JP2007279741A - 高解像度スキャニングディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高解像度スキャニンディスプレイシステムを提供する。
【解決手段】ディスプレイシステムは、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーであって、該マイクロミラーの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることにより、入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されているマイクロミラーと、該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光を投影することにより、表示画像に第１の方向に沿う１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成し、該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成された光投影システムとを備えている、該１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、空間光モジュレータに関する。

マイクロミラーアレイは、空間光モジュレータ（ＳＬＭ）のタイプであり、これは、その各々が軸に対して傾斜し得るミラープレートを含むセルのアレイとさらに、マイクロミラーを傾斜させ得る静電力を生成する回路構成網とを含む。デジタルモードの動作においては、例えば、ミラープレートは２つの位置で停止するように傾けられ得る。「オン」位置においては、マイクロミラーは、表示面に向けて入力光を反射することにより画像表示に画像ピクセルを形成する。「オフ」位置においては、マイクロミラーは、入力光を画像表示から離れた方向に向ける。

図１は、２次元（２Ｄ）のマイクロミラーアレイをインプリメントする従来のディスプレイデバイス１００の概略的な図である。ディスプレイデバイス１００は、支持プレート１１５の上に取り付けられた空間光モジュレータ１１０、および光源システム１３０を含む。空間光モジュレータ１１０は、電子制御の下で、異なる方向に傾斜する２Ｄアレイのマイクロミラーを含む。光源システム１３０は、アークランプ１３１、集光レンズ１３２、折り返しミラー１３３、ＵＶ／ＩＲフィルタ１３４、固体ライトパイプ１３５、モータ１３７に取り付けられたカラーホイール１３６、折り返しミラー１３８、および中継レンズ１３９を含む。アークランプ１３１から放たれた光は、放物面鏡によって反射されて平行光線１２０を生成する。平行光線１２０は、集光レンズ１３２によって方向付けられ、折り返しミラー１３３によって反射される。平行光線１２０は、ＵＶ／ＩＲフィルタ１３４、固体ライトパイプ１３５を通過し、次に回転するカラーホイール１３６を通過する。カラーホイールは、平行光線１２０を交互にフィルタリングすることにより、異なる色付けされた光線１２１を生成し得、赤、緑、および青のフィルタのセグメントを含む。色付けされた光線１２１は、折り返しミラー１３８によって反射され、そして中継レンズ１３９を通過して、空間光モジュレータ１１０のマイクロミラーを照射する。

光モジュレータ１１０の２Ｄマイクロミラーアレイにおける各マイクロミラーは、「オン」位置および「オフ」位置に傾斜し得る。「オン」位置でミラーによって反射されたカラー光線１４０は、ディスプレイ面に向けられることにより、２次元画像を形成する。「オフ」位置でミラーによって反射されたカラー光線１５０は、光アブソーバによって吸収される。表示画像の中の各画像ピクセルは、２次元のミラーアレイにおける固有のマイクロアレイによって生成され、すなわち、１つの表示された画像ピクセルは、１つのマイクロミラーと関連付けられる。従って、２Ｄマイクロアレイにおけるマイクロアレイの行の数および列の数は、それぞれ、表示画像における水平および鉛直の画像ラインの数とそれぞれ同じである。

一般的な局面においては、本発明は、ディスプレイシステムに関し、該ディスプレイシステムは、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーであって、マイクロミラーの各々が、「オン」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されているマイクロミラーと、マイクロミラーによって「オン」方向に反射された光を投影することにより、表示画像に第１の方向に沿う１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成し、マイクロミラーによって「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている、光投影システムとを含む。１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である。

別の一般的な局面においては、本発明は、ディスプレイシステムに関し、該ディスプレイシステムは、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーであって、マイクロミラーの各々が、「オン」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オン」方向に向けて反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより、入射光を「オフ」方向に向けて反射するように構成されている、マイクロミラーと、マイクロミラーによって「オン」方向に反射された光を投影することにより、表示画像に第１の方向に沿って１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている投影デバイスと、投影デバイスを回転させることにより、マイクロミラーによって「オン」方向に反射された光の方向を複数の方向に変化させ、その結果として、複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルが、１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行に形成されるように構成されている移送メカニズムとを含む。

さらに別の一般的な局面においては、本発明は、ディスプレイシステムに関し、該ディスプレイシステムは、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーであって、マイクロミラーの各々が、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行の方向に実質的に垂直な軸に対して静電力によって傾けられるように構成され、傾斜可能なマイクロミラーは、選択的に「オン」位置に傾けられることにより入射光を「オン」方向に向けて反射し、「オフ」位置に傾けることにより入射光を「オフ」方向に向けて反射するように構成されている、マイクロミラーと、マイクロミラーによって「オン」方向に反射された光を投影することにより、表示画像に第１の方向に沿って１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている投影デバイスと、該投影デバイスを回転させることにより、マイクロミラーによって「オン」方向に反射された光の方向を複数の方向に変化させ、その結果として、複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルが、１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行に形成されるように構成されている、移送メカニズムとを含む。

システムのインプリメンテーションは、１つ以上の以下のことを含み得る。複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、第１の方向と実質的に垂直な第２の方向に１つ以上の第１ラインの画像ピクセルからずらされ得る。複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルと１つ以上の第１ラインの画像ピクセルとは、表示画像に２次元アレイの画像ピクセルを形成し得る。光投影システムは、「オン」方向にマイクロミラーによって反射された光を反射することにより、表示画像に第１の方向に沿った１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを形成するように構成されている１つ以上の反射面を備えたポリゴンを含み得る。光投影システムは、回転軸に対してポリゴンを回転させることにより、反射光の方向を変化させて、表示画面に複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成される移送メカニズムをさらに含み得る。ポリゴンの回転軸は、第１の方向と実質的に平行であり得る。少なくとも１つの傾斜可能なマイクロミラーは、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行の方向と実質的に垂直な軸に対して傾斜するように構成され得る。少なくとも１つの傾斜可能なマイクロミラーは、ミラープレートと、ミラープレートおよび基板と接続されている２つのヒンジとを含み得る。ミラープレートは、２つのヒンジによって規定される軸に対して、静電力によって傾けられるように構成され得る。ヒンジは、入射光からミラープレートの背後に隠され得る。ヒンジは、少なくとも部分的には入射光に露出され得る。少なくとも１つの傾斜可能なマイクロミラーは、入射光を「オン」方向に反射するように構成された反射面を有するミラープレートを含み得る。ミラープレートは、長方形、正方形、またはダイヤモンド形であり得る。長方形のミラープレートの狭いディメンジョンは、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行の方向に沿って並べられ得る。ダイヤモンド形のミラープレートまたは正方形のミラープレートの対角線は、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行の方向に沿って並べられ得る。

開示されたディスプレイシステムは、１つ以上の以下の利点を含み得る。開示されたディスプレイシステムは、１または少数の行のマイクロミラーに基づく空間光モジュレータを含み得る。２次元画像が、空間光モジュレータの１行以上のマイクロミラーによって反射された光を走査することによって形成され得る。開示される空間光モジュレータの中のマイクロミラーの行の数（例えば、１０行よりも少ない）は、表示画像の中のピクセルの行よりずっと少ない。ちなみに、従来のマイクロミラーをベースとする表示デバイスにおいては、表示画像の中の各画像ピクセルは、２Ｄミラーアレイの中のマイクロミラーと一意的に関連付けられている。従って、従来のディスプレイデバイスにおけるマイクロミラーの行の数は、表示画像の中の水平な画像のラインの数、例えば１０００〜９９９９、（ｉｎ １０００’Ｓ）と実質的に同じである。マイクロミラーアレイの行がずっと少ないことは、開示された空間光モジュレータが、従来のマイクロミラーベースのディスプレイシステムよりも容易に製造されることを可能とする。

開示されたディスプレイシステムの別の可能性のある利点は、表示画像のアスペクト比が容易に変えられ得るということである。開示されたディスプレイシステムにおける光投影システムは、ディスプレイ面に反射光を走査することにより複数の平行な画像ピクセルのラインを生成し得、従って、２次元の表示画像を形成し得る。走査方向の画像ディメンジョンは、開示されたディスプレイシステムの物理的構成を変えることなく、光投影システムの走査範囲を制御することによって変えられ得る。

開示されたディスプレイシステムのさらに別の可能性のある利点は、それが、従来の２Ｄアレイのマイクロミラーに基づく空間光モジュレータと比較して、表示画像のサイズおよび解像度がより簡単にスケールアップされることを、可能にするということである。走査方向の表示画像の画像ディメンジョンは、上述のように、追加の物理的なコンポーネントなしに大きくされ得る。含まれるマイクロミラーの行がわずかであるので、ミラーの行内のマイクロミラーの数は、製造の複雑さとともに増大し得る。１つ以上の行におけるより多くのマイクロミラーの数は、走査方向と垂直な画像ディメンジョンに沿ってより多くの画像ピクセルを生成することが可能となる。従って、表示画像の両方のディメンジョンが、製造の複雑さがわずかにまたは徐々に増えるだけで大きくされ得る。

本発明が、複数の実施形態と関連して特に示され説明されたが、形式および詳細における様々な変化が、本発明の精神および範囲を逸脱することなくその中でなされ得ることが当業者によって理解される。

本発明は、さらに以下の手段を提供する。
（項目１）
ディスプレイシステムであって、
１行以上の傾斜可能なマイクロミラーであって、該マイクロミラーの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されている、マイクロミラーと、
該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光を投影することによって、表示画像に第１の方向に沿う１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成し、該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている光投影システムであって、該１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である、光投影システムと
を備える、システム。
（項目２）
上記光投影システムは、上記マイクロミラーによって上記「オン」方向に反射された光の方向を複数の方向に変化させることにより、複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルが、１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行に形成されるように構成されている、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目３）
上記複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、上記１つ以上の第１ラインの画像ピクセルから、上記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に移動される、項目２に記載のディスプレイシステム。
（項目４）
上記複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルと上記１つ以上の第１ラインの画像ピクセルとは、上記表示画像に２次元配列の画像ピクセルを形成する、項目２に記載のディスプレイシステム。
（項目５）
上記光投影システムは、１つ以上の反射面を備えるポリゴンを備え、該１つ以上の反射面は、上記「オン」方向にマイクロミラーによって反射された光を反射することにより、上記表示画像に上記第１の方向に沿った上記１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを形成するように構成されている、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目６）
上記光投影システムは、回転軸に対して上記ポリゴンを回転させて、反射光の方向を変化させることにより、上記表示画像に複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている移送メカニズムをさらに備える、項目５に記載のディスプレイシステム。
（項目７）
上記ポリゴンの上記回転軸は、上記第１の方向と実質的に平行である、項目５に記載のディスプレイシステム。
（項目８）
少なくとも１つの上記傾斜可能なマイクロミラーは、上記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行方向に実質的に垂直である軸に対して傾斜するように構成される、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目９）
少なくとも１つの傾斜可能なマイクロミラーは、ミラープレートと、該ミラープレートに接続されかつ基板に接続されている２つのヒンジを備える、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１０）
上記ミラープレートは、上記２つのヒンジによって規定される軸に対して静電力によって傾斜されるように構成されている、項目９に記載のディスプレイシステム。
（項目１１）
上記ヒンジは、上記入射光から上記ミラープレートの背後に隠されている、項目９に記載のディスプレイシステム。
（項目１２） 上記ヒンジは、少なくとも部分的には上記入射光に対して露出されている、項目９に記載のディスプレイシステム。
（項目１３）
少なくとも１つの上記傾斜可能なマイクロミラーは、「オン」方向に向かう上記入射光を反射するように構成される反射面を有するミラープレート備えている、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１４）
上記ミラープレートは、長方形、正方形、またはダイヤモンド形である、項目１３に記載のディスプレイシステム。
（項目１５）
長方形のミラープレートの狭いディメンジョンが、上記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの上記行の方向に沿って並べられる、項目１４に記載のディスプレイシステム。
（項目１６）
上記ダイヤモンド形のミラープレートまたは上記正方形のミラープレートの対角線は、上記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの上記行の方向に沿って並べられる、項目１４に記載のディスプレイシステム。
（項目１７）
上記光投影システムは、
上記マイクロミラーによって上記「オン」方向に反射された上記光を投影することにより、上記表示画像に上記第１の方向に沿って上記１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている投影デバイスと、
投影デバイスを回転させて、該マイクロミラーによって上記「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、上記１つ以上の第２ラインを生成するように構成されている移送メカニズムと
を備える、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１８）
上記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーは、該１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行の方向に対して実質的に垂直な軸に対して、静電力によって傾けられるように各々が構成されている、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１９）
画像を形成する方法であって、
１行以上の傾斜可能なマイクロミラーに向けて光を方向付けることであって、該マイクロミラーの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されている、ことと、
少なくとも１つの該マイクロミラーを「オン」位置に傾けることにより、反射光を形成する、ことと、
マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光を投影するように構成されている光投影システムからの反射光を投影することと、
表示画像に第１の方向に沿って１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成することと、
１行以上の傾斜可能なミラーに向けて光を方向付けるステップと、該光投影システムを変化させることによって、マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するステップとを繰り返すことと
を包含し、該１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である、方法。
（項目２０）
ディスプレイシステムを形成する方法であって、
１行以上の傾斜可能なマイクロミラーを形成することであって、該マイクロミラーの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されている、ことと、
該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光を投影することにより、表示画像に第１の方向に沿う１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成し、該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている光投影システムを形成することであって、該１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である、ことと、
該「オン」方向に反射される光の進路に該光投影システムを配置することと
を包含する、方法。

（摘要）
ディスプレイシステムは、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーであって、該マイクロミラーの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることにより、入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されているマイクロミラーと、該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光を投影することにより、表示画像に第１の方向に沿う１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成し、該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成された光投影システムとを備えている、該１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である。

図２ａは、スキャニングディスプレイシステム２００の概略図であり、一部は斜視図、一部はブロック図である。図２ｂは、スキャニングディスプレイシステム２００の概略側面図である。スキャニングディスプレイシステム２００は、空間光モジュレータ２１０および光投影システム２５０を含む。空間光モジュレータ２１０は、横方向２１５に沿って１つ以上の行に分配される複数の傾斜可能なマイクロミラー２２０を含む。一般的に、空間光モジュレータ２１０は、少数の行（例えば、１０行より少ない）の傾斜可能なマイクロミラー２２０を含む。特に、空間光モジュレータ２１０におけるマイクロミラーの行の数は、スキャニングディスプレイシステム２００によって生成されるべき一般的な表示画像におけるピクセルの行の数よりも非常に小さい。

以下でより詳細に説明されるように、傾斜可能なマイクロミラー２２０は、マイクロコントローラ２８０によって２つ以上の方向に傾くように個々に扱われ得る。マイクロミラー２２０は、「オン」位置に傾くことにより入射光２３０を反射して、「オン」方向の反射光２４０を生成し得る。あるいは、入射光２３０は、マイクロミラー２２０によって「オフ」位置に向けられて、「オフ」方向の反射光２４５を生成し得る。光２４５は、フレア光を防ぐために、光アブソーバ（不図示）によって実質的に吸収され得る。入射光２３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはアークランプのような、様々な光源によって生成され得る。

マイクロコントローラ２８０は、一連の画像フレームを含むビデオデータのような、入力画像データを受信する。マイクロコントローラ２８０は、入力デジタル画像における一ラインの画像ピクセルのピクセル値に従って、傾斜可能なミラー２２０の向きを「オン」または「オフ」の位置に制御する。「オン」マイクロミラー２２０によって反射される光２４０は、光投影システム２５０によってディスプレイエリア２７０に投影される。ディスプレイエリア２７０は、例えば、投影スクリーン、ホワイトボード、ガラス窓、壁、またはバーチャル画像の上であり得る。投影された光は、入力デジタル画像における画像ピクセルのラインにおけるピクセル値に従って、ディスプレイエリア２７０上に一ラインの画像ピクセル２６１ａを形成する。

１つのインプリメンテーションにおいては、光投影システム２５０は、１つ以上の反射平面２５４を含むポリゴン２５１を含む。平らなポリゴン表面２５４は、ディスプレイエリア２７０の上に画像を形成するようにディスプレイエリア２７０に向けて光２４０を反射し得る。ポリゴン２５１は、ガラス、金属、またはプラスチックから作られ得る。ポリゴン表面２５４は、アルミニウムのような反射する金属の薄い層を用いて被膜され得る。ポリゴン表面２５４は、画像ピクセルがディスプレイエリア２７０上に均一に形成され得るような許容誤差内で平らであることを要求される。例えば、ポリゴン表面２５４の平面度の１つの判定基準は、ディスプレイエリア２７０上に表示される画像における画像ピクセル位置の歪みが、画像ピクセルの幅の１／２より小さくなければならないということである。ポリゴン表面２５４の粗さについての別の判定基準は、ポリゴン表面２５４の照射エリアにわたって、可視光の波長の１つまたは一部よりも小さくなければならない。

光投影システム２５０は、回転軸２５３の回りにポリゴン２５１を回転し得る移送メカニズム２５２も含む。１つのインプリメンテーションにおいては、移送メカニズム２５２は、マイクロコントローラ２８０の制御下にあるモータを含む。モータは、直流モータまたはデジタルステッピングモータであり得る。マイクロコントローラ２８０は、移送メカニズム２５２を制御し、移送メカニズム２５２は、次にマイクロミラー２２０の調節に同期して回転軸２５３に対してポリゴン２５１を回転させる。回転されるポリゴン２５１は、ポリゴン２５１によって反射された光の向きを変化させ、その結果、ディスプレイエリア２７０上に投影された光は、鉛直方向２６５に沿って走査される。１つのインプリメンテーションにおいては、ポリゴン２５１の回転軸２５３は、鉛直方向２６５に対して実質的に垂直であり得、かつ画像ピクセル２６１ａ、２６１ｂ、２６２ａ、および２６２ｂのラインに平行であり得る。一部のインプリメンテーションにおいては、ポリゴン２５１は、時計回り２５５または反時計回りのような単一方向に回転する。

ポリゴン２５１が異なる角度位置を通過して回転するときに、入力デジタル画像における水平ラインの画像ピクセルの対応するピクセル値に従って、マイクロコントローラ２８０は、マイクロミラー２２０を「オン」または「オフ」の位置に制御する。１つの角度位置において、マイクロミラーは、ディスプレイエリア２７０に一ラインの画像ピクセル２６１ａを形成し得る。しかしながら、ポリゴン２５１が異なる角度位置に回転すると、ディスプレイエリア２７０の中に、異なるラインの画像ピクセル２６１ｂ、２６２ａ、２６２ｂなどが形成される。該ラインの画像ピクセル２６１ａは、プログレッシブ法あるいはインターレース法で形成され得る。該ラインの画像ピクセル２６１ａ、２６１ｂ、２６２ａ、および２６２ｂは一緒になって、ディスプレイエリア２７０の中に２次元の表示画像２６０を形成する。

図３ａは、スキャニングディスプレイシステム２００と適合する空間光モジュレータ２１０の例の詳細な図である。空間光モジュレータ２１０は、横方向２１５に沿う１次元（１Ｄ）のアレイに分配された複数のマイクロミラー２２０ａ〜２２０ｚを含む。１つのインプリメンテーションにおいては、マイクロミラー２２０ａ〜２２０ｚは、その幅がその長さよりも狭い長方形である。空間光モジュレータ２１０の中で、高密度のマイクロミラー２２０ａ〜２２０ｚを保持するために、マイクロミラー２２０ａ〜２２０ｚの狭いディメンジョンが横方向２１５に沿って並べられる（それは、ディスプレイエリア２７０の中に高解像度表示画像の形成を可能とする）。マイクロミラー２２０ａ〜２２０ｚの長いディメンジョンは、ミラーエリア、従ってマイクロミラー２２０ａ〜２２０ｚによって反射される光の量を増大させる。

マイクロミラー２２０ａ〜２２０ｚは、ミラーの長いディメンジョンの端部のヒンジ２２１により回転され得る。ヒンジ２２１は、マイクロミラーの傾斜動作のための回転軸を規定するピボットポイントとして作用する。１つのインプリメンテーションにおいては、図３ａに示されるように、ヒンジ２２１はミラープレートの下に隠れる。別のインプリメンテーションにおいては、図３ｂに示されるように、空間モジュレータ３１０におけるマイクロミラー３２０ａ〜３２０ｚのためのヒンジ３２１は、それらそれぞれのミラープレートの外側に、少なくとも部分的に露出される。

図３ｃに示される別のインプリメンテーションにおいては、空間光モジュレータ３４０は、２行のマイクロミラー３５０および３５１を含み、両者は横方向２１５に分配される。マイクロミラー３５０および３５１は、長方形、正方形、または他の形状であり得る。ヒンジ３５２は、図３ｃに示されるように隠され得、または露出され得る。空間光モジュレータ３４０は、ポリゴン２５１によって、ディスプレイ面２７０上に２ラインの画像ピクセル２６１ａおよび２６１ｂを各々が投影される方向で同時に表示することが可能である。ポリゴン２５１が異なる角度方向に回転するときには、ポリゴン２５１は、２つの異なるラインの画像ピクセル２６２ａおよび２６２ｂを形成するように、ディスプレイ面２７０に光２４０を向ける。隣接するライン画像ピクセル間でのスミアリングを避けるために、ポリゴン２５１は、ステッピングモータによって回転され得る。ポリゴン２５１は、各対の画像ピクセルラインを形成するための短い時間の間保持され得る。ポリゴン２５１が、１つの角度位置から次の角度位置に回転するときには、光２４５を生成するために、入射ライン２３０は短い時間ディスプレイ面２７０から外され得る。

さらに別のインプリメンテーションにおいては、図３ｄは、横方向２１５に分配された３行のマイクロミラー３７０、３７１、および３７２を含む空間光モジュレータ３６０の例を描く。マイクロミラー３７０、３７１、および３７２は、示されるように、ダイヤモンドまたは正方形の形状を有する。マイクロミラー３７０、３７１、または３７２の１つの対角線３８５は、横方向２１５に平行である。マイクロミラーのヒンジ３８０は、ダイヤモンド形または正方形のマイクロミラーの２つの反対側の隅に位置し得る。ヒンジ３８０は、マイクロミラー３７０、３７１、および３７２のためにピボットポイントとして作用することにより、ミラープレートに２つのヒンジ３８０によって規定される軸３８６に対して傾斜可能とする。図３ｄで示される構成においては、マイクロミラー３７０、３７１、または３７２のための回転の軸は、横方向２１５に対して垂直である。

ここで、スキャニングディスプレイシステム２００の動作の例が説明される。空間光モジュレータ２１０は、図３ａに示されるような１次元ミラーアレイに４０００個のマイクロミラーを含み得る。従って、各画像ライン２６１ａ、２６１ｂ、２６２ａ、２６２ｂは、４０００個の画像ピクセルを含む。画像ライン２６１ａ、２６１ｂ、２６２ａ、２６２ｂの各々は、ポリゴン２５１の特定の反射方向に対応する。スキャニングディスプレイシステム２００は、ディスプレイエリア２７０に、４０００ピクセル幅かつ２０００ピクセル高さの表示画像を提供するように構成され得る。８ビットのビット深度かつフレームレート６０Ｈｚでモノクロビデオ表示を提供するために、マイクロミラーに対する最短の「オン」時間（最小有効ビットとも称される）は、
ＬＳＢ＝１／（（ビット深度）×（フレームレート）×（カラー面の数）×
（画像行の数））
＝１／（２５６×６０Ｈｚ×２０００）＝０．０３３マイクロ秒 （式１）となる。同じ条件でカラービデオ表示を提供するためには、マイクロミラーに対する最短の「オン」時間は、従って０．０１１マイクロ秒である。

スキャニングディスプレイシステム２００の動作の別の例においては、図３ｄに示されるような空間光モジュレータ２１０は、３行の４０００個のマイクロミラーを含む。スキャニングディスプレイシステム２００は、４０００ピクセル幅かつ２０００ピクセル高さである表示画像を生成するように構成され得る。３ラインの画像ピクセルは、３行のマイクロミラー３７０、３７１、および３７２によって同時に表示され得る。８ビットのビット深度かつフレームレート６０Ｈｚでモノクロビデオ表示を提供するために、マイクロミラーに対する最短の「オン」時間は、
ＬＳＢ＝１／（（ビット深度）×（フレームレート）×（カラー面の数）×
（画像行の数））／（ミラー行の数））
＝１／（２５６×６０Ｈｚ×２０００／３）＝０．１マイクロ秒 （式２）となる。同様に、３行のミラーおよび他は同じ条件を用いてカラービデオ表示を提供するためには、マイクロミラーに対する最短の「オン」時間は、従って０．０３３マイクロ秒である。ミラーの傾斜動作の速度についての必要条件は、図３ａに示される空間光モジュレータと比べて緩和される。

図４は、マイクロミラー２２０Ｚについて例示された詳細な構造を示す。図３ａにおけるラインＡ−Ａに沿う断面図においては、マイクロミラー２２０Ｚは、ミラー面を提供する平らな反射性の上層４０３ａ、ミラープレートに機械的強度を提供する中間層４０３ｂ、および底層４０３ｃを含むミラープレート４０２を含む。上層４０３ａは、反射性の材料、一般的には薄い反射性の金属層によって実現され得る。例えば、アルミニウム、銀、または金が、上層４０３ａを形成するために使用され得る。層の厚さは、約６００オングストロームのような、２００オングストロームから１０００オングストロームの範囲であり得る。中間層４０３ｂは、シリコンベースの材料、例えば、一般的には厚さ２０００オングストロームから５０００オングストロームのアモルファスシリコンから作られ得る。底層４０３ｃは、底層４０３ｃの電位がステップ電極４２１ａまたは４２１ｂと関連して制御されることを、可能とする電気的導電性材料によって形成され得る。例えば、底層４０３ｃは、チタニウムから作られ得、２００オングストロームから１０００オングストロームの範囲の厚さを有する。

ミラープレート４０２は、底層４０３ｃと接続され、かつ基板４００に強固に接続されたヒンジポスト４０５によって支持されたヒンジ４０６を含む。ミラープレート４０２は、底層４０３ｃに接続された２つのヒンジ４０６（すなわち、図３ａにおけるヒンジ２２１）を含み得る。各ヒンジ４０６（または２２１）は、ミラープレート４０２のためのピボットポイントを規定する。２つのヒンジ４０６（または２２１）は、ミラープレート４０２がそれに対して傾けられ得る軸を規定する。ヒンジ４０６は、ミラープレート４０３の下部の中の空洞の中まで伸びる。製造を簡単にするために、ヒンジ４０６は、底層４０３ｃの一部として加工され得る。

ステップ電極４２１ａおよび４２１ｂ、ランディングチップ４２２ａおよび４２２ｂ、ならびに支持フレーム４０８も、基板４００の上に組み立てられ得る。ステップ電極４２１ａは、電圧Ｖｄが外部から制御され得る電極４３１に電気的に接続される。同様に、ステップ電極４２１ｂは、電圧Ｖａもまた外部から制御され得る電極４３２と電気的に接続される。ミラープレート４０２の底層４０３ｃの電位は、電位Ｖｂの電極４３３によって制御され得る。

マイクロミラー２２０Ｚは、マイクロミラー２２０ａ〜２２０ｚのグループから選択的に制御され得る。二極性の電気パルスが、電極４３１、４３２、および４３３に対して個々に加えられ得る。ミラープレート４０２の底層４０３ｃとステップ電極４２１ａまたは４２１ｂとの間に電位差が作り出されたときに、静電力がミラープレート４０２に生成され得る。ミラープレート４０２の両側の静電力間のアンバランスが、１つの向きから別の向きへミラープレート４０２を傾けさせる。ミラープレート４０２が、図４に示されるような「オン」位置に傾けられたときには、平坦な反射性上層４０２は入力光２３０を「オン」方向に沿った反射光２４０を生成するように反射する。ミラープレート４０２が「オフ」位置に傾けられたときには、入射光２３０は「オフ」方向に反射される。

ステップ電極４２１ａおよび４２１ｂにおける複数のステップは、ミラープレート４０２と電極４２１ａおよび４２１ｂとの間の空隙を狭くし、ミラープレート４０２によって経験される静電力を大きくし得る。ステップ電極４２１ａおよび４２１ｂの高さは、約０．２ミクロンから３ミクロンまでの範囲内であり得る。

ランディングチップ４２２ａおよび４２２ｂは、製造を簡単にするために、ステップ電極４２１ａおよび４２１ｂにおける第２のステップのそれと同じ高さを有し得る。ランディングチップ４２２ａおよび４２２ｂは、各傾斜の動作の後にミラープレート４０２に穏やかな機械的停止を提供する。ランディングチップ４２２ａおよび４２２ｂはまた、ミラープレート４０２を正確な角度で停止させ得る。さらに、ランディングチップ４２２ａおよび４２２ｂは、それらが静電力によって変形されたときに、弾性歪エネルギーを蓄え得、静電力が取り除かれたときに、弾性歪エネルギーをミラープレート４０２を押しのけるための運動エネルギーに転換し得る。ミラープレート４０２の押し戻しは、ミラープレート４０２とランディングチップ４２２ａおよび４２２ｂとを分離するのを手助けし得、それは、マイクロミラーデバイスにとって周知の課題である、基板に対するミラープレートのスティクション（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）を克服する手助けをする。

開示されたシステムおよび方法が、本発明の意図から逸脱することなく、マイクロミラー、光学的スキャニング投影システム、ディスプレイの他の構成との適合性があることが理解される。一般的に、マイクロミラーは、ミクロ加工技術によって作られ、電子的制御の下で１つ以上の向きに傾け得るミラーを含み得る。異なる光源が開示されたディスプレイシステムによって使用され得る。さらに、上で使用されたパラメータは、開示されたディスプレイシステムの動作を示すための例である。開示されたディスプレイシステムは、本明細書の意図から逸脱することなく、異なる作動条件で動作し得る。さらに、図４は、ランディングチップに接触することによって所定の角度で停止するミラープレートの例を示すが、開示されたディスプレイシステムは、基板上の物体に接触することなく異なる位置に傾け得る、非接触のマイクロミラーとの適合性もある。

図２ａおよび図２ｂに関係して検討された表示画像は、見る人と関連して異なる向きで並べられ得るということも理解されなければならない。例えば、開示されたディスプレイシステムは、表示画像が２０００ピクセル幅かつ４０００ピクセル高さとなるように構成され得る。さらに、１つ以上の行のマイクロミラーに基づく空間光モジュレータによって変調された光は、図２ａおよび図２ｂで示されるようにポリゴン以外の光学的システムによって走査され得る。

図１は、従来のディスプレイシステムの概略図である。 図２ａは、スキャニングディスプレイシステムの概略図であり、一部は斜視図、一部はブロック図である。 図２ｂは、図２ａのスキャニングディスプレイシステムの概略側面図である。 図３ａは、図２ａのスキャニングディスプレイシステムとの適合性のある空間光モジュレータの１つのインプリメンテーションの詳細図である。 図３ｂは、図２ａのスキャニングディスプレイシステムとの適合性のある空間光モジュレータの１つのインプリメンテーションの詳細図である。 図３ｃは、図２ａのスキャニングディスプレイシステムとの適合性のある空間光モジュレータの１つのインプリメンテーションの詳細図である。 図３ｄは、図２ａのスキャニングディスプレイシステムとの適合性のある空間光モジュレータの１つのインプリメンテーションの詳細図である。 図４は、図３ａにおけるラインＡ−Ａに沿うマイクロミラーの例示的な断面図である。

符号の説明

２００ スキャニングディスプレイシステム
２１０ 空間光モジュレータ
２２０ 傾斜可能なマイクロミラー
２２１ ヒンジ
２３０ 入射光
２４０ 「オン」のマイクロミラーによる反射光
２５０ 光投影システム
２５１ ポリゴン
２６０ ２次元の表示画像
２７０ ディスプレイエリア
２８０ マイクロコントローラ
４００ 基板
４０２ ミラープレート
４０５ ヒンジポスト
４０６ ヒンジ
４０８ 支持フレーム
４２１ａ、４２１ｂ ステップ電極
４２２ａ、４２２ｂ ランディングチップ

Claims (20)

1. ディスプレイシステムであって、
   １行以上の傾斜可能なマイクロミラーであって、該マイクロミラーの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されている、マイクロミラーと、
   該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光を投影することによって、表示画像に第１の方向に沿う１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成し、該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている光投影システムであって、該１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である、光投影システムと
   を備える、システム。
2. 前記光投影システムは、前記マイクロミラーによって前記「オン」方向に反射された光の方向を複数の方向に変化させることにより、複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルが、１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行に形成されるように構成されている、請求項１に記載のディスプレイシステム。
3. 前記複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、前記１つ以上の第１ラインの画像ピクセルから、前記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に移動される、請求項２に記載のディスプレイシステム。
4. 前記複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルと前記１つ以上の第１ラインの画像ピクセルとは、前記表示画像に２次元配列の画像ピクセルを形成する、請求項２に記載のディスプレイシステム。
5. 前記光投影システムは、１つ以上の反射面を備えるポリゴンを備え、該１つ以上の反射面は、前記「オン」方向にマイクロミラーによって反射された光を反射することにより、前記表示画像に前記第１の方向に沿った前記１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを形成するように構成されている、請求項１に記載のディスプレイシステム。
6. 前記光投影システムは、回転軸に対して前記ポリゴンを回転させて、反射光の方向を変化させることにより、前記表示画像に複数の組の１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている移送メカニズムをさらに備える、請求項５に記載のディスプレイシステム。
7. 前記ポリゴンの前記回転軸は、前記第１の方向と実質的に平行である、請求項５に記載のディスプレイシステム。
8. 少なくとも１つの前記傾斜可能なマイクロミラーは、前記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行方向に実質的に垂直である軸に対して傾斜するように構成される、請求項１に記載のディスプレイシステム。
9. 少なくとも１つの傾斜可能なマイクロミラーは、ミラープレートと、該ミラープレートに接続されかつ基板に接続されている２つのヒンジを備える、請求項１に記載のディスプレイシステム。
10. 前記ミラープレートは、前記２つのヒンジによって規定される軸に対して静電力によって傾斜されるように構成されている、請求項９に記載のディスプレイシステム。
11. 前記ヒンジは、前記入射光から前記ミラープレートの背後に隠されている、請求項９に記載のディスプレイシステム。
12. 前記ヒンジは、少なくとも部分的には前記入射光に対して露出されている、請求項９に記載のディスプレイシステム。
13. 少なくとも１つの前記傾斜可能なマイクロミラーは、「オン」方向に向かう前記入射光を反射するように構成される反射面を有するミラープレート備えている、請求項１に記載のディスプレイシステム。
14. 前記ミラープレートは、長方形、正方形、またはダイヤモンド形である、請求項１３に記載のディスプレイシステム。
15. 長方形のミラープレートの狭いディメンジョンが、前記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの前記行の方向に沿って並べられる、請求項１４に記載のディスプレイシステム。
16. 前記ダイヤモンド形のミラープレートまたは前記正方形のミラープレートの対角線は、前記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの前記行の方向に沿って並べられる、請求項１４に記載のディスプレイシステム。
17. 前記光投影システムは、
    前記マイクロミラーによって前記「オン」方向に反射された前記光を投影することにより、前記表示画像に前記第１の方向に沿って前記１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている投影デバイスと、
    投影デバイスを回転させて、該マイクロミラーによって前記「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、前記１つ以上の第２ラインを生成するように構成されている移送メカニズムと
    を備える、請求項１に記載のディスプレイシステム。
18. 前記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーは、該１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行の方向に対して実質的に垂直な軸に対して、静電力によって傾けられるように各々が構成されている、請求項１に記載のディスプレイシステム。
19. 画像を形成する方法であって、
    １行以上の傾斜可能なマイクロミラーに向けて光を方向付けることであって、該マイクロミラーの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されている、ことと、
    少なくとも１つの該マイクロミラーを「オン」位置に傾けることにより、反射光を形成する、ことと、
    マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光を投影するように構成されている光投影システムからの反射光を投影することと、
    表示画像に第１の方向に沿って１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成することと、
    １行以上の傾斜可能なミラーに向けて光を方向付けるステップと、該光投影システムを変化させることによって、マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するステップとを繰り返すことと
    を包含し、該１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である、方法。
20. ディスプレイシステムを形成する方法であって、
    １行以上の傾斜可能なマイクロミラーを形成することであって、該マイクロミラーの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オン」方向に反射し、「オフ」位置に選択的に傾けられることにより入射光を「オフ」方向に反射するように構成されている、ことと、
    該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光を投影することにより、表示画像に第１の方向に沿う１つ以上の第１ラインの画像ピクセルを生成し、該マイクロミラーによって該「オン」方向に反射された光の方向を変化させることにより、該表示画像に１つ以上の第２ラインの画像ピクセルを生成するように構成されている光投影システムを形成することであって、該１つ以上の第２ラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１ラインの画像ピクセルと実質的に平行である、ことと、
    該「オン」方向に反射される光の進路に該光投影システムを配置することと
    を包含する、方法。

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