(57)【要約】  微分干渉法の光変調器及び画像表示システムは、偏光ビームスプリッター、偏光変位デバイス、及び線画像を変調するためのＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの線形のアレイを含む。偏光ビームスプリッターは、干渉計における偏光子及び検光子の両方として作用する。偏光変位デバイスは、偏光子からの偏光させられた光を、互いに平行に伝播するものである直交する偏光の成分へと分割する。ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスのアレイは、相対的な位相の偏移を偏光の成分へ分与すると共にそれらを偏光変位デバイスへ戻すが、そこでは、それらは、再結合させられると共に検光子へ送られる。ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスは、電子式に制御されると共に電子式の画像データを現実の光変調へと転換する。
2009503613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光ビームスプリッター；
偏光変位デバイス；及び
ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイス；
：を含む、画像表示システムであって、
偏光させられた光は、前記偏光ビームスプリッターから前記偏光変位デバイスまで方向付けられる；
前記偏光変位デバイスは、前記光を、直交する偏光の平行なビームへと分割する；且つ、
前記ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスは、前記平行なビームに相対的な位相の偏移を分与する、システム。
【請求項２】
前記偏光変位デバイスは、
前記偏光させられた光の直交して偏光させられた成分に角度的な分離を分与する複屈折性のプリズム；及び、
前記偏光させられた成分が、前記レンズと前記ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスとの間において相互に対して平行に進むように置かれたレンズ
：を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記偏光変位デバイスは、
ウォラストン・プリズム、ロション・プリズム、又はセナルモン・プリズム；及び、
レンズ
：を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記偏光変位デバイスは、
前記偏光させられた光の直交して偏光させられた成分に側方の変位を分与するウォークオフ結晶
：を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記偏光変位デバイスは、
サバール板、又は改良されたサバール板
：を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスは、
ＭＥＭＳのリボンデバイス
：を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスは、
ＭＥＭＳの片持ちばりデバイス
：を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスは、
ＭＥＭＳの蝶番デバイス
：を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
画像表示システムであって、
二つの又はより多くの微分干渉法の光変調器；及び、
多色の線画像の出力を形成するために各々の変調器からの光を組み合わせる色を組み合わせるプリズム
：を含む、システム。
【請求項１０】
二次元の画像を形成するために前記線画像を走査する走査ミラーをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記二次元の画像の直視用のアイピースをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記線画像の出力にわたって走査された物体をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、視覚的な表示デバイス及び光変調器システムに関係する。特に、それは、光学的な偏光に敏感なデバイスを含有する微分鑑賞法の光変調器システムに関係する。
【背景技術】
【０００２】
テレビ受像機及び映写機のような表示デバイスは、しばしば、二次元のパターン又は画像に光を分配する目的のために変調器を組み込む。例えば、映画のリールの枠は、投射器のランプからの白色の光を、映画のスクリーンに画像を形成するものである形状及び色へと変調する。現代的なディスプレイにおいては、光変調器が、変調器を制御するものである電子式の信号に応答して、画像における個々のピクセルをオン及びオフにするために、使用される。
【０００３】
Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓは、それの表面に多数の小さなミラーを含むものであるディジタル・ミラー・デバイスと呼ばれたマイクロマシンの集積回路のチップの光変調器を導入した。各々のミラーは、画像におけるピクセルに対応すると共に、チップにおける電子式の信号は、ミラーが、明るい又は暗いピクセルを形成するために、移動すると共に異なる方向に光を反射することを引き起こす。例えば、ここに参照によって組み込まれた米国特許第４，７１０，７３２号明細書（特許文献１）を参照のこと。Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ及びＳｉｌｉｃｏｎ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｓは、明るい又は暗いピクセルへと光を回折させるために、回折格子をオン及びオフにすることができるものである、格子光変調器と呼ばれたマイクロマシンのチップを開発した。例えば、ここに参照によって組み込まれた米国特許第５，３１１，３６０号明細書（特許文献２）を参照のこと。
【０００４】
ディスプレイ用のこれらの反射性の及び回折性の光変調のスキームの両方は、光変調器の素子の二次元のアレイを伴う。しかしながら、光が高速の光変調器の線形のアレイに入射するものであるディスプレイを作ることは、また可能なことである。適当な拡大光学部品及び走査ミラーで、観察者に対して二次元のものに見えてくるための線形のアレイを、作ることができる。振動するミラーの走査する作用を通じて、光変調器の単一の行を、同じ解像度の実在の二次元の表示を提供するために必要であろうと思われるものと同じくらいの変調器の多数の行の作業をするために、作ることができる。例えばここに参照によって組み込まれた米国特許第５，９８２，５５３号明細書（特許文献３）を参照のこと。
【０００５】
Ｍａｎｈａｒｔは、格子の光弁のアレイ及び干渉法の光学システムを含む表示装置を導入した。ここに参照によって組み込まれた米国特許第６，０８８，１０２号明細書（特許文献４）を参照のこと。Ｍａｎｈａｒｔにおいて、表示システムは、表示されるものである画像を表すための空間光変調器として平面的な格子の光弁（ＧＬＶ）アレイを用いる。システムは、画像の表現のために、ＧＬＶアレイの可動の反射性の素子の位置に頼るが、それらは、アレイの平面に平行な平面を通じて移動する。可動の素子は、入射の位相−対照の波面から、表示されるものである画像を表す、反射された位相−変調された波面を提供する。表示された画像は、入射の位相−対照の波面から直接的に又は間接的にまた形成された基準の波面と、位相が変調された波面を、干渉法的に組み合わせることによって提供される。
【０００６】
多数のマイクロマシンの光変調器は、ディジタル・イメージングの技術と両立するものである。ディジタル情報は、変調器へ電子的に送られることがある。例えば、濃度階調の画像は、臨時でのみピクセルをオンにすることによって達成されることがある。５０％のデューティー・サイクルで明るいものから暗いものへと切り替えられるものであるピクセルは、明るいと暗いとの間の半分のところで一定の強度を有することが、観察者に見えてくることになる。しかしながら、ピクセルは、おおまかに３０Ｈｚの人間の目の臨界的なフリッカーの周波数よりも速く、明るい状態と暗い状態との間で切り替えられるものでなければならないが、そうでなければ、それは、明滅するように見えてくることになる。従って、ディスプレイ用の二次元のディジタル光変調器は、明るいと暗いとの間のある範囲の光のレベルを表示するために、すばやく状態の間で切り替わるものでなければならない。
【０００７】
それを二次元のものに見えるようにするために振動するミラーによって走査された、一次元のディジタル光変調器アレイは、速い切り替えるスピードの変調器を組み込むものでなければならない。各々の変調器の素子は、濃度階調の印象を提供するために、すばやくオン及びオフに切り替えるものでなければならないと共に、この作用は、ミラーの走査する周期内の線における各々のピクセルについて繰り返されるものでなければならない。格子の光変調器デバイスは、それらの機械的な素子が、非常に短い距離のみを移動するため、特に高い切り替えるスピードをみせるものである。格子の光変調器は、交替するリボンが回折格子を形成するために静電気的に偏向させられるものである平行なリボン構造を組み込む。リボンは、格子をオン又はオフに切り替えるために、光の波長の四分の一の距離を移動することのみを必要とする。また、ディジタルよりもむしろアナログのモードで一又は二次元の光変調器を動作させることは、可能な（及び、多数の例において望ましい）ことである。
【０００８】
格子の光変調器の一つの限界は、少なくとも二つのリボンが、回折性の変調器の素子を形成するために、要求されるというものである。従って、各々のピクセルは、少なくとも二つのリボンを要求するが、それらの各々は、チップにおける価値のある空間を使い尽くす。格子の光変調器の別の限界は、それらが、コリメートされた光源を要求するというものである。Ｇｕｄｅｍａｎは、格子の光変調器に非常に類似の機械的な構造に基づいた干渉法の光変調器を提案した；ここに参照によって組み込まれた米国特許第６，４６６，３５４号明細書（特許文献５）を参照のこと。Ｇｕｄｅｍａｎの光変調器は、リボンの構造に基づいたファブリー・ペロー干渉計の形態である。
【０００９】
上に述べたＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのディジタル・ミラー・デバイス及びＳｔａｎｆｏｒｄ／Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｓの格子光変調器デバイスによって典型的に表されたマイクロマシンの光変調器は、すでに幅広い商業的な成功を享有してきたと共に他の関係付けられた設計を生み出してきた。例えば、ここに参照によって組み込まれた米国特許第６，７２４，５１５号明細書（特許文献６）を参照のこと。しかしながら、それらは、限界の無いものであることはないと共に、改善の余地があるものである。
【００１０】
ディジタル・ミラー・デバイスは、比較的遅いものであると共に、従って、通常は、二次元のミラーアレイとして供給される。通常二次元の変調器アレイは、一次元のアレイよりも、作ることがより高価なものであると共に、ミラーについて洗練されたアドレス指定するスキームを要求する。同じ画像の解像度を備えた一次元のアレイが、単一の線におけるチップにＮ個のワーキング・ピクセルのみを要求する一方で、二次元のアレイは、大きいチップのエリアにわたるＮ個×Ｎ個のピクセルの欠陥の無い製造を要求する。
【００１１】
格子光変調器デバイスは、非常に速い一方で、上に留意したようにピクセル毎に一つよりも多いリボン構造を要求する。それらは、また、回折による限界によって影響を及ぼされる。格子光変調器は、反射性の状態又は構成及び回折の状態を有する。回折の状態において、入射してくる光は、光学的な格子の＋１及び−１の回折次数へと回折される。しかしながら、光の約８０％のみは、これらの二つの次数において収集される。より高い次数へ回折された光は、失われると共に、全体的な光の効率は、損害をうける。
【００１２】
格子に基づいたデバイスは、回折された光を収集するために高い開口数の光学素子を使用する。変調器が、より単純な低い開口数の光学部品を使用することができるものであることは、望ましいことであろう。また、格子に基づいたデバイスは、暗い状態における；即ち、画像に黒色のエリアを表示する際に、高いコントラストを達成するいくらかの困難を有する。可能な限り既存の変調器の設計の限界の多数を免れたものである光変調器は、高度に望ましいものであろう。
【００１３】
多数の望ましい特徴を有するものである干渉法の光変調器は、ここに参照によって組み込まれた２００４年１１月２６日に出願された米国特許出願１０／９０４，７６６号の“Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ａｎｄ  ｉｍａｇｅ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｄｅｖｉｃｅ”に開示されたものであった。そのデバイスは、高いスピード、高いコントラストを特色にすると共に、相対的に低い開口数の光学部品と両立するものである。加えて、表示された画像における各々のピクセルは、一つのＭＥＭＳのリボン（又は他の位相を偏移させる構造）のみに依存するが、そのため、価値のあるチップの実在の財産は、蓄えられる。干渉法の設計は、光が、回折のデバイスにおいて問題であり得るような、より高い回折次数で失われことがないことを意味する。
【００１４】
しかしながら、さらなる改善は、常に可能なことである。概念的に理解することが最も単純な改善は、それ自体に小型の構築をあたえる設計であろう。よりかすかな進歩は、偏光させられた光を操るための異なる方式及び視野のような光学的なパラメータの改善を伴うものであるかもしれない。加えて、光学的な位相の偏移を分与するためのＭＥＭＳのデバイスにおけるバリエーションは、異なる用途において望ましいものである。
【特許文献１】米国特許第４，７１０，７３２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３１１，３６０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９８２，５５３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０８８，１０２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，４６６，３５４号明細書
【特許文献６】米国特許第６，７２４，５１５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のある態様に従って、微分干渉法の光変調器及び画像表示システムは、偏光ビームスプリッター、偏光変位デバイス、及びＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスを含む。好ましくは、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの線形のアレイは、ディスプレイにおけるピクセルの線を変調することに役に立つ。偏光ビームスプリッターは、干渉計における偏光子及び検光子の両方として作用する。偏光変位デバイスは、偏光子からの偏光させられた光を、互いに対して平行に伝播するものである直交する偏光の成分へと分割する。ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイス又はこのようなデバイスのアレイは、偏光の成分への相対的な位相の偏移を分与すると共に、それらを偏光変位デバイスへ戻すが、そこでは、それらは、再結合させられると共に検光子へ送られる。ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスは、電子的に制御されると共に、電子的な画像データ（光変調の命令）を現実の光変調へと転換する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面は、明りょうさのために実践的なものである。本発明の前述する及び他の特徴、態様、及び利点は、後に続く記載、添付された請求項、及び付随する図面に関して、より良好に理解されたものになると思われる。
【００１７】
本発明のある態様は、新規な光変調器及び目視のためのスクリーンに画像を投射するために使用されるようなものであるかもしれない画像表示システムを提供する。代わりに、画像は、人が、アイピースをのぞき込むことによって、それらを目視することができるように、作り出されることがある。いずれの場合にも、二次元の画像の外観は、人間が走査する動きを検出することができないほど十分に速く線画像を走査することによって、作り出される。
【００１８】
印刷のような、いくつかの用途において、線画像それ自体よりもむしろ、線画像が投射されるものである物体が、走査される。例えば、ピクチャを印刷するために、静止した線画像の前方に紙の一片を移動させることが、結果的により便利なものであることになるのかもしれない。これらの場合には、人間の観察者が、印刷する工程に参加させられるものではないので、物体が線画像の前方で走査されるところのスピードは、技術的な選定の事項である。より速いことが、通常では、より良好なことであるが、しかし、人間の生理によって設定された最小限のスピードが無い。
【００１９】
図１は、本発明の態様に従った表示システム１００の概略的な図を示す。図において、光源１１０、偏光ビームスプリッター１３０、偏光変位デバイス１４０、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイ１５０、及び（走査ミラー１８０又は走査された物体１９０によって表された）物体１７０が、示される。また、示されたものは、レンズ１２０及び１６０並びに伝播する光を指し示す数個の太い矢印である。物体１７０のパネルＡ及びＢ内の細い矢印は、走査ミラー１８０又は走査された物体１９０の走査する動きを提案する。
【００２０】
表示システムの部分の多数は、異なる形態で利用可能なものである。例えば、数個の可能な偏光変位デバイス、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイ、偏光ビームスプリッター、光源、及びレンズがある。本発明の態様は、表示システムの様々な部分について具体的な形態を備えた好適な実施形態において図解される。しかしながら、本発明の態様は、特定の実施形態に示された構成部品の具体的な形態だけでなく、同じ方式で光を操るものである他の可能な形態をもまた包含する。構成部品の形態の数個の例は、ここに記載されたものである。記載されたものではない他の構成部品の形態は、もちろん、可能なものであると共に、いくつかの用途においては、ここに記載されたものとちょうど同じくらい適切なものであることがある。
【００２１】
図１において、偏光変位デバイス１４０は、ある部類の等価な構成部品、いくつかの可能なバリエーション、並びに、図２及び３に示されるものの強調を表す。同様にして、図１において、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイ１５０は、ある部類のＭＥＭＳのデバイスのいずれかを含むアレイを表すが、それらのいくつかの可能なバリエーションは、図４に示される。本発明のある態様に従って、微分干渉法の画像表示デバイスが、それらの部材が、どのようにしてそれらが光の伝播を操る又は変更するかによって定義されるものである構成部品の部類内の構成部品から構築されることがある。
【００２２】
画像表示デバイスの全体的な動作は、図１を参照することによって認識されることがある。光源１１０からの光は、自由選択で、偏光ビームスプリッター１３０に入る前にレンズ１２０によって整形されると共に集束させられる。大部分の場合に、光は、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの線形のアレイを照明する際の効率についての伝播の方向に対して横向きの一つの方向に引き延ばされる。光源１１０からの光の偏光は、光が、偏光変位デバイス１４０に向かって偏光ビームスプリッター１３０によって反射させられるようなものである。偏光変位デバイス１４０は、入ってくる光ビームを、伝播のそれらの方向に対して垂直に変位させられるがしかしなお互いに平行に進むものである二つの直交して偏光させられたビームへと分裂させる。これらの光ビームは、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイ１５０に入射するものであると共にそれから反射させられる。
【００２３】
ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイ１５０からの反射の後、光ビームは、それらが偏光ビームスプリッター１３０に再度入る前に再結合させられるところの偏光変位デバイス１４０へ逆戻りにそれらの経路を引き返す。今、再結合されられたビームの偏光は、光が偏光変位デバイスへの途中で偏光ビームスプリッターを去ったときのものと異なるものであることがある。偏光が異なるものであることがある理由は、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイ１５０が、光の直交する偏光の成分へ異なる位相偏移を分与するというものであるが、それによって再結合させられたビームの偏光に変化を引き起こす。再結合させられたビームの偏光の状態に依存することで、光は、レンズ１６０に向かって偏光ビームスプリッター１３０をまっすぐに通過するか、又は、レンズ１２０に向かって逆戻りに反射させられるかのいずれかである。
【００２４】
どのように光の偏光が、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスでそれの偏光の成分を位相偏移させることによって変換されるかの詳細な記載は、ここに参照によって組み込まれた、２００４年１１月２６日に出願されたＵＳ１０／９０４,７６６の“Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ａｎｄ  ｉｍａｇｅ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｄｅｖｉｃｅ”にあたえられた。
【００２５】
偏光ビームスプリッター１３０をまっすぐ通過するものである光は、走査ミラー１８０又は走査された物体１９０のいずれかへと投射レンズ１６０によって集束させられる。走査ミラー１８０は、二次元の画像を形成するために（示されたものではない）スクリーン又は（示されたものではない）視聴者の網膜における線画像を走査する。印刷のような、異なる用途において、走査された物体１９０は、レンズ１６０から投射された線画像が、静止したままである一方で、移動する。いずれの場合にも、二次元の画像が、線画像が、物体又は目視するスクリーンに相対して走査されるとき、形成される。光が走査されると共に物体が静止したものであるか又はその逆であるかは、重大なことではない。光及び物体が、いくらかの他の固定された基準に関して反対の方向において走査されることは、ときどき望ましいことである。
【００２６】
図１Ａは、図１に示されたシステムの部分の透視図である。透視図は、好適な実施形態において、光が、引き延ばされた横向きの寸法のビーム；即ち、丸い光束よりもむしろ光の細いリボンにおいて画像表示システム内を伝播することを強調するために提供される。この方式で整形された光ビームは、二次元の画像を作り出すために後に走査されることがあるものであるピクセルの線画像が作り出されるように、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの線形のアレイを照明するために好都合なものである。
【００２７】
図１Ａは、透視図で、点が打たれた境界１９５内で引き延ばされた図１の部分を示す。それは、偏光ビームスプリッター１３０又は１３５、偏光変位デバイス１４０又は１４５、及びＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイ１５０又は１５５を含む。
【００２８】
図１Ａにおいて、光ビーム１２５は、光の細いリボンとして描かれる。ビームは、それが様々な光学構成部品を通じて進むと、並びに、それが、直交して偏光させられたビーム１４７及び１４９へと分裂させられるときでさえ、この引き延ばされた横向きのプロフィールを維持する。もちろん、現実の光ビームは、描かれたような完璧なリボンのプロフィールを有することを必要とするものではないであろう。例えば、引き延ばされた楕円は、かえって好都合に役に立つ。ビームの形状は、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイス１５０又は１５５の線形のアレイを照明するために十分なものでなかればならない。
【００２９】
図１Ａにおいて、個々のＭＥＭＳの光学位相偏移デバイス１５７、１５８及び１５９が、線形のアレイ１５５の代表的な素子として示される。光ビーム１４７及び１４９は、同時に、アレイにおける素子の多数のもの（好ましくは、全てのもの）を照明する。ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの線形のアレイは、線画像を作り出すために、光を変調する。線画像は、後に、走査された物体に投射されるか、又は、二次元の画像を作り出すために走査ミラーによってスクリーンを横切って走査される。
【００３０】
図１及び１Ａは、本発明のある態様に従って、微分干渉法の光変調器及び画像表示デバイスが、偏光ビームスプリッター（例．１３０又は１３５）、偏光変位デバイス（例．１４０又は１４５）、及びＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスを含むことを示す。好ましくは、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイス（例．１５０又は１５５）の線形のアレイは、表示におけるピクセルの線を変調することに役に立つ。偏光ビームスプリッターは、干渉計における偏光子及び検光子の両方として作用する。偏光変位デバイスは、偏光子からの偏光させられた光を、互いに平行に伝播するものである直交する偏光の成分へと分割する。ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイス又はこのようなデバイスのアレイは、偏光の成分へと相対的な位相の偏移を分与すると共にそれらを偏光変位デバイスへ戻すが、そこでは、それらは、再結合させられると共に検光子へ送られる。ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスは、電子的に制御されると共に電子的な画像データ（光の変調の命令）を現実の光の変調へと転換する。
【００３１】
“Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｍａｇｅ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｄｅｖｉｃｅ”（ここに参照によって組み込まれた、２００４年１１月２６日に出願されたＵＳ１０／９０４，７６６）において、図１に示されたものと類似のシステムが、記載された。そのシステムにおいて、偏光変位デバイスとして役に立たされたレンズ及びこのようなデバイスの幅広い部類を代表する、三つの可能なＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスとの組み合わせで、ウォラストン（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ）、ロション（Ｒｏｃｈｏｎ）、セナルモン（Ｓｅｎａｒｍｏｎｔ）、又は他のプリズムが、与えられた。本発明の態様は、より多くの便利な且つ小型の偏光変位デバイス及びＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスについてのより可能性のある設計を含む微分干渉計の光変調器及び画像表示デバイスの拡張及び改善を含む。
【００３２】
偏光変位デバイス１４０は、図１に示された画像表示システムにおける鍵となる構成部品である。それの機能は、入ってくる光を偏光の成分へと分裂させること、及び、それらの成分を平行なビームへと側方に変位させることである。ＵＳ１０／９０４，７６６に記載されたように、これは、例えば、ウォラストン・プリズム及びレンズで成し遂げられることがある。ウォラストン・プリズムは、偏光の成分を分離すると共にそれらの間に角度的な分離を分与する；レンズは、角度的な分離を側方の変位へと転換する。
【００３３】
偏光変位デバイスについてのより小型の設計は、サバール（Ｓａｖａｒｔ）板のようなウォークオフ（ｗａｌｋｏｆｆ）結晶を使用することで、可能である。サバール板は、偏光の成分を分離すると共にレンズについての必要性無しにそれらを側方に変位させるために、群速度のウォークオフの原理に頼る。図２は、様々な偏光変位デバイスを示す。
【００３４】
図２Ａにおいて、ウォラストン・プリズムが、示される。図２Ｂは、一つの焦点距離だけ離れて置かれたレンズとの組み合わせでウォラストン・プリズムを示す。図２Ｃは、サバール板を示す。図２Ｄは、一般化された偏光変位デバイスを示す。
【００３５】
図２Ａにしめされたウォラストン・プリズムは、入ってくる光ビーム２０２を直交して偏光させられた成分２１２及び２１４へと分裂させる。光ビーム２１２及び２１４は、それらが、異なる角度でプリズムを出るので、不確定に相互から離れて伝播する。
【００３６】
図２Ｂは、ウォラストン・プリズムから一つの焦点距離だけ離れて置かれたレンズ２６０を示す。この状況は、システムを出る直交して偏光させられた光ビーム２５６及び２５８が、互いに対して平行なものであることを除いて、図２Ａに示されたものに類似のものである。図１の偏光変位デバイス１４０が、この性質を有すること、すなわち、光ビームが、互いに対して平行にそれを去ることは、望ましいことである。その方式で、ビームは、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイス１５０からの反射の際に、それらの経路を引き返す。仮に光ビーム１４２及び１４４が、互いから認め得るほどに発散したとすれば、偏光変位デバイス１４０を通じたそれらの戻りの飛行の際にそれらを再結合させることは、より複雑なものであるであろう。
【００３７】
二つの光学構成部品を、可能なときはいかなるときでも、一つのものと取り替えることは、通常は、好都合なことである。このような取り替えは、図２Ｃに図解されたサバール板によって成し遂げられる。サバール板は、それに入射する光の偏光の成分の側方の変位を分与するものであるウォークオフ結晶の例である。（ウォラストン・プリズムは、偏光の成分に角度的な分離を分与するものである複屈折性のプリズムの例である。）図２Ｃにおいて、入力の光ビーム２２２は、直交して偏光させられた成分２３２及び２３４へと分割される。サバール板２２０は、矢印２２８及び２３０によって示されたような配向させられた光学軸を備えた二片の材料２２４及び２２６で構成される。矢印２３０は、それが、ページの平面にあるものではないことを指し示すための破線のものである；事実上、それは、ページの平面と４５度の角度を形成する。
【００３８】
また、複屈折性の板の他の配置が、使用されることがある。Ｆｒａｎｃｏｎは、例えば、二つの同一の板が、それらの主断面が平行であると共に、光学軸に対して４５度で切断されるものである、改良されたサバール板を導入した。二つの光学軸は、相互に対して垂直なものであると共に、板の優位偏光方位に対して４５度のそれの優位偏光方位を備えた二分の一波長板が、それらの間に置かれる。Ｆｒａｎｃｏｎによって変更されたようなサバール板は、標準的なサバール板と比較された現れる偏光の成分の際の側方の変位の二倍だけ分与する。
【００３９】
一般に、いずれのデバイスをも、それが、図２Ｄに示された効果を有する限り、偏光変位デバイスとして使用することができる。入ってくる光ビーム２６２は、互いに対して直交して偏光させられるものである二つの平行なビーム２７２及び２７４へと分離される。同等に、偏光させられた光ビーム２７２及び２７４が、入力として考慮されるとすれば、そのとき、デバイスは、それらを一つのビーム２６２へと組み合わせる。その次に、ビーム２６２の偏光は、ビーム２７２及び２７４の偏光の成分の相対的な位相によって決定される。
【００４０】
ここに及びＵＳ１０／９０４，７６６に記載されたように、偏光変位デバイスは、レンズ、サバール板若しくはそれの改良、又は、同じ効果を有するものであるいずれかの他の光学構成部品との組み合わせでウォラストン、ロション、又は、セナルモン・プリズムから作られることがある。例えば、ジャマン（Ｊａｍｉｎ）干渉計は、また、Ｓｔｅｅｌ及びＴｓｕｒｕｔａによって設計されるもののような偏光変位デバイスである。Ｍ．Ｆｒａｎｃｏｎによる“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”（特に、第７章）（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９６６）及びＭ．Ｆｒａｎｃｏｎ及びＳ．Ｍａｌｌｉｃｋによる“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ”（特に、第２章）（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９７１）を参照のこと、それらの両方が、ここに参照によって組み込まれる。
【００４１】
偏光変位デバイス１４０又は１４５が、大きい視野を有することは、望ましいことであることが、図１及び図１Ａから認識されることがある。図３Ａ−３Ｄは、偏光変位デバイスの視野を増加させるための方法を図解する。図３Ａにおいて、ウォラストン・プリズムは、偏光変位デバイスが図１に示されることと同じ観点から図解される。図３Ｂは、側面から同じウォラストン・プリズムを示す。図３Ｃは、図３Ｄのパネル（ｉ）及び（ｉｉ）が、それぞれ、ウォラストン及び補償されたウォラストン・プリズムの様々な構成成分についての屈折率楕円体を定性的に示す一方で、補償されたウォラストン・プリズムを示す。
【００４２】
図３Ａ及び３Ｂにおいて、光線３０２及び３２２は、それぞれ、上面及び側面から目視された同じ光線である。図３Ａ及び３Ｂにおける図は、両方とも光線３０２／３２２の伝播の方向に対して垂直なものである。しかしながら、図３Ｂにおいて、光線３２２は、表面に対する法線からの角度“ａ”（項目３３０）でウォラストン・プリズムの表面に入射するものである。角度“ａ”は、それが、線形のＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイを照明するために要求された視野に関係付けられるため、本発明のある態様に従った画像表示システムにおける設計の考慮である。
【００４３】
３２６によって指し示されたウォラストン・プリズムの断面において、角度“ａ”（項目３３０）が変動させられる際でさえも、光線３２２は、常に、光軸に対して垂直なものである。しかしながら、３２４に指し示されたプリズムの断面において、光線３２２と光学軸との間の角度は、角度“ａ”に比例するものである。これは、（例えば、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスアレイの末端におけるピクセルに対応する）視野の縁における光線が、法線の軸付近の光線がするようなものと、偏光の成分の間における同じ相対的な位相偏移を経験するものではないことを意味する。少なくとも一次までこの問題を取り除くものである補償されたウォラストン・プリズムについての設計は、図３Ｃに示される。補償されたウォラストン３４０は、図に示されたように配向させられた光学軸を備えた四つの板３４４、３４６、３４８、及び３５０で構成されたものである。板３４８は、板３４４のものと反対の符号の一軸性の材料から作られたものである。言い換えれば、一方の材料においてｎｅ＞ｎｏであるとすれば、そのとき、他方の材料は、ｎ０＞ｎｅであるところのものである。
【００４４】
図３Ｄは、ウォラストン（パネル（ｉ））及び補償されたウォラストン（パネル（ｉｉ））プリズムについての屈折率楕円体を定性的に示す。両方のパネルにおいて、破線３７６は、それぞれ、図３Ｂ及び３Ｃにおける光線３２２及び３４２に対応するプリズムを通じた光線の伝播の方向を表す。以前のように、光線の伝播の方向は、プリズムの法線曲面に関して角度“ａ”（項目３６２）をなす。３６８及び３７０が、補償されたウォラストン３４０についての屈折率楕円体の断面を表す一方で、３６４及び３６６は、ウォラストン３２０についての屈折率楕円体の断面を表す。矢印３７２及び３７４は、どのように、線３７６に沿って伝播する光線が、それぞれ、異なる半径で屈折率楕円体３７０及び３６４と交差するかを示す。
【００４５】
図３Ｄにおいて、角度“ａ”（項目３６２）における変化が、光線３７６が屈折率楕円体３６８又は３６６と、それらの断面が円形のものであるとすると、交差するところの半径に、影響を及ぼすものではないことは、明白なことである。しかしながら、角度“ａ”における変化は、光線３７６が、屈折率楕円体３６４及び３７０の断面と交差するところの半径を変化させるものである。それの屈折率楕円体が図３Ｄのパネル（ｉ）に示されるものである図３Ｂの補償されていないウォラストンにおいて、これは、角度“ａ”が変化すると、望ましくなく変動する位相偏移にいたる。しかしながら、それの屈折率楕円体が図３Ｄのパネル（ｉｉ）に示されるものである図３Ｃの補償されたウォラストンにおいて、角度“ａ”における変化は、半径３７２をより長いものにすると共に半径３７４をより短いものにする又は逆もまた同じ傾向がある。言い換えれば、板３４８は、それの一軸性の複屈折性の符号が、反対のものであるため、板３４４を補償する。
【００４６】
まさに記載された視野の補償の原理は、一般的なものであると共に、補償のスキームを、他の複屈折性の板について設計することができる。視野の補償は、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの線形のアレイの長さが、より大きいものになると、ますます重要なものである。
【００４７】
図４は、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの寄せ集めを示す。各々のデバイスは、同様のデバイスのアレイの単一の素子である。これらの線形のアレイは、ページの平面に対して垂直な方向に延びる。ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの目的は、それに入射する二つの光ビームに精確に制御可能な相対的な光学的な位相の偏移を分与することである。ＭＥＭＳのデバイスの数個の種類が、図に示される。それらが、異なる名前を有するとはいえ、動作の全体的な原理は、各々について同じものである：電気信号は、それに入射する二つのビームの相対的な伝播の距離が変化させられるように、デバイスの部分が移動することを引き起こす。（この規則に対する唯一の例外は、固定されたデバイスであると共に移動するものではないデバイス４０２の場合である。それの主要な目的は、理解すること及び可動なデバイスについての分析における援助としてのものである。また、それを、固定された画像又は試験のパターンを表示するために使用することができるであろう。）
【００４８】
図４において示されるものは、四分の一波長の階段の表面４０２、ＭＥＭＳのリボンデバイス＃１  ４０４、ＡＦＭの片持ちばり４０６、ＭＥＭＳのリボンデバイス＃２  ４０８、ＭＥＭＳの片持ちばりデバイス＃１  ４１０、ＭＥＭＳの片持ちばりデバイス＃２  ４１２、及びＭＥＭＳの蝶番デバイス４１４：である。各々の場合において、二つの光ビーム４４２及び４４４は、ＭＥＭＳのデバイスに突き当たる。（上に述べられたような４０２の例外を伴った）各々のデバイスは、光ビーム４４２及び４４４が、デバイスの表面における反射の際に、異なる距離を進むように、電気信号の影響の下で移動することが可能なものである。デバイスの全てに対する共通の特徴は、各々のものが、それ自体によって線画像における単一のピクセルを変調するというものである。これは、画像の情報の一つのピクセルを作り出すために二つの又はより多くのＭＥＭＳの素子に頼るものである回折性のデバイスと対照的なものである。
【００４９】
ＭＥＭＳのリボンデバイス＃１  ４０４の動作は、デバイス４０２及び４０６の動作であったものであるが、ＵＳ１０／９０４，７６６に詳細に記載されたものであった。デバイス４０８、４１０、４１２、及び４１４は、動作において類似のものである。デバイス４０４及び４０８は、リボン構造に基づいたものである；デバイス４０６、４１０、及び４１２は、片持ちばりに基づいたものである；デバイス４１４は、蝶番に基づいたものである。
【００５０】
ＭＥＭＳのリボンデバイス＃２  ４０８は、それが、リボン用の中央の支持体を有するものではないことを除いて、ＭＥＭＳのリボンデバイス＃１  ４０４に類似のものである。中央の支持体が、現在のところ、ＵＳ１０／９０４，７６６に記載されたように、好適なものである一方で、それらは、必ずしも常に必要なものではない。デバイス４０８におけるリボンは、印加された電場の影響の下で曲がる。リボンの変位は、末端に対して比較されて、中央でより大きいものである。従って、光ビーム４４２及び４４４のような、光ビームが、デバイスに入射するものであるとすれば、それらは、反射の際に異なる距離を進むことになると共に、相対的な位相偏移が、それらに分与されることになる。
【００５１】
ＭＥＭＳの片持ちばりデバイス＃１  ４１０及び＃２  ４１２は、ＡＦＭ片持ちばりデバイス４０６に類似のものである。各々のデバイスにおける片持ちばりは、印加された電場の影響の下で曲がる。デバイス４０６は、片持ちばりの変位が、それの長さに沿って変動するという事実の利点を活かす。従って、光ビーム４４２及び４４４のような、片持ちばりから反射された光ビームは、反射の際に異なる距離を進むと共に、相対的な位相の偏移が、それらに分与される。ＭＥＭＳの片持ちばりデバイス＃１  ４１０及び＃２  ４１２は、各々、二つの片持ちばりを用いる。デバイス４１２において、片持ちばりが、異なる長さのものである一方で、デバイス４１０において、片持ちばりは、等しい長さのものである。デバイス４１０は、片持ちばりが、望まれるとすれば、別個の電気信号によって個々に制御されることがあるという特徴を有する。デバイス４１２は、単一の制御信号が、片持ちばりを、それらが異なる長さのものであるため、異なる距離だけ撓ませるという特徴を有する。
【００５２】
また、共通の制御電圧の影響の下で異なって撓むものである片持ちばりの対を築き上げるための他の方式もある。例として、デバイス４１０又は４１２における片持ちばりを、異なる材料又は不同の厚さ若しくは幅で作ることができるであろう。
【００５３】
ＭＥＭＳの蝶番のデバイス４１４は、それから支持された傾く梁を備えた中心の柱を含む。傾く梁は、中心の柱に蝶番式に取り付けられる。他のデバイスにおけるように、及び、反射性の表面を、この場合には、傾く梁を、移動させるために、電場がデバイスへ印加される。梁が傾くと、反対の末端から反射させられた光ビームは、異なる距離を進むと共に、相対的な位相偏移が、それらに分与される。
【００５４】
図４に図解されたＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの全て、及びそれらから作られたアレイは、望ましい特徴を共有する：微分干渉法の光変調器から出力された線画像におけるピクセル当たりただ一つのＭＥＭＳの素子が、要求されると共に、デバイスの静止した部分が、それらが共通の高さにあると共に従って反射された光ビームに相対的な位相偏移を分与することに寄与するものではないとすれば、線画像に現れるものではない。
【００５５】
図５は、フルカラー表示システムを作るために組み合わせられた多重の単色の画像表示システムを示す。図５において、微分干渉法の光変調器の画像表示システム５１０、５２０、及び５３０は、単色の線画像をＰｈｉｌｉｐｓの色を組み合わせるプリズム５４０へと出力する。単色の画像は、レンズ５５０及び走査ミラー５６０に向かって三つの色の光を方向付けるものであるプリズム５４０において組み合わせられる。もちろん、走査ミラー５６０を、図１及び１Ａとの関連で先に議論したように、走査された物体又は視聴者の網膜と取り替えることができるであろう。
【００５６】
Ｐｈｉｌｉｐｓプリズム５４０は、単色、例えば、赤色、緑色、及び青色の画像をフルカラーの画像へと組み合わせるための便利なデバイスである。しかしながら、Ｘ−キューブのような他の色を組み合わせるスキームは、また、良好に働く。
【００５７】
当業者は、ここに記載された対応する実施形態と同じ機能を実質的に行う又は同じ結果を実質的に達成するものである、現在まで存在する、又は後に開発されるものである、工程、機械、製造、手段、方法、又はステップが、本発明に従って利用されることがあることを、本発明の開示から容易に認識すると思われる。それに応じて、添付された特許請求の範囲は、それらの範囲内で、このような工程、機械、製造、手段、方法、又はステップを含むことを意図されたものである。
【００５８】
本発明が、現在まで最も実際的な且つ好適な実施形態であるものと考えられるものとの関連で記載されてきたものである一方で、本発明が、開示された実施形態及び上に述べられたような代替物に限定されるものではなく、それどころか、後に続く請求項の範囲内に含まれた様々な変更及び等価な配置をカバーすることが意図されたものであることは、理解されることである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
それら図面において：
【図１】図１は、画像表示システムを示す。
【図１Ａ】図１Ａは、図１に示されたシステムの部分の透視図である。
【図２】図２Ａ−２Ｄは、様々な偏光変位デバイスを示す。
【図３】図３Ａ−３Ｄは、偏光変位デバイスの視野を増加させるための方法を図解する。
【図４】図４は、ＭＥＭＳの光学位相偏移デバイスの寄せ集めを示す。
【図５】図５は、フルカラー表示システムを作るために組み合わせられた多重の単色の画像表示システムを示す。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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