속 부재(199)의 높이는 화상 표시 장치의 높이와 동일하게 하고, 또한 제3 단면을 스크린에 수직으로 형성한다(제3 단면은 단면(199A, 199B) 모두에 직교하고 있음).

이상과 같이, 이 제22 실시형태에 의하면, 저면(198)상에 설치되며, 스크린(192)이 설치된 전부 케이스(194)와, 저면(198)상에 설치되며, 평면경(195)을 수납하는 후부 케이스(196)와, 전부 케이스(194)에서 후부 케이스(196)까지의 사이에 형성된 경사면(197U, 197L, 197R)을 구비하고, 스크린(192)과 평행한 평행면(194P)을 전부 케이스(194)의 후부 케이스(196)측에 남김과 동시에, 스크린(192)과 수직인 수직면(196V)을 남기도록 경사면(197L) 및 경사면(197R)을 형성하였기 때문에, 화상 표시 장치를 정밀도 좋게 멀티 구성할 수 있고, 설치 작업 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 이 제22 실시형태에 의하면, 화상 표시 장치의 좌우 어느 일측의 평행면(194P)에 접속되는 단면(199A)과, 평행면(194P)과 동일한 측의 수직면(196C)에 접속되는 단면(199B)과, 단면(199B)에 평행한 접속면(199C)을 갖는 접속 부재(199)에 의해 다른 화상 표시 장치에 접속된 접속 부재(199)의 접속면(199C)와 연결하도록 하였기 때문에, 직육면체의 케이스에 수납된 화상 표시 장치를 멀티 구성할 때와 마찬가지로, 화상 표시 장치를 정밀도 좋게 멀티 구성할 수 있고 설치 작업 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고, 이 제22 실시형태에 의하면, 경사면(197U), 경사면(197L, 197R)을 통해 배기·배열 또는 케이블류를 화상 표시 장치의 케이스 내부로부터 외부로 통과시키도록 하였기 때문에, 실내의 벽면 등에 화상 표시 장치를 완전히 밀착시킬 수 있다는 효과가 얻어진다. 배면을 벽에 대고 또한 상부 및 하부를 개방으로 한 상태에서는, 접속 부재(199)와 경사면(197R(197L))에 의해 둘러싸인 삼각기둥의 영역은 상하방향의 배열(排熱)용 덕트로서 사용할 수 있다. 이 구성에 의하면, 굴뚝과 같은 효과를 기대할 수 있으므로 배열 효과를 향상시킬 수 있다.

이상의 각 실시형태에서는, 광공간 변조 소자로서 마이크로 미러 디바이스를 사용하는 경우에 대해 설명하였으나, 광공간 변조 소자에 액정을 사용해서 화상 표시 장치를 구성하도록 해도 되고, 액정을 사용한 종래의 화상 표시 장치와 비교하여 보다 박형화된 화상 표시 장치를 구성할 수 있다.

또한, 제1 실시형태에서도 이미 설명한 바와 같이, 마이크로 미러 디바이스, 액정 이외의 각종 광공간 변조 소자에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있음은 당연하며, 화상 표시 장치를 박형화로 구성할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

그리고, 도 5나 도 15 등의 각 도면에서 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 굴절 광학 렌즈와 볼록면경의 광축을 공통화하도록 하여 광학계 전체를 회전 대칭형으로 구성하고 있다. 광축을 공통화하지 않은 경우에는 광축에 대한 비대칭성이 발생할 것을 고려하면, 광축을 공통화함으로써 굴절 광학 렌즈나 볼록면경을 회전 성형에 의해 쉽게 제조할 수 있어 얼라인먼트도 쉽게 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 종래와 동등한 두께의 얇기로 구성하면 보다 큰 화상을 표시할 수 있고, 또한 종래와 동등한 크기로 화상을 표시하면 보다 얇게 구성할 수 있는 화상 표시 시스템에 적합하다.

Claims

화상 정보를 조명광에 부여하여 광 화상 신호로서 송신하는 송신 수단과, 상기 광 화상 신호를 수광하여 상기 화상 정보에 기초하는 화상을 표시하는 표시 수단을 구비한 화상 표시 장치에 있어서,

상기 광 화상 신호를 반사하는 반사부와,

상기 반사부가 왜곡수차를 갖는 경우에는 상기 왜곡수차를 보정함과 동시에, 상기 광 화상 신호를 상기 반사부로 투영하는 굴절 광학부로 구성되는 투영 광학 수단을 구비하고,

상기 표시 수단은, 상기 투영 광학 수단을 통해 상기 광 화상 신호를 수광하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
화상 정보를 조명광에 부여하여 광 화상 신호로서 송신하는 송신 수단과, 상기 광 화상 신호를 수광하여 상기 화상 정보에 기초하는 화상을 표시하는 표시 수단을 구비한 화상 표시 장치에 있어서,

상기 광 화상 신호를 반사하는 반사면을 갖는 반사부와,

상기 광 화상 신호를 상기 반사부로 투영하는 굴절면을 갖는 굴절 광학부로 구성되는 투영 광학 수단을 구비하고,

상기 표시 수단은, 상기 투영 광학 수단을 통해 상기 광 화상 신호를 수광함과 동시에,

상기 반사면 및 상기 굴절면 중의 적어도 1면은 비구면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
광축을 중심으로 하여 회전 성형되고 광에 렌즈 작용을 부여하는 굴절 광학부와, 상기 광축을 중심으로 하여 회전 성형되고 상기 광을 반사함과 동시에, 상기 광축을 중심으로 하여 형성된 평면 형상의 고반사면을 갖는 반사부와의 얼라인먼트 조정을 행하는 얼라인먼트 조정 방법에 있어서,

상기 반사부로 직진광을 입사시킴과 동시에, 상기 반사부의 자세 조정을 행하여 상기 고반사면으로 입사하는 상기 직진광의 왕로(outgoing path)와, 상기 고반사면에서 반사하는 상기 직진광의 복로(incoming path)를 일치시키는 단계와,

상기 굴절 광학부를 거친 상기 왕로의 직진광을 상기 고반사면으로 입사시킴과 동시에, 상기 고반사면에서 반사된 상기 복로의 직진광을 상기 굴절 광학부로부터 출사시켜 상기 굴절 광학부의 자세 조정을 행하여, 상기 굴절 광학부로부터 출사된 상기 복로의 직진광의 파워를 최대로 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 조정 방법.
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