(57)【要約】【課題】少なくとも形成された画像の含むムラおよびスペックルを低減することができる画像生成装置を提供する。【解決手段】本発明は、画像（Ｉ）を生成するための画像変調器（３０）とともに、中間面（２１、Ｓ）を有する照明部（２０）を備える、画像生成装置１に関する。また、前記中間面（２１、Ｓ）を照射するために、受光した一次照明光（Ｌ１）の光ビーム（Ｌ）を前記照明部（２０）の方向へ偏向させるための偏向手段（１０）が備えられている。前期偏向手段（１０）は、前記中間面（２１、Ｓ）を照射する過程において、スペックル効果を低減するように、前記光ビーム（Ｌ）を時間的に順次、前記中間面（２１、Ｓ）の異なる部位に照射するように適応されている。【選択図】図１Ａ
2008257242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像生成パネル（ＩＰ）と、
中間面（２１、S）を有し、前記パネル（ＩＰ）を均一に、前記パネル（ＩＰ）の形状と一致するビームの形状によって照明するために光ビーム（Ｌ）を修正するように構成された照明光学手段（ＩＯ）と、
前記中間面（２１、Ｓ）に前記光ビーム（Ｌ）を照射するために、受光したコヒーレント性を有する一次照明光（Ｌ１）の光ビーム（Ｌ）を照明手段（２０）の方向へ偏向させるための偏向手段（１０）と、
前記画像生成パネル（ＩＰ）から受け取った画像（Ｉ）を投影するように構成された投影レンズ（ＰＬ）と、
を備え、
前記偏向手段（１０）は、前記中間面（２１、Ｓ）を照射する過程において、前記光ビーム（Ｌ）を時間的に順次、前記中間面（２１、Ｓ）の異なる部位（Ｓｊ）に照射するように構成されており、
前記照明光学手段（ＩＯ）の前記中間面（２１、Ｓ）は、前記投影レンズ（ＰＬ）の開口絞り（４１、ＡＳ）に対し、光学的に共役となるように配置されることを特徴とする、画像生成装置（１）。
【請求項２】
画像（Ｉ）を生成するための画像生成手段（３０）と、
中間面（２１、Ｓ）を有する、画像（Ｉ）を生成するための前記画像生成手段（３０）を照明するための照明手段（２０）と、
前記中間面（２１、Ｓ）に前記光ビーム（Ｌ）を照射するために、受光したコヒーレント性を有する一次照明光（Ｌ１）の光ビーム（Ｌ）を前記照明手段（２０）の方向へ偏向させるための偏向手段（１０）と、
画像（Ｉ）を生成するための前記画像生成手段（３０）から受け取った画像（Ｉ）を投影するための投影手段（４０）と、
を備え、
前記偏向手段（１０）は、前記中間面（２１、Ｓ）を照射する前記過程において、前記光ビーム（Ｌ）を時間的に順次、前記中間面（２１、Ｓ）の異なる部位（Ｓｊ）に照射するように構成されており、
画像（Ｉ）を投影するための前記投影手段（４０）は、開口絞り（４１、ＡＳ）を有し、
前記照明手段（２０）の前記中間面（２１、Ｓ）は、前記開口絞り（４１、ＡＳ）に対し光学的に共役となるように配置されることを特徴とする、画像生成装置（１）。
【請求項３】
前記偏向手段（１０）は、前記中間面（２１、Ｓ）を照射する前記過程において、前記光ビーム（Ｌ）が前記中間面（２１、Ｓ）の異なる位置に照射されるように適応されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記偏向手段（１０）は、前記中間面（２１、Ｓ）を照射する前記過程において、前記光ビーム（L）が前記中間面（２１、Ｓ）をスイープするように適応されたことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記偏向手段（１０）は、前記中間面（２１、Ｓ）を照射する前記過程において、前記光ビーム（L）が前記中間面（２１、Ｓ）を継続的に移動するように適応されたことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記中間面（２１、Ｓ）は前記照明手段または前記照明光学手段（ＩＯ）の表面であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記中間面（２１、Ｓ）は前記照明手段または前記照明光学手段（ＩＯ）のインターフェースであることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記中間面（２１、Ｓ）は前記照明手段または前記照明光学手段（ＩＯ）の仮想面であることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記中間面（２１、Ｓ）は前記照明手段または前記照明光学手段（ＩＯ）の拡散板の面であることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
一次照明光を生成するための一次照明光生成手段（５０）が焦点面を有していてもよく、
前記偏向手段（１０）は前記焦点面の近傍に位置することを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記照明手段（２０）または前記照明光学手段（ＩＯ）は集光板と集光レンズを備え、
前記中間面（２１、Ｓ）は前記第二集光板（２４−２）の近傍にあることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記照明手段（２０）または前記照明光学手段（ＩＯ）は光ファイバとリレーレンズシステムを備え、
前記中間面（２１、Ｓ）はリレーレンズシステムの開口絞りの近傍にあることを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記照明手段（２０）または前記照明光学手段（ＩＯ）は、前記偏向手段（１０）の前または後ろに位置する追加の拡散板を備えることを特徴とする、請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記偏向手段（１０）はミラー（１１）である、もしくはミラー（１１）を備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記ミラー（１１）は、機械的に回転することによって、受光した前記光ビーム（Ｌ）を前記中間面（２１、Ｓ）の方向へ偏向させるように適応されたことを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ミラー（１１）は、２つの直交する軸の周りで傾斜するように、また受光した前記光ビームを二次元的に前記中間面（２１、Ｓ）の方向へ偏向させるために、カルダン方式で配置されたことを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記ミラー（１１）は、偏向させられた前記光ビームが、円形状、直線状、渦巻状、または不規則な動きのいずれかの１つで前記中間面（２１、Ｓ）を移動するように適応されたことを特徴とする、請求項１４から１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記一次照明光（Ｌ１）を、前記一次照明光（Ｌ１）を偏向させるための偏向手段（１０）へ向けて方向づけるように適応された、一次照明光（Ｌ１）を生成するための一次照明光生成手段（５０）をさらに備えることを特徴とする、請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
一次照明光（Ｌ１）を生成するための前記一次照明光生成手段（５０）は少なくとも１つのレーザー光源（５１）を有することを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
一次照明光（Ｌ１）を生成するための前記一次照明光生成手段（５０）は、各々のレーザー光ビーム（Ｌ）のアレイを形成し、前記一次照明光（Ｌ１）を偏向させるための前記偏向手段（１０）へ向けて方向づけるように適応された、レーザー光源（５１）のアレイを有することを特徴とする、請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２１】
画像（Ｉ）を生成するための前記画像生成手段（３０）または前記画像生成パネル（ＩＰ）は画像変調器である、もしくは画像変調器を備えることを特徴とする、請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
画像（Ｉ）を生成するための前記画像生成手段（３０）または前記画像生成パネル（ＩＰ）は少なくとも１つの液晶表示素子（ＬＣＤ）である、もしくは少なくとも１つの液晶表示素子（ＬＣＤ）を備えることを特徴とする、請求項１から２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記照明手段（２０）または前記照明光学手段（ＩＯ）は照明部である、もしくは照明部を備えることを特徴とする、請求項１から２２のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像生成装置に関するものであり、特に、レーザー光源を用いる投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くのカスタマーデバイスや電子機器において、画像を生成し、また生成した画像を投影するための装置や機器と、それらの小型化が、益々重要となってきている。そのような装置や機器には、特に、少なくともある程度コヒーレント光を生じさせる、または少なくともコヒーレント光を含む光源を用いる場合、画像生成および画像投影の過程において、形成された画像に、前記光の有するコヒーレント性によるノイズやその他のムラ（Ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｉｅｓ）が生じるという問題がある。これらのムラは、一方では、特に、光学面、表面またはインターフェースでの干渉過程によって生じる。ノイズ成分は通常スペックルと呼ばれ、主に、例えば拡散スクリーンの拡散面やインターフェースなどにおける干渉過程によって生成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明は、少なくとも形成された画像の含むムラおよびスペックルを低減することができる画像生成装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の課題は、請求項１および請求項２に記載の画像生成装置によって解決される。本発明の画像生成装置の実施形態や改良は従属請求項の範囲に含まれる。
【０００５】
本発明によると、画像を生成するための画像生成手段と、画像を生成するための前記画像生成手段を照明するための照明手段と、前記照明手段へ向けて受光したコヒーレント性を有する一次照明光の光ビームを偏向させるための偏向手段とを備える画像生成装置が提供される。前記照明手段は中間面を有する。受光した一次照明光の前記光ビームを偏向させるための前記偏向手段は、前記中間面を照射することができる。本発明によると、前記偏向手段は、前記中間面を照射する過程において、前記光ビームを時間的に順次、前記中間面の異なる部位に照射するように適応されている。
【０００６】
したがって、本発明の１つの観点は、受光したコヒーレント性を有する一次照明光の前記光ビームを偏向させるための手段に、一次照明光の偏向させられた前記光ビームが前記照明手段の前記中間面の異なる部位を順次照射する機能を持たせることである。その結果、時間の経過とともに、画像生成によく用いられる前記中間面の、照射された異なる部位のコヒーレント性が少なくともある程度までは失われ、照射された異なる部位が時間を置いて存在するため、ある程度までお互いにインコヒーレントとなる。したがって、コヒーレント性が失われることにより、スペックル現象に関与できなくなる。
【発明の効果】
【０００７】
以上に説明したように、本発明によれば、少なくとも形成された画像の含むムラおよびスペックルを低減することができる画像生成装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【０００９】
まず、以下については、一般的に図面を参照しながら説明される。
【００１０】
本発明によると、画像生成装置１が提供される。前記画像生成装置１は、画像Ｉを生成するための画像生成手段３０としての画像生成パネルＩＰと、中間面２１、Ｓを有し、前記パネルＩＰを均一に、前記パネルＩＰの形状と一致するビームの形状によって照明するために光ビームＬを修正する、画像Ｉを生成するための前記画像生成手段３０を照明するための照明手段２０としての照明光学手段ＩＯと、前記中間面２１、Ｓに前記光ビームを照射するために、受光したコヒーレント性を有する一次照明光Ｌ１の光ビームＬを前記照明手段２０の方向へ偏向させるための偏向手段１０と、パネルＩＰに表示された画像を投影する、前記画像Ｉを生成するための前記画像生成手段３０から受け取った画像Ｉを投影するための投影手段４０としての投影レンズＰＬとを備え、前記偏向手段１０は、前記中間面２１、Ｓを照射する前記過程において、前記光ビームＬを時間的に順次、前記中間面２１、Ｓの異なる部位Ｓｊに照射するように適応され、画像Ｉを投影するための前記投影手段４０は開口絞り４１、ＡＳを有し、前記照明手段２０の前記中間面２１、Ｓは、前記開口絞り４１、ＡＳに対し、光学的に共役となるように配置される。
【００１１】
一方、本発明によると、画像Ｉを生成するための画像生成手段３０と、中間面２１、Ｓを有する、画像Ｉを生成するための前記画像生成手段３０を照明するための照明手段２０と、前記中間面２１、Ｓに前記光ビームＬを照射するために、受光したコヒーレント性を有する一次照明光Ｌ１の光ビームＬを前記照明手段２０の方向へ偏向させるための偏向手段１０とを備え、前記偏向手段１０は、前記中間面２１、Ｓを照射する前記過程において、前記光ビームＬを時間的に順次、前記中間面２１、Ｓの異なる部位Ｓｊに照射するように適応された画像生成装置が提供される。
【００１２】
前記偏向手段１０は、前記中間面２１、Ｓを照射する前記過程において、前記光ビームＬが前記中間面２１、Ｓの異なる位置に照射されるように適応されてもよい。
【００１３】
前記偏向手段１０は、前記中間面２１、Ｓを照射する前記過程において、前記光ビームLが前記中間面２１、Ｓをスイープするように適応されてもよい。
【００１４】
前記偏向手段１０は、前記中間面２１、Ｓを照射する前記過程において、前記光ビームLが前記中間面２１、Ｓを継続的に移動するように適応されてもよい。
【００１５】
前記中間面２１、Ｓは、前記照明手段２０の表面であってもよい。
【００１６】
前記中間面２１、Ｓは、前記照明手段２０内の仮想面であってもよい。
【００１７】
前記中間面２１、Ｓは、前記照明手段２０のスクリーンの面であってもよい。
【００１８】
前記中間面２１、Ｓは、前記照明手段２０の拡散板の面であってもよい。
【００１９】
前記画像生成装置は、画像Ｉを生成するための前記画像生成手段３０から受け取った前記画像Ｉを投影するための投影手段４０をさらに備えていてもよい。
【００２０】
画像Ｉを投影するための前記投影手段４０は、開口絞り４１、ＡＳを有していてもよい。
【００２１】
前記照明手段２０の前記中間面２１、Ｓは、前記開口絞り４１、ＡＳに対し、光学的に共役となるように配置されていてもよい。
【００２２】
前記照明手段２０または前記照明光学手段ＩＯは、集光板と集光レンズを備えていてもよい。
【００２３】
前記中間面２１、Ｓは、前記第二集光板２４−２の近傍にあってもよい。
【００２４】
前記照明手段２０または前記照明光学手段ＩＯは光ファイバとリレーレンズシステムを備えていてもよい。ここで、前記中間面２１、Ｓは、リレーレンズシステムの開口絞りの近傍にある。
【００２５】
前記照明手段２０または前記照明光学手段ＩＯは、偏向手段１０の前または後ろに位置する追加の拡散板を備えていてもよい。
【００２６】
前記画像生成装置１は、前記一次照明光Ｌ１を、前記一次照明光Ｌ１を偏向させるための前記偏向手段１０へ向けて方向づけるように適応された、一次照明光Ｌ１を生成するための一次照明光生成手段５０をさらに備えていてもよい。
【００２７】
一次照明光Ｌ１を生成するための前記一次照明光生成手段５０は、少なくとも１つのレーザー光源５１を有していてもよい。
【００２８】
一次照明光Ｌ１を生成するための前記一次照明光生成手段５０は、レーザー光ビームＬのアレイを生成し、その各々のアレイを前記一次照明光Ｌ１を偏向させるための前記偏向手段１０へ向けて方向づけるように適応された、レーザー光源５１のアレイを有していてもよい。
【００２９】
一次照明光を生成するための前記一次照明光生成手段５０は、焦点距離および焦点面を有していてもよく、前記偏向手段１０は前記焦点面に位置していてもよい。
【００３０】
前記偏向手段１０は、ミラー１１であってもよく、もしくはミラー１１を備えていてもよい。
【００３１】
前記ミラー１１は、機械的に回転もしくは傾斜することによって受光した前記光ビームＬを前記中間面２１、Ｓの方向へ偏向させるように適応されていてもよい。
【００３２】
前記ミラー１１は、２つの直交する軸の周りで傾斜するように、また受光した前記光ビームを二次元的に前記中間面２１、Ｓの方向へ偏向させるため、カルダン方式で配置されてもよい。
【００３３】
前記ミラー１１は、偏向させられた前記光ビームが、円形状、直線状、渦巻状、または不規則な動きのいずれかで前記中間面２１、Ｓを移動するように適応されていてもよい。
【００３４】
画像Ｉを生成するための画像生成手段３０は、画像変調器であってもよく、もしくは画像変調器を備えていてもよい。
【００３５】
画像Ｉを生成するための前記画像生成手段３０は、少なくとも１つの液晶表示素子ＬＣＤであってもよく、もしくは少なくとも１つの液晶表示素子ＬＣＤを備えていてもよい。
【００３６】
前記照明手段２０は、照明部であってもよく、もしくは照明部を備えていてもよい。
【００３７】
本発明のこれら、また更なる観点は、以下に更に説明される。
【００３８】
本発明はまた、とりわけレーザー光源を用いる投影装置に関する。
【００３９】
本発明は、光源としてレーザーを用いる投影システムの光学部品について記載している。レーザー照明プロジェクタは通常、レーザー光のコヒーレントな性質のため、ムラのあるノイジーな映像を生成する。
【００４０】
ムラ（オブジェクティブ・スペックルとも呼ばれる）は、コヒーレント光が凹凸のある表面、表面欠陥および光学系内の開口絞りと干渉することによって生じる。スクリーン上に現れるスペックルパターンは、例えば観察者の位置、視角、瞳孔の大きさ等の、観察者の視覚条件の影響を受けない。
【００４１】
ノイズ（サブジェクティブ・スペックルとも呼ばれる）は、コヒーレント光が凹凸のある表面やスクリーンの拡散粒子と干渉することによって生じる。コヒーレント光は異なる方向に散乱する際、建設的もしくは破壊的に干渉し、それにより、観察者の像面（例えば、人間の瞳の網膜）に粒状のスペックルパターンを形成する。スペックルパターンは、観察者の位置や視角が変わると、変わる（移動する）。
【００４２】
スペックル現象については、“Ｊ．Ｗ．Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ，Ｖｏｌ．６６，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９７６”に記載されている。Ｇｏｏｄｍａｎはスペックルの抑制方法についても記載している。
【００４３】
レーザースペックルは、光路の、画像結像装置の前でレーザーの焦点を合わさる点、または光学系において画像が結像される面に、可動するランダム拡散板またはランダム位相リターダが存在することによって低減することができることが知られている。（Ｔｒｉｓｎａｄｉ，Ｐｒｏｃ  ＳＰＩＥ  ４６５７，２００２参照）
【００４４】
本発明は、オブジェクティブ・スペックルおよびサブジェクティブ・スペックルの両方を低減させる光学系の構成の条件について記載している。
【００４５】
図、特に図１および図２に示すように、レーザービームＬ、複数の同時に発生するレーザービームの束もしくはレーザービームのアレイは、例えば機械的に回転または傾斜するミラー１１を用いることで、本発明における画像生成装置としてのプロジェクタ１の照明部２０内に配置されている中間面Ｓをスイープするように偏向させられる。ビームＬは、円形状、直線状、またそれ以外のどのような軌道Ｔでも、中間面もしくは表面をスイープすることができる。移動パターンは円を描くように繰り返されてもよいし、または不規則にスイープしてもよい。選択的に、より高い均一性を得るために、レーザースポットをぼやかすための拡散板２２を用いてもよい。
【００４６】
中間面Ｓと開口絞りＡＳはお互いに共役であるため、中間面Ｓの画像は投影レンズ４２に開口絞りＡＳの近傍に結像される。
【００４７】
照明部２０は、画像生成手段３０の画像変調器３１、例えばＬＣＤパネルを照明する。
【００４８】
画像Ｉは、通常の方法で投影レンズによってスクリーン上に投影される。
【００４９】
例えば図３からも分かるように、投影レンズ４２から出射されるビームレットＢ１のそれぞれは、観察者の瞳の瞳孔上に特定のスペックルパターンを形成する。
【００５０】
それぞれの２本のビームレットＢｍ、Ｂｎ間のある最小分離角度Δｍｉｎは、それぞれのビームレットにより形成されるスペックルパターンがお互いに無相関であるようなものでなければならない。
【００５１】
Δｍｉｎは、波長帯域幅、スクリーンのタイプ、観察者とスクリーン間の距離と観察者の瞳孔の大きさによる。実験により求められた典型的な値はΔｍｉｎ＝０．５θＥｙｅであるが、特定の条件（帯域幅、…）によっては、別の値もありうる。
【００５２】
Δｍｉｎが限定されているため、限られた数のＮ本の無相関なビームレットしか投影円錐角θＰｒｏｊを満たすことができない。
【００５３】
図４Ａから図４Ｃに示すように、ビームレットＢ１，ｉ＝｛１，…Ｎ｝は、時間を置いて存在（出現）するため、お互いにインコヒーレントである。
【００５４】
ビームレットにより形成されるスペックルパターンはお互いに無相関であり（Δｍｉｎの条件）、ビームレットはお互いにインコヒーレントであるため（分離した時間（ｄｉｓｊｕｎｃｔ  ｔｉｍｅｓ））、すべての個別のビームレットの重なりの結果、スペックルコントラストが因数√Ｎにより低減されたパターンとなる。
【００５５】
図５Ａおよび図５Ｂの実施形態においては、画像変調器３１を均等かつ長方形状に照明するために、プロジェクタ１の照明部分２０に集光板２４−１、２４−２が一般的に用いられている。
【００５６】
レーザービームＬ、複数の同時に発生するレーザービームの束もしくはレーザービームのアレイは、第一集光板２４−１の作動領域の一部もしくは全体が照らされるように、視準レンズ２３−１をスイープする。より高い均一性を得るために、レーザースポットをぼやかすための、ミラー１１と第一集光板２４−１の間に配置された、選択的な拡散板２２を用いてもよい。
【００５７】
第二集光板２４−２は、投影レンズ４２の開口絞り４１、ＡＳと共役である。その結果、光は、光が第二集光板２４−２をスイープするのと同じように（しかし反転して）、開口絞り４１、ＡＳをスイープする。
【００５８】
図６Ａおよび図６Ｂの実施形態においては、画像変調器３１を均等かつ長方形状に照明するために、光ファイバ２５を有する光ファイバ照明が用いられている。
【００５９】
レーザービームＬ、複数の同時に発生するレーザービームの束もしくはレーザービームのアレイは、光ファイバ２５の入射面の一部もしくは全体が照らされるように、光ファイバ２５の入射口をスイープする。より高い均一性を得るためにレーザースポットをぼやかすための、光ファイバ２５の前に配置された、選択的な拡散板２２を用いてもよい。光ファイバ２５の出射面は、リレーレンズ２３−３によって画像変調器３１に映し出される。リレーレンズ２３−３は、投影レンズ４２の開口絞り４１、ＡＳと共役である。その結果、光は、光がリレーレンズ２３−３をスイープするのと同じように、しかし反転して、開口絞り４１、ＡＳをスイープする。
【００６０】
光ファイバ２５内の複数の内部反射により、リレーレンズ２３−３での光スポットの軌道Ｔは、光ファイバの入射口での光スポットの軌道とは異なる。
【００６１】
図７Ａから図７Ｃの実施形態においては、視準された光ビームをピラミッド型の立体角に拡散する、長方形状のビーム拡散板を伴っている。
【００６２】
これは、回折光学素子または表面に微細構造を設けた屈折素子によって実現することができ、このことは、先行技術より知ることができる。
【００６３】
長方形状のビーム拡散板２２−１は、画像変調器３１を均等かつ長方形状に照明するのに用いられる。
【００６４】
レーザービームＬ、複数の同時に発生するレーザービームの束もしくはレーザービームのアレイは、長方形状のビーム拡散板２２−１の一部もしくは全体が照らされるように、ビーム拡散板２２−１をスイープする。長方形状のビーム拡散板２２−１は、投影レンズの開口絞りＡＳと共役である。その結果、光は、光が長方形状のビーム拡散板をスイープするのと同じように（しかし反転して）、開口絞りをスイープする。
【００６５】
図８によると、レーザービームアレイ、または直線断面を有するレーザービームＬ、または複数の同時に発生する、前述のような直線断面を有するレーザービームの束は、レンズ、または代替的に軸が直線断面に対し垂直であるシリンドリカルレンズ５２によって、直線断面に対し平行な軸の周りで回転するミラー１１上で焦点を合わせる。回転軸はミラー面に沿うように配置されている。
【００６６】
ミラー１１は該軸の周りで左から右へ数度回転することによって、直線状のレーザービームで第一集光板２４−１をスイープする。
【００６７】
より高い均一性を得るために、選択的に、拡散板２２を、視準レンズ２３−１と第一集光板２４−１の間、もしくはミラー１１と視準レンズ２３−１の間に配置してもよい。
【００６８】
図９によると、レーザービームＬ、複数の同時に発生するレーザービームの束もしくはレーザービームのアレイは、レンズによって、軸の周りを回転するミラー１１上で焦点を合わせる。ここで、軸はミラー１１の中心を通る。軸は通常のミラーの平面の軸よりも数度傾斜しており、ミラーが軸を中心に回転する際に傾き、レーザービームを台形状の表面で偏向させるようになっている。幾何学的寸法は、第一集光板２４−１の表面の一部もしくは全体が、円を描くように動いているレーザービームLによって照らされるように適応されている。レーザースポットをぼやかし、第一集光板２４−１をより均一に照らすために、好ましくはミラー１１と視準レンズ２３−１の間に、選択的な拡散板２２を配置してもよい。
【００６９】
本発明の１つの観点は、レーザー光源を周知のマイクロディスプレイ採用を備えたプロジェクタの光学的な照明構造と一体化させることにある。
【００７０】
また本発明は、とりわけ、画像Ｉを生成するための画像変調器３０とともに、中間面２１、Ｓを有する照明部２０を備える、画像生成装置１に関する。また、前記中間面２１、Ｓを照射するために、受光した一次照明光Ｌ１の光ビームＬを前記照明部２０の方向へ偏向させるための偏向手段１０が備えられている。前記偏向手段１０は、前記中間面２１、Ｓを照射する過程において、スペックル効果を低減するように、前記光ビームＬを時間的に順次、前記中間面２１、Ｓの異なる部位に照射するように適応されている。
【００７１】
本発明のある実施形態によると、投影型画像生成装置には、次の要素（ａｓｐｅｃｔ）の１つまたは複数が中心となる場合がある。すなわち、
・画像生成パネル、
・パネルに表示された画像をスクリーン上に投影する投影レンズ、
・パネルを照明する光源、および、
・パネルを均一に、かつパネルの形状（通常、長方形状である）と一致するビームの形状によって照明するために光源のビームを修正する照明光学手段、
を備えることが必要となる場合がある。
【００７２】
本発明のある実施形態によると、レーザー光を用いる画像生成装置における、スペックルの低減のために主要な、備えるべき手段および取るべき対策は、以下によってもよい。
【００７３】
投影レンズまたは光学装置ＰＪのそれぞれはある特定の直径の瞳孔を有する。この直径ならびにスクリーンまでの距離によって、投影点の最大円錐角が規定される。円錐中のいずれの２点における光もお互いにインコヒーレントであることが確実であるならば、この投影点の円錐角は、スペックルの低減に不可欠となる。レーザー光源の場合、レーザービームが瞳孔をスイープすることによって、瞳孔の一部もしくは全体を一定時間内に照らす場合には、そのようなインコヒーレンスを得ることができる。このことにより、光は同時に異なるいずれの２点にも存在することはないため、瞳孔内のいずれの２点の光もお互いに干渉することができないことが確実となる。
【００７４】
本発明のある実施形態によると、投影装置内の照明光学装置は、レンズの瞳孔と共役である中間面Ｓを有していてもよい。“光学的に共役である”とは、瞳孔上のいずれの箇所も中間面Ｓ上のある箇所より一対一に写像されることを指す。その結果、中間面Ｓをスイープするレーザービームは、投影レンズの瞳孔をもスイープする。
【００７５】
一方、本発明の実施形態の他の面の重要な特徴は、以下のように要約することができる。すなわち、これらの場合には、スペックルの低減には、（ａ）適当な、かつ大きな円錐角、および（ｂ）表示される画像を結像し投影する光のインコヒーレンス、を有することが主要となる。
【００７６】
特徴（ａ）については、開口絞りの有限サイズを、開口絞りと中間面との間の有限距離に対し、またその有限距離に関連付けて、適切に選択し設定することで達成できる。
【００７７】
特徴（ｂ）については、中間面に対し、用いられている光ビームのスイープ工程を採用することで達成できる。
【００７８】
以下における符号は、図面を参照しながら詳細に説明される。
【００７９】
図１Ａおよび図１Bは、本発明の画像生成装置１の実施形態の基本的な面を説明する概略ブロック図である。
【００８０】
図１Ａにおいて、本発明の画像生成装置１の実施形態は、一次照明光Ｌ１を生成するための一次照明光生成手段５０を備える。前記一次照明光Ｌ１は、少なくともある程度コヒーレント性を有する一次照明光Ｌ１を少なくとも部分的に生じさせることができる、１つまたは複数のレーザー光源５１もしくはその他の光源によって生成される。１本または複数の光ビームＬが生成される。前記一次照明光Ｌ１は生成され、前記一次照明光Ｌ１を偏向させるための偏向手段１０へ向けて方向づけられる。前記偏向手段１０は、少なくとも１つの偏向素子１１を備える。前記偏向素子１１は、例えばミラーや回折格子等のその他いずれの偏向体等であってよい。前記偏向手段１０および前記偏向素子１１は、偏向素子１１の反射面、インターフェース、表面または平面の配向関係を、一次照明光L1の入射光ビームＬの配向および方向と比較した際に、タイミングを合わせ変更する手段を備えるように適応されている。その結果、前記偏向手段１０は、前記一次照明光Ｌ１の前記入射光ビームＬが、一時的に角度、配向関係、または方向が変化する環境下において、反射した後に、前記偏向手段１０から出射するようにすることができる。その結果、前記偏向手段１０および前記偏向素子１１は、偏向させられた一次照明光Ｌ１の光ビームＬが、連続的に移動するように、もしくは角度位置または配向の離散セット（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｓｅｔ）へ、および／または角度位置または配向の離散セットの間でジャンプするように移動するように適応されている。
【００８１】
前記偏向手段１０および前記偏向素子１１による偏向は、一次照明光Ｌ１の光ビームＬが、画像を生成するための画像生成手段３０としての画像生成装置３０を照明するための照明手段２０としての照明部２０の異なる位置および／または部位、特に前記照明部２０または照明手段２０に具備された中間面、表面、インターフェースまたは平面２１、Ｓを照射するように制御され、選択されている。
【００８２】
図１Ｂによると、前記照明手段２０としての前記照明部２０は、レンズ２３−１、２３−２等の光学素子やいくつかの集光／集光素子２４−１、２４−２をさらに備えていてもよい。それによって、入射された一次照明光Ｌ１の光ビームＬは、修正され、一時的に、かつ横方向に、その都度、画像を生成するビームレットＢｊの束に分割される。
【００８３】
ビームレットにより形成されるスペックルパターンは、それぞれのビームレットの横方向間に十分な距離がある限り、お互いに無相関である。また、ビームレットの光は、同じ位置に同時には存在しないため、お互いにインコヒーレントである。したがって、それぞれのビームレットによって形成される個別のスペックルパターンは、強度を基準として重なり合うため、重なり合った画像のスペックルコントラストは低減される。
【００８４】
図１Ａおよび図１Ｂはまた、拡散スクリーンまたは拡散面２２、Ｓ’を示す。このような拡散スクリーン２２、Ｓ’は、均一性をより高めるために用いられてもよい。
【００８５】
拡散スクリーンはまた、偏向手段１０と照明手段２０との間のいずれの位置に配置されてもよい。
【００８６】
入射された一次照明光Ｌ１は、照明部と相互作用した後、例えばＬＣＤ素子等の、透過型もしくは反射型として機能することができる画像変調器３１を備える、画像を生成するための画像生成手段３０へ向けて、二次照明光Ｌ２として照明部２０から出射される。
【００８７】
入射された前記二次照明光Ｌ２は、画像を生成するための前記画像生成手段３０、特に前記画像変調器３１と相互作用した後、画像投影手段４０またはそれぞれの投影光学装置４０へ向けて、三次結像光として前記画像生成手段３０から出射される。図１の実施形態において、画像投影手段４０またはそれぞれの投影光学装置４０は、入射された前記三次結像光Ｌ３からスクリーンおよび／または観察者の瞳に投影される画像Ｉを伝達する投影光Ｌ３’を生成するための、開口絞り４１を有する投影レンズ４２を備える。
【００８８】
図１Ａおよび図１Ｂによると、前記開口絞り４１、ＡＳは、投影レンズ４２の1部であってもよいし、投影レンズとは独立の構成要素であってもよい。
【００８９】
図２は、本発明の画像生成装置１の別の実施形態の概略的な側面斜視図である。
【００９０】
ここでも、一次照明光Ｌ１のビームＬを偏向させるための偏向手段１０、中間面Ｓ，２１および選択的な拡散スクリーン２２、Ｓ’を有する照明部２０、画像変調器３１を有する、画像Ｉを生成するための画像生成手段３０、および開口絞りＡＳ，４１および投影レンズ４２を有する、前記画像Ｉを投影画像Ｉ’として投影するための投影手段４０が、共通の光路上に、前述の順番で、光の伝播方向、すなわち図2においては左から右に向かって配置され、提供される。さらに、図２は、中間面Ｓ、２１および開口絞りＡＳ、４１はそれぞれお互いに対し光学的に共役である、つまり前記中間面Ｓ、２１の照射されたそれぞれの部位は、開口絞りの面のそれぞれの部位に映し出されることを示す。
【００９１】
図３は、本発明の画像生成装置１の実施形態の、画像Ｉを投影するための前記投影手段４０の詳細を示す概略的な側面斜視図である。
【００９２】
図３は、一次照明光Ｌ１の入射光ビームＬの動きにより形成された、異なるビームレットＢｎおよびＢｍ間の幾何学的関係を示す。画像を投影するための前記投影手段４０によって投影された、それぞれのビームレットＢｊは、観察者の瞳に特定のスペックルパターンを形成することもあることが示されている。しかしながら、もし２本の隣接するビームレットＢｍとＢｎ間に最小分離角度Δｍｉｎがあり、中間面Ｓ、２１上、およびそれに伴い開口絞りＡＳ、４１上で、それぞれの照明された、もしくは照射された部位を比べた際に、それらの部位が分離された、もしくは少なくとも重ならないような関係となる場合、観察者の瞳においては、投影されたビームレットＢｍとＢｎにより形成されたスペックルパターンはお互いに無相関となる。
【００９３】
また、ビームレットの光は、同じ位置に同時には存在しないため、お互いにインコヒーレントである。したがって、それぞれのビームレットによって形成される個別のスペックルパターンは、強度を基準として重なり合うため、重なり合った画像のスペックルコントラストは低減される。
【００９４】
図４Ａから図４Ｃにおいても、ビームレットＢｊを無相関とする過程が説明されている。特に、図４Ｂは、正面図によって、画像Ｉを投影するための前記投影手段４０の開口絞りＡＳ、４１の面を示す。一次照明光Ｌ１の入射ビームＬが偏向させられ、照明部２０または前記照明手段２０の中間面Ｓ、２１をスイープすることにより、光ビームＬが特定の軌道Ｔに沿って移動するにつれ、開口絞りＡＳ、４１の面には関連しない、かつ軌道Ｔに準じた軌道が現れる。図示されたビームレットＢ１、Ｂ２、…、Ｂｉ、…、Ｂｎは無相関のスペックルパターンを形成し、お互いを比較した際に、それぞれが照射する中間面Ｓ、２１もしくは開口絞りの面ＡＳ、４１の部位が重ならない場合、コヒーレント性を失う。図４Ｃはまた、ビームレットＢｉの時間的関係および時間点ｔ１、…、ｔｉ、…、ｔＮにおける経時的な非重なり特性を示す。
【００９５】
図５Ａおよび図５Ｂにおいては、本発明の画像生成装置１の更なる実施形態を、側面斜視図および概略的な断面側面図によって示す。
【００９６】
この実施形態において、前記照明手段２０または前記照明部２０は、一連の第一視準レンズ23−1、第一集光板２４−1、第二集光板２４−２および集光レンズ２３−２により、形成されている。ここで、前記中間面Ｓ，２１は、第二集光板２４−２の一部または表面として形成されている。
【００９７】
前記画像生成手段３０は、フィールドレンズ３２および透過型として機能するそれぞれの画像変調器３１、ＬＣＤを備える。
【００９８】
図６Ａおよび図６Ｂにおいては、本発明の画像生成装置１の別の実施形態を、概略的な側面斜視図および概略的な断面側面図によって、それぞれ示す。
【００９９】
この実施形態において、前記照明手段２０または前記照明部２０は、追加の拡散板２２、Ｓ’、光ファイバ２５、第一レンズ２３−４およびリレーレンズ２３−３を備えている。ここで、前記中間面Ｓ，２１は、前記リレーレンズ２３−３の一部または表面として形成されている。
【０１００】
図７Ａおよび図７Ｂにおいては、本発明の画像生成装置１の更なる実施形態を、概略的な側面斜視図および概略的な断面側面図によって、それぞれ示す。
【０１０１】
この実施形態において、前記照明手段２０または前記照明部２０は、長方形状のビーム拡散板２２−１、Ｓ’および集光レンズ２３−２により形成されている。ここで、前記中間面Ｓ、２１は、前記長方形状のビーム拡散板２２、Ｓ’の表面または一部として形成されている。
【０１０２】
図８においては、本発明において、レーザー部のアレイを、レーザーアレイによって照射される多数のビームの焦点を合わせるシリンドリカルレンズと合わせて、光源として用いることができることを、概略的な側面斜視図によって示す。ここで、前記照明手段２０または前記照明部２０は、視準レンズ２３−１、拡散板２３および第一および第二集光板２４−１、２４−２を備える。
【０１０３】
図９においては、回転ミラー１１の前記偏向手段１０の一部としての使用を、概略的な側面斜視図によって示す。
【０１０４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１Ａ】本発明の画像生成装置の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の画像生成装置の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明の画像生成装置の別の実施形態の構造をより詳細に説明する、概略的な側面斜視図である。
【図３】本発明の画像生成装置の一実施形態において、異なるビームレットのお互いの関係およびスペックルパターンとの関係を詳細に説明する概略図である。
【図４Ａ】本発明の画像生成装置の一実施形態において、異なるビームレットのお互いの関係およびスペックルパターンとの関係を詳細に説明する概略図である。
【図４Ｂ】本発明の画像生成装置の一実施形態において、異なるビームレットのお互いの関係およびスペックルパターンとの関係を詳細に説明する概略図である。
【図４Ｃ】本発明の画像生成装置の一実施形態において、異なるビームレットのお互いの関係およびスペックルパターンとの関係を詳細に説明する概略図である。
【図５Ａ】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を示す側面斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を示す概略断面図である。
【図６Ａ】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を示す側面斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を示す概略断面図である。
【図７Ａ】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を示す側面斜視図である。
【図７Ｂ】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を示す概略断面図である。
【図７Ｃ】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を示す側面斜視図である。
【図８】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を詳細に示す側面斜視図である。
【図９】本発明の画像生成装置の更なる実施形態を詳細に示す側面斜視図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  画像生成装置
１０  入射光ビームを偏向するための偏向手段、ビーム偏向手段
１１  偏向素子、ミラー
１１’  傾斜した位置にある偏向素子
２０  照明手段、照明部
２１  中間面、中間表面、中間インターフェース
２２  拡散板、拡散スクリーン
２２−１  長方形状のビーム拡散板
２３−１  視準レンズ
２３−２  集光レンズ
２３−３  リレーレンズ
２３−４  レンズ
２４  集光板
２４−１  第一集光板
２４−２  第二集光板
２５  光ファイバ、集光素子
３０  画像生成手段
３１  画像変調器
３２  フィールドレンズ
４０  投影手段、投影光学装置
４１  開口絞り
４２  投影レンズ
５０  一次照明光生成手段、光源部
５１  光源、レーザー光源
５２  シリンドリカルレンズ
ＡＳ  開口絞り
Ｂ１、…、Ｂｊ、…  ビームレット
ＩＯ  照明光学装置
ＩＰ  画像生成パネル
Ｌ  光ビーム
ＬＣＤ  液晶表示素子
Ｌ１  一次照明光
Ｌ２  二次照明光
Ｌ３  三次照明光
Ｌ３’  投影光
ＰＬ  投影レンズ、投影光学装置
Ｓ  中間面、中間表面、中間インターフェース
Ｓ’  開口絞り
【図１Ａ】
2008257242.tif 000003
【図１Ｂ】
2008257242.tif 000004
【図２】
2008257242.tif 000005
【図３】
2008257242.tif 000006
【図４Ａ】
2008257242.tif 000007
【図４Ｂ】
2008257242.tif 000008
【図４Ｃ】
2008257242.tif 000009
【図５Ａ】
2008257242.tif 000010
【図５Ｂ】
2008257242.tif 000011
【図６Ａ】
2008257242.tif 000012
【図６Ｂ】
2008257242.tif 000013
【図７Ａ】
2008257242.tif 000014
【図７Ｂ】
2008257242.tif 000015
【図７Ｃ】
2008257242.tif 000016
【図８】
2008257242.tif 000017
【図９】
2008257242.tif 000018