(57)【要約】画像投影装置および方法を提供する。この装置は、光源システム、空間光変調器（ＳＬＭ）ユニット、およびＳＬＭユニットの出力側に収容された拡大光学素子を有する。ＳＬＭユニットは、反射型または透過型のどちらであってもよい。ＳＬＭユニットは、画素配列アセンブリと、画素配列アセンブリの近傍に収容される少なくとも一つのマイクロレンズアレーを含むＳＬＭ画素配置と、を含むマイクロレンズアセンブリを備える。光源システムは、ｎ個の光源およびｎ個の光源によって生成される光の光学通路における光変換手段を含むことによってｍ個（ｍ＞ｎ）の波長域の異なる光ビームを生成してもよい。光源システムはマルチモードレーザーを含んでいてもよく、マルチモードによって生成される統合スペックルパターンのスペックル効果を、シングルモードと比べて減少させることができる。
2006513447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源システム、空間光変調器（ＳＬＭ）ユニット、およびＳＬＭユニットの出力側に収容された拡大光学素子を備える画像投影装置であって、前記装置は以下に挙げるものうち少なくとも一つを特徴とする：
（ｉ）前記ＳＬＭユニットは、反射型であり、画素配列アセンブリおよびマイクロレンズアセンブリを含む多層構造の形状をしたＳＬＭ画素配置を備え、前記マイクロレンズアセンブリは、前記光源システムから前記ＳＬＭユニットへの光の伝達方向に対して前記画素配列アセンブリの少なくとも上流側の近傍に収容された少なくとも一つのマイクロレンズアレーを含み、入射光を前記画素配列上へ集光し焦点を合わせるよう動作する；
（ｉｉ）前記ＳＬＭユニットは画素配列アセンブリおよびマイクロレンズアセンブリを含み、前記マイクロレンズアセンブリは、前記光源システムから前記ＳＬＭユニットへの光の伝達方向に対して前記画素配列アセンブリの上流において離間され且つ平行な関係で収容された第１および第２のマイクロレンズアレーを有し、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第２のアレーのレンズは第１のアレーのレンズよりも小さく、それによって前記小型レンズアセンブリは前記入射光を複数の平行光成分の形で複数の画素上各々に当たるよう集光し焦点を合わせる；
（ｉｉｉ）前記光源システムは、ｎ個の光源および前記ｎ個の光源によって生成される光の光学経路において光変換手段を備え、それによりｍ個（ｍ＞ｎ）の波長域の異なる光ビームを生成する；
（ｉｖ）前記光源システムはマルチモードレーザーを備え、それによって統合スペックルパターンにおけるスペックル効果を減少させる；
（ｖ）前記光源システムは、少なくとも一つの高度偏光光源およびランダム偏光光源を備える。
【請求項２】
前記ＳＬＭユニットは、反射型であり、偏光ビームスプリッターを備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および第２のマイクロレンズアレーが、第１および第２のレンズアレーのレンズの焦点距離の和と等しい距離で互いから離間されている請求項１（ｉｉ）に記載の装置。
【請求項４】
前記ＳＬＭユニット上に当たる前記入射光は特定の偏光を与えられ、前記装置は、前記ＳＬＭユニットの画素配置の出力側に収容される偏光子ユニットを備え、前記入射光ビームのものと実質的に同じとなるかまたは前記入射光ビームのものに対して９０°回転した状態になるような偏光の平面の好ましい方向を有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光源システムは、少なくとも一つの高比率の偏光光源を含む請求項２または４に記載の装置。
【請求項６】
前記ＳＬＭ画素配置の入力側で入力偏光子を備える請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記光源システムは、前記入射光ビームの断面内で実質的に均一な強度分布を提供するように動作する光学配置を備える上記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記光学配置は、前記ビーム強度分布を変更してその断面内で前記ビームの前記実質的に均一な強度分布を生成するよう動作する回折素子を含む請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記光源システムは、前記光源システムによって生成される光ビームの断面に作用して実質的に前記ＳＬＭ画素配置の活性表面の大きさの前記ビームの断面を提供するビーム拡大器を含む上記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記光源システムは、実質的に前記ＳＬＭユニットの前記活性表面の大きさの断面の光線を発生する光源を含む請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記マイクロレンズアセンブリは、前記画素配列アセンブリの両側に第１および第２の同様のマイクロレンズアレーを各々備え、第１のアレーの各レンズが前記画素配列の対応する画素と関連付けられるとともに第２のアレーの前記対応するレンズと関連づけられるようにし、各レンズは実質的に前記画素の大きさである請求項１（ｉ）に記載の装置。
【請求項１２】
前記マイクロレンズアセンブリは、前記画素配列アセンブリの上流において離間され且つ平行な関係で収容された第１および第２のマイクロレンズアレーを備え、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第２のアレーのレンズは第１のレンズアレーのレンズより小さい請求項１（ｉ）に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２のアレーのレンズは、実質的に前記画素の大きさである請求項１（ｉｉ）または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ＳＬＭユニットは、透過型であり、前記画素配列アセンブリの両側に離間され且つ平行な関係で収容されるさらなる一対のマイクロレンズアレーを備え、前記マイクロレンズアレーは、前記画素アセンブリの上流の前記第１および第２のレンズアレーと実質的に対称的に同一である請求項１（ｉｉ）に記載の装置。
【請求項１５】
前記画素配列アセンブリにより近い前記アレーのレンズは、実質的に前記画素の大きさである請求項１（ｉｉ）または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記画素アセンブリの同じ側の前記第１および第２のマイクロレンズアレーが、前記第１および第２のレンズアレーのレンズの焦点距離の和と等しい距離で互いから離間されている請求項１２から１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記光源システムは、いくつかの異なる波長域のいくつかの光ビームを生成するように動作し、前記光源システムと前記ＳＬＭユニットとの間に収容される波長選択型ペリスコープ構造が所与の波長に対して透過性を与え他の波長を反射し、前記装置はカラー画像を投影することが可能な上記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記光源システムは、いくつかの異なる波長域のいくつかの光ビームを生成するように動作し、前記装置は、前記光ビームの前記対応するものの前記光学経路にそれぞれ追加ＳＬＭユニットを備え、前記ＳＬＭユニットから出射する変調光ビームの前記光学経路に収容される波長合成器を備え、前記装置はカラーを投影することが可能な請求項１から１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記光源システムは、前記異なる波長域の前記いくつかの光ビームを各々生成するためのいくつかの光源を備える請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記光源のうち少なくともいくつかは高度偏光光源である請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記光源システムは、ｎ個の光源および光変換手段を備えることでｍ個（ｍ＞ｎ）の波長域の異なる光ビームを生成する請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記光源システムは、不可視域の光ビームを放出するレーザーダイオードを備え、前記光変換手段は、前記放出された光ビームを少なくとも二つの空間的に分離された光成分に分割するためのスプリッターアセンブリ、前記少なくとも二つの光成分によってポンピングされるよう適合され前記ポンピング光成分とは異なり異なる波長を有する二つの光ビームを各々生成する少なくとも二つの結晶、および高調波発生を前記二つの光ビームに適用するよう動作することで可視域の異なる波長の二つの光出力を生成するアセンブリを備える請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記光源システムは、不可視域内の異なる波長の少なくとも二つの光成分を含む光ビームを放出するレーザーダイオードを備え、前記光変換手段は、前記放出された光ビームの前記少なくとも二つの光成分を空間的に分離するためのスプリッターアセンブリ、および第２高調波発生を前記少なくとも二つの光成分に適用するよう動作することで可視域の異なる波長の少なくとも二つの光出力を生成するアセンブリを備える請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記スプリッターアセンブリは、ビームスプリッターおよびミラーを備える請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記スプリッターアセンブリは、光学スイッチを備える請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２６】
高調波発生を適用するよう動作する前記アセンブリは、少なくとも二つの結晶を備える請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記光源システムは、少なくとも一つのＬＥＤを備える請求項２１から２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
画像を投影するための方法であって：
（ａ）その画素配列アセンブリによって規定される空間光変調器（ＳＬＭ）ユニットの活性表面の大きさに対応する所定の断面を有する少なくとも一つの入射光ビームを作成し、前記入射光を前記画素配列アセンブリに向け；
（ｂ）投影すべき画像を示す結像信号で前記画素アセンブリを動作させ、これによって前記画素アセンブリを透過する前記光の変調を起こし；
（ｃ）前記変調光を、拡大光学素子を透過させ、投影面に投影し；
前記方法は、以下に挙げるもののうち少なくとも一つを特徴とする：
ｉ）前記画素配列アセンブリに向かって伝搬する前記入射光線は、複数の前記画素の中心へ前記入射光の各々複数の光成分を集光し焦点を合わせる少なくとも一つのマイクロレンズアレーを透過し；前記変調光成分は反射されて前記画素配列アセンブリに戻る；
ｉｉ）前記画素配列アセンブリに向かって伝搬する前記入射光線は、離間され且つ平行な関係で収容される第１および第２のマイクロレンズアレーを透過し、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第２のアレーのレンズは第１のアレーのレンズより小さく、前記入射光は、集光され焦点を合わせられて複数の平行光成分の形で複数の画素上に各々当たる；
ｉｉｉ）波長域の異なるｍ個（ｍ＞ｎ）の光ビームが、ｎ個の光源および前記ｎ個の光源によって生成される光の光学経路における光変換手段を含む光源システムによって作成される；
ｉｖ）投影画像におけるスペックル効果は、前記少なくとも一つの入射光ビームを作成するためのマルチモードレーザーを用いることによって低減される；
ｖ）カラー画像が、少なくとも一つの高度偏光光源およびランダム偏光光源を用いて異なる波長域の前記入射光ビームを作成することにより投影可能である。
【請求項２９】
前記ＳＬＭ画素配置に向かって伝搬する前記入射光位ｂ−むおよび前記ＳＬＭ画素配置から出射する前記反射された変調光を、偏光ビームスプリッターを透過させることを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１および第２のマイクロレンズアレーが、前記第１および第２のレンズアレーのレンズの焦点距離の和と等しい距離で互いから離間されている請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記入射光に特定の偏光を与えること、および前記ＳＬＭ画素配置から出射する前記変調光を、前記入射光ビームのものと実質的に同じとなるかまたは前記入射光ビームのものに対して９０°回転した状態になるような偏光の平面の好ましい方向を有する偏光子を透過させることを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記入射光ビームの断面内での実質的に均一な強度分布を提供することを含む請求項２８から３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記マイクロレンズアセンブリは、前記画素配列アセンブリの両側に第１および第２の同様のマイクロレンズアレーを各々備え、第１のアレーの各レンズが前記画素配列の対応する画素と関連付けられるとともに前記第２のアレーの対応するレンズと関連づけられるようにし、各レンズは実質的に前記画素の大きさである請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記マイクロレンズアセンブリは、前記画素配列アセンブリの上流において離間され且つ平行な関係で収容された第１および第２のマイクロレンズアレーを備え、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第２のアレーのレンズは第１のレンズアレーのレンズより小さい請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記ＳＬＭユニットは、透過型であり、前記方法は前記ＳＬＭ画素配置から出射する前記変調光を、離間され且つ平行な関係で収容されるさらなる一対のマイクロレンズアレーを透過させることを含み、前記マイクロレンズアレーは、前記画素アセンブリの上流の前記第１および第２のレンズアレーと実質的に対称的に同一である請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
カラー画像を投影することを提供し、前記方法は、いくつかの異なる波長域のいくつかの入射光ビームを生成すること、およびこれらの光線を、前記ＳＬＭ画素配置に向かう途中で、所与の波長に対して透過性を与え他の波長を反射する波長選択型ペリスコープ構造を透過させることを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
カラー画像を投影することを提供し、前記方法は、いくつかの異なる波長域のいくつかの光ビームを生成すること、これらの光線を前記ＳＬＭユニットを各々透過させること、および前記変調光ビームを波長合成器を透過させることを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記光ビームのうち少なくともいくつかは高度偏光光ビームである請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ｎ個の光源によってｍ個の光線を生成することは、不可視域の光ビームを放出すること、および前記光ビームを可視域における異なる波長の少なくとも二つの光ビームに変換することを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記変換は、少なくとも二つのレーザー結晶を各々ポンピングするため前記放出された光ビームを少なくとも二つの空間的に分離された光成分に分割し、それによって前記ポンピング光成分の波長とは異なり異なる波長を有する二つの光ビームを各々生成すること、および前記二つの光ビームに高調波発生を適用して可視域の異なる波長の二つの光出力を生成することを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記放出された光ビームは、不可視域内の異なる波長の少なくとも二つの光成分を含み、前記変換は、前記放出された光ビームの前記少なくとも二つの光成分を空間的に分離すること、および第２高調波発生を前記少なくとも二つの光成分に適用し、それにより可視域の異なる波長の少なくとも二つの光出力を生成することを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記投影画像における前記スペックル効果は、前記パルスの独立したスペックルパターンが人間の目の感受性より速く人間の目によって時間平均化された前記投影画像の統合スペックルパターンとなるように、前記入射光ビームを作成しながら前記レーザー光源に連続的にパルスを発生させることによって、低減される請求項２８に記載の方法。
【請求項４３】
画像投影装置で使用するための空間光変調器（ＳＬＭ）であって、前記ＳＬＭは、画素配列アセンブリと、前記画素配列から所定の距離で離間されることで、実質的に前記入射光全体が前記画素アレーアセンブリのアクティブ画素領域に当たるように入射光を集光し焦点を合わせる少なくとも一つのマイクロレンズアレーを含むマイクロレンズアレーアセンブリと、を含む多層構造を備えるＳＬＭ。
【請求項４４】
前記マイクロレンズアセンブリは、離間され且つ平行な関係で収容される第１および第２のマイクロレンズアレーを備え、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第２のアレーのレンズは第１のアレーのレンズより小さく、前記入射光は集光され焦点を合わせられて複数の平行光成分の形の複数の画素上に各々当たる請求項４３に記載のＳＬＭ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンパクトな画像投影装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロディスプレイは小型のディスプレイであり、一般に対角線長で１．５インチ以下の大きさのスクリーンを備えている。マイクロディスプレイは、データプロジェクター、ヘッドマウント・ディスプレイ、およびデジタルカメラの従来のファインダーによく使用される。マイクロディスプレイは、これらの装置においてフルサイズのコンピュータ画面を見ることができるため、コンパクトなプロジェクター、手持ち式インターネット用機器のファインダーおよびネットサーフィン用やテレビ会議用の携帯電話に組み込むことができる。
【０００３】
マイクロディスプレイの殆どは、基板材料としてのシリコンチップから成る光弁を用いる。またこのチップは、非常に小さい画素ピッチ（最小１０μｍまたはそれ以下）やディスプレイの高解像度だけでなく、非常に信頼性が高く安定した回路を可能にする標準ＣＭＯＳ技術において通常実装されるアドレスエレクトロニクス（少なくとも、集積ドライバー付きアクティブマトリックス）を格納する。
【０００４】
当該技術分野では、反射型および透過型の光弁が知られている。反射型光弁は、表示された画像から光を反射させビュアー（viewer）のレンズまたは投影レンズに通す。透過型光弁は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）およびＥＬ(electro-lumination)技術を用いたバックライト型ポータブルコンピュータの画面と同様である。一般的な反射型光弁は、反射型液晶（ＬＣＯＳ）および傾斜マイクロミラー（ＤＭＤ）に基づく。一般的な透過型光弁は、アクティブマトリクス液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）に基づく。
【０００５】
上記のように透過型のマイクロディスプレイを用いるプロジェクターは、一般には光源および空間光変調器（ＳＬＭ）を含む光学経路を備え、ここでビーム形成光学素子は、偏光素子とともにそれらの間に配置されている。別の偏光素子および拡大光学素子は、一般的にＳＬＭと投影面との間に配置される。ＳＬＭは、映像処理ドライバーに連結されて、入力信号に従って光の画像変調を生成する。
【０００６】
マイクロディスプレイに基づいた公知のプロジェクターの設計における一般的な光学的問題には、以下のものがある。低エネルギー効率；光源の不均一な強度分布（すなわちＳＬＭ表面上でのガウス分布）および強度損失による出力画像の低輝度および不均一性；出力画像の低焦点深度。レーザーを用いたプロジェクターにおいては、光の粒状パターンが画像一面に広がる原因となるレーザー源の「スペックル」現象もまた技術的な問題と見なされている。前述の光学的問題およびハードウェア実装に直接関係する他の一般的な問題には、大きさ、重量、光学複雑性、電力消費および投影装置全体の機動性がある。
【０００７】
上記の問題を一つ以上解消することに取り組んだ様々な方法および装置は、以下の文献によって開示されている。
【０００８】
特許文献１は、反射型光弁を利用したコンパクトかつエネルギー効率のよい投影ディスプレイを開示している。光源の出力ビームは、少なくとも一つの空間光変調器によって受光される。変調された出力ビームは、視準され（collimated）合成される（combined）。投影レンズは、視準され合成された出力ビームを受光し、それらを投影スクリーンに向ける。エネルギー効率は、白色光源に代わり連続ストローブＲＧＢ光源（sequentially strobed RGB light source）を使用することによって達成される。
【０００９】
特許文献２は、反射複屈折の（二重屈折）光弁から構成される高解像度投影ディスプレイ用の光学系を開示している。この液晶ディスプレイプロジェクターは、偏光ビームスプリッター、カラー画像合成プリズム、照明システム、投影レンズ、色制御およびコントラスト制御用フィルター、およびスクリーンを備える。照明システムは、ハロゲン化金属のアークランプ等の光源、光源から放出された赤外線および紫外線をフィルタリングして取り除くために光源からの光学経路に配置された紫外線および赤外線フィルター、均一な光強度を供給するための光トンネル、および照明システム出力平面を拡大し前記平面を液晶光弁上へ結像するためのリレーレンズシステム等の光源を含む。
【００１０】
特許文献３は、ＳＬＭおよび偏光光源システムを有する画像投影装置を開示している。この光学系は、二次曲面または平面の少なくとも一方の光学素子によって操作される偏光光を用いて、折り畳みミラーシステムに作用し、二つ以上の偏光状態の入力光成分を利用して画像をスクリーン上に投影し、これによって偏光フィルタリングに起因する光学系上での強度損失を減少させる。このシステムは、ＳＬＭの個別の領域が投影スクリーンに出力されるように、実質的に直交する偏光の光成分を提供する。
【００１１】
特許文献４は、レーザー源、ビームスプリッター、焦点合わせ素子、および感光検出器を含む共焦点レーザー結像系を開示している。レーザー源は、結像しようとする対象物に対して第１の光学経路に沿ってレーザー光ビームを投影し、その対象物から反射された光に応じて投影レーザービームの強度を変調する。ビームスプリッターは、投影レーザービームの一部分を、レーザー出力の強度をモニターする光検出器上に向ける。レーザー源は、アレーによって生成される光の焦点を対象物に合わせるためのレンズまたは対物アセンブリを備えた、電気的走査可能なアレーであってもよい。アレーが励起されると、そのレーザービームが対象物を走査し、各点で反射された光はレンズによって戻され、光源であるアレーの素子に到達する。単一の感光検出器素子は、アレーの全てのレーザーについての強度表示信号を生成することができる。感光検出器からの強度表示信号は、処理されて対象物の画像を提供する。
【００１２】
特許文献５は、ビーム路変位（beam path displacement）によってスペックルを抑制することができるレーザー装置および反射型液晶光弁を含むレーザープロジェクターを開示している。これは、ビームが投影されている間それを偏向することにより、疑似視準（非交差光線）を保存しつつビームの吸収および拡散を両方とも防ぐことによって行われる。よって、後者は無限鮮鋭度のためには重要である。経路変位は、光弁をビーム走査することによって達成される。これにより、エネルギー効率、輝度、コントラスト、（レーザーモードの脈動およびアーティファクトの両方を抑制することによる）ビーム均一性および装置の段の間にビームを伝達する便利なビーム回転にいくつかの改良をももたらすことができる。偏向効果は、ガルバノミラーまたは回転振動用モーターに取り付けられたミラーによって行われる。画像は、レーザー「読み取り光線」が出力段で同期されている間、（光学的または電子的な）光弁制御段の連続的な部分に増分的に書き込まれる。ビームは、光弁と同様ビューイングスクリーン上で移動された浅い断面へと成形され、これはマスキングに非常に少ないエネルギー損失で行われる。偏光シートよりも、ビームスプリッター／アナライザキューブが好ましい。光弁によって与えられ疑似視準によって維持される空間変調は、凹凸のある投影媒体上での結像を可能にする。
【００１３】
特許文献６は、偏光光の高輝度の光源を含むコンパクトな大きさの投影システムおよび偏光投影光を変調するため位置合わせ層を有する空間光変調器を開示している。ここで高輝度偏光光源は、位置合わせ層と位置合わせされ偏光光が不要な遮光偏光子なしでそこを透過することを可能にする。光弁との適切な位置合わせとともに偏光レーザー源を使用すると、実質的に全てのレーザービームがＳＬＭによって利用され、投影画像の形成が可能になる。
【００１４】
特許文献７は、ＳＬＭ上に当てされる高輝度の（すなわち均一な強度分布を有する）投影ビームを生成するビーム成形器と連結されたマイクロレーザーアレーを含むレーザー照射型でＳＬＭベースの投影システムを開示している。ビーム成形器は、バイナリー位相板、マイクロレンズアレー配置またはディフーザー配置を含み、投影ビームの形および強度プロファイルを変更する。従って光弁を照明するレーザー光は、極度に高輝度の画像を投影するための均一な強度分布を有し、実質的に光弁の画素部分に範囲が制限されている。
【特許文献１】米国特許第５，９７１，５４５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７７７，７８９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９７５，７０３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５６３，７１０号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１８３，０９２号明細書
【特許文献６】米国特許第５，５１７，２６３号明細書
【特許文献７】米国特許第５，７０４，７００号明細書
【発明の開示】
【００１５】
当該技術分野においては、新規な小型投影装置および方法を提供することによって画像の投影を容易にするという需要がある。本発明の装置は、軽量かつ高能率であり、高比率の偏光光源を利用する。高能率のＳＬＭは、結像すべきデータをデジタル処理して、スペックル関連の効果を大幅に減少させるとともに、投影画像をデジタル処理してその均一性を向上させることが可能である。
【００１６】
本発明のある広い態様によると、光源システム、空間光変調器（ＳＬＭ）ユニット、およびＳＬＭユニットの出力側に収容された拡大光学素子を備えた画像投影装置であって、以下に挙げるもののうち少なくとも一つを特徴とする画像投影装置が提供される。
（ｉ）前記ＳＬＭユニットは反射型であり、画素配列アセンブリおよびマイクロレンズアセンブリを含む多層構造の形状をしたＳＬＭ画素配置を備え、マイクロレンズアセンブリは光源システムからＳＬＭユニットへの光の伝達方向に対して少なくともその上流で画素配列アセンブリの近傍に収容された少なくとも一つのマイクロレンズアレーを含み、入射光を画素配列上へ集光し焦点を合わせるよう動作する；
（ｉｉ）前記ＳＬＭユニットは画素配列アセンブリおよびマイクロレンズアセンブリを含み、マイクロレンズアセンブリは、光源システムからＳＬＭユニットへの光の伝達方向に対して画素配列アセンブリの上流において離間され且つ平行な関係で収容された第１および第２のマイクロレンズアレーを有し、画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第２のアレーのレンズは第１のアレーのレンズよりも小さく、小型レンズアセンブリはそれによって入射光を複数の平行光成分の形で各々複数の画素上に当たるように集光し焦点を合わせる；
（ｉｉｉ）光源システムは、ｎ個の光源およびｎ個の光源によって生成される光の光学経路に光変換手段を備え、それにより波長域の異なるｍ個（ｍ＞ｎ）の光ビームを生成する；
（ｉｖ）光源システムは、マルチモードレーザーを備え、それによりマルチモードによって生成される統合スペックルパターンにおけるスペックル効果を、シングルモードと比べて減少させる；
（ｖ）光源システムは、少なくとも一つの高度偏光光源およびランダム偏光光源を備える。
【００１７】
本発明の装置は、光の偏光を必要としないタイプのＳＬＭを利用していてもよく、あるいは、特定偏光光（specifically polarized light）で動作する種類のＳＬＭを利用していてもよい。後者の場合、装置は、ＳＬＭ入力光および出力光の特定偏光（specific polarization）を提供するよう設計される。これは、ＳＬＭの出力において偏光子ユニットを用いるとともに、入力偏光子または高比率の偏光光を生成する種類の光源のいずれかを用いて実施することができる。入力偏光子は、光源システムまたはＳＬＭユニットの一部であってもよい。好ましくは、反射型ＳＬＭの場合には、装置は光源システムとＳＬＭ画素配置との間に偏光ビームスプリッターを備える。
【００１８】
光源システムは、入射光ビームの断面内で実質的に均一な強度分布を提供するように動作する光学配置を含んでいてもよい。この光学配置は、ビーム強度分布を変更してその断面内でビームの実質的に均一な強度分布を生成するよう動作する回折素子（一般に「トップハット」と呼ばれる）を含む。
【００１９】
好ましくは、偏光光を使用することが必要な場合、本発明の装置で使用される光源は高比率の偏光ビームを生成する種類のものであり、また好ましくは断面が実質的にＳＬＭユニットの活性表面の大きさである（従って光線整形光学素子を省くことができる）光線を発生する種類のもの、または所望のビーム断面を提供する位ビーム成形素子を備え付けた種類のものである。
【００２０】
マイクロレンズアセンブリは、画素配列アセンブリの両側に各々第１および第２の同様のマイクロレンズアレーを備えていてもよい。ここで、第１のアレーの各レンズが画素配列の対応する画素および第２のアレーの対応するレンズと関連付けられるようにし、各レンズは実質的に画素の大きさである。
【００２１】
マイクロレンズアセンブリは、画素配列アセンブリの同じ側に離間され且つ平行な関係で収容された一対の第１および第２のマイクロレンズアレー、および画素配列アセンブリの反対側に一対の第１および第２のマイクロレンズアレーを備えていてもよく、画素配列アセンブリのより近くに配置された第２のレンズアレーは、第１のレンズアレーより小さいレンズを有してもよい。好ましくは（画素配列により近い方の）、第２のアレーのレンズは、実質的に画素の大きさである。
【００２２】
好ましくは、本発明の装置は、以下に挙げるもののうち少なくとも一つを行うよう動作する画像処理システム（制御装置）を備える。投影画像におけるスペックル関連効果を避けるためまたは少なくとも大幅に減少させるように、投影すべき画像を示すデータをデジタル処理すること；投影画像を示すデータを処理して光強度の不均一性を修正すること；および環境条件を示すデータを分析して入射光ビームの強度および／または根色を調節すること。
【００２３】
本発明の装置は、カラー画像を提供するよう動作してもよい。
【００２４】
これは、３原色のいずれかに各々対応する３つの別個のＳＬＭユニットを利用して実施することができ、または全ての原色に対して同じＳＬＭユニットであるが色光成分の時変調を行うようなＳＬＭユニットを利用して実施することができる。環境条件を示すデータの分析は、代替的にまたは付加的に入射光ビームの混色の調節を目的としてもよい。
【００２５】
光源システムは、いくつかの異なる波長域のいくつかの光ビームを生成するよう動作してもよい。この場合、これらの光ビーム全ては、所与の波長に対して透過性を与え他の波長を反射する波長選択型ペリスコープ構造を透過し、そして共通ＳＬＭユニットを透過してもよい。あるいは、これらの入射ビームのそれぞれは、それ自体のＳＬＭユニットを透過し、変調光ビームは波長合成器を透過する。
【００２６】
異なる波長域のいくつかの光ビームは、より小さい数の光源によって生成されてもよい（少なくともそれらのうちいくつかは好ましくは高度偏光光源である）。例えば、光源システムは、レーザーダイオード、およびスプリッターアセンブリ（例えばビームスプリッター／電気光学スイッチおよびミラー）を含んでいてもよく、不可視域の光ビームを放出し、前記放出された光ビームを少なくとも二つのレーザー結晶をそれぞれポンピングする少なくとも二つの光成分に分割し、これら二つのレーザー結晶の出力に第２高調波発生または第３高調波発生を適用するよう動作する。あるいは、不可視域の異なる波長を有する少なくとも二つの光成分を有する単一の光源からレーザー光ビームを分割し、これらの光成分に別個の第２高調波発生を適用するように動作する。それによって可視域の光ビームを生成すること。
【００２７】
本発明の装置は、あらゆる従来の映像生成装置とともに使用して外部のスクリーン表面上に画像を投影することができる。装置は、二つの異なる投影角度で同じ画像を投影するために特定のシステムにおいて動作可能であってもよく、これにより二人の異なる観察者による同じ画像の観察を可能にする。また、観察者が、各自の画像を、観察者の観察領域（viewing area）を通して私的に操作できるようにする。
【００２８】
本発明の技術は、本発明のいくつかのマイクロプロジェクターによって投影された画像を組みあわせることを可能にし、これによって大きな合成画像の作成を可能にし；凹面スクリーン表面上に画像を投影でき；回転ミラーを備え付けた二つのマイクロプロジェクターまたは単一のマイクロプロジェクターを用いて立体画像を作成することができる。
【００２９】
さらに別の側面に係る本発明は、以下のものを含む画像投影方法を提供する：
（ａ）その画素配列アセンブリによって規定される空間光変調器（ＳＬＭ）ユニットの活性表面の大きさに対応する所定の断面を有する少なくとも一つの入射光ビームを作成すること、および入射光を画素配列アセンブリに向けること；
（ｂ）投影すべき画像を示す結像信号で画素アセンブリを動作させ、これによって画素アセンブリを透過する光の変調を起こすこと；
（ｃ）変調光を、拡大光学素子を透過させ、投影面に投影すること；
この方法は、以下に挙げるもののうち少なくとも一つを特徴とする：
ｉ）画素配列アセンブリに向かって伝搬する前記入射光ビームは、複数の前記画素各々の中心へ入射光の複数の光成分を集光し焦点を合わせる少なくとも一つのマイクロレンズアレーを透過し；変調された光成分は反射して画素配列アセンブリに戻る；
ｉｉ）画素配列アセンブリに向かって伝搬する前記入射光ビームは、離間され且つ平行な関係で収容された第１および第２のマイクロレンズアレーを透過し、ここで画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第２のアレーのレンズは第１のアレーのレンズより小さく、入射光はそのため集光され焦点を合わせられて複数の平行光成分の形の複数の画素上に各々当たる；
ｉｉｉ）波長域の異なるｍ個（ｍ＞ｎ）の光ビームは、ｎ個の光源を含む光源システムおよびｎ個の光源によって生成される光の光学経路における光変換手段よって作成される；
ｉｖ）投影画像におけるスペックル効果は、前記少なくとも一つの入射光ビームを作成するためのマルチモードレーザーを用いて低減される。
ｖ）カラー画像は少なくとも一つの高度偏光光源（highly polarized light source）およびランダム偏光光源（randomly polarized light source）を用いて異なる波長域の入射光ビームを作成することにより投影される。
【００３０】
本発明を理解するため、および本発明が実際に如何に実行されうるかを認識するため、添付図面を参照して好ましい実施形態を非限定的な実施例によって説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１を参照すると、光伝搬方式の光学成分を示す本発明に係る投影装置１のブロック図が概略的に図示されている。装置１は、視準光ビーム（collimated light beam）４を生成する光源２を含む光源システムＬＳＳ；ＳＬＭユニット１２；ＳＬＭユニットから出射し投影面（またはスクリーン）２６に向かって伝搬する光の光学経路に配置された拡大光学素子２２を有する。ＳＬＭユニットは、画素アセンブリ（いわゆる「ウィンドウ構造」）および小型レンズアセンブリ（後で詳述する）によって形成される反射型のＳＬＭ画素配置５を含み、ビームスプリッター１３（好ましくは偏光ビームスプリッター）を含む。好ましくは、装置１は、光ビーム４の強度分布に作用してその断面内において実質的に均一な強度分布を生成するよう動作可能である回折素子３４（「トップハット」）を含む。回折素子３４は破線で図示されている。また装置１においては、画素配置によって規定される活性表面の大きさに実質的に等しくなるビーム４の断面に作用するビーム成形光学素子（ビーム拡大器）６が必要に応じて設けられる。なお、ビーム拡大の効果は、適切な光源、例えば、ＳＬＭ上で画像変調領域を覆う６ｍｍのビーム径を持つレーザーダイオード／ＤＰＳＳレーザーモジュールを提供することによって達成することができる。
【００３２】
なお、ＳＬＭユニットはランダム偏光光（randomly polarized light）で動作する種類、または特定偏光光で動作する種類であってもよい。ＳＬＭユニットが特定偏光光で動作する種類のものである場合、ＳＬＭ画素配置上に当たる光ビームは、特定線形偏光（specific linear polarization）を有し、装置は、出力偏光子（アナライザ）を備える。一般的に、入力偏光子を（ＳＬＭ画素配置の上流に）備えることおよび出力偏光子を（ＳＬＭ画素配置の下流に）備えることは、装置１で使用されるＳＬＭ画素配置の種類および光源の種類によって決まる。必要であれば、出力偏光子は、入射光ビーム４の平面と同様または９０°回転した偏光の平面の好ましい方向性（preferred orientation）を有し、そのため、ＳＬＭによって回転されている光の部分、またはＳＬＭによって作用されていない部分を遮光する。入射光ビームの偏光に関しては、高比率の偏光光を生成する種類の光源を用いて達成されることが好ましいが、一般的に、ランダム偏光光を生成する光源を用いるとともに画素アセンブリの活性表面の入力側で別個の偏光子を用いて達成できる。この入力偏光子は、光源システムの一部またはＳＬＭユニットの一部であってもよいし、光源とＳＬＭユニットとの間に収容される独立した装置（stand-alone unit）であってもよい。図１の実施例では、そのような入力／出力偏光手段は偏光ビームスプリッター１３によって構成されていてもよい。
【００３３】
従って、図１の実施例において、ＳＬＭは偏光光で動作する反射型のものであり、光源は、高偏光比率の光を生成し、偏光ビームスプリッター１３が使用される。「高偏光比率」とは、一般に約１：５０、１：１００またはそれ以上の偏光光とされ、レーザーダイオードおよび例えば米国レーザーメイト社（LasermateCorporation USA）から市販されているＧＭＣ−５３２−ＸＦ５レーザーモジュールシリーズ等のＤＰＳＳレーザーモジュールを用いて達成され得る。
【００３４】
従って、視準偏光光ビーム４は、偏光ビームスプリッター１３を透過し、次にＳＬＭ画素配置５を透過し、投影される画像を示す強度変調された偏光ビーム２０は、ビームスプリッターの偏光面から反射され、光学素子２２によって適切に拡大されながらスクリーン表面２６へ伝搬する。当業者にとっては公知であるとおり、所与の光学経路における光源の性質およびそのコヒーレンスによって、投影画像２８は投影装置１とスクリーン表面２６との間の距離に大きなばらつきがあっても、焦点が合った状態を保つ。あるいは、光がコヒーレントではない場合、焦点は拡大レンズ２２を光学経路に沿って動かすことによって手作業で調整することができる。
【００３５】
前述のとおり、本発明のＳＬＭ画素配置５は、画素アセンブリおよび小型レンズアセンブリを含む多層構造であり、ここで小型レンズアセンブリは、一つ以上の小型レンズアレーを含んでいてもよい。ＳＬＭ画素アセンブリの構成は、当該技術分野において公知であり詳しく述べる必要はないが、各々が画像の画素として働き変調ドライバー１１によって別々に動作させられオンまたはオフ（もしくは場合によってはその間のレベル）されそこに当たる光の偏光回転を行うアクティブセル（例えば、液晶セル）の二次元アレーを備える。それによって画素の対応するグレーレベルを提供することを可能にする。セルには、制御によって偏光を変化させることなく光を透過させるものもあり、制御によってドライバー１１からの入力信号に従って一定角度で光の偏光を回転させるものもある。
【００３６】
図２Ａは、本発明での使用に適し液晶を用いたＳＬＭ（例えば、ＬＣＯＳまたはＡＭＬＣＤ）等のＳＬＭ配置の代表的な画素アセンブリ６を図示する。画素アセンブリ（ウィンドウ構造）６は、概して２での光学不活性領域によって離間されたセル（アクティブウィンドウ）４の二次元アレーである。一般に、ＡＭＬＣＤ装置において、全領域の約４０％は、アクティブウィンドウ４（フィルファクターは約４０％）で覆われており、ＬＣＯＳ装置においては、おおよそ７０〜９０％は、アクティブセルで覆われており、残りの領域は機構的支持および制御信号（図示せず）のための機能を有する非活性構造２である。ＳＬＭ画素アセンブリに到来する光エネルギーを保存するためには、アクティブウィンドウを通して光を部分毎に集光することが必要である。
【００３７】
図２Ｂは、本発明に係るＳＬＭ画素配置５を示す。ここで、画素アセンブリ６は、到来光の伝搬方向に対して画素アセンブリの少なくとも上流に収容された一つ以上の小型レンズアレー８を含む小型レンズアセンブリと関連付けられている。小型レンズアレー８は、小さいレンズ１０の二次元アレーであり、到来光ビームを部分毎に集光するのに有用である。レンズ１０のそれぞれは、小型レンズアレーから数ミクロン（例えば、１２−１５ミクロン）の距離でレンズ軸周りの小さい領域に、レンズ上に当たる入力ビームの対応する光部分の焦点を合わせるよう光学的に設計される。小型レンズアレーのピッチは、到来光を集光してアクティブ画素配列のピッチに整合するよう設計される。レンズは、レンズが互いに接して（tangent）いてレンズアレー領域（フィルファクター約１００％）の殆どを満たすような正方形であってもよい。レンズは、円形であってもよい。別々の集束小ビーム（focused beamlet）に集光された光は、ＳＬＭ画素アセンブリのウィンドウを透過し、各集束小ビームはそのため制御信号に従ってＳＬＭによって変調される。レンズの光学特性およびレンズとアクティブ画素との距離は、単純な光学方法によって計算され、アクティブ画素平面上の小ビームのスポットの径が画素によって規定される開口より確実に小さくなるようにし、そのためＳＬＭ画素配置上に当たる全ての光は、画素アセンブリのアクティブ領域を透過する。
【００３８】
以下は、装置１のＳＬＭ画素配置や他の反射型または透過型ＳＬＭ画素配置での使用に適した本発明の小型レンズアセンブリのいくつかの実施例である。
【００３９】
図３Ａおよび３Ｂは、各々ＡＭＬＣＤおよびＬＣＯＳ画素アセンブリを利用した反射型ＳＬＭ画素配置の二つの実施例を図示し、これらの画素配置は単一の小型レンズアレー１８６によって形成される小型レンズアセンブリ８を利用する。図３Ａの実施例では、入力光ビーム１８４は、入力光の複数の光部分の焦点を画素アセンブリ１８８の複数の画素へ合わせる小型レンズアレー１８６に向かって投影される。集束光（focused light）は、画素アセンブリ１８８を透過しつつ、結像データに従って変調され画素アセンブリ（画素アセンブリの外表面１８８’上のコーティング）に非常に近接して配置されたミラー層１９０上に当たり、そのため画素アセンブリ領域上の蓄熱減少を可能にする。変調光は、層１９０から反射されて同じ光学経路に沿って後方へ伝搬しさらにビームスプリッター（図１中の１３）によってスクリーン表面へ向けられる。図３Ｂの実施例において、入力光ビーム１９２は、小型レンズアレー１９４を透過し、そのため画素アセンブリ１９６の液晶画素の中心に向かって焦点を合わせられ集光され、次に（アクティブマトリックス２００に接続された）Ａｌミラー電極１９８によって反射されて入力光１９２とは反対の偏光でＳＬＭ画素配置から出力される。図４Ａは、画素アセンブリの両側で二つの小型レンズアレー２０および２６を各々含む小型レンズアセンブリ８を利用したＳＬＭ画素配列の別の実施例を図示する。ＳＬＭ画素配列は、多層構造であり、ＩＴＯコーティング２２を有する液晶セルアレー２４と、ＩＴＯ２２およびＬＣセルアレー２４各々の外表面上の小型レンズアレー２０および２６と、小型レンズアレー２０および２６各々に取り付けられたポリマー層１８および２８と、ポリマー層２８に接続された反射層３０と、を含む。偏光入力光ビーム１２は、偏光ビームスプリッター１４上に当たり、方向付けられて（本実施例では、ビームスプリッターの偏光面から反射される）マイクロレンズアレー２０によって非活性マトリックス領域に拡散するあらゆる不要な光を防ぐ液晶セルアレー２４上に（ＩＴＯ層２２を介して）適切に集光され焦点を合わせられる光ビーム１６を形成する。少なくとも一つの小型レンズアセンブリを備えたＳＬＭ配置は、プレス加工および熱／ホットエンボス技法を用いて製造されてもよい。
【００４０】
図４Ｂにさらに詳細に示すとおり、偏光光ビーム１６は、ポリマー１８およびレンズアレー２０を透過し、全ての画素に対して相対的に液晶２４における画素配置領域の中心に焦点を合わせられ、それによりフィルファクターおよび全体の効率が向上する。ＬＣ層２４を透過する光は、第２のレンズアレー２６によって作用され、ミラー層３０によって反射される平行ビーム（parallel beam）３４を形成し、全長にわたって戻りＳＬＭユニットから出力される。なお、反射型ＬＣＤによく使用されるミラー層は、ポリマー２８の外表面上のコーティングによって代替することができ、従って光学効率を改良する。レンズアレー２６は、レンズアレー２０に非常に類似しており、そのためアクティブ画素を透過する小ビーム上で逆の光学動作を起こすレンズアレー２０の光学効果を反射する。第２のレンズアレー２６は、個々の小ビームを発散して空間的に変調されたビームを作り出す。
【００４１】
図５Ａは、画素アセンブリの同じ側で離間された関係で収容するための二つの小型レンズアレー４４および４６によって形成された本発明の小型レンズアセンブリを利用したＳＬＭ画素配置のさらに別の実施例を図示する。本実施例では、画素アセンブリはＬＣＯＳ反射型ＳＬＭである。図に示すとおり、偏光光ビーム３６は、ＳＬＭユニットに入り、偏光ビームスプリッター３８によってＳＬＭ画素配置に向けられる。後者は、ポリマー層４２、小型レンズアレー層４４および４６、ポリマー層４８、ＩＴＯ層５０、液晶セル層５２、およびアクティブマトリックス５６に接続されたＡｌミラー電極層５４を含む多層構造である。小型レンズ４６および４４は単一の材料層の両側に作ることができる。図５Ｂにさらに詳細に示すように、ビーム４０は、第１のレンズアレー４４上に（ポリマー４２を通して）当たり、さらに集光され光部分の焦点をＬＣ画素上に合わせる第２のレンズアレー４６に向かって各々集光され、生じる平行ビームはＬＣ層５２を透過し、層５４によって反射されてビームスプリッターに向かって戻る変調ビーム６０となる。第１のレンズアレー４４は、レンズアレー４６より大きなレンズを含み、そのため比較的大きなビームの焦点を小さい画素に合わせて、これにより光が非活性領域上で分散することを確実に防いでいる。レンズの寸法およびレンズ４４とレンズ４６との間の空間は、第１および第２のマイクロレンズアレーの焦点距離が実質的に一致するように、光源ビームの直径、画素数およびＳＬＭ画素アセンブリのピッチによって規定される。出力ビーム５８（図５Ａ）は、入力ビーム４０とは逆の偏光を有する。なお、偏光光源を使用することが好ましい（投影装置における偏光子の数を減らすため）が、装置はあらゆるタイプのランダム偏光光源を用いて動作するよう構成されていてもよい。
【００４２】
ＬＣセルアレーに最も近い第２のレンズアレー４６におけるレンズは、ほぼ画素の大きさ（一般に１２〜１５ミクロン）であり、第１のレンズアレー４４の視点からの画素配置として働き、光の焦点を第２のアレーの対応するレンズの焦点に合わせる第１のレンズアレーのレンズは、その後、ビームを平行に全ての画素を通って伝達する。画素配列アセンブリでは、各二つの隣接する画素の間に小さな間隙が存在する。投影装置が大きな投影スクリーン（例えば１００ｘ１５０インチ）を開く場合、これらの間隙は、実際に画素を大きくする第２のレンズアレーを用いて縮小することができる。これにより、アレーの構造がより縮小され、それによって、大きな投影面上で見ても、統一され且つグリッドの目立たない像を得ることができる。
【００４３】
ここで、第１の小型レンズアレー層７１１のレンズ７１０および第２の小型レンズアレー層７２２（すなわち画素配列に最も近い層）の対応するレンズ７２０をより詳細に示す図５Ｃを参照する。レンズ７１０の幅ｄ１およびレンズ７２０の幅ｄ２は、レンズ７１０の後側焦点ｆ１およびレンズ７２０の前側焦点ｆ２が実質的に一致するよう、とりわけ光源ビームの径、画素数およびＳＬＭ画素アセンブリのピッチによって規定される。レンズ７１０が層７１１内で互いに隣接して配置されているため、層７１１上に当たる実質的に全ての光エネルギーは第１のレンズアレー７１０によって集められる。集められた光は、レンズ７１０のそれぞれによって集光され焦点を合わせられ、その後第２のレンズアレー７２２によって処理されて平行光成分の形でＳＬＭ画素アセンブリ７３３（ここから画素７３０が示される）の活性表面上に向けられる。反対方向には、必要であれば（例えば、反射型ＳＬＭの場合）、逆の効果が達成される。
【００４４】
ここで、図５Ａ−５Ｂの小型レンズアセンブリが透過型のＳＬＭ画素配置において使用され得る方法を示す図６を参照する。ここで、二つの小型レンズアレー１４８および１４６は、ＬＣセルアレー１４２の片側に収容され、二つの小型レンズアレー１３６および１３８は、ＬＣセルアレー１４２の反対側に収容される。小型レンズ１３６および１３８は単一の層の両側に作ることができる。従ってＳＬＭ画素配置は、小型レンズアレー層１４８の上のポリマー層１５０、小型レンズアレー層１４６とＬＣセル１４２との間のポリマー層１４４、小型レンズアレー層１３８とＬＣセル１４２との間のポリマー層１４０、および小型レンズアレー層１３６の上の対向外側のポリマー層１３４によって形成される多層構造である。これにより、光が平行に全ての画素を透過することおよびグリッド上での光損失を避けることが可能になり、従って画素自体全体を覆い蓄熱を減少させる。なお、ＳＬＭ画素配置の多層構造にポリマー層を使用することは任意である。本発明のレンズアレーアセンブリに関しては、反射型／透過型のＬＣＤを有するあらゆる種類のＬＣＯＳに、あらゆる色の合成方式（３パネルＬＣＤおよび色フィルター付き単一パネルカラーＬＣＤを含む）で使用することができる。レンズアレーは、当該技術分野で公知の他の技術だけでなく特種なプレス加工／ホットエンボス技術を用いて製造でき、同じ基板上へのレンズアレーの作成を含むあらゆる種類の公知の取り付け材料を、使用することができる。
【００４５】
図５Ｃに戻ると、例えば、２４０ｘ３２０画素マトリックスを有する透過型のＳＬＭ画素配列モデルCyber Display Mono 320（米国コピン社（Kopin Inc）から市販されている）および６ミリメートルの径を有する光源に対しては、ｄ１は約２４ミクロン、ｄ２は約１５ミクロン、ｆ１は約２４ミクロン、ｆ２は約１５ミクロンでもよい。
【００４６】
図７は、本発明の別の実施形態による画像投影装置３を図示する。同じ参照番号が装置１（図１）および３における共通の構成要素を識別するのに使用されている。装置３は、この特定の実施例においてはその構造部分として変調ドライバー１１およびプロセッサー３３０を含む制御装置ＣＵ（一般にコンピュータ装置）を付加的に備えるという点において装置１と相違する。従って制御装置ＣＵは、ドライバー１１およびプロセッサー３３０を備え、また画像記録装置３３２および環境センサー３３４と関連付けられている。ＳＬＭ画素配置に制御信号（変調信号）を生成するドライバー１１は、投影すべき画像を示す信号（「画像信号」）によって動作することができる。画像信号は、投影装置の制御装置の一部であってもよくそうでなくてもよい適切なシグナリングユーティリティー（ここでは図示せず）によって生成され、また一般に投影すべきデータが生成される外部コンピュータ装置（ＰＣ、電話装置、ＰＤＡ等）の一部であってもよい。図７のこの特定の実施例においては、画像信号は、プロセッサー３３０を介してドライバー１１に供給されるが、画像信号はドライバー１１に直接供給され得ることを理解されたい。画像記録装置３３２は、ビデオカメラ等の撮像デバイスであり、方向付けられ、投影画像２８を示すデータを生成するよう動作可能である。環境センサーは、必要な強度および／または、投影光（projecting light）の混色を規定する種類の環境条件を検出する一つ以上の感知ユニット、例えば、スクリーン表面２６近傍で周辺光の強度を検出可能であり対応するデータを生成することができる光強度センサー（光検出器またはＣＣＤ  ＲＧＢ／温度単画素センサー等）を含んでいてもよい。
【００４７】
プロセッサー３３０は、とりわけコントローラーＣＬと、コントローラーから入力される画像信号、画像記録装置から入力されるデータ、およびセンサー装置から入力されるデータを各々処理するための３つのユーティリティー部（適切なソフトウェアおよび／またはハードウェア）Ｕ１、Ｕ２およびＵ３と、を含む。ユーティリティーＵ１は、投影画像におけるスペックル効果を減少させるために画素配置上で（ドライバー１１を介して）デジタル画像のジッタリングおよび減衰（グレーレベルの変化）を行うようＳＬＭ画素配置に従って画像信号を分析するようプログラムされている。ユーティリティーＵ２は、投影画像２８を示すデータを分析し画像信号のデジタル処理を行ってそれにより投影画像内での光強度（輝度）の不均一性を補償するようプログラムされている。ユーティリティーＵ３は、環境条件を示すデータを分析しレーザー源２を変調し、それに応じて強度または混色のいずれかもしくは両方を調節するようプログラムされている。従って、画像信号をデジタル処理することだけでなく制御装置および関連したセンサー装置（例えば、カメラ、ＲＧＢ／温度センサー）を備えることは、投影画像の品質および投影装置のエネルギー効率を向上させる。
【００４８】
ターゲット（スクリーン表面）上の光変調画像のデジタル補償は、以下のものから成る。光変調画像は、光強度過剰スポットを有する不均一領域を含む。特定領域内で光強度を減少させるよう設計されたデジタルマスクは、光変調画像に適用され、ターゲット上で均一な輝度強度の最終出力画像が得られる。デジタルマスクの基本的な較正手順は、以下のものから成る。プロセッサー３３０（コントローラーＣＬ）がパターン画像信号（映像生成装置（ＰＣ、ＶＣＲ等）によって外的にまたはコントローラーＣＬ内で内的に生成される）を受信し、パターン画像を示す制御信号を生成する。このパターン画像信号は、プロセッサーからドライバー１１へ送信されそれに応じてＳＬＭ画素配置を動作させ、元の輝度不均一性を有する画像の投影を可能にする。投影画像の光の分散は、スクリーン表面上に投影される。デジタルカメラ３３２、または他のいかなる種類の光学記録装置であっても、投影画像を走査する。記録画像を示すカメラ３３２のデジタル出力データは、このデータを分析しコントローラーＣＬとともに動作するユーティリティーＵ２によって受信される。ユーティリティーＵ２は、記録画像を示すデータを（元の入力信号に従って作成された）生成画像と比較する。画像が同一である場合、較正結果が最終的なデジタルマスクの形で生成される。信号が類似性に欠けると判断された場合、更新画像がそれに応じて生成され、最終的なデジタルマスクが得られる。コントローラーＣＬは次に較正結果（デジタルマスクの状態）をドライバー１１に保存して正しい輝度レベルのパラメータで投影装置を更新する。なお、ユーティリティーＵ２はプロセッサーの一部でなくてもよいが、画像記録装置３３２およびプロセッサー３３０に接続可能な独立した画像処理装置であってもよい。
【００４９】
投影されたスクリーンに現れるスペックル効果の低減は、以下のものから成る。元の投影された画像が、粒状性の画像として現れる、いわゆる「スペックル効果」が起こる。この効果は、スクリーン表面が完全に平滑でない場合にコヒーレンスの高い照明のもとで見られる。この問題を解消するために、またシフトされた投影画像にそれが現れるとき、元の画像にジッターを起こし、１画素の最大変位だけグレーレベルの減衰を行う。人間の目ではこの効果に気が付かないほどの速度で全ての画素にジッターを起こし、減衰する。例えば、この動きによって照明のコヒーレンスが少なくとも部分的に破壊されるように元の画素にジッターを起こして新しい位置にずらし、スペックルが投影処理の間に「洗い落とされ」、これによってきれいな（スペックルのない）画像を生成する。従って、元の画像（すなわち、投影すべき画像）は、ＳＬＭのドライバー１１から、または場合によってはコントローラーＣＬから取り込まれるが、ユーティリティーＵ１によって処理される。この処理では、この画像のサイズを変更してジッタリング目的で使用されているアクティブ画素領域を解放し、これによりＳＬＭ画素配置のコーナーおよびパネルにより多くの余分な領域を残すようにしてもよい。そのように生成されたサイズ変更された画像を示すデータはドライバー１１へ送信される。そこで画像は使用されていない領域または消耗領域として定義された画素領域に入るよう一つ以上の画像画素をシフトさせることによって、２本の垂直軸に沿った平面において移動され、変調されてグレーレベルを変化させる。これによって、ＳＬＭ表面上での画像の移動が高頻度の動きで与えられ、動きが観察者にとって気づかない程度のままであることを確実にし、同時にＳＬＭ表面上の画像が２本の軸に沿って繰り返し移動することを確実にし、結果として観察者にとってスペックル現象の低減をもたらす。なお、動きの頻度、シフト画素数、ならびに２本の軸のいずれかまたは両方に沿った移動およびグレーレベルの減衰のステップのようなパラメータは、異なる所与の状態における異なる結果に対する所与のアルゴリズムによって制御される。
【００５０】
ここで、本発明の装置での使用に適したカラー画像の投影の実施例を概略的に図示する図８Ａおよび８Ｂを参照する。
【００５１】
図８Ａは、偏光光源および上記の実施例のいずれかの反射型ＳＬＭを使用した反射型投影システムの構成を概略的に図示する。いわゆるミックス光源（mixed source）を使用することができる。偏光された種類のものもあれば、ランダムに偏光されたものもある。例えば、赤色および緑色の光源６２および６４が偏光光源で、青色の光源６６が非偏光光源である。全ての光源が混合され、カラフルな投影画像を形成する。従って、赤色光源６２、緑色光源６４および青色光源６６は、偏光される／または部分的に偏光される。これは、それらのうちいくつかは偏光され、残りは偏光されずにペリスコープ６８に向けられることを意味する。ペリスコープ６８は、薄膜ミラー７０を含み、それにより所与の波長に対する透過性を与え他の波長を反射するため、同じ出力座標に全ての三つの光源を方向付けることを可能にする。ペリスコープ６８から送られている光は、回折素子７２（トップハット）を透過する。回折素子７２を備えるかどうかは任意であり、光のガウス形を均一な強度の均一な光に変換することを目的としている。そして、そのように処理された光は、偏光ビームスプリッター７６に向かってビームスプリッターの入射領域全体を覆うように、所望の大きさの光線の焦点を合わせる集束レンズ７４を透過する。偏光ビームは、ビームスプリッター７６（特定偏光の光が偏光面から反射される）によって第１のレンズアレー７８の方向に向けられ、次に第２のレンズアレー８０（画素の大きさに集光しようとする）によって焦点を合わせられ集光され、ＬＣ画素アセンブリ８２に向かって平行の形で送られる。従って、光ビームは全てのアクティブ画素を相対的に透過し、その後、変調されバックミラーコーティング（図示せず）から反射されて、ビームスプリッター７６に戻る。戻された光は入力光とは反対の偏光を与えられるので、この戻された光は、ビームスプリッターの偏光面を透過し、その後拡大され結像レンズ８４によって前方へ投影される。なお、偏光光源を使用することが好ましい（偏光子の数を減らすため）が、必須ではなく、変調器およびシステムはどんな種類の非偏光光ととも使用することができる。
【００５２】
図８Ｂは、偏光光源および上記の反射型ＳＬＭを使用した反射型投影システム構成の別の実施例を図示する。偏光赤色光ビーム８６は、回折素子８８（備えるかどうかは任意である）に向けられ、光ビームの焦点を偏光ビームスプリッター９２上に合わせる集束レンズ９０に向かって続く。後者は、ＳＬＭ画素配置に向かって偏光ビームを回転させ、ＳＬＭ画素配置では、ビームは、第１のレンズアレー９４を透過し、さらに第２のレンズアレー９６（画素の大きさに集光される）によって焦点を合わせられ集光され、ＬＣ画素アセンブリ９８に向かって平行に送られ、その後変調されバックミラーコーティングから反射されビームスプリッター９２に向かって戻される。ビームスプリッター９２は、反対の偏光（入力光の偏光と比較して）の戻された光を色合成キューブ１００に向けて送り、色合成キューブ１００は変調光を結像レンズ１０２に出力する。
【００５３】
青色光源からの偏光光１０４は、トップハット１０６、集束レンズ１０８、偏光ビームスプリッター１１０、ＳＬＭ画素配置（すなわち、第１のレンズアレー１１２、第２のレンズアレー１１４、およびＬＣ１１６）を透過し、ビームスプリッター１１０、および色合成キューブ１００を透過して戻りながら、同様の光学処理を施される。同様に、緑色光源によって生成される光１１８は、集束レンズ１２２（例えば、トップハット素子１２０を通して）に向かって伝搬し、次にａ偏光ビームスプリッター１２４によってＳＬＭ画素配置に適切に向けられて第１のレンズアレー１２６、第２のレンズアレー１２８、およびＬＣ１３０を透過し、反射されてビームスプリッター１２４に戻される。ビームスプリッター１２４は、戻された光を色合成キューブ１００に送る。キューブ１００は、全ての三つのカラー変調画像を組み合わせ、合成カラー画像を結像レンズ１０２へ送り、これによって適切に拡大されスクリーン上に投影される。
【００５４】
発明者は、マルチモードレーザーを光源として利用することでスペックルの発生等の好ましくない効果も低減できることを発見した。この概念は、以下のものから成る。各モードは、独立したスペックルパターンを生成する。これらの独立したスペックルパターンは、統合スペックルパターンが各別個のモードと比較してスペックル効果が小さくなるよう重ね合わせられる。結果としてよりきれいな投影像が得られる。
【００５５】
スペックル効果は、時間シーケンスカラーアプローチを用いて低減することもできる。これは、単一の共通ＳＬＭ（例えば図８Ａに示すとおり）、およびレーザー活動の連続パルスモードの性質を用いて実施することができる。各レーザーは、デューティーサイクル３３％未満で１秒に１８０回パルスを発生する。各パルスは、独立したスペックルパターンを有する。これらのパターンは、人間の目の３０Ｈｚ感受性よりずっと速いため、人間の目によって時間的に統合され平均されるので、気が付く程度のスペックルをさらに低減できる。三つのＳＬＭによる手法においては、レーザーパルスは同様の方法で使用されてもよいが、レーザーを連続して活性化させる代わりに、並行して活性化させることでも同様の効果を発揮する。
【００５６】
図９Ａおよび９Ｂは、混合型２光源３色構成を利用した装置の二つの実施例をそれぞれ示す。この概念は、カラフルな画像を生成するのに必要な色数より少ない光源を用いることから成る。これは、不可視域で発光するレーザーダイオードを用いてビームをいくつかの光成分に分割していくつかの結晶をそれぞれポンピングして実施することができ、それによって二つ以上の可視波長、すなわち二つ以上の色を生成することができる。例えば、二つの光源は、３色（二つの高度偏光光ビーム、および一つのランダム偏光光ビーム）を出力するのに使用することができ、それによって、マイクロプロジェクター装置の最適化の向上を可能にし、また少なくとも二つの出力色に対してより高偏光比率に達することを可能にし、従って投影画像の品質および効率が向上する。
【００５７】
図９Ａに示すとおり、８０８ｎｍレーザーダイオードによって生成される光ビームは、ビームスプリッターＢＳを透過する。ビームスプリッターは、このビームを、カラフルな画像を生成するために必要に応じて正確に各色（緑色、青色）の光学出力ビームが設定されるように設定された適切なパワー比率の二つの光部分に分割する。あるいは、回転光学スイッチによって光線を二つの光学経路の間で切り替えることができる。分割された光線の部分は、それらのうち一つの位相整合が９１４ｎｍの光を出力するよう設定されるとともに、それらのうちもう一方の位相整合が１０６４ｎｍの光を出力するよう設定されるように構成された２個のレーザー結晶（例えば、Ｎｄ−Ｙｖｏ４）に向かって伝搬する。９１４ｎｍビームは、ダブラー（第２高調波発生、ＳＨＧを行う）、例えばＢＢＯ結晶（硼酸バリウム／β硼酸バリウム単軸結晶）等に向けられ、その結果可視波長の４５７ｎｍ（青色）出力ビームが生成される。一方、１０６４ｎｍビームは、第２のダブラー、例えば、ＫＴＰ結晶（リン酸チタニルカリウム２軸結晶）に向けられ、そのため可視波長域の５３２ｎｍ（緑色）出力ビームが生成される。
【００５８】
ビームスプリッターＢＳを利用する場合、高度偏光ビーム（青色／緑色）は、シャッターとして動作する二つの単画素ＳＬＭ（各色にひとつずつ）各々に向けられる。ビームは、次に二つのトップハット回折素子各々に向けられて、ビームのガウス形を統一分散（unified disporsion）に伝達し、その後ペリスコープに向かって出力される。
【００５９】
システムで使用される第２の光源は、赤色放射線、６２５−６３０ｎｍを放出するＬＥＤである。また赤色光ビームは、ペリスコープに（コリメーティングレンズ、トップハット回折素子、および偏光子を介して）向けられる。
【００６０】
従って、赤色、青色および緑色の光ビームはペリスコープを透過し、その後共通のＳＬＭ画素配置を透過する。ＳＬＭ画素配置は、本実施例では透過型である（反射型であってもよい）。好ましくは、ＳＬＭ画素配置は上述のように構成される。すなわち、それは、少なくとも一つの小型レンズアレーによって形成される小型レンズアセンブリを備えるが、一般的に、本発明の混色の概念は他のあらゆる公知のＳＬＭ配置とともに使用できるという利点がある。
【００６１】
動作においては、ＬＥＤは、ＣＷまたは準ＣＷ／パルスモードでレーザーダイオードソースが動作している間、適切に切り替えられる。９０５として示される単画素ＳＬＭは、青色および緑色の出力の光通路を切り替えることによってスイッチとして働き、そのためＬＥＤと共に、色連続動作（color sequence operation）を可能にする。スイッチがビームスプリッターの代わりに使用される場合、シャッター９０５は必要ではない。
【００６２】
図９Ｂは、若干異なる構成を示す。この構成では、ビームスプリッターアセンブリ（またはスイッチ）は、レーザー結晶（Ｎｄ  Ｙｖｏ４）の下流に配置されており、従って単一のレーザー結晶を波長が９１４ｎｍおよび１０６４ｎｍ（１３４２ｎｍ成分とともに）の光成分で形成されるレーザー光線の生成に利用できる。スプリッターアセンブリＢＳは、このレーザービームを二つの光ビームに分割し、またミラーとともに、それらを二つのダブラー各々に向け、各ダブラーは３波長成分を受光する。ＢＢＯダブラーは９１４ｎｍ成分に対してのみ感受性があり、ＫＴＰダブラーは１０６４ｎｍ成分に対して感受性がある。スイッチがビームスプリッターの代わりに使用される場合、単画素ＳＬＭ（シャッター）９０５は必要ではない。
【００６３】
なお、効率を向上させ電力消費を抑えるためにシステムを最適化し光学ソースの数を減らすという概念は、異なる方法で実施することができる。例えば、赤色および緑色の光ビームは、レーザーダイオードによって生成されるが、青色の光ビームは、ＨＢ−ＬＥＤによって生成される、または全ての色は単一のレーザーダイオードから生成される。
【００６４】
また、二つ以上のタイプが適合するので、同じまたは同様の出力波長の出力を同じ構成によって実現するために、異なるタイプの結晶を使用することができる。結晶の異なるセット間の主な相違は、システムに対して設定された変更形態（modification）、例えば、大きさ、位相整合、それらの変換効率、および価格等であろう。異なる不可視域ＬＤは、異なる波長および整合結晶で使用して、同じ構成内で必要な可視色に達することができる。
【００６５】
本発明の投影装置は、ＰＣ、電話装置、ＰＤＡ等のコンピュータ装置に接続可能および／またはコンピュータ装置の一部分を形成する種々の用途に使用することができる。例えば、本発明のマイクロプロジェクター装置は、ラップトップ機の両方向半透明スクリーンに使用することができ、スクリーンの両側での画像の内容を見ることを可能にする。この目的で、この投影装置は、ラップトップの対応するユーティリティーに接続されて結像信号を受信し、スクリーンの両側の二人の観察者によって二つの異なる観察角度で見られるように投影画像をスクリーン上に作り出す。
【００６６】
本発明の装置は、これらのコンピュータに一般に使用されるＬＣＤスクリーンの必要性をなくして従来のラップトップコンピュータと使用することができる。これは、ユーザーの目とは反対側の外部のスクリーン表面上に一定の投影角度で画像を投影することによって達成される、すなわち、一定の観察角度でユーザーによって見られることによって達成される。投影装置は、方向付けられて画像をコンピュータに隣接するテーブルの表面上、またはラップトップカバーの内／外表面上に投影することができる。従ってユーザーは、ポータブルラップトップコンピュータで作業をしている間、より大きなスクリーンで作業でき、または全くディスプレイのないコンピュータ上で操作している間、外表面上でデータを結像するために本発明の投影装置を利用できる。なお、外部スクリーン表面上へのそのような画像の投影は、あらゆる通信装置、例えば、電話装置とともに使用することができる。
【００６７】
本発明のいくつかのマイクロプロジェクターは、同時に動作させて、それぞれ対応するマイクロプロジェクターによって生成されるいくつかの小さいスクリーンを組みあわせることによって大きな投影スクリーン（ビデオウォール）を得ることができる。この場合、大きな画像はビデオカメラによって取得され、大きな画像を示すデータと小さな画像を示すデータを比較するように動作してコントローラーに出力信号を生成するプロセッサー（画像アナライザ）に伝達され、その結果として、プロジェクターが全体として位置合わせされてシームレスな画像を表示するように、それらが信号を再生する同じ構成は、画像を所望の形の凹面のシームレスなディスプレイ上に投影するために使用することができる。この場合、各プロジェクターは、互いに部分的に重なった小さな画像によって形成された大きな凹面シームレス画像として観察者によって見られるように、小さい画像を凹面上に投影する。
【００６８】
本発明は、スクリーン表面のそれぞれにそれぞれのユーザーによる私的な使用を目的とした画像を結像することを可能にしながら、二人のユーザーによって見られる半透明のスクリーンの両側上への同じ画像の投影に使用することができる。この用途では、少なくとも二人が、例えばビジネスの話し合いまたはコンピュータゲームをプレイする目的で、デスクを挟んで対面し互いと通信する。一般には、この通信に付随するグラフィックイメージがあり、双方がそれを見、それに寄与する必要がある。両方のユーザーが、情報セキュリティーおよび制御の簡易さの目的で、各自の管理下に各自の入力を共有の画像に保存することを望むであろう。例えば、片方のユーザーが、制御装置と関連付けられた小型投影装置であって、二人の間に配置された垂直の半透明スクリーン上に画像を投影するための空間的調整装置によって支持されたマイクロ投影装置を有し、もう一人が、画像を前記垂直のスクリーンの反対の表面上に投影するよう方向付けられ動作する同様の投影装置を用いる。つまり、二つの投影装置によって投影されたビームは、スクリーンの両面上に当たり、異なっているがうまくそろえられた二つの画像を作り出す。ここで一つのプロジェクターは、両方の画像が互いに整合するように、結像すべきデータのミラー画像を投影するように調整される。両方の人が同じ効果的な画像を見る。それぞれの人は、自分自身のプロジェクターでグラフィック情報を変更して、戦争ゲームにおける地雷と戦車との間の関係、建物および水管のレイアウトの描画、都市および新提案の団地のレイアウトの地図、臓器のＸ線写真ならびに予定された手術のやり方等の視覚的効果を作り出すことができる。画像の縁辺の同一の位置にあるレジストレーションマークは、二つの画像を手作業で正確に重ねるためのものである。この用途は、一つのプロジェクターのみの場合にも同様に実施することができる。
【００６９】
本発明は、立体像（非立体的な投影でもよいが、網膜像）を投影するために適用することができる。空間的にコヒーレントな光源に基づいてマイクロプロジェクターを使用することは、共通のインコヒーレントな投影装置では得ることのできない指向性画像の投影を得ることを可能にする。レーザーダイオードを光源として用いた本発明の二つのコヒーレントなプロジェクターは、立体プロジェクター内に配置され、各装置はユーザーの目に向けられている。両目で見える画像を解釈する人間の処理により、ユーザーは、二つの分離された画像を三次元の物体の二つの投影であると捉える。二つのコヒーレントなプロジェクターによって生成される画像が立体画像で構成される場合、ユーザーには三次元の情景が見える。その情景はカラーであってもよく、また動的であってもよい。
【００７０】
レーザー出力はユーザーに対して投影されるがスクリーン上に投影されないため、高い光学出力パワーを使用する必要がなく、使用される光学パワーは、米国陸軍で使用されることでも知られているマイクロヴィジョン社（Microvision Ltd.）による網膜投影ゴーグルで一定に使用されている光学パワー以上ではない。
【００７１】
コヒーレントな光を使用することの重要性は、この効果を制御する必要なしに光分散を避ける可能性、また、他のあらゆる種類の光が分散されても光線を所望の方向にシフトする可能性と関連している。
【００７２】
立体像は、本発明に係る単一の投影装置、およびビーム角度をシフトする回転ミラーを用いて生成することができ、これによって、二つのプロジェクターで得られたのと同じ効果を生じることができる。
【００７３】
本発明は、着用可能な立体的な３Ｄ眼鏡に使用して高効率３Ｄ画像の投影を提供することができる。立体的な３Ｄ画像を生成するためには、一般に二つの画像の相違を提供するよう動作する二つの投影チャネルを有することが一般に必要とされる。殆どの一般的なシステムにおいては、必要な効果を保持するのに眼鏡が使用される。しかしながら、眼鏡の透過欠如によって、観察者の目に戻る光の大部分に劣化が起こり、輝度の低減を招きより強力なプロジェクターが必要となる。この特定の用途においてＤＬＰプロジェクター（ＭＥＭＳ技術に基づくデジタル光処理プロジェクター）を用いると、ＬＣＤプロジェクターで得られたものと比較してユーザーの目に対する効率および輝度の低下を招く。ただし、一般的にはそうであっても、投影面自体の効率は３Ｄ眼鏡なしで得られたものより高い。これは、眼鏡が偏光子に基づくという事実に起因し、また普通のＬＣＤシステムから入力される光は偏光されるため、投影された表面から観察者の眼鏡に向かって反射された場合、ＤＬＰプロジェクター等のマイクロミラー変調器ベースのプロジェクターからのように、ランダム偏光で入力される場合程の損失なしにより効率的な方法で眼鏡を透過する。
【００７４】
本発明の技術は、ＳＬＭユニットの出力側の偏光子を省くことによって両方の公知の概念（普通の液晶ディスプレイ、ＤＭＤ／ＤＬＰ）の総合的な効率を改良し、これにより偏光子を一切有さない（偏光光源を使用することを想定）。このため、スクリーン表面上の投影画像は、眼鏡を着用していないユーザーには見えず、表面上の光のスポットとして示される。眼鏡を着用して画像を見るユーザーには、眼鏡がＳＬＭの出力側での偏光子として機能するため画像が非常に明確に見える。その結果、高輝度、高効率の画像が観察者の３Ｄ眼鏡上で得られる。
【００７５】
本発明の技術は、高度偏光光源システムを使用することによるだけでなく、画素アセンブリおよび小型レンズアセンブリを含むＳＬＭ配置を使用することによって、（ユーザーの安全考慮および費用のため）限られた入力エネルギーの光源の効率的な使用を提供する。これらの特性は、偏光光源システム（すなわち、別体の偏光子の必要性を省く）を使用すること、および投影装置においてそのような多層ＳＬＭ構造を使用することは、投影装置の大きさを大幅に縮小するため、小型投影装置において有利に使用され得る。
【００７６】
以下は、光源の出力における５０ｍＷの強度を有する本発明に係るマイクロプロジェクターに対するシミュレーション結果である。本発明に係るマイクロプロジェクターは、観察者に３０ｌｍを出力する３５ｍＷの強度を有する画像を生成する。ほぼＡ４サイズ（すなわち２７ｃｍＸ２０ｃｍ）の投影領域にプロジェクター出口から６０ｃｍの距離から投影画像のパワー密度は、約０．０６５ｍＷ／ｃｍ２である。このパワー密度は、可視光域（２０ｍＷ／ｃｍ２未満）に対するクラス３Ｂのレーザー基準（５ｍｗから５００ｍｗ）の制限内である。ミラーベース走査タイプの光変調等の他の技法を利用する公知のプロジェクターは、３０ルーメンの強度を有する画像を非常に容易に提供することができる。しかしながら、パワー密度は、所与のクラス（クラス３Ｂの例において）内の許容範囲を超えてしまう。そのような装置がクラス範囲内で要求されるパワー密度を提供するためには、プロジェクターの出力強度はずっと低くなければならず、従って出力ルーメンが低くなる。
【００７７】
なお、上述の本発明の装置の全ての機能性素子は、その種々の実施において通信装置およびコンピュータ装置の一体部分となることが可能な単一のハイブリッド部材に統合され得る。本発明は、フルカラー像を生成するために、もしくは白色光源を使用することによって、多数の光源を組み込むのに適している。光源はどんな種類であってもよく、例えばレーザーダイオードでもよい。
【００７８】
当業者は、上に例示された本発明の実施形態には、添付の請求項によって定義されるその範囲から逸脱することなく種々の改変および変更が適用できることを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】光伝搬方式の主な光学成分を示す本発明に係る投影装置の概略ブロック図である。
【図２Ａ】ＳＬＭ画素アセンブリの代表的なウィンドウ構造の正面図を図示する。
【図２Ｂ】本発明の投影装置に使用される小型レンズ／マイクロレンズアレー配置を概略的に図示する。
【図３Ａ】単一の小型レンズアレーを含む小型レンズアセンブリを利用した本発明のＳＬＭ画素配置の二つの特定の実施例を図示する。
【図３Ｂ】単一の小型レンズアレーを含む小型レンズアセンブリを利用した本発明のＳＬＭ画素配置の二つの特定の実施例を図示する。
【図４Ａ】画素アセンブリの両側に二つの小型レンズアレーを含む小型レンズアセンブリを利用した本発明のＳＬＭ画素配置の別の実施例を図示する。
【図４Ｂ】画素アセンブリの両側に二つの小型レンズアレーを含む小型レンズアセンブリを利用した本発明のＳＬＭ画素配置の別の実施例を図示する。
【図５Ａ】画素アセンブリの同じ側に第１および第２の小型レンズアレーによって形成される本発明の小型レンズアセンブリを利用したＳＬＭ画素配置のさらに別の実施例を図示する。
【図５Ｂ】画素アセンブリの同じ側に第１および第２の小型レンズアレーによって形成される本発明の小型レンズアセンブリを利用したＳＬＭ画素配置のさらに別の実施例を図示する。
【図５Ｃ】図５Ａ−５Ｂの構成において第１および第２の小型レンズアレー各々の一対の「大きい」レンズおよび「小さい」レンズの組み合わせた操作をさらに詳細に図示する。
【図６】画素アセンブリの両側で二対の小型レンズアレーを利用したＳＬＭ画素配置（反射型または透過型）のさらに別の実施例を図示する。
【図７】投影画像の品質の改良を目的とし、本発明の投影装置への使用に適した画像プロジェクターを備えた本発明に係る投影システムを図示する。
【図８Ａ】本発明の装置での使用に適したカラー画像の投影の実施例を概略的に図示する。
【図８Ｂ】本発明の装置での使用に適したカラー画像の投影の実施例を概略的に図示する。
【図９Ａ】投影装置での使用に適した本発明の混合型２光源３色構成の実施例を概略的に図示する。ここで必要な色の数は、より少ない光源によって生成される。
【図９Ｂ】投影装置での使用に適した本発明の混合型２光源３色構成の実施例を概略的に図示する。ここで必要な色の数は、より少ない光源によって生成される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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2006513447.tif 000020
2006513447.tif 000021
2006513447.tif 000022
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