JP2010521006A - レーザプロジェクタ画像内のスペックル低減 - Google Patents

Abstract

様々な空間変調パターンを表示し、レーザからの照明の方向を変えて画像を表示スクリーン上に形成するように適合された、設定可能な空間光変調器（ＳＬＭ）を有するレーザプロジェクタ。レーザプロジェクタは、対応する連続して投影される画像を融合させて、得られる融合した画像内のスペックルの出現を軽減する速度で空間変調パターンを変更するようＳＬＭを駆動する。ＳＬＭは表示される空間変調パターンからの光の回折又は鏡面的な反射のいずれかを使用して照明の方向を変えるように設計することができる。一実施形態において、ＳＬＭは基板の上で支えられ、個々に位置指定可能な基板に対して動く（例えば、並進及び／又は回転する）ように適合されたミラーのアレイを有するＭＥＭＳ装置である。

Description

関連出願の相互参照
本出願の主題は（ｉ）Gang Chen、Ronen Rapaport、及びMichael Schabelによる「COLOR MIXING LIGHT SOURCE AND COLOR CONTROL DATA SYSTEM」という名称の米国特許出願第１１／７１３，４８３号（整理番号：Chen 7-7-6）、（ｉｉ）Randy C. Giles、Omar D. Lopez及びRoland Ryfによる「DIRECT OPTICAL IMAGE PROJECTORS」という名称の米国特許出願第１１／７１３，２０７号（整理番号：Giles 81-13-15）、及び（ｉｉｉ）Vladimir A. Aksyuk、Robert E. Frahm、Omar D. Lopez、及びRoland Ryfによる「HOLOGRAPHIC MEMS OPERATED OPTICAL PROJECTORS」という名称の米国特許出願第１１／７１３，１５５号（整理番号：Aksyuk 45-10-12-14）の主題に関し、これらは全て本米国特許出願と同日に出願されている。上記３つの米国特許出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

本発明はレーザ投影システムに関する。

投影システムにおいて、レーザを使用することにより、従来の（非レーザ）光源によって得ることが難しい可能性のある広い色範囲を伴う鮮やかな画像の生成が可能となる。レーザ画像投影に対する重大な障害の１つにスペックル現象がある。スクリーン等の粗い表面から散乱したコヒーレント光が、有限の絞り（例えば、瞳孔）を有する強度検出器（例えば、人の目）によって検出されるときにスペックルが起こる。有限の絞りは検出器の空間分解能を規定し、検出された画像をモザイク状のスポットへ量子化することを招き、そのスポットのサイズは空間分解能によって規定される。例えば、スクリーン上のスポットから散乱した光が検出器の絞りで破壊的に干渉すると、そのときそのスポットは検出された画像内に比較的暗いスポットとして出現する。一方、スポットから散乱した光が検出器の絞りで建設的に干渉すると、そのときそのスポットは検出された画像内に比較的明るいスポットとして出現する。スクリーンが一様に照らされているときでさえ検出される、このはっきりしたスポット間の強度変動をスペックルという。スペックルは知覚される画像上に粒状の構造を重ね、それが画像鮮鋭度を損ねるとともに観察者を煩わせることにもなるのでスペックル低減は非常に望ましい。

米国特許出願第１１／７１３，４８３号 米国特許出願第１１／７１３，２０７号 米国特許出願第１１／７１３，１５５号 米国特許出願公開第２００６／０１２６１５１号 米国特許第７，０９９，０６３号 米国特許第６，９８４，９１７号 米国特許第６，８７６，４８４号

一実施形態によれば、本発明は（ｉ）複数の空間パターンでレーザからの照明の方向を変え、方向を変えられた照明が画像を表示スクリーン上に投影するように、設定可能な空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＳＬＭ）、及び（ｉｉ）投影された画像内のスペックルの出現を軽減するために、その複数の空間パターンから選択された時間的に連続する空間パターンを表示するようＳＬＭを駆動するように適合されたコントローラを備える装置である。

別の実施形態によれば、本発明はスペックルを低減する方法である。その方法は（ｉ）設定可能なＳＬＭによって表示される複数の空間パターンでレーザからの照明の方向を変えるステップであって、方向を変えられた照明が画像を表示スクリーン上に投影する、ステップ、及び（ｉｉ）投影された画像内のスペックルの出現を軽減するために、その複数の空間パターンから選択された時間的に連続する空間パターンを表示するようＳＬＭを駆動するステップを含む。

本発明の他の態様、特徴、及び利点は、下記の詳細な記述、付属の特許請求の範囲、及び添付の図面からより完全に明らかとなるであろう。

本発明の一実施形態に係るレーザ投影システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る、図１に示したシステムにおいて空間光変調器として使用できるアレイ状ＭＥＭＳ装置の３次元部分切り欠き斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、図１のシステムによって投影される画像内のスペックルの出現を低減する方法を示すグラフである。 本発明の別の実施形態に係るレーザ投影システムのブロック図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るレーザ投影システムのブロック図である。

スペックル低減は一般に、人の目等の検出器の空間分解能及び／又は時間分解能の範囲内で２つ以上の独立したスペックルの構成の平均をとることに基づく。人の目の場合、平均する時間はフリッカー融合閾値、又はフリッカー融合速度（ｆｌｉｃｋｅｒ ｆｕｓｉｏｎ ｒａｔｅ）といわれる生理学上のパラメータから推測することができる。より具体的には、フリッカー融合速度よりも低い速度で点滅する光は、人にはフリッカーとして知覚される。一方、フリッカー融合速度よりも高い速度で点滅する光は安定しているように知覚される。フリッカー融合速度は人によって変わり、また、個々人の疲労度、光源の輝度、及び光源を観察するのに使用される網膜の面積に依存する。約７５Ｈｚより高い速度ではフリッカーを知覚する人はほとんどいない。映画、及びテレビでは、２０Ｈｚ及び６０Ｈｚの間、例えば、３０Ｈｚのフレーム転送速度が通常、使用され、圧倒的多数の人についてこの速度はフリッカー融合速度よりも高い。

独立したスペックルの構成は、照明レーザビームの位相、伝搬角度、偏光、及び／又は波長を多様化させることを使用して発生させることができる。角度の多様性を得るためのアプローチの１つは、投影光学系にフリッカー融合速度よりも高い速度で検出器分解能スポット内のサブ分解能領域を連続的に照明させる、時間的に変化する（例えば、振動する）拡散器を使用することである。連続的に照明することにより、分解能スポット内のサブ分解能領域の間の空間的コヒーレンスが効果的に消滅させられ、これにより分解能スポット内の干渉効果が抑制され、スペックルコントラストが低減させられる。偏光の多様性は、例えば、良好な偏光解消特性を呈する投影スクリーンを使用することによって得ることができる。偏光解消性の面に入射した偏光レーザビームは多様な光散乱により偏光解消を経る。得られるスペックルパターンは２つの直交偏光状態に対応する２つのパターンに分解することができる。直交偏光状態は互いに独立しているので必然的にスペックルコントラストは１／√２に低減することになる。波長の多様性により、スペックルコントラストは低減される。なぜなら、スペックルは照明光の波長に依存する干渉現象だからである。例えば、人の目には区別できない量だけ異なる波長を持つ２つのレーザが同じ画像を発生させると、そのときその画像は２つの独立したスペックルの構成を重ね合わせたものを有し、全体のスペックルコントラストは低減されるはずである。位相、角度、偏光、及び波長の多様性は互いに独立なので、これらの技術を組み合わせ、同時に、及び／又は補足的に使用することができる。そして、得られるスペックルコントラストの低減係数は採用された個々の多様性の個々のスペックルコントラストの低減係数の積と同じくらいの大きさになり得る。

図１は本発明の一実施形態に係るレーザ投影システム１００のブロック図を示している。システム１００はレンズ１２０を介して空間光変調器（ＳＬＭ）１３０を照明するレーザ１１０を有する。ＳＬＭ１３０は投影される画像をエンコードする空間変調パターン１３２を表示するように構成されている。例えば、パターン１３２は入射光を回折させて、回折した光ビームを生じさせるホログラムとして機能することができる。回折したビームはスクリーン１４０上に投影されて、パターン１３２に対応する画像１４２を生じさせる。ＳＬＭ１３０の回折効率によっては、システム１００に、鏡面的に反射された光を除去し、回折した光だけを通過するように構成された空間ビームフィルタ、又はマスク（図示せず）を組み込んでもよい。

パターン１３２は空間フーリエ変換によって画像１４２に関係付けられる。つまり、画像データ１４８によって特定される画像１４２を生じさせるため、コントローラ１５０はその画像の光振幅分布に対するフーリエ変換を生じさせ、対応する制御信号１５２を出力して、真に数学的なフーリエ変換に近い（離散的で空間的に量子化された形式で）パターン１３２を表示するようにＳＬＭ１３０を設定する。そして、光回折の過程により、パターン１３２の逆フーリエ変換が生じさせられ、これによりコントローラ１５０によって与えられたフーリエ変換を逆にし、回折したビームで画像データ１４８によって特定される画像１４２を生成する。

いくつかの実施形態において、システム１００は多色なものとして知覚される画像を生じさせることができる。このような実施形態において、異なる色（例えば、赤、緑、及び青）の時間的に連続するレーザ光ビームはＳＬＭ１３０を照明する。時間的に連続する異なる光の色を生じさせるため、レーザ１１０は（ｉ）３つ以上の適切な一体化されたレーザ源（図示せず）を有し、各レーザ源は固定波長を有することができ、又は（ｉｉ）チューナブルレーザとすることができる。画像データ１４８は、２個、３個若しくはそれより多い画像データのサブセットを有することにより多色画像を特定し、各サブセットは対応する単色サブ画像を特定する。個々の単色サブ画像がフリッカー融合速度よりも高い速度でスクリーン１４０上に連続的に投影されるとき、観察者の目は連続する単色サブ画像を融合させて、対応する知覚される多色画像を形成する。

システム１００は従来の画像投影システムに対していくつかの重要な長所を有することになる。第１に、システム１００はＳＬＭ１３０から実質的に任意の距離に焦点が合った画像１４２を発生させることができる。さらに、パターン１３２を適切に修正して、曲面上への投影に対応できるので、スクリーン１４０等の投影面が平坦であることを必要としない。第２に、システム１００は複雑な結像光学系を必要としないので、効果的に小型化することができる。最後に、システム１００の回折の特質により、システムにおける光損失が選択的に光を遮断又は拡散して画像を発生させる従来の投影システムにおいて起きるそれに比べて著しく低減され得る。例えば、約２５ｍＷの光パワーを利用するシステム１００は、約１００ｍＷの光パワーを利用する従来のプロジェクタによって発生させられる画像の輝度と同じ輝度を有する画像を発生させることができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る、ＳＬＭ１３０として使用できるアレイ状ＭＥＭＳ装置２００の３次元部分切り欠き斜視図を示している。アレイ状装置２００は参照により本明細書にその全体が組み込まれている、本願の権利者が所有する米国特許出願公開第２００６／０１２６１５１号に開示されている分割ＭＥＭＳミラーに概ね類似している。装置２００は複数の装置２０２を有し、各装置２０２は電気機械アクチュエータそれぞれに結合されたプレート２５０を有する。各電気機械アクチュエータは（ｉ）基板に取り付けられた固定電極２１０、及び（ｉｉ）支柱２３０に接続された可動電極２２０を有し、支柱２３０は２つの固定部２８０の間に取り付けられたスプリング（柔軟ビーム）２６０によって基板上で支えられている。固定電極２１０及び可動電極２２０の間に電圧差が印加されているとき、これによって、これらの電極の間に可動電極を固定電極の方に動かす静電引力が生じさせられる。可動電極２２０の運動は（ｉ）スプリング２６０を変形させ、これによって反作用するスプリング力を生じさせ、（ｉｉ）支柱２３０を介して、プレート２５０へ伝達される。電圧差が除去されるとき、変形したスプリング２６０のスプリング力が可動電極２２０及びプレート２５０をそれらの最初の位置に戻す。

異なる装置２０２に属するプレート２５０が実質的に隣接する分割ミラー２０４を形成し、各装置２０２を他のどの装置２０２とも独立して動作させることができるように、装置２０２は装置２００内でアレイ状になっている。結果として、異なる装置２０２のアクチュエータが適切にバイアスされて対応するプレートの変位を発生させるとき、分割ミラー２０４は所望の形状、例えば、制御信号１５２によって特定される形状を選ぶ（図１参照）。個々の装置２０２に対する固有の応答時間は通常は約１０μｓである。従って、分割ミラー２０４は毎秒約Ｙ個の異なる空間変調パターンを表示するように再設定することができる。プレート２５０は適切な小さい寸法を有して、分割ミラー２０４をシステム１００において空間変調パターン１３２を生じさせるのに適している設定可能な位相マスク又はホログラムとして機能させることができる。ＳＬＭ１３０として使用するのに適したアレイ状装置２００の様々なさらなる実施形態の詳細な記述を上記の特許出願公開‘１５１で見ることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る、画像１４２内のスペックルの出現を低減する方法をグラフで例示している。一般に、知覚される画像１４２は表示スクリーン上の空間光強度パターンによって規定される。しかし、空間位相パターンだけが異なる空間光パターンは通常、同じ画像として知覚される。加えて、光検出器、例えば、目の分解能よりも小さい線形寸法を持つ特徴で異なる２つの光パターンは実質的に同じ画像を形成するように通常は知覚されるであろう。画像１４２が離散的即ち量子化されていると（例えば、分解能が有限であるため）、知覚的に同様な画像１４２は、一般に、２つ以上のホログラム１３２によってエンコードすることができ、ここで、同様に知覚される画像を発生させるホログラム１３２の数は画像１４２及びホログラム１３２のそれぞれの分解能に依存する。以下、同様に知覚される画像１４２を発生させるような異なるパターン１３２を冗長パターンという。画像それ自体は実質的に変化しないままで、それら冗長パターンはそれぞれ画像内の異なるスペックルの構成を生成することができる。複数の冗長パターン１３２が表示スクリーン上にフリッカー融合速度の逆数よりも短い又は等しい時間間隔の範囲内で投影されると、そのとき通常は目においてスペックルの構成の平均化が起こり、これによってスペックルコントラストの低減が達成される。

図３の水平軸はフリッカー融合速度の逆数よりも短い又は等しい時間間隔Ｔ_０を示している。時間間隔Ｔ_０の間、システム１００はＮ個の異なる冗長パターン１３２を使用して同じ単色静止フレーム（画像データ１４８の対応するデータブロックによって特定される）のＮ個の異なるコピーを投影する。より具体的には、コントローラ１５０は画像データ１４８に基づく１つの知覚される単一色の投影画像に対応するＮ個の冗長パターン１３２を算出する。各冗長パターン１３２は識別番号が割り当てられ、図３の上部の区域において各冗長パターンは水平線３３２−ｊそれぞれによって表される。なお、ｊは識別番号である。各冗長パターン１３２の保持時間（図３の線３３２−１〜３３２−Ｎそれぞれの長さ）の間、ＳＬＭ１３０はその冗長パターンをその当該冗長パターン１３２に対する安定状態それぞれにおいて、その画素を維持することによって表示する。例えば、図２を参照すると、安定状態は分割ミラー２０４全体及びその個々のプレート２５０が実質的に静止していることを意味する。図３の上部の区域の傾斜した線３３４はそれぞれ遷移過程を表し、遷移過程の間、ＳＬＭ１３０の画素は冗長パターン１３２−ｊの表示から冗長パターン１３２−（ｊ＋１）の表示へ再設定されている。図２を参照すると、遷移過程は分割ミラー２０４の少なくともいくつかのプレート２５０がある静止位置から次へと動いていることを意味する。

図３の下部の区域は上部の区域に示したＳＬＭ１３０の状態に対し、レーザ１１０によって生じさせられる光パルス３０２のタイミングを示している。より具体的には、ＳＬＭ１３０が冗長パターン１３２それぞれの安定状態を持続しているとき、各パルス３０２はレーザ１１０によって発射される。ＳＬＭがある冗長パターン１３２から次へ遷移しているとき、レーザ１１０はＳＬＭ１３０を照明しないことに留意すべきである。すでに上記で説明したように、各冗長パターン１３２の照明は実質的に同じ知覚される画像のコピーそれぞれの投影をもたらし、異なる冗長パターン１３２は異なるスペックルパターンを発生させる。フリッカー融合速度よりも高いレーザパルス速度では（図３の場合であるように）、観察者の目は異なるスペックルパターンを融合させ、これによって対応するスペックルコントラストの低減がもたらされる。

当業者には、多色画像の投影に関しては、図３にグラフで示した投影方法が、知覚される多色画像を発生させるように投影される一連の単一色画像、例えば、赤、緑、及び青、それぞれに適用できることは理解されよう。異なる色を有するレーザパルスを当該業界で知られるように適切にインタリーブでき、ここで、各レーザパルスに対し、ＳＬＭ１３０は、単色投影画像それぞれに対応する各冗長パターン１３２を保持するように、適切に設定される。また、適切な連続する静止画像を投影することにより、システム１００のいくつかの実施形態を使用して映画又はテレビ番組等の動画を投影することができる。

図４は本発明の別の実施形態に係るレーザ投影システム４００のブロック図を示している。回折光ビーム及びホログラフィック結像原理を使用して画像を投影する図１のシステム１００と違い、システム４００の個々のミラーは結像のために入射光を鏡面的に反射させる。例えば、偏光ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ、ＰＢＳ）４３４はレーザ（図示せず）によって生じさせられる光ビーム４１２をＳＬＭ４３０の方へ向ける。画像データ４４８に基づき、コントローラ４５０は対応する空間変調パターン４３２を表示するようにＳＬＭ４３０を設定する。パターン４３２は衝突光を空間的に変調し、得られた空間的に変調されたビームはＰＢＳ４３４の方に戻るように反射させられ、そのビームはＰＢＳ４３４を通過して中継光学系４３６に向かっていく。中継光学系４３６は受けたビームをスクリーン４４０上に投影して、スクリーン４４０上に対応する投影画像４４２を形成する。

システム４００は直接的な結像を行うように設計されているので、パターン４３２の画素及び画像４４２の画素の間の関係は比較的直接的かつ単純である。例えば、パターン４３２の画素が実質的に光を反射しないと、そのときスクリーン４４０上の画像４４２の対応する画素は比較的暗い。同様に、パターン４３２の画素がとても効率的に光を反射すると、そのとき画像４４２の対応する画素は比較的明るい。

一実施形態において、アレイ状ＭＥＭＳ装置２００（図２）はＳＬＭ４３０として使用される。より具体的には、ミラー２０４は論理画素にビニングされ、各論理画素はプレート２５０のｎ×ｋのブロックを有し、ここで、ｎ及びｋは正の整数であり、ｎ及びｋの少なくとも１つは１よりも大きい。例示の目的のため、ｎ＝１及びｋ＝２の場合を考えることにし、この場合、各論理画素は２つのプレート２５０を有する。この２つのプレート２５０両方の電気機械アクチュエータがバイアスされておらず、プレートが互いに揃って並んでいる、即ち基板面（固定電極２１０を有する面、図２参照）から同じ距離に位置していると仮定する。遠視野では（例えば、スクリーン４４０では）、そのように位置する２つのプレート２５０から鏡面的に反射された光は２つのプレートに対応する画像４４２の画像画素上で画像画素が比較的明るく照明されるように建設的に干渉する。ここで、２つのプレート２５０の一方の電気機械アクチュエータが、他方のプレートに対し、λ／４だけずれるようにバイアスされていると仮定し、λはビーム４１２の波長とする。ここで、遠視野では（例えば、スクリーン４４０では）、２つのプレートから鏡面的に反射された光は２つのプレートに対応する画像４４２の画素が比較的不十分に照明されるように、即ち比較的暗くなるように破壊的に干渉する。当業者には、最小値（暗い）及び最大値（明るい）の間の任意の中間輝度は２つのプレートに互いに適切な距離だけ、例えば、０及びλ／４の間でオフセットをかけることによって得ることができることは理解されよう。つまり、論理画素内のプレート２５０の相対位置を制御することにより、画像４４２内の対応する画素の輝度を制御することができる。

ミラー２０４の論理画素が比較的多数のプレート２５０、例えば、プレート２５０の４×４のブロックを有し、画像４４２内の対応する画素の所望の輝度が中間輝度（例えば、０よりも明るいがシステム４００で得ることが可能な最大輝度よりも暗い）であるとき、所望の輝度を生じさせるために、論理画素は多くの異なるやり方で設定する（論理画素のプレート２５０を位置させる）ことができる。つまり、複数の異なるパターン４３２があり、各パターン４３２をシステム４００において使用して、スクリーン４４０上に同じ画像４４２のコピーを投影することができる。以下、同じ画像４４２を表すこのような異なる適当なパターン４３２を冗長パターンという。当業者には、異なる方式で生じさせているが、システム４００における冗長パターン４３２はシステム１００における冗長パターン１３２に類似していることは理解されよう。冗長パターン１３２と同様に冗長パターン４３２は互いに独立している。従って、画像それ自体は実質的に変化しないままで各冗長パターン４３２は画像４４２内の異なるスペックルの構成を生成するであろう。複数の冗長パターン４３２が表示スクリーン上にフリッカー融合速度の逆数よりも短い又は等しい時間間隔の範囲内で投影されると、そのとき対応するスペックルの構成の平均化が目において起こり、これによってスペックルコントラストの低減が達成される。

冗長パターン１３２及び４３２の間に上述の類似性があるとすると、図３にグラフで例示したスペックルを低減する方法を使用して、本発明の別の実施形態により画像４４２内のスペックルを低減することができる。より具体的には、静止フレームを特定する画像データ４４８に基づいて、コントローラ４５０はその静止フレームに対応するＮ個の冗長パターン４３２を算出する。各冗長パターン４３２の保持時間（図３の線３３２の持続期間）の間、ＳＬＭ４３０はその冗長パターンをそれぞれの安定状態においてその画素を維持することによって表示する。各冗長パターン４３２を保持している間、ＳＬＭ４３０はビーム４１２からの各レーザパルス３０２（図３）を受ける。すでに上記で説明したように、異なる冗長パターン４３２に対応する画像４４２の異なるコピーは異なるスペックルパターンを有するので、観察者の目はそれらの画像コピーをどの個々の画像コピーのスペックルコントラスト値に比べても低減されているスペックルコントラスト値によって特徴付けられる１つの画像に融合させるであろう。

別の実施形態において、傾けられる、又は回転するミラーを有するアレイ状ＭＥＭＳ装置をＳＬＭ４３０として使用することができる。適当なアレイ状ＭＥＭＳ装置は、例えば、本願の権利者が所有する米国特許第７，０９９，０６３号、第６，９８４，９１７号、及び第６，８７６，４８４号に開示されており、これらはそれぞれ参照により本明細書にその全体が組み込まれている。ミラー２０４（図２）と同様に、回転するミラーのアレイは論理画素にビニングされ、各論理画素は個々に位置指定可能な複数のミラーを有する。論理画素が比較的多数の個々に位置指定可能なミラーを有するとき、論理画素内のミラーのいくつかを回転させてスクリーン４４０から反れるように光を偏向させ、同時に光がスクリーンの方に向くように論理画素内の残りのミラーを方向付けることにより、画像４４２内の対応する画素の所望の輝度を得ることができる。当業者には、画像４４２内の画素それぞれにおいて実質的に同じ輝度を生じさせるために、各論理画素は多くの異なるやり方で設定する（即ち、論理画素の個々のミラーが方向付けられる）ことができることは理解されよう。つまり、上記で論じたピストンミラーを伴う実施形態と同様に、回転するミラーを伴う実施形態において複数の異なる冗長パターン４３２があることが可能で、そのパターンそれぞれを使用してスクリーン４４０上に同じ知覚される画像４４２を投影することができる。すでに上記で説明したように、複数の冗長パターン４３２が表示スクリーン上にフリッカー融合速度の逆数よりも短い又は等しい時間間隔の範囲内で投影されると、そのとき対応するスペックルの構成の平均化が目において起こり、これによってスペックルコントラストの低減が達成される。

図５は本発明のさらに別の実施形態に係るレーザ投影システム５００のブロック図を示す。システム４００（図４）と同様に、システム５００は空間光変調器５３０を振幅（強度）変調器として使用している。より具体的には、レーザ５１０ｒ、５１０ｇ、及び５１０ｂのうちの１以上によって生じさせられる光により、ビーム合成器５１６、結像レンズ５２０、及びＰＢＳ５３４を介して、ＳＬＭが照明されている状態で、ＳＬＭ５３０の各画素はスクリーン５４０上に投影レンズ５３６によって直接的に結像される。システム５００におけるスペックル軽減は、照明光学系において、即ち、レーザ５１０及びＳＬＭ５３０の間の光路において導入される位相及び角度の多様性によって達成される。例えば、ビーム合成器５１６及びレンズ５２０の間に位置する光学部材５１８として図式的に示される拡散器、レンズレットアレイ、又は位相マスクは光ビームの歪みを導入する。光学部材５１８は周期的又は非周期的な方式で動いて、ＳＬＭ５３０の方に向けられているビームの光学的前方を歪ませる。スペックル低減は多様な角度のもとでＳＬＭ５３０に入射する互いにインコヒーレントな光ビームを生成するビーム内の経路長差の導入によって行われる。好適な実施形態において、光学部材５１８はレーザ５１０のコヒーレンス長よりも長い相互の経路長差を導入する。これらの経路長差は実質的にインコヒーレントなビームを発生させ、それによってＳＬＭ５３０の、又はその中での追加の機械的運動を必要でないものとすることができる。レーザ５１０は比較的短いコヒーレンス長を有するように特別に設計又は構成することができる。例えば、コヒーレンス長は特別な動作条件を与えること、又は駆動電流を時間とともに変調することによって低減することができる。

本発明を例示的な実施形態の参照により記述してきたが、この記述は限定的な意味で解釈されることを意図していない。本発明の特定の実施形態はアレイ状装置２００（図２）を参照して記述されてきたが、本発明は他の適当な空間光変調器、例えば、ＬＣＤ技術を採用している空間光変調器とともに実行することもできる。図３の方法はＮ個の異なる冗長パターン１３２又は４３２の連続する表示を参照して記述されてきたが、一部又はすべての冗長パターンを循環的に回帰させることによって発生させられるものを含めて、一部又はすべての冗長パターンを時間間隔Ｔ_０の間で任意に選択された順序で複数回表示することができる。本発明のスペックル低減方法の実施形態は単独で、又は必要に応じて他のスペックル低減方法、例えば、角度、偏光、及び／又は波長の多様性を採用しているものと組み合わせて使用することができる。本発明が関係する当業者には明らかである、上記の実施形態の様々な修正が本発明の他の実施形態と同様に下記の特許請求の範囲で表現されるような本発明の原理及び範囲の中にあると見なされる。

本発明の特定の実施形態は、並進、又は運動の揺動モードを使用し、ＳＬＭ全体の振動を採用することができる。あるいは、比較的大きなミラーを使用してレーザ５１０からＳＬＭ５３０へ光を向けることができる。当業者には、その比較的大きなミラーを振動させることにより、ＳＬＭ全体の振動によって発生させられるものと実質的に同様なスペックル低減効果を発生させることができることは理解されよう。

本明細書において、ＭＥＭＳ装置は互いに相対的に動くように適合された２つ以上の部品を有する電気的に制御される機械装置であり、ここで、その運動は機械的、電気的、及び／又は磁気的な相互作用によって引き起こされる。（１）例えば、自己組織化単分子層、所望の化学物質に対して高い親和性を有する化学コーティング、及び未結合の化学結合手の発生及び飽和を採用する自己組織化技術、並びに（２）例えば、リソグラフィ、化学気相堆積、材料のパターニング及び選択的エッチング、及び表面の処理、成形、メッキ、及びテクスチャリングを採用するウエハ／材料加工技術を含むことができるが、必ずしもこれらに限定されないマイクロファブリケーション技術、又は、より微細なファブリケーション技術（ナノファブリケーション技術を含む）を使用し、ＭＥＭＳ装置を製造することができる。ＭＥＭＳ装置の例は、ＮＥＭＳ（ｎａｎｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ、ナノ電気機械システム）装置、及び／又はＭＯＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ、マイクロ光電気機械システム）装置を含むことができるがこれに限定されない。

本発明はＭＥＭＳ装置としての実施に照らして記述されてきたが、本発明は理論的にはマイクロスケールより大きい、例えば、１０μｍより大きい規模を含む任意の規模で実施することができる。

明確に別途、述べている場合を除き、本明細書では、各数値及び範囲は「約」又は「近似的に」という語が、その数値又は範囲の数値の前にあるかのように近似であるものとして解釈されるべきである。

本発明の特質を説明するために、記述、及び例示してきた部品の細部、材料、及び配置の様々な変更が、当業者により下記の特許請求の範囲において表現されるような本発明の範囲から逸脱することなく行えることはさらに理解されよう。

本明細書で説明した例示の方法のステップは、必ずしも記述された順序で行う必要がないことは理解されるべきであり、このような方法のステップの順序は単に例示であると理解されるべきである。同様に、追加のステップをこのような方法に含めることができ、特定のステップを本発明の様々な実施形態と整合する方法において省略又は結合することができる。

本明細書における「一実施形態」又は「実施形態」の参照はその実施形態に関連して記述される特有の特徴、構造、又は特性を本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることができることを意味する。本明細書内の様々な箇所に出現する「一実施形態において」という語句は、必ずしもすべて同じ実施形態を参照するものでなく、他の実施形態と必ず相互排他的な、別個の、又は代替可能な実施形態でもない。同じことが「実施」という用語に適用される。

詳細な記述の至るところで一定の縮尺ではない図面を単に例示し、本発明を限定するのではなく説明するために使用している。

Claims (10)

1. 装置であって、
   複数の空間パターンでレーザからの照明の方向を変え、前記方向を変えられた照明が画像を表示スクリーン上に投影するように、設定可能な空間光変調器（ＳＬＭ）、及び
   前記投影された画像内のスペックルを軽減するために、前記複数の空間パターンから選択された時間的に連続する空間パターンを表示するよう、前記ＳＬＭを駆動するように適合されたコントローラ
   を備えた装置。
2. 請求項１記載の装置であって、
   前記ＳＬＭは基板の上で支えられ、個々に位置指定可能なＭＥＭＳ制御ミラーのアレイを備え、
   前記ＳＬＭは前記コントローラからの信号に応答して、前記ミラーのうち選択されたものを並進又は回転させて表示される前記空間パターンを変更するように適合された装置。
3. 請求項２記載の装置であって、前記ミラーは回折によって、又は鏡面的な反射によって前記照明の方向を変えるように適合された装置。
4. 請求項１記載の装置であって、前記ＳＬＭは前記スクリーンに対して機械的に振動するように適合された装置。
5. 請求項１記載の装置であって、さらに（ｉ）光ビームを前記レーザから前記ＳＬＭに向け、（ｉｉ）前記ビームを前記ＳＬＭに対して振動するよう振動させるように適合された光学部材を備えた装置。
6. 請求項１記載の装置であって、前記コントローラが約２０Ｈｚ以上の速度で前記空間パターンを変更するように適合された装置。
7. 請求項１記載の装置であって、前記複数の空間パターンが、前記ＳＬＭに異なるスペックルパターンによって特徴付けられる実質的に同様な画像を発生させる２つ以上の冗長空間変調パターンを備えた装置。
8. 請求項１記載の装置であって、
   前記レーザが、多色画像を生じさせる少なくとも２つの異なる色の光を生じさせるように適合され、
   前記装置が、異なる色の画像が交互に連続して発生されるように構成された装置。
9. 請求項１記載の装置であって、
   前記レーザがパルス状の光を生じさせるように適合され、
   前記コントローラに応じて、前記ＳＬＭが、
   各レーザパルスに対する各表示される空間パターンを安定して保持し、
   前記表示される空間パターンをレーザパルス相互間の期間で変更するように適合された装置。
10. スペックルを低減する方法であって、
    設定可能な空間光変調器（ＳＬＭ）によって表示される複数の空間パターンでレーザからの照明の方向を変えるステップであって、それによって、前記方向を変えられた照明が画像を表示スクリーン上に投影する、ステップ、及び
    前記投影された画像内のスペックルを軽減するために、前記複数の空間パターンから選択された時間的に連続する空間パターンを表示するよう、前記ＳＬＭを駆動するステップ
    を備える方法。

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