(57)【要約】画像プロジェクタは、画素素子によって透過あるいは反射される光の特性を変調するように制御可能な、画素素子の二次元のアレイを有する空間光変調器（ＳＬＭ）を備える。照明装置はＳＬＭに照明を送達する。コリメート装置は、ＳＬＭからの照明をコリメートして、出口絞りに向けられるコリメート画像を生成する。上記照明装置は、ＳＬＭの領域を連続的に照らすように構成され、各々が多数の画素素子に対応する。制御装置は、コリメート画像を投影するように、画素素子および上記照明装置を同期制御し、画素強度はデジタル画像に対応する。【選択図】図１
2021508068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出口絞りを介して、デジタル画像の表現であるコリメート画像を投影するための画像プロジェクタであって、前記画像プロジェクタは：
（ａ）画素素子の二次元アレイを提供する空間光変調器であって、前記画素素子の各々は、前記画素素子によって透過あるいは反射される光の特性を変調するように制御可能である、空間光変調器と；
（ｂ）前記空間光変調器に照明を伝達する照明装置と；
（ｃ）前記空間光変調器および前記照明装置に電子接続された制御装置と；
（ｄ）前記空間光変調器からの照明をコリメートして、前記出口絞りに向けられるコリメート画像を生成するように構成される、少なくとも１つの光学素子のコリメート装置と、
を備え、
ここで、前記照明装置は、前記空間光変調器の複数の領域を連続的に照らすように構成され、各領域は複数の前記画素素子を含み、ならびに、前記制御装置は、コリメート画像を投影するように、前記画素素子および前記照明装置を同期制御するように構成され、画素強度はデジタル画像に対応する、画像プロジェクタ。
【請求項２】
前記照明装置は、前記空間光変調器の二次元アレイにわたって照明のビームを走査するように配置される走査装置を備える、請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項３】
前記照明のビームは前記二次元アレイの一次元に及び、前記走査装置は一次元の走査パターンで前記照明のビームを走査する、請求項２に記載の画像プロジェクタ。
【請求項４】
前記制御装置は、二次元アレイにわたって広がる一連の行の二次元アレイの画素素子を更新し、ここで、前記走査装置は、前記一連の行の後に続くように同期され、更新された画像の一部を照らしてから、前記二次元アレイ全体の更新を完了する、請求項３に記載の画像プロジェクタ。
【請求項５】
前記照明装置は、異なる角度位置で少なくとも２つの異なる色の少なくとも２つのビームを同時に生成するように構成され、ここで、前記制御装置は、前記ビームの１つ目の通過と前記ビームの２つ目の通過との間に前記二次元アレイの画素素子を更新する、請求項４に記載の画像プロジェクタ。
【請求項６】
前記走査装置は、二次元の走査パターンで前記照明のビームを走査する、請求項２に記載の画像プロジェクタ。
【請求項７】
前記走査装置は、光ファイバーの先端と、前記光ファイバーの先端を変位させるために配置されるアクチュエータとを備える、請求項２に記載の画像プロジェクタ。
【請求項８】
前記照明装置は、前記複数の領域を照らすための複数の独立して切り替え可能な照明源を備える、請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項９】
前記制御装置は：
（ａ）二次元アレイの前記領域の各々に対応するデジタル画像の一部において、デジタル画像の画素の最大必要強度を決定すること；
（ｂ）前記領域内で対応する最大必要強度を生成するのに十分な、前記領域の少なくとも１つのための低下した照度レベルを決定すること；
（ｃ）前記低下した照度レベルに基づいて必要な投影画像強度を生成するために、少なくとも１つの領域内の画素のための修正された画素強度マップを生成すること；および、
（ｄ）前記少なくとも１つの領域内の前記画素素子が前記修正された画素強度マップに従って作動する間に、前記低下した照度レベルで少なくとも１つの領域を照らすために前記照明装置を作動させること、
を行うように構成される、請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１０】
前記照明装置は照明絞りから前記照明を送達し、前記画像プロジェクタは、前記照明絞りと前記空間光変調器との間の光路に配置された照明光学系をさらに備え、ここで、前記照明光学系および前記コリメート装置は、前記照明絞りの像が前記出口絞りに実質的に当たるように構成される、請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１１】
出口絞りを介してコリメート画像を投影するための画像プロジェクタであって、前記画像プロジェクタは：
（ａ）画素素子の二次元アレイを提供する空間光変調器であって、前記画素素子の各々は、前記画素素子によって透過あるいは反射される偏光を変調するように制御可能である、空間光変調器と；
（ｂ）照明絞りから照明を送達する照明装置と；
（ｃ）前記照明絞りと前記空間光変調器との間の光路に配置される照明光学系と；
（ｄ）前記空間光変調器からの照明をコリメートして、前記出口絞りに向けられるコリメート画像を生成するように構成される、少なくとも１つの光学素子のコリメート装置と、
を備え、
ここで、前記照明光学系および前記コリメート装置は、前記照明絞りの像が出口絞りに実質的に当たるように構成される、画像プロジェクタ。
【請求項１２】
前記照明光学系および前記コリメート装置は反射光学構成部品を使用して実装され、ならびに、前記照明光学系から前記出口絞りまでの光路は空隙なしで実装される、請求項１０または１１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１３】
前記照明光学系は光軸を有し、ならびに、前記照明装置からの光は、前記光軸に対してオフセット角度で前記照明光学系に到達する、請求項１２に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１４】
前記空間光変調器から前記コリメート装置までを通る照明は、第１の偏光ビームスプリッタを通過し、第２の偏光ビームスプリッタで反射され、前記第２の偏光ビームスプリッタの配向は、前記第１の偏光ビームスプリッタに対してＰ偏光された照明が、前記第２の偏光ビームスプリッタに対してＳ偏光されるような配向である、請求項１３に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１５】
前記照明光学系から前記空間光変調器までを通る照明は、第１の偏光ビームスプリッタを通過し、第２の偏光ビームスプリッタで反射され、前記第２の偏光ビームスプリッタの配向は、前記第１の偏光ビームスプリッタに対してＰ偏光された照明が、前記第２の偏光ビームスプリッタに対してＳ偏光されるような配向である、請求項１２に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１６】
前記照明光学系および前記コリメート装置は反射光学構成部品を使用して実装され、ならびに、前記照明絞りから前記出口絞りまでの光路は構成部品間の空隙なしで実装される、請求項１０または１１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１７】
前記照明絞りに配置されるディフューザをさらに備える、請求項１０または１１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１８】
前記ディフューザは実質的に線形の強度分布を有する、請求項１７に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１９】
前記ディフューザは長方形の強度分布を有する、請求項１７に記載の画像プロジェクタ。
【請求項２０】
前記照明絞りにおいて、角度の範囲を走査する照明のビームを生成するために配置される走査装置をさらに備える、請求項１０または１１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項２１】
前記空間光変調器は反射空間光変調器であり、ここで、照明は、前記空間光変調器の平面に平行な表面での内面反射、その後の、前記空間光変調器の前記平面に対してほぼ３０度の角度で配向されるビームスプリッタでの反射によって、前記空間光変調器の方へと向けられる、請求項１０または１１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項２２】
内面反射による投影画像の伝播を支援するための少なくとも１対の平行面を有する透明材料のブロックとして形成される導光路をさらに備え、ここで、前記出口絞りは前記導光路への入口である、請求項１０または１１に記載の画像プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像プロジェクタに関し、特に、空間光変調器を照らすための様々な構成を備えた画像プロジェクタに関する。
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）あるいはシリコン基板上の反射型液晶（ＬＣＯＳ）モジュレータなどの空間光変調器を照らし、ユーザーの目に出力するための変調画像をコリメートすることによって、画像を投影することが知られている。そのようなプロジェクタは、ニアアイディスプレイにおいてしばしば使用され、ここで、投影画像は、通常、導光路に導入され、その導光路に沿って画像は、典型的に部分反射面あるいは回折素子によってユーザーの目に結合されるまで内面反射によって伝播し、このことは、画像が目に向かって投影される有効な光学的開口の拡大に寄与しかねない。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は画像プロジェクタである。
【０００４】
本発明の実施形態の教示によると、出口絞りを介して、デジタル画像の表現であるコリメート画像を投影するための画像プロジェクタが提供され、上記画像プロジェクタは：（ａ）画素素子の二次元アレイを提供する空間光変調器であって、上記画素素子の各々は、画素素子によって透過あるいは反射される光の特性を変調するように制御可能である、空間光変調器と；（ｂ）空間光変調器に照明を送達する照明装置と；（ｃ）空間光変調器および照明装置に電子接続された制御装置と；（ｄ）空間光変調器からの照明をコリメートして、出口絞りに向けられるコリメート画像を生成するように構成される、少なくとも１つの光学素子のコリメート装置と、を備え、ここで、上記照明装置は、空間光変調器の複数の領域を連続的に照らすように構成され、各領域は複数の画素素子を含み、および、上記制御装置は、コリメート画像を投影するように画素素子および上記照明装置を同期制御するように構成され、画素強度はデジタル画像に対応する。
【０００５】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明装置は、空間光変調器の二次元アレイにわたって照明のビームを走査するように配置される走査装置を備える。
【０００６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記の照明のビームは二次元アレイの一次元に及び、ここで、上記走査装置は一次元の走査パターンで照明のビームを走査する。
【０００７】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記制御装置は、二次元アレイにわたって広がる一連の行における二次元アレイの画素素子を更新し、ここで、上記走査装置は、一連の行の後に続くように同期され、更新された画像の一部を照らしてから、二次元アレイ全体の更新を完了する。
【０００８】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明装置は、異なる角度位置で少なくとも２つの異なる色の少なくとも２つのビームを同時に生成するように構成され、ここで、上記制御装置は上記ビームの１つ目の通過と上記ビームの２つ目の通過の間に二次元アレイの画素素子を更新する。
【０００９】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記走査装置は、二次元の走査パターンで照明のビームを走査する。
【００１０】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記走査装置は、光ファイバーの先端と、光ファイバーの先端を変位させるために配置されるアクチュエータとを備える。
【００１１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明装置は、複数の領域を照らすための複数の独立して切り替え可能な照明源を備える。
【００１２】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記制御装置は：（ａ）二次元アレイの領域の各々に対応するデジタル画像の一部において、デジタル画像の画素の最大必要強度を決定すること；（ｂ）領域内で対応する最大必要強度を生成するのに十分な、領域の少なくとも１つのための低下した照度レベルを決定すること；（ｃ）上記低下した照度レベルに基づいて必要な投影画像強度を生成するための、少なくとも１つの領域内の画素のための修正された画素強度マップを生成すること；および、（ｄ）少なくとも１つの領域内の画素素子が修正された画素強度マップに従って作動する間に、低下した照度レベルで少なくとも１つの領域を照らすために照明装置を作動させること、を行うように構成される。
【００１３】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明装置は照明絞りから照明を提供し、上記画像プロジェクタは、上記照明絞りと上記空間光変調器との間の光路に配置された照明光学系をさらに備え、ここで、上記照明光学系および上記コリメート装置は、上記照明絞りの画像が出口絞りに実質的に当たるように構成される。
【００１４】
本発明の実施形態の教示によると、出口絞りを介してコリメート画像を投影するための画像プロジェクタがさらに提供され、上記画像プロジェクタは：（ａ）画素素子の二次元アレイを提供する空間光変調器であって、上記画素素子の各々は、上記画素素子によって透過あるいは反射される偏光を変調するように制御可能である、空間光変調器と；（ｂ）照明絞りから照明を送達する照明装置と；（ｃ）上記照明絞りと上記空間光変調器との間の光路に配置される照明光学系と；（ｄ）上記空間光変調器からの照明をコリメートして、出口絞りに向けられるコリメート画像を生成するように構成される、少なくとも１つの光学素子のコリメート装置と、を備え、ここで、上記照明光学系および上記コリメート装置は、上記照明絞りの画像が出口絞りに実質的に当たるように構成される。
【００１５】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明光学系およびコリメート装置は、反射光学構成部品を用いて実装され、ここで、上記照明光学から上記出口絞りまでの光路が、空隙なしで実装される。
【００１６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明光学系は光軸を備え、ここで、上記照明装置からの光が光軸に対してオフセット角度で上記照明光学系に到達する。
【００１７】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記空間光変調器から上記コリメート装置を通る照明は、第１の偏光ビームスプリッタを通過し、第２の偏光ビームスプリッタで反射され、上記第２の偏光ビームスプリッタの配向は、上記第１の偏光ビームスプリッタに対してＰ偏光された照明が、上記第２の偏光ビームスプリッタに対してＳ偏光されるような配向である。
【００１８】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明光学系から上記空間光変調器を通る照明は、第１の偏光ビームスプリッタを通過し、第２の偏光ビームスプリッタで反射され、上記第２の偏光ビームスプリッタの配向は、上記第１の偏光ビームスプリッタに対してＰ偏光された照明が、上記第２の偏光ビームスプリッタに対してＳ偏光されるような配向である。
【００１９】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明光学系および上記コリメート装置は、反射光学構成部品を使用して実装され、ここで、上記照明絞りから出口絞りへの光路は、構成部品間の空隙なしで実装される。
【００２０】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明絞りに配置されるディフューザがさらに設けられている。
【００２１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記ディフューザは、実質的に線形の強度分布を有する。本発明の実施形態の代替的特徴によると、上記ディフューザは長方形の強度分布を有する。
【００２２】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記照明絞りでの角度の範囲を走査する照明のビームを生成するために配置される走査装置がさらに設けられている。
【００２３】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、上記空間光変調器は反射空間光変調器であり、ここで、照明は、空間光変調器の平面に平行な表面での内面反射、その後の、上記空間光変調器の平面に対してほぼ３０度の角度で配向されるビームスプリッタでの反射によって、空間光変調器の方へと向けられる。
【００２４】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、内面反射による投影画像の伝播を支援するための少なくとも１対の平行面を有する透明材料のブロックとして形成される導光路がさらに設けられ、ここで、出口絞りは導光路への入口である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明は、添付の図面を参照して、ほんの一例として本明細書で説明される。
【００２６】
【図１】本発明の実施形態の教示によって構築され、動作する画像プロジェクタの概略図である。
【図２Ａ】図１の原理に従って構築され、動作する画像プロジェクタの第１の実装の側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの画像プロジェクタの変形実装の側面図である。
【図３】図２Ａの画像プロジェクタの第２の変形実装の側面図である。
【図４】図２Ａの画像プロジェクタの第３の変形実装の概略等角図である。
【図５】図２Ａの画像プロジェクタの第４の変形実装の側面図である。
【図６】構成部品間の空隙を必要とせずに、上記プロジェクタの組み立て中の焦点調整の方法を示す、図３と類似する側面図である。
【図７】コリメートされたレーザー照明系の使用を示す、図３に類似する画像プロジェクタの側面図である。
【図８】レーザーの出力をコリメートするための多数の光学的配置を示す。
【図９Ａ】図３と類似するが、走査された照明の生成のために走査装置を使用している、画像プロジェクタのさらなる変形実装の側面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの画像プロジェクタのための代替的走査装置の拡大図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態の教示に従って構築され、動作する、走査照明を使用する画像プロジェクタのさらなる実施形態の側面図である。
【図１０Ａ】図９Ａ−９Ｃの実施形態において実装するための３つの可能な走査照明パターン概略図である。
【図１０Ｂ】図９Ａ−９Ｃの実施形態において実装するための３つの可能な走査照明パターン概略図である。
【図１０Ｃ】図９Ａ−９Ｃの実施形態において実装するための３つの可能な走査照明パターン概略図である。
【図１１Ａ】本発明の様々な実装による、画像の読み込みおよび照明走査シーケンスの略図である。
【図１１Ｂ】本発明の様々な実装による、画像の読み込みおよび照明走査シーケンスの略図である。
【図１１Ｃ】本発明の様々な実装による、画像の読み込みおよび照明走査シーケンスの略図である。
【図１２Ａ】１つを超える色の照明パターンを用いた同時の走査のための多色レーザー走査装置の概略側面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの多色レーザー走査装置を使用する、画像の読み込みおよび照明走査シーケンスの概略図である。
【図１３】可変強度照明を使用する低減した強度照明スキームの概略図である。
【図１４】図９Ａ−１３の画像プロジェクタを動作するための制御装置の概略図である。
【図１５Ａ】図２Ａの画像プロジェクタから偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）への入射光線の幾何学を示す光路図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの誘電性ＰＢＳの透過特性および反射特性を示すグラフである。
【図１６Ａ】本発明の実施形態の教示に従って、光路長を短くするために浅い角度のビームスプリッタを使用する２つの代替的実装を示す画像プロジェクタの側面図である。
【図１６Ｂ】本発明の実施形態の教示に従って、光路長を短くするために浅い角度のビームスプリッタを使用する２つの代替的実装を示す画像プロジェクタの側面図である。
【図１７】図１に類似しているが、複数の切り替え可能な照明素子を介した選択的な照明を使用する画像プロジェクタの概略図である。
【図１８】図９Ａに一般的に類似しているが、機械走査ではなく、切り替え可能な照明素子を使用する画像プロジェクタの実装の側面図である。
【図１９Ａ】空間光変調器上の走査された照明を使用するが、エネルギー的に準最適の照明装置を備える画像プロジェクタの概略側面図である。
【図１９Ｂ】空間光変調器上の走査された照明を使用するが、エネルギー的に準最適の照明装置を備える画像プロジェクタの概略側面図である。
【図２０】反射コリメート光学系を使用する図１９Ａ−１９Ｂの系の実装の側面図である。
【図２１】図２０に類似するが、切り替え可能な光源素子を使用する、画像プロジェクタの側面図である。
【図２２】図２１に類似するが、切り替え可能な光源素子を備えた透過型空間光変調器を使用する画像プロジェクタの側面図である。
【図２３Ａ】切り替え可能な光源素子を提供するための２つの構成を示す。
【図２３Ｂ】切り替え可能な光源素子を提供するための２つの構成を示す。
【図２４Ａ】光ファイバーの先端の変位に基づく照明走査装置の概要の側面図である。
【図２４Ｂ】図９Ａに一般的に類似しているが、図２４Ａのファイバーベースの走査機構を使用する画像プロジェクタの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は画像プロジェクタである。
【００２８】
本発明の画像プロジェクタの原理および動作は、図面とそれに伴う説明を参照することにより、より良く理解され得る。
【００２９】
前置きとして、本発明は、空間光変調器を照らすための様々な装置を有する画像プロジェクタに関する。本明細書に記載される主題は、発明の２つの主な態様に概念的に細分化することができ、その各々は、それぞれがそれ自体で独立しているが、組み合わせて有利に使用されることが最も好ましい。本発明の第１の態様は照明構成に関し、それは、出力画像が投影される出口絞りが、照明が提供される照明絞りの画像に実質的に対応する。本発明の別の態様は、空間光変調器の複数の多画素領域を連続的に照らす照明構成に関する。これらの２つの態様の詳細、およびこれらの２つの態様を組み合わせた様々な実施形態が以下に論じられる。
【００３０】
図面を参照すると、図１は、出口絞り（５）を介してコリメート画像を投影するための、本発明の第１の態様による画像プロジェクタを概略的に示す。画像は、画素素子の二次元アレイを提供する空間光変調器（ＳＬＭ）（６）によって生成され、画素素子の各々は、画素素子によって透過あるいは反射される光の特性（典型的に偏光）を変調するように制御可能である。透過光ＳＬＭの一例は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、反射型ＳＬＭの一例はシリコン基板上の反射型液晶（ＬＣＯＳ）デバイスである。本明細書における概略図は、左から右への光路に沿った進行を示すが、以下の例において例証されるように、この光路は、ＬＣＯＳ（６）を含む様々な反射要素で折り畳み可能であることが認識されるだろう。少なくとも１つの光学素子のコリメート装置（４）は、空間光変調器からの照明をコリメートして、出口絞り（５）に向けられるコリメート画像を生成するように構成される。
【００３１】
画像プロジェクタは、照明絞り（２）から照明を送達する照明装置と、照明絞り（２）と空間光変調器（６）との間の光路に配置される照明光学系（３）とを備える。本発明の第１の態様の特定の特徴は、照明光学系（３）およびコリメート装置（４）は、照明絞り（２）の画像が出口絞り（５）に実質的に当たるように構成されるということである。これにより、「瞳結像」が達成され、照明絞り（２）からＳＬＭへと向けられた照明光線が、出口絞り（５）の方へと効率的に向けられることを確実にする。
【００３２】
光は、任意の適切な光源（１）から入口絞り（２）に送達され得、光学結像構成部品（レンズ、ミラー）であろうと、非結像構成部品（光導体、ディフューザ）であろうと、任意の適切な構成部品によって集光され得る。照明絞り（２）の後、結像光学構成部品のみが使用され、それにより「瞳結像」が達成される。出口絞り（５）は、観察者（図示せず）に光画像を中継する導光路の入口であるのが好ましい。完全な瞳結像の場合では、照明絞り（２）を通過し、照明光学系（３）に当たる任意の光線は、出口絞り（５）（画像変調を受ける）に到達して、導波路に入り、それにより、最大の照明効率を得る。実際に、本発明のこの態様の利点の多くは、出口絞り（５）に「実質的に」当たる照明絞りの像を有することによって達成することができ、ここでは、「実質的に」とは、照明絞り（２）を出て照明光学系（３）に到達する光線の少なくとも半分、より好ましくは、少なくとも８０パーセントが、出口絞り（５）に当たることを意味するのもとする。
【００３３】
出口絞り（５）から導光路へと通過する像はコリメートされなければならず、つまり、像中のすべての点が出口絞り（５）を均一に満たす平行光線のセットによって表される。これは３つの主な選択肢を用いて達成することができる：１．走査：光源（１）は点光源であり、照明絞り（２）で走査ミラーを使用することにより画像が生成される。この場合、（６）においてモジュレータは必要ない。２．空間変調：空間光変調器（６）はコリメート装置（４）の焦点面に配置される。モジュレータは、例えば、ＬＣＯＳあるいはＬＣＤであってもよい。３．組み合わせ：本発明の第２の態様に従って以下に記載されるように、絞り（２）において走査を行い、平面（６）において空間変調を行う。
【００３４】
次に、図２Ａに目をむけると、本発明は、屈折光学構成部品および自由空間光通信（ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ  ｏｐｔｉｃｓ）を使用して実装され得るが、多くの場合では、照明光学系と出口絞りとの間の光路、最も好ましくは照明絞りから出口絞りまでの光路に空隙がない実装を使用するのが好ましいと考えられる。光パワーを有する素子は、反射レンズとして実装されるのが好ましい。以下に記載される特定の実装では、光路は、レーザー光源および走査ミラー構成部品などの特定の構成部品を含むことができ、これらは、本質的に何らかの内部空気空間を含んでいる。しかし、ここでも、構成部品は「構成部品間の空隙」なく、すなわち、カプセルに入れられた構成部品内に内部空間以外の空隙なく、光学系の残りの部分と統合することができる、カプセルに入れられた構成部品であるのが好ましい。構成部品間の空隙がない構成の使用は、環境の変化あるいは光学系へのほこりの侵入による経時的な性能劣化を最小限に抑えるのを支援する。
【００３５】
図２Ａでは、光源（１０）（（１）と同等）は、白色ＬＥＤ、カラーＬＥＤのアレイ、あるいはレーザー（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，  Ｊａｐａｎから市販されているＳＬＭ−ＲＧＢ−Ｔ２０−Ｆ−２のようなカラー複合レーザー装置）であり得る。配光を集中させ、均質化する光導体（１２）を介して光は伝播する。このコンセントレータは、平面（１４）上の配光を凝縮および均質化する役目を果たす他の結像構成部品（レンズ）あるいは非結像構成部品（光導体、マイクロレンズアレイ）であってもよい。
【００３６】
平面（１４）（照明絞り（２）と同等）は、非結像構成部品を使用することができる最後の平面である。上記平面は、光線の角分布を広げて、画像変調器（２６）（ＳＬＭ（６）と同等）を照らすディフューザを備えていてもよい。この平面（１４）は、射出瞳面（４０）（出口絞り（５）と同等）の画像でもあり、それにより、ここに開口部（絞り）を配置して（４０）の像の外側の光がシステムに入るの防ぐことができる。余剰光（像の外側の）は導波路に入らず、画質を低下させることはない。
【００３７】
以下の図では、Ｓ偏光は破線の矢印として、Ｐ偏光は鎖線の矢印として、円偏光は点線の矢印として、および無偏光は実線の矢印として示される。単一の偏光を得るために、特定の特に好ましい実装は、Ｓ偏光を透過する平面（１４）において偏光子を含んでいる。
【００３８】
Ｓ偏光された光は、表面（１４）から、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である表面（１６）へと伝播する。ＰＢＳは、Ｓ偏光を反射するが、Ｐ偏光を透過する、ワイヤーグリッドあるいは誘電体であってもよい。
【００３９】
ｓ偏光された光は、Ｓ偏光を円偏光に変換する１／４  波長板（「ラムダ／４波長板」）である、表面（１８）を通過する。反射レンズ（２０）（照明光学系（３）と同等）による反射の後、１／４波長板（１８）を通る第２の通過においては、光はＰ偏光されてＰＢＳ（１６）を通過する。表面（２１）には半波長板（「ラムダ／２リターダ」）が設けられており、それは、第２のＰＢＳ（２２）から空間光変調器（２６）（ＳＬＭ（６）と同等）へと反射されるように、Ｐ偏光をＳ偏光に変換する。この画像ジェネレータは、光がＰＢＳ（２２）を通過するように光偏光（明るい画素）をＰ偏光に回転させる。表面（２７）には、１／４分波長板（３０）および反射コリメート光学系（３４）の方に反射されるＳ偏光をもたらす、別の半波長板（ラムダ／２リターダ）が設けられており、それは、収差を補正しながら白色光をコリメートする役目を果たす２つのダブレットレンズ（（３２）により分離される）として実装されるのが好ましい。反射された、コリメートされた光は、１／４波長板（３０）を再び横断した後に、ＰＢＳ（２８）を横断するようにＰ偏光される。投影画像が供給されている光学系の要求によって、コリメート画像は、デポラライザ（３６）をさらに通過することができ、デポラライザ（３６）は、カップリングプリズム（３８）および開口部（４０）（出口絞り（５）に同等）から導光路（あるいは「導波路」）（４２）へと通過する前に、光を脱偏光する役目を果たす（能動的あるいは受動的デポラライザによって）。
【００４０】
図２Ｂは、瞳結像が行なわれるが、照明がＰＢＳ（２２）に対して異なる配向からのものである同等の構成を示す。この構成において、光は２つの方向からＰＢＳ（２２）を横断する。この構成では、ＰＢＳの欠陥により偏光消光比が低減される傾向がある。ツーパスＰＢＳ（ｔｗｏ−ｐａｓｓ）を使用する他の構成も可能である。しかし、以下の例において、２Ａの構成は、画像の明瞭性および改善されたコントラストのための好ましい基本設計として使用される。
【００４１】
図３は図２に類似する構成を示すが、ワイヤーグリッドなどの構造的偏光子としてＰＢＳ（２２）が実装され、およびＰ偏光を反射するように回転される。その結果、ラムダ／２リターダ構成部品（２１）および（２７）は省略される。この構成は構成部品がより少なく、したがって、統合がより簡単である。
【００４２】
あるいは、Ｓ偏光を反射する従来のＰＢＳとしてＰＢＳ（２２）を実装することにより、同等の結果を得ることができるが、ＰＢＳ（１６）および（２８）はｐ偏光を反射するように修正される。
【００４３】
半波リターダプレートを使用する必要なく、第１のＰＢＳの透過および第２のＰＢＳでの反射を達成するための代替的実装は、「捻れた」構成を使用することであり、それは、第２のＰＢＳの配向は、第１の偏光ビームスプリッタに対してＰ偏光された照明が、第２の偏光ビームスプリッタに対してＳ偏光されるような配向である。１つのそのような構成が図４に概略的に示され、光源（１０）は、ディフューザ、偏光子、および開口部（２０４）（上記の（１４）ならびに（２）と同等）を通って光を透過させる、光学窓（２０２）を有する。この光は、次に、第１のＰＢＳ（２０６）（上記（１６）と同等）に対してＳ偏光され、表面に１／４波長板をさらに有する反射レンズ（２０８）（上記（２）と（２０）と同等）に向かって反射され、これにより、反射光がＰＢＳ（２０６）を通り、第１のＰＢＳに対して９０度（画像の中心の光伝播軸の周りの回転を参照）である第２のＰＢＳ（２１０）に到達する。従って、光はＰＢＳ（２１０）に対してＳ偏光され、ＬＣＯＳ（２１２）（上記（２６）と同等、および、この像の配向では、この装置のより接近した側に表示される）の方へ反射される。ＬＣＯＳ（２１２）は、明るい画素の偏光を反射してＰへと回転させ、これにより、上記光はＰＢＳ（２１０）を通過し、光伝播軸の周りを９０度回転するＰＢＳ（２１４）（上記（２８）と同等）に到達することにより、画像照明がＰＢＳ（２１４）に対してＳ偏光され、波長板および反射レンズ（２１６）（上記素子（３０）、（３２）および（３４）と同等）の方へと反射される。その後、コリメート画像に対応する光は、ＰＢＳ（２１４）を横断し、出口絞り（２１８）を通過して、導波路（要素（３６）、（３８）、（４０）、および（４２）と同等）に入る。
【００４４】
図４は、主な光学素子とＰＢＳのみが等角図で示され、光学素子間の空間を満たすプリズムの大部分が省略されていることに留意されるべきである。ここでも、上記実装は、構成部品間の空隙がないのが好ましいが、光学構成の提示を明確にするために、透明媒体の大部分が削除された状態で示される。
【００４５】
図５は、光学の照明側における半波リターダプレートの必要性を回避するための別のオプションの実装を示す。この場合、照明装置（１０）および（１４）からの光は、レンズ（２０）の光学軸に対するオフセット角度で照明光学系の反射レンズ（２０）に到達する。その結果、反射された照明は、ビームスプリッタを使用せず、光路の幾何学的な分離を可能にするように、光学軸の反対側にオフセットされる。このように、照明は、ＰＢＳ（２２）に対するＳ偏光として導入することができ、ＰＢＳ（２２）に到達する前に、原則的に任意の偏光変調を経験する必要はない。実際に、偏光子（１００１）は、変調コントラストを改善するためにＰＢＳ（２２）の直前に使用されるのが好ましい。この構成では、照明絞り（１４）と出口絞り（４０）との間で達成される「瞳結像」は、ある程度の収差を受けるが、ＬＣＯＳ（２６）の像平面での反射前の照明側の収差は、投影画像の質に影響を与えない。
【００４６】
図を単純化するために、図５の構成は、ＰＢＳ（２２）とＰＢＳ（２８）との間の半波長リターダプレート（２７）を備えて示される。代替的な特に好ましい実装は、ＰＢＳ（２８）およびコリメート光学系について「捻れた」幾何学形状を使用し、ここで、アセンブリの下部は、平面（２７）において伝播方向の中心光線の周りを、例えば、９０度で回転することにより、ＰＢＳ（２８）は、例示されるように、ＬＣＯＳからの光を図面のページに向けて方向転換させ、それにより、半波長リターダプレートを必要とせずに、像のコリメーションを達成する。
【００４７】
図６は、上記構成の１つに係るデバイスの焦点調節を達成するための選択肢を示す。（矢印（４６）により示されるように）表面（２２）に沿って（４４）の上部にプリズム（４２）を摺動させることにより、画像変調器（２６）とコリメート反射光学系（３４）との距離を連続的に調整できる。ＳＬＭ（２６）の位置の修正が必要な場合もある（矢印（４８）により示されるように）。この連続的な集束により、正確な収束が可能となり、一方で空隙のない構成が維持される。実際の組み立て方法として、構造は、ＰＢＳ平面に沿って表面間に置かれたＵＶ硬化可能な光学接着剤により組み立てられることが好ましい。１つのプリズム構成部品をＰＢＳ平面に沿って別のプリズム構成部品に対し摺動させることにより組み立て中に焦点を達成することで、光学装置の焦点が達成され、その後、ＵＶ光を適用することによりプリズム間の光学接着剤を処理することで、接着剤がつけられる。
【００４８】
最適な照明は２つの条件を満たす必要がある：
１．無駄な照明の「流出」が最小限に抑えられる、開口部（４０）（（５）と同等）における均一な空間強度分布。これは、平面（１４）（（２）と同等）上の開口部像を均一に照らすことにより達成される。
２．「流出」が最小限に抑えられる、均一照明画像ジェネレータ（２６）。これは、平面（１４）での適切な角度分布の生成により達成される。
【００４９】
これら２つの要件を満たすための有効な手法が図７に示される。光源（１０）からの光はレンズ（１２Ｂ）によりコリメートされる。これにより、平面（１４）に配される構造化ディフューザを介して光路がコリメートされた。このディフューザは、コリメート光を予め規定された角度分布、好ましくは長方形に拡散する用に設計されている。角度分布の形態が異なっている構造化ディフューザの範囲は、ＲＰＣ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ（ＮＹ、ＵＳＡ）から入手可能なディフューザのＥＮＧＩＮＥＥＲＥＤ  ＤＩＦＦＵＳＥＲＳ（商標）の範囲などの様々な供給源から市販で入手可能である。レンズ（２０）（（３）と同等）は、照明絞り（１４）でのこの角度分布を、ＳＬＭ（２６）上の対応する強度分布に変換する（フーリエ変換とも称される）。この長方形分布は、「流出」が最小限に抑えられる（２６）のアクティブ領域に重なる。
【００５０】
光源（１０）がレーザーまたは狭いＬＥＤエミッタ（側面発光ＬＥＤなど）である場合、レンズ（１２Ｂ）における最適なコリメーションが達成される。図８は、２つの軸に対して異なる発散があるレーザーまたは狭いＬＥＤをコリメートする、例えば、単純な球面レンズ（７０）、シリンドリカルレンズ（７２）と（７４）の組み合わせ、またはレンズとプリズム（７６）の様々な組み合わせを利用するために使用可能な、数個の構成を示す。高レーザー出力では、生成されたビームは、人の眼に対して危険な場合がある。しかし、面（１４）上でディフューザを通過した後、危険性は大幅に減少する。装置が崩壊した場合、コリメートされた非常に明るいビームが外へ透過し、眼に危険をもたらしかねないといった危険が生じる恐れがある。それゆえ、本発明のこの態様に従い、表面（１４）の代わりにコリメート光学系自体の一部としてディフューザを配することが好ましい。図８では、（７０）は、拡散（ｄｅｆｕｓｅｄ）されるべき表面（またはその対向面）を表す。表面（７２）が拡散される場合、ビームはレンズ間に一次元でコリメートされる。明るさの減少の改善は、第１の円筒状素子（７４）上にディフューザを配することにより達成される。
【００５１】
非点収差プリズムが用いられる場合、レンズ表面（７６）にディフューザを置くことが好ましい。図８の構成はすべて、表面（１４）の代わりにレンズ上でディフューザを用いることが好ましい。結果、光ビームは、表面（１４）上に伝播するにつれ拡大する。それゆえ、これらの素子間の距離は、エネルギー損失を最小限に抑えるために最小化されねばならない。
【００５２】
ここまでに記載した構成はすべて、照明源により画像ジェネレータ（２６）（ＳＬＭ（６））全体を同時に照らすように設計されている。しかし、特定の実施において、具体的には拡張現実ディスプレイでは、すべての画素が常に画像を生成することを求められていない。このような、および他の理由により、特定の実施において、以下に記載されるように、必要な場合および／または電力レベルが要求される場合にのみＳＬＭの選択的な照明が可能となり、それにより、電力要求を減らして付加的な利点を可能な限りもたらすことが、望ましい場合がある。
【００５３】
図９Ａは、一度に画像ジェネレータ（２６）の一部のみを照らすように構成された実装を示す。光源（１０）、好ましくはレーザーは、光学系（１２Ｂ）により走査ミラー（５０）または他の高速ミラー（好ましくはＭＥＭＳ）上へとコリメートされる。画像ジェネレータ（２６）が適切に照らされる限り、コリメートされない光源も使用され得る。走査ミラー（５０）は、射出瞳（４０）の像平面（照明絞り（２）に相当する）に位置することが好ましい（この構成において、レンズ（２０）は、像平面を面（１４）から走査ミラー（５０）の位置に移すために、先の図面における対応するレンズに対してわずかに修正される）。ＳＬＭ（２６）上の照明スポットは、ミラー（５０）の走査動作と組み合わせて照明することでＳＬＭ（２６）のアクティブ領域すべてを覆うように構成される。スポットサイズは、比較的多数の画素、通常は少なくとも１０、好ましくは少なくとも１００、およびいくつかの好ましい場合では少なくとも１０００の画素、または１０，０００より多くの画素（例えば、１００ｘ１００以上の画素）を覆うほどの大きさであり、それによりミラー（５０）の走査速度要件が減ることが、好ましい。照明スポットの形状は、例えば、光源（１０）からのエミッタビームの形状、光源コリメーション光学系（１２Ｂ）の光学的性質、ミラー（５）上のディフューザの配置、および／または平面（１４）上のディフューザの配置により変更可能である。ディフューザが用いられる場合、ディフューザは、ＲＰＣ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ（ＮＹ，ＵＳＡ）から市販で入手可能なものとして上記されるものなどの、出力光の特異的に選択された角度分布をもって構造化されたディフューザであることが好ましい。
【００５４】
図９Ｂは、走査ミラー（５０）の位置決めの代案を示す。ミラー（５０）の面（（４０）の像平面でもある）上の垂直入射により、空隙が最小限の小さなミラーに対する使用が可能となり、通常は、構成部品間に空隙を生じさせることなく実装を容易にするべく封入された構成部品として利用可能である。図９Ｂにおいて、ＰＢＳ（１２０１）（波長板リターダの４分の１と組み合わせて使用される）を使用して、この垂直入射が容易になる。この構成において、述べられるように、走査ミラーは構成部品としてそれ自体に封入され、ゆえに空隙と見なされないことが好ましい。レーザーとコリメート光学系も、封入された構成部品として設けられることが好ましい。それゆえ、図９Ｂの一体型総合システムは、システム基準で空隙がない、すなわち「構成部品間に空隙を生じさせない」と考慮され得る。
【００５５】
図９Ｃは、空隙のある屈折レンズ（１２００）が反射面（２０）を置き換え、それにより走査ミラー（５０）への垂直入射を可能にする、別のアーキテクチャを示す。
【００５６】
ミラー（５０）の典型的な走査パターンは、図１０Ａ−１０Ｃで概略的に示される。図１０Ａは、照明ビーム（６０）が二次元画素アレイ（５８）の一次元に及び、かつ走査装置が一次元走査パターンで照明ビームを走査することに応じた、第１の好ましい実施である。この目的のために、照明装置においてビームを角度的に形成する構成部品（例えば、ディフューザまたは上述の他の選択肢、または、一列のダイオードなどの細長いエミッタパターンの使用による）は、ほぼ線形の強度分布を生成することが好ましい。この文脈における「ほぼ線形」は、長軸と短軸との比率が少なくとも１０：１である強度分布、角度分布、または空間分布（どの平面がサンプリングされるかに応じる）を規定するために使用される。ゆえに、規定された強度分布は、例えば細長い楕円の形態などの広範囲の選択肢を含む。
【００５７】
図１０Ｂは、単純な二次元走査パターンに対するさらなる選択肢を例示し、そこでは、照らされた領域は、アレイ次元の２分の１に及び、それにより単純な前後方向の長方形走査動作による完全な適用範囲が可能となり、図１０Ｃはより複雑な走査パターンを示す。走査法間の主な差異は、スキャナから必要とされる複雑性と走査速度、および関連する照明スポットパターンである。走査動作への言及が行われる場合は常に、照明は、全面的な走査動作中に連続的となり、または、機械的走査機構の段階的動作、または連続的な機械的走査動作を介して一連の位置に引き起こされる高強度の短パルス照明の使用により達成される、段階的な照明パターンであり得ることに、留意されたい。段階的な走査パターンが用いられる場合、この段階的動作は、非重複領域を照らすか、または重複領域を照らす場合がある。
【００５８】
連続的な色投影には、３つの像（赤、緑、および青）がプロジェクタ（２６）に読み込まれて、迅速に照らされることが要求される。図１１Ａ−１１Ｃは、記載された構造化照明を用いてこれが効率的に実施され得る様々な選択肢を例示する。
【００５９】
ＬＣＯＳ画像ジェネレータの特に好ましい実施例を含む、多数の画像ジェネレータでは、制御装置は通常、二次元アレイ全体にわたる一連の行において二次元アレイの画素素子を更新し、それにより、画素データの行または列（互換的に使用される）が連続して読み込まれる「ローリングシャッター」パターンを使用して像パターンを読み込む。色が連続するシステムにおいて、これは、各色分解の像全体が読み込まれた後にのみ照明が活発化されると決定づける。これは、照明を行うことなく、各色分解の読み込み中に、フレーム像当たり３回、待機期間を決定づけ、ゆえに、照明時間とフレームレートを制限する。
【００６０】
図１１Ａは、既存のシステムにおけるＬＣＯＳ画像読み込みと照明のシーケンスを示す。Ｘ軸は時間であり、Ｙは任意の単位である。読み込み時間スロット（８０）は、それらが赤色画像を読み込むときのＬＣＯＳマトリクスの行の数を三角型で表す。時間スロット（８２）は赤色光源による照明である。時間スロット（８４）と（８６）は、緑色分解での対応するＬＣＯＳ画像の読み込みと暴露、（８８）と（９０）は、青色分解での対応するＬＣＯＳ画像の読み込みと暴露である。
【００６１】
図１１Ｂは、ＳＬＭの像平面を示す。制御装置は、線（９２）の右への動き（矢印により表される）で表されるように、二次元配列全体にわたる一連の行においてＬＣＯＳマトリクス（５８）（平面（２６））の画素に画像を読み込む。本発明の一実施形態の態様に従い、制御装置は走査装置も同期して操作し、その結果、照明パターン（６０）が一連の行の後ろに続き、更新された像の一部が照らされ、その後、二次元配列にわたる更新が完了する。
【００６２】
図１１Ｃは、図１１Ｂに示される照明の時間系列を示す。三角形（８０）で表される赤色画像の読み取りの直後、プロット（９４）として示されるミラー（５０）の走査が行われ、その結果、照明が開始され、その後に完全な像読み込みが完了する。時間スロット（９６）において、ミラー（５０）は、スキャンの開始時へとバックスキャンを行う。同じシーケンスが、緑（８４、９８、９６）および青（８８、１００、９６）に対して繰り返される。
【００６３】
この構成において、照明はほぼ連続的であり、これにより高い瞬間的強度の光源の要件を減らし、フレームレートは、図１１Ａの照明と像との間の読み込みスキーム（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅ−ｂｅｔｗｅｅｎ−ｉｍａｇｅ−ｌｏａｄｉｎｇ  ｓｃｈｅｍｅ）により達成可能なものよりも高い場合がある。
【００６４】
色画像の連続投射は、場合によっては、あたかも赤、緑、および青の画像が重複しないかのように、画像が把握される「色割れ」を導入し得る。この問題は、図１２Ａ−１２Ｂに関連して本明細書に例示されるように、本発明のさらに随意の態様に従い、赤、緑、および青の画像をほぼ同時に投射することにより改善され得る。図１２Ａは、レーザー（１０）およびスキャナ（５０）の拡大概略図を示す。Ｒ、Ｇ、およびＢのレーザー（１０）は、光学系（１２Ｂ）によりコリメートされる。マイクロレンズや回折素子などの他のコリメート装置も可能である。例えば、すべての色が一点から現われている場合、分散素子または回折素子を使用して、異なる色を異なる方向に転換させる。三色すべてがわずかに異なる角度でコリメートされる一方、走査ミラー（５０）は３つすべてのレーザービーム方向を同時に転換させる。前述のように、ディフューザ（１Ｄスキャナの場合にはラインディフューザ）は、スキャナの外側（例えば、平面（１４）に）、またはスキャナ（５０）の反射面（２３０）上に位置づけられる。この光学装置により、ＬＣＯＳ（２６）上に３つの別個の照明パターンが生成される。ラインディフューザの場合、３つの別個の線が生成される。線の画像は、図１２Ｂに示されるようにスキャナ（５０）の走査方向とほぼ垂直でなければならない。
【００６５】
この構成により、異なる色を伴う二次元画素アレイの異なる部分の同時照明が可能となり、一方で制御装置は、色の連続のためにビームの通過間の二次元アレイの画素素子を更新する。図１２Ｂは像平面（２６）を示す。青色画像はＬＣＯＳ上にロールシャッター（２３２）として読み込まれ、そこでは読み込みは、図１１Ｂに記載されるように左から右へと行われる。同時に、およびその後に、緑色画像がロールシャッタ（２３４）として読み込まれ、その後に赤色画像が（２３６）として読み込まれる。それゆえ、３つすべての色画像が、遅延を最小限にしてＬＣＯＳ上に読み込まれる。照明スキャナは、ロールシャッタプロセスと同期され、ロールシャッタの線間でＬＣＯＳを照らす。青色線（２４２）は（２３２）と（２３４）との間にあり、緑色線は（２３４）と（２３６）との間にあり、赤色線は（２３６）の後ろにある。走査装置（５０）の機械的動作の範囲は、ビームの各々が画素アレイ全体を横断できるほど十分な範囲でなければならない。明確に述べると、各色ビームは、それが画素アレイの領域にある走査動作の一部に対して作動させることしか必要とされない。
【００６６】
この構成において、単一フレームの走査は、色画像の投影間に遅延を最小にしてすべての色を投影し、ゆえに色割れは最小限になる。
【００６７】
三色のビームの同時生成に適した光源は、Ｓｕｍｉｔｏｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（日本）によりＲＧＢ−ＯＮＥ（商標）という商品名で販売されているフルカラーのレーザーモジュールなど、様々な供給業者から市販で入手可能である。
【００６８】
上述のように、二次元画素アレイの異なる領域の連続照明は、様々な方法で照明電力の節約を可能にする。第１に、像コンテンツが要求されない領域では、照明源を作動させる必要はなく、それにより、相当な電力が節約される。そのような用途の一例は拡張現実用途であり、そこでは、現実世界の安定した検討が可能になるように表示領域の多くが無活動のままであり、拡張現実コンテンツを提供するようにディスプレイの選択領域のみが作動させる。他の状態において、表示の領域が活動している場合でさえ、極大値に必要な表示強度に従い表示電力を依然として節約できる。具体的には、本発明の特定の実施のさらなる態様により、表示制御装置は、（ａ）二次元アレイの領域の各々に対応するデジタル画像の一部において、デジタル画像の画素の最大必要強度を決定する；（ｂ）前記領域内で対応する最大必要強度を生成するのに十分な、前記領域の少なくとも１つのための低減した照度レベルを決定する；（ｃ）低減した照度レベルに基づいて必要な投影画像強度を生成するために、少なくとも１つの領域内の画素のための修正された画素強度マップを生成する；および（ｄ）少なくとも１つの領域内の画素素子が修正された画素強度マップに従って作動する間に、低減した照度レベルで少なくとも１つの領域を照らすために前記照明装置を作動させるように、構成される。
【００６９】
この特徴は、図１２に関連して上記される分類の回線走査の走査パターンに関連して本明細書に例示されるが、他の照明パターンと同様に実施可能である。
【００７０】
図１３の画像（３００）は、像平面画素アレイ（５８）にわたって様々な像強度を持つ単純なパターン（例示目的のため）を示す。その中で暗い方の像は、より高強度を描写している。この像は一色向けであり、３つのそのような像が色すべてに対して全フレームを生成する。点線は、図の異なる表現間の特徴への言及を容易にするためのものである。
【００７１】
ＦＣＯＳが一定の最大強度でビームにより走査される場合、パターン（３００）に例示されるような像はそのまま読み込まれ、最大強度のビームによる走査によって、所望の出力画像が生成される。代替手段として、本発明の本態様に従い、グラフ（３０２）は、図（３００）の各列に対する「最大必要強度」を例示する。その後、照明線（例えば、（６０））が最近ＬＣＯＳ全体にわたり走査を行い、結果的に最小の減衰がＬＣＯＳ（２６）から要求される（ｒｅｑｕｉｔｅｄ）と、このパターンを使用して、レーザー強度の対応するプロファイルを設定する。画像（３０４）は、ＬＣＯＳ全体にわたりもたらされる照明強度を示す。走査の始めに（アレイのカバー領域（３０５ａ））、レーザー照明は行われない。領域（３０５ｂ）では、「低減した照明レベル」に相当する中程度の強度が使用される。領域（３０５ｃ）は最大強度で照らされ、最終部（領域（３０５ｄ））には照明は必要とされない。
【００７２】
像（３０６）は、修正された画素強度マップに相当し、その結果、（３０６）の修正画素強度および（３０４）の所定の列の照明レベルの産物により、所望の出力像強度（３００）が生成される。ゆえに、画像（３０６）（ＬＣＯＳに読み込まれる実画像）は、必要な像（３００）を照明像（３０４）により分割することで生成される。
【００７３】
実際、照明出力がステップ関数によって導き出されても、各行に対する全体的な照明強度は照明線が通る照明の積分になるため、照明線にはある程度の幅（すなわち、同時に多数の列を覆うもの）があり、結果として照明像（３０４）は緩やかな移行により平滑になる。照明レベル（３０４）により分割される所望の出力像（３００）としての読み込まれた像（３０６）の計算は、有効なままである。
【００７４】
低減した照明レベルは、照明源の強度の減少により達成されるとこれまで記載されてきたが、走査動作の速度の調節により同等の効果を達成でき、そこでは標準の走査速度が完全強度の照明をもたらし、動作の走査速度の上昇により対応する領域の走査滞留時間が減少し、「低減した照明レベル」がもたらされる。特定の場合、明るさの増強（標準の１００％の強度レベルを超える）は、より遅い走査動作の利用、またはアレイのサブ領域の走査の反復により、提供され得る。
【００７５】
図１４は、図９Ａ−１３の様々な実施形態を実施するのに適した制御システム、具体的には、照明および／または走査の動作によりＬＣＯＳ  ＳＬＭの更新の同期操作を必要とするシステムを、概略的に提示する。この図において、実線はデータ伝送を表し、点線は同期を表す。「画像ジェネレータ」は、画像のＲＧＢデータマトリクスを「照明ドライバ」に伝送する。この照明ドライバは、照明パターン（線など）および像パターンを呈するレーザーから必要とされる照明パターンを生成する。この誘導プロセスは、上述のように各位置（線）にて最小電力を伝送するべくレーザーを最適化することが好ましく、典型的にはＬＣＯＳに読み込まれる像データの対応する修正を必要とする。暗い矢印は、これら修正のための照明ドライバから画像ジェネレータへのフィードバックを表す。画像ジェネレータ自体に「照明ドライバ」の機能の一部を導入することが可能である。最終のＲＧＢ画像はＬＣＯＳに注入される。ＬＣＯＳドライバは、ＬＣＯＳ、スキャナドライバ、および照明ドライバに同期信号を生成する。
【００７６】
図１４の描写は、上記用途を確実なものとするための最小の描写である。描写される様々なドライバは、各構成部品に対する専用の制御回路、１つ以上のプロセッサーを備えた処理システム上で作動するソフトウェアパッケージの一部としてソフトウェアドライバ、または、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアと、典型的には追加の通信または他の入力インターフェース、およびデータ記憶デバイスとのあらゆる組み合わせを含むがこれらに限定されない、様々な方法で実装され得ることに、留意されたい。様々なドライバ、制御回路、および付随の構成部品はすべて、本明細書で総体的に「制御装置」と称される。
【００７７】
ここで図１５Ａと１５Ｂに戻ると、偏光感受型誘電体コーティングの伝送は角度により異なる。これにより画質は劣化しかねない。図１５Ａは、誘電体コーティング（２８）を含む図２Ａのシステムの光路を示す。矢印（１０６）は、他の画素からの光線が同じ角度分布にて誘電体表面（２８）に当たるにつれて異なる角度で誘電体表面（２８）にあたるときに、単一画素から現われる分岐光線を示す。この衝突角度の範囲は、異なる角度の異なる反射、およびゆえに出口開口部（４０）の不均一な照明をもたらし得る。この不均一性は画質を劣化させ、ニアアイディスプレイシステムの観察者を妨害する。それゆえ、本発明のある実施に従い、Ｓ偏光の反射率は、Ｐ偏光の透過率の均一性に優先する設計面の考慮事項として、（１１０）に示されるように最適となるよう設計されることが好ましい。
【００７８】
単一画素（１０６）の反射光（１０８）は、同じ入射角を持つ平行光線として（２８）に当たる。しかし、異なる画素からの光線には、異なる入射角がある。結果として、異なる画素（像場ポイント）には、図１５Ｂの（１０８）に示されるように（２８）を介して異なる透過率を持つ。本発明のある好ましい実施に従い、最適な透過率は、場の中心に設計されているか、または、他のシステム不均一性（傾斜した開口部（４０）など）を補うために変位可能である。縁部での像のこのアポディゼーションは通常、観察者にはより許容可能なものであり、照明入力表面（１４）の正確な照明により補われ得る。
【００７９】
ここで図１６Ａと１６Ｂに戻ると、本発明の態様に係る代替的アーキテクチャにおいて、空間光変調器（２６）が反射空間光変調器であると、照明は、ＳＬＭ（２６）の平面と平行な表面での内反射によってＳＬＭ（２６）へと方向付けられ、その後、空間光変調器の平面に対してほぼ３０度の角度で配向されたビームスプリッタ平面に反射が生じる。この文脈においてほぼ３０度とは、３０度±５度、より好ましくは±３度の角度を指す。
【００８０】
ゆえに、図１６Ａは、ＰＢＳ（２２）のどの光学経路が短くなるかに応じた典型的なアーキテクチャを示す。この構成において、光源（１０）からの光は、拡張光導体（１２）を通って平面（１４）上へと向かう。この図において、平面は、傾斜開口部（４０）の像であるので、傾斜される。平面（１４）のこの傾斜または平坦な配向は、前述のアーキテクチャすべてに実施できる。平面（１４）はまた、ｓ−偏光を透過させる偏光子を含み得る。
【００８１】
光は、レンズ（２０Ｂ）（照明光学系（２）と同等）を通過し、プリズム（１０１７）に進入する。面（１０２５）は反射コーティングでコーティングされ、それにより、光は面（１０２０）上に反射し、そこでは、全内反射（ＴＩＲ）によってＰＢＳ（２２）および画像変調器（２６）に反射される。言及されるように、この構成において、ＰＢＳ平面は、前述のアーキテクチャに対して浅い、ほぼ３０度の角度である。結果として、ＰＢＳ（２２）の高さはより短く、システムのサイズが小さくなる。この構成において、面（１０２０）は、クリーンであり、かつ空隙があり、または、角度選択的なコーティングでコーティングされねばならない。リターダー（２７）は、図４に記載されるようにＰＢＳを回転させることで排除され得る。
【００８２】
図１６Ｂにおいて、プリズム（１０１７）はプリズム（１０４０）と置き換えられる。このプリズムは、反射コーティング（１０２５）を必要としない。他の光学的性質がすべて維持されている。
【００８３】
図１６Ｂにおいて、ＰＢＳ（２２）の高さが低くなることで、システムの光学性能を改善するレンズ（１０３５）の導入が可能となる。
【００８４】
照明源の機械走査の代わりとして、本発明のある実施は、複数の領域を照らすための複数の独立的に切り替え可能な照明源を備えた照明装置を提供する。そのような装置は、図１７で概略的に例示される。この構成において、絞り（５）は、前述のような絞り（２）へと結像され、光変調器の像平面（６）はレンズ（３）により平面（１１００）へと実質的に結像されることが好ましい。平面（１１００）は、個々に作動可能な分散型光源を含む。この構成において、光源はすべて、画像ジェネレータ（６）の対応部を照らす。個々の光源の作動のアルゴリズムは、上述の走査照明の実施形態に対して記載されたものと実質的に同等である。結果として、電力はあまり伝送されず、可動部は必要とされない。
【００８５】
好ましくは、不均一性を排除するために（６）に結像されると、平面（１１００）はわずかに分散される。これは、図１８に示されるように小さな角度ディフューザ、または軽微な焦点外れによって達成され得る。
【００８６】
図１８は、図２Ａと同等のアーキテクチャを示す（絞り平面（４０）は（１４）に結像される）。しかしこの場合、像平面（２６）（（６）と同等）は、光源平面（１０ｂ）（（１１００）と同等）に結像される。レンズ（２０）（（３）と同等）、不均一な平滑化に対するある程度のオフセットを伴って、平面（２６）から（１０ｂ）へと焦点を当てるように修正される。光はプリズム（１１０５）内を伝播し、これにより空隙を生じさせることなくシステムを実装できる。
【００８７】
（２６）の（１０ｂ）への結像は、別の反射レンズを用いて達成できる。従来のレンズまたはマイクロレンズアレイを用いて、光源アレイからの光収集を改善することができる。
【００８８】
光源は、カラーフィルターを備えた空間光変調器（２６）を有する白色ＬＥＤであり得る。代替的に、色光源は組み合わせ可能であり（例えば、バイエル様式）および、脱集束（または軽微な拡散）により照明が不鮮明になり、そうして（２６）上のすべての画素がすべての色により照明される。
【００８９】
図１９Ａと１９Ｂは、画像変調器の照明が部分的であり、走査されるアーキテクチャを示すが、照明工程と出口工程との間に「瞳結像」はない。この構成において、照明幅（１１２５）は、必要な絞り（５）の幅（１１２７）よりも広くなければならない。図１９Ａは、走査ミラー（１１２０）がＳＬＭ（６）の中心を照らすために集中させられるアーキテクチャを概略的に示す。光源（１）からの光は、（６）の中心に焦点を当てられる。
【００９０】
ミラー（１１２０）が（図１９Ｂに示されるように）ＳＬＭ（６）の下方部を照らすために捻られると、（５）の上の照明スポットが変位する。それゆえ、より幅広い照明（１１２５）により、すべての変調器照明代替物ではあるが、絞りでのより高度の照明損失のコストにて、出口絞り（５）の開口部全体の効果的な照明が可能となる。
【００９１】
これら原理に基づく実施の概略図は図２０で描かれ、そこでは、残りの構造は、ＰＢＳ（２２）から、光学経路に沿って前進して、図２Ａのものと実質的に類似する。
【００９２】
図２１は、瞳像または焦点平面にて位置決めされない一連の光源（１１００）を用いる、代替的な構造を示す。本装置において、「有効な」光線（示される）のみが最終的には導波路へと結合し、一方で「無効の」光線（矢印として示される）は結合しない。これは単純な装置であるだけでなく、高度の電力損失に関連する。
【００９３】
図２２はさらに単純化された装置を示し、そこでは、画像変調器（２６）は、分散型光源（１１００）（偏光子を有する）が取り付けられている透明な空間光変調器、最も好ましくはＬＣＤである。この装置は、わずか１つのＰＢＳ（２８）しか必要としない。変調器を光プリズム（１１５０）に直接取り付けることで、（典型的には透明なＬＣＤ実装を伴う相当な設計上の問題である）熱放散の改善が可能になり、一方で焦点はスペーサー（２４Ａ）および／または（２４Ｂ）により管理される。単一の照明器は、特に単純な実装に対して分散型分散型照明器（１１００）を交換できるが、電力損失は増加する。
【００９４】
図２３Ａ−２３Ｂは、一連のエミッタを組み合わせるための代替手段の構成を提示する。エミッタ（ＬＥＤまたはＯＬＥＤ）（１１００）のマトリクスは、幅広い角度分布で光を透過させ、典型的により高度な照明損失をもたらす。前述の構成すべてにおいて、代替的な照明アーキテクチャ（１１０１）を使用できる。この構成は、すべてのエミッタに対してコンデンサを具備する。エミッタは通常、１つの白色光源または複数の個別の色光源（例えば、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ）を具備する。おそらく、光源はすべて、統合を簡素なものとするべく１つのＰＣＢに配される。好ましくは、コンデンサは、プロジェクタの光学装置により必要に応じて（示されるように）傾斜される。例えば、照明アーキテクチャ（１１０１）はこの場合、上述の図１８の照明源（１０ｂ）に対して最適化される。
【００９５】
画像変調器上に照明の走査を生成するための様々な方法が存在する。上記で議論される走査ミラー装置の代わりに、走査光ビームは、照明光ファイバーの先端を曲げることにより生成され得る。様々な装置を使用して、可撓性光ファイバー先端の歪みを引き起こし、空間光変調器の領域全体にわたり照明パターンの必要な走査を生成できる。図２４は、瞳結像の維持により照明エネルギーの観点から特に有効であると考慮される、唯一の代替手段を概略的に提示する。
【００９６】
図２４Ａにおいて、平面（２１００）（図１７の位置（１１００）と同等）は、平面（６）の画像である。ファイバー（２１０５）の先端は、この平面の中に位置し、かつその中を移動する。この動作はデバイス（２１１０）により生成され、該デバイスは圧電アクチュエータでもよいが、他の電気機械アクチュエータが使用されてもよい。ファイバーから現われる光の角度幅は、レンズ（２１１７）の後ろの開口部（２）を満たすように設定され、それにより導波路（５）に通じる入口をすべて照らす。レンズ（３）は、撮像装置平面（６）上のスポットへと照明を集中させる。スポットの大きさは、すべて前述のように複数の画素、典型的には撮像装置の大部分を覆うほどのものである。空隙が最小限の光学実装に対する、および変位可能なファイバー先端手法に基づく非限定的な例は、図２４Ｂに例示される。空隙のみがファイバー先端にあり、該先端は、前述のように、隣接するレンズ（２１１７）と組み合わせて閉鎖構成部品として都合よく封入され、それにより、構成部品間に空隙を生じさせることなく実装を容易にする。
【００９７】
上述の記載が単なる例としてのみ機能するように意図されており、かつ、多くの他の実施形態が、添付の請求項に定められるような本発明の範囲内で実施可能であることが、認識されるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【国際調査報告】
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