(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型レーザプロジェクタの光源を動作させる方法であって、
複数のフレームを含む画像を、前記走査型レーザプロジェクタの前記光源で投影するステップ、
複数の相関のないスペックルパターンと複数の部分的に相関のあるスペックルパターンとを含むスペックル低減シーケンスを、前記画像を投影している間に前記走査型レーザプロジェクタの前記光源の出力ビームの波長と偏光を変化させることによって、投影するステップであって、前記光源の出力ビームの波長は、少なくとも０．３ｎｍ離れている第１波長と第２波長との間の範囲に亘って、両波長の間の中間波長を介して変化させ、前記光源の出力ビームの偏光は、第１偏光と該第１偏光に直交する第２偏光との間の範囲に亘って、前記第１偏光および第２偏光の間にあり且ついずれとも非直交である少なくとも１つの中間偏光を介して変化させる、ステップ、
を含み、
前記相関のないスペックルパターンの各々は、前記第１の波長または前記第２の波長の一方と前記第１偏光または前記第２偏光の一方とを含むものであり、
前記部分的に相関のあるスペックルパターンの各々が、
（ａ）前記第１波長と前記第２波長の間との中間波長、および、前記第１偏光および前記第２偏光と非直交である中間偏光、または、
（ｂ）前記第１波長または前記第２波長の一方、および、前記第１偏光と非直交であり、前記第２偏光と非直交であり、さらに互いに非直交である、第１中間偏光および第２中間偏光の一方、
を含むものであり、
前記スペックル低減シーケンスの持続時間が０．０７秒から０．１３秒までであり、
前記スペックル低減シーケンス中の、前記相関のないスペックルパターンの数ｋが４以上の整数であり、かつ、
前記スペックル低減シーケンス中の、前記部分的に相関のあるスペックルパターンの数ｌが４以上の整数であることを特徴とする方法。
【請求項２】
（ｉ）前記スペックル低減シーケンス内で、前記相関のないスペックルパターンの個別の１つを、前記部分的に相関のあるスペックルパターンの個別の１つと交互にすること、または、
（ｉｉ）前記スペックル低減シーケンス内で、複数の連続した相関のないスペックルパターンを、複数の連続した部分的に相関のあるスペックルパターンと交互にすること、または、
および／または、
（ｉｉｉ）前記部分的に相関のあるスペックルパターンの相関関数の絶対値が０．４から０．６までの範囲内であり、かつ、前記相関のないスペックルパターンの相関関数の絶対値が０から０．１までの範囲内であること、
を特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本明細書は、２０１０年６月２９日に出願された「スペックルおよび画像フリッカを低減する走査型レーザプロジェクタの動作方法（Methods for Operating Scanning Laser Projectors to Reduce Speckle and Image Flicker）」と題する米国特許出願第１２／８２５，４１１号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、一般に画像内のスペックルを低減する方法に関し、より具体的には、レーザ光源を用いて投影された画像内のスペックルを低減する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザスペックルは、一般にコヒーレントな照明源を使用することによって、特にレーザベースの投影系を使用することによって、望ましくない影響を引き起こすものである。レーザスペックルは、眼または他の検出系により知覚される、望ましくないランダムな強度変動である。スペックルは、散乱反射または散乱透過を生み出すスクリーン、壁、または任意の他の物体などの粗面を、コヒーレントな光源を用いて照射したときに生じ得る。特に、スクリーンまたは他の反射物体の多数の小領域が光を散乱させて、異なる点を起点としかつ伝播方向の異なる、多数の反射ビームを生じさせる。観察点、すなわち例えば観察者の眼やカメラセンサなどの光検出器の位置で、これらの反射ビームが建設的に干渉して明るい点を形成し、あるいは相殺的に干渉して暗い点を形成することで、スペックルとして知られるランダムな粒状の強度パターンが生成される。
【０００４】
可視のスペックル量の標準的な定量的尺度は、スペックルコントラストである。スペックルコントラストは、眼または他の光検出器により検出された強度の平均と標準偏差との比で定義される。スペックルコントラストが１００％であるとき、スペックルは、観察者および／または光検出器に最も低い画質をもたらす「十分に発達した」ものであるとみなされる。人間の眼は、投影された光の波長や照明輝度を含む多くの可変要素の他、個人間の知覚の違い次第で、５％やさらに１％ほどの低コントラストレベルでもスペックルを検出することができる。
【０００５】
インコヒーレントなランプやＬＥＤの代わりにコヒーレントなレーザ光源を使用している画像プロジェクタに、非常に大きな関心が集まっている。これはレーザ光源により与えられる、小型化の可能性、電力効率、輝度、彩度、および他の特性のためである。人間の眼が投影画像内のスペックルを検出する能力を有するために、少量のスペックルであっても、観察者の邪魔になったり、また投影画像の知覚品質を損なったりする可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、走査型レーザプロジェクタで投影された画像内のスペックル量を低減させるように走査型レーザプロジェクタを動作させる、代わりの方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施の形態によれば、走査型レーザプロジェクタの光源を動作させる方法は、複数のフレームを含む画像を、走査型レーザプロジェクタの光源を用いて、走査型レーザプロジェクタのフレームレートで投影するステップを含む。光源の、偏光、波長、または入射角のうちの、少なくとも１つを変化させて、複数のスペックルパターンを含むスペックル低減シーケンスを作り出す。光源の強度を変調させて画像を生成するときに、スペックル低減シーケンスが光源で投影される。スペックル低減シーケンスは、約０．０４秒未満、または約０．０７秒から約０．１３秒までである。
【０００８】
別の実施形態において、走査型レーザプロジェクタの光源を動作させる方法は、複数のフレームを含む画像を、走査型レーザプロジェクタの光源で投影するステップを含む。同時に、スペックル低減シーケンスを走査型レーザプロジェクタの光源で投影する。スペックル低減シーケンスは、相関のないスペックルパターンと部分的に相関のあるスペックルパターンとを含む。スペックル低減シーケンスは、走査型レーザプロジェクタの光源の出力ビームの性質を相関のないスペックルパターンと部分的に相関のあるスペックルパターンとを生成するように変化させることによって、投影される。スペックル低減シーケンスの持続時間は、約０．０７秒から約０．１３秒まででもよい。スペックル低減シーケンス中の相関のないスペックルパターンの数ｋは４以上の整数でもよい。スペックル低減シーケンス中の部分的に相関のあるスペックルパターンの数ｌも、同様に４以上の整数でもよい。
【０００９】
本発明のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、請求項、さらに添付の図面を含め、本書において説明された実施形態を実施することにより認識されるであろう。
【００１０】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、種々の実施形態を説明したものであること、そして請求される主題の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供するよう意図されているものであることを理解されたい。添付の図面は、種々の実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、また本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は本書において説明する種々の実施形態を示し、そしてその記述とともに、請求される主題の原理および動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本書において説明する走査型レーザプロジェクタの光源を動作させる方法の１以上の実施形態と併せて使用される、走査型レーザプロジェクタの一実施の形態を示した概略図
【図２】走査型レーザプロジェクタにおいて光源として使用されるＤＢＲレーザの一実施の形態を描いた概略図
【図３】走査型レーザプロジェクタにおいて光源として使用される波長変換光源の一実施の形態を描いた概略図
【図４】波長変換光源において使用される波長変換素子の一実施の形態を描いた概略図
【図５】波長変換光源において使用される波長変換素子の一実施の形態を描いた概略図
【図６】本書において説明する走査型レーザプロジェクタを動作させる方法の１以上の実施形態と併せて使用される、走査型レーザプロジェクタの別の実施形態を描いた概略図
【図７】１以上の実施形態による、無限大の焦点深度モードで動作しているレーザプロジェクションシステムを描いた概略図
【図８】１以上の実施形態による、スペックル低減モードで動作しているレーザプロジェクションシステムを描いた概略図
【図９】１以上の実施形態による、投影距離Ｄに対する、投影面上の表面のビームスポットサイズ（半値全幅）および画素サイズを描いたグラフ
【図１０】１以上の実施形態による、１／ｅ2出力ビーム直径に対するスペックルコントラストを描いたグラフ
【図１１】１以上の実施形態による、スペックル低減散乱面と３つの出力ビーム集束点とを描いた概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
スペックルおよび画像フリッカを低減させるように走査型レーザプロジェクタの光源を動作させる方法のいくつかの実施形態を、ここで特に添付の図面を参照して詳細に説明する。この方法は、一般に、走査型レーザプロジェクタの光源を用いて画像を投影するステップを含む。画像の投影と同時に、光源の出力ビームの性質を変化させて、相関のないスペックルパターンと部分的に相関のあるスペックルパターンとを含むスペックル低減シーケンスを投影し、投影画像内のスペックルを低減させる。スペックル低減シーケンスは、画像内のフリッカを低減させるのに十分な時間間隔で投影される。スペックルと画像フリッカとを低減させる方法の種々の実施形態を、本書においてさらに詳細に説明する。
【００１３】
スペックルおよび画像フリッカを低減させる方法の種々の実施形態を説明する際、相関のないスペックルパターンおよび部分的に相関のあるスペックルパターンに言及する。「スペックルパターン」という用語は、光源で投影された、その特定の画像に特有のスペックル特性を有している離散的画像を称する。「相関のないスペックルパターン」および「部分的に相関のあるスペックルパターン」という用語は、２画像間の相関関数ＣＦの定量的評価を称する。具体的には、各スペックルパターンは画素要素Ｉxのマトリクスを含む画像であり、２つの画像Ｉ1およびＩ2間の相関関数ＣＦは以下のように定義することができる。
【数１】
0005904502.tif 000002
【００１４】
ここで、
Ｉ1は第１画像を表す画素のマトリクス、
Ｉ2は第２画像を表す画素のマトリクス、
Ｉ1AvgはマトリクスＩ1中の画素の平均強度、
Ｉ2AvgはマトリクスＩ2中の画素の平均強度、
∇Ｉ1はマトリクスＩ1中の画素の強度の標準偏差であって、ここで、
【数２】
0005904502.tif 000003
【００１５】
さらに、∇Ｉ2はマトリクスＩ2中の画素の強度の標準偏差であって、ここで、
【数３】
0005904502.tif 000004
【００１６】
である。
【００１７】
相関関数の絶対値（すなわち、｜ＣＦ｜）が１に等しいとき、２つの画像は完全に相関がある。同様の関係を使用して、相関関数ＣＦの絶対値が０に等しいとき、２つの画像は完全に相関がない。ただし、相関関数の絶対値が０．１未満であるときには、２つの画像は相関がないものと見なされる。
【００１８】
この説明のために、Ｉnのスペックルパターンを含んでいるスペックル低減シーケンス内の特定のスペックルパターンＩxは、この特定のスペックルパターンＩxとスペックル低減シーケンス内の任意の他のスペックルパターンとの間の相関関数ＣＦの絶対値が約０から約０．１までであるとき、相関のないスペックルパターンである。さらに、Ｉnのスペックルパターンを含んでいるスペックル低減シーケンス内の特定のスペックルパターンＩxは、この特定のスペックルパターンＩxとスペックル低減シーケンス内の少なくとも１つの他のスペックルパターンとの間の相関関数ＣＦの絶対値が約０．４から約０．６までであるとき、部分的に相関のあるスペックルパターンである。
【００１９】
図１は、本書において説明されるスペックルおよび画像フリッカを低減するようにレーザ走査式プロジェクタの走査系の光源を動作させる方法と併せて使用し得る、走査型レーザプロジェクタシステムを概略的に描いたものである。走査型レーザプロジェクタシステム１００は、一般に、複合光源１０２および走査ミラー１０４を含む。一実施の形態において、走査型レーザプロジェクタシステム１００は、図１に描かれているように偏光回転子１０６をさらに含んでもよい。走査型レーザプロジェクタシステム１００は、複合光源１０２で生成された出力ビーム１１０を走査させて、投影面３００上に２次元画像を作り出すようプログラムされている。投影面３００は、例えば壁またはプロジェクタスクリーンでもよい。図１に示されている実施形態では、複合光源１０２からの出力ビーム１１０の向きを第１走査ミラー１０４によって投影面３００へと変え、さらに出力ビーム１１０を投影面３００上で図１に示されている座標軸のｘ方向およびｙ方向に走査して、投影面３００上に画像を形成する。走査型レーザプロジェクタシステム１００を使用して、静止画（例えば、文字）、動画（例えば、映像）、または静止画と動画を組み合わせたものを表示することができる。一実施の形態において、このシステムを、ハンドヘルドプロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートパソコン、または他の類似の装置などの比較的小さい装置に組み込むことができるような、小型なものとしてもよい。しかしながら他の実施形態において、このシステムは大判の画像を投影する標準サイズのプロジェクタシステムとしてもよい。
【００２０】
図１に描かれている走査型レーザプロジェクタシステム１００の実施形態において、複合光源１０２は、コヒーレントな光ビーム１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃを異なる波長で放射するよう動作可能な１以上の個別の光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを備えている。例えば、図１に描かれている複合光源１０２は、夫々可視スペクトルの緑色、青色、および赤色部分の波長を有するコヒーレントな光ビームを放射することが可能な、３つの個別の光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを備えている。各個別光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃから放射されたコヒーレントな出力ビーム１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃを、例えばレンズ、ミラーなどの種々の光学部品（図示なし）を用いて合成およびコリメートして、各個別光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃからのコヒーレント出力ビーム１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃから成るコリメート出力ビーム１１０を生み出すことができる。他の実施形態において（図示なし）、複合光源１０２が利用する個別光源は、それより多くても少なくてもよい。例えば、複合光源は１つの個別光源を含むものでもよいし、２つの個別光源を含むものでもよく、あるいは３以上の個別光源を含むものでもよい。個別光源は、可視スペクトルの赤色、青色、または緑色部分の波長以外の波長を有する、コヒーレント光ビームを放射するものでもよいことも理解されたい。
【００２１】
一実施の形態において、個別光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、図２に概略的に示したＤＢＲレーザ１２０などのＤＢＲレーザである。ＤＢＲレーザ１２０は一般に、波長選択部１２８、位相整合部１３０、および利得部１３２を有する半導体レーザを含み得る。波長選択部１２８は、分布ブラッグ反射器またはＤＢＲ部とも称され得るが、典型的には、レーザ共振器の能動領域外に位置付けられた１次または２次のブラッグ回折格子を備えている。波長選択部は、回折格子が、その反射率が波長に依存するミラーのように作用して、波長選択を実現する。ＤＢＲレーザにより放射される出力ビーム１０９の波長は、電気リード線１２２で波長選択部１２８に注入される電流を変化させることによって調節することができる。例えば、一実施の形態においては、ＤＢＲレーザ１２０の波長選択部１２８に注入される電流を使用して、レーザの動作特性を変化させることによって、ＤＢＲレーザ１２０の出力端面１３４から放射されるコヒーレント出力ビーム１０９の波長を制御することができる。より具体的には、注入される電流を使用して、波長選択部１２８の温度および／または波長選択部１２８の屈折率を制御することができ、したがって、波長選択部に注入される電流の量を調節することによって、レーザ光源が放射するコヒーレント出力ビーム１０９の波長を変化させることができる。あるいは、位相整合部１３０または利得部１３２に注入される電流を、ＤＢＲレーザが放射するコヒーレント出力ビーム１０９の波長を制御するために同様に使用することもできる。
【００２２】
ここまで個別光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃはＤＢＲレーザを含むものとして説明してきたが、これらの光源に他の種類のレーザ光源を使用してもよいことを理解されたい。例えば、個別光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、ダイオード励起固体レーザ（ＤＰＳＳ）、天然の（native）緑色レーザ、垂直外部共振器面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）、またはファブリペロー型レーザなどの、１以上の単一波長レーザを含み得る。
【００２３】
別の実施形態において、レーザプロジェクションシステムの個別光源は、図３に描かれている波長変換光源１２１などの波長変換光源でもよい。波長変換光源１２１は概して、ＤＢＲレーザ１２０または類似のレーザ素子などの半導体レーザを含み、この半導体レーザが光学的に波長変換素子１３６に連結されている。波長変換素子１３６はＤＢＲレーザのコヒーレントビーム１３８を高調波に変換し、ＤＢＲレーザ１２０のコヒーレントビーム１３８の波長とは異なる波長を有するコヒーレント出力ビーム１０９を出力する。この種類の波長変換光源は、より長い波長の半導体レーザから、より短い波長のレーザビームを生成するのに特に有用であり、例えば、レーザプロジェクションシステム用の可視レーザ光源として使用することができる。
【００２４】
ここで図４を参照すると、周波数変換光源に使用される波長変換素子１３６の一実施形態の断面が概略的に描かれている。波長変換素子１３６は概して、入力端面１４０と出力端面１４６との間に延在する導波路部分１４４を有した、ＭｇＯドープニオブ酸リチウムなどのバルク結晶材料１４２を含む。一実施の形態において、導波路部分１４４は周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶である。第１波長λ1を有するコヒーレントビーム１３８（ＤＢＲレーザ１２０のコヒーレントビーム１３８など）が波長変換素子１３６の導波路部分１４４内に導かれると、コヒーレントビーム１３８は波長変換素子１３６の導波路部分１４４に沿って伝播し、そこでコヒーレントビーム１３８は第２波長λ2に変換される。波長変換素子１３６は、波長変換されたコヒーレント出力ビーム１０９を出力端面１４６から放射する。例えば、一実施の形態において、ＤＢＲレーザ１２０が放射しかつ波長変換素子１３６の導波路部分１４４内に導かれるコヒーレントビーム１３８は、約５３０ｎｍの波長を有している（例えば、コヒーレントビーム１３８は赤外光ビームである）。この実施形態において、波長変換素子１３６は赤外光ビームを可視光に変換して、約５３０ｎｍの波長を有する波長変換されたコヒーレント出力ビーム１０９を放射する（例えば、可視緑色光）。
【００２５】
図４に描かれている波長変換素子１３６の実施形態において、波長変換素子１３６が放射するコヒーレント出力ビーム１０９の波長は、様々な技術を利用して調節することができる。例えば、波長変換素子１３６のコヒーレント出力ビーム１０９の波長を、コヒーレント出力ビーム１０９の波長に変化を生じさせる電場を波長変換素子１３６に印加することによって調節してもよい。さらに別の実施形態において、波長変換素子１３６のコヒーレント出力ビーム１０９の波長を、波長変換素子１３６および／または波長変換素子の導波路部分に、コヒーレント出力ビーム１０９の波長に変化を生じさせる熱を加えることによって調節してもよい。
【００２６】
ここで図５を参照すると、波長変換光源に使用される波長変換素子１３６の別の実施形態の断面が概略的に描かれている。この実施形態において、波長変換素子１３６の構成は図４の波長変換素子１３６と類似している。ただし、この実施形態の波長変換素子１３６は、第１導波路部分１４４ａと、第２導波路部分１４４ｂと、さらに第３導波路部分１４４ｃとを備え、これらの夫々は波長変換素子１３６の入力端面１４０と出力端面１４６との間に延在している。導波路１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃの夫々は、他の導波路とは異なる波長の出力ビームを生成するように調整される。この実施形態において、波長変換素子１３６に光学的に連結された半導体レーザ（図示なし）をアクチュエータに機械的に連結させてもよく、このアクチュエータを利用して半導体レーザの位置を調節することによって、半導体レーザを異なる導波路に光学的に連結させてもよい。各導波路１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃにおいて半導体レーザの波長を、その導波路に応じて調整することで、波長変換素子１３６は所望の波長を有するコヒーレント出力ビーム１０９を放射する。したがって、波長変換光源の波長は、ＤＢＲレーザを波長変換素子のさまざまな導波路部分に連結させることによって調節することができる。
【００２７】
再び図１を参照すると、本書において説明する実施形態において、複合光源１０２の出力ビーム１１０は上述したように第１走査ミラー１０４を用いて投影面３００上に走査される。第１走査ミラー１０４は出力ビーム１１０の光経路内に位置付けられ、出力ビーム１１０を投影面３００に向かって反射する。走査ミラー１０４は、ミラーの配向を少なくとも２つの軸１１２、１１４に関して調節するよう動作可能なアクチュエータに連結されたミラーを含み得る。例えば、一実施の形態においてこのアクチュエータは、ミラーに連結されたマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）である。ＭＥＭＳデバイスはミラーを第１軸１１２および第２軸１１４に関して回転させるよう動作可能であり、それにより、反射された出力ビーム１１０を投影面３００上でｙ方向およびｘ方向に走査させて画像を形成することができる。
【００２８】
図１に描かれている走査型レーザプロジェクタシステム１００の実施形態において、このシステムはさらに偏光回転子１０６を備えている。偏光回転子は、複合光源１０２の出力ビーム１１０が第１走査ミラー１０４に到達する前に偏光回転子１０６を通過するよう、複合光源１０２の光経路内に位置付けられる。偏光回転子１０６は、出力ビーム１１０の偏光を第１偏光から第２偏光へと調節するよう動作可能なものである。第２偏光は第１偏光と直交するものでもよい。あるいは第２偏光は、第１偏光と直交しない、中間の偏光でもよい。一実施の形態において偏光回転子１０６は、光ビームの偏光を回転させるのに適した、液晶偏光回転子または類似のデバイスでもよい。
【００２９】
図１に描かれている走査型レーザプロジェクタシステム１００の実施形態は偏光回転子１０６を含んでいるが、他の実施形態において、走査型レーザプロジェクタシステムは偏光回転子を備えずに構成し得ることを理解されたい。
【００３０】
走査型レーザプロジェクタシステム１００は、本書において説明する、スペックルおよび画像フリッカを低減する方法を実行するようプログラムされる。具体的には、走査型レーザプロジェクタシステム１００は、複合光源１０２に通信連結されている、例えばマイクロコントローラやプログラマブルロジックコントローラなどの１以上のシステムコントローラ１０７、第１走査ミラー１０４、および偏光回転子１０６を含み得る。システムコントローラ１０７は、複合光源１０２、第１走査ミラー１０４、および偏光回転子１０６を制御して、単一色または多色の画像を生成および投影すると同時に投影画像内のスペックルおよび画像フリッカを低減させるようプログラムされる。システムコントローラ１０７は、当技術において周知の画像投影用ソフトウェアや関連する電子機器と一緒になって、符号化された画像データを伝える１以上の画像データ信号（例えば、レーザ駆動電流）を複合光源１０２に供給することができる。出力ビーム１１０が複数の個別光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを含む場合、システムコントローラ１０７は、個別光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが放射したコヒーレント出力ビーム１０９ａ、１０９ｂ、または１０９ｃの夫々の、波長、利得、および／または強度を個別に制御することができる。例えば、符号化された画像データが個別光源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの１以上の出力ビーム１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃの利得または強度を変動させ、これに対応して複合光源１０２の出力ビーム１１０に利得または強度の変動を生じさせる。第１走査ミラー１０４で出力ビームを投影面３００上に走査させたときに、出力ビーム１１０に生じた利得または強度の変動によって画像が形成される。
【００３１】
さらに図１を参照し、走査型レーザプロジェクタシステムの光源を動作させる方法を、ここでは複合光源１０２の光源１０８ａを参照して説明する。ただし、スペックルおよび画像フリッカを低減させるために、他の光源１０８ｂおよび１０８ｃにも同じ制御方法を適用し得ることを理解されたい。
【００３２】
走査型レーザプロジェクタシステム１００の光源１０８ａを動作させる方法は、光源１０８ａで複数のフレームを含む画像を投影するステップを含む。画像を作り出すために、システムコントローラ１０７は上述したように、光源１０８ａが放射する出力ビーム１０９ａに利得または強度の変動を生じさせる画像データ信号を、光源１０８ａに供給する。出力ビーム１０９ａを異なる波長の１以上の他の出力ビーム（すなわち、出力ビーム１０９ｂ、１０９ｃ）と合成させて出力ビーム１１０を形成し、これを投影面３００へと方向転換させてもよい。第１走査ミラー１０４が出力ビーム１１０を投影面３００上に迅速に走査させて複数のフレームを生み出し、これらのフレームが、検出器（人間の眼など）により統合されたときに、光源１０８ａに供給された画像データ信号内に符号化されている画像を形成する。一般に、走査型レーザプロジェクタは個別のフレームを６０フレーム／秒（すなわち、６０Ｈｚ）の速度で投影する。各フレーム内の各画素（すなわち、投影面３００上でのビームスポット夫々の別々の位置）は、約２０ナノ秒間照射される。
【００３３】
光源１０８ａの強度または利得を画像データ信号で変化させて画像を生成するときに、対応する出力ビーム１０９ａの物理的性質を、投影画像内のスペックルを低減させるように同時に変化させることができる。より具体的には、画像を光源１０８ａで投影すると同時に、スペックル低減シーケンスを光源１０８ａの出力ビーム１０９ａで投影するように、出力ビーム１０９ａの物理的性質を変化させる。スペックル低減シーケンスは複数のスペックルパターンＩnを含み得る。ここでｎはシーケンス内のスペックルパターンの総数である。本書で説明する実施形態において、スペックル低減シーケンス内のスペックルパターン総数ｎは少なくとも８である。
【００３４】
一般にスペックルは、投影画像上に重ね合わせるスペックルパターンを時間の関数として変化させることにより低減させることができる。スペックルパターンを十分に速く（すなわち、人間の眼の積分時間よりも速く）変化させた場合には、投影されたスペックルパターンが人間の眼により平均化されて、スペックルのコントラストが減少した印象になる。例えば、スクリーンにぶつかる光の偏光が第１直線偏光Ｓから第２直線偏光Ｐに変わる場合、２つの相関のないスペックルパターンが生成される（すなわち、１つは第１偏光を有し、かつ１つは第２偏光を有する）。偏光状態をＳからＰに人間の眼の積分時間よりも速く切り替えることによって、眼に見えるスペックルコントラストは２の平方根だけ低下する。
【００３５】
図１に描かれているようなレーザ走査プロジェクタにおいて、光ビームは所与の位置で極短時間（およそ２０ナノ秒）の間留まり、これを画素持続時間と称する。その結果、スペックルパターンを画素持続時間よりも速く変更し得る場合を除き、異なるスペックルパターンを投影できる最速の速度はフレームレートに等しく、これはほとんどのプロジェクションシステムで典型的には６０Ｈｚである。相関のないスペックルパターンを２つのみ、例えばＳとＰとの間で偏光状態を切り替えることにより投影すると、３０Ｈｚはスペックルなどの高い空間周波数特性に対する人間の応答時間よりも速いため、スペックルは依然として２の平方根だけ低くなる。スペックルが２の平方根低くなったとしても、スペックルを許容できるレベルまで低減させるのに通常十分ではなく、知覚されるスペックルコントラストをさらに低下させるために相関のないより多くのスペックルパターンが必要である。しかしながら、例えば４つの相関のないスペックルパターンをフレームレートで投影すると、４つの画像のシーケンス（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ／Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ／...）が投影され、これらの画像が投影される周波数（１５Ｈｚ）は人間の眼の応答時間よりも遅いため画像フリッカが生じる。
【００３６】
画像フリッカを低減させる１つの手法は、より長いスペックル低減シーケンス（すなわち、より遅い周波数で投影されるスペックル低減シーケンス）を投影するステップを含む。相関のないスペックルパターンの数は限定され得るため、より長いスペックル低減シーケンスは、一連の相関のないスペックルパターンと相関のあるスペックルパターンとから作り出してもよい。実験によれば、スペックル低減シーケンスを１０Ｈｚ以下で使用すると、画像フリッカが低減され、観察者にはスペックルが時間の関数としてゆっくり動いているように見えることが示されている。しかし、どのくらいスペックル低減シーケンスの持続時間を延長し得るかについては限界がある。実際に、シーケンスが過度に遅いと、相関のないスペックルパターンをさらに加えても画像の品質はそれ以上改良されない。実験によれば、スペックルなどの高空間周波数のノイズでは、画像改善がその限界を超えて少なくなるため、スペックル低減シーケンスの持続時間は０．１３秒（７．５Ｈｚ）未満で維持されるべきであることが示されている。
【００３７】
一実施の形態において、スペックル低減シーケンスの持続時間は、約０．０７秒超から約０．１３秒まで（すなわち、スペックル低減シーケンスの繰返し速度が約７．５Ｈｚから約１５Ｈｚまで）としてもよい。別の実施形態において、スペックル低減シーケンスの持続時間は、約０．１秒超（すなわち、スペックル低減シーケンスの繰返し速度が１０Ｈｚ未満）でもよく、かつ０．１３秒（７．５Ｈｚ）を超えないものとなる。具体的には、持続時間が０．０７秒を超えるスペックル低減シーケンスは、スペックル低減シーケンスと同時に投影される画像内の画像フリッカを大幅に低減し、知覚される投影画像の品質を改善することが見出された。したがって、持続時間が約０．０７秒を超えるスペックル低減シーケンスは、投影画像内のスペックルの知覚量を低減するためにも、また投影画像内の画像フリッカを低減するためにも使用することができる。
【００３８】
例えば２つの異なる偏光状態間で切替えを行い、かつ光源の波長を、相関のないスペックル低減パターンを生成するのに十分な程度に分離されている３つの異なる波長に調節することによって、少なくとも６つの相関のないスペックルパターン（すなわち、相関のないスペックルパターンの数ｋ＝６）を生み出す実施形態では、偏光および波長を連続して調節して部分的に相関のあるスペックル低減パターンと相関のないスペックル低減パターンとのシーケンスを生成することによって、スペックル低減シーケンスを１０Ｈｚ未満で生成するのは容易である。
【００３９】
４つの相関のないスペックルパターンのみが利用可能な実施形態では、スペックル低減シーケンスが複数の相関のないスペックルパターンと複数の部分的に相関のあるスペックルパターンとを含むよう、相関のないスペックルパターンの間に中間の部分的に相関のあるパターンを挿入することによって、スペックル低減シーケンスの持続時間を増加させるというのも一策である。例えば、スペックル低減シーケンス内のスペックルパターンの総数ｎが少なくとも８であるとき、スペックル低減シーケンス内の相関のないスペックルパターンの数ｋは４以上の整数であり、さらにスペックル低減シーケンス内の部分的に相関のあるスペックルパターンの数ｌは４以上の整数である。
【００４０】
上述したように、スペックル低減シーケンス内の個別のスペックルパターンＩxは、この個別のスペックルパターンＩxとスペックル低減シーケンス内の任意の他のスペックルパターンとの間の相関関数ＣＦの絶対値が約０から約０．１までであるとき、相関のないスペックルパターンである。さらに、スペックル低減シーケンス内の個別のスペックルパターンＩxは、この個別のスペックルパターンＩxとスペックル低減シーケンス内の少なくとも１つの他のスペックルパターンとの間の相関関数ＣＦの絶対値が約０．４から約０．６までであるとき、部分的に相関のあるスペックルパターンである。
【００４１】
一実施の形態では、スペックル低減シーケンス内において、相関のないスペックルパターンの個別の１つを、部分的に相関のあるスペックル低減パターンの個別の１つと交互にする。例えば、１つの相関のないスペックルパターンを投影した後に続いて、１つの部分的に相関のあるスペックルパターンを投影するなどしてもよい。別の実施形態において、スペックル低減シーケンスは、複数の連続した相関のないスペックルパターンを、１以上の連続した部分的に相関のあるスペックルパターンと交互に含む。例えば、２つの部分的に相関のあるスペックルパターンを順に投影した後に続いて、２つの相関のないスペックルパターンを順に投影し、さらに続いて２つの部分的に相関のあるスペックルパターンを順に投影するなどしてもよい。さらに別の実施形態において、スペックル低減シーケンスは、複数の連続した部分的に相関のあるスペックルパターンを、１以上の連続した相関のないスペックルパターンと交互に含む。例えば、２つの部分的に相関のあるスペックルパターンを順に投影した後に続いて、１つの相関のないスペックルパターンを投影し、さらに続いて２つの部分的に相関のあるスペックルパターンを順に投影するなどしてもよい。
【００４２】
スペックル低減シーケンス内の（相関のない、または部分的に相関のある）各スペックルパターンは、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの物理的性質を変化させることによって作り出される。本書において説明する実施形態において、この物理的性質は、出力ビーム１０９ａの波長、出力ビーム１０９ａの偏光、出力ビーム１０９ａの投影面３００に対する入射角、あるいはこれらの波長、偏光、および／または入射角を種々組み合わせたものとすることができる。
【００４３】
例えば、光源１０８ａがＤＢＲレーザを含む上述の実施形態では、ＤＢＲレーザに通信連結されたシステムコントローラ１０７を用いてＤＢＲレーザの波長選択部に供給される電流を調節することによって、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの波長を変化させる。光源１０８ａが、図３に示した波長変換素子に光学的に連結された半導体レーザを備えている周波数変換光源である実施形態においては、光源１０８ａが放射する出力ビーム１０９ａの波長を、波長変換素子の導波路部分を加熱することによって変化させてもよい。あるいは、光源１０８ａが放射する出力ビーム１０９ａの波長を、波長変換素子に電場を印加することによって変化させてもよい。波長変換素子の導波路部分の加熱や、あるいは波長変換素子への電場の印加は、適切な時間間隔で波長に所望の変化をもたらすようにシステムコントローラ１０７で制御してもよい。
【００４４】
光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの波長を変化させてさまざまな相関のないスペックルパターンおよび／または部分的に相関のあるスペックルパターンを生成する実施形態において、相関のないスペックルパターン間の波長の変動は少なくとも０．３ｎｍである。例えば、出力ビーム１０９ａが第１波長５３０ｎｍを有している場合（すなわち、第１波長は可視スペクトルの緑色部分内）、出力ビーム１０９ａの第１波長は、５３０．１５ｎｍまたは５２９．８５ｎｍの第２波長まで、少なくとも±０．３ｎｍ変化させられるであろう。この例において、５３０ｎｍ、５３０．１５ｎｍ、および５２９．８５ｎｍの波長で生成されたスペックルパターンは、互いに対して相関がない。
【００４５】
しかしながら、特定の偏光を有する出力ビーム１０９ａでは、０．３ｎｍ未満の波長の変動は部分的に相関のあるスペックルパターンをもたらす。より具体的には、出力ビーム１０９ａが固定偏光を有し、かつ出力ビームの波長を、少なくとも±０．３ｎｍ離れた第１波長と第２波長との間の範囲に亘って変化させることができる場合には、出力ビーム１０９ａの波長を第１波長と第２波長との間の中間波長に変化させて、第１波長または第２波長のいずれかで形成されたスペックルパターンに対して部分的に相関のあるスペックルパターンを生成することができる。例えば、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの波長が第１波長５２９．８５ｎｍと第２波長５３０．１５ｎｍとの間で可変である場合には、出力ビーム１０９ａの波長を中間波長である５３０ｎｍに変化させて、第１波長または第２波長のいずれかで生成されるスペックルパターンと部分的に相関のあるスペックルパターンを生成してもよい（出力ビームの偏光が、第１波長、第２波長、および中間波長で同じままであると仮定する）。５３０ｎｍで生成されたスペックルパターンは、５３０．１５ｎｍおよび５２９．８５ｎｍで生成されたスペックルパターンに対して部分的にのみ相関があるが、５３０．１５ｎｍおよび５２９．８５ｎｍで生成されたスペックルパターンは、互いに対して相関がないことを理解されたい（すなわち、波長の差が少なくとも０．３ｎｍである）。
【００４６】
さらに図１を参照すると、光源１０８ａが放射する出力ビーム１０９ａの偏光を、偏光回転子１０６を用いて変化させることによって、さまざまな相関のあるスペックルパターンおよび相関のないスペックルパターンをさらに作り出すことができる。例えば、固定波長を有する出力ビームでは、出力ビームの偏光を第１偏光から、第１偏光に直交する第２偏光に変化させることができる。この例において、第１偏光の出力ビームで生成されたスペックルパターンは、第２偏光を有する出力ビームで生成されたスペックルパターンと相関がない。しかしながら、出力ビーム１０９ａの偏光を、第１偏光から、第１偏光および第２偏光と非直交の中間の偏光に変化させた場合、第１偏光の出力ビームで生成されたスペックルパターンと中間の偏光の出力ビームにより生成されたスペックルパターンは、部分的に相関がある。直交する第１偏光と第２偏光との間の多数の中間の偏光を利用して、多数の部分的に相関のあるスペックルパターンを作り出すことができることを理解されたい。例えば、中間の偏光の数は２つ（すなわち、第１中間偏光および第２中間偏光）でもよいし、あるいは３以上でもよく、各中間の偏光は第１および第２偏光と非直交である。
【００４７】
ここで図６を参照すると、別の実施形態において、複合光源１０２の出力ビームが投影面３００上に入射する角度θを変化させることによって、さまざまな相関のあるスペックルパターンおよび相関のないスペックルパターンをさらに作り出すことができる。スクリーンに紙や塗装面などの材料を使用した場合、観察者からスクリーンまでの距離が約１／２メートルであるときには、約１．５ｍＲａｄのスクリーン上での出力ビームの入射角の変化で相関のないスペックルパターンを作り出すのに十分であることが見出された。例えば、図６に示した走査型レーザプロジェクタシステム２００の実施形態において、走査型レーザプロジェクタシステム２００は上述したように、複合光源１０２、偏光回転子１０６、および第１走査ミラー１０４を含む。ただし、この実施形態において、走査型レーザプロジェクタシステム２００は第２走査ミラー２２４をさらに備えている。この第２走査ミラーは、上述した第１走査ミラー１０４に類似の構造を有している。具体的には第２走査ミラー２２４は、少なくとも２つの軸２２２、２２３に関してミラーの配向が調節可能となるようにＭＥＭＳアクチュエータまたは類似のアクチュエータなどのアクチュエータに連結されたミラーを含み得る。第１走査ミラー１０４は複合光源１０２の出力ビームの光経路内に置かれ、さらに、複合光源１０２の出力ビーム１１０（光源１０８ａの出力ビーム１０９ａを含む）の方向を第２走査ミラー２２４上へと変えかつ出力ビーム１１０を第２走査ミラーの表面上で２方向に走査させるように、第１走査ミラー１０４は配向される。第２走査ミラー２２４は、出力ビーム１１０の方向を投影面３００上へと変えるように位置付けられる。さらに、第２走査ミラー２２４の配向を第１走査軸２２２および第２走査軸２２３に関して調節して、出力ビームの投影面上での入射角θを変えてもよい。
【００４８】
この実施形態において、出力ビームにより生成される２つのスペックルパターン間の相関関数は、出力ビームの入射角θによって変わる。相関のないスペックルパターンは、連続したスペックル低減パターン間で出力ビームの入射角を少なくとも±１．５ｍＲａｄ変化させることによって、出力ビームで形成することができる。例えば、出力ビーム１１０が第１入射角θ1を有する場合、出力ビーム１１０の第１入射角θ1を少なくとも１．５ｍＲａｄ変化させて第２入射角θ2としてもよい。この例において、第１入射角θ1の出力ビームで生成されたスペックルパターンと第２入射角θ2の出力ビームで生成されたスペックルパターンは、互いに相関のないスペックルパターンである（すなわち、入射角の変化が少なくとも１．５ｍＲａｄである）。
【００４９】
ただし、出力ビームが固定の偏光および波長を有しかつ第１入射角θ1の変化が１．５ｍＲａｄ未満である場合、入射角を変化させることにより形成されるスペックルパターンは、第１入射角θ1により形成されるスペックルパターンと部分的にのみ相関があるスペックルパターンを生み出すことになる。より具体的には、出力ビーム１１０が固定の偏光および波長を有し、かつ出力ビーム１１０の入射角が少なくとも１．５ｍＲａｄ離れている第１入射角θ1と第２入射角θ2との間の範囲に亘って可変である場合には、第１入射角θ1と第２入射角θ2との間の中間入射角θInに出力ビームの第１入射角θ1を変化させることで、第１入射角θ1または第２入射角θ2のいずれかで形成されたスペックルパターンに対して部分的に相関のあるスペックルパターンを生成することができる。
【００５０】
例えば、光源１０８ａの出力ビーム１１０の入射角が第１入射角θ1と第２入射角θ2との間で可変である場合、出力ビームの入射角θ1を、θ1とθ2との間の中間入射角θInへと変化させて、第１入射角θ1または第２入射角θ2のいずれかで形成されたスペックルパターンと部分的に相関のあるスペックルパターンを生成することができる（出力ビームの偏光が、第１入射角θ1、第２入射角θ2、および中間入射角θInで同じままであると仮定する）。中間入射角θInで生成されたスペックルパターンは、第１入射角θ1および第２入射角θ2で生成されたスペックルパターンに対して単に部分的に相関があるが、第１入射角θ1および第２入射角θ2で生成されたスペックルパターンは互いに対して相関がない（すなわち、入射角の差が少なくとも１．５ｍＲａｄである）ことを理解されたい。
【００５１】
再び図１を参照すると、一実施の形態において、光源１０８ａは出力ビーム１０９ａを放射するように動作可能であり、かつ光源１０８ａは出力ビーム１０９ａの波長を、少なくとも０．３ｎｍ離れている第１波長Ａと第２波長Ｂとの間の範囲に亘って変化させる。例えば、第１波長Ａは約５２９．８５ｎｍから約５３０．１５ｎｍまでの範囲内のものでもよい。ただし、光源１０８ａの具体的な特性に応じて、さまざまな波長範囲（すなわち、５２９．８５ｎｍ〜５３０．１５ｎｍ以外）を使用することもできることを理解されたい。波長範囲の両端点は、波長が変化したときに出力ビームの色に認識できる差が生じないよう、十分に近いものであることも理解されたい。システムコントローラ１０７は、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの波長を、第１波長Ａまたは第２波長Ｂのいずれかから第１波長Ａおよび第２波長Ｂの間の中間波長ＡＢまで変化させるように動作可能なものでもよい。例えば、一実施の形態において、中間波長ＡＢと第１波長Ａまたは第２波長Ｂいずれかとの間の差は、約０．１５ｎｍでもよい。ただし、中間波長ＡＢは第１波長Ａと第２波長Ｂとの間の中心である必要はないことを理解されたい。
【００５２】
この実施形態において、システムコントローラ１０７は、出力ビームの偏光を第１偏光Ｐ１と第１偏光Ｐ１に直交する第２偏光Ｐ２との間の範囲に亘って変化させるように、偏光回転子１０６を制御するよう動作可能なものでもよい。より具体的には、システムコントローラ１０７は、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの偏光を、第１偏光Ｐ１または第２偏光Ｐ２のいずれかから、第１偏光Ｐ１または第２偏光Ｐ２のいずれとも非直交である第１中間偏光Ｐ１２まで変化させるよう動作可能なものでもよい。
【００５３】
この実施形態において、システムコントローラ１０７は、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの波長を変化させて以下のようなＩnのスペックル低減パターンのスペックル低減シーケンスを生成するよう動作可能なものでもよい。
【００５４】
ＡP1‐ＡP12‐ＡP2‐ＡＢP2‐ＢP2‐ＢP12‐ＢP1‐ＡＢP12
ここで、ｎ＝８、相関のないスペックルパターンの数ｋが４、そして部分的に相関のあるスペックルパターンｌの数が４である。この実施形態において、ＡP1、ＡP2、ＢP2、およびＢP1は相関のないスペックルパターンであり、またＡP12、ＡＢP2、ＢP12、およびＡＢP12は部分的に相関のあるスペックルパターンである。このスペックル低減シーケンスの時間長は、約０．０７秒から約０．１３秒である。
【００５５】
別の実施形態において、光源１０８ａは、出力ビーム１０９ａを放射しかつ出力ビーム１０９ａの波長を第１波長Ａから、少なくとも０．３ｎｍ離れた第２波長Ｂまで変えるよう、動作可能である。例えば、第１波長Ａは約５２９．８５ｎｍでもよく、一方第２波長Ｂは約５３０．１５ｎｍでもよい。システムコントローラ１０７は、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの波長を上述したように第１波長Ａから第２波長Ｂまで変えるように動作可能なものでもよい。
【００５６】
この実施形態において、システムコントローラ１０７は、偏光回転子１０６を制御して、出力ビーム１０９ａの偏光を第１偏光Ｐ１と第１偏光Ｐ１に直交する第２偏光Ｐ２との間の範囲に亘って変化させるように動作可能なものでもよい。システムコントローラ１０７は、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの偏光を、第１偏光Ｐ１または第２偏光Ｐ２のいずれかから、第１中間偏光Ｐ１２または第２中間偏光Ｐ２１まで変化させるよう動作可能なものでもよい。第１中間偏光Ｐ１２および第２中間偏光Ｐ２１の両方は、第１偏光Ｐ１および第２偏光Ｐ２と非直交である。
【００５７】
この実施形態において、システムコントローラ１０７は、光源１０８ａの出力ビーム１０９ａの波長を変化させて以下のようなＩnのスペックル低減パターンのスペックル低減シーケンスを生成するよう動作可能なものでもよい。
【００５８】
ＡP1‐ＡP12‐ＡP21‐ＡP2‐ＢP1‐ＢP12‐ＢP21‐ＢP2
ここで、ｎ＝８、相関のないスペックルパターンの数ｋが４、そして部分的に相関のあるスペックルパターンｌの数が４である。この実施形態において、ＡP1、ＡP2、ＢP2、およびＢP1は相関のないスペックルパターンであり、かつＡP12、ＡP21、ＢP12、およびＢP21は部分的に相関のあるスペックルパターンである。このスペックル低減シーケンスの時間長は、約０．０７秒から約０．１３秒である。
【００５９】
前述のスペックルを低減するための技術は、スペックル低減シーケンスの相対的な時間を考慮に入れて、低速スペックル低減技術と称することができる。別の実施形態において、スペックル低減技術の組合せを使用することもできる。例えば、上述したようなある低速スペックル低減技術を、画素持続時間よりも速い他のスペックル低減方法とともに使用してもよい。一実施の形態において、本書で上述した低速スペックル低減技術を、人間の眼の積分時間よりも速い（すなわち、約０．０４秒よりも速い）時間に亘って投影されるスペックル低減シーケンスと併せて使用してもよい。その場合スペックル低減シーケンスは、３０Ｈｚで投影される一連のスペックルパターン（Ａ，Ｂ／Ａ，Ｂ／…）を含んでもよく、その結果、各単一フレームのスペックルコントラストは十分に発達したスペックルよりも低くなる。
【００６０】
例えば、ここで図７を参照すると、レーザプロジェクションシステム４００の一実施の形態の概略図が示されており、これを使用して、人間の眼の積分時間よりも速い速度でスペックルパターンを生成することができる。例示的なレーザプロジェクションシステム４００は、光源４１０が生成しかつ光走査部品４２６が反射（または透過）した出力ビーム４２０を２次元走査させて例えば壁またはプロジェクタスクリーンなどの所与の投影面４３０で２次元画像を作り出すようにプログラムされた、走査型レーザプロジェクションシステムとして構成されている。以下でより詳細に説明するが、実施形態の中には偏光スクランブル装置４２９を備え得るものもある。レーザプロジェクションシステム４００を使用して、静止画（例えば、文字）、動画（例えば、映像）、またはその両方を表示することができる。このシステムを、ハンドヘルドプロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末、ノートパソコン、または他の類似の装置などの比較的小さい装置に組み込むことができるような、小型なものとしてもよい。
【００６１】
光源４１０は、１以上のレーザを含み得る。図７および８に示した実施形態は、異なる波長でコヒーレントビームを放射するよう動作可能な３つのレーザ４１１ａ、４１１ｂ、および４１１ｃを含んでいる。一例として、ミラーおよびダイクロイックミラーを使用して、３つの放射されたビーム４１４ａ、４１４ｂ、および４１４ｃを単一の放射ビーム４２０に合成してもよい。例えば、光源４１０は、赤色、青色、および緑色の波長のビームを夫々放射することが可能な３つのレーザを含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、出力ビーム４２０は略コリメートされた緑色、赤色、および青色のビームから成る。例えば、第１レーザ４１１ａは緑色スペクトル領域内の波長を有するビーム４１４ａを放射し得、第２レーザ４１１ｂは赤色スペクトル領域内の波長を有するビーム４１４ｂを放射し得、さらに第３レーザ４１１ｃは青色スペクトル領域内の波長を有するビーム４１４ｃを放射し得る。他の実施形態が利用する光源４１０は、より多くのまたはより少ないコリメートされたレーザビームを放射するものでもよいし、および／または、ビームを緑色、赤色、または青色以外の波長で放射するものでもよい。例えば、出力ビーム４２０は、緑色スペクトル領域内の波長を有する単一の出力ビームでもよい。
【００６２】
光源４１０は、例えば分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、ダイオード励起固体レーザ（ＤＰＳＳ）、天然の緑色レーザ、垂直外部共振器面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）、またはファブリペロー型レーザなどの、１以上の単一波長レーザを含み得る。さらに、緑色ビームを生成するために、いくつかの実施形態の光源４１０は、第２高調波発生用（ＳＨＧ）結晶または高調波発生用結晶などの波長変換素子（図示なし）をさらに備えて、赤外バンドのネイティブ波長を有するレーザビームを周波数逓倍してもよい。例えば、ＭｇＯドープの周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶などのＳＨＧ結晶を使用して、１０６０ｎｍのＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザの波長を５３０ｎｍに変換することにより、緑色光を生成することができる。光源４１０は、多くの波長の放射が可能なレーザなど、単一波長レーザ以外のレーザを含むものでもよい。他の実施形態において光源４１０は、波長変換素子を使用することなく天然の緑色レーザを放射することが可能な、レーザを含んでもよい。
【００６３】
光源４１０は、レーザ４１１ａ〜４１１ｃにより生成された各ビームの光路内に位置付けられた、光源レンズ４１２ａ〜４１２ｃをさらに含んでもよい。光源レンズは、光源４１０から出て行くビーム４１４ａ〜４１４ｃを略コリメートして提供することができる。他の実施形態において、光源４１０は光源レンズを備えていないものでもよく、ビームは光源４１０からコリメートされていない状態で出て行ってもよい。一実施の形態において、レーザプロジェクションシステム４００は、レーザ４１１ａ〜４１１ｃにより生成された３つのビーム４１４ａ〜４１４ｃを反射および合成して出力ビーム４２０とするように位置付けられかつ構成された、反射面４１６ａ〜４１６ｃをさらに備えている。出力ビーム４２０は、レーザビーム４１４ａ〜４１４ｃを含む単一のビームでもよいし、あるいはレーザビーム４１４ａ〜４１４ｃを含む３つのビームでもよい。例えば、レーザビーム４１４ａ〜４１４ｃは空間的に分離したものでもよく、これらのビームを合成して単一の出力ビーム４２０としなくてもよい。レーザを１つのみ利用する実施形態において、レーザプロジェクションシステム４００は反射面を利用しなくてもよい。さらに、他のビーム合成装置を利用してもよいことを理解されたい。
【００６４】
レーザプロジェクションシステム４００は、本書において開示した制御機能の多くを実行するようプログラムすることができる。システム４００は、従来のまたはこれから開発されるプログラミング方法を含め、数多くの手法でプログラム可能である。本書において論じられるシステム４００をプログラムする方法は、その実施形態を任意の特定のプログラミング手法に限定することを意図したものではない。
【００６５】
いくつかの実施形態において、レーザプロジェクションシステム４００は、例えば光源４１０を制御して単一色または複数色の画像データ流を生み出すようプログラムされた、マイクロコントローラなどの１以上のシステムコントローラ（図示なし）を含んでもよい。システムコントローラは、当技術において周知の画像投影用ソフトウェアや関連する電子機器と一緒になって、画像データを伝える１以上の画像データ信号（例えば、レーザ駆動電流）を光源に供給することができる。所望の画像を作り出すために、光源４１０はその後、符号化画像データを出力ビーム４２０の利得変動または強度変動の形で放射し得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、他のコントローラまたはプログラム手段を利用して走査レーザ画像を生成してもよい。
【００６６】
集束光学部品４２２を、出力ビーム４２０が最初に集束光学部品４２２を通過するように、出力ビーム４２０の光路内に位置付けてもよい。スペックル低減散乱面４２８を、集束光学部品の後かつ光走査部品４２６の前において、出力ビーム４２０の光路内へと選択的に導入してもよい。集束光学部品４２２は、出力ビーム４２０（すなわち、ビーム４１４ａ〜４１４ｃから成る単一出力ビーム、または３つの集束点）の第１集束点をレーザプロジェクションシステム４００内部の位置Ｌ１で生み出すような焦点距離を有する。出力ビーム４２０により生成された、Ｌ１を起点とする光４２３は、その後コリメート用部品４２４と光走査部品４２６とを介し、集束ビーム４２１として投影面４３０上の位置Ｌ２の第２集束点上で再結像される。散乱面を光路内に挿入するとき、散乱面の位置は好適には第１集束点Ｌ１に近接した位置とするべきである。
【００６７】
光走査部品４２６は、出力ビーム４２０の光路内において集束部品４２２の後に位置付けられる。光走査部品４２６は、画像フレームを形成している複数の画素をある画像フレームレートで照射するように出力ビーム４２０を投影面４３０に向けて２次元走査するよう構成された、１以上の制御可能な可動マイクロオプトエレクトロメカニカルシステム（ＭＯＥＭＳ）またはマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）を含んでもよい。回転多角形、共振ミラー、またはガルバノミラーなどの、他の走査部品を使用してもよい。走査出力ビームは、図７および８において集束出力ビーム４２１として図示されている。連続した画像フレームが、走査レーザ画像を作り出す。ＭＯＥＭＳまたはＭＥＭＳをミラーまたはプリズムに作動的に連結させることもまた意図されており、ミラーまたはプリズムはそれに従って出力ビーム４２０の方向を変えるように構成されている。集束部品４２２は出力ビーム４２０を光走査部品４２６の方へ集束させる。
【００６８】
図７は、無限大の焦点深度モード（すなわち、非スペックル低減モード）で動作しているシステム４００を示している。集束光学部品４２２およびコリメート用部品４２４の光学特性は、投影面上に現れる画像が、投影距離とは無関係にかつレーザプロジェクタシステム４００内部での任意の焦点調節を必要とすることなく、シャープなままであるように、投影面にぶつかる集束出力ビーム４２１の収束角を十分に小さいものとするような特性である。さらに、集束光学部品４２２およびコリメート用部品４２４の光学特性は、投影面４３０上でのビームスポットサイズを、画像解像度要件を満足させるよう十分に小さくするような特性である。典型的には、投影面４３０上のビームスポットサイズは、画像の画素サイズとおよそ同じサイズであるべきである。図７に示したように、無限大の焦点深度モードで動作するとき、スペックル低減散乱面４２８は出力ビーム４２０の光路内に導入されない。レーザプロジェクションシステム４００を無限大の焦点深度モードで動作させるとき、焦点深度が非常に大きいため、集束された走査レーザ画像を投影面４３０上で得るために焦点調節する必要はない。この条件を満足させるため、集束出力ビーム４２１の収束角は比較的小さいものであるべきであり、それにより光走査部品４２６上でのビームのビーム直径は比較的小さくなる。しかしながら、収束角を小さくした結果、スペックルはあまり低減されない。
【００６９】
図８は、スペックル低減モードで動作しているレーザプロジェクションシステム４００を示したものである。図８に示したようにスペックル低減散乱面４２８は、集束された出力ビーム４２０の光路内の、第１集束点Ｌ１に近接した位置に導入される。スペックル低減散乱面４２８は、例えばアクチュエータを用いて、光路内および光路外へと機械的に動かしてもよい。位置Ｌ１の第１集束点を起点とした、スペックル低減散乱面４２８を透過した後の光４２３’は、コリメート用部品４２４および光走査部品４２６を介して投影面４３０（すなわち、投影スクリーン）上の位置Ｌ２の第２集束点で再結像される。集束出力ビーム４２１’は位置Ｌ２の第２集束点を照射する。第１集束点は投影面上の位置Ｌ２の第２集束点で結像されるため、投影面４３０上での集束出力ビーム４２１の振幅プロファイルはそれほど著しく変更されることはなく、これはビームスポットサイズが図７で説明および図示した以前のプロジェクタ構造に対して変化しなかったことを意味している。言い換えれば、スペックル低減散乱面４２８は、光走査部品４２６の前に位置付けられ、かつ投影面４３０上の第２集束点位置Ｌ２で再結像される第１集束点Ｌ１の近くに位置しているため、スペックル低減散乱面４２８を導入しても投影面４３０上の画像のシャープネスに影響しない。ここで、スペックル低減散乱面４２８は投影面４３０上で結像されるため、電場の位相のいくらかの高空間周波数の変調が投影面４３０上のビームスポットに加えられる。光走査部品４２６が集束出力ビーム４２１’を走査させると、スペックル低減散乱面４２８により与えられる位相変調の位置は、光走査部品４２６により迅速走査されるその出力ビームに従うため、位相変調は投影面４３０に対して迅速に動かされることになる。その結果、観察者に見えるスペックルは低減される。さらに、この実施形態において、スペックル散乱面４２８の投影面４３０上での画像は画素持続時間よりも速い（すなわち、２０ｎｓよりも速い）速度で変わり、したがって、スペックルは単一の画像を生み出すのに必要な持続時間よりも速いスピードで減少する。結果として、各単一の投影フレームのスペックルコントラストが弱まって、全体的なスペックルの印象を画像フリッカを作り出さずに減少させることができる。スペックル低減散乱面を使用するこの種のスペックル低減を、本書では即時スペックル低減と称する。
【００７０】
図８は、第１集束点Ｌ１の位置を起点とした出力ビームの発散が、スペックル低減散乱面４２８の挿入で増加することをさらに示しており、これに対応して集束出力ビーム４２１’の収束角が増加する。そのため、収束角によっては、レーザプロジェクションシステム４００から投影面４３０までの距離と無関係にシャープな画像を維持することはできないであろう。したがって、収束角によっては、集束出力ビーム４２１’を投影面４３０で確実に集束させるために焦点調整機構を利用してもよい。一実施の形態においては、多くの投影距離でスペックル低減散乱面４２８を投影面４３０上で適切に結像させるために、コリメート用部品４２４をＺ軸に沿って移動させてもよい。別の実施形態においては、スペックル低減散乱面４２８がＹ軸に対して傾斜するよう、スペックル低減散乱面４２８をＸ軸に関して傾けてもよい。スペックル低減散乱面４２８をＹ軸に沿って移動させて、焦点調節を提供してもよい。スペックル低減散乱面４２８が傾斜していることにより、Ｙ軸に沿った動きはスペックル低減散乱面４２８の活性表面（すなわち、スペックル低減散乱面４２８の出力ビームが照射される部分）をＺ軸に沿って移動させることになり、これはレーザプロジェクションシステム４００の焦点を変化させることと等しい。本書に記載される種々の軸は、単に説明のためのものであり、向きに関する特定の限定が意図されているものではないことを理解されたい。
【００７１】
レーザプロジェクションシステムのパラメータは、適切な画像解像度の他、図７に示した非スペックル低減モードでの無限大の焦点深度、さらに図８に示したスペックル低減モードでの所望のスペックル低減を達成するよう、最適化されるべきである。無限大の焦点深度は、レーザビームが略ガウシアンでありかつ従来のガウシアンビームの伝播法則に従って投影面４３０まで伝播すると想定して分析することができる。どのようにして無限大の焦点深度が得られるかについて説明するために、一方向の画像解像度が８００画素であって（すなわち、走査レーザ画像の一画像ラインが８００画素を含み）、かつ走査装置の偏角がこの同じ方向において４０°である事例を想定する。第１近似において、投影面上の画像画素サイズは以下で与えることができる。
【数４】
0005904502.tif 000005
【００７２】
ここで、
Pixelは画素サイズ、
Ｄは投影距離、
θはレーザプロジェクションシステムの投影角度（４０°）、および、
Ｒはレーザプロジェクションシステムの一方向における固有解像度（８００画素）である。
【００７３】
画素サイズは投影距離の０．９Ｅ−３倍に等しいため、角度０．９ｍＲａｄがこの画素に関連し得、これを画素の角度範囲と呼ぶ。８００画素の解像度を達成するため、最も広範囲の投影距離Ｄに亘って最高の解像度を得るためには、コリメート出力ビームにより照射された投影面上のビームスポットサイズ（半値全幅（ＦＷＨＭ））を、画像画素サイズと略等しいものとするべきであることを示すことができる。ガウシアンビームの伝播法則をその後適用して、ビームスポットサイズを投影距離Ｄの関数として計算することができる。
【００７４】
図９は、投影距離Ｄ（Ｘ軸）に対する、表面のビームスポットのＦＷＨＭサイズおよび画素サイズ（Ｙ軸）を描いたグラフ４４０を示している。曲線４４２は、画像画素サイズを投影距離Ｄの関数として表している。曲線４４４は、レーザプロジェクションシステムから０．４メートル離れた位置に極小さいビームを作り出すよう上述の光学部品が構成されたものであると想定した場合の、表面のビームスポットサイズを示している。グラフ４４０から分かるように、表面のビームスポットサイズは画素サイズよりも速く広がり、さらに約１メートル以降は、ビームが画像画素より大きくなって画像解像度の低下をもたらす。曲線４４８で描いた事例は、ビームの収束を大幅に小さく設定したものであり、レーザプロジェクションシステムから４００ｍｍ離れた位置では、より大きいビームサイズを生み出すことになる。この事例では、適切な画像解像度は０．７メートルよりも長い距離に対してのみ達成される。曲線４４６は理想的な状態に近いものであり、このときガウシアンビームの収束角は画素の角度範囲に等しくなるよう設定されている。グラフ４４０に示されているように、ガウシアンビームの収束角が画素の角度範囲に等しくなるよう設定された事例では、画像解像度を達成できる（すなわち、表面のビームスポットサイズが画像画素サイズよりも小さい）投影距離を、最も広範囲にすることができる。上述した数値例では、これは光走査部品上のビーム直径およそ０．４から０．５ｍｍ（ＦＷＨＭ）に対応する。
【００７５】
達成し得るスペックル低減レベルは、多くのパラメータに依存することを示すことができる。本発明者は、投影面がバルク散乱の表面であるとき、光走査部品（すなわち、ＭＥＭＳ走査ミラー）上に入射する直径６ｍｍ未満の出力ビームを用いて、スペックルの減衰が達成できることを見出した。バルク散乱の投影面とは、光が表面上で散乱されるのではなく、投影面の材料内に浸透しかついくらかの距離に亘って広がるような投影面である。バルク散乱投影面の材料は、限定するものではないが、紙、塗装面、ボール紙、および繊維を含み得る。この種のスクリーン材料を使用したとき、走査部品をそれほど大きいサイズにすることを必要とせずに、スペックルを著しく低減させ得ることを本発明者は認識している。出力ビームの光走査部品上での直径が比較的小さいため、光走査部品は走査レーザ画像を生み出すのに十分な速さで回転し得、かつ焦点深度を改善することができる。
【００７６】
光走査部品上のビームサイズのスペックルコントラストへの影響を実際のプロジェクタ材料で定量化するために、大型で低速のＭＥＭＳ走査ミラーで構成される実験的なセットアップを組み立てた。以下の例は説明の目的のみのためのものであって、限定するためのものではない。ＭＥＭＳ走査ミラー上に入射する出力ビームの直径の関数として、スペックルを評価した。投影距離Ｄを０．５ｍに設定し、投影面までの観察者の距離も０．５ｍに設定し、さらに観察者の眼の瞳孔直径が暗室の照明条件で６ｍｍであると想定する。ＭＥＭＳ走査ミラーの直径は３．６×３．２ｍｍであり、またフレームレートは１Ｈｚであったため、画像は人間の眼には見えないものとなった。得られた走査画像を、積分時間を１秒に設定しかつ光の集光角度を１２ｍＲａｄ（例えば、スクリーンから０．５メートル離れて位置している６ｍｍの眼の瞳孔と同様）とした、アイシミュレータで評価した。画像ライン間の距離は表面ビームスポットよりも小さく、そのため画像ラインは完全に重複するものとなった。ＭＥＭＳ走査ミラー上のビームのサイズをレーザ光源の液体レンズとコリメート用レンズとを使用して変化させ、さらにこのサイズをＣＣＤカメラで測定した。投影面上にガウシアンビームスポットを作り出しかつ投影面上のガウシアンビームスポットの各位置に対するスペックルパターンを計算することから構成されるモデルを用いて、理論的結果をさらに導き出した。ガウシアンビームスポットの位置の関数として計算された画像の強度を合計することにより、モデルの最終画像を得た。画像ライン間のライン間距離を、ガウシアンビームのＦＷＨＭと等しく設定した。このモデルでは、投影面が略ビーム波長の粗さ深度を有するランダムな粗面を備えた表面散乱材料であると想定した。
【００７７】
図１０は、表面散乱投影面として粗い金属スクリーン（曲線４５２）を、そしてバルク散乱投影面として紙スクリーン（曲線４５６）を使用して上記実験セットアップから得られた実験データをプロットしたグラフ４５０を示している。Ｙ軸はスペックルコントラストであり、一方Ｘ軸はＭＥＭＳ走査ミラー上の出力ビームの１／ｅ2ビーム直径である。１／ｅ2ビーム直径は、１／ｅ2＝最大強度値の０．１３５倍となる周辺分布上の２点間の距離である。曲線４５４は、スペックルコントラストの理論モデルから導き出された理論的結果を示している。粗い金属スクリーンはモデル予測に密接に従っており、これは上述したモデルおよび実験セットアップが有効であったことを示している。曲線４５４は、曲線４５４の評価に使用した金属表面が光を偏光解消しなかったという事実を考慮に入れて修正されたものであることに留意されたい。投影面が光を偏光解消していた曲線４５６との公正な比較を可能にするよう、曲線４５４に対する実験データは後に平方根２によって工夫された(devised)ものである。グラフ４５０に示されているように、紙スクリーン上で測定されたスペックルは、理論予測（曲線４５４）および粗い金属スクリーン（曲線４５２）よりも大幅に速く減少する。紙スクリーンは、ＭＥＭＳ走査ミラー上で約２．２ｍｍの１／ｅ2ビーム直径で、約４２％のスペックルコントラストに到達する。反対に、粗い金属スクリーンのデータは４０％のスペックルコントラストに到達しなかった。外挿法によって曲線４７２を推定すると、４０％のスペックルコントラストは６ｍｍ超の１／ｅ2ビーム直径で達成することができる。したがって、走査レーザ画像をバルク散乱投影面上に投影したときには、大幅に小さい光走査部品４２６を利用して、効果的なスペックルコントラストの減衰を達成することができる。例えば光走査部品４２６の直径は、出力ビームの直径よりも若干大きいものとすることができる。上の実験では、２．２ｍｍよりも大きい直径を有する光走査部品を使用して画像を走査してもよい。しかしながら、この直径は光走査部品の回転を遅くするほど大きなものとするべきではない。直径がより小さければ（例えば、約２．２ｍｍと約３．５ｍｍの間など）、より小型の光走査部品４２６のＭＥＭＳ駆動ミラーが、画像フレームレートから遅れることなく、画像フレームレート（例えば、２０Ｈｚ超）で回転できるであろう。
【００７８】
したがって、ほとんどの既存の投影面材料で、光走査部品の直径を例えば３．５ｍｍなどの妥当なものとして、３７％など比較的小さいスペックル振幅を達成することができる。しかしながら、観察者にスペックルが見えないようにするには、スペックル振幅が３７％では十分ではない可能性があり、本書において説明する実施形態を例えばスペクトル拡張および／または偏光スクランブルなどの他のスペックル低減技術と併せて使用してもよい。
【００７９】
一例として、限定するものではないが、光源４１０のレーザのうちの１つ（例えば、レーザ４１１ａ）がＦＷＨＭで発散角８°のシングルモードガウシアンビームを放射していると想定し、どのようにレーザプロジェクションシステムを構成すれば、非スペックル低減モードでの無限大の焦点深度と、スペックル低減モードでのスペックル低減との両方の条件を満足させることができるかについて説明する。レーザコリメート用部品４２４の焦点距離は、ＦＷＨＭ０．２８ｍｍのコリメートビーム４２１を生成するよう、２ｍｍとしてもよい。走査ミラー上に０．５ｍｍ（ＦＷＨＭ）前後のビーム直径を作り出し、かつスペックル低減散乱面４２８が光路内に挿入されていないときには無限大の焦点深度条件を満足させるよう、２つの他のレンズ（４２２および４２４）の焦点距離を夫々４ｍｍおよび７ｍｍとしてもよい。さらに、コリメート用部品４２４の焦点を調節して、ビームのビームウエストＬ１を４００ｍｍ前後の名目上のスクリーン距離の位置で結像する。
【００８０】
スペックル低減散乱面４２８が光路内に挿入されると、スペックル低減散乱面上のビームの直径はスペックル低減散乱面の散乱の角度に直接関係する。
【数５】
0005904502.tif 000006
【００８１】
ここで、
θはスペックル低減散乱面の散乱の角度、
ФMEMSは走査部品上での出力ビームの直径、および、
ｆ2はコリメート用レンズの焦点距離である。
【００８２】
上で与えられた数値例においてｆ2は約７ｍｍである。すなわち、スペックル振幅３７％に対応するビーム直径３．５ｍｍを得るためには、スペックル低減散乱面４２８の散乱の角度はおよそ約３３°（周角）である。光走査部品の直径は、ビームのけられを防ぐために少なくとも３．５ｍｍとするべきである。
【００８３】
一実施の形態において、スペックル低減散乱面４２８は、所望の散乱角度の範囲内（例えば、上の例において説明した３３°）で、均一な角度エネルギー分布を作り出す。別の実施形態においては、スペックル低減散乱面４２８を、出力ビームプロファイルが多くの点から成るグリッドを含むように構成してもよい。これは、例えば、少なくとも１つのホログラフィックビームスプリッタを使用することによって達成することができる。さらに別の実施形態において、スペックル低減散乱面４２８により放射される角度エネルギー分布は環状形状でもよい。スペックル低減散乱面４２８を、ホログラフィックディフューザまたはコンピュータ生成ホログラムを用いて得ることもできる。スペックル低減散乱面４２８は、エネルギーを寄生回折次数において無駄にしないよう、回折効率ができるだけ高く（例えば、９０％超）かつエネルギーのほとんど（例えば、９０％超）が１次回折で回折されるように構成されるべきである。高回折効率を達成するために、スペックル低減散乱面４２８を入射ビームに対して、ブラッグ角と呼ばれる特定の角度で配置してもよい。さらに、スペックル低減散乱面４２８は、図７および８で示されているように透過性の要素でもよいし、あるいは反射性の散乱要素として構成することもできる。
【００８４】
本発明者は、光源４１０が多色のレーザ（例えば、レーザ４１１ａ〜４１１ｃ）を含んでいる実施形態において、スペックル低減散乱面４２８が全ての色に対する全ての要件を同時に満たすことは困難であろうということを既に認識している。というのも、散乱角度、回折効率、およびブラッグ角などのパラメータは、レーザビームの波長の関数であるためである。一実施の形態において、レーザビーム４１４ａ〜４１４ｃは出力ビーム４２０内で角度分離され、集束部品の焦点面近くに位置するＬ１のレベルで、空間的に分離しているビームをもたらす。図１１を参照すると、スペックル低減散乱面４２８の出口部分でのレーザビームが示されている。レーザビームは、集束部品４２２で集束されて、スペックル低減散乱面４２８でＸ軸に沿って分離された３つの異なる集束点４２５ａ、４２５ｂ、および４２５ｃを生み出す。図１１に示されているスペックル低減散乱面４２８は、３つの空間的に分離した領域４２９ａ、４２９ｂ、および４２９ｃを含んでいる。空間的に分離した領域４２９ａ〜４２９ｃの夫々の散乱特性を、集束点４２５ａ〜４２５ｃに関連した対応するレーザビームの波長に対して最適化してもよい。特定の色の波長では、スペックルコントラストが重要な問題ではない可能性がある。例えば、青色のスペックルは通常観察者に見えないため、青色レーザビームに関連する領域（例えば、空間的に分離した領域４２９ｂ）は、散乱しない、またはほとんど散乱しない、透過性のものでもよい。
【００８５】
レーザビームの空間的な分離は、例えば光源レンズ４１２ａ〜４１２ｃをＸ軸方向に動かして、略コリメートされた出力ビーム４２０の各ビームが正確に同じ方向に向くことがないようにすることにより達成できる。空間的な分離は、反射面４１６ａ〜４１６ｃの反射の角度を若干ずらすことによっても達成し得る。しかしながら、集束点４２５ａ〜４２５ｃは投影面上で再結像されるため、この３色は投影面上でも同様に空間的に分離されることになり、これは画像解像度の問題に繋がる可能性がある。ビームスポットの投影面上での空間的な分離を補償するために、レーザプロジェクションシステムをレーザ４１４ａ〜４１４ｃに時間遅延を導入するようにプログラムして、出力ビーム４２０を光走査部品４２６で走査させたときに、各ビームスポットが同じ領域を照射して所望の画素を生成するようにしてもよい。
【００８６】
さらに、スペックルが現れているにも拘わらず、観察者が画像品質を許容できると考える典型的な知覚レベルは、スペックルコントラストが２０％〜３０％前後のものである。２０％〜３０％のスペックルコントラストを達成するためには、非常に大きな光走査部品が必要とされ得るが、これは実用的ではないであろう。そのため、本書において説明した実施形態を、出力ビームの偏光状態を変調する偏光スクランブル装置などの他のスペックル低減技術と併せて利用することが望ましいであろう。再び図８を参照するが、レーザプロジェクションシステム４００の実施形態は、出力ビームの光路内においてスペックル低減散乱面４２８の後に位置付けられた、偏光スクランブル装置４２９をさらに含んでもよい。一例として、その全体が参照することにより本書に組み込まれる米国特許第７，６５３，０９７号明細書に記載されているような偏光分離および遅延ユニットを、出力ビームの偏光をスペックル低減周波数で（例えば、画像フレームレートで）回転させるように偏光変調するために使用してもよい。偏光分離および遅延ユニットは、光路内においてコリメート用部品４２４の後かつ光走査部品４２６の前に位置付けてもよい。
【００８７】
別の実施形態において、偏光スクランブル装置４２９は、図１に関連して上述したように出力ビームの光路内に挿入することが可能な、例えば１つの液晶セルなどの偏光変調器を含んでもよい。偏光変調器を、レーザビームの偏光が２つの直交する偏光状態（ＳおよびＰの直線偏光または左円偏光および右円偏光など）の間で切り替わるように、後に変調してもよい。例えば、各投影画像フレームの最後で偏光が一方の状態から他方の状態に切り替わるように、偏光回転の周波数を設定してもよい。
【００８８】
スペックルコントラストの低減を達成するために、出力ビームのスペクトル拡張を利用することもできる。例えば、緑色スペクトル領域内の出力ビームは、効果的にスペックルを低減させるために約０．５ｎｍ波長を超えるスペクトル幅を有し得る。スペクトル拡張および／または偏光スクランブルを、上述したディフューザの実施形態と併せて利用して、スペックルコントラストのレベルを３０％未満に低減することができる。
【００８９】
一例として限定するものではないが、およそ２５％のスペックルコントラストレベルは、光走査部品上に直径３．５ｍｍで入射する出力ビームを、偏光スクランブルと併せてスペックル低減散乱面を用いて照射することにより達成することができる。別の例として、スペックル低減散乱面を偏光スクランブルと併せて使用しかつ緑色出力ビームに対する出力ビームスペクトル幅を少なくとも０．６ｎｍとして、直径１．５ｍｍの出力ビームを光走査部品上に照射してもよい。
【００９０】
スペックル低減散乱面４２８を含むレーザプロジェクションシステム４００の実施形態において、スペックル低減散乱面を使用して、十分に発達したスペックルまでは含まないスペックル低減パターン（すなわち、３０％未満のスペックルコントラストを有するパターン）を投影してもよい。さらに、レーザプロジェクションシステム４００を、上で説明した低速スペックル低減技術を利用して動作させて、人間の眼の積分時間よりも短時間（すなわち、０．０４秒未満）の一連のスペックル低減パターンを含む、スペックル低減シーケンスを生み出すこともできる。
【００９１】
例えば、一実施の形態において、２つの相関のないスペックルパターンＡおよびＢ（すなわち、ｋ＝２）から成るスペックル低減シーケンスを、レーザプロジェクションシステム４００で投影してもよい。この相関のないスペックルパターンＡおよびＢは、スペックルパターンを生成するのに使用されるビームの偏光、波長、および／または入射角を、上述したようにスペックルパターンが、相関がないものとなるように変化させることによって生成することができる。レーザプロジェクタシステム４００を非スペックル低減モードで（すなわち、図７で示したようにスペックル低減散乱面４２８を使用しないで）動作させるとき、第１スペックルパターンＡおよび第２スペックルパターンＢの夫々は、十分に発達したスペックルを含み得る（すなわち、スペックルパターンは１００％に近いスペックルコントラストを有する）。しかしながら、スペックル低減散乱面４２８を図８で示したように利用した場合、スペックルパターンＡまたはスペックルパターンＢの夫々のスペックルコントラストは約３０％未満となり得る。スペックル低減散乱面４２８を使用すると、交互にされたスペックルパターンＡおよびＢから構成されるスペックル低減シーケンスを周波数３０Ｈｚ（すなわち、シーケンスの時間長は０．０３３秒）で投影することで、画像の各フレームが十分に発達したスペックルまでは含んでいないような、すなわち画像中の知覚されるスペックル量が低減されるような、画像を生成することができる。
【００９２】
ここで、本書において説明した方法を利用すると、走査型レーザプロジェクタシステムの光源で投影された画像内のスペックルおよび画像フリッカを低減させることができることを理解されたい。一実施の形態において、約０．０７秒から約０．１３秒までの時間長を有し、かつ相関のないスペックルパターンと部分的に相関のあるスペックルパターンとの両方を含んでいる、スペックル低減シーケンスを利用する。別の実施形態において、約０．０４秒未満の時間長を有し、かつ相関のないスペックルパターン、または、相関のないスペックルパターンと部分的に相関のあるスペックルパターンとの組合せ、を含んでいる、スペックル低減シーケンスを利用する。したがって、本書において利用されるスペックル低減シーケンスの持続時間は、スペックルを低減しかつ画像フリッカを防ぐため、約０．０４秒未満の、あるいは約０．０７秒から約０．１３秒までの、時間長を有することになることを理解されたい。
【００９３】
種々の特定の相関のないスペックルパターンおよび部分的に相関のあるスペックルパターンを有する、スペックル低減シーケンスの特定の実施形態を本書において説明してきたが、他の相関のないスペックルパターンおよび部分的に相関のあるスペックルパターンの組合せも利用し得ることを理解されたい。さらに、本書において説明したスペックル低減シーケンスの特定の実施形態は、レーザ光源の出力ビームの波長とレーザ光源の出力ビームの偏光とを変化させることにより生成される、相関のないスペックルパターンおよび部分的に相関のあるスペックルパターンを含んでいるが、光源の出力ビームの波長の変化、偏光の変化、および入射角の変化を、種々組み合わせて使用することで、同様の結果（すなわち、スペックルおよび画像フリッカの低減）を達成することもできることを理解されたい。
【００９４】
相関のないスペックルパターンと部分的に相関のあるスペックルパターンとから成るスペックル低減シーケンスを適切な時間間隔で体系的に投影するのを助けるために、出力ビームの物理的性質の変動は、変化させる物理的性質にかかわりなくシステムコントローラにより実行および制御されて、スペックル低減シーケンスと同時に投影される画像内のスペックルと画像フリッカとの両方を低減させることも理解されたい。
【００９５】
特定の手法で「プログラム」された、特定の性質を具現化するようにまたは特定の手法で機能するように「構成」または「プログラム」された、特定の実施形態の構成要素に関する本書における記述は、目的用途の記述とは対照的な構造的記述であることに留意されたい。より具体的には、ある構成要素が「プログラム」または「構成」された様態に本書で言及した場合、これはその構成要素の現存の物理的条件を示したものであり、したがってその構成要素の構造的特徴の明確な記述と理解されるべきである。
【００９６】
特定の部品または要素の説明に「少なくとも１つ」という表現を使用するとき、他の部品または要素の説明に単数形を使用することが、特定の部品または要素に２以上を使用するものを除外することを意味するものではないことにも留意されたい。より具体的には、部品は単数形で説明され得るが、その部品を１つのみに限定すると解釈されるべきではない。
【００９７】
請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、本書において説明された実施形態の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。すなわち、本書において説明した種々の実施形態の改変および変形が、添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本明細書はこのような改変および変形を含むと意図されている。
【符号の説明】
【００９８】
１００    走査型レーザプロジェクタシステム
１０２    複合光源
１０４    走査ミラー
１０６    偏光回転子
１０７    システムコントローラ
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ    個別光源
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ    出力ビーム
１１０    出力ビーム
３００    投影面
４００    レーザプロジェクションシステム
４１０    光源
４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ    レーザ
４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ    ビーム
４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃ    反射面
４２０    出力ビーム
４２１    集束出力ビーム
４２２    集束光学部品
４２４    コリメート用部品
４２６    光走査部品
４２８    スペックル低減散乱面
４３０    投影面
【図１】
0005904502.tif 000007
【図２】
0005904502.tif 000008
【図３】
0005904502.tif 000009
【図４】
0005904502.tif 000010
【図５】
0005904502.tif 000011
【図６】
0005904502.tif 000012
【図７】
0005904502.tif 000013
【図８】
0005904502.tif 000014
【図９】
0005904502.tif 000015
【図１０】
0005904502.tif 000016
【図１１】
0005904502.tif 000017