(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
可偏向空間ミラーアレイのタイプの空間光変調器であって、ミラーエレメントのアレイを含み、各ミラーエレメントは表示される映像の各画素に対応し、かつ、該アレイ平面と垂直でない所定の角度で該ミラーエレメント上に入射した光を該アレイに対して“ＯＮ”の経路に沿って反射する第１の配向と、前記所定の角度で該ミラーエレメント上に入射した光を該アレイに対して“ＯＦＦ”の経路に沿って反射する第２の偏向との間で偏向可能である空間光変調器と、
表示される前記映像に依存して各アレイのミラーエレメントの各々の前記配向を制御するアドレス信号を前記アレイに対して供給する制御手段と、
を含む表示装置であって、該表示装置は、
前記タイプの少なくとも２つの空間光変調器間で前記光源からの前記同じ色組成の光を分離する単一の偏光分離手段の上に前記光源からの異なる色組成の光を連続して導く手段と、
前記空間光変調器によって生成された空間的に変調された光を結合する手段と、
表示画面に向かって前記結合された光を導く手段とを含み、
前記結合された空間的に変調された光は各可偏向空間ミラーアレイによって生成された光よりも多くの光束を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記偏光分離手段は、また前記可偏向空間ミラーアレイによって反射されて前記空間的に変調された光を結合するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は表示システムに関する。本発明は、光源からの光が空間光変調器デバイスによって変調され、変調された光が次に投映スクリーン上に投映される投映システムを含む表示システムに特に好適であるが、これに限られるものではない。
このような投映システムにおいて使用するのに適している空間光変調器デバイスは、いくつかの形態を取ることができる。
空間光変調器デバイスの一例として、個別にアドレス可能な液晶画素のマトリックスを具えた液晶デバイスがある。このような空間光変調器デバイスは、光が液晶デバイスの画素を通り抜ける透過モード、あるいは光が液晶デバイスの各画素によって反射される反射モードのいずれかにおいて動作することができる。
空間光変調器デバイスの他の例として、鏡面をもつカンチレバ・ビーム構造体のアレイを具えた可偏向ミラーデバイス（ＤＭＤ）がある。その各構造体は電極を有して２つの位置間で静電的に偏向可能である。従って、デバイスへ印加される電界に応じて、各鏡面をもつ構造体は、入射光を２つの二者択一的な光路、すなわち投映スクリーン上に投映するための光学系への方向か、またはビーム・ダンプ(dump)へいずれかに向かって反射する。このような構造体のアレイを使用することで、各構造体は入来光ビームの一部分により個々にアドレス可能になっているので、入来光ビームを２次元像で空間的に変調することができ、ついで投映スクリーン上に投映することができる。
光源からの光が空間光変調器デバイスによって変調される公知の投映システムは、空間光変調器デバイスに指向し得る光束の光量にしばしば制限があるという欠点をこうむる。この制限は、例えば放射束の熱効果に関連した限界、あるいは高輝度の光束(high luminous flux)による飽和によって引き起こされる。投映システムに光出力の限界がある場合には、２または３以上の投映システムを互いに隣接して配置することにより積み重ね(stacke)て、複数の投映像が投映スクリーン上で重ね合わされて全体として明るい像が生成されるようにしてもよい。しかしながら、このような配置は非能率であり、かつ空間が無駄である。
US-A-5035475は可動ミラーアレイの形態の２つの空間光変調器から構成した表示システムを開示している。平行なスリット列の形態のバッフル(baffles：そらせ板）が光源と２つのミラーアレイとの間の光路中に挿入されている。ビームスプリッタは２つのミラーアレイ間の光源からの光を分離して、これらミラーアレイに対する法線に沿って反射した光を再び組合わせるように作用する。バッフルは他の方向に沿って反射した光を吸収するように作用する。２つのミラーアレイを用いることにより、２つのミラーアレイによって生成された像を交互に配置することにより、２つのバッフルによって生成された投映像内からダークストライプ（暗い条）を取り除くようにすることができる。しかしながら、この様な配置では、最終の投映像内の光の束が、各ミラーアレイによって生成された光の束によって依然として制限されている。
１または２以上の空間光変調器デバイスを具えたカラー投映システムにおいても問題が生じる。カラー投映システムを達成するために、１または２以上のスペクトル分離デバイス、例えば、ダイクロイックミラーによって入来光を３原色チャネルに分離することは知られている。この様な先行技術のシステムの一例を図１に示す。図１は、ＤＭＤ（可偏向ミラーデバイス）の形態の３つの空間光変調器を用いたカラー投映システムの概略の概要図である。
図１を参照するに、これから述べる表示システムの特定例は、表示スクリーン１０１上にカラー画像を投映するように構成されている。この表示システムは光源１０３を有し、この光源は、光源からのビームが図示のように３個の平面状可偏向ミラー表示デバイス１０５，１０７，１０９上に向けられるように、配置されている。
光源１０３と第１の可偏向ミラーデバイス１０５との間の光路中に配置されているのは、２つのダイクロイックミラー（二色性ミラー）１１１，１１３である。第１のダイクロイックミラー１１１は、第２の平面状可偏向ミラー表示デバイス１０７上にブルー（青色）光を反射し、他の全ての入射光を透過するように設計され、かつ角度付けされている。第２のダイクロイックミラー１１３は、第３の平面状可偏向ミラー表示デバイス１０９上にレッド（赤色）光を反射し、光源１０３からの光の残余の成分であるグリーン（緑色）成分を第１の可偏向ミラー表示デバイス１０５上に透過するように設計され、かつ角度付けされている。
３個の可偏向ミラーデバイス１０５，１０７，１０９は、空間的に変調されたビームが投映レンズ１１５を通って表示スクリーン１０１上に向かうように、光源１０３からのビームの３色成分を反射可能に配置されている。
しかしながら、この様な構成では、色々なスペクトル成分、例えば白色光内の原色のレッド、グリーン、ブルーの光束は一様でないという事実を考慮していない。
本発明の目的は、制限のある出力光の上記問題を少なくとも軽減する表示デバイスを提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、複数の空間光変調器と追加の空間光変調器とを具え、この追加の空間光変調器は空間的に変調された光束全体を増大するように設計されたことを特徴とする表示システムが提供される。
本発明の第２の態様によれば、１つの光源と、少なくとも２つの空間光変調器と、それら空間光変調器間で光源からの同一スペクトル成分の光を分離する手段と、それら空間光変調器により生成された空間的に変調された光を組合わす手段と、組合わされた光を表示する手段とを適切に具えて、組合わされた光が各空間光変調器によって生成された光よりも大きな光束を持つようにしたことを特徴とする表示システムが提供される。
本発明の第３の態様によれば、多波長光源と、複数の空間光変調器と、それら空間光変調器間に異なるスペクトル成分の光を分離する波長選択手段と、それら空間光変調器により生成された空間的に変調された光を組合わせる手段と、その組合わされた光を表示する手段とを具え、十分な空間光変調器を備えて、これら空間光変調器間で光源により発生した光束の分割のバランスを増大させるようにしたことを特徴とする表示システムが提供される。
上記表示する手段は好ましくは組合わされた光を投映スクリーン上に投映する手段を有することを特徴とする。
次に、単なる例示としての本発明の多数の実施形態を以下の添付図面を参照して説明する。
図１は既述した先行技術のカラー投映システムの概略の概略図であり；
図２はＤＭＤ（可偏向ミラーデバイス）の作用を説明する概略図であり；
図３は図２のアレイ中のミラーデバイスの照明を説明する図であり；
図４は本発明の第１実施形態による表示システムの概略図であり；
図５は本発明の第２実施形態による表示システムの概略図であり；
図６は本発明の第３実施形態による表示システムの概略図である。
まず最初に、図２および図３を参照するに、本発明の一実施形態による表示システムに用いる各可偏向ミラーデバイス(deflectable mirroe device：ＤＭＤ）は、ｍ×ｎの可偏向ミラーデバイス、典型的には、低解像度表示システム用では７６８×５７６のミラーデバイス、あるいは高解像度表示システム用では２０４８×１１５２のミラーデバイスのアレイ１１７を有する。各アレイ１１７は駆動回路１１９に接続し、この駆動回路は制御回路からの１２１として一般的に示した電子的カラービデオ信号を受信し、例えば、本出願人の先願の国際特許出願、１９９２年１月４日付けのＰＣＴ／ＧＢ９２／００００２（これは参照することによって本明細書の一部分とする）に記述されているように、ミラーデバイスＭ11−Ｍmnの各々をアドレス指定する。
印加されたアドレス信号に応じて、各ミラーデバイスＭは、そのミラーデバイスＭから反射した光が第１の経路（パス）１２３に向かう“ｏｎ”（オン）状態と、その反射した光が第２の経路１２５に向かう“ｏｆｆ”（オフ）状態とに対応する２つの異なる位置のいずれか１つの位置を取る。第２の経路１２５を適切に選定して、この経路に沿って反射した光が本表示システムの光軸から外れる方向に向かい、従って投映レンズ（図２および図３には図示していない）内を通過しないようにする。
従って、各ＤＭＤアレイ１１７は２次元像を表わすことが可能であり、これらのミラーデバイスＭは“オン”状態に傾いて明（ブライト）を現し、“オフ”状態に傾いて暗（ダーク）を現す。“オン”期間と“オフ”期間の割合を時間的変調技術により、変化させることにより、濃度階調（グレースケール）を達成することができる。
次に、特に図３を参照するに、各ミラーデバイスＭのオン”状態と“オフ”状態との間での偏向角度は比較的小さい。このため、“オン”状態と“オフ”状態との間を良好に区別するためには、光源１０３からの入射光ビーム１２７を各デバイスに対する法線から測ったおよそ２０°の角度で各空間光変調器１０５，１０７、１０９の方向に向ける。
個々のミラーデバイスＭがアレイ１１７の平面に対して平行に置かれているときは、例えばアークランプ（図３には図示されていない）からの入射ビーム１２７は、法線に対して対応する２０度の角度で、“オフ”経路１２２に沿ってビームダンプ（図示しない）内へ反射される。駆動回路１１９からの制御信号によりミラーデバイスＭをアレイ１１７の平面に対して第１の角度で第１の偏向状態に設定すると、入射ビーム１２７は更なる“オフ”経路の方向１２５に沿ってビームダンプに反射される。アドレス指定回路１１９からの制御信号がミラーデバイスＭをアレイ１１７の平面に対して第２の角度で第２の偏向状態に設定すると、入力ビーム１２７はアレイに対する法線に沿って“オン”経路１２３に沿って反射される。
次に、図４を参照するに、本発明による表示システムの第１の実施形態において、光源４０１、例えばアークランプが半透鏡（半鍍銀ミラー）４０３上に光を指向させるように配置されている。半透鏡１０３はそれぞれＤＭＤの形態の２つの空間光変調器４０５，４０７間に入射光を分離するように作用する。ＤＭＤ４０５，４０７からの空間的に変調された光は半透鏡４０３で再結合され、この再結合された光は半透鏡４０３から投映レンズ４０９を通って投映スクリーン４１１上に投映される。これらＤＭＤ（可偏向ミラーデバイス）は、入射ビームを空間的に変調して投映スクリーン４１１のための映像を生成するために、図２および図３に関して説明したように作動する。
半透鏡４０３を使用することにより、先行技術の構成では単一のＤＭＤ上に入射したであろう光が、２つのＤＭＤ４０５，４０７間に分離するということが分かるであろう。従って、投映スクリーン４１１上へ入射する光束は先行技術の配置におけるような単一のＤＭＤを使用して可能であった光束の２倍となる。
半透鏡の代わりに他の形態の光分離器（スプリッタ）を使用して２つのＤＭＤ４０５，４０７間に入射光ビームを分離することができることが分かるであろう。１つの可能性は、図４における半透鏡４０３を偏光ビームスプリッタで置き換えることである。偏光ビームスプリッタは光源４０１からの入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するよう作用するものである。Ｐ偏光を２つのＤＭＤ４０５，４０７の内の１つに指向させ、およびＳ偏光を他方のＤＭＤ４０７または４０５に向けて指向させる。ついで、偏光ビームスプリッタ４０１により２つのＤＭＤ４０５，４０７からの空間的に変調された光を再び組合わせて投映レンズ４０９へ伝搬する。
偏光ビームスプリッタは半透鏡よりも効率が良いということがわかるであろう。このような偏光ビームスプリッタの挿入により生じる光損失（オプティカル・ロス）は一般的に入射ビームの１％から３％のものであるが、これに比べ鏡の表面によって生じる損失は、２０％から３０％である。しかしながら、比較的に高損失のビームスプリッタを使用したとしても、他のやり方で可能であるよりも、より高輝度の光束の投映像を生ずることができることがわかる。
次に、図５を参照するに、ここで説明をする本発明の第２の実施形態は多色投映システムである。図５に示すように、この多色投映システムはＤＭＤの形態の４個の空間光変調器５０１，５０３，５０５および５０７を含む。３個のダイクロイックミラー５０９，５１１および５１３がＤＭＤ５０１，５０３，５０５および５０７、と白色光源（図示しない）との間の光路内に配置されている。光路内の第１のダイクロイックミラー５０９は、ＤＭＤ５０３上にブルー光を反射して、かつその残余のグリーン光を透過するように配置されている。第３のダイクロイックミラー５１３は、ＤＭＤ５０１上にレッド光を反射し、かつ他の全ての光を透過するように配置されている。第２のダイクロイックミラー５１１は、厳密に制御された帯域通過特性をもつように設計されて、選択されたスペクトル成分をもつ入射グリーン光の一部分を第３のＤＭＤ５０５上に反射し、かつ残余のグリーン光を第４の空間光変調器５０７上に透過する。
各ＤＭＤ５０１，５０３，５０５および５０７は図２および図３に関して説明したようなアドレス信号によって駆動されて、適切に空間的に変調された映像を原色のレッド、ブルーおよびグリーンの２つのスペクトル部分の１つで供給する。ＤＭＤ５０１，５０３，５０５および５０７は適切に配置されて、反射されて空間的に変調された光が種々のダイクロイックミラー５０９，５１１おびび５１３により反射されて戻り、かつ再び組合わされて、多波長(multi wavelength）の空間的に変調された光ビームを生成し、この光ビームが次に投映レンズ（図５には示していない）を通って本システムの光軸に沿って戻り、投映スクリーン（図５には図示していない）上に投映される。
これら空間光変調器が鏡面のマトリックスの形態である場合は、空間的に変調された光を生成するミラーアレイの反射位置で左右像(handedness)が与えられるということは理解されよう。これは適切な反射面５０９，５１１または５１５での引き続いての反射によって補償されることになる。空間光変調器５０７からの戻り光路に対して補償反射面(compensatory reflective surface）を設けるために、反射器(reflecter）５１５が配置され、それに応じて空間光変調器５０７が配置される。
第１の実施形態におけるダイクロイックミラー４１３の代わりにスプリッタを使用してもよい。グリーン光を分離するのに特に効率的な方法の一つは、偏光スプリッタを導入して、同一の波長帯域内において分離されたＰ偏光とＳ偏光のグリーン光を２つの空間光変調器５０５および５０７上に入射させることが理解されよう。あるいはまた、半透鏡を使用してもよい。
これまでに述べた実施例において、白色光は一般的にレッド光あるいはブルー光よりもグリーン光をより多く含んでいるので、２つのグリーン空間光変調器が存在するということは理解できよう。しかしながら、状況によっては、空間光変調器間で全体の光束を都合の良い割合で分けるように作用する光変調器の他の組み合わせを採用することも適切であろう。例えば、白色光は典型的に３０％のレッド光、６０％のグリーン光および１０％のブルー光からなるので、各カラーチャネルにおいて全体の光束を各カラーチャネルに分ける空間光変調器の個数は各カラーチャネルにおける光束に応じて設定することができる。この様な構成は、色の忠実性を改善するのみならず、同一の光入力からの出力光を増加させるのに用いることができる。
第２の実施形態では入力光を原色のレッド、ブルーおよびグリーン成分に分離することに関して記述しているけれども、本発明は入力光を２次色(secondary colour）のイエロー（黄色）、マゼンタおよびシアン、あるいは何か他の色分離体系(colour splitting scheme）に分離するのに、同様に適用可能なものであるということは理解されよう。
図５に関連して説明した本発明の実施形態においては、入力光が３つの異なる色成分に分離されて、その３つの色成分が同時に空間的に変調されるということが分かるであろう。しかしながら、本発明による表示システムにおいては、異なる色の光が表示システムを順次に通過するようにしてもよい。このような構成の一つを図６に示すが、ここではアークランプ６０１と集光レンズ６０３とからなる光源からの光が、レッド、ブルーおよびグリーンのフィルタを支えるカラーホイール６０５の異なる部分を順次に通るように配置されている。このホイール６０５は、光源６０１、６０３からの光路内にレッド、ブルーおよびグリーンのフィルタを順次に重ね合わすように、モータ６０７によって中心軸の回りに回転可能となっている。
図４に関して記述した第１の実施形態におけると同様に、偏光ビームスプリッタ６０９が光路内に配置され、この偏光ビームスプリッタは入射光をＰ偏光とＳ偏光の成分に分けるように作用する。Ｐ偏光はＤＭＤの形態の第１の空間光変調器６１１に指向され、一方Ｓ偏光はＤＭＤの第２の空間光変調器６１３に指向される。
空間光変調器６１１，６１３から空間的に変調された光はビームスプリッタ６０９に戻り、このスプリッタによりＰ偏光とＳ偏光とを合成ないし組合わせ、この合成した光を投映スクリーン（図示しない）上に投映するために、投映レンズ５１５に指向させる。
カラーホイール６０５の回転速度を適切に選定して、３つの異なるカラー成分すべての光が本表示システムを通って投映スクリーン上に投映され間の時間が十分に短くなり、投映スクリーンを見ている観察者の目がその表示スクリーン上にに投映された３つの異なるカラー映像を合体させ、フルカラー映像が観察者によって見られるようにする。
前述した他の実施形態におけると同様に、偏光スプリッタを使用することが特に利点があるけれども、他の形態のスプリッタを用いてもよいことは理解されよう。
ＤＭＤ形態の空間光変調器を用いた表示システムはＤＭＤの光束の処理能力によってしばしば制限を受けるので、本発明はそのようなシステムに格別の適用性があるけれども、本発明は他の形態の空間光変調器、例えば液晶デバイスを有する表示システムにもまた適用可能であるということも理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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