JP5362190B2 - 個別にアドレス指定可能な同調可能ファブリ・ペロー・フィルタに基づいた投射装置 - Google Patents

Description

例示的な実施形態は、微小電気機械システムに関する。この例示的な実施形態は、別個にアドレス指定可能なファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）膜のアレイを含む投射装置との関連において特定の用途を見出し、これを特に参照して説明される。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなフラットパネル・ディスプレイは、時計、携帯電話、及び電話のディスプレイを含む種々の用途に広く用いられている。これらのディスプレイは、一連の色を達成するのに、三原色の光の組み合わせを基にしている。ＬＣＤを用いて達成することができる色の範囲及び強度は、多くの場合、制限されている。高解像度及び低電力消費で豊かな有彩色を表示する際に、依然として問題がある。

投射システムは、文庫本より小さいものとすることができ、天井又は壁上の邪魔にならない場所に取り付けることができるため、スイッチを切ったとき、邪魔にならないという利点を有する。これらのサイズも、投射システムを簡単に持ち運びできるようにしている。ＬＣＤ及び微小電気機械（ＭＥＭ）ベースの投射装置は、一般に、ビジネス及びホームシアター用投射システムのために用いられている。ＬＣＤ投射装置において、印加された電圧に応じて偏光を変えることによって光を遮断する又は通過させる液晶の層を通して、光が送られる。全体ピクセルを構成する３つのサブピクセルの各々に対応するグリッド内に配置された赤色フィルタ、緑色フィルタ、又は青色フィルタによって、色がもたらされる。ＭＥＭベースの投射装置は、ミラーのアレイを用いて、光をスクリーンの上に反射させるか又は離れたところにそらし、光が通過する回転するカラーホイールによって色をもたらし、ミラー移動のタイミングを用いて、各色のどれくらいがスクリーン上に示されるかを決定する。高精細度の画像を生成するために、典型的には、約５０万から１０万までのオーダーのミラーからなる多数のミラーが個別に操作可能であることが必要とされる。その最大負荷サイクルを３３％にしかできないので、カラーホイールの使用は、いずれか１つの色の彩度を制限する（三色を想定する）。これらの２つの方法の色域は、３つのフィルタが規定する色度図における三角形内の色に制限される。したがって、投射装置は、それらのフィルタのものより高い彩度の色を表示することができず、このことは、人間の目が見ることができる色の約半分を排除することになる。さらに、両システムは、可視域内の様々な色を生成するために、ＲＧＢの組み合わせ（地理的に離れているか、又は遅れずに迅速に循環された）を必要とするので、色の範囲が制限される。

２００１年９月２５日に発行された、Ｓｕｎ他への米国特許第６，２９５，１３０号は、ファブリ・ペロー共振器の分光光度計を開示している。
Ｇｒｅｅｒ他への米国特許第６，９８０，３４６号は、同調可能な光学特性を有するファブリ・ペロー・フィルタを用いる表示装置を開示している。

例示的な実施形態の態様は、投射システム及び方法に関する。
一態様において、投射システムは、複数の同調可能なファブリ・ペロー・フィルタを有する表示装置を含み、そのフィルタの各々は、該フィルタが電磁スペクトルの可視域内の帯域幅の放射を透過させる状態と、該フィルタが電磁スペクトルの可視域外の帯域幅の放射を透過させる状態との間でシフトするように構成されている。発光体は、複数のファブリ・ペロー・フィルタに光を供給する。制御システムは、関連した表示面の上に画像を投射するために、画像データを受け取り、表示装置を制御する。この制御システムは、波長変調信号を複数のファブリ・ペロー・フィルタに与えて、画像内のピクセルの色を変調し、ファブリ・ペロー・フィルタの選択されたものを可視域外の波長域にシフトさせて、画像内のピクセルの輝度を変調する。

したがって、述べられた投射システムにおいて、表示装置は、投射された画像を拡大するための投射レンズ・システムをさらに含む。投射レンズ・システムは、複数のマイクロレンズを含むことができ、隣接したフィルタから受け取った画像の部分を収束する。投射システムは、表示装置によって画像が投射されるスクリーンをさらに含むことができる。投射システムのスクリーンは、表示装置から離れていてもよい。投射システムのスクリーンは、反射性のものであってもよい。投射システム変調器は、ファブリ・ペロー・フィルタの選択されたものを、可視域内の帯域幅と可視域外の帯域幅との間で、２つの帯域幅が目で別個に検出できない周波数でシフトさせる。投射システム変調器は、少なくとも２０Ｈｚで、ファブリ・ペロー・フィルタの選択されたものを、可視域内の帯域幅と可視域外の帯域幅との間でシフトさせる。周波数は、少なくとも１つの６０Ｈｚとすることができる。輝度変調器は、ファブリ・ペロー・フィルタの選択されたものを、時分割多重化を用いる帯域幅の間でシフトさせる。表示装置は、発光体とファブリ・ペロー・フィルタの中間にあるレンズをさらに含むことができる。ファブリ・ペロー・フィルタの各々は、電磁スペクトルの可視域内の複数の帯域幅のいずれか１つの放射を選択的に透過させることができる。ファブリ・ペロー共振器の各々は、１対のミラーを含むことができ、制御システムは、画像データに基づいて、対のミラー間の距離を調整することができる。ミラーは、透過性の基材上に支持することが可能である。ファブリ・ペロー・フィルタをアレイ状に配置することができる。ファブリ・ペロー・フィルタの各々は、個別にアドレス指定することができる。

別の態様において、画像を投射する方法は、投射される画像についての画像データを受け取り、複数の同調可能なファブリ・ペロー・フィルタを照らすステップを含む。フィルタの各々は、該フィルタが電磁スペクトルの可視域内の帯域幅の放射を透過させる状態と、該フィルタが電磁スペクトルの可視域外の帯域幅の放射を透過させる状態との間でシフトするように構成されている。この方法は、波長変調信号を複数のファブリ・ペロー・フィルタに与えて、画像内のピクセルの色を変調し、ファブリ・ペロー・フィルタの選択されたものを可視域外の波長域にシフトさせて、画像内のピクセルの輝度を変調することを含む、該画像を関連した表示面の上に投射するように同調可能なファブリ・ペロー・フィルタを制御するステップを含む。

このように説明された方法において、ファブリ・ペロー・フィルタの選択されたものを可視域外の帯域幅にシフトさせるステップは、ファブリ・ペロー・フィルタの選択されたものを、少なくとも２０Ｈｚの周波数で、可視域内の帯域幅と可視域外の帯域幅との間でシフトさせるステップを含むことができる。周波数は、少なくとも６０Ｈｚとすることができる。方法は、複数のマイクロレンズを有するレンズ・アレイを用いて画像を発散させるステップをさらに含むことができる。有形のコンピュータ・プログラム製品が、この方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を含むことができる。

別の態様において、投射システムは、投射される画像についての画像データを供給する画像源と、共通の透過性基材上に取り付けられた個別に同調可能なファブリ・ペロー・フィルタのアレイとを含み、フィルタの各々は、そこを通る可視光を透過させるように構成される。発光体は、光を複数のファブリ・ペロー・フィルタに供給する。制御システムは、画像を関連した表示面の上に投射するために、画像データを受け取り、表示装置を制御する。制御システムは、波長変調信号を複数のファブリ・ペロー・フィルタに供給し、画像内のピクセルの色を変調する。レンズ・システムは、フィルタのアレイと関連した表示面の中間にあるマイクロレンズのアレイを含む。

例示的な実施形態は、表示システムに関し、特定的には、テレビ投射システムのような投射表示システム、及び電子的に格納された情報を表示する方法に関する。
表示システムは、ファブリ・ペロー・アレイ及び発光体を含むことができる。アレイの各共振器を同調させて、入ってくる色分離された画像ピクセルの色を透過させることができる。色分離された画像ピクセルの各々について、透過光線の時分割多重化によって、多数のグレイ（輝度）レベルを達成することができる。種々の例示的なシステム及び方法において、表示システムは、個々の画像ピクセルの各々が、それぞれの共振器のサイズに対応する色を有し、共振器の時分割多重化を用いてグレイ・レベルが達成される、２次元のフラットパネル・マトリクス表示システムとすることができる。他の実施形態においては、同じ波長域又は異なる波長域で透過する複数の共振器の出力の組み合わせによって、画像ピクセルを生成することができる。共振器のサイズ及び時分割多重化は、豊かな有彩色と共に、画像の装置に依存しない表示を提供する。

例示的な実施形態は、電圧の印加よって作動される同調可能なギャップを提供する共振器を有する、密にパックされた、個別にアドレス指定可能な２次元のファブリ・ペロー・セル（フィルタ）のアレイを含む。ギャップが変わると、ファブリ・ペロー共振器の上面及び下面への反射が干渉し、結果として生じる透過光線の波長が、建設的干渉を生成するようになる。時間と共にフィルタ波長域を変える能力は、フィルタが、他の投射システム及びフラットパネル・システムを用いて達成できるものより幅広い波長域を達成することを可能にする。色の範囲は、ファブリ・ペロー・フィルタの解像度に依存しており、約５ｎｍから１００ｎｍまで、例えば、５０ｎｍより小さく、一実施形態においては、約１０ｎｍとすることができる。したがって、各フィルタは、各バンド内にピーク波長を有する３１の波長域に対応する、可視領域（約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における約３１の状態を有することができる。一実施形態においては、２つ又はそれ以上の波長域が互いに混合されるように、２つ又はそれ以上のファブリ・ペロー・フィルタの出力を組み合わせることによって、色を生成することができる。例えば、各々がオフセットした波長ピークを有する３つのフィルタを組み合わせることによって、広範囲の色を与えることができる。一実施形態においては、２つの色が、目には区別がつかず、単一の組み合わされた色とみなされる、十分な速度の２つ（又はそれ以上）の状態間でフィルタを迅速にシフトさせることによって、色の一部を生成することができる。

図１を参照すると、例示的な投射システムが、表示装置１０と、画像源１２と、変調器１５を含む制御システム１４と、光源のような発光体１６と、表示面１８とを含む。
表示面１８は、壁上に配置された、映画用スクリーンのようなスクリーン、透過撮影式テレビ・セットの一部を形成するスクリーン、壁、或いは見る人の目１９によって距離をおいて画像を見ることができる他の面とすることができる。一実施形態においては、表示面は反射面であり、すなわち、該表示面は、透過するより多くの光を反射させる。表示面は、表示装置１０から遠く離れていてもよく、ディスプレイによって放出される画像は、少なくとも５回、幾つかの実施形態においては少なくとも１０回、又は少なくとも５０回といったように、表示面に達する前に何回も拡大される。

表示装置１０は、個別にアドレス指定することができる、又は小さいグループのファブリ・ペロー・フィルタとしてアドレス指定することができる、２次元の同調可能なファブリ・ペロー・フィルタ２２のアレイ２０を含む。光源からの光は、アレイを照らすための平行光ビームを生成することができる、収束レンズのような第１の光学系２４によって表示装置上に合焦される。アレイと表示面１８の中間にある第２の光学系２６は、１つ又はそれ以上の投射レンズを含むことができる。示される実施形態において、第２の光学系２６は、投射（発散）レンズ２７と、そこから間隔をおいて配置された収束レンズ２８とを含み、その両方が複数の隣接するマイクロレンズを含む。

画像源１２は、カラー画像のような、何らかの適切なデジタル画像源としてもよく、とりわけ、例えば、デジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）プレイヤー、無線テレビ・チューナー（例えば、ローカル信号又は衛星信号を受信する）、ケーブル・テレビ・チューナー（例えば、電気信号又は光信号の受信を利用する）、及び無線コンピュータ装置（例えば、ラップトップ・コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、及びタブレット・コンピュータ）の１つ又はそれ以上を含むことができる。

光源１６は、ハロゲン・ランプ、蛍光灯、高輝度ＬＥＤ、及び励起時にスペクトルの可視域全体にわたる波長の光を生成することができる他の高輝度源の１つ又はそれ以上などの、１つ又はそれ以上の白色光源を含むことができる。光源が、スペクトル内にギャップを有する場合、フィルタの特性に関係なく、投射装置は、その波長を表示することができないので、達成可能な色の範囲は、ある程度、光源に依存している。照明の強さがスペクトルにわたって変わる（日光のように）場合には、このことは、フィルタが各状態にある時間を変え、照明においてあまり表示されない色に長い時間を費やすことによって達成することができる。

第２の合焦装置２６のマイクロレンズ２９は、金型を用いて形成することができる。代替的に、例えば、ＳＵ８のようなエポキシ樹脂（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能な、完全にエポキシ化されたビスフェノールＡ／ホルムアルデヒド・ノボラック・コポリマーに基づいた画像形成可能なエポキシ）などのポリマーをパターン形成し、次にリフローして、所望の形状を形成することができる。或いは、自己収束（ＳＥＬＦＯＣ）レンズ・アレイを用いることもできる。こうしたレンズは、例えば、ニュージャージー州０８８７３、Ｓｏｍｅｒｓｅｔ所在のＮＳＧ Ａｍｅｒｉｃａ．Ｉｎｃ．，社から入手可能である。

アレイ２０を含む各ファブリ・ペロー共振器又はフィルタ２２の基本的構造は、例えば、米国特許第６，２９５，１３０号及び同時係属中の米国特許出願第１１／０９２，６３５号において説明されるようなものにすることができる。一般に、ファブリ・ペロー・フィルタは、ギャップによって分離される２つのマイクロミラーを含む。ギャップは、エアギャップとしてもよく、或いは液体又は他の材料で満たすこともできる。マイクロミラーは、主としてシリコン（多くの光を吸収するのを回避するのに十分に薄い）又は窒化シリコンである膜によって定めることができ、随意的に、多層状の分布型ブラッグ・レフレクタ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）スタック、又は金のような反射率の高い金属層で被覆される。２つのミラー間に印加される電圧を調整し、２つのミラー間の距離を変えることができる。２つのミラー間の空間は、ギャップ・サイズとも呼ばれる。何回もの反射によりギャップ内にもたらされる干渉効果のために、特定の波長域を有する入射光線だけが、ギャップを通過することができる。ギャップの距離によって、可視光線を完全に遮断するか、或いはほぼ最大限に透過させることができる。全ての光を遮断した結果生じる如何なる放熱も、ファン又は他の空気循環システムを用いて、装置から除去することができる。

制御システム１４は、画像内の各ピクセルの選択された波長域及び選択されたグレイ・レベル又は強度を達成するために、個別に又は小さいクラスタで、ファブリ・ペロー・フィルタをアドレス指定する。示される制御システムは、個々の部品としても、又は組み合わされて単一の変調部品としてもよい、画像データ変調器３０、波長変調器３２、及び輝度変調器３４を有する変調器１５を含む。変調器１５に加えて、制御システム１４は、全てが接続又はデータバス４２によって相互接続され、以下により詳細に説明されるような、メモリ３６、インターフェース装置３８、及びコントローラ４０をさらに含むことができる。

例えば、図２は、ここでは干渉計又はファブリ・ペロー・フィルタと呼ばれる、ファブリ・ペロー（Ｆ−Ｐ）超小型電子機械式の同調可能ファブリ・ペロー・フィルタ１００を有する超小型電子機械式の同調可能装置の一実施形態を含むアレイ２０の一部の側面図を示す。図３は、ファブリ・ペロー・フィルタ１００の平面図である。図２に示されるように、ファブリ・ペロー・フィルタ１００は、第１のミラー１１０及び第２のミラー１１２を含むことができる。種々の例示的な実施形態において、第２のミラー１１２は、３対の４分の１波長のＳｉ／ＳｉＮ_xスタックを含む分布型ブラッグ・レフレクタ（ＤＢＲ）ミラーを含むことができる。第１のミラー１１０は、２対の４分の１波長のＳｉ／ＳｉＮ_xスタックを含む分布型ブラッグ・レフレクタ（ＤＢＲ）ミラーを含むことができる。ＳｉＮ_xは、Ｓｉ₃Ｎ₄とすることができる。別の実施形態においては、ミラーの一方又は両方を、主としてＳｉにすることができる。ＤＢＲを付加することにより、所望の波長においてより鋭利なスペクトル・スパイクがもたらされ、スペクトル解像度を向上させる。

一般に、波長可変の光学フィルタの駆動方法は、大きく、２つのカテゴリーに分類することができる。１つのカテゴリーは、ミラーに加えられた力によりミラー間の距離を調整し、静電法におけるようにミラーに結合された構造体によって回復力を与えるものであり、他方のカテゴリーは、熱膨張法、電磁法、又は機械的外力法におけるようにミラーに結合された駆動本体の変形によるものである。

図２に示されるように、ファブリ・ペロー・フィルタ１００は、第１及び第２の電極１１４、１１６を含むこともできる。支持要素１１８を介して、第１の電極１１４を第１のミラー１１０上に形成することができる。第２のミラー１１２と基材１２０との間に、第２の電極１１６を挟むことができる。
基材１２０は、孔又は透過部分とすることができる部分１２２を有することができる。支持要素１１８、並びに第１及び第２の電極１１４、１１６は、透過性とすることができる。透過性電極１１４、１１６を形成するために、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いることができる。

第１のミラー１１０及び第２のミラー１１２を空洞１３０によって分離し、これらの間に距離１３２のギャップを定めることができる。距離１３２は、空洞１３０の寸法を表し、空洞１３０のサイズ又は高さと呼ぶことができる。
第１のミラー１１０及び第２のミラー１１２は、各々がそれぞれのアンカー１３６と関連付けられた、複数のばね１３４のような可撓性部材によって離間配置された関係に保持される。ばね１３４は、第１の端部で支持要素１１８に結合され、第２の端部で第１のミラー１１０に接続され、第１のミラー１１０は、第２のミラーに対する移動を可能にしながら、空洞１３０を定めるように第２のミラー１１２から離間配置される。

ファブリ・ペロー・フィルタを通して透過された光の波長を調整するために、ギャップ寸法１３２が変えられるか、又は他の方法で最小量と最大量との間で調整される。例えば、約３００ｎｍから５００ｎｍまでの空洞１３０のサイズ１３２の変化をもたらすように、透過性下部電極１１６及び透過性上部電極１１４全体にわたって５−１００ボルトの範囲の電圧を印加することによって、或いは、透過性下部電極１１６及び透過性上部電極１１４上に１０^-11クーロンの範囲の電荷を加えることによって、第１のミラー１１０を空洞１３０内の寸法変化に変形させることができる。したがって、電極１１４及び１１６は、コンデンサを形成することでき、ファブリ・ペロー・フィルタ１００は、関連した容量を有することができる。空洞１３０のサイズ１３２が減少するにつれて、例えば、ファブリ・ペロー透過ピークが、より短い波長にシフトする。

様々な方法でサイズ１３２を変えることができる。例えば、第２のミラー１１２が第１のミラー１１０に対して移動する間、第１のミラー１１０が静止したままであるように、サイズ１３２を変えることができる。代替的に、第１のミラー１１０が第２のミラー１１２に対して移動する間、第２のミラー１１０が静止したままであるように、サイズ１３２を変えることもできる。代替的に、第１のミラー１１０及び第２のミラー１１２の両方が互いに対して移動するように、サイズ１３２を変えることもできる。種々の例示的な実施形態において、第１のミラー１１０及び第２のミラー１１２は、これらの間の相対的な移動に関係なく、互いに平行に保持される。

さらに、電圧の印加以外の機構によって、空洞１３０のサイズを変えることができる。例えば、機械的機構、熱機構、又は磁気機構によって、空洞１３０のサイズを変えることができる。
図２に示されるファブリ・ペロー・フィルタ１００においては、光は、上部電極１１４を通して、ファブリ・ペロー・フィルタ１００の上部で受け取ることができる。受け取った光は、調整された波長で、空洞１３０及び基材１２０の部分１２２を通して透過させることができる。

表示装置１０は、フィルタ２２間の間隔がもたらす、投射された画像ピクセル間のデッド・スペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を回避するか又は最小にするように構成することができる。これを達成する１つの方法は、ファブリ・ペロー・フィルタ２２を、それらの間に空間がほとんどないように互いに接近させて配置することによるものである。図４及び図５は、投射システムに適した２つの設計を示している。図４に示されるように、アレイ２０は、複数の隣接して配置されたファブリ・ペロー・フィルタ２２を含むことができる。明確にするために、この図には、支持要素１１８、ばね１３４、及びアンカー１３６だけが示されている。ミラー及び電極は示されていない。図４は、５×５アレイの空洞１３０を示すが、実際には、アレイをずっと大きくすることができ、Ｎ×Ｍアレイとして（Ｎ及びＭが整数の場合）、線形インチあたり（ｄｐｉ）少なくとも６００のデバイスを含むことができることが理解されるであろう。幾つかの実施形態において、フィルタ２２の面の両方の寸法を、約１０００−１２００ｄｐｉに対応して、例えば、２０−２５μｍなど、５０μｍより小さくすることができる。

図４において、第１のミラー１１０を定める薄いシリコン膜（図示せず）が、第１のミラー１１０の移動を可能にするシリコンばね１３４に直接取り付けられている。シリコン膜は、より低い可視波長でも透過性であるのに十分な程薄いものである。図５の実施形態においては、窒化物膜（図示せず）が、コーナー部でシリコン・フレーム１１８に取り付けられている。膜間の空間が、１６０で示される。図４のシリコン膜のバージョンの拡大図が、図６に示され、ミラー１１０、１１２の分布型ブラッグ・レフレクタ（ＤＢＲ）１６２、１６３が示されている図７において断面で示されている。リフレクタ１６２は、シリコン膜１６４上に支持されている。

示される膜１６４は、上面の上部電極１１４を支持する。代替的に、膜が、上部電極として働くことができる。このことは、電極の２つのプレートが互いに接近し、静電気引力を強くするという点で幾つかの利点を有するが、電極を電極の上に配置する利点がある。ミラー層は非常に薄いので、第２の電極として働く膜を有することにより、静電ギャップが光学ギャップとほぼ同じになる傾向がある。静電装置が作動され、プレート間のギャップが元の値の約３分の２に近づくと、静電力がばねの付勢効果を克服し、これらのプレートを互いにスナップ嵌めさせる。この動きは制御不能であり、よって、制御可能な動きを、静電ギャップ全体の約３分の１に制限する。光学ギャップは、半分より多い減少である約３５０ｎｍから２００ｎｍまでの範囲を有することが望ましいので、膜が電極として働く場合、作動は、この範囲にわたって制御することができない。電極を上に置くことによって、静電ギャップが光学ギャップより大きくなり、その大きいギャップの３分の１が、光学ギャップについての望ましい可動域をもたらす。

隣接する膜間のデッド・スペースの量は、両方の膜タイプについて類似しており、約３×最小空間＋２×パターン形成し、エッチングすることができる最小線幅、又は約５−１０μｍである。１μｍの最小線及び空間１６０を有する６００ｄｐｉ間隔においては、そのデッド・スペースは、合計で装置領域の約２５％になる。フィルタ２２は、２０−２５μｍ又は１０００−１２００ｐｓｉのように小さく作ることができるので、デッド・スペース１６０は、装置領域のずっと大きい割合にすることができる。従来のシステムにおけるこのデッド・スペースの効果は、特に至近距離から見たとき、「スクリーンドア効果」すなわち、好ましくない、画像上に重ね合わせられた暗いグリッドとして知られるものである。しかしながら、装置を縮小する主な利点は、コストの低減又は総ピクセル数の増大である。

図８に示されるように、各ピクセルからの光を広げるレンズ・アレイ２６を取り付けることによって、画像における効果を最小にすることができるので、光は、投射画像上の割り当てられた空間を満たす。
代替的な実施形態において、フィルタ２２は、三角形、菱形、六角形、台形、又は平行四辺形のような他の幾何学形状で配置することもできる。アレイ２０は、各々が別個の基材を有するブロックに細分することができ、空洞１３０のブロックを形成することができる。より大きい表示システムを形成するために、アレイ内に複数のブロックを用いることができる。

種々の例示的な実施形態において、フィルタ２２の各々は、シリコンばね１３４に直接取り付けられたシリコン膜を含むことができるので、シリコン膜は、空洞のサイズを変えるように動くことができる。種々の他の例示的な実施形態においては、フィルタは、シリコン・フレームに取り付けられた平行なプレートのような膜を含むことができる。間に大きい無駄な空間を有することなく、フィルタ２２を互いに近接して配置することができるので、隣接する膜間の「デッド・スペース」の量を減少させるか、又はさらに最小化させることができ、表示のために用いられる空間を増大させるか、又はさらに最大化させることができる。

図８に示されるように、一実施形態においては、レンズ・システム２６のマイクロレンズ２９は、隣接するフィルタ２２から受け取った画像の一部を収束させ、デッド・スペースを最小にするように働く。
図１をもう一度参照すると、示されるファブリ・ペロー・アレイ２０は、変調器１５によって制御される。変調器１５は、ファブリ・ペロー・アレイ２０に結合させることができ、各空洞内のミラーの移動を制御するギャップ制御回路を含むことができる。画像変調データに基づいて、各フィルタ２２は、特定の波長域又は全体の波長域が透過するのを可能にするように、所望の空洞・サイズを有するように制御される。特定の波長域又は全体の波長域は、それぞれの画像ピクセルの色に対応する。

ファブリ・ペロー・フィルタを制御し、色分離された画像ピクセルの各々に対して多数のグレイ・レベル（輝度レベル）を与えることもできる。例えば、透過された光の時分割多重化により、空洞を制御し、色分離された画像ピクセルの各々に対して多数のグレイ・レベルを与えることができる。ファブリ・ペロー・フィルタは、透過される如何なる電磁放射も、人間の目の知覚の限界である帯域幅（「可視域」）の外にあるように、すなわち一般に４００−７００ｎｍとなるように、調整することができるものである。ファブリ・ペロー・フィルタが可視域内で透過する状態と、あらゆる透過された放射が可視域外にある状態との間でシフトさせることによって、異なるグレイ・レベルを達成することができる。全ての選択された透過波長が可視域内で掃引されるとき、ピクセルは、完全に「オン」になる。帯域幅は、一般に、６０ミリ秒より少ない。可視域内の光が透過されないとき、ピクセルは、完全に「オフ」になる。これらの２つの限界値間の透過が、グレイ・スケール・レベルを形成する。

画像ピクセルに与える光の量を制限するために、不必要な光を、紫外線又は赤外線のような、スペクトルの非可視部分に移動させることができる。代替的に、空洞のサイズを適切に調整することによって、不必要な光を完全に遮断することができる。例えば、半分の輝度で光の波長を表示するために、膜は、その波長についてギャップ（空洞のサイズ）に対して設定された時間の半分を費やし、可視スペクトル内のどこにも建設的干渉をもたないギャップにおいて他の半分を費やすことができる。

時分割多重化においては、変調器１５又は変調器と共に用いられる回路のような駆動回路の時間分解能が、波長に対して可能なグレイ・レベル（輝度レベル）数の制限を設定する。例えば、Ｔが、色の変化に応答するための、人間の目の知覚時間の帯域幅の制限時間であり、ｉが、ファブリ・ペロー式波長可変フィルタにおいて利用可能な透過スペクトルについての同調可能な個々のピーク波長を表す場合、透過モードの表示のために、以下の積分方程式：

によってグレイ・レベルを表すことができ、
ここで、Ｓ_i（λ）は、指標ｉによって表される個々のピーク波長設定についてのファブリ・ペロー・フィルタの透過スペクトルを表し、
λ_min及びλ_maxは、光スペクトルの可視域内又は透過波長を積分するために必要とされる何らかの適切な範囲内の最小波長及び最大波長であり、
ｇ_{i 100}は、グレイ・レベルｇ_i（ｔ）を正規化するために用いられるチャネル指標ｉについての最大グレイ・レベルを表す。

表示装置のために必要とされるＮ数のグレイ・レベルがあり（表示システムの場合、一般に、Ｎは２５６である）、時分割多重化されているとき、チャネルｉが「オン」のままにされる総時間は、次の条件：

を満たす。
方程式（１）及び（２）の修正されたバージョンを用いて、透過型ディスプレイのための多数のグレイ・レベルを生成することができる。Ｍ数のチャネルについてのグレイ・レベルは、
ｇｉ(ｊ)＝ＴｊＶｉ(ｉ＝１、２、３、…、Ｍ、及びｊ＝１、２、…、Ｎの場合) (３)
として表すことができ、
ここで、

から、方程式（１）に基づいて、Ｖ_iを得ることができる。
方程式（３）及び（４）は、表示装置のためのグレイ・レベルを提供する。

図１に示されるように、光源１６からの光は、ファブリ・ペロー・アレイ２０を通過する。変調された光は、ファブリ・ペロー・アレイによって生成され、表示のためにスクリーンの上に向けられる。変調された光は、画像を含むことができる。変調された画像の各ピクセルは、アレイ２０内の１つ（又はそれ以上の）フィルタ２２に対応する。ピクセルの色は、空洞のサイズ１３２によって制御される。ピクセルの輝度は、空洞の時分割多重化によって制御される。したがって、空洞１３０のアレイは、ピクセルのアレイに対応することができ、よって、ピクセルのアレイを有する画像に対応することができる。しかしながら、２つ又はそれ以上のフィルタ２２が、画像のピクセルに対応できることが理解されるべきである。

画像を生成するために、画像データ変調器３０が、画像源から受け取った画像データを変調データに変換する。画像データは、画像の各ピクセルについてのＬ^※ａ^※ｂ値又はＲＧＢ値のような、色値を含むことができる。変調データは、所望の色値だけ又はこれと組み合わせて与えるために所望の波長域を与える空洞距離１３２をもたらす、フィルタの電極に印加された電圧を変えるための制御信号と、選択された輝度値を達成するためにフィルタ２２が可視域外に費やす時間の比率を制御するための時分割信号とを含むことができる。波長変調器３２は、特定の時間において、制御信号を提供し、空洞のサイズを制御する。輝度変調器３４は、信号を制御し、フィルタ２２の時分割多重化を制御する。ファブリ・ペロー表示装置１０によって表示される前に、生成済みの変調された画像をメモリ３６内に一時的に格納することができる。

変調された画像は、アレイ２０を通過する白色光から変調された一連の画像の１つとすることができる。一連の画像は、ビデオ又は映画におけるような動画であってもよい。一連の画像はまた、ビューグラフ又はテキスト・コンテンツのページのような静止画像を表すこともできる。
特に、光がアレイ２０を通過するとき、波長変換器３２からの変調データを用いて、ファブリ・ペローの空洞サイズを対応して調整することによって、スペクトル空間内のアレイから、ピクセルのために必要とされる色の範囲をカバーする、十分な色の掃引を得ることができる。色の掃引は、例えば、２０Ｈｚ（ある帯域幅から他の帯域幅及び元に戻る２０の完全なサイクル）又はそれより大きい高周波数で実行することができ、人間の目は、個々のギャップ設定から生じるフィルタリングされた色を区別することができない。一実施形態において、フィルタは、６０Ｈｚ又はそれより大きい（約１５−２０ｍｓに相当する）周波数の帯域幅の間でシフトされる。したがって、表示装置１０は、非常に狭い波長を選択的に透過させるか、又は各画像ピクセルについての波長のグループをまとめて透過させることによって、カラー画像を様々な波長で表示することができる。同様に、時分割多重化については、輝度変調器３４は、第２の帯域幅が可視域外にある場合のみ、帯域幅の間でシフトすることができる。

図４において、ファブリ・ペロー・アレイは、２次元の薄い膜のアレイを含むことができ、用途によって、グループとして又は個別にマトリクス・アドレス指定可能である。グループとしてマトリクス・アドレス指定可能なものにおいて、同じ波長を透過させるために、１つより多いファブリ・ペロー共振器が一緒に作動される。グループ又は単一の空洞を個別にアドレス指定することにより、異なる波長が同時にフィルタを通過することが可能になる。アドレス定指定の作動は、空洞１３０を駆動するために与えられる電圧信号を変調することによって、変調器１５により行うことができる。

図９は、表示装置を制御するための例示的なプロセスを概説する。ステップの順番は、必ずしも図９に示されるものである必要がないこと、図９のステップの１つ又はそれ以上を省略できること、又は異なるステップを設け得ることが理解される。図９に示されるように、プロセスは、ステップＳ５００で開始し、ステップＳ５１０に進み、そこで発光体からの光が表示装置１０で受け取られる。次に、Ｓ５１２において、画像データが受け取られる。ステップＳ５１４において、データは、波長情報及び輝度情報を含む変調信号に変換される。ステップＳ５１６において、変調信号に基づいて、それぞれの画像ピクセルを生成するように、表示装置のアレイが制御される。次に、ステップＳ５１８において、生成された画像が、スクリーン上に表示される。ステップＳ５２０において、プロセスが終了する。

図９に示される方法は、コンピュータ上で実行することができるコンピュータ・プログラム製品において実施することができる。コンピュータ・プログラム製品は、制御プログラムが記録されるコンピュータ可読記録媒体とすることができ、又は、制御プログラムがデータ信号として具体化される透過可能な搬送波とすることができる。

例示的な実施形態による、投射システムの概略的な図である。 第１の例示的な実施形態による、例示的なファブリ・ペロー・フィルタの側断面図である。 例示的なファブリ・ペロー・フィルタの平面図である。 第１の例示的な実施形態による、ファブリ・ペロー・アレイの平面図である。 第２の例示的な実施形態による、ファブリ・ペロー・アレイの平面図である。 図４のアレイの拡大平面図である。 図６のアレイの側断面図である。 図１の表示システムの拡大側面図である。 画像を投射する例示的な方法のステップを示す。

符号の説明

１０：表示装置
１２：画像源
１４：制御システム
１５：変調器
１６：発光体
１８：表示面
２０：アレイ
２２、１００：ファブリ・ペロー・フィルタ
２４、２６：光学系
２９：マイクロレンズ
１１０、１１２：ミラー
１１８：支持要素
１３０：空洞
１１４、１１６：電極
１３４：ばね

Claims (4)

1. 複数の同調可能なファブリ・ペロー・フィルタであって、該ファブリ・ペロー・フィルタの各々が、電磁スペクトルの可視域内の帯域幅の放射を透過する状態と、電磁スペクトルの可視域外の帯域幅の放射を透過する状態と、の間でシフトするように構成されている複数のファブリ・ペロー・フィルタ、を具備する表示装置と、
   前記複数のファブリ・ペロー・フィルタに光を供給する発光体と、
   画像データを受け取り、前記表示装置を制御して、関連した表示面の上に画像を投影する制御システムと、
   を具備し、
   該制御システムが、
   波長変調信号を前記複数のファブリ・ペロー・フィルタに与えて、前記画像内のピクセルの色を変調し、前記複数のファブリ・ペロー・フィルタのうちの選択されたフィルタを前記可視域外の帯域幅にシフトさせて、前記画像内のピクセルの輝度を変調する、変調器、を含み、
   前記表示装置が、前記複数のファブリ・ペロー・フィルタと前記表示面との間に配置された光学系であって、前記複数のファブリ・ペロー・フィルタの各々に対向して配置され、該フィルタから受け取った光ビームを発散させる発散レンズと、該発散レンズに対向して配置され、該発散レンズにより発散させられた光ビームをコリメートする収束レンズと、を含むことによって、前記表示面に生ずる暗いグリッドを低減する光学系、をさらに具備し、
   前記複数のファブリ・ペロー・フィルタの各々は、シリコンばねに直接取り付けられたシリコン膜を含み、これにより、該シリコン膜が該複数のファブリ・ペロー・フィルタの各々における第１のミラーと第２のミラーとの間のサイズを変えることを特徴とする投射システム。
2. 前記変調器が、前記複数のファブリ・ペロー・フィルタのうちの選択されたフィルタを、可視域内の帯域幅と可視域外の帯域幅との間で、前記２つの帯域幅が肉眼で別個に検出できない周波数でシフトさせる、請求項１に記載の投射システム。
3. 前記複数のファブリ・ペロー・フィルタの各々が、電磁スペクトルの可視域内の複数の帯域幅のいずれか１つの放射を選択的に透過させることができる、請求項１に記載の投射システム。
4. 画像を投射する方法であって、
   投射される画像についての画像データを受け取るステップと、
   フィルタの各々が、電磁スペクトルの可視域内の帯域幅の放射を透過する状態と、電磁スペクトルの可視域外の帯域幅の放射を透過する状態と、の間でシフトするように構成されている、複数の同調可能なファブリ・ペロー・フィルタを照らすステップと、
   波長変調信号を前記複数のファブリ・ペロー・フィルタに与えて、前記画像内のピクセルの色を変調し、該複数のファブリ・ペロー・フィルタのうちの選択されたフィルタを可視域外の帯域幅にシフトさせて、前記画像データに従って、該画像内のピクセルの輝度を変調することを含む、該画像を関連した表示面の上に投射するように該同調可能なファブリ・ペロー・フィルタを制御するステップと、
   前記複数のファブリ・ペロー・フィルタと前記表示面との間に配置された光学系であって、前記複数のファブリ・ペロー・フィルタの各々に対向して配置され、該フィルタから受け取った光ビームを発散させる発散レンズと、該発散レンズに対向して配置され、該発散レンズにより発散させられた光ビームをコリメートする収束レンズと、を含む光学系、を用いて、前記表示面に生ずる暗いグリッドを低減するステップと、
   を含み、
   前記複数のファブリ・ペロー・フィルタの各々は、シリコンばねに直接取り付けられたシリコン膜を含み、これにより、該複数のファブリ・ペロー・フィルタの各々における第１のミラーと第２のミラーとの間のサイズが該シリコン膜によって変更されることを特徴とする方法。

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