KR20040018327A

KR20040018327A - 화상 표시 시스템

Info

Publication number: KR20040018327A
Application number: KR10-2003-7009179A
Authority: KR
Inventors: 스즈끼히로시; 데라모또고오헤이; 시까마신스께; 와다까슈소
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-03-03
Also published as: TW200300221A; EP1452907A1; US7163297B2; JP2003149744A; WO2003040824A1; CN1311289C; CA2463245A1; TW548507B; US20040252284A1; CN1484779A; US20070058228A1; US7237908B2

Abstract

발광체(11), 포물면 거울(12) 및 집광 렌즈(13)로 이루어지는 조명 광원계와, 조명 광원계로부터의 빛에 화상 정보를 부여하여 출사하는 라이트 벌브(14)로 이루어지는 송신 수단(10)과, 송신 수단(10)으로부터의 빛을 투영하는 굴절 광학 렌즈(21)와, 부의 파워를 갖는 반사면에 의해 굴절 광학 렌즈(21)로부터의 빛을 반사하여 확대 투영하는 볼록면 거울(22)로 이루어지는 투영 광학 수단(20)과, 투영 광학 수단(20)으로부터의 빛을 수광면(30A)에서 수광하여 화상 정보에 의거하는 화상을 화상 표시면(30B)에 표시하는 표시 수단(30)을 구비하고, 투영 광학 수단(20)의 광축(23)으로부터 벗어난 위치에 송신 수단(10)을 배치하는 동시에, 표시 수단(30)의 전방면과 투영 광학 수단(20)의 배면 사이에 송신 수단(10)을 배치한다.

Description

화상 표시 시스템{IMAGE DISPLAY SYSTEM}

도1은 종래의 화상 표시 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도1에 있어서, 부호 1은 빛을 발하는 발광체, 2는 발광체(1)로부터 발한 빛이 대개 평행해지도록 반사하는 포물면 거울, 3은 포물면 거울(2)로 반사한 빛을 집광하는 집광 렌즈이다. 발광체(1), 포물면 거울(2) 및 집광 렌즈(3)로 조명 광원계가 구성되어 있다.

부호 4는 집광 렌즈(3)에 의해 집광된 빛을 화상 정보에 의거하여 공간적으로 강도 변조하는 라이트 벌브(bulb), 5는 라이트 벌브(4)에 의해 강도 변조된 빛을 투영하는 투영 광학 렌즈, 6은 투영 광학 렌즈(5)로부터 투영된 빛을 화상으로서 표시하는 스크린이다. 광로는 화살표로 표시하고 있다.

다음에 동작에 대해 설명한다.

발광체(1)로부터 발한 빛은 포물면 거울(2)에 의해 반사되어 집광 렌즈(3)에 의해 라이트 벌브(4)로 집광된다. 라이트 벌브(4)는 화상 정보에 의거하여 집광된 빛을 공간적으로 강도 변조한다. 강도 변조된 빛은 투영 광학 렌즈(5)에 의해 스크린(6)에 후방(도1의 좌측)으로부터 투영되어 화상으로서 표시된다. 화상 표시 시스템의 이용자는 도1의 스크린(6)의 전방(도1의 우측)으로부터 화상을 눈으로 확인한다.

도1의 화상 표시 시스템의 안길이는 발광체(1), 포물면 거울(2), 집광 렌즈(3)로 이루어지는 조명 광원계로부터 스크린(6)까지의 거리에 상당한다. 동일한 크기의 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 시스템이면, 이 안길이를 가능한 한 얇게 구성한 것이 바람직하다. 이와 같은 이유로, 도1에 도시한 종래의 화상 표시 시스템에서는 화상 표시 시스템의 안길이를 가능한 한 억제하여 박형화할 수 있도록 광각의 투영 광학 렌즈(5)를 이용하여 스크린(6)에 화상을 표시하고 있다.

그러나, 투영 광학 렌즈(5)의 광각에는 한계가 있으므로 도1의 화상 표시 시스템을 더욱 박형화하기 위해, 도2에 도시한 바와 같이 수평 방향에 대해 45°기울어진 평면 거울(7)을 설치하여 투영 광학 렌즈(5)로부터의 광로를 절곡하여 스크린(6)에 투영하도록 구성하고 있다.

도2의 화상 표시 시스템에서는 조명 광원계나 라이트 벌브(4), 투영 광학 렌즈(5)의 각 구성 요소를 화상 표시 시스템의 높이 방향(도2의 상하 방향)에 배치하여 화상 표시 시스템의 박형화를 가능하게 하고 있다. 이 경우의 화상 표시 시스템의 안길이는 평면 거울(7)로부터 스크린(6)까지의 거리에 상당한다. 수평 방향에 대한 평면 거울(7)의 기울기를 45°보다도 크게 하면 화상 표시 시스템을 더욱 박형화할 수 있지만, 라이트 벌브(4) 및 광원 부분이 투영광과 간섭하여 빛이 주변 흐림이 되어 버려 스크린(6)으로부터 광로가 벗어난다.

또한, 일본 특허 공개 평6-11767호 공보에는 도2의 평면 거울(7) 대신에, 볼록면 거울을 이용하여 빛을 반사하여 스크린(6)에 화상을 확대 표시하는 화상 표시 시스템이 개시되어 있지만, 스크린(6)에는 왜곡된 화상이 표시된다.

종래의 화상 표시 시스템은 이상과 같이 구성되어 있으므로, 화상 표시 시스템의 박형화에는 한계가 있어, 이 이상의 박형화를 할 수 없게 되는 과제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 화상의 왜곡을 억제하여 확대 표시할 수 있는 동시에, 종래와 비교하여 더욱 박형화하는 것이 가능한 화상 표시 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 화상 정보를 가진 빛을 표시 수단에 배면으로부터 확대 투영하여 화상을 표시하는 화상 표시 시스템에 관한 것이다.

도1은 종래의 화상 표시 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도2는 평면 거울을 설치한 종래의 화상 표시 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도4는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도5는 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템에 있어서의 제1 광로 절곡 반사경의 배치 조건을 설명하기 위한 도면이다.

도6은 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템에 적용한 표시 수단의 구성을 도시한 투시 사시도이다.

도7은 표시 수단의 프레넬 렌즈에 형성된 굴절형 프리즘부의 단면 형상을 도시한 도면이다.

도8은 표시 수단의 프레넬 렌즈에 형성된 전반사형 프리즘부의 단면 형상을 도시한 도면이다.

도9는 표시 수단의 프레넬 렌즈에 형성된 하이브리드형 프리즘부의 단면 형상을 나타낸 도면이다.

도10은 화상 표시면 상에서 다중상을 발생시키는 미광의 동작예를 설명하기 위한 도면이다.

도11은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 표시 수단에 적용하는 프레넬 렌즈의 단면 형상을 도시한 도면이다.

도12는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 표시 수단에 적용하는 프레넬 렌즈의 단면 형상을 도시한 도면이다.

도13은 미광 흡수판에 있어서의 광투과층과 광흡수층과의 적층 구조의 패턴을 도시한 도면이다.

도14는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 표시 수단에 적용하는 프레넬 렌즈의 단면 형상을 도시한 도면이다.

본 발명에 관한 화상 표시 시스템은 화상 정보를 조명광에 부여하여 광화상 신호로서 송신하는 송신 수단과, 송신 수단으로부터 송신된 광화상 신호를 투영하는 굴절 광학부 및 굴절 광학부로부터 투영된 광화상 신호를 반사하는 반사부로 구성되는 투영 광학 수단과, 투영 광학 수단을 거쳐서 광화상 신호를 수광하고 화상 정보에 의거하는 화상을 표시하는 표시 수단을 구비하여 투영 광학 수단의 광축으로부터 벗어난 위치에 송신 수단이 배치되는 동시에, 표시 수단의 전방면과 투영 광학 수단과의 배면 사이에 송신 수단이 배치되도록 한 것이다.

이에 의해, 종래와 비교하여 박형화한 화상 표시 시스템을 제공할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 시스템은 화상 정보를 조명광에 부여하여 광화상신호로서 송신하는 송신 수단과, 송신 수단으로부터 송신된 광화상 신호를 투영하는 굴절 광학부 및 굴절 광학부로부터 투영된 광화상 신호를 반사하는 반사부로 구성되는 투영 광학 수단과, 투영 광학 수단을 거쳐서 광화상 신호를 수광하고 화상 정보에 의거하는 화상을 표시하는 표시 수단을 구비하여 투영 광학 수단의 광축을 포함하는 수평면보다도 상방에 표시 수단이 배치되는 동시에, 투영 광학 수단의 광축을 포함하는 수평면보다도 하방에 송신 수단이 배치되도록 한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해 첨부한 도면에 따라서 설명한다.

(제1 실시 형태)

도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 측면으로부터 본 단면 구조도이다. 화살표에 의해 광로를 나타내고 있다.

도3의 화상 표시 시스템에 있어서, 부호 10은 화상 정보를 가진 빛(광화상 신호)을 출사하는 송신 수단, 20은 송신 수단(10)으로부터의 빛을 확대 투영하는 투영 광학 수단, 30은 투영 광학 수단(20)으로부터의 빛을 수광하여 화상 정보에 의거하는 화상을 표시하는 표시 수단이다.

도3의 송신 수단(10)에 있어서, 부호 11은 빛을 발하는 발광체, 12는 그 초점에 설치한 발광체(11)로부터의 빛을 반사하여 대개 평행광으로 하는 포물면 거울, 13은 포물면 거울(12)로 반사한 평행광을 집광하는 집광 렌즈이다. 발광체(11), 포물면 거울(12) 및 집광 렌즈(13)로 조명 광원계가 구성되어 있다.

또한, 도3의 송신 수단(10)에 있어서, 부호 14는 집광 렌즈(13)가 집광한 빛(조명광)을 화상 정보에 따라서 강도 변조하여 출사하는 라이트 벌브(라이트 벌브 수단)이다. 도3에서는 반사형의 광변조 소자를 라이트 벌브(14)로 하고 있지만, 예를 들어 투과형의 액정 등과 같이, 소위 광변조 소자를 구비한 화상 표시 시스템에 본 발명은 적용 가능하다. 또한, 송신 수단(10)의 라이트 벌브(14)는 자발광 방식 및 비발광 방식 중 어느 하나라도 좋다.

도3의 투영 광학 수단(20)에 있어서, 부호 21은 굴절 광학 렌즈(굴절 광학부), 22는 볼록면 거울(반사부)이다. 왜곡 수차를 저감하기 위해 굴절 광학 렌즈(21)나 볼록면 거울(22)에 비구면 형상을 적용하거나, 볼록면 거울(22)에서 생기는 왜곡 수차나 상면 만곡을 각각 상쇄하기 위한 왜곡 수차나 상면 만곡을 굴절 광학 렌즈(21)에 갖게 하거나 하고 있다.

또한, 도3의 투영 광학 수단(20)에 있어서, 부호 23은 투영 광학 수단(20)의 광축이다. 도3의 예에서는 굴절 광학 렌즈(21), 볼록면 거울(22)이 광축(23)을 공유하고 있다. 본 제1 실시 형태에서는 광축(23)으로부터 벗어난 위치에 송신 수단(10)을 배치하고 있고, 또한 표시 수단(30)의 화상 표시면(30B)을 포함하는 평면[표시 수단(30)의 전방면]과 투영 광학 수단(20)의 볼록면 거울(22)의 배면(22B)을 포함하는 평면[투영 광학 수단(20)의 배면] 사이에 송신 수단(10)을 배치하고 있다. 여기서, 표시 수단(30)의 전방면 및 투영 광학 수단(20)의 배면이라 함은, 화상 표시 시스템을 기준으로 한 것이고, 표시 수단(30)측이 전방면이 된다. 투영 광학 수단(20)의 광축(23)을 포함하는 수평면을 경계로 하여 송신 수단(10)은 수평면의 하방에, 표시 수단(30)은 수평면의 상방에 각각 배치되어 있다. 즉, 송신 수단(10)의 배면측 경사 상방에 투영 광학 수단(20)을 배치하고, 투영 광학 수단(20)의 전방면측 경사 상방에 표시 수단(30)을 배치한 것이다.

도3의 표시 수단(30)에 있어서, 부호 30A는 표시 수단(30)의 수광면, 30B는 표시 수단(30)의 직사각 형상의 화상 표시면이고, 프레넬 렌즈(31)와 렌티큘러(lenticular)(32)로 표시 수단(30)이 구성되어 있다. 표시 수단(30)은 볼록면 거울(22)로부터의 빛을 수광면(30A)에서 수광한 후에, 프레넬 렌즈(31)의 각 피치의 프리즘부에 의해 대략 평행화하여 렌티큘러(32)에 출사한다. 렌티큘러(32)는 프레넬 렌즈(31)의 출사광을 결상시킨 후에 확산되어 화상 표시면(30B)에 화상을 표시한다. 표시 수단(30)의 상세한 설명에 대해서는 제3 실시 형태에서 서술한다.

본 제1 실시 형태에서는 라이트 벌브(14)의 반사면(화상 출사면)과 표시 수단(30)의 수광면(30A)을 대략 평행하게 하여 화상 표시 시스템의 안길이가 최소가 되도록 설치하고 있다. 또한, 투영하는 빛의 주변 흐림이 없도록 높이 방향에 있어서 라이트 벌브(14)와 표시 수단(30)과이 겹침이 없도록 배치하고 있다. 또한, 상기한 라이트 벌브(14)와 표시 수단(30)의 배치 조건을 만족시키면서, 라이트 벌브(14)와 표시 수단(30)의 공역 관계가 유지되도록 투영 광학 수단(20)을 배치하고 있다.

다음에 동작에 대해 설명한다.

발광체(11)로부터 발한 빛은 포물면 거울(12)에 의해 반사되어, 집광 렌즈(13)를 거쳐서 라이트 벌브(14)의 반사면으로 경사 방향으로부터 입사한다. 라이트 벌브(14)는 입사한 빛을 화상 정보에 의거하여 공간적으로 강도를 변조하여 투영 광학 수단(20)으로 반사한다. 라이트 벌브(14)는 반사형의 광변조 소자이므로, 그 반사면에 대해 경사 방향으로부터 입사한 빛의 강도를 변조하여 반사하는 것이 가능하다.

투영 광학 수단(20)에서는 송신 수단(10)으로부터 광축(23)에 대해 비스듬히 입사하는 빛을 굴절 광학 렌즈(21)가 수광하여 볼록면 거울(22)로 빛을 투영한다. 도3에 도시한 바와 같이, 굴절 광학 렌즈(21)의 광축(23)은 라이트 벌브(14)의 반사면 및 표시 수단(30)의 수광면(30A)에 대해 대략 수직이고, 또한 라이트벌브(14)의 중심 및 표시 수단(30)의 중심으로부터 오프셋하여 설치되어 있다. 따라서, 굴절 광학 렌즈(21)의 획각의 일부만을 라이트 벌브(14)로부터의 빛의 투영에 사용하고 있게 된다. 도3에서는 굴절 광학 렌즈(21)의 하방으로부터 빛이 입사하고 있으므로 상방으로 빛이 출사한다.

볼록면 거울(22)은 부의 파워를 갖는 반사면에 의해 빛의 상을 반사하여 표시 수단(30)으로 확대 투영한다. 송신 수단(10)으로부터의 빛이 광축(23)에 대해 비스듬히 입사하여 오기 때문에, 볼록면 거울(22) 반사면의 중심 부분은 표시 수단(30)에의 투영에 이용되고 있지 않다. 표시 수단(30)은 볼록면 거울(22)로부터의 빛을 수광면(30A)에서 수광하여 화상 표시면(30B)에 화상을 표시한다.

이와 같이, 투영 광학 수단(20)의 광축(23)을 포함하는 수평면의 상하에 표시 수단(30), 송신 수단(10)을 각각 배치하여 투영 광학 수단(20)의 광축(23)으로부터 송신 수단(10)을 떼어내어 배치하고 있으므로, 송신 수단(10)으로부터의 빛은 광축(23)에 대해 비스듬히 투영 광학 수단(20)으로 출사하고, 투영 광학 수단(20)으로부터의 빛은 광축(23)에 대해 비스듬히 표시 수단(30)으로 투영된다. 따라서, 송신 수단(10)으로부터 볼록면 거울(22)을 향하는 빛과, 볼록면 거울(22)로부터 표시 수단(30)을 향하는 빛은 화상 표시 시스템 내부의 일부 공간을 중복(공유)하여 진행하게 되어 한정된 공간을 유효하게 이용할 수 있게 된다.

이 때, 화상 표시 시스템이 얇기를 투영 광학 수단(20)의 배면으로부터 표시 수단(30)의 전방면까지의 거리로 억제하기 위해, 투영 광학 수단(20)의 배면[도3의 경우에는 볼록면 거울(22)의 배면(22B)을 포함하는 평면]과, 표시 수단(30)의 전방면[화상 표시면(30B)을 포함하는 평면] 사이의 공간에서, 또한 광축(23)으로부터 벗어난 공간을 송신 수단(10)의 배치 위치로 한다. 이에 의해, 종래와 비교하여 화상 표시 시스템을 박형화하여 구성할 수 있다. 물론, 송신 수단(10)의 배치는 화상 표시 시스템의 하부 높이가 커지지 않도록 유의한다. 또한, 투영 광학 수단(20)의 광축(23)을 포함하는 수평면보다도 송신 수단(10)을 하방에, 표시 수단(30)을 상방에 배치하였으므로, 종래와 비교하여 화상 표시 시스템을 박형화하여 구성할 수 있다.

이상과 같이, 본 제1 실시 형태에 따르면, 빛을 발하는 발광체(11)와, 발광체(11)로부터 발한 빛을 반사하여 대개 평행광으로서 출사하는 포물면 거울(12)과, 포물면 거울(12)로부터의 평행광을 집광하는 집광 렌즈(13)와, 집광 렌즈(13)로 집광된 빛에 화상 정보를 부여하여 출사하는 라이트 벌브(14)로 이루어지는 송신 수단(10)과, 송신 수단(10)으로부터의 빛을 투영하는 굴절 광학 렌즈(21)와, 부의 파워를 갖는 반사면에 의해 굴절 광학 렌즈(21)로부터의 빛을 반사하여 확대 투영하는 볼록면 거울(22)로 이루어지는 투영 광학 수단(20)과, 투영 광학 수단(20)으로부터의 빛을 수광면(30A)에서 수광하여 화상 정보에 의거하는 화상을 화상 표시면(30B)에 표시하는 표시 수단(30)을 구비하여 투영 광학 수단(20)의 광축(23)으로부터 벗어난 위치에 송신 수단(10)을 배치하는 동시에, 표시 수단(30)의 전방면과 투영 광학 수단(20)의 배면 사이에 송신 수단(10)을 배치하도록 하였으므로, 종래와 비교하여 박형화한 화상 표시 시스템을 제공할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 제1 실시 형태에 따르면, 빛을 발하는 발광체(11)와, 발광체(11)로부터 발한 빛을 반사하여 대개 평행광으로서 출사하는 포물면 거울(12)과, 포물면 거울(12)로부터의 평행광을 집광하는 집광 렌즈(13)와, 집광 렌즈(13)로 집광된 빛에 화상 정보를 부여하여 출사하는 라이트 벌브(14)로 이루어지는 송신 수단(10)과, 송신 수단(10)으로부터의 빛을 투영하는 굴절 광학 렌즈(21)와, 부의 파워를 갖는 반사면에 의해 굴절 광학 렌즈(21)로부터의 빛을 반사하여 확대 투영하는 볼록면 거울(22)로 이루어지는 투영 광학 수단(20)과, 투영 광학 수단(20)으로부터의 빛을 수광면(30A)에서 수광하여 화상 정보에 의거하는 화상을 화상 표시면(30B)에 표시하는 표시 수단(30)을 구비하여 투영 광학 수단(20)의 광축(23)을 포함하는 수평면보다도 하측에 송신 수단(10)을 배치하고, 투영 광학 수단(20)의 광축(23)을 포함하는 수평면보다도 상측에 표시 수단(30)을 배치하도록 하였으므로, 종래와 비교하여 박형화한 화상 표시 시스템을 제공할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 제1 실시 형태에 따르면, 투영 광학 수단(20)의 광축(23)과 대략 직교하여 표시 수단(30)을 배치하도록 하였으므로, 투영 광학 수단(20)과 표시 수단(30)과의 얼라인먼트 조정을 용이하게 행할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 제1 실시 형태에 따르면, 송신 수단(10)을 구성하는 라이트 벌브(14)의 반사면(화상 출사면)과 표시 수단(30)을 서로 대략 평행하게 하여 배치하도록 하였으므로, 왜곡을 경감하여 화상 표시면(30B) 상에 화상을 표시할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 제2 실시 형태에서는 송신 수단(10)으로부터 표시 수단(30)에 이르기까지의 광로 상에 적어도 1개의 광로 절곡 수단을 구비한 화상 표시 시스템에 대해 설명한다.

도4는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 측면으로부터 본 단면 구조도이다. 도3과 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 있다. 화살표에 의해 광로를 나타내고 있다.

도4에 있어서, 부호 24, 25는 각각 광로 절곡 수단으로서의 제1, 제2 광로 절곡 반사경(투영 광학 수단)이다. 여기서는, 굴절 광학 렌즈(21)로부터 볼록면 거울(22)까지의 광로 상과, 볼록면 거울(22)로부터 표시 수단(30)까지의 광로 상에 광로 절곡 반사경(24), 광로 절곡 반사경(25)을 각각 설치하고 있다. 또한, 광로 절곡 반사경(25)의 광로 반사 방향을 향한 법선 벡터(n1)와, 투영 광학 수단(20)의 광축(23)을 포함하고, 또한 표시 수단(30)의 화상 표시면(30B)의 하변(30C)에 평행한 평면을 대략 평행하게 하면[광로 절곡 반사경(25)과 표시 수단(30)을 서로 대략 평행하게 배치하면], 화상 표시 시스템을 한층 박형화하여 구성할 수 있다.

도4에서는, 투영 광학 수단(20)의 광축(23)을 포함하는 수평면의 하측, 상측에 송신 수단(10), 표시 수단(30)이 각각 배치되어 있다. 또한, 빛의 주변 흐림이 없도록 볼록면 거울(22)의 대략 바로 위에 표시 수단(30)을 배치하고, 광로 절곡 반사경(24, 25)의 배면(24B, 25B)은 대략 공통의 평면 상에 배치하고 있다. 또한, 볼록면 거울(22)의 배면(22B)과 화상 표시면(30B) 모두 대략 공통의 평면 상에 있다.

제1 실시 형태의 구성에서는, 투영 광학 수단(20)의 배면은 볼록면 거울(22)의 배면(22B)에 의해 결정되었지만, 본 제2 실시 형태에서는, 볼록면 거울(22)의 배면(22B)은 화상 표시면(30B)과 동일한 측을 향하고 있으므로 투영 광학 수단(20)의 배면으로는 되지 않고, 화상 표시면(30B)과 반대 방향을 향하고 있는 광로 절곡 반사경(24)의 배면(24B)을 포함하는 평면 또는 광로 절곡 반사경(25)의 배면(25B)을 포함하는 평면에 의해 투영 광학 수단(20)의 배면이 결정된다. 이 투영 광학 수단(20)의 배면과 표시 수단(30)의 전방면[화상 표시면(30B)을 포함하는 평면] 사이에 송신 수단(10)이 광축(23)으로부터 벗어나 배치되어 있다.

다음에 동작에 대해 설명한다.

굴절 광학 렌즈(21)로부터 출사한 빛은 광로 절곡 반사경(24), 볼록면 거울(22), 광로 절곡 반사경(25), 표시 수단(30)으로 차례로 반사하여 진행한다. 이 때에 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)로, 볼록면 거울(22)로부터 광로 절곡 반사경(25)으로, 광로 절곡 반사경(25)으로부터 표시 수단(30)으로 각각 향하는 빛은 화상 표시 시스템 내부의 일부 공간을 중복(공유)하여 진행할 수 있도록 되어 있고, 도3의 경우보다 작은 공간에서 표시 수단(30)으로 빛을 투영할 수 있다. 즉, 도4와 같이 광로 절곡 반사경(24, 25)을 구비함으로써 도4의 화상 표시 시스템 내부의 공간을 보다 유효하게 이용할 수 있게 된다.

따라서, 본 제2 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템은 표시 수단(30)의 화상 표시면(30B)의 크기가 동일한 경우에는 제1 실시 형태보다도 한층 박형화하여 구성할 수 있고, 또한 화상 표시 시스템의 얇기가 동일한 경우에는 제1 실시 형태보다도 한층 큰 화상을 화상 표시면(30B)에 표시할 수 있다.

또한, 광로 절곡 반사경(24, 25) 등의 광로 절곡 수단을 화상 표시 시스템에 적용하는 경우에는 광로 절곡 수단에 의해 빛이 주변 흐림이 없도록 하는 동시에, 화상 표시 시스템의 얇기나 그 하부 높이가 커지지 않도록 화상 표시 시스템의 내부 공간을 잘 이용하여 배치하는 것이 중요하다.

또한, 도4에서는 광로 절곡 수단으로서 광로 절곡 반사경(24, 25)을 사용한 구성예를 나타내었지만, 광로 절곡 수단의 광로 상의 배치 부위는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 복수매의 렌즈로 구성되는 경우에는 굴절 광학 렌즈(21)의 내부에 광로 절곡 반사경(24)을 배치해도 좋다.

또한, 광로 절곡 수단의 개수도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 도시는 생략하지만, 광로 절곡 반사경(25)으로부터 표시 수단(30)에의 광로 상에 제3 광로 절곡 반사경을 도4의 구성에 추가하면, 광로 절곡 반사경(25)으로부터의 빛은 제3 광로 절곡 반사경으로 반사되어 표시 수단(30)으로 진행하게 된다. 따라서, 광로 절곡 반사경(25)으로부터 제3 광로 절곡 반사경을 향하는 빛과, 제3 광로 절곡 반사경으로부터 표시 수단(30)을 향하는 빛이 일부 공간을 중복하여 진행하여 보다 한층 박형화한 화상 표시 시스템을, 또는 보다 한층 큰 화상을 표시 가능한 화상 표시 시스템을 구성할 수 있다.

상기 설명의 경우에는 화상 표시면(30B)과 반대의 방향을 향하고 있는 볼록면 거울(22)의 배면(22B)을 포함하는 평면 또는 제3 광로 절곡 반사경의 배면을 포함하는 평면에 의해 투영 광학 수단(20)의 배면이 결정되고[광로 절곡 반사경(24,25)의 배면(24B, 25B)을 포함하는 평면은 화상 표시면(30B)과 동일한 측을 향하고 있으므로 투영 광학 수단(20)의 배면이 되지 않음], 투영 광학 수단(20)의 배면과 화상 표시면(30B)을 포함하는 평면[표시 수단(30)의 전방면] 사이에 송신 수단(10)을 광축(23)으로부터 떼어내어 배치하면 된다. 이와 같이, 투영 광학 수단(20)의 배면은 볼록면 거울(22)이나 광로 절곡 수단의 배치 위치나 개수 및 구성에 따라서 변화한다.

또한, 광로 절곡 수단은 평면 거울에 한정되는 것은 아니고, 광선에 대한 설계의 자유도를 향상시키기 위해, 광로 추적에 의해 그 광학적 형상을 고안하거나, 평면 거울 이외의 광학 소자를 사용해도 좋다. 이에 의해, 한층 치밀한 광선 제어가 가능해진다. 예를 들어, 투영 광학 수단(20)으로부터의 빛을 표시 수단(30)으로 반사하는 제2 투영 광학 수단(굴절 광학 렌즈 및 볼록면 거울)을 광로 절곡 반사경(25) 대신에 이용해도 좋고, 광로 절곡 반사경(24, 25) 대신에 광로 절곡 수단으로서 프리즘을 이용해도 좋다.

이상과 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 따르면 송신 수단(10)으로부터 표시 수단(30)에 걸친 광로 상에 광로 절곡 반사경(24, 25)을 투영 광학 수단(20)에 구비하도록 하였으므로, 화상 표시 시스템 내부의 공간을 보다 유효하게 이용하여 빛을 유도할 수 있게 되어 한층 박형화한 화상 표시 시스템을 제공할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 따르면, 광로 절곡 반사경(25)의 광로 반사 방향을 향한 법선 벡터(n1)와, 투영 광학 수단(20)의 광축(23)을 포함하고, 또한 표시 수단(30)의 화상 표시면(30B)의 하변에 평행한 평면을 대략 평행으로 하도록 하였으므로, 보다 한층 박형화한 화상 표시 시스템을 제공할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

(제3 실시 형태)

본 발명의 제3 실시 형태에서는 화상 표시 시스템의 얇기 및 화상 표시 시스템의 하부 높이의 양쪽을 가능한 한 작게 하기 위해, 제2 실시 형태에서 나타낸 제1 광로 절곡 반사경(24)과 굴절 광학 렌즈(21)의 볼록면 거울(22)에 대한 상대적인 배치 조건에 대해 설명하고, 굴절 광학 렌즈(21)와 볼록면 거울(22) 사이에 삽입한 광로 절곡 반사경(24)에 의해 광축(23)을 포함하는 수평면 내에서 광로를 절곡하도록 한다.

도5는, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템에 있어서의 제1 광로 절곡 반사경(24)의 배치 조건을 설명하기 위한 도면이고, 도5의 (a) 및 도5의 (b)는 각각 측면도 및 상면도, 도5의 (c)는 볼록면 거울(22)의 정면도이다. 도3, 도4와 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 있다. 도5에 있어서, 부호 23Z는 광로 절곡 반사경(24)을 배치하였을 때의 굴절 광학 렌즈(21)의 광축, 21'는 광로 절곡 반사경(24)을 가상적으로 제거하여 볼록면 거울(22)의 광축(23)과 광축(23Z)을 일치시킨 경우의 굴절 광학 렌즈이다.

광축(23)과 광축(23Z)은 수평면에 있어서 절곡 각도(θ)로 교차하고 있다. 광축(23Z)은 광축(23)과 일치한 상태로부터 수평면 내에서 180 － θ°만큼 회전하여 도5의 (b)와 같이 된다. P, Q는 각각 광축(23Z)을 포함하는 수평면과 굴절 광학 렌즈(21)와의 교선 상의 2점이고, 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)을 향하는 광로에 가장 가까운 점을 P, 화상 표시 시스템의 제2 광로 절곡 반사경(25) 설치면에 가장 가까운 점을 Q로 하고 있다.

또한, 볼록면 거울(22)이 설치된 화상 표시 시스템의 볼록면 거울 설치면(반사부 설치면)으로부터 광로 절곡 반사경(24)의 위치[광축(23)과 광축(23Z)의 교점]까지의 거리는 b, 광축(23)을 포함하는 수평면과 광로 절곡 반사경(24)과의 교선 상의 점에 있어서 볼록면 거울 설치면에 가장 가까운 점을 최근점, 볼록면 거울 설치면에 가장 먼 점을 최원점이라 칭하면, 최근점으로부터 볼록면 거울 설치면까지의 거리는 a, 최원점으로부터 볼록면 거울 설치면까지의 거리는 c이다. 거리(c)는 볼록면 거울 설치면으로부터 광절곡 반사경(24)까지의 최장 거리로 되어 있다.

또한, 광로 절곡 반사경(24)의 가장 높은 점으로부터 광축(23)까지의 높이를 m, 점(Q)으로부터 볼록면 거울 설치면까지의 거리를 g, 굴절 광학 렌즈(21')의 출사 동공 위치로부터 볼록면 거울 설치면까지의 거리를 f로 하고 있다. 거리(g)는 볼록면 거울 설치면으로부터 굴절 광학 렌즈(21)까지의 최장 거리로 되어 있다. 따라서, 굴절 광학 렌즈(21)의 출사 동공 위치로부터 광로 절곡 반사경(24)의 위치까지의 거리와, 광로 절곡 반사경(24)의 위치로부터 볼록면 거울 설치면까지의 수평 방향의 가리와의 합계 거리도 f가 된다.

도5의 (a)로부터 알 수 있는 바와 같이, 표시 수단(30)의 최하단부로부터 광축(23)까지의 거리인 하부 높이를 최소화하기 위해서는, 표시 수단(30)의 최하단부를 향하는 볼록면 거울(22)의 반사 광선(Lr)을 가능한 한 광축(23)에 접근시킨 낮은 위치를 통과시킨 쪽이 유리하다. 한편, 과도하게 낮은 위치를 광로가 통과하면, 광로 절곡 반사경(24)에 광로가 차단되어 표시 수단(30) 상에 그림자가 되어 표시할 수 없는 부분이 발생하여 실제적인 사용에 이바지하지 못한다. 따라서, 표시 수단(30)의 최하단부를 향하는 볼록면 거울(22)의 반사 광선을 광로 절곡 반사경(24)으로 차단하지 않도록 광로 절곡 반사경(24)의 사이즈 및 위치를 정해야만 한다.

광로 절곡 반사경(24)의 위치에 관해서는 볼록면 거울(22)의 반사 광선을 가능한 한 낮은 광로로 통과시키기 위해, 거리(a)를 가능한 한 크게 한다. 한편, 화상 표시 시스템의 얇기에는 박형화의 사양으로부터 결정되는 얇기 제한치가 있으므로, 거리(c)는 이 얇기 제한치 이하로 할 필요가 있다.

이상의 조건 하에서 광로를 절곡하는 경우, 거리(f)가 지나치게 짧으면, 굴절 광학 렌즈(21)의 점(P)을 포함하는 부분이 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광선을 차단한다. 또는 굴절 광학 렌즈(21)의 점(P)을 포함하는 부분이 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광선을 차단하지 않도록 설정하면, 거리(a)가 필요 이상으로 짧아진다. 한편, 거리(f)가 지나치게 길면, 볼록면 거울(22)의 수광면이나 광로 절곡 반사경(24)의 위치의 조건으로부터 굴절 광학 렌즈(21)의 위치가 광로 절곡 반사경(24)으로부터 필요 이상으로 떨어져 결과적으로 광로 절곡 반사경(24)이 커지고, 광로 절곡 반사경(24)의 높이(m)를 큰 값으로 해야만 하기 때문에, 볼록면 거울(22)로부터 반사되어 표시 수단(30)의 최하단부를 향하는 반사 광선(Lr)을 차단한다. 이로 인해, 거리(f)에는 최적치가 존재한다.

절곡 각도(θ)에 대해서는 도5의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 절곡 각도(θ)를 너무 크게 설정해 버리면, 거리(g) 또는 거리(c)가 얇기 제한치를 초과해 버리는 동시에, 거리(a)가 짧아져 표시 수단(30)의 최하단부를 향하는 거울(22)로부터의 반사 광선의 높이를 인상해 버리게 된다.

반대로, 절곡 각도(θ)를 작게 하도록 하면 거리(g) 또는 거리(c)도 작아지므로, 굴절 광학 렌즈(21) 또는 광로 절곡 반사경(24)은 얇기의 관점으로부터는 유리해진다. 그러나, 절곡 각도(θ)를 너무 작게 하면, 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광로에 굴절 광학 렌즈(21)의 점 P를 포함하는 부분이 인입하여 빛을 차단하고, 영상(화상)을 투영할 수 없는 그림자의 부분이 발생한다. 따라서, 절곡 각도(θ)에도 최적치가 존재한다.

이상의 것을 근거로 하여, 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광로에 대해 빛을 차단하지 않는 범위에서 점 P를 가능한 한 접근시키도록 광로의 절곡 각도(θ)를 결정한다.

또한 절곡 각도(θ)가 결정되면, 이 때의 화상 표시 시스템이 얇기를 제약하는 것은 거리(g) 또는 거리(c)이므로, 이들의 거리 중에서 보다 큰 쪽을 얇기 제한치가 되도록 거리(f)를 정한다. 특히, 거리(c)와 거리(g)를 동등하게 설정하면, 화상 표시 시스템의 하부 높이를 가장 낮게 억제할 수 있다.

또한, 절곡 각도(θ)는 화상 표시 시스템의 다른 조건에 의해 미리 정해진 경우도 있지만, 상기한 경우와 마찬가지로 생각하면 된다.

이상의 결과를 다음 1 내지 3에 정리한다. 거리(f) 및 절곡 각도(θ)를 이하의 1 내지 3과 같이 최적화함으로써, 영상(화상)을 투영할 수 없는 그림자 부분이 생기는 일 없이, 얇기 제한치의 제약을 만족하여 화상 표시 시스템의 하부 높이를 낮게 억제할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

1. 광로 절곡 반사경(24)에 의해 광로를 절곡하는 경우에는, 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서, 굴절 광학 렌즈(21)의 점 P를 가능한 한 상기 광로에 근접시키도록 절곡 각도(θ)를 설정한다.

2. 화상 표시 시스템의 다른 배치 조건에 의해 절곡 각도(θ)가 미리 결정되어 있는 경우에는, 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서 굴절 광학 렌즈(21)의 점 P를 가능한 한 상기 광로에 근접시켜 거리(c) 또는 거리(g)가 얇기 제한치가 되도록 거리(f)를 설정한다.

3. 화상 표시 시스템의 하부 높이를 가장 낮게 억제하기 위해, 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광로를 차단하지 않는 범위에서, 굴절 광학 렌즈(21)의 점 P를 가능한 한 상기 광로에 근접시키도록 절곡 각도(θ)를 설정하는 동시에, 거리(c)와 거리(g)를 동등하게 하고, 또한 거리(c) 및 거리(g)가 얇기 제한치가 되도록 거리(f)를 설정한다.

또한, 광선이 통과하지 않는 점 P를 포함한 렌즈 부분(비투과 부분)을 굴절 광학 렌즈(21)로부터 삭제함으로써, 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광로에 점 P를 근접시킬 때에 광로 절곡 반사경(24)으로부터 볼록면 거울(22)까지의 광로에 대해 삭제하지 않고 있는 경우와 비교하여 굴절 광학 렌즈(21)를 보다 접근시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제3 실시 형태에 따르면, 송신 수단(10)으로부터 표시 수단(30)에 이르기까지의 광로 상에 적어도 1개의 광로 절곡 수단을 투영 광학 수단(20)에 마련하고, 광로 절곡 수단에 의해 대략 수평면 내에서 광로를 절곡하도록 하였으므로, 화상 표시 시스템 내부의 공간을 보다 유효하게 이용하여 빛을 유도할 수 있게 되어, 화상 표시 시스템의 하부 높이를 억제하면서 화상 표시 시스템을 한층 박형화하여 구성할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

(제4 실시 형태)

본 발명은 종래 잘 알려진 프레넬 렌즈를 표시 수단(30)에 적용하는 것도 가능하다. 하지만, 종래와 동등 사이즈의 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 시스템을 종래보다도 얇게 구성하기 위해(또는 종래와 동일한 얇기로 구성된 화상 표시 시스템에 종래보다도 큰 사이즈의 화상을 표시하기 위해), 송신 수단(10), 투영 광학 수단(20)에 의해 표시 수단(30)으로 빛을 보다 크게 확대 투영하고 있으므로, 종래의 프레넬 렌즈에서는 수광 성능에 한계가 있어 화상 표시면(30B) 상의 위치에 따라 화상의 밝기에 휘도 불균일이 발생할 우려가 있다. 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서 설명한 박형화의 화상 표시 시스템의 표시 수단(30)으로 확대 투영된 빛을 높은 투과율로 투과시켜 화상 표시면(30B) 전체면에 균일한 밝은 화상을 표시할 수 있도록 하기 위해, 이하에 설명하는 프레넬 렌즈(31)가 바람직하다.

도6은, 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템에 적용한 표시 수단(30)의 구성을 도시한 투시 사시도이고, 도7, 도8, 도9는 표시 수단(30)의 프레넬 렌즈(31)에 형성된 각 프리즘부의 단면 형상[프레넬 렌즈(31)의 광축을 포함하는 평면에 의해 프레넬 렌즈(31)를 절단한 경우의 절단면 형상]을 각각 나타내고 있다. 도3과 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 있다.

도6에 있어서, 부호 31A, 31B, 31C는 각각 프레넬 렌즈(31)의 피치(P)마다 성형된 굴절형 프리즘부, 전반사형 프리즘부, 하이브리드형 프리즘부이다.

도7의 굴절형 프리즘부(31A)는 입사면(31P)에서의 굴절에 의해 입사 광선(1i1)을 투과 광선(1t1)으로 하고, 출사면(31X)으로부터 출사 광선(1o1)으로 하여 출사한다. 입사면(31P)에서의 굴절을 이용하여 입사 광선(1i1)을 출사 광선(1o1)의 방향으로 절곡하고 있으므로, 굴절형 프리즘부(31A)는 작은 입사각에 대응한 위치[프레넬 렌즈(31)의 중심측]에 있어서 높은 투과율을 실현한다.

또한, 도8의 전반사형 프리즘부(31B)는 입사면(31Q)에서의 굴절에 의해 입사 광선(1i2)을 투과 광선(1t2)으로 한 후에 전반사면(31R)에서의 전반사에 의해 투과 광선(1t2)을 투과 광선(1t3)으로 하고, 출사면(31X)으로부터 출사 광선(1o2)으로 하여 출사한다. 전반사면(31R)에서의 전반사를 이용하여 입사 광선(1i2)을 출사 광선(1o2)의 방향으로 절곡하고 있으므로, 전반사형 프리즘부(31B)는 큰 입사각에 대응한 위치[프레넬 렌즈(31)의 주연측]에 있어서 높은 투과율을 실현한다.

또한, 도9의 하이브리드형 프리즘부(31C)는 굴절형 프리즘부(31A)와 전반사형 프리즘부(31B)를 1개의 피치로 형성한 것이다. 작은 입사각의 경우에 높은 투과율을 나타내는 굴절형 프리즘부와, 큰 입사각의 경우에 고투과율을 나타내는 전반사형 프리즘부를 아울러 갖고 있으므로, 광범위한 입사각에 대해 양호한 투과율을 실현할 수 있다.

특히 도6에서는, 소입사각에 대응한 프레넬 중심측의 위치에는 굴절형 프리즘부(31A)를, 대입사각에 대응한 프레넬 주연측의 위치에는 전반사형 프리즘부(31B)를, 프레넬 중심으로부터 프레넬 주연으로 이행하는 부분의 위치에는 하이브리드형 프리즘부(31C)를 각각 형성하고 있다. 이와 같이 함으로써, 하이브리드형 프리즘부(31C)는 굴절형 프리즘부(31A)와 전반사형 프리즘부(31B) 사이의 투과율 특성의 급격한 변화를 완화 및 억제하는 작용을 함으로써, 화상 표시면(30B) 전체면에 걸쳐서 휘도 불균일이 없는 밝은 화상이 표시 가능해진다.

또한, 본 발명의 화상 표시 시스템에서는 동일 사이즈의 화상을 박형화하여 표시하기 위해 볼록면 거울(22)로부터 큰 각도로 빛을 표시 수단(30)으로 투영하고 있으므로, 대입사각에 대해 고투과율을 실현하는 전반사형 프리즘부(31B)를 적어도 1 이상의 피치로 형성하도록 하여 밝은 화상을 표시할 수 있도록 하고 있다.

또한, 하이브리드형 프리즘부(31C)와 같이 다른 2종류 이상의 프리즘부를 적어도 1개의 피치로 형성함으로써, 빛의 입사각에 대한 프레넬 렌즈(31)의 투과율 의존성을 억제하는 동시에, 복수 종류의 프리즘부를 구비한 프레넬 렌즈(31)의 급격한 투과율 변화의 억제를 도모하고 있다. 또한, 2종류 이상의 프리즘부는 굴절형 프리즘부(31A)와 전반사형 프리즘부(31B)를 조합한 하이브리드형 프리즘부(31C)에 한정되지 않고, 2종류(또는 2종류 이상)의 굴절형 프리즘부(31A)끼리나 2종류(또는 2종류 이상)의 전반사형 프리즘부(31B)끼리라도 좋다.

또한, 프레넬 렌즈(31)의 입사면에만 한정되지 않고, 프레넬 렌즈(31)의 출사면측에도 프리즘부를 형성하도록 해도 좋다. 예를 들어 입사면 및 출사면에 굴절형 프리즘부(31A)를 각각 설치해도 좋고, 입사면에 전반사형 프리즘부(31B)를 설치하는 동시에 출사면에 굴절형 프리즘부(31A)를 설치해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 치밀한 광선 제어가 가능해진다.

또한, 입사면측의 피치와 출사면측의 피치를 동일하게 할 필요는 없고, 입사면 피치와 출사면의 피치는 설계에 따라서 변경하도록 해도 좋다.

입사면(31P)과 함께 굴절형 프리즘부(31A) 또는 하이브리드형 프리즘부(31C)를 형성하는 무효면(31)에의 입사 광선이나, 전반사형 프리즘부(31B) 또는 하이브리드형 프리즘부(31C)의 전반사면(31R)으로부터 벗어나 버린 '벗어남' 광선은 화상 표시 시스템 내부에서 미광이 되어 화질을 저하시키는 요인이 된다. 이 미광의 대책에 대해서는 제5 실시 형태에서 서술하는 것으로 한다.

이상과 같이, 본 발명의 제4 실시 형태에 따르면, 적어도 1개의 피치에 전반사형 프리즘부(31B)를 형성한 프레넬 렌즈(31)를 표시 수단(30)에 구비하도록 하였으므로, 확대 투영된 빛을 높은 투과율로 투과시켜 밝은 화상을 표시할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 실시 형태에 따르면, 적어도 1개의 피치에 다른 2종류 이상의 프리즘부를 형성한 프레넬 렌즈(31)를 표시 수단(30)에 구비하도록 하였으므로, 빛의 입사각에 대한 프레넬 렌즈(31)의 투과율 의존성을 억제할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있고, 복수 종류의 프리즘부를 구비한 프레넬 렌즈(31)의 급격한 투과율 변화를 억제할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 실시 형태에 따르면, 입사면 및 출사면에 프리즘부를 각각 형성한 프레넬 렌즈를 표시 수단(30)에 구비하도록 하였으므로, 치밀한 광선 제어를 할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 실시 형태에 따르면, 입사면에 형성한 프리즘부의 피치와, 출사면에 형성한 프리즘부의 피치를 다르게 한 프레넬 렌즈를 표시 수단(30)에 구비하도록 하였으므로, 치밀한 광선 제어를 할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.

(제5 실시 형태)

본 발명의 제5 실시 형태에서는 화상 표시 시스템 내부에서의 미광을 흡수하여 화질의 열화를 억제하기 위한 표시 수단(30)에 대해 설명한다.

굴절형 프리즘부(31A)나 하이브리드형 프리즘부(31C)의 무효면(31Z)으로 입사한 입사 광선(무효 광선)은 프레넬 렌즈(31) 내부에서 미광이 되어 정규의 화상과 함께 다중상을 화상 표시면(30B) 상에 발생시켜 화질을 열화시키는 요인이 된다. 또한, 경우에 따라서, 전반사형 프리즘부(31B)나 하이브리드형 프리즘부(31C)의 입사면(31Q)으로 입사해도 전반사면(31R)에서 전반사되지 않는 '벗어남' 광선도 존재하고, 이 '벗어남' 광선도 미광이 되어 다중상을 발생시킨다.

도10은 화상 표시면(30B) 상에서 다중상을 발생시키는 미광의 동작 예를 설명하기 위한 도면이고, 특히 제2 실시 형태에서 설명한 광로 절곡 반사경(25)을 구비한 화상 표시 시스템에 있어서의 '벗어남' 광선의 동작을 나타내고 있다.

도10에 있어서, 프레넬 렌즈(31)의 하이브리드형 프리즘부(31C)에의 입사 광선(1ie)은 입사면(31Q)에서 굴절한 후에, 전반사면(31R)을 벗어나 출사면(31X)으로 직접 투과하는 '벗어남' 광선(1te)이 된다. '벗어남' 광선(1te)은 설계와 다른 각도로 출사면(31X)을 향하기 때문에 출사면(31X)에서 크게 반사하여 반사 광선(1re)이 되고, 다른 하이브리드형 프리즘부(31C')를 투과하여 표시 수단(30)의 수광면(30A)으로부터 출사하여 출사 광선(1oe)이 된다. 이 출사 광선(1oe)은 광로 절곡 반사경(25)에서 반사하여 표시 수단(30)의 프레넬 렌즈(31)로 재입사되므로[반사 광선(1re')], 프레넬 렌즈(31), 렌티큘러(32)를 투과한 후에 화상 표시면(30B)에 다중상이 되어 나타난다.

이와 같이, 상기한 '벗어남' 광선이나 무효면(31Z)에서 수광한 무효 광선은 미광이 되어 화질 열화의 요인이 되므로, 이 미광을 제거하기 위한 구성을 프레넬 렌즈(31)에 설치하도록 하여, 화상 표시 시스템의 화질 열화의 억제를 도모한 것이 본 발명의 제5 실시 형태이다.

도11은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 표시 수단에 적용하는 프레넬 렌즈의 단면 형상을 도시한 도면이고, 무효 광선에 기인하는 다중상을 경감하는 구성을 프레넬 렌즈의 입사측에 설치한 경우이다. 도9와 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 있다.

도11에 있어서, 부호 51은 굴절형 프리즘부(31A)의 무효면(31Z, 31Z-1, …)에 각각 설치된 광흡수층이다.

광흡수층(51)은 각 피치의 무효면(31Z, 31Z-1, …)으로 입사하는 무효광선(1ie)을 흡수하는 작용을 한다. 무효면(31Z, 31Z-1, …)에 광흡수층(51)을 설치함으로써, 무효 광선(1ie)에 의한 프레넬 렌즈(31) 내부의 미광 발생을 방지할 수 있게 되어 표시 수단(30)의 화상 표시면(30B) 상에 발생하는 다중상을 경감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

도12는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 표시 수단에 적용하는 프레넬 렌즈의 단면 형상을 도시한 도면이고, 무효 광선이나 '벗어남' 광선에 의한 미광을 프레넬 렌즈의 출사면측에서 흡수하는 구성을 나타내고 있다. 도9와 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 있다.

도12에 있어서, 부호 52는 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)에 설치된 미광 흡수판이다. 미광 흡수판(52)은 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)과 대략 평행한 입사면 및 출사면을 갖는 평행 평판이고, 빛을 투과하는 광투과층(52T)과, 빛을 흡수하는 박막의 광흡수층(52A)이 프레넬 렌즈(31)의 도시하지 않은 광축과 대략 평행해지도록 교대로 적층되어 있다.

도12에 도시한 바와 같이, 굴절형 프리즘부(31A)의 입사면(31P)이나 전반사형 프리즘부(31B)의 입사면(31Q)에서 굴절한 투과 광선(b3, b4)의 광로와 비교하면, 무효면(31Z, 31Z-1, …)으로부터 입사한 프레넬 렌즈(31) 내부의 미광(be1)이나 전반사형 프리즘부(31B)의 입사면(31Q)으로부터 입사하여 전반사면(31R)을 벗어난 '벗어남' 광선의 미광(be2)은 프레넬 렌즈(31)의 직경 방향을 향해 보다 크게 진행하므로, 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)으로부터 출사하여 광선(be1', be2')이 되면 프레넬 렌즈(31)의 광축과 대략 평행하게 적층된 각 광흡수층(52A)에 의해 흡수되게 된다.

굴절형 프리즘부(31A)의 입사면(31P)이나 전반사형 프리즘부(31B)의 입사면(31Q)에서 수광한 광선(b3, b4)도 출사면(31X)으로부터 출사하여 광선(b3', b4')이 되면, 그 일부는 광흡수층(52A)에 의해 흡수되지만, 이들의 광선(b3', b4')은 프레넬 렌즈(31)의 광축에 대해 대부분 평행하게 출사되므로 흡수되는 광량은 매우 조금이다. 대부분의 광선(b3', b4')은 광투과층(52T)을 투과하여, 예를 들어 도시하지 않은 렌티큘러(32)로 진행하여 큰 문제는 되지 않는다.

또한, 광투과층(52T)과 광흡수층(52A)의 적층 구조는 도13의 (a)와 같이 프레넬 렌즈(31)의 광축을 중심으로 하여 동심 원형(방사형)으로 해도 좋고, 도13의 (b)와 같이 광투과층(52T)이나 광흡수층(52A)이 지면(紙面) 좌우 방향으로 확대되도록 광투과층(52T), 광흡수층(52A)을 지면 상하 방향으로 적층해도 좋다. 이 경우, 종횡비 3 : 4의 표시 수단(30)에 적용하면, 지면 상하 방향이 3, 지면 좌우 방향이 4에 해당한다.

도13의 (a)의 구성을 채용함으로써 미광의 흡수 효율을 보다 향상시킬 수 있고, 도13의 (b)의 구성을 채용함으로써 미광 흡수판(52)의 제조가 용이해져 제조 비용을 경감할 수 있게 된다.

또한, 광흡수층(52A)의 적층 간격[광투과층(52T)의 두께]은 프레넬 렌즈(31)의 피치 간격에 맞추어도 좋고, 프레넬 렌즈(31)의 광축으로부터의 거리에 따라서 변화시켜도 좋고, 사양에 따라서 자유롭게 설계 가능하다. 덧붙이면, 광흡수층(52A)의 적층 구조는 프레넬 렌즈(31), 도시하지 않은 렌티큘러(32)의 주기 구조와의 간섭에 의한 모아레 무늬의 발생을 회피하는 피치로 설정해야 할 것이다.

또한, 광흡수층(52A)을 매립하는 복수의 슬릿을 도13의 (a)나 도13의 (b)의 적층 패턴으로 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)측에 작성하여 이들의 슬릿에 광흡수층(52A)을 설치해도 좋다. 이 때, 광흡수층(52A)으로서, 상기 복수의 슬릿 내에 광흡수성이 있는 도료를 충전함으로써 형성하는 것이 적당하다. 이와 같이, 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)에 미광 흡수판(52)을 일체식으로 성형함으로써 부품 개수를 삭감할 수 있게 된다.

도14는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 화상 표시 시스템의 표시 수단에 적용하는 프레넬 렌즈의 단면 형상을 도시한 도면이고, 무효면에서 수광하여 생긴 미광을 프레넬 렌즈의 출사면측에서 흡수하는 구성을 도시하고 있다. 도3, 도9, 도12와 동일 부호는 상당하는 구성이다.

도14에 있어서, 부호 53은 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)측에 설치된 광흡수판이고, 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)과 대략 평행한 입사면 및 출사면을 갖는 평행 평판이다.

도12에서도 서술한 바와 같이, 미광(be1)이나 미광(be2)은 프레넬 렌즈(31)의 직경 방향으로 보다 크게 진행하므로, 굴절형 프리즘부(31A)의 입사면(31P)이나 전반사형 프리즘부(31B)의 입사면(31Q)에서 수광하여 출사면(31X)으로부터 출사한 광선(b3', b4')의 광로 길이(B3', B4')와 비교하면, 광흡수판(53) 내의 미광(bel', be2')의 광로 길이(BE1', BE2') 쪽이 커진다. 이 양자의 광로차만큼 광흡수판(53)에 의해 미광(bel', be2') 쪽이 크게 흡수되어 광흡수판(53)으로부터 출사할 때의 미광(be1', be2')의 강도를 저하시킬 수 있다.

또한, 광흡수판(53)의 내부(출사면)에서 다중 반사하는 미광(be3, be4)은 다중 반사의 횟수에 따라서 그 광로 길이가 더욱 길어져 크게 흡수되므로 미광(be1', be2')보다도 강도가 저하되어 전혀 문제가 되지 않는다.

또한, 광흡수판(53)의 입사면측에서 반사한 미광(be5, be6)은 프레넬 렌즈(31)의 각 부위에서 (다중)굴절 및 반사한 후 광흡수판(53)으로 입사하므로, 반사시에 프레넬 렌즈(31)의 각 부위에서 굴절 및 반사하여 프레넬 렌즈(31)로부터 출사하는 빛이 굴절 및 반사의 각 경계면에서 받는 손실만큼 더욱 강도가 저하된다.

이와 같이, 광흡수판(53)을 이용함으로써 간단한 구성으로 미광을 흡수할 수 있어 표시 수단(30) 상에 발생하는 다중상을 경감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도11 내지 도14의 다중상을 경감하는 각 구성을 임의로 조합하여 미광을 흡수해도 좋다. 예를 들어, 광흡수층(51)과 미광 흡수판(52)의 조합이나, 광흡수층(51)과 광흡수판(53)의 조합을 프레넬 렌즈(31)에 적용함으로써, 미광을 더욱 흡수할 수 있게 되어 표시 수단(30) 상의 다중상을 경감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제5 실시 형태에 따르면, 굴절형 프리즘부(31A)의 무효면(31Z, 31Z-1, …)에 빛을 흡수하는 박막의 광흡수층(51)을 각각 설치하도록하였으므로, 프레넬 렌즈(31) 내부의 미광 발생을 방지할 수 있게 되어 표시 수단(30) 상에 발생하는 다중상을 경감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제5 실시 형태에 따르면, 프레넬 렌즈(31)의 광축과 대략 평행해지도록 복수의 광투과층(52T) 사이에 복수의 광흡수층(52A)을 적층한 미광 흡수판(52)을 출사면(31X)에 구비하도록 하였으므로, 프레넬 렌즈(31) 내부에서 발생한 미광을 흡수할 수 있게 되어 표시 수단(30) 상에 발생하는 다중상을 경감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제5 실시 형태에 따르면, 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)에 미광 흡수판(52)을 일체 성형하도록 하였으므로, 적은 부품 개수로 미광을 흡수할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 제5 실시 형태에 따르면, 프레넬 렌즈(31)의 광축을 중심으로 하여 동심 원형(방사형)으로 광투과층(52T)과 광흡수층(52A)을 적층하도록 하였으므로, 미광의 흡수 효율을 보다 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제5 실시 형태에 따르면, 광투과층(52T)과 광흡수층(52A)을 일방향에 대해 대략 평행하게 적층하도록 하였으므로, 미광 흡수판(52)의 제조가 용이해져 제조 비용을 삭감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 제5 실시 형태에 따르면, 프레넬 렌즈(31)의 출사면(31X)에 광흡수판(53)을 설치하도록 하였으므로, 간단한 구성으로 미광을 흡수할 수 있게 되어 표시 수단(30) 상에 발생하는 다중상을 경감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 화상 표시 시스템은 상기 화상 표시 시스템의 박형화를 도모하는 동시에, 화상의 왜곡을 억제하여 확대 표시를 실시하는 데 적합하다.

Claims

화상 정보를 조명광에 부여하여 광화상 신호로서 송신하는 송신 수단과, 상기 송신 수단으로부터 송신된 상기 광화상 신호를 투영하는 굴절 광학부 및 상기 굴절 광학부로부터 투영된 상기 광화상 신호를 반사하는 반사부로 구성되는 투영 광학 수단과, 상기 투영 광학 수단을 거쳐서 상기 광화상 신호를 수광하여 상기 화상 정보에 의거하여 화상을 표시하는 표시 수단을 구비하고,

상기 송신 수단은 상기 투영 광학 수단의 광축으로부터 벗어난 위치에 배치되는 동시에, 상기 표시 수단의 전방면과 상기 투영 광학 수단의 배면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 표시 수단의 전방면이라 함은, 화상 표시 시스템을 기준으로 한 전방면이고, 투영 광학 수단의 배면이라 함은, 상기 화상 표시 시스템을 기준으로 한 배면인 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 표시 수단은 투영 광학 수단의 광축과 대략 직교하여 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 송신 수단을 구성하는 라이트 벌브 수단의 화상 출사면 및 표시 수단은, 대략 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 투영 광학 수단은 송신 수단으로부터 표시 수단에 이르기까지의 광로 상에 적어도 1개의 광로 절곡 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제5항에 있어서, 광로 반사 방향을 향하는 광로 절곡 수단의 법선 벡터와,

투영 광학 수단의 광축을 포함하고, 또한 표시 수단의 화상 표시면의 하변에 평행한 평면을 대략 평행하게 배치하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 투영 광학 수단은 송신 수단으로부터 표시 수단에 이르기까지의 광로 상에 적어도 1개의 광로 절곡 수단을 구비하고, 상기 광로 절곡 수단에 의해 대략 수평면 내에서 광로를 절곡하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 표시 수단은 적어도 1개의 피치에 전반사형 프리즘부를 형성한 프레넬 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 표시 수단은 적어도 1개의 피치에 다른 2종류 이상의 프리즘부를 형성한 프레넬 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제9항에 있어서, 표시 수단은 프레넬 렌즈에 굴절형 프리즘부가 형성된 경우에는 빛을 흡수하는 박막의 광흡수층을 상기 굴절형 프리즘부의 무효면에 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제9항에 있어서, 표시 수단은 빛을 투과하는 복수의 광투과층과, 상기 광투과층 사이를 프레넬 렌즈의 광축과 대략 평행하게 적층되어 빛을 흡수하는 복수의 광흡수층으로 구성된 미광 흡수판을 상기 프레넬 렌즈의 출사면에 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제11항에 있어서, 표시 수단은 프레넬 렌즈의 출사면에 미광 흡수판을 일체 성형하여 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제11항에 있어서, 표시 수단은 프레넬 렌즈의 광축을 중심으로 하여 광투과층 및 광흡수층을 동심 원형으로 적층한 미광 흡수판을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제11항에 있어서, 표시 수단은 광투과층 및 광흡수층을 일방향에 대해 대략 평행하게 적층한 미광 흡수판을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제9항에 있어서, 표시 수단은 빛을 흡수하는 광흡수판을 프레넬 렌즈의 출사면에 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제1항에 있어서, 표시 수단은 입사면 및 출사면에 프리즘부를 각각 형성한 프레넬 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
화상 정보를 조명광에 부여하여 광화상 신호로서 송신하는 송신 수단과, 상기 송신 수단으로부터 송신된 상기 광화상 신호를 투영하는 굴절 광학부 및 상기 굴절 광학부로부터 투영된 상기 광화상 신호를 반사하는 반사부로 구성되는 투영 광학 수단과, 상기 투영 광학 수단을 거쳐서 상기 광화상 신호를 수광하여 상기 화상 정보에 의거하는 화상을 표시하는 표시 수단을 구비하고,

상기 송신 수단은 상기 투영 광학 수단의 광축을 포함하는 수평면보다도 하방에 배치되는 동시에,

상기 표시 수단은 상기 투영 광학 수단의 광축을 포함하는 수평면보다도 상방에 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제17항에 있어서, 표시 수단은 투영 광학 수단의 광축과 대략 직교하여 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제17항에 있어서, 송신 수단을 구성하는 라이트 벌브 수단의 화상 출사면 및 표시 수단은,

대략 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제17항에 있어서, 투영 광학 수단은 송신 수단으로부터 표시 수단에 이르기까지의 광로 상에 적어도 1개의 광로 절곡 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제20항에 있어서, 광로 반사 방향을 향하는 광로 절곡 수단의 법선 벡터와,

투영 광학 수단의 광축을 포함하고, 또한 표시 수단의 화상 표시면의 하변에 평행한 평면을 대략 평행하게 배치하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제17항에 있어서, 투영 광학 수단은 송신 수단으로부터 표시 수단에 이르기까지의 광로 상에 적어도 1개의 광로 절곡 수단을 구비하고, 상기 광로 절곡 수단에 의해 대략 수평면 내에서 광로를 절곡하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제17항에 있어서, 표시 수단은 적어도 1개의 피치에 전반사형 프리즘부를 형성한 프레넬 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제17항에 있어서, 표시 수단은 적어도 1개의 피치에 다른 2종류 이상의 프리즘부를 형성한 프레넬 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제24항에 있어서, 표시 수단은 프레넬 렌즈에 굴절형 프리즘부가 형성된 경우에는 빛을 흡수하는 박막의 광흡수층을 상기 굴절형 프리즘부의 무효면에 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제24항에 있어서, 표시 수단은 빛을 투과하는 복수의 광투과층과, 상기 광투과층 사이를 프레넬 렌즈의 광축과 대략 평행하게 적층되어 빛을 흡수하는 복수의 광흡수층으로 구성된 미광 흡수판을 상기 프레넬 렌즈의 출사면에 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제26항에 있어서, 표시 수단은 프레넬 렌즈의 출사면에 미광 흡수판을 일체 성형하여 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제26항에 있어서, 표시 수단은 프레넬 렌즈의 광축을 중심으로 하여 광투과층 및 광흡수층을 동심 원형으로 적층한 미광 흡수판을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제26항에 있어서, 표시 수단은 광투과층 및 광흡수층을 일방향에 대해 대략 평행하게 적층한 미광 흡수판을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제24항에 있어서, 표시 수단은 빛을 흡수하는 광흡수판을 프레넬 렌즈의 출사면에 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.
제17항에 있어서, 표시 수단은 입사면 및 출사면에 프리즘부를 각각 형성한 프레넬 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템.