(57)【要約】本発明の代表的な実施形態は、調節可能な液体レンズを組み込む光源及び視聴スクリーン上に画像を投影するためにレーザ光源によって生成される光を変調するように構成される空間光変調器を有する投影システムを提供する。調節可能な液体レンズは、焦点距離、レンズ外部の光学素子に対する整列若しくは位置、光を拡散する能力、及び／又は偏光回転角を変えるように構成される。
2011502274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調節可能な液体レンズを有する光源、及び
変調光が結像面上に画像を投影するように前記光源によって生成される光を変調するように構成される空間光変調器（ＳＬＭ）
からなる装置であって、
前記調節可能な液体レンズが、前記投影画像内のスペックルを軽減するために前記レンズの特性の少なくとも１つを変えるように構成された装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明であって、
前記光源が、前記調節可能な液体レンズを通じて光を向けるように構成されたレーザからなり、
前記レーザによって生成される出射ビームが前記ＳＬＭを照射するために使用され、
前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）焦点距離、（ii）前記レーザに対する整列又は位置、（iii）光を拡散する能力、及び（iv）偏光回転角の１以上からなる発明。
【請求項３】
請求項２に記載の発明であって、前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）前記焦点距離、（ii）前記整列又は位置、（iii）光を拡散する前記能力、及び（iv）前記偏光回転角の任意の２つ以上からなる発明。
【請求項４】
請求項３に記載の発明であって、前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）前記焦点距離、（ii）前記整列又は位置、（iii）光を拡散する前記能力、及び（iv）前記偏光回転角の任意の３つ以上からなる発明。
【請求項５】
請求項１に記載の発明であって、
前記光源が、前記調節可能な液体レンズを介して可変ピッチ格子と光学的に結合される光学利得ブロックを備え、前記光学利得ブロック及び前記可変ピッチ格子に対する前記調節可能な液体レンズの整列又は位置が、前記光学利得ブロックによって生成される光の波長を制御し、前記光が前記ＳＬＭを照射し、
前記レンズの特性の前記少なくとも１つが前記整列又は位置からなる発明。
【請求項６】
請求項１に記載の発明であって、前記調節可能な液体レンズは支持構造体の表面に配置された液滴からなる発明。
【請求項７】
請求項６に記載の発明であって、
前記液滴は、導電性流体からなり、
前記調節可能な液体レンズが（ｉ）前記液滴の形状及び（ii）前記支持構造体上の前記液滴の横の位置の少なくとも１つを制御するために電気的にバイアスされるように構成された複数の電極をさらに備えた発明。
【請求項８】
請求項６に記載の発明であって、
前記液滴が粒子の懸濁液からなり、
前記調節可能な液体レンズが、前記懸濁液の光拡散特性を変えるために前記液滴内の前記粒子を撹拌するように構成された振動子をさらに備えた発明。
【請求項９】
請求項６に記載の発明であって、
前記液滴が液晶材料からなり、
前記調節可能な液体レンズが、前記液晶材料によって引き起こされる偏光回転を変えるように構成された複数の電極をさらに備えた発明。
【請求項１０】
スペックルを低減する方法であって、
調節可能な液体レンズを有する光源によって生成される光で空間光変調器（ＳＬＭ）を照射するステップ、
変調光が結像面上に画像を投影するように前記ＳＬＭで前記光を変調するステップ、及び
前記投影画像内のスペックルを軽減するために前記レンズの特性の少なくとも１つを変えるステップ
からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
投影システムでのレーザの使用によって、従来の（非レーザ）光源では達成することが困難な場合がある広い色範囲を持つ鮮やかな画像の創出が可能となる。しかし、レーザ画像投影の１つの大きな障害はスペックル現象である。スペックルは、スクリーンなどの粗い面から散乱されるコヒーレント光が、有限開口（例えば瞳孔）を有する強度検出器（例えば人間の目）によって検出されるとき生じる。有限開口はスポットの寄せ集めへの検出画像の量子化をもたらす。スクリーン上のスポットから散乱される光が開口で破壊的に干渉する場合には、そのスポットは知覚画像内に比較的暗いスポットとして現れる。他方では、スポットから散乱される光が開口で建設的に干渉する場合には、そのスポットは知覚画像内に比較的明るいスポットとして現れる。スクリーンがレーザによって均一に照らされるときでさえ目に見えるこの明らかなスポットごとの強度変化はスペックルと呼ばれる。スペックルは知覚画像に粒状構造を重ね合わせ、それによって画像の鮮明さが低下し、しかも視聴者を悩ませることになるため、スペックル低減は非常に望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願第１１／６８１，３７６号（Ａｋｓｙｕｋ４６−８０−１１−１３）
【特許文献２】米国特許出願第１１／７１３，２０７号（Ｇｉｌｅｓ８１−１３−１５）
【特許文献３】米国特許出願第１１／７１３，１５５号（Ａｋｓｙｕｋ４５−１０−１２−１４）
【特許文献４】米国特許第６，０１４，２５９号
【特許文献５】米国特許第６，５３８，８２３号
【特許文献６】米国特許第６，５４５，８１５号
【特許文献７】米国特許第６，５４５，８１６号
【特許文献８】米国特許第６，９３６，１９６号
【特許文献９】米国特許第６，６４７，０２９号
【特許文献１０】米国特許第４，０１２，８４３号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋｒｕｐｅｎｋｉｎ、その他、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、２００４年、Ｖｏｌ．２０、３８２４〜３８２７頁
【非特許文献２】Ｋｒｕｐｅｎｋｉｎ、その他、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００３年、Ｖｏｌ．８２、３１６〜３１８頁
【非特許文献３】Ｊ．Ａ．Ｃｏｌｄｒｅｎ、その他、「Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ：Ａ  Ｔｕｔｏｒｉａｌ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．、２００４年、ｖ．２２、Ｎｏ．１、１９３〜２０２頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の代表的な実施形態は、調節可能な液体レンズを組み込むレーザ光源及び視聴スクリーン上に画像を投影するためにレーザ光源によって生成される光を変調するように構成される空間光変調器を有する投影システムを提供する。システムは投影画像内のスペックルを軽減するために調節可能な液体レンズの焦点距離、整列、光拡散能力、及び／又は偏光特性を変えるように構成される。
【０００６】
一実施形態によれば、装置は（Ａ）調節可能な液体レンズを有する光源及び（Ｂ）変調光が結像面上に画像を投影するように光源によって生成される光を変調するように構成される空間光変調器（ＳＬＭ）からなる。調節可能な液体レンズは投影画像内のスペックルを軽減するためにレンズの特性の少なくとも１つを変えるように構成される。
【０００７】
別の実施形態によれば、本発明のスペックルを低減する方法は（Ａ）調節可能な液体レンズを有する光源によって生成される光で空間光変調器（ＳＬＭ）を照射するステップ、（Ｂ）変調光が結像面上に画像を投影するようにＳＬＭで前記光を変調するステップ、及び（Ｃ）投影画像内のスペックルを軽減するためにレンズの特性の少なくとも１つを変えるステップからなる。
【０００８】
本発明の他の態様、特徴、及び利点は、次の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び付随する図面からより完全に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による投影システムのブロック図を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による図１で示される投影システムで使用され得る光源を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による図２の光源で使用され得る調節可能な液体レンズの垂直断面図を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による図３で示されるレンズで使用され得る電極の構成を示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態による図３で示されるレンズで使用され得る電極の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による図１で示される投影システムで使用され得る調節可能なレーザを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
スペックル低減は通常、人間の目などの検出器の空間的及び／又は時間的分解能内の２つ以上の独立スペックル構成を平均化することを含む。人間の目については、平均化時間はフリッカー融合しきい値又はフリッカー融合レートと呼ばれる生理的パラメータと関連付けられる。より明確には、フリッカー融合レートよりも低いレートで脈動する光は人間によって揺らめいていると知覚される。対照的に、フリッカー融合レートよりも高いレートで脈動する光は安定していると知覚される。フリッカー融合レートは、人ごとに、並びにまた個人の疲労のレベル、光源の明るさ、及び光源を観察するために使用されている網膜の面積にも依存して変わる。約７５Ｈｚより高いレートでのフリッカーを知覚する人は非常に少ない。映画及びテレビでは、２０と６０Ｈｚとの間、例えば３０Ｈｚのフレーム配送レートが普通使用される。圧倒的大多数の人にとっては、これらのレートは彼らのフリッカー融合レートよりも高い。
【００１１】
独立スペックル構成は照射レーザビームの伝搬角度、偏光、位相、及び／又は波長の多様化を使用して作成できる。角度多様性を達成する１つの手法は、投影光学系にフリッカー融合レートよりも高いレートで検出器分解能スポット内部の分解能以下の領域を連続的に照射させる時間変化（例えば振動）拡散器の使用である。連続照射は分解能スポット内の分解能以下の領域間の空間的コヒーレンスを効果的に破壊し、それは分解能スポット内の干渉効果を抑制し、スペックルコントラストを低減する。偏光多様性は、例えば良好な偏光解消特性を示す投影スクリーンを使用することによって達成されてもよい。偏光解消面に入射する偏光レーザビームは多重光散乱に起因して偏光解消を経験する。結果として生じるスペックルパターンは２つの直交偏光状態に対応する２つのパターンに分解できる。直交偏光状態は互いに独立しているので、対応するスペックルコントラスト低減が生じる。スペックルは照射光の波長及び位相に依存する干渉現象であるので、波長及び／又は位相多様性はスペックルコントラストを低減する。例えば、波長が人間の目には区別できない量だけ異なる２つのレーザが画像作成のために使用される場合には、画像は２つの独立スペックル構成の重ね合わせを有し、全体のスペックルコントラストは画像の色知覚を変えることなくそれに応じて低減される。角度、偏光、位相、及び波長多様性は互いに独立しているので、個々の多様性に頼るスペックル低減技術は、同時に及び／又は相補的に組み合わされ、使用されてもよい。結果として生じる累積的スペックルコントラスト低減要因は、スペックル低減技術によって用いられる個々の多様性の個々のスペックルコントラスト低減要因の積と同じぐらい大きい可能性がある。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態による投影システム１００のブロック図を示す。システム１００はレーザ１１０及びレンズ１２０を有する光源１０２を有する。レーザ１１０はレンズ１２０を通じて空間光変調器（ＳＬＭ）１３０を照射する。ＳＬＭ１３０は投影されるべき画像を符号化する空間変調パターン１３２で構成される。例えば、パターン１３２は画像を表す強度変調パターンであってもよい。ＳＬＭ１３０によって空間的に変調された光はパターン１３２に対応する画像１４２を生成するためにスクリーン１４０上に投影される。コントローラ１５０は画像データ１４８に基づくパターン１３２でＳＬＭ１３０を構成するために制御信号１５２を生成する。
【００１３】
さまざまな実施形態では、システム１００は、本願の権利者が所有する米国特許出願第１１／６８１，３７６号（Ａｋｓｙｕｋ４６−８０−１１−１３）、第１１／７１３，２０７号（Ｇｉｌｅｓ８１−１３−１５）、及び第１１／７１３，１５５号（Ａｋｓｙｕｋ４５−１０−１２−１４）で開示されるさまざまな特徴及び要素を含むことができ、それらは全て全体として参照により本明細書に組み込まれる。例えば、米国特許出願第１１／７１３，２０７号（Ｇｉｌｅｓ８１−１３−１５）及び第１１／７１３，１５５号（Ａｋｓｙｕｋ４５−１０−１２−１４）で開示される特定のＳＬＭがＳＬＭ１３０として使用されてもよい。これらの特許出願はまた、システム１００に応用されてもよい代表的な操作手順の開示も含む。
【００１４】
ある実施形態では、システム１００は多色であると知覚される画像を生成してもよい。そのような実施形態では、光源１０２は異なる色（例えば、赤色、緑色、及び青色）の光ビームの時系列を使用してＳＬＭ１３０を照射する。異なる光色の時系列を生成するために、光源１０２は各々が固定波長を有する３つ以上の適切な統合されたレーザ光源（図１では明確には示されない）を組み込んでもよい。別法として、レーザ１１０は例えば赤色、緑色、及び青色の光ビームを連続的に生成できる調節可能なレーザであってもよい。画像データ１４８は画像データの２つ、３つ、又はそれ以上のサブセットを有することによって多色画像を特定し、それぞれのサブセットは対応する単色サブ画像を特定する。個々の単色サブ画像がフリッカー融合レートよりも高いレートでスクリーン１４０上に連続的に投影されるとき、視聴者の目は単色サブ画像の連続を融合させて、対応する知覚多色画像を形成する。
【００１５】
図２は本発明の一実施形態による光源１０２として使用され得る光源２０２を示す。光源２０２はレーザ２１０及び調節可能な液体レンズ２２０を有する。レーザ２１０は光ビーム２１２を生成し、それをレンズ２２０の方へ向ける。レンズ２２０を通過した後、ビーム２１２は、例えばＳＬＭ１３０（図１）の方へ向けられてもよい出射ビーム２２２に変換される。さまざまな実施形態では、液体レンズ２２０は、次の特性、（ｉ）可変焦点距離、（ｉｉ）レーザ２１０との可変整列、（ｉｉｉ）可変光拡散特性、及び（ｉｖ）可変偏光特性の１つ以上を有する。
【００１６】
一実施形態では、レンズ２２０はその形状を変えることによってその焦点距離を変えることができる。光源２０２が光源１０２として使用される場合には、レンズ２２０の焦点距離可変性は、例えば次のようにスペックルを軽減するために使用されてもよい。レンズ２２０はその焦点距離をフリッカー融合レートよりも高いレートで第１の値ｆ１と第２の値ｆ２との間で変えるように構成される。ｆ１及びｆ２の値はｆ１とｆ２との間の焦点距離について、画像１４２が実質的に焦点の合ったままであるように選択される。後者は、例えば｜ｆ１−ｆ２｜＜＜ｆ１、ｆ２のとき当てはまる。それぞれの焦点距離はスクリーン１４０上にそれぞれの半独立スペックル構成を作成するので、焦点距離変化は一連の半独立スペックル構成を作成する。人間の目によるこの連続の平均化はその結果、対応するスペックルコントラスト低減をもたらす。レンズ２２０の焦点距離が比較的小さな量だけ変わるという事実によって、スペックルコントラスト低減は実質的に画像１４２の知覚される鮮明さの劣化なしに達成される。
【００１７】
別の実施形態では、レンズ２２０はレーザ２１０とのその整列及びレーザに対する質量中心の位置を変えるように構成される。本明細書では、用語「整列」はレーザ２１０によって生成されるビームの軸に対するレンズ２２０の軸の相対的向きを云う。用語「位置」はレンズ２２０の質量中心の３つの空間的（Ｘ、Ｙ、及びＺ）座標を云う。
【００１８】
光源２０２が光源１０２として使用される場合には、レンズ２２０の位置の可変性は、例えば次のようにスペックルを軽減するために使用されてもよい。レンズ２２０は、レンズの表面でのビームの中心軸の場所がフリッカー融合レートよりも高いレートでビームの波長程度の距離だけ周期的に又は非周期的に移動するように、ビーム２１２に直交する平面内で平行移動するように構成される。この動きはスクリーン１４０上での画像１４２の対応する移動をもたらし、それはその上に一連の半独立スペックル構成を作成する。人間の目によるこの連続の平均化はその結果、対応するスペックルコントラスト低減をもたらす。画像１４２の移動が比較的小さな振幅を有するという事実によって、スペックルコントラスト低減は画像の知覚される鮮明さの大きな劣化なしに達成される。一般に、どんなスペックル軽減技術も、所望のレベルのスペックルコントラスト低減を達成することと分解能の大きな損失を避けることとの間で妥協案を模索する。画像の知覚される鮮明さが大きく悪影響を及ぼされない限り、分解能のいくらかの損失は典型的には許容できる。
【００１９】
別法として又は加えて、レンズ２２０はフリッカー融合レートよりも高いレートでビーム２１２の中心軸に対して比較的小さい角度だけ周期的に又は非周期的に傾けられてもよい。この動きはスクリーン１４０上での画像１４２の対応する移動をもたらし、それはその上に一連の半独立スペックル構成を作成する。人間の目によるこの連続の平均化はその結果、対応するスペックルコントラスト低減をもたらす。
【００２０】
さらに別の実施形態では、レンズ２２０は光を拡散する可変能力を有する。本明細書では、用語「光を拡散する能力」は光線を光の発散円錐に変換する能力を云い、その円錐は円錐内の光強度分布の点から軸対称であってもよく又はなくてもよい。ビーム２１２などの光の平行ビームは、一般に複数の平行光線からなると考えられてもよく、その各々はレンズ２２０などの光拡散物体によって個別に拡散されてもよい。それぞれの光線が拡散される方法は通常、異なる光線に対して異なり、その物体内の光線伝搬経路に沿った光拡散物体の局所光拡散特性によって決定される。
【００２１】
光源２０２が光源１０２として使用される場合には、レンズ２２０の光を拡散する能力の可変性は、例えば次のようにスペックルを軽減するために使用されてもよい。レンズ２２０は２つの機能、（ｉ）通常のレンズのそれ及び（ｉｉ）光拡散器のそれを果たす。後者の機能はスペックル軽減を達成するために使用される。より明確には、レンズ２２０はその光拡散器としての能力でビーム２２２を相互に準インコヒーレントな光サブビームに効果的に分割する波面ひずみを導入する。レンズ２２０がフリッカー融合レートよりも高いレートで周期的又は非周期的方法で光を拡散するその能力を変えるように構成される場合、そのときビーム２２２のサブビームへの分配はそれに応じて変わり、一連の半独立スペックル構成を創出する。人間の目によるこの連続の平均化はその結果、対応するスペックルコントラスト低減をもたらす。
【００２２】
さらに別の実施形態では、レンズ２２０は偏光を回転させる可変能力を有する。光源２０２が光源１０２として使用される場合には、偏光を回転させるレンズ２２０の可変能力は、例えば次のようにスペックルを軽減するために使用されてもよい。レンズ２２０は２つの機能、（ｉ）通常のレンズのそれ及び（ｉｉ）偏光回転子のそれを果たす。後者の機能はスペックル軽減を達成するために使用される。より明確には、レンズ２２０はその偏光回転子としての能力でビーム２２２の偏光を回転させ、その回転量はフリッカー融合レートよりも高いレートで周期的又は非周期的方法で変わる。ビーム２２２の変わる偏光は偏光多様性を創出し、一連の対応する半独立スペックル構成を作成する。人間の目によるこの連続の平均化はその結果、対応するスペックルコントラスト低減をもたらす。
【００２３】
図３は本発明の一実施形態による調節可能な液体レンズ２２０として使用され得る調節可能な液体レンズ３２０の垂直断面図を示す。レンズ３２０は、例えばサイトップなどの疎水性フッ素重合体の比較的薄いコーティング３１３を有する誘電性の光学的に透明な層３１４上に配置された液滴３１２を有する。さまざまな実施形態では、液滴３１２は（ｉ）導電性流体、（ｉｉ）粒子の懸濁液、及び（ｉｉｉ）液晶材料の１以上を含む。例えば、導電性流体は水溶性アルコール、電解塩（例えば、塩化カリウム）溶液、又は溶融塩とすることができ、粒子の懸濁液はナノ粒子、量子ドット、又はサブミクロンから数ミクロンの大きさのポリスチレン球を含むことができ、及び液晶材料は、光複屈折が外部電場によって制御できるネマチック又は強誘電性液晶とすることができる。コーティング３１３は好ましくは、液滴３１２に対する所望の接触角及び低接触角ヒステリシスを提供する。接触角制御についてのより詳細は、例えばＬａｎｇｍｕｉｒ、２００４年、Ｖｏｌ．２０、３８２４〜３８２７頁で発表されたＫｒｕｐｅｎｋｉｎ、その他による学術論文で見いだすことができ、その教示は参照により本明細書に組み込まれる。層３１４は制御電圧の意図された印加中にそのような破壊を避けるのにふさわしい比較的高い絶縁破壊点を有する（以下の説明を参照）。さまざまな実施形態では、層３１６、３１４、及び３１３によって形成される光学的に透明な基板はその表面での液滴３１２の適切な位置決めを容易にするために必要に応じて平坦又は湾曲とすることができる。
【００２４】
レンズ３２０はさらに、複数の光学的に透明な側部電極３０６及び中央電極３０８を有する。電極３０６の２つだけ、即ち電極３０６ｉ及び３０６ｊが図３で示される断面内で目に見える。電極３０６は層３１４によって液滴３１２から電気的に絶縁され、お互いからもまた電気的に絶縁される。中央電極３０８は液滴３１２と電気接触している。電極３０６及び３０８の各々は電極３０６にそれぞれの電圧Ｖｉ〜Ｖｊ及び中央電極３０８に電圧Ｖ０を印加するように構成される可変電圧源（図３では示されず）に結合される。電極３０６及び３０８並びに層３１４は基板３１６によって支持される。一実施形態では、光学的に透明な電極３０６はインジウムスズ酸化物から形成される。
【００２５】
一実施形態では、レンズ３２０は基板３１６に取り付けられたオプションの圧電性音波振動子３１８を有する。振動子３１８はその中に含まれる粒子（もしあれば）を撹拌するために、基板３１６、電極３０６及び層３１４を通じて液滴３１２内に音波（例えば超音波）エネルギーを送るように構成される。一実施形態では、振動子３１８は振動子がその中間部分を通じて光を透過させることを可能にするリング形状を有する。別の実施形態では、電極３０６及び３０８の１つ以上が一種の音波振動子として使用されてもよい。
【００２６】
液滴３１２が粒子の懸濁液からなる場合には、振動子３１８はそれらの粒子を撹拌し、液滴内でのそれらの分布を変えるために使用されてもよい。別法として又は加えて、ＡＣ電圧が、粒子撹拌を引き起こす又は支援するために電極３０６に印加されてもよい。不規則な形状の粒子は、粒子の長軸が局所電場ベクトルに実質的に平行であるようにそれ自体の向きを合わせる傾向があるので、そのようなＡＣ電圧は粒子撹拌を引き起こす又は支援することができる。結果として生じる液滴３１２内の前記粒子の分布の変化はレンズ３２０によって作成される光拡散の量を変調する。光拡散は角度多様性を提供する方法であることに留意されたい。一実施形態では、液滴３１２内に含まれる粒子は大きさが約１００ｎｍから約１μｍの範囲である。
【００２７】
図４は本発明の一実施形態によるレンズ３００で使用されてもよい電極３０６の構成４００を示す。より明確には、図４は電極３０６の上面図を示し、液滴３１２は破線によって表示される。構成４００は電圧Ｖａ〜Ｖｄをそれぞれ受け取るように構成される４つの側部電極３０６ａ〜ｄを有する。中央電極３０８（図４では示されず）は座標軸Ｘ及びＹの原点（交点）に置かれる。液滴３１２が導電性流体からなる場合には、構成４００は、例えば次のようにレンズ３２０の焦点距離及び外部光学素子に対するレンズの質量中心位置を変えるために使用されてもよい。
【００２８】
電極３０６ａ〜ｄ及び３０８に電圧が印加されない、又は同じ電圧（即ちＶａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＝Ｖｄ＝Ｖ０）が印加される場合には、液滴３１２は、例えば図４で示されるように電極３０６に対して中心に置かれる。同じ電圧が電極３０６ａ〜ｄに印加され、異なる電圧が電極３０８に印加される場合には（即ちＶａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＝Ｖｄ≠Ｖ０）、液滴３１２は四分円Ｉ〜ＩＶ内で同等に広がり、それによって液滴の形状を変える。液滴３１２の広がりはその曲率を減少させ、それに応じてレンズ３２０の焦点距離を増加させる。
【００２９】
Ｘ及びＹ軸に沿う液滴３１２の横の位置は電極３０６ａ〜ｄ及び３０８の差動バイアスを使用することによって変えられてもよい。例えば、次の例となるパターンの電圧、Ｖａ＝Ｖｃ＝Ｖ０＜Ｖｄ＜Ｖｂを印加することによって、液滴３１２は四分円ＩＩ内のより高い電圧電極３０６ｂの方へ動かされる。異なるパターンの電圧を電極に印加することによって、液滴３１２は四分円Ｉ〜ＩＶ内の異なる位置に導かれてもよい。液滴３１２の位置の変化はレンズ３２０の焦点の対応する移動をもたらす。
【００３０】
図５は本発明の別の実施形態によるレンズ３００で使用され得る電極３０６の構成５００を示す。より明確には、図５は電極３０６の上面図を示し、液滴３１２は破線によって表示される。構成５００は電圧Ｖ１〜Ｖ１２をそれぞれ受け取るように構成される１２個の電極３０６１〜３０６１２を有する。液滴３１２がネマチック液晶材料からなる場合には、構成５００は、例えば次のようにレンズ３２０の偏光特性を変えるために使用されてもよい。
【００３１】
電圧Ｖ１＝−Ｖ７が電極３０６１及び３０６７にそれぞれ印加され、ゼロ電圧が残りの電極３０６に印加される場合には、液滴３１２内の電場の向きの線は２つの活性電極を結び、座標軸Ｘ及びＹの原点を通過する線に主として平行である。この電場は液滴３１２のネマチック液晶材料と相互作用して、その分子をそれらの電場の向きの線に沿って整列させる。整列された分子は液滴３１２を通じて向けられる光（例えば図２のビーム２１２）の偏光を回転させて、分子整列方向に従ってそれの向きを合わせる偏光回転子として働く。電場の向き、従って整列方向は、例えば電極３０６の異なる選択に上述の電圧パターンを印加することによって変えられてもよい。例えば、それぞれの対向する電極対（即ち電極３０６ｋ及び３０６ｋ＋６、ただしｋ＝１、２、・・・、６）は、整列方向、従って出射ビームの偏光を実質的に回転させるために連続的に活性化されてもよい。当業者であれば、異なる電極活性化の連続が、対応する異なる時間的偏光依存性を出射ビームに課すことになるのを理解するであろう。
【００３２】
構成４００及び５００は例となる構成であり、さまざまな他の適切な構成が同様に、液滴の位置、形状、光拡散特性、及び／又は偏光特性を制御するために使用されてもよい。構成４００及び５００はそれぞれ、導電性流体及び液晶材料を含む液滴３１２を参照して述べられたが、それらの構成の各々はまた、他の液滴組成について使用されてもよい。図４との関連で参照される導電性流体は図５との関連で参照される液晶材料と相互排他的ではない。ある実施形態では、液滴３１２の同じ化学組成が、例えば導電性流体及び液晶材料として同時に働くことができる。一実施形態では、液滴３１２は、（ｉ）導電性流体、（ｉｉ）粒子の懸濁液、及び（ｉｉｉ）液晶材料の各々を含むことができる。レンズ３２０を実施するために適しているさまざまな調節可能な液体レンズの電極構成、製造、及び操作についての追加の詳細は、例えば米国特許第６，０１４，２５９号、第６，５３８，８２３号、第６，５４５，８１５号、第６，５４５，８１６号、及び第６，９３６，１９６号並びにＡｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００３年、Ｖｏｌ．８２、３１６〜３１８頁で発表されたＫｒｕｐｅｎｋｉｎ、その他による学術論文で見いだすことができ、それらの各々は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
図６は本発明の一実施形態によるレーザ１１０として使用され得る調節可能なレーザ６１０を示す。レーザ６１０はモード選択フィルター（ＭＳＦ）６４０に光学的に結合される光学利得ブロック６３０を有する。ＭＳＦ６４０は調節可能な液体レンズ６４６及び可変ピッチ格子６４８を有する。一実施形態では、調節可能な液体レンズ６４６は調節可能な液体レンズ３２０（図３）に類似し、支持構造体６４４の表面に配置された液滴６４２を有する。支持構造体６４４は適切な電極を組み込み（図６では明確には示されない）、平坦又は湾曲とすることができる。支持構造体６４４上での液滴６４２の位置は、例えば図４を参照して上で述べられたように変えられてもよい。例えば、液滴６４２は実質的にＸ軸に沿って支持構造体６４４の表面上を移動するように構成される。
【００３４】
格子６４８のピッチはＸ軸に沿って移動するにつれて変わる。格子６４８はレンズ６４６に面する平坦な又は湾曲した表面を有することができる。利得ブロック３６０の背面から出る光はレンズ６４６によって格子６４８へ向けられる。利得ブロックに対する液滴６４２の位置は光が格子に突き当たる場所を制御する。格子６４８は光の波長組成及びその場所での格子のピッチに従って光を角度的に分散させて、ある波長の光だけがその背面を通って利得ブロック６３０内に結合して戻るようになる。その波長を有するレーザ発振モードはそれによって、出射ビーム６２８を生成するように利得ブロック６３０内で選択され、増幅される。それ故に、出射ビーム６２８の波長は液滴６４２をＸ軸に沿って移動させることによって調節できる。
【００３５】
レーザ６１０の典型的な構成では、液滴６４２の運動振幅は人間の目には区別できない色変化をもたらす波長変化を生成するように選択され、液滴６４２はフリッカー融合レートよりも高いレートで周期的又は非周期的方法で移動する。液滴６４２の変化する位置は波長多様性を創出し、一連の対応する半独立スペックル構成を作成する。人間の目によるこの連続の平均化はその結果、対応するスペックルコントラスト低減をもたらす。
【００３６】
ＭＳＦ６４０に機能的に類似するモード選択フィルターを有する調節可能なレーザの設計及び操作についての追加の詳細は、例えば米国特許第６，６４７，０２９号及びＪ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．、２００４年、ｖ．２２、Ｎｏ．１、１９３〜２０２頁で発表された「Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ：Ａ  Ｔｕｔｏｒｉａｌ」という名称のＪ．Ａ．Ｃｏｌｄｒｅｎ、その他による論文で見いだすことができ、その両方の教示は参照により本明細書に組み込まれる。格子６４８としての使用に適している可変ピッチ格子は、例えばＳｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣＡのＯＥｐｉｃ、Ｉｎｃ．から市販されている。湾曲表面を有する可変ピッチ格子の製作は、例えば米国特許第４，０１２，８４３号で開示され、それは全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【００３７】
一実施形態では、レーザ６１０はレーザ２１０（図２）として使用されてもよい。その実施形態では、光源２０２は２つの調節可能な液体レンズ、即ちレンズ２２０及びレンズ６４６を有する。別の実施形態では、レーザ６１０はレーザ１１０を置き換えるために使用されてもよく、レンズ１２０は通常の（固体）レンズである。さまざまな実施形態では、本発明の光源は角度多様性、偏光多様性、位相多様性、及び波長多様性という各多様性のうちの１つ以上の任意の組合せを作成するように設計され、操作されてもよい。すでに上で示されたように、角度多様性は、例えば（１）層３１４の表面で液滴３１２を横に移動させること及び／又は（２）液滴内に含まれる粒子を撹拌することによって作成されてもよい（図３〜４を参照）。偏光多様性は、例えば図５を参照して述べられたように液滴３１２内に液晶材料を有すること及びその分子の整列方向を変えることによって作成されてもよい。位相多様性は、例えば図４を参照して述べられたようにレンズ３２０の焦点距離を変えることによって作成されてもよい。波長多様性は、例えば図６を参照して述べられたように支持構造体６４４の表面で液滴６４２を横に移動させることによって作成されてもよい。
【００３８】
この発明は例示の実施形態を参照して述べられたが、この記述は限定する意味で解釈されることを意図されない。本発明のある実施形態は投影システム１００（図１）を参照して述べられたが、本発明はまた、他の適切な投影システム、例えばＬＣＤ技術を用いるそれらについて実施されてもよい。目の網膜を含む任意の適切な結像面がスクリーン１４０の代わりに使用されてもよい。本発明のスペックル低減方法の実施形態は別々に、又は必要に応じて他のスペックル低減方法と組み合わせて使用されてもよい。この応用の目的のために、用語「空間光変調器」は、強度及び／又は位相変調パターンを光のビームに課すことができる任意のデバイス又は物体を包含する。本発明が関連する当業者には明らかな、述べられた実施形態のさまざまな変更形態、並びに本発明の他の実施形態は次の特許請求の範囲で表されるような本発明の原理及び範囲内にあると考えられる。
【００３９】
別のやり方で明確に述べられない限り、本明細書のそれぞれの数値及び範囲はあたかも単語「約」又は「近似的に」がその値又は範囲の値の前に来るかのような近似であると解釈されるべきである。
【００４０】
この発明の性質を説明するために述べられ、例示された部分の詳細、材料、及び配置のさまざまな変更は次の特許請求の範囲で表されるような本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって行われてもよいことがさらに理解されよう。
【００４１】
本明細書で説明された例となる方法のステップは述べられた順番で行われることを必ずしも必要とされないことが理解されるべきであり、そのような方法のステップの順番は単に例となるものであると理解されるべきである。同様に、追加のステップがそのような方法に含まれてもよく、あるステップが本発明のさまざまな実施形態と整合する方法で省略され又は組み合わされてもよい。
【００４２】
本明細書で「一実施形態」又は「１つの実施形態」の参照は実施形態に関連して述べられる特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれてもよいことを意味する。本明細書のさまざまな個所での語句「一実施形態では」の出現は必ずしも全てが同じ実施形態を参照していることはなく、また別個の若しくは代替実施形態が必ずしも他の実施形態を相互排他することもない。同じことは用語「実施」にも当てはまる。
【００４３】
詳細な記述全体にわたって、一定の縮尺ではない図面は例示だけであり、本発明を限定するよりもむしろ説明するために使用される。
【００４４】
またこの記述の目的のためにも、用語「結合する」、「結合している」、「結合される」、「接続する」、「接続している」又は「接続される」は、エネルギーが２つ以上の要素間で移動されることを許される当分野で周知の又は後から開発される任意の方法を参照し、１つ以上の追加の要素の介在が必要とされないものの考慮される。反対に、用語「直接結合される」、「直接接続される」などはそのような追加の要素がないことを示唆する。
【図１】
2011502274.tif 000003
【図２】
2011502274.tif 000004
【図３】
2011502274.tif 000005
【図４】
2011502274.tif 000006
【図５】
2011502274.tif 000007
【図６】
2011502274.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月18日(2010.6.18)
【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】
光源、及び
変調光が画像を投影するように前記光源によって生成される光を変調するように構成される空間光変調器（ＳＬＭ）
からなる装置であって、
前記光源が、
調節可能な液体レンズ、及び
前記調節可能な液体レンズに光を通過させるように構成されたレーザ
を備え、
前記調節可能な液体レンズが、前記投影画像内のスペックルを軽減するために前記レンズの特性の少なくとも１つを変えるように構成され、
前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）前記レーザの光軸に対する整列又は横方向位置、（ii）光を拡散する能力、及び（iii）偏光回転角、のうちの１以上からなる、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記レーザによって生成される出射ビームが前記調節可能な液体レンズを通るように向けられて前記ＳＬＭを照射し、
前記レンズの特性の前記少なくとも１つがさらに焦点距離からなる装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）焦点距離、（ii）前記整列又は前記横方向位置、（iii）光を拡散する前記能力、及び（iv）前記偏光回転角の任意の２つ以上からなる装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）焦点距離、（ii）前記整列又は前記横方向位置、（iii）光を拡散する前記能力、及び（iv）前記偏光回転角の任意の３つ以上からなる装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記レーザが、前記調節可能な液体レンズを介して可変ピッチ格子に光学的に結合される光学利得ブロックを備え、前記光学利得ブロック及び前記可変ピッチ格子に対する前記調節可能な液体レンズの整列又は横方向位置が、前記光源によって生成される光の波長を制御する、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記調節可能な液体レンズは支持構造体の表面に配置された液滴からなる装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
前記液滴は、導電性流体からなり、
前記調節可能な液体レンズが（ｉ）前記液滴の形状及び（ii）前記支持構造体上の前記液滴の横の位置の少なくとも１つを制御するために電気的にバイアスされるように構成された複数の電極をさらに備えた装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、
前記液滴が粒子の懸濁液からなり、
前記調節可能な液体レンズが、前記懸濁液の光拡散特性を変えるために前記液滴内の前記粒子を撹拌するように構成された振動子をさらに備えた装置。
【請求項９】
請求項６に記載の装置であって、
前記液滴が液晶材料からなり、
前記調節可能な液体レンズが、前記液晶材料によって引き起こされる偏光回転を変えるように構成された複数の電極をさらに備えた装置。
【請求項１０】
スペックルを低減する方法であって、
光源によって生成される光で空間光変調器（ＳＬＭ）を照射するステップを備え、
前記光源が、
調節可能な液体レンズ、及び
前記調節可能な液体レンズに光を通過させるレーザ
を備え、
前記方法がさらに、
変調光が画像を投影するように前記ＳＬＭで前記照射光を変調するステップ、及び
前記投影画像内のスペックルを軽減するために前記レンズの特性の少なくとも１つを変えるステップ
を備え、前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）前記レーザの光軸に対する整列又は横方向位置、（ii）光を拡散する能力、及び（iii）偏光回転角、のうちの１以上からなる、方法。
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【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】
光源、及び
変調光が画像を投影するように前記光源によって生成される光を変調するように構成される空間光変調器（ＳＬＭ）
からなる装置であって、
前記光源が、
調節可能な液体レンズ、及び
前記調節可能な液体レンズに光を通過させるように構成されたレーザ
を備え、
前記装置が、前記投影画像内のスペックルを軽減するために前記レンズの特性の少なくとも１つを変えるように構成され、
前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）前記レーザの光軸に対する該レンズの整列又は横方向位置、（ii）該レンズを介して光を拡散する能力、及び（iii）該レンズによって与えられる偏光回転角、のうちの１以上からなる、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記レーザによって生成される出射ビームが前記調節可能な液体レンズを通るように向けられて前記ＳＬＭを照射し、
前記レンズの特性の前記少なくとも１つがさらに焦点距離からなる装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）焦点距離、（ii）前記整列又は前記横方向位置、（iii）光を拡散する前記能力、及び（iv）前記偏光回転角の任意の２つ以上からなる装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）焦点距離、（ii）前記整列又は前記横方向位置、（iii）光を拡散する前記能力、及び（iv）前記偏光回転角の任意の３つ以上からなる装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記レーザが、前記調節可能な液体レンズを介して可変ピッチ格子に光学的に結合される光学利得ブロックを備え、前記光学利得ブロック及び前記可変ピッチ格子に対する前記調節可能な液体レンズの整列又は横方向位置が、前記光源によって生成される光の波長を制御する、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記調節可能な液体レンズは支持構造体の表面に配置された液滴からなる装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
前記液滴は、導電性流体からなり、
前記調節可能な液体レンズが（ｉ）前記液滴の形状及び（ii）前記支持構造体上の前記液滴の横の位置の少なくとも１つを制御するために電気的にバイアスされるように構成された複数の電極をさらに備えた装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、
前記液滴が粒子の懸濁液からなり、
前記調節可能な液体レンズが、前記懸濁液の光拡散特性を変えるために前記液滴内の前記粒子を撹拌するように構成された振動子をさらに備えた装置。
【請求項９】
請求項６に記載の装置であって、
前記液滴が液晶材料からなり、
前記調節可能な液体レンズが、前記液晶材料によって引き起こされる偏光回転を変えるように構成された複数の電極をさらに備えた装置。
【請求項１０】
スペックルを低減する方法であって、
光源によって生成される光で空間光変調器（ＳＬＭ）を照射するステップを備え、
前記光源が、
調節可能な液体レンズ、及び
前記調節可能な液体レンズに光を通過させるレーザ
を備え、
前記方法がさらに、
変調光が画像を投影するように前記ＳＬＭで前記照射光を変調するステップ、及び
前記投影画像内のスペックルを軽減するために前記レンズの特性の少なくとも１つを変えるステップ
を備え、前記レンズの特性の前記少なくとも１つが（ｉ）前記レーザの光軸に対する該レンズの整列又は横方向位置、（ii）該レンズを介して光を拡散する能力、及び（iii）該レンズによって与えられる偏光回転角、のうちの１以上からなる、方法。
【国際調査報告】
2011502274.tif 000009
2011502274.tif 000010