JP2003279889A - レーザ投影ディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペックルを低下させ、空間光変調器におけ
るコヒーレンスのアーチファクトを除去する一方で、高
いスループット効率を有する、レーザディスプレイシス
テムを提供する。 【解決手段】 ディスプレイ装置は、コヒーレンス長を
有する光ビームを放射するレーザ光源と、上記光ビーム
を拡大するビーム拡大器と、空間光変調器と、上記拡大
されたレーザビームを整形して上記空間光変調器の均一
な照射を供給するビーム整形光学装置とを含み、上記ビ
ーム整形光学装置は、複数のレンズレットにてなるアレ
ーを有するフライズ・アイ・インテグレータを含み、上
記光ビームにおいて上記レーザ光源と上記ビーム整形光
学装置との間に配置されたディフューザと、上記光ビー
ムの時間的及び空間的な位相を変化させる電気的に制御
可能なスペックル除去変調器と、遠隔のスクリーン上に
上記空間光変調器の画像を生成する投影レンズとを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを光源とし
て用いた投影ディスプレイ装置に関する。特に、本発明
は、ディスプレイにおけるコヒーレンスに誘発されたア
ーチファクト及びスペックルの発現を低減するための手
段を有するレーザ投影ディスプレイ装置に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ビデオ
画像の表示のための投影ディスプレイシステムは、従来
技術において公知である。これらのシステムは、表示ス
クリーン上に投影される所望の画像を形成するために、
適当な光フィルタリングを備えた１つ以上の光バルブ又
は空間光変調器に光を照射する白色光源の形式、最も有
名なものはキセノンアークランプの形式をとることが可
能である。 【０００３】レーザは、投影ディスプレイのための、ア
ークランプに代わる魅力的な代替の光源として知られて
いる。１つの潜在的な利点は、非常に飽和した色を特色
とする、より広い色の範囲にある。レーザ照射は、何ら
かの空間光変調器と組み合わされたときに改善された効
率とより強いコントラストとを提供する、簡単で低コス
トの効率的な光学システムに対する可能性をもたらす。
投影ディスプレイに係るレーザの１つの不都合な点は、
可視波長において十分なパワーを有する費用効果の高い
レーザ源が、歴史的に欠如していることにある。しかし
ながら、そのようなレーザは（未だに高コストであると
しても）、現在、イェノプティク（JenOptik）及びルメ
ラ・レーザ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテ
ル・ハフツング（Lumera Laser, GmbH）によって製造さ
れ、当該レーザは、赤と緑と青の光を同時に発生する光
パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を特色とする非線形光
学システムをそれぞれ備えた、モードロック型ダイオー
ド励起固体レーザである。このシステムは、１９９８年
１０月２７日に発行された特許文献１と２００１年５月
１５日に発行された特許文献２においてワレンスタイン
（Wallenstein）によって開示され、２００１年５月１
５日に発行された特許文献３においてネイベル（Nebe
l）によって開示されている。１９９８年４月１４日に
発行された特許文献４においてモウルトン（Moulton）
によって開示されたもう１つの例は、Ｑ−ピーク（Q-Pe
ak）によって開発され、赤と緑と青の光を同時に発生す
るＯＰＯシステムを備えた、ＱスイッチドＤＰＳＳレー
ザ（Q-switched DPSS Laser）である。 【０００４】空間光変調器は、レーザディスプレイシス
テムを可能にするもう１つの構成要素を提供する。２次
元空間光変調器の例は、ジェーブイシー（JVC）、スリ
ー−ファイブ（Three-Five）、オーロラ（Aurora）、及
びフィリップス（Philips）から利用可能な液晶オンシ
リコン（ＬＣＯＳ）変調器のような反射型液晶変調器
と、テキサス・インスツルメンツ（Texas Instrument
s）から利用可能なデジタル・ライト・プロセシング
（ＤＬＰ）チップのようなマイクロミラー・アレーとで
ある。１次元アレーとラスタースキャンされるシステム
とに対する２次元変調器の利点は、必要な走査が存在し
ないことと、変調器アレーにおける不均一性に起因する
縞状のアーチファクトが存在しないことと、フレームの
リフレッシュレートよりも非常に高い周波数（＞１２０
Ｈｚ）でのレーザノイズに対する耐性とにある。２次元
空間光変調器の別の利点は、照射するビームの空間的コ
ヒーレンスの低下に対する広い許容性にある。一方、い
くつかの価値ある変調器技術で、高いフィルファクタの
１次元デバイスを容易に製造することができのに対し
て、２次元構成では非常に制限されている。１次元又は
リニアの空間光変調器の例は、シリコン・ライト・マシ
ーンズ（Silicon Light Machines）によって製造され、
１９９４年５月１０日にブルーム（Bloom）他に対して
発行された特許文献５に記述されたグレーティング・ラ
イト・バルブ（ＧＬＶ）と、２００１年１０月２３日に
コヴァーツ（Kowarz）に対して発行された特許文献６に
記述された共焦点グレーティング変調器と、２０００年
７月４日にラマヌジャン（Ramanujan）他に対して発行
された特許文献７に記述された電気光学反射グレーティ
ング変調器とを含む。 【０００５】高いパワーの可視のレーザは、投影システ
ムの設計のために、拡張された光の範囲と簡単化された
光学設計との可能性を含む新たな機会を提供するが、レ
ーザ光は、他の点では、空間光変調器を備えた画像投影
システムに用いるためには最適ではない。特に、レーザ
は、非常に小さな光学的な量（optical volume）（エタ
ンデュ（etendue）又はラグランジュ（lagrange））内
で一般的にコヒーレントな光を放出する、非常に明るい
光源である。エタンデュは、焦点のスポットの面積と、
焦点におけるビームの立体角との積である。ラグランジ
ュは、焦点のスポットの半径と開口数との積である。例
えば、回折限界ビームを用いた単一モードの緑の波長の
レーザは約０．３μｍのラグランジュを有し、これは、
アークランプのような従来型の白色光ランプの光源に対
するラグランジュよりも約１５０００倍だけ小さい。そ
のような小さなラグランジュを備えたことによって、レ
ーザは、厳密に制御されたビームが望ましいフライング
スポットプリンタやレーザ光線ショーのためのものを含
む、ラスター走査システムにおいて非常に効果的に使用
可能である。 【０００６】一方、フィルム又は空間光変調器のような
画像生成媒体の画像がスクリーン又は目標平面に対して
結像される画像投影システムにおいて、レーザの高いコ
ヒーレンスと小さなラグランジュとは根本的に望ましく
ない。そのような画像生成システムにおいて、ラグラン
ジュは、集光レンズの開口数を乗算された、投影される
領域の直線サイズ（linear size）（空間光変調器のサ
イズ）によって決定される。関連した量であるエタンデ
ュも同様に計算される。多くの白色光投影システムにお
いて、投影レンズは、可能なかぎり多くの光を集光する
ように、かなりの大口径（fast）（例えばｆ／３）であ
る。たとえそうであっても、典型的な白色光ランプの光
源は、光バルブと投影レンズの両方でオーバーフィルし
（すなわち、光の量があふれ）、かなりの量の光が失わ
れる。例えば、一般的な０．９”の対角光バルブとｆ／
３の投影レンズとを用いた代表的システムにおいて、最
適な光源は、オーバーフィルすることのない適正な充填
を提供するような、ほぼ２．０ｍｍのラグランジュを有
している。しかしながら、２乃至１０ｍｍの典型的なラ
グランジュを備えた標準的な白色光ランプは十分に明る
くはなく、一般に、この代表的システムでオーバーフィ
ルしてしまう。 【０００７】（ラスタースキャニングに対比して）画像
領域の投影を用いたレーザディスプレイシステムの場合
には、レーザが明るすぎるという、逆の問題が生じる。
さらに、表示される画像に重なることがある縞のよう
な、干渉の効果に対する潜在的な可能性が存在するの
で、コヒーレントな光源で空間光変調器を照射すること
は望ましくない。液晶パネルのグリッド電極パターン、
中心に不連続な部分を備えたＸキューブ、あるいは光学
素子上の任意のごみ又は欠陥を、高度にコヒーレントな
光のビームで照射することによって、回折のアーチファ
クトが発生しうる。ゆえに、そのようなレーザ投影シス
テムに対しては、光源の明るさを低下させること（又は
光源のラグランジュを増大させること）が必要である。 【０００８】光源の明るさに係る画成された低下はま
た、重要な機会を提供する。投影ディスプレイの光学シ
ステムは、解像度とシステムの光効率とシステムの簡単
さに係るシステムの必要条件を最適化し、かつバランス
させるように設計されることが可能である。システムの
ｆ数をシステムの光効率以外の基準に基づいて画成する
ことによって、投影レンズ、カラーフィルタ、偏光光学
装置のような他のシステム構成要素についての仕様を緩
和し、何らかのランプに基づく投影システムと比較して
システムのコストを劇的に低下させることができる。 【０００９】レーザ光源は、投影ディスプレイの照射及
び画像生成システムにおける使用のために最適化可能で
ある一方で、結果として、対処されるべきスペックルに
係る大きな不利益が存在する。スペックルは、ほとんど
のレーザ光源に固有の（空間的及び時間的の両方の）高
度なコヒーレンスに起因して発生する。スペックルは画
像中のノイズ成分を生じ、それは、画像の実際の鮮明さ
を低下させかつ見る人の邪魔になる粒状構造として現わ
れる。このように、スペックルの問題は、適当なレーザ
光源が歴史的に欠如していたことと同様に、市場性のあ
るレーザに基づいたディスプレイシステムの開発を阻ん
できた。 【００１０】スペックルを減少させることを試みる方法
において、従来技術は豊富に存在している。１つの一般
的なアプローチは、レーザ光源の線幅を広げることによ
って時間的なコヒーレンスを低下させることである。時
間的なコヒーレンスを低下させることに対する他のアプ
ローチは、照射する波面を複数のビームレット（beamle
t；又は小ビーム）に分割し、それらをレーザのコヒー
レンス時間よりも長い時間で互いに遅延させることであ
る。例えば、１９９３年６月２９日にラスムセン（Rasm
ussen）他に対して発行された特許文献８を参照せよ。
スクリーンを振動させるか又は動的に変更させることに
よってスペックルのパターンを動的に変化させること
は、スペックルのパターンの視認性を低下させるもう１
つの方法である。例えば、１９９３年１２月２１日にト
ンプソン（Thompson）他に対して発行された特許文献９
を参照せよ。もう１つのスペックルを低下させるための
アプローチは、１９７１年６月２８日にマシセン（Math
isen）に対して発行された特許文献１０に記載されたよ
うに、レーザ光をマルチモード光ファイバに結合してフ
ァイバを振動させることで、モードスクランブルを発生
させることを含む。 【００１１】スペックルを除去する解決法に係るもう１
つの族は、投影システムの内部で動かされるか振動させ
られる散乱素子を用いている。典型的には、これは、１
９７７年７月１２日にローソン（Rawson）に対して発行
された特許文献１１に開示されているように、中間の画
像平面において実行される。このアプローチの１つの欠
点は、散乱が正確に画像平面において生じなければなら
ず、そうでないと画像の軟化が生じるということにあ
る。また、投影レンズは、中間の画像平面を提供すると
いう必要条件によって複雑化する。装置の照射経路にお
いてレーザビームを動的に散乱することによってスペッ
クルのパターンを動的に変化させる手段が好ましいであ
ろう。このアプローチを利用したホログラフ照射システ
ムが、１９７０年１月２０日に発行された特許文献１２
においてヴァンリグテン（vanLigten）によって開示さ
れ、これにおいては、ディフューザがビーム拡大器（be
am expander）の焦点において回転される。フローレン
ス（Florence）は、１９９４年５月１７日に発行された
特許文献１３において、回転するディフューザを介して
光バルブを照射することを開示している。これらのアプ
ローチは、矩形の空間光変調器に係る均一に有効な照射
に対して適用可能でないという不利益を有する。バター
ワース（Butterworth）他は、１９９９年１２月２１日
に発行された特許文献１４で、光導波路ホモジェナイザ
の照射において、可変な厚さを有するプレートが回転さ
れるシステムを開示している。しかしながら、レーザと
ともに用いられたとき、光導波路ホモジェナイザは、十
分な均一性を達成するために大きな開口数又は十分な長
さのいずれかを必要とし、かつ設計の自由度が少ないた
めにフライズ・アイ（fly's eye）の光学装置を用いて
設計されたシステムほどは制御が効かない。ゆえに、コ
ンパクトなシステムにおいて、均一な照射を生成すると
同時に照射の明るさを制御することはより困難になる。 【００１２】最後に、２００１年１１月２７日に発行さ
れた特許文献１５においてトリスナディ（Trisnadi）に
よって開示されたレーザ投影システムは、画像生成する
ビームにわたる構造化された位相プロファイルを伝達す
るために波面位相変調器が使用される設計を説明してい
る。画像データは、リニアＧＬＶ型の空間光変調器によ
ってビームに伝達される。この変調器は、波面変調器が
位置する中間の平面に対して結像され、次いで、この中
間の画像はスクリーンに対して再び結像され、ここで、
上記画像はガルバノメータの動きを介して全体的に走査
される。このシステムは、波面変調器によって提供され
る静的な位相プロファイルが、狭い（走査の）方向にお
ける線状画像に伝達されるという事実に基づいている。
いかなる瞬間においても、スクリーン上の単一の点は、
位相プロファイル上の単一の点によって照射される。ス
クリーン上の単一の点における合計の強度は、すべての
位相の“非干渉性”の和である。さらに、波面変調器の
位相プロファイルは、高低の位相ステップからの干渉の
効果が一般に互いに相殺するようになっていなければな
らない。特許文献１５のシステムは、ある程度のスペッ
クルの低減をもたらすが、波面変調器が、照射システム
内よりもむしろ画像生成システム内の中間の画像平面に
配置されているという事実は、画像品質に実質的に影響
しないという制約によって位相の変化が制限されている
ので、システムの性能を低下させる。また、前述の波面
変調器は、受動的な空間的に可変の位相グレーティング
として構成された静的なデバイスであるので、それは能
動的なデバイスよりも少ない制御と位相の変動とを提供
し、従って、スペックルの低減は小さくなる可能性があ
る。 【００１３】画像プロジェクタ中でレーザを光源として
用いることのもう１つの不利益は、干渉に対する感度
と、光バルブにおける回折のアーチファクトの発生とに
ある。このことは、フィルム層の非均一性に起因して薄
膜構造が画像中の縞を結果的に発生させることがある液
晶変調器において特にあてはまる。回折のアーチファク
トは、光変調器におけるグリッド電極パターンを高度に
コヒーレントな光のビームで照射することから生じる。 【００１４】ゆえに、空間光変調器を使用し、照射の明
るさを制御してシステムの設計を最適化することを可能
にし、低減されたスペックルを提示し、空間光変調器に
おけるコヒーレンスのアーチファクトを除去する一方
で、高いスループット効率を提示する、レーザに基づい
たディスプレイシステムに対する必要性が存在する。 【００１５】 【特許文献１】米国特許第５，８２８，４２４号の明細
書。 【特許文献２】米国特許第６，２３３，０２５号の明細
書。 【特許文献３】米国特許第６，２３３，０８９号の明細
書。 【特許文献４】米国特許第５，７４０，１９０号の明細
書。 【特許文献５】米国特許第５，３１１，３６０号の明細
書。 【特許文献６】米国特許第６，３０７，６６３号の明細
書。 【特許文献７】米国特許第６，０８４，６２６号の明細
書。 【特許文献８】米国特許第５，２２４，２００号の明細
書。 【特許文献９】米国特許第５，２７２，４７３号の明細
書。 【特許文献１０】米国特許第３，５８８，２１７号の明
細書。 【特許文献１１】米国特許第４，０３５，０６８号の明
細書。 【特許文献１２】米国特許第３，４９０，８２７号の明
細書。 【特許文献１３】米国特許第５，３１３，４７９号の明
細書。 【特許文献１４】米国特許第６，００５，７２２号の明
細書。 【特許文献１５】米国特許第６，３２３，９８４号の明
細書。 【００１６】 【課題を解決するための手段】この必要性は、本発明に
従って、コヒーレンス長を有する光ビームを放射するレ
ーザ光源と、上記光ビームを拡大するビーム拡大器と、
空間光変調器と、上記拡大されたレーザビームを整形し
て上記空間光変調器の均一な照射を供給するビーム整形
光学装置とを備え、上記ビーム整形光学装置は、複数の
レンズレットにてなるアレーを有するフライズ・アイ・
インテグレータを含み、上記光ビームにおいて上記レー
ザ光源と上記ビーム整形光学装置との間に配置されたデ
ィフューザと、上記光ビームの時間的及び空間的な位相
を変化させる電気的に制御可能なスペックル除去（de-s
peckling）変調器と、遠隔のスクリーン上に上記空間光
変調器の画像を生成する投影レンズとを備えたディスプ
レイ装置を提供することによって満たされる。 【００１７】 【発明の実施の形態】図１の斜視図には、本発明の一実
施形態に係るレーザディスプレイシステム１００が示さ
れ、上記レーザディスプレイシステム１００は、所望の
波長のレーザビーム１１５を、連続式か又はパルス式か
のいずれかで放射するレーザ１１０を含んでいる。レー
ザ１１０は、例えば固体レーザ、ファイバレーザ、ガス
レーザ又は半導体レーザであることが可能である。レー
ザ１１０は好適には、光の赤外線パルスを放射するレー
ザ結晶（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：
ＹＶＯ_４又はＹｂ：ＹＡＧ）を含むダイオードレーザ励
起の固体レーザであって、レーザ結晶からの光の赤外線
パルスを、光の赤と緑と青のパルスに変換する非線形光
学装置（典型的には光パラメトリック発振器（ＯＰ
Ｏ））を含む。レーザ１１０に適当なモードロック型Ｒ
ＧＢレーザは、ルメラ・レーザ・ゲゼルシャフト・ミッ
ト・ベシュレンクテル・ハフツング及びイェノプティク
で製造されている。他の適当なレーザは、Ｑ−ピークに
よって開発された、ＱスイッチドＲＧＢレーザである。
簡単化のため、本レーザディスプレイシステム１００は
１つの波長のみに関して説明されている。これらのレー
ザは一般に、適度のレーザ線幅（＜１．５ｎｍ）と小さ
い光源のラグランジュ値（＜０．５μｍ）と適度に長い
コヒーレンス長Ｃ_Ｌ（０．１乃至１０．０ｍｍ）とを有
する、高品質の単一モードビームを発生する。図２ａに
おいて、レーザディスプレイシステム１００は、図１の
斜視図では示しにくい設計に係るいくつかの態様を明ら
かにするように断面図で示されている。 【００１８】ビーム拡大光学装置１２０はレーザビーム
を拡大して、ビーム整形光学装置１７０の開口部を充填
するのに十分な公称の直径を有する平行化されたビーム
１４５を生成する。光学の当業者には公知であるよう
に、ビーム拡大光学装置１２０は、例えば無限焦点のレ
ンズ対であることが可能である。それに代わって、例え
ば、３枚の素子の、ズーム式のガリレイ式又はケプラー
式のビーム拡大器が使用可能である。無限焦点対のビー
ム拡大光学装置１２０は、発散レンズ１２５と、コリメ
ートレンズ１４０とを備えている。発散レンズ１２５は
単一のレンズであるか、又は顕微鏡の対物レンズのよう
な複合レンズであることが可能であり、光ビーム１１５
を発散ビーム１３０に変換する。コリメートレンズ１４
０は単一のレンズ又は複合レンズであることが可能であ
り、発散ビーム１３０を平行化されたビーム１４５に変
換する。この平行化されたビーム１４５はディフューザ
１５０及び電気的に制御可能なスペックル除去変調器１
６０と相互作用し、次いでさらにビーム整形光学装置１
７０によって変化させられる。 【００１９】図１及び図２ａのレーザディスプレイシス
テムは、ｘ方向に長くｙ方向に狭いリニア空間光変調器
２００を使用するので、ビーム拡大光学装置１２０及び
ビーム整形光学装置１７０はアナモルフィックに構成さ
れ、一般に、適正な配置の複数の円柱レンズを使用す
る。特に、典型的には、リニア空間光変調器２００を、
均一な、テレセントリックに入射する光の長く狭い線で
投光照射（flood illuminate）することが望ましい。例
えば、照射する光ビームは、アレー（ｘ）方向へ２５乃
至７５ｍｍだけ延在する均一な光プロファイルを有する
場合があるのに対して、アレーに交差する方向の狭い光
は、典型的には均一又はガウス型のいずれかのビームプ
ロファイルで、２０乃至１００μｍの幅のみを照射す
る。図１の簡単化された場合のレーザディスプレイシス
テムでは、リニア空間光変調器２００上に光のビームを
集光させる、又は光のビームの焦点を合わせる交差アレ
ー光学装置が、簡単化のために単一のレンズの交差アレ
ーコンデンサ１９５として示されている。 【００２０】従って、図１のシステムにおいてレーザ投
影ディスプレイがリニア空間光変調器２００を使用する
場合、ビーム拡大光学装置１２０はアレー方向のみに動
作し、よってこれはアナモルフィックであり、リニア光
バルブの方向（ｘ方向）にビームを拡大する。この場合
は、ビーム整形光学装置１８０もアナモルフィック（円
筒形の断面）であり、光のパワーはｘ方向に存在し、ｙ
方向においては（交差アレーコンデンサ１９５を除い
て）平面状である。ビーム整形光学装置１８０は、フラ
イズ・アイ・インテグレータ１７５を含んでいる。フラ
イズ・アイ・インテグレータ１７５は、リニア空間光変
調器２００の領域上に効率的かつ均一な照射を供給す
る。フライズ・アイ・インテグレータ１７５は、典型的
には同一である第１のレンズレットアレー１７８ａと第
２のレンズレットアレー１７８ｂとを含んでいる。第１
及び第２のレンズレットアレー１７８ａ及び１７８ｂ
は、１次元のパターンで配列された、円筒面を有する複
数のレンズレットを含んでいる。第２のレンズレットア
レー１７８ｂは、第１のレンズレットアレー１７８ａか
らほぼ第１のレンズレットアレー１７８ａ上のレンズレ
ットの焦点距離分の長さで離隔されているため、第１の
レンズレットアレー１７８ａにおける各レンズレットは
第２のレンズレットアレー１７８ｂにおける対応するレ
ンズレットへと光を集束させる。第１及び第２のレンズ
レットアレー１７８ａ及び１７８ｂは異なっているが所
望の照射を供給するように整合された他の設計も可能で
ある。 【００２１】それに代わって、第１及び第２のレンズレ
ットアレー１７８ａ及び１７８ｂは、ガラス又はプラス
チックにてなる単一のブロックに統合化可能である。ま
た、特に、小さい散乱角が使用される場合には、本発明
は第２のレンズレットアレー１７８ｂを使用せずに達成
可能である。 【００２２】ビーム整形光学装置１８０はまた、フライ
ズ・アイ・インテグレータ１７５の後に配置された、コ
ンデンサレンズ１８５及び視野レンズ１９０を含んでい
る。第２のレンズレットアレー１７８ｂは、コンデンサ
レンズ１８５と協働して第１のレンズレットアレー１７
８ａの複数のレンズレットを互いに重複する方式で結像
させ、リニア空間光変調器２００において所定範囲の均
一な照射を供給する。視野レンズ１９０は、リニア空間
光変調器２００のテレセントリックな照射を供給するこ
とで、焦点ぼけ誤差に対するシステムの感度を低下さ
せ、かつ照射の合計の開口数を最小化する。視野レンズ
１９０は、公称で、照射画像の倍率が乗算されたレンズ
レットの焦点距離に等しい焦点距離を有している。視野
レンズ１９０とコンデンサレンズ１８５との間隔も同様
に、照射をテレセントリックにするために一般にコンデ
ンサレンズ１８５の焦点距離に等しい必要がある。レン
ズレットアレー及びコンデンサレンズ１８５の焦点距離
は、典型的には、光学機械的構造を相対的に容易に設計
できるような、リニア空間光変調器２００の付近の十分
な動作距離を提供するように選択される。個別のレンズ
レットは、幅１００μｍほどの小さいものであるか、又
は８ｍｍまでの幅の大きさのものであってもよく、個別
のレンズレットは典型的には幅１乃至５ｍｍである。利
用可能なレンズレットのサイズの範囲は、使用される製
造技術に依存する。 【００２３】リニア空間光変調器２００は、任意の瞬間
に、画像のうちの単一の線２２０を生成する。ガルバノ
メータミラー２１０、スピンするポリゴン、又は回転す
るプリズムのようなスキャナは、スクリーンにわたって
画像の線を掃引し、スクリーン２１５上に２次元の領域
画像２２５を形成する。図１及び図２ａに示されたレー
ザディスプレイシステム１００の場合、本システムは、
投影レンズ２０５がガルバノメータミラー２１０に先行
して配置された、ポスト対物（post-objective）スキャ
ナとして構成されている。一例として、仮にリニア空間
光変調器２００が４０ｍｍの長さの動作領域を有し、か
つスクリーン２１５上の所望の画像サイズが幅３０フィ
ートであるとすると、投影レンズ２０５は〜２３０ｘの
倍率で動作することになる。 【００２４】リニア空間光変調器２００には、様々な異
なる技術が使用可能である。図１及び図２ａで極度に簡
単化して示されているように、このデバイスは、光を何
らかの方法で変調することによって画像データを光ビー
ム中に符号化するトランスミッシブ変調器（送信変調
器）である。このデバイスは、例えば、入射光の偏光を
画素毎の基準で回転させる、ＰＬＺＴから作られた電気
光学変調器アレーであることも可能である。この場合、
偏光ビームスプリッティングプリズム（図示せず。）
は、光ビームの変調された部分と変調されていない部分
とを分離するためにリニア空間光変調器２００とガルバ
ノメータミラー２１０との間のどこかに配置される。そ
れに代わって、リニア空間光変調器２００は、１９９４
年５月３日にグロス（Gross）に対して発行された米国
特許第５，３０９，１７８号の明細書で議論されている
デバイスとよく似たトランスミッシブ音響光学アレーデ
バイス（送信音響光学アレーデバイス）であってもよ
く、このデバイスは、位相プロファイルを画素毎の基準
で入射ビームに伝達する。この場合は、空間フィルタ
（図示せず。）を投影レンズ２０５内部のフーリエ面に
配置することによって、シュリーレン型の光学システム
を構成することができる。また、１９９４年５月１０日
にブルーム他に対して発行された米国特許第５，３１
１，３６０号の明細書（特許文献５）に記述されたグレ
ーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）と、２００１年
１０月２３日にコヴァーツに対して発行された米国特許
第６，３０７，６６３号の明細書（特許文献６）に記述
された共焦点グレーティング変調器と、２０００年７月
４日にラマヌジャン他に対して発行された米国特許第
６，０８４，６２６号の明細書（特許文献７）に記述さ
れた電気光学グレーティングとのような、反射グレーテ
ィング変調器アレーを使用することもできる。これらの
場合には、レーザ投影ディスプレイ１００はまた、光ビ
ームを変調器に向かって偏向させ、かつ反射されたビー
ムをシステムへと戻すように変形される必要がある（図
１及び図２ａにはこのような変形は示されていないが、
これらは光学システム設計の分野では一般的な技術の範
囲内である）。 【００２５】レーザ１１０とビーム整形光学装置１８０
の間には、投影システムの結像の必要条件に適合するよ
うにレーザ光の明るさ又はエタンデュを変更するための
ディフューザ１５０が配置されている。リニア空間光変
調器２００を有する図１及び図２ａのレーザディスプレ
イシステム１００の場合、ディフューザ１５０もまた公
称では１次元である。すなわちディフューザ１５０は、
光バルブアレーの長手方向（図面ではｘ方向）に沿って
のみ光を散乱させ、ｙ方向のビームは公称では変更され
ないままにする。この１次元のディフューザ１５０は、
ちょうど光バルブを有効に照射するのに十分なだけの散
乱を生成し、画像にフレア光を導入するほどの散乱を生
成することはない。例示的な１次元のディフューザは、
メムスオプティカル（MEMS Optical）から利用可能な回
折ライン発生器と、フィジカル・オプティクス・コーポ
レーション（Physical Optics Corp.）から利用可能な
楕円ホログラフィックディフューザとを含む。 【００２６】特に、ディフューザ１５０は、レーザ投影
ディスプレイ１００の照射光学システム内で、光源の明
るさを低下させる（ラグランジュを増大する）ために使
用されている。それに応じて、ディフューザの角度θ_Ｄ
及びディフューザ１５０の位置は選択される。システム
のラグランジュは、ディフューザ１５０上の照射ビーム
プロファイルの幅の半分と、ディフューザ１５０によっ
て散乱される光の角度の半分との積によって決定され
る。所望のシステムのラグランジュは、特定される画像
の解像度から推測されることが可能であり、画像の解像
度はリニア空間光変調器２００の解像度と投影レンズ２
０５の結像特性とに依存する。比較として、典型的なラ
ンプに基づくプロジェクタでは、システムのラグランジ
ュはシステムの光効率を最大化させる必要性によって決
定される。その結果、レーザディスプレイの投影レンズ
は、ｆ数を、従来技術のランプに基づくシステムに必要
なｆ／３の代わりに、ｆ／７乃至ｆ／１５の範囲で有す
ることが可能である。レンズのｆ数に対する実際の設計
目標は、レンズの品質を決定するために指定される結像
基準に依存する（例えば、レイリー又はスパローの結像
基準が適用可能である）。 【００２７】一例として、長さ４０ｍｍのリニア空間光
変調器２００とｆ／１０の投影レンズ２０５との組み合
せは、Ｘ方向に〜１．０ｍｍで、投影システムの目標ラ
グランジュを特定する。この例では、ディフューザ１５
０は半分の角度θ_Ｄ＝５．０゜を有することが可能であ
り、２２ｍｍの直径を有する平行化されたビームによっ
て照射されるように照射システム内に配置されることが
可能である。この例では、レーザ光のラグランジュは〜
０．３μｍから〜１．０ｍｍにまで弱められ、介在する
光学システムが適正な倍率及びレンズ構成を有するもの
と仮定すれば、リニア空間光変調器２００にスペキュラ
（specular）のｆ／１０ビームを供給することができ
る。従って、適正なディフューザ１５０の選択を介し
て、効果的なレーザ光源のラグランジュ又は明るさを光
学システムの必要性に応じて画成することが可能であ
り、これにより、伝統的なランプに基づくシステムに比
べてシステムの光効率を増大させ、光学的な設計を簡単
化することができる。 【００２８】ディフューザ１５０は実際にレーザ光のコ
ヒーレンスをある程度は低減させるが、レーザ光は、出
力されるビームにスペックルを与えるのに十分なだけコ
ヒーレントのままである。このスペックルがさらに低減
されなければ、これは、リニア空間光変調器２００及び
スクリーン２１５の両方で、光の強度における望ましく
ないランダムな変動として存在することになる。しかし
ながら、主としてリニア空間光変調器２００に均一な照
射を供給するフライズ・アイ・インテグレータ１７５は
また、スペックル除去及びアーチファクト除去に与える
ディフューザ１５０の効果を増大させる。これは、ディ
フューザ１５０からの多数の寄与をリニア空間光変調器
２００上で重複させることによって、従ってスクリーン
２１５上の画像において重複させることによって実現す
る。リニア空間光変調器２００及びスクリーン２１５に
おいて結果的に生じる照射光内のスペックルは、フライ
ズ・アイ・インテグレータ１７５をもたない同様のシス
テムに比べるとサイズ及び大きさの面では大幅に低減さ
れるが、重大なアプリケーションではこのスペックルの
残存量でも依然好ましくない場合がある。スクリーンに
対する非常に高い倍率と、高いゲインのスクリーンと、
人の視力の限界近くでスクリーンを見る観察者とが組み
合わされているときの投影ディスプレイは、そのような
重大なアプリケーションに相当する。 【００２９】本発明の主たる目的は、ピクセル化（pixi
late）された光学システムの出力のスペックルを除去す
るために内部手段の組み合わせを用いるレーザ投影ディ
スプレイを提供することにある。こうしたシステムにお
けるスペックルは、隣接する画素又は画素のグループ
が、空間的にも、あるいは時間的にも、互いに完全には
同位相ではない場合に低減されることが可能である。図
５ａには、複数の画素のグループにわたって伸長しかつ
スペックルを呈示する場合のある、局所的に均一な位相
プロファイルが示されている。本発明は、図５ａに示さ
れた位相プロファイルを光ビームの広がりにわたって変
化させる手段（電気的に制御可能なスペックル除去変調
器１６０を含む）を使用することで、それは、図５ｂに
示されたプロファイルにより精密に類似したものとな
る。図５ｂはよりランダムな位相プロファイルを示し、
ここでは、任意の与えられた瞬間において、ｘ方向に沿
った隣接領域が異なる位相プロファイルの光を受けてい
る。また、例えば隣接する変調器部分（modulator sit
e）間のクロストークから生じることがある、図５ｃに
示されたような周期的又は準周期的なプロファイルをも
たらす幾何学的形状もまた同様に効果的である。周期的
又は準周期的な位相プロファイルはスペックルを低減さ
せるが、こうした周期的位相構造によって他の望ましく
ないアーチファクトがもたらされる可能性がある。この
ため、本発明に係る好適な動作モードは、図５ｂに示さ
れたような位相プロファイルを生成するものである。本
発明のある好適な実施形態では、レーザ投影ディスプレ
イ１００は、一連の変調器部分を有する、電気的に制御
可能なスペックル除去変調器１６０を含み、上記一連の
変調器部分は、局所化されたランダムな位相変化を入射
光に提供するための制御信号を受信し、これにより、シ
ステムによって表示される画像におけるスペックルの視
認性を低減させることを促進する。本光学システムにお
ける空間光変調器の画素と、電気的に制御可能なスペッ
クル除去変調器１６０の変調器部分との間に１対１の対
応が存在する必要はないということに注意する必要があ
る。実際に、本光学システムはピクセル化されている必
要はまったくなく、例えば、画像変調のためにフィルム
のようなアナログ媒体を使用することも可能である。 【００３０】本発明のレーザディスプレイ１００に使用
される電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０
は、光ビーム内に十分な位相変動を提供するため、当該
変調器が適切な光学システムと併せて使用されるとき、
ビューワ又はビューイングシステムはスペックルが低減
された画像を受け取る。複数の変調器部分を独立して電
気的にアドレス指定することにより、電気的に制御可能
なスペックル除去変調器１６０における各変調器部分
は、隣接した変調器部分に関して、光ビームに位相遅延
を導入することができる。各変調器部分（又は複数の変
調器部分のグループ）には異なる電圧が印加されるか又
は異なる継続時間の電圧が印加されるので、光が数波長
分だけ伝搬するときの位相遅延に対応する位相遅延が生
じる。位相プロファイルに対するこの変動は、スペック
ルの発現を大幅に低減させる。摂動された位相面を空間
的に提供する電圧分布を選び出し、かつそれを時間的に
変化させることにより、空間的及び時間的の両方の位相
変動が光ビームへと導入される。 【００３１】電気的に制御可能なスペックル除去変調器
１６０は、その制御可能な空間的に変動するランダムな
位相プロファイルがスペックルの低減へと移行（transl
ate）する方法で、レーザ投影ディスプレイの光学シス
テムに包含される。電気的に制御可能なスペックル除去
変調器１６０は、コヒーレンスの低減を介して、又は光
ビームにおける位相の空間的及び／又は時間的なランダ
ム化を介してスペックルを低減させる。電気的に制御可
能なスペックル除去変調器１６０を光学システムへ包含
すると、光が通って進行する媒体における屈折率のプロ
ファイルを変化させることによって、光ビームの位相プ
ロファイルを効果的にスクランブルさせるようになる。 【００３２】図３を参照すると、本発明のレーザ投影デ
ィスプレイにおいて使用可能なタイプの電気的に制御可
能なスペックル除去変調器１６０の第１の実施例が示さ
れている。この電気的に制御可能なスペックル除去変調
器１６０は、アドレス指定が可能な複数の変調器部分の
集合物を含むパターン化されたデバイスであり、上記複
数の変調器部分は、信号、又は個別の変調器部分に供給
されるデータに従って、隣接画素に関して、制御された
時間又は位相の遅延を発生する。ラマヌジャン他により
２００１年８月８日に出願され、ともに譲渡された同時
係属中の米国特許出願シリアル番号第０９／９２４，６
１９号の明細書は、スペックル除去変調器の設計及び動
作についてここに示されたものより詳しく説明してい
る。 【００３３】電気的に制御可能なスペックル除去変調器
１６０は、一連の個別の変調器部分３５０，３５５，３
６０などを有するバルク電気光学基板３７０を備えてい
る。各変調器部分３５０は遅延領域３８０を有し、光の
ビーム３２０は、上記遅延領域３８０を通って、上部電
極３８５と下部電極４００との間に印加される電界に関
連して時間又は位相の遅延に遭遇する。光のビーム３２
０は、入力ファセット３４０を介してバルク電気光学基
板３７０に入射し、その後は変調器を横断して出力ファ
セット３４５から出射する。 【００３４】電気的に制御可能なスペックル除去変調器
を製造するための電気光学材料の選択肢は数多く存在す
るが、その中にはニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ
ム及びＰＬＺＴが含まれている。簡単化を図るため、電
気的に制御可能なスペックル除去変調器のためのパラメ
ータに関する以後の議論の中心は、主として６３３ｎｍ
で照射されるタンタル酸リチウムを使用することにおく
が、その幾何学的形状が様々な材料及び照射波長に適用
可能であるという点は理解される必要がある。異なる材
料が使用される場合は、正しい軸が使用されていること
を保証するように配慮しなければならない。例えば、こ
うしたデバイスの設計にＰＬＺＴを使用すると、電気光
学係数が大きいために、変調器部分に沿って数桁のオー
ダーで大きい位相遅延を発生させることが可能である。
しかしながら、結晶は、印加される電界が結晶の適正な
軸を介して光場（optical field）と相互作用するよう
に向き付けられる必要がある。 【００３５】タンタル酸リチウムの場合、ここで表示さ
れている幾何学的形状はｙカットで図示され、これは、
光がｙ方向に沿って伝搬し、電界がｚ方向に沿って印加
されることを意味する。最良の結果を得るために、変調
器を介して進行する光はｘ方向（横方向）に沿って偏光
される。電気的に制御可能なスペックル除去変調器につ
いての議論のために、結晶軸と伝搬軸とが混同されない
ように光の伝搬方向をｃ軸と呼ぶ。（注意：図３、図４
及び図６は、電気光学結晶のための標準的な座標系を使
用しているのに対して、図１、図２、図８、図９及び図
１０は、光がｚ軸に沿って伝搬する、典型的な光学の座
標系を使用している。）結晶の他のカット及び幾何学的
形状も使用可能であるが、この第１の実施例ではｙカッ
トが最適である。 【００３６】図４は、光のビーム３２０が変調器のｙ軸
に沿って伝搬している状態の、電気的に制御可能なスペ
ックル除去変調器１６０の断面図を示している。変調器
の入力ファセット及び出力ファセットは、反射防止コー
ティングがされていれば効果的であるといえる。さら
に、本デバイスは位相面を効果的に摂動するので、変調
器への入射光は様々な光源から同時に到来することが可
能であるということは認識されている必要がある。電気
的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、いくつ
かの波長及び角度範囲で同時に動作することができる。 【００３７】単一の変調器部分は、上部電極３８５と下
部電極４００との間の領域として定義されることが可能
である。光線は、図３のｘ方向に沿って画成されている
ように、上部電極３８５と下部電極４００との間を結晶
に沿って伝搬する。この領域を通過する光は、次式で定
義される位相変化Δφを取得する。 【００３８】 【数１】Δφ＝（π／λ）ｎ^３ｒ_３３ｌＶ／ｄ 【００３９】数１で分かるように、位相変化Δφは、印
加される電圧Ｖと、伝搬の長さｌと、電極間の距離ｄ
と、光の波長λと、屈折率ｎと、ｙカットのタンタル酸
リチウムのｒ３３係数との関数である。５ｍｍから５０
ｍｍまでの伝搬の長さと５００μｍの厚さと赤のスペク
トルにおける照射波長とのような妥当な製造パラメータ
を所与とすると、０Ｖと１６０Ｖの間の動作電圧に対し
て、数波長分の位相遅延を発生させることができる。当
然のことながら、入力パラメータはすべて、与えられた
チャンネル又は変調器部分に沿った多少の遅延を発生す
るように変更されることが可能である。遅延はすべて、
波の距離又は波数によって表されてきた。これは、遅延
を、媒体内での光の伝搬速度で除算された遅延距離によ
って与えられる時間遅延として議論することと等価であ
る。 【００４０】再び図３を参照すると、複数の変調器部分
３５０，３５５，３６０は、図４の断面図に示されたも
ののようないくつかの領域によって画成されている。上
部電極３８５及び下部電極４００は、各変調器部分を画
成している。製造時には、デバイスの上部と下部の両方
をパターン化する方法に対して、デバイスの片側に共通
のパターン化されていない電極を有することが有益であ
る場合がある。これにより、デバイスの片側の電極に印
加される差動電圧を用いた変調が可能となる。本スペッ
クル除去変調器は、本デバイスが一連の変調器部分で構
成され、上記変調器部分が、パターン化された電極構造
体によってアドレス指定され、かつ予め決められて印加
される制御信号に個別に応答するか又はグループで応答
することができるという意味において、電気的制御が可
能である。各変調器部分は、異なる印加電圧、異なるア
ドレス時間、又はこれらの組み合わせの手段を用いて独
立して動作されることが可能である。電気的に制御可能
なスペックル除去変調器１６０は、アナログ電圧で駆動
される変調器、パルス幅変調されるデバイス、又はこれ
らの組み合わせのいずれかとして使用可能である。スペ
ックル除去変調器に印加される制御信号はまた、スペッ
クルの視認性又はコントラストの低減をモニタするフィ
ードバックループから導出され、次いでスペックルの大
きさを維持するか又はさらに低減させるべく信号を駆動
するように調整されることが可能である。ｘ方向に沿っ
た任意の与えられた電極の幅は、波長以下の幅から文字
通りのミリ単位の幅までのいずれであってもよい。 【００４１】上部電極と下部電極の極性の周期的切り替
え、又はブランキングパルスの導入が、有用なことがあ
る。こうした２極性の動作は、バルク電気光学基板３７
０における空間電荷の消散を可能にする。さらに、動作
電圧は非常に高くなる可能性があり、かつ光場は十分に
は閉じ込められないことがあるので、電極は、バッファ
層４０５（図４を参照）として作用するような電極の下
のＳｉＯ２のような材料とともにパターン化されること
が可能である。また、空気中のアーク放電を防止するた
めに、アクリル樹脂又は他の絶縁材料にてなる保護膜４
１０が形成されていてもよい。 【００４２】図３及び図４の電気的に制御可能な電気光
学スペックル除去変調器１６０のために提示されたデバ
イスの構造は、レーザ投影ディスプレイにおいて使用可
能な、このタイプのスペックル除去変調器の一例にすぎ
ない。図６ａにはそのような第２の実施例が断面図で示
され、ここでは、各変調器部分は結晶のｙ軸に沿って離
隔された一連の電極４２０乃至４３５で構成されてい
る。変調器部分は、すべての電極を用いて、又は、電極
のうちの部分集合、例えば電極４２０，４２５及び４３
０を用いて活性化されることが可能であるので、単一の
駆動電圧からでも可変な遅延を提供することができる。
（識別可能な長さを有する）各電極は、印加された電圧
が、電極の長さと関連して、波長遅延のうちの異なる既
知の小部分を与え得るように駆動されることが可能であ
る。例えば、第１の電極は波長遅延の１／８を発生し、
第２の電極は波長遅延の１／１６を発生し、第３の電極
は波長遅延の１／３２を発生する、などが可能である。
同じ長さの電極が、異なる波長の光に対する同じ数の波
長遅延を発生するように、印加される電圧は調節可能で
ある。それに加えて、電極は各変調器部分内で時間につ
いて個別に変調されることが可能であるため、位相はさ
らにランダム化される。 【００４３】図６ｂには、レーザ投影ディスプレイにお
いて有益な電気的に制御可能なスペックル除去変調器の
もう１つの実施例が示されている。図６ａに示された変
調器に比べると、本変調器は複雑さを増しているが、制
御は拡張されている。図６ｂは、隣接する変調器部分間
で、異なる局所的な電極の幾何学配置を有している。電
極３９０，３９２，３９５を１つの変調器部分（例えば
３５０）内に離隔して配置し、かつ隣接した／近くの変
調器部分間で電極３９０，３９７，３９９の位置をずら
して配置することにより、変調器は、図５ｃに示された
電気的なクロストークの効果を受けにくくなっている。
同様の結果は、隣接する変調器部分３５０，３５５，３
６０間と、単一の変調器部分３５０内との両方で電極間
に間隔をもたせることによっても達成され得る。一方
で、電気的に制御可能なスペックル除去変調器は基本的
には位相スクランブラであって、入射光の位相面を局所
化された領域でランダムに変化させることが意図されて
いるので、変調器部分間にクロストークを導入すること
は、さらなる位相の変動を導入することによって、意図
された結果を促進することができる。設計者がクロスト
ークの効果を抑制することを希望する場合は、電極間に
はクロストークを防止するのに十分な間隙が必要とな
る。図３、図６ａ及び図６ｂに示されたもの以外にも、
本発明に従って想到され、かつレーザ投影ディスプレイ
１００内で使用され得る、電気的に制御可能なスペック
ル除去空間光変調器に係る他の例示的な構造が存在する
ということは理解される必要がある。 【００４４】スペックルの発現は、横方向の位相プロフ
ァイルに対する空間的な変動と、隣接領域間の時間的な
変動との両方によって低減されることが可能なので、電
気的に制御可能なスペックル除去変調器の動作は、これ
らの両方に適応するように変更されることが可能であ
る。前者の場合は、横方向の電界の分布が電極に対する
アドレスの関数として確立される。この分布は、次に、
横方向の位相の摂動を画成する。時間的な変動の場合に
は、異なる変調器部分で同じ電界のプロファイルを使用
することができる。しかしながら、時間において、相対
的な電界は、隣接する領域が互いに同位相とならないよ
うに変化させられる。理想的には、図５ｄに示されたよ
うに、両方の動作方法の組み合わせが最良の結果をもた
らす。 【００４５】電気的に制御可能なスペックル除去変調器
１６０は、入射光の位相面を歪曲する、又はスクランブ
ルするように機能することができる。概念的には、図７
ａ及び図７ｂにおいて、平行化された光線の場合につい
てこの効果が示され、平面上の平行な波面３２５が変調
器１６０上へ垂直に入射するように向き付けられてい
る。図７ａに示されたときには、変調器１６０にはゼロ
の駆動電圧が印加され、波面３２５は変化せずに通りぬ
けている。図７ｂに示されたときには、変調器部分３５
０に電圧が印加され、歪曲した波面３３０がデバイスか
ら現われている。図７ｃ及び７ｄは、電気的に制御可能
なスペックル除去変調器１６０が光学システム内の集束
する空間に配置された、同等の場合を示している。これ
らの波面の歪みの程度は誇張されたものであって、単に
一般的な概念を表すためのものであるということは理解
される必要がある。これらは必ずしも、１λだけ離れて
配置された波面を示したものではない。 【００４６】電気的に制御可能なスペックル除去変調器
１６０は、空間的及び時間的な位相の摂動を提供するこ
とによって波面を歪曲することができるが、スペックル
の発現に影響する変調器の能力は、それが使用されるシ
ステムの設計にも依存する。本発明は特に、電気的に制
御可能なスペックル除去変調器が、変調器部分に沿って
光源のコヒーレンス長より小さい遅延（Δφ≪Ｃ_Ｌ）を
提供する場合について考察している。実際、レーザは１
ｍｍの数分の１から数メートルまで（赤／緑／青の光パ
ラメトリック発振器型レーザの場合は０．１乃至５．０
ｍｍ）の範囲にわたるコヒーレンス長を有する場合があ
るが、タンタル酸リチウムに基づいたスペックル除去変
調器は数波長分の遅延のみを提供する。従って、前述し
たように、このデバイスは、時間について変動する波面
の歪み又は収差を発生させるために使用可能であるが、
空間的又は時間的なコヒーレンスを目に見えるように直
接に変更するためには使用可能ではない。幸いにも、時
間的及び空間的に変化する位相は投影される画像内のス
ペックルを変化させる、又は平均化するために使用可能
であり、その変化が人の目の応答時間より速ければ、こ
れによりスペックルの知覚可能性が低減される。 【００４７】一方で、電気的に制御可能なスペックル除
去変調器は、提供される位相遅延が光源のコヒーレンス
長と同じオーダー（Δφ〜Ｃ_Ｌ）であるシステムにおい
ても使用可能である。例えば、アークランプのような典
型的な白色光源はわずかに数波長分の程度のコヒーレン
ス長Ｃ_Ｌと幅の光を放射するが、これは、タンタル酸リ
チウムに基づいたデバイスによる位相遅延に匹敵するも
のである。それに代わって、約１．０ｍｍの遅延を有す
る電気的に制御可能なスペックル除去変調器は、小さい
コヒーレンス長のレーザ（ＯＰＯ型レーザ等）と組み合
わせることで、同じく基本的には遅延とコヒーレンス長
とを整合させることができる（Δφ〜Ｃ _Ｌ）。このよう
な場合では、電気的に制御可能なスペックル除去変調器
は、空間的なコヒーレンスと時間的なコヒーレンスの両
方を直接に変更するために、光学システム内で様々な方
法で使用可能である。制御可能な位相遅延が光源からの
光のコヒーレンス長を大幅に超過していれば（Δφ≫Ｃ
_Ｌ）、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０
の使用によりさらに大きな劇的効果を実現することがで
きる。 【００４８】スペックルの視認性を低減することにおけ
る電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０の効
力は、特定のデバイス（図３、図６ａ及び図６ｂはこの
種の例示的なデバイスを示している）の構造及び性能
と、レーザ投影ディスプレイ１００内でそれが使用され
る方法との両方に依存している。特に、電気的に制御可
能なスペックル除去変調器１６０は、図１及び図２ａに
示されたようにフライズ・アイ・インテグレータ１７５
の第１のレンズレットアレー１７８ａに先行して配置さ
れる場合があり、図２ｂに示されたようにフライズ・ア
イ・インテグレータ１７５の内部に配置される場合もあ
り、もしくは同様にフライズ・アイ・インテグレータ１
７５の第２のレンズレットアレー１７８ｂの後に配置さ
れる場合もある。１次元のデバイス（空間光変調器２０
０）を照射するために使用される典型的なフライズ・ア
イ・インテグレータに基づいた光学システムでは、各レ
ンズレットアレー（１７８ａ及び１７８ｂ）におけるレ
ンズレットの個数（Ｎ）は比較的少なく、〜６乃至２０
個のレンズレットで十分な光の均一性を提供している。
これに比較すると、典型的な空間光変調器２００は、比
較的多数（Ｍ）の密集した画素を備えているアレーであ
って、２５６個と４０９６個の間の画素数でほとんどの
アプリケーションに対応している。図１及び図２の電気
的に制御可能なスペックル除去変調器１６０における変
調器部分の個数（Ｐ）は、スペックルの視認性を低減さ
せるその効力によって決定され、レンズレットの個数
（Ｎ）にも変調器の画素数（Ｍ）にもさほど依存しな
い。 【００４９】電気的に制御可能なスペックル除去変調器
１６０が、それによって導入される位相の変化又は遅延
はレーザ光ビームのコヒーレンス長に比べて小さい（Δ
φ≪Ｃ_Ｌ）という条件下で動作していると仮定すると
（数波長に対して数ｍｍ）、電気的に制御可能なスペッ
クル除去変調器１６０は、図７ａ乃至図７ｄにおけるよ
うに光ビームの波面を局所的に変えるように使用可能で
ある。この場合は、１個のレンズレットに対して多数の
変調器部分が存在することになる（Ｐ≫Ｎ）。照射シス
テム内で、画像生成する光のビームの波面を変形する
（歪曲する）ために、電気的に制御可能なスペックル除
去変調器１６０は、結像される平面（又はその共役平面
のうちの１つ）のファーフィールド（遠視野）で使用さ
れる。従って、電気的に制御可能なスペックル除去変調
器１６０が第１のレンズレットアレー１７８ａに先行し
て配置され、かつこのレンズレットアレーが空間光変調
器２００に対して画像共役である図１のシステムでは、
電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、レ
ンズレットアレーから最小限でも焦点深度（ＤＯＦ）よ
り大きくオフセットされ、最適な場合としては、この共
役平面のファーフィールドに存在している（約＞１０×
ＤＯＦ）。 【００５０】同様に、図２ｂに示されたように、電気的
に制御可能なスペックル除去変調器１６０が第１のレン
ズレットアレー１７８ａと第２のレンズレットアレー１
７８ｂとの間において第２のレンズレットアレー１７８
ｂに近接して配置されていれば、電気的に制御可能なス
ペックル除去変調器１６０は定義によって第１のレンズ
レットアレーのファーフィールドに配置されているの
で、波面構造の位相を変化させることができる。本光学
システムは、光が第２のレンズレットアレー１７８ｂの
レンズレットをアンダーフィルする（すなわち、光の量
が不足する）ように意図的に設計されることが可能なの
で、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０に
必要なフィルファクタは低減されることが可能であり、
これにより、変調器部分に対する代替的かつ要件の緩和
された電極アドレス指定方式が可能にされ得る。同様
に、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０
は、第２のレンズレットアレー１７８ｂの後に、かつ最
も適当な場合としては第２のレンズレットアレー１７８
ｂとコンデンサレンズ１８５との間に配置されることも
可能である。これらの様々な場合に対して、電気的に制
御可能なスペックル除去変調器１６０によって誘発され
る波面の収差は、大部分、スペックルの生成に寄与する
波面の局所的な干渉に影響する。この構成はまた、ビー
ム整形光学装置によって提供される画像生成の品質にも
影響し、これにより、照射される領域のエッジに幾分か
の軟調（softness）を発生させる。 【００５１】それに代わって、電気的に制御可能なスペ
ックル除去変調器１６０がレーザ光のコヒーレント長に
比べて小さい位相の変化又は遅延（Δφ≪Ｃ_Ｌ）を提供
するこの同じ場合には、電気的に制御可能なスペックル
除去変調器は、照射システム内の結像する波面を変化さ
せるよりもむしろ、光を散乱させるか又は回折させるデ
ィフューザのように機能するように、光学システム内に
配置されることが可能である。この場合、変調器部分の
個数はレンズレットの個数より多く（Ｐ≫Ｎ）、電気的
に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、照射シス
テム内の結像する平面のニアフィールド（近視野）に配
置される。すなわち、電気的に制御可能なスペックル除
去変調器１６０は、公称では、第１のレンズレットアレ
ー１７８ａの直前又は直後に配置され、かつ公称では共
役画像平面（空間光変調器２００において画像平面に共
役である。）のニアフィールド内（＜１０×ＤＯＦ）に
存在している必要がある。 【００５２】これに対して、電気的に制御可能なスペッ
クル除去変調器１６０が、それによって導入される位相
の変化又は遅延はレーザ光源１１０からの光のコヒーレ
ンス長と同じオーダーである（Δφ〜Ｃ_Ｌ）という条件
下で動作していることが仮定されていれば、本デバイス
は、１つの光ビームに関する光の相対的な時間的コヒー
レンスに対して、他のものに関して直接に影響すること
ができる。この場合、変調器部分の個数がレンズレット
の個数と同一であり（Ｐ＝Ｎ）、かつ複数の変調器部分
がレンズレットアレー１７８ａのうちの与えられたレン
ズレットに対応して整列されていれば、与えられたレン
ズレット及び変調器部分を通過する光ビームについて、
時間的コヒーレンスは他のものに関して変更される。各
ビームは、空間光変調器２００において照射される領域
内にその独自のスペックルパターンを生成するが、スペ
ックル全体は、変調器部分のランダムな駆動に伴って時
間的に変化する。この場合、電気的に制御可能なスペッ
クル除去変調器１６０は第１のレンズレットアレー１７
８ａに先行して配置されることが可能であるが、ファー
フィールド又はニアフィールドの位置に関するいかなる
厳密な制約も存在しない。同様に、電気的に制御可能な
スペックル除去変調器１６０は、第１のレンズレットア
レー１７８ａと第２のレンズレットアレー１７８ｂの
間、もしくは第２のレンズレットアレー１７８ｂの直後
に配置されることが可能である。この構成は、（Δφ＞
Ｃ_Ｌ）位相の遅延がコヒーレンス長よりかなり大きい場
合（２倍〜３倍又はこれ以上）に、さらに良好に動作す
るであろう。 【００５３】それに代わって、電気的に制御可能なスペ
ックル除去変調器が、通過する光の相対的な時間的コヒ
ーレンスに直接に影響することができるように、それに
よって導入される位相の変化又は遅延がレーザ光源１１
０からの光のコヒーレンス長と同じオーダーである（Δ
φ〜Ｃ_Ｌ）という条件下で動作する、電気的に制御可能
なスペックル除去変調器１６０は、変調器部分の個数
（Ｐ）がレンズレットの個数（Ｎ）より多い（Ｐ＞Ｎ）
状態でレーザディスプレイ１００の内部に提供されるこ
とが可能である。この場合、電気的に制御可能なスペッ
クル除去変調器は、各レンズレットアレーにわたってコ
ヒーレンスを空間的にランダム化し、従って空間光変調
器２００及びスクリーン２１５にわたってコヒーレンス
を空間的にランダム化するために使用可能である。この
例では、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６
０は、小さな位相の収差で波面を変化させるために使用
されるのではなく、１つの空間的な領域のコヒーレンス
を他のものに関して変化させ、ほぼ非コヒーレントな光
源を効果的に合成するために使用される。変調器部分の
個数がレンズレットの個数より適度に多ければ（例えば
Ｐ＝８×Ｎ）、電気的に制御可能なスペックル除去変調
器１６０は第１のレンズレットアレー１７８ａに先行し
て配置されることが可能であるが、（変調器部分が可視
光を回折、散乱又は散乱させるほど小さくない限り）フ
ァーフィールド又はニアフィールドの位置に関するいか
なる厳密な制約も存在しない。この場合は、各レンズレ
ットを通過する光のビームが、比較的大きな複数の隣接
した領域へと分割され、時間的コヒーレンスはこれらの
領域内で変動する。しかしながら、レンズレットの個数
に比較して多数の変調器部分が存在するので（Ｐ≫
Ｎ）、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０
がむしろディフューザのように機能する場合は、スペッ
クル除去変調器１６０は第１のレンズレットアレー１７
８ａのニアフィールドに配置される必要がある。この場
合、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０
は、レンズレットアレー１７８ａの直前又は直後に配置
されることが可能であり、かつ公称では共役画像平面
（空間光変調器２００において画像平面に共役であ
る。）のニアフィールド内（＜１０×ＤＯＦ）に存在し
ている必要がある。スペックル除去変調器１６０によっ
て提供される位相の遅延がコヒーレンス長より（Δφ＞
Ｃ_Ｌ）かなり大きい場合は（２倍〜３倍又はこれ以
上）、これらの構成はさらに良好に動作するであろう。 【００５４】要約すると、レーザディスプレイシステム
１００は、スペックルの低減／無相関化（de-correlati
on）の技術の組み合わせを使用することにより、遠隔の
スクリーン２１５上に投影された、知覚可能なスペック
ルを含まない画像を提供するように設計されている。デ
ィフューザ１５０を使用することは、光の有効なラグラ
ンジュ又はエタンデュを画成しなおすだけでなく、コヒ
ーレントな入射ビームを、多数の、より小さく、空間的
なコヒーレンスの小さい波面に分割する。従って、均一
な照射の領域を生成するために、再び結像される複数の
ビームレットに光を分割する、フライズ・アイ・インテ
グレータ１７５のような光積分システムの使用もまた、
ディフューザからの多くの局所的な寄与分をスクリーン
にわたって重複することによってさらなるスペックルの
低減をもたらす。最後に、電気的に制御可能なスペック
ル除去変調器１６０の使用は、照射光の一部の局所的な
位相を照射光の他の部分に関して***させる手段を提供
し、これにより、局所的な空間的及び／又は時間的なコ
ヒーレンスの関係が変化する。これにより、局所的な波
面の位相構造、波面間の時間的なコヒーレンスの関係、
又は空間領域にわたる時間的なコヒーレンスのいずれか
を変化させることができる。さらに、レーザディスプレ
イ１００におけるスペックルを低減するためには、ディ
フューザ１５０が、散乱させる表面の少なくとも特有の
特徴のサイズだけは移動するように、ディフューザ１５
０を、ディフューザにリニアの、回転の、又はランダム
な運動を伝達する運動機構に装着させることが可能であ
るということに注意する必要がある。運動の周波数は、
フリッカの周波数より大きいものでなければならない
（＞４０Ｈｚ）。次に、スペックルの視認性は、画像の
空間的広がりの全体にわたり局所的な領域におけるスペ
ックルの位置及び大きさを時間について平均化すること
より、スペックルパターンを無相関化することによって
さらに低減される。 【００５５】その構成及び動作に依存して、電気的に制
御可能なスペックル除去変調器１６０は、光源のラグラ
ンジュ又はエタンデュを実際に計測可能な程度に増大さ
せるために、光ビームに対して、回折又は散乱のような
十分な位相摂動を与えることができる。アレー方向に比
較的コヒーレントな照射を必要とするリニア空間光変調
器２００を使用して設計された投影システムの場合、投
影システムの画像生成の必要条件を満たすためには、電
気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０によって
提供される光源のラグランジュにおける小さな変化で十
分であるといってよい。この場合は、レーザディスプレ
イシステム１００はディフューザ１５０なしで構成され
ることが可能である。 【００５６】図１及び図２ａの交差アレー光学装置は、
ただ１つの円柱レンズである交差アレーコンデンサ１９
５を備えた、簡単化された光学システムを示していると
いうこともまた理解される必要がある。交差アレーコン
デンサ１９５は、交差アレー方向の光ビームを調整し、
これをリニア空間光変調器２００との相互作用のために
最適化する。このビーム調整には、複数の円柱レンズ素
子を使用可能であるということは理解される必要があ
る。レーザ投影システム１００内のリニア空間光変調器
２００に先行するレンズ素子のいくつかは球面レンズで
あってもよく、かつアレービーム及び交差アレービーム
の両方を形成することが可能であるという点も理解され
る必要がある。同様に、投影レンズ２０５は、スクリー
ン２１５におけるアレー方向又は交差アレー方向のいず
れかのスポット形成をさらに制御するために、円柱レン
ズ（図示せず。）を含むことも可能である。同様に、電
気的に制御可能なスペックル除去変調器を通る光の相互
作用を最適化するように光ビームを予め調整するため
に、交差アレー光学装置（図示せず。）が、電気的に制
御可能なスペックル除去変調器１６０に先行して設けら
れてもよいということも理解される必要がある。この場
合、交差アレーコンデンサ１９５又はその等価物は、電
気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０から放出
される交差アレー光ビームを、リニア空間光変調器２０
０への入力として最適となるように適合化させる。ま
た、フライズ・アイ・インテグレータに対して代替のビ
ーム均質化光学装置を使用可能であるということも理解
される必要がある。特に、（ムーラン（Moulin）の特
許）においてさらに記述されている、積分バー／カレイ
ドスコープは、ビーム整形光学装置１７０のための代替
の設計において使用可能であり、均一な照射を提供する
とともに、ディフューザ１５０及び電気的に制御可能な
スペックル除去変調器１６０と協働してスペックル低減
に対して寄与する効果をもたらす。 【００５７】図８に、レーザ投影ディスプレイ１００の
代替構成が示され、ここでは、ビームスプリッタアレー
２４０を使用して、複合レーザビーム２５０のコヒーレ
ンスを減少させるように光学距離遅延差を提供してい
る。ビームスプリッタアレー２４０は、レーザのコヒー
レント長のオーダーであるか又はこれより長い、隣接す
るビームレット２４５間の光学距離の長さの差（Δｄ）
を有する一連のビームレット２４５を生成する、（Ｒ）
個の部分反射するミラーより成る装置を備えている。最
適には、光学距離の差（Δｄ）は、レーザ１１０のコヒ
ーレンス長Ｃ_Ｌと同じオーダーのサイズである。ビーム
スプリッタアレー２４０の複数のミラーは、最初のミラ
ー（２４１ａ）から最後のミラー（２４１ｅ）へと漸次
増加する反射率によって、部分的に透過しかつ部分的に
反射している。ビームスプリッタアレー２４０は、複数
のミラーのアレーとして示されているが、プリズムアレ
ー及び他の構造も使用可能である。ビームスプリッタア
レー２４０は、Ｒ個のビームレットを使用して複合レー
ザビーム２５０を生成する、ビーム拡大器として効果的
に動作する。しかしながら、Ｒ個のビームレットはコヒ
ーレンス長Ｃ_Ｌに見合う異なる光学距離の長さ（Δ
ｄ_１，Δｄ_２，Δｄ_３，など…）を進行するので、光の
時間的なコヒーレンスは、複合レーザビーム２５０の空
間的な広がりにわたって変化する。理想的には、Ｒ個の
ビームレット２４５のそれぞれは、他のものに関して時
間的に非干渉性である。しかしながら、複数のビームレ
ット２４５にてなるグループが互いにコヒーレントとな
るように時間的なコヒーレンスの変化がもっと遅い場合
であっても、レーザ１１０のコヒーレント発光の状態が
時間的に揺動して、これらのグループ化は時間的にラン
ダムに変化する傾向があるため、この方式は依然として
有用である。 【００５８】典型的なレーザビーム１１５は、不均一な
光の強度のプロファイルを有するので（ガウスプロファ
イルが一般的である。）、ビームレット２４５のそれぞ
れも不均一となり、同様に、複合レーザビーム２５０も
不均一となる。図１のシステムの場合には、画像生成の
必要条件に合わせるように有効な光源のラグランジュ又
はエタンデュを変化させるために、ディフューザ１５０
が挿入されている。ディフューザ１５０はまた、複合レ
ーザビーム２５０をさらに幾分か均一にしかつコヒーレ
ンスを低減させるように働く。同じく前述のように、空
間光変調器２００において照射の均一さを改善しかつス
ペックルの視認性を低下させるために、フライズ・アイ
・インテグレータ１７５が使用される。しかしながら、
この場合は、第１のレンズレットアレー１７８ａが各ビ
ームレット２４５にＭ個のレンズレットを照射させるよ
うに設計されているため、各ビームレット２４５は光バ
ルブにおいて均一な照射に変換される。従って、各レン
ズレットアレー１７８ａ及び１７８ｂには、少なくとも
合計Ｍ×Ｒ個のレンズレットが存在する。スクリーン２
１５における効果は、Ｒ個のレーザビームの各々が、デ
ィフューザ、与えられたビームに使用されるＭ個のフラ
イズ・アイ・レンズレットのペア、及びスクリーンによ
って決められる、その独自の微細なスペックルパターン
を生成することである。Ｍ×Ｒ個のスペックルパターン
は、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０を
使用しない場合、又はディフューザ１５０が動作しない
場合でも、非干渉性の状態で加算されて全体の平均化を
実現する。いくつかのさほど重大でないアプリケーショ
ンではこの程度のスペックルの低減で十分な場合がある
が、重大なアプリケーションに関する場合、図８のレー
ザディスプレイシステム１００は電気的に制御可能なス
ペックル除去変調器１６０を追加してさらに改善され
る。複合レーザビーム２５０内の時間的なコヒーレンス
は既に重要な変数（significantly variable）であるた
め、適用される位相の変化がコヒーレンス長より小さい
（Δφ≪Ｃ_Ｌ）と仮定すれば、電気的に制御可能なスペ
ックル除去変調器１６０を使用してビームレット２４５
内の位相の波面を変化させることができる。先の議論の
場合のように、電気的に制御可能なスペックル除去変調
器１６０は、それがビーム整形光学装置１７０の共役画
像平面のファーフィールド（焦点深度（ＤＯＦ）のかな
り外側）に存在するように、レーザディスプレイ１００
内に第１のレンズレットアレー１７８ａに先行して配置
されることが可能である（図８を参照）。同様に前述の
ように、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６
０は、共役画像平面のファーフィールドの下流側に、第
２のレンズレットアレー１７８ｂに近接して、図２ｂの
ようにその前に配置されるか、又は後に配置されるかの
のいずれかが可能である。それに代わって、電気的に制
御可能なスペックル除去変調器１６０がコヒーレンス長
に匹敵する位相の変化を提供すれば（Δφ〜Ｃ_Ｌ）、本
変調器を使用してＭ個のレンズレットの各々における領
域にわたって時間的及び空間的コヒーレンスを変化させ
ることができる。ここで、これらの領域は、光の波長と
比較して相対的に大きい（よって散乱も発散もしな
い）。 【００５９】これまでは、画像データを伝達するため
に、電気的に制御可能なスペックル除去変調器及び空間
光変調器の両方を利用するレーザディスプレイシステム
に係る本発明が、１次元の光変調器を使用することに関
連して説明されてきた。電子的投影システムにおいて使
用可能な、２次元（領域）の空間光変調器には広範な種
類のものが存在するが、特に液晶光バルブ（ＬＣＤ）及
びマイクロメカニカルミラーアレー（テキサス・インス
ツルメンツからのデジタル・ミラー・デバイスを含む）
が卓越している。図１のレーザディスプレイシステムに
関して、１次元の空間光変調器から２次元のタイプへ切
り換えることによる主たる影響は、照射光学装置と電気
的に制御可能なスペックル除去変調器１６０との両方が
２次元で動作するように変形される必要があることにあ
る。その場合、フライズ・アイ・インテグレータ１７５
は、典型的には、２次元パターンに展開されたフライズ
・アイ・レンズレットのアレー１７８（ａ，ｂ）を使用
し、ここで、上記レンズレットは球面を有している。同
様に、ディフューザ１５０は、図１のリニアシステムで
は好適な１次元の散乱ではなく、制御された２次元（又
は球面）の散乱を提供する。このようなディフューザ
は、フィジカル・オプティクス・コーポレーションから
ホログラフィック・ディフューザとして利用可能であ
り、又はコーニング−ロチェスタ−・フォトニクス・コ
ーポレーション（Corning-Rochester Photonics Cor
p.）からランダム化されたマイクロレンズアレーとして
利用可能である。 【００６０】図３、図４、図６ａ及び図６ｂに詳細に示
された空間的な光の電気的に制御可能なスペックル除去
変調器１６０の様々な実施例は、１次元又はリニアのデ
バイスである。一連のこれらのデバイスを積み重ねる
（スタックする）ことにより、もしくは一連のこれらの
デバイスを光学システム内のオフセットした位置に配置
することにより、２次元の電気的に制御可能なスペック
ル除去変調器を構成することが可能である。また、２次
元構成として使用するためにより導電性のある他の電気
光学材料を使用し、次いで２次元の画像変調する空間光
変調器のアレーを有するレーザディスプレイシステム内
に配置されることが可能な、他のタイプの電気的に制御
可能なスペックル除去変調器を設計可能であるというこ
とも理解される必要がある。 【００６１】例えば図９は、ＬＣＤのような領域型の変
調器アレーを使用するレーザ投影ディスプレイ１００の
断面図を示している。前述のように、レーザ１１０はレ
ーザビーム１１５を放射し、レーザビーム１１５は、空
間光変調器（液晶ディスプレイ２５５）を照射するため
に、ビーム拡大光学装置１２０とディフューザ１５０と
ビーム整形光学装置１７０とによって予め調整される。
次いで、前述のように、ディフューザ１５０と、フライ
ズ・アイ・インテグレータ１７５と、電気的に制御可能
なスペックル除去変調器１６０とはすべて、空間光変調
器及びスクリーン２１５における２次元にわたるスペッ
クルの存在を低減するために寄与する。図１のシステム
とは異なり、図９のシステムでは、２次元のスクリーン
上の画像は走査によって形成されるのではなく、投影レ
ンズ２０５を使用することによって空間光変調器（液晶
ディスプレイ２５５）をスクリーン２１５に直接に結像
する。照射光は、プレポラライザ２６０及び偏光ビーム
スプリッタ２６５を通過する。液晶ディスプレイ２５５
は印加されるコマンド信号に従って、照射光を変調し、
この光の偏光状態を画素に基づいて回転させる。投影レ
ンズ２０５によってスクリーン２１５へと向けられる、
変調された、画像を生成する光ビーム２７５は、偏光ビ
ームスプリッタ２６５から反射される、偏光が回転され
た光によって形成される。公称では、暗状態（dark sta
te）を画成するために偏光アナライザ２７０が交差され
た向きで使用される。典型的なレーザ光源は偏光を放射
するので、図９のレーザディスプレイ１００ではプレポ
ラライザ２６０を使用する必要のない場合がある。その
場合は、レーザビーム１１５は、レーザ１１０によって
放射されるときに十分に偏光されていて（例えば１０
０：１）、ディフューザ１５０も電気的に制御可能なス
ペックル除去変調器１６０も、本来のこの偏光コントラ
ストの程度を有意に低下させないということが必要であ
る。 【００６２】同様に、図１０は、テキサス・インスツル
メンツから利用可能なＤＬＰチップのようなマイクロメ
カニカルミラーアレー２８０を使用するレーザ投影ディ
スプレイの断面図を示している。光を変調するために、
制御された偏光の効果に依存する、液晶空間光変調器を
用いたシステムとは異なり、マイクロメカニカルミラー
アレー２８０は光のビームレットの角度の制御を画素毎
の基準で利用する。本システムは図１に示されたシステ
ムと実質的に同じであるが、照射が、マイクロメカニカ
ルミラー光アレー２８０を超えて開口部２９０へと集束
する点が異なる。個別の画素は複数のマイクロミラーに
よって形成され、上記マイクロミラーは、光を、投影レ
ンズ２０５の開口部２９０を通過させるように向ける
か、又は停止部２８５（すなわちシュリーレン型光学シ
ステム）に向けるかのいずれかを行う。画素の明るさ
は、レンズの開口部２９０を介して光が向けられるフレ
ーム内における時間の比率を選択することによって制御
される。このタイプのシステムは、図１０の場合のよう
に、２次元の空間光変調器アレー、２Ｄのフライズ・ア
イ・システム、及び２Ｄの電気的に制御可能なスペック
ル除去変調器１６０を含むか、それに代わって１Ｄの空
間光変調器アレー、１Ｄのフライズ・アイ・システム、
１Ｄの電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６
０、及び図１で使用されているガルバノメータのような
スキャナを含むかのいずれかで構成されることが可能で
ある。 【００６３】簡単化のために、本発明は、単一のレーザ
と単一の空間光変調器とを使用して実地説明されている
が、より一般的な議論がフルカラーのＲＧＢ投影ディス
プレイに対して向けられる。システムは、別個の光学距
離をたどって個々の赤と緑と青の空間光変調器を照射す
る、別個の赤と緑と青の光ビームによって構成され得る
ことは理解される必要がある。変調された光ビームは、
典型的には投影レンズの前に配置されたｘプリズムによ
って結合された色となり、結果的に生じる光ビームがス
クリーンに結像されて多色（polychormatic）画像を提
供する。別個の赤と緑と青のビームは、３つの別々のレ
ーザから、非線形光学装置の組み合わせを使用して３つ
のビームを出力する１つのＯＰＯ型レーザパッケージか
ら、もしくは、後で色を分割される単一の白色光レーザ
ビーム出力を供給するように統合化されたＯＰＯ型レー
ザパッケージから発生されることが可能である。 【００６４】 【発明の効果】本発明は、光学システムの照射部分内に
配置された電気的に制御可能なスペックル除去変調器に
より、投影される画像においてスペックルが低減される
レーザディスプレイシステムを提供する。プロジェクタ
内に統合化された設計を使用してスペックルを除去する
この方法は、システムの動作性能が、劇場毎にアプリケ
ーション及び設計が変わる可能性のある、振動するスク
リーンのような外部手段に依存しないということを意味
する。それに加えて、このスペックル除去手段は、従来
にはより多く行われているように画像生成光学装置内に
おいてではなく照射システム内で機能するので、スペッ
クルは、スクリーン上の画像品質に影響を与えることな
く知覚可能な限界よりも低下させることができる。さら
に、照射システム内のスペックル除去変調器の設計及び
動作を調整することにより、このシステムは、フィード
バックシステムを用いてオンザフライで最適化される
か、又はレーザ光源及び空間光変調器の技術が経時的に
進化するのに伴って段階的に最適化されるかのいずれか
が可能である。最後に、このシステムは当然ながら、機
械的かつ電気的に頑健であり、光効率が良く、アライン
メント不良に対して敏感ではない。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係る、電気的に制御可能な電気光学
スペックル除去変調器とリニア空間光変調器とを有する
レーザディスプレイシステムの斜視図である。 【図２ａ】 本発明に係る、電気的に制御可能な電気光
学スペックル除去変調器とリニア空間光変調器とを有す
るレーザディスプレイの断面図である。 【図２ｂ】 図２ａに示されたレーザディスプレイ光学
システムの一部に対する代替構成の断面図である。 【図３】 本発明に使用される、電気的に制御可能な電
気光学スペックル除去を実行する時間／位相遅延変調器
の第１のバージョンの斜視図である。 【図４】 本発明に使用される時間／位相遅延変調器の
第１のバージョンの断面図である。 【図５ａ】 視認性スペックルを呈示する光学システム
の出力の位相プロファイルを表す図である。 【図５ｂ】 低減された視認性スペックルを有する光学
システムの出力の位相プロファイルを表す図である。 【図５ｃ】 クロストークを呈示する、電気的に制御可
能なスペックル除去変調器の出力の位相プロファイルを
表す図である。 【図５ｄ】 横方向及び時間について変化する位相摂動
の両方を有する電気的に制御可能なスペックル除去変調
器の隣接する変調器部分間の相対的な位相遅延を示すチ
ャートである。 【図６ａ】 本発明のレーザ投影ディスプレイにおいて
使用可能な、代替の電気的に制御可能なスペックル除去
変調器の斜視図である。 【図６ｂ】 本発明のレーザ投影ディスプレイにおいて
使用可能な、代替の電気的に制御可能なスペックル除去
変調器の斜視図である。 【図７ａ】 本発明に係る変調器の効果を、入射する平
行化された光線の場合に、影響を受けない波面に関して
示す図である。 【図７ｂ】 本発明に係る変調器の効果を、入射する平
行化された光線の場合に、歪曲された波面に関して示す
図である。 【図７ｃ】 本発明に係る変調器の効果を、入射する集
束する光線の場合に、影響を受けない波面に関して示す
図である。 【図７ｄ】 本発明に係る変調器の効果を、入射する集
束する光線の場合に、アボートされた波面に関して示す
図である。 【図８】 コヒーレンス長のオーダーの複数の遅延を組
み込んだ、本発明に係るレーザディスプレイシステムの
代替の実施形態の断面図である。 【図９】 液晶ディスプレイ光バルブを使用する、本発
明に係るレーザディスプレイシステムの断面図である。 【図１０】 マイクロアレー光バルブを使用する、本発
明に係るレーザディスプレイシステムの代替の実施形態
の断面図である。 【符号の説明】 １００…レーザディスプレイシステム、 １１０…レーザ、 １１５…レーザビーム、 １２０…ビーム拡大光学装置、 １２５…発散レンズ、 １３０…発散ビーム、 １４０…コリメートレンズ、 １４５…平行化されたビーム、 １５０…ディフューザ、 １６０…電気的に制御可能なスペックル除去変調器、 １７５…フライズ・アイ・インテグレータ、 １７８ａ…第１のレンズレットアレー、 １７８ｂ…第２のレンズレットアレー、 １８０…ビーム整形光学装置、 １８５…コンデンサレンズ、 １９０…視野レンズ、 １９５…交差アレーコンデンサ、 ２００…リニア空間光変調器、 ２０５…投影レンズ、 ２１０…ガルバノメータミラー、 ２１５…スクリーン、 ２２０…線状画像、 ２２５…領域画像、 ２４０…ビームスプリッタアレー、 ２４１ａ乃至２４１ｅ…ミラー、 ２４５…ビームレット、 ２５０…複合レーザビーム、 ２５５…液晶ディスプレイ、 ２６０…プレポラライザ、 ２６５…偏光ビームスプリッタ、 ２７０…偏光アナライザ、 ２７５…変調された画像を生成する光ビーム、 ２８０…マイクロメカニカルミラーアレー、 ２８５…停止部、 ２９０…開口部、 ３２０…光、 ３２５…波面、 ３３０…歪曲された波面、 ３４０…入力ファセット、 ３４５…出力ファセット、 ３５０，３５５，３６０…変調器部分、 ３７０…バルク材料又は基板、 ３８０…遅延領域、 ３８５…上部電極、 ３９０，３９２，３９５，３９７，３９９，４２０，４
２５，４３０，４３５…電極、 ４００…下部電極、 ４０５…バッファ層、 ４１０…保護膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スジャータ・ラマヌジャン アメリカ合衆国14534ニューヨーク州ピッ ツフォード、シーダーウッド・サークル18 番 Ｆターム(参考） 2K103 AA01 AB04 AB10 BA01 BC23 BC26 BC51

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ａ）コヒーレンス長を有する光ビームを
   放射するレーザ光源と、 ｂ）上記光ビームを拡大するビーム拡大器と、 ｃ）空間光変調器と、 ｄ）上記拡大されたレーザビームを整形して上記空間光
   変調器の均一な照射を供給するビーム整形光学装置とを
   備え、上記ビーム整形光学装置は、複数のレンズレット
   にてなるアレーを有するフライズ・アイ・インテグレー
   タを含み、 ｅ）上記光ビームにおいて上記レーザ光源と上記ビーム
   整形光学装置との間に配置されたディフューザと、 ｆ）上記光ビームの時間的及び空間的な位相を変化させ
   る電気的に制御可能なスペックル除去変調器と、 ｇ）遠隔のスクリーン上に上記空間光変調器の画像を生
   成する投影レンズとを備えたディスプレイ装置。