(57)【要約】  【課題】  【解決手段】映像構成要素により形成されるビジュアルディスプレイであって、光学的に光経路（２００）に組み合わされ、当該光経路を介して光源（５００）から光が供給される。制御装置（５００）により制御される光源（３００）は、光源（３００）から異なる光経路（２００）に光を走査することにより、光経路（２００）に光を送る。光源（３００）および光経路（２００）は双方向であり、光源（３００）からの光が、異なる光経路（２００）導かれて表示される映像を形成する。光源（３００）は、組み合わされた光をウェーブガイドスクリーン（１００）送る固定されていた経路（２００）を回転させるローラマウント（３５０）に取付けられる。【選択図】図１
2008510190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面領域に画像を表示し、または任意で制限がなく独立したビューポジションでスクリーンの前面部へ不定方向の往復走査をすることにより、各画素から彩色の光線の狭い発散角度の複数の層を放射するスクリーンと；
前記スクリーンの映像構成要素に光を供給する光経路と；
２Ｄ映像の周辺の可視光の情報、または３Ｄ映像のベクトルの可視光の情報を分配する映像構成要素と；
前記光経路に光を送るために切替え可能な光源と；
前記光源の切替を制御する制御装置とを具え；
前記切替え可能な光源からの光を前記光経路に回転して走査して、前記スクリーンから投影される映像を表示することを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイがさらに、前記光源が取付けられる回転可能な取付け基板を具え、前記取付け基板が回転している間に光を異なる光経路に接続（ｃｏｕｐｌｅ）することを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項３】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイがさらに、単一または複数の反射面と軸が一致する回転可能な透明の円筒形サブストレートであって、前記透明なサブストレートが回転する間に固定された背後の光源から異なる光経路に光を反射し、その境界端部が、請求項２に記載するように間接的な光源として機能するサブストレートを具えることを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項４】
請求項２に記載のビジュアルディスプレイにおいて、前記光源はＬＥＤのような発光角度が狭い小さな光源であることを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項５】
請求項３に記載のビジュアルディスプレイにおいて、前記光源はレーザまたはこれに等しい光源であることを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項６】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイにおいて、前記光源は、これに制限されるものではないが、単色の三原色の色彩の光源を具えることを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項７】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイにおいて、前記光経路が：
出口端部が表示面として平らなまたは湾曲した面であって、接続端部が円筒形状をした内部反射媒体である透明な光ファイバの複数の層、または
非常に透明または中空の光学ウェーブガイド媒体の複数の層であって、各経路が少なくとも一つの平らな内部および外部反射面を具え、各層の収束性光学レンズが、シリンダの境界端部で透明なシリンダに統合され、その半径が各レンズの焦点長さと同じであり、請求項２に記載するように、光源の回転により角度のある走査が行われ、あるいは請求項３に記載する反射面が回転する効果が、ここに記載するように光学ウェーブガイド領域内でおおよそ平行な走査に再構成され、第２のレンズ構造が、各光学ウェーブガイドの出口端末に、スクリーンのような平らまたは湾曲した形状が設けられることを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項８】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイにおいて、前記スクリーンの映像構成要素はそれぞれ、長方形であることを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項９】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイにおいて、前記制御装置がさらに、前記光源の強さおよび／または分配方向を制御することを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項１０】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイにおいて、前記光経路が前記映像構成要素と一体構成であることを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項１１】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイにおいて、前記映像構成要素が長方形に配列されることを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【請求項１２】
ビジュアルディスプレイを製造する方法であって、
スクリーンに表示される画像、あるいは、前記スクリーンの映像構成要素に接続された光経路を介して投影スクリーンの前方の空間に視聴位置を指定した同時性の複数の画像に対応するデータを格納するステップと；
制御装置により光源が切り替えられる順序を決定するステップと；
前記切替え順序に従って前記光源を切替えるステップと；
前記スクリーンから投影される表示映像を形成すべく前記切替え可能な光源から前記光経路に回転にして走査される光を生成してステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記光源が取付けられる回転可能な取付け基板が、当該取付け基板が回転しているときに異なる経路に光を接続することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、回転可能な反射部材が、当該反射部材が回転しているときに前記光源からの光を異なる光経路に反射することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のビジュアルディスプレイにおいて、光経路はまた、当該光経路またはディスプレイ制御システムからの電磁波信号を逆に送信して、前記信号のエコーを防止することを特徴とするビジュアルディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はビジュアルディスプレイに関し、特に、２Ｄまたは３Ｄ映像が可能な光学フラットパネルディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ディスプレイ技術には、様々な種類がある。これらには、ブラウン管、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、リアプロジェクションディスプレイ等が含まれる。これらの各ディスプレイ技術の利点と欠点は知られており、これらの各技術は、適切な応用例がそれぞれ提供されている。ブラウン管および液晶ディスプレイは、現在の市場を独占しているが、その他の技術が、テレビおよびコンピュータディスプレイの応用例の実現可能な代替品として現れている。
【０００３】
例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）テレビは優勢である。しかしながら、ＣＲＴテレビは、画面のサイズに比例して大きくて重く、手頃な値段で高い鮮明度のディスプレイを提供できない。液晶ディスプレイは（ＬＣＤ）が、重要な市場の部分として現れている。ＬＣＤは、コンピュータモニタとしてより広範囲で使用されていると同時に、利益の上がるフラットパネルテレビ応用例への困難な挑戦がある。動作環境に起因して大量のバックライトの光源を浪費する問題は、やはり避けられない。プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）は、スリムな大きさであるという利点を有し、色の強さおよび彩度が優れている。しかしながら、ＰＤＰ製品は一般に利益率が低く、それゆえ価格が高い。リアプロジェクションディスプレイは、応用例の縦方向のスペースに関する厳しい制限がなければ、より大きな画面のディスプレイに対する代替的な解決策である。多くのプロジェクションスタイルの技術は、屋外の応用例には適さない。
【０００４】
また、現在の電子ディスプレイ技術を利用して、光学部品を増やすことなく３Ｄのビデオ映像を表示することは難しい課題である。
【０００５】
質の高いディスプレイの応用例の別のオプションを提供するディスプレイ技術の必要性が確実にある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
光経路が“導波管”ディスプレイの画素（ピクセル）に光を供給するディスプレイ技術がここに説明される。光情報の線は、光源で組み合わされた光を利用して、光経路によりディスプレイ画面に垂直または水平に走査される。
【０００７】
ビジュアルディスプレイは画素またはピクセルにより形成される。画素は、光学的に光経路に組み合わされ、この光経路を介して光が画素に供給される。制御装置により制御される光源は、光源からの光を異なる光経路に走査することにより、光を光経路に供給する。光源および光経路は双方向であり、光源からの光を異なる光経路に走査して表示される画像を形成する。制御装置は、光源の切替え制御に使用され、静止画またはビデオ画像を生成する。
【０００８】
異なる設定により、光源からの光を光経路に走査することが可能である。光源は回転式基板に取り付けることができ、関連する光経路を回転して光を光経路に走査する。光源は、ウェーブガイドチャネルに直接取付けられる。
【０００９】
代替的に、ローラを一定の速度で回転させて光線をウェーブガイドチャネルに結合（または走査）させてもよい。光源は固定して、また反射面を有する透明なローラに直径に沿って組み合わせることができ、反射面が回転するときにウェーブガイドチャネルに光を反射させる。
【００１０】
直接的な光のカップリングは、光を光源から光経路に直接送る。間接的なカップリングは、光源と光経路の間の鏡により反射させる。ここに説明するように、いずれの場合にも、光源からの光を光経路に効果的に走査する回転関係が存在する。
【００１１】
ここに説明する設計の特別な利点は、電子回路がディスプレイの画面上に必要ではなく、電子部品や欠陥のある光源を修理することができることである。さらに、工業製品を単純にすることができ、投下する資本を抑えることができる。いくつかの小さなモジュールおよび部品を必要とするだけであるため、様々なサイズ、形のパネルを生産する技術上の問題がない。また、この技術により、アイギアを付けてまたは付けないで３次元ビデオ映像を観ることができるディスプレイパネルを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、ここに記載するウェーブガイドディスプレイ１０００の構成要素の概略を示している。ウェーブガイドスクリーン１００は、光経路２００を介して提供される画像を表示する。光源３００は、制御装置５００により制御され、光経路２００に光を供給する。ローラマウント３５０は、直径方向に両面反射面が横断する透明なシリンダであり、光源３００からの光を光経路２００に反射する。電源６００は、光源３００およびモータ４００に電力を供給し、また制御装置５００に電力を供給するのに用いられる。必要であれは、以下にさらに詳細に説明するように、電力を供給するその他の構成を詳細な設計に応じて採用してもよい。
【００１３】
ウェーブガイドスクリーン
図２は、ウェーブガイドスクリーン１００の概略を示し、従来のディスプレイと同様に、ほぼフラットで長方形の形状をしている。特定の応用例に適合させるために、曲線形状さらには３６０°の“ラップアラウンド”ディスプレイとすることもできる。どのような画面形状が採用されるかに関わらず、動作原理に変更はない。
【００１４】
ウェーブガイドスクリーン１００は、光経路２００から送られる光を伝達する比較的透明または半透明の媒体である。ウェーブガイドスクリーン１００の各画素は、１ミリ四方が効果的であるが、これより大きくまたは小さくてもよい。通常、画素の長方形のマトリックスが便利のため好まれるが、適切な場合には、５角形の構成をした画素のマトリックスのようなその他の構成を採用してもよい。もちろん、矩形のマトリックスは、形状が正方形であっても、非正方形であってもよい。
【００１５】
さらに、緻密な画素間の境界は、構造的に区分けする必要がない。光経路２００からの光は拡散するが、ウェーブガイドスクリーン１００の特定の範囲に表示される画像の部分を適切に形成する。
【００１６】
他の設計として、画素間の境界の干渉が最小の光学素子のマトリックスから成るウェーブガイドスクリーン１００を用いてもよい。このような設計は、これ以上詳細に説明しない。
【００１７】
光経路
光経路２００は、光ファイバにより形成され、画面の一の画素に対応する一の経路を形成するのに単一の光ファイバまたは複数の光ファイバのいずれかを用いることができる。
【００１８】
通常、断面の直径が例えば７５０μｍの単一の光ファイバが使用される。より太くまたは細いファイバ２００を使用してもよい。一つの適切な光ファイバ２００は、三菱のエスカプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）であり、直径が０．２５ｍｍ、０．５０ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．００ｍｍ、およびその他のサイズのものが提供されている。
【００１９】
前述したように、光ファイバ２００は、光源３００からの光を画面１００のディスプレイパネルに提供する。光ファイバ２００は、画面１００に直接取り付けるのに最も便利である。このような直接的な取り付けを実現する一つの方法は、光学用接着剤である。画面１００の背面（すなわち、表示面ではない）に複数の小さな孔を形成して、光ファイバ２００の端部を受けてもよい。各孔は、画面１００の各画素に対応する。このような孔は、光ファイバ２００が画面１００の背面に確実に固定されるのを補助し、また光ファイバ２００および画面１００の光の組合せが改善されるように、光ファイバが挿入されるチャネルを有する。これは、光ファイバアセンブリの性能を高める緻密な画素ピッチを実現する一つの方法であるが、さまざまな製造技術を利用することができる。
【００２０】
光ファイバ２００の選択肢を必要としない代替例が、図７に示されている。この設計オプションでは、分配サークルの各レベルで光走査分配境界端部に設けられた光学レンズ２１０により、分割された領域を形成し、この領域で、ここで説明される光学レンズ２１０が、幾何学的に扇形のように見える通常の経路からの光線を再形成して、レンズ２１０の光軸に平行なコヒーレント光ビームにする。この設計の各ウェーブガイド経路２００は、最大で２つの平らな反射面２２０および２３０を必要とし、再形成された並列する光線は、スクリーンから垂直に出る前に、ウェーブガイド経路２００内で向きを変えられる。理論上は、このようなウェーブガイド経路内を伝搬する間は、光線の輪郭は曲がることがほとんどない。従って、図７に示すような設計の光ファイバ２００は必要とならない。光経路は、空洞、中空、あるいは液状媒体であることが好ましく、コヒーレント光は、最小限の光損失で指定されたディスプレイ要素に到達する。
【００２１】
光源
発光角度が狭い発光ダイオード（ＬＥＤ）は、光源がウェーブガイドチャネルに近い走査分配境界に取付けられる場合、光源３００の適切なオプションである。ＬＥＤは比較的サイズが小さいので、応答時間が早く光度が強い。さらに、ＬＥＤはフィルターを使わずに自然で鮮やかな光の色彩を提供する。ＬＥＤはまた、現在のパンクロマティックディスプレイ技術の基礎である３原色の要素（ＲＧＢ、赤−緑−青）にも利用可能である。これらは総て、光源３００の好ましい特性である。特定の応用例の切替えに十分な応答時間を有することを条件として、様々な適切な種類のＬＥＤを使用することができる。
【００２２】
その他の可能な光源は、干渉性の３原色の要素を提供し、特定の応用例に利用するのに適したレーザ光を含む。
【００２３】
回転式光源
光源３００を収納および回転させるローラマウント３５０は、光を光経路２００に供給するのに使用される。ＬＥＤは、ローラマウントの多くのフランジに、便宜的に垂直方向の配列で取付けることができる。もちろん、さまざまなバリエーションが可能である。光源３００の位置は、光源３００が前の孔を光経路２００に走査するとき、光源３００の切替えシーケンスに一致する。
【００２４】
制御装置５００は、以下またはその他で説明するように、ローラマウント５００内に収納される。いずれの場合も、データはローラマウント３５０に送られる必要がある。制御装置５００がローラマウント５００内に収納される設計では、このデータは、光源３００の切替えに直ぐにまたは後に使用するために、制御装置５００により受けられる画像データである。代替的に、制御装置５００がローラマウント３５０内に収納されない場合、つまり、その他の場所に設置される場合には、光源を制御する切替え信号はローラマウント３５０に提供される。
【００２５】
いずれの場合も、ローラマウント３５０へのデータまたは信号の送信は、赤外線（ＩＲ）信号のような、無線通信を利用して実現される。角度が狭い赤外線通信は、送信および受信ポートを整列させる必要があるが、比較的高い通信性能をサポートし、消費電力が比較的少ない。
【００２６】
電力は、ブラシ接続を介してローラマウントに供給される。このような構成は摩耗し易く、採用されるより便利な手段は、電磁石式発電機がローラマウント内に収納されているにも拘わらず十分な電力を生成する必要がある。実際には、光源３００は、モータ４００の機械的な駆動部により電力が供給される電磁石式発電機により電力が供給される。一定の回転率は、動作上の標準であるため、小さな電磁石式発電機は、光源３００を駆動するのに十分な予測可能な電力を生成するよう適正に選択できる。
【００２７】
他の設計として、ソーラーまたは光源３００の誘導的な電力供給を用いてもよい。誘導電源は、変圧器と同様の方法で動作し、固定および回転コイルを具える。誘導電源は、既製製品または注文製のアセンブリとして商業的に利用可能である。一つのサプライヤは、ドイツのテレメトリエレクトロニックゲーエムベーハー社である。
【００２８】
制御装置
制御装置５００は、画面１００により表示される画像を構成する光源３００を制御する。表示する画像に関するデータは、制御装置５００に提供され、ローラマウント３５０からの情報と合わせて、信号情報が光源に提供され、光経路２００に対するローラマウントの回転が同期する。
【００２９】
フレームは、ライン全体を一度に順番に走査することにより表示され、このように画面全体が走査され、全体の画像が提供される。特定の光源はそれぞれ、一度に一つの画素を表示する。複数の光源は、便宜的に複数の各画素を同時に走査する。これらの複数の光源は、フルフレームを表示するに適した速度で複数の各画素を循環する。
【００３０】
以下の説明は、便宜のため８色の単一色ＬＥＤの縦列（ｃｏｌｕｍｎ）に制限された光源に単純化する。各ＬＥＤは、一回転で１８０の光学ウェーブガイドを通る。これにより、１４４０画素のディスプレイ（８ＬＥＤ×１８０ウェーブガイド）が作られる。光源の一回転はフレーム全体に対応するので、回転速度は、ちらつきを無くすため好ましくは１秒間に２５回転以上である。説明した設計は、１秒間に３０回転に基づくものであり、１秒間に３０フレーム（ｆｐｓ）のリフレッシュ速度に対応する。
【００３１】
回転シリンダの直径は８０ｍｍであり、光学ウェーブガイドは２度間隔で配置され、幅が０．７５ｍｍである。これにより、以下の等式［１］および［２］に示すように、以下の表示予測が導かれる。
１回転で移動する距離＝３．１４（π）×８０ｍｍ
＝２５１．２ｍｍ
［１］
３０ｆｐｓにおける移動速度＝２５１．２ｍｍ×３０ｆｐｓ
＝７５３６ｍｍ／秒
＝１３３μ秒／ｍｍ
［２］
【００３２】
したがって、各ＬＥＤは、ウェーブガイドを通過するのに１３３μ秒／ｍｍ×０．７５ｍｍすなわち約１００μ秒かかり、ここでは便宜的に“明領域”とする。ウェーブガイド間の距離は、２５１．２ｍｍ／１８０−０．７５ｍｍ＝０．６５ｍｍであり、各ＬＥＤは１３３μ秒／ｍｍ×０．６５ｍｍすなわち約８５μ秒かかり、ここでは便宜的に“暗領域”とする。したがって、暗領域および明領域は８５μ秒および１００μ秒間隔で切り替わる。
【００３３】
垂直およびフレーム同期
各ＬＥＤは、“暗領域”を通過するときに要求に応じてＯＮに切り替えられるため、最大の光量が、明領域の間に適切にウェーブガイドに送られる。これは、１８０パルスの分解能アセンブリを具えるインクリメンタル光学エンコーダが、このアセンブリの一部として構成されるものとして実現される同期源を必要とする。このエンコーダは、“暗領域”の初めに上昇または下降するパルスエッジが生成され、“セットアップ”時間が最大に確保され、制御回路が、次の垂直方向の走査ができるよう調整される必要がある。制御回路は上昇エッジ、下降エッジをトリガとするのでパルスの幅は重要ではない。
【００３４】
図３は、幅が６画素、高さが８画素のフォントを使った文字“Ｈ”を表示するのに必要なタイミング図である。ウェーブガイドの列は、“Ｌ”および“Ｄ”それぞれの表示により、明領域および暗領域を示している。各暗領域で垂直同期パルスが生じ、フレーム同期パルスは、各フレームの初めに生じる。ＬＥＤ１から８の各信号は、これらのＬＥＤそれぞれに供給される信号、あるいは各ＬＥＤから生じる光の強さを示す。
【００３５】
隣接する光の領域は、画素を表わす。したがって、水平軸は回転運動による空間的および時間的次元を示す。タイミング図全体により、ＬＥＤが回転するときの各ＬＥＤの動作パターンと同様に、ある時間にどの画素が作動しているのかが示される。
【００３６】
図３は、文字“Ｈ”がフレームの初めからオフセットし、フレームの初めを示すパルスが制御回路に必要であることを示している。
【００３７】
多くのインクリメンタル光学エンコーダは、１回転毎（Ｚ−相またはインデックス）に個別に単一のパルスを提供する。エンコーダは、このパルスを初めと終わりの垂直な走査線の間に生成するよう調整されている。制御回路はこのパルスを利用して、次のフレームを表示するのに必要な情報を処理し、または静止画の場合は同じフレームを繰り返す。
【００３８】
マルチカラーディスプレイ
マルチカラーディスプレイは、異なる色のＬＥＤの付加的な列を追加し、同じウェーブガイドに異なる色の光をあてることにより実現される。例えば、“主要な”赤、緑、青色のＬＥＤの３つの列を使用して、シアンブルー、赤紫色、黄色といった第２の色が再生成される。光源の数は８×３＝２４ＬＥＤしかないので、付加的な制御装置の量および複数色のディスプレイを実現するのに必要な複雑は比較的僅かである。
【００３９】
リアルカラーディスプレイ
現実に近い画像を提供するフルカラーディスプレイは、各ＬＥＤを変調して光の強さを制御することにより実現される。変調により色の強さを混ぜて多くの色を作ることができる。これを実現する一つの方法は、パルス幅変調（ＰＷＭ）である。
【００４０】
定期的で固定の基本周波数のデジタルパルス列が使用される。異なる色のレベルを生成するために、デューティサイクルおよびこれによるデジタル信号のパルス幅は変更される。高いレベルが必要な場合はパルス幅を増加し、逆もまた同じである。
【００４１】
図４は、１０レベルのカラーコントロールスキームの例を示すタイミング図である。色の写実的なスペクトルを実現するために、（短い基本時間を意味する）より高いレベルの制御が用いられる。
【００４２】
選択された期間は、“光領域”の期間よりかなり短い（１／４）。生じるアナログ信号の平均値が同じであるため、“明領域”と同じ期間でも同様の結果が得られる。
【００４３】
制御装置規格
（予めプログラミングされたメッセージ表示のような）説明したディスプレイの単純な応用例は、制御部、ロータリーエンコーダ、電源を具えてスピニング光源内に搭載された電子回路をサポートする単一のプロセッサ制御ボード（ＰＣＢ）により実現される。
【００４４】
カリフォルニアのサンジョーズのＡｔｍｌ社は、制御装置５００の製造に使用するのに適した様々なコントローラを提供している。一つの例は、Ａｔｍｌ社のコントローラのＡＶＲシリーズである。これらは、２０ｍＡ以上の電流を溜められる出力バッファを有し、これによりＬＥＤを直接駆動することができる。これらのタイプの装置はこの応用例に適切である。
【００４５】
図５は、制御装置５００の核をなすＡＴＭＥＧＡ１２８−６ＡＣ論理制御部５１０の電子配置の概略図である。この論理制御部は、ＬＥＤを直接駆動し得る５つの８ビットポートを具える。これは、解像度が４０×１８０＝７２００ピクセルの単一色ディスプレイと等しく、あるいは解像度が１３×１８０＝２３４０ピクセルのフルカラーディスプレイと等しい。
【００４６】
図示する例を実現するために、８つの出力と２つの入力を有する小型のコントローラを使用する。これは、幅が６ピクセル、高さが８ピクセルのフォントで文字間隔が２ピクセルだとすると、２２文字を超えるテキストメッセージを表示することができる。
【００４７】
同色の個々のＬＥＤ（ＬＤ１からＬＤ８）間、および特に異なる色のＬＥＤ間の輝度の差は目立つため、必要に応じて、ポテンシオメータ（ＰＤ１からＰＤ８）を電流制限抵抗器（Ｒ１からＲ８、５３０）に取付けて輝度レベルを手動で調節できるようにしてもよい。代替的に、前述したようにパルス幅変調を利用して実現してもよい。
【００４８】
垂直的な走査同期を目的としてインクリメンタル光学エンコーダを用いることにより、光源モータを制御するのに要する回路を単純にすることができる。１秒間に３０回転のフレームレートは、必要とされる最小値よりも遙かに多く、約１８００ＲＰＭを維持できるモータは、速度制御をする必要なく直接駆動することができ、速度の僅かな変化によりディスプレイの質が実質的に落ちることがない。
【００４９】
ディスプレイは、モータが始動するときのディスプレイのちらつきを避けるため、モータが所望の速度に達するまで白色としてもよい。これは、インデックス出力の期間または周波数を測定することによりエンコーダのインデックスパルスを用いて簡単に、実現できる。
【００５０】
表示するのに必要な情報は、（この“チケットテープ”型のディスプレイにデータを提供する従来の方法である）赤外線遠隔制御を介してＡＳＣＩＩ文字として送信され、論理制御部により内部で垂直的な走査線ルックアップ表に変換され、論理制御部の内部メモリのルックアップ表に格納される。
【００５１】
各走査線は、１バイトの記憶容量を必要とするため、６列掛ける２２文字＝１３２バイトが、フレーム全体を保存する格納するのに必要な総てとなる。したがって、マルチカラーディスプレイは、最大で１フレームあたり、６列掛ける３色×２２文字＝３９６バイトのメモリを必要とする。
【００５２】
この設計は比較的少ない電力を必要とするため、特に単独の回転モジュール装置の場合、モジュールの内に取り付けられた再充電可能なバッテリを介して電力を供給する。バッテリは、メインシャフトに取り付けられたスリップリングにより（モータが動作していない）非動作期間中に充電することができる。このスリップリングの磨耗を防ぐために、クラッチ型の機械的なアセンブリが、モータのスタート時にスリッピングを外し、モータの停止時にスリッピングを再係合する。
【００５３】
デュアルＰＣＢ設計
高解像度、フルカラーディスプレイなどのさらに複雑な応用例では、装置の設計は２つのＰＣＢに分けることができる。ロータリーエンコーダを含む多くの電子機器は、主要な固定のＰＣＢに取り付けられる。主要なボードは、画像または文字列であるデータストリームを受信し、このデータを単一の垂直走査線にデコードする。これは、ほとんどのタイプのビジュアルディスプレイ装置の基本的な特徴である。
【００５４】
単一の垂直走査線に必要な総ての情報を含むパケットデータは、第２のＰＣＢにシリアル送信され、アセンブリの回転シャフトを介して赤外線受信装置を介して回転式の光源アセンブリの内部に格納される。
【００５５】
総てのパケットは、回転が“暗領域”の間に送信する必要がある。このデータは、第２のボードで、“明領域”の間でＬＥＤを駆動するのに必要な垂直走査信号に変換される。
【００５６】
応用例に応じて、このデータは、垂直的な走査線を実現する各ＬＥＤの直接的な状態（オンまたはオフ）を含んでもよく、リアルカラーディスプレイの場合には、各ＬＥＤのデューティサイクルを表わすパルス幅変調値を含んでもよい。例えば、２５６レベル（８ビットの解像度）を実現するのに、一つのＬＥＤに１バイト必要である。
【００５７】
前述したＡＴＭＥＧＡ１２８，５１０を含むいくつかの制御装置は、ハードウェアの複数のパルス幅変調出力（ＡＴＭＥＧＡ１２８−６ＡＣの場合は８つ）を提供する。ハードウェアの実装は論理制御部の走査時間を別々に操作するので、ハードウェアのＰＷＭの制御はソフトウェアによる制御が好ましい。ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）のようなプログラミング可能な論理装置は、多くのＬＥＤを具え高い解像度の色彩制御および非常に早い速さのパルス幅変調を必要とする大きなサイズのディスプレイに最適である。
【００５８】
モータ
モータ４００は、ローラーアセンブリに組み込まれたエンコーダ４１０などの、電子制御システムへの信号をインプットする個別の検出装置に取り付けられる。制御装置は、ウェーブガイドチャネル位置に対する光源３００の適切な位置を決める。
【００５９】
設計の通りに精密な製品とともに取り付けられた前述の検知装置が得られる場合、特に、表示の質に影響を与えないように瞬間的な速度変化を処理するような、非常に正確なモータ速度は必要ではない。
【００６０】
モータの使用および回転トルクを提供する従来の方法とは別に、透明な水のような液体もまた、図７に概略的に示すように特殊ホイール装置３８０を押すのに使用することができ、これは水圧式発電機のリバースプロセスに似ている。この設計では、小さなモータ４００は、水を輸送チャネル、マイクロガラス管４１０または４２０に注入する。ウォータージェットは、多くの水が４１０に注入されたときには右回りに、多くの水が４２０に注入されたときには左回りに特殊ホールを効果的に回転させる。ホイールの回転速度は、ウォータージェットの量で制御され、向きが制御バルブで制御される。マイクロガラス管４１０およびマイクロガラス管４２０のウォータージェットの出口はそれぞれ、マイクロガラス管４１５およびマイクロガラス管４２５である。この設計は、次の段落で説明する回転リフレクタのオプションに適している。
【００６１】
代替設計−回転リフレクタ
図６は、回転ローラ３５０’の一部を示し、これは滑らかな反射平面を有するシリンダーのガラスロッドからなる。両面反射鏡面３７０は、ローラ３５０の中心軸３５５を横切っている。ローラ３５０が回転すると、反射面３７０は中心軸３５０のまわりを回転する。破線部分３７０’は、ローラ３５０とともに回転する面３７０を示す。この反射面３７０は、光線を異なる光経路２００の孔に再分配する。１以上の光源３００のグループは、光経路２００の各層に適応することができる。
【００６２】
光源３００が生成した光線は平行にされ、光経路２００に接続される。その他の光源３００を使用してもよいが、レーザ源は光源の便利なオプションである。発生する光線は、透明なローラ３５０’に垂直または非常に小さな角度で入射する。理想的には、光線は、ローラの軸と一の交点を有する。レーザ源は、ローラ３５０’の周辺部近くに設けられる。これらはまた、プリズムが光線を所望の角度で反射する背面に設けられ、同じ効果をもたらす。図７では、同じ列のグループ内でレベルが同じであって波長が同じである光源３００は、それぞれ焦点を有し、これはまた、再形成された光線がレンズ２１０に対応する軸に平行になる配分サークルの周縁部の同じレベルに配置された各レンズ２１０の焦点であり、光線はこれらを通って組み合わされる。
【００６３】
回転ミラーロッドおよび固定透明チューブ間の空間のような２つの媒体の間の反射率の違いから生じる現象をさらに最小にする一つのオプションは、透明な液体を使用してこのような隙間を埋めることである。一方、このような違いは、図７に示す設計オプションのレンズ２１０およびウェーブガイド２００に必要である。
【００６４】
この種類の設計の利点は、光源３００が静止しているため、設計や製造が簡単であることである。反射面は、光経路２００間の分配または走査する光を提供する。光源３００ウェーブガイド経路２００はまた、周辺の水蒸気および湿気から容易に隔離することができる。
【００６５】
制御装置５００および光源３００は、ウェーブガイドスクリーン１００の後ろに設けることができる。この構造は、電力源を供給する問題および通信問題を防ぐことができる。回転する構成部品は、回転する光源の設計に比べて相対的に小さくすることができる。
【００６６】
さらなる検討事項は、光源３００および光経路２００の取り付け端部との間の比較的長い距離である。効果を最大にするために、微小な空気の隙間を有する範囲は、透明な密閉剤または透明な液体で満たさなければならない。例えば、反射ミラーロッドは、ウェーブガイドコアおよびステーショナリー円形ロッドのそれを合わせる反射インデックスを有する液体の中に完全に漬けることができる。この液体はまた、“潤滑油”として機能し、またミラーロッドの重量を減らし、非常に小さなＤＣモータ４００またはミラーロッドを回転させるその他の駆動力しか必要としない。
【００６７】
取り付け不良におけるクロストーク、または光線が基準の角度から外れることをを減らす第２のオプションは、各画素のフロアに垂直または水平の光吸収層を有することである。詳細については図を参照されたい。
【００６８】
光学レンズは、レーザ光が光源３００であっても、光源３００をコリメートするのに使用することができる。このようなレンズは、光源３００から光経路２００の孔に正確に焦点を合わせるのに使用される。
【００６９】
制御装置およびその操作は、回転光の設計に使用されるのに非常に似ている。
【００７０】
代替設計−複数モジュール
単一のローラマウント３５０は、前述のように使用することができる。複数モジュールを使用して、所望のより大きくおよび完全なディスクパネル１００を組立てることができ、実際は、完全に独立したワーキングユニットのそれぞれのモジュールは、各タスク内で機能し、同期し結合した映像フレームは実際、見た目は一つの画像の範囲よりも大きいディスプレイの画像または映像である。
【００７１】
代替設計−３Ｄ映像
図７は、以下の特別な構成部品または異なる配置を除いて、おおよそ図２と同じ構造を有する。
１．透明な固定シリンダの各レベルで、光走査分配境界線の端部に配置された光学レンズ２１０。
２．曲がったウェーブガイドチャネルの代わりの真っ直ぐなウェーブガイドチャネル。
３．ウェーブガイドチャネル内の平らな反射面２１０および２２０の最大で２つの内部反射であり、図２でこのような制御は提供していない。
４．スクリーン１００の相対的に特有で小さなプロファイル光線とともに、“本来の画素”の領域を走査して光を再分配する最終の光学システム。
５．３Ｄ映像または２Ｄ映像イメージ専用の、広角ビュー機能のためのスクリーン１００の出口の別の機能的な微小光学構造。
６．背面におけるさまざまな波長の光源３００のマルチモード構成。
７．光学ハードウェアシステムと互換性のある電子制御装置およびソフトウェア。
【００７２】
結論
ここで説明した種類のディスプレイの多くの可能な応用例があり、静止画またはビデオイメージディスプレイ、ピクシレーションまたはフォトリアリスティックディスプレイ、平らなまたは曲線状のディスプレイなどである。同様に、多くの違う構造および製造技術が可能である。このように異なる設計は通常、特定の応用例や、費用、信頼性、操作環境などの検討により考えつく。このような変更はここに説明したが、当業者にとって当然ではあるが、その他の変更もあり得る。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、本明細書で説明するディスプレイのウェーブガイド部品を示す概略図である。
【図２】図２は、本明細書で説明するウェーブガイドディスプレイの一部を形成するウェーブガイド画面および光経路を示す概略図である。
【図３】図３は、本明細書で説明するウェーブガイドディスプレイを用いて画像の表示を簡単にしたタイミング図である。
【図４】図４は、本明細書で説明するウェーブガイドディスプレイに使用される光源の強さを変えるのに使用される異なるデジタルパルス列のタイミング図である。
【図５】図５は、本明細書で説明するウェーブガイドディスプレイの制御装置を実現する電子回路を示す概略図である。
【図６】図６は、図２に示すウェーブガイドスクリーンシステムと同時に使用される回転ローラ部分を示す概略図である。
【図７】図７は、代替的な設計オプションとして図２に示すシステムから変更を加えたウェーブガイド経路を有する３Ｄディスプレイ装置を示す概略図である。
【図１】
2008510190.tif 000003
【図２】
2008510190.tif 000004
【図３】
2008510190.tif 000005
【図４】
2008510190.tif 000006
【図５】
2008510190.tif 000007
【図６】
2008510190.tif 000008
【図７】
2008510190.tif 000009
【図７Ａ】
2008510190.tif 000010
【図７Ｂ】
2008510190.tif 000011
【国際調査報告】
2008510190.tif 000012
2008510190.tif 000013
2008510190.tif 000014