(57)【要約】  ２以上のスペクトルエミッタを利用して、視覚ディスプレイの変調ピクセルをスペクトル的に分離された光で照明する。スペクトルエミッタは、通常コヒーレントな特性を有するレーザまたはＬＥＤであってよい。概して、表示システムは、スペクトルエミッタアレイ、光コリメート部材、レンズアレイ、および光変調パネルを含む。スペクトルエミッタアレイは、第１波長の光を照射する第１スペクトルエミッタおよび第２波長の光を照射する第２スペクトルエミッタを含む。光コリメート部材は、スペクトルエミッタからレンズアレイへと光を方向付け、レンズアレイは光変調パネルへ光を方向付ける。【選択図】  図８Ａ
2010510643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光を照射する第１スペクトルエミッタおよび第２波長の光を照射する第２スペクトルエミッタを有するスペクトルエミッタアレイと、
光コリメート部材と、
レンズアレイと、
光変調パネルと、を備え、
前記光コリメート部材は、前記スペクトルエミッタから前記レンズアレイへ光を方向付け、
前記レンズアレイは前記光変調パネルへ光を方向付ける、表示システム。
【請求項２】
前記スペクトルエミッタアレイは、第３波長の光を照射する第３スペクトルエミッタをさらに有する、請求項１に記載の表示システム。
【請求項３】
前記スペクトルエミッタアレイは、３つを越える数のスペクトルエミッタを有する、請求項２に記載の表示システム。
【請求項４】
前記スペクトルエミッタアレイは、複数のスペクトルエミッタパッケージを有し、
各スペクトルエミッタパッケージは、２以上の波長の光を照射する、請求項１に記載の表示システム。
【請求項５】
前記スペクトルエミッタはレーザである、請求項１に記載の表示システム。
【請求項６】
前記スペクトルエミッタは発光ダイオードである、請求項１に記載の表示システム。
【請求項７】
前記第１波長は赤色であり、前記第２波長は緑色であり、前記第３波長は青色である、請求項２に記載の表示システム。
【請求項８】
前記レンズアレイは、シリンダ状のレンズアレイを有する、請求項１に記載の表示システム。
【請求項９】
前記シリンダ状のレンズアレイは、第１波長光を第１行に、第２波長光を第２行に結像する、請求項８に記載の表示システム。
【請求項１０】
前記シリンダ状のレンズアレイは、第１波長光を第１列に、第２波長光を第２列に結像する、請求項８に記載の表示システム。
【請求項１１】
前記レンズアレイは、第１レーザ、第２レーザ、および第３レーザからの光を複数の所定のピクセルへローカルに結像する、請求項１に記載の表示システム。
【請求項１２】
前記複数の所定のピクセルは空間的に分離されている、請求項１１に記載の表示システム。
【請求項１３】
前記レンズアレイに連結された圧電アクチュエータをさらに備える、請求項８に記載の表示システム。
【請求項１４】
前記表示システムは直視型システムである、請求項１に記載の表示システム。
【請求項１５】
前記表示システムは投影システムである、請求項１に記載の表示システム。
【請求項１６】
第１波長の光を照射する第１スペクトルエミッタおよび第２波長の光を照射する第２スペクトルエミッタを有するスペクトルエミッタアレイと、
前記スペクトルエミッタアレイからの光をコリメートする光コリメート部材と、
光方向付け部材と、
反射部材と、
レンズアレイと、
光変調パネルと、を備え、
光方向付け部材は、前記コリメート部材からの第１方向の光を受光し、前記受光した光の平面とは同一でない略平行な平面において、前記受光した光と略反対の方向に前記光を射出して、
前記反射部材は、前記光方向付け部材が射出した光を前記レンズアレイに向けて反射し、
前記レンズアレイは、光を前記光変調パネルへ方向付ける、直視型表示システム。
【請求項１７】
前記スペクトルエミッタアレイは、第３波長の光を照射する第３スペクトルエミッタをさらに有する、請求項１６に記載の直視型表示システム。
【請求項１８】
前記スペクトルエミッタアレイは、３つを越える数のスペクトルエミッタを有する、請求項１６に記載の直視型表示システム。
【請求項１９】
前記スペクトルエミッタアレイは、複数のスペクトルエミッタパッケージを有し、
各スペクトルエミッタパッケージは、２以上の波長の光を照射する、請求項１６に記載の直視型表示システム。
【請求項２０】
前記第１スペクトルエミッタおよび前記第２スペクトルエミッタはレーザである、請求項１６に記載の直視型表示システム。
【請求項２１】
前記第１スペクトルエミッタおよび前記第２スペクトルエミッタは発光ダイオードである、請求項１６に記載の直視型表示システム。
【請求項２２】
前記スペクトルエミッタアレイと前記コリメート部材との間の光路に配置されるビーム拡張光学部材をさらに備える、請求項１６に記載の直視型表示システム。
【請求項２３】
前記光方向付け部材は、全反射プリズムを有する、請求項１６に記載の直視型表示システム。
【請求項２４】
前記光方向付け部材は、１式のミラーを有する、請求項１６に記載の直視型表示システム。
【請求項２５】
照明サブシステムと、
光リレーと、
光を変調するマイクロディスプレイと、
光を視覚スクリーンに方向付ける投影レンズと、を備える投影表示システムであって、
前記光リレーは、前記照明サブシステムから前記マイクロディスプレイへ光を方向付け、
前記照明サブシステムは、
第１波長の光を照射する第１スペクトルエミッタと、第２波長の光を照射する第２スペクトルエミッタと、第３波長の光を照射する第３スペクトルエミッタとを有するスペクトルエミッタアレイと、
光コリメート部材と、
レンズアレイと、
光変調パネルと、を備え、
前記光コリメート部材は、前記スペクトルエミッタアレイから前記レンズアレイへ光を方向付け、
前記レンズアレイは前記光変調パネルへ光を方向付ける、投影表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ここに参照として組み込む「Laser  Illumination」なる名称の、同一出願人により２００６年１１月２２日に出願された米国仮特許出願番号第６０／８６７，０４９の優先権を主張しており、連邦政府の定める祝日の次の日に提出された。
【背景技術】
【０００２】
本開示は概して、視覚表示用照明システムに係り、より詳しくは、視覚表示および投影表示を導く照明を提供するコヒーレントなスペクトルエミッタを利用する照明システムに係る。
【０００３】
レーザは、スペクトル純度および空間純度の両方を提供する究極の照明源として考えられうる。発光源は略同じ波長を発光し、回折が制限されたコリメーションを有し、ＵＨＰランプのような従来の光源よりも数桁分明るくさせ、いずれのシステムのエタンデュ制限をも越えずにエミッタを追加することもできる。これら特性は、従来の光源にまつわる様々な課題を克服し、低コストのより単純なシステムにおける効率を増加させる機会を提供する。ＬＥＤの中にもレーザに類似した特性を有し、同様にスペクトルエミッタとして利用できるものがある。
【０００４】
今日のところ、レーザディスプレイには３種類ある。１つ目は、ラスタ形式の変調ビームを偏向する走査ミラーを利用する。例えば、Ｓｙｍｂｏｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ０Ｄ  Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅプロジェクタを参照のこと。２つ目は、従来の２次元空間光変調器またはパネルを照明し（例えば、ＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉがＣＥＳ２００６でデモンストレーションを行ったレーザ照明ＲＰＴＶ）、３つ目が、１軸偏向ミラーを有する１次元空間変調器を利用して最初の２つを組み合わせるものである（例えば、ＳｏｎｙのＧｘＬプロジェクタ）。走査システムは本質的に、空間変調ビームより安定性が劣る、というのは、走査機構が停止した場合に、単一の高輝度レーザビームが偶発的に視聴者の目に向けられることがあるからである。この理由からこれらシステムは通常、レーザ輝度が少なめのマイクロ投影システムへの利用に制限されている。ハイブリッドのシステムは、高品質画像を提供する可能性を秘めてはいるが、これらは決まって非対称空間の性能が劣り、より複雑なタンデムシステムを必要とする。
【発明の概要】
【０００５】
開示される実施形態は、液晶に基づくものを含む、空間変調器による照明を示す。偏光レーザまたはＬＥＤ出力が特に液晶表示システムによる照明には適している。
【０００６】
概して、ディスプレイシステムの１実施形態は、スペクトルエミッタアレイと、光コリメート部材と、レンズアレイと、光変調パネルと、を備える。スペクトルエミッタアレイは第１波長の光を照射する第１スペクトルエミッタおよび第２波長の光を照射する第２スペクトルエミッタを有する。光コリメート部材は、第１スペクトルエミッタおよび第２スペクトルエミッタからレンズアレイへ光を方向付け、レンズアレイは光変調パネルへ光を方向付ける。
【０００７】
別の実施形態においては、光学フォールドシステムを利用する直視型表示システムが提供される。直視型表示システムは、概して、スペクトルエミッタアレイと、光コリメート部材と、光方向付け部材と、反射部材と、レンズアレイと、光変調パネルと、を備える。スペクトルエミッタアレイは、第１波長の光を照射する第１スペクトルエミッタおよび第２波長の光を照射する第２スペクトルエミッタを有する。光コリメート部材は、スペクトルエミッタアレイからの光をコリメートする。光方向付け部材は、コリメート部材からの第１方向の光を受光し、受光した光の平面とは同一でない略平行な平面において、受光した光と略反対の方向に光を射出して、反射部材は、光方向付け部材が射出した光をレンズアレイに向けて反射する。レンズアレイは、光を光変調パネルへ方向付ける。
【０００８】
また別の実施形態においては、投影表示システムは、照明サブシステムと、光リレーと、
マイクロディスプレイと、投影レンズと、を備える。照明サブシステムは、スペクトルエミッタアレイと、光コリメート部材と、レンズアレイと、光変調パネルと、を備える。スペクトルエミッタアレイは、第１波長の光を照射する第１スペクトルエミッタと、第２波長の光を照射する第２スペクトルエミッタと、第３波長の光を照射する第３スペクトルエミッタとを有する。光コリメート部材は、スペクトルエミッタアレイからレンズアレイへ光を方向付け、レンズアレイは光変調パネルへ光を方向付ける。マイクロディスプレイは光を変調し、光リレーは、照明サブシステムからマイクロディスプレイへ光を方向付ける。投影レンズは、光を視覚スクリーンに方向付ける。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示による光変調パネルにローカル結像を提供する照明サブシステムを示す概略図である。
【００１０】
【図２】本開示による光変調パネル上にスペクトルエミッタからカラーストライプを提供する照明サブシステムを示す概略図である。
【００１１】
【図３Ａ】本開示による入力照明を角度変調するタイムシーケンシャルカラーを提供する別の照明サブシステム３００を示す概略図である。
【図３Ｂ】本開示による入力照明を角度変調するタイムシーケンシャルカラーを提供する別の照明サブシステム３００を示す概略図である。
【図３Ｃ】本開示による入力照明を角度変調するタイムシーケンシャルカラーを提供する別の照明サブシステム３００を示す概略図である。
【００１２】
【図４】本開示による、シリンダ状のレンズアレイが機械駆動されるスペクトルエミッタに基づく照明サブシステムの１実施形態を示す概略図である。
【００１３】
【図５】本開示による、角度変調技術を利用するローカルピクセルカラー時間変調（local pixel color temporal modulation）の照明サブシステムの１実施形態を示す概略図である。
【００１４】
【図６】本開示による、角度変調方式を提供する照明サブシステムの１実施形態の概略図である。
【００１５】
【図７】本開示による、角度変調方式を提供する照明サブシステム７００の別の実施形態を示す概略図である。
【００１６】
【図８Ａ】本開示による投影システムの実施形態を示す概略図である。
【図８Ｂ】本開示による投影システムの実施形態を示す概略図である。
【００１７】
【図９】本開示による、直視型表示の照明システムの分解組立図を示す概略図である。
【００１８】
【図１０】本開示による、別の直視型照明システムを示す概略図である。
【００１９】
【図１１】直視型照明システムのまた別の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
レーザまたはＬＥＤ照明の有効利用には、特に直視型システムにおいて従来の照明法から離れる必要がある。殆どの照明システムは、光源を均質化して、高いコントラストを保証すべく不均一性およびポスト偏光（post polarizing）を避けている。レーザおよびＬＥＤスペクトルエミッタを利用すると、個々の変調ピクセル上にローカルフォーカスする前にパネルを均一に満たすべくビームを正確に方向付けることが好適である。原則としてこれにより実質的に光損失がなくなる。本開示では、タイムシーケンシャルカラーを提供すべく直視型および投影システム両方用にこれを達成する方式が提示される。
【００２１】
【００２２】
図１は、光変調パネルにローカル結像を提供する照明サブシステム１００を示す概略図である。照明サブシステム１００は、スペクトルエミッタアレイ１０２、光コリメート部材１０４、レンズアレイ１０６、および光変調パネル１０８を含む。
【００２３】
スペクトルエミッタアレイ１０２は、１を超える指向性スペクトルエミッタを備え、各スペクトルエミッタは、少なくとも１つの所定の波長を有するコリメート光を出力する機能を有する。これら指向性スペクトルエミッタは、レーザまたはある種の発光ダイオードであってよい。本実施形態においては、スペクトルエミッタアレイ１０２は、３つのスペクトルエミッタ（例えば、赤色レーザ１１２、緑色レーザ１１４、および青色レーザ１１６）を含みうる。赤色、緑色、および青色レーザが本例では記載されるが、異なるスペクトル領域（例えば、マジェンタ、シアン、イエローの組み合わせ）の他のレーザまたは発光ダイオードを利用してもよい。別の実施形態においては、スペクトルエミッタアレイ１０２は、第１および第２赤色スペクトルエミッタ、第１および第２緑色スペクトルエミッタ、および第１および第２青色スペクトルエミッタを提供する６つのスペクトルエミッタを有しうる。このような方式は、ここに参照として組み込む「Multi-functional active matrix liquid crystal displays」なる名称の同一出願人による米国出願公開番号第２００７／０１８８７１１-Ａ１に教示されている二重分光技術（dual-spectral techniques）と矛盾することなく利用されうる。
【００２４】
動作においては、回折が制限されたコリメート特性を有する光ビーム１３０は、ローカル結像を可能とする。コリメートレンズ１０４からのコリメートビームがレンズアレイ１０６のレンズに入射すると、回折が制限されたスポットが、入射ビームの角度により決定される位置から焦点距離に形成される。３つの光ビーム１３０を異なる角度でレンズアレイ１０６に方向付けることで、３原色スポット（例えば図１の拡大図に示すスポット１２２、１２４、１２６）の様々な組み合わせを有するアレイが生成される。適切な結像形状とすることで、均一な照明パターンが生成され得、これにより単色光のＬＣパネル１０８からフルカラー画像が表示される。
【００２５】
本開示によると、このようなスペクトルエミッタに基づく表示システムを利用することについては従来の表示技術に対して色々と効率がよくなる。例えばスポットアレイは、従来の直視型ＬＣＤで利用されているフィルタアレイを実質的に必要としなくなる。屈折レンズも、スペクトルエミッタ（例えばレーザ）の直線偏光状態を維持するので、ＬＣ表示システムには高コントラスト且つ低透過の入力偏光子が必要なくなる。フィルタアレイおよび高コントラストの偏光子をなくすことで、光学効率が少なくとも桁単位で向上するとともに、コストが低減される可能性がある。レーザ照明（および幾らかの種類のＬＥＤ）の極端なコリメート特性により、マイクロディスプレイが利用される投影システムのピクセルサイズの空間カラー分離を達成することもできる。
【００２６】
高解像度且つピクセルベースの空間カラー分離を提供することで、カラーシーケンシャル表示が達成されうる。グローバルなタイムシーケンシャルのカラー照明システムとは違って、より低いフィールドレートが顕著な色割れを伴わずに許容されうる。これは、マテリアルスイッチ期間が表示のフリッカのない期間の大部分を占める（例えば１７ｍｓまで）ＬＣシステムにおいては特に重要である。本ＬＣ技術を利用すると、カラーシーケンシャルの表示の最小閾値は、１７ｍｓ期間内に３原色（ＲＧＢ）全ての照明ピクセルを有し、一色当り約５ｍｓとなる。ＬＣマテリアルおよびモードは、特にモーションブラーをなくす傾向により次第に速くなってはいるが、近い将来にスイッチ期間を１ｍｓ未満にまで低減することは考えられない。実際のところ、ピクセルセントリックな照明では、低いカラーシーケンシャルフィールドレートが提供されうる。レーザ源のさらなる側面により、１フレーム内で時間変調を行い、この期間中にＯＦＦにすることにより、ＬＣ状態間の遷移を効果的に見えなくすることができるようになる。
【００２７】
図２は、光変調パネル上にスペクトルエミッタからカラーストライプを提供する照明サブシステム２００を示す概略図である。照明サブシステム２００は、スペクトルエミッタアレイ２０２、光コリメート部材２０４、シリンダ状のレンズアレイ２０６、および光変調パネル２０８を含む。スペクトルエミッタアレイ２０２は、図１の例同様、複数のスペクトルエミッタを含みうる。
【００２８】
動作においては、スペクトルエミッタ２１２、２１４、および２１６からの光ビーム２３０は、光コリメート部材２０４でコリメートされる。光コリメート部材２０４からの光は、シリンダ状のレンズアレイ２０６に入射して、そこで、光は光変調パネル１０８へ方向付けられ、空間シーケンスで赤色、緑色、および青色のストライプを形成する。ここでは水平方向のストライプを示したが、本開示内の本例等においてストライプが他の配向をされてもかまわないことは明らかである（例えば垂直または対角のストライプ）。
【００２９】
１次元構造は、製造面および偏光維持特性面などで利点がある。１次元光学コンポーネントアレイは製造しやすく、低コストで、多くの場合、偏光が解消しかねない複屈折特性の弱まりがない。ストライプ状のコンポーネントの軸を入力偏光方向に位置合わせすることで、概して、照明光の偏光は維持される、というのも、これは光学軸がストレスに起因する複屈折を有する場合に常だからである。
【００３０】
図３Ａ−３Ｃは、入力照明を角度変調するタイムシーケンシャルカラーを提供する別の照明サブシステム３００を示す概略図である。スペクトルエミッタは変調されて原色である赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）の光を順次照明することができる。同期したＲＧＢ変調データシーケンスでパネルを更新すると、フルカラー画像を得ることができる。初期場が照明されるレートは、５０Ｈｚを超える値としてフリッカを避けることが好ましく、約１５０Ｈｚであれば色割れが避けられ、パネル全体がいつでも一色で照明されるフルフレーム照明を実現することができる。ＬＣディスプレイのスイッチ速度制限は、一色について＞５０Ｈｚ（つまり＞１５０Ｈｚのパネルフレーム更新）且つ１５０Ｈｚ＋（４５０Ｈｚ＋）ではないことである。任意の一色照明の領域を任意の時間に低減させることにより、色割れが顕著に低減され（例えば、ここに参照として組み込む米国特許番号第７，０４２，５２７参照）、白色照明による光学効率が増す（例えば、ここに参照として組み込む米国特許番号第７，１１３，２３１参照）。
【００３１】
本例においては、第１、第２、および第３のスペクトルエミッタパッケージ３１２、３１４、および３１６は、各々、３つの発光スペクトルのうち少なくとも１つを発光することができる。これは、本技術分野では公知の様々な方法により達成されうる。１技術は、各スペクトルエミッタパッケージ３１２、３１４、および３１６内の複数のスペクトルエミッタ（例えばレーザ半導体チップ）を利用する。本例においては、赤色、緑色、および青色レーザチップがスペクトルエミッタパッケージ３１２内に提供されるが、他の実施形態では、各レーザパッケージ内に異なる数のスペクトルエミッタを提供することもできる（例えば、米国特許出願公開番号第２００７／０１８８７１１−Ａ１によると、６つのエミッタがＲ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２を出力する）。他の実施形態においては、複数のスペクトルエミッタパッケージ、および異なる組み合わせのスペクトルエミッタであってよい（この３つのパッケージの例以外のもの）。
【００３２】
動作においては、図３Ａが示す第１期間中、第１スペクトルエミッタ３１２が第１スペクトル出力（例えば赤色）を出力し、第２スペクトルエミッタ３１４が第２スペクトル出力（例えば緑色）を出力し、第３スペクトルエミッタ３１６が第３スペクトル出力（例えば青色）を出力する。故に、図２の動作同様、第１、第２、および第３のカラーストライプが、図示するように光変調パネル３０８に入射する。１例示的実施形態においては、この期間は５ｍｓであってよいが、そうでない期間もパネル設計および性能パラメータによっては可能であることが明らかであろう。
【００３３】
図３Ｂを参照すると、第１期間に続く第２期間においては、第１スペクトルエミッタ３１２が第３スペクトル出力（例えば青色）を出力し、第２スペクトルエミッタ３１４が第１スペクトル出力（例えば赤色）を出力し、第３スペクトルエミッタ３１６が第１スペクトル出力（例えば緑色）を出力する。故に、第１、第２、および第３のカラーストライプが、図示するように光変調パネル３０８に入射する。ここでも１例示的実施形態において、この期間は５ｍｓであってよい。
【００３４】
図３Ｃを参照すると、第２期間に続く第３期間においては、第１スペクトルエミッタ３１２が第２スペクトル出力（例えば緑色）を出力し、第２スペクトルエミッタ３１４が第３スペクトル出力（例えば青色）を出力し、第３スペクトルエミッタ３１６が第１スペクトル出力（例えば赤色）を出力する。故に、第１、第２、および第３のカラーストライプが、図示するように光変調パネル３０８に入射する。ここでも１例示的実施形態において、この期間は５ｍｓであってよい。
【００３５】
シーケンスとしては、第１、第２、および第３カラーストライプは、光変調パネル３０８を下へスクロールするように見える。
【００３６】
図４は、シリンダ状のレンズアレイ４０６が機械駆動されて光ビーム４３０を順にパネルの隣接する行または列に方向付ける、別のスペクトルエミッタに基づく照明サブシステム４００の１実施形態を示す概略図である。本実施形態は、アクチュエータ４３５が追加されている他は、図２に示す実施形態と構造的に類似している。投影マイクロディスプレイ実装においては、機械駆動をアクチュエータ４３５を用いて実行してよい。アクチュエータ４３５は、例えばピエゾマニピュレータであるシリンダ状のレンズアレイ４０６の位置を機械操作することのできる任意のデバイスであってよい。アクチュエータの動きにより、第１色、第２色、および第３色のストライプが光変調パネル４０８をスクロールするように見える。
【００３７】
図５は、角度変調技術を利用するローカルピクセルカラー時間変調の照明サブシステム５００の１実施形態を示す概略図である。
【００３８】
本実施形態の表示システム５００は、スイッチマテリアル５４２の屈折率が鋸歯状基板５４４と電気的に整合または不整合にされうる液晶角度変調器５４０を含み、効果的に光ビーム５３０の方向をスイッチする。この方法は、Philipsがautostereo 3D systemsで利用しているレンズスイッチ技術に類似している。例えば、ここに参照として組み込むBattersbyによる「Autostereoscopic display apparatus」なる名称の米国特許番号第６，０６９，６５０を参照のこと。同様にして、Ocuityのアクティブレンズスイッチ技術を利用することによっても、同様の液晶ビーム偏向コンポーネントが達成されうる。例えば、ここに参照として組み込むＰＣＴ特許番号第ＷＯ０３０１５４２４Ａ２を参照のこと。角度偏向も、サーボアシストガルバノメータの形状であるミラーなどの従来の機械的手段により達成可能である。
【００３９】
図６は、各々が同様の照射をする光学エミッタのバンクを、特定の入力照明角度に連結するよう配置した角度変調方法を提供する照明サブシステム６００の１実施形態の概略図である。
【００４０】
１実施形態においては、第１スペクトルエミッタバンク６１２は、略同じ照射特性（例えば赤色）の３つのスペクトルエミッタを含む。同様に、第２スペクトルエミッタバンク６１４は、緑色を照射してよく、第３スペクトルエミッタバンク６１６は、青色を照射してよい。各スペクトルエミッタからの光ビームは、光結合部６２０により結合されて、レンズ６２２へ方向付けられ、ここでレーザビームが光パス上にコリメートレンズ６０４へと方向付けられ、さらに、シリンダ状のレンズアレイ６０６および変調パネル６０８へと方向付けられる。角度変調は、これらスペクトルエミッタを時間変調することで達成されうる。スペクトルエミッタの無駄には見えるが、この方法は、十分な表示輝度を達成するのにしばしば多くの光源を利用する熱制限固体レーザ（thermally-limited solid state laser）またはＬＥＤエミッタに高い互換性を有する。
【００４１】
図７は、光学エミッタのバンクを、特定の入力照明角度に連結するよう配置した角度変調方法を提供する照明サブシステム７００の別の実施形態の概略図である。レーザソースアレイ７０２の前に配置された回折および屈折性の光学アレイ部７０４の組み合わせを利用することで、異なる源について角度的に異なるまたは重畳されたパスを特定することができ、これにより個々の源の時間スイッチにより角度変調がなされる。図面に配置されているレーザソースアレイ７０２は、同じ照射特性（例えば赤色）の３つのスペクトルエミッタを含む複数の第１スペクトルエミッタバンク７１２を含んでよい。同様に、第２スペクトルエミッタバンク７１４は、緑色を照射してよく、第３スペクトルエミッタバンク７１６は、青色を照射してよい。
【００４２】
図８Ａおよび８Ｂは、図６のレーザ照明サブシステム６００が生成するカラー照明ストライプ８０２がリレーレンズ８０４および８０６によりマイクロディスプレイ８０８へリレーされて、図示の配置の投影レンズ８１０を介してスクリーン８１２へ投影される、２つの投影システム実施形態８００および８５０を示す概略図である。本例では照明サブシステム６００を示しているが、ここで教示する別の照明システム、またはそれらの組み合わせ／変形例と置き換えてもよい。この方法は、光学回折限定配置（optical diffraction-limited geometry）の実際的な解決法となる。図８Ａに示す例示的実施形態も、偏光ビームスプリッタ８０７を含み、入力光路への反射光変調パネル（ＬＣｏＳ）８０８および投影レンズ８１０の直角配向の利用を可能とする。
【００４３】
波長λおよび焦点距離ｆの直径Ｄのレンズにおいては、高度にコリメートされたレーザビームから形成されるスポットサイズは約ｆλ／Ｄである。マイクロディスプレイを直接照明するには、このスポットサイズは、レンズアレイ部のピッチおよび直径同様、通常のピクセルサイズより小さい（１０μｍ未満）ことが好適であると思われる。可視光においては、これはレンズの焦点距離、ひいてはパネルまでの距離を示唆しており、２００μｍ未満となっており、これは殆どの場合において実際的でない。シリコンマイクロディスプレイ上の反射型液晶においては、良好な偏光維持により、レンズが直接ディスプレイ上に配置されることが妨げられることもある。
【００４４】
図８Ｂに示す例のような送信システムは、埋め込みマイクロレンズを実現する可能性を秘めているが、現在のところは、コスト面で光学リレーの利用が好まれている。リレーの際にストライプ照明を縮小することで、製造可能性の高いサイズのレンズアレイ部の生成が可能となることが考えられる。例えば、現在の高精細（ＨＤ）ディスプレイの１０８０ラインは、ピッチ５０μｍの５ｃｍコンポーネントで実現されうる。
【００４５】
図９は、直視型表示の照明システム９００の分解組立図を示す概略図である。本例示的実施形態では、図９に示すように、スペクトルエミッタ源を利用する空間カラー分離の構想が、直視型ＬＣＤパネルを照明するのに利用されてよい。
【００４６】
照明システム９００は、ディスプレイの背後のスペースに存在する従来の屈折光学部材９０４にスペクトルエミッタの光を通すことで、３つのコリメートされた矩形ビーム９０６を照射するＲＧＢエミッタソースアレイ９０２を含む。これらビーム９０６はその後、コリメート部材９０８から全反射（ＴＩＲ）プリズム９１０へ向けられ、その後パネル９２０とコリメート部材９０８との間のディスプレイの背後にある第２層９１２に入る。ここでビームは、反射格子９１４に対して少し角度をもって伝播し、反射格子９１４内の部材は光を表示平面９２０に対して略法線方向に伝播する別個のビームレットへと偏向する。光の波長より数桁分大きい反射部材９１４を利用すると（つまり１０μｍ）、従来の鏡面反射が支配して、ビームレットは通常、ミラーから反射したビーム場合同様コヒーレンスを維持する。このコヒーレンスは、入射角度に依存する表面に対して角度を持つものとして、伝播を実質的に定義する。故に、異なるカラーの照明が、パネル９２０の前に配置されるレンズアレイ９１６上に角度を持って入射させられうる。ここでも、この角度のバリエーションは、パネル９２０の液晶が配置されるレンズアレイ９１６の焦点距離においてカラー分離を生じさせる。このようにして、カラー分離照明が、直視型ＬＣＤディスプレイと互換性を有するフォールドシステム９００で達成され、パネル上のカラーフィルタおよび高コントラスト且つ低効率の入力偏光子を妨げる。１次元コンポーネントアレイがここでも製造上および偏光維持特性の観点から望ましい。
【００４７】
大きなピクセルサイズの直視型ＬＣＤパネルは、効果的に回折制限された結像に高い互換性を有する。典型的な直視型パネルは、約１ｍｍの基板ガラス内に埋め込まれた１００μｍに近いトリカラーピクセル群を有する。ピクセル群毎にレンズを有することで、ｆ＝１ｍｍでＤ＝１００μｍとなり、これにより、可視光に対して約５μｍの焦点スポット径が達成される。これは、ピクセルにおける「ぼけ（vignetting）」を妨げるべく十分に小さい径であり、システムの不完全性を許容するに十分な余裕がある。
【００４８】
図１０は、反射格子および反射レンズアレイが単一の基板１０２０に形成された、別の直視型照明システム１０００を示す概略図である。空気と基板との界面における全反射により反射格子部１０１４で良好な反射特性が得られ、これにより幾らかの実施形態では高価な光学被膜が不要となる。この方法によれば、図９の前述の実施形態に比して、サイズ、重量、およびコストも低減される。
【００４９】
図１１は、多数のスペクトルエミッタ１１０２を利用して直視型モジュールのカラー光に対して角度変調を行うことを除いて、図１０に示す実施形態に類似した直視型照明システム１１００のまた別の実施形態を示す概略図である。この角度変調により、空間カラー変調が生じ、カラーシーケンシャル直視型ディスプレイが生成される。前の静的照明システムに比した場合のこの種類のカラーシーケンシャルシステム１１００の幾らかの利点には、解像度の向上、低コスト、および高い効率性などが挙げられる。
【００５０】
本開示の原理に則る様々な実施形態を記載してきたが、これらが例示のみを目的としており、限定的ではないことについて理解されたい。故に、本発明の範囲は、上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項および本開示から生じるそれらの均等物によってのみ定義されるべきである。さらに、実施形態について上述した利点または特徴は、これら利点のいずれかまたは全てを有するプロセスおよび構造に、請求項の適用を制限するものではない。
【００５１】
また、本明細書で用いたセクションのタイトルは米国特許法施行規則§１．７７に基づく提言を遵守して、もしくはそれ以外では本明細書の構成を分かりやすくするべく設けたものである。これらのタイトルは、本開示に基づく請求項に明記した発明を限定または特徴づけるものではない。具体的に例を挙げると、「技術分野」としてタイトルが設けてあるが、本願請求項は、いわゆる「技術分野」を説明するべくこのタイトル以下の内容に基づき選択される用語によって限定されるべきではない。また、「背景技術」のセクションにおける技術の説明は、当該技術を本明細書で開示された発明に対する先行技術と自認したものと解されるべきではない。同様に、「発明の概要」セクションの内容も本願の請求項に記載する発明を特徴づけるものとして解釈されるべきではない。またさらに、本開示において「発明」と言及しているが、本開示において新規な点が１つしかないと解されるべきではない。本開示内容に対応する複数の請求項の限定に基づき複数の発明が記載されているとしてもよく、このため請求項は１または複数の発明を定義しており、当該発明と同等のものは請求項によって保護される。どのような場合においても、請求項の範囲は明細書に鑑みてそれ自体で解釈されるべきであり、本明細書に記載されたタイトルによって限定されるべきではない。
【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３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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