(57)【要約】  本発明は、光学結像システムのためのビームスイッチ（１）に関する。少なくとも部分的に反射的なフォイル（２）が、第一プレート（３）と第二プレート（４）との間の空間内に傾斜位置に挟装される。スイッチ（１）は、さらに、前記フォイル（２）と関連付けられたフォイル電極（６）、前記第一プレート（３）と関連付けられた第一透明電極（５）、及び／又は、前記第二プレート（４）と関連付けられた第二電極（７）とを含む。前記第一プレート（３）上に入射する光を第一方向に反射するために、前記フォイル電極（６）と前記プレート電極（５，７）のうちの少なくとも１つとの間の電位差の印加が、前記フォイル（２）を前記第一プレート（３）と本質的に平行な位置に向かって引き付けるよう配置される。第二電位差の印加が、前記フォイル（２）が前記傾斜位置を取ることを可能にするよう配置され、前記第一プレート（３）に入射する光を第二方向に反射する。
2008512701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学結像システムのためのビームスイッチであって、
少なくとも部分的に透明な第一プレートと、第二プレートとの間の空間内の傾斜位置に介装される、少なくとも部分的に反射的なフォイルと、
該フォイルと関連付けられるフォイル電極と、
前記第一プレートと関連付けられる第一透明電極及び／又は前記第二プレートと関連付けられる第二電極と、
前記第一プレート上に入射する光を第一方向に反射するために、前記フォイルを前記第一プレートと本質的に平行な位置に向かって引き付けるよう配置される前記フォイル電極と前記プレート電極のうちの少なくとも一方との間の第一電位差の印加と、
前記第一プレート上に入射する光を、前記第一方向と異なる第二方向に反射するために、前記フォイルが前記第一プレートと前記第二プレートとの間の前記傾斜位置を取ることを可能にするよう配置される前記フォイル電極と前記プレート電極のうちの少なくとも一方との間の第二電位差の印加とを含むことを特徴とする、
光学結像システムのためのビームスイッチ。
【請求項２】
前記反射的なフォイルは、少なくとも１つのスペーサを用いて前記プレート間の前記空間内の前記傾斜位置に挟装され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のためのビームスイッチ。
【請求項３】
前記第二プレートは、その前記フォイルに面する側で、バッキング支持体が前記フォイルのために設けられるよう構成されるか、或いは、前記傾斜位置にあるときに、バッキング支持体が前記フォイルのために設けられるよう配置されるスペーサを含むことを特徴とする、請求項２に記載の光学結像システムのためのビームスイッチ。
【請求項４】
前記電極は、インジウムスズ酸化物電極であることを特徴とする、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のためのビームスイッチ。
【請求項５】
前記電極は、前記インジウムスズ酸化物の抵抗を低下するために、少なくとも部分的に余分なメタライゼーションを備えることを特徴とする、請求項４に記載の光学結像システムのためのビームスイッチ。
【請求項６】
前記電極のいずれかの上に設けられる誘電体層によって特徴付けられる、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の光学結像システムのためのビームスイッチ。
【請求項７】
前記少なくとも１つのスペーサは、前記誘電体層上に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の光学結像システムのためのビームスイッチ。
【請求項８】
前記第一プレート上に配置されるプリズムによって特徴付けられ、前記第一プレート上に入射する光は、前記プリズムを通じて通過するよう配置される、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学結像システムのためのビームスイッチ。
【請求項９】
上記請求項のうちいずれか１項に記載の複数の光学ビームスイッチを含むことを特徴とする、ビームスイッチの配列。
【請求項１０】
前記第一プレートは、当該ビームスイッチの配列の全てのビームスイッチに共通することを特徴とする、請求項９に記載の光学結像システムのためのビームスイッチの配列。
【請求項１１】
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つの光源と、
前記少なくとも１つの光ビームを成形するためのビーム成形光学素子とを含む、
光学結像システムであって、
前記成形された少なくとも１つの光ビームを受光し、且つ、それを変調して画像を形成するよう配置される、請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の少なくとも１つのビームスイッチと、
前記画像を投射するための映写レンズとを含むことを特徴とする、
光学結像システム。
【請求項１２】
前記ビーム成形光学素子は、前記少なくとも１つの光ビームを点に成形するよう配置され、
前記少なくとも１つのビームスイッチは、前記少なくとも１つの光ビームを受光し、且つ、それを変調して点画像を形成するよう配置され、
前記映写レンズは、前記点画像を投射するよう配置されることを特徴とする、
請求項１１に記載の光画像システム。
【請求項１３】
一次元画像を形成するために、前記点画像を連続的に走査するよう配置される１つのミラースキャナをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の光学結像システム。
【請求項１４】
二次元画像を形成するために、前記点画像を連続的に走査するよう配置される２つのカラースキャナをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の光学結像システム。
【請求項１５】
前記ビーム成形光学素子は、前記少なくとも１つの光ビームを一次元に拡大するよう配置され、
前記少なくとも１つのビームスイッチは、前記拡大された少なくとも１つの光ビームを受光し、且つ、それを変調して線画像を形成するよう配置され、
前記映写レンズは、前記線画像を投射するために配置されることを特徴とする、
請求項１２に記載の光学結像システム
【請求項１６】
二次元画像を形成するために、前記線画像を連続的に走査するよう配置されるミラースキャナをさらに含むことを特徴とする、
請求項１５に記載の光学結像システム。
【請求項１７】
前記ビーム成形光学素子は、前記少なくとも１つの光ビームを二次元に拡大するよう配置され、
前記少なくとも１つのビームスイッチは、前記拡大された少なくとも１つの光ビームを受光し、且つ、それを変調して二次元画像を形成するよう配置され、
前記映写レンズは、前記二次元画像を投射するよう配置されることを特徴とする、
請求項１１に記載の光学結像システム。
【請求項１８】
３つの別個の光ビームを生成するための３つの別個の光源と、
各それぞれの光ビームを形成するよう配置されるビーム成形光学素子と、
各それぞれの成形された光ビームを受光し、且つ、それを変調してそれぞれの画像セグメントを形成するよう配置されるビームスイッチのそれぞれの配列と、
前記それぞれの画像セグメントを１つの画像セグメントに結合するための手段と、
該結合された画像セグメントを投射するための映写レンズとを含むことを特徴とする、
請求項１１に記載の光学結像システム。
【請求項１９】
前記ビーム成形光学素子は、各それぞれの光ビームをそれぞれの点に成形するよう配置され、
前記ビームスイッチのそれぞれの配列は、各それぞれの成形された光ビームを受光し、且つ、それを変調してそれぞれの点画像を形成するよう配置され、
前記それぞれの画像セグメントを１つの画像セグメントに結合するための前記手段は、前記それぞれの点画像を１つの点画像に結合するよう配置され、
前記映写レンズは、前記結合された点画像を投射するよう配置されることを特徴とする、
請求項１８に記載の光学結像システム。
【請求項２０】
一次元画像を形成するために、前記結合された点画像を連続的に走査するよう配置されるミラースキャナをさらに含むことを特徴とする、
請求項１９に記載の光学結像システム
【請求項２１】
二次元画像を形成するために、前記結合された点画像を連続的に走査するよう配置される２つのミラースキャナをさらに含むことを特徴とする、
請求項１８に記載の光学結像システム。
【請求項２２】
前記ビーム成形光学素子は、各それぞれの光ビームを一次元に拡大するよう配置され、
前記ビームスイッチのそれぞれの配列は、各それぞれの拡大された光ビームを受光し、且つ、それを変調してそれぞれの線画像を形成するよう配置され、
前記それぞれの画像セグメントを１つの画像セグメントに結合するための前記手段は、前記それぞれの線画像を１つの線画像に結合するよう配置されることを特徴とする、
請求項１８に記載の光学結像システム。
【請求項２３】
二次元画像を形成するために、前記結合された線画像を連続的に走査するよう配置されるミラースキャナをさらに含むことを特徴とする、
請求項２２に記載の光学結像システム。
【請求項２４】
前記ビーム成形光学素子は、各それぞれの光ビームを二次元に拡大するよう配置され、
前記ビームスイッチ（１）のそれぞれの配列は、各それぞれの拡大された光ビームを受光し、且つ、それを変調してそれぞれの二次元画像を形成するよう配置され、
前記それぞれの画像セグメントを１つの画像セグメントに結合するための前記手段は、前記それぞれの二次元画像を１つの二次元画像に結合するよう配置され、
前記映写レンズは、前記結合された二次元画像を投射するために配置されることを特徴とする、
請求項１８に記載の光学結像システム。
【請求項２５】
前記それぞれの画像を１つの画像に結合するための前記手段は、二色性キューブプリズムであることを特徴とする、請求項１８乃至２４のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項２６】
前記それぞれの画像を１つの画像に結合するための前記手段は、二色性プレートミラーであることを特徴とする、請求項１８乃至２４のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項２７】
前記それぞれの画像を１つの画像に結合するための前記手段は、二色性プレートミラー及び少なくとも１つの折畳みミラーの組み合わせであることを特徴とする、請求項１８乃至２４のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項２８】
当該光学結像システムの光路内に配置される絞りによって特徴付けられる、請求項１１乃至２７のうちいずれか１項に記載の光学結像システム。
【請求項２９】
当該光学結像システムの光路内に配置されるビームストップによって特徴付けられる、請求項１１乃至２７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】
本出願は、ディスプレイ装置の光学結像(optical imaging)システムのためのビームスイッチの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
小さなハンドヘルドプロジェクタ型ディスプレイを実現する選択肢の１つは、走査／変調装置と共に（ダイオード）レーザ光源を使用することである。比較的簡単な実施態様は、３つ（ＲＧＢ：赤色、緑色、青色）のレーザダイオードと、高速な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。現時点で入手可能な赤色及び青色レーザは、この要件を満足する。複雑化は緑色レーザと共に生じる。それらは周波数倍加ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザを汲み出すＩＲダイオードレーザで構成される。ＹＡＧレーザの最大切換周波数は、約３ｋＨｚに制限される。これは機械的スキャナを備える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、個別のビームスイッチ（例えば、５００の個別のビームスイッチ）の一次元配列を使用することである。Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｓによって実証されたそのような配列の一例は、格子光弁（ＧＬＶ）である。この配列は、切換可能なＭＥＭＳ（微小電気機械システム）格子に基づいている。レーザビームが格子上に投射される。ゼロ次オーダ回折光が遮断される。より高次のものの一部が収集され、スクリーン上に投射される。複数のスイッチと組み合わされた切換速度は、ビデオ投射のために十分である。ＧＬＶの欠点は、機械的詳細が幾分小さいこと（１−２μｍ）、並びに、投射光学素子が投射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、光が異なる角度での下で格子を離れ結像光学素子によってスクリーン上に再収集されなければならないという事実に起因している。
【０００４】
他の種類の光スイッチは、光が異なる材料中で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。速度の変化は、屈折をもたらす。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算された入射光線の速度によってもたらされる。もし相対屈折率が１未満であるならば、例えば、光線がガラスブロックから空気に通じるときの場合のように、光線は表面に向かって屈折される。入射及び反射の角度は、通常、界面に対して垂直な方向から測定される。光はガラスブロックの表面に沿って走るので、具体的な入射の角度「ｉ」で、屈折角「ｒ」は９０°になる。臨界角「ｉ」は、「ｓｉｎ  ｉ＝相対屈折率」として計算し得る。もし「ｉ」がより一層大きくされるならば、全ての光は反射されてガラスブロック内部に戻る。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だけに起こるので、入射放射線が全反射される僅か前に現れ、それ故に、内面の僅かな浸透（おおよそ１ミクロン）が生じる。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する（即ち、散乱する且つ／或いは吸収する）ことによって、内反射現象を阻止する（即ち、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、入射光が全反射を受ける反射状態と全反射が阻止される非反射状態との間で界面を制御可能に切り換えるための光スイッチに関するＷＯ０１／３７６２７号に記載されている。１つのそのようなスイッチでは、弾性誘電体が硬化表面部分を有する。印加電圧が硬化表面部分を界面と光接触するよう移動し、非反射状態を生成する。電圧がないときには、セパレータが硬化表面部分を界面との光接触から離れるよう移動し、反射状態を生成する。
【０００６】
ＷＯ０１／３７６２７号に従った上記スイッチの欠点は、全ての光がオフ状態において散乱される必要があることであり、さもなければ、暗レベルは余り暗くなく、コントラストを劣化させ、よって、結果として得られる画像の品質を低減する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に鑑み、本質的にコントラスト劣化なしにスクリーン上に画像を投射し得る、光学結像システムのための改良されたビームスイッチ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】
この及び他の目的は、請求項１に従って達成される。
【０００９】
少なくとも部分的に透明な第一プレート、第二プレートとの間に挟装される少なくとも部分的に反射的なフォイルと、フォイルと関連付けられるフォイル電極と、第一プレートと関連付けられる第一透明電極及び／又は第二プレートと関連付けられる第二電極と、第一プレート上に入射する光を第一方向に反射するために、フォイルを第一プレートと本質的に平行な位置に向かって引き付けるよう配置されるフォイル電極とプレート電極のうちの少なくとも一方との間の第一電位差の印加と、第一プレート上に入射する光を、第一方向と異なる第二方向に反射するために、フォイルが第一プレートと第二プレートとの間の傾斜位置を取ることを可能にするよう配置されるフォイル電極とプレート電極のうちの少なくとも一方との間の第二電位差の印加との提供の故に、画像をコントラスト劣化なしにスクリーン上に投射し得る光学結像システムのためのビームスイッチを達成し得る。
【００１０】
好適実施態様が従属請求項に列記される。
【００１１】
図面中、同等の参照符号は、幾つかの図面を通じて類似の素子を指し示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のさらに他の目的及び特徴は、添付の図面と共に検討されるならば、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は本発明の限界を定めるものとしてではなく、単に例証の目的のために設計されていることが理解されるべきであり、発明の限界に関しては添付の請求項が参照されるべきである。図面は必ずしも原寸に比例して描写されていないこと、並びに、特段の表示がない限り、それらはここ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がさらに理解されるべきである。
【００１３】
図１は、単一のビームスイッチ１、即ち、光学結像システムの１つの画素の概略的な例証を示している。ビームスイッチ１は、第一及び第二のプレート３，４、即ち、ガラスプレート間に挟装された反射フォイル２から構成され、少なくとも上方のもの（第一プレート３）は、光源からの光のために少なくとも部分的に透明である。下方のもの（第二プレート４）は非透明であり得る。フォイルは反射塗膜、例えば、金属で被覆され得る。例えば、Ｓｔｅｉｎｅｒから商業的に入手可能なキャパシタフォイル、例えば、アルミニウム被覆キャパシタフォイルを使用し得る。反射フォイル２は、透明なフォイル電極６で被覆される。プレート３，４のうちの少なくとも一方、即ち、上方（第一）プレート３が第一透明電極５（例えば、ＩＴＯ、インジウムスズ酸化物）を備え、或いは、下方（第二）プレート４が透明な或いは代替的に非透明な第二電極７を備え、或いは、代替的に、上記のように、両方のプレート３，４が電極５，７を備える。ＩＴＯの抵抗を下げるために、電極５，６，７は、特定の地域に余分なメタライゼーションも備え得る。ＩＴＯ及び金属の上には、ＳｉＯ２のような誘電体層２１を配置し得る。原理上、第一プレート３又は第二プレート４のいずれかの上にある電極及びフォイル２上にある１つの電極が必要なだけである。代替的に、フォイル２は選択的に導電的であり得る、即ち、実際には、電極それ自体であり得る。もし電極が第一プレート３上に存在するならば、それは透明であるのが好ましいが、半透明又は非透明でもあり得る。後者の場合には、電極は光ビームの直接経路内にあってはならない。反射フォイル２は、少なくとも１つのスペーサ８を用いて、第一プレート３と第二プレート４との間の傾斜位置に挟装されている。少なくとも１つのスペーサ８を誘電体層２１上に配置し得る。それぞれの電極５，６，７に適切な電圧を印加することによって反射フォイル２を作動し得る。第一プレート３の電極５は、例えば、スペーサ８に近接する地域にも閉じ込められ得るが、これは好適実施態様ではない。光源からの光は、直接にビームスイッチに進入し得るし、或いは、代替的に、プリズムを用いてビームスイッチ１内に結合され得る。もし反射フォイル２が第一プレート３と接触するようにされるならば、光は第一方向に反射される。もし反射フォイル２がその傾斜位置にあるならば、光は第二方向に反射され、その第二方向は第一方向と異なる。これは図２に概略的に示されており、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は、ドライバチップの表面上に直接的に統合され得る。第一プレート３及び第二プレート４の役割を逆転し得ることは当業者に明らかである。
【００１４】
画素が「オフ」状態（図１）にあるとき、反射フォイル２は、フォイル電極６及びプレート電極５，７のうちの少なくとも一方に適切な電圧を印加することによって、上方（第一）プレート３に引き寄せられるか、或いは、フォイル電極６とプレート電極５，７のうちの少なくとも一方との間に十分に大きな電圧差を印加することによって、下方（第二）プレート４に引き寄せられる、即ち、フォイル２は、２つのプレート３，４のうちの一方に向かって、即ち、第一プレート３と本質的に平行な位置に向かって屈曲し或いは完全に曲げられる。全ての光は第一方向に反射される。画素が「オン」状態（図２）にあるとき、反射フォイル２は、第一プレート３と第二プレート４との間の傾斜位置、即ち、スイッチ１の休止位置を取ることが許容される。この状態では、フォイル２の鏡面は平坦であり、表面に対してある角度で傾いている。この状態は、フォイル電極６とプレート電極５，７との間に印加される電圧差なしに達成される。これは、ビームスイッチ１上に入射する光が、ビームスイッチ１のフォイル２の状態に依存して、異なる方向に進行することを意味する。原理上、２つのプレート３，４のいずれかの上に電極があれば良いだけである。しかしながら、例えば、切換速度のためには、両方の上にそれを有することが有利であり得る。
【００１５】
図３ａは、ビームスイッチ１の第一の代替的な実施態様を示している。第一プレート３及びフォイル２は、図１及び２を参照して上記された実施態様と同一であるが、第二プレート４は変更されている。この実施態様では、スペーサ８ａが第二プレート４上に配置され、その厚さは一定ではないが、それは有限の高さからゼロに減少する、即ち、傾斜位置にあるときに、フォイル２のためにバッキング支持体が設けられるよう配置される。そのような設計のスペーサ８ａを用ることで、フォイル２は、静電力によって、このスペーサ８ａに引き寄せられ、フォイルに固定位置をもたらし得る。前の実施態様を超えるこの実施態様の利点は、フォイルが緩んでこの状態に戻らなければならないのではなく、フォイル２をこの状態に引き寄せ得るので、オン状態をより迅速に達成し得ることである。さらに、如何なる表面チャージ効果も、装置に対して余り影響を有さない。何故ならば、フォイル電極６とプレート電極５，７のうちのいずれかの間に十分に大きな電圧差を印加することによって、２つの良く定められた状態を達成し得るからである。
【００１６】
上記された装置の試作品に対する試験測定から、角度α（図３ａを参照）は優先的に２度のオーダ内になければならないようである。このスペーサ８ａの最大高さは、製造の方法によって決定される。リソグラフィックプロセスのためには、これは数ミクロンから数十ミクロンのオーダ内にある。より小さな厚さも可能であるが、これはスペーサ８ａ、故に、画素の幅を減少する。
【００１７】
スペーサ８ａはリソグラフィッック技法を使用して優先的に作成されるが、マイクロマシニング、光学研磨、及び、研削によってそれらを作成することも可能である。スペーサ８ａは、優先的には、金属から作成される。その場合には、それは第二プレート４上で電極７として働く。選択的に、絶縁層（例えば、ＳｉＯ２）がその上に蒸着される。もしスペーサ８ａが金属でないならば、電極はスペーサ８ａの下か或いはその上に蒸着されなければならない。
【００１８】
図３ｂは、ビームスイッチ１の第二の代替的な実施態様を示している。この場合には、第一プレート３及び第二プレート４は、図１に描写されたのと同一の層構造を有するが、それらは互いに対して角度βで位置付けられる。もちろん、（図３ａの）角度α及び（図３ｂの）角度βは、類似の値を有する。
【００１９】
好適な実施態様において、第二プレート４は、追加的な処理ステップを必要とする。そもそも平坦な第二プレート４の一部は、エッチング又は研磨によって除去される必要がある。これを行うことによって、活性画素地域２２の隣りの一方の側にある平坦面が創成され（図３ｂにおいて、これは左側である）、第二プレート４はそこでフォイル２を第一プレート３上に押し付ける。画素の他方の側で、第二プレート４はフォイル２を第一プレート３のスペーサ８上に押し付ける。
【００２０】
他の選択肢（図示せず）は、平坦な第二プレート４を取り、この平坦な第二プレート４をその端部を用いて画素の境界に正確に位置付けることである。さらに他の実施態様（図示せず）において、第二プレート４は平坦であり、極めて薄い（１００μｍのオーダ）。スペーサとフォイル２との間の容積の排気によって、第二プレート４は第一プレート３に押し付けられる。弾性及びプレート厚さに依存して、２つのプレート３，４の間の正しい角度が得られる。
【００２１】
図３ａ及び３ｂに例証されるように、代替的な実施態様によれば、光学結像システムのためのビームスイッチ１を達成し得る。第二プレート４は、フォイル２に面するその側に、図３ａに例証されるように、傾斜位置にあるときにバッキング支持体が前記フォイル２のために設けられるよう配置された、或いは、図３ｂに例証されるように、傾斜位置にあるときに第二プレート４自体が前記フォイル２のためのバッキング支持体を提供するよう配置されたスペーサ８ａを含む。
【００２２】
図４は、一次元配列のビームスイッチ１の実施例を概略的に示している。この具体的な実施態様では、単純化のために、配列は、単に２つのビームスイッチ１から構成されている。反射フォイル２とプレート３，４との間の空間は、如何なるガスを用いても充填され得るし、或いは、真空にされ得る。図４は、一次元配列のビームスイッチ１を達成する最も単刀直入な方法を示している。図４の実施態様を用いると、実際には、光が進行する３つの方向がある。何故ならば、配列にはビームスイッチの２つの向きがあるからである。従って、図４に従った実施態様を使用すると、光学結像システムにおいて、二重ピンホール絞りを使用することが必要である。しかしながら、他の方法もある。例えば、画素をある角度、例えば、４５°に配置すること、或いは、それらを９０°を越えて回転して配置することも可能である。後者の欠点は、隣接する画素間に若干の機械的漏話があることである。後者のために、関連する光学結像システムは、単一のピンホールを有する絞りを必要とするのに対し、他の２つのためには、それは二重ピンホールである必要がある。
【００２３】
投射画像を生成するために少なくとも１つのビームスイッチ１を利用する光学結像システムが想起される。例えば、一次元光学結像システム。そのような光学結像システムは、図５ａ及び５ｂに例証されている。
【００２４】
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、ＬＥＤ、ＵＨＰ（超高性能）ランプ、又は、他の光源（図示せず）から構成される。光ビーム１０は、一次元配列のビームスイッチ１を照明するために、例えば、２つの円筒形レンズから成るビーム成形光学素子１１を使用して１つの方向に拡大され、ビームスイッチ１は、拡大された光ビームを受光し、且つ、それを変調して線画像を形成するよう配置される。ビームスイッチの配列の通過後、「オン」状態からの反射光のビームは、映写レンズ１２及びピンホール絞り１５を通じて導かれる。ビームスイッチ１及びピンホール絞り１５は、映写レンズのほぼ集束平面内に配置される。「オン」状態にあるビームスイッチ画素からの光は、ピンホール絞り１５を通り、スクリーン１４上に投射される。「オフ」状態において、光は第一方向に反射され、映写レンズ１２に進入する光の部分は本質的にピンホール絞り１５で遮断される。「オフ状態」のビームスイッチ画素からの如何なる散乱光も、映写レンズ１２開口によって、或いは、もしその開口を通るならば、ピンホール絞り１５開口によって遮断される。ピンホール絞り１５開口の位置決めは、ビームスイッチ１が入射光に対してどのように配置されるに依存すること、図面中に例証される位置が何故例示的な位置に過ぎないかは当業者に明らかである。ピンホール絞り１５開口の重要な特徴は、ビームスイッチ１からの正反射光を遮断することである。ピンホール絞り１５開口の代わりとして、正反射方向のためにビームストップを使用することも可能である。その結果は、スクリーン上の垂直に（或いは水平に）変調されたバー線画像である。遅いミラースキャナ１３を使用することによって二次元画像を形成するために、この線画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、無制限に大きい。ビームスイッチ１と映写レンズ１２との間の距離は、映写レンズ１２の焦点距離と殆ど等しいので、画像は殆ど無限遠に集束される。もしより低い品質の光源が使用されるならば、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との間の距離は適応性が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装置１の切換え速度は、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。
【００２５】
実際の光学結像システムディスプレイ装置は、少なくとも３つの（原）色、例えば、赤色、緑色、及び、青色を使用して画像を再生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。例えば、１つの配列及びラインシーケンシャルカラー、１つの配列及びフレームシーケンシャルカラー、１つの配列及びスクローリングカラー、３つの（或いはそれよりも多くの）配列及び同時カラー等。カラー及びグレースケール再生に関する詳細な実施態様は、以下に記載される。
【００２６】
以下には、前に記載された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を用いたフルカラー画像を生成する光学結像システムの多数の実施態様が記載される。実施態様は、以下に列挙される多くの条件を共通して有する。
【００２７】
光は、それぞれ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を含む３つの別個の枝Ｒ，Ｇ，Ｂにおいて生成される。
【００２８】
それぞれの枝Ｒ，Ｇ，Ｂにおける光路は、その特定の枝における光の色の透過のために最適化される。
【００２９】
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、それらが同一平面内に位置するよう位置付けられる。
【００３０】
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。
【００３１】
絞り１５は、映写レンズ１２の焦点面に、並びに、映写レンズ１２と回転ミラー１３との間に位置付けられる。
【００３２】
これらの条件の詳細は、以下に与えられる。
【００３３】
実施態様１：二色性再結合キューブ１７を備える構造
【００３４】
第一実施態様が図６に例証されている。
【００３５】
構成において、光は３つの枝Ｒ，Ｇ，Ｂで形成され、それらのそれぞれはディスプレイ三原色のうちの１つに対応する。枝Ｒ，Ｇ，Ｂ中の光学素子は、枝において使用される波長のために最適化される。例えば、平行光の薄い線がビームスイッチ１を照明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る反射防止塗膜で被覆されている。３つの枝Ｒ，Ｇ，Ｂ中の光は、二色性キューブ１７を用いて再結合される。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、それらが同一平面内にあるような位置にある。映写レンズ１２は、全ての３つの配列のガラス−フォイル界面をスクリーン１４上に結像するよう位置付けられる。コントラストを増強するために、絞り１５が、映写レンズ１２及び回転ミラー１３の焦点平面に位置付けられる。
【００３６】
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、殆ど平行であるので、二色性キューブ１７は、図６の平面の方向に極めて小さくあり得ることが留意されるべきである。この平面に対して直交する方向においてのみ、キューブ１７は、フォイルに基づくビームスイッチ配列１の長さだけ伸長される必要がある。これは二色性キューブ１７をＨＴＰＳ  ＬＣＤプロジェクタにおいて使用されるものよりもずっと安価にする。
【００３７】
実施態様２：二色性再結合プレート１８を備える構造
【００３８】
第二実施態様が図７に例証されている。図６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の代わりに二色性プレート１８が使用されていることである。これは光路の折畳みのために幾らかの結果を有し、それは図７から観察され得る。
【００３９】
実施態様３：折畳みミラー１９を備える構造
【００４０】
第三実施態様が図８に例証されている。実施態様２（図７）と比較されるとき、それは余分な折畳みミラー１９を使用する。これは部品表を増大するが、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は、１つの平面内に位置付けられ得る。図８中では別個に描写されているが、それらは単一プレート上に組み合わされ得る。これは製造のために有益であり、それは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す。第二に、３つのフォイルに基づくビームスイッチ配列１の照明経路は平行である。これは一片の材料への光学構成素子の組み合わせを可能にする。第三に、ビーム経路は折り畳まれ、その結果、極めてコンパクトな装置が得られる。
【００４１】
上記された３つの実施態様のための一般的な注釈。
【００４２】
全ての提案される光路Ｒ，Ｇ，Ｂは、３つのビームがスクリーン上でオーバーラップするよう選択されるので、個々の色の光路は交換され得る。
【００４３】
一次元配列のビームスイッチが上記に与えられた実施例で記載されたが、余分な走査ミラーの追加を通じて、即ち、２つの走査ミラーを使用して、上記技法を０次元地点（即ち、一次元画素ビームスイッチ）と共に用い得ることが当業者に明らかであろう。もし二次元配列のビームスイッチが使用されるならば、走査ミラーは不要であることも明らかである。二次元配列のビームスイッチを使用する構成の場合には、アクティブマトリックス又はパッシブマトリックスのいずれかを使用し得る。さらに、上記のように、各色のために別個の組のビームスイッチを使用することに加え、光学結像システムは、色情報が単一の組のビームスイッチ上で順次的に変調される、或いは、代替的に、色が単一の組のビームスイッチ上の隣接する行において行われる提案されたビームスイッチを使用しても実現され得る。後者の場合には、カラーフィルタを加えるか、或いは、光ビームを正しい画素上に注意深く向けることが必要である。
【００４４】
よって、その好適実施態様に適用されるような本発明の根本的な新規な特徴が示され、記載され、且つ、指摘されたが、例証された装置の形態及び詳細における並びにそれらの動作における多様な省略及び置換が、本発明の精神から逸脱することなしに、当業者によって行われ得る。例えば、同一の結果を達成するために実質的に同一の方法で実質的に同一の機能を遂行するこれらの素子及び／又は方法ステップの全ての組み合わせが本発明の範囲内にあることが明白に意図される。その上、本発明の如何なる開示形態又は実施態様との関係で示され且つ／或いは記載された構造及び／又は素子及び／又は方法ステップは、設計選択の一般的な事項として如何なる他の開示された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も組み込まれ得る。従って、ここに添付の請求項の範囲によって表示されるようにのみ限定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】「オフ」状態にある単一スイッチを示す概略図である。
【図２】「オン」状態、即ち、スイッチの休止位置にある図１に従ったスイッチを示す概略図である。
【図３ａ】単一スイッチの第一の代替的な実施態様を示す概略図である。
【図３ｂ】単一スイッチの第二の代替的な実施態様を示す概略図である。
【図４】図１に従ったビームスイッチの一次元配列集積の１つの可能な実施態様を示す概略図である。
【図５ａ】図４に従ったビームスイッチの一次元配列を含む光学結像システムの実施例を示す上面図である。
【図５ｂ】図５ａに従った光学結像システムを示す側面図である。
【図６】一次元配列のフォイルに基づくビームスイッチ変調器を使用してフルカラー画像を生成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７】一次元配列のフォイルに基づくビームスイッチ変調器を使用してフルカラー画像を生成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８】一次元配列のフォイルに基づくビームスイッチ変調器を使用してフルカラー画像を生成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１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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