(57)【要約】方法は、ミラーの再構成可能な配列で画像を形成する。この方法は、基準面から配列のミラーまでの距離が均一でない空間分布を有するようにミラーの一部を平行移動させることによって、配列を構成するステップを含む。この方法は、コヒーレント光ビームの一部が配列に反射されて平面閲覧スクリーンに投影されるように、構成された配列を当該光ビームで照らすステップを含む。
2010520515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコヒーレント源を備える光源であって、各コヒーレント源が、残りのコヒーレント源とは異なる色の光を発するように構成される、光源と、
ミラーおよびＭＥＭＳアクチュエータの再構成可能な配列であって、各ミラーが、ＭＥＭＳアクチュエータのうち、制御されるミラーを平行移動させることが可能な対応するＭＥＭＳアクチュエータによって制御される、再構成可能な配列とを備え、
前記光源が、前記ミラーを時分割色多重光ビームで照らすように構成される、装置。
【請求項２】
処理装置を備え、
前記光源が、２０ヘルツを超える周波数で前記光ビームを、第１の色を有するときと第２の色を有するときとの間で変動させるように構成され、
前記処理装置が、前記光ビームが前記第１の色を有するときは前記配列の前記ミラーが第１の平行移動の空間分布を有し、また前記光ビームが前記第２の色を有するときは前記配列の前記ミラーが異なる第２の平行移動の空間分布を有するように、前記ＭＥＭＳアクチュエータを動作させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置が、閲覧スクリーンに画像を形成するように構成され、その結果前記画像が、時間的に一定でありかつ前記コヒーレント源の前記色の重ね合わせを有することが人には閲覧されるはずである、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
光ビームの向きを前記光源から前記再構成可能な配列の方へ変えるように配置されたビーム・スプリッタと、
前記ビーム・スプリッタと前記再構成可能な配列の間に配置された波長板と
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
処理装置をさらに備え、
前記ミラーの直径が、前記光源によって生成される光の中心波長の２０倍より小さく、
前記処理装置が、前記配列が閲覧スクリーンに第１の色の第１の画像を形成し、かつ前記閲覧スクリーンに第２の色の第２の画像を形成し、その結果前記第１および第２の画像が同じ寸法を有するように、前記ＭＥＭＳアクチュエータを動作させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ミラーの再構成可能な配列で画像を形成する方法であって、
基準面から前記配列の前記ミラーまでの距離が均一でない空間分布を有するように前記ミラーの一部を平行移動させることによって、前記配列を構成するステップと、
コヒーレント光ビームの一部が前記配列に反射されて平面閲覧スクリーンに投影されるように、前記構成された配列を前記光ビームで照らすステップとを含む、方法。
【請求項７】
次いで、前記基準面から前記配列の前記ミラーまでの距離が新しい均一でない空間分布を有するように前記ミラーの一部を平行移動させることによって、前記配列を再構成するステップと、
異なる色のコヒーレント光ビームの一部が前記平面閲覧スクリーンに投影されるように、前記再構成された配列を異なる色の前記光ビームで再び照らすステップと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
一連の連続する時間枠のそれぞれの間、構成し、照らし、再構成し、かつ再び照らす動作を繰り返すステップをさらに含み、
前記枠がそれぞれ、長さ１／２０秒未満である、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ミラーの最大直径が、前記光ビームの光の波長の２０倍より小さい、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ミラーの最大直径が、前記光ビームの光の前記波長の２０倍より小さい、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型閲覧スクリーンに光像を投影する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本節は、本発明のより良い理解を促進するのに役に立ちうる態様について述べる。したがって、本節の記述は、この観点から読まれるべきである。本節の記述は、何が従来技術の範囲に入るのか、または何が従来技術の範囲に入らないのかについて認めるものとして理解されるべきではない。
【０００３】
画像投影器の１つのタイプは、傾斜を調整できるミラーの二次元（２Ｄ）配列に基づく。この２Ｄ配列は、インコヒーレント光源によって照らされる。この配列では、各ミラーが、ミラーの向きに応じて照明光の一部を反射する。各ミラーの向きは、対応する微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータによって制御される。ＭＥＭＳアクチュエータは、照明光を閲覧スクリーンの方へまたは閲覧スクリーンから離れる方へ反射するように、対応するミラーを傾斜させる。すなわち、各ＭＥＭＳアクチュエータは、対応するミラーをＯＮ／ＯＦＦの形で動作させる。ミラーは、光点を閲覧スクリーンへ鏡面反射するように傾斜させるときはＯＮになり、光点を閲覧スクリーンから離れる方へ鏡面反射するように傾斜させるときはＯＦＦになる。そのような傾斜ミラー型の画像投影器は、様々な鏡面反射点の像を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第１１／６８１，３７６号
【特許文献２】米国特許出願第１１／７１３，２０７号
【特許文献３】米国特許出願第１１／７１３，４８３号
【特許文献４】米国特許出願第１１／００９，４４７号
【特許文献５】米国特許出願第１０／８１３，９５１号
【特許文献６】米国特許出願第１１／１４０，３１３号
【特許文献７】米国特許出願第１１＼４４８，３９０号
【特許文献８】米国特許第６，２１１，８４８号
【特許文献９】米国特許第４，８３４，４７６号
【特許文献１０】米国特許第４，９８６，６１９号
【特許文献１１】米国特許第５，１７２，２５１号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１２（１９９６年６月１５日）８４２〜８４４頁
【非特許文献２】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３、Ｎｏ．１（１９７８年７月）２７〜２９頁
【非特許文献３】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１５（１９８２年８月１日）２７５８〜２７６９頁
【非特許文献４】「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｒｉｎｇｅ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｍａｒｋ  Ｌｕｃｅｎｔｅの博士論文、１９９４年９月
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
様々な実施形態では、コヒーレント光源に基づく画像投影器を提供する。相互にインコヒーレントの光点からなる画像ではなく、新しい画像投影器は、コヒーレント光波面を実質上構築することによって、画像を形成することができる。
【０００７】
一実施形態では、装置は、光源と、ミラーおよびＭＥＭＳアクチュエータの再構成可能な配列とを含む。光源は、複数のコヒーレント源を含む。各コヒーレント源は、残りのコヒーレント源とは異なる色の光を発するように構成される。各ミラーは、ＭＥＭＳアクチュエータのうち、この制御されるミラーを平行移動させることが可能な対応するＭＥＭＳアクチュエータによって制御される。光源は、これらのミラーを時分割色多重光ビームで照らすように構成される。
【０００８】
いくつかの特定の実施形態では、装置は、光源が、２０ヘルツを超える周波数で光ビームを、第１の色を有するときと第２の色を有するときとの間で変動させるように構成されるような装置である。この装置は、光ビームが第１の色を有するときは配列のミラーが第１の平行移動の空間分布を有し、また光ビームが第２の色を有するときは配列のミラーが異なる第２の平行移動の空間分布を有するように、ＭＥＭＳアクチュエータを動作させるように構成された処理装置を含むことができる。
【０００９】
いくつかの特定の実施形態では、装置は、平面閲覧スクリーンを含み、時間的に一定でありかつコヒーレント源の色の重ね合わせを有することが人には閲覧されるはずの画像を閲覧スクリーンに形成するように構成される。この閲覧スクリーンは、閲覧スクリーンに入射する光を非鏡面的に反射することができる。
【００１０】
いくつかの特定の実施形態では、装置は、光ビームの向きを光源から再構成可能な配列の方へ変えるように配置されたビーム・スプリッタと、ビーム・スプリッタと再構成可能な配列の間に配置された波長板とを含む。
【００１１】
この装置のいくつかの特定の実施形態では、ミラーの直径は、光源によって生成される光の波長の２０倍より小さく、またこの装置は、配列が閲覧スクリーンに第１の色の第１の画像を形成し、かつこの閲覧スクリーンに第２の色の第２の画像を形成し、その結果第１および第２の画像が同じ寸法を有するように、ＭＥＭＳアクチュエータを動作させるように構成された処理装置を含む。
【００１２】
別の実施形態では、方法は、ミラーの再構成可能な配列で画像を形成する。この方法は、基準面から配列のミラーまでの距離が均一でない空間分布を有するようにミラーの一部を平行移動させることによって、配列を構成するステップを含む。この方法は、コヒーレント光ビームの一部が配列に反射されて平面閲覧スクリーンに投影されるように、構成された配列を当該光ビームで照らすステップを含む。この照らすステップにより、閲覧スクリーンは、閲覧スクリーンに投影される光の一部を非鏡面的に反射することができる。
【００１３】
いくつかの特定の実施形態では、方法は、次いで、基準面から配列のミラーまでの距離が新しい均一でない空間分布を有するようにミラーの一部を平行移動させることによって、配列を再構成するステップと、異なる色のコヒーレント光ビームの一部が平面閲覧スクリーンに投影されるように、再構成された配列を異なる色の当該光ビームで再び照らすステップとを含む。この方法は、一連の連続する時間枠のそれぞれの間、構成し、照らし、再構成し、かつ再び照らす動作を繰り返すステップをさらに含むことができる。これらの枠はそれぞれ、長さ１／２０秒未満とすることができる。
【００１４】
この方法のいくつかの実施形態では、ミラーの最大直径は、光ビームの光の波長の２０倍より小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】閲覧スクリーンに二次元（２Ｄ）画像を再構築する方法の概略図である。
【図２】例えば図１の方法に従って、コヒーレント光ビームを反射して閲覧スクリーンに画像を投影する装置のブロック図である。
【図３】例えば図１の方法に従って、コヒーレント光ビームを反射して投影画像を生成する装置のブロック図である。
【図４Ａ】例えば図２および３の装置で使用できる例示的な微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）作動式マイクロミラーの斜視図である。
【図４Ｂ】例えば図２および３の装置で使用できる代替ＭＥＭＳ作動式マイクロミラーの斜視図である。
【図５】例えば図２または３の装置を用いて、コヒーレント光の投影画像を閲覧スクリーン上に形成する方法を示す流れ図である。
【図６】図２および３の装置のいくつかの実施形態で使用できる多色光源を示すブロック図である。
【図７】単一構成のミラー配列を使用して多色投影画像を形成することに伴う問題を示す図である。
【図８】例えば図２または３の装置の実施形態を使用してコヒーレント光の多色投影画像を形成する方法を示す流れ図である。
【図９】例えば図２または３の装置を用いて、ビームが閲覧スクリーンに所望の画像を投影するように入射光ビームを位相変調するのに適しているはずの再構成可能なミラー配列に対する構成を見出す第１の反復方法を示す流れ図である。
【図１０】例えば図２または３の装置を用いて、ビームが閲覧スクリーンに所望の画像を投影するように入射光ビームを位相変調するのに適しているはずの再構成可能なミラー配列に対する構成を見出す第２の反復方法を示す流れ図である。
【図１１Ａ】コヒーレント光ビームを変調して閲覧スクリーンに画像を投影する様々な代替装置のブロック図である。
【図１１Ｂ】コヒーレント光ビームを変調して閲覧スクリーンに画像を投影する様々な代替装置のブロック図である。
【図１１Ｃ】コヒーレント光ビームを変調して閲覧スクリーンに画像を投影する様々な代替装置のブロック図である。
【図１１Ｄ】コヒーレント光ビームを変調して閲覧スクリーンに画像を投影する様々な代替装置のブロック図である。
【図１１Ｅ】コヒーレント光ビームを変調して閲覧スクリーンに画像を投影する様々な代替装置のブロック図である。
【図１２Ａ】図１１Ａ〜１１Ｅに示す画像投影装置内の第１のレンズ系のフーリエ面で実行できる例示的なタイプの空間フィルタリングを示す図である。
【図１２Ｂ】図１１Ａ〜１１Ｅに示す画像投影装置内の第１のレンズ系のフーリエ面で実行できる例示的なタイプの空間フィルタリングを示す図である。
【図１３】例えば図１１Ａ〜１１Ｅの装置にあるように、再構成可能な空間光変調器配列の画素と投影すべき画像の画素の間の１対１の対応関係に基づく画像投影方法の流れ図である。
【図１４Ａ】図１３の画像投影方法で再構成可能な空間光変調器を動作させる代替方法を示す図である。
【図１４Ｂ】図１３の画像投影方法で再構成可能な空間光変調器を動作させる代替方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図および本文では、同じ参照番号が、類似のまたは同じ機能および／または構造を有する要素を示す。
【００１７】
図では、図中の１つまたは複数の構造または要素をよりはっきりと示すために、いくつかの特徴の相対寸法を誇張することがある。
【００１８】
様々な実施形態では、図示のレンズおよびレンズ系は、例えば無彩色複レンズとすることができる。
【００１９】
本明細書では、様々な実施形態について、図および例示的な実施形態の詳細な説明によってさらに詳しく説明する。それにもかかわらず、本発明は、様々な形で実施することができ、図および例示的な実施形態の詳細な説明に記載の実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
傾斜ミラーの配列に基づく画像投影器は多種多様な光点像を生成することができるが、そのような画像投影器は、照明光では効率的でない可能性がある。特に、照明光の一部は通常、ミラーによって閲覧スクリーンから離れる方へ反射され、したがって失われる光である。光を遠くへ反射するのではなく、本明細書に記載の画像投影器のいくつかの実施形態では、光を閲覧スクリーンに再分布する。
【００２１】
Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ａ．Ａｋｓｙｕｋ、Ｒａｎｄｙ  Ｃ．Ｇｉｌｅｓ、Ｏｍａｒ  Ｄ．Ｌｏｐｅｚ、およびＲｏｌａｎｄ  Ｒｙｆによる２００７年３月３日出願の「ＳＰＥＣＫＬＥ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＩＮ  ＬＡＳＥＲ−ＰＲＯＪＥＣＴＯＲ  ＩＭＡＧＥＳ」という名称の米国特許出願第１１／６８１，３７６号、Ｒａｎｄｙ  Ｃ．Ｇｉｌｅｓ、Ｏｍａｒ  Ｄ．Ｌｏｐｅｚ、およびＲｏｌａｎｄ  Ｒｙｆによる２００７年３月３日出願の「ＤＩＲＥＣＴ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＩＭＡＧＥ  ＰＲＯＪＥＣＴＯＲＳ」という名称の米国特許出願第１１／７１３，２０７号、ならびにＧａｎｇ  Ｃｈｅｎ、Ｒｏｎｅｎ  Ｒａｐａｐｏｒｔ、およびＭｉｃｈａｅｌ  Ｓｃｈａｂｅｌによる２００７年３月３日出願の「ＣＯＬＯＲ  ＭＩＸＩＮＧ  ＬＩＧＨＴ  ＳＯＵＲＣＥ  ＡＮＤ  ＣＯＬＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＤＡＴＡ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国特許出願第１１／７１３，４８３号はすべて、その全体を参照により本明細書に組み込む。
【００２２】
Ａ）２Ｄ画像の再構築による形成
図１は、所望の情景の二次元（２Ｄ）コヒーレント光画像を形成する方法を概略的に示す。
【００２３】
情景の実際の２Ｄ画像を形成するためには、照明光としてコヒーレント光源を使用することができ、したがって情景は、照明光の一部を散乱させまたは伝送し、それによって出射光ビームを生成する。出射光ビームの一部は、選択された光学的開口を通過し、次いで平面閲覧スクリーンに２Ｄ画像を投影する。選択された光学的開口上では、出射コヒーレント光ビームは、平面閲覧スクリーンに投影する２Ｄ画像を決定する相対位相および振幅のパターンを形成する。
【００２４】
選択された光学的開口上では、出射コヒーレント光ビームの電界または磁界の相対強度および位相についてのマップを、画素ごとに形成することができる。選択された光学的開口上でそのような画素ごとのマップを利用できることは、投影２Ｄ画像を再構築する基礎となる。
【００２５】
特に、２Ｄ画像を再構築するために、光源は、マイクロミラーの再構成可能な配列をコヒーレント光で照らすことができる。再構成可能な配列のマイクロミラーは、同じ選択された光学的開口上でほぼ同じ画素ごとのマップを有する出射コヒーレント光ビームを生成する形で照明光を反射するように位置決めされる。すなわち、再構成可能な配列は、選択された光学的開口、例えば出射光学ビームの横断面上で、相対位相と振幅の両方についてのほぼ同じ画素ごとのマップを有する出射コヒーレント光ビームを生成するように構成される。再構築された光ビームが、所望の情景によって実際に散乱されかつ／または伝送されたコヒーレント光ビームと同じ選択された光学的開口の画素ごとのマップを有する場合、再構築された光ビームは、平面閲覧スクリーンに同じ画像を投影する。
【００２６】
本明細書では、再構成可能なミラー配列は実質上、その表面上の入射光ビームの位相のみを調整する。それにもかかわらず、生成される位相の空間分布は、出射光ビームの横断面上の位相と振幅の両方の空間分布を、十分に近似させて修正することができる。この横断面は、再構成可能なミラー配列に近いが、配列内の個々のマイクロミラーからは遠い。したがって、再構成可能なミラー配列は、そのような横断面、すなわち選択された光学的開口上で前述の画像を、十分に近似させて再構築することが可能である。画素ごとのマップは、個々のマイクロミラーを画素に対応させることができ、またはマイクロミラーの局所的な独立グループを画素に対応させることができる。後者の場合、グループのマイクロミラーの位置は、選択された光学的開口の対応する画素上の光の平均相対振幅および位相を規定する。
【００２７】
Ｂ）画像投影のためのホログラフィック装置
図２および３は、図１によって示す方法に従って平面閲覧スクリーン１２に画像を投影する例示的な装置１０、１０’を示す。装置１０は、コヒーレント光源１４と、再構成可能なミラー配列１６と、デジタル・データ処理装置１８と、デジタル・データ記憶装置２０とを含む。
【００２８】
平面閲覧スクリーン１２は、例えば、入射光を非鏡面的に反射しまたは後方散乱させる実質上平坦な表面、例えば従来の投影スクリーンまたは白壁とすることができる。閲覧スクリーンは入射光を非鏡面的に反射しまたは後方散乱させることができるので、閲覧者Ｖは、広い範囲の閲覧方向から閲覧スクリーン１２に投影された画像を見ることが可能である。
【００２９】
コヒーレント光源１４は、例えば、光源２２とビーム拡大光学系２４と含む。光源２２は、１つまたは複数の従来の可視光半導体レーザを含む。光源２２は、コヒーレント光ビーム２８を生成する。コヒーレント光ビーム２８は、例えば、直線偏光させることができる。ビーム拡大光学系２４は、光源２２によって出力される光ビーム２８から、幅広く横方向にコヒーレントな光ビーム２６、例えば平行光ビームを生成する。ビーム拡大光学系２４の例には、屈折レンズ、屈折レンズ系、および非平面反射光学系が含まれる。
【００３０】
両装置１０、１０’において、コヒーレント光ビーム２６の一部またはすべては、再構成可能なミラー配列１６の前部反射面全体を照らすように向けられる。装置１０では、ビーム拡大光学系２４は、幅広い光ビーム２６を直接再構成可能なミラー配列１６の方へ、すなわち斜めの角度に向ける。装置１０’では、ビーム拡大光学系２４は、コヒーレント光ビーム２６を光学ビーム・リダイレクタ３０へ向け、光学ビーム・リダイレクタ３０は、再構成可能なミラー配列１６に対して実質上垂直に入射するように、コヒーレント光ビーム２６の向きを変える。光学ビーム・リダイレクタ３０は、例えば、光学ビーム２６の偏光に対して、その中の光の大部分またはすべての向きを再構成可能なミラー配列１６の反射面の方へ変えるような向きにした偏光ビーム・スプリッタとすることができる。そのような実施形態では、装置１０’はまた、図３に示すような４分の１波長板３２を含むことができる。波長板３２は、波長板３２を通って垂直に伝送される光学ビームの２つの直交する直線偏光成分間に波長の約１／４の遅延をもたらす複屈折板である。波長板３２は、そのような偏光ビーム・スプリッタ３０と再構成可能なミラー配列１６の間に配置される。波長板３２は、再構成可能なミラー配列１６によって反射された光が、偏光ビーム・スプリッタ３０の中を通って伝わるのにほぼ適切な直線偏光で、偏光ビーム・スプリッタ３０に到達するのに適した厚さを有する。すなわち、この光は、入射コヒーレント光ビーム２６に沿って後方反射されない。
【００３１】
再構成可能なミラー配列１６は、ＭＥＭＳ作動式マイクロミラー３４の規則的なまたは不規則な２Ｄ配列を含み、すなわちマイクロミラー３４は、再構成可能なミラー配列１６の１つの表面に沿って実質上均一な空間分布を有する。マイクロミラー３４は、実質上同一のものとすることができ、円形、方形、三角形、もしくは正方形の形状を有することができ、または非対称形の形状を有することができる。各マイクロミラー３４は、対応するＭＥＭＳアクチュエータに物理的に接続され、かつそのＭＥＭＳアクチュエータによって制御され、すなわちその結果、再構成可能なミラー配列１６は、マイクロミラー３４の２Ｄ空間配列と、対応するＭＥＭＳアクチュエータの２Ｄ空間配列とを含む。ＭＥＭＳアクチュエータは、平面基板３５、すなわちシリコン基板上に製作される。ＭＥＭＳアクチュエータは、基準面３６に対して垂直に、例えば平面基板３５の表面に対して垂直に、または再構成可能なミラー配列１６の平均反射面に対して垂直に、各マイクロミラー３４を平行移動できるように、マイクロミラー３４を独立に制御することが可能である。
【００３２】
図４Ａは、図２〜３のＭＥＭＳ作動式マイクロミラー３４に対する例示的な一実施形態３４Ａを示す。マイクロミラー３４Ａは、制御コンデンサ（ＣＣ）と、復元ばね（ＲＳ）と、反射面を形成する上部平面鏡面（ＭＳ）、例えばシリコンまたは金属の平らな表面とを含む。制御コンデンサＣＣは、可動導電板（ＭＣＰ）と、平面基板（ＰＳ）、例えば図２および３の平面基板３５に直接固定された固定導電板（ＦＣＰ）とを含む。復元ばねＲＳは、支柱Ｐを介して可動導電板ＭＣＰに堅固に固定され、制御コンデンサＣＣが放電すると鏡面ＭＳをその最初の位置へ戻す平行移動の復元力をもたらす。可動導電板ＭＣＰは、ピストン状の運動で鏡面ＭＳを平行移動させる。このピストン状の運動は例えば、平面基板ＰＳの表面に実質上垂直な運動とすることができ、したがってそのような運動中に、鏡面ＭＳの向きが変化しないようにする。鏡面ＭＳのピストン状に平行移動する動きおよびその最終の静止位置は、制御コンデンサＣＣの導電板ＭＣＰ、ＦＣＰ間に印加される電圧によって制御される。
【００３３】
図４Ｂは、図２〜３のＭＥＭＳ作動式マイクロミラー３４に対する別の実施形態３４Ｂを示す。マイクロミラー３４Ｂは、制御コンデンサ（ＣＣ’）と、復元ばね（ＲＳ）と、上部平面鏡面（ＭＳ）、例えばシリコンまたは金属の平らな表面とを含む。制御コンデンサＣＣ’は、可動導電板ＭＣＰ’と、固定導電板ＦＣＰ’、すなわち平面基板ＰＳ、例えば図２および３の平面基板３５に固定された導電板とを含む。復元ばねＲＳは、支柱Ｐを介して鏡面ＭＳの平坦な構造に堅固に固定され、かつ別の支柱Ｐを介して下部の可動導電板ＭＣＰ’に固定される。したがって、復元ばねＲＳは、その存在およびその位置が板ＭＣＰ’およびＦＣＰ’間に静電気力を実質上生じさせないように、制御コンデンサＣＣ’の外側に配置される。制御コンデンサＣＣ’の電気制御との干渉を避けるために、マイクロミラーの各復元ばねＲＳを対板ＭＣＰ’およびＦＣＰ’の外側に配置することが望ましい場合がある。復元ばねＲＳは、制御コンデンサＣＣ’が放電すると鏡面ＭＳをその最初の位置へ戻す平行移動の復元力をもたらす。可動導電板ＭＣＰ’は、平面基板ＰＳの表面に実質上垂直なピストン運動で鏡面ＭＳを平行移動させ、したがってそのような運動中に、鏡面ＭＳの向きが変化しないようにする。鏡面ＭＳのピストン状に平行移動する動きおよびその最終の静止位置は、制御コンデンサＣＣ’の導電板ＭＣＰ’、ＦＣＰ’間に印加される電圧によって制御される。
【００３４】
他の例示的なＭＥＭＳ作動式マイクロミラーおよび／またはそれらの２Ｄ配列は、例えば、Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ａ．Ａｋｓｙｕｋらによる２００４年１２月１０日出願の米国特許出願第１１／００９，４４７号、Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ａ．Ａｋｓｙｕｋらによる２００４年３月３１日出願の米国特許出願第１０／８１３，９５１号、およびＶｌａｄｉｍｉｒ  Ａ．Ａｋｓｙｕｋらによる２００５年５月２７日出願の米国特許出願第１１／１４０，３１３号のうちの１つまたは複数に記載されていることがある。これらの米国特許出願の全体を、参照により本明細書に組み込む。図２および３の再構成可能なミラー配列１６は、配列内の個々のマイクロミラーが、マイクロミラーの角度方向を変えずにピストン状の平行移動を受けることが可能であるという条件で、上記で組み込まれた米国特許出願のうちの１つまたは複数に記載のように製作されまたは記載の特徴を有するマイクロミラーおよびそれらの配列を含むことができる。
【００３５】
デジタル・データ処理装置１８は、再構成可能なミラー配列１６のマイクロミラー３４を制御するＭＥＭＳアクチュエータを動作させるための制御信号セットを生成する。すなわち、各ＭＥＭＳアクチュエータは、デジタル・データ処理装置１８からの制御信号セットに応答して、基準面３６から対応するマイクロミラー３４までの垂直距離を制御する。デジタル・データ処理装置１８は、選択された光学的開口上の出射コヒーレント光ビーム４４に対する電界または磁界の位相および場合によっては振幅についての受け取った画素ごとのマップそれぞれに対して、１つの制御信号セットを生成する。選択された光学的開口は、再構成可能なミラー配列１６のすぐ前の平坦な表面とすることができ、または出射コヒーレント・ビーム４４のうち、再構成可能なミラー配列１６に近いが、個々のマイクロミラー３４の最大直径と比較すると大きく距離を空けて配置された横断面（ＣＳ）とすることができる。通常、それぞれの異なる制御信号セットにより、ＭＥＭＳアクチュエータは、異なる均一でない空間分布を有するように基準面３６からマイクロミラー３４までの距離を設定する。デジタル・データ処理装置１８は通常、各単一色画像を閲覧スクリーン１２に投影するようにマイクロミラー３４を位置決めするための１つの制御信号セットを出力する。第１の色の画像に対するマイクロミラー位置の制御信号セットおよび対応する空間分布と、第２の色の画像に対するマイクロミラー位置の制御信号セットおよび対応する空間分布とは、２つの画像が閲覧スクリーンに同じ形状を投影するときでも、以下に説明する回折のために、異なることが多い。
【００３６】
デジタル・データ記憶装置２０は、デジタル・データ処理装置１８が制御信号セットを決定するために使用する画像データ・セットを記憶することができる。画像データ・セットは、例えば、選択された開口上の相対位相についての画素ごとのマップ、または選択された開口上の相対振幅と相対位相の両方についての画素ごとのマップを含むことができる。データ・セットはまた、コヒーレント光ビーム２６から選択された光学的開口上にそのような画素ごとのマップで出射光ビーム４４を生成するようにマイクロミラー３４を空間的に位置決めするための制御電圧を含むことができる。したがって、再構成可能なミラー配列１６は、再構成可能なミラー配列１６の前に配置され横方向に束縛された平滑な表面上に出射光ビームの所望の空間位相分布を再構築するホログラムのように機能する。データ・セットは、通信回線またはバス３８を介してデジタル・データ処理装置１８に伝達される。
【００３７】
装置１０、１０’はまた、再構成可能なミラー配列１６に反射された出射コヒーレント光ビーム４４を処理するための任意選択の光学素子４０、４２を含むことができる。光学素子４０は、出射コヒーレント光ビーム４４の発散を調整でき、すなわち拡大をもたらす屈折レンズ系である。素子４２は、例えば、再構成可能なミラー配列１６によってより高い回折次数に回折させた光をフィルタリングして除去する光学的開口絞りである。
【００３８】
Ｃ）投影２Ｄ画像の拡大
図２および３の装置１０、１０’では、マイクロミラー３４は、光源１４から出力される波長λの入射光を実質上回折させるのに十分に小さな横方向の有効直線寸法を有することができる。例えば、個々のマイクロミラー３４の有効最大直径は通常、λより大きく、かつ４０λ、２０λ、１０λ、および５λのうちの１つより小さい。本明細書では、マイクロミラーの最大直径は、マイクロミラーの反射面が収まる最小の円の直径である。本明細書では、有効直線寸法、例えば有効最大直径は、実際の横方向の直線寸法に、装置１０、１０’の出力光学系を通して閲覧したとき、例えば図３のレンズ系４０を通して閲覧したときに横方向の直線寸法が有するはずの任意の倍率を掛けた値である。
【００３９】
個々のマイクロミラー３４による回折の結果、再構成可能なミラー配列１６によって向きを変えられた光は、閲覧スクリーン１２上で混合しかつ干渉する。閲覧スクリーン１２上の画像の横方向の寸法は、個々のマイクロミラー３４によってもたらされる回折によって決定される。特に、そのような回折により、望ましくは小さな再構成可能なミラー配列１６は、閲覧スクリーン１２上に適切な大きさの投影画像を生成することができる。
【００４０】
Ｄ）閲覧スクリーンに画像を投影する方法
図５は、平面または平坦な閲覧スクリーンに２Ｄ画像を投影する方法５０を示す。画像は例えば、図２および３のホログラフィック装置１０、１０’で非鏡面的に反射する閲覧スクリーン１２に投影される。
【００４１】
方法５０は、閲覧スクリーン、例えば図２および３の閲覧スクリーン１２に所望の画像を投影できるはずのコヒーレント光ビームの波面をほぼ再構築するステップを含む。例えば、再構築すべき波面を有するコヒーレント光ビームは、所望の情景によってコヒーレント光ビームを散乱させることによって形成されるビーム、および／または所望の情景を通してコヒーレント光ビームを伝送することによって形成されるビームとすることができる。方法５０では、波面は、コヒーレント光ビームが閲覧スクリーンへ進行する際に通過したはずの選択された光学的開口上に再構築される。選択された光学的開口は、有限の平面領域であり、その形状は、異なる実施形態では変わることがある。選択された光学的開口は、図２もしくは３の再構成可能なミラー配列１６の平均表面によって形成される平面領域とすることができ、または再構成可能なミラー配列１６に近接する図２もしくは３の出射光ビーム４４の横断面（ＣＳ）とすることができる。
【００４２】
方法５０は、閲覧スクリーンに所望の画像を投影できる実際のコヒーレント光ビームに対する選択された光学的開口上の光場について記述する画素ごとのマップを提供するステップ（ステップ５２）を含む。画素ごとのマップは、選択された光学的開口を覆う１組の画素上のコヒーレント光ビームの電界または磁界の相対位相を提供することができ、例えばこれらの画素は、図２および３の再構成可能なミラー配列１６の個々のマイクロミラー３４に対応することができる。任意選択で、画素ごとのマップは、同じ組の画素上の波面の電界または磁界の相対振幅を提供することもできる。その場合、各画素は、マイクロミラー３４の独立した局所的なグループに対応することができ、このグループは、画素上の平均相対位相および相対振幅を近似的に設定することが可能である。
【００４３】
画素ごとのマップは、その項目が選択された開口を覆う画素組の個々の画素と対応関係にあるリストである。このリストでは、各項目は、平均相対位相を与え、かつ任意選択で、対応する画素の反射された光ビームの電界または磁界の平均相対振幅を提供する。第１の例として、画素ごとのマップは、コヒーレント光学ビーム２６のうち、図２および３の再構成可能なミラー配列１６の各マイクロミラー３４によって反射される部分の相対位相を提供することができる。第２の例として、画素ごとのマップは、コヒーレント光学ビーム２６のうち、図２および３の再構成可能なミラー配列１６内のマイクロミラー３４のそれぞれの局所的な独立グループによって反射される部分の相対位相および相対振幅を提供することができる。画素ごとのマップ全体は、デジタル・データ記憶装置、例えば図２および３のデジタル・データ記憶装置２０内に記憶することができ、または、例えばデジタル・データ処理装置１８によって、それ自体同じデジタル・データ記憶装置２０内に記憶される２Ｄ画像に対するデータから評価することができる。
【００４４】
方法５０は、基準面から再構成可能なミラー配列のミラーまでの距離が均一でない空間分布を有するように、配列内のミラーの一部を平行移動させることによって、再構成可能なミラー配列を構成するステップ（ステップ５４）を含む。構成するステップは、選択された開口上にステップ５２で提供された画素ごとのマップとほぼ同じものを有する反射光ビームを生成する形で入射コヒーレント光ビームを反射するように、再構成可能なミラー配列のマイクロミラーを位置決めするステップを含む。入射コヒーレント光ビームは、例えば、図２および３の光源１４によって生成される光ビーム２６とすることができる。次いで、構成するステップ５４は、例えば、図２および３の再構成可能なミラー配列１６の表面と平行である基準面３６からマイクロミラー３４の一部までの距離を変動させる。
【００４５】
次いで、方法５０は、コヒーレント光ビームの一部が配列に反射されて閲覧スクリーン、例えば図２および３の閲覧スクリーン１２に所望の画像を投影するように、ステップ５４で構成された再構成可能なミラー配列を当該光ビームで照らすステップ（ステップ５６）を含む。コヒーレント光ビームを照らすステップは通常、再構成可能なミラー配列の高さおよび幅にわたって空間的にコヒーレントとすることができる。ステップ５４でマイクロミラーを位置決めすることにより、照明コヒーレント光ビームの反射された部分は、選択された開口の各画素で、ステップ５２で提供される画素ごとのマップのものとほぼ同じ位相を有する。再構成可能なミラー配列１６の例では、コヒーレント光ビーム２６は、反射されて出射コヒーレント光ビーム４４を生成するはずである。次いで、選択された光学的開口の各画素では、出射コヒーレント光ビーム４４の電界または磁界の平均相対位相は、ステップ５２で提供される画素ごとのマップのものとほぼ同じになるはずである。各画素では、出射コヒーレント光ビームの位相および場合によっては振幅は、閲覧スクリーン１２に所望の画像を投影できる実際のコヒーレント光ビームのものとほぼ同じになるはずである。この例では、選択された光学的開口は、再構成可能なミラー配列１６の平均表面、または出射コヒーレント光ビーム４４の横断面ＣＳとすることができる。この横断面は、再構成可能なミラー配列１６に近いが、配列内のマイクロミラー３４の寸法と比較すると配列からはるかに遠い。所望の画像に対して、閲覧スクリーン１２に実質上同じ所望の画像を投影するはずのそのような出射光ビーム４４を近似的に再構築できる再構成可能なミラー配列１６のマイクロミラー３４の複数の構成が可能である。
【００４６】
図２および３の装置１０、１０’のいくつかの実施形態では、方法５０のステップ５６の実行は、３０ヘルツを超える周波数で再構成可能なミラー配列１６のマイクロミラー３４をわずかに振動させるステップを含む。わずかな振動により、閲覧スクリーン１２上の局所的なコヒーレント光の強度にわずかな変動が生じ、このわずかな振動を制御して、投影画像内で干渉によって生じる光のスペックルを時間的に除去する。振動は、図２および３の基板３５全体を振動させることによって、または照明ステップ５６の実行中にＭＥＭＳアクチュエータを通じて個々のマイクロミラー３４を振動させることによって発生させることができる。投影画像内のスペックルは、例えば、Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ａ．Ａｋｓｙｕｋ、Ｒａｎｄｙ  Ｃ．Ｇｉｌｅｓ、Ｏｍａｒ  Ｄ．Ｌｏｐｅｚ、およびＲｏｌａｎｄ  Ｒｙｆによる「ＳＰＥＣＫＬＥ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＩＮ  ＬＡＳＥＲ−ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ  ＩＭＡＧＥＳ」という名称の上記で組み込まれた米国特許出願に記載の方法（複数可）および／またはシステム（複数可）を使用することによって、低減させることができる。
【００４７】
方法５０は、制御信号が閲覧スクリーンに別の所望の画像を投影するべきであることを示すのに応答してステップ５２、５４、および５６を繰り返すために、例えば図２および３の閲覧スクリーン１２に時間的に連続する２Ｄ画像を生成するために、折り返すステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、折り返すステップでは、少なくとも毎秒２０フレームの速度で、好ましくは毎秒３０フレーム以上の速度で、新しい２Ｄ画像を再構築することができる。すなわち、フレームを繰り返す速度は、実際に平滑な映像であると閲覧者に知覚させるのに十分に高い速度とすることができる。
【００４８】
Ｅ）多色画像の投影
図２および３の装置１０、１０’のいくつかの実施形態では、閲覧者Ｖが多色画像であると知覚するはずの画像を閲覧スクリーン１２に投影することができる。光源１４の適切な多色実施形態１４’の一例を、図６に示す。
【００４９】
図６を参照すると、多色光源１４’は、例えば、３つのコヒーレント色光源２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂと、光波長合波器６２とを含む。３つのコヒーレント光源２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂはそれぞれ、異なる色、例えば赤色、緑色、および青色の光を出力するように構成された半導体レーザＬＲ、ＬＧ、ＬＢを含む。いくつかの実施形態（図示せず）では、例えば閲覧スクリーン１２上のスペックルを低減させるために、単色半導体レーザＬＲ、ＬＧ、ＬＢのうちの１つまたは複数を、同じ色の複数のレーザと交換することができる。コヒーレント光源２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂはそれぞれ、対応する半導体レーザＬＲ、ＬＧ、ＬＢのＯＮおよびＯＦＦを個別に切り換えることができる光スイッチＯＳも含む。光波長合波器６２は、３つのコヒーレント光源２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂからの光の向きを拡大光学系２４の方へ変える。光波長合波器６２は、例えば、図示の適切な向きの光学格子６４、または別の光波長ルーティング装置（図示せず）を含む。
【００５０】
図２および３に示す光源１４はまた、Ｇａｎｇ  Ｃｈｅｎ、Ｒｏｎｅｎ  Ｒａｐａｐｏｒｔ、およびＭｉｃｈａｅｌ  Ｓｃｈａｂｅｌによる「ＣＯＬＯＲ  ＭＩＸＩＮＧ  ＬＩＧＨＴ  ＳＯＵＲＣＥ  ＡＮＤ  ＣＯＬＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＤＡＴＡ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の上記で組み込まれた米国特許出願に記載の１つもしくは複数の半導体レーザおよび／または多色レーザ光源を含むことができる。
【００５１】
多色光源１４’が多色画像を投影することが可能であるにもかかわらず、各画像が再構成可能なミラー配列１６を介して生成された光ビーム２６の変調を必要とすることで、複雑な問題が生じる。特に、この画像形成方法では、異なる光の色に対する光ビーム２６を変調するために、同じ再構成可能なミラー配列１６を使用する。そのような構成では、画像が例えば、図７に示すコヒーレント光源２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂのうちの異なる光源によって生成される個々の色の混合である色をもつオブジェクトであるとき、維持するのが複雑になる可能性がある。
【００５２】
図７は、正方形が図６の２つの半導体レーザＬＲ、ＬＧの色の混合である色を有するとき、この正方形の画像を、単一構成の再構成可能なミラー配列１６で図２または３の閲覧スクリーン１２に投影しようとする試みを概略的に示す。再構成可能なミラー配列１６は通常、出射コヒーレント光ビーム４４内に何らかの回折をもたらすので、単一構成の再構成可能なミラー配列１６は通常、半導体レーザＬＲからの光で第１の画像Ｉ１を投影し、他の半導体レーザＬＧからの光で異なる第２の画像Ｉ２を投影する。すなわち、異なる色の光に異なる量の回折がもたらされるので、第１および第２の画像Ｉ１、Ｉ２は、閲覧スクリーン１２上で完全には一致しない。こうした一致しない問題は、閲覧スクリーン１２に投影されるレーザ光の色に応じて再構成可能なミラー配列１６の空間構成を使用することと、時分割色多重化とを組み合わせることによって解決することができる。
【００５３】
図８は、閲覧スクリーン、例えば図２または３の閲覧スクリーン１２に、多色光投影、すなわち画像を生成する方法７０を示す。この方法では、図２または３の装置１０、１０’を、図６の多色光源２２’とともに使用することができる。多色光投影は、単一色光源、例えば図６の単一色光源２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂの色の１つまたは複数の画像の重ね合わせである。
【００５４】
方法７０は、所望の多色光投影を形成するそのような画像の重ね合わせにおいて単一色画像を選択するステップ（ステップ７２）を含む。
【００５５】
方法７０は、選択された単一色画像を、対応する単一色光源からの光で閲覧スクリーンに投影するために、方法５０のステップ５２、５４、および５６を実行するステップ（７４）を含む。ステップ５２を実行するステップは、選択された光学的開口上の選択された単一色の光に対する光場の位相についての画素ごとのマップを提供するステップを含む。いくつかの実施形態では、画素ごとのマップを提供するステップはまた、選択された光学的開口上の選択された単一色の光に対する光場の振幅も提供する。
【００５６】
方法７０は、所望の多色投影を与える重ね合わせ内の残りの単一色画像ごとにステップ７２および７４を繰り返すために、すなわち時分割色多重化（ＴＤＣＭ）を実行するために、折り返すステップ（７６）を含む。ステップ７２および７４の各繰返しでは、ステップ７４のサブステップ５２で提供される画素ごとのマップは、その繰返しで投影すべき単一色画像に基づく。特に、繰返しは通常、重ね合わせの異なる単一色画像で、それぞれに対する新しい画素ごとのマップを提供するステップを含むはずである。そのような繰返しは通常、基準面からミラーまでの距離が新しい画素ごとのマップに対応する新しい均一でない空間分布を有するように配列内のミラーの一部を平行移動させることによって、再構成可能なミラー配列を再構成するステップも含むはずである。最後に、異なる単一色画像での繰返しは通常、異なる色のコヒーレント光ビームの一部が平面閲覧スクリーンに投影されるように、再構成された配列を異なる色のコヒーレント光ビームで照らすステップを含むはずである。
【００５７】
方法７０は、人が平滑な映像を知覚するのに必要な周波数を超える周波数で、ステップ７２、７４、および７６を繰り返すステップ（ステップ７８）を含む。ステップ７２、７４、および７６の繰返しは、単一色画像の時分割多重化に基づいて、多色と知覚される投影を生成するために必要である。特に、多色投影に対する重ね合わせの各単一色画像は通常、人が平滑な動きを知覚するための周波数の逆数より短い時間だけ投影されるはずである。したがって、閲覧者は、一続きの単一色画像ではなく、単一色画像を平均した単一の多色画像を知覚するはずである。
【００５８】
そのような多色と「知覚される」投影を生成するために、光源１４’は、閲覧者Ｖが一定の多色画像を知覚するのに十分に高い速度で時分割色多重化を実行するように制御されるはずである。特に、そのような知覚を閲覧者に与えるには、方法７０の折返しまたは繰返し周波数は、少なくとも２０ヘルツであるはずであり、好ましくは３０ヘルツ以上であるはずである。
【００５９】
いくつかの実施形態では、時分割色多重化は、異なる色の単一色画像が異なる長さの時間にわたって閲覧スクリーンに投影されるように実行することができる。色ごとの投影時間にそのように不均等に重み付けすると、最終の重ね合わせにおける様々な単一色の知覚される強度が変わるはずである。閲覧時間のうちのより長い部分にわたって単一色画像を投影すると、閲覧者は、普通の場合より強くその色を知覚するはずである。
【００６０】
Ｆ）ホログラフィック画像投影器内でマイクロミラーを位置決めする方法
図２および３を参照すると、再構成可能なミラー配列１６が入射コヒーレント光ビーム２６から、選択された光学的開口上に所望の画素ごとのマップで出射コヒーレント光ビーム４４を生成するように、マイクロミラー３４の位置を調整する様々な方法がある。いくつかの実施形態では、再構成可能なミラー配列１６によって反射される光が選択された光学的開口上でマップを満たすように、すべてのマイクロミラー３４の位置をともに直接調整することができる。他の実施形態では、再構成可能なミラー配列１６内の別々の独立した局所的な動作ユニットによって反射される光の相対振幅および相対位相を別々に決定することができる。それぞれの局所的な動作ユニットは、例えば、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の隣接するマイクロミラー３４を含む。局所的な動作ユニットでは、基準面３６からマイクロミラー３４までの平均距離は、局所的な動作ユニットによって反射される光の平均相対位相が、対応する画素で提供されるマップを満たすように調整され、また、基準面３６から配列内のマイクロミラー３４までの距離の差は、局所的な動作ユニットによって同じ画素へ反射される光の平均振幅が、提供されるマップを満たすように調整される。マイクロミラーのグループの構成を設定するためのこの後者の手法は、例えば、Ｇｉｒｓｈ  Ｂｌｕｍｂｅｒｇによる２００６年６月６日出願の米国特許出願第１１＼４４８，３９０号（本明細書では出願‘３９０と呼ぶ）に記載されている。本米国特許出願の全体を、参照により本明細書に組み込む。上記の各手法では、再構成可能なミラー配列１６を構成するステップは、基準面３６から各マイクロミラー３４までの距離を設定するステップを含む。
【００６１】
Ｇ）開口上の波面の画素ごとのマップの評価
図５および８の方法５０および７０では、閲覧スクリーンに所望の画像を投影するはずの形で入射コヒーレント光ビームを変調するように再構成可能なミラー配列のマイクロミラーを構成できる画素ごとのマップを生成するための、いくつかの方法が利用可能である。図２または３の処理装置１８は、例えばこれらの方法のうちの１つを実行して、再構成可能なミラー配列１６が閲覧スクリーン１２に所望の画像を投影できるようにするはずのマイクロミラー３４に対する位置を決定することができる。
【００６２】
第１および第２の方法では、再構成可能なミラー配列のすぐ前の光波面ｇ（ｍ１，ｍ２）は、閲覧スクリーンでの画像の光波面ｆ（ｎ１，ｎ２）の逆離散フーリエ変換（ＩＦＴ）である。上式で、２Ｄベクトル（ｍ１，ｍ２）は、再構成可能なマイクロミラー配列のマイクロミラー（画素）を指し、２Ｄベクトル（ｎ１，ｎ２）は、閲覧スクリーン上の画素を指す。これらの方法では、画像は、再構成可能なミラー配列に対する遠視野領域内にあるものとして扱われる。
【００６３】
第１および第２の方法では、図２および３の処理装置１８は、反復アルゴリズムを実行して、再構成可能なミラー配列の各ミラーに反射される入射コヒーレント光の相対位相についての適切な画素ごとの空間マップを生成する。生成される画素ごとのマップは、再構成可能なミラー配列に入射する光波面の純粋な位相変調である。そのようなマップは、いくつかの種類のＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムによって生成することができる。Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムのいくつかの種類は、例えば、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１２（１９９６年６月１５日）８４２〜８４４頁、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３、Ｎｏ．１（１９７８年７月）２７〜２９頁、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１５（１９８２年８月１日）２７５８〜２７６９頁に発表された記事のうちの１つまたは複数に記載されている。これらの３つの記事の全体を、参照により本明細書に組み込む。
【００６４】
図９は、再構成可能なミラー配列での適切な画素ごとのマップ、例えば適切なｇ（ｍ１，ｍ２）を決定する第１の反復方法８０を示す。第１の反復方法８０は、閲覧スクリーン上の単色画像光強度、すなわちｆ・ｆ＊（ｎ１，ｎ２）の空間分布に基づく。
【００６５】
第１の反復方法８０は、閲覧スクリーン上の所望の画像に基づいて、閲覧スクリーンでの光の絶対振幅の空間分布を決定するステップ、すなわち｜ｆ（ｎ１，ｎ２）｜を決定するステップ（ステップ８２）を含む。これらの絶対振幅は、閲覧スクリーンの個々の画素、すなわち（ｎ１，ｎ２）での画像の光波面の振幅の絶対値である。
【００６６】
次に、第１の反復方法８０は、光の絶対振幅のそれぞれに位相を掛けることによって、その画像に対する光の複素振幅の新しい空間分布、すなわちｈ（ｎ１，ｎ２）を形成するステップ（ステップ８４）を含む。画素（ｎ１，ｎ２）での乗数である位相がｅｉφ（ｎ１，ｎ２）によって与えられる場合、光の複素振幅の新しい空間分布は、
ｈ（ｎ１，ｎ２）＝ｅｉφ（ｎ１，ｎ２）・｜ｆ（ｎ１，ｎ２）｜
によって規定される。あらゆる画像で、知覚される画像の形状は、閲覧スクリーンでの光振幅の大きさに依存し、閲覧スクリーンでの光振幅の位相には依存しないので、位相は、様々な方法で選択することができる。例えば、位相は、任意の疑似乱数選択処理によって選択することができる。
【００６７】
次に、第１の反復方法８０は、Ｎ回の反復後に、再構成可能なミラー配列で入射コヒーレント光ビームの純粋な位相変調を実行することによって生成できる新しい離散ＩＦＴ関数ｇＮ（ｍ１，ｍ２）を生成するために、反復処理を実行するステップ（ステップ８６）を含む。例えば、図３の装置１０’は、再構成可能なミラー配列のマイクロミラー上で実質上一定の大きさで離散ＩＦＴ関数ｇＮ（ｍ１，ｍ２）を生成することができる。新しいｇＮ（ｍ１，ｍ２）は、閲覧スクリーン上に所望の画像を与える離散ＦＴｈＮ＋１（ｎ１，ｎ２）を有する。
【００６８】
ｋ回目の周期で、反復処理は、いくつかのサブステップを実行するステップを含む。第１に、反復処理は、複素画像光振幅の最後の空間分布、すなわちｈｋ（ｎ１，ｎ２）の離散ＩＦＴ、すなわちｇｋ（ｍ１，ｍ２）を得るステップ（サブステップＡ）を含む。第１の反復では、空間分布ｈｌ（ｎ１，ｎ２）は、上記のステップ８４で得られた空間分布ｈ（ｎ１，ｎ２）である。次に、反復処理は、離散ＩＦＴｇｋ（ｍ１，ｍ２）を純粋な位相の新しい空間分布、すなわちｇｋ’（ｍ１，ｍ２）と交換するステップ（サブステップＢ）を含む。分布ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）は、
ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）＝ｇｋ（ｍ１，ｍ２）／｜ｇｋ（ｍ１，ｍ２）｜
によって与えられる。次に、反復処理は、純粋な位相の空間分布ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）の離散ＦＴを利用して閲覧スクリーンで新しい空間画像分布ｆｋ（ｎ１，ｎ２）を得るステップ（サブステップＣ）を含む。次に、反復処理は、ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）が閲覧スクリーンに適切な画像を投影するのに十分に収束したかどうかを判断するステップ（サブステップＤ）を含む。いくつかの実施形態では、予め選択された数の反復、すなわちサブステップＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＦによって形成されるループの反復の実行に応答して、十分な収束が生じたことを判断することができる。例えば、予め選択された数は、低品質の画像では反復５回、中程度の品質の画像では反復１０回、高品質の画像では反復１００回とすることができる。もちろん、予め選択された反復の数は、異なる実施形態では変わることがある。代替実施形態では、誤差Ｅを評価するステップを含むことができ、次いでその値を使用して、十分な収束が生じる反復の数を決定する。そのような一実施形態では、誤差Ｅは、閲覧スクリーンの画素、すなわち（ｎ１，ｎ２）全体の合計であり、
Ｅ＝Σｉｍａｇｅ ｐｉｘｅｌｓ（ｎ１，ｎ２）［｜ｆ（ｎ１，ｎ２）｜２−｜ＦＴ｛ｇｋ／｜ｇｋ｜｝（ｎ１，ｎ２）｜２］２
によって規定される。そのような実施形態では、反復処理は、再構成可能なミラー配列上の位相パターンの離散ＦＴが所望の画像に十分に近い画像を提供するとき、十分に収束される。別の実施形態では、誤差Ｅに対する上記の等式は、等式の右側のｇｋ／｜ｇｋ｜をｇｋと交換することによって修正される。そのような修正は、ｇｋ（ｍ１，ｍ２）が通常、十分な数の反復後、純粋な位相の分布に収束するので、利用可能である。別法として、誤差Ｅは、再構成可能なミラー配列の画素またはマイクロミラー全体の合計とすることができる。そのような誤差Ｅの１つは、
Ｅ＝Σ（ｍ１，ｍ２）ｐｉｘｅｌｓ ｏｆ ａｒｒａｙ［［ｇｋ（ｍ１，ｍ２）］２−［ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）］２］２
によって与えられる。そのような実施形態では、収束は、関数ｇｋ（ｍ１，ｍ２）が再構成可能なミラー配列上の純粋な位相の空間分布によって十分な正確さで表わされるとき、十分になる。サブステップＤで反復処理が十分に収束したと判断された場合、反復処理は、再構成可能なミラー配列に入射する光ビームにｇｋ’（ｍ１，ｍ２）の位相変調をもたらす形で、再構成可能なミラー配列の個々のマイクロミラーを垂直に位置決めするステップ（ステップＥ）を含む。すなわち、横方向で（ｍ１，ｍ２）のマイクロミラーは、コヒーレント光ビームのうちのそのマイクロミラーに入射する部分からの局所的な位相がｇｋ’（ｍ１，ｍ２）／｜ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）｜である波面を生成するように位置決めされる。反復処理がまだ十分に収束していない場合、反復処理は、閲覧スクリーンでの複素画像光振幅の次の空間分布、すなわちｈｋ＋１（ｎ１，ｎ２）を評価するステップ（サブステップＦ）を含む。次の空間分布ｈｋ＋１（ｎ１，ｎ２）は、以下のように規定される。
ｈｋ＋１（ｎ１，ｎ２）＝｜ｆ（ｎ１，ｎ２）｜［ｆｋ（ｎ１，ｎ２）／｜ｆｋ（ｎ１，ｎ２）｜］
上式で、ｆｋ（ｎ１，ｎ２）は、再構成可能なミラー配列上の空間分布ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）の閲覧スクリーンでの離散ＦＴである。したがって、次の画像の光波面ｈｋ＋１（ｎ１，ｎ２）の位相および大きさは、それぞれｇｋ’（ｍ１，ｍ２）の離散ＦＴおよび所望の画像によって規定される。サブステップＦ後、反復処理は、（ｋ＋１）回目の反復に対してサブステップＡ〜ＤおよびＥまたはＦを繰り返すステップを含む。
【００６９】
図１０は、閲覧スクリーン１２に所望の画像を投影させるはずの再構成可能なミラー配列１６での適切な画素ごとのマップ、例えばｇ（ｍ１，ｍ２）を見出す第２の反復方法８０’を示す。第２の反復方法８０’もまた、閲覧スクリーン上の単色画像光強度、すなわちｆ・ｆ＊（ｎ１，ｎ２）の空間分布に基づく。
【００７０】
第２の反復方法８０’は、図９の方法８０に関連して記載のステップ８２、８４、および８６を繰り返すステップを含むが、第２の反復方法８０’では、ステップ８６のいくつかのサブステップが、すなわち新しい反復処理のために修正される。
【００７１】
ｋ回目の周期で、新しい反復処理は、ステップ８６に対して記載の前述のサブステップＡ〜Ｆを実行するステップを含むが、以下の修正を伴う。サブステップＢで、反復処理は、離散ＩＦＴｇｋ（ｍ１，ｍ２）を新しい空間分布ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）と交換するステップを含む。新しい空間分布ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）は、
ｇｋ’（ｍ１，ｍ２）＝ｇｋ（ｍ１，ｍ２）＋λ［ｇｋ（ｍ１，ｍ２）／｜ｇｋ（ｍ１，ｍ２）｜−ｇｋ（ｍ１，ｍ２）］
によって与えられる。したがって、新しい空間分布は、離散ＩＦＴ内の値の大きさを記憶する。サブステップＦでは、新しい反復処理は、以下のように、閲覧スクリーン上の光の複素振幅の次の分布を規定するステップを含む。
ｈｋ＋１（ｎ１，ｎ２）＝ｈｋ（ｎ１，ｎ２）＋λ［｜ｆ（ｎ１，ｎ２）｜ｆｋ（ｎ１，ｎ２）／｜ｆｋ（ｎ１，ｎ２）｜−ｈｋ（ｎ１，ｎ２）］
したがって、新しい反復処理は、離散ＦＴ内の値の大きさを記憶する。新しい反復処理では、実際の正のパラメータλは、例えば、小さい正の値λ≒１．５を有する。λの選択は、反復処理の収束の速さに影響を及ぼすことができる。
【００７２】
第３の方法では、２つの測定を介して、閲覧スクリーンに所望の画像を投影できる光ビームに対して、相対振幅と相対位相の両方についての画素ごとのマップが得られる。第１の測定では、画像化すべき情景は、コヒーレント光ビームを散乱または伝送し、散乱または伝送される光の強度が、選択された開口上で測定される。第２の測定では、コヒーレント光ビームが、この場合も画像化すべき情景によって伝送または散乱され、次いで、既知のコヒーレント基準ビームによって干渉される。次いで、この干渉されたビームの強度が、選択された開口上で測定されて、選択された開口上の伝送または散乱された光ビームの位相についての画素ごとのマップを得る。選択された光学的開口上の振幅と位相の両方の情報についての画素ごとのマップを得るこの方法は、例えば前述の出願‘３９０に記載されている。
【００７３】
閲覧スクリーンに所望の画像を投影するはずの光ビームに対する選択された光学的開口上の相対位相および／または振幅についての画素ごとのマップを見出す他の技法は、「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｒｉｎｇｅ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｍａｒｋ  Ｌｕｃｅｎｔｅの博士論文、１９９４年９月、米国特許第６，２１１，８４８号、米国特許第４，８３４，４７６号、米国特許第４，９８６，６１９号、および米国特許第５，１７２，２５１号のうちの１つまたは複数に記載されていることがある。上に挙げた論文、米国特許、および米国特許出願の全体を、参照により本明細書に組み込む。
【００７４】
Ｈ）再構成可能なミラー配列による直接画像投影
図１１Ａ〜１１Ｅは、閲覧スクリーン１２に、画像、すなわち単色または多色として知覚される画像を投影する他の装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅを示す。装置１０Ａ〜１０Ｅは、２Ｄの再構成可能な空間光変調器１６、１６’と、コヒーレント光源１４と、デジタル・データ処理装置１８と、デジタル・データ・バス３８と、デジタル・データ記憶装置２０とを含む。装置１Ａ〜１０Ｅのこれらの素子はそれぞれ、図２〜３の装置１０、１０’の同じ番号の素子、すなわち以下に区別するものを除く素子と実質上類似してまたは同一に機能させ、相互に配置し、かつ／または構築することができる。
【００７５】
本明細書では、再構成可能な空間光変調器とは、２Ｄの再構成可能なミラー配列、例えば図１１Ａ〜１１Ｄに示すマイクロミラー３４の配列１６、または２Ｄの再構成可能な液晶配列、例えば図１１Ｅに示す液晶セル３４’の配列１６’のいずれかを指す。再構成可能な空間光変調器は、空間的に均一でなくかつ再構成可能な形で、入射コヒーレント光波面の位相および／または振幅を変調することが可能である。
【００７６】
図１１Ａ〜１１Ｄでは、２Ｄの再構成可能なミラー配列１６は、図２〜３の装置１０、１０’に関連して前述の任意の構造を有することができる。すなわち、装置１０Ａ〜１０Ｄの再構成可能なミラー配列１６は、ＭＥＭＳアクチュエータの制御下で、ピストン状の運動、例えば仮想平面３６に垂直な運動を実行する少なくともいくつかのマイクロミラー１６を有する。ＭＥＭＳアクチュエータは、平面基板３５内／上に配置される。
【００７７】
図１１Ｅでは、２Ｄの再構成可能な液晶配列１６’は、実質上同一の液晶セル３４’の規則的な２Ｄ配列８９と、規則的な２Ｄ配列８９の両側に配置された直線偏光器９０、９０’とを含む。各液晶セル３４’は、複屈折液晶を保持し、この複屈折液晶の片面または両面に隣接する電極を有する。これらの電極は、同じ液晶セル３４’の液晶の光軸を交替させる電圧を印加するように構成される。電極は、異なる液晶セル３４’に独立に対処できるように制御される。すなわち、液晶セル３４’のうちの異なるセルの光軸は、デジタル・データ処理装置１８の制御下で独立して交替させることができる。直線偏光器９０、９０’は、様々な相対的な向き、例えば平行または垂直な向きの偏光方向を有するように構成することができる。液晶セル３４’と偏光器９０、９０’をサンドイッチ状に挟むことで、入射コヒーレント光波面に、位相変調または位相と振幅の変調の組合せをもたらすことができる。したがって、再構成可能な液晶配列１６’は、入射光波面を制御可能に空間的に均一でなく変調することができる。装置１０Ｅは、２Ｄの再構成可能な液晶配列１６’を通って伝送される入射照明光ビーム２６を変調する。他の実施形態（図示せず）では、再構成可能な液晶配列から反射される入射光ビームを変調する２Ｄの再構成可能な液晶配列を含むことができる。実際には、他の実施形態の画像投影装置は、再構成可能なミラー配列１６が再構成可能な反射液晶配列と交換されることを除いて、図１１Ａ〜１１Ｄの装置１０Ａ〜１０Ｄに類似の設定を有することができる。
【００７８】
図２〜３の装置１０、１０’とは対照的に、図１１Ａ〜１１Ｅの装置１０Ａ〜１０Ｅは、再構成可能な空間光変調器１６、１６’の画素と所望の画像の画素との間で直接的な１対１の対応関係を使用する。この１対１の対応関係から、図１０Ａ〜１０Ｅ内の再構成可能な空間光変調器１６、１６’の各画素は、所望の画像の単一の対応する画素の所望の光強度に基づいて構成することができる。したがって、再構成可能な空間光変調器１６、１６’の領域は、閲覧スクリーン１２に投影すべき画像の対応する領域に直接マッピングされる。そのため、装置１０Ａ〜１０Ｅの多くの実施形態のデジタル・データ処理装置１８は、どのようにして個々のマイクロミラー３４を位置決めするのか、またはどのようにして再構成可能な空間光変調器１６、１６’が所望の画像を投影するように個々の液晶セル３４’を構成するのかを決定するために、再構成可能なミラー配列１６全体にわたって複雑な反復処理を実行することはない。例えば、デジタル・データ処理装置１８は、装置１０Ａ〜１０Ｅに閲覧スクリーン１２に所望の画像を投影させるために、所望の画像の逆フーリエ変換を評価しない。上記の理由のため、装置１０Ａ〜１０Ｅのいくつかの実施形態のデジタル・データ処理装置１８は、図２〜３の装置１０、１０’のいくつかの実施形態より速く、特定の画像に対するマイクロミラー１６の位置または液晶セル１６’の構成を決定することができる。
【００７９】
装置１０Ａ〜１０Ｅは、図２〜３の装置１０、１０’の実施形態には存在しない可能性のある追加の機能素子を含む。追加の素子には、第１の集束光学レンズ系９２、第２の集束光学系９４、および光学伝送フィルタ９６が含まれる。
【００８０】
第１の集束レンズ系９２は、光学経路のうち、再構成可能な空間光変調器１６、１６’の後、すなわち装置１０Ａ〜１０Ｂおよび１０Ｅ内の位置、再構成可能な空間光変調器１６、１６’の前、すなわち装置１０Ｃ内の位置、または装置１０Ｄ内のように再構成可能な空間光変調器１６、１６’の前後両方のいずれかの部分に配置される。様々な適用分野では、空間／幾何形状上の制約、例えば画像投影装置１０Ａ〜１０Ｅのうちの１つを小さな携帯電話内に組み込む上での制約を満たすために、第１の集束レンズ系９２を、上に挙げた位置のうちの異なる位置に配置することができる。
【００８１】
伝送フィルタ９６は、第１の集束フィルタ９２が再構成可能な空間光変調器１６、１６’に入射する照明光ビーム２６の画像を形成する平面９８にまたはその付近に配置される。例えば、照明光ビーム２６が、例えば図１１Ａ〜１１Ｂおよび１１Ｅに示すように実質上平行である場合、平面９８は、第１の集束レンズ系９２の焦点面にまたはその付近にある。対照的に、照明光ビーム２６が、例えば図１１Ｃおよび１１Ｄに示すように収束している場合、平面９８は、焦点距離より第１の集束レンズ系９２の近くに配置される。平面９８では、第１の集束レンズ系９２は、例えば、再構成可能な空間光変調器１６、１６’から出射する位相変調された波面のフーリエ変換を形成する。
【００８２】
平面９８では、第１の集束レンズ系９２により、出射光ビーム４４が、例えば図１２Ａ〜１２Ｂに示すような光パターンを形成する。この光パターンは、輝点１１０、１１２、１１４を有し、これらの点は、例えば、再構成可能な空間光変調器１６、１６’内のマイクロミラー３４または液晶セル３４’の横方向の分布の近似的な２Ｄ周期性のため、異なる回折次数に分類される。伝送フィルタ９６は、輝点１１０、１１２、１１４のうちの実質上１つだけからの光、または輝点１１０、１１２、１１４のパターン内の１つの回折次数からの光を、画像投影装置１０Ａ〜１０Ｅの残りの部分へ伝送する。伝送フィルタ９６は、平面９８上でまたはその付近で、光パターンの他の輝点１１０、１１２、１１４からの光を実質上阻止する。単一の阻止されていない輝点１１０、１１２、１１４または阻止されていない回折次数からの光が、残りのレンズ系（複数可）９４、１００を通過して、閲覧スクリーン１２に画像を形成する。
【００８３】
伝送フィルタ９６は、平面９８上で横方向の位置とともに変動する減衰をもたらす。この減衰は、平面９８上の位置Ｒとともに平滑に変動することができる。例えば、減衰は、Ａ・ｅｘｐ［−（［Ｒ−Ｒ０］／ｗ）２／２］のように、位置Ｒに依存することができる。上式で、Ｒ０および２ｗは、それぞれ伝送フィルタ９６の中心および幅である。｜Ｒ−Ｒ０｜＝２ｗの位置では、伝送フィルタ９６は、フィルタ９６の中心で入射光強度を減衰させるよりｅ−２大きく入射光強度を減衰させる。
【００８４】
図１２Ａおよび１２Ｂは、どのようにして前述の例示的な伝送フィルタ９６のＲ−Ｒ０｜＝２ｗの境界を平面９８内に配置できるかを示す。これらの境界を、図１２Ａ〜１２Ｂに破線の円１１６、１１８によって示す。図１２Ａの例では、伝送フィルタ９６の中心は、輝点１１０、すなわちゼロ回折次数の輝点の中心にある。この実施形態では、伝送フィルタ９６は、他の回折次数の他の輝点１１２、１１４からの光を実質上阻止する。図１２Ｂの例では、伝送フィルタ９６の中心は、第１の回折次数の輝点１１２のうちの１つの中心にある。この実施形態では、伝送フィルタ９６は、他の回折次数からの光および第１の回折次数の他の輝点１１２からの光を実質上阻止する。伝送フィルタ９６はまた、第１の回折次数の輝点１１２のすべてを実質上伝送するように構成することもできる。
【００８５】
第２の集束レンズ系９４は、光学経路のうち、伝送フィルタ９６の後ろの部分に配置される。特に、伝送フィルタ９６は、第２の集束レンズ系９４の焦点面、すなわち図１１Ａ〜１１Ｂおよび１１Ｅに示す位置に配置することができ、または図１１Ｃ〜１１Ｄに示すように、焦点距離ｆ’よりも第２の集束系９４からはるかに近くに配置することができる。第２の集束レンズ系９４は、後ろの平面、例えば閲覧平面１２で、伝送フィルタ９６によって伝送された光波面のフーリエ変換または逆フーリエ変換を生成する。
【００８６】
集束レンズ系９２、９４によって実行されるフーリエ変換を、伝送フィルタ９６によって実行される空間フィルタリングと直列に交互配置することによって、再構成可能な空間光変調器１６、１６’の個々の画素を、閲覧スクリーンの個々の画素へ直接画像化することが、実質上可能になると思われる。また、画像化処理を組み合わせることで、再構成可能な空間光変調器１６、１６’で位相変調された波面を、閲覧スクリーン１２上で可視波面に変換することが可能になる。
【００８７】
装置１０Ａ〜１０Ｅのいくつかの実施形態では、例えば図１１Ａ〜１１Ｂおよび１１Ｅに示すレンズ系１００を含むことができる。レンズ系１００は、閲覧スクリーン１２の拡散反射面に投影される画像内の横方向の寸法を拡大する。
【００８８】
装置１０Ａ〜１０Ｅのいくつかの実施形態では、多色であると知覚される画像を投影する。そのような実施形態では、コヒーレント光源１４は、図６の時間インターリーブ型の多色レーザ光源１４’とすることができる。そのような実施形態では、再構成可能な空間光変調器１６、１６’は、インターリーブされる色ごとに異なる画像を投影するようなカラー・インターリーブ率で再構成することができる。
【００８９】
装置１０Ａ〜１０Ｅのマイクロミラー３４および液晶セル３４’は、個別に動作させることができ、または局所的な動作グループ（ＬＯＧ）で動作させることができる。後者の場合、適宜２つ、３つ、またはそれ以上の隣接するマイクロミラー３４または液晶セル３４’からなる独立した組が、それぞれの局所的な動作グループを形成する。各動作グループは、再構成可能な空間光変調器１６、１６’の単一の画素として機能する。いくつかのそのような実施形態では、それぞれの局所的な動作グループのマイクロミラー３４または液晶セル３４’からなる適切なサブセットは固定され、対応するＭＥＭＳアクチュエータまたは電圧制御装置をもたない。
【００９０】
図１１Ａの装置１０Ａはまた、再構成可能なミラー配列１６への照明光ビーム２６の入射角を増大させるように構成されたガラスくさび１０２を含むことができる。いくつかの多色の実施形態では、コヒーレント光源１４は、閲覧スクリーン１２の横方向の同じ部分に異なる色の画像が投影されるように、ガラスくさび１０２および／または再構成可能なミラー配列１６への照明光ビーム２６の異なる色を、幾分異なる入射角に向けることができる。特に、そのような色に依存する入射角の変動は通常、伝送フィルタ９６によってゼロ以外の回折次数が選択的に伝送されるときに必要である。図２の装置１０もまた、図１１Ａのガラスくさび１０２に類似しかつそれと同様に構成されたガラスくさび（図示せず）を含むことができる。
【００９１】
装置１０Ａ〜１０Ｅの様々な実施形態では、デジタル・データ処理装置１８、データ・バス３８、およびデジタル・データ記憶域２０は、平面基板３５内もしくはその上に配置されたＭＥＭＳアクチュエータを制御し、または液晶セル３４’上の電極を制御する。ＭＥＭＳアクチュエータは、図２〜３の装置１０、１０’に関連して記載のマイクロミラー３４の一部またはすべての位置を制御しかつ調整する。それにもかかわらず、同じ所望の画像を投影するために、装置１０Ａ〜１０Ｄのデジタル・データ処理装置１８、データ・バス３８、およびデジタル・データ記憶域２０は、普通なら図２〜３の装置１０、１０’向けに設定されるはずのマイクロミラー３４に対して異なる空間構成を設定することができる。
【００９２】
図１３は、例えば図１１Ａ〜１１Ｅに示す装置１０Ａ〜１０Ｅで、閲覧スクリーン上に位相変調された波面を直接画像化する一方法１２０を示す。
【００９３】
方法１２０は、空間的に位相変調された波面を有する出射光ビーム、例えば出射光ビーム４４を生成するように、入射コヒーレント照明光ビームの波面を位相または振幅変調するステップ（ステップ１２２）を含む。変調するステップ１２２は、出射光ビーム４４を生成するために、入射照明光ビーム２６の波面に空間依存反射係数Ａ・ｅｘｐ［ｉΦ（ｍ１，ｍ２）］または空間依存伝送係数Ａ（ｍ１，ｍ２）・ｅｘｐ［ｉΦ（ｍ１，ｍ２）］を実効的に掛けるステップを含むことができる。上式で、ＡおよびＡ（ｍ１，ｍ２）は振幅であり、Φ（ｍ１，ｍ２）は位相角度である。また、整数成分ベクトル（ｍ１，ｍ２）は、波面に沿った画素の空間位置を指す。ベクトル（ｍ１，ｍ２）の第１および第２の成分は、単一のマイクロミラー３４もしくは液晶セル３４’、または隣接するマイクロミラー３４もしくは液晶セル３４’からなる局所的な動作グループのいずれかの行および列の位置に対応する。そのような変調は、図１１Ａ〜１１Ｄの再構成可能なミラー配列１６または図１１Ｅの再構成可能な液晶配列１６’などの空間光変調器によって実行することができる。（ｍ１，ｍ２）のマイクロミラー３４または液晶セル３４’では、対応する位相Φ（ｍ１，ｍ２）および／または振幅、すなわちＡもしくはＡ（ｍ１，ｍ２）は、閲覧スクリーン１２にそれに対応して配置される画像画素（ｍ１，ｍ２）での所望の光強度に基づいて評価することができる。
【００９４】
方法１２０は、出射光ビームが、変調するステップ１２２で生成される変調された波面のフーリエ変換に近似する回折光パターンを、遠く離れた平面、例えば空間光変調器から遠く離れた平面に形成できるように、光ビームを集束させるステップ（ステップ１２４）を含む。この遠く離れた平面は、例えば図１１Ａ〜１１Ｅに示すように、例えば集束をもたらすレンズ系の焦点面とすることができる。集束させるステップ１２４は、空間光変調器、例えば図１１Ｃ〜１１Ｄの装置１０Ｃ〜１０Ｄ内の再構成可能なミラー配列１６に入射する収束する光ビーム２６を生成するために、コヒーレント照明光ビームで実行することができる。第１の集束レンズ系９２による集束で、出射光ビーム４４は、図１１Ｃ〜１１Ｄの遠く離れた平面９８内に回折光パターンを生成する。別法として、集束させるステップ１２４は、例えば図１１Ａ〜１１Ｂの再構成可能なミラー配列１６および図１１Ｅの再構成可能な液晶配列１６’でのように、空間光変調器から出射する光ビーム４４で実行することができる。また、集束させるステップ１２４のこの後者の実施形態でも、出射光ビーム４４は、遠く離れた平面９８にそのような回折光パターンを生成する。
【００９５】
方法１２０は、パターン内の輝点の１つだけが光学画像投影システムの残りの部分へ光を実質上伝送するように、回折光パターンからの光を空間的にフィルタリングするステップ（ステップ１２６）を含む。特に、フィルタリングされていない光パターンは、再構成可能な空間光変調器１６、１６’内のマイクロミラー３４または液晶セル３４’の構成の近似的な２Ｄ周期性のため、異なる輝点を有する。空間フィルタリングは、例えば、平面９８上の光パターンのうち、単一のそのような回折次数を除くすべてを、閲覧スクリーン１２に投影すべき画像に寄与することから阻止するために、図１１Ａ〜１１Ｅの伝送フィルタ９６を用いてフィルタリングするステップを含むことができる。特に、空間フィルタリングは、回折光パターン内の次数がゼロまたはより高い輝点を伝送するように構成することができる。空間フィルタリングがより高い次数からの光を伝送する場合、前記の次数がより高い輝点のうちの１つまたは２つ以上からの光を伝送することもできる。実際には、同じ次数の２つ以上の輝点からの光を伝送することで、閲覧スクリーン１２に投影される画像の輝度を高めることができる。
【００９６】
方法１２０は、閲覧スクリーンに単一色画像を投影するために、空間的にフィルタリングされた光、すなわち回折光パターンの阻止されていない輝点（複数可）からの光を、別の集束レンズ系を通じて送るステップ（ステップ１２８）を含む。画像は通常、空間フィルタリング・ステップ１２６によって伝送される光パターンのフーリエ変換または逆フーリエ変換である。伝送するステップ１２８は、空間的にフィルタリングされた光ビームを、図１１Ａ〜１１Ｅの装置１０Ａ〜１０Ｅ内の集束レンズ系（複数可）９４、１００を通過させるステップを含む。
【００９７】
方法１２０のいくつかの実施形態では、異なる色、例えば赤色、緑色、および青色のコヒーレント照明光ビームに対して、ステップ１２２、１２４、１２６、および１２８を繰り返すステップを含む。実際には、ビームの色は、ステップ１２２、１２４、１２６、および１２８の連続する実行でカラー・インターリーブを生成するように、ラウンド・ロビン方式で交替させることができる。そのようなカラー・インターリーブは、閲覧スクリーン、例えば図１１Ａ〜１１Ｅの閲覧スクリーン１２に多色画像が投影されているという知覚をもたらすのに十分に高い周波数で実行することができる。
【００９８】
方法１２０の様々な実施形態では、変調するステップ１２２を異なる形で実施することができる。変調するステップ１２２の２つの例示的な実施形態を、図１４Ａおよび１４Ｂに示す。そのような各実施形態では、伝送フィルタ９６は、図１２Ａに示すように、平面９８上の光パターンのゼロ回折次数だけを実質上伝送するように構成することができる。
【００９９】
以下、再構成可能なミラー配列１６の行ｍ１および列ｍ２にあるマイクロミラー３４（液晶セル３４’）を、合計（ｍ１＋ｍ２）が偶数である場合は偶数マイクロミラー（偶数液晶セル）と呼び、合計（ｍ１＋ｍ２）が奇数である場合は奇数マイクロミラー（奇数液晶セル）と呼ぶ。偶数および奇数マイクロミラー３４（液晶セル）を、図１４Ａでは、それぞれ白色の正方形および網掛けをした正方形として示す。
【０１００】
図１４Ａは、変調するステップ１２２が、閲覧スクリーン１２に投影すべき画像の対応する画素の所望の輝度に基づいて、各マイクロミラー３４または液晶セル３４’を別々に位置決めするステップを含む、一実施形態を示す。そのような一実施形態では、投影すべき画像が閲覧スクリーン１２上で均一のゼロ以外の輝度を有する場合、再構成可能なミラー配列１６のマイクロミラー３４は、変調するステップ１２２中に単一の平面に沿って位置合わせされるはずである。この実施形態では、投影すべき画像が閲覧スクリーン１２上で均一のゼロの輝度を有する場合、再構成可能なミラー配列１６のマイクロミラー３４は、前記同じ単一の平面から最も遠く離れているはずである。後者の場合、前記単一の平面に対するマイクロミラー３４の分布は、図１４Ａに示すようなチェッカボード・パターンを形成するはずである。このチェッカボード・パターンでは、奇数マイクロミラー３４は、単一の平面の片側に位置決めされ、偶数マイクロミラーは、同じ単一の平面の反対側に位置決めされる。輝度が投影すべき画像上で画素ごとに変わる他の状況では、変調するステップ１２２は、各マイクロミラー３４を、投影すべき画像の対応する画素の輝度に応じて、同じ単一の平面から距離を空けて位置決めするステップを含むはずである。特に、画像の画素での所望の光強度ＩがＩである場合、再構成可能なミラー配列１６の対応するマイクロミラー３４は、再構成可能なミラー配列１６のその部分から出射する波面に相対位相Φをもたらすように位置決めされるはずである。ここでΦは、以下のように規定されるはずである。
Φ＝±ａｒｃｃｏｓ（［Ｉ／Ｉｍａｘ］１／２）
上記の等式では、±符号は同じ平面の側面を示し、Ｉｍａｘは、投影すべき画像の任意の画素の最大輝度である。変調するステップ１２２では、均一のゼロ以外の輝度の画像の場合に配置されるはずの単一の平面の両側に、そのような偶数および奇数マイクロミラー３４を位置決めするはずであることから、この符号は、偶数マイクロミラー３４では正であり、奇数マイクロミラー３４では負である。
【０１０１】
図１４Ｂは、変調するステップ１２２が、マイクロミラー３４または液晶セル３４’の独立して隣接する対、すなわち局所的な動作グループ（ＬＯＧ）を別々に位置決めするステップを含む、一実施形態を示す。図１４Ｂでは、局所的な動作グループＬＯＧ間の境界を二重線で示し、そのような一実施形態のマイクロミラー３４間の境界を単線で示す。そのようなそれぞれの局所的な動作グループＬＯＧでは、一方のマイクロミラー３４を白色の正方形で示し、他方のマイクロミラー３４を網掛けをした正方形で示す。白色の正方形および網掛けをした正方形で示すマイクロミラー３４は、変調ステップ１２２中に異なる形で動かされる。
【０１０２】
いくつかのそのような実施形態では、網掛けをした正方形で示すマイクロミラー３４は固定され、すなわちＭＥＭＳ作動式ではなく、白色の正方形で示すマイクロミラー３４は、ＭＥＭＳアクチュエータによって動かすことができる。変調するステップ１２２中、白色の正方形に対応する各マイクロミラー３４は、投影すべき画像の対応する画素の輝度に基づいて、そのＭＥＭＳアクチュエータによって位置決めされる。特に、そのような各マイクロミラー３４は、相対位相変化Φをもたらすように位置決めされる。ここで、マイクロミラー３４に入射する波面上で、Φ＝２・ａｒｃｏｓ（［Ｉ／Ｉｍａｘ］１／２）である。すなわち、局所的な動作グループの可動式マイクロミラー３４は、同じ画素輝度を実現するために、再構成可能なミラー配列１６の各画素が単一のマイクロミラー３４を有する実施形態の場合より２倍遠くへ動かされる。
【０１０３】
他のそのような実施形態では、動作グループの両方のマイクロミラー３４をＭＥＭＳ作動式および可動式とすることができる。次いで、各動作グループでは、２つのマイクロミラー３４は、例えばこれらの２つのマイクロミラー３４間で、（２・ａｒｃｏｓ（［Ｉ／Ｉｍａｘ］１／２）という相対位相変化Φをもたらすように位置決めすることができる。いくつかのそのような実施形態では、局所的な動作グループのマイクロミラー３４の中心位置はまた、投影すべき画像内の局所的な動作グループに対応する画素に隣接する画素内で回折によってもたらされる光の汚染を低減するように、実験的に調整することができる。例えば、そのような調整は、できる限りチェッカボード／交互パターンを形成するように、局所的な動作グループを垂直および／または水平方向に位置決めし直すステップを含むことができる。
【０１０４】
再び図１１Ａ〜１１Ｄを参照すると、装置１０Ａ〜１０Ｄのいくつかの実施形態では、平面９８内の回折光パターンの選択されたゼロ以外の次数の光を伝送するように構成された伝送フィルタ９６を含む。そのような実施形態では、例えば照明光のうち、伝送フィルタ９６によって光が選択的に伝送される輝点に向けられる光の百分率を増大させるために、再構成可能なミラー配列１６のマイクロミラー３４に目印を付けることができる。そのように目印を付けるステップは、入射光ビーム２６に対して垂直でない入射角で前記マイクロミラー３４の反射面に傾斜させるステップを含むことができ、かつ／または前記マイクロミラーもしくは動作グループ３４の反射面に階段を作って目印をまねるように、ミラーのグループをエッチングしもしくは動かすステップを含むことができる。
【０１０５】
図１１Ｅの装置１０Ｅの様々な実施形態では、個々の液晶セル３４’またはそれらの局所的な動作グループはまた、入射光波面で前述の相対位相をもたらすように構成することができる。特に、相対位相Φは、同じ式、例えばΦ＝ａｒｃｏｓ（［Ｉ／Ｉｍａｘ］１／２）に従って、所望の画像の対応する画素の光強度に依存することができる。
【０１０６】
開示、図面、および特許請求の範囲から、本発明の他の実施形態が、当業者には明らかになるであろう。
【図１】
2010520515.tif 000003
【図２】
2010520515.tif 000004
【図３】
2010520515.tif 000005
【図４Ａ】
2010520515.tif 000006
【図４Ｂ】
2010520515.tif 000007
【図５】
2010520515.tif 000008
【図６】
2010520515.tif 000009
【図７】
2010520515.tif 000010
【図８】
2010520515.tif 000011
【図９】
2010520515.tif 000012
【図１０】
2010520515.tif 000013
【図１１Ａ】
2010520515.tif 000014
【図１１Ｂ】
2010520515.tif 000015
【図１１Ｃ】
2010520515.tif 000016
【図１１Ｄ】
2010520515.tif 000017
【図１１Ｅ】
2010520515.tif 000018
【図１２Ａ】
2010520515.tif 000019
【図１２Ｂ】
2010520515.tif 000020
【図１３】
2010520515.tif 000021
【図１４Ａ】
2010520515.tif 000022
【図１４Ｂ】
2010520515.tif 000023
【国際調査報告】
2010520515.tif 000024
2010520515.tif 000025