(57)【要約】  本発明は光学結像システムに関する。システムは、少なくとも１つの光ビーム（１０）を生成するために、少なくとも１つの光源を含む。少なくとも１つの光ビーム（１０）を一方向に拡張するビーム成形光学素子（１１）が配置される。拡張された少なくとも１つの光ビーム（１９）を受光し、且つ、線映像を形成するためにそれを変調するために、少なくとも１つの一次元配列のビームスイッチ（１）が配置されている。線映像を投影するために、映写レンズ（１２）が設けられている。二次元映像を形成するために連続的な線映像を走査するよう、低速ミラースキャナ（１３）が配置されている。
2007530987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光ビームを生成するための少なくとも１つのレーザ又はＬＥＤ光源と、
前記少なくとも１つの光ビームを一方向に拡張するよう配置されたビーム成形光学素子と、
前記拡張された少なくとも１つの光ビームを受光し、且つ、線映像を形成するためにそれを変調するよう配置された、少なくとも１つの一次元配列のビームスイッチと、
前記線映像を投影するための映写レンズと、
二次元映像を形成するために連続的な前記線映像を走査するよう配置された低速ミラースキャナとによって特徴付けられた、
光学結像システム。
【請求項２】
前記拡張された少なくとも１つの光ビームは、前記拡張された少なくとも１つの光ビームを受光し、且つ、線映像を形成するためにそれを変調するよう配置された２つの一次元配列のビームスイッチを順次的に通過するよう配置され、該２つの一次元配列のビームスイッチは、同時に動作するよう配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学結像システム。
【請求項３】
前記拡張された少なくとも１つの光ビームは、前記拡張された少なくとも１つの光ビームを受光し、且つ、線映像を形成するためにそれを変調するよう配置された一次元配列のビームスイッチを通過すると共に、反射ミラーによって同一の前記配列を通じて戻り、該反射ミラーは、前記入射光からの分離を容易にするために、前記入射光ビームの角度と異なる角度の下で前記ビームを戻すよう配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学結像システム。
【請求項４】
３つの別々の光ビームを生成するための３つの別々のレーザ又はＬＥＤ光源と、
各光ビームを一方向にそれぞれ拡張するよう配置されたビーム成形光学素子と、
各拡大された光ビームをそれぞれ受光し、且つ、線映像を形成するためにそれを変調するようそれぞれ配置された各一次元配列のビームスイッチと、
前記各線映像を１つの線映像に結合するための手段と、
該結合された線映像を投影するための映写レンズと、
二次元映像を形成するために連続的な前記結合された線映像を走査するよう配置された低速ミラースキャナとによって特徴付けられた、
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項５】
二色性キューブプリズムである、前記各線映像を１つの線映像に結合するための手段によって特徴付けられた、請求項４に記載の光学結像システム。
【請求項６】
二色性板ミラーである、前記各線映像を１つの線映像に結合するための手段によって特徴付けられた、請求項４に記載の光学結像システム。
【請求項７】
二色性板ミラーと少なくとも１つの折畳みミラーとの組み合わせである、前記各線映像を１つの線映像に結合するための手段によって特徴付けられた、請求項４に記載の光学結像システム。
【請求項８】
光学界面を、該光学界面上への入射光が減衰全反射を経る反射状態と、減衰全反射が前記光学界面で阻止される非反射状態との間で制御可能にスイッチするための、複数の光学ビームスイッチを有する前記少なくとも１つの一次元配列のビームスイッチによって特徴付けられた、上記請求項のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項９】
第一ガラス板と第二ガラス板との間に介装された散乱フォイルと、
該散乱フォイルに関連付けられたフォイル電極と、
前記第一ガラス板に関連付けられた透明な第一電極と、
前記第二ガラス板に関連付けられた第二電極と、
前記電極に選択的に電位を印加するための電圧源を有する前記複数のビームスイッチの各々とによって特徴付けられ、
前記第一ガラス上への入射光を散乱するために、前記電極への第一組の電位の印加は、前記散乱フォイルを前記第一ガラス板の方向に引き付けるよう構成され、
光を前記第一ガラス板から反射させるために、前記電極への第二組の電位の印加は、前記散乱フォイルを前記第一ガラス板から離すよう構成されている、請求項８に記載の光学結像システム。
【請求項１０】
スペーサによって前記ガラス板の少なくとも１つから離間する前記散乱フォイルによって特徴付けられた、請求項９に記載の光学結像システム。
【請求項１１】
前記散乱フォイルと前記第二ガラス板との間に配置された前記スペーサによって特徴付けられた、請求項１０に記載の光学結像システム。
【請求項１２】
前記第一ガラス板上に配置されたプリズムによって特徴付けられ、前記第一ガラス板上に入射する光は前記プリズムを通過するよう配置された、請求項８乃至１１のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項１３】
前記第一ガラス板と前記第一電極との間に介装された誘電体層によって特徴付けられた、請求項８乃至１２のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項１４】
前記第二ガラス板と前記第二電極との間に改装された誘電体層によって特徴付けられた、請求項８乃至１３のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項１５】
少なくとも１つの一次元配列のビームスイッチの各ビームスイッチを互いに分離する切取り部を有する前記散乱フォイルによって特徴付けられた、請求項８乃至１４のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項１６】
前記切取り部上に光散乱特性を有するよう構成された、前記第一ガラス板の表面領域によって特徴付けられた請求項１５に記載の光学結像システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの一次元配列のビームスイッチの全てのビームスイッチに共通する前記第一ガラス板によって特徴付けられた、請求項８乃至１６のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項１８】
前記映写レンズの後方位置で、前記光学映像システムの光路内に配置されたダイアフラムによって特徴付けられた、上記請求項のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項１９】
前記一次元配列のビームスイッチの後方位置で、前記光学映像システムの光路内に配置された偏光子によって特徴付けられた、上記請求項のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願はＬＥＤ又はレーザに基づくディスプレイ装置の分野に関し、より詳細には、ＬＥＤ又はレーザに基づくディスプレイのための走査装置を含む光学結像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の手持ち式プロジェクタ型ディスプレイを実現するための選択肢の１つは、走査／変調装置との組み合わせで（ダイオード）レーザ光源を用いることである。比較的単純な実施態様は、３つ（ＲＧＢ、即ち、赤色、緑色、青色）のレーザダイオードと、高速電気機械的ミラースキャナとを含み得る。そのような装置のために、ダイオードは典型的には１０ＭＨｚの周波数で輝度変調されなければならない。現時点で利用可能な赤色及び青色レーザはこの要件を満たす。緑色レーザに関しては面倒な事態が生じる。それらは周波数２倍化されたＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザをポンプする赤外線（ＩＲ）レーザから構成される。ＹＡＧレーザの最大スイッチング周波数は約３ｋＨｚに限定される。これは機械的スキャナを用いたフルカラーディスプレイの実現を妨げる。
【０００３】
異なるアプローチは、一次元配列の個々のビームスイッチ（例えば、５００個の別個のビームスイッチ）を用いることである。Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｓによって実証されたそのような配列の例は、回折格子光弁（ＧＬＶ）である。この配列はスイッチ可能なＭＥＭＳ（微小電気機械システム）回折格子に基づく。レーザビームは回折格子に投影される。零次回折光は遮断される。高次回折光は収集され、スクリーン上に投影される。非常に多数のスイッチと組み合わされたスイッチング速度は、ビデオ投影のためには十分である。ＧＬＶの欠点は、機械的細部が小さいこと（１〜２μｍ）、及び、投影光学素子が投影スクリーン上に集束されなければならないことである。後者は、光が異なる角度の下で回折格子を出光し、且つ、結像光学素子によって適切にスクリーン上に再収集されなければならないことに起因する。
【０００４】
他の種類の光スイッチは、光が異なる材料中を異なる速度で進行するという周知の事実に基づいている。速度の変化の結果、屈折が生じる。２つの材料間の相対屈折率は、屈折光線の速度によって割られた入射光の速度によって与えられる。例えば、光の光線がガラスブロックから空気を通過するときのように、もし相対屈折率が１未満であるならば、光の光線は表面に向かって屈折される。入射角及び反射角は、界面に対して直角方向から測定されるのが普通である。具体的な入射角「ｉ」では、光はガラスブロックの表面に沿って進行するので、屈折角「ｒ」は９０°になる。「ｓｉｎ  ｉ＝相対屈折率」として臨界角「ｉ」を計算し得る。もし「ｉ」がより一層大きくされるならば、全ての光はガラスブロックの内部に屈折されて戻る。この現象は全反射と呼ばれる。屈折は光が速度を変えるときにのみ発生するので、入射放射線が全反射される前に僅かに現れ、それ故、界面の僅かな浸透（約１ミクロン）が起こる。この現象は「エバネッセント波浸透」と呼ばれる。エバネッセント波と干渉（即ち、散乱及び／又は吸収）することによって、全反射現象を阻止（減衰）することが可能である。
【０００５】
この現象に基づく光スイッチが国際公開第０１／３７６２７号に記載されており、それは、入射光が全反射を経る反射状態と、全反射が阻止される非反射状態との間の界面を制御可能にスイッチングするための光スイッチに関する。１つのそのようなスイッチにおいて、エラストマー誘電体が補強表面部分を有する。印加電圧が補強表面部分を移動して界面と光接触させ、非反射状態を生成する。電圧がない場合、分離器は補強表面部分を移動して界面との光接触から離し、反射状態を生成する。
【０００６】
国際公開第０１／３７６２７号に従った上述のスイッチの欠点は、分離子が界面と補強表面部分との間に位置し、この分離子が、もし投影システムで用いられるならば、スクリーンに望ましくない光を生じさせる望ましくない反射を生じさせ易く、よって、結果として得られる映像の品質を低下することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の点に留意して、大きな焦点深度を伴って映像をスクリーン上に投影し得る、ＬＥＤ又はレーザに基づくディスプレイのための走査装置を含む改良された光学結像システムを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は請求項１の特徴部分に従って達成される。
【０００９】
少なくとも１つの光ビームを生成するための少なくとも１つのレーザ又はＬＥＤ光源と、少なくとも１つの光ビームを一方向に拡張するよう配置されたビーム成形光学素子と、拡張された少なくとも１つの光ビームを受光し、且つ、線映像を形成するためにそれを変調するよう配置された、少なくとも１つの一次元配列のビームスイッチと、線映像を投影するための映写レンズと、二次元映像をを形成するために連続的な線映像を走査するよう配置された低速ミラースキャナとを備えることの故に、大きな焦点深度を備えるスクリーン上に画素を投影する投影システムを達成し得る。
【００１０】
好適実施態様は従属項に列挙されている。
【００１１】
図面において、同等の参照文字は幾つかの図を通じて類似の素子を指し示している。
【００１２】
さらに、本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面と共に考慮されるならば、以下の詳細な記載から明らかになるであろう。しかしながら、図面は例証の目的で企図されているに過ぎず、本発明の限界を定めるものではないことが理解されるべきであって、本発明の限界については、添付の請求項が参照されるべきである。図面は必ずしも実寸で例証されておらず、特に記載されていない限り、それらは本明細書に記載される構造及び手順を概念的に例証することが意図されているに過ぎないこともさらに理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
投影映像を発生するために、減衰全反射に基づく少なくとも１つの一次元配列のビームスイッチを使用する、光学結像システムが想定される。図１は、単一のビームスイッチ１、即ち、１画素配列の概略図を示している。ビームスイッチ１は、第一ガラス板３と第二ガラス板４との間に介装された散乱フォイル２から成り、少なくとも上方のもの（第一ガラス板３）は光源からの光のために透明である。散乱フォイル２及びガラス板３，４は電極を備える。上方の（第一）ガラス板３は透明な第一電極５（例えば、ＩＴＯ、インジウムスズ酸化物）で被覆され、散乱フォイル２は透明なフォイル電極６で被覆され、下方の（第二）ガラス板４は不透明な第二電極７で被覆され得る。散乱フォイル２は、スペーサ８によってガラス板３，４の少なくとも１つから分離される。各電極に適切な電圧を印加することによって、散乱フォイル２を活性化し得る。光源からの光は、プリズム９によってビームスイッチ１に結合される。もし散乱フォイル２が第一ガラス板３と接触しないならば、光は全反射によってガラス表面から反射される。散乱フォイル２が第一ガラス板３と接触させられるならば、光は散乱する。これは図２に概略的に示され、それはスイッチ１の休止位置を例証している。スイッチング装置１をドライバチップの表面上に直接的に集積し得る。
【００１４】
画素が「オン」状態にあるとき（図１）、適切な電圧を電極５，６，７に印加することによって、散乱フォイル２は下方の（第二）ガラス板４に引き付けられる。ガラス−空気界面上の入射角は臨界角よりも大きいので、全ての光は反射される。画素が「オフ」状態にあるとき（図２）、散乱フォイル２は、正面の（第一）ガラス板３に、即ち、スイッチ１の休止状態に引き付けられる。適切な偏光方向を備えた光を用いることで、全てが散乱フォイル２に結合され、そこでは、それは全方向に散乱する。正反射光は、図６に例証される光学結像システムを用いて散乱光から分離される。光学結像システムは、光ビーム１０を生成するためのレーザ又はＬＥＤ光源（図示せず）と、光ビーム１０を一方向に拡張するよう構成されたビーム成形光学素子１１、例えば、２つの円柱レンズと、拡張された光ビーム１０を受光し、且つ、線映像を形成するためにそれを変調するよう構成された一次元配列のビームスイッチ１と、線映像を投影するための映写レンズ１２と、二次元映像を形成するために連続的な線映像を走査するよう構成された走査ミラー１３とから成る。各ビームスイッチ１によって拡張された光ビーム１０を選択的に散乱し又は反射し得る。このようにして、別々に変調する光源のバー状線映像が生成され、それは同一の周波数で動作するスキャナ１３を用いて走査される。最後に、映写レンズ１２は走査光バーをスクリーン１４上に結像する。
【００１５】
図３ａは、一次元配列のビームスイッチの例を概略的に示している。この具体的な実施態様において、配列（典型的には切断間で３０μｍ）に沿う方向Ａにおける小さいビームスイッチの使用を容易にするために、散乱フォイル２は切り取られる。他の方向Ｂでは、所要スイッチング電圧を低下するために、ビームスイッチ１は比較的大きくてもよい（典型的には３００μｍ）。装置をアドレス指定するために、構造化された正面板電極５（典型的には５０μｍ）が用いられる。フォイル電極６及び背面板第二電極７は、基本的には構造化されていない。切取り部上の正面（第一）ガラス板３領域は、散乱させられるか、或いは、散乱媒体３ａで被覆される。フォイル２中の切取り部２ａは必須条件ではなく、それらはスイッチング電圧を下げ、クロストークを低減する働きをするに過ぎない。アドレス指定のために正面（第一）ガラス板電極５を構造化する代わりに、或いは、それに加えて、フォイル電極６又は平面（第二）ガラス板電極７を構造化することも可能である。フォイル電極６を散乱フォイル２のいずれか一方又は双方の側面に適用し得る。スペーサ８を誘電体層２１の上部又は下部に適用してもよいし、部分的又は全体的に省略してもよい。好適実施態様において、スペーサ８は背面（第二）ガラス板４上にのみ配置される。それが可能とされるのは、散乱フォイル２は薄く、正面（第一）ガラス板３とその休止位置で接触されるよう配置され、且つ、そこから引き離されるために、磁界で活性化される必要があるからである。好適実施態様において、背面（第二）ガラス板４条にのみ配置されたスペーサ８を有することを通じて、それらは望ましくない光をスクリーン上に生じさせる光を反射し得ないという利点がもたらされる。もし散乱フォイル２の１つの側面のみが導体で被覆されているならば、反対側面の誘電体層２１を省略し得る。散乱フォイル２は、例えば、小さな粒子を高分子又は無機マトリックスに加えることの故に、散漫に散乱するのが好ましく、或いは、代替的に、それは回折格子のような規則的な回折構造を備え得る。散乱フォイル２とガラス板３，４との間の空間を任意のガスで充填し得るし、或いは、真空にし得る。
【００１６】
最善の性能のために、光の偏光及び入射角は好適値を有する。図４ａはガラス−真空界面での状況を概略的に示し、図４ｂはガラス−フォイル界面での状況を示している。簡潔性の故に、透明電極及び誘電体層２１は省略されている。ガラス−真空界面（「オン」状態）で全反射を得るために、入射角Θは以下によって与えられる臨界角Θｃｒｉｔよりも大きくなければならない。
【００１７】
【数１】
2007530987.tif 000003
【００１８】
ｎ０＝１（真空）及びｎ１＝１．５（ガラスに関して典型的）を伴って、これはΘｃｒｉｔ＝４１．８°をもたらす。もし散乱フォイル２がガラス３と接触する（「オフ」状態）ならば、光が界面から少し反射するか或いは全く反射せず、且つ、全ての光が散乱フォイル２に浸透することが望ましい。理想的な場合には、もし光の偏光が入射／反射の平面と平行であり（ｐ偏光）、且つ、入射角が以下によって与えられるブルースター角と同一であるならば、これが発生する。
【００１９】
【数２】
2007530987.tif 000004
【００２０】
ｎ１＝１．５及びｎ２＝１．６５（高分子フォイルに関して典型的）を伴って、これはΘｂｒｅｗ＝４７．７°をもたらす。それ故、もし光がｐ偏光され、且つ、入射角がブルースター角と同一であるならば、「オン」状態における全反射及び「オフ」状態における最小反射の双方の条件を満足し得る。ガラス３上の誘電体層２１及び透明導体が存在する場合には、状況はより複雑になり、なされるべき詳細な分析が残存する。実際の装置において、ｐ偏光された光が望ましいことが実験的に観察された。
【００２１】
図５はアドレス方式の例を示している。この場合、パルス幅変調を用いて行毎又は列毎に情報が書き込まれる。フォイル電極６は地電位にある。荷電を回避するために、背面（第二）ガラス板電極７上の電圧（典型的には３０Ｖ振幅）がフレーム間で反転される。もしアドレス指定上の電圧が正フレーム内で高い（典型的には６０Ｖ）ならば（或いは負フレーム内で低いならば）、散乱フォイル２は正面（第一）ガラス板３の方向に引き付けられる。もしアドレス指定電極上の電圧がゼロであるならば、散乱フォイル２は背面（第二）ガラス板４の方向に引き付けられる。アドレス方式の詳細は、フォイルの厚さ、誘電体層の厚さ、スペーサの厚さ等の機械的詳細に強く依存する。既述のように、アドレス指定電極５，６，７を選択的に散乱フォイル２又は背面（第二）ガラス板４の上に構成し得る。その場合には、異なるアドレス方式が当て嵌まる。
【００２２】
図６ａ及び６ｂは、一次元配列のビームスイッチ１を包含する光学結像システムの例を示している。ビームスイッチ１の配列を照射するために、光ビーム１０が２つの円柱レンズから成るビーム成形光学素子を用いて一方向に拡張されている。ビームスイッチ１は、拡張された光ビームを受光し、線映像を形成するためにそれを変調するよう配置されている。ビームスイッチの配列を通過後、「オン」状態からの反射光ビームは、映写レンズ１２及びピンホールダイアフラム１５を通過させられる。ビームスイッチ１及びピンホールダイアフラム１５は、映写レンズ１２の概ね焦点面に配置される。「オン」状態にあるビームスイッチ画素からの光は、ピンホールダイアフラム１５を通過し、スクリーン１４上に投影される。「オフ」状態において、光は全方向に散乱され、極めて小さな部分だけが映写レンズ１２に進入する。「オフ」状態にあるビームスイッチ画素からの散乱光は、映写レンズ１２開口によって、又は、もしその開口を通過するならば、ピンホールダイアフラム１５開口によって遮断される。その結果、スクリーン１４上に垂直方向（又は水平方向）変調されたバー線映像が得られる。低速ミラースキャナ１３を用いて二次元映像を形成するために、この線映像バーを走査し得る。レーザ光源の場合には、焦点深度は極めて大きく、理想的な場合には、無限大である。ビームスイッチ１と映写レンズ１２との間の間隔は、映写レンズ１２の焦点距離とほぼ等しいので、映像はほぼ無限遠で集束する。より低い品質の光源が用いられるならば、システムはスクリーン１４上に適切に集束されなければならない、即ち、ビームスイッチ１と映写レンズ１２との間の間隔が順応されなければならないことを意味する。フォイルに基づくビームスイッチ１のスイッチング速度はビデオ変調のために十分に高い。「オン」状態にある画素のための効率は１００％に近い。
【００２３】
この種類のビームスイッチ１で得られるコントラスは、入射角、入射光の偏光、電極／スペーサ／層による「寄生」反射、散乱フォイルの光学特性、囲繞する光学システムの設計等の多くのパラメータに依存する。実験的装置では、１：４４のコントラスが得られたが、これをさらに最適化し得ると考えられる。コントラストを向上する１つの厳密な方法は、「マルチパス」モードにあるビームスイッチ装置１を用いることである。例が図７ａ及び７ｂ並びに８ａ及び８ｂにそれぞれ示されている。図７ａ及び７ｂでは、光は同時に動作する２つのビームスイッチ１を通過する。図７ｂに従った「オフ」状態では、一部の光は第一ビームスイッチから正反射されるが、これは第二ビームスイッチによってさらに「消滅」される。コントラストの向上を除けば、２つ又はそれ以上の順次式ビームスイッチは散乱フォイル２（粒子及び関連非コントラス領域）における不完全性を克服するために極めて有益である。図８ａ及び８ｂでは、１つの単一ビームスイッチ１が二度用いられている。回帰ビームが入射ビームから分離されるために回帰ビームが（僅かに）異なる角度の下でビームスイッチ装置から出るよう、ミラー１６が位置付けられる。単純な平面ミラーの代わりに、装置上にビームを方向変更し再結像するために、より複雑な結像システム（レンズ、曲面ミラー、逆反射器等）を用いてもよい。
【００２４】
一次元投影装置の代わりに、図９に示されるような二次元ビームスイッチ１も考え得る。この場合には、電極マトリックス構造が必要である。スペーサ（もし光路に存在するならば）は、拡散性媒体によって遮断されなければならない。この実施態様は完全性のために述べられているに過ぎない。二次元装置を用いることにおける問題の１つは、パッシブマトリックスアドレス指定のための動作ウィンドウが幾分小さく、例えば、荷電効果に対して極めて敏感であることである。一次元配列のためには、単純で且つ「頑丈」なスイッチング方式を使用可能であり、欠陥画素の割合を低減する。
【００２５】
本明細書に記載されるようなビームスイッチは、実際上は、「光学的品質」又は「アンタンデュ」(antendue)選択に基づく。このため、使用されるべき好適な光源はレーザである。しかしながら、今日のレーザは緑色のためには効率的でなく、レーザを用いて得られる映像はスペックルを被る。このため、アンタンデュ要件の故に、おそらく一部の光は処理されなければならないが、ＬＥＤは魅力的な代替手段である。
【００２６】
実際的な光学結像システムディスプレイ装置は、少なくとも三（原）色、即ち、赤色、緑色、及び、青色を用いて映像を再生成しなければならない。これを達成する多くの選択肢がある。即ち、例えば、１つの配列の線順次式カラー、１つの配列のフレーム順次式カラー、１つの配列のスクローリングカラー、３つ（又はそれ以上の）配列の同時カラー等である。カラー及びグレースケール再生の実施態様を以下に記載する。
【００２７】
以下に、前記のような一次元配列のフォイルに基づくビームスイッチ変調器１を用いてフルカラー映像を発生する光学結像システムの多くの実施態様を記載する。実施態様は以下に列挙される多くの共通の条件を有する。即ち、
【００２８】
光は、一次元配列のフォイルに基づくビームスイッチ変調器１をそれぞれ含む３つの別個の枝Ｒ，Ｇ，Ｂで生成される。
【００２９】
枝Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの光路は、特定の枝における光の色の透過のために最適化される。
【００３０】
フォイルに基づくビームスイッチ変調器１の配列は、映写レンズ１２の方向から見られるときに同一平面にあるよう位置付けられる。
【００３１】
映写レンズ１２は、フォイルに基づくビームスイッチ変調器１のガラス−フォイル界面をスクリーン１４上に結像する。
【００３２】
ダイアフラム１５は、映写レンズ１２の焦点面、及び、映写レンズ１２と回転ミラー１３との間に位置する。
【００３３】
これらの条件の詳細は以下に与えられる。
【００３４】
実施態様１：二色性再結合キューブを備える構造
【００３５】
第一実施態様は図１０に例証されている。この構成において、フォイルに基づくビームスイッチ変調器１の配列は、図６に描写されるものと同一である。
【００３６】
この構成では、光は３つの枝Ｒ，Ｇ，Ｂで形成され、それらはディスプレイ三原色の１つにそれぞれ対応している。枝Ｒ，Ｇ，Ｂ内の光学素子は、枝で用いられる波長のために最適化される。例えば、平行光の細線がビームスイッチを照射することを注意するビーム成形光学素子１１は、赤色レーザビームのために最適化された反射防止塗装で被覆される。３つの枝Ｒ，Ｇ，Ｂ中の光は二色性キューブ１７で再結合される。３つのフォイル配列ブロック１は、映写レンズ１２の方向から見られるときに同一平面にあるよう位置する。映写レンズ１２は、全ての３つの配列パネルのガラスーフォイル界面をスクリーン１４上に結像するよう位置する。ダイアフラム１５は、コントラストを強めるために、映写レンズ１２及び回転レンズ１３の焦点面に位置する。
【００３７】
フォイルに基づくビームスイッチ配列１からの光はレーザ光源の場合にはほぼ平行であるので、二色性キューブ１７は図１０の平面方向に極めて小さくあり得る。この平面と直交する方向にのみ、キューブ１７はフォイルに基づくビームスイッチ配列１の長さ程度に細長い必要がある。これは二色性キューブ１７を高温ポリシリコン液晶ディスプレイ（ＨＴＰＳ  ＬＣＤ）プロジェクタで用いられているものよりも安価にする。
【００３８】
実施態様２：二色性再結合板１８を備える構造
【００３９】
第二実施態様が図１１に例証されている。図１０に従った第一実施態様との主要な相違は、二色性再結合キューブ１７の代わりに二色性板１８が用いられていることである。これは光路の折畳みに幾らかの影響を及ぼし、それは図１１から見られる。
【００４０】
実施態様３：折畳みミラー１９を備える構造
【００４１】
第三実施態様が図１２に例証されている。第二実施態様（図１１）と比べると、それは余分の折畳みミラー１９を使用している。これは部品表を増大させるが、それは幾らかの利点も有する。第一に、３つのフォイルに基づくビームスイッチ配列１を１つの平面内に位置付け得る。図１２では別々に描写されているが、それらを単一のガラス板に結合し得る。これは製造のために有益であり、３つのフォイルに基づくビームスイッチ配列１の自動整列をもたらし得る。第二に、３つのフォイルに基づくビームスイッチ配列１の照射路は平行である。これは光学構成部材を一片の材料に結合することを可能にする。第三に、ビーム路は折り畳まれ、その結果、極めてコンパクトな装置が得られる。
【００４２】
上記された３つの実施態様のための一般的な備考
【００４３】
全ての提案された光路Ｒ，Ｇ，Ｂは、３つのビームがスクリーン上で重なり合うよう選択され、個々の色の光路は置換可能である。
【００４４】
上記の全ての実施態様において、光は、９０度プリズム９によって、フォイルに基づくビームスイッチ配列１に結合される。当業者であれば、光に結合するための他のプリズムを容易に見い出し得る。例証としての異なる種類のプリズム９が図１３に示されている。そのようなプリズム９を用いることで、提案されているものよりも類似する実施態様を容易に見い出し得るが、その場合には、異なる折畳みの光路を備える。これも本発明に含まれる。
【００４５】
もし光がレーザ中に生成されるならば、それは既に偏光されているのが普通である。全ての光学的構成部材が内部応力がないよう注意することによって、光はガラス−フォイル界面までその偏光方向に留まる。もし画素が「オン」状態にあるならば、光はその偏光特性を失うことなしに内部反射される。もし画素が「オフ」状態にあるならば、光は散乱フォイル２に進入し、フォイル２から出光する前に、光は散乱フォイル内で多数回散乱される。各散乱事象中、光子の方向及び偏光状態は少量で変化される。各光子は異なる方法で散乱するので、偏光状態の寄与は蓄積する。弱く散乱する媒体に関しては、分布の幅は小さく、元の偏光方向に集中する。フォイル２に基づくビームスイッチ配列１内の散乱フォイル２のような強く散乱する媒体関しては、分布はほぼ均一である。
【００４６】
上記を考慮すると、偏光素子を検出路に配置することは、表示される映像のコントラスト比を増大することが明らかである。素子の吸収係数がＡであり、素子の消光比が無限小であると推定する。さらに、散乱光子の偏光方向が完全に均一であると推定する。この場合には、「オフ」画素Ｂ及び「オン」画素Ｃの強度に以下の方程式が当て嵌まる。
【００４７】
【数３】
2007530987.tif 000005
【００４８】
ここで、Ｂは偏光子のない「オフ」画素の強度であり、Ｃは偏光子のない「オン」画素の強度である。
【００４９】
２つの方程式を分割することによって、コントラスト比は２つの係数によって増大することが明らかである。実際上、不完全な偏光及び散乱光子の不均一な偏光分布の故に、これはおそらく幾分より少ないであろう。偏光子の負の面の効果は、「オン」画素の強度が係数Ａによって減少することである。高透過性能を備えた偏光子を選択することによって、これを１０％に限定し得る。
【００５０】
この実施態様が図１４に示されている。原理的には、偏光子２０をプリズム９とスクリーン１４との間のどこに位置付けてもよい。実際上は、偏光子２０のサイズと偏光子２０に加え得る最大強度との間で選択されるであろう。
【００５１】
よって、好適実施態様に適用されるような本発明の基本的に新規な特徴が示され、記載され、且つ、指し示されたが、当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなしに、例証された装置の形態及び詳細並びに動作の様々な省略、置換、及び、変更をなし得ることが理解されよう。例えば、実質的に同一の結果を得るために実質的に同一の機能を実質的に同一の方法で遂行する、これらの素子及び／又は方法ステップのすべての組み合わせが本発明の範囲内であることが明示的に意図される。その上、本発明の如何なる開示された形態又は実施態様に関連して示され及び／又は開示された構造及び／又は素子及び／又は方法ステップも、通常の設計選択として、如何なる他の開示され或いは記載された或いは提案された形態又は実施態様に組み込み得ることが理解されるべきであろう。従って、本明細書に添付された請求項の範囲によって指し示されるようにのみ限定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】「オン」状態にある単一スイッチを示す概略図である。
【図２】スイッチの「オフ」休止状態位置にある図１に従ったスイッチを示す概略図である。
【図３ａ】図１に従った一次元配列のビームスイッチ積層を示す概略図である。
【図３ｂ】図３ａに従った一次元配列のビームスイッチを示す側面図である。
【図３ｃ】図３ａに従った一次元配列のビームスイッチを示す上面図である。
【図４ａ】図１に従ったスイッチのガラス−真空界面での状況を示す概略図である。
【図４ｂ】図２に従ったスイッチのガラス−フォイル界面での状況を示す概略図である。
【図５】図３に従った一次元配列のビームスイッチのアドレス方式の例を示す概略図である。
【図６ａ】図３に従った一次元配列のビームスイッチを包含する光学結像システムの例を示す上面図である。
【図６ｂ】図６ａに従った光学結像システムを示す側面図である。
【図７ａ】光が２つの連続的なビームスイッチを通過する「マルチパス」モードのビームスイッチ装置を示す概略図である。
【図７ｂ】光が２つの連続的なビームスイッチを通過する「マルチパス」モードにあるビームスイッチ装置を示す概略図である。
【図８ａ】光がミラーによって戻されて１つの単一ビームスイッチを通じて二度通過する「マルチパス」モードにあるビームスイッチ装置を示す概略図である。
【図８ｂ】光がミラーによって戻されて１つの単一ビームスイッチを通じて二度通過する「マルチパス」モードにあるビームスイッチ装置を示す概略図である。
【図９】二次元ビームスイッチ装置を概略的に示す側面図である。
【図１０】一次元配列のビームスイッチ変調器に基づくフォイルを備えたフルカラー映像を発生する光学結像システムの第一実施態様を示す概略図である。
【図１１】一次元配列のビームスイッチ変調器に基づくフォイルを備えたフルカラー映像を発生する光学結像システムの第二実施態様を示す概略図である。
【図１２】一次元配列のビームスイッチ変調器に基づくフォイルを備えたフルカラー映像を発生する光学結像システムの第三実施態様を示す概略図である。
【図１３】ビームスイッチと共に用い得る異なる種類のプリズムを示す概略図である。
【図１４】検出路に偏光素子を有する図６におけるような光学結像システムを示す上面図である。
【図１】
2007530987.tif 000006
【図２】
2007530987.tif 000007
2007530987.tif 000008
2007530987.tif 000009
【図５】
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2007530987.tif 000012
2007530987.tif 000013
【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１４】
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【国際調査報告】
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