JP2007079577A - 両方向スキャン方式のカラーディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１パネルの両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置は、光源制御信号に応じて色光（ｃｏｌｏｒ ｌｉｇｈｔ）を照射する光源系６１０（赤色光源６１２、緑色光源６１４、青色光源６１６）と、上記色光を光変調器制御信号により変調して回折光を生成する光変調器素子６３０と、上記光変調器素子より照射された上記回折光をスキャナ制御信号に応じてスクリーン６７０に両方向スキャンして投射するスキャナ６５０と、上記スクリーンに表現される映像情報に応じて上記光源制御信号、上記光変調器制御信号及び上記スキャナ制御信号をそれぞれ上記光源系、上記光変調器素子及び上記スキャナに伝達して制御する映像制御回路６８０とを含む。これにより、光学系及び回路が単純になり、全体の材料費において非常に節減効果がある。
【選択図】 図６

Description

本発明はカラーディスプレイ装置に関するものであり、より詳細には、両方向スキャン方式のカラーディスプレイ装置に関する。

大型画像表示装置（主にプロジェクタ）は液晶を光スイッチとして使用している。過去のＣＲＴプロジェクタより小型であり、安価で光学系も簡単であるのでよく使用されている。しかし、光源からの光が液晶板を透過してスクリーンに照らされるので光の損失が多いということが短所と指摘されている。従って、反射を用いる光変調器素子などのマイクロマシンを活用して光損失を減らしてより明るい画像を得ることができる。

マイクロマシン（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ）は肉眼では識別の難しい極めて小型の機械を意味する。メムス（ＭＥＭＳ:Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ともいい、超小型電気機械システム又は素子と呼ぶことができる。マイクロマシンは主に半導体の製造技術を応用して製造する。また、微小光学及び極限素子を用いて磁気及び光ヘッドのような各種情報器機部品に応用し、多くの種類のマイクロ流体制御技術を用いて生命・医学分野と半導体製造工程などにも応用される。マイクロマシンはその役目に応じて、感知素子の機能をするマイクロセンサー、駆動装置であるマイクロアクチュエータ及びその他エネルギーの伝達の役目をするミニアチュア機械などに分けることができる。

メムス（ＭＥＭＳ）は多様な応用分野の一つであって光学分野に応用されている。メムス（ＭＥＭＳ）技術を利用すれば、１ｍｍより小さな光学部品を製作することができるし、これらにより超小型光システムを具現することができる。

超小型光システムに該当する光変調器素子、マイクロレンズなどのマイクロ光学部品は速い回答速度と小さな損失、集積化及びデジタル化の容易性などの長所により通信装置、ディスプレイ及び記録装置に採択され応用されている。

図１は、メムス素子を適用した光変調器素子を用いる従来３パネル方式のカラーディスプレイ装置の一例を示す模式的構成図である。

従来３パネル方式のカラーディスプレイ装置は、光源系１１０、照明光学系１２０、三つのパネル１３０、色合成系１５０、プロジェクションシステム１６０及びスクリーン１７０を含む。

光源系１１０は、光の三原色である赤色光源１１２、緑色光源１１４及び青色光源１１６を含む複数のレーザ光源を含む。光源系１１０での各色光は照明光学系１２０のビーム形成レンズ１２０ａ及び１２０ｂを経て各パネル１３０に入射される。

三つのパネル１３０は、それぞれ光変調器素子１３２、１３４、１３６を含み、各光変調器素子１３２、１３４、１３６はそれぞれ一つの色光を担当する。入射された各色光の赤色光、緑色光、青色光は光強度が変調されて色合成系１５０に投射される。

色合成系１５０のうち、色合成フィルターである１５２はそれぞれ光強度の変調された赤色光、緑色光、青色光を合成し、空間フィルター１５４により信号成分のみを抽出する。

プロジェクションシステム１６０のうち、画像信号と同期するスキャナ１６２（本例ではガルバノミラー）により空間に展開され、プロジェクションレンズ１６４によりスクリーン１７０の上にカラー映像で投影される。

上述した従来の３パネル方式のカラーディスプレイ装置は、各色のレーザ光源に対応する三つの光変調器素子を設けなければならないので、光学系が複雑になり製造費用が増加するという問題点がある。また、各色のレーザ光源がすべて同一出力を有さなければならないので、ある一つのレーザ光源の出力が弱い場合、投影されるカラー映像の画質が良くないという問題点がある。

したがって、上述した問題点を解決するために、本発明の目的は、光学系及び回路が単純になり、すべての材料費において非常に節減効果のある１パネル方式のカラーディスプレイ装置を提供することである。

本発明の他の目的は、スキャナのスキャン周波数が、両方向スキャン方式によると単方向スキャン方式による場合の１／２になり、製作スペックが簡単になり、スキャナの寿命を長くすることができるカラーディスプレイ装置を提供することである。

本発明の他の目的は下記の説明を介して易しく理解することができるであろう。

上記の目的を果たすために、本発明の一実施形態によれば、光源制御信号に応じて色光（ｃｏｌｏｒ ｌｉｇｈｔ）を照射する光源系と、上記色光を光変調器制御信号に応じて変調して回折光を生成する光変調器素子と、上記光変調器素子より照射される上記回折光をスキャナ制御信号に応じてスクリーンに両方向スキャンして投射するスキャナと、及び上記スクリーンに表現される映像情報に応じて上記光源制御信号、上記光変調器制御信号及び上記スキャナ制御信号をそれぞれ上記光源系、上記光変調器素子及び上記スキャナに伝達して制御する映像制御回路を含む両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置が提供される。

好ましくは、上記回折光は上記スクリーンのうち、１次元映像である一つの垂直ライン映像を示し、上記スキャナでの水平方向への両方向スキャンにより２次元映像に具現することができる。

又は、上記回折光は上記スクリーンのうち、１次元映像である一つの水平ライン映像を示し、上記スキャナでの垂直方向への両方向スキャンにより２次元映像に具現することができる。

好ましくは、上記光源系は、赤色（ｒｅｄ）光源、緑色（ｇｒｅｅｎ）光源及び青色（ｂｌｕｅ）光源を含むが、上記光源制御信号に応じて上記赤色光源、上記緑色光源及び上記青色光源のオン／オフ（ｏｎ−ｏｆｆ）を制御することができる。ここで、上記赤色光源、緑色光源及び青色光源のうち、いずれか一つがオン（ｏｎ）状態である場合、残りの光源はオフ（ｏｆｆ）状態である。

また、上記映像情報は、一つのフレームを構成する（垂直ライン画素数）×（水平ライン画素数）程度の画素の赤色、緑色及び青色の光強度情報であり、上記映像制御回路は上記光源制御信号に応じてオン（ｏｎ）の状態の上記光源の色に相応する光強度情報を上記光変調器制御信号に同期して上記光変調器素子に伝達することができる。

また、上記スキャナは、１／２回転のごとに一つのフレームに該当する赤色、緑色及び青色のうち、ある一つの色に相応する回折光を上記スクリーンに投映することができ、したがって、上記スキャナが３／２回転すると赤色、緑色及び青色に該当する各回折光を一度ずつ前記スクリーンに投映することになる。

ここで、上記スキャナは、〔１／（１．５×テレビ放送方式に応ずるフィールド周波数）〕秒内に１回転することができる。

また、上記スキャナは、ガルバノミラー（ｇａｌｖａｎｏ ｍｉｒｒｏｒ）を含むことができる。

上述したように、本発明によるカラーディスプレイ装置は一つの光変調器素子を用いる１パネル方式であって、３パネル方式カラーディスプレイよりパネルが二つも減少するので、光学系及び回路が単純になり、全体の材料費が非常に節減されるという効果を奏する。

また、本発明によれば、スキャナのスキャン周波数が、両方向スキャン方式であるので単方向スキャン方式より１／２になり、製作スペックが簡単になりスキャナの寿命が長くなるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる両方向スキャン方式カラーディスプレイの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の他の目的、特定の長所及び新規した特徴は、添付する図面と連関される以下の詳細な説明及び好ましい実施例からより明らかになる。本発明を説明することにおいて、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を反って不明にすると判断される場合、その詳細な説明を略する。本明細書の説明過程中に使用される数字（例えば、第１、第２等）は同一又は類似の個体を順次に区分するための識別記号に過ぎない。

以下、本発明の好ましい実施例を詳しく説明する前に、本発明に適用される光変調器に対して先に説明する。

光変調器は、大きく直接光のオン／オフを制御する直接方式と反射及び回折を用いる間接方式に分けられ、また間接方式は静電気方式と圧電方式に分けられる。ここで、光変調器は駆動される方式にかかわらず、本発明に適用が可能である。

図２ａは、本発明に適用可能な間接光変調器のうち、静電気方式を用いる一形態の回折型光変調器素子であるシリコーンライトマシン社のＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）デバイスの構成を示す模式的斜視図であり、図２ｂは図２ａに図示するデバイスの模式的断面図である。図３は、図２ａおよび図２ｂに示された従来のＧＬＶデバイスにおける入射光変調原理を示す模式的断面図である。

図２ａおよび図２ｂを参照すると、ＧＬＶデバイスである２００は、ガラス基板などの絶縁基板２１０と、絶縁基板２１０の上に形成された共通の基板側電極２２０と、基板側電極２２０にブリッジ形状でかけ渡され、並列配置されている複数個（本例では六つ）のビーム（２３０ａないし２３０ｆ、以下２３０と略称する）を含む。

複数個のビーム２３０は、ブリッジ部材２４０と、ブリッジ部材２４０上に設置されるものであってアルミニウム（Ａｌ）膜より構成された反射膜を兼ねる駆動側電極２５０とを含み、その両端が支持されるいわゆるブリッジ式に形成される。

基板側電極２２０と駆動側電極２５０にかかる電位に応じて、ビーム２３０は基板側電極２２０との間の静電引力又は静電反発力により変位される。図２ｂに示されているように、ビーム２３０は基板側電極２２０に対して平行状態から点線のように凹状態に変位される。

複数のビーム２３０に対して平行状態又は凹状態への変位を交互に変化させる。複数のビーム２３０に電圧が印加されない場合には図３の（ａ）に示されているようにすべて平行状態を維持するが、奇数番目のビーム２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｅに微小電圧を印加すると図３の（ｂ）に示されているように奇数番目のビーム２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｅは凹状態を、偶数番目のビーム２３０ｂ、２３０ｄ、２３０ｆは平行状態を維持することになる。この場合、入射光が奇数番目のビーム２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｅに応じて反射される第１反射光と、偶数番目のビーム２３０ｂ、２３０ｄ、２３０ｆに応じて反射される第２反射光の間の経路差により回折（干渉）が発生して光の強度が変調される。これを用いてスクリーン画素のグレースケール（ｇｒａｙ ｓｃａｌｅ）すなわち、光強度を表現する。複数のビーム２３０（本例では六つのビーム）が一つの画素の光強度を表し、複数のビーム２３０が一つのマイクロミラーを構成するものと仮定する。

図４ａは、本発明の好ましい実施例に適用可能な間接光変調器のうち、圧電体を用いる一形態の回折型光変調器素子の斜視図であり、図４ｂは、本発明の好ましい実施例に適用可能な圧電体を用いる他の形態の回折型光変調器素子の斜視図である。図４ａ及び図４ｂを参照すると、基板５１、絶縁層５２、犠牲層５３、リボン構造物５４及び圧電体５５を含む光変調器が示されている。

基板５１は一般的に使用される半導体基板であり、絶縁層５２はエッチング停止層（etch stop layer）として蒸着されるし、犠牲層で使用される物質をエッチングするエッチャント（ここで、エッチャントはエッチングガス又はエッチング溶液である）に対して選択比が高い物質で形成される。ここで、絶縁層５２の上には入射光を反射するために反射層５２（ａ）、５２（ｂ）を形成することができる。

犠牲層５３は、リボン構造物５４が絶縁層５２と一定間隔で離隔され得るように両サイドからリボン構造物５４を支持し、中心部に空間を形成する役目をする。

リボン構造物５４は、上述したように入射光の回折及び干渉を起こして信号を光変調する役目をする。リボン構造物５４の形態は上述したように静電気方式に応じて複数のリボン形状で構成することができるし、圧電方式によりリボンの中心部に複数のオープンホールを具備することもできる。また、圧電体５５は上部及び下部電極間の電圧差により発生する上下又は左右の収縮、又は膨脹程度に応じてリボン構造物５４を上下に動くように制御する。ここで、反射層５２（ａ）と５２（ｂ）はリボン構造物５４に形成されたホール５４（ｂ）と５４（ｄ）に対応して形成される。

以下に、上述した図４ａの形態の光変調器を中心として本発明を説明する。

図４ｃを参照すると、光変調器はそれぞれ第１画素（ｐｉｘｅｌ＃１）、第２画素（ｐｉｘｅｌ＃２）、・・・、第ｍ画素（ｐｉｘｅｌ＃ｍ）を担当するｍ個のマイクロミラーである５０−１、５０−２、・・・、５０−ｍから構成される。光変調器は垂直走査線又は水平走査線（ここで、垂直走査線又は水平走査線はｍ個の画素で構成されるものと仮定する）の１次元映像に対する映像情報を担当し、各マイクロミラー５０−１、５０−２、・・・、５０−ｍは垂直走査線又は水平走査線を構成するｍ個の画素のうちある一つの画素を担当する。したがって、それぞれのマイクロミラーから反射及び回折された光は、以後光スキャン装置によりスクリーンに２次元映像で投射される。例えば、ＶＧＡ６４０＊４８０の解像度の場合、４８０個の垂直ピクセルに対して光スキャン装置（図示せず）の一面で６４０回変調（モジュレーション）をして光スキャン装置の一面当たり画面一つのフレームが生成される。

以下、第１画素（ｐｉｘｅｌ ＃１）を中心として光変調の原理に対して説明するが、他のピクセルに対しても同一な内容が適用可能である。

本実施例で、リボン構造物５４に形成されるホール５４（ｂ）−１は二つであると仮定する。二つのホール５４（ｂ）−１によりリボン構造物５４の上部には三つの上部反射層５４（ａ）−１が形成される。絶縁層５２には二つのホール５４（ｂ）−１により二つの下部反射層が形成される。そして第１画素（ｐｉｘｅｌ ＃１）と第２画素（ｐｉｘｅｌ ＃２）間の間隔による部分に相応して絶縁層５２にはさらに一つの下部反射層が形成される。よって、各ピクセル当たり、上部反射層５４（ａ）−１と下部反射層の個数は同一となり、図４ａを参照して上述したように０次回折光又は±１次回折光を用いて変調光の輝度を調節することが可能である。

図４ｄを参照すると、回折型光変調器の光変調原理を説明するための図面が示されている。図４ｃのＢＢ'線の断面図を中心として説明する。

例えば、図４ｄの（ａ）を参照すると、光の波長がλである場合、リボン構造物５４に形成された上部反射層５４（ａ）と、下部反射層５２（ａ）の形成された絶縁層５２間の間隔が、（２ｎ）λ／４（ｎは自然数）になるようにする第１電圧が圧電体５５に印加される。この場合、０次回折光（反射光）の場合リボン構造物５４に形成された上部反射層５４（ａ）より反射された光と絶縁層５２より反射された光との間の全体の経路差はｎλであって、補強干渉により回折光は最大輝度を有する。ここで、＋１次及び−１次回折光の場合、光の輝度は相殺干渉により最小値を有する。

また、 図４ｄの（ｂ）を参照すると、リボン構造物５４に形成された上部反射層５４（ａ）と下部反射層５２（ａ）の形成された絶縁層５２間の間隔が（２ｎ＋１）λ／４（ｎは自然数）となるようにする第２電圧が圧電体５５に印加される。この場合、０次回折光（反射光）の場合、リボン構造物５４に形成された上部反射層５４（ａ）と絶縁層５２より反射された光間の全体経路差は（２ｎ＋１）λ／２であって、相殺干渉により回折光は最小輝度を有する。ここで、＋１次及び−１次回折光の場合、補強干渉により光の輝度は最大値を有する。このような干渉の結果、光変調器は反射又は回折光の光量を調節して信号を光に乗せることができる。

以上で、リボン構造物５４と下部反射層５２（ａ）の形成された絶縁層５２間の間隔が（２ｎ）λ／４又は、（２ｎ＋１）λ／４の場合を説明したが、入射光の回折、反射による干渉の強度を調節することができる間隔で駆動可能な多様な実施例が本発明に適用され得ることは当然である。

図５は、本発明の好ましい実施例に適用可能な回折型光変調器アレイによりスクリーンにイメージが生成される模式図である。

垂直に配列されたｍ個のマイクロミラー、５０−１、５０−２、・・・、５０−ｍにより反射及び回折された光が光スキャン装置から反射されスクリーン１００に水平でスキャンされ生成された画面である５００−１、５００−２、５００−３、５００−４、・・・、５００−（ｋ−３）、５００−（ｋ−２）、５００−（ｋ−１）、５００−ｋが示されている。光スキャン装置より一回回転する場合、一つの映像フレームが投射され得る。ここで、スキャン方向は、左側から右側方向の矢印方向に示されているが、その逆方向にも映像をスキャンし得る。

本発明において、光変調器素子は、ＧＬＶデバイス、メムス構造物又は干渉原理により一定した入射光に対して多様な信号の大きさを有する回折光を生成することになり、信号を光に乗せることができる装置であって、上述したように１次元映像画素を担当する装置を通称する。

図６は本発明の好ましい一実施例による１パネルの両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置の概略的な構成図である。本発明においてカラーディスプレイ装置は一般的にプロジェクション装置を意味する。図７は本発明によりスクリーンに投影されるフレームの構成を示す図面であり、図８は本発明の好ましい一実施例によるカラー映像表示方法を示す図面である。

図６を参照すると、１パネルの両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置は、光源系６１０、照明光学系６２０、一つのパネル、すなわち一つの光変調器素子６３０、リレー光学系６４０、スキャナ６５０、投射光学系６６０、スクリーン６７０及び映像制御回路６８０を含む。ここで、照明光学系６２０、リレー光学系６４０、投射光学系６６０はプロジェクション装置では一般的な構成要素であるので詳細な説明は略する。

光源系６１０は、光の三原色である赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ照射する赤色光源６１２、緑色光源６１４及び青色光源６１６を含む。赤色光源６１２、緑色光源６１４及び青色光源６１６はレーザ光源又はレーザダイオードであることが好ましい。

光源系６１０での各色光は、照明光学系６２０を経て一つのパネルすなわち、光変調器素子６３０に入射される。

光変調器素子６３０は、赤色光源６１２、緑色光源６１４及び青色光源６１６のうち一つから色光の入射を受ける。同時に２以上の色光の入射を受けることなく、一度に一つの色の色光のみ入射を受けることが好ましい。

光変調器素子６３０は、上述したように、下記のスクリーン６７０に投射される時、一つのラインに対する光強度情報に応じて入射光を変調して回折光を生成する。ここで、一つのラインは一つのフレーム（ｆｒａｍｅ）を構成する、（横画素数、すなわち水平ライン画素数）×（縦画素数、すなわち垂直ライン画素数）程度の画素のうち、ある一つの水平ライン又は垂直ラインを意味する。以下では光変調器素子６３０がある一つの垂直ラインを担当することを中心として説明するが、本発明はこれに限定されることはない。

光変調器素子６３０は、図２のＧＬＶデバイス２００又は図４のメムス構造物がラインの画素数程度並列に配置されて一つの垂直ラインを担当することが好ましい。一つの垂直ラインは１次元映像であり、スクリーン６７０は２次元映像を表して、後に説明するスキャナ６５０により１次元映像が２次元映像に表現される。

光変調器素子６３０は、映像情報の含まれていない色光の入射を受け、後に説明する映像制御回路６８０より受信した光変調器制御信号に応じて該当の色光及び該当のラインに対する映像情報、すなわち、光強度情報を上記色光に乗せる。この過程が色光の変調である。すなわち、映像情報を表現するパネルの役目を光変調器素子６３０が担当する。これを介して映像情報を乗せた色光、すなわち、回折光はリレー光学系６４０を経てスキャナ６５０に伝達される。

スキャナ６５０は、映像制御回路６８０より受信したスキャナ制御信号に応じて回折光を空間に展開する。投射光学系６６０は、プロジェクションレンズを含み、スキャナ６５０により空間に展開される回折光をスクリーン６７０にカラー映像で投影する。

上述したように、スキャナ６５０により空間に展開される回折光は、光変調器素子６３０により変調された、表現される画面のフレームのうちある一つの垂直ラインを表示する１次元映像信号である。

スキャナ６５０の水平方向への両方向回転により上記回折光をスクリーン６７０中の映像信号に相応する定められた位置の垂直ラインに投映する。スキャナ６５０の回転により水平方向に各垂直ラインの映像信号がすべて投影されると一つのフレームが完成され、そして一つの画面が完成されて人の目に一つの画面として見えることになる。

本発明において、スキャナ６５０は両方向への回転が可能であり、１次元映像を２次元的に表現することができる装置であればよく、スキャナ６５０の例としてはガルバノミラー（ｇａｌｖａｎｏ ｍｉｒｒｏｒ）などを挙げることができる。

映像制御回路６８０は、一つの画面を形成するフレームに対する映像情報を有する。映像情報は、（垂直ライン画素数）×（水平ライン画素数）程度の画素の赤色、緑色及び青色の光強度情報を意味する。例えば、垂直ライン画素数を自然数ｍ、水平ライン画素数を自然数ｎとすると、一つのフレームは、図７のように、第１ないし第ｎ垂直ラインで構成されるか、第１ないし第ｍ水平ラインで構成されるということができる。

映像制御回路６８０は、予め定められた順序に応じて赤色、緑色又は青色に対する光強度情報を抽出する。例えば、赤色、緑色、青色順になってもよいし、この順序は変更可能である。

図７を参照すると、スキャナ６５０によるスキャンが水平方向に行われる場合、第１垂直ラインから第ｎ垂直ラインに至る方向を順方向（ｆｏｒｗａｒｄ；ＦＷ）と言い、第ｎ垂直ラインから第１垂直ラインに至る方向を逆方向（ｂａｃｋｗａｒｄ；ＢＷ）と言う。又はスキャナ６５０によるスキャンが垂直方向に行われる場合、第１水平ラインから第ｍ水平ラインに至る方向を順方向（ｆｏｒｗａｒｄ；ＦＷ）といい、第ｍ水平ラインから第１水平ラインに至る方向を逆方向（ｂａｃｋｗａｒｄ；ＢＷ）という。

図８を参照すると、スキャナ６５０によるスキャンが水平方向に行われ、光変調器素子６３０により各垂直ライン別に変調されていることが例示されている。本例以外にもスキャナ６５０によるスキャンが垂直方向に行われ、光変調器素子６３０による変調は各水平ライン別に行われるようにすることもできる。

図８の（ａ）を参照すると、先ず、赤色に関する光強度情報を抽出した場合、赤色光源６１２だけがオン（ｏｎ）状態になり、緑色光源６１４及び青色光源６１６はオフ（ｏｆｆ）状態になるようにする光源制御信号を光源系６１０に伝達する。そして、第ｎ垂直ラインに対する赤色光強度情報、すなわち、光変調器制御信号を光変調器素子６３０に伝達する。

光変調器素子６３０にて上記光変調器制御信号に応じて変調された回折光がスキャナ６５０に伝達される場合、映像制御回路６８０は、スキャナ６５０がスクリーン６７０上の第ｎ垂直ラインに相応する位置に上記回折光を表現することができるように回転して位置を調節するようにスキャナ制御信号をスキャナ６５０に伝達する。以後、第ｎ−１垂直ラインから第１垂直ラインまでの光変調器素子６３０及びスキャナ６５０に各垂直ラインに相応するそれぞれの光変調器制御信号及びスキャナ制御信号を伝達する。ここで、スキャナ制御信号は、スキャナ６５０が所定の速度で一方向に（本例では時計回り）回転するようにする速度制御信号であってもよく、あるいは特定時刻に所定位置へ動くようにする位置制御信号であってもよい。

図８の（ｂ）を参照すると、上述したように赤色に関して第ｎ垂直ラインから第１垂直ラインに至る逆方向でスクリーン６７０上に投影が完了されると、緑色に関する光強度情報を抽出する。そして、赤色に対してスクリーン６７０上に投影したのと同様の方法で緑色に対して投映を行う。ただ、このとき、スキャナ６５０は両方向スキャンが可能であるため、緑色の場合には第ｎ垂直ラインから第１垂直ラインに至る逆方向で投映が行われるのではなく、第１垂直ラインから第ｎ垂直ラインに至る順方向で投映が行われる。したがって、緑色に対する光強度情報抽出時、第１垂直ラインに対する光強度情報に相応する光変調器制御信号を先に光変調器素子６３０に伝達しなければならない。そしてスキャナ６５０に伝達するスキャナ制御信号も赤色の場合とは反対に、スキャナ６５０が所定の速度で他方向に（本例では反時計回り）回転するようにする速度制御信号であってもよく、あるいは所定位置まで動くようにする位置制御信号であってもよい。

図８の（ｃ）を参照すると、前述したように緑色に対して第１垂直ラインから第ｎ垂直ラインに至る順方向にスクリーン６７０上に投映が完了されると、最後に青色に対する光強度情報を抽出する。そして、青色に対しては赤色に対してスクリーン６７０上に投映したのと同一の方法で投映する。

図８の（ｄ）を参照すると、赤色、緑色及び青色に対する投映が完了されることで一つの画面に対してフルカラー（full color）映像が完成されるが、これまでにかかる時間は、１／（テレビ放送方式に応ずるフィールド周波数）内でなければならない。

テレビ放送方式に応ずるフィールド周波数は、人が視覚的に動映像画面の途切れを感知することができない最小周波数を意味する。カラーディスプレイ装置としてテレビ放送方式は、ＮＴＳＣ（ｎａｔｉｏｎａｌ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｍｉｔｔｅ）方式、ＰＡＬ（ｐｈａｓｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｂｙ ｌｉｎｅ）方式などがある。

ＮＴＳＣ方式は、赤色、緑色、青色の三原色信号を一つの輝度信号Ｙと二つの色差信号ＩとＱに行列変換した後、多重化して６ＭＨｚの周波数帯域幅で転送する方式である。ＰＡＬ方式は、ＮＴＳＣ方式の短所である色相の転送方式を補完した方式である。

ＮＴＳＣ方式は、走査線が４２０５個、フィールド周波数が６０Ｈｚより構成されているし、ＰＡＬ方式は、走査線が６２５個、フィールド周波数が５０Ｈｚより構成されている。

すなわち、フィールド周波数に応じて赤色、緑色、青色の三原色が、１／（フィールド周波数、例えばＮＴＳＣ方式の場合６０Ｈｚ、ＰＡＬ方式の場合５０Ｈｚ）内に一つ画面上に投影されると、人の目には同時に赤色、緑色、青色をすべて含むフルカラー映像の表現された画面が形成されているように見える。よって、１／（フィールド周波数）内に赤色、緑色、青色がそれぞれ一度ずつ投影されると、まるで赤色、緑色、青色が同時に投影されているように人は視覚的に認識する。

このために、スキャナ６５０は両方向スキャンができるので、３／２回転により赤色、緑色及び青色が一度ずつ投影されるようにすることができる。すなわち、スキャナ６５０の３／２回転する時間が１／（フィールド周波数）内であることが好ましく、したがってスキャナ６５０は両方向へのスキャン周波数がフィールド周波数の１．５倍であることが好ましい。

図９は本発明の好ましい実施例によるカラー映像表示方法を連続的に示す図面である。

図９を参照すると、第１段階で、スキャナ６５０の時計回り回転に対して赤色光源６１２だけがオン（ｏｎ）状態になり、光変調器素子６３０には任意の自然数ｋ番目のフレーム映像情報のうち赤色情報だけが変調されてスクリーン６７０上に逆方向で投影される。

第２段階で、スキャナ６５０の反時計回り回転に対して緑色光源６１４だけがオン（ｏｎ）状態になり、光変調器素子６３０にはｋ番目フレームの映像情報のうち、緑色情報だけが変調されてスクリーン６７０上に順方向で投影される。

第３段階で、スキャナ６５０の時計回り回転に対して青色光源６１６だけがオン（ｏｎ）状態になり、光変調器素子６３０にはｋ番目フレームの映像情報のうち青色情報だけが変調されてスクリーン６７０上に逆方向で投影される。

第１段階ないし第３段階を進行することでｋ番目フレームに該当するフルカラーイメージを完成することになり、第１段階ないし第３段階までかかる時間は、ＮＴＳＣ方式による場合１／６０秒内に、またＰＡＬ方式による場合１／５０秒内に行わなければならない。

第４段階で、スキャナ６５０の反時計回り回転に対して赤色光源６１２だけがオン（ｏｎ）状態になり、光変調器素子６３０には、ｋ＋１番目フレームの映像情報のうち、赤色情報だけが変調されてスクリーン６７０上に順方向で投影される。

第５段階で、スキャナ６５０の時計回り回転に対して緑色光源６１４だけがオン（ｏｎ）状態になり、光変調器素子６３０にはｋ＋１番目フレームの映像情報のうち、緑色情報だけが変調されてスクリーン６７０上に逆方向で投影される。

第６段階で、スキャナ６５０の反時計回り回転に対して青色光源６１６だけがオン（ｏｎ）状態になり、光変調器素子６３０にはｋ＋１番目フレームの映像情報のうち、青色情報だけが変調されてスクリーン６７０上に順方向で投影される。

第４段階ないし第６段階を進行することで、ｋ＋１番目フレームに該当するフルカラーイメージを完成することになり、第４段階ないし第６段階までかかる時間は、ＮＴＳＣ方式による場合１／６０秒内に、ＰＡＬ方式による場合１／５０秒内に行わなければならない。

以後、第１段階ないし第６段階を繰り返して、ｋ＋２、ｋ＋３、・・・番目フレームに該当するフルカラー映像を連続的に表現することができる。

本発明において、赤色、緑色、青色の順序以外の異なる順序によることも可能である。

図１０は本発明の好ましい実施例による、時間に応じて映像制御回路６８０より伝達する光源制御信号、光変調器制御信号及びスキャナ制御信号の例示を示す図面である。図１０では一つの例示として、赤色、緑色、青色の順序を選択したが、その外の異なる順序によることもできる。本実施例ではＮＴＳＣ方式に基づいて６０Ｈｚのフィールド周波数を有し、一つフレームは１／６０秒（ｓｅｃ）の周期を有する場合を例示する。図１０中、「Ｏｎ」はオン状態を示す。

図１０を参照すると、光変調器制御信号は、赤色、緑色、青色の順序で映像情報、すなわち、光強度情報を含みながら映像制御回路６８０より光変調器素子６３０に伝達される。

赤色映像情報が伝達される場合には赤色光源６１２だけを、緑色映像情報が伝達される場合には緑色光源６１４だけを、そして青色映像情報が伝達される場合には青色光源６１６だけをオン（ｏｎ）状態にする光源制御信号が映像制御回路６８０から光源系６１０に伝達される。

スキャナ６５０は、各映像情報をスクリーン６７０上に一度ずつ投影されるようにするが、時計回り回転をすると逆方向にスキャンされ、反時計回り回転をすると順方向にスキャンされる。もちろんこれと反対に回転するようにすることも可能である。

スキャナ６５０は、時計回りと反時計回りに回転して１回転を完了する。よって、３／２回転により赤色、緑色、青色をそれぞれ一度ずつ投映することができ、これによりフルカラー映像を完成することができる。スキャナ６５０が１回転する時間は１／９０秒であり、スキャン周波数は９０Ｈｚとなる。

なお、上述の内容は、ただ本発明の原理を例示するものであって、当業者はたとえ本明細書に明確に説明または図示されていなくても、本発明の原理を具現し本発明の概念と範囲に含まれる多様な方法及びこれを使用する装置を発明することができる。また、本発明の原理、観点及び実施例だけでなく、特定実施例を列挙するすべての詳細な説明は構造的及び機能的均等物を含むように意図されていることが理解されなければならない。

メムス素子を適用した光変調器素子を用いる従来３パネル方式のカラーディスプレイ装置の一例を示す模式的構成図である。 シリコーンライトマシン社の光変調器であるＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）デバイスの構成を示す模式的斜視図である。 シリコーンライトマシン社の光変調器であるＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）デバイスの構成を示す模式的断面図である。 図２に図示されるＧＬＶデバイスでの入射光変調原理を示す模式的断面図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な間接光変調器のうち、圧電体を用いる一実施形態の回折型光変調器素子の斜視図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な圧電体を用いる他の形態の回折型光変調器素子の斜視図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な回折型光変調器アレイの平面図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な回折型光変調器の光変調原理を説明するための図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な回折型光変調器アレイによりスクリーンにイメージが生成される模式図である。 本発明の好ましい一実施例による、１パネルの両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置の概略的な構成図である。 本発明に応じてスクリーンに投影されるフレームの構成を示す模式図である。 本発明の好ましい一実施例によるカラー映像表示方法を示す図である。 本発明の好ましい実施例によるカラー映像表示方法を連続的に示す図である。 本発明の好ましい実施例により時間に応じて映像制御回路から伝達する光源制御信号、光変調器制御信号及びスキャナ制御信号の例示を示す模式図である。

符号の説明

６１０ 光源系
６１２ 赤色光源
６１４ 緑色光源
６１６ 青色光源
６２０ 照明光学系
６３０ 光変調器素子
６４０ リレー光学系
６５０ スキャナ
６６０ 投射光学系
６７０ スクリーン
６８０ 映像制御回路
ＢＷ 逆方向
ＦＷ 順方向

Claims (11)

1. 光源制御信号に応じて色光（ｃｏｌｏｒ ｌｉｇｈｔ）を照射する光源系と、
   前記色光を光変調器制御信号に応じて変調し、回折光を生成する光変調器素子と、
   前記光変調器素子より照射される前記回折光をスキャナ制御信号に応じてスクリーンに両方向スキャンして投射するスキャナと、
   前記スクリーンに表現される映像情報に相応して前記光源制御信号、前記光変調器制御信号及び前記スキャナ制御信号をそれぞれ前記光源系、前記光変調器素子及び前記スキャナに伝達して制御する映像制御回路と
   を含む両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
2. 前記回折光は前記スクリーン中、１次元映像である一つの垂直ライン映像を示し、前記スキャナの水平方向への両方向スキャンにより２次元映像で具現される請求項１に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
3. 前記回折光は前記スクリーン中、１次元映像である一つの水平ライン映像を示し、前記スキャナの垂直方向への両方向スキャンにより２次元映像で具現される請求項１に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
4. 前記光源系は赤色（ｒｅｄ）光源、緑色（ｇｒｅｅｎ）光源及び青色（ｂｌｕｅ）光源を含み、
   前記光源制御信号に応じて前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源のオン／オフ（ｏｎ−ｏｆｆ）が制御される請求項１〜３のいずれか一項に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
5. 前記赤色光源、緑色光源及び青色光源のうち、いずれか一つがオン（ｏｎ）状態である場合、残りの光源はオフ（ｏｆｆ）状態である請求項４に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
6. 前記映像情報は、一つのフレームを構成する（垂直ライン画素数）×（水平ライン画素数）程度の画素の赤色、緑色及び青色の光強度情報である請求項４に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
7. 前記映像制御回路は、前記光源制御信号に応じてオン（ｏｎ）状態にある前記光源の色に相応する光強度情報を前記光変調器制御信号に同期して前記光変調器素子に伝達する請求項６に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
8. 前記スキャナは１／２回転するごとに一つのフレームに該当する赤色、緑色及び青色のうち、いずれか一つの色に相応する回折光を前記スクリーンに投映する請求項４〜７のいずれか一項に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
9. 前記スキャナは、３／２回転することで、赤色、緑色及び青色に該当する各回折光を一度ずつ前記スクリーンに投映する請求項８に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
10. 前記スキャナは、１／（１．５×テレビ放送方式に応ずるフィールド周波数）秒内に１回転する請求項８に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。
11. 前記スキャナはガルバノミラー（ｇａｌｖａｎｏ ｍｉｒｒｏｒ）を含む請求項１〜１０のいずれか一項に記載の両方向スキャン方式カラーディスプレイ装置。

Images