(57)【要約】  レーザ源の動作方法が提供される。レーザ源は、光信号を発生するように構成されたレーザ及び光信号に結合される偏光分割／遅延ユニットを備える。偏光分割／遅延ユニットは、光信号を直交する第１及び第２の偏光成分に分割し、直交偏光成分間に光路長差を生じさせ、直交偏光成分を結合して結合信号にするように構成される。方法はさらに、変調光信号が少なくとも第１の波長及び第２の波長を含むように、レーザに波長変調信号を印加することによって光信号を変調する工程を含み、これらの波長は波長差で隔てられる。波長差及び光路長差は、直交偏光成分が位相整合状態と位相不整合状態の間で往復振動するような差である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ源の動作方法において、
前記レーザ源が光信号を発生するように構成されたレーザ及び前記光信号に結合される偏光分割／遅延ユニットを備え、
前記偏光分割／遅延ユニットが、前記光信号を直交する第１及び第２の偏光成分に分割し、前記第１の直交偏光成分と前記第２の直交偏光成分の間に光路長差ΔＬを生じさせ、前記第１の直交偏光成分と前記第２の直交偏光成分を結合させて結合信号にするように、構成され、
前記方法が、変調光信号が少なくとも第１の波長λ１及び第２の波長λ２を含むように、前記レーザに波長変調信号を印加することによって前記光信号を変調する工程を含み、
前記第１の波長λ１と前記第２の波長λ２が波長差Δλで隔てられ、
前記波長差Δλ及び前記光路長差ΔＬが、前記第１の成分の位相と前記第２の成分の位相がほぼ整合している位相整合状態と、前記第１の成分の位相と前記第２の成分の位相がほとんど整合していない位相不整合状態の間で、前記第１の成分及び前記第２の成分が往復振動するような、差である、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の直交偏光成分及び前記第２の直交偏光成分がほぼ等しいパワー及び相互に直交する偏光状態を有し、
前記偏光状態が、直交する直線偏光状態または左回転及び右回転の円偏光状態を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記偏光分割／遅延ユニットが、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ及び、前記少なくとも１つの偏光ビームスプリッタの周りに配置された、複数の自由空間ミラーを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記偏光分割／遅延ユニットが偏光ビームスプリッタ及び第２の１/４波長板と平行に配置された第１の１/４波長板を有し、
前記第１の成分が前記第１の１/４波長板に向けて前記偏光ビームスプリッタで反射され、前記第２の成分が前記偏光ビームスプリッタを透過し、
前記第１の１/４波長板が前記第１の成分を第１の偏光状態から第２の偏光状態に転換して、前記第１の成分を、前記偏光ビームスプリッタを通して、前記第２の１/４波長板に向けて反射し、
前記第２の１/４波長板が前記第１の成分を前記第２の偏光状態から前記第１の偏光状態に転換して、前記第１の成分を前記偏光ビームスプリッタに向けて反射し、
前記第１の成分が前記偏光ビームスプリッタで反射されて、前記第２の成分と結合される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記波長差Δλが、ｍを正整数とし、λ１を前記光信号の波長として、
【数１】
2011508286.tif 000010
であるように選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００７年１２月３１日に出願された米国仮特許出願第６１/０１８１１４号及び２００８年２月２６日に出願された米国(非仮)特許出願第１２/０７２４２６号の恩典を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は光信号の偏光変調のためのシステム及び方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、レーザ投影画像内に見ることができるスペックルの存在を抑制するための、レーザ源及びレーザ投影システムの動作の設計及び動作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
スペックルは、粗い表面、例えばスクリーン、あるいは拡散反射または拡散透過を生じる他のいずれかの物体の照明にコヒーレント光源が用いられる場合には必ず生じ得る。詳しくは、スクリーンまたはその他の反射物体の複数の小面積が光を散乱させて、原点が異なり、伝搬方向が異なる、複数の反射ビームにする。観測点において、例えば観察者の眼またはカメラのセンサにおいて、これらのビームは増加的に干渉して輝点を生じるかあるいは減殺的に干渉して暗点を生じて、スペックルとして知られる無秩序な粒状強度パターンを形成する。スペックルの特性は、粒径及び、観測平面における平均光強度に対する標準偏差の比として通常定められる、コントラストで表すことができる。照明面積が十分大きく、個々の散乱点径が十分に小さい場合、スペックルは「完全発現」し、輝度標準偏差が１００％になるであろう。限定ではなく例として、画像がレーザビームを用いて表面スクリーン上に形成されると、そのような粒状構造は雑音、あるいは重大な画像品質劣化を表すであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態にしたがえば、レーザ源の動作方法が提供される。レーザ源は、光信号を発生するように構成されたレーザ及び光信号に結合される偏光分割／遅延ユニットを備える。偏光分割／遅延ユニットは、光信号を直交する偏光状態を有する第１の成分と第２の成分に分割し、第１の成分と第２の成分の間に光路長差ΔＬを生じさせ、第１の成分と第２の成分を結合して結合信号にするように構成される。本方法は、変調光信号が少なくとも第１の波長λ１及び第２の波長λ２を含むように、レーザに波長変調信号を印加することによって光信号を変調する工程を含み、第１の波長λ１と第２の波長λ２は波長差Δλだけ隔てられる。波長差Δλ及び光路差ΔＬは、第１の成分の位相と第２の成分の位相がほぼ整合している(ほぼπの偶数倍の位相差を有する)位相整合状態と第１の成分の位相と第２の成分の位相がほとんどずれている(ほぼπの奇数倍の位相差を有する)位相不整合状態の間で往復振動するような差である。
【０００５】
本発明の別の実施形態にしたがえば、レーザ源、レーザドライバ及びシステムコントローラを備える、レーザ投影システムが提供される。レーザ源は、光信号を発生するように構成されたレーザ及び光信号に結合される偏光分割／遅延ユニットを備える。システムコントローラは変調光信号が少なくとも第１の波長λ１及び第２の波長λ２を含むようにレーザに波長変調信号を印加することによって光信号を変調するようにプログラムされ、第１の波長λ１と第２の波長λ２は波長差Δλだけ隔てられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は本発明の一実施形態にしたがうレーザ投影システムの説明図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態にしたがう偏光分割／遅延ユニットの説明図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態にしたがう偏光分割／遅延ユニットの説明図である。
【図４】図４は本発明の一実施形態にしたがう偏光分割／遅延ユニットの説明図である。
【図５】図５は本発明の一実施形態にしたがう偏光分割／遅延ユニットの説明図である。
【図６】図６は本発明の一実施形態にしたがう偏光分割／遅延ユニットの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照数字で示される添付図面とともに読まれたときに最善に理解され得る。
【０００８】
初めに図１を参照すれば、レーザ３０，レーザドライバ２０，レーザ投影光学系４０，システムコントローラ１０及び投影画像平面５０を備えるレーザ投影システム１００の文脈において、本発明の特定の実施形態を説明することができる。システムコントローラはレーザドライバ２０及び投影光学系４０を制御することができる。レーザ３０には、半導体レーザ、光励起固体レーザ、ファイバレーザまたは小波長変調可能なその他のいずれかのタイプのレーザを含めることができる。図１は例示的な、レーザ３０が周波数変換による１つないしさらに多くのビーム、例えば緑色レーザビーム、及び／または半導体レーザからそのままの１つないしさらに多くの光ビーム、例えば赤色レーザビーム及び青色レーザビームを発生する走査型プロジェクタとして動作するようにレーザ投影システム１００が構成される場合を示す。
【０００９】
レーザ走査型システムは本発明を適用することができる特定の用途の１つであるが、例えば、フレームプロジェクタ、ラインプロジェクタまたはホログラフプロジェクタのような、他のタイプのレーザ投影システムにも本発明の概念を適用できることは当然である。これらのプロジェクタ用のレーザ投影光学系４０は、一次元(１Ｄ)または二次元(２Ｄ)の空間光変調器を有することができる。例えば、フレームプロジェクタは２Ｄ(フルフレーム)空間光変調器がレーザ３０で照明されるプロジェクタであり、ラインプロジェクタは１Ｄ(１ライン)空間光変調器を利用する。ラインプロジェクタは(１Ｄ)空間光変調器を利用して１ラインを生成し、このラインは次いでレーザ３０で照明され、拡大レンズで拡大され、走査ミラーによってスクリーンにかけて走査されて、投影画像の１フレームを形成する。空間光変調器はフレームまたはライン内の個々のピクセルの強度をオン状態とオフ状態の間で、オン状態とオフ状態の間のいかなる状態(例えばある範囲の反射／透過状態)も含めて、変化させる。次いで、フレーム投影の場合はスクリーン５０上にフレーム画像を再生し、ライン投影の場合はライン画像を垂直方向に走査するために、１つないしさらに多くの拡大レンズ(図示せず)を有することができる、投影光学系４０を用いることができる。テキサスインスツルメンツ(Texas Instrument)社のＤＬＰ(登録商標)チップのようなデジタルミラーデバイス(ＤＭＤ)のような、偏光不感空間光変調器が用いられる場合、レーザ偏光変調を直接用いて、画像品質に影響を与えずにスペックルを低減することができる。
【００１０】
ＬＣＤ型またはシリコン上液晶(ＬＣＯＳ)型の偏光敏感空間変調器のような別の技術においては、直線偏光を回転させて検光子を用いることで、ピクセルが変調される。ピクセル偏光のため、レーザ３０の偏光の変調はＬＣＤ型またはＬＣＯＳ型のプロジェクタを用いた場合に画像を破壊し得る。一解決策は、フレーム毎ベースでレーザ偏光状態を２つの直交する直線偏光状態の間で切り換え、フレーム生成周波数の１/２の周波数でレーザの偏光状態に応じて画像を反転させることである。８ビット変調器を用いる例として、ＬＣＤ型またはＬＣＯＳ型の変調器がｐ偏光ビームを期待していて、レーザ３０が現時点のフレームに対してｓ偏光ビームを放射するように変調されれば、[２５６−それぞれのピクセルの値]の絶対値をとることによって画像が反転される(例えば、変調器上のピクセルの値が２５６であれば、ピクセルの反転値は０である)。
【００１１】
レーザ投影光学系４０は、ラスター走査投影画像の場合に、走査ミラーも有することができる。光学素子は協同して、そのままのレーザ信号または周波数変換によって発生された信号で形成される光ビームを利用して、投影スクリーンまたは投影画像平面５０上に二次元走査レーザ画像を形成する。レーザ３０，例えば周波数２逓倍半導体レーザは、第１の成分及び第２の成分を有する光信号１１１を放射することができる。例えば、第１の成分はｓ偏光レーザビームとすることができ、第２の成分はｐ偏光レーザビームとすることができる。第１の成分のと第２の成分の一方は偏光分割／遅延ユニット１１０内で遅延させることができる。レーザ３０によって放射される光信号１１１は２つないしさらに多くの波長の間で交互させるかまたは連続的に掃引し、よって波長差Δλを生じさせるために、変調することができる。光信号１１１が偏光分割／遅延ユニット１１０を出た後、得られた結合信号１２０は方向を変えられ、走査ミラー４０によって走査される。走査光信号１２２は次いで投影画像径面に向けられる。
【００１２】
本発明にしたがえば、ラスター走査型投影システムにおいて、偏光変調を用いてビーム品質を低下させずにスペックルを低減することができる。本発明は、本明細書で上述したように、他のタイプのプロジェクタで用いることもできる。光信号１１１の偏光状態を２つの直交する偏光状態の間で急速に(眼の応答時間より速く)切り換えるかまたは振動させれば、スペックルコントラストを、
【数１】
2011508286.tif 000003
【００１３】
に減じることができる。他にスペックル低減要因がないとすれば、第１に完全発現スペックル１００％に近いコントラストを有すると見なすことで、スペックルを決定することができる。第２の観点は、ほとんどの拡散面(例えばスクリーン)は光を減偏光し、したがって、２つの偏光状態の内の１つから散乱された光にそれぞれが対応する、２つの独立したスペックルパターンが放射されることである。この結果、偏光状態以外のいかなるスペックル低減要因もなしに、スペックルコントラストは、
【数２】
2011508286.tif 000004
【００１４】
になると考えられる。この別の偏光スクランブルシステムと本発明の方法を合わせると、スペックルをさらに、
【数３】
2011508286.tif 000005
【００１５】
に減じることができ、よって最終のスペックルコントラストは約５０％である。しかし、５０％でさえ、いくつかの用途においては、スペックルを目につかないようにするに十分ではないであろう。したがって、本明細書に説明されるシステム及び方法を、スペックルを低減するための別の手段及び手法とともに用いて、複合効果をうむことができる。
【００１６】
全般に、本発明の実施形態は、２つの出力波長の間で急速に振動するかまたは切り換わる、レーザ３０によって発生される光信号１１１を、パワーが等しく、偏光状態が直交する、２つの成分に分割し、成分の一方をあらかじめ定められた大きさだけ遅延させて光路長差ΔＬを生じさせ、両成分を結合して結合信号１２０をつくる。直交偏光状態は９０°偏光または直線偏光に限定されない。偏光状態は、２つの偏光状態が相互に干渉しない場合に、直交している。例えば、左回転円偏光状態と右回転円偏光状態は直交偏光状態である。スペックルを最適に低減するためには、本明細書に説明されるように、光路長差ΔＬ及び波長差Δλが、２本の偏光ビームが位相整合状態と位相不整合(すなわち逆位相)状態の間で振動し、よって結合信号１２０も２つの直交状態の間で振動するように、十分に大きくなければならない。位相整合は成分がほぼπの偶数倍の位相差を有していると定義することができる。逆に、位相不整合は成分がほぼπの奇数倍の位相差を有していると定義することができる。例えば、波長変調を導入していなければ、コヒーレント長をこえるに必要な大きさの遅延には、小型パッケージに組み込むには長すぎる光路が必要になり得る。限定ではなく例として、周波数２逓倍半導体レーザのスペクトル線幅は一般に１ＧＨｚ以下であり、したがってコヒーレント長は３０ｃｍより長い。したがって、十分な光遅延を実施するには、半導体レーザ３０が使用される可能性が高い小型プロジェクタには適していない、少なくとも７×７ｃｍの大きさのガラスブロックが必要になるであろう。
【００１７】
本明細書に説明されるように波長変調を導入すると、所要光路長差ΔＬが激減し、小型パッケージの使用が可能になる。本発明は極めて小型であり、光信号品質を変えずにスペックルコントラスト低減を達成し、したがって小型ラスター走査型レーザプロジェクタに適する。さらに、偏光変調は極めて速く、走査レーザ画像のピクセルレートと同等かまたはさらに高い周波数で、施すことができ、よって他のより低速のスペックルコントラスト低減手段と併用できる。
【００１８】
さらに詳しくは、図２〜６を参照すると、偏光分割／遅延ユニット１１０は入り光信号１１１を分割して、パワーがほぼ等しく、偏光状態が直交する、２つの成分にする。偏光分割／遅延ユニット１１０は、光信号１１１を偏光状態が直交する２本のビームに分割するために用いることができる、１つないしさらに多くの偏光ビームスプリッタ１１２を有することができる。偏光ビームスプリッタ１１２の特定の例の１つは、一般に、参照数字１１２で示されるそれぞれの長面が空隙で隔てられた、方解石(またはその他の同様な複屈折性材料)の２つの直角プリズムからなり、方解石結晶の光軸は反射平面に平行に揃えられている、グラン−テイラープリズムである。入り光信号１１１の電場ベクトルが入射／反射平面に平行な(ｐ偏光として知られる)成分は偏光ビームスプリッタ１１２を透過し、電場ベクトルが入射／反射平面に垂直な(ｓ偏光として知られる)成分は全反射を受けて直角に偏向される。光信号１１１が入射／反射平面に対して４５°偏光されていれば、光信号は、一方が透過して他方が反射される、ほぼ等パワーの直交するｐ偏光成分とｓ偏光成分に分割されるであろう。
【００１９】
図２に示されるように、偏光分割／遅延ユニット１１０はビーム分割面１１２を形成するように揃えられた２つの直角プリズム１１５，１１９を有し、一方のプリズム１１５の形状は立方体である。立方体プリズム１１５は、ｐ偏光をほぼ１００％反射するためのコーティングが施された、偏光ビームスプリッタ１１２から離れてスプリッタ１１２に面する３つの壁面１１４，１１６及び１１８を有する。限定ではなく例として、入り光信号１１１が入射平面に対して４５°偏光していれば(これは、例えばレーザ３０を物理的に回転させるかまたは１/２波長板を用いることによって達成できる)、光信号１１１はプリズム間境界において２つの等パワー成分に分割されるであろう。ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１１２から反射されて、直ちに偏光分割／遅延ユニット１１０を出るであろう。ｐ偏光成分はプリズム壁面１１４，１１６及び１１８から３回の反射を受け、次いでビームスプリッタ１１２を透過し、ｓ偏光成分と結合されて、結合信号１２０を形成するであろう。図２に示される構成に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分の間の光路長差ΔＬは、
【数４】
2011508286.tif 000006
【００２０】
に等しく、ここで、ａは立方体の辺の長さであり、ｎは材料の屈折率である。
【００２１】
他にも、光信号１１１を２つの直交する偏光成分に分割するとともに成分の一方を遅延させるに有効であろう、多くの偏光分割／遅延ユニット１１０の構成がある。図３の例示的実施形態に示されるように、２つの偏光ビームスプリッタ１１２，１１３をプリズム１１７と１１９の間に２つの境界をつくることによって形成することができる。ｓ偏光成分は第１の偏光ビームスプリッタ１１２によって反射され得るが、ｐ偏光成分は第１の偏光ビームスプリッタ１１２及び第２の偏光ビームスプリッタ１１３のいずれも透過する。プリズム１１７の２つの壁面１３０，１３２には、例えばｓ偏光をほぼ１００％反射するためのコーティングを施すことができ、よって、ｓ偏光を２回反射させた後に、偏光ビームスプリッタ１１３から反射させ、ｐ偏光成分と再結合させて、結合信号１２０の形にすることができる。
【００２２】
図４に示されるように、偏光ビームスプリッタ１１２及び外面にほぼ１００％反射膜のコーティングが施された２枚の平行な１/４波長板１３４及び１３６も、偏光分割／遅延ユニット１１０として用いることができる。この例示的構成において、この例ではｓ偏光として表される、第１の成分が偏光ビームスプリッタ１１２で反射されて、ｐ偏光は偏光ビームスプリッタ１１２を透過する。偏光ビームスプリッタ１１２で反射された後、ｓ偏光成分は、ｓ偏光成分をｐ偏光に変える、第１の１/４波長板１３４に向けられる。ｐ偏光ビームは次いで第１の１/４波長板１３４で反射され、偏光ビームスプリッタ１１２を透過して、第２の１/４波長板１３６に向かう。次いで第２の１/４波長板１３６が第１の成分をｐ偏光からｓ偏光に変え、次いでｓ偏光を反射して、偏光ビームスプリッタ１１２に向ける。偏光ビームスプリッタ１１２はこのｓ偏光を反射して、ｓ偏光を第２の成分であるｐ偏光と結合させる。結合信号１２０はｐ偏光成分と遅延ｓ偏光成分を有し、光路長差ΔＬは２ａｎに等しい。ここで、ａはビーム分割立方体の壁長であり、ｎは材料の屈折率である。
【００２３】
図５及び６に示されるように、複数の自由空間ミラーが光信号１１１の直交する偏光成分の向きを変えて、光路長差ΔＬを与えることができる。例えば、図５の例示的実施形態において、偏光ビームスプリッタ１４０は、ｐ偏光成分を透過させるがｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１４０から反射されるように、構成され、透過ｐ偏光成分は次いで２枚の自由交換ミラー１４２及び１４４で向きを変えられる。図６において、ｓ偏光成文は３枚の自由空間ミラーによってビーム分割立方体１５０の周囲をまわる経路をとらされ、次いでｐ偏光成分と結合されて、結合信号１２０を形成する。所望の光路長差ΔＬを達成するためにいかなる数の自由空間ミラーも用いることができる。選択され得る他の構成には、例えば光ファイバケーブルを通る遅延成分の経路を含めることができる。
【００２４】
偏光分割／遅延ユニット１１０に対する構成の特定の選択は、光信号１１１の２つの偏光状態が直交し、異なる経路を進行してから混合されて光路長差ΔＬを獲得する限り、本発明の機能の適切な実行に重要ではない。入り光信号１１１は円偏光とすることができ、９０°と異なる角度で偏向させることができ、あるいはそれぞれの成分を異なる角度でプリズム内を透過させることができる。遅延成分が、空気中ではなく、複屈折材料内を進行する構成は、材料の屈折率が一般に１より大きいことから大きさの点で若干有利であり、ミラーの位置合せが必要ではないからパッケージ構成が容易になり得る。
【００２５】
レーザ３０の光信号１１１は、式(１)：
【数５】
2011508286.tif 000007
【００２６】
で与えられるような、波長差Δλで急速に振動するか、または波長差Δλで隔てられる第１の波長λ１と第２の波長λ２の間で急速に切り換わるようにつくられる。ここでｍは正整数である。
【００２７】
所要の波長変調または切換えを生じさせるために様々な方法を用いることができ、方法は用いられるレーザのタイプに依存し得る。例えば、レーザ３０は５３０ｎｍ(緑色)出力を生じる周波数２逓倍１０６０ｎｍダイオードレーザとすることができ、ダイオードレーザチップは、位相区画、ＤＢＲ(または波長選択)区画及び利得区画を有する３区画ＤＢＲ構造をもつチップとすることができる。本発明の発明者等は、そのようなＤＢＲレーザの出力波長を、利得区画のバイアスを一定に保ったまま、可変バイアスの形態の波長変調信号をＤＢＲ区画及び／または位相調整区画に印加することによって、連続的にまたは自由スペクトル範囲(縦モード間隔)に等しいステップで変化させ得ることを認めた。発明者等は、レーザ利得区画電流を急速にゼロにリセットすると、ＤＢＲレーザは様々な縦キャビティモードをランダムに選択し、よってレーザが複数の波長間で振動するであろうことも認めた。波長変調信号は、方形波信号、正弦波信号及び、光信号１１１がΔλで隔てられた２つの波長間で切り換わるような、ランダム信号を含むが、これらには限定されない、いずれかのタイプの信号とすることができる。
【００２８】
システムコントローラ１０で制御することができるレーザドライバ２０は波長変調信号をレーザ３０に印加するように構成することができる。例えば、レーザドライバ２０は、所望の波長変調信号を生成するように構成された回路とすることができる。一般に、位相区画への高周波ＡＣバイアスの印加の結果、振幅がバイアス電圧(または電流)に依存する、出力波長の高速連続変調(掃引)がおこるであろう。ＤＢＲ区画へのＡＣバイアスの印加の結果、レーザにキャビティモードに対応する２つないしさらに多くの離散波長の間の高速切換え(モードホッピングとして知られる現象)がおこるであろうが、この挙動は特定のチップ設計に依存し得る。例えば、チップ長を３ｍｍとすれば、縦モードの間隔は１４.３ＧＨｚ、すなわち１０６０ｎｍにおいて０.０５４ｎｍである。周波数２逓倍後、これは緑色光における０.０２７ｎｍの波長間隔に相当する。
【００２９】
周波数２逓倍が用いられる用途においては、波長変調または切換えが周波数２逓倍効率の低下による大きな出力パワー変動が生じないことを保証することが重要である。一般に、周期分極反転ニオブ酸リチウム(ＰＰＬＮ)結晶が比較的低パワーの赤外(ＩＲ)レーザ源の周波数の２逓倍に用いられる。しかし、ＰＰＬＮ結晶は波長変調とともに用いられると周波数２逓倍効率が低下する結果となり得る。したがって、本発明が関わる場合、パワー変動を許容できる値以下に抑えるには、より短い結晶または別の形の非一様分極反転が必要になり得る。
【００３０】
式(１)から得られるように、遅延によって生じた光信号１１１の２つの成分間の位相差が源波長λ１に対してψであれば、源波長λ１＋Δλに対する位相差はψ＋(２ｍ−１)πである。偏向分割／遅延ユニット１１０を出る結合信号１２０の源波長λに対する偏光状態は源波長λ１＋Δλに対する偏光状態に直交する。これを説明するため、源波長λ１に対して、結合信号１２０のｓ成分とｐ成分が位相整合しているとする。得られる結合信号１２０の偏光状態はビームスプリッタの入射／反射平面に対して＋４５°をなす電場ベクトルにしたがう直線偏光であろう。源波長λ１＋Δλに対して、ｓ成分とｐ成分は(２ｍ−１)πの位相差をとる、すなわち位相不整合になるであろう。結合信号１２０は直線偏光のままであるが、ビームスプリッタの入射／反射平面に対して−４５°をなす電場ベクトルにしたがう。したがって、振幅がΔλの連続波長変調、あるいは間隔がΔλの２つの離散波長間の切換えの結果、２つの直交状態間での偏光の変調が生じるであろう。そのような結合信号１２０が、例えばスクリーン上に画像を投影するために用いられると、偏光状態を変化させない場合に対して、スペックルコントラストが３０〜５０％低減されるであろう。
【００３１】
波長変調を導入すると、偏光分割／遅延ユニット１１０は大きさが非常に小さくなり、したがって、例えば小型プロジェクタへの組込に適することができる。限定ではなく例として、周波数２逓倍後にΔλ１＝０.０２７ｎｍの半導体ＤＢＲレーザを考える。式(１)から、ｍ＝１，ｎ＝１.５とすれば、５.２ｍｍの光路長差ΔＬが得られる。図１に示される偏光分割／遅延ユニット１１０の構成に対しては、
【数６】
2011508286.tif 000008
【００３２】
であり、したがって必要な立方体プリズムの壁面または辺は短く、１.２３ｍｍである。これはコリメートされたレーザビームを受け入れるには小さすぎるかもしれない。しかし、同じタイプのレーザに対し、本解決策では一層大きな光路長差ΔＬ及び、ＤＢＲ区画に対する変調振幅を調節することで達成できる、一層小さな波長間隔Δλを用いることができる。縦モード間の切換えが好ましい場合には、さらに大きな遅延ユニットを達成することもできる。例えば、式(１)でｍ＝２であれば、必要な立方体の辺の長さはｍ＝１の場合の３倍、すなわち、３.６８ｍｍとなるはずである。
【００３３】
本発明にしたがうレーザ３０の波長変調は非常に高速に、ナノ秒スケールで、施すことができる。ＤＢＲレーザの例に対し、ＤＢＲ区画または位相区画を１ＧＨｚ近く、さらには１ＧＨｚをこえる、レートで変調することができる。例えば、ＸＶＧＡ画面(１０２４×７６８ピクセル)及び６０Ｈｚフレームレートを有する画像投影システム１００に本発明を導入した場合、「ピクセルレート」は４７.２ＭＨｚである。したがって、本明細書に開示される本発明を適用することによって、結合信号１２０の偏光状態は単ピクセルの表示時間に相当する時間長の間に数回変わり得る。この結果、本発明は、眼の応答時間内の平均に依存するが、より低速のレートで動作する、別のスペックルコントラストを低減するための方法と組み合わせて、複合効果を達成することができる。別の例として、スクリーン５０上のピクセルの位置を連続するフレームの間で僅かに変えて、異なるスペックルパターンを生じさせることができる。眼の応答は６０Ｈｚレートに対して個々のフレームを認識するに十分には速くないから、スペックルコントラストは、
【数７】
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【００３４】
だけ低減されるであろう。ここで、２は(減偏光スクリーンであるとして)偏光スクランブルによる係数であり、ｋは投影されるピクセルの異なる位置の数である。例えば、ｋ＝３とすれば、眼に入る総合スペックルコントラストは元の２９％まで低減されるであろう。
【００３５】
発明者等は非常に高速に波長変動を生じさせるための一方法がレーザダイオードのチャーピングの使用を含むことを認めた。レーザダイオードがオンに切り換えられると、レーザが定常状態に達する前におこるキャリア密度変動により、波長がナノ秒スケールの速度で変動する。したがって、数ナノ秒の間隔でオンとオフを連続的に切り換えることにより、レーザの波長はピクセル周波数より高い周波数で絶えず振動する。
【００３６】
「好ましい」、「普通に」、「通常」及び「一般に」のような語句は、本明細書に用いられる場合、特許請求される本発明の範囲を限定する、あるいはある特徴が特許請求される本発明の構造または機能に必須であるか、肝要であるかまたは重要であることさえ、意味すると解されるべきではないことに注意されたい。むしろ、これらの語句は、本発明の特定の実施形態に利用され得るかまたは利用され得ない別のまたは追加の特徴を強調することが目的とされているに過ぎない。
【００３７】
本発明を説明し、定める目的のため、語句「ほぼ」は、本明細書において、いずれかの量的比較、値、測定値またはその他の表現に帰因され得る固有の不確定性の大きさを表すために用いられることに注意されたい。語句「ほぼ」は、本明細書において、論じられている主題の基本機能に変化を生じさせずに言明された基準から量的表現が変化し得る大きさを表すためにも用いられる。
【００３８】
特定の形式で「プログラムされている」か、あるいは特定の特性または機能を具現化するために特定の態様で「構成されている」または「プログラムされている」、本発明のコンポーネントの本明細書における叙述は、目的用途の叙述ではなく、構造の叙述であることに注意されたい。さらに詳しくは、コンポーネントが「プログラムされる」または「構成される」態様への本明細書における言及はコンポーネントの既存の物理的状態を表し、したがって、コンポーネントの構造特性の限定された叙述としてとられるべきである。
【００３９】
本発明の特定の実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、添付される特許請求の範囲に定められる本発明の範囲を逸脱しない改変及び変形が可能であることは明らかであろう。さらに詳しくは、本発明のいくつかの態様は本明細書において好ましいかまたは特に有利であると見なされるが、本発明は本発明のそのような好ましい態様に必ずしも限定されることはないと考えられる。
【符号の説明】
【００４０】
１０    システムコントローラ
２０    レーザドライバ
３０    レーザ
４０    レーザ投影光学系
５０    投影画像面
１００    レーザ投影システム
１１０    偏光分割／遅延ユニット
１１１    光信号
１２０    結合信号
１２２    走査光信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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