(57)【要約】本発明は、低減されたスペックルノイズを有する画像を投影するための装置および方法を提供する。ハウジング（１０）内の画像投影モジュール（２０）は、ラスタパターンにおける選択されたピクセルを照明させ、ＶＧＡ品質の画像を表示スクリーン（１２、４０）に生成するように動作可能である。スクリーン（１２、４０）が変化させられること、および／またはレーザ（２５）の帯域幅が増加させられることにより、画像内のスペックルノイズが低減される。
2008539466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低減されたスペックルノイズを有する画像を投影するための装置であって、
ａ）表示スクリーンと、
ｂ）同じ周波数および同じコヒーレンス時間のコヒーレント波を有するレーザビームを放出するためのレーザと、
ｃ）該スクリーン上に入射されるべきビームを配向し、該スクリーンにわたってスキャンラインのパターンとして該ビームを掃引するための、画像投影アセンブリであって、各スキャンラインは多数のピクセルを有しており、該画像投影アセンブリは、選択されたピクセルを照明させ、可視状態にし、該スクリーン上に画像を生成する、画像投影アセンブリと、
ｄ）該スクリーンを変化させ、該スクリーン上に入射したビームをコヒーレンス時間以上にわたって捕捉し、時間によって変動する干渉パターンを生成するための手段であって、該干渉パターンにおいて、スペックルノイズは低減されている、手段と
を備えている、装置。
【請求項２】
前記スクリーンは、プラスチックまたはラバー材料のうちの１つから構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザは、赤色レーザ、青色レーザ、および緑色レーザのうちの１つである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記変化させる手段は、複数の光学的共振器を含んでおり、該光学的共振器は、前記スクリーン上に入射するビームを前記コヒーレンス時間以上にわたって捕捉する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記共振器は、前記スクリーン内に埋め込まれたフォトクリスタル粒子である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
各粒子は、ピクセルよりも小さい寸法を有している、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、窓を有するハウジングを備えており、レーザビームは、該窓を介して掃引され、前記スクリーンは、該ハウジング上に搭載されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
低減されたスペックルノイズを有する画像を投影するための方法であって、
ａ）同じ周波数および同じコヒーレンス時間のコヒーレント波を有するレーザビームを放出するステップと、
ｂ）表示スクリーン上に入射されるべきビームを配向し、該スクリーンにわたってスキャンラインのパターンとして該ビームを掃引するステップであって、各スキャンラインは多数のピクセルを有しており、選択されたピクセルを照明させ、可視状態にし、該スクリーン上に画像を生成する、ステップと、
ｃ）該スクリーンを変化させ、該スクリーン上に入射したビームをコヒーレンス時間以上にわたって捕捉する、時間によって変動する干渉パターンを生成するステップであって、該干渉パターンにおいて、スペックルノイズは低減されている、ステップと
を包含する、方法。
【請求項９】
前記スクリーンをプラスチックおよびラバー材料のうちの１つから構成するステップをさらに包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記放出するステップは、赤色レーザ、青色レーザ、および緑色レーザのうちの１つによって実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記捕捉するステップは、前記スクリーン上に入射したビームを前記コヒーレンス時間以上にわたって捕捉する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記捕捉するステップは、前記スクリーン内にフォトクリスタル粒子を埋め込むことによって実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
各粒子の寸法をピクセルよりも小さくなるように決めることをさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
画像スクリーンに投影された画像におけるスペックルノイズを低減するための表示スクリーンであって、
該スクリーンを変化させ、該スクリーン上に入射したレーザビームを該ビームのコヒーレンス時間以上にわたって捕捉し、時間によって変動する干渉パターンを生成するための手段であって、該干渉パターンにおいて、スペックルノイズは低減されている、手段
を備えている、表示スクリーン。
【請求項１５】
前記スクリーンは、プラスチックおよびラバー材料のうちの１つから構成されている、請求項１４に記載の表示スクリーン。
【請求項１６】
前記変化させる手段は、複数の光学的共振器を含んでおり、該光学的共振器は、前記スクリーン上に入射するビームを前記コヒーレンス時間以上にわたって捕捉する、請求項１４に記載の表示スクリーン。
【請求項１７】
前記共振器は、前記スクリーン内に埋め込まれたフォトクリスタル粒子である、請求項１６に記載の表示スクリーン。
【請求項１８】
各粒子は、画像の各ピクセルよりも小さい寸法を有している、請求項１７に記載の表示スクリーン。
【請求項１９】
低減されたスペックルノイズを有する画像を投影するための装置であって、
ａ）表示スクリーンと、
ｂ）同じ周波数、同じ帯域幅、および同じコヒーレンス時間のコヒーレント波を有するレーザビームを放出するためのレーザと、
ｃ）該スクリーン上に入射されるべきビームを配向し、該スクリーンにわたってスキャンラインのパターンとして該ビームを掃引するための、画像投影アセンブリであって、各スキャンラインは多数のピクセルを有しており、該画像投影アセンブリは、選択されたピクセルを照明させ、可視状態にし、該スクリーン上に画像を生成する、画像投影アセンブリと、
ｄ）該帯域幅を増加させ、該コヒーレンス時間を減少させることにより、該スペックルノイズを低減させる手段と
を備えている、装置。
【請求項２０】
低減されたスペックルノイズを有する画像を投影するための装置であって、
ａ）表示スクリーンと、
ｂ）同じ周波数および同じコヒーレンス時間のコヒーレント波を有するレーザ光を放出するためのレーザと、
ｃ）該スクリーン上に入射されるべきビームを配向し、該スクリーンにわたってスキャンラインのパターンとして該ビームを掃引するための、画像投影アセンブリであって、各スキャンラインは多数のピクセルを有しており、該画像投影アセンブリは、選択されたピクセルを照明させ、可視状態にし、該スクリーン上に画像を生成する、画像投影アセンブリと、
ｄ）粒子の動きによって、該スクリーン上に入射されたビームの位相遅延を変化させ、時間によって変動する干渉パターンを生成するための手段であって、該干渉パターンにおいて、スペックルノイズは低減されている、手段と
を備えている、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、低減されたスペックルノイズを有する２次元画像を表示スクリーン上に投影することに関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに直行する方向に振動する一対のスキャンミラーに基づいて、２次元画像を表示スクリーン上に投影し、ラスタパターン上でレーザビームをスキャンすることは、公知である。しかしながら、公知の画像投影システムは、典型的には６４０×４８０ピクセルのビデオグラフィックスアレイ（ＶＧＡ)品質の１／４未満という制限された解像度の、スペックルノイズを有する画像を投影する。このように、公知の投影システムおよび表示スクリーンは、制限された汎用性を有している。
【０００３】
スペックルノイズは、レーザベースの投影システムにおける固有の問題であり、画像品質において相当な劣化を引き起こす。単色（赤色、青色、または緑色)レーザが放出するレーザ光は、同じ周波数のコヒーレンスを有しており、さらには空間コヒーレンスをも有している。すなわち、波は、空間および時間の両方において、互いに対して固定された位相の関係を有している。ビームが拡散スクリーンに衝突するとき、波はスクリーンからの反射によって散乱され、かつ／またはスクリーンを介して伝達する。散乱された波は、ランダムな位相遅延を有しており、異なる複数の方向に伝播するが、その全ては同じ周波数を有している。そのような散乱された波が、例えば、人間の目の網膜に入るとき、それらの波は、建設的干渉および相殺的干渉の静的分布（すなわち、干渉パターン）を生成する。これは、スペックルノイズとしても公知である。人間の目は、その積分時間は約数十ミリ秒であり、スペックルノイズを劣化した画像として認識する。レーザビームが完全にコヒーレントな波を有していない場合、位相遅延は、散乱された波がスクリーンと干渉する間に実質的に変化し得、その結果、スペックルノイズのパターンも同様に、人間の目の積分時間の間に変化する。このようにして、スペックルのコントラストが低減する。
【０００４】
レーザビームの各コヒーレント波は、確かにコヒーレントではあるが、正しくは一時的なコヒーレンスであることが公知である。例えば、マイケルソン干渉計において、ある波が遅延したその波のコピーと結合される場合に、干渉を生成する間の遅延の持続時間は、その波のコヒーレンス時間として公知である。コヒーレンス長として公知な対応する性質は、コヒーレンス時間に光速を乗じることによって、計算される。レーザのコヒーレンス時間は、帯域幅に反比例する。完全な単色波は、無限大のコヒーレンス時間および無限大のコヒーレンス長を有する。しかしながら、実際には、完全な単色波は存在しない。なぜならば、完全な単色波は、波の持続時間が無限大であることを要求するからである。例えば、安定化されたヘリウム・ネオンレーザは、５メートル超のコヒーレンス時間および約数ナノ秒のコヒーレンス時間を有するレーザビームを生成し得る。このように、レーザのコヒーレンス時間は、一般的に数ナノ秒範囲であるが、レーザビームは、表示スクリーンから反射するために、および／または表示スクリーンを通過するために、わずか数ピコ秒しかかからない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の一般的な目的は、スペックルノイズが低減された、シャープかつクリアな２次元画像を表示スクリーンに投影する、画像投影システムを提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、投影された画像上のスペックルノイズを低減させることである。
【０００７】
本発明のさらに別の目的は、表示スクリーンそのものを変化させることにより、表示スクリーンに投影された画像のスペックルノイズを低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの目的および以後明確化されるその他の目的を踏まえると、本発明の１つの特徴は、簡単に言うと、低減されたスペックルノイズを有する２次元画像を投影するための装置および方法にある。上記装置は、表示スクリーンと、同じ周波数および同じコヒーレンス時間のコヒーレント波を有するレーザビームを放出するためのレーザと、スクリーン上に入射されるべきビームを配向し、スクリーンにわたってスキャンラインのパターンとしてビームを掃引するための、画像投影アセンブリまたはモジュールであって、各スキャンラインは多数のピクセルを有しており、この画像投影アセンブリまたはモジュールは、選択されたピクセルを照明させ、可視状態にし、スクリーン上に画像を生成する、画像投影アセンブリまたはモジュールと；スクリーンを変化させ、スクリーン上に入射したビームをコヒーレンス時間以上にわたって捕捉し、時間によって変動する干渉パターンを生成するための手段であって、この干渉パターンにおいて、スペックルノイズは低減されている、手段と、を含んでいる。
【０００９】
本発明の１つの特徴にしたがうと、変化させる手段は、複数の光学的共振器を含んでおり、この光学的共振器は、コヒーレンス時間と同じくらい、またはコヒーレンス時間以上にわたって、ビームを捕捉する。このようにして、捕捉されたビームは、ピコ秒単位でスクリーンから反射すること、および／またはスクリーンを通ることがなくなり、ナノ秒単位の長い時間にわたって保持される。散乱された波は、時間によって変動する干渉パターンを生成し、これは、人間の目の積分時間よりも速い。目は、個々のスペックルを見ない代わりに、平均的な、より一様な照明を知覚する。
【００１０】
表示スクリーンそのものは、光学的共振器を捕捉するように構成される。好適な実施形態において、光学的共振器は、スクリーン内に埋め込まれたフォトクリスタルの微小粒子である。各粒子は、ピクセルよりもサイズが小さい。各クリスタルは、好適には、周期的な誘電構造、例えば、所定の周波数範囲の光の伝播を妨げるバンドギャップを有しているシリコンである。光は捕捉されるので、共振空洞が形成される。
【００１１】
表示スクリーンは、好適には、成形可能な材料、例えば、プラスチックまたはラバーから構成されており、フォトクリスタルは、液体状態で成形可能な材料と混合される。一旦成形可能な材料がセットされると、クリスタルは、スクリーン全体にわたってランダムに分散される。クリスタルによって形成された各共振空洞は、非常に高い（１０，０００以上の）Ｑ係数を有している。これらの空洞が光を捕捉するときの時間定数は、クリスタル内部における光の往復時間とＱ係数との積にほぼ等しく、レーザのコヒーレンス時間以上である。
【００１２】
本発明の別の特徴は、スクリーンに添加物を追加することにより、好適にはコヒーレンス時間以上の時間にわたって、入射したビームを捕捉することである。スクリーンそのものの材料は、この捕捉特性を有するように選択され得る。スクリーンは、流動性を有する材料、例えば、液体またはガスを含み得、この材料の原子または分子は、入射した光を捕捉し、遅延させるのに十分な速度で移動する。
【００１３】
さらに別のアプローチにおいては、スクリーンが変化させられない代わりに、レーザの帯域幅が増加させられる。このことは、コヒーレンス時間の減少につながり、この場合もまた光が遅延される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１における参照番号１０は、概略的にハウジングを示しており、図２に示されているような、軽量かつコンパクトな投影モジュール２０が、上記ハウジングに搭載される。モジュール２０は、モジュールから一定距離にある異なる複数の表示スクリーンに２次元画像を投影するように動作することができる。以下において記載されるように、画像は、モジュール２０におけるスキャナによって掃引されたスキャンラインのラスタパターン３０上の照明されているピクセルと、照明されていないピクセルとから構成される。
【００１５】
ハウジング１０の平行６面体の形状は、モジュール２０が組み込まれ得るフォームファクタの１つを表しているに過ぎない。好適な実施形態において、モジュール２０は、約３０ｍｍ×１５ｍｍ×１０ｍｍまたは４．５ｃｍ３の大きさである。このコンパクトかつ小さなサイズは、モジュール２０が多種多様な形状、すなわち大小の、携帯型または固定式のハウジングに搭載されることを可能にし、それらのうちの一部は、以下に記載される。
【００１６】
図３を参照すると、モジュール２０は、サポート１６（例えば、印刷回路基板）と、レーザ／光学素子のケーシング１８とを含んでおり、このレーザ／光学素子のケーシング１８には、レーザ２５およびレンズアセンブリが搭載されており（図６参照）、このレンズアセンブリは、１つ以上のレンズ、好適には一対のレンズ２２および２４を含んでおり、これらのレンズは、レーザ２５によって放出されたレーザビームを光学的に変化させるように動作可能である。
【００１７】
図６に最も良く見ることができるように、レーザ２５は固体レーザであり、好適には、半導体レーザであり、活性化されたときに、楕円形の断面を有するレーザビームを放出する。レンズ２２は、約２ｍｍの正の焦点距離を有する非球面状の凸レンズであり、ビーム内のほぼ全てのエネルギーを収集し、回折が制限されたビームを生成するように動作可能である。レンズ２４は、約−２０ｍｍの負の焦点距離を有する凹レンズである。レンズ２２、２４のそれぞれは、レンズホルダ２６、２８によって、ケーシング１８の約４ｍｍ内側に保持されており、組み立ての間に接着剤（明確化のために図示されていない）がフィルホール２９に導入されることを許容することによって、所定の位置に固定され、設置されている。コイルスプリング２７は、レーザの位置調整を補助している。レンズ２２、２４は、ビームの輪郭を整形する。
【００１８】
ケーシング１８から放出されたレーザビームは、オプションの固定式のバウンスミラー３２に配向され、このバウンスミラー３２によって反射される。スキャナもまた、ボード１６上に搭載され、このスキャナは、第１の水平スキャン角度Ａ（図７参照）にわたってバウンスミラーから反射されたレーザビームを掃引するように、慣性駆動部３６によって第１のスキャンレートで振動可能な第１のスキャンミラー３４と、第２の垂直スキャン角度Ｂ（図７参照）にわたって第１のスキャンミラー３４から反射されたレーザビームを掃引するように、電磁駆動部４２によって振動可能な第２のスキャンミラー３８とを含んでいる。異なる構成として、スキャンミラー３４、３８は、単一の２軸ミラーによって置換され得る。
【００１９】
慣性駆動部３６は、高速であって低電力消費型のコンポーネントである。慣性駆動部の詳細は、本出願の同一出願によって、２００３年３月１３日に出願された、米国特許出願公開第１０／３８７，８７８号明細書に記載されており、この米国特許出願は、参照により本明細書に援用される。慣性駆動部の使用は、電力消費を１ワット未満に低減させる。
【００２０】
電磁駆動部４２は、第２のスキャンミラー３８の背後に一緒に搭載されている永久磁石４４と、周期的な駆動信号の受信に応答して、周期的な磁場を生成するように動作可能な電磁コイル４６とを含んでいる。コイル４６は、周期的な磁場が磁石４４の永久磁場と磁気的な相互作用を行い、磁石ならびに第２のスキャンミラー３８を振動させるように、磁石４４に隣接している。コイル４６は、ボード１６に接続された直立壁４８によって支持されている。
【００２１】
慣性駆動部３６は、好適には５ｋＨｚ以上、より好適には約１８ｋＨｚ以上の高速のスキャンレートで、スキャンミラー３４を振動させる。この高速のスキャンレートは、不可聴周波数であるので、ノイズおよび振動を最小化する。電気駆動部４２は、約４０Ｈｚの低速のスキャンレートで、スキャンミラー３８を振動させる。この低速のスキャンレートは、過剰なフリッカを有さずに人間の目の網膜に画像が残存することを可能にするためには十分なスキャンレートである。
【００２２】
高速ミラー３４が水平スキャンラインを掃引し、低速ミラー３８が水平スキャンラインを垂直に掃引することより、ラスタパターンを形成する。このラスタパターンは、画像を構成するほぼ平行なスキャンラインのグリッドまたは系列である。各スキャンラインは、多数のピクセルを有している。画像の解像度は、好適には、６４０×４８０ピクセルのＶＧＡ品質である。一部のアプリケーションにおいては、その１／２である３２０×４８０ピクセルのＶＧＡ品質、またはその１／４である３２０×２４０ピクセルのＶＧＡ品質で十分である。最小でも、１６０×１６０ピクセルが必要である。
【００２３】
ミラー３４、３８の役割は、ミラー３８が高速、ミラー３４が低速というように、入れ替えられ得る。ミラー３４はまた、垂直スキャンラインを掃引するように設計され得、この掃引事象において、ミラー３８は、水平スキャンラインを掃引し得る。また、慣性駆動部は、ミラー３８を駆動させるために用いられ得る。特に、ミラーは、電気機械的駆動部、電気的駆動部、機械的駆動部、静電気的駆動部、磁気的駆動部、または電磁気的駆動部のうちのいずれかによって駆動され得る。
【００２４】
画像は、１つ以上のスキャンラインにおけるピクセルの選択的な照明によって構成され得る。図８を参照して以下に詳細に記載されるように、コントローラは、レーザビームによって、ラスタパターン３０における選択されたピクセルを照明させ、可視状態にする。例えば、電力コントローラ５０は、レーザ２５に電流を流すことにより、このレーザを活性化し、選択された各ピクセルに光を放出させ、レーザ２５に電流を流さないことにより、このレーザを不活性化し、その他の選択されていないピクセルを照明させないようにする。照明されたピクセルおよび照明されていないピクセルの結果として得られたパターンは、人間または機械によって読取り可能な情報またはグラフィックに関する任意の表示であり得る画像を含んでいる。レーザビームを所望のピクセルから偏向させ、レーザビームが第１のスキャンミラーに到達しないようにすることによって、ピクセルを照明させないようにするために、電力コントローラの代わりに、音響光学的な変調器が用いられ得る。
【００２５】
図７を参照すると、ラスタパターン３０が、拡大図で示されている。レーザビームは、点５４から開始して、慣性駆動部によって、水平方向に沿って、所定の水平スキャンレートで、点５６まで掃引され、スキャンラインを形成する。その後、レーザビームは、電磁駆動部によって、垂直方向に沿って、所定の垂直スキャンレートで、点５８まで掃引され、第２のスキャンラインを形成する。その後のスキャンラインの形成は、同じ方法で行われる。
【００２６】
マイクロプロセッサまたは制御回路の制御のもとで、電力コントローラ５０の動作によって、レーザを活性化するか、またはレーザを選択された回数だけオンおよびオフにパルシングすることにより、あるいは音響光学的な変調器の動作によって、レーザをオンに維持し、レーザビームを選択された回数だけ偏向させることにより、ラスタパターン３０に画像が形成される。所望の画像におけるピクセルが可視であることが所望されるときにのみ、レーザは、可視光を生成し、オンにされるか、あるいはそのビームが、適切に偏向させられる。ラスタパターンは、各ライン上の複数のピクセルおよび複数のラインから構成されるグリッドである。画像は、選択されたピクセルのビットマップである。全ての文字または数字、任意のグラフィカルデザインまたはロゴ、および機械読取り可能なバーコード記号さえも、ビットマップ画像として形成され得る。
【００２７】
図７はまた、ハウジング１０上の光透過性のポートまたは窓６０をも示しており、この窓６０を通って、印刷回路基板１６にほぼ垂直な方向に、画像が投影される。また、図４を参照すると、レーザビームの光路は、レーザ／光学素子のケーシング１８とバウンスミラー３２との間の垂直レグ６２と、左側のスキャンミラー３４に向けた傾斜レグ６４と、右側のスキャンミラー３８に向けた水平レグ６６と、窓６０に向けた方向にある基板１６に垂直な前方レグ６８（図７参照）とを有している。画像は、以下で説明されるような、本発明にしたがって構成される、任意の半透明または反射性の表面（例えば、スクリーン１２）に投影され得る。
【００２８】
図８に示されているように、ホスト８０は、メモリバッファ７０にビットマップ画像データ８２を送信する。このメモリバッファ７０は、メモリコントローラ７２によって制御されている。１つのフルＶＧＡフレームの格納には、約３００キロバイトが必要であり得る。１つのフレームがホストによって書き込まれる一方で、別のフレームが読み取られ投影されることを可能にするために、２つのフルＶＧＡフレーム（６００キロバイト）のために十分なメモリを、バッファ７０に有していることが、望ましくあり得る。一方、バッファのサイズがフルフレームよりも小さい場合に、コントローラ７２は、ホストによって送信されたデータによってメモリがその最大容量に到達した後に、またはバッファからの（バッファへの）同時の読取り（書き込み）が存在し得る場合に、ラインの表示を開始し得る。フレーム同期化信号８６は、ホストによってコントローラ７２に送信される。
【００２９】
第１のスキャンミラー３４（高速ミラーまたはＸ軸ミラーとも呼ばれる）は、慣性駆動部３６によって駆動され、メモリコントローラ７２によって制御される。同様に、第２のスキャンミラー３８（低速ミラーまたはＹ軸ミラーとも呼ばれる）は、電磁駆動部４２によって駆動され、メモリコントローラ７２によって制御される。画像は、Ｘ軸ミラーの前方および後方の両方のスキャンの間に投影されるので、画像データのその他すべてのラインは、逆順序で表示される。したがって、ホストは画像データを逆順序でバッファに書き込まなければならないか、あるいはメモリコントローラが画像データを逆順序で読み取らなければならない。
【００３０】
Ｘ軸ミラーは、正弦波の速度プロフィールを有している。所与の時間間隔において、レーザビームは、各スキャンラインの端部におけるピクセルよりも、各スキャンラインの中央部におけるピクセルを多く掃引する。画像の歪みを回避するために、メモリコントローラ７２は、可変クロックレートでピクセルをクロックする（ｃｌｏｃｋ）か、あるいはホストがピクセルのサイズが可変であるデータを用いて、バッファ７０を充填しなければならない。可変クロックレートは、固定サイズのピクセルがその他のディスプレイと共有されることを可能にするので、可変クロックレートは、好適な技術である。
【００３１】
バッファの出力は、デジタル信号８４であり、これは、ホストとクロック同期化され、Ｘ軸ミラー３４とクロック同期化およびライン同期化される。このデジタル信号は、変調器８８に送信され、これは次に、レーザ２５を制御する。
【００３２】
図９〜図１０は、分離した状態で慣性駆動部３６を示している。上記の２００３年３月１３日に出願された、米国特許出願第１０／３８７，８７８号に記載されているように、上部の一対の圧電トランスデューサ１１０、１１２は、スクリーンミラー３４の上のフレーム１１４の間隔を空けられた部分（ｓｐａｃｅｄ−ａｐａｒｔ  ｐｏｒｔｉｏｎ）と接触し、ワイヤ１１６および１１８によって、周期交流電源に電気的に接続される。周期電源は、使用中にトランスデューサ１１０、１１２の長さを交互に伸縮させることにより、フレーム１１４がヒンジ軸１２０のまわりで捩れるようにする。スキャンミラー３４は、ヒンジ軸の反対側でフレームに接続されており、共振周波数で、ヒンジ軸のまわりで振動する。
【００３３】
下部の一対の圧電トランスデューサ１２２、１２４は、スキャンミラー３４の下のフレーム１１４の間隔を空けられた位置（ｓｐａｃｅｄ−ａｐａｒｔ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）と接触する。トランスデューサ１２２、１２４は、フィードバック機構またはピックアップ機構として機能し、フレームの振動運動をモニタし、ワイヤ１２６、１２８に沿って、フィードバック制御回路に電気的フィードバック信号を流す。
【００３４】
しかしながら、トランスデューサ１１０、１１２によって導入された振動は、トランスデューサ１２２、１２４によって検出されるが、フィードバック信号を劣化させることにより、投影される画像に悪影響を与える傾向がある。したがって、駆動機構およびピックアップ機構は、例えば、両機構を圧電効果に基づいたものにしないことによって、異なったものとして構成されていることが好適である。これらの機構のうちの１つは、異なるタイプの機構に基づいている。例えば、図１０に示されているように、磁石１３０は、ミラー３４と一緒に振動するようにするために、ミラー３４の背後に一緒に搭載されており、図９に示されているように、電磁フィードバックコイル１３２は、磁石１３０に隣接して搭載されている。コイル１３２は、磁石の移動によって誘導された周期的な電磁場を感知し、トランスデューサ１１０、１１２からの振動に反応しない。
【００３５】
図１〜図２を参照すると、スクリーン１２は、ハウジング１０上に搭載されており、軸１４において、複数の位置のうちの任意の位置に軸回転することが可能である。例えば、図１に示されているように、スクリーン１２は、垂直平面に存在しており、ラスタパターン３０のビットマップ画像は、窓６０を介することにより、モジュール２０によって、画像平面を定義する垂直スクリーンに投影される。スクリーン１２は、ハウジングの前方からより便利に視認することができるように、水平に対して鈍角を形成するように、後ろに傾斜されることにより、別の画像平面を形成し得る。鋭角を含むその他の角度もまた、用いられ得る。図２に示されているように、スクリーン１２は、スクリーンがハウジング１０を傾斜した位置に支持する角度位置に軸回転され得、この場合では、画像はスクリーン１２に投影されないが、その代わりに、離れた表示表面、例えば、離れた表示スクリーン４０（これは、さらに別の画像平面を形成する）に投影され得る。アクチュエータ１３４が、手動で押されると、画像の投影が開始される。このように、図１〜図２の実施形態において、画像は、ハウジング１０においてオンボード形式で、複数の角度位置のうちの１つの角度位置のスクリーン１２に投影されるか、あるいはハウジングからオフボード形式で、離れたスクリーン４０、またはその他のなんらかの類似した表示表面に投影される。
【００３６】
上述のように、スクリーン１２、４０上の画像は、スペックルノイズに起因する劣化を受ける。主な理由は、レーザ２５は、コヒーレント波を有しており、レーザビームがスクリーン１２、４０から反射する際、および／またはレーザビームがスクリーン１２、４０を通過する際に、このコヒーレント波が散乱し、これらの散乱された波が結合して、静的な干渉パターンを形成するからである。これも上述のように、レーザ２５のコヒーレンス時間は、一般にはナノ秒範囲であるが、散乱された波の伝達時間は、約数ピコ秒である。
【００３７】
本発明にしたがうと、表示スクリーン１０、４０は、図１１に示されているように変化させられ、例えば、複数の光学的共振器１４０を含められる。この複数の光学的共振器１４０は、好適には、スクリーン内に埋め込まれたフォトクリスタルの微小粒子である。各光学的共振器は、コヒーレンス時間と同じくらい、およびコヒーレンス時間以上の時間にわたって、入射したビームを捕捉することにより、数ピコ秒ではなく数ナノ秒にわたって、ビームをスクリーンに捕捉する。レーザビームの波は、共振器によって散乱され、時間によって変動する干渉パターンを形成する。これは、人間の目によって平均化されるので、スペックルノイズを低減させる。
【００３８】
各フォトクリスタル粒子は、ピクセルよりもサイズが小さい。各粒子は、周期的な誘電構造、例えば、所定の周波数範囲の光の伝播を妨げるバンドギャップを有しているシリコンである。光が捕捉されるので、共振空洞が形成される。
【００３９】
共振空洞の共振周波数は、レーザビームの周波数に依存する。スクリーン上に投影された画像がカラー画像であるときに、異なる周波数の３つの異なるクリスタルが用いられ得るように、赤色ビーム、青色ビーム、または緑色ビームは、３つの異なる周波数を有し得る。
【００４０】
表示スクリーンは、好適には、成形材料、例えばプラスチックまたはラバーから構成されており、フォトクリスタルは、液体状態で成形可能な材料と混合される。一旦成形可能な材料がセットされると、クリスタルは、スクリーン全体にわたってランダムに分散される。クリスタルによって形成された各共振空洞は、非常に高い（１０，０００以上の）Ｑ係数を有している。これらの空洞が光を捕捉するときの時間定数は、クリスタル内部における光の往復時間とＱ係数との積にほぼ等しく、レーザのコヒーレンス時間以上である。
【００４１】
表示スクリーンは、前方投影システムに対して反射的であり、後方投影システムに対して透過的であることがあり得る。クリスタル粒子は、必ずしも埋め込まれる必要はないが、スクリーンの主表面のコーティング層として塗布され得る。
【００４２】
本発明の別の特徴は、スクリーンに添加物を追加することにより、好適にはコヒーレンス時間以上の時間にわたって、入射したビームを捕捉することである。スクリーンそのものの材料は、この捕捉特性を有するように選択され得る。光子の経路長がレーザのコヒーレンス長よりも長い場合、スクリーンの前方表面および後方表面から反射された複数の光子の間には、干渉が全く存在しない。スクリーンは、流動性を有する材料、例えば、液体またはガスを含み得、この原子または分子は、ブラウン運動（図１２参照）によって移動するか、あるいは加熱（図１２における矢印を参照）によって移動させられ、干渉パターンを時間によって変動するように変化させ、流動性を有する材料は、人間の目の積分時間よりも速いレートで移動する。
【００４３】
さらに別のアプローチにおいて、スクリーンは変化させられないが、その代わりに、レーザの帯域幅が増加させられる。このことは、コヒーレンス時間の減少につながり、この場合もまたスペックルノイズが低減される。
【００４４】
新規であって、特許証によって保護されることが望まれるものとして請求されている内容は、請求の範囲に述べられている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明にしたがう表示スクリーン上に画像を投影するための装置の斜視図である。
【図２】図２は、本発明にしたがう別の表示スクリーン上に画像を投影するための図１の装置の斜視図である。
【図３】図３は、図１の配置に取り付けるための画像投影アセンブリまたは画像投影モジュールの拡大された、上から見た、斜視図を示している。
【図４】図４は、図３のモジュールの平面図である。
【図５】図５は、図２のモジュールの端面図である。
【図６】図６は、図４の直線６−６に沿って切り取られた、モジュールのレーザ／光学的アセンブリの拡大された断面図である。
【図７】図７は、図１の直線７−７に沿って切り取られた、拡大された断面図である。
【図８】図８は、図３のモジュールの動作を示す電気回路図である。
【図９】図９は、図２のモジュールのための駆動部の前から見た斜視図である。
【図１０】図１０は、図９の駆動部の後ろから見た斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明にしたがって変化された表示スクリーンの概略図である。
【図１２】図１２は、別の変化されたスクリーンの概略図である。
【図１】
2008539466.tif 000003
【図２】
2008539466.tif 000004
【図３】
2008539466.tif 000005
【図４】
2008539466.tif 000006
【図５】
2008539466.tif 000007
【図６】
2008539466.tif 000008
【図７】
2008539466.tif 000009
【図８】
2008539466.tif 000010
【図９】
2008539466.tif 000011
【図１０】
2008539466.tif 000012
【図１１】
2008539466.tif 000013
【図１２】
2008539466.tif 000014
【国際調査報告】
2008539466.tif 000015
2008539466.tif 000016