JP2002174796A

JP2002174796A - 電気機械格子表示システム

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Publication number: JP2002174796A
Application number: JP2001290680A
Authority: JP
Inventors: W Kowaltz Malek; ダブリュコワルツマレク; Jr John C Brazas; シーブレイザスジュニアジョン; James G Phalen; ジーフェイレンジェイムス
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2002-06-21
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: DE60125296D1; EP1193525B1; DE60125296T2; EP1193525A2; US6411425B1; JP4814460B2; EP1193525A3

Abstract

(57)【要約】【課題】電気機械コンフォーマル格子装置の線形アレ
イを用いる走査表示システムを提供する。【解決手段】表示システムは照明を提供する光源７
０と、照明を受ける少なくとも２つの個々に動作可能な
電気機械格子装置の線形アレイであって、格子周期が前
記線形アレイの軸に対して所定の角度で方向付けされ、
前記角度が、光をスクリーン９０に投影するためのレン
ズシステム７５の前に、回析された光ビームを分離する
ために十分に大きい、電気機械格子装置の線形アレイ８
５と、不連続数の回析光ビームがスクリーンに達するこ
とを妨げるための遮断素子８３と、遮断されなかった回
析光ビームをスクリーン９０上で移動させるための走査
素子７７と、データ流を前記個々に動作可能な装置に提
供するためのコントローラ８０と、を含むことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次元画像を生成
するために走査される電気機械格子変調器の線形アレイ
を備える表示システムに関し、特にシステム全体に渡っ
て、空間的に分離された回析光ビームを有する電気機械
格子表示システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】様々な設計の電気機械的な空間光変調器
が、表示装置、光学処理、印刷、光学データ保存装置、
及び分光学などの応用法において、使用されている。こ
れらの変調器は、個々に指定可能な装置のアレイを使
い、入射光ビームの位相及び／又は振幅に空間的な変分
を生成する。

【０００３】入射ビームの空間位相変調は、個々に指定
可能な変形可能鏡のアレイによって達成できる。このよ
うな装置は、ホーンベック（Hornbeck）に１９８４年４
月１０日に発行された米国特許第４，４４１，７９１号
に記載のように、変形可能な反射膜を支持物のグリッド
の上に吊ることにより作ることができる。しかしなが
ら、膜及び支持構造物のため、これらの特定の変形可能
鏡は非常に非効率的である。より効率的な変形可能鏡の
設計が、１９９２年１２月８日に発行されたオブライエ
ン等（O'Brien et al.）への米国特許第５，１７０，２
８３号及び１９９８年１２月１日に発行されたロングＪ
ｒ．（Long, Jr.）への米国特許第５，８４４，７１１
号に開示されている。

【０００４】電気機械空間光変調器のもう一つの部類
は、電気機械位相格子を形成する、周期的な一連の反射
素子を備える装置を含む。このような装置では、入射光
ビームが、いくつかの離散した次数の光ビームに選択的
に反射又は回析される。応用法によって、これらの回析
された光ビームの１つ又はそれ以上が収集され光学シス
テムによって使われる。多くの応用法では、変形可能鏡
よりも電気機械位相格子が好適である。電気機械位相格
子は、金属化されたエラストマジェルから形成できる。
１９８６年１２月２日に発行されたグレン（Glenn）へ
の米国特許第４，６２６，９２０号及び１９８９年８月
１５日に発行されたゴールドバート等（Goldburt et a
l.）への米国特許第４，８５７，９７８号を参照。エラ
ストマの下の電極は、電圧の印加によりエラストマが変
形し、シヌソイドに近い位相格子を生成するようにパタ
ーン化される。これらの種類の装置は、色投影ディスプ
レイにうまく使われている。ブリンカー等（Brinker et
al.）による“光弁投影ディスプレイ用金属粘弾性制御
層（Metallized viscoelastic control layers for lig
ht-valve projection displays, Displays 16, 1994, p
p. 13-20）”及びローダー等（Roder et al.）による
“光弁投影ディスプレイ用フルカラー回折光学システム
（Full-colour diffraction-based optical system for
light-valve projection displays, Displays 16, 199
5, pp. 27-34）”を参照。

【０００５】１９９４年５月１０日に発行されたブルー
ム等（Bloom et al.）への米国特許第５，３１１，３６
０号に記載のように、より応答時間の短い電気機械位相
格子は、吊られた微小機械リボン素子から作ることがで
きる。格子光弁（ＧＬＶ）としても知られるこの装置
は、ＣＭＯＳ状の処理をシリコンに施すことにより製作
できる。この装置の改良点がブルーム等によって後に発
見され、これらの改良点は、１）接触面積を最小化し、
リボンと基板との間の静止摩擦を回避するための、リボ
ンの下のパターン化され、上に上げられた領域、及び
２）リボン間の間隔を低減し、リボンを交互に始動し
て、よいコントラストを生成する代替装置設計を含む。
１９９５年１０月１７日に発行された米国特許第５，４
５９，６１０号を参照。ブルーム等はまた、装置を製作
する方法も開示する。１９９７年１０月１４日に発行さ
れた米国特許第５，６７７，７８３号を参照。ＧＬＶの
設計及び製作に関する追加の改良点が、１９９８年１１
月２４日に発行されたブルーム等（Bloom et al.）への
米国特許第５，８４１，５７９号及び１９９７年８月２
６日に発行されたボーンステイン等（Bornstein et a
l.）への米国特許第５，６６１，５９２号に記載されて
いる。

【０００６】表示又は印刷のためには、ＧＬＶ装置の線
形アレイは、１９９９年１１月９日に発行されたブルー
ム等（Bloom et al.）への米国特許第５，９８２，５５
３号に記載されるように、走査シュリーレン光学システ
ムと共に使われてもよい。この代わりに、２０００年７
月１１日に発行されたマンハート（Manhart）への米国
特許第６，０８８，１０２号に記載されるように、画像
を表示するために干渉計を使用する光学システムを使う
こともできる。ブルーム等の’５５３特許の走査シュリ
ーレン表示システムでは、回析光ビームを含む回析平面
が線形ＧＬＶアレイの軸と平行である。すなわち、格子
周期がその軸に平行なためである。このため、表示シス
テムの費用及び複雑さが増加される。すなわち、一次回
析光ビームの効果的な収集は、光学素子の少なくとも一
つの寸法が線形ＧＬＶアレイの大きさよりも相当に大き
いことを必要とする。更に、回析された光ビーム及び反
射された光ビームが、光学システムの大半において空間
的に重なる。回析光の反射光からの分離は、シュリーレ
ン光学システムのフーリエ平面近くで行われる。しかし
ながら、フーリエ平面はまた、一般的には、二次元画像
を生成するための走査鏡の好適な位置でもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、電気機械コンフ
ォーマル格子装置の線形アレイが、コワーズ（Kowarz）
により２０００年１月２６日に出願された米国特許出願
第０９/４９１，３５４号に開示された。この種類の装
置では、格子周期が線形アレイの軸に垂直であることが
好適である。これにより、回析光ビームは、光学システ
ムの大半において、空間的に分離される。米国特許出願
第０９/４９１，３５４号では、新しい装置と共に使う
ための、簡略化した表示システムが可能であるとしてい
る。しかしながら、表示システムの具体的な記載はな
い。したがって、電気機械コンフォーマル格子装置の線
形アレイを使う走査表示システムが必要性とされる。更
に、従来のシステムよりも簡易で低コストのシステムが
必要とされる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
必要性は表示システムを提供することにより達成され、
この表示システムは照明を提供する光源と、照明を受
ける少なくとも２つの個々に動作可能な電気機械格子装
置の線形アレイであって、格子周期が前記線形アレイの
軸に対して所定の角度で方向付けされ、前記角度が、光
をスクリーンに投影するためのレンズシステムの前に、
回析された光ビームを分離するために十分に大きい、電
気機械格子装置の線形アレイと、不連続数の回析光ビー
ムがスクリーンに達することを妨げるための遮断素子
と、遮断されなかった回析光ビームをスクリーン上で移
動させるための走査素子と、データ流を前記個々に動作
可能な装置に提供するためのコントローラと、を含むこ
とを特徴とする。

【０００９】本発明はいくつかの利点を有し、これらの
利点は、１）線形アレイと投影レンズとの間に回転ミラ
ーを配置する新しい柔軟性により、投影レンズから反射
を除去できるためのコントラストの改善、２）走査鏡を
直接フーリエ平面に配置できることによる、走査鏡の大
きさの低減、３）回析した次数の分離を、フーリエ平面
に限らずシステムのほとんどの場所で行うことができる
ための、設計の柔軟性の増加、及び４）レンズ及び他の
光学素子の大きさの低減を含む。

【００１０】

【発明の実施の形態】電気機械コンフォーマル格子装置
の構成及び動作を図１から図４に示す。図１は、非始動
状態にある、二つの隣合うコンフォーマル格子装置５ａ
及び５ｂを示す図である。この実施形態では、装置は静
電力の印加により動作できる。格子装置５ａ及び５ｂ
は、装置を始動させるための電極として機能する底部導
電層１２によって覆われる基板１０の上に形成される。
底部導電層１２は、誘電体保護層１４によって覆われ、
その上に隔離層１６及びスペーサ層１８が続く。スペー
サ層１８の上には、リボン層２０が形成され、このリボ
ン層２０は反射層２２によって覆われる。反射層２２は
また、導電体でもあり、コンフォーマル格子装置５ａ及
び５ｂを始動させるための電極を提供する。反射及び導
電性層２２は、二つのコンフォーマル格子装置５ａ及び
５ｂに電極を提供するようパターン化される。リボン層
２０は好適には、十分な引張応力を有する物質を含み、
これにより、大きい復帰力を提供する。二つの装置５ａ
及び５ｂの各々はそれぞれ、反射及び導電性層２２及び
リボン層２０からパターン化される、関連する伸張リボ
ン素子２３ａ及び２３ｂを備える。伸張リボン素子２３
ａ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によって支持され、また、４つの
幅の等しいチャネル２５を形成するよう均一の距離で離
れる一つ又はそれ以上の中間支持部２７によって支持さ
れる。伸張リボン素子２３ａ及び２３ｂは、端部支持部
及び中間支持部２７に保持される。複数の正方形の隔離
部２９が、チャネル２５の底部に隔離層１４からパター
ン化される。これらの隔離部２９が、リボン素子が始動
された際にくっつく可能性を低減する。

【００１１】図２にコンフォーマル格子装置５ａ、５
ｂ、５ｃ、及び５ｄの４つの装置による線形アレイを示
す。下に位置する構成を示すために、伸張リボン素子
を、図面の線２−２より下の部分では部分的に取除いて
図示する。最良の光学性能及び最大のコントラストのた
めには、中間支持部２７が伸張リボン素子２３ａ、２３
ｂ、２３ｃ、及び２３ｄの下に完全に隠される必要があ
る。したがって、上から見た場合、中間支持部は、コン
フォーマル格子装置５ａから５ｄの間の間隙２８から認
識できてはならない。ここで、各コンフォーマル格子装
置は、３つの中間支持部２７と４つの幅の等しいチャネ
ル２５とを有する。中間支持部２７の中央間の距離Λに
より、始動状態におけるコンフォーマル格子装置の周期
が定義される。伸張リボン素子２３ａから２３ｄは機械
的及び電気的に互いから隔離され、これにより、４つの
コンフォーマル格子装置５ａから５ｄの独立した動作を
可能にする。図１の底部導電層１２は、全ての装置に共
通であってもよい。

【００１２】図３は、図２の線３−３を通る、非始動状
態にあるコンフォーマル格子装置５ｂ（図１に示され説
明された）の２つのチャネル２５を示す側面図である。
図４は同様の図であるが、始動状態を示す。装置を動作
させるために、底部導電層１２と伸張リボン素子２３ｂ
の導電層２２との間に電圧が印加され、静電引力が生成
される。非始動状態（図３）では、電圧が存在せず、リ
ボン素子２３ｂは支持部の間に平坦に吊られる。この状
態では、入射光ビーム３０は主に、鏡の方向の０次の光
ビーム３２に回析される。始動状態を得るために、電圧
がコンフォーマル格子装置５ｂに印加され、これにより
伸張リボン素子２３ｂが変形し、周期Λを有する部分的
なコンフォーマル格子を生成する。図４は、完全な始動
状態にある装置５ｂ（図１に示され説明された）を示
し、伸張リボン素子２３ｂが隔離部２９と接触している
状態を示す。素子２３ｂの底部と隔離部２９の上端部と
の高さの差は、入射光の波長λの約四分の一になるよう
選択されている。最適な高さは、始動された装置の具体
的な形状に依存する。始動状態では、入射光ビーム３０
は主に、＋１次光ビーム３５ａ及び−１次光ビーム３５
ｂに回析され、また、＋２次３６ａ及び−２次３６ｂに
回析する追加の光を含む。少量の光が、更に高い次数に
回析され、いくらかの光が０次に回析される。応用法に
より、回析ビームの一つ又はそれ以上が収集され、光学
システムによって使われてもよい。印加された電圧が除
去されると、引張応力及び曲げによる力がリボン素子２
３ｂを元の非始動状態に復帰させる。

【００１３】コンフォーマル格子装置の線形アレイは、
図１から図４に示す装置を格子周期Λの方向（ｙ方向）
がアレイの軸（ｘ方向）に垂直になるように配置するこ
とにより形成される。与えられた入射角に対して、様々
な回析光ビームを含む平面は独特である。これらの平面
は全て、線形アレイにおいて１つの線に交差する。数千
の装置を備える大きな線形アレイが狭い線の光によって
照らされた場合でも、回析された光ビームは、比較的短
い距離で空間的に分離される。この特徴により、光学シ
ステム設計を簡略化でき、回析された光ビームの空間的
な分離がシュリーレン光学装置無しに実行できる設計を
可能にする。

【００１４】従来の格子光弁（ＧＬＶ）を図５及び図６
に示す。図５は、非始動状態にある装置のリボン構造を
示し、図６は始動状態にある装置を示す。装置の動作の
ために、底部導電層４２と、リボン素子４６の上の反射
及び導電性層４８との間の電圧差により静電引力が生成
される。非始動状態では、電圧が存在せず、ＧＬＶ装置
内の全てのリボン素子４６が、基板４０の上に同じ高さ
で吊られる。この状態では、入射光ビーム５４は主に、
鏡から反射するように反射し０次の回析光ビーム５５を
形成する。始動状態（図６を参照）を得るために、電圧
が交互のリボン素子４６に印加され、格子が生成され
る。完全な始動状態では、一つおきのリボン素子４６が
保護層４４と接触する。隣合うリボン間の高低差が入射
光ビーム５６の波長の四分の一である時、光ビームは主
に、＋１次光ビーム５７と−１次光ビーム５８と、に回
析される。応用法により、一つ又はそれ以上の回析ビー
ムが光学システムによって収集され使われてもよい。印
加電圧が取り除かれると、引張応力による力がリボン素
子４６を元の非始動状態に復帰させる（図５を参照）。

【００１５】次のテーブルに、コンフォーマル格子装置
と従来のＧＬＶとの、各種類の単一の装置における、鍵
となる違いを要約する。

【００１６】

【表１】上述のパラメータは、各装置の好適な形式に関係するこ
とに留意されたい。

【００１７】従来のＧＬＶ装置から作られる線形アレイ
の場合、全てのリボン素子が通常、互いに平行して配置
される。図７に、このような線形アレイの一部の平面図
を示す。この例では、５つの装置４５ａ、４５ｂ、４５
ｃ、４５ｄ、４５ｅの各々が、互いに電気的に接続され
た４つの可動リボン素子４６ａと、アースに接続された
４つの静止リボン素子４６ｂと、を含む。装置への電圧
の印加により、その装置に属する可動リボン素子４６ａ
が一斉にチャネル５０へと始動される。始動されたリボ
ンにより形成された格子周期Λは、アレイの軸に平行で
あり、リボン素子４６ａ及び４６ｂの長さに垂直であ
る。そして回析光ビームは比較的長い距離に渡って空間
的に重なる。

【００１８】２種類の線形アレイの比較例として、４ｃ
ｍの長さ（２０μｍの幅の装置が２０００個）が、幅１
００μｍの線の光によって照らされるコンフォーマル格
子装置のアレイを考慮する。回析次数が角度で１°分離
されるように周期が選択された装置では、次数は約６ｍ
ｍで空間的に分離される。この回析次数の急速な分離
は、格子周期がコンフォーマル格子装置の線形アレイの
軸に垂直であり、リボン素子の長さに平行であるために
生じる。同様の、角度で４°の分離を回析次数間に有す
る４ｃｍの従来のＧＬＶ装置の線形アレイは、シュリー
レン光学システムの使用無しに、空間的な分離のために
少なくとも６０ｃｍを必要とする。この比較的遅い次数
分離は、格子周期がＧＬＶ装置の線形アレイの軸に平行
なために生じる。

【００１９】ＧＬＶ装置の線形アレイは、図８に示すよ
うにリボン素子がアレイの軸に垂直になるように構成す
ることもできる。５つの装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、
６２ｄ、６２ｅの各々は、個々に操作可能であり、それ
ぞれのチャネル６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０
ｅを備える。このようなＧＬＶ装置では、格子周期Λが
アレイの軸に垂直であり、回析された光ビームは、比較
的短い距離で空間的に分離される。しかしながら、この
種類のＧＬＶアレイは、装置間に相当の間隙が存在する
という欠点を有し、これにより表示装置上にいくらかの
ピクセル化（pixelation）が生じる。

【００２０】図９に、シュリーレン光学システムを有す
る従来のＧＬＶに基づく表示システムを示す。線形アレ
イ８５は、図７に示す種類のＧＬＶ装置を含む。光は源
７０から放射され、球形レンズ７２及び円筒形レンズ７
４を通過して回転鏡８２にあたる。回転鏡８２は、投影
レンズシステム７５のフーリエ（焦点）平面に配置され
る。単一のレンズ素子のみを図示するが、実際には、投
影レンズシステムは複数の素子を含む。回転鏡８２によ
って反射された光は、投影レンズシステム７５によっ
て、線形アレイ８５を照らす線に焦点を合わされる。投
影レンズシステム７５に当たる照明のうち一部が反射さ
れる。このような反射に起因する表示システムのコント
ラストの低減を回避するために、投影レンズシステム７
５は、非常に良い光学被覆を備える必要がある及び／又
は軸からはずして使う必要がある。線形アレイ８５のＧ
ＬＶ装置は、コントローラ８０によってピクセルの線に
対応するよう選択的に始動される。リボン素子への電圧
の印加により、アレイの特定の装置が始動されると、そ
の装置は、光を主に＋１次及び−１次の光ビームに回析
する。始動されない装置では、光は主に０次の光ビーム
に回析される。これらの三つの主要光ビームが、同じ投
影レンズ７５によって収集される。投影レンズ７５はこ
れらの三つの光ビームをフーリエ平面上の独特のスポッ
トへと焦点を合わせる。０次光ビームは回転鏡８２にあ
たり、光源７０に向かって反射される。＋１次及び−１
次光ビームは、回転鏡８２の上及び下を通過し、走査鏡
７７に当たる。走査鏡７７は光ビームをスクリーン９０
の全域で掃引し、視認可能な二次元画像を形成する。更
に高次の光ビームもまた、フーリエ平面上のスポットと
して現れ、フーリエ平面上の止め（図示せず）によって
このスポットがスクリーン９０に達することを妨害でき
る。コントローラ８０は、走査鏡７７の掃引と線形アレ
イ８５の装置の始動とを同期させる。

【００２１】図９の従来の表示システムでは、＋１次及
び−１次の光ビームを０次光ビームから効率的に分離す
るために、回転鏡８２を投影レンズシステム７５のフー
リエ平面近くに配置する必要がある。すなわち、回転鏡
は、レンズからおおよそ焦点距離ｆの位置に配置される
必要がある。しかしながら、この位置は、＋１次及び−
１次の光ビームがしっかりと焦点を合わされ、走査鏡７
７の大きさ及び重さを低減できる場所であるため、走査
鏡７７を配置するためにも最良の位置でもある。

【００２２】図１０から図１２に、本発明の好適な実施
形態を示す。図１０に、回転鏡８２が線形アレイ８５と
投影レンズシステム７５との間に配置された表示システ
ムを示す。源７０によって放射された光は、球形レンズ
７２及び円筒形レンズ７４で調節され、回転鏡８２にあ
たり、線形アレイ８５上に焦点を合わされる。このシス
テムでは、円筒形レンズの軸は、図９の円筒形レンズに
対して、９０°回転されている。回転鏡８２を線形アレ
イ８５と投影レンズシステム７５との間に配置すること
により、照明光ビームが投影レンズシステム７５を通過
しないため、図１０の従来システムにおける、コントラ
ストを低減する反射が排除される。図１１に、光の線８
８によって照らされる線形アレイ８５を示す。この特定
の例では、１７個の電気機械コンフォーマル格子装置が
図示される。実際には、数百又は数千の装置が存在す
る。コントローラ８０は、与えられた二次元画像の線に
対する望まれるピクセルパターンに基づいて、始動する
装置を選択する。始動されない特定の装置では、該装置
が入射光ビームを主に０次の光ビームに回析し、この光
ビームは回転鏡８２にあたり源７０に向かって反射され
る。始動された装置では、該装置が入射光ビームを主に
＋１次及び−１次の光ビームに回析する。これらの２つ
の一次回析光ビームは、回転鏡８２の周りを通過し、投
影レンズシステム７５によってスクリーン９０に投影さ
れる。更に高次の回析光ビームは、止め８３を追加する
ことにより妨害できる。走査鏡７７は、線画像をスクリ
ーン９０の全域で掃引し、二次元画像を形成する。好適
には、走査鏡７７は、投影レンズシステム７５のフーリ
エ平面近くに配置される。図１２に、連続した１０８０
個の一連の線走査からの二次元画像の形成を示すスクリ
ーン９０に向いた図を示す。

【００２３】明らかに、この表示システムには２種類の
回析光ビームが存在する。遮断素子によってスクリーン
９０に達することが妨害された光ビームと、遮断素子を
通過しスクリーン９０上に画像を形成する光ビームと、
である。この特定のシステムでは、遮断素子は、０次光
ビームを妨げる回転鏡８２と、±２次、±３次、±４
次、．．．の光を妨げる止め８３と、である。以下の実
施形態では、同様の遮断素子が使われ、望まれない回析
光ビームがスクリーンに達することを防止する。しかし
ながら、当業者には明らかなように、この目的のために
他の素子を使うこともできる。例えば、止め８３を、傾
斜した鏡によって置換えることができる。

【００２４】線形アレイ８５は好適には、図１から図４
に示す電気機械コンフォーマル格子装置から構成され
る。線形アレイ８５はまた、図８に示す種類のＧＬＶ装
置から構成されてもよく、又は他の種類の電気機械格子
装置から構成されてもよい。しかしながら、回転鏡８２
を投影レンズシステム７５の前に配置するためには、格
子周期Λは、線形アレイ８５の長軸に対して十分に大き
な角度回転させられている必要がある。図１から図４に
示す電気機械コンフォーマル格子装置及び図８のＧＬＶ
装置の場合、この角度は９０°である。回析された次数
が、投影レンズシステム７５に達する前に分離されるも
のであれば、より小さな角度を使うこともできる。しか
しながら、この種類の表示システムを、格子周期と線形
アレイ８５との間の角度無しに作ることは、実用的では
ない。したがって、図７に示す種類の従来のＧＬＶ装置
の線形アレイは、この種類のシステムと共に使うことは
できない。

【００２５】従来の表示システム（図９）と、本表示シ
ステム（図１０）との重要な違いは、回析された光ビー
ムの両システムを通じた伝播を検討することにより理解
できる。図１３から図２０は、図９の従来システムにお
ける線形アレイ８５とスクリーン９０との間の、いくつ
かの平行な平面に沿った回析光ビームの振幅を示す。こ
のモデル例では、レンズは５０ｍｍの焦点距離ｆを有
し、線形アレイは１ｃｍの長さである。Ｄは、線形アレ
イ８５と、興味対象の平面との距離を意味する。図１３
から図１６に示すように、線形アレイ８５から出てくる
に従って回析光ビームは、線形アレイの軸方向に沿って
広がり始める。様々な回析ビーム間の干渉によって、当
業者には傾き縞（tilt fringe）として知られる、急速
な強度の変化が生じる。投影レンズの直前の平面では
（図１６を参照）、回析光ビームは、線形アレイの長さ
の約２倍に広がっている。レンズは、スクリーンに投影
する回析光ビーム、この場合は＋１次及び−１次の光ビ
ームの切捨てを回避するために十分に大きい必要があ
る。投影レンズシステム７５を通過した後、ビームは焦
点に集まりはじめる。線形アレイ８５からのＤ＝９０ｍ
ｍの距離では、様々な回析次数が空間的に分離されてい
る。＋３次、＋２次、+１次、０次、−１次、−２次、
−３次に対応する独特のスポットを見ることができる
（図１９を参照）。フーリエ平面（Ｄ＝１００ｍｍ）で
は、回転鏡８２が０次光ビームを妨げ、止めが＋３次、
＋２次、−２次、−３次を妨げる。＋１次及び−１次光
ビームは、スクリーン９０に向かって継続し、スクリー
ン９０において空間的に重なり、線画像を形成する。様
々な次数の光ビームが、フーリエ平面近く（Ｄ＝１００
ｍｍ近く）になるまで空間的に分離されないことに留意
することが重要である。したがって、＋１次及び−１次
の光ビームを残りの回析次数から分離するために、この
平面の近辺のみが利用可能である。

【００２６】図２１から図２８に、図１０の表示システ
ムの、いくつかの平行な平面における回析光ビームの振
幅を示す。従来の表示システムと対照的に、様々な回析
光ビームが１つの平面から次の平面へと伝播するに従っ
て、回析光ビームは線形アレイ８５の軸に垂直な方向に
広がる。回析光ビームは、線形アレイ８５から数ミリメ
ートルで空間的に分離し、スクリーン９０及び中間画像
平面の近くを除いて、システムを通じて空間的に分離し
た状態を保つ。図２４に、望まれない回析次数を妨げる
回転鏡８２及び止め８３の直前での光分布を示す。＋１
次及び−１次の光ビームのみが投影レンズシステム７５
を通過する。より良い光学効率のために、更に高次の回
析次数の通過を許してもよい。図２５から図２８に、投
影レンズシステムを通り、フーリエ平面での焦点（Ｄ＝
１００ｍｍ）を通過した後の、＋１次及び−１次光ビー
ムを示す。フーリエ平面近くでは、２つの一次光ビーム
は２つのスポットにしっかりと焦点を合わされている。
したがって、走査鏡７７をここに配置することにより、
走査鏡を小さく、また軽くすることができる。＋１次及
び−１次光ビームは、最終的にスクリーン９０に達した
時に空間的に重なる。

【００２７】本発明の代替実施形態を図２９に示す。投
影レンズシステムは、三つの別個のレンズグループ７５
ａ、７５ｂ、７５ｃを有する。回転鏡８２は、第一レン
ズグループ７５ａと、第一レンズグループ７５ａに隣合
う走査鏡７７との間に配置される。この回転鏡８２の位
置は、回析光ビームがこの空間の１つの軸に沿って視準
するため、有益となる場合がある。円筒形レンズ軸７４
は、図１０の円筒形レンズに対して９０°回転されてい
る。走査鏡７７は好適には、第一レンズグループ７５ａ
のフーリエ平面（焦点平面）に配置される。第二レンズ
グループ７５ｂは、線形アレイ８５の中間画像９２を生
成し、この中間画像９２は、スクリーン９０に現れる画
像を変更するために使うことができる。例えば、開口部
をこの平面に配置し、画像の鋭い境界を作り出すことが
できる。第三レンズグループ７５ｃは、中間画像９２を
スクリーン９０に投影する。

【００２８】システムの配置及び安定性を改善するため
に、光学素子のいくつかを固体構造に組合わせる及び／
又は光学素子のいくつかを同等の部品によって置換える
ことができる。例として、図３０に図１０のいくつかの
部品、具体的には、円筒形レンズ７４、回転鏡８２、止
め８３、及び線形アレイ８５の組合せを示す。図３１に
示すように、回転鏡８２は、四分の一波長板９５及び０
次止め９７を有する偏光ビームスプリッタ９６を使っ
て、置換えることができる。

【００２９】上述の実施形態は、単一色又は色連続表示
システムのいずれにおいても使用できる。色連続表示装
置では、光源７０が、時間的に連続した複数の色を生成
し、コントローラ８０が光源７０と同期する。例えば、
光源７０が３つの組合わされた赤、緑、青のレーザを含
む場合、これらは順にオン状態にされ、重複する赤、
緑、青の画像をスクリーン９０上に生成する。コントロ
ーラ８０によって線形アレイ８５に送られる画像データ
は、オン状態にされたレーザ色と同期する。

【００３０】色連続表示システムは、一度に一色のみを
使用するため、利用可能な光の３分の２を無駄にする。
図３２及び図３３に、三色を同時に投影する、本発明の
実施形態を示す。図３２において、光源７０は、赤、
緑、青を放射する。これらの三色は回転窓８２に当たっ
た後、色組合せ立方体１００によって分離される。赤の
光は、線形アレイ８５ｒを照らし、緑の光は線形アレイ
８５ｇを、青の光は線形アレイ８５ｂを照らす。３つの
線形アレイから出てくる＋１次、０次、及び−１次の光
ビームは、色組合せ立方体１００によって組合わされ
る。回転窓８２は、赤、緑、青の０次光ビームが立方体
を通過した後、これらの光ビームを妨げる。残りの＋１
次及び−１次の光ビームは、投影レンズシステム７５に
よって撮影され、スクリーン９０にカラー画像を形成す
る。３つの止め８３ｒ、８３ｇ、８３ｂが望まれない高
次回析光ビームを妨げる。

【００３１】この代わりに、図３３に示すように、色同
時表示システムを、３つの独特の照明路を備えることに
より作ってもよい。各々がそれぞれの照明光学装置７２
ｒ、７２ｇ、７２ｂ及び７４ｒ、７４ｇ，７４ｂを備え
る、３つの別個の光源７０ｒ、７０ｇ、７０ｂが、３つ
の回転鏡８２ｒ、８２ｇ、８２ｂを介して３つの線形ア
レイ８５ｒ、８５ｇ、８５ｂに光を供給する。色組合せ
立方体１００はここでは、三色の＋１次及び−１次の光
ビームを組合わせる機能のみを有する。図３３の表示シ
ステムと違い、色組合せ立方体１００は、装置を照らす
ための役割を有さない。

【００３２】上述の実施形態を変更し、印刷システムを
得ることができる。例えば、図３４に図１０の構成ブロ
ックから形作られたプリンタを示す。源７０から放射さ
れた光は、球形レンズ７２及び円筒形レンズ７４によっ
て調整され、回転鏡８２にあたり、電気機械コンフォー
マル格子装置の線形アレイ８５に焦点を合わされる。撮
像レンズ１０５が有限共役（finite conjugate）におい
て使用され、線形アレイ８５の線画像を感光性媒体１１
０上に作りだす。この線画像は、回転鏡８２と止め８３
の間を通過する、（遮断されていない）回析光ビームか
ら形成される。走査鏡７７を使い、線画像から二次元画
像を作り出すこともできるが、通常は、媒体配送システ
ムを使い、感光性媒体１１０を線画像に対して移動させ
ることが好適である。図３４において、媒体配送システ
ムは、回転ドラム１０７を備える。媒体の移動は、コン
トローラ８０によって、線形アレイ８５の電気機械コン
フォーマル格子装置の始動と同期される必要がある。こ
の実施形態は、単色または色連続プリンタのいずれにお
いても使用できる。写真紙に三色を同時に印刷できる高
速プリンタを得るためには、３つの線形アレイが必要で
ある。図３５は、図３２の構成ブロックから、以下の変
更と共に形作られる色同時プリンタの実施形態を示す。
有限共役において使われた撮影レンズ１０５が投影レン
ズ７５を置換え、感光性媒体１１０がスクリーン９０を
置換え、感光性媒体１１０を移動させる回転ドラム１０
７が走査鏡７７を置換える。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気機械コンフォーマル格子装置を含む空間
光変調器の斜視部分断面図であり、線形アレイ内の二つ
の装置を示す。

【図２】電気機械コンフォーマル格子装置を含む空間
光変調器の平面図であり、線形アレイ内の４つの個々に
操作可能な装置を示す。

【図３】図２の線３−３を通る断面図であり、非始動
状態にある電気機械コンフォーマル格子装置の動作を示
す。

【図４】図２の線３−３を通る断面図であり、始動状
態にある電気機械コンフォーマル格子装置の動作を示
す。

【図５】非始動状態にある従来の電気機械二段格子装
置の動作を示す図である。

【図６】始動状態にある従来の電気機械二段格子装置
の動作を示す図である。

【図７】従来のＧＬＶ装置を備える空間光変調器の平
面図であり、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に
方向付けされ、格子周期が軸に平行に方向付けされた線
形アレイ内の５つの個々に操作可能な装置を示す。

【図８】従来のＧＬＶ装置を備える空間光変調器の平
面図であり、変形可能リボン素子がアレイの軸に平行に
方向付けされ、格子周期が軸に垂直に方向付けされた線
形アレイ内の５つの個々に操作可能な装置を示す。

【図９】光源、照明光学装置、従来のＧＬＶ装置の線
形アレイ、投影レンズ、走査鏡、コントローラ、及び投
影レンズのフーリエ平面に配置された回転鏡を含む、従
来の線走査シュリーレン表示システムを示す概略図であ
る。

【図１０】光源、照明光学装置、電気機械コンフォー
マル格子装置の線形アレイ、投影レンズ、走査鏡、コン
トローラ、及び線形アレイと投影レンズとの間に配置さ
れた回転鏡を含む、本発明による線走査表示システムを
示す概略図である。

【図１１】光の線によって照らされた電気機械コンフ
ォーマル格子装置の線形アレイを示す図である。

【図１２】投影スクリーンの図であり、スクリーンの
全域における線画像の走査による二次元画像の形成を示
す。

【図１３】従来の線走査シュリーレン表示システムの
一平面上での光分布を示す密度グラフであり、変調器
が、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に方向付け
された従来のＧＬＶ装置の線形アレイであるものを示
す。

【図１４】従来の線走査シュリーレン表示システムの
一平面上での光分布を示す密度グラフであり、変調器
が、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に方向付け
された従来のＧＬＶ装置の線形アレイであるものを示
す。

【図１５】従来の線走査シュリーレン表示システムの
一平面上での光分布を示す密度グラフであり、変調器
が、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に方向付け
された従来のＧＬＶ装置の線形アレイであるものを示
す。

【図１６】従来の線走査シュリーレン表示システムの
一平面上での光分布を示す密度グラフであり、変調器
が、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に方向付け
された従来のＧＬＶ装置の線形アレイであるものを示
す。

【図１７】従来の線走査シュリーレン表示システムの
一平面上での光分布を示す密度グラフであり、変調器
が、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に方向付け
された従来のＧＬＶ装置の線形アレイであるものを示
す。

【図１８】従来の線走査シュリーレン表示システムの
一平面上での光分布を示す密度グラフであり、変調器
が、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に方向付け
された従来のＧＬＶ装置の線形アレイであるものを示
す。

【図１９】従来の線走査シュリーレン表示システムの
一平面上での光分布を示す密度グラフであり、変調器
が、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に方向付け
された従来のＧＬＶ装置の線形アレイであるものを示
す。

【図２０】従来の線走査シュリーレン表示システムの
一平面上での光分布を示す密度グラフであり、変調器
が、変形可能リボン素子がアレイの軸に垂直に方向付け
された従来のＧＬＶ装置の線形アレイであるものを示
す。

【図２１】本発明による線走査表示システムの一平面
上での光分布を示す密度グラフであり、変調器が、電気
機械コンフォーマル格子装置の線形アレイであるものを
示す。

【図２２】本発明による線走査表示システムの一平面
上での光分布を示す密度グラフであり、変調器が、電気
機械コンフォーマル格子装置の線形アレイであるものを
示す。

【図２３】本発明による線走査表示システムの一平面
上での光分布を示す密度グラフであり、変調器が、電気
機械コンフォーマル格子装置の線形アレイであるものを
示す。

【図２４】本発明による線走査表示システムの一平面
上での光分布を示す密度グラフであり、変調器が、電気
機械コンフォーマル格子装置の線形アレイであるものを
示す。

【図２５】本発明による線走査表示システムの一平面
上での光分布を示す密度グラフであり、変調器が、電気
機械コンフォーマル格子装置の線形アレイであるものを
示す。

【図２６】本発明による線走査表示システムの一平面
上での光分布を示す密度グラフであり、変調器が、電気
機械コンフォーマル格子装置の線形アレイであるものを
示す。

【図２７】本発明による線走査表示システムの一平面
上での光分布を示す密度グラフであり、変調器が、電気
機械コンフォーマル格子装置の線形アレイであるものを
示す。

【図２８】本発明による線走査表示システムの一平面
上での光分布を示す密度グラフであり、変調器が、電気
機械コンフォーマル格子装置の線形アレイであるものを
示す。

【図２９】本発明の代替実施形態を示す概略図であ
り、回転鏡が第一の投影レンズと走査鏡との間に配置さ
れ、中間画像平面がシステム中に形成される実施形態を
示す。

【図３０】照明及び回析次数の分離のための光学副シ
ステムの概略図であり、照明光学装置、電気機械コンフ
ォーマル格子装置の線形アレイ、及び回転鏡が単一の機
械的な構成に組み合わされたものを示す。

【図３１】照明及び回析次数の分離のための光学副シ
ステムの概略図であり、回転鏡が偏光ビームスプリッ
タ、四分の一波長板及び０次止めによって置換えられた
ものを示す。

【図３２】カラーの線走査表示システムの概略図であ
り、三色光源、照明光学装置、色組合せ立方体、電気機
械コンフォーマル格子装置の三つの線形アレイ、投影レ
ンズ、走査鏡、及び線形アレイと投影レンズとの間に配
置された回転鏡を含むものを示す。

【図３３】三つの光源を含む色線走査表示システムを
示す概略図である。

【図３４】プリンタシステムの概略図であり、光源、
照明光学装置、電気機械コンフォーマル格子装置の線形
アレイ、撮影レンズ、回転ドラム、感光性媒体、コント
ローラ、及び線形アレイと投影レンズとの間に配置され
た回転鏡を含むものを示す。

【図３５】カラープリンタシステムの概略図であり、
三色光源、色組合せ立方体、及び電気機械コンフォーマ
ル格子装置の三つの線形アレイを含むものを示す。

【符号の説明】

５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄコンフォーマル格子装置、１
０，４０基板、１２，４２底部導電性層、１４，４
４保護層、１６隔離層、１８スペーサ層、２０
リボン層、２２反射層、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２
３ｄ伸張リボン素子、２４ａ，２４ｂ端部支持部、
２５，５０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ
チャネル、２７中間支持部、２８間隙、２９隔
離部、３０，５４，５６入射光ビーム、３２，５５
０次光ビーム、３５ａ，５７＋１次光ビーム、３５
ｂ，５８ −１次光ビーム、３６ａ＋２次光ビーム、
３６ｂ −２次光ビーム、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４
５ｄ，４５ｅ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２
ｅＧＬＶ装置、４６リボン素子、４６ａ可動リボ
ン素子、４６ｂ静止リボン素子、４８反射及び導電
性層、７０源、７０ｒ赤光源、７０ｇ緑光源、７
０ｂ青光源、７２，７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ球形レン
ズ、７４，７４ｒ，７４ｇ，７４ｂ円筒形レンズ、７
５投影レンズシステム、７５ａ第一レンズグルー
プ、７５ｂ第二レンズグループ、７５ｃ第三レンズ
グループ、７７走査鏡、８０コントローラ、８２，
８２ｒ，８２ｇ，８２ｂ回転鏡、８３，８３ｒ，８３
ｇ，８３ｂ止め、８５，８５ｒ，８５ｇ，８５ｂ線
形アレイ、８８光の線、９０スクリーン、９２中
間画像、９５四分の一波長板、９６偏光ビームスプ
リッタ、９７０次止め、１００色組合せ立方体、１
０５撮影レンズ、１０７回転ドラム、１１０感光性
媒体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェイムスジーフェイレンアメリカ合衆国ニューヨーク州ロチェスターメイプルウッドアベニュー 147 Ｆターム(参考） 2H041 AA07 AB38 AC06 AZ01 AZ08 5C058 BA35 EA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気機械格子表示システムであって、照明を提供する光源と、照明を受ける、少なくとも２つの個々に動作可能な電気
機械格子装置の線形アレイであって、格子周期が前記線
形アレイの軸に対して所定の角度で方向付けされ、前記
角度が、光をスクリーンに投影するためのレンズシステ
ムの前に、回析された光ビームを分離するために十分に
大きい、電気機械格子装置の線形アレイと、不連続数の回析光ビームがスクリーンに達することを妨
げるための遮断素子と、遮断されなかった回析光ビームをスクリーン上で移動さ
せるための走査素子と、データ流を前記個々に動作可能な装置に提供するための
コントローラと、を含むことを特徴とする表示システム。