JP2012530274A - レーザ投射型ディスプレイのための動的照明制御 - Google Patents

Abstract

表示装置１０は、複数の画像フレーム９２の各々のための調光を供給する、少なくとも１つの色チャネルを有する。１または複数のレーザ源は、第一の偏光透過軸を有する照明ビームを供給する。照明ビームの光路内の画像処理用変調器８５ｒ，８５ｇ，８５ｂは、変調光を投射レンズに向けるように駆動することが可能である。変調光の光路内のレーザブランキング装置は、画像フレーム間の過渡光を遮断するように配置され、第一の偏光透過軸に垂直な第二の偏光透過軸を有する、少なくとも１つのアナライザ６６と、同期したタイミングでフレーム間の期間中に過渡光の偏向を回転させる、少なくとも１つの偏光変調器を有する。

Description

本発明は、空間光変調器を用いる電子表示装置に関し、より詳しくは、電子投射システムにおけるコントラストを改善するための装置と方法に関する。

画像投射システムの重要な性能評価尺度はコントラスト比（Ｃ／Ｒ）であり、これは最も明るい白色と最も暗い黒色の光強度の差を表す。Ｃ／Ｒはそれゆえ、以下の関係により定義される。
Ｃ／Ｒ＝白色の照度／黒色の照度 （１）
Ｃ／Ｒの改善は、スクリーン上でのよりよい画像再現に役立つ。

一般に、投射システムの白色の照度を高めることによってＣ／Ｒを上げることは、ほとんどのプロジェクタにおいて光源が限定されているため、困難である。それゆえ、コントラスト比を改善するためには、黒色の照度レベルを低下させることが試みられる。黒色の照度レベルは、能動型表示デバイスがオフ状態のときにこのデバイスを通過する光と、ディスプレイの投射光学系から入る迷光によって決まる。迷光は、投射システムの光学構成要素による不要な反射からも生じることがある。

電子ディスプレイのコントラスト比を改善するための方法が数多く提案されている。たとえば、“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ｉｒｉｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ”と題するキムらの特許文献１には、オフ状態のデバイスからの光を低減させるために、その絞りがリアルタイムで制御される光学システムが開示されている。特許文献１における光学システムにおいては、絞りコントローラが光出力の照度情報を感知して、その照度情報にしたがって投射の絞りを制御する。絞りの開放範囲をリアルタイムで制御することにより、コントラスト比（Ｃ／Ｒ）が改善される。

“Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ”と題するＫ．アキヤマの特許文献２米国特許第７，２０４，５９４号には、照明デバイスと、電気光学変調器と、投射光学システムとを含むプロジェクタが開示されており、その投射光学システムは、望ましくない光を投射光学系の経路の外へと反射する迷光除去部材を備える遮光部材を有する。

別の方法は、表示スクリーン自体を改変するものである。たとえば、“Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ”と題するホワイトヘッドらの特許文献３に開示されたディスプレイは、制御可能な発光素子のアレイからなる光源により照明される光変調器の組み込まれたスクリーンを有する。制御可能な発光素子と光変調器の要素を制御して、スクリーン上の対応する領域から発せられる光の強度を調整することができる。

コントラスト比を改善するための上記のような従来の方式の各々に、短所がある。特許文献１における機械的絞りは高速のデバイスでなければならず、比較的高額となりうる。特許文献２における遮光部材は、迷光を投射経路の外およびプロジェクタ内部の他の表面へと送り、この光の一部がスクリーン上に投射される可能性がある。特許文献３において教示される特殊な表示クリーンでは、投射システムのコストが大幅に増大し、既存のフィルム映写機の代用としたい場合に、適当なソリューションではないかもしれない。

特に高い関心が寄せられるのは、レーザ光源を使用する投射システムに適したソリューションである。その例としては、液晶デバイス（ＬＣＤ）またはデジタルマイクロミラーデバイス、たとえばテキサス州ダラスのテキサス・インスツルメンツ社のＤＬＰデバイス等の画像処理用空間光変調器を用いたシステムが挙げられる。

レーザ光源との使用に好適な上記以外の画像処理用変調デバイスは、線形光変調器である。線形光変調器は高速の反復的シーケンスによって画像を形成するものであり、このシーケンスでは、画像の各ラインが個別に形成され、走査素子から反射またはその他の方式のリダイレクションによってスクリーンまたはその他の表示面に向けられる。このように動作するタイプの線形光変調器には、シリコン・ライト・マシンズ社から提供され、特許文献４（ブルームら）その他において開示されている格子ライトバルブ（ＧＬＶ）等のデバイスがある。ＧＬＶデバイスを採用した表示システムは、たとえば特許文献５（ブルームら）において開示されている。その他の種類の線形光変調器は、サムソン社により開発され、シンらの特許文献６等において開示されている圧電型空間光変調器（ＳＯＭ）である。

改良型の画像処理用線形変調器は格子電気機械システム（ＧＥＭＳ）デバイスであり、これは本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献７（コワルツ）その他において開示されている。等角の(conformal)ＧＥＭＳデバイスの線形アレイを利用した表示システムは、特許文献８、特許文献９および第６，４７６，８４８号（すべてコワルツら）において開示されている。ＧＥＭＳデバイスの構成と動作に関する詳細な説明は、米国特許第６，６６３，７８８号（コワルツら）および特許文献１０（アゴスティネッリら）をはじめとする、本願と同じ譲受人に譲渡された多数の米国特許および出願公開に記載されている。これらのデバイスにおいて、光は回折によって変調される。たとえばＧＥＭＳチップでは、単一の基板上に形成された等角の電気機械リボン要素の線形アレイが、１または複数の次数の回折光を提供して線走査投射型表示のための各画素線を形成するように駆動することが可能(actuable)である。

ＧＬＶ、ＳＯＭおよびＧＥＭＳデバイスを使用したカラー表示システム構成は一般に、赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）の３色の個別の色経路を利用し、各色光路には、個別の線形空間光変調器とレーザ源が設けられる。駆動された画像処理用線形空間光変調器は、画像を形成するために、その成分である赤色、緑色または青色のレーザ光を１回に１本ずつ変調する。その結果得られる各色の変調済み光線は次に、同じ出力軸上で合成されて、フルカラー画像を形成し、これが走査されて表示スクリーンへと送られる。

一般に、画像処理用線形光変調器アレイは、それに対応する面状アレイの空間光変調器（ＳＬＭ）に対して、より高解像度、より低コスト、より簡潔な照明光学系という点で有利である。ＧＬＶおよびＧＥＭＳデバイスは、レーザ光を変調するために高速の切り換え速度で駆動することが可能である。ＧＬＶおよびＧＥＭＳデバイスは、その他の方式の空間光変調器と比較した場合、解像度が高く、固有のビット深度が高く、アスペクト比が可変であり、モーションアーチファクトが比較的少ないという利点を有する。

しかしながら、線形空間光変調器には固有のさまざまな限界があり、これがプロジェクタの性能を制約しがちであるという可能性がある。さまざまな限界は走査シーケンスそのものに関する。表示面全体の変調光を走査するために従来使用されている、ガルバノメータを利用して駆動される走査鏡は、小さい角度範囲で回転して、画像の各２Ｄ（二次元）フレームを形成する。１回の走査が終了するたびに、鏡の位置を次の走査のための開始位置にリセットしなければならない。このリセット時間中、標準的な走査シーケンスでは、画像内容が投射されない。それゆえ、動作周期のうちの約１５−２５％の間は光出力を利用できず、これは、鏡が停止し、方向転換し、次の走査のための開始位置へと戻るのに、ある程度の時間を必要とするからである。このように、利用可能な光出力がどうしても減少してしまうため、得られる光効率も制限される。この走査鏡のリセット時間と鏡の加速および減速時間によって、この種のシステムで変調光を供給するための有効なデューティサイクル、いわゆる「画素オン(pixel on)」の時間は通常、約７２−８５％を超えない。

走査シーケンスに起因する他の問題は、リボン要素が複数の位置の間で繰り返し切り替えられる際に保存される電荷の影響を最小限にしなければならない点に関する。静電エネルギーを使って、リボンが駆動される。１回の走査から次回の走査へと、集積回路（チップ）基板の電極が同じであると、デバイスには急速に残留電荷が発生し、この残留電荷を何らかの方法で補償するか、消失させる必要がある。電荷発生の問題に対して、本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献１１（コワルツら）では、空間光変調デバイスにおける累積電荷を是正する方法が開示されている。この方法は、誘電リボン要素に変調された双極電圧信号を印加するもので、この信号の時間平均は、変調デバイスの底部導電層に印加されるバイアス電圧の時間平均と等しい。その結果発生する交流波形が基板のバイアス電圧の極性を切り替え、デバイスの動作中に発生する電荷を有効に取り消す。

コワルツらの特許文献１１に記載されている方法によって電荷発生に関する問題は是正されるが、電圧が切り替わるときに、変調リボン要素が過渡的に移動する可能性がある。通常、電圧は走査鏡のリセット時間中に切り替えられ、電圧が切り替わるときに迷光がスクリーンに到達して、システムのコントラストを劣化させうる。この過渡期には、少量の光もまた偶然に光学システムへと向けられ、その結果、余分な反射が起こり、迷光が投射光学系を通過して表示スクリーンに到達することがある。これらの要因のすべてが、システムのコントラストを劣化させる可能性がある。

ＤＬＰデバイス等の画像処理用の面状空間光変調器には、線形のＧＥＭＳ、ＳＯＭおよびＧＬＶデバイスと同じ切り替え効果は見られない。しかしながら、面状および線形の光変調デバイスのいずれにもリフレッシュ周期があり、その間に、変調されていない光が偶然に表示面に向けられることがある。レーザ自体を瞬間的にオフにして、リフレッシュ周期中の迷光を排除することはできるが、このような動作モードは既存の半導体レーザデバイスには適しておらず、波長および熱安定性を損ない、レーザの寿命を短縮させる可能性がある。

したがって、面状および線形、両方の空間変調デバイスにとっての基板切り替えによる不利な効果を低減させ、または排除し、より一般的には、レーザによる照明を利用する投射装置における迷光を減少させる是正策が求められている。

米国特許第７４１３３１４号明細書 米国特許第７２０４５９４号明細書 米国特許第７４０３３３２号明細書 米国特許第６２１５５７９号明細書 米国特許第５９８２５５３号明細書 米国特許第７１３３１８４号明細書 米国特許第６３０７６６３号明細書 米国特許第６４１１４２５号明細書 米国第６６７８０８５号明細書 米国第６８０２６１３号明細書 米国特許第６１４４４８１号明細書 米国特許第５３３９１１８号明細書 米国特許第６４５２６４６号明細書 米国特許出願公開第２００４／０９０６７９号明細書

本発明の目的は、デジタル画像投射技術を進歩させることである。

この目的を念頭に、本発明は、複数の画像フレームの各々のために変調光を供給する、少なくとも１つの色チャネルと、第一の偏光透過軸を有する照明ビームを供給する１または複数のレーザ源と、照明ビームの光路内にあり、変調光を投射レンズへと向けるように駆動させることが可能な画像処理用変調器と、変調光の光路内にあり、画像フレーム間の過渡的な光を遮断するように配置され、第一の偏光透過軸に垂直な第二の偏光透過軸を有する、少なくとも１つのアナライザと、フレーム間の時間中に過渡的な光の偏光を同期されたタイミングで回転させる、少なくとも１つの偏光変調器と、を有するレーザブランキング装置と、備える表示装置を提供する。

レーザブランキングは走査と同期させて、レーザがスクリーンの外にあるときに光学系を通過する光によるスクリーン上への迷光を最小限にする。この期間中、ＧＥＭＳデバイスが使用されている場合は、基板を反転させて(flip)、ヒステリシスを除去してもよい。これにより、基板反転中に発生する迷光が最小限となる。レーザブランキングは、レーザをオフに切り替えるか、電気光学変調デバイスを使用するかのいずれかによって実現できる。ＬＣ光シャッタ等の電気光学変調デバイスが使用される場合、このデバイスは、動的照明制御にも使用できる。画像の最大コード値が低い場合、画像のコントラストは、黒をより黒く見えるようにし、供給される画像のコード値を減衰量だけ比例的に引き上げることによって改善できる。また、変調デバイスを小区画に分割して、スクリーン上の領域によって減衰量が異なるようにすることができる。これは、画像の上部に晴天時の空等の明るい領域があり、下部に暗いディテールがあるようなスクリーンに有益である。たとえば、あるシーンの最大強度が１０％しかない場合、その画像の最大コード値は１０倍の範囲で調整でき、減衰器を１０倍の減衰に設定できる。その結果、コントラストは大幅に改善される。

本発明とその目的ならびに利点は、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

明細書の最後に、特に本発明の主旨を特定し、明確に請求する特許請求の範囲が記載されているが、本発明は、添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことによって、よりよく理解されると思われる。

各色チャネル内に画像処理用ＧＥＭＳ変調器を使用する投射装置の構成部品を示す概略ブロック図である。 画像処理用線形空間光変調器を使用して画像フレームを形成するために、走査シーケンスがどのように動作するかを示すタイミングチャート図である。 本発明の方法と装置を使用しない場合の、ガルバノメータ駆動信号と、基板切り替えおよびスクリーンへの光透過とを関係付けるタイミングチャート図である。 本発明の実施形態による投射装置におけるレーザブランキング装置を示す概略ブロック図である。 図４のレーザブランキング装置を使用した場合の、ガルバノメータ駆動信号と、基板切り替えおよびスクリーンへの光透過を関係付けるタイミングチャート図である。 本発明の実施形態におけるレーザブランキング装置の同期を調整する、基本的な制御論理回路を示す概略ブロック図である。 本発明の別の実施形態による投射装置におけるレーザブランキング装置を示す概略ブロック図である。 ３Ｄ画像投射に有益な、本発明の別の実施形態による投射装置におけるレーザブランキング装置を示す概略ブロック図である。 図８の装置を使用する３Ｄビューイング中の左目および右目用画像に関する走査シーケンスを示すタイミングチャート図である。 図８の装置を２Ｄまたは３Ｄビューイング用にどのように適合させることができるかを示すタイミングチャート図である。 ＤＭＤデバイスを使用する本発明の別の実施形態による投射装置におけるレーザブランキング装置を示す概略ブロック図である。

本明細書の説明は特に、本発明による装置の一部を形成する、またはこの装置とより直接的に協働する要素に関する。理解すべき点として、具体的に図示されていない、または説明されていない要素は、当業者の間で周知の各種の形態をとることができる。図と説明文は、本発明の動作の主要な原理を説明するために提供されており、実際の大きさや縮尺を示そうとしたものではない。相対的な空間的関係または動作原理を強調するために、ある程度誇張されていることがある。

本発明の装置と方法は、ソリッドステートレーザ光源、特に１または複数の半導体レーザまたはレーザアレイからの、実質的に偏向された光を変調する、どのような方式のデジタル画像処理装置にも適用できる。これには、光を反射するデジタルマイクロミラーまたはＤＬＰデバイスおよび光を反射または透過させるＬＣＤ等の面状の画像処理用空間光変調器と、ＧＥＭＳおよびＧＬＶデバイス等の線形の画像処理用光変調器の両方が含まれる。本発明の実施形態は、線形または多重線形格子電気機械システム（ＧＥＭＳ）デバイス、ＧＬＶデバイスまたは、回折によって光を変調し、可変格子の一部として機械的リボンを駆動するその他の種類のデバイスのような線形光変調器との使用に特に有利となりうる。本明細書に記載の実施形態では、主として本発明を画像処理用ＧＥＭＳ線形光変調器に使用する場合について説明する。しかしながら、強調すべき点として、本明細書においてＧＥＭＳデバイスを使用したシステムに適用するものとして説明する装置と方法と同じものを、ＧＬＶおよびその他の種類の画像処理用線形変調器のほか、半導体レーザ光源からの照明を使用する面状の画像処理用空間光変調器にも適用できる。

以下の説明において、「左目用画像」という語句は、表示装置により形成され、観察者の左目で見るための画像を指す。同様に、「右目用画像」という語句は、観察者の右目で見るための画像を指す。同様に、デュアルビューワ画像処理装置に関して、「第一のビューワ用画像」と「第二のビューワ用画像」は、それぞれ第一と第二のビューワ群のためのものである。

本発明の文脈では、「チップ」という用語は、これがマイクロ電気機械デバイス技術の当業者の間で馴染み深く使用されているため、使用している。チップという用語は、単独の基板上に形成された１または複数の線形光変調器アレイを有する単体の電気機械回路パッケージを指し、その例には、たとえば前述の、本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献８に詳細に記載されている等角格子デバイスがある。ＧＥＭＳチップには、光を反射、回折するための光変調格子を形成する長いリボン要素を含めるだけでなく、これらのリボン要素の駆動に用いられる静電力を印加する基本的回路を含めることもできる。製造中、チップ、たとえばコワルツらの特許文献８に示されているＧＥＭＳチップ等のチップを形成するための小さな電子および機械的構成要素が、単独の基板上に作製される。チップパッケージにはまた、回路基板やその他の適当な表面と相互接続するため、およびそれらに実装するための信号リードも含まれる。

図１を参照すると、３つの色チャネル、すなわち赤色の色チャネル２０ｒ、緑色の色チャネル２０ｇおよび青色の色チャネル２０ｂの各々において、画像処理用線形光変調器としてＧＥＭＳデバイスを使用する投射表示装置１０が示されている。赤色変調の場合、一般にレーザまたはレーザアレイである赤色光源７０ｒから発せられる照明は、球面レンズ７２ｒと円柱レンズ７４ｒを通って調整され、反射鏡８２ｒに向けられる。反射鏡８２ｒからの反射光は、画像処理用線形光変調器８５ｒにおいて回折によって変調され、この変調器８５ｒは本願において、電気機械格子光変調器として図示し、説明する。画像処理用線形光変調器８５ｒからの変調回折光は、回折により、反射鏡８２ｒを越えて、Ｘキューブまたはその他のダイクロイックコンバイナ等の色合成器１００に向けられる。色合成器１００からの変調光線は次に、レンズ７５によって、任意のクロスオーダフィルタ（図示せず）を通って、走査要素７７へと向けられ、表示面９０に投射される。走査要素７７は、走査鏡または、回転プリズムもしくはポリゴンまたは１または複数の反射面を結合したもの等、その他の適当な光リダイレクション走査要素とすることができ、この装置が今度は、２Ｄ画像を形成するための入射変調光線を表示面９０へと向ける。緑色変調は、色合成器１００に光を供給するための同様の構成要素群を使用し、一般にレーザまたはレーザアレイである緑色光源７０ｇが供給する照明が、球面レンズ７２ｇと円柱レンズ７４ｇを通って反射鏡８２ｇへと向けられる。反射鏡８２ｇからの反射光は、画像処理用線形光変調器８５ｇとして機能する電気機械格子光変調器において回折によって変調される。画像処理用線形光変調器８５ｇからの変調回折光は、回折により、反射鏡８２を越えて、色合成器１００に向けられる。同様に、一般にレーザまたはレーザアレイである青色光源７０ｂが供給する照明は、球面レンズ７２ｂと円柱レンズ７４ｂを通って、反射鏡８２ｂへと向けられる。反射鏡８２ｂからの反射光は、画像処理用線形光変調器８５ｂとして機能する電気機械格子光変調器において回折によって変調され、反射鏡８２ｂを越えるように回折され、光線として色合成器１００へと送られる。

図２は従来の走査タイミングを示し、走査要素７７に供給されるタイミング制御信号である駆動信号３０の立上り、すなわち書き込み部Ａと立下り、すなわち復帰部Ｂにおいて何が起こるかを表している。２つの隣接する信号曲線部ＡとＢは、走査要素７７の運動の１周期に対応する。画像処理用線形光変調器８５ｒ、８５ｇおよび８５ｂを用いたスクリーンへのデータ書き込みは、この例において、駆動信号３０のＡの部分で、走査要素７７が変調光線の方向を左から右に向かって連続する位置へと変えて、表示面９０に画像フレーム９２を生成するときに行われる。図２の復帰部Ｂでは、走査装置は右から左へ、走査の書き込み部での移動より高速で移動し、復帰部Ｂにおいてはスクリーンにデータが書き込まれない。図２の上部には、それぞれ７７ａ、７７ｂ、７７ｃおよび７７ｄで示される走査要素の連続位置において進められる走査の「スナップショット」が示されている。

特許文献１１に関して前述したとおり、ＧＬＶまたはＧＥＭＳリボンの性能は、長期間の駆動と、反復的に駆動される間の電荷堆積の両方によって劣化する可能性があり、これが「吸着」やその他、性能に与える不利な影響の原因となる。したがって、実際には、ＧＭＥＳデバイスの駆動には同じ極性のパルスが過度に使われすぎず、また、１つの画像フレーム内で画素が連続的に駆動されることもない。このため、各種のタイミング方式において、接地基板と各画素の双極高電圧ドライバを使って駆動電圧の極性が継続的に反転されるか、あるいは基板のバイアス電圧そのものが繰り返し切り替えられる。各画像フレームが表示されると、基板は反対の電圧極性に駆動される。基板反転法は、２つの電圧レベル間で切り替わる単純なドライバで実装可能であるため、より低コストである。しかしながら、この方式では、フレームリフレッシュ周期中に予定外に光が漏出する原因となる、ある過渡的な効果が生じる。

図３のタイミングチャートは、ガルバノメータ駆動信号３０と切り替えられる基板バイアス電圧５０の時間的関係を示し、これらの切り替え信号の光の伝送と光の漏出に関する効果を示す。光タイミング信号６０は、図２に関して前述したように、画像がディスプレイへと走査される、走査周期の書き込み部Ａの間に光がオン、すなわちイネーブルされていることを示す。しかしながら、走査周期の復帰部Ｂの間では、予定外のリボン要素の移動によって、過渡的な出力光６２が検出される。図３に示されるように、過渡光６２は、基板バイアス電圧５０が遷移するたびに、すなわちガルバノミラー(galvo mirror)の復帰部Ｂごとに１回繰り返される。図の時間ｔ１、ｔ２およびｔ３の期間は、１つの実施形態では、約１６ミリ秒である。

図４の概略的ブロック図は、本発明の実施形態による表示装置１２０におけるレーザブランキング装置３８によって、この過渡光がどのように抑制されるかを示す。レーザブランキング装置３８は２種類の構成要素を有する、すなわち、（ｉ）合成された変調光の光路内に配置された偏光変調器である位相変調電気光学変調器６４と、（ｉｉ）アナライザ６６である。制御信号により駆動されると、電気光学変調器（ＥＯＭ）６４は、入射光の位相を変化させて、入射光の偏向を９０度だけ有効に回転させる。アナライザ６６は、光源７０ｒ、７０ｇおよび７０ｂと平行な透過軸を有し、それによって変調光がこれを通過して表示面９０に向かう。それゆえ、アナライザ６６は、ＥＯＭ６４の駆動時に変調される光を遮断する。

あるいは、位相変調電気光学変調器６４の動作モードを逆転させて、制御信号により駆動されていないときに入射光の位相を９０度変化させ、駆動されると、偏向に加わる変化が０度となるようにすることができる。

図５のタイミングチャートは、駆動信号３０とバイアス電圧５０に関するＥＯＭ信号６８のタイミングを示し、ＥＯＭの駆動が光タイミング信号６０’にどのような影響を与えるかを示す。過渡光（図３の過渡光６２）は、出力からこの不要な光を除去することによって抑制される。

図６の概略ブロック図は、図５に示される信号を図４に示される表示装置１２０の制御された構成要素に関係付けている。制御論理プロセッサ４０は、中間駆動回路（図示せず）を通じて、ガルバノモータ３６に駆動信号３０を供給し、前述の走査シーケンスを実行する。制御論理プロセッサ４０は、中間駆動回路（図示せず）を通じて、各色チャネルにおける画像処理用線形光変調器８５ｒ、８５ｇおよび８５ｂに交流の基板バイアス電圧５０を同期させて供給する。ＥＯＭ信号６８は、ここでも中間駆動回路（図示せず）を通じて、電気光学変調器６４に供給される。

レーザブランキング装置３８は、種々の実施形態において、必要な遮光機能を提供することができる。たとえば、図４を参照すると、電気光学変調器６４とアナライザ６６を変調光の光路に沿って並列に設置することができ、それらの間に他の光学的構成要素があってもなくてもよい。図７の別の実施形態は、各色チャネル内にＥＯＭ６４ｒ、６４ｇ、６４ｂと出力に１つのアナライザ６６を有する表示装置１２０の実施形態を示す。あるいは、各チャネルにアナライザとＥＯＭがあってもよい。用途によっては、レーザブランキング装置３８を、照度に対して最も顕著な影響を有する１または複数の色チャネル、たとえば緑色の色チャネルにのみ設置すれば十分かもしれない。

レーザブランキングのために十分に高速な切り替えを行うには、ＥＯＭ６４の応答時間が高速でなければならない。最近まで、ＥＯＭデバイスは図４に関して説明した表示装置のタイミングにとっては十分な応答速度を持っていなかった。しかしながら、その後のＥＯＭの速度と全体的性能の改善により、これらのデバイスを画像フレーム間で必要なレーザブランキングに使用することが可能となりつつある。図４と図７に関して説明したレーザブランキングに使用可能なＥＯＭは、あらゆる適当な種類のデバイスとすることができ、たとえばコロラド州ラファイエットのボルダ・ノンリニア・システムズ社のＶＸシリーズ変調器等がある。

注意すべき点として、たとえば、出力経路に機械的シャッタやその他の方式による光変調デバイスを使用するもの等、その他の種類のレーザブランキングも提供できる。しかしながら、ＥＯＭ信号６８を供給するＥＯＭデバイスを使用すれば、可動部品またはモータは不要であり、ノイズや振動源を導入せずに、不要な過渡光を吸収できる。レーザブランキングの別の方式としては、レーザ自体を遮断するものがあるが、デジタル投射の分野で使用されるレーザ源は一般に、連続波（ＣＷ）モードで最も良好に動作する。投射に使用されるレーザの高速切り替えは、レーザの安定性と性能に不利な影響を与えることがあり、レーザの寿命を大幅に短縮させる可能性がある。

３Ｄおよびデュアルビューワの実施形態での使用
本発明の方法と装置は、３Ｄ画像形成またはデュアルビューワ画像形成を提供する画像形成装置にも適用可能であり、これらの装置はたとえば、本願と同じ譲受人に譲渡された２００８年５月７日出願の“Ｄｉｓｐｌａｙ Ｕｓｉｎｇ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｓｃａｎｎｅｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ”と題する係属中の米国特許出願第１２／１１６，４６７号明細書において開示されている装置がある。図８の概略的ブロック図は、左右別々の要素、それぞれ２２ｌと２２ｒを有する眼鏡４６の使用を示している。１つの実施形態において、眼鏡４６はシャッタ眼鏡であり、観察者の左目用および右目用の画像を画像リフレッシュレートと同期して交互に遮断する。このような実施形態では、図５に関して前述したタイミングを適用して、電気光学変調器が前述のものと同様の方法で各フレームリフレッシュ期間中に光を抑制するようにできる。

電気光学変調器のタイミングはまた、線形光変調器から画像を形成するために両方向走査が使用される実施形態にも適用可能である。図９のタイミングチャートに、左目および右目用画像の走査シーケンスが概略的に示されている。図中、Ｓで示される走査周期には前進（Ａ）と復帰（Ｂ）の両方の部分がある。左目用画像は、走査要素駆動信号３２のＡの部分で、走査要素７７が図９で左から右に示される一方向に漸進的に走査する間に形成される。この移動では、画像の第一の端縁Ｅ１から第二端縁Ｅ２へと走査される。

図９の復帰部、すなわちＢの部分は、図２と図３に関して説明したものより長く、波形は図のように三角形（すなわち、対称）である。次に、右目用画像は、このＢの部分の間に反対の（復帰）方向に漸進的に走査することによって形成される。この移動では、画像の第二の端縁Ｅ２から第一の端縁Ｅ１へと走査される。シャッタ眼鏡４６は、１つの実施形態において、走査タイミングと同期して使用され、左目用画像と右目用画像を周期的に区別して、意図された画像を観察者の適当な方の目に向け、他方の画像を遮断する。タイミング駆動信号３２が６０Ｈｚである場合、シャッタ眼鏡の目の切り換えは１２０Ｈｚで行われる。連続する左目または右目用画像の各々の伝送周期も６０Ｈｚである。

図１０のタイミングチャートは、図８の装置をどのように２Ｄ画像形成または３Ｄ（またはデュアルビューワ）画像形成のいずれかを提供するように適合させられるかを示している。ここで、複数のタイミングチャートを相互に重ねて、この比較を行う。図１０に示されるタイミングチャートは、本発明の方法（三角形の駆動信号波形）により左目用画像と右目用画像を走査するための総時間が、２Ｄ画像の形成に従来使用されていたもの（図２において鋸歯駆動信号波形で示されている）と同じ実施形態における走査要素駆動信号とデータのタイミングを示している。走査鏡駆動信号３０とデータ書き込み曲線８０は２Ｄ表示の実施形態に対応し、駆動信号３２とデータタイミング８４ａは３Ｄ表示の実施形態に対応する。この場合、２Ｄおよび３Ｄ投射のための１画素間隔あたりの時間、すなわち「画素オン」の時間は同じとすることができる。有利な点として、画像データの各線を線形光変調器に供給するためのクロックタイミングは、画像が一方向の走査によって形成される２Ｄの実施形態に使用されるクロックタイミングと同じにすることができる。

シャッタ眼鏡は、３Ｄビューイングのための左目用画像と右目用画像を分離する、あるいは２つの異なるビューワ群に対して表示される第一のビューワ用画像と第二のビューワ用画像を分離するために、同期されたタイミングを使用する。立体撮像技術の当業者の間でよく知られているように、分光視差を利用する、他の方式の分離メカニズムを設けることができる。簡潔にいえば、赤色、緑色および青色の色成分の異なるセットを使用することによって、各々の目のための（または、あるいは各ビューワ群のための）カラー画像を形成することによって、分光視差を利用できる。さらにもっと複雑な方法も提案されており、その一例が分光視差とシャッタ眼鏡のタイミングを組み合わせる方法であり、これはたとえば、本願と同じ譲受人に譲渡された２００９年１月９日出願の、“Ｄｕａｌ−Ｖｉｅｗ Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ａｒｒａｙｓ”と題する係属中の米国特許出願第１２／３５１，１９０号明細書に記載され、同出願は立体撮像とデュアルビューワの両方の機能を提供する。

立体撮像（３Ｄ）またはデュアルビューワの用途では、図４から図７に関して前述した基本的な２Ｄ画像形成に必要なものより複雑な画像タイミングおよびその他のパラメータが使用されるかもしれないが、どちらの種類の画像形成にも共通のタイミングオカレンス、すなわち画像リフレッシュの必要性がある。短いリフレッシュ時間中に、投射装置の出力に迷光を抑制するためのメカニズムを提供することが有利である。

前述のように、本発明の装置と方法はまた、面状光変調器、たとえばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等と使用すれば、あらたな用途が生まれる。図１１の概略ブロック図は、ＤＭＤ空間光変調器を使用する表示装置１１０の実施形態を示す。光源１２は、多色性の偏向されていない照明をたとえばフィリップスプリズム等のプリズムアセンブリ１４へと向ける。プリズムアセンブリ１４は、多色光を赤色、緑色および青色の成分波長帯域に分割し、各帯域を対応する空間光変調器２８ｒ、２８ｇまたは２８ｂに向ける。プリズムアセンブリ１４はすると、各画像形成ＳＬＭ２８ｒ、２８ｇおよび２８ｂからの変調光を再合成して、この偏向されていない光を投射レンズ４２に向け、表示スクリーンまたはその他の適当な表面に投射されるようにする。図４と図７に関して前述したものと同様の方法により、アナライザ６６と電気光学変調器６４は共同で、画像リフレッシュ中の表示装置１１０からの出力光を抑制する。あるいは、光源１２は赤色、緑色および青色の波長帯域の複数の偏光単色光源で構成されていてもよい。

本発明の装置と方法によれば、本来であれば表示面に投射されて、画像のコントラストを劣化させる迷光の量が減少する。本発明の装置と方法を使用することにより、デジタル投射装置のコントラストは大幅に改善され、ハイエンドの民生用投射装置から提供される範囲に格段に近づく。

１０ 表示装置、１２ 光源、１４ プリズムアセンブリ、２０ｒ 赤色の色チャネル、２０ｇ 緑色の色チャネル、２０ｂ 青色の色チャネル、２２ｌ，２２ｒ 左と右の個別要素、２８ｒ，２８ｇ，２８ｂ 空間光変調器、３０ 駆動信号、３２ 駆動信号、３６ ガルバノモータ、３８ レーザブランキング装置、４０ 制御論理プロセッサ、４２ レンズ、４６ 眼鏡、５０ バイアス電圧、６０，６０’ 光タイミング信号、６２ 過渡光、６４，６４ｒ，６４ｇ，６４ｂ 電気光学変調器、６６ アナライザ、６８ ＥＯＭ信号、７０ｒ 赤色光源、７０ｇ 緑色光源、７０ｂ 青色光源、７２ｒ 赤色用球面レンズ、７２ｇ 緑色用球面レンズ、７２ｂ 青色用球面レンズ、７４ｒ 赤色用円柱レンズ、７４ｇ 緑色用円柱レンズ、７４ｂ 青色用円柱レンズ、７５ レンズ、７７ 走査要素、７７ａ 走査要素、７７ｂ 走査要素、７７ｃ 走査要素、７７ｄ 走査要素、８０ データ書き込み曲線、８２ｒ 赤色用反射鏡、８２ｇ 緑色用反射鏡、８２ｂ 青色用反射鏡、８４ａ データタイミング、８５ｒ 線形光変調器、８５ｇ 線形光変調器、８５ｂ 線形光変調器、９０ 表示面、９２ 画像フレーム、１００ 色合成器、１１０ 表示装置、１２０ 表示装置、Ａ 駆動信号の一部、Ｂ 駆動信号の一部、Ｅ１ 端縁、Ｅ２ 端縁、Ｓ 走査周期、ｔ１ 時間、ｔ２ 時間、ｔ３ 時間。

Claims (18)

1. 複数の画像フレームの各々のための変調光を供給する、少なくとも１つの色チャネルと、
   第一の偏光透過軸を有する照明ビームを供給する１または複数のレーザ光源と、
   照明ビームの光路内にあり、前記変調光を投射レンズへと向けるように駆動することが可能な画像処理用変調器と、
   前記変調光の光路内にあり、画像フレーム間の過渡光を遮断するように配置されたレーザブランキング装置と、
   を有する表示装置であって、
   前記レーザブランキング装置は、
   前記第一の偏光透過軸に垂直な第二の偏光透過軸を有する少なくとも１つのアナライザと、
   同期されたタイミングでフレーム間の間隔時間中に過渡光の偏向を回転させる、少なくとも１つの偏光変調器と、
   を有することを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記少なくとも１つの偏光変調器は、電気光学変調器であることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記レーザブランキング装置は、複数の色チャネルの各々の中にアナライザを備えることを特徴とする表示装置。
4. 請求項１に記載に表示装置であって、
   前記レーザブランキング装置は、複数の色チャネルの各々の中に電気光学変調器を備えることを特徴とする表示装置。
5. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記画像処理用変調器は、格子電気機械デバイス、圧電型空間光変調器および格子ライトバルブからなるグループから選択される線形光変調器であることを特徴とする表示装置。
6. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記画像処理用変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスと液晶デバイスからなるグループから選択される面状空間光変調器であることを特徴とする表示装置。
7. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記表示装置は三次元またはデュアルビューワ画像を形成することを特徴とする表示装置。
8. 表示装置であって、
   ａ）複数の画像フレームの各々のための連続する変調光線を供給し、
   第一の偏光透過軸を有する線形照明ビームを供給する１または複数のレーザ源と、
   前記照明ビームの光路内にあり、変調光線を形成するように駆動されるリボンのアレイを有する画像処理用線形光変調器と、
   を有する、少なくとも１つの色チャネルと、
   ｂ）前記少なくとも１つの色チャネルからの各変調光線を表示面に向けて走査することによって、各画像フレームを形成する走査要素および投射レンズと、
   ｃ）前記変調光の光路内にあり、フレーム間の過渡光を遮断するように配置され、
   前記第一の偏光透過軸に垂直な第二の偏光透過軸を有するアナライザと、
   フレーム間の期間中に同期されたタイミングで過渡光の偏向を回転させる偏光変調器と、
   を有するレーザブランキング装置と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
9. 請求項８に記載の表示装置であって、
   前記少なくとも１つの偏光変調器は、電気光学変調器であることを特徴とする表示装置。
10. 請求項８に記載の表示装置であって、
    前記レーザブランキング装置は、複数の色チャネルの各々の中にアナライザを備えることを特徴とする表示装置。
11. 請求項８に記載に表示装置であって、
    前記レーザブランキング装置は、複数の色チャネルの各々の中に電気光学変調器を備えることを特徴とする表示装置。
12. 請求項８に記載の表示装置であって、
    前記画像処理用変調器は、格子電気機械デバイス、圧電型空間光変調器および格子ライトバルブからなるグループから選択される線形光変調器であることを特徴とする表示装置。
13. ａ）１または複数の色チャネルにおける画像処理用変調器でレーザ光を変調し、変調光を表示面に向けることによって第一の画像フレームを生成するステップと、
    ｂ）前記１または複数の色チャネル内の前記画像処理用変調器のリフレッシュ中に、前記変調光の経路内の電気光学変調器を駆動することによって瞬間的にレーザブランキング装置に電圧を供給するステップと、
    ｃ）１または複数の色チャネル内のレーザ光を変調し、この変調光を表示面に向けることによって第二の画像フレームを生成するステップと、
    ｄ）前記１または複数の色チャネル内の前記画像処理用変調器のリフレッシュ中に、前記変調光の経路内の前記電気光学変調器を駆動することによって再び瞬間的にレーザブランキング装置に電圧を供給するステップと、
    を含むことを特徴とする画像表示方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記第一の画像フレームは右目用画像であり、前記第二の画像フレームは左目用画像であることを特徴とする方法。
15. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記第一の画像フレームは第一のビューワ用画像であり、前記第二の画像フレームは第二のビューワ用画像であることを特徴とする方法。
16. ａ）レーザ光線を変調して、画像処理用線形変調器で連続する変調光線を形成することによって、連続的な画像フレームを生成するステップと、
    ｂ）前記連続する変調光線を、第一の偏光透過軸を有する出力光路に沿って、連続的な画像フレームの各々を表示面に向けて走査する走査装置へと向かわせるステップと、
    ｃ）フレーム間の間隔時間に、前記電気光学変調器の偏向を前記出力光路に沿って選択的に回転させ、前記第一の偏光透過軸を有する光を遮断するステップと、
    を含むことを特徴とする画像表示方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、
    逐次的画像フレームを生成するステップは、双方向走査パターンを使用することを特徴とする方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記画像処理用線形変調器は、格子電気機械デバイス、圧電型空間光変調器および格子ライトバルブからなるグループから選択されることを特徴とする方法。

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