(57)【要約】  様々なサーボ制御メカニズムを用いて画像を形成する蛍光光を放射する蛍光スクリーン上の表示画質を制御する走査ビーム表示システムを開示する。【選択図】  図２１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報の伝送に用いることのできる複数の光パルスを有する励起光の走査ビームを生成する光モジュールと、
前記励起光を吸収し、前記走査ビームにより伝送される画像を生成する可視蛍光光を放射する蛍光スクリーンと、
前記走査ビームの照明下で前記蛍光スクリーンからフィードバック光信号を受信し、前記蛍光スクリーン上の前記複数の光パルスの空間配置を示すモニタ信号を生成すべく位置付けられる光センサと、
を含み、
前記光モジュールは、前記モニタ信号に呼応して前記走査ビームにより伝送される前記複数の光パルスのタイミングを調節して、前記蛍光スクリーン上の前記複数の光パルスの空間位置の前記空間配置を制御するフィードバック制御ユニットを含む、走査ビーム表示システム。
【請求項２】
前記スクリーンは、前記走査ビームにより伝送される前記画像を生成する複数の平行蛍光ストライプと、前記複数の蛍光ストライプの境界にそれぞれ置かれ前記走査ビームの照明下で前記フィードバック光信号を生成する複数のサーボ基準マークとを含み、
前記フィードバック光信号の振幅は、各蛍光ストライプを横断する前記走査ビームの位置に応じて変化し、
前記光モジュールは、前記走査ビームにおける前記複数の光パルスのタイミングに時間変化をもたらして前記複数の蛍光ストライプに垂直なビーム走査方向において前記スクリーン上の前記複数の光パルスの位置を変位し、
前記フィードバック制御ユニットは、前記モニタ信号における情報に呼応して前記複数の光パルスのタイミングを調節して各光パルスの位置を前記ビーム走査方向における蛍光ストライプの中心に向ける、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のサーボ基準マークのそれぞれは、光学的に反射性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のサーボ基準マークのそれぞれは、光学的に蛍光性で、前記励起光による照明下で前記フィードバック光を放射する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記フィードバック光は、前記スクリーンにより放射される前記光とは異なる波長である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記フィードバック光は、不可視である、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の光パルスのタイミングにおける前記時間変化は、周期的な時間変化である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の光パルスのタイミングにおける前記時間変化は、前記複数の蛍光ストライプの幅未満の前記スクリーン上の前記走査ビームの位置における空間変位に対応するよう設定される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記スクリーンは、前記複数の蛍光ストライプに垂直なビーム走査経路において前記複数の蛍光ストライプの外側にライン開始サーボ基準マークを含み、
前記ライン開始サーボ基準マークは、前記走査ビームにより照明されると、前記複数の蛍光ストライプからの前記走査ビームの位置を示すライン開始サーボフィードバック光を生成し、
前記システムは更に、前記ライン開始サーボフィードバック光を受取り、ライン開始信号を生成すべく置かれるライン開始光検出器を含み、
前記光モジュールは、前記ライン開始信号を用いて、前記複数の光パルスの前記タイミングを、前記走査ビームが前記複数の蛍光ストライプの開始位置に到達する時間とするよう制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ライン開始サーボ基準マークは、光学的に反射性である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ライン開始サーボ基準マークは、光学的に蛍光性である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記スクリーンは、前記複数の蛍光ストライプに垂直なビーム走査経路において前記複数の蛍光ストライプの外側に垂直ビーム位置サーボ基準マークを含み、
前記垂直ビーム位置サーボ基準マークは、前記走査ビームにより照明されると、前記複数の蛍光ストライプに平行な垂直方向における所定垂直ビーム位置からの垂直ビーム位置のオフセット量を示す垂直ビーム位置サーボフィードバック光を生成し、
前記システムは更に、前記垂直ビーム位置サーボフィードバック光を受取り、垂直ビーム位置サーボ信号を生成すべく置かれる光検出器を含み、
前記光モジュールは、前記垂直ビーム位置サーボ信号を用いて、前記走査ビームの方向を制御して、前記スクリーン上の前記垂直ビーム位置の前記オフセット量を減少する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記垂直ビーム位置サーボ基準マークは、光学的に反射性である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記垂直ビーム位置サーボ基準マークは、光学的に蛍光性である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記垂直ビーム位置サーボ基準マークは、前記ビーム走査経路において互いから離間される第１のサーボマークと第２のサーボマークを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記光モジュールは、前記第１のサーボマーク及び前記第２のサーボマークからの反射の差を用いて、前記スクリーン上の前記垂直ビーム位置の前記オフセット量の方向を判断する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記光モジュールは、前記第１のサーボマーク及び前記第２のサーボマークから受信される光信号における時間差を用いて、前記スクリーン上の前記垂直ビーム位置の前記オフセット量の方向を判断する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記スクリーンは、前記複数の蛍光ストライプに垂直なビーム走査経路において前記複数の蛍光ストライプの外側にビームフォーカス感知基準マークを含み、
前記ビームフォーカス感知基準マークは、前記走査ビームにより照明されると、前記スクリーン上の前記走査ビームのビームスポットサイズを示すビームフォーカシングサーボフィードバック光を生成し、
前記システムは更に、前記ビームフォーカシングサーボフィードバック光を受取り、ビームフォーカスサーボ信号を生成すべく置かれる光検出器を含み、
前記光モジュールは、前記ビームフォーカスサーボ信号を用いて、前記走査ビームのフォーカスを制御して、前記スクリーン上の前記走査ビームの前記ビームスポットサイズを制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ビームフォーカス感知基準マークは、光学的に反射性である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ビームフォーカス感知基準マークは、光学的に蛍光性である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ビームフォーカス感知基準マークは、前記複数の蛍光ストライプに平行な複数の周期平行ストライプマークを含み、
２つの隣接するストライプマーク間の間隔と、各ストライプマークの幅は、前記ビーム走査経路における前記スクリーン上の所定スポットサイズに等しい、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記スクリーンは、前記複数の蛍光ストライプに垂直なビーム走査経路において前記複数の蛍光ストライプの外側に出力感知基準マークを含み、
前記出力感知基準マークは、前記走査ビームに照明されると、前記スクリーン上の前記走査ビームの出力レベルを示すサーボフィードバック光を生成し、
前記システムは更に、前記サーボフィードバック光を受取り、サーボ信号を生成すべく置かれる光検出器を含み、
前記光モジュールは、前記サーボ信号を用いて、前記スクリーン上の前記走査ビームの出力を制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記出力感知基準マークは、光学的に反射性である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記出力感知基準マークは、光学的に蛍光性である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記スクリーンは、３つの連続する蛍光ストライプから３つの異なる色の蛍光光を放射して前記走査ビームにより伝送される前記画像を生成する複数の平行蛍光ストライプを含み、
前記フィードバック光信号は、前記スクリーンにより放射される前記可視蛍光光の一部であり、
前記光センサは、前記フィードバック光信号をフィルタリングして、前記３つの異なる色のうちの第１の色の前記可視蛍光光を選択する第１の光フィルタと、前記第１の光フィルタからの前記第１の色の光を受取る第１の光検出器とを含み、
前記光センサは、受取った前記第１の色の前記光に少なくとも基づいて前記モニタ信号を生成し、
前記光モジュール内の前記フィードバック制御ユニットは、前記モニタ信号を処理して、前記スクリーン上の前記複数の平行蛍光ストライプに垂直な走査方向における前記走査ビームにおける前記複数の光パルスのタイミングにおける誤差を抽出し、前記走査ビームにおける前記複数の光パルスの前記タイミングを制御して前記誤差を減少する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記光モジュールは、前記走査ビームにおける前記複数の光パルス用の試験パルスパターンを生成して、前記走査ビームが３つの連続平行蛍光ストライプを走査するたびに少なくとも１つの光パルスを出力し、
前記光センサは更に、前記フィードバック光信号をフィルタリングして、前記３つの異なる色のうちの第２の色の前記可視蛍光光を選択する第２の光フィルタと、前記第２の光フィルタからの前記第２の色の光を受取る第２の光検出器とを含み、
前記光センサは、受取った前記第１の色の前記光及び受取った前記第２の色の前記光に少なくとも基づいて前記モニタ信号を生成し、
前記光モジュール内の前記フィードバック制御ユニットは、受取った前記第１の色の前記光と受取った前記第２の色の前記光との差を用いて、前記走査ビームにおける前記複数の光パルスのタイミングにおける前記誤差を示す、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記光モジュールは、観察者に対して前記スクリーン上に表示されるべき画像が前記スクリーン上に表示されない起動段階時に、前記試験パルスパターンを前記走査ビームに適用し、前記起動段階後に続けて、前記試験パルスパターンを終了し、通常動作時に、表示されるべき前記画像を伝送するパルス列を前記走査ビームに適用する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記スクリーンは、前記複数の蛍光ストライプの外側に、前記走査ビームにより照明されると、ライン開始サーボフィードバック光を生成するライン開始サーボ基準マークを含み、
前記システムは更に、前記ライン開始サーボフィードバック光を受取り、前記光モジュールに対して、前記複数の蛍光ストライプからの前記走査ビームの位置を示すライン開始信号を生成すべく置かれるライン開始光検出器を含み、
前記光モジュールは、前記ライン開始信号をタイミング基準として用いて、前記走査ビームが前記複数の蛍光ストライプを走査するときの前記走査ビームの前記複数の光パルスの前記タイミングを制御し、それにより、前記第１の光検出器において受取られる前記第１の色の前記光を最大限にして前記走査ビームにおける前記複数の光パルスのタイミングにおける前記誤差を減少する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
前記光モジュールは、前記スクリーン上に表示される２つの連続画像フレームのうちの１つの画像フレームにおいて前記走査ビームの前記複数の光パルスのタイミングを遅延させ、また、前記２つの連続画像フレームのうちのもう１つの画像フレームにおいて前記走査ビームの前記複数の光パルスのタイミングを前進させ、
前記光モジュール内の前記フィードバック制御ユニットは、前記２つの連続画像フレームにおいて生成された複数のモニタ信号を処理して、前記スクリーン上の前記複数の平行蛍光ストライプに垂直な前記走査方向における前記走査ビームにおける前記複数の光パルスのタイミングにおける誤差を抽出し、次の画像フレームにおいて前記走査ビームにおける前記複数の光パルスの前記タイミングを制御して前記誤差を減少する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３０】
前記光モジュールは、観察者に対して前記スクリーン上に表示されるべき画像が前記スクリーン上に表示されない起動段階時に、試験パルスパターンを前記走査ビームに適用し、前記走査ビームにおける前記複数の光パルスのタイミングにおける誤差を補正し、
前記光モジュールは更に、前記起動段階後に続けて、表示されるべき前記画像を伝送するパルス列を前記走査ビームに適用して、（１）前記スクリーン上に表示される２つの連続画像フレームのうちの１つの画像フレームにおいて前記走査ビームの前記複数の光パルスのタイミングを遅延させ、また、（２）前記２つの連続する画像フレームのうちのもう１つの画像フレームにおいて前記走査ビームの前記複数の光パルスのタイミングを前進させ、
前記光モジュール内の前記フィードバック制御ユニットは、前記２つの連続画像フレームにおいて生成された複数のモニタ信号を処理して、前記スクリーン上の前記複数の平行蛍光ストライプに垂直な前記走査方向における前記走査ビームにおける前記複数の光パルスのタイミングにおける誤差を抽出し、次の画像フレームにおいて前記走査ビームにおける前記複数の光パルスの前記タイミングを制御して前記誤差を減少する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１の光検出器から検出器出力を受信し、積分時間の間、前記検出器出力を積分すべく結合される信号積分器と、
前記信号積分器からの積分器出力を変換してデジタル出力を生成するアナログ−デジタル変換器と、
を更に含み、
前記光モジュール内の前記フィードバック制御ユニットは、前記デジタル出力を用いて、前記走査ビームにおける前記複数の光パルスのタイミングにおける前記誤差を抽出する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３２】
前記積分時間は、前記走査ビームが、前記スクリーン上の３つの連側蛍光ストライプをそれぞれ含む複数の連続セットを走査する間の時間である、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
走査ビーム表示システムを制御する方法であって、
複数の平行蛍光ストライプを有するスクリーン上を、前記複数の蛍光ストライプに垂直なビーム走査方向において複数の光パルスで変調された励起光のビームを走査して前記複数の蛍光ストライプを励起して、画像を形成する可視蛍光光を放射させることと、
前記励起光のビーム内の前記複数の光パルスのタイミングに時間変化を与えて、前記スクリーン上の前記ビーム走査方向において各光パルスの空間位置を前進又は遅延させることと、
前記励起光のビームの照明下で前記スクリーンから生成され、蛍光ストライプに対する前記ビームの位置に応じて変化する振幅を有するモニタ信号を検出することと、
前記モニタ信号を処理して、蛍光ストライプの中心に対する前記スクリーン上の光パルスの位置の空間オフセット量に関する情報を獲得することと、
前記励起光のビームにおける前記複数の光パルスのタイミングを調節して前記空間オフセット量を減少することと、
を含む方法。
【請求項３４】
前記モニタ信号の振幅を用いて、前記空間オフセット量の存在を示すことと、
前記モニタ信号の符号を用いて、前記空間オフセット量の方向を示すことと、
を更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記モニタ信号は、前記スクリーンからの前記励起光のビームの反射であり、
前記複数の光パルスのタイミングにおける前記時間変化は、周期的である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記複数の光パルスのタイミングにおける前記時間変化の期間は、前記走査ビームが前記スクリーン上を動く距離に対応し、また、複数の蛍光ストライプを含む１群より大きい、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記複数の光パルスのタイミングにおける前記時間変化は、前記複数の蛍光ストライプの幅未満の前記スクリーン上の前記走査ビームの位置における空間変位に対応する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記走査ビームにより照明されるとフィードバック光を生成する周辺サーボ基準マークを、前記ビーム走査方向において前記複数の蛍光ストライプの外側に設けることと、
前記蛍光領域の走査時に前記周辺サーボ基準マークを走査すべく前記走査ビームを制御することと、
前記走査ビームが前記周辺サーボ基準マークを走査する間はＣＷモード、また、前記走査ビームが前記複数の蛍光ストライプを走査する間はパルスモードとすべく前記走査ビームを制御することと、
前記周辺サーボ基準マークからの前記フィードバック光を用いて前記走査ビームのビームパラメータを検出することと、
前記検出されたビームパラメータを用いて前記走査ビームを調節することと、
を更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記周辺サーボ基準マークは、前記走査ビームにより照明されると、前記複数の蛍光ストライプと平行な垂直方向における所定垂直ビーム位置からの垂直ビーム位置のオフセット量を示す垂直ビーム位置サーボフィードバック光を生成する構造を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記周辺サーボ基準マークは、前記走査ビームにより照明されると、前記スクリーン上の前記走査ビームのビームスポットサイズを示すビームフォーカシングサーボフィードバック光を生成する構造を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記周辺サーボ基準マークは、前記走査ビームにより照明されると、前記複数の蛍光ストライプからの前記走査ビームの位置を示すライン開始サーボフィードバック光を生成する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記周辺サーボ基準マークは、前記走査ビームにより照明されると、前記スクリーン上の前記走査ビームの出力レベルを示すサーボフィードバック光を生成する構造を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記モニタ信号は、前記スクリーンにより放射される前記可視蛍光光の一部であり、
前記スクリーン上の３つの連続平行蛍光ストライプは、前記走査ビームの励起下で３つの異なる色を放射する３つの異なる蛍光材料から形成され、
前記方法は更に、
前記走査ビームを変調して、前記走査ビームが３つの連続平行蛍光ストライプを走査するたびに少なくとも１つの光パルスを生成する試験パルスパターンを伝送させることと、
前記モニタ信号における前記３つの異なる色のうちの少なくとも１つの色を用いて、前記空間オフセット量に関する情報を獲得することと、
を更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４４】
前記モニタ信号における前記３つの異なる色から第２の色の前記可視蛍光光を選択することと、
前記１つの色の前記受取った光と前記第２の色の前記受取った光との差を用いて前記走査ビームにおける前記空間オフセット量を示すことと、
を更に含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
観察者に対して前記スクリーン上に表示されるべき画像が前記スクリーン上に表示されない起動段階時に、前記試験パルスパターンを前記走査ビームに適用することと、
前記起動段階後に続けて、前記試験パルスパターンを、前記スクリーン上に前記画像を表示すべく前記走査ビーム上に表示すべき前記画像を伝送するパルス列と交換することと、
を更に含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記スクリーン上に前記画像を表示する間に、
前記スクリーン上に表示される２つの連続画像フレームのうちの１つの画像フレームにおいて前記走査ビームの前記複数の光パルスのタイミングを遅延させ、一方で、前記２つの連続画像フレームのうちのもう１つの画像フレームにおいて前記走査ビームの前記複数の光パルスのタイミングを前進させることと、
前記２つの連続画像フレームにおいて生成された複数のモニタ信号を処理して、前記スクリーン上の前記空間オフセット量を抽出することと、
次の画像フレームにおいて前記走査ビームにおける前記複数の光パルスの前記タイミングを制御して前記空間オフセット量を減少することと、
を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記スクリーンは、前記複数の蛍光ストライプの外側に、前記走査ビームにより照明されるとライン開始サーボフィードバック光を生成するライン開始サーボ基準マークを含み、
前記方法は更に、
前記ライン開始サーボフィードバック光を検出して前記複数の蛍光ストライプからの前記走査ビームの位置を示すライン開始信号を生成することと、
前記走査ビームが前記複数の蛍光ストライプを走査するときのタイミング基準として、前記ライン開始信号に対して前記走査ビームの前記複数の光パルスの前記タイミングを制御して、前記スクリーンにより放射される前記蛍光光における前記１つの色の前記受取った光を最大限にして前記空間オフセット量を減少することと、
を含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
時間的に連続する複数の光パルスを有し、画像情報を伝送する励起光の走査ビームを生成する光モジュールと、
蛍光領域と、前記蛍光領域外の周辺サーボ基準マーク領域とを含み、前記蛍光領域は、前記励起光を吸収して、前記走査ビームにより伝送される画像を生成する可視蛍光光を放射し、また、前記蛍光領域は、前記走査ビームの照明下で第１のフィードバック光信号を生成する複数の第１のサーボ基準マークを含み、前記周辺サーボ基準マーク領域は、前記走査ビームの照明下で第２のフィードバック光信号を生成する少なくとも１つの第２のサーボ基準マークを含む、蛍光スクリーンと、
前記第１のフィードバック光信号を受信し、前記蛍光スクリーン上の前記複数の光パルスの空間配置を示す第１のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第１の光センサと、
前記第２のフィードバック光信号を受信し、前記蛍光スクリーン上の前記走査ビームの光特性を示す第２のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第２の光センサと、
を含み、
前記光モジュールは、前記第１のモニタ信号及び前記第２のモニタ信号に呼応して前記走査ビームを調節して前記蛍光スクリーン上の前記複数の光パルスの空間位置の少なくとも前記空間配置を制御するフィードバック制御ユニットを含む、走査ビーム表示システム。
【請求項４９】
前記第２の周辺サーボ基準マークは、前記蛍光領域から固定の間隔を有し、前記蛍光領域からの前記走査ビームの位置を示す前記第２のフィードバック光信号を生成するライン開始サーボ基準マークを含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記蛍光領域は、複数の平行蛍光ストライプを含み、
前記光モジュールは、前記複数の平行蛍光ストライプに垂直な水平方向にそれぞれ沿った複数の水平走査によって前記蛍光領域を覆うべく前記走査ビームを走査し、
前記第２の周辺サーボ基準マークは、前記複数の蛍光ストライプに平行な垂直方向における所定の垂直ビーム位置からの垂直ビーム位置のオフセット量を示す前記第２のフィードバック光信号を生成する垂直ビーム位置サーボ基準マークを含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５１】
前記第２の周辺サーボ基準マークは、前記スクリーン上の前記走査ビームのビームスポットサイズを示す前記第２のフィードバック光信号を生成するビームフォーカス感知基準マークを含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５２】
前記第２の周辺サーボ基準マークは、前記スクリーン上の前記走査ビームの出力レベルを示す前記第２のフィードバック光信号を生成するビーム出力感知基準マークを含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５３】
前記蛍光領域は、複数の蛍光ストライプを含み、
前記複数の第１のサーボ基準マークのそれぞれは、前記複数の蛍光ストライプの境界に置かれる、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５４】
前記スクリーンの前記周辺サーボ基準マーク領域内に形成され、前記第２のサーボ基準マークにより生成される前記第２のフィードバック光信号を受信すべく結合される入力部と、前記第２の光センサに結合され、受信した前記第２のフィードバック光信号を前記第２の光センサに導く出力部とを有するライトパイプを更に含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５５】
前記第２のサーボ基準マークは光学的に透過性であり、前記走査ビームの透過された部分を、前記第２のフィードバック光信号として前記ライトパイプに導く、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
画像情報を伝送可能な複数の光パルスを有する少なくとも１つの走査ビームを、第１の方向において走査する第１のスキャナと、複数の反射面を有するポリゴンを有し、前記ポリゴンは、前記第１の方向に垂直な第２の方向において前記少なくとも１つの走査ビームを走査すべく前記第１の方向における回転軸について回転する、第２のスキャナとを含む光モジュールと、
前記光モジュールから前記少なくとも１つの走査ビームを受取るべく位置付けられ、（１）前記少なくとも１つの走査ビームにより伝送される画像を表示する表示領域と、（２）前記スクリーン上の前記少なくとも１つの走査ビームの前記第２の方向における経路内に位置付けられ且つ前記第１の方向において互いから離間され、また、前記少なくとも１つの走査ビームにより照明されると光モニタ信号をそれぞれ生成する複数の基準マークとを含むスクリーンと、
前記スクリーンから前記光モニタ信号を受信し、前記スクリーン上の各基準マークに対する前記少なくとも１つの走査ビームの位置オフセット量に関する情報を含む検出器信号を生成すべく位置付けられる光検出器と、
前記検出器信号から前記ポリゴンのピラミッド誤差を測定し、前記第２のスキャナの走査を制御して、前記ピラミッド誤差によりもたらされる前記位置オフセット量を補正する第１のスキャナ制御器と、
を含む走査ビーム表示システム。
【請求項５７】
前記スクリーンは、前記表示領域内に、前記少なくとも１つの走査ビームの光を吸収して蛍光光を放射し、また、前記少なくとも１つの走査ビームにより伝送される前記画像を生成する複数の平行蛍光ストライプを含み、
前記複数の基準マークは、前記表示領域外に置かれる、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記複数の基準マークのそれぞれは、光学的に反射性である、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記複数の基準マークのそれぞれは、光学的に蛍光性で、前記少なくとも１つの走査ビームの照明下で前記光モニタ信号の光を放射する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６０】
前記光モニタ信号は、前記スクリーンにより放射される前記蛍光光とは異なる波長である、請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
前記スクリーンの前記表示領域には発光蛍光材料がなく、また、前記少なくとも１つの走査ビームの光を用いて前記少なくとも１つの走査ビームにより伝送される前記画像を表す、請求項５６に記載のシステム。
【請求項６２】
前記複数の基準マークのそれぞれは、光学的に反射性である、請求項５６に記載のシステム。
【請求項６３】
前記複数の基準マークのそれぞれは、光学的に蛍光性で、前記少なくとも１つの走査ビームの照明下で前記光モニタ信号の光を放射する、請求項５６に記載のシステム。
【請求項６４】
前記複数の基準マークのそれぞれは、前記第１の方向及び前記第２の方向において互いから離間される第１の特徴及び第２の特徴を含む、請求項５６に記載のシステム。
【請求項６５】
前記第１のスキャナ制御器は、前記第１の特徴及び前記第２の特徴からそれぞれ生成された前記検出器信号における第１の信号成分及び第２の信号成分から、前記スクリーン上の各基準マークに対する前記少なくとも１つの走査ビームの前記位置オフセット量を示す誤差信号を生成する誤差信号発生器を含む、請求項６４に記載のシステム。
【請求項６６】
前記第１のスキャナ制御器は、前記測定されたピラミッド誤差を生成する前記ポリゴンの面を特定し、前記第２のスキャナの走査を制御して、特定された前記面が前記少なくとも１つの走査ビームを次に走査するときに前記ピラミッド誤差によりもたらされる前記位置オフセット量を補正するメカニズムを含む、請求項５６に記載のシステム。
【請求項６７】
前記第１のスキャナは、ガルボミラーである、請求項５６に記載のシステム。
【請求項６８】
第１のスキャナを用いて、スクリーン上の第１の方向において、画像を伝送すべく複数の光パルスで変調された光の少なくとも１つのビームを走査し、且つ、複数の反射面を有する第２のポリゴンスキャナを用いて、前記スクリーン上の第２の垂直方向において前記少なくとも１つのビームを走査して前記画像を表示することと、
走査時に前記少なくとも１つのビームによって照明されるときに、前記複数の反射面のそれぞれによって前記少なくとも１つのビームのビーム走査経路内の位置にそれぞれある、前記スクリーン上の複数の基準マークを用いて、前記ポリゴンスキャナにおける各反射面のピラミッド誤差によってもたらされる、前記スクリーン上の各基準マークに対する前記少なくとも１つのビームの位置オフセット量に関する情報をそれぞれ有する複数の光モニタ信号を生成することと、
前記スクリーンからの前記複数の光モニタ信号を検出して、前記位置オフセット量に関する前記情報を含む検出器信号を生成することと、
前記検出器信号内の前記位置オフセット量に呼応して、前記第１の方向において前記第１のスキャナの走査を調節して、前記スクリーン上の前記少なくとも１つのビームの前記位置オフセット量を減少することと、
を含む走査ビーム表示システムを動作させる方法。
【請求項６９】
前記少なくとも１つのビームの走査を制御して、前記画像を前記スクリーンの中心領域に表示することと、
前記少なくとも１つのビームが前記中心領域外であるときに、前記第１のスキャナの走査の調節を行い、前記位置オフセット量を減少することと、
を更に含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記複数のマークは、前記中心領域外に置かれる、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記第２の方向における前記少なくとも１つのビームの第１の走査時に前記ポリゴンスキャナの各反射面のピラミッド誤差によりもたらされる前記スクリーン上の各基準マークに対する前記少なくとも１つのビームの前記位置オフセット量を測定することと、
前記各反射面による次の走査時に、前記第１のスキャナの走査を調節して前記位置オフセット量を減少することと、
を含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
画像情報を伝送可能な複数の光パルスを有する励起光の走査ビームを生成する光モジュールと、
第１の方向において前記走査ビームを走査する第１のスキャナと、
複数の反射面を有するポリゴンを含み、前記第１の方向に平行な軸について回転し、前記複数の反射面を用いて、第２の垂直方向において前記走査ビームを走査する第２のスキャナと、
それぞれ前記第１の方向にあり、前記第２の方向において互いから離間される複数の平行蛍光ストライプを有する蛍光領域と、前記蛍光領域外の周辺サーボ基準マーク領域とを含み、前記複数の蛍光ストライプは、前記励起光を吸収して前記走査ビームにより伝送される画像を生成する可視蛍光光を放射し、また、前記蛍光領域は、前記走査ビームの照明下で、前記第２の方向における前記複数の蛍光ストライプに対する前記複数の光パルスの空間配置を示す第１のフィードバック光信号を生成する複数の第１のサーボ基準マークを含み、前記周辺サーボ基準マーク領域は、前記走査ビームの照明下で、前記第１の方向における前記走査ビームの位置オフセット量を示す第２のフィードバック光信号をそれぞれ生成する複数の第２のサーボ基準マークを含む、蛍光スクリーンと、
前記第１のフィードバック光信号を受信し、前記複数の蛍光ストライプに対する前記複数の光パルスの前記空間配置を示す第１のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第１の光センサと、
前記第２のフィードバック光信号を受信し、各反射面により走査されると、前記第１の方向における前記走査ビームの前記位置オフセット量を示す第２のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第２の光センサと、
前記第１のモニタ信号及び前記第２のモニタ信号に呼応して前記走査ビームを調節して、前記複数の蛍光ストライプに対する前記複数の光パルスの空間位置の少なくとも前記空間配置を制御し、且つ、前記第１の方向における前記走査ビームの前記位置オフセット量を減少する制御ユニットと、
を含む走査ビーム表示システム。
【請求項７３】
前記複数の第２のサーボ基準マークのそれぞれは、光学的に反射性である、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７４】
前記複数の第２のサーボ基準マークのそれぞれは、光学的に蛍光性で、前記走査ビームの照明下で前記第２のフィードバック光信号の光を放射する、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７５】
前記複数の第２のサーボ基準マークのそれぞれは、前記第１の方向及び前記第２の方向において互いから離間される第１の特徴及び第２の特徴を含む、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７６】
前記制御ユニットは、前記第１の特徴及び前記第２の特徴のそれぞれから生成された前記第２のフィードバック光信号における第１の信号成分及び第２の信号成分から、前記スクリーン上の各基準マークに対する前記少なくとも１つの走査ビームの前記位置オフセット量を示す誤差信号を生成する誤差信号発生器を含む、請求項７５に記載のシステム。
【請求項７７】
前記制御ユニットは、位置オフセット量をもたらすピラミッド誤差を生成する前記ポリゴンの面を特定し、前記第２のスキャナの走査を制御して、特定された前記面が前記走査ビームを走査するときに、前記ピラミッド誤差によりもたらされる前記位置オフセット量を補正するメカニズムを含む、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７８】
前記光モジュールは、複数の走査ビームを生成し、
前記第１のスキャナ及び前記第２のスキャナは、前記複数の走査ビームを、前記スクリーン上の前記第１の方向及び前記第２の方向において走査し、
前記第２のスキャナは、１回につき１つのスクリーンセグメントを、前記第２の方向において共通の反射面によって前記複数の走査ビームを走査し、また、前記複数の走査ビームを、異なる反射面によって異なる時間に異なるスクリーンセグメントを連続的に走査することによってスクリーン全体を走査する、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７９】
複数の反射器面を有し、第１の方向において光ビームを走査するポリゴンスキャナと、
前記光ビームを、前記第１の方向に垂直な第２の方向において走査させる、反射器を有する第２のスキャナと、
前記第２のスキャナと通信して前記第２のスキャナの走査を制御する制御ユニットと、
を含み、
前記制御ユニットは更に、前記光ビームにより伝送される画像のフレーム率より高いディザ周波数において第２のスキャナをディザさせて、各走査時に前記第２の方向における前記光ビームの方向を往復させて変更する、走査ビーム表示システム。
【請求項８０】
前記光ビームの光強度を、前記ポリゴンスキャナにおける異なる面のピラミッド誤差に関連して制御するメカニズムを更に含む、請求項７９に記載のシステム。
【請求項８１】
複数の反射器面を有するポリゴンスキャナを用いて、第１の方向において光ビームを走査することと、
反射器を有する第２のスキャナを用いて、前記第１の方向に垂直な第２の方向において前記光ビームを走査することと、
前記光ビームの走査を制御して、連続フレームにおいて、各水平走査ラインにおいて前記ポリゴンスキャナの異なる面によって前記光ビームを走査することと、
を含む表示方法。
【請求項８２】
前記光ビームにより伝送される画像のフレーム率より高いディザ周波数において前記第２のスキャナをディザリングして、各走査時に前記第２の方向において前記光ビームの方向を往復させて変更することを更に含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記光ビームの光強度を、前記ポリゴンスキャナにおける異なる面のピラミッド誤差に関連して制御することを更に含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記光ビームの光強度を、前記ポリゴンスキャナにおける異なる面のピラミッド誤差に関連して制御することを更に含む、請求項８１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本ＰＣＴ出願は、以下の４つの米国仮特許出願の利益を主張する。
１．２００６年２月１５日に出願した「Display Systems Using Optical Fluorescent Screens and Servo Feedback Control for Such Systems」なる名称の米国仮特許出願番号第６０／７７３，９９３号
２．２００６年２月２４日に出願した「Pyramidal Error Correction in Laser Displays Using Polygon Scanners」なる名称の米国仮特許出願番号第６０／７７６，５５３号
３．２００６年３月３日に出願した「Display Systems Using Scanning Light and Electronic Correction of Optical Distortion by Imaging Lens Assembly」なる名称の米国仮特許出願番号第６０／７７９，２６１号
４．２００６年５月１５日に出願した「Display Systems Using Fluorescent Screens Including Fluorescent Screens With Prismatic Layer」なる名称の米国仮特許出願番号第６０／８００，８７０号
【０００２】
また、本ＰＣＴ出願は、２００６年３月３１日に出願した「Display Systems Having Screens With Optical Fluorescent Materials」なる名称のＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／１１７５７の一部継続出願であり且つ当該ＰＣＴ特許出願の利益を主張する。
【０００３】
更に、本ＰＣＴ出願は、以下の２つの米国出願の一部継続出願であり且つ当該米国出願の利益を主張する。
１．上記列挙した米国仮特許出願（１、３、及び４）と上記参照したＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／１１７５７の利益を主張する、２００６年９月１日に出願した「Servo-Assisted Scanning Beam Display Systems Using Fluorescent Screens」なる名称の米国特許出願番号第１１／５１５，４２０号
２．上記列挙した米国仮特許出願（１乃至４）と上記参照したＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／１１７５７及び米国特許出願番号第１１／５１５，４２０号の利益を主張する、２００６年１２月１３日に出願した「Correcting Pyramidal Error of Polygon Scanner In Scanning Beam Display Systems」なる名称の米国特許出願番号第１１／６１０，４７９号
【０００４】
本ＰＣＴ出願は、上記参照したすべての特許出願の全開示を、本ＰＣＴ出願の明細書の一部として参照として組み込むものとする。
【背景技術】
【０００５】
本願は、走査ビーム表示システムに係る。
【０００６】
走査ビーム表示において、光ビームは、スクリーン上を走査して当該スクリーン上に画像を形成することができる。レーザー表示システムといった多くの表示システムは、複数の反射面を有するポリゴンスキャナを使用して水平走査を供給し、ガルボ駆動ミラーといった垂直走査ミラーを使用して垂直走査を供給する。動作時、ポリゴンスキャナの一面は、その面の向き及び位置を変更すべく回転する際に１つの水平ラインを走査し、次の面が、次の水平ラインを走査する。水平走査及び垂直走査は互いに同期されてスクリーン上に画像を投射する。
【０００７】
このような走査ビーム表示システムは、様々な構成であることが可能である。例えば、走査ビーム表示システムは、発光しないが、光反射、光拡散、光散乱、及び光回折といったメカニズムの１つ又は組み合わせによって走査ビームの光を観察者に対して可視とするパッシブスクリーンを用いうる。様々なフロント及びリアプロジェクションディスプレイはパッシブスクリーンを使用する。走査ビーム表示システムは、光励起下で有色光を放射する蛍光材料を含む蛍光スクリーンといったアクティブスクリーンも用いることができ、この場合、放射された光が観察者に対して可視画像を形成する。
【発明の開示】
【０００８】
本願の明細書は、特に、スクリーン上に光を走査することに基づいた表示システム及び装置について記載する。このような表示システムのサーボ制御メカニズムについて記載する。
【０００９】
一部の実施形態では、複数のレーザーを使用して複数のレーザービームを同時に走査して１つのスクリーンを照明することができる。例えば、複数のレーザービームは、一度に１つのスクリーンセグメントを照明し、連続して複数のスクリーンセグメントを走査して、フルスクリーンを完成することができる。スクリーンは、走査光の励起下で可視光を放射し、放射された可視光で画像を形成する蛍光材料を含むことができる。
【００１０】
一実施形態において、画像情報の伝送に用いることのできる複数の光パルスを有する励起光の走査ビームを生成する光モジュールと、励起光を吸収し、走査ビームにより伝送される画像を生成する可視蛍光光を放射する蛍光スクリーンと、走査ビームの照明下で蛍光スクリーンからフィードバック光信号を受信し、蛍光スクリーン上の複数の光パルスの空間配置を示すモニタ信号を生成すべく位置付けられる光センサとを含む走査ビーム表示システムを説明する。光モジュールは、モニタ信号に呼応して走査ビームにより伝送される複数の光パルスのタイミングを調節して、蛍光スクリーン上の複数の光パルスの空間位置の空間配置を制御するフィードバック制御ユニットを含む。
【００１１】
上記の走査ビーム表示システムでは、スクリーンは、走査ビームにより伝送される画像を生成する複数の平行蛍光ストライプと、複数の蛍光ストライプの境界にそれぞれ置かれ走査ビームの照明下でフィードバック光信号を生成する複数のサーボ基準マークとを含むことができる。フィードバック光信号の振幅は、各蛍光ストライプを横断する走査ビームの位置に応じて変化し、光モジュールは、走査ビームにおける複数の光パルスのタイミングに時間変化をもたらして複数の蛍光ストライプに垂直なビーム走査方向においてスクリーン上の複数の光パルスの位置を変位する。更に、フィードバック制御ユニットは、モニタ信号における情報に呼応して複数の光パルスのタイミングを調節して各光パルスの位置をビーム走査方向における蛍光ストライプの中心に向ける。
【００１２】
別の実施形態において、走査ビーム表示システムを制御する方法を説明する。この方法では、複数の光パルスで変調された励起光のビームが、複数の平行蛍光ストライプを有するスクリーン上を複数の蛍光ストライプに垂直なビーム走査方向において走査されて複数の蛍光ストライプを励起して画像を形成する可視蛍光光を放射させる。励起光のビーム内の複数の光パルスのタイミングに時間変化が与えられて、スクリーン上のビーム走査方向において各光パルスの空間位置が前進又は遅延させられる。励起光のビームの照明下でスクリーンから生成され、蛍光ストライプに対するビームの位置に応じて変化する振幅を有するモニタ信号が検出される。検出されたモニタ信号は処理されて、蛍光ストライプの中心に対するスクリーン上の光パルスの位置の空間オフセット量に関する情報が獲得され、励起光のビームにおける複数の光パルスのタイミングは調節されて空間オフセット量が減少される。
【００１３】
上記の方法において、以下の動作を行ってシステムを制御しうる。周辺サーボ基準マークを、ビーム走査方向において複数の蛍光ストライプの外側に設けて、走査ビームにより照明されるときにフィードバック光を生成しうる。次に、走査ビームを制御して、蛍光領域の走査時に周辺サーボ基準マークを走査する。走査ビームは、走査ビームが周辺サーボ基準マークを走査する間はＣＷモード、また、走査ビームが複数の蛍光ストライプを走査する間はパルスモードとなるよう制御される。周辺サーボ基準マークからのフィードバック光を用いて走査ビームのビームパラメータを検出し、また、検出されたビームパラメータを用いて走査ビームを調節する。周辺サーボ基準マークを用いて、ビームフォーカシング、スクリーン上の垂直ビーム位置、及びスクリーン上のビーム出力といった様々な制御を行うことができる。
【００１４】
更に別の実施形態において、走査ビーム表示システムは、時間的に連続する複数の光パルスを有し、画像情報を伝送する励起光の走査ビームを生成する光モジュールと、蛍光領域と、蛍光領域外の周辺サーボ基準マーク領域とを含む蛍光スクリーンとを含むことができる。蛍光領域は、励起光を吸収して、走査ビームにより伝送される画像を生成する可視蛍光光を放射する。蛍光領域は、走査ビームの照明下で第１のフィードバック光信号を生成する複数の第１のサーボ基準マークを含む。周辺サーボ基準マーク領域は、走査ビームの照明下で第２のフィードバック光信号を生成する少なくとも１つの第２のサーボ基準マークを含む。このシステムは更に、第１のフィードバック光信号を受信し、蛍光スクリーン上の複数の光パルスの空間配置を示す第１のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第１の光センサと、第２のフィードバック光信号を受信し、蛍光スクリーン上の走査ビームの光特性を示す第２のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第２の光センサとを含む。光モジュールは、第１のモニタ信号及び第２のモニタ信号に呼応して走査ビームを調節して蛍光スクリーン上の複数の光パルスの空間位置の少なくとも空間配置を制御するフィードバック制御ユニットを含む。
【００１５】
上記のシステムにおけるスクリーンは更に、スクリーンの周辺サーボ基準マーク領域内に形成されるライトパイプを含みうる。このライトパイプは、第２のサーボ基準マークにより生成される第２のフィードバック光信号を受信すべく結合される入力部と、第２の光センサに結合され、受信した第２のフィードバック光信号を第２の光センサに導く出力部とを有する。第２のサーボ基準マークは光学的に透過性であり、走査ビームの透過された部分を、第２のフィードバック光信号としてライトパイプに導く。
【００１６】
第１のスキャナ及び第２のポリゴンスキャナを有する走査ビーム表示システムの例を説明する。１つの例では、そのようなシステムは、光モジュール及びスクリーンを含むことができる。光モジュールは、画像情報を伝送可能な複数の光パルスを有する少なくとも１つの走査ビームを、第１の方向において走査する第１のスキャナと、複数の反射面を有するポリゴンを有する第２のスキャナを含む。ポリゴンは、第１の方向に垂直な第２の方向において少なくとも１つの走査ビームを走査すべく第１の方向における回転軸について回転する。スクリーンは、光モジュールから少なくとも１つの走査ビームを受取るべく位置付けられ、（１）少なくとも１つの走査ビームにより伝送される画像を表示する表示領域と、（２）スクリーン上の少なくとも１つの走査ビームの第２の方向における経路内に位置付けられ且つ第１の方向において互いから離間される複数の基準マークとを含む。各基準マークは、少なくとも１つの走査ビームにより照明されると光モニタ信号を生成する。システムは更に、スクリーンから光モニタ信号を受信し、スクリーン上の各基準マークに対する少なくとも１つの走査ビームの位置オフセット量に関する情報を含む検出器信号を生成すべく位置付けられる光検出器と、検出器信号からポリゴンのピラミッド誤差を測定し、第２のスキャナの走査を制御して、ピラミッド誤差によりもたらされる位置オフセット量を補正する第１のスキャナ制御器とを含む。
【００１７】
２つの方向において走査する２つのスキャナを有する走査ビーム表示システムを動作させる方法も説明する。この方法は、第１のスキャナを用いて、スクリーン上の第１の方向において、画像を伝送すべく複数の光パルスで変調された光の少なくとも１つのビームを走査し、且つ、複数の反射面を有する第２のポリゴンスキャナを用いて、スクリーン上の第２の垂直方向において少なくとも１つのビームを走査して画像を表示することを含む。複数の反射面のそれぞれによって少なくとも１つのビームのビーム走査経路内の位置にそれぞれある、スクリーン上の複数の基準マークを用いて、走査時に少なくとも１つのビームによって照明されるときに、複数のモニタ信号が生成される。各光モニタ信号は、ポリゴンスキャナにおける各反射面のピラミッド誤差によってもたらされる、スクリーン上の各基準マークに対する少なくとも１つのビームの位置オフセット量に関する情報を有する。この方法は更に、スクリーンからの複数の光モニタ信号を検出して、位置オフセット量に関する情報を含む検出器信号を生成することと、検出器信号内の位置オフセット量に呼応して、第１の方向において第１のスキャナの走査を調節して、スクリーン上の少なくとも１つのビームの位置オフセット量を減少することとを含む。
【００１８】
２つのスキャナを有する走査ビーム表示システムの別の例は、画像情報を伝送可能な複数の光パルスを有する励起光の走査ビームを生成する光モジュールと、第１の方向において走査ビームを走査する第１のスキャナと、複数の反射面を有するポリゴンを含み、第１の方向に平行な軸について回転し、複数の反射面を用いて、第２の垂直方向において走査ビームを走査する第２のスキャナと、それぞれ第１の方向にあり、第２の方向において互いから離間される複数の平行蛍光ストライプを有する蛍光領域と、蛍光領域外の周辺サーボ基準マーク領域を含む蛍光スクリーンとを含む。複数の蛍光ストライプは、励起光を吸収して走査ビームにより伝送される画像を生成する可視蛍光光を放射する。蛍光領域は更に、走査ビームの照明下で、第２の方向における複数の蛍光ストライプに対する複数の光パルスの空間配置を示す第１のフィードバック光信号を生成する複数の第１のサーボ基準マークを含む。周辺サーボ基準マーク領域は、走査ビームの照明下で、第１の方向における走査ビームの位置オフセット量を示す第２のフィードバック光信号をそれぞれ生成する複数の第２のサーボ基準マークを含む。このシステムは更に、第１のフィードバック光信号を受信し、複数の蛍光ストライプに対する複数の光パルスの空間配置を示す第１のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第１の光センサと、第２のフィードバック光信号を受信し、各反射面により走査されると、第１の方向における走査ビームの位置オフセット量を示す第２のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第２の光センサと、第１のモニタ信号及び第２のモニタ信号に呼応して走査ビームを調節して、複数の蛍光ストライプに対する複数の光パルスの空間位置の少なくとも空間配置を制御し、且つ、第１の方向における走査ビームの位置オフセット量を減少する制御ユニットとを含む。
【００１９】
本願は更に、複数の反射器面を有し、第１の方向において光ビームを走査するポリゴンスキャナと、光ビームを、第１の方向に垂直な第２の方向において走査させる、反射器を有する第２のスキャナと、第２のスキャナと通信して第２のスキャナの走査を制御する制御ユニットとを含む、２つのスキャナを有する走査ビーム表示システムの一例を説明する。制御ユニットは更に、光ビームにより伝送される画像のフレーム率より高いディザ周波数において第２のスキャナをディザさせて、各走査時に第２の方向における光ビームの方向を往復させて変更する。
【００２０】
更に、本願は、複数の反射器面を有するポリゴンスキャナを用いて、第１の方向において光ビームを走査し、反射器を有する第２のスキャナを用いて、第１の方向に垂直な第２の方向において光ビームを走査する、２つのスキャナを用いる画像表示方法の一例を説明する。この方法は、光ビームの走査を制御して、連続フレームにおいて、各水平走査ラインにおいてポリゴンスキャナの異なる面によって光ビームを走査することを含む。
【００２１】
蛍光スクリーンを有する走査表示システムの蛍光スクリーンからのフィードバック光に基づく様々なサーボ制御技術を説明する。蛍光スクリーンからの光は検出されて、スクリーンへの励起光の走査ビームにおける複数の光パルスのタイミングにおける誤差が監視される。フィードバック光は、例えば、励起光の反射又は散乱光、若しくは、励起光の照明下でスクリーンにより放射される蛍光光でありうる。静的サーボ制御及び動的サーボ制御の両方の例も説明する。静的サーボ制御は、スクリーンに画像が表示されないシステムの起動段階時に行われ、動的サーボ制御は、スクリーンに画像が表示されるシステムの通常動作時に行われる。
【００２２】
上記の及び他の実施例及び実施形態を、図面、以下の詳細な説明、及び特許請求の範囲にて詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】表示されるべき画像情報を伝送する走査レーザービームの励起下で有色光を放射するレーザー励起可能蛍光材料（例えば、リン光体）により形成される蛍光スクリーンを有する例示的な走査レーザー表示システムを示す図である。
【００２４】
【図２Ａ】平行蛍光ストライプを有する１つの例示的なスクリーン構造を示す図である。
【図２Ｂ】図１のスクリーン上の色画素の構造を示す図である。
【００２５】
【図２Ｃ】光励起下で白色光を発光する均一蛍光層の層上に平行光フィルタを配置することにより形成される蛍光ストライプを有する蛍光スクリーンの別の例を示す図である。
【００２６】
【図３−４】２つの異なる走査ビームディスプレイを示す図である。
【００２７】
【図５】複数のレーザービームをスクリーン上に向ける複数のレーザーを有する図３のレーザーモジュールの例示的な一実施例を示す図である。
【００２８】
【図６】各被変調レーザービーム１２０に対する時分割の一例を示す図であって、各色画素時間が、３つの色チャンネルに対する３つの順次的な時間帯に均等に分割される。
【００２９】
【図７】複数の励起レーザービームを用いて連続走査ラインを同時走査する一例を示す図である。
【００３０】
【図８】サーボフィードバック制御とオンスクリーン型光感知ユニットとを用いる走査表示システムの一例を示す図である。
【００３１】
【図９】オンスクリーン型光サーボ検出器を有する蛍光スクリーンの一例を示す図である。
【００３２】
【図１０】サーボフィードバック制御器とオフスクリーン型光感知ユニットとを用いる走査表示システムの一例を示す図である。
【００３３】
【図１１】様々なサーボ制御機能用のフィードバック光を生成するサーボ基準マークを含む周辺基準マーク領域を有する蛍光スクリーンの一例を示す。
【００３４】
【図１２】スクリーン上のアクティブ蛍光領域の始点の基準を供給する周辺基準マーク領域におけるライン開始基準マークを示す図である。
【００３５】
【図１３】図１１のスクリーン用の垂直ビーム位置基準マークの一例を示す図である。
【００３６】
【図１４Ａ】サーボフィードバック制御回路を示す図である。
【図１４Ｂ】スクリーン上の垂直ビーム位置を制御すべく図１３の垂直ビーム位置基準マークを用いるサーボフィードバック制御回路の動作を説明する図である。
【００３７】
【図１５】図１１のスクリーン用の垂直ビーム位置基準マークの別の例を示す図である。
【図１６】図１１のスクリーン用の垂直ビーム位置基準マークの別の例の対応するサーボフィードバック制御回路を示す図である。
【００３８】
【図１７】スクリーン上の垂直ビーム位置のサーボ制御のためにレーザービームの垂直方向を制御するレーザーアクチュエータの一例を示す図である。
【００３９】
【図１８】スクリーン上のビームの焦点を制御するサーボ制御を供給すべく図１１のスクリーン用のビームフォーカス感知マークの一例を示す図である。
【００４０】
【図１９】スクリーン上の励起ビームの光出力を監視する出力感知マークを含む様々な基準マークを含む図１１のスクリーンの一実施例を示す図である。
【００４１】
【図２０Ａ−２０Ｄ】赤色、緑色、及び青色用の試験パターンの検出に基づいた図８の走査表示システムにおけるサーボフィードバック制御器の動作を説明する図である。
【００４２】
【図２１】スクリーン上のサーボ基準マークと励起ビームにおける光パルスのタイミングにおける時間変化とに基づいたサーボフィードバック制御器を有する走査表示システムの一例を示す図である。
【００４３】
【図２２−２４】サーボ制御用のフィードバック光を生成するサーボ基準マークを有する蛍光スクリーンの例を示す図である。
【００４４】
【図２５】光パルスのタイミングと、蛍光ストライプを有する蛍光スクリーン上のビーム位置を示す図である。
【００４５】
【図２６】（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、パルスが、蛍光ストライプに垂直な水平走査方向に沿った異なるビーム位置においてオンにされる場合の蛍光スクリーンにおけるストライプデバイダ上のサーボ基準マークの動作を説明する図である。
【００４６】
【図２７】蛍光スクリーンにおけるストライプデバイダ上のサーボ基準マークによる反射励起信号の空間依存性を示す図である。
【００４７】
【図２８】サーボ基準マークがストライプデバイダ上に形成される場合の反射励起信号に対し３つの異なる出力レベルを有する副画素における３つの領域を示す図である。
【００４８】
【図２９−３２】励起ビームにおける光パルスのタイミングへの周期的時間遅延信号に呼応するストライプデバイダ上に形成されたサーボ基準マークの動作を説明する図である。
【００４９】
【図３３】図２０、図３０、図３１、及び図３２に示す励起ビームにおける光パルスのタイミングへの周期的時間遅延信号に基づいた、ストライプデバイダ上のサーボ基準マークから反射された信号からの誤差信号の生成を説明する図である。
【００５０】
【図３４−３６】１つの水平走査の一部についての走査時間、ピーク検出器の各出力、及びサンプリングクロック信号の関数として検出された反射フィードバック光の測定結果を得るべくＣＷモードで蛍光スクリーンを走査することで蛍光スクリーンを較正する例を示す図である。
【００５１】
【図３７】図５に示す走査ディスプレイにおける垂直スキャナ（例えば、ガルボミラー）の走査を説明する図である。
【００５２】
【図３８−３９Ｂ】スクリーン上のビーム位置へのポリゴンスキャナのピラミッド誤差の影響を示す図である。
【００５３】
【図４０】図５の走査ディスプレイにおける垂直スキャナのディザリング動作を説明する図である。
【００５４】
【図４１−４２】走査表示システムにおけるポリゴンスキャナの面のピラミッド誤差を検出する、スクリーンの周辺領域における垂直基準マークの使用を説明する図である。
【００５５】
【図４３】ピラミッド誤差モニタメカニズム及びピラミッド誤差補正メカニズムを実施する走査ビーム表示システムの一例を示す図である。
【００５６】
【図４４】図４３の設計に基づいた例示的なシステムにおける１ビデオフレームでのピラミッド誤差の補正を説明する図である。
【００５７】
【図４５】３つの光検出器を用いて蛍光スクリーンからの３つの異なる色の光を収集及び検出するサーボフィードバック制御のためのサーボ検出設計の一例を示す図である。
【００５８】
【図４６−４７】例えば、表示システムの起動時であるスクリーンが画像を表示しない間にレーザーパルスにおけるタイミング誤差を補正する静的サーボフィードバック信号を供給すべく図４５における２つの検出器における差に基づいた差分信号の使用を説明する図である。
【００５９】
【図４８】表示システムの通常動作時の動的サーボ制御信号の生成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
本願に記載する走査ビーム表示システムの例は、垂直走査ミラー及び回転ポリゴンミラーを使用して１以上の走査ビームを含む２次元走査をスクリーンに供給して画像を形成する。ビームは、最初に垂直走査ミラーに向けられ、次に水平ポリゴンミラーに向けられうる。又は、逆の順番でもよい。動作時、ポリゴンスキャナを走査することにより水平ラインをトレースする際、垂直走査ミラーは、水平ラインを垂直方向に動かすよう動作する。垂直走査ミラーは、例えば、垂直スキャナとしてガルバノメータに係合されたミラーを使用することにより実施することができる。
【００６１】
ポリゴンミラー上の異なるミラー面は、ポリゴンスキャナの回転軸（例えば、垂直方向）に対して厳密に同じ向きにない場合があり、従って、異なる面が、同じビームを異なる垂直方向に方向付ける場合がある。この面間の偏差は、ピラミッド誤差として知られ、ポリゴンスキャナの異なる面によって走査される異なる水平ラインの垂直方向の位置に誤差をもたらしうる。このピラミッド誤差は、スクリーン上の画質を低下してしまう。ポリゴンにピラミッド誤差がない場合、垂直走査ミラーが垂直方向において一定の走査速度で動作する場合は、異なる面によって走査されたスクリーン上の複数の水平ラインは、等間隔を有する。しかし、ポリゴンスキャナにピラミッド誤差がある場合、垂直スキャナが垂直方向において一定の走査速度で動作しても、異なる面からのスクリーン上の複数の水平ラインは、等間隔を有さない。２つの隣接する水平走査ライン間のライン間隔における変動は、ポリゴンスキャナの各隣接面の向きにおける差に依存する。このような不均等なライン間隔は、表示画像を歪ませ、色、解像度といった画質、及び、スクリーン上に表示される画像の他の品質ファクタを劣化してしまう。
【００６２】
ポリゴンスキャナは、ピラミッド誤差を最小限にすべく高精度に設計及び製造することができる。しかし、ピラミッド誤差の少ないポリゴンは高価となりうる。費用を削減することを目的として、ピラミッド誤差補正メカニズムをシステム内に実装して、取り付けられたポリゴンスキャナの既知のピラミッド誤差を補正することができる。このような補正メカニズムの実装は、ディスプレイの性能を下げることなく、ピラミッド誤差を有する相対的に安価なポリゴンを使用することを可能にする。更に、ポリゴンスキャナの面の向きは、温度変化及び他の環境的な要因（例えば、湿度）、ポリゴンスキャナに使用する材料の経年変化等といった様々な要因から時間の経過と共に変化しうる。更に、システム内のポリゴンスキャナは、元のポリゴンの機能不良又は故障により異なるポリゴンスキャナと交換される場合があり、このような交換によりピラミッド誤差が変わってしまう場合がある。というのは、２つの異なるポリゴンは、異なるピラミッド誤差を有する傾向があるからである。従って、ピラミッド誤差に変動があっても高画質を維持することを目的として、ピラミッド誤差補正メカニズムは、面のピラミッド誤差の変化に応じてピラミッド誤差を調節可能に補正すべく設計されることが可能である。
【００６３】
本願は、ピラミッド誤差を補正する技術及び補正メカニズムの例と、走査ビームディスプレイの他の側面を記載する。記載するピラミッド誤差を補正する技術及び補正メカニズムは、「パッシブ」スクリーンを有する走査ビームディスプレイ及びアクティブスクリーンを有する走査ビームディスプレイのどちらでも実施することができる。パッシブスクリーンは、発光しないが、光反射、光拡散、光散乱、及び光回折といったメカニズムの１つ又は組み合わせによって１以上の走査ビームの光を観察者に対して可視とする。例えば、パッシブスクリーンは、受取った走査ビームを反射又は散乱させて画像を表示することができる。アクティブスクリーンは、１以上の走査ビームを吸収することで発光し、発光は、表示画像を形成する光の一部又は全部を形成する。このようなアクティブスクリーンは、画像を生成すべくスクリーンによって受取られた１以上の走査ビームの光励起下で発光する１以上の蛍光材料を含みうる。本願では、１以上の走査励起レーザービームの励起下のリン光体材料を有するスクリーンを、様々なシステムにおける光励起される蛍光材料の特定の実施例として記載する。
【００６４】
以下のセクションは、まず、画像を生成すべく光励起下で発光する蛍光材料を有する蛍光スクリーンを使用する走査ビーム表示システム及び装置の例を記載し、次に、パッシブスクリーン又はアクティブスクリーンを用いる走査ビーム表示システムにおいて使用されるピラミッド誤差補正の技術及びメカニズムを記載する。
【００６５】
蛍光スクリーンを使用する走査ビーム表示システムは、励起レーザー光を吸収して有色光を発光することにより画像を生成するレーザー励起可能な蛍光スクリーンを用いたレーザー型ベクトルスキャナ表示装置及びレーザー型映像表示装置を含む。蛍光材料を用いたスクリーン設計の多様な例について記載する。１以上の走査励起レーザービームにより励起された状態にあるリン光体材料を用いたスクリーンについて詳細に述べ、且つ、これを本願における多様なシステム・装置例において光励起状態にある蛍光材料の具体的実施例として用いる。一実施例においては、例えば、レーザービームにより光学的に励起されて、カラー画像を形成するのに適した、赤、緑、及び青色の光をそれぞれ生成する３つの異なるカラーリン光体を、スクリーン上に赤、緑、青の平行なリン光体ストライプの繰り返しとして形成可能である。本願に記載する様々な例においては、赤、緑、青の光を発光する平行なカラーリン光体ストライプを含んだスクリーンを用いてレーザー型表示装置の多様な特性について説明する。リン光体材料は蛍光材料の一種である。例に記載する、蛍光材料としてリン光体を用いる多様なシステム、装置、特徴的構成は、その他の、つまりリン光体でない、光励起可能な発光蛍光材料により製造されるスクリーンを用いたディスプレイに適用することができる。
【００６６】
例えば、量子ドット材料は、適切に光励起されることにより発光するので、本願におけるシステム及び装置の蛍光材料として使用することができる。より具体的には、半導体化合物、とりわけ、ＣｄＳｅとＰｂＳを、発光量子ドット材料として、直径がおおよそ当該化合物の励起子ボーア半径である粒子の形状にて形成することができる。異なる色の光を生成するためには、異なるエネルギーバンドギャップ構造を有する異なる量子ドット材料を用いることにより、同一の励起光の下で異なる色を発光してよい。量子ドットの中には、大きさが２乃至１０ナノメーターであって、原子を数十個、例えば１０乃至５０個含むものがある。量子ドットを多様な材料に分散・混合して溶液、粉末、ゼリー状マトリクス材、及び固体（例えば固溶体）を形成してよい。本願におけるシステム又は装置用のスクリーンとしての基板の上に、量子ドットフィルム又はストライプ状フィルムを形成してよい。一実施例においては、例えば、３種の異なる量子ドット材料を光ポンプとしての走査レーザービームにより光学的に励起されるように設計・処理して、カラー画像を形成するのに適した赤、緑、青の光を生成することができる。このような量子ドットを平行線（たとえば、順次的に繰り返す赤色画素ドットライン、緑色画素ドットライン、及び青色画素ドットライン）上に配列された画素ドットとしてスクリーン上に形成してよい。
【００６７】
本明細書において記載するレーザー型表示技術及びシステムのいくつかの実施例においては、少なくとも１本の走査レーザービームを用いてスクリーン上に堆積されたカラー光発光材料を励起することによりカラー画像を生成する。走査レーザービームを変調して赤、緑、青、又はその他の可視色の画像を載せ、レーザービームにより赤、緑、青のカラー光発光材料がそれぞれ赤、緑、青の画像で励起されるように制御する。それゆえ、走査レーザービームは画像を搬送するが、観察者に観察される可視光を直接的には生成しない。それに代えて、スクリーン上のカラー光発光蛍光材料が走査レーザービームのエネルギーを吸収して赤、緑、青、又はその他の色の可視光を発光し、観察者に観察される実際のカラー画像を生成する。
【００６８】
蛍光材料を、当該蛍光材料を発光または冷光発光させるのに十分なエネルギーを有する１以上のレーザービームを用いてレーザー励起することは、光励起の多様な形態のうちの一種である。その他の実施例においては、スクリーン内に使用される蛍光材料を励起するのに十分なエネルギーを有する、レーザーでない光源により光励起状態を生成してよい。レーザーでない励起光源の例としては、多様な発光ダイオード（ＬＥＤ）、ランプ、及び、高エネルギー光を可視領域の低エネルギー光へと変換する蛍光材料が励起される波長またはスペクトル帯の光を生成するその他の光源がある。スクリーン上の蛍光材料を励起する励起光ビームは、蛍光材料により発光される可視光の周波数より高い周波数またはスペクトル域のものであってよい。それゆえ、励起光ビームは紫のスペクトル域及び紫外線（ＵＶ）のスペクトル域のもの、例えば、４２０ｎｍ未満の波長のものであってよい。以下に記載する例においては、ＵＶ光またはＵＶレーザービームがリン光体材料又はその他の蛍光材料の励起光の例として用いられるが、その他の波長の光であってよい。
【００６９】
図１は、カラーリン光体ストライプを含むスクリーンを用いたレーザー型表示システムの一例を示す。或いは、カラーリン光体ドットを用いてスクリーン上の画像画素を画定してよい。このシステムには、少なくとも１本の走査レーザービーム１２０を生成してスクリーン１０１に投射するレーザーモジュール１１０が含まれる。スクリーン１０１は垂直方向に平行なカラーリン光体ストライプを有しており、赤色リン光体はレーザー光を吸収して赤色光を発光し、緑色リン光体はレーザー光を吸収して緑色光を発光し、青色リン光体はレーザー光を吸収して青色光を発光する。隣接する３つのカラーリン光体ストライプは、それぞれ異なる３つの色を有している。ストライプの１つの特定的な空間的色連続体を、図１において、赤、緑、青にて示す。その他の色連続体を使用してもよい。レーザービーム１２０は、カラーリン光体の光吸収帯域内の波長を有しており、それゆえ、カラー画像の可視色である青、緑、赤よりも短い波長を通常有する。例として、カラーリン光体は、約３８０ｎｍ乃至約４２０ｎｍのスペクトル域内のＵＶ光を吸収して所望の赤、緑、青の光を生成するリン光体であってよい。レーザーモジュール１１０には、ビーム１２０を生成する、ＵＶダイオードレーザー等の１以上のレーザーと、ビーム１２０を水平かつ垂直に走査させて１回につき１画像フレームをスクリーン１０１に表示するビーム走査メカニズムと、ビーム１２０を変調して赤色、緑色、及び青色の画像チャネル毎の情報を伝送させる信号変調メカニズムとを含めることができる。このような表示システムを、観察者とレーザーモジュール１１０がスクリーン１０１の両側に位置するリアスキャナシステムとして構成してよい。或いは、このような表示システムを、観察者とレーザーモジュール１１０がスクリーン１０１の同じ側に位置するフロントスキャナシステムとして構成してよい。
【００７０】
図２Ａは、図１のスクリーン１０１の例示的な設計を示す。この特定の例におけるスクリーン１０１は、走査レーザービーム１２０を透過させ、レーザーモジュール１１０に面して走査レーザービーム１２０を受取る背面基板２０１を含む。第２の正面基板２０２は、背面基板２０１に対して固定され、蛍光光が観察者に向かって基板２０２を透過するよう観察者に面する。カラーリン光体ストライプ層２０３が、基板２０１と２０２との間に配置され、リン光体ストライプを含む。赤色、緑色、及び青色を放射するカラーリン光体ストライプは、それぞれ、「Ｒ」、「Ｇ」、及び「Ｂ」と表す。正面基板２０２は、リン光体ストライプが放射する赤色、緑色、及び青色を透過する。基板２０１及び２０２を、ガラス製又はプラスチック製パネルを含む多様な材料から形成してよい。各色画素には、水平方向に隣接する３つのカラーリン光体ストライプそれぞれの一部が含まれており、各色画素の垂直方向寸法はレーザービーム１２０の垂直方向におけるビーム拡がりにより画定される。従って、各色画素は、３つの異なる色（例えば、赤、緑、及び青）の３つの副画素を含む。レーザーモジュール１１０は、レーザービーム１２０を１回につき１水平ラインずつ、たとえば左から右、上から下へと走査させてスクリーン１０１全体を走査する。レーザーモジュール１１０は、レーザービーム１２０とスクリーン１０１上の各画素位置が適切な配置となることを保証すべく所定の方法でビーム１２０による走査を制御できるように、スクリーン１０１に対して適切な位置に固定される。
【００７１】
図２Ａでは、走査レーザービーム１２０は画素内の緑色リン光体ストライプに向けられ、当該画素について緑色光が生成される。図２Ｂは、更に、スクリーン１０１の表面に対して直交する方向に沿ったスクリーン１０１の動作を図示する。各カラーストライプは縦長形状であるので、ビーム１２０の断面図をストライプの方向に沿って引き伸ばされた形状として、画素の各カラーストライプ内においてビームの充填率を最大化しうる。これは、レーザーモジュール１１０内にビームを整形するための光学素子を使用することにより達成されうる。スクリーン上のリン光体材料を励起する走査レーザービームを生成するために用いられるレーザー源は、単一モード・レーザーでも、マルチモード・レーザーであってもよい。また、レーザーは、ビームが各リン光体ストライプの幅に収まるようその拡がりを小さくするために、リン光体ストライプの長手方向に対して直交する方向に沿っては単一モードであってもよい。リン光体ストライプの長手方向に沿っては、レーザービームに多数のモードを付与して、リン光体ストライプを横断する方向でのビーム拡がりよりも大きい面積に対して拡がるようにしてよい。このように、一方向においてはスクリーン上でのビームフットプリントが小さくなるように単一モードにて、その直交方向においてはスクリーン上でのフットプリントがそれより大きくなるように多数モードにてレーザービームを用いることにより、スクリーン上の細長形状の副色画素に適合するようにビームを整形することができ、また、スクリーンに十分な輝度を確保するために、マルチモードによりビームに十分なレーザー出力を付与することができる。
【００７２】
或いは、図２Ｃは、混合されたリン光体の連続及び均一な層２２０を有する蛍光スクリーン設計の一例を示す。この混合リン光体層２２０は、励起光１２０の光励起下で白色光を発光するよう設計及び構成される。混合リン光体層２２０における混合されたリン光体は、様々に設計可能であり、また、白色光を発光する混合リン光体の組成は多く既知であり文書化されている。特に、赤透過フィルタ、緑透過フィルタ、及び青透過フィルタといったカラーフィルタの層２１０が、混合リン光体層２２０の観察者側に配置されて白色光をフィルタリングし、有色出力光を生成する。層２１０及び２２０は、基板２０１と２０２との間に挟まれていてもよい。カラーフィルタは、カラーＬＣＤパネルに使用されるようなカラーフィルタに類似する設計を含む様々な構成で実施することができる。例えば、赤透過フィルタといった各カラーフィルタの領域において、フィルタは、赤色光を透過し、緑色光及び青色光を含む他の色の光を吸収する。層２１０における各フィルタは、所望の透過帯域を有するバンドパス干渉フィルタとなりうる多層構造でありうる。様々な設計及び技術を用いてそのようなフィルタを設計及び構成しうる。例えば、「Three color LCD with a black matrix and red and/or blue filters on one substrate and with green filters and red and/or blue filters on the opposite substrate」なる名称の米国特許番号第５，５８７，８１８号及び「Color liquid crystal display having a color filter composed of multilayer thin films」なる名称の米国特許番号第５，６８４，５５２号に、図２Ｃのスクリーン設計に用いうる赤、緑、及び青色フィルタが記載される。従って、本願に記載する様々な例における蛍光スクリーン１０１の蛍光ストライプは、光励起下で指定の色を放射し、また、図２Ａにおける指定の色を放射する特定の蛍光材料から形成される蛍光ストライプであっても、図２Ｃにおけるカラーフィルタストライプと白色蛍光層の組み合わせであってもよい。
【００７３】
図１のレーザーモジュール１１０における光変調は、２つの異なる構成で実施することができる。図３は、図１におけるディスプレイの実施例を示し、ここでは、ダイオードレーザーといったレーザー源３１０が直接変調されて、赤、緑、及び青の画像信号を伝送する被変調励起ビーム３１２が生成される。この実施例におけるレーザーモジュール１１０は、レーザー源３１０を直接変調する信号変調制御器３２０を含む。例えば、信号変調制御器３２０は、レーザー源３１０としてのレーザーダイオードの駆動電流を制御することができる。次に、ビーム走査及び結像モジュール３３０は、被変調励起ビーム３１２を走査励起ビーム１２０として走査してスクリーン１０１に投射し、カラーリン光体を励起させる。
【００７４】
或いは、図４は、図１におけるディスプレイの別の実施例を示し、ここでは、レーザー源４１０を用いてＣＷ未変調励起レーザービーム４１２を生成し、光変調器４２０を用いてＣＷ励起レーザービーム４１２を赤、緑、青の画像信号により変調して、被変調励起ビーム４２２を生成する。光変調器４２０は、信号変調制御器４３０を用いて制御される。例えば、音響光学変調器又は電気光学変調器を光変調器４２０として使用してよい。光変調器４２０からの被変調ビーム４２２は、ビーム走査及び結像モジュール３３０により走査励起ビーム１２０として走査され、スクリーン１０１上に投射される。
【００７５】
図５は、図１におけるレーザーモジュール１１０の例示的な実施例を示す。複数のレーザーを有するレーザーアレイ５１０を使用して複数のレーザービーム５１２を生成し、スクリーン１０１を同時に走査してディスプレイの輝度を高める。レーザーアレイ５１０は、アレイ状に配置された別個の複数チップ上の別個のレーザーダイオード、アレイ状に配置された複数の集積されたレーザーダイオードを有するモノリシックレーザーアレイチップといった様々な構成で実施することができる。信号変調制御器５２０は、レーザーアレイ５１０におけるレーザーを制御且つ変調すべく設けられ、それにより、レーザービーム５１２はスクリーン１０１上に表示されるべき画像を伝送するよう変調される。信号変調制御器５２０は、３つの異なる色チャネルに対してデジタル画像信号を生成するデジタル画像プロセッサと、デジタル画像信号を伝送するレーザー制御信号を生成するレーザー駆動回路を含みうる。レーザー制御信号は、次に、例えば、レーザーダイオードの電流といったレーザーアレイ５１０におけるレーザーを変調すべく適用される。
【００７６】
ビーム走査は、垂直走査にはガルボミラーといった走査ミラー５４０を、水平走査には多面ポリゴンスキャナ５５０を用いて実現される。走査レンズ５６０を使用して、ポリゴンスキャナ５５０からの走査ビームをスクリーン１０１上に投射する。走査レンズ５６０は、レーザーアレイ５１０における各レーザーをスクリーン１０１上に結像するよう設計される。ポリゴンスキャナ５５０の異なる反射面のそれぞれは、Ｎ個の水平ラインを同時に走査する（Ｎは、レーザーの数）。図示する例では、レーザービームは、最初に、ガルボミラー５４０に向けられ、次に、ガルボミラー５４０からポリゴンスキャナ５５０に向けられる。次に、出力された走査ビーム１２０は、スクリーン１０１上に投射される。リレー光学モジュール５３０がレーザービーム５１２の光路に配置されてレーザービーム５１２の空間的特性を変更し、また、リン光体を励起しリン光体により放射される有色光により画像を生成するようスクリーン１０１上に投射される走査ビーム５２０として、ガルボミラー５４０及びポリゴンスキャナ５５０による走査のための最密のビーム束５３２を生成する。
【００７７】
レーザービーム１２０は、異なる時間で異なる色画素に衝突すべくスクリーン１０１を空間横断的に走査する。従って、各被変調ビーム１２０は赤、緑、青色の画像信号をそれぞれ異なる時間に各画素に対して搬送し、また、異なる時間に異なる画素に対して搬送する。それゆえ、ビーム１２０は、信号変調制御器５２０によって、異なる画素に対して異なる時間に画像情報により符号化される。従って、スクリーン１０１上の空間画素に対してビーム走査を介してビーム１２０内の適時に符号化された画像信号が写像される。
【００７８】
例えば、図６は、各被変調レーザービーム１２０に対する時分割の一例を示し、ここでは、各色画素時間が、３つの色チャネルに関する３つの順次的な時間帯へと均等に分割される。ビーム１２０の変調には、パルス幅変調、パルス振幅変調、又は、パルス幅変調とパルス振幅変調の組み合わせといったパルス変調技術を用いて、各色において所望のグレースケールを、各画素において適切な色配合を、また、所望の画像輝度を生成しうる。
【００７９】
スクリーン１０１への複数のビーム１２０は、異なる且つ隣接する垂直方向の位置に位置付けられ、２つの隣接するビームは、垂直方向に沿ってスクリーン１０１の１水平ライン分、スクリーン１０１上で互いから離間される。ガルボミラー５４０及びポリゴンスキャナ５５０の所与の位置において、複数のビーム１２０は、スクリーン１０１上で垂直方向に沿って互いに揃っていない場合があり、水平方向に沿ってスクリーン１０１上の異なる位置にある場合がある。複数のビーム１２０は、スクリーン１０１の一部を走査することができる。ガルボミラー５４０の固定角度位置において、ポリゴンスキャナ５５０の回転によって、レーザーアレイ５１０におけるＮ個のレーザーからのビーム１２０は、スクリーン１０１上のＮ個の隣接する水平ラインを含む１つのスクリーンセグメントを走査する。各水平走査の終わりにおいて、ガルボミラー５４０は異なる固定角度位置に調節され、それにより、全Ｎ個のビーム１２０の垂直方向の位置が調節され、Ｎ個の水平ラインを含む次の隣接スクリーンセグメントを走査する。この処理は、スクリーン１０１全体が走査されるまで繰り返され、フルスクリーンディスプレイが生成される。
【００８０】
図７は、一度に複数の走査レーザービーム１２０を用いる１スクリーンセグメントの上述の同時走査を説明する。視覚的に、ビーム１２０は、スクリーン１０１の画像領域の開始エッジから終了エッジの間の１つのスクリーンセグメントを走査すべく、一度に、スクリーン１０１を横切る１つの太い水平ストロークを「塗り」、次に、垂直方向にずれた隣接スクリーンセグメントを走査すべくもう１つの太い水平ストロークを「塗る」、ペイントブラシのように動作する。レーザーアレイ３１０が３６のレーザーを有すると仮定すると、スクリーン１０１の１０８０ラインのプログレッシブ走査では、完全走査のためには３０の垂直スクリーンセグメントの走査が必要となる。従って、この構成は、事実上、スクリーン１０１を垂直方向に沿って複数のスクリーンセグメントに分割し、それにより、Ｎ個の走査ビームが一度に１つのスクリーンセグメントを走査し、このとき、各走査ビームは、１つのスクリーンセグメントにおける１つのラインのみを走査し、異なるビームが、当該スクリーンセグメントにおける異なる連続ラインを走査する。１つのスクリーンセグメントが走査された後、Ｎ個の走査ビームは一緒に動かされて、次の隣接スクリーンセグメントを走査する。
【００８１】
複数のレーザービームを用いる上述の設計では、各走査レーザービーム１２０は、スクリーン全体の幾つかのライン数のみを垂直方向に沿って走査し、このライン数は、スクリーンセグメントの数と等しい。従って、水平走査用のポリゴンスキャナ５５０は、単一のビームが全スクリーンの全ラインを走査する単一ビーム設計に必要な走査速度よりも低速で動作することができる。所与の数であるスクリーン上の水平ラインの総数（例えば、ＨＤＴＶでは、１，０８０のライン）について、スクリーンセグメントの数は、レーザー数が増加すると減少する。従って、３６のレーザーの場合は、ガルボミラー及びポリゴンスキャナは１フレームあたり３０ラインを走査し、一方、１０のレーザーしかない場合は、１フレームあたり全部で１０８ラインが走査される。従って、多数のレーザーを使用することによって、使用するレーザー数に略比例する画像輝度を増加することができ、また、同時に、走査システムの応答速度を有利に減少することができる。
【００８２】
本明細書に記載する走査ディスプレイシステムは、当該システムを特定の画質で適切に動作させることを目的として製造過程において較正されることが可能であり、それにより、レーザービームのオン及びオフのタイミングと、スクリーン１０１における蛍光ストライプに対するレーザービームの位置が既知であり、また、許容差内となるよう制御される。しかし、スクリーン１０１及びシステムのレーザーモジュール１０１における構成要素は、走査装置のジッタ、温度又は湿度の変化、重力に対するシステムの向きの変化、振動による沈下、経年変化等の様々な要因によって時間の経過と共に変化する。このような変化は、時間の経過と共にスクリーン１０１に対するレーザー源の位置決めに影響を与え、従って、工場において設定された配置は、このような変化によって変わってしまう。特に、このような変化は、可視で、しばしば望ましくない影響を表示画像にもたらしうる。例えば、走査励起ビーム１２０におけるレーザーパルスが、水平走査方向に沿ってのスクリーンに対する走査ビーム１２０の配置ずれによって当該レーザーパルスの意図するターゲット副画素に隣接する副画素に衝突してしまう場合がある。このようなことが発生する場合、表示される画像の色合いが画像の意図した色合いから異なってしまう。従って、意図する画像において赤色の旗が、スクリーン上で緑色の旗として表示されてしまう場合がある。別の例として、走査励起ビーム１２０におけるレーザーパルスが、水平走査方向に沿ってのスクリーンに対する走査ビーム１２０の配置ずれによって意図するターゲット副画素とその意図するターゲット副画素の隣接副画素の両方に衝突してしまう場合がある。このようなことが発生する場合、表示される画像の色合いは、画像の意図した色合いから異なり、また、画像解像度が劣化してしまう。これらの変化による可視の影響は、スクリーンディスプレイの解像度が増加するに従って増加しうる。なぜなら、画素が小さいということは、位置変化に対する許容が小さいことを意味するからである。更に、スクリーンのサイズが増加するに従って、配置合わせに影響を与える変化の影響はより顕著となる。これは、大きいスクリーンに関連付けられるモーメントアームが大きいということは、角度誤差がスクリーン上の大きい位置誤差をもたらすことを意味するからである。例えば、既知のビーム角度に対するスクリーン上のレーザービームの位置が時間の経過と共に変化する場合、画像に色ずれが生じる。この影響は目立つので、観察者にとっては望ましくない。
【００８３】
本明細書において、所望の画質を達成すべく所望の副画素への走査ビーム１２０の適切な配置合わせを維持する様々な配置合わせメカニズムの実施例を提供する。これらの配置合わせメカニズムには、蛍光領域と蛍光領域外の１以上の周辺領域との両方にあり、励起ビーム１２０によりもたらされるフィードバック光を供給し、スクリーンでの走査ビームの位置及び他の特性を表すスクリーン上の基準マークが含まれる。フィードバック光は、１以上の光サーボセンサを用いることで測定でき、それにより、フィードバックサーボ信号が生成される。レーザーモジュール１１０におけるサーボ制御器は、このフィードバックサーボ信号を処理してビームの位置決め及びスクリーン上のビームの他の特性に関する情報を抽出し、また、それに応答して、走査ビーム１２０の方向及び他の特性を調節して表示システムの適切な動作を確実にする。
【００８４】
例えば、フィードバックサーボ制御システムが、観察者は見ることのできない表示領域外に位置付けられた周辺サーボ基準マークを使用して、蛍光ストライプに対して垂直である水平走査方向に沿った水平方向の位置決め、蛍光ストライプの長手方向に沿った垂直方向の位置決め、画像鮮鋭度を制御するためのスクリーンへのビームフォーカシング、及び画像輝度を制御するためのスクリーンへのビーム出力といった様々なビーム特性を制御すべく提供されうる。別の例として、スクリーン較正手順が表示システムの起動時に行われてもよく、それにより、ビーム位置情報を、時間領域におけるスクリーン上の副画素の正確な位置を有する較正マップとして測定する。この較正マップはレーザーモジュール１１０により用いられて、所望の色純度を達成すべく走査ビーム１２０のタイミング及び位置決めを制御する。更に別の例として、ダイナミックサーボ制御システムを提供し、観察者の視聴経験に影響を与えることなくフィードバック光を供給する、スクリーンの蛍光領域におけるサーボ基準マークを使用することで表示システムの通常の動作時に較正マップを定期的に更新することができる。
【００８５】
以下のセクションでは、まず、スクリーン検出技術及びサーボフィードバック実施例を説明する。
【００８６】
２つの光検出方法を用いて、蛍光領域の開始エッジといったスクリーン上の副画素又は選択された位置でありうるスクリーン上のターゲット特徴に対するビームの位置を検出することができる。第１の光検出方法では、ターゲット特徴用のサーボ基準マークに衝突する光は、フィードバック光として、空気又は他の媒体を介して、１以上の光サーボ感知検出器に到達するよう案内される。光サーボ感知検出器は、フィードバック光の光学的な光レベルを電気的な振幅信号に変換する。第２の光検出方法は、空気中に配置された１以上の光サーボ感知検出器を使用して、スクリーン上のサーボ基準マークからの拡散光を、サーボ制御用のフィードバック光として収集する。拡散光の検出では、光サーボ感知検出器は、半球レンズといった集光レンズの背後に配置されることが可能である。放射線検出器を使用して、例えば、広角スペクトルで光を拡散させるターゲットである拡散型ターゲットからのフィードバック光を検出することができる。拡散型ターゲットの一例としては、白色塗料を有する表面といった粗表面がある。これらの技術は共に、反射性又は透過性のサーボ基準マークと共に使用することができる。
【００８７】
図８は、オンスクリーン型光感知ユニットとフィードバック制御器とを有し、レーザーモジュール１１０が水平方向における配置ずれを補正できるようにする例示的な走査ビーム表示システムを示す。スクリーン１０１は、スクリーン１０１上の色副画素の応答を光学的に測定し、センサフィードバック信号８１２を生成するオンスクリーン型光感知ユニット８１０を含む。レーザーモジュール１１０は、当該レーザーモジュール１１０がスクリーン１０１からのフィードバック信号８１２に応答して配置ずれを補正できるようにするフィードバック制御器を有する。
【００８８】
図９は、赤色光、緑色光、及び青色光にそれぞれ応答する３つの光学的「直接型」検出器ＰＤ１、ＰＤ２、及びＰＤ３を含むオンスクリーン型光感知ユニット８１０の一例を示す。この具体例では、３つのビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、及びＢＳ３が、１色画素の赤色、緑色、及び青色の副画素の後ろにそれぞれ配置され、当該色画素の色副画素から放射された赤色光、緑色光、及び青色光の一部を、スクリーン１０１の正面基板上に形成された３つの検出器ＰＤ１、ＰＤ２、及びＰＤ３に向けて分割するよう使用される。或いは、上述の赤色、緑色、及び青色光検出器ＰＤ１、ＰＤ２、及びＰＤ３は、スクリーン１０１上に位置付けられて、各検出器がスクリーン１０１上の複数の画素から受光できるようにしてもよい。各光検出器は、その指定された色に対してのみ反応して対応する検出器出力を生成し、他の色を受光する場合には、検出器出力を生成しない。従って、赤色光検出器ＰＤ１は、赤色光のみを検出し、緑色光及び青色光には反応しない。緑色光検出器ＰＤ２は、緑色光のみを検出し、赤色光及び青色光には反応しない。青色光検出器ＰＤ３は、青色光のみを検出し、赤色光及び緑色光には反応しない。このオンスクリーン型光感知ユニット８１０の色選択的な応答は、各検出器がスクリーン１０１からの異なる色の光に露光される場合に、例えば、光検出器ＰＤ１、ＰＤ２、及びＰＤ３のそれぞれの前に赤、緑、及び青の光学バンドパスフィルタを用いることで、又は、光検出器ＰＤ１、ＰＤ２、及びＰＤ３を、指定の色の光のみが、指定の色用の各光検出器に入射することができるよう配置することで達成される。隣接するカラーリン光体ストライプは、スクリーン１０１の水平方向において左から右に赤、緑、及び青の順に配置されると想定する。赤色画像が、レーザーモジュール１１０内のディスプレイプロセッサにより生成された場合を検討する。水平方向の配置が１副画素分ずれている場合、赤色検出器は応答せず、一方、青色検出器又は緑色検出器が出力を生成する。この検出器出力は、レーザーモジュール１１０内のフィードバック制御器によって処理され、水平方向における配置ずれを検出し、それにより、配置ずれを補正すべく走査ビームにおける光パルスのタイミングを調節することができる。
【００８９】
図９に示すビームスプリッタの代替として、ライトガイド又はライトパイプを用いることができる。ライトガイドは、光の一部を光サーボ感知検出器に導く構造である。ライトガイドはスクリーン上に形成され、フィードバック光をライトガイド内の全反射（ＴＩＲ）を介して検出器に方向付ける。
【００９０】
図１０は、放射型検出器を用いてサーボフィードバック制御器を有する別の走査ビーム表示システムを示す。このシステムでは、オフスクリーン型光感知ユニット１０１０を使用して、スクリーンから放射される赤色光、緑色光、及び青色光を検出する。３つの光検出器ＰＤ１、ＰＤ２、及びＰＤ３は、感知ユニット１０１０内に設けられて、それぞれ、赤色蛍光光、緑色蛍光光、及び青色蛍光光を検出する。各光検出器は、スクリーンの全体又は一部からの光を受光するよう設計される。バンドパス光フィルタを、各光検出器の前に配置して、指定の色を選択し、同時に他の色の光を拒否することができる。
【００９１】
スクリーン１０１に関して、追加の配置合わせ基準マークを使用してビームとスクリーンの相対位置とスクリーン上の励起ビームの他のパラメータを求めることができる。例えば、蛍光ストライプを横切る励起ビーム１２０の水平走査時、システムがスクリーン１０１のアクティブ蛍光表示領域の始まりを判断し、システムの信号変調制御器がターゲット画素に光パルスを供給開始できるようライン開始マークを設けることができる。ライン終了マークも、水平走査時にシステムがスクリーン１０１のアクティブ蛍光表示領域の終了を判断することができるよう設けられうる。別の例として、システムがビーム１２０はスクリーン上の適切な垂直方向の位置に向けられているか否かを判断できるよう垂直方向の配置合わせ基準マークを設けることができる。基準マークの他の例としては、スクリーン上のビームスポットサイズを測定するための１以上の基準マーク、及び、励起ビーム１２０の光出力を測定するスクリーン上の１以上の基準マークでありうる。このような基準マークは、アクティブ蛍光スクリーン領域の１以上の周辺領域といったスクリーン１０１のアクティブ蛍光領域外の領域内に配置されることが可能である。
【００９２】
図１１は、周辺基準マーク領域を有する蛍光スクリーン１０１の一例を示す。スクリーン１０１は、画像を表示するための平行蛍光ストライプを有する中央アクティブ蛍光領域２６００と、蛍光ストライプに平行な２つのストライプ状の周辺基準マーク領域２６１０及び２６２０を含む。各周辺基準マーク領域を用いて、スクリーン１０１用の様々な基準マークを供給することができる。一部の実施例では、蛍光ストライプを横切る水平走査が領域２６００の左から右に向けられる場合、第２の領域２６２０はなしで、左の周辺基準マーク領域２６１０だけが設けられる。
【００９３】
このようなスクリーン１０１上の周辺基準マーク領域は、走査表示システムが、当該システムの特定の動作パラメータを監視することを可能にする。特に、周辺基準間マーク領域における基準マークは、スクリーン１０１のアクティブ蛍光表示領域２６００の外側であるので、対応するサーボフィードバック制御機能は、画像を表示すべく励起ビームがアクティブ蛍光表示領域２６００内を走査する表示動作時以外に行われることが可能である。従って、ダイナミックサーボ動作は、観察者に対する画像の表示を干渉することなく行うことができる。この観点から、各走査には、ダイナミックサーボ感知及び制御のために周辺基準マーク領域を励起ビームが走査するＣＷモード期間と、アクティブ蛍光表示領域２６００を励起ビームが走査する際に画像伝送光パルスを生成すべく励起ビームが変調される表示モード期間とを含むことができる。
【００９４】
図１２は、スクリーン１０１の左周辺領域２６１０におけるライン開始（ＳＯＬ）基準マーク２７１０の一例を示す。ＳＯＬ基準マーク２７１０は、スクリーン１０１のアクティブ蛍光領域２６００における蛍光ストライプと平行な光学的に反射性の、拡散性の、又は蛍光性のストライプでありうる。ＳＯＬ基準マーク２７１０は、領域２６００における第１の蛍光ストライプから既知の距離にある位置に固定される。ＳＯＬパターンには、均一の又は可変の間隔を有する複数の垂直ラインが含まれうる。複数のラインは、冗長性、信号対雑音の増加、位置（時間）測定の精度、及び紛失パルス検出のために選択される。
【００９５】
動作時、走査励起ビーム１２０は、周辺基準マーク領域２６１０を通り、次にアクティブ蛍光領域２６００を通る第１の走査によってスクリーン１０１の左から右に走査される。ビーム１２０が周辺基準マーク領域２６１０内にある場合、システムのレーザーモジュール１１０内の信号変調制御器は、ビーム１２０を、画像データを伝送する被変調光パルスのないＣＷモードに設定する。走査励起ビーム１２０がＳＯＬ基準マーク２７１０を走査すると、励起ビーム２７１０による照明によりＳＯＬ基準マーク２７１０が反射、散乱、又は放射した光は、ＳＯＬ基準マーク２７１０の付近に位置付けられるＳＯＬ光検出器において測定することができる。この信号により、ビーム１２０の位置が示される。ＳＯＬ光検出器は、スクリーン１０１上の領域２６１０内の位置又はスクリーン１０１外の位置に固定されることが可能である。従って、ＳＯＬ基準マーク２７１０を用いて、システムの耐用年限の間の定期的な配置合わせ調節が可能となる。
【００９６】
レーザービームは、１つの走査においてビームがＳＯＬマーク２７１０に到達する前に連続的にＣＷビームにされる。ＳＯＬからパルスが検出される場合、レーザーを制御して、画像モードで動作させ、画像データを有する光パルスを伝送させることができる。次に、システムは、画像領域の始まりに対しＳＯＬパルスからの遅延の前の測定値を再呼出しする。この処理は、各ラインが、色ストライプに適切に配置合わせされた画像領域から開始することを確実にすべく各水平走査において行うことができる。補正は、当該のライン用の画像をペイントする前に行われるので、補正にはラグがなく、高周波（最大でライン走査速度）及び低周波の誤差の両方を補正することができる。
【００９７】
ＳＯＬセンサの物理的な実施例としては、領域検出器を有する反射性（正反射性又は乱反射性）のパターン、単一の検出器又は複数の検出器に透過光を収集するライトパイプを有するアパーチャマスクでありうる。
【００９８】
反射法では、反射領域上にあり且つ反射領域上を同時に通過する複数のレーザーは、自己干渉してしまいうる。これを防止する方法は、１回につき１つのアクティブビームしか反射領域上を通過しないようレーザービームの間隔をあけることである。反射の一部は、スクリーンの画像領域から来ているものである可能性が高い。この反射の一部が、ＳＯＬセンサ信号と干渉することを阻止することを目的として、複数のアクティブレーザービームは、所望のアクティブレーザービームが反射性ＳＯＬセンサ領域上を通過する際には任意の反射領域上に他のレーザービームがアクティブでないよう間隔があけられうる。透過法では、画像領域からの反射の影響を受けない。
【００９９】
ＳＯＬマーク２７１０と同様に、ライン終了（ＥＯＬ）基準マークを、例えば、図１１の周辺基準マーク領域２６２０といったスクリーン１０１の反対側に実装することができる。ＳＯＬマークは、画像領域の始まりとのレーザービームの適切な配置合わせを確実にするよう使用される。これは、水平走査全体に亘っての適切な配置合わせを保障するものではない。なぜなら、位置誤差は、スクリーン全体のどこにでも存在しうるからである。ＥＯＬ基準マークとライン終了光検出器を領域２６２０内に実装することにより、画像領域全体に亘ってのレーザービーム位置の線形の２点補正を供給することができる。
【０１００】
ＳＯＬ及びＥＯＬマークの両方が実装される場合、レーザーは、ＥＯＬセンサ領域に到達する前に、連続的に連続波（ＣＷ）モードでオンにされる。ＥＯＬ信号が検出されると、レーザーは、画像モードに戻され、タイミング（又は走査速度）補正計算が、ＳＯＬパルスとＥＯＬパルスとの間の時間差に基づいて行われることが可能である。これらの補正は、次の１以上のラインに適用される。ＳＯＬからＥＯＬへ複数ラインの時間測定は、雑音を少なくするよう平均化されることが可能である。
【０１０１】
蛍光ストライプに垂直な走査方向に沿っての水平ビーム位置の制御に加えて、蛍光ストライプに平行な垂直方向の位置に沿ってのビーム位置も監視及び制御して画質を保障することができる。図２Ｂを参照するに、各蛍光ストライプは、垂直方向に沿っての２画素間に物理的な境界を有さない場合がある。これは、蛍光ストライプに垂直な水平走査方向に沿ってのピクシレーション（pixilation）とは異なる。蛍光ストライプに沿っての画素位置は、スクリーン上の垂直ビーム位置により制御され、それにより、２つの異なる水平走査ライン間に重なり又はギャップがないよう一定且つ均一な垂直画素位置を保障する。図７におけるマルチビーム走査構成を参照するに、複数の励起ビームを使用してスクリーン上の１つのスクリーンセグメント内の連続水平走査を同時に走査する場合、互いに対する複数のレーザーの適切な垂直方向の配置合わせは、スクリーン上の２つの隣接するレーザービーム間の垂直間隔を均一にすること、及び、垂直方向に沿った２つの隣接スクリーンセグメント間の適切な垂直方向の配置合わせを保障するためには重要である。更に、スクリーンに関する垂直方向の位置決め情報を用いて、垂直スキャナ振幅を制御する、及び、垂直スキャナの線形性を測定すべくフィードバックを供給することができる。
【０１０２】
各レーザーの垂直方向における位置は、アクチュエータ、図５におけるガルボミラー５４０といった垂直スキャナ、各レーザービームの光路における調節可能なレンズ、及び、これらの及び他のメカニズムの組み合わせを使用することで調節できる。垂直基準マークをスクリーン上に設けて、スクリーンからレーザーモジュールへの垂直サーボフィードバックを可能にする。１以上の反射性、蛍光性、又は透過性の垂直基準マークを、スクリーン１０１の画像領域に隣接して設けて各励起ビーム１２０の垂直方向における位置を測定することができる。図１１を参照するに、このような垂直基準マークは、周辺基準マーク領域内に配置することができる。１以上の垂直マーク光検出器を用いて、励起ビーム１２０によって照明される場合の垂直基準マークからの反射、蛍光、又は透過光を測定することができる。各垂直マーク光検出器の出力は処理され、ビームの垂直方向における位置に関する情報を用いてスクリーン１０１上の垂直ビーム位置を調節するようアクチュエータを制御する。
【０１０３】
図１３は、垂直基準マーク２８１０の一例を示す。マーク２８１０は、一対の同一の三角基準マーク２８１１及び２８１２を含み、これらは、水平方向における重なりを維持するよう垂直及び水平方向の両方において互いから離間され距離が置かれる。各三角基準マーク２８１１又は２８１２は、垂直方向において領域に変化をもたらすよう向けられ、それにより、ビーム１２０は、水平方向に沿ってマークを走査する際に各マークに部分的に重なる。ビーム１２０の垂直方向における位置が変化するに従って、ビーム１２０とのマーク上の重なり領域はその大きさが変化する。この２つのマーク２８１１及び２８１２の相対位置によって、所定の垂直ビーム位置が定義され、この所定の垂直方向における位置を横切る水平ラインに沿った走査ビームは、２つのマーク２８１１及び２８１２の網掛け領域により示される等しい領域を走査する。ビーム位置が、この所定の垂直ビーム位置より上の場合、ビームは、第１のマーク２８１１において、第２のマーク２８１２におけるマーク領域より大きいマーク領域を走査することになり、ビームによって走査されるマーク領域におけるこの差は、ビーム位置が垂直方向に沿って更に上方に移動するに従って増加する。逆に、ビーム位置が、この所定の垂直ビーム位置より下の場合、ビームは、第２のマーク２８１２において、第１のマーク２８１１におけるマーク領域より大きいマーク領域を走査することになり、ビームによって走査されるマーク領域におけるこの差は、ビーム位置が垂直方向に沿って更に下方に移動するに従って増加する。
【０１０４】
各三角マークからのフィードバック光は、マークに亘って積分され、２つのマークの積分信号（integrated signal）は比較されて差分信号が生成される。差分信号の符号は、所定の垂直ビーム位置からのオフセットの方向を示し、差分信号の大きさは、オフセットの量を示す。励起ビームは、各三角形からの積分光が等しい、即ち、差分信号がゼロである場合に適切な垂直方向の位置にある。
【０１０５】
図１４Ａは、図１３における垂直基準マーク用の、レーザーモジュール１１０における垂直ビーム位置サーボフィードバック制御器の一部としての信号処理回路の一部を示す。ＰＩＮダイオード前置増幅器２９１０は、２つのマーク２８１１及び２８１２からの２つの反射信号（reflected signal）についての差分信号を受信及び増幅し、増幅された差分信号を積分器２９２０に供給する。アナログ−デジタル変換器２９３０が差分信号をデジタル信号に変換すべく設けられる。デジタルプロセッサ２９４０は、差分信号を処理して垂直ビーム位置における調節の量及び方向を決定し、それにより、垂直アクチュエータ制御信号を生成する。この制御信号は、デジタル−アナログ変換器２９５０によってアナログ制御信号に変換され、アクチュエータを調節する垂直アクチュエータ制御器２９６０に供給される。図１４Ｂは更に、単一の光検出器を用いた差分信号の生成を示す。
【０１０６】
図１５は、垂直基準マーク３０１０の別の例を示し、図１６は、サーボ制御回路における信号処理の一部を示す。マーク３０１０は、一対の基準マーク３０１１及び３０１２を含み、これらは、水平走査方向において互いから離間されて距離が置かれ、２つのマーク３０１１と３０１２との間の水平距離ＤＸ（Ｙ）は、垂直ビーム位置Ｙの単調関数である。第１のマーク３０１１は、垂直ストライプであってよく、第２のマーク３０１２は、垂直方向から傾斜角にあるストライプでありうる。スクリーン上の所与の水平走査速度について、ビームが、第１のマーク３０１１から第２のマーク３０２２へと走査する時間は、垂直ビーム位置に応じる。所定の垂直ビーム位置では、ビームが２つのマーク３０１１及び３０１２間を走査する対応走査時間は、固定の走査時間である。１又は２つの光検出器を使用して、２つのマーク３０１１及び３０１２から反射された光を検出し、また、ＣＷモードの励起ビーム１２０に対して２つのマークによって反射された２つの光パルス又はピークを測定して、２つの光パルス間の時間間隔を決定することができる。測定された走査時間と、所定の垂直ビーム位置に対する固定走査時間との間の差を用いて垂直ビーム位置におけるオフセット及びオフセットの方向を決定することができる。次に、フィードバック制御信号を垂直アクチュエータに供給して垂直オフセットを減少する。
【０１０７】
図１６は、図１５における垂直基準マーク用の、レーザーモジュール１１０における垂直ビーム位置サーボフィードバック制御の一部としての信号処理回路の一部を示す。ＰＩＮダイオード前置増幅器３１１０は、水平走査時の２つのマーク３０１１及び３０１２からの反射光を検出する光検出器からの検出器出力信号を受信及び増幅する。増幅された信号は、パルス検出器３１２０によって処理され、反射光における異なる時間での２つの光パルスに対応する対応パルスを生成する。時間間隔測定回路３１３０を使用して２つのパルス間の時間を測定し、この時間測定結果は、アナログ−デジタル変換器３１４０によって、デジタルプロセッサ３１５０により処理されるデジタル信号に変換される。デジタルプロセッサ３１５０は、測定された時間に基づいて垂直ビーム位置における調節量及び方向を決定し、それにより、垂直アクチュエータ制御信号を生成する。この制御信号は、デジタル−アナログ変換器３１６０によってアナログ制御信号に変換され、アクチュエータを調節する垂直アクチュエータ制御器２９６０に供給される。
【０１０８】
垂直基準マークは、図１３に示す単一の三角基準マークを使用しても実施してもよく、この場合、単一の三角基準マーク２８１１又は２８１２は、垂直方向においてマークの水平寸法に変化をもたらすよう向けられ、それにより、ビーム１２０は、水平方向に沿ってマークを走査する際にマークと部分的に重なる。ビーム１２０の垂直方向における位置が変化すると、ビーム１２０により走査されるマークの水平幅も変化する。従って、ビーム１２０がマークを走査すると、マークによって生成される反射又は蛍光光において光パルスが生成され、その生成された光パルスの幅は、垂直ビーム位置に応じたマークの水平幅に比例する。所定の垂直ビーム位置において、光パルスの幅は固定値である。従って、この固定の光パルス幅を基準として用いて、所定の垂直ビーム位置に対するビーム１２０の垂直方向における位置を決定することができる。この決定は、ビーム１２０によるマークの走査に関連付けられる光パルス幅間の差に基づく。光検出器をマークの付近に配置して、マークからの反射又は蛍光光を検出することができ、また、固定値からのパルス幅における差をフィードバック制御としてビーム１２０用の垂直アクチュエータの調節に使用して垂直ビーム位置のオフセットを減少する。
【０１０９】
図７に示すような複数のスクリーンセグメントのうちの１つのスクリーンセグメントにおける複数の連続ラインを同時に走査する複数レーザーを実施する際、２つの別個の垂直位置決めサーボ制御メカニズムを実施することができる。第１の垂直位置決めサーボ制御とは、各スクリーンセグメントにおいて同時に異なるレーザーで走査される異なる水平ラインのライン間の間隔を制御することである。従って、各ラインにおいて、各レーザービームの垂直ビーム位置を制御するためのサーボフィードバックを供給すべく垂直基準マーク及び関連付けられる光検出器が必要である。従って、この第１の垂直サーボ制御メカニズムには、Ｎ個のレーザーのそれぞれに対するＮ個の垂直サーボフィードバック制御が含まれる。
【０１１０】
第２の垂直位置決めサーボ制御とは、１つのスクリーンセグメントの走査完了後に、Ｎ個すべてのレーザービームを隣接するスクリーンセグメントに垂直に動かすべく図５のガルボミラー５４０を使用することで２つの隣接スクリーンセグメント間の垂直方向の配置合わせを制御することである。これは、ガルボミラー５４０を制御して、Ｎ個すべてのレーザービームに対して垂直方向における共通の調節を行うことで達成することができる。図１１の周辺基準マーク領域２６１０における垂直基準マークと、各スクリーンセグメントにおける最上位ライン用の関連付けられる光検出器とを用いて、図１１の周辺基準マーク領域２６１０をビームが依然として走査している間にＮ個のレーザービームの最初のレーザービームの垂直方向における位置を測定することができる。この測定により得られた垂直情報をフィードバック信号として使用してガルボミラー５４０の垂直角度を制御して測定において示された任意の垂直誤差を補正する。ある実施例では、この補正は、当該走査ラインに対する垂直ガルボ５４０への小振幅（マイクロ−ジョグ）補正信号をもたらしうる。
【０１１１】
２つの隣接スクリーンセグメント間の垂直方向における配置合わせは、ガルボミラー５４０の異なるガルボ角におけるガルボ線形性、ポリゴンスキャナ５５０のポリゴンピラミッド誤差、及び、ミラー及びレンズといった様々な反射性及び屈折性の光学素子により引き起こされる光学系歪みを含む幾つかの要因によって決定される。ポリゴンピラミッド誤差は、製造上の公差によるポリゴン５５０の異なるポリゴン面の垂直方向における異なる傾斜角によってもたらされる垂直ビーム位置における誤差である。ポリゴンミラーの１つの製造上の公差は、面のピラミッド誤差である。第２の垂直位置決めサーボ制御を実施することで、ポリゴンピラミッド誤差を補償することができるので、相対的に低価格なポリゴンスキャナを、表示品質を著しく劣化させることなく本走査ディスプレイシステムに用いることができる。
【０１１２】
ガルボマイクロ−ジョグ補正信号に基づいた第２の垂直サーボ制御は更に、ポリゴン５５０のピラミッド誤差値を有するルックアップテーブルを使用することができる。このルックアップテーブル内のピラミッド誤差は、事前測定によって得ることができる。ピラミッド誤差が温度、湿度等によって顕著に変化しない場合は、上述した垂直基準マークを用いて測定した垂直ビーム位置に基づいたサーボフィードバックを使用する必要なく、このルックアップテーブルを用いる方法で十分である。一実施例では、フィードバック制御には、現在、ラインを走査しているポリゴン面を識別する必要であるので、ルックアップテーブルからそのポリゴン面用の対応するピラミッド誤差値を取出すことができる。現在のポリゴン面の識別は、ポリゴン５５０上の面番号センサによって行うことができる。
【０１１３】
個々のレーザーに対する上述した垂直サーボフィードバック制御では、レーザーアクチュエータを使用して、レーザービームの垂直方向の位置をサーボフィードバックに呼応して調節し、また、ビームをスクリーン上の蛍光ストライプに沿った所望の垂直ビーム位置に配置する。図１７は、レーザー３２１０によって生成されたレーザービームを平行にすべくレーザーダイオード３２１０の前に配置されるコリメータレンズ３２３０に係合するレーザーアクチュエータ３２４０の一例を示す。コリメータレンズ３２３０から出る平行ビームは、ガルボミラー５４０及びポリゴンスキャナ５５０によって走査され、走査レンズ５６０によってスクリーン１０１上に投射される。レーザーダイオード３２１０、コリメータレンズ３２３０、及びレンズアクチュエータ３２４０は、レーザマウント３２２０上に取り付けられる。レンズアクチュエータ３２４０は、レーザービームに実質的に垂直な垂直方向に沿ってのコリメータレンズ３２３０の垂直方向の位置を調節することができる。コリメータレンズ３２３０のこの調節は、レーザービームの垂直方向、従って、スクリーン１０１上の垂直ビーム位置を変える。レンズアクチュエータ３２４０は更に、レーザービームの伝播方向に沿ってのコリメータレンズ３２３０の位置、従って、レーザービームへのコリメータレンズ３２３０のフォーカシングも動かしうる。この調節によって、スクリーン１０１上のビームスポットのサイズを変更することができる。
【０１１４】
スクリーン１０１上の各励起ビーム１２０のビームスポットサイズは、所望の表示解像度及び色純度を実現するために各副画素のサイズ未満となるよう制御されなければならない。ビームスポットサイズが各副画素より大きい場合、ビームの一部が隣接する蛍光ストライプに漏出して１つ又は２つの間違った色を励起させ、当該副画素における発光量を低減してしまう。これは、画像解像度及び彩度といった画質を劣化させてしまう。走査表示システムにおける走査励起ビームのフォーカシングは、工場において最適なフォーカシング状態に設定されることが可能である。しかし、この工場でのフォーカシング設定は、温度の変動及び他の要因によって変化してしまう。従って、ビームフォーカシングサーボ制御を実施して適切なビームフォーカシングを維持することができる。
【０１１５】
図１８は、スクリーン１０１上の周辺基準マーク領域２６１０又は２６２０内に位置付けられるフォーカス感知マーク３３１０を示す。フォーカス感知マーク３３１０は、ビームスポットサイズを測定すべく光学的に反射性、蛍光性、又は透過性でありうる。光検出器をフォーカス感知マーク３３１０の付近に配置して、ビームスポットサイズ情報を伝送する検出器信号を生成することができる。サーボフィードバック制御を使用してスクリーン１０１上のレーザービームのフォーカシングを行うことができる。例えば、コリメータレンズ３２３０を、図１７のレンズアクチュエータ３２４０を使用してビーム伝播方向に沿って調節して、スクリーン１０１上のビームのフォーカシングを変更することができる。
【０１１６】
図１８における例では、フォーカス感知マーク３３１０は、蛍光ストライプと平行であり、水平走査方向に沿って周期的なアレイで配置される複数の垂直ストライプマーク３３１１を含む。このストライプの幅と、２つの隣接ストライプ間の間隔は、所望のスポット幅と等しい。動作時、レーザービームは、フォーカス感知マーク３３１０を通過する際は、連続波（ＣＷ）モードで連続的にオンにされる。検出器が、レーザービームがフォーカス感知マーク３３１０を走査する間、フォーカス感知マーク３３１０からの反射（又は透過）光を監視する。ビームスポットサイズが所望のサイズである場合、フォーカス感知マーク３３１０によって生成されるフィードバック光の強度は、トレース３３０２によって示すように１００％の変調を有する正弦波である。ビームスポットサイズが所望のサイズより大きい場合、変調深度が減少する。従って、信号の変調を測定することによって、スポットサイズを推測し、レーザービームのフォーカシングを制御することができる。一部の実施例では、第２のフォーカス感知マークを、異なる深度（レーザーからスクリーンへの光路長）でスクリーン１０１上に配置することができる。２つのフォーカス感知マークから測定された信号変調を比較して、ビームサイズを減少すべくどちらの方向にフォーカシングを行うべきか判断することができる。
【０１１７】
更に出力感知マークをスクリーン１０１の周辺基準マーク領域に設けて走査励起ビーム１２０の一部を検出器内に導きレーザー出力を監視してもよい。この特徴を用いて、動作時にレーザー出力を動的に監視することができる。図１９は、出力感知マーク３４１０として、蛍光ストライプに平行な幅広の垂直ストライプを示す。図１９は更に、周辺基準マーク領域２６１０における他のマークを示す。他の基準マークも領域２６１０内に示す。動作時、レーザーは、出力感知マーク３４１０を通過する前に所定の駆動電流でＣＷモードにされる。レーザーの駆動電流は、異なる走査ラインにおけるレーザー出力を測定する間に変えることができ、それにより、レーザーの出力−電流曲線のリアルタイムマッピングを可能にする。複数の走査ラインから得られた出力測定結果は、検出における雑音を低減すべく平均化することができる。
【０１１８】
図８及び図１０の上述の表示システムにおける水平方向の配置ずれを補正する１つの方法は、緑色検出器が出力を行い、赤及び青色検出器が出力を行わない場合には被変調レーザービーム１２０により伝送される被変調画像信号を１副色画素時間帯分だけ遅延し、又は、青色検出器が出力を行い、赤及び緑色検出器が出力を行わない場合には２副色画素時間帯分だけ遅延するようにレーザーモジュール１１０内のディスプレイプロセッサをプログラムすることである。空間配置ずれの時間遅延による補正は、ディスプレイプロセッサにおけるデジタル処理により実現しうる。レーザーモジュール１１０内の光走査及び結像ユニットの物理的構成の調整は必要でない。或いは、レーザーモジュール１１０内の光結像ユニット及び走査ユニットを調節してスクリーン１０１上の励起ビーム１２０の位置を物理的にずらすことにより、オンスクリーン型光感知ユニット８１０が検出した誤差に応答して水平方向の左または右へと１副画素分だけスクリーン１０１上のレーザー位置を調整しうる。走査レーザービーム１２０を物理的に調節することによる光学的な配置合わせと、光パルスのタイミングを制御することによる電子的又はデジタル的な配置合わせを組み合わせて、適切な水平方向の配置合わせを制御することができる。
【０１１９】
試験パターンを用いて、図８及び１０の表示システムにおける水平方向の配置合わせを確認することができる。例えば、赤、緑、及び青色のうちの１色のフレームを試験パターンとして用いて配置合わせを試験しうる。図２０Ａは、図８及び図９の検出器が埋設された色画素についての試験パターンと、水平方向の配置合わせが適切で誤差がない場合の３つの検出器ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３からの対応出力を示す。この試験パターンは、図１０のシステムにも用いることができる。図２０Ｂ、図２０Ｃ、及び図２０Ｄは、水平方向における配置ずれがある場合に、３つの出力器ＰＤ１、ＰＤ２、及びＰＤ３により生成される３つの異なる応答を示す。これらの検出器の応答は、レーザーモジュール１１０に供給され、水平方向における配置ずれを補正すべく時間遅延技術又はビーム結像光学素子の調節を行うために用いられる。
【０１２０】
図８、図９、及び図１０における上述したサーボ制御の例では、オンスクリーン型又はオフスクリーン型光感知ユニットが個々の有色信号を検出する。様々な実施例において、励起ビームとスクリーン１０１の蛍光ストライプとの間の配置合わせを検出することを目的として、スクリーン１０１に入射する走査励起ビーム１２０の散乱光又は反射光を使用することが好都合でありうる。上述したサーボ基準マークは、スクリーンの蛍光領域外に位置付けられる周辺サーボ基準マークである。以下のセクションでは更に、スクリーンの個々の副画素の中心に対するビームの位置を判断すべく使用されるスクリーンの蛍光領域における画素レベルのサーボ基準マークについて述べる。
【０１２１】
蛍光ストライプの周期的な構造又は蛍光ストライプの周期的な構造上に形成される周期的な特徴を、走査励起ビーム１２０の一部を散乱又は反射させるサーボ基準マークとして使用することができ、また、そのようなサーボ基準マークからの散乱又は反射光は検出されて配置ずれの存在又は配置ずれの方向が測定される。光パルスのタイミングにおける時間変化は、走査励起光ビーム１２０に重畳され、スクリーン上のビームの位置の光検出は、サーボ基準マークによる走査励起ビーム１２０の散乱又は反射光を測定することによって達成される。周期的なサーボ基準マークに対するスクリーン１０１上のビーム位置に関する情報を使用して、スクリーン１０１上のビームの配置合わせを制御する。
【０１２２】
例えば、走査ビーム表示システムのサーボフィードバック制御は、以下のように実施することができる。光パルスにより変調された励起光のビームは、平行蛍光ストライプを有するスクリーン上に投射され、蛍光ストライプに垂直なビーム走査方向において走査されて各蛍光ストライプを励起して画像を形成する可視光を放射させる。例えば、周期的な時間変化といった時間変化を励起光ビームにおける光パルスのタイミングに適用して、スクリーンのビーム走査方向における各光パルスの空間位置を前進又は遅延させる。スクリーンからの励起光ビームの反射は検出されて、各蛍光ストライプに対するビームの位置に応じて変化するモニタ信号が生成される。このモニタ信号内の情報を用いて、蛍光ストライプに垂直なビーム走査方向における意図する又はターゲットの蛍光ストライプの中心に対する光パルスの空間オフセットを示す。この空間オフセットに基づいて、励起光ビームにおける光パルスのタイミングを調節して空間オフセットを減少する。
【０１２３】
このサーボフィードバック制御は、様々な方法で実施されうる。このサーボフィードバック制御を有する走査ビーム表示システムには、時間的に連続し画像情報を伝送する光パルスを運ぶ励起光の走査ビームを生成するよう動作可能である光モジュールと、励起光を吸収し、走査ビームにより伝送される画像を生成する可視光を放射する平行蛍光ストライプを含むスクリーンと、スクリーンによって散乱又は反射された励起光を受け、スクリーンに対するビームの空間配置を示すモニタ信号を生成するよう位置付けられる光センサと、光センサと通信し、モニタ信号に呼応して励起光ビームにより運ばれる光パルスのタイミングを調節すべく光モジュールを制御するよう動作可能であるフィードバック制御ユニットが含まれうる。このシステムでは、光モジュールを使用して、ビーム内の光パルスのタイミングに時間変化をもたらすことができる。スクリーンには、ビーム内の光パルスのタイミングにおける時間変化に関連して光センサによって受取られる励起光の散乱又は反射光の一部を変更する周期的な空間特徴が含まれうる。フィードバック制御ユニットは、光センサが受取った光の一部におけるスクリーンによる変更及び時間変化によってもらされるモニタ信号内の情報に呼応して光パルスのタイミングを調節することができる。
【０１２４】
図２１は、図３の走査表示システムに基づいたサーボフィードバック制御を有する走査表示システムの一例を示す。図４の走査表示システムも、このサーボフィードバック制御と共に実施することができる。図２１において、信号変調制御器３２０は、励起ビーム１２０の変調を制御すべく励起ビーム１２０における光パルスのタイミングに時間変化を重畳する。周期的なサーボ基準マークがスクリーン１０１上に設けられて、走査励起ビーム１２０の光励起下で、サーボ基準マークによってもたらされる走査励起ビーム１２０の散乱又は反射光、又は、サーボ基準マークによって放射される蛍光光のいずれかであるフィードバック光１２０１を生成する。例えば、オフスクリーン型光検出器である光サーボセンサ１２１０が設けられてスクリーン１０１からのフィードバック光１２０１を収集する。２以上の光サーボセンサ１２１０を用いることができる。光サーボセンサ１２１０は、スクリーン１０１からのフィードバック光の収集を最大限にすべく、例えば、図５のシステムにおける走査レンズ５６０の付近の位置といったようにスクリーン１０１外の適切な位置に配置することができる。集光レンズ１２２０を光サーボセンサ１２１０の前に配置して集光を容易にすることができる。光サーボセンサ１２１０の出力はサーボフィードバック信号として使用され、信号変調制御器３２０に供給される。信号変調制御器３２０は、サーボフィードバック信号を処理して蛍光ストライプの中心からの光パルスの位置オフセットを判断し、次に、走査励起ビーム１２０における光パルスのタイミングを調節して位置オフセットを減少する。
【０１２５】
スクリーン１０１上の周期的なサーボ基準マークは、様々な構成であることが可能である。図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃを参照するに、蛍光ストライプ間のストライプデバイダを、サーボ基準マークとして用いることができる。各ストライプデバイダは、サーボ基準マークとして追加の構造を含みうる。図２２及び図２３は、２つの例を示す。
【０１２６】
図２２において、各ストライプデバイダ１３１０は、走査励起ビーム１２０を受取るスクリーン１０１の蛍光層側に置かれるサーボ基準マークとして反射又は蛍光層１３１２を含みうる。この反射サーボ基準マーク１３１２は、励起光を吸収する蛍光ストライプより励起ビーム１２０を多く反射する。従って、反射された励起光は、走査励起ビーム１２０が蛍光ストライプを走査する際に出力が変動する。薄い反射ストライプが、サーボ基準マーク１３１２として各ストライプデバイダ１３１０の各面に被覆されてもよい。画像のコントラストを向上することを目的として、吸光層１３１４を、観察者に面する各ストライプデバイダ１３１０の面上に形成してもよい。光サーボセンサ１２１０の検出感度は、サーボ基準マーク１３１２と蛍光ストライプとの間で励起光の反射において大きい差がある場合に高められる。高い検出感度は、サーボ基準マーク１３１２が走査励起ビーム１２０によって照射されることで蛍光光を放射する蛍光層で形成される場合に、光サーボセンサ１２１０において達成することができる。マーク１３１２用の蛍光材料は、マーク１３１２により放射される蛍光光が蛍光ストライプの放射波長とは異なる波長であるよう蛍光ストライプとは異なりうる。一例として、マーク１３１２は、ＩＲ蛍光材料であってよく、この場合、放射されるＩＲ光は人間の目には見えないので、観察者の見る画質には影響を与えない。光バンドパスフィルタを光サーボセンサ１２１０の前に配置して、マーク１３１２によって放射された蛍光光だけが光サーボセンサ１２１０に入射できるようにしてもよい。
【０１２７】
図２３は、蛍光ストライプ間のストライプデバイダ１４１０が光学的に反射性又は蛍光性の材料から形成される別のスクリーン設計を示す。１つのオプションとして、スクリーンの観察者側に面するデバイダの面は、黒くされた吸収層１４２０によって被覆されて観察者側への反射を少なくすることができる（例えば、４００ｎｍ乃至６５０ｎｍで１０％未満の反射及び８０％より大きい吸収）。この特徴は、スクリーンの解像度及びコントラストを高めることができる。
【０１２８】
図２４は更に、図２３のスクリーン設計の一実施例を示す。すべての寸法はミクロン単位であり例示的である。ストライプデバイダ１５００は、誘電体層１５０１上に形成される。赤、緑、及び青色を放射する蛍光材料が、ストライプデバイダ１５００間に充填されて蛍光ストライプを形成する。様々な光学的に反射性の材料を用いてストライプデバイダ１５００を形成することができる。アルミニウムといった金属材料を、デバイダ１５００を構成するために、又は、反射性である必要のある各デバイダ１５００の表面又は面上の被覆物を形成する被覆材料として用いることができる。更に、白色塗料材料をデバイダ１５００の形成に使用して高反射性を実現することもできる。例えば、ＴｉＯ２が充填された樹脂、又は、硫酸バリウムが充填された樹脂から白色塗料を形成し、特に、透明のポリマー内に反射する場合に、金属の被覆物よりも優れた反射特性を実現することができる。例えば、白色塗料材料の反射性は、４００ｎｍから６５０ｎｍで９０％より大きいことが可能である。ストライプデバイダ１５００は、励起光１２０とその同じ励起光１２０の照明下で蛍光ストライプにより放射される可視光とは異なる波長で発光する蛍光材料を含み、それにより、光サーボセンサ１２１０における信号対雑音比を改善することができる。
【０１２９】
図２５は、励起ビーム１２０が水平方向に沿って蛍光ストライプを横断して走査するときの光パルスのタイミングと、スクリーン１０１上のビーム位置を示す。励起ビーム１２０は、時間領域における一列の光パルスとして変調される。一例として、スクリーン１０１上の３つの連続蛍光ストライプ１６１０、１６２０、及び１６３０を照明する励起ビーム１２０における３つの連続レーザーパルス１６０１、１６０２、及び１６０３を、１つの走査における時間ｔ１、ｔ２、及びｔ３にあるものとして示す。図２５における各蛍光ストライプは、指定の色を有する特定の蛍光材料からなるストライプ、又は、指定の色用のストライプカラーフィルタが組み合わされた均一白色リン光体層からなるストライプでありうる。励起ビーム１２０はラスタ形式で走査されて、異なる色を有する、画素として知られる小さな点から形成されるラスタ画像が生成される。各画素は、通常、３つの異なる原色、即ち、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の３つの副画素から形成される。副画素はスクリーン上で蛍光ストライプの形にパターニングされる。レーザービーム１２０は、画像を形成すべく１回に１ラインずつ水平走査方向に沿って左から右に走査される。ビーム１２０は、各走査において左から右に移動する際、副画素を適切に対処することを目的として、時間領域において正確に変調されるべきである。従って、走査励起レーザービーム１２０の１つのパルスは、当該ビーム１２０が対応する副画素に到達するとオンにされ、当該ビーム１２０が対応する副画素から離れるとオフにされる。図示するように、励起ビーム１２０が、水平走査方向に沿ってスクリーン１０１に対して適切に配置合わせされる場合、パルス１６０１は、ビーム１２０が蛍光ストライプ１６１０の中心に走査されるとオンとなり、パルス１６０２は、ビーム１２０が蛍光ストライプ１６２０の中心に走査されるとオンとなり、パルス１６０３は、ビーム１２０が蛍光ストライプ１６３０の中心に走査されるとオンとなる。ビームフットプリント１６２１、１６２２、及び１６２３は、それぞれ、蛍光ストライプ１６１０、１６２０、及び１６３０における上述したような配置合わせされたビーム位置を示す。
【０１３０】
水平走査方向に沿って配置ずれがある場合、各パルスは、ビーム１２０が蛍光ストライプにおける中心から外れた位置に走査されるとオンとなる。ビームフットプリント１６３１、１６３２、及び１６３３は、それぞれ、蛍光ストライプ１６１０、１６２０、及び１６３０におけるそのようなずれたビーム位置を示す。パルスは、ビーム１２０が位置１６２１にある場合にオンとなり、ビーム１２０が位置１６３１にある場合にオフとなるべき蛍光ストライプ１６１０について検討する。ビーム１２０が意図する位置１６２１ではなく位置１６３１にあるときにパルスがオンとなる場合、蛍光ストライプ１６１０は、ビーム１２０によって十分に照明されておらず、異なる色の蛍光ストライプの一部がビーム１２０によって照射される。即ち、レーザーは、ビーム１２０が１つの色副画素から次の色副画素に移る遷移時間の間にオンにされる。換言すれば、この配置ずれは、ビーム１２０の時間におけるパルス変調が、空間における副画素と同期されていない場合に生じる。このような条件下では、色制御は悪影響を受ける。なぜなら、１つの特定の色副画素をオンにすべきパルスは、同じ色画素において又は２つの隣接する色画素間で隣の異なる色の画素上に「こぼれ」て画像の位置をずらし、画像の色純度を劣化させてしまうからである。
【０１３１】
従って、走査レーザービーム１２０のパルスのタイミング、即ち、スクリーン上のレーザー位置に対して光パルスをオンにする及びオフにする時間を正確に制御することが望ましい。走査ビーム１２０におけるレーザーパルスのタイミングを制御することを目的として、サーボ法を使用して、レーザーがオンにされた場合に副画素の背後から反射された光に基づいてビームのオフセットを測定する。反射光の信号強度は、レーザーが副画素の中心においてオンにされる又は副画素の中心から外れてオンにされる場合の各副画素におけるレーザー光の相対位置によって変動する。各副画素の端における反射器又は反射特徴を、サーボ基準マークとして使用して各副画素から反射光を生成し、各副画素における走査レーザービーム１２０の位置を監視する。図２５に示すように、ビーム１２０は、蛍光ストライプ１６１０の中心におけるビーム位置１６２１においてパルスがオンにされる場合は、ストライプデバイダ１６００による反射は最も少なく、デバイダ１６００による反射は、パルスが、蛍光ストライプ１６１０の中心から外れたビーム位置１６３１においてオンにされると増加する。ビーム１２０が蛍光ストライプの中心に対して異なる位置でオンにされる場合における反射励起光における出力レベルの差と、ビーム１２０における光パルスのタイミングにおける時間変化を用いて走査方向に沿っての配置ずれを測定する。
【０１３２】
図２６の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、励起ビーム１２０が副画素内の異なる位置にある場合の反射励起光の信号強度の変化を示す。図２６（Ａ）では、パルスは、ビーム１２０が副画素の左側にある場合にオンにされる。図２１のシステムの光サーボセンサ１２１０において強い反射Ｒ１が検出される。図２６（Ｂ）に示すように、ビーム１２０が副画素の中心にある場合にパルスがオンにされると、光サーボセンサ１２１０において比較的弱い反射Ｒ２が検出される。ビームが副画素の中心の右側にある場合にパルスがオンにされると、光サーボセンサ１２１０において励起光の高い反射が再び検出される。
【０１３３】
一般に、反射された励起光の出力レベルは、パルスがオンとなる副画素におけるビーム１２０の位置に応じて変動する。図２７は、副画素設計の例と、様々なレーザービーム位置において副画素から反射された励起光の光出力密度を示す。この例では、副画素は、走査レーザービーム１２０の励起状態下で当該副画素に指定された色の光を放射する適切な蛍光材料で充填された中心蛍光ストライプ１８０１を含む。２つのストライプデバイダ１８０２が、反射光を生成する２つの周辺反射器として蛍光ストライプ１８０１の２つの対向する側部に置かれる。周辺反射器は、回折構造、光を鏡面反射する又は拡散する反射構造、ビーム１２０の励起下で発光するリン光体といった波長変換材料、又は、回折構造及び反射構造の組み合わせとして設計されうる。
【０１３４】
図２８は、反射出力レベルと、副画素の中心からオフセットであるビーム位置との関係の一例を示す。副画素は、副画素の中心から最も離れた端位置において最大反射率Ｒ３を生成し、副画素の中心位置において最小反射率Ｒ１を生成し、また、端位置と中心位置との間のビーム位置について中間反射率Ｒ２を生成するよう設計することができる。一例として、最大反射率Ｒ３は、ビーム１２０がストライプデバイダの中心においてオンにされる場合に生成することができる。従って、反射光のレベルを用いて、各副画素の中心からのビーム位置の相対オフセットを示すことができる。
【０１３５】
上述した蛍光ストライプに関連付けられるサーボ基準マークは、反射光又は蛍光光であるフィードバック光の出力を、各副画素におけるレーザービーム位置に応じて変動させることを可能にする。このフィードバック光における出力変動を用いて、ビーム１２０が副画素の中心においてオンにされたか、副画素の中心から外れてオフにされたか判断することができる。しかし、この出力変動は、副画素におけるビーム１２０の位置のオフセットの方向に関する情報は与えない。副画素におけるビーム１２０の位置のオフセットの方向を示すサーボ信号の符号を生成することを目的として、走査レーザービーム１２０を、レーザービーム１２０の走査時間の上に重畳される小さい遅延信号を用いて更に変調してビーム１２０における光パルスのタイミングを制御する。この遅延信号は、副画素からの反射光に信号パターンを生成してスクリーン上のレーザーパルスの位置を副画素の中心に対して右に動かすべきか又は左に動かすべきか、又は、時間領域においては、レーザーパルスのタイミングを遅延するべきか又は前進するべきか示す。この遅延信号は、周期信号であり、レーザービーム１２０がスクリーン１０１を走査する際に、時間領域において周期的に正方向に又は負方向に遅延される。このパルスのタイミングにおける周期変動は、例えば、正弦波又方形波でありうる。
【０１３６】
図２９は、正弦波形式の上述した周期遅延信号の一例を示す。この遅延信号の各時間周期において、走査ビーム１２０は蛍光ストライプに垂直な水平走査方向に沿って複数の副画素を走査する。図示する例では、遅延信号の１周期において全部で３つの副画素が走査ビーム１２０によって走査される。パルスのタイミングが走査時に周期的に変調されるにしたがって、図２１の光サーボセンサ１２１０により検出される反射信号も周期的に変動する。
【０１３７】
図３０は、時間領域における遅延信号によるビーム１２０におけるパルスタイミングの変調を更に説明する。特に、光パルスのタイミングにおける時間変化は、水平走査方向に沿っての蛍光ストライプの幅未満のビーム位置における空間変位に対応するよう設定される。従って、重畳された遅延信号は、水平ビーム走査方向に沿った蛍光ストライプ又は副画素における現在のビーム位置の周りのビーム位置の摂動を与えサーボ信号に変化をもたらす。ストライプデバイダ上にサーボ基準マークがあることによって、このサーボ信号における変化は、水平ビーム走査方向に沿った蛍光ストライプ又は副画素の中心からのビーム位置におけるオフセットの方向及び量を示す。
【０１３８】
ビーム１２０が副画素の中心にあってパルスがオンとなる場合、反射光は、最小出力レベルＲ１にある。他の中心から外れた位置にあってパルスがオンとなる場合、反射光は、中心からのオフセット量に応じて変動するより高い出力レベルを有する。完全に配置合わせされたシステムにおいて遅延がゼロである場合、レーザービームの「オン時間」は、副画素の中心にある。この条件下において、遅延が正又は負である場合に反射信号Ｒ１が生成される。レーザービーム１２０が、遅延信号によって副画素の中心に対してオフセットである場合、ビーム１２０のパルスは、副画素の中心付近のオフセット位置においてオンとなり、従って、反射信号Ｒ２が生成される。特に、この条件下において、反射信号における振動周期Ｔ１は、遅延信号の周期Ｔ０の半分である。
【０１３９】
図３１は、副画素の中心から最も離れた端位置において最大反射率Ｒ３を生成し、副画素の中心位置において最小反射率Ｒ１を生成し、端位置と中心位置との間のビーム位置に対し中間反射率Ｒ２を生成する副画素の中心の左側にオフセットのビーム位置を示す。従って、レーザービーム１２０が、副画素の中心から左にオフセットの位置においてオンにされる場合、走査レーザービーム上に重畳される遅延信号は、レーザービーム１２０の位置を、各副画素の中心の左に主に変化させる。従って、反射信号は、レベルＲ１とＲ３との間で振幅において様々であり、また、遅延信号と一致して同期される。従って、反射信号の周期Ｔ２は、遅延信号の周期Ｔ０に等しい。反射信号のこの状態は、パルスがオンにされることが時間的に早すぎることを示す。
【０１４０】
図３２は、副画素の中心の右側にオフセットのビーム位置の例を示す。この条件下において、走査レーザービーム上に重畳される遅延信号は、レーザービームは主に副画素の右側にあり、反射信号は遅延信号と同期されず、また、遅延信号と同じ周期（Ｔ３＝Ｔ０）と一致しないような信号である。反射信号の振幅は、信号レベルＲ１とＲ３との間で変動する。反射信号のこの状態は、レーザービーム１２０におけるパルスがオンにされることが時間的に遅すぎることを示す。特に、図３１及び図３２における遅延信号に対する反射信号の位相は反対であり、また、この差を測定してサーボ制御のためにオフセットの方向を決定することができる。
【０１４１】
図３３は、検出された反射信号を使用して、副画素の中心からのビームオフセットの方向を決定する方法を示す。オフセット指示信号は、遅延信号における１遅延周期に亘るすべて時間位置における遅延信号と反射信号との積の積分として定義される。図３３の右側は、オフセット指示信号の一例を示す。この信号が正の値を有する場合、ビームがオンにされることが時間的に早すぎ、また、ビームがスクリーンの左から右への水平走査時に副画素の中心の左に位置付けられることを示す。この信号が負の値を有する場合、ビームがオンにされることが時間的に遅すぎ、また、ビームが副画素の中心の右に位置付けられることを示す。
【０１４２】
中心にある場合、反射率信号は、遅延信号の振動周波数の２倍の振動周波数を有する。従って、１遅延サイクルに亘る反射率信号の積分は、無視してよいサーボ誤差信号をもたらす。サーボ応答回路は、時間におけるレーザーの位置を変更することなくパルスの現在のタイミングを維持すべく構成することができる。レーザーが、副画素の中心から右側又は左側に主に外れている場合、反射信号は、遅延信号と互いに一致せず、また、各反射信号は遅延信号と同じ振動周波数を有する。反射率サイクル全体の積分を遅延信号によって乗算することによって、正又は負のサーボ誤差信号が生成される。これらの２つの場合において、サーボ制御メカニズムは、レーザービーム１２０におけるパルスのタイミングを調節してビームオフセットを低減し、また、適切な副画素の配置合わせを実現することができる。
【０１４３】
反射信号における変化は、図２１に示す光サーボセンサ１２１０を用いて捕捉される。１つの検出スキームは、センサ１２１０として広領域検出器を用いて後方散乱光の一部を捕捉することである。レンズ（又は、非結像集光器といった他の光束収集素子）を用いることによりＳＮＲを改善することができる。レンズは、より多くの散乱光を検出器に集める大きい集光領域を有する。例えば、蛍光サーボ基準マークが使用される場合のように散乱光が入射ビームと異なる波長を有する場合、スペクトルフィルタを用いて他の放射源（入射ビームの望ましくない後方散乱を含む）を拒絶しうる。更に、複数の検出器を幾つかの場所に配置して、後方散乱放射線の検出可能性を向上してもよい。この信号は、他の光源からの光に比べて弱い場合があるので、サーボ信号は、多くのライン及びフレームに亘って平均化されて信号対雑音比を改善しうる。
【０１４４】
遅延信号は、様々な遅延量及び周期性を有して周期的又は非周期的でありうる。ここでは可変遅延信号を使用して、補正の方向性を測定する。なお、遅延信号によってもたらされる遅延は、当該遅延がスクリーンに色歪みをもたらさないよう十分に小さく設定される。一部の実施例では、遅延信号は、当該遅延信号によってもたらされる色のにじみが１０％未満であるよう構成することができる。更に別の実施例では、レーザービームの周期遅延の位相は、１つの走査ラインから次の走査ラインに９０度で移相され、それにより、観察者に対し遅延信号によって引き起こされる固定のパターン影響を低減することができる。
【０１４５】
サーボ制御の一部の実施例では、スクリーンの高輝度領域からのサーボ信号が測定され、その測定された信号の振幅が発信されるビデオ信号の振幅によって正規化されて、水平走査方向におけるビームの配置合わせが制御される。この技術によって、検出における信号対雑音比を改善することができる。なぜなら、サーボ遅延信号は、可変振幅ビデオ信号上に重畳されるからである。
【０１４６】
上述した時間遅延サーボ技術は、カラー素子に正確に当てることを目的としてディスプレイに異なる色を供給すべく１つのビームを用いるシステムにおけるタイミングの問題を軽減する１つのアプローチを提供する。リン光体が平行垂直ストライプとして配置されるスクリーンでは、励起レーザービームを用いて、３原色のリン光体をアクティブにし、また、ビームがリン光体を走査するに従って、ビームは各色を時間的に連続的にアクティブにする。空間において目標を定めることの問題は、従って、レーザーパルスのタイミングを制御するタイミング問題となる。温度、経年変化、及び他の要因によるシステムの構成要素の変動と、構成要素及び装置の製造時の公差とを、スクリーンへのレーザービームのタイミング制御に考慮に入れなければならない。例えば、熱膨張影響、及び光学結像における歪みは、１画素における各色をアクティブにする正確なタイミングにおいて対応する調節を行わなければならない。レーザー作動が、ビームが副画素の中心部分に向けられ且つ意図するリン光体を横断するタイミングに適切に対応しない場合、ビームは、間違ったカラーリン光体を部分的に又は全体的にアクティブにしてしまう。
【０１４７】
サーボ制御に加えて、タイミング調節の較正「マップ」を提供して、スクリーンの異なる部分に亘るタイミングを補正するためのサーボ制御を支援することができる。この較正マップには、スクリーン上のすべての副画素に対するビーム配置合わせデータが含まれ、また、工場において表示システムの組立てが完了した後でスクリーン全体の配置合わせを測定するサーボ制御を使用して得ることができる。この調節を含むマップは、レーザーモジュール１１０のメモリ内に格納され、補償されている影響が高速に変化しない場合には、一定時間間隔の間、再利用することができる。動作時、表示システムが起動されると、表示システムは、デフォルトとして、較正マップにおける配置合わせデータに基づいて走査レーザービームのレーザーパルスのタイミングを設定し、また、サーボ制御を行って、動作時のパルスタイミングのリアルタイムの監視及び制御を供給することができる。追加の較正測定を行って、メモリ内に格納された較正マップを更新することもできる。例えば、このマップの単一の又は複数の連続バージョンを、画素色データのバッファリングに使用されるメモリと同じメモリ内に入れてもよい。これらの較正マップは符号化されてそのマップが占有するメモリ量と、マップにアクセスするために必要なメモリのバンド幅の両方を減少しうる。滑らかに変化するタイミングの調節の場合には、デルタ変調といった単純なスキームを用いてこれらのマップを効果的に圧縮することができる。
【０１４８】
較正マップは、図５に示すように複数のレーザーが使用される場合は、各走査レーザービーム１２０を１フレーム分連続波（ＣＷ）モードで動作させ、その間、走査レーザービームは、１度に１セグメントずつでスクリーン全体を同時に走査することで得ることができる。単一のレーザーが使用される場合は、単一の走査ビームがＣＷモードに設定され、１度に１ラインずつでスクリーン全体を走査する。ストライプデバイダ上のサーボ基準マークからのフィードバック光を使用して、スクリーン上のレーザー位置を測定する。光検出器からのモニタ信号は、電子「ピーク」検出器を通されることができ、この「ピーク」検出器は、モニタ信号がその最高相対振幅にあると常にパルスを生成する。これらのパルス間の時間は、誤差信号を処理及び生成すべく使用されるデジタル回路又はマイクロコントローラ内のサンプリングクロックによって測定することができる。スクリーン上の走査ビームの走査速度は既知であるので、電子ピーク検出器からの２つの隣接するパルス間の時間を用いて２つの隣接するパルスを生成する２つの場所の間隔を決定することができる。この間隔を使用して、副画素幅及び副画素位置を決定することができる。ビーム走査速度及びサンプリングクロックの周波数に基づいて、各副画素にはある公称クロック数がある。光学的歪み、スクリーンの欠陥、及び、これらの歪み及び欠陥の組み合わせによって、所与の副画素に対する２つの隣接するパルス間のクロック数は、公称クロック数とは異なる場合がある。差分は符号化され、各画素に対してメモリ内に格納されることが可能である。
【０１４９】
図３４は、１つの水平走査の一部についての走査時間、ピーク検出器の各出力、及びサンプリングクロック信号の関数として検出された反射フィードバック光の一例を示す。サンプリングクロックの９個のクロックサイクルに対応する幅を有する公称副画素と、８個のクロックサイクルに対応する短い隣接副画素を示す。一部の実施例では、副画素の幅は、１０乃至２０個のクロックサイクルに対応する場合もある。サーボ制御用のデジタル回路又はマイクロコントローラのサンプリングクロック信号のクロックサイクルが、誤差信号の空間分解能を決定する。
【０１５０】
図３５は、１つの水平走査の一部についての走査時間、ピーク検出器の各出力、及びサンプリングクロック信号の関数として検出された反射フィードバック光の一例を示し、ここでは、９個のクロックサイクルの幅に対応する公称副画素と、１０個のクロックサイクルの幅に対応する長い隣接副画素を示す。
【０１５１】
較正時、スクリーン上の埃といった汚染物質、スクリーンの欠陥、又は他の要因によって、スクリーン上の２つの隣接する副画素間のサーボ基準マークによって生成されるはずの反射フィードバック光における光パルスが紛失してしまう場合がある。図３６は、パルスが紛失している例を示す。紛失パルスは、パルスが公称内でサンプリングされず、また、公称クロック数から予想される最大偏差がある場合に決定することができる。パルスが紛失すると、当該副画素に対し公称のクロック値を想定することができ、隣の副画素は、両方の副画素に対するタイミング補正を含むことができる。このタイミング補正は、両方の副画素で平均化されて検出精度を上げることができる。この方法は、任意の数の連続紛失パルスに対して拡大適用しうる。
【０１５２】
走査ビーム表示システムを、上述した様々な特徴を用いて実施することができる。例えば、そのようなシステムは、時間的に連続し、画像情報を伝送する複数の光パルスを有する励起光の走査ビームを生成すべく動作可能な光モジュールと、蛍光領域と蛍光領域外の周辺サーボ基準マーク領域とを有する蛍光スクリーンとを含むことができる。蛍光領域は、励起光を吸収し、可視蛍光光を放射して走査ビームにより伝送される画像を生成する。蛍光領域は、走査ビームの照明下で第１のフィードバック光信号を生成する第１のサーボ基準マークを含む。周辺サーボ基準マーク領域は、走査ビームの照明下で第２のフィードバック光信号を生成する少なくとも１つの第２のサーボ基準マークを含む。この例示的なシステムは、サーボ制御のための２つの別個のセンサを含む。即ち、（１）第１のフィードバック光信号を受信し、蛍光スクリーン上の光パルスの空間配置を示す第１のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第１の光センサと、（２）第２のフィードバック光信号を受信し、蛍光スクリーン上の走査ビームの光学特性を示す第２のモニタ信号を生成すべく位置付けられる第２の光センサとを含む。フィードバック制御ユニットは、光モジュールに内に含まれ、第１及び第２のモニタ信号に呼応して走査ビームを調節し、それにより、少なくとも蛍光スクリーン上の光パルスの空間位置の空間的配置が制御される。
【０１５３】
スクリーン上の周辺サーボ基準マーク領域からの第２のフィードバック光信号を検出する上述した第２の光センサは、スクリーン上の周辺サーボ基準マーク領域に接続されるライトパイプに接続される光検出器であってもよい。一実施例では、周辺サーボ基準マーク領域における第２のサーボ基準マークは透過性であってもよく、従って、励起ビーム１２０によって照明される場合にマークを通る透過光が、例えばスクリーンの観察者側であるマークの片側に接続されるライトパイプの一端に結合される。ライトパイプは、全反射（ＴＩＲ）条件下の誘電体インターフェイスにより形成される反射面又は金属反射性側壁面を有するチャネルでありうる。第２の光センサは、ライトパイプの他端に位置付けられてライトパイプにより案内された光信号を受取ることができる。例えば、ビームフォーカシング、及び、ビームＳＯＬ位置といった異なるパラメータを監視することを目的として、周辺サーボ基準マーク領域に異なるタイプのサーボ基準マークが設けられる場合、異なるライトパイプを、その異なる基準マークに対して周辺サーボ基準マーク領域内に実装することができる。各ライトパイプは、信号をそれぞれの光検出器に導く。
【０１５４】
上述したように、ポリゴンスキャナの異なる面は、製造時の誤差及び他の要因によって、スキャナ回転軸に対して異なる面の向きを有する傾向があり、このようなピラミッド誤差は、表示画像の性能を劣化してしまう。図５は、１以上の励起レーザービーム５３２がガルボミラー５４０及びポリゴンスキャナ５５０によって蛍光スクリーン１０１上に走査される蛍光スクリーンを有する走査表示システムを示す。パッシブスクリーンを使用する表示システムは更に、図５における設計に基づいて構成することができ、この場合、画像データを伝送する異なる色（例えば、赤、緑、及び青）の３つの被変調ビームは、ガルボミラー５４０及びポリゴンスキャナ５５０によってパッシブスクリーン上に走査される単一のビームとして重ね合わせることができ、それにより、色付きの画像が形成される。
【０１５５】
図３７は、ガルボミラー５４０の動作を示す。ガルボミラー５４０の動作の各サイクルは、通常の走査段階と、垂直帰線段階とに分けられる。通常の走査段階では、ガルボミラー５４０は、１走査時間に亘って走査し、この間、光はガルボミラー５４０に向けられ、ガルボミラー５４０はその光を走査して異なる垂直位置における複数の水平走査ラインを生成する。この走査時間の間、ポリゴン５４０の複数の面がビームを走査する。垂直帰線段階では、光はオフに又は遮光され、ガルボミラー５４０はその位置を最初の走査位置に戻し、その位置から別の垂直走査が開始される。ガルボミラー５４０の設計に依存して、垂直帰線時間は、通常、走査全体の一部分、例えば、５％を占める。一例として、垂直走査速度が６０Ｈｚである場合（これは、約１６．７ｍｓの垂直走査時間に対応する）、垂直帰線時間は、５％（１／６０）＝８９０マイクロ秒である。
【０１５６】
図３８は、図５の水平ポリゴンスキャナ５５０のピラミッド誤差の影響を示す。２つの隣接する面、第１の面及び第２の面は、スキャナの垂直回転軸に対して異なる面の向きを有する。走査されるべき同じ入射ビームに対して第１の面及び第２の面は、スクリーン上で距離Ｄだけ離間されるスクリーン上の２つの異なる垂直位置にビームを投射させる。ポリゴン５５０が、距離Ｌだけスクリーンから離れている場合、ピラミッド誤差は、１／２ｔａｎ（Ｄ／Ｌ）である。
【０１５７】
図３９Ａ及び図３９Ｂは、図７に示すように複数の走査ビームが同時に走査される場合の図２のポリゴンスキャナ５５０におけるピラミッド誤差の影響を更に示す。ポリゴン５５０にピラミッド誤差がない場合、異なるビームは、それらの指定された垂直位置において同時に走査され、均一な垂直間隔を有する平行水平走査ラインを生成する。垂直走査によって、各水平ラインは、完全に水平ではなく歪んでいる。図３９Ａは、ピラミッド誤差のないポリゴン５５０の異なる連続面による、レーザーの単一のレーザービームの走査を示す。図３９Ｂは、ポリゴン５５０がピラミッド誤差を有する場合、ポリゴン５５０の連続面上の水平走査は、不均一な垂直間隔がもたらされることを示す。
【０１５８】
ピラミッド誤差の影響を緩和する１つの例示的な技術は、連続フレームにおける各水平走査ラインが、ポリゴンの異なる面によって走査されるよう走査システムを設計することである。従って、観察者が知覚する各ラインは、ピラミッド誤差によりもたらされる同じ水平ライン上の位置の拡がりの周りの垂直方向に沿ってのライン幅を有してより太く見える。この技術は、本質的にピラミッド誤差を平均化し、同時に、スクリーン上の垂直方向の解像度を僅かに下げる。
【０１５９】
動作時、この技術は、連続フレームにおいて異なるポリゴン面を使用することで各水平ラインを走査し、それにより、連続フレームにおける同じラインが異なる垂直位置にあり、異なるポリゴン面上の異なるピラミッド誤差による「にじんだ」ラインをもたらす。１つの具体例として、ガルボミラー５４０における帰線時間は、１面（１  ｆａｃｅｔ）時間未満であるよう設定することができる。異なるラインを走査する面の割当ては、様々な構成において行うことが可能である。例えば、帰線１に対し指定される面は、以下の配置において５、６、７、８、又は９面であることが可能である。
面の数                    走査ライン１に対する面の割当て
５                      １  ２  ３  ４  ５  １
６                      １  ２  ３  ４  ５  ６  １
７                      １  ４  ７  ３  ６  ２  ５  １
８                      １  ８  ７  ６  ５  ４  ３  ２  １
９                      １  ５  ９  ４  ８  ３  ７  ２  ６
この走査のための面割当ては、ポリゴンスキャナを制御することにより達成することができる。
【０１６０】
上述した技術は平均化技術であり、この平均化は更に、フレーム率より高いディザ周波数における小振幅で垂直走査ミラーをディザリングすることにより実施することができる。このディザリングは、ディザリングによりもたらされるスクリーン上の走査ビームの垂直方向の拡がりが、ピラミッド誤差によりもたらされる同じ水平ライン上のビーム位置の拡がりであるよう制御される。図４０は、ガルボミラー５４０の高周波ディザリングの効果を示す。幾つかのディザリングオプションを実施することができる。即ち、一定ディザ振幅、可変ディザ振幅、一定ディザ周波数、可変ディザ周波数、又はこれらの任意の組み合わせを実施することができる。ディザ（振幅、及び／又は、周波数）の分布はランダム、ガウス、又は、ホワイトノイズやピンクノイズといった他のプロファイルであってよく、周波数の増分あたりに一定の信号電力を維持しつつ、ランダム信号の振幅は、信号周波数が増加するに従って減少する。
【０１６１】
更に、ピラミッド誤差が水平ラインを濃くする位置における光強度を減少し、ピラミッド誤差が水平ラインを薄くする位置における光密度を増加することで走査ビームの光強度を調節することができる。この光強度の調節は、画質へのピラミッド誤差の影響を低減することができる。
【０１６２】
従って、上記に基づいて、走査ビーム表示システムは、反射器面を有し、第１の方向（例えば、水平方向）に沿って光ビームを走査すべく回転するよう動作可能なポリゴンスキャナと、第１の方向に直交する第２の方向（例えば、垂直方向）に沿って光ビームを走査させる反射器を有する第２のスキャナとを含むことが可能である。このシステムは、第２のスキャナと通信して第２のスキャナの走査を制御する制御ユニットを含むことができる。制御ユニットは、光ビームにより伝送される画像のフレーム率より高いディザ周波数で各走査時に第２の方向に沿って光ビームの方向を往復させるよう第２のスキャナをディザリングするよう動作可能である。一実施例では、このシステムは、ポリゴンスキャナの異なる面のピラミッド誤差に関連して光ビームの光強度を制御するメカニズムを含むこともできる。
【０１６３】
更に、上記に基づいて、走査ビームディスプレイを動作させる表示方法も提供することができる。この方法では、反射器面を有するポリゴンスキャナを使用して第１の方向に沿って光ビームを走査し、反射器を有する第２のスキャナを使用して第１の方向に直交する第２の方向に沿って光ビームを走査する。光ビームの走査は制御されて、光ビームはポリゴンスキャナの異なる面で連続フレームにおける各水平走査ラインにおいて走査する。この方法の一実施例では、第２のスキャナは、光ビームにより伝送される画像のフレーム率より高いディザ周波数で各走査時に第２の方向に沿って光ビームの方向を往復させるようディザされることが可能である。更に、光ビームの光強度は、ポリゴンスキャナにおける異なる面のピラミッド誤差に関連して制御されることが可能であり、それにより、スクリーンへのピラミッド誤差の任意の視覚的な影響を低減する。
【０１６４】
図１３乃至図１６を参照するに、蛍光スクリーンは、走査ビームの垂直位置を測定する垂直基準マークを供給するべく表示領域外に１以上の周辺基準マーク領域を有することが可能である。１以上の周辺基準マーク領域と、垂直基準マーク又は他のマークを有するスクリーン設計は、蛍光材料を用いないパッシブスクリーンにも拡大適用することができる。検出回路を用いて、基準マークから得た光信号からビームの垂直位置情報を抽出することができる。上述したように、フィードバック制御をガルボミラー５４０に適用して、ポリゴンスキャナ５５０の一面におけるピラミッド誤差によりもたらされる垂直変位を補正することができる。ピラミッド誤差は面によって異なりうるので、入射レーザービームは、各水平掃引での垂直寸法においてディスプレイに対して均一に反射されない。図４１、図４２、及び図４３は、パッシブ又はアクティブスクリーンのいずれかを有する走査表示システム用の垂直スキャナ及びオンスクリーン型垂直基準マークを用いてサーボに基づいたピラミッド補正の例示的な実施例を示す。
【０１６５】
この例では、走査ディスプレイは、６つのレーザービームをスクリーンに導く６つのレーザーを有する。図７を参照するに、６つのレーザービームは同時に走査されて、一度にスクリーンの１セグメントずつ処理し、続けて、スクリーンの垂直方向に連続的に配置されるその他のセグメントを走査する。１つのポリゴン面が６つのレーザービームすべてを水平方向に沿って走査して一度に１つの垂直スクリーンセグメントずつ処理し、異なるポリゴン面が連続して異なる垂直セグメントを走査する。
【０１６６】
このシステムにおけるスクリーンは、ポリゴンスキャナのピラミッド誤差を監視することを目的として複数の垂直スクリーンセグメントのそれぞれに垂直基準マークを含むよう設計される。図４１は、ポリゴンスキャナ上の４つの連続面による、４つの連続垂直スクリーンセグメントをそれぞれ対処する走査＃１、走査＃２、走査＃３、及び走査＃４と示される４つの例示的な連続的な水平走査を示す。各走査は、レーザー＃１、レーザー＃２、レーザー＃３、レーザー＃４、レーザー＃５、及びレーザー＃６と示される６つのレーザーからの６つのレーザービームを有する。スクリーンは、画像が表示されない周辺基準マーク領域４１２１と、画像が表示される中心表示領域４１２０を含む。周辺基準マーク領域４１２１では、垂直基準マーク４１１０が、第１の垂直スクリーンセグメントの左上角に位置付けられレーザー＃１からの第１のレーザービームの垂直位置を測定する。同様に垂直基準マーク４１２０、４１３０、及び４１４０が、それぞれ、第２の、第３の、及び第４のスクリーンセグメントの左上角に位置付けられ、レーザー＃１からのレーザービームの垂直位置を測定する。或いは、各スクリーンセグメントにおける垂直基準マークは、異なる且つ既知の場所に位置付けられて、レーザー＃１からのレーザービーム又は別のレーザービームの垂直位置を測定することができる。各スクリーンセグメントにおける垂直基準マークは、６つのレーザービームのうちの１つの垂直位置を測定すべく使用され、この測定された垂直位置は、対応するポリゴン面から反射された当該レーザー走査の垂直位置を表すべく使用される。各スクリーンセグメントにおける垂直基準マーク及び垂直位置の検出は、図１３乃至１６における例により実施することができる。
【０１６７】
ポリゴンスキャナにピラミッド誤差がない場合、レーザー走査＃１乃至＃４は、互いの走査から均一に離間されているべきである。異なるスクリーンセグメントにおける異なる垂直基準マークからの垂直位置信号は、各ポリゴン面に対して垂直位置において同一のオフセット、又は、すべての走査の垂直位置において誤差がないことのいずれかを示す。ポリゴンスキャナが、少なくとも１つの面においてピラミッド誤差を有する場合、誤差信号は異なる。垂直スキャナの位置は、垂直位置における誤差を等化する又は垂直位置における誤差を最小限にすべく制御されて、スクリーンへのピラミッド誤差の影響を補正することができる。
【０１６８】
図示する４つの連続ポリゴン面からのスクリーン上への４つの連続走査では、走査＃１及び走査＃２は、それぞれの垂直基準マークと垂直方向において配置合わせされるので、それらは、ポリゴンスキャナの対応する面からのピラミッド誤差を示さない。しかし、走査＃３及び走査＃４をもたらす面はピラミッド誤差を示す。即ち、走査＃２と走査＃３は、走査＃３の垂直位置が高すぎるので、互いに近すぎ、また、走査＃３と走査＃４は、走査＃３が垂直方向において高すぎ且つ走査＃４が垂直方向において低すぎるので、離れすぎている。これは、面間でビームをずらすピラミッド誤差によるものである。
【０１６９】
図４２は、図１３の基準マークに基づいた図４１に示す各スクリーンセグメントにおける垂直基準マークの動作を説明する。各基準マークは、互いから変位される２つの対称的な三角基準マーク２８１１及び２８１２を含む。動作時、スクリーン上の三角特徴２８１１及び２８１２から反射されたレーザー光は、図４２の下部に示すような波形を生成する。第１の三角形からの光は積分される。検出器回路は、各基準マーク上の走査ビームの長さに比例するパルス幅を有するパルスを生成するよう設計することができる。第２の三角基準マーク２８１２からの光も積分され、第１の三角マーク２８１１からの検出器信号の値と比較される。ビームが、２つの三角基準マーク２８１１及び２８１２間で垂直方向において中心にある場合、第１の積分値を第２の積分値から減算するとゼロになる。この誤差信号はマイクロコントローラに渡され、当該マイクロコントローラによって使用されて、ガルボ位置誤差の振幅及び方向が決定され、また、同じ面による後続の走査における対応するピラミッド誤差が補正される。
【０１７０】
図４２に示す例では、ビーム位置４２１１は高すぎるので検出器信号４２１０が生成される。２つの基準マークからのパルス間の差は負であり、ビームの垂直位置が高すぎることを示す。従って、次回に、同じ面が水平走査を行う場合には、この測定されたピラミッド誤差を相殺すべく垂直スキャナの位置が調節される。別の例として、ビーム位置４２２１は適切であるので、検出器信号４２２０において２つの等しいパルスが生成される。対応する誤差信号はゼロであり、この面に対しては補正を行う必要がない。更に別の例として、ビーム位置４２３１は低すぎるので検出器信号４２３０が生成される。２つの基準マークからのパルス間の差は正であり、ビームの垂直位置が低すぎることを示す。従って、次回に、同じ面が水平走査を行う場合には、この測定されたピラミッド誤差を相殺すべく垂直スキャナが調節される。
【０１７１】
図４３は、垂直スキャナ制御のブロック図を示す。スクリーン４３０１は、垂直基準マークを有する周辺基準領域と、画像を表示する中心表示領域とを有する。光検出器４３１０は、垂直基準マークからの光を受取るべくスクリーン４３０１の前の位置にあり、検出器信号を生成する。ピラミッド誤差信号発生器回路４３１２を用いて、検出器信号を受信及び処理して、誤差信号を生成する。例えば、図１４Ａに示す回路を用いて回路４３１２とすることができる。制御器４３１４は、この誤差信号を使用して、ガルボミラー５４０の垂直位置を制御するガルボ制御信号を生成し、それにより、各ポリゴン面の検出されたピラミッド誤差を補正する。制御器４３１４は制御信号を生成するマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含みうる。動作時、マイクロコントローラは、上述の誤差信号を用いて、ガルボミラー５４０をその通常の傾斜位置から僅かにずらす（re-position）。この再位置決めによって、ピラミッドポリゴン誤差により引き起こされるレーザービームの小さな垂直方向における方向誤差が補正される。
【０１７２】
単一のフレームにおいて、複数のレーザービームは、ガルボミラー５４０の回転動作によって連続的にスクリーン４３０１の上から下に偏向される。理想的には、ガルボミラー５４０は、光をスクリーン４３０１の上から下に導くべく連続的な線形の角度（linear angle）で走査する。しかし、この垂直走査時、異なる連続ポリゴン面が水平走査に関与するので、任意の水平走査のポリゴンピラミッド誤差は、ガルボミラー５４０による連続的な垂直走査の途中で各水平走査においてガルボミラー５４０の小さいオフセットによって補正される必要がある。スクリーン上で見える影響を回避すべく、ガルボミラー５４０の垂直位置決めに対する小さなオフセットは、ビームが周辺基準マーク領域にあり、スクリーン４３０１の中心表示領域外にある場合に適用される。
【０１７３】
図４４は、スクリーン４３０１上の単一のビデオフレームを走査する間にピラミッド誤差を補正するガルボミラー５４０の動作を説明する。この例では、８つの面を有するポリゴンスキャナをスキャナ５５０として使用し、スクリーン４３０１は１６個の垂直スクリーンセグメントに分割され、従って、ポリゴンスキャナ５５０は、スクリーン全体を走査し、単一のビデオフレームを生成すべく２回転する。図示するように、ガルボ角への各補正は、１つの水平走査の終わりから後続の新しい水平走査の始まりの間に僅かに変えられる。２つの連続する水平走査間のこの遷移時間の間、レーザービームはディスプレイ上では見ることができない。この例では、４つのピラミッド補正が、ポリゴンの１回転の間に適用される。即ち、第２の面による水平走査の始まりにおける第１の補正（この補正は、第３の面による次の走査にも適用される）と、第５の面に続く第４の面による水平走査の始まりにおける第２の補正と、第７の面に続く第６の面による水平走査の開始における第３の補正と、第８の面の始まりにおける第４の補正である。補正パターンは、通常、相対的に小さい変化を有し、マイクロジョグパターンを形成する。同じ補正が、各回転に対し繰り返される。この例では、ガルボの帰線は、３つのポリゴン面を走査する時間の間に行われる。この例におけるパターンは、３面分の時間がずれ、次のビデオフレーム走査は、面＃４から開始する。このマイクロジョグパターンは、各ビデオフレームに対してではなく、ポリゴンの各回転に対して繰り返される。
【０１７４】
マイクロジョグタイミングは、図４３に示す制御器４３１４内のマイクロコントローラにより行われ、角度は誤差信号から決定される振幅及び方向によって増加又は減少される。ポリゴン５５０は、面の面ＩＤ番号を供給する面番号センサを含みうる。マイクロコントローラは、面ＩＤ番号を受け取り、スクリーン上にレーザービームを導く次の面がポリゴンのどの面であるかを知り、水平走査についての面のシーケンスに応じてガルボミラー５４０を制御する。
【０１７５】
上述したピラミッド補正には、スクリーン上の垂直基準マークと、垂直基準マークからの散乱又は反射光の光検出とに基づいて各ポリゴン面のピラミッド誤差を測定する誤差測定メカニズムと、測定されたピラミッド誤差を補正すべく後続の水平走査における垂直スキャナを制御する誤差補正メカニズムとが含まれる。従って、ピラミッド誤差の変化に伴って、誤差測定メカニズムは変化を検出することができ、従って、垂直スキャナに対する補正を適宜調節することができる。このピラミッド補正の動的な性質を用いることで、ディスプレイの性能且つ信頼度を高めることができる。
【０１７６】
以下のセクションは、走査ビームにおけるレーザーパルスのタイミング且つスクリーン上のレーザーパルスの配置合わせを制御すべく蛍光スクリーンから放射される蛍光光を用いて静的及び動的サーボ制御信号を生成する追加の例を説明する。図４５乃至４８は、以下の例を説明する。
【０１７７】
１つの側面において、以下の例におけるサーボ制御を用いて、レーザービームがスクリーンの蛍光ストライプを横切る水平走査に沿って走査される際にスクリーン上の正しい色副画素を照明するようレーザークロック又はレーザーパルスのタイミングを調整する。このようなシステムの通常動作において、レーザーは、スクリーン上の選択された副画素に光パルスを供給すべくパルスされ、スクリーン上の蛍光材料により発生される蛍光光により画像を表示する。パルス振幅、パルス幅、又はその両方を制御して、各副画素において適切なレベルの励起蛍光輝度を生成することができる。サーボ制御を用いてレーザーパルスをターゲットの副画素の中心に合わせ、それにより、ターゲットの副画素の隣の隣接副画素を照明することを回避する。
【０１７８】
一部の実施例では、サーボ制御には、スクリーン上の副画素に対するレーザーパルスのタイミング又は配置合わせにおける誤差を検出する誤差検出メカニズムと、検出された誤差を減少するフィードバック制御メカニズムとが含まれうる。例えば、レーザーパルスのタイミングを補正するサーボ制御では、この制御は、例えば、ライン開始（ＳＯＬ）用の周辺基準マークといった水平方向に沿っての基準点に対するレーザークロックタイミングを可変にすることで達成することができる。誤差検出は、レーザーパルスの励起下で蛍光スクリーンからの赤、緑、及び青色の光の相対振幅を検出及び観察することで達成することができる。
【０１７９】
２つの異なるサーボ制御、即ち、静的サーボ制御と動的サーボ制御を実施することができる。静的サーボフィードバックアルゴリズムは、表示システムがスクリーン上での通常の画像表示を開始する前に、システムの起動後に行われる。表示システムは、副画素の中心位置にレーザーパルスを配置合わせすべく初期のクロック較正を行うよう制御される。動的サーボフィードバックアルゴリズムは、システムの初期の起動後に行われ、また、例えば、表示システムの通常の動作時にも続けて行われることが可能である。この動的サーボフィードバックは、温度変化、スクリーンの動作、スクリーンの歪み、システムの経年変化、及びレーザーとスクリーンとの配置合わせを変化させうる他の要因に備えて、パルスを副画素の中心位置に合わせ続ける。動的サーボ制御は、ビデオデータがスクリーンに表示される間に行われ、また、観察者にはその制御が分からないように設計される。上述したように、レーザービームは周期遅延信号を有するよう制御され、この信号は、レーザーパルスを、時間領域において周期的に正方向及び負方向に遅延させる。一例として、レーザーパルスは、例えば、１水平走査のためのサーボデジタル回路又はマイクロプロセッサにおけるクロックの１クロックサイクル分位相が進められ、また、例えば、後続の走査では１クロックサイクル分、位相が遅らせられることが可能である。一部の実施例では、サーボデジタル回路のクロックサイクルは、副画素の幅が、例えば、１副画素あたりに１６乃至２０のクロックサイクルといったように１０クロックサイクルを超えるスクリーン上の走査距離に対応するよう設定されることが可能である。一例として１クロックサイクルの継続時間は、数ナノ秒でありうる。
【０１８０】
図４５は、走査ビーム表示システムの蛍光スクリーン１０１の励起側において蛍光スクリーン１０１から離れて配置される光センサ４５０１を用いた光サーボ設計の一例を示し、ここでは、スクリーン１０１は、蛍光スクリーン１０１によって放射された蛍光光の少なくとも一部が励起側に存在することが可能に設計されている。一部の実施例では、光センサ４５０１は、スクリーン１０１の観察者側に配置されてもよい。光センサ４５０１は、スクリーン１０１全体の視野を有するよう位置付けられうる。スクリーン１０１とセンサ４５０１との間に集光レンズを用いて、スクリーン１０１からの蛍光光の収集を容易にすることもできる。光センサ４５０１は、例えば、スクリーン１０１により放射される様々な色（例えば、赤、緑、及び青）のうち緑といった選択された色の蛍光光を検出する少なくとも１つの光検出器を含むことができる。サーボ制御に使用される具体的な技術に応じて、一部の実施例におけるサーボ制御では、単色用の単一の検出器で十分であり、他の実施例では、スクリーン１０１からの２以上の色の蛍光光を検出する２以上の光検出器が必要である場合もある。追加の検出器を使用して、サーボ制御のための検出冗長性を与えることができる。基準信号を生成する基準マークを参照するに、このような基準信号の検出及びこの基準信号に基づいた制御機能は、図１１乃至図１９に記載し、サーボ制御はシステムの基準マークの制御機能を組み合わせることができる。以下に説明する例において、蛍光ストライプを有するスクリーン領域外のライン開始基準マークを、走査ビームの光パルスのタイミングの静的サーボ制御用のタイミング基準として使用することができる。
【０１８１】
図４５に示す例では、光センサ４５０１は、それぞれ、スクリーン１０１によって放射される３つの異なる色を検出する３つのサーボ光検出器４５１０、４５２０、及び４５３０（例えば、フォトダイオード）を含む。このフォトダイオードは、３つのグループに配置され、各グループは、赤色フィルタ４５１１、緑色フィルタ４５２１、又は青色フィルタ４５３１によってフィルタリングされ、それにより、３つのフォトダイオード４５１０、４５２０、及び４５３０はそれぞれ３つの異なる色を受取る。各フィルタは、フォトダイオードがビューイングスクリーンからの赤色、緑色、及び青色のうちの１つにしか反応しないようにするフィルム等、様々な構成で実施しうる。各色のグループに対する検出器回路は、前置増幅器４５４０、信号積分器（例えば、電荷積分器）４５４１、及び、赤、緑、又は青の検出器信号を、マイクロコンピュータ又はマイクロプロセッサでありうるデジタルサーボ回路４５５０内で処理すべくデジタル化するＡ／Ｄ変換器４５４０を含む。スクリーンから放射された蛍光光の赤、緑、及び青色光の強度は測定することができ、その測定された結果は、デジタルサーボ回路４５５０に送信される。デジタルサーボ回路４５５０は、積分器４５４１をリセットして検出器の積分オペレーションを制御するためにリセット信号４５５２を生成且つ使用する。これらの信号を使用することで、デジタルサーボ回路４５５０は、スクリーン１０１上の走査レーザービームの配置合わせにおける誤差があるか否かを判断することができ、また、その検出された誤差に基づいて、レーザーパルスをスクリーン１０１上の副画素上に中心を合わせるべくレーザークロックを時間的に前進させるか又は遅延させるか判断する。図４５におけるサーボ検出は、図１０におけるシステムといった様々な走査表示システムにおいて実施することができ、また、スクリーンが画像を表示しないシステムの起動段階時の静的サーボ制御及びスクリーン上に画像が表示されるシステムの通常動作時の動的サーボ制御の両方に用いることができる。
【０１８２】
本願に記載する静的サーボ制御動作は、表示システムが、スクリーン上に画像を表示する通常動作時ではないときに行われる。従って、通常動作時のガルボ垂直スキャナ及びポリゴン水平スキャナを用いた両方向への通常のフレーム走査を回避することができる。ガルボスキャナによる垂直走査を使用して走査レーザービームを所望の垂直位置に導き、且つ、その位置に固定して、水平走査におけるレーザータイミング誤差を示す所望の誤差信号を獲得すべくレーザーパルスタイミングにおいて異なる時間遅延を有する反復水平走査を行うことができる。更に、静的サーボ動作時に画像信号を伝送しない特殊なレーザーパルスパターン（例えば、図４６）を用いて誤差信号を生成することができる。
【０１８３】
静的サーボ制御では、レーザー用のレーザーパルスパターンは、スクリーン１０１上のレーザーパルスの位置誤差に比例する信号を生成するよう選択することができる。複数のレーザーを用いる一実施形態では、各レーザーは、スクリーン１０１に亘って１度に１つずつパルスされ、残りのレーザーはオフにされる。この動作モードは、各レーザーのタイミングを測定し、静的サーボ制御処理時に独立して補正されることを可能にする。
【０１８４】
図４６及び図４７は、静的サーボ制御を実施すべく誤差信号を生成する１つの例示的な技術を説明する。図４６は、レーザーパルスの周期パルスパターンを有する走査レーザービームに対して変調される試験光パルスパターンの一例を示す。この試験パルスパターンの時間におけるパルス幅は、２つの隣接する副画素間の境界の幅（ｄ）より大きく、１副画素（１蛍光ストライプ）の幅（Ｄ）の２倍未満であるスクリーン上の空間幅に対応する。例えば、このパルスパターンの時間におけるパルス幅は、１副画素の幅（Ｄ）に等しい空間幅に対応する。このパルスパターンの反復時間は、１色画素（３つの連続する蛍光ストライプ）の幅（３Ｄ）に等しいスクリーン上の２つの隣接するレーザーパルス間の空間的距離間隔に対応する。
【０１８５】
動作時、図４６におけるレーザーパルスパターンのタイミングは、各レーザーパルスが１つの副画素と１つの隣接副画素に部分的に重なり、２つの隣接する副画素における異なる色を励起させるべく調節される。従って、２つの隣接する副画素（例えば、赤の副画素と緑の副画素）に重なるレーザーパルスは、赤の副画素に重なり赤色光を生成する赤色励起部分と、隣接する緑の副画素に重なり緑色光を生成する緑色励起部分とを有する。発光された赤色光及び緑色光の相対出力レベルを用いて、レーザーパルスの中心が２つの隣接する副画素間の境界の中心にあるか否か、また、レーザーパルスの中心と境界の中心との間の位置オフセットを決定する。この位置オフセットに基づいて、サーボ制御は、レーザーパルスパターンのタイミングを調節してオフセット量を減少し、また、レーザーパルスの中心を境界の中心に合わせる。この配置合わせの終了後、サーボ制御は、レーザーパルスパターンのタイミングを進める又は遅らせて各レーザーパルスを副画素幅の半分分ずらし、それにより、レーザーパルスの中心を２つの隣接する副画素のいずれかの中心におく。これにより、レーザーと色画素との間の配置合わせ調節が完了する。上述した処理の間、垂直スキャナは配置合わせ調節下のレーザーを固定垂直位置に導くよう固定され、水平ポリゴンスキャナは誤差信号を生成するよう同じ水平ラインに沿って繰り返しレーザービームを走査する。
【０１８６】
上述した処理は、発光された赤色光及び緑色光の相対出力レベルを使用して、レーザーパルスの中心と２つの隣接する副画素間の境界の中心との間の位置オフセットを決定する。この技術を実施する１つの方法は、２つの異なるリン光体材料により発光される光量における差分に基づいた差分信号を使用することである。図４５に示すサーボ検出における幾つかの要素がこの実施に影響を及ぼす。例えば、異なる色を放射する異なる蛍光材料は、所与の励起波長において異なる放射効率を有しうるので、同じ走査励起ビーム下では、２つの隣接する副画素は、異なる出力レベルで２つの異なる色（例えば、緑及び赤）で発光することができる。別の例として、赤、緑、及び青色を透過させるカラーフィルタ４５１１、４５２１、及び４５３１が、異なる透過値を有してもよい。更に別の例として、光検出器４５１０、４５２０、及び４５３０が、３つの異なる色に対して異なる検出器効率を有してもよく、それにより、検出器に入射する異なる色であるが同量の光に対して検出器出力が異なりうる。次に、レーザーパルスの中心が２つの隣接する副画素間の境界の中心に配置合わせされ、従って、レーザーパルスは２つの隣接する副画素間で等しく分割される条件を検討する。上述の及び他の要素によって、２つの隣接する副画素の発色に対応するサーボ光検出器は、レーザーパルスがその隣接する副画素間で等しく分割される場合は、２つの異なる信号レベルの２つの検出器出力を生成しうる。従って、所与の表示システムでは、サーボ検出器信号は、上述の及び他の要素を考慮に入れて較正されてレーザーパルスの位置オフセットを正確に表すことができる。この較正は、ハードウェア設計、図４５のサーボデジタル回路４５５０におけるデジタル信号処理内のソフトウェア、又はハードウェア設計及び信号処理ソフトウェアの両方の組み合わせを介して達成することができる。以下のセクションでは、適切な較正が行われ、それにより、２つの異なるサーボ光検出器からの較正済み検出器出力は、レーザーパルスが２つの隣接する副画素間で等しく分割される場合は、等しいと想定する。
【０１８７】
従って、適切な配置合わせ条件下では、各レーザーパルスは、緑の副画素上に１パルスの半分を、隣接する赤の副画素上に同じパルスの残りの半分を有する。このパルスパターンは、配置合わせが適切である場合は、サーボ検出器で等しい量の赤色光及び緑色光を生成する。従って、赤色検出器と緑色検出器との間の検出器出力電圧における差は、配置合わせが適切であるか否かを示す誤差信号である。配置合わせが適切である場合、赤色検出器と緑色検出器との間の差分信号はゼロであり、配置合わせが適切な配置合わせから外れている場合、差は、正の値又は負の値であり、符号は、配置合わせのオフセットの方向を示す。２つの色チャネル間の差分信号を用いることで、ビューイングスクリーンのリン光体からの発光の絶対振幅を測定する必要をなくすことができる。或いは、２つの異なる色チャネル、即ち、青色検出器と赤色検出器、又は、緑色検出器と青色検出器との間の差を使用して配置合わせ誤差を示すこともできる。一部の実施例では、青色光は、入射励起レーザー光の波長に最も近いので、サーボ制御目的に緑色検出器と赤色検出器との間の差を使用することがより現実的である。図４５のスクリーンからの蛍光フィードバック光を検出する光センサ４５０１とは別個である基準マークからの光を検出する光センサを用いて、検出信号を生成し、また、この光センサは、デジタルサーボ回路４５５０に接続される。
【０１８８】
静的サーボ制御において、タイミング走査の開始は、まず、走査レーザービームにおける試験パルスパターンを用いて補正することができる。タイミングは、水平走査に沿った複数の隣接画素（例えば、５画素）からなる第１のグループ、次に、同じサイズの（例えば、次の５）隣接画素からなる次のグループ、次に、次の５画素に対して補正され、所与のレーザーに対して走査全体が補正されるまで続けられる。ここでは、５画素を例示として選択した。このようなグループ分けは、サーボ制御に必要な時間量を低減し、また、１つのグループにおける異なる画素から生成された信号が積分された場合に誤差信号の信号対雑音比を増加すべく使用することができる。実際では、各グループの画素数は、表示システムの具体的な要件に基づいて選択することができる。例えば、初期タイミング誤差の程度が考慮されてもよく、その場合、小さいタイミング誤差では、サーボ制御のために多数の連続画素を１グループとすることを可能にし、また、大きいタイミング誤差では、サーボ制御のために少数の連続画素を１グループとすることが必要となる。各測定において、走査ビームのタイミング誤差は、デジタルサーボ回路４５５０のデジタルクロックの１クロックサイクルに補正することができる。図４５では、デジタルサーボ回路４５５０はマイクロコントローラであり、これは、個々のレーザーそれぞれに対するタイミング制御を有するよう設計され、且つ、各画素に対するレーザーパルスのタイミングを補正すべく用いられる。
【０１８９】
特に、多くのリン光体は、蛍光発光において持続性を示す。このリン光体の特性によって、レーザーパルスが次の画素に移ってもリン光体は発光してしまう場合がある。図４５を参照するに、信号積分器４５４１が各サーボ検出器の前置増幅器４５４０の出力において接続され、それにより、リン光体のこの影響を相殺することができる。積分器４５４１は、積分器用のリセットラインが積分器を積分モードに設定すべくローである間、複数の画素の所与の前置増幅器４５４０に対するすべての光を効果的に「合計する」よう使用することができる。マイクロコントローラがＡ／Ｄサンプリングを開始すると、所与の色に対して合計された光がサンプリングされる。次に、各積分器４５４１へのリセットライン４５５２は、積分器の電圧が積分器４５４１をリセットすべくゼロに戻されるまでハイとなり、続けて解放されてローに戻され、新しい積分期間が再開される。この積分期間に、積分器４５４１は、再び光の合計を開始する。
【０１９０】
図４７は、図４６のレーザーパルスパターンを用いて、レーザータイミングが、赤の副画素と緑の副画素との間で直接中心にされるその公称位置から変化するにつれて誤差信号が変化する様子を説明する。図４６のレーザーパルスパターンに基づいた差分信号の誤差電圧が、図４７に示すようにゼロである場合、赤色サーボ検出器及び緑色サーボ検出器上には同量の赤色光及び緑色光があり、レーザーパルスのタイミングは、２つの隣接する副画素間の境界の直上にある。このようにして、各サンプルにおける誤差信号は、前のリセットパルス後の期間の間だけのレーザータイミング誤差を表す。このスキームを用いることで、スクリーン全体に対するタイミングが各レーザーについて補正される間、各水平掃引での各レーザーに対する補正済みレーザータイミングマップを生成することができる。垂直スキャナを用いて、各レーザーからの水平走査ビームの垂直位置を変更する。
【０１９１】
静的サーボ誤差信号を生成する上述の技術は、２つの隣接する副画素間の境界を配置合わせ基準として使用し、レーザーパルスパターンにおけるレーザーパルスを配置合わせする。或いは、各副画素の中心を直接配置合わせ基準として使用し、２つの隣接する副画素間の境界を使用することなく、レーザーパルスを複数の副画素間で中心にしてもよい。この代替の方法では、サーボ制御のための誤差信号を生成するためには、単色サーボ光検出器からの出力で十分である。図１２のライン開始（ＳＯＬ）周辺配置合わせ基準マークといった配置合わせ基準マークと、ＳＯＬマークからのフィードバック光を検出する別個のＳＯＬ光検出器を用いてタイミング基準を供給し、且つ、配置合わせを支援することができる。図４５を参照するに、ＳＯＬ光検出器は、その出力をデジタルサーボ回路４５５０に導くよう接続される。
【０１９２】
この代替の静的サーボ技術は、以下のように実施することができる。１画素における１副画素に対応する少なくとも１つのパルスを有する試験パルスパターンを用いて走査レーザービームを変調し、このとき、パルス幅は、１副画素幅（Ｄ）以下である。水平走査において、レーザータイミングは、ＳＯＬ光検出器によりＳＯＬ信号が検出された後に走査の第１の副画素のグループに対して調節される。ＳＯＬ信号からのタイミング基準に基づいて、レーザーパルスパターンのレーザータイミングは、例えば、緑色光（又は、赤、又は青）といった蛍光スクリーンにより放射される３つの色のうちの１つの検出される光出力を最大にすべく調節される。この調節は、１画素あたりに１回レーザーをパルスし、レーザータイミングを調節することで達成することができる。緑色光が、最初の５画素で最大にされる場合、次の５つの緑の副画素がパルスされる。タイミングは、１水平走査の間に１クロックサイクル分進められ、次に、スクリーン上の同じ垂直位置における後続のレーザー水平走査で１クロックサイクル分遅らせられる。最大緑色を生成するタイミングが、正しいレーザータイミングとして選択される。クロックサイクルを進めたことによる出力信号が、クロックサイクルを遅らせたことによる出力信号と等しい場合、レーザータイミングは適切であり、変更されない。次に、次の５画素が、進められた又は遅らせされたレーザークロックサイクルで照明され、最大緑色光を生成するタイミングが、この５画素を含むグループに対し選択される。この動作は、スクリーンの端に到達するまでスクリーンの水平長さに亘って繰り返される。この方法は更に、レーザーからのビームがスクリーンを水平方向に掃引する際に各レーザーに対して補正されるレーザークロックも生成する。
【０１９３】
上述した静的サーボ制御動作は、表示システムが通常動作にないときに実行されるので、画像信号を伝送しない試験パルスパターン（例えば、図４６）を用いることができる。動的サーボ補正は、通常動作時及びスクリーン上での画像の視聴時に実行される。従って、誤差検出は、別個の試験パルスパターンを用いることなく蛍光スクリーンを励起する画像伝送走査ビームを用いて行われる必要がある。静的及び動的サーボ制御の両方が実施される場合、試験パルスパターンは、観察者に対してスクリーン上に表示されるべき画像がスクリーン上に表示されない起動段階時に走査ビームに適用され、起動段階後、走査ビーム上に変調された試験パルスパターンが、通常動作時に表示されるべき画像を伝送するパルス列に交換される。通常動作時、レーザーパルスは、所望の表示画質を保証すべくスクリーン上の各副画素間で直接的に中心されていると仮定する。図７の走査モードにある複数のレーザーを有する走査表示システム（例えば、図５のシステム）において、複数のレーザーからの走査レーザービームは、ビューイングスクリーン上のある領域（例えば、約１インチ×１インチ）を囲む。通常動作時、通常のラスタフレーム走査が行われ、それにより、特定の水平走査は、１フレームにおいて１度行われる。異なるレーザーパルスタイミング遅延での同じ水平走査ラインでの誤差測定を得るためには誤差信号を生成する異なるフレーム走査が必要である。
【０１９４】
所与の水平走査において、全レーザーの位相を、デジタル回路４５５０の１クロックサイクル分進めることができる。この動作によりすべてのレーザービームのスクリーン上の位置が、その１クロックサイクルの走査距離分変位し、この変位量は、走査距離が小さい場合には小さい（例えば、副画素幅の１０分の１未満）。従って、副画素（例えば、緑色検出器）から放射される有色光の振幅が僅かに変えられる。次のフレームでは、全レーザーの位相は１クロックサイクル分遅らせられる。公称レーザーパルス位置が最初に正しい場合には、２つの異なる且つ連続する画像フレームの遅延及び前進させられた走査の振幅は、測定及び観察に選択される任意の色に対して等しい。２つの異なるフレームの遅延及び前進させられた走査の振幅が異なる場合には、レーザーのタイミング誤差があり、補正を、誤差信号が監視される間に、レーザータイミングに適用して後続の画像フレームにおける差分を少なくし、また、この補正は、新しく生成される誤差信号に基づいて更新される。差分の符号は、レーザーのタイミング誤差におけるオフセットの方向を示し、従って、サーボ制御は、そのオフセットをなくすよう補正を適用することができる。上述した第２の静的サーボ制御方法と同様に、動的サーボ制御のための誤差信号を生成するためには、単色サーボ光検出器からの出力で十分である。
【０１９５】
図４８は、連続水平レーザー走査での動的フィードバックサーボ信号の生成の例を説明する。レーザータイミングを１クロックサイクル分進める又は遅らせる場合、スクリーン上の表示画像における色ずれは、全色に対する全パルスを進める又は遅らせることにより回避することができる。このようにして、全色が強度について僅かに明るくされる又は暗くされ、それにより、望ましくない色ずれが回避される。２つの連続画像フレームは非常に異なる輝度コンテンツを有する場合があるので、サーボはサーボ光検出器信号を正規化することで連続フレーム間の振幅差の影響を相殺することができる。一例として、マイクロコントローラにより生成される最終誤差信号は、次の通りに正規化することができる。
ErroSignal  ＝  （Vtick／LaserAmplitude）−（Vtock／LaserAmplitude）
このとき、LaserAmplitude値は、サーボ制御に使用される色のレーザードライブの和であり、Vtick及びVtockの値は、それぞれ、２つの連続フレームにおいて１クロックサイクル進める及び遅らせるための積分器の電圧出力である。誤差信号がゼロである場合、公称レーザーパルス位置は、副画素上に中心が置かれる。公称値（副画素上に直接中心が合わされる）からレーザーパルスを進める又は遅らせることでスクリーンからの発光は減少巣する。レーザーパルスタイミングが変えられた場合に光が増加すると、光システムの位置は僅かに変位しており、パルスのタイミングは誤差信号が再びゼロとなるまで調節されなければならない。
【０１９６】
動的サーボシステムは、例えば、約１インチ×１インチといった複数のレーザービーム用のスクリーン上の同じ近似サイズのレーザーパターンのスクリーンにおける動作変動を補正することができる。これは、全レーザーの位相が一斉に進められ及び遅らせられて約１×１インチの領域を照明することによる。更なる微調整によって、例えば、半分以下で一部のレーザーの位相を進める及び遅らせることができ、それにより、誤差信号の振幅は適宜減少しうる。
【０１９７】
本明細書には多くの詳細を含めたが、これらを発明もしくは権利請求する事項の範囲を制限するものと解釈すべきでなく、発明の特定的実施形態に限定された特徴の記載であると解釈するべきである。本明細書において異なる実施形態のそれぞれの脈絡で記載された特徴を単一実施形態において組み合わせて実施することもできる。反対に、単一実施形態の脈絡にて記載された多様な特徴を多数の実施形態において別々に実施することができ、あるいは適切なサブコンビネーションにて実施することもできる。更に、特徴の上記記載もしくは特徴の当初権利請求において特定のコンビネーションにて機能するよう特徴が記載されていても、権利請求されたコンビネーションのうちの１以上の特徴を当該コンビネーションから場合によっては削除することができ、また権利請求されたコンビネーションをサブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形例に適用してもよい。
【０１９８】
幾つかの実施例しか開示していないが、機能変形や機能増強を行ってよいことは理解されよう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【国際調査報告】
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