JP4628549B2 - 発光素子を有する表示システム - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、表示すべき画像情報にしたがって駆動することができ、適切に規定された方法において互いに整列された複数の発光素子を具え、少なくとも１つの反射面を有する回転素子と、前記発光素子によって発生された光変調を画像に変換する画像形成光学システムとをさらに具える表示システムに関する。
【０００２】
序章において記載した形式の表示システムは、例えば、米国特許明細書第４９３４７７３号から既知である。この特許明細書に記載の表示システムは、画像情報を適用する複数の発光素子を具える。この目的のため、前記素子を選択的に駆動する。例えば、線形アレイにおいて配置された前記発光素子を、振動ミラーによって走査する。この結果として、前記ミラーの選択された位置における複数の画素の投影が生じる。前記ミラーが動き、各々の動きと同期して、前記画素を異なった画像情報で駆動するため、二次元画像が得られる、
【０００３】
本発明の目的は、序章において記載した形式の表示システムと比較して改善された性能を有する表示システムを提供することである。
【０００４】
この目的のため、本発明による表示システムは、前記少なくとも１つの反射面が、前記反射素子の回転軸が位置する平面に対してある角度を成し、前記素子の回転軸が前記発光素子の光路とほぼ直角になるように構成したことを特徴とする。
【０００５】
前記回転素子を、例えば、ある軸の周囲を２つの極値角度の間で回転する平面を有する反射素子としてもよい。
【０００６】
前記回転素子は、２つ以上の反射面を具えてもよい。この場合において、各発行素子を、反射平面の数に対応する多数の位置において、前記表面と前記回転軸が位置する平面との間で成す角度によって投影する。この結果、発光素子の数を減少させることができ、又は、同じ数の発光素子がより多数の画像ラインを生じることができる。
【０００７】
本発明による表示システムの一実施形態は、前記回転素子の反射面を、回転方向に対してほぼ直角の方向において変形可能としたことを特徴とする。
【０００８】
前記反射面の前記方向における変形によって、前記反射面がこれらの走査運動を行う方向に対して直角方向における拡大を行えるようになる。このようにして、このことは、互いに無関係の２つの方向における拡大を与える。
【０００９】
本発明による表示システムの他の実施形態は、前記画像形成光学システムが、少なくとも１つの変形可能ミラーを具えることを特徴とする。
【００１０】
この素子は、前記画像の形状を投影される前に適合させる追加の可能性を与える。
【００１１】
本発明による表示システムの簡単な実施形態は、前記発光素子を線形アレイにおいて配置したことを特徴とする。
【００１２】
本発明による表示システムの他の実施形態は、少なくとも１つのカラーに関する前記発光素子の数を、他のカラーに関する前記発光素子の数よりも少なくしたことを特徴とする。
【００１３】
カラーごとに適当な数の発光素子を選択することによって、解像度が相当に改善される。
【００１４】
人間の目は、異なったカラーの空間解像度に対して異なった感度を有する。これは、感度が他のカラーより低いこれらのカラーに関して、感度がより低いカラーに関してより少ない発光素子を使用すれば十分であることを意味する。
【００１５】
本発明による表示システムの他の実施形態は、前記発光素子を線形アレイにおいて配置し、同じカラーの前記アレイを互いに長手方向にオフセットさせたことを特徴とする。
【００１６】
この実施形態は、前記発光素子を線形アレイにおいて配置し、解像度を改善したカラー表示システムに関する。同じカラーの２つの連続するアレイを、互いに長手方向にオフセットさせる。２つの連続するアレイを、好適には、前記発光素子間のピッチの半分を通じてオフセットさせる。
【００１７】
本発明による表示システムの他の実施形態は、前記線形アレイを一体に形成したことを特徴とする。
【００１８】
これを、一体のアレイを１枚のウェハから切り出すことによって実現する。利点は、前記アレイが簡単で小型になることと、別個の素子の相互の位置決め及び整列がなくなることである。
【００１９】
本発明による表示システムの他の実施形態は、該表示システムに、前記発光素子の数に対応する多数の光ガイドを設けたことを特徴とする。
【００２０】
例えば、光ファイバを使用することによって、走査すべき前記画素のアレイを、比較的大きい発光素子の場合において、より小さく形成することができる。さらに、光ファイバを通じた光の輸送は、前記発光素子の位置決めの大きな自由を与える。
【００２１】
本発明による表示システムの他の実施形態は、前記発光素子をパルスレーザとし、２つの隣接する発光素子に関する前記画像情報を、前記画像を形成する周期内における異なった瞬時において供給することができるように構成したことを特徴とする。
【００２２】
このようにして、隣接する画素間のクロストークは相当減少する。
【００２３】
本発明による表示システムの他の実施形態は、複数の発光素子が１個の画素を一緒に構成し、該表示システムが、ある画素内の前記発光素子を画素ごとに予め決められた駆動レベルに駆動するフィードバック手段を具えることを特徴とする。
【００２４】
各々の画素は、画素ごとに同じ前記画像情報を受ける多数の発光素子から成る。前記駆動レベルを、各々の画素ごとに決定する。前記フィードバック手段は、機能している発光素子の数に関して、同じ前記画素内のこの駆動レベルが、表示素子ごとに達成されることを保証する。このようにして、前記画像における画素が機能しない又は機能不全になる危険性が相当減少する。
【００２５】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施形態の参照と共に明らかになるであろう。
【００２６】
図１は、本発明による表示システムを示す。表示システム１は、複数の発光素子、例えば、半導体レーザの線形アレイ３と、反射面６を有し、回転軸８の周囲を回転する反射素子５と、前記レーザアレイによって発生された光変調をスクリーン９に投影することができる画像に変換する画像形成光学素子７とを具える。線形アレイ３は、例えば、２８９個のレーザ素子を具える。この例において、１個のレーザ素子は、３００マイクロメートルの長さを有し、２個の連続するレーザ素子間に５０マイクロメートルのピッチを有する。さらに、画像表示システム１は、画像信号１７及び制御信号１９を発生する制御システム１３を具える。前記画像信号を線形アレイ３に送り、制御信号１９を回転反射素子５に、反射素子６の回転と同期させ、投影されたラインから成る画像を形成するために送る。動作において、制御システム１３をパーソナルコンピュータのテレビジョン受像機に接続し、これらの装置からの情報を表示する。さらに、この例において、反射面６は、レーザアレイ３から反射面６及び光学システム７を経てスクリーン９に向かって延在する光路に対してほぼ垂直の垂直軸８の周囲を回転する。このようにして、前記画像は、水平方向において延在するラインにおいて構成され、前記ラインは、例えば、前記画像の水平方向における２５６個の画素に対応してもよい。前記画像を垂直方向に、回転軸８の方向と平行に構成するために、反射素子６を線形アクチュエータ１１、例えば、圧電線形アクチュエータに結合する。線形アクチュエータ１１は、反射面６を、予め決められた第１極値角度と、第２極値角度との間で動かす。このようにして、前記垂直方向におけるラインの数を２倍にする。通常、画像フレームを、第１フィールドを形成する奇数ラインと、第２フィールドを形成する偶数ラインとによってインタレースする。例えば、ＰＡＬ画像は６２５本のラインを具え、前記第１フィールドは２８８本のラインを具え、前記第２フィールドは２８７本のラインを具える。
【００２７】
図２は、反射面及び線形アクチュエータを具える反射素子を示す。図２の位置１は、前記第１極値角度に対応し、この位置において、圧電アクチュエータ１１は伸長し、反射面６は、前記回転軸が位置する平面に対して角度α_１において上向きに傾き、光線は偶数ライン１１０−１１４において投影され、前記第１フィールドを形成する。位置（ｂ）において、圧電アクチュエータ１１は収縮し、反射面６は、前記回転軸が位置する平面に対して角度α_２において下向きに傾き、前記光線は奇数ライン１２０−１２４において投影され、前記第２フィールドを形成する。前記第１及び第２極値角度α_１、α_２を、反射面６が第２極値角度α_２におけるように決定する。前記第２フィールドの奇数ラインを、前記反射面が第１極値角度α_１における場合に前記第１フィールドを形成する偶数ラインの位置の間に形成する。このように、インタレース画像を形成する。
【００２８】
前記線形アレイの光源の数を減らす、又は、前記画像を構成するラインの数を増すために、前記反射素子は、２つ以上の反射面を具えてもよい。
【００２９】
図３は、３つの反射面３０、３１及び３２を具えるこのような反射素子５の一例を示す。第１反射面３０は、前記回転軸が位置する平面に対する第１角度α_１を規定し、第２反射面３１は、前記回転軸が位置する平面に対する第２角度α_２を規定し、第３反射面３２は、前記回転軸が位置する平面に対する第３角度α_３を規定する。この例においてスクリーン７に画像を表示するために、制御システム１３は、前記画像を、等しい数のラインを含む３つの個々のサブフレームに分割する。ＰＡＬ画像において、前記ラインの数は、例えば、６５２本であり、前記線形アレイの光源の数は２００個である。各々のサブフレームのライン数は、このとき２００本である。個々の前記サブフレームのラインの画像情報を、線形アレイ３に、個々の反射素子３０、３１及び３２の回転と同期して送り、前記画像がスクリーン７において形成されるようにする。図３において、反射素子５の位置（ａ）において、第１反射面３０は、前記回転軸が位置する平面に対する角度α_１において延在し、線形アレイ３から来てこの反射面３０で反射された光線は、１０１．．．１０４で示す第１サブフレームのラインを投影する。反射素子５の位置（ｂ）において、第２反射面３１は、前記回転軸が位置する平面に対する角度α_２において延在し、線形アレイ３から来てこの反射面３１で反射された光線は、１１１．．．１１４で示す第２サブフレームのラインを投影する。反射素子５の位置（ｃ）において、第３反射面３２は、前記回転軸が位置する平面に対する角度α_３において延在し、線形アレイ３から来てこの反射面３２で反射された光線は、１２１．．．１２４で示す第３サブフレームのラインを投影する。このようにして、６００ラインを含む完全な画像が構成される。
【００３０】
前記水平方向、すなわち前記反射面がこれらの走査運動を行う方向における拡大とは無関係の前記垂直方向における拡大を得るために、前記反射面を、前記回転軸に対して直角方向において変形可能とする。
【００３１】
図４は、変形可能反射素子の一例を示す。反射素子５の位置（ａ）において、前記反射素子は、平坦反射面６を有し、平坦ミラーとして作用する。このとき前記垂直方向における画像の拡大は、前記表示システムの光学システム７によって決定される。反射素子５の位置（ｂ）において、反射面６は、垂直面、したがって前記回転方向に対して直角において湾曲する。湾曲表面６の半径は、光学システム７と共に、前記垂直方向における拡大を規定する。クランプ手段、この例においてはスクリュークランプ１５を、反射面６の両端に接続し、前記反射面を所望の湾曲において変形させる。さらに、前記画像の形状を投影される前に適合させるために、画像形成光学システム７は、他の変形可能ミラーを具えてもよい。
【００３２】
この例において、線形アレイ３は、赤色、緑色及び青色光レーザダイオードを具える。代わりに、発光ダイオードのアレイを用いることができる。線形アレイ３の素子の合計数を減少するために、前記赤色、緑色及び青色素子の比を、１：１：１と異なって選択してもよい。赤色、緑色及び青色光に対する人間の目の異なる感度のため、前記素子の数を適宜に減少することができる。前記比を、例えば１：２／３：１／１０に変更してもよい。この例において、緑色素子の数を２００、赤色素子の数を１３３、青色素子の数を２０とする。代わりに、前記比の適合を、前記システムの解像度の改善に使用してもよい。
【００３３】
線形アレイ３を、好適には、１枚の基板上に集積し、一体のアレイをウェハから切り出してもよい。
【００３４】
前記線形アレイが１枚の基板上に集積されたレーザ素子のアレイを具える場合、前記画像情報を２つの隣接するレーザ素子に、前記画像を形成する周期内における異なった瞬時において送るのが好適である。このようにして、前記隣接するレーザ素子間のクロストークを減らすことができる。例えば、前記画像の偶数ラインを、前記線形アレイの偶数番号レーザ素子から来る光線を投影することによって形成し、前記画像の奇数ラインを、前記線形アレイの奇数番号レーザ素子から来る光線を投影することによって形成することができる。
【００３５】
解像度を改善するために、同じカラーの発光素子の線形アレイを、互いに関して長手方向にオフセットさせる。
【００３６】
図５は、個々の発光素子５０１．．．５１５及び５２０．．．５３５を有する２個の線形アレイ５０及び５１を示し、２個の発光素子５０１及び５０２間のピッチｐを、例えば５０マイクロメートルとする。線形アレイ５０及び５１を、２個の隣接する発光素子５０１及び５０２間のピッチｐの半分の距離、２５マイクロメートルの距離を長手方向にオフセットさせる。
【００３７】
所望の構成に適合するように発光素子の線形アレイの寸法を整形するために、光ガイド、例えば、光ファイバ、又はミラーを具える光学システムを使用することができる。例えば、前記発光素子のピッチが前記走査アレイの所望のピッチより大きい場合、前記ピッチを、前記発光素子の数に対応する多数の光ガイドを用いることによって減少することができる。
【００３８】
図６は、１６個の発光素子と１６本の光ファイバとを有する線形アレイ６０の一例を示す。線形アレイ６０は、５０マイクロメートルのピッチＰ１を有し、各々の光ファイバ６４は、１２．５マイクロメートルの直径Ｄを有する。この結果、走査アレイ６２の２個の発光素子６２０と６２１との間に１２．５マイクロメートルのピッチＰ２が生じる。他の利点は、光ファイバ６４が、発光素子の線形アレイ６０の反射素子５に対する位置決めの自由さを与えることである。
【００３９】
図７は、小型の発光素子の線形アレイを形成するためにミラーを使用する発光素子の線形アレイの他の例を示す。発光素子の線形アレイ７０は、赤色、緑色及び青色発光素子の３つの線形アレイ７１、７３及び７５を具える。さらに、約３００マイクロメートルのギャップ７８によって分離された第１及び第２ミラー７７及び７９は、個々の赤色、緑色及び青色線形アレイ７１、７３及び７５から来た光線を結合する再結合手段として作用する。第１ミラー７７は、赤色線形アレイ７１からの光線を反射する。第２ミラー７９は、青色線形アレイ７５からの光線を反射する。緑色線形アレイ７３からの緑色光線は、ギャップ７８を通過する。
【００４０】
前記レーザ素子の線形アレイの機能不全画素の影響を減らすために、各画素は、多数の発光素子から成ってもよい。
【００４１】
図８は、このような線形アレイの２個の画素の一例を示し、各画素は５個の発光素子から成る。第１画素８０は、５個の発光素子８０１、８０２、８０３、８０４及び８０５を具える。他の画素８１も。５個の発光素子８１１、８１２、８１３、８１４及び８１５を具える。この例において、第１画素８１の２個の発光素子が、動作中、機能不全になる。これらの発光素子８０２及び８０３を、図８において影を付け、第２画素８１の１個の発光素子が機能不全になる。この発光素子８１１にも影を付ける。所望の光レベルを得るために、より多くの電力を、２個の画素８０及び８１の適切に機能する発光素子８０１、８０４、８０５、８１２、８１３、８１４及び８１５に供給し、前記機能不全の発光素子からの光出力を引き継ぎ、補償する。前記表示システムに、フィードバックシステムを設け、前記線形アレイの個々の画素の光出力を制御する。このフィードバックシステムは、制御ループと、光検出手段、例えばフォトダイオードとを具える。
【００４２】
図９は、このような発光素子のアレイ及びフィードバックループを具える表示システムの一例を示す。表示システム９０は、各々が５個の発光素子によって形成された画素の第１線形アレイと、２つの反射面６、光ガイド９２及びフォトダイオード９３を設けた反射素子５と、画像形成光学投影システム７と、スクリーン９とを具える。フォトダイオード９３を制御システム１３に接続する。動作において、反射素子５の反射面６は、第１線形アレイ９１からの光線を、画像形成投影システム７を経て、スクリーン９へ、各々のサイクルにおいて反射し、光ガイド９２を経て、フォトダイオード９３へ、各サイクルの終わりにおいて反射する。前記サイクルの終わりにおいて、制御システム１３は、基準電力を、第１線形アレイ９１の画素を形成する各々の発光素子に供給し、フォトダイオード９３は、第１線形アレイ９１の画素の実際の光出力を測定し、測定された光出力を制御システム１３に送る。次に、制御システム１３のフィードバックループは、各々の発光素子に供給された電力と、前記画素の測定された光出力とに基づいて、補正値を計算する。これらの補正値を使用し、第１線形アレイ９１の各画素の異なった発光素子に供給すべき電力を計算し、前記画像情報に従った前記画素からの光出力を得るようにする。このようにして、１個以上の発光素子が機能不全である場合、このフィードバックループは、画素の所望の光出力を、前記画素を形成する他の発光素子により多くの電力を供給することによって保持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による表示システムの一実施形態を示す。
【図２】 表面を有する回転反射素子を示す。
【図３】 反射素子が複数の反射面を有する本発明による表示システムの一実施形態を示す。
【図４】 変形可能ミラーの光ビームにおける効果を示す。
【図５】 発光素子の２つのずらした線形アレイの一例を示す。
【図６】 光ガイドを具えるピッチを減らした発光素子の線形アレイの一例を示す。
【図７】 発光素子からの赤色、緑色及び青色光線を結合するダイクロイックミラーを具える発光素子の線形アレイの一例を示す。
【図８】 画素が複数の発光素子を具える、発光素子のアレイの一部の一実施形態を示す。
【図９】 フィードバック手段と、各々が複数の発光素子を具える画素のアレイとを具える表示システムの一実施形態を示す。

Claims (9)

1. 表示すべき画像情報にしたがって駆動することができ且つ適切に規定された方法において互いに整列された複数の発光素子と、少なくとも１つの反射面を有する回転素子と、前記発光素子によって発生された光変調を画像に変換する画像形成光学システムとを備えた表示システムであって、前記少なくとも１つの反射面が、前記回転素子の回転軸が位置する平面に対してある角度を成し、前記回転素子の回転軸が前記発光素子の光路とほぼ直交する表示システムにおいて、
   前記複数の発光素子から複数の光が前記回転軸と略平行な方向に配列されて前記反射面に入射し、
   前記反射面が回転により走査を行う方向に直交する方向で拡大が行われるように、前記回転素子の反射面が前記回転の方向と略直交する方向において湾曲可能である、
   ことを特徴とする表示システム。
2. 前記画像形成光学システムが、少なくとも１つの変形可能ミラーをさらに備えている、
   請求項１に記載の表示システム。
3. 前記発光素子が、線形アレイ状に配置されている、
   請求項１または２に記載の表示システム。
4. 前記表示システムがカラー表示システムであり、
   少なくとも１つの色に関する前記発光素子の数が、他の色に関する前記発光素子の数より少ない、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表示システム。
5. 前記発光素子が線形アレイ状に配置され、
   同じ色の前記アレイが、互いに長手方向にオフセットされている、
   請求項４に記載の表示システム。
6. 前記線形アレイが一体に形成されている、
   請求項３ないし５のいずれか１項に記載の表示システム。
7. 前記発光素子の数に対応する多数の光ガイドが設けられている、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示システム。
8. 前記発光素子がパルスレーザであり、
   ２つの隣接する発光素子に関する前記画像情報が、前記画像を形成する周期内における異なった瞬時において供給することができるように構成されている、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の表示システムにおいて、
9. 複数の発光素子が１個の画素を一緒に構成し、
   ある画素内の前記発光素子を画素ごとに予め決められた駆動レベルに駆動するフィードバック手段を備えている、
   請求項１ないし８のいずれか１項に記載の表示システム。

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