(57)【要約】【課題】回折交差オーダに光学系を通過させない等角ＧＥＭＳデバイスに基づいた高コントラスト・ディスプレイ・システムを提供すること。【解決手段】等角の格子電気機械システム（ＧＥＭＳ）を有し、媒体上に画像を形成する改善された投影システムが、照射を提供する光源と、上記照射を受信する等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列と、０次反射光ビームが上記媒体に到達するのをブロックする遮断要素と、レンズ系のフーリエ面のかなり近くに配置され、複数の回折交差オーダ光ビームが上記媒体に到達するのをブロックする交差オーダ・フィルタと、遮断されない回折光ビームを上記媒体に対して移動させる走査要素と、上記等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列にデータ・ストリームを提供するコントローラと、を有する。【選択図】　図１
2004046159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等角の格子電気機械システム（ＧＥＭＳ）を有し、媒体上に画像を形成する改善された投影システムであって、
ａ）　照射を提供する光源と、
ｂ）　前記照射を受信する等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列と、
ｃ）　０次反射光ビームが前記媒体に到達するのをブロックする遮断要素と、
ｄ）　レンズ系のフーリエ面のかなり近くに配置され、複数の回折交差オーダ光ビームが前記媒体に到達するのをブロックする交差オーダ・フィルタと、
ｅ）　遮断されない回折光ビームを前記媒体に対して移動させる走査要素と、
ｆ）　前記等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列にデータ・ストリームを提供するコントローラと、を有することを特徴とする改善された投影システム。
【請求項２】
請求項１記載の改善された投影システムであって、
前記遮断要素は、前記レンズ系の最初のレンズの後ろでフーリエ面の前に置かれる、ことを特徴とする改善された投影システム。
【請求項３】
請求項１記載の改善された投影システムであって、
前記走査要素は、前記レンズ系のフーリエ面に置かれ、
前記遮断要素は、前記線形配列と前記走査要素との間に置かれる、ことを特徴とする改善された投影システム。
【請求項４】
請求項１記載の改善された投影システムであって、
前記遮断要素は、偏光感知ビーム・スプリッタと、波長板と、前記０次反射光ビームをブロックするストップと、を更に有することを特徴とする改善された投影システム。
【請求項５】
請求項１記載の改善された投影システムであって、
前記交差オーダ・フィルタは、（＋１，＋１）、（＋１，−１）、（−１，＋１）、及び（−１，−１）オーダの前記回折交差オーダ光ビームをブロックする、ことを特徴とする改善された投影システム。
【請求項６】
請求項１記載の改善された投影システムであって、
前記走査要素は走査鏡であり、
該走査鏡は、前記回折交差オーダ光ビームが該走査鏡の上及び下を通って前記交差オーダ・フィルタと等価的に機能するように適切にサイズが決められる、ことを特徴とする改善された投影システム。
【請求項７】
等角の格子電気機械システム（ＧＥＭＳ）を有し、媒体上に多色画像を形成する改善された投影システムであって、
ａ）　照射を提供する複数の光源と、
ｂ）　前記照射を受信する少なくとも１つの等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列と、
ｃ）　０次反射光ビームが前記媒体に到達するのをブロックする遮断要素と、
ｄ）　レンズ系のフーリエ面のかなり近くに配置され、複数の回折交差オーダ光ビームが前記媒体に到達するのをブロックする交差オーダ・フィルタと、
ｅ）　遮断されない回折光ビームを前記媒体に対して移動させる走査要素と、
ｆ）　前記少なくとも１つの等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列にデータ・ストリームを提供するコントローラと、を有することを特徴とする改善された投影システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元画像生成のために走査される線形配列された電気機械格子デバイスを備えたディスプレイ・システムに係り、特に、電気機械等角格子デバイスを含む高コントラストなレーザ・ディスプレイ・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気機械格子デバイスをベースとする空間光変調器は、ディスプレイ、データ・ストレージ、分光、及び印刷などの幅広い用途について重要なものである。このようなシステムは、線形配列された又はエリア配列された多くの個別アドレス可能なデバイスを必要とする。高品質ディスプレイのエリア配列された変調器については、アドレス可能デバイスが１００万を越えることが望ましい。
【０００３】
最近、中間支持材の周期的シーケンスによって基板上空に吊り下げられたリボン要素から成る電気機械等角格子デバイスがＫｏｗａｒｚによって開示された（特許文献１、タイトル：「Ｓｐａｔｉａｌ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　Ｗｉｔｈ　Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ　Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ」、発行日：２００１年１０月２３日、出願日：２０００年１月２６日）。この電気機械等角格子デバイスは、リボン要素を支持構造周囲に適合させる静電駆動によって作動され、格子を生成する。特許文献１のデバイスは、最近では、等角ＧＥＭＳ（ｇｒａｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ；格子電気機械システム）デバイスとして知られている。この等角ＧＥＭＳデバイスは、複数の魅力的な特徴を持つ。等角ＧＥＭＳデバイスは、高コントラストで且つ良好な効率の高速ディジタル光変調を提供する。加えて、線形配列された等角ＧＥＭＳデバイスでは、アクティブ領域が比較的広く、格子周期が配列方向に垂直な方向を向いている。この格子周期の方向性により、回折光ビームは、線形配列の非常に近くで分離し、光学のほとんどのところで空間的に分離されたままとなる。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第６，３０７，６６３号明細書
【発明が解決しようとする課題】
理想的な等角ＧＥＭＳデバイスは、完全に平面のリボン要素を有するが、組立、加工、及び材料選択が感知できるほどの湾曲を有するリボン要素を実際にもたらし得る。このリボン要素は断続的であるため、リボンの湾曲も断続的なシーケンスである。ディスプレイ・システムにおいて、この断続的なリボン湾曲は、意図されていない回折光ビームを生じる。このビームは、光学系を通ることが許されれば画像コントラストを低減させてディスプレイ・スクリーンに到達することが潜在的に可能である。回折交差オーダと呼ばれるこれら意図されていないビームはコントラストを下げる。なぜなら、それらは、等角ＧＥＭＳデバイスが非稼動状態であっても存在するからである。よって、回折交差オーダに光学系を通過させない等角ＧＥＭＳデバイスに基づいた高コントラスト・ディスプレイ・システムに対する必要性が存在する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記必要性は、等角の格子電気機械システム（ＧＥＭＳ）を有し、媒体上に画像を形成する改善された投影システムであって、照射を提供する光源と、上記照射を受信する等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列と、０次反射光ビームが上記媒体に到達するのをブロックする遮断要素と、レンズ系のフーリエ面のかなり近くに配置され、複数の回折交差オーダ光ビームが上記媒体に到達するのをブロックする交差オーダ・フィルタと、遮断されない回折光ビームを上記媒体に対して移動させる走査要素と、個々に作動可能なデバイスにデータ・ストリームを提供するコントローラと、を有する改善された投影システムを提供することによって、本発明によって満たされる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
等角の格子電気機械システム（ＧＥＭＳ）デバイスを図１〜３に示す。図１は、非稼動状態の２つの横に並んだ等角ＧＥＭＳデバイス５ａ及び５ｂを示す。これら等角ＧＥＭＳ５ａ及び５ｂは、デバイス５ａ、５ｂを稼動させる電極として機能する導電性最下層１２によって覆われた基板１０の上部に形成される。この導電性最下層１２は、順に、誘電性保護層１４、スタンドオフ層１６、及びスペーサ層１８によって覆われる。スペーサ層１８の上には、反射層及び導電層２２によって覆われるリボン層２０が形成される。この反射導電層２２は、等角ＧＥＭＳデバイス５ａ及び５ｂを稼動させる電極となる。したがって、この反射導電層２２は、２つの等角ＧＥＭＳデバイス５ａ及び５ｂへの電極となるようにパターニングされる。リボン層２０は、大きな復元力を提供するのに十分な引張応力を備えた材料を有することが好ましい。これら２つの等角ＧＥＭＳデバイス５ａ及び５ｂのそれぞれは、反射導電層２２及びリボン層２０からそれぞれパターニングされた関連する細長いリボン要素２３ａおよび２３ｂを有する。これら細長いリボン要素２３ａ及び２３ｂは、スペーサ層１８から形成された端部支持部２４ａ及び２４ｂと、等しい幅のチャネル２５を形成するように均一に離された１以上の中間部支持部２７と、によって支持される。これら細長いリボン要素２３ａ及び２３ｂは、端部支持部２４ａ及び２４ｂと、中間部支持部２７とに固定される。複数の正方形スタンドオフ２９がスタンドオフ層１６からのチャネル２５の底にパターニングされる。これらスタンドオフ２９は、細長いリボン要素２３ａ及び２３ｂが稼動されたときに貼り付く可能性を低減する。
【０００７】
線形配列された４つの等角ＧＥＭＳデバイス５ａ、５ｂ、５ｃ、及び５ｄの上面図を図２に示す。細長いリボン要素２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、及び２３ｄは、内部の構造を示すために図のラインＡ−Ａより下では部分的に除去されている。最良の光学性能及び最大コントラストのために、中間部支持部２７は、細長いリボン要素２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、及び２３ｄの下に完全に隠れることが好ましい。よって、上から見ると、中間部支持部２７は、等角ＧＥＭＳデバイス５ａ〜５ｄ間の隙間２８から見えない。ここでは、等角ＧＥＭＳデバイス５ａ〜５ｄのそれぞれが、３つの中間部支持部２７と、４つの等しい幅のチャネル２５とを有する。中間部支持部２７の中心間距離Λにより、等角ＧＥＭＳの稼動状態の周期が決まる。細長いリボン要素２３ａ〜２３ｄは、４つの等角ＧＥＭＳデバイス５ａ〜５ｄから独立して作動し得るように、機械的にも電気的にも互いに隔離されている。図１の導電性最下層１２は、すべての等角ＧＥＭＳデバイス５ａ〜５ｄに共通とし得る。
【０００８】
図３は、非稼動状態での（図１及び２で図示及び説明した）等角ＧＥＭＳデバイス５ｂの２つのチャネル２５の図２のライン３，５−３，５で切った断面図である。図３ｂは、稼動状態での同じ図である。このデバイスを作動させるために、細長いリボン要素２３ｂの導電性最下層１２と反射導電層２２との間に電圧差を掛けることによって静電引力が生成される。非稼動状態（図３参照）において、電圧差がなければ、リボン要素２３ｂは、支持部間で平らなままである。この状態において、入射光ビーム３０は、シンプルな平面鏡の場合と同じように、主として０次光ビーム３２へ反射される。稼動状態を得るために、等角ＧＥＭＳデバイス５ｂへ電圧が掛けられる。これは、細長いリボン要素２３ｂを変形させ、周期Λの部分的等角ＧＥＭＳを生成する。図３ｂは、細長いリボン要素２３ｂがスタンドオフ２９と接触した完全に稼動した状態の（図１及び２で図示及び説明した）デバイス５ｂを示す。要素２３ｂの底面とスタンドオフ２９の上面との高さの差は、入射光の波長λの約１／４となるように選ばれる。最適な高さは、稼動されたデバイスの具体的な等角形状に依存する。稼動状態において、入射光ビーム３０は、＋１次光ビーム３５ａ及び−１次光ビーム３５ｂへ主として回折し、追加的な光が＋２次３６ａ及び−２次３６ｂへ回折する。少量の光は、より高次へも回折し、一部の光は０次に留まる。一般的には、１以上の様々なビームを集光し、用途に応じて光学系で用いることができる。掛けられていた電圧が取り除かれると、引張応力及び曲げによる力がリボン要素２３ｂを図３ａに示す元の非稼動状態に戻す。
【０００９】
図４ａ及び４ｂは、それぞれ非稼動状態及び稼動状態での等角ＧＥＭＳデバイス５ｂの図２のライン４−４で切った断面図である。導電性反射型リボン要素２３ｂは、端部支持部２４ｂと、隣接する中間部支持部２７（図の方向からは見えない）とによって保持される。電圧を掛けると、図４ｂに示すように、デバイスが稼動する。
【００１０】
一実施形態において、線形配列された等角ＧＥＭＳデバイスは、図１〜２に示すデバイスを配列軸に垂直な格子周期Λの方向へ並べることによって形成される。そのとき、様々な回折光ビームを含む面は、該線形と線で交差し、該線形配列と区別できる。狭い光線によって照らされるひょっとすると何千というデバイスから成る大規模線形配列を用いたとしても、回折光ビームは、線形配列のすぐ近くで空間的に分離される。この特徴により、光学系の設計が簡素化され、シュリーレン光学（Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ　ｏｐｔｉｃｓ）を用いなくても具体的な回折光ビームを選択することができる。
【００１１】
図１〜４に示す等角ＧＥＭＳデバイスは、稼動されると、非常に高いコントラストを有する非ゼロ回折オーダ（＋１次３５ａ、−１次３５ｂ、＋２次３６ａ、−２次３６ｂ）を生成する。この理想的な状況は、非稼動状態において、リボン要素２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、及び２３ｄが中間部支持部２７間で完全に平らに保持され、非ゼロ回折オーダには光が一切回折していない場合に生じる。現実には、リボン要素２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、及び２３ｄは、通常は窒化珪素であるリボン層２０と通常はアルミニウムである反射導電層２２との間の応力差によるある程度の湾曲を有する。この問題を、図５ａ及び５ｂに示す。図５ａ及び５ｂは、それぞれ図３ａ及び図４ａに類似する。図５ａは、リボン湾曲が加わった等角ＧＥＭＳデバイス５ｂの図２のライン３，５−３，５で切った断面図である。図５ｂは、リボン幅ｗの方向に沿った同じデバイスの別角度の断面図である。このリボン湾曲は、等角ＧＥＭＳデバイス５ｂが稼動されていないくても弱い格子を存在させることとなり、システムのコントラストを低減させる。ディジタル映画プロジェクタなどの高品質投影ディスプレイでは、１０００：１を越えるコントラストがしばしば要求される。コントラストは、デバイス稼動時の回折光密度のデバイス非稼動時の回折光密度に対する比として定義される。
【００１２】
等角ＧＥＭＳデバイスの別の実施形態を図６に示す。図６は、図２と同様の４つのデバイスの線形配列の上面図である。等角ＧＥＭＳデバイス５ａ、５ｂ、５ｃ、及び５ｄのそれぞれは、今回は、関連する分割された１組の細長い反射導電リボン要素（５１ａ、５２ａ）、（５１ｂ、５２ｂ）、（５１ｃ、５２ｃ）、及び（５１ｄ、５２ｄ）をそれぞれ有する。この各等角ＧＥＭＳデバイス５ａ、５ｂ、５ｃ、及び５ｄの分割により、光学性能に重大な影響を与えずに、より幅の広い等角ＧＥＭＳデバイスを製造することができる。好ましい製造方法は、チャネル２５から犠牲層（図示せず）をエッチングし、反射導電リボン要素（５１ａ、５２ａ）、（５１ｂ、５２ｂ）、（５１ｃ、５２ｃ）、及び（５１ｄ、５２ｄ）を放つことである。細長い導電リボン要素（５１ａ、５２ａ）、（５１ｂ、５２ｂ）、（５１ｃ、５２ｃ）、及び（５１ｄ、５２ｄ）間の分割された隙間５５により、エッチング液がこの犠牲層に届く。よって、分割された隙間５５の数を増やすことによって、エッチング処理を向上させることができる。現実には、等角ＧＥＭＳデバイス５ａ、５ｂ、５ｃ、及び５ｄを２より多くに分割することが必要となり得る。細長い反射導電リボン要素（５１ａ、５２ａ）、（５１ｂ、５２ｂ）、（５１ｃ、５２ｃ）、及び（５１ｄ、５２ｄ）は、内部の構造を示すために図のラインＡ−Ａより下では部分的に除去されている。最良の光学性能及び最大コントラストのために、中間部支持部２７は、細長い反射導電リボン要素５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ、５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、及び５２ｄの下に完全に隠れることが好ましい。よって、上から見ると、中間部支持部２７は、分割された隙間５５から見えない。一般的には、１つの等角ＧＥＭＳデバイス内のリボン要素は、機械的には隔離されているが、電気的には連結されている。よって、それらは電圧が掛けられると一致して作動する。
【００１３】
図７は、リボン湾曲を示すリボン要素の表面プロファイルの等高線オーバーレイを伴う、図６に類似した非稼動状態の線形配列された等角ＧＥＭＳデバイス５ａ〜５ｄの上面図である。細長い導電リボン要素５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ、５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、及び５２ｄ内の各セル５４は、サドルのような形状を有する。これは図８の３次元プロットにより詳細に示される。図７の上面図から明らかなように、セル５４は、反射型交差格子として機能する２次元の周期的パターンを形成する。通常、製造された等角ＧＥＭＳデバイスにおいて、交差格子のピークからピークまでの高さは４０ｎｍ未満である。すなわち、可視波長の１／１０の波長より小さい。細長い反射導電リボン要素５１ａ〜５１ｄ及び５２ａ〜５２ｄの長さに沿った交差格子の周期は、中間部支持部２７の配置によって決まる等角ＧＥＭＳ周期Λと等しい。垂直方向における交差格子の周期は、リボン周期ｐである。
【００１４】
同時係属中の米国特許出願（ドケット・ナンバー：８０，５１１Ｂ（ＣＩＰ））において説明したように、各セル５４のサドルのような形状は、製造工程の慎重な精錬によって大幅に平らにすることができるため、弱い交差格子のピークからピークまでの高さを低減することができる。線形配列された等角ＧＥＭＳデバイスに基づくディスプレイ・システムは、Ｋｏｗａｒｚによって、米国特許第６，４１１，４２５号（タイトル：「Ｅｌｅｃｔｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｓｐａｔｉａｌｌｙ　Ｓｅｐａｒａｔｅｄ　Ｌｉｇｈｔ　Ｂｅａｍ」、発行日：２００２年６月２５日）において説明されている。しかし、感知できるほどのリボン湾曲を伴う等角ＧＥＭＳデバイスが米国特許第６，４１１，４２５号のディスプレイ・システムにおいて用いられると、回折交差オーダが画像コントラストを減らす。交差格子によって生成される回折光（交差オーダ）が画像面に達するのを防ぐことによって、システムにおける画像コントラストを更に向上させることができる。
【００１５】
図９は、コントラストを減らす交差オーダを除去した等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列８５を含む高コントラスト・ディスプレイ・システム９００を示す。光源７０から発せられた光は、反射鏡８２に当たり、線形配列８５を照らす前に、１組のレンズ７２及び７４によって調整される。ディスプレイ・システム９００は、スクリーン９０中の線形配列８５の１次元ライン画像を走査して２次元情景全体を形成する。線形配列８５の等角ＧＥＭＳデバイスは、入射光を素早く変調してグレー・レベルを有する複数のピクセル・ラインを生成することができる。コントローラ８０は、線形配列８５を選択的にアクティベートさせ、２次元情景の所定のラインに対する所望のピクセル・パターンを得る。特定の等角ＧＥＭＳデバイスが稼動しない場合、それは入射光ビームを主に０次光ビームへ反射し、反射鏡８２によって光源７０へ戻す。特定の等角ＧＥＭＳデバイスが稼動した場合、それは入射光ビームを主に＋２次、＋１次、−１次、及び−２次の光ビームへ回折させる。これらの回折光ビームは、反射鏡８２の周りを通過し、投影レンズ系７５によってスクリーン９０上へ投影される。投影レンズ系７５のフーリエ（焦点）面「ｆ」の近くに配置された交差オーダ・フィルタ１１０は、所望でない回折交差オーダがスクリーン９０に達するのを防ぐ。交差オーダ・フィルタ１１０の機能は後により詳しく述べる。走査鏡７７は、スクリーン９０中のライン画像をスイープし、２次元情景を形成する。コントローラ８０は、走査鏡７７のスイープと情景コンテンツを提供するデータ・ストリームとの間の同期を提供する。
【００１６】
図１０は、線形配列８５の長軸に平行な光線８８によって照らされた等角ＧＥＭＳデバイス（Ｐ１・・・Ｐ１０８０）の線形配列８５を示す。ここでは、Ｐ１〜Ｐ１０８０と呼ぶ１，０８０個の個々に作動可能な等角ＧＥＭＳデバイスが図示されているが、これは単なる例示である。格子周期Λ（図示せず）は、線形配列８５の長軸及び光線８８に垂直であることが好ましい。図１１は、図９に示すディスプレイ・システムのスクリーン９０を向いた図であって、２次元の情景の形成を示す図である。この図において、１，０８０個の等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列８５の画像を走査して、１，９２０の連続ラインを生成することによって、１，０８０×１，９２０ピクセルの情景が生成され、ＨＤＴＶの解像度が得られる。
【００１７】
図１２ａ〜１２ｄは、図９のディスプレイ・システム９００を通った回折光ビームの投影レンズ系７５より手前のいくつかの面における伝搬を示す。また、図１３ａ〜１３ｄは、投影レンズ系７５の後ろでの光分布を示す。この例において、光源７０はレーザであり、レンズの焦点距離は５０ｍｍであり、線形配列８５の長さは１ｃｍであり、線形配列８５上のすべての等角ＧＥＭＳデバイスはオンとされている。様々な回折光ビームが面から面へと伝搬する時、それらは線形配列８５の軸に垂直な方向へ拡散する。ここで、Ｄは、線形配列８５から対象となる面までの間の距離を指す。回折ビームは、線形配列８５から数ミリメートル以内で空間的に分離され、スクリーン９０付近（及び線形配列８５のあらゆる中間画像面）を除き、ディスプレイ・システム９００を通して空間的に分離されたままである。図１２ｄは、投影レンズ系７５の近くに置かれた反射鏡８２における光分布を示す。反射鏡８２は、所望でない０次の回折オーダをブロックし、光源７０へ向けて反射し返す。この例においては、−３次から−１次まで及び＋１から＋３次までの６つの回折オーダが投影レンズ系７５を通過できるようにする。図１３ａ〜１３ｄは、投影レンズ系７５を通り過ぎた後の上記回折オーダを示す。フーリエ面（Ｄ＝１００ｍｍ）の近くでは、回折オーダは６つの点内にきっちりと集束する。よって、走査鏡７７はそのサイズ及び重量を最低限に抑えるためにフーリエ面の近くに配置されることが好ましい。結局、６つの回折オーダがスクリーン９０へ向けての伝搬を続けるため、それらは再びスクリーン９０の画像面近くで空間的に重なるようになる。
【００１８】
図１２ａ〜１２ｄ及び１３ａ〜１３ｄは、線形配列８５のすべての頭角ＧＥＭＳデバイスがオンされたときの図９のディスプレイ・システム９００を通る光伝搬を示す。明らかなように、等角ＧＥＭＳデバイスがオフされると、遮断されないあらゆる光はスクリーン９０上でのコントラスト及び画質が低下する。図１４ａ〜１４ｄは、図９の投影レンズ系７５より後ろのいくつかの面におけるオフ状態での光分布を示す。図１４ａ〜１４ｄにおいてモデル化された等角ＧＥＭＳデバイスは、交差格子を弱めるリボン湾曲を持つ。依然として主たる＋１次及び−１次に存在する光もある。しかし、等角ＧＥＭＳデバイスはオフであるため、これらオーダの強度は、図１２ａ〜１２ｄ及び１３ａ〜１３ｄにおける対応するオーダより大幅に小さく、１／１０００以下である場合も多い。ここで、−３次、−２次、＋２次、及び＋３次のより高次なオーダはそれらが図において見えないくらいまで減っている。交差格子は、図１４ｂ及び１４ｃにおいて、（＋１，＋１）、（＋１，−１）、（−１，＋１）、及び（−１，−１）と呼ぶ４つの支配的な回折交差オーダを生成する。図１４ｃに示すように、投影レンズ系７５のフーリエ面のかなり近くに交差オーダ・フィルタ１１０を置くことによって、所望の回折オーダに影響を与えずに、上述の４つの交差オーダを分離し、ブロックすることができる。主たる＋１次及び−１次のオーダから回折交差オーダを効果的に分離するためには、交差オーダ・フィルタは、フーリエ面からおよそ（ｆ２λ）／（ＬΛ）未満の距離に置かれるべきである。ここで、λは波長であり、Ｌは線形配列８５の長さである。交差オーダ・フィルタ１１０は、光学的効率を大幅に下げることなく、システム・コントラストを増やす。この交差オーダ・フィルタ１１０の追加によって可能となったコントラストの向上は、交差格子の正確なプロファイル、すなわち各セル５４の具体的なサドルのような形状、に依存する。
【００１９】
明らかなように、ディスプレイ・システム９００には、２種類の光ビームが存在する。１つは、遮断要素によってスクリーン９０への到達が妨げられるもの、もう１つは、遮断要素の周辺を通り、遮断要素スクリーン９０上に画像を形成するもの、である。図９のシステムにおいて、遮断要素は、０次の光ビームをブロックする反射鏡８２と、（＋１，＋１）、（＋１，−１）、（−１，＋１）、及び（−１，−１）の回折交差オーダをブロックする交差オーダ・フィルタ１１０と、である。次の実施形態においては、同様の遮断要素が所望でない回折光がスクリーンに到達するのを防ぐのに用いられる。当業者にはよく知られているように、この目的のためには様々な要素を用いることができる。例えば、交差オーダ・フィルタ１１０は、吸収ストップ（ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ｓｔｏｐ）でもよく、１組の傾斜鏡でもよい。別の方法として、走査鏡７７が、鏡端より上及び下の回折交差オーダが二度と画像の一部とならないように設計されてもよい。このように適切なサイズとされた走査鏡７７は、交差オーダ・フィルタとして機能する。
【００２０】
一般的に、様々な回折光ビームを効果的に分離・遮断するためには、等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列を照らしている光が入射角において比較的小さい拡散を有する必要がある。例えば、等角ＧＥＭＳデバイスが３０ミクロンの周期を有し、照射波長が５３２ｎｍである場合、０次光ビームと＋１次光ビームとの間は角度でおよそ１°離れている。よって、線形配列に入射した光のトータルの角度拡散は、線形配列に垂直な面において１°より小さいべきである。同様に、投影レンズのフーリエ面において区別できる回折交差オーダを生成するためには、入射光の角度拡散を線形配列に平行な面において大幅に狭くすべきである。コヒーレント・レーザは、このような狭い入射角範囲を持つ光を生成する光源の中で最も光学的効率が良い。白熱電球や発光ダイオードなどの非コヒーレント光源では、光パワの大部分が必要な照射を生成する過程において照射システムによって費やされてしまう。
【００２１】
図９の実施形態は、単色ディスプレイ・システムにもカラー・シーケンシャル・ディスプレイ・システムにも用いることができる。光源７０は、時間的に連続した複数の色を生成し、コントローラ８０は光源７０と同期がとられる。例えば、光源７０が３つ（赤、緑、及び青）の多色レーザから成る場合、これらは連続的にオンされ、スクリーン９０上に重なった赤、緑、及び青画像を生成する。コントローラ８０によって線形配列８５へ送られた画像データは、個々のオン状態のレーザ色と同期がとられる。
【００２２】
一度に１色しか用いられないため、カラー・シーケンシャル・ディスプレイ・システムは使用可能な光の２／３の浪費する。図１５、１６、及び１７は、本発明で用いられる実施形態であって、３つの色（例えば、赤、緑、及び青）を同時に投影する実施形態を示す。図１５において、３つの別々の光源７０ｒ、７０ｇ、７０ｂは、それぞれが自身の照射光学７２ｒ、７２ｇ、７２ｂ、７４ｒ、７４ｇ、７４ｂを有し、３つの反射鏡８２ｒ、８２ｇ、８２ｂを通じて、３つの線形配列８５ｒ、８５ｇ、８５ｂへ光を供給する。赤の光は線形配列８５ｒを照らし、緑の光は線形配列８５ｇを照らし、青の光は線形配列８５ｂを照らす。３つの線形配列８５ｒ、８５ｇ、８５ｂから発せられた−３次、−２次、−１次、＋１次、＋２次、及び＋３次のオーダの光ビームは、図１５にカラー合成キューブ１００として図示されたカラー合成要素によって合成される。０次の光ビームは、反射鏡８２ｒ、８２ｇ、８２ｂによってそれぞれ個々の光源へ向けて方向付けられる。１つの投影レンズ系７５は、スクリーン９０（この図には図示せず）上に線形配列８５ｒ、８５ｇ、８５ｂの３色のライン画像を形成する。既述のように、走査鏡７７（この図には図示せず）のスイープにより、ライン画像から２次元画像が生成される。システム・コントラストを向上させるために、投影レンズ７５のフーリエ面における交差オーダ・フィルタ１１０によって交差オーダが除去される。
【００２３】
図１６は、図１５の３つの反射鏡８２ｒ、８２ｇ、８２ｂが１／４波長板１１６ｒ、１１６ｇ、１１６ｂと０次ストップ１１８ｒ、１１８ｇ、１１８ｂとを有する偏光ビーム・スプリッタ１１４ｒ、１１４ｇ、１１４ｂによって置き換えられた代替的カラー同時実施形態を示す。偏光ビーム・スプリッタと、１／４波長板と、０次ストップとの組み合わせにより、反射鏡による解決策の場合のように照射機能と遮断機能とが組み合わせられる場合よりもアライメント公差がより容易となる。システムに更なる柔軟性を持たせるために、図１６のシステムは３つの別々の投影レンズ７５ｒ、７５ｇ、７５ｂを含む。
【００２４】
図１７は、図１６のシステムの変形例であって、投影レンズ７５ｒ、７５ｇ、７５ｂのフーリエ面に置かれた１つの空間フィルタ１１１が３つの０次ストップ１１８ｒ、１１８ｇ、１１８ｂ及び交差オーダ・フィルタ１１０の代わりとなる例を示す。図１８に示すように、空間フィルタ１１１は、０次光ビームをブロックする０次部分１１ｂと、交差オーダをブロックする交差オーダ部分１１１ａとを有する。
【００２５】
上記実施形態はディスプレイ・システムについて説明したものであるが、同じ原理は等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列に基づいて高コントランスト印刷システムを実現するのにも用いることができる。スクリーン９０の代わりに、画像媒体は、印画紙などの感光材でもよく、感熱媒体でもよく、熱転写媒体でもよい。さらに、走査鏡７７は、通常、走査要素として機能するペーパ・トランポート・システムによって置き換えられてもよい。等角ＧＥＭＳ印刷システムは、２００２年６月２５日発行の米国特許第６，４１１，４２５号により詳細に説明されている。
【００２６】
上記改善された投影システムにおいて、上記媒体は感光印刷材である。
【００２７】
上記改善された投影システムにおいて、上記媒体はディスプレイ・スクリーンである。
【００２８】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素は反射鏡である。
【００２９】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素は上記線形配列と上記レンズ系の最初のレンズとの間に配置される。
【００３０】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素は光源から線形配列への光の伝達のために同時に用いられる。
【００３１】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素及び上記交差オーダ・フィルタは構造上一体化されている。
【００３２】
上記改善された投影システムにおいて、上記媒体は感光印刷材である。
【００３３】
上記改善された投影システムにおいて、上記媒体はディスプレイ・スクリーンである。
【００３４】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素は反射鏡である。
【００３５】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素は上記線形配列と上記レンズ系の最初のレンズとの間に配置される。
【００３６】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素は上記レンズ系の最初のレンズの後ろでフーリエ面の前に配置される。
【００３７】
上記改善された投影システムにおいて、上記走査要素は上記レンズ系のフーリエ面に置かれ、上記遮断要素は上記線形配列と上記走査要素との間に置かれる。
【００３８】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素は光源から線形配列への光の伝達のために同時に用いられる。
【００３９】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素は、偏光感知ビーム・スプリッタと、波長板と、０次反射光ビームをブロックするストップとを更に有する。
【００４０】
上記改善された投影システムにおいて、上記交差オーダ・フィルタは、（＋１，＋１）、（＋１，−１）、（−１，＋１）、及び（−１，−１）次の回折交差オーダ光ビームをブロックする。
【００４１】
上記改善された投影システムにおいて、上記走査要素は走査鏡であり、該走査鏡は回折交差オーダ光ビームが該走査鏡の上及び下を通って交差オーダ・フィルタと等価的に機能するように適切にサイズが決められる。
【００４２】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素及び上記交差オーダ・フィルタは構造上一体化されている。
【００４３】
上記改善された投影システムは、少なくとも３つの異なる色の光源を更に有する。
【００４４】
上記改善された投影システムにおいて、上記少なくとも３つの光源のそれぞれは異なる個別の等角ＧＥＭＳデバイスの線形配列を照らす。
【００４５】
上記改善された投影システムは、カラー合成要素を更に有する。
【００４６】
上記改善された投影システムにおいて、上記等角ＧＥＭＳデバイスの異なる個々の線形配列は上記カラー合成要素の前に自身の遮断要素を有し、１つの交差オーダ・フィルタが上記カラー合成要素の後ろに置かれる。
【００４７】
上記改善された投影システムにおいて、上記遮断要素及び上記交差オーダ・フィルタは構造上一体化されている。
【００４８】
上記改善された投影システムにおいて、上記光源はレーザである。
【００４９】
上記改善された投影システムにおいて、上記複数の光源はレーザである。
【００５０】
上記改善された投影システムにおいて、格子周期は上記線形配列の長軸に垂直に方向付けられる。
【００５１】
上記改善された投影システムにおいて、格子周期は上記線形配列の長軸に垂直に方向付けられる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、回折交差オーダに光学系を通過させない等角ＧＥＭＳデバイスに基づいた高コントラスト・ディスプレイ・システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】線形配列された２つの等角ＧＥＭＳデバイスの部分切り取り斜視図である。
【図２】線形配列された４つの等角ＧＥＭＳデバイスの上面図である。
【図３ａ】非稼動状態での等角ＧＥＭＳデバイスのオペレーションを示す図２のライン３，５−３，５で切った断面図である。
【図３ｂ】稼動状態での等角ＧＥＭＳデバイスのオペレーションを示す図２のライン３，５−３，５で切った断面図である。
【図４ａ】非稼動状態での等角ＧＥＭＳデバイスのオペレーションを示す図２のライン４−４で切った断面図である。
【図４ｂ】稼動状態での等角ＧＥＭＳデバイスのオペレーションを示す図２のライン４−４で切った断面図である。
【図５ａ】残留リボン湾曲を含む非稼動状態の等角ＧＥＭＳデバイスを示す図２のライン３，５−３，５で切った断面図である。
【図５ｂ】残留リボン湾曲を含む非稼動状態の等角ＧＥＭＳデバイスを示す図２のライン４−４で切った断面図である。
【図６】それぞれが２つのリボン要素を含む線形配列された４つの等角ＧＥＭＳデバイスの上面図である。
【図７】等角ＧＥＭＳデバイスにおける残留リボン湾曲の分布を示す図である。
【図８】図７の１つのセルにおける残留リボン湾曲の３次元プロットである。
【図９】本発明に係る高コントラストなライン走査ディスプレイ・システムを示す概略図である。
【図１０】光線によって照らされた線形配列された等角ＧＥＭＳデバイスを示す図である。
【図１１】スクリーン中のライン画像を走査することによって２次元画像を形成するところを示す投影スクリーンの図である。
【図１２ａ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態のときの図９の線形配列された等角ＧＥＭＳデバイスと投影レンズとの間の一面における光分布の密度プロットである。
【図１２ｂ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態のときの図９の線形配列された等角ＧＥＭＳデバイスと投影レンズとの間の別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１２ｃ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態のときの図９の線形配列された等角ＧＥＭＳデバイスと投影レンズとの間の別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１２ｄ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態のときの図９の線形配列された等角ＧＥＭＳデバイスと投影レンズとの間の別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１３ａ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態のときの図９の投影レンズより後ろの一面における光分布の密度プロットである。
【図１３ｂ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態のときの図９の投影レンズより後ろの別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１３ｃ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態のときの図９の投影レンズより後ろの別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１３ｄ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態のときの図９の投影レンズより後ろの別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１４ａ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態でなく、リボンが残留湾曲を持たないときの図９の投影レンズより後ろの一面における光分布の密度プロットである。
【図１４ｂ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態でなく、リボンが残留湾曲を持たないときの図９の投影レンズより後ろの別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１４ｃ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態でなく、リボンが残留湾曲を持たないときの図９の投影レンズより後ろの別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１４ｄ】等角ＧＥＭＳデバイスが稼動状態でなく、リボンが残留湾曲を持たないときの図９の投影レンズより後ろの別の一面における光分布の密度プロットである。
【図１５】高コントラストを有するライン走査されたディスプレイ・システムの３色実施形態を示す概略図である。
【図１６】高コントラストを有するライン走査されたディスプレイ・システムの第二の３色実施形態を示す概略図である。
【図１７】高コントラストを有するライン走査されたディスプレイ・システムの第三の３色実施形態を示す概略図である。
【図１８】図１７の第三の３色実施形態において用いられる空間フィルタを示す図である。
【符号の説明】
５ａ　等角ＧＥＭＳデバイス
５ｂ　等角ＧＥＭＳデバイス
５ｃ　等角ＧＥＭＳデバイス
５ｄ　等角ＧＥＭＳデバイス
１０　基板
１２　導電性最下層
１４　誘電保護層
１６　スタンドオフ層
１８　スペーサ層
２０　リボン層
２２　反射・導電層
２３ａ　細長いリボン要素
２３ｂ　細長いリボン要素
２３ｃ　細長いリボン要素
２３ｄ　細長いリボン要素
２４ａ　端部支持部
２４ｂ　端部支持部
２５　チャネル
２７　中間部支持部
２８　隙間
２９　スタンドオフ
３０　入射光ビーム
３２　０次光ビーム
３５ａ　＋１次光ビーム
３５ｂ　−１次光ビーム
３６ａ　＋２次光ビーム
３６ｂ　−２次光ビーム
５１ａ　細長い導電性リボン要素
５１ｂ　細長い導電性リボン要素
５１ｃ　細長い導電性リボン要素
５１ｄ　細長い導電性リボン要素
５２ａ　細長い導電性リボン要素
５２ｂ　細長い導電性リボン要素
５２ｃ　細長い導電性リボン要素
５２ｄ　細長い導電性リボン要素
５４　セル
５５　再分割隙間
７０　光源
７０ｒ　光源
７０ｇ　光源
７０ｂ　光源
７２　レンズ
７２ｒ　照射光学
７２ｇ　照射光学
７２ｂ　照射光学
７４　レンズ
７４ｒ　照射光学
７４ｇ　照射光学
７４ｂ　照射光学
７５　投影レンズ系
７５ｒ　投影レンズ
７５ｇ　投影レンズ
７５ｂ　投影レンズ
７７　走査鏡
８０　コントローラ
８２　反射鏡
８２ｒ　反射鏡
８２ｇ　反射鏡
８２ｂ　反射鏡
８５　線形配列
８５ｒ　線形配列
８５ｇ　線形配列
８５ｂ　線形配列
８８　光線
９０　スクリーン
１００　カラー合成キューブ
１１０　交差オーダ・フィルタ
１１１　空間フィルタ
１１１ａ　空間フィルタの交差オーダ部分
１１１ｂ　空間フィルタの０次部分
１１４ｒ　偏光ビーム・スプリッタ
１１４ｇ　偏光ビーム・スプリッタ
１１４ｂ　偏光ビーム・スプリッタ
１１６ｒ　１／４波長板
１１６ｇ　１／４波長板
１１６ｂ　１／４波長板
１１８ｒ　０次ストップ
１１８ｒ　０次ストップ
１１８ｒ　０次ストップ
９００　ディスプレイ・システム
【図１】
2004046159.tif 000003
【図２】
2004046159.tif 000004
【図３ａ】
2004046159.tif 000005
【図３ｂ】
2004046159.tif 000006
【図４ａ】
2004046159.tif 000007
【図４ｂ】
2004046159.tif 000008
【図５ａ】
2004046159.tif 000009
【図５ｂ】
2004046159.tif 000010
【図６】
2004046159.tif 000011
【図７】
2004046159.tif 000012
【図８】
2004046159.tif 000013
【図９】
2004046159.tif 000014
【図１０】
2004046159.tif 000015
【図１１】
2004046159.tif 000016
【図１２ａ】
2004046159.tif 000017
【図１２ｂ】
2004046159.tif 000018
【図１２ｃ】
2004046159.tif 000019
【図１２ｄ】
2004046159.tif 000020
【図１３ａ】
2004046159.tif 000021
【図１３ｂ】
2004046159.tif 000022
【図１３ｃ】
2004046159.tif 000023
【図１３ｄ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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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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