JP2003510624A - 光ビームディスプレイ - Google Patents

光ビームディスプレイ

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JP2003510624A JP2000574975A JP2000574975A JP2003510624A JP 2003510624 A JP2003510624 A JP 2003510624A JP 2000574975 A JP2000574975 A JP 2000574975A JP 2000574975 A JP2000574975 A JP 2000574975A JP 2003510624 A JP2003510624 A JP 2003510624A
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コンマック，ドナルド・シィ
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アドバンスト・レーザー・テクノロジーズ・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 レーザビームディスプレイは、少なくとも第１と第２との複数のレーザビーム源（２００、３００）を含み、その各々が好ましくは半導体レーザのアレイであってもよく、複数のレーザビームを光路に提供して可動反射器（３２）の反射ファセット（２０４、３０４）に反射させ、ディスプレイスクリーン（２０６）を照射する。カラーディスプレイにおいては、レーザアレイの列の各々は別々の原色に対応する。アレイの各々の別々の行は、レーザビーム走査装置によって照射されるべき独立して活性化され同時に駆動される走査線に対応する。複数のレーザビームアレイは、スクリーンの幅をより小さな走査セグメントに副分割し、走査角を増大させるか、または装置の水平方向の走査速度を上げる。傾けられたファセットは、反射器の回転につれてレーザビームでスクリーンの異なった垂直方向の部分を照射する。同時に照射された対角走査タイルを使用する走査形式は、複数のレーザビームアレイの最適な使用を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の情報】
本願は、１９９４年２月２日出願の米国特許出願第０８／１６２，０４３号で
あり現在米国特許第５，６４６，７６６号の、継続出願である１９９７年７月３
日出願の米国特許出願第０８／８８７，９４７号の、一部継続出願である１９９
８年１０月８日出願の米国特許出願第０９／１６９，１６３号の、継続出願であ
る。上の特許および特許出願を、ここに引用により援用する。
【０００２】
【発明の背景】
１．発明の分野 この発明は、１本の光ビームまたは複数のビームを用いて画像を表示するため
の、方法および装置に関する。 ２．先行技術および関連情報の説明 高解像度ディスプレイは、コンピュータのモニタ、ＨＤＴＶおよびシミュレー
タを含む多様な用途を有する。そのような用途において、主な要件は、解像度、
最大可視領域、経費および信頼性である。ＣＲＴディスプレイ、背面投射型ディ
スプレイ、前面投射型ディスプレイ、プラズマディスプレイおよびＬＣＤを含む
多くのアプローチが用いられているが、これらのいずれもすべての上述の望まし
い特徴を満足に提供できていない。コントロールパネルディスプレイ、乗り物お
よび飛行機のオンボードディスプレイなどの他のディスプレイ用途では、解像度
よりも明るさ、小型のサイズおよび信頼性が重視されている。
【０００３】 レーザは、上述の両方の種類のディスプレイに対して多くの利点を提供できる
可能性があるが、レーザに基づくディスプレイは広くは使用されていない。これ
はほとんどが、利用可能なレーザ走査エンジンにおける制限によるものである。
レーザビームを走査するための１つの従来のアプローチは、回転ミラーを使用し
、ミラーの回転につれてレーザビームを直線方向に走査する。典型的にはミラー
はポリゴン形状に構成され、面の各々が直線方向でのレーザビームの１つの走査
長さに対応する。
【０００４】 図１にそのような回転ポリゴンレーザビームスキャナの例を示す。図１に示す
先行技術のレーザビーム走査装置は、ポリゴン形状ミラー１を用い、これはレー
ザ２から与えられるレーザビームを受け、このレーザビームをポリゴン１の回転
につれて走査方向Ｘへ偏向する。図１の形状を検討することにより、そのような
回転ポリゴンシステムは、ポリゴンの回転速度をＮで、すなわちポリゴンの面の
数で、除することにより求められる走査線持続時間で、最大角度１８０°を通し
てレーザビームを走査できる能力を有することが簡単に明らかとなるであろう。
また、大きなＮに対しては、走査角は１８０°以下に顕著に減じられるであろう
ことが理解されるであろう。こうして、図１に示すように構成された８面ポリゴ
ンに対しては、レーザビームは約９０°の角度を通して走査され、走査線の各々
の持続時間は、ポリゴンの１回転に対する期間の８分の１である。
【０００５】 図１に示すレーザ走査装置は、ごく単純であって、いくつかの用途に好適であ
るという利点を有する。しかしながら、この従来のレーザ走査装置は高解像度デ
ィスプレイには好適ではないが、これはそのような装置に特有の制限により、高
度の解像度と、高速走査と、大きな走査角とを同時に達成することが困難になる
ためである。より特定的には、高解像度のためには少ない面を備えた比較的大き
なポリゴンが必要である。すなわち、もしレーザビームが走査方向に沿って走査
するのにつれて正確な情報を提供するべきであれば、レーザビームがポリゴン面
の表面を横切るにつれて、レーザビームの変調が走査方向における離散点を明確
に提供しなければならない。よって、ポリゴンの面の各々は、ビーム径と離散走
査点の数（ｎ）とに応じて大きくならなければならない。したがって、高解像度
は非常に多数の離散走査点（ｎ）に対応して、一般的に大きなポリゴン面を必要
とする。この制限は、走査されるビーム目標表面がポリゴンミラーに近接して位
置決めされるときに、特に顕著である。また上述のように、ポリゴン面の数が増
加するにつれて走査角は減じられる。したがって、高解像度と大きな走査角とは
比較的少ない面を備えた大きなポリゴンを必要とする。
【０００６】 しかしながら、少ない面を備えた大きなポリゴンの要件は、高い走査速度を妨
げ、よってそのようなレーザビーム走査装置に基づくディスプレイの解像度およ
び／またはリフレッシュレートを厳しく制限する。上に示すように、走査速度は
直接ポリゴン面の数に関係する。したがって少ない面を備えるポリゴンは、高速
走査を達成するために非常に高速な回転を必要とする。しかしながら、大きなポ
リゴンを高速で回転させると機械的な問題が生じる。特に、高速回転は可動部品
に振動および応力をもたらし、レーザビームに対するミラーの位置合わせの精度
を減じる。これらの要因は集合的にミラーの回転速度を制限し、よってビーム走
査速度を制限する。
【０００７】 上述のように、重要度を増しているディスプレイ用途の別のカテゴリは、良好
な明るさと、マップなどのグラフィックおよびテキストに対して許容できる解像
度とを有する、比較的小型ではあるがロバストなディスプレイを必要とする。そ
のようなディスプレイは、自動車および他の乗り物において顕著な適用性を有す
る。そのような用途においては、レーザに基づくディスプレイはその明るさのた
めに潜在的な利点を有する。しかしながら、繰返すが現存のレーザビーム走査装
置は十分に好適ではない。特に、そのような用途においてはディスプレイが利用
できるスペースが小さいので、レーザビームの光路がごく短くなる。これにより
回転ポリゴンの大きさを増大させることが必要になる。しかしながら、大きな回
転ポリゴンには機械的な不安定性が伴い、これは信頼性が緊要である場合、その
ような用途に対して深刻な害となる。
【０００８】 したがって、改良されたレーザビームディスプレイ装置に対する要望が存在す
ることが理解されるであろう。
【０００９】
【発明の要約】
この発明は、高速で大きな走査角にわたって、かつ高解像度ディスプレイを提
供するための高い精度をもって、光ビームの走査を用いる、ディスプレイ装置お
よび方法を提供する。この発明はさらに、所与のスクリーンサイズに対して比較
的小規模の構成を有し、高解像度および高いリフレッシュレートにおいても、振
動や他の機械的問題が比較的ない、光ビームディスプレイ装置を提供する。
【００１０】 この発明はレーザビームディスプレイを提供するが、これは第１および第２の
複数の光ビーム源を含み、その各々が好ましくは半導体レーザのアレイであり、
光路内に複数の光ビームを与えて可動反射器の複数の反射ファセット（facet）
に同時に反射させ、ディスプレイスクリーンを照射する。カラーディスプレイに
おいては、レーザアレイの列の各々は別々の原色に対応し、アレイの別々の行は
、レーザビーム走査装置によって照射されるべき独立して活性化されるが同時に
駆動される走査線に対応する。複数のレーザビームアレイは、スクリーンの幅を
より小さな走査セグメントに副分割し、走査角を増大させるかまたは装置の水平
走査速度を上げる。同時に照射される対角走査タイルを用いる走査形式によって
、複数のレーザビームアレイが最適に使用される。
【００１１】 より特定的には、この発明の光ビーム走査装置の好ましい実施例は、ディスプ
レイ情報の複数の水平ラインを含むビデオデータを受取るための入力と、複数の
水平ラインに対するビデオデータをストアするための高速メモリとを含む。第１
および第２の光ダイオードアレイが提供され、各々が複数の行と少なくとも１つ
の列とを含む。制御回路は、高速メモリ内にストアされた複数の水平ラインから
のビデオデータに従って、光ビームの同時活性化を制御する。可動反射器を含む
光路は、両方のダイオードアレイからの同時活性化された複数のビームを、可動
反射器の少なくとも２つのファセットからディスプレイスクリーンに向ける。
【００１２】 さらなる局面においては、この発明は複数の光ビーム源と、異なった角度に傾
斜した複数の反射ファセットを有する回転可能反射器とを使用して、情報をディ
スプレイスクリーン上に表示する方法を提供する。第１の光ビーム源から、第１
の複数の光ビームは、可動反射器の第１の角度に傾斜した第１のファセットに向
けられ、さらに第１のファセットからディスプレイスクリーンへ向けられる。第
２の光ビーム源から、第２の複数の光ビームは、可動反射器の異なった角度に傾
斜した第２のファセットへ向けられ、さらに第２のファセットからディスプレイ
スクリーンへ向けられる。反射器の回転により、第１および第２の複数の光ビー
ムがディスプレイスクリーン上で同時に平行多数ライン走査セグメントをトレー
スする。平行走査セグメントは傾斜したファセットによってスクリーン上で垂直
方向に変位して、ディスプレイスクリーン上に総じて対角方向の形状を提供する
。異なる傾斜したファセットが光ビームの光路内に回転されるにつれ、これらの
対角走査パターンでスクリーンをタイリングすることにより、スクリーン全体が
照射される。
【００１３】 この発明のさらなる特徴および利点は、以下のこの発明の詳細な説明により明
らかとなるであろう。
【００１４】
【詳細な説明】
図２を参照して、この発明のレーザビームディスプレイ装置の好ましい実施例
を、実施例の基礎構造と電子部品とを示す概略図で示す。図２には構造の構成要
素と光路との寸法は図面において同じ割合では描かれず、光路の特定的な寸法と
レイアウトとは、特定の適用例に依拠する。
【００１５】 図２に示すように、レーザビーム走査装置はマルチファセットポリゴン反射器
３２を含む。ポリゴン形状の反射器３２は好ましくは変速モータ３６に結合され
、これは反射器３２の高速回転を提供してその外周上の連続する平坦な反射ファ
セットとレーザビームとの反射的接触をもたらす。反射器３２の回転速度は、エ
ンコーダ（図示せず）によって監視され、これは信号をモータ制御回路（制御電
子装置２２０内に含んでもよい）に与える。モータ制御回路、電源および角速度
制御フィードバックは米国特許第５，６４６，７６６号に記載されるものであっ
てもよく、その開示を引用によりここに援用する。ここでは車輪形状のマルチフ
ァセット反射器３２が好ましいが、他の形の可動多面反射器を使用して、連続的
に反射平坦表面とレーザビームとの反射的接触をもたらし得ることが理解される
であろう。そのような代替的な反射器は、リニアモータと回転モータとを含む多
様な電気機械的アクチュエータシステムのいくつをも用いて活性化されてもよく
、特定のアクチュエータシステムは特定の用途に対するファセットの望ましい速
度を提供するよう選択される。
【００１６】 図２の装置は、複数のレーザビーム２０２の第１のレーザビーム源２００をさ
らに含み、この複数のビームは以下に詳述するように異なった周波数／色のビー
ムを含んでもよく、装置は、レーザ源２００とディスプレイスクリーン２０６と
の間にレーザビームに対する光路をさらに含む。複数のビーム３０２の第２のレ
ーザビーム源３００と、ディスプレイスクリーン２０６への総じて平行な光路も
提供される。この好ましい実施例の一例として、レーザ源２００、３００の各々
が、複数の行と少なくとも１つの列とを有するレーザダイオードの方形のアレイ
を含んでもよい。モノクロームディスプレイは、ダイオードアレイごとに単一の
列を有するであろう一方、カラーディスプレイは３つの列を有するであろう。こ
うしてカラーアレイは行ごとに３原色を提供する。行の数は、ダイオードアレイ
の各々がディスプレイスクリーン２０６上でトレースされる平行走査線の数に対
応する。たとえば、１４行のダイオードが使用されてもよい。こうして２次元の
ダイオードアレイ２００、３００の各々は、１本から４２本の別々のレーザビー
ム２０２、３０２を（以下に説明するように制御回路２２０の制御下で）同時に
与え得る。また、複数のレーザビームの他のレーザビーム源を使用してもよい。
たとえば、ＡＯＭ変調器を使用して単一のビームを複数の独立して変調されたビ
ームに分割することにより、複数のビームのレーザビーム源を構成してもよい。
ＡＯＭ変調器を使用して複数のビームを生成するためのアプローチは、米国特許
第５，６４６，７６６号に記載され、引用によりここに援用する。
【００１７】 光路は、ポリゴンの回転につれてディスプレイスクリーン２０６にわたる所望
の走査範囲を提供する態様で、レーザビームが回転ポリゴン３２を遮蔽するよう
に構成される。光路は特定の用途に依拠するであろうし、示すように１つまたは
それ以上の反射光学素子２１２を使用して光路長を増大させてもよい。また、１
つまたはそれ以上のレンズ２１４、３１４をレーザビーム２０２、３０２ごとに
与え、それによりビームを所望のスポットサイズでディスプレイスクリーン２０
６上に焦点合せしてもよい。
【００１８】 図２に示す光路および光学素子の、多様な変形が可能であることが理解される
であろう。たとえば、付加的な光学素子を設けて、光路長を増大させてもよいし
、またはスペースが限られた用途においては、ジオメトリを変えて走査範囲を最
大化してもよい。これに代えて、ビーム源２００、３００、反射器３２およびス
クリーン２０６の好適なジオメトリが可能である用途においては、光路は反射要
素２１２などの光路長延長要素のいずれも必要としないであろう。同様に、レン
ズ２１４などの付加的な焦点合せまたはコリメートする光学素子を与えて、特定
の用途に対し所望のスポットサイズを提供してもよい。他の用途においては、ダ
イオード群のために個々の焦点合せ素子２１４、３１４を組合せてもよい。たと
えば、ダイオードアレイの単一の行内のすべてのダイオードを、単一の光学焦点
合せ素子２１４、３１４で焦点合せしてもよい。さらに別の用途においては、ダ
イオードアレイ２００、３００自体から放射されるレーザビームによって所望の
スポットサイズと解像度とを提供できるのであれば、焦点合せ素子を除いてもよ
い。スクリーン２０６は、反射型スクリーンまたは透過型スクリーンのいずれで
あってもよく、ここでは、透過拡散スクリーンは小規模のディスプレイに対して
、または高度の明るさが所望である場合に、好ましい。
【００１９】 図２にさらに概略的に示すように、レーザビーム源２００、３００は、図２に
総称的にビーム２０２、３０２で示すように、複数のレーザビームを同時に回転
反射器３２のファセット２０４、３０４の各々の上に与える。特定的には、複数
のビーム２０２はファセット２０４を介してディスプレイ２０６上のスポットま
たはピクセルのそれぞれに同時に向けられる。複数のビーム３０２はファセット
３０４を介して、ディスプレイ２０６上の異なったピクセルの組に同時に向けら
れる。レーザ源２００または３００からの複数のビームはまた、同時に単一のピ
クセルを照射してもよい。特定的には、カラーディスプレイにおいてはダイオー
ドアレイの単一の行内のすべての３つのダイオードは、同時に単一のピクセルを
照射し得る。モノクロームディスプレイ用途においてさえも、複数のビームを単
一のピクセルで組合せて明るさを増大し得る。複数のピクセルへの、この複数の
ビームの組合せを、ディスプレイ２０６に同時に向けられる４つのレーザビーム
で総称的に図２に示し、その各々は好ましくは異なった周波数または色の複数の
別個の構成要素を含む。ビーム２０２、３０２がビデオデータをスクリーン２０
６上にトレースする特定の態様を、図３および図４Ａから図４Ｃに関連して以下
に詳述する。
【００２０】 さらに図２を参照すると、ダイオードアレイ２００、３００は制御電子部品２
２０から与えられる制御信号によって駆動され、該制御電子部品２２０はビデオ
データソース１００から表示されるべきビデオ情報を受取る。ビデオデータソー
ス１００は、ディスプレイ２０６上に表示されるべきビデオ情報のいかなるソー
スを含んでもよく、多様な公知のいずれの形式での、アナログビデオ信号または
デジタルビデオ信号のソースを含んでもよい。制御電子部品２２０は、ソース１
００から与えられたビデオデータを必要であればデジタル形式に変換し、以下に
詳述するように、次いでダイオードアレイ２００、３００から与えられた特定の
走査パターンに対して適合されたパラレル走査形式に変換する。
【００２１】 図３を参照して、多数のダイオードアレイ２００、３００が同時に複数のビー
ムを複数のファセットへ与え、ディスプレイに対する向上した走査速度および／
または走査角を提供する態様を示す。
【００２２】 図３においては、高さ寸法（Ｈ）と幅寸法（Ｗ）とを有するスクリーンの使用
可能部分を備えたディスプレイスクリーン２０６の正面図を概略的に示す。示す
ディスプレイはカラーディスプレイのためのものであり、異なった色の光の３つ
のビームを同時に活性化して、それぞれレーザ源２００、３００の各々からピク
セル２１０、３１０の各々の上に焦点合せする。これらの個々のビームは好まし
くは、３原色である赤、青、緑に対応してディスプレイ２０６上にカラー画像を
もたらす。よって、図３に示す２組のピクセル２１０、３１０に対しては、レー
ザ源２００、３００によって同時に赤、青および緑のレーザビーム（ＲＢＧ）が
与えられる。
【００２３】 図３に示すように、ディスプレイスクリーン２０６の幅寸法（Ｗ）をダイオー
ドアレイの数に対応する複数の水平走査セグメントに副分割してもよい。２つの
ダイオードアレイ２００、３００に対応して２つの水平走査セグメント２０８、
３０８を示すが、そのようなセグメントとダイオードアレイとの数はそれに限定
されるものではなく、一般的にその数は２−１０であるか、またはそれより多く
てもよい。第１の水平走査セグメント２０８においては、図３に示すように第１
の複数のビームがダイオードアレイ２００からピクセル２１０の複数の行に与え
られて、走査線２１２の第１の組をトレースする。同時に、ダイオードアレイ３
００からの複数のビームはピクセル３１０の複数の行を照射し、これは第２の水
平走査セグメント３０８において走査線３１２の第２の組をトレースする。反射
器３２の回転によって複数の水平走査線に沿って走査したこれらのそれぞれのビ
ームは、こうして第１の垂直走査セグメント３１６を生成する。したがって、単
一のファセット幅に対応した角範囲にわたるポリゴン３２の回転に対して、スク
リーン２０８上で走査された幅は、レーザビームの単一のレーザビーム源からも
たらされるものの２倍になることが理解されるであろう。したがって、走査速度
および／またはスクリーンサイズの向上が付随してもたらされる。
【００２４】 ディスプレイスクリーン２０８の垂直範囲または高さ（Ｈ）は、垂直走査セグ
メント３１６ごとに平行走査を繰返すことにより走査される。垂直走査セグメン
ト３１６のそれぞれにわたってレーザビームを連続的に走査するためには、図３
に示す垂直距離Ｈの全体を包含するために、ビームをシフトするための何らかの
手段が必要となることが理解されるであろう。ビームを垂直方向にシフトするた
めのいくつかの異なったそのような手段は、米国特許第５，６４６，７６６号に
記載されており、その開示をここに引用し援用する。
【００２５】 この好ましい実施例においては、ビームの垂直方向のシフトは、ポリゴン３２
の回転の軸に対して異なった角度に傾けられた回転ポリゴン３２のファセットを
用いて達成される。異なったファセット角の各々は、こうしてディスプレイスク
リーン２０６の異なった垂直位置に対応して、レーザビーム２０２、３０２が連
続する一層傾斜したファセットを遮蔽するのにつれ、異なった垂直走査セグメン
ト３１６がトレースされることを可能にする。したがって、ポリゴン３２の１回
転により、垂直走査セグメント３１６のすべてが照射されて、ディスプレイスク
リーン２０６の使用可能表面領域の全体に画像を提供する。
【００２６】 レーザビームを垂直方向にシフトするための手段としての回転ポリゴン反射器
３２の傾斜したファセットの使用によると、図３の走査形式の変形が好ましくは
用いられる。特定的には、対角「タイリング」走査形式が好適に用いられる。こ
の走査形式を図４Ａから図４Ｃに示し、これらの図は、レーザビームによってタ
イリングパターンで照射されたスクリーン２０６の連続した部分を示す。図４Ａ
から図４Ｃに示す対角タイリング走査形式の例は、レーザビーム源２００および
３００の各々から同時に提供される１４行のレーザダイオードと、Ｎ個（または
その整数倍にフレーム間のいずれの「使われていない（dead）」ファセットを加
算）のファセットを有する回転ポリゴン反射器３２とを含む。Ｎ個のファセット
の各々は異なった角度に傾けられ、総称的に図４Ａから図４Ｃの垂直走査セグメ
ントの各々の左に示すように、ファセットの各々の角度はディスプレイ２０６上
の異なった垂直位置に対応する。図４Ａから図４Ｃに対するファセットに番号が
付されてファセット１がディスプレイスクリーン２０６の頂部を照射するよう傾
けられたファセットに対応する一方、ファセットＮはディスプレイスクリーン２
０６の底部を照射するよう傾けられる。
【００２７】 まず図４Ａを参照すると、走査パターンは、第１のレーザビーム源すなわちダ
イオードアレイ２００からのレーザビームによって照射された第１の走査タイル
４００−１で始まり、回転ポリゴン反射器３２のファセット１を照らし、水平走
査セグメント２０８の幅をわたって走査する。このように、１４行のダイオード
アレイ１００の例に対しては、１４行のビデオ情報が、第１のタイル４００−１
で水平走査セグメントにわたって平行に走査される。水平方向における解像度の
ピクセルの数は、ビデオデータと特定の用途とに依拠する。たとえば、高解像度
ディスプレイに関しては３２０ピクセルが具体的な数であるが、より少ないかま
たはより多いピクセルが提供されてもよい。
【００２８】 図４Ｂを参照して、ポリゴン反射器３２がファセット１を第２のレーザビーム
源、すなわちダイオードアレイ３００の光路内へ回転させた後に、第２のファセ
ットが第１のレーザビーム源の光路内に存在するのを示す。このときの反射器の
回転は、第１および第２のレーザビーム源から、図４Ｂに示す２つの対角に構成
されたタイル４００−２にわたってレーザビームを走査する。この対角タイリン
グ走査パターンは続けられ、次の連続する傾斜したファセット（ファセット３）
がレーザビーム源の光路に入り、図４Ｃに示す対角方向のタイル４００−３を照
明する。このパターンは、ディスプレイスクリーン２０６の全体がレーザビーム
によって照射されるまで続く。ここで使用される用語「平行走査セグメント」は
、併せて平行に走査されたタイル、たとえば図４Ｂのタイル４００−２および図
４Ｃに示されるタイル４００−３を示す。
【００２９】 もし付加的なレーザビーム源が与えられれば、図４Ａから図４Ｃに示すタイリ
ングパターンは、付加的な水平走査セグメントを加えることが理解されるであろ
う。対角タイリングパターンは延在してディスプレイの幅の全体にわたり、水平
走査セグメントの数に等しい数のタイルが同時に照射されるであろう。こうして
、たとえばもし３つのダイオードアレイを使用したとすると、図４Ｂおよび図４
Ｃに対応する走査パターンは、同時に照射される３つの対角方向にスペースをと
ったタイルを含むであろう。同様に、より多数のレーザビーム源に対しては、よ
り多くのタイルが同時に照射されるであろうし、上述のようにその数は２から１
０であってもよく、特定の用途に対して所望であればそれより多くてもよい。
【００３０】 当業者においては、ディスプレイスクリーン２０８上に、各々が多数のビーム
深さである多数のタイルを提供する能力は、ディスプレイ用途において顕著な利
点を有することが理解されるであろう。１４×３方形ダイオードアレイを用いる
上述の例は、走査速度とダイオードアレイ２００、３００のサイズとの間に適度
な折り合いをもたらし、こうしてディスプレイスクリーン２０６を水平方向にわ
たってレーザビームを３６走査することにより、５０４ラインカラー画像をディ
スプレイスクリーン２０６上に提供し得る。こうして、３６の独立して傾斜した
ファセットは、回転ポリゴン３２の一回転内でディスプレイ２０６の５０４ライ
ンのすべての走査を提供できる。したがって、２次元のダイオードアレイ２００
、３００およびマルチファセット傾斜ファセットポリゴン３２との組合せによっ
て、解像度またはディスプレイサイズの妥協なしに、回転ポリゴン３２のサイズ
および回転速度を減じることを可能にする。当業者においては、費用、レーザビ
ーム走査装置が利用できるスペース、所望のスクリーンサイズ、必要な走査線の
合計数などを含む、いずれの所与の用途の特定の要件に依拠して、ダイオードア
レイ寸法および／または回転ポリゴン３２の多様な異なった組合せの構成が、提
供され得ることが理解されるであろう。さらに、ダイオードの方形アレイは、レ
イアウトの容易さにおいて利点を有し、典型的なディスプレイ用途においてライ
ンの直線走査によく適合する一方、他のダイオードアレイ構成も使用可能である
ことが理解されるであろう。
【００３１】 この発明のディスプレイは、カラーディスプレイ要素において従来のカラーデ
ィスプレイに勝るさらなる利点を有する。従来のディスプレイ、たとえば陰極線
管（ＣＲＴ）ディスプレイは単一のピクセル領域で異なった色を正確に提供でき
ないが、これは用いられるリンが異なった色に対して異なった特徴を有していな
ければならず、分けられなければならないためである。したがって、ＣＲＴディ
スプレイ内の個々の色づけされたピクセルは、目では単一のピクセルであると視
覚的に認識される態様で隣同士に配置される。しかしながら、非常に高い解像度
に対しては、ディスプレイのピクセルごとに３つの別々のピクセル領域を与えな
ければならないという制約は、ディスプレイの解像度に悪影響を与える恐れがあ
る。しかしながらこの発明では、反射型または透過型ディスプレイスクリーン２
０８であっても、３つの異なったカラーレーザビームを正確に同じピクセルスポ
ット上に置くことが可能であり、それによりカラーピクセル領域を隣同士に配置
することを回避する。
【００３２】 図５を参照して、制御電子部品２２０の概略ブロック図を示す。制御電子部品
は、線２２２に沿ってビデオソースからビデオ入力信号を受取る。上述のように
、入力信号はいくつもの従来の形式のいずれであってもよく、たとえばＮＴＳＣ
飛越し走査形式または順次走査形式であってもよく、性質はアナログであっても
デジタルであってもよい。信号はビデオインターフェイス２８６に与えられ、こ
れはアナログ入力ビデオ信号が線２２２に沿って与えられた場合には、入力信号
をアナログからデジタルへ変換する。ビデオインターフェイス２８６は、線２８
８に沿って、シリアル形式でデジタルビデオデータをシリアルからパラレルへの
コンバータ２９０に出力する。シリアルからパラレルへのコンバータ２９０は、
ビデオＲＡＭコントローラ２９２と協働し、典型的にはラスタ走査形式であろう
シリアルビデオデータを、図４Ａから図４Ｃに示す平行タイリング走査パターン
に対応するパラレル走査形式に変換する。ビデオＲＡＭコントローラ２９２は、
十分な容量のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）またはＦＩＦＯバッファのよう
な高速一時メモリを含み、たとえば２つの走査タイルに対応するビデオデータの
少なくとも１つの平行走査セグメントを保持する。線２８８に沿って与えられる
ビデオデータ内のビデオ同期信号は、ビームタイミング論理２９４を通過するが
、これは平行走査セグメントと、典型的にはアナログビデオ信号またはデジタル
ビデオ信号で提供される、フレーム開始およびライン開始信号とを同期化させ、
平行走査タイミング信号をビデオＲＡＭコントローラ２９２に与える。ビデオＲ
ＡＭコントローラ２９２の出力は、それぞれ独立して赤ビデオドライバ回路２７
８、緑ビデオドライバ回路２８２、および青ビデオドライバ回路２８０に、デジ
タルカラー強度信号の形で与えられ、カラーディスプレイに対する所望の色のパ
レットに対するグレースケールカラー制御を可能にする。ビデオドライバ回路は
、デジタルカラー強度信号をダイオードアレイ２００（または３００、図５には
図示せず）内の個々のダイオードに与えられるアナログ駆動信号に変換し、グレ
ースケール駆動信号に関連した強度でそれらをオンまたはオフに切換え、ピクセ
ルごとに所望の色をもたらす。
【００３３】 図６を参照して、ダイオードアレイ２００の一実施例を破断斜視図で示す（ダ
イオードアレイ３００は同一の構造であるので図示せず）。示すように、ダイオ
ードアレイ２００は個々のレーザダイオード２３０、たとえばカラー特定ダイオ
ード２３０Ｒ、２３０Ｂおよび２３０Ｇの小規模な構成によって提供される。個
々のレーザダイオード２３０は、小規模なハウジング２４０内に構成され、これ
は取付ブラケット２４２を介してプリント回路板または他の好適な支持構造に取
付けられる。これに代えて、当業者には周知である接着または他の好適な取付技
術を用いてもよい。図６にさらに示すように、個々のレーザダイオードは好まし
くはレーザダイオードの出力部分に固定された焦点レンズキャップ２３２を含み
、レーザビームの初期の焦点合せを提供してもよい。電力および制御信号は、図
６に示すフレックス回路２５０などの好適な電気的接続を介して個々のレーザダ
イオードに与えられる。フレックス回路２５０はプラグコネクタ２５２を介して
、ハウジング２４０と個々のダイオード２３０とに電気的および機械的に結合さ
れる。しかしながら、レーザダイオード２３０への独立した電気的接続、または
ダイオードアレイの列のごとに独立したプリント回路板の提供を含む、多様な他
の電気的接続アプローチを使用可能であることが理解されるであろう。フレック
ス回路２５０は制御電子部品２２０に結合され、これは好ましくはプリント回路
板上に構成される。しかしながら制御電子部品は、取付ブラケット２４２を支え
るか、そうでなければハウジング２４０が直接取付けられる、同じプリント回路
板に設けられてもよい。
【００３４】 図７Ａおよび図７Ｂを参照して、スペースの制限または他の制約を有し小規模
なレーザ伝送ヘッドを必要とする用途に対して有利であろう、光ファイバレーザ
ビーム伝送ヘッドを使用する、レーザ源２００および関連の電子部品の代替的な
実施例を示す。
【００３５】 図７Ａに示すように、光ファイバレーザビーム伝送ヘッド２６０は、ハウジン
グ２６４内の小規模な方形アレイ内に配置された光ファイバ２６２の束を含む。
光ファイバ２６２の各々の端は、図７Ｂにより明確に示すように好ましくは焦点
合せ端キャップ素子２６６を含み得る。図７Ｂは、焦点合せ素子２６６の正確な
光学的形状を示すことを意図しないが、それが光ファイバ２６２と一体化され得
る小規模な態様を例示する。再び図７Ａを参照すると、光ファイバ２６２の各々
の反対側の端は、対応のレーザダイオード２６８の出力に結合される。任意の付
加的なコリメータおよび焦点合せ器２７０が、光ファイバ２６２の長さとレーザ
ダイオード２６８の出力特徴とに依拠して、個々のレーザダイオード２６８の出
力に設けられてもよい。個々のレーザダイオード２６８とダイオードアレイの列
ごとの任意のコリメータ／焦点合せ要素２７０とは、図７Ａに示すように別々の
回路板２７２、２７４、２７６上に取付けられてもよく、スペースが許せば単一
の回路板上に取付けられてもよい。光ファイバ２６２の長さは、ディスプレイス
クリーン２０６に対して所望の光路内に、レーザアレイ伝送ヘッド２６０を便利
に取付けることができるように選択される。個々のレーザダイオード２６８は、
上述のように制御電子部品２２０の一部を形成する赤ビデオドライバ回路２７８
、青ビデオドライバ回路２８０および緑ビデオドライバ回路２８２のそれぞれに
よって電力を与えられる。ビデオドライバ回路は、レーザダイオードと同じ回路
板２７２、２７４、２７６上に構成されてもよく、または特定の用途およびスペ
ース要件によって別々の回路板上に構成されてもよい。
【００３６】 図８を参照して、複数の光ファイバ伝送ヘッドを駆動するレーザダイオードの
、小規模な回路板実現化例を示す。示すように、２つの光ファイバ伝送ヘッド３
３０、３３２は、光ファイバ３３６を介して複数のレーザダイオード３３４に結
合される。個々のレーザダイオード３３４は、示すように単一の回路板３３８上
に構成されてもよく、または特定の用途のスペース要件によって別々の回路板に
分けられてもよい。また、図７Ａに関して説明された実施例に関して、光学コリ
メータ／焦点合せ素子３４０がレーザダイオードの出力と光ファイバとの間に与
えられてもよい。図８により明確に示すように、制御電子部品は色ごとの（赤を
図８に示す）ビデオドライバ信号を、２つの光ファイバ伝送ヘッドに対応する平
行ドライブ信号に分ける。
【００３７】 この発明の上の詳細な説明は、特定の実施例と、特定の動作の態様とにおいて
説明してきたが、そのような実施例および動作の態様は単純に例示の目的のみで
あり、この発明の多数の異なった実現化例もまた行なわれ得ることが理解される
であろう。したがって、上の詳細な説明では、その性質は限定的ではなく単純に
例示的なものと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術のレーザ走査装置の上面概略図である。
【図２】 この発明の好ましい実施例に従った、レーザビームディスプレイ
の概略図である。
【図３】 この発明のレーザディスプレイの動作に従った、走査パターンの
概略図である。
【図４Ａ】 この発明のレーザビームディスプレイの動作の好ましい態様に
従った、操作パターンの概略図である。
【図４Ｂ】 この発明のレーザビームディスプレイの動作の好ましい態様に
従った、操作パターンの概略図である。
【図４Ｃ】 この発明のレーザビームディスプレイの動作の好ましい態様に
従った、操作パターンの概略図である。
【図５】 この発明のレーザビームディスプレイの好ましい実施例の回路の
概略ブロック図である。
【図６】 この発明に従った、レーザダイオードアレイの一部破断図である
。
【図７Ａ】 光ファイバ伝送ヘッドを使用した、この発明の代替の実施例を
示す図である。
【図７Ｂ】 光ファイバ伝送ヘッドを使用した、この発明の代替の実施例を
示す図である。
【図８】 この発明の代替的な実施例に従った、２つの光ファイバ伝送ヘッ
ドを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H045 AA04 BA13 BA23 BA24 BA26 BA32 BA36 DA02 5C060 BA02 BA07 BC01 BD02 GB00 HA18 HC00 JA00 JB06 5F073 AB02 AB06 AB28 AB29 BA09 EA04 EA15 GA02

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ビームディスプレイ装置であって、 垂直方向および水平方向の寸法を有するディスプレイスクリーンと、 複数の行と少なくとも１つの列とを含むアレイに構成された第１の複数の光ビ
    ーム源と、 複数の行と少なくとも１つの列とを含むアレイに構成された第２の複数の光ビ
    ーム源と、 前記第１および第２の複数の光ビーム源を同時に活性化するための制御手段と
    、 ディスプレイスクリーンと第１および第２の光ビーム源との間に可動反射器を
    含む光路とを含み、前記可動反射器は、複数の反射ファセットを有し、前記同時
    に活性化された複数の光ビームを可動反射器の第１および第２のファセットのそ
    れぞれを介してディスプレイスクリーンに向け、ディスプレイの異なった水平方
    向の領域を同時に照射する、光ビームディスプレイ装置。
  2. 【請求項２】 可動反射器は回転可能ポリゴンであって、光ビーム走査装置
    は、モータをさらに含み、ポリゴンを予め定められた角速度で回転させ、それに
    より後続のファセットを光路に入れて複数の光ビームを遮蔽する、請求項１に記
    載の光ビーム走査装置。
  3. 【請求項３】 アレイの列の各々内の光ビーム源は、光の異なった色に対応
    する、請求項１に記載の光ビーム走査装置。
  4. 【請求項４】 アレイは３つの列を有し、アレイの各々は原色を有する光ビ
    ーム源に対応する、請求項３に記載の光ビーム走査装置。
  5. 【請求項５】 複数の光ビーム源は半導体レーザを含む、請求項１に記載の
    光ビーム走査装置。
  6. 【請求項６】 光ビーム源は半導体ダイオードを含む、請求項５に記載の光
    ビーム走査装置。
  7. 【請求項７】 光ビームをシフトしてディスプレイスクリーンの異なった垂
    直走査セグメントを照射するための手段をさらに含む、請求項１に記載の光ビー
    ム走査装置。
  8. 【請求項８】 シフトするための手段は、可動反射器上に構成された異なっ
    た角度に傾斜した複数の反射ファセットを含む、請求項７に記載の光ビーム走査
    装置。
  9. 【請求項９】 可動反射器は回転ポリゴンであり、傾斜したファセットはポ
    リゴンの回転の軸に対して傾けられ、それにより光ビームをディスプレイスクリ
    ーン上の変動する垂直走査セグメントに向ける、請求項８に記載の光ビーム走査
    装置。
  10. 【請求項１０】 光ビーム走査装置であって、 ビデオデータを受取るための入力を含み、ビデオデータはディスプレイ情報の
    複数の水平ラインを含み、さらに ディスプレイスクリーンと、 複数の行と少なくとも１つの列とを含むアレイ内に構成された第１の複数の光
    ビーム源と、 複数の行と少なくとも１つの列とを含むアレイ内に構成された第２の複数の光
    ビーム源と、 異なった角度で傾斜した複数の反射ファセットを有する可動反射器と、 ビデオデータの複数の水平ラインをストアするためのメモリと、 制御回路とを含み、前記制御回路は前記メモリにストアされた複数の水平ライ
    ンからのビデオデータに従って前記光ビーム源を同時に活性化し、 ディスプレイスクリーンと可動反射器と第１および第２の複数の光ビーム源と
    の間の光路をさらに含み、前記同時に活性化された複数のビームを可動反射器の
    少なくとも２つのファセットとディスプレイスクリーンとに向け、可動反射器は
    第１および第２の複数の光ビームの各々を水平ラインの一部にわたってのみ走査
    する、光ビーム走査装置。
  11. 【請求項１１】 可動反射器は回転可能ポリゴンであって、光ビーム走査装
    置はモータをさらに含み、ポリゴンを予め定められた角速度で回転させ、それに
    よりファセットのそれぞれを光路に入れて複数の光ビームを遮蔽する、請求項１
    ０に記載の光ビーム走査装置。
  12. 【請求項１２】 光ビーム源のアレイの各々は、光の異なった色に対応する
    複数の列を有する、請求項１０に記載の光ビーム走査装置。
  13. 【請求項１３】 アレイの各々は３つの列を有し、列の各々は原色の光ビー
    ム源に対応する、請求項１２に記載の光ビーム走査装置。
  14. 【請求項１４】 複数の光ビーム源は半導体レーザを含む、請求項１０に記
    載の光ビーム走査装置。
  15. 【請求項１５】 アレイの各々は、アレイの中に取付けられ光放出ダイオー
    ドのそれぞれと光学的に結合される光ファイバのアレイを含む、請求項１０に記
    載の光ビーム走査装置。
  16. 【請求項１６】 複数の光ビーム源と、異なった角度で傾斜した複数の反射
    ファセットを有する可動反射器とを使用してディスプレイスクリーン上に情報を
    表示するための方法であって、 第１の複数の光ビームを可動反射器の第１のファセットに向け、さらに第１の
    ファセットからディスプレイスクリーンに向けるステップと、 第２の複数の光ビームを可動反射器の第２のファセットに向け、さらに第２の
    ファセットからディスプレイスクリーンに向けるステップと、 反射器を移動させて第１および第２の複数の光ビームが第１の方向で平行マル
    チライン走査セグメントをディスプレイスクリーン上で同時にトレースするステ
    ップとを含み、平行走査セグメントは第２の方向で変位し、ディスプレイスクリ
    ーン上で総じて対角方向の構成を提供する、ディスプレイスクリーン上に情報を
    表示するための方法。
  17. 【請求項１７】 前記ディスプレイスクリーンは一般的に方形の構成を有し
    、前記第１の方向は前記スクリーンの水平方向の寸法に対応し、前記第２の方向
    は前記スクリーンの垂直方向の寸法に対応する、請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 ディスプレイの全体は、光ビームの光路内の傾斜したファ
    セットの異なった組を使用して、平行走査セグメントを連続して照射することに
    より照射される、請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 平行走査セグメントは、ディスプレイスクリーンの対角方
    向に隣接した方形のセグメントを含む、請求項１７に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 平行走査セグメントは、各々がビデオ情報の複数の異なっ
    た水平走査線を有する、請求項１８に記載の方法。
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