JPH10507278A - 表示システム - Google Patents

表示システム

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JPH10507278A JP8506333A JP50633396A JPH10507278A JP H10507278 A JPH10507278 A JP H10507278A JP 8506333 A JP8506333 A JP 8506333A JP 50633396 A JP50633396 A JP 50633396A JP H10507278 A JPH10507278 A JP H10507278A
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Abstract

(57)【要約】 光を発生する光源(101)を有する投映表示システムであって、その光は多数の空間光変調器(105,107)によって空間的に変調される。光源(101)と空間光変調器(105および107)との間の光路内に分離手段(103)を配設して、本システムによって生成されうる全体の光束が、各空間光変調器(105,107)が適応できる最大光束によって決められないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 表示システム 本発明は表示システムに関する。本発明は、光源からの光が空間光変調器デバ イスによって変調され、変調された光が次に投映スクリーン上に投映される投映 システムを含む表示システムに特に好適であるが、これに限られるものではない 。 このような投映システムにおいて使用するのに適している空間光変調器デバイ スは、いくつかの形態を取ることができる。 空間光変調器デバイスの一例として、個別にアドレス可能な液晶画素のマトリ ックスを具えた液晶デバイスがある。このような空間光変調器デバイスは、光が 液晶デバイスの画素を通り抜ける透過モード、あるいは光が液晶デバイスの各画 素によって反射される反射モードのいずれかにおいて動作することができる。 空間光変調器デバイスの他の例として、鏡面をもつカンチレバ・ビーム構造体 のアレイを具えた可偏向ミラーデバイス(DMD)がある。その各構造体は電極 を有して2つの位置間で静電的に偏向可能である。従って、デバイスへ印加され る電界に応じて、各鏡面をもつ構造体は、入射光を2つの二者択一的な光路、す なわち投映スクリーン上に投映するための光学系への方向か、またはビーム・ダ ンプ(dump)へいずれかに向かって反射する。このような構造体のアレイを使用す ることで、各構造体は入来光ビームの一部分により個々にアドレス可能になって いるので、入来光ビームを2次元像で空間的に変調することができ、ついで投映 スクリーン上に投映することができる。 光源からの光が空間光変調器デバイスによって変調される公知の投映システム は、空間光変調器デバイスに指向し得る光束の光量にしばしば制限があるという 欠点をこうむる。この制限は、例えば放射束の熱効果に関連した限界、あるいは 高輝度の光束(high luminous flux)による飽和によって引き起こされる。投映シ ステムに光出力の限界がある場合には、2または3以上の投映システムを互いに 隣接して配置することにより積み重ね(stacke)て、複数の投映像が投映スクリー ン上で重ね合わされて全体として明るい像が生成されるようにしてもよい。しか しながら、このような配置は非能率であり、かつ空間が無駄である。 US-A-5035475は可動ミラーアレイの形態の2つの空間光変調器から構成した表 示システムを開示している。平行なスリット列の形態のバッフル(baffles:そら せ板)が光源と2つのミラーアレイとの間の光路中に挿入されている。ビームス プリッタは2つのミラーアレイ間の光源からの光を分離して、これらミラーアレ イに対する法線に沿って反射した光を再び組合わせるように作用する。バッフル は他の方向に沿って反射した光を吸収するように作用する。2つのミラーアレイ を用いることにより、2つのミラーアレイによって生成された像を交互に配置す ることにより、2つのバッフルによって生成された投映像内からダークストライ プ(暗い条)を取り除くようにすることができる。しかしながら、この様な配置 では、最終の投映像内の光の束が、各ミラーアレイによって生成された光の束に よって依然として制限されている。 1または2以上の空間光変調器デバイスを具えたカラー投映システムにおいて も問題が生じる。カラー投映システムを達成するために、1または2以上のスペ クトル分離デバイス、例えば、ダイクロイックミラーによって入来光を3原色チ ャネルに分離することは知られている。この様な先行技術のシステムの一例を図 1に示す。図1は、DMD(可偏向ミラーデバイス)の形態の3つの空間光変調 器を用いたカラー投映システムの概略の概要図である。 図1を参照するに、これから述べる表示システムの特定例は、表示スクリーン 101上にカラー画像を投映するように構成されている。この表示システムは光 源103を有し、この光源は、光源からのビームが図示のように3個の平面状可 偏向ミラー表示デバイス105,107,109上に向けられるように、配置さ れている。 光源103と第1の可偏向ミラーデバイス105との間の光路中に配置されて いるのは、2つのダイクロイックミラー(二色性ミラー)111,113である 。第1のダイクロイックミラー111は、第2の平面状可偏向ミラー表示デバ イス107上にブルー(青色)光を反射し、他の全ての入射光を透過するように 設計され、かつ角度付けされている。第2のダイクロイックミラー113は、第 3の平面状可偏向ミラー表示デバイス109上にレッド(赤色)光を反射し、光 源103からの光の残余の成分であるグリーン(緑色)成分を第1の可偏向ミラ ー表示デバイス105上に透過するように設計され、かつ角度付けされている。 3個の可偏向ミラーデバイス105,107,109は、空間的に変調された ビームが投映レンズ115を通って表示スクリーン101上に向かうように、光 源103からのビームの3色成分を反射可能に配置されている。 しかしながら、この様な構成では、色々なスペクトル成分、例えば白色光内の 原色のレッド、グリーン、ブルーの光束は一様でないという事実を考慮していな い。 本発明の目的は、制限のある出力光の上記問題を少なくとも軽減する表示デバ イスを提供することにある。 本発明の第1の態様によれば、複数の空間光変調器と追加の空間光変調器とを 具え、この追加の空間光変調器は空間的に変調された光束全体を増大するように 設計されたことを特徴とする表示システムが提供される。 本発明の第2の態様によれば、1つの光源と、少なくとも2つの空間光変調器 と、それら空間光変調器間で光源からの同一スペクトル成分の光を分離する手段 と、それら空間光変調器により生成された空間的に変調された光を組合わす手段 と、組合わされた光を表示する手段とを適切に具えて、組合わされた光が各空間 光変調器によって生成された光よりも大きな光束を持つようにしたことを特徴と する表示システムが提供される。 本発明の第3の態様によれば、多波長光源と、複数の空間光変調器と、それら 空間光変調器間に異なるスペクトル成分の光を分離する波長選択手段と、それら 空間光変調器により生成された空間的に変調された光を組合わせる手段と、その 組合わされた光を表示する手段とを具え、十分な空間光変調器を備えて、これら 空間光変調器間で光源により発生した光束の分割のバランスを増大させるように したことを特徴とする表示システムが提供される。 上記表示する手段は好ましくは組合わされた光を投映スクリーン上に投映する 手段を有することを特徴とする。 次に、単なる例示としての本発明の多数の実施形態を以下の添付図面を参照し て説明する。 図1は既述した先行技術のカラー投映システムの概略の概略図であり; 図2はDMD(可偏向ミラーデバイス)の作用を説明する概略図であり; 図3は図2のアレイ中のミラーデバイスの照明を説明する図であり; 図4は本発明の第1実施形態による表示システムの概略図であり; 図5は本発明の第2実施形態による表示システムの概略図であり; 図6は本発明の第3実施形態による表示システムの概略図である。 まず最初に、図2および図3を参照するに、本発明の一実施形態による表示シ ステムに用いる各可偏向ミラーデバイス(deflectable mirroe device:DMD) は、m×nの可偏向ミラーデバイス、典型的には、低解像度表示システム用では 768×576のミラーデバイス、あるいは高解像度表示システム用では204 8×1152のミラーデバイスのアレイ117を有する。各アレイ117は駆動 回路119に接続し、この駆動回路は制御回路からの121として一般的に示し た電子的カラービデオ信号を受信し、例えば、本出願人の先願の国際特許出願、 1992年1月4日付けのPCT/GB92/00002(これは参照すること によって本明細書の一部分とする)に記述されているように、ミラーデバイスM11 −Mmnの各々をアドレス指定する。 印加されたアドレス信号に応じて、各ミラーデバイスMは、そのミラーデバイ スMから反射した光が第1の経路(パス)123に向かう“on”(オン)状態 と、その反射した光が第2の経路125に向かう“off”(オフ)状態とに対 応する2つの異なる位置のいずれか1つの位置を取る。第2の経路125を適切 に選定して、この経路に沿って反射した光が本表示システムの光軸から外れる方 向に向かい、従って投映レンズ(図2および図3には図示していない)内を通過 しないようにする。 従って、各DMDアレイ117は2次元像を表わすことが可能であり、これら のミラーデバイスMは“オン”状態に傾いて明(ブライト)を現し、“オフ”状 態に傾いて暗(ダーク)を現す。“オン”期間と“オフ”期間の割合を時間的変 調技術により、変化させることにより、濃度階調(グレースケール)を達成する ことができる。 次に、特に図3を参照するに、各ミラーデバイスMのオン”状態と“オフ”状 態との間での偏向角度は比較的小さい。このため、“オン”状態と“オフ”状態 との間を良好に区別するためには、光源103からの入射光ビーム127を各デ バイスに対する法線から測ったおよそ20°の角度で各空間光変調器105,1 07、109の方向に向ける。 個々のミラーデバイスMがアレイ117の平面に対して平行に置かれていると きは、例えばアークランプ(図3には図示されていない)からの入射ビーム12 7は、法線に対して対応する20度の角度で、“オフ”経路122に沿ってビー ムダンプ(図示しない)内へ反射される。駆動回路119からの制御信号により ミラーデバイスMをアレイ117の平面に対して第1の角度で第1の偏向状態に 設定すると、入射ビーム127は更なる“オフ”経路の方向125に沿ってビー ムダンプに反射される。アドレス指定回路119からの制御信号がミラーデバイ スMをアレイ117の平面に対して第2の角度で第2の偏向状態に設定すると、 入力ビーム127はアレイに対する法線に沿って“オン”経路123に沿って反 射される。 次に、図4を参照するに、本発明による表示システムの第1の実施形態におい て、光源401、例えばアークランプが半透鏡(半鍍銀ミラー)403上に光を 指向させるように配置されている。半透鏡103はそれぞれDMDの形態の2つ の空間光変調器405,407間に入射光を分離するように作用する。DMD4 05,407からの空間的に変調された光は半透鏡403で再結合され、この再 結合された光は半透鏡403から投映レンズ409を通って投映スクリーン41 1上に投映される。これらDMD(可偏向ミラーデバイス)は、入射ビームを空 間的に変調して投映スクリーン411のための映像を生成するために、図2 および図3に関して説明したように作動する。 半透鏡403を使用することにより、先行技術の構成では単一のDMD上に入 射したであろう光が、2つのDMD405,407間に分離するということが分 かるであろう。従って、投映スクリーン411上へ入射する光束は先行技術の配 置におけるような単一のDMDを使用して可能であった光束の2倍となる。 半透鏡の代わりに他の形態の光分離器(スプリッタ)を使用して2つのDMD 405,407間に入射光ビームを分離することができることが分かるであろう 。1つの可能性は、図4における半透鏡403を偏光ビームスプリッタで置き換 えることである。偏光ビームスプリッタは光源401からの入射光をP偏光とS 偏光とに分離するよう作用するものである。P偏光を2つのDMD405,40 7の内の1つに指向させ、およびS偏光を他方のDMD407または405に向 けて指向させる。ついで、偏光ビームスプリッタ401により2つのDMD40 5,407からの空間的に変調された光を再び組合わせて投映レンズ409へ伝 搬する。 偏光ビームスプリッタは半透鏡よりも効率が良いということがわかるであろう 。このような偏光ビームスプリッタの挿入により生じる光損失(オプティカル・ ロス)は一般的に入射ビームの1%から3%のものであるが、これに比べ鏡の表 面によって生じる損失は、20%から30%である。しかしながら、比較的に高 損失のビームスプリッタを使用したとしても、他のやり方で可能であるよりも、 より高輝度の光束の投映像を生ずることができることがわかる。 次に、図5を参照するに、ここで説明をする本発明の第2の実施形態は多色投 映システムである。図5に示すように、この多色投映システムはDMDの形態の 4個の空間光変調器501,503,505および507を含む。3個のダイク ロイックミラー509,511および513がDMD501,503,505お よび507、と白色光源(図示しない)との間の光路内に配置されている。光路 内の第1のダイクロイックミラー509は、DMD503上にブルー光を反射し て、かつその残余のグリーン光を透過するように配置されている。第3のダイク ロイックミラー513は、DMD501上にレッド光を反射し、かつ他の全ての 光を透過するように配置されている。第2のダイクロイックミラー511は、厳 密に制御された帯域通過特性をもつように設計されて、選択されたスペクトル成 分をもつ入射グリーン光の一部分を第3のDMD505上に反射し、かつ残余の グリーン光を第4の空間光変調器507上に透過する。 各DMD501,503,505および507は図2および図3に関して説明 したようなアドレス信号によって駆動されて、適切に空間的に変調された映像を 原色のレッド、ブルーおよびグリーンの2つのスペクトル部分の1つで供給する 。DMD501,503,505および507は適切に配置されて、反射されて 空間的に変調された光が種々のダイクロイックミラー509,511おびび51 3により反射されて戻り、かつ再び組合わされて、多波長(multiwavelength)の 空間的に変調された光ビームを生成し、この光ビームが次に投映レンズ(図5に は示していない)を通って本システムの光軸に沿って戻り、投映スクリーン(図 5には図示していない)上に投映される。 これら空間光変調器が鏡面のマトリックスの形態である場合は、空間的に変調 された光を生成するミラーアレイの反射位置で左右像(handedness)が与えられる ということは理解されよう。これは適切な反射面509,511または515で の引き続いての反射によって補償されることになる。空間光変調器507からの 戻り光路に対して補償反射面(compensatory reflective surface)を設けるため に、反射器(reflecter)515が配置され、それに応じて空間光変調器507が 配置される。 第1の実施形態におけるダイクロイックミラー413の代わりにスプリッタを 使用してもよい。グリーン光を分離するのに特に効率的な方法の一つは、偏光ス プリッタを導入して、同一の波長帯域内において分離されたP偏光とS偏光のグ リーン光を2つの空間光変調器505および507上に入射させることが理解さ れよう。あるいはまた、半透鏡を使用してもよい。 これまでに述べた実施例において、白色光は一般的にレッド光あるいはブルー 光よりもグリーン光をより多く含んでいるので、2つのグリーン空間光変調器が 存在するということは理解できよう。しかしながら、状況によっては、空間光変 調器間で全体の光束を都合の良い割合で分けるように作用する光変調器の他の組 み合わせを採用することも適切であろう。例えば、白色光は典型的に30%の レッド光、60%のグリーン光および10%のブルー光からなるので、各カラー チャネルにおいて全体の光束を各カラーチャネルに分ける空間光変調器の個数は 各カラーチャネルにおける光束に応じて設定することができる。この様な構成は 、色の忠実性を改善するのみならず、同一の光入力からの出力光を増加させるの に用いることができる。 第2の実施形態では入力光を原色のレッド、ブルーおよびグリーン成分に分離 することに関して記述しているけれども、本発明は入力光を2次色(secondary c olour)のイエロー(黄色)、マゼンタおよびシアン、あるいは何か他の色分離体 系(colour splitting scheme)に分離するのに、同様に適用可能なものであると いうことは理解されよう。 図5に関連して説明した本発明の実施形態においては、入力光が3つの異なる 色成分に分離されて、その3つの色成分が同時に空間的に変調されるということ が分かるであろう。しかしながら、本発明による表示システムにおいては、異な る色の光が表示システムを順次に通過するようにしてもよい。このような構成の 一つを図6に示すが、ここではアークランプ601と集光レンズ603とからな る光源からの光が、レッド、ブルーおよびグリーンのフィルタを支えるカラーホ イール605の異なる部分を順次に通るように配置されている。このホイール6 05は、光源601、603からの光路内にレッド、ブルーおよびグリーンのフ ィルタを順次に重ね合わすように、モータ607によって中心軸の回りに回転可 能となっている。 図4に関して記述した第1の実施形態におけると同様に、偏光ビームスプリッ タ609が光路内に配置され、この偏光ビームスプリッタは入射光をP偏光とS 偏光の成分に分けるように作用する。P偏光はDMDの形態の第1の空間光変調 器611に指向され、一方S偏光はDMDの第2の空間光変調器613に指向さ れる。 空間光変調器611,613から空間的に変調された光はビームスプリッタ6 09に戻り、このスプリッタによりP偏光とS偏光とを合成ないし組合わせ、こ の合成した光を投映スクリーン(図示しない)上に投映するために、投映レンズ 515に指向させる。 カラーホイール605の回転速度を適切に選定して、3つの異なるカラー成分 すべての光が本表示システムを通って投映スクリーン上に投映され間の時間が十 分に短くなり、投映スクリーンを見ている観察者の目がその表示スクリーン上に に投映された3つの異なるカラー映像を合体させ、フルカラー映像が観察者によ って見られるようにする。 前述した他の実施形態におけると同様に、偏光スプリッタを使用することが特 に利点があるけれども、他の形態のスプリッタを用いてもよいことは理解されよ う。 DMD形態の空間光変調器を用いた表示システムはDMDの光束の処理能力に よってしばしば制限を受けるので、本発明はそのようなシステムに格別の適用性 があるけれども、本発明は他の形態の空間光変調器、例えば液晶デバイスを有す る表示システムにもまた適用可能であるということも理解されよう。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1996年8月6日 【補正内容】 請求の範囲 1.光源と; 少なくとも2つの空間光変調器と; 前記空間光変調器間で前記光源からの同一スペクトル成分の光を分離する手段 と; 前記空間光変調器により生成された空間的に変調された光を組合わせてデイス プレイ上に投映する映像を作り出す手段と; 前記組合わされた光を表示する手段とを具え、 映像を形成する前記組合わされた光が各空間光変調器によって生成された光よ りも大きな光束を持つようにしたことを特徴とする表示システム。 2.多波長光源と; 複数の空間光変調器と; 前記空間光変調器間に異なるスペクトル成分の光を分離する波長選択手段と; 前記空間光変調器により生成された空間的に変調された光を組合わせる手段と ; 該組合わされた光を表示する手段とを具え、 十分な空間光変調器を備えて、空間光変調器間で前記光源により発生した光束 の分割のバランスを増大させるようにしたことを特徴とする表示システム。 3.前記表示する手段は、 前記組合わされた光を投映スクリーン上に投映する手段を有することを特徴と する請求項1または2に記載の表示システム。 4.各空間光変調器が可偏向ミラーアレイであることを特徴とする請求項1ない し3のいずれか1つに記載の表示システム。 5.前記空間光変調器の各々が空間的に変調された光を反射するように作用を し、および前記光を分離する手段は前記空間光変調器によって反射された、空間 的に変調された光をさらに組合わせるように構成されたことを特徴とする請求項 1ないし4のいずれか1つに記載の表示システム。 6.前記光を分離する手段は、入射した光をP偏光とS偏光の成分に分離するよ うに作用をする少なくとも1つの偏光スプリッタを有することを特徴とする請求 項1ないし5のいずれか1つに記載の表示システム。 7.前記光を分離する手段は、少なくとも1つの半反射手段(semi-reflective m eans)を有し、該手段の上に入射した光の一部を反射し、該手段の上に入射した 光の残余の部分を透過するように作用することを特徴とする請求項1ないし6の いずれか1つに記載の表示システム。 8.前記光を分離する手段は、ダイクロイック手段を有することを特徴とする請 求項1ないし7のいずれか1つに記載の表示システム。 9.前記ダイクロイック手段は、同一の原色帯域内の光を分離するように構成さ れていることを特徴とする請求項8に記載の表示システム。 10.グリーン光スペクトル内での2つの波長帯域について少なくとも2つの空 間光変調器を有することを特徴とする請求項9に記載の表示システム。 11.各空間光変調器は、空間的に変調した光を反射するように作用し、および 光路内に設けられた反射手段の個数によって、空間的に変調された、組合わされ た光が補償反射を受けるようにして、前記空間光変調器によって持ち込まれた空 間的に変調された光の左右像を補償するようにしたことを特徴とする請求項1な いし10のいずれか1つに記載の表示システム。 12.請求項1または請求項1に従属する場合の請求項3ないし11のいずれか 1つに記載の表示システムであって、該システムを通して異なるスペクトル成分 の光を順次に指向させる手段を具えたことを特徴とする表示システム。 13.添付図面の図1、2および3を参照して前述したようなシステムと実質的 に同じであることを特徴とする表示システム。 14.請求項1から13のいずれか1つに記載した表示装置を使用することを特 徴とする方法。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.光源と; 入射光を同一パターンで空間的に変調するように作用をする少なくとも2つの 可偏向ミラーアレイと; 前記空間光変調器間で前記光源からの同一スペクトル成分の光を分離する手段 と; 前記可偏向ミラーアレイにより生成された空間的に変調された光を組合わせて デイスプレイ上に投映する映像を作り出す手段と; デイスプレイ上へ前記組合わされた光を指向させて映像を形成する手段とを具 え、 映像を形成する前記組合わされた光が各可偏向ミラーアレイによって生成され た光よりも大きな光束を持つようにしたことを特徴とする表示システム。 2.多波長光源と; 入射光を同一パターンの異なる波長帯成分で空間的に変調するように作用をす る複数の可偏向ミラーアレイと; 異なる波長帯域の各々の範囲の光を対応する前記可偏向ミラーに指向させる波 長選択手段と; 前記可偏向ミラーアレイにより生成された空間的に変調された光を組合わせる 手段と; 該組合わされた光をデイスプレイ上に指向させる手段とを具え、 十分な空間光変調器を備えて、空間光変調器間で前記光源により発生した光束 の分割のバランスを増大させるようにしたことを特徴とする表示システム。 3.前記表示する手段は、 前記組合わされた光を投映スクリーン上に投映する手段を有することを特徴と する請求項1または2に記載の表示システム。 4.前記可偏向ミラーアレイの各々が空間的に変調された光を反射するように作 用をし、および前記光を分離する手段は前記空間光変調器によって反射された、 空間的に変調された光をさらに組合わせるように構成されたことを特徴とする請 求項1ないし3のいずれか1つに記載の表示システム。 5.前記光を分離する手段は、入射した光をP偏光とS偏光の成分に分離するよ うに作用をする少なくとも1つの偏光スプリッタを有することを特徴とする請求 項1ないし4のいずれか1つに記載の表示システム。 6.前記光を分離する手段は、少なくとも1つの半反射手段(semi-reflectiveme ans)を有し、該手段の上に入射した光の一部を反射し、該手段の上に入射した光 の残余の部分を透過するように作用することを特徴とする請求項1ないし5のい ずれか1つに記載の表示システム。 7.前記光を分離する手段はダイクロイック手段を有することを特徴とする請求 項1ないし6のいずれか1つに記載の表示システム。 8.前記ダイクロイック手段は、同一の原色帯域内の光を分離するように構成さ れていることを特徴とする請求項7に記載の表示システム。 9.グリーン光スペクトル内での2つの波長帯域について少なくとも2つの空間 光変調器を有することを特徴とする請求項8に記載の表示システム。 10.各空間光変調器は、空間的に変調した光を反射するように作用し、および 光路内に設けられた反射手段の個数によって、空間的に変調された、組合わされ た光が補償反射を受けるようにして、前記空間光変調器によって持ち込まれた空 間的に変調された光の左右像を補償するようにしたことを特徴とする請求項1な いし9のいずれか1つに記載の表示システム。 11.請求項1または請求項1に従属する場合の請求項3ないし10のいずれか 1つに記載の表示システムであって、該システムを通して異なるスペクトル成分 の光を順次に指向させる手段を具えたことを特徴とする表示システム。 12.添付図面の図1、2および3を参照して前述したようなシステムと実質的 に同じであることを特徴とする表示システム。 13.請求項1から12のいずれか1つに記載の表示システムと投映スクリーン とを具えたことを特徴とする投映システム。 14.請求項1から13のいずれかに記載した表示装置を使用することを特徴と する方法。
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