JP5993099B2 - スペックルを減少するための方法 - Google Patents

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Description

本願発明は、スペックルを減少するための方法に関し、具体的には限定的ではないものの、ディスプレイスクリーンにおいて、複数の光線からの複数のビームスポットを重ね合わせることによって生成される複数の干渉縞を用いて、投射ピクセル(または複数のピクセル)内のスペックルを減少するための方法に関する。
スペックルパターンは、一連の波面の相互干渉によって生成される強度パターンである。複数のレーザを使用する複数のイメージ投射システムにおいて、複数のスペックルパターンは、複数の粗いディスプレイ表面上で生じる、複数のコヒーレント光干渉によって引き起こされる。スペックルは、投射イメージの品質を低下させる。というのは、投射イメージの各ピクセルは、不均一な強度を有することになり、投射イメージの各ピクセルについて、当該ピクセルの複数の特定領域は、当該ピクセルの他の複数の領域より明るく表示される。複数のスペックルパターンによって生じるピクセルの不均一な強度は、当該分野において、「複数のスペックル効果」と呼ばれる。
複数の投射システムにおいてスペックルの効果を減少すべく、各ピクセルに対し、複数のスペックルパターンを生成することが知られている。各ピクセルに対し、複数のスペックルパターンが互いに部分的に重なるように配置され、結果的にピクセルにわたる輝度変動が減少される。各ピクセルに対し生成されるスペックルパターンの数が増えると、ピクセルにわたる光度変動の減少がより多く実現され得る。
この解決手段に係る複数の難点の1つは、投射システムが次のピクセルを投影する前に、各ピクセルに対し、複数のスペックルパターンが生成されなければならないことである。つまり、複数のスペックルパターンが、非常に短時間で生成されなければならない。従って、各ピクセルに対し、複数のスペックルパターンを提供する投射システムは、大きな処理能力を必要とする。
更に、各ピクセルに対し生成され得るスペックルパターンの数は、投射システムの処理能力によって限定される。つまり、実現可能な、ピクセルにわたる輝度変動の減少には制限がある。
また、ピクセルにわたる光度変動の減少を実現すべく、複数のスペックルパターンは互いに完全に重なり合ってはいけない(複数のスペックルパターンは互いに部分的にそれぞれ重なり合う必要がある)。同時に一方で、複数のスペックルパターンの各々は、ピクセルの定義済み領域内で投影される必要があり、さもなければ、ピクセルは不鮮明に表示される。複数のピクセルパターンの各々が、ピクセルの定義済み領域内で投影されること、および互いに完全に重なり合わないことの両方を保証することは難しい。
複数の投射システム内のスペックル効果を減少する別の解決手段は、複数の干渉縞を使用することである。複数の干渉縞とは、光の干渉および回折によって生成される複数の明暗帯である。マイケルソン干渉計を使用して、光を2つのビームレットに分割すること、および当該ビームレットをディスプレイ表面において再合成することが知られている。複数のビームレットが再合成される場合、複数の干渉縞が当該複数のビームレット間の強め合う干渉および弱め合う干渉により、生成される。複数の独立したスペックルパターンが、観察者の解像度スポット内の各個別の縞によって生成されるので、複数の干渉縞はスペックルを減少する。観察者の解像度スポットは、特定の距離において、観察者によって、スクリーン上で識別され得る最小フィーチャーサイズである。解像度スポット内の複数のスペックルパターンは、重なり合わず、独立しており、つまり、それらは、観察者の目によって平均化されており、スペックルコントラストは減少される。
不都合なことには、この解決手段は、2つのミラーを必要とする。すなわち、複数のビームレットのうちの一方をディスプレイスクリーンに反射させるための第1のミラーおよび他方のビームレットをディスプレイスクリーンに屈折させるための第2のミラーである。
更に、2つのビームレットのみが再合成され得るので、結果的に、ごくわずかな干渉縞が観察者の解像度スポットにもたらされ、よって、スペックルの減少はわずかである。
また、ディスプレイ表面にわたり投射ビームをスキャンする振動ミラーを使用する複数の投射システムについては、振動ミラーは、マイケルソン干渉計からの光出力をスキャンするように常に配置される必要がある。マイケルソン干渉計に入力される光をスキャンするよう振動ミラーが配置されると、複数のビームレットはディスプレイ表面上で再合成されず、干渉縞は形成されない。不都合なことには、振動ミラーはマイケルソン干渉計からの光出力をスキャンするよう常に配置される必要があるので、振動ミラーは当該2つのビームレットを受光できるよう十分大型でなければならない。
上記した複数の不利益の少なくとも一部を除去または軽減することが本願発明の目的である。
本発明によると、ディスプレイ表面上で表示される投射イメージにおける複数のスペックル効果を減少するための方法であって、入力光線を第1の干渉計に対し伝送させる段階と、上記入力光線を使用し、上記第1の干渉計において、複数の一次伝送ビームを生成する段階と、ディスプレイ表面に複数の干渉縞を生成すべく、上記複数の一次伝送ビームを使用する段階と、を備える方法がもたらされる。
上記入力光線を使用し、上記第1の干渉計において、複数の一次伝送ビームを生成する段階は、入力光線を使用し、第1の干渉計において、2より多い一次伝送ビームを生成する段階を含んでよい。
複数の干渉縞を生成すべく、上記複数の一次伝送ビームを使用する段階は、上記複数の一次伝送ビームによって生成される複数のビームスポットが少なくとも部分的に重なり合うように、上記複数の一次伝送ビームをディスプレイ表面上の位置に伝送させる段階を含んでよい。
好ましくは、複数の干渉縞を生成すべく、上記複数の一次伝送ビームを使用する段階は、上記複数の一次伝送ビームによって生成される複数のビームスポットが互いに完全に重なり合うように、上記複数の一次伝送ビームをディスプレイ表面上の位置に伝送させる段階を含む。
好ましくは、上記方法は更に、イメージピクセルを画定すべく、ディスプレイスクリーン上の位置に伝送される複数の一次伝送ビームを使用する段階を備える。好ましくは、上記方法は、複数の一次伝送ビームによって生成される複数のビームスポットが、上記ポイントにおいて単一のイメージピクセルを画定するよう、複数の一次伝送ビームをディスプレイ表面上の単一のポイントに焦点を合わせる段階を備える。
複数の干渉縞を生成すべく、上記複数の一次伝送ビームを使用する段階は、複数の一次伝送ビームを第2の干渉計に対し伝送させる段階と、複数の一次伝送ビームの各々を使用し、上記第2の干渉計において、複数の二次伝送ビームを生成する段階と、上記複数の二次伝送ビームによって生成される複数のビームスポットが少なくとも部分的に重なり合うように、上記複数の二次伝送ビームを上記ディスプレイ表面上の位置に伝送させる段階と、を含んでよい。
好ましくは、上記方法は、上記複数の二次伝送ビームによって生成される複数のビームスポットが完全に重なり合うように、複数の二次伝送ビームをディスプレイ表面上の位置に伝送させる段階を含む。
好ましくは、上記方法は更に、イメージピクセルを画定すべく、ディスプレイスクリーン上の位置に伝送される複数の二次伝送ビームを使用する段階を備える。好ましくは、上記方法は、複数の二次伝送ビームによって生成される複数のビームスポットが、上記ポイントにおいて単一のイメージピクセルを画定するよう、複数の二次伝送ビームをディスプレイ表面上の単一のポイントに焦点を合わせる段階を備える。
好ましくは、複数の一次伝送ビームの各々は、第1の平面に沿って通過する。好ましくは、各一次伝送ビームから生成される複数の二次伝送ビームの各々は、第2の平面に沿って通過する。好ましくは、第1の平面および第2の平面は、互いに鉛直である。
入力光線を前記第1の干渉計に対し伝送させる段階は、入力光線をスキャンすべく、少なくとも1つの振動軸を中心に振動するMEMSミラーを使用して、光源からの光線を、第1の干渉計に対し方向付ける段階を含んでよい。
好ましくは、MEMSミラーは、光源と第1の干渉計との間の光路に沿って位置される。有利には、干渉計の前にMEMSミラーを提供すると、MEMSミラーは入力光線をスキャンするためにのみ必要とされるので、より小さなMEMSミラーが必要とされることを保証するようになる。これは、MEMSミラーが干渉計の後に提供される場合と比較すると、MEMSミラーは、複数の一次伝送ビームの各々を受光し、かつ、スキャンするのに十分なように、より大型であることを必要とする。
好ましくは、上記方法は更に、入力光線を提供する光源と、ディスプレイ表面上のポイントとの間の距離を測定する段階を含む。好ましくは、上記方法は更に、測定された距離における、ディスプレイ表面上の単一のポイントに対し、一次伝送ビームまたは二次伝送ビームが焦点を合わせられるように、ビームスプリッタ及び/又はミラーを移動すべく、アクチュエータを使用する段階と、を備える。測定された距離を使用し、複数の伝送ビームがディスプレイ表面上の単一のポイントに焦点を合わせられるよう、アクチュエータは、必要とされるビームスプリッタとミラーとの間の角度を判断できる。例えば、本願発明の方法が投射システムにおいて実行される場合、光源とディスプレイ表面上の上記ポイントとの間の当該距離を変更すべく、ユーザが投射システムを移動する場合、当該方法は、変更された距離に従って焦点を自動的に適合する段階を備えてよく、その結果、イメージは鮮明なままに維持される。換言すると、システムはオートフォーカスする。例えば、プロジェクタと投射面との距離が増加する場合、第1及び/又は第2のミラーと、第1及び/又は第2のビームスプリッタとの間の角度が小さくなってよい。本願発明の方法は、第1の干渉計及び/又は第2の干渉計のビームスプリッタと、ミラーとの間の角度を調整する段階を含んでよい。
好ましくは、上記方法は更に、入力光線を提供する光源と、ディスプレイ表面上の複数のポイントとの間の距離を測定する段階を含む。各ピクセルに対し、一次伝送ビームまたは二次伝送ビームの焦点が合う、ディスプレイ表面上のポイントを変更すべく、第1の干渉計及び/又は第2の干渉計に係る、ビームスプリッタとミラーとの間の角度を調整するアクチュエータを使用する。
第1の干渉計は、第1のミラーとの光通信において配置される第1のビームスプリッタを含んでよく、当該方法は更に、第1の干渉計の第1のミラーを移動する段階及び/又は第1の干渉計の第1のビームスプリッタを移動する段階を含んでよい。第1のミラー及び/又は第1のビームスプリッタは、回転軸を中心に振動してよい。
第2の干渉計は、第2のミラーとの光通信において配置される第2のビームスプリッタを含んでよく、当該方法は更に、第2の干渉計の第2のミラーを移動する段階及び/又は第2の干渉計の第2のビームスプリッタを移動する段階を含んでよい。第2のミラー及び/又は第2のビームスプリッタは、回転軸を中心に振動してよい。
第1の干渉計は、部分的な内部反射を用いて、複数の一次伝送ビームを提供するよう構成された第1のビームスプリッタを含んでよい。上記方法は更に、第1の干渉計の第1のビームスプリッタを移動する段階を含んでよい。第1のビームスプリッタは、回転軸を中心に振動してよい。
第2の干渉計は、複数の一次伝送ビームの部分的な内部反射を用いて、複数の二次伝送ビームを提供するよう構成された第2のビームスプリッタを含んでよい。上記方法は更に、第1の干渉計の第2のビームスプリッタを移動する段階を含んでよい。第2のビームスプリッタは、回転軸を中心に振動されてよい。
上記第1の干渉計は、第1のミラーとの光通信において配置される第1のビームスプリッタを含み、上記第1の干渉計において、複数の一次伝送ビームを生成する上記段階は、入力光線を第1のビームスプリッタに対し伝送させる段階と、第1の光線および第2の光線を形成すべく、上記第1のビームスプリッタを使用して、上記入力光線を分割する段階であって、上記第1の光線は、上記第1のビームスプリッタから反射されて、第1の一次伝送ビームを形成し、上記第2の光線は、上記第1のビームスプリッタを透過される、段階と、上記第2の光線を上記第1のミラーに通過させ、上記第2の光線を、上記第1のミラーを使用して、上記第1のビームスプリッタに反射する段階と、第3の光線および第4の光線を形成すべく、上記第1のビームスプリッタを使用して、上記第2の光線を分割する段階であって、上記第3の光線は、第2の一次伝送ビームを形成する、段階と、上記第4の光線を、上記第1のビームスプリッタを使用して、上記第1のミラーに反射する段階と、複数の一次伝送ビームを生成すべく、第4の光線を使用する段階と、を含んでおり、上記複数の一次伝送ビームの各々は、光線を分割することによって生成されており、上記光線は一次伝送ビームおよび反射ビームを形成すべく、上記第1のミラーから上記第1のビームスプリッタへと反射されており、上記反射ビームは上記第1のミラーへ反射されている。
上記第1の干渉計は、光通信において配置される第1のビームスプリッタおよび第1のミラーを含んでよく、上記第1のビームスプリッタは平坦な表面を有してよく、上記第1のミラーは平坦な反射面を有してよく、上記方法は更に、上記第1のミラーの上記平坦な反射面が、上記第1のビームスプリッタの上記平坦な表面に対し平行であることからずれるように、上記第1の干渉計の上記第1のミラー及び/又は上記第1のビームスプリッタを配置する段階を備えてよい。
好ましくは、上記方法は、第1のミラーの平坦な反射面が、第1のビームスプリッタの平坦な表面に対し、0.001°〜90°の間の角度で配向されるよう、第1の干渉計の第1のミラー及び/又は第1のビームスプリッタを配置する段階を含む。最も好ましくは、上記方法は、第1のミラーの平坦な反射面が、第1のビームスプリッタの平坦な表面に対し、0.01°〜2°の間の角度で配向されるよう、第1の干渉計の第1のミラー及び/又は第1のビームスプリッタを配置する段階を含む。
上記第1の干渉計は、光通信において配置される第1のビームスプリッタおよび第1のミラーを含んでよく、上記第1のビームスプリッタは平坦な表面を有してよく、上記第1のミラーは平坦な反射面を有してよく、上記方法は更に、上記第1のミラーの上記平坦な反射面が、上記第1のビームスプリッタの上記平坦な表面に対し平行であるように、上記第1の干渉計の上記第1のミラー及び/又は上記第1のビームスプリッタを配置する段階を備えてよい。
上記第2の干渉計は、第2のミラーとの光通信において配置される第2のビームスプリッタを含んでよく、上記複数の一次伝送ビームを使用し、上記第2の干渉計において、複数の二次伝送ビームを生成する上記段階は、上記複数の一次伝送ビームの各々を、上記第1のビームスプリッタに対し平行であることからずれるように配置される第2のビームスプリッタに伝送させる段階と、上記複数の一次伝送ビームの各々に対し、第1の光線および第2の光線を形成すべく、上記第2のビームスプリッタを使用して、上記一次伝送ビームを分割する段階であって、上記第1の光線は、上記第2のビームスプリッタから反射されて、第1の二次伝送ビームを形成し、上記第2の光線は、上記第2のビームスプリッタを透過される、段階と、上記第2の光線を第2のミラーに通過させ、上記第2の光線を、上記第2のミラーを使用して、上記第2のビームスプリッタに反射する段階と、第3の光線および第4の光線を形成すべく、上記第2のビームスプリッタを使用して、上記第2の光線を分割する段階であって、上記第3の光線は、第2の二次伝送ビームを形成する、段階と、上記第4の光線を、上記第2のビームスプリッタを使用して、上記第2のミラーに反射する段階と、複数の二次伝送ビームを生成すべく、上記第4の光線を使用する段階と、を含んでおり、上記複数の二次伝送ビームの各々は、光線を分割することによって生成されており、上記光線は二次伝送ビームおよび反射ビームを形成すべく、上記第2のミラーから上記第2のビームスプリッタへと反射されており、上記反射ビームは上記第2のミラーへ反射されている。
上記第2の干渉計は、光通信において配置される第2のビームスプリッタおよび第2のミラーを含んでよく、上記第2のビームスプリッタは平坦な表面を有してよく、上記第2のミラーは平坦な反射面を有してよく、上記方法は更に、上記第2のミラーの上記平坦な反射面が、上記第2のビームスプリッタの上記平坦な表面に対し平行であることからずれるように、上記第2の干渉計の上記第2のミラー及び/又は上記第2のビームスプリッタを配置する段階を備えてよい。
好ましくは、上記方法は、第2のミラーの平坦な反射面が、第2のビームスプリッタの平坦な表面に対し、0.001°〜90°の間の角度で配向されるよう、第2の干渉計の第2のミラー及び/又は第2のビームスプリッタを配置する段階を含む。最も好ましくは、上記方法は、第2のミラーの平坦な反射面が、第2のビームスプリッタの平坦な表面に対し、0.01°〜2°の間の角度で配向されるよう、第2の干渉計の第2のミラー及び/又は第2のビームスプリッタを配置する段階を含む。
上記第2の干渉計は、光通信において配置される第2のビームスプリッタおよび第2のミラーを含んでよく、上記第2のビームスプリッタは平坦な表面を有してよく、上記第2のミラーは平坦な反射面を有してよく、上記方法は更に、上記第2のミラーの上記平坦な反射面が、上記第2のビームスプリッタの上記平坦な表面に対し平行であるように、上記第2の干渉計の上記第2のミラー及び/又は上記第2のビームスプリッタを配置する段階を備えてよい。
第2のビームスプリッタは平坦な表面を有してよく、第2のミラーは平坦な反射面を有してよく、上記方法は更に、第2のミラーの平坦な反射面が、第2のビームスプリッタの平坦な表面に対し平行であるように、第2のミラーを配置する段階を備えてよい。
上記方法は更に、第1のビームスプリッタおよび第2のビームスプリッタが互いに平行であることからずれるように、それらを配置する段階を備えてよい。好ましくは、上記方法は更に、第1のビームスプリッタおよび第2のビームスプリッタが互いに45°の角度で配向されるよう、それらを配置する段階を備える。
有利には、第1のビームスプリッタおよび第2のビームスプリッタが互いに平行であることからずれるように、それらを配置する段階は、複数の一次伝送ビームの各々が第1の平面に沿って通過し、かつ、一次伝送ビームから生成される複数の二次伝送ビームの各々が第2の平面に沿って通過することを保証する。有利には、第1のビームスプリッタおよび第2のビームスプリッタが互いに45°の角度で配向されるように、それらを配置する段階は、複数の一次伝送ビームの各々が第1の平面に沿って通過し、かつ、一次伝送ビームから生成される複数の二次伝送ビームの各々が第2の平面に沿って通過することを保証し、第1の平面および第2の平面は互いに鉛直である。
好ましくは、第1のビームスプリッタおよび第2のビームスプリッタは、それぞれ平坦な形状を有する。
好ましくは、第1のミラーおよび第2のミラーは、それぞれ平坦な形状を有する。
本発明は、例示を目的として供され、複数の図面によって示される実施形態の記載の補助を受けて、より良く理解されるであろう。
本願発明の一実施形態に従った方法を実行する投射システムを示す。 複数の干渉縞が形成される方法を示す。 複数の干渉縞が形成される方法を示す。 第1の干渉計の斜視図を提供する。 第1の干渉計の側面図を提供し、第1の干渉計において、複数の一次伝送ビームが生成される方法を示す。 代替的な構成を有する第1の干渉計の側面図を提供する。 代替的な第1の干渉計の側面図を提供する。 本願発明の更なる実施形態に従った方法を実行する投射システムの斜視図を提供する。 図7に示される投射システムで使用される第1の干渉計および第2の干渉計の斜視図を提供する。 第2の干渉計の側面図を提供し、複数の二次伝送ビームが第2の干渉計において生成される方法を示す。 複数の一次伝送ビームおよび二次伝送ビームが互いに配向される方法を示す第1および第2の干渉計の斜視図を提供する。 第1および第2の干渉計のための代替的な配置の斜視図を提供する。
図1は、本願発明の一実施形態に従った方法を実行し、減少されたスペックルを持つピクセル3をディスプレイスクリーン2に投影するよう構成された投射システム1を示す。
入力光線10は、レーザ光源5から第1の干渉計7へとMEMSミラー9を介して伝送される。1次元の入力光線10をスキャンすべく、MEMSミラー9は、振動軸8を中心に振動するよう構成される。2次元の入力光線10をスキャンすべく、MEMSマイクロミラー9は、2つの直交する振動軸を中心に振動するよう代替的に構成され得ることが理解されるであろう。必要に応じて、MEMSミラー9は曲面形状を有してよい。
図において、MEMSミラー9は、複数のデジタルマイクロミラー(DMD)のアレイまたはLiquid Crystal On Silicon(LCOS)セルのアレイまたは液晶表示(LCD)セル等、任意のタイプの反射コンポーネントであってよいことが理解される。
複数の一次伝送ビーム11a〜11eが、入力光線10を使用して、第1の干渉計7において生成される。図1は、5つの一次伝送ビーム11a〜11eが入力光線10を使用して生成されることを示すが、2つよりも大きい任意の数の一次伝送ビーム11a〜11eが、第1の干渉計7において入力光線10を使用して生成されてよいことが理解されるであろう。
その後、複数の一次伝送ビーム11a〜11eは、ディスプレイスクリーン2におけるピクセル3のスペックルを減少させる、複数の干渉縞を生成するために使用される。複数の干渉縞を生成すべく、複数の一次伝送ビーム11a〜11eの各々の複数のビームスポットが少なくとも部分的に重なり合うよう、一次伝送ビーム11a〜11eがそれぞれディスプレイ表面の位置に投影される。図2Aは、2つの一次伝送ビーム11aおよび11bの各々のビームスポット12a、bが少なくとも部分的に重なり合うように、一次伝送ビーム11a〜11eのうち、11aおよび11bの2つが、第1の干渉計7からディスプレイスクリーン2上の同一位置に投影される方法を示す。この例の場合、2つの一次伝送ビーム11aおよび11bの各々のビームスポット12a、bがディスプレイスクリーン2において完全に重なり合っており、従って、第1の干渉計7はまた、一次伝送ビーム11aおよび11bの各々の焦点を、ディスプレイスクリーン2上の単一のポイントに合わせている。明確化の意図のため、図2Aでは一次伝送ビーム11aおよび11bの2つのみが示されているが、実際には、11a〜11eのすべての一次伝送ビームの複数のビームスポットが、ディスプレイスクリーン2において完全に重なり合う(または少なくとも部分的に重なり合う)ことが理解されるであろう。
図2Bは、複数の一次伝送ビーム11のビームスポット12a〜12eと共に生成される、複数の干渉縞15がディスプレイスクリーン2において重なり合うところを示す。一次伝送ビーム11のビームスポット12a〜12eがディスプレイスクリーン2において重なり合う場合、一次伝送ビーム11a〜11e間の強め合う干渉および弱め合う干渉により、複数の干渉縞15がディスプレイスクリーン2において生成される。一次伝送ビーム11a〜11eのビームスポット12a〜12eが、ディスプレイスクリーン2において部分的にのみ重なり合う場合、複数の干渉縞15は、ビームスポット12a〜12eが重なり合う領域においてのみ生成されることが理解されるだろう。
一次伝送ビーム11a〜11eが、ディスプレイスクリーン2において、同位相の箇所において、複数の明るい縞15aが生成され、一次伝送ビーム11aから11eが、ディスプレイスクリーン2において位相を異にするディスプレイスクリーン2において、複数の暗い縞15bが生成される。一次伝送ビーム11aから11dの各々の、重なるビームスポット12aから12eは、ディスプレイスクリーン2上にピクセル3を画定する。
図3は、投射システム1において使用される第1の干渉計7の斜視図を提供する。第1の干渉計7は、第1のミラー31との光通信において配置される第1のビームスプリッタ30を含む。第1のビームスプリッタ30は、平坦な表面34を含む。第1のミラー31は、平坦な反射面35を含む。この例の場合、第1のビームスプリッタ30および第1のミラー31は、それぞれ平坦な形状を有する。
第1のミラー31を移動させるべく、アクチュエータ33が必要に応じて使用され得るよう、アクチュエータ33が第1のミラー31に動作可能に接続されている。第1のミラー31を、回転軸(不図示)を中心に振動させるべく、アクチュエータ33は必要に応じて動作されてよい。有利には、第1のミラー31を移動させることによって、複数の干渉縞15を移動させることになり、つまり、ディスプレイスクリーン2におけるスペックルの減少を更に促進することになる。代替的に、または追加的に、第1のミラー31を移動させることに加え、あるいはその代替として、第1のビームスプリッタ30を移動し得るように、アクチュエータ33が第1のビームスプリッタ30に動作可能に接続されてよい。
図2Aに示されるように、一次伝送ビーム11aから11eは、ディスプレイスクリーン2上の単一のポイントに焦点を合わせられており、その結果、一次伝送ビーム11aから11eのビームスポット12aから12eは、ディスプレイスクリーン2上で重なって、ピクセル3を画定する。一次伝送ビーム11aから11eの焦点合わせを実現すべく、第1のミラー31の平坦な反射面35が、第1のビームスプリッタ30の平坦な表面34に対し平行であることからずれるように、第1のミラー31および第1のビームスプリッタ30が配向される。図4は、第1の干渉計7に係る第1のビームスプリッタ30および第1のミラー31の側面図を提供する。第1のミラー31の平坦な反射面35と、第1のビームスプリッタ30の平坦な表面34との間に、ゼロ以外の角度aが存在するよう、第1のミラー31および第1のビームスプリッタ30は配向される。好ましくは、当該角度aは0.01°から2°の間である。
図4はまた、入力光線10を使用して、第1の干渉計7において複数の一次伝送ビーム11a〜11eが生成される方法を示す。入力光線10は、第1のビームスプリッタ30に対し伝送される。第1の光線11aおよび第2の光線13aを形成すべく、第1の入力光線10は、第1のビームスプリッタを使用して分割される。第1の光線11aは、第1のビームスプリッタ30から反射されて第1の一次伝送ビーム11aを形成し、第2の光線13aは第1のビームスプリッタ30を透過される。第2の光線13aは、第1のミラー31に対し通過され、第1のミラー31によって、第1のビームスプリッタ30に対し反射される。第2の光線13aは、第1のビームスプリッタ30によって分割され、第3の光線11bを形成する。第3の光線11bは、第2の一次伝送ビーム11b、および第4の光線13bを形成する。第4の光線13bは、第1のビームスプリッタ30によって、上記第1のミラー31に対し反射される。次に第4の光線13bが使用され、複数の一次伝送ビーム11c〜11eを生成する。複数の一次伝送ビーム11c〜11eの各々は、光線14a〜14cを分割することによって生成される。光線14a〜14cは、第1のミラー31から、第1のビームスプリッタ30まで反射され、一次伝送ビーム11c〜11e、および反射ビーム13c〜13eを形成する。反射ビーム13c〜13eは、第1のミラー31に対し反射される。
一次伝送ビーム11a〜11eを、ディスプレイスクリーン2上の単一のポイントに焦点を合わせる必要のない場合、第1のミラー31および第1のビームスプリッタ30は、第1のミラー31の平坦な反射面35および第1のビームスプリッタ30の平坦な表面34が図5に示される通り、平行となるよう配向されてよいことが理解されるであろう。この場合、一次伝送ビーム11a〜11eは平行となる。
図6は、投射システム1において代替で使用され得る別の第1の干渉計17の側面図を提供する。第1の干渉計17は、第1のビームスプリッタ60に沿って、入力光線10の部分的な内部反射を用いて、複数の一次伝送ビーム11a〜11eを提供するよう構成される第1のビームスプリッタ60を含む。部分的な内部反射の各時点における第1のビームスプリッタ60から伝送される入力ビームの部分は、一次伝送ビーム11a〜11eを画定する。一次伝送ビーム11a〜11eは、少なくとも部分的に、ディスプレイスクリーンにおいて重ね合わされ、投射ピクセル内のスペックルを減少する複数の干渉縞を形成する。複数の干渉縞を移動すべく、ビームスプリッタ60が必要に応じて移動され得るよう、アクチュエータ33がビームスプリッタに動作可能に接続され、これにより、スペックルの更なる減少をもたらす。
図7は、本願発明の更なる実施形態に従った方法を実施する投射システム100を示す。投射システム100は、図1に示される投射システム1と同一の特徴を多数有し、複数の類似する特徴は、複数の同一の参照番号が付与される。投射システム100において、一次伝送ビーム11a〜11dは、ディスプレイスクリーン2に対し直接的ではなく、第1の干渉計7から第2の干渉計107へと伝送される。
第2の干渉計107は、上述の第1の干渉計7、17の一部または全部の特徴を有してよい。この例の場合、第2の干渉計107は、図3および図4に示される第1の干渉計と同一の複数の特徴を有する。特に、第2の干渉計107は第2のビームスプリッタおよび第2のミラーを含む。
複数の二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dが、一次伝送ビーム11a〜11eの各々から、第2の干渉計107において生成される。図7は、以下を示す。すなわち、第2の干渉計107は、一次伝送ビーム11a〜11eの各々1つから、4つの二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dを生成する。二次伝送ビーム111a〜111dは、一次伝送ビーム11aから生成され、二次伝送ビーム121a〜121dは、一次伝送ビーム11bから生成され、二次伝送ビーム131a〜131dは一次伝送ビーム11cから生成され、二次伝送ビーム141a〜141dは一次伝送ビーム11dから生成され、二次伝送ビーム151a〜151dは一次伝送ビーム11eから生成される。しかしながら、2よりも大きい、任意の数の二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dが、一次伝送ビーム11a〜11eの各々1つから、第2の干渉計107において生成されてよいことが理解されるであろう。
図8は、投射システム100における第1の干渉計7および第2の干渉計107の斜視図を提供する。上述の通り、第2の干渉計107は、第1の干渉計7と同一の複数の特徴を有し、よって、第2の干渉計107は、第2のミラー331との光通信において配置される第2のビームスプリッタ330を含む。第2のビームスプリッタ330は、平坦な表面334を含む。第2のミラー331は、平坦な反射面335を含む。この例の場合、第2のビームスプリッタ330および第2のミラー331はそれぞれ平坦な形状を有する。第2のミラー331を移動させるべく、アクチュエータ333が必要に応じて使用され得るよう、アクチュエータ333が第2のミラー331に動作可能に接続されている。第2のミラー31を、回転軸(不図示)を中心に振動させるべく、アクチュエータ333は必要に応じて動作されてよい。有利には、第2のミラー331を移動させることによって、複数の干渉縞15を移動させることになり、つまり、ディスプレイスクリーン2におけるスペックルの減少を更にもたらすことになる。代替的に、または追加的に、第1のミラー331を移動させることに加え、あるいはその代替として、第2のビームスプリッタ330が移動され得るように、アクチュエータ333が第2のビームスプリッタ330に動作可能に接続されてよい。
第1の干渉計7および第2の干渉計107の第1のビームスプリッタ30および第2のビームスプリッタ330は、各ビームスプリッタ30、330の平坦な表面34、334が互いに平行であることからずれるように配向される。特に、第1の干渉計7および第2の干渉計107の第1のビームスプリッタ30および第2のビームスプリッタ330は、ビームスプリッタ30、330の平坦な表面34と334との間に45°の角度が存在するよう配向される。
図9は、第1の干渉計7に係る第2のビームスプリッタ330および第2のミラー331の側面図を提供する。第2のミラー331の平坦な反射面335と、第2のビームスプリッタ330の平坦な表面334との間に、ゼロ以外の角度aが存在するよう、第2のミラー331および第2のビームスプリッタ330は配向される。好ましくは、当該角度は0.01°から2°の間である。
第1の干渉計7において、一次伝送ビーム11aから11dが、入力光線10から生成されるのと同一の態様で、複数の二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dの各々が、第2の干渉計107において生成される。明確化のため、図9は、二次伝送ビーム111aから111dが一次伝送ビーム11aのみから生成される方法のみを示す。しかしながら、一次伝送ビーム11a〜11eの各々が、すべての二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dを生成するには、同一のことが発生することが理解される。
図9を参照すると、一次伝送ビーム11aは、第1の干渉計7から、第2の干渉計107の第2のビームスプリッタ330に対し伝送される。第1の光線111aを形成すべく、一次伝送ビーム11aは、第2のビームスプリッタ330によって分割される。第1の光線111aは、第2のビームスプリッタ330から反射されて、第1の二次伝送ビーム111aを形成する。第1の二次伝送ビーム111aはディスプレイ表面2に対し伝送され、第2の光線113aは第2のビームスプリッタ330を透過される。第2の光線113aは、第2のミラー331に対し通過され、第2のミラー331によって、第2のビームスプリッタ330に対し反射される。第2の光線113aはその後、第3の光線111bを形成すべく、第2のビームスプリッタ330によって分割される。第3の光線111bは、ディスプレイ表面2に対し伝送される第2の二次伝送ビーム111b、および第4の光線113bを形成する。第4の光線113bは、第2のビームスプリッタ330によって、上記第2のミラー331に対し反射される。第4の光線113bが使用され、複数の二次伝送ビーム111c、111dを生成する。複数の二次伝送ビーム111c、111dの各々は、光線114a、114bを分割することによって生成される。光線114a、114bは、第2のミラー331から、第2のビームスプリッタ330まで反射されて、二次伝送ビーム111c、111dおよび反射ビーム113cを形成する。反射ビーム113cは、第2のミラー331に対し反射される。
すべての二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dは、ディスプレイ表面2上の位置に対し投影され、すべての二次伝送ビーム111aから111dの、ビームスポット112a〜112d、122a〜122d、132a〜132d、142a〜142dが、ディスプレイ表面2上で少なくとも部分的に重なり合うようになり、ピクセル3のスペックルを減少させる複数の干渉縞15を形成する(前の実施形態に対し前述したのと同様に)。この例の場合、二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dの各々のビームスポット112a〜112d、122a〜122d、132a〜132d、142a〜142dは、ディスプレイスクリーン2において完全に重なり合い、従って、第1および第2の干渉計7、107はまた、二次伝送ビーム111a〜111dの各々の焦点を、ディスプレイスクリーン2上の単一のポイントに対し合わせる。好ましくは、第1の干渉計7は第1の軸に沿って、複数の光線の焦点を合わせ、第2の干渉計107は第2の軸に沿って、複数の光線の焦点を合わせる。第1および第2の軸は、直交する。結果的に、二次光線111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dは、ディスプレイスクリーン上の単一のポイントに対し、二次元に沿って、焦点を合わせられる。第1および第2の干渉計7、107はそれぞれ、各干渉計7、107のビームスプリッタ30およびミラー31を配置することによって、複数の光線の焦点を合わせるよう構成され得、その結果、ビームスプリッタ30とミラー31との間にゼロ以外の角度が存在するようになる(既に図4で示したように)。
一次伝送ビーム11a〜11dおよび二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dの向きが、図10に示される。本例において、第1の干渉計7において、入力光線10から生成される一次伝送ビーム11aから11eは、第1の平面90に存在する。第2の干渉計107において、一次伝送ビーム11a〜11eから生成される二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dの各々は、第2の平面91a〜91dに存在する(二次伝送ビーム111a〜111dは第2の平面91aに存在し、二次伝送ビーム121a〜121dは第2の平面91bに存在し、二次伝送ビーム131a〜131dは第2の平面91cに存在し、二次伝送ビーム141a〜141dは第2の平面91dに存在し、二次伝送ビーム151a〜151dは第2の平面91eに存在する)。一次伝送ビーム11a〜11dおよび二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dが異なる複数の平面上に存在することを保証すべく、第1および第2の干渉計7、107の第1および第2のビームスプリッタ30、330は、それらが互いに平行であることからずれるように配置されるべきである。図10に示される例において、第2の平面91a〜91dの各々は、第1の面90に対し鉛直であり、互いに平行である。一次伝送ビーム11a〜11dおよび二次伝送ビーム111a〜111d、121a〜121d、131a〜131d、141a〜141d、151a〜151dの所望の向きを実現すべく、第1および第2のビームスプリッタ30、330は、それらが互いに45°の角度になるよう、配向されるべきである。そのような配置は、複数の2次元の干渉縞を提供する。そのため、各ビームスポットは、複数の2次元の干渉縞を含むことになる。ビームスプリッタ30と330との間の角度45°は、複数の2次元の干渉縞が、互いに直交する複数の干渉縞を含むことを保証する。
有利には、イメージの複数のピクセルを画定すべく、複数の二次伝送ビームが使用されるとき、これによって、ユーザが投影デバイス1、100の投射コーンに入る場合、眼障害のリスクを低減する。例えば、ユーザが投射デバイス1、100の投射コーンに入る場合、ユーザの目はピクセル3を画定する複数の光線の一部のみにさらされることになり、よって、眼障害のリスクを減少する。
図11は、第1および第2の干渉計7、107のための代替的配置の斜視図を提供する。第1および第2の干渉計7、107のそれぞれは、ビームスプリッタ30、330を含み、単一のミラー231を共有する。それ以外は、第1および第2の干渉計7、107は上記と同様の態様において動作し、一次伝送ビームおよび二次伝送ビームを生成する。
上記の複数の方法および投射システムは、多くの異なる用途において使用可能であることを理解されたい。例えば、光コヒーレンストモグラフィー、複数のヘッドアップディスプレイ、複数のヘッドマウントディスプレイ、複数のマイクロレンズアレイ、複数の映画用レーザ投射システム、複数のリアプロジェクションディスプレイ、リソグラフィー、DMD若しくはLCOS若しくはGLV光学エンジン、レーザ照射(顕微鏡法、ホログラフィー)、およびLIDARなどである。
更なる選択肢として、バイナリフェーズコードが第1及び/又は第2の干渉計のいずれかのミラー31、331に提供され得る。バイナリフェーズコードは、ミラー31、331の反射面に提供される、単なる複数の投影である。複数の縞に対し鉛直である複数の線を導入すべく、バイナリフェーズコードが使用されてよく、その結果、複数の線の代わりに、複数のドットがスキャンされる。
本発明に係る記載された複数の実施形態に対する複数の修正および変更は、添付の特許請求の範囲において画される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者にとって自明である。本発明は、複数の特定の好ましい実施形態に関連して記載されたが、特許請求された本発明は、そのような特定の実施形態に不当に限定されるべきではないことを理解されたい。

Claims (15)

  1. ディスプレイ表面上で表示される投射イメージにおける複数のスペックル効果を減少するための方法であって、
    入力光線を第1の干渉計に対し伝送させる段階と、
    前記入力光線を使用し、前記第1の干渉計において、複数の一次伝送ビームを生成する段階と、
    ディスプレイ表面に複数の干渉縞を生成すべく、前記複数の一次伝送ビームを使用する段階と、を備える方法。
  2. 複数の干渉縞を生成すべく、前記複数の一次伝送ビームを使用する前記段階は、前記複数の一次伝送ビームによって生成される複数のビームスポットが少なくとも部分的に重なり合うように、前記複数の一次伝送ビームを前記ディスプレイ表面上の位置に伝送させる段階を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 複数の干渉縞を生成すべく、前記複数の一次伝送ビームを使用する前記段階は、
    前記複数の一次伝送ビームを第2の干渉計に対し伝送させる段階と、
    前記複数の一次伝送ビームの各々を使用し、前記第2の干渉計において、複数の二次伝送ビームを生成する段階と、
    前記複数の二次伝送ビームによって生成される複数のビームスポットが少なくとも部分的に重なり合うように、前記複数の二次伝送ビームを前記ディスプレイ表面上の位置に伝送させる段階と、を含む、請求項1に記載の方法。
  4. 入力光線を前記第1の干渉計に対し伝送させる前記段階は、前記入力光線をスキャンすべく、少なくとも1つの振動軸を中心に振動するMEMSミラーを使用して、光源からの光線を、前記第1の干渉計に対し方向付ける段階を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 入力光線を前記第1の干渉計に対し伝送させる前記段階は、複数のデジタルマイクロミラーのアレイを使用して、光源からの光線を、前記第1の干渉計に対し方向付ける段階を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 入力光線を前記第1の干渉計に対し伝送させる前記段階は、Liquid Crystal On Silicon(LCOS)セルのアレイまたは液晶表示(LCD)セルのアレイを使用して、光源からの光線を、前記第1の干渉計に対し方向付ける段階を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第1の干渉計は、第1のミラーとの光通信において配置される第1のビームスプリッタを含み、
    前記方法は更に、
    前記第1の干渉計の前記第1のミラーを移動させる段階および前記第1の干渉計の前記第1のビームスプリッタを移動させる段階のうち少なくとも1つを備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記第2の干渉計は、第2のミラーとの光通信において配置される第2のビームスプリッタを含み、
    前記方法は更に、
    前記第2の干渉計の前記第2のミラーを移動させる段階および前記第2の干渉計の前記第2のビームスプリッタを移動させる段階のうち少なくとも1つを備える、請求項3から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記第1の干渉計は、第1のミラーとの光通信において配置される第1のビームスプリッタを含み、
    前記第1の干渉計において、複数の一次伝送ビームを生成する前記段階は、
    入力光線を第1のビームスプリッタに対し伝送させる段階と、
    第1の光線および第2の光線を形成すべく、前記第1のビームスプリッタを使用して、前記入力光線を分割する段階であって、前記第1の光線は、前記第1のビームスプリッタから反射されて、第1の一次伝送ビームを形成し、前記第2の光線は、前記第1のビームスプリッタを透過される、段階と、
    前記第2の光線を前記第1のミラーに通過させ、前記第2の光線を、前記第1のミラーを使用して、前記第1のビームスプリッタに反射する段階と、
    第3の光線および第4の光線を形成すべく、前記第1のビームスプリッタを使用して、前記第2の光線を分割する段階であって、前記第3の光線は、第2の一次伝送ビームを形成する、段階と、
    前記第4の光線を、前記第1のビームスプリッタを使用して、前記第1のミラーに反射する段階と、
    複数の一次伝送ビームを生成すべく、第4の光線を使用する段階と、を含んでおり、
    前記複数の一次伝送ビームの各々は、光線を分割することによって生成されており、前記光線は一次伝送ビームおよび反射ビームを形成すべく、前記第1のミラーから前記第1のビームスプリッタへと反射されており、前記反射ビームは前記第1のミラーへ反射されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記第1の干渉計は、光通信において配置される第1のビームスプリッタおよび第1のミラーを含み、
    前記第1のビームスプリッタは平坦な表面を有し、前記第1のミラーは平坦な反射面を有しており、
    前記方法は更に、前記第1のミラーの前記平坦な反射面が、前記第1のビームスプリッタの前記平坦な表面に対し平行であることからずれるように、前記第1の干渉計の前記第1のミラーおよび前記第1のビームスプリッタのうち少なくとも1つを配置する段階を備える、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第2の干渉計は、第2のミラーとの光通信において配置される第2のビームスプリッタを含み、
    前記複数の一次伝送ビームの各々を使用し、前記第2の干渉計において、複数の二次伝送ビームを生成する前記段階は、
    前記複数の一次伝送ビームの各々を、第1のビームスプリッタに対し平行であることからずれるように配置される第2のビームスプリッタに対し伝送させる段階と、
    前記複数の一次伝送ビームの各々に対し、第1の光線および第2の光線を形成すべく、前記第2のビームスプリッタを使用して、前記一次伝送ビームを分割する段階であって、前記第1の光線は、前記第2のビームスプリッタから反射されて、第1の二次伝送ビームを形成し、前記第2の光線は、前記第2のビームスプリッタを透過される、段階と、
    前記第2の光線を第2のミラーに通過させ、前記第2の光線を、前記第2のミラーを使用して、前記第2のビームスプリッタに反射する段階と、
    第3の光線および第4の光線を形成すべく、前記第2のビームスプリッタを使用して、前記第2の光線を分割する段階であって、前記第3の光線は、第2の二次伝送ビームを形成する、段階と、
    前記第4の光線を、前記第2のビームスプリッタを使用して、前記第2のミラーに反射する段階と、
    複数の二次伝送ビームを生成すべく、前記第4の光線を使用する段階と、を含んでおり、
    前記複数の二次伝送ビームの各々は、光線を分割することによって生成されており、前記光線は二次伝送ビームおよび反射ビームを形成すべく、前記第2のミラーから前記第2のビームスプリッタへと反射されており、前記反射ビームは前記第2のミラーへ反射されている、請求項3から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記第2の干渉計は、光通信において配置される第2のビームスプリッタおよび第2のミラーを含み、
    前記第2のビームスプリッタは平坦な表面を有し、前記第2のミラーは平坦な反射面を有しており、
    前記方法は更に、前記第2のミラーの前記平坦な反射面が、前記第2のビームスプリッタの前記平坦な表面に対し平行であることからずれるように、前記第2の干渉計の前記第2のミラーおよび前記第2のビームスプリッタのうち少なくとも1つを配置する段階を備える、請求項3から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記第1の干渉計は第1のビームスプリッタを含み、かつ、前記第2の干渉計は第2のビームスプリッタを含んでおり、
    前記方法は更に、前記第1のビームスプリッタおよび前記第2のビームスプリッタが互いに平行であることからずれるように、それらを配置する段階を含む、請求項3から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 更に、
    前記入力光線を提供する光源と、前記ディスプレイ表面上のポイントとの間の距離を測定する段階と、
    測定された距離における、前記ディスプレイ表面上の前記ポイントに対し、一次伝送ビームまたは二次伝送ビームが焦点を合わせられるように、ビームスプリッタおよびミラーのうち少なくとも1つを移動すべく、アクチュエータを使用する段階と、を備える、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 更に、
    前記入力光線を提供する光源と、前記ディスプレイ表面上の複数のポイントとの間の距離を測定する段階と、
    複数のピクセルの各々に対し、一次伝送ビームまたは二次伝送ビームが前記ディスプレイ表面上で焦点を合わせられるポイントを変更するよう、ビームスプリッタとミラーとの間の角度を調整すべく、アクチュエータを使用する段階と、備える、請求項14に記載の方法。
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