JP2007298979A - カラー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】好適なカラー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】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。
【選択図】図２ａ

Description

（発明の分野）
本発明は、空間光モジュレータに関する。

（本発明の背景）
（背景）
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、異なる色が付いた光線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。色が付いた光線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。

（発明の概要）
（項目１）
１行以上の傾斜可能なマイクロミラーを有する空間光モジュレータであって、各マイクロミラーは、「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、空間光モジュレータと、
光投影システムであって、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の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のラインの画像ピクセルを生成するように構成されていて、該１つ以上の第２のラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１の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、
入射光を生成する少なくとも１つの光源と
を備え、
該表示画像は、カラー表示画像であり、異なる色の画像ピクセルを順次生成することによって形成される、ディスプレイシステム。
（項目２）
上記少なくとも１つの光源は、複数の光源を含み、各光源は色が付いた光を放ち、該光源のうちの少なくとも２つは、互いに異なる色が付いた光を生成する、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目３）
上記光源のうちの上記少なくとも１つの光源の第１の光源からの上記色が付いた光は、上記空間光モジュレータに到達する前に、第１の光線スプリッタを通過する、項目２に記載のディスプレイシステム。
（項目４）
上記少なくとも２つの光源の第２の光源からの色が付いた光は、上記空間光モジュレータに到達する前に、上記第１の光線スプリッタによって反射される、項目３に記載のディスプレイシステム。
（項目５）
上記第１の光線スプリッタからの光は、第２の光線スプリッタに向けて方向付けられ、第３の光源からの色が付いた光もまた、該第２の光線スプリッタに向けて方向付けられる、項目４に記載のディスプレイシステム。
（項目６）
上記第２の光線スプリッタからの光は、上記空間光モジュレータに向けて方向付けられる、項目５に記載のディスプレイシステム。
（項目７）
上記少なくとも１つの光源は、白色光源であり、上記光投影システムに到達する前に、該白色光源からの光は、カラーフィルタを通過する、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目８）
１行以上の傾斜可能なマイクロミラーを有する空間光モジュレータであって、各マイクロミラーは、「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、空間光モジュレータと、
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の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のラインの画像ピクセルを生成するように構成されていて、該１つ以上の第２のラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１の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、
３つの光源であって、互いに異なる色が付いた光を各々が放ち入射光を生成する３つの光源と
を備え、
該表示画像は、カラー表示画像であり、異なる色の画像ピクセルを同時に生成することによって形成される、ディスプレイシステム。
（項目９）
光線デバイダまたはＸキューブをさらに備え、該光線デバイダまたは該Ｘキューブは、上記３つの光源のうちの少なくとも１つの光源によって放たれた光の向きを変えるように、および該３つの光源からの色が付いた光を組み合わせるように構成されている、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１０）
上記３つの光源の各々は、対応する空間光モジュレータに向けて光を放ち、該３つの光源からの光は、上記光線デバイダまたは上記Ｘキューブに到達する前に、該対応する空間光モジュレータに方向付けられる、項目９に記載のディスプレイシステム。
（項目１１）
上記３つの光源からの色が付いた光は、上記空間光モジュレータに同時に到達する、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１２）
上記３つの光源は、赤色光源、青色光源、および緑色光源を含む、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１３）
少なくとも１つの光源からの光の波長のサブセットは、反射された入射光が、上記光投影システムに到達する前に、分割される、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１４）
光線デバイダをさらに備え、該光線デバイダは、光を空間光モジュレータに向けて方向を変化させる、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１５）
光線デバイダをさらに備え、該光線デバイダは、光を上記光投影システムに向けて方向を変化させる、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１６）
上記３つの光源の各々について対応する空間光モジュレータをさらに備え、色が付いた光は、該対応する空間光モジュレータによって上記光線デバイダに向けて反射される、項目１５に記載のディスプレイシステム。
（項目１７）
移送メカニズムであって、上記投影デバイスを回転させることにより、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、その結果として、複数の組の１つ以上の第２のラインの画像ピクセルが、上記１つ以上の第１の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
をさらに備える、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１８）
各マイクロミラーは、上記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行方向と実質的に垂直な軸に対し、静電力によって傾けられるように構成されている、項目８に記載のディスプレイシステム。

（概要）
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、空間光モジュレータは、１行以上の傾斜可能なマイクロアレイを有し、マイクロアレイの各々は、「オン」位置に選択的に傾けられることによって入射光を「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って入射光を「オフ」方向に反射するように構成され、光投影システムは、マイクロミラーによって反射された光を「オン」方向に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の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反射された光の方向を「オン」方向に変化させることによって、表示画像に１つ以上の第２のラインの画像ピクセル生成するように構成され、少なくとも１つの光源が、入射光を生成する。表示画像は、カラー表示画像であって、異なるカラーの画像ピクセルを順次生成することによって形成される。

デバイスのインプリメンテーションは、以下の１つ以上を含み得る。光源は、複数の光源を含み得、各光源は、色が付いた光を放ち、少なくとも２つの光源は、互いに異なる色が付いた光を生成する。第１の少なくとも１つの光源からの色が付いた光は、空間光モジュレータに到達する前に第１の光線スプリッタを通過し得る。第２の少なくとも２つの光源からの色が付いた光は、空間光モジュレータに到達する前に第１の光線スプリッタによって反射され得る。第１の光線スプリッタからの光は、第２の光線スプリッタに向けて方向付けられ得、第３の光源からの色が付いた光も、第２の光線スプリッタに方向付けられ得る。第２の光線スプリッタからの光は、空間光モジュレータに方向付けられ得る。光源は、白色光源であり得、光投影システムに到達する前に、白色光源からの光は、カラーフィルタを通過し得る。

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、該システムは、１行以上の傾斜可能なマイクロミラーを有する空間光モジュレータであって、各ミラーは、「オン」位置に選択的に傾けられることによって入射光を「オン」方向に反射することにより、表示画像に第１の方向に沿う１つ以上の第１の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って、表示画像に１つ以上の第２のラインの画像ピクセルを生成するように構成され、１つ以上の第２のラインの画像ピクセルは、１つ以上の第１の画像ピクセルと実質的に平行である、空間光モジュレータと、入射光を生成するために、互いに異なる色が付いた光を放つ３つの光源とを含む。表示画像は、カラー表示画像であって、異なる色の画像ピクセルを同時に生成することによって形成される。

デバイスのインプリメンテーションは、以下の１つ以上を含み得る。デバイスは、光線デバイダまたは、Ｘキューブを有し得、光線デバイダまたはＸキューブは、３つの光源のうちの少なくとも１つで放たれた光の方向を変化させ、３つの光源からの色が付いた光を組み合わせるように構成される。３つの光源の各々は、対応する空間光モジュレータに向けて放たれ得、３つの光源からの光は、光線デバイダまたはＸキューブに到達する前に対応する空間光モジュレータに向けられ得る。３つの光源からの色が付いた光は、空間光モジュレータに同時に到達し得る。３つの光源は、赤色光源、青色光源、および緑色光源を含み得る。少なくとも１つの光源からの光の波長のサブセットは、反射された入射光が光投影システムに到達する前に、分割され得る。デバイスは、光線デバイダを有し得、光線デバイダは、光を空間光に向けて向きを変更するか、または光を光投影システムに向けて向きを変更させる。デバイスは、３つの光源の各々について対応する空間光モジュレータを有し得、色が付いた光は、対応する空間光モジュレータによって光線デバイダに向けて反射される。デバイスは、移送メカニズムを有し得、該移送メカニズムは、投影デバイスを回転させることによって、マイクロミラーによって「オン」方向に反射された光の向きを複数の方向に変更するように構成され、その結果として、複数の組の１つ以上の第２のラインの画像ピクセルが、１つ以上の第１のラインの画像ピクセルと実質的に平行に形成される。各マイクロミラーは、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得る。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、添付図面および以下の記述で述べられる。本発明の他の特徴、目的、および利点は、記述および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかとなる。

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「オン」方向の該マイクロミラーによって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「オン」方向の該マイクロミラーによって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、入射光を生成する光源を含む。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。

様々な図面における同じ参照記号は同じ要素を表す。

（本発明の詳細な説明）
（詳細な説明）
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２ｃを参照すると、回転するミラー２７１が、ポリゴン２５１に代わって使用され得る。ミラー２７１は、反射光２４０が向けられる反射性の面２７３を有する。ミラーは、回転軸に沿うように、またはミラーもしくはミラー表面の外側に沿うようにして前後に回転する。

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（不図示）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（不図示）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。

図５は、スキャニングディスプレイシステム２００と適合性のある空間光モジュレータに対して色が付いた光を提供する配置を示す。白色光源５０２は、約４００ｎｍと約７００ｎｍとの間のような広範囲の波長スペクトルを包含する光５５５を放射する。一部の実施形態においては、白色光は、異なる色が付いた光（例えば、赤、緑、および青の光）を組み合わせることによって作られる。白色光源５０２の一例は、タングステン光である。光５５０は、回転するカラーホイール５１２のカラーフィルタを通過する。カラーホイール５１２は、異なる角度セグメントで配置された複数のカラーフィルタを含み得る。例えば、カラーホイールは、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、およびＢと順序付けられた６つの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）のカラーフィルタを含み得る。光５５０が回転するカラーホイール５１２を通過した後に、光は、入射光２３０となり、最終的にディスプレイシステム２００のマイクロミラー２２０の上に注ぐ。カラーホイール５１２が回転するにつれて、入射光５５０は、各々が表示画像の単一のカラーピクセルを生成する一連の画像フレームにおいて順に色を交代させる。単一色について言うと、単一色は、観察者には、一緒になって、緑、赤または青のような１つの色として見える多くの波長を含み得る。空間光モジュレータ２１０の傾斜可能なマイクロミラーは、選択的に傾けられることによって色が付いた入射光５５０を方向付け画像にカラーピクセルを形成し得る。マイクロミラーの選択的な傾斜付けは、入射光の色と対応する色面の入力デジタル画像データによって駆動される。コンピュータは、空間光モジュレータ２１０の傾斜可能なミラーを傾けている間、カラー入射光２３０と、関連する色面の入力画像データとのタイミングを同調させ得る。

図６は、空間モジュレータ２１０に色が付いた光を提供する別の配置を示す。赤色光源６０２、緑色光源６０６、および青色光源６１２は、それぞれ、赤色光６０３、緑色光６０７、および青色光６１３を放ち得る。赤色光源６０２、緑色光源６０６、および青色光源６１２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザに基づき得る。赤色光６０３または緑色光６０７は、光６０９を生成するために、光線デバイダ６０８（この場合は光線コンバイナとして作用する）に入射され得る。光線デバイダ６０８は、反対の面で受光された別の光線（すなわち緑色光６０７）を反射するが、一方の面で受光された光線（すなわち赤色光６０３）が通過することを可能とする。赤色光源６０２および緑色光源６０６は、赤色光６０３または緑色光６０７のいずれか一方が、任意の所定の時に光線デバイダ６０８に入力するように制御される。従って、光６０９は、任意の所定の時に赤または緑のいずれかである。同様に、光６０９および青色光６１３は、入射光２３０を出力するように制御され得る光線デバイダ６１４に入力される。青色光源６１２は、光６０９（赤または緑）または青色光６１３のいずれか一方が、任意の所定の時に光線デバイダ６１４に入力されるように制御される。赤色光源６０２、緑色光源６０６、および青色光源６１２を適切に制御することによって、単色入射光２３０（赤、緑、または青）が、空間光モジュレータ２１０を順に照射し得る。空間光モジュレータ２１０の傾斜可能なマイクロミラーは、選択的に傾けられることによって色が付いた入射光線２３０を方向付け、表示画像にカラーピクセルを形成し得る。カラーホイール５１２は、代わりに、ディスプレイシステムのマイクロミラー２２０の後に置かれ得る。マイクロミラーの選択的な傾斜付けは、入射光の色に対応する色面の入力デジタル画像データによって駆動される。コンピュータは、空間光モジュレータ２１０の傾斜可能なミラーを傾けている間、入射光２３０と、関連する色面の入力画像データとのタイミングを同調させ得る。

図７および図８は、スキャニングディスプレイシステム２００に、色が付いた光源を提供する他の配置を示す。図５および図６に示される配置とは異なり、別々の空間モジュレータが、表示画像の異なる色のピクセルを生成するために提供される。図７においては、空間光モジュレータ６３４の傾斜可能なミラーは、空間的に変調された赤色光６３５を生成するために、赤色光源６３０から放たれた赤色光を選択的に反射し得る。空間光モジュレータ６２４の傾斜可能なミラーは、空間的に変調された緑色光６２５を生成するために、緑色光源６２０から放たれた緑色光を選択的に反射し得る。空間光モジュレータ６４４の傾斜可能なミラーは、空間的に変調された青色光６４５を生成するために、青色光源６４０から放たれた青色光を選択的に反射し得る。空間光モジュレータ６２４、６３４、および６４４は、各々が、１つ以上の列に分配された複数の傾斜可能なミラーを含み得る。空間的に変調された単色光（６２５、６３５、および６４５）は、Ｘキューブ６５０によって組み合わされて複数色の入射光線１３０を生成する。Ｘキューブ６５０は、２つの対角信号通過インターフェースを含むことによって、変調された緑色光６２５が通過し、変調された赤色光６３５と変調された青色光６４５とが反射されることを可能とする。変調され色が付いた光（６２５、６３５、および６４５）は、合併することによって入射光２３０を形成する。空間的に変調された入射光２３０は、回転するミラー６８０（またはポリゴン）によって方向付けられてカラー表示画像を形成する。図５および図６に示される順次色彩変調と対照的に、異なる色が付いた光は、３つの空間光モジュレータ６２４、６３４、および６４４によって同時に方向付けられ得る。

図７に示される配置と類似して、赤、緑、青の光は、図８に示されるように、それぞれ、赤色光源６６４、緑色光源６５２、および青色光源６７０から放たれる。赤、緑、および青の光は、空間光モジュレータ６６０、６５４、および６７２の傾斜可能なミラーによって、さらに選択的に反射されることによってそれぞれが、空間的に変調された色彩光６５５、６６５、および６７５を生成する。空間的に変調された単色光６５５、６６５、および６７５は、光線デバイダ６６８および６７４によって組み合わされることによって、空間的に変調された複数色の入射光２３０を生成する。空間的に変調された入射光２３０は、回転するミラー６８０（またはポリゴン）によって方向付けられて、カラー表示画像を形成する。図７および図８に示される配置の利点は、異なるカラーピクセルが表示画像に同時に形成され得、それが、ビデオ画像表示におけるより高い表示フレームレートを提供し得るか、または空間光モジュレータのマイクロミラーに要求される応答速度を緩和し得るということである。

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。

本発明の多くの実施形態が記述された。それにもかかわらず、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更が為され得ることが理解される。すべての開示された実施形態の特徴は、他の実施形態を用いて使用され得、異なる実施形態は、他の実施形態を用いて使用される余地のない特徴を有するものではない。従って、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内である。

本明細書に組み込まれかつ一部をなす以下の図面は、本発明の実施形態を示し、記述と共に、本明細書で記述される原理、デバイス、および方法の説明に供する。
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、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２ｃは、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。 図５は、空間光モジュレータに色が付いた光源を提供する配置を示す。 図６は、空間光モジュレータに色が付いた光源を提供する配置を示す。 図７は、色が付いた光源と対応する空間光モジュレータとを提供する配置を示す。 図８は、色が付いた光源と対応する空間光モジュレータとを提供する配置を示す。

Claims (18)

1. １行以上の傾斜可能なマイクロミラーを有する空間光モジュレータであって、各マイクロミラーは、「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、空間光モジュレータと、
   光投影システムであって、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の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のラインの画像ピクセルを生成するように構成されていて、該１つ以上の第２のラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１の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、
   入射光を生成する少なくとも１つの光源と
   を備え、
   該表示画像は、カラー表示画像であり、異なる色の画像ピクセルを順次生成することによって形成される、ディスプレイシステム。
2. 前記少なくとも１つの光源は、複数の光源を含み、各光源は色が付いた光を放ち、該光源のうちの少なくとも２つは、互いに異なる色が付いた光を生成する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
3. 前記光源のうちの前記少なくとも１つの光源の第１の光源からの前記色が付いた光は、前記空間光モジュレータに到達する前に、第１の光線スプリッタを通過する、請求項２に記載のディスプレイシステム。
4. 前記少なくとも２つの光源の第２の光源からの色が付いた光は、前記空間光モジュレータに到達する前に、前記第１の光線スプリッタによって反射される、請求項３に記載のディスプレイシステム。
5. 前記第１の光線スプリッタからの光は、第２の光線スプリッタに向けて方向付けられ、第３の光源からの色が付いた光もまた、該第２の光線スプリッタに向けて方向付けられる、請求項４に記載のディスプレイシステム。
6. 前記第２の光線スプリッタからの光は、前記空間光モジュレータに向けて方向付けられる、請求項５に記載のディスプレイシステム。
7. 前記少なくとも１つの光源は、白色光源であり、前記光投影システムに到達する前に、該白色光源からの光は、カラーフィルタを通過する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
8. １行以上の傾斜可能なマイクロミラーを有する空間光モジュレータであって、各マイクロミラーは、「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、空間光モジュレータと、
   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の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のラインの画像ピクセルを生成するように構成されていて、該１つ以上の第２のラインの画像ピクセルは、該１つ以上の第１の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、
   ３つの光源であって、互いに異なる色が付いた光を各々が放ち入射光を生成する３つの光源と
   を備え、
   該表示画像は、カラー表示画像であり、異なる色の画像ピクセルを同時に生成することによって形成される、ディスプレイシステム。
9. 光線デバイダまたはＸキューブをさらに備え、該光線デバイダまたは該Ｘキューブは、前記３つの光源のうちの少なくとも１つの光源によって放たれた光の向きを変えるように、および該３つの光源からの色が付いた光を組み合わせるように構成されている、請求項８に記載のディスプレイシステム。
10. 前記３つの光源の各々は、対応する空間光モジュレータに向けて光を放ち、該３つの光源からの光は、前記光線デバイダまたは前記Ｘキューブに到達する前に、該対応する空間光モジュレータに方向付けられる、請求項９に記載のディスプレイシステム。
11. 前記３つの光源からの色が付いた光は、前記空間光モジュレータに同時に到達する、請求項８に記載のディスプレイシステム。
12. 前記３つの光源は、赤色光源、青色光源、および緑色光源を含む、請求項８に記載のディスプレイシステム。
13. 少なくとも１つの光源からの光の波長のサブセットは、反射された入射光が、前記光投影システムに到達する前に、分割される、請求項８に記載のディスプレイシステム。
14. 光線デバイダをさらに備え、該光線デバイダは、光を空間光モジュレータに向けて方向を変化させる、請求項８に記載のディスプレイシステム。
15. 光線デバイダをさらに備え、該光線デバイダは、光を前記光投影システムに向けて方向を変化させる、請求項８に記載のディスプレイシステム。
16. 前記３つの光源の各々について対応する空間光モジュレータをさらに備え、色が付いた光は、該対応する空間光モジュレータによって前記光線デバイダに向けて反射される、請求項１５に記載のディスプレイシステム。
17. 移送メカニズムであって、前記投影デバイスを回転させることにより、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、その結果として、複数の組の１つ以上の第２のラインの画像ピクセルが、前記１つ以上の第１の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
    をさらに備える、請求項８に記載のディスプレイシステム。
18. 各マイクロミラーは、前記１行以上の傾斜可能なマイクロミラーの行方向と実質的に垂直な軸に対し、静電力によって傾けられるように構成されている、請求項８に記載のディスプレイシステム。

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