JP2004518168A - インターレース光ビーム走査式の光ビームディスプレイ - Google Patents
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Abstract
インターレースされた光ビームを使用する光ビームディスプレイは、垂直及び水平の次元を有する表示スクリーン(206)と、複数本の光ビームのソース(200,300)と、上記表示スクリーン(206)と光ビームソースとの間に複数の反射小面を有する可動の反射器(32)を含む光学路とを備えている。可動の反射器(32)は、複数の光ビーム(202,302)をその可動反射器(32)の1つ以上の小面を経て表示スクリーン(206)へ案内して、ディスプレイの複数の異なる走査線を同時に照射し、この同時照射の走査線は、複数の非照射走査線で離間される。上記光ビームを垂直方向にシフトして表示スクリーンの異なる走査線を照射するために光学的機械的素子(216,316)が設けられる。
Description
【0001】
【関連出願】
本出願は、参考としてここに援用する2000年10月27日に出願したプロビジョナル特許出願第60/244,075号に対する35USC119(e)のもとでの優先権を請求するものである。
【技術分野】
本発明は、ビデオ情報を表示するディスプレイ装置及び方法に係る。より詳細には、本発明は、光ビームを走査してビデオ情報を表示する光ビームディスプレイ装置及び方法に係る。
【0002】
【背景技術】
高解像度ディスプレイは、コンピュータモニタ、HDTV及びシミュレータを含む種々の用途を有する。このような用途で最初に考慮すべきことは、解像度、最大ビュー面積、コスト及び信頼性である。CRTディスプレイ、後方投影及び前方投影ディスプレイ、プラズマディスプレイ及びLCDを含む多数の解決策が利用されているが、上述した全ての所望特性を満足に与えることのできるものは皆無である。コントロールパネルのディスプレイ、乗物及び航空機のオンボードディスプレイのような他のディスプレイ用途では、解像度は、輝度、コンパクトサイズ及び信頼性より重要度が低い。
【0003】
発光ダイオードやレーザビームディスプレイのような光ビームに基づくディスプレイは、潜在的に、上述した両形式のディスプレイに対して多数の効果を発揮し得るが、このようなディスプレイは、広く利用されていない。これは、主として、必要な精度で表示スクリーン上に光ビームを走査する能力に制約があるためである。レーザビームを走査する1つの従来の解決策は、回転ミラーを使用し、このミラーが回転するときに直線的方向にレーザビームを走査することである。典型的に、ミラーは、各辺が直線方向におけるレーザビームの1つの走査長さに対応する多角形の形状とされる。ビームの垂直方向のシフトは、典型的に、第2のミラーによって与えられ、ディスプレイ用途に必要とされる二次元走査が与えられる。
【0004】
このような回転多角形レーザビームXYスキャナの一例が、図1に示されている。図1に示された公知のレーザビーム走査装置は、多角形ミラー1を使用し、このミラーは、レーザ2によって発生されたレーザビームを受け取り、そしてそのレーザビームを、多角形1が回転するときに走査方向Xに偏向する。第2ミラー3は、ビームをY方向に垂直にシフトして、連続的な水平線を走査するように構成される。従って、2つのミラーは、各々、全X方向及び全Y方向に走査する。ディスプレイのサイズ及びディスプレイの解像度が増加するにつれて、2つの可動ミラーの必要な整列精度を維持することが非常に困難になる。種々の形式の歪が生じ、HDTVのような高解像度の用途では受け入れられない。これらのファクタは、商業的に受け入れられる走査レーザ又は光ビームディスプレイを提供するために重大な問題を引き起こす。
【0005】
従って、水平及び垂直の両方向に正確な走査を与えることのできる走査光ビームディスプレイが現在要望される。更に、このようなディスプレイで、そのコストを不当に増加することのないディスプレイが現在要望される。
【0006】
【発明の開示】
本発明は、第1の特徴において、垂直及び水平の次元を有する表示スクリーンと、複数本の光ビームのソースと、上記表示スクリーンと光ビームソースとの間に複数の反射小面を有する可動の反射器を含む光学路とを備えた光ビームディスプレイを提供する。上記可動の反射器は、複数本の光ビームをその可動反射器の1つ以上の小面を経て表示スクリーンへ案内して、ディスプレイの複数の異なる走査線を同時に照射し、この同時照射の走査線は、複数の非照射の走査線で離間される。光ビームを垂直方向にシフトして表示スクリーンの異なる走査線を照射するための光学的機械的素子が設けられる。水平走査線のこのインターレースは、垂直シフトの量を最小にして、全表示エリアを非常に正確に走査できるようにする。
【0007】
好ましくは、可動反射器は、回転可能な多角形であり、そして光ビームディスプレイは、更に、この多角形を所定の角速度で回転するモータを備え、次々の小面を光学路へもっていって、複数の光ビームを遮るようにする。光ビームソースは、好ましくは、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第1の複数の発光ダイオードを含む。このアレーは、3列を有し、そして各列は、原色を有する光ビームソースに対応する。表示スクリーン上で照射される2つのパネルを使用する1つの好ましい実施形態において、光ビームソースは、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第2の複数の発光ダイオードを更に含み、そして上記光学路は、複数の光ビームを、可動反射器の第1及び第2の各小面を経て表示スクリーンへ向けて、ディスプレイの異なる水平領域、即ちパネルを同時に照射する。光学的機械的素子は、第2の可動反射器に接続された検流計又は圧電装置を含む。
【0008】
本発明は、更に別の特徴において、表示情報の複数の水平線を含むビデオデータを受信するための入力と、表示スクリーンと、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第1の複数の光ビームソースと、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第2の複数の光ビームソースとを備えた光ビームディスプレイを提供する。メモリは、ビデオデータの複数の水平線を記憶し、そして制御回路は、このメモリに記憶された複数の水平線からのビデオデータに基づいて上記光ビームソースを同時にアクチベートし、そのアクチベートされた水平線の各々は、複数の非アクチベート水平線により離間される。表示スクリーンと第1及び第2の複数の光ビームソースとの間には各々第1及び第2の光学路が設けられ、その各々は、複数の反射小面を有する第1の可動反射器と、第2の可動反射器とを備えていて、同時にアクチベートされた複数のビームを表示スクリーンに向ける。第1の可動反射器は、2つの光学路に対して共有され、そして第1及び第2の複数の光ビームを水平に走査する。各経路の第2の可動反射器は、第1及び第2の複数の光ビームを垂直に走査し、全ての水平線を逐次に走査する。
【0009】
本発明は、更に別の特徴において、複数の光ビームを使用して表示スクリーンに情報を表示する方法を提供する。この方法は、複数の光ビームを表示スクリーンに向け、そして複数の光ビームを第1方向に走査して表示スクリーン上の第1の複数の平行な走査線を同時にトレースする段階を備え、この第1の複数の平行な走査線は、第2方向に離間されている。例えば、32本の平行な走査線が8本の線で離間されたものが設けられる。上記方法は、更に、複数の光ビームを第2方向にシフトし、そして再び、複数の光ビームを第1方向に走査して表示スクリーン上の第2の複数の平行な走査線を同時にトレースする段階を備え、この第2の複数の平行な走査線は、第2方向に離間され、そして第1の複数の平行な走査線とインターレースされる。上記方法は、上記シフト及び走査を繰り返して表示スクリーン上の第3の複数の平行な走査線をトレースする段階を備え、この第3の複数の平行な走査線は、第2方向に離間され、そして上記第1及び第2の複数の平行な走査線とインターレースされる。上記シフト及び走査を複数回逐次繰り返すことにより、全表示スクリーンが照射される。例えば、8本の走査線の間隔では、シフト及び走査が8回行われる。表示スクリーンは、ほぼ長方形の形状を有し、そして上記第1方向は、スクリーンの水平次元に対応し、そして上記第2方向は、スクリーンの垂直次元に対応する。水平方向は、個別のビームソースにより走査されるパネルに分割できる。
【0010】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の更に別の特徴は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らかとなろう。
図2A及び2Bを参照すれば、本発明の光ビームディスプレイの好ましい実施形態が、その実施形態の基本的構造及び電子回路を示す概略図で示されている。構造部品及び光学路の寸法は、図2Bでは正しいスケールで示されておらず、光学路の特定の寸法及びレイアウトは、特定の用途に依存する。光ビームソース、多小面の多角形及び他の光学系、並びにディスプレイ電子回路は、参考としてここに援用する1998年10月8日に出願された米国特許出願第09/169,163号、現在では2001年1月16日に発行された米国特許第6,175,440号の教示を使用することができる。又、参考としてここに援用する1999年12月28日に発行された米国特許第6,008,925号、1997年7月8日に発行された米国特許第5,646,766号、及び1992年11月24日に発行された米国特許第5,166,944号の教示を使用することもできる。従って、以下の説明は、ディスプレイの全ての観点について詳細に述べるものではなく、付加的な詳細については、上記特許を参照されたい。
【0011】
図2A及び2Bのディスプレイは、複数の光ビーム202の第1ソース200を備え、これら複数のビームは、以下に詳細に述べるように、異なる周波数及び色のビームを含み、そして光源200と表示スクリーン206との間に光ビームのための第1光学路を備えている。複数のビーム302の第2ソース300も、表示スクリーン206へのほぼ平行な第2光学路と共に設けられる。ビームのアクチベーションは、以下に詳細に述べるように、ソース100からのビデオデータに応答して制御電子回路220によって制御される。ここに示す好ましい実施形態の一例として、光源200、300は、各々、複数の行と少なくとも1つの列を有する発光ダイオードの長方形アレーより成る。モノクロディスプレイは、各ダイオードアレーに対して単一の列を有し、一方、カラーディスプレイは、3列以上を有する。特に、輝度を正規化するために付加的な列を設けることができる。例えば、2つの緑の列を設け、緑のダイオードが赤及び青のダイオードより低輝度の光ビームを与えるようにすることができる。従って、カラーアレーは、各行に3原色を与える。行の数は、各ダイオードアレーにより表示スクリーン206上でトレースされる平行な走査線の数に対応する。例えば、32行のダイオードが使用される。従って、各2次元ダイオードアレー200、300は、1ないし96本の個別の光ビーム202、302を同時に与えることができる(以下に述べる走査パターンを与える制御電子回路220の制御のもとで)。供給ヘッド200、300当りの光源(例えばLED又はファイバ)の数は、解像度の要求に基づいて変化する。複数の光ビームの他のソースを使用することもできる。例えば、AOM変調器を使用して単一のビームを複数の別々に変調されたビームに分割し、複数のビームのソースを構成することができる。AOM変調器を使用して複数のビームを形成する解決策は、参考としてここに援用する米国特許第5,646,766号に開示されている。
【0012】
光ビームディスプレイは、水平走査のための第1の可動反射器を備え、これは、多小面付きの多角形反射器32より成るのが好ましい。多角形における小面の数は、同時に走査される水平線の間隔に対応するが、解像度の要求に応じて変化し得る。多角形の反射器32は、好ましくは、この反射器32を高速回転させる変速モータに接続され、反射器の周囲の次々の平らな反射小面34が光ビームと反射接触状態にされる。反射器32の回転速度は、エンコーダ(図示せず)によって監視され、該エンコーダは、次いで、モータ制御回路36に信号を供給し、そして該制御回路は、制御電子回路220に接続されている。モータ制御回路、電源及び角速度制御フィードバックは、上記米国特許第5,646,766号の教示を使用する。多角形の多小面付き反射器32が現在のところ好ましいが、他の形式の可動の多面反射器を使用して、平らな反射面を光ビームと連続的に反射接触できることも明らかであろう。このような別の反射器は、直線及び回転モータを含む多数の種々様々な電気機械的アクチュエータシステムによって操作することができ、特定の用途に対し小面の所望速度を与えるように特定のアクチュエータシステムが選択される。各組のビーム202、302に対する垂直の光学的−機械的装置即ち素子216、316は、回路38及び制御電子装置220の制御のもとでビームを垂直方向にシフトさせる。垂直の光学的−機械的装置即ち素子216、316は、ビーム202、302の各々に対して第2の可動反射器を構成する。例えば、検流計で作動される反射器を使用することができる。既知の圧電素子を含む他の光学的−機械的装置又は素子を使用することもできる。別の実施形態では、ビームの垂直方向シフトは、反射器32の小面を傾斜させることにより行われる。参考としてここに取り上げる ’440特許及び ’075特許出願の開示からこのような実施形態の適当な変更が明らかとなろう。
【0013】
各光ビームソース200、300からのビーム202、302の光学路は、光ビームが回転多角形32で遮られて、多角形が回転するときに表示スクリーン206を横切る所望の走査範囲を与えると共に、各光学路に対して光学的−機械的素子216、316を使用して線の垂直方向変位を与えるように構成される。光学路は、特定の用途に依存し、そして図示されたように、光ビーム202、302に対して各々設けられたコリメート光学系208、308及び投影光学系210、310を備え、表示スクリーン206に所望のスポットサイズでビームを収束させる。又、光学路は、共通(又は個別)の反射光学素子212を使用して、経路長さを増加することができる。コリメート光学系208、308及び投影光学系210、310の各々は、1つ以上のレンズ及び1つ以上の反射器を備えている。ここに示す特定の実施形態では、第1ビーム路に対するコリメート光学系は、ミラー222、レンズ224、レンズ226、レンズ228、ミラー230及びレンズ232を含む。第2ビーム路に対するコリメート光学系は、ミラー322、レンズ324、レンズ326、レンズ328、ミラー330及びレンズ332を含む。コリメート光学系208、308は、各々、第1の垂直の光学的−機械的素子216及び第2の光学的−機械的素子316へコリメートされたビームを与え、これらは、上述した可動反射器を含む。第1ビーム路のビームは、次いで、多角形32を経て投影光学系210へ送られ、これは、レンズ236及びミラー238より成り、これらは、ビームをミラー212へ、次いで、表示スクリーン206へ送る。第2ビーム路のビームは、次いで、多角形32の異なる小面を経て投影光学系310へ送られ、これは、レンズ336及びミラー338より成り、これらは、ビームをミラー212へ、次いで、表示スクリーン206へ送る。
【0014】
図2Bに示された光学路及び光学素子に対して種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。例えば、光学路の長さを増加し、又は幾何学形状を変更して、限定スペース用途での走査範囲を最大にするように、付加的な光学素子を設けてもよい。或いは、光学路は、適当な幾何学形状のビームソース200、300、反射器32及びスクリーン206を許す用途では、反射素子212のような経路延長素子を必要としなくてもよい。同様に、特定用途に対する所望のスポットサイズを与えるように、付加的な収束又はコリメート光学素子を設けてもよい。他の用途では、各経路における全組のビームより少ないビームのグループに対して個々の光学素子を組み合わせてもよい。例えば、1行のダイオードアレーにおける全ダイオードが、1組の光学的コリメート素子により収束されてもよい。更に別の実施形態では、ダイオードアレー200、300から放射される光ビーム自体により所望のスポットサイズ及び解像度を与えることができる場合には、収束素子を省くことができる。次いで、スクリーン206は、反射性スクリーンでも透過性スクリーンでもよいが、現在では、高輝度が与えられることから、透過性拡散スクリーンが好ましい。
【0015】
更に、図2A及び2B、そして1つの垂直位置における走査パターンを示す図3に概略的に示されたように、光学路は、回転反射器32の各小面34に複数の光ビーム202、302を同時に与えて、スクリーン206の2つのパネルを照射する。特に、複数のビーム202は、第1の小面を経てディスプレイ206の第1パネル即ち区分240の各スポット即ちピクセルへ同時に向けられる。次いで、複数のビーム302は、第2の小面を経てディスプレイ206の第2パネル即ち区分340の異なる組のピクセルへ同時に向けられる。継ぎ目のない像を形成するために、重畳領域242が設けられる。光源200、300からの複数のビームが単一のピクセルを同時に照射してもよい。特に、カラーディスプレイでは、1行のダイオードアレーにおける3つのダイオード全部が単一のピクセルを同時に照射することができる。モノクロディスプレイの用途でも、複数のビームが単一ピクセルにおいて合成されて輝度の増加を与えることができる。複数のビームを1つのピクセルへとこのように合成することは、図3に一般的に示されたビームがディスプレイ206へ向けられることによって暗示され、その各々は、異なる周波数又はカラーの複数の個別の成分ビームを含むのが好ましい。ビーム202、302がスクリーン206上のビデオデータをトレースする特定の仕方が図4Aないし4Hに示されている。
【0016】
図4Aないし4Hは、ディスプレイによって与えられる光ビーム走査パターン及び走査方法を逐次に示す。各小面は、全垂直フィールドの一部分を走査する(ここに示す例では、小面当り32本の線が8本の水平線で均一に離間される)。図4Aないし4Hの各々は、新たな小面で走査される複数の水平走査線(例えば、図示された32本)を各々含む新たな垂直走査位置を表わしている。これらの線の垂直方向変位は、各パネル240、340に対して各光学的−機械的素子216、316を使用して行われる。図示された8線の間隔では、垂直方向のシフトは、8本の線しかカバーしない。制御電子回路220のメモリは、全垂直表示に対しビデオデータの複数の水平線を記憶する。制御電子装置220の制御回路は、所与の垂直位置に対しメモリに記憶された複数の水平線からのビデオデータに基づいて光ビームソースを同時にアクチベートし、各アクチベートされた水平線は、図4Aないし4Hの各々に示されたように、アクチベートされない複数の水平線により離間される。全表示スクリーンは、図4Aないし4Hに示すように、垂直シフト及び水平走査を複数回逐次に繰り返すことにより照射される。即ち、図4Aないし4Hは、全垂直表示情報を累積的に表わす。この新たな走査パターンの利点は、光学的−機械的素子216、316、例えば、検流計により必要とされる移動量が非常に僅かで、水平線を非常に直線的にできることである。図示された同時に走査される水平線の間隔(即ちn=8)、及び同時に走査される水平線の本数(即ち32)の選択は、単なる一例に過ぎず、これらの数値は、特定の表示用途に対して変更できることが明らかであろう。
【0017】
これら走査の利点は、その幾つか又は全部を他の用途でも得ることができる。それ故、ここに述べたインターレース式ビーム走査光学系及び走査パターンは、光ビームの正確な走査を必要とする、ディスプレイ以外の用途にも使用できる。
以上、特定の実施形態及び特定の動作モードに関連して本発明を詳細に説明したが、それらは単なる例示に過ぎず、本発明の範囲内で多数の異なる実施が可能であることが明らかであろう。従って、上記の詳細な説明は、本発明をこれに限定するものでないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
公知のレーザ走査装置の概略上面図である。
【図2A】
本発明の好ましい実施形態に基づく光ビームディスプレイの概略図である。
【図2B】
本発明の好ましい実施形態に基づく光ビームディスプレイの概略図である。
【図3】
本発明の光ビームディスプレイの動作に基づく走査パターンを概略的に示す図である。
【図4A】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4B】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4C】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4D】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4E】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4F】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4G】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4H】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【関連出願】
本出願は、参考としてここに援用する2000年10月27日に出願したプロビジョナル特許出願第60/244,075号に対する35USC119(e)のもとでの優先権を請求するものである。
【技術分野】
本発明は、ビデオ情報を表示するディスプレイ装置及び方法に係る。より詳細には、本発明は、光ビームを走査してビデオ情報を表示する光ビームディスプレイ装置及び方法に係る。
【0002】
【背景技術】
高解像度ディスプレイは、コンピュータモニタ、HDTV及びシミュレータを含む種々の用途を有する。このような用途で最初に考慮すべきことは、解像度、最大ビュー面積、コスト及び信頼性である。CRTディスプレイ、後方投影及び前方投影ディスプレイ、プラズマディスプレイ及びLCDを含む多数の解決策が利用されているが、上述した全ての所望特性を満足に与えることのできるものは皆無である。コントロールパネルのディスプレイ、乗物及び航空機のオンボードディスプレイのような他のディスプレイ用途では、解像度は、輝度、コンパクトサイズ及び信頼性より重要度が低い。
【0003】
発光ダイオードやレーザビームディスプレイのような光ビームに基づくディスプレイは、潜在的に、上述した両形式のディスプレイに対して多数の効果を発揮し得るが、このようなディスプレイは、広く利用されていない。これは、主として、必要な精度で表示スクリーン上に光ビームを走査する能力に制約があるためである。レーザビームを走査する1つの従来の解決策は、回転ミラーを使用し、このミラーが回転するときに直線的方向にレーザビームを走査することである。典型的に、ミラーは、各辺が直線方向におけるレーザビームの1つの走査長さに対応する多角形の形状とされる。ビームの垂直方向のシフトは、典型的に、第2のミラーによって与えられ、ディスプレイ用途に必要とされる二次元走査が与えられる。
【0004】
このような回転多角形レーザビームXYスキャナの一例が、図1に示されている。図1に示された公知のレーザビーム走査装置は、多角形ミラー1を使用し、このミラーは、レーザ2によって発生されたレーザビームを受け取り、そしてそのレーザビームを、多角形1が回転するときに走査方向Xに偏向する。第2ミラー3は、ビームをY方向に垂直にシフトして、連続的な水平線を走査するように構成される。従って、2つのミラーは、各々、全X方向及び全Y方向に走査する。ディスプレイのサイズ及びディスプレイの解像度が増加するにつれて、2つの可動ミラーの必要な整列精度を維持することが非常に困難になる。種々の形式の歪が生じ、HDTVのような高解像度の用途では受け入れられない。これらのファクタは、商業的に受け入れられる走査レーザ又は光ビームディスプレイを提供するために重大な問題を引き起こす。
【0005】
従って、水平及び垂直の両方向に正確な走査を与えることのできる走査光ビームディスプレイが現在要望される。更に、このようなディスプレイで、そのコストを不当に増加することのないディスプレイが現在要望される。
【0006】
【発明の開示】
本発明は、第1の特徴において、垂直及び水平の次元を有する表示スクリーンと、複数本の光ビームのソースと、上記表示スクリーンと光ビームソースとの間に複数の反射小面を有する可動の反射器を含む光学路とを備えた光ビームディスプレイを提供する。上記可動の反射器は、複数本の光ビームをその可動反射器の1つ以上の小面を経て表示スクリーンへ案内して、ディスプレイの複数の異なる走査線を同時に照射し、この同時照射の走査線は、複数の非照射の走査線で離間される。光ビームを垂直方向にシフトして表示スクリーンの異なる走査線を照射するための光学的機械的素子が設けられる。水平走査線のこのインターレースは、垂直シフトの量を最小にして、全表示エリアを非常に正確に走査できるようにする。
【0007】
好ましくは、可動反射器は、回転可能な多角形であり、そして光ビームディスプレイは、更に、この多角形を所定の角速度で回転するモータを備え、次々の小面を光学路へもっていって、複数の光ビームを遮るようにする。光ビームソースは、好ましくは、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第1の複数の発光ダイオードを含む。このアレーは、3列を有し、そして各列は、原色を有する光ビームソースに対応する。表示スクリーン上で照射される2つのパネルを使用する1つの好ましい実施形態において、光ビームソースは、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第2の複数の発光ダイオードを更に含み、そして上記光学路は、複数の光ビームを、可動反射器の第1及び第2の各小面を経て表示スクリーンへ向けて、ディスプレイの異なる水平領域、即ちパネルを同時に照射する。光学的機械的素子は、第2の可動反射器に接続された検流計又は圧電装置を含む。
【0008】
本発明は、更に別の特徴において、表示情報の複数の水平線を含むビデオデータを受信するための入力と、表示スクリーンと、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第1の複数の光ビームソースと、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第2の複数の光ビームソースとを備えた光ビームディスプレイを提供する。メモリは、ビデオデータの複数の水平線を記憶し、そして制御回路は、このメモリに記憶された複数の水平線からのビデオデータに基づいて上記光ビームソースを同時にアクチベートし、そのアクチベートされた水平線の各々は、複数の非アクチベート水平線により離間される。表示スクリーンと第1及び第2の複数の光ビームソースとの間には各々第1及び第2の光学路が設けられ、その各々は、複数の反射小面を有する第1の可動反射器と、第2の可動反射器とを備えていて、同時にアクチベートされた複数のビームを表示スクリーンに向ける。第1の可動反射器は、2つの光学路に対して共有され、そして第1及び第2の複数の光ビームを水平に走査する。各経路の第2の可動反射器は、第1及び第2の複数の光ビームを垂直に走査し、全ての水平線を逐次に走査する。
【0009】
本発明は、更に別の特徴において、複数の光ビームを使用して表示スクリーンに情報を表示する方法を提供する。この方法は、複数の光ビームを表示スクリーンに向け、そして複数の光ビームを第1方向に走査して表示スクリーン上の第1の複数の平行な走査線を同時にトレースする段階を備え、この第1の複数の平行な走査線は、第2方向に離間されている。例えば、32本の平行な走査線が8本の線で離間されたものが設けられる。上記方法は、更に、複数の光ビームを第2方向にシフトし、そして再び、複数の光ビームを第1方向に走査して表示スクリーン上の第2の複数の平行な走査線を同時にトレースする段階を備え、この第2の複数の平行な走査線は、第2方向に離間され、そして第1の複数の平行な走査線とインターレースされる。上記方法は、上記シフト及び走査を繰り返して表示スクリーン上の第3の複数の平行な走査線をトレースする段階を備え、この第3の複数の平行な走査線は、第2方向に離間され、そして上記第1及び第2の複数の平行な走査線とインターレースされる。上記シフト及び走査を複数回逐次繰り返すことにより、全表示スクリーンが照射される。例えば、8本の走査線の間隔では、シフト及び走査が8回行われる。表示スクリーンは、ほぼ長方形の形状を有し、そして上記第1方向は、スクリーンの水平次元に対応し、そして上記第2方向は、スクリーンの垂直次元に対応する。水平方向は、個別のビームソースにより走査されるパネルに分割できる。
【0010】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の更に別の特徴は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らかとなろう。
図2A及び2Bを参照すれば、本発明の光ビームディスプレイの好ましい実施形態が、その実施形態の基本的構造及び電子回路を示す概略図で示されている。構造部品及び光学路の寸法は、図2Bでは正しいスケールで示されておらず、光学路の特定の寸法及びレイアウトは、特定の用途に依存する。光ビームソース、多小面の多角形及び他の光学系、並びにディスプレイ電子回路は、参考としてここに援用する1998年10月8日に出願された米国特許出願第09/169,163号、現在では2001年1月16日に発行された米国特許第6,175,440号の教示を使用することができる。又、参考としてここに援用する1999年12月28日に発行された米国特許第6,008,925号、1997年7月8日に発行された米国特許第5,646,766号、及び1992年11月24日に発行された米国特許第5,166,944号の教示を使用することもできる。従って、以下の説明は、ディスプレイの全ての観点について詳細に述べるものではなく、付加的な詳細については、上記特許を参照されたい。
【0011】
図2A及び2Bのディスプレイは、複数の光ビーム202の第1ソース200を備え、これら複数のビームは、以下に詳細に述べるように、異なる周波数及び色のビームを含み、そして光源200と表示スクリーン206との間に光ビームのための第1光学路を備えている。複数のビーム302の第2ソース300も、表示スクリーン206へのほぼ平行な第2光学路と共に設けられる。ビームのアクチベーションは、以下に詳細に述べるように、ソース100からのビデオデータに応答して制御電子回路220によって制御される。ここに示す好ましい実施形態の一例として、光源200、300は、各々、複数の行と少なくとも1つの列を有する発光ダイオードの長方形アレーより成る。モノクロディスプレイは、各ダイオードアレーに対して単一の列を有し、一方、カラーディスプレイは、3列以上を有する。特に、輝度を正規化するために付加的な列を設けることができる。例えば、2つの緑の列を設け、緑のダイオードが赤及び青のダイオードより低輝度の光ビームを与えるようにすることができる。従って、カラーアレーは、各行に3原色を与える。行の数は、各ダイオードアレーにより表示スクリーン206上でトレースされる平行な走査線の数に対応する。例えば、32行のダイオードが使用される。従って、各2次元ダイオードアレー200、300は、1ないし96本の個別の光ビーム202、302を同時に与えることができる(以下に述べる走査パターンを与える制御電子回路220の制御のもとで)。供給ヘッド200、300当りの光源(例えばLED又はファイバ)の数は、解像度の要求に基づいて変化する。複数の光ビームの他のソースを使用することもできる。例えば、AOM変調器を使用して単一のビームを複数の別々に変調されたビームに分割し、複数のビームのソースを構成することができる。AOM変調器を使用して複数のビームを形成する解決策は、参考としてここに援用する米国特許第5,646,766号に開示されている。
【0012】
光ビームディスプレイは、水平走査のための第1の可動反射器を備え、これは、多小面付きの多角形反射器32より成るのが好ましい。多角形における小面の数は、同時に走査される水平線の間隔に対応するが、解像度の要求に応じて変化し得る。多角形の反射器32は、好ましくは、この反射器32を高速回転させる変速モータに接続され、反射器の周囲の次々の平らな反射小面34が光ビームと反射接触状態にされる。反射器32の回転速度は、エンコーダ(図示せず)によって監視され、該エンコーダは、次いで、モータ制御回路36に信号を供給し、そして該制御回路は、制御電子回路220に接続されている。モータ制御回路、電源及び角速度制御フィードバックは、上記米国特許第5,646,766号の教示を使用する。多角形の多小面付き反射器32が現在のところ好ましいが、他の形式の可動の多面反射器を使用して、平らな反射面を光ビームと連続的に反射接触できることも明らかであろう。このような別の反射器は、直線及び回転モータを含む多数の種々様々な電気機械的アクチュエータシステムによって操作することができ、特定の用途に対し小面の所望速度を与えるように特定のアクチュエータシステムが選択される。各組のビーム202、302に対する垂直の光学的−機械的装置即ち素子216、316は、回路38及び制御電子装置220の制御のもとでビームを垂直方向にシフトさせる。垂直の光学的−機械的装置即ち素子216、316は、ビーム202、302の各々に対して第2の可動反射器を構成する。例えば、検流計で作動される反射器を使用することができる。既知の圧電素子を含む他の光学的−機械的装置又は素子を使用することもできる。別の実施形態では、ビームの垂直方向シフトは、反射器32の小面を傾斜させることにより行われる。参考としてここに取り上げる ’440特許及び ’075特許出願の開示からこのような実施形態の適当な変更が明らかとなろう。
【0013】
各光ビームソース200、300からのビーム202、302の光学路は、光ビームが回転多角形32で遮られて、多角形が回転するときに表示スクリーン206を横切る所望の走査範囲を与えると共に、各光学路に対して光学的−機械的素子216、316を使用して線の垂直方向変位を与えるように構成される。光学路は、特定の用途に依存し、そして図示されたように、光ビーム202、302に対して各々設けられたコリメート光学系208、308及び投影光学系210、310を備え、表示スクリーン206に所望のスポットサイズでビームを収束させる。又、光学路は、共通(又は個別)の反射光学素子212を使用して、経路長さを増加することができる。コリメート光学系208、308及び投影光学系210、310の各々は、1つ以上のレンズ及び1つ以上の反射器を備えている。ここに示す特定の実施形態では、第1ビーム路に対するコリメート光学系は、ミラー222、レンズ224、レンズ226、レンズ228、ミラー230及びレンズ232を含む。第2ビーム路に対するコリメート光学系は、ミラー322、レンズ324、レンズ326、レンズ328、ミラー330及びレンズ332を含む。コリメート光学系208、308は、各々、第1の垂直の光学的−機械的素子216及び第2の光学的−機械的素子316へコリメートされたビームを与え、これらは、上述した可動反射器を含む。第1ビーム路のビームは、次いで、多角形32を経て投影光学系210へ送られ、これは、レンズ236及びミラー238より成り、これらは、ビームをミラー212へ、次いで、表示スクリーン206へ送る。第2ビーム路のビームは、次いで、多角形32の異なる小面を経て投影光学系310へ送られ、これは、レンズ336及びミラー338より成り、これらは、ビームをミラー212へ、次いで、表示スクリーン206へ送る。
【0014】
図2Bに示された光学路及び光学素子に対して種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。例えば、光学路の長さを増加し、又は幾何学形状を変更して、限定スペース用途での走査範囲を最大にするように、付加的な光学素子を設けてもよい。或いは、光学路は、適当な幾何学形状のビームソース200、300、反射器32及びスクリーン206を許す用途では、反射素子212のような経路延長素子を必要としなくてもよい。同様に、特定用途に対する所望のスポットサイズを与えるように、付加的な収束又はコリメート光学素子を設けてもよい。他の用途では、各経路における全組のビームより少ないビームのグループに対して個々の光学素子を組み合わせてもよい。例えば、1行のダイオードアレーにおける全ダイオードが、1組の光学的コリメート素子により収束されてもよい。更に別の実施形態では、ダイオードアレー200、300から放射される光ビーム自体により所望のスポットサイズ及び解像度を与えることができる場合には、収束素子を省くことができる。次いで、スクリーン206は、反射性スクリーンでも透過性スクリーンでもよいが、現在では、高輝度が与えられることから、透過性拡散スクリーンが好ましい。
【0015】
更に、図2A及び2B、そして1つの垂直位置における走査パターンを示す図3に概略的に示されたように、光学路は、回転反射器32の各小面34に複数の光ビーム202、302を同時に与えて、スクリーン206の2つのパネルを照射する。特に、複数のビーム202は、第1の小面を経てディスプレイ206の第1パネル即ち区分240の各スポット即ちピクセルへ同時に向けられる。次いで、複数のビーム302は、第2の小面を経てディスプレイ206の第2パネル即ち区分340の異なる組のピクセルへ同時に向けられる。継ぎ目のない像を形成するために、重畳領域242が設けられる。光源200、300からの複数のビームが単一のピクセルを同時に照射してもよい。特に、カラーディスプレイでは、1行のダイオードアレーにおける3つのダイオード全部が単一のピクセルを同時に照射することができる。モノクロディスプレイの用途でも、複数のビームが単一ピクセルにおいて合成されて輝度の増加を与えることができる。複数のビームを1つのピクセルへとこのように合成することは、図3に一般的に示されたビームがディスプレイ206へ向けられることによって暗示され、その各々は、異なる周波数又はカラーの複数の個別の成分ビームを含むのが好ましい。ビーム202、302がスクリーン206上のビデオデータをトレースする特定の仕方が図4Aないし4Hに示されている。
【0016】
図4Aないし4Hは、ディスプレイによって与えられる光ビーム走査パターン及び走査方法を逐次に示す。各小面は、全垂直フィールドの一部分を走査する(ここに示す例では、小面当り32本の線が8本の水平線で均一に離間される)。図4Aないし4Hの各々は、新たな小面で走査される複数の水平走査線(例えば、図示された32本)を各々含む新たな垂直走査位置を表わしている。これらの線の垂直方向変位は、各パネル240、340に対して各光学的−機械的素子216、316を使用して行われる。図示された8線の間隔では、垂直方向のシフトは、8本の線しかカバーしない。制御電子回路220のメモリは、全垂直表示に対しビデオデータの複数の水平線を記憶する。制御電子装置220の制御回路は、所与の垂直位置に対しメモリに記憶された複数の水平線からのビデオデータに基づいて光ビームソースを同時にアクチベートし、各アクチベートされた水平線は、図4Aないし4Hの各々に示されたように、アクチベートされない複数の水平線により離間される。全表示スクリーンは、図4Aないし4Hに示すように、垂直シフト及び水平走査を複数回逐次に繰り返すことにより照射される。即ち、図4Aないし4Hは、全垂直表示情報を累積的に表わす。この新たな走査パターンの利点は、光学的−機械的素子216、316、例えば、検流計により必要とされる移動量が非常に僅かで、水平線を非常に直線的にできることである。図示された同時に走査される水平線の間隔(即ちn=8)、及び同時に走査される水平線の本数(即ち32)の選択は、単なる一例に過ぎず、これらの数値は、特定の表示用途に対して変更できることが明らかであろう。
【0017】
これら走査の利点は、その幾つか又は全部を他の用途でも得ることができる。それ故、ここに述べたインターレース式ビーム走査光学系及び走査パターンは、光ビームの正確な走査を必要とする、ディスプレイ以外の用途にも使用できる。
以上、特定の実施形態及び特定の動作モードに関連して本発明を詳細に説明したが、それらは単なる例示に過ぎず、本発明の範囲内で多数の異なる実施が可能であることが明らかであろう。従って、上記の詳細な説明は、本発明をこれに限定するものでないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
公知のレーザ走査装置の概略上面図である。
【図2A】
本発明の好ましい実施形態に基づく光ビームディスプレイの概略図である。
【図2B】
本発明の好ましい実施形態に基づく光ビームディスプレイの概略図である。
【図3】
本発明の光ビームディスプレイの動作に基づく走査パターンを概略的に示す図である。
【図4A】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4B】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4C】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4D】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4E】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4F】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4G】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
【図4H】
本発明の光ビームディスプレイの好ましい動作モードに基づき与えられた走査パターンを概略的に示す図である。
Claims (20)
- 垂直及び水平の次元を有する表示スクリーンと、
複数本の光ビームのソースと、
上記表示スクリーンと光ビームソースとの間に複数の反射小面を有する可動の反射器を含む光学路であって、上記複数の光ビームをその可動反射器の1つ以上の小面を経て表示スクリーンへ案内して、ディスプレイの複数の異なる走査線を同時に照射し、この同時照射の走査線が複数の非照射走査線で離間されるような光学路と、
上記光ビームを垂直方向にシフトして表示スクリーンの異なる走査線を照射するための光学的機械的素子と、
を備えた光ビームディスプレイ。 - 上記可動反射器は、回転可能な多角形であり、そして上記光ビームディスプレイは、更に、上記多角形を所定の角速度で回転するモータを備えていて、次々の小面を光学路へもっていって、複数本の光ビームを遮るようにする請求項1に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記光ビームソースは、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第1の複数の発光ダイオードを含む請求項1に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記アレーは、3列を有し、そして各列は、原色を有する光ビームソースに対応する請求項3に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記光ビームソースは、複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第2の複数の発光ダイオードを含み、そして上記光ビームディスプレイは、更に、上記第1及び第2の複数のダイオードを同時にアクチベートするための制御手段を備え、更に、上記光学路は、上記同時にアクチベートされた複数の光ビームを、上記可動反射器の第1及び第2の各小面を経て表示スクリーンへ向けて、ディスプレイの異なる水平領域を同時に照射する請求項3に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記光ビームソースは、赤、青及び緑の半導体ダイオードのアレーより成る請求項5に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記光学的機械的素子は、第2の可動反射器を含む請求項1に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記光学的機械的素子は、更に、上記第2の可動反射器に接続された検流計を含む請求項7に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記光学的機械的素子は、圧電装置を含む請求項1に記載の光ビームディスプレイ。
- 表示情報の複数の水平線を含むビデオデータを受信するための入力と、
表示スクリーンと、
複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第1の複数の光ビームソースと、
複数の行と少なくとも1つの列より成るアレーに構成された第2の複数の光ビームソースと、
上記ビデオデータの複数の水平線を記憶するためのメモリと、
上記メモリに記憶された複数の水平線からのビデオデータに基づいて上記光ビームソースを同時にアクチベートするための制御回路であって、そのアクチベートされた水平線の各々が、複数の非アクチベート水平線により離間されるようにする制御回路と、
上記表示スクリーンと第1及び第2の複数の光ビームソースとの間に各々ある第1及び第2の光学路であって、複数の反射小面を有する第1の可動反射器と、各経路に対する第2の可動反射器とを備えていて、上記同時にアクチベートされた複数のビームを表示スクリーンに向け、第1の可動反射器は、第1及び第2の複数の光ビームを水平に走査し、そして各経路の第2の可動反射器は、第1及び第2の複数の光ビームを垂直に走査して、全ての水平線を逐次に走査するような光学路と、
を備えた光ビームディスプレイ。 - 上記第1の可動反射器は、回転可能な多角形であり、そして上記光ビームディスプレイは、更に、上記多角形を所定の角速度で回転するためのモータを備えていて、各小面を光学路へもっていって、複数本の光ビームを遮るようにする請求項10に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記光ビームソースの各アレーは、光の異なる色に対応する複数の列を有する請求項10に記載の光ビームディスプレイ。
- 各同時に走査される水平線は、8本の線だけ離間される請求項10に記載の光ビームディスプレイ。
- 上記複数の光ビームソースは、発光ダイオードより成る請求項10に記載の光ビームディスプレイ。
- 各アレーは、32行の発光ダイオードより成り、そして32本の線が水平に同時に走査される請求項10に記載の光ビームディスプレイ。
- 複数の光ビームを使用して表示スクリーンに情報を表示する方法であって、
複数の光ビームを表示スクリーンに向け、
複数の光ビームを第1方向に走査して、表示スクリーン上の第1の複数の平行な走査線を同時にトレースし、この第1の複数の平行な走査線は、第2方向に離間されており、
複数の光ビームを第2方向にシフトし、
複数の光ビームを第1方向に走査して、表示スクリーン上の第2の複数の平行な走査線を同時にトレースし、この第2の複数の平行な走査線は、第2方向に離間され、そして上記第1の複数の平行な走査線とインターレースされ、そして
上記シフト及び走査を繰り返して、表示スクリーン上の第3の複数の平行な走査線をトレースし、この第3の複数の平行な走査線は、第2方向に離間され、そして上記第1及び第2の複数の平行な走査線とインターレースされる、
という段階を備えた方法。 - 上記表示スクリーンは、ほぼ長方形の形状を有し、そして上記第1方向は、上記スクリーンの水平次元に対応し、そして上記第2方向は、上記スクリーンの垂直次元に対応する請求項16に記載の方法。
- 上記シフト及び走査を複数回逐次に繰り返すことにより全表示スクリーンが照射される請求項17に記載の方法。
- 上記平行な走査線は、32本の走査線より成る請求項17に記載の方法。
- 上記平行な走査線は、2つの水平パネルに別々に設けられる請求項18に記載の方法。
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