(57)【要約】【解決手段】装置および方法は、光ファイバ（７１０、７１８）における誘導ラマン散乱を使用することでレーザスペックルを低減する。ファイバコア径および長さは所望の出力光が得られるように選択される。２つの光ファイバ（７１０、７１８）を並列に合成することによって、および、ビームスプリッタとしての回転可能波長板（７０４）および偏光器（７０６）の助けにより各経路の光量を調整することによって、調整可能デスペックラが形成される。均質化デバイス（７２２）はプロジェクタを照らす。【選択図】図３
2013517516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光ファイバを備える光学装置であって、前記第１光ファイバにおける誘導ラマン散乱は前記第１光ファイバからの第１光出力の第１スペックル特性を低減する、光学装置。
【請求項２】
前記第１光ファイバは第１コア径および第１長さを有し、前記第１コア径および前記第１長さは、前記第１スペックル特性の第１所望量の低減を実現するように選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１光ファイバはマルチモードファイバである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１コア径および前記第１長さは所望の色の前記光出力が得られるよう選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記所望の色は原色である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記原色は緑色である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
光学パラメータ式増幅器をさらに備え、
前記光学パラメータ式増幅器は青原色および赤原色を生成する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記誘導ラマン散乱の一部は赤色の誘導ラマン散乱光を形成する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
赤色の光源をさらに備え、前記赤色の光源は前記赤色の誘導ラマン散乱光と合成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記誘導ラマン散乱の一部は黄色の誘導ラマン散乱光を形成する、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記黄色の誘導ラマン散乱光は、４原色でのデジタル投影画像を形成するために使用される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記緑色はu'=0.099 +/- 0.01およびv'=0.578 +/- 0.01の色度を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
レーザ光源と、
デジタルプロジェクタと、をさらに備え、
前記レーザ光源は前記第１光ファイバを照らし、前記第１光ファイバは前記デジタルプロジェクタを照らす、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記レーザ光源は、
パルスレーザと、
二次高調波生成器と、を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記レーザ光源は５２３．５ｎｍの出力を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記レーザ光源は５１５ｎｍの出力を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記レーザ光源は５３２ｎｍの出力を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
光結合システムと、
均質化デバイスと、をさらに備え、
前記レーザ光源は前記光結合システムを照らし、前記光結合システムは前記第１光ファイバを照らし、前記第１光ファイバは前記均質化デバイスを照らし、前記均質化デバイスは前記デジタルプロジェクタを照らす、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
第２光ファイバと、
可変光スプリッタと、をさらに備え、
前記可変光スプリッタは前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバを照らし、前記第２光ファイバにおける誘導ラマン散乱は前記第２光ファイバからの第２光出力の第２スペックル特性を低減する、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記可変光スプリッタは、
回転波長板と、
偏光ビームスプリッタと、を含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第２光ファイバは第２コア径および第２長さを有し、前記第２コア径および前記第２長さは、前記第２スペックル特性の第２所望量の低減を実現するように選択される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
レーザ光源と、
デジタルプロジェクタと、をさらに備え、
前記レーザ光源は前記可変光スプリッタを照らし、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバは前記デジタルプロジェクタを照らす、請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記可変光スプリッタは、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの合成光出力について所望の色が得られるように調整される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
レーザプロジェクタであって、
青色のレーザ光源と、
光ファイバと、
空間光変調器と、を備え、
前記青色のレーザ光源は前記光ファイバを照らし、前記光ファイバは前記空間光変調器を照らし、
前記光ファイバにおける誘導ラマン散乱はデスペックルされた緑色の光およびデスペックルされた赤色の光を生成する、レーザプロジェクタ。
【請求項２５】
デスペックル方法であって、
レーザビームを生成することと、
前記レーザビームを光ファイバに集束させることと、
前記光ファイバにおいて誘導ラマン散乱光を生成することと、
前記誘導ラマン散乱光を使用してデジタル投影画像を形成することと、を含む方法。
【請求項２６】
デスペックル方法であって、
第１レーザビームを生成することと、
前記第１レーザビームを第２および第３レーザビームに分割することと、
前記第２レーザビームを第１光ファイバに集束させることと、
前記第１光ファイバにおいて第１誘導ラマン散乱光を生成することと、
前記第３レーザビームを第２光ファイバに集束させることと、
前記第２光ファイバにおいて第２誘導ラマン散乱光を生成することと、
前記第１誘導ラマン散乱光と前記第２誘導ラマン散乱光とを合成し、合成誘導ラマン散乱光を形成することと、
前記合成誘導ラマン散乱光を使用して、デジタル投影画像を形成することと、
前記第２レーザビームおよび前記第３レーザビームにおける光量を調整することで、前記デジタル投影画像においてある原色について所望の色を得ることと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２００９年７月１２日に出願された米国特許仮出願第６１／２６７４２９号の、３５ＵＳＣセクション１１９（ｅ）の下での優先権の利益を享受する。その出願は、参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
デジタル投影システムを照らすためにレーザ光源を使用することによる利点は多くあるが、レーザ光の高いコヒーレンスは画像に望まれないスペックルを生成する傾向にある。既知のデスペックル方法は一般に、偏光多様化や角度分散や波長多様化のカテゴリに入る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レーザ投影産業では、より効果的なデスペックル方法が長らく必要とされてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
主に、ある態様では、光ファイバにおける誘導ラマン散乱がその光ファイバから出力される光のスペックルを低減するような光学装置である。
【０００５】
実装は以下の特徴のうちのひとつ以上を含んでもよい。光ファイバのコア径および長さは、スペックルの所望量の低減を実現するように選択されてもよい。光ファイバはマルチモードファイバであってもよい。コア径および長さは、所望の色の光出力が得られるように選択されてもよい。所望の色は原色であってもよい。原色は緑色であってもよい。青色および赤色を生成する光学パラメータ式増幅器が存在してもよい。誘導ラマン散乱の一部は赤色であってもよい。赤色の誘導ラマン散乱光と合成される赤色の光源が存在してもよい。誘導ラマン散乱の一部は黄色であってもよく、その一部を使用して４原色のデジタル投影画像を形成してもよい。緑色の光出力はu'=0.099 +/- 0.01およびv'=0.578 +/- 0.01の色度を有してもよい。レーザ光源およびデジタルプロジェクタが存在してもよい。レーザ光源は光ファイバを照らしてもよく、光ファイバはデジタルプロジェクタを照らしてもよい。レーザ光源はパルスレーザおよび二次高調波生成器を含んでもよい。レーザ光源は５２３．５ｎｍ、５１５ｎｍまたは５３２ｎｍの出力を有してもよい。光結合システムおよび均質化デバイスが存在してもよい。レーザ光源は光結合システムを照らしてもよく、光結合システムは光ファイバを照らしてもよく、光ファイバは均質化デバイスを照らしてもよく、均質化デバイスはデジタルプロジェクタを照らしてもよい。第２光ファイバおよび可変光スプリッタが存在してもよい。可変光スプリッタは第１光ファイバおよび第２光ファイバを照らしてもよく、第２光ファイバにおける誘導ラマン散乱は第２光ファイバからのスペックルを低減してもよい。可変光スプリッタは、回転波長板および偏光ビームスプリッタを含んでもよい。第２光ファイバは、スペックルの所望量の低減を実現するように選択されたコア径および長さを有してもよい。レーザ光源は可変光スプリッタを照らしてもよく、第１光ファイバおよび第２光ファイバはデジタルプロジェクタを照らしてもよい。可変光スプリッタは、第１光ファイバと第２光ファイバとの合成光出力について所望の色が得られるように調整されてもよい。
【０００６】
主に、ある態様では、レーザプロジェクタは青色のレーザ光源と光ファイバと空間光変調器とを含む。青色のレーザ光源は光ファイバを照らし、光ファイバは空間光変調器を照らし、光ファイバにおける誘導ラマン散乱はデスペックルされた緑色の光およびデスペックルされた赤色の光を生成する。
【０００７】
主に、ある態様では、デスペックル方法は、レーザビームを生成することと、レーザビームを光ファイバに集束させることと、光ファイバにおいて誘導ラマン散乱光を生成することと、誘導ラマン散乱光を使用してデジタル投影画像を形成することと、を含む。
【０００８】
主に、ある態様では、デスペックル方法は、第１レーザビームを生成することと、第１レーザビームを第２および第３レーザビームに分割することと、第２レーザビームを第１光ファイバに集束させることと、第１光ファイバにおいて第１誘導ラマン散乱光を生成することと、第３レーザビームを第２光ファイバに集束させることと、第２光ファイバにおいて第２誘導ラマン散乱光を生成することと、第１誘導ラマン散乱光と第２誘導ラマン散乱光とを合成し、合成誘導ラマン散乱光を形成することと、合成誘導ラマン散乱光を使用して、デジタル投影画像を形成することと、第２レーザビームおよび第３レーザビームにおける光量を調整することで、デジタル投影画像においてある原色について所望の色を得ることと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】中間のパワーでの誘導ラマン散乱のグラフである。
【００１０】
【図２】高いパワーでの誘導ラマン散乱のグラフである。
【００１１】
【図３】デスペックル装置を備えるレーザ投影システムの上面図である。
【００１２】
【図４】デジタルシネマイニシアチブ（ＤＣＩ）およびＲｅｃ７０９標準との比較での、レーザプロジェクタの色域のカラーチャートである。
【００１３】
【図５】デスペックル装置についての、色対パワーのグラフである。
【００１４】
【図６】デスペックル装置についての、スペックルコントラスト対色および発光効率対色のグラフである。
【００１５】
【図７】調整可能デスペックル装置を備えるレーザ投影システムの上面図である。
【００１６】
【図８】調整可能デスペックル装置についての、第１ファイバへのパワーのパーセント対トータルのパワー、第１ファイバからの色対トータルのパワー、および第２ファイバからの色対トータルのパワーのグラフである。
【００１７】
【図９】調整可能デスペックル装置を備える３色レーザ投影システムの上面図である。
【００１８】
【図１０】ＯＰＯの後で取得された光のデスペックルを備える３色レーザ投影システムのブロック図である。
【００１９】
【図１１】ＯＰＯの前で取得された光のデスペックルを備える３色レーザ投影システムのブロック図である。
【００２０】
【図１２】ＯＰＯの前後で取得された光のデスペックルを備える３色レーザ投影システムのブロック図である。
【００２１】
【図１３】デスペックル方法のフローチャートである。
【００２２】
【図１４】調整可能デスペックル方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
米国特許第５２７４４９４号に記載されるように、画像投影用の光をデスペックルするために、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）を使用したラマンガスセルが使用されている。ＳＲＳは非線形な光学的現象であり、そこでは光子が分子によって散乱され、より低い周波数の光子となる。「Nonlinear Fiber Optics」、Govind Agrawal著、Academic Press、Third Edition、第298頁-第354頁には、ＳＲＳについて十分な説明がなされている。図１は、中間のパワーでの光ファイバからの誘導ラマン散乱出力のグラフを示す。その中間のパワーは、ＳＲＳを生成するしきい値よりもほんの少しだけ大きい。ｘ軸は波長をナノメートル（ｎｍ）で示し、ｙ軸は強度を対数目盛、ｄＢｍで示す。ｙ軸は最も高いピークに対して規格化されている。５２３．５ｎｍにある第１ピーク１００は、ラマン散乱でない光である。第１ピーク１００のスペクトル帯域幅は約０．１ｎｍであるが、スペクトル測定の分解能は１ｎｍであるから、第１ピーク１００の幅は図１では分解できない。５３６．５ｎｍの第２ピーク１０２は、ＳＲＳによってシフトされたピークである。第１ピーク１００と比べて低減された第２ピーク１０２の強度に注目してほしい。第２ピーク１０２は第１ピーク１００よりもかなり大きな帯域幅を有する。第２ピーク１０２の半値全幅（ＦＷＨＭ）による帯域幅は約２ｎｍであり、これは最大値から−３ｄＢｍ下ったところで測定される。これは、第１ピーク１００の約２０倍のスペクトル拡大を示す。５５０ｎｍの第３ピーク１０４は第２ピーク１０２よりもさらに低い強度を有する。第３ピーク１０４を超えるピークはこのパワーレベルでは見られない。
【００２４】
光ファイバにおける非線形現象は、自己位相変調、誘導ブリリアン散乱（ＳＢＳ）、四波混合およびＳＲＳを含みうる。特定のファイバ、特定のレーザでどの非線形効果が生じるかについての予測は複雑であり、数学的モデリングに従いにくい。これはマルチモードファイバについて特にそうである。通常、ＳＢＳはＳＲＳよりもかなり低いしきい値で開始し、大きなＳＢＳ反射のためにＳＲＳの形成が阻害されるであろうことが予測されている。他の非線形効果ではなくＳＲＳが支配的となりうるひとつの可能性のあるメカニズムは以下の通りである。すなわち、パルスレーザのモード構造が多数の密集したピークを形成して、各ピークはＳＢＳを生じさせるには十分でない光学的パワーを有する場合である。
【００２５】
図２は、図１よりも高いパワーでの誘導ラマン散乱のグラフを示す。ｘ軸は波長をナノメートルで示し、ｙ軸は強度を対数目盛、ｄＢｍで示す。ｙ軸は最も高いピークに対して規格化されている。５２３．５ｎｍにある第１ピーク２００は、ラマン散乱でない光である。５３６．５ｎｍの第２ピーク２０２は、ＳＲＳによってシフトされたピークである。第１ピーク２００と比べて低減された第２ピーク２０２の強度に注目してほしい。５５０ｎｍの第３ピーク２０４は第２ピーク２０２よりもさらに低い強度を有する。５６４ｎｍの第４ピーク２０６は第３ピーク２０４よりも低く、５７８ｎｍの第５ピーク２０８は第４ピーク２０６よりも低い。図２のより高いパワーでは、図１の中間のパワーの場合よりも多くのパワーがＳＲＳピークへシフトしている。一般に、第１ピークに注がれるパワーが多くなるほど、より多くのＳＲＳピークが現れ、より多くのパワーがＳＲＳピークへシフトする。図１および図２の例では、ＳＲＳピーク間の間隔は約１３ｎｍから１４ｎｍである。図１および図２に示されるように、ＳＲＳは連続的な複数の波長帯に亘る光を生成し、波長多様性のメカニズムによってデスペックルを可能とする。ＳＲＳを伴う光ファイバからの出力が大抵の視覚的状況の下で目に見えるスペックルを示さない程度まで、強力なデスペックルが生じうる。スペックルパターンの最大点および最小点は波長の関数であり、より多くの波長に亘って平均化することで、スペックルを低減できる。スペックル低減方法の詳細な説明は、「Speckle Phenomena in Optics」、Joseph W. Goodman著、Roberts and Company Publishers、２００７、第141頁-第186頁、に見られる。
【００２６】
図３は、光ファイバにおけるＳＲＳに基づくデスペックル装置を備えるレーザ投影システムの上面図である。レーザ光源３０２は光結合システム３０４を照らす。光結合システム３０４はコア３０８を有する光ファイバ３０６を照らす。光ファイバ３０６は均質化デバイス３１０を照らす。均質化デバイス３１０はデジタルプロジェクタ３１２を照らす。照らすことは、照らされる部分が照らす部分からの光を使用するよう、光を生成するか通過させるか導くことを意味する。照らす部分と照らされる部分との間に、図３には示されない追加的な要素が存在しうる。光結合システム３０４およびコア３０８を伴う光ファイバ３０６はデスペックル装置３００を形成する。レーザ光源３０２はパルスレーザであってもよく、光ファイバ３０６にＳＲＳを生成するのに十分なほど高いピークパワーを有する。光結合システム３０４はひとつのレンズであってもよく、レンズ列であってもよく、または光をコア３０８に集束させるよう設計された他の光学要素であってもよい。光ファイバ３０６は、コアのサイズおよび長さが所望量のＳＲＳを生成するよう選択される光ファイバであってもよい。均質化デバイス３１０は、ミキシングロッドやフライアイレンズやディフューザや光ビームの空間一様性を改善する他の光学要素であってもよい。デジタルプロジェクタ３１２は、デジタルマイクロミラー（ＤＭＤ）や液晶デバイス（ＬＣＤ）やシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）や他のデジタル光バルブに基づくプロジェクタであってもよい。さらに光を導くかデスペックルするために、追加的なレンズやディフューザやバイブレータや光ファイバなどの追加的な要素が含まれてもよい。
【００２７】
開口数０．２２を有する融解石英の標準的なファイバの場合、平均入力パワーが５２３．５ｎｍにおいて３ワットであるとき、コアのサイズは直径４０マイクロメートルであり、長さは１１０メートルであってもよい。より高いまたは低い入力パワーの場合、長さおよび／またはコアのサイズは適切に調整されてもよい。例えば、より高いパワーの場合、コアのサイズを増やすか長さを減らすかすることで、３ワットの例と同じ量のＳＲＳを生成してもよい。図１は、開口数０．２２を有する融解石英の標準的なファイバであって、平均入力パワーが５２３．５ｎｍにおいて２ワットであるときのコアのサイズが直径４０マイクロメートルであり、長さが１１０メートルであるファイバのスペクトル出力を示す。図２は、平均入力パワーが４ワットであるときの同じシステムの出力を示す。両方の場合において、パルスレーザは、Ｑスイッチ型で２倍周波数のネオジウムドープされたイットリウムリチウムフッ素（Ｎｄ：ＹＬＦ）レーザである。そのレーザは、焦点距離が１８．４ｍｍの単一非球面レンズを備える光ファイバに結合される。あるいはまた、２倍周波数のネオジウムドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザが使用されてもよい。そのレーザは５３２ｎｍの波長の光出力を有する。本明細書における平均入力パワーの例は、パルス幅が５０ｎｓであり周波数が１６．７ｋＨｚであるレーザパルスに対応する。
【００２８】
図４は、ＤＣＩおよびＲｅｃ７０９標準との比較での、レーザプロジェクタの色域のカラーチャートを示す。図４のｘ軸およびｙ軸は、国際照明委員会（ＣＩＥ）１９７６色空間のu'座標およびv'座標を示す。各色域は赤原色、緑原色および青原色によって形成されるひとつの三角形として示されており、それら３つの原色はその三角形の頂点を形成する。デジタルプロジェクタの他の色は、種々の量の３つの原色を混合し、色域三角形内の色を形成することによって、生成される。第１三角形４００は、４５２ｎｍ、５２３．５ｎｍおよび６２１ｎｍに原色を有するレーザプロジェクタの色域を示す。第２三角形４０２は、ＤＣＩ標準の色域を示す。ＤＣＩ標準は、映画館などの大きな会場におけるデジタル映画についてよく受け入れられている。第３三角形４０４は、国際電気通信連合の無線通信（ＩＴＵ−Ｒ）のリコメンデーション７０９（Ｒｅｃ．７０９）標準の色域を示す。この標準は、高品位テレビの放送についてよく受け入れられている。緑点４１０は５２３．５ｎｍにおけるレーザプロジェクタの緑原色である。赤点４１２は、６２１ｎｍにおけるレーザプロジェクタの赤原色である。線４１４（太い線で示される）は、緑点４１０と赤点４１２との間の連続体に沿った色の可能な範囲を示す。線４１４に沿った色は、黄色、オレンジ色および赤色を緑原色と混ぜることによって得られる。黄色やオレンジ色や赤色が多いほど、緑色は線４１４に沿って赤色側に向けてより多く引っ張られる。本明細書の目的のために、「ＧＲ色」は線４１４上の位置をパーセントで表したものとして定義される。例えば、緑点４１０における純粋な緑色は、０％のＧＲ（緑−赤）色を有する。赤点４１２における純粋な赤色は１００％のＧＲ色を有する。ＤＣＩの緑点４１６はu'=0.099およびv'=0.578にあり、１３．４％のＧＲ色を有する。これは、緑点４１０とＤＣＩの緑点４１６との距離が、緑点４１０と赤点４１２との距離の１３．４％であることを意味する。第３三角形４０４のＲｅｃ７０９緑点が線４１４まで外挿された場合、結果として得られるＲｅｃ７０９緑点４１８は１８．１％のＧＲ色を有する。ＧＲ色のコンセプトは以下の通りである。すなわち、図４の二次元グラフに示されるような二次元u'v'色を、線４１４に沿った一次元色へ縮約し、他の変数をＧＲ色の関数として簡単に二次元でプロットできるようにする方法を提供するものである。ＳＲＳを経た５２３．５ｎｍの緑原色の場合、元の緑色は部分的に黄色、オレンジ色および赤色に変換される。その結果得られる合成色は線４１４に沿って引かれ、ＧＲ％は上昇する。緑原色についてはＤＣＩ緑点が望ましいターゲットでありうるが、色のある程度の変動は許容されうる。例えば、u'値およびv'値の約+/-0.01の変動は許容されうる。
【００２９】
図５は、デスペックル装置についての、色対パワーのグラフを示す。ｘ軸は、図３に示される装置などのデスペックル装置の光ファイバから出力されるパワーをワットの単位で示す。ｙ軸は、図４で説明されたようなＧＲ色をパーセントで示す。光ファイバは前の例と同じパラメータ（コア径は４０マイクロメートル、長さは１１０メートル）を有する。曲線５００は、色が出力パワーの関数としてどのように変化するかを示す。出力パワーが増えるにつれて、ＧＲ色は徐々に増加する。曲線は、以下の３次多項式によってフィットされうる。ここで、「ｐ」はワット単位での出力パワーである。
【数１】
2013517516.tif 000003
第１線５０２は１３．４％のＧＲ色においてＤＣＩ緑点を示し、第２線５０４は約１８．１％においてＲｅｃ７０９緑点を示す。ＤＣＩ緑点に到達するために要求される平均パワー出力は約２．１Ｗであり、Ｒｅｃ７０９点に到達するために要求される平均出力パワーは約２．３Ｗである。
【００３０】
図６は、図３に示される装置などのデスペックル装置についての、スペックルコントラスト対色、および発光効率対色、のグラフを示す。ｘ軸はＧＲ色をパーセントで示す。左側のｙ軸は、スペックルコントラストをパーセントで示し、右側のｙ軸は発光効率をルーメンス／ワットの単位で示す。スペックルコントラストはスペックル特性であり、観察される像におけるスペックル量を量的に表す。スペックルコントラストは、特定の像についての、ピクセル強度の標準偏差をピクセル強度の平均で除したものとして定義される。不均一な照明やピクセル間の暗い線（スクリーンドア効果）などの他のファクタに起因する強度変動は除去されるはずであり、したがって、スペックルだけがピクセル強度の差を生成する。測定されるスペックルコントラストは測定のジオメトリや装置にも依存するので、測定を比較する際にはこれらを規格化する必要がある。スペックルの他の特徴を表すために、数学的に他のスペックル特性を定義してもよい。図６の例では、スクリーンの高さ２つ分の距離からキャノンＥＯＳデジタルレーベルＸＴｉカメラで撮った像のピクセル強度を解析することによって、スペックルコントラストの測定を行った。自動シャッタースピードを使用した。また、レンズ焦点距離として３０ｍｍを使用し、絞り値として９．０を使用することで、虹彩を直径３ｍｍに固定した。追加的な測定パラメータとして、ＩＳＯを１００とし、モノクロデータ記録を使用し、手動フォーカスを使用した。プロジェクタはデジタルプロジェクションタイタンであった。そのプロジェクタはＱスイッチ型で２倍周波数のＮｄ：ＹＬＦレーザからの緑色のレーザ光によって照らされた。そのレーザは、４０マイクロメートルコアで１１０メートル長の光ファイバと結合された。その光ファイバは１８．４ｍｍの焦点距離を有する単一非球面レンズを伴った。プロジェクタへの入力における回転ディフューザによって、均一性が改善され、デスペックルが少なくなった。
【００３１】
スペックルコントラスト測定パラメータが上述の通りである場合、通常の視力を有する訓練されていない観測者は、１００％のフル強度のテストパターンを見たときに、１％のスペックルをほとんど見ることができない。通常の低利得スクリーンをレーザでないプロジェクタで見た場合、そのようなスクリーンは、０．１％から１％の範囲になりうるスパークル（sparkle）や他の非一様性を有する。本明細書の目的のために、大抵の視覚的条件の下で大抵の観測者がスペックルを観測しないというポイントとして１％のスペックルコントラストを採用する。静止画においては通常、５％のスペックルコントラストは訓練されていない観測者がよく気付く程度のものであるが、動画においては大抵は見ることができないものである。
【００３２】
図６の第１曲線６００は、測定されたスペックルコントラストとＧＲ色との関係を示す。ＧＲ色が増えるにつれて、スペックルコントラストは減少する。スペックルコントラストを１％近くの可視スペックルがない領域まで減らす場合に、良いデスペックルが得られうる。図６の例では、第１線６０２は約２％のスペックルコントラストを有するＤＣＩ緑点を示し、第２線６０４は約１％のスペックルコントラストを有するＲｅｃ７０９緑点を示す。特定の構成において得られるスペックルコントラストは、プロジェクタのタイプやレーザのタイプやファイバのタイプやディフューザのタイプやスペックルコントラスト測定装置を含む多くの変数の関数となるであろう。第３線６０６は、システムが測定可能な最小のスペックルコントラストを示す。測定可能な最小のスペックルコントラストは、広帯域白色光源でスクリーンを照らすことによって決定され、本例では約０．３％に等しい。測定可能な最小のスペックルコントラストは一般に、スクリーンの不均一さ（すなわち、スパークル）やカメラの限界（すなわち、ノイズ）などのファクタによって決定される。
【００３３】
図６の第２曲線６０８は、ホワイトバランスされた発光効率とＧＲ色との関係を示す。ホワイトバランスされた発光効率は、人間の目のスペクトル応答から計算可能であり、Ｄ６３白点に到達するために適正な量の６２１ｎｍ赤色光および４５２ｎｍ青色光を含む。図６によってカバーされる範囲（０％から２５％）においてＧＲ色が増えるにつれて、ホワイトバランスされた発光効率はほぼ線形に、０％のＧＲ色における約３１５ｌｍ／ｗからＤＣＩ緑における約３７０ｌｍ／ｗおよびＲｅｃ７０９緑点における約３８５ｌｍ／ｗまで増大する。発光効率のこの増大は明るさを改善するために有益であり、またデスペックル装置を追加することによって生じるロスを補償するのを助ける。
【００３４】
図７は、調整可能デスペックル装置を備えるレーザ投影システムの上面図を示す。図７は、図３のデスペックルで使用されるようなひとつのファイバではなく、デスペックルのために２つのファイバを組み入れている。図３のデスペックル装置では、光ファイバ３０６に結合される光学パワーを変えることによって、デスペックルの量および色点を所望の通りに調整することが可能となっている。図７は新たな独立変数を導入する。その独立変数は、２つのファイバのうちの一方と結合される光学パワーの割合である。残りのパワーは他方のファイバに結合される。デスペックル装置を通じて送られるトータルのパワーは、各ファイバにおけるパワーの和である。その追加的な変数によって、限られた調整範囲に亘る任意の光学パワーについて、デスペックルおよび色点を単一の所望の動作点に調整することができる。
【００３５】
図７では、偏光レーザ光源７０２は回転波長板７０４を照らす。回転波長板７０４は光の偏光ベクトルを変化させる。その結果、光は２つの偏光状態のそれぞれについて所望量の光を含む。回転波長板７０４は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７０６を照らす。ＰＢＳ７０６は光を２つのビームに分ける。一方の偏光状態にある一方のビームは第１光結合システム７０８を照らす。直交する偏光状態にある他方のビームは折り曲げミラー７１４で反射され、第２光結合システム７１６を照らす。第１光結合システム７０８は第１コア７１２を有する第１光ファイバ７１０を照らす。第１光ファイバ７１０は均質化デバイス７２２を照らす。第２光結合システム７１６はコア７２０を有する第２光ファイバ７１８を照らす。第２光ファイバ７１８は第１光ファイバ７１０と合わせて均質化デバイス７２２を照らす。均質化デバイス７２２はプロジェクタ７２４を照らす。回転波長板７０４、ＰＢＳ７０６および折り曲げミラー７１４は可変光スプリッタ７３０を形成する。可変光スプリッタ７３０、第１光結合システム７０８、第２光結合システム７１６、コア７１２を備える第１光ファイバ７１０、およびコア７２０を備える第２光ファイバ７１８は、デスペックル装置７００を形成する。レーザ光源７０２は偏光パルスレーザであってもよく、第１光ファイバ７１０および第２光ファイバ７１８にＳＲＳを生成するのに十分なほど高いピークパワーを有する。第１光結合システム７０８および第２光結合システム７１６のそれぞれは、ひとつのレンズであってもよく、レンズ列であってもよく、または光を第１コア７１２、第２コア７２０それぞれに集束させるよう設計された他の光学要素であってもよい。第１光ファイバ７１０および第２光ファイバ７１８のそれぞれは、コアのサイズおよび長さが所望量のＳＲＳを生成するよう選択される光ファイバであってもよい。第１光ファイバ７１０および第２光ファイバ７１８は同じ長さであっても異なる長さであってもよく、同じコアのサイズを有しても異なるコアのサイズを有してもよい。さらに光を導くかデスペックルするために、追加的なレンズやディフューザやバイブレータや光ファイバなどの追加的な要素が含まれてもよい。
【００３６】
図８は、図７に示されるタイプの調整可能デスペックル装置についての、第１光ファイバへのパワー対トータルのパワー、第１光ファイバからの色対トータルのパワー、および第２光ファイバからの色対トータルのパワーのグラフである。ｘ軸はトータルの平均光学パワーをワットの単位で示す。図８を導くために使用された数学的モデルはロス（散乱や吸収や結合など）がないと仮定しており、各ファイバへの入力パワーは各ファイバからの出力パワーと等しい。トータル光学パワーは、第１ファイバおよび第２ファイバにおけるパワーの和に等しい。左側のｙ軸はパワーをパーセントで示し、右側のｙ軸はＧＲ色をパーセントで示す。図８の例では、ターゲット色はＤＣＩ緑点（ＧＲ色＝１３．４％）である。可変光スプリッタを調整することによって、図８の全ての点は２つのファイバの合成出力についてＤＣＩ緑点を維持する。２つのファイバは同等であり、各ファイバは、８ワットの平均光学パワーにおいてＤＣＩ緑点に到達するように選択されたコア径および長さを有する。図８の数学的シミュレーションにおいて、図５で説明された三次多項式フィットが使用される。第１曲線８００は、両ファイバの合成トータル出力をＤＣＩ緑色点に保つために必要な第１ファイバのパワーを示す。図８の線８０６は、１３．４％のＧＲ色におけるＤＣＩ緑色点を示す。８ワットのトータル平均パワーにおいて、第１ファイバに０％パワーを与え、第２ファイバに１００％パワーを与えることで、ＤＣＩ緑点を得ることができる。第２ファイバはＤＣＩ緑点を与えるよう選択されるからである。トータルパワーが増えるにつれて、可変光スプリッタは、第１ファイバがより多くのパワーを運ぶよう調整される。パワーと色との（図５の曲線５００で示されるような）非線形な関係により、トータルパワーを増大させつつ両ファイバの合成出力をＤＣＩ緑点に留まらせることができる。１６ワットの最大平均パワーにおいて、第１ファイバはトータルパワーの５０％を有し、第２ファイバはトータルパワーの５０％を有し、各ファイバは８ワットを運ぶ。
【００３７】
図８の第２曲線８０２は、第１ファイバの出力の色を示す。図８の第３曲線８０４は、第２ファイバの出力の色を示す。第３曲線８０４はトータル平均パワーが約１４ワットのところで最大になる。そこでは、第２ファイバの平均パワーは約９ワットである。９ワットは、第２ファイバにおいてＤＣＩ緑に達するのに必要な８ワットよりも大きいので、第２ファイバからの光のＧＲ色は約１８％であり、これはＤＣＩ緑に対応する１３．４％よりも高い。トータル平均パワーが１４ワットよりも高くなるよう増やされると、第２ファイバの光量が減らされる。トータル平均パワーが１６ワットに到達すると、各ファイバの平均パワーは８ワットに到達する。図８の例は、各ファイバのパワーの量を調整することによって、トータル平均パワーを８ワットから１６ワットまで変化させつつも全体の色をＤＣＩ緑で一定に保つことができることを示す。図８には示されていないが、同じパワーの範囲に亘ってデスペックルもまたほぼ一定に保たれる。
【００３８】
前の例は同じ長さの２つのファイバを使用する。しかしながら、ファイバ長に沿った散乱に起因するロスを可能な限り低下させるためや製造を容易とするためやファイバへの結合を最大化するためなどの特定の目的を達成するために、ファイバの長さを等しくしなくてもよい。極端な場合、ファイバを１つだけ使用してもよく、その場合第２経路はファイバを通過しない。偏光に基づく可変光スプリッタの代わりに、他のタイプの可変光スプリッタを使用してもよい。一例はくさび型多層コーティングに基づく可変光スプリッタであり、このスプリッタは基板の位置が変わるにつれてより多いまたはより少ない反射および透過を提供するよう移動する。ガラス上にパターン形成されるミラーコーティングは、基板の一方の側に密なミラーフィルパターンを使用し、基板の他方の側に疎なミラーフィルパターンを使用することによって、同じ効果を達成することができる。可変光スプリッタはソフトウエアによる制御下にあってもよく、フィードバックを使用して可変光スプリッタの調整を決定してもよい。フィードバックに使用されるパラメータは色、強度、スペックルコントラスト、または他の任意の測定可能な光の特性であってもよい。ラマンシフトされた光のみやひとつのラマンピークのみや特定的に選択されたラマンピークを透過させるフィルタは、光検出器と共に使用されうる。緑色光のトータル量との比較によって、または、シフトされていない緑ピークとの比較によって、デスペックルの量を決定することができる。図７に示される２ファイバデスペックラの代わりにまたはそれに加えて、他の調整方法を使用してもよい。例えば、ファイバに可変光学減衰器を組み込んでもよく、またはファイバへの入射に係る開口数を変えてもよく、またはファイバの曲げ半径を変えてもよい。
【００３９】
図８の例は数学的近似であり、それはロスやＳＲＳの実際のスペクトルなどの二次的な効果を含んでいない。図７に係る２つの同等なファイバを使用する調整可能デスペックラを動作テストしたところ、実際の調整可能範囲は、図８に示される範囲よりも約７５％大きい可能性があることが示された。
【００４０】
３色レーザプロジェクタについて、結果として得られるフルカラー像が低いスペックルを有するためには、３つの色全てが低いスペックルを有さなくてはならない。緑色光がダブルパルスレーザから形成され、赤色光および青色光がその緑色光から光学パラメータ式増幅器（ＯＰＯ）によって形成される場合、ＯＰＯからの赤色光および青色光の拡大のため、その赤色光および青色光は当然低いスペックルを有するであろう。図７で説明される装置などのデスペックル装置を使用して、緑色光のみをデスペックルしてもよい。そのようなシステムの上面図が図９に示される。第１レーザ光源９２６は第１折り曲げミラー９２８を照らし、第１折り曲げミラー９２８は光結合システム９３２を照らす。光結合システム９３２は第２折り曲げミラー９３０を照らす。第２折り曲げミラー９３０はコア９３６を有する光ファイバ９３４を照らす。光ファイバ９３４は均質化デバイス９２２を照らす。第２レーザ光源９０２は回転波長板９０４を照らす。回転波長板９０４は光の偏光ベクトルを変化させる。その結果、光は２つの偏光状態のそれぞれについて所望量の光を含む。回転波長板９０４はＰＢＳ９０６を照らす。ＰＢＳ９０６は光を２つのビームに分ける。一方の偏光状態にある一方のビームは第２光結合システム９０８を照らす。直交する偏光状態にある他方のビームは第３折り曲げミラー９１４で反射され、第３光結合システム９１６を照らす。第２光結合システム９０８は第２コア９１２を有する第２光ファイバ９１０を照らす。第２光ファイバ９１０は第１光ファイバ９３４と合わせて均質化デバイス９２２を照らす。第３光結合システム９１６はコア９２０を有する第３光ファイバ９１８を照らす。第３光ファイバ９１８は第１光ファイバ９３４および第２光ファイバ９１０と合わせて均質化デバイス９２２を照らす。第３レーザ光源９３８は第４折り曲げミラー９４０を照らし、第４折り曲げミラー９４０は第４光結合システム９４４を照らす。第４光結合システム９４４は第５折り曲げミラー９４２を照らす。第５折り曲げミラー９４２はコア９４８を有する光ファイバ９４６を照らす。第４光ファイバ９４６は第１光ファイバ９３４、第２光ファイバ９１０および第３光ファイバ９１８と合わせて均質化デバイス９２２を照らす。均質化デバイス９２２はプロジェクタ９２４を照らす。回転波長板９０４、ＰＢＳ９０６，第３折り曲げミラー９１４、第２光結合システム９０８、第３光結合システム９１６、コア９１２を備える第２光ファイバ９１０、およびコア９２０を備える第３光ファイバ９１８は、デスペックル装置９００を形成する。第１レーザ光源９２６は赤色レーザであってもよく、第２レーザ光源９０２は緑色レーザであってもよく、第３レーザ光源９３８は青色レーザであってもよい。第１レーザ光源９２６および第３レーザ光源９３８はＯＰＯによって形成されてもよい。ＯＰＯは第２レーザ光源９０２からの光で動作する。第２レーザ光源９０２はパルスレーザであってもよく、第２光ファイバ９１０および第３光ファイバ９１８にＳＲＳを生成するのに十分なほど高いピークパワーを有する。さらに光を導くかデスペックルするために、追加的なレンズやディフューザやバイブレータや光ファイバなどの追加的な要素が含まれてもよい。
【００４１】
図９は、各ファイバにおける光のひとつの色を示す。あるいはまた、複数の色を単一のファイバに合わせ入れてもよい。例えば、赤色光および青色光の両方を同じファイバによって運んでもよく、この場合、ファイバの総数を４から３に低減できる。他の可能性は、赤色光と一方の緑色光とをひとつのファイバに合わせ入れ、かつ、青色光と他方の緑色光とをもうひとつのファイバに合わせ入れることであり、この場合、ファイバの総数は２に低減される。
【００４２】
デスペックル装置は、ＯＰＯの前、ＯＰＯの後、またはＯＰＯの前後両方において取得された光で動作してもよい。システムにおけるデスペックル装置の最適な位置は、各ステージで利用可能な光学パワーの量や望まれるデスペックルの量などの種々のファクタに依存しうる。図１０は、ＯＰＯの後で取得された光のデスペックルを備える３色レーザ投影システムのブロック図を示す。第１ビーム１０００はＯＰＯ１００２に入る。ＯＰＯ１００２は第２ビーム１００４、第４ビーム１０１０および第５ビーム１０１２を生成する。第２ビーム１００４はデスペックル装置１００６に入る。デスペックル装置１００６は第３ビーム１００８を生成する。第１ビーム１０００、第２ビーム１００４および第３ビーム１００８は緑色光であってもよい。第４ビーム１０１０は赤色光であってもよく、第５ビーム１０１２は青色光であってもよい。デスペックル装置１００６は固定型のデスペックラであってもよく、または調整可能デスペックラであってもよい。
【００４３】
図１１は、ＯＰＯの前で取得された光のデスペックルを備える３色レーザ投影システムのブロック図を示す。スプリッタ１１０２によって、第１ビーム１１００は第２ビーム１１０４と第３ビーム１１０６とに分けられる。第３ビーム１１０６は折り曲げミラー１１０８で反射され、第４ビーム１１１０を生成する。第４ビーム１１１０はデスペックル装置１１１２に入る。デスペックル装置１１１２は第５ビーム１１１４を生成する。第２ビーム１１０４はＯＰＯ１１１６に入る。ＯＰＯ１１１６は第６ビーム１１１８および第７ビーム１１２０を生成する。第１ビーム１１００、第２ビーム１１０４、第３ビーム１１０６、第４ビーム１１１０および第５ビーム１１１４は緑色光であってもよい。第６ビーム１１１８は赤色光であってもよく、第７ビーム１１２０は青色光であってもよい。スプリッタ１１０２は固定型のスプリッタであってもよいし、可変スプリッタであってもよい。デスペックル装置１１１２は固定型のデスペックラであってもよく、または調整可能デスペックラであってもよい。
【００４４】
図１２は、ＯＰＯの前後で取得された光のデスペックルを備える３色レーザ投影システムのブロック図を示す。スプリッタ１２０２によって、第１ビーム１２００は第２ビーム１２０４と第３ビーム１２０６とに分けられる。第３ビーム１２０６は折り曲げミラー１２０８で反射され、第４ビーム１２１０を生成する。第４ビーム１２１０は第１デスペックル装置１２１２に入る。第１デスペックル装置１２１２は第５ビーム１２１４を生成する。第２ビーム１２０４はＯＰＯ１２１６に入る。ＯＰＯ１２１６は第６ビーム１２１８、第７ビーム１２２４および第８ビーム１２２６を生成する。第６ビーム１２１８は第２デスペックル装置１２２０に入る。第２デスペックル装置１２２０は第９ビーム１２２２を生成する。第１ビーム１２００、第２ビーム１２０４、第３ビーム１２０６、第４ビーム１２１０、第５ビーム１２１４、第６ビーム１２１８および第９ビーム１２２２は緑色光であってもよい。第７ビーム１２２４は赤色光であってもよく、第８ビーム１２２６は青色光であってもよい。スプリッタ１２０２は固定型のスプリッタであってもよいし、可変スプリッタであってもよい。第１デスペックル装置１２１２および第２デスペックル装置１２２０は固定型のデスペックラであってもよく、または調整可能デスペックラであってもよい。
【００４５】
図１３は、図３に示される装置に対応するデスペックル方法を示す。ステップ１３００において、レーザビームが生成される。ステップ１３０２において、レーザビームは光ファイバのコアに集束される。ステップ１３０４において、光ファイバでＳＲＳ光が生成される。ステップ１３０６において、ＳＲＳ光を使用してデジタル投影画像を形成する。均質化や混合や分離や再合成やさらなるデスペックルなどの追加的なステップを含めてもよい。
【００４６】
図１４は、図７に示される装置に対応する調整可能デスペックル方法を示す。ステップ１４００において、第１レーザビームが生成される。ステップ１４０２において、第１レーザビームを第２および第３レーザビームに分ける。ステップ１４０４において、第２レーザビームは第１光ファイバのコアに集束される。ステップ１４０６において、第１光ファイバで第１ＳＲＳ光が生成される。ステップ１４１０において、第３レーザビームは第２光ファイバのコアに集束される。ステップ１４１２において、第２光ファイバで第２ＳＲＳ光が生成される。ステップ１４１６において、第１ＳＲＳ光と第２ＳＲＳ光とを合成する。ステップ１４２０において、合成ＳＲＳ光を使用してデジタル投影画像を形成する。ステップ１４２２において、第２および第３ビームの光量を調整し、所望の原色を得る。均質化や混合やさらなる分離やさらなる再合成やさらなるデスペックルなどの追加的なステップを含めてもよい。
【００４７】
ファイバベースのデスペックル装置でＳＲＳを生成するために使用されるファイバは、シングルモードファイバであってもよいし、マルチモードファイバであってもよい。シングルモードファイバは一般に１０マイクロメートル以下のコア径を有する。マルチモードファイバは一般に１０マイクロメートル以上のコア径を有する。要求される光学パワーに依存して所望量のＳＲＳを生成するために、マルチモードファイバは典型的には２０マイクロメートルから４００マイクロメートルの範囲のコアのサイズを有してもよい。非常に高いパワーの場合、１０００ミクロンや１５００ミクロンなどのさらに大きなコアのサイズでもＳＲＳを経験しうる。一般に、単位断面積当たりのパワーが十分高いとＳＲＳが発生するであろう。断面積をより大きくすると、他の全ての変数が等しく保たれる場合、ファイバをより長くする必要がある。マルチモードファイバの被覆は１２５マイクロメートルの直径を有しうる。ＳＲＳを生成するためにマルチモードファイバに入力される平均光学パワーは１ワットから２００ワットの範囲にあるであろう。ＳＲＳを生成するためにシングルモードファイバに入力される平均光学パワーは一般に、マルチモードファイバでＳＲＳを生成するために要求される平均光学パワーよりも小さい。マルチモードファイバの長さは１０メートルから３００メートルの範囲にあってもよい。平均光学パワー入力が３ワットから１００ワットの範囲にある場合、ファイバのコアのサイズは４０マイクロメートルから６２．５マイクロメートルであってもよく、長さは５０メートルから１００メートルであってもよい。光ファイバのコアの材質は通常の融解石英であってもよく、またはＳＲＳ効果を増大させたりＳＲＳピークの波長を変えたりするためにコアをゲルマニウムなどの材料でドープしてもよい。
【００４８】
ＳＲＳを生成するためには、コア径が制限されているなかで、大量の光学パワーを光ファイバに結合させなければならない。効率的で信頼性の高い結合のために、特注のレンズやファイバやアライメント技術が必要であるかもしれない。通常、自由空間におけるレーザビームの光学パワーの８０％から９０％がマルチモード光ファイバに結合されうる。３０マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲のコア径を有するファイバへ数十ワットの平均光学パワーを結合させるために、大径のエンドキャップや金属化ファイバや両面クラッドファイバやファイバ面への反射防止コーティングや屈折率分布レンズや高温接着剤や他の方法が商用的に利用可能である。光子的または「ホーリー（holey）」なファイバを使用して、ラマンシフト効果をほぼ同じに保ちつつ直径を大きくしてもよい。５０マイクロメートルから１００マイクロメートルの範囲のコアのサイズを有するファイバへ、数百ワットの平均光学パワーを結合させることができる。ＳＲＳの最大量、したがってスペックルの最小量は、ファイバに信頼性高く結合されうる最大パワーによって決定されてもよい。
【００４９】
光ファイバは散乱および吸収を経験し、それらは光学パワーのロスを引き起こす。可視光領域では、主なロスは散乱である。通常の融解石英光ファイバは、緑色について、１キロメートルあたり約１５ｄＢのロスを有する。特別に製造されたファイバは緑色に対して最適化されていてもよく、緑色についてロスが１キロメートルあたり１０ｄＢ以下であってもよい。青色のロスは緑色のロスよりも高くなる傾向にある。赤色のロスは緑色のロスよりも低くなる傾向にある。低ロスファイバの場合であっても、デスペックルのために使用されるファイバ長はロスを低減するためにできるだけ短く維持されてもよい。ファイバを短くするということは、同じ量のＳＲＳしたがって同じ量のデスペックルを得るためにコア径をより小さくするということを意味する。ハイパワー結合の困難性により小さなコアに結合されうるパワーの量が制限されうるので、結合がファイバの最小長さを制限することもありうる。
【００５０】
ファイバベースのデスペックル装置で使用されるレーザは、ＳＲＳに要求される高いピークパワーを得るために、パルス化されてもよい。光学パルスのパルス幅は５ｎｓから１００ｎｓの範囲にあってもよい。パルス周波数は５ｋＨｚから３００ｋＨｚの範囲にあってもよい。ピークパワーは１Ｗから１０００Ｗの範囲にあってもよい。コアの単位面積あたりのピークパワー（ＰＰＰＡ）は、得られるＳＲＳの量を予測するのを助けることができる指標である。デスペックルのための十分なＳＲＳを生成するために、ＰＰＰＡは１ｋＷ／（μｍ）２から５ｋＷ／（μｍ）２の範囲にあってもよい。パルスレーザは、アクティブまたはパッシブのＱスイッチや高いピークパワーを実現できる他の方法によって形成されてもよい。パルスレーザのモード構成は、波長的に密集した多くのピークを含んでもよい。ＳＲＳに加えて、他の非線形効果を使用して、さらなるデスペックルを追加してもよい。例えば、自己位相変調や四波混合はスペクトルをさらに広げ、追加的なデスペックルを提供するであろう。赤外線光をファイバに導入し、非線形拡大効果を増大させてもよい。
【００５１】
図３のデスペックル装置または図７の調整可能デスペックル装置を使用して、複数の原色を生成してもよい。例えば、光ファイバにおけるＳＲＳによって緑色光から赤原色光を生成し、フルカラーの投影ディスプレイに対して要求される赤色光のいくらかまたは全てを供給してもよい。ＳＲＳ光のスペックルは低いので、ＳＲＳ光を他のレーザ光に加えることで合成光におけるスペックル量を低減できる。あるいはまた、最初のレーザが青色の場合、光ファイバにおけるＳＲＳによって青色光から緑原色光および赤原色光のいくらかまたは全てを生成してもよい。望まれないＳＲＳピークを除去するためにフィルタを使用してもよい。緑色光からのＳＲＳの場合、赤色光がフィルタされてもよく、または第１ＳＲＳピーク以外の全てのピークがフィルタされてもよい。このフィルタリングによって、所与の量のデスペックルに対して色の変化を低減することができる。しかしながら、フィルタされたピークが可視像を形成するのを助けるために使用されない場合、効率が犠牲となる。シフトされないピークの全てまたは一部をフィルタリングすることによってスペックルを低減することができる。典型的には、シフトされないピークはシフトされるピークよりも狭い帯域幅を有するからである。
【００５２】
ファイバデスペックル後のシフトされないピークは狭いピークであり、ファイバを励起する光のスペックルに寄与する。このシフトされないピークをスペクトルから（例えば、ダイクロイックフィルタを使用して）フィルタアウトし、第２デスペックルファイバに送ってさらなるラマンシフトピークを生成し、したがって高効率を維持しつつシフトされないピークの強度を低減してもよい。シフトされないピークにおいて十分なエネルギが利用可能である限り、望まれるのであれば、追加的なデスペックルファイバをつなげてもよい。
【００５３】
通常のフルカラーのディスプレイデバイスには３つの原色が存在するが、例えば４色システムや５色システムを作るために追加的な原色が生成されてもよい。ＳＲＳ光をビームスプリッタで分けることで、各色範囲に入るピークを合成して各所望の原色を形成することができる。４色システムは赤原色、緑原色、青原色および追加的な黄原色からなり、黄原色は光ファイバにおけるＳＲＳによって緑色から生成される。別の４色システムは、赤原色、青原色、４９０ｎｍから５２０ｎｍの範囲の緑原色および５２０ｎｍから５５０ｎｍの範囲の別の緑原色によって形成されてもよい。５２０ｎｍから５５０ｎｍの範囲の緑原色は、４９０ｎｍから５２０ｎｍの範囲の緑原色からＳＲＳによって生成される。５色システムは、赤原色、青原色、４９０ｎｍから５２０ｎｍの範囲の緑原色、５２０ｎｍから５５０ｎｍの範囲の別の緑原色および黄原色を有してもよい。５２０ｎｍから５５０ｎｍの範囲の緑原色および黄原色は、４９０ｎｍから５２０ｎｍの範囲の緑原色からＳＲＳによって生成される。
【００５４】
ＳＲＳ光を使用して６原色３Ｄシステムにおけるピークのいくらかまたは全てを生成することによって、３Ｄ投影像を形成してもよい。青色帯、緑色帯および赤色帯のそれぞれに色をフィットさせるために、レーザベースの６原色３Ｄシステムで使用される波長は約４４０ｎｍから４５０ｎｍの範囲、５２５ｎｍから５４０ｎｍの範囲、６２０ｎｍから６４０ｎｍの範囲にそれぞれあってもよい。また、それらの波長は、２つのセットの間の間隔を十分にあけてフィルタガラスによる分離を可能とするようなものであってもよい。純粋な融解石英コアからのＳＲＳピーク間の間隔は１３．２ＴＨｚであるから、これは青色については約９ｎｍの間隔を、緑色については１３ｎｍの間隔を、赤色については１７ｎｍの間隔を、設定する。したがって、ＳＲＳシフトされた第１ピークを使用することによって、４４０ｎｍ、５２５ｎｍおよび６２０ｎｍからなる原色波長の第１組から、４４９ｎｍ、５３８ｎｍおよび６３７ｎｍからなる第２組を形成することができる。原色の第２組は３つの別個のファイバにおいて生成されてもよいし、３つすべてがひとつのファイバにおいて生成されてもよい。ファイバコアのドーピングを使用して、間隔を変えてもよいし、追加的なピークを生成してもよい。
【００５５】
６原色３Ｄシステムを生成するための別の方法は、一方の緑チャネルについてシフトされない（元の）緑ピーク足すＳＲＳシフトされた第３ピークを使用し、他方の緑チャネルについてＳＲＳシフトされた第１ピーク足すＳＲＳシフトされた第２ピークを使用することである。シフトされないピークおよびＳＲＳシフトされた第３ピークに、ＳＲＳシフトされた第４、第５および追加的なピークを合成してもよい。この方法は、２つのチャネルの間でおおまかにパワーをバランスさせることができるという利点を有する。一方の目は他方の目よりも多くのスペックルを含む像を受けるであろう。しかしながら、脳は一方の目におけるスペックルのより多い像と他方の目におけるスペックルのより少ない像とを融合し、それら２つの像を平均したレベルのスペックルを有するひとつの像を形成することができる。別の利点は、２つの緑チャネルの波長は異なるものの、２つのチャネルの色は隣接する緑チャネルからの２つの単一ピークを使用する場合よりもより良くマッチすることである。２つのＯＰＯにおける異なる温度によって、２つの赤チャネルおよび２つの青チャネルを生成することができる。そのようなＯＰＯは自然に光をデスペックルする。
【００５６】
ほぼ縮退したＯＰＯ動作により、わずかにしか分離されていない２つの波長を生成できる。緑色光生成の場合、赤色帯や青色帯ではなく２つの異なる緑色帯を生成できる。６原色３Ｄシステムの２つの緑原色として２つの緑色波長を使用することができる。ＯＰＯの２つの緑色波長がＳＲＳシフト間隔で分離されるようＯＰＯが調整される場合、両方の元の緑色波長からのＳＲＳシフトされたピークは同じ波長で揃うであろう。この方法は、ひとつ以上の縮退したＯＰＯを使用するシステムをデスペックルするために使用されうる。
【００５７】
ＤＣＩ緑などの固定緑点を維持しつつ、ラマンシフトされた光の量を増やすために、異なる開始波長を使用してもよい。例えば、５１５ｎｍの光を生成するレーザを開始波長として使用してもよく、この場合、５２３．５ｎｍの開始波長と比較して、より多くのラマンシフトされた光を生成でき、ＤＣＩ緑点に到達できる。５１５ｎｍで開始することの効果は、同じ緑点においてその結果得られる光は５２３．５ｎｍで開始する光よりも少ないスペックルを有するであろうことである。
【００５８】
ひとつが５２３．５ｎｍで開始しもうひとつが５１５ｎｍで開始する２つの別個の緑色レーザの両方がファイバデスペックルされた後ひとつのシステムに合成される場合、スペクトルの分散性が向上するので、その結果得られるスペックルは各システムよりもさらに小さくなるであろう。これら２つのレーザからのラマンシフトされたピークは交互配置され、その結果、各緑色レーザが個々に動作した場合に有しうるピークの数の約２倍の数のピークを有する波形を生成する。
【００５９】
任意の所望の波長における狭帯域レーザから別個に青色ブーストを追加してもよい。青色においては、狭帯域光であってもスペックルを観察するのは非常に難しいからである。青色ブーストは固体レーザ（ＤＰＳＳ）やダイレクトダイオードレーザであってもよい。青色ブーストは、６原色３Ｄディスプレイにおける青色ピークのうちのひとつを形成してもよい。青色ブーストが使用される場合、システム内の任意のＯＰＯを調整して、それが赤原色や赤色のみを生成するようにしてもよい。これにより、赤色効率を向上できる。
【００６０】
緑色から赤色へＳＲＳシフトされたピークをＯＰＯからの赤色光に追加してもよいし、ＯＰＯが存在しない場合は赤色光のすべてを供給するためにそのピークを使用してもよい。６原色３Ｄの場合、赤色へシフトされたひとつ以上のピークは赤チャネルのうちのひとつ以上を形成してもよいし、形成するのを助けてもよい。
【００６１】
融解石英の代わりにまたはそれに加えて、ＳＲＳピークを所望の通りに追加したり除去したり変更したりする材料を使用してもよい。これらの追加的な材料はドーパントであってもよく、または光ファイバの先端または終端に追加されるバルク材料であってもよい。
【００６２】
光ファイバの被覆は光を小さな体積の中に閉じ込めることによって、ファイバコアにおけるピークパワー密度を高く維持できる。被覆の代わりにまたはそれに加えて、ミラーや集束光学系やマルチパス光学系などの種々の方法を使用して光を閉じ込めることができる。光ファイバの代わりに、バルクガラスやクリスタルロッドや直方体などのより大きな直径の光学系を使用してもよい。ＳＲＳを生成するのに十分な強度を作り上げるために、水晶またはロッドを通じた複数のパスが必要とされうる。液体導波管を使用してもよく、この場合、直径を増やす際に柔軟性を追加できる。
【００６３】
偏光保存型ファイバや他の偏光保存型光学要素を使用して、ＳＲＳを生成する光を閉じ込めることができる。断面が矩形のインテグレーティングロッドや断面が矩形のファイバは偏光保存型の要素の例である。偏光保存型のファイバはコア非対称性や複数のコアを含み、偏光された光を偏光が維持されるように導いてもよい。
【００６４】
典型的な投影システムでは、明るさ、コントラスト比、一様性およびスペックルの間にトレードオフが存在する。照明絞り値（ｆ＃）が高いと、明るさは高くなりコントラスト比も高くなる傾向にあるが、同時に一様性は低くなりスペックルは増える傾向にある。照明絞り値（ｆ＃）が低いと、一様性は高くなりスペックルは低くなる傾向にあるが、同時に明るさは低くなりコントラスト比も低くなる傾向にある。スペクトル拡大を使用してスペックルを低減することによって、照明システムの絞り値を上昇させてもスペックルを低く維持し、かつそのような上昇によって明るさおよびコントラスト比の向上を助けることができる。高い絞り値において高い一様性を実現するために、より長いインテグレーティングロッドや投影照明アセンブリにおいて公知公用の均一化技術などの追加的な変更が要求されうる。
【００６５】
２つのＯＰＯが一緒に使用される場合、それらのＯＰＯはわずかに異なる温度に調整されてもよい。その結果、得られる波長は異なるようになる。全体的な波長は依然としてターゲットの色を達成することができるが、帯域幅は個々のＯＰＯの帯域幅の和へと増大される。帯域幅の増大により、デスペックルもまた増大されるであろう。各ＯＰＯにより生成されるバンドは隣接していてもよく、またはギャップによって分離されていてもよい。赤色および青色生成の場合、この技術を使用すると赤色および青色の両方を広げることができる。３原色のシステムについては、２つの近接する赤ピークと４以上の緑ピークと２つの近接する青ピークとが存在しうる。６原色のシステムについては、３以上の赤ピークであってそのうちの２以上が近接する赤ピークと、４以上の緑ピークと、３以上の青ピークであってそのうちの２以上が近接する青ピークと、が存在しうる。ＯＰＯの代わりに、要求される複数波長を生成可能な他のレーザ技術が使用されてもよい。
【００６６】
スクリーンの振動または揺さぶりはスペックルを低減するための既知の方法である。スペックルを許容可能なレベルまで低減するのに必要なスクリーン振動の量は、スクリーンに入射するレーザ光のスペクトル分散性を含む多様なファクタに依存する。ラマンを使用して光のスペクトルを広げることで、要求されるスクリーン振動を劇的に低減できる。これは、偏光３Ｄや大規模映画館においてよく使用される銀幕や高利得ホワイトスクリーンについてもそうである。これらの特化されたスクリーンは典型的には低利得スクリーンよりも多くのスペックルを示す。ラマンデスペックルを使用する場合、スクリーン振動をミリメートルやミリメートルの何分の一かのオーダーのレベルまで低減できるので、スクリーン振動は現実的なものとなり、大きなシネマスクリーンの場合にも容易に適用できるようになる。
【００６７】
他の実装もまた以下の請求項の範囲内である。
【図１】
2013517516.tif 000004
【図２】
2013517516.tif 000005
【図３】
2013517516.tif 000006
【図４】
2013517516.tif 000007
【図５】
2013517516.tif 000008
【図６】
2013517516.tif 000009
【図７】
2013517516.tif 000010
【図８】
2013517516.tif 000011
【図９】
2013517516.tif 000012
【図１０】
2013517516.tif 000013
【図１１】
2013517516.tif 000014
【図１２】
2013517516.tif 000015
【図１３】
2013517516.tif 000016
【図１４】
2013517516.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月7日(2012.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光ファイバを備える光学装置であって、前記第１光ファイバにおける誘導ラマン散乱は前記第１光ファイバからの第１光出力の第１スペックル特性を低減する、光学装置。
【請求項２】
前記第１光ファイバは第１コア径および第１長さを有し、前記第１コア径および前記第１長さは、前記第１スペックル特性の第１所望量の低減を実現するように選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１光ファイバはマルチモードファイバである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１コア径および前記第１長さは所望の色の前記光出力が得られるよう選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記所望の色は原色である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記原色は緑色である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
光学パラメータ式増幅器をさらに備え、
前記光学パラメータ式増幅器は青原色および赤原色を生成する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記誘導ラマン散乱の一部は赤色の誘導ラマン散乱光を形成する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
赤色の光源をさらに備え、前記赤色の光源は前記赤色の誘導ラマン散乱光と合成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記誘導ラマン散乱の一部は黄色の誘導ラマン散乱光を形成する、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記黄色の誘導ラマン散乱光は、４原色でのデジタル投影画像を形成するために使用される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記緑色はu'=0.099 +/- 0.01およびv'=0.578 +/- 0.01の色度を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
レーザ光源と、
デジタルプロジェクタと、をさらに備え、
前記レーザ光源は前記第１光ファイバを照らし、前記第１光ファイバは前記デジタルプロジェクタを照らす、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記レーザ光源は、
パルスレーザと、
二次高調波生成器と、を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記レーザ光源は５２３．５ｎｍの出力を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記レーザ光源は５１５ｎｍの出力を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記レーザ光源は５３２ｎｍの出力を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
光結合システムと、
均質化デバイスと、をさらに備え、
前記レーザ光源は前記光結合システムを照らし、前記光結合システムは前記第１光ファイバを照らし、前記第１光ファイバは前記均質化デバイスを照らし、前記均質化デバイスは前記デジタルプロジェクタを照らす、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
第２光ファイバと、
可変光スプリッタと、をさらに備え、
前記可変光スプリッタは前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバを照らし、前記第２光ファイバにおける誘導ラマン散乱は前記第２光ファイバからの第２光出力の第２スペックル特性を低減する、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記可変光スプリッタは、
回転波長板と、
偏光ビームスプリッタと、を含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第２光ファイバは第２コア径および第２長さを有し、前記第２コア径および前記第２長さは、前記第２スペックル特性の第２所望量の低減を実現するように選択される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
レーザ光源と、
デジタルプロジェクタと、をさらに備え、
前記レーザ光源は前記可変光スプリッタを照らし、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバは前記デジタルプロジェクタを照らす、請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記可変光スプリッタは、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの合成光出力について所望の色が得られるように調整される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
レーザプロジェクタであって、
青色のレーザ光源と、
光ファイバと、
空間光変調器と、を備え、
前記青色のレーザ光源は前記光ファイバを照らし、前記光ファイバは前記空間光変調器を照らし、
前記光ファイバにおける誘導ラマン散乱はデスペックルされた緑色の光およびデスペックルされた赤色の光を生成する、レーザプロジェクタ。
【請求項２５】
デスペックル方法であって、
レーザビームを生成することと、
前記レーザビームを光ファイバに集束させることと、
前記光ファイバにおいて誘導ラマン散乱光を生成することと、
前記誘導ラマン散乱光を使用してデジタル投影画像を形成することと、を含む方法。
【請求項２６】
デスペックル方法であって、
第１レーザビームを生成することと、
前記第１レーザビームを第２および第３レーザビームに分割することと、
前記第２レーザビームを第１光ファイバに集束させることと、
前記第１光ファイバにおいて第１誘導ラマン散乱光を生成することと、
前記第３レーザビームを第２光ファイバに集束させることと、
前記第２光ファイバにおいて第２誘導ラマン散乱光を生成することと、
前記第１誘導ラマン散乱光と前記第２誘導ラマン散乱光とを合成し、合成誘導ラマン散乱光を形成することと、
前記合成誘導ラマン散乱光を使用して、デジタル投影画像を形成することと、
前記第２レーザビームおよび前記第３レーザビームにおける光量を調整することで、前記デジタル投影画像においてある原色について所望の色を得ることと、を含む、方法。
【請求項２７】
６原色３Ｄ像の緑チャネルは、シフトされない緑ピークおよび誘導ラマンシフトされた第３ピークで生成される、請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
６原色３Ｄ像の緑チャネルは、誘導ラマンシフトされた第１ピークおよび誘導ラマンシフトされた第２ピークで生成される、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
第２光ファイバと、
第１レーザ光源と、
第２レーザ光源と、
デジタルプロジェクタと、をさらに備え、
前記第１レーザ光源は第１波長の出力を有し、かつ、前記第１光ファイバを照らし、
前記第２レーザ光源は第２波長の出力を有し、かつ、前記第２光ファイバを照らし、
前記第１光ファイバにおける誘導ラマン散乱は前記第１光ファイバからの第１光出力の第１スペックル特性を低減し、
前記第２光ファイバにおける誘導ラマン散乱は前記第２光ファイバからの第２光出力の第２スペックル特性を低減し、
前記第１光出力および前記第２光出力は前記デジタルプロジェクタを照らす、請求項１に記載の装置。
【国際調査報告】
2013517516.tif 000018
2013517516.tif 000019